(57)【要約】【課題】手術器具を体内に挿入して行う内視鏡手術において、器具が体内にかかる力を体外から個別に計測する力計測装置及び方法、力計測プログラム、力計測用集積電子回路、並びに、マスタースレーブ装置を提供する。【解決手段】力計測装置１は、術者６が鉗子２ａ，２ｂ又は内視鏡７を体内に挿入する際に、鉗子が体内に接触する際の力を計測し、鉗子が生体４にかかる力を体外から計測する力検出部１３と、鉗子が所定の位置にあるときに、力検出部で取得した力の情報であるリファレンス情報を生成するリファレンス情報生成部１５と、リファレンス情報から鉗子が体内の生体にかかる力を個別に算出する個別力算出部１１とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
術者が生体の体内に器具を挿入して行なう内視鏡手術の際に、前記体内に挿入する前記器具が前記生体に接触する際の力を測定する力計測装置において、
前記生体の外部に配置されかつ前記生体の前記体内に先端を挿入する前記器具が前記生体に作用する力を検出する力検出部と、
前記器具の前記先端が前記生体の外部から前記体内の計測対象部位に向けて前記体内に挿入されるとき計測対象部位以外の部位を通って前記計測対象部位に到達するとき前記計測対象部位以外の部位に作用する前記力に関する情報であるリファレンス情報を生成するリファレンス情報生成部と、
前記生体の前記体内に前記器具を挿入する際に、前記力検出部で検出した力の情報と前記リファレンス情報生成部で生成された前記リファレンス情報とから前記器具が前記体内の前記計測対象部位に作用する力を個別に算出する個別力算出部とを備える力計測装置。
【請求項２】
前記計測対象部位とは、前記体内の検査対象部位、又は、手術部位を含む治療対象部位であり、
前記計測対象部位以外の部位とは、皮膚、体壁、脂肪、である、請求項１に記載の力計測装置。
【請求項３】
前記リファレンス情報生成部で生成する前記リファレンス情報は、前記器具を前記生体の前記体内に挿入する方向に対して交差する少なくとも２方向と、その方向での力の大きさの情報とで構成されている、請求項１に記載の力計測装置。
【請求項４】
前記リファレンス情報生成部で生成する前記リファレンス情報の力の情報は、時系列の力の変位の情報である、請求項３に記載の力計測装置。
【請求項５】
前記体内に挿入する前記器具の位置若しくは姿勢を取得する位置姿勢取得部をさらに備え、
前記リファレンス情報生成部の前記リファレンス情報は、前記器具の前記先端が前記生体の前記体内に挿入されかつ前記体内の部位に非接触な状態で、前記器具の位置若しくは姿勢と前記力とを対にした情報であり、
前記個別力算出部は、前記生体の前記体内に前記器具の前記先端を挿入する際に、前記力検出部で検出した力の情報と前記位置姿勢取得部で取得した前記器具の位置若しくは姿勢と前記リファレンス情報生成部で生成された前記リファレンス情報とから、前記器具が前記体内の部位に作用する力を個別に算出する請求項１に記載の力計測装置。
【請求項６】
前記体内に挿入する前記器具の位置若しくは姿勢を取得する位置姿勢取得部をさらに備え、
前記リファレンス情報生成部の前記リファレンス情報は、前記器具の前記先端が前記生体の前記体内に挿入されかつ前記体内の部位に非接触な状態で、前記器具の位置若しくは姿勢と前記力と時間とを対にした情報であり、
前記リファレンス情報生成部で生成する前記リファレンス情報は、前記器具を前記生体の前記体内に挿入する方向に対して交差する少なくとも２方向と、その方向での時系列の力の変位の情報とで構成されており、
前記リファレンス情報生成部は、前記リファレンス情報として、前記力の変位が所定の第１時点設定用閾値以上変化した第１の時点を設定し、
前記個別力算出部は、前記生体の前記体内に前記器具を挿入する際に、前記力検出部で検出した前記力の変位が所定の第２時点設定用閾値以上である第２の時点を設定し、前記第２の時点における前記器具の位置と近い位置を前記第１の時点から順次検索し、検索して合致した位置を含む前記リファレンス情報を選択し、選択したリファレンス情報から求めた力を、前記力検出部で検出した前記力から減じた値を個別力として算出する請求項５に記載の力計測装置。
【請求項７】
前記リファレンス情報の修正の有無を検出して修正が必要である場合は通知するリファレンス情報修正通知部と、
前記リファレンス情報修正通知部からの通知に基づいて前記リファレンス情報を修正するリファレンス情報修正部とをさらに備える請求項１に記載の力計測装置。
【請求項８】
前記リファレンス情報修正通知部は、前記個別力算出部で、前記リファレンス情報を選択できなかった場合、前記リファレンス情報の修正が必要であると判定して通知する請求項７に記載の力計測装置。
【請求項９】
前記リファレンス情報生成部で検出した力若しくは前記個別力算出部で算出した個々の力情報が所定の負荷判定用閾値以上の場合は前記体内の部位に負荷が作用していると判定する力判定部を備える請求項１に記載の力計測装置。
【請求項１０】
前記リファレンス情報生成部で検出した力又は前記個別力算出部で算出した個々の力又は前記力判定部で判定した判定結果を、前記生体を撮像した画像に付加して表示する判定結果通知部を備える請求項７に記載の力計測装置。
【請求項１１】
前記リファレンス情報生成部で検出した力又は前記個別力算出部で算出した個々の力又は前記力判定部で判定した判定結果を音声で前記術者に知らせる判定結果通知部を備える請求項７に記載の力計測装置。
【請求項１２】
術者が生体の体内に器具を挿入して行なう内視鏡手術の際に、前記体内に挿入する前記器具が前記生体に接触する際の力を測定する力計測方法であって、
前記生体の外部に配置された力検出部で、前記生体の前記体内に先端を挿入する前記器具が前記生体に作用する力を検出し、
前記器具の前記先端が前記生体の外部から前記体内の計測対象部位に向けて前記体内に挿入されるとき計測対象部位以外の部位を通って前記計測対象部位に到達するとき前記計測対象部位以外の部位に作用する前記力に関する情報であるリファレンス情報をリファレンス情報生成部で生成し、
前記生体の前記体内に前記器具を挿入する際に、前記力検出部で検出した力の情報と前記リファレンス情報生成部で生成された前記リファレンス情報とから前記器具が前記体内の前記計測対象部位に作用する力を個別に個別力算出部で算出する、力計測方法。
【請求項１３】
術者が生体の体内に器具を挿入して行なう内視鏡手術の際に、前記体内に挿入する前記器具が前記生体に接触する際の力を測定する力計測プログラムであって、
コンピュータに、
前記生体の外部に配置された力検出部で、前記生体の前記体内に先端を挿入する前記器具が前記生体に作用する力を検出するステップと、
前記器具の前記先端が前記生体の外部から前記体内の計測対象部位に向けて前記体内に挿入されるとき計測対象部位以外の部位を通って前記計測対象部位に到達するとき前記計測対象部位以外の部位に作用する前記力に関する情報であるリファレンス情報をリファレンス情報生成部で生成するステップと、
前記生体の前記体内に前記器具を挿入する際に、前記力検出部で検出した力の情報と前記リファレンス情報生成部で生成された前記リファレンス情報とから前記器具が前記体内の前記計測対象部位に作用する力を個別に個別力算出部で算出するステップとを実行させるための力計測プログラム。
【請求項１４】
術者が生体の体内に器具を挿入して行なう内視鏡手術の際に、前記体内に挿入する前記器具が前記生体に接触する際の力を測定する力計測用集積電子回路において、
前記生体の外部に配置されかつ前記生体の前記体内に先端を挿入する前記器具が前記生体に作用する力を検出する力検出部と、
前記器具の前記先端が前記生体の外部から前記体内の計測対象部位に向けて前記体内に挿入されるとき計測対象部位以外の部位を通って前記計測対象部位に到達するとき前記計測対象部位以外の部位に作用する前記力に関する情報であるリファレンス情報を生成するリファレンス情報生成部と、
前記生体の前記体内に前記器具を挿入する際に、前記力検出部で検出した力の情報と前記リファレンス情報生成部で生成された前記リファレンス情報とから前記器具が前記体内の前記計測対象部位に作用する力を個別に算出する個別力算出部とを備える力計測用集積電子回路。
【請求項１５】
内視鏡手術の際に器具を生体の体内に挿入するスレーブ機構と、前記スレーブ機構を術者が遠隔により操作するマスター機構とで構成されるマスタースレーブ装置において、
前記器具の体外に配置された力計測装置を備え、
前記力計測装置は、
前記生体の外部に配置されかつ前記生体の前記体内に先端を挿入する前記器具が前記生体に作用する力を検出する力検出部と、
前記器具の前記先端が前記生体の外部から前記体内の計測対象部位に向けて前記体内に挿入されるとき計測対象部位以外の部位を通って前記計測対象部位に到達するとき前記計測対象部位以外の部位に作用する前記力に関する情報であるリファレンス情報を生成するリファレンス情報生成部と、
前記生体の前記体内に前記器具を挿入する際に、前記力検出部で検出した力の情報と前記リファレンス情報生成部で生成された前記リファレンス情報とから前記器具が前記体内の前記計測対象部位に作用する力を個別に算出する個別力算出部とを備えるとともに、
さらに、
前記力計測装置で算出された力の情報により、前記スレーブ機構から前記マスター機構に伝達する力を決定する力伝達箇所決定部と、
前記力伝達箇所決定部にて決定した力に切り替えるときに、前記力を補正する力補正部と、
前記力補正部で補正した力の情報を前記マスター機構に伝達する力伝達部と、
前記術者が前記力伝達部の前記力の情報に基づいて前記マスター機構を操作し、前記マスター機構の操作情報を電気信号に変換するマスター制御部と、
前記スレーブ機構と前記マスター制御部とに接続され、前記マスター制御部から送られる前記マスター機構の操作情報を前記スレーブ機構に伝達する制御信号を出力するスレーブ制御部とを備えて、
前記スレーブ制御部から伝達された前記制御信号に基づき、前記スレーブ機構が操作されてスレーブ動作を行う、マスタースレーブ装置。
【請求項１６】
前記力計測装置は、前記個別力算出部で算出した個々の力の情報が所定の負荷判定用閾値以上の場合は前記生体に負荷が作用していると判定する力判定部を備え、
前記力判定部にて前記力情報が前記所定の負荷判定用閾値以上であり前記生体に負荷が作用していると判定された場合に、前記スレーブ機構によるスレーブ動作を停止する動作を生成するスレーブ動作生成部をさらに備え、
前記スレーブ制御部は、前記スレーブ動作生成部で生成した動作に基づいて、前記スレーブ機構を制御する請求項１５に記載のマスタースレーブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、術者が器具を生体の体内に挿入する際の力を計測する力計測装置、力計測方法、力計測プログラム、力計測用集積電子回路、並びに、マスタースレーブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人体の腹部に空けた穴に、トロッカーと呼ばれる筒をはめ込み、そのトロッカーから専用の内視鏡又は鉗子などの手術器具の先端を体内に挿入し、モニタ画面上に映し出された内視鏡の映像を見ながら、体外から鉗子を操作して手術を行う内視鏡手術がある。
【０００３】
内視鏡手術は、開腹手術に比べて痛みが少なく、傷跡も小さいなどの利点を有する。しかしながら、体内の臓器に直接触れることができないため、鉗子が腹壁又は体内の臓器に接触する力覚を、鉗子を通して、把持している術者のみしか確認できず、さらに数値など定量的に確認することができなかった。
【０００４】
以上の問題点を解決するために、鉗子の先端に接触センサを搭載し、鉗子を操作している術者に、鉗子の先端の接触力をフィードバックすることで、鉗子先端にかかる力を、術者にわかりやすく提示することが可能となる（特許文献１を参照）。
【０００５】
また、手術ロボットのアーム部及び手術器具に力センサを配置して、鉗子先端にかかる力又はロボットアームに加わる力を検出している（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−４０３８４号公報
【特許文献２】特表２０１１−５１７４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２は、鉗子の先端若しくはその周辺に接触センサ若しくはひずみゲージを備えるため、鉗子の形状又は大きさに合わせて、接触センサ若しくはひずみゲージを取り付ける必要があり、不経済で、さらに体内の臓器と直接接触するため、高い滅菌レベルを維持する必要がある。
【０００８】
本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたものであり、鉗子又は内視鏡などの手術器具を体内に挿入して行う内視鏡手術において、手術器具が体内にかかる力を体外から個別に計測することができる、力計測装置、力計測方法、力計測プログラム、並びに、力計測用集積電子回路を提供することにある。
【０００９】
さらに、本発明の目的は、力計測装置を利用して、術者の手技をアシストするためのロボットのマスタースレーブ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１１】
本発明の１つの態様によれば、術者が生体の体内に器具を挿入して行なう内視鏡手術の際に、前記体内に挿入する前記器具が前記生体に接触する際の力を測定する力計測装置において、
前記生体の外部に配置されかつ前記生体の前記体内に先端を挿入する前記器具が前記生体に作用する力を検出する力検出部と、
前記器具の前記先端が前記生体の外部から前記体内の計測対象部位に向けて前記体内に挿入されるとき計測対象部位以外の部位を通って前記計測対象部位に到達するとき前記計測対象部位以外の部位に作用する前記力に関する情報であるリファレンス情報を生成するリファレンス情報生成部と、
前記生体の前記体内に前記器具を挿入する際に、前記力検出部で検出した力の情報と前記リファレンス情報生成部で生成された前記リファレンス情報とから前記器具が前記体内の前記計測対象部位に作用する力を個別に算出する個別力算出部とを備える
力計測装置を提供する。
【００１２】
これらの概括的かつ特定の態様は、システム、方法、コンピュータプログラム並びにシステム、方法及びコンピュータプログラムの任意の組み合わせにより実現してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の前記態様によれば、力計測装置及び力計測方法、力計測プログラム、並びに、力計測用集積電子回路によれば、鉗子などの器具の体内側の先端に加わる力のみを体外から計測できるようになる。さらに、体外に配置した力計測装置を利用すれば、先端にかかる力のみをマスター機にフィードバックしたり、負荷がかかっているときにロボットを停止するなどの操作アシストが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態における力計測装置の構成の概要を示す図
【図２】本発明の第１実施形態における力計測装置の詳細構成を示すブロック図
【図３】本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図４】本発明の第１実施形態における器具位置検出部の一例を説明する図
【図５】本発明の第１実施形態におけるリファレンス情報データベースに関する図
【図６】本発明の第１実施形態における計測情報データベースに関する図
【図７Ａ】本発明の第１実施形態における判定結果通知部による通知の一例を説明するモニタの図
【図７Ｂ】本発明の第１実施形態における判定結果通知部による通知の一例を説明するモニタの図
【図８】本発明の第１実施形態における力計測装置の力計測処理のフローチャート
【図９Ａ】本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図９Ｂ】本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図９Ｃ】本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図９Ｄ】本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図１０Ａ】本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図１０Ｂ】本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図１０Ｃ】本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図１０Ｄ】本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図１０Ｅ】本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図１０Ｆ】本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図１０Ｇ】本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図１０Ｈ】本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図１１】本発明の第１実施形態における挿入時の力及び器具の位置と時間との関係を示すグラフ
【図１２Ａ】本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図１２Ｂ】本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図１２Ｃ】本発明の第１実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図１３Ａ】本発明の第１実施形態における挿入時の力及び器具の位置と時間との関係を示すグラフ
【図１３Ｂ】本発明の第１実施形態における挿入時の力及び器具の位置と時間との関係を示すグラフ
【図１３Ｃ】本発明の第１実施形態における挿入時の力及び器具の位置と時間との関係を示すグラフ
【図１４】本発明の第２実施形態における力計測装置の詳細構成を示すブロック図
【図１５】本発明の第２実施形態におけるリファレンス情報データベースに関する図
【図１６】本発明の第２実施形態における力計測装置のフローチャート
【図１７Ａ】本発明の第２実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図１７Ｂ】本発明の第２実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図１７Ｃ】本発明の第２実施形態における内視鏡手術の操作を説明する図
【図１８Ａ】本発明の第２実施形態における挿入時の力及び器具の位置と時間との関係を示すグラフ
【図１８Ｂ】本発明の第２実施形態における挿入時の力及び器具の位置と時間との関係を示すグラフ
【図１９】本発明の第３実施形態におけるマスタースレーブ装置の構成の概要を示す図
【図２０】本発明の第３実施形態におけるマスタースレーブ装置の詳細構成を示すブロック図
【図２１】本発明の第３実施形態におけるマスタースレーブ装置の操作手順のフローチャート
【図２２】本発明の第４実施形態におけるマスタースレーブ装置の詳細構成を示すブロック図
【図２３】本発明の第４実施形態におけるマスタースレーブ装置の操作手順のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の
態様について説明する。
【００１７】
本発明の第１態様によれば、術者が生体の体内に器具を挿入して行なう内視鏡手術の際に、前記体内に挿入する前記器具が前記生体に接触する際の力を測定する力計測装置において、
前記生体の外部に配置されかつ前記生体の前記体内に先端を挿入する前記器具が前記生体に作用する力を検出する力検出部と、
前記器具の前記先端が前記生体の外部から前記体内の計測対象部位に向けて前記体内に挿入されるとき計測対象部位以外の部位を通って前記計測対象部位に到達するとき前記計測対象部位以外の部位に作用する前記力に関する情報であるリファレンス情報を生成するリファレンス情報生成部と、
前記生体の前記体内に前記器具を挿入する際に、前記力検出部で検出した力の情報と前記リファレンス情報生成部で生成された前記リファレンス情報とから前記器具が前記体内の前記計測対象部位に作用する力を個別に算出する個別力算出部とを備える力計測装置を提供する。
【００１８】
本構成によって、前記体外から計測した力から生体に個々にかかる力を算出することができる。
本発明の第２態様によれば、前記計測対象部位とは、前記体内の検査対象部位、又は、手術部位を含む治療対象部位であり、
前記計測対象部位以外の部位とは、皮膚、体壁、脂肪、である、第１態様に記載の力計測装置を提供する。
【００１９】
本発明の第３態様によれば、前記リファレンス情報生成部で生成する前記リファレンス情報は、前記器具を前記生体の前記体内に挿入する方向に対して交差する少なくとも２方向と、その方向での力の大きさの情報とで構成されている、第１又は２態様に記載の力計測装置を提供する。
【００２０】
本構成によって、前記器具を前記生体の前記体内に挿入する方向に対して交差する少なくとも２方向から計測した力から、生体に個々にかかる力を算出することができる。
【００２１】
本発明の第４態様によれば、前記リファレンス情報生成部で生成する前記リファレンス情報の力の情報は、時系列の力の変位の情報である、第３の態様に記載の力計測装置を提供する。
【００２２】
本構成によって、前記体外から計測した力の時系列情報から、生体に個々にかかる力を算出することができる。
【００２３】
本発明の第５態様によれば、前記体内に挿入する前記器具の位置若しくは姿勢を取得する位置姿勢取得部をさらに備え、
前記リファレンス情報生成部の前記リファレンス情報は、前記器具の前記先端が前記生体の前記体内に挿入されかつ前記体内の部位に非接触な状態で、前記器具の位置若しくは姿勢と前記力と時間とを対にした情報であり、
前記個別力算出部は、前記生体の前記体内に前記器具の前記先端を挿入する際に、前記力検出部で検出した力の情報と前記位置姿勢取得部で取得した前記器具の位置若しくは姿勢と前記リファレンス情報生成部で生成された前記リファレンス情報とから、前記器具が前記体内の部位に作用する力を個別に算出する第１〜４のいずれか１つの態様に記載の力計測装置を提供する。
【００２４】
本構成によって、前記体外から計測した力と前記器具の位置若しくは姿勢に関する情報から、生体に個々にかかる力を異なる方向から算出することができる。
【００２５】
本発明の第６態様によれば、前記体内に挿入する前記器具の位置若しくは姿勢を取得する位置姿勢取得部をさらに備え、
前記リファレンス情報生成部の前記リファレンス情報は、前記器具の前記先端が前記生体の前記体内に挿入されかつ前記体内の部位に非接触な状態で、前記器具の位置若しくは姿勢と前記力と時間とを対にした情報であり、
前記リファレンス情報生成部で生成する前記リファレンス情報は、前記器具を前記生体の前記体内に挿入する方向に対して交差する少なくとも２方向と、その方向での時系列の力の変位の情報とで構成されており、
前記リファレンス情報生成部は、前記リファレンス情報として、前記力の変位が所定の第１時点設定用閾値以上変化した第１の時点を設定し、
前記個別力算出部は、前記生体の前記体内に前記器具を挿入する際に、前記力検出部で検出した前記力の変位が所定の第２時点設定用閾値以上である第２の時点を設定し、前記第２の時点における前記器具の位置と近い位置を前記第１の時点から順次検索し、検索して合致した位置を含む前記リファレンス情報を選択し、選択したリファレンス情報から求めた力を、前記力検出部で検出した前記力から減じた値を個別力として算出する第５の態様に記載の力計測装置を提供する。
【００２６】
本構成によって、前記体外から計測した力から生体に個々にかかる力を算出する際に、前記リファレンス情報を取得するための操作を前記生体の前記体内に挿入する方向に対して交差する少なくとも２方向のみとすることで、操作時間を短縮することができる。
【００２７】
本発明の第７態様によれば、前記リファレンス情報の修正の有無を検出して修正が必要である場合は通知するリファレンス情報修正通知部と、
前記リファレンス情報修正通知部からの通知に基づいて前記リファレンス情報を修正するリファレンス情報修正部とをさらに備える第１〜６のいずれか１つの態様に記載の力計測装置を提供する。
【００２８】
本構成によって、術者はリファレンス情報を修正するタイミングを知り、リファレンス情報を修正でき、前記体外から計測した力から生体に個々にかかる力を正確に算出することができる。
【００２９】
本発明の第８態様によれば、前記リファレンス情報修正通知部は、前記個別力算出部で、前記リファレンス情報を選択できなかった場合、前記リファレンス情報の修正が必要であると判定して通知する第７の態様に記載の力計測装置を提供する。
【００３０】
本構成によって、術者はリファレンス情報を修正するタイミングを知り、リファレンス情報を修正でき、前記体外から計測した力から生体に個々にかかる力を正確に算出することができる。
【００３１】
本発明の第９態様によれば、前記リファレンス情報生成部で検出した力若しくは前記個別力算出部で算出した個々の力情報が所定の負荷判定用閾値以上の場合は前記体内の部位に負荷が作用していると判定する力判定部を備える第１又は２又は３の態様に記載の力計測装置を提供する。
【００３２】
本構成によって、生体に負荷がかかっているかどうかを自動で判定することができる。
【００３３】
本発明の第１０態様によれば、前記リファレンス情報生成部で検出した力又は前記個別力算出部で算出した個々の力又は前記力判定部で判定した判定結果を、前記生体を撮像した画像に付加して表示する判定結果通知部を備える第７の態様に記載の力計測装置を提供する。
【００３４】
本構成によって、術者は、生体に負荷がかかる場合は生体を撮像した画像と一緒に負荷の状況を確認することができる。
【００３５】
本発明の第１１態様によれば、前記リファレンス情報生成部で検出した力又は前記個別力算出部で算出した個々の力又は前記力判定部で判定した判定結果を音声で前記術者に知らせる判定結果通知部を備える第７の態様に記載の力計測装置を提供する。
【００３６】
本構成によって、術者は、生体に負荷がかかる場合は音声で通知することができる。
【００３７】
本発明の第１２態様によれば、術者が生体の体内に器具を挿入して行なう内視鏡手術の際に、前記体内に挿入する前記器具が前記生体に接触する際の力を測定する力計測方法であって、
前記生体の外部に配置された力検出部で、前記生体の前記体内に先端を挿入する前記器具が前記生体に作用する力を検出し、
前記器具の前記先端が前記生体の外部から前記体内の計測対象部位に向けて前記体内に挿入されるとき計測対象部位以外の部位を通って前記計測対象部位に到達するとき前記計測対象部位以外の部位に作用する前記力に関する情報であるリファレンス情報をリファレンス情報生成部で生成し、
前記生体の前記体内に前記器具を挿入する際に、前記力検出部で検出した力の情報と前記リファレンス情報生成部で生成された前記リファレンス情報とから前記器具が前記体内の前記計測対象部位に作用する力を個別に個別力算出部で算出する、力計測方法を提供する。
【００３８】
本構成によって、前記体外から計測した力から生体に個々にかかる力を算出することができる。
【００３９】
本発明の第１３態様によれば、術者が生体の体内に器具を挿入して行なう内視鏡手術の際に、前記体内に挿入する前記器具が前記生体に接触する際の力を測定する力計測プログラムであって、
コンピュータに、
前記生体の外部に配置された力検出部で、前記生体の前記体内に先端を挿入する前記器具が前記生体に作用する力を検出するステップと、
前記器具の前記先端が前記生体の外部から前記体内の計測対象部位に向けて前記体内に挿入されるとき計測対象部位以外の部位を通って前記計測対象部位に到達するとき前記計測対象部位以外の部位に作用する前記力に関する情報であるリファレンス情報をリファレンス情報生成部で生成するステップと、
前記生体の前記体内に前記器具を挿入する際に、前記力検出部で検出した力の情報と前記リファレンス情報生成部で生成された前記リファレンス情報とから前記器具が前記体内の前記計測対象部位に作用する力を個別に個別力算出部で算出するステップとを実行させるための力計測プログラムを提供する。
【００４０】
本構成によって、前記体外から計測した力から生体に個々にかかる力を算出することができる。
【００４１】
本発明の第１４態様によれば、術者が生体の体内に器具を挿入して行なう内視鏡手術の際に、前記体内に挿入する前記器具が前記生体に接触する際の力を測定する力計測用集積電子回路において、
前記生体の外部に配置されかつ前記生体の前記体内に先端を挿入する前記器具が前記生体に作用する力を検出する力検出部と、
前記器具の前記先端が前記生体の外部から前記体内の計測対象部位に向けて前記体内に挿入されるとき計測対象部位以外の部位を通って前記計測対象部位に到達するとき前記計測対象部位以外の部位に作用する前記力に関する情報であるリファレンス情報を生成するリファレンス情報生成部と、
前記生体の前記体内に前記器具を挿入する際に、前記力検出部で検出した力の情報と前記リファレンス情報生成部で生成された前記リファレンス情報とから前記器具が前記体内の前記計測対象部位に作用する力を個別に算出する個別力算出部とを備える力計測用集積電子回路を提供する。
【００４２】
本構成によって、前記体外から計測した力から生体に個々にかかる力を算出することができる。
本発明の第１５態様によれば、内視鏡手術の際に器具を生体の体内に挿入するスレーブ機構と、前記スレーブ機構を術者が遠隔により操作するマスター機構とで構成されるマスタースレーブ装置において、
前記器具の体外に配置された力計測装置を備え、
前記力計測装置は、
前記生体の外部に配置されかつ前記生体の前記体内に先端を挿入する前記器具が前記生体に作用する力を検出する力検出部と、
前記器具の前記先端が前記生体の外部から前記体内の計測対象部位に向けて前記体内に挿入されるとき計測対象部位以外の部位を通って前記計測対象部位に到達するとき前記計測対象部位以外の部位に作用する前記力に関する情報であるリファレンス情報を生成するリファレンス情報生成部と、
前記生体の前記体内に前記器具を挿入する際に、前記力検出部で検出した力の情報と前記リファレンス情報生成部で生成された前記リファレンス情報とから前記器具が前記体内の前記計測対象部位に作用する力を個別に算出する個別力算出部とを備えるとともに、
さらに、
前記力計測装置で算出された力の情報により、前記スレーブ機構から前記マスター機構に伝達する力を決定する力伝達箇所決定部と、
前記力伝達箇所決定部にて決定した力に切り替えるときに、前記力を補正する力補正部と、
前記力補正部で補正した力の情報を前記マスタ機構に伝達する力伝達部と、
前記術者が前記力伝達部の前記力の情報に基づいて前記マスター機構を操作し、前記マスター機構の操作情報を電気信号に変換するマスター制御部と、
前記スレーブ機構と前記マスター制御部とに接続され、前記マスター制御部から送られる前記マスター機構の操作情報を前記スレーブ機構に伝達する制御信号を出力するスレーブ制御部とを備えて、
前記スレーブ制御部から伝達された前記制御信号に基づき、前記スレーブ機構が操作されてスレーブ動作を行う、マスタースレーブ装置を提供する。
本構成によって、スレーブ機構で操作している際に生体にかかる力を術者が操作しているマスター機構にフィードバックすることができる。
本発明の第１６態様によれば、前記力計測装置は、前記個別力算出部で算出した個々の力の情報が所定の負荷判定用閾値以上の場合は前記生体に負荷が作用していると判定する力判定部を備え、
前記力判定部にて前記力情報が前記所定の負荷判定用閾値以上であり前記生体に負荷が作用していると判定された場合に、前記スレーブ機構によるスレーブ動作を停止する動作を生成するスレーブ動作生成部をさらに備え、
前記スレーブ制御部は、前記スレーブ動作生成部で生成した動作に基づいて、前記スレーブ機構を制御する第１５の態様に記載のマスタースレーブ装置を提供する。
本構成によって、スレーブ機構で操作している際に生体に負荷がかかっている場合は、スレーブ機構を停止することができる。
【００４３】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態における力計測装置１の概要について説明する。
【００４４】
力計測装置１は、術者６ａが生体４の体内に器具を挿入して行なう内視鏡手術の際に、体内に挿入する器具が生体４に接触する際の力を測定する装置である。
【００４５】
力計測装置１は、少なくとも、力検出部１３と、リファレンス情報生成部１５と、個別力算出部１１とを備える。第１実施形態では、力計測装置１は計測情報生成部４４をさらに備えている。
【００４６】
力検出部１３は、生体４の外部に配置され、かつ、生体４の体内に先端を挿入する器具が生体４に作用する力を検出する。
【００４７】
リファレンス情報生成部１５は、器具の先端が生体４の体内に挿入されかつ体内の部位（計測対象部位、例えば手術部位）５に非接触な状態での力に関する情報であるリファレンス情報を生成する。
【００４８】
個別力算出部１１は、生体４の体内に器具を挿入する際に、力検出部１３で検出した力の情報とリファレンス情報生成部１５で生成したリファレンス情報とから器具が体内の部位（例えば、計測対象部位以外の部位の一例としての腹壁３と、計測対象部位の一例としての臓器５との２箇所）に作用する力を個別に算出する。第１実施形態では、個別力算出部１１はリファレンス情報選択部１６と個別力算出用の演算部１１ａとにより構成されている。
【００４９】
以下、この力計測装置１について、詳細に説明する。
【００５０】
図１は、力計測装置１を利用する一例としての内視鏡手術の様子を示す。
【００５１】
寝台７０上の人体４の腹部に空けた複数個例えば３個の穴にトロッカー１８ａ、１８ｂ、１８ｃをそれぞれはめ込み、それぞれのトロッカー１８ａ、１８ｂ、１８ｃの穴に鉗子２ａと、鉗子２ｂと、内視鏡７とを挿入する。
【００５２】
内視鏡７の映像（画像）をモニタ１７ａで表示し、術者６ａはその映像を確認しながら、器具の一例としての鉗子２ａ及び鉗子２ｂの操作を行う。なお、以下の説明では、鉗子２ａ及び鉗子２ｂに関して、鉗子２ａを代表例として説明を行う。術者６ｂは、内視鏡７の操作を行う。
【００５３】
この例では、力計測装置１は、鉗子２ａ用として力計測装置１ａを使用し、鉗子２ｂ用として力計測装置１ｂを使用する。力計測装置１ａ及び力計測装置１ｂは、それぞれ、力計測装置１と全く同一構成である。
【００５４】
力計測装置１ａ及び力計測装置１ｂは、鉗子２ａと鉗子２ｂのうち、術者６ａの把持部と生体４の腹壁３との間に固定し、鉗子２ａと鉗子２ｂとを体内に挿入する前後において、体内に入らない位置に配置される。言い換えれば、力計測装置１ａ及び力計測装置１ｂは、常に、体外に配置されている。術者６ａが鉗子２ａと鉗子２ｂとを操作し、トロッカー１８ａとトロッカー１８ｂとにそれぞれ挿入するときの力、及び、鉗子２ａ及び鉗子２ｂの先端が臓器５にそれぞれ接触したときの力を個別に力計測装置１ａ及び力計測装置１ｂで測定し、測定結果をモニタ１７ａに表示する。さらに、生体４の臓器５若しくは腹壁３に負荷がかかっていると力計測装置１ａ及び力計測装置１ｂで計測された場合は、モニタ１７ａ又はスピーカー１７ｂにより警告を通知する。
【００５５】
術者６ａは、モニタ１７ａに表示された映像又は力計測装置１ａ，１ｂで計測した値又は警告の有無を確認しながら、手術を行う。
【００５６】
また、入力ＩＦ８は、例えば寝台７０の下部に配置され、力計測装置１ａ，１ｂの計測の開始及び終了を指示するための操作インターフェースで、例えばボタンなどで構成される。
【００５７】
図２は力計測装置１（１ａ，１ｂ）の構成を示す。
【００５８】
第１実施形態の力計測装置１は、先に述べた、力検出部１３と、リファレンス情報生成部１５と、個別力算出部１１と以外に、データベース入出力部１４と、計測情報データベース９と、リファレンス情報データベース２２と、タイマー１０と、位置姿勢取得部の一例として機能する器具位置検出部１９と、力判定部１２と、判定結果通知部１７とを備える。以下、それぞれの構成について詳しく説明する。
【００５９】
《力検出部１３》
力検出部１３は、鉗子２ａ若しくは鉗子２ｂが、トロッカー１８ａ若しくは１８ｂ又は人体４に接触したときの力を、人体４の外部から、検出して、データベース入出力部１４とリファレンス情報生成部１５とに出力する。例えば、力検出部１３の一例として、１軸の方向すなわち挿入方向の力を計測する１軸力センサを採用し、図１に示すように、鉗子２ａ，２ｂの体外部分に配置する。術者６ａが鉗子２ａ若しくは鉗子２ｂを操作し、鉗子２ａ若しくは２ｂがトロッカー１８ａ若しくは１８ｂを通過する際に腹壁３に対して負荷として作用する力Ｔ１、及び、鉗子２ａ若しくは２ｂの先端が臓器５に作用する力Ｔ２を合算して計測する。
【００６０】
例えば、図３のように人体４の各部にＴ１、Ｔ２の力が発生した場合、力検出部１３では、各力Ｔ１，Ｔ２を個別に検出できず、それぞれの力の合算値Ｔ（この例では、Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２）を計測する。力検出部１３で検出した力の値は、後述するタイマー１０を利用して、ある一定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）に力検出部１３で検出され、時刻と共に、後述するデータベース入出力部１４に力検出部１３から出力され、計測情報データベース９若しくはリファレンス情報データベース２２に記憶する。
【００６１】
なお、第１実施形態の力検出部１３は、一例として、１軸の方向の力のみを検出する１軸力センサとしている。が、代わりに、力検出部１３の別の例として、ｘ、ｙ、ｚ軸の３軸の方向の力を計測可能な力センサ、又は、３軸の方向の力に加えて３軸の方向回りのトルクを計測可能な６軸力センサとしても良い。
【００６２】
《タイマー１０》
タイマー１０は、データベース入出力部１４と接続されて、ある一定時間（例えば、４ｍｓｅｃ毎）の経過後にデータベース入出力部１４を実行させる。
【００６３】
《データベース入出力部１４》
データベース入出力部１４は、計測情報データベース９と、リファレンス情報データベース２２と、力検出部１３と、器具位置検出部１９と、リファレンス情報生成部１５と、個別力算出部１１と、力判定部１２とのデータの入出力を行う。
【００６４】
《器具位置検出部１９》
器具位置検出部１９は、体内に挿入する鉗子２ａ及び鉗子２ｂの位置若しくは姿勢を取得する位置姿勢取得部の一例として機能する。具体的には、器具位置検出部１９は、鉗子２ａ及び鉗子２ｂのそれぞれの、臓器５とは反対側の先端位置（図４のＰ１とＰ２の位置）を検出して、データベース入出力部１４とリファレンス情報生成部１５とに出力する。例えば、器具位置検出部１９は、図４に示す３軸の磁気式位置計測センサで構成され、それぞれの鉗子２ａ及び２ｂの、臓器５とは反対側の先端位置（図４のＰ１とＰ２の位置）に、磁力計測部２０を装着し、磁界発生源２１により磁界を発生させて、鉗子２ａ及び２ｂの位置Ｐ１及びＰ２を器具位置検出部１９で検出する。器具位置検出部１９で検出した位置の情報は、タイマー１０を利用して、ある一定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）に、器具位置検出部１９から、時刻と共に、後述するデータベース入出力部１４に出力され、計測情報データベース９又はリファレンス情報データベース２２に記憶する。
【００６５】
なお、一例として、第１実施形態の器具位置検出部１９は磁気式としているが、器具位置検出部１９の別の例としては、鉗子２ａ及び鉗子２ｂの臓器５とは反対側の先端位置（図４のＰ１とＰ２の位置）にマーカを配置し、カメラを用いて鉗子先端のマーカの位置を検出する方式、又は、鉗子先端を赤外線センサーで検知する方式でも良い。また、鉗子２ａ及び２ｂの先端位置を３軸の方向の座標で検出するとしているが、腹壁３部分にてトロッカー１８ａに対して鉗子２ａ及び鉗子２ｂが挿入方向とは直交する方向に移動する場合には、鉗子２ａ及び２ｂの位置を特定するために、鉗子２ａ及び２ｂの位置と姿勢とが計測可能な６軸方向の座標（３軸方向の座標と各軸回りの回転角度の座標）を検出するようにしても良い。
【００６６】
《リファレンス情報生成部１５》
リファレンス情報生成部１５は、器具位置検出部１９と力検出部１３とデータベース入出力部１４とからの情報を基に、リファレンス情報を生成して、データベース入出力部１４と力判定部１２とに出力する。リファレンス情報とは、鉗子２ａ，２ｂの先端が腹壁３を通過して生体４の体内に挿入されかつ手術部位５に非接触な状態で、術者６が鉗子２ａ，２ｂを所定の方向に移動させて取得する力に関する情報である。このリファレンス情報は、鉗子２ａ，２ｂが体内にかかる力を体外から個別に算出する（個別力を算出する）ときに使用する。具体的には、リファレンス情報は、鉗子２ａ，２ｂが腹壁３を通過して体内に挿入されかつ臓器５に接触する前に、器具位置検出部１９で検出した鉗子２ａ及び２ｂの位置（鉗子２ａの移動方向）又は姿勢と、さらに力検出部１３で検出した力の値と、後述する方法で算出したリファレンス情報用基準点と、時間とを対にした情報である。このリファレンス情報の力の情報は、時系列の力の変位の情報とも言える。リファレンス情報用基準点は、力検出部１３で検出した力の変位が所定の第１閾値（基準点設定用閾値又は第１時点設定用閾値）（例えば、０．１Ｎ）以上変化した時点に設定する。ここで述べた「リファレンス情報用基準点」とは、力検出部１３で検出した合算の力から、個々にかかる力を個別に計測（算出）するための基準となる時点である。なお、リファレンス情報生成部１５は、リファレンス情報生成の開始時点を、最初の基準点として設定する。
【００６７】
リファレンス情報生成部１５によるリファレンス情報の生成は、データベース入出力部１４を介して入力ＩＦ８からのリファレンス情報の生成開始指令により開始し、タイマー１０を利用して、ある一定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）にリファレンス情報生成部１５で生成される。リファレンス情報生成部１５で生成されたリファレンス情報は、時刻と共に、データベース入出力部１４に出力され、リファレンス情報データベース２２に記憶する。リファレンス情報の詳細な生成方法については後述する。
【００６８】
−リファレンス情報データベース２２−
リファレンス情報データベース２２は、リファレンス情報生成部１５で生成されたリファレンス情報を、データベース入出力部１４を介して、タイマー１０を利用して時刻と共に格納する。また、必要に応じて、リファレンス情報データベース２２からリファレンス情報を、データベース入出力部１４により読み出す。リファレンス情報は、先に述べたように、力検出部１３により検出した力に関する情報と、器具位置検出部１９により検出した臓器５に接触する前の鉗子２ａ，２ｂの位置と、リファレンス情報生成部１５で算出した基準点と、時間とを対にした情報である。詳しくは、リファレンス情報のうちの力検出部１３により検出した力に関する情報と、器具位置検出部１９により検出した臓器５に接触する前の鉗子２ａ，２ｂの位置と、リファレンス情報生成部１５で算出した基準点とが、タイマー１０を利用して、ある一定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）にリファレンス情報生成部１５で生成され、時刻と共に、リファレンス情報生成部１５からデータベース入出力部１４に出力され、リファレンス情報としてリファレンス情報データベース２２に記憶する。
【００６９】
図５は、リファレンス情報データベース２２のリファレンス情報の内容の一例を示す。
【００７０】
（１）「時刻」の欄は、鉗子２ａ及び２ｂをそれぞれ挿入している際の時刻に関する情報を示す。第１実施形態では、ミリ秒（ｍｓｅｃ）  単位系で示す。
【００７１】
（２）「力」の欄は、力検出部１３により検出した力の情報を示す。なお、第１実施形態では、挿入方向の力はニュートン（Ｎ）単位系で示し、回転方向の力はニュートンメートル（Ｎｍ）単位系で示す。
【００７２】
（３）「位置」の欄は、器具位置検出部１９により検出した鉗子２ａ及び２ｂの位置をそれぞれ示す。なお、第１実施形態では、位置についてはメートル（ｍ）単位系で示す。
【００７３】
（４）「基準点」の欄は、リファレンス情報生成部１５で設定した基準点を示す。基準点を設定する場合は、該当する時刻欄に「１」を設定し、基準点を設定しない場合には、該当する時刻欄に「０」を設定し、デフォルト値は「０」とする。
【００７４】
（５）「ＩＤ」の欄は、リファレンス情報を識別するために用いられる符号である。具体的には、リファレンス情報生成部１５で設定した基準点から次の基準点までの間に同じＩＤを設定する。
【００７５】
《計測情報生成部４４》
計測情報生成部４４は、器具位置検出部１９と力検出部１３とデータベース入出力部１４とからの情報を基に、計測情報データベース９を生成して、データベース入出力部１４に出力する。計測情報とは、力検出部１３により検出した力に関する情報と、器具位置検出部１９により検出した臓器５に接触する前後の鉗子２ａ及び２ｂの位置と、後述する個別力算出部１１の演算部１１ａにより算出した力の情報とである。
【００７６】
−計測情報データベース９−
計測情報データベース９は、力検出部１３により検出した力に関する情報と、器具位置検出部１９により検出した臓器５に接触する前後の鉗子２ａ及び２ｂの位置とを、データベース入出力部１４を介して、タイマー１０を利用して、ある一定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）に計測情報生成部４４で生成され、時刻と共に、計測情報生成部４４からデータベース入出力部１４に出力されて、計測情報として、計測情報データベース９に記憶される。更に、計測情報データベース９には、これらの情報と、個別力算出部１１のリファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報のＩＤと、個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した個別力と、時間とを対にして、格納する。また、必要に応じて、計測情報データベース９から計測情報を、データベース入出力部１４により読み出す。
【００７７】
図６は、計測情報データベース９の計測情報の内容の一例を示す。
【００７８】
（１）「時刻」の欄は、鉗子２ａ及び２ｂをそれぞれ挿入している際の時刻に関する情報を示す。第１実施形態では、ミリ秒（ｍｓｅｃ）  単位系で示す。
【００７９】
（２）「力」の欄は、力検出部１３により検出した力の情報を示す。なお、第１実施形態では、挿入方向の力はニュートン（Ｎ）単位系で示し、回転方向の力はニュートンメートル（Ｎｍ）単位系で示す。
【００８０】
（３）「位置」の欄は、器具位置検出部１９により検出した鉗子２ａ及び２ｂの位置と姿勢とを示す。なお、第１実施形態では、位置についてはメートル（ｍ）単位系で示す。
【００８１】
（４）「リファレンス情報のＩＤ」の欄は、個別力算出部１１のリファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報のＩＤを示す。
【００８２】
（５）「個別力」の欄は、個別力算出部１１の演算部１１ａにより算出した力の情報を示す。なお、第１実施形態では、挿入方向の力はニュートン（Ｎ）で示し、回転方向の力はニュートンメートル（Ｎｍ）で示す。
【００８３】
《個別力算出部１１》
個別力算出部１１は、生体の体内に鉗子２ａ，２ｂを挿入する際に、力検出部１３で検出した力の変位が第３閾値（個別力算出基準点設定用閾値）以上である個別力算出用基準点を設定し、個別力算出用基準点における鉗子２ａ，２ｂの位置と近い位置をリファレンス情報の基準点から順次検索し、検索して合致した位置を含むリファレンス情報をリファレンス情報選択部１６で選択し、選択したリファレンス情報から求めた力を、力検出部１３で検出した力から減じた値を個別力としての演算部１１ａで算出する。具体的には、個別力算出部１１の演算部１１ａでは、データベース入出力部１４を介してのリファレンス情報データベース２２に記憶されたリファレンス情報に基づき、鉗子２ａ及び２ｂを臓器５に接触させたときのそれぞれの個別の力を、リファレンス情報と力検出部１３で検出した力とに基づいて算出する。個別力算出部１１のリファレンス情報選択部１６で使用するリファレンス情報は、リファレンス情報データベース２２からデータベース入出力部１４で読み出されたリファレンス情報の中から、現在（力計測時）の鉗子２ａ及び２ｂのそれぞれの位置に基づいて、リファレンス情報選択部１６により選択される。リファレンス情報選択部１６は、鉗子２ａ及び２ｂが腹壁３を通過し、臓器５に鉗子先端が接触する前の鉗子２ａ及び２ｂの位置の中から、現在（力計測時）の鉗子２ａ及び２ｂの位置（ただし、挿入方向の位置を除く、挿入方向と直交する軸の位置）に最も近いリファレンス情報を選択する。リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報のＩＤは、リファレンス情報選択部１６から、計測情報データベース９の「リファレンス情報のＩＤ」に、データベース入出力部１４を介して格納される。
【００８４】
個別力算出部１１は、鉗子２ａ及び２ｂを臓器５に接触させたときの個別の力を、リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報に基づいて検出する。具体的には、リファレンス情報データベース２２からデータベース入出力部１４で読み出されたリファレンス情報に基づき、計測したい時点のリファレンス情報をリファレンス情報選択部１６により選択する。次いで、その時点の力計測部１３の値から、リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報の力の値を減じた値を、個別力として個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した個別力は、データベース入出力部１４を介して、個別力算出部１１の演算部１１ａから計測情報データベース９に格納される。個別力算出部１１の演算部１１ａによる詳細な算出方法については後述する。
【００８５】
《力判定部１２》
力判定部１２は、データベース入出力部１４と個別力算出部１１とリファレンス情報生成部１５とからの情報に基づき、リファレンス情報生成部１５で生成した力により腹壁３に負荷がかかっているか否かを判定する。具体的には、リファレンス情報生成部１５で生成した力が所定の第２閾値（腹壁負荷判定用閾値）（例えば、２Ｎ）以上であると力判定部１２で判定する場合、リファレンス情報生成部１５で生成した力により腹壁３に負荷がかかっていると力判定部１２で判定する。さらに、個別力算出部１１の演算部１１ａにより算出した力が所定の第４閾値（臓器負荷判定用閾値）（例えば、２Ｎ）以上であると力判定部１２で判定する場合は、個別力算出部１１の演算部１１ａにより算出した力により臓器５に負荷がかかっていると力判定部１２で判定する。判定結果は、力判定部１２から判定に使用した力と共に、判定結果通知部１７に出力される。
【００８６】
《判定結果通知部１７》
判定結果通知部１７は、力判定部１２からの情報を基に、力判定部１２により判定された結果を術者６に判定結果通知装置などで通知する。判定結果通知部１７で術者６に通知する判定結果通知装置としては、例えば、モニタ１７ａ又はスピーカー１７ｂなどが採用できる。具体的には、図７Ａのモニタ１７ａに示すように、鉗子２ａがトロッカー１８ａに接触する力をリファレンス情報生成部１５で算出しかつ力判定部１２で判定したとき、鉗子２ａとトロッカー１８ａとが表示されている付近に、リファレンス情報生成部１５で算出した力又は個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した個々の力Ｐ［Ｎ］を、内視鏡の映像（画像）と共に表示する。その際に、鉗子２ａからトロッカー１８ａを介して腹壁３に負荷がかかっていると力判定部１２で判定された場合は、「ＡＬＥＲＴ」などのように警告（力判定部１２で判定した判定結果の一例）を判定結果通知部１７により表示する。すなわち、この図７Ａは、鉗子２ａが臓器５に接触せず、リファレンス情報を生成しているときの図を示している。一方、図７Ｂに示すように、鉗子２ａがさらに臓器５に向かって進み、鉗子２ａが臓器５に接触したときの力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出したとき、個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した個々の力Ｐ［Ｎ］を内視鏡の映像（画像）と共に表示する。その際、鉗子２ａから臓器５に負荷がかかっていると力判定部１２で判定された場合には、「ＡＬＥＲＴ」などのように警告（力判定部１２で判定した判定結果の一例）を判定結果通知部１７により表示し、そのときの個別力を判定結果通知部１７により表示する。また、鉗子２ａから負荷がかかっていると力判定部１２で判定された場合、前記画像表示に代えて、又は、画像表示に加えて、スピーカー１７ｂにより警告音を鳴らして、術者６に警告を判定結果通知部１７により行ってもよい。
【００８７】
次に、第１実施形態の力計測装置１の力計測処理の動作ステップについて説明する。図８は、第１実施形態の力計測装置１の力計測処理のフローチャートである。ここでは、図９Ａ〜図９Ｄに示すように、鉗子２ａを、腹壁３に空けた穴からトロッカー１８ａを介して、人体４の上方から下方に向かって人体内部に挿入する作業を例に説明する。なお、図９Ｂ又は図９Ｃの状態は、臓器５に鉗子２ａが接触していない状態であって、リファレンス情報を生成する状態である。図９Ｄは臓器５に鉗子２ａが接触している状態である。よって、以下のリファレンス情報生成動作は、図９Ａ〜図９Ｃの状態で行う。
【００８８】
最初に、入力ＩＦ８により力計測の開始指令を受けて、力計測装置１での力の計測を開始する。
【００８９】
まず、ステップＳ１では、入力ＩＦ８により力計測の終了指令があった場合は、力計測装置１での力計測を終了する。力計測の終了指令が無い場合は、力計測処理は次のステップＳ２へ進む。
【００９０】
次いで、ステップＳ２では、入力ＩＦ８によりリファレンス情報の生成開始指令があった場合は、力計測処理はステップＳ３へ進む。リファレンス情報の生成開始指令が無い場合は、力計測処理はステップＳ８へ進む。例えば、１つの手術で、ステップＳ３及びＳ４へ進んでステップＳ５でリファレンス情報を一回生成すれば、次回からは、ステップＳ２でリファレンス情報の生成開始指令が無しとなり、リファレンス情報を生成することなく、既に生成されたリファレンス情報を使用することができる。
【００９１】
次いで、ステップＳ３では、図９Ａから図９Ｂ又は図９Ｃまで鉗子２ａを体内に挿入しかつ臓器５に接触していない状態で、力検出部１３により、器具の一例としての鉗子２ａにかかる力を体外から検出する（図９Ｂ及び図９Ｃ参照）。
【００９２】
次いで、ステップＳ４では、鉗子２ａが臓器５に接触していない状態で、器具位置検出部１９により、鉗子２ａの位置を体外から検出する（図９Ｂ及び図９Ｃ参照）。
【００９３】
次いで、ステップＳ５では、リファレンス情報生成部１５により、ステップＳ３で検出した力とステップＳ４で検出した鉗子２ａの位置とから基準点を算出し、リファレンス情報を生成する。具体的には、図１０Ａ〜図１０Ｅのうち、図１０Ｂ〜図１０Ｅのように、体外から鉗子２ａを腹壁３に通過させて、且つ、体内側の先端が臓器５に接触していない状態における鉗子２ａの位置と力の情報とをリファレンス情報生成部１５で取得する。具体的には、鉗子２ａを中心位置（図１０Ｂ参照）から１つの方向に傾斜させて、リファレンス情報を取得する（図１０Ｂ〜図１０Ｃ参照）。その後、再び、鉗子２ａを中心位置（図１０Ｄ参照）に戻したのち、次の別の方向に傾斜させるように鉗子２ａを動かして、別のリファレンス情報を取得する（図１０Ｄ〜図１０Ｅ参照）。以下、このようにして、所定の方向について、それぞれ、リファレンス情報を取得する。次いで、力の情報から基準点をリファレンス情報生成部１５で算出する。次いで、鉗子２ａの位置と力と基準点とを対としたリファレンス情報をリファレンス情報生成部１５で生成する。図１０Ｆは、図１０Ａ〜図１０Ｅを上部から見た図である。図１０Ｆに示すように、鉗子２ａの先端が腹壁３を通過して生体４の体内に挿入されかつ手術部位５に非接触な状態で、術者６が、中心から所定方向に対して、鉗子２ａを動かすことで、リファレンス情報生成部１５によりリファレンス情報を生成する。ここで、所定方向とは、例えば、互いに直交する４方向を含む８方向（上下、左右、斜め右上、斜め左上、斜め右下、斜め左下の方向）であり、鉗子２ａを中心位置から１つの方向に傾斜させたのち、再び、中心位置に戻したのち、次の別の方向に傾斜させるように鉗子２ａを動かす。リファレンス情報を生成するとき、鉗子２ａを中心位置から動かす方向としては、８方向に限定されるものではなく、少なくとも、鉗子２ａを体内に挿入する方向に対して交差する少なくとも２方向（例えば、筋肉の筋方向とその筋方向と直交する方向、又は、トロッカー８ａの長手方向と長手方向が平行となるように位置した鉗子２ａの中心位置に対して、手術部位に近づく方向とその方向と直交する方向）に動かす必要がある。このとき、鉗子２ａが臓器に全く接触しないようにする。図１０Ａの時点では、まだ、鉗子２ａが腹壁３を通過していない時点なので、リファレンス情報生成部１５によりリファレンス情報として生成しないために、図１０Ｂに到達した時点で、術者６は、入力ＩＦ８によりリファレンス情報の生成を開始するよう指示する。
【００９４】
図１１は、図１０Ｂ〜図１０Ｅのように、入力ＩＦ８によりリファレンス情報の生成を開始した時点からの鉗子２ａの位置及び力と時間との関係を示したグラフである。鉗子２ａの挿入方向をｚ軸とし、直交する方向をｘ軸、ｙ軸とする。
【００９５】
リファレンス生成を開始した時点（図１１のｔ０時点）を、最初の基準点としてリファレンス情報生成部１５で設定する。次いで、術者６が、鉗子２ａの先端が腹壁３を通過して生体４の体内に挿入されかつ手術部位５に非接触な状態で、所定方向に移動させつつ、所定の時間が経過する毎に力検出部１３で検出した力の変位の絶対値をリファレンス情報生成部１５で比較して、その差が所定の第１閾値（例えば、０．１Ｎ）以上変化して時点を基準点としてリファレンス情報生成部１５で設定する。具体的には、図１１の基準点ｔ０時点の力をｆ０とし、ｔ０１時点での力をｆ０１とし、ｔ０２時点の力をｆ０２とすると、Δｆ０１＝｜ｆ０１−ｆ０｜とΔｆ０２＝｜ｆ０２−ｆ０１｜とをリファレンス情報生成部１５で比較する。次いで、その差が所定の第１閾値以上であるかどうかをリファレンス情報生成部１５で算出する。この例では、所定の第１閾値以下であるので、ｔ０１時点を基準点としてリファレンス情報生成部１５で設定しない。次いで、順次、一定時間毎の力の変移をリファレンス情報生成部１５で比較する。次いで、ｔ０３時点の力をｆ０３とし、ｔ１時点の力をｆ１とし、ｔ１１時点の力をｆ１１とする。次いで、Δｆ１＝｜ｆ１−ｆ０３｜とΔｆ１１＝｜ｆ１１―ｆ１｜とをリファレンス情報生成部１５で比較する。次いで、その差が所定の第１閾値以上であるかどうかをリファレンス情報生成部１５で判定する。この例では、所定の第１閾値以上であるので、ｔ１時点を基準点としてリファレンス情報生成部１５で設定する。次いで、同様の方法で、順次、基準点をリファレンス情報生成部１５で設定する。設定した基準点を図１１の黒丸「●」で示す。次いで、設定した基準点は、力と位置とを対にしてリファレンス情報として、タイマー１０を利用して、ある一定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）にリファレンス情報生成部１５で生成され、時刻と共に、リファレンス情報生成部１５からデータベース入出力部１４に出力され、リファレンス情報データベース２２に記憶し、入力ＩＦ８によりリファレンス情報生成の終了を指示する。すなわち、術者６が、鉗子２ａの先端が腹壁３を通過して生体４の体内に挿入されかつ手術部位５に非接触な状態で、所定方向に移動し終わった時点で、術者６が、入力ＩＦ８によりリファレンス情報生成の終了を指示する。
【００９６】
次に、ステップＳ６において、ステップＳ５で利用しかつステップＳ３で検出した力を力判定部１２により判定する。具体的には、力検出部１３で検出した力が、所定の第２閾値（負荷通知用閾値）（例えば、２Ｎ）以上であるかどうかを力判定部１２で判定する。所定の第２閾値以上であると力判定部１２で判定された場合は、判定結果通知部１７により、モニタ１７ａ又はスピーカー１７ｂなどを介して術者６へ警告を通知する（ステップＳ７）。その後、さらに、力計測処理はステップＳ１に戻る。
【００９７】
一方、ステップＳ６にて、所定の第２閾値以上でないと力判定部１２で判定された場合は、力計測処理はステップＳ８へ進む。なお、このステップＳ６とＳ７は安全性を高めるための動作であり、安全性が他の手段で確保される場合など、場合によっては、省略することもできる。
【００９８】
次いで、図９Ｄに示すように、鉗子先端が臓器５に接触している時点で、力検出部１３により、体外から鉗子２ａにかかる力を検出する（ステップＳ８）。
【００９９】
次いで、器具位置検出部１９より、鉗子２ａの位置を体外から検出する（ステップＳ９）。
【０１００】
次いで、ステップＳ１０にて、リファレンス情報選択部１６により、個別力を求めるためのリファレンス情報を選択する。
【０１０１】
ここで、図１３Ａは、ステップ５により、リファレンス情報生成部１５で生成したリファレンス情報の鉗子２ａの位置及び力と時間とのグラフを示す。図１３Ｂは、図１２Ｂを経て図１２Ｃのように臓器５に鉗子２ａの先端を接触させたときの鉗子２ａの位置及び力と時間とのグラフである。
【０１０２】
ステップＳ１０において、リファレンス情報選択部１６は、図１２Ｃの鉗子２ａの位置（ただし、挿入方向の位置を除く、挿入方向と直交する軸の位置）に最も近いリファレンス情報を選択する。
【０１０３】
具体的には、まず、図１２Ｃの鉗子２ａの力について個別力算出用基準点を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。算出方法は、リファレンス情報生成部１５と同様、力検出部１３で検出した力の変位が所定の第３閾値（個別力算出基準点設定用閾値又は第２時点設定用閾値）（例えば、０．１Ｎ）以上変化した時点を、個別力算出部１１の演算部１１ａで個別力算出用基準点として設定する。ここで述べた個別力算出用基準点とは、力検出部１３で検出した合算の力から、個々にかかる力を個別に算出（計測）するための基準となる時点である。なお、図１３Ｂの開始時点を最初の基準点として個別力算出部１１の演算部１１ａで設定する。個別力算出部１１の演算部１１ａで設定した基準点を、図１３Ｂの白丸「○」で示す。次に、図１３Ｂの基準点間の鉗子２ａの位置毎に、挿入方向の位置（図１２Ｃ、図１３Ｂではｚ軸方向）を除く、挿入方向と直交する軸の位置（図１２Ｃ及び図１３Ｂではｘ軸方向、ｙ軸方向）について、基準点毎に、図１３Ａのリファレンス情報と個別力算出部１１のリファレンス情報選択部１６で比較する。この例では、図１３Ｂでｘ方向とｙ方向との鉗子２ａの位置の時系列情報と最も近い箇所を、図１３Ａから個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。最も近い箇所の算出方法の一例として、基準点Ａと基準点Ｂとの間の鉗子２ａの位置ｘについて、最小二乗法で直線を個別力算出部１１の演算部１１ａで求め、その直線の傾きと切片とを個別力算出部１１のリファレンス情報選択部１６で比較する。以上の方法により、この例では、リファレンス情報である図１３Ａのｔ０時点からｔ１時点までの区間が、計測情報である図１３ＢのｔＢ０〜ｔＢ１時点の区間と最も近い区間である、と個別力算出部１１のリファレンス情報選択部１６で判定する。
【０１０４】
従って、図１３ＢのｔＢ０〜ｔＢ１時点での個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出するためのリファレンス情報は、図１３Ａのｔ０〜ｔ１時点として、リファレンス情報選択部１６で選択する。同様に、図１３ＢのｔＢ１〜ｔＢ２時点でのリファレンス情報をリファレンス情報選択部１６で選択する。図１３ＢのｔＢ１時点からｔＢ２時点までの区間は、図１３Ａのｔ０時点からｔ１時点までの区間と同じであるので、図１３ＢのｔＢ１〜ｔＢ２時点での個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出するためのリファレンス情報は、図１３Ａのｔ０〜ｔ１時点として、リファレンス情報選択部１６で選択する。リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報のＩＤは、リファレンス情報選択部１６から、計測情報データベース９の「リファレンス情報のＩＤ」にデータベース入出力部１４を介して格納される。
【０１０５】
次いで、ステップＳ１１において、リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報に基づいて、個別力算出部１１の演算部１１ａで個別力を算出する。個別力算出部１１の演算部１１ａで個別力を算出した時点の力検出部１３の力から、リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報の力を基に算出した力を減じた値を、個別力として個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。減じる力を算出する方法の一例として、選択した区間のリファレンス情報の力から、最小二乗法により直線を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した力ｆを  ｆ＝ａｔ×ｂとする（ａは傾き、ｂは切片、ｔは時刻、ｆは力）。この直線を用いて、減じる力ｆを個別力算出部１１の演算部１１ａで求め、求めた力を力検出部１３で検出した力から減じることで、個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。
【０１０６】
一例として図１３Ａ及び図１３Ｂを使って詳細に説明する。ステップＳ１０で選択したリファレンス情報（図１３Ａのｔ０〜ｔ１時点）の区間の力は、図１３Ａにてｆ０、ｆ０１、ｆ０２・・・、ｆ１となっている。力ｆ０、ｆ０１、ｆ０２・・・、ｆ１を使って最小二乗法により直線を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。図１３Ａのｔ０〜ｔ１時点は傾きがゼロとなるため、図１３Ｃに示すようにｆ＝ａＦの直線となる。この図１３Ｃのｔ０〜ｔ１時点は、時系列での力の変位を示す図である。次に、図１３ＢのｔＢ０時点からｔＢ１時点の個別力は、個別力算出部１１の演算部１１ａで、ａＦを減じた値とする。具体的には、図１３ＢのｔＢ０時点の力をｆＢ０とすると、ｔＢ０時点の個別力＝ｆＢ０−ａＦとなる。同様に、ｔＢ１時点の力をｔＢ１とすると、ｔＢ１時点での個別力＝ｆＢ１−ａＦとなる。次に、ｔＢ１時点からｔＢ２時点の個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。ｔＢ１時点からｔＢ２時点は、図１２Ｃに示すように、術者６が臓器５に鉗子２ａを除々に強く押し当てている状態である。ｔＢ１時点〜ｔＢ２時点の個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出するためのリファレンス情報は、ステップＳ１０により、図１３Ａのｔ０〜ｔ１時点として、リファレンス情報選択部１６で選択する。同様に、力ｆ０、ｆ０１、ｆ０２・・・、ｆ１から最小二乗法により直線を個別力算出部１１の演算部１１ａで求める。この例では、図１３Ｃのようにｆ＝ａＦとなるため、図１３ＢのｔＢ１時点からｔＢ２時点の個別力は、個別力算出部１１の演算部１１ａにおいて、計測した力から力ａＦを減じた値とする。この例では、図１３ＢのｔＢ１時点の力をｆＢ１とすると、ｔＢ１時点の個別力＝ｆＢ１−ａＦとなる。同様に、ｔＢ２時点の力をｔＢ２とすると、ｔＢ２時点での個別力＝ｆＢ２−ａＦとなる。個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した個別力は、時刻と共にデータベース入出力部１４に出力され、計測情報データベース９に記憶する。
【０１０７】
次いで、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で求めた個別力の負荷を、力判定部１２により判定する。具体的には、ステップＳ１１で求めた個別力が、所定の第４閾値（負荷通知用閾値）（例えば、２Ｎ）以上であるかどうかを力判定部１２で判定する。求めた個別力が所定の第４閾値以上であると力判定部１２で判定された場合は、判定結果通知部１７により、モニタ１７ａ又はスピーカー１７ｂなどを利用して術者６へ警告を通知する（負荷通知を行う）（ステップＳ１３）。その後、さらに、力計測処理はステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ１２において、求めた個別力が所定の第４閾値以上でないと力判定部１２で判定された場合は、力計測処理はステップＳ１に戻る。
【０１０８】
なお、第１閾値、第２閾値、第３閾値、及び、第４閾値は、それぞれ、臓器５の種類又は手術部位５により異なる値としても良い。例えば、第１閾値、第２閾値、第３閾値、及び、第４閾値は、事前に作成された複数の閾値から術者６が予め選択するか、キーボード又はボタンなどの入力装置により術者６が予め入力することも可能とする。また、力判定部１２での判定に使用する第２閾値及び第３閾値は、それぞれリファレンス情報生成部１５で使用する第１閾値及びリファレンス情報選択部１６で使用する第４閾値より大きな値として設定しておく必要がある。
【０１０９】
また、リファレンス情報は鉗子２ａ，２ｂの位置と力とを対にして記憶するとしたが、図１０Ａに示す方向のみの挿入しかしない場合には、器具位置検出部１９での検出及びリファレンス情報への鉗子２ａ，２ｂの位置を記憶しないようにしても良い。その場合、一方向のみしか挿入しないため、リファレンス情報が１つのみ生成され、個別力算出部１１のリファレンス情報選択部１６では、生成されたリファレンス情報を選択する。このとき、具体的には、術者からの入力ＩＦ８により、リファレンス情報生成部及び計測情報生成部に記憶しないように指示が行われる。その場合、リファレンス情報選択部１６は、現在（力計測時）の鉗子２ａ，２ｂの位置に関係なく、リファレンス情報データベース２２に記憶されているリファレンス情報を選択し、リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報を使って、個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。
【０１１０】
また、第１実施形態では、図１０Ｆに示すように鉗子２ａを動作させるとしたが、これに限られるものではない。例えば、図１０Ｇのように鉗子２ａを動作させる方向を４方向にしたり、又は、図１０Ｈに示す実線の方向のみ鉗子２ａを動作させ、対角の方向（図１０Ｈに示す点線の方向）については、符号を反転してリファレンス情報をリファレンス情報生成部１５で自動的に生成しても良い。
【０１１１】
《第１実施形態の効果》
以上のように、体外から配置した力検出部１３により、鉗子２ａ，２ｂが腹壁３にかかる力と、鉗子２ａ，２ｂが先端にかかる力とをそれぞれ個別に個別力算出部１１の演算部１１ａで算出することができるようになる。すなわち、手術器具が体内にかかる力を体外から個別に計測することができるようになる。さらに、個別力算出部１１の演算部１１ａで個別に算出した個々の力を力判定部１２により判定して、判定結果を術者６に通知することで、これまで術者６の勘と経験とで行っていた力覚を定量化して、術者６に提示することができる。
【０１１２】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、第１実施形態の場合と同様に、図１に示すように、人体４の腹壁５に空けた穴からトロッカー１８ａ、１８ｂをそれぞれはめ込み、それぞれのトロッカーに鉗子２ａ、鉗子２ｂを挿入したときの力計測を例に説明する。
【０１１３】
図１４は、第２実施形態における力計測装置１Ｃの構成を示す。
【０１１４】
力計測装置１Ｃは、第１実施形態の力計測装置１と比較して、リファレンス情報修正通知部２４とリファレンス情報修正部２３とが追加されている。
【０１１５】
力計測装置１Ｃにおいて、計測情報データベース９と、データベース入出力部１４と、力検出部１３と、器具位置検出部１９と、リファレンス情報生成部１５と、力判定部１２と、判定結果通知部１７との基本的な構成は、第１実施形態の場合と同様であるので、共通部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ以下、詳細に説明する。
【０１１６】
−リファレンス情報データベース２２−
リファレンス情報データベース２２は、力検出部１３により検出した力に関する情報と器具位置検出部１９により検出した臓器５に接触する前の鉗子２ａの位置とを、タイマー１０を利用して時刻と共に格納する。
【０１１７】
リファレンス情報データベース２２に格納されたリファレンス情報は、データベース入出力部１４により入出力される。
【０１１８】
図１５は、リファレンス情報データベース２２のリファレンス情報内容の一例を示す。
【０１１９】
「時刻」、「力」、「位置」、「基準点」、及び、「ＩＤ」は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。「再作成フラグ」は、リファレンス情報修正通知部２４でリファレンス情報の修正の有無を示すフラグである。リファレンス情報修正通知部２４でリファレンス情報の修正が必要であると判定された場合は「１」を設定し、リファレンス情報の修正が必要でないと判定された場合には「０」を設定する。
【０１２０】
《リファレンス情報生成部１５》
リファレンス情報生成部１５は、第１実施形態と同様に、鉗子２ａ，２ｂが腹壁３を通過し、臓器５に接触する前の鉗子２ａの位置と力検出部１３で検出した値と後述する基準点とを対にした情報であるリファレンス情報を生成する。リファレンス情報の生成は、入力ＩＦ８からのリファレンス情報の生成開始指令により開始し、タイマー１０を利用して、ある一定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）にリファレンス情報が生成される。そして、時刻と共に、リファレンス情報生成部１５からデータベース入出力部１４に出力され、リファレンス情報データベース２２に記憶する。加えて、リファレンス情報生成部１５により、データベース入出力部１４を介して、リファレンス情報データベース２２内の再作成フラグは「０」を設定する。
【０１２１】
《個別力算出部１１》
個別力算出部１１は、鉗子２ａ，２ｂを臓器５に接触させたときの個別の力を、リファレンス情報と力検出部１３で検出した力とに基づいての演算部１１ａで算出する。個別力算出部１１で使用するリファレンス情報は、現在（力計測時）の鉗子２ａ，２ｂの位置に基づいてリファレンス情報選択部１６により選択される。リファレンス情報選択部１６による選択の方法については、第１実施形態と同様であるが、最も近いリファレンス情報が存在しない場合は、計測情報データベース９の「リファレンス情報のＩＤ」を「−１」としてリファレンス情報選択部１６で設定する。
【０１２２】
《リファレンス情報修正通知部２４》
リファレンス情報修正通知部２４は、リファレンス情報の修正の有無を検出して修正が必要である場合は通知する。具体的には、リファレンス情報修正通知部２４は、リファレンス情報選択部１６の動作に基づいて、リファレンス情報データベース２２に記憶されているリファレンス情報の修正が必要であるかどうかを判定する。リファレンス情報の修正が必要であるとリファレンス情報修正通知部２４で判定する場合には、リファレンス情報修正通知部２４から、その旨を術者６に通知する。リファレンス情報修正通知部２４は、個別力算出部１１リファレンス情報選択部１６で、リファレンス情報を選択できなかった場合、リファレンス情報の修正が必要であると判定して通知する。具体的には、個別力算出部１１のリファレンス情報選択部１６にて、近いリファレンス情報が選択できないとリファレンス情報修正通知部２４で判定する場合、すなわち、計測情報データベース９の「リファレンス情報のＩＤ」に「−１」が設定されているとリファレンス情報修正通知部２４で判定する場合には、リファレンス情報の修正が必要であると、リファレンス情報修正通知部２４で判定する。また、個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した個別力の符号と、個別力を算出する際に使用した力検出部１３で検出した力の符号が異なるとリファレンス情報修正通知部２４で判定する場合は、リファレンス情報の修正が必要であるとリファレンス情報修正通知部２４で判定する。修正が必要であるとリファレンス情報修正通知部２４で判定された場合は、リファレンス情報データベース２２の「再作成フラグ」には「１」をデータベース入出力部１４を介してリファレンス情報修正通知部２４で記憶し、リファレンス情報修正通知部２４から術者６に通知する。通知は、リファレンス情報修正通知部２４により、モニタ１８ａに、再作成が必要である旨を表示するか、若しくは、スピーカー１７ｂにより警告音を鳴らして、術者６に知らせる。個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した個別力の符号と、個別力を算出する際に使用した力検出部１３で検出した力の符号が同じであるとリファレンス情報修正通知部２４で判定する場合は、修正が不要であるとリファレンス情報修正通知部２４で判定し、リファレンス情報データベース２２の「再作成フラグ」には「０」をリファレンス情報修正通知部２４で設定する。
【０１２３】
《リファレンス情報修正部２３》
リファレンス情報修正部２３は、リファレンス情報修正通知部２４からの通知に基づいてリファレンス情報を修正する。具体的には、リファレンス情報修正部２３は、リファレンス情報修正通知部２４の通知を受けるか、若しくは、術者６の指示により、リファレンス情報を修正する。
【０１２４】
リファレンス情報の修正は、第１実施形態のリファレンス情報生成部１５と同様の方法でリファレンス情報をリファレンス情報修正部２３で生成し、リファレンス情報データベース２２の内容をリファレンス情報修正部２３で全て置き換えることで行う。なお、リファレンス情報の「再作成フラグ」が「１」の箇所のみをリファレンス情報修正部２３で生成して、リファレンス情報修正部２３で、生成した箇所のみ置き換えても良い。生成が終ると、「再作成フラグ」には「０」をリファレンス情報修正部２３で設定する。
【０１２５】
次に、第２実施形態の力計測装置１Ｃの力計測処理の動作ステップについて説明する。図１６は、第２実施形態の力計測装置１Ｃのフローチャートである。ここでは、図１７Ａ〜図１７Ｂに示すように、鉗子２ａを斜めにして、人体４の上方から下方に向かって人体内部に鉗子２ａを挿入する作業を例に説明する。
【０１２６】
最初に、入力ＩＦ８により、力計測の開始指令を受けて、力計測装置１Ｃでの力の計測を開始する。
【０１２７】
まず、ステップＳ５１では、入力ＩＦ８により力計測の終了指令があった場合は、力計測装置１Ｃでの力計測を終了する。力計測の終了指令が無い場合は、力計測処理は次のステップＳ５２へ進む。
【０１２８】
次いで、ステップＳ５２では、入力ＩＦ８によりリファレンス情報の生成開始指令があった場合は、ステップＳ５３へ進む。生成開始指令が無い場合は、力計測処理はステップＳ５８へ進む。
【０１２９】
次いで、ステップＳ５３では、力検出部１３により、器具の一例としての鉗子２ａにかかる力を体外から検出する。
【０１３０】
次いで、ステップＳ５４では、器具位置検出部１９により、鉗子２ａの位置を体外から検出する。
【０１３１】
次いで、ステップＳ５５では、リファレンス情報生成部１５により、ステップＳ５３で検出した力とステップＳ５４で検出した鉗子２ａの位置とから基準点を算出し、リファレンス情報を生成する。生成の方法は第１実施形態のステップＳ５と同様であるが、「再作成フラグ」には「０」をリファレンス情報生成部１５で設定する。図１１は、生成したリファレンス情報のグラフを示す。
【０１３２】
次に、ステップＳ５６において、ステップＳ５５で利用しかつステップＳ５３で検出した力を力判定部１２により判定する。具体的には、力検出部１３で検出した力が、所定の第５閾値（負荷判定用閾値）（例えば、２Ｎ）以上であるかどうかを力判定部１２で判定する。所定の第５閾値以上であると力判定部１２で判定された場合は、判定結果通知部１７により、モニタ１７ａ又はスピーカー１７ｂなどを介して術者６へ警告を通知する（ステップＳ５７）。その後、さらに、力計測処理はステップＳ５１に戻る。ステップＳ５６にて、所定の第５閾値以上でないと力判定部１２で判定された場合は、力計測処理はステップＳ５８へ進む。
【０１３３】
次いで、図１７Ｂに示すように、鉗子先端が臓器５に接触している時点で、力検出部１３により、体外から鉗子２ａにかかる力を検出する（ステップＳ５８）。
【０１３４】
次いで、器具位置検出部１９より、鉗子２ａの位置を体外から検出する（ステップＳ５９）。
【０１３５】
次いで、ステップＳ６０にて、リファレンス情報選択部１６により、個別力を求めるためのリファレンス情報を選択する。
【０１３６】
ここで、図１８Ａは、ステップＳ５５により、リファレンス情報生成部１５で生成したリファレンス情報の挿入時の力及び器具の位置と時間との関係を示すグラフを示す。図１８Ｂは、図１７Ａから図１７Ｂのように臓器５に鉗子２ａの先端を接触させたときの鉗子２ａの位置及び力と時間とのグラフである。
【０１３７】
リファレンス情報選択部１６は、第１実施形態と同様、図１７Ｂの鉗子２ａの位置（ただし、挿入方向の位置を除く、挿入方向と直交する軸の位置）に最も近いリファレンス情報を選択する。
【０１３８】
具体的には、まず、図１７Ｂの鉗子２ａの力について基準点を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。算出方法は、リファレンス情報生成部１５と同様、力検出部１３で検出した力の変位が所定の第６閾値（基準点設定用閾値）（例えば、０．１Ｎ）以上変化した時点を、個別力算出部１１の演算部１１ａで個別力算出用基準点として設定する。ここで述べた「個別力算出用基準点」とは、力検出部１３で検出した合算の力から、個々にかかる力を個別に算出するための基準となる点（時点）である。なお、図１７Ｂの開始時点を最初の基準点として個別力算出部１１の演算部１１ａで設定する。個別力算出部１１の演算部１１ａで設定した基準点を、図１７Ｂの白丸「○」で示す。次に、図１７Ｂの基準点間の鉗子２ａの位置毎に、挿入方向の位置（図１７Ｂではｚ軸方向）を除く、挿入方向と直交する軸の位置（図１７Ｂではｘ軸方向、ｙ軸方向）について、基準点毎に、図１８Ａのリファレンス情報とリファレンス情報選択部１６で比較する。比較の方法は、第１実施形態と同様であり、図１８Ａのｔ１１時点からｔ２時点までの区間が図１８ＢのｔＢ０〜ｔＢ１時点の区間と同じであると個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。
【０１３９】
従って、図１８ＢのｔＢ０〜ｔＢ１時点での個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出するためのリファレンス情報は、図１８Ａのｔ１１〜ｔ２時点としてリファレンス情報選択部１６で選択する。同様に、ｔＢ１〜ｔＢ２時点でのリファレンス情報をリファレンス情報選択部１６で選択する。図１８ＢのｔＢ１時点からｔＢ２時点までの区間は、図１３Ａのｔ１１時点からｔ２時点までの区間と同じであるので、図１８ＢのｔＢ１〜ｔＢ２時点での個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出するためのリファレンス情報は図１８Ａのｔ１１〜ｔ２時点としてリファレンス情報選択部１６で選択する。リファレンス情報選択部１６で選択したリファレンス情報のＩＤは、計測情報データベース９の「リファレンス情報のＩＤ」に、データベース入出力部１４を介してリファレンス情報選択部１６から格納される。
【０１４０】
なお、図１７Ｃのようにさらに鉗子２ａを傾けている場合には、既に生成したリファレンス情報と近い情報が存在しない場合がある。その場合は、「リファレンス情報のＩＤ」に「−１」をリファレンス情報選択部１６で設定する。
【０１４１】
次に、ステップＳ６１により、選択したリファレンス情報に基づいて、個別力算出部１１の演算部１１ａで個別力を算出する。具体的には、ステップＳ６０で選択したリファレンス情報（図１８Ａのｔ１１〜ｔ２時点）の区間の力は、それぞれ、力ｆ１１、ｆ２となっている。第１実施形態と同様、力ｆ１１、ｆ２から最小二乗法により直線を個別力算出部１１の演算部１１ａで求め、その直線により力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する（算出した力をａＦとする）。
【０１４２】
図１８ＢのｔＢ０時点からｔＢ１時点の個別力は、個別力算出部１１の演算部１１ａで、計測した力からａＦを減じた値とする。具体的には、図１８ＢのｔＢ０時点の力をｆＢ０とすると、ｔＢ０時点の個別力ｆｉ０は、ｆｉ０＝ｆＢ０−ａＦとなる。同様に、ｔＢ１時点の力をｔＢ１とすると、ｔＢ１時点での個別力ｆｉ１は、ｆｉ１＝ｆＢ１−ａＦとなる。次に、ｔＢ１からｔＢ２時点の個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。ｔＢ１時点からｔＢ２時点は、図１７Ｂに示すように、臓器５に鉗子２ａを除々に強く押し当てている状態である。ｔＢ１〜ｔＢ２時点の個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出するためのリファレンス情報はステップＳ６０により、図１８Ａのｔ１１〜ｔ２としてリファレンス情報選択部１６で選択する。同様に、力ｆ１１、ｆ２から減じる力ａＦを個別力算出部１１で求める。次に、図１８ＢのｔＢ１時点からｔＢ２時点の個別力は、個別力算出部１１の演算部１１ａにより、算出した力からａＦを減じた値とする。具体的には、図１８ＢのｔＢ１時点の力をｆＢ１とすると、ｔＢ１時点の個別力ｆｉ１は、ｆｉ１＝ｆＢ１−ａＦとなる。同様に、ｔＢ２時点の力をｆＢ２とすると、ｔＢ２時点での個別力ｆｉ２は、ｆｉ２＝ｆＢ２−ａＦとなる。個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した個別力は、個別力算出部１１の演算部１１ａにより、時刻と共にデータベース入出力部１４に出力され、計測情報データベース９に記憶する。
【０１４３】
次に、ステップＳ６２で、リファレンス情報修正通知部２４により、リファレンス情報の修正が必要かどうかを判定する。
【０１４４】
個別力算出部１１の演算部１１ａのリファレンス情報選択部１６にて、近いリファレンス情報が選択できない場合、すなわち、計測情報データベース９の「リファレンス情報のＩＤ」に「−１」が設定されているとリファレンス情報修正通知部２４で判定する場合は、リファレンス情報の修正が必要であるとリファレンス情報修正通知部２４で判定する。また、個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した個別力の符号が、個別力を算出する際に使用した力検出部１３で検出した力の符号と異なるとリファレンス情報修正通知部２４判定する場合は、リファレンス情報の修正が必要であるとリファレンス情報修正通知部２４で判定する。修正が必要であるとリファレンス情報修正通知部２４で判定された場合は、リファレンス情報データベース２２の「再作成フラグ」には「１」をデータベース入出力部１４を介してリファレンス情報修正通知部２４で記憶する。
【０１４５】
例えば、図１７Ａの状態でリファレンス情報を生成した場合に、図１７Ｃのようにさらに傾けた場合には、個別力算出部１１のリファレンス情報選択部１６にて、近いリファレンス情報が選択できない。その場合には、修正が必要であるとリファレンス情報修正通知部２４で判定する。
【０１４６】
また、図１７Ｂのように腹壁３に力を加えて手術をしている間に、腹壁３がゆるみ、リファレンス情報を生成したときよりは弱い力しかかかっていない場合がある。その場合は、個別力算出部で算出する際に利用する力検出部１３で検出した合算の力が弱くなるため、その力から、以前に生成したリファレンス情報の力を個別力算出部１１の演算部１１ａで減じると、個別の力がゼロ若しくは符号が反転することとなる。その場合は、リファレンス情報修正通知部２４でリファレンス情報を修正する必要がある。
【０１４７】
ステップＳ６１にて、ｔＢ０時点の個別力ｆｉ０を、ｆｉ０＝ｆＢ０−ａＦとして個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出し、ｔＢ１時点での個別力ｆｉ１を、ｆｉ１＝ｆＢ１−ａＦＢとして個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出し、ｔＢ２時点での個別力ｆｉ２を、ｆｉ２＝ｆＢ２−ａＦとして個別力を個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する。例えば、個別力ｆｉ０と力検出部１３で検出した力ｆＢ０との符号をリファレンス情報修正通知部２４で比較する。符号が同じであるとリファレンス情報修正通知部２４で判定するならば、力計測処理はステップＳ６４へ進む。符合が異なるとリファレンス情報修正通知部２４で判定する場合には、リファレンス情報の修正が必要とリファレンス情報修正通知部２４で判定し、リファレンス情報データベース２２の「再作成フラグ」には「１」をデータベース入出力部１４を介してリファレンス情報修正通知部２４で記憶し、力計測処理はステップＳ６３へ進む。個別力ｆｉ１、ｆｉ２についても、同様に、リファレンス情報修正通知部２４で判定する。
【０１４８】
ステップＳ６２にて、リファレンス情報の修正が必要であるとリファレンス情報修正通知部２４で判定された場合には、リファレンス情報修正通知部２４にて、術者６に通知する（ステップＳ６３）。その後、リファレンス情報を修正するため、力計測処理はステップＳ５１に戻り、リファレンス情報をリファレンス情報生成部１５で作成する。
【０１４９】
ステップＳ６２にて、リファレンス情報の修正が不要であるとリファレンス情報修正通知部２４で判定された場合には、ステップＳ６４にて、ステップＳ６１で求めた個別力の負荷を、力判定部１２により判定する。具体的には、先ほど求めた個別力が、所定の第７閾値（個別力負荷判定用閾値）（例えば、０．５Ｎ）以上であるかどうかを力判定部１２により判定する。先ほど求めた個別力が、所定の第７閾値以上であると力判定部１２により判定された場合は、判定結果通知部１７により、モニタ１７ａ又はスピーカー１７ｂなどを介して術者６へ警告を通知する（ステップＳ６５）。ステップＳ６４にて、先ほど求めた個別力が、所定の第７閾値以上でないと力判定部１２により判定された場合は、力計測処理はステップＳ１に戻る。
【０１５０】
なお、第５閾値、第６閾値、及び、第７閾値は、それぞれ、臓器５の種類又は手術部位５により異なる値としても良い。例えば、第５閾値、第６閾値、及び、第７閾値は、事前に作成された複数の閾値から術者６が予め選択するか、キーボード又はボタンなどの入力装置により術者６が予め入力することも可能とする。
【０１５１】
《第２実施形態の効果》
以上のように、体外から配置した力検出部１３により、鉗子２ａ，２ｂが腹壁３にかかる力と、鉗子２ａ，２ｂが先端にかかる力とを個別に個別力算出部１１の演算部１１ａで算出する際に、リファレンス情報選択部１６でリファレンス情報を選択できなかった場合又は、腹壁３がゆるみ、以前に生成したリファレンス情報が使えない場合など、リファレンス情報の修正の必要性についてリファレンス情報修正通知部２４で判定し、必要であるとリファレンス情報修正通知部２４で判定した場合には、リファレンス情報修正通知部２４で術者６に通知することが可能となる。さらに、術者６は、リファレンス情報修正通知部２４からリファレンス情報の修正の有無の通知を受けて、修正が必要である場合は、リファレンス情報をリファレンス情報修正部２３で修正することができる。
【０１５２】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態は、図１９に示すように、力計測装置１又は１Ｃ（ここでは、代表例として力計測装置１（１ａ，１ｂ））を利用するマスタースレーブ装置１００を使って内視鏡手術を行う場合を例に説明する。
【０１５３】
まず、本発明の第３実施形態におけるマスタースレーブ装置１００の概要について説明する。術者６が内視鏡７で撮影された映像をモニタ１７ａで確認しながら、マスターロボット２５を操作すると、鉗子２ａ，２ｂ又は内視鏡７を把持しているスレーブロボット２６が動作する。また、それぞれの力計測装置１ａ，１ｂにより、体外から、腹壁３にかかる力又は鉗子２ａ，２ｂの先端にかかる力を個別に測定する。それぞれの力計測装置１ａ，１ｂで計測した個々の力は、スレーブロボット２６からマスターロボット２５へフィードバックすることで、術者６は、直接、鉗子２ａ，２ｂを操作している感覚で、スレーブロボット２６を操作することができる。また、各力計測装置１ａ，１ｂの力計測の開始及び終了の指示は、マスターロボット２５を操作して、スレーブロボット２６の挿入作業が開始及び終了と連動して行われる。
【０１５４】
次に、第３実施形態の力計測装置１及びマスターロボット２５及びスレーブロボット２６の詳細を説明する。図２０は、力計測装置１及びマスターロボット２５及びスレーブロボット２６の構成図である。
【０１５５】
《マスタースレーブ装置１００、マスターロボット２５、スレーブロボット２６》
マスタースレーブ装置１００は、本発明の第３実施形態における装置全体であり、作業を行うにあたり、術者６が遠隔により操作することができる装置である。マスターロボット２５は、術者６が直接触って操作するためのロボットシステムである。スレーブロボット２６は、マスターロボット２５と離れたところにあり、実際に作業を行うためのロボットシステムである。
【０１５６】
《マスター機構３３、スレーブ機構４０》
マスター機構３３は、術者６が直接触って操作するロボットであり、術者６が動かす際のサンプル時間毎の位置情報を取得し、マスター入出力ＩＦ３１に出力する。
スレーブ機構４０は、鉗子２ａ，２ｂを体内へ挿入する作業を行うロボットであり、マスター機構３３で取得した位置情報に追従するように動作する。
【０１５７】
《タイマー４３》
タイマー４３は、マスター制御部２８及びスレーブ制御部３５とそれぞれ接続されて、ある一定時間（例えば、１ｍｓｅｃ毎）の経過後に、マスター制御部２８若しくはスレーブ制御部３５を実行させる。なお、図２０では、タイマー４３が２個配置されているが、これに限られるものではなく、１つのタイマー４３がマスター制御部２８及びスレーブ制御部３５の両方に接続されるようにしてもよい。
【０１５８】
《マスター周辺装置３０、スレーブ周辺装置３９》
マスター周辺装置３０は、マスター機構３３とマスター制御装置２９との間の情報を伝達する。スレーブ周辺装置３９も同様に、スレーブ機構４０とスレーブ制御装置３４との間の情報を伝達する。ここで、マスター周辺装置３０は、マスター入出力ＩＦ３１とマスターモータドライバ３２とを備えている。スレーブ周辺装置３９は、スレーブ入出力ＩＦ３７とスレーブモータドライバ３８とを備えている。
【０１５９】
マスター入出力ＩＦ３１は、マスター機構３３からの位置情報が入力され、その位置情報をマスター制御装置２９のマスター制御部２８に出力する。また、マスター制御部２８からの位置情報を、タイマー４３を利用して、ある一定時間毎（例えば、１ｍｓｅｃ毎）に、マスター入出力ＩＦ３１を介してマスターモータドライバ３２に出力する。マスターモータドライバ３２は、マスター入出力ＩＦ３１からの位置情報が入力されて、その位置情報に追従するようにマスター機構３３の複数のリンクを接続する関節部に配置されたモータ（図示せず）を動かして、マスター機構３３を動作させる。
【０１６０】
スレーブ入出力ＩＦ３７は、スレーブ制御部３５からの位置情報が入力され、その位置情報をスレーブ周辺装置３９のスレーブモータドライバ３８に出力する。また、スレーブ機構４０からの位置情報を、タイマー４３を利用して、ある一定時間毎（例えば、１ｍｓｅｃ毎）に、スレーブ入出力ＩＦ３７を介してスレーブ制御部３５に出力する。スレーブモータドライバ３８は、スレーブ周辺装置３９のスレーブ入出力ＩＦ３７からの位置情報が入力され、その位置情報に追従するようにスレーブ機構４０の複数のリンクを接続する関節部に配置されたモータ（図示せず）を動かして、スレーブ機構４０を動作させる。
【０１６１】
《マスター制御装置２９、スレーブ制御装置３４》
マスター制御装置２９は、マスター制御部２８と力伝達部２７とタイマー４３とを備えている。マスター制御装置２９は、マスター機構３３が動いた位置情報を、タイマー４３を利用して、ある一定時間毎（例えば、１ｍｓｅｃ毎）に、スレーブ制御装置３４に出力することと、スレーブ制御装置３４から入力される力情報を術者６に伝達することとの二つの役割を持つ。マスター制御部２８は、術者６が力伝達部２７の力の情報に基づいてマスター機構３３を操作し、マスター機構３３の操作情報を電気信号に変換する。具体的には、マスター制御部２８は、マスター入出力ＩＦ３１からのマスター機構３３の位置情報を、タイマー４３を利用して、ある一定時間毎（例えば、１ｍｓｅｃ毎）に、スレーブ制御部３５に出力する。また、スレーブ制御部３５からの力情報をマスター制御部２８を介して力伝達部２７に出力する。
【０１６２】
力伝達部２７は、後述する補正部４１で補正した力の情報をマスター機構３３従って術者６に伝達する。具体的には、力伝達部２７は、スレーブ制御部３５からの力情報を目標値として、スレーブ制御部３５によりスレーブ機構３３を力制御することで、術者６の手に伝達する。力を発生させる方向については、マスター機構３３の挿入方向の１軸としたが、挿入方向とその垂直方向の３軸、又は、回転軸を加えた６軸でも良い。
【０１６３】
スレーブ制御装置３４は、スレーブ制御部３５と力伝達箇所決定部３６とタイマー４３と力補正部４１とを備えている。スレーブ制御装置３４は、マスター制御装置２９からの位置情報にスレーブ機構４０を追従させることと、力測定装置１で取得した力情報を基に力伝達箇所検出部３６にてマスター制御装置２９に伝達する力を決定し、決定した力を力補正部４１で補正し、補正した力をマスター制御装置２９に力情報として出力することとの二つの役割を持つ。それぞれの力計測装置１ａ，１ｂは、図１９に示すように、鉗子２ａ，２ｂの先端側でかつ体外でスレーブロボット２６が配置されている付近に配置する。スレーブ制御部３５は、スレーブ周辺装置３９を介してスレーブ機構４０と、マスター制御部２８とに接続され、マスター制御部２８から送られるマスター機構３３の操作情報を、スレーブ機構４０に伝達する制御信号を出力する。スレーブ制御部３５から伝達された制御信号に基づき、スレーブ機構４０が操作されてスレーブ動作を行う。
【０１６４】
《力測定装置１》
それぞれの力測定装置１ａ，１ｂは、第１実施形態又は第２実施形態の力測定装置１と同等の機能を有し、それぞれの力測定装置１ａ，１ｂからは力検出部１３からの出力値と、個別力算出部１１の演算部１１ａで算出した個別力と、力判定部１２での判定結果とが、下記する力伝達箇所決定部３６へ出力される。
【０１６５】
《力伝達箇所決定部３６》
力伝達箇所決定部３６は、力計測装置１で算出された力の情報により、スレーブ機構４０からマスター機構３３に伝達する力を決定する。具体的には、力伝達箇所決定部３６は、内部で保有している決定フラグに基づいて、それぞれの力測定装置１ａ，１ｂで決定した個々の個別力及び力検出部１３で検出した力の中から、マスター制御装置２９へ伝達すべき力を決定する。決定フラグとしては、力検出部１３で検出した力を伝達する場合は「０」を力伝達箇所決定部３６で設定し、力測定装置１で求めた個別力を伝達する場合は「１」を力伝達箇所決定部３６で設定する。決定フラグは、入力ＩＦ８により術者６が決定しても良いし、力測定装置１の力判定部１２で負荷があると判定された場合は、負荷がかかっている力を伝達するようにしても良い。
【０１６６】
《力補正部４１》
力補正部４１は、力伝達箇所決定部３６にて決定した力に切り替えるときに、力を補正する。具体的には、力補正部４１は、力伝達箇所決定部３６にて、決定フラグが切り替わった時点で急に力が変化しないように、切り替え前から切り替え後の力を滑らかに切り替わるようにスムージングをかけるように、力伝達箇所決定部３６からスレーブ制御部３５へ出力する力の値を補正する。
【０１６７】
第３実施形態におけるマスタースレーブ装置１００の操作手順を図２１のフローチャートを用いて説明する。図２１において、術者６がマスター機構３３を直接操作し、スレーブ機構４０を動作させて、鉗子２ａ，２ｂに挿入する際に鉗子２ａ，２ｂの体内側の先端が臓器５に接触するときの手順を説明する。
【０１６８】
まず、ステップＳ２０１では、鉗子２ａ，２ｂを体内にそれぞれ挿入する際に鉗子２ａ，２ｂの体内側の先端が臓器５にそれぞれ接触するとき、それぞれの力測定装置１で求めた個別力と力検出部１３で検出された力とより力情報をそれぞれ検出し、力伝達箇所決定部３６にそれぞれ出力する。
【０１６９】
次いで、ステップＳ２０２では、力伝達箇所決定部３６では、内部で保有している決定フラグが「０」の場合は、力検出部１３の力をスレーブ制御部３５に伝達するよう決定する。内部で保有している決定フラグが「１」の場合は、力測定装置１で求めた個別力をスレーブ制御部３５に伝達するよう決定する。決定フラグが「０」の場合は、力検出部１３の力が伝達されるため、術者６が鉗子２ａ，２ｂを直接把持したときと同等の力がスレーブ制御部３５に伝達するよう決定する。決定フラグが「１」の場合は、腹壁３の影響を無くし、鉗子２ａ，２ｂの先端にかかる力のみをスレーブ制御部３５にそれぞれ伝達するよう決定することができる。
【０１７０】
次いで、ステップＳ２０３では、スレーブ制御部３５に伝達すべき力の情報に対して、力伝達箇所決定部３６にて決定フラグが切り替わった時点で急に力が変化しないように、切り替え前から切り替え後の力を滑らかに切り替わるように、力補正部４１でスムージングをかける。スムージング後の力情報を、力伝達箇所決定部３６からスレーブ制御部３５に伝達するように出力する。
【０１７１】
次いで、ステップ２０４では、スレーブ制御部３５に出力された力情報がマスター制御部２８に送られ、力伝達部２７へと伝達する。力伝達部２７に入力された力情報は、術者６の手に伝達する。
【０１７２】
《第３実施形態の効果》
以上のように、術者６のマスターロボット１８への指示に従って、脳又は心臓などの人体４の患部に向けて、鉗子２ａ，２ｂを体外からスレーブロボット１９により挿入する場合に、従来の術者６が鉗子２ａ，２ｂを直接把持したときと同等の力、若しくは、鉗子２ａ，２ｂの先端にかかる力のみを伝達することを力伝達箇所決定部３６で切り替えることが可能となる。よって、前者では、従来の術者６が鉗子２ａ，２ｂを直接把持したときの力を感じることができ、後者の場合だと腹壁３にかかる力に関係なく、鉗子２ａ，２ｂの先端の力のみの力を伝達することができるようになる。
【０１７３】
（第４実施形態）
第４実施形態は、第３実施形態と同様に、図１９に示すように、マスタースレーブ装置１００Ｄを使って鉗子２ａ，２ｂを体内に挿入する場合を例に説明する。第４実施形態としては、第１、２、３実施形態と共通部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ以下、詳細に説明する。
【０１７４】
まずは、第３実施形態で使用した図１９により、本発明の第４実施形態におけるマスタースレーブ装置１００Ｄの概要について説明する。図１９に図示された構成については、第３実施形態と第４実施形態とは同じであり、マスターロボット２５及びスレーブロボット２６の内部構成のみ異なる。
【０１７５】
術者６がマスターロボット２５を操作して、鉗子２ａ，２ｂを体内に挿入している間、それぞれの力計測装置１ａ，１ｂにより、鉗子２ａ，２ｂが腹壁３にかかる力又は鉗子２ａ，２ｂの体内側の先端が臓器５にかかる力を個別に計測し、負荷がかかっていると判定される場合などには、モニタ１７ａ又はスピーカー１７ｂにより警告する事に加えて、スレーブロボット２６によってスレーブの制御を停止させる。
【０１７６】
さらに、術者６は、第３実施形態と同様、モニタ１７ａに表示された内視鏡の映像、又は、それぞれの力計測装置１ａ，１ｂからの警告などを確認しながら、鉗子操作の指示を行うことができる。また、力計測装置１の力計測の開始及び終了の指示は、マスターロボット２５を操作してスレーブロボット２６の挿入作業が開始及び終了と連動して行われる。
【０１７７】
次に、第４実施形態の力計測装置１ａ，１ｂ及びマスターロボット２５及びスレーブロボット２６の詳細を説明する。図２２は、力計測装置１及びマスターロボット２５及びスレーブロボット２６の構成図である。第４実施形態と第３実施形態との共通部分の説明は省略し、第３実施形態と異なる部分のみ、以下で説明する。
【０１７８】
《スレーブ機構４０》
スレーブ機構４０は、鉗子２ａ，２ｂを体内へ挿入するロボットである。スレーブ機構４０は、マスター機構３３で取得した位置情報に追従するように動作することに加えて、後述するスレーブ動作生成部３５で生成した動作で動作する。
【０１７９】
《スレーブ制御装置３４》
スレーブ制御装置３４は、スレーブ制御部３５と力伝達箇所決定部３６とタイマー４３と力補正部４１とを第３実施形態と同様に備えている他、さらに、スレーブ動作生成部４２を備えている。スレーブ制御装置３４は３つの役割を持っている。１つ目は、マスター制御装置２９からの位置情報にスレーブ機構４０を追従させることである。２つ目は、力測定装置１で取得した力情報を基に力伝達箇所検出部３６にてマスター制御装置２９に伝達する力を決定し、決定した力を力補正部４１で補正し、補正した力をマスター制御装置２９に力情報として出力することである。３つ目は、スレーブ動作生成部４２で生成した動作を基に制御することである。各力計測装置１（１ａ，１ｂ）は、図１９に示すように、鉗子２ａ，２ｂの先端側でかつ体外でスレーブロボット１９が配置されている付近に配置する。
【０１８０】
《スレーブ動作生成部４２》
スレーブ動作生成部４２は、力判定部１２にて力情報が負荷判定用閾値以上であり生体４に負荷が作用していると判定された場合に、スレーブ機構４０によるスレーブ動作を停止する動作を生成する。具体的には、スレーブ動作生成部４２は、各力測定装置１で取得した力情報又は負荷判定結果を基に、スレーブ動作を停止する動作を生成する。スレーブ動作生成部４２は、力計測装置１の力判定部１２で負荷があると判定された場合には、スレーブ動作を停止するようスレーブ制御部３５へ指令を出す。
【０１８１】
第４実施形態におけるマスタースレーブ装置１００Ｄの操作手順を、図２３のフローチャートを用いて説明する。
【０１８２】
図２３において、術者６がマスター機構３３を直接触り、鉗子２ａ，２ｂを体内に挿入するスレーブ機構４０を操作している場合において、鉗子２ａ，２ｂが人体４などに接触するときのスレーブ機構４０の制御手順を説明する。
【０１８３】
ステップＳ３０１では、鉗子２ａ，２ｂを体内に挿入する際に鉗子２ａ，２ｂの体内側の先端が臓器５に接触するとき、力測定装置１と力検出部１３とより力情報を検出し、スレーブ動作生成４２に出力する。
【０１８４】
次いで、ステップＳ３０２のスレーブ動作生成部４２では、力計測装置１の力判定部１２で負荷があると判定されたか否かを検出する。
【０１８５】
ステップＳ３０２で力計測装置１の力判定部１２で負荷があると判定された場合には、スレーブ動作生成部４２は、制御手順はステップＳ３０３に進み、スレーブ動作を停止するようスレーブ制御部へ指令を出す。一方、ステップＳ３０２で力計測装置１の力判定部１２で負荷が無いと判定された場合には、制御手順はステップＳ３０４へ進む。
【０１８６】
ステップ３０４では、スレーブ動作生成部４２からの指令により、スレーブ機構４０を制御する。
【０１８７】
《第４実施形態の効果》
以上のように、生体４に負荷がかかっていると力判定部１２で判定する場合などには、モニタ８ａ又はスピーカー８ｂにより術者６に警告する事に加えて、スレーブロボット２６によってスレーブの制御を停止させるため、生体４をこれ以上傷つけないようにすることができる。
【０１８８】
（変形例）
なお、第１実施形態では、図１２Ｃに示すように鉗子２ａ，２ｂをｚ軸方向に、第２実施形態では図１７Ａのようにｘ軸方向に力を加えている例と示している。が、ｘ軸方向の符号が異なる方向、又は、ｙ軸方向へ傾けた状態で鉗子２ａ，２ｂを挿入する場合も、同様の方法で力を計測することができる。
【０１８９】
また、第１実施形態では図１０Ａ〜図１０Ｅに示すように、複数の方向のリファレンス情報を実際に操作をして生成するようにしたが、例えば、リファレンス情報をｘ軸プラス方向に生成しておけば、ｘ軸マイナス方向のリファレンス情報は、符号を逆転することで生成するようにしても良い。
【０１９０】
また、リファレンス情報生成部１５又は個別力算出部１１の演算部１１ａにより、力の変位により自動的に基準点を算出したが、例えば腹壁３を通過した時点を基準点とするなど、術者６が基準点を入力ＩＦ８により設定しても良い。
【０１９１】
また、リファレンス情報修正部２３により、修正する前のリファレンス情報を置き換えて修正するとしたが、前に生成したリファレンス情報は残しておき、新たに修正したリファレンス情報を追加するようにしても良い。
【０１９２】
さらに、前記実施形態では、鉗子２ａ，２ｂの挿入方向のみを説明したが、挿入方向と垂直の方向についても同様の方法で計測することができる。
【０１９３】
また、前記実施形態では、腹壁３と臓器の２箇所での個別の力を算出したが、臓器３の部位を分けて、２箇所以上の個別の力を算出するようにしても良い。
【０１９４】
また、この明細書では、計測対象部位以外の部位の例として、体内と体外とを隔てる壁として腹壁３を代表例として説明しているが、腹壁３に限られるものではなく、胸壁などの体壁でもよい。要するに、手術部位を含む治療部位又は検査部位などの計測対象部位が位置する体内と、体外とを隔てる部分を意味しているにすぎないものである。例えば、計測対象部位が肝臓である場合には、計測対象部位以外の部位は、皮膚を含む腹壁と脂肪とを含んでいる。
【０１９５】
また、器具交換時に、必ず、リファレンス情報を再度生成するようにしてもよいし、代わりに、器具が同様なものならば、既に生成されたリファレンス情報を使用するようにしてもよい。このとき、器具に配置された力計測装置１のリファレンス情報データベース２２などに器具の識別情報を持つようにすれば、識別情報同士を比較することにより、ステップＳ２でのリファレンス情報の生成の必要性の判定を自動的に行うこともできる。
【０１９６】
なお、本発明を第１〜第３実施形態及び変形例に基づいて説明してきたが、本発明は、前記の第１〜第３実施形態及び変形例に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
【０１９７】
前記各力計測装置の一部又は全部は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭ又はハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各部は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
【０１９８】
例えば、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをＣＰＵ等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。なお、前記実施形態又は変形例における力計測装置を構成する要素の一部又は全部を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、術者が生体の体内に器具を挿入して行なう内視鏡手術の際に、前記体内に挿入する前記器具が前記生体に接触する際の力を測定する力計測プログラムであって、
コンピュータに、
前記生体の外部に配置された力検出部で、前記生体の前記体内に先端を挿入する前記器具が前記生体に作用する力を検出するステップと、
前記器具の前記先端が前記生体の前記体内に挿入されかつ前記体内の部位に非接触な状態での前記力に関する情報であるリファレンス情報をリファレンス情報生成部で生成するステップと、
前記生体の前記体内に前記器具を挿入する際に、前記力検出部で検出した力の情報と前記リファレンス情報生成部で生成された前記リファレンス情報とから前記器具が前記体内の部位に作用する力を個別に個別力算出部で算出するステップとを実行させるための力計測プログラムである。
【０１９９】
また、このプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどの光ディスク、磁気ディスク、又は、半導体メモリなど）に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。
【０２００】
また、このプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。
【０２０１】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２０２】
本発明にかかる力計測装置、力計測方法、力計測プログラム、力計測用集積電子回路、並びに、マスタースレーブ装置は、鉗子を生体内に挿入する際の力を計測する、力計測装置、力計測方法、力計測プログラム、並びに、力計測用集積電子回路として有用である。さらに、本発明にかかるマスタースレーブ装置は、力計測装置を利用するマスタースレーブ装置として有用である。
【符号の説明】
【０２０３】
１，１Ｃ  力計測装置
１ａ  第１の力計測装置
１ｂ  第２の力計測装置
２  鉗子
２ａ  第１の鉗子
２ｂ  第２の鉗子
３  腹壁
４  人体
５  臓器
６  術者
６ａ  第１の術者
６ｂ  第２の術者
７  内視鏡  
８  入力ＩＦ
９  計測情報データベース
１０  タイマー  
１１  個別力算出部
１２  力判定部
１３  力検出部
１４  データベース入出力部
１５  リファレンス情報生成部
１６  リファレンス情報選択部
１７  判定結果通知部
１７ａ  モニタ
１７ｂ  スピーカー
１８ａ  トロッカー
１８ｂ  トロッカー
１８ｃ  トロッカー
１９  器具位置検出部
２０  磁力計測部
２１  磁界発生源
２２  リファレンス情報データベース
２３  リファレンス修正部
２４  リファレンス情報修正通知部
２５  マスターロボット
２６  スレーブロボット
２７  力伝達部
２８  マスター制御部
２９  マスター制御装置
３０  マスター周辺装置
３１  マスター入出力ＩＦ
３２  マスターモータードライバ
３３  マスター機構
３４  スレーブ装置
３５  スレーブ制御部
３６  力伝達箇所決定部
３７  スレーブ入出力ＩＦ
３８  スレーブモータードライバ
３９  スレーブ周辺装置
４０  スレーブ機構
４１  力補正部
４２  スレーブ動作生成部
４３  タイマー
４４  計測情報生成部  
７０  寝台
１００，１００Ｄ  マスタースレーブ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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