(57)【要約】【課題】カメラヘッドと斜視鏡などの医療用光学機器を光軸周りに独立して回転できるようにする。【解決手段】本開示によれば、術中の被写体像を取得するための医療用光学機器を光軸中心に回転させる第１のアクチュエータと、前記医療用光学機器を通して前記被写体像を撮像するカメラヘッドを光軸中心に回転可能に支持する回転機構と、を備える、医療用保持装置が提供される。この構成により、カメラヘッドと斜視鏡などの医療用光学機器を光軸周りに独立して回転することが可能となる。【選択図】図１
2019084334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
術中の被写体像を取得するための医療用光学機器を光軸中心に回転させる第１のアクチュエータと、
前記医療用光学機器を通して前記被写体像を撮像するカメラヘッドを光軸中心に回転可能に支持する回転機構と、
を備える、医療用保持装置。
【請求項２】
前記カメラヘッドを光軸中心に回転させる第２のアクチュエータを備える、請求項１に記載の医療用保持装置。
【請求項３】
前記カメラヘッドの光軸からずれた位置に重心を持つ錘を備え、
前記錘の自重により、前記回転機構を介して前記カメラヘッドが光軸中心に回転する、請求項１に記載の医療用保持装置。
【請求項４】
前記回転機構は、前記カメラヘッドの回転位置を検出するエンコーダを含み、
前記カメラヘッドにより撮像された撮像画像の天地方向が、前記エンコーダにより検出された前記回転位置に応じて、画像処理により最適化される、請求項１に記載の医療用保持装置。
【請求項５】
前記医療用光学機器は、硬性鏡である、請求項１に記載の医療用保持装置。
【請求項６】
前記硬性鏡は、斜視鏡である、請求項５に記載の医療用保持装置。
【請求項７】
前記第１のアクチュエータは、フレームに固定されるステータと、前記ステータにより回転されて前記医療用光学機器と一体に回転するロータとを有する、請求項１に記載の医療用保持装置。
【請求項８】
前記第２のアクチュエータは、フレームに固定されるステータと、前記ステータにより回転されて前記カメラヘッドと一体に回転するロータとを有する、請求項２に記載の医療用保持装置。
【請求項９】
前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータは中空形状であり、前記医療用光学機器の光軸と前記カメラヘッドの光軸が前記中空形状の内部を通る、請求項２に記載の医療用保持装置。
【請求項１０】
前記中空形状の内部にレンズ鏡筒を備える、請求項９に記載の医療用保持装置。
【請求項１１】
前記第２のアクチュエータの駆動により前記レンズ鏡筒と前記カメラヘッドが一体に回転する、請求項１０に記載の医療用保持装置。
【請求項１２】
清潔域と不潔域を切り分けるドレープ装着部を備え、
前記医療用光学機器は、前記第１のアクチュエータの駆動力を出力する出力部に対して前記ドレープ装着部を介して連結され、前記出力部及び前記ドレープ装着部とともに回転する、請求項１に記載の医療用保持装置。
【請求項１３】
前記ドレープ装着部は、前記医療用光学機器の光軸を中心軸とする円形の外形を有し、
前記ドレープ装着部の外形は固定部材に嵌合し、前記ドレープ装着部は前記固定部材に対して回転する、請求項１２に記載の医療用保持装置。
【請求項１４】
前記ドレープ装着部の外形と前記固定部材との間にＯリングが挿入された、請求項１３に記載の医療用保持装置。
【請求項１５】
前記ドレープ装着部、前記固定部材、及び前記Ｏリングにより清潔域と不潔域を分離する、請求項１４に記載の医療用保持装置。
【請求項１６】
前記第２のアクチュエータの駆動力を出力する出力部に前記カメラヘッドを脱着可能な脱着部を備える、請求項２に記載の医療用保持装置。
【請求項１７】
前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータを支持し、医療用支持アーム装置の先端に装着されるフレームを備える、請求項２に記載の医療用保持装置。
【請求項１８】
前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータは、リング状の超音波モータから構成される、請求項２に記載の医療用保持装置。
【請求項１９】
前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータは、無負荷状態で駆動される、請求項２に記載の医療用保持装置。
【請求項２０】
前記第１のアクチュエータは前記第２のアクチュエータに連動して回転する、請求項２に記載の医療用保持装置。
【請求項２１】
前記第１のアクチュエータの駆動は固定され、前記第２のアクチュエータは前記カメラヘッドの画像の天地を制御する、請求項２に記載の医療用保持装置。
【請求項２２】
前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータの一方の駆動が固定され、前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータの他方は無負荷状態で駆動される、請求項２に記載の医療用保持装置。
【請求項２３】
術中の被写体像を取得するための医療用光学機器を光軸中心に回転させる第１のアクチュエータと、前記医療用光学機器を通して前記被写体像を撮像するカメラヘッドを光軸中心に回転させる第２のアクチュエータと、を有する、保持ユニットと、
前記保持ユニットが先端に固定された支持アームと、
を備える、医療用アームシステム。
【請求項２４】
術中の被写体像を取得するための医療用光学機器に連結され、前記医療用光学機器の光軸を中心として前記医療用光学機器とともに回転するドレープ装着部、
を備える、ドレープ装着機構。
【請求項２５】
前記ドレープ装着部は、前記医療用光学機器の光軸を中心軸とする円形の外形を有し、
前記ドレープ装着部の外形は固定部材に嵌合し、前記ドレープ装着部は前記固定部材に対して回転する、請求項２４に記載のドレープ装着機構。
【請求項２６】
前記ドレープ装着部の外形と前記固定部材との間にＯリングが挿入された、請求項２５に記載のドレープ装着機構。
【請求項２７】
前記ドレープ装着部、前記固定部材、及び前記Ｏリングにより清潔域と不潔域を分離する、請求項２６に記載のドレープ装着機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、医療用保持装置、医療用アームシステム、及びドレープ装着機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば下記の特許文献１には、内視鏡操作システム及び内視鏡操作プログラムに関し、撮像部及びベーンモータが回転軸線の回りに回動可能とされた構成が記載されている（段落００３７）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１５５７２５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載された技術では、内視鏡の先端に１つの回転自由度しかなく、カメラ天地を保持した状態で斜視鏡を軸周りに回転させる斜視回転動作に対応していない。
【０００５】
そこで、カメラヘッドと斜視鏡などの医療用光学機器を光軸周りに独立して回転できるようにすることが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示によれば、術中の被写体像を取得するための医療用光学機器を光軸中心に回転させる第１のアクチュエータと、前記医療用光学機器を通して前記被写体像を撮像するカメラヘッドを光軸中心に回転可能に支持する回転機構と、を備える、医療用保持装置が提供される。
【０００７】
また、本開示によれば、術中の被写体像を取得するための医療用光学機器を光軸中心に回転させる第１のアクチュエータと、前記医療用光学機器を通して前記被写体像を撮像するカメラヘッドを光軸中心に回転させる第２のアクチュエータと、を有する、保持ユニットと、前記保持ユニットが先端に固定された支持アームと、を備える、医療用アームシステムが提供される。
【０００８】
また、本開示によれば、術中の被写体像を取得するための医療用光学機器に連結され、前記医療用光学機器の光軸を中心として前記医療用光学機器とともに回転するドレープ装着部、を備える、ドレープ装着機構が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本開示によれば、カメラヘッドと斜視鏡などの医療用光学機器を光軸周りに独立して回転することが可能となる
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の一実施形態に係る医療用保持装置を搭載した医療用支持アーム装置５００を示す模式図である。
【図２】医療用保持装置の構成を示す断面図である。
【図３】２つのアクチュエータの構成を説明するための断面図である。
【図４】図１に示した構成から、カメラヘッド側と内視鏡側の構成を除き、医療用保持装置１００に関連する主要構成のみを示した状態を示す模式図である。
【図５Ａ】医療用保持装置とカメラヘッドとの接続部の具体的な構成を示す模式図である。
【図５Ｂ】医療用保持装置とカメラヘッドとの接続部の具体的な構成を示す模式図である。
【図６Ａ】内視鏡側に設けられるドレープ装着機構の構成を示す模式図である。
【図６Ｂ】ドレープ装着機構を境に、清潔域、不潔域の切り分けを行った状態を示す模式図である。
【図７Ａ】ドレープ装着機構と医療用保持装置との連結方法の例を示す概略断面図である。
【図７Ｂ】ドレープ装着機構と医療用保持装置との連結方法の例を示す概略断面図である。
【図８】内視鏡を固定するための構造を示す模式図である。
【図９Ａ】一般的な内視鏡の脱着部の機構であるカム機構の例を示す模式図である。
【図９Ｂ】一般的な内視鏡の脱着部の機構であるカム機構の例を示す模式図である。
【図９Ｃ】一般的な内視鏡の脱着部の機構であるカム機構の例を示す模式図である。
【図１０】カメラヘッド・スコープ非連動オールフリーモードを示す模式図である。
【図１１】カメラヘッド・スコープ連動オールフリーモードを示す模式図である。
【図１２】スコープ回転制御とカメラヘッドオールフリーモードの組み合わせを示す模式図である。
【図１３】カメラヘッド回転制御モードを示す模式図である。
【図１４】カメラヘッド天地制御モードを示す模式図である。
【図１５】スコープ回転制御モードを示す模式図である。
【図１６】内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図１７】図１６に示すカメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図
【図１８】本開示の実施の形態に係る医療用支持アーム装置の構成例を示す斜視図である。
【図１９】医療支持アーム装置の構成例を示すブロック図である。
【図２０】医療用保持装置が１つのアクチュエータを備える場合の医療用保持装置を示す模式図である。
【図２１】図２０に示す医療用保持装置１００の回転軸が重力方向に対して傾くように配置した状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１２】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．概要
２．医療用保持装置の全体構成例
３．医療用保持装置の具体的構成例
４．カメラヘッドとの接続部の構成例
５．ドレープ装着機構の構成例
６．アーム側への接続構造
７．内視鏡の固定構造
８．医療用保持装置を用いた具体的な制御の例
８．１．オールフリー操作モード
８．２．スコープ固定・カメラヘッド回転操作モード
８．３．カメラヘッド固定・スコープ回転操作モード
９．応用例
１０．医療用支持アーム装置の具体的構成例
１１．内視鏡側のアクチュエータのみを設けた構成例
【００１３】
１．概要
支持アーム装置に装着される一般的な内視鏡（硬性鏡）は、先端の自由度が１自由度であり、カメラヘッドと内視鏡を分離して回転することはできない。直視鏡の場合はカメラヘッドと内視鏡を分離してそれぞれを回転させる必要は生じないが、斜視鏡の場合は、斜視鏡を軸中心に回転させると、回り込んだ視野や上下左右の周辺視野を得ることが可能である。一方、斜視鏡を軸中心に回転させた場合、カメラヘッドが斜視鏡とともに回転すると、重力の方向が画面上で傾いてしまい、視覚に対応した手の操作を的確に行うこと（以下、ハンドアイコーディネーションとも称する）ができなくなる。本実施形態では、内視鏡とカメラヘッドを接続する医療用保持装置を設け、内視鏡とカメラヘッドを相対的に回転できるようにすることで、特に斜視鏡を用いた場合にハンドアイコーディネーションを保ちつつ、視野を広げることができるようにする。
【００１４】
２．医療用保持装置の全体構成例
図１は、本開示の一実施形態に係る医療用保持装置（保持ユニット）１００を搭載した医療用支持アーム装置５００を示す模式図である。医療用支持アーム装置５００は、手術用ベッドに取り付けるためのクランプ部５１０を有し、クランプ部５１０を介して手術用ベッドに取り付けられる。医療用保持装置１００は、医療用支持アーム装置５００の先端に装着され、医療用支持アーム装置５００の先端で硬性鏡（例えば、斜視鏡）などの内視鏡３００を保持する。また、医療用保持装置１００は、内視鏡３００の反対側でカメラヘッド２００を保持する。つまり、医療用保持装置１００は、内視鏡３００とカメラヘッド２００を装着して両者を接続する機能を有する。カメラヘッド２００は、内視鏡３００が捉えた被写体像を撮像する。なお、医療用保持装置１００は、外視鏡（エクゾスコープ）、医療用顕微鏡、など、内視鏡３００以外の医療用光学機器を保持するものであっても良い。医療用支持アーム装置５００の構成については、後述する。
【００１５】
３．医療用保持装置の具体的構成例
次に、図２を参照して、本実施形態に係る医療用保持装置１００の構成について説明する。図２は、医療用保持装置１００の構成を示す断面図である。医療用保持装置１００は、２つのアクチュエータ１１０，１２０、レンズ鏡筒１４０、レンズ鏡筒１４０に装着されたレンズ（不図示）を備え、カメラヘッド２００と内視鏡３００の２自由度を確保してカメラヘッド２００と内視鏡３００を連結するアダプタとして機能する。２つのアクチュエータ１１０，１２０は、いずれも中空、扁平形状とされており、これにより、全体としての省スペース化を実現することができる。
【００１６】
図３は、２つのアクチュエータ１１０，１２０の構成を説明するための断面図である。２つのアクチュエータ１１０，１２０はユニット化されており、リング型超音波モータと磁気式エンコーダ（マグネットとＩＣ）を搭載している。なお、アクチュエータの種類は特に限定されるものではなく、超音波モータ以外から構成されていても良いが、中空、扁平であることが望ましい。また、アクチュエータは、カメラヘッド２００と内視鏡３００を連結するため、内部に光学系、またはカメラ等を配置可能であることが望ましい。例えば、モータと減速機を組み合わせることでアクチュエータを構成することもできる。
【００１７】
２つのアクチュエータ１１０，１２０の構成は基本的に同じであるため、ここではアクチュエータ１２０の構成について説明する。図３に示すように、アクチュエータ１２０は、ステータ１２３、ロータ１２２、出力部１２４、ベアリング部１２６、磁気式エンコーダを構成する円環状のマグネット１２８とセンサ１３０、を有して構成されている。ステータ１２３の超音波振動により、ステータ１２３に対してロータ１２２が回転し、ロータ１２２に固定された出力部１２４が回転する。
【００１８】
ステータ１２３は、固定枠１２１に固定されている。固定枠１２１にはベアリング部１２６が固定されている。出力部１２４は、ベアリング部１２６により回転可能に支持されている。
【００１９】
円環状のマグネット１２８は出力部１２４の外周に装着され、出力部１２４とともに回転する。マグネット１２８の回転に応じて、マグネット１２８の位置に応じた信号がセンサ１３０により検出され、これにより出力部１２４の回転位置が検出される。なお、出力部１２４の回転位置を検出する構成は、これに限定されるものではない。
【００２０】
出力部１２４は、円筒状の中空形状とされ、出力部１２４の中にレンズ鏡筒１４０が挿入されている。レンズ鏡筒１４０は、アクチュエータ１１０の出力部１２４に対して固定され、アクチュエータ１１０の出力部１２４とともに回転する。レンズ鏡筒１４０に配置されたレンズは、カメラヘッド２００と内視鏡３００の間で光学系を延長する機能と、カメラヘッド２００への光学系の接続機能を有する。レンズは、カメラヘッド２００または内視鏡３００に合わせて取り替えが可能なように構成されていても良い。
【００２１】
図１に示すように、２つのアクチュエータ１１０，１２０のいずれも、固定枠１２１が医療用保持装置１００のフレーム１５０に対して固定される。フレーム１５０は、医療用支持アーム装置５００の先端に装着される。アクチュエータ１１０は、カメラヘッド２００側に設けられ、ステータ１２３に対して回転するレンズ鏡筒１４０の先端には、内視鏡アダプタ２１０を介してカメラヘッド２００が装着される。
【００２２】
一方、アクチュエータ１２０は、内視鏡３００側に設けられ、ステータ１２３に対して回転するアクチュエータ１２０の出力部１２４とレンズ鏡筒１４０との間には、所定の空間が設けられている。従って、アクチュエータ１２０の出力部１２４に対して、レンズ鏡筒１４０は自由に回転することができる。
【００２３】
アクチュエータ１２０の出力部１２４には、アダプタ１６０が固定され、アダプタ１６０には回転機構付きのドレープ装着機構が装着されている。ドレープ装着機構には、内視鏡３００のカメラヘッド２００側の端部が装着されている。ドレープ装着機構のドレープ装着部６００には、清潔域と不潔域を切り分けるドレープが装着される。なお、ドレープ装着機構を使用しない場合は、アクチュエータ１２０の出力部１２４には、アダプタ１６０を介して内視鏡３００が直接装着されても良い。また、アクチュエータ１２０の出力部１２４とアダプタ１６０は一体に構成されていても良い。
【００２４】
以上のように構成された医療用保持装置１００によれば、カメラヘッド２００側に設けられたアクチュエータ１１０を駆動することで、出力部１２４に固定されたレンズ鏡筒１４０が回転し、レンズ鏡筒１４０とともに内視鏡アダプタ２１０及びカメラヘッド２００が回転する。従って、フレーム１５０に対してカメラヘッド２００を回転することができる。
【００２５】
また、内視鏡３００側に設けられたアクチュエータ１２０を駆動することで、出力部１２４とともにアダプタ１６０及びドレープ装着部６００が回転し、ドレープ装着部６００に装着された内視鏡３００がドレープ装着部６００と一体的に回転する。従って、フレーム１５０に対して内視鏡３００を回転することができる。
【００２６】
図４は、図１に示した構成から、カメラヘッド２００側と内視鏡３００側の構成を除き、医療用保持装置１００に関連する主要構成のみを示した状態を示す模式図である。フレーム１５０の形状を任意に変更することで、様々な医療用支持アーム装置５００へ搭載することが可能である。
【００２７】
４．カメラヘッドとの接続部の構成例
図５Ａ及び図５Ｂは、医療用保持装置１００とカメラヘッド２００との接続部の具体的な構成を示す模式図である。図５Ａは、内視鏡アダプタ２１０を備えるカメラヘッド２００を示す模式図である。内視鏡アダプタ２１０を備えるカメラヘッド２００は、通常は内視鏡アダプタ２１０の部分が内視鏡３００に直接装着されるが、本実施形態では、カメラヘッド２００と内視鏡３００の間に医療用保持装置１００を装着するため、内視鏡アダプタ２１０は医療用保持装置１００のレンズ鏡筒１４０に装着される。このため、レンズ鏡筒１４０の先端には、内視鏡アダプタ２１０と連結可能なマウント部が設けられている。
【００２８】
図５Ｂは、ネジ式のＣマウントを備えるカメラヘッド２００を医療用保持装置１００に連結する場合を示す模式図である。Ｃマウントを備えるカメラヘッド２００は、ネジの締結によりレンズ鏡筒１４０に装着される。このため、レンズ鏡筒１４０の先端には、Ｃマウントの雄ネジが設けられている。
【００２９】
５．ドレープ装着機構の構成例
図６Ａは、内視鏡３００側に設けられるドレープ装着機構の構成を示す模式図である。本実施形態において、ドレープ装着機構は回転機構を備えている。内視鏡３００側のアクチュエータ１２０の出力部１２４には、アダプタ１６０が固定され、アダプタ１６０には、ドレープ装着部６００が装着されている。ドレープ装着部６００には、内視鏡３００のカメラヘッド２００側の端部が装着される凹部６０２が設けられ、ドレープ装着部６００の外周には、フランジ６０４が設けられている。内視鏡３００の先端は、凹部６０２に挿入され、プレート６２０が挿入されることによって、ドレープ装着部６００と連結される。これにより、内視鏡３００は、ドレープ装着部６００と一体となって回転する。凹部６０２と内視鏡３００の先端との間には、液体侵入防止のためのＯリング６３０が挿入されている。
【００３０】
フランジ６０４の外周は、Ｏリング６４０を介して固定部材６５０に設けられた孔６５２に装着されている。Ｏリング６４０は、液体侵入防止のため、またドレープ装着部６００のフランジ６０４を固定部材６５０に対して摺動させるために設けられている。固定部材６５０は、例えば医療用保持装置１００のフレーム１５０と連結され、カメラヘッド２００又は内視鏡３００とともに回転することはない。
【００３１】
以上のような構成により、内視鏡３００側に設けられたアクチュエータ１２０を駆動することで、フレーム１５０に対してアダプタ１６０が回転し、アダプタ１６０とともにドレープ装着部６００及び内視鏡３００が回転する。一方、固定部材６５０は回転することなく固定されている。この際、ドレープ装着部６００と固定部材６５０の間に摺動のためのＯリング６４０が設けられているため、ドレープ装着部６００は固定部材６５０に対して摺動しながら回転する。Ｏリング６４０を設けたことにより、固定部材６５０に対してドレープ装着部６００が回転した際に、固定部材６５０とドレープ装着部６００の間から液体が侵入することを抑止できる。
【００３２】
従って、ドレープ装着部６００は、固定部材６５０に対して回転可能な機構を有しつつ、医療用保持装置１００側への液体等の侵入は遮断する。これにより、図６Ｂに示すように、ドレープ装着部６００を境に、清潔域、不潔域の切り分けを行うことができる。図６Ｂでは、太線で示す境界Ｂを境に清潔域、不潔域が分離されている。
【００３３】
また、内視鏡３００は、Ｏリング６３０を介してドレープ装着部６００と連結されるため、内視鏡３００とドレープ装着部６００との隙間から液体が侵入することも抑止できる。
【００３４】
なお、ドレープ装着部６００を回転可能な機構とするため、図６ではＯリング６４０を摺動させた例を示しているが、Ｏリング６４０の代わりに密閉式のベアリングを使用しても良い。また、例えば油膜などで液体の侵入を防ぐことができれば、固定部材６５０に対してドレープ装着部６００を直接摺動させても良い。
【００３５】
６．アーム側への接続構造
図７Ａ及び図７Ｂは、ドレープ装着部６００と医療用保持装置１００との連結方法の例を示す概略断面図である。図７Ａは、ドレープ装着部６００を汎用的な内視鏡に接続可能にした場合を示している。また、図７Ｂは、ドレープ装着部６００を医療用保持装置１００に対応した専用設計とした場合を示している。
【００３６】
図７Ａに示す構成の場合、アダプタ１６０とドレープ装着部６００との連結が汎用性のある既製品と同様に行われる。従って、ドレープ装着部６００を使用しない場合は、内視鏡３００を直接アダプタ１６０に装着することが可能となる。換言すれば、ドレープ装着部６００のアダプタ１６０への接続構造と、内視鏡３００のドレープ装着部６００への接続構造は、同一である。
【００３７】
一方、図７Ｂに示す構成の場合、ドレープ装着部６００を医療用保持装置１００に対応した専用設計としているため、ドレープ装着部６００及びアダプタ１６０の光軸方向の厚さを十分に薄くすることができ、更なる小型化を達成できる。
【００３８】
７．内視鏡の固定構造
図８は、内視鏡３００を固定するための構造を示す模式図である。内視鏡３００を固定する方法に関しては、様々な方法が周知であり、特に限定されるものではない。図８は、図６等に示したプレート６２０を用いる方法である。プレート６２０には内視鏡３００の先端のフランジ３０２に対応した長孔６２２が設けられており、図８の上下方向の長孔６２２の幅は、水平方向の位置に応じて異なっている。より具体的には、図８の左側に行くほど上下方向の長孔６２２の幅は狭くなっている。フランジ３０２を長孔６２２に挿入し、プレート６２０を矢印Ａ方向にスライドさせることで、長穴６２２の縁がフランジ３０２に係合し、内視鏡３００をドレープ装着部６００に対して固定できる。
【００３９】
また、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃは、一般的な内視鏡の脱着部３１０の機構であるカム機構の例を示す模式図である。上述した医療用保持装置１００とドレープ装着部６００との連結、医療用保持装置１００と内視鏡３００との連結において、カム機構を用いることでワンタッチの脱着を実現できる。図９Ａでは、脱着部３１０の内周にリブ３１２が突出している。図９Ｂに示すように、図９Ａに示す状態から脱着部３１０の外周を回転すると、リブ３１２が外側へ退避する。従って、図９Ａに示す状態で、脱着部３１０に装着される相手部材のフランジをリブ３１２とリブ３１２の奥の壁面３１４との間に係合させることで、相手部材と脱着部３１０は連結される。一方、図９Ｂに示す状態でリブ３１２を外側に退避させると、リブ３１２と相手部材のフランジとの係合が外れ、脱着部３１０を相手部材から外すことができる。
【００４０】
図９Ｃは、リブ３１２が内側に突出した状態を示している。リブ３１２を駆動する機構は、脱着部３１０の外周の回転に伴って回転するカムを設け、リブ３１２に設けられたカムフォロアをカムに係合させるなどの一般的な手法で実現できる。なお、脱着部３１０の機構は、内視鏡３００と医療用保持装置１００の連結部のみならず、カメラヘッド２００と医療用保持装置１００の連結部に適用することができる。
【００４１】
８．医療用保持装置を用いた具体的な制御の例
関節角度及び関節トルクに応じた２つのアクチュエータ制御の同時制御により、本実施形態では、斜視鏡操作モードとして、オールフリー操作モード、スコープ固定・カメラヘッド回転操作モード、カメラヘッド固定・スコープ回転操作モードの３つのモードで制御を行うことができる。
【００４２】
８．１．オールフリー操作モード
オールフリー操作モードでは、内視鏡把持アームを無負荷に近い状態で、手でダイレクト操作して自由な視野展開を可能にする。オールフリーモードにおける無負荷状態は、搭載するアクチュエータ種類によりその実現方法が異なる。医療用支持アーム装置５００の関節にトルクセンサレスの超音波モータを搭載した場合は、駆動電圧印加状態での位相差０制御により、ステータとロータ間の摩擦及び起動トルクを最小にすることで、無負荷状態を実現する。各関節にトルクセンサ付力制御型アクチュエータを搭載した場合は、トルクセンサで検出した外力をキャンセルする方向へアクチュエータの回転制御を行う０トルク制御により、無負荷状態を実現する。医療用保持装置１００においては、アクチュエータ１１０，１２０に搭載された超音波モータに駆動電圧を印加した状態で位相差０制御を行うことで、オールフリー操作モードによる無負荷状態を実現する。
【００４３】
本実施形態では、オールフリー操作モードにおいて、２つのアクチュエータ１１０，１２０の連動制御方法の切り換えにより、図１０〜図１２に示す３種類のダイレクト操作のバリエーションに対応する。
【００４４】
図１０は、カメラヘッド・スコープ非連動オールフリーモードを示す模式図である。このモードでは、カメラヘッド２００の回転軸及び内視鏡３００の回転軸に対して独立してオールフリー操作モードによる制御を行うことで、両手を使ったダイレクト操作により、カメラヘッド２００の位置及び内視鏡３００の位置の同時位置決め操作が可能となる。２つのアクチュエータ１１０，１２０のそれぞれを、駆動電圧印加状態で位相差０制御することで、カメラヘッド２００と内視鏡３００のそれぞれを手で操作することが可能である。カメラヘッド２００と内視鏡３００の回転軸は、共に無負荷状態とされる。
【００４５】
図１１は、カメラヘッド・スコープ連動オールフリーモードを示す模式図である。このモードでは、カメラヘッド２００の回転軸に対してオールフリー操作モードによる制御を行い、内視鏡３００の回転軸に対してカメラヘッド２００の回転角に応じた連動位置制御を行う。これにより、カメラヘッド２００の片手把持操作のみでカメラヘッド２００及び内視鏡３００のダイレクト回転操作が可能となる。この場合、アクチュエータ１１０を、駆動電圧印加状態で位相差０制御することで、カメラヘッド２００をオールフリー操作モードで制御できる。この際、アクチュエータ１１０のエンコーダでアクチュエータ１１０の回転角が検出できるため、内視鏡３００を駆動するアクチュエータ１１０は、アクチュエータ１１０の回転角に応じて駆動される。これにより、カメラヘッド２００のオールフリー操作モードによる動きに対して、内視鏡３００の動きを連動できる。カメラヘッド２００の回転軸は無負荷とされ、内視鏡３００の回転軸はカメラヘッド３００と連動する。
【００４６】
図１２は、スコープ回転制御とカメラヘッドオールフリーモードの組み合わせを示す模式図である。このモードでは、カメラヘッド２００の回転軸に対してオールフリー制御を行い、内視鏡３００の回転軸は他のインプットデバイスによる回転操作により独立した位置制御を実現する。例えば、内視鏡３００の回転は、後述する制御装置３５０の入力部３５９に入力された指示値に基づいて制御される。入力部３５９はインプットデバイスに相当する。カメラヘッド２００の回転軸は無負荷とされ、内視鏡３００の回転軸はカメラヘッド２００に対して独立回転する。
【００４７】
８．２．スコープ固定・カメラヘッド回転操作モード
スコープ固定・カメラヘッド回転操作モードは、医療用支持アーム装置５００の位置決め後に、内視鏡３００の視野を維持した状態でカメラヘッド２００の回転を可能にするものである。スコープ固定・カメラヘッド回転操作モードは、内視鏡３００の回転軸の位置固定制御と、アクチュエータの種類及び以下の各モードに応じたカメラヘッド２００の回転軸の制御により実現される。以下のいずれのモードにおいても、内視鏡３００の回転は固定される。内視鏡３００の回転の固定は、超音波モータからなるアクチュエータ１２０への通電を停止することにより行うことができる。スコープ固定・カメラヘッド回転操作モードは、カメラヘッド２００の回転の実現手段が異なる２種類の回転操作バリエーションに対応する。
【００４８】
図１３は、カメラヘッド回転制御モードを示す模式図である。このモードでは、カメラヘッド２００の回転軸に対するオールフリーによるダイレクト操作、あるいは他のインプットデバイスによる回転操作により、カメラヘッド２００の回転を実現する。カメラヘッド２００の回転軸は無負荷又はインプットデバイスにより回転制御され、内視鏡３００の回転軸は固定される。
【００４９】
図１４は、カメラヘッド天地制御モードを示す模式図である。このモードでは、カメラヘッド２００の回転軸の角度とアーム姿勢から算出した天地方向にカメラヘッド２００を回転する。カメラヘッド天地制御モード中にオペレータ（術者または手術サポートスタッフ）による回転操作は不要である。カメラヘッド２００の回転軸は、医療用支持アーム装置５００の姿勢から重力方向を計算し、重力方向に追従するようにカメラヘッド２００を回転する。内視鏡３００の回転軸は固定される。なお、重力方向は、医療用支持アーム装置５００の姿勢から算出するのみならず、ジャイロセンサ等のセンサから求めても良い。
【００５０】
８．３．カメラヘッド固定・スコープ回転操作モード
カメラヘッド固定・スコープ回転操作モードは、医療用支持アーム装置５００の位置決め後に、カメラヘッド２００の位置を維持した状態で内視鏡３００の回転方向のみの視野展開を可能にするものである。カメラヘッド固定・スコープ回転操作モードは、カメラヘッド２００の回転軸の位置固定制御と、アクチュエータの種類及び操作手段に応じた内視鏡３００の回転軸の制御により実現する。カメラヘッド固定・スコープ回転操作モードにおいて、カメラヘッド２００の回転は固定される。カメラヘッド２００の回転の固定は、超音波モータからなるアクチュエータ１１０への通電を停止することにより行うことができる。
【００５１】
図１５は、スコープ回転制御モードを示す模式図である。このモードでは、内視鏡３００の回転軸に対するオールフリーによるダイレクト操作、あるいは他のインプットデバイスによる回転操作により、内視鏡３００の回転を実現する。
【００５２】
９．応用例
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。以下に示す支持アーム装置５０２７は、図１に示した医療用支持アーム装置５００に対応する。
【００５３】
図１６は、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システム５０００の概略的な構成の一例を示す図である。図１６では、術者（医師）５０６７が、内視鏡手術システム５０００を用いて、患者ベッド５０６９上の患者５０７１に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム５０００は、内視鏡５００１と、その他の術具５０１７と、内視鏡５００１を支持する支持アーム装置５０２７と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート５０３７と、から構成される。
【００５４】
内視鏡手術では、腹壁を切って開腹する代わりに、トロッカ５０２５ａ〜５０２５ｄと呼ばれる筒状の開孔器具が腹壁に複数穿刺される。そして、トロッカ５０２５ａ〜５０２５ｄから、内視鏡５００１の鏡筒５００３や、その他の術具５０１７が患者５０７１の体腔内に挿入される。図示する例では、その他の術具５０１７として、気腹チューブ５０１９、エネルギー処置具５０２１及び鉗子５０２３が、患者５０７１の体腔内に挿入されている。また、エネルギー処置具５０２１は、高周波電流や超音波振動により、組織の切開及び剥離、又は血管の封止等を行う処置具である。ただし、図示する術具５０１７はあくまで一例であり、術具５０１７としては、例えば攝子、レトラクタ等、一般的に内視鏡下手術において用いられる各種の術具が用いられてよい。
【００５５】
内視鏡５００１によって撮影された患者５０７１の体腔内の術部の画像が、表示装置５０４１に表示される。術者５０６７は、表示装置５０４１に表示された術部の画像をリアルタイムで見ながら、エネルギー処置具５０２１や鉗子５０２３を用いて、例えば患部を切除する等の処置を行う。なお、図示は省略しているが、気腹チューブ５０１９、エネルギー処置具５０２１及び鉗子５０２３は、手術中に、術者５０６７又は助手等によって支持される。
【００５６】
（支持アーム装置）
支持アーム装置５０２７は、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１を備える。図示する例では、アーム部５０３１は、関節部５０３３ａ、５０３３ｂ、５０３３ｃ、及びリンク５０３５ａ、５０３５ｂから構成されており、アーム制御装置５０４５からの制御により駆動される。アーム部５０３１によって内視鏡５００１が支持され、その位置及び姿勢が制御される。これにより、内視鏡５００１の安定的な位置の固定が実現され得る。
【００５７】
（内視鏡）
内視鏡５００１は、先端から所定の長さの領域が患者５０７１の体腔内に挿入される鏡筒５００３と、鏡筒５００３の基端に接続されるカメラヘッド５００５と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒５００３を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡５００１を図示しているが、内視鏡５００１は、軟性の鏡筒５００３を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
【００５８】
鏡筒５００３の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡５００１には光源装置５０４３が接続されており、当該光源装置５０４３によって生成された光が、鏡筒５００３の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者５０７１の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡５００１は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
【００５９】
カメラヘッド５００５の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：Camera  Control  Unit）５０３９に送信される。なお、カメラヘッド５００５には、その光学系を適宜駆動させることにより、倍率及び焦点距離を調整する機能が搭載される。
【００６０】
なお、例えば立体視（３Ｄ表示）等に対応するために、カメラヘッド５００５には撮像素子が複数設けられてもよい。この場合、鏡筒５００３の内部には、当該複数の撮像素子のそれぞれに観察光を導光するために、リレー光学系が複数系統設けられる。
【００６１】
（カートに搭載される各種の装置）
ＣＣＵ５０３９は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）やＧＰＵ（Graphics  Processing  Unit）等によって構成され、内視鏡５００１及び表示装置５０４１の動作を統括的に制御する。具体的には、ＣＣＵ５０３９は、カメラヘッド５００５から受け取った画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。ＣＣＵ５０３９は、当該画像処理を施した画像信号を表示装置５０４１に提供する。また、ＣＣＵ５０３９は、カメラヘッド５００５に対して制御信号を送信し、その駆動を制御する。当該制御信号には、倍率や焦点距離等、撮像条件に関する情報が含まれ得る。
【００６２】
表示装置５０４１は、ＣＣＵ５０３９からの制御により、当該ＣＣＵ５０３９によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。内視鏡５００１が例えば４Ｋ（水平画素数３８４０×垂直画素数２１６０）又は８Ｋ（水平画素数７６８０×垂直画素数４３２０）等の高解像度の撮影に対応したものである場合、及び／又は３Ｄ表示に対応したものである場合には、表示装置５０４１としては、それぞれに対応して、高解像度の表示が可能なもの、及び／又は３Ｄ表示可能なものが用いられ得る。４Ｋ又は８Ｋ等の高解像度の撮影に対応したものである場合、表示装置５０４１として５５インチ以上のサイズのものを用いることで一層の没入感が得られる。また、用途に応じて、解像度、サイズが異なる複数の表示装置５０４１が設けられてもよい。
【００６３】
光源装置５０４３は、例えばＬＥＤ（light  emitting  diode）等の光源から構成され、術部を撮影する際の照射光を内視鏡５００１に供給する。
【００６４】
アーム制御装置５０４５は、例えばＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、所定のプログラムに従って動作することにより、所定の制御方式に従って支持アーム装置５０２７のアーム部５０３１の駆動を制御する。
【００６５】
入力装置５０４７は、内視鏡手術システム５０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置５０４７を介して、内視鏡手術システム５０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、入力装置５０４７を介して、患者の身体情報や、手術の術式についての情報等、手術に関する各種の情報を入力する。また、例えば、ユーザは、入力装置５０４７を介して、アーム部５０３１を駆動させる旨の指示や、内視鏡５００１による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示、エネルギー処置具５０２１を駆動させる旨の指示等を入力する。
【００６６】
入力装置５０４７の種類は限定されず、入力装置５０４７は各種の公知の入力装置であってよい。入力装置５０４７としては、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、スイッチ、フットスイッチ５０５７及び／又はレバー等が適用され得る。入力装置５０４７としてタッチパネルが用いられる場合には、当該タッチパネルは表示装置５０４１の表示面上に設けられてもよい。
【００６７】
あるいは、入力装置５０４７は、例えばメガネ型のウェアラブルデバイスやＨＭＤ（Head  Mounted  Display）等の、ユーザによって装着されるデバイスであり、これらのデバイスによって検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。また、入力装置５０４７は、ユーザの動きを検出可能なカメラを含み、当該カメラによって撮像された映像から検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。更に、入力装置５０４７は、ユーザの声を収音可能なマイクロフォンを含み、当該マイクロフォンを介して音声によって各種の入力が行われる。このように、入力装置５０４７が非接触で各種の情報を入力可能に構成されることにより、特に清潔域に属するユーザ（例えば術者５０６７）が、不潔域に属する機器を非接触で操作することが可能となる。また、ユーザは、所持している術具から手を離すことなく機器を操作することが可能となるため、ユーザの利便性が向上する。
【００６８】
処置具制御装置５０４９は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具５０２１の駆動を制御する。気腹装置５０５１は、内視鏡５００１による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者５０７１の体腔を膨らめるために、気腹チューブ５０１９を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ５０５３は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ５０５５は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
【００６９】
以下、内視鏡手術システム５０００において特に特徴的な構成について、更に詳細に説明する。
【００７０】
（支持アーム装置）
支持アーム装置５０２７は、基台であるベース部５０２９と、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１と、を備える。図示する例では、アーム部５０３１は、複数の関節部５０３３ａ、５０３３ｂ、５０３３ｃと、関節部５０３３ｂによって連結される複数のリンク５０３５ａ、５０３５ｂと、から構成されているが、図１６では、簡単のため、アーム部５０３１の構成を簡略化して図示している。実際には、アーム部５０３１が所望の自由度を有するように、関節部５０３３ａ〜５０３３ｃ及びリンク５０３５ａ、５０３５ｂの形状、数及び配置、並びに関節部５０３３ａ〜５０３３ｃの回転軸の方向等が適宜設定され得る。例えば、アーム部５０３１は、好適に、６自由度以上の自由度を有するように構成され得る。これにより、アーム部５０３１の可動範囲内において内視鏡５００１を自由に移動させることが可能になるため、所望の方向から内視鏡５００１の鏡筒５００３を患者５０７１の体腔内に挿入することが可能になる。
【００７１】
関節部５０３３ａ〜５０３３ｃにはアクチュエータが設けられており、関節部５０３３ａ〜５０３３ｃは当該アクチュエータの駆動により所定の回転軸まわりに回転可能に構成されている。当該アクチュエータの駆動がアーム制御装置５０４５によって制御されることにより、各関節部５０３３ａ〜５０３３ｃの回転角度が制御され、アーム部５０３１の駆動が制御される。これにより、内視鏡５００１の位置及び姿勢の制御が実現され得る。この際、アーム制御装置５０４５は、力制御又は位置制御等、各種の公知の制御方式によってアーム部５０３１の駆動を制御することができる。
【００７２】
例えば、術者５０６７が、入力装置５０４７（フットスイッチ５０５７を含む）を介して適宜操作入力を行うことにより、当該操作入力に応じてアーム制御装置５０４５によってアーム部５０３１の駆動が適宜制御され、内視鏡５００１の位置及び姿勢が制御されてよい。当該制御により、アーム部５０３１の先端の内視鏡５００１を任意の位置から任意の位置まで移動させた後、その移動後の位置で固定的に支持することができる。なお、アーム部５０３１は、いわゆるマスタースレイブ方式で操作されてもよい。この場合、アーム部５０３１は、手術室内または手術室から離れた場所に設置される入力装置５０４７を介してユーザによって遠隔操作され得る。
【００７３】
また、力制御が適用される場合には、アーム制御装置５０４５は、ユーザからの外力を受け、その外力にならってスムーズにアーム部５０３１が移動するように、各関節部５０３３ａ〜５０３３ｃのアクチュエータを駆動させる、いわゆるパワーアシスト制御を行ってもよい。これにより、ユーザが直接アーム部５０３１に触れながらアーム部５０３１を移動させる際に、比較的軽い力で当該アーム部５０３１を移動させることができる。従って、より直感的に、より簡易な操作で内視鏡５００１を移動させることが可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。
【００７４】
ここで、一般的に、内視鏡下手術では、スコピストと呼ばれる医師によって内視鏡５００１が支持されていた。これに対して、支持アーム装置５０２７を用いることにより、人手によらずに内視鏡５００１の位置をより確実に固定することが可能になるため、術部の画像を安定的に得ることができ、手術を円滑に行うことが可能になる。
【００７５】
なお、アーム制御装置５０４５は必ずしもカート５０３７に設けられなくてもよい。また、アーム制御装置５０４５は必ずしも１つの装置でなくてもよい。例えば、アーム制御装置５０４５は、支持アーム装置５０２７のアーム部５０３１の各関節部５０３３ａ〜５０３３ｃにそれぞれ設けられてもよく、複数のアーム制御装置５０４５が互いに協働することにより、アーム部５０３１の駆動制御が実現されてもよい。
【００７６】
（光源装置）
光源装置５０４３は、内視鏡５００１に術部を撮影する際の照射光を供給する。光源装置５０４３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成される。このとき、ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置５０４３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド５００５の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
【００７７】
また、光源装置５０４３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド５００５の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
【００７８】
また、光源装置５０４３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow  Band  Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察するもの（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得るもの等が行われ得る。光源装置５０４３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
【００７９】
（カメラヘッド及びＣＣＵ）
図１７を参照して、内視鏡５００１のカメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９の機能についてより詳細に説明する。図１７は、図１６に示すカメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９の機能構成の一例を示すブロック図である。
【００８０】
図１７を参照すると、カメラヘッド５００５は、その機能として、レンズユニット５００７と、撮像部５００９と、駆動部５０１１と、通信部５０１３と、カメラヘッド制御部５０１５と、を有する。また、ＣＣＵ５０３９は、その機能として、通信部５０５９と、画像処理部５０６１と、制御部５０６３と、を有する。カメラヘッド５００５とＣＣＵ５０３９とは、伝送ケーブル５０６５によって双方向に通信可能に接続されている。
【００８１】
まず、カメラヘッド５００５の機能構成について説明する。レンズユニット５００７は、鏡筒５００３との接続部に設けられる光学系である。鏡筒５００３の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド５００５まで導光され、当該レンズユニット５００７に入射する。レンズユニット５００７は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。レンズユニット５００７は、撮像部５００９の撮像素子の受光面上に観察光を集光するように、その光学特性が調整されている。また、ズームレンズ及びフォーカスレンズは、撮像画像の倍率及び焦点の調整のため、その光軸上の位置が移動可能に構成される。
【００８２】
撮像部５００９は撮像素子によって構成され、レンズユニット５００７の後段に配置される。レンズユニット５００７を通過した観察光は、当該撮像素子の受光面に集光され、光電変換によって、観察像に対応した画像信号が生成される。撮像部５００９によって生成された画像信号は、通信部５０１３に提供される。
【００８３】
撮像部５００９を構成する撮像素子としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）タイプのイメージセンサであり、Ｂａｙｅｒ配列を有するカラー撮影可能なものが用いられる。なお、当該撮像素子としては、例えば４Ｋ以上の高解像度の画像の撮影に対応可能なものが用いられてもよい。術部の画像が高解像度で得られることにより、術者５０６７は、当該術部の様子をより詳細に把握することができ、手術をより円滑に進行することが可能となる。
【００８４】
また、撮像部５００９を構成する撮像素子は、３Ｄ表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成される。３Ｄ表示が行われることにより、術者５０６７は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部５００９が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット５００７も複数系統設けられる。
【００８５】
また、撮像部５００９は、必ずしもカメラヘッド５００５に設けられなくてもよい。例えば、撮像部５００９は、鏡筒５００３の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
【００８６】
駆動部５０１１は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部５０１５からの制御により、レンズユニット５００７のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部５００９による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
【００８７】
通信部５０１３は、ＣＣＵ５０３９との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部５０１３は、撮像部５００９から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル５０６５を介してＣＣＵ５０３９に送信する。この際、術部の撮像画像を低レイテンシで表示するために、当該画像信号は光通信によって送信されることが好ましい。手術の際には、術者５０６７が撮像画像によって患部の状態を観察しながら手術を行うため、より安全で確実な手術のためには、術部の動画像が可能な限りリアルタイムに表示されることが求められるからである。光通信が行われる場合には、通信部５０１３には、電気信号を光信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。画像信号は当該光電変換モジュールによって光信号に変換された後、伝送ケーブル５０６５を介してＣＣＵ５０３９に送信される。
【００８８】
また、通信部５０１３は、ＣＣＵ５０３９から、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を受信する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。通信部５０１３は、受信した制御信号をカメラヘッド制御部５０１５に提供する。なお、ＣＣＵ５０３９からの制御信号も、光通信によって伝送されてもよい。この場合、通信部５０１３には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられ、制御信号は当該光電変換モジュールによって電気信号に変換された後、カメラヘッド制御部５０１５に提供される。
【００８９】
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ５０３９の制御部５０６３によって自動的に設定される。つまり、いわゆるＡＥ（Auto  Exposure）機能、ＡＦ（Auto  Focus）機能及びＡＷＢ（Auto  White  Balance）機能が内視鏡５００１に搭載される。
【００９０】
カメラヘッド制御部５０１５は、通信部５０１３を介して受信したＣＣＵ５０３９からの制御信号に基づいて、カメラヘッド５００５の駆動を制御する。例えば、カメラヘッド制御部５０１５は、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報及び／又は撮像時の露光を指定する旨の情報に基づいて、撮像部５００９の撮像素子の駆動を制御する。また、例えば、カメラヘッド制御部５０１５は、撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報に基づいて、駆動部５０１１を介してレンズユニット５００７のズームレンズ及びフォーカスレンズを適宜移動させる。カメラヘッド制御部５０１５は、更に、鏡筒５００３やカメラヘッド５００５を識別するための情報を記憶する機能を備えてもよい。
【００９１】
なお、レンズユニット５００７や撮像部５００９等の構成を、気密性及び防水性が高い密閉構造内に配置することで、カメラヘッド５００５について、オートクレーブ滅菌処理に対する耐性を持たせることができる。
【００９２】
次に、ＣＣＵ５０３９の機能構成について説明する。通信部５０５９は、カメラヘッド５００５との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部５０５９は、カメラヘッド５００５から、伝送ケーブル５０６５を介して送信される画像信号を受信する。この際、上記のように、当該画像信号は好適に光通信によって送信され得る。この場合、光通信に対応して、通信部５０５９には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。通信部５０５９は、電気信号に変換した画像信号を画像処理部５０６１に提供する。
【００９３】
また、通信部５０５９は、カメラヘッド５００５に対して、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を送信する。当該制御信号も光通信によって送信されてよい。
【００９４】
画像処理部５０６１は、カメラヘッド５００５から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。当該画像処理としては、例えば現像処理、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ（Noise  reduction）処理及び／又は手ブレ補正処理等）、並びに／又は拡大処理（電子ズーム処理）等、各種の公知の信号処理が含まれる。また、画像処理部５０６１は、ＡＥ、ＡＦ及びＡＷＢを行うための、画像信号に対する検波処理を行う。
【００９５】
画像処理部５０６１は、ＣＰＵやＧＰＵ等のプロセッサによって構成され、当該プロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより、上述した画像処理や検波処理が行われ得る。なお、画像処理部５０６１が複数のＧＰＵによって構成される場合には、画像処理部５０６１は、画像信号に係る情報を適宜分割し、これら複数のＧＰＵによって並列的に画像処理を行う。
【００９６】
制御部５０６３は、内視鏡５００１による術部の撮像、及びその撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部５０６３は、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を生成する。この際、撮像条件がユーザによって入力されている場合には、制御部５０６３は、当該ユーザによる入力に基づいて制御信号を生成する。あるいは、内視鏡５００１にＡＥ機能、ＡＦ機能及びＡＷＢ機能が搭載されている場合には、制御部５０６３は、画像処理部５０６１による検波処理の結果に応じて、最適な露出値、焦点距離及びホワイトバランスを適宜算出し、制御信号を生成する。
【００９７】
また、制御部５０６３は、画像処理部５０６１によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部の画像を表示装置５０４１に表示させる。この際、制御部５０６３は、各種の画像認識技術を用いて術部画像内における各種の物体を認識する。例えば、制御部５０６３は、術部画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具５０２１使用時のミスト等を認識することができる。制御部５０６３は、表示装置５０４１に術部の画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させる。手術支援情報が重畳表示され、術者５０６７に提示されることにより、より安全かつ確実に手術を進めることが可能になる。
【００９８】
カメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９を接続する伝送ケーブル５０６５は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
【００９９】
ここで、図示する例では、伝送ケーブル５０６５を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド５００５とＣＣＵ５０３９との間の通信は無線で行われてもよい。両者の間の通信が無線で行われる場合には、伝送ケーブル５０６５を手術室内に敷設する必要がなくなるため、手術室内における医療スタッフの移動が当該伝送ケーブル５０６５によって妨げられる事態が解消され得る。
【０１００】
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システム５０００の一例について説明した。なお、ここでは、一例として内視鏡手術システム５０００について説明したが、本開示に係る技術が適用され得るシステムはかかる例に限定されない。例えば、本開示に係る技術は、検査用軟性内視鏡システムや顕微鏡手術システムに適用されてもよい。
【０１０１】
１０．医療用支持アーム装置の具体的構成例
次に、本開示の実施の形態に係る医療用支持アーム装置の具体的構成例について詳細に説明する。以下に説明する支持アーム装置は、アーム部の先端に内視鏡を支持する支持アーム装置として構成された例であるが、本実施形態は係る例に限定されない。
【０１０２】
まず、図１８を参照して、本実施形態に係る支持アーム装置４００の概略構成について説明する。図１８は、本実施形態に係る支持アーム装置４００の外観を示す概略図である。
【０１０３】
本実施形態に係る支持アーム装置４００は、ベース部４１０及びアーム部４２０を備える。ベース部４１０は支持アーム装置４００の基台であり、ベース部４１０からアーム部４２０が延伸される。また、図１８には図示しないが、ベース部４１０内には、支持アーム装置４００を統合的に制御する制御部が設けられてもよく、アーム部４２０の駆動が当該制御部によって制御されてもよい。当該制御部は、例えばＣＰＵやＤＳＰ等の各種の信号処理回路によって構成される。
【０１０４】
アーム部４２０は、複数の能動関節部４２１ａ〜４２１ｆと、複数のリンク４２２ａ〜４２２ｆと、アーム部４２０の先端に設けられた先端ユニットとしての内視鏡装置４２３とを有する。
【０１０５】
リンク４２２ａ〜４２２ｆは略棒状の部材である。リンク４２２ａの一端が能動関節部４２１ａを介してベース部４１０と連結され、リンク４２２ａの他端が能動関節部４２１ｂを介してリンク４２２ｂの一端と連結され、さらに、リンク４２２ｂの他端が能動関節部４２１ｃを介してリンク４２２ｃの一端と連結される。リンク４２２ｃの他端は受動スライド機構１００を介してリンク４２２ｄに連結され、さらに、リンク４２２ｄの他端は受動関節部２００を介してリンク４２２ｅの一端と連結される。リンク４２２ｅの他端は能動関節部４２１ｄ，４２１ｅを介してリンク４２２ｆの一端と連結される。内視鏡装置４２３は、アーム部４２０の先端、すなわち、リンク４２２ｆの他端に、能動関節部４２１ｆを介して連結される。このように、ベース部４１０を支点として、複数のリンク４２２ａ〜４２２ｆの端同士が、能動関節部４２１ａ〜４２１ｆ、受動スライド機構１００及び受動関節部２００によって互いに連結されることにより、ベース部４１０から延伸されるアーム形状が構成される。
【０１０６】
かかるアーム部４２０のそれぞれの能動関節部４２１ａ〜４２１ｆに設けられたアクチュエータが駆動制御されることにより、内視鏡装置４２３の位置及び姿勢が制御される。本実施形態において、内視鏡装置４２３は、その先端が施術部位である患者の体腔内に進入して施術部位の一部領域を撮影する。ただし、アーム部４２０の先端に設けられる先端ユニットは内視鏡装置４２３に限定されず、アーム部４２０の先端には先端ユニットとして各種の医療用器具が接続されてよい。このように、本実施形態に係る支持アーム装置４００は、医療用器具を備えた医療用支持アーム装置として構成される。
【０１０７】
ここで、以下では、図１８に示すように座標軸を定義して支持アーム装置４００の説明を行う。また、座標軸に合わせて、上下方向、前後方向、左右方向を定義する。すなわち、床面に設置されているベース部４１０に対する上下方向をｚ軸方向及び上下方向と定義する。また、ｚ軸と互いに直交する方向であって、ベース部４１０からアーム部４２０が延伸されている方向（すなわち、ベース部４１０に対して内視鏡装置４２３が位置している方向）をｙ軸方向及び前後方向と定義する。さらに、ｙ軸及びｚ軸と互いに直交する方向をｘ軸方向及び左右方向と定義する。
【０１０８】
能動関節部４２１ａ〜４２１ｆはリンク同士を互いに回動可能に連結する。能動関節部４２１ａ〜４２１ｆはアクチュエータを有し、当該アクチュエータの駆動により所定の回転軸に対して回転駆動される回転機構を有する。各能動関節部４２１ａ〜４２１ｆにおける回転駆動をそれぞれ制御することにより、例えばアーム部４２０を伸ばしたり、縮めたり（折り畳んだり）といった、アーム部４２０の駆動を制御することができる。ここで、能動関節部４２１ａ〜４２１ｆは、例えば公知の全身協調制御及び理想関節制御によってその駆動が制御され得る。上述したように、能動関節部４２１ａ〜４２１ｆは回転機構を有するため、以下の説明において、能動関節部４２１ａ〜４２１ｆの駆動制御とは、具体的には、能動関節部４２１ａ〜４２１ｆの回転角度及び／又は発生トルク（能動関節部４２１ａ〜４２１ｆが発生させるトルク）が制御されることを意味する。
【０１０９】
受動スライド機構１００は、受動形態変更機構の一態様であり、リンク４２２ｃとリンク４２２ｄとを所定方向に沿って互いに進退動可能に連結する。例えば受動スライド機構１００は、リンク４２２ｃとリンク４２２ｄとを互いに直動可能に連結してもよい。ただし、リンク４２２ｃとリンク４２２ｄとの進退運動は直線運動に限られず、円弧状を成す方向への進退運動であってもよい。受動スライド機構１００は、例えばユーザによって進退動の操作が行われ、リンク４２２ｃの一端側の能動関節部４２１ｃと受動関節部２００との間の距離を可変とする。これにより、アーム部４２０の全体の形態が変化し得る。受動スライド機構１００の構成の詳細は後述する。
【０１１０】
受動関節部２００は、受動形態変更機構の一態様であり、リンク４２２ｄとリンク４２２ｅとを互いに回動可能に連結する。受動関節部２００は、例えばユーザによって回動の操作が行われ、リンク４２２ｄとリンク４２２ｅとの成す角度を可変とする。これにより、アーム部４２０の全体の形態が変化し得る。受動関節部２００の構成の詳細は後述する。
【０１１１】
なお、本明細書において、「アーム部の姿勢」とは、一つ又は複数のリンクを挟んで隣り合う能動関節部同士の間の距離が一定の状態で、制御部による能動関節部４２１ａ〜４２１ｆに設けられたアクチュエータの駆動制御によって変化し得るアーム部の状態をいう。また、「アーム部の形態」とは、受動形態変更機構が操作されることに伴って、リンクを挟んで隣り合う能動関節部同士の間の距離や、隣り合う能動関節部の間をつなぐリンク同士の成す角度が変わることで変化し得るアーム部の状態をいう。
【０１１２】
本実施形態に係る支持アーム装置４００は、６つの能動関節部４２１ａ〜４２１ｆを有し、アーム部４２０の駆動に関して６自由度が実現されている。つまり、支持アーム装置４００の駆動制御は制御部による６つの能動関節部４２１ａ〜４２１ｆの駆動制御により実現される一方、受動スライド機構１００及び受動関節部２００は、制御部による駆動制御の対象とはなっていない。
【０１１３】
具体的には、図１８に示すように、能動関節部４２１ａ，４２１ｄ，４２１ｆは、接続されている各リンク４２２ａ，４２２ｅの長軸方向及び接続されている内視鏡装置４２３の撮影方向を回転軸方向とするように設けられている。能動関節部４２１ｂ，４２１ｃ，４２１ｅは、接続されている各リンク４２２ａ〜４２２ｃ，４２２ｅ，４２２ｆ及び内視鏡装置４２３の連結角度をｙ−ｚ平面（ｙ軸とｚ軸とで規定される平面）内において変更する方向であるｘ軸方向を回転軸方向とするように設けられている。このように、本実施形態においては、能動関節部４２１ａ，４２１ｄ，４２１ｆは、いわゆるヨーイングを行う機能を有し、能動関節部４２１ｂ，４２１ｃ，４２１ｅは、いわゆるピッチングを行う機能を有する。
【０１１４】
このようなアーム部４２０の構成を有することにより、本実施形態に係る支持アーム装置４００ではアーム部４２０の駆動に対して６自由度が実現されるため、アーム部４２０の可動範囲内において内視鏡装置４２３を自由に移動させることができる。図１８では、内視鏡装置４２３の移動可能範囲の一例として半球を図示している。半球の中心点ＲＣＭ（遠隔運動中心）が内視鏡装置４２３によって撮影される施術部位の撮影中心であるとすれば、内視鏡装置４２３の撮影中心を半球の中心点に固定した状態で、内視鏡装置４２３を半球の球面上で移動させることにより、施術部位を様々な角度から撮影することができる。
【０１１５】
ここまで、本実施形態に係る支持アーム装置４００の構成について説明した。以下、本実施形態に係る支持アーム装置４００におけるアーム部４２０の駆動制御、すなわち、能動関節部４２１ａ〜４２１ｆに設けられたアクチュエータ４３０の回転駆動を制御するための制御装置の構成例について説明する。
【０１１６】
図１９は、制御装置３５０を含む支持アーム装置４００の全体構成例を示すブロック図である。制御装置３５０は、制御部３５１と記憶部３５７と入力部３５９とを備える。
【０１１７】
制御部３５１は、例えばＣＰＵやＤＳＰ等の各種の信号処理回路によって構成される。制御部３５１は、制御装置３５０を統合的に制御するとともに、支持アーム装置４００におけるアーム部４２０の駆動を制御するための各種の演算を行う。具体的に、制御部３５１は、全身協調制御部３５３と理想関節制御部３５５とを有する。全身協調制御部３５３は、支持アーム装置４００のアーム部４２０の能動関節部４２１ａ〜４２１ｆに設けられたアクチュエータ４３０を駆動制御するために、全身協調制御における各種の演算を行う。理想関節制御部３５５は、外乱の影響を補正することにより全身協調制御に対する理想的な応答を実現する理想関節制御における各種の演算を行う。記憶部３５７は、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶素子であってもよく、あるいは、半導体メモリ、ハードディスク、外付けの記憶装置であってよい。
【０１１８】
入力部３５９は、ユーザが制御部３５１に対して支持アーム装置４００の駆動制御に関する情報や命令等を入力するための入力インタフェースである。入力部３５９は、例えばレバー、ペダル等のユーザが操作する操作手段を有し、当該レバー、ペダル等の操作に応じて、アーム部４２０の各構成部材の位置や速度等が、瞬時的な運動目的として設定されてもよい。かかる入力部３５９は、例えばレバーやペダルの他、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン及びスイッチ等のユーザが操作する操作手段を有してもよい。
【０１１９】
また、制御装置３５０により制御されるアーム部４２０は、能動関節部４２１を備える。能動関節部４２１（４２１ａ〜４２１ｆ）は、リンク４２２ａ〜４２２ｆ及び内視鏡装置４２３を接続又は支持するための支持部材等、アーム部４２０の駆動に必要な各種の構成を有する。ここまでの説明及び以下の説明において、アーム部４２０の関節部の駆動とは、能動関節部４２１ａ〜４２１ｆにおけるアクチュエータ４３０の駆動を意味していてもよい。
【０１２０】
能動関節部４２１は、トルクセンサ４２８、エンコーダ４２７及びアクチュエータ４３０を備える。なお、図１９では、アクチュエータ４３０とエンコーダ４２７及びトルクセンサ４２８とが分離して図示されているが、エンコーダ４２７及びトルクセンサ４２８はアクチュエータ４３０に含まれて構成されてもよい。
【０１２１】
アクチュエータ４３０は、モータと、モータドライバと、減速機と、から構成される。アクチュエータ４３０は、例えば力制御に対応するアクチュエータである。アクチュエータ４３０では、モータの回転が減速機によって所定の減速比で減速され、出力軸を介して後段の他の部材に伝達されることにより、当該他の部材が駆動されることとなる。
【０１２２】
モータは、回転駆動力を生み出す駆動機構である。モータは、モータドライバからの制御により、制御部からのトルク指令値に対応するトルクを発生するように駆動される。モータとしては、例えばブラシレスモータが用いられる。ただし、本実施形態はかかる例に限定されず、モータとしては各種の公知の種類のモータが用いられてよい。
【０１２３】
モータドライバは、モータに電流を供給することによりモータを回転駆動させるドライバ回路（ドライバＩＣ（Integrated  Circuit））であり、モータに供給する電流量を調整することにより、モータの回転数を制御することができる。モータドライバは、制御部からのトルク指令値τに対応する電流をモータに供給することにより、当該モータを駆動させる。
【０１２４】
また、モータドライバは、モータに供給する電流量を調整することにより、アクチュエータ４３０の回転運動における粘性抵抗係数を調整することができる。これにより、アクチュエータ４３０における回転運動、すなわち、能動関節部４２１ａ〜４２１ｆにおける回転運動に対して、所定の抵抗を負荷することが可能となる。例えば、能動関節部４２１ａ〜４２１ｆを、外部から加えられる力に対して回転しやすい状態（すなわち、アーム部４２０を手動で移動しやすい状態）にすることもできるし、逆に、外部から加えられる力に対して回転し難い状態（すなわち、アーム部４２０を手動で移動し難い状態）にすることもできる。上述したオールフリーモードは、能動関節部４２１ａ〜４２１ｆを、外部から加えられる力に対して回転しやすい状態にすることで実現される。
【０１２５】
モータの回転軸（駆動軸）には、減速機が連結される。減速機は、連結されたモータの回転軸の回転速度（すなわち、入力軸の回転速度）を、所定の減速比で減速させて出力軸に伝達する。本実施形態では、減速機の構成は特定のものに限定されず、減速機としては各種の公知の種類の減速機が用いられてよい。ただし、減速機としては、例えばハーモニックドライブ（登録商標）等の、高精度に減速比が設定可能なものが用いられることが好ましい。また、減速機の減速比は、アクチュエータ４３０の用途に応じて適宜設定され得る。例えば、本実施形態のように、アクチュエータ４３０が支持アーム装置４００の能動関節部４２１ａ〜４２１ｆに適用される場合であれば、１：１００程度の減速比を有する減速機が好適に用いられ得る。
【０１２６】
エンコーダ４２７は、入力軸の回転角度（すなわち、モータの回転軸の回転角度）を検出する。エンコーダ４２７によって検出された入力軸の回転数と、減速機の減速比と、に基づいて、能動関節部４２１ａ〜４２１ｆの回転角度、回転角速度及び回転角加速度等の情報を得ることができる。エンコーダ４２７としては、例えば磁気式エンコーダ、光学式エンコーダ等の各種の公知のロータリエンコーダが用いられてよい。なお、エンコーダ４２７は、アクチュエータ４３０の入力軸にのみ設けられてもよいし、減速機よりも後段に、アクチュエータ４３０の出力軸の回転角度等を検出するためのエンコーダが更に設けられてもよい。
【０１２７】
トルクセンサ４２８は、アクチュエータ４３０の出力軸に接続され、アクチュエータ４３０に作用するトルクを検出する。トルクセンサ４２８は、アクチュエータ４３０によって出力されるトルク（発生トルク）を検出する。また、トルクセンサ４２８は、アクチュエータ４３０に外部から加えられる外トルクも検出することができる。
【０１２８】
以上、能動関節部４２１の構成について説明した。ここで、本実施形態では、アーム部４２０の動作が力制御によって制御される。当該力制御においては、支持アーム装置４００では、各アクチュエータ４３０に設けられたエンコーダ４２７及びトルクセンサ４２８によって、各能動関節部４２１ａ〜４２１ｆの回転角度、及び各能動関節部４２１ａ〜４２１ｆに作用するトルクがそれぞれ検出される。このとき、トルクセンサ４２８によって検出される各能動関節部４２１ａ〜４２１ｆに作用するトルクには、アーム部４２０及び／又は内視鏡装置４２３に作用する力も含まれ得る。
【０１２９】
また、エンコーダ４２７によって検出された回転角度、及びトルクセンサ４２８によって検出されたトルク値に基づいて、現在のアーム部４２０の状態（位置、速度等）が取得され得る。支持アーム装置４００では、取得されたアーム部４２０の状態（アーム状態）に基づいて、アーム部４２０が所望の運動目的を実行するために必要な、各能動関節部４２１ａ〜４２１ｆに設けられたアクチュエータ４３０が発生すべきトルクが算出され、当該トルクを制御値として各能動関節部４２１ａ〜４２１ｆのアクチュエータ４３０が駆動されることになる。
【０１３０】
なお、アクチュエータ４３０としては、一般的に力制御によってその動作が制御される各種の装置において用いられている、各種の公知のアクチュエータを用いることができる。例えば、アクチュエータ４３０としては、本願出願人による先行特許出願である特開２００９−２６９１０２号公報や特開２０１１−２０９０９９号公報等に記載のものを好適に用いることができる。
【０１３１】
本実施形態に係る支持アーム装置４００において、アクチュエータ４３０、及びアクチュエータを構成する各部品の構成は上記の構成に限定されず、他の構成であってもよい。
【０１３２】
１１．内視鏡側のアクチュエータのみを設けた構成例
以上の説明では、２つのアクチュエータ１１０，１２０を備える医療用保持装置１００について説明した。一方、医療用保持装置１００は、１つのアクチュエータのみを備えていても良い。この場合、カメラヘッド２００に対して内視鏡３００を回転させるための回転機構とアクチュエータを少なくとも１つ搭載し、カメラヘッド２００に対する内視鏡３００の回転を実現する。
【０１３３】
図２０は、医療用保持装置１００が１つのアクチュエータを備える場合の医療用保持装置１００を示す模式図である。図２０に示す例では、図２に示した２つのアクチュエータ１１０,１２０のうち、アクチュエータ１２０のみが設けられている。また、図２０に示す例では、図２に示したアクチュエータ１１０の全ての構成は設けられていないが、アクチュエータ１１０の構成のうち、ステータ１２３とロータ１２２以外の構成が設けられている。具体的には、図２に示したアクチュエータ１１０構成のうち、固定枠１２１、出力部１２４、ベアリング部１２６が設けられている。このため、出力部１２４はベアリング部１２６により固定枠１２１に対して自由に回転可能に支持されており、これにより、カメラヘッド２００を自由に回転させる回転機構が実現されている。
【０１３４】
従って、図２０に示す医療用保持装置１００の構成によれば、図２に示す医療用保持装置１００と同様に、内視鏡３００側に設けられたアクチュエータ１２０を駆動することで、出力部１２４とともにアダプタ１６０及びドレープ装着部６００が回転し、ドレープ装着部６００に装着された内視鏡３００がドレープ装着部６００と一体的に回転する。これにより、フレーム１５０に対して内視鏡３００を回転することができる。
【０１３５】
一方、図２０に示す医療用保持装置１００の構成によれば、図２に示す医療用保持装置１００とは異なり、カメラヘッド２００側のアクチュエータ１１０の構成のうち、ステータ１２３とロータ１２２が設けられていない。このため、出力部１２４はベアリング部１２６により固定枠１２１に対して自由に回転可能であり、出力部１２４に固定されたレンズ鏡筒１４０も固定枠１２１に対して自由に回転可能である。従って、フレーム１５０に対して、レンズ鏡筒１４０、内視鏡アダプタ２１０及びカメラヘッド２００が自由に回転できる。これにより、フレーム１５０に対してカメラヘッド２００を自由に回転することができるため、例えば、術者がカメラヘッド２００を手で回転させることにより、カメラヘッド２００によって撮影される画像の天地の方向を自由に変化させることができる。
【０１３６】
また、カメラヘッド２００の天地方向の制御に関しては、カメラヘッド２００を保持する出力部１２４、内視鏡アダプタ２１０などの部材に対し、回転軸（カメラヘッド２００の光軸）に対してずらした位置に錘を取り付け、錘の自重でカメラヘッド２００の天地方向を制御することができる。なお、錘の取り付け位置を回転軸からずらした位置にすることは必須ではなく、例えば、重心が回転軸からずれている錘を回転軸上に取り付けて天地方向を制御してもよい。すなわち、錘の重心が回転軸上からずれていることで重力方向に錘が回転し、カメラヘッド２００の天地方向を制御することができる。
【０１３７】
図２１は、図２０に示す医療用保持装置１００の回転軸が重力方向に対して傾くように配置した状態を示す模式図である。図２１に示すように、図２に示したアクチュエータ１１０に対応する出力部１２４には、錘７００が取り付けられている。図２１において、矢印Ａ１の方向は重力方向であり、矢印Ａ２の方向はカメラヘッド２００の天地方向である。錘７００の自重で出力部１２４が回転し、錘７００が重力方向に下がることにより、出力部１２４、内視鏡アダプタ２１０、カメラヘッド２００が一体に回転し、錘７００が最下点に位置すると、カメラヘッド２００の天地方向が重力方向と一致する。これにより、カメラヘッド２００をフレーム１５０に対して回転させるアクチュエータ１１０を設けることなく、カメラヘッド２００の天地方向を重力方向に制御することができる。なお、回転軸に対する錘７００の位置をカメラヘッド２００の天地方向とずらすことで、錘７００が最下点に位置したときのカメラヘッド２００の角度は任意に設定できる。
【０１３８】
また、図２０に示す医療用保持装置１００では、図２に示すアクチュエータ１１０の構成のうち、ステータ１２３とロータ１２２以外の構成が設けられている。このため、図３に示した、磁気式エンコーダを構成する円環状のマグネット１２８とセンサ１３０が設けられている。従って、マグネット１２８の回転に応じて、マグネット１２８の位置に応じた信号がセンサ１３０により検出され、これにより出力部１２４の回転位置が検出される。
【０１３９】
このため、磁気式エンコーダによって検出される出力部１２４の回転位置に基づいて、カメラヘッド２００の回転位置を取得することができ、カメラヘッド２００の天地方向を取得することができる。そして、カメラヘッド２００の天地方向が判ると、カメラヘッド２００により撮像された画像を画像処理することで、撮像画像の天地方向が正しくなるように表示することができる。この場合に、図１７に示す画像処理部５０６１は、磁気式エンコーダによって検出される出力部１２４の回転位置に基づいて、カメラヘッド２００により撮像された画像の画像処理を行う。例えば、カメラヘッド２００の天地方向が出力部１２４の回転位置（＝０）に対応する場合において、磁気式エンコーダによって検出される出力部１２４の回転位置が３０°であれば、撮像画像を画像処理により３０°だけ回転させる。これにより、撮像画像の天地方向が正しくなるように補正することができ、撮像画像の天地方向を最適化することができる。
【０１４０】
以上のように、図２０に示す医療用保持装置１００によれば、１つのアクチュエータ１２０を搭載することで、アクチュエータ１２０の駆動によりフレーム１５０に対して内視鏡３００を回転することができる。また、カメラヘッド２００側では、フレーム１５０に対してカメラヘッド２００を自由に回転することができる。これにより、医療用保持装置１００をより簡素な構成とすることができ、製造コストを低減することができる。
【０１４１】
更に、カメラヘッド２００の天地方向の制御については、錘７００を取り付けることにより、またはカメラヘッド２００の回転位置を検出して画像処理を行うことにより、天地方向を最適に制御することができる。
【０１４２】
以上説明したように本実施形態によれば、カメラヘッド２００と内視鏡３００を独立して回転させることが可能となる。これにより、例えばカメラヘッド２００の天地を保持した状態での内視鏡３００の回転を実現することも可能となる。また、ドレープ装着部６００を用いて清潔域の担保が可能になり、斜視鏡を用いた内視鏡下外科手術に医療用保持機構を搭載した医療用アームの適応を実現することができる。
【０１４３】
また、回転機構付きのドレープ装着部６００を設けたことにより、内視鏡３００を回転させた際のドレープの絡み付きを抑制することができ、３６０°以上の自由な内視鏡３００の回転を実現することが可能となる。
【０１４４】
また、内視鏡３００の回転対応の医療用保持装置１００を医療の現場に導入することにより、現場での稼働率を向上することができ、人からの置き換えで人員削減が可能となる。更に、操作が難しいとされる斜視鏡回転作業を機械が人の代わりに実現することも想定できる。また、汎用的な医療用カメラ、内視鏡への対応で内視鏡ホルダーの経済性を向上することも可能である。
【０１４５】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１４６】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０１４７】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）  術中の被写体像を取得するための医療用光学機器を光軸中心に回転させる第１のアクチュエータと、
前記医療用光学機器を通して前記被写体像を撮像するカメラヘッドを光軸中心に回転可能に支持する回転機構と、
を備える、医療用保持装置。
（２）  前記カメラヘッドを光軸中心に回転させる第２のアクチュエータを備える、前記（１）に記載の医療用保持装置。
（３）  前記カメラヘッドの光軸からずれた位置に重心を持つ錘を備え、
前記錘の自重により、前記回転機構を介して前記カメラヘッドが光軸中心に回転する、前記（１）に記載の医療用保持装置。
（４）  前記回転機構は、前記カメラヘッドの回転位置を検出するエンコーダを含み、
前記カメラヘッドにより撮像された撮像画像の天地方向が、前記エンコーダにより検出された前記回転位置に応じて、画像処理により最適化される、前記（１）に記載の医療用保持装置。
（５）  前記医療用光学機器は、硬性鏡である、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の医療用保持装置。
（６）  前記硬性鏡は、斜視鏡である、前記（５）に記載の医療用保持装置。
（７）  前記第１のアクチュエータは、フレームに固定されるステータと、前記ステータにより回転されて前記医療用光学機器と一体に回転するロータとを有する、前記（１）〜（６）のいずれかに記載の医療用保持装置。
（８）  前記第２のアクチュエータは、フレームに固定されるステータと、前記ステータにより回転されて前記カメラヘッドと一体に回転するロータとを有する、前記（２）に記載の医療用保持装置。
（９）  前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータは中空形状であり、前記医療用光学機器の光軸と前記カメラヘッドの光軸が前記中空形状の内部を通る、前記（２）に記載の医療用保持装置。
（１０）  前記中空形状の内部にレンズ鏡筒を備える、前記（９）に記載の医療用保持装置。
（１１）  前記第２のアクチュエータの駆動により前記レンズ鏡筒と前記カメラヘッドが一体に回転する、前記（１０）に記載の医療用保持装置。
（１２）  清潔域と不潔域を切り分けるドレープ装着部を備え、
前記医療用光学機器は、前記第１のアクチュエータの駆動力を出力する出力部に対して前記ドレープ装着部を介して連結され、前記出力部及び前記ドレープ装着部とともに回転する、前記（１）〜（１１）のいずれかに記載の医療用保持装置。
（１３）  前記ドレープ装着部は、前記医療用光学機器の光軸を中心軸とする円形の外形を有し、
前記ドレープ装着部の外形は固定部材に嵌合し、前記ドレープ装着部は前記固定部材に対して回転する、前記（１２）に記載の医療用保持装置。
（１４）  前記ドレープ装着部の外形と前記固定部材との間にＯリングが挿入された、前記（１３）に記載の医療用保持装置。
（１５）  前記ドレープ装着部、前記固定部材、及び前記Ｏリングにより清潔域と不潔域を分離する、前記（１４）に記載の医療用保持装置。
（１６）  前記第２のアクチュエータの駆動力を出力する出力部に前記カメラヘッドを脱着可能な脱着部を備える、前記（２）に記載の医療用保持装置。
（１７）  前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータを支持し、医療用支持アーム装置の先端に装着されるフレームを備える、前記（２）に記載の医療用保持装置。
（１８）  前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータは、リング状の超音波モータから構成される、前記（２）に記載の医療用保持装置。
（１９）  前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータは、無負荷状態で駆動される、前記（２）に記載の医療用保持装置。
（２０）  前記第１のアクチュエータは前記第２のアクチュエータに連動して回転する、前記（２）に記載の医療用保持装置。
（２１）  前記第１のアクチュエータの駆動は固定され、前記第２のアクチュエータは前記カメラヘッドの画像の天地を制御する、請求項（２）に記載の医療用保持装置。
（２２）  前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータの一方の駆動が固定され、前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータの他方は無負荷状態で駆動される、前記（２）に記載の医療用保持装置。
（２３）  術中の被写体像を取得するための医療用光学機器を光軸中心に回転させる第１のアクチュエータと、前記医療用光学機器を通して前記被写体像を撮像するカメラヘッドを光軸中心に回転させる第２のアクチュエータと、を有する、保持ユニットと、
前記保持ユニットが先端に固定された支持アームと、
を備える、医療用アームシステム。
（２４）  術中の被写体像を取得するための医療用光学機器に連結され、前記医療用光学機器の光軸を中心として前記医療用光学機器とともに回転するドレープ装着部、
を備える、ドレープ装着機構。
（２５）  前記ドレープ装着部は、前記医療用光学機器の光軸を中心軸とする円形の外形を有し、
前記ドレープ装着部の外形は固定部材に嵌合し、前記ドレープ装着部は前記固定部材に対して回転する、前記（２４）に記載のドレープ装着機構。
（２６）  前記ドレープ装着部の外形と前記固定部材との間にＯリングが挿入された、前記（２５）に記載のドレープ装着機構。
（２７）  前記ドレープ装着部、前記固定部材、及び前記Ｏリングにより清潔域と不潔域を分離する、前記（２６）に記載のドレープ装着機構。
【符号の説明】
【０１４８】
１００    医療用保持装置
１１０，１２０    アクチュエータ
１２２    ロータ
１２３    ステータ
１４０    レンズ鏡筒
１５０    フレーム
２００    カメラヘッド
３００    内視鏡
５００    医療用支持アーム装置
６００    ドレープ装着部
６４０    Ｏリング
７００    錘
【図１】
2019084334.tif 000003
【図２】
2019084334.tif 000004
【図３】
2019084334.tif 000005
【図４】
2019084334.tif 000006
【図５Ａ】
2019084334.tif 000007
【図５Ｂ】
2019084334.tif 000008
【図６Ａ】
2019084334.tif 000009
【図６Ｂ】
2019084334.tif 000010
【図７Ａ】
2019084334.tif 000011
【図７Ｂ】
2019084334.tif 000012
【図８】
2019084334.tif 000013
【図９Ａ】
2019084334.tif 000014
【図９Ｂ】
2019084334.tif 000015
【図９Ｃ】
2019084334.tif 000016
【図１０】
2019084334.tif 000017
【図１１】
2019084334.tif 000018
【図１２】
2019084334.tif 000019
【図１３】
2019084334.tif 000020
【図１４】
2019084334.tif 000021
【図１５】
2019084334.tif 000022
【図１６】
2019084334.tif 000023
【図１７】
2019084334.tif 000024
【図１８】
2019084334.tif 000025
【図１９】
2019084334.tif 000026
【図２０】
2019084334.tif 000027
【図２１】
2019084334.tif 000028