JP2001137257A - 医療用マスタースレーブシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】各手技に合わせてマニピュレータの微細な動き
や俊敏な動作をユーザが任意に設定可能で、かつ、簡単
な操作で高度な手技が実現可能となる医療用マスタース
レーブシステムを提供する。 【解決手段】多軸を有するマスターとしての遠隔操作装
置と、この遠隔操作装置による遠隔操作によって駆動さ
れ、生体内部位の観察及び／または処置を行う多軸を有
するスレーブとしての医療用マニピュレータと、遠隔操
作装置からの操作情報に基づいて対応する医療用マニピ
ュレータの動作を制御する制御手段（マスター制御部
４）とを具備し、制御手段は、遠隔操作装置の各軸か
ら、医療用マニピュレータの対応する各軸への動作伝達
比率をユーザが予め設定可能なユーザ入力手段１５を備
えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は医療用マスタースレ
ーブシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】腹腔などの体壁に孔を開け、この孔を通
じて内視鏡や処置具を経皮的に体腔内に挿入する事によ
り、体腔内で様々な処置を行う内視鏡下手術が従来から
行われており、こうした術式は大きな切開を要しない低
侵襲なものとして胆嚢摘出手術や肺の一部を摘出する手
術等において多く行われている。

【０００３】このような内視鏡下手術にあっては、体腔
内に挿入される内視鏡や処置具が体腔内の極力広い範囲
で動作出来る事が望まれる。そこで、自由度の大きい多
関節構造の挿入部を備えた医療用マニピュレータが考案
された。特開平７−１３６１７３号や特開平８−１１７
２３８号はこのような医療用マニピュレータを開示して
いる。いずれも多関節構造の医療用マニピュレータを遠
隔的に操作させるために遠隔操作装置も医療用マニピュ
レータと同じ自由度を持つ多関節構造を持たせている。
さらに、ユーザの操作を容易にするために、遠隔操作装
置の構造は出来るだけ医療用マニピュレータと似せてあ
るのが一般的である。構造を同じにすることにより遠隔
操作装置の各軸がとる動作形状をそのまま医療用マニピ
ュレータに投影する事が出来るので、ユーザの操作は感
覚的に容易になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、将来的に医
療用マニピュレータが広く普及すると、目的の術式にあ
った様々の形態の医療用マニピュレータが出現すること
が予想される。その際、遠隔操作装置をそれぞれの医療
用マニピュレータに対応する専用機とすると、保管のス
ペースや操作法の習慣などの問題が生じる。

【０００５】また、医療用マニピュレータの動きを微細
に動かしたい場合や、ラフでも良いが俊敏に動かしたい
場合など、多用途の操作方法が考えられるが、その都度
ユーザの操作技量が要求されて操作が困難なものとなっ
てしまうという問題があった。

【０００６】本発明はこのような課題に着目してなされ
たものであり、各手技に合わせてマニピュレータの微細
な動きや俊敏な動作をユーザが任意に設定可能で、か
つ、簡単な操作で高度な手技が実現可能となる医療用マ
スタースレーブシステムを提供する事にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明に係る医療用マスタースレーブシステ
ムは、多軸を有するマスターとしての遠隔操作装置と、
この遠隔操作装置による遠隔操作によって駆動され、生
体内部位の観察及び／または処置を行う多軸を有するス
レーブとしての医療用マニピュレータと、前記遠隔操作
装置からの操作情報に基づいて対応する医療用マニピュ
レータの動作を制御する制御手段とを具備し、前記制御
手段は、前記遠隔操作装置の各軸から、前記医療用マニ
ピュレータの対応する各軸への動作伝達比率をユーザが
予め設定可能なユーザ入力手段を備えている。

【０００８】また、第２の発明に係る医療用マスタース
レーブシステムは、第１の発明において、ユーザが予め
設定可能な動作伝達比率を各手技別に記憶するための記
憶手段をさらに具備する。

【０００９】また、第３の発明に係る医療用マスタース
レーブシステムは、第２の発明において、各手技別に前
記記憶手段に記憶された動作伝達比率から任意の動作伝
達比率をユーザが選択可能な選択手段をさらに具備する
ことを特徴とする請求項２記載の医療用マスタースレー
ブシステム。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００１１】（第１実施形態）図１〜図３は本発明の第
１実施形態を説明するための図であり、図１は本発明の
実施形態が適用される医療用マスタースレーブシステム
の構成を示す図であり、図２は図１においてマスター制
御装置と、スレーブ制御装置に対応する部分のブロック
図であり、図３は本実施形態で用いられるスケールテー
ブルの構成を示す図である。

【００１２】本実施形態の医療用マニピュレータは、右
腕用マニピュレータ９ａと左腕用マニピュレータ９ｂか
らなる。右腕用マニピュレータ９ａはマニピュレータ本
体７ａと、このマニピュレータ本体７ａに進退自在に連
結されたロボット８ａと、体腔内に挿入可能なストレー
ト形状の細径挿入部１１ａとを具備している。また、左
腕用マニピュレータ９ｂはマニピュレータ本体７ｂと、
このマニピュレータ本体７ｂに進退自在に連結されたロ
ボット８ｂと、体腔内に挿入可能なストレート形状の細
径挿入部１１ｂとを具備している。マニピュレータ本体
７ａ、７ｂは、細径挿入部１１ａ、１１ｂの位置決めを
行う手段としてのリンク機構及び調整機構を備えたアー
ム機構になっている。上記した構成は特開平７−１３６
１７３号公報に詳細に開示されている。

【００１３】さらに、細径挿入部１１ａ、１１ｂの先端
には作業部としてのエンドエフェクタが屈曲自在に接続
されている。このエンドエフェクタは各マニピュレータ
９ａ、９ｂの作業目的によって異なっており、ここでは
把持鉗子１０ａ、１０ｂが設けられている。把持鉗子１
０ａ、１０ｂは生体組織の把持や剥離、縫合のための針
の把持などを行う開閉機構を有している。

【００１４】この医療用マニピュレータ９ａ、９ｂによ
る処置は、図示しない別の挿入孔から挿入される内視鏡
観察下で行われる。図１からわかるように、ロボット８
ａ、８ｂと挿入部１１ａ、１１ｂとの間には、図示の如
く屈曲部が１ケ所しか設けられていない。そして、把持
鉗子１０ａ、１０ｂの長さは挿入部１１ａ、１１ｂの長
さに比べて十分に小さい。

【００１５】ところで、マニピュレータ９ａ、９ｂの軸
数はエンドエフェクタの位置及びオリエンテーション
（傾き）に関する自由度と、挿入孔１２ａ、１２ｂの位
置に関する拘束条件とから決定される。前者について
は、体腔内の任意位置にある臓器等を任意のオリエンテ
ーションで処置を行うためには一般に６自由度が必要で
ある。また、後者については、体腔壁２０に無理な力が
かからないようにするために３自由度が必要である。し
たがって、両者を加えると９自由度が必要であるが、ポ
イントロック機構によって６自由度で実現出来る。この
ことは特開平７−１３６１７３号公報に詳細に開示され
ている。

【００１６】また、図示しないが、マニピュレータの６
軸には全て駆動機構とエンコーダが設置されている。駆
動機構は、モーターや伝達機構により構成される（詳細
は特開平７−１３６１７３号公報を参照）。

【００１７】本実施形態ではマニピュレータ９ａ、９ｂ
の動作指令を決定するための手段として、マスターアー
ム２ａ、２ｂを操作者が直接手で動作させる事によるい
わゆるマスタースレーブ方式を採用している。マニピュ
レータ９ａ、９ｂを遠隔操作するユーザ１によりマスタ
ーアーム２ａ、２ｂが操作される。マスターアーム２
ａ、２ｂはパンタグラフ機構を複数組み合わせで構成し
た多自由度マニピュレータである。

【００１８】図２は図１において、マスター制御装置と
スレーブ制御装置に相当する部分の構成をブロック図で
示したものである。マスター制御装置のマスター動作部
３は、マスターアーム２ａ、２ｂの位置・姿勢情報を検
出してマスター制御部４に送信する。マスター制御部４
は、スレーブの動作を１とした場合における、マスター
側の各軸の動作伝達比率（制御倍率）を各手技に対応さ
せてモード（１つ以上）ごとに記憶したスケールテーブ
ル１６を備えている。このスケールテーブル１６は、モ
ードとして、標準モード、モード１〜モード４、任意モ
ードを備え、各モードごとに、各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸について
の姿勢情報θｘｍ、θｙｍ、θｚｍ、θｍ、及び位置情
報Ｙｍの値が記憶されている。

【００１９】マスター制御部４はさらに、ユーザが手術
前あるいは手術中に、上記スケールテーブルの各モード
の姿勢情報及び位置情報の値を変更したり、新たなモー
ドを設定することを可能にするユーザ入力手段１５を備
えている。

【００２０】マスター制御手段１７は、マスター動作部
３から送られたマスターアーム２ａ、２ｂの位置・姿勢
情報をもとに、ユーザにより設定されたスケールテーブ
ル１６を参照して選択されたモードに応じて動作伝達比
率を変換し、該変換された動作伝達比率をスレーブ制御
装置のスレーブ制御部６へ通信手段５により伝送する。
スレーブ制御部６は送られてきた動作伝達倍率に従って
スレーブマニピュレータ７ａ、７ｂの動作を制御する。

【００２１】上記した第１実施形態によれば、ユーザ
は、遠隔操作装置と医療用マニピュレータの各軸の動作
伝達比率を予め手技に応じた適切な比率に設定できる。
例えば微妙な操作を要する軸については生体へ接触して
無理な力がかからないように動作伝達比率を低く設定す
る一方、手技上大きな動作が必要な軸については動作伝
達比率を高く設定する事で、手術の安全性や効率を高め
る事が出来る。

【００２２】（第２実施形態）以下に本発明の第２実施
形態を説明するが、ここでは第１実施形態と異なる点の
みを図４〜図６を参照して説明する。

【００２３】図４は第２実施形態に係るマスター制御部
４’の構成を示すブロック図であり、第１実施形態で説
明したスケールテーブル１６に記憶されている各モード
ごとの動作伝達比率を任意に選択可能な選択手段１８を
備えている。

【００２４】図５はこのような選択手段１８の一構成例
を示している。この選択手段１８には各モード表示（モ
ード１〜４、標準）がなされており、選択スイッチ１９
を切り替えて所望のモード位置に合わせることでモード
を変更して動作伝達比率を変更することができる。

【００２５】図６は、ユーザのモード選択に応じて、マ
スター側の位置情報Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｙｍ及び姿勢情報θｘ
ｍ、θｙｍ、θｚｍ、θｍに対応したスレーブ側の位置
情報Ｘ′、Ｙ′、Ｚ′、Ｙｓ及び姿勢情報θｘｓ、θｙ
ｓ、θｚｓ、θｓが通信手段５を介してマスター側から
スレーブ側へ伝達されるようすを示している。

【００２６】ここで、図５の選択手段１８はスイッチの
切り替えで選択を行っているが特にスイッチに限定され
るものではなく、他の手段により選択するようにしても
よい。また動作伝達比率を手術中に切り替えた場合であ
っても選択されたモードに対応して制御を行うことがで
きる。

【００２７】上記した第２実施形態によれば、ユーザは
手術中であっても手技や動作モードに応じて任意に動作
伝達比率を選択することができるので、手術時間の短縮
および精度の高い手術が実現できる。

【００２８】また、ユーザが任意の動作伝達比率を選択
できるので、ユーザによる手技の応用範囲を広くし、本
システムのみで多種多様な手技に対応することができ
る。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、各手技に合わせてマニ
ピュレータの微細な動きや俊敏な動作をユーザが任意に
設定可能となり、かつ、簡単な操作で高度な手技が実現
可能となる医療用マスタースレーブシステムを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態が適用される医療用マスター
スレーブシステムの構成を示す図である。

【図２】図１においてマスター制御装置と、スレーブ制
御装置に対応する部分のブロック図である。

【図３】本実施形態で用いられるスケールテーブルの構
成を示す図である。

【図４】本発明の第２実施形態に係るマスター制御部
４’の構成を示すブロック図である。

【図５】第２実施形態に係る選択手段１８の一構成例を
示す図である。

【図６】ユーザのモード選択に応じて、マスター側の位
置情報および姿勢情報に対応したスレーブ側の位置情報
及び姿勢情報が通信手段５を介してマスター側からスレ
ーブ側へ伝達されるようすを示す図である。

【符号の説明】

１ ユーザ ２ａ、２ｂ マスターアーム ３ マスター動作部 ４ マスター制御部 ５ 通信手段 ６ スレーブ制御部 ７ａ、７ｂ マニピュレータ本体 ８ａ、８ｂ 挿入部 ９ａ、９ｂ マニピュレータ １０ａ、１０ｂ 把持鉗子 １１ａ、１１ｂ 挿入部 １２ａ、１２ｂ 挿入孔 １５ ユーザ入力手段 １６ スケールテーブル １７ マスター制御手段 １８ 選択手段 １９ 選択スイッチ ２０ 体腔壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴田 敏彦 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 佐々木 勝巳 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 安久井 伸章 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 木村 健一 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 安達 英之 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 池田 裕一 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 中村 剛明 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多軸を有するマスターとしての遠隔操作
   装置と、 この遠隔操作装置による遠隔操作によって駆動され、生
   体内部位の観察及び／または処置を行う多軸を有するス
   レーブとしての医療用マニピュレータと、 前記遠隔操作装置からの操作情報に基づいて対応する医
   療用マニピュレータの動作を制御する制御手段とを具備
   し、 前記制御手段は、前記遠隔操作装置の各軸から、前記医
   療用マニピュレータの対応する各軸への動作伝達比率を
   ユーザが予め設定可能なユーザ入力手段を備えているこ
   とを特徴とする医療用マスタースレーブシステム。
2. 【請求項２】 ユーザが予め設定可能な動作伝達比率を
   各手技別に記憶するための記憶手段をさらに具備するこ
   とを特徴とする請求項１記載の医療用マスタースレーブ
   システム。
3. 【請求項３】 各手技別に前記記憶手段に記憶された動
   作伝達比率から任意の動作伝達比率をユーザが選択可能
   な選択手段をさらに具備することを特徴とする請求項２
   記載の医療用マスタースレーブシステム。