術具及びその術具を有する手術支援システム
【課題】より正確に術具の寿命をコントロール可能な術具及びその術具を有する手術支援システムを提供すること。
【解決手段】術具先端部２００の内部に、術具先端部２００が位置決めアーム部１００に装着されたときに通電されるタイマ２０１を設ける。このタイマ２０１は、位置決めアーム部１００によって通電されたときに術具先端部２００の使用時間又は動作回数をカウントする。タイマ２０１のカウントの結果、術具先端部２００が寿命に達した場合にはロック機構２０１ａが動作して術具の動作がロックされる。
【解決手段】術具先端部２００の内部に、術具先端部２００が位置決めアーム部１００に装着されたときに通電されるタイマ２０１を設ける。このタイマ２０１は、位置決めアーム部１００によって通電されたときに術具先端部２００の使用時間又は動作回数をカウントする。タイマ２０１のカウントの結果、術具先端部２００が寿命に達した場合にはロック機構２０１ａが動作して術具の動作がロックされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、術具及びその術具を有する手術支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療施設の省人化を図るため、ロボットによる医療処置の研究が行われている。特に、外科分野では、多自由度アームを有する多自由度マニピュレータによって患者の処置をする医療用マニピュレータシステム（手術支援システム）についての各種の提案がなされている。このような医療用マニピュレータシステムにおいては、アームの先端にグリッパ（把持器）や鉗子等の各種の術具が装着される。従来、これらの術具は使い捨てられるものであったが、近年では滅菌等の処理を施すことによって同一の術具を複数回装着して使用できるようになっている。しかしながら、このような術具は、複数回の使用によって劣化するものであり、この劣化によって使用時に不具合が生じる可能性がある。このような不具合を生じさせないためには、アームの先端に装着される術具の使用限界（寿命）を正しく把握して使用する必要がある。
【０００３】
このような寿命の範囲内で術具を使用するための技術に関して例えば特許文献１の技術が提案されている。特許文献１においては、術具内に電池を内蔵させておき、術具がアームに装着されている間は、内蔵電池が放電するように構成している。このような構成において、特許文献１では、内蔵電池の起電力を計測することにより、術具がアームに装着されている時間を術具の寿命として計測し、内蔵電池の起電力が所定値以下となった場合には、術具の交換を促すための警報を発するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１０７１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１のような内蔵電池の起電力を計測する場合には、内蔵電池が自然放電等すること等によって、実際の装着時間と内蔵電池の起電力とが必ずしも対応しない可能性がある。術具の実際の装着時間が内蔵電池の起電力と対応しなくなると、本来の術具の寿命よりも早いタイミングで警報が発せられる。このため、効率の良い交換が行えなくなる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、より正確に術具の寿命をコントロール可能な術具及びその術具を有す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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の術具は、術具であって、前記術具の内部に設けられ、前記術具の使用又は動作されたときに連動して術具の使用時間又は動作量を取得可能な使用状況計測部を有することを特徴とする。
【０００８】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第２の態様の手術支援システムは、第１の態様に記載の術具と、前記術具が取り付けられるアーム部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、より正確に術具の寿命をコントロール可能な術具及びその術具を有する手術支援システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の各実施形態に係る手術支援システムの一例としてのマスタスレーブマニピュレータの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るスレーブアームの構成を示す図である。
【図３】タイマの動作を示したフローチャートである。
【図４】ロック機構の動作の例を示した図である。
【図５】マニピュレータ制御部の動作を示したフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るスレーブアームの構成を示す図である。
【図７】カウンタＩＣの動作を示したフローチャートである。
【図８】位置決めアーム部の駆動機構が直動機構を有する場合の第２の実施形態の構成の適用例を示す図である。
【図９】先端可動部が複数の可動部で構成されている場合の第１の実施形態の構成の適用例を示す図である。
【図１０】術具が位置決めアーム部に装着されたことを機械的に検出して術具の動作をロックさせる変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の各実施形態に係る手術支援システムの一例としてのマスタスレーブマニピュレータの全体構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るマスタスレーブマニピュレータは、遠隔操作装置１０と、制御装置２０と、スレーブマニピュレータ３０と、を有している。
【００１２】
遠隔操作装置１０は、本マスタスレーブマニピュレータにおけるマスタとして機能するものであって、操作部１１と、表示部１２と、を有している。
操作部１１は、例えば複数の駆動軸やグリッパー部を有している。操作者１が、操作部１１を操作することにより、操作部１１を構成する各駆動軸が駆動される。各駆動軸の駆動量は、各駆動軸に設けられた図示しない位置検出器（例えばエンコーダ）によって検出され、各位置検出器の検出信号が、スレーブマニピュレータ３０のスレーブアーム３１の手先の位置・姿勢を指令するための、操作部１１の操作情報を示す信号（操作信号）として制御装置２０に出力される。
【００１３】
表示部１２は、例えば液晶ディスプレイから構成され、制御装置２０から入力された画像信号に基づいて画像を表示する。後述するが、制御装置２０から入力される画像信号は、スレーブアーム３１に取り付けられた電子カメラ（電子内視鏡）を介して得られた画像信号を、制御装置２０において処理したものである。このような画像信号に基づく画像を、表示部１２に表示させることにより、遠隔操作装置１０の操作者１は、遠隔操作装置１０から離れた場所に配置されたスレーブマニピュレータ３０の手先の画像を確認することが可能である。
【００１４】
制御装置２０は、マスタ制御部２１と、マニピュレータ制御部２２と、画像処理部２３と、を有している。
マスタ制御部２１は、遠隔操作装置１０からの操作信号に従って、スレーブアーム３１の手先の位置・姿勢の指令値を算出し、この位置・姿勢の指令値を、後述する駆動量検出部において検出された検出値とともにマニピュレータ制御部２２に出力する。
【００１５】
マニピュレータ制御部２２は、遠隔操作装置１０からの位置・姿勢の指令値を受けて、スレーブアーム３１の手先の位置・姿勢を指令値に一致させるために必要なスレーブアーム３１の各関節の目標の駆動量を、例えば逆運動学計算によって算出する。
画像処理部２３は、スレーブアーム３１の先端に設けられた電子カメラ（電子内視鏡等）から得られた画像信号を処理し、表示部１２の表示用の画像信号を生成して表示部１２に出力する。
【００１６】
スレーブマニピュレータ３０は、スレーブアーム３１を有している。スレーブアーム３１は、位置決めアーム部と、術具とを有している。位置決めアーム部は、複数の関節を有し、マニピュレータ制御部２２からの制御信号に従って各関節が駆動されるように構成されている。術具は、術具先端部と術具先端部を駆動するための駆動部とを有し、術具先端部は位置決めアーム部の先端に装着され、駆動部は位置決めアーム部に設けられている。術具としては、例えば把持器（グリッパー）が用いられる。また、先端にカメラ（電子内視鏡）等を取り付けても良い。
【００１７】
図２を参照して、本実施形態に係るスレーブアーム３１についてさらに説明する。図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、スレーブアーム３１は、位置決めアーム部１００と、術具先端部２００とを有している。
位置決めアーム部１００の先端には、術具先端部２００を装着するための着脱部が形成されている。この着脱部には、術具先端部２００を駆動するための駆動部である駆動機構１０１と、術具先端部２００内に設けられているタイマ２０１に電力を供給するための電力供給部１１１とが設けられている。
【００１８】
駆動機構１０１は、動力部１０２と、動力伝達部１０３と、駆動量検出部１０４とを有している。動力部１０２は、術具先端部２００を駆動するための動力を発生する機構であって、例えばモータ等から構成されている。動力部１０２は、マニピュレータ制御部２２からの制御信号に従って術具先端部２００を駆動するための動力を発生する。動力伝達部１０３は、例えばモータ等によって発生した動力を術具先端部２００に伝達するための機構である。なお、図２に示す動力伝達部１０３は、動力部１０２で発生した回転動力を、ギヤとベルトとを用いて術具先端部２００に伝達する機構を例示している。図２で示した動力部１０２、動力伝達部１０３の構成は一例であって適宜変更可能である。駆動量検出部１０４は、例えばエンコーダから構成され、動力部１０２の駆動量（図２の例では回転量）を電気信号として検出する。
【００１９】
電力供給部１１１は、位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着された際に、術具先端部２００内のタイマ２０１と導電接続される。この接続は、例えばコネクタ接続によって行われる。このような構成の電力供給部１１１は、タイマ２０１を駆動するための電力を供給する。
【００２０】
術具先端部２００は、タイマ２０１と、動力伝達部２０２と、先端可動部２０３とを有している。
使用状況計測部の一例としてのタイマ２０１は、電力供給部１１１からの電力供給を受けてカウントダウン動作するタイマである。このタイマ２０１がカウントする時間は、術具先端部２００の使用可能時間（寿命）に対応している。なお、タイマ２０１は、ぜんまい等の機械機構によってカウントを行うアナログ式のタイマであっても良いし、デジタルカウンタのようなデジタル式のタイマであっても良い。また、図２に示すように、本実施形態のタイマ２０１には、ロック機構２０１ａが設けられている。ロック機構２０１ａは、タイマ２０１のカウントが「０」、即ち術具先端部２００の寿命がなくなったときに作動して動力伝達部２０２の動作をロックする。ロック機構２０１ａは、係止部材等を用いて機械的に動力伝達部２０２の動作をロックするものであっても良いし、リレー等を用いて電気的に動力伝達部２０２の動作をロックするものであっても良い。例えば、図４は、動力部の動作を機械的にロックする例を示している。
【００２１】
動力伝達部２０２は、術具先端部２００が位置決めアーム部１００の先端部に装着された際に、位置決めアーム部１００の動力伝達部１０３と当接するように構成されている。このような構成の動力伝達部２０２は、動力伝達部１０３の動作に連動して動作し、術具先端部２００の先端可動部２０３を動作させる。なお、図２に示す動力伝達部２０２は、動力伝達部１０３のギヤの回転に伴って動作するラックアンドピニオン機構によって先端可動部２０３を動作させる例を示している。ここで、図２の例では、ピニオンギヤは、全周に渡って歯を形成しておらず、先端可動部２０３の可動範囲に対応した部分に歯を形成した例を示している。
【００２２】
先端可動部２０３は、術具先端部２００の先端に設けられ、動力伝達部２０２の動作に連動して動作する。なお、図２は、先端可動部２０３として、動力伝達部２０２を構成するラックの前後動に連動して開閉動作する把持器（グリッパー）が設けられている例を示している。
【００２３】
以上のような構成において、図２（ａ）に示すように、位置決めアーム部１００と術具先端部２００とが分離状態の場合には、動力伝達部１０３のギヤと動力伝達部２０２のピニオンギヤとが噛み合っていないので、先端可動部２０３は動作しない。また、電力供給部１１１からのタイマ２０１への電力供給もなされないため、タイマ２０１も動作しない。
【００２４】
一方、図２（ｂ）に示すように、位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着された場合には、動力伝達部１０３のギヤと動力伝達部２０２のピニオンギヤとが噛み合い、動力部１０２で発生した動力に従って先端可動部２０３が動作する。例えば、図２（ｂ）に示す例において、動力部１０２を構成するモータがＡ方向に回転した場合、この回転に伴って動力伝達部２０２のピニオンギヤがＢ方向に回転する。このピニオンギヤのＢ方向の回転に従って、動力伝達部２０２のラックが先端可動部２０３を牽引するようにしてＣ方向に移動する。これにより、先端可動部２０３がＤ方向に示すように閉動作する。また、動力部１０２を構成するモータが逆方向に回転した場合には、先端可動部２０３が開動作する。
【００２５】
さらに、図２（ｂ）に示すように、術具を使用すべく位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着された場合には、電力供給部１１１によってタイマ２０１が通電し、タイマ２０１がカウントダウン動作を開始する。図３は、タイマ２０１の動作を示したフローチャートである。なお、図３の動作は電力供給部１１１によってタイマ２０１が通電している間は実行される。即ち、電力供給部１１１からタイマ２０１への電力供給が中断された場合、図３の動作は終了される。
【００２６】
初期値として、カウントｃｎｔに、規定の使用回数が設定されている。まず、タイマ２０１のカウントｃｎｔが０を超えているか否かが判定される（ステップＳ１）。ステップＳ１において、カウントｃｎｔが０を超えている場合、即ち術具先端部２００の寿命がまだ残っている場合には、所定期間が経過したか否かが判定される（ステップＳ２）。Ｓ２において、所定期間が経過した場合には、カウントｃｎｔがデクリメント（カウントダウン）される（ステップＳ３）。その後、処理がステップＳ１に戻る。即ち、カウントｃｎｔが０になるまではカウントダウン動作が継続される。
【００２７】
また、ステップＳ１において、カウントｃｎｔが０となった場合、即ち術具先端部２００の寿命が残っていない場合には、例えば図４に示すようにして、ロック機構２０１ａにより術具先端部２００の動作がロックされる（ステップＳ４）。
ここで、図３で示した動作にはカウントｃｎｔが０を超えているか否かの判定が含まれている。ぜんまい等の機械機構によってカウントを行うアナログ式のタイマの場合にはこのような判定は行われずにカウントｃｎｔが０となったときにステップＳ４のロック動作が行われる。
図５は、マニピュレータ制御部２２の動作を示したフローチャートである。マニピュレータ制御部２２は、操作者１による操作部１１の操作に従った指令値がマスタ制御部２１から入力されたか否かを判定している（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の判定において、指令値が入力されていない場合に、マニピュレータ制御部２２は、指令値が入力されるまで、ステップＳ１１の判定を行いつつ待機する。ステップＳ１１の判定において、指令値が入力された場合に、マニピュレータ制御部２２は、入力された指定値に従って位置決めアーム部１００の各関節を駆動するための動力部１０２の目標の駆動量を、例えば逆運動学計算によって算出する（ステップＳ１２）。なお、逆運動学計算については、例えば解析的な手法等の従来周知の各種の手法を用いることができる。ここでは、その詳細についての説明は省略する。
【００２８】
駆動量の算出後、マニピュレータ制御部２２は、算出した駆動量と駆動量検出部１０４との差が規定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。図４で示したように、術具先端部２００の寿命が残っていない場合には、ロック機構２０１ａが作動して術具先端部２００の動作がロックされる。この場合、動力部１０２の動作も停止される。したがって、駆動量検出部１０４の検出値は変化しない。これに対し、ステップＳ１２において算出される動力部１０２の駆動量は、操作者１の操作部１１の操作によって時々刻々に変化するものである。このため、動力部１０２の駆動量と駆動量検出部１０４の検出値との差を取ることで、動力部１０２の動作が停止されているか、即ち術具先端部２００の寿命が残っているか否かを判定することが可能である。
【００２９】
ステップＳ１３の判定において、算出した目標の駆動量と駆動量検出部１０４の検出値との差が規定値以下である場合には、マニピュレータ制御部２２で算出した駆動量に追従して動力部１０２が動作している、即ち術具先端部２００の寿命が残っていることを意味する。この場合に、マニピュレータ制御部２２は、算出した目標の駆動量を位置決めアーム部１００の動力部１０２に入力して術具先端部２００を動作させる（ステップＳ１４）。一方、算出した駆動量と駆動量検出部１０４の検出値との差が規定値を越えている場合には、術具先端部２００の動作がロックされている、即ち術具先端部２００の寿命が残っていないことを意味する。この場合に、マニピュレータ制御部２２は、術具先端部２００の交換を促す警告表示を表示部１２に表示させるよう、画像処理部２３に指示を送る（ステップＳ１５）。その後、マニピュレータ制御部２２は図５の動作を終了させる。なお、ここでは、警告表示の例を示したが、術具先端部２００の交換を促すための手法は警告表示に限るものではない。
【００３０】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、術具先端部２００にタイマ２０１を内蔵させ、術具先端部２００が位置決めアーム部１００に装着されてタイマ２０１が通電されている間、タイマ２０１のカウントダウン動作を行い、このカウントが０となったときに術具先端部２００の動作をロックするようにしている。このため、術具先端部２００が位置決めアーム部１００に装着されている時間を術具先端部２００の寿命として術具先端部２００内で正確に計測し、術具先端部２００の寿命が到来した際には即時に術具先端部２００の動作をロックすることが可能である。
【００３１】
また、マニピュレータ制御部２２は、駆動量検出部１０４からの検出値によって術具先端部２００の寿命が残っているか否かを判定し、この判定結果に応じて操作者１に術具先端部２００の交換を促す警告を行うことが可能である。このため、術具先端部２００とマニピュレータ制御部２２とについては導電接続する必要がない。
【００３２】
ここで、上述の例では、タイマ２０１が通電されている間は、タイマ２０１をカウントダウン動作させるようにしている。これに対し、術具先端部２００が位置決めアーム部１００に装着されたときにタイマ２０１のカウントダウン動作を行うようにしても良い。この場合、術具先端部２００が位置決めアーム部１００に装着された回数を術具先端部２００の寿命として計測可能となる。
【００３３】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。上述の第１の実施形態は、術具先端部２００が位置決めアーム部１００に装着されている時間を術具先端部２００の寿命として計測するようにしている。これに対し、第２の実施形態は、術具先端部２００が実際に使用された（動作した）回数又は時間を術具先端部２００の寿命として計測する例である。
【００３４】
図６は、本発明の第２の実施形態におけるスレーブアーム３１の構成を示す図である。図６に示すスレーブアーム３１も、位置決めアーム部１００と、術具先端部２００とを有している。以下、図６における図２と同様の構成については、図２と同様の参照符号を付すことで説明を省略する。
【００３５】
図６における電力供給部１１１は、位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着された際に、術具先端部２００内のカウンタＩＣ２０１と導電接続される。このような構成の電力供給部１１１は、カウンタＩＣ２０１を駆動するための電力を供給する。図６に示すように、本実施形態の電力供給部１１１は、カウンタＩＣ２０１を駆動するための電力を供給するための端子（Ｖ、Ｇｎｄ）に加えて、カウンタＩＣ２０１からの術具交換要求信号を受け取るための端子（ｓｉｇｎａｌ）が設けられている。術具交換要求信号については後述する。
【００３６】
第２の実施形態の動力伝達部２０２は、図２に示した第１の実施形態の動力伝達部２０２と同様、ラックアンドピニオン機構によって先端可動部２０３を動作させるものを例示している。これに加え、第２の実施形態においては、動力伝達部２０２を構成するピニオンギヤの歯が形成されていない部分に突出部２０２１を形成している。さらに、この突出部２０２１の近傍に、スイッチ（ＳＷ）２０１ｂを設けている。このＳＷ２０１ｂは、動力伝達部２０２を構成するピニオンギヤの回転動作により、ピニオンギヤに形成された突出部２０２１が接触して押し下げられることでオンされる。また、ＳＷ２０１ｂは、動力伝達部２０２を構成するピニオンギヤの回転動作により、ピニオンギヤに形成された突出部２０２１の接触が解除されることでオフされる。ＳＷ２０１ｂがオンとなると、ＳＷ２０１ｂがオンされた旨を示すカウント信号がＳＷ２０１ｂからカウンタＩＣ２０１に入力される。
【００３７】
使用状況計測部の一例としてのカウンタＩＣ２０１は、ＳＷ２０１ｂの押し下げられた回数を、カウント信号を計数することによって計測する等の処理を行うＩＣ回路である。このようにして、カウント信号を計数することによって、動力伝達部２０２の動作回数、即ち術具先端部２００の実際の使用回数を計測することが可能である。また、カウンタＩＣ２０１は、カウント信号の数が規定値となった場合に、術具先端部２００の動作をロックするための処理も行う。この処理としては、例えば、動力伝達部１０３のギヤと動力伝達部２０２のピニオンギヤとの噛み合わせを解除すべく、強制的にピニオンギヤを駆動させることによって、ピニオンギヤの歯の形成されていない部分を動力伝達部２０２のギヤと対向させるようにする等の処理が考えられる。つまり、この処理がロックする機構に相当する。
【００３８】
図７は、カウンタＩＣ２０１の動作を示したフローチャートである。なお、第１の実施形態と同様、図７の動作は電力供給部１１１によってカウンタＩＣ２０１が通電している間は実行される。即ち、電力供給部１１１からカウンタＩＣ２０１への電力供給が中断された場合、図７の動作は終了される。
【００３９】
まず、カウンタＩＣ２０１は、カウント信号の有無により、ＳＷ２０１ｂが押し下げられたか否かを判定する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１において、ＳＷ２０１ｂが押し下げられた場合に、カウンタＩＣ２０１は、カウントＳＷ＿ｃｎｔをインクリメント（カウントアップ）する（ステップＳ２２）。一方、ステップＳ２１において、ＳＷ２０１ｂが押し下げられていない場合に、カウンタＩＣ２０１はカウントアップを行わない。
【００４０】
次に、カウンタＩＣ２０１は、カウントＳＷ＿ｃｎｔをカウンタＩＣ内のメモリに記憶されている規定値と比較し、この比較の結果、カウントＳＷ＿ｃｎｔが規定値以下か否かを判定する（ステップＳ２３）。なお、この規定値は、術具先端部２００の寿命に対応した回数である。ステップＳ２３において、ＳＷ＿ｃｎｔが規定値を超えている場合、即ちＳＷ２０１ｂが押し下げられた回数が規定値を越えている場合には、動力伝達部２０２の動作回数も規定値を越えていることになる。この場合には、術具先端部２００の寿命が残っていないとして、カウンタＩＣ２０１は、カウンタＩＣ２０１内のレジスタに保持されている術具使用終了フラグの状態をオン状態とする（ステップＳ２４）。一方、ステップＳ２３において、ＳＷ＿ｃｎｔが規定値以下である場合には、術具先端部２００の寿命が残っていないとして、カウンタＩＣ２０１は、カウンタＩＣ２０１内のレジスタに保持されている術具使用終了フラグの状態をオフ状態のままとする。
【００４１】
次に、カウンタＩＣ２０１は、術具使用終了フラグがオン状態であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５において、術具使用終了フラグがオフ状態である、即ち術具の寿命がまだ残っている場合には、処理がステップＳ２１に戻る。即ち、術具使用終了フラグがオフ状態の間は、ステップＳ２１〜Ｓ２５の動作が繰り返される。また、ステップＳ２５において、術具使用終了フラグがオン状態である、即ち術具の寿命が残っていない場合に、カウンタＩＣ２０１は、強制的にピニオンギヤを作動させる等の手法を用いて術具先端部２００の動作をロックする（ステップＳ２６）。そして、カウンタＩＣ２０１は、術具交換要求信号を電力供給部１１１に出力する（ステップＳ２７）。その後、カウンタＩＣ２０１は図７の動作を終了させる。
【００４２】
電力供給部１１１に入力された術具交換要求信号は、読み取り部の一例として機能を有するマニピュレータ制御部２２に入力される。マニピュレータ制御部２２は、術具交換要求信号を受けた場合に、図５のステップＳ１５の処理と同様にして、術具先端部２００の交換を促す警告表示を表示部１２に表示させるよう、画像処理部２３に指示を送る。
【００４３】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、術具先端部２００が実際に動作した回数を計測している。このため、第１の実施形態に比べて、さらに正確に術具先端部２００の寿命を計測し、術具先端部２００の寿命が到来した際には即時に術具先端部２００の動作をロックすることが可能である。
【００４４】
ここで、上述の例では、動作量として術具先端部２００が実際に動作した回数を計測するようにしている。これに対し、動作量として術具先端部２００の動作時間を計測するようにしても良い。
また、上述の例では、カウンタＩＣ２０１によって計測を行うようにしているが、第１の実施形態と同様に、機械式のカウンタを用いて計測を行うようにしても良い。
【００４５】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
例えば、上述した第１及び第２の実施形態では、位置決めアーム部１００の駆動機構が回転動力によって術具先端部２００を駆動する例を示している。しかしながら、位置決めアーム部１００内部の構成は特に限定されるものではなく、例えば、位置決めアーム部１００の駆動機構が直動動力によって術具先端部２００を駆動するものであっても良い。図８は、位置決めアーム部１００の駆動機構が直動機構を有する場合の第２の実施形態の構成の適用例である。図８に示す駆動機構１０１１は、ラックアンドピニオンあるいはボールねじ等を有して構成され、動力部を構成するモータの回転動力を直動運動に変換する。このような直動運動に従って、術具先端部２００の動力伝達部２０２を構成するロッド２０２２も直動運動する。ロッド２０２２には第２の実施形態で説明したのと同様の突出部２０２２ａが設けられており、また、突出部２０２２ａの近傍には第２の実施形態で説明したのと同様のＳＷ２０１ｂ及びカウンタＩＣ２０１が設けられている。このような構成において、ロッド２０２２の直動運動により、突出部２０２２ａがＳＷ２０１ｂに接触する毎にＳＷ２０１ｂがオンすることでカウンタＩＣ２０１によるカウントアップ動作が行われる。このようにして、第２の実施形態と同様に寿命の計測を行うことが可能である。ここで、図８は、位置決めアーム部１００の駆動機構が直動機構を有する場合の第２の実施形態の構成の適用例を示しているが、第１の実施形態の構成を適用するようにしても良い。
【００４６】
また、上述した第１及び第２の実施形態では、術具先端部２００の先端可動部２０３が１つの可動部（開閉部）で構成されている例を示している。これに対し、図９のように、術具先端部２００の先端可動部が複数の可動部で構成されている場合にも上述した各実施形態の構成を適用することも可能である。図９は、先端可動部が、開閉部２０３ａと、関節部２０３ｂとを有している。そして、これら開閉部２０３ａ、関節部２０３ｂがそれぞれ別の動力伝達部２０２ａ、２０２ｂによって、それぞれの駆動機構１０１ａ、１０１ｂを介して駆動される。例えば、図９の例では、動力伝達部２０２ａがプーリを用いたワイヤの押し引き動作によって開閉部２０３ａを駆動する例を示し、動力伝達部２０２ｂが第１及び第２の実施形態と略同様の構成を有する回転動力の伝達機構によって関節部２０３ｂを駆動する例を示している。
【００４７】
さらに、図９においては、動力伝達部２０２ｂの近傍に第１の実施形態で説明したのと同様の構成を有するタイマ２０１が設けられている。このタイマ２０１は、第１の実施形態で説明したのと同様に、術具先端部２００が位置決めアーム部１００に装着されている間、カウントダウン動作するものであり、カウントが０になった時点で術具先端部２００の動作をロックする。このようにして、第１の実施形態と同様の寿命の計測を行うことが可能である。なお、図９は、関節部２０３ｂの動作をロック機構２０１ａにてロックするものであるが、開閉部２０３ａの動作をロックするようにしても良いし、開閉部２０３ａと関節部２０３ｂの両方の動作をロックするようにしても良い。また、図９は、第１の実施形態の構成の適用例を示しているが、第２の実施形態の構成を適用するようにしても良い。
また、術具先端部２００と位置決めアーム部１００との間に駆動力を伝達可能なアダプタを介しても良い。
さらに、上述した各実施形態では、術具先端部２００が位置決めアーム部１００に着脱される位置を、先端を例にとって説明したが、特に先端に限るものではなく、術具先端部２００が着脱される位置であれば、どの位置でも良い。
また、上述した各実施形態では、術具先端部２００が位置決めアーム部１００によって通電された際に術具先端部２００の寿命のカウントを行うようにしている。これに対し、位置決めアーム部１００の装着を機械的に検出しつつ、術具先端部２００の寿命がきたときに術具先端部２００の動作を自動的にロックさせるようにしても良い。図１０は、このような変形例の構成を示した図である。動作については、上述した図５のフローチャートにおける動作と同じのため、その説明は省略する。なお、図１０は、位置決めアーム部１００の駆動機構が直動機構の例を示しているが、駆動機構は必ずしも直動機構とする必要はない。
図１０に示す駆動機構１０１１の動力伝達部１０３は、ラックアンドピニオンあるいはボールねじ等を有して構成され、動力部１０２を構成するモータの回転動力を直動運動に変換する。この動力伝達部１０３の先端には係合突起１０３ａが形成されている。この係合突起１０３ａは、位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着された際に、図１０（ｂ）に示すようにして術具先端部２００のロッド２０２２と係合するように構成されている。このような構成により、動力伝達部１０３の直動運動に応じてロッド２０２２も直動運動する。
また、図１０に示すように、位置決めアーム部１００の術具先端部２００との対向面には押圧突起１００ａが形成されている。この押圧突起１００ａは、位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着された際に、図１０（ｂ）に示すようにして術具先端部２００の可動部２０２３ａと当接して可動部２０２３ａを回動可能とするように構成されている。
つまり、図１０（ａ）に示すように、可動部２０２３ａが術具先端部２００の位置決めアーム部１００との対向面からぜんまい式ギヤ２０２３の下方にかけて形成されている。この可動部２０２３ａは、位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着されていない場合には、図１０（ａ）に示すようにしてぜんまい式ギヤ２０２３を係止している。一方、位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着された際には、可動部２０２３ａは、図１０（ｂ）に示すようにして回動してぜんまい式ギヤの係止を解除する。また、可動部２０２３ａの下方にはばね２０２３ｂが設けられている。このばね２０２３ｂは、位置決めアーム部１００から術具先端部２００が外された場合に、可動部２０２３ａを図１０（ａ）の状態に復帰させるために設けられている。
ただし、ぜんまい式ギヤ２０２３は、可動部２０２３aによる係止が解除されても、図示されていない突起により、ぜんまいバネによる回転力は開放されず、図上反時計まわりには回転可能だが、時計回りには回転しないように保持されており、反時計まわりに回転することで、ぜんまいバネに力が蓄えられる構造になっている。
また、術具先端部２００のロッド２０２２には、突起２０２２ｂが形成されている。この突起２０２２ｂは、ロッド２０２２が図面左方向に動いた場合にのみぜんまい式ギヤ２０２３と噛み合い、ロッド２０２２が図面右方向に動いた場合にはぜんまい式ギヤ２０２３と噛み合わないように構成されている。なお、ロッド２０２２は、図１０では省略しているが、図８のロッド２０２２や図９のように術具先端の開閉部や関節などを駆動する駆動ロッドである。
図１０に示すような構成において、位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着されると、可動部２０２３ａが回動してぜんまいギヤ２０２３が可動な状態となる。この状態でロッド２０２２が直動運動すると、ぜんまいギヤ２０２３が回転してぜんまいに力が蓄えられる。したがって、術具先端部２００が動くほど、ぜんまいに力が蓄えられる。これにより、術具先端部２００の動作回数が規定回数を超え、ぜんまいに蓄えられた力が駆動部１０２の駆動力を上回った時点で、それ以上術具先端部２００が駆動できなくなる（術具先端部２００の動作がロックされる）。この時点が術具先端部２００の寿命となる。ぜんまいバネの強さを変えることで、術具毎に使用時間を設定することができる。このような構成を用いても第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
つまり、術具に電力を供給しなくても術具の実際の使用時間を計測し、設定した使用時間に達したら術具を動かなくなるようにすることが可能であり、術具の総動作量をＩＣ等を用いずに保持可能である。
上記各実施形態（変形例を含む）では、術具として術具先端部２００を駆動するための駆動機構１０１、１０１１、１０１ａ、１０１ｂを術具先端部２００が着脱される位置決めアーム部１００に設けたものを例にとって説明したが、次に示す術具であっても良い。
術具が、術具先端部２００と、術具先端部２００を操作するための操作部とを有し、術具先端部２００は操作部に着脱自在となっており、駆動部としての駆動機構１０１、１０１１、１０１ａ、１０１ｂを位置決めアーム部１００ではなく、操作部に設けたもの。
また、術具が、術具先端部２００と前記操作部とが一体となったものであっても良い。
上記各術具において、駆動部としての駆動機構が、上記したような電気的な機構でなく、機械的な機構からなっていても良い。
また、上記各実施形態（変形例を含む）では、手術支援システムとして、術具先端部２００と、術具先端部２００が着脱される位置決めアーム部１００とを有するものを例にとって説明したが、これに限るものではなく、上記した術具先端部２００と駆動機構１０１、１０１１、１０１ａ、１０１ｂが設けられた操作部とが一体となった術具を、駆動部のない位置決めアーム部１００に取り付ける手術支援システムであっても良い。
【００４８】
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００４９】
１０…遠隔操作装置、１１…操作部、１２…表示部、２０…制御装置、２１…マスタ制御部、２２…マニピュレータ制御部、２３…画像処理部、３０…スレーブマニピュレータ、３１…スレーブアーム、１００…アーム部、１０１…駆動機構、１０２…動力部、１０３…動力伝達部、１０４…駆動量検出部、１１１…電力供給部、２００…術具先端部、２０１…タイマ（カウンタＩＣ）、２０１ａ…ロック機構、２０１ｂ…スイッチ（ＳＷ）、２０２…動力伝達部、２０２１，２０２２ａ…突出部、２０３…先端可動部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、術具及びその術具を有する手術支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療施設の省人化を図るため、ロボットによる医療処置の研究が行われている。特に、外科分野では、多自由度アームを有する多自由度マニピュレータによって患者の処置をする医療用マニピュレータシステム（手術支援システム）についての各種の提案がなされている。このような医療用マニピュレータシステムにおいては、アームの先端にグリッパ（把持器）や鉗子等の各種の術具が装着される。従来、これらの術具は使い捨てられるものであったが、近年では滅菌等の処理を施すことによって同一の術具を複数回装着して使用できるようになっている。しかしながら、このような術具は、複数回の使用によって劣化するものであり、この劣化によって使用時に不具合が生じる可能性がある。このような不具合を生じさせないためには、アームの先端に装着される術具の使用限界（寿命）を正しく把握して使用する必要がある。
【０００３】
このような寿命の範囲内で術具を使用するための技術に関して例えば特許文献１の技術が提案されている。特許文献１においては、術具内に電池を内蔵させておき、術具がアームに装着されている間は、内蔵電池が放電するように構成している。このような構成において、特許文献１では、内蔵電池の起電力を計測することにより、術具がアームに装着されている時間を術具の寿命として計測し、内蔵電池の起電力が所定値以下となった場合には、術具の交換を促すための警報を発するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１０７１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１のような内蔵電池の起電力を計測する場合には、内蔵電池が自然放電等すること等によって、実際の装着時間と内蔵電池の起電力とが必ずしも対応しない可能性がある。術具の実際の装着時間が内蔵電池の起電力と対応しなくなると、本来の術具の寿命よりも早いタイミングで警報が発せられる。このため、効率の良い交換が行えなくなる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、より正確に術具の寿命をコントロール可能な術具及びその術具を有す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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の術具は、術具であって、前記術具の内部に設けられ、前記術具の使用又は動作されたときに連動して術具の使用時間又は動作量を取得可能な使用状況計測部を有することを特徴とする。
【０００８】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第２の態様の手術支援システムは、第１の態様に記載の術具と、前記術具が取り付けられるアーム部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、より正確に術具の寿命をコントロール可能な術具及びその術具を有する手術支援システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の各実施形態に係る手術支援システムの一例としてのマスタスレーブマニピュレータの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るスレーブアームの構成を示す図である。
【図３】タイマの動作を示したフローチャートである。
【図４】ロック機構の動作の例を示した図である。
【図５】マニピュレータ制御部の動作を示したフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るスレーブアームの構成を示す図である。
【図７】カウンタＩＣの動作を示したフローチャートである。
【図８】位置決めアーム部の駆動機構が直動機構を有する場合の第２の実施形態の構成の適用例を示す図である。
【図９】先端可動部が複数の可動部で構成されている場合の第１の実施形態の構成の適用例を示す図である。
【図１０】術具が位置決めアーム部に装着されたことを機械的に検出して術具の動作をロックさせる変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の各実施形態に係る手術支援システムの一例としてのマスタスレーブマニピュレータの全体構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るマスタスレーブマニピュレータは、遠隔操作装置１０と、制御装置２０と、スレーブマニピュレータ３０と、を有している。
【００１２】
遠隔操作装置１０は、本マスタスレーブマニピュレータにおけるマスタとして機能するものであって、操作部１１と、表示部１２と、を有している。
操作部１１は、例えば複数の駆動軸やグリッパー部を有している。操作者１が、操作部１１を操作することにより、操作部１１を構成する各駆動軸が駆動される。各駆動軸の駆動量は、各駆動軸に設けられた図示しない位置検出器（例えばエンコーダ）によって検出され、各位置検出器の検出信号が、スレーブマニピュレータ３０のスレーブアーム３１の手先の位置・姿勢を指令するための、操作部１１の操作情報を示す信号（操作信号）として制御装置２０に出力される。
【００１３】
表示部１２は、例えば液晶ディスプレイから構成され、制御装置２０から入力された画像信号に基づいて画像を表示する。後述するが、制御装置２０から入力される画像信号は、スレーブアーム３１に取り付けられた電子カメラ（電子内視鏡）を介して得られた画像信号を、制御装置２０において処理したものである。このような画像信号に基づく画像を、表示部１２に表示させることにより、遠隔操作装置１０の操作者１は、遠隔操作装置１０から離れた場所に配置されたスレーブマニピュレータ３０の手先の画像を確認することが可能である。
【００１４】
制御装置２０は、マスタ制御部２１と、マニピュレータ制御部２２と、画像処理部２３と、を有している。
マスタ制御部２１は、遠隔操作装置１０からの操作信号に従って、スレーブアーム３１の手先の位置・姿勢の指令値を算出し、この位置・姿勢の指令値を、後述する駆動量検出部において検出された検出値とともにマニピュレータ制御部２２に出力する。
【００１５】
マニピュレータ制御部２２は、遠隔操作装置１０からの位置・姿勢の指令値を受けて、スレーブアーム３１の手先の位置・姿勢を指令値に一致させるために必要なスレーブアーム３１の各関節の目標の駆動量を、例えば逆運動学計算によって算出する。
画像処理部２３は、スレーブアーム３１の先端に設けられた電子カメラ（電子内視鏡等）から得られた画像信号を処理し、表示部１２の表示用の画像信号を生成して表示部１２に出力する。
【００１６】
スレーブマニピュレータ３０は、スレーブアーム３１を有している。スレーブアーム３１は、位置決めアーム部と、術具とを有している。位置決めアーム部は、複数の関節を有し、マニピュレータ制御部２２からの制御信号に従って各関節が駆動されるように構成されている。術具は、術具先端部と術具先端部を駆動するための駆動部とを有し、術具先端部は位置決めアーム部の先端に装着され、駆動部は位置決めアーム部に設けられている。術具としては、例えば把持器（グリッパー）が用いられる。また、先端にカメラ（電子内視鏡）等を取り付けても良い。
【００１７】
図２を参照して、本実施形態に係るスレーブアーム３１についてさらに説明する。図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、スレーブアーム３１は、位置決めアーム部１００と、術具先端部２００とを有している。
位置決めアーム部１００の先端には、術具先端部２００を装着するための着脱部が形成されている。この着脱部には、術具先端部２００を駆動するための駆動部である駆動機構１０１と、術具先端部２００内に設けられているタイマ２０１に電力を供給するための電力供給部１１１とが設けられている。
【００１８】
駆動機構１０１は、動力部１０２と、動力伝達部１０３と、駆動量検出部１０４とを有している。動力部１０２は、術具先端部２００を駆動するための動力を発生する機構であって、例えばモータ等から構成されている。動力部１０２は、マニピュレータ制御部２２からの制御信号に従って術具先端部２００を駆動するための動力を発生する。動力伝達部１０３は、例えばモータ等によって発生した動力を術具先端部２００に伝達するための機構である。なお、図２に示す動力伝達部１０３は、動力部１０２で発生した回転動力を、ギヤとベルトとを用いて術具先端部２００に伝達する機構を例示している。図２で示した動力部１０２、動力伝達部１０３の構成は一例であって適宜変更可能である。駆動量検出部１０４は、例えばエンコーダから構成され、動力部１０２の駆動量（図２の例では回転量）を電気信号として検出する。
【００１９】
電力供給部１１１は、位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着された際に、術具先端部２００内のタイマ２０１と導電接続される。この接続は、例えばコネクタ接続によって行われる。このような構成の電力供給部１１１は、タイマ２０１を駆動するための電力を供給する。
【００２０】
術具先端部２００は、タイマ２０１と、動力伝達部２０２と、先端可動部２０３とを有している。
使用状況計測部の一例としてのタイマ２０１は、電力供給部１１１からの電力供給を受けてカウントダウン動作するタイマである。このタイマ２０１がカウントする時間は、術具先端部２００の使用可能時間（寿命）に対応している。なお、タイマ２０１は、ぜんまい等の機械機構によってカウントを行うアナログ式のタイマであっても良いし、デジタルカウンタのようなデジタル式のタイマであっても良い。また、図２に示すように、本実施形態のタイマ２０１には、ロック機構２０１ａが設けられている。ロック機構２０１ａは、タイマ２０１のカウントが「０」、即ち術具先端部２００の寿命がなくなったときに作動して動力伝達部２０２の動作をロックする。ロック機構２０１ａは、係止部材等を用いて機械的に動力伝達部２０２の動作をロックするものであっても良いし、リレー等を用いて電気的に動力伝達部２０２の動作をロックするものであっても良い。例えば、図４は、動力部の動作を機械的にロックする例を示している。
【００２１】
動力伝達部２０２は、術具先端部２００が位置決めアーム部１００の先端部に装着された際に、位置決めアーム部１００の動力伝達部１０３と当接するように構成されている。このような構成の動力伝達部２０２は、動力伝達部１０３の動作に連動して動作し、術具先端部２００の先端可動部２０３を動作させる。なお、図２に示す動力伝達部２０２は、動力伝達部１０３のギヤの回転に伴って動作するラックアンドピニオン機構によって先端可動部２０３を動作させる例を示している。ここで、図２の例では、ピニオンギヤは、全周に渡って歯を形成しておらず、先端可動部２０３の可動範囲に対応した部分に歯を形成した例を示している。
【００２２】
先端可動部２０３は、術具先端部２００の先端に設けられ、動力伝達部２０２の動作に連動して動作する。なお、図２は、先端可動部２０３として、動力伝達部２０２を構成するラックの前後動に連動して開閉動作する把持器（グリッパー）が設けられている例を示している。
【００２３】
以上のような構成において、図２（ａ）に示すように、位置決めアーム部１００と術具先端部２００とが分離状態の場合には、動力伝達部１０３のギヤと動力伝達部２０２のピニオンギヤとが噛み合っていないので、先端可動部２０３は動作しない。また、電力供給部１１１からのタイマ２０１への電力供給もなされないため、タイマ２０１も動作しない。
【００２４】
一方、図２（ｂ）に示すように、位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着された場合には、動力伝達部１０３のギヤと動力伝達部２０２のピニオンギヤとが噛み合い、動力部１０２で発生した動力に従って先端可動部２０３が動作する。例えば、図２（ｂ）に示す例において、動力部１０２を構成するモータがＡ方向に回転した場合、この回転に伴って動力伝達部２０２のピニオンギヤがＢ方向に回転する。このピニオンギヤのＢ方向の回転に従って、動力伝達部２０２のラックが先端可動部２０３を牽引するようにしてＣ方向に移動する。これにより、先端可動部２０３がＤ方向に示すように閉動作する。また、動力部１０２を構成するモータが逆方向に回転した場合には、先端可動部２０３が開動作する。
【００２５】
さらに、図２（ｂ）に示すように、術具を使用すべく位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着された場合には、電力供給部１１１によってタイマ２０１が通電し、タイマ２０１がカウントダウン動作を開始する。図３は、タイマ２０１の動作を示したフローチャートである。なお、図３の動作は電力供給部１１１によってタイマ２０１が通電している間は実行される。即ち、電力供給部１１１からタイマ２０１への電力供給が中断された場合、図３の動作は終了される。
【００２６】
初期値として、カウントｃｎｔに、規定の使用回数が設定されている。まず、タイマ２０１のカウントｃｎｔが０を超えているか否かが判定される（ステップＳ１）。ステップＳ１において、カウントｃｎｔが０を超えている場合、即ち術具先端部２００の寿命がまだ残っている場合には、所定期間が経過したか否かが判定される（ステップＳ２）。Ｓ２において、所定期間が経過した場合には、カウントｃｎｔがデクリメント（カウントダウン）される（ステップＳ３）。その後、処理がステップＳ１に戻る。即ち、カウントｃｎｔが０になるまではカウントダウン動作が継続される。
【００２７】
また、ステップＳ１において、カウントｃｎｔが０となった場合、即ち術具先端部２００の寿命が残っていない場合には、例えば図４に示すようにして、ロック機構２０１ａにより術具先端部２００の動作がロックされる（ステップＳ４）。
ここで、図３で示した動作にはカウントｃｎｔが０を超えているか否かの判定が含まれている。ぜんまい等の機械機構によってカウントを行うアナログ式のタイマの場合にはこのような判定は行われずにカウントｃｎｔが０となったときにステップＳ４のロック動作が行われる。
図５は、マニピュレータ制御部２２の動作を示したフローチャートである。マニピュレータ制御部２２は、操作者１による操作部１１の操作に従った指令値がマスタ制御部２１から入力されたか否かを判定している（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の判定において、指令値が入力されていない場合に、マニピュレータ制御部２２は、指令値が入力されるまで、ステップＳ１１の判定を行いつつ待機する。ステップＳ１１の判定において、指令値が入力された場合に、マニピュレータ制御部２２は、入力された指定値に従って位置決めアーム部１００の各関節を駆動するための動力部１０２の目標の駆動量を、例えば逆運動学計算によって算出する（ステップＳ１２）。なお、逆運動学計算については、例えば解析的な手法等の従来周知の各種の手法を用いることができる。ここでは、その詳細についての説明は省略する。
【００２８】
駆動量の算出後、マニピュレータ制御部２２は、算出した駆動量と駆動量検出部１０４との差が規定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。図４で示したように、術具先端部２００の寿命が残っていない場合には、ロック機構２０１ａが作動して術具先端部２００の動作がロックされる。この場合、動力部１０２の動作も停止される。したがって、駆動量検出部１０４の検出値は変化しない。これに対し、ステップＳ１２において算出される動力部１０２の駆動量は、操作者１の操作部１１の操作によって時々刻々に変化するものである。このため、動力部１０２の駆動量と駆動量検出部１０４の検出値との差を取ることで、動力部１０２の動作が停止されているか、即ち術具先端部２００の寿命が残っているか否かを判定することが可能である。
【００２９】
ステップＳ１３の判定において、算出した目標の駆動量と駆動量検出部１０４の検出値との差が規定値以下である場合には、マニピュレータ制御部２２で算出した駆動量に追従して動力部１０２が動作している、即ち術具先端部２００の寿命が残っていることを意味する。この場合に、マニピュレータ制御部２２は、算出した目標の駆動量を位置決めアーム部１００の動力部１０２に入力して術具先端部２００を動作させる（ステップＳ１４）。一方、算出した駆動量と駆動量検出部１０４の検出値との差が規定値を越えている場合には、術具先端部２００の動作がロックされている、即ち術具先端部２００の寿命が残っていないことを意味する。この場合に、マニピュレータ制御部２２は、術具先端部２００の交換を促す警告表示を表示部１２に表示させるよう、画像処理部２３に指示を送る（ステップＳ１５）。その後、マニピュレータ制御部２２は図５の動作を終了させる。なお、ここでは、警告表示の例を示したが、術具先端部２００の交換を促すための手法は警告表示に限るものではない。
【００３０】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、術具先端部２００にタイマ２０１を内蔵させ、術具先端部２００が位置決めアーム部１００に装着されてタイマ２０１が通電されている間、タイマ２０１のカウントダウン動作を行い、このカウントが０となったときに術具先端部２００の動作をロックするようにしている。このため、術具先端部２００が位置決めアーム部１００に装着されている時間を術具先端部２００の寿命として術具先端部２００内で正確に計測し、術具先端部２００の寿命が到来した際には即時に術具先端部２００の動作をロックすることが可能である。
【００３１】
また、マニピュレータ制御部２２は、駆動量検出部１０４からの検出値によって術具先端部２００の寿命が残っているか否かを判定し、この判定結果に応じて操作者１に術具先端部２００の交換を促す警告を行うことが可能である。このため、術具先端部２００とマニピュレータ制御部２２とについては導電接続する必要がない。
【００３２】
ここで、上述の例では、タイマ２０１が通電されている間は、タイマ２０１をカウントダウン動作させるようにしている。これに対し、術具先端部２００が位置決めアーム部１００に装着されたときにタイマ２０１のカウントダウン動作を行うようにしても良い。この場合、術具先端部２００が位置決めアーム部１００に装着された回数を術具先端部２００の寿命として計測可能となる。
【００３３】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。上述の第１の実施形態は、術具先端部２００が位置決めアーム部１００に装着されている時間を術具先端部２００の寿命として計測するようにしている。これに対し、第２の実施形態は、術具先端部２００が実際に使用された（動作した）回数又は時間を術具先端部２００の寿命として計測する例である。
【００３４】
図６は、本発明の第２の実施形態におけるスレーブアーム３１の構成を示す図である。図６に示すスレーブアーム３１も、位置決めアーム部１００と、術具先端部２００とを有している。以下、図６における図２と同様の構成については、図２と同様の参照符号を付すことで説明を省略する。
【００３５】
図６における電力供給部１１１は、位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着された際に、術具先端部２００内のカウンタＩＣ２０１と導電接続される。このような構成の電力供給部１１１は、カウンタＩＣ２０１を駆動するための電力を供給する。図６に示すように、本実施形態の電力供給部１１１は、カウンタＩＣ２０１を駆動するための電力を供給するための端子（Ｖ、Ｇｎｄ）に加えて、カウンタＩＣ２０１からの術具交換要求信号を受け取るための端子（ｓｉｇｎａｌ）が設けられている。術具交換要求信号については後述する。
【００３６】
第２の実施形態の動力伝達部２０２は、図２に示した第１の実施形態の動力伝達部２０２と同様、ラックアンドピニオン機構によって先端可動部２０３を動作させるものを例示している。これに加え、第２の実施形態においては、動力伝達部２０２を構成するピニオンギヤの歯が形成されていない部分に突出部２０２１を形成している。さらに、この突出部２０２１の近傍に、スイッチ（ＳＷ）２０１ｂを設けている。このＳＷ２０１ｂは、動力伝達部２０２を構成するピニオンギヤの回転動作により、ピニオンギヤに形成された突出部２０２１が接触して押し下げられることでオンされる。また、ＳＷ２０１ｂは、動力伝達部２０２を構成するピニオンギヤの回転動作により、ピニオンギヤに形成された突出部２０２１の接触が解除されることでオフされる。ＳＷ２０１ｂがオンとなると、ＳＷ２０１ｂがオンされた旨を示すカウント信号がＳＷ２０１ｂからカウンタＩＣ２０１に入力される。
【００３７】
使用状況計測部の一例としてのカウンタＩＣ２０１は、ＳＷ２０１ｂの押し下げられた回数を、カウント信号を計数することによって計測する等の処理を行うＩＣ回路である。このようにして、カウント信号を計数することによって、動力伝達部２０２の動作回数、即ち術具先端部２００の実際の使用回数を計測することが可能である。また、カウンタＩＣ２０１は、カウント信号の数が規定値となった場合に、術具先端部２００の動作をロックするための処理も行う。この処理としては、例えば、動力伝達部１０３のギヤと動力伝達部２０２のピニオンギヤとの噛み合わせを解除すべく、強制的にピニオンギヤを駆動させることによって、ピニオンギヤの歯の形成されていない部分を動力伝達部２０２のギヤと対向させるようにする等の処理が考えられる。つまり、この処理がロックする機構に相当する。
【００３８】
図７は、カウンタＩＣ２０１の動作を示したフローチャートである。なお、第１の実施形態と同様、図７の動作は電力供給部１１１によってカウンタＩＣ２０１が通電している間は実行される。即ち、電力供給部１１１からカウンタＩＣ２０１への電力供給が中断された場合、図７の動作は終了される。
【００３９】
まず、カウンタＩＣ２０１は、カウント信号の有無により、ＳＷ２０１ｂが押し下げられたか否かを判定する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１において、ＳＷ２０１ｂが押し下げられた場合に、カウンタＩＣ２０１は、カウントＳＷ＿ｃｎｔをインクリメント（カウントアップ）する（ステップＳ２２）。一方、ステップＳ２１において、ＳＷ２０１ｂが押し下げられていない場合に、カウンタＩＣ２０１はカウントアップを行わない。
【００４０】
次に、カウンタＩＣ２０１は、カウントＳＷ＿ｃｎｔをカウンタＩＣ内のメモリに記憶されている規定値と比較し、この比較の結果、カウントＳＷ＿ｃｎｔが規定値以下か否かを判定する（ステップＳ２３）。なお、この規定値は、術具先端部２００の寿命に対応した回数である。ステップＳ２３において、ＳＷ＿ｃｎｔが規定値を超えている場合、即ちＳＷ２０１ｂが押し下げられた回数が規定値を越えている場合には、動力伝達部２０２の動作回数も規定値を越えていることになる。この場合には、術具先端部２００の寿命が残っていないとして、カウンタＩＣ２０１は、カウンタＩＣ２０１内のレジスタに保持されている術具使用終了フラグの状態をオン状態とする（ステップＳ２４）。一方、ステップＳ２３において、ＳＷ＿ｃｎｔが規定値以下である場合には、術具先端部２００の寿命が残っていないとして、カウンタＩＣ２０１は、カウンタＩＣ２０１内のレジスタに保持されている術具使用終了フラグの状態をオフ状態のままとする。
【００４１】
次に、カウンタＩＣ２０１は、術具使用終了フラグがオン状態であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５において、術具使用終了フラグがオフ状態である、即ち術具の寿命がまだ残っている場合には、処理がステップＳ２１に戻る。即ち、術具使用終了フラグがオフ状態の間は、ステップＳ２１〜Ｓ２５の動作が繰り返される。また、ステップＳ２５において、術具使用終了フラグがオン状態である、即ち術具の寿命が残っていない場合に、カウンタＩＣ２０１は、強制的にピニオンギヤを作動させる等の手法を用いて術具先端部２００の動作をロックする（ステップＳ２６）。そして、カウンタＩＣ２０１は、術具交換要求信号を電力供給部１１１に出力する（ステップＳ２７）。その後、カウンタＩＣ２０１は図７の動作を終了させる。
【００４２】
電力供給部１１１に入力された術具交換要求信号は、読み取り部の一例として機能を有するマニピュレータ制御部２２に入力される。マニピュレータ制御部２２は、術具交換要求信号を受けた場合に、図５のステップＳ１５の処理と同様にして、術具先端部２００の交換を促す警告表示を表示部１２に表示させるよう、画像処理部２３に指示を送る。
【００４３】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、術具先端部２００が実際に動作した回数を計測している。このため、第１の実施形態に比べて、さらに正確に術具先端部２００の寿命を計測し、術具先端部２００の寿命が到来した際には即時に術具先端部２００の動作をロックすることが可能である。
【００４４】
ここで、上述の例では、動作量として術具先端部２００が実際に動作した回数を計測するようにしている。これに対し、動作量として術具先端部２００の動作時間を計測するようにしても良い。
また、上述の例では、カウンタＩＣ２０１によって計測を行うようにしているが、第１の実施形態と同様に、機械式のカウンタを用いて計測を行うようにしても良い。
【００４５】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
例えば、上述した第１及び第２の実施形態では、位置決めアーム部１００の駆動機構が回転動力によって術具先端部２００を駆動する例を示している。しかしながら、位置決めアーム部１００内部の構成は特に限定されるものではなく、例えば、位置決めアーム部１００の駆動機構が直動動力によって術具先端部２００を駆動するものであっても良い。図８は、位置決めアーム部１００の駆動機構が直動機構を有する場合の第２の実施形態の構成の適用例である。図８に示す駆動機構１０１１は、ラックアンドピニオンあるいはボールねじ等を有して構成され、動力部を構成するモータの回転動力を直動運動に変換する。このような直動運動に従って、術具先端部２００の動力伝達部２０２を構成するロッド２０２２も直動運動する。ロッド２０２２には第２の実施形態で説明したのと同様の突出部２０２２ａが設けられており、また、突出部２０２２ａの近傍には第２の実施形態で説明したのと同様のＳＷ２０１ｂ及びカウンタＩＣ２０１が設けられている。このような構成において、ロッド２０２２の直動運動により、突出部２０２２ａがＳＷ２０１ｂに接触する毎にＳＷ２０１ｂがオンすることでカウンタＩＣ２０１によるカウントアップ動作が行われる。このようにして、第２の実施形態と同様に寿命の計測を行うことが可能である。ここで、図８は、位置決めアーム部１００の駆動機構が直動機構を有する場合の第２の実施形態の構成の適用例を示しているが、第１の実施形態の構成を適用するようにしても良い。
【００４６】
また、上述した第１及び第２の実施形態では、術具先端部２００の先端可動部２０３が１つの可動部（開閉部）で構成されている例を示している。これに対し、図９のように、術具先端部２００の先端可動部が複数の可動部で構成されている場合にも上述した各実施形態の構成を適用することも可能である。図９は、先端可動部が、開閉部２０３ａと、関節部２０３ｂとを有している。そして、これら開閉部２０３ａ、関節部２０３ｂがそれぞれ別の動力伝達部２０２ａ、２０２ｂによって、それぞれの駆動機構１０１ａ、１０１ｂを介して駆動される。例えば、図９の例では、動力伝達部２０２ａがプーリを用いたワイヤの押し引き動作によって開閉部２０３ａを駆動する例を示し、動力伝達部２０２ｂが第１及び第２の実施形態と略同様の構成を有する回転動力の伝達機構によって関節部２０３ｂを駆動する例を示している。
【００４７】
さらに、図９においては、動力伝達部２０２ｂの近傍に第１の実施形態で説明したのと同様の構成を有するタイマ２０１が設けられている。このタイマ２０１は、第１の実施形態で説明したのと同様に、術具先端部２００が位置決めアーム部１００に装着されている間、カウントダウン動作するものであり、カウントが０になった時点で術具先端部２００の動作をロックする。このようにして、第１の実施形態と同様の寿命の計測を行うことが可能である。なお、図９は、関節部２０３ｂの動作をロック機構２０１ａにてロックするものであるが、開閉部２０３ａの動作をロックするようにしても良いし、開閉部２０３ａと関節部２０３ｂの両方の動作をロックするようにしても良い。また、図９は、第１の実施形態の構成の適用例を示しているが、第２の実施形態の構成を適用するようにしても良い。
また、術具先端部２００と位置決めアーム部１００との間に駆動力を伝達可能なアダプタを介しても良い。
さらに、上述した各実施形態では、術具先端部２００が位置決めアーム部１００に着脱される位置を、先端を例にとって説明したが、特に先端に限るものではなく、術具先端部２００が着脱される位置であれば、どの位置でも良い。
また、上述した各実施形態では、術具先端部２００が位置決めアーム部１００によって通電された際に術具先端部２００の寿命のカウントを行うようにしている。これに対し、位置決めアーム部１００の装着を機械的に検出しつつ、術具先端部２００の寿命がきたときに術具先端部２００の動作を自動的にロックさせるようにしても良い。図１０は、このような変形例の構成を示した図である。動作については、上述した図５のフローチャートにおける動作と同じのため、その説明は省略する。なお、図１０は、位置決めアーム部１００の駆動機構が直動機構の例を示しているが、駆動機構は必ずしも直動機構とする必要はない。
図１０に示す駆動機構１０１１の動力伝達部１０３は、ラックアンドピニオンあるいはボールねじ等を有して構成され、動力部１０２を構成するモータの回転動力を直動運動に変換する。この動力伝達部１０３の先端には係合突起１０３ａが形成されている。この係合突起１０３ａは、位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着された際に、図１０（ｂ）に示すようにして術具先端部２００のロッド２０２２と係合するように構成されている。このような構成により、動力伝達部１０３の直動運動に応じてロッド２０２２も直動運動する。
また、図１０に示すように、位置決めアーム部１００の術具先端部２００との対向面には押圧突起１００ａが形成されている。この押圧突起１００ａは、位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着された際に、図１０（ｂ）に示すようにして術具先端部２００の可動部２０２３ａと当接して可動部２０２３ａを回動可能とするように構成されている。
つまり、図１０（ａ）に示すように、可動部２０２３ａが術具先端部２００の位置決めアーム部１００との対向面からぜんまい式ギヤ２０２３の下方にかけて形成されている。この可動部２０２３ａは、位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着されていない場合には、図１０（ａ）に示すようにしてぜんまい式ギヤ２０２３を係止している。一方、位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着された際には、可動部２０２３ａは、図１０（ｂ）に示すようにして回動してぜんまい式ギヤの係止を解除する。また、可動部２０２３ａの下方にはばね２０２３ｂが設けられている。このばね２０２３ｂは、位置決めアーム部１００から術具先端部２００が外された場合に、可動部２０２３ａを図１０（ａ）の状態に復帰させるために設けられている。
ただし、ぜんまい式ギヤ２０２３は、可動部２０２３aによる係止が解除されても、図示されていない突起により、ぜんまいバネによる回転力は開放されず、図上反時計まわりには回転可能だが、時計回りには回転しないように保持されており、反時計まわりに回転することで、ぜんまいバネに力が蓄えられる構造になっている。
また、術具先端部２００のロッド２０２２には、突起２０２２ｂが形成されている。この突起２０２２ｂは、ロッド２０２２が図面左方向に動いた場合にのみぜんまい式ギヤ２０２３と噛み合い、ロッド２０２２が図面右方向に動いた場合にはぜんまい式ギヤ２０２３と噛み合わないように構成されている。なお、ロッド２０２２は、図１０では省略しているが、図８のロッド２０２２や図９のように術具先端の開閉部や関節などを駆動する駆動ロッドである。
図１０に示すような構成において、位置決めアーム部１００に術具先端部２００が装着されると、可動部２０２３ａが回動してぜんまいギヤ２０２３が可動な状態となる。この状態でロッド２０２２が直動運動すると、ぜんまいギヤ２０２３が回転してぜんまいに力が蓄えられる。したがって、術具先端部２００が動くほど、ぜんまいに力が蓄えられる。これにより、術具先端部２００の動作回数が規定回数を超え、ぜんまいに蓄えられた力が駆動部１０２の駆動力を上回った時点で、それ以上術具先端部２００が駆動できなくなる（術具先端部２００の動作がロックされる）。この時点が術具先端部２００の寿命となる。ぜんまいバネの強さを変えることで、術具毎に使用時間を設定することができる。このような構成を用いても第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
つまり、術具に電力を供給しなくても術具の実際の使用時間を計測し、設定した使用時間に達したら術具を動かなくなるようにすることが可能であり、術具の総動作量をＩＣ等を用いずに保持可能である。
上記各実施形態（変形例を含む）では、術具として術具先端部２００を駆動するための駆動機構１０１、１０１１、１０１ａ、１０１ｂを術具先端部２００が着脱される位置決めアーム部１００に設けたものを例にとって説明したが、次に示す術具であっても良い。
術具が、術具先端部２００と、術具先端部２００を操作するための操作部とを有し、術具先端部２００は操作部に着脱自在となっており、駆動部としての駆動機構１０１、１０１１、１０１ａ、１０１ｂを位置決めアーム部１００ではなく、操作部に設けたもの。
また、術具が、術具先端部２００と前記操作部とが一体となったものであっても良い。
上記各術具において、駆動部としての駆動機構が、上記したような電気的な機構でなく、機械的な機構からなっていても良い。
また、上記各実施形態（変形例を含む）では、手術支援システムとして、術具先端部２００と、術具先端部２００が着脱される位置決めアーム部１００とを有するものを例にとって説明したが、これに限るものではなく、上記した術具先端部２００と駆動機構１０１、１０１１、１０１ａ、１０１ｂが設けられた操作部とが一体となった術具を、駆動部のない位置決めアーム部１００に取り付ける手術支援システムであっても良い。
【００４８】
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００４９】
１０…遠隔操作装置、１１…操作部、１２…表示部、２０…制御装置、２１…マスタ制御部、２２…マニピュレータ制御部、２３…画像処理部、３０…スレーブマニピュレータ、３１…スレーブアーム、１００…アーム部、１０１…駆動機構、１０２…動力部、１０３…動力伝達部、１０４…駆動量検出部、１１１…電力供給部、２００…術具先端部、２０１…タイマ（カウンタＩＣ）、２０１ａ…ロック機構、２０１ｂ…スイッチ（ＳＷ）、２０２…動力伝達部、２０２１，２０２２ａ…突出部、２０３…先端可動部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
術具であって、
前記術具の内部に設けられ、前記術具の使用又は動作されたときに連動して術具の使用時間又は動作量を取得可能な使用状況計測部を有することを特徴とする術具。
【請求項２】
前記術具は、開閉部又は関節部を有し、
前記使用状況計測部が取得する使用時間又は動作量として、前記開閉部又は前記関節部の動きとすることを特徴とする請求項１に記載の術具。
【請求項３】
前記使用状況計測部が取得する前記使用時間又は前記動作量が規定値を越えたときに、前記術具の動作をロックする機構を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の術具。
【請求項４】
前記術具は、術具先端部とこの術具先端部を駆動するための駆動部とを有し、
前記術具先端部と前記駆動部とは着脱自在で、
前記使用状況計測部は、前記術具先端部の内部に設けられ、前記駆動部と独立で前記使用時間又は前記動作量が保存されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の術具。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の術具と、
前記術具が取り付けられるアーム部と、を有することを特徴とする手術支援システム。
【請求項６】
請求項４に記載の術具先端部と、
前記術具先端部が着脱され、請求項４に記載の駆動部が設けられたアーム部と、を有することを特徴とする手術支援システム。
【請求項７】
前記駆動部は、前記術具を駆動するための動力を発生する動力部を有し、
前記動力部の目標の駆動量を算出し、該算出した目標の駆動量に従って前記動力部を駆動させる制御部と、
前記動力部の実際の駆動量を検出する駆動量検出部と、をさらに有し、
前記制御部は、前記算出した目標の駆動量と前記動力部の実際の駆動量との差から、前記術具の動作がロックされているか否かを判定し、該判定の結果、前記術具の動作がロックされている場合には、前記術具の交換を促す旨の警告をすることを特徴とする請求項６に記載の手術支援システム。
【請求項１】
術具であって、
前記術具の内部に設けられ、前記術具の使用又は動作されたときに連動して術具の使用時間又は動作量を取得可能な使用状況計測部を有することを特徴とする術具。
【請求項２】
前記術具は、開閉部又は関節部を有し、
前記使用状況計測部が取得する使用時間又は動作量として、前記開閉部又は前記関節部の動きとすることを特徴とする請求項１に記載の術具。
【請求項３】
前記使用状況計測部が取得する前記使用時間又は前記動作量が規定値を越えたときに、前記術具の動作をロックする機構を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の術具。
【請求項４】
前記術具は、術具先端部とこの術具先端部を駆動するための駆動部とを有し、
前記術具先端部と前記駆動部とは着脱自在で、
前記使用状況計測部は、前記術具先端部の内部に設けられ、前記駆動部と独立で前記使用時間又は前記動作量が保存されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の術具。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の術具と、
前記術具が取り付けられるアーム部と、を有することを特徴とする手術支援システム。
【請求項６】
請求項４に記載の術具先端部と、
前記術具先端部が着脱され、請求項４に記載の駆動部が設けられたアーム部と、を有することを特徴とする手術支援システム。
【請求項７】
前記駆動部は、前記術具を駆動するための動力を発生する動力部を有し、
前記動力部の目標の駆動量を算出し、該算出した目標の駆動量に従って前記動力部を駆動させる制御部と、
前記動力部の実際の駆動量を検出する駆動量検出部と、をさらに有し、
前記制御部は、前記算出した目標の駆動量と前記動力部の実際の駆動量との差から、前記術具の動作がロックされているか否かを判定し、該判定の結果、前記術具の動作がロックされている場合には、前記術具の交換を促す旨の警告をすることを特徴とする請求項６に記載の手術支援システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１１５５５３（Ｐ２０１２−１１５５５３Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６９３０１（Ｐ２０１０−２６９３０１）
【出願日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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