JP2008104620A - 内視鏡型手術ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 血液で術野が見え難い血管内の外科的治療に有効な内視鏡型手術ロボットを提供すること。
【解決手段】 内視鏡と術者が両腕で操作できる一対の鉗子マニピュレータとを平行に一体化した構造の内視鏡型手術ロボットにおいて、鉗子３，４を設けた先端部１を覆うように、透明な椀状のカバー９を設けるとともに、その椀状のカバー９の内部空間に生理食塩水を注入することで、内部空間に充満している血液を追い出し、術野の澄明（クリア）化を図るようにした。カバー９を設けたことにより、血管内での移動もスムースになった。また内視鏡を１対のＣＣＤカメラ７，８で構成して、ステレオ画像を表示し、微細な外科的手技を容易にしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は，医療の分野で用いられる外科手術装置に関するものであり、特に血管や消化管等における限られた空間内の患部に対する低侵襲での外科的処置法を容易にする内視鏡型手術ロボットの技術に関する。
に関する。

消化管などの腹腔内患部に対して、内視鏡下で鉗子を用いて手術などの外科的処置を行なう手法は、開腹手術による場合にくらべて患者の苦痛と負担を著しく軽減できるため、近年、その開発がさかんに行なわれるようになり、またそれとともに多様化も進んできた。たとえば、初期には、術者が長鉗子等の手術器具を直接手操作して処置を施すものがほとんどであったが（特許文献１、２参照）、施術対象が次第に精密さを要求されるものに広がるにつれ、ロボット鉗子あるいはマニピュレータを使用するものに発展してきている（特許文献３、４参照）。

現在、臨床における内視鏡下での外科的処置の適用は増加する傾向にある。しかしながら、その処置内容には限界が見られ、さらに適用可能な処置であってもそれを完了するのになお多大な時間が必要であるため患者への負荷が大きく、かつ術者にとっても多大な労力と個人的な技量の習熟が必要とされているのが実情である。その大きな原因の一つは、これらの処置が内視鏡技術を基本形としているところにある。つまり、内視鏡に装備されている鉗子孔を通る手術器具しか使えないため、多様で自由な手術手技は望めず、かなり無理のある外科的処置となってしまいやすい。

一方、経口的に腹腔内に到達させ、腹腔内臓器に対して手術手技を実施することが可能な内視鏡型手術ロボットの開発も行なわれてきている。この内視鏡型手術ロボットは、内視鏡の眼と二つの鉗子マニピュレータを備えており、腹腔内の限られた空間において軟組織を掴んで保持し、様々な手技が可能なものである（特許文献５参照）。
特開平０６−０３０９４９号公報 特開平０９−０２８６６３号公報 特開２００１−３１４４１０号公報 特開２００２−１５９５０９号公報 特開２００３−０７４９３０号公報

経口的に腹腔内に到達させて、腹腔内の臓器に対する手術手技を実施できる従来の内視鏡型手術ロボット（特許文献５）は、腹腔内あるいは消化管内での外科的手術に対して極めて有用なものとなっているが、血管内での外科的治療に対してはうまく適用することができなかった。それは、血管内に挿入するにはロボットのサイズが大き過ぎたことと、ロボットを小型化できても先端部の鉗子などの形状が血管内でのスムースな移動を困難にし、また血管内がほとんど不透明な血液で満たされているために内視鏡が有効に機能せず、術野を明解に把握することができなかったことにある。

本発明は、血管内の外科的治療に適用できる内視鏡型手術ロボットを提供することを目的とするものである。

上述したように、従来開発されていた内視鏡型手術ロボット（特許文献５）においては、内視鏡と術者が両腕で操作できる１対の鉗子マニピュレータとを平行に一体化した構造により、消化管中へ進入させて、身体の中でありながら開腹手術と同程度の自由度をもってリモートで手術作業を行うことが可能化にされている。本発明は、これらの技術をベースにして、さらに血管内での手術の際に生じる上記課題を解決するための改良を図ったものである。

そのため本発明は、内視鏡型手術ロボットにおいて、血管内での移動がスムースになるよう、先端部に透明な椀状のカバーを設けるとともに、その椀状のカバーの内部空間に生理食塩水などの等張性の薬液を注入することで、術野の澄明（クリア）化を図ることができるようにしたものである。

また本発明は、小型化とともに血管内での精密な外科的手技を容易にするため、先端部には１対のＣＣＤカメラを用いた立体視が可能な電子内視鏡が設けられる。

図１は、本発明による内視鏡型手術ロボットの基本構成を例示的方法で示したものである。図において、１は内視鏡型手術ロボットの先端部、２は先端部１を支えるとともに先端部１に設けられるＣＣＤカメラや圧力センサなどからの信号線と鉗子操作用のワイヤが通される可撓性導管部、３、４は対をなす第１と第２の鉗子、５，６はそれぞれ第１と第２の鉗子３，４の首振り部、７，８は立体視のための１対のＣＣＤカメラ、９は鉗子３，４を覆うように設けられた透明な椀状のカバー、１０は可撓性導管部２中に並行に設けられている導孔、１１は導孔１０に貫挿されている生理食塩水などの薬液注入用のノズル、２０は可撓性導管部２を介して先端部１のロボット手術機能を操作制御するロボット操作部、２１は第１の鉗子３に対して首振り、回転（捩り）や開閉の操作を行なう第１鉗子操作部、２２は第２の鉗子４に対して同様な操作を行なう第２鉗子操作部、２３はノズル１１からの薬液注入操作を行なうノズル操作部、２４は１対のＣＣＤカメラ７，８からの画像信号を処理して立体視画像を出力する立体視グラスなどのステレオ表示装置である。

動作において、術者は、たとえば血管内に、手術ロボットの先端部１を適当なナビゲーション手段によりリアルタイムで定位しながら進入させ、患部に到達したとき、ノズル操作部２３を操作してノズル１１から生理食塩水をカバー９内の空間に注入し、カバー９内に充満していた血液を押し出してカバー９内の空間である術野を生理食塩水で満たし、澄明にする。これにより、ＣＣＤカメラ７，８の視野は鮮明になるので、術者は、ステレオ表示装置２４により、カバー９の下面に露出する患部と鉗子３，４の状態を見ながら、第１鉗子操作部２１と第２鉗子操作部２２を操作して、必要な外科的手技を実施することができる。

本発明による内視鏡型手術ロボットは、先端部に透明な椀状のカバーをもつとともに、カバー内の術野を澄明にする薬液注入手段を備えているために、血管内をスムースに移動させることができるばかりでなく、血液が充満している血管内でもカバー内にクリアな術野を確保できるので、血管内の患部に対して鉗子による微細な手技を的確かつ容易に施すことができる。

さらに本発明の内視鏡型手術ロボットは、血管内ばかりでなく、消化管や腹腔内の深奥部などの狭い患部領域に対しても同様に適用することができ、ステレオ画像による立体視野のもとで、２本の鉗子などを両手のように扱うことができるため、術者は、開腹手術によるのと同じ程度の自由度をもって手術作業を行なうことができる。これにより、術者の多様で自由な手術手技を可能にするとともに、作業時間も短縮されて、患者の苦痛の軽減と、術者と患者双方の負担の軽減を図ることができる。

以下に、図２ないし図５により、本発明の実施の形態を詳述する。

図２、図３、図４は、図１に示した本発明による内視鏡型手術ロボットの先端部１の１実施例を示し、図２は先端部１を前方底面側からみた斜視図、図３は同じ先端部１の上面図、図４は先端部１を前方左上から見た斜視図である。いずれの図にも、同一要素には同じ参照番号が付されている。

第１の鉗子３と第２の鉗子４は、それぞれ首振り部５と首振り部６の端部に取り付けられている。首振り部５と首振り部６は、それぞれ４辺に取り付けられた駆動ワイヤを介して、図１のロボット操作部２０により、独立に、任意の方向に首振り制御されることができ、その結果の首振り運動にしたがって鉗子３、４も屈曲あるいは回転（捩じり）される。鉗子３、４の開閉は、図示されていない別の駆動ワイヤによって、ロボット操作部２０により同様に制御される。本実施例で製作された鉗子３、４と首振り部５、６の直径は、約４ｍｍ以内に納めることができた。

ＣＣＤカメラ７，８は、術野内を立体視できるように、適当な間隔で配置されている。各ＣＣＤカメラ７，８は、超小型のレンズとＣＣＤで構成され、直径約３mmのパッケージに収容されている。なお各ＣＣＤカメラ７，８には、図示されていないが、術野を照明する適当な照明手段が設けられている。

カバー９は、アクリルなどの透明な合成樹脂で作られ、血管内壁を傷つけにくくかつ移動しやすいように、全体が流線型の椀状あるいはＰＣのマウス状に形成され、底面が開いている。またカバー９には、可撓性導管部２に嵌め込んで固定するためのネック９ａと、ノズル１１からの生理食塩水注入時にカバー内部の血液を前方へ排出するための小窓９ｂが設けられている。

ノズル１１は、可撓性導管部２の導孔１０に抜き挿し可能に通されたチューブ（図示せず）に取り付けられており、必要時にロボット操作部２０から供給される生理食塩水をカバー９内に注入する。しかし、ノズル１１は固定的に設けるようにしておいてもよい。またノズル１１とチューブの組み合わせを用いずに、導孔１０を直接利用して生理食塩水の注入を行なうようにすることもできる。

次に図５により、本発明による内視鏡型手術ロボットの制御システムの１実施例について説明する。図５はコンピュータを用いた制御システムの概略構成を示す。本実施例の制御システムは、鉗子３，４と首振り部５，６からなる鉗子アームロボット機構をスレーブロボット、ジンバル機構をマスタロボットとするマスタ・スレーブロボットとして構築されている。

図５において、３１は患者、３２は術者、３３は腹腔内の血管に挿入されている鉗子アームロボット、３４は鉗子アームロボットを制御するロボット・コントロール・ユニット、３５はモニタ、３６は制御用コンピュータ、３７は術者が鉗子を操作するときの皮膚感覚へのフィードバックを制御するハプティック・コントロール・ユニット、３８はロボット・オペレータを示す。

術者３２は、モニタ３５あるいは図示されない立体視グラスなどの画面に表示された内視鏡の画像および各種センサの情報を見ながら鉗子アームロボット３３を操作し、外科的処置を行なう。術者３２が鉗子アームロボット３３に与える動作指令はジンバルを用いて入力される。

なお、術中における鉗子アームロボット３３の三次元的位置は、リアルタイム四次元超音波断層法を用いて定位される。一方、術前にＸ線ＣＴやＭＲＩにより患者から取得したデータセットにより内部構造モデルを再構築しておき、その内部構造モデルの三次元画像上に鉗子アームロボット３３の位置を重ねて表示することで、リアルタイムのナビゲーションを実現している。

入力された動作指令は、ロボット・コントロール・ユニット３４を介して制御用コンピュータ３６に伝えられる。制御用コンピュータ３６は、入力された動作指令と、ハプティック（触覚提示）・コントロール・ユニット３７からのスケーリングなどの制御情報などに基いて、順次のタイミングにおける鉗子アームロボット３３への目標制御量を計算し、ロボット・コントロール・ユニット３４へ出力する。ロボット・コントロール・ユニット３４は、制御用コンピュータ３６から与えられた目標制御量により鉗子アームロボット３３の各ワイヤ（図示せず）を駆動するアクチュエータを制御し、術者３２が意図する鉗子の開閉、回転などの動作を行なわせる。ロボット・オペレータ３８は、モニタ３５に表示された外科的処置の作業情況やセンサ情報を監視して、適切な制御情報を設定・変更する。

本発明による内視鏡型手術ロボットの基本構成を例示的方法で示したものである。 本発明による内視鏡型手術ロボットの１実施例の先端部１を前方底面側からみた斜視図である。 本発明による内視鏡型手術ロボットの１実施例の先端部１の上面図である。 本発明による内視鏡型手術ロボットの１実施例の先端部１を前方左上から見た斜視図である。 本発明による内視鏡型手術ロボットの制御システムの１実施例を示す説明図である。

符号の説明

１：内視鏡型手術ロボットの先端部
２：可撓性導管部
３：第１の鉗子
４：第２の鉗子
５，６：首振り部
７，８：ＣＣＤカメラ
９：透明な椀状のカバー
１０：導孔
１１：ノズル
２０：ロボット操作部
２１：第１鉗子操作部
２２：第２鉗子操作部
２３：ノズル操作部
２４：ステレオ表示装置

Claims (6)

1. 内視鏡機能と鉗子マニュピュレータ機能を備え、手術作業用の先端部と、可撓性導管部と、可撓性導管部を通して先端部の動作を制御する操作部とからなる内視鏡型手術ロボットであって、
   上記先端部には、術野を保護する透明な椀状のカバーと、該カバー内に術野を澄明にする薬液を注入するための薬液注入手段とが設けられていることを特徴とする内視鏡型手術ロボット。
2. 請求項１に記載の内視鏡型手術ロボットにおいて、
   薬液は、生理食塩水であることを特徴とする内視鏡型手術ロボット。
3. 請求項１または請求項２に記載の内視鏡型手術ロボットにおいて、
   薬液注入手段はノズル手段であって、手術作業用の先端部と可撓性導管部には、ノズル手段を出入させるための導孔が設けられていることを特徴とする内視鏡型手術ロボット。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内視鏡型手術ロボットにおいて、
   内視鏡は、１対のＣＣＤカメラを備えたステレオ電子内視鏡であることを特徴とする内視鏡型手術ロボット。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の内視鏡型手術ロボットにおいて、
   手術作業用の先端部は、１対の鉗子を備えていることを特徴とする内視鏡型手術ロボット。
6. 内視鏡機能と鉗子マニュピュレータ機能を備え、手術作業用の先端部と、可撓性導管部と、可撓性導管部を通して先端部の動作を制御する操作部とからなる内視鏡型手術ロボットであって、該先端部には、術野を保護する透明な椀状のカバーと、該カバー内に術野を澄明にする薬液を注入するための薬液注入手段が設けられているものと、
   術中における上記先端部の三次元的位置を、四次元超音波断層法によりリアルタイムで定位する定位手段と、リアルタイムで定位された上記先端部の三次元的位置を、予め取得した患者の内部構造モデルの三次元画像上に重畳表示するリアルタイムナビゲーション手段とを有することを特徴とする内視鏡型手術ロボットシステム。

Images