(57)【要約】【課題】  振動型アクチュエータの保持トルクに起因した、生体組織との侵襲性、緊急回避困難性を改善した医療用マニピュレータを提供する。【解決手段】  本発明の医療用マニピュレータ３０は、交流電圧の印加により振動波が励起される振動体１と、前記振動波を受けて振動体１に対して相対移動する移動体２と、振動体１と移動体２との間に圧力を印加する加圧手段３と、を有した振動型アクチュエータ１０を少なくとも備える駆動部４と、駆動部４に接続され、駆動部４の駆動により変位するマニピュレータ部９と、駆動部４とマニピュレータ部９とを支持する支持部と、振動体１に接続され、振動体１に交流電圧を印加する駆動回路１２と、振動体１が移動体２を保持する保持トルクを制御するトルク制御手段６と、を備えることを特徴とする。【選択図】  図１
2014003734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧の印加により振動波が励起される振動体と、
前記振動波を受けて前記振動体に対して相対移動する移動体と、
前記振動体と前記移動体との間に圧力を印加する加圧手段とを有した振動型アクチュエータ
を備える駆動部と、
前記駆動部に接続され、該駆動部の駆動により変位するマニピュレータ部と、
前記駆動部と前記マニピュレータ部とを支持する支持部と、
前記振動体に接続され、前記振動体に交流電圧を印加する駆動回路と、
前記振動体が前記移動体を保持する保持トルクを制御するトルク制御手段と、
を備えることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項２】
前記支持部に支持された前記駆動部の部位は、前記振動体と前記移動体のいずれか一方であり、
前記マニピュレータ部を支持する前記駆動部の部位は、前記振動体と前記移動体のいずれか他方であることを特徴とする請求項１に記載の医療用マニピュレータ。
【請求項３】
前記医療用マニピュレータは、前記トルク制御手段に接続されるとともに、前記保持トルクを制御するトルク制御指令を、前記トルク制御手段に出力するトルク指令手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の医療用マニピュレータ。
【請求項４】
前記トルク制御手段は、前記加圧手段に接続され前記圧力を制御する圧力制御手段であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータ。
【請求項５】
前記加圧手段が、ガス圧シリンダまたは液圧シリンダであり、前記圧力制御手段は、圧縮ガスまたは非圧縮性液体の流量を制御する制御弁であることを特徴とする請求項４に記載の医療用マニピュレータ。
【請求項６】
前記ガス圧シリンダが、圧縮空気で制御される空圧シリンダであり、前記圧力制御手段が、圧縮空気の流量を制御する電磁弁であることを特徴とする請求項５に記載の医療用マニピュレータ。
【請求項７】
前記加圧手段が、電磁石と弾性体とを備え、前記圧力制御手段が、前記電磁石への電流量を制御する電磁石制御回路であることを特徴とする請求項４に記載の医療用マニピュレータ。
【請求項８】
前記トルク制御手段は、前記駆動回路に備えられ、前記振動体に対して保持トルク制御信号を出力する保持トルク制御回路であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータ。
【請求項９】
前記保持トルク制御回路は、前記振動体に定在波を励起させる定在波駆動信号からなる前記保持トルク制御信号を、前記振動体に対して出力する定在波駆動回路であることを特徴とする請求項８に記載の医療用マニピュレータ。
【請求項１０】
前記保持トルク制御回路は、正転進行波信号と逆転進行波信号とが交互に切り替えられた交互反転駆動信号からなる前記保持トルク制御信号を、前記振動体に対して出力する交互反転駆動回路であることを特徴とする請求項８に記載の医療用マニピュレータ。
【請求項１１】
前記医療用マニピュレータは、駆動部を複数備えており、前記複数の駆動部のうち少なくとも２つは、前記マニピュレータ部を、互いに異なる方向に変位させるように、前記支持部から前記マニピュレータ部までの径路上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータ。
【請求項１２】
前記トルク制御手段は、受信した前記トルク制御指令に基づいて、前記複数の駆動部のうちの少なくとも一つに対して、前記保持トルクを減少させる手段であることを特徴とする請求項１１に記載の医療用マニピュレータ。
【請求項１３】
前記支持手段が、重力補償手段を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータ。
【請求項１４】
前記重力補償手段は、前記駆動部に対して前記マニピュレータ部とは反対側に位置して、前記支持部に接続されたカウンターウェイトであることを特徴とする請求項１３に記載の医療用マニピュレータ。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載された医療用マニピュレータと、
前記マニピュレータ部と接続され、処置行為を支援する処置支援器具と、
を備えていることを特徴とする医療用処置支援装置。
【請求項１６】
前記処置支援器具が、被験者の体内に穿刺する穿刺手段、または、被験者の体組織を採取する採取手段であることを特徴とするとする請求項１５に記載の医療用処置支援装置。
【請求項１７】
前記トルク制御指令は、前記トルク指令手段に対して、操作者または被験者の手動操作指令に基づいて、前記トルク指令手段が前記トルク制御手段に対して出力したものであることを特徴とする請求項３に記載の医療用マニピュレータ。
【請求項１８】
前記トルク制御指令は、前記マニピュレータ部または、前記処置支援器具に接続された検知手段から出力された検知信号に基づいて、前記トルク指令手段が前記トルク制御手段に対して出力したものであることを特徴とする請求項３に記載の医療用マニピュレータ。
【請求項１９】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載された医療用マニピュレータと、
所定の目標位置の位置情報を送信する送信部を備える医療用画像撮影装置と、を備えた医療用画像システムにおいて、
前記駆動回路は、前記目標位置の位置情報を受信する目標位置受信部を備えていることを特徴とする医療用画像システム。
【請求項２０】
前記医療用画像撮影装置が、ＭＲＩ撮影装置、放射線画像撮影装置、超音波画像撮影装置のいずれかを含むことを特徴とする請求項１９に記載の医療用画像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型アクチュエータを駆動源として備える医療用マニピュレータに関し、さらには、振動型アクチュエータを駆動源として備える医療用画像撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボティクス技術の発展に伴い、ロボティクス技術を医療デバイスに応用するニーズが高まってきている。高精度を要求されるマニピュレータの駆動源として図９に示すような振動型アクチュエータがあげられる。振動型アクチュエータは、減速機を用いないダイレクトドライブが可能であり、また保持トルクがあるため無通電時にもマニピュレータの姿勢を保持することが可能である。このことにより、高精度の位置制御が求められる医療用マニピュレータへの応用において好適である。
【０００３】
特許文献１には、核磁気共鳴画像（以降ＭＲＩ）装置との親和性の高い、穿刺装置の駆動源として管の長手方向に延在するステータとロータとを内管と外管とに対向配置した管状の振動型アクチュエータを開示し、管状配置に伴うアクチュエータの屈曲振動に起因した医療用マニピュレータの振動を課題として、振動型アクチュエータのステータとロータとのそれぞれを、らせん状でかつ互いに嵌合する凹部と凸部とのいずれか一方と他方とに配置することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８５０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
振動型アクチュエータは、保持トルクがあるので、医療用マニピュレータが静止状態にあるとき、支持部とマニピュレータ部とは、外力に対してロックされた状態となる。一方で、被験者が生体である場合は、呼吸器、循環器、消化器、感覚器、筋肉組織等の生体器官は自律的かつ持続的に変位する。前述の生体器官の変位を完全に予測したり、変位自体を抑え込むことは難しい。
【０００６】
従って、生体内において、生体器官と医療用マニピュレータとの相対的な位置関係が変わることで、医療用マニピュレータに偏荷重がかかり、医療用マニピュレータの各部に応力と歪が発生する場合があった。かかる応力と歪の発生は、医療用マニピュレータが損傷を受ける場合につながり、医療用マニピュレータの信頼性の観点から解決が望まれていた。
【０００７】
また、医療用マニピュレータの稼働中に、マニピュレータ部を手動（外力）で操作したい場合に、保持トルクがあることによって、マニピュレータ部のみを選択的に動かすことが困難となってしまい。医療用マニピュレータの設置時の位置決め作業や校正作業を行い難いという課題もあった。
【０００８】
以上のように、振動型アクチュエータを駆動源として備えた医療用マニピュレータを被験者の体内で使用する場合には、振動型アクチュエータの保持トルクに起因して生じる課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の医療用マニピュレータは、交流電圧の印加により振動波が励起される振動体と、前記振動波を受けて前記振動体に対して相対移動する移動体と、前記振動体と前記移動体との間に圧力を印加する加圧手段とを有した振動型アクチュエータを備える駆動部と、前記駆動部に接続され、該駆動部の駆動により変位するマニピュレータ部と、前記駆動部と前記マニピュレータ部とを支持する支持部と、前記振動体に接続され、前記振動体に交流電圧を印加する駆動回路と、前記振動体が前記移動体を保持する保持トルクを制御するトルク制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の医療用マニピュレータによれば、振動型アクチュエータを備えているので、減速機不要のメリットとして高精度のダイレクトドライブが可能である特長を維持した上で、さらに、高い保持トルクを持つ振動型アクチュエータにおいて、用途や状況に合わせて保持トルクを低下させることが可能となる。このことはマニピュレータへの適用において、高精度な駆動と受動的な動作を切り替えることが可能となることを意味する。従って、対象が動く医療用マニピュレータにおいて、マニピュレータの損傷を低減できる可能性がある。
【００１１】
また、手動等の外力によりマニピュレータを動かすことも可能となるため、設置時における校正、位置合わせ等の操作性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】トルク制御手段を備えた本発明の医療用マニピュレータの構成例を示すブロック図
【図２】本発明の医療用マニピュレータを医療用穿刺装置（Ａ）、医療用バイオプシー装置（Ｂ）に適用した医療用処置支援装置を示す概略構成図
【図３】本発明の医療用マニピュレータと駆動回路、検知手段との接続関係を示す概略構成図（Ａ）、（Ｃ）、および、ブロック図（Ｂ）、（Ｄ）
【図４】本発明の医療用マニピュレータが複数の駆動部を備えた形態を示す概略構成図（Ａ）、およびブロック図（Ｂ）
【図５】本発明の医療用マニピュレータの外部装置との接続関係を示す概略構成図
【図６】圧力制御手段を備えた本発明の第１の実施形態に適用可能な振動型アクチュエータの構成例を示す概略断面図
【図７】本発明における医療用マニピュレータと、被験者または医療用画像撮影装置との接続形態を説明する図
【図８】振動型アクチュエータを備えた従来の医療用マニピュレータの接続形態を示すブロック図
【図９】本発明に適用可能な振動型アクチュエータの構成例を示す概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、図９を用いて、本発明の医療用マニピュレータに適用可能な、振動型アクチュエータ１０の基本的な構造について説明する。図９は、円環型の振動型アクチュエータの概略構成を示す断面模式図である。図９においては、後述する本発明の特徴であるトルク制御手段は、簡単の為に省略してある。
【００１４】
圧電素子３１は、円環状の振動子３２に、円環状に張り付けられている。圧電素子３１は、印加された電気信号によって振動を励起する。かかる圧電素子３１に印加する電気信号としては、交流電圧信号が含まれる。振動子３２は圧電素子３１が励起した振動をたわみ振動として増幅する。移動体２と振動子３２との間には加圧手段３による圧力が印加されており、振動子３２の振動が摩擦力によって移動体２に伝えられ、移動体２は回転運動をする。移動体２とトルク伝達部材３５は加圧手段３によって連結されており、移動体２の回転は出力軸３６の回転となる。出力軸３６は、軸受３７によって筺体３８に対し回転自在となるように構成されている。一方、振動子３２は、連結部３９によって筐体３８に対し固定されている。なお、本発明においては、振動子３２、圧電素子３１とからなる構造を、まとめて振動体１と称する。
【００１５】
なお、本発明の医療用マニピュレータに適用可能な振動型アクチュエータは、振動体１と移動体２とをそれぞれ回転軸３６を中心として円環状に配置されている円環型が、図９に示されているが、本発明は円環型に限定されない。例えば、直線状に振動体１と移動体２とがそれぞれ配置された直線型、二重管を構成する内管と外管とに、振動体１と移動体２のいずれか一方と他方とが、それぞれ配置された管型等の形態を、本発明は含む。
【００１６】
なお、加圧手段３は、回転軸３６の軸方向に圧力を加えるが、回転方向には変形しない構成とされ、皿バネ等を用いることが可能である。加圧手段３の軸方向圧力により、振動型アクチュエータは、保持トルクを有しており、これがローレンツ力を駆動力とする電磁モータと大きく異なる特徴である。また、電磁モータと比べ低速大トルク動作が可能であるという長所を有し、これを生かして減速機を排したダイレクトドライブ機構を採用しやすいという特徴がある。本発明においても、振動型アクチュエータをダイレクトドライブ動作させることを好ましい形態としている。
【００１７】
本発明は、振動型アクチュエータを備えた医療用マニピュレータにおいても、支持部８とマニピュレータ部９との間の保持トルクを適正化する事で、振動型アクチュエータが本来備えている保持トルクに起因して生ずる前述の課題を解消した、医療用マニピュレータを提供することを目的とする。
【００１８】
次に、図１を用いて、本発明の基本的な構成を説明する。本発明の医療用マニピュレータ３０は、図１（Ａ）−（Ｆ）の各図が示す通り、交流電圧の印加によって振動波が励起される振動体１と、振動波を受けて振動体１に対して相対移動する移動体２と、振動体１と移動体２との間に圧力を印加する加圧手段３とを有した振動型アクチュエータ１０を少なくとも備える駆動部４と、駆動部４を支持する支持部８と、駆動部４に支持されたマニピュレータ部９と、振動体１に接続され、振動体１に交流電圧を印加する駆動回路１２と、駆動部４の保持トルクを制御するトルク制御手段６を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、支持部８に支持された駆動部４の部位は、振動体１と移動体２のいずれか一方であり、マニピュレータ部９を支持する駆動部４の部位は、振動体１と移動体２のいずれか他方となるように、振動型アクチュエータ１０を駆動部４の構成部材として配置することにより、振動型アクチュエータ１０の駆動力を、医療用マニピュレータ３０をマニピュレート動作させる為のトルクとして利用可能となる。
【００２０】
なお、駆動部４は、支持部８に対してマニピュレータ部９を相対的に変位させる為の駆動源として振動型アクチュエータ１０を少なくとも備えるが、振動型アクチュエータ１０以外に、必要に応じて、例えば、機械的な伝達部材、電磁クラッチ等を備える形態とすることも可能である。従って、本発明の医療用マニピュレータにおいて、振動型アクチュエータ１０は、駆動部４を構成する部材であると言える。
【００２１】
本発明の医療用マニピュレータ３０は、トルク制御手段６を備えることにより、振動体１と移動体２との間の保持トルクを、医療用マニピュレータの外部から、所定のタイミングで制御することが可能となっている。保持トルクを外部から可変させる制御機構については、後述の実施態様によって具体的に説明する。
【００２２】
本発明の医療用マニピュレータは、トルク制御手段６の構成と、トルク制御手段６の接続形態によって分けられる２つの態様を含む。
【００２３】
本発明の医療用マニピュレータの第１の実施形態は、トルク制御手段６として、加圧手段３に接続された圧力制御手段７を備えていることが特徴である。第１の実施形態の概略構成を、図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の各図に示した。本発明の医療用マニピュレータの第２の実施形態は、トルク制御手段６として、振動体１に接続された駆動回路１２が、保持トルク制御回路５８を備えていることが特徴である。第２の実施形態の概略構成を、図１（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）の各図に示した。
【００２４】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を、図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の各図に記載した概略構成図により説明する。
【００２５】
図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に概略構成を示した第１の実施形態は、いずれも、トルク制御手段６としての圧力制御手段７が，駆動部４が備える加圧手段３に接続されている。図１（Ａ）、（Ｂ）では、加圧手段３が振動体１と移動体２との間の印加する加圧力を、圧力制御手段７のトルク制御信号２１により制御可能な加圧機構から構成されている形態であって、図１（Ｃ）は、一定の加圧力で移動体２を振動体１に対し加圧する加圧部材８０と、加圧部材８０の加圧方向と逆方向に加圧する減圧部材８１とにより構成された加圧手段３と、減圧部材８１に接続された圧力制御手段７とを備えた第１の実施形態の変形例である。なお、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１の実施形態においては、トルク制御手段６即ち、圧力制御手段７は、駆動部４内に配置しても良いし、駆動部４外に配置することも可能である。
【００２６】
次に、第１の実施形態に適用する振動型アクチュエータの構成例として、空圧シリンダ１４０と、制御弁１４１とをそれぞれ、加圧手段３、圧力制御手段７として備えた形態例を、図６（Ａ）を用いて説明する。
【００２７】
図６（Ａ）に示した構成例は、図１（Ａ）また図１（Ｂ）の概略構成図に対応する。図６（Ａ）に示した振動型アクチュエータは、回転軸３６と連結した移動体２が、軸受３７を介して筺体３８に対して回転自在な状態で接続されている。さらに、振動体１は、空圧シリンダ１４０が備えるピストンの一端に接続され、空圧シリンダ１４０を介して筺体３８に接続されている。この結果、振動体１は、移動体２に対して近づく方向と遠ざかる方向に可動となっている。空圧シリンダ１４０は、樹脂性の中空の管を介して制御弁１４１の空圧出力に接続され、制御弁１４１からの圧縮空気の供給量レベルにより、移動体２と振動体１間に印加される圧力は、遠隔制御されるようになっている。制御弁１４１には、空圧制御用の電磁弁１４１を使用した例を示している。
【００２８】
図６（Ａ）に示した構成例の振動型アクチュエータを備えた医療用マニピュレータが保持トルクを制御する機構について説明する。トルク指令手段５から、制御弁１４１に対してトルク制御指令２０が出力されている間、制御弁１４１が空圧シリンダ１４０に対して、圧縮空気供給源から供給された圧縮空気を圧力制御信号２１として出力する。空圧シリンダ１４０のピストンが、振動体１を移動体２の方向へ押圧する。この結果、振動体１と移動体２との間に所定の圧力が印加され、振動体１と移動体２との間には、保持トルクが発生する状態となる。
【００２９】
これに対して、トルク指令手段５から、制御弁１４１に対してトルク制御指令２０の印加を停止している間は、制御弁１４１により空圧シリンダ１４０内の空気は大気に放出されるため、振動体１と移動体２との間の圧力が低下し、振動体１と移動体２との間には、保持トルクが低下する状態となる。
【００３０】
図６（Ａ）では、振動体１に対して空圧シリンダ１４０が加圧を行う構成を記載しているが、本発明はこの構成に限定するものではなく、移動体２に対して加圧する構成、または、他の部材を介して加圧を行う構成とすることも本発明の態様として含む。
【００３１】
また、図６（Ａ）においては、加圧手段３として空圧シリンダ１４０を、圧力制御手段７として、電磁弁からなる制御弁１４１を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、他の圧力制御手段および、加圧手段に置換可能である。
【００３２】
他の圧力制御手段の例としては、圧縮ガスまたは非圧縮性液体の流量を制御可能な制御弁を適用可能である。また、他の加圧手段の例としては、ガス圧シリンダまたは液圧シリンダでありを適用可能である。たとえば、空圧シリンダ１４０は、乾燥窒素ガス等を媒体とする他のガス圧制御手段に置き換えることが可能である。圧力制御手段および、圧力制御信号、加圧手段の組合せは、制御を可能とする組合せであれば良い。例えば、油圧シリンダ、油圧信号、油圧制御装置との組合せに置換することも可能である。本実施態様のように、空圧シリンダ１４０と空圧制御用の電磁弁１４１を用いた場合には、液圧制御の場合に必要な媒体の還流設備が不要となる。このことにより、圧縮空気を雰囲気中に放出することが可能であり、システムの小型化や、媒体の劣化を気にしなくて良いという利点を備えている。
【００３３】
次に、電磁力を利用したトルク制御手段６を備えた第１の実施形態の他の実施例を、図６（Ｂ）を用いて説明する。図６（Ｂ）は、電磁石１４２と移動体側弾性体６３と加圧板３３を加圧手段３として備え、圧力制御回路１４３を圧力制御手段７として備えた第１の実施形態の振動型アクチュエータの構成例を示している。図６（Ｂ）に示した構成例は、図１（Ａ）また図１（Ｂ）の概略構成図に対応する。
【００３４】
図１（Ａ）、（Ｂ）に記載した圧力制御信号２１は、図６（Ｂ）に記載の圧力制御回路１４３から出力され電磁石１４２に流れる直流電流３４に対応する。
【００３５】
次に、本実施態様の振動型アクチュエータを制御する加圧機構の構成例について説明する。振動体１は、筺体３８の一端に固定されている。移動体２は、移動体側弾性体６３と回転軸３６と２つの軸受、磁性材からなる加圧板３３、筺体側弾性体５３とを介して筺体３８の他端に固定されている。筺体側弾性体５３は、以下の条件を満たすように、その長さと弾性定数が設定されて筺体３８と加圧板３３とに接続されている。第１の条件は、電磁石１４２のコイルが非通電の状態にあるとき、弾性変形されておらず、加圧板３３と電磁石１４２とが離間されていることである。第２の条件は、電磁石１４２のコイルへの入力電流が所定の値以上であるとき、加圧板３３と電磁石１４２とが接触する。移動体側弾性体６３は、以下の条件を満たすように、その長さと弾性定数が設定されて加圧板３３と移動体２とに接続されている。第１の条件は、電磁石１４２のコイルが非通電の状態にあるとき、弾性変形されておらず、移動体２が振動体１に対して離間されていることである。第２の条件は、電磁石１４２の入力が所定の値以上であるとき、加圧板３３の移動に伴い移動体２が振動体１に対して接触しかつ所定の加圧状態となることである。
【００３６】
なお、本実施形態における軸受は、回転軸３６の軸方向に可動自由度を有する軸受４６と、回転方向にのみ可動自由度を有する軸受４７とからなる複合構造で構成したが、他の構造としても良い。また、第１の条件である離間条件を問わない実施形態とすれば、軸受４６を回転方向にのみ可動自由度を有する軸受に置換しても良い。
【００３７】
次に、図６（Ｂ）に示した振動型アクチュエータの動作について、具体的に説明する。電磁石１４２のコイルに圧力制御回路１４３としての電磁石制御回路から出力された圧力制御信号２１としての直流電流を流すことで、電磁石１４２には磁力が発生する。この磁力により移動体２に接続された加圧板３３が振動体１の方向に押し付けられるので、移動体２と振動体１と互いに加圧される。なお、電磁石１４２のコイルが非通電の状態において、移動体２と振動体１の間の隙間より電磁石１４２と加圧板３３との間の隙間を大とすることで、振動体１と移動体２との間の加圧力を、コイルに流す電流量により連続的に制御可能となる。また具体的な構成は示さないが油圧や水圧を用いた駆動機構によるものや、動力を用いない機構的な手段によって加圧力を可変する方法も考えられる。本発明はここで示した具体的な加圧力可変手段に限定するものではなく、振動体１と移動体２との間に加える圧力を動的に変化させることが可能な手段であればよい。
【００３８】
図６（Ｂ）に示した形態において、筺体側弾性体５３を取り除き、代りに、電磁石１４２を、筺体側弾性体５３の位置に移設し、電磁石１４２を筺体３８に固定した変形例とすれば、図１（Ｃ）に示した第１の実施形態となる。この場合は、加圧手段３は、加圧板３３と電磁石１４２とを備える減圧部材８１と、移動体側弾性体６３を備える加圧部材８０とにより構成される。また、圧力制御手段７は、圧力制御回路１４３に対応する。
【００３９】
次に、圧力制御手段による保持トルクの制御機構ついて説明する。保持トルクは加圧力の大きさに概ね比例するため、所定の保持トルクに応じて、振動体と移動体との間の圧力を可変することにより保持トルクを制御可能である。例えば、所定の外力に対して抵抗を持たせつつも受動性をも持たせたい場合などは、振動体と移動体との間の加圧力を０とはせず、アクチュエータを正転駆動または逆転駆動を行う場合の基準となる加圧力よりも小さい加圧力とすることにより、所定の保持トルクに低減させるように制御することが可能となる。具体的には、基準となる加圧力の１００分の１以上２分の１以下の加圧力とする。より好ましくは、基準となる加圧力の５０分の１以上５分の１以下とすることにより、マニピュレータ部を、被験者の体内の所定領域に留めつつ、マニピュレータの破損に対するリスクをより確実に低減することが可能となる。
【００４０】
また、振動体と移動体との間の加圧力を低下させた場合、振動型アクチュエータの保持トルクが減少するため、支持部が駆動部とマニピュレータ部とを支持しきれず、マニピュレータ全体の姿勢が維持できなくなる場合がある。例えば、複数の振動型アクチュエータを多関節機構に割り付けることにより、複数の制御自由度備えた実施態様においては、関節数、自由度の増大に伴い、より姿勢維持の困難性に増大する場合がある。その場合には図４（Ａ）に示すようなカウンターウェイト６２を重力補償手段として設けることが可能である。図４（Ａ）は、多関節機構を備え、振動型アクチュエータを複数、シリアルに接続した構成例を示している。図４（Ａ）においては処置支援器具６１の移送する方向に駆動する処置支援器具駆動部６５、マニピュレータ部９を一軸方向に駆動する駆動部４、マニピュレータ部９の中間マニピュレータ部２８に対する角度Φ２を制御する回転駆動部４９，中間マニピュレータ部２８の支持部８に対する角度Φ１を制御する回転駆動部４８の４つの自由度を備えた構成例を示している。ここで回転駆動部４８が駆動する駆動部４、駆動部６５、マニピュレータ部９および処置支援器具６１とそれらを駆動部４８に接続する不図示の部材による駆動部４８まわりの、重力による力のモーメントが存在する。カウンターウェイト６２の１つは、前述の重力による力のモーメントを補償するように、保持トルクを低下させる駆動部を介して、着目しているマニピュレータ部とは反対側の支持部側に設置されている。中間マニピュレータ部２８より先端側の構造体を駆動する駆動部４７についても同様に、駆動部４７まわりの重力による力のモーメントとバランスをとるために、第二のカウンターウェイト６２が設置されている。これにより、本発明の医療用マニピュレータは、駆動部の保持トルクを低下させた動作モードにおいても、保持トルク低減に伴うマニピュレータ全体の姿勢の乱れを低減しつつ、マニピュレータ部９の受動性を確保することができる。
【００４１】
図４（Ａ）のように、駆動部を複数備える本発明の医療用マニピュレータの実施形態においては、互いに異なる方向にマニピュレータ部を変位可能なように、支持部から支持部から最も遠く位置するマニピュレータ部までの径路上に、複数の駆動部のそれぞれを配置した形態とすることが可能である。このような形態とすることにより、マニピュレータ部の位置を一義的に制御可能となるので、制御可能な領域の拡大と、制御の正確性が向上することが期待できる。
【００４２】
次に、第１の実施形態の医療用マニピュレータにおける、トルク指令手段５に基づく動作機構について、図３（Ａ）（Ｂ）を用いて説明する。図３（Ａ）は、図１（Ａ）〜（Ｃ）の角丸四角内に図示した本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータ３０に位置情報検知手段１３を設けた構成の概略図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の構成における、信号の入出力関係をより詳細に示したブロックである。
【００４３】
トルク指令手段５の指令に基づいて、本発明の第１の実施形態の医療用マニピュレータの動作モードを変更する具体例を説明する。処置支援器具を備えた医療用処置支援装置を例として、処置支援行為の過程におけるトルク指令手段と保持トルクとの関係について説明する。なお、図３（Ａ）、（Ｂ）の各図においては、処置支援器具は、マニピュレータ部９の動作の理解の為に、不図示としてある。
【００４４】
まず、処置支援器具を体内の目的の場所に正確に移送するために、マニピュレータ部９を被験者の体内に挿入する段階の動作モードを説明する。この段階では、トルク指令手段５は、図３（Ｂ）に示すように、位置情報検知手段１３から送信された検知信号としての位置情報信号１４に基づいて、目標到達点に未達であると判断し、圧力制御手段７に対して、「所定の加圧力を印加させるように」指令するトルク制御指令２０を出力する。圧力制御手段７は、駆動部４が備える加圧手段３に対して、所定の加圧力を指示する圧力制御信号２１を出力する。この結果、所定の圧力が振動体と移動体との間に印加され、支持部８に対してマニピュレータ部９が、所定の保持トルクにより支持された状態となる。この結果、駆動部４の動作トルクによりマニピュレータ部９は目標点に向けて送り出され、処置支援器具を目標点に到達させることができる。
【００４５】
次に、マニピュレータが目標点に到達した後の段階について説明する。生体処置支援器具を用いた処置期間中は、処置支援器具を被験者の体内にとどめておく必要がある。本実施態様においては、位置情報検知手段１３から送信された位置情報信号１４をトルク指令手段５が受信することにより、マニピュレータ部９が目標地点に到達していることを判断する。目標地点へのマニピュレータ部９の到達の判断に基づいて、トルク指令手段５は、圧力制御手段７に加圧力を低下させるトルク制御指令２０を送信する。この検知→位置情報送信→判断→指令の一連の動作により、駆動部４が備える振動型アクチュエータの保持トルクを低下させ、図３（Ａ）に記載の支持部８に対するマニピュレータ部９の保持トルクも低下する。この結果、体内に挿入された処置支援器具およびマニピュレータ部９は、装置基準で固定されることなく、被験者４０の位置変動に倣う状態となる。以上のように、本発明の医療用マニピュレータは、マニピュレータ自身の位置情報に基づいて、マニピュレータの損傷を防止する動作が行われたことになる。
【００４６】
処置期間が完了した後のマニピュレータの動作モードについて、次に説明する。処置支援器具を被験者４０の体内から抜き出す際には、トルク指令手段５は、圧力制御手段７に対して、加圧力を発生させるトルク制御指令２０を指令する。これによりマニピュレータは、挿入時の動作と同様に、所定の保持トルクを有した状態で、処置支援器具およびマニピュレータ部を被験者４０の体内から抜き出す動作を遂行することが可能となる。
【００４７】
トルク指令手段５が圧力制御手段７に対して指令を行うきっかけは、本実施態様に記載した位置情報信号１４に限定されない。例えば、トルク指令手段５の動作のきっかけは、図３（Ａ）に示すように、目標点への到達を操作者の判断によりなされた手動操作を可能とする入力、上位コントローラ１４の指令、医療用画像撮影装置からの指令等の種々の指令を、きっかけとすることを、本発明はその態様として含む。また、マニピュレータ部の被験者体内からの抜き出しに関しては、必ずしも振動型アクチュエータの保持トルクを挿入時の状態に復元させて行わなければならないわけではなく、保持トルクが小さい状態のまま、手動でマニピュレータ部を抜きだす方向に、マニピュレータ部に対して外力を加えて行ってもかまわない。
【００４８】
本実施形態においては、トルク制御指令２０は、マニピュレータ部９または、処置支援器具６１に接続された位置情報検知手段１３から出力された位置情報信号を検知信号として受信し、この受信に基づいて、トルク指令手段２０が前トルク制御手段６に対して出力している。しかしながら、本実施形態における検知手段は、位置情報を検知する手段である必要は無く、他の管理パラメータを検知する手段としても良い。
【００４９】
更に、本発明の医療用マニピュレータと接続可能な、医療用画像撮影装置としては、ＭＲＩ撮影装置に限らず、放射線画像撮影装置、超音波画像撮影装置等を少なくとも含み、他の特性パラメータを取得可能な医療用画像撮影装置の種々に適用可能である。
【００５０】
次に、本発明の医療用マニピュレータの姿勢や位置を、手動で変更する場合を例として、トルク指令手段５に基づく動作を説明する。
【００５１】
マニピュレータを、医療現場で使用する場合には、被験者の体格や、寝台との作動距離等に応じて、マニピュレータの位置決め等の初期設定を行うことが要請される。このような初期設定の場合には、トルク指令手段５に対する操作者の指示により、圧力制御手段７に対して加圧力の低減を指令する。これにより、マニピュレータの保持トルクは低下するため、操作者がマニピュレータの姿勢や位置を、手動で変更可能となる。マニピュレータの姿勢や位置が決定した後に、トルク指令手段５に対してして、操作者は加圧するように指示することで、マニピュレータの保持トルクを増加させることが可能となる。
【００５２】
この場合、加圧機構が、空圧シリンダや空圧用の制御弁であった場合には、操作者が手動により、制御弁を開放して、保持トルクの低減の指令を行っても良い。この際にはトルク指令手段５は操作者であると言える。
【００５３】
なお、図３（Ｂ）においては、位置情報検知手段１３から出力された位置情報信号１４は、駆動回路１２とトルク指令手段５とに、入力していると図示しているが、例えば、駆動回路１２が備える制御演算部１３０の演算結果を、トルク指令手段５に対して出力することも本発明の態様として含む。
【００５４】
第１の実施形態の構成することにより、駆動回路を変更することなく、高精度な位置制御を行う動作モードと受動的な動作モードとを切り替えることが可能となる。これにより不可避的に対象が動く、処置支援行為の期間中においても、医療用マニピュレータの破損の可能性を低減できる。
【００５５】
また、外力に対する受動性が得られることにより、マニピュレータを手動の操作により動かすことも可能となる。これにより設置時等の操作性が向上する。
【００５６】
（第２の実施形態）
まず、本発明の第２の実施形態を、図１（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）、図３（Ｃ）（Ｄ）、および、図９を用いて説明する。
【００５７】
図１（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）は、トルク制御手段として、保持トルク制御回路を備えた本発明の医療用マニピュレータの第２の実施形態の概略構成を表すブロック図である。図３（Ｃ）は、本発明の第２の実施形態の医療用マニピュレータのマニピュレータ部に位置情報検知手段１３を備えた構成の概略図である。図３（Ｄ）は、図３（Ｃ）の構成における、信号の入出力関係をより詳細に示したブロック図である。
【００５８】
まず、第２の実施形態について、図１（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）に図示した概略構成図を用いて説明する。第１の実施形態と第２の実施形態との接続上の相違点は、トルク制御手段が、前者は、加圧手段に接続されている点であり、後者は、トルク制御手段６が、振動体１に接続されている駆動回路である点である。第２の実施形態においては、振動型アクチュエータの加圧機構を変更することなく、駆動回路の変更により、保持トルクを低減できる点が特徴である。
【００５９】
第２の実施形態のトルク制御手段６は、移動体２を振動体１に対して相対移動させる振動体１の振動状態と、保持トルクを低下させる振動体１の振動状態とを切り替える手段である。トルク制御手段６は、振動型アクチュエータ１０の保持トルクを低下させるために、振動体１に特定の振動状態を発生させる駆動波を出力する保持トルク制御回路５８からなる。保持トルクを低下させる振動状態を発生させるために、保持トルク制御回路５８が出力する駆動波については、以下に具体例をあげて説明する。
【００６０】
第２の実施形態においては、振動体１を励起させる為の駆動波を変更することで、解決手段とするので、駆動回路内の回路構成を変更した簡易な構成で、マニピュレータの移送モードと、マニピュレータが生体の動きに倣うモードとを、切り替えることが可能となる。
【００６１】
次に、第２の実施形態における、駆動回路１２が振動体１に対する動作機構の理解の為に、まず、図９に示す振動型アクチュエータによって、図８に示したマニピュレータを駆動する際の、駆動回路１２と駆動部４（振動型アクチュエータ）との動作を先に説明する。本発明においては、駆動トルクを発生して振動型アクチュエータ１０を回転させる駆動方法を、進行波駆動（または、方向を規定して、正転進行波駆動、逆転進行波駆動）と称する。
【００６２】
図９に示す振動型アクチュエータ１０を、正転進行波駆動または逆転進行波により駆動する際には、図８に記載の駆動回路１２は、振動体１が備える圧電素子３１に配列された２組の電極群のそれぞれに、２相の周期信号からなる交流波を印加する。２相の周期信号は、振幅、周波数、位相差を適宜組合せて可変とすることにより、振動型アクチュエータの回転速度と、回転方向とを制御することができる。振動体１に励起する楕円振動の進行方向は、例えば、２相の周期信号の位相差を切替ることにより、切替ることが可能となり、振動型アクチュエータ１０の回転方向を切り替えることが可能となる。本発明においては、２相の周期信号は、「制御パラメータとして互いの間に位相差情報を備えた二組以上の周期信号の組合せ」を意味し、位相差が０（ｒａｄ）の状態を含む。また、本発明においては、振動体１に対して進行波を励起させるように、駆動回路が出力する２相の周期信号を、進行波信号（または、方向を規定して、正転進行波信号、逆転進行波信号）と称する。
【００６３】
保持トルク制御回路５８の例としては、例えば、図１（Ｅ）に図示した、振動体１に定在波駆動信号５５を出力する定在波駆動回路５４、または、図１（Ｆ）に図示した、振動体１に対して正転進行波信号と逆転進行波信号とを交互に切替えた交互反転駆動信号５７を出力することが可能な交互反転駆動回路５６を含む。
【００６４】
図９においては不図示の駆動回路から出力された、２相の周期信号の位相差を、進行波信号と比較して減少させた交流波信号を、圧電素子３１に印加した場合の振動型アクチュエータ１０の動作を以下に説明する。振動体１は進行性の曲げ振動が励起されずに、定在波振動が励起される。振動体１が定在波振動している状態では、振動体１は、移動体２に対して突き上げ運動のみを行い、回転方向への力を供給しない。このとき、さらに、進行波駆動されている状態では常に振動体と移動体２が接触しているのに対し、定在波振動の状態では振動体１と移動体２の接触が断続的に発生する。このため、時間的平均すると振動体１と移動体２の間に働く摩擦力が小さい状態になる。これにより振動型アクチュエータ１０の回転出力がない状態でありながら、駆動部の保持トルクを下げた動作モードとすることができる。
【００６５】
次に、定在波駆動回路５４の、変形例としての態様を説明する。
【００６６】
まず、図１（Ｄ）〜（Ｆ）に記載した定在波駆動回路５４が定在波振動信号の振幅を制御する機構を備えた形態とすることにより、突き上げ振動時の接触面積を制御することが可能となるので、この形態を、定在波駆動回路５４の態様として本発明は含む。さらには、突き上げ駆動時の振動体１に励起させる振幅を変化させる手段としては、駆動信号波形の振幅を変化させる手法以外に、駆動信号波形の周波数を、振動体１の固有振動数に対して近づけたり遠ざけたりする手法とが含まれる。定在波駆動信号の周波数を、振動体１の固有振動数に対して近づけたり遠ざけたりする手法では、振動体１に励起される振幅量を変化させることができる。また、定在波駆動回路５４は、２相の周期信号のうち一方の周期信号の振幅のみを十分に小さくした定在波駆動信号５５を出力する機構を備えても良い。
【００６７】
また、振動体１を定在波駆動する為に定在波駆動信号５５は、２相の周期信号の位相差を減少する手法としたが、必ずしも位相差が０の同相信号である必要はなく、他の構成部材などの摩擦力等により移動体２が回転しない範囲であれば位相差を持っている形態を含む。
【００６８】
次に、保持トルク制御信号５９として、進行波信号を利用する、第２の実施形態の変形例について図９を用いて行う。進行波駆動を行うと、振動体１は、移動体２を突き上げるとともに、進行波の向きとは逆向きに移動体２を移動させる力を生じる。しかし、進行波信号の１周期に対応する振動波による振動体１と移動体２との１回の接触で生じる、移動体２の回転変位は極めて小さい。進行波駆動では、この１周期の送り動作を超音波領域の高い周波数で、順次繰り返すことでアクチュエータとしての出力速度を得ている。本実施態様においては、進行波の進行方法を短時間で切り替える手法を用いる。具体例としては、移動体２が回転しない程度の短時間で進行波信号の位相を切り替えて、正転進行波信号と、逆転進行波信号とを、時間軸方向に交互に切り替える。なお、本実施態様において、「移動体２が回転しない程度」とは、マニピュレータとしての位置制御に支障を生じ無い範囲の回転が生じ無いということを意味し、移動体２が振動体１に対して完全に静止している状態のみに限定した意味では無い。本実施態様においては、位相を切り替えることにより、交互反転する信号を時間軸方向に切替えたが、反転動作が可能であれば、他の波形パラメータの変更により、正転進行波信号と逆転進行波信号とを切替えても良い。
【００６９】
進行波の進行方向を切り替えるように、正転進行波信号と、逆転信号波信号とを、短時間かつ交互に切り替えることにより、移動体２へ加わる回転力は打ち消され、巨視的に見ると振動体１からは移動体２を突き上げる力のみが働いている状態である。この状態においては振動体１と移動体２に働く摩擦力は前述の定在波駆動と同様に、振動体の非振動状態あるいは進行波駆動している状態に比較して低下するため、交互反転信号を構成している正転、逆転それぞれの進行波振動の振幅を制御することにより保持トルクを制御することができる。
【００７０】
次に、駆動回路１２および、位置情報検知手段１３を備えた第２の実施形態の医療用マニピュレータにおける、トルク指令手段５に基づく動作機構について、図３（Ｃ）、（Ｄ）を用いて説明する。図３（Ｃ）は、図１（Ｄ）〜（Ｆ）の角丸四角内に図示した本発明の第２の実施形態の医療用マニピュレータ３０に位置情報検知手段１３を設けた構成の概略図である。図３（Ｄ）は、図３（Ｃ）の構成における、信号の入出力関係をより詳細に示したブロック図である。なお、図３（Ｃ）、（Ｄ）各図においては、いずれも、第２の実施形態のトルク制御手段として、定在波駆動回路５４を駆動回路１２が備えた構成例としている。なお、図３（Ｃ）、（Ｄ）各図においては、処置支援器具は、マニピュレータ部９の動作の理解の為に、不図示としてある。
【００７１】
トルク指令手段５の指令に基づいて、本発明の第２の実施形態の医療用マニピュレータの動作モードを変更する具体例を説明する。処置支援器具６１を備えた医療用処置支援装置を例として、処置支援行為の過程におけるトルク指令手段と保持トルクとの関係について説明する。なお、図３（Ｃ）、（Ｄ）各図においては、処置支援器具は、マニピュレータ部９の動作の理解の為に、不図示としてある。
【００７２】
まず、処置支援器具を体内の目的の場所に正確に移送するために、マニピュレータ部９を被験者の体内に挿入する段階の動作モードを説明する。この段階では、トルク指令手段５は、位置情報検知手段１３から送信された位置情報信号１４に基づいて、目標到達点に未達であると判断し、駆動回路１２に対して、所定の駆動トルクを発生するように指令するトルク制御指令２０を出力する。駆動回路１２が備える駆動信号生成部１３１は、受信したトルク制御指令２０に基づき定在波駆動回路５４を動作させず、正転進行波信号を、振動型アクチュエータ１０が備える振動体１に対して出力する。この結果、正転方向のトルクが振動体と移動体との間に作用し、支持部８に対してマニピュレータ部９が、所定のトルクにより駆動される状態となり、第１の実施形態と同様にして、処置支援器具を目標点に到達させることができる。
【００７３】
次に、マニピュレータが目標点に到達した後の段階について説明する。処置支援器具を用いた処置期間中は、処置支援器具を被験者の体内にとどめておく必要がある。本実施態様においては、位置情報検知手段１３から送信された位置情報信号１４をトルク指令手段５が受信することにより、マニピュレータ部９が目標地点へ到達していることを判断する。目標地点へのマニピュレータ部９の到達の判断に基づいて、トルク指令手段５は、駆動回路１２に保持トルクを低下させるトルク制御指令２０を送信する。駆動回路１２が備える駆動信号生成部１３１は、受信したトルク制御指令２０に基づき定在波駆動回路５４を動作させ、定在波駆動信号５５を、振動型アクチュエータ１０が備える振動体１に対して出力する。この検知→位置情報送信→判断→指令の一連の動作により、駆動部４が備える振動型アクチュエータ１０の静止状態での摩擦トルクを低下し、マニピュレータの支持部８に対するマニピュレータ部９の保持トルクが低下する。  この結果、体内に挿入された処置支援器具６１およびマニピュレータ部９は、装置基準で固定されることなく、被験者４０の動きに倣う状態となる。以上のように、本発明の医療用マニピュレータは、マニピュレータ自身の位置情報に基づいて、マニピュレータの損傷を防止する動作が行われたことになる。
【００７４】
処置期間が完了した後のマニピュレータの動作モードについて、次に説明する。処置支援器具を被験者４０の体内から抜き出す際には、トルク指令手段５は、駆動回路１２に対して、駆動トルクを発生させるトルク制御指令２０を指令する。これによりマニピュレータは、挿入時の動作と同様に、所定の保持トルクを有した状態で、処置支援器具を被験者４０の体内から抜き出す動作を遂行することが可能となる。
【００７５】
トルク指令手段５が駆動装置１２に対して指令を行うきっかけは、第１の実施形態と同様にして、本実施態様に記載した位置情報信号１４に限定されない。例えば、トルク指令手段５の動作のきっかけは、図３（Ｃ）に示すように、目標点への到達を操作者の判断によりなされた手動操作指令、上位コントローラ１４の指令、医療用画像撮影装置からの指令等の種々の指令を、きっかけとすることを、本発明はその態様として含む。また、マニピュレータ部の被験者体内からの抜き出しに関しては、必ずしも振動型アクチュエータの保持トルクを挿入時の状態に復元させて行わなければならないわけではなく、保持トルクが小さい状態のまま、手動でマニピュレータ部を抜きだす方向に、マニピュレータ部に対して外力を加えて行ってもかまわない。
【００７６】
以上のように、本発明は、第２の実施形態においても、対象が動くことが不可避な医療用マニピュレータの処置支援行為等において、被験者が動いた場合にも、状況におうじて、被験者の動きに倣うように、保持トルクを減少する機能を備えており、マニピュレータが受ける損傷の可能性を低減することが可能である。
【００７７】
第２の実施形態においても、第１の実施形態同様にして、振動型アクチュエータの保持トルクを、図３（Ｃ）に示すように、トルク指令手段５に対して、上位指令として操作者等からの指令を受けられるように接続されていれば、医療用マニピュレータの保持トルクを、操作者に意図するタイミングで低下させることが可能となる。さらに、トルク指令手段５が、操作者からの指令の上位指令として、保持トルクの量を連続的、段階的に指定可能なように構成されれば、操作者の意図する所定の保持力に調整することも可能となる。操作者に対する上位指令５の入力手段を、マニピュレータ部に設けることにより、処置支援行為や、設置時等における、操作者の操作の位置決め等の操作負荷を、さらに軽減することが可能となる。
【００７８】
以上のように、本発明の医療用マニピュレータは、第２の実施形態において、振動型アクチュエータの構成を変更することなく、高精度な位置制御を行う動作モードと受動的な動作モードとを切り替えることが可能となる。これにより不可避的に対象が動く、処置支援行為の期間中においても、医療用マニピュレータの破損の可能性を低減できる。さらには、設置時等における操作性が向上する。
【００７９】
以下、本発明の第１の実施形態と、第２の実施形態に共通して、適用可能な本発明の医療用マニピュレータの変形例を具体的に説明する。
【００８０】
（その他の実施形態）
次に、図２を用いて、本発明の医療用マニピュレータに、処置支援器具６１を結合させて、医療用処置支援装置とした変形例を説明する。
【００８１】
図２（Ａ）では、被験者の体内に穿刺する穿刺手段１５が、マニピュレータ部９に対して相対移動が可能となるように接続されている医療用処置支援装置としての医療用穿刺装置を示している。穿刺手段１５の一端は、穿刺手段駆動部１６に固定され、穿刺手段駆動部１６は、マニピュレータ部９に固定されている。このような接続関係とすることにより、マニピュレータ部９に対して、穿刺手段１５を相対的に位置制御可能としているとともに、支持部８に対して、穿刺手段１５を相対的に位置制御可能としている。本発明の医療用マニピュレータ３０をこの形態とすることにより、より安全に行う穿刺処置行為を支援することを可能となる。
【００８２】
図２（Ｂ）には、図２（Ａ）の穿刺手段１５と、穿刺手段駆動部１６の代わりに、被験者の体組織を採取可能な採取手段１７と、採取手段駆動部１８とを、それぞれ配置したバイオプシー装置を示している。本発明の医療用マニピュレータ３０をこの形態とすることにより、より安全に行う採取処置行為を支援することを可能となる。
【００８３】
なお、図２（Ａ）、（Ｂ）の各図においては、本発明の特徴であるトルク制御手段は、処置支援器具６１と本発明の医療用マニピュレータ３０との接続関係の理解のために、省略されている。
【００８４】
以上の様に、本発明の医療用マニピュレータのマニピュレータ部に、メスや鉗子等の施術支援冶具、検査支援冶具、センサ等の任意の処置支援器具を接続することにより、本発明の医療用マニピュレータに対して、より一層の高機能化をはかることが可能である。
【００８５】
次に、図７（Ａ）、（Ｂ）を用いて、支持部８について説明する。図７（Ａ）、（Ｂ）は、本発明における医療用マニピュレータと、被験者との位置関係、および、寝台との接続関係を示す図である。支持部８の被験者に対する位置決めは、被験者表面または被験者に固定された装具、衣服に対して静置さる冶具、寝台等の外部装置の構成の一部等、に対して規定することが可能である。図７（Ａ）、（Ｂ）においては、寝台４１に対して支持部８が固定されている。
【００８６】
支持部８は、医療用マニピュレータが動作した場合にも安定して、駆動部４やマニピュレータ部９を支持可能なように、剛性を備えた構造である事が望ましい。また、支持部８に対する駆動部４の位置決め自由度の観点から、支持部８は、回転、直線、曲線等の位置、方向を調整する自由度を備えた調整機構を備えていることが望ましい。図７（Ａ）、（Ｂ）においては、高さ方向位置調整、水平方向位置調整、方位角調整、仰角調整を可能とする調整機構を備えている。さらに、前述の調整機構は、所定の駆動源を備えることにより遠隔操作により位置決めを行える調整機構とすることも可能である。
【００８７】
例えば、図４（Ａ）に、多関節機構を備え、振動型アクチュエータを複数、シリアルに接続した構成例を示している。図４（Ａ）においては処置支援器具６１の移送する方向に駆動する処置支援器具駆動部６５、マニピュレータ部９を一軸方向に駆動する駆動部４、マニピュレータ部９の中間マニピュレータ部２８に対する角度Φ２を制御する回転駆動部４７，中間マニピュレータ部２８の支持部８に対する角度Φ１を制御する回転駆動部４８の４つの自由度を備えた構成例を示している。本発明の医療用マニピュレータが複数の自由度を備えている場合、その全てを振動型アクチュエータにより制御することも、複数のうち一部の自由度に対して振動型アクチュエータ適用し、残部を手動、他のアクチュエータで調整可能とすることも含まれる。
【００８８】
図４（Ａ）に示すような複数の振動型アクチュエータのそれぞれが、複数の自由度の駆動要素となっている形態について、図４（Ｂ）を用いて説明する。図４（Ｂ）は、複数の制御自由度のそれぞれに、振動型アクチュエータそれぞれを設けた第２の実施形態の接続を示している。但し、複数の振動型アクチュエータは、駆動部４が備えており、図４（Ｂ）には不図示である。構成要素４０１，４０２，４０３，４０４のそれぞれは、図３（Ｃ）に図示した駆動回路１２に対応する。
【００８９】
トルク指令手段５から各自由度の構成要素４０１，４０２，４０３，４０４に対して個別に保持トルク指令を指令する構成とする形態も、全自由度を一括の指令により保持トルクを変更する構成とする形態も、本発明の態様として含まれる。例えば、各自由度の構成要素に対して、個別に保持トルクを変更する場合、方向Ａと平行な軸の自由度は保持トルクを高く設定し固定するが、方向Ｂと平行な軸方向の自由度の保持トルクは低く設定することにより、方向Ｂのみに受動性を持たせるなどの使用方法が考えられる。例えば、方向Ａをマニピュレータの挿入方向、方向Ｂをマニピュレータの挿入方向と直交する方向に割り当てることが可能である。
【００９０】
次に、図５を用いて、本発明の医療用マニピュレータと、外部装置との接続例について説明する。図５では、外部装置２７として、ＭＲＩ装置を適用した場合について、本発明の駆動回路１２と外部装置２７の接続関係を示している。駆動回路１２は、トルク指令手段５を備え、トルク指令手段５は、外部装置２７が備えている上位指令送信部４５と接続されている。上位指令送信部４５は、外部装置２７が監視している特性パラメータ、位置情報等の変化、および、操作者や被験者等による手動の指示を検知した場合に、トルク指令手段５に対して、上位指令６７を送信するものである。さらに、外部装置２７は、送信部２４を備え、駆動回路１２が備える目標位置受信部２５に対して、外部装置２７が記憶している目標位置情報に基づき、目標位置信号２６を送信する形態とすることも可能である。このような接続形態とすることにより、駆動回路１２は、マニピュレータ部９の到達すべき目標位置に対して、マニピュレータ部９の位置情報を比較して、マニピュレータ部駆動信号２２として正転進行波信号または逆転進行波信号を送信し、必要に応じて、保持トルク制御信号５９として、定在波駆動信号または交互反転駆動信号を送信する機能を備えることが可能である。
【００９１】
次に、図７を用いて、本発明の医療用マニピュレータと、被験者または医療用画像撮影装置との接続形態を説明する。図７（Ａ）、（Ｂ）は、寝台基礎４２と寝台４１とからなる可動寝台に、本発明の医療用マニピュレータを接続した医療用画像システムを、水平面内のうち、寝台４１の短手方向側と長手方向側とから見た概略配置図である。図７の各図においては、不図示であるが、ベルト、緩衝材等の位置決め部材によって、被験者４０は寝台に拘束されて配置することが可能となっている。従って、支持部８を、寝台に対して固定することにより、実質的に、支持部８は、被験者４０に対する位置決めがなされていると、捉える事が可能である。次に、図７（Ｃ）、（Ｄ）は、図７（Ａ）、（Ｂ）に図示した可動寝台を備えた医療用画像撮影装置に、本発明の医療用マニピュレータを適用した、概略配置図である。
【００９２】
本発明の医療用マニピュレータは、医療用画像撮影装置の画像取得に支障をきたさないようにするために、ワークディスタンスやサイズ等を規定される。図７（Ｃ）、（Ｄ）においては、本発明の医療用マニピュレータは、ＭＲＩ撮影装置４３の筒状計測部４４内に収まるように、寝台４１に接続されている。
【符号の説明】
【００９３】
１  振動体
２  移動体
３  加圧手段
４  駆動部
６  トルク制御手段
８  支持部
９  マニピュレータ部
１２  駆動回路
３０  医療用マニピュレータ
【図１】
2014003734.tif 000003
【図２】
2014003734.tif 000004
【図３】
2014003734.tif 000005
【図４】
2014003734.tif 000006
【図５】
2014003734.tif 000007
【図６】
2014003734.tif 000008
【図７】
2014003734.tif 000009
【図８】
2014003734.tif 000010
【図９】
2014003734.tif 000011