(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】2024-01-31
(45)【発行日】2024-02-08
(54)【発明の名称】穿刺ロボット
(51)【国際特許分類】
A61M 5/20 20060101AFI20240201BHJP
A61B 34/35 20160101ALI20240201BHJP
【ＦＩ】
A61M5/20 550
A61B34/35
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2019159638
(22)【出願日】2019-09-02
(65)【公開番号】P2021037029
(43)【公開日】2021-03-11
【審査請求日】2022-09-01
(73)【特許権者】
【識別番号】517161119
【氏名又は名称】蓮見 賢一郎
(73)【特許権者】
【識別番号】517161120
【氏名又は名称】岩田 浩康
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100170818
【弁理士】
【氏名又は名称】小松 秀輝
(72)【発明者】
【氏名】蓮見 賢一郎
(72)【発明者】
【氏名】岩田 浩康
(72)【発明者】
【氏名】津村 遼介
(72)【発明者】
【氏名】柿間 薫
【審査官】鈴木 洋昭
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１０７２９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２２３３７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－１１６６６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２２３７５９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｍ ５／２０
Ａ６１Ｂ ３４／３５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
穿刺針を用いて穿刺を行う穿刺ロボットであって、所定方向に延びる第１基体と、
前記第１基体に連結されて、前記穿刺針の基端を保持し、前記穿刺針を所定方向に沿って振動させると共に、前記所定方向のまわりに回転させる駆動機構と、を備え、
前記駆動機構は、
前記第１基体に連結される第２基体と、
前記穿刺針の基端を保持する駆動軸と、
前記第２基体に取り付けられて、前記駆動軸を振動させると共に前記駆動軸の回転を許容する第１駆動部と、
前記第２基体に取り付けられて、前記駆動軸を回転させると共に前記駆動軸の振動を許容する第２駆動部と、を有し、
前記第１駆動部は、前記第２基体に固定されて、前記振動のための振動力を生じさせる第１アクチュエータと、前記第１アクチュエータ及び前記駆動軸に連結されて、前記振動力を前記駆動軸に伝達する第１伝達部と、を有し、
前記第２駆動部は、前記第２基体に固定されて、前記回転のための回転力を生じさせる第２アクチュエータと、前記第２アクチュエータ及び前記駆動軸に連結されて、前記回転力を前記駆動軸に伝達する第２伝達部と、を有し、
前記第１伝達部は、
前記第１アクチュエータに接触する入力端と、前記駆動軸を挿通させる第１貫通孔を有する出力端と、を含む梁部と、
前記貫通孔に挿通された前記駆動軸を、前記出力端に対して前記所定方向に拘束すると共に、前記所定方向のまわりの回転を許す拘束部と、を含む、
穿刺ロボット。
【請求項2】
前記第２伝達部は、前記第２アクチュエータに接続される回転伝達部と、
前記回転伝達部に接続されると共に、前記駆動軸を挿通させる第２貫通孔を有し、前記第２貫通孔に挿通された前記駆動軸を、前記所定方向のまわりに拘束すると共に、前記所定方向に沿った振動を許す回転駆動部と、を含む、請求項１に記載の穿刺ロボット。
【請求項3】
前記駆動軸は、前記第１駆動部と連結される第１連結部と、前記第２駆動部と連結される第２連結部と、前記穿刺針が連結される針連結部と、を含み、前記第２連結部は、前記第１連結部と前記針連結部との間に設けられる、請求項１又は請求項２に記載の穿刺ロボット。
【請求項4】
前記穿刺針に接続されて、前記穿刺針に薬剤を提供する薬剤注入機構をさらに備え、前記薬剤注入機構は、
前記薬剤を収容したシリンジを複数取り付けるシリンジ取り付け部を含むレボルバと、
前記シリンジに挿入されたプランジャを押圧する第３アクチュエータと、を有し、
前記レボルバ及び前記第３アクチュエータは、相対的に移動する、請求項１～３のいずれか一項に記載の穿刺ロボット。
【請求項5】
前記レボルバ及び前記第３アクチュエータの相対的な移動は、回転である、請求項４に記載の穿刺ロボット。
【請求項6】
前記薬剤注入機構が固定される第３基体をさらに備え、前記第３アクチュエータは、前記第３基体に固定され、
前記レボルバは、前記第３アクチュエータに対して回転する、請求項４又は５に記載の穿刺ロボット。
【請求項7】
前記駆動軸の先端に対して着脱可能に取り付けられて、前記穿刺針を保持する保持機構をさらに備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の穿刺ロボット。
【請求項8】
前記第１基体は、前記穿刺針と交差するように設けられたテーブルを含み、前記穿刺針が挿通される貫通孔を有し、前記テーブルに配置されるガイドプレートと、
前記ガイドプレートを前記テーブルに対して着脱可能に保持する拘束機構と、をさらに備える、請求項１～７のいずれか一項に記載の穿刺ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、穿刺ロボットに関する。
【背景技術】
【0002】
患者への負担軽減の観点から、低侵襲な治療が検討されている。穿刺は、細い針を用いて患者の体内への薬物投与を行うものであり、低侵襲な方法として注目されている。この穿刺は、従来、熟練の技量を有する医師等により行われる。
【0003】
近年、穿刺が適用されるケースが拡大しつつあり、例えば身体の深部に存在する患部に対して穿刺を用いた治療が行われることがある。しかし、細い穿刺針を深部に存在する患部に確実に到達させるには、高度の技量を要する。そこで、ロボットによる穿刺が検討されている。例えば、特許文献１～４は、ロボットを用いて行われる穿刺に関する技術を開示する。
【0004】
特許文献１は、画像案内医療処置に関する技術を開示する。この処置では、リアルタイムに取得された医療画像を利用する。特許文献２、３は、穿刺支援装置を開示する。この装置は、超音波断層画像を利用して穿刺針の位置を確認しながら、穿刺を行う。特許文献４は、コンピュータ断層画像の取得時に用いられる注射装置を開示する。この装置は、薬液を保持したシリンジを複数備えている。そして、シリンジのそれぞれに、薬液を供給するためのアクチュエータが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特表２００５－５１０２８９号公報
【文献】特開２０１５－１５４８２６号公報
【文献】特開２０１６－１２３７９４号公報
【文献】米国特許出願公開第２００３／０１７１６７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
患者の負担軽減に鑑みれば、より細い穿刺針を用いて、より短時間で施術を完了させることが望まれる。しかし、穿刺針が細くなるほど、挿入途中の穿刺針の動きが不安定になりやすい。その結果、Ｘ線画像やコンピュータ断層画像を得て、穿刺針の位置を確認しながら挿入を行うことになり、施術時間が増加してしまう。
【0007】
そこで、本発明は、穿刺による負担を軽減可能な穿刺ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一形態は、穿刺針を用いて穿刺を行う穿刺ロボットであって、所定方向に延びる第１基体と、第１基体に連結されて、穿刺針の基端を保持し、穿刺針を所定方向に沿って振動させると共に、所定方向のまわりに回転させる駆動機構と、を備え、駆動機構は、第１基体に連結される第２基体と、穿刺針の基端を保持する駆動軸と、第２基体に取り付けられて、駆動軸を振動させると共に駆動軸の回転を許容する第１駆動部と、第２基体に取り付けられて、駆動軸を回転させると共に駆動軸の振動を許容する第２駆動部と、を有する。
【0009】
この穿刺ロボットは、穿刺針を回転及び／又は振動させる駆動機構を有する。そして、駆動機構は、第２基体に対して第１駆動部及び第２駆動部が取り付けられる。この構造によれば、それぞれの駆動機構は、第２基体によって支持されるので、それぞれの駆動機構の動作に際し、一方の駆動部が他方の駆動部に及ぼす影響を抑制し得る。そうすると、それぞれの駆動部における不要な負荷の増大が抑制されるので、挿入途中の穿刺針の動きをより安定化させることが可能となる。その結果、穿刺針をより短時間で患部に到達させやすくなるので、穿刺による負担を軽減することができる。
【0010】
一形態において、第１駆動部は、第２基体に固定されて、振動のための振動力を生じさせる第１アクチュエータと、第１アクチュエータ及び駆動軸に連結されて、振動力を駆動軸に伝達する第１伝達部と、を有し、第２駆動部は、第２基体に固定されて、回転のための回転力を生じさせる第２アクチュエータと、第２アクチュエータ及び駆動軸に連結されて、回転力を駆動軸に伝達する第２伝達部と、を有してもよい。この構造によれば、それぞれの駆動部が駆動軸に対して振動及び回転を同時に付与することができる。従って、挿入途中の穿刺針の動きがさらに安定化する。その結果、穿刺針をさらに短時間で患部に到達させやすくなるので、穿刺による負担をさらに軽減することができる。
【0011】
一形態において、第１伝達部は、第１アクチュエータに接触する入力端と、駆動軸を挿通させる第１貫通孔を有する出力端と、を含む梁部と、貫通孔に挿通された駆動軸を、出力端に対して所定方向に拘束すると共に、所定方向のまわりの回転を許す拘束部と、を含んでもよい。この構造によれば、駆動軸の回転を許容し、且つ、駆動軸に振動を付与する動作を簡易な構成で実現することができる。
【0012】
一形態において、第２伝達部は、第２アクチュエータに接続される回転伝達部と、回転伝達部に接続されると共に、駆動軸を挿通させる第２貫通孔を有し、第２貫通孔に挿通された駆動軸を、所定方向のまわりに拘束すると共に、所定方向に沿った振動を許す回転駆動部と、を含んでもよい。この構造によれば、駆動軸の振動を許容し、且つ、駆動軸に回転を付与する動作を簡易な構成で実現することができる。
【0013】
一形態において、駆動軸は、第１駆動部と連結される第１連結部と、第２駆動部と連結される第２連結部と、穿刺針が連結される針連結部と、を含み、第２連結部は、第１連結部と針連結部との間に設けられてもよい。この構成によれば、駆動軸を良好な状態で振動及び／又は回転させることができる。
【0014】
一形態において、穿刺ロボットは、穿刺針に接続されて、穿刺針に薬剤を提供する薬剤注入機構をさらに備え、薬剤注入機構は、薬剤を収容したシリンジを複数取り付けるシリンジ取り付け部を含むレボルバと、シリンジに挿入されたプランジャを押圧する第３アクチュエータと、を有し、レボルバ及びアクチュエータは、相対的に移動してもよい。この構成によれば、穿刺針に対して複数のシリンジが接続される。その結果、穿刺針とシリンジとの接続を解除して、新たなシリンジを接続するといった交換作業を不要とすることが可能になる。従って、施術時間をさらに短縮することができる。
【0015】
一形態において、レボルバ及び第３アクチュエータの相対的な移動は、回転であってもよい。この構成によれば、薬剤注入機構を小型化することができる。
【0016】
一形態において、穿刺ロボットは、薬剤注入機構が固定される第３基体をさらに備え、第３アクチュエータは、第３基体に固定され、レボルバは、第３アクチュエータに対して回転してもよい。この構成によれば、アクチュエータによって押圧されるレボルバの選択時に、レボルバが回転する。この回転によって、シリンジ内の薬液を撹拌することができる。
【0017】
一形態において、穿刺ロボットは、駆動軸の先端に対して着脱可能に取り付けられて、穿刺針を保持する保持機構をさらに備えてもよい。この構成によれば、穿刺針と駆動軸との連結を速やかに解除することができる。
【0018】
一形態において、第１基体は、穿刺針と交差するように設けられたテーブルを含み、穿刺針が挿通される貫通孔を有し、テーブルに配置されるガイドプレートと、ガイドプレートをテーブルに対して着脱可能に保持する拘束機構と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、穿刺針と駆動機構との連結を速やかに解除することができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、穿刺による負担を軽減可能な穿刺ロボットが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0022】
近年、生体組織診断、ラジオ焼灼術及び薬剤注入などの穿刺治療の実績は、コンピュータ断層撮像法（CT:Computed Tomography）、核磁気共鳴画像法（MRI:Magnetic Resonance Imaging）、Ｘ線透視撮影法（X-ray Fluoroscopy）、超音波画像法などの原理を利用する医用画像診断装置を用いることで向上しつつある。しかし、現在行われている医用画像診断装置を利用する穿刺治療は、いくつかの課題を有する。
【0023】
第１の課題は、施術に際し、一定の技量が必要となる点である。穿刺治療には、細い穿刺針を用いる。その結果、患者に対する侵襲性が低く、患者に与える負担を抑制できる。しかし、細い穿刺針は非常にたわみやすい。このたわみに起因して、患者の体内に存在する目標への正確な穿刺が困難になる。従って、施術に際しては、熟練の技術を要する。第２の課題は、撮影室と操作室との往復による施術時間の増加である。医用画像診断装置を利用した施術では、撮像と針先位置の確認とを繰り返す。この繰り返しによって施術完了までに相当の時間を要する。
【0024】
そこで、熟練の技術を要することなく行い得る高精度な自動穿刺と、遠隔操作による施術時間の短縮と、を実施可能な穿刺システムが望まれている。
【0025】
上記の事情に鑑み、本願発明者らは、鋭意検討を重ねることにより、振動及び回転を穿刺針に付与することによる直線的な穿刺動作と、不測の事態が発生した際には速やかにロボットと穿刺針を切り離せる分離動作と、施術に必要となる複数種類の薬剤を選択的に注入できる注入動作と、を行い得る穿刺システムを開発するに至った。
【0026】
この穿刺システムは、図１に示す施術環境に適用できる。患者２０１は撮像室２０２に入室し、操作者２０３は操作室２０４に入室する。撮像室２０２には、例えば、コンピュータ断層画像撮像装置２０６、ベッド２０７及び穿刺システム１の主要部（穿刺支援ロボットシステム２）が配置されている。操作室２０４は、壁２０８によって撮像室２０２から隔てられている。操作室２０４にも穿刺システム１の操作端末３が配置されている。つまり、穿刺システム１は、互いに隔てられた部屋に跨って配置される。操作者２０３は、穿刺システム１を操作及び／または監視しながら、施術を行う。施術中に要する処置は、操作室２０４に配置された穿刺システム１の操作端末３によって行う。その結果、施術の開始から終了にわたって、操作者２０３は、基本的に撮像室２０２に立ち入る必要がない。
【0027】
＜穿刺支援ロボットシステム＞
穿刺支援ロボットシステム２は、穿刺ロボット４と、ロボット制御装置６と、を有する。穿刺ロボット４は、複数の関節を有する多自由度のアーム型ロボットである。この穿刺ロボット４は、ロボット制御装置６によって制御される。ロボット制御装置６は、穿刺プランニング装置７から提供された情報に基づいて、穿刺ロボット４に制御信号を提供する。
穿刺支援ロボットシステム２は、穿刺ロボット４と、ロボット制御装置６と、を有する。穿刺ロボット４は、複数の関節を有する多自由度のアーム型ロボットである。この穿刺ロボット４は、ロボット制御装置６によって制御される。ロボット制御装置６は、穿刺プランニング装置７から提供された情報に基づいて、穿刺ロボット４に制御信号を提供する。
【0028】
＜ロボット制御装置＞
ロボット制御装置６は、穿刺プランニング装置７から提供された情報に基づいて、穿刺ロボット４を動作させる。また、ロボット制御装置６は、穿刺ロボット４に設けられた種々のセンサの情報に基づいて、穿刺針８の状態を得る。ロボット制御装置６は、例えば、コンピュータであり、当該コンピュータが所定のプログラムを実行することにより、上記の機能が実現される。
＜穿刺プランニング装置＞
穿刺プランニング装置７は、穿刺支援ロボットシステム２の動作条件を決めるコンピュータシステムである。穿刺プランニング装置７は、撮像室２０２に配置されてもよいし、撮像室２０２の外（例えば操作室２０４）に配置されてもよい。穿刺プランニング装置７は、患者の断層撮影画像などの画像情報を利用して、穿刺パスと、穿刺制御量と、を算出する。ここで「穿刺パス」とは、体表上の穿刺開始位置と穿刺目標とを結んだ線であり、穿刺針８を通過させる軌跡をいう。また、「穿刺パスプランニング」とは、穿刺針８のたわみ（穿刺目標に針先が到達した際の誤差）が最も小さくなる穿刺パスを設定することをいう。さらに、「穿刺制御」とは、穿刺針８のたわみを低減するための穿刺針８の動き制御をいう。また、「穿刺制御プランニング」とは、穿刺制御において、通過する組織に応じて、たわみを最小化する最適な制御パラメータを設定することをいう。
ロボット制御装置６は、穿刺プランニング装置７から提供された情報に基づいて、穿刺ロボット４を動作させる。また、ロボット制御装置６は、穿刺ロボット４に設けられた種々のセンサの情報に基づいて、穿刺針８の状態を得る。ロボット制御装置６は、例えば、コンピュータであり、当該コンピュータが所定のプログラムを実行することにより、上記の機能が実現される。
＜穿刺プランニング装置＞
穿刺プランニング装置７は、穿刺支援ロボットシステム２の動作条件を決めるコンピュータシステムである。穿刺プランニング装置７は、撮像室２０２に配置されてもよいし、撮像室２０２の外（例えば操作室２０４）に配置されてもよい。穿刺プランニング装置７は、患者の断層撮影画像などの画像情報を利用して、穿刺パスと、穿刺制御量と、を算出する。ここで「穿刺パス」とは、体表上の穿刺開始位置と穿刺目標とを結んだ線であり、穿刺針８を通過させる軌跡をいう。また、「穿刺パスプランニング」とは、穿刺針８のたわみ（穿刺目標に針先が到達した際の誤差）が最も小さくなる穿刺パスを設定することをいう。さらに、「穿刺制御」とは、穿刺針８のたわみを低減するための穿刺針８の動き制御をいう。また、「穿刺制御プランニング」とは、穿刺制御において、通過する組織に応じて、たわみを最小化する最適な制御パラメータを設定することをいう。
【0029】
穿刺パスに沿って穿刺針８を刺し込むことにより、目標とのずれが最小化される。すでに述べたように、穿刺針８は、極めて細く（例えば直径０．５３ミリメートル）であり、たわみやすい。さらに、穿刺針８は、軸線方向に沿った力を正確に加えたとしても、その先端の形状によりたわんでしまう。このようなたわみを抑制するために、穿刺針８に対して軸線方向に沿った振動あるいは軸線まわりに交互に回動する回転振動を与える。これらの穿刺針８の動作により、先端形状に起因する力の不均一などが解消される。従って、穿刺パスからの穿刺針８のずれをさらに抑制することができる。
【0030】
穿刺プランニング装置７は、当該穿刺パス及び穿刺制御量を穿刺支援ロボットシステム２に提供する。穿刺プランニング装置７から穿刺支援ロボットシステム２への情報提供の態様は、特に限定されない。穿刺プランニング装置７は、穿刺支援ロボットシステム２に対して有線または無線により接続され、穿刺プランニング装置７から穿刺支援ロボットシステム２へ情報が伝達されてもよい。また、穿刺プランニング装置７が生成した情報は、メモリーカードといった情報記録媒体に記録され、当該媒体の情報を穿刺支援ロボットシステム２に読み込ませることにより伝達されてもよい。
【0031】
穿刺プランニング装置７は１台以上のコンピュータを有する。穿刺プランニング装置７が複数台のコンピュータを有する場合には、後述する穿刺プランニング装置７の各機能要素は分散処理により実現されてもよい。穿刺プランニング装置７を構成する個々のコンピュータの種類は限定されない。例えば、据置型または携帯型のパーソナルコンピュータであってもよい。また、ワークステーションを用いてもよいし、高機能携帯電話機（スマートフォン）や携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ）などの携帯端末を用いてもよい。あるいは、様々な種類のコンピュータを組み合わせて穿刺プランニング装置７を構築してもよい。穿刺プランニング装置７が複数台のコンピュータによって構成される場合には、これらのコンピュータはインターネットやイントラネットなどの通信ネットワークを介して接続される。
【0032】
＜ロボット＞
穿刺ロボット４は、ロボットフレーム９と、ロボットアーム１１（第３基体）と、穿刺装置１２と、薬剤注入装置１３（薬剤注入機構）と、を有する。
穿刺ロボット４は、ロボットフレーム９と、ロボットアーム１１（第３基体）と、穿刺装置１２と、薬剤注入装置１３（薬剤注入機構）と、を有する。
【0033】
なお、以下の説明において説明の便宜のためＸＹＺ軸を定義する。Ｚ軸は、穿刺針８の延在方向であるとする。つまり、Ｚ軸は穿刺針８が往復振動する方向であるともいえるし、穿刺針８の回転軸線であるともいえる。Ｘ軸及びＹ軸は当該Ｚ軸に直交する軸線である。これらＸＹＺ軸は、穿刺装置１２及び薬剤注入装置１３に対して定義される座標系であるとする。従って、ロボットアーム１１によって穿刺装置１２及び薬剤注入装置１３が移動すると、当該座標系も穿刺装置１２及び薬剤注入装置１３の移動に伴うものとする。つまり、座標系は、穿刺ロボット４が配置された空間に対して定義された絶対的な座標系ではない。
【0034】
ロボットフレーム９は、穿刺ロボット４の架台であり、ベッド２０７及び患者２０１を跨ぐように配置される。ロボットフレーム９は、ローラーを備えており、患者２０１の体長方向に移動可能である。
【0035】
ロボットアーム１１は、穿刺装置１２及び薬剤注入装置１３を所望の位置に配置する。つまり、ロボットアーム１１は、第１の端部がロボットフレーム９に固定され、第２の端部に穿刺装置１２及び薬剤注入装置１３が配置されている。より詳細には、第２の端部には、薬剤注入装置１３が固定されている。ロボットアーム１１は、アクチュエータ、モータ、振動素子といった駆動ユニットを有する。さらに、ロボットアーム１１は、穿刺装置１２の位置及び姿勢を得るためのいくつかの角度センサを有してもよい。
【0036】
＜穿刺装置＞
図２に示すように、穿刺装置１２は、穿刺針８の動作を制御する。この穿刺針８の動作は、穿刺針８が単位時間あたりに穿刺パスに沿って移動する距離を示す移動速度（穿刺速度）と、穿刺針８の軸線方向に沿った振動の周波数（穿刺周波数：第１周波数）と、軸線のまわりの回転速度（第２周波数）と、を含む。なお、穿刺装置１２は、動作対象として、穿刺速度及び穿刺周波数を選択し、回転速度を選択しなくてもよい。また、穿刺装置１２は、動作対象として、穿刺速度及び回転速度を選択し、振動周波数を選択しなくてもよい。この「選択しない」とは、例えば、回転速度または動作周波数を一定値に保持するものとしてよい。この構成によれば、穿刺装置１２は、穿刺針８へ振動と回転とを同時あるいは選択的に付与する。その結果、穿刺装置１２は、穿刺針８のたわみを低減し、直線的な穿刺を実現し得る。
図２に示すように、穿刺装置１２は、穿刺針８の動作を制御する。この穿刺針８の動作は、穿刺針８が単位時間あたりに穿刺パスに沿って移動する距離を示す移動速度（穿刺速度）と、穿刺針８の軸線方向に沿った振動の周波数（穿刺周波数：第１周波数）と、軸線のまわりの回転速度（第２周波数）と、を含む。なお、穿刺装置１２は、動作対象として、穿刺速度及び穿刺周波数を選択し、回転速度を選択しなくてもよい。また、穿刺装置１２は、動作対象として、穿刺速度及び回転速度を選択し、振動周波数を選択しなくてもよい。この「選択しない」とは、例えば、回転速度または動作周波数を一定値に保持するものとしてよい。この構成によれば、穿刺装置１２は、穿刺針８へ振動と回転とを同時あるいは選択的に付与する。その結果、穿刺装置１２は、穿刺針８のたわみを低減し、直線的な穿刺を実現し得る。
【0037】
図３に示すように、穿刺装置１２は、直線駆動機構１６と、振動回転駆動機構１７（駆動機構）と、安全着脱機構５１と、を有する。シャフト１４は、その下端に安全着脱機構５１を介して穿刺針８を保持する。直線駆動機構１６は、振動回転駆動機構１７を介してシャフト１４をその軸線の方向に沿って直線状に移動させる。この直線駆動機構１６による穿刺針８の移動により、穿刺針８は、患者２０１に刺し込まれる。振動回転駆動機構１７は、シャフト１４を介して、穿刺針８に振動及び回転を付与する。安全着脱機構５１は、必要に応じて直線駆動機構１６及び振動回転駆動機構１７から穿刺針８を切り離す。
【0038】
＜直線駆動機構＞
直線駆動機構１６は、主要な構成要素として、メインベース１９（第１基体）と、リニアモータ２１と、テーブル２２と、を有する。
直線駆動機構１６は、主要な構成要素として、メインベース１９（第１基体）と、リニアモータ２１と、テーブル２２と、を有する。
【0039】
メインベース１９は、直線駆動機構１６、ひいては穿刺装置１２の基礎となる部材である。メインベース１９は、Ｚ軸方向（所定方向）に延びる矩形板状の部材である。メインベース１９の裏面には薬剤注入装置１３が固定されている（図２参照）。メインベース１９の主面にはリニアモータ２１及びテーブル２２、さらには、振動回転駆動機構１７及び安全着脱機構５１が配置されている。
【0040】
リニアモータ２１は、Ｚ軸方向に沿った直線移動のための駆動源である。リニアモータ２１は、ガイド部２３とモータ部２４と、を有する。ガイド部２３は、テーブル２２をＺ軸方向に沿って案内する。モータ部２４は、テーブル２２をＺ軸方向に沿って移動させる駆動力を発生させる。
【0041】
テーブル２２は、モータ部２４から駆動力を受けて、ガイド部２３によってＺ軸方向に沿って往復移動する。テーブル２２には、振動回転駆動機構１７と安全着脱機構５１の一部とが設けられる。従って、テーブル２２が移動すると、振動回転駆動機構１７と安全着脱機構５１の一部とがテーブル２２の移動に伴う。その結果、テーブル２２が負のＺ軸方向（下向き）に移動すると、穿刺針８は患者２０１の体内に刺し込まれる。その逆に、テーブル２２が正のＺ軸方向（上向き）に移動すると、穿刺針８は患者２０１の体内から引き抜かれる。
【0042】
＜振動回転駆動機構＞
振動回転駆動機構１７は、主要な構成要素として、シャフト１４（駆動軸）と、サブベース２６（第２基体）と、振動ユニット２７（第１駆動部）と、回転ユニット２８（第２駆動部）と、を有する。
振動回転駆動機構１７は、主要な構成要素として、シャフト１４（駆動軸）と、サブベース２６（第２基体）と、振動ユニット２７（第１駆動部）と、回転ユニット２８（第２駆動部）と、を有する。
【0043】
＜シャフト＞
シャフト１４は、Ｚ軸方向に延びる棒状部材であり、その下端には後述する穿刺針固定具４８を介して穿刺針８が取り付けられている。シャフト１４は、振動回転駆動機構１７に連結されて、振動回転駆動機構１７から提供される駆動力（振動力及び回転力）を穿刺針８に伝達する。さらに、シャフト１４は、振動回転駆動機構１７を介して直線駆動機構１６に連結されて、直線駆動機構１６から提供される駆動力を穿刺針８に伝達する。
シャフト１４は、Ｚ軸方向に延びる棒状部材であり、その下端には後述する穿刺針固定具４８を介して穿刺針８が取り付けられている。シャフト１４は、振動回転駆動機構１７に連結されて、振動回転駆動機構１７から提供される駆動力（振動力及び回転力）を穿刺針８に伝達する。さらに、シャフト１４は、振動回転駆動機構１７を介して直線駆動機構１６に連結されて、直線駆動機構１６から提供される駆動力を穿刺針８に伝達する。
【0044】
サブベース２６は、振動ユニット２７と回転ユニット２８と、を支持する。具体的には、サブベース２６は、テーブル２２に連結されるとともに、振動ユニット２７と回転ユニット２８とが固定されている。この構成によれば、テーブル２２が移動するとサブベース２６が移動する。そして、サブベース２６上の振動ユニット２７及び回転ユニット２８も移動する。また、振動ユニット２７は、回転ユニット２８とは異なる位置に固定されている。換言すると、振動ユニット２７と回転ユニット２８とは、互いに並列にサブベース２６に固定されている。つまり、振動回転駆動機構１７は、サブベース２６に振動ユニット２７が固定されて、さらに振動ユニット２７に対して回転ユニット２８が固定されるといった直列接続構造ではない。
【0045】
＜振動ユニット＞
図４に示す振動ユニット２７は、シャフト１４に対してＺ軸方向に沿った振動を提供する。換言すると、振動ユニット２７は、穿刺針８の軸線方向（Ｚ軸方向）に沿った振動を提供する。振動ユニット２７は、シャフト１４の上端側に取り付けられている。換言すると、振動ユニット２７は、サブベース２６の主面上に配置されている。
図４に示す振動ユニット２７は、シャフト１４に対してＺ軸方向に沿った振動を提供する。換言すると、振動ユニット２７は、穿刺針８の軸線方向（Ｚ軸方向）に沿った振動を提供する。振動ユニット２７は、シャフト１４の上端側に取り付けられている。換言すると、振動ユニット２７は、サブベース２６の主面上に配置されている。
【0046】
振動ユニット２７は、主要な構成要素として、ピエゾモータ２９（第１アクチュエータ）と、振動伝達部３１（第１伝達部）と、を有する。ピエゾモータ２９は、振動のための力を発生させ、振動伝達部３１は当該力をシャフト１４に伝達する。
【0047】
ピエゾモータ２９は、与えられる電圧に応じて変形するピエゾ素子を含み、当該ピエゾ素子の変形によって振動のための力が発生する。つまり、振動の態様は、ピエゾモータ２９に与えられる電圧によって制御する。例えば、ピエゾモータ２９に与えられる電圧の周波数によって、穿刺周波数を制御する。
【0048】
ピエゾモータ２９は、略直方体形状を呈するが、その外形形状には特に制限はない。ピエゾモータ２９は、サブベース２６の主面に固定される。また、ピエゾモータ２９の出力面２９ａは、振動伝達部３１に連結される。つまり、ピエゾモータ２９は、サブベース２６を基礎として振動を生じさせる。
【0049】
振動伝達部３１は、Ｚ軸方向においてシャフト１４を拘束する。つまり、振動伝達部３１は、Ｚ軸方向に沿った振動をシャフト１４に提供する。一方、振動伝達部３１は、Ｚ軸のまわりにおけるシャフト１４の回転を許す。
【0050】
振動伝達部３１は、主要な構成要素として、振動梁３２（梁部）と、拘束部３５と、を有する。
【0051】
振動梁３２は、Ｙ軸方向に延びる板状の部材である。振動梁３２の基端３２ｃ（入力端）は、ピエゾモータ２９に連結されている。振動梁３２の先端３２ｂ（出力端）には、上ベアリング３３、下ベアリング３４、上拘束円盤３６及び下拘束円盤３７が配置される。さらに、振動梁３２の先端側には、貫通孔３２ａ（第１貫通孔）が設けられる。この貫通孔３２ａには、シャフト１４の連結部１４ｒ（第１連結部）が挿通される。貫通孔３２ａの内径は、シャフト１４の外径よりも大きい。つまり、貫通孔３２ａの内周面と、シャフト１４の外周面との間には、隙間が設けられる。
【0052】
拘束部３５は、上ベアリング３３と、下ベアリング３４と、上拘束円盤３６と、下拘束円盤３７と、を有する。
【0053】
上ベアリング３３は、いわゆるスラストベアリングであり、回転軸線（Ｚ軸方向）に沿う荷重を受ける。上ベアリング３３の下ハウジングは、振動梁３２の主面に接触し、上ベアリング３３の上ハウジングは、上拘束円盤３６に接触する。つまり、上ベアリング３３は、振動梁３２と上拘束円盤３６との間に挟み込まれる。
【0054】
上拘束円盤３６は、上ベアリング３３の上に配置される。そして、上拘束円盤３６は、シャフト１４に対して固定されている。具体的には、上拘束円盤３６は、シャフト１４に対してＺ軸方向に相対的に移動しない。また、上拘束円盤３６は、シャフト１４に対してＺ軸のまわりに回転することもない。例えば、上拘束円盤３６は、貫通孔３６ａを有する円環形状を呈し、貫通孔３６ａにはシャフト１４の上端側が挿通される。貫通孔３６ａの内径は、シャフト１４の外径と略同じであるか、わずかに大きい。そして、上拘束円盤３６は、外周面から貫通孔３６ａの内周面に向けて延びる貫通したねじ穴３６ｂを有する。このねじ穴３６ｂにボルト３６Ａがねじ込まれる。ボルト３６Ａの先端がシャフト１４の外周面に押し当てられることにより、上拘束円盤３６がシャフト１４に固定される。この構成によれば、シャフト１４の荷重は、上拘束円盤３６に加わり、さらに上拘束円盤３６は、上ベアリング３３を負のＺ軸方向（下方向）に押圧する。つまり、シャフト１４は、上拘束円盤３６を支持点として吊り下げられているともいえる。
【0055】
下ベアリング３４も、いわゆるスラストベアリングである。下ベアリング３４の上ハウジングは、振動梁３２の裏面に接触し、下ベアリング３４の下ハウジングは、下拘束円盤３７に接触する。つまり、下ベアリング３４は、振動梁３２と下拘束円盤３７との間に挟み込まれる。
【0056】
下拘束円盤３７は、下ベアリング３４の下に配置される。そして、下拘束円盤３７は、シャフト１４に対して固定されている。具体的には、下拘束円盤３７は、シャフト１４に対してＺ軸方向に相対的に移動しない。また、下拘束円盤３７は、シャフト１４に対してＺ軸のまわりに回転することもない。下拘束円盤３７は、その単体の構成は、上拘束円盤３６と同じである。下拘束円盤３７も、貫通孔３７ａと、ねじ穴３７ｂと、を有する。そして、ねじ穴３７ｂにはボルト３７ｃがねじ込まれる。この構造により、下拘束円盤３７は、シャフト１４に固定される。
【0057】
この構成によれば、ピエゾモータ２９の出力面２９ａが変形し、振動梁３２を正及び負のＺ軸方向に振動させる。振動梁３２が正のＺ軸方向（上方向）に移動すると、上ベアリング３３、下ベアリング３４、上拘束円盤３６及び下拘束円盤３７も上方向に移動する。上拘束円盤３６及び下拘束円盤３７には、シャフト１４が固定されているので、上拘束円盤３６及び下拘束円盤３７の移動に伴ってシャフト１４も上方向へ移動する。同様に、振動梁３２が負のＺ軸方向（下方向）に移動すると、上ベアリング３３、下ベアリング３４、上拘束円盤３６及び下拘束円盤３７も下方向に移動する。従って、上拘束円盤３６及び下拘束円盤３７の移動に伴ってシャフト１４も下方向へ移動する。これら正のＺ軸方向への移動と、負のＺ軸方向への移動と、が繰り返されることにより、穿刺針８には、Ｚ軸方向に沿った往復振動が提供される。
【0058】
一方、上拘束円盤３６は、ボルト３４ｃによってシャフト１４に固定されているので、シャフト１４がＺ軸のまわりに回転すると、上拘束円盤３６も当該回転に伴う。上拘束円盤３６と振動梁３２との間には、上ベアリング３３が挟み込まれているので、上拘束円盤３６の回転は、上ベアリング３３によって縁が切られ、振動梁３２に伝わらない。つまり、上拘束円盤３６の回転は、上ベアリング３３が有するころの回転に変換される。従って、上拘束円盤３６に接するベアリングケースは、上拘束円盤３６と共に回転するが、振動梁３２に接する別のベアリングケースは、回転しない。
【0059】
下ベアリング３４においても、同様の作用が生じる。つまり、シャフト１４がＺ軸のまわりに回転すると、下拘束円盤３７も回転する。しかし、下拘束円盤３７の回転は、下ベアリング３４の作用により、振動梁３２に伝わることはない。
【0060】
＜回転ユニット＞
図５に示すように、回転ユニット２８は、シャフト１４に対してトルクを提供する。換言すると、回転ユニット２８は、Ｚ軸まわりの穿刺針８の回転を提供する。回転ユニット２８は、サブベース２６の裏面側に配置されて、シャフト１４の上端と下端との間に連結されている。換言すると、回転ユニット２８は、振動ユニット２７よりも下方（患者２０１側）に配置されている。
図５に示すように、回転ユニット２８は、シャフト１４に対してトルクを提供する。換言すると、回転ユニット２８は、Ｚ軸まわりの穿刺針８の回転を提供する。回転ユニット２８は、サブベース２６の裏面側に配置されて、シャフト１４の上端と下端との間に連結されている。換言すると、回転ユニット２８は、振動ユニット２７よりも下方（患者２０１側）に配置されている。
【0061】
回転ユニット２８は、主要な構成要素として、モータ３８（第２アクチュエータ）と、トルク伝達部３９（第２伝達部）と、を有する。モータ３８は、回転のためのトルクを発生させ、トルク伝達部３９は当該トルクをシャフト１４に伝達する。
【0062】
モータ３８は、アダプタ４１を介してサブベース２６の裏面に固定されている。モータ３８は、例えば、ステッピングモータを採用してよい。モータ３８の出力軸は、Ｚ軸と並行であり、出力軸はサブベース２６の裏面に対面する。そして、出力軸には、トルク伝達部３９が連結される。モータ３８は、ロボット制御装置６から送信される制御信号に応じて、回転方向及び回転速度が制御される。例えば、ロボット制御装置６は、出力軸を時計方向に１８０度回転させたのちに、半時計方向に１８０度回転させる。
【0063】
トルク伝達部３９は、複数（４個）のギヤ４２、４３、４４、４６を含む。ギヤ４２、４３、４４は、ギヤユニット４５を構成する。ギヤ４２は、出力軸に固定される。ギヤ４３は、ギヤ４２にかみ合わされる。ギヤ４４は、ギヤ４３にかみ合わされる。ギヤ４３、４４は、サブベース２６の裏面から突出するギヤシャフトに刺し込まれている。ギヤ４６は、ギヤ４４にかみ合わされる。ギヤ４６は、アキシャルベアリング４７（図４参照）を介してサブベース２６の裏面に取り付けられている。アキシャルベアリング４７を介しているので、ギヤ４６は、サブベース２６に対して回転することができる。
【0064】
図６の（ａ）部に示すように、ギヤ４６（回転駆動部）は、孔４６ａ（第２貫通孔）を有する。この孔４６ａは、シャフト１４（図６の（ｂ）部参照）の断面形状に応じた形状を有する。具体的には、シャフト１４は、孔４６ａに配置される軸部１４ａ（第２連結部）を有する。この軸部１４ａの断面形状は、例えば、略三角形である。なお、図６の（ｂ）部に示す軸部１４ａは、正三角形の頂部に面取りが設けられている。そして、孔４６ａの形状も、軸部１４ａの断面形状に応じた略三角形である。ただし、孔４６ａの開口面積は、軸部１４ａの断面積よりも大きい。つまり、軸部１４ａとギヤ４６との間には、隙間が設けられる。
【0065】
なお、回転駆動部は、回転体部に接続されると共に、駆動軸を挿通させる第２貫通孔を有し、第２貫通孔に挿通された駆動軸を、所定方向のまわりに拘束すると共に、所定方向に沿った振動を許すものであればよい。例えば、回転駆動部は、ギヤ４６に代えて、プーリや、磁石のような非接触駆動部を採用してもよい。
【0066】
このような構成によれば、ギヤ４６が回転すると、孔４６ａの内面の一部が軸部１４ａに押圧される。つまり、軸部１４ａは、ギヤ４６に対してＺ軸方向のまわりに拘束されている。この押圧個所は、全部で３か所である。この押圧個所において、ギヤ４６が軸部１４ａを押圧することにより、トルクが伝達される。一方、軸部１４ａとギヤ４６との間には隙間が設けられているので、Ｚ軸方向において、軸部１４ａはギヤ４６に対して縁が切られている。つまり、軸部１４ａは、Ｚ軸方向においてギヤ４６に拘束されていない。その結果、軸部１４ａがＺ軸方向に移動しても、その移動に伴ってギヤ４６が移動することはない。つまり、振動ユニット２７によって、シャフト１４がＺ軸方向に振動しても、その振動は軸部１４ａとギヤ４６の孔４６ａとの間で伝達されない。従って、回転ユニット２８の動作に、振動ユニット２７が直接的に影響することはない。
【0067】
上述した穿刺装置１２に関する説明をまとめると以下のとおりである。
【0068】
穿刺装置１２は、軸方向の振動と軸周りの回転を両立し、穿刺するための機構である。穿刺装置１２において、穿刺針８を保持するシャフト（シャフト１４）は、多角形部分（例えば三角形、軸部１４ａ）を有する。シャフトは、振動を伝達するための部材である振動梁３２を介して振動アクチュエータ（ピエゾモータ２９）に接続される。シャフトは、振動梁３２に対して回転可能であって、振動アクチュエータの振動が振動梁３２を介して提供される。振動アクチュエータは、ベース部材（メインベース１９）に固定される。ベース部材は、直動アクチュエータ（リニアモータ２１）の移動部（テーブル２２）に連結されている。回転を伝達するための部材（ギヤ８９）は、中央にシャフトの多角形部分（軸部１４ａ）にはめあう形状の孔４６ａを有する。シャフト（シャフト１４）の多角形部（軸部１４ａ）と、ギヤ４６の孔４６ａは、シャフトが軸方向に自在に運動できるよう微小な隙間を有する。部材（ギヤ４６）は、他の回転伝達体（ギヤ４２、４３、４４）を介して回転アクチュエータ（モータ３８）に接続される。回転アクチュエータ（モータ３８）は、ベース部材（メインベース１９）に固定される。
【0069】
上記の穿刺装置１２は、軸方向の振動と軸まわりの回転とを両立する振動回転両立機構である。振動回転両立機構は、ベース部材（メインベース１９）と、穿刺針８を保持するシャフト（シャフト１４）と、振動を伝達するための振動梁３２と、回転を伝達するギヤ４２、４３、４４、４６と、振動アクチュエータ（ピエゾモータ２９）と、回転アクチュエータ（モータ３８）と、を有する。シャフト１４に設けられた多角形部分（軸部１４ａ）は、ギヤ４６に設けられた孔４６ａにかみ合う。この構成により、回転アクチュエータからギヤ４６に伝達された回転がシャフト１４へ提供される。回転を伝達するためには、シャフト１４が正逆各方向に回転する際に、ギヤ４６に衝突する箇所が少なくとも一箇所ずつあればよい。
【0070】
シャフト１４の軸部１４ａにおける断面形状は、孔４６ａの形状に対して相似図形でなくてもよい。上記、多角形部分（軸部１４ａ）と軸部１４ａにかみ合う孔４６ａの間には、シャフト１４がＺ軸方向に自在にすべることができる微小な隙間が存在する。この隙間によって、シャフト１４の振動がギヤ４６に阻害されることがない。さらに、スラスト型の上ベアリング３３及び下ベアリング３４を用いてシャフト１４と振動アクチュエータ（ピエゾモータ２９）を接続する。この接続により、シャフト１４の回転を阻害することなく振動を伝達する。
【0071】
なお、振動と回転を両立する構成として、振動アクチュエータと回転アクチュエータを直列に接続する構成もあり得る。そして、振動アクチュエータは、回転アクチュエータごと振動させる。この構成では、振動させる物体の重量が増大し、高速での振動が不可能となる。
【0072】
また、本実施形態の穿刺装置１２の構成は、要するに、以下のとおりである。
【0073】
穿刺装置１２は、穿刺針８を装着するための穿刺針固定具４８（針固定部）と、穿刺針固定具４８に穿刺針８の軸方向の振動及び針の軸を回転軸とする回転を付加するための振動回転駆動機構１７（振動回転両立機構）と、振動回転駆動機構１７をＺ軸方向に駆動する直線駆動機構１６（駆動部）と、穿刺針８が直進可能であるように穿刺針８に対して垂直な面上での自由度を制限するための穿刺針ガイド４９と、穿刺針８を電気的もしくは物理的に可能な安全着脱機構５１と、を有する。
【0074】
振動回転駆動機構１７（振動回転両立機構）は、サブベース２６（ベース部材）と、サブベース２６に対して相対的に移動しないよう固定されたピエゾモータ２９（振動アクチュエータ）と、サブベース２６に対して相対的に運動するようにピエゾモータ２９に固定された振動梁３２と、振動梁３２に対しＺ軸方向には相対的に並進運動しないがＺ軸のまわりに回転可能に接続されたシャフト１４と、サブベース２６に対して相対的に運動しないよう固定されたモータ３８（回転アクチュエータ）と、モータ３８からシャフト１４へ回転を伝達するギヤ４６と、を有する。
【0075】
シャフト１４は、その軸線のまわりにおいて非円形の断面形状を有する軸部１４ａを有する。
【0076】
＜安全着脱機構＞
図３に示すように穿刺針８は、シャフト１４の先端に取り付けられた穿刺針固定具４８を介してシャフト１４に連結されている。この穿刺針固定具４８は、穿刺針８をＺ軸方向に沿って拘束するとともに、Ｚ軸のまわりの回転も拘束する。従って、穿刺針８は、シャフト１４の振動及び回転に伴って、振動及び回転することが可能になる。また、上記の穿刺針固定具４８によれば、穿刺針８は、その基端が穿刺針固定具４８に保持され、先端は自由端とされる。そこで、穿刺ロボット４では、穿刺針８の先端近傍、より詳細には患者２０１の皮膚上に配置される穿刺針ガイド４９によって、穿刺針８を拘束する。この拘束とは、Ｚ軸方向と直交する方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）への拘束である。この穿刺針ガイド４９によれば、患者２０１の皮膚に対して穿刺針８を所望の角度（例えば垂直）に維持することができる。穿刺針ガイド４９は、メインベース１９の下端部に取り付けられている。従って、メインベース１９に対してサブベース２６が負のＺ軸方向に移動したとき、穿刺針８は当該移動に伴うが、穿刺針ガイド４９は、サブベース２６の移動に伴わない。その結果、穿刺針８は、施術中において、支持され続ける。
図３に示すように穿刺針８は、シャフト１４の先端に取り付けられた穿刺針固定具４８を介してシャフト１４に連結されている。この穿刺針固定具４８は、穿刺針８をＺ軸方向に沿って拘束するとともに、Ｚ軸のまわりの回転も拘束する。従って、穿刺針８は、シャフト１４の振動及び回転に伴って、振動及び回転することが可能になる。また、上記の穿刺針固定具４８によれば、穿刺針８は、その基端が穿刺針固定具４８に保持され、先端は自由端とされる。そこで、穿刺ロボット４では、穿刺針８の先端近傍、より詳細には患者２０１の皮膚上に配置される穿刺針ガイド４９によって、穿刺針８を拘束する。この拘束とは、Ｚ軸方向と直交する方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）への拘束である。この穿刺針ガイド４９によれば、患者２０１の皮膚に対して穿刺針８を所望の角度（例えば垂直）に維持することができる。穿刺針ガイド４９は、メインベース１９の下端部に取り付けられている。従って、メインベース１９に対してサブベース２６が負のＺ軸方向に移動したとき、穿刺針８は当該移動に伴うが、穿刺針ガイド４９は、サブベース２６の移動に伴わない。その結果、穿刺針８は、施術中において、支持され続ける。
【0077】
ところで、穿刺中に患者２０１が不意に動いた場合や様態が急変した場合など、穿刺ロボット４から穿刺針８を切り離す必要が生じることがありえる。そして、切り離した後に、穿刺ロボット４を患者２０１から退避させて、患者２０１の安全を確保する。このような観点から、穿刺ロボット４は、穿刺針８を速やかに切り離すための、安全着脱機構５１（保持機構）と、ガイド着脱機構５２（拘束機構）と、を有する。
【0078】
＜穿刺針固定具＞
図７に示すように、穿刺針固定具４８は、第１アダプタ５３と、第２アダプタ５４と、を有する。第１アダプタ５３及び第２アダプタ５４は、ともに円筒形状を呈する。第１アダプタ５３及び第２アダプタ５４は、それらの軸線が穿刺針８の軸線と重複するように配置されている。
図７に示すように、穿刺針固定具４８は、第１アダプタ５３と、第２アダプタ５４と、を有する。第１アダプタ５３及び第２アダプタ５４は、ともに円筒形状を呈する。第１アダプタ５３及び第２アダプタ５４は、それらの軸線が穿刺針８の軸線と重複するように配置されている。
【0079】
第１アダプタ５３は、ケース５６と、ケース５６に配置された安全着脱機構５１と、を有する。ケース５６は、円筒状の形状を呈し、上端側にはシャフト１４の下端が固定され、下端側には第２アダプタ５４が着脱可能に連結される。なお、図７では、第１アダプタ５３の内部構成を図示するために、第１アダプタ５３の上端側に固定されるシャフト１４のフランジ１４ｆ（針連結部）（図３参照）の図示を省略している。ケース５６の外周面には、一対の平面部５７が設けられている。平面部５７は、第１アダプタ５３の軸線を挟んで対向する位置に設けられている。当該平面部５７にはケース５６の内部と挿通する貫通孔５８が設けられ、安全着脱機構５１の一部が当該貫通孔５８から突出する。
【0080】
貫通孔５８は、ケース５６の下端側に設けられている。貫通孔５８は、Ｚ軸方向に延びる第１部分５８ａと、当該第１部分５８ａの中腹から円周方向に延びる第２部分５８ｂと、を含む。第１部分５８ａには、第２アダプタ５４の一部が差し込まれると共に、当該第２アダプタ５４と係合する安全着脱機構５１の一部（爪６１ｅ）も配置される。第２部分５８ｂには、安全着脱機構５１の別の一部（解除用ボタン６１ｃ）が差し込まれる。
【0081】
図８の（ａ）部に示すように、安全着脱機構５１は、一対のリンク機構５９を有する。リンク機構５９は、レバー６１と、リニアモータ６２と、を有する。レバー６１は、平面視して略Ｌ字状を呈し、第１辺部６１ａと第２辺部６１ｂと、を有する。第１辺部６１ａは、ケース５６の内部から貫通孔５８を介してケース５６の外部へ延びる。第１辺部６１ａは、直線形状であってもよいし、円弧状であってもよい。第１辺部６１ａの先端は、貫通孔５８から突出し、解除用ボタン６１ｃとしての機能を奏する。
【0082】
第２辺部６１ｂは、ケース５６内に配置されている。この第２辺部６１ｂは、直線形状であってもよいし、平面視して一か所または複数個所の折り曲げ部を有していてもよい。そして、第１辺部６１ａと連続する端部と先端との間に、回動部６１ｄを有する。回動部６１ｄには、ねじりばねが設けられている。このねじりばねは、第１辺部６１ａの解除用ボタン６１ｃが外側へ突出する向きのトルクＴ１を生じさせる。
【0083】
さらに、レバー６１は、第２辺部６１ｂに設けられた爪６１ｅを有する。爪６１ｅは、回動部６１ｄと第１辺部６１ａが突出する端部との間に設けられる。この爪６１ｅは、Ｚ軸方向と交差する方向に突出し、貫通孔５８の内部に配置される。貫通孔５８の第１部分５８ａに挿し込まれる第２アダプタ５４には、係合孔６４ａが設けられている。爪６１ｅは、この係合孔６４ａに挿入される。この爪６１ｅ及び係合孔６４ａによって、第１アダプタ５３に第２アダプタ５４が連結される。
【0084】
リニアモータ６２は、出力軸６２ａがその軸線方向に往復移動する。出力軸６２ａの先端は、レバー６１の第２辺部６１ｂにおける先端近傍に当接する。なお、出力軸６２ａは、突出させた状態において、レバー６１を押圧していればよく、縮めた状態では、出力軸６２ａの先端はレバー６１に触れていてもよいし、触れていなくてもよい。出力軸６２ａがレバー６１を押圧すると（図８の（ｂ）部参照）、ねじりばねのトルクとは逆向きのトルクＴ２を生じる。レバー６１がトルクＴ２によって回転すると、爪６１ｅがケース５６側に退避するので、爪６１ｅと係合孔６４ａとの係合が解除される。従って、第１アダプタ５３と第２アダプタ５４との連結が解除される。
【0085】
第２アダプタ５４は、穿刺針８を第１アダプタ５３に連結する。第２アダプタ５４は、略円筒形状を有する。第２アダプタ５４の上端は、第１アダプタ５３の下端に着脱可能に連結される。具体的には、第２アダプタ５４の上端には、一対の連結突起部６４が設けられている。連結突起部６４は、Ｚ軸方向に延びる。そして、連結突起部６４は、第１アダプタ５３の貫通孔５８に挿入される。さらに連結突起部６４には、矩形状の係合孔６４ａが設けられている。上述したように、この係合孔６４ａには、安全着脱機構５１の爪６１ｅが差し込まれる。
【0086】
図５に示すように、第２アダプタ５４の下端は、穿刺針８を有する針ユニット６６を着脱可能に保持する。針ユニット６６は、穿刺針８と針アダプタ６７とを有する。第２アダプタ５４の下端には、当該針アダプタ６７を着脱可能に保持する溝５４ａが設けられている。針アダプタ６７は、Ｚ軸方向に交差する方向から溝５４ａに挿し込まれている。
【0087】
穿刺針固定具４８は、第１アダプタ５３に第２アダプタ５４が連結された第１の状態と、第１アダプタ５３から第２アダプタ５４が切り離された第２の状態と、を有する。この状態の切り替えは、リニアモータ６２に提供する電気信号によって制御する。
【0088】
まず、第１の状態である連結状態（図８の（ａ）部参照）では、リニアモータ６２の出力軸６２ａを縮める状態とする。そうすると、レバー６１は、ねじりばねのトルクＴ１によって、爪６１ｅがケース５６の貫通孔５８に配置される。爪６１ｅは、第２アダプタ５４の係合孔６４ａにかみ合わされる。
【0089】
連結状態から第２の状態である解除状態（図８の（ｂ）部参照）に切り替えるためには、リニアモータ６２の出力軸６２ａを伸ばした状態とする。そうすると、レバー６１は、ねじりばねのトルクＴ１に抗して回動部６１ｄのまわりに回転する（トルクＴ２の向きを参照）。その結果、爪部６ｅがケース５６内に収納される。その結果、第１アダプタ５３と第２アダプタ５４との連結状態が解除される。なお、連結状態の解除は、解除用ボタン６１ｃを手動で押し込むことによっても実現される。
【0090】
＜穿刺針ガイド＞
図９に示すように、穿刺針ガイド４９は、針先ガイド６８と、ガイドベース６９と、ガイド着脱機構５２と、を有する。針先ガイド６８には、穿刺針８が挿通されて、穿刺針８を案内する。針先ガイド６８は、着脱機構５２によってガイドベース６９上に着脱可能に保持される。
図９に示すように、穿刺針ガイド４９は、針先ガイド６８と、ガイドベース６９と、ガイド着脱機構５２と、を有する。針先ガイド６８には、穿刺針８が挿通されて、穿刺針８を案内する。針先ガイド６８は、着脱機構５２によってガイドベース６９上に着脱可能に保持される。
【0091】
針先ガイド６８は、ガイドプレート７２と、ガイドシリンダ７３と、を有する。ガイドプレート７２は、Ｚ軸方向から平面視して、略正方形状を呈する。ガイドプレート７２の裏面には、ガイドシリンダ７３が固定されている。例えば、ガイドシリンダ７３は、その中心軸線がガイドプレート７２の中心軸線と重複してもよい。ガイドプレート７２及びガイドシリンダ７３には、穿刺針８を挿通させるガイド孔６８ａが設けられる。ガイド孔６８ａは、Ｚ軸方向と交差する方向への穿刺針８の動きを拘束する。従って、ガイド孔６８ａの内径は、穿刺針８の外径よりも僅かに大きい。
【0092】
ガイドベース６９は、針先ガイド６８をメインベース１９に取り付ける。ガイドベース６９は、平面視して矩形形状を呈する板状部品である。そして、ガイドベース６９は、２軸ステージ７０を介してメインベース１９に対して固定される。ガイドベース６９は、針先ガイド６８のための溝部６９ａを有する。この溝部６９ａには、針先ガイド６８のガイドシリンダ７３が配置される。従って、溝部６９ａの幅は、ガイドシリンダ７３の外径よりも大きい。一方、ガイドベース６９の主面には、ガイドプレート７２の裏面が接触する。従って、溝部６９ａの幅は、ガイドプレート７２の一辺の長さよりも短い。
【0093】
着脱機構５２は、ガイドプレート７２の端面を着脱可能に保持する。具体的には、着脱機構５２は、ガイドプレート７２の互いに対向する端面７２ａ、７２ｂを挟む。着脱機構５２は、支持フレーム７４と、可動レバー７６と、リニアモータ７７と、を有する。
【0094】
支持フレーム７４は、Ｚ軸方向から平面視して、略Ｌ字形状を呈する。支持フレーム７４は、ガイドベース６９に固定されており、ガイドベース６９に対して移動及び回転しない。支持フレーム７４の辺７４ａは、Ｙ軸方向に延びる。換言すると、辺７４ａは、溝部６９ａの延びる方向（Ｙ軸方向）に対して平行である。辺７４ａには、ガイドプレート７２の端面７２ａが当接する。支持フレーム７４の別の辺７４ｂは、Ｘ軸方向に延びる。辺７４ｂには、ガイドプレート７２の端面７２ｃが当接する。
【0095】
可動レバー７６は、ガイドプレート７２の端面７２ｂを押圧する。可動レバー７６は、回動部７６ａを有し、当該回動部７６ａによってガイドベース６９に対して回転可能に連結される。具体的には、回動部７６ａは、可動レバー７６の基端に設けられており、可動レバー７６はこの回動部７６ａを回転軸線として回転する。そして、回動部７６ａには、ねじりバネ７８（図１０参照）が設けられる。リニアモータ７７は、出力軸６２ａがその軸線方向に沿って往復移動するリニアモータである。リニアモータ７７は、ガイドベース６９の主面に取り付けられている。
【0096】
図１０の（ａ）部に示すように、出力軸７７ａの先端は、ねじりバネ７８の端部を押圧する。例えば、出力軸７７ａを延ばしたとき、出力軸７７ａの先端は、ねじりバネ７８の端部を押圧する。そうすると、この押圧により復元力が生じ、当該復元力は、可動レバー７６をガイドプレート７２に押圧させるトルクを生じさせる。つまり、針先ガイド６８をガイドベース６９に固定する場合には、リニアモータ７７の出力軸７７ａを延ばす。
【0097】
図１０の（ｂ）部に示すように、出力軸７７ａを縮めたとき、出力軸７７ａの先端は、ねじりバネ７８の端部から離間する。そうすると、押圧により生じていた復元力が消失する。従って、可動レバー７６をガイドプレート７２に押圧させる力も消失する。このとき、可動レバー７６は、回動部７６ａのまわりに自由に回転できる。つまり、針先ガイド６８をガイドベース６９から取り外す場合には、リニアモータ７７の出力軸７７ａを縮める。
【0098】
上述した安全着脱機構５１に関する説明をまとめると以下のとおりである。
【0099】
穿刺針８は、穿刺針固定具４８によってシャフト１４に固定され、穿刺針ガイド４９によって直動以外の自由度を制限されている。しかし、穿刺中、患者２０１が不意に動いた場合又は患者２０１の容態が急変した場合、穿刺針８を穿刺ロボット４から切り離した後に穿刺ロボット４のみを退避させることによって、患者２０１の安全を確保する必要がある。そこで以下のような着脱機構を提案した。
【0100】
穿刺針固定具４８は、穿刺針８を保持する第２アダプタ５４を第１アダプタ５３に固定するためのレバー６１が少なくとも１個（実施形態では２個）設けられている。レバー６１はケース５６に対して回転可能に固定されている。リニアモータ６２（例えば超音波リニアアクチュエータ）は、ケース５６に対し、相対的に運動しないように固定される。リニアモータ６２の駆動部分は、駆動時にレバー６１に衝突する。この衝突により、レバー６１が回転する。レバー６１の回転によって、第１アダプタ５３と第２アダプタ５４との連結状態が解除される。
【0101】
穿刺針ガイド４９は、穿刺針８の移動を直動方向のみに制限するための針先ガイド６８を有する。穿刺針ガイド４９は、針先ガイド６８のガイドプレート７２に対し少なくとも２箇所接触する形状をした支持フレーム７４を有する。支持フレーム７４は、ガイドベース６９に対し、相対的に運動しないように固定される。また、可動レバー７６はガイドベース６９に対して回転可能に固定される。可動レバー７６は、ねじりバネ７８によって針先ガイド６８を支持フレーム７４に押し付ける方向に向かう力を受ける。ねじりバネ７８のもう一方は、可動レバー７６に対して相対的に移動できないよう固定されたリニアモータ７７の出力軸７７ａに押圧されている。リニアモータ７７の駆動によって、ねじりバネ７８が解放され針先ガイド６８の固定が解除される。
【0102】
安全着脱機構５１は電気信号を用いて遠隔的かつ自動的に針を取り外し、患者２０１の安全を確保する。なお、実用の際の着脱の手間等を考え、手動で物理的に取り外してもよい。第１アダプタ５３と第２アダプタ５４との連結を解除することによって、直動方向に自由に穿刺針８が動作できるようになる。針先ガイド６８の離脱によって、直動以外の平面方向に自由に穿刺針８が動作できるようになる。これらは同時に行われてもよいし、医師の判断で片方のみが行われてもよい。
【0103】
また、本実施形態の安全着脱機構５１の構成は、要するに、以下のとおりである。
【0104】
安全着脱機構は、針固定部が装着され、電気的操作または物理的操作によって針固定具を取りはずすことができる針固定具離脱機構と、針ガイドが装着され、電気的操作または物理的操作によって針ガイドを取りはずすことができる針ガイド離脱機構と、を有する。
【0105】
穿刺針固定具４８は、ケース５６と、ケース５６に対して回転可能に固定された、針固定具を固定するためのレバー６１と、ケース５６に対して相対的に運動しないように固定され、駆動部がレバー６１に衝突した際にレバー６１が回転するように配置されたリニアモータ２１と、を有する。
【0106】
穿刺針ガイド４９は、ガイドベース６９と、ガイドベース６９に対し相対的に運動しないように固定され、針ガイドの少なくとも２箇所が接触する形状を有する支持フレーム７４と、ガイドベース６９に対し回転可能に固定され、回転時に針ガイドの少なくとも一箇所に接触するように配置された可動レバー７６と、リニアモータ２１と、片方の先端を可動レバー７６に固定し、もう片方の端面をリニアモータ２１の駆動部に押し付けられるように配置されたねじりバネ７８と、を有する。
【0107】
＜薬剤注入装置＞
ところで、穿刺針８を用いた施術では、多品種の薬剤を用いることがある。この場合には、穿刺針８に提供する薬剤を必要に応じて変更する必要がある。このような観点から、穿刺ロボット４は、穿刺針８に提供する薬剤を容易に変更できる薬剤注入装置１３を有する。
ところで、穿刺針８を用いた施術では、多品種の薬剤を用いることがある。この場合には、穿刺針８に提供する薬剤を必要に応じて変更する必要がある。このような観点から、穿刺ロボット４は、穿刺針８に提供する薬剤を容易に変更できる薬剤注入装置１３を有する。
【0108】
図１１に示すように、薬剤注入装置１３は、主要な構成要素として、レボルバ７９と、装置本体８１と、回転機構８２と、押出機構８３と、を有する。レボルバ７９には、薬剤を収容したシリンジ８４が取り付けられる。このレボルバ７９は、装置本体８１に対して軸線のまわりに回転に装置本体８１に連結される。薬剤注入装置１３は、レボルバ７９を回転機構８２によって回転させることにより、穿刺針８に提供すべき薬剤を収容するシリンジ８４をシリンジレバー８６に対応する位置へ移動させる。そして、薬剤注入装置１３は、押出機構８３によってプランジャ８７を押圧することにより、薬剤を穿刺針８に提供する。
【0109】
この構成によれば、薬剤注入装置１３は、提供すべき薬剤の選択及び穿刺針８への薬剤の提供を、回転機構８２及び押出機構８３により実現する。つまり、薬剤注入装置１３は、少なくとも２個のアクチュエータを用いて、アクチュエータの数よりも多い数のシリンジ８４から薬剤を穿刺針８に提供する。
【0110】
以下、薬剤注入装置１３についてさらに詳細に説明する。
【0111】
レボルバ７９は、複数のシリンジ８４を保持すると共に装置本体８１に対して回転する。レボルバ７９は、円筒形状を呈する。レボルバ７９は、前端と後端とを有する。レボルバ７９の後端には、装置本体８１が連結される。レボルバ７９の円周面には、複数のシリンジ装着部８８が設けられる。シリンジ装着部８８は、レボルバ７９の軸線方向に延びる溝部と、溝部に配置されたシリンジ８４を固定する固定部と、を有する。つまり、シリンジ８４の軸線は、レボルバ７９の中心軸線から直径方向に所定距離だけ離間する。さらに、シリンジ８４は、レボルバ７９の中心軸線のまわりに等間隔（例えば４５度ごと）に配置される。この間隔によれば、レボルバ７９は、８本のシリンジ８４を保持する。なお、レボルバ７９が保持するシリンジ８４の数は、８本に限定されない。８本以上であってもよいし、８本以下であってもよい。シリンジ８４は、チューブと薬剤切替機構を介して、穿刺針８に接続されている。
【0112】
レボルバ７９は、前端に設けられた開口７９ｈを有する。この開口７９ｈには、装置本体８１の前端が露出する。レボルバ７９は、開口７９ｈのまわりに固定されたギヤ８９を有する。ギヤ８９は、装置本体８１に対するレボルバ７９の回転のためのものである。ギヤ８９の軸線は、レボルバ７９の軸線と重複するように、レボルバ７９の内部に配置される。
【0113】
装置本体８１は、ハウジング９１と、内部フレーム９２と、を有する。ハウジング９１は、円筒形状を呈する。ハウジング９１は、前端と後端とを有する。ハウジング９１の前端には、レボルバ７９の後端が配置される。ハウジング９１の後端は、ロボットアーム１１に固定される。内部フレーム９２は、ハウジング９１の内部に配置されて、押出機構８３及び回転機構８２の基礎となる。内部フレーム９２は、ハウジング９１に対して固定されているので、ハウジング９１に対して移動及び回転することはない。さらに内部フレーム９２の前端は、レボルバ７９の前端に設けられた開口７９ｈから露出する。露出した前端には、アダプタ９３を介して前述の穿刺装置１２が固定される。具体的には、内部フレーム９２にはアダプタ９３を介して穿刺装置１２のメインベース１９が固定される。
【0114】
内部フレーム９２の前部には、回転機構８２が設けられる。回転機構８２は、主要な構成要素として、軸部９２ａと、ベアリング９４と、ギヤ８９と、ピニオン９６と、モータ９７と、を有する。軸部９２ａは、レボルバ７９の回転軸線に沿って延びる円筒状の部分である。軸部９２ａは、内部フレーム９２の一部である。レボルバ７９は、この軸部９２ａのまわりに回転する。具体的には、レボルバ７９のギヤフランジ９８と、軸部９２ａとの間には、ベアリング９４が設けられている。つまり、ベアリング９４の内周面は、軸部９２ａに固定され、ベアリング９４の外周面はギヤフランジ９８に固定される。また、レボルバ７９の後端とハウジング９１の前端との間は、ころがり支持機構９９が設けられる。ころがり支持機構９９は、レボルバ７９の後端をハウジング９１の前端によって回転可能に支持する。ころがり支持機構９９は、レボルバ７９の後端に設けられたレボルバ溝と、ハウジング９１の前端に設けられたハウジング溝と、レボルバ溝及びハウジング溝の間に配置された複数の転動体と、を有する。これらの構成によって、レボルバ７９は、装置本体８１に対して円滑に回転できる。
【0115】
ピニオン９６は、回転軸線から直径方向に離間して配置される。具体的には、ピニオン９６は、ギヤ８９の外周近傍において、ギヤ８９に噛み合う位置に設けられる。ギヤ８９及びピニオン９６は、共に平歯車であり、レボルバ７９に設けられたギヤ８９は、装置本体８１に設けられたピニオン９６より大径である。ピニオン９６は、モータ９７の出力軸９７ａに連結されている。モータ９７は、内部フレーム９２に対して固定されている。
【0116】
回転機構８２によれば、モータ９７を駆動すると、その出力軸９７ａが回転する。出力軸９７ａの回転に伴ってピニオン９６が回転し、ピニオン９６に噛み合うギヤ８９が回転する。ギヤ８９の回転によって、レボルバ７９が回転する。つまり、モータ９７の回転数を制御することより、レボルバ７９の回転位置を制御することができる。なお、モータ９７は、ロボット制御装置６によって制御されてもよい。
【0117】
内部フレーム９２の主面には、押出機構８３が固定される。押出機構８３は、リニアモータ１０１（第３アクチュエータ）と、シリンジレバー８６と、を有する。リニアモータ１０１は、レボルバ７９の回転軸線に沿った駆動力を発生させる。リニアモータ１０１は、ロボット制御装置６によって制御されてもよい。リニアモータ１０１のテーブルには、シリンジレバー８６が固定される。従って、シリンジレバー８６は、レボルバ７９の回転軸線に沿って往復移動する。
【0118】
シリンジレバー８６は、Ｌ字形状の部品である。シリンジレバー８６の固定辺８６ａは、リニアモータ１０１のテーブルに固定される。シリンジレバー８６の押圧辺８６ｂは、固定辺８６ａから起立し、ハウジング９１の外部にまで突出する。レボルバ７９の回転軸線の方向から薬剤注入装置１３を見たとき、押圧辺８６ｂの先端は、レボルバ７９の外周面よりも突出する。ハウジング９１には、押圧辺８６ｂのための長穴９１ｈが設けられており、この長穴９１ｈを介して押圧辺８６ｂが突出する。そして、長穴９１ｈは、レボルバ７９の回転軸線に沿って延びており、この長穴９１ｈの長手方向の距離だけ、シリンジレバー８６は、往復移動することが可能である。
【0119】
上述した薬剤注入装置１３に関する説明をまとめると以下のとおりである。
【0120】
薬剤注入装置１３は、押出のためのアクチュエータ及び選択のためのアクチュエータによって薬剤を切り替えて注入する。多種の薬剤を選択的に注入する施術の際には、穿刺中に複数の薬剤を切り替える必要がある。そこで、薬剤注入装置１３は、押出及び選択の２個のアクチュエータによって薬剤の切替と注入とを実現する。
【0121】
押出機構８３は、移動部分に設置された薬液押出用のシリンジレバー８６を有する。押出機構８３の本体部分は、回転軸部材（装置本体８１）に固定される。シリンジ８４は外装部材（レボルバ７９）の周囲に円状に配置される。外装部材は、ベアリング９４を介して、装置本体８１に対して相対的に回転できるように固定される。回転機構８２は回転軸部材に固定され、ギヤ８９を介してハウジング９１に接続される。
【0122】
薬剤注入装置１３は、シリンジ８４が３本以上備えられていてもよい。薬剤注入装置１３の優位性は、少なくとも２個であり、かつシリンジ８４の本数よりも少ないアクチュエータによってシリンジ８４を選択及び注入できる点である。薬剤注入装置１３は、押出機構８３と、回転機構８２と、各部品を固定するための構造部材（レボルバ７９及びハウジング９１）と、シリンジ８４を固定するためのシリンジ装着部８８と、を有する。回転機構８２の動作によって、所望のシリンジ８４をシリンジレバー８６の前方へ移動させ、その後、押出機構８３を動作させることで、当該シリンジ８４に収容された薬剤の注入が可能となる。薬剤注入装置１３は、押し出し用のアクチュエータ及び選択用のアクチュエータによって、多数のシリンジ８４から所望のシリンジ８４を選択し、選択したシリンジ８４に収容された薬剤を患者２０１に提供することが可能となる。
【0123】
また、本実施形態の薬剤注入装置１３の構成は、要するに、以下のとおりである。
【0124】
薬剤注入装置１３は、３本以上のシリンジ８４を装着するための複数のシリンジ装着部８８と、シリンジ８４のうち任意の一本が保持する薬剤を提供するための押出機構８３と、シリンジ８４のそれぞれに接続されるチューブと、を有する。
【0125】
押出切替機構である薬剤注入装置１３は、少なくとも２個、かつ、シリンジ８４の本数よりも少ない個数で、薬液の押出に使用される少なくとも１個の押出機構８３と、切替のために使用される少なくとも１個の回転機構８２と、を有する。
【0126】
薬剤注入装置１３は、押出のためのリニアモータ１０１において、押出のためのリニアモータ１０１のテーブルに固定され、シリンジ８４のプランジャ８７を押し込むために使用されるシリンジレバー８６を有する。例えば、薬剤注入装置１３は、図示しないシリンジレバー８６の位置を得るセンサ、シリンジレバー８６に作用する圧力、薬剤の流出量を得るセンサを備えており、これらのセンサから得たデータを利用して、リニアモータ１０１の押し込み量を制御してもよい。シリンジ装着部８８は、シリンジ８４を円状に装着できるように配置される。切替のためのモータ９７は、シリンジ８４を固定するレボルバ７９を回転させることにより、シリンジ８４を切り替えて、押出のためのリニアモータ１０１の駆動によってシリンジ８４のプランジャ８７を押し込む。
【0127】
以下、穿刺ロボット４の作用効果について簡単に説明する。
【0128】
振動ユニット２７は、サブベース２６に固定されて、振動のための振動力を生じさせるピエゾモータ２９と、ピエゾモータ２９及びシャフト１４に連結されて、振動力をシャフト１４に伝達する振動伝達部３１と、を有する。回転ユニット２８は、サブベース２６に固定されて、回転のための回転力を生じさせるモータ３８と、モータ３８及びシャフト１４に連結されて、回転力をシャフト１４に伝達するトルク伝達部３９と、を有する。この構造によれば、振動ユニット２７及びトルク伝達部３９がシャフト１４に対して振動及び回転を同時に付与することができる。従って、挿入途中の穿刺針８の動きがさらに安定化する。その結果、穿刺針８をさらに短時間で患部に到達させやすくなるので、穿刺による負担をさらに軽減することができる。
【0129】
振動伝達部３１は、ピエゾモータ２９に接触する基端３２ｃと、シャフト１４を挿通させる貫通孔３２ａを有する先端３２ｂと、を含む振動梁３２と、貫通孔３２ａに挿通されたシャフト１４を、先端３２ｂに対して所定方向に拘束すると共に、所定方向のまわりの回転を許す拘束部３５と、を含む。この構造によれば、シャフト１４の回転を許容し、且つ、シャフト１４に振動を付与する動作を簡易な構成で実現することができる。
【0130】
トルク伝達部３９は、モータ３８に接続されるギヤユニット４５（回転伝達部）と、ギヤユニット４５に接続されると共に、シャフト１４を挿通させる孔４６ａを有し、孔４６ａに挿通されたシャフト１４を、所定方向のまわりに拘束すると共に、所定方向に沿った振動を許すギヤ４６と、を含む。この構造によれば、シャフト１４の振動を許容し、且つ、シャフト１４に回転を付与する動作を簡易な構成で実現することができる。
【0131】
シャフト１４は、振動ユニット２７と連結される連結部１４ｒと、回転ユニット２８と連結される軸部１４ａと、穿刺針８が連結されるフランジ１４ｆと、を含む。軸部１４ａは、連結部１４ｒとフランジ１４ｆとの間に設けられる。この構成によれば、シャフト１４を良好な状態で振動及び／又は回転させることができる。
【0132】
穿刺ロボット４は、穿刺針８に接続されて、穿刺針８に薬剤を提供する薬剤注入装置１３をさらに備える。薬剤注入装置１３は、薬剤を収容したシリンジ８４を複数取り付けたレボルバ７９と、シリンジ８４に挿入されたプランジャ８７を押圧するシリンジレバー８６と、を有する。レボルバ７９及びシリンジレバー８６は、相対的に移動する。この構成によれば、穿刺針８に対して複数のシリンジ８４が接続される。その結果、穿刺針８とシリンジ８４との接続を解除して、新たなシリンジ８４を接続するといった交換作業を不要とすることが可能になる。従って、施術時間をさらに短縮することができる。
【0133】
レボルバ７９及びシリンジレバー８６の相対的な移動は、回転である。この構成によれば、薬剤注入装置１３を小型化することができる。
【0134】
穿刺ロボット４は、薬剤注入装置１３が固定されるロボットアーム１１をさらに備える。リニアモータ１０１は、ロボットアーム１１に固定される。レボルバ７９はシリンジレバー８６に対して回転する。この構成によれば、リニアモータ１０１によって押圧されるレボルバ７９の選択時に、レボルバ７９が回転する。この回転によって、シリンジ８４内の薬液を撹拌することができる。
【0135】
穿刺ロボット４は、シャフト１４の先端に対して着脱可能に取り付けられて、穿刺針８を保持する安全着脱機構５１をさらに備える。この構成によれば、穿刺針８とシャフト１４との連結を速やかに解除することができる。
【0136】
メインベース１９は、穿刺針８と交差するように設けられたテーブルを含む。そして、穿刺ロボット４は、穿刺針８が挿通されるガイド孔６８ａを有し、テーブルに配置されるガイドプレート７２と、ガイドプレート７２をテーブルに対して着脱可能に保持するガイド着脱機構５２と、をさらに備える。この構成によれば、穿刺針８と駆動機構３０との連結を速やかに解除することができる。
【0137】
＜変形例＞
本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。
本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。
【0138】
回転ユニット２８において、シャフト１４の軸部１４ａの形状と、ギヤ４６の孔４６ａの形状とは、図６に示すような形状（略三角形）に限定されない。例えば、ギヤ４６は、シャフト１４をその軸線のまわりにおいて、正逆各方向に回転させたときに、各方向に少なくとも一箇所のシャフト１４の軸部１４ａと衝突する形状の孔４６ａを有していればよい。
【0139】
例えば、図１２の（ａ）部に示すように、シャフト１４Ａの軸部１４ｂの断面形状は、矩形（正方形）であり、ギヤ４６Ａの孔４６ｂの形状も矩形（正方形）であってもよい。また、図１２の（ｂ）部に示すようにシャフト１４Ｂの軸部１４ｃの断面形状は、楕円であり、ギヤ４６Ｂの孔４６ｃの形状は矩形（正方形）であってもよい。さらに、図１２の（ｃ）部に示すようにシャフト１４Ｃの軸部１４ｄの断面形状は、楕円であり、ギヤ４６Ｃの孔４６ｄの形状も楕円であってもよい。
【0140】
薬剤注入装置１３は、装置本体８１が固定側となり、装置本体８１に対してレボルバ７９が回転した。換言すると、シリンジレバー８６に対してシリンジ８４が回転することにより、薬剤の選択が行われた。
【0141】
例えば、図１３の（ａ）部及び（ｂ）部に示すように、変形例１に係る薬剤注入装置１３Ａは、レボルバ７９Ａが固定側であり、装置本体８１Ａが回転側としてもよい。換言すると、シリンジ８４Ａに対してシリンジレバー８６Ａが回転することにより、薬剤の選択してもよい。
【0142】
つまり、薬剤注入装置１３Ａ（押出切替機構）は、押出機構８３Ａ（押出のためのアクチュエータ）において、押出機構８３Ａのリニアモータ１０１Ａ（駆動部）に固定され、シリンジ８４Ａを押し込むために使用されるシリンジレバー８６Ａを有する。シリンジ装着部８８Ａ（シリンジ取り付け部）は、シリンジ８４Ａを円状に装着できるように配置される。回転機構８２Ａ（切替のためのアクチュエータ）は、押出機構８３Ａを回転させることで、シリンジ８４Ａを切り替えて、押出機構８３Ａの駆動によってシリンジ８４Ａから薬剤を供給する。
【0143】
また、例えば、図１４の（ａ）部及び（ｂ）部に示すように、変形例２に係る薬剤注入装置１３Ｂは、レボルバ７９Ｂと、装置本体８１Ｂと、を有する構成としてもよい。レボルバ７９Ｂは、複数のシリンジ８４Ｂを直線状に並べて保持する。そして、装置本体８１Ｂは、レボルバ７９Ｂに対して直線状に移動する。つまり、シリンジレバー８６Ｂは、シリンジ８４Ｂが並べられた方向に往復移動する。
【0144】
つまり、薬剤注入装置１３Ｂ（押出切替機構）は、押出機構８３Ｂ（押出のためのアクチュエータ）において、押出機構８３Ｂのリニアモータ１０１Ｂ（駆動部）に固定され、シリンジ８４Ｂを押し込むシリンジレバー８６Ｂを有する。シリンジ装着部８８Ｂは、シリンジ８４Ｂを直線状に装着できるように配置される。並進機構８２Ｂ（切替のためのアクチュエータ）は、押出機構８３Ｂを並進移動させることでシリンジ８４Ｂを切り替えて、押出機構８３Ｂの駆動によってシリンジ８４Ｂから薬剤を供給する。
【0145】
また、例えば、図１４の（ｃ）部及び（ｄ）部に示すように、変形例３に係る薬剤注入装置１３Ｃは、レボルバ７９Ｃと、装置本体８１Ｃと、を有する構成としてもよい。レボルバ７９Ｃは、複数のシリンジ８４Ｃを直線状に並べて保持する。そして、レボルバ７９Ｃは、装置本体８１Ｃに対して直線状に移動する。つまり、シリンジ８４Ｃは、シリンジ８４Ｃが並べられた方向に往復移動する。
【0146】
つまり、薬剤注入装置１３Ｃ（押出切替機構）は、押出機構８３Ｃ（押出のためのアクチュエータ）において、押出機構８３Ｃ（押出のためのアクチュエータ）のリニアモータ１０１Ｃ（駆動部）に固定され、シリンジ８４Ｃを押し込むシリンジレバー８６Ｃを有する。シリンジ装着部８８Ｃは、シリンジ８４Ｃを直線状に装着できるように配置され、並進機構８２Ｃによってレボルバ７９Ｃを並進移動させることで、シリンジ８４Ｃを切り替えて、押出機構８３Ｃの駆動によってシリンジ８４Ｃから薬剤を供給する。
【0147】
＜穿刺針固定具の変形例＞
図１５は、穿刺針固定具４８Ａの変形例を示す。穿刺針固定具４８Ａは、把持具３１０と、駆動ユニット３２０と、を有する。把持具３１０は、一対のアーム３１１を有し、当該アーム３１１によって穿刺針８を把持する。駆動ユニット３２０は、アーム３１１の位置を把持位置と解除位置とに相互に切り替える。把持位置から解除位置への切り替えは、駆動ユニット３２０が収容するアクチュエータによって行うこともできるし、手動によって行うこともできる。
図１５は、穿刺針固定具４８Ａの変形例を示す。穿刺針固定具４８Ａは、把持具３１０と、駆動ユニット３２０と、を有する。把持具３１０は、一対のアーム３１１を有し、当該アーム３１１によって穿刺針８を把持する。駆動ユニット３２０は、アーム３１１の位置を把持位置と解除位置とに相互に切り替える。把持位置から解除位置への切り替えは、駆動ユニット３２０が収容するアクチュエータによって行うこともできるし、手動によって行うこともできる。
【0148】
図１６の（ａ）部及び図１６の（ｂ）部に示すように、アーム３１１は、側面視してＬ字状の本体部３１２と、本体部３１２に設けられた連結部３１３と、を有する。本体部３１２の先端３１２ａは、Ｘ方向に延び、他方のアーム３１１の本体部３１２の先端３１２ａと対面する。この先端３１２ａ同士の間に穿刺針８が挟み込まれる。穿刺針８を把持する部分は、溝が形成されている。溝の断面形状は、穿刺針８の被把持部の形状に応じて適宜選択してよい。本体部３１２の基部３１２ｂは、Ｚ方向に延びる。基部３１２ｂには、連結部３１３が設けられている。連結部３１３は、駆動ユニット３２０のケース３２１の内部に配置されており、本体部３１２を駆動する力を受ける。連結部３１３は、本体部３１２を駆動するためのソレノイド接続部３１３ａと、操作爪３１３ｂとを有する。
【0149】
駆動ユニット３２０は、ケース３２１に収容された一対の駆動機構を有する。一つの駆動機構は、一つのアーム３１１に対応する。駆動機構は、リニアモータであるソレノイド３３１と、ばねユニット３３２と、を有する。
【0150】
ソレノイド３３１の駆動軸３３１ａの一端は、ソレノイド接続部３１３ａの上端に連結されている。駆動軸３３１ａの基端は、ソレノイド３３１に連結されている。そして、圧縮ばねユニット３３２の圧縮ばね３３２ｓは、ソレノイド３３１とソレノイド接続部３１３ａに挟まれている。その結果、圧縮ばね３３２ｓは、ソレノイド３３１からソレノイド接続部３１３ａを離間させる向きの力を発生する。
【0151】
なお、圧縮ばねユニット３３２は、種々の構成を採用してよい。図１５に示すように、圧縮ばねユニット３３２は、駆動軸３３１ａに連結されたアダプタ３３２ａと、ケース３２１に対して固定されるばね支持部３３２ｂと、当該アダプタ３３２ａとばね支持部３３２ｂとの間に配置される一対の圧縮ばね３３２ｓと、を有していてもよい。また、図１６に示すように、圧縮ばねユニット３３２は、駆動軸３３１ａに配置されて、ソレノイド接続部３１３ａとソレノイド３３１との間に挟み込まれた圧縮ばね３３２ｓにより構成されてもよい。
【0152】
圧縮ばね３３２ｓの力は、アーム３１１が穿刺針８を把持する方向と一致する。つまり、アーム３１１は、圧縮ばね３３２ｓの復元力によって、把持状態を維持する。具体的には、ソレノイド３３１が動作していない（力を発生させていない）とき、駆動軸３３１ａは、圧縮ばね３３２ｓの復元力によって正のＸ方向に移動した状態である（図１６の（ａ）部参照）。一方、ソレノイド３３１が動作しているとき（力を発生させているとき）、駆動軸３３１ａは縮まる。換言すると、ソレノイド３３１とソレノイド接続部３１３ａとの間の距離が短くなる。その結果、ソレノイド接続部３１３ａは負のＸ方向に移動するので、アーム３１１同士が互いに離間する。つまり、解除状態となる（図１６の（ｂ）部参照）。
【0153】
また、駆動軸３３１ａは、ケース３２１の底面から突出した操作爪３１３ｂを有する。この操作爪３１３ｂを操作する（操作爪３１３ｂの間隔を広げる）ことによって、把持状態から解除状態に移行することもできる。つまり、ソレノイド３３１とソレノイド接続部３１３ａとの間の距離が短くなった状態を、操作爪３１３ｂの移動によって実現する。
【0154】
変形例の穿刺針固定具４８Ａは、針固定部に別途部品を取り付ける必要がないので、部品点数を削減することができる。また、変形例の穿刺針固定具４８Ａは、穿刺針８を取り外す方向に制限がない。換言すると、連結状態を解除した状態として、穿刺針８を水平方向（Ｙ方向）に移動させて取り外すこともできるし、垂直方向（穿刺針８が延びる方向：Ｚ方向）に移動させて取り外すこともできる。
【符号の説明】
【0155】
１…穿刺システム、４…穿刺ロボット、８…穿刺針、１１…ロボットアーム、１２…穿刺装置、１３…薬剤注入装置、１４…シャフト、１６…直線駆動機構、１７…振動回転駆動機構、１９…メインベース、２６…サブベース、２７…振動ユニット、２８…回転ユニット、３０…駆動機構。
【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】