特許 7152240 ロボット手術支援装置、ロボット手術支援方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-03

(45)【発行日】2022-10-12

(54)【発明の名称】ロボット手術支援装置、ロボット手術支援方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/35 20160101AFI20221004BHJP

   A61B 34/10 20160101ALI20221004BHJP

   A61B 34/20 20160101ALI20221004BHJP

【ＦＩ】

A61B34/35

A61B34/10

A61B34/20

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2018192931

(22)【出願日】2018-10-11

(65)【公開番号】P2020058673

(43)【公開日】2020-04-16

【審査請求日】2021-07-16

(73)【特許権者】

【識別番号】514063179

【氏名又は名称】株式会社メディカロイド

(73)【特許権者】

【識別番号】500109320

【氏名又は名称】ザイオソフト株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】井田 城太

(72)【発明者】

【氏名】北野 幸彦

(72)【発明者】

【氏名】茅野 秀介

(72)【発明者】

【氏名】長田 剛

(72)【発明者】

【氏名】唐沢 隆

(72)【発明者】

【氏名】瀬尾 信一郎

【審査官】石川 薫

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１０９７８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１４８８１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１５－５０２１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１００６２０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ３４／００－３４／３７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

手術器具を保持したロボットアームを有する手術支援ロボットによる低侵襲なロボット手術を支援するロボット手術支援装置であって、
処理部及び表示部を備え、
前記処理部は、
被検体の３Ｄデータを取得し、
前記手術支援ロボットの前記ロボットアームの動作に関する動作情報を取得し、
前記被検体を手術するための術式の情報を取得し、
前記被検体の体表に穿孔されるポートの位置の情報を取得し、
前記３Ｄデータと、前記手術支援ロボットの前記動作情報と、前記術式と、前記ポートの位置に基づいて、前記ポートの穿孔において誤差が許容される前記被検体の体表上の二次元範囲を導出し、
前記ポートの位置の情報と前記二次元範囲を示す情報とを前記表示部に表示させる、
ロボット手術支援装置。

【請求項2】

前記ポートの位置と、前記ポートに許容される誤差の二次元範囲の輪郭上の各位置と、の距離は、複数の異なる距離を含む、
請求項１に記載のロボット手術支援装置。

【請求項3】

前記処理部は、前記被検体のボリュームデータに気腹シミュレーションを行い、仮想気腹状態の前記３Ｄデータを生成する、
請求項１または２に記載のロボット手術支援装置。

【請求項4】

前記処理部は、
前記被検体のボリュームデータに異なる気腹量で複数の気腹シミュレーションを行い、複数の仮想気腹状態の前記３Ｄデータを生成し、
複数の仮想気腹状態の前記３Ｄデータに基づいて、前記二次元範囲を複数導出し、
前記ポートの位置の情報と複数の前記二次元範囲を示す情報とを表示させる、
請求項３に記載のロボット手術支援装置。

【請求項5】

前記処理部は、
前記被検体のボリュームデータに異なる気腹量で複数の気腹シミュレーションを行い、複数の仮想気腹状態の前記３Ｄデータを生成し、
複数の仮想気腹状態のボリュームに基づいて、前記二次元範囲を複数導出し、
複数の二次元範囲において共通に含まれる前記被検体の体表上の範囲である最小許容範囲を導出し、
前記ポートの位置の情報と前記最小許容範囲を示す情報とを表示させる、
請求項３に記載のロボット手術支援装置。

【請求項6】

前記二次元範囲の形状は、プリミティブ形状を含む、
請求項１～５のいずれか１項に記載のロボット手術支援装置。

【請求項7】

前記処理部は、
前記３Ｄデータをレンダリングしてレンダリング画像を生成し、
前記レンダリング画像に、前記ポートの位置の情報と前記二次元範囲の位置の情報とを重畳して、前記表示部に表示させる、
請求項１～６のいずれか１項に記載のロボット手術支援装置。

【請求項8】

前記処理部は、前記被検体の体表に対して、前記ポートの位置の情報と前記二次元範囲の位置の情報とを示す可視光を、投射部に投射させる、
請求項１～６のいずれか１項に記載のロボット手術支援装置。

【請求項9】

手術器具を保持したロボットアームを有する手術支援ロボットによるロボット手術を支援するロボット手術支援装置のプロセッサが実行する情報の表示方法であって、
前記プロセッサは、
被検体の３Ｄデータを取得し、
前記手術支援ロボットの前記ロボットアームの動作に関する動作情報を取得し、
前記被検体を手術するための術式の情報を取得し、
前記被検体の体表に穿孔されるポートの位置の情報を取得し、
前記３Ｄデータと、前記手術支援ロボットの前記動作情報と、前記術式と、前記ポートの位置に基づいて、前記ポートの穿孔において誤差が許容される前記被検体の体表上の二次元範囲を導出し、
前記ポートの位置の情報と前記二次元範囲を示す情報とを表示させる、
情報の表示方法。

【請求項10】

請求項９に記載の情報の表示方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、手術支援ロボットによるロボット手術を支援するロボット手術支援装置、ロボット手術支援方法、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、手術支援ロボットによりロボット手術が行われる際には、手術される患者の体内に鉗子類を挿入するためのポートが穿孔される。ポートの位置は、術式に応じて概ね定められているが、最適な箇所は未だに確立されていない。特許文献１では、ポート位置の配置の計画について考察されている。具体的には、特許文献１の外科用ポート配置システムは、複数の過去の外科手術手順に関連する複数のパラメータセットに基づいて、手術ポート配置モデルを生成し、患者の身体的特徴を含む所与の外科的処置のための所与のパラメータセットを受信し、所定のパラメータセット及び手術ポート配置モデルに基づいて、所与の外科的処置のための所与の患者のための少なくとも１つのポート位置を計画する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１４８８１６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、ポートを穿孔するために必要とされる穿孔精度を認識できるロボット手術支援装置、ロボット手術支援方法、及びプログラムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、手術器具を保持したロボットアームを有する手術支援ロボットによる低侵襲なロボット手術を支援するロボット手術支援装置であって、処理部及び表示部を備え、前記処理部は、被検体の３Ｄデータを取得し、前記手術支援ロボットの前記ロボットアームの動作に関する動作情報を取得し、前記被検体を手術するための術式の情報を取得し、前記被検体の体表に穿孔されるポートの位置の情報を取得し、前記３Ｄデータと、前記手術支援ロボットの前記動作情報と、前記術式と、前記ポートの位置に基づいて、前記ポートの穿孔において誤差が許容される前記被検体の体表上の二次元範囲を導出し、前記ポートの位置の情報と前記二次元範囲を示す情報とを前記表示部に表示させる、ロボット手術支援装置である。

【0006】

本開示の一態様は、手術器具を保持したロボットアームを有する手術支援ロボットによる低侵襲なロボット手術を支援するロボット手術支援装置のプロセッサが実行する情報の表示方法であって、前記プロセッサは、被検体の３Ｄデータを取得し、前記手術支援ロボットの前記ロボットアームの動作に関する動作情報を取得し、前記被検体を手術するための術式の情報を取得し、前記被検体の体表に穿孔されるポートの位置の情報を取得し、前記３Ｄデータと、前記手術支援ロボットの前記動作情報と、前記術式と、前記ポートの位置に基づいて、前記ポートの穿孔において誤差が許容される前記被検体の体表上の二次元範囲を導出し、前記ポートの位置の情報と前記二次元範囲を示す情報とを表示部に表示させる、情報の表示方法である。

【0007】

本開示の一態様は、上記情報の表示方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、ポートを穿孔するために必要とされる穿孔精度を認識できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態におけるロボット手術支援装置のハードウェア構成例を示すブロック図

【図2】ロボット手術支援装置の機能構成例を示すブロック図

【図3】気腹シミュレーションの実施前後における腹部のＭＰＲ断面の画像例を示す図

【図4】既孔ポートのポート位置の計測例を説明するための図

【図5A】被検体の体表に設置されるポート位置の第１配置例を示す図

【図5B】被検体の体表に設置されるポート位置の第２配置例を示す図

【図5C】被検体の体表に設置されるポート位置の第３配置例を示す図

【図6】ロボット手術時の被検体、ポート、トロッカー、及びアームの位置関係の一例を示す図

【図7】ロボット手術支援装置によるポート位置シミュレーションの手順の一例を示すフローチャート

【図8】ロボット手術支援装置によるポート位置スコアを算出する場合の動作例を示すフローチャート

【図9】ポート位置を基に定められるワーキングエリアの一例を示す図

【図10】ロボット手術支援装置による許容誤差情報の導出手順の一例を示すフローチャート

【図11】被検体の厚み方向におけるポート位置の誤差の第１例を示す図

【図12】被検体の厚み方向におけるポート位置の誤差の第２例を示す図

【図13】直線距離の計測例を示す図

【図14】曲線的な距離の計測例を示す図

【図15】気腹量に応じた許容誤差の調整例を示す図

【図16】穿孔対象のポートの許容領域を示す情報を含むガイド情報の第１表示例を示す図

【図17】穿孔対象のポートの許容領域を示す情報を含むガイド情報の第２表示例を示す図

【図18】比較例のポート位置の表示例を示す図

【図19】本実施形態のポート位置及び許容誤差情報の表示例を示す図

【図20】穿孔位置の二次元平面での指定と３次元空間での位置ずれを示す図

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の実施形態について、図面を用いて説明する。

【0011】

（本開示の一形態を得るに至った経緯）
術前計画に従ってポートを設けるように、例えば助手がポートを穿孔する。しかし、計画されたポート位置に正確にポートを穿孔することは困難である。例えば、図２０に示すように、臍からの距離Ｌ１の位置にポートを設ける等、穿孔対象のポート位置が２次元平面において術前計画された場合、２次元平面では同じ距離でも、被検体の側部に向かうに従って被検体の前後方向において位置が大きく変化する（範囲α参照）。そのため、ポート穿孔時に正確に計測し穿孔対象のポート位置を一意に定めることが困難である。

【0012】

また、ロボット手術では、多くの場合に気腹が行われる。気腹では、腹腔内に炭酸ガス（例えば二酸化炭素）が注入されて腹腔内に作業スペースが確保される。気腹の状態により、腹腔内の膨らみ具合が異なるので、患者の体表において計画された３次元位置も異なり得る。

【0013】

また、ロボット手術では、手術支援ロボットが備えるエンドエフェクタ（鉗子類）が装着されるアーム同士が接触して、アームの可動範囲が制限されたりすることが考えられる。また、手術支援ロボットにおける低侵襲手術においては、ポートに応力を加えることが制限されている。これらの理由により、人による低侵襲手術と比較してポートの穿孔時に、高い穿孔精度が必要されると一般的には理解されており、ひいては高精度な計測のためにポートの穿孔に時間がかかっていた。

【0014】

また、被検体内には、ポートを介して様々なエンドエフェクタ（鉗子類）が挿入され、術式に応じた作業（処置）が行われる。エンドエフェクタには、作業に応じて様々な用途のエンドエフェクタが存在する。作業の内容やエンドエフェクタの用途に応じて、ポートに求められる穿孔精度が異なる。よって、ポートには、高い穿孔精度が必要されるポートと、高い穿孔精度が不要であるポートと、が混在し得る。したがって、穿孔を行う穿孔者（例えば助手）が、ポートの穿孔時に、高い穿孔精度が必要されるポートであるか否かを認識できると、穿孔者がポートの穿孔のための準備を整えやすい。

【0015】

以下の実施形態では、ポートを穿孔するために必要とされる穿孔精度を認識できるロボット手術支援装置、ロボット手術支援方法、及びプログラムについて説明する。

【0016】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態におけるロボット手術支援装置１００の構成例を示すブロック図である。ロボット手術支援装置１００は、手術支援ロボット３００によるロボット手術を支援し、例えば術前シミュレーションや術中シミュレーション、及び術中ナビゲーションを実施してよい。

【0017】

手術支援ロボット３００は、ロボット操作端末、ロボット本体、及び画像表示端末を備える。

【0018】

ロボット操作端末は、術者による操作されるハンドコントローラやフットスイッチを備える。ロボット操作端末は、術者によるハンドコントローラやフットスイッチの操作に応じて、ロボット本体に設けられた複数のロボットアームＡＲを動作させる。また、ロボット操作端末は、ビューワを備える。ビューワは、ステレオビューワでよく、内視鏡により取込まれた画像を融合させて３次元画像を表示してよい。なお、ロボット操作端末が複数存在し、複数のロボット操作端末を複数の術者が操作するによりロボット手術が行われてもよい。

【0019】

ロボット本体は、ロボット手術を行うための複数のロボットアームＡＲ及びロボットアームＡＲに装着される手術器具としてのエンドエフェクタＥＦ（鉗子類、インストゥルメント）を備える。

【0020】

手術支援ロボット３００のロボット本体は４つのロボットアームＡＲを備えており、内視鏡カメラが装着されるカメラアームと、ロボット操作端末の右手用ハンドコントローラで操作されるエンドエフェクタＥＦが装着される第１エンドエフェクタアームと、ロボット操作端末の左手用ハンドコントローラで操作されるエンドエフェクタＥＦが装着される第２エンドエフェクタアームと、交換用のエンドエフェクタＥＦが装着される第３エンドエフェクタアームと、を含む。各ロボットアームＡＲは、複数の関節を有しており、各関節に対応してモータとエンコーダを備えている。各ロボットアームＡＲは、少なくとも６自由度、好ましくは７又は８自由度を有しており、３次元空間内において動作し、３次元空間内の各方向に可動自在でよい。エンドエフェクタＥＦには、ロボット手術において被検体ＰＳ内の処置対象に実際に接する器具であり、様々な処置（例えば、把持、切除、剥離、縫合）を可能とする。

【0021】

エンドエフェクタＥＦは、例えば、把持鉗子、剥離鉗子、電気メス、等を含んでよい。エンドエフェクタＥＦは、役割毎に異なる別個のエンドエフェクタＥＦが複数用意されてよい。例えば、ロボット手術では、２つのエンドエフェクタＥＦによって組織を抑えたり引っ張ったりして、１つのエンドエフェクタＥＦで組織を切る処置が行われてよい。ロボットアームＡＲ及びエンドエフェクタＥＦは、ロボット操作端末からの指示を基に、動作してよい。

【0022】

画像表示端末は、モニタ、内視鏡のカメラによって撮像された画像を処理し、ビューワやモニタに表示させるためのコントローラ、等を有する。モニタは、例えばロボット手術の助手や看護師により確認される。

【0023】

手術支援ロボット３００は、術者によるロボット操作端末のハンドコントローラやフットスイッチの操作を受け、ロボット本体のロボットアームＡＲやエンドエフェクタＥＦの動作を制御し、被検体ＰＳに対して各種処置を行うロボット手術を行う。ロボット手術では、被検体ＰＳ内で腹腔鏡手術が行われてよい。

【0024】

ロボット手術では、被検体ＰＳの体表にポートＰＴが穿孔され、ポートＰＴを介して気腹されてよい。気腹（preumoperitoneum）では、二酸化炭素が送り込まれて被検体ＰＳの腹腔を膨らませられてよい。ポートＰＴには、トロッカー（trocar）ＴＣが設置されてよい。トロッカーＴＣは弁を有し、被検体ＰＳ内を気密に維持する。また、気密状態を維持するために、被検体ＰＳ内に空気（例えば二酸化炭素）が継続的に導入される。

【0025】

トロッカーＴＣにはエンドエフェクタＥＦ（エンドエフェクタＥＦのシャフト）が挿通される。エンドエフェクタＥＦの挿通時にトロッカーＴＣの弁が開き、エンドエフェクタＥＦの脱離時にはトロッカーＴＣの弁が閉じる。トロッカーＴＣを経由してポートＰＴからエンドエフェクタＥＦが挿入され、術式に応じて様々な処置が行われる。ロボット手術は、腹部を手術対象とした腹腔鏡手術以外に、手術対象に腹部以外を含めた鏡視下手術に適用されてもよい。

【0026】

図１に示すように、ロボット手術支援装置１００は、通信部１１０、ユーザインタフェース（ＵＩ：User Interface）１２０、ディスプレイ１３０、プロセッサ１４０、及びメモリ１５０を備える。なお、ＵＩ１２０、ディスプレイ１３０、及びメモリ１５０は、ロボット手術支援装置１００に含まれても、ロボット手術支援装置１００とは別体として設けられてもよい。

【0027】

ロボット手術支援装置１００には、通信部１１０を介して、ＣＴ（Computed Tomography）装置２００が接続される。ロボット手術支援装置１００は、ＣＴ装置２００からボリュームデータを取得し、取得されたボリュームデータに対して処理を行う。ロボット手術支援装置１００は、ＰＣ（Personal Computer）とＰＣに搭載されたソフトウェアにより構成されてもよい。ロボット手術支援装置１００は、手術支援ロボット３００の一部として構成されてもよい。

【0028】

ロボット手術支援装置１００には、通信部１１０を介して、手術支援ロボット３００が接続される。ロボット手術支援装置１００は、例えば、手術支援ロボット３００から各種データや情報や画像を提供し、ロボット手術を支援してよい。ロボット手術支援装置１００は、例えば、手術支援ロボット３００から手術支援ロボット３００の機構や動作に関する情報、ロボット手術前、手術中、又は手術後に得られたデータを取得し、取得された情報やデータを基に各種分析や解析を行ってよい。分析結果や解析結果は、可視化されてよい。

【0029】

ロボット手術支援装置１００には、通信部１１０を介して、計測器４００が接続されてよい。計測器４００は、手術支援ロボット３００により手術される被検体ＰＳ（例えば患者）に関する情報（例えば被検体ＰＳの体表位置）を計測してよい。計測器４００は、被検体ＰＳの体表に設けられるポートＰＴの位置を計測してよい。計測器４００は、例えば深度センサ４１０でよい。深度センサ４１０は、手術支援ロボット３００（例えばロボット本体）に含まれていてもよいし、ロボット手術が行われる手術室の天井等に設置されてもよい。また、計測器４００は、計測器４００の操作部が手動計測の結果の入力を受け付けてよい。手動計測では、例えば、患者に関する情報や体表におけるポート位置が定規や巻尺により計測されてよい。

【0030】

また、ロボット手術支援装置１００には、ＣＴ装置２００が接続されるとともに、又はＣＴ装置２００が接続される代わりに、各種画像を撮像可能な装置が接続されてよい。この装置は、血管造影装置（Angiography装置）や超音波装置等でよい。この装置は、ロボット手術前、及びロボット手術中に被検体ＰＳの内部の様子を確認するときに使用されてよい。

【0031】

ＣＴ装置２００は、生体へＸ線を照射し、体内の組織によるＸ線の吸収の違いを利用して、画像（ＣＴ画像）を撮像する。被検体ＰＳは、例えば人体でよく、生体でよい。なお、被検体ＰＳは、人体でなくてもよく、生体でなくてもよい。例えば動物でよく、手術訓練用ファントムでもよい。

【0032】

ＣＴ画像は、時系列に複数撮像されてもよい。ＣＴ装置２００は、生体内部の任意の箇所の情報を含むボリュームデータを生成する。生体内部の任意の箇所は、各種臓器（例えば脳、心臓、腎臓、大腸、小腸、肺、胸部、乳腺、前立腺、肺）を含んでもよい。ＣＴ画像が撮像されることにより、ＣＴ画像における各画素（ボクセル）の画素値（ＣＴ値、ボクセル値）が得られる。ＣＴ装置２００は、ＣＴ画像としてのボリュームデータをロボット手術支援装置１００へ、有線回線又は無線回線を介して送信する。

【0033】

具体的に、ＣＴ装置２００は、ガントリ（図示せず）及びコンソール（図示せず）を備える。ガントリは、Ｘ線発生器（図示せず）やＸ線検出器（図示せず）を含み、コンソールにより指示された所定のタイミングで撮像することで、被検体ＰＳを透過したＸ線を検出し、Ｘ線検出データを得る。Ｘ線発生器は、Ｘ線管（図示せず）を含む。コンソールは、ロボット手術支援装置１００に接続される。コンソールは、ガントリからＸ線検出データを複数取得し、Ｘ線検出データに基づいてボリュームデータを生成する。コンソールは、生成されたボリュームデータを、ロボット手術支援装置１００へ送信する。コンソールは、患者情報、ＣＴ撮像に関する撮像条件、造影剤の投与に関する造影条件、その他の情報を入力するための操作部（図示せず）を備えてよい。この操作部は、キーボードやマウスなどの入力デバイスを含んでよい。

【0034】

ＣＴ装置２００は、連続的に撮像することで３次元のボリュームデータを複数取得し、動画を生成することも可能である。複数の３次元のボリュームデータによる動画のデータは、４Ｄ（４次元）データとも称される。

【0035】

ＣＴ装置２００は、複数のタイミングの各々でＣＴ画像を撮像してよい。ＣＴ装置２００は、被検体ＰＳが造影された状態で、ＣＴ画像を撮像してよい。ＣＴ装置２００は、被検体ＰＳが造影されていない状態で、ＣＴ画像を撮像してよい。

【0036】

ロボット手術支援装置１００では、通信部１１０は、他の装置との間で各種データや情報を通信する。通信部１１０は、ＣＴ装置２００、手術支援ロボット３００、計測器４００、との間で各種データを通信してよい。通信部１１０は、有線通信や無線通信を行う。通信部１１０と、ＣＴ装置２００、手術支援ロボット３００、及び計測器４００との間は、有線又は無線により接続されてよい。

【0037】

通信部１１０は、手術支援ロボット３００からロボット手術のための各種情報を取得してよい。この各種情報は、例えば、手術支援ロボット３００のキネマティクスの情報を含んでよい。通信部１１０は、手術支援ロボット３００へロボット手術のための各種情報を送信してよい。この各種情報は、例えば、処理部１６０により生成された情報（例えば画像やデータ）を含んでよい。

【0038】

通信部１１０は、計測器４００からロボット手術のための各種情報を取得してよい。例えば、計測器４００で計測された被検体ＰＳの体表の位置情報や被検体ＰＳの体表に穿孔されたポート位置の情報を含んでよい。

【0039】

通信部１１０は、ＣＴ装置２００からボリュームデータを取得してよい。取得されたボリュームデータは、直ぐにプロセッサ１４０に送られて各種処理されてもよいし、メモリ１５０において保管された後、必要時にプロセッサ１４０へ送られて各種処理されてもよい。また、ボリュームデータは、記録媒体や記録メディアを介して取得されてもよい。

【0040】

ＣＴ装置２００により撮像されたボリュームデータは、ＣＴ装置２００から画像データサーバ（ＰＡＣＳ：Picture Archiving and Communication Systems）（不図示）に送られ、保存されてよい。通信部１１０は、ＣＴ装置２００から取得する代わりに、この画像データサーバからボリュームデータを取得してよい。このように、通信部１１０は、ボリュームデータ等の各種データを取得する取得部として機能する。

【0041】

ＵＩ１２０は、タッチパネル、ポインティングデバイス、キーボード、又はマイクロホンを含んでよい。ＵＩ１２０は、ロボット手術支援装置１００のユーザから、任意の入力操作を受け付ける。ユーザは、医師、放射線技師、又はその他医療従事者（Paramedic Staff）を含んでよい。医師は、サージョンコンソールを操作してロボット手術を手動して行う術者や、被検体ＰＳの近傍でロボット手術を補助する助手を含んでよい。

【0042】

ＵＩ１２０は、ボリュームデータにおける関心領域（ＲＯＩ：Region of Interest）の指定や輝度条件の設定等の操作を受け付ける。関心領域は、各種組織（例えば、血管、気管支、臓器、骨、脳、心臓、足、首、血流）の領域を含んでよい。組織は、病変組織、正常組織、臓器、器官、など被検体ＰＳの組織を広く含んでよい。また、ＵＩ１２０は、ボリュームデータやボリュームデータに基づく画像（例えば後述する３次元画像、２次元画像）における関心領域の指定や輝度条件の設定等の操作を受け付けてもよい。

【0043】

ディスプレイ１３０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を含んでもよく、各種情報を表示する。各種情報は、ボリュームデータから得られる３次元画像や２次元画像を含んでよい。３次元画像は、ボリュームレンダリング画像、サーフェスレンダリング画像、仮想内視鏡画像（ＶＥ画像）、仮想超音波画像、ＣＰＲ（Curved Planar Reconstruction）画像、等を含んでもよい。ボリュームレンダリング画像は、レイサム（RaySum）画像（単に「ＳＵＭ画像」とも称する）、ＭＩＰ(Maximum Intensity Projection)画像、ＭｉｎＩＰ(Minimum Intensity Projection)画像、平均値（Average）画像、又はレイキャスト（Raycast）画像を含んでもよい。２次元画像は、アキシャル（Axial）画像、サジタル（Sagittal）画像、コロナル（Coronal）画像、ＭＰＲ（Multi Planer Reconstruction）画像、等を含んでよい。３次元画像及び２次元画像は、カラーフュージョン画像を含んでよい。

【0044】

メモリ１５０は、各種ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）の一次記憶装置を含む。メモリ１５０は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）の二次記憶装置を含んでもよい。メモリ１５０は、ＵＳＢメモリやＳＤカードの三次記憶装置を含んでもよい。メモリ１５０は、各種情報を記憶する。各種情報は、通信部１１０を介して取得された情報、プロセッサ１４０により生成された情報や画像、プロセッサ１４０により設定された設定情報、各種プログラムを含んでよい。通信部１１０を介して取得された情報は、例えば、ＣＴ装置２００からの情報（例えばボリュームデータ）、手術支援ロボット３００からの情報、計測器４００からの情報、外部サーバからの情報、を含んでよい。メモリ１５０は、プログラムが記録される非一過性の記録媒体の一例である。

【0045】

投射部１７０は、被検体に向けて可視光（例えばレーザー光）を投射する。投射部１７０は、可視光の投射により、被検体ＰＳの体表（例えば腹部の体表部）に、各種情報（例えばポート位置の情報）を表示させる。可視光、つまり被検体ＰＳの体表に表示された情報は、ユーザ（例えば助手）に確認される。

【0046】

プロセッサ１４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）を含んでよい。プロセッサ１４０は、メモリ１５０に記憶されたプログラムを実行することにより、各種処理や制御を行う処理部１６０として機能する。

【0047】

図２は、処理部１６０の機能構成例を示すブロック図である。

【0048】

処理部１６０は、領域抽出部１６１、画像生成部１６２、変形シミュレーション部１６３、ポート位置処理部１６４、表示制御部１６６、及び投射制御部１６７を備える。

【0049】

処理部１６０は、ロボット手術支援装置１００の各部を統括する。なお、処理部１６０に含まれる各部は、１つのハードウェアにより異なる機能として実現されてもよいし、複数のハードウェアにより異なる機能として実現されてもよい。また、処理部１６０に含まれる各部は、専用のハードウェア部品により実現されてもよい。

【0050】

領域抽出部１６１は、ボリュームデータにおいて、セグメンテーション処理を行ってよい。この場合、ＵＩ１２０がユーザからの指示を受け付け、指示の情報が領域抽出部１６１に送られる。領域抽出部１６１は、指示の情報に基づいて、公知の方法により、ボリュームデータから、セグメンテーション処理を行い、関心領域を抽出（segment）してよい。また、ユーザからの詳細な指示により、手動で関心領域を設定（set）してよい。また、観察対象が予め定められている場合、領域抽出部１６１は、ユーザ指示なしでボリュームデータから、セグメンテーション処理を行い、観察対象を含む関心領域を抽出してもよい。抽出される領域には、各種組織（例えば、血管、気管支、臓器、骨、脳、心臓、足、首、血流、乳腺、胸部、腫瘍）の領域を含んでよい。観察対象は、ロボット手術による処置が行われる対象でよい。

【0051】

画像生成部１６２は、通信部１１０により取得されたボリュームデータに基づいて、３次元画像や２次元画像を生成してよい。画像生成部１６２は、通信部１１０により取得されたボリュームデータから、指定された領域や領域抽出部１６１により抽出された領域に基づいて、３次元画像や２次元画像を生成してよい。

【0052】

変形シミュレーション部１６３は、手術対象の被検体ＰＳにおける変形に関する処理を行う。例えば、変形シミュレーション部１６３は、仮想的に被検体ＰＳに対して気腹する気腹シミュレーションを行ってよい。気腹シミュレーションの具体的な方法は、公知の方法であってよく、例えば参考非特許文献１に記載された方法でよい。つまり、変形シミュレーション部１６３は、通信部１１０又は領域抽出部１６１から取得されたボリュームデータ（気腹前（非気腹状態）のボリュームデータ）を基に、気腹シミュレーションを行い、気腹後のボリュームデータ（気腹状態のボリュームデータ）を生成してよい。気腹シミュレーションにより、ユーザは、被検体ＰＳに対して実際に気腹しなくても、被検体ＰＳが気腹された状態を仮定し、仮想的に気腹された状態を観察できる。なお、気腹状態のうち、気腹シミュレーションにより推定される気腹の状態を仮想気腹状態と称し、実際の気腹された状態を実気腹状態と称してよい。

【0053】

（参考非特許文献１）Takayuki Kitasaka, Kensaku Mori, Yuichiro Hayashi, Yasuhito Suenaga, Makoto Hashizume, and Jun-ichiro Toriwaki, “Virtual Pneumoperitoneum for Generating Virtual Laparoscopic Views Based on Volumetric Deformation”, MICCAI (Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention)，2004, P559-P567

【0054】

図３は、気腹シミュレーションの実施前後における腹部のＭＰＲ断面の画像例を示す図である。画像Ｇ１１は、気腹シミュレーションの実施前の様子を示しており、被検体ＰＳの腹部が膨らんでいない状態（非気腹状態）である。画像Ｇ１２は、気腹シミュレーションの実施後の様子を示しており、被検体ＰＳの腹部が膨らんでいる状態（仮想気腹状態）であり、気腹空間ＫＳを有する。ロボット手術では、被検体ＰＳが気腹状態で手術されるので、非気腹状態で撮像されて得られるボリュームデータに対しては、変形シミュレーション部１６３により気腹シミュレーションが実施され、仮想気腹状態のボリュームデータが導出される。

【0055】

変形シミュレーション部１６３は、被検体ＰＳ内の臓器や病変等の観察対象を仮想的に変形させてよい。観察対象は、術者によって手術される手術対象であってよい。変形シミュレーション部１６３は、例えば、臓器がエンドエフェクタＥＦの鉗子により引っ張られたり押されたり、切断される様子をシミュレートしてよい。また、変形シミュレーション部１６３は、例えば、体位変換による臓器の移動をシミュレートしてよい。

【0056】

ポート位置処理部１６４は、被検体ＰＳの体表上に設けられる複数のポートＰＴの情報を取得する。ポートＰＴの情報は、ポートＰＴの識別情報、ポートＰＴが穿孔される被検体ＰＳの体表上の位置（ポート位置）の情報、ポートＰＴのサイズの情報、等を含んでよい。複数のポートの情報は、テンプレートとしてメモリ１５０や外部サーバに保持されていてよい。複数のポートの情報は、術式によって定められていてよい。複数のポートの情報は術前計画に用いることを目的としてよい。

【0057】

ポート位置処理部１６４は、メモリ１５０から複数のポート位置の情報を取得してよい。ポート位置処理部１６４は、通信部１１０を介して、外部サーバから複数のポート位置の情報を取得してよい。ポート位置処理部１６４は、ＵＩ１２０を介して、複数のポートＰＴのポート位置の指定を受け付けて、複数のポート位置の情報を取得してよい。複数のポート位置の情報は、複数のポート位置の組み合わせの情報でよい。

【0058】

ポート位置処理部１６４は、手術支援ロボット３００のキネマティクスの情報を取得する。キネマティクスの情報は、メモリ１５０に保持されていてよい。ポート位置処理部１６４は、メモリ１５０からキネマティクスの情報を取得してよい。ポート位置処理部１６４は、通信部１１０を介して、手術支援ロボット３００や外部サーバからキネマティクスの情報を取得してよい。キネマティクスの情報は、手術支援ロボット３００毎に異なってよい。

【0059】

キネマティクスの情報は、例えば、手術支援ロボット３００が備えるロボット手術を行うための器具（例えばロボットアームＡＲ、エンドエフェクタＥＦ）の形状に関する形状情報や動作に関する動作情報を含んでよい。この形状情報は、ロボットアームＡＲやエンドエフェクタＥＦの各部位の長さ、重さ、基準方向（例えば水平面）に対するロボットアームＡＲの角度、ロボットアームＡＲに対するエンドエフェクタＥＦの取付角度、等の少なくとも一部の情報を含んでよい。この動作情報は、例えばロボットアームＡＲやエンドエフェクタＥＦの３次元空間における可動範囲、ロボットアームＡＲを動作する際のアームの位置、速度、加速度、エンドエフェクタＥＦを動作する際のロボットアームＡＲに対する位置、速度、加速度、等の少なくとも一部の情報を含んでよい。

【0060】

なお、キネマティクスでは、自アームによる可動範囲とともに他アームの可動範囲が加味されており、各ロボットアームＡＲが干渉しない可動範囲が規定される。したがって、手術支援ロボット３００は、手術支援ロボット３００の各ロボットアームＡＲがキネマティクスに基づいて動作することで、手術中に複数のロボットアームＡＲが干渉することを回避できる。

【0061】

ポート位置処理部１６４は、術式の情報を取得する。術式は、被検体ＰＳに対する外科手術の方式を示す。術式は、ＵＩ１２０を介して指定されてよい。術式により、ロボット手術における各処置が定まってよい。処置に応じて、処置に必要なエンドエフェクタＥＦが定まってよい。よって、術式に応じて、ロボットアームＡＲに装着されるエンドエフェクタＥＦが定まってよく、どのロボットアームＡＲにどの種類のエンドエフェクタＥＦが装着されるかが定まってよい。また、処置に応じて、処置に最低限必要な最小領域や処置のために確保されることが推奨される推奨領域が定まってよい。

【0062】

ポート位置処理部１６４は、ターゲット領域の情報を取得する。ターゲット領域は、ロボット手術による処置が行われる対象（例えば組織（例えば血管、気管支、臓器、骨、脳、心臓、足、首））を含む領域でよい。組織は、病変組織、正常組織、臓器、器官、など被検体ＰＳの組織を広く含んでよい。

【0063】

ポート位置処理部１６４は、メモリ１５０からターゲット領域の位置の情報を取得してよい。ポート位置処理部１６４は、通信部１１０を介して、外部サーバからターゲット領域の位置の情報を取得してよい。ポート位置処理部１６４は、ＵＩ１２０を介して、ターゲット領域の位置の指定を受け付けて、ターゲット領域の位置の情報を取得してよい。

【0064】

ポート位置処理部１６４は、ポート位置シミュレーションを実行してよい。ポート位置シミュレーションは、ユーザがＵＩ１２０を操作することで、被検体ＰＳにおける所望のロボット手術が可能か否かを判定するためのシミュレーションでよい。ポート位置シミュレーションでは、ユーザが手術を想定しながら、仮想空間において、各ポート位置から挿入されたエンドエフェクタＥＦを動作させ、手術対象となるターゲット領域へアクセス可能か否かを判定してよい。つまり、ポート位置シミュレーションでは、ユーザによる手術支援ロボット３００に対する手動の操作を受けながら、手術支援ロボット３００のロボット手術に係る可動部（例えばロボットアームＡＲやエンドエフェクタＥＦ）が、手術対象となるターゲット領域へ問題なくアクセス可能か否かが判定されてよい。ポート位置処理部１６４は、ポート位置シミュレーションによりポート位置の計画情報を得てよい。

【0065】

ポート位置シミュレーションでは、被検体ＰＳのボリュームデータ、取得された複数のポート位置の組み合わせ、手術支援ロボット３００のキネマティクス、術式、仮想気腹状態のボリュームデータ、等に基づいて上記のアクセスが可能か否かが判定されてよい。ポート位置処理部１６４は、被検体ＰＳの体表における複数のポート位置を変えながら、各ポート位置においてターゲット領域にアクセス可能か否かを判定してよく、順次ポート位置シミュレーションを行ってよい。ポート位置処理部１６４は、最終的に好ましい（例えば最適な）ポート位置の組み合わせの情報を、ＵＩ１２０を介してユーザ入力に応じて指定してよい。これにより、ポート位置処理部１６４が、穿孔対象の複数のポート位置を計画してよい。ポート位置シミュレーションの詳細については後述する。

【0066】

ポート位置処理部１６４は、被検体ＰＳの体表上に設けられる複数のポート位置を用いてロボット手術する場合の適切度を示すポート位置スコアを導出（例えば算出）してよい。つまり、複数のポート位置の組み合わせに基づくポート位置スコアは、ロボット手術を行うための複数のポート位置の組み合わせの価値を示している。ポート位置スコアは、複数のポート位置の組み合わせ、手術支援ロボット３００のキネマティクス、術式、仮想気腹状態のボリュームデータ、等に基づいて算出されてよい。ポート位置スコアは、ポート位置毎に導出される。ポート位置スコアの詳細については後述する。

【0067】

ポート位置処理部１６４は、ポート位置スコアに基づいて、ポート位置を調整してよい。この場合、ポート位置処理部１６４は、ポート位置の移動に伴うポート位置スコアの変動量に基づいて、ポート位置を調整してよい。ポート位置調整の詳細については後述する。

【0068】

このように、ポート位置処理部１６４は、ポート位置シミュレーションに従って、穿孔対象の複数のポート位置を導出してよい。また、ポート位置処理部１６４は、ポート位置スコアに基づいて、穿孔対象の複数のポート位置を導出してよい。

【0069】

表示制御部１６６は、各種データ、情報、画像をディスプレイ１３０に表示させる。表示制御部１６６は、画像生成部１６２により生成された３次元画像又は２次元画像を表示させてよい。表示制御部１６６は、画像生成部１６２により生成された複数のポートＰＴの情報（例えばポート位置の情報）を示す画像を表示させてよい。

【0070】

表示制御部１６６は、画像生成部１６２により生成された、各ポートＰＴを穿孔する際に各ポートに許容される誤差を示す情報（許容誤差情報）を示す画像を表示させてよい。この場合、表示制御部１６６は、３次元画像又は２次元画像に重畳させて、許容誤差情報を示す画像を表示させてよい。

【0071】

投射制御部１６７は、投射部１７０による可視光の投射を制御する。投射制御部１６７は、例えば、可視光の周波数、光量、可視光を投射する位置、可視光を投射する時刻（タイミング）を制御してよい。

【0072】

投射制御部１６７は、被検体ＰＳに向かって可視光を投射部１７０に投射させ、被検体ＰＳの体表（例えば腹部の体表部）に、各種情報を表示させる。投射制御部１６７は、被検体ＰＳの体表に向かってレーザ光を投射し、体表上の特定位置にマーキングを行ってよい。この特定位置は、例えば、穿孔対象のポート位置、体表面のこの特定位置から法線方向に向かうとボリュームデータ上で観察対象（例えば患部）が存在する位置、でよい。つまり、投射制御部１６７は、ポート位置を示すレーザポインタであってよい。この場合、ポート位置は、許容誤差を示す範囲に拡張されて示されてよい。

【0073】

また、投射制御部１６７は、被検体ＰＳの体表面に可視光を投射部１７０に投射させ、被検体ＰＳの体表に、ロボット手術を支援する情報（例えばポート位置に関する情報、許容誤差情報）を重畳させて表示させてよい。重畳される情報は、文字情報、図形情報、等であってよい。つまり、投射制御部１６７は、ロボット手術において拡張現実（ＡＲ：Augmented Reality）技術を用いてユーザを支援してよい。

【0074】

図４は、既孔ポートＰＴ１のポート位置の計測例を説明するための図である。ポート位置の計測は、３次元計測でよい。図４では、ベッドＢＤに被検体ＰＳ（例えば患者）が横になって載置されている。

【0075】

深度センサ４１０は、赤外線を発光する発光部と、赤外線を受光する受光部と、画像を撮像するカメラと、を含んでよい。深度センサ４１０は、発光部により被検体ＰＳへ発光された赤外線と、被検体ＰＳで反射され受光された反射光と、に基づいて、深度センサ４１０から被検体ＰＳまでの距離を検出してよい。深度センサ４１０は、カメラにより撮像された撮像画像により、被写体の上下左右を検出してよい。これにより、深度センサ４１０は、被検体ＰＳの体表における各位置（例えば既孔ポートＰＴ１のポート位置）の３次元位置（３次元座標）の情報を取得してよい。

【0076】

深度センサ４１０は、プロセッサ及び内部メモリを有してよい。内部メモリは、トロッカーＴＣの形状の情報を保持しておいてよい。深度センサ４１０は、内部メモリに保持されたトロッカーＴＣの形状情報を参照し、被検体ＰＳの体表面に穿孔されたポートＰＴに設置されたトロッカーＴＣを検出（認識）し、トロッカーＴＣの３次元位置を検出（計測）してよい。

【0077】

また、トロッカーＴＣの表面に所定のマークが付されていてよい。深度センサ４１０は、トロッカーＴＣにおける所定のマークを特徴点として撮像することで、画像認識によりトロッカーＴＣを検出（認識）してよい。これにより、深度センサ４１０は、トロッカーＴＣの認識精度を向上でき、トロッカーＴＣの３次元位置の計測精度を向上できる。

【0078】

また、深度センサ４１０は、赤外線センサ（発光部及び受光部）を備えず、ステレオカメラを備え、画像処理によりトロッカーＴＣの３次元位置を計測してよい。この場合、深度センサ４１０は、ステレオカメラにより撮像された撮像画像において物体認識によりトロッカーＴＣを認識し、被検体における体表上のトロッカーＴＣの位置を検出（認識）し、トロッカーＴＣまでの距離を算出することで、トロッカーＴＣの３次元位置を計測してよい。

【0079】

深度センサ４１０は、赤外線センサから発光された赤外線が到達可能な範囲やカメラにより撮像可能な範囲（図４の範囲Ａ１参照）で、被検体ＰＳの体表上の各位置やトロッカーＴＣの位置を計測してよい。

【0080】

なお、ロボット手術支援装置１００の変形シミュレーション部１６３は、深度センサ４１０から、被検体ＰＳの実気腹状態での体表上の各位置の情報、つまり被検体ＰＳの実気腹状態での体表の形状の情報を取得してよい。また、変形シミュレーション部１６３は、被検体ＰＳの非気腹状態でのボリュームデータを基に、被検体ＰＳの輪郭（体表に相当）を抽出して、被検体ＰＳの非気腹状態での体表上の各位置の情報、つまり被検体ＰＳの非気腹状態での体表の形状の情報を取得してよい。

【0081】

変形シミュレーション部１６３は、被検体ＰＳの実気腹状態での体表上の各位置と被検体ＰＳの非気腹状態での体表上の各位置との差分、つまり被検体ＰＳの実気腹状態での体表の形状と被検体ＰＳの非気腹状態での体表の形状との差分を算出してよい。これにより、変形シミュレーション部１６３は、被検体ＰＳの実気腹状態とするための気腹量を認識できる。

【0082】

また、変形シミュレーション部１６３は、実気腹状態と気腹シミュレーションによる仮想気腹状態との差分を基に、気腹シミュレーションのシミュレーション方法やシミュレーション結果を補正してよい。つまり、変形シミュレーション部１６３は、実際の気腹量を基に、気腹シミュレーションのシミュレーション方法やシミュレーション結果を補正してよい。変形シミュレーション部１６３は、この補正情報を、メモリ１５０に保持しておいてよい。また、変形シミュレーション部１６３は、通信部１１０を介して気腹装置より掃気量を受け取って、気腹シミュレーションのシミュレーション方法やシミュレーション結果を補正してよい。これにより、ロボット手術支援装置１００は、気腹シミュレーションの精度を向上できる。

【0083】

次に、ポート位置の表示例について説明する。

【0084】

変形シミュレーション部１６３は、非気腹状態（例えば術前ＣＴ撮像）で得られたボリュームデータに気腹シミュレーションを行い、仮想気腹状態のボリュームデータを生成する。画像生成部１６２は、仮想気腹状態のボリュームデータをボリュームレンダリングして、ボリュームレンダリング画像を生成してよい。画像生成部１６２は、気腹状態のボリュームデータをサーフィスレンダリングして、サーフィスレンダリング画像を生成してよい。

【0085】

変形シミュレーション部１６３は、非気腹状態（例えば術前ＣＴ撮像）で得られたボリュームデータに気腹シミュレーションを行い、非気腹状態から仮想気腹状態への変形情報を生成してよい。画像生成部１６２は、非気腹状態（例えば術前ＣＴ撮像）で得られたボリュームデータからサーフィスを生成してサーフィスレンダリング画像を生成してよい。画像生成部１６２は、非気腹状態（例えば術前ＣＴ撮像）で得られたボリュームデータからサーフィスを生成したものに変形情報を適用して仮想気腹状態のサーフィスレンダリング画像を生成してよい。

【0086】

表示制御部１６６は、仮想気腹状態のボリュームレンダリング画像又はサーフィスレンダリング画像に、ポート位置処理部１６４により導出されたポート位置を重畳して、ディスプレイ１３０に表示させてよい。また、表示制御部１６６は、許容誤差情報をディスプレイ１３０に表示させてよい。

【0087】

投射制御部１６７は、被検体ＰＳ（例えば患者）の体表におけるポート位置処理部１６４により導出されたポート位置に可視光を投射させ、可視光によりポート位置を指し示し、ポート位置を可視化してよい。これにより、ユーザは、被検体ＰＳの体表におけるポート位置を確認しながら、ポート位置に対する穿孔等の処置を実施できる。また、投射制御部１６７は、可視光を投射させ、許容誤差情報を被検体ＰＳの体表に表示させてよい。

【0088】

また、投射制御部１６７は、被検体ＰＳに可視光を投射させ、被検体ＰＳ（例えば患者）の体表におけるポート位置処理部１６４により導出されたポート位置を示す情報を表示させてよい。この場合、投射制御部１６７は、ＡＲ技術を用いて、被検体ＰＳに、ポート位置を示す情報（例えばポートの識別情報、ポート位置を示す矢印）を重畳して表示させてよい。また、投射制御部１６７は、ＡＲ技術を用いて、被検体ＰＳに、許容誤差情報を重畳して表示させてよい。これにより、ユーザは、可視光によるガイド情報を参照することで、被検体ＰＳの体表におけるポート位置に関する情報を確認しながら、ポート位置に対する穿孔等の処置を実施できる。

【0089】

ここで変形情報について詳述する。

【0090】

変形シミュレーション部１６３は、気腹前後に得られる複数のボリュームデータ（ＣＴ画像）を基に、ボリュームデータに含まれる各部の動き（変形）を検出し、変形情報を生成する。この場合、変形シミュレーション部１６３は、複数の気腹量のボリュームデータを基に、複数のボリュームデータの変形に対して動き解析（変形解析）を行い、ボリュームデータにおける変形情報を取得する。変形解析の具体的手法は、例えば参考特許文献１、参考特許文献２に記載されている。これらは、非剛体レジストレーションの例になるが、剛体レジストレーションであってもよい。
（参考特許文献１：米国特許第８３１１３００号明細書）
（参考特許文献２：日本国特許第５４０８４９３号公報）

【0091】

変形シミュレーション部１６３は、変形情報として、ボリュームデータの任意の点の移動量に係る情報や速度に係る情報を取得してよい。変形シミュレーション部１６３は、参考特許文献１の手法を適用すると、ボリュームデータを２次元格子ｎｏｄｅ（ｋ，ｌ）に区切り、２次元格子のフェーズｔの格子ｎｏｄｅ（ｋ，ｌ，ｔ）における２次元座標を（ｘ，ｙ）とした場合、フェーズｔの値を変更して得られる複数のｎｏｄｅ（ｋ，ｌ，ｔ）の差分を基に、ｎｏｄｅ（ｋ，ｌ）の格子点に係る移動量の情報を算出してよい。また、変形シミュレーション部１６３は、移動量の情報を時間微分することで、速度の情報を算出してよい。移動量や速度の情報は、ベクトルで示されてよい。

【0092】

変形シミュレーション部１６３がこの２次元格子の変形情報をボリュームデータ全体の各点に対して補間すると、ボリュームデータの各点の変形情報が得られる。この所定の点の変形情報を、観察部位を含む領域の各点に対して適用すると、観察部位を含む領域の各点の変形情報が得られる。

【0093】

また、変形シミュレーション部１６３は、参考特許文献２の手法を適用すると、時系列に並ぶ（気腹前後の）ボリュームデータのうち、ボリュームデータｔｋ－１及びその時刻情報ｔｋ－１、並びにボリュームデータｔｋ及びその時刻情報ｔｋを基に、変形情報を生成してよい。変形情報は、複数のボリュームデータ上の対応する位置もしくは対応する物体の対応関係の情報、位置及び物体が移動変化する過程の情報を指してよい。各ボリュームデータの画素が、時刻ｋ－１と時刻ｋとの間の任意の時刻での位置を示す指標となる。

【0094】

なお、変形シミュレーション部１６３は、参考特許文献１の手法に限られず、その他の公知のレジストレーション手法を用いて変形解析を行ってもよい。ロボット手術支援装置１００は、変形情報を用いた各点や観察部位の変形解析により、被検体内の任意の位置が気腹前後でどの位置に移動したかを把握可能である。

【0095】

次に、標準的なポート位置の具体例について説明する。

【0096】

図５Ａは、被検体ＰＳの体表に設置されるポート位置の第１配置例を示す図である。図５Ｂは、被検体ＰＳの体表に設置されるポート位置の第２配置例を示す図である。図５Ｃは、被検体ＰＳの体表に設置されるポート位置の第３配置例を示す図である。複数のポート位置の配置は、例えば術式に応じて決定されてよい。図５Ａ～図５Ｃでは、被検体ＰＳの体格や観察対象の病変等の位置は考慮されていない。

【0097】

なお、図５Ａ～図５Ｃにおいて示された複数のポート位置は、穿孔予定のポート位置である。穿孔予定のポート位置と実際に穿孔されたポート位置とでは多少の誤差が生じることがあり、例えば２５ｍｍ程度の誤差が生じることがある。

【0098】

被検体ＰＳの体表に設けられるポートＰＴには、カメラＣＡが挿入されるカメラポートＰＴＣ、エンドエフェクタＥＦが挿入されるエンドエフェクタポートＰＴＥ、助手が把持する鉗子類が挿入される補助ポートＰＴＡ、が含まれてよい。各ポートＰＴは種類毎（例えばカメラポートＰＴＣ、エンドエフェクタポートＰＴＥ、補助ポートＰＴＡ毎）に複数存在してよく、各ポートＰＴの大きさは種類毎に同じでも異なってもよい。例えば、臓器を抑えるためのエンドエフェクタＥＦや被検体ＰＳ内での動きが複雑なエンドエフェクタＥＦが挿入されるエンドエフェクタポートＰＴＥは、電気メスとしてのエンドエフェクタＥＦが挿入されるエンドエフェクタポートＰＴＥよりも大きくてよい。補助ポートＰＴＡは、比較的自由に配置位置が計画されてよい。

【0099】

図５Ａでは、カメラポートＰＴＣのポート位置を基準（頂点）として、被検体ＰＳの右方向及び被検体ＰＳの左方向において、多くのエンドエフェクタポートＰＴＥ及び補助ポートＰＴＡが直線状に配列されている。

【0100】

図５Ｂでは、臍ｈｓの位置を挟んで、多くのエンドエフェクタポートＰＴＥ及び補助ポートＰＴＡが直線状に配列されている。また、カメラポートＰＴＣも臍ｈｓの近傍に配置されている。

【0101】

図５Ｃでは、多くのエンドエフェクタポートＰＴＥ及び補助ポートＰＴＡが直線状に配列されている。臍ｈｓの位置は、この直線上の位置から、ややずれている。また、カメラポートＰＴＣも臍ｈｓの近傍に配置されている。

【0102】

直線的に多くのポートＰＴが並んで配置されることが多いのは、ユーザが見やすいことと安心感があるためと考えられる。なお、複数のポートＰＴのうち、カメラポートＰＴＣが被検体ＰＳの体表面の中央部に配置されなくてもよい。

【0103】

図６は、ロボット手術時の被検体ＰＳ、ポートＰＴ、トロッカーＴＣ、及びロボットアームＡＲの位置関係の一例を示す図である。

【0104】

被検体ＰＳには、１つ以上のポートＰＴが設けられる。ポートＰＴのそれぞれには、トロッカーＴＣが配置される。トロッカーＴＣにはエンドエフェクタＥＦが接続（例えば挿通）され、被検体内でのエンドエフェクタＥＦによる作業（処置）が可能となる。ポート位置は、固定して配置され、術中に移動しない。したがって、ポート位置に配置されるトロッカーＴＣの位置も移動しない。一方、術中の処置に応じて、サージョンコンソールの操作を基にロボットアームＡＲ及びエンドエフェクタが制御され、ロボットアームＡＲは移動する。よって、ロボットアームＡＲとトロッカーＴＣの位置関係が変化し、被検体ＰＳの体表面に対するトロッカーＴＣの角度やトロッカーＴＣに取り付けられたエンドエフェクタＥＦの角度が変化する。なお、図６では、助手が把持する監視類もエンドエフェクタとして示されている。

【0105】

次に、ロボット手術支援装置１００の動作について説明する。

【0106】

まず、ポート位置シミュレーションの手順について説明する。図７は、ポート位置シミュレーションの手順の一例を示すフローチャートである。

【0107】

まず、ポート位置処理部１６４は、例えば通信部１１０を介して、被検体ＰＳを含むボリュームデータを取得する（Ｓ１１）。ポート位置処理部１６４は、例えば通信部１１０を介して、手術支援ロボット３００のキネマティクスの情報を取得する（Ｓ１２）。変形シミュレーション部１６３は、気腹シミュレーションを実行し（Ｓ１３）、被検体ＰＳの仮想気腹状態のボリュームデータを生成する。

【0108】

ポート位置処理部１６４は、術式の情報を取得する（Ｓ１４）。ポート位置処理部１６４は、取得された術式に応じた複数のポートＰＴの位置（初期位置）を取得し、設定する（Ｓ１４）。この場合、ポート位置処理部１６４は、３次元座標で複数のポートＰＴの位置を設定してよい。

【0109】

ポート位置処理部１６４は、ターゲット領域の位置の情報を取得する（Ｓ１５）。

【0110】

ポート位置処理部１６４は、Ｓ１４で取得された複数のポートの位置とターゲット領域の位置とに基づいて、各ポートＰＴから挿入された各エンドエフェクタＥＦがターゲット領域にアクセス可能か否かを判定する（Ｓ１６）各エンドエフェクタＥＦがターゲット領域にアクセス可能か否かは、ターゲット領域における全ての位置に、各エンドエフェクタＥＦが到達可能であるか否かに相当してよい。つまり、エンドエフェクタＥＦ（必要に応じて複数のエンドエフェクタＥＦ）によって、取得された術式に従ったロボット手術が可能であるか否かを示しており、アクセス可能な場合には、ロボット手術が可能であることを示している。

【0111】

各エンドエフェクタＥＦの少なくも１つがターゲット領域の少なくとも一部にアクセス不可能である場合、ポート位置処理部１６４は、穿孔対象の複数のポートＰＴに含まれる少なくとも１つのポートＰＴのポート位置を、被検体ＰＳの体表に沿って、移動する（Ｓ１７）。この場合、ポート位置処理部１６４は、ＵＩ１２０を介したユーザ入力を基に、ポート位置を移動してよい。移動させるポートＰＴは、少なくとも、ターゲット領域の少なくとも一部にアクセス不能であったエンドエフェクタＥＦが挿入されたポートＰＴを含む。

【0112】

各エンドエフェクタＥＦがターゲット領域にアクセス可能である場合、処理部１６０は、図７のポート位置シミュレーションの処理を終了する。

【0113】

このように、ロボット手術支援装置１００は、ポート位置シミュレーションを実施することで、取得された複数のポート位置を用いてターゲット領域にアクセス可能であるか否か、よって取得された複数のポート位置を用いた手術支援ロボット３００によるロボット手術が可能であるか否かを判定できる。複数のポート位置を用いてターゲット領域にアクセス不能である場合、ロボット手術支援装置１００は、ＵＩ１２０介してポート位置の少なくとも一部を変更して、変更された複数のポート位置を用いてターゲット領域にアクセス可能であるか否かを再度判定してよい。ロボット手術支援装置１００は、ターゲット領域にアクセス可能である複数のポート位置の組み合わせを、穿孔対象の複数のポート位置に計画できる。このように、ロボット手術支援装置１００は、ユーザ手動でポート位置を調整し、ポート位置を計画できる。

【0114】

次に、ポート位置スコアの算出例について説明する。

【0115】

複数のポート位置は、例えば術式に従って定められ、被検体ＰＳの体表上の任意の位置にそれぞれ配置されることが仮定されてよい。よって、複数のポート位置の組み合わせも、様々なポート位置の組み合わせが仮定されてよい。１つのポートＰＴから、ロボットアームＡＲに装着された１つのエンドエフェクタＥＦが被検体ＰＳ内に挿入可能である。よって、複数のポートＰＴから、複数のロボットアームＡＲに装着された複数のエンドエフェクタＥＦが被検体ＰＳ内に挿入可能である。

【0116】

１つのエンドエフェクタＥＦがポートＰＴを介して被検体ＰＳ内において到達可能な範囲が、１つのエンドエフェクタＥＦによって作業（ロボット手術における処置）が可能なワーキングエリア（個別ワーキングエリアＷＡ１）となる。よって、複数のエンドエフェクタＥＦによる個別ワーキングエリアＷＡ１が重複するエリアが、複数のエンドエフェクタＥＦが複数のポートＰＴを介して被検体ＰＳ内において同時に到達可能なワーキングエリア（全体ワーキングエリアＷＡ２）となる。術式に従った処置では、所定数（例えば３つ）のエンドエフェクタＥＦが同時動作することが必要であるので、所定数のエンドエフェクタＥＦが同時に到達可能な全体ワーキングエリアＷＡ２が考慮される。

【0117】

また、手術支援ロボット３００のキネマティクスによってエンドエフェクタＥＦが到達可能な被検体ＰＳにおける位置が異なるので、エンドエフェクタＥＦが被検体ＰＳ内に挿入される位置であるポート位置の導出に加味される。また、術式によって確保すべき全体ワーキングエリアＷＡ２の被検体ＰＳ内における位置が異なるので、全体ワーキングエリアＷＡ２の位置に対応するポート位置の導出に加味される。

【0118】

ポート位置処理部１６４は、取得された（仮定された）複数のポート位置の組み合わせ毎に、ポート位置スコアを算出してよい。ポート位置処理部１６４は、仮定された複数のポート位置の組み合わせのうち、所定条件を満たすポート位置スコア（例えば最大となるポートスコア）となるポート位置の組み合わせを計画してよい。つまり、計画されたポート位置の組み合わせに含まれる複数のポート位置を、穿孔対象の複数のポート位置に計画してよい。

【0119】

なお、ポート位置と手術支援ロボット３００の可動部の動作との関係性は、例えば参考非特許文献２，３に記載された関係性を満たしてよい。
（参考非特許文献２）：Mitsuhiro Hayashibe, Naoki Suzuki, Makoto Hashizume, Kozo Konishi, Asaki Hattori, “Robotic surgery setup simulation with the integration of inverse-kinematics computation and medical imaging”, computer methods and programs in biomedicine, 2006, P63-P72
（参考非特許文献３）Pal Johan From, “On the Kinematics of Robotic-assisted Minimally Invasive Surgery”, Modeling Identication and Control, Vol.34, No.2, 2013, P69-P82

【0120】

図８は、ロボット手術支援装置１００によるポート位置スコアを算出する場合の動作例を示すフローチャートである。

【0121】

図８の処理前には、図８に示したポート位置シミュレーションのＳ１１～Ｓ１４と同様に、被検体ＰＳのボリュームデータの取得、手術支援ロボット３００のキネマティクスの情報の取得、気腹シミュレーションの実行、及び術式の情報の取得が行われる。また、キネマティクスの情報は、術式に応じて各ロボットアームＡＲに装着された各エンドエフェクタＥＦの情報が含まれてよい。なお、ポート位置スコアの初期値は値０である。ポート位置スコアは、ポート位置の組み合わせの価値を示す評価関数（評価値）である。なお、変数は、作業の識別情報の一例であり、変数ｊは、ポートの識別情報の一例である。

【0122】

ポート位置処理部１６４は、術式に応じて、各エンドエフェクタＥＦを用いた作業ｗｏｒｋ＿ｉのリストである作業リストｗｏｒｋｓを生成する（Ｓ２１）。作業ｗｏｒｋ＿ｉには、術式に従った手術手順で各エンドエフェクタＥＦが作業するための情報が含まれる。作業ｗｏｒｋ＿ｉには、例えば把持、切除、縫合等が含まれてよい。なお、作業には、単一のエンドエフェクタＥＦによる単独作業、複数のエンドエフェクタＥＦによる協調作業、が含まれてよい。

【0123】

ポート位置処理部１６４は、術式及び仮想気腹状態のボリュームデータに基づいて、作業リストｗｏｒｋｓに含まれる作業ｗｏｒｋ＿ｉを行うために最低限必要な領域である最小領域ｌｅａｓｔ＿ｒｅｇｉｏｎ＿ｉを決定する（Ｓ２２）。最小領域は、被検体ＰＳにおける３次元領域で定められてよい。ポート位置処理部１６４は、最小領域ｌｅａｓｔ＿ｒｅｇｉｏｎ＿ｉのリストである最小領域リストｌｅａｓｔ＿ｒｅｇｉｏｎｓを生成する（Ｓ２２）。

【0124】

ポート位置処理部１６４は、術式、手術支援ロボット３００のキネマティクス、及び仮想気腹状態のボリュームデータに基づいて、作業リストｗｏｒｋｓに含まれる作業ｗｏｒｋ＿ｉを行うために推奨される領域である推奨領域ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ＿ｒｅｇｉｏｎ＿ｉを決定する（Ｓ２３）。ポート位置処理部１６４は、推奨領域ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ＿ｒｅｇｉｏｎ＿ｉのリストである推奨領域リストｅｆｆｅｃｔｉｖｅ＿ｒｅｇｉｏｎｓを生成する（Ｓ２３）。推奨領域には、作業を行うための最低限の空間（最小領域）とともに、例えばエンドエフェクタＥＦが動作するために推奨される空間が含まれてよい。

【0125】

ポート位置処理部１６４は、複数のポート位置ｐｏｒｔ＿ｊのリストであるポート位置リストｐｏｒｔｓの情報を取得する（Ｓ２４）。ポート位置は、３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）で定められてよい。ポート位置処理部１６４は、例えば、ＵＩ１２０を介してユーザ入力を受け付け、ユーザにより指定された１つ以上のポート位置を含むポート位置リストｐｏｒｔｓを取得してよい。ポート位置処理部１６４は、メモリ１５０にテンプレートとして保持されたポート位置リストｐｏｒｔｓを取得してもよい。

【0126】

ポート位置処理部１６４は、術式、手術支援ロボット３００のキネマティクス、仮想気腹状態のボリュームデータ、及び取得された複数のポート位置に基づいて、各作業ｗｏｒｋ＿ｉについて、各ポート位置ｐｏｒｔ＿ｊを介して各エンドエフェクタＥＦが作業可能な領域であるポート作業領域ｒｅｇｉｏｎ＿ｉを決定する（Ｓ２５）。ポート作業領域は、３次元領域で定められてよい。ポート位置処理部１６４は、ポート作業領域ｒｅｇｉｏｎ＿ｉのリストであるポート作業領域リストｒｅｇｉｏｎｓを生成する（Ｓ２５）。

【0127】

ポート位置処理部１６４は、作業ｗｏｒｋ＿ｉ毎に、最小領域ｌｅａｓｔ＿ｒｅｇｉｏｎ＿ｉからポート作業領域ｒｅｇｉｏｎ＿ｉから引いて、減算領域（減算値）を算出する（Ｓ２６）。ポート位置処理部１６４は、減算領域が空領域（減算値が負の値）でないか否かを判定する（Ｓ２６）減算領域が空領域でないか否かは、最小領域ｌｅａｓｔ＿ｒｅｇｉｏｎ＿ｉ内の少なくとも一部に、ポート作業領域ｒｅｇｉｏｎ＿ｉに覆われていない領域（ポートＰＴを介してエンドエフェクタＥＦが到達しない領域）が存在する否かを示している。

【0128】

減算領域が空領域である場合、ポート位置処理部１６４は、推奨領域ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ＿ｒｅｇｉｏｎ＿ｉとポート作業領域ｒｅｇｉｏｎ＿ｉとの積である体積値ｖｏｌｕｍｅ＿ｉを算出する（Ｓ２７）。そして、ポート位置処理部１６４は、作業ｗｏｒｋ＿ｉ毎に算出された体積値ｖｏｌｕｍｅ＿ｉを合計し、合計値ｖｏｌｕｍｅ＿ｓｕｍを算出する。ポート位置処理部１６４は、合計値ｖｏｌｕｍｅ＿ｓｕｍをポート位置スコアに設定する（Ｓ２７）。

【0129】

つまり、減算領域が空領域である場合、最小領域内にポート作業領域に覆われていない領域が存在せず、このポート位置リストｐｏｒｔｓ（ポート位置ｐｏｒｔ＿ｊの組み合わせ）が選択されることが好ましいので、このポート位置リストが選択され易くように、ポート位置スコアに作業ｗｏｒｋ＿ｉ毎の値が加算される。また、体積ｖｏｌｕｍｅ＿ｉを基準にポート位置スコアが決定されることで、最小領域やポート作業領域が大きい程、ポート位置スコアが大きくなり、このポート位置リストｐｏｒｔｓが選択され易くなる。よって、ポート位置処理部１６４は、最小領域やポート作業領域が大きく、手術における各処置が容易になるポート位置の組み合わせを選択し易くできる。

【0130】

一方、減算領域が空領域でない場合、ポート位置処理部１６４は、ポート位置リストｐｏｒｔｓについてのポート位置スコアを、値０に設定する（Ｓ２８）。つまり、最小領域内の少なくとも一部にポート作業領域に覆われていない領域が存在し、対象の作業ｗｏｒｋ＿ｉの作業を完結できない可能性があるので、このポート位置リストＰｏｓｔｓが選択されることが好ましくない。そのため、ポート位置処理部１６４は、このポート位置リストＰｏｓｔｓが選択されにくくなるように、ポート位置スコアを値０とし、選択候補から除外する。この場合、ポート位置処理部１６４は、同じポート位置リストｐｏｒｔｓを用いて他の作業ｗｏｒｋ＿ｉを行う場合に空領域となっても、全体でのポート位置スコアを値０に設定する。

【0131】

なお、ポート位置処理部１６４は、全ての作業ｗｏｒｋ＿ｉについて図８の各ステップを繰り返し、全作業ｗｏｒｋ＿ｉを加味したポート位置スコアを算出してよい。

【0132】

このように、ロボット手術支援装置１００は、ポート位置スコアを導出することで、被検体ＰＳの体表上に設けられる複数のポート位置を用いてロボット手術する場合に、穿孔候補のポート位置の組み合わせが、どの程度適切であるかを把握できる。個別ワーキングエリアＷＡ１や全体ワーキングエリアＷＡ２は、穿孔対象となる複数のポートの配置位置によって左右される。この場合でも、手術支援ロボット３００は、複数のポート位置の組み合わせ毎のスコア（ポート位置スコア）を加味することで、例えばポート位置スコアが閾値ｔｈ１以上（例えば最大）となる複数のポート位置の組み合わせを導出でき、ロボット手術を実施し易いポート位置を設定できる。

【0133】

また、ポート位置スコアに基づいてワーキングエリアが適切に確保されることで、ユーザは、ロボット手術において直接目視できない被検体ＰＳ内での視野を広く確保でき、ポート作業領域を広く確保でき、不測の事態に対処し易くなる。

【0134】

また、ロボット手術では、穿孔されたポート位置は不変であるが、ポート位置に挿入されるエンドエフェクタが装着されるロボットアームＡＲは所定範囲で移動可能である。そのため、ロボット手術では、計画されるポート位置によっては、ロボットアームＡＲが相互に干渉し得るので、ポート位置の計画は重要である。また、手術支援ロボット３００と被検体ＰＳとの位置関係を術中に変更することは原則的に行われないので、ポート位置の計画は重要である。

【0135】

図９は、ポート位置を基に定められるワーキングエリアの一例を示す図である。個別ワーキングエリアＷＡ１は、各ポート位置ｐｏｒｔ＿ｊに対応する個別のワーキングエリアである。個別ワーキングエリアＷＡ１は、個別のエンドエフェクタＥＦが到達可能な被検体ＰＳ内の領域でよい。各個別ワーキングエリアＷＡ１が重複するエリアが、全体ワーキングエリアＷＡ２である。全体ワーキングエリアＷＡ２は、ポート作業領域ｒｅｇｉｏｎ＿ｉに相当してよい。ロボット手術支援装置１００は、ポート位置スコアを用いることで、各ポート位置を最適化でき、好適な個別ワーキングエリアＷＡ１及び全体ワーキングエリアＷＡ２を導出できる。

【0136】

次に、ポート位置調整の詳細について説明する。

【0137】

ポート位置処理部１６４は、例えばメモリ１５０に保持されたテンプレートやＵＩ１２０を介したユーザ指示を基に、複数のポート位置（候補位置）の情報を取得する。ポート位置処理部１６４は、取得された複数のポート位置の組み合わせに基づいて、この複数のポート位置を用いた場合のポート位置スコアを算出する。

【0138】

ポート位置処理部１６４は、ポート位置スコアに基づいて、ポートＰＴの位置を調整してよい。この場合、ポート位置処理部１６４は、取得された複数のポート位置の場合のポート位置スコアと、この複数のポート位置のうちの少なくとも１つのポート位置を変更した場合のポート位置スコアと、に基づいて、ポートＰＴの位置を調整してよい。この場合、ポート位置処理部１６４は、３次元空間での各方向（ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向）に沿ったポート位置の微小移動や微分を加味してよい。

【0139】

なお、ｘ方向は、被検体ＰＳを基準とした左右方向に沿ってよい。ｙ方向は、被検体ＰＳを基準とした前後方向（被検体ＰＳの厚み方向）でよい。ｚ方向は、被検体ＰＳを基準とした上下方向（被検体ＰＳの体軸方向）でよい。ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and COmmunications in Medicine）で規定された３方向でよい。ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は、これ以外の方向でもよく、被検体ＰＳを基準にしない方向でもよい。

【0140】

例えば、ポート位置処理部１６４は、（式１）に従って、複数のポート位置に対して、ポート位置スコアＦ（ｐｏｒｔｓ）を算出し、Ｆの微分値Ｆ’を算出してよい。

【0141】

F(port_j(x+Δx, y, z)) - F(port_j(x, y, z))
F(port_j(x, y+Δy, z)) - F(port_j(x, y, z)) ・・・（式１）
F(port_j(x, y, z+Δz)) - F(port_j(x, y, z))

【0142】

つまり、ポート位置処理部１６４は、ポート位置F(port_j(x+Δx, y, z))の場合のポート位置スコアＦを算出し、ポート位置F(port_j(x, y, z))の場合のポート位置スコアＦを算出し、その差分を算出する。この差分値は、ポート位置F(port_j(x, y, z))におけるｘ方向の微小変化に対するポート位置スコアＦの変化を示し、つまり、ｘ方向のＦの微分値Ｆ’を示す。

【0143】

また、ポート位置処理部１６４は、ポート位置F(port_j(x, y+Δy, z))の場合のポート位置スコアＦを算出し、ポート位置F(port_j(x, y, z))の場合のポート位置スコアＦを算出し、その差分を算出する。この差分値は、ポート位置F(port_j(x, y, z))におけるｙ方向の微小変化に対するポート位置スコアＦの変化を示し、つまり、ｙ方向のＦの微分値Ｆ’を示す。

【0144】

また、ポート位置処理部１６４は、ポート位置F(port_j(x, y, z+Δz))の場合のポート位置スコアＦを算出し、ポート位置F(port_j(x, y, z))の場合のポート位置スコアＦを算出し、その差分を算出する。この差分値は、ポート位置F(port_j(x, y, z))におけるｚ方向の微小変化に対するポート位置スコアＦの変化を示し、つまり、ｚ方向のＦの微分値Ｆ’を示す。

【0145】

ポート位置処理部１６４は、各方向の微分値Ｆ’に基づいて、ポート位置スコアの最大値を算出する。この場合、ポート位置処理部１６４は、微分値Ｆ’に基づいて、再急降下法に従ってポート位置スコアが最大となるポート位置を算出してよい。ポート位置処理部１６４は、算出されたポート位置を穿孔対象の位置とするように、ポート位置を調整し、ポート位置を最適化してよい。なお、ポート位置スコアが最大となるポート位置でなくても、例えばポート位置スコアが閾値ｔｈ１以上となる位置でもよく、ポート位置スコアが改善されれば（高くなれば）よい。

【0146】

ポート位置処理部１６４は、このようなポート位置の調整を、複数のポート位置の組み合わせに含まれる他のポート位置の調整に適用したり、複数のポート位置の他の組み合わせにおけるポート位置の調整に適用したりしてよい。これにより、ポート位置処理部１６４は、各ポート位置が調整された（例えば最適化された）複数のポートＰＴを、穿孔対象のポート位置に計画できる。

【0147】

なお、複数のポート位置（ポート位置の座標）は、穿孔予定位置と実際の穿孔位置とで所定長（例えば２５ｍｍ）程度の誤差が生じ得、またポート位置の計画精度は精々３ｍｍあれば十分であると考えられる。そのため、ポート位置処理部１６４は、被検体ＰＳの体表において所定長毎に、ポート位置の組み合わせに含まれる複数のポート位置を総当たりで穿孔予定位置とし、この複数のポート位置についてのポート位置スコアをそれぞれ算出してよい。つまり、被検体ＰＳの体表における所定長（例えば３ｍｍ）の格子状（グリッド）に、穿孔予定位置が配置されてよい。また、体表上に仮定されるポート数（例えば格子状の交点の数）がｎ個であり、ポート位置の組み合わせに含まれるポート数がｍ個である場合、ポート位置処理部１６４は、ｎ個のポート位置からｍ個のポート位置を順番に選択して組み合わせ、それぞれの組み合わせでのポート位置スコアを算出してよい。このように、３ｍｍ間隔の格子状のようにグリッドが過度に細かくない場合には、ポート位置処理部１６４の計算負荷が過大となることを抑制でき、全組み合わせのポート位置スコアを算出可能である。

【0148】

なお、ポート位置処理部１６４は、公知の方法に従って、複数のポート位置の調整を行ってよい。ポート位置処理部１６４は、穿孔対象のポート位置を、調整後のポート位置の組み合わせに含まれる複数のポート位置に計画してよい。ポート位置調整の公知の方法は、以下の参考非特許文献４，５及び参考特許文献３に記載された技術を含んでよい。

【0149】

（参考非特許文献４）Shaun Selha、Pierre Dupont, Robert Howe, David Torchiana, “Dexterity optimization by port placement in robot-assisted minimally invasive surgery”, SPIE International Symposium on Intelligent Systems and Advanced Manufacturing, Newton, MA, 28-31, 2001
（参考非特許文献５）Zhi Li, Dejan Milutinovic, Jacob Rosen, “Design of a Multi-Arm Surgical Robotic System for Dexterous Manipulation”, Journal of Mechanisms and Robotics, 2016
（参考特許文献３）米国特許出願公開第２００７／０２４９９１１明細書

【0150】

次に、ポート位置の許容誤差について説明する。

【0151】

ポート位置処理部１６４は、各ポートに許容される誤差を示す情報（許容誤差情報）を導出（例えば算出）する。ポート位置処理部１６４は、ポート位置スコアに基づいて、許容誤差情報を算出してよい。ポート位置処理部１６４は、ポート位置の移動に伴うポート位置スコアの変動量に基づいて、許容誤差情報を算出してよい。許容誤差は、例えば、ポート位置の穿孔精度の最高水準を示す閾値ｔｈ２（例えば誤差３ｍｍ）よりも大きい値でよい。

【0152】

許容誤差情報は、被検体ＰＳの体表上に表示されてよい。この場合、投射制御部１６７が、許容誤差情報を示す可視光を、被検体ＰＳの体表に向けて投射させてよい。また、表示制御部１６６が、被検体ＰＳのボリュームデータをレンダリングしたレンダリング画像に、許容誤差情報を重畳して表示させてよい。

【0153】

許容誤差情報は、図形情報や文字情報として表示されてよい。図形情報は、穿孔対象のポート位置を含む許容誤差を含む範囲が示されてよい。この範囲は、被検体ＰＳの体表における二次元範囲でよい。二次元範囲は、円（楕円、真円、その他の円）、多角形（例えば長方形、正方形、三角形、その他の多角形）、その他の形状で示される範囲でよい。円や多角形は、プリミティブ形状とも称する。許容誤差情報は、その他の情報（例えば表示態様（表示色、表示サイズ、表示パターン、点滅パターン）の情報）として表示されてよい。例えばポートＰＴの許容誤差が大きい場合には第１の色でポートＰＴが表示され、許容誤差が小さい場合には第２の色でポートＰＴが表示されてよい。

【0154】

ロボット手術支援装置１００が許容誤差情報を表示させることで、ユーザは、許容誤差情報を視認でき、穿孔対象のポート位置がどのくらいの範囲で穿孔されることが許容されるかを迅速に把握できる。よって、例えば許容誤差情報が示す空間的（又は平面的）な範囲が大きい場合、ユーザは、穿孔対象のポート位置にポートを大雑把に穿孔可能であることを認識できる。また、例えば許容誤差情報が示す空間的（又は平面的）な範囲が小さい場合、ユーザは、穿孔対象のポート位置にポートＰＴを正確に穿孔する必要があることを認識できる。よって、ロボット手術支援装置１００は、例えば許容誤差が大きい許容誤差情報を表示させる場合、ポートＰＴを穿孔するユーザの心理的負担を軽減できる。また、ロボット手術支援装置１００は、例えば許容誤差が大きい許容誤差情報を表示させる場合、ポートＰＴを穿孔するユーザがポートの位置決めを行うのに要する工数を削減でき、手術時間を短縮できる。また、ロボット手術支援装置１００は、例えば許容誤差が小さい許容誤差情報を表示させる場合、ポートＰＴの穿孔に際し高い精度が求められている旨を、ユーザへ注意喚起できる。

【0155】

図１０は、ロボット手術支援装置１００による許容誤差情報の導出手順の一例を示すフローチャートである。なお、図１０においても、図８と同様に、被検体ＰＳのボリュームデータの取得、手術支援ロボット３００のキネマティクスの情報の取得、気腹シミュレーションの実行、及び術式の情報の取得が事前に行われる。

【0156】

ポート位置処理部１６４は、複数のポート位置（穿孔候補の位置）の情報を取得する（Ｓ３１）。ポート位置処理部１６４は、取得された複数のポート位置に基づいて、ポート位置シミュレーションを行い、ポート位置スコアを算出する（Ｓ３２）。この場合、ポート位置処理部１６４は、術式、手術支援ロボット３００のキネマティクス、仮想気腹状態のボリュームデータ、及び取得された複数のポート位置に基づいて、ポート位置スコアを算出してよい。つまり、ここでは、ポート位置処理部１６４は、取得されたポート位置でのポート位置スコアを算出してよい。

【0157】

ポート位置処理部１６４は、取得された複数のポート位置に許容されるポート位置スコアの低下度合を示す許容低下情報（全体許容低下情報）を取得する（Ｓ３３）。許容低下情報は、ポート位置に許容されるポート位置スコアの低下量や低下率の情報を含んでよい。ポート位置処理部１６４は、ＵＩ１２０を介してユーザ入力を受け、全体許容低下情報を取得してよい。ポート位置処理部１６４は、メモリ１５０から全体許容低下情報を取得してよい。ポート位置処理部１６４は、通信部１１０を介して外部サーバから全体許容低下情報を取得してよい。

【0158】

ポート位置処理部１６４は、各ポート位置に許容されるポート位置スコアの低下度合を示す許容低下情報（個別許容低下情報）を取得する（Ｓ３４）。個別許容低下情報は、ポートＰＴ毎に同じでもよいし異なってもよい。ポート位置処理部１６４は、全体許容低下情報を基に、個別低下情報を導出（例えば算出）してよい。この場合、ポート位置処理部１６４は、全体許容低下情報が示す許容低下量をポートＰＴの数で除することで、個別許容低下情報が示すポート毎の許容低下量を算出してよい。

【0159】

また、ポート位置処理部１６４は、Ｓ３３における全体許容低下情報の取得をせずに、個別許容低下情報を取得してもよい。この場合、ポート位置処理部１６４は、ＵＩ１２０を介してユーザ入力を受け、個別許容低下情報を取得してよい。ポート位置処理部１６４は、メモリ１５０から個別許容低下情報を取得してよい。ポート位置処理部１６４は、通信部１１０を介して外部サーバから個別許容低下情報を取得してよい。

【0160】

ポート位置処理部１６４は、少なくとも１つのポート位置を移動する場合に、移動前のポート位置（ポート位置の組み合わせ）でのポート位置スコアと移動後のポート位置（ポート位置の組み合わせ）でのポート位置スコアとに基づいて、ポート位置の移動に伴う低下度合を示す低下情報を導出（例えば算出）する（Ｓ３５）。低下情報は、ポート位置の移動に伴う低下量や低下率を含んでよい。この場合、ポート位置処理部１６４は、移動前のポート位置でのポート位置スコアから移動後のポート位置でのポート位置スコアを減算して、ポート位置スコアの低下量を算出してよい。

【0161】

ポート位置処理部１６４は、ポート位置を移動させた場合のポート位置スコアの変化量（低下量）を、先述した（式１）に従って算出してもよい。この場合、ポート位置の所定距離（例えば微小距離）の移動前後におけるポート位置スコアの低下量は、ポート位置スコアＦの微分値Ｆ’に相当してよい。

【0162】

また、ポート位置の移動は、被検体ＰＳの体表面に沿った任意の方向への移動でよい。この場合、体表面が平面である場合には、移動前後のポート位置は、体表面に沿う二次元平面内に位置する。また、体表面が曲面を含む場合には、移動前後のポート位置は、３次元空間内に位置する。

【0163】

ポート位置処理部１６４は、被検体ＰＳにおいて、各ポート位置について、低下情報が許容低下情報を満たす領域（許容領域ＰＲ）を導出する（Ｓ３６）。この場合、ポート位置処理部１６４は、低下情報が示す低下量が、許容低下情報が示す許容低下量以下となる許容領域ＰＲを算出してよい。許容領域ＰＲは、３次元空間における領域でよい。したがって、許容領域ＰＲの輪郭は、ポート位置を基準とした、許容低下情報が示す許容低下量と一致する３次元空間における位置となる。許容領域ＰＲは、許容誤差情報の一例である。

【0164】

ポート位置処理部１６４は、表示制御部１６６又は投射制御部１６７を介して、ポートＰＴ毎に、ポート位置と、このポート位置についての許容領域ＰＲと、を表示させる（Ｓ３７）。この場合、表示制御部１６６は、被検体ＰＳのレンダリング画像に重畳して、ポートＰＴ毎に、ポート位置と、このポート位置についての許容領域ＰＲと、をディスプレイ１３０に表示させてよい。また、投射制御部１６７は、被検体ＰＳの体表に向かって、ポートＰＴ毎にポート位置とこのポート位置についての許容領域ＰＲとを示す可視光を、投射部１７０に投射させることで、ポート位置と許容領域ＰＲとを表示させてよい。

【0165】

なお、ポート位置処理部１６４は、気腹された被検体ＰＳの体表の情報を、仮想気腹状態のボリュームデータの輪郭を抽出することで取得してよい。ポート位置処理部１６４は、気腹された被検体ＰＳの体表と許容領域ＰＲとが重複する重複範囲を導出（例えば算出）してよい。画像生成部１６２は、仮想気腹状態のボリュームデータをサーフィスレンダリングして、導出された重複範囲のサーフィスレンダリング画像を生成してよい。表示制御部１６６は、重複範囲のサーフィスレンダリング画像をディスプレイ１３０に表示させてよい。

【0166】

また、レンダリング画像における許容領域ＰＲは、領域で直接指し示されるのではなく、他の情報により示されてよい。例えば、表示制御部１６６は、レンダリング画像の表面に許容領域ＰＲを投影させて得られる範囲の半径を表示させることで、許容領域ＰＲを表示させてよい。また、投射制御部１６７は、被検体ＰＳの体表に許容領域ＰＲを投影させて得られる範囲の半径を示す情報を可視光で投射させることで、許容領域ＰＲを表示させてよい。

【0167】

また、表示制御部１６６又は投射制御部１６７は、許容領域ＰＲを直接表示させるのではなく、許容領域ＰＲのサイズに応じて異なる表示態様（例えば表示色、表示パターン、点滅パターン）で各ポート位置を変更してよい。これにより、ユーザは、表示態様を確認することで、許容領域ＰＲのサイズを認識でき、許容誤差が大きいか小さいかを確認できる。

【0168】

このように、ロボット手術支援装置１００は、許容誤差情報の導出することで、ポートＰＴの穿孔に要求される穿孔精度を導出できる。また、ロボット手術支援装置１００は、許容誤差情報を表示させる（可視化する）ことで、ユーザは許容誤差情報を視認できる。よって、ユーザは、例えば、穿孔対象のポートを大雑把に穿孔可能であるか、慎重に穿孔する必要があるのか、等を確認でき、穿孔の準備をし易くなる。

【0169】

次に、被検体ＰＳの厚み方向（ｙ方向）におけるポート位置の誤差について説明する。

【0170】

図１１は、被検体ＰＳの厚み方向（ｙ方向）におけるポート位置の誤差の第１例を示す図である。図１２は、被検体ＰＳの厚み方向（ｙ方向）におけるポート位置の誤差の第２例を示す図である。図１１及び図１２では、直線的な距離に基づく誤差を例示している。

【0171】

ポート位置は、ベッドＢＤに横たわった被検体ＰＳを上（ｙ方向負側、いわゆる正面図）から見た平面図で示されることが多い。平面図で示されるポート位置の誤差は、ベッドＢＤに沿う方向の誤差であり、ｘｚ方向における誤差である。実際には、平面図では示されない、ｘｚ方向に垂直なｙ方向における位置が、体表上の位置によって異なる。

【0172】

図１１では、被検体ＰＳが気腹されており、気腹空間ｋｓが存在する。図１１では、ポートＡ１、ポートＢ１のいずれにおいても、平面図ではｘ方向に誤差１０ｍｍの範囲を示している。しかし、平面図で示されるｘｚ方向以外のｙ方向を加味すると、被検体におけるｘ方向中央部よりもｘ方向端部の方が、つまりポートＢ１の位置の方が、体表上の誤差の範囲が大きい。したがって、ポートＢ１の方がｙ方向の誤差のワーキングエリアに対する影響が大きい。誤差の範囲で位置変動し得るポートの位置に応じて、ワーキングエリアを加味したポート位置スコアが変化するためである。

【0173】

また、図１２においても、被検体ＰＳが気腹されており、気腹空間ｋｓが存在する。図１２では、ポート位置の情報として、平面図においてｘｚ方向に沿う誤差の範囲の情報を示すとともに、ｙ方向に沿う誤差の範囲の情報が記されている。具体例として、ポートＡ２の誤差の範囲が、ｘ方向において体表上の臍ｈｓに対応する位置からの距離が１５～２０ｍｍの範囲であることを示している。また、ポートＢ２の誤差の範囲が、ベッドＢＤからの距離が１５０ｍｍ～１６０ｍｍの範囲であることを示している。表示制御部１６６は、少なくとも一方の情報（ｘ方向に沿う誤差範囲、ｙ方向に沿う誤差範囲、の情報）を表示対象として決定し、表示させてよい。図１１、図１２に示した誤差の範囲は、許容誤差の範囲内でも許容誤差の範囲内でなくてもよい。

【0174】

次に、ポート位置を定めるための距離の計測方法について説明する。

【0175】

例えば穿孔対象のポートの穿孔のために、ポートの位置が基準位置（例えば臍ｈｓ、隣のポート位置）から計測される場合に、直線距離で計測されてもよいし、曲線的に距離が計測されてもよい。つまり、ポートの位置と基準位置との距離が、直線距離で示されてもよいし、曲線距離（例えば被検体ＰＳの体表に沿った距離）で示されてもよい。これらの距離の計測方法は、ポートＰＴが実際に穿孔されていない場合の仮想的な距離計測で用いられてもよいし、ポートＰＴが実際に穿孔された場合の距離の実測で用いられてもよい。

【0176】

図１３は、直線距離の計測例を示す図である。直線距離は、ｘｚ平面（ｘ方向）に沿った距離Ｌ１１やｙ方向に沿った距離Ｌ１２（ベッドＢＤからの距離）でよい。また、例えば、定規を用いてポート位置を計測する場合には、被検体ＰＳの体表に定規を当てて計測を行うので、直線的な距離の計測であってもｘｙｚ方向に平行でない距離でもよいし、また、体表の一部に平行な直線上の距離でもよい。

【0177】

図１４は、曲線的な距離の計測例を示す図である。曲線的な距離は、基準位置（例えば臍ｈｓ、隣のポート位置、ベッドＢＤ）からの被検体ＰＳの体表に沿った表面距離Ｌ１３，Ｌ１４でよい。曲線的な距離は、基準位置を基に凸包を生成し、凸包における表面距離でよい。例えば、巻尺を用いてポート位置を計測する場合には、被検体ＰＳの体表に沿った計測を行うので、曲線的な距離の計測が便利である。計測された距離は、計測器４００の操作部を介して計測器４００に距離情報として入力され、距離情報がロボット手術支援装置１００に送られてよい。また、計測された距離は、ロボット手術支援装置１００のＵＩ１２０を介してユーザ入力されてよい。

【0178】

次に、気腹量に応じた許容誤差の調整について説明する。
図１５は、気腹量に応じた許容誤差の調整例を示す図である。

【0179】

変形シミュレーション部１６３は、気腹量ｋｒ１を用いて気腹シミュレーションｋｎ１を行い、ボリュームデータｖ１を生成してよい。ボリュームデータｖ１の輪郭が、気腹シミュレーションｋｎ１が予測する仮想気腹状態の被検体ＰＳの体表面ｂｓ１となる。変形シミュレーション部１６３は、気腹量ｋｒ１よりも多い気腹量ｋｒ２（つまりｋｒ２＞ｋｒ１）を用いて気腹シミュレーションｋｎ２を行い、ボリュームデータｖ２を生成してよい。ボリュームデータｖ２の輪郭が、気腹シミュレーションｋｎ２が予測する仮想気腹状態の被検体ＰＳの体表面ｂｓ２となる。変形シミュレーション部１６３は、気腹量ｋｒ２よりも多い気腹量ｋｒ３（つまりｋｒ３＞ｋｒ２）を用いて気腹シミュレーションｋｎ３を行い、ボリュームデータｖ３を生成してよい。ボリュームデータｖ３の輪郭が、気腹シミュレーションｋｎ３が予測する仮想気腹状態の被検体ＰＳの体表面ｂｓ３となる。

【0180】

ポート位置処理部１６４は、気腹量ｋｒ２に基づく仮想気腹状態のボリュームデータｖ２に基づいて、３次元的な許容領域ＰＲを導出したとする。この場合、ポート位置処理部１６４は、許容領域ＰＲと体表面ｂｓ２の交わりから、許容範囲ＰＡ２を導出（例えば算出）してよい。また、ポート位置処理部１６４は、許容領域ＰＲを導出するためのボリュームデータｖ２とは別のボリュームデータｖ１，ｖ３の輪郭が示す体表面ｂｓ１，ｂｓ３と、許容領域ＰＲの交わりから、許容範囲ＰＡ１，ＰＡ３を導出（例えば算出）してよい。なお、気腹量が大きい程、許容範囲が大きくてよい。気腹量が小さい程、許容範囲が小さくてよい。

【0181】

ポート位置処理部１６４は、それぞれの体表面ｂｓ１、ｂｓ３に対応する許容範囲ＰＡ１、ＰＡ３を体表面ｂｓ２投影し、許容範囲ＰＡ１’、ＰＡ３’とし、許容範囲ＰＡ１’、ＰＡ２、ＰＡ３’の重複範囲を、最小許容範囲ＭＰＡとしてよい。最小許容範囲ＭＰＡは、いずれの気腹量ｋｒ１～ｋｒ３で気腹されても、許容領域ＰＲに含まれることを意味する。したがって、最小許容範囲ＭＰＡ内においてポートＰＴが穿孔されることで、気腹量によらずに許容誤差の範囲内に収まることになる。最小許容範囲ＭＰＡを示す情報は、ディスプレイ１３０又は被検体ＰＳの体表面に表示されてよい。最小許容範囲ＭＰＡは、許容範囲ＰＡ１’、ＰＡ２、ＰＡ３’の径の最小値を用いて定めてもよい。

【0182】

このように、ロボット手術支援装置１００は、複数の気腹状態を加味することで、例えば、標準的な気腹シミュレーションの結果と、腹部が大きく膨らんだ場合の気腹シミュレーションの結果と、あまり腹部が膨らまなかった場合の気腹シミュレーションの結果と、を取得してよい。ロボット手術支援装置１００は、それぞれの気腹シミュレーションの結果の体表面ｂｓ１～ｂｓ３と許容領域ＰＲとの重なる範囲（許容範囲ＰＡ１～ＰＡ３）を取得し、この許容範囲ＰＡ１～ＰＡ３を表示させてよい。また、ロボット手術支援装置１００は、許容範囲ＰＡ１～ＰＡ３について同一の被検体ＰＳの領域を含んで構成される最小許容範囲ＭＰＡを導出し、最小許容範囲ＭＰＡを表示させてよい。

【0183】

つまり、ポート位置処理部１６４は、気腹の度合いの揺らぎ（つまり気腹量）に基づいて、許容誤差を調整してよく、したがってポート位置を基準とした許容領域ＰＲを調整してよい。許容誤差の調整には、許容領域ＰＲの各体表面ｂｓ１～ｂｓ３への投影が含まれてよい。また、ポート位置処理部１６４は、気腹の度合いの揺らぎ（つまり気腹量）に依存しない許容領域ＰＲである最小許容範囲ＭＰＡを導出（例えば算出）してよい。ポート位置処理部１６４は、表示制御部１６６又は投射制御部１６７を介して、導出された最小許容範囲ＭＰＡを示す情報を表示（例えば最小許容範囲ＭＰＡの外縁を示す図形の表示、最小許容範囲ＭＰＡを識別可能な表示態様で表示）させてよい。また、ロボット手術支援装置１００は、最小許容範囲ＭＰＡを１つの指標とすることで、気腹の加減によって穿孔対象の位置が許容される誤差の範囲から外れるという不都合を吸収できる。

【0184】

また、ポート位置処理部１６４は、被検体ＰＳの動きを基に、空間座標で得られるポートＰＴの３次元の許容領域ＰＲを、被検体ＰＳの体表面ｂｓ１～ｂｓ３に投影してよい。被検体ＰＳの動きは、例えば、呼吸や心拍による動きがある。

【0185】

また、同じように被検体ＰＳ内にガスを送り込んでも、気腹のされ方は、被検体ＰＳによって異なり得る。例えば、体表部分が延び易い人と伸び難い人が存在する。また、臓器との位置関係に応じて、被検体ＰＳの一部の体表が延び易いが、他部の体表が伸び難いということもあり得る。このような場合でも、ロボット手術支援装置１００は、複数の気腹状態を加味して許容誤差や許容領域ＰＲを導出できるので、実際の気腹量によって想定外の許容誤差や許容領域ＰＲとなることを抑制できる。

【0186】

次に、ポート位置の許容誤差に関する処理のバリエーションについて説明する。

【0187】

ポート位置処理部１６４は、許容誤差を加味して、ポート位置シミュレーションやポート位置調整を行ってよい。例えば、ポート位置処理部１６４は、当初取得された又は当初計画されたポート位置を基準とした許容領域ＰＲ内のいずれかの位置を、穿孔対象のポート位置として新たに計画してよい。したがって、ユーザは、当初取得された又は当初計画されたポート位置という狭い範囲（位置）に限られずに、許容領域ＰＲ内のいずれかの位置という広い範囲において、ポートＰＴを穿孔できる。よって、ロボット手術支援装置１００は、ユーザの穿孔時の心理的負担を軽減できる。

【0188】

ポート位置処理部１６４は、ポートＴの許容誤差を３次元空間における方向に応じて別々に取り扱ってよい。例えば、ポート位置処理部１６４は、ｘｚ方向の許容誤差とｙ方向の許容誤差とを別々に取り扱ってよい。例えば、ポート位置処理部１６４は、被検体ＰＳの厚み方向（ｙ方向）を意識しなくて良いポートＰＴと被検体ＰＳの厚み方向（ｙ方向）を意識する必要のあるポートＰＴとを区別してよい。

【0189】

また、ポート位置処理部１６４は、３次元空間における方向に応じてポートＴの許容誤差を考慮するか否かを設定してよい。例えば、３次元空間における任意の位置に配置されたポート位置について、ｘｙ方向には許容誤差を考慮し、ｙ方向では許容誤差を考慮しなくておい。この場合、ユーザは、例えば被検体ＰＳの厚み方向の位置を穿孔時に気にしなくてよく、穿孔時の心理的負担が軽くなる。

【0190】

また、３次元空間における各方向に対して許容誤差が同じであっても異なってもよい。例えば３次元空間における各方向に対して許容誤差が同じである場合、許容誤差の外縁は、球表面となる。例えば３次元空間における各方向に対して許容誤差が異なる場合、許容誤差の外縁は、例えば楕円体の表面やその他の形状となる。また、上述したｘ方向、ｙ方向、ｚ方向を扱う座標系とは異なる任意の座標系を用いて、許容誤差が表現されてもよい。

【0191】

ポート位置処理部１６４は、表示制御部１６６又は投射制御部１６７を介して、許容誤差が閾値ｔｈ３以上であるポートＰＴ（許容誤差が大きくてよいポートＰＴ）を、気腹前にマーキングすることが可能であることを表示させてよい。この場合、ポート位置処理部１６４は、表示制御部１６６又は投射制御部１６７を介して、気腹前に想定されるポート位置を表示させてよい。例えば、ポート位置処理部１６４は、仮想気腹状態のボリュームデータの代わりに、非気腹状態のボリュームデータに基づいて、ポート位置シミュレーションやポート位置調整を行ってポート位置を計画してよい。そして、ポート位置処理部１６４は、表示制御部１６６又は投射制御部１６７を介して、計画されたポート位置を表示させてよい。

【0192】

また、ポート位置処理部１６４は、表示制御部１６６又は投射制御部１６７を介して、許容誤差が閾値ｔｈ３未満であるポートＰＴ（許容誤差が小さいポートＰＴ）を、気腹前にマーキングすることが不可能であることを表示させてよい。

【0193】

ポート位置処理部１６４は、許容領域ＰＲの表示において、肋骨や臍ｈｓなどの被検体ＰＳにおけるランドマークを用いてよい。例えば、許容領域ＰＲは、所定のポート位置を含む所定の領域のうち、肋骨を避けた領域とされてよいし、臍ｈｓから所定距離の領域とされてよい。

【0194】

このように、ポートＰＴには、穿孔精度が個別ワーキングエリアＷＡ１に与える影響が大きいポートＰＴと、穿孔精度が個別ワーキングエリアＷＡ１に与える影響が小さいポートＰＴがある。また、術式に応じて、穿孔精度がワーキングエリア（個別ワーキングエリアＷＡ１、全体ワーキングエリアＷＡ２）に与える影響が異なる。

【0195】

これに対し、ロボット手術支援装置１００は、穿孔精度がワーキングエリアに与える影響度の大きさを基に許容誤差を定めることで、許容誤差の小さいポートＰＴのポート位置を中心に、ポート位置を調整できる。そのため、ロボット手術支援装置１００は、ポート位置シミュレーションやポート位置調整の使い勝手を改良できる。

【0196】

また、ロボット手術支援装置１００は、ロボット手術中に穿孔に注意深さが必要なポートＰＴの情報と、大雑把に穿孔可能なポートＰＴの情報と、を区別可能に表示させることができる。よって、ユーザは、この表示を確認してポートＰＴを穿孔することで、手技の時間を短縮できる。また、大雑把に穿孔可能なポートＰＴについては、複数のユーザでの協働作業もし易くなり、手術時間の短縮につながる。

【0197】

また、被検体ＰＳの体表には、既往歴があり癒着などによりポートＰＴを設けることが困難な領域（使用困難領域）が存在し得る。また、許容領域ＰＲ内には、使用困難領域と使用困難領域ではない領域（使用可能領域）とが混在し得る。ポート位置処理部１６４は、ＵＩ１２０を介したユーザ入力を受け、使用困難領域を指定してよい。使用困難領域の設定情報は、メモリ１５０に保持され、適宜参照されてよい。この場合、穿孔対象のポート位置が使用困難領域に含まれていても、ポート位置処理部１６４は、穿孔対象のポート位置の許容領域ＰＲの使用可能領域におけるいずれかの位置を、新たなポート位置に計画してよい。ポート位置処理部１６４は、表示制御部１６６又は投射制御部１６７を介して、新たに計画されたポート位置又は許容領域ＰＲの使用可能領域を識別可能に表示させてよい。これにより、ロボット手術支援装置１００は、被検体ＰＳの体内に癒着等があっても、穿孔対象のポート位置の許容誤差範囲内における他の位置を、新たなポート位置として穿孔することを補助できる。

【0198】

図１６は、穿孔対象のポートＰＴの許容領域ＰＲを示す情報を含むガイド情報の第１表示例を示す図である。図１７は、穿孔対象のポートＰＴの許容領域ＰＲを示す情報を含むガイド情報の第２表示例を示す図である。図１６は、被検体ＰＳのコロナル断面を示す。図１７は、被検体ＰＳのサジタル断面を示す。

【0199】

図１６及び図１７の画像は、ディスプレイ１３０に表示される例であるが、投射部１７０により被検体ＰＳの体表に向けて可視光が投射され、可視光により体表上にガイド情報が表示されてよい。なお、ガイド情報に含まれる長さの情報は、一例であり、他の長さでもよい。

【0200】

図１６では、ボリュームレンダリング画像が表示されるとともに、ボリュームレンダリング画像に重畳してガイド情報が表示されている。ガイド情報には、穿孔対象のポート位置に示されたポートＰＴの識別情報（例えばポートＡ，Ｂ，Ｃ）が含まれてよい。なお、ポートＰＴの識別情報が示されてなくてもよい。

【0201】

また、図１６では、ポートＡの穿孔において誤差が許容される許容領域ＰＲＡが、ポートＡの位置から半径１５ｍｍ（ｒ１５）以内であることが示されている。つまり、ポートＡの許容領域ＰＲＡが、中心がポートＡの位置で半径が１５ｍｍの真円内であることが示されている。また、ポートＢの穿孔において誤差が許容される許容領域ＰＲＢが、臍ｈｓから体軸方向に沿う方向（ｚ方向）に２０ｍｍ移動させた位置で、臍ｈｓから体軸方向に垂直な方向（ｘ方向）に１２０ｍｍ±１０ｍｍの範囲内であることが示されている。なお、このポートＢの許容領域ＰＲＢは、臍ｈｓからｚ方向に０ｍｍ±２０ｍｍの範囲内であり、臍ｈｓからｘ方向に１２０ｍｍ±１０ｍｍの範囲内であることが示されてもよい。また、ポートＣの穿孔において誤差が許容される許容領域ＰＲＣが、被検体ＰＳの側端部（ｘ方向端部）から、臍ｈｓから体軸方向に垂直な方向（ｘ方向）に１００ｍｍ移動させた位置で、ポートＣの位置を中心として体表面に沿う１０ｍｍ×２０ｍｍの長方形の領域内であることが示されている。

【0202】

図１７では、ボリュームレンダリング画像が表示されるとともに、ボリュームレンダリング画像に重畳してガイド情報が表示されている。ガイド情報には、穿孔対象のポート位置に示されたポートＰＴの識別情報（例えばポートＤ，Ｅ）が含まれてよい。なお、ポートＰＴの識別情報が示されてなくてもよい。

【0203】

また、図１７では、ポートＤの穿孔において誤差が許容される許容領域ＰＲＤが、臍ｈｓから体表に沿って、体軸に垂直な方向（ｙ方向）に沿う方向に移動した位置を中心として、長径２０ｍｍ且つ短径１０ｍｍの楕円の範囲内であることが示されている。また、ポートＥの穿孔において誤差が許容される許容領域ＰＲＥが、臍ｈｓから体表に沿ってｙ方向に沿う方向に移動した位置であってベッドＢＤからの距離が１００ｍｍである位置を中心として、長径３０ｍｍ且つ短径１０ｍｍの楕円の半分の範囲内であることが示されている。

【0204】

なお、ガイド情報における矢印は、両方向矢印の両先端位置の間の距離を示している。図１６及び図１７では、距離をｍｍ単位で示している。また、臍ｈｓの位置も矢印で示されている。この距離は、ある程度の幅を持った距離（例えば１２０ｍｍ±１０ｍｍ）であることもあり得る。

【0205】

なお、図１６及び図１７で示された二次元の許容領域ＰＤ（ＰＤＡ～ＰＤＥ）は、図１６及び図１７の画像が示された面に射影された上述の許容範囲とも言える。

【0206】

次に、比較例及び本実施形態のポート位置の表示例について説明する。

【0207】

図１８は、比較例のポート位置の表示例を示す図である。図１８では、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはポートの識別情報の一例であり、図示された長さの単位はｍｍである。なお、図１８で示す各値は一例であり、他の値でもよい。

【0208】

図１８では、臍ｈｓから頭部側に体軸方向に沿って移動させた位置に、臍ｈｓとポートＣとの距離が２０ｍｍとなるように、ポートＣのポート位置が指示され表示されている。また、ポートＡ～Ｅが体軸方向と垂直な方向に直線状に配置されるように、各ポートＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅが指示され表示されている。つまり、ポートＡ及びポートＢの間の距離が５０ｍｍ、ポートＢ及びポートＣの間の距離が５０ｍｍ、ポートＣ及びポートＤの間の距離が６０ｍｍ、ポートＤ及びポートＥの間の距離が４０ｍｍ、となるように指示され表示されている。このように、比較例では、各ポートＡ～Ｅの許容誤差が加味されていない。そのため、ユーザは、指定された位置に正確に各ポートＡ～Ｅを穿孔する必要がある。

【0209】

図１９は、本実施形態のポート位置及び許容誤差情報の表示例を示す図である。

【0210】

図１９では、隣り合うポート間の距離がある程度の幅（許容誤差）を有して指示され表示されている。つまり、臍ｈｓ及びポートＣの間の距離が２０ｍｍ～２５ｍｍ、ポートＡ及びポートＢの間の距離が５０ｍｍ～６０ｍｍ、ポートＢ及びポートＣの間の距離が５０ｍｍ～６０ｍｍ、ポートＣ及びポートＤの間の距離が６０ｍ～７０ｍｍ、ポートＣ及びポートＥの間の距離が１００～１０５ｍｍ、となるように指示され表示されている。このように、本実施形態では、各ポートＡ～Ｅの許容誤差が加味されている。そのため、ユーザは、指定された位置を基準に、ある程度の余裕を持って各ポートＡ～Ｅを穿孔でき、ポートＰＴを穿孔するための心理負担を軽減できる。

【0211】

以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0212】

第１の実施形態では、撮像されたＣＴ画像としてのボリュームデータは、ＣＴ装置２００からロボット手術支援装置１００へ送信されることを例示した。この代わりに、ボリュームデータが一旦蓄積されるように、ネットワーク上のサーバ等へ送信され、サーバ等に保管されてもよい。この場合、必要時にロボット手術支援装置１００の通信部１１０が、ボリュームデータを、有線回線又は無線回線を介してサーバ等から取得してもよいし、任意の記憶媒体（不図示）を介して取得してもよい。

【0213】

第１の実施形態では、撮像されたＣＴ画像としてのボリュームデータは、ＣＴ装置２００からロボット手術支援装置１００へ通信部１１０を経由して送信されることを例示した。これは、実質的にＣＴ装置２００とロボット手術支援装置１００とを併せて一製品として成立している場合も含まれるものとする。また、ロボット手術支援装置１００がＣＴ装置２００のコンソールとして扱われている場合も含む。

【0214】

第１の実施形態では、ＣＴ装置２００により画像を撮像し、生体内部の情報を含むボリュームデータを生成することを例示したが、他の装置により画像を撮像し、ボリュームデータを生成してもよい。他の装置は、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置、血管造影装置（Angiography装置）、又はその他のモダリティ装置を含む。また、ＰＥＴ装置は、他のモダリティ装置と組み合わせて用いられてもよい。

【0215】

第１の実施形態では、ロボット手術支援装置１００に、手術支援ロボット３００が接続されているが、接続されていなくてもよい。手術支援ロボット３００のキネマティクスの情報があらかじめ取得されていれば十分だからである。また、ポートの穿孔を終了してから手術支援ロボット３００を接続してもよい。また、手術支援ロボット３００を構成する装置のうち一部の装置にのみ接続してもよい。また、ロボット手術支援装置１００自体が、手術支援ロボット３００の一部であってもよい。

【0216】

第１の実施形態では、手術支援ロボット３００は、低侵襲手術を目的とする手術支援ロボットであったが、低侵襲手術を目的とする手術支援ロボット３００は、腹腔鏡手術を支援する手術支援ロボットであってよい。また、手術支援ロボット３００は、内視鏡手術を支援する手術支援ロボットであってよい。

【0217】

第１の実施形態では、ロボット手術支援装置１００が被検体の仮想気腹状態のボリュームデータを基にポート位置を計画することを例示したが、これに限られない。例えば観察対象が呼吸器や頸部では気腹されずにロボット手術されることがあるためである。つまり、ロボット手術支援装置１００は、非気腹状態のボリュームデータを基にポート位置を計画してもよい。

【0218】

第１の実施形態では、被検体ＰＳとして人体を例示したが、動物の体でもよい。

【0219】

本開示は、第１の実施形態のロボット手術支援装置の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してロボット手術支援装置に供給し、ロボット手術支援装置内のコンピュータが読み出して実行するプログラムも適用範囲である。

【0220】

以上のように、上記実施形態のロボット手術支援装置１００は、手術支援ロボット３００による低侵襲なロボット手術を支援する。処理部１６０は、被検体ＰＳの３Ｄデータ（例えば非気腹状態のボリュームデータや仮想気腹状態のボリュームデータ）を取得してよい。処理部１６０は、手術支援ロボット３００のロボット手術を行うための可動部（例えばロボットアームＡＲ、エンドエフェクタＥＦ）の動作に関する動作情報（例えばキネマティクス）を取得してよい。処理部１６０は、被検体ＰＳを手術するための術式の情報を取得してよい。処理部１６０は、被検体ＰＳの体表に穿孔されるポートＰＴの位置の情報を取得してよい。処理部１６０は、３Ｄデータと、手術支援ロボット３００の動作情報と、術式と、ポートＰＴの位置に基づいて、ポートＰＴの穿孔において誤差が許容される被検体ＰＳの体表上の二次元範囲を導出してよい。この二次元範囲は、ディスプレイ１３０又は被検体ＰＳの体表上に表示される許容領域ＰＤ（許容範囲）の一例である。処理部１６０は、ポートＰＴの位置の情報と二次元範囲を示す情報とを表示部（例えばディスプレイ１３０）に表示させてよい。

【0221】

これにより、ロボット手術支援装置１００がポート位置と二次元範囲を示す情報を表示させることで、ユーザは、ポートＰＴを穿孔する際に誤差がどの程度許容されるかを視認できる。つまり、ポートＰＴを穿孔するために必要とされる穿孔精度を認識できる。例えば、高い穿孔精度が必要とされないポートＰＴについては、ユーザは、大雑把に穿孔作業を行うことができ、手術時間を短縮できる。また、高い穿孔精度が必要とされるポートＰＴについては、ユーザは、慎重に穿孔作業を行うことができ、穿孔精度を確保できる。ロボット手術支援装置１００は、ユーザに許容誤差（要求される穿孔精度）の情報を視覚的に提供することで、ユーザによる穿孔時の心理的負担を低減できる。

【0222】

また、ポートＰＴの位置と、ポートＰＴに許容される誤差の二次元範囲の輪郭上の各位置と、の距離は、複数の異なる距離を含んでよい。

【0223】

これにより、ロボット手術支援装置１００は、実空間としての３次元空間においてポート位置の許容誤差が第１の方向には大きく第２の方向には小さいという状況も許容できる。つまり、ロボット手術支援装置１００は、実空間としての３次元空間においてポート位置の許容誤差が均一でなくてよく、指向性を有してよく、より実態に合う許容誤差の情報を提供できる。ユーザは、例えば、許容誤差が大きい方向については慎重になり過ぎずに穿孔位置を確認でき、許容誤差が小さい方向については慎重に穿孔位置を確認できる。ユーザは、例えば、許容誤差が小さい方向についてのみ計測を行い、許容誤差が大きい方向については目視で位置決めを行うことができる。

【0224】

また、処理部１６０は、被検体ＰＳのボリュームデータに気腹シミュレーションを行い、仮想気腹状態の３Ｄデータを生成してよい。

【0225】

これにより、ユーザは、仮想気腹状態の３Ｄデータを加味した許容誤差を確認できる。

【0226】

また、処理部１６０は、被検体ＰＳのボリュームデータに異なる気腹量で複数の気腹シミュレーションを行い、複数の仮想気腹状態の３Ｄデータを生成してよい。処理部１６０は、複数の仮想気腹状態の３Ｄデータに基づいて、二次元範囲を複数導出してよい。処理部１６０は、ポート位置の情報と複数の二次元範囲を示す情報とを表示させてよい。

【0227】

これにより、ロボット手術支援装置１００は、気腹状態に応じて複数の許容誤差の情報を表示させることができる。気腹時の体表の伸び方や被検体ＰＳ内の臓器の配置も異なるので、各被検体ＰＳに対して同様にガスが注入されても、気腹状態はそれぞれ異なり得る。また、気腹時のガス量は患者の換気能力や合併症の危険性を鑑み患者によって異なるので、気腹状態はそれぞれ異なり得る。そのため、気腹前に気腹状態を正確に推定することは困難である。これに対し、ロボット手術支援装置１００は、様々な気腹状態に対応した許容誤差の情報をそれぞれ表示でき、ユーザは、様々な気腹状態に対応した許容誤差を容易に確認できる。

【0228】

また、処理部１６０は、被検体ＰＳのボリュームデータに異なる気腹量で複数の気腹シミュレーションを行い、複数の仮想気腹状態の３Ｄデータを生成してよい。処理部１６０は、複数の仮想気腹状態の３Ｄデータに基づいて、二次元範囲を複数導出してよい。処理部１６０は、複数の二次元範囲において共通に含まれる被検体の体表上の範囲である最小許容範囲を導出してよい。処理部１６０は、ポート位置の情報と最小許容範囲ＭＰＡを示す情報とを表示させてよい。

【0229】

これにより、ロボット手術支援装置１００は、気腹状態に応じて複数の許容誤差の情報を表示させることができる。気腹時の体表の伸び方や被検体ＰＳ内の臓器の配置も異なるので、各被検体ＰＳに対して同様にガスが注入されても、気腹状態はそれぞれ異なり得る。そのため、気腹前に気腹状態を正確に推定することは困難である。これに対し、ロボット手術支援装置１００は、様々な気腹状態に加味した許容誤差の情報を表示でき、ユーザは、様々な気腹状態に対応した許容誤差を容易に確認できる。

【0230】

また、二次元範囲の形状は、プリミティブ形状を含んでよい。

【0231】

これにより、ロボット手術支援装置１００は、ユーザが理解し易い簡単な形状で、許容誤差の情報をユーザに視覚的に提供できる。

【0232】

また、処理部１６０は、３Ｄデータをレンダリングしてレンダリング画像を生成してよい。処理部１６０は、レンダリング画像に、ポートＰＴの位置の情報と二次元範囲の位置の情報とを重畳して、表示部（例えばディスプレイ１３０）に表示させてよい。

【0233】

これにより、ユーザは、ディスプレイ１３０によって、レンダリング画像で被検体ＰＳにおける穿孔対象のポートのポート位置と許容誤差を確認できる。また、ロボット手術支援装置１００がレンダリング画像を用いることで、ユーザは、許容誤差を加味したポートの穿孔による被検体ＰＳの内部への影響も推測できる。

【0234】

また、処理部１６０は、被検体ＰＳの体表に対して、ポートＰＴの位置の情報と二次元範囲の位置の情報とを示す可視光を、投射部１７０に投射させることで、ポートＰＴの位置の情報と複数の二次元範囲を示す情報とを被検体ＰＳの体表に表示させてよい。

【0235】

これにより、ロボット手術支援装置１００は、ロボット手術が行われる被検体ＰＳに直接、穿孔対象のポートＰＴのポート位置と二次元範囲を示す情報を投射できる。そのため、ユーザは、穿孔される被検体ＰＳ上に映し出されたポート位置と二次元範囲を示す情報を確認できる。よって、ユーザは、被検体ＰＳ上の可視光を目印に、許容誤差を認識でき、心理的負担を軽減してポートＰＴを穿孔できる。

【産業上の利用可能性】

【0236】

本開示は、ポートを穿孔するために必要とされる穿孔精度を認識できるロボット手術支援装置、ロボット手術支援方法、及びプログラム等に有用である。

【符号の説明】

【0237】

１００ ロボット手術支援装置
１１０ 通信部
１２０ ユーザインタフェース（ＵＩ）
１３０ ディスプレイ
１４０ プロセッサ
１５０ メモリ
１６０ 処理部
１６１ 領域抽出部
１６２ 画像生成部
１６３ 変形シミュレーション部
１６４ ポート位置処理部
１６６ 表示制御部
１６７ 投射制御部
１７０ 投射部
２００ ＣＴ装置
３００ 手術支援ロボット
４００ 計測器
ｂｓ１，ｂｓ２，ｂｓ３ 体表面
ＥＦ エンドエフェクタ
ｈｓ 臍
ｋｓ 気腹空間
ＭＰＡ 最小許容範囲
ＰＳ 被検体
ＰＴ ポート
ＰＴＡ 補助ポート
ＰＴＣ カメラポート
ＰＴＥ エンドエフェクタポート
ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ３ 許容範囲
ＰＲ 許容領域
ＴＣ トロッカー
ＷＡ１ 個別ワーキングエリア
ＷＡ２ 全体ワーキングエリア

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】