JP7265916B2 - 外科手術システム及び外科手術システムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、外科手術システム及び外科手術システムの制御方法に関する。

従来から最小侵襲手術に用いられる装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

この装置は、外科医のハンドル操作によって制御される外科用器具が固定されているアームを備えている。

特開２００７－１２５４０４号公報

しかし、特許文献１に記載の装置のアームは、患者の体内に位置する先端部の自由度が限定的であり、手術部位へのアクセスが困難な場合があるという問題があった。

上記課題を解決するため、本発明のある態様に係る外科手術システムは、基端部から先端部に向かってシャフト、曲げ関節、手首関節及び手術器具がこの順に連なる器具マニピュレータであって、前記手首関節の目標位置を規定する指令を含む通常動作指令に基づき前記手首関節を駆動する手首関節駆動部と、前記曲げ関節の目標曲げ角を規定する曲げ関節動作指令に基づき前記曲げ関節を駆動する曲げ関節駆動部と、を含む器具マニピュレータと、基台と、前記基台に対して変位可能に設けられているハンドルと、前記ハンドルの変位を検知する検知部とを含むハンドコントロールユニットと、通常動作モード及び曲げ関節動作モードを含む複数の動作モードのうち１の該動作モードの選択指令の入力操作を受け付ける動作モード選択入力部と、を有するマスタコンソールと、前記動作モードを前記選択指令に対応する１の該動作モードに設定する動作モード設定部と、前記通常動作指令を生成する通常動作指令生成部と、前記曲げ関節動作指令を生成する曲げ関節動作指令生成部と、を含むコントローラと、を備え、前記通常動作モードにおいて前記通常動作指令生成部は、前記検知部が検知した前記ハンドルの変位に基づいて前記手術器具の目標姿勢を算出し、且つ前記手術器具が前記目標姿勢をとるように前記手首関節を動作させる前記通常動作指令を生成し、前記曲げ関節動作モードにおいて前記曲げ関節動作指令生成部は、前記検知部が検知した前記ハンドルの変位に基づいて前記曲げ関節の曲げ角を変化させるように前記曲げ関節動作指令を生成する。

この構成によれば、器具マニピュレータが曲げ関節を備えるので、器具マニピュレータの動作範囲を広げ、且つ姿勢自由度を高めることができる。また、ハンドルを用いて曲げ関節を操作することができるので、曲げ関節の操作が追加されたことによる術者の操作負担の増加を抑制することができる。これによって、手術時間の短縮を図ることができる。

本発明は、手術時間の短縮を図ることができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る外科手術システムの全体的な構成例を概略的に示す図である。 図１の外科手術システムの器具マニピュレータの構成例を示す斜視図である。 図１の外科手術システムのハンドコントロールユニットの遠位側の部位の構成例を示す要部拡大斜視図である。 図１の外科手術システムの制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。 図１の外科手術システムの曲げ関節の動作例を示す斜視図である。 図１の外科手術システムの曲げ関節の動作例を示す図である。 実施の形態２に係る外科手術システムの器具マニピュレータの構成例を示す斜視図である。

ある態様に係る外科手術システムは、基端部から先端部に向かってシャフト、曲げ関節、手首関節及び手術器具がこの順に連なる器具マニピュレータであって、前記手首関節の目標位置を規定する指令を含む通常動作指令に基づき前記手首関節を駆動する手首関節駆動部と、前記曲げ関節の目標曲げ角を規定する曲げ関節動作指令に基づき前記曲げ関節を駆動する曲げ関節駆動部と、を含む器具マニピュレータと、基台と、前記基台に対して変位可能に設けられているハンドルと、前記ハンドルの変位を検知する検知部とを含むハンドコントロールユニットと、通常動作モード及び曲げ関節動作モードを含む複数の動作モードのうち１の該動作モードの選択指令の入力操作を受け付ける動作モード選択入力部と、を有するマスタコンソールと、前記動作モードを前記選択指令に対応する１の該動作モードに設定する動作モード設定部と、前記通常動作指令を生成する通常動作指令生成部と、前記曲げ関節動作指令を生成する曲げ関節動作指令生成部と、を含むコントローラと、を備え、前記通常動作モードにおいて前記通常動作指令生成部は、前記検知部が検知した前記ハンドルの変位に基づいて前記手術器具の目標姿勢を算出し、且つ前記手術器具が前記目標姿勢をとるように前記手首関節を動作させる前記通常動作指令を生成し、前記曲げ関節動作モードにおいて前記曲げ関節動作指令生成部は、前記検知部が検知した前記ハンドルの変位に基づいて前記曲げ関節の曲げ角を変化させるように前記曲げ関節動作指令を生成する。

この構成によれば、器具マニピュレータが曲げ関節を備えるので、器具マニピュレータの動作範囲を広げ、且つ姿勢自由度を高めることができる。また、ハンドルを用いて曲げ関節を操作することができるので、曲げ関節の操作が追加されたことによる術者の操作負担の増加を抑制することができる。これによって、手術時間の短縮を図ることができる。

前記手首関節は、２自由度又は３自由度関節であってもよい。

この構成によれば、手術器具の動作範囲を拡げることができる。

前記器具マニピュレータは、基端部側に設けられた第一アームと、前記第一アームの動作を規定する指令を更に含む前記通常動作指令に基づき前記第一アームを駆動する第一アーム駆動部と、を更に含み、前記通常動作モードにおいて前記通常動作指令生成部は、前記手術器具が前記目標位置において前記目標姿勢をとるように該第一アーム及び前記手首関節を動作させる前記通常動作指令を生成してもよい。

この構成によれば、手術器具の動作範囲を拡げることができる。

前記通常動作指令生成部は、前記シャフトの中心軸が予め設定されたリモートセンターを通るように維持した状態で前記手術器具の位置姿勢を制御するように前記通常動作指令を生成してもよい。

この構成によれば、リモートセンターを中心に器具マニピュレータを揺動させることができ、患者にかかる負担を軽減することができる。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る外科手術システム１００の全体的な構成例を概略的に示す図である。

図１に示す外科手術システム１００は、腹腔鏡下手術を行うためのものであって、オペレーションユニット１と、マスタコンソール２と、コントローラ３とを備える。以下、外科手術システム１００の各構成要素について詳細に説明する。

〔オペレーションユニット１〕
オペレーションユニット１は、外科手術システム１００と患者Ｐとのインターフェースを構成する。オペレーションユニット１は、滅菌野である手術室内において患者Ｐが横たわる手術台１２０の傍らに配置される。

オペレーションユニット１は、複数の器具マニピュレータ２０と、内視鏡マニピュレータ３０と、器具マニピュレータ２０及び内視鏡マニピュレータ３０を患者Ｐに対して位置決めするポジショナ１０とを含む。

ポジショナ１０は、複数の器具マニピュレータ２０及び内視鏡マニピュレータ３０を支持、案内する支持装置としての機能を有する。ポジショナ１０は、台車１１と、台車１１に支持された支持アーム１２と、支持アーム１２の先端部に設けられたアームベース１５とを含む。但し、ポジショナ１０の構成は、本実施の形態に限定されず、器具マニピュレータ２０及び内視鏡マニピュレータ３０を目標位置に良好な制度で位置決めできればよい。支持アーム１２は、垂直多関節型のロボットアームであり、各関節に設けられたサーボモータ、及び、サーボモータの動力を関節へ伝達する動力伝達機構を含む駆動部を備える（いずれも図示略）。

（器具マニピュレータ２０）
器具マニピュレータ２０は、第一アーム２１、シャフト３１、曲げ関節３２、手首関節３３及び手術器具２３を含み、基端部から先端部に向かって第一アーム２１、シャフト３１、曲げ関節３２、手首関節３３、及び手術器具（ジョー）２３がこの順に連なる。

第一アーム２１は、例えば垂直多関節型のロボットアームであり、各関節に設けられたサーボモータ、及び、サーボモータの動力を関節へ伝達する動力伝達機構を含む第一アーム駆動部２７（図４参照）を備える。第一アーム２１は、例えば６軸又は７軸のロボットアームである。

シャフト３１は、剛性を有する管で構成され、その中心軸が一直線に延びる。シャフト３１は、中間部がトロッカー１１０に挿入され、体外に位置する第一アーム２１と、患者Ｐの体腔内に位置する曲げ関節３２等とを連結する。

図２は、第二アーム２２の構成例を示す斜視図である。第二アーム２２は、曲げ関節３２及び手首関節３３を含み、基端部から先端部に向かって曲げ関節３２及び手首関節３３がこの順に連なる。なお、曲げ関節３２及び手首関節３３は直接連結される必要はなく、その間に別の部材が介在してもよい。

曲げ関節３２は、器具マニピュレータ２０のシャフト３１から先端部に亘る部分の長手方向（中心軸Ｌ１０の延在方向）と直交する方向への曲げ動作を行う関節であり、シャフト３１の長手方向と直交する方向（中心軸を中心とする径方向）に曲げることが可能に構成されている。なお、曲げるとは、屈曲、湾曲、折曲等の形態を含む。曲げ関節３２は、器具マニピュレータ２０の冗長軸としての機能を有し、器具マニピュレータ２０に冗長自由度を与えている。

手首関節３３は、少なくともシャフト３１から先端部に亘る部分の長手方向（中心軸Ｌ１０の延在方向）と直交する方向への曲げ動作を行う関節であり、シャフト３１の長手方向と直交する方向に曲げることが可能である。本実施の形態において、手首関節３３は、３つの回動関節（第１関節３６と、第２関節３７と、及び第３関節３８）を備える３自由度関節である。第１関節３６は、曲げ関節３２の先端部の伸延方向と直交する第１曲げ方向に曲げることができるように構成されている。第２関節３７は、旋回軸であり、Ｌ１２を中心に回動可能である。第３関節３８は、曲げ関節３２の先端部の伸延方向及び第１曲げ方向と直交する第２曲げ方向に曲げることができるように構成されている。第１関節３６、第２関節３７及び第３関節３８は、器具マニピュレータ２０の基端部から先端部に向かう方向にこの順に連なるが、この順に限られるものではない。

手術器具２３は、手首関節３３に連なる器具であり、例えば一対のジョー３４を含む鉗子である。なお、手術器具２３は鉗子に限られるものではなく、これに代えて、把持器、鋏、ステープラ、針保持器、及び電気メスなどの外科器具であってもよい。また、手術器具２３は、電子外科電極、トランスデューサ、センサなどの電気的に駆動される機器であってもよい。また、手術器具２３は、吸入、ガス注入、洗浄、処理流体、アクセサリ導入、生検摘出などのための流体を供給するノズルであってもよい。

そして、器具マニピュレータ２０は、上述した第一アーム駆動部２７の他に、手首関節３３を駆動する手首関節駆動部２５（図４参照）、及び曲げ関節３２を駆動する曲げ関節駆動部２６（図４参照）を含む。通常動作指令は、手首関節３３の目標位置を規定する指令を含み、手首関節駆動部２５は、この通常動作指令に基づき手首関節３３を駆動する。曲げ関節駆動部２６は、曲げ関節３２の曲げ角を規定する曲げ関節動作指令に基づき曲げ関節３２を駆動する。手首関節駆動部２５及び曲げ関節駆動部２６は、図示しない電動ワイヤの引力及び／又は張力によって作動する。なお、曲げ角とは、関節よりも基端側の部位の中心軸と関節よりも先端側の部位の中心軸とがなす角を意味してもよい。また、通常動作指令は、第一アーム２１の動作を規定する指令を更に含み、第一アーム駆動部２７は、この通常動作指令に基づき第一アーム２１を駆動する。

（内視鏡マニピュレータ３０）
図１に示すように、内視鏡マニピュレータ３０は、先端部に内視鏡カメラユニット８２が設けられている。内視鏡マニピュレータ３０は、先端部に設けられた手術器具２３を除いて、器具マニピュレータ２０と実質的に同様の構成を有している。即ち、上記の器具マニピュレータ２０の説明において、先端部に設けられた手術器具２３を内視鏡カメラユニット８２に読み替えることによって、内視鏡マニピュレータ３０の構成を説明できる。

〔マスタコンソール２〕
マスタコンソール２は、外科手術システム１００と術者（外科医）Ｓとのインターフェースを構成し、オペレーションユニット１を操作するための装置である。マスタコンソール２は、手術室内において手術台１２０の傍らに又は手術台１２０から離れて、或いは、手術室外に設置されている。

マスタコンソール２は、基台４１と、基台４１に取り付けられている左右一対のハンドコントロールユニット４２と、基台４１に取り付けられている操作ペダル４３と、ディスプレイモジュール４４とを含む。

ハンドコントロールユニット４２は、基台４１に支持されている第一コントロールユニットと、この第一コントロールユニットに連なる第二コントロールユニット６０とを有する。そして、図示しない第一コントロールユニットは、複数のリンクが直動関節又は回転関節を介して連結され、位置３自由度を有する。また、第二コントロールユニット６０は、複数のリンクが直動関節又は回転関節を介して連結され、姿勢３自由度を有する。この第二コントロールユニット６０は、術者Ｓが動作指令を入力する際に把持するハンドル６５を含む。したがって、ハンドル６５は、基台４１に対して変位可能に設けられている。このように、ハンドコントロールユニット４２は、全体として、少なくとも位置３自由度、姿勢３自由度の６自由度を有し、ハンドル６５を基台４１に対して６自由度で移動させることができるように構成されている。そして、ハンドコントロールユニット４２は、第一コントロールユニットの位置３自由度、第二コントロールユニット６０の姿勢３自由度、及び後述するハンドル６５の把持１自由度を検知するための検知部７５を有する。検知部７５は、アームの各関節の変位及びハンドル６５の後述する一対の環状体６６ａの間隔を検知するセンサであり、例えば、ポテンショメータやロータリエンコーダである。

図３は、ハンドコントロールユニット４２の第二コントロールユニット６０の構成例を示す要部拡大斜視図である。

ハンドコントロールユニット４２の第二コントロールユニット６０は、一列に連なる４つのリンク（第１リンク６１、第２リンク６２、第３リンク６３、及び第４リンク６４）と、ハンドル６５と、隣り合うリンク同士又はリンクとハンドル６５を回動可能に連結する４つの関節（第１関節７１、第２関節７２、第３関節７３、及び第４関節７４）とを含む。ハンドル６５は、第４関節７４を介して第４リンク６４に連なっている。第１関節７１は、第１リンク６１に対して第２リンク６２をコントロールユニット第１軸線Ｌ２１を中心に回動可能に連結する。第２関節７２は、第２リンク６２に対して第３リンク６３をコントロールユニット第２軸線Ｌ２２を中心に回動可能に連結する。第３関節７３は、第３リンク６３に対して第４リンク６４をコントロールユニット第３軸線Ｌ２３を中心に回動可能に連結する。第４関節７４は、第４リンク６４に対してハンドル６５をコントロールユニット第４軸線Ｌ２４を中心に回動可能に連結する。コントロールユニット第１軸線Ｌ２１及びコントロールユニット第３軸線Ｌ２３は互いに平行に伸延する。コントロールユニット第２軸線Ｌ２２はコントロールユニット第１軸線Ｌ２１と直交する。コントロールユニット第４軸線Ｌ２４は、コントロールユニット第１軸線Ｌ２１及びコントロールユニット第２軸線Ｌ２２が位置する平面と交差する。これにより、ハンドル６５は、任意の姿勢をとることができる。ハンドル６５の姿勢は、４つの関節のそれぞれの角度位置を用いて検知部７５によって検知される。検知部７５が検知した各関節の変位はコントローラ３に出力される。

ハンドル６５は、器具動作入力部６６を有する。器具動作入力部６６は、術者Ｓの親指及び中指をそれぞれ挿通可能な一対の環状体６６ａを有し、ハンドル６５に把持１自由度を与えている。検知部７５が検出した一対の環状体６６ａの間隔は、コントローラに出力され、コントローラ３は、一対のジョー３４を開閉するように第３関節３８を制御する。

図１に示すように操作ペダル（動作モード選択入力部）４３は、ハンドル６５を把持する術者Ｓの足元に位置するように配置されている。操作ペダル４３は、通常動作モード及び曲げ関節動作モードを含む複数の動作モードのうち１の動作モードの選択指令の入力操作を受け付けるためのペダルスイッチであり、第１角度位置と第１角度位置から踏み込んだ第２角度位置との間で揺動可能であって第２角度位置から第１角度位置に向かって付勢されているペダル本体（図示略）と、ペダル本体の角度位置を検知するセンサとを有する。

ディスプレイモジュール４４は、内視鏡マニピュレータ３０の内視鏡カメラユニット８２が撮影した画像を表示する。

〔コントローラ３〕
図４は、外科手術システム１００の制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。

図４に示すように、コントローラ３は、オペレーションユニット１の各器具マニピュレータ２０と通信可能に接続されている。また、コントローラ３は、マスタコンソール２の各ハンドコントロールユニット４２、操作ペダル４３と通信可能に接続されている。更に、コントローラ３は、内視鏡マニピュレータ３０及びディスプレイモジュール４４と通信可能に接続されている（図示略）。コントローラ３は、マスタコンソール２を介して受け付けた動作指令に応答して器具マニピュレータ２０及び内視鏡マニピュレータ３０を動作させる。

コントローラ３は、ＣＰＵ等の演算処理部、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部を有している（いずれも図示せず）。記憶部には、演算処理部が実行するプログラム、各種データ等が記憶されている。演算処理部は、オペレーションユニット１及びマスタコンソール２を含む他の装置とのデータ送受信を行う。また、演算処理部は、各種センサからの検出信号の入力や各制御対象への制御信号の出力を行う。コントローラ３では、記憶部に記憶されたプログラム等のソフトウェアを演算処理部が読み出して実行することにより、後述するコントローラ３としての機能を実現するための処理が行われる。なお、コントローラ３は単一のコンピュータによる集中制御により各処理を実行してもよいし、複数のコンピュータの協働による分散制御により各処理を実行してもよい。また、コントローラ３は、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等から構成されていてもよい。コントローラ３は、一対のハンドコントロールユニット４２にそれぞれ対応する２つの器具マニピュレータ制御部５１を含む。器具マニピュレータ制御部５１は、記憶部に格納された所定の制御プログラムを演算処理部が実行することにより実現される機能ブロックである。また、コントローラ３は、内視鏡マニピュレータ３０を制御する内視鏡制御部と、ディスプレイモジュール４４を制御するディスプレイモジュール制御部とを含む（図示略）。

コントローラ３に含まれる器具マニピュレータ制御部５１は、動作モード設定部５４と、通常動作指令生成部５５と、曲げ関節動作指令生成部５６とを含む。

動作モード設定部５４は、動作モードを操作ペダル４３を介して入力された選択指令に対応する１の動作モードに設定する。すなわち、動作モード設定部５４は、術者Ｓが足を離し、ペダル本体が第１角度位置に位置したことをセンサが検知すると、動作モードを通常動作モードに設定する。通常動作モードは、手術器具２３の移動操作を実施する動作モードである。また、動作モード設定部５４は、術者Ｓがペダル本体を踏み込み、ペダル本体が第２角度位置に位置したことを内蔵センサが検知すると、動作モードを曲げ関節動作モードに設定する。曲げ関節動作モードは、曲げ関節３２の曲げ操作を実施する動作モードである。

通常動作指令生成部５５は、通常動作モードにおいて、検知部７５が検知したハンドル６５の変位に基づいて手術器具２３の目標位置及び目標姿勢を算出する。そして、通常動作指令生成部５５は、手術器具２３が算出した目標位置において目標姿勢をとるように、手首関節３３及び第一アーム２１を動作させる通常動作指令を生成する。すなわち、通常動作指令は、手首関節３３の目標位置及び第一アーム２１の動作を規定する。また、通常動作指令生成部５５は、シャフト３１の中心軸が予め設定されたリモートセンターＣを通るように維持した状態で手術器具２３の位置姿勢を制御するように通常動作指令を生成する。なお、手術器具２３の目標位置及び目標姿勢は、オペレーションユニット１側の３次元直交基準座標系における同次変換行列により表されてもよい。

曲げ関節動作指令生成部５６は、曲げ関節動作モードにおいて、検知部７５が検知したハンドル６５の変位に基づいて曲げ関節３２の曲げ角を変化させるように曲げ関節動作指令を生成する。

［動作例］
次に、外科手術システム１００の動作例を説明する。

まず、術者Ｓが操作ペダル４３から足を離した状態においては、動作モード設定部５４は、動作モードを通常動作モードに設定する。

次に、術者Ｓはハンドル６５を把持して、手術器具２３を手術部位にアクセスさせるようにハンドル６５を動かすと、通常動作指令生成部５５は、検知部７５が検知した関節の位置を用いた順変換処理によって、マスタコンソール側の３次元直交基準座標系におけるハンドル６５の位置及び姿勢を表す同次変換行列を算出する。そして、通常動作指令生成部５５は、マスタコンソール２側の３次元直交基準座標系におけるハンドル６５の位置及び姿勢を表す同次変換行列をオペレーションユニット１側の３次元直交基準座標系における手術器具２３の目標位置及び目標姿勢を表す同次変換行列に変換する。そして、通常動作指令生成部５５は、手術器具２３の目標位置及び目標姿勢を第一アーム２１及び手首関節３３の関節位置に逆変換する。そして、通常動作指令生成部５５は、算出した第一アーム２１の関節位置を目標位置とする位置指令を生成し、更に、算出した手首関節３３の関節位置を目標位置とする位置指令を生成し、これらの位置指令を通常動作指令とする。そして、コントローラ３は、生成した通常動作指令を第一アーム駆動部２７に出力し、第一アーム駆動部２７は、各関節を目標位置に位置させ、手術部位の近傍に位置させる。更に、コントローラ３は、生成した通常動作指令を手首関節駆動部２５に出力し、手首関節駆動部２５は、各関節を目標位置に位置させ、手術器具２３の姿勢を変更し、手術器具２３を手術部位に向け、手術部位にアクセスさせる。このようにして、手術器具２３をハンドル６５の位置及び姿勢に対応した位置及び姿勢に変位させ、手術を行うことができる。

ところで、図６に示すように、器具マニピュレータ２０からみて手術部位Ｔの奥側に位置する部位Ａにアクセスしたいときなど、手術部位Ｔの他の部位が邪魔になりうまくアクセスできないときがある。このようなときは、曲げ関節３２を曲げて手首関節３３全体の姿勢を変更する。以下、曲げ関節３２を曲げる動作例を詳述する。

曲げ関節３２を曲げるときは、まず、術者Ｓが操作ペダル４３を踏み込む。これにより、操作ペダル４３の検知部がペダルの状態を検知し、動作モード設定部５４は、動作モードを曲げ関節動作モードに設定する。

次に、術者Ｓは、ハンドル６５を把持して、曲げ関節３２を曲げる方向にハンドル６５の姿勢を変更するようにハンドル６５を動かすと、曲げ関節動作指令生成部５６は、検知部７５が検知した関節の位置を用いた順変換処理によって、マスタコンソール２側の３次元直交基準座標系におけるハンドル６５の位置及び姿勢を表す同次変換行列を算出する。そして、曲げ関節動作指令生成部５６は、マスタコンソール２側の３次元直交基準座標系におけるハンドル６５の姿勢を表す同次変換行列の回転行列成分をオペレーションユニット１側の３次元直交基準座標系における手術器具２３の目標姿勢を表す回転行列に変換する。そして、曲げ関節動作指令生成部５６は、この回転行列に基づいて曲げ関節３２の曲げ角を算出する。なお、オペレーションユニット１側の３次元直交座標系においては、ｚ軸を手術器具２３の前進方向に伸延するようにとり、この方向に向かうベクトルをアプローチベクトルともいう。また、ｚ軸に対してｘ軸を曲げ関節３２がオペレーションユニット側３次元直交座標系においてｘ軸方向に伸延する軸回りに曲げるようにとっている。更に、ｙ軸をｚ軸及びｘ軸に対して右手系をなすようにとっている。以下、曲げ関節３２の曲げ角の算出方法について詳述する。

図５は、曲げ関節３２の動作例を示す図である。例えば、動作モードが曲げ関節動作モードに設定された時点のオペレーションユニット１側の３次元直交基準座標系における手術器具２３の姿勢を表す回転行列のアプローチベクトルがｚａ＝（ｚａｘ，ｚａｙ，ｚａｚ）＝（０，０，１）であるとき、曲げ関節動作指令生成部５６は、初期の曲げ角をｔａｎ（０／１）／２π×３６０＝０°と算出する。そして、術者Ｓがハンドル６５を操作して、その結果、オペレーションユニット１側の３次元直交基準座標系におけるアプローチベクトルがｚｂ＝（ｚｂｘ，ｚｂｙ，ｚｂｚ）＝（０．５１，－０．３２，０．８）に変位すると、曲げ関節動作指令生成部５６は、現在の曲げ角をｔａｎ（－０．３２／０．８）／２π×３６０＝－２４．２°と算出する。そして、曲げ関節動作指令生成部５６は、現在の曲げ角と初期の曲げ角との差、すなわち、－２４．２°－０°＝－２４．２°を算出する。そして、曲げ関節動作指令生成部５６は、曲げ関節３２を－２４．２°曲げるという指令を生成する。そして、コントローラ３は、生成した指令を曲げ関節駆動部２６に出力し、曲げ関節駆動部２６は、曲げ関節３２を－２４．２°曲げる。これによって、曲げ関節３２を曲げて第二アーム２２全体の姿勢を変更することができる。その結果、図６に示すように、手術部位Ｔに対して、手術器具２３がアクセスする方向を大きく変化させることができ、器具マニピュレータ２０と手術部位Ｔの他の部位との干渉を避けつつ、手術器具２３を手術部位Ｔの部位Ａにアクセスさせることができる。

そして、術者Ｓは、操作ペダル４３から足を離すことによって、動作モード設定部５４は、動作モードを通常動作モードに設定する。これによって、術者Ｓは、再び手術器具２３の移動操作に円滑に移行することができる。

以上に説明したように、外科手術システム１００は、器具マニピュレータ２０が曲げ関節３２を備えるので、器具マニピュレータ２０の先端部の動作範囲を広げ、且つ姿勢自由度を高めることができる。これによって、周囲の環境との干渉を回避する姿勢をとらせることができる。

また、操作ペダル４３を用いて動作モードを通常動作モードから曲げ関節動作モードに切り替えることができるので、曲げ関節３２の操作に円滑に移行することができる。そして、ハンドル６５を用いて曲げ関節３２の曲げ角を操作することができるので、曲げ関節３２の操作を円滑に行うことができる。このようにして、曲げ関節３２の操作が追加されたことによる術者Ｓの操作負担の増加を抑制することができる。これによって、手術時間の短縮を図ることができる。

（実施の形態２）
以下では実施の形態２の構成、動作について、実施の形態１との相違点を中心に述べる。図７は、実施の形態２に係る外科手術システムのハンドコントロールユニットの遠位側の部位の構成例を示す要部拡大図である。

本実施の形態において、マスタコンソール２は、操作ペダル４３に代えてハンドル６５に設けられたスライドスイッチ２０１を有する。スライドスイッチ（曲げ角入力部）２０１は、器具動作入力部６６の一対の環状体６６ａの間に取り付けられ、術者Ｓの人差し指で操作可能なスイッチである。スライドスイッチ２０１は、曲げ関節３２の曲げ角の入力操作を受け付けるスイッチであり、前後方向にスライド操作可能になっている。スライドスイッチ２０１は、スイッチをスライド移動方向一方側に向かってスライドさせるに従って曲げ角が小さくなる操作、すなわち曲げ関節３２を真っ直ぐに伸ばす操作を入力することができ、スイッチを移動方向他方側に向かってスライドさせるに従って曲げ角が大きくなる操作、すなわち曲げ関節３２を曲げる操作を入力することができる。そして、スライドスイッチ２０１に入力された曲げ角は、コントローラ３に出力される。

そして、本実施の形態において、曲げ関節３２の曲げ角を変更するときは、人差し指でスライドスイッチ２０１を操作し、曲げ関節３２の曲げ角を入力する。これによって、曲げ関節動作指令生成部５６は、曲げ関節３２を入力された曲げ角に変更するという指令を生成する。そして、コントローラ３は、生成した指令を曲げ関節駆動部２６に出力し、曲げ関節駆動部２６は、曲げ関節３２を入力された曲げ角に変更するように駆動する。

このように、本実施の形態において、術者Ｓは、ハンドル６５を親指と中指で把持した状態で、空いた人差し指でスライドスイッチ２０１を操作して曲げ関節３２の曲げ角を変更することができるので、ハンドル６５から手を放すことなく、曲げ関節３２を円滑に操作することができ、手術器具２３の基準位置及び基準姿勢の位置決めを円滑に行うことができる。これによって、術者Ｓの負担軽減及び手術時間の短縮を図ることができる。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

１ オペレーションユニット
２ マスタコンソール
３ コントローラ
２０ 器具マニピュレータ
２３ 手術器具
２５ 手首関節駆動部
２６ 曲げ関節駆動部
３１ シャフト
３２ 曲げ関節
３３ 手首関節
４２ ハンドコントロールユニット
５４ 動作モード設定部
５５ 通常動作指令生成部
５６ 曲げ関節動作指令生成部
６５ ハンドル
７５ 検知部
１００ 外科手術システム

Claims (6)

1. 基端部から先端部に向かってシャフト、曲げ関節、手首関節及び手術器具がこの順に連なる器具マニピュレータであって、前記手首関節の目標位置を規定する指令を含む通常動作指令に基づき前記手首関節を駆動する手首関節駆動部と、前記曲げ関節の目標曲げ角を規定する曲げ関節動作指令に基づき前記曲げ関節を駆動する曲げ関節駆動部と、を含む器具マニピュレータと、
   基台と、前記基台に対して変位可能に設けられているハンドルと、前記ハンドルの変位を検知する検知部とを含むハンドコントロールユニットと、通常動作モード及び曲げ関節動作モードを含む複数の動作モードのうち１の該動作モードの選択指令の入力操作を受け付ける動作モード選択入力部と、を有するマスタコンソールと、
   前記動作モードを前記選択指令に対応する１の該動作モードに設定する動作モード設定部と、前記通常動作指令を生成する通常動作指令生成部と、前記曲げ関節動作指令を生成する曲げ関節動作指令生成部と、を含むコントローラと、を備え、
   前記通常動作モードにおいて前記通常動作指令生成部は、前記検知部が検知した前記ハンドルの変位に基づいて前記手術器具の目標姿勢を算出し、且つ前記手術器具が前記目標姿勢をとるように前記手首関節を動作させる前記通常動作指令を生成し、
   前記曲げ関節動作モードにおいて前記曲げ関節動作指令生成部は、前記検知部が検知した前記ハンドルの変位に基づいて前記曲げ関節の曲げ角を変化させるように前記曲げ関節動作指令を生成する、外科手術システム。
2. 前記手首関節は、２自由度又は３自由度関節である、請求項１に記載の外科手術システム。
3. 前記器具マニピュレータは、基端部側に設けられた第一アームと、前記第一アームの動作を規定する指令を更に含む前記通常動作指令に基づき前記第一アームを駆動する第一アーム駆動部と、を更に含み、
   前記通常動作モードにおいて前記通常動作指令生成部は、前記手術器具が前記目標位置において前記目標姿勢をとるように該第一アーム及び前記手首関節を動作させる前記通常動作指令を生成する、請求項１又は２に記載の外科手術システム。
4. 前記通常動作指令生成部は、前記シャフトの中心軸が予め設定されたリモートセンターを通るように維持した状態で前記手術器具の位置姿勢を制御するように前記通常動作指令を生成する、請求項３に記載の外科手術システム。
5. 基端部から先端部に向かってシャフト、曲げ関節、手首関節及び手術器具がこの順に連なる器具マニピュレータであって、前記手首関節の目標位置を規定する指令を含む通常動作指令に基づき前記手首関節を駆動する手首関節駆動部と、前記曲げ関節の目標曲げ角を規定する曲げ関節動作指令に基づき前記曲げ関節を駆動する曲げ関節駆動部と、を含む器具マニピュレータと、
   基台と、前記基台に対して変位可能に設けられているハンドルと、前記ハンドルの変位を検知する検知部と、前記ハンドルに設けられ前記曲げ関節の曲げ角の入力操作を受け付ける曲げ角入力部とを含むハンドコントロールユニットと、を有するマスタコンソールと、
   前記通常動作指令を生成する通常動作指令生成部と、前記曲げ関節動作指令を生成する曲げ関節動作指令生成部と、を含むコントローラと、を備え、
   前記通常動作指令生成部は、前記検知部が検知した前記ハンドルの変位に基づいて前記手術器具の目標姿勢を算出し、且つ前記手術器具が前記目標姿勢をとるように前記手首関節を動作させる前記通常動作指令を生成し、
   前記曲げ関節動作指令生成部は、前記曲げ角入力部が受け付けた前記曲げ関節の曲げ角に基づいて前記曲げ関節の曲げ角を変化させるように前記曲げ関節動作指令を生成する、外科手術システム。
6. 基端部から先端部に向かってシャフト、曲げ関節、手首関節及び手術器具がこの順に連なる器具マニピュレータであって、前記手首関節を駆動する手首関節駆動部と、前記曲げ関節を駆動する曲げ関節駆動部と、を含む器具マニピュレータと、
   基台と、前記基台に対して変位可能に設けられているハンドルと、前記ハンドルの変位を検知する検知部とを含むハンドコントロールユニットと、通常動作モード及び曲げ関節動作モードを含む複数の動作モードのうち１の該動作モードの選択指令の入力操作を受け付ける動作モード選択入力部と、を有するマスタコンソールと、
   コントローラと、を備える外科手術システムの制御方法であって、
   前記コントローラが、前記選択指令に対応する１の該動作モードに設定し、
   前記通常動作モードにおいて、前記コントローラが、前記検知部が検知した前記ハンドルの変位に基づいて前記手術器具の目標姿勢を算出し、且つ前記手術器具が前記目標姿勢をとるように前記手首関節を動作させる通常動作指令を生成し、前記手首関節駆動部が、前記通常動作指令に基づき前記手首関節を駆動し、
   前記曲げ関節動作モードにおいて、前記コントローラが、前記検知部が検知した前記ハンドルの変位に基づいて前記曲げ関節の曲げ角を変化させるように曲げ関節動作指令を生成し、前記曲げ関節駆動部が、前記曲げ関節動作指令に基づき前記曲げ関節を駆動する、外科手術システムの制御方法。

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