(57)【要約】  術中に複数の医療用マニピュレータのベッドに対する位置を変化させても，医療用マニピュレータどうしの干渉を回避する。患者を横たえるベッド（２）と、該ベッド（２）に対して移動可能に配置されたベース（７）と、該ベース（７）に搭載されるアームとを備える複数の医療用マニピュレータ（３ｂ，３ｃ）と、各該医療用マニピュレータ（３ｂ，３ｃ）のベース（７）のベッド（２）に対する位置を検出する位置検出部（４）と、該位置検出部（４）により検出されたベース（７）の位置に基づいて、共通の制御座標系を用いて、複数のアームを制御する制御部（６）とを備える医療用マニピュレータシステム（１）を提供する。
2016190401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッドに対して移動可能に配置されたベースと、該ベースに搭載されるアームとを備える複数の医療用マニピュレータと、
各該医療用マニピュレータの前記ベースの前記ベッドに対する位置を検出する位置検出部と、
該位置検出部により検出された前記ベースの位置に基づいて、共通の制御座標系を用いて、複数の前記アームを制御する制御部とを備える医療用マニピュレータシステム。
【請求項２】
前記ベッドに固定されるレールを備え、
前記ベースが、前記レールの長手方向に沿って移動可能に取り付けられ、
前記位置検出部が、前記ベッドの所定位置から前記ベースに至る前記レール上の距離を測定する請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項３】
前記位置検出部が、
前記ベッドおよび前記ベースのいずれかに設けられ前記レールに沿う方向に光波を射出する光波照射部と、
前記ベッドおよび前記ベースのいずれかに設けられ、前記光波照射部により照射され前記レールの端部および前記ベースのいずれかに反射した光波を受光する受光部と、
該受光部により受光された光波に基づいて前記レールの端部と前記ベースとの距離を算出する距離算出部とを備える請求項２に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項４】
前記位置検出部が、
前記ベッドおよび前記ベースのいずれかに設けられ前記レールに沿う方向に音波を射出する音波照射部と、
前記ベッドおよび前記ベースのいずれかに設けられ、前記音波照射部により照射され前記レールの端部および前記ベースのいずれかに反射した音波を受信する受音部と、
該受音部により受信された音波に基づいて前記レールの端部と前記ベースとの距離を算出する距離算出部とを備える請求項２に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項５】
前記位置検出部が、前記ベースの移動によって前記レール上を転がる転動体と、該転動体の回転量を検出するエンコーダとを備える請求項２に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項６】
前記位置検出部が、前記レールの長手方向に沿って一方向に所定の角度で傾斜する傾斜面と、前記ベースに設けられ、該ベースと前記傾斜面との距離を測定する距離測定部とを備え、
該距離測定部により検出された距離に基づいて、前記ベッドの所定位置に対して前記レールの長手方向に沿う距離を測定する請求項２に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項７】
前記ベースが、前記ベッドに対して着脱可能に設けられている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の医療用マニピュレータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用マニピュレータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、患者を横たえるベッドの周囲に、処置具を保持する複数のマニピュレータおよび処置部位を撮影するスコープを配置し、スコープにより取得された画像に写る処置具および患部をモニタで確認しながら処置具を用いて患部の処置を行うロボット手術システムが知られている（例えば特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５４０３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のロボット手術システムでは、術中にマニピュレータのベッドへの設置位置を処置に適した位置に移動することが想定され、そのような場合には、マニピュレータどうしが干渉する場合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、術中に複数のマニピュレータのベッドに対する位置を変化させても、マニピュレータどうしの干渉を回避することができる医療用マニピュレータシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、ベッドに対して移動可能に配置されたベースと、該ベースに搭載されるアームとを備える複数の医療用マニピュレータと、各該医療用マニピュレータの前記ベースの前記ベッドに対する位置を検出する位置検出部と、該位置検出部により検出された前記ベースの位置に基づいて、共通の制御座標系を用いて、複数の前記アームを制御する制御部とを備える医療用マニピュレータシステムである。【０００６】
本態様によれば、ベッドに対する複数の医療用マニピュレータの各ベースの位置が位置検出部によって検出されるとともに、各ベースに搭載されたアームが制御部によって共通の制御座標系を用いて制御されることにより、術中に複数の医療用マニピュレータのベッドに対する位置を変化させても、アームどうしの干渉アームを回避することができる。【０００７】
上記態様において、前記ベッドに固定されるレールを備え、前記ベースが、前記レールの長手方向に沿って移動可能に取り付けられ、前記位置検出部が、前記ベッドの所定位置から前記ベースに至る前記レール上の距離を測定してもよい。
このようにすることで、ベースの移動がレールの長手方向に制限されるので、位置検出部は、ベッドの所定位置とベースとの距離を測定するだけで、ベッドに対するベースの位置を検出することができる。【０００８】
上記態様において、前記位置検出部が、前記ベッドおよび前記ベースのいずれかに設けられ前記レールに沿う方向に光波を射出する光波照射部と、前記ベッドおよび前記ベースのいずれかに設けられ、前記光波照射部により照射され前記レールの端部および前記ベースのいずれかに反射した光波を受光する受光部と、該受光部により受光された光波に基づいて前記レールの端部と前記ベースとの距離を算出する距離算出部とを備えていてもよい。
このようにすることで、光波照射部から射出された光波が受光部により受光されることにより、受光された光波に基づいて距離算出部によりレールの端部とベースとの距離が算出される。ここで、光波照射部および受光部は、光波照射部をベッドまたはベースのいずれか一方に設け、受光部を他方に設けて、光波照射部から射出された光波を受光部が直接受光する場合、および、光波照射部および受光部をベッドまたはベースの一方に設け、他方において反射した光波を受光する場合の両方を含む。【０００９】
上記態様において、前記位置検出部が、前記ベッドおよび前記ベースのいずれかに設けられ前記レールに沿う方向に音波を射出する音波照射部と、前記ベッドおよび前記ベースのいずれかに設けられ、前記音波照射部により照射され前記レールの端部および前記ベースのいずれかに反射した音波を受信する受音部と、該受音部により受信された音波に基づいて前記レールの端部と前記ベースとの距離を算出する距離算出部とを備えていてもよい。【００１０】
このようにすることで、音波照射部から射出された音波が受音部により受信されることにより、受信された音波に基づいて距離算出部によりレールの端部とベースとの距離が算出される。ここで、音波照射部および受音部は、音波照射部をベッドまたはベースのいずれか一方に設け、受音部を他方に設けて音波照射部から射出された音波を受音部が直接受信する場合、および、音波照射部および受音部をベッドまたはベースの一方に設け、他方において反射した音波を受信する場合の両方を含む。【００１１】
上記態様において、前記位置検出部が、前記ベースの移動によって前記レール上を転がる転動体と、該転動体の回転量を検出するエンコーダとを備えていてもよい。
このようにすることで、ベースがベッドに対して移動すると、転動体がレールを転がり、その回転量がエンコーダにより検出されることにより、ベースの移動量を検出することができる。ベースのベッドに対する移動前の位置を定めておくことにより、検出された移動量によって移動後の位置も検出することができる。【００１２】
上記態様において、前記位置検出部が、前記レールの長手方向に沿って一方向に所定の角度で傾斜する傾斜面と、前記ベースに設けられ、該ベースと前記傾斜面との距離を測定する距離測定部とを備え、該距離測定部により検出された距離に基づいて、前記ベッドの所定位置に対して前記レールの長手方向に沿う距離を測定してもよい。
このようにすることで、ベースがレールの長手方向に沿って移動すると、その移動距離に比例してベースと傾斜面との距離が変化するので、距離測定部によりベースと傾斜面との距離を測定することにより、ベースの移動距離を求めることができる。
上記態様において、前記ベースが、前記ベッドに対して着脱可能に設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、術中に複数の医療用マニピュレータのベッドに対する位置を変化させても，医療用マニピュレータどうしの干渉を回避することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムを示す全体構成図である。
【図２】図１の医療用マニピュレータシステムのベッドおよびマニピュレータを示す正面図である。
【図３】図１の医療用マニピュレータシステムの第１の変形例を示すベッドおよびマニピュレータの平面図である。
【図４】図３のベッドに備えられるレールおよびマニピュレータのベースの縦断面図である。
【図５】図１の医療用マニピュレータシステムの第２の変形例を示すベッドおよびマニピュレータの平面図である。
【図６】図５のベッドに備えられるレールおよび位置検出部を示す縦断面図である。
【図７】図１の医療用マニピュレータシステムの第３の変形例を示すベッドおよびマニピュレータの平面図である。
【図８】図７のベッドに備えられるレールに取り付けられた傾斜面を示す正面図である。
【図９】図１の医療用マニピュレータシステムの第４の変形例を示すベッドおよびマニピュレータの平面図である。
【図１０】図１の医療用マニピュレータシステムの第５の変形例を示すマニピュレータの正面図である。
【図１１】図１０のマニピュレータの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１は、図１および図２に示されるように、患者を横たえるベッド２と、該ベッド２の側部に着脱可能に取り付けられる複数、例えば、３個のマニピュレータ（医療用マニピュレータ）３ａ，３ｂ，３ｃと、各マニピュレータ３ａ，３ｂ，３ｃとベッド２に対する位置を検出する位置検出部４と、操作者により操作される操作部５と、該操作部５により入力された指令信号および位置検出部４により検出された各マニピュレータ３ａ，３ｂ，３ｃの位置に基づいて各マニピュレータ３ａ，３ｂ，３ｃを制御する制御部６とを備えている。
【００１６】
各マニピュレータ３ａ，３ｂ，３ｃは、該マニピュレータ３ａ，３ｂ，３ｃをベッド２の側部に着脱可能に取り付けるためのベース７と、該ベース７に搭載されたアーム８とを備えている。アーム８は、例えば、図２に示されるように、多関節構造を有し、処置部９の姿勢および位置を任意に変更することができるようになっている。
【００１７】
図１に示す例では、マニピュレータ３ａ，３ｂ，３ｃは、ベッド２の幅方向の一側に２個、他側に１個固定されている。そのうちの１つのマニピュレータ３ａの先端には、図２に示されるように、内視鏡スコープ等の観察装置１０が取り付けられ、他のマニピュレータ３ｂ，３ｃの先端には、患部を処置する鉗子等の処置部９が取り付けられている。
【００１８】
位置検出部４は、図１に示されるように、ベッド２の幅方向の両側においてベッド２の長手方向の一端に固定され、長手方向にそれぞれ隣接するマニピュレータ３ａ，３ｃのベース７までの距離を測定する２つの距離センサ１１と、各マニピュレータ３ａ，３ｂ，３ｃのベース７に固定され、ベッド２の長手方向の他端側に隣接する他のマニピュレータ３ｂのベース７またはベッド２の長手方向の他端までの距離を測定する距離センサ１２とを備えている。
【００１９】
距離センサ１１，１２としては、光波照射部（図示略）からベッド２の長手方向に沿って光波を射出し、隣接するベース７またはベッド２の長手方向の他端において反射した光波を受光部（図示略）によって受光することにより、受光した光波に基づいて距離センサ１１，１２からベース７までの距離を距離算出部（図示略）により算出する光学式のものを挙げることができる。
各距離センサ１１，１２の出力は、制御部６に送られるようになっている。
【００２０】
操作部５は、各マニピュレータ３ａ，３ｂ，３ｃに対応して設けられた各アーム８と相似または疑似相似構造を有している。操作者が操作部５を操作することにより、制御部６が、その操作量に応じた角度だけ各マニピュレータ３ａ，３ｂ，３ｃのアーム８の関節部１３を回転させるようになっている。
【００２１】
この場合において、制御部６は、位置検出部４の各距離センサ１１，１２からの距離情報を受け取ると、３つのマニピュレータ３ａ，３ｂ，３ｃを共通の制御座標系によって制御するようになっている。すなわち、ベッド２に設けられた距離センサ１１から受け取った距離情報により、ベッド２に対する２つのベース７の位置が分かる。
【００２２】
ベッド２に固定されている距離センサ１１により測定された距離Ｌ１と、ベース７に固定されている距離センサ１２により測定された距離Ｌ２，Ｌ３との合計が所定の長さより短い場合には、さらに他のベース７が存在していることを認識することができる。図１に示す例では、ベッド２の幅方向の一側のベッド２に固定されている距離センサ１１により測定された距離Ｌ１と、２つのベース７に固定されている距離センサ１２により測定された距離Ｌ２，Ｌ３との合計が、ベッド２の長さと同等の所定の長さとなるため、制御部６は、ベッド２の幅方向の一側には２つのマニピュレータ３ａ，３ｂが固定されていることを認識できる。
【００２３】
同様に、ベッド２の幅方向の他側のベッド２に固定されている距離センサ１１により測定された距離Ｌ４と、１つのベース７に固定されている距離センサ１２により測定された距離Ｌ５との合計もベッド２の長さと同等の所定長さとなるため、制御部６は、ベッド２の幅方向の他側には単一のマニピュレータ３ｃが固定されていることを認識することができる。したがって、ベース７に搭載されているアーム８の各部の位置やアーム８の先端の処置部９の位置を共通の制御座標系において管理することができる。
【００２４】
すなわち、制御部６が、複数のマニピュレータ３ａ，３ｂ，３ｃの相対位置関係および各マニピュレータ３ａ，３ｂ，３ｃの座標系の方向を認識でき、操作部５により操作されるアーム８どうし、アーム８と処置部９および処置部９どうしが干渉しないように動作させることができる。
【００２５】
なお、本実施形態においては、測定対象物であるベース７あるいはベッド２の端部において反射して戻る光波を検出する光学式の距離センサ１１，１２を採用したが、これに代えて、受光部を測定対象物に固定する方式の距離センサを採用してもよい。また、光学式の距離センサに代えて、音波照射部から音波を射出して受音部によって受信する方式の音響式の距離センサを採用してもよい。
【００２６】
本実施形態においては、ベッド２の側部にベース７を直接取り付ける場合を例示したが、これに代えて、図３および図４に示されるように、ベッド２の側部に長手方向に沿って配置された直線状のレール１４に沿って移動可能にベース７を取り付けてもよい。この場合には、ベース７をレール１４に沿って移動させても、距離センサ１１，１２によって相互の距離（レール１４の端部とベース７との距離）を測定し、相互に干渉しないように制御することができる。図４は、一例として、マニピュレータ３ａのベース７の縦断面を示している。
【００２７】
この場合において、距離センサ１１，１２は、図４に示されるように、レール１４によって覆われる位置に配置することが好ましい。このようにすることで、距離センサ１１，１２の光波照射部と受光部との間の光路が障害物（例えば、作業者等）によって遮断され、距離の誤測定が発生することを防止することができる。
【００２８】
光学式あるいは音響式のような非接触の距離センサ１１，１２に代えて、図５および図６に示されるように、ベース７のレール１４に沿う移動に伴ってレール１４の表面を転がるように配置されたローラ（転動体）１５と、該ローラ１５の回転量を検出するエンコーダ１６とを備える位置検出部１７を採用してもよい。ベース７をレール１４の一端から装着してローラ１５がレール１４の表面に接触すると、その時点からローラ１５の回転が開始され、距離の測定が開始されるので、エンコーダ１６が検出したローラ１５の回転量によって、ベッド２に対するベース７の位置を間接的に検出することができる。
【００２９】
ベッド２に対するベース７の位置を間接的に検出する位置検出部１８として、図７および図８に示されるように、レール１４の長手方向に沿って一定の傾斜角度で傾斜する傾斜面１９を有する部材２０を配置しておき、ベース７に固定した距離センサ（距離測定部）２１によってレール１４の長手方向に交差する方向の傾斜面１９までの距離Ｘを測定する方式のものを採用してもよい。すなわち、レール１４に沿ってベース７を移動させると、その移動量に比例して距離センサ２１と傾斜面１９との距離Ｘが変化するので、距離センサ２１により傾斜面１９までの距離Ｘを測定することにより、ベッド２に対するベース７の位置を間接的に検出することができる。
【００３０】
このような傾斜面１９までの距離Ｘを測定する方式の位置検出部１８を採用することにより、障害物によって光路等が遮られることを防止することができるとともに、図９に示されるように、ベッド２に取り付けられるレール１４が直線以外の形状、例えば、円弧状であっても、ベッド２に対するベース７の位置を間接的に検出することができる。
【００３１】
図９に示されるように、直線以外の形状のレール１４にベース７を搭載する場合には、レール１４に沿うベース７の移動に伴って、各マニピュレータ３ａ，３ｂ，３ｃに固定された座標系の方向が変化する。この場合に、レール１４の形状は決まっているので、位置検出部４により検出された各ベース７の位置と、レール１４の形状とに基づいて、各マニピュレータ３ａ，３ｂ，３ｃに固定された座標系の方向を検出することができる。
【００３２】
すなわち、制御部６は、操作部５による操作指令が与えられたときに、操作部５においてなされた同じ操作に対して、共通の制御座標系においてアーム８の先端の処置部９が同じ動作をするように、検出された座標系の方向を用いて逆運動学方程式を解いて、アーム８の各関節部１３の動作角度を決定する。これにより、ベッド２に対するベース７の位置および座標系の方向が変化しても、共通の制御座標系に固定されたスコープ等の観察装置１０により取得された画像内においては、操作部５による同じ操作によって、アーム８の先端の処置部９に同じ動作を行わせることができ、操作性を向上することができる。
【００３３】
本実施形態においては、患者と各マニピュレータ３ａ，３ｂ，３ｃとの相対位置関係も計測し、患者と処置部９やアーム８との干渉を回避するようにしてもよい。
例えば、術前に患者にマーカを付けてＣＴやＭＲＩ等の患者の身体情報を取得しておき、術中にはマーカとベッド２との相対位置関係によってベッド２に対する患者の位置を設定しておけばよい。
【００３４】
本実施形態においては、ベース７が、ベッド２に着脱可能に取り付けられ、あるいは、ベッド２に固定されたレール１４に移動可能に取り付けられる場合について説明したが、これに代えて、図１０および図１１に示されるように、ベース７が、ベッド２に取り付けられずにベッド２の側縁に沿って自立して移動するものを採用してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  医療用マニピュレータシステム
２  ベッド
３ａ，３ｂ，３ｃ  マニピュレータ（医療用マニピュレータ）
４，１７，１８  位置検出部
６  制御部
７  ベース
８  アーム
１１，１２  距離センサ（光波照射部、受光部、音波照射部、受音部）
１４  レール
１５  ローラ（転動体）
１６  エンコーダ
１９  傾斜面
２１  距離センサ（距離測定部）
【図１】
2016190401.tif 000003
【図２】
2016190401.tif 000004
【図３】
2016190401.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016190401.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2016190401.tif 000012
【図１１】
2016190401.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月31日(2017.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッドに対して移動可能に配置されたベースと、該ベースに搭載されるアームとを備える複数の医療用マニピュレータと、
各該医療用マニピュレータの前記ベースの前記ベッドに対する位置を検出する位置検出部と、
該位置検出部により検出された前記ベースの位置に基づいて、共通の制御座標系を用いて、複数の前記アームを制御する制御部と、
前記ベッドに固定されるレールと、
を備え、
前記位置検出部が、
前記レールの長手方向に沿って一方向に所定の角度で傾斜する傾斜面と、前記ベースに設けられ、該ベースと前記傾斜面との距離を測定する距離測定部と、
を備え、
該距離測定部により検出された距離に基づいて、前記ベッドの所定位置に対して前記レールの長手方向に沿う距離を測定する医療用マニピュレータシステム。
【請求項２】
前記ベースが、前記ベッドに対して着脱可能に設けられている請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
【国際調査報告】
2016190401.tif 000014
2016190401.tif 000015
2016190401.tif 000016
2016190401.tif 000017