JP2019188038A - 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

Abstract

【課題】 操作性のよい外科手術システムを提供する。【解決手段】 近位端に対して遠位端を並進運動及び回転運動させる器具マニピュレータアームと、器具マニピュレータアームの遠位端に連なる手術器具２８と、を有する器具マニピュレータ２１と、手術器具に対する手術器具の並進運動の並進量及び回転運動の回転量を含む外科医の器具動作指令を受け付ける操作具を有するコンソール７と、器具マニピュレータを制御するコントローラ３と、を備え、コントローラは、操作具が受け付けた手術器具の並進量に所定の並進倍率値を乗算して実並進量を算出し、実並進量に対応して手術器具を動作させ、且つ操作具が受け付けた手術器具の回転量に所定の回転倍率値を乗算して実回転量を算出し、実回転量に対応して手術器具を動作させ、並進倍率値及び回転倍率値は異なる値とする。【選択図】 図１

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、マスタースレイブ型の手術支援ロボットを含む外科手術システムが知られている。外科手術システムを用いた手術では、術者がコンソールを用いて手術支援ロボットの動作を遠隔操作して、手術支援ロボットが患者の手術部位に施術する。例えば、特許文献１には、この種の外科手術システムが開示されている。

特許文献１の遠隔操作手術システムは、単孔式腹腔鏡下手術を行うためのものである。この遠隔操作手術システムは、ペイシェントカート（手術支援ロボットに相当する）と、サージョンコンソールとを備える。ペイシェントカートは、マニピュレータに支持された複数の外科装置アセンブリを備える。外科装置アセンブリは、手術器具及び可動手首を含むインストルメント、インストルメントの駆動装置、及び、それらを連結する滅菌アダプタを含む。

特表２０１６−５３０００４号公報

腹腔鏡下手術では、患者の腹腔に手術器具が挿入され手術が行われる。そのため、腹腔内に手術器具や内視鏡が集中し、手術器具同士の干渉や作業スペースが狭小になることによって、術具操作が困難とされている。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、腹腔鏡下手術用の外科手術システムにおいて、手術器具同士の干渉を回避するように、術者の術具操作を支援することにある。

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、近位端に対して遠位端を並進運動及び回転運動させる器具マニピュレータアームと、前記器具マニピュレータアームの遠位端に連なる手術器具と、を有する器具マニピュレータと、前記手術器具に対する前記手術器具の並進運動の並進量及び回転運動の回転量を含む外科医の器具動作指令を受け付ける操作具を有するコンソールと、前記器具マニピュレータを制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記操作具が受け付けた前記手術器具の前記並進量に所定の並進倍率値を乗算して実並進量を算出し、該実並進量に対応して前記手術器具を動作させ、且つ前記操作具が受け付けた前記手術器具の前記回転量に所定の回転倍率値を乗算して実回転量を算出し、該実回転量に対応して前記手術器具を動作させ、前記並進倍率値及び前記回転倍率値は異なる値である。

この構成によれば、手術器具の移動操作と姿勢変更操作という異なる操作毎に異なるスケールで手術器具を動作させることができる。よって、外科手術システムの操作性を向上させることができる。

前記回転倍率値は前記並進倍率値よりも大きい値であってもよい。

この構成によれば、術者は手術器具を容易に精密に移動させることができる。その一方で、術者は手術器具の姿勢を速やかに変更することができる。したがって、外科手術システムの操作性を向上させることができる。

予め設定された進入規制境界を含む境界によって囲まれる撮影領域を撮影するカメラプローブを有する内視鏡を備え、前記コンソールは、前記カメラプローブが撮影した画像を表示する表示領域を有するディスプレイモジュールを有し、前記ディスプレイモジュールは前記進入規制境界を前記表示領域の上側に位置させて前記カメラプローブが撮影した画像を表示し、前記コントローラは、前記器具動作指令に前記器具マニピュレータの遠位端側に設定された規制対象区間が前記進入規制境界に進入するように前記手術器具を動作させる指令が含まれると判定すると、前記規制対象区間が前記進入規制境界に進入するように前記手術器具を動作させる方向への前記手術器具の動作を規制してもよい。

この構成によれば、ディスプレイモジュールに表示される画像の器具マニピュレータが延びる方向を術者の腕が延びる方向と同等に維持することができ、外科手術システムの操作性を向上させることができる。

前記内視鏡は、近位端に対して遠位端を並進運動及び回転運動させる内視鏡マニピュレータアームを有し、前記内視鏡の遠位端には前記カメラプローブが連なり、前記操作具は、前記カメラプローブに対する前記カメラプローブの並進運動の並進量及び回転運動の回転量を含む外科医の内視鏡マニピュレータ動作指令を受け付け、前記コントローラは、前記内視鏡マニピュレータ動作指令に前記規制対象区間が前記進入規制境界に進入するように前記カメラプローブを動作させる指令が含まれると判定すると、前記規制対象区間が前記進入規制境界に進入するように前記カメラプローブを動作させる方向への前記カメラプローブの動作を規制してもよい。

この構成によれば、ディスプレイモジュールに表示される画像の器具マニピュレータが延びる方向を術者の腕が延びる方向と同等に維持することができ、外科手術システムの操作性を向上させることができる。

近位端に対して遠位端を並進運動及び回転運動させる内視鏡マニピュレータアームと、前記内視鏡マニピュレータアームの遠位端に連なるカメラプローブとを有する内視鏡と、前記内視鏡マニピュレータアームが挿通される内視鏡挿通孔を有するエントリーガイドと、を備え、前記コンソールは、前記カメラプローブが撮影した画像を所定の向きで表示する表示領域を有するディスプレイモジュールを有し、前記エントリーガイドは、前記内視鏡挿通孔の中心軸を中心とする円周方向への前記内視鏡マニピュレータアームの回動を規制する回動規制構造を有していてもよい。

この構成によれば、エントリーガイド及び器具マニピュレータに対する内視鏡の画像の向きを維持することができ、術者が手術器具の位置を容易に認識することができる。これによって、外科手術システムの操作性を向上させることができる。

前記エントリーガイドは、前記器具マニピュレータアームが挿通される器具マニピュレータ挿通孔を有し、前記器具マニピュレータアームは、前記器具マニピュレータ挿通孔の中心軸を中心とする円周方向に回動自在であってもよい。

この構成によれば、更に外科手術システムの操作性を向上させることができる。

前記エントリーガイドの中心軸を中心とする円周方向に回動可能に前記エントリーガイドを支持するエントリーガイド支持構造を有していてもよい。

この構成によれば、エントリーガイド及び器具マニピュレータに対する内視鏡の画像の向きを維持したまま、手術支援ロボットの遠位端の姿勢を変更することができる。よって、外科手術システムの操作性を向上させることができる。

近位端に対して遠位端を並進運動及び回転運動させる内視鏡マニピュレータアームと、前記内視鏡マニピュレータアームの遠位端に連なるカメラプローブとを有する内視鏡と、前記器具マニピュレータアーム及び前記内視鏡マニピュレータアームが挿通される挿通孔を有するエントリーガイドとを備え、前記コントローラは、前記器具マニピュレータアームを前記エントリーガイドに対して前記挿通孔が延びる方向に所定の第１移動範囲で移動させ、且つ前記内視鏡マニピュレータアームを、前記エントリーガイドに対して前記挿通孔が延びる方向に所定の第２移動範囲で移動させ、前記第２移動範囲の遠位端側の限界は、前記第１移動範囲の遠位端側の限界よりも近位端側に位置してもよい。

この構成によれば、カメラプローブの視界から手術器具が外れて、手術器具を見失うことを効果的に防止することができる。これによって、外科手術システムの操作性を向上させることができる。

前記器具マニピュレータアーム及び前記手術器具が挿通される挿通孔を有するエントリーガイドを有し、前記器具マニピュレータアームは、前記前記手術器具の近位側に設けられ、前記器具マニピュレータアームの前記並進運動及び前記回転運動の少なくとも一部を行わせる手首構造を有し、前記器具マニピュレータは、作動により前記手首構造の動作を規制し且つ作動解除により前記手首構造の動作を許容するブレーキを有し、前記コントローラは、前記器具マニピュレータアームが延びる方向において前記手首構造が前記エントリーガイドの遠位端の近位端側及び前記エントリーガイドの遠位端上に位置するときは前記ブレーキを作動させてもよい。

この構成によれば、器具マニピュレータを速やかに患者の体腔に送り込むことができ、外科手術システムの操作性を向上させることができる。

前記器具マニピュレータアーム及び前記手術器具が挿通される器具マニピュレータ挿通孔を有するエントリーガイドを有し、前記器具マニピュレータアームは、前記前記手術器具の近位側に設けられ、その動作によって前記器具マニピュレータアームの前記並進運動及び前記回転運動の少なくとも一部を行わせる手首構造を有し、前記コントローラは、前記器具マニピュレータアームが延びる方向において前記手首構造が前記エントリーガイドの遠位端の近位側及び前記エントリーガイドの遠位端上に位置するときは前記器具動作指令に含まれる前記手首構造の動作指令を無効化してもよい。

この構成によれば、器具マニピュレータを速やかに患者の体腔に送り込むことができ、外科手術システムの操作性を向上させることができる。

患者の体腔を形成する体壁の形状を検出するための情報を検知する体壁形状検知部を有する内視鏡と、前記外科医に対する情報の報知を行う報知部と、を備え、前記コントローラは、前記体壁形状検知部が検知した情報に基づいて前記体壁の形状を算出し、算出した前記体壁の形状に基づいて進入禁止領域を設定し、前記進入禁止領域に前記器具マニピュレータが進入したか否かを繰り返し判定し、前記進入禁止領域に前記器具マニピュレータが進入したと判定すると、前記報知部を制御して前記外科医に前記進入禁止領域への前記器具マニピュレータの進入を報知してもよい。

この構成によれば、器具マニピュレータと体壁との干渉を防止することができ、外科手術システムの操作性を向上させることができる。

前記体壁形状検知部は、前記内視鏡の遠位端に設けられ、所定の間隔で並ぶ一対のカメラプローブであり、前記コントローラは、一対の前記カメラプローブが撮影した画像に記録された前記体壁に散点的に複数の注目点を設定し、各前記注目点について、一方の前記カメラプローブが撮影した画像である第１画像の前記注目点の位置と、他方の前記カメラプローブが前記第１画像と同時に撮影した画像である第２画像の前記注目点の位置との相対的な位置関係に基づいて所定の基準点に対する前記注目点の座標を算出し、算出した複数の前記注目点の３次元座標に基づいて、前記体壁の形状を算出してもよい。

この構成によれば、内視鏡を用いて体壁の形状を適切に算出することができる。

前記 内視鏡は、前記内視鏡の遠位端に設けられ、レーザ光を照射するレーザポインタを備え、前記コントローラは、前記第１画像及び前記第２画像の前記注目点を前記第１画像及び前記第２画像に記録された前記レーザ光の照射部位をそれぞれ前記第１画像及び前記第２画像の前記注目点に設定してもよい。

この構成によれば、体壁の形状を容易に算出することができる。

前記コントローラは、前記第１画像に記録された前記体壁に前記注目点を設定し、前記第１画像と前記第２画像のパターンマッチングによって前記第２画像に記録された前記体壁における前記第１画像の前記注目点の場所と同じ場所を算出して前記第２画像の前記注目点に設定してもよい。

この構成によれば、簡易な構成で体壁の形状を容易に算出することができる。

所定の間隔で並ぶ一対のカメラプローブを有する内視鏡と、前記外科医に対する情報の報知を行う報知部と、を備え、前記コントローラは、前記カメラプローブが撮影した画像に記録された患者の体腔を形成する体壁に注目点を設定し、一方の前記カメラプローブが撮影した画像である第１画像の前記注目点の位置と、他方の前記カメラプローブが撮影した画像である第２画像の前記注目点の位置との相対的な位置関係に基づいて前記注目点に対する一対の前記カメラプローブの位置である初期位置を算出し、前記第１画像の前記注目点の位置と、前記第２画像の前記注目点の位置との相対的な位置関係に基づいて前記注目点に対する前記カメラプローブの位置である現在位置を繰り返し算出し、前記初期位置に対して前記現在位置が所定の閾値以上に変化したか否かを判定し、前記初期位置に対して前記現在位置が所定の閾値以上に変化したと判定すると、前記報知部を制御して前記現在位置の変化を報知してもよい。

この構成によれば、エントリーガイドの位置が予期せず変化して、これによりカメラプローブの位置が変化したことを術者に認識させることができる。これによって、外科手術システムの操作性を向上させることができる。

前記 内視鏡は、近位端に対して遠位端を並進運動及び回転運動させる内視鏡マニピュレータアームを有し、前記内視鏡の遠位端には一対の前記カメラプローブが連なり、前記コントローラは、前記初期位置に対して前記現在位置が所定の閾値以上に変化したと判定すると、一対の前記カメラプローブを前記初期位置に向かって動作させてもよい。

この構成によれば、エントリーガイドの位置が予期せず変化して、これによりカメラプローブの位置が変化した場合であっても、カメラプローブは、自動的に初期位置に復帰するので、術者の操作性への悪影響を緩和することができ、外科手術システムの操作性を向上させることができる。

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の制御方法は、近位端に対して遠位端を並進運動及び回転運動させる器具マニピュレータアームと、前記器具マニピュレータアームの遠位端に連なる手術器具と、を有する器具マニピュレータと、前記手術器具に対する前記手術器具の並進運動の並進量及び回転運動の回転量を含む外科医の器具動作指令を受け付ける操作具を有するコンソールと、前記器具マニピュレータを制御するコントローラと、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操作具が受け付けた前記手術器具の前記並進量に所定の並進倍率値を乗算して実並進量を算出するステップと、前記コントローラが該実並進量に対応して前記手術器具を動作させるステップと、前記コントローラが前記操作具が受け付けた前記手術器具の前記回転量に前記並進倍率値と異なる値である所定の回転倍率値を乗算して実回転量を算出するステップと、前記コントローラが該実回転量に対応して前記手術器具を動作させるステップとを有する。

この構成によれば、手術器具の移動操作と姿勢変更操作という異なる操作毎に異なるスケールで手術器具を動作させることができる。よって、外科手術システムの操作性を向上させることができる。

本発明は、外科手術システムの操作性を向上させることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態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支持ブロックへの手術アセンブリの配置構成を示す図である。 図１の外科手術システムの手術器具を有する手術アセンブリの構成例を示す側面図である。 図１の外科手術システムの手術支援ロボットの遠位端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内視鏡カメラを有する手術アセンブリの構成例を示す側面図である。 図１の外科手術システムのカメラプローブと撮影領域との関係を説明する図である。 図１の外科手術システムのディスプレイモジュールの構成例を示す図である。 図１の外科手術システムのスケール変更処理の一例を示すフローチャートである。 図１の外科手術システムの境界進入規制処理の一例を示すフローチャートである。 図１の外科手術システムの境界進入規制処理の動作例を示す図であり、ディスプレイモジュールに表示される画像を示す図である。 図１の外科手術システムの境界進入規制処理の動作例を示す図であり、ディスプレイモジュールに表示される画像を示す図である。 図１の外科手術システムの進出規制処理の一例を示すフローチャートである。 図１の外科手術システムの進出規制処理における動作例を示す図である。 図１の外科手術システムの体壁干渉防止処理の一例を示すフローチャートである。 図１の外科手術システムの体壁干渉防止処理における体壁形状算出処理の一例を示すフローチャートである。 図１の外科手術システムの体壁干渉防止処理における動作例を示す図である。 図１の外科手術システムの体壁形状算出処理を説明する説明図である。 図１の外科手術システムの位置変化相殺処理の一例を示すフローチャートである。 図１の外科手術システムの位置変化相殺処理における位置算出処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る外科手術システムの手術支援ロボットの遠位端を示す斜視図である。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の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、本発明の実施の形態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り、図２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１及び図２に示す外科手術システム１００は、単孔式腹腔鏡下手術を行うためのものであって、手術支援ロボット１と、コンソール７と、外科手術システム１００を制御するコントローラ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。

〔手術支援ロボット１〕
手術支援ロボット１は、外科手術システム１００と患者Ｘとのインターフェースを構成する。手術支援ロボット１は、滅菌野である手術室内において患者Ｘが横たわる手術台の傍らに配置される。

手術支援ロボット１は、複数の手術アセンブリ２０と、エントリーガイド３０と、患者Ｘに対し手術アセンブリ２０及びエントリーガイド３０を位置決めするポジショナ１０とを含む。ポジショナ１０は、エントリーガイド３０を患者Ｐの体腔（腹腔）内の手術対象部位に向かう方向に伸びる所定の中心軸Ｃと同軸に位置決めし、エントリーガイド３０に挿入した複数の手術アセンブリ２０を支持する。

エントリーガイド３０は、剛性を有する管（図５参照）であり、患者の体表に留置されたカニューレ（図示略）に取り付けられ、各手術アセンブリ２０が挿通される挿通孔、すなわち、２つの器具マニピュレータ挿通孔３０Ａ及び１つの内視鏡挿通孔３０Ｂを有する。各挿通孔は、中心軸が中心軸Ｃと平行に延び、対応する挿通孔に挿通された手術アセンブリ２０の中心軸を挿通孔の中心軸と同軸に保持し、且つ挿通孔の延在方向、すなわち中心軸Ｃが延びる方向に案内する。また、各挿通孔の内周面は横断面が円形に形成され、手術アセンブリ２０を挿通孔の中心軸を中心とする円周方向に回動させることができる。更に、各挿通孔は、シャフト２６、リスト２７、及びリスト２７に連なる手術器具２８又は内視鏡カメラユニット３３等のエンドエフェクタを挿通可能な径を有する。なお、器具マニピュレータ挿通孔３０Ａ及び内視鏡挿通孔３０Ｂは、中心軸が中心軸Ｌと一致する１つの挿通孔であってもよい。

ポジショナ１０は、手術アセンブリ２０及びエントリーガイド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に支持された水平多関節型マニピュレータ１２と、水平多関節型マニピュレータ１２の遠位端部に設けられた支持部材１２ｂと、この支持部材１２ｂを介して水平多関節型マニピュレータ１２に支持された垂直多関節型マニピュレータ１３と、垂直多関節型マニピュレータ１３の遠位端部に設けられた支持フレーム１４とを含む。支持フレーム１４は、水平多関節型マニピュレータ１２及び垂直多関節型マニピュレータ１３の姿勢を変更することによって、中心軸Ｃを中心とする円周方向における姿勢を変更することが可能である。但し、ポジショナ１０の構成は本実施形態に限定されず、エントリーガイド３０を目標位置（姿勢を含む）へ良好な精度で位置決めできるものであればよい。ポジショナ１０の水平多関節型マニピュレータ１２及び垂直多関節型マニピュレータ１３は、各関節について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）。

支持フレーム１４はチャンネル型を呈し、中心軸Ｃが延びる方向において、一方の端部と他方の端部とが間をおいて対峙している。支持フレーム１４の一方の端部には、エントリーガイド３０を支持するエントリーガイド支持部１４ｂが設けられている。また、支持フレーム１４の他方の端部には、手術装置支持部１４ａが設けられている。

図３は、外科手術システム１００の支持ブロック１５への手術アセンブリ２０の配置構成を示す図であり、中心軸Ｃの延在方向から支持ブロック１５を見た図である。

手術装置支持部１４ａには、複数の手術アセンブリ２０を纏めて支持する支持ブロック１５が設けられている。本実施の形態において、複数の手術アセンブリ２０は、手術器具２８を有する２つの手術アセンブリ２０Ａと、内視鏡カメラユニット３３を有する１つの手術アセンブリ２０Ｂとを含む。これら３つの手術アセンブリ２０は、図３に示すように、中心軸Ｃを中心とする円周方向に並んで配置されている。

そして、支持フレーム１４の中心軸Ｃを中心とする円周方向における姿勢が変更されると、エントリーガイド３０及び手術装置支持部１４ａに支持された器具マニピュレータ２１の中心軸Ｃを中心とする円周方向における姿勢も変更される。ポジショナ１０がエントリーガイド３０の中心軸を中心とする円周方向に回動可能にエントリーガイド３０を支持するエントリーガイド支持構造である。

なお、「近位」又は「近位に」という用語は、システム運動の運動連鎖に沿うポジショナ１０により近い或いはシステム運動の運動連鎖に沿う運動の遠隔中心（又は手術部位）から更に離れる物体又は要素を一般的な方法において記載するために用いられる。同様に、「遠位」又は「遠位に」という用語は、システム運動の運動連鎖に沿うポジショナ１０から更に離れる或いはシステム運動の運動連鎖に沿う運動の遠隔中心（又は手術部位）により近い物体又は要素を一般的な方法において記載するために用いられる。

（手術アセンブリ２０Ａ）
図４は、外科手術システム１００の手術器具２８を有する手術アセンブリ２０Ａの一例を示す側面図である。図５は、外科手術システム１００の手術支援ロボット１の遠位端を示す斜視図である。

図４に示す手術アセンブリ２０Ａは、遠位端に手術器具２８が設けられた器具マニピュレータ２１と、器具マニピュレータ２１と連結され、器具マニピュレータ２１を駆動する駆動ユニット２２とを備える。

器具マニピュレータ２１は、ベース２３、細長い中空シャフト状のシャフト２６、リスト２７、及びエンドエフェクタとしての手術器具２８が、近位から遠位に向かってこの順に連なっている。なお、「連なる」とは、２つのものが直接接続されている場合のみならず、２つのものの間に他のものが介在し、間接的に接続されている場合も含む。ベース２３、シャフト２６、リスト２７、及び手術器具２８は一体的に構成されている。

ベース２３は、後述する第２サブ駆動ユニット２２Ｂと脱着可能に接続されるコネクタであり、内部に後述する従動側プーリ２５ａ、伝動ワイヤ２５ｂ等の伝動ユニットを収容する筐体である。

シャフト２６は、剛性を有する管で構成され、近位端がベース２３に取り付けられ、その中心軸Ｌが一直線に延びる。そして、図５に示すように、シャフト２６は器具マニピュレータ挿通孔３０Ａに挿通され、シャフト２６は、器具マニピュレータ挿通孔３０Ａに対して、この挿通孔が延びる方向に移動可能となっている。また、シャフト２６の外周面は、横断面が円形に形成され、器具マニピュレータ挿通孔３０Ａに対して器具マニピュレータ挿通孔３０Ａの中心軸、すなわちシャフト２６の中心軸Ｌを中心とする円周方向に回動可能となっている。なお、器具マニピュレータ挿通孔３０Ａの中心軸はエントリーガイド３０の中心軸から偏心して位置しており、中心軸Ｃを中心とする円周方向にエントリーガイド３０を回動させると、エントリーガイド３０と共に手術アセンブリ２０Ａも中心軸Ｃを中心とする円周方向に回動する。シャフト２６の内部空間は近位側においてベース２３の内部空間と接続され、遠位側においてリスト２７と接続され、ベース２３からリスト２７に向かって延びる後述する伝動ワイヤ２５ｂがシャフト２６の内部空間に位置している。

図４及び図５に示すように、リスト（手首構造）２７は、近位端がシャフト２６の遠位端に連なる。リスト２７は、例えば中心軸Ｌを中心とする径方向への曲げ動作を行う関節である近位側曲げ関節６１及び遠位側曲げ関節６２と、中心軸Ｌを中心とする円周方向へのねじり動作を行う手首関節６３を含み、後述する手術アセンブリ２０Ａの並進運動及び回転運動の少なくとも一部を担う。近位側曲げ関節６１、遠位側曲げ関節６２、手首関節６３は、この順に近位から遠位に向かって連なっている。また、隣り合う関節は、連結セクション６４によって連結されている。近位側曲げ関節６１、遠位側曲げ関節６２、及び手首関節６３は後述する伝動ワイヤ２５ｂの引力及び／又は張力によって作動する。

手術器具２８は、手首関節６３に連なる器具であり、例えば鉗子である。鉗子は、後述する伝動ワイヤ２５ｂの引力及び／又は張力によって開閉する。なお、手術器具２８はその動作によって中心軸Ｌを中心とする径方向への曲げ動作を行う。鉗子、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良い。また、手術器具２８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２８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２１は、更に、駆動ユニット２２の駆動力を伝達する伝動ユニットを有する。伝動ユニットは、ベース２３に設けられた従動側プーリ２５ａを有する。従動側プーリ２５ａは、例えば、リスト２７や手術器具２８の作動部に対応して複数設けられている。従動側プーリ２５ａは、後述する対応する主動側プーリ４４ａと係脱可能に接続され、両プーリが係合することによって主動側プーリ４４ａの回動に従動し、主動側プーリ４４ａの駆動力が従動側プーリ２５ａに伝達される。このように、駆動ユニット２２に対して器具マニピュレータ２１は着脱可能に構成されているので、器具マニピュレータ２１の滅菌、交換を容易に行うことができる。そして従動側プーリ２５ａには、伝動ワイヤ２５ｂが取り付けられ、従動側プーリ２５ａを回動させることによって、伝動ワイヤ２５ｂに引力及び／又は張力がかかるように構成されている。この伝動ワイヤ２５ｂは、シャフト２６の中を通ってリスト２７の対応する関節及び手術器具２８まで延び、従動側プーリ２５ａとこの従動側プーリ２５ａに対応する要素とを接続し、伝動ワイヤ２５ｂの引力をこの対応する要素に伝達する。このような機構は、例えば、ここに参照として援用する、国際公開第２０１７／００６３７６号 に記載されている。但し、上記構成に限定されず、公知の機構を用いてもよい。

駆動ユニット２２は、手術器具２８を移動させ且つ手術器具２８の姿勢を変更させるユニットであり、第１サブ駆動ユニット２２Ａ及び第２サブ駆動ユニット２２Ｂを含む。なお、以下では、手術器具２８を移動させること及び手術器具２８の姿勢を変更させることを、単に、手術器具２８を動作させるということがある。

第１サブ駆動ユニット２２Ａは、シャフト２６の中心軸Ｌを中心とする円周方向に器具マニピュレータ２１を回動させ、且つ中心軸Ｌが延びる方向に器具マニピュレータ２１を並進させる。第１サブ駆動ユニット２２Ａは、図２に示すように、回転ドライバアセンブリ４１と、並進ドライバアセンブリ４２とを有する。

回転ドライバアセンブリ４１は、器具マニピュレータ２１及び第２サブ駆動ユニット２２Ｂを一体的に中心軸Ｌを中心とする円周方向に回動可能に支持し且つ駆動する機構である。回転ドライバアセンブリ４１は、サーボモータ等のアクチュエータ４１ａを有し、このアクチュエータ４１ａの出力軸にはギアトレインを介して第２サブ駆動ユニット２２Ｂが中心軸Ｌ周りに回動可能に連なる。これにより、アクチュエータ４１ａの駆動力によって、器具マニピュレータ２１及び第２サブ駆動ユニット２２Ｂが駆動ユニット２２に対して中心軸Ｌを中心とする円周方向に回動する。

並進ドライバアセンブリ４２は、支持ブロック１５に取り付けられ、器具マニピュレータ２１、第２サブ駆動ユニット２２Ｂ及び回転ドライバアセンブリ４１を一体的に中心軸Ｌが延びる方向に並進可能に支持し且つ駆動する機構である。並進ドライバアセンブリ４２は、サーボモータ等のアクチュエータを有するボールねじ機構４２ａと、中心軸Ｌが延びる方向に回転ドライバアセンブリ４１を案内するリニアガイド４２ｂを有する。そして、ボールねじ機構４２ａの駆動力によって、器具マニピュレータ２１が駆動ユニット２２に対して中心軸Ｌが延びる方向に移動する。並進ドライバアセンブリ４２は回転ドライバアセンブリ４１の近位側に連なっているが、これに限られるものではなく、これに代えて、並進ドライバアセンブリ４２が回転ドライバアセンブリ４１の遠位側に連なっていてもよい。

第２サブ駆動ユニット２２Ｂは、第１サブ駆動ユニット２２Ａの遠位側に連なり、第１サブ駆動ユニット２２Ａと器具マニピュレータ２１との間に介在する。第２サブ駆動ユニット２２Ｂは、その駆動力によってリスト２７及び手術器具２８を動作させる。本実施の形態において、リスト２７の各関節及び手術器具２８の動作部位に対応して設けられたサーボモータ等のアクチュエータ４４を有する。アクチュエータ４４の出力軸は対応して設けられた主動側プーリ４４ａと連結されている。

このように、手術アセンブリ２０Ａは、器具マニピュレータ２１全体の並進運動及び回転運動、リスト２７の関節の運動、並びに手術器具２８の動作の組合せによって、予め定義された手術支援ロボット側３次元直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向への手術器具２８の並進運動及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸を中心とする円周方向への手術器具２８の回転運動が実現され、所定の基準点に対して手術器具２８を並進運動及び回転運動させる。この並進運動及び回転運動を実現する構成が器具マニピュレータアームであり、本実施の形態においては、駆動ユニット２２、ベース２３、シャフト２６、リスト２７、手術器具２８、及び伝動ユニットを含む。また、上述の通り、手術アセンブリ２０Ａは、器具マニピュレータ２１の全体の並進、器具マニピュレータ２１の全体の回転、リスト２７の３つの関節、手術器具２８の曲げ動作を行う機構の、互いに独立した６つの駆動関節を有し、６自由度で動作するマニピュレータであるが、これ以上の自由度で動作するマニピュレータであってもよい。なお、手術アセンブリ２０Ａの並進運動及び回転運動を実現する構成は上記の構成に限定されるものではない。

（手術アセンブリ２０Ｂ）
図６は、内視鏡カメラユニット３３を有する手術アセンブリ２０Ｂの構成例を示す側面図である。図７は、カメラプローブ３４（図５参照）と撮影領域Ａとの関係を説明する図である。

図５、図６に示すように、手術アセンブリ２０Ｂは、内視鏡マニピュレータ３１と、内視鏡マニピュレータ３１と連結され内視鏡マニピュレータ３１を駆動する駆動ユニット２２とを備える。内視鏡マニピュレータ３１はエントリーガイド３０の内視鏡挿通孔３０Ｂに挿通される。

内視鏡マニピュレータ３１は、遠位端に内視鏡カメラユニット３３が設けられている。内視鏡マニピュレータ３１は、遠位端部に設けられた手術器具２８を除いて、器具マニピュレータ２１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２１の説明において、遠位端部に設けられた手術器具２８を内視鏡カメラユニット３３に読み替えることによって、内視鏡マニピュレータ３１の構成を説明できる。また、駆動ユニットは、駆動ユニット２２と実質的に同様の構成を有している。以上から、内視鏡カメラユニット３３を除き、手術アセンブリ２０Ｂの構成についての詳細な説明は、前述の手術アセンブリ２０Ａの説明を参照することによって省略する。なお、用語の混同を避けるため、手術アセンブリ２０Ｂにおいて、器具マニピュレータアームは内視鏡マニピュレータアームという。

内視鏡カメラユニット３３は、ステレオビデオカメラである一対のカメラプローブ３４（３４Ａ、３４Ｂ）、ライト３５、及びレーザポインタ３６を有する。レーザポインタ３６は、前方の所定範囲内の任意の点にレーザ光を照射可能である。

図７に示すように、カメラプローブ３４は、境界Ｂ１〜Ｂ４によって囲まれる撮影領域Ａを撮影し、画像データを取得する。この画像の左右方向に並ぶように一対のカメラプローブ３４は配置されている。そして、一対のカメラプローブ３４のうち、画像の左側に対応するカメラプローブ３４Ａは左方の後述する左表示部７３Ａに対応づけられ、画像の右側に対応するカメラプローブ３４Ｂは後述する右表示部７３Ｂに対応づけられている。

〔コンソール７〕
図１に示すように、コンソール７は、外科手術システム１００と術者（外科医）Ｙのインターフェースを構成し、手術支援ロボット１を操作するための装置である。コンソール７は、手術室内において手術台の傍らに又は手術台から離れて、或いは、手術室外に設置されている。

コンソール７は、術者Ｙからの動作指令の入力を受け付けるための操作用マニピュレータアーム７１及び複数の操作用ペダル７２を含む操作具と、内視鏡カメラユニット３３で撮像された画像を表示するディスプレイモジュール７３とを含む。操作用マニピュレータアーム７１は、術者Ｙが動作指令を入力する際に把持する操作杆７１ａが先端に設けられ、基端がコンソール７に支持されている。そして、操作杆７１ａから基端に向かって複数の関節（図示略）が連なり、これら複数の関節の動作によって操作杆７１ａを３次元の動作領域内で移動させることができ、且つ操作杆７１ａの姿勢を変更することができるようになっている。すなわち、操作杆７１ａは、並進３自由度、回転３自由度を有する。そして、関節に操作杆７１ａの移動動作や姿勢変更動作によって生じる関節の動きを検知するセンサが設けられ、操作杆７１ａの位置及び姿勢は、コントローラ３によって、各関節のセンサが検知した関節の動きを組み合わせることによって、算出される。そして、操作杆７１ａに入力された動作指令が手術アセンブリ２０Ａに対する動作指令である器具動作指令であるのか、それとも手術アセンブリ２０Ｂに対する動作指令である内視鏡動作指令であるのかは、操作用ペダル７２に含まれる操作対象選択ペダル（図示略）によって選択、決定される。

図８は、ディスプレイモジュール７３の構成例を示す図である。

図１及び図８に示すように、ディスプレイモジュール７３は、術者Ｙの両目にそれぞれ対応する左右一対の表示部（表示領域）７３Ａ、７３Ｂを有する。そして、左表示部７３Ａには一対のカメラプローブ３４のうち一方のカメラプローブ３４が撮影した画像が表示され、右表示部７３Ｂには他方のカメラプローブ３４が撮影した画像が表示される。表示部には画像の境界Ｂ１〜Ｂ４（図７参照）がそれぞれ表示部の上下左右の境界上に位置するように表示される。これにより、術者Ｙは、患者Ｘの体腔の内部を立体視することができる。そして、術者Ｙは、ディスプレイモジュール７３で患部を立体視しながら、操作具を操作することによって、手術器具２８を動作させる器具動作指令、及び内視鏡カメラユニット３３を動作させる内視鏡動作指令を入力する。

また、コンソール７は、コンソールコントローラ７０を有し、このコンソールコントローラ７０は、操作具によって入力された動作指令（器具動作指令、内視鏡動作指令）を受け付け、コントローラ３へ送信する。

また、ディスプレイモジュール７３は、表示部において表示される画像に文字列、アイコンを重畳的に表示する。したがって、ディスプレイモジュール７３は、術者Ｙに対する情報の報知を行う報知部としての機能も有している。

〔コントローラ３〕
図２に示すように、コントローラ３は、コンソールコントローラ７０と通信可能に接続されている。コントローラ３は、コンソールコントローラ７０を介して受け付けた動作指令に応答して手術アセンブリ２０を動作させる。

コントローラ３は、いわゆるコンピュータであって、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、各種固定データ等が記憶されている。各種固定データには、後述する並進倍率値、回転倍率値、進入規制境界ＢＰ、第１規制対象区間Ｐ１、第２規制対象区間Ｐ２、第１進出限界位置Ｌ１を含む器具マニピュレータ２１の動作可能範囲、第２進出限界位置Ｌ２を含む内視鏡マニピュレータ３１の動作可能範囲が含まれる。演算処理部は、コンソール７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、ポジショナ制御部５１、器具制御部５２、内視鏡制御部５３、及び表示制御部５４を含む。ポジショナ制御部５１、器具制御部５２、内視鏡制御部５３、及び表示制御部５４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。

ポジショナ制御部５１、器具制御部５２、及び内視鏡制御部５３は、増幅回路などを介してサーボモータと接続されたサーボ制御部（図示略）を含む。そして、ポジショナ制御部５１は、エントリーガイド３０を所定の位置及び姿勢に位置決めするように、各サーボモータに附帯する回転センサで検出された回転位置に基づいて、各関節の駆動部を動作させる。器具制御部５２は、器具動作指令に従って手術アセンブリ２０Ａが動作するように、各サーボモータに附帯する回転センサで検出された回転位置に基づいて、駆動ユニット２２の駆動部を制御する。また、手術器具２８の動作を制御する。内視鏡制御部５３は、内視鏡動作指令に従って手術アセンブリ２０Ｂが動作するように、各サーボモータに附帯する回転センサで検出された回転位置に基づいて、駆動ユニット２２の駆動部を制御する。また、内視鏡カメラユニット３３の動作を制御する。表示制御部５４は、カメラプローブ３４が撮影した画像を処理してディスプレイモジュール７３に表示する。

コントローラ３は、操作用マニピュレータアーム７１の検知部が検知した操作杆７１ａの動作に基づき、コンソール側３次元直交座標系における操作杆７１ａの位置及び姿勢の変化、すなわち、コンソール側３次元直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向への操作杆７１ａの並進運動の並進量、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち１以上の軸を中心とする円周方向への操作杆７１ａの回転運動の回転量を算出する。そして、操作対象選択ペダルによって手術アセンブリ２０Ａが選択されているときは、コントローラ３は、これら並進量及び回転量を器具動作指令として取り扱い、一方で操作対象選択ペダルによって手術アセンブリ２０Ｂが選択されているときは、これら並進量及び回転量を内視鏡動作指令として取り扱う。そして、コントローラ３は、コンソール側３次元直交座標系における操作杆７１ａの位置及び姿勢の変化を、手術支援ロボット側３次元直交座標系における操作対象（すなわち手術器具２８及び内視鏡カメラユニット３３）の位置及び姿勢の変化に変換し、操作対象に対応づける。そして、操作対象の位置及び姿勢が操作杆７１ａの位置及び姿勢の変化に対応して変化するように、器具制御部５２及び内視鏡制御部５３がそれぞれ手術アセンブリ２０Ａ及び手術アセンブリ２０Ｂの動作を制御する。すなわち、コントローラ３は、操作対象が操作杆７１ａの並進運動の並進量に対応して動作するように操作対象を並進させ、且つ操作杆７１ａの回転運動の回転量に対応して操作対象を回転させる。

〔外科手術システム１００の動作例〕
まず、コントローラ３は、コンソール７で受け付けたエントリーガイド３０の位置決め指令に応答して、患者Ｘの体表に留置されたカニューレに対しエントリーガイド３０が所定の位置及び姿勢に位置決めされるように、ポジショナ１０を動作させる。エントリーガイド３０が位置決めされると、複数の手術アセンブリ２０も従動して位置決めされる。

また、例えば、コントローラ３は、コンソール７で受け付けた動作指令に応答して、内視鏡カメラユニット３３及び手術器具２８が患者Ｘの体腔へ挿入されるように、駆動ユニット２２の並進ドライバアセンブリ４２を動作させる。

ここで、コントローラ３は、術者Ｙがコントローラ３に入力した器具動作指令及び内視鏡動作指令に種々の修正を加えて器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１を動作させる。これらの修正処理について以下詳述する。

（スケール変更処理）
コントローラ３は、術者Ｙの器具動作指令の動作量を調整して器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１を動作させるスケール変更処理を行う。

図９は、外科手術システム１００の、スケール変更処理の一例を示すフローチャートである。

図９に示すように、まず、コントローラ３は、操作対象選択ペダルによって手術アセンブリ２０Ａが選択されている状態において、操作用マニピュレータアーム７１の検知部が検知したコンソール側３次元直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向への操作杆７１ａの並進量に所定の並進倍率値を乗算して手術器具２８の実並進量を算出する（ステップＳ１１）。並進倍率値は１未満 の値であり、出力が入力よりも小さくなるようになっている。

また、コントローラ３は、操作用マニピュレータアーム７１の検知部が検知したコンソール側３次元直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸を中心とする円周方向への操作杆７１ａの回転量に所定の回転倍率値を乗算して手術器具２８の実回転量を算出する（ステップＳ１２）。回転倍率値は、１以上の値であり、入力と出力が同じか、又は出力が入力よりも大きくなるようになっている。このように、回転倍率値は、並進倍率値よりも大きい値に設定されている。

そして、コントローラ３は、コンソール側３次元直交座標系に対応する手術支援ロボット側３次元直交座標系において、手術器具２８が、実並進量並進させた目標位置において、実回転量移動させた目標姿勢をとるように、駆動ユニット２２の動作内容を決定し、この決定した動作内容に従って手術器具２８を動作させる（ステップＳ１３）。

このように、コントローラ３は、術者Ｙが入力した並進量に１以下の倍率値を乗算して、実際の手術器具２８の実並進量を算出しているので、操作用マニピュレータアーム７１の動作が縮小されて、手術器具２８が動作する。よって、術者Ｙは、手術器具２８を精密に移動させることができる。一方で、コントローラ３は、術者Ｙが入力した回転量に１以上の倍率値を乗算して、実際の手術器具２８の実回転量を算出しているので、操作用マニピュレータアーム７１の動作が拡大されて手術器具２８が動作する、よって、術者Ｙは、手術器具２８を大きく旋回させる動作等において、大きく体全体を動かして操作用マニピュレータアーム７１を操作する必要がなく、術者Ｙは手術器具２８の姿勢を速やかに変更することができる。これによって、外科手術システム１００の操作性を向上させることができる。

（境界進入規制処理）
また、コントローラ３は、カメラプローブ３４が撮影する画像の向きに対して、画像に映り込む器具マニピュレータ２１の姿勢を一定範囲に規制する境界進入規制処理を行う。

図１０は、外科手術システム１００の境界進入規制処理の一例を示すフローチャートである。図１１Ａ及び図１１Ｂは、外科手術システム１００の、境界進入規制処理の動作例を示す図であり、ディスプレイモジュール７３に表示される画像を示す図である。

まず、図１０に示すように、コントローラ３は、撮影領域Ａの上側境界Ｂ１を進入規制境界ＢＰに設定する。進入規制境界ＢＰは、撮影領域Ａの上側の境界であり、左右の表示部７３Ａ、７３Ｂには進入規制境界ＢＰが上側に位置するように表示される。なお、進入規制境界ＢＰは、左側境界Ｂ３及び右側境界Ｂ４に及んでいてもよい。また、コントローラ３は、器具マニピュレータ２１の遠位端側の部位にそれぞれ規制対象区間ＳＰ（図４参照）を設定する（ステップＳ２１）。

次に、コントローラ３は、操作対象を動作させている間、術者Ｙが入力した動作指令に、器具マニピュレータ２１の規制対象区間ＳＰが進入規制境界ＢＰに進入するように操作対象を動作させる指令である規制対象指令が含まれるか否かを判定する（ステップＳ２２）。

すなわち、操作対象が器具マニピュレータ２１である場合、図１１Ａに示すように、コントローラ３は、器具動作指令に、器具マニピュレータ２１の規制対象区間ＳＰが進入規制境界ＢＰに進入するように手術器具２８を動作させる指令である規制対象指令が含まれるか否かを判定する。また、操作対象が内視鏡マニピュレータ３１である場合、図１１Ｂに示すように、コントローラ３は、内視鏡動作指令に、規制対象区間ＳＰが進入規制境界ＢＰに進入して交差するようにカメラプローブ３４を動作させる指令である第２規制対象指令が含まれるか否かを判定する。すなわち、内視鏡マニピュレータ３１の回転によってカメラプローブ３４の位置が移動して規制対象区間ＳＰが移動し、その結果、器具マニピュレータ２１の規制対象区間ＳＰが進入規制境界ＢＰに進入するように内視鏡マニピュレータ３１を制御する指令が含まれるか否かを判定する。

そして、コントローラ３は、規制対象指令が含まれると判定すると（ステップＳ２２においてＹｅｓ）、動作指令に含まれる動作量のうち、規制対象区間ＳＰが進入規制境界ＢＰに進入して交差するように操作対象を動作させる方向成分の動作量を０に設定し、この方向への操作対象の動作を規制する。一方、規制対象指令が含まれないと判定すると（ステップＳ２２においてＮｏ）、ステップＳ２２の判定を再び行う。

これによって、カメラプローブ３４が撮影した画像において、器具マニピュレータ２１が延びる方向を術者Ｙの腕が延びる方向と同等に維持することができ、外科手術システム１００の操作性を向上させることができる。

なお、器具マニピュレータ２１が撮影領域Ａの上側の境界に進入しないように器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１について可動範囲を設定し、コントローラ３が動作指令に可動範囲を逸脱する指令が含まれると判定すると、逸脱する方向への動作を規制してもよい。、また、動作の規制は、メカニカルストッパ等によって機械的に行ってもよく、ソフトリミット等によってソフトウェア的に行ってもよい。

（進出規制処理）
図１２は、外科手術システム１００の、進出規制処理の一例を示すフローチャートである。図１３は、外科手術システム１００の進出規制処理における動作例を示す図である。

また、コントローラ３は、更に器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１の中心軸Ｃが延びる方向への並進を規制する進出規制処理を行う。

まず、コントローラ３は、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１の動作可能範囲を設定する（ステップＳ３１）。この動作可能範囲には、中心軸Ｃが延びる方向における器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１の移動可能範囲が含まれる。図１３に示すように、内視鏡マニピュレータ３１の移動可能範囲（第２移動可能範囲）の遠位端側の限界位置である第２進出限界位置Ｌ２は、中心軸Ｃが延びる方向において器具マニピュレータ２１の移動可能範囲（第１移動可能範囲）の遠位側の限界位置である第１進出限界位置Ｌ１よりも近位端側に位置するように設定される。

次に、コントローラ３は、操作対象を動作させている間、術者Ｙが入力した動作指令に動作可能範囲を逸脱する方向へ操作対象を動作させる指令が含まれているか否かを判定する（ステップＳ３２）。

そして、コントローラ３は、動作指令に動作可能範囲を逸脱する方向へ操作対象を動作させる指令が含まれていると判定すると（ステップＳ３２においてＹｅｓ）、動作指令に含まれる動作量のうち、動作可能範囲を逸脱する方向へ操作対象を動作させる方向成分の動作量を０に設定し、この方向への操作対象の動作を規制する（ステップＳ３３）。この処理において、コントローラ３は、中心軸Ｃが延びる方向において、器具マニピュレータ２１の移動可能範囲（第１移動可能範囲）の遠位側の限界位置である第１進出限界位置Ｌ１に達したと判定すると、更に遠位へ移動する動作を規制する。一方、動作指令に動作可能範囲を逸脱する方向へ操作対象を動作させる指令が含まれていないと判定すると（ステップＳ３２においてＮｏ）、ステップＳ３２の判定を再び行う。

ここで、第２進出限界位置Ｌ２は、中心軸Ｃが延びる方向において、第１進出限界位置Ｌ１よりも近位端側に位置するよう設定されているので、これによって、手術器具２８の動作をモニターするためのカメラプローブ３４の視界から手術器具２８が外れて、手術器具２８を見失うことを効果的に防止することができる。これによって、外科手術システム１００の操作性を向上させることができる。

（初期動作規制処理）
更に、コントローラ３は、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１のリスト２７がエントリーガイド３０の遠位端を通過するまでは、リスト２７の動作を規制する初期動作規制処理を行う。この処理は、手術器具２８及びカメラプローブ３４を患者Ｘの体腔に送り込む際に行われる。

まず、コントローラ３は、中心軸Ｃが延びる方向（器具マニピュレータ２１が延びる方向）において操作対象のリスト２７がエントリーガイド３０の遠位端よりも遠位に位置するか否かを判定する。すなわち、コントローラ３は、中心軸Ｃが延びる方向において、リスト２７がエントリーガイド３０の遠位端の近位側又はエントリーガイド３０の遠位端上に位置するか否かを判定する。

そして、中心軸Ｃが延びる方向における器具マニピュレータ２１のリスト２７の近位端がエントリーガイド３０の遠位端よりも遠位に位置していないと判定すると、動作指令に含まれる動作量のうち、中心軸Ｃが延びる方向成分以外の方向成分の動作量を０に設定し、この方向以外への操作対象の動作を規制する。そして、コントローラ３は、中心軸Ｃが延びる方向において操作対象のリスト２７がエントリーガイド３０の遠位端よりも遠位に位置すると判定するまで、繰り返し当該判定を行い、中心軸Ｃが延びる方向において操作対象のリスト２７がエントリーガイド３０の遠位端よりも遠位に位置すると判定すると、処理を終了する。

これによって、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１を速やかに患者Ｘの体腔に送り込むことができ、外科手術システム１００の操作性を向上させることができる。

（体壁干渉防止処理）
図１４は、外科手術システム１００の、体壁干渉防止処理の一例を示すフローチャートである。図１５は、外科手術システム１００の、体壁干渉防止処理における体壁形状算出処理の一例を示すフローチャートである。図１６は、外科手術システム１００の、体壁干渉防止処理における動作例を示す図である。図１７は、外科手術システム１００の、体壁干渉防止処理における体壁形状算出処理を説明する図である。

更に、コントローラ３は、器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１と患者Ｘの体腔を形成する体壁との干渉を防止する体壁干渉防止処理を所定の時間間隔で繰り返し行う。

まず、図１４に示すように、コントローラ３は、カメラプローブ３４が取得した画像に基づき、患者Ｘの体腔からみた、体壁の３次元形状を表す３次元マップを算出する（ステップＳ４１）。

３次元マップは、例えば図１５に示す、以下の処理によって算出される。コントローラ３は、まず、患者Ｘの体腔に位置させた内視鏡マニピュレータ３１のレーザポインタ３６からレーザ光を照射する（ステップＳ４１１）。レーザ光の照射方向はランダムに選択されてもよい。次に、コントローラ３は、一対のカメラプローブ３４によって一対の画像Ｇ１，Ｇ２を取得する（ステップＳ４１２）。次に、この取得した一対の画像Ｇ１，Ｇ２に記録されたレーザ光の照射部位をそれぞれの画像の注目点Ａ１，Ａ２に設定する（ステップＳ４１３）。図１６に示すように、カメラプローブ３４Ａ及びカメラプローブ３４Ｂの位置の違いから、画像Ｇ１の注目点Ａ１の位置と、画像Ｇ２の注目点Ａ２の位置は、異なって記録される。なお、一対の画像の注目点はパターンマッチング（詳細は後述）によって設定してもよい。そして、図１７に示すように、一方の画像の注目点Ａ１と他方の画像の注目点Ａ２との相対的な位置関係に基づいて手術支援ロボット側３次元直交座標系における体壁上の注目点ＡＲの座標を算出（ステップＳ４１４）する。そして、上記ステップＳ４１１〜Ｓ４１４を所定回数繰り返す。上述の通りレーザ光の照射方向はランダムに選択され、座標算出処理を繰り返し実行することによって設定される注目点は散点的なものとなる。次に、コントローラ３は、散点的な注目点の座標を通る面を算出し、患者Ｘの体腔を形成する体壁の形状を算出する（ステップＳ４１５）。このように、一対のカメラプローブ３４は、患者Ｘの体腔を形成する体壁の形状を検出するための情報を検知する（体壁形状検知部）。

次に、コントローラ３は、ステップＳ４１５において算出した体壁面Ｓ１から体腔側に所定距離オフセットした進入規制境界面Ｓ２を算出する（ステップＳ４２）。進入規制境界面Ｓ２と体壁面Ｓ１との間の領域が進入禁止領域である。

次に、コントローラ３は、操作対象が進入規制境界面Ｓ２よりも体壁面Ｓ１側に進入したか否か、すなわち器具マニピュレータ２１が進入禁止領域ＲＳに進入したか否かを判定する（ステップＳ４３）。

そして、コントローラ３は、進入禁止領域ＲＳに進入したと判定すると（ステップＳ４３においてＹｅｓ）、動作指令に含まれる動作量のうち、操作対象を体壁面に向かって動作させる方向成分の動作量を０に設定し、この方向への操作対象の動作を規制する。また、コントローラ３は、ディスプレイモジュール７３に器具マニピュレータ２１が進入禁止領域ＲＳに進入したことを報知するための情報を表示する。なお、コントローラ３は、進入禁止領域ＲＳに進入していないと判定すると（ステップＳ４３においてＮｏ）、ステップＳ４４をスキップする。

これによって、操作対象である器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１と体壁との干渉を防止することができる。

（位置変化相殺処理）
図１８は、外科手術システム１００の、位置変化相殺処理の一例を示すフローチャートである。図１９は、外科手術システム１００の、位置変化相殺処理における位置算出処理の一例を示すフローチャートである。

更に、コントローラ３は、例えば患者Ｘが姿勢を変えたことなどに起因してエントリーガイド３０が予期せず動き、手術器具２８及びカメラプローブ３４が移動したときに、手術器具２８及びカメラプローブ３４の位置の変化を相殺する方向に手術器具２８及びカメラプローブ３４を動かす位置変化相殺処理を行う。

まず、図１８に示すように、コントローラ３は、所定時間、内視鏡動作指令が入力されていないと判定すると、患者Ｘの体腔を形成する体壁上に設定した注目点ＡＲ（図７参照）の位置を算出し、この注目点ＡＲの位置に基づいて手術器具２８及びカメラプローブ３４の位置を算出する。そして、算出した手術器具２８及びカメラプローブ３４の位置を初期位置に設定する（ステップＳ５１）。注目点ＡＲは、カメラプローブ３４が取得した画像に基づき設定される。

注目点ＡＲの位置は、以下の通りパターンマッチングにより算出する。まず、コントローラ３は、一対のカメラプローブ３４によって一対の画像Ｇ１，Ｇ２を取得する（ステップＳ５１１）。次に、この取得した一対の画像のうち、一方の画像Ｇ１に注目点Ａ１を設定し、注目点Ａ１の画像上の位置を算出する（ステップＳ５１２）。次に、他方の画像Ｇ２に記録された体壁上において注目点Ａ１の場所と同じ場所を一対の画像Ｇ１，Ｇ２のパターンマッチングによって決定し、これを注目点Ａ２に設定する。そして、注目点Ｂの画像Ｇ２上の位置を算出する（ステップＳ５１３）。そして、注目点Ａ１と注目点Ａ２との相対的な位置関係に基づいて、注目点Ａ１及び注目点Ａ２に対応する体壁上の注目点ＡＲを算出する（ステップ５１４）。この座標の算出方法は、上記体壁干渉防止処理において説明した体壁形状算出処理における方法と同じ方法によって行うことができる。なお、これ以降の処理は、内視鏡動作指令が入力されると中止される。

次に、コントローラ３は、所定のサンプリング周期経過後、注目点ＡＲの位置を算出し、この注目点ＡＲの位置に基づいて手術器具２８及びカメラプローブ３４の位置を算出する（ステップＳ５３）。そして、算出した手術器具２８及びカメラプローブ３４の位置を現在位置に設定する（ステップＳ５４）。

次に、コントローラ３は、初期位置と現在位置とを比較し、初期位置に対して現在位置が所定の閾値以上に変化したか否かを判定する（ステップＳ５５）。

そして、コントローラ３は、初期位置に対して現在位置が所定の閾値以上に変化したと判定すると（ステップＳ５５においてＹｅｓ）、手術器具２８及びカメラプローブ３４を初期位置に向かって動作させる。また、コントローラ３は、表示部に現在位置が変化したことを報知するための情報を表示する。そして、内視鏡動作指令が入力されるまで、再びステップＳ５３を行う。

これによって、エントリーガイド３０の位置が予期せず変化して、これにより手術器具２８及びカメラプローブ３４の位置が変化した場合であっても、手術器具２８及びカメラプローブ３４は、自動的に初期位置に復帰するので、術者の操作性への悪影響を緩和することができ、外科手術システム１００の操作性を向上させることができる。また、エントリーガイド３０の位置が変化したことを術者Ｙが認識することができる。

（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２０は、実施の形態２に係る外科手術システムの手術支援ロボットの遠位端を示す斜視図である。

上記実施の形態１において、内視鏡マニピュレータ３１は、エントリーガイド３０の内視鏡挿通孔３０Ｂの中心軸を中心とする円周方向に回動可能としている。

これに対し、本実施の形態において、内視鏡マニピュレータ２３１は、エントリーガイド２３０の内視鏡挿通孔２３０Ｂの中心軸を中心とする円周方向への内視鏡マニピュレータ２３１の回動を規制する回動規制構造を有する。

回動規制構造は、例えば、シャフト２６０の径方向に突出する鍔２６１と、内視鏡挿通孔２３０Ｂの内周面に形成された鍔２６１と係合する溝２２６とを含む。鍔２６１は、シャフト２６に沿って延びる。また、内視鏡マニピュレータ３１は手首関節６３を有しない。更に、手術アセンブリ２０Ｂの第１サブ駆動ユニット２２Ａは回転ドライバアセンブリ４１を有さず、第２サブ駆動ユニット２２Ｂは並進ドライバアセンブリ４２に取り付けられている。

このように、内視鏡マニピュレータ３１は、エントリーガイド２３０に対して、エントリーガイド２３０の内視鏡挿通孔２３０Ｂの中心軸を中心とする円周方向への回動が規制されているので、エントリーガイド３０及び器具マニピュレータ２１に対する内視鏡の画像の向きを維持にすることができ、術者Ｙが手術器具２８の位置を容易に認識することができる。これによって、外科手術システム１００の操作性を向上させることができる。

また、実施の形態１において詳述した通り、器具マニピュレータ２１は、エントリーガイド２３０に対して、エントリーガイド２３０の器具マニピュレータ挿通孔２３０Ａの中心軸を中心とする円周方向へ回動可能となっているので、外科手術システム２００の操作性を向上させることができる。

更に、実施の形態１において詳述した通り、支持フレーム１４は、エントリーガイド３０の中心軸（すなわち、中心軸Ｃ）を中心とする円周方向に回動可能であるので、エントリーガイド３０及び器具マニピュレータ２１に対する内視鏡の画像の向きを維持したまま、手術支援ロボット１の遠位端の姿勢を変更することができる。よって、外科手術システム２００の操作性を向上させることができる。

（実施の形態３）
以下では実施の形態３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。

上記実施の形態において、外科手術システム１００は、初期動作規制処理によって器具マニピュレータ２１及び内視鏡マニピュレータ３１のリスト２７がエントリーガイド３０の遠位端を通過するまでは、リスト２７の動作を規制した。しかし、これに限られるものではなく、これに代えて、その作動によってリスト２７に対応する従動側プーリ２５ａ又は主動側プーリ４４ａの回動を規制し、その解除によって従動側プーリ２５ａ又は主動側プーリ４４ａの回動を許容するブレーキを設けてもよい。

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形態が明らかである。従って、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。

３ コントローラ
７ コンソール
２０ 手術アセンブリ
２１ 器具マニピュレータ
２２ 駆動ユニット
２６ シャフト
２７ リスト
２８ 手術器具
３０ エントリーガイド
４１ 回転ドライバアセンブリ
４２ 並進ドライバアセンブリ
６１ 近位側曲げ関節
６２ 遠位側曲げ関節
６３ 手首関節
７１ 操作用マニピュレータアーム
１００ 外科手術システム

Claims (17)

1. 近位端に対して遠位端を並進運動及び回転運動させる器具マニピュレータアームと、前記器具マニピュレータアームの遠位端に連なる手術器具と、を有する器具マニピュレータと、
   前記手術器具に対する前記手術器具の並進運動の並進量及び回転運動の回転量を含む外科医の器具動作指令を受け付ける操作具を有するコンソールと、
   前記器具マニピュレータを制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、前記操作具が受け付けた前記手術器具の前記並進量に所定の並進倍率値を乗算して実並進量を算出し、該実並進量に対応して前記手術器具を動作させ、且つ前記操作具が受け付けた前記手術器具の前記回転量に所定の回転倍率値を乗算して実回転量を算出し、該実回転量に対応して前記手術器具を動作させ、
   前記並進倍率値及び前記回転倍率値は異なる値である、外科手術システム。
2. 前記回転倍率値は前記並進倍率値よりも大きい値である、請求項１に記載の外科手術システム。
3. 予め設定された進入規制境界を含む境界によって囲まれる撮影領域を撮影するカメラプローブを有する内視鏡を備え、
   前記コンソールは、前記カメラプローブが撮影した画像を表示する表示領域を有するディスプレイモジュールを有し、前記ディスプレイモジュールは前記進入規制境界を前記表示領域の上側に位置させて前記カメラプローブが撮影した画像を表示し、
   前記コントローラは、前記器具動作指令に前記器具マニピュレータの遠位端側に設定された規制対象区間が前記進入規制境界に進入するように前記手術器具を動作させる指令が含まれると判定すると、前記規制対象区間が前記進入規制境界に進入するように前記手術器具を動作させる方向への前記手術器具の動作を規制する、請求項１に記載の外科手術システム。
4. 前記内視鏡は、近位端に対して遠位端を並進運動及び回転運動させる内視鏡マニピュレータアームを有し、前記内視鏡の遠位端には前記カメラプローブが連なり、
   前記操作具は、前記カメラプローブに対する前記カメラプローブの並進運動の並進量及び回転運動の回転量を含む外科医の内視鏡マニピュレータ動作指令を受け付け、
   前記コントローラは、前記内視鏡マニピュレータ動作指令に前記規制対象区間が前記進入規制境界に進入するように前記カメラプローブを動作させる指令が含まれると判定すると、前記規制対象区間が前記進入規制境界に進入するように前記カメラプローブを動作させる方向への前記カメラプローブの動作を規制する、請求項３に記載の外科手術システム。
5. 近位端に対して遠位端を並進運動及び回転運動させる内視鏡マニピュレータアームと、前記内視鏡マニピュレータアームの遠位端に連なるカメラプローブとを有する内視鏡と、
   前記内視鏡マニピュレータアームが挿通される内視鏡挿通孔を有するエントリーガイドと、を備え、
   前記コンソールは、前記カメラプローブが撮影した画像を所定の向きで表示する表示領域を有するディスプレイモジュールを有し、
   前記エントリーガイドは、前記内視鏡挿通孔の中心軸を中心とする円周方向への前記内視鏡マニピュレータアームの回動を規制する回動規制構造を有する、請求項１に記載の外科手術システム。
6. 前記エントリーガイドは、前記器具マニピュレータアームが挿通される器具マニピュレータ挿通孔を有し、
   前記器具マニピュレータアームは、前記器具マニピュレータ挿通孔の中心軸を中心とする円周方向に回動自在である、請求項５に記載の外科手術システム。
7. 前記エントリーガイドの中心軸を中心とする円周方向に回動可能に前記エントリーガイドを支持するエントリーガイド支持構造を有する、請求項５に記載の外科手術システム。
8. 近位端に対して遠位端を並進運動及び回転運動させる内視鏡マニピュレータアームと、前記内視鏡マニピュレータアームの遠位端に連なるカメラプローブとを有する内視鏡と、
   前記器具マニピュレータアーム及び前記内視鏡マニピュレータアームが挿通される挿通孔を有するエントリーガイドとを備え、
   前記コントローラは、前記器具マニピュレータアームを前記エントリーガイドに対して前記挿通孔が延びる方向に所定の第１移動範囲で移動させ、且つ前記内視鏡マニピュレータアームを、前記エントリーガイドに対して前記挿通孔が延びる方向に所定の第２移動範囲で移動させ、
   前記第２移動範囲の遠位端側の限界は、前記第１移動範囲の遠位端側の限界よりも近位端側に位置する、請求項１に記載の外科手術システム。
9. 前記器具マニピュレータアーム及び前記手術器具が挿通される挿通孔を有するエントリーガイドを有し、
   前記器具マニピュレータアームは、前記前記手術器具の近位側に設けられ、前記器具マニピュレータアームの前記並進運動及び前記回転運動の少なくとも一部を行わせる手首構造を有し、
   前記器具マニピュレータは、作動により前記手首構造の動作を規制し且つ作動解除により前記手首構造の動作を許容するブレーキを有し、
   前記コントローラは、前記器具マニピュレータアームが延びる方向において前記手首構造が前記エントリーガイドの遠位端の近位端側及び前記エントリーガイドの遠位端上に位置するときは前記ブレーキを作動させる、請求項１に記載の外科手術システム。
10. 前記器具マニピュレータアーム及び前記手術器具が挿通される器具マニピュレータ挿通孔を有するエントリーガイドを有し、
    前記器具マニピュレータアームは、前記前記手術器具の近位側に設けられ、その動作によって前記器具マニピュレータアームの前記並進運動及び前記回転運動の少なくとも一部を行わせる手首構造を有し、
    前記コントローラは、前記器具マニピュレータアームが延びる方向において前記手首構造が前記エントリーガイドの遠位端の近位側及び前記エントリーガイドの遠位端上に位置するときは前記器具動作指令に含まれる前記手首構造の動作指令を無効化する、請求項１に記載の外科手術システム。
11. 患者の体腔を形成する体壁の形状を検出するための情報を検知する体壁形状検知部を有する内視鏡と、
    前記外科医に対する情報の報知を行う報知部と、を備え、
    前記コントローラは、前記体壁形状検知部が検知した情報に基づいて前記体壁の形状を算出し、
    算出した前記体壁の形状に基づいて進入禁止領域を設定し、
    前記進入禁止領域に前記器具マニピュレータが進入したか否かを繰り返し判定し、前記進入禁止領域に前記器具マニピュレータが進入したと判定すると、前記報知部を制御して前記外科医に前記進入禁止領域への前記器具マニピュレータの進入を報知する、請求項１に記載の外科手術システム。
12. 前記体壁形状検知部は、前記内視鏡の遠位端に設けられ、所定の間隔で並ぶ一対のカメラプローブであり、
    前記コントローラは、
    一対の前記カメラプローブが撮影した画像に記録された前記体壁に散点的に複数の注目点を設定し、
    各前記注目点について、一方の前記カメラプローブが撮影した画像である第１画像の前記注目点の位置と、他方の前記カメラプローブが前記第１画像と同時に撮影した画像である第２画像の前記注目点の位置との相対的な位置関係に基づいて所定の基準点に対する前記注目点の座標を算出し、
    算出した複数の前記注目点の３次元座標に基づいて、前記体壁の形状を算出する、請求項１１に記載の外科手術システム。
13. 前記内視鏡は、前記内視鏡の遠位端に設けられ、レーザ光を照射するレーザポインタを備え、
    前記コントローラは、前記第１画像及び前記第２画像の前記注目点を前記第１画像及び前記第２画像に記録された前記レーザ光の照射部位をそれぞれ前記第１画像及び前記第２画像の前記注目点に設定する、請求項１２に記載の外科手術システム。
14. 前記コントローラは、前記第１画像に記録された前記体壁に前記注目点を設定し、前記第１画像と前記第２画像のパターンマッチングによって前記第２画像に記録された前記体壁における前記第１画像の前記注目点の場所と同じ場所を算出して前記第２画像の前記注目点に設定する、請求項１２に記載の外科手術システム。
15. 所定の間隔で並ぶ一対のカメラプローブを有する内視鏡と、
    前記外科医に対する情報の報知を行う報知部と、を備え、
    前記コントローラは、
    前記カメラプローブが撮影した画像に記録された患者の体腔を形成する体壁に注目点を設定し、
    一方の前記カメラプローブが撮影した画像である第１画像の前記注目点の位置と、他方の前記カメラプローブが撮影した画像である第２画像の前記注目点の位置との相対的な位置関係に基づいて前記注目点に対する一対の前記カメラプローブの位置である初期位置を算出し、
    前記第１画像の前記注目点の位置と、前記第２画像の前記注目点の位置との相対的な位置関係に基づいて前記注目点に対する前記カメラプローブの位置である現在位置を繰り返し算出し、
    前記初期位置に対して前記現在位置が所定の閾値以上に変化したか否かを判定し、
    前記初期位置に対して前記現在位置が所定の閾値以上に変化したと判定すると、前記報知部を制御して前記現在位置の変化を報知する、請求項１に記載の外科手術システム。
16. 前記内視鏡は、近位端に対して遠位端を並進運動及び回転運動させる内視鏡マニピュレータアームを有し、前記内視鏡の遠位端には一対の前記カメラプローブが連なり、
    前記コントローラは、前記初期位置に対して前記現在位置が所定の閾値以上に変化したと判定すると、一対の前記カメラプローブを前記初期位置に向かって動作させる、請求項１５に記載の外科手術システム。
17. 近位端に対して遠位端を並進運動及び回転運動させる器具マニピュレータアームと、前記器具マニピュレータアームの遠位端に連なる手術器具と、を有する器具マニピュレータと、
    前記手術器具に対する前記手術器具の並進運動の並進量及び回転運動の回転量を含む外科医の器具動作指令を受け付ける操作具を有するコンソールと、
    前記器具マニピュレータを制御するコントローラと、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操作具が受け付けた前記手術器具の前記並進量に所定の並進倍率値を乗算して実並進量を算出するステップと、
    前記コントローラが該実並進量に対応して前記手術器具を動作させるステップと、
    前記コントローラが前記操作具が受け付けた前記手術器具の前記回転量に前記並進倍率値と異なる値である所定の回転倍率値を乗算して実回転量を算出するステップと、
    前記コントローラが該実回転量に対応して前記手術器具を動作させるステップとを有する、外科手術システムの制御方法。

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