JP5537204B2 - 医療用マニピュレータシステム - Google Patents

Description

本発明は、例えば生体内に挿入したマニピュレータを操作して、診断・処置等を行う為の医療用マニピュレータシステムに関する。

従来より、医療施設の省人化を図る為、ロボットを利用した医療処置技術が提案されている。例えば、外科分野においては、多自由度マニピュレータによって患者の人口股関節置換を精密に処置する手術用ロボットシステムが提案されている。また、患者の体腔内の位置情報を正確に得るために、内視鏡的に手術を行うロボットシステムも提案されている。

近年、腹腔等の体壁に挿入孔を開け、この挿入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ことにより、体腔内で様々な処置を行う内視鏡下外科手術が盛んに行われている。

このような術式は、大きな切開を要しない低侵襲なものであり、胆嚢摘出手術や肺の一部を摘出除去する手術等で広く行われている。そして、こうした術式における操作性を向上させるために、マスタ−スレーブ方式による医療用マニピュレータが考案されている。

ところで、複雑多岐にわたる手術では、複数の医療用マニピュレータを使用する医療用マニピュレータシステムが用いられている。このように複数の医療用マニピュレータを使用する手術では、例えば一部のマニピュレータが術者の意図しない動作を行なった場合、そのマニピュレータが暴走して術者や患者に無理な力を加えないよう何等かの処置を講じる必要がある。

つまり、医療用マニピュレータシステムにおいては、緊急時に何れのマニピュレータ制御装置をシステムダウンするべきかを術者が迅速・的確に判断して非常の措置をとらなければならない。

このような事情から、マニピュレータを使用した手術においてマニピュレータに何らかの動作不良が生じた場合、それに対して速やかに対処可能な医療用マニピュレータシステムが望まれている。そのような技術として、例えば特許文献１に次のような技術が提案されている。すなわち、特許文献１には、複数の医療用マニピュレータを使用した手術において、それら医療用マニピュレータに何らかの動作不良（例えば医療用マニピュレータ同士が接触・衝突する等）が生じた場合に、それに対して対処する強制停止手段が開示されている。

特許第３７１７５５２号公報

ところで、特許文献１においては、前記強制停止手段を具体的にはフットペダルとして構成したり、各マニピュレータに設けたりする構成が開示されている。また、これらの強制停止手段は当該医療用マニピュレータシステムの操作者が操作するものとなっている。そして、このような構成では、マスタ−スレーブ型のマニピュレータシステムにおいてスレーブ側（患者側）の助手など、操作者以外の判断によるマニピュレータの緊急停止を行うことができない。従って、緊急時における操作性に課題があった。

本発明は、上述の事情に鑑みて為されたものであり、緊急時の操作性を向上させた医療用マニピュレータシステムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による医療用マニピュレータシステムは、
患者近傍の機器を操作者が動作制御する医療用マニピュレータシステムであって、
前記患者近傍に配設され、医療器具を保持する単数または複数のマニピュレータと、
前記マニピュレータの動作制御を行う制御部と、
少なくとも前記患者近傍及び前記操作者近傍の双方に設けられ、前記制御部に対して、前記マニピュレータの動作を強制停止させるように指示する為の少なくとも２つの強制停止指示部と、
を具備し、
前記制御部は、前記患者近傍又は前記操作者近傍のうち少なくともいずれか一方に設けられた前記強制停止指示部による指示に基づいて前記マニピュレータの動作を強制停止させた後、さらに当該制御部自体がシステムダウンさせるか否かを判定し、該判定結果、当該システムをダウンさせる判定をすると、当該制御部自体をシステムダウンさせ、当該医療用マニピュレータシステムをダウンさせる、
ことを特徴とする。

本発明によれば、スレーブ側での操作性を向上させた医療用マニピュレータシステムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムの一構成例を示す図。 医療用マニピュレータシステムの実際のイメージを示す概略構成図。 医療用マニピュレータシステムを腹腔内外科手術に適用した場合の手術室内における器材のレイアウトを示す図。 医療用マニピュレータシステムを構成するマニピュレータの処置具の作動機構を概略的に示す構成図。 内視鏡の作動機構を概略的に示す構成図。 本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムに特有の処理のフローチャートを示す図。 一実施形態の変形例に係る医療用マニピュレータシステムの一構成例を示す図。 一実施形態の変形例に係る医療用マニピュレータシステムの実際のイメージを示す概略構成図。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムの一構成例を示す図である。図１に示すように、医療用マニピュレータシステムは、制御装置１１と、スイッチ１２と、キーボード１３と、患者２が載置された手術台１と、処置具４と処置用アーム５とから成る処置用スレーブマニピュレータ２５と、内視鏡６と観察用アーム７とから成る観察用スレーブマニピュレータ２７と、操作者（術者）３８によって操作されるマスタアーム８と、ＨＭＤ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ）９と、磁気センサセンス部１０ａと磁気センサソース部１０ｂとから成る磁気センサ１０と、操作者３８近傍（操作可能範囲内）に配設された動作スイッチ１２ａと緊急停止スイッチ１２ｂと停止解除スイッチ１２ｃとから成るスイッチ１２と、スレーブ側に配設されたスレーブ側緊急停止スイッチ２４と、を具備する。

なお、図１においては、紙面の都合上、各々の部材同士の位置関係は実際の構成と異なる。

ここで、本一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムの概略構成をイメージ化すると、図２に示すようになる。すなわち、スレーブ側（患者側）においては、手術台１上に患者２が載置され、助手１３８近傍にはスレーブ側緊急停止スイッチ２４が配設されている。他方、マスタ側（操作者側）においては、操作者３８近傍にスイッチ１２が配設されている。

図３は、上述のような医療用マニピュレータシステムを腹腔内外科手術に適用した場合の手術室内における器材のレイアウトを示す図である。図３においては、より実際に近い制御を説明する為に、前記処置用スレーブマニピュレータ２５を２つ想定し（処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ）、且つ、処置用スレーブマニピュレータ２５ａ及び観察用スレーブマニピュレータ２７の動作制御を行う制御装置１１として制御装置１１−１を想定し、処置用マニピュレータ２５ｂの動作制御を行う制御装置１１として制御装置１１−２を想定する（システム構成によっては、スレーブマニピュレータを３つ以上使用する場合もあるが、ここでは上記システムを例に説明する）。

図３においてはマスタ側の機器（例えばマスタアーム８等）及びその操作を行う操作者３８のほか、手術台１近傍には助手１３８がいる。そして手術台１近傍には緊急停止スイッチ２４が配置されている。マスタ側の機器は手術台１から離間した部位または別室に配置される場合もある。

以下、図１乃至図３を参照して、本一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムの構成及び作用について説明する。

前記手術台１は、患者２の観察・処置を行なう為の手術台である。この手術台１の両側にはベッドサイドレール３が設けられている。このベッドサイドレール３には、処置具４及び内視鏡６を患者の体腔内において位置決めする為の処置用アーム５及び観察用アーム７が着脱自在に取り付けられている。

なお、処置具４及び内視鏡６は、患者２の体壁に開けられた挿入孔２ａから体腔内に挿入される。

前記処置用アーム５と前記処置具４との接続及び観察用アーム７と内視鏡６との接続は、複数の自由度を有する関節部であるフリー関節機構１９によって行われる。これは、患者２が例えば術中に動いて挿入孔２ａの位置がずれるようなことがあっても、挿入孔２ａに無理な力が加わらないようにする為である。

前記処置用アーム５及び観察用アーム７は、上下伸縮動作（図２中において矢印ａで示す方向）、回転動作（図２中において矢印ｂで示す方向）または左右伸縮動作（図２中において矢印ｃで示す方向）を機構的に行なうことができるように構成されている。このような動きを実現するために、各アーム内にはアクチュエータ（不図示）が配置されている。なお、このアクチュエータとしては、例えばロボットの位置決めに用いられているサーボモータを使用する。

ここで、図４は本一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムを構成するマニピュレータの処置具４の作動機構を概略的に示す構成図である。図５は、内視鏡６の作動機構を概略的に示す構成図である。

前記処置用アーム５の先端に取り付けられている処置具４の挿入部４ａは、その先端部が図４中において矢印ａにて示す方向及び矢印ｂにて示す方向に湾曲駆動できるように構成されている。このような湾曲駆動は、処置具４のサーボモータ収納部４ｂ内に設けられた減速機構付きサーボモータ（不図示）を駆動させて挿入部４ａ内に挿通配置されたワイヤ（不図示）を牽引することによって行なわれる。

また、処置具４は図４中において矢印ｃで示す方向に回転駆動できるように構成されている。このような回転駆動は、フリー関節アームジョイント部４ｃ内に設けられたサーボモータ４ｄを駆動させて不図示の回転機構を作動させることにより行なわれる。特に、処置具４の先端鉗子部４ｅには当該先端鉗子部４ｅを開閉させる開閉機構が設けられており、この開閉機構は、サーボモータ収納部４ｂ内に設けられたサーボモータ（不図示）を駆動させて挿入部４ａ内に挿通配置されたロッドもしくはワイヤ部材を押し引き操作することにより作動される。

同様に、前記観察用アーム７の先端に取り付けられている内視鏡６の挿入部６ａは、その先端部が図５中において矢印ａにて示す方向及び矢印ｂにて示す方向に湾曲駆動できるように構成されている。このような湾曲駆動は、内視鏡６のサーボモータ収納部６ｂ内に設けられたサーボモータ（不図示）を駆動させて挿入部６ａ内に挿通配置されたワイヤ（不図示）を牽引することによって行なわれる。

また、内視鏡６は図５中において矢印ｃで示す方向に回転駆動できるように構成されている。このような回転駆動は、フリー関節アームジョイント部６ｃ内に設けられたサーボモータ６ｄを駆動させて不図示の回転機構を作動させることにより行なわれる。

上述したように、処置具４と処置用アーム５とを組み合わせたものが処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂであり、内視鏡６と観察用アーム７とを組み合わせたものが観察用スレーブマニピュレータ２７である。

前記マスタアーム８は、処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂの入力手段である。同様に、前記ＨＭＤ９は、観察用スレーブマニピュレータ２７の入力手段である。このマスタアーム８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位置検知用のエンコーダ（不図示）が設けられている。このエンコーダによって各リンクの動作を検知することで、マスタアーム８の移動量を検知できる。

操作者３８がマスタアーム８から手を離した場合にマスタアーム８がその自重によって勝手に動作しないように、マスタアーム８の各アームリンクには電磁クラッチ（不図示）が取り付けられている。

つまり、マスタアーム８は、この電磁クラッチによって、必要以外の時には動かないようにその動作が制限される。また、マスタ−スレーブモードで実際に処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂを動かす際、前記電磁クラッチは、動作スイッチ１２ａにおける操作によって、その作動が制御される。つまり、マスタアーム８の動作のロック及びこのロック状態の解除は動作スイッチ１２ａによって行えるように構成されている。

また、スレーブマニピュレータ駆動のクラッチ機能として、スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂの動作を動作スイッチ１２ａでロック／解除するようにしても良い。動作スイッチ１２ａの状態に応じてサーボモータへの出力を制御することなどで実現できる。

ところで、マスタ−スレーブモードとは、入力手段であるマスタアーム８の動きが処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂに伝達され得るモード、すなわち、処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂがマスタアーム８の動きに追従できるモードである（後述するＨＭＤ９と観察用スレーブマニピュレータ２７との関係についても同様）。

一方、前記ＨＭＤ９は、内視鏡６によって観察された映像を表示するディスプレイ（不図示）を備えている。このディスプレイは、ＨＭＤ９を術者の頭部に装着した際に、術者の目に対応する位置に位置するように設けられている。また、ＨＭＤ９は、術者の頭がどのように動いても、内視鏡６の先端でとらえられた映像を前記ディスプレイによって常に観察できるよう構成されている。このような構成のＨＭＤ９によれば、従来のように処置中に術者が手術室に設置されたＴＶモニターの方に視線を移すといった煩わしい動作を行なわなくて済むため、操作性が向上する。また、患部から視線を外すことなく常に患部の映像を明確に観察することができるから、確実な手術を行なうことができる。

前記磁気センサ１０は、操作者３８の頭部の空間的な移動量を検知する。この磁気センサ１０は、一様な磁場を発生する磁気センサソース部１０ｂと、磁気センサソース部１０ｂからの磁場を検知する磁気センサセンス部１０ａと、を備える。このうち磁気センサセンス部１０ａは、ＨＭＤ９の略中央部に取り付けられている。

このような構成の磁気センサ１０によって、操作者３８の頭部の動きが検出される。具体的には、ＨＭＤ９以外の所定の場所にセットされた磁気センサソース部１０ｂから発生される一様な磁場を磁気センサセンス部１０ａで検知し、頭部の動きに伴う磁場の変化分の情報を処理することによって、磁気センサソース部１０ｂと磁気センサセンス部１０ａとの空間的絶対移動量及び磁気センサセンス部１０ａの傾斜であるオイラー角（ロール、ピッチ、ヨー）を求め、術者の頭部の移動量および傾き量を検出する。

前記制御装置１１は、マイクロコントローラ１１ａと、ＤＳＰ１１ｂと、サーボドライバ１１ｃと、磁気センサ移動量インターフェイス１１ｄと、アップダウンカウンタ１１ｅと、キーボードインターフェイス部１１ｆと、スイッチインターフェイス部１１ｇと、ハードディスクコントローラ部１１ｈと、ハードディスクドライブ１１ｉと、データライン１１ｊ，１１ｋ，１１ｍ，１１ｑ，１１ｒ，１１ｓ，１１ｔ，１１ｕと、を有する。以下、この制御装置１１における各モジュールの相互作用について説明する。

前記データライン１１ｍは、マイクロコントローラ１１ａからＤＳＰ１１ｂに位置指令を送ったり、スレーブアーム側のサーボ部のエンコーダフィードバック情報を読みとったり、アップダウンカウンタ１１ｅ、磁気センサ移動量インターフェイス１１ｄ、キーボードインターフェイス部１１ｆ、及びスイッチインターフェイス部１１ｇのそれぞれからのデータをマイクロコントローラ１１ａに取り込んだりする為のデータバスラインである。

前記データライン１１ｊは、ＤＳＰ１１ｂで得られた制御演算結果をサーボドライバ１１ｃに送る為のアナログ指令ラインである。前記データライン１１ｋは、サーボドライバ１１ｃからのパワー信号を供給するライン及びサーボ部フィードバックエンコーダラインである。

前記データライン１１ｕは、ハードディスクドライブ１１ｉとハードディスクコントローラ部１１ｈとの間でのデータのやりとりを行なう為のデータラインである。前記データライン１１ｔは、スイッチ１２とスイッチインターフェイス部１１ｇとの間でのデータのやりとりを行う為のデータラインである。

ここで、ハードディスクドライブ１１ｉに保存される情報としては、例えば、観察用スレーブマニピュレータ２７、処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂの教示データ、スケール比、及び感度等の各種制御パラメータ等を挙げることができる。なお、ハードディスクドライブ１１ｉの代わりに、記憶手段として例えばＣＤ、ＤＶＤ、または外部メモリ等の情報処理装置周辺機器で使用される記憶媒体等を用いても勿論よい。さらには、スレーブ側に外部メモリ等の何らかの記憶手段を設けてもよい。

前記データライン１１ｓは、キーボード１３とキーボードインターフェイス部１１ｆとの通信を行なう為のデータラインである。

なお、不図示ではあるが、前記各機能モジュールを選択するためのアドレスバスやコントロールライン等を設けていることは勿論である。また、観察用スレーブマニピュレータ２７及び処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂのサーボ系を駆動するためのデータライン１１ｊ及びデータライン１１ｋは、アナログ指令ラインのものしか図示していないが、ＤＳＰ１１ｂでＰＩＤ制御則等の制御アルゴリズムを実行する為のエンコーダフィードバック信号ラインも設けている。

以上説明した構成を採ることで、操作者３８の頭の動き（ＨＭＤ９の動き）に追従（対応）して観察用スレーブマニピュレータ２７が動作されるマスタ−スレーブ動作が行なわれ、且つ、マスタアーム８の操作に追従（対応）して処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂが動作されるマスタ−スレーブ動作が行なわれる。

具体的には、処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ側のマスタ−スレーブ動作は次のような動作である。すなわち、マスタアーム８に設けられたエンコーダの情報が、データライン１１ｑを介してアップダウンカウンタ１１ｅにて読み取られる。このアップダウンカウンタ１１ｅは、初めにアップダウンカウンタ１１ｅに設定されたデータに対して移動量を増減させるので、絶対的な移動量（マスタアーム８の移動量）を検知する。このアップダウンカウンタ１１ｅ内に保持されているデータは、データライン１１ｍを介して、サンプリング毎にマイクロコントローラ１１ａ内に取り込まれる。

そして、マイクロコントローラ１１ａは、前記移動量に対して処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂの各軸をどのように動作させるかを決定する為の座標変換処理を行う。

他方、観察用スレーブマニピュレータ２７側のマスタ−スレーブ動作は次のような動作である。すなわち、ＨＭＤ９からの情報が、データライン１１ｒを介して磁気センサ移動量インターフェイス１１ｄに送られ、処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ側のマスタ−スレーブ動作と略同様の処理がなされる。

上述したように、患者２が載置された手術台１のベッドサイドレール３には、観察用スレーブマニピュレータ２７と、処置用スレーブマニピュレータ２５ａと、処置用スレーブマニピュレータ２５ｂと、の合計３つのスレーブマニピュレータが設置されている。

前記観察用スレーブマニピュレータ２７の先端には、先端が電動湾曲する内視鏡６が接続されている。前記処置用マニピュレータ２５ａの先端には、先端が電動で湾曲し且つ開閉動作する処置具４が接続されている。前記処置用マニピュレータ２５ｂの先端には、先端が電動で湾曲し且つ開閉動作する処置具４が接続されている。

そして、実際の構成例としては、図３に示すように制御装置１１として制御装置１１−１，１１−２の２つの制御装置を利用する例を挙げることができる。

前記制御装置１１−１は、操作者３８によって操作されるマスタアーム８ａ及びＨＭＤ９の動作に追従するように、駆動ライン３６ａを介して処置用スレーブマニピュレータ２５ａ及び観察用スレーブマニピュレータ２７の動作を制御している。

具体的には、前記制御装置１１−１は、操作者の右手によって操作されるマスタアーム８の動きを判断して処置用スレーブマニピュレータ２５ａを制御するとともに、ＨＭＤ９によって操作者３８の頭の動きを判断して観察用スレーブマニピュレータ２７を制御する。詳細には、操作者３８の右手の動きは、マスタアーム８ａの各関節に設けられたエンコーダ情報としてライン３７ａを介して制御装置１１−１に取り込まれる。

前記制御装置１１−２は、操作者３８によって操作されるマスタアーム８ｂ及びＨＭＤ９の動作に追従するように、駆動ライン３６ｂを介して処置用スレーブマニピュレータ２５ｂの動作を制御している。

具体的には、前記制御装置１１−２は、操作者の左手によって操作されるマスタアーム８ｂの動きを判断して処置用スレーブマニピュレータ２５ｂを制御する。詳細には、操作者３８の左手の動きは、マスタアーム８ｂの各関節に設けられたエンコーダ情報としてライン３７ｂを介して制御装置１１−２に取り込まれる。

さらに、前記操作者３８の頭にはＨＭＤ９が装着されており、このＨＭＤ９には磁気センサの磁気センサセンス部１０ａが取り付けられている。磁気センサの磁気センサソース部１０ｂはマスタアーム８ａの所定部位に配置されている。このように構成することで、操作者３８の頭の動きが検知され、検知された位置情報が信号ライン３５を介して制御装置１１−１に送られる。

操作者３８近傍（操作可能範囲内）には、動作スイッチ１２ａと緊急停止スイッチ１２ｂと停止解除スイッチ１２ｃとから成る３連のスイッチ１２が配置されている。このスイッチ１２は、ライン３３を介して制御装置１１−１に電気的に接続され、更にライン３４を介して制御装置１１−２に電気的に接続されている。

すなわち、動作スイッチ１２ａ及び緊急停止スイッチ１２ｂのＯＮ／ＯＦＦ信号は、信号ライン３３を介して制御装置１１−１に送られて制御装置１１−１内の処理回路（不図示；図１に示すマイクロコントローラ１１ａに相当）で解析処理され、且つ、信号ライン３４を介して制御装置１１−２に送られて制御装置１１−２内の処理回路（不図示;図１に示すマイクロコントローラ１１ａに相当）で解析処理される。そして、制御装置１１−１，１１−２は、前記解析処理結果に基づいた処理を実行する。

前記動作スイッチ１２ａがＯＮされると、マスタアーム８ａ，８ｂの動作を可能とする制御が制御装置１１−１，１１−２によって為される。

前記緊急停止スイッチ１２ｂがＯＮされると、処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ及び観察用スレーブマニピュレータ２７のうち予め設定されたスレーブマニピュレータ（詳細は後述する）の動作が強制的に停止される。ここで、マイクロコントローラ１１ａによる所定の判定結果に基づいて、更に制御装置１１−１，１１−２自体がシステムダウンされる（詳細は後述する）。

前記停止解除スイッチ１２ｃがＯＮされると、前記緊急停止スイッチ１２ｂまたは後述するスレーブ側緊急停止スイッチ２４がＯＮされることで強制停止されていた処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ及び観察用スレーブマニピュレータ２７の動作が再開される（動作可能になる）。換言すれば、停止解除スイッチ１２ｃは、緊急停止スイッチ１２ｂまたは前記スレーブ側緊急停止スイッチ２４により動作停止された状態を解除する為の手段である。

この停止解除スイッチ１２ｃは必須の構成要件ではなく、また個数についても単複何れでもよい。なお、停止解除スイッチ１２ｃを設けない場合には、前記緊急停止スイッチ１２ｂによる上述の強制停止後、当該医療用マニピュレータシステムの電源を一旦落とした後に再起動させれば復旧できる。

ところで、前記スレーブ側緊急停止スイッチ２４は、図２に示すようにスレーブ側すなわち手術台１近傍の助手１３８の操作可能範囲内に配設されており、前記緊急停止スイッチ１２ｂと同様の機能を備えるスイッチである。

このスレーブ側緊急停止スイッチ２４は、図１に示すように前記スイッチインターフェイス部１１ｇに電気的に接続されている。スレーブ側緊急停止スイッチ２４のＯＮ／ＯＦＦ信号は、前記スイッチインターフェイス部１１ｇを介して制御装置１１−１に入力されて制御装置１１−１内の処理回路（不図示；図１に示すマイクロコントローラ１１ａに相当）で解析処理され、且つ、信号ライン３４を介して制御装置１１−２に送られて制御装置１１−２内の処理回路（不図示）で解析処理される。

すなわち、このスレーブ側緊急停止スイッチ２４がＯＮされると、処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ及び観察用スレーブマニピュレータ２７のうち予め設定されたスレーブマニピュレータの動作が強制的に停止される。また、マイクロコントローラ１１ａの判定結果によっては、更に制御装置１１−１，１１−２自体がシステムダウンされる。

このスレーブ側緊急停止スイッチ２４によれば、操作者３８よりも患者２に対してより近い位置に位置する助手１３８の判断により、処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ及び観察用スレーブマニピュレータ２７の緊急停止を行うことが可能となる。

従って、処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂや観察用スレーブマニピュレータ２７が想定外の動作を行った場合（例えば突然の故障や制御プログラムが暴走した場合等）や、患者の容態が急変した場合等の緊急時に、より迅速且つ的確にそれらを緊急停止させることができる。つまり、緊急停止の操作性が格段に向上する。

そして、前記停止解除スイッチ１２ｃがＯＮされることによって、スレーブ側緊急停止スイッチ２４がＯＮされることで強制停止されていた処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ及び観察用スレーブマニピュレータ２７の動作が再開される（動作停止状態が解除される）。

なお、緊急停止スイッチ１２ｂ及びスレーブ側緊急停止スイッチ２４は、ハンドスイッチとして構成してもよいし、フットスイッチとして構成してもよい。例えば、緊急停止スイッチ１２ｂをハンドスイッチとして設ける場合には、操作者が操作するマスタアーム８ａ，８ｂの操作把持部に設ければよい。

さらには、緊急停止スイッチ１２ｂ及びスレーブ側緊急停止スイッチ２４による停止範囲について、処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ及び観察用スレーブマニピュレータ２７について包括的に設定してもよいし、各スレーブマニピュレータ毎に個別に設定してもよい。各スレーブマニピュレータ毎に個別に設定した場合には、復旧作業が容易になる。

具体的には、暴走時における患者への影響が大きいスレーブマニピュレータのみを緊急停止対象とすればよい。すなわち、鋭利な処置具に係るスレーブマニピュレータについては緊急停止対象とし、鈍的な処置具やカメラ等に係るスレーブマニピュレータについては緊急停止対象としない構成を挙げることができる。なお、処置具についてはその用途上、手術部位との接触が可能な配置になっているが、カメラについては可動域全域に動かしても手術部位に接触しない配置とすることも可能であるので必ずしも緊急停止対象とする必要はない。このように構成することで、スレーブマニピュレータを緊急停止しつつも手術対象について視覚的情報を提供し続けることができる。

さらには、カメラとして硬性鏡を使用する場合にはカメラに係るスレーブマニピュレータを緊急停止対象とし、軟性鏡を使用する場合には臓器と接触しても曲がる為に患者への影響が少ないことを鑑みて緊急停止対象としない構成にしてもよい。このように構成することで、術中に硬性鏡から軟性鏡のカメラに交換した場合であっても、手術をスムースに継続することができる。

以下、図６に示すフローチャートを参照して、本一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムに特有の処理（マイクロコントローラ１１ａによる緊急停止処理及びその復旧処理）について詳細に説明する。

ここでは、処理の流れを明確化して説明する為に、制御装置１１−１と制御装置１１−２とを、図１及び図２に示すように包括的に一つの制御装置１１として扱って説明する。なお、制御装置１１−１，１１−２の処理の詳細は上述した通りである。

まず、当該医療用マニピュレータシステムのユーザは、“停止解除権”についての設定を行う（ステップＳ１）。この停止解除権とは、緊急停止スイッチ１２ｂまたはスレーブ側緊急停止スイッチ２４がＯＮされることによって緊急停止された処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ及び観察用スレーブマニピュレータ２７の動作を復旧させる為の権限である。

上述したように停止解除スイッチ１２ｃは複数設けられている場合があり、この場合には、それら停止解除スイッチ１２ｃの停止解除権について所望の設定を行う。詳細には、例えば下記のような設定方法を挙げることができる。

《設定例１》
・特定の停止解除スイッチ１２ｃのみに停止解除権を設定する。

具体的には、操作者３８が複数存在する場合に、メインの操作者３８に対応する停止解除スイッチ１２ｃのみに停止解除権を設定する。或いは、手術台１に最も近い操作者３８に対応する停止解除スイッチ１２ｃのみに停止解除権を設定する。また、操作者３８のみに停止解除権を設定する、或いは、助手１３８のみに停止解除権を設定する、との構成を採っても良い。

《設定例２》
・全ての停止解除スイッチ１２ｃに停止解除権を設定し、且つ、何れかの停止解除スイッチ１２ｃがＯＮされると停止解除処理を実行するように設定する。

《設定例３》
・全ての停止解除スイッチ１２ｃに停止解除権を設定し、且つ、全ての停止解除スイッチ１２ｃがＯＮされた場合にのみ停止解除処理を実行するように設定する。

上述のように停止解除権を導入することで、一旦緊急停止された処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ及び観察用スレーブマニピュレータ２７を適切に復旧処理させることができる。

例えば、操作者３８と助手１３８との関係は手術毎にそれぞれ異なる。例えば経験豊富な医師が助手につき、経験を積んでいる最中の医師が操作者になる、といった手術も存在する。このような場合においては、経験豊富な助手側の医師の方が、より正確な判断を迅速に下すことができる。従って、このような場合にはその助手近傍（患者２近傍）のスレーブ側緊急停止スイッチ２４に停止解除権を設定すればよい（このスレーブ側緊急停止スイッチ２４近傍等に停止解除スイッチ１２ｃに相当するスイッチ（不図示）を設ける）。

ここで、停止解除権の具体的な設定方法としては、ハードウェア的に設定する方法及びソフトウェア的に設定する方法等を挙げることができ、何れの方法を採用してもよい。

なお、停止解除権をステップＳ１において都度設定するのではなく、固定的に停止解除権を設定しても勿論よい。

前記ステップＳ１において停止解除権の設定処理を終えると、処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ及び観察用スレーブマニピュレータ２７が動作可能状態となる。

次に、マイクロコントローラ１１ａは、動作スイッチ１２ａの状態に基づいて、動作開始するか、動作可能状態（スタンバイ状態）を維持するかを判定する（ステップＳ２）。このステップＳ２において動作スイッチ１２ａがＯＮ状態であると判定するまで、動作可能状態（スタンバイ状態）を維持する（ステップＳ３）。

更に、マイクロコントローラ１１ａは、緊急停止スイッチ１２ｂ及びスレーブ側緊急停止スイッチ２４のＯＮ／ＯＦＦ状態を判定する（ステップＳ４）。

このステップＳ４において、緊急停止スイッチ１２ｂ及びスレーブ側緊急停止スイッチ２４のうち少なくとも何れか一つがＯＮ状態であると判定した場合には、マイクロコントローラ１１ａは、処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ及び観察用スレーブマニピュレータ２７の動作を強制的に停止させる（ステップＳ５）。一方、前記ステップＳ４において緊急停止スイッチ１２ｂ及びスレーブ側緊急停止スイッチ２４が共にＯＦＦ状態であると判定した場合には、各スレーブマニピュレータを動作させる（ステップＳ６）。

つまり、動作スイッチ１２ａがＯＮ状態であり且つ緊急停止スイッチ１２ｂ及びスレーブ側緊急停止スイッチ２４がＯＦＦの状態においては、ステップＳ６の処理を連続的に繰り返し、マニピュレータの動作を継続させ処置や観察を実行する。

つまり、前記ステップＳ４は、緊急停止スイッチ１２ｂ及びスレーブ側緊急停止スイッチ２４のＯＮ／ＯＦＦ状態を検出し、該検出結果に基づいて処理を分岐するステップである。

ところで、前記ステップＳ５において処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ及び観察用スレーブマニピュレータ２７の動作を強制停止させた後、マイクロコントローラ１１ａは、当該制御装置１１をシステムダウンさせるか否かを判定する（ステップＳ７）。

具体的には、このステップＳ７においては、例えばシステムダウンさせるか否かの入力待ちに移行して判定すればよい。詳細には、専用のスイッチ（不図示）を設ける方法、再度緊急停止スイッチ１２ｂまたはスレーブ側緊急停止スイッチ２４を押すことでシステムダウンさせる方法、所定時間内に復帰動作が行われなければシステムダウンさせる方法等を挙げることができる。

このステップＳ７をＹＥＳに分岐する場合、マイクロコントローラ１１ａは、制御装置１１をシステムダウンさせ、当該医療用マニピュレータシステムをダウンさせる（ステップＳ８）。

このステップＳ８においては、緊急の強制停止によるシステムダウンを行う為、電源遮断を行う際に、“正常終了によるシステムダウンではない旨”を所定のメモリ等に記録してもよい。具体的には、例えば“何れの緊急停止スイッチによる操作で強制停止したのか”等を示す情報を記録する。

なお、正常終了によるシステムダウンは本発明の要旨ではないので省略する。同様に、システム開始時の初期化処理などについても詳細は省略する。

なお、このステップＳ８における処理でシステムダウンした場合、次回の起動時に“前回の終了処理は正常な終了処理ではなかった旨”をユーザに提示してもよい。

ところで、前記ステップＳ７をＮＯに分岐する場合、マイクロコントローラ１１ａは、前記停止解除スイッチ１２ｃのＯＮ／ＯＦＦ状態を判定する（ステップＳ９）。このステップＳ９において前記停止解除スイッチ１２ｃがＯＦＦ状態であると判定した場合には前記ステップＳ５に戻る。

一方、このステップＳ９において前記停止解除スイッチ１２ｃがＯＮ状態であると判定した場合には、マイクロコントローラ１１ａは、当該停止解除スイッチ１２ｃに上述の停止解除権が設定されているか否かを判定する（ステップＳ１０）。このステップＳ１０をＮＯに分岐する場合には前記ステップＳ５に戻る。他方、このステップＳ１０をＹＥＳに分岐する場合には、マイクロコントローラ１１ａは、強制停止されていた処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ及び観察用スレーブマニピュレータ２７の動作を再開させる処理を行い（ステップＳ１１）、前記ステップＳ２に戻る。

具体的には、このステップＳ１１においては、例えば動作スイッチ１２ａをＯＦＦにすることを操作者に促す、或いは、強制的に動作スイッチ１２ａをＯＦＦする、等の処理を行う。こうすることで、停止解除後にただちに各スレーブマニピュレータの動作を開始させるのではなく、停止解除後も起動時同様に、動作スイッチ１２ａがＯＮされることによって初めて動作開始させることができる。従って、誤操作などの恐れを低減できる。

なお、前記ステップＳ５における処理は動力遮断処理（クラッチによるスレーブマニピュレータの動作停止処理）であり、前記ステップＳ８における処理は電源遮断処理である。このように、スレーブマニピュレータの動作の強制停止を２段階で行うことで、強制停止を解除した後の復旧を容易にすることができ、且つ、適切且つ確実な強制停止が実現する。

具体的には、スレーブマニピュレータ駆動のクラッチ機能として、前記ステップＳ５において、ハードウェア的にクラッチによる動力遮断処理を採用することで、ソフトウェアの暴走時であっても確実な動作停止が可能となる。例えば、励磁作動型の電磁クラッチを設け、該電磁クラッチへの電源供給停止によりクラッチが解除されて動力遮断される。一方、前記ステップＳ５において、ソフトウェア的なクラッチによる動力遮断処理を採用することで、その処理における設定に柔軟性を持たせることができる。例えば、前記マイクロコントローラ１１ａからの指令を停止させる、或いは、サーボドライバ１１ｃをＤｉｓａｂｌｅ状態に切り替える、等の方法によって動作停止させることができる。

以上説明したように、本一実施形態によれば、スレーブ側での操作性を向上させた医療用マニピュレータシステムを提供することができる。

具体的には、本一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムによれば、従来技術が抱えている下記の問題が解決される。

すなわち、医療用マニピュレータシステムの操作者は、モニタに表示される患者体内の術部画像を注視している為、患者体外においてスレーブマニピュレータ同士が干渉し合う、患者の容態が急変する等の異常事態が発生していても、操作者はただちに気付けない。このような事情を鑑みて、特許文献１に開示されているような技術が提案されているが、その技術を適用した場合であっても、操作者のみしか緊急停止操作できない。従って、助手が操作者に状況を伝え、その後に、操作者が緊急停止させる必要がある。この場合、当然ながら助手から操作者への情報伝達に伴うタイムロスが生じる。さらには、操作者は咄嗟の操作が必要となるが故に誤操作してしまう可能性も高まる。

上述のような問題に対し、本一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムによれば、スレーブ側緊急停止スイッチ２４によって、被術者である患者２に対して操作者３８よりも近い位置に位置する助手１３８の判断により、処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ及び観察用スレーブマニピュレータ２７の緊急停止を行うことが可能となる。

従って、処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ及び観察用スレーブマニピュレータ２７の異常動作時等の緊急時に、より迅速且つ確実にそれらを停止させることができる。助手１３８は手術中に移動する為、各マニピュレータごとに緊急停止スイッチを配置する等、複数の緊急停止スイッチを設置しても良い。

なお、緊急停止が生じた時に赤点滅するような緊急停止表示手段（例えばＬＥＤ等）を、操作者３８が見やすい位置（例えばマスタアーム８ａ，８ｂの近傍や制御装置１１の近傍等）に設置しても良い。

ところで、現実の手術現場においては、このようなマスタ−スレーブ型の医療用マニピュレータシステムを操作する操作者は、入力装置の滅菌が困難なことから、滅菌されていない入力装置に触れることが多い。つまり、現実の手術現場においては、操作者はいわゆる不潔域から操作を行う場合がある。

一方、術具の交換や処置のサポートの為に患者近傍に配置されている助手は、手術部位や患者に直接に触れる必要がある為、手を消毒／滅菌手袋をする等により、いわゆる清潔域からサポートを行う。このように、現実の手術現場においては、操作者は不潔域、助手は清潔域、のうように互いに別れて手術を行う。そして、不潔域と清潔域が交錯すると患者が感染症に罹る恐れが増してしまうという問題が生じる。

しかしながら、本一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムによれば、不潔域と清潔域とが交錯しない構成（不潔域及び清潔域の双方において緊急停止操作／停止解除操作を行うことができる構成）を採っている為、上述のような問題は生じない。

なお、ハンドスイッチを用いて構成する場合、清潔域に設置するハンドスイッチは滅菌して使用するか、滅菌カバー（ドレープ）で覆えば良い。ハンドスイッチはフットスイッチと比較して、視認性や操作性の良さ、助手が移動する際に配線につまずく恐れが無い、誤ってフットスイッチを踏んでしまう恐れがない、といった長所を有する。

また、操作者側の緊急停止スイッチ１２ｂをフットスイッチとし、スレーブ側の緊急停止スイッチ２４をハンドスイッチとする等して、複数種類のスイッチを組み合わせた構成としても良い。

ところで、勿論、入力装置とマニピュレータの両方が清潔域に設置される場合もある。そのような場合であっても、助手が操作できる位置に緊急停止スイッチを配置することに得られるメリット（効果）は上述した通りである。

以上説明したように、本一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムによれば、複数の医療用マニピュレータを使用した手術において、何れかのマニピュレータに何等かの異常動作・動作不良が生じた場合であっても、それに対して速やか且つ的確に対処できる。従って、操作性及び確実性に優れ、手術時間を短縮でき、患者に対する侵襲を低くすることができる。

以上、一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、例えば次のような変形及び応用が可能なことは勿論である。また、マスタ−スレーブ方式の医療用マニピュレータについて説明したが、マスタ−スレーブ方式以外のマニピュレータ、たとえば操作入力とマニピュレータ動作の間に座標変換処理を有しないマニピュレータや、事前のプログラムに沿って動作する医療用マニピュレータなどについても本一実施形態を適用できる。

［変形例］
以下、前記一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムの一変形例について説明する。説明の重複を避ける為、前記一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムとの相違点について説明する。

図７は、前記一実施形態の変形例に係る医療用マニピュレータシステムの一構成例を示す図である。図８は、前記一実施形態の変形例に係る医療用マニピュレータシステムの実際のイメージを示す概略構成図である。

図７及び図８に示すように、本変形例に係る医療用マニピュレータシステムでは、緊急停止スイッチ１２ｂ及びスレーブ側緊急停止スイッチ２４と同様の機能を有する緊急停止スイッチとして、ポータブル緊急停止スイッチ１２ｐが更に設けられている。そして、制御装置１１には、前記ポータブル緊急停止スイッチ１２ｐと通信を行う為の通信部１００と、Ｉ／Ｏポート１０１と、が設けられている。

前記ポータブル緊急停止スイッチ１２ｐは、例えばスレーブ側の助手１３８等に保持させる持ち運び可能な緊急停止スイッチである。

前記ポータブル緊急停止スイッチ１２ｐのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す信号は、無線または有線により通信部１００に送信される。このポータブル緊急停止スイッチ１２ｐから送信された信号は、制御装置１１の通信部１００により受信されＩ／Ｏポート１０１を介してマイクロコントローラ１１ａに入力される。

以上説明したように、本変形例によれば、前記一実施形態に係る医療用マニピュレータシステムと同様の効果を奏する上に、例えば下記のような効果を奏する医療用マニピュレータシステムを提供することができる。

すなわち、処置用スレーブマニピュレータ２５ａ，２５ｂ及び観察用スレーブマニピュレータ２７の緊急停止を行わなければならない異常時に、助手１３８がスレーブ側緊急停止スイッチ２４から離れた場所に位置している場合であっても、迅速に緊急停止処理を行うことができる。つまり、操作性及び確実性を更に向上させることができる。

なお、更なる操作性及び確実性の為に、図８に示すように制御装置１１自体に制御装置側緊急停止スイッチ１２４を設けても良い。このように構成することで、制御装置１１近傍にＭＥ（Ｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ）２３８が存在する場合には、当該ＭＥ２３８の判断により上述の緊急停止処理を行うことができる。制御装置１１の技術的事項（制御プログラム等）について最も精通しているのはＭＥであるので、それらの異常をいち早く察して停止させることができる。

さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示した複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示す全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている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。

１…手術台、 ３…ベッドサイドレール、 ４…処置具、 ４ａ…挿入部、 ４ｂ…サーボモータ収納部、 ４ｃ…フリー関節アームジョイント部、 ４ｄ…サーボモータ、 ４ｅ…先端鉗子部、 ５…処置用アーム、 ６…内視鏡、 ６ａ…挿入部、 ６ｂ…サーボモータ収納部、 ６ｃ…フリー関節アームジョイント部、 ６ｄ…サーボモータ、 ７…観察用アーム、 ８…マスタアーム、 ８ａ，８ｂ…マスタアーム、 ９…ＨＭＤ、 １０…磁気センサ、 １０ｂ…磁気センサソース部、 １０ａ…磁気センサセンス部、 １１…制御装置、 １１ａ…マイクロコントローラ、 １１ｂ…ＤＳＰ、 １１ｃ…サーボドライバ、 １１ｄ…磁気センサ移動量インターフェイス、 １１ｅ…アップダウンカウンタ、 １１ｆ…キーボードインターフェイス部、 １１ｇ…スイッチインターフェイス部、 １１ｈ…ハードディスクコントローラ部、 １１ｉ…ハードディスクドライブ、 １１ｊ，１１ｋ，１１ｍ，１１ｑ，１１ｒ，１１ｓ，１１ｔ，１１ｕ，…データライン、 １２…スイッチ、 １２ａ…動作スイッチ、 １２ｂ…緊急停止スイッチ、 １２ｃ…停止解除スイッチ、 １２ｐ…ポータブル緊急停止スイッチ、 １３…キーボード、 １９…フリー関節機構、 ２４…スレーブ側緊急停止スイッチ、 ２５ａ，２５ｂ…処置用スレーブマニピュレータ、 ２７…観察用スレーブマニピュレータ、 １２４…制御装置側緊急停止スイッチ、 ３５…信号ライン、 ３６ａ，３６ｂ…駆動ライン、 ３７ａ，３７ｂ…ライン、 １００…通信部、 １０１…Ｉ／Ｏポート。

Claims (11)

1. 患者近傍の機器を操作者が動作制御する医療用マニピュレータシステムであって、
   前記患者近傍に配設され、医療器具を保持する単数または複数のマニピュレータと、
   前記マニピュレータの動作制御を行う制御部と、
   少なくとも前記患者近傍及び前記操作者近傍の双方に設けられ、前記制御部に対して、前記マニピュレータの動作を強制停止させるように指示する為の少なくとも２つの強制停止指示部と、
   を具備し、
   前記制御部は、前記患者近傍又は前記操作者近傍のうち少なくともいずれか一方に設けられた前記強制停止指示部による指示に基づいて前記マニピュレータの動作を強制停止させた後、さらに当該制御部自体がシステムダウンさせるか否かを判定し、該判定結果、当該システムをダウンさせる判定をすると、当該制御部自体をシステムダウンさせ、当該医療用マニピュレータシステムをダウンさせる、
   ことを特徴とする医療用マニピュレータシステム。
2. 前記強制停止指示部は複数存在することを特徴とする請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
3. 前記強制停止指示部は前記患者近傍において複数存在することを特徴とする請求項２に記載の医療用マニピュレータシステム。
4. 前記強制停止指示部による指示に基づいて前記制御部により強制停止された前記マニピュレータの動作を再開させる為の動作再開指示部を含むことを特徴とする請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
5. 前記動作再開指示部は複数存在し、それら動作再開指示部のうち少なくとも一つに、前記動作再開指示を実行する権限が設定されていることを特徴とする請求項４に記載の医療用マニピュレータシステム。
6. 特定の前記動作再開指示部には前記動作再開指示を実行する権限が設定されていることを特徴とする請求項５に記載の医療用マニピュレータシステム。
7. 全ての前記動作再開指示部に前記動作再開指示を実行する権限が設定されていることを特徴とする請求項５に記載の医療用マニピュレータシステム。
8. 全ての前記動作再開指示部が動作再開指示することで前記動作再開指示を実行することを特徴とする請求項５に記載の医療用マニピュレータシステム。
9. 前記強制停止指示部は移動可能に構成されており、無線または／及び有線により前記制御部と通信を行うことを特徴とする請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
10. 前記強制停止指示部は、前記複数のマニピュレータのうち所定のマニピュレータのみを前記強制停止の対象とするように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の医療用マニピュレータシステム。
11. 前記マニピュレータシステムは、マスタ−スレーブ方式のマニピュレータであることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のうち何れか１つに記載の医療用マニピュレータシステム。

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