特許 7398698 手術支援システム

(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】2023-12-07

(45)【発行日】2023-12-15

(54)【発明の名称】手術支援システム

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/00 20160101AFI20231208BHJP

【ＦＩ】

A61B34/00

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019151679

(22)【出願日】2019-08-22

(65)【公開番号】P2021029490

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-08-22

(73)【特許権者】

【識別番号】300078361

【氏名又は名称】株式会社齋藤創造研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100144886

【弁理士】

【氏名又は名称】大坪 賢吾

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 憲彦

【審査官】鈴木 敏史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２３０７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１１１７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０８８２５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ３４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁性体であり、患者の体内に配置する手術ツールと、
前記体内に配置された前記手術ツールに作用する磁界を発生させる磁界発生機構を備える手術装置と、
前記手術装置を操作して前記手術ツールを前記体内で変位させる操作装置と、を有し、
前記磁界発生機構は、
互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸としたとき、
前記患者の体外に配置され、前記手術ツールを間に挟んでＸ軸方向に対向して配置された一対の電磁石と、
前記患者の体外に配置され、前記手術ツールを間に挟んでＹ軸方向に対向して配置された一対の電磁石と、
前記患者の体外に配置され、前記手術ツールを間に挟んでＺ軸方向に対向して配置された一対の電磁石と、
これら６つの前記電磁石を支持し、相対的位置関係を固定するフレームと、
前記フレームを移動させる移動機構と、を有し、
前記手術ツールに前記６つの電磁石で発生させた磁界が六方から作用することにより前記６つの電磁石の中心部分で前記手術ツールが浮遊し、前記移動機構を用いて前記フレームを移動することにより、前記体内で前記手術ツールが変位することを特徴とする手術支援システム。

【請求項2】

前記操作装置は、外力が入力される弾性層および前記弾性層に配置され前記弾性層の変形に伴って変位するマーカーを有する弾性入力部と、前記マーカーの変位を検出する検出部とを備え、術者の両手に把持される一対の入力装置を有し、
前記一対の入力装置の前記弾性層を押圧しつつ、前記一対の入力装置を相対的な位置関係を一定に保って前記Ｘ軸方向に動かすと、前記フレームがＸ軸方向に移動し、
前記一対の入力装置の前記弾性層を押圧しつつ、前記一対の入力装置を相対的な位置関係を一定に保って前記Ｙ軸方向に動かすと、前記フレームがＹ軸方向に移動し、
前記一対の入力装置の前記弾性層を押圧しつつ、前記一対の入力装置を相対的な位置関係を一定に保って前記Ｚ軸方向に動かすと、前記フレームがＺ軸方向に移動する請求項１に記載の手術支援システム。

【請求項3】

前記一対の入力装置の前記弾性層を押圧しつつ、前記一対の入力装置を相対的な位置関係を一定に保ってＸ軸まわりに動かすと、前記フレームがＸ軸まわりに回転し、
前記一対の入力装置の前記弾性層を押圧しつつ、前記一対の入力装置を相対的な位置関係を一定に保ってＹ軸まわりに動かすと、前記フレームがＹ軸まわりに回転し、
前記一対の入力装置の前記弾性層を押圧しつつ、前記一対の入力装置を相対的な位置関係を一定に保ってＸ軸まわりに動かすと、前記フレームがＺ軸まわりに回転する請求項２に記載の手術支援システム。

【請求項4】

前記弾性層を押圧する強さによって前記手術ツールを病巣に押し付ける強さが変化する請求項２または３に記載の手術支援システム。

【請求項5】

前記操作装置は、前記患者の術野を表示する画像表示装置を有する請求項１から４のいずれか１項に記載の手術支援システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、手術支援システムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、手術を行うための手術支援システムとして、特許文献１に記載された手術支援システムが知られている。特許文献１に記載の手術支援システムは、患者が横になる手術台と、手術のための手術ツールを備える手術ロボットと、手術ロボットを操作するためのコンソールとを有する。コンソールは、手術野を表示する画面と、手術ロボットを走査するための入力制御デバイスとを有する。一方で、手術ロボットは、少なくとも１つの多関節アームを備え、この多関節アームの先端部には所定の手術ツールが装着されている。外科医は、コンソールに映し出された手術野を見つつ、入力制御デバイスを介して手術ロボットが備える多関節アームを操作することにより、手術台上の患者に対して手術を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－４８１５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、このような多関節アームを備える手術ロボットと比べて、手術ツールの位置や姿勢に制限が少なく、優れた操作性を有する手術支援システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

このような目的は、下記の本発明により達成される。

【0006】

（１） 磁性体であり、患者の体内に配置する手術ツールと、
前記体内に配置された前記手術ツールに作用する磁界を発生させる磁界発生機構を備える手術装置と、
前記手術装置を操作して前記手術ツールを前記体内で変位させる操作装置とを有することを特徴とする手術支援システム。

【0007】

（２） 前記操作装置は、外力が入力される弾性層および前記弾性層に配置され前記弾性層の変形に伴って変位するマーカーを有する弾性入力部と、前記マーカーの変位を検出する検出部とを備える入力装置を有し、
前記入力装置を用いて前記手術装置を操作する上記（１）に記載の手術支援システム。

【0008】

（３） 前記弾性入力部への入力および前記入力装置の変位によって前記手術装置を操作する上記（２）に記載の手術支援システム。

【0009】

（４） 前記操作装置は、前記患者の術野を表示する画像表示装置を有する上記（１）から（３）のいずれかに記載の手術支援システム。

【0010】

（５） 前記磁界発生機構は、前記体内に配置された前記手術ツールを間に挟んで配置された少なくとも一対の磁界発生部を有する上記（１）から（４）のいずれかに記載の手術支援システム。

【0011】

（６） 前記磁界発生部は、電磁石であり、
前記電磁石が発生する磁界の強さを変更することにより前記手術ツールを前記体内で変位させる上記（５）に記載の手術支援システム。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、磁界発生機構で発生する磁界を手術ツールに作用させて、その磁界を利用して手術ツールを操作する。つまり、手術ツールは、手術装置に機械的に接続されておらず、その変位に制限がない。そのため、従来のようなロボットアームの先端に手術ツールを装着する場合と比べて、手術ツールの位置や姿勢に制限がかかり難く、優れた操作性を有する手術支援システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施形態に係る手術支援システムの全体構成を示す図である。

【図2】手術ツールが体内に導入された状態を示す図である。

【図3】手術ツールの一例を示す図である。

【図4】手術ツールの一例を示す図である。

【図5】手術ツールの一例を示す図である。

【図6】手術装置の一例を示す図である。

【図7】操作装置の一例を示す図である。

【図8】入力装置の一例を示す断面図である。

【図9】図８に示す入力装置の部分拡大断面図である。

【図10】手術ツールの操作方法の一例を示す図である。

【図11】手術ツールの操作方法の一例を示す図である。

【図12】手術ツールの操作方法の一例を示す図である。

【図13】手術ツールの操作方法の一例を示す図である。

【図14】第２実施形態に係る力装置の部分拡大断面図である。

【図15】第３実施形態に係る操作装置を示す図である。

【図16】入力装置の変形例を示す図である。

【図17】第４実施形態に係る手術ツールを示す図である。

【図18】第５実施形態に係る手術ツールを示す図（断面図）である。

【図19】第６実施形態に係る手術ツールを示す図である。

【図20】第７実施形態に係る手術ツールを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜第１実施形態＞
図１に、対象患者に対して外科的な手術を行うための手術支援システム１を示す。手術支援システム１は、患者Ｈを載置する手術台２と、患者Ｈの体内に導入される手術ツール３と、手術ツール３を操作する手術装置４と、手術装置４を操作する操作装置５とを有する。このような構成の手術支援システム１は、執刀医が操作装置５を用いて手術装置４を操作することで、患者Ｈの体内に導入された手術ツール３を用いて病巣に対して所望の処置を行うように構成されている。

【0015】

図２に示すように、手術ツール３は、患者Ｈの体内（腹腔内）に導入可能な程に小さい小片３１で構成されている。なお、図２では、小片３１を体内に導入するための管９１おおび患者Ｈの術野を撮像するための３Ｄ内視鏡カメラ９２が患者Ｈに挿入された状態を示す。また、小片３１は、磁性体、本実施形態では特に強磁性体であり、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウム等の磁性材料を含んだ材料で構成されている。なお、手術ツール３は、軟磁性体であっても、永久磁石のような硬磁性体であってもよい。

【0016】

小片３１は、例えば、図３および図４に示すように、表面に凹凸が形成された球体で構成されており、この凹凸を利用して体内の組織を削り取ることができる構成となっている。図３の構成では、球体の表面に複数の凹部３１１が形成され、図４の構成では、球体の表面に複数の凸部３１２が形成されている。また、小片３１は、例えば、図５に示すように、メスのように鋭利な刃３１３を有し、この刃３１３によって体内の組織を切開、切断することができる構成となっている。なお、小片３１の構成は、特に限定されず、例えば、造影剤、薬剤等の投与、内視鏡、レーザーメス、組織焼灼、縫合等の機能を有する構成であってもよい。また、小片３１は、形状が固定されていてもよいし、平面的または立体的に変形可能であってもよい。以下では、説明の便宜上、図３に示す構成の小片３１を用いて説明する。

【0017】

例えば、機能や形状の異なる複数の手術ツール３を準備しておき、手術内容に応じてこれら複数の手術ツール３から最適な１つの手術ツール３を選択し、選択した手術ツール３を患者Ｈの体内に導入することにより、病巣に対して、より正確な処置を行うことができる。

【0018】

このような手術ツール３を操作する手術装置４は、図６に示すように、小片３１に作用させる磁場を形成する磁場形成機構４１と、操作装置５から送信される操作信号に基づいて磁場形成機構４１の駆動を制御する制御装置４５とを有する。

【0019】

また、磁場形成機構４１は、フレーム４２と、フレーム４２に固定された６つの電磁石４３１～４３６（磁場発生部）と、フレーム４２を移動させる図示しない移動機構とを有する。これら６つの電磁石４３１～４３６は、患者Ｈの体内に導入された小片３１の周囲に配置される。具体的には、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸としたとき、一対の電磁石４３１、４３２が小片３１を間に挟んでＸ軸方向に対向して配置され、一対の電磁石４３３、４３４が小片３１を間に挟んでＹ軸方向に対向して配置され、一対の電磁石４３５、４３６が小片３１を間に挟んでＺ軸方向に対向して配置される。なお、図示しないが、各電磁石４３１～４３６は、鉄芯と、鉄芯に巻き付けられたコイルとを有し、コイルを流れる電流の大きさを制御することにより、発生する磁界（磁力）の強さを変更できるようになっている。

【0020】

患者Ｈの体内に導入された小片３１に各電磁石４３１～４３６で発生させた磁界（磁力）を六方から作用させ、かつ、各電磁石４３１～４３６で発生させた磁界の強さを独立して制御することにより、これら電磁石４３１～４３６の中心部分で小片３１を浮遊させて、その場で自由に動かすことができる。また、フレーム４２を動かせば、その動きに応じて小片３１を移動させることもできる。このように、磁場形成機構４１によって小片３１を自在に動かすことで、例えば、前述した凹部３１１、凸部３１２、刃３１３等で病巣を切断する等、所望の処置を施すことができる。このような構成によれば、小片３１を手術装置４に機械的に接続することなく自在に操作することができるため、小片３１の変位に実質的に制限がない。

【0021】

ただし、磁場形成機構４１の構成としては、磁力を利用して小片３１を操作することができれば、特に限定されず、例えば、一対の電磁石４３１、４３２、一対の電磁石４３３、４３４および一対の電磁石４３５、４３６のうちの１つまたは２つを省略してもよい。

【0022】

図示しない移動機構は、例えば、モーター等の動力を用いて、フレーム４２をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向にそれぞれ独立して移動可能とし、さらには、Ｘ軸まわり、Ｙ軸まわりおよびＺ軸まわりにそれぞれ独立して回転可能としている。移動機構によってフレーム４２を変位させることで、それに合わせて小片３１の姿勢や位置を変化させることができる。

【0023】

制御装置４５は、操作装置５から送信される操作信号に基づいて各電磁石４３１～４３６および移動機構４４の駆動を制御する。このような制御装置４５は、例えば、コンピュータから構成され、情報を処理するプロセッサ（ＣＰＵ）と、プロセッサに通信可能に接続されたメモリとを有する。メモリにはプロセッサにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサは、メモリに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。

【0024】

操作装置５は、例えば、インターネットを介して手術装置４と接続されている。そのため、遠隔地からでも操作装置５を用いて手術装置４を操作することができる。操作装置５は、図７に示すように、手術装置４を操作する一対の入力装置６、６と、患者Ｈの術野を立体画像として映し出す画像表示装置７とを有する。執刀医は、一方の入力装置６を右手で把持すると共に他方の入力装置６を左手で把持し、画像表示装置７に映し出された患者の術野を見ながら入力装置６、６を操作することにより手術装置４を操作し、小片３１を用いて患者Ｈの病巣に対して所望の処置を施す。

【0025】

画像表示装置７は、例えば、患者Ｈの体内に挿入された３Ｄ内視鏡カメラ９２で捉えた術野を立体画像として映し出すことができる。これにより、遠隔地においても、容易に患者Ｈに対して手術を行うことができる。このような画像表示装置７は、執刀医の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイであり、３Ｄ内視鏡カメラ９２で撮像された画像データを処理するカメラコントロールユニット７１と、眼鏡型のフレーム７３と、フレーム７３に設けられ、カメラコントロールユニット７１で処理された画像が表示されるモニタ７２と、を有する。また、モニタ７２は、右眼用の画像が表示される右眼用モニタ７２１と、左目用の画像が表示される左目用モニタ７２２とを有する。ただし、画像表示装置７の構成としては、患者Ｈの術野を表示することができれば、特に限定されない。

【0026】

一対の入力装置６は、互いに同様の構成であるため、以下では、一方の入力装置６についてのみ説明する。図８に示すように、入力装置６は、球状の基体６１と、基体６１の外周に設けられた球状の弾性入力部６８とを有する。なお、説明の便宜上、図８では弾性入力部６８の断面からハッチングを省略している。

【0027】

また、弾性入力部６８は、外力が入力される弾性層６２と、弾性層６２に配置され、弾性層６２の変形に伴って変位するマーカーＭとを有する。また、入力装置６は、マーカーＭの変位を検出する検出部６３と、入力装置６の姿勢を検出する姿勢検出部６６と、検出部６３および姿勢検出部６６の検出結果から手術装置４の操作信号を生成する信号生成部６４と、基体６１内から弾性入力部６８を照らす光源６５とを有する。そして、信号生成部６４で生成された操作信号が手術装置４に送信され、手術装置４は、受けた操作信号に基づいて各種処理を行う。

【0028】

基体６１は、硬質な部材、具体的には指による押圧程度では実質的に変形しない程度の硬さを有する部材で構成されている。また、基体６１は、光透過性を有している。本実施形態では、基体６１は、樹脂材料で構成され、実質的に無色透明である。ただし、基体６１の構成は、これに限定されず、指による押圧によって容易に変形するほど柔らかくてもよい。また、弾性層６２が基体６１に支持されなくても一定の形状を保つことができる程度に硬い場合等には、基体６１を省略してもよい。

【0029】

弾性層６２は、弾性を有する入力部である。例えば、執刀医は、弾性層６２を押したり、摘まんだり、捩じったり、引っ張ったりすることにより入力装置６への入力を行う。これらの各動作は、人間が日常、特に意識することなく行っている本能的な動作である。そのため、直感的で、感覚的な入力が可能であり、優れた操作性を有する入力装置６となる。また、入力装置６によれば、弾性層６２への入力の強さ、ベクトル、速度等を執刀医が無段階で自由に決定することができる。しかも、入力途中で、そのベクトルや速度を自由に変化させることもできる。そのため、入力装置６によれば、より細かく多彩な入力が可能となる。

【0030】

図８および図９に示すように、弾性層６２は、外力が入力される第１面としての外周面６２’および外周面６２’の反対側に位置する第２面としての内周面６２”を有する。弾性層６２は、基体６１に支持され、基体６１に倣った球状となっている。弾性層６２を球状とすることにより、入力装置６を両手で包み込むように保持することができ、弾性層６２に指を添え易くなり、弾性層６２への入力をより自然に行うことができる。また、弾性層６２を引っ張り易くもなるし、摘まみ易くもなるため、より繊細な入力を行うことができる。ただし、弾性層６２の外形としては、特に限定されず、球状の他にも、例えば、半球状、正四面体状、正六面体状、正八面体状等の多面体状、平らなシート状等であってもよい。

【0031】

弾性層６２には、弾性層６２の変形によって変位するマーカーＭが配置されている。マーカーＭは、検出部６３で検出可能な検出対象である。マーカーＭは、弾性層６２の厚さ方向にずれて配置され、基体６１からの距離が互いに異なる第１マーカーＭ１、第２マーカーＭ２および第３マーカーＭ３を有する。これら第１マーカーＭ１、第２マーカーＭ２および第３マーカーＭ３は、それぞれ、弾性層６２の変形に伴って変位する。したがって、これら第１マーカーＭ１、第２マーカーＭ２および第３マーカーＭ３の変位に基づいて弾性層６２の変形を検出でき、弾性層６２の変形から弾性層６２への入力を検出することができる。ただし、第１マーカーＭ１、第２マーカーＭ２および第３マーカーＭ３の変位に基づいて、弾性層６２の変形を検出することなく、弾性層６２への入力を検出してもよい。

【0032】

なお、本実施形態では、第１マーカーＭ１、第２マーカーＭ２および第３マーカーＭ３は、それぞれ、ドット状すなわち点形状をなしているが、これに限定されず、線形状、面形状、立体形状等であってもよい。また、複数の第１マーカーＭ１は、互いに形状が同じであってもよいし、異なっていてもよい。第２、第３マーカーＭ２、Ｍ３についても同様である。

【0033】

弾性層６２は、基体６１の表面に配置され、第１マーカーＭ１を有する第１弾性層６２１と、第１弾性層６２１の表面に配置され、第２マーカーＭ２を有する第２弾性層６２２と、第２弾性層６２２の表面に配置され、第３マーカーＭ３を有する第３弾性層６２３と、第３弾性層６２３の表面に配置された保護層６２４とを有する。

【0034】

第１弾性層６２１、第２弾性層６２２および第３弾性層６２３は、それぞれ、光透過性および弾性を有する。そして、第１弾性層６２１の表面に複数の第１マーカーＭ１が互いに離間して配置され、第２弾性層６２２の表面に複数の第２マーカーＭ２が互いに離間して配置され、第３弾性層６２３の表面に複数の第３マーカーＭ３が互いに離間して配置されている。なお、本実施形態では、第１～第３弾性層６２１～６２３は、それぞれ、実質的に無色透明である。ただし、第１～第３弾性層６２１～６２３は、光透過性を有していれば、その少なくとも１つが、例えば、有色透明であってもよい。

【0035】

第１～第３マーカーＭ１～Ｍ３は、それぞれ、第１～第３弾性層６２１～６２３の表面に貼着されたものであってもよいし、第１～第３弾性層６２１～６２３の表面にインク等を用いて印刷されたものであってもよい。また、例えば、第１～第３マーカーＭ１～Ｍ３は、それぞれ、第１～第３弾性層６２１～６２３内に埋設されていてもよい。

【0036】

第１～第３マーカーＭ１～Ｍ３は、形状および色彩の少なくとも一方が互いに異なっており、検出部６３によって識別可能となっている。本実施形態では、第１～第３マーカーＭ１～Ｍ３は、互いに色彩が異なっており、例えば、第１マーカーＭ１が赤色、第２マーカーＭ２が緑色、第３マーカーＭ３が青色となっている。なお、第１～第３マーカーＭ１～Ｍ３の色彩ではなく形状を互いに異ならせる場合には、例えば、第１マーカーＭ１を円形、第２マーカーＭ２を三角形、第３マーカーＭ３を四角形とすることができる。もちろん、色彩および形状を共に異ならせてもよいし、色彩や形状を異ならせる以外の方法によって第１、第２、第３マーカーＭ１～Ｍ３を検出部６３で識別可能としてもよい。

【0037】

また、第１～第３マーカーＭ１～Ｍ３は、自然状態において、検出部６３のカメラ６３１から見て互いに重ならないように配置されていることが好ましい。すなわち、カメラ６３１によって撮像される画像上で、第２マーカーＭ２がその手前にある第１マーカーＭ１に隠れることなく、第３マーカーＭ３がその手前にある第１、第２マーカーＭ１、Ｍ２に隠れることがないように配置されていることが好ましい。これにより、カメラ６３１によって、より多くのマーカーＭの変位を検出することができる。そのため、弾性層６２への入力をより精度よく検出することができる。なお、前記「自然状態」とは、例えば、弾性層６２に重力以外の外力が加わっていない状態を言う。

【0038】

保護層６２４は、第３弾性層６２３の表面に配置された第３マーカーＭ３を保護する機能を有している。保護層６２４は、第１～第３弾性層６２１～６２３と同様に、光透過性および弾性を有している。

【0039】

以上、弾性入力部６８について説明したが、弾性入力部６８の構成としては、これに限定されない。例えば、第１マーカーＭ１を有していれば、第２、第３マーカーＭ２、Ｍ３を省略してもよい。つまり、厚さ方向にずれて配置されたマーカーＭが存在していなくてもよい。また、保護層６２４を省略し、第３マーカーＭ３が弾性層６２の表面に露出していてもよい。

【0040】

検出部６３は、第１～第３マーカーＭ１～Ｍ３を変位に基づいて、弾性層６２の変形を三次元的に検出する。このような検出部６３の構成は、その機能を発揮することができれば、特に限定されないが、本実施形態では、ステレオ写真法を用いて弾性層６２の変形を三次元的に検出する。検出部６３は、撮像部としての複数のカメラ６３１を有する。複数のカメラ６３１は、弾性層６２の方を向いて配置され、それぞれ、弾性層６２を内周面６２”側から撮像する。弾性層６２の各部は、少なくとも２つのカメラ６３１で撮像できるようになっており、これにより、弾性層６２の各部を三次元画像認識すなわちステレオ画像認識することができる。なお、前記「弾性層６２の各部」とは、弾性層６２の全域を意味する場合もあれば、弾性層６２の選択された一部の領域を意味する場合もある。

【0041】

また、図９に示すように、検出部６３は、各カメラ６３１からの画像情報に基づいて弾性層６２の三次元画像認識を行う処理部６３２を有する。処理部６３２は、例えば、コンピュータから構成され、情報を処理するプロセッサ（ＣＰＵ）と、プロセッサに通信可能に接続されたメモリとを有する。メモリにはプロセッサにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサは、メモリに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。

【0042】

処理部６３２は、弾性層６２への入力に伴う第１～第３マーカーＭ１～Ｍ３の変位を三次元画像認識によって検出し、検出結果に基づいて、入力位置、入力方向、入力強度、入力速度、入力加速度等を含む入力情報を得る。以下、この入力情報を「接触入力情報」とも言う。特に、本実施形態では、第１～第３マーカーＭ１～Ｍ３が弾性層６２の厚さ方向にずれて配置されている。そのため、処理部６３２は、弾性層６２の内層、中間層、外層のそれぞれでの変形を検出することができ、弾性層６２の変形をより詳細に検出することができる。

【0043】

ここで、処理部６３２による入力情報の取得方法の一例について簡単に説明する。処理部６３２の記憶部には予め各カメラ６３１の３次元座量が記憶されている。そして、処理部６３２は、所定マーカーＭの変位を検出するのに用いられる２台のカメラ６３１によって同時刻における画像を取得し、両画像中の所定マーカーＭの２次元座標を取得する。次に、処理部６３２は、両画像中の所定マーカーＭの２次元座標のずれと各カメラ６３１の３次元座標とに基づいて所定マーカーＭの３次元座標を取得し、記憶する。処理部６３２は、この作業をフレーム毎に連続的に行う。そして、処理部６３２は、前回取得した所定マーカーＭの３次元座標と、今回新たに取得した所定マーカーＭの３次元座標とを比較することにより、その間に生じた所定マーカーＭの変位を検出することができる。処理部６３２は、このような作業を全マーカーＭについて行うことにより、入力情報を得ることができる。

【0044】

以上、処理部６３２による入力情報の取得方法について説明したが、入力情報の取得方法は、これに限定されない。例えば、全マーカーＭについて上述の作業を行うと処理量が膨大となってしまい、処理部６３２の性能等によっては処理が追いつかない場合が考えられる。また、用途によっては、大まかな入力情報が得られれば、それで足りる場合も考えられる。そのため、このような場合には、例えば、処理部６３２は、予め選択した一部のマーカーＭについてのみ上述の作業を行うようにしてもよい。

【0045】

また、処理部６３２は、例えば、自然状態における弾性層６２の各部の画像を基準画像として記憶しておき、この基準画像と、上述のように得された画像とをリアルタイムに比較して第１～第３マーカーＭ１～Ｍ３の変位を特定することにより、上記の入力情報を得てもよい。

【0046】

ここで、前述したように、第１～第３弾性層６２１～６２３および保護層６２４は、無色透明である。そのため、各カメラ６３１は、弾性層６２を介して弾性層６２の外界を撮像することができる。したがって、各カメラ６３１を用いて、外界にある執刀医の手の動きを捉えることができ、弾性層６２に触れることのない入力や、第１～第３マーカーＭ１～Ｍ３が変位しない程度に軽く弾性層６２に触れた状態での入力が可能となる。

【0047】

具体的には、例えば、弾性層６２の表面付近で手を動かしたり、弾性層６２の表面をなでたりすると、この手の動きを処理部６３２がカメラ６３１からの画像に基づいて検出し、その動きに基づく入力情報を得る。なお、以下では、この入力情報を前述した接触入力情報と区別するために「非接触入力情報」とも言う。

【0048】

なお、非接触型の入力は必須ではなく、できなくてもよい。この場合、保護層６２４は、光透過性を有する必要がないため、光透過性を有していなくてもよい。保護層６２４が光透過性を有しなければ、光源６５の光が弾性層６２の外部に漏れないため、例えば、光源６５からの光量が大きい場合等に、執刀医が眩しく感じることがなくなる。

【0049】

光源６５は、基体６１の内側から弾性層６２を照らす。また、図８および図９に示すように、光源６５は、基体６１の内部空間Ｓ内に配置された発光部６５１を有する。なお、発光部６５１としては、特に限定されず、例えば、ＬＥＤを用いることができる。光源６５は、例えば、外界からの光によって弾性層６２を画像認識可能な程に十分に明るく保てる場合等には省略してもよい。また、内部空間Ｓに輝度センサーを配置して、この輝度センサーにより検知された内部空間Ｓの明るさに基づいて、発光部６５１の光量が制御されるようになっていてもよい。これにより、例えば、内部空間Ｓ内をほぼ一定の明るさに保つことができ、検出部６３による弾性層６２の画像認識をより安定して行うことができる。

【0050】

姿勢検出部６６は、入力装置６の姿勢、移動方向、移動速度等、変位に関する情報を検出する装置である。このような姿勢検出部６６は、慣性計測装置であり、例えば、互いに直交する軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸としたとき、Ｘ軸まわりの角速度、Ｙ軸まわりの角速度およびＺ軸まわりの角速度を検出する３軸ジャイロセンサーと、Ｘ軸方向の加速度、Ｙ軸方向の加速度およびＺ軸方向の加速度を検出する３軸加速度センサーとを有する。ただし、姿勢検出部６６の構成としては、これに限定されない。以下、姿勢検出部６６が検出した情報を「移動入力情報」とも言う。

【0051】

信号生成部６４は、検出部６３が取得した接触入力情報および非接触入力情報と、姿勢検出部６６が取得した移動入力情報とを受信し、受信した各種情報に基づいて手術装置４を操作するための操作信号を生成する。このように、接触入力情報、非接触入力情報および移動入力情報に基づいて操作信号を生成することにより、種々な操作信号を生成することができ、手術装置４の操作性、操作の多彩性および利便性が向上する。

【0052】

以上、手術支援システム１の構成について説明した。このような手術支援システム１によれば、磁場形成機構４１で発生する磁界を手術ツール３に作用させて、その磁界を利用して手術ツール３を操作することができる。つまり、手術ツール３は、手術装置４に機械的に接続されておらず、その変位に実質的に制限がない。そのため、従来のようなロボットアームの先端に手術ツールを装着する場合と比べて、手術ツール３の位置や姿勢の制限が少なく、その分、優れた操作性を有する手術支援システム１となる。

【0053】

次に、手術支援システム１の使用方法について一例を挙げて説明する。まず、手術台２に患者Ｈを載置して、前述した図２に示すように、患者Ｈの体内に小片３１を導入するための管９１および３Ｄ内視鏡カメラ９２を患者Ｈに挿入する。次に、管９１を介して患者Ｈの腹腔内に小片３１を導入する。これにより、手術の準備が整った状態となる。なお、ここまでは手術台２が置いてある現場の医師、助手等のスタッフにより行われる。

【0054】

次に、執刀医は、右手に一方の入力装置６を把持すると共に左手に他方の入力装置６を把持し、画像表示装置７のモニタ７２に映し出された術野の立体画像を見ながら、把持した一対の入力装置６を操作することにより手術装置４を操作し、患者の体内にある小片３１を用いて病巣に対して所望の処置を行う。なお、執刀医は、一対の入力装置６、６の間に小片３１が位置するイメージで小片３１を操作することができる。

【0055】

例えば、図１０に示すように、各入力装置６の弾性層６２を押圧しつつ、一対の入力装置６を相対的な位置関係をほぼ一定に保ってＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に動かさせば、それと共にフレーム４２がＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動して、それに伴って小片３１も腹腔内でＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動する。また、例えば、図１１に示すように、各入力装置６の弾性層６２を押圧しつつ、一対の入力装置６を相対的な位置関係をほぼ一定に保ってＸ軸まわり、Ｙ軸まわりおよびＺ軸まわりに動かさせば、それと共にフレーム４２がＸ軸まわり、Ｙ軸まわりおよびＺ軸まわりに回転して、それに伴って小片３１もＸ軸まわり、Ｙ軸まわりおよびＺ軸まわりに回転する。また、例えば、図１２に示すように、一方の入力装置６の弾性層６２を押圧しつつ、その入力装置６をその場で回転させれば、その方向にフレーム４２が回転して、それに伴って小片３１が回転するようになっていてもよい。

【0056】

以上のような操作によって、患者Ｈの体内で小片３１を自在にＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に移動させ、さらには、姿勢を変化させることができる。そのため、例えば、小片３１を病巣まで移動させ、小片３１が備える刃３１３で病巣を切除することができる。切除した病巣は、管９１を介して体外へ除去することができる。なお、例えば、刃３１３で病巣を切除する際、弾性層６２を押圧する強さによって小片３１の押圧強さを制御することもできる。これにより、刃３１３の侵入深さを制御することができ、病巣に対してより適切な処置を施すことができる。

【0057】

なお、入力装置６の弾性層６２を押圧しない場合は、一対の入力装置６をどのように動かしてもフレーム４２が移動しないことが好ましい。すなわち、弾性層６２の押圧が操作信号の生成をＯＮ／ＯＦＦするスイッチとして機能することが好ましい。これにより、意図しないフレーム４２の移動が阻止させ、より安全な手術を行うことができる。

【0058】

また、別の操作方法として、いずれか一方の入力装置６を小片３１に見立て、その入力装置６の弾性層６２を指で押圧しつつその指を所定の方向にスライドさせると、そのスライド方向に沿って小片３１を移動させたり、回転させたりすることができる構成となっていてもよい。また、例えば、一方の入力装置６が小片３１の移動を操作し、他方の入力装置６が小片３１の回転を操作する構成となっていてもよい。つまり、図１３に示すように、図中右側の入力装置６の弾性層６２を指で押圧しつつその指を所定の方向にスライドさせると、そのスライド方向に沿って小片３１が移動し、図中左側の入力装置６の弾性層６２を指で押圧しつつその指を所定の方向にスライドさせると、そのスライド方向に沿って小片３１がその場で回転する構成となっていてもよい。

【0059】

また、例えば、弾性層６２の所定の位置を押圧したり、弾性層６２を所定の強さで押圧したりすると、誘導加熱により小片３１が加熱され、これにより、病巣を焼灼することができるようになっていてもよい。また、弾性層６２の所定の位置を押圧したり、弾性層６２を所定の強さで押圧したりすると、小片３１が振動し、これにより、病巣に振動を与えて処置することができるようになっていてもよい。ただし、小片３１の操作方法としては、上述の操作に限定されない。

【0060】

＜第２実施形態＞
図１４に示すように、弾性入力部６８は、弾性層６２の変形によって変位せず、検出部６３で検出可能な基準マーカーＭ４を有する。図１４の構成では、基準マーカーＭ４は、第１弾性層６２１と基体６１との間であって基体６１の外周面に配置されている。ただし、基準マーカーＭ４の配置としては、これに限定されず、例えば、基体６１の内周面に配置されていてもよい。

【0061】

基準マーカーＭ４は、各カメラ６３１との相対的位置関係が一定であり、検出部６３が第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３の変位を検出する際の基準として機能する。このような構成によれば、例えば、検出部６３は、基準マーカーＭ４に対する第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３の変位を検出することで、より精度よく入力情報を取得することができる。なお、基準マーカーＭ４は、検出部６３が第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３のそれぞれと区別（識別）できるように、例えば、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３と形状および色彩の少なくとも一方が異なっていることが好ましい。

【0062】

＜第３実施形態＞
図１５に示すように、操作装置５は、手術装置４を操作する１つの入力装置６と、患者Ｈの術野を立体画像として映し出す画像表示装置７とを有する。執刀医は、画像表示装置７に映し出された患者の術野を見ながら１つの入力装置６を両手で操作することにより手術装置４を操作し、小片３１を用いて患者Ｈの病巣に対して所望の処置を施す。

【0063】

なお、入力装置６は、例えば、図１６に示すように、スタンド８（支持部）によって支持されていてもよい。これにより、入力装置６をテーブルＴに載置した状態で操作することができるため、入力装置６の操作がより容易となる。特に、図１６に示す構成では、入力装置６が本実施形態と比べて小さくなっており、片手で操作可能となっている。そして、執刀医は、操作する側の腕の肘をテーブルＴに付けた状態で入力装置６を操作している。これにより、手が安定し、入力装置６をより繊細に操作することができる。

【0064】

＜第４実施形態＞
図１７に示すように、手術ツール３は、薬剤搬送ツール３２であり、薬剤Ｄを収容する薬剤収容空間３２１と、薬剤収容空間３２１内の薬剤Ｄを体内に排出する排出部３２２と、を有する。このような薬剤搬送ツール３２を、手術装置４を用いて病巣まで搬送し、病巣近傍において薬剤搬送ツール３２から薬剤Ｄを排出することにより、病巣に直接かつ効果的に薬剤Ｄを供給することができる。なお、薬剤搬送ツール３２の構成としては、病巣まで薬剤Ｄを搬送することができれば、特に限定されない。

【0065】

＜第５実施形態＞
図１８に示すように、手術ツール３は、薬剤搬送ツール３２であり、球状の基体３２０を有する。そして、基体３２０の表面には薬剤Ｄが塗布されている。このような薬剤搬送ツール３２を、手術装置４を用いて病巣まで搬送し、薬剤搬送ツール３２を病巣近傍に留めておくことで、時間経過とともに、基体３２０から薬剤Ｄが剥がれたり溶け出したりし、病巣に直接かつ効果的に薬剤Ｄを供給することができる。なお、例えば、手術装置４を用いて基体３２０を微振動させることにより、基体３２０から薬剤Ｄを強制的に剥がしてもよいし、手術装置４を用いて基体３２０を加熱することにより、薬剤Ｄを強制的に溶かしてもよい。

【0066】

＜第６実施形態＞
図１９に示すように、手術ツール３は、薬剤搬送ツール３２であり、基本構成は、前述した第４実施形態と同様である。すなわち、手術ツール３は、薬剤Ｄを収容する薬剤収容空間３２１と、薬剤収容空間３２１内の薬剤Ｄを体内に排出する排出部３２２と、を有する。そして、手術ツール２３は、さらに、薬剤搬送ツール３２を病巣近傍に留置させるための係合部３２３を有する。係合部３２３は、排出部３２２の両側に位置し、針状に突出した２本のニードル３２３ａ、３２３ｂを有する。このような薬剤搬送ツール３２を、手術装置４を用いて病巣まで搬送し、２本のニードル３２３ａ、３２３ｂを病巣に穿刺することにより、薬剤搬送ツール３２が病巣の近傍に留置される。そして、薬剤搬送ツール３２から薬剤Ｄを排出することにより、病巣に直接的に薬剤Ｄを供給することができる。特に、ニードル３２３ａ、３２３ｂの間に排出部３２２が設けられているため、ニードル３２３ａ、３２３ｂを病巣に穿刺すれば、自然と排出部３２２が病巣を向く。そのため、薬剤Ｄを病巣により効果的に供給することができる。

【0067】

＜第７実施形態＞
図２０に示すように、手術ツール３は、薬剤搬送ツール３２であり、基本構成は、前述した第４実施形態と同様である。すなわち、手術ツール３は、薬剤Ｄを収容する薬剤収容空間３２１と、薬剤収容空間３２１内の薬剤Ｄを体内に排出する排出部３２２と、を有する。ただし、本実施形態の薬剤搬送ツール３２は、その外形が前述した第４実施形態と異なっており、楔状すなわち長尺状で先端部が尖った形状となっている。そして、この先端部に排出部３２２が設けられている。このような薬剤搬送ツール３２を、手術装置４を用いて病巣まで搬送し、さらには、その先端部を病巣に突き刺すことにより、薬剤搬送ツール３２が病巣に留置される。そして、薬剤搬送ツール３２から薬剤Ｄを排出することにより、病巣に直接的に薬剤Ｄを供給することができる。なお、薬剤搬送ツール３２の先端部を病巣に突き刺す方法としては、特に限定されず、例えば、針のようにして突き刺してもよいし、薬剤搬送ツール３２を加熱して組織を焼き切ることにより病巣に突き刺してもよいし、薬剤搬送ツール３２の表面に螺旋状の螺子溝を形成し、薬剤搬送ツール３２を回転させることにより螺子のように病巣に突き刺してもよい。

【0068】

以上、本発明の手術支援システムについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0069】

１ 手術支援システム
２ 手術台
３ 手術ツール
３１ 小片
３１１ 凹部
３１２ 凸部
３１３ 刃
３２ 薬剤搬送ツール
３２０ 基体
３２１ 薬剤収容空間
３２２ 排出部
３２３ 係合部
３２３ａ ニードル
３２３ｂ ニードル
４ 手術装置
４１ 磁場形成機構
４２ フレーム
４３１ 電磁石
４３２ 電磁石
４３３ 電磁石
４３４ 電磁石
４３５ 電磁石
４３６ 電磁石
４４ 移動機構
４５ 制御装置
５ 操作装置
６ 入力装置
６１ 基体
６２ 弾性層
６２’ 外周面
６２” 内周面
６２１ 第１弾性層
６２２ 第２弾性層
６２３ 第３弾性層
６２４ 保護層
６３ 検出部
６３１ カメラ
６３２ 処理部
６４ 信号生成部
６５ 光源
６５１ 発光部
６６ 姿勢検出部
６８ 弾性入力部
７ 画像表示装置
７１ カメラコントロールユニット
７２ モニタ
７２１ 右眼用モニタ
７２２ 左目用モニタ
７３ フレーム
９１ 管
９２ ３Ｄ内視鏡カメラ
Ｄ 薬剤
Ｈ 患者
Ｍ マーカー
Ｍ１ 第１マーカー
Ｍ２ 第２マーカー
Ｍ３ 第３マーカー
Ｍ４ 基準マーカー
Ｓ 内部空間
Ｔ テーブル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【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】