(57)【要約】【課題】単孔式腹腔鏡下手術用の外科手術システムにおいて、手術器具及び内視鏡カメラの位置精度を高める。【解決手段】外科手術システムは、ロボット本体及びスレーブコントローラを含む手術支援ロボットと、コンソールとを備える。ロボット本体は、エントリーガイド、エントリーガイド支持装置、及び、遠位端部にエンドエフェクタが設けられた少なくとも１つのマニピュレータを有する。エントリーガイドは、内筒と、内筒が挿入軸方向に内挿された外筒と、外筒に対し内筒を挿入軸方向に変位させるガイド進出装置とを含む。エントリーガイドから進出したエンドエフェクタの位置及び姿勢を維持しつつ、内筒を外筒に対し挿入軸方向に沿って所定の可動範囲内でエンドエフェクタへ向けて進出させる。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット本体及びスレーブコントローラを有する手術支援ロボットと、前記スレーブコントローラと通信可能に接続され、術者が入力した指令を前記スレーブコントローラに伝達するコンソールとを備え、
前記ロボット本体は、
挿入軸方向に延びる内筒と、前記内筒が前記挿入軸方向に内挿された外筒と、前記外筒に対し前記内筒を前記挿入軸方向に変位させるガイド進出装置とを含むエントリーガイドと、
前記エントリーガイドを支持するエントリーガイド支持装置と、
遠位端部にエンドエフェクタが設けられ、前記内筒に挿入される少なくとも１つのマニピュレータと、を有し、
前記スレーブコントローラは、前記エントリーガイドから進出した前記エンドエフェクタの位置及び姿勢を維持しつつ、前記内筒を前記外筒に対し前記挿入軸方向に沿って所定の可動範囲内で前記エンドエフェクタへ向けて進出させる、エントリーガイド進出動作を行うように前記ロボット本体を制御する、
外科手術システム。
【請求項２】
前記スレーブコントローラは、前記エンドエフェクタの前記エントリーガイドの出口からの前記挿入軸方向の進出量が所定の閾値を超えると、前記ロボット本体に前記エントリーガイド進出動作をさせる、
請求項１に記載の外科手術システム。
【請求項３】
前記コンソールは、術者から前記手術支援ロボットへの指令の入力を受け付ける操作入力装置、及び、マスタコントローラを有し、
前記マスタコントローラは、前記操作入力装置が受け付けたガイド移動指令を前記スレーブコントローラへ伝達し、
前記スレーブコントローラは、前記ガイド移動指令に応答して、前記エンドエフェクタの前記エントリーガイドの出口からの前記挿入軸方向の進出量が所定の閾値を超えていれば、前記ロボット本体に前記エントリーガイド進出動作をさせる、
請求項１に記載の外科手術システム。
【請求項４】
前記マニピュレータは、遠位端部に内視鏡カメラが設けられた内視鏡マニピュレータを含み、
前記コンソールは、内視鏡画像を表示するディスプレイ装置を含み、
前記スレーブコントローラは、前記可動範囲に係る情報を前記マスタコントローラへ伝達し、
前記マスタコントローラは、前記可動範囲に係る情報を前記内視鏡画像と共に前記ディスプレイ装置に表示させる、
請求項３に記載の外科手術システム。
【請求項５】
前記スレーブコントローラは、前記エンドエフェクタの前記エントリーガイドからの前記挿入軸方向の進出量が所定の閾値を超えると、ガイド進出許可情報を前記マスタコントローラへ伝達し、
前記マスタコントローラは、前記ガイド進出許可情報に応答して、前記ディスプレイ装置及び前記操作入力装置のうち少なくとも一方に、前記エントリーガイド進出動作を許可する情報を出力する、
請求項４に記載の外科手術システム。
【請求項６】
前記エントリーガイドは、前記マニピュレータが挿入される少なくとも１つのガイドボアを形成し、且つ、当該エントリーガイドの他の部分から前記挿入軸方向に抜き出せる抜出部を含む、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の外科手術システム。
【請求項７】
前記マニピュレータは、遠位端部に手術器具が設けられた器具マニピュレータと遠位端部に内視鏡カメラが設けられた内視鏡マニピュレータとを含み、
前記コンソールからの指令に応答して前記手術器具の位置及び姿勢を変化させる器具操作モードと、前記コンソールからの指令に応答して前記内視鏡カメラの位置及び姿勢を変化させる内視鏡操作モードと、前記コンソールからの指令に応答して前記エントリーガイドの遠位端部の位置及び姿勢を変化させるガイド操作モードとを含む複数の制御モードを規定し、
前記ガイド操作モードにおいて、前記スレーブコントローラは、前記内筒、前記器具マニピュレータ、及び前記内視鏡マニピュレータの相対的な位置関係が保持されるように、前記ロボット本体を動作させる、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の外科手術システム。
【請求項８】
前記コンソールは、前記エントリーガイドの移動指令の入力を受け付けるガイド操作手段、及び、前記内視鏡カメラの移動指令の入力を受け付ける内視鏡操作手段として機能する操作具を有し、
前記ガイド操作モードにおいて、前記コンソールは、前記術者が前記操作具を手前に引く動作に対応して前記内筒の進出移動指令を生成し、前記術者が前記操作具を前方に押し出す動作に対応して前記内筒の後退移動指令を生成し、前記術者が前記操作具を左／右に動かす動作に対応して前記内筒の右／左移動指令を生成し、前記術者が前記操作具を回転させる動作に対応して前記内筒の回転移動指令を生成し、生成した指令を前記スレーブコントローラへ伝達し、
前記内視鏡操作モードにおいて、前記コンソールは、前記術者が前記操作具を手前に引く動作に対応して前記内視鏡カメラの進出移動指令を生成し、前記術者が前記操作具を前方に押し出す動作に対応して前記内視鏡カメラの後退移動指令を生成し、前記術者が前記操作具を左／右に動かす動作に対応して前記内視鏡カメラの右／左移動指令を生成し、前記術者が前記操作具を回転させる動作に対応して前記内視鏡カメラの回転移動指令を生成し、生成した指令を前記スレーブコントローラへ伝達する、
請求項７に記載の外科手術システム。
【請求項９】
前記コンソールは、前記制御モードを前記内視鏡操作モードに切り替える指令、及び、前記制御モードを前記ガイド操作モードに切り替える指令の入力を受け付ける単一の操作具を有する、
請求項７又は８に記載の外科手術システム。
【請求項１０】
前記ロボット本体は２本の前記器具マニピュレータを含み、
前記コンソールは、２本の前記器具マニピュレータに対応して、前記手術器具の位置及び姿勢の移動指令の入力を受け付ける２本のマスタマニピュレータを有し、前記ガイド操作モードにおいて、前記２本のマスタマニピュレータの相対的な姿勢が保持されるように前記２本のマスタマニピュレータの動作を制限する、
請求項７〜９のいずれか一項に記載の外科手術システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスタースレイブ型の手術支援ロボットを含む外科手術システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マスタースレイブ型の手術支援ロボットを含む外科手術システムが知られている。外科手術システムを用いた手術では、術者がコンソールを用いて手術支援ロボットの動作を遠隔操作して、手術支援ロボットが患者の手術部位に施術する。例えば、特許文献１には、この種の外科手術システムが開示されている。
【０００３】
特許文献１の遠隔操作手術システムは、単孔式腹腔鏡下手術を行うためのものである。この遠隔操作手術システムは、ペイシェントカート（手術支援ロボットに相当する）と、サージョンコンソールとを備える。ペイシェントカートは、マニピュレータに支持された複数の外科装置アセンブリを備える。外科装置アセンブリは、手術器具及び可動手首を含むインストルメント、インストルメントの駆動装置、及び、それらを連結する滅菌アダプタを含む。
【０００４】
また、特許文献２の手術支援ロボットは、患者の体壁に挿入されたエントリーガイド（ツールガイド）に挿入されることによって束ねられた複数のインスツルメント及びイメージキャプチャー装置を備えている。エントリーガイドは、ガイドホルダによって、ペイシェントカートに支持されたロボットアームアセンブリに支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１６−５３０００４号公報
【特許文献２】ＵＳ８０２９５１６  Ｂ２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２に示される手術支援ロボットでは、複数の手術器具や内視鏡が、患者の体表に挿入された単一のエントリーガイドに挿入されることによって、束ねられ、また、相互の位置関係が保持されている。手術器具に接続されたマニピュレータアームは、極めて細いため、剛性が低い。よって、手術器具のエントリーガイドからの進出量が大きくなれば、手術器具に接続されたマニピュレータアームのうちエントリーガイドから進出した部分に撓みや振れが生じて、手術器具や内視鏡の位置及び姿勢の精度が低下するおそれがある。
【０００７】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、単孔式腹腔鏡下手術用の外科手術システムにおいて、遠位端部に手術器具又は内視鏡カメラを備えるマニピュレータの撓みや振れを低減して、手術器具及び内視鏡カメラの位置精度を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る外科手術システムは、ロボット本体及びスレーブコントローラを有する手術支援ロボットと、前記スレーブコントローラと通信可能に接続され、術者が入力した指令を前記スレーブコントローラに伝達するコンソールとを備える。
前記ロボット本体は、挿入軸方向に延びる複数の平行なガイドボアが設けられた内筒と、前記内筒が前記挿入軸方向に内挿された外筒と、前記外筒に対し前記内筒を前記挿入軸方向に変位させるガイド進出装置とを含むエントリーガイドと、前記エントリーガイドを支持するエントリーガイド支持装置と、遠位端部に手術器具が設けられ、前記ガイドボアのうちの１つに挿入される器具マニピュレータと、遠位端部に内視鏡カメラが設けられ、前記ガイドボアのうち他の一つに挿入される内視鏡マニピュレータと、を有する。
前記スレーブコントローラは、前記エントリーガイドから患者の体腔内へ進出した前記内視鏡カメラ及び前記手術器具の位置及び姿勢を維持しつつ、前記内筒を前記外筒に対し前記挿入軸方向に沿って所定の可動範囲内で前記体腔内へ進出させる、エントリーガイド進出動作を行うように前記ロボット本体を制御する。
【０００９】
上記外科手術システムによれば、エントリーガイド進出動作によって、器具マニピュレータ及び内視鏡マニピュレータの遠位端部と、エントリーガイドの遠位端部（即ち、内筒の遠位端部）とが近づく。換言すれば、器具マニピュレータ及び内視鏡マニピュレータのうちエントリーガイドの出口から進出している長さが短くなる。よって、器具マニピュレータ及び内視鏡マニピュレータのうちエントリーガイドの出口から進出している部分の振れや撓みが低減され、手術器具及び内視鏡カメラの位置精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、単孔式腹腔鏡下手術用の外科手術システムにおいて、遠位端部に手術器具又は内視鏡カメラを備えるマニピュレータの撓みや振れを低減して、手術器具及び内視鏡カメラの位置精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る外科手術システムの全体的な概略構成を示す図である。
【図２】図２は、エントリーガイドの側面図である。
【図３】図３は、エントリーガイドの平面図である。
【図４】図４は、手術器具を有する器具マニピュレータの一例を示す図である。
【図５】図５は、器具マニピュレータの関節構成を説明する図である。
【図６】図６は、内視鏡カメラを有する内視鏡マニピュレータの一例を示す図である。
【図７】図７は、コンソールの平面図である。
【図８】図８は、器具操作モードにおける処理の流れを示した外科手術システムの制御系統の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、ガイド操作モードにおける処理の流れを示した外科手術システムの制御系統の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０の各図はエントリーガイドの内筒が進出する様子を説明する図であり、図１０（Ａ）は内筒が後退している様子を示す図、図１０（Ｂ）は内筒が進出している様子を示す図である。
【図１１】図１１は、エントリーガイドの内筒を外筒から引き抜いた様子を示す図である。
【図１２】図１２は、変形例に係るエントリーガイドの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る外科手術システム１００の全体的な概略構成を示す図である。図１に示す外科手術システム１００は、単孔式腹腔鏡下手術を行うためのものであって、手術支援ロボット１と、コンソール７とを備える。以下、外科手術システム１００の各構成要素について詳細に説明する。
【００１３】
〔手術支援ロボット１〕
手術支援ロボット１は、外科手術システム１００と患者Ｐとのインターフェースを構成する。手術支援ロボット１は、滅菌野である手術室内において患者Ｐが横たわる手術台の傍らに配置される。
【００１４】
手術支援ロボット１は、ロボット本体２と、スレーブコントローラ３とを備える。ロボット本体２は、複数の手術マニピュレータ２０と、単一のエントリーガイド９と、患者Ｐに対し手術マニピュレータ２０及びエントリーガイド９を位置決めするポジショナ１０とを含む。
【００１５】
（エントリーガイド９）
エントリーガイド９は、患者Ｐの体表に留置されたカニューレ（図示略）に取り付けられている。図２は、エントリーガイド９の側面図であり、図３は、エントリーガイド９の平面図である。図２及び図３に示すエントリーガイド９は、外筒９１、内筒９２、及びガイド進出装置９３を含む。
【００１６】
外筒９１は、挿入軸方向Ｘiに延びる筒体である。外筒９１は、後述するポジショナ１０のエントリーガイド支持部１４ｂに保持される。よって、ポジショナ１０の動作により、外筒９１の位置及び姿勢が変化する。
【００１７】
内筒９２は、挿入軸方向Ｘiに延びる筒体又は円柱体であって、外筒９１に同心状に内挿されている。内筒９２には、内筒９２を挿入軸方向Ｘiに貫通する複数のガイドボア９０が形成されている。複数のガイドボア９０は平行に配置されている。各ガイドボア９０に、手術マニピュレータ２０が個別に挿入される。
【００１８】
ガイド進出装置９３は、外筒９１に対し内筒９２を挿入軸方向Ｘiに変位させる直動装置である。本実施形態において、ガイド進出装置９３は、外筒９１に設けられた駆動部及びレールと、内筒９２に設けられたスライダからなる電動式のリニアスライダである。但し、ガイド進出装置９３は本実施形態に限定されない。ガイド進出装置９３として、電動式又は流体圧式のリニアスライダ、電動式のラックアンドピニオン、電動式又は流体圧式のシリンダなどの、公知の直動装置を採用することができる。
【００１９】
（ポジショナ１０）
図１に戻って、ポジショナ１０は、エントリーガイド９を支持するエントリーガイド支持装置としての機能を有する。ポジショナ１０は、台車１１に支持された水平多関節型マニピュレータ１２と、水平多関節型マニピュレータ１２の遠位端部に設けられた支持部材１２ｂと、この支持部材１２ｂを介して水平多関節型マニピュレータ１２に支持された垂直多関節型マニピュレータ１３と、垂直多関節型マニピュレータ１３の遠位端部に設けられた支持フレーム１４とを含む。但し、ポジショナ１０の構成は本実施形態に限定されず、エントリーガイド９を目標の位置及び姿勢へ良好な精度で位置決めできるものであればよい。このようなポジショナ１０は、例えば、ここに参照により引用する特開２０１７−１０４４５３号公報に記載されている。
【００２０】
支持フレーム１４はチャンネル型を呈し、一方の端部と他方の端部とが間をおいて対峙している。支持フレーム１４の一方の端部には、エントリーガイド９を支持するエントリーガイド支持部１４ｂが設けられている。また、支持フレーム１４の他方の端部には、手術マニピュレータ支持部１４ａが設けられている。手術マニピュレータ支持部１４ａとエントリーガイド支持部１４ｂの相対位置は可変であってもよいし、一定であってもよい。
【００２１】
手術マニピュレータ支持部１４ａには、複数の手術マニピュレータ２０を纏めて支持する支持ブロック１５が設けられている。複数の手術マニピュレータ２０は、手術器具２８を有する器具マニピュレータ２１と、内視鏡カメラ３３を有する内視鏡マニピュレータ３１とを含む。
【００２２】
（器具マニピュレータ２１）
図４は、手術器具２８を有する器具マニピュレータ２１の一例を示す図である。図４に示す器具マニピュレータ２１は、並進ユニット２２、駆動ユニット２３、伝動ユニット２５、細長い中空シャフト状のアーム２６、手首部２７、及び、エンドエフェクタとしての手術器具２８が、近位端部から遠位端部に向かって順に連接されて成る。
【００２３】
並進ユニット２２は、器具マニピュレータ２１において並進関節を形成する。並進ユニット２２は、所謂直動装置であって、例えば、電動式のリニアスライドシリンダであってよい。並進ユニット２２は、支持ブロック１５に固定されている。並進ユニット２２のスライダには、駆動ユニット２３が取り付けられている。伝動ユニット２５、アーム２６、手首部２７、及び手術器具２８は一体的に構成されており、伝動ユニット２５はアダプタ２４ａ，２４ｂを介して駆動ユニット２３に脱着可能に接続される。
【００２４】
並進ユニット２２の動作によって、器具マニピュレータ２１の並進ユニット２２を除く部分が、エントリーガイド９の挿入軸方向Ｘiと平行に移動する。このような器具マニピュレータ２１の並進移動により、エントリーガイド９のガイドボア９０に器具マニピュレータ２１のアーム２６、手首部２７、及び手術器具２８を含む遠位部分を挿入し、また、ガイドボア９０に挿入された器具マニピュレータ２１の遠位部分を患者Ｐの体腔へ進出させたり体腔から後退させたりすることができる。
【００２５】
アーム２６は、遠位側から順に連接された、近位リンク２６５、中間リンク２６６、及び遠位リンク２６７を含む。これらのリンクは、実質的に中空状の直管で構成される。図５に示すように、近位リンク２６５と中間リンク２６６との間は、ねじれ関節及び曲げ関節を含む肩部２６２で接続されている。中間リンク２６６と遠位リンク２６７との間は、曲げ関節を含む肘部２６３で接続されている。
【００２６】
図４に戻って、アーム２６の遠位端部は手首部２７の近位端部と接続されている。手首部２７の遠位端部は、手術器具２８の近位端部と接続されている。図５に示すように、手首部２７は、遠位側から順に連接された曲げ関節及びねじれ関節を含む。
【００２７】
肘部２６３及び肩部２６２は、近位リンク２６５と遠位リンク２６７とが平行を維持するように連動してもよい。肘部２６３及び肩部２６２を連動させる機構は、ここに参照により引用するＵＳ２０１７／０５６１１８Ａ１に記載されている。或いは、肘部２６３及び肩部２６２が独立して動作して、近位リンク２６５と遠位リンク２６７とが非平行となってもよい。
【００２８】
アーム２６及び手首部２７に含まれる曲げ関節は、例えば、板厚方向に直列的に並べられた複数の板状のセグメントと、複数のセグメントに亘って板厚方向に挿通された操作ケーブルとによって実現されてよい。このような曲げ関節は、例えば、ここに参照として引用する国際公開ＷＯ２０１７／００６３７３Ａ１に記載されている。但し、アーム２６及び手首部２７に含まれる曲げ関節は上記構成に限定されず、公知の曲げ関節構造を採用してもよい。
【００２９】
アーム２６及び手首部２７に含まれるねじれ関節は、例えば、内外二重筒と、外筒に対し内筒を回転させる操作ケーブルによって実現されてよい。このようなねじれ関節は、例えば、ここに参照により引用する国際公開ＷＯ２０１７／００６３７４Ａ１に記載されている。但し、アーム２６及び手首部２７に含まれるねじれ関節は上記構成に限定されず、公知のねじれ関節構造を採用してもよい。
【００３０】
手術器具２８は、患者Ｐの腹腔における手術部位に挿入され、手術部位における目標組織の所望の処理又は医療機能を実行するために腹腔の外側から駆動可能な実際の被操作部を意味する。手術器具２８は、鉗子、把持器、鋏、ステープラ、針保持器、及び電気メスなどの外科器具であってよい。また、手術器具２８は、電子外科電極、トランスデューサ、センサなどの電気的に駆動される機器であってもよい。また、手術器具２８は、吸入、ガス注入、洗浄、処理流体、アクセサリ導入、生検摘出などのための流体を供給するノズルであってもよい。
【００３１】
手首部２７及びアーム２６は中空状であって、手術器具２８、手首部２７、及びアーム２６の操作ケーブルや各種ケーブルは手首部２７及びアーム２６の中を通って伝動ユニット２５まで延びている。伝動ユニット２５には、各操作ケーブルに対し、操作ケーブルを巻き掛けた駆動ディスク（図示略）が設けられている。各駆動ディスクには、駆動ユニット２３内に設けられたサーボモータなどの駆動源（図示略）からアダプタ２４ａ，２４ｂを介してトルクが伝達される。駆動ディスクの回転により操作ケーブルが弛緩される又は引っ張られることにより、手術器具２８、手首部２７、及びアーム２６が動作する。
【００３２】
（内視鏡マニピュレータ３１）
図６は、内視鏡カメラ３３を有する内視鏡マニピュレータ３１の一例を示す図である。図６に示す内視鏡マニピュレータ３１は、遠位端部に対物レンズやライトガイドを含む内視鏡カメラ３３がエンドエフェクタとして設けられている。
【００３３】
内視鏡マニピュレータ３１は、遠位端部に設けられた手術器具２８を除いて、器具マニピュレータ２１と実質的に同様の構成を有している。即ち、上記の器具マニピュレータ２１の説明において、遠位端部に設けられた手術器具２８を内視鏡カメラ３３に読み替えることによって、内視鏡マニピュレータ３１の構成を説明できる。以上から、前述の器具マニピュレータ２１の説明を参照し、図６において器具マニピュレータ２１と対応する要素に同じ符号を付すことによって、内視鏡マニピュレータ３１の構成についての詳細な説明を省略する。なお、本実施形態に係る手術支援ロボット１は、内視鏡マニピュレータ３１と器具マニピュレータ２１とが類似する軸構造を有するが、内視鏡マニピュレータ３１は器具マニピュレータ２１と異なる軸構造を有していてもよい。
【００３４】
（スレーブコントローラ３）
スレーブコントローラ３は、コンソール７と通信可能に接続されている。スレーブコントローラ３は、コンソール７が受け付けた指令に応答して手術支援ロボット１のロボット本体２を動作させる。また、スレーブコントローラ３は、コンソール７で内視鏡カメラ３３の内視鏡画像を表示させたり、コンソール７にロボット本体２の動作に対応した動作を行わせたりするために、コンソール７に情報を送信する。
【００３５】
スレーブコントローラ３は、いわゆるコンピュータであって、ＣＰＵ等の演算処理部、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部を有している（いずれも図示略）。記憶部には、演算処理部が実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。演算処理部は、コンソール７を含む他の装置とのデータ送受信を行う。また、演算処理部は、各種センサからの検出信号の入力や各制御対象への制御信号の出力を行う。スレーブコントローラ３では、記憶部に記憶されたプログラム等のソフトウェアを演算処理部が読み出して実行することにより、後述するスレーブコントローラ３としての機能を実現するための処理が行われる。なお、スレーブコントローラ３は単一のコンピュータによる集中制御により各処理を実行してもよいし、複数のコンピュータの協働による分散制御により各処理を実行してもよい。また、スレーブコントローラ３は、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等から構成されていてもよい。
【００３６】
スレーブコントローラ３は、エントリーガイド９を所定の位置及び姿勢に位置決めするように、ポジショナ１０の動作を制御するポジショナ制御機能を有する。ポジショナ１０の水平多関節型マニピュレータ１２及び垂直多関節型マニピュレータ１３は、各関節について設けられたサーボモータ、各関節の回転位置を検出する回転センサ、及び、サーボモータの動力を関節へ伝達する動力伝達機構を含む駆動部を備える（いずれも図示略）。
【００３７】
スレーブコントローラ３は、各器具マニピュレータ２１の動作を制御する手術器具制御機能を有する。より詳細には、スレーブコントローラ３は、手術器具２８の動作を制御する機能と、手術器具２８を指令と対応する位置及び姿勢とさせるように器具マニピュレータ２１の動作を制御する機能とを有する。各器具マニピュレータ２１は、各関節について設けられたサーボモータ、モータの回転位置を検出する回転センサ、及び、サーボモータの動力を関節へ伝達する動力伝達機構を含む駆動部を備える（いずれも図示略）。
【００３８】
スレーブコントローラ３は、内視鏡マニピュレータ３１の動作を制御する内視鏡制御機能を有する。より詳細には、スレーブコントローラ３は、内視鏡カメラ３３の動作を制御する機能と、内視鏡カメラ３３を指令と対応する位置及び姿勢とさせるように内視鏡マニピュレータ３１の動作を制御する機能とを有する。内視鏡マニピュレータ３１は、各関節について設けられたサーボモータ、モータの回転位置を検出する回転センサ、及び、サーボモータの動力を関節へ伝達する動力伝達機構を含む駆動部を備える（いずれも図示略）。
【００３９】
〔コンソール７〕
コンソール７は、外科手術システム１００と術者Ｓのインターフェースを構成し、術者Ｓの手術支援ロボット１に対する指令の入力を受け付ける装置である。コンソール７は、手術室内において手術台の傍らに又は手術台から離れて、或いは、手術室外に設置されている。
【００４０】
図７は、コンソール７の平面図である。図７に示すコンソール７は、術者Ｓからの指令の入力を受け付ける操作入力装置７１と、内視鏡カメラ３３で撮像された画像を表示するディスプレイ装置７３と、マスタコントローラ８とを含む。マスタコントローラ８は、スレーブコントローラ３と同様に、コンピュータ等で構成されていてよい。操作入力装置７１は、左右一対のマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒ、及び操作用ペダル７５を含む。このようなコンソール７は、例えば、ここに参照により引用する特開２０１７−１８９４９５号公報に記載されている。なお、操作入力装置７１は、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒ及び操作用ペダル７５の他に、レバー、ボタン、タッチパネル、ジョイスティック、モーションキャプチャなどの公知の操作具を更に含んでもよい。
【００４１】
左右一対のマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒは、各々の遠位端部に操作部が設けられており、術者Ｓはこの操作部から７２Ｌ，７２Ｒに荷重を与える。本実施形態において、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒは、内視鏡カメラ３３や手術器具２８の位置や姿勢の移動指令を受け付ける操作具である。また、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒは、エントリーガイド９の移動指令及び内視鏡カメラ３３の移動指令を受け付ける操作具を兼ねる。また、操作用ペダル７５は、例えば、内視鏡カメラ３３のズームや、制御モードの切り替え、左右一対のマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒと対応づける器具マニピュレータ２１の切り替えなどの指令を受け付ける操作具である。
【００４２】
〔外科手術システム１００の動作例〕
上記構成の外科手術システム１００では、コンソール７で受け付けた指令がスレーブコントローラ３に入力される。スレーブコントローラ３は、コンソール７が受け付けた指令に応答して、例えば、以下に示すようにロボット本体２を動作させる。
【００４３】
（エントリーガイド９の位置決め動作）
スレーブコントローラ３は、コンソール７で受け付けたエントリーガイド９の位置決め指令に応答して、患者Ｐの体表に留置されたカニューレに対しエントリーガイド９が所定の位置及び姿勢に位置決めされるように、ポジショナ１０を動作させる。エントリーガイド９が位置決めされると、複数の手術マニピュレータ２０も自動的に位置決めされる。
【００４４】
（手術器具２８の体腔挿入動作）
スレーブコントローラ３は、コンソール７で受け付けた手術器具２８の体腔挿入指令に応答して、内視鏡カメラ３３及び手術器具２８がエントリーガイド９を通じて体腔へ挿入されるように、各々の並進ユニット２２を動作させる。内視鏡カメラ３３が体腔へ挿入される所定のタイミングで、スレーブコントローラ３は内視鏡カメラ３３での撮像を開始する。
【００４５】
図１０（Ａ）は、手術器具２８の体腔挿入動作時において、エントリーガイド９の内筒９２が外筒９１内に後退している様子を示す図である。図１０（Ａ）に示すように、手術器具２８の体腔挿入動作時において、器具マニピュレータ２１は手術器具２８をエントリーガイド９から体腔内へ進出させるように動作し、内視鏡マニピュレータ３１は内視鏡カメラ３３をエントリーガイド９から体腔内へ進出させるように動作する。エントリーガイド９の外筒９１は支持フレーム１４に支持されていることから、外筒９１の少なくとも一部分は患者Ｐの体表より外側に位置する。手術部位が体表に十分近い場合には、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１においてエントリーガイド９に拘束されている部分は手術器具２８及び内視鏡カメラ３３のある遠位端部に十分に近い。そのため、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１の撓みや振れは、手術器具２８及び内視鏡カメラ３３の位置精度を損ねない程度に抑えられる。しかし、手術部位が体表から離れるに従って、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１のうちエントリーガイド９から進出している部分が長くなる結果、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１においてエントリーガイド９に拘束されている部分は手術器具２８及び内視鏡カメラ３３のある遠位端部から離れ、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１の撓みや振れが大きくなる。
【００４６】
そこで、図１０（Ｂ）に示すように、エントリーガイド９から進出している手術器具２８及び内視鏡カメラ３３の位置及び姿勢を維持しつつ、エントリーガイド９の内筒９２を外筒９１に対して手術器具２８及び内視鏡カメラ３３のある側へ向けて進出させる（この動作を「エントリーガイド進出動作」と称する）。エントリーガイド進出動作では、外筒９１に対する相対位置が保持された器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１に対して、内筒９２が移動する。このエントリーガイド進出動作により、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１においてエントリーガイド９に拘束されている部分が手術器具２８及び内視鏡カメラ３３のある遠位端部に近づく。これにより、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１の撓みや振れが抑えられ、手術器具２８及び内視鏡カメラ３３の位置精度の低下を抑えることができる。
【００４７】
上記のエントリーガイド進出動作は、スレーブコントローラ３により自動制御されてよい。この場合、スレーブコントローラ３は、内視鏡カメラ３３及び手術器具２８のエントリーガイド９の出口からの進出量（即ち、内筒９２の遠位端部からの進出量）が共に所定の閾値を超えると、ロボット本体２が具備するガイド進出装置９３にエントリーガイド進出動作をさせる。閾値は、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１の形状に基づいて適宜定めてよい。
【００４８】
並進ユニット２２とエントリーガイド９の外筒９１との相対的位置関係は既知である。器具マニピュレータ２１の外形は既知である。外筒９１に対する内筒９２の遠位端部の位置はガイド進出装置９３による変位量（又は、ガイド進出装置９３に設けたセンサの検出値）に基づいて求めることができる。従って、スレーブコントローラ３は、並進ユニット２２による器具マニピュレータ２１の挿入軸方向Ｘiの変位量及び器具マニピュレータ２１の姿勢と、ガイド進出装置９３による内筒９２の変位量とに基づいて、器具マニピュレータ２１のエントリーガイド９からの進出量を求めることができる。同様に、スレーブコントローラ３は、内視鏡マニピュレータ３１のエントリーガイド９からの進出量を求めることができる。なお、進出量とは、エントリーガイド９の出口（即ち、内筒９２の遠位端部）から、器具マニピュレータ２１（又は、内視鏡マニピュレータ３１）の遠位端部までの挿入軸方向Ｘiの距離である。或いは、進出量とは、エントリーガイド９の出口（即ち、内筒９２の遠位端部）から、器具マニピュレータ２１（又は、内視鏡マニピュレータ３１）の肩部２６２までの挿入軸方向Ｘiの距離であってもよい。
【００４９】
上記のエントリーガイド進出動作は、術者Ｓの指令に応答して行われてもよい。この場合、スレーブコントローラ３は、上記のように求めた器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１のエントリーガイド９からの進出量と、所定の閾値とを比較し、進出量が閾値を超えていれば、ガイド進出許可情報をマスタコントローラ８へ伝達する。マスタコントローラ８は、ガイド進出許可情報に応答して、ディスプレイ装置７３及び操作入力装置７１のうち少なくとも一方に、エントリーガイド進出動作を許可する情報を出力する。術者Ｓは、ディスプレイ装置７３に表示された、又は、操作入力装置７１に振動や音声などで報知されたエントリーガイド進出動作を許可する情報から、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１に対しエントリーガイド９の内筒９２を進出させてもよい状態になったことを知ることができる。
【００５０】
更に、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１のエントリーガイド９からの進出量（又は、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１とエントリーガイド９との位置関係）に基づいて可動範囲Ｄを求める。可動範囲Ｄは、例えば、エントリーガイド９の出口（即ち、内筒９２の遠位端部）から器具マニピュレータ２１の肩部２６２までの範囲と、エントリーガイド９の出口から内視鏡マニピュレータ３１の肩部２６２までの範囲とのうち、いずれか短い方であってよい。スレーブコントローラ３は、求めた可動範囲Ｄに係る情報をマスタコントローラ８へ伝達する。マスタコントローラ８の画像処理部８００は、可動範囲Ｄに係る情報を、ディスプレイ装置７３に表示させる内視鏡画像に合成して、可動範囲Ｄを内視鏡画像と共にディスプレイ装置７３に表示させる。これにより、術者Ｓは、可動範囲Ｄに係る情報を内視鏡画像を通じて視認することができる。なお、可動範囲Ｄに係る情報は、数値、グラフ、及び画像の少なくとも１つの態様で、ディスプレイ装置７３に表示されてよい。
【００５１】
操作入力装置７１は、エントリーガイド進出動作の指令を入力するエントリーガイド進出操作具を含む。エントリーガイド進出操作具は、ボタンやレバーであってよい。或いは、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒ及び操作用ペダル７５のうち一方がエントリーガイド進出操作具としての機能を備えていてもよい。術者Ｓは、ガイド進出許可情報を受けて、エントリーガイド進出操作具を操作して、エントリーガイド進出動作指令を入力することができる。エントリーガイド進出動作指令は、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１に対するエントリーガイド９の操作量（変位量）が含まれていてもよい。
【００５２】
入力されたエントリーガイド進出動作指令は、マスタコントローラ８からスレーブコントローラ３へ伝達される。スレーブコントローラ３は、エントリーガイド進出動作指令に応答して、ガイド進出装置９３を動作させる。ここで、スレーブコントローラ３は、可動範囲Ｄの遠位端部まで内筒９２が移動するようにガイド進出装置９３を動作させてよい。或いは、エントリーガイド進出移動指令に操作量が含まれる場合には、スレーブコントローラ３は、可動範囲Ｄ内で操作量に対応して内筒９２を移動させるように、ガイド進出装置９３を動作させてもよい。
【００５３】
（手術中の手術マニピュレータ２０及びエントリーガイド９の動作）
スレーブコントローラ３は、コンソール７で受け付けた操作ベクトルを含む移動指令に応答して、体腔へ挿入されている手術器具２８の位置及び姿勢を変化させるように、器具マニピュレータ２１を動作させる。施術中の手術支援ロボット１は、器具操作モード、内視鏡操作モード、及びガイド操作モードを含む複数の制御モードで制御される。これらの制御モードは、予めマスタコントローラ８に記憶されている。器具操作モードでは、操作入力装置７１が受け付けた指令に応答して手術器具２８の位置及び姿勢が変化する。内視鏡操作モードでは、操作入力装置７１が受け付けた指令に応答して内視鏡カメラ３３の位置及び姿勢が変化する。ガイド操作モードでは、操作入力装置７１が受け付けた指令に応答して、エントリーガイド９と手術器具２８及び内視鏡カメラ３３の相対的な位置関係を維持しつつ、エントリーガイド９の位置及び姿勢が変化する。内視鏡操作モード及びガイド操作モードにおいて、マスタコントローラ８は、吻合や縫合などのエネルギーを発する動作を行う指令の入力を無効とする。
【００５４】
制御モードの切り替えは、複数の操作用ペダル７５のうちの一つで行う。制御モードの切り替え方法として、次の（１）〜（３）を例示できる。
（１）初期モードを器具操作モードとし、マスタコントローラ８は、操作用ペダル７５の所定時間以上の長踏みで器具操作モードから内視鏡操作モードへ切り替える指令を生成する。マスタコントローラ８は、操作用ペダル７５の所定時間以下の短踏みで内視鏡操作モードからガイド操作モードへ切り替える指令を生成する。内視鏡操作モード又はガイド操作モードにあるときに、操作用ペダル７５の所定時間以上の長踏みで内視鏡操作モード又はガイド操作モードから器具操作モードへ切り替える指令を生成する。マスタコントローラ８は生成したモード切替の指令に基づいて、制御モードを切り替える。
（２）初期モードを器具操作モードとし、マスタコントローラ８は、操作用ペダル７５の所定時間以上の長踏みで器具操作モードから内視鏡操作モードへ切り替える指令を生成する。内視鏡操作モードにあるときに、マスタコントローラ８は、操作用ペダル７５の所定時間以上の長踏みで内視鏡操作モードから器具操作モードへ切り替える指令を生成する。マスタコントローラ８は、操作用ペダル７５の所定時間以下の短踏みで器具操作モードからガイド操作モードへ切り替える指令を生成する。ガイド操作モードにあるときに、マスタコントローラ８は、操作用ペダル７５の所定時間以下の短踏みでガイド操作モードから器具操作モードへ切り替える指令を生成する。
（３）初期モードを器具操作モードとし、マスタコントローラ８は、操作用ペダル７５の所定時間以上の長踏みで器具操作モードから内視鏡操作モードへ切り替える指令を生成する。内視鏡操作モードにあるときに、マスタコントローラ８は、操作用ペダル７５の所定時間以上の長踏みで内視鏡操作モードからガイド操作モードへ切り替える指令を生成する。内視鏡操作モードにあるときに、マスタコントローラ８は、操作用ペダル７５の所定時間以上の長踏みで内視鏡操作モードから器具操作モードへ切り替える指令を生成する。
【００５５】
上記（１）〜（３）において、マスタコントローラ８は生成した制御モード切替指令に基づいて、制御モードを切り替える。内視鏡操作モード及びガイド操作モードのいずれにおいても、術者Ｓがコンソール７へ入力した操作に対応して、ディスプレイ装置７３に表示される内視鏡画像が変化する。そこで、上記のように、器具操作モードから内視鏡操作モードへの切り替え、及び、器具操作モードからガイド操作モードへの切り替えの指令を、同じ操作用ペダル７５を用いて入力するようにしている。
【００５６】
＜器具操作モード＞
図８は、器具操作モードにおける処理の流れを示した外科手術システム１００の制御系統の構成を示すブロック図である。図８に示すように、器具操作モードにおいて、術者Ｓは、ディスプレイ装置７３に表示された内視鏡画像で患部を確認しながら、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの遠位端部の操作部を直接的に動かすことによって、スレーブマニピュレータの遠位端部に設けられたエンドエフェクタの移動を指令する。スレーブマニピュレータは、例えば、操作用ペダル７５の操作によって、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒと対応づけられた器具マニピュレータ２１であり、エンドエフェクタは、即ち、手術器具２８である。ロボット本体２が備える複数の器具マニピュレータ２１のうち、スレーブマニピュレータとしてマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒに対応づけられなかったものは、位置及び姿勢を変化させないように、各関節を動作させるサーボモータにブレーキを作用させる。器具マニピュレータ２１の関節を駆動するためのサーボモータとして、機械式ブレーキ付きサーボモータが採用されることが望ましい。
【００５７】
マスタコントローラ８は、画像処理部８００、入力処理部８０１、移動指令生成部８０２、マスタ位置指令生成部８０３、及び、マスタドライバ８０４を含む。入力処理部８０１は、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの各関節に対応して設けられた回転センサから各関節位置を求め、各関節位置から操作部の位置及び速度（移動速度）を求める。移動指令生成部８０２は、画像処理部８００が生成したディスプレイ装置７３に表示される情報、即ち、術者Ｓの視界情報を用いて、入力処理部８０１から取得した操作部の位置及び速度を直交座標系に変換し、更にそれを所定のスケールに変換して、位置及び速度を含む移動指令を生成する。生成された移動指令は、スレーブコントローラ３へ伝達される。
【００５８】
スレーブコントローラ３は、画像取得部３００、スレーブ位置指令生成部３０１、及び、スレーブドライバ３０２を含む。画像取得部３００は、内視鏡カメラ３３が撮像した画像データを取得してマスタコントローラ８の画像処理部８００へ伝達する。スレーブ位置指令生成部３０１は、予め設定された各種制限情報に基づいて、取得した移動指令からスレーブ位置指令を生成する。スレーブ位置指令には、予め設定された移動範囲の制限や移動速度の制限などが適用される。スレーブドライバ３０２は、スレーブマニピュレータの各関節に対応して設けられた回転センサから各関節位置を求める。スレーブドライバ３０２は、スレーブ位置指令と各関節位置とに基づいて、各関節について、駆動トルクを求め、駆動トルクに対応する電流を関節を駆動するサーボモータに供給する。これにより、スレーブマニピュレータがマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの操作部の動きと対応して動作する。
【００５９】
一方、スレーブ位置指令生成部３０１で生成されたスレーブ位置指令は、マスタコントローラ８のマスタ位置指令生成部８０３へ伝達される。マスタ位置指令生成部８０３は、取得したスレーブ位置指令、及び、移動指令生成部８０２から取得した移動指令に基づいて、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの操作部がスレーブマニピュレータのエンドエフェクタと対応する位置及び姿勢となるように、マスタ位置指令を生成する。マスタ位置指令には、後述する反力が含まれる。マスタドライバ８０４は、マスタ位置指令とマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの各関節位置とに基づいて、各関節について、駆動トルクを求め、駆動トルクに対応する電流を関節を駆動するサーボモータに供給する。これにより、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの操作部の位置及び姿勢がスレーブマニピュレータのエンドエフェクタの位置及び姿勢と対応して動作する。
【００６０】
＜内視鏡操作モード＞
内視鏡操作モードにおいて、内視鏡カメラ３３の移動指令の入力を受け付けるガイド操作手段は、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒである。内視鏡操作モードにおいて、術者Ｓは、ディスプレイ装置７３に表示された内視鏡画像で患部を確認しながら、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの遠位端部の操作部を直接的に動かすことによって、内視鏡カメラ３３の位置及び姿勢の移動を指令する。マスタコントローラ８は、内視鏡操作モードにおいて、２本のマスタマニピュレータ７２Ｌ、７２Ｒの相対的な姿勢が保持されるように、２本のマスタマニピュレータ７２Ｌ、７２Ｒの動作を制限する。
【００６１】
マスタコントローラ８の入力処理部８０１は、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの各関節に対応して設けられた回転センサから各関節位置を求め、各関節位置から操作部の位置及び速度（移動速度）を求める。
【００６２】
マスタコントローラ８の移動指令生成部８０２は、画像処理部８００が生成したディスプレイ装置７３に表示される情報、即ち、術者Ｓの視界情報を用いて、入力処理部８０１から取得した操作部の位置及び速度を直交座標系に変換し、位置及び速度を含む移動指令を生成する。生成された移動指令は、スレーブコントローラ３へ伝達される。ここで、移動指令生成部８０２は、術者がマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒを手前に引く、つまり、後方Ｂへ動かす動作に対応して内視鏡カメラ３３の進出移動指令を生成し、術者がマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒを前方Ｆに押し出す動作に対応して内視鏡カメラ３３の後退移動指令を生成し、術者がマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒを左方Ｌ／右方Ｒに動かす動作に対応して内視鏡カメラ３３の右／左への移動指令を生成し、術者がマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒを回転させる動作に対応して内視鏡カメラ３３の回転移動指令を生成する。
【００６３】
スレーブコントローラ３は、取得した移動指令に基づいて、前述の器具操作モードの場合と同様に、スレーブマニピュレータである内視鏡マニピュレータ３１を動作させる。これにより、内視鏡マニピュレータ３１がマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの操作部の動きと対応して動作する。
【００６４】
＜ガイド操作モード＞
図９は、ガイド操作モードにおける処理の流れを示した外科手術システム１００の制御系統の構成を示すブロック図である。ガイド操作モードにおいて、エントリーガイド９の移動指令の入力を受け付けるガイド操作手段は、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒである。図９に示すように、ガイド操作モードにおいて、術者Ｓは、ディスプレイ装置７３に表示された内視鏡画像で患部を確認しながら、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの遠位端部の操作部を直接的に動かすことによって、エントリーガイド９の遠位端部の位置及び姿勢の移動を指令する。マスタコントローラ８は、ガイド操作モードにおいて、２本のマスタマニピュレータ７２Ｌ、７２Ｒの相対的な姿勢が保持されるように、２本のマスタマニピュレータ７２Ｌ、７２Ｒの動作を制限する。
【００６５】
マスタコントローラ８の入力処理部８０１は、マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの各関節に対応して設けられた回転センサから各関節位置を求め、各関節位置から操作部の位置及び速度（移動速度）を求める。
【００６６】
マスタコントローラ８のガイド移動指令生成部８０５は、画像処理部８００が生成したディスプレイ装置７３に表示される情報、即ち、術者Ｓの視界情報を用いて、入力処理部８０１から取得した操作部の位置及び速度を直交座標系に変換し、位置及び速度を含む移動指令を生成する。生成されたガイド移動指令は、スレーブコントローラ３へ伝達される。ここで、ガイド移動指令生成部８０５は、術者がマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒを手前に引く、つまり、後方Ｂへ動かす動作に対応して内筒９２の進出移動指令を生成し、術者がマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒを前方Ｆに押し出す動作に対応して内筒９２の後退移動指令を生成し、術者がマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒを左方Ｌ／右方Ｒに動かす動作に対応して内筒９２の右／左への移動指令を生成し、術者がマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒを回転させる動作に対応して内筒９２の回転移動指令を生成する。このように、内視鏡カメラ３３の移動を伴うガイド操作モード及び内視鏡操作モードにおいて、共通の操作方法を採用することで、術者Ｓの操作を単純化している。
【００６７】
スレーブコントローラ３のガイド位置指令生成部３０５は、取得したガイド移動指令からガイド位置指令を生成する。ガイド移動指令が、内筒９２の進出移動指令又は後退移動指令である場合は、ガイド位置指令生成部３０５は、ガイド位置指令をガイドドライバ３０６及びスレーブ位置指令生成部３０１に出力する。ガイドドライバ３０６は、ガイド進出装置９３に設けられた位置センサから内筒９２の遠位端部の位置を求める。ガイドドライバ３０６は、内筒９２の遠位端部の位置とガイド位置指令とに基づいて、ガイド進出装置９３の駆動トルクを求め、駆動トルクに対応する電流をガイド進出装置９３が具備するサーボモータに供給する。スレーブ位置指令生成部３０１は、内筒９２とそれに挿入されている全ての器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１の相対的位置関係が維持されるように、取得したガイド位置指令からスレーブ位置指令を生成する。スレーブドライバ３０２は、スレーブマニピュレータ（即ち、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１）の各関節に対応して設けられた回転センサから各関節位置を求める。そして、スレーブドライバ３０２は、スレーブ位置指令と各関節位置とに基づいて、各関節について、駆動トルクを求め、駆動トルクに対応する電流を関節を駆動するサーボモータに供給する。これにより、内筒９２とそれに挿入されている全ての器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１の相対的位置関係が維持されながら、内筒９２が外筒９１に対して進退移動する。
【００６８】
一方、ガイド移動指令が、内筒９２の右／左への移動指令及び回転指令である場合は、ガイド位置指令生成部３０５は、ガイド位置指令をポジショナドライバ３０７に出力する。ポジショナドライバ３０７は、垂直多関節型マニピュレータ１３の各関節に対し設けられた位置センサからエントリーガイド支持部１４ｂの位置を求め、その位置から内筒９２の遠位端部の位置を求める。そして、内筒９２の遠位端部の位置とガイド位置指令に基づいて、垂直多関節型マニピュレータ１３の各関節について、駆動トルクを求め、駆動トルクに対応する電流を関節を駆動するサーボモータへ供給する。これにより、エントリーガイド９が、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１を支持している支持フレーム１４ごと姿勢を変化させる。
【００６９】
（器具マニピュレータ２１による患者組織Ｔの引き抜き動作）
手術中に、体腔内で切除した患者組織Ｔは、エントリーガイド９に設けられた開口を通じて体腔の外へ引き抜かれる。本実施形態に係るエントリーガイド９では、内筒９２を外筒９１から抜き出すことができる。図１１に示すように、器具マニピュレータ２１の手術器具２８で体腔内の患者組織Ｔを保持したまま、内筒９２に挿通されている器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１ごと、外筒９１から内筒９２を引き抜くことによって、手術マニピュレータ２０に保持されている患者組織Ｔを体腔から引き抜くことができる。
【００７０】
操作入力装置７１は、組織引抜指令の入力を受け付ける操作具を含む。マスタコントローラ８は入力された組織引抜指令をスレーブコントローラ３へ伝達する。スレーブコントローラ３は、組織引抜指令に応答して、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１を内筒９２に拘束させたまま、手術器具２８及び内視鏡カメラ３３を体腔から挿入軸方向Ｘiへ後退させるように並進ユニット２２を動作させる。ここで、手術器具２８及び内視鏡カメラ３３は、同時に挿入軸方向Ｘiへ移動する。手術器具２８及び内視鏡カメラ３３は、同じ速度で挿入軸方向Ｘiへ移動してもよい。これにより、内筒９２に挿通されている器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１ごと、外筒９１から内筒９２が引き抜かれる。
【００７１】
上記では内筒９２の全体を外筒９１から引き抜くが、内筒９２の一部分を他の部分から引き抜いてもよい。例えば、図１２に示すように、内筒９２は、フレーム部９２１と、抜出部９２２とから構成されていてもよい。フレーム部９２１には、後述する内視鏡マニピュレータ３１が挿通されるガイドボア９０ｂが設けられている。抜出部９２２には、後述する器具マニピュレータ２１が挿入されるガイドボア９０ａが設けられている。この構成において、フレーム部９２１を外筒９１に残したまま、フレーム部９２１から抜出部９２２を抜き出すことによって、器具マニピュレータ２１の手術器具２８に保持されている患者組織Ｔを体腔から引き抜くことができる。
【００７２】
上記のように、外筒９１から内筒９２が抜け出すことによって外筒９１に形成される孔の断面積は、ガイドボア９０の断面積よりも大きい。同様に、抜出部９２２がフレーム部９２１から抜け出すことによってフレーム部９２１に形成される孔の断面積は、ガイドボア９０の断面積よりも大きい。従って、一部分又は全部をエントリーガイド９から抜き出せる内筒９２は、比較的大きな患者組織Ｔを体腔から抜き出す場合に有用である。なお、上記において、内筒９２は器具マニピュレータ２１の動作によって外筒９１から抜き出されるが、内筒９２は手動で外筒９１から抜き出されてもよい。同様に、抜出部９２２が内筒９２から抜き出されてもよい。
【００７３】
以上に説明したように、本実施形態の外科手術システム１００は、ロボット本体２及びスレーブコントローラ３を有する手術支援ロボット１と、スレーブコントローラ３と通信可能に接続され、術者Ｓが入力した指令をスレーブコントローラ３に伝達するコンソール７とを備える。ロボット本体２は、挿入軸方向Ｘiに延びる内筒９２と、内筒９２が挿入軸方向Ｘiに内挿された外筒９１と、外筒９１に対し内筒９２を挿入軸方向Ｘiに変位させるガイド進出装置９３とを含むエントリーガイド９と、エントリーガイド９を支持するエントリーガイド支持装置としてのポジショナ１０と、遠位端部にエンドエフェクタ（手術器具２８又は内視鏡カメラ３３）が設けられ、内筒９２に挿入される少なくとも１つのマニピュレータ（器具マニピュレータ２１、内視鏡マニピュレータ３１）と、を有する。スレーブコントローラ３は、エントリーガイド進出動作を行うようにロボット本体２を制御する。エントリーガイド進出動作は、エントリーガイド９から進出したエンドエフェクタの位置及び姿勢を維持しつつ、内筒９２を外筒９１に対し挿入軸方向Ｘiに沿って所定の可動範囲Ｄ内でエンドエフェクタへ向けて進出させる動作である。
【００７４】
上記の外科手術システム１００によれば、エントリーガイド進出動作によって、マニピュレータ２１，３１の遠位端部と、エントリーガイド９の遠位端部（即ち、内筒９２の遠位端部）とが近づく。換言すれば、マニピュレータ２１，３１のうちエントリーガイド９の出口から進出している長さが短くなる。よって、マニピュレータ２１，３１のうちエントリーガイド９の出口から進出している部分の振れや撓みが低減され、エンドエフェクタ２８，３３の位置精度を高めることができる。
【００７５】
上記において、スレーブコントローラ３は、エンドエフェクタ２８，３３のエントリーガイド９の出口からの挿入軸方向Ｘiの進出量が所定の閾値を超えると、ロボット本体２にエントリーガイド進出動作をさせてよい。
【００７６】
これにより、術者Ｓが操作することなく、自動的にエントリーガイド進出動作が行われ、マニピュレータ２１，３１のエントリーガイド９の出口からの進出量が適切に調整される。
【００７７】
或いは、コンソール７が、術者Ｓから手術支援ロボット１への指令の入力を受け付ける操作入力装置７１、及び、マスタコントローラ８を有し、マスタコントローラ８は、操作入力装置７１が受け付けたガイド移動指令をスレーブコントローラ３へ伝達し、スレーブコントローラ３は、ガイド移動指令に応答して、エンドエフェクタ２８，３３のエントリーガイド９の出口からの挿入軸方向Ｘiの進出量が所定の閾値を超えていれば、ロボット本体２にエントリーガイド進出動作をさせてよい。
【００７８】
これにより、術者Ｓの指令に基づいて、エントリーガイド進出動作が行われる。
【００７９】
上記において、マニピュレータ２１，３１は、遠位端部に内視鏡カメラ３３が設けられた内視鏡マニピュレータ３１を含み、コンソール７は、内視鏡画像を表示するディスプレイ装置７３を含み、スレーブコントローラ３は、可動範囲Ｄに係る情報をマスタコントローラ８へ伝達し、マスタコントローラ８は、可動範囲Ｄに係る情報を内視鏡画像と共にディスプレイ装置７３に表示させてよい。
【００８０】
これにより、術者Ｓは、ディスプレイ装置７３に内視鏡画像と共に表示された可動範囲Ｄを見て、可動範囲Ｄを知ることができる。
【００８１】
また、上記において、スレーブコントローラ３は、エンドエフェクタ３３，３８のエントリーガイド９からの挿入軸方向Ｘiの進出量が所定の閾値を超えると、ガイド進出許可情報をマスタコントローラ８へ伝達し、マスタコントローラ８は、ガイド進出許可情報に応答して、ディスプレイ装置７３及び操作入力装置７１のうち少なくとも一方に、エントリーガイド進出動作を許可する情報を出力してよい。
【００８２】
これにより、術者Ｓは、ディスプレイ装置７３及び操作入力装置７１を通じてエントリーガイド進出動作が可能な状況であることを知ることができる。
【００８３】
また、本実施形態の外科手術システム１００において、エントリーガイド９は、マニピュレータ２１，３１が挿入される少なくとも１つのガイドボア９０を形成し、且つ、当該エントリーガイド９の他の部分から挿入軸方向Ｘiに抜き出せる抜出部（抜出部９２２又は内筒９２の全体）を含んでいる。
【００８４】
このように、エントリーガイド９の抜出部（抜出部９２２又は内筒９２の全体）を、患者組織Ｔを保持した器具マニピュレータ２１ごとエントリーガイド９の残りの部分から抜き出すことによって、患者組織Ｔを体腔の外へ引き抜くことができる。エントリーガイド９の抜出部（抜出部９２２又は内筒９２の全体）が抜けることによってエントリーガイド９の残りの部分に形成された孔の断面積は、ガイドボア９０の断面積よりも大きいので、比較的大きな患者組織Ｔを体腔から引き抜くことが可能となる。
【００８５】
また、本実施形態に係る外科手術システム１００には、マニピュレータ２１，３１は、遠位端部に手術器具２８が設けられた器具マニピュレータ２１と遠位端部に内視鏡カメラ３３が設けられた内視鏡マニピュレータ３１とを含み、コンソール７からの指令に応答して手術器具２８の位置及び姿勢を変化させる器具操作モードと、コンソール７からの指令に応答して内視鏡カメラ３３の位置及び姿勢を変化させる内視鏡操作モードと、コンソール７からの指令に応答してエントリーガイド９の遠位端部の位置及び姿勢を変化させるガイド操作モードとを含む複数の制御モードが規定されている。そして、ガイド操作モードにおいて、スレーブコントローラ３は、内筒９２、器具マニピュレータ２１、及び内視鏡マニピュレータ３１の相対的な位置関係が保持されるように、ロボット本体２を動作させる。
【００８６】
このガイド操作モードでは、内筒９２、器具マニピュレータ２１、及び内視鏡マニピュレータ３１を、それらの相対的な位置関係を維持しながら次の手術位置へ移動を移動させることができる。
【００８７】
上記において、コンソール７は、エントリーガイド９の移動指令の入力を受け付けるガイド操作手段、及び、内視鏡カメラ３３の移動指令の入力を受け付ける内視鏡操作手段として機能する操作具（マスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒ）を有する。そして、ガイド操作モードにおいて、コンソール７は、術者Ｓが操作具を手前に引く動作に対応して内筒９２の進出移動指令を生成し、術者Ｓが操作具を前方に押し出す動作に対応して内筒９２の後退移動指令を生成し、術者Ｓが操作具を左／右に動かす動作に対応して内筒９２の右／左移動指令を生成し、術者Ｓが操作具を回転させる動作に対応して内筒９２の回転移動指令を生成し、生成した指令をスレーブコントローラ３へ伝達する。また、内視鏡操作モードにおいて、コンソール７は、術者Ｓが操作具を手前に引く動作に対応して内視鏡カメラ３３の進出移動指令を生成し、術者Ｓが操作具を前方に押し出す動作に対応して内視鏡カメラ３３の後退移動指令を生成し、術者Ｓが操作具を左／右に動かす動作に対応して内視鏡カメラ３３の右／左移動指令を生成し、術者Ｓが操作具を回転させる動作に対応して内視鏡カメラ３３の回転移動指令を生成し、生成した指令をスレーブコントローラ３へ伝達する。
【００８８】
このように、内視鏡カメラ３３の移動を伴うガイド操作モード及び内視鏡操作モードにおいて、共通の操作方法を採用することで、術者Ｓの操作が単純化される。
【００８９】
また、上記において、コンソール７は、制御モードを内視鏡操作モードに切り替える指令、及び、制御モードをガイド操作モードに切り替える指令の入力を受け付ける単一の操作具（操作用ペダル７５）を有する。
【００９０】
このように、内視鏡カメラ３３の移動を伴うガイド操作モード及び内視鏡操作モードへ制御モードを切り替えるための操作具が共通しているので、術者Ｓの操作が単純化される。
【００９１】
また、本実施形態に係る手術支援ロボット１は、ロボット本体２が２本の器具マニピュレータ２１を含み、コンソール７は、２本の器具マニピュレータ２１に対応して、手術器具２８の位置及び姿勢の移動指令の入力を受け付ける２本のマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒを有する。そして、ガイド操作モードにおいて、２本のマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの相対的な姿勢が保持されるように２本のマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの動作が制限される。
【００９２】
これにより、ガイド操作モードによってエントリーガイド９が移動した後の、一対の手術器具２８の位置関係と、一対のマスタマニピュレータ７２Ｌ，７２Ｒの操作部の位置関係とのマッチングを省略することができる。
【００９３】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。
【符号の説明】
【００９４】
１００  ：外科手術システム
１      ：手術支援ロボット
２      ：ロボット本体
３      ：スレーブコントローラ
３００  ：画像取得部
３０１  ：スレーブ位置指令生成部
３０２  ：スレーブドライバ
３０５  ：ガイド位置指令生成部
３０６  ：ガイドドライバ
３０７  ：ポジショナドライバ
７      ：コンソール
７１    ：操作入力装置
７２Ｌ，７２Ｒ  ：マスタマニピュレータ
７３    ：ディスプレイ装置
７５    ：操作用ペダル
８      ：マスタコントローラ
８００  ：画像処理部
８０１  ：入力処理部
８０２  ：移動指令生成部
８０３  ：マスタ位置指令生成部
８０４  ：マスタドライバ
８０５  ：ガイド移動指令生成部
９      ：エントリーガイド
９０，９０ａ，９０ｂ    ：ガイドボア
９１    ：外筒
９２    ：内筒
９２１  ：フレーム部
９２２  ：抜出部
９３    ：ガイド進出装置
１０    ：ポジショナ
１１    ：台車
１２    ：水平多関節型マニピュレータ
１２ｂ  ：支持部材
１３    ：垂直多関節型マニピュレータ
１４    ：支持フレーム
１４ａ  ：手術マニピュレータ支持部
１４ｂ  ：エントリーガイド支持部
１５    ：支持ブロック
２０    ：手術マニピュレータ
２１    ：器具マニピュレータ（手術マニピュレータ）
２２    ：並進ユニット
２３    ：駆動ユニット
２４ａ，２４ｂ  ：アダプタ
２５    ：伝動ユニット
２６    ：アーム
２６２  ：肩部
２６３  ：肘部
２６５  ：近位リンク
２６６  ：中間リンク
２６７  ：遠位リンク
２７    ：手首部
２８    ：手術器具
３１    ：内視鏡マニピュレータ（手術マニピュレータ）
３３    ：内視鏡カメラ
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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