(57)【要約】【課題】手術支援システムにおいて、術具に記憶される情報の保護機能を向上することができるようにする。【解決手段】手術支援システムは、術具の装着時に通信路を形成するデータ通信ライン４Ｂと、術具と通信を行うアーム側処理部４ａと、認証情報を伝達する認証通信ライン４Ａと、を備え、術具は、情報を記憶する制御用メモリ８ａと、装着時にデータ通信ライン４Ｂと通信可能に接続して通信路を形成するデータ通信ライン５Ｂと、データ通信ライン５Ｂを介したアーム側処理部４ａからの要求に応じて制御用メモリ８ａに記憶された情報を読み出してアーム側処理部４ａに送信するとともに認証情報が認証済み認証情報と一致するか識別する術具側処理部７ａを備え、術具側処理部７ａは、情報の読み出しを行う際、認証済み認証情報が識別された場合に限って、読み出しを許可する。【選択図】図４
2012210294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アームを有する本体部と、前記アームに着脱可能に接続する術具と、該術具の前記アームへの装着時に前記本体部から前記術具に動力を伝達する動力伝達接続部と、を有する手術支援システムであって、
前記本体部は、
前記術具の装着時に前記術具との通信路を形成する本体側通信接続部と、
該本体側通信接続部を介して、前記術具と通信を行う本体側通信部と、
前記術具によって識別を受けるための認証情報を伝達する認証情報伝達部と、
を備え、
前記術具は、
情報を記憶する記憶部と、
前記本体部に装着した際に、前記本体側通信接続部と通信可能に接続して前記通信路を形成する術具側通信接続部と、
該術具側通信接続部を介した前記本体側通信部からの要求に応じて、前記記憶部に記憶された前記情報を読み出して、前記本体側通信部に送信する術具側通信部と、
前記本体部に装着した際に、該本体部から前記認証情報を検出して、該認証情報が予め設定された認証済み認証情報と一致するか識別する認証情報識別部と、
前記術具側通信部が前記記憶部に記憶された前記情報の読み出しを行う際、前記認証情報識別部によって前記認証済み認証情報が識別された場合に限って、読み出しを許可する認証制御部と、
を備える
ことを特徴とする手術支援システム。
【請求項２】
前記記憶部は、情報の書き込みが可能であり、
前記術具側通信部は、前記術具側通信接続部を介した前記本体側通信部からの要求に応じて、前記記憶部に書き込み可能とされ、
前記認証制御部は、前記術具側通信部が前記記憶部に情報の書き込みを行う際、前記認証情報識別部によって前記認証済み認証情報が識別された場合に限って、書き込みを許可する
ことを特徴とする請求項１に記載の手術支援システム。
【請求項３】
前記認証情報伝達部は、前記認証情報として電圧値を伝達する本体側電極を備え、
前記認証情報識別部は、前記本体側電極による電圧値を検出する電圧検出部を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の手術支援システム。
【請求項４】
前記認証情報伝達部は、前記認証情報として磁気情報を伝達する磁化部材を備え、
前記認証情報識別部は、前記磁化部材による磁気情報を検出する磁気検出部を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の手術支援システム。
【請求項５】
前記認証情報伝達部は、前記認証情報として光信号を伝達する投光素子を備え、
前記認証情報識別部は、前記投光素子による光信号を検出する光検出部を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の手術支援システム。
【請求項６】
前記認証情報伝達部は、認証動作時に、予め設定された運動パターンで運動を行うことにより前記認証情報を伝達する可動部材を備え、
前記認証情報識別部は、前記可動部材の運動パターンを検出する運動検出部を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の手術支援システム。
【請求項７】
前記認証情報伝達部は、認証動作時に、前記認証情報識別部に圧力を加えることにより前記認証情報を伝達する押圧部材を備え、
前記認証情報識別部は、前記押圧部材からの圧力を検出する圧力検出部を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の手術支援システム。
【請求項８】
前記認証情報伝達部は、誘導無線通信により前記認証情報を伝達する無線タグを備え、
前記認証情報識別部は、前記無線タグから送信される前記認証情報を受信する無線通信部を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の手術支援システム。
【請求項９】
前記術具を着脱可能に保持するとともに前記アームに着脱可能な中間部材を備え、
該中間部材は、前記アームに設けられた前記認証情報伝達部から伝達される前記認証情報を前記術具に設けられた前記認証識別部に中継する認証中継部を有する
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の手術支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手術支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アームを有する本体部と、アームの先端に着脱可能に設けられた術具とを有する手術支援システムが知られている。
このような手術支援システムとして、例えば、特許文献１には、本体アームと術具が着脱できるロボット手術システム（Robotic surgical system）が記載されている。
特許文献１の術具にはメモリが搭載されており、術具がスレーブアームに接続されると、本体のプロセッサがメモリと認証、通信を行う。術具のメモリには術具の種類、長さ、可動範囲、関節軸の情報、またキャリブレーションや術具と本体アームとの接続回数、接続時間等が格納されている。本体はこれらの情報を術具のメモリから読み出すことにより、これらのパラメータを使用して術具の制御を行う。
また、回数制限のある術具では、本体側プロセッサが術具のメモリから術具の使用回数を読み出し、書き込むことによってこの機能を実現している。
また、特許文献２には、手術器具において、可換部品を取り外し可能に受ける受け部を有する手術用エンドエフェクタであって受け部が通信接続を有し、可換部品は暗号化装置を有しており、暗号化装置は可換部品が受け部にある場合に部品を認証するようにプログラムされている器具が記載されている。
この手術器具の具体例としては、アンビルがハンドルに着脱可能なステープラが挙げられている。このアンビルには、暗号化機能を有するメモリの市販品が搭載されていることが明記されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６３３１１８１号明細書
【特許文献２】特表２０１０−５１８９８５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、従来の手術支援システムには以下のような問題があった。
特許文献１、２に記載の術具に使用されているメモリは、市販のメモリが単体で使用されているため、読み出し／書き込み手順がデータシート等で公開されている。
このため、公開された手順通りに読み出しを行うことで、術具のメモリに記憶された情報が読み出されてしまう可能性がある。このため、術具に記憶された情報が容易に漏洩してしまうおそれがあるという問題がある。
また、同様に書き込みも可能となるため、例えば、可能使用制限回数などのメモリに記憶されたデータが改ざんされた場合には、規定回数以上に術具を使用することが可能となってしまうという問題もある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、術具に記憶される情報の保護機能を向上することができる手術支援システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の手術支援システムは、アームを有する本体部と、前記アームに着脱可能に接続する術具と、該術具の前記アームへの装着時に前記本体部から前記術具に動力を伝達する動力伝達接続部と、を有する手術支援システムであって、前記本体部は、前記術具の装着時に前記術具との通信路を形成する本体側通信接続部と、該本体側通信接続部を介して、前記術具と通信を行う本体側通信部と、前記術具によって識別を受けるための認証情報を伝達する認証情報伝達部と、を備え、前記術具は、情報を記憶する記憶部と、前記本体部に装着した際に、前記本体側通信接続部と通信可能に接続して前記通信路を形成する術具側通信接続部と、該術具側通信接続部を介した前記本体側通信部からの要求に応じて、前記記憶部に記憶された前記情報を読み出して、前記本体側通信部に送信する術具側通信部と、前記本体部に装着した際に、該本体部から前記認証情報を検出して、該認証情報が予め設定された認証済み認証情報と一致するか識別する認証情報識別部と、前記術具側通信部が前記記憶部に記憶された前記情報の読み出しを行う際、前記認証情報識別部によって前記認証済み認証情報が識別された場合に限って、読み出しを許可する認証制御部と、を備える構成とする。
構成とする。
【０００７】
また、本発明の手術支援システムでは、前記記憶部は、情報の書き込みが可能であり、前記術具側通信部は、前記術具側通信接続部を介した前記本体側通信部からの要求に応じて、前記記憶部に書き込み可能とされ、前記認証制御部は、前記術具側通信部が前記記憶部に情報の書き込みを行う際、前記認証情報識別部によって前記認証済み認証情報が識別された場合に限って、書き込みを許可することが好ましい。
【０００８】
また、本発明の手術支援システムでは、前記認証情報伝達部は、前記認証情報として電圧値を伝達する本体側電極を備え、前記認証情報識別部は、前記本体側電極による電圧値を検出する電圧検出部を備えることが好ましい。
【０００９】
（請求項４）
また、本発明の手術支援システムでは、前記認証情報伝達部は、前記認証情報として磁気情報を伝達する磁化部材を備え、前記認証情報識別部は、前記磁化部材による磁気情報を検出する磁気検出部を備えることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の手術支援システムでは、前記認証情報伝達部は、前記認証情報として光信号を伝達する投光素子を備え、前記認証情報識別部は、前記投光素子による光信号を検出する光検出部を備えることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の手術支援システムでは、前記認証情報伝達部は、認証動作時に、予め設定された運動パターンで運動を行うことにより前記認証情報を伝達する可動部材を備え、前記認証情報識別部は、前記可動部材の運動パターンを検出する運動検出部を備えることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の手術支援システムでは、前記認証情報伝達部は、認証動作時に、前記認証情報識別部に圧力を加えることにより前記認証情報を伝達する押圧部材を備え、前記認証情報識別部は、前記押圧部材からの圧力を検出する圧力検出部を備えることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の手術支援システムでは、前記認証情報伝達部は、誘導無線通信により前記認証情報を伝達する無線タグを備え、前記認証情報識別部は、前記無線タグから送信される前記認証情報を受信する無線通信部を備えることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の手術支援システムでは、前記術具を着脱可能に保持するとともに前記アームに着脱可能な中間部材を備え、該中間部材は、前記アームに設けられた前記認証情報伝達部から伝達される前記認証情報を前記術具に設けられた前記認証識別部に中継する認証中継部を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の手術支援システムによれば、本体部に認証情報伝達部を備え、術具に認証情報識別部および認証制御部を備え、認証制御部が、認証情報識別部によって認証済み認証情報が識別された場合に限って、記憶部からの読み出しを許可するため、術具に記憶される情報の保護機能を向上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】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る手術支援システムの全体構成を示す模式的なシステム構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る手術支援システムの術具とアームとを示す模式的な構成図である。
【図３】図２におけるＡ視図およびＢ視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る手術支援システムの術具と本体部との接続関係を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る手術支援システムの認証動作およびデータ通信動作のフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る手術支援システムの術具とアームと接続部分の構成を示す模式的な側面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る手術支援システムの術具と本体部との接続関係を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る手術支援システムの術具と本体部との接続関係を示すブロック図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る手術支援システムの術具とアームと接続部分の構成を示す模式的な側面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る手術支援システムの術具と本体部との接続関係を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る手術支援システムの術具とアームと接続部分の構成を示す模式的な側面図、および接続時の模式的な部分断面である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る手術支援システムの術具と本体部との接続関係を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態の変形例（第１変形例）に係る手術支援システムの術具とアームと接続部分の構成を示す模式的な側面図、および接続時の模式的な部分断面である。
【図１４】本発明の第６の実施形態に係る手術支援システムの術具とアームとを示す模式的な構成図である。
【図１５】図１４におけるＤ視図およびＥ視図である。
【図１６】図１４におけるＣ視図である。
【図１７】本発明の第６の実施形態に係る手術支援システムの術具と本体部との接続関係を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第６の実施形態の変形例（第２変形例）に係る手術支援システムの術具と本体部との接続関係を示すブロック図である。
【図１９】本発明の第６の実施形態の変形例（第３変形例）に係る手術支援システムの術具と本体部との接続関係を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１８】
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る手術支援システムについて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る手術支援システムの全体構成を示す模式的なシステム構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る手術支援システムの術具とアームとを示す模式的な構成図である。図３（ａ）、（ｂ）は、図２におけるＡ視図およびＢ視図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係る手術支援システムの術具と本体部との接続関係を示すブロック図である。
【００１９】
本実施形態の手術支援システム１は、図１に示すようなマスタースレーブ方式の手術支援システムである。
マスタースレーブ方式の手術支援システムとは、マスターアームとスレーブアームとからなる２種のアームを有し、マスターアームの動作に追従させるようにしてスレーブアームを遠隔制御するシステムである。
手術支援システム１の概略構成は、手術台１００と、本体部２と、本体部２に着脱可能な術具２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ、２４０ｄとを備える。
【００２０】
本体部２は、術具２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ、２４０ｄをそれぞれ着脱可能に装着するスレーブアーム２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ（アーム）と、動力伝達アダプタ２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄと、スレーブ制御部４００と、マスターアーム５００ａ、５００ｂと、操作部６００と、入力処理部７００と、画像処理部８００と、ディスプレイ９００ａ、９００ｂと、を備える。
以下、記載を簡潔にするため、アルファベット順の符号「Ｘａ、Ｘｂ、…、Ｘｚ」を、「Ｘａ〜Ｘｚ」のように表す場合がある。例えば、「スレーブアーム２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ」を「スレーブアーム２００ａ〜２００ｄ」と表す場合がある。
【００２１】
手術台１００は、観察・処置の対象となる患者Ｐａが載置される台である。手術台１００の近傍には、複数のスレーブアーム２００ａ〜２００ｄが設置されている。
各スレーブアーム２００ａ〜２００ｄは、それぞれ複数の多自由度関節を有して構成されており、各多自由度関節を屈曲させることによって、手術台１００に載置された患者Ｐａに対してスレーブアーム２００ａ〜２００ｄの先端側（患者Ｐａの体腔に向かう側とする）にそれぞれ装着される術具２４０ａ〜２４０ｄ等を位置決めする。
術具２４０ａ〜２４０ｄは、いわゆる外科用手術器であり、先端には、例えば、持針器やハサミを有している。術具２４０ａ〜２４０ｄの構成は、これには限定されず、手術の種類に応じて適宜の構成を採用することができる。術具２４０ａ〜２４０ｄｄの例としては、例えば、持針器、ハサミ、電メス、超音波処置具等の処置具や鉗子、内視鏡等の観察器具などを挙げることができる。
スレーブアーム２００ａ〜２００ｄの各多自由度関節は、図示略の動力部によって個別に駆動される。動力部としては、例えばインクリメンタルエンコーダ等の位置検出器や減速器等を備えたサーボ機構を有するモータ（サーボモータ）が用いることができ、その動作制御は、スレーブ制御部４００によって行われる。
【００２２】
また、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄは、装着された術具２４０ａ〜２４０ｄを駆動するための複数の動力部（図示略）を有している。これらの動力部も、例えばサーボモータを用いることができ、その動作制御はスレーブ制御部４００によって行われる。
スレーブアーム２００ａ〜２００ｄの各動力部が駆動された場合には、各動力部の駆動量が位置検出器によって検出される。位置検出器からの検出信号はスレーブ制御部４００に入力され、この検出信号により、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄの駆動量がスレーブ制御部４００において検出される。
【００２３】
動力伝達アダプタ２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄは、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄにそれぞれ術具２４０ａ〜２４０ｄを接続して、術具２４０ａ〜２４０ｄに図示略の動力部から動力を伝達するものである。
動力伝達アダプタ２２０ａ〜２２０ｄは、それぞれ術具２４０ａ〜２４０ｄを進退させる直動機構と、術具２４０ａ〜２４０ｄの動作を行うため、後述するアーム側処理部４ａからの指令で動作する図示略のモータからの駆動力を伝達する伝達機構、例えば、プーリーやワイヤ、歯車等の伝達機構を有している。
【００２４】
スレーブ制御部４００は、例えばＣＰＵやメモリ等を有して構成されている。
スレーブ制御部４００は、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄおよび術具２４０ａ〜２４０ｄの制御を行うための所定のプログラムを記憶しており、入力処理部７００からの制御信号に従って、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄおよび術具２４０ａ〜２４０ｄの動作を制御する。
すなわち、スレーブ制御部４００は、入力処理部７００からの制御信号に基づいて、操作者Ｏｐによって操作されたマスターアームの操作対象のスレーブアーム（または術具）を特定し、特定したスレーブアーム等に操作者Ｏｐのマスターアームの操作量に対応した動きをさせるために必要な駆動量を演算する。そして、スレーブ制御部４００は、算出した駆動量に応じてマスターアームの操作対象のスレーブアーム等の動作を制御する。この際、スレーブ制御部４００は、対応したスレーブアームに駆動信号を入力するとともに、対応したスレーブアームの動作に応じて動力部の位置検出器から入力されてくる検出信号に応じて、操作対象のスレーブアームの駆動量が目標の駆動量となるように駆動信号の大きさや極性を制御する。
また、スレーブ制御部４００は、入力処理部７００の制御信号に基づく制御信号を術具２４０ａ〜２４０ｄに送出して、術具２４０ａ〜２４０ｄの動作を実行させる。本実施形態では、術具２４０ａ〜２４０ｄの制御を行う構成として、各スレーブアーム２００ａ〜２００ｄに設けられた後述のアーム側処理部４ａを設けている。
【００２５】
マスターアーム５００ａ、５００ｂは、複数のリンク機構で構成されている。リンク機構を構成する各リンクには例えばインクリメンタルエンコーダ等の位置検出器が設けられている。この位置検出器によって各リンクの動作を検知することで、マスターアーム５００ａ、５００ｂの操作量が入力処理部７００において検出される。
本実施形態の手術支援システム１は、２本のマスターアーム５００ａ、５００ｂを用いて４本のスレーブアーム２００ａ〜２００ｄを操作するものである。このため、マスターアーム５００ａ、５００ｂで操作するスレーブアームは適宜切り替える必要が生じる。このような切り替えは、例えば操作者Ｏｐが操作部６００を操作することによって行われる。ただし、マスターアームの本数とスレーブアームの本数とを同数とすることで操作対象を１対１に対応させればこのような切り替えは不要である。
【００２６】
操作部６００は、マスターアーム５００ａ、５００ｂの操作対象のスレーブアームを切り替えるための切替ボタンや、マスターとスレーブの動作比率を変更するスケーリング変更スイッチ、システムを緊急停止させたりするためのフットスイッチ等の各種の操作部材を有している。
操作者Ｏｐによって操作部６００を構成するいずれかの操作部材が操作された場合には、対応する操作部材の操作に応じた操作信号が操作部６００から入力処理部７００に入力される。
【００２７】
入力処理部７００は、マスターアーム５００ａ、５００ｂからの操作信号及び操作部６００からの操作信号を解析し、操作信号の解析結果に基づいて、処置部２４０ａ〜２４０ｄと、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄとを制御するための制御信号を生成してスレーブ制御部４００に入力するものである。
画像処理部８００は、スレーブ制御部４００から入力された画像信号を表示させるための各種の画像処理を施して、操作者用ディスプレイ９００ａ、助手用ディスプレイ９００ｂにおける表示用の画像データを生成するものである。
操作者用ディスプレイ９００ａおよび助手用ディスプレイ９００ｂは、例えば液晶ディスプレイで構成され、観察器具を介して取得された画像信号に従って画像処理部８００において生成された画像データに基づく画像を表示するものである。
【００２８】
以上のように構成された手術支援システム１では、操作者Ｏｐがマスターアーム５００ａ、５００ｂを操作すると、対応するスレーブアームとこのスレーブアームに装着された術具がマスターアーム５００ａ、５００ｂの動きに対応して動作する。これにより、患者Ｐａに対して所望の手技を行うことができる。
【００２９】
以下では、スレーブアーム２００ａと術具２４０ａとの詳細構成についてこれらの接続関係を中心に説明する。
【００３０】
スレーブアーム２００ａは、図２に示すように、術具２４０ａを電気的および機械的に接続するアーム側接続部４を備えている。
アーム側接続部４は、術具２４０ａに対する制御信号および認証情報を伝達するとともに、後述するデータ通信ライン４Ｂを介して術具２４０ａデータ通信を行うアーム側処理部４ａ（本体側通信部）を備える。
また、スレーブアーム２００ａには、術具２４０ａの着脱を検出する図示略の着脱検出センサが備えられている。着脱検出センサとしてはスイッチ式センサ、フォトマイクロセンサ、近接センサ等を採用することができる。
着脱検出センサの出力は、アーム側処理部４ａに送出され、アーム側処理部４ａによって、術具２４０ａの着脱状態を監視することができるようになっている。
【００３１】
アーム側処理部４ａは、スレーブ制御部４００の制御機能の一部を担う構成要素であり、装置構成はスレーブ制御部４００と兼用してもよい。すなわち、後述するアーム側処理部４ａの制御機能、演算機能を実現するプログラムをスレーブ制御部４００のＣＰＵで実行する構成としてもよい。
ただし、本実施形態では、スレーブ制御部４００とは別にアーム側接続部４内に設けられたプロセッサによって構成されている例で説明する。このため、アーム側処理部４ａは、例えば、ＣＰＵ、メモリ、および入出力インタフェースを備え、アーム側処理部４ａは、スレーブ制御部４００と通信可能に接続されている。これにより、スレーブ制御部４００の制御信号に基づいて術具２４０ａの制御を行えるようになっている。このため、アーム側処理部４ａは、後述するデータ通信ライン４Ｂを介して術具と通信を行う本体側通信部を構成している。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、アーム側接続部４においてスレーブアーム２００ａの基端側の側面４Ｅには、認証通信ライン４Ａ（認証情報伝達部、本体側電極）と、データ通信ライン４Ｂ（本体側通信接続部）、電源ライン４Ｃとのコネクタ部が設けられている。
また、側面４Ｅには、駆動力の伝達機構の出力端子であるアーム側接続駆動部４Ｄ（動力伝達接続部）が設けられている。
アーム側接続駆動部４Ｄは、術具２４０ａが必要とする駆動力に応じて１以上設けることができるが、本実施形態では４つ設けられている。
各アーム側接続駆動部４Ｄの形状は、後述する術具側接続駆動部５Ｄと着脱可能かつ駆動力伝達可能に連結できる適宜形状を採用することができる。本実施形態では、一例として、外形が円柱状とされ、その中心部に矩形穴からなる凹穴部が設けられたブロック部材を採用している。各アーム側接続駆動部４Ｄは、図示略の軸受等によって側面４Ｅの法線回りに回転可能に設けられている。
このため、アーム側接続駆動部４Ｄは、その凹穴部に、後述する凸形状の術具側接続駆動部５Ｄが挿入されると、術具側接続駆動部５Ｄと連結され、例えば、伝達機構の回転等による駆動力を術具側接続駆動部５Ｄに伝達できるようになっている。
【００３３】
認証通信ライン４Ａは、術具２４０ａによって識別を受けるための認証情報を伝達する認証情報伝達部を構成するものである。認証通信ライン４Ａの構成は、本実施形態では、アーム側処理部４ａの入出力ポート（以下、Ｉ／Ｏポートと称する）のうち、アーム側接続部４に装着された術具２４０ａに出力を行うＩ／Ｏポート（図４の１ピン〜４ピンおよびＧＮＤピン）と接続された４本の信号線およびグランド線からなる。このため認証通信ライン４Ａの端部は、５端子のコネクタ部としてアーム側接続部４の側面４Ｅから突出されている。
１ピン〜４ピンの端子部には、アーム側処理部４ａの制御により、例えば、０Ｖ（ＬＯＷ）と、５Ｖ（ＨＩＧＨ）の二値電圧値が出力可能とされている。このため、認証通信ライン４Ａには、１ピンから４ピンの４ビットの情報により、認証情報を伝達できるようになっている。
このように、認証通信ライン４Ａは、認証情報として電圧値を伝達する本体側電極を構成している。
なお、ここで、認証情報を４ビットとしたのは一例であって、４ビット未満あるいは５ビット以上とすることもできる。
【００３４】
認証情報としては、例えば、スレーブアームに固有の識別番号を採用して、装着対象の装置を認証するようにしてもよいが、本実施形態では、通信可能なデータ通信方式を選択する情報を採用している。
すなわち、本実施形態では、スレーブアーム２００ａと術具２４０ａとの間には、予めデータ通信ライン４Ｂ、５Ｂで形成されるデータ通信の通信路において通信可能な複数のデータ通信方式が設定されている。具体的には、複数のデータ通信方式として複数の暗号化の方式が設定されている。このため、アーム側処理部４ａ、術具側処理部７ａは、これら複数のデータ通信方式による暗号化と暗号の解読とを行う制御プログラムを実行できるようになっている。
アーム側処理部４ａは選択した暗号化の方式を指定する認証情報を、術具２４０ａに伝達する。術具２４０ａは、この認証情報を解読して、認証情報が指定する暗号化の方式によりアーム側処理部４ａとのデータ通信を試みる。このため、術具２４０ａに予め設定された暗号化の方式に対応する認証済み認証情報が送出された場合にはアーム側処理部４ａと術具２４０ａとの通信が可能になるが、認証済み認証情報以外の情報が送出された場合にはデータ通信が不可能になる。
【００３５】
本実施形態では、データ通信の内容の複数の暗号化の方式が予め１５通り設定されている。以下では、それぞれ暗号化Ｃ１〜Ｃ１４、Ｃ１５と称する。このうち暗号化Ｃ１〜Ｃ１４に対して、それぞれ、４ビットで表される認証情報ＩＤ１〜ＩＤ１４を対応させる。また、暗号化Ｃ１５は、無意味なデータが得られるダミーの暗号化の方式であり、認証情報ＩＤ１〜ＩＤ１４以外の情報を受信した場合に対応させる。
これらの対応関係は、例えばテーブル等の形態でアーム側処理部４ａおよび術具２４０ａにそれぞれ記憶されている。暗号化Ｃ１〜Ｃ１４、Ｃ１５の内容、および暗号化Ｃ１〜Ｃ１４と認証情報ＩＤ１〜ＩＤ１４との対応関係は非公開とする。
以下では、一例として、暗号化Ｃ１に対して、ＩＤ１＝０００１を対応させる。具体的には、アーム側処理部４ａは、Ｉ／Ｏポートの１ピン〜４ピンの出力を、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨに設定する。
また、例えば、００００は、認証情報の対象外とし、認証通信の無通信を示す情報として予約しておくものとする。
これにより本実施形態では、万一、暗号化Ｃ１〜Ｃ１４の内容が知られたとしても、ランダムに選んだ認証情報が正しい暗号化に一致する確率は、１／１４（＝１／（２４−２））と小さいため、不正なアクセスが難しくなる。
【００３６】
データ通信ライン４Ｂは、術具２４０ａの装着時にアーム側処理部４ａと術具２４０ａとの間の通信路を形成する本体側通信接続部を構成するものである。データ通信ライン４Ｂの構成は、アーム側処理部４ａのＩ／Ｏポートのうち、アーム側接続部４に装着された術具２４０ａとの間で送受信を行うＩ／Ｏポート（図４のＤＡＴＡピンおよびＧＮＤピン）と接続された１本のデータ線と、グランド線からなり、アーム側接続部４の側面４Ｅに２端子のコネクタ部が突出されている。
これにより、データ通信ライン４Ｂが接続されたアーム側処理部４ａは、装着時の術具２４０ａと適宜のデータ通信を行えるようになっている。
【００３７】
電源ライン４Ｃは、図４に示すように、スレーブ制御部４００の内部に設けられた電源４００Ａと電気的に接続されており、アーム側接続部４の側面４Ｅに２端子のコネクタ部が突出されている。これにより、電源ライン４Ｃは、装着時の術具２４０ａに電圧、例えばＤＣ５Ｖを供給することができるようになっている。
また、電源ライン４Ｃは、アーム側接続部４内で分岐して、アーム側処理部４ａとも接続され、アーム側処理部４ａにも電圧を供給している。
【００３８】
術具２４０ａは、図２に示すように、スレーブアーム２００ａのアーム側接続部４に着脱可能に接続し、アーム側接続部４に電気的および機械的に接続する術具側接続部５と、術具側接続部５を介して本体部２から供給される駆動力や制御信号等に基づいて手術動作を行う術具本体６ａとを備える。
【００３９】
術具側接続部５は、術具側処理部７ａ（術具側通信部、認証情報識別部、認証情報制御部、電圧検出部）と、制御用メモリ８ａ（記憶部）と、アーム側接続部４のアーム側接続駆動部４Ｄからの駆動力を術具本体６ａに伝達する図示略の伝達機構を備える。
術具側処理部７ａは、アーム側処理部４ａとのデータ通信を行うとともに、アーム側処理部４ａからの認証情報を識別するものであり、例えば、ＣＰＵ、メモリ、および入出力インタフェースを有するプロセッサによって構成されている。また、術具側処理部７ａは、電源投入時に初期化を行うための起動ＲＯＭを備えている。
制御用メモリ８ａは、術具２４０ａの使用に必要な情報を記憶しておくものである。本実施形態では、例えばフラッシュメモリなどの書き換え可能な記憶媒体を採用している。
制御用メモリ８ａに記憶される情報としては、例えば、術具２４０ａの動作制御に必要な情報（以下、操作情報Ｉｏｐと称する）、術具２４０ａの使用回数限度の情報（以下、使用限度情報Ｉｌｉｍ）、初期値０から使用されるごとに更新されていく使用回数の情報（以下、使用回数情報ＩＮと称する）、術具２４０ａが装着可能かつ操作可能と認証されたスレーブアームの認証済み認証情報などを挙げることができる。
本実施形態の認証済み認証情報は、暗号化Ｃ１〜Ｃ１４に対応する認証情報ＩＤ１〜ＩＤ１４である。
【００４０】
術具側接続部５において術具本体６ａが設けられた側の側面５Ｅには、図３（ｂ）に示すように、アーム側接続部４の認証通信ライン４Ａ、データ通信ライン４Ｂ、および電源ライン４Ｃに、それぞれ着脱可能に接続される認証通信ライン５Ａ（認証情報識別部）、データ通信ライン５Ｂ（術具側通信接続部）、および電源ライン５Ｃのコネクタ部が設けられている。
また、側面５Ｅには、図３（ｂ）に示すように、４つのアーム側接続駆動部４Ｄによって伝達される駆動力を伝達する入力端子である４つの術具側接続駆動部５Ｄが、アーム側接続駆動部４Ｄの挿入される凸形状に設けられている。本実施形態では、術具２４０ａの装着時に術具側接続駆動部５Ｄがアーム側接続駆動部４Ｄにそれぞれ挿入されると、各アーム側接続駆動部４Ｄと連結し、例えば、アーム側接続部４側に設けられた伝達機構の回転等による駆動力が術具側接続駆動部５Ｄに伝達可能に接続できるようになっている。
【００４１】
本実施形態の認証通信ライン５Ａ、データ通信ライン５Ｂ、電源ライン５Ｃ、および術具側接続駆動部５Ｄは、術具側接続部５をアーム側接続部４の認証通信ライン４Ａ、データ通信ライン４Ｂ、電源ライン４Ｃ、およびアーム側接続駆動部４Ｄが設けられた側面４Ｅに向けて押圧することにより、それぞれの接続構造に応じて略同時に接続されるようになっている。
【００４２】
認証通信ライン５Ａは、術具２４０ａの装着時に認証通信ライン４Ａのコネクタ部と接続して、認証通信ライン４Ａの出力を術具側処理部７ａに伝達するものである。
認証通信ライン５Ａは、図４に示すように、術具側処理部７ａのＩ／Ｏポートのうち、アーム側処理部４ａからの出力信号を検出するＩ／Ｏポート（図４の１ピン〜４ピンおよびＧＮＤピン）と接続された４本の信号線およびグランド線からなる。このため認証通信ライン５Ａの端部は、認証通信ライン４Ａのコネクタ部と着脱可能に接続する５端子のコネクタ部として術具側接続部５の側面５Ｅから突出されている。
１ピン〜４ピンの端子部は、認証通信ライン４Ａから出力されたＬＯＷまたはＨＩＧＨの二値電圧値を検出する術具側接続部５内の信号検出回路に接続されている。このため、術具側処理部７ａは、認証通信ライン５Ａから出力される４ビットの情報としての認証情報を検出できるようになっている。
【００４３】
データ通信ライン５Ｂは、術具２４０ａの装着時に、術具２４０ａとアーム側処理部４ａとの間の通信路を形成する術具側通信接続部を構成するものある。データ通信ライン５Ｂの構成は、術具側処理部７ａのＩ／Ｏポートのうち、アーム側処理部４ａとの間で送受信を行うＩ／Ｏポート（図４のＤＡＴＡピンおよびＧＮＤピン）と接続された１本のデータ線と、グランド線からなり、２端子のコネクタ部として術具側接続部５の側面５Ｅから突出されている。
これにより、データ通信ライン５Ｂが接続された術具側処理部７ａは、装着時のアーム側処理部４ａと適宜のデータ通信を行えるようになっている。
【００４４】
電源ライン５Ｃは、図４に示すように、一端部が２端子のコネクタ部として術具側接続部５の側面５Ｅから突出され、他端部が術具側処理部７ａおよび制御用メモリ８ａに電気的に接続されている。したがって、スレーブアーム２００ａへの装着時に、電源ライン４Ｃから供給される電圧を術具側処理部７ａおよび制御用メモリ８ａに供給できるようになっている。
【００４５】
術具本体６ａは、例えば、持針器やハサミ等の可動部６Ａがこれらを駆動するワイヤー等駆動部材を挿通する支持部６Ｂによって術具側接続部５に連結されている。支持部６Ｂに挿通されたワイヤー等の駆動部材は、術具側接続部５に設けられた例えばプーリーやギヤ等の不図示の駆動機構を介して、術具側接続部５の側面５Ｅに設けられた術具側接続駆動部５Ｄ（動力伝達接続部）と連結されている。
これにより、装着時にアーム側接続駆動部４Ｄを通して術具側接続駆動部５Ｄに伝達される駆動量に応じて、支持部６Ｂ内の駆動部材が駆動され、可動部６Ａや支持部６Ｂが駆動される。例えば、可動部６Ａの開閉や屈曲が行われたり、支持部６Ｂが回転されたりする。
【００４６】
以上、スレーブアーム２００ａおよび術具２４０ａの詳細構成を説明したが、スレーブアーム２００ｂ〜２００ｄおよび術具２４０ｂ〜２４０ｄも同様に、アーム側処理部４ｂ〜４ｄ、術具側処理部５ｂ〜５ｄ、術具本体６ｂ〜６ｄ、術具側処理部７ｂ〜７ｄ、制御用メモリ８ｂ〜８ｄを備える。それぞれの構成は、いずれも同様であるため説明は省略する。
ただし、術具２４０ｂ〜２４０ｄは、術具２４０ａと異なる構成の術具であってもよいため、術具２４０ａとの構成の違いに対応して、他の構成要素も適宜変更するものとする。
【００４７】
次に、手術支援システム１の動作について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態に係る手術支援システムの認証動作およびデータ通信動作のフローチャートである。
【００４８】
図５に示すフローチャートは、手術支援システム１において、例えば、術具２４０ａをスレーブアーム２００ａに装着してから、術具２４０ａが動作するまでの間に、術具側処理部７ａとアーム側処理部４ａとの間で行われる認証動作およびデータ通信動作のフローを示している。このフローは、術具２４０ｂ〜２４０ｄをスレーブアーム２００ｂ〜２００ｄに装着する場合にも全く同様である。
【００４９】
ステップＳ０では、ユーザーである医師や看護士が手術支援システム１のスレーブアーム２００ａに術具２４０ａを装着する。すなわち、術具２４０ａの術具側接続部５をスレーブアーム２００ａのアーム側接続部４に押圧して、認証通信ライン４Ａ、５Ａ同士、データ通信ライン４Ｂ、５Ｂ同士、電源ライン４Ｃ、５Ｃ同士、各アーム側接続駆動部４Ｄと各術具側接続駆動部５Ｄ同士を、それぞれ電気的または機械的に接続する。
これにより、認証通信ライン４Ａ、５Ａが電気的に接続して認証通信の通信路が形成される。また、データ通信ライン４Ｂ、５Ｂが電気的に接続してデータ通信の通信路が形成される。
また、各術具側接続駆動部５Ｄが各アーム側接続駆動部４Ｄに挿入されて、駆動力伝達可能に接続される。
また、電源ライン４Ｃ、５Ｃが接続して、術具側処理部７ａおよび制御用メモリ８ａに電源４００Ａからの電圧が供給される。
このようなステップＳ０により、術具側処理部７ａでは、ステップＳ１が開始され、アーム側処理部４ａでは、ステップＳ１１が開始される。
【００５０】
ステップＳ１では、術具側処理部７ａおよび制御用メモリ８ａに、電源ライン５Ｃを介して電源が入る。
次にステップＳ２では、術具側処理部７ａが起動して、初期化動作が行われる。このとき、術具側処理部７ａは、内蔵の起動ＲＯＭから初期化プログラムを読み込んで、所定の初期化動作を行うとともに、さらに制御用メモリ８ａからも必要に応じてデータを読み込んで、変数やフラグ等の初期設定を行う。
これにより、予め設定された複数のデータ通信方式による送信データの解析が可能となる。
初期化動作が終了すると、術具側処理部７ａは、認証通信を制御する制御プログラムを実行して、ステップＳ３に移行する。
【００５１】
ステップＳ３では、術具側処理部７ａは、アーム側処理部４ａからの認証通信待ちになる。すなわち、術具側処理部７ａは、認証通信ライン５Ａが接続されたＩ／Ｏポートの１ピン〜４ピンを監視する。術具側処理部７ａは、アーム側処理部４ａから認証情報を受信した場合にステップＳ４に移行する。
【００５２】
一方、ステップＳ１１では、術具２４０ａの装着に伴い、スレーブアーム２００ａの着脱検出センサによって術具が装着されたことが検出され、検出信号がアーム側処理部４ａに送出される。
これにより、アーム側処理部４ａは、術具がスレーブアーム２００ａに装着されたことを認識する。ただし、着脱検出センサは、単に術具が装着されたことを検出するのみであるため、本ステップでは、スレーブアーム２００ａが駆動可能な術具２４０ａが装着されたかどうかは不明である。
【００５３】
次に、ステップＳ１２では、アーム側処理部４ａはデータ通信方式を選択する。
データ通信方式は、本実施形態では、予め設定された複数のデータ通信方式である暗号化Ｃ１〜Ｃ１４のうちから、例えば、現在時刻を使用したランダム関数を使うなどしてランダムに選択される。
以下では、具体例として暗号化Ｃ１が選択されたものとして説明する。
以上で、ステップＳ１２が終了する。
【００５４】
次に、ステップＳ１３では、ステップＳ１２で選択されたデータ通信方式に則して認証情報を術具側処理部７ａに送信する。
アーム側処理部４ａは、術具２４０ａがスレーブアーム２００ａに接続されてから、上述のステップＳ２によって術具側処理部７ａの初期化が行われるのに十分な時間を経た後、認証通信ライン４Ａを介して認証情報の送信を行う。
例えば、暗号化Ｃ１が採用された場合、認証情報として、ＩＤ１＝０００１を送信する。このため、アーム側処理部４ａは、Ｉ／Ｏポートの１ピン〜４ピンの出力を、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨに設定する。
これらＩ／Ｏポートの出力は、認証通信ライン４Ａ、５Ａを介して、術具側処理部７ａのＩ／Ｏポートに伝達され、認証情報の送信が完了する。
以上で、ステップＳ１３が終了する。
【００５５】
次に、ステップＳ１４では、アーム側処理部４ａは、術具側処理部７ａからのデータ通信待ちになる。すなわち、アーム側処理部４ａは、データ通信ライン４Ｂに接続されたＩ／ＯポートのＤＡＴＡピンを監視する。アーム側処理部４ａは、術具側処理部７ａからデータが送信された場合にステップＳ１５に移行する。
【００５６】
一方、術具側処理部７ａでは、ステップＳ１３の終了後、ステップＳ３によって認証情報を受信したと判定され、ステップＳ４に移行する。
ステップＳ４では、術具側処理部７ａは、認証情報の内容からデータ通信方式を選択する。
術具側処理部７ａは、受信した認証情報を制御用メモリ８ａに記憶されたテーブルを参照することにより、アーム側処理部４ａが選択したデータ通信方式を特定する。例えば、Ｉ／Ｏポートの１ピン〜４ピンの出力がＬＯＷ、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨと検出された場合、認証情報を０００１と識別し、テーブルから特定される暗号化Ｃ１を選択する。
受信した認証情報に対応する認証情報がテーブルに記憶されていない場合には、暗号化Ｃ１５を選択する。
以上でステップＳ４が終了する。
【００５７】
次に、ステップＳ５では、術具側処理部７ａは、ステップＳ４で選択されたデータ通信方式に則して通信データをアーム側処理部４ａに送信する。ここで「通信データ」とは、データ通信ライン５Ｂ、４Ｂによる通信路を介したデータ通信において送受信されるデータを意味する。また、「データ通信方式に則して」とは、本実施形態の場合、通信データが選択された暗号化の方式で暗号化されていることを意味する。
【００５８】
以下、本ステップからステップＳ９までの間、およびステップＳ１４からステップＳ１８までの間は、術具側処理部７ａおよびアーム側処理部４ａの間のデータ通信の工程であり、個々の通信データは、術具２４０ａの操作に応じて異なる。ただし、いずれの通信データも暗号化された状態で送受信される。
【００５９】
まず、具体的なステップＳ５の説明に先立って、データ通信に基づく動作の概要を説明する。
例えば、どの操作にも当てはまる通信プロセスとしては、最初に、術具側処理部７ａからアーム側処理部４ａに操作情報Ｉｏｐが送信される。
操作情報Ｉｏｐは、術具２４０ａの動作制御に必要となる情報であり、例えば、術具の種類、術具の関節の数やその配置の情報、術具の各部における寸法の情報、術具の制御パラメータ、術具のキャリブレーション情報などが挙げられる。
操作情報Ｉｏｐは、使用回数に限度がないような術具の場合には、ステップＳ５において自動的にアーム側処理部４ａに送信される。
ただし、本実施形態のように、使用回数に限度がある術具の場合、ステップＳ５において、術具側処理部７ａは制御用メモリ８ａに記憶された使用限度情報Ｉｌｉｍと使用回数情報ＩＮとを比較し、ＩＮ≦Ｉｌｉｍの場合のみ、操作情報Ｉｏｐをアーム側処理部４ａに送信する。したがって、ＩＮ＞Ｉｌｉｍの場合には、操作情報Ｉｏｐがアーム側処理部４ａに送信されないため、術具２４０ａを動作させることができなくなり、術具２４０ａの使用回数の限度が守られるようになっている。
【００６０】
アーム側処理部４ａは、操作情報Ｉｏｐを受信した場合は、入力処理部７００からスレーブ制御部４００を通して送信される動作情報を、操作情報Ｉｏｐに基づいて術具２４０ａを動作させる制御コマンド、制御パラメータに変換し、スレーブ制御部４００に送信する。スレーブ制御部４００では、この制御信号、制御パラメータに基づいて、アーム側接続駆動部４Ｄを駆動し、駆動力を術具側接続駆動部５Ｄに伝達する。
術具側処理部７ａが、術具側接続駆動部５Ｄの駆動許可に関与しない場合には、駆動力が術具側接続駆動部５Ｄに伝達されることで、術具本体６ａが動作する。
【００６１】
一方、術具によっては、例えば、術具側処理部７ａによって制御されるクラッチなどが設けられているため、アーム側接続駆動部４Ｄに駆動力が伝達されても、術具本体６ａが動作しない構成になっている場合もある。
このような場合、術具本体６ａの駆動には、術具側処理部７ａから可動部６Ａ、支持部６Ｂに対する駆動許可信号を発生させる必要があるため、アーム側処理部４ａは、操作情報Ｉｏｐを受信すると、上記のような制御に先立って、術具側処理部７ａに駆動許可信号を送出させる制御信号（以下、駆動許可コマンドＩＡＬと称する）を認証通信ライン４Ａ、５Ａによる通信路を通じて送信する。
この場合、駆動許可コマンドＩＡＬが、術具側処理部７ａによって正しく受信されないと、アーム側処理部４ａは、術具２４０ａを動作させることができない。
【００６２】
また、本実施形態では、アーム側処理部４ａは、制御用メモリ８ａに使用回数情報ＩＮを記憶させるため、操作情報Ｉｏｐの受信後に、術具側処理部７ａに対して使用限度情報Ｉｌｉｍおよび使用回数情報ＩＮを送信させる送信要求Ｉｒｅｑを送信する。
術具側処理部７ａでは、この送信要求Ｉｒｅｑが正しく受信された場合、制御用メモリ８ａから使用限度情報Ｉｌｉｍおよび使用回数情報ＩＮを制御用メモリ８ａから読み出して、アーム側処理部４ａに送信する。
アーム側処理部４ａでは、使用限度情報Ｉｌｉｍおよび使用回数情報ＩＮが正しく受信された場合、使用限度情報Ｉｌｉｍおよび使用回数情報ＩＮをスレーブ制御部４００、画像処理部８００を経由して、操作者用ディスプレイ９００ａおよび助手用ディスプレイ９００ｂにそれぞれの情報を表示させる。これにより、ユーザーが、術具２４０ａの使用可能回数を認識することができる。
【００６３】
このようにして、データ通信を繰り返すことにより、術具本体６ａの動作が終了すると、アーム側処理部４ａは、制御用メモリ８ａの使用回数情報ＩＮを更新する更新コマンドＩｉｎｃを送信する。更新コマンドＩｉｎｃが正しく送信され、術具側処理部７ａによって読み取られた場合には、制御用メモリ８ａの使用回数情報ＩＮが更新される。
【００６４】
次に、ステップＳ５以下のデータ通信の詳細動作について、術具側処理部７ａからアーム側処理部４ａへの通信データを通信データＩＴ、アーム側処理部４ａから術具側処理部７ａへの通信データを通信データＩＡのように一般化して説明する。
【００６５】
ステップＳ５では、術具側処理部７ａは、アーム側処理部４ａに送信するため必要なデータを制御用メモリ８ａから読み込み、選択されたデータ通信方式、例えば、暗号化Ｃ１によって暗号化して、通信データＩＴとしてアーム側処理部４ａに送信し、ステップＳ６に移行する。
【００６６】
アーム側処理部４ａに送信された通信データＩＴは、ステップＳ１４においてデータ通信待ちになっているアーム側処理部４ａによって受信され、アーム側処理部４ａがステップＳ１５に移行する。
【００６７】
ステップＳ１５では、アーム側処理部４ａにより、受信データである通信データＩＴが読取り可能かどうか判定される。本実施形態では、ステップＳ１２で選択された暗号化Ｃ１によって解読が試みられ、通信データＩＴが意味のあるデータとして解読された場合、読取り可能と判定され、ステップＳ１６に移行する。
読取り可能でないと判定された場合には、ステップＳ１９に移行する。
【００６８】
ステップＳ１９では、エラー通知を行う。すなわち、アーム側処理部４ａは、スレーブ制御部４００、画像処理部８００を経由して、操作者用ディスプレイ９００ａおよび助手用ディスプレイ９００ｂに、術具２４０ａからの通信データＩＴが読みとれない異常が発生したとのメッセージを表示させ、データ通信を終了させる。
このため、スレーブアーム２００ａに、予め認証されていない術具、本実施形態では術具２４０ａ以外の術具が装着された場合には、この術具を、スレーブアーム２００ａから動作させることができないようになっている。
【００６９】
ステップＳ１６では、アーム側処理部４ａは、解読された通信データＩＴを処理する。すなわち、通信データＩＴが、例えば、制御パラメータなどの数値データである場合には、アーム側処理部４ａのメモリに格納する処理を行う。また、通信データＩＴが、制御コマンドである場合には、アーム側処理部４ａの制御プログラムにコマンドを送信し、コマンドを実行する処理を行う。
通信データＩＴの処理が終了したら、ステップＳ１７に移行する。
【００７０】
ステップＳ１７では、アーム側処理部４ａは、通信終了すべきかどうかを判定する。この判定は、例えば、ステップＳ１６の処理の結果、データ通信の必要がなくなった場合に通信終了と判定される。
通信終了と判定した場合には、データ通信を終了させる。
通信終了しないと判定した場合には、ステップＳ１８に移行する。
【００７１】
ステップＳ１８では、アーム側処理部４ａは、スレーブ制御部４００から、術具２４０ａを動作させたり、術具２４０ａから情報取得をしたりする制御信号を受けた場合や、ステップＳ１６におけるコマンド処理の結果として術具側処理部７ａとの通信が必要になった場合に、送信する通信データを生成する。そして、アーム側処理部４ａは、選択されたデータ通信方式、例えば、暗号化Ｃ１によって暗号化して、通信データＩＡとして制御用メモリ８ａに送信し、ステップＳ１４に移行し、上記のフローにしたがって各ステップを繰り返す。
【００７２】
一方、術具側処理部７ａは、ステップＳ５の終了後、ステップＳ６に移行している。
ステップＳ６では、術具側処理部７ａは、アーム側処理部４ａからの通信データ待ちになる。すなわち、術具側処理部７ａは、データ通信ライン５Ｂが接続されたＩ／ＯポートのＤＡＴＡピンを監視する。術具側処理部７ａは、アーム側処理部４ａから通信データＩＡを受信した場合にステップＳ７に移行する。
【００７３】
ステップＳ７では、術具側処理部７ａにより、受信データである通信データＩＡが読取り可能かどうか判定される。本実施形態では、ステップＳ４で選択された暗号化Ｃ１によって解読が試みられ、通信データＩＡが意味のあるデータとして解読された場合、読取り可能と判定され、ステップＳ８に移行する。
読取り可能でないと判定された場合には、データ通信を終了する。
【００７４】
このため、術具２４０ａに、予め認証されていないスレーブアーム、本実施形態ではスレーブアーム２００ａ以外のスレーブアームが装着された場合には、このスレーブアームから術具２４０ａを動作させたり、術具２４０ａからの情報を取得したりできないようになっている。
したがって、術具２４０ａは、認証されているスレーブアーム２００ａ以外のスレーブアームに装着された場合には動作しないため、予期しない動作が発生することを防止できる。また、制御用メモリ８ａに記憶された情報が読出されて漏洩することも防止できる。
【００７５】
ステップＳ８では、術具側処理部７ａは、解読された通信データＩＡを処理する。すなわち、通信データＩＡが、例えば、制御パラメータなどの数値データである場合には、術具側処理部７ａのメモリ、または制御用メモリ８ａに格納する処理を行う。また、通信データＩＡが、制御コマンドである場合には、術具側処理部７ａの制御プログラムにコマンドを送信し、コマンドを実行する処理を行う。
通信データＩＡの処理が終了したら、ステップＳ９に移行する。
【００７６】
ステップＳ９では、術具側処理部７ａは、通信終了すべきかどうかを判定する。この判定は、例えば、ステップＳ８の処理の結果、データ通信の必要がなくなった場合に通信終了と判定される。
通信終了と判定した場合には、データ通信を終了させる。
通信終了しないと判定した場合には、ステップＳ５に移行し、上記のフローにしたがって各ステップを繰り返す。
【００７７】
以上に説明したように、手術支援システム１によれば、本体部２のスレーブアーム２００ａ〜２００ｄと、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄに装着する術具２４０ａ〜２４０ｄとの間で、データ通信を行うデータ通信ライン４Ｂ、５Ｂの通信路とは別に、認証通信を行う認証通信ライン４Ａ、５Ａによる通信路を設けている。
そして、アーム側処理部４ａから認証通信ライン４Ａを通して認証通信が行われ、認証通信ライン４Ａから伝達される認証情報に基づくデータ通信方式以外のデータ通信は通信終了となるため、データ通信ができないようになっている。
また、術具側処理部７ａは、認証通信ライン５Ａを通して検出した認証情報が認証済み認証情報と一致するかどうかを、認証情報とデータ通信方式の対応関係が記憶されたテーブルによって識別して、対応関係のあるデータ通信方式のみを採用する。このため、仮に認証済み認証情報以外の認証情報を検出してデータ通信を行っても通信終了となるため、データ通信を続行したり、アーム側処理部４ａが通信データを受信したりできないようになっている。
【００７８】
すなわち、術具側処理部７ａは、データ通信ライン５Ｂを介したアーム側処理部４ａからの要求に応じて、制御用メモリ８ａに記憶された情報を読み出して、アーム側処理部４ａに送信する術具側通信部を構成している。また、術具側処理部７ａは、本体部２に装着した際に、本体部２から認証情報を検出して、この認証情報が予め設定された認証済み認証情報と一致するか識別する認証情報識別部を構成している。また、術具側処理部７ａは、制御用メモリ８ａに記憶された情報の読み出しを行う際、認証済み認証情報が識別された場合に限って、読み出しを許可する認証制御部を構成している。
【００７９】
このように、手術支援システム１では、術具側処理部７ａ〜７ｄによって認証済み認証情報が識別された場合に限って、制御用メモリ８ａ〜８ｄからの読み出しを許可するため、術具２４０ａ〜２４０ｄに記憶される情報の保護機能を向上することができる。
術具のメモリへアクセスは認証通信をおこなうことができる術具と接続している場合のみ許可され、不正アクセスによるメモリの読み出しや書き換えを困難にすることができる。
さらに、手術支援システム１は、同時に複数のデータ通信方式を有していて、これらのうちからランダムにデータ通信の方式を選択するため、仮に使用可能な複数のデータ通信方式の情報が明らかになった場合でも、術具２４０ａ〜２４０ｄの制御用メモリ８ａからの読出しや書込みの可能性を低減することができる。
したがって、制御用メモリ８ａに格納された設計情報や制御パラメータの流出のおそれや、術具２４０ａ〜２４０ｄの使用時間、使用回数の書き換えによる不正な使用のおそれを低減させることができる。
【００８０】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係る手術支援システムについて説明する。
図６（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る手術支援システムの術具とアームと接続部分の構成を示すアーム側の模式的な側面図（図２のＡ視図）である。図６（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る手術支援システムの術具とアームと接続部分の構成を示す術具側の模式的な側面図（図２のＢ視図）である。図７は、本発明の第２の実施形態に係る手術支援システムの術具と本体部との接続関係を示すブロック図である。
【００８１】
本実施形態の手術支援システム１１は、図２に示すように、上記第１の実施形態の手術支援システム１の各スレーブアーム２００ａ〜２００ｄおよび各術具２４０ａ〜２４０ｄのアーム側接続部４および術具側接続部５に代えて、アーム側接続部１４および術具側接続部１５を備える。
アーム側接続部１４は、図６（ａ）に示すように、上記第１の実施形態のアーム側接続部４の認証通信ライン４Ａに代えて認証通信ライン１４Ａ（認証情報伝達部）を備える。
また、術具側接続部１５は、図６（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態の術具側接続部５の認証通信ライン５Ａに代えて認証通信ライン１５Ａ（認証情報識別部）を備える。
以下では、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、上記第１の実施形態と同様、術具２４０ａおよびスレーブアーム２００ａの例で説明するが、術具２４０ｂ〜２４０ｄおよびスレーブアーム２００ｂ〜２００ｄの場合も同様である。また、以下の他のすべての実施形態および変形例も同様である。
【００８２】
認証通信ライン１４Ａは、図７に示すように、アーム側処理部４ａのＩ／Ｏポートの１ピン〜４ピンと、ＧＮＤピンとにそれぞれ接続された４つの電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４（磁化部材）によって構成されている。
このため、アーム側処理部４ａによってＩ／Ｏポートの１ピン〜４ピンの出力電圧値を適宜設定することにより、電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の磁界をそれぞれ独立に制御できるようになっている。本実施形態では、これら電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の磁界の組合せによって認証情報を伝達できるようになっている。このため、電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、認証情報として磁気情報を伝達する磁化部材を構成している。
本実施形態では、Ｉ／ＯポートのＨＩＧＨ、ＬＯＷに対応して、各電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の磁界を認証通信ライン１５Ａの後述する磁気センサＳｍ１、Ｓｍ２、Ｓｍ３、Ｓｍ４の磁界の検知閾値よりも強い磁界を形成するＯＮ状態と、同じく検知閾値よりも弱いか、あるいは磁界を形成しないＯＦＦ状態との間で選択的に切り換えることができるようになっている。
【００８３】
電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の配置位置は、図６（ａ）に示すように、アーム側接続部４の側面４Ｅにおいて、適宜ピッチで１列に配列され、データ通信ライン４Ｂのコネクタ部と平行に配置されている。
また、電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の側面４Ｅからの高さは、術具２４０ａの装着時にデータ通信ライン４Ｂ、電源ライン４Ｃ、およびアーム側接続駆動部４Ｄがデータ通信ライン５Ｂ、電源ライン５Ｃ、および術具側接続駆動部５Ｄが接続される際に、接続の支障とならない適宜高さに設定することができる。
本実施形態では、側面４Ｅから引っ込んだアーム側接続部４の内部に設けており、側面４Ｅの位置には透磁性の高い不透明のカバー部材（図示略）が設けられている。このため、電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は外部から隠蔽され、外観上は電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の配置位置が分からないようになっている。このため、認証通信の送信側の位置が隠蔽される。
【００８４】
認証通信ライン１５Ａは、図７に示すように、術具側処理部７ａのＩ／Ｏポートの１ピン〜４ピンと電源ポート（図７の＋Ｖピン）とにそれぞれ接続された４つの磁気センサＳｍ１、Ｓｍ２、Ｓｍ３、Ｓｍ４（磁気検出部）によって構成されている。
【００８５】
磁気センサＳｍ１、Ｓｍ２、Ｓｍ３、Ｓｍ４の配置位置は、図６（ｂ）に示すように、術具側接続部５の側面５Ｅにおいて、電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４と同様のピッチで１列に配列され、データ通信ライン５Ｂのコネクタ部と平行に配置されている。
また、磁気センサＳｍ１、Ｓｍ２、Ｓｍ３、Ｓｍ４は、術具２４０ａ〜２４０ｄの装着時に、それぞれ電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４と近接（隙間を有する場合と接触する場合とを含む）して対向するように配列されている。
また、磁気センサＳｍ１、Ｓｍ２、Ｓｍ３、Ｓｍ４の側面５Ｅからの高さは、術具２４０ａの装着時に、電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の磁界を磁気情報として検出できる適宜位置に設定されている。
本実施形態では、側面５Ｅから引っ込んだ術具側接続部５の内部に設けており、側面５Ｅの位置には透磁性の高い不透明のカバー部材（図示略）が設けられている。このため、磁気センサＳｍ１、Ｓｍ２、Ｓｍ３、Ｓｍ４は外部から隠蔽され、外観上は磁気センサＳｍ１、Ｓｍ２、Ｓｍ３、Ｓｍ４の配置位置が分からないようになっている。このため、認証通信の受信側の位置が隠蔽される。
【００８６】
磁気センサＳｍ１、Ｓｍ２、Ｓｍ３、Ｓｍ４に好適なセンサとしては、例えば、ホール素子の出力によって磁界の強弱を検出し、適宜の閾値で出力電圧を２値制御する磁気スイッチング素子を採用することができる。具体例としては、片極検知スイッチタイプホールＩＣであるＥＷ−６５０Ｂ（商品名；旭化成エレクトロニクス（株）製）等の磁気センサ、磁気スイッチを挙げることができる。
【００８７】
このような構成により、各磁気センサＳｍ１、Ｓｍ２、Ｓｍ３、Ｓｍ４は、検出した磁界の大きさにより、ＨＩＧＨ（ＯＮ状態に対応）またはＬＯＷ（ＯＦＦ状態に対応）の二値信号を術具側処理部７ａのＩ／Ｏポートの１ピン〜４ピンに出力することができる。したがって、磁気センサＳｍ１、Ｓｍ２、Ｓｍ３、Ｓｍ４は、術具側処理部７ａによって電源ポートから電圧供給を行うことで、装着時に対向配置される電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４による磁気情報を検出する磁気検出部を構成している。
【００８８】
このような構成の手術支援システム１１によれば、上記第１の実施形態の手術支援システム１において、認証通信の動作が異なるのみで手術支援システム１と略同様の動作を行うことができる。すなわち、図５のフローにおいて、ステップＳ１３およびステップＳ３に相当する具体的な動作のみが異なる。以下、上記第１の実施形態と異なる認証通信の動作を中心に説明する。説明を省略するステップは、上記第１の実施形態の部材を、本実施形態の対応する部材に読み替えればよい。
【００８９】
本実施形態のステップＳ１３では、アーム側処理部４ａは、術具２４０ａがスレーブアーム２００ａに接続されてから、上述のステップＳ２によって術具側処理部７ａの初期化が行われるのに十分な時間を経た後、認証通信ライン１４Ａを介して認証情報の送信を行う。
例えば、暗号化Ｃ１が採用された場合、認証情報として、ＩＤ１＝０００１を送信する。このため、アーム側処理部４ａは、Ｉ／Ｏポートの１ピン〜４ピンの出力を、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨに設定する。
これにより、電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４がそれぞれＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態、ＯＮ状態に切り換えられ、それぞれに対応する磁界が、それぞれに対向する磁気センサＳｍ１、Ｓｍ２、Ｓｍ３、Ｓｍ４に伝達される。これにより認証情報の送信が完了する。
以上で、ステップＳ１３が終了する。
【００９０】
本実施形態のステップＳ３では、上記第１の実施形態と同様、術具側処理部７ａは、アーム側処理部４ａからの認証通信待ちになる。すなわち、術具側処理部７ａは、認証通信ライン１５Ａが接続されたＩ／Ｏポートの１ピン〜４ピンを監視する。術具側処理部７ａは、アーム側処理部４ａから認証情報を受信した場合にステップＳ４に移行する。
ただし、術具側処理部７ａにおけるＩ／Ｏポートの１ピン〜４ピンへの出力は、電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の磁界の強弱を、磁気センサＳｍ１、Ｓｍ２、Ｓｍ３、Ｓｍ４が検出した結果により得られる点のみが異なる。
したがって、電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４がそれぞれＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態、ＯＮ状態であれば、磁気センサＳｍ１、Ｓｍ２、Ｓｍ３、Ｓｍ４の出力がＬＯＷ、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨとなって、Ｉ／Ｏポートの１ピン〜４ピンに、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨが出力される。
本実施形態のステップＳ４でも、上記第１の実施形態と同様に、認証情報として０００１が識別されて、暗号化Ｃ１が選択される。
【００９１】
このように本実施形態の手術支援システム１１によれば、上記第１の実施形態と略同様にして、術具２４０ａ〜２４０ｄに記憶される情報の保護機能を向上し、不正アクセスによるメモリの読み出しや書き換えを困難にすることができる。
特に、本実施形態では、認証通信ライン１４Ａ、１５Ａが非接触状態でも、通信路を形成することができるため、アーム側接続部１４および術具側接続部１５の構成が簡素化され、術具２４０ａ〜２４０ｄの着脱が容易となる。
また、磁気センサＳｍ１、Ｓｍ２、Ｓｍ３、Ｓｍ４の磁界検出閾値を非公開とすることで、認証通信を不正に模擬することが困難になる。
また、本実施形態では、電磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、磁気センサＳｍ１、Ｓｍ２、Ｓｍ３、Ｓｍ４を、アーム側接続部１４、術具側接続部１５の内部に収容することでそれぞれの配置位置を隠蔽することができるため、保護機能をさらに向上することができる。
【００９２】
［第３の実施形態］
図８は、本発明の第３の実施形態に係る手術支援システムの術具と本体部との接続関係を示すブロック図である。
【００９３】
本実施形態の手術支援システム２１は、図２に示すように、上記第１の実施形態の手術支援システム１の各スレーブアーム２００ａ〜２００ｄおよび各術具２４０ａ〜２４０ｄのアーム側接続部４および術具側接続部５に代えて、アーム側接続部２４および術具側接続部２５を備える。
アーム側接続部２４は、図８に示すように、上記第１の実施形態のアーム側接続部４の認証通信ライン４Ａに代えて認証通信ライン２４Ａ（認証情報伝達部）を備える。
また、術具側接続部２５は、上記第１の実施形態の術具側接続部５の認証通信ライン５Ａに代えて認証通信ライン２５Ａ（認証情報識別部）を備える。
以下では、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００９４】
認証通信ライン２４Ａは、認証情報として光信号を伝達する投光素子Ｌを備える。
投光素子Ｌは、図８に示すように、アーム側処理部４ａのＩ／Ｏポートの１ピンと電源ポート（図８の＋Ｖピン）とに接続され、電源ポートから電圧を加えるとともに、１ピンから駆動信号を印加することにより発光することができる。
投光素子Ｌの構成は、例えばＬＥＤやレーザダイオードなどの発光素子を採用することができる。発光素子の波長としては特に限定されないが、赤外光を用いれば、発光しているかどうか目視で分からなくなるためより好ましい。
また投光素子Ｌは、発光素子からの光束を効率的に投光するため、レンズ等の集光部材を備えていてもよい。
投光素子Ｌに加える駆動信号は、パルス信号を採用することで、投光素子Ｌの発光のオンオフを繰り返すことができる。
また、本実施形態では、投光素子Ｌは、光軸が側面４Ｅの法線に沿う姿勢でアーム側接続部２４の内部に収容され、側面４Ｅに設けられた発光素子の波長光が透過可能なカバー部材（図示略）によって覆われている。このため、投光素子Ｌから発生した光はカバー部材を通して側面４Ｅに垂直な方向に出射されるようになっている。
なお、赤外光を用いる場合は、可視光に対し不透明なカバー部材を採用することができる。この場合には、認証通信の送信側の位置は隠蔽される。
【００９５】
認証通信ライン２５Ａは、光量を検知する受光素子Ｐ（光検出部）によって構成されている。受光素子Ｐは、術具側処理部７ａのＩ／Ｏポートの１ピンと、電源を供給するための電源ポート（図８の＋Ｖピン）とに接続され、電源ポートから電圧を加えて駆動することにより、受光量に応じた検出信号を１ピンに出力できるようになっている。
受光素子Ｐの構成は、フォトダイオードやフォトセンサなどを採用することができる。また受光素子Ｐは、投光素子Ｌからの光束を効率的に集光するため、レンズ等の集光部材を備えていてもよい。
また、本実施形態では、受光素子Ｐは、術具２４０ａの装着時に術具側接続部２５の投光素子Ｌに対向する位置において術具側接続部２５の内部に収容され、側面５Ｅに設けられた受光素子Ｐの波長光が透過可能なカバー部材（図示略）によって覆われている。これにより、受光素子Ｐは、外部からカバー部材を通して入射する光の光量を検出して、術具側処理部７ａの１ピンに出力することができるようになっている。
このため、受光素子Ｐは、投光素子Ｌによる光信号を検出する光検出部を構成している。
【００９６】
なお、投光素子Ｌが単色光や狭帯域光を投光する場合には、カバー部材は投光素子Ｌの波長光のみを透過する波長フィルタで構成することができる。この場合、投光素子Ｌの波長光以外の光が入射して誤検知することを防止できる。
また、投光素子Ｌからの波長光により、可視光に対し不透明なカバー部材を採用することができる場合には、認証通信の受信側の位置は隠蔽される。
【００９７】
このような構成の手術支援システム２１によれば、上記第１の実施形態の手術支援システム１において、認証通信の動作が異なるのみで手術支援システム１と略同様の動作を行うことができる。すなわち、図５のフローにおいて、ステップＳ１３およびステップＳ３に相当する具体的な動作のみが異なる。以下、上記第１の実施形態と異なる認証通信の動作を中心に説明する。説明を省略するステップは、上記第１の実施形態の部材を、本実施形態の対応する部材に読み替えればよい。
【００９８】
本実施形態のステップＳ１３では、アーム側処理部４ａは、術具２４０ａがスレーブアーム２００ａに接続されてから、上述のステップＳ２によって術具側処理部７ａの初期化が行われるのに十分な時間を経た後、認証通信ライン２４Ａを介して認証情報の送信を行う。
例えば、暗号化Ｃ１が採用された場合、認証情報として、ＩＤ１＝０００１を送信する。このため、アーム側処理部４ａは、Ｉ／Ｏポートの１ピンの出力を一定周期で、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨのように変化するパルス信号に設定する。
これにより、投光素子Ｌがこのパルス信号に基づいて一定周期で、消灯、消灯、消灯、点灯のような光信号を形成する。このパルス発光は、側面４Ｅのカバー部材から出射され、側面５Ｅのカバー部材を透過して、対向する位置に配置された受光素子Ｐに入射する。これにより、パルス状の光信号が、受光素子Ｐに伝達され、認証情報の送信が完了する。
以上で、ステップＳ１３が終了する。
【００９９】
本実施形態のステップＳ３では、上記第１の実施形態と同様、術具側処理部７ａは、アーム側処理部４ａからの認証通信待ちになる。すなわち、術具側処理部７ａは、認証通信ライン２５Ａが接続されたＩ／Ｏポートの１ピンを監視する。術具側処理部７ａは、アーム側処理部４ａから認証情報を受信した場合にステップＳ４に移行する。
ただし、術具側処理部７ａにおけるＩ／Ｏポートの１ピンへの出力は、投光素子Ｌの光信号の強弱を、受光素子Ｐが検出した結果により得られる点のみが異なる。
したがって、一定周期で、消灯、消灯、消灯、点灯のような光信号が受光素子Ｐに入射すると、受光素子Ｐの出力信号は、時系列でＬＯＷ、ＬＯＷ、ＬＯＷ、ＨＩＧＨとなる。術具側処理部７ａは、１ピンに発生したこのような時系列信号を二値化することで、認証情報として０００１が識別される。このため、データ通信方式として、暗号化Ｃ１が選択される。
【０１００】
このように本実施形態の手術支援システム２１によれば、上記第１の実施形態と略同様にして、術具２４０ａ〜２４０ｄに記憶される情報の保護機能を向上し、不正アクセスによるメモリの読み出しや書き換えを困難にすることができる。
特に、本実施形態では、認証通信ライン１４Ａ、１５Ａが非接触状態でも、通信路を形成することができるため、アーム側接続部４および術具側接続部５の構成を簡素化し、術具２４０ａ〜２４０ｄの着脱が容易となる。
また、受光素子Ｐの感度特性や術具側処理部７ａによる二値化閾値を非公開とすることで、認証通信を不正に模擬することが困難になる。
また、本実施形態では、カバー部材を可視光に対して不透明にできる場合には、投光素子Ｌ、受光素子Ｐをアーム側接続部２４、術具側接続部２５の内部に収容することでそれぞれの配置位置を隠蔽することができるため、保護機能をさらに向上することができる。
【０１０１】
［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態に係る手術支援システムについて説明する。
図９（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る手術支援システムの術具とアームと接続部分の構成を示すアーム側の模式的な側面図（図２のＡ視図）である。図９（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係る手術支援システムの術具とアームと接続部分の構成を示す術具側の模式的な側面図（図２のＢ視図）である。図１０は、本発明の第４の実施形態に係る手術支援システムの術具と本体部との接続関係を示すブロック図である。
【０１０２】
本実施形態の手術支援システム３１は、図２に示すように、上記第１の実施形態の手術支援システム１の各スレーブアーム２００ａ〜２００ｄおよび各術具２４０ａ〜２４０ｄのアーム側接続部４および術具側接続部５に代えて、アーム側接続部３４および術具側接続部３５を備える。
アーム側接続部３４は、図９（ａ）に示すように、上記第１の実施形態のアーム側接続部４の認証通信ライン４Ａに代えて認証通信駆動部３４Ａ（認証情報伝達部、可動部材）を備える。
また、術具側接続部３５は、図９（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態の術具側接続部５の認証通信ライン５Ａに代えて認証通信駆動部３５Ａ（認証情報識別部、運動検出部）を備える。
以下では、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１０３】
認証通信駆動部３４Ａは、認証動作時に、予め設定された運動パターンで運動を行うことにより認証情報を伝達する可動部材である。
本実施形態では、認証通信駆動部３４Ａは、図１０に示すように、例えばステッピングモータなどの駆動機構からなる駆動部３４ｃと、駆動部３４ｃによって回動される被駆動部３４ｂと、被駆動部３４ｂの先端側に設けられ、術具２４０ａの装着時に認証通信駆動部３５Ａと連結する連結ヘッド３４ａとを備える。
【０１０４】
認証通信駆動部３４Ａの配置は、連結ヘッド３４ａが側面４Ｅと同一面または突出された位置に配置され、被駆動部３４ｂおよび駆動部３４ｃがアーム側接続部３４の内部に配置されている。また、被駆動部３４ｂの回動軸は、側面４Ｅの法線に一致されている。
駆動部３４ｃは、アーム側処理部４ａに電気的に接続され、アーム側処理部４ａから出力される制御信号に基づいて、回動量が制御される。
【０１０５】
連結ヘッド３４ａの形状は、認証通信駆動部３５Ａの連結ヘッド３４ａと回動方向に係合するように連結できれば、特に限定されない。本実施形態では、一例として、アーム側接続駆動部４Ｄと同様に、連結ヘッド３４ａの中心部に、例えば矩形穴などの凹穴部が設けられている。
【０１０６】
本実施形態における認証通信駆動部３４Ａは、予め設定された運動パターンとして、連結ヘッド３４ａの回動量および回動方向の組合せを採用している。この運動パターンは、認証情報ＩＤ１〜ＩＤ１０に対応して異なる１０のパターンが予め設定され、運動パターンと認証情報との対応関係がテーブルとして記憶されている。
以下では、例えば、ＩＤ１＝０００１に対して、「右回転３０°」、「左回転２０°」、「右回転１０°」の回動動作をこの順で行う運動パターンが対応されているものとする。また、回転方向は、例えば、連結ヘッド３４ａをアーム側接続部３４の外部から見たときに時計回りを右回転、反時計回りを左回転などとして予め設定しておく。
【０１０７】
認証通信駆動部３５Ａは、スレーブアーム２００ａへの装着時に、認証通信駆動部３４Ａの運動パターンを検出する運動検出部を構成するものである。
本実施形態では、認証通信駆動部３５Ａは、図１０に示すように、装着時に認証通信駆動部３５Ａと連結する連結ヘッド３５ａと、連結ヘッド３５ａの回転変位を伝達する被駆動部３５ｂと、例えばエンコーダやポテンショメータなどからなり、被駆動部３５ｂの回動量および回転方向を検出する変位検出器３５ｃとを備える。
【０１０８】
連結ヘッド３５ａの形状は、認証通信駆動部３４Ａの連結ヘッド３４ａと回動方向に係合するように連結できれば、特に限定されない。本実施形態における連結ヘッド３５ａは、一例として、術具側接続駆動部５Ｄと同様に、中心部から、例えば矩形状の突起部が設けられている。
【０１０９】
認証通信駆動部３５Ａの配置は、装着時に術具側接続部３５の連結ヘッド３４ａと対向する位置に連結ヘッド３５ａの突起部が外方に突出して配置され、被駆動部３５ｂおよび変位検出器３５ｃが術具側接続部３５の内部に配置されている。また、被駆動部３５ｂの回動軸は、側面５Ｅの法線に一致されている。
変位検出器３５ｃは、術具側処理部７ａに電気的に接続され、図１０に示すＩ／ＯポートのうちＡピン、Ｂピンに、検出される回動量および回転方向を順次術具側処理部７ａに出力できるようになっている。
【０１１０】
このような構成の手術支援システム３１によれば、上記第１の実施形態の手術支援システム１において、認証通信の動作が異なるのみで手術支援システム１と略同様の動作を行うことができる。すなわち、図５のフローにおいて、ステップＳ１３およびステップＳ３に相当する具体的な動作のみが異なる。以下、上記第１の実施形態と異なる認証通信の動作を中心に説明する。説明を省略するステップは、上記第１の実施形態の部材を、本実施形態の対応する部材に読み替えればよい。
【０１１１】
本実施形態のステップＳ１３では、アーム側処理部４ａは、術具２４０ａがスレーブアーム２００ａに接続されてから、上述のステップＳ２によって術具側処理部７ａの初期化が行われるのに十分な時間を経た後、認証通信駆動部３４Ａを介して認証情報の送信を行う。
例えば、暗号化Ｃ１が採用された場合、認証情報として、ＩＤ１＝０００１を送信する。このため、アーム側処理部４ａは、認証通信駆動部３４Ａの駆動部３４ｃに制御信号を送出して、被駆動部３４ｂおよび連結ヘッド３４ａが、「右回転３０°」、「左回転２０°」、「右回転１０°」の動作を順次行うようにする。
これにより、連結ヘッド３４ａに連結した連結ヘッド３５ａがこれらの動作に倣って回動される。これにより、認証通信駆動部３４Ａの運動パターンが認証通信駆動部３５Ａに伝達され、認証情報の送信が完了する。
以上で、ステップＳ１３が終了する。
【０１１２】
本実施形態のステップＳ３では、上記第１の実施形態と同様、術具側処理部７ａは、アーム側処理部４ａからの認証通信待ちになる。すなわち、術具側処理部７ａは、認証通信駆動部３５Ａが接続されたＩ／ＯポートのＡピン、Ｂピンを監視する。
本実施形態では、連結ヘッド３５ａおよび被駆動部３５ｂの回動量および回転方向が、変位検出器３５ｃによって検出され、検出信号が術具側処理部７ａのＡピン、Ｂピンに出力される。
術具側処理部７ａは、アーム側処理部４ａから認証情報を受信した場合にステップＳ４に移行する。
【０１１３】
本実施形態のステップＳ４では、術具側処理部７ａによって、受信される認証情報は異なるが、制御用メモリ８ａに記憶されたテーブルを参照することで、上記第１の実施形態と同様に識別情報が０００１であることを識別できる。
【０１１４】
このように本実施形態の手術支援システム３１によれば、上記第１の実施形態と略同様にして、術具２４０ａ〜２４０ｄに記憶される情報の保護機能を向上し、不正アクセスによるメモリの読み出しや書き換えを困難にすることができる。
特に本実施形態では、認証情報が予め設定された運動パターンによって伝達されるため、認証済み認証情報を推測することがきわめて困難になる。
【０１１５】
［第５の実施形態］
次に、第５の実施形態に係る手術支援システムについて説明する。
図１１（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る手術支援システムの術具とアームと接続部分の構成を示すアーム側の模式的な側面図（図２のＡ視図）である。図１１（ｂ）は、本発明の第５の実施形態に係る手術支援システムの術具とアームと接続部分の構成を示す術具側の模式的な側面図（図２のＢ視図）である。図１１（ｃ）は、本発明の第５の実施形態に係る手術支援システムの術具とアームと接続時の模式的な部分断面図である。図１２は、本発明の第５の実施形態に係る手術支援システムの術具と本体部との接続関係を示すブロック図である。
【０１１６】
本実施形態の手術支援システム４１は、図２に示すように、上記第１の実施形態の手術支援システム１の各スレーブアーム２００ａ〜２００ｄおよび各術具２４０ａ〜２４０ｄのアーム側接続部４および術具側接続部５に代えて、アーム側接続部４４および術具側接続部４５を備える。
アーム側接続部４４は、図１１（ａ）に示すように、上記第１の実施形態のアーム側接続部４の認証通信ライン４Ａに代えて押圧部材４４Ａ（認証情報伝達部）を備える。
また、術具側接続部４５は、図１１（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態の術具側接続部５の認証通信ライン５Ａに代えて圧力検出部４５Ａ（認証情報識別部）を備える。
以下では、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１１７】
押圧部材４４Ａは、認証動作時に、圧力検出部４５Ａに圧力を加えることにより認証情報を伝達するものである。
本実施形態では、押圧部材４４Ａは、図１１（ａ）に示すように、側面４Ｅから矩形状に突出された台座部４４ａと、台座部４４ａ上に立設された複数の押圧ピンＰｒとを備える。押圧ピンＰｒの配置パターンは、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄにそれぞれ固有の認証情報に対応して予め設定されている。このように、本実施形態は、認証情報を機械的な形状によって伝達する場合の例になっている。
配置パターンは、例えば、図１１（ａ）に示すように３行×５列の格子状の配置可能位置に形成される。押圧ピンＰｒが立っていることを符号１で、立っていないことを符号０で表すとき、図示された配置パターンは、１行目が１１１１１、２行目が１０１１１、３行目が０１１０１で表される。この配置パターンは、例えば、スレーブアーム２００ａの識別情報を表している。
【０１１８】
なお、図示の押圧ピンＰｒの形状は、四角柱状の例を示しているが、三角柱状、円柱状であってもよく、文字の形状や、適宜の図形等でもよい、また、押圧ピンＰｒの数は特に限定されない。また、押圧ピンＰｒの配置も格子状には限定されず、適宜の規則的な配置または規則性を有しない配置を採用することができる。
【０１１９】
圧力検出部４５Ａは、側面５Ｅ上において、スレーブアーム２００ａへの装着時に押圧部材４４Ａに対向する位置に設けられ、台座部４４ａを外嵌する矩形状の凹穴部４５ａと、押圧ピンＰｒの挿入をガイドするため押圧部材４４Ａの格子状の配置可能位置に対応して凹穴部４５ａの穴底面に３行×５列の１５箇所に形成されたピン穴部４５ｂと、各ピン穴部の穴底に配置された圧力センサＳｐとを備える。
【０１２０】
圧力センサＳｐは、例えば、感圧導電性エラストマーを用いた圧力センサを好適に採用することができる。具体的には、イナストマー（登録商標）（イナバゴム（株）製）等の圧力センサの例を挙げることができる。また、圧力センサＳｐは、圧力によって動作するセンサ、スイッチであればよく、例えば接点式のスイッチを採用してもよい。
【０１２１】
本実施形態では、各圧力センサＳｐは、図１２に示すように、術具側処理部７ａのＩ／Ｏポートの１ピン〜１５ピンと電源ポート（図１２の＋Ｖピン）とにそれぞれ接続されており、一定値以上の圧力を受けると、１ピン〜１５ピンにそれぞれＨＩＧＨの電圧を出力し、圧力が一定値未満の場合には、ＬＯＷの電圧を出力するようになっている。
【０１２２】
図１１（ｃ）に、術具２４０ａの装着時の押圧部材４４Ａと圧力検出部４５Ａとの接続部の様子を４列目の断面の例で示す。
４列目の押圧部材４４Ａは、１行目に押圧ピンＰｒ１、２行目に押圧ピンＰｒ２が立てられているのみで、３行目には押圧ピンＰｒが立てられていない。
また、４列目の圧力検出部４５Ａは、各行対応してピン穴部４５ｂと圧力センサＳｐ１、Ｓｐ２、Ｓｐ３とが設けられている。
このため、術具２４０ａの装着時には、押圧ピンＰｒ１、Ｐｒ２が、それぞれピン穴部４５ｂに挿入され、押圧ピンＰｒ１、Ｐｒ２の先端が圧力センサＳｐ１、Ｓｐ２を押圧し、圧力センサＳｐ１、Ｓｐ２に出力信号が発生する。
【０１２３】
このような構成の手術支援システム４１によれば、上記第１の実施形態の手術支援システム１において、認証通信の動作が異なるのみで手術支援システム１と略同様の動作を行うことができる。すなわち、図５のフローにおいて、ステップＳ１２、Ｓ１３およびＳ３に相当する具体的な動作のみが異なる。以下、上記第１の実施形態と異なる認証通信の動作を中心に説明する。説明を省略するステップは、上記第１の実施形態の部材を、本実施形態の対応する部材に読み替えればよい。
【０１２４】
本実施形態のステップＳ１２では、アーム側処理部４ａはデータ通信方式を選択する。
ただし、本実施形態では、スレーブアーム２００ａの認証情報は１つしか設定されないため、データ通信方式も、例えば暗号化Ｃ１だけが設定されるため、暗号化Ｃ１が選択さる。
以上で、ステップＳ１２が終了する。
【０１２５】
次に、本実施形態のステップＳ１３では、アーム側処理部４ａは、術具２４０ａがスレーブアーム２００ａに接続されると、押圧部材４４Ａの台座部４４ａが、圧力検出部４５Ａの凹穴部４５ａに挿入され、さらに押圧部材４４Ａの各押圧ピンＰｒが圧力検出部４５Ａの各ピン穴部４５ｂに挿入される。これにより押圧ピンＰｒの先端が圧力センサＳｐを押圧する。
このとき、もし台座部４４ａと凹穴部４５ａとの位置や形状、押圧ピンＰｒとピン穴部４５ｂとの位置や形状が合わない場合には、接続を行うことができないため、これら押圧部材４４Ａの位置や形状も認証済み認証情報の一部を伝達する機能を備えている。
圧力センサＳｐは、押圧ピンＰｒが押圧している箇所に出力が発生する。Ｉ／Ｏポートの１ピン〜５ピン、５ピン〜１０ピン、１０ピン〜１５ピンがそれぞれ１行目、２行目、３行目の圧力センサＳｐに対応する場合、図１１（ａ）の認証情報の例では、出力信号として、「１１１１１１０１１１０１１０１」が得られる。ここで、１はＨＩＧＨの電圧値を、０はＬＯＷの電圧値を示す。
各圧力センサＳｐは、これらの出力信号を術具側処理部７ａにただちに送信する。これにより、押圧部材４４Ａによる認証情報が圧力検出部４５Ａに伝達され、認証情報の送信が完了する。
以上で、ステップＳ１３が終了する。
【０１２６】
本実施形態のステップＳ３では、上記第１の実施形態と同様、術具側処理部７ａは、アーム側処理部４ａからの認証通信待ちになる。すなわち、術具側処理部７ａは、認証通信駆動部３５Ａが接続されたＩ／Ｏポートの１ピン〜１５ピンを監視する。
ただし、本実施形態では、術具２４０ａの装着と略同時に１ピン〜１５ピンに対して出力が行われる。一方、術具側処理部７ａは、術具２４０ａがスレーブアーム２００ａに接続されてから、上述のステップＳ２によって術具側処理部７ａの初期化が行われる間は、Ｉ／Ｏポートの出力を無視する。このため、術具側処理部７ａは、初期化が終了した後に、アーム側処理部４ａから認証情報を受信する。認証情報を受信した場合にはステップＳ４に移行する。
【０１２７】
本実施形態のステップＳ４では、術具側処理部７ａによって、例えば、認証情報１１１１１１０１１１０１１０１が受信されるため、制御用メモリ８ａに記憶されたテーブルを参照して、対応する暗号化Ｃ１を選択する。
【０１２８】
このように本実施形態の手術支援システム４１によれば、上記第１の実施形態と略同様にして、術具２４０ａ〜２４０ｄに記憶される情報の保護機能を向上し、不正アクセスによるメモリの読み出しや書き換えを困難にすることができる。
本実施形態では、機械的形状により認証通信を行っている。このため、不正に術具２４０ａ〜２４０ｄに記憶された情報にアクセスしようとすれば、認証済みと分かっている部品形状を入手しない限り、押圧部材４４Ａの機械的形状を試行錯誤的に製作しなければならない。この結果、多大の時間やコストがかかるため、認証通信へのアクセスが困難になる。
【０１２９】
［第１変形例］
次に、本実施形態の変形例（第１変形例）について説明する。
図１３（ａ）は、本発明の第５の実施形態の変形例（第１変形例）に係る手術支援システムの術具とアームと接続部分の構成を示す術具側の模式的な側面図（図２のＢ視図）である。図１３（ｂ）は、本発明の第５の実施形態の変形例（第１変形例）に係る手術支援システムの術具とアームと接続時の模式的な部分断面図である。
【０１３０】
本変形例の手術支援システム４２は、図２に示すように、上記第５の実施形態の手術支援システム４１の各術具２４０ａ〜２４０ｄの術具側接続部５に代えて、術具側接続部４６を備える。
術具側接続部４６は、上記第５の実施形態の術具側接続部４５の圧力検出部４５Ａに代えて圧力検出部４６Ａ（認証情報識別部）を備える。
以下では、上記第５の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１３１】
本変形例の圧力検出部４６Ａは、図１３（ｂ）に示すように、上記第５の実施形態の圧力検出部４５Ａの各ピン穴部４５ｂを削除し、各圧力センサＳｐの配置位置が外部からは分からないように術具側接続部４６に埋め込んだものである。このため、凹穴部４５ａの穴底には、圧力センサＳｐを薄く覆う穴底面４６ｃが形成されている。穴底面４６ｃが圧力センサＳｐを覆う厚さは、各押圧ピンＰｒの圧力が装着時に対向する圧力センサＳｐに圧力を伝達できる程度の厚さとする。
また、圧力センサＳｐを埋め込む構成としては、例えば、術具側接続部４６と圧力センサＳｐとを一体成形する構成を挙げることができる。また、術具側接続部４６の内部に圧力センサＳｐを内部側から穴底面４６ｃ側に向かって挿入する凹穴を設け、この凹穴に圧力センサＳｐを取り付ける構成を挙げることができる。また、凹穴部４５ａの穴底に外部から圧力センサＳｐを埋め込んだ後、穴底面４６ｃを形成するカバー部材、例えば、着色されたプラスチックやエラストマーなどからシート部材を貼り付けて圧力センサＳｐを覆う構成を挙げることができる。
【０１３２】
本変形例では、押圧ピンＰｒが挿入されるピン穴部４５ｂが削除されたため、押圧部材４４Ａの形状に基づく認証情報の一部の機能は、台座部４４ａと凹穴部４５ａとの位置や形状が担っているが、押圧ピンＰｒの先端による認証情報の伝達は、上記第５の実施形態と同様に行われる。
さらに、本変形例によれば、各圧力センサＳｐが術具側接続部４６に埋め込まれることによって、外部から術具２４０ａの圧力センサＳｐの位置を特定することが困難になる。このため、認証通信の受信側の位置が隠蔽される。
【０１３３】
［第６の実施形態］
次に、第６の実施形態に係る手術支援システムについて説明する。
図１４は、本発明の第６の実施形態に係る手術支援システムの術具とアームとを示す模式的な構成図である。図１５（ａ）、（ｂ）は、図１４におけるＤ視図およびＥ視図である。図１６は、図１４におけるＣ視図である。図１７は、本発明の第６の実施形態に係る手術支援システムの術具と本体部との接続関係を示すブロック図である。
【０１３４】
本実施形態の手術支援システム５１は、図１４に示すように、上記第１の実施形態の手術支援システム１に、中間部材９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを追加し、各術具２４０ａ〜２４０ｄの術具側接続部５に代えて、術具側接続部５５を備えるものである。
術具側接続部５５は、図１５に示すように、上記第１の実施形態の術具側接続部５に、中間部材認証通信ライン５５Ｆを追加したものである。
以下では、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１３５】
中間部材９ａ〜９ｄは、不潔野であるスレーブアーム２００ａ〜２００ｄと清潔野である術具２４０ａ〜２４０ｄとを分離するために使われる部材であり、各スレーブアーム２００ａ〜２００ｄと、各術具２４０ａ〜２４０ｄとの間に挟んだ状態で、それぞれの間を電気的、機械的に接続できるようになっている。中間部材９ａ〜９ｄは、図１における動力伝達アダプタ２２０ａ〜２２０ｄに相当し、動力伝達の機能を有している。
以下、第１の実施形態と同様に、中間部材９ａを用いてスレーブアーム２００ａと術具２４０ａとを接続する場合の例で説明する。
【０１３６】
中間部材９ａの形状は、図１４、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、スレーブアーム２００ａの側面４Ｅと術具２４０ａの側面５Ｅとで挟まれる全体として直方体状の外形を有している。
中間部材９ａの内部には、認証通信ライン４Ａと認証通信ライン５Ａとを接続する認証通信ライン９Ａ（認証中継部）と、データ通信ライン４Ｂとデータ通信ライン５Ｂとを接続するデータ通信ライン９Ｂと、電源ライン４Ｃと電源ライン５Ｃとを接続する電源ライン９Ｃとが設けられている。
認証通信ライン９Ａは、装着時に側面４Ｅと対向する側面９Ｅ１において認証通信ライン４Ａと対向する位置に５端子のコネクタ部が設けられている。また、装着時に側面５Ｅと対向する側面９Ｅ２において認証通信ライン５Ａと対向する位置に５端子のコネクタ部が設けられている。
認証通信ライン９Ａは、アームに設けられた認証情報伝達部から伝達される認証情報を術具に設けられた認証識別部に中継する認証中継部を構成している。
同様に、データ通信ライン９Ｂは、側面９Ｅ１においてデータ通信ライン４Ｂと対向する位置に２端子のコネクタ部が設けられている。また、側面９Ｅ２においてデータ通信ライン５Ｂと対向する位置に２端子のコネクタ部が設けられている。
同様に、電源ライン９Ｃは、側面９Ｅ１において電源ライン４Ｃと対向する位置に２端子のコネクタ部が設けられている。また、側面９Ｅ２において電源ライン５Ｃと対向する位置に２端子のコネクタ部が設けられている。
【０１３７】
また、中間部材９ａの内部には、各アーム側接続駆動部４Ｄと各術具側接続駆動部５Ｄとを接続して各アーム側接続駆動部４Ｄからの駆動力を各術具側接続駆動部５Ｄにそれぞれ伝達する駆動中継部９Ｄを備えている。
本実施形態では、各駆動中継部９Ｄは、側面９Ｅ１においてアーム側接続駆動部４Ｄに対向する位置に術具側接続駆動部５Ｄと同様の構成を有する連結部９Ｄ１が設けられ、側面９Ｅ２において術具側接続駆動部５Ｄに対向する位置にアーム側接続駆動部４Ｄと同様の構成を有する連結部９Ｄ２が設けられている。
連結部９Ｄ１、９Ｄ２の間には、連結部９Ｄ１に伝達される駆動力を伝達する伝達部材９Ｄ３が設けられている。例えば、アーム側接続駆動部４Ｄが回転駆動力を伝達する場合、伝達部材９Ｄ３は回転可能に支持された回転軸などから構成される。
【０１３８】
また、中間部材９ａの側面９Ｅ２には、図１４、図１５（ｂ）に示すように、中間部材認証通信ライン９Ｆ（中間部材認証情報伝達部）のコネクタ部が認証通信ライン９Ａのコネクタ部に並列して配置されている。
中間部材認証通信ライン９Ｆは、術具２４０ａによって識別を受けるための認証情報を伝達する認証情報伝達部を構成するものである。中間部材認証通信ライン９Ｆの構成は、本実施形態では、認証通信ライン４Ａと同様の構成とされる。このため、４本の信号線およびグランド線からなり、中間部材認証通信ライン９Ｆの端部は、５端子のコネクタ部として側面９Ｅ２から突出されている。
【０１３９】
中間部材認証通信ライン９Ｆの他方の端部は、図１４、１７に示すように、アーム側処理部４ａと同様にして中間部材に予め設定された認証済み認証情報を術具２４０ａに送信する中間部材処理部１０ａに接続されている。
中間部材処理部１０ａは、アーム側処理部４ａと同様のプロセッサから構成され、例えば、ＣＰＵ、メモリ、および入出力インタフェースを備えている。また、中間部材９ｂ〜９ｄには、中間部材処理部１０ａと同様の構成を有する中間部材処理部１０ｂ〜１０ｄがそれぞれが備えられている。
中間部材処理部１０ａのＩ／Ｏポートのうち１ピン〜４ピンの端子部には、中間部材処理部１０ａの制御により、例えば、０Ｖ（ＬＯＷ）と、５Ｖ（ＨＩＧＨ）の二値電圧値が出力可能とされており、中間部材認証通信ライン９Ｆには、１ピンから４ピンの４ビットの情報により、認証情報を伝達できるようになっている。
このように、中間部材認証通信ライン９Ｆは、認証情報として電圧値を伝達する中間部材側電極を構成している。
【０１４０】
術具側接続部５５の中間部材認証通信ライン５５Ｆは、中間部材９ａの装着時に中間部材認証通信ライン９Ｆのコネクタ部と連結して、中間部材認証通信ライン９Ｆの出力を術具側処理部７ａに伝達するものである。
中間部材認証通信ライン５５Ｆは、図１７に示すように、術具側処理部７ａのＩ／Ｏポートのうち、中間部材処理部１０からの出力信号を検出するＩ／Ｏポート（図１７の５ピン〜８ピンおよびＧＮＤピン）と接続された４本の信号線およびグランド線からなる。このため中間部材認証通信ライン５５Ｆの端部は、中間部材認証通信ライン９Ｆのコネクタ部と着脱可能に接続する５端子のコネクタ部として術具側接続部５の側面５Ｅから突出されている。
５ピン〜８ピンの端子部は、中間部材認証通信ライン９Ｆから出力されたＬＯＷまたはＨＩＧＨの二値電圧値を検出する術具側接続部５内の信号検出回路に接続されている。このため、術具側処理部７ａは、中間部材認証通信ライン９Ｆから出力される４ビットの情報としての認証情報を検出できるようになっている。
【０１４１】
このような構成の手術支援システム５１によれば、上記第１の実施形態の手術支援システム１において、中間部材９ａと術具２４０ａとの認証通信の動作が加わるのみで手術支援システム１と略同様の動作を行うことができる。
以下、手術支援システム５１の動作について、図５のフローを参照して、上記第１の実施形態と異なる点を中心に簡単に説明する。
【０１４２】
本実施形態のステップＳ０は、手術支援システム１のスレーブアーム２００ａに、中間部材９ａを挟んで術具２４０ａを装着する点が異なる。装着の方法は、術具２４０ａに中間部材９ａを装着した後に、中間部材９ａをスレーブアーム２００ａに装着してもよいし、中間部材９ａをスレーブアーム２００ａに装着した後に、術具２４０ａを中間部材９ａに装着してもよい。
スレーブアーム２００ａ、中間部材９ａ、および術具２４０ａが接続されると、認証通信ライン４Ａ、中間部材認証通信ライン９Ｆ、および認証通信ライン５Ａによって認証通信の通信路が形成され、データ通信ライン４Ｂ、９Ｂ、５Ｂによってデータ通信の通信路が形成される。
また、駆動中継部９Ｄによって、アーム側接続駆動部４Ｄから術具側接続駆動部５Ｄへの駆動力が中継される。
また、電源ライン４Ｃ、９Ｃ、５Ｃが接続して、術具側処理部７ａおよび制御用メモリ８ａに電源４００Ａからの電圧が供給される。
このようなステップＳ０により、術具側処理部７ａでは、ステップＳ１が開始され、アーム側処理部４ａでは、ステップＳ１１が開始される。
【０１４３】
本実施形態のステップＳ１１は、上記第１の実施形態と同様のステップである。
本実施形態のステップＳ１２、Ｓ１３では、上記第１の実施形態のステップＳ１２、１３における、アーム側処理部４ａが術具側処理部７ａに対して認証通信を行う動作に加えて、中間部材処理部１０ａが術具側処理部７ａに対して認証通信を行う。
この認証通信は、特にフローチャートを示さないが、上記第１の実施形態においてアーム側処理部４ａが術具側処理部７ａに対して行うのと同様にして行う。
その際、中間部材処理部１０が術具側処理部７ａに送信するのは、中間部材処理部１０に対して予め設定された中間部材認証情報ＩＤｍ１〜ＩＤｍ１４である。これらは、認証情報ＩＤ１〜ＩＤ１４と同じであってもよいし、これらと異なっていてもよい。
以下では、例えば、暗号化Ｃ３に対応する認証情報ＩＤ１と中間部材認証情報ＩＤｍ２を送信するとして説明する。
【０１４４】
本実施形態のステップＳ３では、術具側処理部７ａは、上記第１の実施形態の動作に加えて、中間部材処理部１０ａからの認証通信待ちになり、中間部材処理部１０ａから認証情報を受信した場合に本実施形態のステップＳ４に移行する。
【０１４５】
本実施形態のステップＳ４では、術具側処理部７ａは、上記第１の実施形態と同様の認証情報ＩＤ１の受信の動作に加えて、中間部材処理部１０ａから受信した中間部材認証情報ＩＤｍ２に対応する暗号化Ｃ３を選択する。アーム側処理部４ａが術具側処理部７ａとデータ通信を行う場合には、暗号化Ｃ３を使用してステップＳ５〜ステップＳ９の動作を行う。
ステップＳ４において、認証情報ＩＤ１および中間部材認証情報ＩＤｍ２の少なくともいずれかが、術具側処理部７ａの制御用メモリ８ａに記憶されたテーブルになかった場合、すなわち、認証情報ＩＤ１および中間部材認証情報ＩＤｍ２の少なくともいずれかが認証済み認証情報でないと判定された場合、術具側処理部７ａは、アーム側処理部４ａとのデータ通信を終了する制御を行う。
【０１４６】
このように、本実施形態の手術支援システム５１によれば、上記第１の実施形態と略同様にして、術具２４０ａ〜２４０ｄに記憶される情報の保護機能を向上し、不正アクセスによるメモリの読み出しや書き換えを困難にすることができる。
また、中間部材９ａ〜９ｄを介して術具２４０ａ〜２４０ｄをスレーブアーム２００ａ〜２００ｄに接続できるため、不潔野と清潔野とを分離した着脱を行うことができる。
その際、中間部材９ａと術具側処理部７ａとの間でも認証通信を行い、中間部材９ａの認証済み認証情報が受信されない場合には、術具側処理部７ａとアーム側処理部４ａとのデータ通信を終了する。つまり認証情報と中間部材認証情報の２つが同時にそろわないと通信できないことになり、二重の認証通信が行われるため、術具２４０ａ〜２４０ｄの各制御用メモリ８ａへの不正なアクセスがさらに困難になる。
【０１４７】
［第２変形例］
次に、本実施形態の変形例（第２変形例）について説明する。
図１８は、本発明の第６の実施形態の変形例（第２変形例）に係る手術支援システムの術具と本体部との接続関係を示すブロック図である。
【０１４８】
本変形例の手術支援システム６１（図１参照）は、上記第６の実施形態の手術支援システム５１において、中間部材９ａ〜９ｄに代えて、図１８に示す中間部材１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを備えるものである。
中間部材１９ａ〜９ｄは、上記第６の実施形態の中間部材処理部１０を削除して、データ変換ライン９Ｇを追加したものである。
以下、上記第６の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１４９】
データ変換ライン９Ｇは、認証通信ライン９Ａの信号線の出力ピンの変更および削除の少なくともいずれかを行って、認証通信ライン４Ａから出力される認証情報のデータ変換を行うものである。
このデータ変換は、適宜のハードウェアを用いて行うことができるが、本変形例では、信号線の分岐によって実現している。すなわち、術具側処理部７ａの１ピンに出力する信号を術具側処理部７ａの５ピンに出力し、同じく２ピンに出力する信号を８ピンに出力し、同じく３ピンに出力する信号を削除し、同じく４ピンに出力する信号を２ピンに出力し、グランド線を共通とした接続を行っている。これにより、例えば、認証情報０００１は、認証情報０１００に変換される。
術具側処理部７ａの制御用メモリ８ａに記憶されたテーブルには、このような変換規則に基づいて、５ピン〜８ピンに送出される認証情報のテーブルが記憶されている。
【０１５０】
本変形例の手術支援システム６１によれば、中間部材１９ａ〜１９ｄに中間部材処理部１０ａ〜１０ｄのようなプロセッサを設けることなく、認証に必要な２つの異なる認証情報を生成することができる。このため、認証情報の二重化による情報の保護機能の向上を簡素な構成で実現することができる。
【０１５１】
［第３変形例］
次に、本実施形態の変形例（第３変形例）について説明する。
図１９は、本発明の第６の実施形態の変形例（第３変形例）に係る手術支援システムの術具と本体部との接続関係を示すブロック図である。
【０１５２】
本変形例の手術支援システム７１（図１参照）は、上記第６の実施形態の手術支援システム５１において、アーム側接続部４、中間部材９ａ〜９ｄ、および術具側接続部５５に代えて、図１９に示すように、それぞれアーム側接続部６４、中間部材２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、および術具側接続部６５を備えるものである。
以下、上記第６の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１５３】
アーム側接続部６４は、上記第６の実施形態のアーム側接続部４において、認証通信ライン４Ａに代えて、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄに対応してそれぞれの認証情報が記憶されたアーム側ＲＦＩＤタグ６４Ａ（無線タグ）を備える。
アーム側ＲＦＩＤタグ６４Ａは、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムに用いられる適宜の無線タグを採用することができる。例えば、外部と無線通信を行うためのアンテナ部と、アンテナ部を介して無線通信により情報の送受信を行うとともに記憶領域に対して情報の読み書き制御を行うＩＣ部とを備えるパッシブタイプのＩＣタグを採用している。
【０１５４】
中間部材２９ａ〜２９ｄは、上記第６の実施形態の中間部材処理部１０ａ〜１０ｄおよび認証通信ライン９Ａに代えて、中間部材２９の認証情報が記憶された中間部材側ＲＦＩＤタグ２９Ａを備える。
中間部材側ＲＦＩＤタグ２９Ａの構成は、アーム側ＲＦＩＤタグ６４Ａと同様の構成を採用することができる。
【０１５５】
術具側接続部６５は、上記第６の実施形態の術具側接続部５５の認証通信ライン５Ａおよび中間部材認証通信ライン５５Ｆに代えて、ＲＦＩＤ受信回路６５Ａ（無線通信部）を備える。
ＲＦＩＤ受信回路６５Ａは、アンテナと処理回路とから構成され、術具側処理部７ａと電気的に接続されている。
また、ＲＦＩＤ受信回路６５Ａは。装着状態にあるアーム側接続部６４のアーム側ＲＦＩＤタグ６４Ａ、および中間部材２９の中間部材側ＲＦＩＤタグ２９Ａとの間で無線通信を行って、アーム側ＲＦＩＤタグ６４Ａおよび中間部材側ＲＦＩＤタグ２９Ａに記憶されたそれぞれの認証情報を受信し、術具側処理部７ａに送出できるようになっている。
このため、ＲＦＩＤ受信回路６５Ａと、アーム側ＲＦＩＤタグ６４Ａおよび中間部材側ＲＦＩＤタグ２９Ａとの間には、認証通信を行う通信路が形成されている。またＲＦＩＤ受信回路６５Ａは、無線タグから送信される前記認証情報を受信する無線通信部を構成している。
【０１５６】
このような構成により、本変形例の手術支援システム７１は、スレーブアーム２００ａに中間部材２９を介して、術具２４０ａを装着すると、ＲＦＩＤ受信回路６５Ａが、アーム側ＲＦＩＤタグ６４Ａおよび中間部材側ＲＦＩＤタグ２９Ａとそれぞれ独立に無線通信が行われ、それぞれの認証情報がＲＦＩＤ受信回路６５Ａによって受信される。受信された各認証情報は、術具側処理部７ａによって、制御用メモリ８ａに記憶されたテーブルが参照され、上記第６の実施形態と同様にして、認証が行われた後、データ通信ライン４Ｂ、９Ｂ、５Ｂを介したデータ通信が開始される。
【０１５７】
本変形例の手術支援システム７１によれば、中間部材２９ａ〜２９ｄに中間部材処理部１０ａ〜１０ｄのようなプロセッサを設けることなく、認証通信のための有線通信路を設ける必要がないため、認証情報の二重化による情報の保護機能の向上を簡素な構成で実現することができる。
【０１５８】
なお、上記の説明では、制御用メモリ８ａが書き換え可能な記憶媒体で構成された場合の例で説明したが、読み出しのみが可能な記憶媒体で構成されていてもよい。
【０１５９】
また、上記の説明では、認証通信を電気的な手段で行う場合に、認証情報を２値信号で表す場合の例で説明したが、認証情報を表す信号は出力をアナログ的に変化させた信号としてもよい。
例えば、上記第１の実施形態において、アーム側処理部４ａにおいて認証通信ライン４Ａが接続するＩ／ＯポートをＤ／Ａコンバータを介した出力ポートとし、術具側処理部７ａの認証通信ライン５Ａが接続されるＩ／ＯポートをＡ／Ｄコンバータへの入力ポートとすることで、認証通信ライン４Ａ、５Ａの各信号線に、例えば、０Ｖ、＋１Ｖ、＋３．５Ｖ、＋５Ｖなどのアナログ的に設定できる信号が入出力される構成としてもよい。この場合、信号線の数を増大させることなく複雑な認証情報を使用することができる。
【０１６０】
また、上記の説明では、いずれも、認証通信をアーム側処理部４ａから開始する場合の例で説明したが、術具側処理部７ａから開始してもよい。
【０１６１】
また、上記の説明では、認証通信はデータ通信の開始前に１回行う例で説明したが、データ通信を行う前に必ず認証通信を行うようにしてもよい。
【０１６２】
また、上記の説明では、アーム側接続駆動部４Ｄは、回転駆動力を伝達する場合の例で説明したが、アーム側接続駆動部４Ｄは、棒部材やワイヤー部材を進退させて駆動力を伝達したり、傾動機構やリンク機構によって駆動力を伝達したりするものであってもよい。
【０１６３】
また、上記第２の実施形態の説明では、複数の認証情報を伝達するため、磁化部材として、電磁石を用いた場合の例で説明したが、磁化部材は磁気情報が伝達できれば、電磁石に限定されない。例えば、上記第５の実施形態のように、認証情報伝達部が１つの認証情報を伝達する場合には、永久磁石を用いた構成や磁気媒体に磁気情報パターンを着磁した構成を好適に採用することができる。
また、上記第２の実施形態の説明では、認証通信の方式である磁気をＨＩＧＨとＬＯＷの２値の値として扱っているが、電磁石をアナログ値で設定して、磁気の検出をアナログ値で検出する方式としても良い。
【０１６４】
また、上記第３の実施形態の説明では、認証情報をパルス信号による光のオンオフで通信する場合の例で説明したが、投光素子Ｌの強度変調を行って、受光素子Ｐでは光強度の変化を受信し、アナログ信号による通信を行うようにしてもよい。
また、投光素子Ｌと受光素子Ｐが一組であるとして説明したが、複数の投光素子Ｌと複数の受光素子Ｐとを組み合わせて複数の複数の通信ラインを形成してもよい。
【０１６５】
また、上記の第４の実施形態の説明では、１組の認証通信駆動部３４Ａ、３５Ａを用いて認証通信を行う場合の例で説明したが、認証通信駆動部の数は２以上でもよい。
また、認証動作時には、アーム側接続駆動部４Ｄ、術具側接続駆動部５Ｄは動作しないため、アーム側接続駆動部４Ｄ、術具側接続駆動部５Ｄを、認証通信駆動部３４Ａ、３５Ａに加えて用いた構成、または認証通信駆動部３４Ａ、３５Ａの代わりに用いた構成としてもよい。
【０１６６】
また、上記の第４の実施形態の説明では、運動パターンとして回転量および回転方向を用いた場合の例で説明したが、運動パターンは、認証通信駆動部３４Ａが運動可能なパターンであれば、回転運動には限定されない。例えば、直線運動や傾斜運動でもよい。
また、運動パターンは変位のパターンにも限定されない。例えば、速度や加速度の変化による運動パターンを用いてもよい。
【０１６７】
また、上記の第６の実施形態では認証通信を第１の実施形態で説明した電圧を用いる方式で説明したが、第２の実施形態〜第５の実施形態で説明した他の認証通信の方式を用いても良い。また、アーム側認証通信と中間部材認証通信を異なる方式の認証通信としても良い。
【０１６８】
また、上記第６の実施形態の説明では、中間部材９ａ〜９ｄに動力伝達の機能を有した場合の例で説明したが、動力伝達機能を有していない場合であってもよい。
【０１６９】
また、上記の各実施形態および各変形例で説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
例えば、上記第１〜第５の実施形態のすべてのアームおよび術具は、上記第６の実施形態の中間部材を用いる構成に組み合わせて実施することが可能である。
また、上記第６の実施形態の変形例の無線タグと無線通信部とを、それぞれ上記第１〜第５の実施形態の認識情報伝達部と認識情報識別部として用いることが可能である。
【符号の説明】
【０１７０】
１、１１、２１、３１、４１、４２、５１、６１、７１  手術支援システム
２  本体部
４、１４、２４、３４、４４、６４  アーム側接続部
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  アーム側処理部（本体側通信部）
４Ａ  認証通信ライン（認証情報伝達部、本体側電極）
４Ｂ  データ通信ライン（本体側通信接続部）
４Ｄ  アーム側接続駆動部（動力伝達接続部）
５、１５、２５、３５、４５、５５、６５  術具側接続部
５Ａ  認証通信ライン（認証情報識別部）
５Ｂ  データ通信ライン（術具側通信接続部）
５Ｄ  術具側接続駆動部（動力伝達接続部）
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  術具本体
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ  術具側処理部（術具側通信部、認証情報識別部、認証情報制御部、電圧検出部）
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ  制御用メモリ（記憶部）
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ  中間部材
９Ａ  認証通信ライン（認証中継部）
９Ｄ  駆動中継部
９Ｆ  中間部材認証通信ライン
９Ｇ  データ変換ライン
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ  中間部材処理部
１４Ａ、２４Ａ  認証通信ライン（認証情報伝達部）
１５Ａ、２５Ａ  認証通信ライン（認証情報識別部）
２９Ａ  中間部材側ＲＦＩＤタグ
３４Ａ  認証通信駆動部（認証情報伝達部、可動部材）
３５ｃ  変位検出器
３５Ａ  認証通信駆動部（認証情報識別部、運動検出部）
４４Ａ  押圧部材（認証情報伝達部）
４４ａ  台座部
４５Ａ、４６Ａ  圧力検出部（認証情報識別部）
５５Ｆ  中間部材認証通信ライン
６４Ａ  アーム側ＲＦＩＤタグ（無線タグ）
６５Ａ  ＲＦＩＤ受信回路（無線通信部）
２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ  スレーブアーム（アーム）
２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ  動力伝達アダプタ
２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ、２４０ｄ  術具
４００  スレーブ制御部
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ１４、Ｃ１５  暗号化
ＩＡ、ＩＴ  通信データ
ＩＤ１、ＩＤ１４  認証情報
ＩＤｍ１、ＩＤｍ２、ＩＤｍ１４  中間部材認証情報
Ｌ  投光素子
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４  電磁石（磁化部材）
Ｐ  受光素子（光検出部）
Ｐｒ、Ｐｒ１、Ｐｒ２  押圧ピン
Ｓｍ１、Ｓｍ２、Ｓｍ３、Ｓｍ４  磁気センサ（磁気検出部）
Ｓｐ、Ｓｐ１、Ｓｐ２、Ｓｐ３  圧力センサ
【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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