医療用ロボットシステム
【課題】患者に対する医療用器具の位置及び角度の調整を簡易に行うことができるとともに、統合型システムとして多機能化を図りやすい医療用ロボットシステムを提供する。
【解決手段】医療用ロボットシステム１０は、手術ロボット１４と、可動ベッド１６と、画像診断装置１８とを備える。手術ロボット１４は、マニピュレータ２８ａ、２８ｂ及び内視鏡３０がそれぞれ先端に取り付けられた複数のアーム２２ａ〜２２ｃを有する。可動ベッド１６は、ステーション１２上に設置され、ステーション１２上で位置、向き及び姿勢を変更可能に構成されている。システム制御部４２は、手術ロボット１４、可動ベッド１６及び画像診断装置１８の動作を制御する。
【解決手段】医療用ロボットシステム１０は、手術ロボット１４と、可動ベッド１６と、画像診断装置１８とを備える。手術ロボット１４は、マニピュレータ２８ａ、２８ｂ及び内視鏡３０がそれぞれ先端に取り付けられた複数のアーム２２ａ〜２２ｃを有する。可動ベッド１６は、ステーション１２上に設置され、ステーション１２上で位置、向き及び姿勢を変更可能に構成されている。システム制御部４２は、手術ロボット１４、可動ベッド１６及び画像診断装置１８の動作を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、先端に医療用器具を設けた手術ロボットと、可動ベッドとを備え、これらを制御して手術を行う医療用ロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
腹腔鏡下手術（内視鏡下外科手術）においては、患者の腹部等に小さな孔をいくつかあけて内視鏡（例えば、硬性鏡）、マニピュレータ（又は鉗子）等を挿入し、術者が内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行っている。このような腹腔鏡下手術は、開腹を必要としないため患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減されることから、適用分野の拡大が期待されている。
【０００３】
マニピュレータシステムは、例えば特許文献１に記載されているように、マニピュレータと、該マニピュレータを制御する制御装置とから構成される。マニピュレータは、人手によって操作される操作部と、操作部に対して交換自在に着脱される作業部とから構成される。作業部は長いシャフトと、該シャフトの先端に設けられた先端動作部（エンドエフェクタとも呼ばれる。）とを有し、ワイヤによって先端の作業部を駆動するモータが操作部に設けられている。ワイヤは基端側でプーリに巻き掛けられている。制御装置は、操作部に設けられたモータを駆動して、プーリを介してワイヤを循環駆動する。
【０００４】
一方、医療用マニピュレータ（鉗子マニピュレータ）をロボットアームにより駆動する医療用ロボットシステムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような医療用ロボットシステムでは、マスターアームによる遠隔操作が可能であると共に、プログラム制御により様々な動作が可能となる。医療用ロボットシステムには、ロボットアームが設けられており、手技に応じてこれらのロボットアームを使い分けることができる。例えば、ロボットアームのうち２台にはマニピュレータが設けられ、ロボットアームのうち１台には内視鏡が設けられ、体腔内を所定のモニタで確認しながら、該ロボットアームから離間して配置されたコンソール上の操作部を介して手技を行うことができる。
【０００５】
なお、このような従来の医療用ロボットシステムにおいて、ロボットアームが設けられたロボット本体は、カート（移動台車）に搭載されて移動可能となっており、手術を実施する場合には、カートを手術ベッドの近傍まで移動させる。この場合、症例の内容に応じて患者（患部）に対してマニピュレータが所定の向きとなるようにロボット本体を配置する。すなわち、位置が固定された手術ベッドに対して、カートに載せたロボット本体を移動させることにより、手術ベッドに対するロボット本体の位置決め（配置）が行われる。
【０００６】
また、従来、マニピュレータ、手術ベッド及び画像診断装置を組み合わせた統合型医療システムが種々提案されている（例えば、特許文献３、４参照）。このような従来の統合型医療システムでは、ＭＲＩやＣＴのような画像診断装置をシステムの中心に据える構成が採用される。すなわち、画像診断装置の位置を固定する一方、手術ベッド及びマニピュレータを可動式とする構成が採用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−６１９６９号公報
【特許文献２】米国特許第６３３１１８１号明細書
【特許文献３】特開２００３−２６５４９９号公報
【特許文献４】特開２００３−２９９６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来の統合型医療システムにおいて、上述した複数のロボットアームを有する医療用ロボット（マニピュレータユニット）を適用することが考えられる。しかしながら、マニピュレータの患者に対する挿入位置や挿入角度や症例毎に異なっており、これに対応するために、大型のロボット本体を移動させて手術ベッドに対して位置決めする必要がある。このような作業は、煩雑であり、また、これを短時間で行うことが難しい。
【０００９】
また、従来技術では、画像診断装置や手術ベッドを中心としてシステムを構成する考えが採用されており、これに合わせてマニピュレータユニットを小型化する必要性が生じる可能性がある。このような小型化の必要性は、統合型のシステムの多機能化を図っていく上で不利となる。
【００１０】
本発明は上記の課題を考慮してなされたものであり、患者に対する医療用器具の位置及び角度の調整を簡易に行うことができるとともに、統合型システムとして多機能化を図りやすい医療用ロボット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】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明は、ステーションと、前記ステーションに設けられ先端に医療用器具が取り付けられた少なくとも１つのアームユニットと、前記アームユニットの先端に設けられた医療用器具とを有する手術ロボットと、前記ステーション上に設置され、前記ステーション上での位置及び向きを変更可能な可動ベッドと、前記手術ロボット及び前記可動ベッドの動作を制御するシステム制御部とを備える、ことを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、手術ロボットは固定された位置にあり、手術ロボットを基準として可動ベッドが動く構成としたので、症例毎に異なる位置及び角度の調整を、手術ロボットを移動させることなく、可動ベッドの多自由度な動きによって簡便かつ迅速に行うことができる。また、このような構成を採用することで、アームユニットを小型化する必要がなくなるため、アームユニットの構成の自由度が大きくなり、アームユニットに付加する機能に関して制約を受けない。従って、統合型のシステムとして多機能化を図りやすい。また、本発明の医療用ロボットシステムでは、手術ロボットにより手術を行っている最中に不測の事態が生じた場合には、可動ベッドをアームユニット下の作業エリアから移動させることで、術者による通常の手術に簡易かつ迅速に移行することができる。さらに、手術ロボットを移動させる必要がなくなったことで、手術ロボットの移動に伴う周辺装置との接触の可能性を本質的になくすことができ、また人の動きも発生しないため、感染等のリスクも最小限に留めることができる。
【００１３】
前記可動ベッドは、前記ステーション上での姿勢を変更可能に構成されるとよい。
【００１４】
上記の構成によれば、患者の腹腔内に作業スペースを作る等のために患者の身体を傾ける必要がある場合に、可動ベッドを傾けることで患者の身体を傾けて、患者の腹腔内に所望の作業スペースを容易に確保することができる。
【００１５】
前記システム制御部は、前記可動ベッドの姿勢変更に合わせて前記アームユニットを協調動作させるとよい。
【００１６】
上記の構成によれば、可動ベッドとアームユニットの先端に設けられたマニピュレータ及び内視鏡との位置関係を保持したまま、可動ベッドの姿勢変更を行うことができる。
【００１７】
前記医療用ロボットシステムは、生体の内部状態を撮像する画像診断装置をさらに備え、前記画像診断装置は、前記画像診断装置の撮像領域に前記可動ベッドが進入可能であるように配置され、前記システム制御部は、前記アームユニット及び前記可動ベッドとともに前記画像診断装置を制御するとよい。
【００１８】
上記の構成によれば、手術ロボット、可動ベッド及び画像診断装置により、診断・手術を１つのシステムで実現する統合型システムが構築される。このため、手術ロボット、可動ベッド及び画像診断装置の動作を共通の座標系で統括的に制御することが可能である。従って、例えば、画像支援ナビゲーション手術への適用に際して、三次元側計測装置等の他の機器を用いて各機器間の座標合わせを行う必要がなく、簡易な構成で画像支援ナビゲーションを構築できる。
【００１９】
前記手術ロボットは、前記医療用器具として内視鏡を含み、前記医療用ロボットシステムは、さらに、前記画像診断装置により撮像した画像と、前記内視鏡で撮像した画像を表示可能なモニタを備え、前記システム制御部の作用下に、前記画像診断装置で撮像した画像データを元に、前記モニタの画面上において、手術対象部位を前記内視鏡により撮像した画像に合成した形で表示するとよい。
【００２０】
上記の構成によれば、術者は、モニタの画面上のどの位置に病変部があるのかを正確かつ迅速に把握することが可能となる。
【００２１】
前記手術ロボットは、前記医療用器具として内視鏡を含み、前記医療用ロボットシステムは、さらに、前記画像診断装置により撮像した画像と、前記内視鏡で撮像した画像を表示可能なモニタを備え、前記システム制御部の作用下に、前記画像診断装置で撮像した画像データを元に、前記モニタの画面上において、手術対象部位ではない特定の組織を前記内視鏡により撮像した画像に合成して明示するとよい。
【００２２】
上記の構成によれば、術者は、モニタの画面上のどの位置に、手術対象部位ではない特定の組織（例えば、損傷リスクの高い組織）があるかを正確かつ迅速に把握することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る医療用ロボットシステムによれば、患者に対する医療用器具の位置及び角度の調整を簡易に行うことができるとともに、統合型システムとして多機能化が図りやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る医療用ロボットシステムの全体構成図である。
【図２】マニピュレータの一部省略断面平面図である。
【図３】マニピュレータの先端動作部の構造を説明するための斜視図である。
【図４】コンソールに設けられた操作部の正面図である。
【図５】患者を載せた可動ベッドがＭＲＩ装置に進入した状態を示す図である。
【図６】ＭＲＩ側に足が向くように患者を可動ベッドに載せた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る医療用ロボットシステム１０について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１に示すように、本実施の形態に係る医療用ロボットシステム１０は、第１鉗子マニピュレータ２８ａ、第２鉗子マニピュレータ２８ｂ（以下、単に「マニピュレータ２８ａ」、「マニピュレータ２８ｂ」という）及び内視鏡３０（カメラ）を使用して、患者３６に所望の外科処置を行うものである。図１では、医療用ロボットシステム１０により、腹腔鏡下手術を行う場合を示している。
【００２７】
医療用ロボットシステム１０は、手術室の床に設置されたステーション１２と、ステーション１２上に設置された手術ロボット１４と、ステーション１２上に設置された可動ベッド１６と、可動ベッド１６の近傍に設置された画像診断装置１８と、これらの全体的な制御を行うコンソール２０とを備える。
【００２８】
ステーション１２は、本体部２３と、手術ロボット１４を構成するアームユニット２２を昇降させる昇降機構部２４と、可動ベッド１６を動作させるベッド動作機構部２６とを有する。昇降機構部２４は、本体部２３から上方に延出する全体として柱状の構造部であり、各アームユニット２２の根元部が接続されており、コンソール２０の制御作用下に、図示しないモータ等の駆動源が駆動制御されることで、各アームユニット２２を独立して昇降させることが可能である。
【００２９】
ステーション１２のベッド動作機構部２６は、本体部２３に一体的に連結しており、この例では３つの動作軸及びこれらを駆動する図示しない駆動源を有し、コンソール２０の制御作用下に前記駆動源が駆動制御されることで、可動ベッド１６の位置及び姿勢を多自由度（３自由度）で変更（調整）可能である。
【００３０】
本実施形態において、ベッド動作機構部２６は、具体的には、図１に示す矢印Ｘ方向に可動ベッド１６を移動させる進退動作と、上下方向であるＺ方向の軸線ａ１を中心として可動ベッド１６を回転させる回転動作と、可動ベッド１６の長手方向（前後方向）の軸線ａ２を中心として可動ベッド１６を左右に傾動させる傾動動作とを行うことができる。ここで、矢印Ｘ方向は、昇降機構部２４と画像診断装置１８との離間方向である。また、さらに可動ベッド１６の左右方向であるＹ方向の軸線を中心として可動ベッド１６をシーソー状に傾動させることができる。
【００３１】
手術ロボット１４は、ステーション１２（具体的には、昇降機構部２４）に設けられた３台のアームユニット２２である第１鉗子アーム２２ａ、第２鉗子アーム２２ｂ及びカメラアーム２２ｃ（以下、単に「アーム２２ａ」、「アーム２２ｂ」及び「アーム２２ｃ」という）とを有する。
【００３２】
第１及び第２鉗子アーム２２ａ、２２ｂは、それぞれ先端にマニピュレータを有し、カメラアーム２２ｃは、先端に内視鏡３０を有する。マニピュレータ２８ａ、２８ｂ及び内視鏡３０は、各アーム２２ａ〜２２ｃに対して着脱可能に構成されている。
【００３３】
本実施形態の場合、マニピュレータ２８ａ、２８ｂ及び内視鏡３０は、共通の挿入具であるトロッカー３２（トラカール）を介して体腔（体内）に挿入される。このように、手術ロボット１４は、１つのトロッカー３２から複数の器具を体内へと挿入可能なシングルポートアクセスによる手技を行うことができる。なお、勿論、手術ロボット１４は、マニピュレータ２８ａ、２８ｂ及び内視鏡３０を、別々のトロッカー３２を介して体内へと挿入する複数ポートアクセスによる手技を行うこともできる。
【００３４】
各アーム２２ａ〜２２ｃは、それぞれ複数の関節を有し、内蔵するモータの駆動によって動作する多関節アームとして構成されるとともに、ステーション１２に対して昇降機構部２４によって昇降可能に取り付けられている。各アーム２２ａ〜２２ｃは、コンソール２０によって制御されることで、マニピュレータ２８ａ、２８ｂ及び内視鏡３０を動作範囲内における任意の位置で任意の姿勢に設定可能である。
【００３５】
アーム２２ａ、２２ｂの先端に設けられたマニピュレータ２８ａ、２８ｂは、主に患部に対して直接的な手技を施すためのものであり、その先端には、例えばグリッパ、鋏及び電気メス等が設けられ、又は体腔の臓器等を所定の場所に退避させて広い術野を確保するためのリトラクタを設けることもできる。本実施形態の場合、各マニピュレータ２８ａ、２８ｂは、略同一構成からなるため、以下ではマニピュレータ２８ａの構成と、該マニピュレータ２８ａとアーム２２ａの接続部の構成について代表的に説明し、マニピュレータ２８ｂについての詳細な説明は省略する。
【００３６】
図２に示すように、マニピュレータ２８ａは、アーム２２ａ先端の支持部材５０に対して着脱自在な構成になっている。支持部材５０には、３つのモータ５８ａ〜５８ｃが並列している。マニピュレータ２８ａは、支持部材５０に対する接続ブロック５２と、該接続ブロック５２から先端方向に延在する中空の連結シャフト５４と、該連結シャフト５４の先端に設けられた先端動作部５６とを有する。
【００３７】
接続ブロック５２は、所定の着脱機構により支持部材５０に対して着脱及び交換が可能である。接続ブロック５２は、モータ５８ａ〜５８ｃに係合するプーリ６０ａ〜６０ｃがモータ５８ａ〜５８ｃに対応して並列している。モータ５８ａ〜５８ｃとプーリ６０ａ〜６０ｃは、一方に非円形の凸部があり、他方に該凸部に係合する凹部が設けられており、モータ５８ａ〜５８ｇの回転がプーリ６０ａ〜６０ｃに伝達される。
【００３８】
プーリ６０ａ〜６０ｃには、ワイヤ６２ａ〜６２ｃが巻き掛けられている。可撓性部材からなるワイヤ６２ａ〜６２ｃは環状であって、滑り止めのため一部がプーリ６０ａ〜６０ｃに固定され、例えば１．５回転巻き掛けられて、連結シャフト５４内を延在しており、プーリ６０ａ〜６０ｃが回転することにより、左右から延在する２本のうち一方が巻き取られ、他方が送り出される。
【００３９】
連結シャフト５４は、接続ブロック５２から先端方向に延在し、その先端に先端動作部５６が設けられている。連結シャフト５４の途中には、図示しない関節部を設けて屈曲可能に構成してもよい。そうすると、体腔内における手技で、マニピュレータ２８ａをリトラクタとして一層好適に作用させることができる。他のマニピュレータや臓器等を有効に回避しながら所望の臓器を押すことができるからである。
【００４０】
図３に示すように、先端動作部５６は、連結シャフト５４の先端に設けられており、少なくとも、ワイヤ６２ａが巻き掛けられるプーリ（図示せず）、ワイヤ６２ｂが巻き掛けられるプーリ（図示せず）、及びワイヤ６２ｃが巻き掛けられるプーリ（図示せず）を有する。ワイヤ６２ａ〜６２ｃが、接続ブロック５２のプーリ６０ａ〜６０ｃの回転動作よって進退することにより、先端動作部５６の各前記プーリが従動的に回転し、該先端動作部５６は３軸動作が可能である。この動作は、例えば、ピッチ軸（関節軸）６４及びヨー軸（関節軸）６６を中心とした傾動動作と、グリッパ６８の開閉動作である。先端動作部５６には、これら各軸による動作と共に、又は該動作に代えて連結シャフト５４の軸線方向に延びたロール軸を中心とした回転動作を設けてもよい。
【００４１】
再び図１を参照する。カメラアーム２２ｃの先端に設けられた内視鏡３０は、体腔内の様子を撮影するカメラであり、その画像（映像）がコンソール２０のモニタ７０に表示されることで、手術スタッフ（医師）は、体腔内の様子を観察しながらマニピュレータ２８ａ、２８ｂを操作し、患部に対して所望の手技を行うことができる。内視鏡３０は、図２に示すマニピュレータ２８ａと略同様に、カメラアーム２２ｃの先端の支持部材に対して着脱自在な構成となっている。
【００４２】
本実施形態において、画像診断装置１８は、ＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）装置１８Ａとして構成されており、特に、図示例では開放型ＭＲＩとして構成されている。画像診断装置１８には、撮像領域３４が設けられている。ＭＲＩ装置の場合、磁場形成領域が撮像領域３４であり、この撮像領域３４内に撮像対象となる部位（患者３６の特定部位）を位置させ、検出された信号を解析することでＭＲＩ画像が形成される。本実施形態の場合、患者３６を載せた可動ベッド１６を画像診断装置１８側（Ｘ１方向側）に移動させ、可動ベッド１６を撮像領域３４内に進入させることで、撮像可能な状態となる。なお、画像診断装置１８は、生体内部の状態を画像化するための他の装置、例えば、ＣＴ（コンピューター断層撮影）装置であってもよい。
【００４３】
医療用ロボットシステム１０は、各アーム２２ａ〜２２ｃを有する手術ロボット１４をコンソール２０によって駆動操作することで患者３６への外科処置を遠隔的に実施することができる。
【００４４】
コンソール２０は、手術ロボット１４の操作用入力部である３つのジョイスティック３８ａ、３８ｂ、３８ｃと、可動ベッド１６及び画像診断装置１８の操作用入力部である操作盤４０と、表示手段であるモニタ７０と、システム制御部４２とを備える。また、コンソール２０は、ステーション１２、手術ロボット１４、可動ベッド１６及び画像診断装置１８との間で、有線、無線、ネットワーク又はこれらを組み合わせた通信手段によって情報を送受信可能である。
【００４５】
左右のジョイスティック３８ａ、３８ｂの操作により、アーム２２ａ、２２ｂを個別に操作が可能であり、中央のジョイスティック３８ｃの操作により、カメラアーム２２ｃの操作が可能である。各アーム２２ｃ〜２２ｃは、図示しない別の操作手段により操作するように構成してもよく、また、ジョイスティック３８ａ〜３８ｃを適宜切り換えて使用する等してもよい。ジョイスティック３８ａ、３８ｂは、両手で操作しやすい左右位置に設けられている。ジョイスティック３８ａ、３８ｂはマスターアームであってもよい。
【００４６】
ジョイスティック３８ａ〜３８ｃは、上下動作、捻り動作、及び全方向への傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてアーム２２ａ〜２２ｃを動作させることができる。ジョイスティック３８ａ〜３８ｃは、手を離すと図４に示す直立の基準状態に復帰する。
【００４７】
図４に示すように、ジョイスティック３８ａ、３８ｂは、同構造であり、人手によって握るハンドルグリップ７２と、主に人差し指、中指によって押し引き操作されるトリガレバー７４と、主に親指によって操作される複合入力部７６とを有し、例えば、トリガレバー７４を操作することにより、マニピュレータのグリッパ６８を開閉することができる。複合入力部７６は、中央に設けられた十字状のシーソー型スイッチ７６ａを有する。シーソー型スイッチ７６ａを操作することにより、ピッチ軸６４及びヨー軸６６の傾動動作が可能になる。
【００４８】
ジョイスティック３８ｃについても、上記ジョイスティック３８ａ、３８ｂと基本的には同構造でよく、複合入力部７６のシーソー型スイッチ７６ａによって内視鏡３０の姿勢軸を動作させることができ、また、例えば、トリガレバー７４に代えて、視点固定スイッチ７５を設けるとよい。勿論、内視鏡３０及びカメラアーム２２ｃの操作部として、コンソール２０以外の装置にジョイスティック３８ｃ又は同様な操作部を設けてもよい。
【００４９】
操作盤４０には、可動ベッド１６及び画像診断装置１８の操作に必要な各種ボタン類や、医療用ロボットシステム１０のその他の入力操作に用いられる入力部が設けられている。操作盤４０に対して所定の入力操作を行うことにより、可動ベッド１６の位置及び姿勢を調整することが可能であり、また、画像診断装置１８による患者３６体内の撮像を実行することが可能である。なお、画像診断装置１８及び可動ベッド１６の操作入力手段としては、操作盤４０に限られず、ジョイスティック３８ａ〜３８ｃと同様の構成を採用してもよい。
【００５０】
モニタ７０には、内視鏡３０の画像とＭＲＩ画像が表示される。内視鏡３０の画像とＭＲＩ画像は、モニタ７０の画面上で個別に表示されてもよいし、複数のウインドウにより同時に表示されてもよい。
【００５１】
図１に示すシステム制御部４２は、手術ロボット１４、可動ベッド１６及び画像診断装置１８の動作を制御するものであり、当該コンソール２０、換言すれば当該医療用ロボットシステム１０の総合的な制御部である。システム制御部４２では、手術ロボット１４、可動ベッド１６及び画像診断装置１８の座標系が統合されている。すなわち、手術ロボット１４、可動ベッド１６及び画像診断装置１８は、共通の座標系で統括的に制御することが可能である。
【００５２】
なお、コンソール２０は、手術ロボット１４の全ての制御を負担している必要はなく、例えば、各アーム２２ａ〜２２ｃのフィードバック制御は、それぞれのロボット側に設けられていてもよい。各アーム２２ａ〜２２ｃは、コンソール２０の制御下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール２０に設けられたジョイスティック（操作部）３８ａ〜３８ｃに倣った動作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。
【００５３】
本実施形態に係る医療用ロボットシステム１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用及び効果について説明する。
【００５４】
医療用ロボットシステム１０を用いて患者３６に対する診断・処置を行う場合、まず、患者３６は可動ベッド１６に載せられる。この場合、予め可動ベッドを医療用ロボットの作業エリアから退避する位置に進出させておき、その位置の可動ベッド１６に患者３６が載る。ここでは、手術を施す前に、画像診断装置１８で患者３６の体内の患部の状態を検査・診断するため、患者３６は仰向けの状態で可動ベッド１６に載せられる。
【００５５】
そして、可動ベッド１６は、画像診断装置１８の撮像領域３４に進入できるように、コンソール２０の制御作用下に、長手方向をＸ方向に向ける。このときの可動ベッド１６の方向調整は、術者（または補助者）がコンソール２０の操作盤４０を操作して行ってもよいし、システム制御部４２において可動ベッド１６の画像撮像時の方向としてプリセットした方向に自動制御で行ってもよい。
【００５６】
次に、図５に示すように、患者３６を載せた可動ベッド１６を、患者３６の患部が撮像領域３４内の所定位置にくるように、画像診断装置１８の撮像領域３４に進入させる。撮像領域３４内の所望の位置に患者３６を位置させたら、画像診断装置１８を作動させて、体内の所望の部位（患部）を撮像する。本実施形態の場合、ＭＲＩ画像データが得られる。撮像した画像データは、コンソール２０に送信され、ＭＲＩ画像がモニタ７０に表示される。
【００５７】
画像診断装置に１８より患者３６の体内の状態を撮像したら、可動ベッド１６を手術ロボット１４側（Ｘ２方向側）に移動させ、可動ベッド１６上の患者３６の手術部位と医療用器具（マニピュレータ２８ａ、２８ｂ及び内視鏡３０）との相対位置合わせを行う。この場合、術者がコンソール２０の手動操作により、可動ベッド１６及び手術ロボット１４を動作させ位置調整を行ってもよいが、得られた画像データを元に、システム制御部４２の作用下に、マニピュレータと内視鏡３０の位置を自動で設定してもよい。これにより、手術時間の短縮化を図ることができる。
【００５８】
手術ロボット１４に対する患者３６の向きは、特定の方向に限定されないが、例えば、消化器系の臓器を手術対象とする場合には、図１に示すように、患者３６の頭部がＸ１方向側を向くように可動ベッド１６の向きを設定するとよい。一方、下腹部（子宮等）の臓器を手術対象とする場合には、図６に示すように、患者３６の頭部がＸ２方向側を向くように可動ベッド１６の向きを設定するとよい。この場合、可動ベッド１６は、軸線ａ１を中心として回転動作が可能であるので、可動ベッド１６の向きの設定（調整）を容易に行うことができる。
【００５９】
そして、医療用ロボットシステム１０による手術では、各アーム２２ａ〜２２ｃを駆動制御し、マニピュレータ２８ａ、２８ｂ及び内視鏡３０を、トロッカー３２を通して患者３６の体内に挿入し、内視鏡３０によって体腔内を撮影・視認しつつ、マニピュレータ２８ａ、２８ｂで患部に対する所望の処置を行う。
【００６０】
可動ベッド１６は、Ｘ方向に移動可能であるので、手術中に診断画像を撮像したい場合には、図５に示すように、可動ベッド１６をアームユニット２２の下方から画像診断装置１８側に自動（電動）で移動（スライド）させることで、迅速に診断画像を撮像することが可能である。また、画像診断装置１８での撮像が終了したら、可動ベッド１６をＸ２方向に移動させて元の位置へ戻すことで、迅速に手技に復帰することが可能である。
【００６１】
上述したように、本実施形態に係る医療用ロボットシステム１０によれば、手術ロボット１４のステーション１２上に可動ベッド１６が設けられているので、可動ベッド１６の位置調整を行うことで、アームユニット２２の先端に設けられた医療用器具の患者３６に対する位置及び角度を調整することができる。このように手術ロボット１４は固定された位置にあり、手術ロボット１４を基準として可動ベッド１６が動く構成としたので、症例毎に異なる患者３６に対する位置及び角度の調整を、手術ロボット１４を移動させることなく、可動ベッド１６の多自由度な動きによって簡便かつ迅速に行うことができる。
【００６２】
また、このような構成を採用することで、アームユニット２２を小型化する必要がなくなるため、アームユニット２２の構成の自由度が大きくなり、アームユニット２２に付加する機能に関して制約を受けない。従って、統合型のシステムとして多機能化を図りやすい。
【００６３】
腹腔鏡下手術において、患者３６の腹腔内に作業スペースを作る等のために患者３６の身体を傾けたい場合がある。このような場合、上述したように、可動ベッド１６は、軸線ａ２を中心とした傾動動作、軸線ａ３を中心とした傾動動作、あるいは軸線ａ２を中心とした傾動動作と軸線ａ３を中心とした傾動動作の複合動作が可能であるため、可動ベッド１６の姿勢を水平に対して傾けることにより、患者３６の身体を傾けて、患者３６の腹腔内に所望の作業スペースを容易に確保することができる。
【００６４】
また、このように可動ベッド１６を傾けた場合に、システム制御部４２の制御作用下に、可動ベッド１６の姿勢変更に合わせてアームユニット２２を協調動作させるとよい。これにより、可動ベッド１６とアームユニット２２の先端に設けられたマニピュレータ及び内視鏡３０との位置関係を保持したまま、可動ベッド１６の姿勢変更を行うことができる。
【００６５】
上記の構成によれば、手術ロボット１４、可動ベッド１６及び画像診断装置１８により、診断・手術を１つのシステムで実現する統合型システムが構築される。このため、上述したように、手術ロボット１４、可動ベッド１６及び画像診断装置１８の動作を共通の座標系で統括的に制御することが可能である。
【００６６】
例えば、手術ロボット１４と可動ベッド１６との相対位置を症例毎にプリセットしておき、症例開始時に、どの症例を行うかの指定（選択）を操作盤４０に対する入力操作によって行うことで、可動ベッド１６の位置が自動的に調整されるようにしてもよい。これにより、手術時間の短縮化を図ることができる。
【００６７】
また、手術ロボット１４、可動ベッド１６及び画像診断装置１８を共通の座標系で制御することにより、医療用ロボットシステム１０において、画像支援ナビゲーションを構築することが容易となる。すなわち、従来技術において画像支援ナビゲーションを構築するには、レジストレーションと呼ばれる座標統合処理を行う必要があり、この座標統合には三次元側計測装置等の他の機器を用いることが必要で、システム構成が複雑となりやすい。これに対し、本実施形態に係る医療用ロボットシステム１０によれば、各構成機器が共通の座標系で制御されるため、三次元側計測装置等の他の機器を用いて各機器間の座標合わせを行う必要がなく、簡易な構成で画像支援ナビゲーションを構築できる。
【００６８】
このような画像支援ナビゲーションを構築する場合、例えば、システム制御部４２の作用下に、画像診断装置１８で撮像した画像データを元に、モニタ７０の画面上において、手術対象の臓器（病変部）の位置を内視鏡３０の撮像画像に合成した形で表示してもよい。これにより、術者は、モニタ７０の画面上のどの位置に病変部があるのかを正確かつ迅速に把握することが可能となる。
【００６９】
また、システム制御部４２の作用下に、画像診断装置１８で撮像した画像データを元に、モニタ７０の画面上において、手術対象部位以外の特定の組織（例えば、血管等のような損傷リスクの高い組織）を内視鏡３０の撮像画像に合成して明示してもよい。これにより、術者は、モニタ７０の画面上のどの位置に、損傷リスクの高い組織があるかを正確かつ迅速に把握することが可能となる。
【００７０】
ところで、従来の医療用ロボットシステムでは、手術を行っている最中に不足の事態が生じた場合には、ロボット本体を手術ベッドから離すように移動させ、術者が患者を取り囲めるようにする必要があったが、ロボット本体の重量が相当に大きい場合には、素早く移動させることが困難である場合があった。これに対し、本実施形態に係る医療用ロボットシステム１０では、手術ロボット１４により手術を行っている最中に不測の事態が生じた場合には、可動ベッド１６をアームユニット２２下の作業エリアから退避させることで、術者による通常の手術に簡易かつ迅速に移行することができる。
【００７１】
また、本実施形態に係る医療用ロボットシステム１０によれば、手術ロボット１４を移動させる必要がなくなったことで、手術ロボット１４の移動に伴う周辺装置との接触の可能性を本質的になくすことができ、また人の動きも発生しないため、感染等のリスクも最小限に留めることができる。
【００７２】
上記において、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７３】
１０…医療用ロボットシステム １２…ステーション
１４…手術ロボット １６…可動ベッド
１８…画像診断装置 ２２…アームユニット
３０…内視鏡 ３４…撮像領域
４２…システム制御部 ７０…モニタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、先端に医療用器具を設けた手術ロボットと、可動ベッドとを備え、これらを制御して手術を行う医療用ロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
腹腔鏡下手術（内視鏡下外科手術）においては、患者の腹部等に小さな孔をいくつかあけて内視鏡（例えば、硬性鏡）、マニピュレータ（又は鉗子）等を挿入し、術者が内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行っている。このような腹腔鏡下手術は、開腹を必要としないため患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減されることから、適用分野の拡大が期待されている。
【０００３】
マニピュレータシステムは、例えば特許文献１に記載されているように、マニピュレータと、該マニピュレータを制御する制御装置とから構成される。マニピュレータは、人手によって操作される操作部と、操作部に対して交換自在に着脱される作業部とから構成される。作業部は長いシャフトと、該シャフトの先端に設けられた先端動作部（エンドエフェクタとも呼ばれる。）とを有し、ワイヤによって先端の作業部を駆動するモータが操作部に設けられている。ワイヤは基端側でプーリに巻き掛けられている。制御装置は、操作部に設けられたモータを駆動して、プーリを介してワイヤを循環駆動する。
【０００４】
一方、医療用マニピュレータ（鉗子マニピュレータ）をロボットアームにより駆動する医療用ロボットシステムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような医療用ロボットシステムでは、マスターアームによる遠隔操作が可能であると共に、プログラム制御により様々な動作が可能となる。医療用ロボットシステムには、ロボットアームが設けられており、手技に応じてこれらのロボットアームを使い分けることができる。例えば、ロボットアームのうち２台にはマニピュレータが設けられ、ロボットアームのうち１台には内視鏡が設けられ、体腔内を所定のモニタで確認しながら、該ロボットアームから離間して配置されたコンソール上の操作部を介して手技を行うことができる。
【０００５】
なお、このような従来の医療用ロボットシステムにおいて、ロボットアームが設けられたロボット本体は、カート（移動台車）に搭載されて移動可能となっており、手術を実施する場合には、カートを手術ベッドの近傍まで移動させる。この場合、症例の内容に応じて患者（患部）に対してマニピュレータが所定の向きとなるようにロボット本体を配置する。すなわち、位置が固定された手術ベッドに対して、カートに載せたロボット本体を移動させることにより、手術ベッドに対するロボット本体の位置決め（配置）が行われる。
【０００６】
また、従来、マニピュレータ、手術ベッド及び画像診断装置を組み合わせた統合型医療システムが種々提案されている（例えば、特許文献３、４参照）。このような従来の統合型医療システムでは、ＭＲＩやＣＴのような画像診断装置をシステムの中心に据える構成が採用される。すなわち、画像診断装置の位置を固定する一方、手術ベッド及びマニピュレータを可動式とする構成が採用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−６１９６９号公報
【特許文献２】米国特許第６３３１１８１号明細書
【特許文献３】特開２００３−２６５４９９号公報
【特許文献４】特開２００３−２９９６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来の統合型医療システムにおいて、上述した複数のロボットアームを有する医療用ロボット（マニピュレータユニット）を適用することが考えられる。しかしながら、マニピュレータの患者に対する挿入位置や挿入角度や症例毎に異なっており、これに対応するために、大型のロボット本体を移動させて手術ベッドに対して位置決めする必要がある。このような作業は、煩雑であり、また、これを短時間で行うことが難しい。
【０００９】
また、従来技術では、画像診断装置や手術ベッドを中心としてシステムを構成する考えが採用されており、これに合わせてマニピュレータユニットを小型化する必要性が生じる可能性がある。このような小型化の必要性は、統合型のシステムの多機能化を図っていく上で不利となる。
【００１０】
本発明は上記の課題を考慮してなされたものであり、患者に対する医療用器具の位置及び角度の調整を簡易に行うことができるとともに、統合型システムとして多機能化を図りやすい医療用ロボット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】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明は、ステーションと、前記ステーションに設けられ先端に医療用器具が取り付けられた少なくとも１つのアームユニットと、前記アームユニットの先端に設けられた医療用器具とを有する手術ロボットと、前記ステーション上に設置され、前記ステーション上での位置及び向きを変更可能な可動ベッドと、前記手術ロボット及び前記可動ベッドの動作を制御するシステム制御部とを備える、ことを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、手術ロボットは固定された位置にあり、手術ロボットを基準として可動ベッドが動く構成としたので、症例毎に異なる位置及び角度の調整を、手術ロボットを移動させることなく、可動ベッドの多自由度な動きによって簡便かつ迅速に行うことができる。また、このような構成を採用することで、アームユニットを小型化する必要がなくなるため、アームユニットの構成の自由度が大きくなり、アームユニットに付加する機能に関して制約を受けない。従って、統合型のシステムとして多機能化を図りやすい。また、本発明の医療用ロボットシステムでは、手術ロボットにより手術を行っている最中に不測の事態が生じた場合には、可動ベッドをアームユニット下の作業エリアから移動させることで、術者による通常の手術に簡易かつ迅速に移行することができる。さらに、手術ロボットを移動させる必要がなくなったことで、手術ロボットの移動に伴う周辺装置との接触の可能性を本質的になくすことができ、また人の動きも発生しないため、感染等のリスクも最小限に留めることができる。
【００１３】
前記可動ベッドは、前記ステーション上での姿勢を変更可能に構成されるとよい。
【００１４】
上記の構成によれば、患者の腹腔内に作業スペースを作る等のために患者の身体を傾ける必要がある場合に、可動ベッドを傾けることで患者の身体を傾けて、患者の腹腔内に所望の作業スペースを容易に確保することができる。
【００１５】
前記システム制御部は、前記可動ベッドの姿勢変更に合わせて前記アームユニットを協調動作させるとよい。
【００１６】
上記の構成によれば、可動ベッドとアームユニットの先端に設けられたマニピュレータ及び内視鏡との位置関係を保持したまま、可動ベッドの姿勢変更を行うことができる。
【００１７】
前記医療用ロボットシステムは、生体の内部状態を撮像する画像診断装置をさらに備え、前記画像診断装置は、前記画像診断装置の撮像領域に前記可動ベッドが進入可能であるように配置され、前記システム制御部は、前記アームユニット及び前記可動ベッドとともに前記画像診断装置を制御するとよい。
【００１８】
上記の構成によれば、手術ロボット、可動ベッド及び画像診断装置により、診断・手術を１つのシステムで実現する統合型システムが構築される。このため、手術ロボット、可動ベッド及び画像診断装置の動作を共通の座標系で統括的に制御することが可能である。従って、例えば、画像支援ナビゲーション手術への適用に際して、三次元側計測装置等の他の機器を用いて各機器間の座標合わせを行う必要がなく、簡易な構成で画像支援ナビゲーションを構築できる。
【００１９】
前記手術ロボットは、前記医療用器具として内視鏡を含み、前記医療用ロボットシステムは、さらに、前記画像診断装置により撮像した画像と、前記内視鏡で撮像した画像を表示可能なモニタを備え、前記システム制御部の作用下に、前記画像診断装置で撮像した画像データを元に、前記モニタの画面上において、手術対象部位を前記内視鏡により撮像した画像に合成した形で表示するとよい。
【００２０】
上記の構成によれば、術者は、モニタの画面上のどの位置に病変部があるのかを正確かつ迅速に把握することが可能となる。
【００２１】
前記手術ロボットは、前記医療用器具として内視鏡を含み、前記医療用ロボットシステムは、さらに、前記画像診断装置により撮像した画像と、前記内視鏡で撮像した画像を表示可能なモニタを備え、前記システム制御部の作用下に、前記画像診断装置で撮像した画像データを元に、前記モニタの画面上において、手術対象部位ではない特定の組織を前記内視鏡により撮像した画像に合成して明示するとよい。
【００２２】
上記の構成によれば、術者は、モニタの画面上のどの位置に、手術対象部位ではない特定の組織（例えば、損傷リスクの高い組織）があるかを正確かつ迅速に把握することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る医療用ロボットシステムによれば、患者に対する医療用器具の位置及び角度の調整を簡易に行うことができるとともに、統合型システムとして多機能化が図りやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る医療用ロボットシステムの全体構成図である。
【図２】マニピュレータの一部省略断面平面図である。
【図３】マニピュレータの先端動作部の構造を説明するための斜視図である。
【図４】コンソールに設けられた操作部の正面図である。
【図５】患者を載せた可動ベッドがＭＲＩ装置に進入した状態を示す図である。
【図６】ＭＲＩ側に足が向くように患者を可動ベッドに載せた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る医療用ロボットシステム１０について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１に示すように、本実施の形態に係る医療用ロボットシステム１０は、第１鉗子マニピュレータ２８ａ、第２鉗子マニピュレータ２８ｂ（以下、単に「マニピュレータ２８ａ」、「マニピュレータ２８ｂ」という）及び内視鏡３０（カメラ）を使用して、患者３６に所望の外科処置を行うものである。図１では、医療用ロボットシステム１０により、腹腔鏡下手術を行う場合を示している。
【００２７】
医療用ロボットシステム１０は、手術室の床に設置されたステーション１２と、ステーション１２上に設置された手術ロボット１４と、ステーション１２上に設置された可動ベッド１６と、可動ベッド１６の近傍に設置された画像診断装置１８と、これらの全体的な制御を行うコンソール２０とを備える。
【００２８】
ステーション１２は、本体部２３と、手術ロボット１４を構成するアームユニット２２を昇降させる昇降機構部２４と、可動ベッド１６を動作させるベッド動作機構部２６とを有する。昇降機構部２４は、本体部２３から上方に延出する全体として柱状の構造部であり、各アームユニット２２の根元部が接続されており、コンソール２０の制御作用下に、図示しないモータ等の駆動源が駆動制御されることで、各アームユニット２２を独立して昇降させることが可能である。
【００２９】
ステーション１２のベッド動作機構部２６は、本体部２３に一体的に連結しており、この例では３つの動作軸及びこれらを駆動する図示しない駆動源を有し、コンソール２０の制御作用下に前記駆動源が駆動制御されることで、可動ベッド１６の位置及び姿勢を多自由度（３自由度）で変更（調整）可能である。
【００３０】
本実施形態において、ベッド動作機構部２６は、具体的には、図１に示す矢印Ｘ方向に可動ベッド１６を移動させる進退動作と、上下方向であるＺ方向の軸線ａ１を中心として可動ベッド１６を回転させる回転動作と、可動ベッド１６の長手方向（前後方向）の軸線ａ２を中心として可動ベッド１６を左右に傾動させる傾動動作とを行うことができる。ここで、矢印Ｘ方向は、昇降機構部２４と画像診断装置１８との離間方向である。また、さらに可動ベッド１６の左右方向であるＹ方向の軸線を中心として可動ベッド１６をシーソー状に傾動させることができる。
【００３１】
手術ロボット１４は、ステーション１２（具体的には、昇降機構部２４）に設けられた３台のアームユニット２２である第１鉗子アーム２２ａ、第２鉗子アーム２２ｂ及びカメラアーム２２ｃ（以下、単に「アーム２２ａ」、「アーム２２ｂ」及び「アーム２２ｃ」という）とを有する。
【００３２】
第１及び第２鉗子アーム２２ａ、２２ｂは、それぞれ先端にマニピュレータを有し、カメラアーム２２ｃは、先端に内視鏡３０を有する。マニピュレータ２８ａ、２８ｂ及び内視鏡３０は、各アーム２２ａ〜２２ｃに対して着脱可能に構成されている。
【００３３】
本実施形態の場合、マニピュレータ２８ａ、２８ｂ及び内視鏡３０は、共通の挿入具であるトロッカー３２（トラカール）を介して体腔（体内）に挿入される。このように、手術ロボット１４は、１つのトロッカー３２から複数の器具を体内へと挿入可能なシングルポートアクセスによる手技を行うことができる。なお、勿論、手術ロボット１４は、マニピュレータ２８ａ、２８ｂ及び内視鏡３０を、別々のトロッカー３２を介して体内へと挿入する複数ポートアクセスによる手技を行うこともできる。
【００３４】
各アーム２２ａ〜２２ｃは、それぞれ複数の関節を有し、内蔵するモータの駆動によって動作する多関節アームとして構成されるとともに、ステーション１２に対して昇降機構部２４によって昇降可能に取り付けられている。各アーム２２ａ〜２２ｃは、コンソール２０によって制御されることで、マニピュレータ２８ａ、２８ｂ及び内視鏡３０を動作範囲内における任意の位置で任意の姿勢に設定可能である。
【００３５】
アーム２２ａ、２２ｂの先端に設けられたマニピュレータ２８ａ、２８ｂは、主に患部に対して直接的な手技を施すためのものであり、その先端には、例えばグリッパ、鋏及び電気メス等が設けられ、又は体腔の臓器等を所定の場所に退避させて広い術野を確保するためのリトラクタを設けることもできる。本実施形態の場合、各マニピュレータ２８ａ、２８ｂは、略同一構成からなるため、以下ではマニピュレータ２８ａの構成と、該マニピュレータ２８ａとアーム２２ａの接続部の構成について代表的に説明し、マニピュレータ２８ｂについての詳細な説明は省略する。
【００３６】
図２に示すように、マニピュレータ２８ａは、アーム２２ａ先端の支持部材５０に対して着脱自在な構成になっている。支持部材５０には、３つのモータ５８ａ〜５８ｃが並列している。マニピュレータ２８ａは、支持部材５０に対する接続ブロック５２と、該接続ブロック５２から先端方向に延在する中空の連結シャフト５４と、該連結シャフト５４の先端に設けられた先端動作部５６とを有する。
【００３７】
接続ブロック５２は、所定の着脱機構により支持部材５０に対して着脱及び交換が可能である。接続ブロック５２は、モータ５８ａ〜５８ｃに係合するプーリ６０ａ〜６０ｃがモータ５８ａ〜５８ｃに対応して並列している。モータ５８ａ〜５８ｃとプーリ６０ａ〜６０ｃは、一方に非円形の凸部があり、他方に該凸部に係合する凹部が設けられており、モータ５８ａ〜５８ｇの回転がプーリ６０ａ〜６０ｃに伝達される。
【００３８】
プーリ６０ａ〜６０ｃには、ワイヤ６２ａ〜６２ｃが巻き掛けられている。可撓性部材からなるワイヤ６２ａ〜６２ｃは環状であって、滑り止めのため一部がプーリ６０ａ〜６０ｃに固定され、例えば１．５回転巻き掛けられて、連結シャフト５４内を延在しており、プーリ６０ａ〜６０ｃが回転することにより、左右から延在する２本のうち一方が巻き取られ、他方が送り出される。
【００３９】
連結シャフト５４は、接続ブロック５２から先端方向に延在し、その先端に先端動作部５６が設けられている。連結シャフト５４の途中には、図示しない関節部を設けて屈曲可能に構成してもよい。そうすると、体腔内における手技で、マニピュレータ２８ａをリトラクタとして一層好適に作用させることができる。他のマニピュレータや臓器等を有効に回避しながら所望の臓器を押すことができるからである。
【００４０】
図３に示すように、先端動作部５６は、連結シャフト５４の先端に設けられており、少なくとも、ワイヤ６２ａが巻き掛けられるプーリ（図示せず）、ワイヤ６２ｂが巻き掛けられるプーリ（図示せず）、及びワイヤ６２ｃが巻き掛けられるプーリ（図示せず）を有する。ワイヤ６２ａ〜６２ｃが、接続ブロック５２のプーリ６０ａ〜６０ｃの回転動作よって進退することにより、先端動作部５６の各前記プーリが従動的に回転し、該先端動作部５６は３軸動作が可能である。この動作は、例えば、ピッチ軸（関節軸）６４及びヨー軸（関節軸）６６を中心とした傾動動作と、グリッパ６８の開閉動作である。先端動作部５６には、これら各軸による動作と共に、又は該動作に代えて連結シャフト５４の軸線方向に延びたロール軸を中心とした回転動作を設けてもよい。
【００４１】
再び図１を参照する。カメラアーム２２ｃの先端に設けられた内視鏡３０は、体腔内の様子を撮影するカメラであり、その画像（映像）がコンソール２０のモニタ７０に表示されることで、手術スタッフ（医師）は、体腔内の様子を観察しながらマニピュレータ２８ａ、２８ｂを操作し、患部に対して所望の手技を行うことができる。内視鏡３０は、図２に示すマニピュレータ２８ａと略同様に、カメラアーム２２ｃの先端の支持部材に対して着脱自在な構成となっている。
【００４２】
本実施形態において、画像診断装置１８は、ＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）装置１８Ａとして構成されており、特に、図示例では開放型ＭＲＩとして構成されている。画像診断装置１８には、撮像領域３４が設けられている。ＭＲＩ装置の場合、磁場形成領域が撮像領域３４であり、この撮像領域３４内に撮像対象となる部位（患者３６の特定部位）を位置させ、検出された信号を解析することでＭＲＩ画像が形成される。本実施形態の場合、患者３６を載せた可動ベッド１６を画像診断装置１８側（Ｘ１方向側）に移動させ、可動ベッド１６を撮像領域３４内に進入させることで、撮像可能な状態となる。なお、画像診断装置１８は、生体内部の状態を画像化するための他の装置、例えば、ＣＴ（コンピューター断層撮影）装置であってもよい。
【００４３】
医療用ロボットシステム１０は、各アーム２２ａ〜２２ｃを有する手術ロボット１４をコンソール２０によって駆動操作することで患者３６への外科処置を遠隔的に実施することができる。
【００４４】
コンソール２０は、手術ロボット１４の操作用入力部である３つのジョイスティック３８ａ、３８ｂ、３８ｃと、可動ベッド１６及び画像診断装置１８の操作用入力部である操作盤４０と、表示手段であるモニタ７０と、システム制御部４２とを備える。また、コンソール２０は、ステーション１２、手術ロボット１４、可動ベッド１６及び画像診断装置１８との間で、有線、無線、ネットワーク又はこれらを組み合わせた通信手段によって情報を送受信可能である。
【００４５】
左右のジョイスティック３８ａ、３８ｂの操作により、アーム２２ａ、２２ｂを個別に操作が可能であり、中央のジョイスティック３８ｃの操作により、カメラアーム２２ｃの操作が可能である。各アーム２２ｃ〜２２ｃは、図示しない別の操作手段により操作するように構成してもよく、また、ジョイスティック３８ａ〜３８ｃを適宜切り換えて使用する等してもよい。ジョイスティック３８ａ、３８ｂは、両手で操作しやすい左右位置に設けられている。ジョイスティック３８ａ、３８ｂはマスターアームであってもよい。
【００４６】
ジョイスティック３８ａ〜３８ｃは、上下動作、捻り動作、及び全方向への傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてアーム２２ａ〜２２ｃを動作させることができる。ジョイスティック３８ａ〜３８ｃは、手を離すと図４に示す直立の基準状態に復帰する。
【００４７】
図４に示すように、ジョイスティック３８ａ、３８ｂは、同構造であり、人手によって握るハンドルグリップ７２と、主に人差し指、中指によって押し引き操作されるトリガレバー７４と、主に親指によって操作される複合入力部７６とを有し、例えば、トリガレバー７４を操作することにより、マニピュレータのグリッパ６８を開閉することができる。複合入力部７６は、中央に設けられた十字状のシーソー型スイッチ７６ａを有する。シーソー型スイッチ７６ａを操作することにより、ピッチ軸６４及びヨー軸６６の傾動動作が可能になる。
【００４８】
ジョイスティック３８ｃについても、上記ジョイスティック３８ａ、３８ｂと基本的には同構造でよく、複合入力部７６のシーソー型スイッチ７６ａによって内視鏡３０の姿勢軸を動作させることができ、また、例えば、トリガレバー７４に代えて、視点固定スイッチ７５を設けるとよい。勿論、内視鏡３０及びカメラアーム２２ｃの操作部として、コンソール２０以外の装置にジョイスティック３８ｃ又は同様な操作部を設けてもよい。
【００４９】
操作盤４０には、可動ベッド１６及び画像診断装置１８の操作に必要な各種ボタン類や、医療用ロボットシステム１０のその他の入力操作に用いられる入力部が設けられている。操作盤４０に対して所定の入力操作を行うことにより、可動ベッド１６の位置及び姿勢を調整することが可能であり、また、画像診断装置１８による患者３６体内の撮像を実行することが可能である。なお、画像診断装置１８及び可動ベッド１６の操作入力手段としては、操作盤４０に限られず、ジョイスティック３８ａ〜３８ｃと同様の構成を採用してもよい。
【００５０】
モニタ７０には、内視鏡３０の画像とＭＲＩ画像が表示される。内視鏡３０の画像とＭＲＩ画像は、モニタ７０の画面上で個別に表示されてもよいし、複数のウインドウにより同時に表示されてもよい。
【００５１】
図１に示すシステム制御部４２は、手術ロボット１４、可動ベッド１６及び画像診断装置１８の動作を制御するものであり、当該コンソール２０、換言すれば当該医療用ロボットシステム１０の総合的な制御部である。システム制御部４２では、手術ロボット１４、可動ベッド１６及び画像診断装置１８の座標系が統合されている。すなわち、手術ロボット１４、可動ベッド１６及び画像診断装置１８は、共通の座標系で統括的に制御することが可能である。
【００５２】
なお、コンソール２０は、手術ロボット１４の全ての制御を負担している必要はなく、例えば、各アーム２２ａ〜２２ｃのフィードバック制御は、それぞれのロボット側に設けられていてもよい。各アーム２２ａ〜２２ｃは、コンソール２０の制御下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール２０に設けられたジョイスティック（操作部）３８ａ〜３８ｃに倣った動作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。
【００５３】
本実施形態に係る医療用ロボットシステム１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用及び効果について説明する。
【００５４】
医療用ロボットシステム１０を用いて患者３６に対する診断・処置を行う場合、まず、患者３６は可動ベッド１６に載せられる。この場合、予め可動ベッドを医療用ロボットの作業エリアから退避する位置に進出させておき、その位置の可動ベッド１６に患者３６が載る。ここでは、手術を施す前に、画像診断装置１８で患者３６の体内の患部の状態を検査・診断するため、患者３６は仰向けの状態で可動ベッド１６に載せられる。
【００５５】
そして、可動ベッド１６は、画像診断装置１８の撮像領域３４に進入できるように、コンソール２０の制御作用下に、長手方向をＸ方向に向ける。このときの可動ベッド１６の方向調整は、術者（または補助者）がコンソール２０の操作盤４０を操作して行ってもよいし、システム制御部４２において可動ベッド１６の画像撮像時の方向としてプリセットした方向に自動制御で行ってもよい。
【００５６】
次に、図５に示すように、患者３６を載せた可動ベッド１６を、患者３６の患部が撮像領域３４内の所定位置にくるように、画像診断装置１８の撮像領域３４に進入させる。撮像領域３４内の所望の位置に患者３６を位置させたら、画像診断装置１８を作動させて、体内の所望の部位（患部）を撮像する。本実施形態の場合、ＭＲＩ画像データが得られる。撮像した画像データは、コンソール２０に送信され、ＭＲＩ画像がモニタ７０に表示される。
【００５７】
画像診断装置に１８より患者３６の体内の状態を撮像したら、可動ベッド１６を手術ロボット１４側（Ｘ２方向側）に移動させ、可動ベッド１６上の患者３６の手術部位と医療用器具（マニピュレータ２８ａ、２８ｂ及び内視鏡３０）との相対位置合わせを行う。この場合、術者がコンソール２０の手動操作により、可動ベッド１６及び手術ロボット１４を動作させ位置調整を行ってもよいが、得られた画像データを元に、システム制御部４２の作用下に、マニピュレータと内視鏡３０の位置を自動で設定してもよい。これにより、手術時間の短縮化を図ることができる。
【００５８】
手術ロボット１４に対する患者３６の向きは、特定の方向に限定されないが、例えば、消化器系の臓器を手術対象とする場合には、図１に示すように、患者３６の頭部がＸ１方向側を向くように可動ベッド１６の向きを設定するとよい。一方、下腹部（子宮等）の臓器を手術対象とする場合には、図６に示すように、患者３６の頭部がＸ２方向側を向くように可動ベッド１６の向きを設定するとよい。この場合、可動ベッド１６は、軸線ａ１を中心として回転動作が可能であるので、可動ベッド１６の向きの設定（調整）を容易に行うことができる。
【００５９】
そして、医療用ロボットシステム１０による手術では、各アーム２２ａ〜２２ｃを駆動制御し、マニピュレータ２８ａ、２８ｂ及び内視鏡３０を、トロッカー３２を通して患者３６の体内に挿入し、内視鏡３０によって体腔内を撮影・視認しつつ、マニピュレータ２８ａ、２８ｂで患部に対する所望の処置を行う。
【００６０】
可動ベッド１６は、Ｘ方向に移動可能であるので、手術中に診断画像を撮像したい場合には、図５に示すように、可動ベッド１６をアームユニット２２の下方から画像診断装置１８側に自動（電動）で移動（スライド）させることで、迅速に診断画像を撮像することが可能である。また、画像診断装置１８での撮像が終了したら、可動ベッド１６をＸ２方向に移動させて元の位置へ戻すことで、迅速に手技に復帰することが可能である。
【００６１】
上述したように、本実施形態に係る医療用ロボットシステム１０によれば、手術ロボット１４のステーション１２上に可動ベッド１６が設けられているので、可動ベッド１６の位置調整を行うことで、アームユニット２２の先端に設けられた医療用器具の患者３６に対する位置及び角度を調整することができる。このように手術ロボット１４は固定された位置にあり、手術ロボット１４を基準として可動ベッド１６が動く構成としたので、症例毎に異なる患者３６に対する位置及び角度の調整を、手術ロボット１４を移動させることなく、可動ベッド１６の多自由度な動きによって簡便かつ迅速に行うことができる。
【００６２】
また、このような構成を採用することで、アームユニット２２を小型化する必要がなくなるため、アームユニット２２の構成の自由度が大きくなり、アームユニット２２に付加する機能に関して制約を受けない。従って、統合型のシステムとして多機能化を図りやすい。
【００６３】
腹腔鏡下手術において、患者３６の腹腔内に作業スペースを作る等のために患者３６の身体を傾けたい場合がある。このような場合、上述したように、可動ベッド１６は、軸線ａ２を中心とした傾動動作、軸線ａ３を中心とした傾動動作、あるいは軸線ａ２を中心とした傾動動作と軸線ａ３を中心とした傾動動作の複合動作が可能であるため、可動ベッド１６の姿勢を水平に対して傾けることにより、患者３６の身体を傾けて、患者３６の腹腔内に所望の作業スペースを容易に確保することができる。
【００６４】
また、このように可動ベッド１６を傾けた場合に、システム制御部４２の制御作用下に、可動ベッド１６の姿勢変更に合わせてアームユニット２２を協調動作させるとよい。これにより、可動ベッド１６とアームユニット２２の先端に設けられたマニピュレータ及び内視鏡３０との位置関係を保持したまま、可動ベッド１６の姿勢変更を行うことができる。
【００６５】
上記の構成によれば、手術ロボット１４、可動ベッド１６及び画像診断装置１８により、診断・手術を１つのシステムで実現する統合型システムが構築される。このため、上述したように、手術ロボット１４、可動ベッド１６及び画像診断装置１８の動作を共通の座標系で統括的に制御することが可能である。
【００６６】
例えば、手術ロボット１４と可動ベッド１６との相対位置を症例毎にプリセットしておき、症例開始時に、どの症例を行うかの指定（選択）を操作盤４０に対する入力操作によって行うことで、可動ベッド１６の位置が自動的に調整されるようにしてもよい。これにより、手術時間の短縮化を図ることができる。
【００６７】
また、手術ロボット１４、可動ベッド１６及び画像診断装置１８を共通の座標系で制御することにより、医療用ロボットシステム１０において、画像支援ナビゲーションを構築することが容易となる。すなわち、従来技術において画像支援ナビゲーションを構築するには、レジストレーションと呼ばれる座標統合処理を行う必要があり、この座標統合には三次元側計測装置等の他の機器を用いることが必要で、システム構成が複雑となりやすい。これに対し、本実施形態に係る医療用ロボットシステム１０によれば、各構成機器が共通の座標系で制御されるため、三次元側計測装置等の他の機器を用いて各機器間の座標合わせを行う必要がなく、簡易な構成で画像支援ナビゲーションを構築できる。
【００６８】
このような画像支援ナビゲーションを構築する場合、例えば、システム制御部４２の作用下に、画像診断装置１８で撮像した画像データを元に、モニタ７０の画面上において、手術対象の臓器（病変部）の位置を内視鏡３０の撮像画像に合成した形で表示してもよい。これにより、術者は、モニタ７０の画面上のどの位置に病変部があるのかを正確かつ迅速に把握することが可能となる。
【００６９】
また、システム制御部４２の作用下に、画像診断装置１８で撮像した画像データを元に、モニタ７０の画面上において、手術対象部位以外の特定の組織（例えば、血管等のような損傷リスクの高い組織）を内視鏡３０の撮像画像に合成して明示してもよい。これにより、術者は、モニタ７０の画面上のどの位置に、損傷リスクの高い組織があるかを正確かつ迅速に把握することが可能となる。
【００７０】
ところで、従来の医療用ロボットシステムでは、手術を行っている最中に不足の事態が生じた場合には、ロボット本体を手術ベッドから離すように移動させ、術者が患者を取り囲めるようにする必要があったが、ロボット本体の重量が相当に大きい場合には、素早く移動させることが困難である場合があった。これに対し、本実施形態に係る医療用ロボットシステム１０では、手術ロボット１４により手術を行っている最中に不測の事態が生じた場合には、可動ベッド１６をアームユニット２２下の作業エリアから退避させることで、術者による通常の手術に簡易かつ迅速に移行することができる。
【００７１】
また、本実施形態に係る医療用ロボットシステム１０によれば、手術ロボット１４を移動させる必要がなくなったことで、手術ロボット１４の移動に伴う周辺装置との接触の可能性を本質的になくすことができ、また人の動きも発生しないため、感染等のリスクも最小限に留めることができる。
【００７２】
上記において、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７３】
１０…医療用ロボットシステム １２…ステーション
１４…手術ロボット １６…可動ベッド
１８…画像診断装置 ２２…アームユニット
３０…内視鏡 ３４…撮像領域
４２…システム制御部 ７０…モニタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステーションと、
前記ステーションに設けられ先端に医療用器具が取り付けられた少なくとも１つのアームユニットと、前記アームユニットの先端に設けられた医療用器具とを有する手術ロボットと、
前記ステーション上に設置され、前記ステーション上での位置及び向きを変更可能な可動ベッドと、
前記手術ロボット及び前記可動ベッドの動作を制御するシステム制御部とを備える、
ことを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項２】
請求項１記載の医療用ロボットシステムにおいて、
前記可動ベッドは、前記ステーション上での姿勢を変更可能に構成される、
ことを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項３】
請求項２記載の医療用ロボットシステムにおいて、
前記システム制御部は、前記可動ベッドの姿勢変更に合わせて前記アームユニットを協調動作させる、
ことを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療用ロボットシステムにおいて、
生体の内部状態を撮像する画像診断装置をさらに備え、
前記画像診断装置は、前記画像診断装置の撮像領域に前記可動ベッドが進入可能であるように配置され、
前記システム制御部は、前記アームユニット及び前記可動ベッドとともに前記画像診断装置を制御する、
ことを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項５】
請求項４記載の医療用ロボットシステムにおいて、
前記手術ロボットは、前記医療用器具として内視鏡を含み、
前記医療用ロボットシステムは、さらに、前記画像診断装置により撮像した画像と、前記内視鏡で撮像した画像を表示可能なモニタを備え、
前記システム制御部の作用下に、前記画像診断装置で撮像した画像データを元に、前記モニタの画面上において、手術対象部位を前記内視鏡により撮像した画像に合成した形で表示する、
ことを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項６】
請求項４記載の医療用ロボットシステムにおいて、
前記手術ロボットは、前記医療用器具として内視鏡を含み、
前記医療用ロボットシステムは、さらに、前記画像診断装置により撮像した画像と、前記内視鏡で撮像した画像を表示可能なモニタを備え、
前記システム制御部の作用下に、前記画像診断装置で撮像した画像データを元に、前記モニタの画面上において、手術対象部位ではない特定の組織を前記内視鏡により撮像した画像に合成して明示する、
ことを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項１】
ステーションと、
前記ステーションに設けられ先端に医療用器具が取り付けられた少なくとも１つのアームユニットと、前記アームユニットの先端に設けられた医療用器具とを有する手術ロボットと、
前記ステーション上に設置され、前記ステーション上での位置及び向きを変更可能な可動ベッドと、
前記手術ロボット及び前記可動ベッドの動作を制御するシステム制御部とを備える、
ことを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項２】
請求項１記載の医療用ロボットシステムにおいて、
前記可動ベッドは、前記ステーション上での姿勢を変更可能に構成される、
ことを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項３】
請求項２記載の医療用ロボットシステムにおいて、
前記システム制御部は、前記可動ベッドの姿勢変更に合わせて前記アームユニットを協調動作させる、
ことを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療用ロボットシステムにおいて、
生体の内部状態を撮像する画像診断装置をさらに備え、
前記画像診断装置は、前記画像診断装置の撮像領域に前記可動ベッドが進入可能であるように配置され、
前記システム制御部は、前記アームユニット及び前記可動ベッドとともに前記画像診断装置を制御する、
ことを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項５】
請求項４記載の医療用ロボットシステムにおいて、
前記手術ロボットは、前記医療用器具として内視鏡を含み、
前記医療用ロボットシステムは、さらに、前記画像診断装置により撮像した画像と、前記内視鏡で撮像した画像を表示可能なモニタを備え、
前記システム制御部の作用下に、前記画像診断装置で撮像した画像データを元に、前記モニタの画面上において、手術対象部位を前記内視鏡により撮像した画像に合成した形で表示する、
ことを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項６】
請求項４記載の医療用ロボットシステムにおいて、
前記手術ロボットは、前記医療用器具として内視鏡を含み、
前記医療用ロボットシステムは、さらに、前記画像診断装置により撮像した画像と、前記内視鏡で撮像した画像を表示可能なモニタを備え、
前記システム制御部の作用下に、前記画像診断装置で撮像した画像データを元に、前記モニタの画面上において、手術対象部位ではない特定の組織を前記内視鏡により撮像した画像に合成して明示する、
ことを特徴とする医療用ロボットシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−５５５７（Ｐ２０１２−５５５７Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４２２２５（Ｐ２０１０−１４２２２５）
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
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