(57)【要約】  センサを用いることなく適正な制御パラメータを設定して、軟性マニピュレータを精度よく制御することを目的として、本発明の医療用マニピュレータシステム１は、細長い軟性の挿入部６と、挿入部６の先端に設けられた可動部７と、挿入部６の基端に設けられ可動部７を駆動する駆動部８とを備える軟性マニピュレータ３と、操作者により操作され、軟性マニピュレータ３の動作指令を入力する操作入力部２と、操作入力部２により入力された動作指令に基づいて駆動部８を制御する制御部１４と、軟性マニピュレータ３により処置を行う対象部位を特定するための処置部位特定情報を入力させる情報入力部１２と、処置部位特定情報に基づいて駆動部８を制御するための制御パラメータを設定する情報記憶部１３とを備え、制御部１４が情報入力部１２により入力された処置部位特定情報に基づいて情報記憶部１３により設定された制御パラメータを用いて駆動部８を制御する。
2016136473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い軟性の挿入部と、該挿入部の先端に設けられた可動部と、前記挿入部の基端に設けられ前記可動部を駆動する駆動部とを備える軟性マニピュレータと、
操作者により操作され、前記軟性マニピュレータの動作指令を入力する操作入力部と、
該操作入力部により入力された動作指令に基づいて前記駆動部を制御する駆動制御部と、
前記軟性マニピュレータにより処置を行う対象部位を特定するための処置部位特定情報を入力させる情報入力部と、
前記処置部位特定情報に基づいて前記駆動部を制御するための制御パラメータを設定する情報制御部とを備え、
前記駆動制御部が、前記情報入力部により入力された前記処置部位特定情報に基づいて前記情報制御部にて設定した制御パラメータを用いて前記駆動部を制御する医療用マニピュレータシステム。
【請求項２】
前記情報制御部が、前記処理部位特定情報と前記制御パラメータとを対応づけて記憶し、
前記駆動制御部が、前記情報入力部により入力された前記処置部位特定情報に基づいて前記情報制御部から読み出した制御パラメータを用いて前記駆動部を制御する請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項３】
前記挿入部よりも高い剛性を有し、前記挿入部を案内するガイド部材を備える請求項１または請求項２に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項４】
前記処置部位特定情報が、処置部位名を含む請求項１または請求項２に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項５】
前記処置部位名が、臓器名である請求項４に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項６】
前記処置部位名が、臓器名および挿入深さに応じて区画されたセクション名である請求項４に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項７】
前記処置部位特定情報が、患者の体内への前記挿入部の挿入長さである請求項１または請求項２に記載の医療用マニピュレータシステム。
【請求項８】
前記処置部位特定情報が、処置部位名および患者の体内への前記挿入部の挿入長さである請求項１または請求項２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ものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟性内視鏡のチャネルを介して体内に導入される電動式の処置具の制御パラメータを、軟性内視鏡の湾曲状態に応じて変更する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１においては、軟性内視鏡の挿入部の先端の湾曲部を湾曲駆動するワイヤの張力や挿入部の歪み量を検出する歪みゲージを有するセンサによって検出された情報に基づいて、挿入部の湾曲状態を検出することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５８０９７３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のようにワイヤの張力により挿入部の湾曲状態を検出する方法では、使用に伴うワイヤの伸びや弛みが生じた場合に、湾曲状態を精度よく検出することが困難になる。また、特許文献１の方法は、歪みゲージを内視鏡の挿入部の各部に配置することも挿入部を大径化させ、かつ、複雑な信号処理を伴うので、装置の大型化や高コスト化に繋がり、好ましくない。【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、センサを用いることなく適正な制御パラメータを設定して、軟性マニピュレータを精度よく制御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】
【０００６】
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、細長い軟性の挿入部と、該挿入部の先端に設けられた可動部と、前記挿入部の基端に設けられ前記可動部を駆動する駆動部とを備える軟性マニピュレータと、操作者により操作され、前記軟性マニピュレータの動作指令を入力する操作入力部と、該操作入力部により入力された動作指令に基づいて前記駆動部を制御する駆動制御部と、前記軟性マニピュレータにより処置を行う対象部位を特定するための処置部位特定情報を入力させる情報入力部と、前記処置部位特定情報に基づいて前記駆動部を制御するための制御パラメータを設定する情報制御部とを備え、前記駆動制御部が、前記情報入力部により入力された前記処置部位特定情報に基づいて前記情報制御部により設定された制御パラメータを用いて前記駆動部を制御する医療用マニピュレータシステムである。【０００７】
本態様によれば、情報入力部により処置部位特定情報が入力されると、入力された処置部位特定情報を用いて情報制御部により制御パラメータが設定される。軟性マニピュレータの挿入部を体内に挿入し、先端の可動部を患部に近接させた状態として、操作入力部により動作指令を入力すると、駆動制御部は、設定された制御パラメータを用いて、操作入力部により入力された動作指令に従って駆動部を動作させる。これにより、軟性マニピュレータの先端の可動部が駆動され、患部の処置を行うことができる。【０００８】
処置部位が特定されると、軟性マニピュレータの挿入経路がほぼ決定されるので、当該挿入経路に沿って挿入されたときの軟性マニピュレータの湾曲形状もほぼ決定される。そして、軟性マニピュレータの可動部が処置部位に到達した後には、軟性マニピュレータの湾曲形状は大きく変化することなく可動部が作動させられる。【０００９】
したがって、処置部位を特定する情報によって、軟性マニピュレータの湾曲形状を一義的に想定することができ、当該湾曲形状に適した制御パラメータを処置部位特定情報に基づいて設定することができる。すなわち、処置部位に適した制御パラメータを用いることにより、軟性マニピュレータの先端に配置された可動部を基端に配置された駆動部によって精度よく制御することができる。そして、このような医療用マニピュレータシステムによれば、センサを用いることなく適正な制御パラメータを用いて可動部を精度よく制御することができ、複雑な信号処理を回避し、装置の小型化および低コスト化を図ることができる。【００１０】
上記態様においては、前記情報制御部が、前記処理部位特定情報と前記制御パラメータとを対応づけて記憶し、前記駆動制御部が、前記情報入力部により入力された前記処置部位特定情報に基づいて前記情報制御部から読み出した制御パラメータを用いて前記駆動部を制御してもよい。【００１１】
上記態様においては、前記挿入部よりも高い剛性を有し、前記挿入部を案内するガイド部材を備えていてもよい。
このようにすることで、より剛性の高いガイド部材を患者の体内に挿入し、該ガイド部材によって軟性マニピュレータの挿入を案内させることで、軟性マニピュレータを単独で体内に挿入する場合と比較して挿入経路のブレを低減し、選択された制御パラメータに基づく制御精度を向上することができる。【００１２】
すなわち、柔らかい軟性マニピュレータは、単独で体腔内に挿入される場合には、挿入される体腔の細かい形状に倣うように挿入部をくねらせて処置部位まで挿入されるが、挿入部よりも剛性の高いガイド部材は、体腔の大まかな形状に従い、場合によっては体腔の形状を変化させながら、独自の剛性に従う曲率で処置部位まで挿入される。そして、そのようにして挿入されたガイド部材に沿って軟性マニピュレータを挿入するように案内させることにより、軟性マニピュレータは、体腔の細かい形状に影響されることなく、ガイド部材の形状に従って湾曲するので、挿入経路の変動を抑えて、駆動制御部により精度よく駆動部を制御することができる。これにより，本システムが想定し用意している湾曲形状に適した制御パラメータに則した軟性マニピュレータ形状を形作ることができ、より精度よく可動部を制御することができる。【００１３】
上記態様においては、前記処置部位特定情報が、処置部位名を含んでいてもよい。
このようにすることで、操作者が処置部位名を入力するだけで、処置部位を特定することができ、簡易に適正な制御パラメータを読み出して精度よく制御することができる。処置部位名としては臓器名の他、臓器の各部に設定された記号，部位を示した絵等であってもよい。【００１４】
上記態様においては、前記処置部位名が、臓器名であってもよい。
このようにすることで、小さい臓器の場合には、認識し易い臓器名によって処置部位を特定することができ、簡易に適正な制御パラメータを読み出して駆動部を精度よく制御することができる。【００１５】
上記態様においては、前記処置部位名が、臓器名および挿入深さに応じて区画されたセクション名であってもよい。
このようにすることで、臓器が大きい場合に、臓器内の処置部位をさらに細かく特定することができ、それに応じて制御パラメータの設定をさらに細かく行うことができる。【００１６】
上記態様においては、前記処置部位特定情報が、患者の体内への前記挿入部の挿入長さであってもよい。
このようにすることで、情報入力部に入力された挿入部の挿入長さにより、想定される経路に沿って挿入された場合の軟性マニピュレータの先端位置を処置部位として特定することができる。【００１７】
上記態様においては、前記処置部位特定情報が、処置部位名および患者の体内への前記挿入部の挿入長さであってもよい。
このようにすることで、処置部位名により処置部位を特定し、挿入長さによって、特定された処置部位内のさらに細かい範囲を特定することができる。例えば、処置部位名によって特定された処置部位が湾曲部分に存在する場合、挿入長さが変化すると湾曲角が変化する。したがって、挿入長さによって制御パラメータを補正することができ、より綿密に駆動部を制御することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、センサを用いることなく適正な制御パラメータしてマニピュレータを精度よく制御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】
【００１９】
【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に備えられる軟性マニピュレータを示す斜視図である。
【図３】図１の医療用マニピュレータシステムのマニピュレータ制御装置に備えられる情報記憶部に記憶されているデータ例を示す図である。
【図４】図３の軟性マニピュレータを、下行結腸まで挿入した状態の湾曲角を示す図である。
【図５】図３の軟性マニピュレータを、横行結腸まで挿入した状態の湾曲角を示す図である。
【図６】図３の軟性マニピュレータを、上行結腸まで挿入した状態の湾曲角を示す図である。
【図７】図３の情報記憶部に記憶されているデータ例の変形例を示す図である。
【図８】図５の横行結腸を処置部位として指定する場合の変形例を示す図である。
【図９】胃の各部を処置部位として指定する場合の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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、例えば、図１に示されるように、操作者Ａにより操作される操作入力装置（操作入力部）２と、患者Ｐの体腔内に挿入される軟性マニピュレータ３と、操作入力装置２への操作入力に基づいて軟性マニピュレータ３を制御する軟性マニピュレータ制御装置４と、モニタ５とを備えている。
【００２１】
操作入力装置２は、操作者Ａの手指で操作されるレバー（図示略）を有している。この操作入力装置２は、後述する軟性マニピュレータ３の挿入部６の先端に配置されている把持部（可動部）７と同一の軸構成を有する略相似形の入力装置であって、把持部７と比較すると、例えば、１０倍程度のスケール比を有している。操作入力装置２は、把持部７と相似形でなくてもよいし、スケール比も１０倍に限られるものではない。
【００２２】
軟性マニピュレータ３は、図２に示されるように、患者Ｐの体腔内に挿入される軟性内視鏡のチャネル、あるいはオーバーチューブ（ガイド部材）１０等を経由して、あるいは直接、患者Ｐの体腔内に挿入される挿入部６と、該挿入部６の先端に配置される把持部７と、挿入部６の基端に配置される駆動部８と、駆動部８と把持部７とを連結し、張力によって把持部７を動作させるワイヤ９とを備えている。
【００２３】
把持部７は、例えば、把持鉗子であり、ワイヤ９の張力によって開閉動作させられるようになっている。本実施形態では説明を簡単にするために、把持部７が単一の軸を有することとして説明する。把持部７は複数の関節を有していてもよい。
【００２４】
駆動部８は、モータ１５と、モータ１５の駆動力をワイヤ９の張力に変換するプーリのような変換機構１１とを備えている。
ワイヤ９は、挿入部６内に形成された経路に沿って配置され、モータ１５によって発生した駆動力から変換機構１１によって変換された張力を把持部７まで伝達するようになっている。
【００２５】
軟性マニピュレータ制御装置４は、図２に示されるように、処置を行う対象部位を特定するための処置部位特定情報を入力する情報入力部１２と、該情報入力部１２により入力される処置部位特定情報と制御パラメータとを対応づけて記憶する情報記憶部（情報制御部）１３と、操作入力装置２への操作入力に基づいて軟性マニピュレータ３を制御する制御部（駆動制御部）１４とを備えている。
【００２６】
情報入力部１２は、処置すべき部位を特定するための処置部位特定情報を操作者Ａが入力する入力装置である。入力する処置部位特定情報としては、本実施形態では、処置部位名を用いている。操作入力装置２は、例えば、処置すべき部位の候補を文字または画像によりモニタ５に表示し、操作者Ａにいずれかの候補を選択させることにより処置部位特定情報を入力させるようになっている。
【００２７】
情報記憶部１３は、図３に示されるように、複数の処置部位名と各処置部位を処置するのに適した駆動部８の制御パラメータＰ１〜Ｐ３とを対応づけて記憶している。
制御パラメータＰ１〜Ｐ３としては、マスタスレーブスケール比が挙げられる。マスタスレーブスケール比は、操作入力装置２の操作量に対して、把持部７の動作量をどの程度にするのかを決定するパラメータである。
【００２８】
軟性マニピュレータ３の挿入部６が真っ直ぐに延びている場合には、マスタスレーブスケール比を０．１に設定することにより、操作入力装置２のレバーを１０ｍｍ移動させると、把持部７の開閉量を１ｍｍとすることができる。また、例えば、マスタスレーブスケール比を０．２に設定することにより、操作入力装置２のレバーを１０ｍｍ移動させると、把持部７の開閉量が２ｍｍとなるので、操作者Ａは、同じ１ｍｍの開閉量を達成するために操作入力装置２のレバーを５ｍｍ移動させればよいことになる。
【００２９】
ここで、軟性マニピュレータ３の挿入部６が真っ直ぐに延びている場合には、軟性マニピュレータ３の挿入部６内に形成された経路とワイヤ９との摩擦が最も少なく、操作入力装置２に加えた力は、そのままワイヤ９にかかる張力として把持部７まで伝達される。したがって、この場合、マスタスレーブスケール比が０．１であれば、操作入力装置２と把持部７との実際のスケール比と一致しているので、例えば、内視鏡画像で把持部７を確認しながら、操作入力装置２により直感的な操作を行うことができる。
【００３０】
しかし、軟性マニピュレータ３の挿入部６が湾曲している場合には、各湾曲部分において、挿入部６内に形成された経路とワイヤ９との間の摩擦が発生し、湾曲部分の角度（湾曲角）の合計が大きいほど、摩擦が大きくなる。このため、操作入力装置２に加えた力が把持部７まで伝達されにくく、マスタスレーブスケール比が０．１のままでは、操作入力装置２のレバーを１０ｍｍ移動させても、ワイヤ９の伸びによって把持部７の開閉量が１ｍｍより小さくなる。
【００３１】
したがって、挿入部６の湾曲角の合計が大きくなるに従って大きくなるようなマスタスレーブスケール比を制御パラメータとして記憶しておくことにより、処置部位の位置に関わらず、操作入力装置２に対する同じ操作指令によって同じだけの把持部７の開閉量を達成することができるようになる。
【００３２】
ここで、処置部位が特定されると、軟性マニピュレータ３の挿入経路がほぼ決定されるので、当該挿入経路に沿って挿入されたときの軟性マニピュレータ３の挿入部６の湾曲形状、すなわち、湾曲角の合計の大きさもほぼ決定される。そして、軟性マニピュレータ３の把持部７が処置部位に到達した後には、挿入部６の湾曲形状は大きく変化することなく、先端の把持部７のみが作動させられる。
【００３３】
したがって、処置部位が決定されると、該処置部位を把持部７により処置するための最適な制御パラメータは一義的に決定することができる。そして、そのような制御パラメータが処置部位と対応づけて情報記憶部１３に記憶されているので、処置部位名の入力だけで、把持部７を精度よく制御可能な制御パラメータを設定することができる。
【００３４】
制御パラメータは、例えば、一般的な人体モデルの解剖学的構造から、各部位まで体腔内を体腔形状に倣って挿入部６が挿入される場合の挿入経路を予め想定しておき、想定された挿入経路に含まれる１以上の湾曲部分の湾曲角θの合計が大きくなるほど大きくなるように設定されている。
例えば、図４〜図６に示されるように、臓器として大腸の内、下行結腸、横行結腸あるいは上行結腸の処置を行う場合を例示して説明する。
【００３５】
図４に示されるように、処置部位が下行結腸である場合には、肛門から下行結腸に至るまでの２つの湾曲部分の湾曲角θ０，θ１の合計θａｌｌは、θａｌｌ＝θ０＋θ１である。
図５に示されるように、処置部位が横行結腸である場合には、さらに１つの湾曲部分を通過する必要があり、湾曲角の合計θａｌｌは、θａｌｌ＝θ０＋θ１＋θ２である。
さらに、図６に示されるように、処置部位が上行結腸である場合には、横行結腸から上行結腸に至るまでにさらに１つの湾曲部分を通過する必要があり、湾曲角の合計θａｌｌは、θａｌｌ＝θ０＋θ１＋θ２＋θ３である。
【００３６】
オイラーの式によれば、湾曲部分を挟む前後のワイヤ９にかかる張力Ｔｉｎ，Ｔｏｕｔには、以下の関係がある。
Ｔｏｕｔ＝Ｔｉｎｅμθ
ここで、μはワイヤ９の摩擦係数、θは湾曲角である。
また、張力Ｔｉｎ，Ｔｏｕｔの差分により、ワイヤ９が伸ばされるので、
Ｋｄｘ＝Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ
ここで、Ｋはワイヤ９のバネ定数、ｄｘはワイヤ９の伸びである。
【００３７】
この式を整理すると、
ｄｘ＝（Ｔｉｎ（ｅμθ−１））／Ｋ
となり、ワイヤ９の伸びは湾曲角の関数であり、曲率半径には依存しないことがわかる。
【００３８】
すなわち、軟性マニピュレータ３の挿入部６は、体腔内に挿入されると体腔の形状に倣って種々の曲率半径で湾曲させられることとなるが、この場合の曲率半径はワイヤ９の伸びに関わりがない。したがって、制御パラメータは湾曲角の合計のみによって決定することができる。
【００３９】
制御部１４は、情報記憶部１３から読み出された制御パラメータを用いて、操作入力装置２において操作者Ａにより入力された動作指令に基づいて、軟性マニピュレータ３の駆動部８に対する制御信号を生成するようになっている。例えば、操作入力装置２のレバーを１０ｍｍ移動させる動作指令によって軟性マニピュレータ３の把持部７を１ｍｍ開閉したい場合に、挿入部６が真っ直ぐに延びた状態では、制御パラメータとしてのマスタスレーブスケール比を０．１とし、挿入部６の湾曲角の合計θａｌｌが大きくなる処置部位ほど、大きなマスタスレーブスケール比が設定される。これにより、挿入部６の湾曲状態がどのような状態であっても、操作入力装置２のレバーを１０ｍｍ移動させる動作指令によって軟性マニピュレータ３の把持部７を１ｍｍ開閉させることができるようになっている。
【００４０】
このように構成された本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る軟性マニピュレータ３を用いて患者Ｐの体腔内に位置する患部を処置するには、操作者Ａは、まず、情報入力部１２から患部が位置する処置部位名、例えば、臓器名を入力する。例えば、情報入力部１２は、モニタ５に複数の臓器名が表示され、操作者Ａがいずれかの臓器名を選択することにより、処置部位名としての臓器名が入力される。
【００４１】
臓器名が入力されると、制御部１４は、入力された臓器名をキーとして情報記憶部１３内を検索し、該臓器名に対応して記憶されている制御パラメータを読み出して設定する。
この状態で、操作者Ａが操作入力装置２を操作して駆動部８の動作指令を入力すると、制御部１４は、入力された動作指令に従って駆動部８を制御する制御信号を生成し、生成した制御信号を駆動部８に対して出力する。
【００４２】
この場合に、制御部１４は、情報記憶部１３から読み出してきた制御パラメータを用いて制御信号を生成する。すなわち、上記の例において、操作入力装置２において入力された動作指令がレバーを１０ｍｍ移動させるものであり、読み出されてきた制御パラメータとしてのマスタスレーブスケール比が０．１である場合には、駆動部８に対する制御信号は、挿入部６が真っ直ぐに延びた場合の把持部７を１ｍｍ開閉させるものとなる。
【００４３】
一方、読み出されてきた制御パラメータとしてのマスタスレーブスケール比が０．２である場合には、挿入部６の挿入経路が湾曲しているために操作入力装置２により多くの操作量が必要となるものであり、上記の２倍の制御パラメータとなっている。そして、この大きなマスタスレーブスケール比を用いることにより、この場合も、駆動部８に対する制御信号は、把持部７を１ｍｍ開閉させるものとなる。
【００４４】
このように、本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１によれば、処置部位特定情報として臓器名を入力するだけで、該臓器名によって特定される処置部位を把持部７によって処置するための駆動部８の適正な制御パラメータが設定されるので、挿入部６にその湾曲状態を検出するためのセンサを設ける必要が無く、複雑な信号処理を回避し、装置の小型化および低コスト化を図ることができるという利点がある。
【００４５】
本実施形態においては、処置部位を特定するための処置部位特定情報として、処置部位である臓器名を選択させることとしたが、処置部位としては具体的な臓器に限られるものではなく、臓器に対応づけて規定された記号等であってもよい。また、表示された臓器名を選択することに代えて、画像表示された臓器を選択することにしてもよい。
【００４６】
また、本実施形態においては、処置部位名として臓器名を入力することとしたが、これに加えて、図７に示されるように、同一臓器内においても挿入部６の挿入深さの大小によって湾曲角が変化する臓器については、挿入深さによって区画されるセクション名（例えば、レベル１，レベル２，レベル３等）を併用してもよい。
【００４７】
すなわち、図８に示されるように、下行結腸から横行結腸に至る湾曲部分の途中位置に処置部位を指定したい場合に、下行結腸から湾曲角θ２−１だけ湾曲した先の部位を横行結腸のレベル１として設定し、さらに湾曲角θ２−２だけ湾曲した先の部位を横行結腸のレベル２として設定し、さらに湾曲角θ２−３だけ湾曲した先の部位を横行結腸のレベル２として設定してもよい。このようにすることで、より細かく処置部位を特定することができ、かつ、細かく特定された処置部位毎に細かく制御パラメータを設定できる。これにより、把持部７の制御精度を向上することができる。
【００４８】
また、本実施形態に係る医療用マニピュレータシステム１においては、軟性マニピュレータ３の挿入部６を貫通させるチャネルを有する内視鏡あるいはオーバーチューブ（ガイド部材）１０を備えていてもよい。内視鏡あるいはオーバーチューブ１０は一般に、軟性マニピュレータ３の挿入部６よりも太く剛性が高い。したがって、内視鏡あるいはオーバーチューブ１０を体腔内に挿入すると、内視鏡あるいはオーバーチューブ１０の剛性に従う曲率で湾曲するので、体腔の細かな形状に左右されることなく、体腔の大まかな形状に倣って、あるいは、部分的に体腔の形状を倣わせるようにして挿入される。
【００４９】
すなわち、軟性マニピュレータ３の柔らかい挿入部６は、単独で体腔内に挿入される場合には、挿入される体腔の細かい形状に倣うように挿入部６をくねらせて処置部位まで挿入されるが、挿入部６よりも剛性の高い内視鏡あるいはオーバーチューブ１０は、体腔の大まかな形状に従い、場合によっては体腔の形状を変化させながら、独自の剛性に従う曲率で処置部位まで挿入される。そして、そのようにして挿入された内視鏡のチャネルあるいはオーバーチューブ１０に沿って挿入部６を挿入するように案内させることにより、挿入経路の変動を抑えて、制御部１４により精度よく駆動部８を制御することができるという利点がある。
また、内視鏡やオーバーチューブ１０に代えて、軟性マニピュレータ３の挿入部６に沿って固定されるワイヤ９のような部材をガイド部材として採用してもよい。
【００５０】
また、本実施形態においては、処置部位として大腸の各部を例示したが、これに代えて、口鼻腔や動脈等の血管等の大腸以外の臓器に適用してもよいことは言うまでもない。
また、大腸等のように軟性マニピュレータ３の挿入部６の湾曲形状が大まかに決定できる臓器の他、胃や膀胱のように内部に広い空間を有し、挿入部６が複数の湾曲形状をとり得る臓器であっても、図９に示されるように、挿入方向と処置部位Ｂとの関係から空間内での湾曲形態をある程度決定できる。したがって、この場合にも、本発明を同様に適用することができる。
【００５１】
また、本実施形態においては、情報入力部１２において、操作者Ａに、臓器名の入力等によって処置部位を特定させることとしたが、これに代えて、軟性マニピュレータ３の挿入部６の体腔内への実際の挿入量（挿入長さ）を入力させることにしてもよい。挿入量は、軟性マニピュレータ３の挿入部６の外面、あるいは、内視鏡やオーバーチューブ１０を用いる場合には、図２に示されるように、それらの外面に設けられた目盛りＭによって読み取ることができ、操作者Ａが読み取った数値を入力することにすればよい。この場合に、情報記憶部１３には、挿入量の範囲と制御パラメータとを対応づけて記憶しておけばよい。また、数値の入力は、キーボード入力の他、ダイヤル入力でもよい。
【００５２】
また、挿入量を入力させる場合に、例えば、処置部位が、下行結腸と横行結腸との間の湾曲部分に配置されている場合、挿入部６の湾曲角の合計は挿入量とともに増加する。このような場合には、入力された挿入量に基づいて、湾曲角を算出し、算出された湾曲角に基づいて制御パラメータを算出することにしてもよい。あるいは、入力された挿入量に基づいて最適な制御パラメータを算出できるようにしてもよい。これにより、挿入量あるいは湾曲角度に応じて制御パラメータを最適な値に変化させることができ、より綿密な制御を行うことができる。また、処置部位特定情報として挿入量に限らず、湾曲角度が特定できるような入力情報、例えば、患者ＰのＸ線画像から読み取った（算出した）湾曲角度情報等を基に、制御パラメータを変化させてもよい。
【００５３】
また、情報記憶部１３に、処置部位名と制御パラメータとを対応づけて記憶することとしたが、これに代えて、処置部位名と湾曲角度の合計値とを対応付けて記憶しておき、制御部１４が、処置部位名をキーとして読み出された湾曲角度の合計値に基づいて制御パラメータを算出してもよい。
特に、個人差により臓器の形状が異なる場合には、制御部１４は、異なる部分による湾曲角度を補正した湾曲角度の合計値を算出し、算出された湾曲角度の合計値に基づいて制御パラメータを算出してもよい。例えば、αループを有する患者Ｐの場合には、αループ分の湾曲角度を加算する補正を施すことにすればよい。
【符号の説明】
【００５４】
１  医療用マニピュレータシステム
２  操作入力装置（操作入力部）
３  軟性マニピュレータ
６  挿入部
７  把持部（可動部）
８  駆動部
９  ワイヤ（ガイド部材）
１０  オーバーチューブ（ガイド部材）
１２  情報入力部
１３  情報記憶部（情報制御部）
１４  制御部（駆動制御部）
Ａ  操作者
【図１】
2016136473.tif 000003
【図２】
2016136473.tif 000004
【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】
2016136473.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月16日(2017.2.16)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
細長い軟性の挿入部と、該挿入部の先端に設けられた可動部と、前記挿入部の基端に設けられ前記可動部を駆動する駆動部とを備える軟性マニピュレータと、
操作者により操作され、前記軟性マニピュレータの動作指令を入力する操作入力部と、
該操作入力部により入力された動作指令に基づいて前記駆動部を制御する駆動制御部と、
前記軟性マニピュレータにより処置を行う対象部位を特定するための処置部位特定情報を入力させる情報入力部と、
前記処置部位特定情報に基づいて前記駆動部を制御するためのマスタスレーブスケール比を設定する情報制御部とを備え、
前記駆動制御部が、前記情報入力部により入力された前記処置部位特定情報に基づいて前記情報制御部にて設定したマスタスレーブスケール比を用いて前記駆動部を制御し、前記マスタスレーブスケール比は前記挿入部の湾曲角の合計が大きくなる処置部位ほど大きくなる医療用マニピュレータシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記情報制御部が、前記処置部位特定情報と前記マスタスレーブスケール比とを対応づけて記憶し、
前記駆動制御部が、前記情報入力部により入力された前記処置部位特定情報に基づいて前記情報制御部から読み出したマスタスレーブスケール比を用いて前記駆動部を制御する請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
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、細長い軟性の挿入部と、該挿入部の先端に設けられた可動部と、前記挿入部の基端に設けられ前記可動部を駆動する駆動部とを備える軟性マニピュレータと、操作者により操作され、前記軟性マニピュレータの動作指令を入力する操作入力部と、該操作入力部により入力された動作指令に基づいて前記駆動部を制御する駆動制御部と、前記軟性マニピュレータにより処置を行う対象部位を特定するための処置部位特定情報を入力させる情報入力部と、前記処置部位特定情報に基づいて前記駆動部を制御するためのマスタスレーブスケール比を設定する情報制御部とを備え、前記駆動制御部が、前記情報入力部により入力された前記処置部位特定情報に基づいて前記情報制御部により設定されたマスタスレーブスケール比を用いて前記駆動部を制御し、前記マスタスレーブスケール比は前記挿入部の湾曲角の合計が大きくなる処置部位ほど大きくなる医療用マニピュレータシステムである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本態様によれば、情報入力部により処置部位特定情報が入力されると、入力された処置部位特定情報を用いて情報制御部によりマスタスレーブスケール比が設定される。軟性マニピュレータの挿入部を体内に挿入し、先端の可動部を患部に近接させた状態として、操作入力部により動作指令を入力すると、駆動制御部は、設定されたマスタスレーブスケール比を用いて、操作入力部により入力された動作指令に従って駆動部を動作させる。これにより、軟性マニピュレータの先端の可動部が駆動され、患部の処置を行うことができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
したがって、処置部位を特定する情報によって、軟性マニピュレータの湾曲形状を一義的に想定することができ、当該湾曲形状に適したマスタスレーブスケール比を処置部位特定情報に基づいて設定することができる。すなわち、処置部位に適したマスタスレーブスケール比を用いることにより、軟性マニピュレータの先端に配置された可動部を基端に配置された駆動部によって精度よく制御することができる。そして、このような医療用マニピュレータシステムによれば、センサを用いることなく適正なマスタスレーブスケール比を用いて可動部を精度よく制御することができ、複雑な信号処理を回避し、装置の小型化および低コスト化を図ることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記態様においては、前記情報制御部が、前記処置部位特定情報と前記マスタスレーブスケール比とを対応づけて記憶し、前記駆動制御部が、前記情報入力部により入力された前記処置部位特定情報に基づいて前記情報制御部から読み出したマスタスレーブスケール比を用いて前記駆動部を制御してもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記態様においては、前記挿入部よりも高い剛性を有し、前記挿入部を案内するガイド部材を備えていてもよい。
このようにすることで、より剛性の高いガイド部材を患者の体内に挿入し、該ガイド部材によって軟性マニピュレータの挿入を案内させることで、軟性マニピュレータを単独で体内に挿入する場合と比較して挿入経路のブレを低減し、選択されたマスタスレーブスケール比に基づく制御精度を向上することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
すなわち、柔らかい軟性マニピュレータは、単独で体腔内に挿入される場合には、挿入される体腔の細かい形状に倣うように挿入部をくねらせて処置部位まで挿入されるが、挿入部よりも剛性の高いガイド部材は、体腔の大まかな形状に従い、場合によっては体腔の形状を変化させながら、独自の剛性に従う曲率で処置部位まで挿入される。そして、そのようにして挿入されたガイド部材に沿って軟性マニピュレータを挿入するように案内させることにより、軟性マニピュレータは、体腔の細かい形状に影響されることなく、ガイド部材の形状に従って湾曲するので、挿入経路の変動を抑えて、駆動制御部により精度よく駆動部を制御することができる。これにより，本システムが想定し用意している湾曲形状に適したマスタスレーブスケール比に則した軟性マニピュレータ形状を形作ることができ、より精度よく可動部を制御することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上記態様においては、前記処置部位特定情報が、処置部位名を含んでいてもよい。
このようにすることで、操作者が処置部位名を入力するだけで、処置部位を特定することができ、簡易に適正なマスタスレーブスケール比を読み出して精度よく制御することができる。処置部位名としては臓器名の他、臓器の各部に設定された記号，部位を示した絵等であってもよい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記態様においては、前記処置部位名が、臓器名であってもよい。
このようにすることで、小さい臓器の場合には、認識し易い臓器名によって処置部位を特定することができ、簡易に適正なマスタスレーブスケール比を読み出して駆動部を精度よく制御することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記態様においては、前記処置部位名が、臓器名および挿入深さに応じて区画されたセクション名であってもよい。
このようにすることで、臓器が大きい場合に、臓器内の処置部位をさらに細かく特定することができ、それに応じてマスタスレーブスケール比の設定をさらに細かく行うことができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
上記態様においては、前記処置部位特定情報が、処置部位名および患者の体内への前記挿入部の挿入長さであってもよい。
このようにすることで、処置部位名により処置部位を特定し、挿入長さによって、特定された処置部位内のさらに細かい範囲を特定することができる。例えば、処置部位名によって特定された処置部位が湾曲部分に存在する場合、挿入長さが変化すると湾曲角が変化する。したがって、挿入長さによってマスタスレーブスケール比を補正することができ、より綿密に駆動部を制御することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明によれば、センサを用いることなく適正な制御パラメータを設定してマニピュレータを精度よく制御することができるという効果を奏する。
【国際調査報告】
2016136473.tif 000012
2016136473.tif 000013
2016136473.tif 000014
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