(57)【要約】【課題】流体噴射開口部の移動速度に応じた切開能力の変更を好適に行うことが可能なロボット手術装置を提供する。【解決手段】ロボット手術装置は、ロボットアーム部と、ユーザーが前記ロボットアーム部を操作するための入力を受け付ける操作部と、前記操作部が受け付けたユーザーの入力に基づき、前記ロボットアーム部を操作するためのツール制御部と、を備えたロボット手術装置であって、流体室と、前記流体室内の流体に脈流を付与するための脈流付与部と、流体を噴射するための流体噴射開口部を含む流体噴射管と、前記流体室に流体を供給する流体供給部と、前記脈流付与部を制御する流体噴射制御部と、を備え、前記流体噴射管が、前記ロボットアーム部に機械的に固定され、前記流体噴射制御部が、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、単位時間あたりの流体の噴射量を変更可能に構成される。【選択図】図１
2015093141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアーム部と、
ユーザーが前記ロボットアーム部を操作するための入力を受け付ける操作部と、
前記操作部が受け付けたユーザーの入力に基づき、前記ロボットアーム部を操作するためのツール制御部と、を備えたロボット手術装置であって、
流体室と、
前記流体室内の流体に脈流を付与するための脈流付与部と、
流体を噴射するための流体噴射開口部を含む流体噴射管と、
前記流体室に流体を供給する流体供給部と、
前記脈流付与部を制御する流体噴射制御部と、
を備え、
前記流体噴射管が、前記ロボットアーム部に機械的に固定され、前記流体噴射制御部が、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、単位時間あたりの流体の噴射量を変更可能に構成されたことを特徴とするロボット手術装置。
【請求項２】
請求項１に記載のロボット手術装置において、
前記脈流付与部が前記流体室内の容積を変動させる容積変動部を含み、
前記流体室に流体を供給する流体供給部と、
前記容積変動部および前記流体供給部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、前記容積変動部に印加する電圧と、前記流体室に供給される流体の流量と、の少なくとも一方を変更すること、
を特徴とするロボット手術装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記電圧と前記流量とを変更することを特徴とするロボット手術装置。
【請求項４】
請求項３に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記流体噴射開口部の移動速度が第１の速度の場合は、前記電圧を第１の電圧に設定し、前記移動速度が前記第１の速度よりも速い第２の速度の場合は、前記電圧を前記第１の電圧よりも高い第２の電圧に設定することを特徴とするロボット手術装置。
【請求項５】
請求項３に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記移動速度が前記第１の速度の場合は、前記流体室に供給される流体の流量を第１の流量に設定し、前記移動速度が前記第２の速度の場合は、前記流体室に供給される流体の流量を前記第１の流量よりも多い第２の流量に設定することを特徴とするロボット手術装置。
【請求項６】
請求項３に記載のロボット手術装置において、
前記容積変動部には、駆動信号が印加され、前記制御部は、前記移動速度が前記第２の速度よりも速い第３の速度以下において前記電圧を変更し、前記移動速度が前記第３の速度の場合、前記駆動信号の周波数を第１の周波数に設定し、前記第３の速度よりも速い第４の速度の場合、前記駆動信号の周波数を前記第１の周波数よりも高い第２の周波数に設定することを特徴とするロボット手術装置。
【請求項７】
請求項３に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記電圧と、前記流量制御と、前記移動速度に応じた前記駆動信号の周波数の制御とを実行することを特徴とするロボット手術装置。
【請求項８】
請求項３に記載のロボット手術装置において、
流体室と、流体室内を加圧する加圧部と、を具備する流体噴射機構と、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、前記加圧部に送信する駆動信号を変更する制御部と、を備えたことを特徴とするロボット手術装置。
【請求項９】
請求項３に記載のロボット手術装置において、
駆動信号に従い、流体室内の圧力を変動させる変動部と、前記流体室から流体を噴射する噴射口を有する噴射管と、前記流体室に流体を供給する流体供給部と、前記変動部と前記流体供給部とを制御することによって、前記流体室内の圧力を調整する制御部とを備え、前記制御部は、前記駆動信号が第１の所定電圧から第２の所定電圧に達するまでの時間を、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて変更するロボット手術装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記移動速度が第１の速度の場合は、前記立ち上がり時間を第１の時間に設定し、前記移動速度が前記第１の速度よりも速い第２の速度の場合は、前記立ち上がり時間を前記第１の時間よりも短い第２の時間に設定するロボット手術装置。
【請求項１１】
請求項９に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記移動速度が前記第２の速度の場合、前記駆動信号の最大電圧を第１の電圧に設定し、前記移動速度が前記第２の速度よりも速い第３の速度の場合、前記駆動信号の最大電圧を前記第１の電圧よりも高い第２の電圧に設定するロボット手術装置。
【請求項１２】
請求項９に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記移動速度が前記第２の速度の場合、前記流体の流量を第１の流量に設定し、前記移動速度が前記第３の速度の場合、前記流体の流量を前記第１の流量よりも多い第２の流量に設定するロボット手術装置。
【請求項１３】
請求項９に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記移動速度が前記第３の速度よりも速い第４の速度の場合、前記立ち上がり時間を前記第２の時間よりも短い第３の時間に設定し、前記駆動信号の最大電圧を前記第２の電圧よりも高い第３の電圧に設定するロボット手術装置。
【請求項１４】
請求項９に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記移動速度が前記第４の速度の場合、前記流体の流量を第３の流量に設定するロボット手術装置。
【請求項１５】
請求項９に記載のロボット手術装置において、
前記制御部は、前記移動速度が前記第１の速度よりも遅い第１の所定速度の場合、及び前記第１の所定速度よりも遅い第２の所定速度の場合、前記立ち上がり時間と前記駆動信号の最大電圧と前記流体の流量とを、それぞれについての所定値に設定するロボット手術装置。
【請求項１６】
流体室と、
前記流体室内の流体に脈流を付与するための脈流付与部と、
流体を噴射するための流体噴射開口部と、
流体を噴射するための流体噴射開口部を含む流体噴射管と、
前記脈流付与部を制御する流体噴射制御部と、
を備えたロボット手術装置用流体噴射装置であって、
前記流体噴射管が、ロボット手術装置のロボットアーム部に機械的に固定可能で、
前記流体噴射制御部が、
前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、単位時間あたりの流体の噴射量を変更可能に構成されたこと、
を特徴とするロボット手術装置用流体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を噴射し生体組織を切開または切除等を行うことが可能なロボット手術装置、およびロボット手術装置の一部として用いられ、流体を噴射し生体組織を切開または切除等を行うことが可能なロボット手術装置用流体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療機器として用いられる流体噴射装置において、流体が連通する操作部の操作加速度を加速度センサーにより検出し、その加速度に基づき流体噴射のモードを選択する手法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１４３３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記先行技術は、流体噴射装置の操作部の移動速度によって噴射モードを切り替えることで、操作者の意図に沿った切開または切除を行うものである。本発明者等はこの技術を更に改良し、流体噴射口の移動速度に応じた切開能力の変更を好適に行う方法を見出した。
【０００５】
低侵襲な医療技法は、診断または外科的手順の間に損傷される異質組織の量を低減することが意図され、それによって、患者の回復時間、不快および有害な副作用を低減する。低侵襲的手術の１つの効果は、例えば、術後入院回復時間が減少されることである。低侵襲な医療技法として、ロボット手術装置が開発されている。例えば、ロボット手術装置では、外科医が外科用器具を直接手に持って移動させるのではなく、外科用器具とサーボ機構で連携する操作部を操作することにより、外科用器具の動きを操作するものがある。
【０００６】
流体を噴射し生体組織を切開または切除等を行う方法も、低侵襲な医療を可能とする技法であり、流体噴射開口部の移動速度に応じた切開能力の変更を好適に行うことが可能な流体噴射装置を、上記ロボット手術装置と組み合わせることにより、従来になく低侵襲な医療技法を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題の少なくとも１つを解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。
【０００８】
（１）本発明の一形態によれば、ロボット手術装置が提供される。
このロボット手術装置は、ロボットアーム部と、ユーザーが前記ロボットアーム部を操作するための入力を受け付ける操作部と、前記操作部が受け付けたユーザーの入力に基づき、前記ロボットアーム部を操作するためのツール制御部と、を備えたロボット手術装置であって、流体室と、前記流体室内の流体に脈流を付与するための脈流付与部と、流体を噴射するための流体噴射開口部を含む流体噴射管と、前記流体室に流体を供給する流体供給部と、前記脈流付与部を制御する流体噴射制御部と、を備え、前記流体噴射管が、前記ロボットアーム部に機械的に固定され、前記流体噴射制御部が、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、単位時間あたりの流体の噴射量を変更可能に構成される。この形態によれば、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、単位時間あたりの流体の噴射量を変更可能なので、流体噴射開口部の移動速度に応じて切除能力を調整できる。
【０００９】
（２）上記形態において、前記脈流付与部が前記流体室内の容積を変動させる容積変動部を含み、前記流体室に流体を供給する流体供給部と、前記容積変動部および前記流体供給部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、前記容積変動部に印加する電圧と、前記流体室に供給される流体の流量と、の少なくとも一方を変更する。この形態によれば、切除深さに関係する電圧と供給される流量（以下「供給流量」ともいう）との少なくとも一方を、流体噴射開口部の移動速度に応じて変更するので、流体噴射開口部の移動速度に応じて切除能力を調整できる。
【００１０】
（３）上記形態において、前記制御部は、前記電圧と前記流量とを変更する。この形態によれば、電圧と流体の流量との両方を、流体噴射開口部の移動速度に応じて変更するので、流体噴射開口部の移動速度に応じて切除能力を調整できると共に、電圧の変更に応じた流量制御を実現できる。
【００１１】
（４）上記形態において、前記制御部は、前記流体噴射開口部の移動速度が第１の速度の場合は、前記電圧を第１の電圧に設定し、前記移動速度が前記第１の速度よりも速い第２の速度の場合は、前記電圧を前記第１の電圧よりも高い第２の電圧に設定する。この形態によれば、流体噴射開口部の移動速度が速くなると、切除能力が向上するように電圧を変更するので、切除深さを安定させることができる。
【００１２】
（５）上記形態において、前記制御部は、前記移動速度が前記第１の速度の場合は、前記流体室に供給される流体の流量を第１の流量に設定し、前記移動速度が前記第２の速度の場合は、前記流体室に供給される流体の流量を前記第１の流量よりも多い第２の流量に設定する。この形態によれば、移動速度が速くなると供給流量を増大させるので、切除深さを安定させることができる。さらに、この形態によれば、電圧が高くなると、供給流量を増大させることになる。電圧が高くなると、必要な流量が増大するので、この形態によれば、必要な流量の変化が生じた場合に、適切な供給流量を確保できる可能性が高くなる。
【００１３】
（６）上記形態において、前記容積変動部には、駆動信号が印加され、前記制御部は、前記移動速度が前記第２の速度よりも速い第３の速度以下において前記電圧を変更し、前記移動速度が前記第３の速度の場合、前記駆動信号の周波数を第１の周波数に設定し、前記第３の速度よりも速い第４の速度の場合、前記駆動信号の周波数を前記第１の周波数よりも高い第２の周波数に設定する。この形態によれば、移動速度が速くなると、切除能力が向上するように駆動周波数を変更するので、切除深さを安定させることができる。さらに、第３の速度以上においては、駆動周波数が変更され得るのに対して電圧が変更されなければ、電圧の変化の影響を除外して駆動周波数を決定できる。
【００１４】
（７）上記形態において、前記制御部は、前記電圧と、前記流量制御と、前記移動速度に応じた前記駆動信号の周波数の制御とを実行する。この形態によれば、流体噴射開口部の移動速度に応じて切除能力を、３つのパラメーターを用いて調整できる。
【００１５】
（８）上記形態において、流体室と、流体室内を加圧する加圧部と、を具備する流体噴射機構と、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、前記加圧部に送信する駆動信号を変更する制御部と、を備える。この形態によれば、流体噴射開口部の移動速度に応じて、加圧部に送信する駆動信号を変更できる。
【００１６】
（９）上記形態において、駆動信号に従い、流体室内の圧力を変動させる変動部と、前記流体室から流体を噴射する噴射口を有する噴射管と、前記流体室に流体を供給する流体供給部と、前記変動部と前記流体供給部とを制御することによって、前記流体室内の圧力を調整する制御部とを備え、前記制御部は、前記駆動信号が第１の所定電圧から第２の所定電圧に達するまでの時間を、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて変更する。この形態によれば、立ち上がり時間（駆動信号が第１の所定電圧から第２の所定電圧に達するまでの時間）を移動速度に応じて変更するので、切除深さが安定する。立ち上がり時間は、切除深さに関係するパラメーターだからである。
【００１７】
（１０）上記形態において、前記制御部は、前記移動速度が第１の速度の場合は、前記立ち上がり時間を第１の時間に設定し、前記移動速度が前記第１の速度よりも速い第２の速度の場合は、前記立ち上がり時間を前記第１の時間よりも短い第２の時間に設定する。先の形態は、例えば、この形態のようにして実現できる。
【００１８】
（１１）上記形態において、前記制御部は、前記移動速度が前記第２の速度の場合、前記駆動信号の最大電圧を第１の電圧に設定し、前記移動速度が前記第２の速度よりも速い第３の速度の場合、前記駆動信号の最大電圧を前記第１の電圧よりも高い第２の電圧に設定する。この形態によれば、駆動信号の最大電圧を移動速度に応じて変更するので、切除深さが安定する。駆動信号の最大電圧は、切除深さに関係するパラメーターだからである。
【００１９】
（１２）上記形態において、前記制御部は、前記移動速度が前記第２の速度の場合、前記流体の流量を第１の流量に設定し、前記移動速度が前記第３の速度の場合、前記流体の流量を前記第１の流量よりも多い第２の流量に設定する。この形態によれば、駆動信号の最大電圧が第１の電圧の場合は第１の流量に設定し、駆動信号の最大電圧が第２の電圧の場合は第２の流量に設定するので、最大電圧に応じて流量を変更できる。
【００２０】
（１３）上記形態において、前記制御部は、前記移動速度が前記第３の速度よりも速い第４の速度の場合、前記立ち上がり時間を前記第２の時間よりも短い第３の時間に設定し、前記駆動信号の最大電圧を前記第２の電圧よりも高い第３の電圧に設定する。この形態によれば、移動速度が第４の速度にまで速くなった場合でも、切除深さを安定させやすくなる。
【００２１】
（１４）上記形態において、前記制御部は、前記移動速度が前記第４の速度の場合、前記流体の流量を第３の流量に設定する。この形態によれば、移動速度が第４の速度の場合に、第３の速度以下の場合とは異なる流量に設定できる。
【００２２】
（１５）上記形態において、前記制御部は、前記移動速度が前記第１の速度よりも遅い第１の所定速度の場合、及び前記第１の所定速度よりも遅い第２の所定速度の場合、前記立ち上がり時間と前記駆動信号の最大電圧と前記流体の流量とを、それぞれについての所定値に設定する。この形態によれば、移動速度が基準値以下の場合、立ち上がり時間と最大電圧と流体の流量とを所定値に設定できる。
【００２３】
（１６）上記形態において、前記脈流付与部が、前記流体室内にレーザー光を出力する出力部を含み、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、前記出力部に送信する駆動信号を変更する制御部と、を備える。この形態によれば、移動速度に応じて駆動信号を変更するので、移動速度に応じてレーザー光の出力を調整できるようになり、ひいては切除深さを安定させることができる。
【００２４】
（１７）上記形態において、前記制御部は、前記移動速度が第１の速度の場合は前記駆動信号の電圧を第１の電圧に設定し、前記移動速度が前記第１の速度よりも速い第２の速度の場合は前記駆動信号の電圧を前記第１の電圧よりも高い第２の電圧に設定する。この形態によれば、レーザー光の出力を容易に制御できる。１回の出力当たりのレーザー光のエネルギーを上げることは、比較的容易だからである。
【００２５】
（１８）上記形態において、前記制御部は、前記移動速度に応じて、前記駆動信号の周波数を変更する。この形態によれば、最大電圧の変更以外の手法で、レーザー光の出力を調整できる。
【００２６】
（１９）上記形態において、前記制御部は、前記最大電圧が前記第１及び第２の電圧の場合、前記駆動信号の周波数を第１の周波数に設定し、前記最大電圧が前記第２の電圧よりも高い第３の電圧の場合、前記駆動信号の周波数を前記第１の周波数よりも高い第２の周波数に設定する。この形態によれば、最大電圧が第１及び第２の電圧の場合は、駆動信号の周波数を変化させずに最大電圧の変更によって出力を制御するので、第１及び第２の電圧の値を決定しやすくなる。
【００２７】
（２０）上記形態において、前記制御部は、前記移動速度が前記第２の速度よりも速い第３の速度の場合、前記最大電圧を前記第３の電圧に、前記駆動信号の周波数を前記第２の周波数に設定し、前記第３の速度よりも速い第４の速度の場合、前記最大電圧を前記第３の電圧に、前記駆動信号の周波数を前記第２の周波数よりも高い第３の周波数に設定する。この形態によれば、移動速度が第３及び第４の速度の場合、駆動信号の最大電圧を変化させずに周波数の変更によって出力を制御するので、第２及び第３の周波数の値を決定しやすくなる。
【００２８】
（２１）上記形態において、前記制御部によって設定された流量で、前記流体室に流体を供給する流体供給部を備え、前記制御部は、前記移動速度が前記第１の速度の場合、前記流量を第１の流量に設定し、前記移動速度が前記第２の速度の場合は、前記流量を前記第１の流量よりも多い第２の流量に設定する。この形態によれば、供給される流量を適切に設定できる。
【００２９】
（２２）上記形態において、前記制御部は、前記移動速度に応じて、前記駆動信号の最大電圧と周波数とを変更する。この形態によれば、レーザー光の出力を、駆動信号の最大電圧と周波数とによって変更できる。
【００３０】
（２３）本発明の一形態によれば、ロボット手術装置用流体噴射装置が提供される。
このロボット手術用流体噴射装置は、流体室と、前記流体室内の流体に脈流を付与するための脈流付与部と、流体を噴射するための流体噴射開口部と、流体を噴射するための流体噴射開口部を含む流体噴射管と、前記脈流付与部を制御する流体噴射制御部と、を備えたロボット手術装置用流体噴射装置であって、前記流体噴射管が、ロボット手術装置のロボットアーム部に機械的に固定可能であり、前記流体噴射制御部が、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、単位時間あたりの流体の噴射量を変更可能に構成されたこと、を特徴とする。この形態によれば、前記流体噴射開口部の移動速度に応じて、単位時間あたりの流体の噴射量を変更可能なので、流体噴射開口部の移動速度に応じて切除能力を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ロボット利用システムを示す手術現場の一部の概略平面図。
【図２】ロボット患者側荷車またはスタンドの斜視図。
【図３】液体噴射装置の構成図。
【図４】流体噴射機構の内部構造図。
【図５】駆動波形を示すグラフ。
【図６】噴射処理を示すフローチャート（実施形態１）。
【図７】各パラメーターと移動速度の関係を示すグラフ（実施形態１）。
【図８】駆動波形が変化する様子を示すグラフ。
【図９】供給流量と必要流量との関係を示すグラフ。
【図１０】必要流量とピーク電圧との関係を示すグラフ。
【図１１】必要流量と駆動周波数との関係を示すグラフ。
【図１２】噴射圧力とピーク電圧との関係を示すグラフ。
【図１３】切除深さとピーク電圧との関係を示すグラフ。
【図１４】噴射処理を示すフローチャート（実施形態２）。
【図１５】各パラメーターと移動速度の関係を示すグラフ（実施形態３）。
【図１６】流体噴射装置の構成図。
【図１７】流体噴射機構の内部構造図。
【図１８】噴射処理を示すフローチャート（実施形態４）。
【図１９】駆動波形の１周期分の波形を示すグラフ（実施形態４）。
【図２０】立ち上がり時間Ｔｒと、速度Ｓとの関係を示すグラフ（実施形態４）。
【図２１】ピーク電圧Ｖｐと、速度Ｓとの関係を示すグラフ（実施形態４）。
【図２２】流量の決定の手法を示すグラフ（実施形態４）。
【図２３】必要流量と駆動周波数との関係を示すグラフ。
【図２４】流体噴射装置の構成図。
【図２５】流体噴射機構の内部を示す断面図。
【図２６】駆動信号の波形を示すグラフ。
【図２７】噴射処理を示すフローチャート。
【図２８】駆動電圧および駆動周波数と移動速度との関係を示すグラフ。
【図２９】駆動周波数と駆動電圧との関係を示すグラフ（実施形態５）。
【図３０】噴射処理を示すフローチャート（実施形態６）。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
＜実施形態１＞
実施形態１を説明する。
ロボット手術装置について説明する。ロボット利用手術では、外科医は、手によって直接器具を保持し移動するのではなく、例えばサーボ機構のような特定の形態を用いて外科用器具の動きを操作する。外科医は、外科ワークステーションで手術部位の画像を提供され、ディスプレイ上で手術部位の二次元または三次元画像を見ながら、マスター制御デバイスを操作することにより、患者に対する手術手順を実施する。このマスター制御デバイスの操作が、次にサーボ機構によって作動される器具の動きを制御する。
【００３３】
ロボット利用手術のために用いられるサーボ機構は、しばしば、２つのマスターコントローラー（外科医の手の各々のためのもの）からの入力を受け、そして外科用器具が各々取り付けられる２つ以上のロボットアームを含み得る。マスターコントローラーと、関連するロボットアームと、器具アセンブリとの間の作動通信は、代表的には、制御システムを通じて達成される。このコントロールシステムは、代表的には、少なくとも１つのプロセッサーを含み、これは、マスターコントローラーからの入力コマンドを、関連するロボットアームおよび器具アセンブリに、そして例えば、フィードバックなどを行う場合、これら器具およびアームアセンブリから関連するマスターコントローラーに戻してリレーする。
【００３４】
図１および２は、最小侵襲的ロボット利用手術を実施するためのロボット利用外科用システム１を示す。操作者Ｏ（一般に外科医）は、手術台Ｔに横たわる患者Ｐに対し最小侵襲性外科的手順を実施し、この操作者Ｏは、医師のコンソール３で１つ以上の入力デバイスまたはマスター２を操作する。外科医の入力に応答して、コンソール３のコンピュータープロセッサー４は、内視鏡器具またはツール５の移動を指示し、ロボット患者側システム６（この例では、荷車に載せられたシステム）を経由して器具のサーボ機構移動を行う。
【００３５】
代表的には、患者側システムまたは荷車６は、少なくとも３つのロボットマニピュレーターアームを含む。２つのアームまたは連結７（この例では、荷車６の側面に載せられる）は、サーボマニピュレーター８を支持および位置決めし、これは、外科用ツール５を駆動し、そして１つのアームまたは連結９（この例では、荷車６の中心に載せられる）は、サーボマニピュレーター１０を支持および位置決めし、これは、内部手術部位の画像（好ましくは立体鏡）を捕捉する内視鏡／カメラプローブ１１の移動を制御する。
【００３６】
内部手術部位の画像は、医師のコンソール３中の立体鏡ディスプレイビュワー１２によって外科医または操作者Ｏに示され、そしてアシスタントのディスプレイ１４によってアシスタントＡに同時に示される。アシスタントＡは、１つ以上の外科用マニピュレーター８（および／または１０）中のツール５を、代替のツールまたは器具５’に交換すること、関連する非ロボット医療器具および装置を作動することなどで、セットアップ連結アーム７、９を用い、患者Ｐに対してマニピュレーター８および１０の予備位置決めを支援する。
【００３７】
おおまかにいえば、アームまたは連結７、９は、代表的には、組織が操作される間固定された形態にある、患者側システム６の位置決め連結またはセットアップアーム部分を備え、そしてマニピュレーター８、１０は、外科医にコンソール３の指令の下で能動的に関節運動する駆動部分を備える。この能動的に駆動される部分を、本明細書では、一般に、「マニピュレーター」といい、そして患者側システム連結の位置決め連結の固定可能な部分を本明細書では「セットアップアーム」といい、このようなセットアップアームは、必要に応じ、動力を与えられ、そしてコンピューター制御されるジョイントを有し得ることが注記される。
【００３８】
用語法の便宜のため、外科用ツールに影響する組織に作用する８のようなマニピュレーターは、本明細書では、一般に、ＰＳＭ（患者側マニピュレーター）と称される、そして内視鏡１１のような画像捕捉またはデータ獲得デバイスを制御する１０のようなマニピュレーターは、一般に、本明細書では、ＥＣＭ（内視鏡−カメラマニピュレーター）と称され、このようなロボットマニピュレーターは、必要に応じて、手術で有用な、広範な範囲の器具、ツールおよびデバイスを、操縦および制御することが注記される。
【００３９】
図２は、図１の荷車に載せられたロボット利用手術患者側システム６の斜視図を示し、２つのＰＳＭ８および１つのＥＣＭ１０を含む。荷車システム６は、カラム１５を含み、これは、次に、３つの位置決め連結またはセットアップアームを載せ、各々がＰＳＭ８の１つを支持する２つのＰＳＭセットアップアーム７、およびＥＣＭ１０を支持する１つのセットアップアーム９を含む。ＰＳＭセットアップアーム７は各々が、６つの自由度をもち、そして中央に載せられたＥＣＭセットアップアーム９の各側面上に載せられるものである。ＥＣＭセットアップアーム９は、６つより少ない重度を有し、そしてＥＣＭ１０は、代表的にはＰＳＭ８に含まれるような、関節のある外科用器具のために提供されるツール作動駆動システムのすべてを含まなくても良い。各ＰＳＭ８は、外科用ツール５（点線で示される）を離脱可能に載せ、そしてＥＣＭ１０は、内視鏡プローブ１１（点線で示される）を離脱可能に載せる。
【００４０】
図３は、ロボット利用手術装置患者側システムに含まれる外科用ツール５としての流体噴射機構１２０を含む流体噴射装置１１０の構成を示す。流体噴射装置１１０は、医療機関において利用される医療機器であり、患部に対して流体を噴射することによって、患部を切開または切除する機能を有する。なお、本明細書において、ロボット手術装置とは、以下の流体噴射機構を含むロボット利用手術装置、ないし、以下の流体噴射機構を備えた流体噴射装置を含むロボット利用手術装置を指す。また、ロボット手術装置用流体噴射装置とは、ロボット手術装置に組み込んで使用可能な以下の流体噴射装置を指す。
【００４１】
流体噴射装置１１０は、流体噴射機構１２０と、流体供給機構１５０と、吸引装置１６０と、制御部１７０と、流体容器１８０とを備えている。流体供給機構１５０及び流体容器１８０は、接続チューブ１５１によって互いに接続されている。流体供給機構１５０及び流体噴射機構１２０は、流体供給流路１５２によって互いに接続されている。接続チューブ１５１及び流体供給流路１５２は、樹脂によって形成されている。接続チューブ１５１及び流体供給流路１５２は、樹脂以外（例えば金属）の材料によって形成されてもよい。
【００４２】
流体容器１８０は、生理食塩水を貯留する。生理食塩水に代えて、純水や薬液であってもよい。流体供給機構１５０は、内蔵したポンプの駆動によって、接続チューブ１５１を介して流体容器１８０から吸引した流体を、流体供給流路１５２を介して流体噴射機構１２０に供給する。
【００４３】
流体噴射機構１２０は、流体噴射装置１１０の使用者が手に持って操作する器具である。使用者は、噴射口１５８から間欠的に噴射される流体を患部に当てることによって、患部の切開または切除を行う。
【００４４】
制御部１７０は、流体噴射機構１２０に内蔵された脈動発生部１３０に、信号ケーブル１７２を介して駆動信号を送信する。制御部１７０は、制御ケーブル１７１を介して流体供給機構１５０を制御することによって、脈動発生部１３０に供給される流体の流量を制御する。制御部１７０には、フットスイッチ１７５が接続されている。使用者がフットスイッチ１７５をオンにすると、制御部１７０は、流体供給機構１５０を制御して、脈動発生部１３０への流体の供給を実行させるとともに、脈動発生部１３０に駆動信号を送信して、脈動発生部１３０に供給された流体の圧力に脈動を発生させる。脈動発生のメカニズムと、流体噴射機構１２０からの流体の噴射の制御との詳細については後述する。
【００４５】
吸引装置１６０は、噴射口１５８周辺の流体や切除物を吸引するためのものである。吸引装置１６０及び流体噴射機構１２０は、吸引流路１６２によって互いに接続されている。吸引装置１６０は、吸引装置１６０を動作させるためのスイッチがオンの間、吸引流路１６２の内部を常時、吸引する。吸引流路１６２は、流体噴射機構１２０内を貫通して、噴射管１５５の先端近傍において開口する。
【００４６】
吸引流路１６２は、流体噴射機構１２０の先端から延び出た噴射管１５５に覆い被さる。このため、図３のＡ矢視図に示すように、噴射管１５５の壁および吸引流路１６２の壁は、略同心の円筒を形成する。噴射管１５５の外壁と吸引流路１６２の内壁との間には、吸引流路１６２の先端である吸引口１６４から吸引された吸引物が流れる流路が形成される。吸引物は、吸引流路１６２を介して吸引装置１６０に吸引される。なお、この吸引は、図４を用いて後述する吸引調整機構１６５によって調整される。
【００４７】
図４は、流体噴射機構１２０の内部構造を示す。流体噴射機構１２０は、脈動発生部１３０と、入口流路１４０と、出口流路１４１と、接続チューブ１５４と、加速度センサー１６９とを内蔵すると共に、吸引力調整機構１６５を備える。
【００４８】
脈動発生部１３０は、流体供給機構１５０から流体供給流路１５２を介して流体噴射機構１２０に供給された流体の圧力に脈動を発生させる。圧力の脈動が発生した流体は、噴射管１５５に供給される。噴射管１５５に供給された流体は、噴射口１５８から間欠的に噴射される。噴射管１５５は、ステンレスによって形成されている。噴射管１５５は、真鍮等の他の金属や強化プラスチックなど、所定以上の剛性を有する他の材料によって形成されてもよい。
【００４９】
脈動発生部１３０は、図４下部の拡大図に示されるように、第１ケース１３１、第２ケース１３２、第３ケース１３３、ボルト１３４、圧電素子１３５、補強板１３６、ダイアフラム１３７、パッキン１３８、入口流路１４０及び出口流路１４１を備える。第１ケース１３１は筒状部材である。第１ケース１３１は、一方の端部に第２ケース１３２が接合され、他方の端部に第３ケース１３３がボルト１３４で固定されることによって、全体が密閉されている。第１ケース１３１の内部に形成される空間に、圧電素子１３５が配置されている。
【００５０】
圧電素子１３５は、積層型圧電素子である。圧電素子１３５の一端は、補強板１３６を介してダイアフラム１３７に固着している。圧電素子１３５の他端は、第３ケース１３３に固着している。ダイアフラム１３７は、金属薄膜によって作製されている。ダイアフラム１３７の周縁部は、第１ケース１３１に固着し、且つ第１ケース１３１と第２ケース１３２とに挟み込まれる。ダイアフラム１３７と第２ケース１３２との間には、流体室１３９が形成される。
【００５１】
圧電素子１３５には、制御部１７０から信号ケーブル１７２を介して駆動信号が入力される。信号ケーブル１７２は、流体噴射機構１２０の後端部１２２から挿入される。信号ケーブル１７２は、２本の電極線１７４と、１本の加速度センサー用信号線１７６とを収容する。電極線１７４は、脈動発生部１３０内の圧電素子１３５に接続される。圧電素子１３５は、制御部１７０から送信された駆動信号に基づいて伸縮する。流体室１３９の容積は、圧電素子１３５の伸縮によって変動する。
【００５２】
第２ケース１３２には、流体が流入する入口流路１４０が接続される。入口流路１４０は、Ｕ字状に曲げられ、流体噴射機構１２０の後端部１２２に向かって延びる。入口流路１４０には、流体供給流路１５２が接続されている。流体供給機構１５０から供給された流体は、流体供給流路１５２を介して流体室１３９に供給される。
【００５３】
圧電素子１３５が所定の周波数で伸縮すると、ダイアフラム１３７が振動する。ダイアフラム１３７が振動すると、流体室１３９の容積が変動し、流体室内の流体の圧力が脈動する。加圧された流体は、流体室１３９に接続された出口流路１４１から流出する。
【００５４】
出口流路１４１には、金属製の接続チューブ１５４を介して噴射管１５５が接続されている。出口流路１４１に流出した流体は、接続チューブ１５４、噴射管１５５を通って噴射口１５８から噴射する。
【００５５】
吸引力調整機構１６５は、吸引流路１６２が吸引口１６４から流体等を吸引する力を調整するためのものである。吸引力調整機構１６５は、操作部１６６と孔１６７とを備える。孔１６７は、吸引流路１６２と操作部１６６とを繋ぐ貫通孔である。使用者が流体噴射機構１２０を把持した手の指で孔１６７を開閉すると、その開閉度合いによって、孔１６７を介して吸引流路１６２内に流入する空気の量が調整され、延いては吸引口１６４の吸引力が調整される。吸引力の調整は、吸引装置１６０による制御によって実現してもよい。
【００５６】
流体噴射機構１２０は、加速度センサー１６９を備える。加速度センサー１６９は、ピエゾ抵抗型３軸加速度センサーである。この３軸は、図４に示されるＸＹＺの各軸である。Ｘ軸は、孔１６７の貫通方向と平行であり、上向きが正の向きである。Ｚ軸は、噴射管１５５の長軸方向と平行であり、流体が噴射される向きを負の向きとする。Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸を基準に、右手系によって定義される。
【００５７】
加速度センサー１６９は、図４に示されるように、流体噴射機構１２０の先端部１２４付近に配置される。測定結果は、加速度センサー用信号線１７６を介して制御部１７０に入力される。
【００５８】
図５は、圧電素子１３５に入力される駆動信号の波形（以下「駆動波形」という）を示すグラフである。縦軸は電圧を、横軸は時間を示す。駆動波形は、サインカーブの組み合わせによって記述される。駆動波形のピーク電圧および周波数は、噴射処理（図６と共に後述）によって変化する。
【００５９】
圧電素子１３５は、駆動信号の電圧値が高くなると流体室１３９の体積が収縮するように変形する。駆動信号が繰り返し入力されることによって、この収縮が繰り返し発生する。この結果、流体が間欠的に噴射される。
【００６０】
図６は、噴射処理を示すフローチャートである。噴射処理は、フットスイッチ１７５が踏まれている間、制御部１７０によって繰り返し実行される。初めに、噴射口１５８の速度Ｓを算出する（ステップＳ１１００）。ここでいう速度Ｓとは、ＸＹ平面における速度の絶対値のことである。つまり、Ｚ軸方向の速度を無視した速度の絶対値である。速度Ｓは、加速度センサー１６９によって測定される３軸の加速度に基づき算出する。
【００６１】
速度Ｓは、患部の切除深さに影響するパラメーターとして算出される。患部の各局所領域に対して単位時間当たりに作用する切除能力は、噴射口１５８と患部との移動速度に影響されるからである。本実施形態においては、患部は静止しているという仮定に基づき、速度Ｓを患部と噴射口１５８との移動速度として取り扱う。尚、患部が呼吸等により移動していることを考慮して、速度Ｓを噴射口１５８と患部との相対速度として取り扱ってもよい。
【００６２】
続いて、算出した速度Ｓに基づきピーク電圧および駆動周波数を決定する（ステップＳ１２００）。図７は、ピーク電圧および駆動周波数と、速度Ｓとの関係を示すグラフである。図７の（Ａ）はピーク電圧を、図７の（Ｂ）は駆動周波数を縦軸に示す。横軸は、速度Ｓで共通であり、図７の（Ａ），（Ｂ）でスケールが一致している。
【００６３】
図７に示されるように、Ｓａ≦速度Ｓ≦Ｓ３、Ｓ３≦速度Ｓ≦Ｓｂの各速度範囲において、値が変化するパラメーターがそれぞれ異なる。つまり、Ｓａ、Ｓ３及びＳｂは、変更するパラメーターを切り替えるための閾値として予め決定された速度である。
【００６４】
速度Ｓ≦Ｓａの場合、ピーク電圧は最小値であるＶｍｉｎに、駆動周波数は最小値であるＦｍｉｎに固定される。このようにパラメーターが設定された場合、切除能力は最も低くなる。
【００６５】
Ｓａ≦速度Ｓ≦Ｓ３の場合、駆動周波数はＦｍｉｎに固定される一方、ピーク電圧は速度Ｓの増加に対して線形に増加する。速度Ｓ＝Ｓ３の場合、ピーク電圧は、最大値であるＶｍａｘに設定される。Ｖｍｉｎは、切除能力が低くなり過ぎないように設定される。Ｖｍａｘは、圧電素子１３５の負荷が大きくなり過ぎないように設定される。
【００６６】
Ｓ３≦速度Ｓ≦Ｓｂの場合、ピーク電圧はＶｍａｘに固定される一方、駆動周波数は速度Ｓの増加に対して線形に増加する。速度Ｓ＝Ｓｂの場合、駆動周波数は、最大値であるＦｍａｘに設定される。Ｆｍｉｎは、切除能力が低くなり過ぎないように、且つ間欠的な噴射が実現されるように設定される。Ｆｍａｘは、圧電素子１３５の負荷が大きくなり過ぎないように設定される。このようにピーク電圧および駆動周波数が変更されると、駆動波形が変化する。
【００６７】
図８は、駆動波形が変更される様子を示すグラフである。縦軸は電圧を、横軸は時間を示す。図８は、３つの駆動波形を例示する。曲線Ｊは、ピーク電圧がＶｍｉｎに、駆動周波数がＦｍｉｎに設定された場合の駆動波形を示す。つまり曲線Ｊは、先述した速度Ｓ≦Ｓａの場合の駆動波形を示す。曲線Ｂは、ピーク電圧がＶｍａｘに、駆動周波数がＦｍｉｎに設定された場合の駆動波形を示す。つまり曲線Ｂは、先述した速度Ｓ＝Ｓ３の場合の駆動波形を示す。曲線Ｃは、ピーク電圧がＶｍａｘに、駆動周波数がＦｍａｘに設定された場合の駆動波形を示す。つまり曲線Ｃは、先述した速度Ｓ≧Ｓｂの場合の駆動波形を示す。
【００６８】
ピーク電圧が大きくなると、圧電素子１３５の伸縮量が大きくなるので、流体室１３９の容積変動の変動比率が大きくなる。変動比率とは、容積変動における最大容積を最小容積で割った値のことである。容積変動の比率が大きくなると、流体室１３９内の圧力変動が大きくなる。流体室１３９内の圧力変動が大きくなると、流体が勢いよく噴射される。さらに、ピーク電圧が大きくなると、噴射される流体の量が増大する。これらの作用によって、ピーク電圧が大きくなると、切除能力が高くなる。この結果、速度Ｓが速くなることによって単位面積当たりに作用する切除能力が低下しても、その低下が相殺され、切除深さが安定する。なお、ここでいう相殺とは、速度Ｓが変化しても切除深さを全く変化させないことに限られず、速度Ｓが変化することによる影響の少なくとも一部を減殺することを含む。
【００６９】
駆動周波数が大きくなると、単位時間当たりに流体が噴射される回数が多くなる。さらに、本実施形態の場合、図８に示されるように、駆動周波数が大きくなると、立ち上がり時間が短くなる。立ち上がり時間とは、駆動信号の電圧値がゼロからピークに達するまでの時間のことである。立ち上がり時間が短くなると、流体室１３９の収縮が短時間で実行される。この結果、流体が勢いよく噴射される。これらの作用によって、駆動周波数が大きくなると、切除能力が高くなり、速度Ｓが速くなっても切除深さが安定する。
【００７０】
上記のようにピーク電圧および駆動周波数を決定した後、供給流量を決定し（ステップＳ１３００）、決定したピーク電圧、駆動周波数および供給流量に基づき制御を実行する（ステップＳ１４００）。供給流量とは、流体供給機構１５０によって供給される流体の体積流量のことである。
【００７１】
図９は、供給流量の決定手法を概念的に示すグラフである。縦軸は、供給流量と必要流量とを示し、横軸は時間を示す。必要流量とは、流体室１３９が流体で満たされるために必要な流量であり、その算出方法については図１０，図１１と共に後述する。
【００７２】
供給流量は、原則として必要流量を僅かに上回る値に設定する。供給流量が必要流量を下回ると、流体室１３９の容積が収縮しても噴射が実行されないことが起こり得る。このように噴射が正常に実行されないと、切除能力が減少することがある。一方、供給流量が必要流量を大幅に上回ると、間欠的な噴射を実現するために、噴射が途切れるべきタイミングにおいても流体が噴射され、間欠的な噴射が正常に実行できなくなることが起こり得る。さらに、供給流量が必要流量を大幅に上回ると、患部が流体で満たされ、手術の妨げに場合がある。よって、供給流量は、上記のように、必要流量を僅かに上回る値が好ましい。
【００７３】
本実施形態では、必要流量が変化した際には、供給流量を一時的に大きくする。必要流量がＦｄ、供給流量がＦｓ（＞Ｆｄ）の状態から必要流量が２×Ｆｄになった場合、供給流量を一時的に３×Ｆｓにし、その後、徐々に２×Ｆｓに収束させる。図９の供給流量を示す曲線においてＡとして示された箇所は、この流量制御を概念的に示している。
【００７４】
或いは、必要流量がＦｄ、供給流量がＦｓの状態から必要流量が０．５×Ｆｄになった場合、供給流量を一時的に０．７５×Ｆｓにし、その後、徐々に０．５×Ｆｓに収束させる。図９の供給流量を示す曲線においてＢとして示された箇所は、この流量制御を概念的に示している。
【００７５】
このように、必要流量が変化した場合に、一時的に供給流量を目標値よりも大きくすることによって、制御の遅延やアンダーシュートによって供給流量が不足して流体の噴射が正常に実行できなくなることを回避する。
【００７６】
図１０は、必要流量とピーク電圧との関係についての実験結果を示すグラフである。グラフ上の各点が実験結果を示し、直線は各点の近似直線を示す。図１０に示されるように、ピーク電圧が２倍になると、必要流量は約１．５倍になる。
【００７７】
図１１は、必要流量と駆動周波数との関係についての実験結果を示すグラフである。グラフ上の各点が実験結果を示し、直線は各点の近似直線を示す。図１１に示されるように、駆動周波数が２倍になると、必要流量は約２倍になる。
【００７８】
図６に示されたステップＳ１３００における供給流量の決定は、図１０，図１１に示された関係に基づき必要流量を算出し、算出した必要流量に基づき供給流量を算出することによって実現される。
【００７９】
供給流量は、上記の通り、必要流量との関係に基づき決定される一方、切除能力にも影響する。図１２は、供給流量を２通りとした際の噴射圧力とピーク電圧との関係を示すグラフである。駆動周波数は何れの場合も同じ値に設定される。供給流量が３ｍｌ／ｍｉｎ、６ｍｌ／ｍｉｎの何れの場合においても、ピーク電圧の増大と共に、噴射圧力は増大する。これは、先述したピーク電圧の増大と共に切除能力が向上することを示している。
【００８０】
図１２に示されるように、各ピーク電圧において、６ｍｌ／ｍｉｎの場合の方が、３ｍｌ／ｍｉｎの場合よりも、噴射圧力が高い。
【００８１】
図１３は、供給流量を２通りとした際の切除深さとピーク電圧との関係を示すグラフである。この切除深さは、ピーク電圧が５Ｖ、供給流量が３ｍｌ／ｍｉｎの場合を１として無次元化した値によって示される。駆動周波数は何れの場合も同じ値に設定される。
【００８２】
噴射圧力の場合（図１２）と同様に、供給流量が３ｍｌ／ｍｉｎ、６ｍｌ／ｍｉｎの何れの場合においても、ピーク電圧の増大と共に切除深さが深くなり、各ピーク電圧において６ｍｌ／ｍｉｎの場合の方が、３ｍｌ／ｍｉｎの場合よりも切除深さが深い。
【００８３】
図１２，図１３に示されたグラフの何れも、供給流量の増大が、切除能力の向上に貢献することを示している。先述した速度Ｓとピーク電圧との関係、及び速度Ｓと駆動周波数との関係は、必要流量との関係に基づき決定される供給流量によって切除能力が変化することを加味して決定されたものである。
【００８４】
以上に説明したように、速度Ｓが増加するに連れて、切除能力が向上するようにピーク電圧を変化させることによって、切除深さを安定させることができる。さらに、ピーク電圧が最大値に達した場合には、駆動周波数およびピーク電圧を変化させることによって、切除深さを安定させることができる。
【００８５】
本実施形態によれば、ピーク電圧および駆動周波数を変更する速度Ｓの範囲が分離されているので、各速度範囲において、ピーク電圧および駆動周波数の値を決定することが容易である。なお、駆動周波数およびピーク電圧を変更する速度Ｓの範囲が分離されているので、駆動波形のピーク点は、駆動波形が変化する際、図８に示されるようにΓ字を時計回りに９０度回転させたような形状の軌跡を描く。
【００８６】
図７に示されたＳ１〜Ｓ４は特許請求の範囲における第１〜第４の速度、Ｖ１，Ｖ２は第１，第２の電圧、Ｆ１，Ｆ２は第１，第２の周波数の一例である。実施形態における圧電素子３５及びダイアフラム３７は、特許請求の範囲における容積変動部の一例である。
【００８７】
＜実施形態２＞
実施形態２を説明する。実施形態２は、図６に示された噴射処理に代えて、図１４に示された噴射処理を実行する。ハードウエア構成については、実施形態１と同じなので説明を省略する。実施形態２の噴射処理におけるステップＳ１１００、ステップＳ１３００及びステップＳ１４００は、実施形態１と同じなので、説明を省略する。実施形態２においては、実施形態１のステップＳ１２００に代えて、ステップＳ１２１０〜ステップＳ１２４０を実行する。
【００８８】
速度Ｓを算出（ステップＳ１１００）した後、算出した速度Ｓに基づきピーク電圧を決定する（ステップＳ１２１０）。ピーク電圧の決定手法は、実施形態１と同じである。つまり、速度Ｓ≦Ｓａの場合はＶｍｉｎに固定され、Ｓａ≦速度Ｓ≦Ｓｂの場合は線形に増加し、Ｓｂ≦速度Ｓの場合はＶｍａｘに固定される。
【００８９】
次に、ピーク電圧が最大値（Ｖｍａｘ）に設定されたかを判定する（ステップＳ１２２０）。ピーク電圧が最大値未満の値に設定された場合（ステップＳ１２２０、ＮＯ）、駆動周波数を最小値（Ｆｍｉｎ）に設定する（ステップＳ１２４０）。ピーク電圧が最大値未満の値に設定されたということは、ピーク電圧の変更による切除能力の向上に余力があることを意味する。よって、駆動周波数の値を変更することによって切除能力を向上させる必要がないので、駆動周波数を最小値に設定する。
【００９０】
一方、ピーク電圧が最大値に設定された場合（ステップＳ１２２０、ＹＥＳ）、速度Ｓに基づき駆動周波数を決定する（ステップＳ１２３０）。ピーク電圧が最大値に設定されたということは、ピーク電圧の変更による切除能力の向上に余力がないことを意味する。そこで、駆動周波数の値を変更することによって切除能力を向上させるために、ステップＳ１２３０を実行する。実施形態２によっても、実施形態１と同じ制御結果を得ることができる。
【００９１】
＜実施形態３＞
実施形態３を説明する。実施形態３は、図７に示された実施形態１におけるピーク電圧および駆動周波数と、速度Ｓとの関係に代えて、図１５に示された関係に基づき、噴射処理のステップＳ１２００を実行する。図１５の（Ａ）は駆動周波数を、図１５の（Ｂ）はピーク電圧を縦軸に示す。横軸は、速度Ｓで共通であり、図１５の（Ａ），（Ｂ）でスケールが一致している。
【００９２】
図１５に示されるように、Ｓａ≦速度Ｓ≦Ｓ３’の速度範囲において駆動周波数が増大し、Ｓ３’≦速度Ｓ≦Ｓｂの速度範囲においてピーク電圧が増大する。つまり、実施形態１とは異なり、まず駆動周波数の変更によって切除能力の向上を図り、駆動周波数が最大値に達したら、ピーク電圧の変更によって切除能力の向上を図る。
【００９３】
実施形態３におけるＳａ及びＳｂは、実施形態１において採用された値と同じ値が採用されている。Ｓａは、切除能力の向上を開始した方が好ましい速度であり、この観点においては実施形態１と共通だからである。Ｓｂは、駆動周波数とピーク電圧とを最大値に設定する速度のうち最も遅い速度であるので、変更する順序を入れ替えても実施形態１と同じ値になる。Ｓ３’は、駆動周波数が最大に達する場合の速度として定められる値であるので、実施形態１におけるＳ３とは異なる値が採用されている。もちろん、Ｓａ，Ｓｂは、実施形態１と異なる値でもよいし、Ｓ３’はＳ３と同じ値でもよい。
【００９４】
実施形態３によっても、実施形態１と同様に切除深さを安定させることができる。ピーク電圧と駆動周波数との何れを優先的に変更するかは、圧電素子１３５の特性などに基づき、より切除深さが安定する方を選択することが考えられる。
【００９５】
本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。
【００９６】
駆動周波数を変化させなくてもよい。つまり、切除能力の調整を、ピーク電圧および供給流量の変更によって実現してもよい。駆動周波数および供給流量を変化させず、切除能力の調整を、ピーク電圧の変更のみによって実現してもよい。或いは、ピーク電圧および駆動周波数を変化させず、供給流量の変化のみによって切除能力の調整を実現してもよい。ピーク電圧および駆動周波数を変更させない構成を採用すれば、制御部の構成を簡素化できる。
【００９７】
ピーク電圧、駆動周波数および供給流量は、関数を用いて決定してもよい。ピーク電圧を変動させる速度範囲と、駆動周波数を変動させる速度範囲とが重複してもよい。駆動波形は、サインカーブの組み合わせでもなくてもよく、例えば、ステップ的に増減させてもよい。ピーク電圧および駆動周波数それぞれと噴射口の速度との関係は、曲線的に規定してもよいし、ステップ的に規定してもよい。立ち上がり時間を固定したまま、駆動周波数を変化させてもよい。つまり、駆動信号の電圧がピークからゼロに至るまでの時間を変更することによって、駆動周波数を変化させてもよい。このようにすれば、移動速度に対して駆動周波数を決定する際に、立ち上がり時間の変化による影響を除外できるので、駆動周波数の決定が容易になる。
【００９８】
噴射口の速度は、例えば、噴射口の先端に設置した加速度センサーによって算出してもよい。この場合、算出結果がより正確になると考えられる。或いは、画像処理を用いて、噴射口の速度を算出してもよい。例えば、噴射口の先端にマーカーを設置し、カメラでマーカーの移動を捉えることによって、噴射口の速度を算出してもよい。ロボットが流体噴射装置を操作する場合、噴射口の速度は、ロボットが把握できるので、算出する必要はなく、その把握される値を用いてもよい。患部の移動速度を加味して、流体噴射開口部の移動速度を算出してもよい。患部の移動速度の測定は、呼吸や脈拍による動きを予測したり測定したりすることによって実現してもよい。尚、移動速度の検出は、噴射口に限らず、噴射口の移動の伴い移動する箇所で検出してもよく、流体噴射開口部の移動速度を検出してもよい。
【００９９】
また、流体噴射開口部の移動速度の変化に係わらず、流体が噴射される対象に所定の流体量または所定の流体のエネルギー、流体の所定の圧力等の少なくとも１つが与えられるように、流体を噴射する制御を行ってもよく、所定の流体量または所定の流体のエネルギー、流体の所定の圧力のうちの２つ以上の物理量を組み合わせた制御を行ってもよい。
【０１００】
加速度センサーのタイプは、静電容量型でも熱検知型でもよい。また、加速度に限らず、流体噴射開口部の移動速度を間接または直接検出できるセンサーでもよい。流体噴射装置は、医療機器以外に利用されてもよい。例えば、流体噴射装置は、噴射した流体によって汚れを除去する洗浄装置に利用されてもよい。流体噴射装置は、噴射した流体によって線などを描く描画装置に利用されてもよい。流体噴射の方式は、レーザー光を用いたものでもよい。レーザー光を用いる噴射方式は、例えば、流体にレーザー光を間欠的に照射し、流体を気化させることによって生じる圧力変動を利用したものでもよい。
【０１０１】
＜実施形態４＞
実施形態４を説明する。
図１６は、流体噴射装置２１０の構成を示す。流体噴射装置２１０は、医療機関において利用される医療機器であり、患部に対して流体を噴射することによって、患部を切開または切除する機能を有する。
【０１０２】
流体噴射装置２１０は、流体噴射機構２２０と、流体供給機構２５０と、吸引装置２６０と、制御部２７０と、流体容器２８０とを備えている。流体供給機構２５０及び流体容器２８０は、接続チューブ２５１によって互いに接続されている。流体供給機構２５０及び流体噴射機構２２０は、流体供給流路２５２によって互いに接続されている。接続チューブ２５１及び流体供給流路２５２は、樹脂によって形成されている。接続チューブ２５１及び流体供給流路２５２は、樹脂以外（例えば金属）の材料によって形成されてもよい。
【０１０３】
流体容器２８０は、生理食塩水を貯留する。生理食塩水に代えて、純水や薬液であってもよい。流体供給機構２５０は、接続チューブ２５１を介して流体容器２８０から吸引した流体を、流体供給流路５２を介して流体噴射機構２０に供給する。
【０１０４】
流体噴射機構２２０は、流体噴射装置２１０の使用者が手に持って操作する器具である。使用者は、噴射口２５８から間欠的に噴射される流体を患部に当てることによって、患部の切開または切除を行う。
【０１０５】
制御部２７０は、信号ケーブル２７２を介して脈動発生部２３０に駆動信号を送信する。制御部２７０は、制御ケーブル２７１を介して流体供給機構２５０を制御することによって、脈動発生部２３０に供給される流体の流量を制御する。制御部２７０には、フットスイッチ２７５が接続されている。使用者がフットスイッチ２７５をオンにすると、制御部２７０は、流体供給機構２５０を制御して、脈動発生部２３０への流体の供給を実行させるとともに、脈動発生部２３０に駆動信号を送信して、脈動発生部２３０に供給された流体の圧力に脈動を発生させる。
【０１０６】
吸引装置２６０は、噴射口２５８周辺の流体や切除物を吸引することに用いられる。吸引装置２６０及び流体噴射機構２２０は、吸引流路２６２によって互いに接続されている。吸引装置２６０は、スイッチがオンの間、吸引流路２６２の内部を常時、吸引する。吸引流路２６２は、流体噴射機構２２０内を貫通して、噴射管２５５の先端近傍において開口する。
【０１０７】
吸引流路２６２は、流体噴射機構２２０内において噴射管２５５に覆い被さることによって、図１６のＡ矢視図に示すように噴射管２５５の壁と吸引流路２６２の壁とが、略同心の円筒を形成する。噴射管２５５の外壁と吸引流路２６２の内壁との間には、吸引流路２６２の先端である吸引口２６４から吸引された吸引物が流れる流路が形成される。吸引物は、吸引流路２６２を介して吸引装置２６０に吸引される。なお、この吸引は、図１７と共に後述する吸引調整機構によって調整される。
【０１０８】
図１７は、流体噴射機構２２０の内部構造を示す。流体噴射機構２２０は、脈動発生部２３０と、入口流路２４０と、出口流路２４１と、接続チューブ２５４と、加速度センサー２６９とを内蔵すると共に、吸引力調整機構２６５を備える。
【０１０９】
脈動発生部２３０は、流体供給機構２５０から流体供給流路２５２を介して流体噴射機構２２０に供給された流体の圧力に脈動を発生させる。圧力の脈動が発生した流体は、噴射管２５５に供給される。噴射管５５に供給された流体は、噴射口２５８から間欠的に噴射される。噴射管２５５は、ステンレスによって形成されている。噴射管２５５は、真鍮等の他の金属や強化プラスチックなど、所定以上の剛性を有する他の材料によって形成されてもよい。
【０１１０】
脈動発生部２３０は、図１７の下部に示されるように、第１ケース２３１、第２ケース２３２、第３ケース２３３、ボルト２３４、圧電素子２３５、補強板２３６、ダイアフラム２３７、パッキン２３８、入口流路２４０及び出口流路２４１を備える。第１ケース２３１及び第２ケース２３２は、互いに対向して接合されている。第１ケース２３１は筒状部材である。第１ケース２３１の一方の端部は、第３ケース２３３をボルト２３４で固定することによって密閉されている。第１ケース２３１の内部に形成される空間に、圧電素子２３５が配置されている。
【０１１１】
圧電素子２３５は、積層型圧電素子である。圧電素子２３５の一端は、補強板２３６を介してダイアフラム２３７に固着している。圧電素子２３５の他端は、第３ケース２３３に固着している。ダイアフラム２３７は、金属薄膜によって作製されており、周縁部が第１ケース２３１に固着している。ダイアフラム２３７と第２ケース２３２との間には、流体室２３９が形成される。流体室２３９は、圧電素子２３５の駆動によって容積が変動する。
【０１１２】
信号ケーブル２７２は、流体噴射機構２２０の後端部２２２から挿入される。２本の電極線２７４は、信号ケーブル２７２に収容されており、脈動発生部２３０内の圧電素子２３５に接続される。制御部２７０から送信された駆動信号は、信号ケーブル２７２内の電極線２７４を介して圧電素子２３５に送信される。圧電素子２３５は、駆動信号に基づいて伸縮する。
【０１１３】
第２ケース２３２には、流体が流入する入口流路２４０が接続される。入口流路２４０は、Ｕ字状に曲げられ、流体噴射機構２２０の後端部２２２に向かって延びる。入口流路２４０には、流体供給流路２５２が接続されている。流体供給機構２５０から供給された流体は、流体供給流路２５２を介して流体室２３９に供給される。
【０１１４】
圧電素子２３５が所定の周波数で伸縮すると、ダイアフラム２３７が振動する。ダイアフラム２３７が振動すると、流体室２３９の容積が変動し、流体室内の流体の圧力が脈動する。流体室２３９を通過した流体は、出口流路２４１から流出する。
【０１１５】
出口流路２４１は、第２ケース２３２に接続される。出口流路２４１には、金属製の接続チューブ２５４を介して噴射管２５５が接続されている。出口流路２４１に流出した流体は、接続チューブ２５４、噴射管２５５を通って噴射口２５８から噴射する。
【０１１６】
吸引力調整機構２６５は、吸引流路２６２が吸引口２６４から流体等を吸引する力を調整するためのものである。吸引力調整機構２６５は、操作部２６６と孔２６７とを備える。孔２６７は、吸引流路２６２と操作部２６６とを繋ぐ貫通孔である。使用者が流体噴射機構２２０を把持した手の指で孔２６７を開閉すると、その開閉度合いによって、孔２６７を介して吸引流路２６２内に流入する空気の量が調整され、ひいては吸引口２６４の吸引力が調整される。吸引力の調整は、吸引装置２６０による制御によっても実現できる。
【０１１７】
流体噴射機構２２０は、加速度センサー２６９を備える。加速度センサー２６９は、ピエゾ抵抗型３軸加速度センサーである。この３軸は、図１７に示されるＸＹＺの各軸である。Ｘ軸は、孔２６７の貫通方向と平行であり、上向きが正の向きである。Ｚ軸は、噴射管２５５の長軸方向と平行であり、流体が噴射される向きを負の向きとする。Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸を基準に、右手系によって定義される。
【０１１８】
加速度センサー２６９は、図１７に示されるように、先端部２２４付近に配置される。測定結果は、信号線（図示しない）及び信号ケーブル２７２を介して制御部２７０に入力される。
【０１１９】
図１８は、噴射処理を示すフローチャートである。噴射処理は、フットスイッチ２７５が踏まれている間、制御部２７０によって繰り返し実行される。初めに、噴射口２５８の速度Ｓを算出する（ステップＳ２１００）。ここで言う速度Ｓとは、ＸＹ平面における速度の絶対値のことである。つまり、Ｚ軸方向の速度を無視した速度の絶対値である。速度Ｓは、加速度センサー２６９によって測定される３軸の加速度に基づき算出する。
【０１２０】
速度Ｓは、患部の切除深さに影響するパラメーターとして算出される。患部の各局所領域に対して単位時間当たりに作用する切除能力は、噴射口２５８と患部との相対速度に影響されるからである。本実施形態においては、患部が患者の呼吸等に伴い移動している場合を考慮し、速度Ｓを患部と噴射口２５８との相対速度として取り扱っても良いが、患部は所定の移動量以下の状態を続けていると仮定し説明する。
【０１２１】
続いて、算出した速度Ｓに基づき、駆動信号の波形（以下「駆動波形」という）の立ち上がり時間を決定する（ステップＳ２２００）。図１９は、駆動波形の１周期分の波形を示すグラフである。縦軸は電圧、横軸は時間を示す。
【０１２２】
本実施形態の駆動波形は、サインカーブの組み合わせとして記述される。電圧が０からピーク値に至るまでは、次式によって記述される。
V(T)=Vp{1-cos(πT/Tr)}/2（但し0≦T≦Tr）
Ｖは電圧、Ｖｐは電圧のピーク値（ピーク電圧）、Ｔは時間、Ｔｒは立ち上がり時間である。Ｖｐは、Ｖｍｉｎ≦Ｖｐ≦Ｖｍａｘの範囲に設定される可変値である。Ｔｒは、Ｔｍｉｎ≦Ｔｒ≦Ｔｍａｘの範囲に設定される可変値である。Ｖｍａｘ、Ｔｍｉｎはそれぞれ、圧電素子３５などの負荷が大きくなり過ぎないこと等を条件にして予め定められた値である。Ｖｍｉｎ、Ｔｍａｘはそれぞれ、流体が間欠的に噴射されること等を条件にして予め定められた値である。尚、ピーク電圧とは、流体を噴射する際に用いられる駆動波形の１周期における最大電圧を示すものである。
【０１２３】
電圧がピーク電圧から０に至るまでは、次式によって記述される。
V(T)=Vp[1+cos{π(T-Tr)/(Tc-Tr)}]/2（但しTr≦T≦Tc）
Ｔｃは、駆動波形の１周期分の時間であり、本実施形態では固定値である。上記２つの式から明らかなように、立ち上がり時間Ｔｒは、駆動波形の１周期における所定の電圧値から電圧のピークに達するまでの時間である。
【０１２４】
駆動信号の電圧が上昇すると、流体室２３９の容積が収縮するように圧電素子２３５が変形する。立ち上がり時間Ｔｒが短くなると、流体室２３９の収縮が短時間で実行される。この結果、流体が勢いよく噴射されるので、切除能力が高くなり、切除深さが深くなる。
【０１２５】
図２０は、本実施形態における立ち上がり時間Ｔｒと、速度Ｓとの関係を示すグラフである。図２０に示されるように、Ｓ≦Ｓａの場合、立ち上がり時間Ｔｒは、Ｔｍａｘに固定される。Ｓａ≦Ｓ≦Ｓｂの場合、立ち上がり時間Ｔｒは、速度Ｓの上昇に伴い、線形に減少する。Ｓ≧Ｓｂ以上の場合、立ち上がり時間Ｔｒは、Ｔｍｉｎに固定される。ステップＳ２２００では、この関係に従って、立ち上がり時間Ｔｒを決定する。
【０１２６】
続いて、立ち上がり時間Ｔｒを下限値（Ｔｍｉｎ）に決定したかを判定する（ステップＳ２３００）。立ち上がり時間Ｔｒを下限値以外に決定した場合（ステップＳ２３００、ＮＯ）、ピーク電圧Ｖｐおよび供給流量を最小値（Ｖｍｉｎ）に決定する（ステップＳ２４００）。
【０１２７】
一方、立ち上がり時間Ｔｒを下限値に決定した場合（ステップＳ２３００、ＹＥＳ）、駆動信号のピーク電圧Ｖｐを速度Ｓに基づき決定する（ステップＳ２５００）。
【０１２８】
図２１は、本実施形態におけるピーク電圧Ｖｐと、速度Ｓとの関係を示すグラフである。図２１に示されるように、Ｓ≦Ｓｂの場合、ピーク電圧ＶｐはＶｍｉｎに固定される。このような関係を実現するため、先述したように、立ち上がり時間Ｔｒが下限値でない場合、ピーク電圧ＶｐをＶｍｉｎに固定する。
【０１２９】
Ｓｂ≦Ｓ≦Ｓｃの場合、速度Ｓの上昇に伴い、ピーク電圧Ｖｐは線形に上昇する。Ｓ≧Ｓｃの場合、ピーク電圧Ｖｐは、Ｖｍａｘに固定される。ステップＳ２５００を実行する場合は、Ｓ≧Ｓｂであるので、この速度領域におけるピーク電圧Ｖｐとの関係に従って、ピーク電圧Ｖｐを決定する。
【０１３０】
なお、立ち上がり時間Ｔｒとピーク電圧Ｖｐとが上記のように決定されるため、駆動波形のピークは、図１９に示されるようにＬ字型の軌跡を描く。
【０１３１】
続いて、供給流量をピーク電圧Ｖｐに基づき決定する（ステップＳ２６００）。図２２は、流量の決定の手法を示すグラフである。縦軸はピーク電圧Ｖｐおよび供給流量を示し、横軸は時間を示す。供給流量の変化率は、ピーク電圧の変化率に一致させてもよい。但し、ピーク電圧が変化した際には、供給流量を一時的に大きくする。
【０１３２】
例えば、ピーク電圧がＶｐ１、供給流量がＦ１の状態からピーク電圧が２×Ｖｐ１になった場合、供給流量を一時的に３×Ｆ１にし、その後、徐々に２×Ｆ１に収束させる。或いは、ピーク電圧がＶｐ１、供給流量がＦ１の状態からピーク電圧が０．５×Ｖｐ１になった場合、供給流量を一時的に０．７５×Ｆ１にし、その後、徐々に０．５×Ｆ１に収束させる。
【０１３３】
このように、ピーク電圧が変化した場合に、一時的に供給流量を大きくすることによって、供給流量が不足して流体の噴射が正常に実行できなくなることを回避する。
【０１３４】
最後に、決定されたパラメーター（立ち上がり時間Ｔｒ、ピーク電圧Ｖｐ、供給流量）に基づき制御を実行する（ステップＳ２７００）。この結果、噴射口２５８の速度に応じて、噴射口２５８から間欠的に流体が噴射される。
【０１３５】
図２３は、立ち上がり時間と、噴射される流体の最大圧と、切除深さの変化との関係を調べた実験結果を示すテーブルである。切除深さは、立ち上がり時間が０．３７５ミリ秒の場合を基準とした。切除深さの測定は、立ち上がり時間以外は同じ条件下で実施した。この実験は、噴射口２５８を移動させずに実施した。
【０１３６】
図２３に示されるように、立ち上がり時間が短くなるに連れて、流体の最大圧が上昇し、切除深さが深くなる。一方で、速度Ｓが大きくなると、患部の各局所領域に作用する切除能力は低下する。よって、速度Ｓが大きくなる場合に、立ち上がり時間を短くすることによって、切除深さを安定させることができる。
【０１３７】
さらに本実施形態によれば、速度ＳがＳｂ以下の場合、ピーク電圧Ｖｐが一定であるため、排除体積が変化しないので、供給流量を変動させる必要がなく、制御が容易になる。
【０１３８】
実施形態における圧電素子２３５及びダイアフラム２３７は、特許請求の範囲における変動部の一例である。図２０及び図２１に示されたＳ１〜Ｓ４は第１〜第４の速度、Ｔ１〜Ｔ３は第１〜第３の時間、Ｖ１〜Ｖ３は第１〜第３の電圧、Ｓ１’及びＳ２’は第１及び第２の所定時間、Ｔ１’は所定値の一例である。
【０１３９】
本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。
【０１４０】
立ち上がり時間およびピーク電圧は、関数を用いて決定してもよいし、予めマップ化し、このマップに速度Ｓを代入して決定してもよい。マップ制御によれば、処理負荷が軽減される。
立ち上がり時間を変動させる速度領域と、ピーク電圧を変動させる速度領域とが重複してもよい。
駆動波形は、サインカーブの組み合わせでもなくてもよく、例えば、ステップ的に増減させてもよい。
立ち上がり時間と噴射口の速度との関係は、曲線的に規定してもよいし、ステップ的に規定してもよい。
立ち上がり時間の定義は、駆動信号が０からピークに達するまでの時間でなくてもよく、例えば、０よりもやや大きい値から、ピークよりもやや小さい値に達するまでの時間であってもよい。
駆動信号の電圧が下降する場合に流体室の体積が収縮する構成であれば、立ち上がり時間は、或る電圧値から、その電圧値よりも小さい値に達するまでの時間として定義してもよい。
【０１４１】
噴射口の速度は、例えば、噴射口の先端に設置した加速度センサーによって算出してもよい。この場合、算出結果がより正確になると考えられる。
或いは、画像処理を用いて、噴射口の速度を算出してもよい。例えば、噴射口の先端にマーカーを設置し、カメラでマーカーの移動を捉えることによって、噴射口の速度を算出してもよい。
ロボットが流体噴射装置を操作する場合、噴射口の速度は、ロボットが把握できるので、算出する必要はなく、その把握される値を用いてもよい。
患部の移動速度を加味して、流体噴射開口部の移動速度を算出してもよい。患部の移動速度の測定は、呼吸や脈拍による動きを予測したり測定したりすることによって実現してもよい。
【０１４２】
また、流体噴射機構から噴射される流体が、噴射対象の単位面積あたりに同じエネルギーが付与されるように、噴射口の速度に応じて流体室内の流体に与えるエネルギーを調整してもよい。
【０１４３】
実施形態においては、流体噴射機構２２０を使用者が手に持って操作する器具として説明したが、腹腔鏡などの内視鏡に用いられる流体噴射機構として生体内に挿入され操作する器具であってもよい。
加速度センサーのタイプは、静電容量型でも熱検知型でもよい。また、加速度に限らず、速度を間接的もしくは直接的に検出できるセンサーでもよい。
流体噴射装置は、医療機器以外に利用されてもよい。
例えば、流体噴射装置は、噴射した流体によって汚れを除去する洗浄装置に利用されてもよい。
流体噴射装置は、噴射した流体によって線などを描く描画装置に利用されてもよい。
【０１４４】
＜実施形態５＞
実施形態５を説明する。
図２４において、流体噴射装置３１０は、流体噴射機構３２０と、流体供給機構３５０と、制御部３７０と、レーザー発振器３７３と、コントローラー３７７と、流体容器３８０とを備えている。流体供給機構３５０及び流体容器３８０は、接続チューブ３５１によって互いに接続されている。流体供給機構３５０及び流体噴射機構３２０は、流体供給流路３５２によって互いに接続されている。接続チューブ３５１及び流体供給流路３５２は、樹脂によって形成されている。接続チューブ３５１及び流体供給流路３５２は、樹脂以外（例えば金属）の材料によって形成されてもよい。
【０１４５】
流体容器３８０は、生理食塩水を貯留する。生理食塩水に代えて、純水や薬液であってもよい。流体供給機構３５０は、内蔵するポンプの駆動によって、接続チューブ３５１を介して流体容器３８０から吸引した流体を、流体供給流路３５２を介して流体噴射機構２０に供給する。
【０１４６】
流体噴射機構３２０は、流体噴射装置３１０の使用者が手に持って操作する器具である。使用者は、流体噴射機構３２０から間欠的に噴射される流体を患部に当てることによって、患部の切開または切除を行う。
【０１４７】
制御部３７０は、制御ケーブル３７１を介して流体供給機構３５０を制御することによって、流体噴射機構３２０に供給される流体の流量（以下「供給流量」という）を制御する。制御部３７０には、フットスイッチ３７５が接続されている。使用者がフットスイッチ３７５をオンにすると、制御部３７０は、流体供給機構３５０を制御して、流体噴射機構３２０への流体の供給を実行させるとともに、信号ケーブル３７２を介してコントローラー７７に駆動信号を送信する。
【０１４８】
コントローラー３７７は、駆動信号に応じたレーザー光をレーザー発振器３７３に出力させるために、信号ケーブル３７８を介して制御信号を出力する。レーザー発振器３７３は、ホルミウムヤグレーザーによって構成され、制御信号に従ってレーザー光を出力する。レーザー光の波長は、２．０６μｍである。出力されたレーザー光は、光ファイバーによって構成されたレーザー用ケーブル３７４を通り、流体噴射機構３２０内に導かれる。
【０１４９】
図２５は、流体噴射機構３２０の内部を示す断面図である。流体噴射機構３２０は、内部に流体室３２５を形成する。流体室３２５は、流体供給機構３５０から供給された流体によって満たされる。レーザー用ケーブル３７４によって導かれたレーザー光は、流体噴射機構３２０内において放出される。放出されたレーザー光は、流体噴射機構３２０内に満たされた流体に吸収される。レーザー光を吸収した流体は、吸収したレーザー光のエネルギーによって気化する。本実施形態においてはレーザー光の出力が間欠的に実施されるので、この気化も間欠的に発生する。間欠的に発生する気化は、流体噴射機構３２０内の流体の圧力を瞬時に大きくする。瞬時に大きくなった圧力は、噴射口３２８から流体を噴射させる。
【０１５０】
流体噴射機構３２０は、加速度センサー３２９を備える。加速度センサー３２９は、ピエゾ抵抗型３軸加速度センサーである。加速度センサー３２９は、図２５に示されるように、噴射口３２８付近、且つ、流体噴射機構３２０の筐体の外部に配置される。測定結果は、制御部３７０に、加速度センサー用ケーブル３７６を介して入力される。加速度センサー用ケーブル３７６は、加速度センサー用ケーブル３７６との接続部位から、流体噴射機構３２０の後端（噴射口２８との反対側）までにおいて、流体噴射機構３２０の筐体の外部に、接着によって固定される。
【０１５１】
加速度センサー３２９が測定対象とする３軸は、図２５に示されるＸＹＺの各軸である。Ｚ軸は、流体噴射機構３２０の長軸方向と平行、つまり流体の噴射方向と平行であり、流体が噴射される向きを負の向きとする。Ｘ軸は、Ｚ軸に直交し、所定の向きを正の向きとする。所定の向きとは、図２５に示されるように、Ｚ軸を水平にし、且つ加速度センサー３２９が真下に位置する場合における鉛直方向上向きのことである。Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸を基準に、右手系によって定義される。
【０１５２】
図２６は、駆動信号の波形を示すグラフである。駆動信号は、先述したように、レーザー光を出力させるために、コントローラー３７７に入力される。縦軸は電圧を、横軸は時間を示す。本実施形態における駆動信号の波形は、図２６に示されるようにパルス波である。各パルス波の最大電圧（以下「駆動電圧」という）及びパルス波の周波数（以下「駆動周波数」という）は、噴射処理（図２７と共に後述）によって変化する。
【０１５３】
図２６は、駆動電圧が最大値（Ｖｍａｘ）と最小値（Ｖｍｉｎ）との間の値であり、駆動周期が最大値、つまり駆動周波数が最小値（Ｆｍｉｎ）である場合を例示する。駆動電圧が大きくなると、コントローラー３７７は、１回に放出されるレーザー光（パルス光）のエネルギーが大きくなるようにレーザー発振器３７３を制御する。一方、駆動周波数が大きくなると、コントローラー７７は、単位時間当たりにレーザー光が放出される回数が多くなるようにレーザー発振器３７３を制御する。何れの場合も、放出されるレーザー光の出力（単位時間当たりのエネルギー）が大きくなる。このようにレーザー光の出力が大きくなると、後述するように、切除能力が向上する。
【０１５４】
図２７は、噴射処理を示すフローチャートである。噴射処理は、フットスイッチ３７５が踏まれている間、制御部３７０によって繰り返し実行される。初めに、噴射口３２８の速度Ｓを算出する（ステップＳ３１００）。ここでいう速度Ｓとは、ＸＹ平面における速度の絶対値のことである。つまり、Ｚ軸方向の速度を無視した速度の絶対値である。速度Ｓは、加速度センサー３２９によって測定される３軸の加速度に基づき算出する。
【０１５５】
速度Ｓは、患部の切除深さに影響するパラメーターとして算出される。患部の各局所領域に対して単位時間当たりに作用する切除能力は、噴射口２８と患部との相対速度に影響されるからである。よって、患部が患者の呼吸等に伴い移動している場合を考慮し、速度Ｓを患部と噴射口３２８との移動速度として取り扱ってもよいが、本実施形態においては、患部は静止しているという仮定に基づき、速度Ｓを患部と噴射口３２８との移動速度として取り扱う。
【０１５６】
続いて、算出した速度Ｓに基づき駆動電圧および駆動周波数を決定する（ステップＳ３２００）。図２８は、駆動電圧および駆動周波数と、速度Ｓとの関係を示すグラフである。図２８の（Ａ）は駆動電圧を、図２８の（Ｂ）は駆動周波数を縦軸に示す。横軸は、速度Ｓで共通であり、図２８の（Ａ），（Ｂ）でスケールが一致している。
【０１５７】
図２８に示されるように、Ｓａ≦速度Ｓ≦Ｓｂ、Ｓｂ≦速度Ｓ≦Ｓｃの各速度範囲において、値が変化するパラメーターがそれぞれ異なる。つまり、Ｓａ、Ｓｂ及びＳｃは、変更するパラメーターを切り替えるための閾値として予め決定された速度である。
【０１５８】
速度Ｓ≦Ｓａの場合、駆動電圧は最小値であるＶｍｉｎに、駆動周波数は最小値であるＦｍｉｎに固定される。このようにパラメーターが設定された場合、切除能力は最も低くなる。
【０１５９】
Ｓａ≦速度Ｓ≦Ｓｂの場合、駆動周波数はＦｍｉｎに固定される一方、駆動電圧は速度Ｓの増加に対して線形に増加する。速度Ｓ＝Ｓｂの場合、駆動電圧は、最大値であるＶｍａｘに設定される。Ｖｍｉｎは、切除能力が低くなり過ぎないように設定される。Ｖｍａｘは、レーザー発振器３７３の負荷が大きくなり過ぎないように設定される。駆動電圧が大きくなると、１回の放出におけるレーザー光のエネルギーが大きくなり、流体噴射機構２０内部の圧力変動が大きくなる。この結果、流体が勢いよく噴射されて切除能力が大きくなり、速度Ｓが速くなっても切除深さが安定する。
【０１６０】
Ｓｂ≦速度Ｓ≦Ｓｃの場合、駆動電圧はＶｍａｘに固定される一方、駆動周波数は速度Ｓの増加に対して線形に増加する。速度Ｓ＝Ｓｃの場合、駆動周波数は、最大値であるＦｍａｘに設定される。Ｆｍｉｎは、切除能力が低くなり過ぎないように設定される。Ｆｍａｘは、レーザー発振器３７３の負荷が大きくなり過ぎないように設定される。駆動周波数が大きくなると、単位時間当たりの噴射回数が多くなる。この結果、切除能力が大きくなり、速度Ｓが速くなっても切除深さが安定する。
【０１６１】
上記のように駆動電圧および駆動周波数を決定した後、供給流量を決定する（ステップＳ３３００）。供給流量は、間欠的に噴射される流体を補充するのに充分な値となるように決定される。駆動電圧および駆動周波数の何れの場合も値が大きくなると、単位時間当たりに噴射される流体の量が増える。よって、駆動電圧および駆動周波数の少なくとも一方を大きくした場合、供給流量を大きくする。最後に、決定した駆動電圧、駆動周波数および供給流量に基づき制御を実行する（ステップＳ３４００）。
【０１６２】
以上に説明したように、速度Ｓが増加するに連れて切除能力が向上するように駆動電圧を変化させることによって、１回に出力されるレーザー光のエネルギーを変更し、切除深さを安定させることができる。１回に出力されるレーザー光のエネルギーは、比較的、制御幅が大きいので、レーザー光の出力を制御するためのパラメーターとして好ましい。さらに、駆動電圧が最大値に達した場合は、駆動周波数を変化させることによって、切除深さを安定させることができる。
【０１６３】
図２９は、駆動周波数と駆動電圧との関係を示すグラフである。既に説明した通り駆動周波数は、駆動電圧が変化する速度Ｓの範囲（Ｓａ≦速度Ｓ≦Ｓｂ）においては変化せず、駆動電圧がＶｍａｘである速度Ｓの範囲（Ｓｂ≦速度Ｓ≦Ｓｃ）において変化する。このように、駆動電圧および駆動周波数を変更する速度Ｓの範囲が分離されているので、各速度範囲において、駆動電圧および駆動周波数の値を決定することが容易である。
【０１６４】
図２８，図２９に示されたＳ１〜Ｓ４は特許請求の範囲における第１〜第４の速度、Ｖ１〜Ｖ３は第１〜第３の電圧、Ｆ１〜Ｆ３は第１〜第３の周波数の一例である。レーザー発振器７３及びコントローラー７７は、特許請求の範囲における出力部の一例である。
【０１６５】
＜実施形態６＞
実施形態６を説明する。実施形態６は、図２７に示された噴射処理に代えて、図３０に示された噴射処理を実行する。ハードウエア構成については、実施形態５と同じなので説明を省略する。実施形態６の噴射処理におけるステップＳ４１００、ステップＳ４３００及びステップＳ４４００は、実施形態５のステップＳ３１００、ステップＳ３３００及びステップＳ３４００と同じなので、説明を省略する。実施形態６においては、実施形態５のステップＳ３２００に代えて、ステップＳ４２１０〜ステップＳ４２４０を実行する。
【０１６６】
速度Ｓを算出（ステップＳ４１００）した後、算出した速度Ｓに基づき駆動電圧を決定する（ステップＳ４２１０）。駆動電圧の決定手法は、実施形態５と同じであり、速度Ｓ≦ＳａにおいてはＶｍｉｎに固定され、Ｓａ≦速度Ｓ≦Ｓｂにおいては速度Ｓの増加に対して線形に増加し、Ｓｂ≦速度ＳにおいてはＶｍａｘに固定される。
【０１６７】
次に、駆動電圧が最大値（Ｖｍａｘ）に設定されたかを判定する（ステップＳ４２２０）。駆動電圧が最大値未満の値に設定された場合（ステップＳ４２２０、ＮＯ）、駆動周波数を最小値（Ｆｍｉｎ）に設定する（ステップＳ４２４０）。駆動電圧が最大値未満の値に設定されたということは、駆動電圧の変更による切除能力の向上に余力があることを意味する。よって、駆動周波数の値を変更することによって切除能力を向上させる必要がないので、駆動周波数を最小値に設定する。
【０１６８】
一方、駆動電圧が最大値に設定された場合（ステップＳ４２２０、ＹＥＳ）、速度Ｓに基づき駆動周波数を決定する（ステップＳ４２３０）。駆動周波数の決定手法は、実施形態５と同じであり、速度Ｓ≦ＳｂにおいてはＦｍｉｎに固定され、Ｓｂ≦速度Ｓ≦Ｓｃにおいては速度Ｓの増加に対して線形に増加し、Ｓｃ≦速度ＳにおいてはＦｍａｘに固定される。
【０１６９】
駆動電圧が最大値に設定されたということは、駆動電圧の変更による切除能力の向上に余力がないことを意味する。そこで、駆動周波数の値を変更することによって切除能力を向上させるために、ステップＳ４２３０を実行する。実施形態６によっても、実施形態５と同じ制御結果を得ることができる。
【０１７０】
本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。
【０１７１】
駆動電圧および駆動周波数は、関数を用いて決定してもよい。駆動電圧を変動させる速度範囲と、駆動周波数を変動させる速度範囲とが重複してもよい。駆動信号の波形は、パルス波でなくてもよく、例えばサインカーブ等でもよい。駆動電圧および駆動周波数のそれぞれと噴射口の速度との関係は、曲線的に規定してもよいし、ステップ的に規定してもよい。駆動電圧と駆動周波数との何れか一方のみを変更してもよい。駆動電圧を変更する場合は、最大電圧の変更に限らず、所定値以上の電圧や所定期間の電圧を変更してもよい。
【０１７２】
駆動電圧と駆動周波数との少なくとも一方を、噴射口と患部との距離に応じて変更してもよい。噴射口と患部との距離は、噴射口と患部との移動速度と同様に、切除深さに関係するパラメーターであると考えられるからである。具体的には、噴射口と患部との距離が離れるに従い、切除能力が向上するように、駆動電圧と駆動周波数との少なくとも一方を変更してもよい。パルス幅の変更によって、レーザー光の出力を調整してもよい。パルス幅とは、駆動信号が最大電圧に達している時間のことである。
【０１７３】
画像処理を用いて、噴射口の速度を算出してもよい。例えば、噴射口の付近にマーカーを設置し、カメラでマーカーの移動を捉えることによって、噴射口の速度を算出してもよい。ロボットが流体噴射装置を操作する場合、噴射口の速度は、ロボットが把握できるので、算出する必要はなく、その把握される値を用いてもよい。患部の移動速度を加味して、流体噴射開口部の移動速度を算出してもよい。患部の移動速度の測定は、呼吸や脈拍による動きを予測したり測定したりすることによって実現してもよい。また、移動速度の検出は、噴射管に限らず、噴射管の移動に伴い移動する箇所で検出してもよく、流体噴射開口部の移動速度を検出してもよい。
【０１７４】
加速度センサーのタイプは、静電容量型でも熱検知型でもよい。また、加速度に限らず速度を間接あるいは直接検出できるセンサーでもよい。流体噴射装置は、医療機器以外に利用されてもよい。例えば、流体噴射装置は、噴射した流体によって汚れを除去する洗浄装置に利用されてもよい。流体噴射装置は、噴射した流体によって線などを描く描画装置に利用されてもよい。
【０１７５】
レーザーのタイプは、ホルミウムヤグレーザー以外の固体レーザーであってもよいし、或いは半導体レーザーや流体レーザー、気体レーザーであってもよい。噴射する流体の種類を変更する場合、レーザー光の波長は、変更後の流体に吸収されやすいものに変更してもよい。流体供給の方法は、ポンプの駆動を利用したものでなくてもよく、例えば、点滴装置のように流体の自重を利用したものでもよい。
【符号の説明】
【０１７６】
１…ロボット利用外科用システム、３…コンソール、２…入力デバイスまたはマスター、４…コンピュータープロセッサー、５…内視鏡器具またはツール、６…ロボット患者側システム、７…ロボットマニピュレーターアーム、８…サーボマニピュレーター、またはＰＳＭ、９…アームまたは連結、１０…サーボマニピュレーター、またはＥＣＭ、１１…内視鏡／カメラプローブ、１２…立体鏡ディスプレイビュワー、１４…ディスプレイ、１１０…流体噴射装置、１２０…流体噴射機構、１２２…後端部、１２４…先端部、１３０…脈動発生部、１３１…第１ケース、１３２…第２ケース、１３３…第３ケース、１３４…ボルト、１３５…圧電素子、１３６…補強板、１３７…ダイアフラム、１３８…パッキン、１３９…流体室、１４０…入口流路、１４１…出口流路、１５０…流体供給機構、１５１…接続チューブ、１５２…流体供給流路、１５４…接続チューブ、１５５…噴射管、１５８…噴射口、１６０…吸引装置、１６２…吸引流路、１６４…吸引口、１６５…吸引力調整機構、１６６…操作部、１６７…孔、１６９…加速度センサー、１７０…制御部、１７１…制御ケーブル、１７２…信号ケーブル、１７３…レーザー発振器、１７４…電極線、１７５…フットスイッチ、１７６…加速度センサー用信号線、１７７…コントローラー、１８０…流体容器、２１０…流体噴射装置、２２０…流体噴射機構、２２２…後端部、２２４…先端部、２３０…脈動発生部、２３１…第１ケース、２３２…第２ケース、２３３…第３ケース、２３４…ボルト、２３５…圧電素子、２３６…補強板、２３７…ダイアフラム、２３８…パッキン、２３９…流体室、２４０…入口流路、２４１…出口流路、２５０…流体供給機構、２５１…接続チューブ、２５２…流体供給流路、２５４…接続チューブ、２５５…噴射管、２５８…噴射口、２６０…吸引装置、２６２…吸引流路、２６４…吸引口、２６５…吸引力調整機構、２６６…操作部、２６７…孔、２６９…加速度センサー、２７０…制御部、２７１…制御ケーブル、２７２…信号ケーブル、２７４…電極線、２７５…フットスイッチ、２８０…流体容器、３１０…流体噴射装置、３２０…流体噴射機構、３２５…流体室、３２８…噴射口、３２９…加速度センサー、３５０…流体供給機構、３５１…接続チューブ、３５２…流体供給流路、３７０…制御部、３７１…制御ケーブル、３７２…信号ケーブル、３７３…レーザー発振器、３７４…レーザー用ケーブル、３７５…フットスイッチ、３７６…加速度センサー用ケーブル、３７７…コントローラー、３７８…レーザー発振器、３８０…流体容器。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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