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特許7469120ロボット手術支援システム、ロボット手術支援システムの作動方法、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】2024-04-08
(45)【発行日】2024-04-16
(54)【発明の名称】ロボット手術支援システム、ロボット手術支援システムの作動方法、及びプログラム
(51)【国際特許分類】
A61B 34/10 20160101AFI20240409BHJP
A61B 34/35 20160101ALI20240409BHJP
B25J 9/16 20060101ALN20240409BHJP
【ＦＩ】
A61B34/10
A61B34/35
B25J9/16
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2020070567
(22)【出願日】2020-04-09
(65)【公開番号】P2021166593
(43)【公開日】2021-10-21
【審査請求日】2023-01-19
(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】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】井田 城太
(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】国際公開第２０１９／１３９９３１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／０９２３７２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１５－５０４６８９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ３４／００－３４／３７
Ｂ２５Ｊ ９／１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロボット本体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システムであって、処理部を備え、
前記処理部は、
前記ロボット手術の対象である被検体の体表に穿孔されるポートの位置を計画し、
前記ロボット手術の術式の情報に基づいて、前記被検体に対する前記ロボット本体の位置を計画し、
前記ロボット本体が計画位置に配置された状態で、前記ロボット本体が備える俯瞰カメラにより前記被検体の少なくとも一部を含む被写体が撮像された撮像画像を取得し、
前記撮像画像と前記ポートの計画位置とに基づいて、前記撮像画像におけるポートの計画位置を認識し、
前記撮像画像と、前記撮像画像に表れた前記被検体における前記ポートの計画位置を示すポート位置情報と、を表示部に表示させる、機能を有する、
ロボット手術支援システム。
【請求項2】
前記処理部は、前記被検体のランドマークの情報と、前記被検体のランドマークと前記ポートの計画位置との位置関係を示す位置関係情報と、を取得し、
前記撮像画像における前記ランドマークの画像位置を認識し、
前記ランドマークの画像位置と前記位置関係情報とに基づいて、前記撮像画像における前記ポートの計画位置を認識する、
請求項１に記載のロボット手術支援システム。
【請求項3】
前記処理部は、前記撮像画像における前記ポートを穿孔するための穿孔器具の位置を認識し、
前記穿孔器具の位置と前記ポートの計画位置とに基づいて、前記穿孔器具を前記ポートの計画位置に誘導するための案内情報を表示させる、
請求項１又は２に記載のロボット手術支援システム。
【請求項4】
前記処理部は、前記被検体の３Ｄデータを取得し、
前記被検体の３Ｄデータに基づいて前記ポートの位置を計画する、
請求項１～３のいずれか１項に記載のロボット手術支援システム。
【請求項5】
前記処理部は、前記ロボット本体のキネマティクスの情報を取得し、
前記キネマティクスの情報と前記被検体の３Ｄデータに基づいて、前記ロボット本体の位置を計画する、
請求項４に記載のロボット手術支援システム。
【請求項6】
前記処理部は、前記被検体の前記ポートの穿孔位置にポートが穿孔される際に、前記ロボット本体がポート穿孔姿勢となるよう前記ロボット本体を作動させ、
前記ポート穿孔姿勢は、前記ロボット本体が備えるアームと前記被検体との間の空間の大きさを第１の閾値以上とする姿勢である、
請求項１～５のいずれか１項に記載のロボット手術支援システム。
【請求項7】
前記処理部は、前記被検体に穿孔された前記ポートを介して前記ロボット本体が備える手術器具が前記被検体に挿入される際、前記ロボット本体が装備姿勢となるよう前記ロボット本体を作動させ、
前記装備姿勢は、前記手術器具の被検体内の可動範囲の大きさを第２の閾値以上とする姿勢、又は、前記ロボット本体が備えるアーム同士の干渉量を第３の閾値以下とする姿勢である、
請求項１～６のいずれか１項に記載のロボット手術支援システム。
【請求項8】
前記処理部は、前記被検体の３Ｄデータを取得し、
前記被検体の３Ｄデータに基づいて、前記装備姿勢を計画する、
請求項７に記載のロボット手術支援システム。
【請求項9】
前記処理部は、
前記ロボット本体の姿勢をポート穿孔姿勢から装備姿勢に変更するよう前記ロボット本体を作動させる、
請求項１～８のいずれか１項に記載のロボット手術支援システム。
【請求項10】
前記処理部は、前記ロボット手術の手術前に前記ロボット手術の支援に関する処理を行うロボット手術支援装置が備える第１の処理部と、
前記ロボット手術の際に前記ロボット手術の支援に関する処理を行う前記手術支援ロボットが備える第２の処理部と、を含み、
前記第１の処理部は、前記ポートの位置を計画し、
前記第２の処理部は、前記ポートの計画位置を認識し、前記撮像画像と前記ポート位置情報とを表示させる、
請求項１～９のいずれか１項にロボット手術支援システム。
【請求項11】
ロボット本体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システムの作動方法であって、前記ロボット手術支援システムは、処理部を備えており、
前記処理部は、
ロボット手術の対象である被検体の体表に穿孔されるポートの位置を計画し、
前記ロボット手術の術式の情報に基づいて、前記被検体に対する前記ロボット本体の位置を計画し、
前記ロボット本体が計画位置に配置された状態で、前記ロボット本体が備える俯瞰カメラにより前記被検体の少なくとも一部を含む被写体が撮像された撮像画像を取得し、
前記撮像画像と前記ポートの計画位置とに基づいて、前記撮像画像におけるポートの計画位置を認識し、
前記撮像画像と、前記撮像画像に表れた前記被検体における前記ポートの計画位置を示すポート位置情報と、を表示部に表示させる、
ロボット手術支援システムの作動方法。
【請求項12】
請求項１１に記載のロボット手術支援システムの作動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システム、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、ロボット手術を行う手術支援ロボット（ロボット手術システム）が知られている。例えば、手術支援ロボットは、取り付けベース、複数の手術器具、および関節支持体アセンブリを備える。各手術器具は、関連する最小侵襲的アパーチャを通って患者中に、所望の内部手術部位まで挿入可能である。関節支持体アセンブリは、取り付けベースに対して複数の手術器具を移動可能に支持する。関節支持体アセンブリは、一般に、配向プラットホーム、この配向プラットホームを取り付けベースに移動可能に支持するプラットホームリンケージ、および配向プラットホームに取り付けられる複数のマニピュレータを備える。各マニピュレータは、付随する器具を移動可能に支持する（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１８－１９６７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の手術支援ロボットでは、配向プラットホーム３６の下部にプラットホームリンケージ４２が存在し、プラットホームリンケージの下部にマニピュレータが取り付けられる。そのため、配向プラットホームの下部では、手術ロボットの各部材が込み合って配置されるので、作業スペースがあまり確保できない。そのため、手術支援ロボットが手術ベッドの近傍に配置されてから、手術器具を患者の体内に挿入するためのポートを穿孔することが困難である。これにより、狭い手術室であってはポートを穿孔した後に手術支援ロボットが手術室に入室させて手術ベッドの近傍に配置されるということもあった。
【0005】
本開示は、上記事情を鑑みてなされたものであって、手術支援ロボットの配置後に実施されるポートの穿孔を補助できるロボット手術支援システム、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】
【0006】
本開示の一態様は、ロボット本体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システムであって、処理部を備え、前記処理部は、前記ロボット手術の対象である被検体の体表に穿孔されるポートの位置を計画し、前記ロボット手術の術式の情報に基づいて、前記被検体に対する前記ロボット本体の位置を計画し、前記ロボット本体が計画位置に配置された状態で、前記ロボット本体が備える俯瞰カメラにより前記被検体の少なくとも一部を含む被写体が撮像された撮像画像を取得し、前記撮像画像と前記ポートの計画位置とに基づいて、前記撮像画像におけるポートの計画位置を認識し、前記撮像画像と、前記撮像画像に表れた前記被検体における前記ポートの計画位置を示すポート位置情報と、を表示部に表示させる、機能を有する、ロボット手術支援システムである。
【0007】
本開示の一態様は、ロボット本体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システムの作動方法であって、前記ロボット手術支援システムは、処理部を備えており、前記処理部は、ロボット手術の対象である被検体の体表に穿孔されるポートの位置を計画し、前記ロボット手術の術式の情報に基づいて、前記被検体に対する前記ロボット本体の位置を計画し、前記ロボット本体が計画位置に配置された状態で、前記ロボット本体が備える俯瞰カメラにより前記被検体の少なくとも一部を含む被写体が撮像された撮像画像を取得し、前記撮像画像と前記ポートの計画位置とに基づいて、前記撮像画像におけるポートの計画位置を認識し、前記撮像画像と、前記撮像画像に表れた前記被検体における前記ポートの計画位置を示すポート位置情報と、を表示部に表示させる、ロボット手術支援システムの作動方法である。
【0008】
本開示の一態様は、上記ロボット手術支援システムの作動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】
【0009】
本開示によれば、上記事情を鑑みてなされたものであって、手術ロボットの配置後に実施されるポートの穿孔を補助できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第１の実施形態におけるロボット手術支援システムの構成例を示すブロック図
【図2】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3】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4】手術支援ロボットの電気的な構成例を示すブロック図
【図5】手術支援ロボットの構造例を示す模式図
【図6】ロボット本体の配置姿勢の第１例を示す模式図
【図7】ロボット本体の配置姿勢の第２例を示す模式図
【図8】ロボット本体のポート穿孔姿勢の第１例を示す模式図
【図9】ロボット本体のポート穿孔姿勢の第２例を示す模式図
【図10】ロボット本体の装備姿勢の第１例を示す模式図
【図11】ロボット本体の装備姿勢の第２例を示す模式図
【図12】ロボット手術時のトロッカー、手術器具、及び被検体の内部の様子の一例を示す図
【図13】ロボット手術支援装置による手術計画の生成例を示すフローチャート
【図14】被検体の内部のワーキングエリアの一例を示す図
【図15】手術支援ロボットによるロボット手術の際の動作例を示すフローチャート
【図16】ロボット本体の手術ベッドへの接近例を示す模式図
【図17】手術ベッド近傍の計画位置へのロボット本体の配置例を示す模式図
【図18】ロボット本体の計画位置においてポート穿孔姿勢をとるロボット本体の一例を示す模式図
【図19】被検体のランドマークの一例を示す模式図
【図20】被検体の体表画像に被検体のランドマーク及びポートの計画位置を重畳した表示例を示す模式図
【図21】被検体の３次元画像に被検体のランドマーク及びポートの計画位置を重畳した表示例を示す模式図
【図22】俯瞰画像に含まれる被検体のランドマークとポートの計画位置との一例を示す模式図
【図23】俯瞰画像に含まれる被検体のランドマークとポートの計画位置とポート許容誤差情報との一例を示す模式図
【図24】ロボット手術支援システムによるポート位置決めに係る動作例を示すフローチャート
【図26】穿孔器具が映り込んだ俯瞰画像とポート位置情報との重畳表示例を示す図
【図27】穿孔器具をポートの計画位置に誘導するための案内情報の表示例を示す図
【図28】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
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示の実施形態について、図面を用いて説明する。
【0012】
（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システム１の構成例を示すブロック図である。ロボット手術支援システム１は、ロボット手術支援装置１００と、ＣＴ装置２００と、手術支援ロボット３００と、表示装置４００と、を備える。図１では、ロボット手術支援装置１００と、ＣＴ装置２００と、手術支援ロボット３００と、表示装置４００とは、ネットワークＮＴを介して接続されている。また、ロボット手術支援装置１００と、ＣＴ装置２００と、手術支援ロボット３００と、表示装置４００とは、ネットワークＮＴを介さずに、それぞれの装置が１対１で接続されてもよいし、１対多で接続されてもよい。また、ロボット手術支援装置１００と、ＣＴ装置２００と、手術支援ロボット３００と、表示装置４００とは、一時的にネットワークＮＴの接続から離れてもよい。また、ロボット手術支援装置１００は手術支援ロボット３００に内蔵されていてもよい。
図１は、第１の実施形態におけるロボット手術支援システム１の構成例を示すブロック図である。ロボット手術支援システム１は、ロボット手術支援装置１００と、ＣＴ装置２００と、手術支援ロボット３００と、表示装置４００と、を備える。図１では、ロボット手術支援装置１００と、ＣＴ装置２００と、手術支援ロボット３００と、表示装置４００とは、ネットワークＮＴを介して接続されている。また、ロボット手術支援装置１００と、ＣＴ装置２００と、手術支援ロボット３００と、表示装置４００とは、ネットワークＮＴを介さずに、それぞれの装置が１対１で接続されてもよいし、１対多で接続されてもよい。また、ロボット手術支援装置１００と、ＣＴ装置２００と、手術支援ロボット３００と、表示装置４００とは、一時的にネットワークＮＴの接続から離れてもよい。また、ロボット手術支援装置１００は手術支援ロボット３００に内蔵されていてもよい。
【0013】
ロボット手術支援装置１００は、ＣＴ装置２００及び手術支援ロボット３００から各種データを取得する。ロボット手術支援装置１００は、取得されたデータに基づいて画像処理し、手術支援ロボット３００によるロボット手術を支援する。ロボット手術支援装置１００は、ＰＣ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、手術ナビゲーションを行う。手術ナビゲーションは、例えば、手術前の計画（術前計画）を行うための術前シミュレーションや手術中のサポートを行うための術中ナビゲーションを含む。なお、術中ナビゲーションは、手術支援ロボット３００により行われてもよい。
【0014】
ＣＴ装置２００は、被検体へ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。被検体は、生体、人体、動物、等を含んでよい。ＣＴ装置２００は、被検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。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。ＣＴ画像の撮像には、ＣＴ撮像に関する撮像条件や造影剤の投与に関する造影条件が考慮されてよい。
【0015】
手術支援ロボット３００は、ロボット操作端末３１０、ロボット本体３２０、及び画像表示端末３３０を備える。
【0016】
ロボット操作端末３１０は、術者により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３１０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３２０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３１０は、ビューワを備える。なお、ロボット操作端末３１０が複数存在し、複数のロボット操作端末３１０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。
【0017】
ロボット本体３２０は、ロボット手術を行うための複数のロボットアームＡＲ、ロボットアームＡＲに装着されるエンドエフェクタＥＦ（鉗子類）、及びロボットアームＡＲに装着される内視鏡ＥＳを備える。エンドエフェクタＥＦ及び内視鏡ＥＳは、鏡視下手術に用いられるものであるので、本実施形態では手術器具３０とも称する。手術器具３０は、１つ以上のエンドエフェクタＥＦ及び内視鏡ＥＳのうち少なくとも１つを含む。
【0018】
ロボット本体３２０は、例えば４つのロボットアームＡＲを備えており、内視鏡ＥＳが装着されるカメラアームと、ロボット操作端末３１０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３１０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。ロボットアームＡＲを含むロボット本体３２０は、複数の関節（ジョイント）を有しており、各関節に対応してモータ（アクチュエータの一例）とエンコーダ（センサの一例）を備えていてよい。エンコーダは、角度検出器の一例としてのロータリエンコーダを含んでよい。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。
【0019】
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及び手術器具３０は、ロボット操作端末３１０からの指示を基に、動作してよい。ロボット手術において、エンドエフェクタＥＦは少なくとも２つ使用される。
【0020】
なお、ロボット本体３２０の具体的な構造例については後述する。
【0021】
画像表示端末３３０は、モニタ、内視鏡ＥＳ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、看護師、放射線技師、学生、等（助手等とも称する）により確認される。
【0022】
手術支援ロボット３００は、術者によるロボット操作端末３１０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３２０のロボットアームＡＲやエンドエフェクタＥＦや内視鏡ＥＳ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。ロボット手術は、低侵襲手術でよく、鏡視下手術でよい。
【0023】
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。ポートＰＴは、被検体ＰＳに穿孔される孔部である。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。
【0024】
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。術式は、被検体ＰＳに対する外科手術の方式を示す。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。
【0025】
表示装置４００は、例えばＬＣＤや有機ＥＬを含んで構成されてよい。表示装置４００は、手術室内に設置され、例えば壁に設置されてもよいし、天井から吊るされて配置されてもよいし、移動装置に搭載されて任意の位置に配置されてもよい。表示装置４００は、表示装置４００は、例えばロボット手術支援装置１００や手術支援ロボットから各種情報や画像を受信し、各種情報や画像を表示する。表示装置４００は、画像表示端末３３０であってもよい。
【0026】
なお、ロボット本体３２０は、ロボット手術前には手術室外に配置されており、ロボット手術の際に手術室外から手術室内に移動し、配置される。また、ロボット本体３２０以外の手術支援ロボット３００の各装置（例えばロボット操作端末３１０、画像表示端末３３０）は、ロボット手術前に手術室内に設置されていても、ロボット手術の際に手術室外から手術室内に移動し、配置されてもよい。
【0027】
図２は、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、送受部１１０、ＵＩ１２０、ディスプレイ１３０、プロセッサ１４０、及びメモリ１５０を備える。
【0028】
送受部１１０は、通信ポート、外部装置接続ポート、組み込みデバイスへの接続ポート、等を含む。送受部１１０は、ＣＴ装置２００、及び手術支援ロボット３００からの各種データを取得する。取得された各種データは、直ぐにプロセッサ１４０（処理部１６０）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、各種データは、記録媒体や記録メディアを介して取得されてもよい。
【0029】
送受部１１０は、ＣＴ装置２００、及び手術支援ロボット３００へ各種データを送信する。送信される各種データは、プロセッサ１４０（処理部１６０）から直接送信されてもよいし、メモリ１５０において保管された後、必要時に各装置へ送信されてもよい。また、各種データは、記録媒体や記録メディアを介して送られてもよい。
【0030】
送受部１１０は、ＣＴ装置２００からのボリュームデータを取得してよい。また、ボリュームデータは、中間データ、圧縮データやシノグラムの形で取得されてもよい。また、ボリュームデータは、ロボット手術支援装置１００に取り付けられたセンサデバイスからの情報から取得されてもよい。また、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）に送られ、保存されてよい。送受部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もよい。
【0031】
送受部１１０は、手術支援ロボット３００からの情報を取得する。手術支援ロボット３００からの情報は、手術支援ロボット３００（特にロボット本体３２０）のキネマティクスの情報を含んでよい。キネマティクスの情報は、例えば、ロボット本体３２０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、内視鏡ＥＳ）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。キネマティクスの情報は、外部サーバから受信されてもよい。
【0032】
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や内視鏡ＥＳ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。
【0033】
この動作情報は、ロボットアームＡＲやエンドエフェクタＥＦや内視鏡ＥＳの３次元空間における可動範囲を含んでよい。この動作情報は、ロボットアームＡＲが動作する際のロボットアームＡＲの位置、速度、加速度、向き、等の情報を含んでよい。この動作情報は、エンドエフェクタＥＦが動作する際のロボットアームＡＲに対するエンドエフェクタＥＦの位置、速度、加速度、向き、等の情報を含んでよい。この動作情報は、内視鏡ＥＳが動作する際のロボットアームＡＲに対する内視鏡ＥＳの位置、速度、加速度、向き、等の情報を含んでよい。
【0034】
なお、キネマティクスでは、自ロボットアームによる可動範囲とともに他ロボットアームの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、ロボット本体３２０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、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。
【0035】
ロボットアームＡＲやエンドエフェクタＥＦや内視鏡ＥＳには、角度センサが取り付けられてよい。この角度センサは、ロボットアームＡＲやエンドエフェクタＥＦや内視鏡ＥＳの３次元空間での向きに相当する角度を検出するロータリエンコーダを含んでよい。送受部１１０は、手術支援ロボット３００に取り付けられた各種センサが検出した検出情報を取得してよい。
【0036】
送受部１１０は、ロボット操作端末３１０に対する操作に関する操作情報を取得してよい。この操作情報は、操作の対象（例えばロボットアームＡＲ、エンドエフェクタＥＦ、内視鏡ＥＳ）、操作の種類（例えば移動、回転）、操作位置、操作速度、等の情報を含んでよい。
【0037】
また、手術支援ロボット３００からの情報には、内視鏡ＥＳによる撮像に関連する情報（内視鏡情報）が含まれてよい。内視鏡情報は、内視鏡ＥＳにより撮像された画像（実内視鏡画像）、実内視鏡画像に関する付加情報（撮像位置、撮像向き、撮像画角、撮像範囲、撮像時刻、等）が含まれてよい。
【0038】
ＵＩ１２０は、例えば、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、術者、医師、助手、看護師、放射線技師、学生、等を含んでよい。
【0039】
ＵＩ１２０は、各種操作を受け付ける。例えば、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（ＲＯＩ）の指定や輝度条件（例えばＷＷ（Window Width）やＷＬ（Window Level））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、臓器、器官、骨、脳）の領域を含んでよい。組織は、病変組織、正常組織、腫瘍組織、等を含んでよい。また、臓器は、心臓、肺、肝臓、脳、等を含んでよい。
【0040】
ディスプレイ１３０は、例えばＬＣＤを含んでよく、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、仮想超音波画像、ＣＰＲ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、ＭＩＰ画像、ＭｉｎＩＰ画像、平均値画像、レイキャスト画像、等を含んでもよい。２次元画像は、アキシャル画像、サジタル画像、コロナル画像、ＭＰＲ画像、等を含んでよい。
【0041】
メモリ１５０は、各種ＲＯＭやＲＡＭの一次記憶装置を含む。メモリ１５０は、ＨＤＤやＳＳＤ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カードや光ディスクの三次記憶装置を含んでもよい。メモリ１５０は、各種情報やプログラムを記憶する。各種情報は、送受部１１０により取得されたボリュームデータ、プロセッサ１４０により生成された画像、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もよい。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。
【0042】
プロセッサ１４０は、例えばＣＰＵ、ＤＳＰ、又はＧＰＵ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。
【0043】
図３は、処理部１６０の機能構成例を示すブロック図である。
【0044】
処理部１６０は、領域処理部１６１、変形処理部１６２、モデル設定部１６３、手術計画部１６４、画像生成部１６５、及び表示制御部１６６を備える。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。
【0045】
領域処理部１６１は、例えば送受部１１０を介して、被検体ＰＳのボリュームデータを取得する。領域処理部１６１は、ボリュームデータに含まれる任意の領域を抽出する。領域処理部１６１は、例えばボリュームデータの画素値に基づいて、自動で関心領域を指定し、関心領域を抽出してよい。領域処理部１６１は、例えばＵＩ１２０を介して、手動で関心領域を指定し、関心領域を抽出してよい。関心領域は、単一の組織だけでなく、その組織の周囲の組織を含んでセグメンテーション（区分）されて抽出されてもよい。また、組織とその周辺の組織とは、別々の組織としてセグメンテーションされて得られてもよい。
【0046】
モデル設定部１６３は、組織のモデルを設定する。モデルは関心領域とボリュームデータに基づいて設定されてよい。モデルは、ボリュームデータが表現する組織を、ボリュームデータよりも簡素化して表現するものである。したがって、モデルのデータ量は、モデルに対応するボリュームデータのデータ量よりも小さい。モデルは、例えば手術における各種処置を模した変形処理や変形操作の対象となる。モデルは、例えば簡易なボーン変形モデルでよい。この場合、モデルは簡易な有限要素において骨組みを仮定して、有限要素の頂点を移動させることで、ボーンが変形する。組織の変形は、ボーンの変形を追従することによって表現できる。モデルは、臓器（例えば直腸）を模した臓器モデルを含んでよい。モデルは、単純な形状の多角形（例えば三角形）に類似する形状を有してもよいし、その他の形状を有してもよい。モデルは、例えば、臓器を示すボリュームデータの輪郭線であってもよい。モデルは、３次元モデルであっても２次元モデルであってもよい。なお、骨についてはモデルの変形ではなく、ボリュームデータの変形で表現されてもよい。骨は変形の自由度が小さいため、ボリュームデータのアフィン変換で表現できるためである。
【0047】
モデル設定部１６３は、ボリュームデータに基づいて、モデルを生成することで、モデルを取得してよい。また、モデルのテンプレートが複数予め決まっており、メモリ１５０や外部サーバに保持されていてもよい。モデル設定部１６３は、ボリュームデータに合わせて、予め用意された複数のモデルのテンプレートから１つのモデルのテンプレートをメモリ１５０や外部サーバから取得することで、モデルを取得してもよい。
【0048】
ボリュームデータ及びモデルは、被検体の内部の様子を３次元的に示す３Ｄデータ（３次元データ）の一例である。本実施形態では、３Ｄデータの例示として、ボリュームデータ及びモデルのいずれか一方を用いて説明することがあるが、ボリュームデータ及びモデルのいずれか他方に対しても適用可能である。なお、３Ｄデータは、気腹された状態のデータでも気腹されていない状態のデータでもよい。
【0049】
変形処理部１６２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、被検体ＰＳ内の臓器等の組織は、手術における術者の各種処置を模してユーザによって各種の変形操作がされ得る。変形操作は、臓器を持ち上げる操作、ひっくり返す操作、切る操作、等を含んでよい。これに対応して、変形処理部１６２は、被検体ＰＳ内の臓器等の組織に対応するモデルを変形させる。例えば、臓器がエンドエフェクタＥＦにより引っ張られたり押されたり、切断されたりし得るが、この様子をモデルの変形によりシミュレートしてよい。モデルが変形すると、モデルにおけるターゲットも変形し得る。モデルの変形は、モデルの移動や回転を含んでよい。
【0050】
変形操作による変形は、モデルに対して行われよく、有限要素法を用いた大変形シミュレーションでよい。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。この場合、臓器や病変の接点に加わる弾性力や臓器や病変の剛性、その他の物理的な特性が加味されてよい。モデルに対する変形処理は、ボリュームデータに対する変形処理と比較すると、演算量が低減される。変形シミュレーションにおける要素数が低減されるためである。なお、モデルに対しての変形処理が行われず、ボリュームデータに対して直接、変形処理が行われてもよい。この場合、ロボット手術支援装置１００は、モデル設定部１６３を備えなくてもよい。
【0051】
また、変形処理部１６２は、例えば、変形に関する処理として、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、変形処理部１６２は、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、仮想気腹状態のボリュームデータを生成してよい。また、実際に気腹を行った上でＣＴ装置２００により撮影されて得られたボリュームデータを用いてもよい。また、実際に気腹を行った上でＣＴ装置２００により撮影されて得られたボリュームデータを基に気腹量を変化させた気腹シミュレーションを行ってもよい。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、実際に気腹された状態を実気腹状態と称してよい。また、気腹シミュレーションにより気腹されていない状態を非気腹状態と称してよい。
【0052】
（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
【0053】
気腹シミュレーションは、有限要素法を用いた大変形シミュレーションでよい。この場合、変形処理部１６２は、被検体ＰＳの皮下脂肪を含む体表と、被検体ＰＳの腹部内臓と、をセグメンテーションしてよい。そして、変形処理部１６２は、体表を皮膚と体脂肪との２層の有限要素にモデル化し、腹部内臓を有限要素にモデル化してよい。変形処理部１６２は、任意に、例えば肺と骨とをセグメンテーションし、モデルに追加してよい。また、体表と腹部内臓との間にガス領域を設け、仮想的なガス注入に応じてガス領域（気腹空間）が拡張（膨張）してよい。なお、気腹シミュレーションは実施されなくてもよい。
【0054】
手術計画部１６４は、手術計画を生成する。手術計画は、ロボット本体３２０の配置位置の計画、ロボット本体３２０の計画された位置（計画位置）への配置に関する許容誤差の導出、ロボット本体３２０をロボット本体３２０の計画位置に移動させるための移動経路の計画、等を含んでよい。手術計画は、ロボット本体３２０の姿勢の計画、ロボット本体３２０のアームベースＡＢの姿勢の計画、等を含んでよい。手術計画は、被検体ＰＳの体表上に穿孔されるポート位置の計画、ポートの計画位置への配置に関する許容誤差情報の生成、等を含んでよい。手術計画は、被検体ＰＳ上の任意のランドマークの情報、このランドマークと各ポートの計画位置との相対的な位置関係の情報、等を含んでよい。
【0055】
手術計画部１６４は、例えば術式に基づいて、ロボット本体３２０の計画位置を決定してよい。例えば、術式が経肛門的低侵襲手術（ＴＡＭＩＳ：Transanal Minimally Inbasive Surgery）の場合、ロボット本体３２０の計画位置が、被検体ＰＳの体軸方向の足側周辺におけるいずれかの位置とされてよい。また、術式が肺の手術である場合、被検体ＰＳが手術ベッドＢＤに対して側臥位の体勢となり、ロボット本体３２０の計画位置が、被検体ＰＳの体軸方向に垂直な左右方向（つまり手術ベッドＢＤの横）とされてよい。また、手術計画部１６４は、被検体ＰＳの３Ｄデータやロボット本体３２０のキネマティクスに基づいて、ロボット本体３２０の計画位置を決定してよい。
【0056】
ロボット本体３２０の計画姿勢は、ロボット本体３２０の姿勢の種別（例えば配置姿勢、ポート穿孔姿勢、装備姿勢）毎に計画される姿勢でよい。ロボット本体３２０の計画姿勢例えば、ロボット本体３２０が所定の姿勢（例えば装備姿勢）を取る場合のロボット本体３２０の各部材の姿勢（位置や向き）の組み合わせによって定義される姿勢でよい。
【0057】
手術計画部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ＰＴ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ＰＴの情報は、術式によって定められていてよい。
【0058】
手術計画部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。手術計画部１６４は、送受部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。手術計画部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。上記のポート位置は、そのままポートＰＴの計画位置とされてもよいし、このポート位置に基づいてポートＰＴの計画位置が導出されてもよい。
【0059】
手術計画部１６４は、ボリュームデータに含まれる被検体ＰＳの組織（例えば肝臓）におけるターゲットＴＧの位置を設定してよい。ターゲットＴＧは、任意の組織内に設定される。ターゲットＴＧは、ロボット手術による処置が行われる対象となる。手術計画部１６４は、ＵＩ１２０を介してターゲットＴＧの位置を指定してよい。また、過去に被検体ＰＳに対して処置されたターゲットＴＧ（例えば患部）の位置がメモリ１５０に保持されていてもよい。手術計画部１６４は、メモリ１５０からターゲットＴＧの位置を取得して設定してもよい。手術計画部１６４は、術式に応じてターゲットＴＧの位置を設定してもよい。ターゲット位置は、ある程度の広さを有するターゲットＴＧの領域（ターゲット領域）の位置であってもよい。
【0060】
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。
【0061】
手術計画部１６４は、手術シミュレーションを実行してよい。手術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。手術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ＴＧの領域へアクセス可能か否かを判定してよい。つまり、手術シミュレーションでは、ユーザによるＵＩ１２０に対する手動の操作を受けながら、ロボット本体３２０のロボット手術に係る可動部（例えばロボットアームＡＲや手術器具３０）が、手術対象となるターゲットＴＧの領域へ問題なくアクセス可能か否かが判定されてよい。
【0062】
手術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、ロボット本体３２０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。手術計画部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、順次手術シミュレーションを行ってよい。手術計画部１６４は、手術シミュレーションにより、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得て、各ポートＰＴの計画位置としてよい。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ＰＴの計画位置を調整し、ポート位置を計画できる。
【0063】
また、手術計画部１６４は、手術計画に従ってロボット手術する場合の適切度を示す手術計画スコアを導出（例えば算出）してよい。手術計画スコアは、ロボット本体３２０の計画位置、ロボット本体３２０の計画姿勢、及びポートＰＴの計画位置の少なくとも１つに基づいて導出されてよい。例えば、ロボット本体３２０の計画位置に配置され、ロボット本体３２０が計画姿勢をとり、計画位置に穿孔されたポートＰＴから挿入された手術器具３０を用いて実施されるロボット手術についての適切度が、手術計画スコアで示されてよい。また、手術計画スコアは、上記の他に、ロボット本体３２０のアームベースＡＢの計画姿勢に基づいて算出されてもよい。
【0064】
手術計画スコアは、ロボット本体３２０の計画位置、ロボット本体３２０の計画姿勢、ポートＰＴの計画位置、等の手術計画における各要素の組み合わせの価値を示している。手術計画部１６４は、ロボット本体３２０の計画位置、ロボット本体３２０の計画姿勢、ポートＰＴの計画位置、等について、各要素の組み合わせについての複数の候補を生成してよい。手術計画スコアは、ロボット本体３２０の計画位置の候補毎に導出されてよい。手術計画スコアは、ロボット本体３２０の計画姿勢の候補毎に導出されてよい。手術計画スコアは、ポートＰＴの計画位置の候補毎に導出されてよい。手術計画スコアは、アームベースＡＢの計画姿勢の候補毎に導出されてよい。手術計画スコアの導出については後に補足する。
【0065】
手術計画スコアは、ポートＰＴの計画位置を介したロボット手術のし易さを示すポート位置スコアを含んでよい。ポート位置スコアは、複数のポート位置の組み合わせの他に、ロボット本体３２０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、ワーキングエリアＷＡの大きさ、ワーキングエリアＷＡ内のそれぞれの位置で実施可能な処置の種類、術中のロボットアームＡＲの可動範囲、の少なくとも１つに基づいて導出されてもよい。ワーキングエリアＷＡは、複数の手術器具３０でアプローチできる被検体ＰＳ内の範囲である。手術計画部１６４は、ポート位置スコアを、ワーキングエリアＷＡ内におけるターゲットＴＧに近い箇所に重み付けして、算出してもよい。
【0066】
また、手術計画スコアは、ロボット本体３２０が備える複数のロボットアームＡＲ同士の干渉のし易さを示すアーム干渉スコアを含んでよい。例えば、アーム干渉スコアが大きい程、ロボットアームＡＲ同士が干渉し易く、アーム干渉スコアが小さい程、ロボットアームＡＲ同士が干渉し難い。ロボットアームＡＲは、任意の位置にアプローチするとき、ロボットアームＡＲが有する６を超えた自由度を用いて、異なる複数の姿勢を取ることができる。そして、異なる複数の姿勢を切り替えることによって、ロボットアームＡＲ同士の干渉を避けることができる。
【0067】
アーム干渉スコアは、ワーキングエリアＷＡ内のそれぞれの位置で実施可能な処置におけるロボットアームＡＲの可動範囲に基づいて導出されてもよい。アーム干渉スコアは、さらにロボット本体３２０の計画位置、ロボット本体３２０の計画姿勢に基づいて導出されてもよい。
【0068】
また、手術計画スコアは、ロボット本体３２０の転倒のし難さを示すロボット安定スコアを含んでよい。ロボット安定スコアは、ロボット本体３２０のキネマティクス、ロボット本体３２０が計画姿勢をとった場合のロボット本体３２０の重心の位置、ロボット本体３２０と被検体ＰＳとの間の空間（穿孔作業スペースに相当）の大きさ、等に基づいて算出されてよい。
【0069】
手術計画部１６４は、ポート位置スコア、アーム干渉スコア、及びロボット安定スコアの少なくとも１つを基に、手術計画スコアを算出してよい。例えば、ロボット本体３２０の計画位置や計画姿勢を加味しないポート位置スコアの値が最大であっても、ロボットアームＡＲ同士の干渉が大きかったり、ロボット本体３２０のロボット手術時の安定性が不十分だったりする場合には、そのポート位置スコアに対応する複数のポートＰＴの計画位置が手術計画に採用されなくてもよい。
【0070】
手術計画部１６４は、手術計画スコアに基づいて、手術計画の内容を調整（手術計画調整とも称する）してよい。例えば、ロボット本体３２０の計画位置、ロボット本体３２０やアームベースＡＢの姿勢、ポートＰＴの計画位置、アームベースＡＢの姿勢の少なくとも１つを調整してよい。この場合、手術計画部１６４は、手術計画の変更に伴う手術計画スコアの変動量に基づいて、手術計画を調整してよい。手術計画の変更とは、ロボット本体３２０の計画位置の移動、ロボット本体３２０やアームベースＡＢの計画姿勢の変更、ポートＰＴの計画位置の移動、等である。手術計画調整については後に補足する。
【0071】
このように、手術計画部１６４は、手術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、手術計画部１６４は、手術計画スコアに基づいて手術計画を策定してよい。
【0072】
また、手術計画部１６４は、ポートＰＴの計画位置の許容誤差を算出し、この許容誤差を示す許容誤差情報を生成する。この許容誤差は、ポートＰＴの計画位置に対する穿孔に許容される誤差を示す。許容誤差を示す範囲は、ポートＰＴの計画位置を囲む範囲となる。手術計画部１６４は、手術計画スコアに基づいて、許容誤差を算出してよい。この場合、ポートＰＴの計画位置の移動に伴う手術計画スコアの変動量（低下量）に基づいて、許容誤差を算出してよい。例えば、ポートＰＴの計画位置での手術計画スコア（例えば手術計画スコアの最大値）からの手術計画スコアの低下量が閾値ｔｈ１以下である範囲を、ロボット本体３２０の計画位置の許容誤差範囲に決定してよい。
【0073】
手術計画部１６４は、被検体ＰＳのボリュームデータに基づいて、被検体ＰＳのランドマークを認識し、ランドマークの情報を生成してよい。被検体ＰＳのランドマークは、被検体ＰＳの外部から視覚的に特定可能な部位である。ランドマークは１つ存在しても複数存在してもよい。手術計画部１６４は、ＵＩ１２０を介して特定のランドマークを指定する指定情報を取得し、指定されたランドマークの情報を生成してよい。ランドマークの情報は、ランドマークの種類（例えば臍）、ボリュームデータにおけるランドマークの位置、等を含んでよい。
【0074】
画像生成部１６５は、送受部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１６５は、領域処理部１６１により抽出されたボリュームデータの一部の領域に基づいて、３次元画像や２次元画像を生成してよい。３次元画像は、被検体ＰＳの体表を示す体表画像を含んでよい。
【0075】
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１６５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。また、表示制御部１６６は、レンダリング画像の輝度調整を行ってよい。輝度調整は、例えばウインドウ幅（ＷＷ：Window Width）及びウインドウレベル（ＷＬ：Window Level）の少なくとも一方の調整を含んでよい。
【0076】
次に、手術支援ロボット３００のロボット本体３２０の構成例について説明する。
【0077】
図４は、ロボット本体３２０の電気的な構成例を示すブロック図である。ロボット本体３２０は、プロセッサＰＲ、送受部３２１、俯瞰カメラＣＡ、センサＳＲ、アクチュエータＡＣ、コントロールパネルＣＰ、メモリＭＲを含む構成である。
【0078】
送受部３２１は、通信ポート、外部装置接続ポート、組み込みデバイスへの接続ポート、等を含む。送受部１１０は、ロボット手術支援装置１００及びＣＴ装置２００からの各種データを取得する。取得された各種データは、直ぐにプロセッサＰＲ（処理部３６０）に送られて各種処理されてもよいし、メモリＭＲにおいて保管された後、必要時にプロセッサＰＲへ送られて各種処理されてもよい。また、各種データは、記録媒体や記録メディアを介して取得されてもよい。
【0079】
送受部１１０は、ロボット手術支援装置１００及びＣＴ装置２００へ各種データを送信する。送信される各種データは、プロセッサＰＲから直接送信されてもよいし、メモリＭＲにおいて保管された後、必要時に各装置へ送信されてもよい。また、各種データは、記録媒体や記録メディアを介して送られてもよい。
【0080】
プロセッサＰＲは、例えばＭＰＵ、ＣＰＵ、ＤＳＰ、を含んでよい。プロセッサＰＲは、メモリＭＲ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３６０として機能する。
【0081】
俯瞰カメラＣＡは、撮像範囲内にある被写体を撮像し、俯瞰画像を得る。俯瞰画像には、例えばロボット本体３２０が手術室内に入室したり計画位置に配置されたりした際には、被検体ＰＳの一部又は全体が映り込む。また、俯瞰画像には、手術室内の様子が映り込んでよい。
【0082】
メモリＭＲは、例えば各種データ、情報、又はプログラムを保持する。メモリＭＲは、各種ＲＯＭやＲＡＭの一次記憶装置を含む。メモリＭＲは、ＨＤＤやＳＳＤの二次記憶装置を含んでもよい。メモリＭＲは、ＵＳＢメモリやＳＤカードや光ディスクの三次記憶装置を含んでもよい。
【0083】
メモリＭＲに保持される各種情報は、俯瞰カメラＣＡにより撮像された撮像画像（俯瞰画像とも称する）、プロセッサＰＲにより処理される情報や処理された情報、等を含んでよい。プロセッサＰＲにより処理される情報や処理された情報は、例えば、ロボット本体３２０による手術の手術計画の情報を含んでよい。メモリＭＲ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。
【0084】
アクチュエータＡＣは、プロセッサＰＲの制御により、ロボット本体３２０の姿勢を変更するための各姿勢調整機構に駆動力を提供する。この姿勢調整機構は、例えば、回転機構、スライド機構、伸縮機構、等を含んでよい。姿勢調整機構は、例えばロボット本体３２０の各部材に含まれてもよいし、各部材同士を接続するジョイントＪＴに含まれてもよい。ロボット本体３２０は、アクチュエータＡＣが所望のタイミングで各姿勢調整機構に駆動力を提供することで、術中に人手を介さずにロボット本体３２０の姿勢を変更できる。
【0085】
センサＳＲは、位置検出器（例えばリニアエンコーダ）、角度検出器（例えばロータリエンコーダ）、等を含む。センサＳＲは、逐次、ロボット本体３２０における各部材の位置や角度の検出を行い、ロボット本体３２０における各部材の動きを検出してよい。センサＳＲによる検出結果は、プロセッサＰＲに送られる。
【0086】
コントロールパネルＣＰは、例えばタッチパネルにより構成され、操作部及び表示部としての機能を有する。コントロールパネルＣＰは、各種操作を受け付け、操作情報をプロセッサＰＲに送る。各種操作は、ロボット本体３２０の全体又は一部の姿勢を指定する操作、ロボット本体３２０の移動に関する操作、等を含んでよい。ロボット本体３２０の姿勢の指定は、ロボット本体３２０の姿勢の種別の指定を含んでよい。コントロールパネルＣＰは、各種情報を表示する。例えば、操作に関する情報を表示し、操作のためのガイド情報や操作の選択肢を表示したり、操作の結果を表示したりしてよい。コントロールパネルＣＰは、ユーザに操作され、ユーザに表示を確認される。なお、操作部と表示部とが別体で構成されてもよい。
【0087】
次に、処理部３６０の詳細について説明する。
【0088】
処理部３６０は、ロボット本体３２０の各部を制御する。処理部３６０は、ロボット本体３２０の姿勢を制御する。処理部３６０は、コントロールパネルＣＰからロボット本体３２０の姿勢の指定情報に基づいて、ロボット本体３２０の全体又は一部の姿勢を制御してよい。処理部３６０は、メモリＭＲ等からロボット本体３２０の計画姿勢を取得し、計画姿勢に基づいてロボット本体３２０の姿勢を制御してよい。この場合、アクチュエータＡＣから各姿勢調整機構への駆動力の提供を制御することで、ロボット本体３２０の姿勢を制御してよい。また、センサＳＲによる検出情報に基づいて、ロボット本体３２０の姿勢を制御してよい。
【0089】
処理部３６０は、送受部３２１を介してロボット操作端末３１０からの操作情報を取得し、この操作情報に基づいてロボットアームＡＲ及び手術器具３０の動作を制御する。
【0090】
処理部３６０は、俯瞰カメラＣＡにより撮像された俯瞰画像を取得してよい。処理部３６０は、ロボット手術支援装置１００からの手術計画の情報を取得してよい。処理部３６０は、俯瞰画像及び手術計画に基づいて、ポート位置決めを行ってよい。ポート位置決めは、仮想空間上（３Ｄデータ上）で計画されたポート位置と、実空間上のポート位置と、の位置合わせである。具体的には、処理部３６０が、ロボット手術の際に得られる俯瞰画像におけるポートＰＴの計画位置（画像位置）を認識することであってよい。
【0091】
処理部３６０は、被検体ＰＳのランドマークを基に、ポート位置決めを行ってよい。この場合、処理部３６０は、俯瞰画像を画像解析してランドマークを認識する。また、処理部３６０は、認識されたランドマークと、手術計画に含まれるランドマークに対するポートＰＴの計画位置に基づいて、俯瞰画像Ｇ１におけるポートＰＴの計画位置を認識する。俯瞰画像Ｇ１におけるポートＰＴの計画位置は、１つでも複数でもよい。また、処理部３６０は、認識されたランドマークと、ランドマークに対するポートＰＴの計画位置と、手術計画に含まれる許容誤差情報に基づいて、俯瞰画像におけるポートＰＴの計画位置に対する許容誤差範囲（画像範囲）を認識してよい。
【0092】
処理部３６０は、俯瞰画像において認識されたポートＰＴの計画位置に対応して、ポートＰＴの計画位置を示すポート位置情報を表示させてよい。また、処理部３６０は、俯瞰画像において認識されたポートＰＴの許容誤差範囲に対応して、ポートＰＴの許容誤差を示す許容誤差情報を表示させてよい。
【0093】
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、ポートＰＴの計画位置を含む許容誤差を含む範囲で示されてよい。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の計画位置の許容誤差が大きい場合には第１の色でポートＰＴの計画位置が表示され、許容誤差が小さい場合には第２の色でポートＰＴの計画位置が表示されてよい。
【0094】
ロボット手術支援システム１が許容誤差情報を表示することで、助手等は、許容誤差情報を視認でき、ポートＰＴの計画位置に対する実際の穿孔位置のずれがどのくらいの範囲で許容されるかを迅速に把握できる。
【0095】
例えば許容誤差情報が示す範囲が大きい場合、助手等は、ポートＰＴに大雑把に穿孔可能であることを認識できる。また、助手等の心理的負担を軽減できる。また、ロボット手術支援システム１は、ポートＰＴの計画位置の精度が多少低くてもよく、ポートＰＴの計画位置の導出を行うことに要する演算や工数を削減でき、手術計画に要する時間を短縮できる。
【0096】
例えば許容誤差情報が示す範囲が小さい場合、助手等は、ポートＰＴを計画位置に正確に穿孔する必要があることを認識できる。また、ロボット手術支援システム１は、ポートＰＴの計画位置で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。
【0097】
次に、表示装置４００について説明する。
【0098】
手術室には、ロボット手術支援装置１００のディスプレイ１３０やロボット本体３２０のコントロールパネルＣＰとは別体の表示装置４００が設けられてよい。表示装置４００は１つ設けられても複数設けられてもよい。表示装置４００は、ロボット手術支援装置１００により生成された被検体ＰＳの３次元画像や２次元画像を表示してよい。表示装置４００は、術中に被検体ＰＳの内部が撮像された実内視鏡画像を表示してよい。表示装置４００は、俯瞰カメラＣＡにより撮像された俯瞰画像を表示してよい。表示装置４００は、術中ナビゲーションに関する情報（例えばポート位置情報、許容誤差情報、各種の案内情）を表示してよい。複数の表示装置は、同じ画像を表示してもよいし、異なる画像を表示してもよい。
【0099】
【0100】
なお、図５～図１１では、手術室の座標系が、ＸＹＺを用いて示されている。Ｘ方向は、手術室の床面に沿う一方向である。また、Ｙ方向は、手術室の床面に沿いＸ方向に垂直な方向である。また、Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向であり、つまり鉛直方向に沿う方向である。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、これ以外の方向でもよく、手術室を基準にしない方向でもよい。
【0101】
また、図５では、被検体ＰＳの座標系が、ｘｙｚを用いて示されている。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。
【0102】
図５では、Ｘ方向はｚ方向と一致し、Ｙ方向はｘ方向と一致し、Ｚ方向はｙ方向と一致している。なお、ロボット本体３２０に対する手術ベッドＢＤ及び被検体ＰＳの向きはこれに限られない。したがって、手術室の座標系と被検体ＰＳの座標系との関係性は、上記の対応関係に限られない。
【0103】
ロボット本体３２０は、ベースＢＡ、コントロールパネルＣＰ、回転台ＲＯ、親アームＰＡ、天井部材ＴＰ、アームベースＡＢ、俯瞰カメラＣＡ、ロボットアームＡＲ、及び手術器具３０を備える。また、ロボット本体３２０は、支持部材ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３、ジョイントＪＴ（ＪＴ１，ＪＴ２，ＪＴ３，ＪＴ４，ＪＴ５，ＪＴ６，ＪＴ７，ＪＴ８）を含む構成である。
【0104】
ジョイントＪＴは、ロボット本体３２０に含まれる各部材のうちの少なくとも１つに接続される。ジョイントＪＴは、ロボット本体３２０の姿勢を調整するための姿勢調整機構、姿勢調整機構の状態を計測するセンサＳＲ、姿勢調整機構に駆動力を提供するアクチュエータＡＣ、等を有する。姿勢調整機構は、ジョイントＪＴに接続された２つの部材のうちの一の部材に対して他の部材が回転する回転機構を含んでよい。姿勢調整機構は、ジョイントＪＴに接続された１つの部材が平行移動するスライド機構を含んでよい。姿勢調整機構は、ジョイントＪＴに接続された１つの部材が伸縮する伸縮機構を含んでよい。よって、姿勢調整機構は、ジョイントＪＴに接続された各部材の状態を変更したり、ジョイントＪＴに接続される複数の部材の位置関係を変更したりできる。
【0105】
ベースＢＡは、ロボット手術の際には手術室内の床上に配置される。ベースＢＡの配置位置が、ロボット本体３２０の配置位置であってよい。ベースＢＡは、ベースＢＡの下部に、タイヤ等のロボット本体３２０が移動するための部材、ロボット本体３２０の移動を規制するロック部材、等を有する。なお、ロボット本体３２０の配置位置は、ロボット本体３２０全体が床上に投影された位置であってもよい。
【0106】
回転台ＲＯは、ジョイントＪＴ１を介してベースＢＡに接続される。回転台ＲＯは、ベースＢＡに対して、例えば、ＸＹ平面におけるジョイントＪＴ１の中心を通るＺ方向を回転中心として、ＸＹ平面に沿って回転可能である。
【0107】
支持部材ＳＰ１は、ジョイントＪＴ２を介して回転台ＲＯに接続される。支持部材ＳＰ１は、回転台ＲＯに対して、例えば、ＸＺ平面におけるジョイントＪＴ２の中心を通るＹ方向を回転中心として、ＸＺ平面に沿って回転可能である。
【0108】
親アームＰＡは、ジョイントＪＴ３を介して支持部材ＳＰ１に接続される。親アームＰＡは、支持部材ＳＰ１に対して、例えば、ＸＺ平面におけるジョイントＪＴ３の中心を通るＹ方向を回転中心としてＸＺ平面に沿って回転可能である。
【0109】
支持部材ＳＰ２は、ジョイントＪＴ４を介して親アームＰＡに接続される。支持部材ＳＰ２は、親アームＰＡに対して、例えば、ＸＺ平面におけるジョイントＪＴ４の中心を通るＹ方向を回転中心としてＸＺ平面に沿って回転可能である。
【0110】
天井部材ＴＰは、ジョイントＪＴ５を介して支持部材ＳＰ２に接続される。天井部材ＴＰは、支持部材ＳＰ２に対して、例えば、ＸＺ平面におけるジョイントＪＴ５の中心を通るＹ方向を回転中心として、ＸＺ平面に沿って回転可能である。
【0111】
アームベースＡＢは、ジョイントＪＴ６を介して天井部材ＴＰに接続される。アームベースＡＢは、天井部材ＴＰに対して、例えば、天井部材ＴＰとアームベースＡＢとの対向面におけるジョイントＪＴ６の中心を通りこの対向面に垂直な方向ｄ１（天井部材ＴＰとアームベースＡＢとの配列方向）を回転中心として、この対向面に沿って回転可能である。
【0112】
支持部材ＳＰ３は、ジョイントＪＴ７を介してアームベースＡＢに接続される。支持部材ＳＰ３は、アームベースＡＢに対して、例えば、ＸＺ平面におけるジョイントＪＴ７の中心を通るＹ方向を回転中心として、ＸＺ平面に沿って回転可能である。
【0113】
ロボットアームＡＲは、ジョイントＪＴ８を介して支持部材ＳＰ３に接続される。ロボットアームＡＲは、支持部材ＳＰ３に対して、例えば、ロボットアームＡＲと支持部材ＳＰ３との接続面におけるジョイントＪＴ８の中心を通りこの接続面に垂直な方向ｄ２を回転中心として、この接続面に沿って回転可能である。
【0114】
また、ロボットアームＡＲは、２つの方向に沿う第１部分及び第２部分を有する。２つの方向は、相互に垂直な方向でよい。図５では、ロボットアームＡＲは、Ｚ方向に沿う第１部分と、Ｘ方向に沿う第２部分と、を有する。なお、例えばジョイントＪＴ７又はジョイントＪＴ８が回転すると、ロボットアームＡＲの２つの部分が延びる方向は、図５の状態から変化する。なお、図示していないが、ロボットアームＡＲは、多数のジョイントに接続され、又は多数のジョイントを有し、多数のジョイントの動きに従ってロボットアームＡＲの動きに関して８自由度を有する。
【0115】
手術器具３０は、ロボットアームＡＲの第２部分に接続される。ロボットアームＡＲの第２部分には、この第２部分に沿って手術器具３０がスライド可能なスライド機構を有する。手術器具３０は、手術器具３０の動作に関して４自由度を有する。４自由度は、ロボットアームＡＲの第２部分に沿う方向に移動可能であり、手術器具３０の延在方向を回転中心として回転可能であり、手術器具３０の先端部がお辞儀するように曲がることが可能であり、手術器具３０の先端部が開閉可能であること、等を含んでよい。
【0116】
ロボットアームＡＲには、直接にはトロッカーＴＣは装着されない（接続されない）。これにより、ロボット本体３２０は、トロッカーＴＣとロボットアームＡＲとの間に空間を確保でき、ポートＰＴの穿孔や術中の手術器具３０の動作の際に作業スペースを確保し易くなる。また、ロボットアームＡＲとトロッカーＴＣとが接続されないことで、ロボットアームＡＲとトロッカーＴＣが位置する手術器具３０の回転中心との相対位置が可変である。そのため、ロボット本体３２０は、自由度が一層高いロボットアームＡＲの動きを実現できる。
【0117】
このように、ロボット本体３２０は、ジョイントＪＴに接続された部材の姿勢（位置や向き）を変更させたり、ジョイントＪＴに接続された複数の部材の相対的な位置関係や向きを変更させたりすることで、ロボット本体３２０全体又は一部の姿勢を柔軟に調整できる。特に、ロボットアームＡＲが８自由度を有することで、手術器具３０を動かさずにロボットアームＡＲを動かすことができ、ロボットアームＡＲ同士の干渉を抑制したり易くなる。なお、ジョイントＪＴの位置やジョイントＪＴの作用による各部材の動きは、上記に説明した内容に限られない。例えば、ジョイントＪＴの少なくとも１つがスライド機構や伸縮機構を有して、各部材がスライドや伸縮してもよいし、ロボット本体３２０の各部材が図５に示した方向とは異なる方向に回転してもよい。
【0118】
また、ロボット本体３２０は、天井部材ＴＰの先端部にアームベースＡＢが設置されている。また、ロボット本体３２０に設けられた各ジョイントＪＴの作用によりアームベースＡＢを、水平方向に対して傾斜可能である。また、ロボット本体３２０は、アームベースＡＢが傾斜することで、ロボット手術の対象である被検体ＰＳとの間に空間を確保し易くなり、術中の作業性を向上できる。例えば、ロボット本体３２０は、助手等によりポート穿孔姿勢を取りやすくなる。
【0119】
次に、ロボット本体３２０の姿勢の具体例について説明する。
【0120】
ロボット本体３２０は、手術に際して様々な姿勢をとることができる。ロボット本体３２０の姿勢は、例えば、配置姿勢、ポート穿孔姿勢、及び装備姿勢を含む。ロボット本体３２０は、ロボット本体３２０の姿勢を、例えば、配置姿勢、ポート穿孔姿勢、装備姿勢の順に変更する。装備姿勢の後には、ロボット本体３２０は、例えばロボット操作端末３１０を介した術者の操作に基づいて、実際の手術の処置に対応する姿勢となる。
【0121】
図６～図１１を用いて、ロボット本体３２０，３２０Ａの各姿勢を示す。ロボット本体３２０Ａは、ロボット本体３２０の親アームＰＡ及び支持部材ＳＰ１，ＳＰ２の代わりに、支持部材ＳＰ４を有している。また、支持部材ＳＰ４がジョイントＪＴの伸縮機構により伸縮可能となっている。ロボット本体３２０Ａのその他の構成は、ロボット本体３２０と同様であるので、その説明を省略する。よって、ロボット本体３２０Ａは、ロボット本体３２０の変形例である。
【0122】
配置姿勢は、ロボット本体３２０を手術室に移動し、被検体ＰＳが載置される手術ベッドＢＤの近傍に配置する際の姿勢である。配置姿勢は、ロボット本体３２０の各部材で囲まれる空間上の大きさ（体積）が閾値ｔｈ２以下（例えば最小）となる姿勢である。ロボット本体３２０は、配置姿勢となることで、例えば手術室の扉、手術室に設置された各種装置、手術室に所在する人に接触しないようにしたり、手術室に所在する人の動き（動線）を妨げないようにしたりできる。
【0123】
ロボット手術支援装置１００の手術計画部１６４は、例えばロボット本体３２０のキネマティクスに基づいて、配置姿勢に係る計画姿勢を算出する。なお、所定の配置姿勢が予めテンプレートとして用意され、この配置姿勢が計画姿勢とされてもよい。ロボット本体３２０の処理部３６０は、手術計画に含まれる配置姿勢に係る計画姿勢を取得し、計画姿勢に従って姿勢を制御し、配置姿勢に係る計画姿勢をとる。
【0124】
【0125】
図６では、回転台ＲＯにロボットアームＡＲが極力接近した状態となっており、ロボット本体３２０の全体がコンパクトになっている。図７では、支持部材ＳＰ４が収縮した状態となっており、ロボット本体３２０Ａの全体がコンパクトになっている。
【0126】
ポート穿孔姿勢は、被検体ＰＳへのポートＰＴの穿孔時の姿勢である。ポート穿孔姿勢は、被検体ＰＳの周囲になるべく広い空間を確保する姿勢である。ポート穿孔姿勢は、例えば、ロボットアームＡＲと被検体ＰＳとの間の空間（穿孔作業スペースとも称する）の大きさが閾値ｔｈ３以上（例えば最大）となる姿勢でよい。ロボット本体３２０は、ポート穿孔姿勢となることで、例えば、ロボットアームＡＲが、助手等によるポートＰＴの穿孔作業の邪魔となることを抑制できる。ポート穿孔姿勢となるために、親アームＰＡや回転台ＲＯを動かすジョイントＪＴが駆動され、ロボットアームＡＲが被検体ＰＳからなるべく遠くなるよう制御されてよい。処理部３６０は、ロボット本体３２０がポート穿孔姿勢をとる場合、ロボットアームＡＲが被検体ＰＳから離れるように、ロボットアームＡＲを作動させてもよいし、アームベースＡＢを作動させてもよいし、ロボットアームＡＲ及びアームベースＡＢの両方を作動させてもよい。結果的に、ロボットアームＡＲが被検体ＰＳから十分に離れればよい。
【0127】
ロボット手術支援装置１００の手術計画部１６４が、例えばロボット本体３２０のキネマティクスに基づいて、ポート穿孔姿勢に係る計画姿勢を算出する。なお、所定のポート穿孔姿勢が予めテンプレートとして用意され、このポート穿孔姿勢が計画姿勢とされてもよい。ロボット本体３２０の処理部３６０は、手術計画に含まれるポート穿孔姿勢に係る計画姿勢を取得し、計画姿勢に従って姿勢を制御し、ポート穿孔姿勢に係る計画姿勢をとる。
【0128】
【0129】
図８では、回転台ＲＯとアームベースＡＢとが極力離間した状態となっており、穿孔作業スペースが広く確保されている。図９では、支持部材ＳＰ４が伸長した状態となっており、穿孔作業スペースが広く確保されている。
【0130】
装備姿勢は、ロボットアームＡＲにエンドエフェクタＥＦとして手術器具３０等を装備し、穿孔されたポートＰＴを通じて手術器具３０を被検体ＰＳの内部に挿入する際の姿勢である。つまり、手術器具３０は、装備姿勢の際に取り付けられ、配置姿勢及びポート穿孔姿勢の際には取り付けられていない。装備姿勢は、被検体ＰＳの内部の状態（例えば被検体ＰＳ内の各臓器の位置、ターゲットＴＧの位置）、術式、等に基づいて定まる。装備姿勢は、例えば、術中の手術器具３０の可動範囲、つまりワーキングエリアＷＡが閾値ｔｈ４以上（例えば最大）となる姿勢となってよい。また、装備姿勢は、術中のロボットアームＡＲの可動範囲が閾値ｔｈ４２以上（例えば最大）となってよく、つまりロボットアーム同士の干渉量を示すアーム干渉スコアが閾値ｔｈ４２に対応する閾値ｔｈ４３以下（例えば最小）となる姿勢となってよい。
【0131】
ロボット手術支援装置１００の手術計画部１６４は、ロボット本体３２０のキネマティクス、被検体ＰＳのボリュームデータ、術式、等に基づいて、装備姿勢に係る計画姿勢を算出してよい。なお、所定の装備姿勢が予めテンプレートとして用意され、この装備姿勢が計画姿勢とされてもよい。ロボット本体３２０の処理部３６０は、手術計画に含まれる装備姿勢に係る計画姿勢を取得し、計画姿勢に従って姿勢を制御し、装備姿勢に係る計画姿勢をとる。
【0132】
【0133】
ロボット本体３２０は、装備姿勢とされた後、術中の処置のための動作を行う。この際、ロボット本体３２０は、ロボット本体３２０の配置位置、親アームＰＡの姿勢、及び回転台ＲＯの姿勢を変更しない（態様を変化させない）。
【0134】
このように、ロボット本体３２０は、なるべくコンパクトな姿勢で手術室へ入室し、手術ベッドＢＤの近傍に配置できる。そして、入室後に、穿孔作業スペースを広く確保してポートＰＴを穿孔できる。よって、ポートＰＴを穿孔してからロボット本体３２０を、手術ベッドＢＤの近傍に配置する場合と比較すると、ポートＰＴの穿孔から手術終了までの時間を短縮でき、被検体ＰＳにかかる負担を低減できる。また、手術器具３０をロボットアームＡＲに装備し、ポートＰＴを介して手術器具３０を被検体ＰＳに挿入した後には、スムーズに必要な処置を行うことができる。
【0135】
図１２は、ロボット手術時のトロッカーＴＣ、手術器具３０、及び被検体ＰＳの内部の様子の一例を示す図である。
【0136】
ロボット本体３２０のロボットアームＡＲに取り付けられたエンドエフェクタＥＦは、トロッカーＴＣを挿通して被検体ＰＳの内部に挿入される。図１２では、トロッカーＴＣが、気腹された被検体ＰＳの体表７０に設置される。また、肝臓５０の一部に病変が存在し、処置が行われるターゲットＴＧとなっている。ターゲットＴＧ付近の様子は、ロボットアームＡＲに取り付けられた内視鏡ＥＳにより撮像される。術中には、内視鏡ＥＳの視野（撮像範囲ＣＲ１）内に、ターゲットＴＧ付近が含まれるよう調整される。内視鏡ＥＳもエンドエフェクタＥＦと同様に、トロッカーＴＣを挿通して被検体ＰＳの内部に挿入される。エンドエフェクタＥＦ及び内視鏡ＥＳ（手術器具３０）は、ポートＰＴの位置、トロッカーＴＣの位置が回転中心となる。なお、この手術器具３０の回転中心の位置は、手術計画時と実際のポート穿孔結果とで異なる場合があり得る。この場合、例えば俯瞰画像に映り込んでいるトロッカーＴＣを基に、手術計画とは異なる実際の回転中心が認識されてよい。
【0137】
手術計画部１６４は、肝臓５０のターゲットＴＧに対してエンドエフェクタＥＦにより適切に処置するために、ワーキングエリアＷＡを計画する。ワーキングエリアＷＡは、ロボット本体３２０の各部材の位置や向きによって形成されるが、ロボット本体３２０のロボットアームＡＲやエンドエフェクタＥＦの自由度が高いことで、ワーキングエリアＷＡが柔軟に設定可能である。例えば、ロボット本体３２０は、アームベースＡＢの位置を可変にすることで、ロボットアームＡＲの余剰（６より大きい自由度）の自由度による利益を最大限に享受できるアームベースＡＢの配置ができる。これにより、ロボットアームＡＲ同士の干渉を一層抑制できる。
【0138】
なお、ポートＰＴには、内視鏡ＥＳが挿入されるカメラポート、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、助手が把持する鉗子類が挿入される補助ポート、等が含まれてよい。各ポートＰＴは上記の種類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よりも大きくてよい。補助ポートは、比較的自由に配置位置が計画されてよい。
【0139】
次に、ロボット手術支援装置１００による手術計画の生成例について説明する。
【0140】
図１３は、ロボット手術支援装置１００による手術計画の生成例を示すフローチャートである。図１３に示す処理は、主に処理部１６０によって実行される。図１４は、被検体ＰＳの内部のワーキングエリアの一例を示す図である。
【0141】
まず、ポート位置とワーキングエリアＷＡを算出（計画）する（Ｓ１）。ワーキングエリアＷＡは、例えば図１４の個別ワーキングエリアＷＡ１又は全体ワーキングエリアＷＡ２に相当する。ポート位置とワーキングエリアＷＡの算出例については、補足情報として後述する。なお、ポート位置とワーキングエリアＷＡの算出手法は、補足情報で示される手法に限られない。例えば、参考特許文献１又は参考特許文献２に示されたポート位置とワーキングエリアＷＡの算出手法が用いられてもよい。
（参考特許文献１：米国特許出願公開２０１２／０２５３５１５明細書）
参考特許文献２：米国特許出願公開２０１４／０１４８８１６明細書）
（参考特許文献１：米国特許出願公開２０１２／０２５３５１５明細書）
参考特許文献２：米国特許出願公開２０１４／０１４８８１６明細書）
【0142】
ワーキングエリアＷＡ内での作業（処置）に応じた、複数のロボットアームＡＲのそれぞれの可動範囲を算出する（Ｓ２）。複数のロボットアームＡＲのそれぞれの可動範囲に基づいて、アーム干渉スコアが算出され得る。例えば、ロボットアームＡＲの可動範囲が小さい程、アーム干渉スコアが大きく、つまり他のロボットアームＡＲとの干渉が大きいことを意味してよい。一方、ロボットアームＡＲの可動範囲が大きい程、アーム干渉スコアが小さく、つまり他のロボットアームＡＲとの干渉が小さいことを意味してよい。
【0143】
ロボット本体３２０のアームベースＡＢの姿勢を算出（計画）する（Ｓ３）。例えば、アーム干渉スコアを加味した手術計画スコアが閾値ｔｈ５以下（例えば最小）となる場合のアームベースＡＢの姿勢を、アームベースＡＢの計画姿勢として決定する。これにより、ロボット手術支援装置１００は、ロボット本体３２０の複数のロボットアームＡＲ同士の干渉を低減（例えば最小化）したアームベースＡＢの姿勢を計画できる。
【0144】
Ｓ３で算出されたアームベースＡＢの姿勢に基づいて、ロボット本体３２０の配置位置を算出（計画）する（Ｓ４）。つまり、Ｓ３で算出されたアームベースＡＢの計画姿勢がとられた場合のロボット本体３２０の配置位置を算出する。例えば、ロボット安定スコアを加味した手術計画スコアが閾値ｔｈ６以上（例えば最大）となる場合のロボット本体３２０の位置を、ロボット本体３２０の計画位置として決定する。これにより、ロボット手術支援装置１００は、ロボット本体３２０の安定した配置を計画でき、ポートＰＴの穿孔作業、手術器具３０の装備、各種処置、等がし易い計画位置を導出できる。
【0145】
また、ロボット本体３２０の装備姿勢を算出（計画）してもよい。つまり、Ｓ３で算出されたアームベースＡＢの計画姿勢がとられた場合のロボット本体３２０の装備姿勢を算出する。例えば、手術計画スコアが閾値ｔｈ７以上（例えば最大）となる場合のロボット本体３２０の装備姿勢を、ロボット本体３２０の装備姿勢に係る計画姿勢として決定する。これにより、ロボット手術支援装置１００は、ロボット本体３２０における手術器具３０の装着時やロボット手術の各種処置時の操作性を最適化できる。
【0146】
次に、ロボット手術支援システム１のロボット手術の際の動作について説明する。
【0147】
図１５は、手術支援ロボット３００によるロボット手術の際の動作例を示すフローチャートである。なお、ここでは、ロボット手術の際の助手等の操作についても説明する。
【0148】
まず、処理部３６０は、ロボット本体３２０の計画位置への配置前に、コントロールパネルＣＰを介して、術式及び配置開始方向を指定する（Ｓ１１）。配置開始方向は、被検体ＰＳから所定距離以上に離れた位置から、被検体ＰＳに対するどの角度（方向）からロボット本体３２０の計画位置に向かうかを示す情報である。
【0149】
処理部３６０は、コントロールパネルＣＰを介してロボット本体３２０の姿勢として配置姿勢を指定し、ロボット本体３２０が配置姿勢に係る計画姿勢とする（Ｓ１２）。助手等は、ロボット本体３２０を、配置姿勢の状態で、例えば被検体ＰＳの近傍の計画位置に移動させる。
【0150】
処理部３６０は、ロボット本体３２０が被検体ＰＳに近づいたか否かを判定する。この場合、処理部３６０は、俯瞰カメラＣＡにより撮像された俯瞰画像を画像解析して、俯瞰カメラＣＡと被検体ＰＳとの距離を認識してよい。そして、この距離が閾値ｔｈ８以下である場合、ロボット本体３２０が被検体ＰＳに近づいたと判定してよい。助手等は、俯瞰画像に表れた被検体ＰＳの体表を表示装置４００等の表示により確認し、被検体ＰＳに対するロボット本体３２０の配置を位置調整する。助手等は、この位置調整を、例えば、ロボット本体３２０の配置開始前に目印をつけたカメラポートの穿孔予定位置を基準に行ってよい。
【0151】
ロボット本体３２０が計画位置に配置されると、処理部３６０は、コントロールパネルＣＰを介してロボット本体３２０の姿勢としてポート穿孔姿勢を指定し、ロボット本体３２０がポート穿孔姿勢に係る計画姿勢とする（Ｓ１３）。助手等は、ロボット本体３２０をポート穿孔姿勢の状態で、ポートの計画位置にポートＰＴを穿孔する。
【0152】
ポートＰＴが穿孔されると、処理部３６０は、コントロールパネルＣＰを介してロボット本体３２０の姿勢として装備姿勢を指定し、ロボット本体３２０の姿勢を装備姿勢に係る計画姿勢とする（Ｓ１４）。これにより、ロボット本体３２０（特にアームベースＡＢ、各ロボットアームＡＲ）の姿勢が、手術器具３０を装備し易い姿勢になる。
【0153】
助手等は、カメラアームに内視鏡ＥＳを設置し、カメラポートに設置されたトロッカーＴＣを介して内視鏡ＥＳを被検体ＰＳの内部に挿入する。カメラポートの位置（３次元位置）は、トロッカーＴＣの位置となり、内視鏡ＥＳの回転中心となる。ロボット本体３２０は、この回転中心を、例えば、手術計画（例えばロボット本体３２０のキネマティクス）と俯瞰画像とを基に決定してよい。なお、助手等が、ロボット操作端末３１０を介して内視鏡ＥＳを動かし、カメラアームに取り付けられた他の手術器具３０の回転中心を探索してもよい。この場合、ロボット本体３２０の処理部３６０は、コントロールパネルＣＰを介して他の手術器具３０の回転中心を入力し、決定してもよい。回転中心を決定するための手術器具３０は、回転中心を決定するための専用の手術器具であってよい。これにより、ロボット本体３２０は、例えばポートＰＴの計画位置と実際に穿孔されたポートＰＴの位置がずれ、回転中心が計画位置とずれていても、回転中心の位置を調整でき、ロボット手術の精度の低下を抑制できる。
【0154】
助手等は、内視鏡ＥＳと同様に、エンドエフェクタアームにエンドエフェクタＥＦを設置し、エンドエフェクタポートに設置されたトロッカーＴＣを介してエンドエフェクタＥＦを被検体ＰＳの内部に挿入する。また、ロボット本体３２０は、内視鏡ＥＳの場合と同様の手法で、エンドエフェクタＥＦの回転中心を決定してもよい。
【0155】
このように、ロボット手術の際には、ロボット本体３２０の配置前にポートＰＴが穿孔されるのではなく、ロボット本体３２０の配置後にポートＰＴ（特にエンドエフェクタポート）が穿孔される。
【0156】
また、従来の手術支援ロボットのロボット本体では、ロボットアームＡＲに沿ってスライド可能な範囲において手術器具３０をスライド可能であるが、ロボットアームＡＲはトロッカーＴＣが接続されているために移動が制約される。一方、ロボット本体３２０では、ロボットアームＡＲに取り付けられた手術器具３０が挿入されるトロッカーＴＣと、このロボットアームＡＲとが接続されずに、ロボットアームＡＲと手術器具３０とが接続される。よって、手術器具３０は、スライド機構によるスライドとともに、ロボットアームＡＲの動きによっても手術器具３０を手術器具３０の軸方向に前後させることができる。よって、ロボットアームＡＲの位置の自由度が増す。これによって、ロボット本体３２０は、ロボットアームＡＲの干渉を軽減できる。
【0157】
次に、ロボット本体３２０の計画位置への配置時の動きについて説明する。
【0158】
図１６は、ロボット本体３２０の被検体ＰＳへの接近例を示す模式図である。図１７は、被検体ＰＳ近傍の計画位置へのロボット本体３２０の配置例を示す模式図である。図１８は、ロボット本体３２０の計画位置においてポート穿孔姿勢をとるロボット本体３２０の一例を示す模式図である。図１６～図１８は、いずれも、手術室内の手術ベッドＢＤに載置された被検体ＰＳの近傍を、手術室の天井側から見た様子を示している。
【0159】
ロボット本体３２０は、手術室に入り、矢印αの方向に進行して、手術ベッドＢＤに載置された被検体ＰＳに近づく（図１６参照）。被検体ＰＳへの接近中、俯瞰カメラＣＡは、俯瞰カメラＣＡの撮像範囲ＣＲに含まれる被写体を撮像する。撮像範囲ＣＲには、被検体ＰＳの少なくとも一部が含まれる。ロボット本体３２０は、被検体ＰＳへの接近中には、配置姿勢をとっている。また、撮像範囲ＣＲには、被検体ＰＳ周囲の様子も映り込む。そのため、例えば俯瞰画像がコントロールパネルＣＰ又は表示装置４００に表示されることで、助手等は、ロボット本体３２０の周囲に気を配りながらロボット本体３２０を計画位置へ移動させることができる。
【0160】
ロボット本体３２０は、例えば被検体ＰＳの近傍にある計画位置に配置される（図１７参照）。ロボット本体３２０は、計画位置への配置後、ポート穿孔姿勢をとる（図１８参照）。なお、ロボット本体３２０の計画位置への配置前から被検体ＰＳにポートＰＴが穿孔されており、ロボット本体３２０の姿勢が、配置姿勢からポート穿孔姿勢に移行せずに、配置姿勢から装備姿勢に移行してもよい。
【0161】
次に、ロボット手術支援システム１によるポート位置決めの支援について説明する。
【0162】
図１９は、被検体ＰＳのランドマークの一例を示す模式図である。例えば、ロボット本体３２０の処理部３６０は、俯瞰画像が被検体ＰＳのランドマークを含む場合、俯瞰画像の画像解析の結果を基に、被検体ＰＳにおける位置合わせのための基準位置としてランドマークを使用可能である。
【0163】
図１９では、被検体ＰＳの腹部周辺が手術対象であることを例示する。手術対象である腹部周辺は、ドレープＤＰで覆われておらず、手術対象外である腹部周辺以外は、ドレープＤＰで覆われている。被検体ＰＳにおけるドレープＤＰで覆われた部分には、ランドマークは存在しない。被検体ＰＳにおけるドレープＤＰで覆われていない部分では、被検体ＰＳの体表が視認可能である。なお、ドレープＤＰが不在であってもよい。
【0164】
被検体ＰＳのランドマークは、臍ＨＳ、骨盤の輪郭ＲＫ１、胴の輪郭ＲＫ２、その他の被検体ＰＳに描かれたマーキングＭＫ、等を含んでよい。また、ランドマークは、腋窩線、剣状突起、肋骨の輪郭、等を含んでもよい。
【0165】
図２０は、被検体ＰＳの体表の３次元画像に被検体ＰＳのランドマーク及びポートＰＴの計画位置を重畳した表示例を示す模式図である。図２０は、例えば述前の手術シミュレーション時の被検体ＰＳの体表７０の様子の一例を示している。図２０では、被検体ＰＳの体表７０上の対応する位置に、ランドマークとしての剣状突起ＫＴ（例えば剣状突起ＫＴの先端）及び臍ＨＳと、ポートＰＴの計画位置と、が示されている。被検体ＰＳの体表画像にランドマーク及びポートＰＴの計画位置を示す情報が重畳された画像（図２０の画像）は、コントロールパネルＣＰや表示装置４００に表示されてよい。なお、ランドマークを示す情報は重畳表示されなくてもよい。
【0166】
図２１は、被検体ＰＳの体内の３次元画像（例えばレイキャスト画像）に被検体ＰＳのランドマーク及びポートＰＴの計画位置を重畳した表示例を示す模式図である。図２１は、例えば述前の手術シミュレーション時の被検体ＰＳの内部の様子の一例を示している。図２１では、被検体ＰＳの３次元画像上の対応する位置に、ランドマークとしての剣状突起ＫＴ（例えば剣状突起ＫＴの先端）及び臍ＨＳと、ポートＰＴの計画位置と、が示されている。被検体ＰＳの３次元画像にランドマーク及びポートＰＴの計画位置を示す情報が重畳された画像（図２１の画像）は、コントロールパネルＣＰや表示装置４００に表示されてよい。なお、ランドマークを示す情報は重畳表示されなくてもよい。
【0167】
図２２は、俯瞰画像Ｇ１に含まれる被検体ＰＳのランドマークとポートＰＴの計画位置との一例を示す模式図である。図２２は、例えば術中に俯瞰カメラＣＡにより撮像された俯瞰画像Ｇ１に映り込んだ体表７０の様子の一例を示している。図２２では、体表７０の一部がドレープＤＰにより覆われている。図２２では、俯瞰画像Ｇ１上の対応する位置に、ランドマークとしての剣状突起ＫＴ（例えば剣状突起ＫＴの先端）及び臍ＨＳと、ポートＰＴの計画位置と、が示されている。俯瞰画像Ｇ１にランドマーク及びポートＰＴの計画位置を示す情報が重畳された画像（図２２の画像）は、コントロールパネルＣＰや表示装置４００に表示されてよい。なお、ランドマークを示す情報は重畳表示されなくてもよい。俯瞰画像Ｇ１は、例えばポート穿孔作業中のリアルタイム画像として用いられ、ポートの計画位置とともに重畳表示されてよい。
【0168】
図２３は、俯瞰画像に含まれる被検体ＰＳのランドマークとポートＰＴの計画位置とポートＰＴの許容誤差情報ＫＧとの一例を示す模式図である。図２３は、例えば術中に俯瞰カメラＣＡにより撮像された俯瞰画像Ｇ２に映り込んだ体表７０の様子の一例を示している。図２３では、体表７０がドレープＤＰで覆われていない。図２３では、俯瞰画像Ｇ２上の対応する位置に、ランドマークとしての剣状突起ＫＴ（例えば剣状突起ＫＴの先端）及び臍ＨＳと、ポートＰＴの計画位置と、ポートＰＴの許容誤差情報ＫＧが示されている。俯瞰画像Ｇ２にランドマーク、ポートＰＴの計画位置、ポートＰＴの許容誤差を示す情報が重畳された画像（図２３の画像）は、コントロールパネルＣＰや表示装置４００に表示されてよい。なお、ランドマークを示す情報は重畳表示されなくてもよい。
【0169】
図２３では、複数のポートＰＴが示されている。複数のポートＰＴは、補助ポートＰＴＡ、カメラポート、エンドエフェクタポート、等を含む。各ポートＰＴ（ＰＴＡ、Ａ～Ｅ）の計画位置の周囲には、ポートＰＴの許容誤差情報ＫＧに対応する許容誤差範囲が示されている。図２３では、許容誤差範囲の外周の形状は一例として円形となっているが、他の形状となってもよい。
【0170】
図２４及び図２５は、ロボット手術支援システム１によるポート位置決めに係る動作例を示すフローチャートである。なお、図２４のＳ２１～Ｓ２５は、例えば術前に実施される。これらの各処理は、例えばロボット手術支援装置１００の処理部１６０の各部によって実施される。図２５のＳ３１～Ｓ３５は、例えば手術の際（例えば実際の処置の前）に実施される。これらの各処理は、例えばロボット本体３２０の処理部３６０により実施される。
【0171】
術前には、処理部１６０は、被検体ＰＳ（例えば患者）のボリュームデータを取得する（Ｓ２１）。例えばＵＩ１２０を介して、術式を指定（例えば選択）する（Ｓ２２）。気腹シミュレーション及び手術シミュレーションを行う（Ｓ２３）。そして、例えばポート位置スコア、アーム干渉スコア、及びロボット安定スコアの少なくとも１つを加味した手術計画スコアに基づいて、ポート位置及びロボット本体３２０の配置位置を計画する（Ｓ２４）。また、例えば前述した手法に基づいて、ロボットの各姿勢（例えば配置姿勢、ポート穿孔姿勢、装備姿勢）を計画する（Ｓ２４）。例えばアーム干渉スコアを加味することで、手術時に最大の自由度が得られるポート位置とロボット本体３２０の計画位置と計画姿勢が得られる。
【0172】
被検体ＰＳのランドマークを設定する（Ｓ２５）。例えばＵＩ１２０を介して、被検体ＰＳのボリュームデータに対してランドマークの位置を指定して設定してよい。設定されるランドマークの数は、１つでも複数でもよい。ポートＰＴの計画位置、ロボット本体３２０の計画位置、ロボット本体３２０の計画姿勢、ランドマークの設定情報、等を手術計画に含め、手術計画をメモリ１５０に保持させ、送受部１１０を介して手術計画をロボット本体３２０へ送信する（Ｓ２５）。ロボット本体３２０では、送受部３２１を介して手術計画を受信し、この手術計画をメモリＭＲに保持させる。
【0173】
手術の際には、処理部３６０は、メモリＭＲから手術計画を取得する。手術計画から、配置姿勢に係る計画姿勢と、ロボット本体３２０の計画位置と、を取得する。そして、ロボット本体３２０がこの計画姿勢に基づく配置姿勢となるよう制御する（Ｓ３１）。この配置姿勢の状態で、助手等が、ロボット本体３２０を計画位置に移動させる。この場合、処理部３６０が計画位置に移動させるための所定の案内情報をコントロールパネルＣＰ又は表示装置４００に表示させ、助手等が案内情報の表示を確認してロボット本体３２０を移動させてもよい。
【0174】
手術計画から、ポート穿孔姿勢に係る計画姿勢を取得する。そして、ロボット本体３２０がこの計画姿勢に基づくポート穿孔姿勢となるよう制御する（Ｓ３２）。
【0175】
俯瞰カメラＣＡが被検体ＰＳを撮像する（Ｓ３３）。処理部３６０は、俯瞰カメラＣＡにより撮像された被検体の少なくとも一部を含む俯瞰画像を取得する。なお、俯瞰画像の撮像は、ロボット本体３２０が手術室に入る前から行われてもよいし、ロボット本体３２０が手術室に入ってから行われてもよい。また、俯瞰画像の撮像は、ロボット本体３２０と被検体ＰＳとの距離が閾値ｔｈ９以下である場合、つまりロボット本体３２０が被検体ＰＳに接近してから行われてもよい。また、俯瞰画像の撮像は、ロボット本体３２０が計画位置に配置されてから行われてもよい。俯瞰画像の撮像は、ロボット手術中には継続して行われてよい。
【0176】
俯瞰画像と被検体ＰＳのランドマークとに基づいて、俯瞰画像における各ポートＰＴの計画位置を認識する（Ｓ３４）。
【0177】
Ｓ３４の具体例としては、手術計画から、ランドマークの設定情報と、被検体ＰＳのランドマークに対する各ポートＰＴの計画位置の情報と、を取得する。俯瞰画像を解析し、被検体ＰＳのランドマークの位置（画像位置）を認識する。そして、俯瞰画像における設定されたランドマークの画像位置と、ランドマークに対する各ポートＰＴの計画位置と、に基づいて、俯瞰画像における各ポートＰＴの計画位置（画像位置）を認識する。
【0178】
俯瞰画像において認識された各ポートＰＴの計画位置を示すポート位置情報を、俯瞰画像に重畳して、コントロールパネルＣＰ又は表示装置４００に表示させる（Ｓ３５）。この場合、ポート位置情報とともに、ポートＰＴの許容誤差情報を併せて表示させてもよい。
【0179】
助手等は、コントロールパネルＣＰ又は表示装置４００に表示されたポート位置情報や許容誤差情報を確認することで、実空間での被検体ＰＳの体表７０におけるポートＰＴの計画位置とその許容誤差とを認識できる。そして、助手等が実際にポートＰＴを穿孔する際には、ポートＰＴを穿孔するための穿孔器具８０が俯瞰画像Ｇ１１内に映り込む（図２６参照）。そのため、助手等は、俯瞰画像Ｇ１１内のポートＰＴの計画位置と穿孔器具８０との位置関係を視覚的に確認でき、高精度にポートＰＴを穿孔できる。
【0180】
このように、ロボット手術支援システム１は、ポート位置決めに係る動作を行うことで、俯瞰画像を用いてポート位置情報や許容誤差情報を表示できる。よって、この表示を確認した助手等が穿孔しようとするポートの位置を、ポート位置情報が示すポートＰＴの計画位置に誘導でき、ポートＰＴの穿孔を補助できる。
【0181】
また、ロボット手術支援システム１は、ランドマークを設定することで、ランドマークを基準に、ボリュームデータやモデル等の３Ｄデータの座標系（被検体の座標系）と、ロボット本体３２０に配置された俯瞰カメラＣＡにより撮像された手術の際の座標系（ロボットの座標系）と、を位置合わせできる。よって、ロボット手術支援システム１は、ポートの計画位置を俯瞰画像上に重畳表示できる。なお、この位置合わせは、何度行われてもよく、ロボット本体３２０が計画位置に配置されてから行われても、手術室への入室後においてロボット本体３２０が計画位置に配置される前から行われてもよい。
【0182】
次に、本実施形態のバリエーションについて説明する。
【0183】
本実施形態では、術中のナビゲーションに関する情報（例えばポート位置情報、許容誤差情報）がコントロールパネルＣＰ又は表示装置４００に表示されることを示したが、これに限らない。例えば、アームベースＡＢがプロジェクタを備え、被検体ＰＳの体表に術中のナビゲーションに関する情報が投影されることによって表示されてもよい。また、例えば、ロボット本体３２０がスピーカを備えたり、手術室内にスピーカが設置されたりしてもよい。そして、スピーカが被検体ＰＳにおけるポートＰＴの計画位置や許容誤差範囲を示す音声情報を音声出力してもよい。その他の提示方法により、術中のナビゲーションに関する情報が提示されてもよい。
【0184】
また、ポート位置決めの時点を含む所定の期間、俯瞰カメラＣＡにより俯瞰画像の撮像が継続される場合、助手等により穿孔されたポートＰＴが、俯瞰画像に映り込んでよい。処理部３６０は、俯瞰画像に対して画像解析し、穿孔されたポートＰＴを認識してよい。認識されたポートＰＴの情報は、ロボット手術における各種処置に利用されてよい。例えば、ロボット手術支援装置１００の処理部１６０は、送受部１１０を介して被検体ＰＳにおけるポートＰＴの穿孔位置（実際に穿孔された位置）の情報を取得してよい。処理部１６０は、ロボット手術支援装置１００が認識する３Ｄデータにおけるポート位置を、ポートの計画位置からポート穿孔位置に更新してよい。これにより、ロボット手術支援装置１００は、仮想空間における３Ｄデータのポート位置と実空間での実際のポート位置とを位置合わせでき、３Ｄデータによるナビゲーションを一層高精度に実施できる。
【0185】
また、処理部３６０は、俯瞰画像に映り込んだ穿孔器具８０の位置とポートＰＴの計画位置とに基づいて、穿孔器具８０をポートＰＴの計画位置に誘導するための案内情報を生成してよい。処理部３６０は、この案内情報を、コントロールパネルＣＰ又は表示装置４００に表示させてよい。
【0186】
図２７は、穿孔器具８０をポートＰＴの計画位置に誘導するための案内情報ＧＩの表示例を示す図である。
【0187】
図２７の俯瞰画像Ｇ３には、３つのポート位置情報が示されている。助手等は、３つのポートＰＴの計画位置のうちのポートＰＴ１を穿孔器具８０によって穿孔するとする。俯瞰画像Ｇ３には、助手等の手ＨＤと手ＨＤに把持された穿孔器具８０の一部が映り込んでいる。
【0188】
処理部３６０は、俯瞰画像Ｇ３を画像解析して、俯瞰画像Ｇ３における穿孔器具８０の位置を認識する。また、処理部３６０は、俯瞰画像Ｇ３におけるポートＰＴ１の計画位置を認識する。処理部３６０は、認識された穿孔器具８０の位置とポートＰＴの計画位置との差分を算出し、この差分に基づいて案内情報ＧＩを生成してよい。この場合、穿孔器具の位置からポートＰＴ１の計画位置に向かう移動方向や、穿孔器具８０の位置とポートＰＴの計画位置との間の距離（移動距離）を算出してよい。よって、上記の移動方向や移動距離を含む案内情報を表示させてよい。
【0189】
図２７では、案内情報ＧＩが、穿孔器具８０から図中下方向（被検体ＰＳの体軸方向に沿う足に向かう方向）に６０ｍｍ移動し、その位置から図中右方向に３５ｍｍ移動すると、ポートＰＴ１に到達可能であることを示している。
【0190】
助手等は、俯瞰画像Ｇ３とともに表示されたこの案内情報ＧＩを確認することで、どの方向にどの程度、穿孔器具８０を移動させればよいかを直感的に判断できる。なお、案内情報ＧＩは、図２７に示す態様以外の態様で表示されてもよい。例えば、案内情報ＧＩが矢印で表示されてもよい。この場合、矢印の向きが移動方向を示し、矢印の大きさや長さが移動距離を示してよい。
【0191】
更に、処理部３６０は、助手等によるポートＰＴの穿孔を支援する情報として、以下のような情報を、コントロールパネルＣＰや表示装置４００へ表示させてもよい。
【0192】
例えば、処理部３６０は、穿孔器具８０を複数のポートＰＴのうちの特定のポートＰＴに移動させるための案内情報を表示させてよい。この場合、特定のポートＰＴは、コントロールパネルＣＰを介して指定してよい。特定のポートＰＴは、俯瞰画像において認識された穿孔器具８０に最も近いポートＰＴでよい。特定のポートＰＴは、１つでも複数でもよい。処理部３６０は、複数のポートＰＴの全部のそれぞれに対して、上記の案内情報を表示させてもよい。
【0193】
また、処理部３６０は、助手等によりポートＰＴの穿孔が済んだか否かに応じて、ポート位置情報を表示させてもよい。処理部３６０は、各ポートＰＴの穿孔が済んだか否かを、例えば、俯瞰画像に対する画像解析に基づいて判定してもよい。また、処理部３６０は、コントロールパネルＣＰを介して、穿孔が済んだポートＰＴを指定する指定情報を取得し、指定されたポートＰＴの穿孔が済んだと判定してよい。処理部３６０は、穿孔が済んでいないポートＰＴのポート位置情報を表示させ、穿孔が済んだポートＰＴのポート位置情報の表示を終了させてよい。処理部３６０は、穿孔が済んだポートＰＴのポート位置情報の表示態様を変更して、穿孔が済んでいないポートＰＴのポート位置情報の表示態様と異なるようにしてもよい。また、処理部３６０は、穿孔が済んでいないポートＰＴの全部又は一部に誘導するための案内情報を表示させてもよい。
【0194】
また、ロボット本体３２０のアクチュエータＡＣがロボット本体３２０のタイヤ等を駆動する機能を有してもよい。これにより、ロボット本体３２０は、計画位置に至るまで自動運転で移動できる。この場合、処理部３６０は、コントロールパネルＣＰの操作に基づいてロボット本体３２０の運転モードとして自動運転モードを設定してよい。運転モードは、例えば、助手等がロボット本体３２０を押して移動させる手動運転モードと、自動運転によりロボット本体３２０が移動する自動運転モードと、を含んでよい。
【0195】
処理部３６０は、俯瞰画像Ｇ３を画像解析して、助手等が被検体ＰＳの体表にマーキングしたマークを認識してもよい。これにより、助手等が被検体ＰＳの体表にランドマークを描き足すことができる。ランドマークを描き足すことは術前計画においてあらかじめ計画されたものであってよい。また、描き足したランドマークは、俯瞰画像において不明瞭なランドマークを明確化させる目的でマーキングしたものであってよい。このランドマークは、例えば、胸骨の間をなぞった線を含んでよい。なお、術前計画は、手術計画に含まれてよい。
【0196】
また、手術計画部１６４は、術前計画では、被検体ＰＳの３Ｄデータの代わりに、あらかじめ用意された３Ｄモデルデータを用いて、ポート位置を計画してもよい。また、ポート位置の計画には、用意された３Ｄモデルデータに含まれていたポート位置が用いられてもよい。また、３Ｄモデルデータは、モデル設定部１６３により被検体ＰＳの特徴によってカスタマイズしたものであってもよい。これによって、ロボット手術支援装置１００は、典型的なもしくは簡単な症例において、術前計画にかかる労力を削減できる。
【0197】
また、手術計画部１６４は、術前計画では、被検体ＰＳの３Ｄデータの代わりに、被検体ＰＳの２Ｄデータもしくは、あらかじめ用意された２Ｄモデルデータを用いて、ポート位置を計画してもよい。これによって、ロボット手術支援装置１００は、典型的なもしくは簡単な症例において、術前計画にかかる労力を削減できる。
【0198】
［手術シミュレーション及び手術計画の補足］
次に、ロボット手術支援装置１００による手術計画について補足する。
まず、ポート位置スコアの算出例について説明する。
次に、ロボット手術支援装置１００による手術計画について補足する。
まず、ポート位置スコアの算出例について説明する。
【0199】
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内に挿入する可能である。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。
【0200】
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）（図１４参照）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）（図１４参照）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。
【0201】
また、ロボット本体３２０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。
【0202】
手術計画部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。手術計画部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、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の計画位置としてよい。
【0203】
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
（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
【0204】
図２８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。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ｉ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。
【0205】
手術計画部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（Ｓ５１）。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。
【0206】
手術計画部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（Ｓ５２）。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。手術計画部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（Ｓ５２）。
【0207】
手術計画部１６４は、術式、ロボット本体３２０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（Ｓ５３）。手術計画部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（Ｓ５３）。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。
【0208】
手術計画部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（Ｓ５４）。ポート位置は、３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）で定められてよい。手術計画部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。手術計画部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。
【0209】
手術計画部１６４は、術式、ロボット本体３２０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（Ｓ５５）。ポート作業領域は、３次元領域で定められてよい。手術計画部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（Ｓ５５）。
【0210】
手術計画部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（Ｓ５６）。手術計画部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（Ｓ５６）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。
【0211】
減算領域が空領域である場合、手術計画部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（Ｓ５７）。そして、手術計画部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。手術計画部１６４は、合計値ｖｏｌｕｍｅ＿ｓｕｍをポート位置スコアに設定する（Ｓ５７）。
【0212】
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、手術計画部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。
【0213】
一方、減算領域が空領域でない場合、手術計画部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（Ｓ５８）。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、手術計画部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、手術計画部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。
【0214】
なお、手術計画部１６４は、全ての作業ｗｏｒｋ＿ｉについて図２８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。
【0215】
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ｔｈ１０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の計画位置として設定できる。
【0216】
また、ポート位置スコアに基づいてワーキングエリアＷＡ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。
【0217】
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ＥＦ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、ポートの計画位置によっては、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。
【0218】
次に、ポート位置調整の詳細について説明する。
【0219】
手術計画部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。手術計画部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。
【0220】
手術計画部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、手術計画部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、手術計画部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。
【0221】
例えば、手術計画部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。
【0222】
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))
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))
【0223】
つまり、手術計画部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。
【0224】
また、手術計画部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。
【0225】
また、手術計画部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。
【0226】
手術計画部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、手術計画部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。手術計画部１６４は、算出されたポート位置をポートの計画位置とするように、ポート位置を調整し、ポート位置を最適化してよい。なお、ポートの計画位置は、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ｔｈ１１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。
【0227】
手術計画部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、手術計画部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。
【0228】
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、手術計画部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、手術計画部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、手術計画部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。
【0229】
なお、手術計画部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。手術計画部１６４は、ポート位置の計画位置を、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としてよい。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。
【0230】
（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
（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
【0231】
手術計画部１６４は、上記のポート位置調整と同様に、ロボット本体３２０の装備姿勢（術中の各処置時の姿勢を含む）の調整を行ってよい。例えば、手術計画スコアに基づいて、装備姿勢を調整してよい。この場合、手術計画部１６４は、装備姿勢の場合の手術計画スコアと、この装備姿勢を変更した場合の手術計画スコアと、に基づいて、装備姿勢を調整してよい。この場合、手術計画部１６４は、２次元平面での各方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に沿ったロボット本体３２０の計画位置の微小移動や微分を加味してよい。また、手術計画部１６４は、３次元空間内でのアームベースＡＢの姿勢の微小移動や微分を加味してよい。
【0232】
例えば、手術計画部１６４は、（式１Ａ）に従って、装備姿勢におけるアームベースＡＢの姿勢βに対して、手術計画スコアＦＡ(β)を算出し、ＦＡの微分値ＦＡ’を算出してよい。
【0233】
手術計画部１６４は、微分値ＦＡ’に基づいて、手術計画スコアの最大値を算出する。この場合、手術計画部１６４は、微分値ＦＡ’に基づいて、再急降下法に従って手術計画スコアが最大となる装備姿勢を算出してよい。手術計画部１６４は、算出された装備姿勢を採用することで、ロボット本体３２０の計画位置を調整し、装備姿勢を最適化してよい。なお、手術計画スコアが最大となる装備姿勢でなくても、例えば手術計画スコアが閾値ｔｈ１２以上となる位置でもよく、手術計画スコアが改善されれば（高くなれば）よい。
【0234】
手術計画部１６４は、例えば、装備姿勢の算出に当たって、ポート位置スコアと、に基づいて、手術計画スコアを算出し、最適な装備姿勢を決定してよい。
【0235】
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。
【0236】
上記実施形態では術前シミュレーション（例えば手術計画の生成）に関する処理をロボット手術支援装置１００の処理部１６０が実施し、術中ナビゲーション（例えばポート位置決め）に関する処理をロボット本体３２０の処理部３６０が実施することを例示した。この代わりに、術前シミュレーション及び術中ナビゲーションの双方の処理を、ロボット手術支援装置１００の処理部１６０が実施してもよいし、ロボット本体３２０の処理部３６０が実施してもよい。
【0237】
また、各閾値は、固定値でも可変値でもよい。各閾値は、予め定められた値でも、操作部（例えばＵＩ１２０、コントロールパネルＣＰ）を介して入力された値でもよい。
【0238】
また、ロボット手術支援装置１００は、少なくともプロセッサ１４０及びメモリ１５０を備えていればよい。送受部１１０、ＵＩ１２０、及びディスプレイ１３０は、ロボット手術支援装置１００に対して外付けであってもよい。
【0239】
また、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（例えば画像データサーバ（ＰＡＣＳ）（不図示））等へ送信され、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の送受部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。
【0240】
また、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へ送受部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。また、ロボット手術支援装置１００が、手術支援ロボット３００に設けられてもよい。
【0241】
また、ＣＴ装置２００により画像を撮像し、被検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。
【0242】
上記実施形態は、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。また、手術支援ロボット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手術支援ロボットに供給し、手術支援ロボット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。
【0243】
以上のように、上記実施形態のロボット手術支援システム１は、ロボット本体３２０を有する手術支援ロボット３００によるロボット手術を支援し、処理部１６０，３６０を備える。処理部１６０は、ロボット手術の対象である被検体ＰＳの体表に穿孔されるポートＰＴの位置を計画してよい。処理部１６０は、ロボット本体３２０が備える俯瞰カメラＣＡにより被検体ＰＳの少なくとも一部を含む被写体が撮像された撮像画像を取得してよい。処理部１６０は、撮像画像とポートＰＴの計画位置とに基づいて、撮像画像におけるポートの計画位置を認識してよい。処理部１６０は、撮像画像と、撮像画像に表れた被検体ＰＳにおけるポートＰＴの計画位置を示すポート位置情報と、を表示部（例えばコントロールパネルＣＰ、表示装置４００）に表示させてよい。
【0244】
これにより、ロボット手術支援システム１は、俯瞰カメラＣＡに撮像された俯瞰画像を取得する。ロボット本体３２０が手術室に入室後には、俯瞰画像には、被検体ＰＳの少なくとも一部が映り込み得る。よって、ロボット手術支援システム１は、俯瞰画像を用いて、被検体ＰＳに対してポートＰＴの計画位置を可視化できる。よって、助手等は、手術のために被検体ＰＳの位置を動かしても、ポートＰＴの計画位置の表示を確認して、ポートＰＴを穿孔できる。このように、ロボット手術支援システム１は、ロボット本体３２０の手術室への入室後に実施されるポートＰＴの穿孔を補助できる。また、俯瞰カメラＣＡの視点は、非ロボットの鏡視下手術における術者の視点に近いので、俯瞰画像は術者の直感に即したものとなり、計画通りの手術に資する。
【0245】
また、処理部３６０は、被検体ＰＳのランドマークの情報と、被検体ＰＳのランドマークとポートＰＴの計画位置との位置関係を示す位置関係情報と、を取得してよい。処理部３６０は、俯瞰画像におけるランドマークの画像位置を認識してよい。ランドマークの画像位置と上記の位置関係情報とに基づいて、俯瞰画像におけるポートＰＴの計画位置を認識してよい。
【0246】
これにより、ロボット手術支援システム１は、被検体ＰＳにおいて視覚的に特徴のあるランドマークに用いることで、ランドマークとポートＰＴとの位置関係情報に基づいて俯瞰画像におけるポートＰＴの計画位置を容易に認識できる。そのため、ロボット手術支援システム１は、ポートＰＴの計画位置を容易に可視化できる。
【0247】
また、処理部３６０は、俯瞰画像におけるポートＰＴを穿孔するための穿孔器具８０の位置を認識してよい。処理部３６０は、穿孔器具８０の位置とポートＰＴの計画位置とに基づいて、穿孔器具８０をポートＰＴの計画位置に誘導するための案内情報を表示させてよい。これにより、助手等や助手等以外の手術に関わる人は、穿孔器具８０をポートＰＴの計画位置に向かうようにどのように移動させればよいかを容易に確認できる。よって、ロボット手術支援システム１は、ポートＰＴの穿孔に際しての安全性を向上できる。
【0248】
また、処理部１６０は、被検体ＰＳの３Ｄデータを取得し、被検体ＰＳの３Ｄデータに基づいてポートの位置を計画してよい。この３Ｄデータは、被検体ＰＳの仮想気腹状態のボリュームデータ若しくはモデル又は非気腹状態のボリュームデータ若しくはモデルでよい。これにより、ロボット手術支援システム１は、被検体ＰＳの内部の状態を加味してポートの計画位置を決定できる。
【0249】
また、処理部１６０は、被検体ＰＳに対するロボット本体３２０の位置を計画してよい。処理部３６０は、ロボット本体３２０の計画位置に配置された状態で被検体ＰＳが撮像された撮像画像とポート位置情報とを表示させてよい。これにより、ロボット手術支援システム１は、手術室内の計画位置にロボット本体３２０が配置された後に、ポートＰＴの計画位置を可視化できる。したがって、ロボット本体３２０の配置位置の固定後に、確定したポートＰＴの計画位置を可視化できる。
【0250】
また、処理部１６０は、被検体ＰＳの３Ｄデータを取得し、被検体の３Ｄデータに基づいて、被検体ＰＳに対するロボット本体３２０の位置を計画してよい。これにより、ロボット手術支援システム１は、３Ｄデータが示す被検体ＰＳの内部の状態を加味して、被検体ＰＳ毎に最適なロボット本体３２０の位置を計画できる。
【0251】
また、処理部３６０は、被検体ＰＳのポートＰＴの計画位置にポートＰＴが穿孔される際に、ロボット本体３２０がポート穿孔姿勢となるようロボット本体３２０を作動させてよい。ポート穿孔姿勢は、ロボット本体３２０が備えるロボットアームＡＲと被検体ＰＳとの間の空間の大きさを閾値ｔｈ３（第１の閾値の一例）以上とする（例えば最大化する）姿勢でよい。これにより、ロボット手術支援システム１は、穿孔作業スペースを十分に確保した状態で、ポートＰＴの計画位置にポートＰＴを穿孔するよう補助できる。
【0252】
また、処理部３６０は、被検体ＰＳに穿孔されたポートＰＴを介してロボット本体３２０が備える手術器具３０が被検体ＰＳに挿入される際、ロボット本体３２０が装備姿勢となるようロボット本体３２０を作動させてよい。装備姿勢は、手術器具３０の被検体ＰＳ内の可動範囲を閾値ｔｈ４（第２の閾値の一例）以上とする（例えば最大化する）姿勢、又は、アーム干渉スコア（ロボットアームＡＲ同士の干渉量の一例）を閾値ｔｈ４３（第３の閾値の一例）以下とする姿勢でよい。これにより、ロボット手術支援システム１は、術中の手術器具３０の動作に関する自由度をなるべく大きくでき、手術器具３０を用いて各種処置を行う際のワーキングエリアをなるべく広く確保できる。
【0253】
また、処理部３６０は、被検体ＰＳの３Ｄデータを取得し、被検体ＰＳの３Ｄデータに基づいて、装備姿勢を計画してよい。これにより、ロボット手術支援システム１は、３Ｄデータが示す被検体ＰＳの内部の状態を加味して、被検体ＰＳ毎に最適な装備姿勢を計画できる。
【0254】
また、ロボット手術支援システム１は、ロボット手術の手術前にロボット手術の支援に関する処理を行うロボット手術支援装置１００が備える処理部１６０（第１の処理部の一例）と、ロボット手術の際にロボット手術の支援に関する処理を行う手術支援ロボット３００が備える処理部（第２の処理部の一例）と、を含んでよい。処理部１６０は、ポートＰＴの位置を計画してよい。処理部３６０は、ポートＰＴの計画位置を認識し、撮像画像とポート位置情報とを表示させてよい。
【0255】
これにより、ロボット手術支援システム１は、術前では例えば手術室外で容易に計画等を生成でき、手術の際には手術室内で容易にポートＰＴの計画位置を認識し、撮像画像とポート位置情報とを表示でき、ポートＰＴの穿孔を補助できる。
【産業上の利用可能性】
【0256】
本開示は、手術支援ロボットの手術室への入室後に実施されるポートの穿孔を補助できるロボット手術支援システム、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】
【0257】
１ ロボット手術支援システム
１００ ロボット手術支援装置
１１０ 送受部
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 領域処理部
１６２ 変形処理部
１６３ モデル設定部
１６４ 手術計画部
１６５ 画像生成部
１６６ 表示制御部
２００ ＣＴ装置
３００ 手術支援ロボット
３１０ ロボット操作端末
３２０ ロボット本体
３２１ 送受部
３６０ 処理部
４００ 表示装置
５００ 手術室
ＡＢ アームベース
ＡＣ アクチュエータ
ＡＲ ロボットアーム
ＢＡ ベース
ＢＤ 手術ベッド
ＣＡ 俯瞰カメラ
ＣＰ コントロールパネル
ＥＳ 内視鏡
ＥＦ エンドエフェクタ
ＨＳ 臍
ＪＴ ジョイント
ＭＲ メモリ
ＰＡ 親アーム
ＰＲ プロセッサ
ＰＳ 被検体
ＰＴ ポート
ＲＯ 回転台
ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３ 支持部材
ＳＲ センサ
ＴＣ トロッカー
ＴＰ 天井部材
ＷＡワーキングエリア
ＷＡ１ 個別ワーキングエリア
ＷＡ２ 全体ワーキングエリア
１００ ロボット手術支援装置
１１０ 送受部
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 領域処理部
１６２ 変形処理部
１６３ モデル設定部
１６４ 手術計画部
１６５ 画像生成部
１６６ 表示制御部
２００ ＣＴ装置
３００ 手術支援ロボット
３１０ ロボット操作端末
３２０ ロボット本体
３２１ 送受部
３６０ 処理部
４００ 表示装置
５００ 手術室
ＡＢ アームベース
ＡＣ アクチュエータ
ＡＲ ロボットアーム
ＢＡ ベース
ＢＤ 手術ベッド
ＣＡ 俯瞰カメラ
ＣＰ コントロールパネル
ＥＳ 内視鏡
ＥＦ エンドエフェクタ
ＨＳ 臍
ＪＴ ジョイント
ＭＲ メモリ
ＰＡ 親アーム
ＰＲ プロセッサ
ＰＳ 被検体
ＰＴ ポート
ＲＯ 回転台
ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３ 支持部材
ＳＲ センサ
ＴＣ トロッカー
ＴＰ 天井部材
ＷＡワーキングエリア
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】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】