JP6321550B2 - 手術ロボット - Google Patents

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Description

本発明は、複数の医療器具を用いて手術を補助する手術ロボットに関する。
従来、マスタースレーブ方式の手術ロボットにおいて、操作者（医師）に、患者の手術部位に関する内視鏡から得た画像を提示することや、医療器具の先端の移動方向を、画像に合成して提示することが提案されている（特許文献１）。また、複数の医療器具を、手術ロボットの共通の入力部で操作することも行われている。
従来、複数の医療器具から操作対象の医療器具を選択して、手術ロボットの共通の入力部で操作する場合、選択されているか否かに関わらず、すべての医療器具の動作方向を同時に表示するようにしていた（特許文献１）。
特開２００１−１０４３３３号公報
しかしながら、従来の手術ロボット（特許文献１）においては、いずれの医療器具が選択されているのかを、操作者が容易に判断することができず、また、手術ロボットの入力部に設けられた複数のスイッチ等のうち、どのスイッチが、選択された医療器具のどの動作に対応するのかを容易に判断することもできなかった。
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、操作者が、どの医療器具が選択されているのかを容易に判断することができる手術ロボットを提供することを目的とする。
また、本発明は、操作者が、どのスイッチが、選択された医療器具のどの動作に対応するのかを容易に判断することができる手術ロボットを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明による手術ロボットは、複数の医療器具を選択的に操作するロボット本体と、前記ロボット本体の制御情報を入力するための、前記複数の医療器具について共通の入力手段と、患者の手術部位の映像を表示するための表示手段であって、前記複数の医療器具についての選択状況を表示する選択状況表示機能を有する、表示手段と、を備えたことを特徴とする。
また、好ましくは、前記選択状況表示機能は、選択されている前記医療器具を特定するためのマークおよび／または文字を前記表示手段の画面上に表示するものである。
また、好ましくは、前記マークおよび／または文字は、少なくとも部分的に前記医療器具に重ねて表示される。
また、好ましくは、前記選択状況表示機能は、前記表示手段の画面上に前記複数の医療器具についての選択状況を表示した後、所定時間経過後に前記選択状況の表示を消すものである。
また、好ましくは、前記表示手段は、前記選択状況表示機能を無効化する機能を有する。
また、好ましくは、前記入力手段は、前記医療器具の複数の動作内容に対応する複数の操作部を有し、前記複数の操作部には、各操作部の***作状態を検出するための***作状態検出手段が設けられており、前記表示手段は、前記***作状態検出手段により前記***作状態が検出された前記操作部に対応する前記医療器具の動作内容を表示する動作内容表示機能を有する。
また、好ましくは、前記動作内容表示機能は、前記動作内容を連想させるマークを表示するものである。
また、好ましくは、前記動作内容を連想させるマークは、少なくとも部分的に前記医療器具に重ねて表示される。
また、好ましくは、前記動作内容表示機能は、前記表示手段の画面上に前記動作内容を表示した後、所定時間経過後に前記動作内容の表示を消すものである。
また、好ましくは、前記表示手段は、前記動作内容表示機能を無効化する機能を有する。
また、好ましくは、前記***作状態検出手段は、接触および／または近接センサである。
また、好ましくは、前記操作部は、第一操作状態と、前記第一操作状態から更に操作が進行した第二操作状態とを有し、前記動作内容表示機能は、前記第一操作状態において前記医療器具の動作内容を表示するものである。
また、好ましくは、前記操作部は、プッシュボタン式スイッチを含み、前記第一操作状態は、前記プッシュボタン式スイッチの半押し状態であり、前記第二操作状態は、前記プッシュボタン式スイッチを前記半押し状態から更に押し込んだ状態である。
また、好ましくは、前記表示手段は、各種スイッチを表示するスイッチ表示機能をさらに有し、前記入力手段は、前記各種スイッチのうちの所望のスイッチを作動させるための操作部を有する。
また、好ましくは、前記入力手段を複数備え、前記表示手段は、複数の前記入力手段のそれぞれに対応する複数のディスプレイを備えている。
また、好ましくは、前記入力手段は、前記複数の医療器具の少なくとも１つを移動させるための可動操作部を有し、前記表示手段は、前記可動操作部の動作量に対する前記医療器具の動作量の倍率を、前記医療器具の表示倍率の逆数とする。
本発明による手術ロボットによれば、患者の手術部位の映像を表示するための表示手段によって、複数の医療器具についての選択状況を表示するようにしたので、どの医療器具が選択されているかを、操作者が容易に判断することができる。
本発明の一実施形態による手術ロボットの概略を示した模式図。 図１に示した手術ロボットの入力手段の操作盤を拡大して模式的に示した平面図。 図１に示した手術ロボットの入力手段の操作盤を拡大して模式的に示した斜視図。 図１に示した手術ロボットのディスプレイの表示例を示した模式図。 図１に示した手術ロボットの機能を説明するための模式図。 図１に示した手術ロボットの機能を説明するための模式図。 図１に示した手術ロボットの一変形例を示した模式図であり、（ａ）はディスプレイの表示例を示し、（ｂ）は入力手段の操作盤を示している。 図１に示した手術ロボットの他の変形例を示した模式図であり、（ａ）はディスプレイの表示例を示し、（ｂ）は入力手段の操作盤を示している。 図１に示した手術ロボットの他の変形例を示した模式図。 図２に示した手術ロボットの他の変形例の機能を説明するための模式図であり、（ａ）は表示倍率が１倍の場合の画面を示し、（ｂ）は表示倍率が２倍の場合の画面を示している。
以下、本発明の一実施形態による手術ロボットについて、図１乃至図５を参照して説明する。
本実施形態による手術ロボット１は、図１に示したように、先端に医療器具２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）が装着されるロボットアーム３を備えたロボット本体４を有している。なお、図１において医療器具２Ｂ、２Ｃが装着されるロボットアーム３は図示を省略した。ロボット本体４の制御情報は、操作盤５を備えた入力手段６によって制御手段７に入力される。
制御手段７は、入力手段６から入力された制御情報に基づいて、ロボット本体４を制御する。ロボット本体４は、種類の異なる複数の医療器具２を選択的に操作するものであり、複数の医療器具２について、共通の入力手段６が使用される。医療器具２としては、例えば、手術部位を挟持するもの、手術部位を切断するもの等があげられる。
手術ロボット１は、さらに、患者Ｐの手術部位を撮像するための内視鏡（図示せず）を備えており、内視鏡から得た画像を操作者に提示するために、操作盤５に隣接してディスプレイ８が設置されている。
ディスプレイ８の画像は、制御手段７によって制御されており、ディスプレイ８および制御手段（のディスプレイ制御部）７によって、本実施形態の手術ロボット１における表示手段９が構成されている。
図２Ａおよび図２Ｂは、入力手段６の操作盤５を拡大して示しており、操作盤５には、複数（本例では三つ）の医療器具２の中から、使用すべき医療器具２を選択するための選択スイッチ（操作部）１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）と、選択された医療器具２を移動させるためのジョイスティック（操作部または可動操作部）１１と、選択された医療器具２によって各種（本例では四種類）の動作を行うための起動スイッチ（操作部）１２（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）と、を備えている。ジョイスティック１１に起動スイッチ１２を設けてもよい。
ロボットアーム３の各関節には関節角度を検出するための関節角度センサ（例えばエンコーダ）が設けられている。関節角度センサの情報は制御手段７に送信され、送信された情報に基づいて制御手段７はロボットアーム３の姿勢を認識する。
各医療器具２が装着された各ロボットアーム３間の相対的な位置関係が既知であれば、各ロボットアーム３の姿勢を上記のように認識することにより、各医療器具２および内視鏡の相対的な位置関係を制御手段７は認識できる。
このようにして認識された各医療器具２および内視鏡の相対的な位置関係と、内視鏡によって撮像された画像に基づいて、画面上の医療器具２Ａ、２Ｂ、２Ｃが選択スイッチ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃのいずれに対応するものなのかを制御手段７が認識することができる。
また、ジョイスティック１１および起動スイッチ１２には、それぞれ、接触／近接センサ（***作状態検出手段）１３が設けられている。接触／近接センサ１３としては、スイッチ等の機械式センサの他、静電容量式等の電気式センサ等種々のものを用いることができる。接触／近接センサ１３の検出信号は、制御手段７に送信され、これにより、操作対象の操作部１０、１１、１２を特定することができる。
図３は、ディスプレイ８の表示例を示している。表示手段９は、複数の医療器具２についての選択状況をディスプレイ８の画面上に表示する選択状況表示機能を有している。また、表示手段９は、医療器具２の移動方向や機能を、ディスプレイ８の画面上に表示する機能も有している。
図３に示した表示例においては、操作盤５の選択スイッチ１０Ｂが押されて、医療器具２Ｂが選択されており、選択された医療器具２Ｂには、ディスプレイ８の画面上で星印（マーク）１４が表示されている。
このように、選択された医療器具２Ｂをディスプレイ８上でマーク１４により確認できるので、操作者は、現在選択されている医療器具２Ｂを、ディスプレイ８から目を離すこと無く、容易に認識することができる。
マーク１４は、ディスプレイ８の画面上で、選択された医療器具２Ｂに少なくとも部分的に重ねて表示される。これにより、選択された医療器具２Ｂを容易に認識できると共に、マーク１４が視界を遮ることが無く、ディスプレイ８の画像エリアを効率的に利用することができる。
また、選択された医療器具２Ｂを示すマーク１４は、ディスプレイ８上に常時表示させておくこともできるが、マーク１４を一旦表示した後、所定時間経過後（例えば１秒後）にマーク１４を消すようにしても良い。これにより、ディスプレイ８の画像エリアをさらに効率的に利用することができる。
また、選択された医療器具２Ｂを示すマーク１４の表示と共に、文字（例えば「電気外科手術用器具」のような文字）によって、選択された医療器具２Ｂをディスプレイ８の画面上に表示させることもできる。
また、マーク１４は、本例のように星印等の図柄の他、矢印で当該医療器具２Ｂを指し示すものでも良く、要するに、選択された医療器具２Ｂとそれ以外の医療器具２Ａ、２Ｃを識別できるように表示すれば足りる。なお、２つ以上の医療器具２が同時に選択されている場合には、それぞれの医療器具２に対してマーク１４が付される。
また、表示手段９は、選択状況表示機能を無効化する機能を有している。実施される手術の内容や、使用される医療器具２の種類等によっては、必ずしも医療器具２の選択状況をディスプレイ８上に表示する必要がない場合がある。そのような場合には、ディスプレイ８上での無駄な表示を防止することにより、ディスプレイ８の表示機能を有効に活用することができる。
また、表示手段９は、ジョイスティック１１および起動スイッチ１２に設けられた接触／近接センサ１３により***作状態が検出された操作部１１、１２に対応する医療器具２の動作内容を表示する動作内容表示機能を有している。
図４の左側のディスプレイ８の画面は、選択スイッチ１０Ｂが押されて医療器具２Ｂが選択された状態において、操作者がジョイスティック１１を握った場合に、選択された医療器具２Ｂに隣接して動作内容（この場合は移動方向）を連想させるマーク１５を表示させたものである。
一方、図４の右側のディスプレイ８の画面は、同じく医療器具２Ｂが選択された状態において、操作者が起動スイッチ１２Ｄに接触した場合に、選択された医療器具２Ｂに隣接して動作内容（この場合は電気外科手術用器具への通電）を連想させるマーク１５を表示させたものである。
なお、ディスプレイ８の画面上で、動作内容を連想させるマーク１５を、少なくとも部分的に医療器具２に重ねて表示することもできる。これにより、操作者は、医療器具２の動作内容を容易に認識できると共に、マーク１５が視界を遮ることが無く、ディスプレイ８の画像エリアを効率的に利用することができる。
また、動作内容を連想させるマーク１５の表示と共に、文字（例えば「通電」）１６によって動作内容をディスプレイ８の画面上に表示させることもできる。
また、医療器具２の動作内容を示すマーク１５や文字１６は、ディスプレイ８上に常時表示させておくこともできるが、マーク１５や文字１６を表示した後、所定時間経過後（例えば１秒後）にマーク１５や文字１６を消すようにしても良い。これにより、ディスプレイ８の画像エリアをさらに効率的に利用することができる。
また、表示手段８は、動作内容表示機能を無効化する機能を有している。実施される手術の内容や、使用される医療器具２の種類等によっては、必ずしも医療器具２の動作内容をディスプレイ８上に表示する必要がない場合がある。そのような場合には、ディスプレイ８上での無駄な表示を防止することにより、ディスプレイ８の表示機能を有効に活用することができる。
図５の左側のディスプレイ８の画面は、選択スイッチ１０Ａが押されて医療器具２Ａが選択された状態において、操作者がジョイスティック１１を握った場合に、選択された医療器具２Ａに隣接して動作内容（この場合は移動方向）を連想させるマーク１５を表示させたものである。
一方、図５の右側のディスプレイ８の画面は、同じく医療器具２Ａが選択された状態において、操作者が起動スイッチ１２Ｄに接触した場合に、選択された医療器具２Ａに隣接して動作内容（この場合は鉗子を閉じる動作）を連想させるマーク１５を表示させたものである。
図４および図５から分かるように、本実施形態の手術ロボット１においては、共通の起動スイッチ（例えば起動スイッチ１２Ｄ）によって、異なる医療器具（例えば医療器具２Ａ、２Ｂ）を操作することができるので、起動スイッチ１２の設置数を少なくすることができる。
そして、選択されている医療器具２に応じて、動作内容をディスプレイ８の画面上に表示するようにしたので、異なる医療器具２を共通の起動スイッチ１２によって操作する場合でも、操作者は動作内容を容易に認識することができる。
上記実施形態による手術ロボット１の一変形例としては、起動スイッチ１２等の操作部を、第一操作状態と、第一操作状態から更に操作が進行した第二操作状態とを有するもので構成すると共に、動作内容表示機能を、第一操作状態において医療器具２の動作内容を表示するものとすることもできる。
例えば、起動スイッチ１２等の操作部をプッシュボタン式スイッチで構成した場合、第一操作状態は、プッシュボタン式スイッチの半押し状態であり、第二操作状態は、プッシュボタン式スイッチを前記半押し状態から更に押し込んだ状態である。
本変形例においては、操作部（例えばプッシュボタン式スイッチ）が第二操作状態（半押し状態から更に押し込んだ状態）に至った時点で、対応する医療器具２が所定の動作（例えば電気外科手術用器具への通電）を行うようにする。
上記実施形態による手術ロボット１の他の変形例としては、表示手段９によるマーク１４、１５や文字１６の表示と共に、音声ガイダンスを併用することもできる。
また、操作部１０、１１、１２としては、上述したスイッチやジョイスティック以外にも、多自由度の受動アームや、握り量を検出するグリップ等であっても良い。
上記実施形態による手術ロボットの他の変形例としては、表示手段９が、ジョイスティック１１以外の各種スイッチをディスプレイ８に表示させるスイッチ表示機能をさらに有し、ディスプレイ８上でのポインター（カーソル）の移動およびクリックにより当該スイッチを操作するようにしても良い。
例えば、図６に示したように、ディスプレイ８上に表示されたポインター１７をジョイスティック１１で移動させ、同じくディスプレイ８上に表示された子画面１８の所望のスイッチの位置にポインター１７を移動させる。ここで、図６に示した例においては、子画面１８は、各種の医療器具２Ａ、２Ｂ、２Ｃを選択するための選択スイッチを構成している。
ジョイスティック１１を操作してポインター１７を子画面１８の所望の選択スイッチ（図６では「器具Ｂ」）の位置に移動させたら、ジョイスティック１１の先端部に設けた操作ボタン１９を押して所望の医療器具を選択する。
これにより、図６に示したように、選択された医療器具２Ｂに星印（マーク）１４が表示されるので、操作者は、現在選択されている医療器具２Ｂを、ディスプレイ８から目を離すことなく、容易に認識することができる。
そして、本変形例においては、所望の医療器具２を選択するための操作自体も、ディスプレイ８から目を離すことなく行うことができる。また、操作盤５の選択スイッチ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを省略することもできる。
また、ジョイスティック１１の先端部に設けた操作ボタン１９を、選択された医療器具２Ｂを起動させるための起動スイッチとして使用しても良い。
このようにすれば、操作者は、ディスプレイ８から目を離すことなく、所望の医療器具２Ｂを起動させることができる。また、操作盤５の起動スイッチ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを省略することもできる。
図７はさらに他の変形例を示しており、この例においては、ディスプレイ８上に表示させた子画面１８のスイッチ上にポインタ１７が位置したときに、そのスイッチに関係する医療器具２が明示されるようになっている。
例えば、図７に示したようにポインタ１７をスイッチ「×２」に位置させると、それによって拡大率が２倍になる医療器具（図７では医療器具２Ｂ）に星印（マーク）１４が表示される。ここで、「拡大率」とは、ジョイスティック（操作部）１１の動作量に対する医療器具２等の動作量の倍率である。
図８はさらに他の変形例を示しており、この例においては、一台の手術ロボット１に対して、複数台の入力手段（コンソール）６が設置されている。本例においては、３台の入力手段６Ａ、６Ｂ、６Ｃが設置されている。
そして、複数台の入力手段６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各ディスプレイ８Ａ、８Ｂ、８Ｃには、互いに共通の情報を表示させることができる。このため、例えば自分以外の操作者がどの医療器具２に関するスイッチに触れているか、どのような操作を行おうとしているかを、自身のディスプレイ８を通して認識することができる。
本変形例によれば、複数の操作者によって協働作業を行う際に、自身のディスプレイ８から目を離すことなく、互いの操作状況を認識することができるので、協働作業を円滑に行うことができる。
なお、図８ではディスプレイ８や制御手段７が医療器具２毎に設けられる例を示しているが、共通のディスプレイまたは共通の制御手段とされても良い。
他の変形例としては、上述した拡大率を、ディスプレイ８の表示倍率の逆数としても良い。
即ち、本変形例は、ジョイスティック（操作部）１１の、ある動作量に対するディスプレイ８上での医療器具２の動作量を、表示倍率にかかわらず一定とすることで、直感的な操作を可能にするものである。
例えば、ジョイスティック（操作部）１１を１ｃｍ左方向に動かしたときのディスプレイ８上での医療器具２の動作量が、図９（ａ）に示した矢印の長さで示されるとする。
これに対して、ディスプレイ８の表示倍率を２倍に拡大したときは、本変形例では、ジョイスティック（操作部）１１の動作量に対する医療器具２の動作量を２倍の逆数である１／２倍とする。これにより、操作部１１を１ｃｍ左方向に動かしたときのディスプレイ８上の医療器具２の動作量は、図９（ｂ）の矢印で示され、その長さは図９（ａ）の矢印の長さと同じとなる。
即ち、ある一定のジョイスティック（操作部）１１の動作量に対応するディスプレイ８上の医療器具２の動作量は、（ディスプレイの表示倍率）×（１／ディスプレイの表示倍率）＝１倍となり、表示倍率にかかわらず一定となる。
このように、ディスプレイ８上での医療器具２の動作量とジョイスティック（操作部）１１の動作量の比率が、表示倍率にかかわらず一定となるので、直感的な操作が可能となる。
また、このようにした場合、ジョイスティック（操作部）１１の可動範囲とディスプレイ８の表示範囲の関係も一定となり、表示範囲に応じて可動範囲、または可動範囲に応じた表示範囲を設定し易くなるので、この点でも有利である。
以上述べたように、本実施形態およびその変形例による手術ロボット１によれば、選択されている医療器具２、および、入力手段６の操作部１１、１２と医療器具２の動作内容の対応関係をディスプレイ８の画面上に表示するようにしたので、操作者は、ディプレイ８の画面を通して、すなわち手術部位の画像から視線をそらすこと無く、いずれの医療器具２が選択されているか、また、入力手段６のどの操作部１１、１２が、選択された医療器具２のどの動作に対応するのかを容易に判断することができる。
なお、本発明の構成は、本発明以外の構成や方法によって操作部１１、１２と医療器具２の対応関係が判断できる場合には必ずしも必須のものではない。
１ 手術ロボット
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 医療器具
３ ロボットアーム
４ ロボット本体
５ 操作盤
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ 入力手段
７ 制御手段
８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ ディスプレイ
９ 表示手段
１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ） 選択スイッチ（操作部）
１１ ジョイスティック（操作部または可動操作部）
１２（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ） 起動スイッチ（操作部）
１３ 接触／近接センサ（***作状態検出手段）
１４、１５ マーク
１６ 文字
１７ ポインタ
１８ 子画面
１９ 操作ボタン
Ｐ 患者

Claims (14)

  1. 複数の医療器具を選択的に操作するロボット本体と、
    前記ロボット本体の制御情報を入力するための、前記複数の医療器具について共通の入力手段と、
    患者の手術部位の映像を表示するための表示手段であって、前記複数の医療器具についての選択状況を表示する選択状況表示機能を有する、表示手段と、を備え、
    前記選択状況表示機能は、選択されている前記医療器具を特定するためのマークおよび／または文字を前記表示手段の画面上に表示するものであり、
    前記マークおよび／または文字は、少なくとも部分的に前記医療器具に重ねて表示される、手術ロボット。
  2. 前記選択状況表示機能は、前記表示手段の画面上に前記複数の医療器具についての選択状況を表示した後、所定時間経過後に前記選択状況の表示を消すものである、請求項１に記載の手術ロボット。
  3. 前記表示手段は、前記選択状況表示機能を無効化する機能を有する、請求項１または２に記載の手術ロボット。
  4. 前記入力手段は、前記医療器具の複数の動作内容に対応する複数の操作部を有し、
    前記複数の操作部には、各操作部の***作状態を検出するための***作状態検出手段が設けられており、
    前記表示手段は、前記***作状態検出手段により前記***作状態が検出された前記操作部に対応する前記医療器具の動作内容を表示する動作内容表示機能を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の手術ロボット。
  5. 前記動作内容表示機能は、前記動作内容を連想させるマークを表示するものである、請求項４記載の手術ロボット。
  6. 前記動作内容を連想させるマークは、少なくとも部分的に前記医療器具に重ねて表示される、請求項５記載の手術ロボット。
  7. 前記動作内容表示機能は、前記表示手段の画面上に前記動作内容を表示した後、所定時間経過後に前記動作内容の表示を消すものである、請求項４乃至６のいずれか一項に記載の手術ロボット。
  8. 前記表示手段は、前記動作内容表示機能を無効化する機能を有する、請求項４乃至７のいずれか一項に記載の手術ロボット。
  9. 前記***作状態検出手段は、接触および／または近接センサである、請求項４乃至８のいずれか一項に記載の手術ロボット。
  10. 前記操作部は、第一操作状態と、前記第一操作状態から更に操作が進行した第二操作状態とを有し、
    前記動作内容表示機能は、前記第一操作状態において前記医療器具の動作内容を表示するものである、請求項４乃至９のいずれか一項に記載の手術ロボット。
  11. 前記操作部は、プッシュボタン式スイッチを含み、
    前記第一操作状態は、前記プッシュボタン式スイッチの半押し状態であり、前記第二操作状態は、前記プッシュボタン式スイッチを前記半押し状態から更に押し込んだ状態である、請求項１０記載の手術ロボット。
  12. 前記表示手段は、各種スイッチを表示するスイッチ表示機能をさらに有し、
    前記入力手段は、前記各種スイッチのうちの所望のスイッチを作動させるための操作部を有する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の手術ロボット。
  13. 前記入力手段を複数備え、前記表示手段は、複数の前記入力手段のそれぞれに対応する複数のディスプレイを備えている、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の手術ロボット。
  14. 前記入力手段は、前記複数の医療器具の少なくとも１つを移動させるための可動操作部を有し、
    前記表示手段は、前記可動操作部の動作量に対する前記医療器具の動作量の倍率を、前記医療器具の表示倍率の逆数とする、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の手術ロボット。
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