JP6959693B1 - 手術支援装置 - Google Patents
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Abstract
Description
下記特許文献1,2,3に各種の手術支援装置が開示されている。
これらのデバイスや回路に対して電源電圧供給を行うために、電源回路を備えた電源部が設けられ、外部電源(通常は商用交流電源)に基づいて、所定の直流電源電圧を生成し、回路/デバイスに供給するようにしている。
しかしながら手術支援装置の動作を継続させるにするには、バッテリーの大容量化が不可欠であり、手術支援装置の小型化が困難となる一因となっていた。
負荷部とは、電源電圧供給先となる回路やデバイスを総称する用語としている。電源部は複数の負荷部に対して電源電圧供給を行い、バックアップ電源部は、そのうちの一部の負荷のみに対して電源電圧供給を行う構成とする。そして第1の電源電圧経路と第2の電源電圧経路のそれぞれが、ダイオードのアノードに接続され、両カソード電極側が負荷部への共通経路の配線に接続される。
すなわち手術支援装置に設けられた1又は複数の可動部における電磁ブレーキを対象として、バックアップ電源電圧が供給される構成とする。
この場合の電磁ブレーキは、通電が切れたときにブレーキがかかり状態を維持する無励磁作動形ブレーキである。
すなわちバックアップの電源電圧の供給が手動スイッチの操作に応じて行われるのは電磁ブレーキのみとする。
手動スイッチの操作によりアーム毎にバックアップ電源電圧の供給を行うことのできる構成とする。
<1.手術支援装置等の概略構成>
<2.補助電源構成>
<3.電源系統の具体例>
<4.実施の形態の効果及び変形例>
実施の形態では、手術室の床等に設置されて使用されるタイプの手術支援装置を例に挙げる。但し本発明の手術支援装置の適用範囲は手術室の床等に設置されて使用されるタイプに限られることはなく、手術室の天井や壁面に取り付けられて使用されるタイプなど、各種の手術支援装置に適用することもできる。
手術室には手術台500が設置され、手術台500には患者200が、例えば、仰向けの状態で横たえられている。患者200の体腔201を形成する部分、例えば、腹壁201aにはポート202が形成される。ポート202には外科手術が行われるときに後述する手術具の一部(先端部)が挿入される。ポート202は軸状の手術具が挿入される小孔である。
ベースアームリア5には、ベースアームフロント6が水平方向(dr2)に延出可能な機構により取り付けられており、ベースアームフロント6の先端に取り付けられているステージ7の位置を調整可能とされる。
この図1の例では、アーム10として、1番目のアーム10−1、2番目のアーム10−2、及びスコープアーム10Sの3つのユニットが取り付けられており、それぞれステージ7上で回動可能とされている。
各アーム10は、1又は複数の関節部や回動部を備え、その先端を任意の位置に移動させやすい機構に形成されている。
スコープは、例えば、内視鏡を有するスコープユニットとして設けられ、前後に延びるシャフトとシャフトの後端部に結合されたカメラヘッドとシャフトの中間部に結合されたライトガイドなどを有している。
シャフトの先端部が体腔201の内部に挿入された状態において、スコープのシャフトの先端部から照明光が照射され、撮像素子によって体腔201の内部の状態が撮影される。撮像素子によって撮影された体腔201の内部の状態は術者(医師)が操作する図示しない操作装置に撮影画像信号として送出され、術者が遠隔から体腔201の内部の状態を観察することができる。
また術者はアーム10−1,10−2に取り付けられた鉗子類を遠隔操作して施術を行うことができる。
各アーム10における関節部や回動部としての可動部の全部又は一部は、操作装置からの遠隔操作に応じて、内蔵するモータやアクチュエータにより駆動される。
このような手術支援装置1により、1又は複数の手術具を遠隔制御して外科手術を行うことが可能になり手術時間の短縮化を図ることが可能になる他に、異なる種類の複数の手術具を使用して高度な外科手術を行うことも可能になる。
用いられる電磁ブレーキは、例えば通電が切れたときにブレーキがかかり状態を維持する無励磁作動形ブレーキとされる。
また電磁ブレーキに通電されている状態であれば、関節部や回動部は医療スタッフの手により動かすことができるようにされている。例えば医療スタッフがアーム10自体や先端の手術具保持装置16の部分などを手に持って動かし、アーム10の移動や手術具18の移動などが可能である。
これにより、例えば医療スタッフが、手動スイッチ150を押しながら手術具保持装置16を握持しやすいようにされている。
この手動スイッチ150は、上述の電磁ブレーキなど、一部の負荷部(回路/デバイス)に通電するためのスイッチであり、主電源オフ持や停電時でも、手動スイッチ150を押すことで電磁ブレーキが通電され制動が解除される。従って図2のように医療スタッフが握持して動かすことで、手術具18等の位置を移動させることができる。
手動スイッチ150は、押している間のみにオンとなるモーメンタリタイプである。
手動スイッチ150としては、少なくとも手術具保持装置16に1つ設けられればよいが、より多数の手動スイッチ150が設けられてもよい。
また、図1のように各アーム10の手術具保持装置16に手動スイッチ150が設けられているが、手術支援装置1の全体で1つの手動スイッチ150が設けられる例も考えられる。
また手動スイッチ150が設けられる位置は、手術具保持装置16上であることに限定されない。
このような手術支援装置1における電源系統について説明する。図3に電源系統の要部の構成を示している。
そして電源部32による電源電圧V1を複数の負荷部、図では電磁ブレーキ100,回路/デバイス101,102等に供給する第1の電源電圧経路VL1が形成される。
また上述の手動スイッチ150が操作されることで、バックアップ電源電圧Vbkを複数の負荷部のうちの一部の負荷部(電磁ブレーキ100)に供給することのできる第2の電源電圧経路VL2を備える。
このためバッテリーバックアップ構成を採ったバックアップ電源部33が設けられている。そして手動スイッチ150が押されることで、電源電圧経路VL2により負荷部にバックアップ電源電圧Vbkが供給されるようにしている。
但し、電源電圧経路VL2は、負荷部のうちの一部、この例では電磁ブレーキ100のみに給電を行う構成とされている。つまり本実施の形態では、バックアップ電源部33により、全ての負荷部の動作が実行可能とされるのではなく、一部の負荷部のみが動作可能となる。
以上の図3の構成を備えた手術支援装置1の具体的な電源系統例を図4,図5,図6に示す。これらの図は、ベースユニット2からアーム10の先端の可動部までの電源系統を3つの図に分けて示したものである。
なお、説明の複雑化を避けるため、手術支援装置1に実際に設けられる電源系統の全てを示すものとはしていない。また、各所に設けられるフィルタや安定化などのための素子などで本発明の要旨と直接関係ない部分の多くは図示を省略している。
電源回路として、電源部31,32、バックアップ電源部33が設けられる。これらの電源回路は、L(ライブ)端子、N(ニュートラル)端子、E(アース)端子がACインレット30と接続され、ノイズフィルタNFを介して交流電圧が供給される。
電源部32は、交流電圧を受け、AC/DCコンバータにより直流24Vの電源電圧V1を生成し、電源電圧経路VL1に出力する。
またバックアップ電源部33は、上記の充電回路構成に加えて、AC/DCコンバータを備え、通常時(非停電時など)は、AC/DCコンバータにより直流24Vを得て、これをバックアップ電源電圧Vbkとして電源電圧経路VL2に出力するようにしてもよい。
また図6に現れる共通経路VL3は、斜線を付した二重線としている。
PCボード35は主電源スイッチ35aの操作を監視する構成とされており、操作者の主電源スイッチ操作に応じて、主電源のオン/オフ制御を行う。また主電源オンの際には、発光部35bとしてのLED(Light Emitting Diode)が発光することで、主電源オン状態が提示されるようにしている。
12Vの電源電圧V0は、主に各部のセンサの動作電源や、エンコーダ、DC/DCコンバータなどの回路の動作電源として用いられる。
24Vの電源電圧V1は、主に各部のモータ、電磁ブレーキ、電磁弁等のアクチュエータ等の動作電源として用いられる。
またスイッチ42,43,44のそれぞれの後段でさらに電源電圧経路VL1が分岐され、その一方にスイッチ45,46,47が配置されている。スイッチ45,46,47によっては、ベースユニット2内に設けられたメイン電磁弁37,38,39に対して電源電圧V1の供給がオン/オフされる。
例えばスイッチ42,43,44がアーム10毎の電源電圧経路VL1に個別に設けられていることで、アーム10単位での電源投入も可能とされる。
電源電圧経路VL0がベースアームリア基板50を介して形成され、電源電圧V0がDC/DCコンバータ58に供給される。DC/DCコンバータ58は電源電圧V0を受けて必要な電圧を生成し、図示しない基板上の回路に供給する。
またベースアームリア基板50を介して電源電圧V0が圧力センサ51,54,56に供給される。
またベースアームフロント6にベースアームフロント基板71が配置される。
電源電圧経路VL0が中継基板70及びベースアームフロント基板71を介して形成され、電源電圧V0がベースアームフロント基板71に搭載されたDC/DCコンバータ78に供給される。DC/DCコンバータ78は電源電圧V0を受けて必要な電圧を生成し、図示しない基板上の回路に供給する。
またベースアームフロント基板71を介して電源電圧V0が圧力センサ72,75に供給される。
各モータドライバ81には回路動作用の電源、エンコーダ動作用の電源、及びモータ動作用の電源として、電源電圧V0、V1が供給される。
なおエンコーダ82(及び後述のエンコーダ86,90、120,121)は、例えばロータリーエンコーダなど回転位置状態を検出するデバイスである。
このモータドライバ85には回路動作用の電源、エンコーダ動作用の電源、及びモータ動作用の電源として、中継基板70(図5参照)を介して電源電圧V0、V1が供給される構成となっている。
これらモータドライバ85、エンコーダ86、モータ87、電磁ブレーキ88は、アーム10の関節の1つの駆動系となる。
このモータドライバ89には回路動作用の電源、エンコーダ動作用の電源、及びモータ動作用の電源として、中継基板70(図5参照)を介して電源電圧V0、V1が供給される。
これらモータドライバ89、エンコーダ90、モータ91、電磁ブレーキ92も、アーム10の関節の1つの駆動系となる。
このモータドライバ66には回路動作用の電源、及びモータ動作用の電源として、中継基板70(図5参照)を介して電源電圧V0、V1が供給される。
そして各アーム10において、モータドライバ89を介して、モータ123に電源電圧V1に基づく駆動電圧が供給される。
アーム基板60は、DC/DCコンバータ61により電源電圧V0から所用の電圧を生成し、エンコーダ64に供給する。
そしてダイオードD1、D2のカソードが、共通経路VL3に接続される。この共通経路VL3が、上述の電磁ブレーキ84,88,92に電源電圧を供給するラインとなる。
またアーム10−1,10−2においては、さらに共通経路VL3により、電磁ブレーキ122にも電源電圧V1又はバックアップ電源電圧Vbkが供給される構成とされている。
また停電時や主電源オフ時は、手動スイッチ150がオンとされることで、電磁ブレーキ84,88,92,65,122には、電源電圧経路VL2、ダイオードD2、共通経路VL3を介して電源電圧V1が供給される。
以上説明した実施の形態では、次のような効果を得ることができる。
実施の形態の手術支援装置1は、外部電源に基づいて電源電圧V1を出力する電源部32と、バックアップバッテリー33BTに基づいてバックアップ電源電圧Vbkを出力するバックアップ電源部33と、電源部32による電源電圧V1を複数の負荷部に供給する電源電圧経路VL1と、手動スイッチ150と、手動スイッチ150が操作されることで、バックアップ電源部33によるバックアップ電源電圧Vbkを複数の負荷部のうちの一部の負荷部に供給することのできる電源電圧経路VL2を備える。
主電源がオンとされていても、停電時には電源部31,32による電源電圧V0,V1の供給が停止され、また動作制御を行うソフトウエアも停止する。このような場合に、バックアップ電源電圧Vbkを供給することで非常時動作を実現できるようにするが、バックアップ電源部33はあくまでも電源電圧V1が供給される負荷部のうちの一部にのみ給電を行う構成とし、バックアップ電源電圧Vbkを用いるときの消費電流が少なくなるようにしている。このためバックアップバッテリー33BTは比較的小型のものでよく、手術支援装置のコンパクト化に好適となる。またバックアップ状態で比較的長時間の動作が可能にもなる。
これにより、停電時でもバックアップ電源電圧Vbkを用いて安全処置がとれることになる。
例えば手術中に手術具18が患者200の体内に入っているときに停電となった場合、患者200の安全のために、手術具18を取り出すことがきわめて重要である。停電中は制御ソフトウエアも働かないことが想定され、また無励磁作動型の電磁ブレーキ100は制動がかけられているため、アーム10の関節等は動かすことができない。
そこで停電時でも、電磁ブレーキ100に電源電圧供給を行い、制動を強制解除して医療スタッフが手動でアーム10等を動かすことができるようにしている。これにより突発的な停電に対しても、必要な安全措置をとることができるようになる。
もちろん音声モジュール36は緊急時のガイド音声出力を行う点で、停電時に動作が必要な部位である。
換言すれば、電磁ブレーキを含む少数の負荷部(安全上停電時の給電が必要な部位のみ)をバックアップ電源電圧Vbkの給電対象とすることで、手術支援装置のコンパクト化に適しつつ、必要な緊急動作も実行できるものとなる。
電磁ブレーキ100(65,84,88,92,122)への給電は、停電時において常に行う必要はない。実施の形態では、手動スイッチ150がオンとされたときのみ、電磁ブレーキ100にバックアップ電源電圧Vbkの給電が行われるが、これは、医療スタッフ等がアーム10(手術具18)を移動させようとしたときのみ、電磁ブレーキ100に給電が行われることを意味する。つまり、停電時でも、電磁ブレーキ84,88,92,65,122への給電は常には必要ではないため、手動スイッチ150を介在させることで、無駄な電力消費が行われないようにする。
また電磁ブレーキ100は、停電時に無条件にバックアップ電源電圧Vbkが供給されて制動解除されてしまうと、手術具18の位置・姿勢が不安定になり安全上望ましくない。そこで、電磁ブレーキ100のみは、あくまで医療スタッフの意思(手動スイッチ150の操作)に基づいて給電されるようにすることが好適となる。
これにより、医療スタッフは、アーム10(10−1,10−2,10S)毎に手動スイッチ150を操作して、アーム10及び手術具18を移動させることができる。そして、1つのアーム10を操作しているときには、他のアーム10の電磁ブレーキ100にはバックアップ電源電圧Vbkは供給されない。つまり操作していないアーム10において電磁ブレーキ100が解除されて動いてしまうということはない。従って、患者200から3つのアーム10を順番に外す際に他のアーム10の姿勢等が不安定になることによる危険を防止できる。
ダイオードD1,D2のカソード電極を接続し、共通経路VL3に接続することで、特定の負荷部(電磁ブレーキ100)への給電経路を簡易かつ適切に形成できる。
2 ベースユニット
3 基台部
4 昇降機構
5 ベースアームリア
6 ベースアームフロント
7 ステージ
10,10−1,10−2 アーム
10S スコープアーム
16 手術具保持装置
18 手術具
31,32 電源部
33 バックアップ電源部
33BT バックアップバッテリー
65,84,88,92,100,122 電磁ブレーキ
150 手動スイッチ
Claims (4)
- 外部電源に基づいて所定の電源電圧を出力する電源部と、
バッテリーに基づいて所定の電源電圧を出力するバックアップ電源部と、
前記電源部による電源電圧を複数の負荷部に供給する第1の電源電圧経路と、
手動スイッチと、
前記手動スイッチが操作されることで、前記バックアップ電源部による電源電圧を前記複数の負荷部のうちの一部の負荷部に供給することのできる第2の電源電圧経路と、
を備え、
前記第1の電源電圧経路と前記第2の電源電圧経路は、それぞれダイオードのカソード電極側で共通経路に接続され、共通経路により前記一部の負荷部に電源電圧が供給される構成とされている
手術支援装置。 - 前記第2の電源電圧経路を介して前記バックアップ電源部による電源電圧が供給される負荷部として1又は複数の電磁ブレーキが含まれる
請求項1に記載の手術支援装置。 - 前記手動スイッチの操作によって前記第2の電源電圧経路を介して前記バックアップ電源部による電源電圧が供給される負荷部は1又は複数の電磁ブレーキのみである
請求項2に記載の手術支援装置。 - 複数のアームにより、複数の手術具を保持する構成とされ、
前記手動スイッチ、及び手動スイッチの操作に応じて導通する前記第2の電源電圧経路は、前記アーム毎に設けられている
請求項1から請求項3のいずれかに記載の手術支援装置。
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