JP3683554B2 - Surgical robot - Google Patents

Description

【００３８】
ここで、（１）の場合には湾曲部６４で持ち上げる生体組織が大きくて、持ち上げられていない状態と判断される。また、（２）の場合には第２の処置具１４の挿入部２４の先端が持ち上げる生体組織の反対側まで突出できていない状態と判断される。（３）の場合には第２の処置具１４の挿入部２４の先端の押込みが不足状態と判断される。（４）の場合には生体組織の持ち上げがうまくできている状態と判断される。そして、この判断結果により、第１の処置具１３の動作が制御される。
【００３９】
なお、これは、第２の処置具１４の挿入部２４の湾曲部６４で生体組織を持ち上げる場合の例を示したが、エンドＧＩＡ等に設けて、確実にクリップできるかどうかの判断に用いても良い。
【００４０】
また、図７は手術システム全体の概略構成を示すものである。この手術システムには術中生体画像３次元シミュレーションシステムと、画面表示による器具入力システムとが設けられており、これらをリンクさせ、同一システム内で作動させるようになっている。
【００４１】
ここで、術中生体画像３次元シミュレーションシステムには術前の生体画像情報を３次元で蓄積し、モニタ７１に表示する手段と、術中の内視鏡画像、超音波画像を蓄積する手段と、該術前の３次元情報を基礎として、術中の画像情報をとり込み、生体の弾性係数を、演算しながら、術中画像情報で得られた部位の情報と得られていない部分の情報とを該術前に３次元情報で修正し、これを蓄積し、表示する手段とが設けられている。
【００４２】
また、画面表示による器具入力システムは内視鏡画像上、又は、術中生体画像３次元シミュレーションシステムに於て、どちらか一方の画像上の臓器を把持又は圧排している鉗子に対し、モニタ７２の画像上で、別位置に指示すると、鉗子を支えるマニピュレータが、自動的に該位置に移動するように臓器を痛めない上限力量内で、作動する構成になっている。
【００４３】
そこで、上記構成のものにあっては術中生体画像３次元シミュレーションシステムによって術前の生体画像情報（ＣＴ、ＮＭＲ、ＵＳ断層像）を蓄積し、術中の対象物からの画像、内視鏡画像を合成して、３次元のシミュレーション画像を形成し、これをモニタ７１に表示することができる。
【００４４】
そのため、術前のＣＴ、ＮＭＲ、又は超音波診断情報を得て、これをガイドに、術中の穿刺等に用いる従来技術のように対象臓器が脳のように比較的動かないものであれば有効であるが、腹部臓器など、術中の操作により、動くものについては、不適となるおそれがなく、術中の操作により、動くものについても良好な処置を行なうことができる。
【００４５】
また、内視鏡画像上、又は、シミュレーション画像で鉗子等で臓器をある位置から別の位置に圧排したい時、画像上で圧排後の臓器位置を指示すると、自動的に圧排することができる。そのため、体腔内の一部を手術している途中で、体腔内の器具の位置や、臓器の位置を確認する等の必要が生じた際に、現状の内視鏡外科手術のように内視鏡の位置を変えて、視野を変換する等の措置が不要となり、内視鏡下の手術の能率化を図ることができる。
【００４６】
また、図８（Ａ）は体腔内手術を遠隔操作で行う体腔内手術用マニピュレータである多関節マニピュレータ８１を示すものである。この多関節マニピュレータ８１には体内に挿入される挿入部８２の先端部には先端側に配置された第１の湾曲部８３と、この第１の湾曲部８３の後端部に連結された第２の湾曲部８４とが設けられている。
【００４７】
さらに、挿入部８２の基端部８５には第１の湾曲部８３および第２の湾曲部８４の駆動装置８６が設けられている。なお、第１の湾曲部８３および第２の湾曲部８４の駆動装置８６は略同一構成であるので、図８（Ａ）には第２の湾曲部８４の駆動装置８６のみを示す。
【００４８】
この駆動装置８６には第２の湾曲部８４の一対のアングルワイヤ８７，８８を牽引操作する牽引機構８９の駆動モータ９０が設けられている。さらに、アングルワイヤ８７，８８の途中にはコンプライアンス設定部９１がそれぞれ設けられている。
【００４９】
図８（Ｂ）はこのコンプライアンス設定部９１の概略構成を示すものである。このコンプライアンス設定部９１にはシリンダ９２と、このシリンダ９２内に配設されたピストン９３とが設けられている。そして、このピストン９３のピストンロッド９４が各アングルワイヤ８７，８８の途中に介設されている。
【００５０】
さらに、シリンダ９２内にはコイルばね９５が配設されている。また、シリンダ９２の一端部側外周面に突設された管路連結部９６には連結管路９７の一端部が連結されている。この連結管路９７の他端部はポンプ９８に連結されている。
【００５１】
そして、ポンプ９８によってコンプライアンス設定部９１のシリンダ９２内の液圧を変えることでワイヤ８７，８８牽引時のコンプライアンスをコントロールできる。
【００５２】
例えば、第２の湾曲部８４の湾曲操作時に挿入部８２の先端部が体腔壁に接触した場合のようにワイヤ８７，８８の牽引時に過度の力を与えたくない場合には、あらかじめシリンダ９２内の圧を下げ、コイルばね９５のばね弾性でワイヤ８７，８８の張力を逃がす。
【００５３】
また、逆に、ワイヤ８７，８８の牽引時に力を与えたい場合は、シリンダ９２内の圧を上げる。なお、図８（Ｂ）ではピストン９３の左側にのみコイルばね９５を配設しているが両側に配設してもよい。
【００５４】
そこで、上記構成のものにあってはポンプ９８によってコンプライアンス設定部９１のシリンダ９２内の液圧を変えることでワイヤ８７，８８牽引時のコンプライアンスをコントロールできるので、マニピュレータ８１に格別に触覚センサを設けることなく生体への安全性の向上を図ることができる。
【００５５】
また、図９（Ａ），（Ｂ）は上記ワイヤ駆動式の駆動装置８６を屈曲型マニピュレータ１０１に適用した例を示すものである。ここで、屈曲型マニピュレータ１０１を患部組織Ｈまでアプローチする時には図９（Ａ）に示すように各関節用のアングルワイヤ８７，８８に弾性をもたせ柔軟とする。そして、患部組織Ｈの処置作業時には図９（Ｂ）に示すように屈曲型マニピュレータ１０１の手元側の関節部分１０１ａの弾性を下げて硬度を上げ、先端作業用関節１０１ｂは弾性を上げておくようにしている。
【００５６】
さらに、図１０は図８（Ｂ）とは異なる構成のコンプライアンス設定部１０２を示すものである。このコンプライアンス設定部１０２には各アングルワイヤ８７，８８の途中に介設されたＳＭＡコイル１０３の温度変化により、ばね弾性をコントロールする通電制御部１０４が設けられている。
【００５７】
また、図１１は図１０はとは異なる構成のコンプライアンス設定部１１１を示すものである。これは、各アングルワイヤ８７，８８の途中に大径プーリ１１２および２つの小径プーリ１１３，１１４を介設し、小径プーリ１１３，１１４間に配設された大径プーリ１１２の支軸部にＳＭＡコイル１１５の一端を連結し、このＳＭＡコイル１１５の他端を適宜の固定部に固定したものである。この場合もＳＭＡコイル１１５の温度変化により、ばね弾性をコントロールする通電制御部１１６が設けられている。
【００５８】
また、図１２は図１１のコンプライアンス設定部１１１の変形例を示すものである。これは、図１１のＳＭＡコイル１１５をコイルばね１２１によって形成するとともに、大径プーリ１１２を接離可能に吸着する電磁チャック１２２を設けたものである。
【００５９】
ここで、電磁チャック１２２のＯＦＦ時にはプーリ１１２に接続したばね１２１の弾性によりアングルワイヤ８７，８８の張力がゆるめられる。また、電磁チャック１２２のＯＮ時にはプーリ１１２が吸着固定され、アングルワイヤ８７，８８の張力が直接かかる。
【００６０】
また、図１４および図１５は安全機構付き処置ロボット１３１を示すものである。この処置ロボット１３１には多関節型マニピュレータ１３２が設けられている。このマニピュレータ１３２には複数のアーム部１３３がそれぞれ関節部１３４を介して回動可能に連結されている。
【００６１】
この場合、アーム部１３３の関節部１３４の内部には関節回転用モータ１３５が配置されている。さらに、各アーム部１３３のモータ１３５はケーブル１３６を介してコントローラ１３７に接続されている。
【００６２】
また、最先端のアーム部１３３の先端部には処置具支持部材１３８が配設されている。この処置具支持部材１３８はアーム部１３３の先端部に固定された電磁石１３９によって離脱可能に吸着されている。この電磁石１３９はケーブル１４０を介してコントローラ１３７に接続されている。
【００６３】
さらに、処置具支持部材１３８にはねじ部材によって処置具１４１が着脱可能に取付けられている。この処置具１４１の駆動装置１４２はケーブル１４３を介してコントローラ１３７に接続されている。
【００６４】
また、処置具１４１はトラカール１４４を通じて体内へ挿入されている。このトラカール１４４の基端部には図１５に示すように略箱型の処置具受け部材１４５が固定されている。この処置具受け部材１４５の軸心部にはトラカール１４４に連通する処置具１４１の挿通孔が形成されている。
【００６５】
さらに、この処置具受け部材１４５の内部には内箱１４６が図１５中で上下方向に摺動可能に装着されている。この場合、処置具受け部材１４５の内底部には内箱１４６を図１５中で上方向に押圧する状態に付勢するばね部材１４７が配設されている。なお、内箱１４６の軸心部には処置具１４１の挿通孔が形成されている。
【００６６】
次に、上記構成の作用について説明する。まず、マニピュレータ１３２の各アーム部１３３の動作時にはこのアーム部１３３の動きに連動して処置具支持部材１３８および処置具１４１が動作する。このとき、あらかじめコントローラ１３７に設定しておいた値の電流が電磁石１３９に通電され、処置具支持部材１３８は所定の吸着力でアーム部１３３の電磁石１３９に吸着されている。
【００６７】
そして、処置具１４１が体内へ深く挿入されてゆく場合には、処置具１４１の挿入動作にともない処置具受け部材１４５の内部の内箱１４６がばね部材１４７のばね力に抗して処置具受け部材１４５の内底部側に押し込み操作される。
【００６８】
ここで、処置具１４１が生体組織Ｈに接触した際に、処置具１４１が組織Ｈから受ける反力がしきい値を超え、処置具支持部材１３８のアーム部１３３に対するすべり力が上記電磁石１３９の電磁力を上回る場合には処置具支持部材１３８とアーム部１３３との間が分離する。このとき、処置具１４１を体内に挿入したことにより縮んでいたばね部材１４７の復元力により、処置具受け部材１４５の内部の内箱１４６が上方へ押出される。そのため、処置具１４１も上へ押出されるので、生体組織Ｈに過大な力がかかることが防止される。
【００６９】
そこで、上記構成のものにあっては生体組織Ｈと処置具１４１との間に働く圧力値が異常に高くなると、処置具支持部材１３８とアーム部１３３との間が分離したのち、ばね部材１４７の復元力により、処置具受け部材１４５の内部の内箱１４６が上方へ押出され、処置具１４１も上へ押出されて生体組織から離脱するので、術者が誤って、処置具１４１から生体組織Ｈに強い力を与えるおそれがなく、処置の安全性を高めることができる。
【００７０】
また、使用後は、ねじ部材を取外すことにより、処置具支持部材１３８から処置具１４１を簡単に分離することができるので、処置具１４１のみを消毒・減菌することができ、処置具１４１の消毒・減菌が容易となる。
【００７１】
また、図１６は図１４の処置ロボットの変形例を示すものである。これは、処置具支持部材１３８とアーム部１３３との間を固定状態で接続するとともに、処置具支持部材１３８における処置具受け部材１４５の内箱１４６と接触する下面と側面に圧力センサ１５１を接着し、かつこの圧力センサ１５１のセンサ出力線をアーム部１３３の内部を通り、定電流回路１５２と接続し、さらにそのセンサ出力をコントローラ１３７に入力させるようにしたものである。
【００７２】
そこで、上記構成のものにあってはマニピュレータ１３２の動作によって処置具１４１が、生体内へ深く挿入されていく動作中に、処置具支持部材１３８の下面と側面の圧力センサ１５１が処置具受け部材１４５の内部の内箱１４６に接触することにより、上記センサ出力がコントローラ１３７へ送られる。
【００７３】
ここで、あらかじめ、コントローラ１３７にセンサ出力の上限値を設定しておくことにより、上記センサ出力値が上限値を超えるような、強い圧力が、処置具１４１から生体へ加えられた場合、コントローラ１３７によって駆動装置１４２の電源がＯＦＦになり、アーム部１３３の動きが止まるので、縮んだばね部材１４７が自然長に復元する力が内箱１４６に働き、この内箱１４６が上へ押出されることにより、処置具１４１も上へ押出され、生体組織Ｈに過大な圧力がかかることを防止できる。
【００７４】
また、処置具１４１から生体組織Ｈへ、水平方向の過大な圧力が加わる状態も処置具支持部材１３８の側面の圧力センサ１５１により、検出される。そのため、この場合も水平方向の過大な圧力が加わる状態が圧力センサ１５１により、検出された時点で、駆動装置１４２の電源がＯＦＦになり、アーム部１３３の動きが止まるので、同様に処置具１４１も上へ押出され、生体組織Ｈに過大な圧力がかかることを防止できる。したがって、水平方向に過大な圧力が加わることで起こる生体組織Ｈの挫滅・穿孔などの危険性も回避できる。
【００７５】
また、図１７（Ａ）は糸の張力を検出することで、生体組織へのダメージを防止するようにマニピュレータを制御する手段を有する張力検出機構付き手術装置１６１の全体の概略構成を示すものである。
【００７６】
この手術装置１６１には多関節型マニピュレータ１６２が設けられている。このマニピュレータ１６２には複数のアーム部１６３が設けられている。各アーム部１６３には関節と、その回転機構とが設けられている。
【００７７】
また、最先端のアーム部１６３の先端部には一対の処置具１６４の基端部が連結されている。各処置具１６４の先端部には生体組織または医用器具を把持する開閉可能な把持部１６５が設けられている。この場合、アーム部１６３の先端部には図示しない処置具回転機構が設けられているとともに、各処置具１６４の先端部には図示しない把持部開閉機構が設けられている。さらに、マニピュレータ１６２には各アーム部１６３と処置具１６４の動きを制御するロボット駆動制御装置１６６が接続されている。
【００７８】
また、一方の把持部１６５の内面には先端部側に糸挿通口１６５ａが形成され、この把持部１６５の内部には糸挿通口１６５ａに連通させた糸挿通路１６５ｂが処置具１６４との連結部側に向けて延設されている。この処置具１６４の内部には図１７（Ｂ）に示すように軸心方向に沿って延出される糸挿通用の空洞１６７ａが設けられている。この空洞１６７ａの基端部には糸巻き収納室１６７ｂが形成されている。
【００７９】
さらに、処置具１６４の把持部１６５が縫合針１７６を把持した状態で、把持部１６５の糸挿通口１６５ａから糸挿通路１６５ｂを通り、処置具１６４の空洞１６７ａに縫合針１７６から導かれる糸１７７が収納される。また、糸巻き収納室１６７ｂ内にはこの糸１７７を巻くための糸巻き１６８が配設されている。
【００８０】
この糸巻き１６８は中心の棒１６９と、そのまわりの筒１７０とによって構成されている。さらに、アーム部１６３の先端部には糸巻き収納室１６７ｂ内に連通する凹陥部１７１が形成されている。
【００８１】
この凹陥部１７１の内底部の隔壁１７２外面にはフック１７３が取り付けられている。そして、このフック１７３と、糸巻き１６８の中心の棒１６９との間は張り糸１７４によって接続されている。
【００８２】
さらに、隔壁１７２の内面には歪みゲージ１７５が接着されている。このゲージ１７５からのゲージ出力線はアーム部１６３の内部を通って定電流回路１７９に接続されている。この回路１７９には糸巻きロックスイッチ１７８が接続され、このスイッチ１７８は糸巻き１６８の中心棒１６９に取り付けられた糸巻きロック機構１８０と接続されている。
【００８３】
次に、上記構成の作用について説明する。まず、処置具１６４の把持部１６５が針１７６を把持して縫合を始める時、糸巻きロックスイッチ１７８がＯＦＦになっている。そのため、糸巻き１６８は回転し、糸１７７が組織中の縫合部位へ到達するまで糸１７７が伸びてゆく。
【００８４】
また、縫い目を締めて、糸を結び、縫合作業を終える時は糸巻きロックスイッチ１７８をＯＮにし、糸１７７にテンションをかけることによって縫合が終了する。
【００８５】
ここで、縫合作業の途中に目的以外の組織などに糸１７７がからまってしまった場合、糸１７７にテンションをかけると、糸１７７に異常な張力が加わることになる。このとき、糸巻き１６８の中心の棒１６９が糸１７７に引っ張られるため、この棒１６９に接続されている張り糸１７４によってフック１７３が引っ張られる。そのため、隔壁１７２がたわむので、これに接着されている歪ゲージ１７５の変形から、定電流回路１７９によりゲージ出力がとり出される。
【００８６】
ここで、あからじめ糸巻きロックスイッチ１７８にゲージ出力の上限値を設定しておけば、この上限値を超えるような異常に強い張力が糸１７７に加わり、生体組織へのダメージを与える危険性のある時には、このスイッチ１７８がＯＦＦとなり、糸巻き１６８が回転するので、糸１７７はフリーの状態に戻る。
【００８７】
そこで、上記構成のものにあっては内部に糸１７７を収納する空洞１６７ａを有する処置具１６４を設けたので、糸１７７のからみつきが少なくなる。さらに、この糸１７７の張力を歪みゲージ１７５によって検出するとともに、この検出値からマニピュレータ１６２の動きを制御するようにしたので、糸１７７の張力による生体組織のダメージ発生の危険性が防止できる。
【００８８】
また、図１８（Ａ）は図１７（Ａ）の手術装置の変形例を示すものである。ここでは、図１８（Ｂ）に示すように一方の把持部１６５の内面における基端部側に第２の開口部１８１が形成され、処置具１６４の内部に形成された空洞１６７ａの先端部がこの第２の開口部１８１に連通されている。さらに、他方の把持部１６５の内面には第２の開口部１８１と対応する位置に刃１８２が突設されている。
【００８９】
次に、上記構成の作用について説明する。血管等の結紮の際、図１８（Ａ）に示すように片方の処置具１６４の内部の糸巻き１６８でロックされた糸１７７を、他方の処置具１６４の把持部１６５で把持して、糸１７７にテンションをかけながら、結紮動作を行う。
【００９０】
そして、最後、結紮が終わると、糸１７７を切る必要があるので、あらかじめロボット駆動制御装置１６６に歪みゲージ出力値を設定しておき、この値を超えるような強い張力を糸１７７に加えると、ロボット駆動制御装置１６６が、把持部１６５を閉じるように作動し、刃１８２が把持部１６５と一緒に下へ動く。このとき、糸１７７は強いテンションがかけられているので、第２の開口部１８１の上面に位置している。そのため、把持部１６５が全閉された状態で刃１８２が第２の開口部１８１を通って糸１７７に接触するので、糸１７７が切れる。
【００９１】
また、目的外の組織などに糸１７７がからみつき、糸１７７の張力が異常に強くなった場合には、図１７（Ａ）の場合と同様に、ゲージ出力を取り出し、ロボット駆動制御装置１６６に上限値を設定しておけば、上記の機構により、糸１７７が切れ、組織へのダメージを防止できる。
【００９２】
したがって、上記構成のものにあっては、把持部１６５が全閉された状態で刃１８２によって糸１７７を切ることができるので、糸１７７がからみついた場合の縫い直しが容易にできる。
【００９３】
また、図１９および図２０は本発明の第１の実施の形態を示すものである。図１９は患者の体位変換を検知することで、生体組織への危険を防止させる機構を有する体位変換検知手段付き手術装置１９１を示すものである。この手術装置１９１には複数の関節を備えたマニピュレータ１９２が設けられている。このマニピュレータ１９２には複数のアーム部１９３が設けられている。このアーム部１９３には関節と、その関節の内部に回転用もしくは処置具把持部の開閉用のモータ（マニピュレータ動作切換え手段）１９４とが設けられている。
【００９４】
また、最先端のアーム部１９３の先端部には処置具１９５の基端部が取付けられている。この処置具１９５は患者の皮膚に穴をあけてはめ込まれたトラカール１９６の中に挿入されている。このトラカール１９６の外周壁面には圧電フィルム（圧力検知手段）１９７が一周巻き付けられて接着されている。
【００９５】
このフィルム１９７は増幅回路１９８を介して手術装置１９１の制御回路（制御手段）１９９に接続されている。この制御回路１９９にはモータ１９４および駆動装置２００が接続されている。
【００９６】
次に、上記構成の作用について説明する。まず、手術中、術者が患者の体位を変換させる時には、初めの一瞬、トラカール１９６に生体の皮膚からの圧力が加わる。このとき、トラカール１９６の外周壁面の皮膚と接触する部分の圧電フィルム１９７により上記圧力が検出されると、図２０に示すようなパルス電圧が発生する。
【００９７】
このパルス電圧は増幅回路１９８により増幅された状態で、制御回路１９９に送信される。このパルス電圧の入力時には制御回路１９９からモータ１９４の電源をＯＦＦにする信号がモータ１９４に送られ、アーム部１９３の関節がフリー状態に切換えられる。
【００９８】
これにより、患者の体位を変えている最中ではアーム部１９３は関節がフリー状態で保持され、トラカール１９６の動きと連動して動くので、生体へのダメージがない。
【００９９】
また、患者が所望の体位に変えられて、体位の変換動作を終える時には、またトラカール１９６に患者の皮膚からの圧力が加わるので、このときの圧電フィルム１９７からの出力パルスを上記と同様にして、制御回路１９９に送信するとモータ１９４の電源をＯＮにする信号がモータ１９４に送られる。そのため、一旦フリーになったアーム部１９３を再度固定することができるので、術者は再度所望の位置で手術を行なうことができる。
【０１００】
そこで、上記構成のものにあっては患者の体に挿入されるトラカール１９６に設けられた圧電フィルム１９７で検知された出力を利用して、マニピュレータ１９２の状態を制御することができるので、患者の体位変えながら行う手術が、スピーディーに行なえ、また、生体組織のダメージを防止できる。そのため、患者の体位を変換しても、トラカールの圧力による生体へのダメージを防止することができる。
【０１０１】
また、図２１は図１９の手術装置１９１の変形例を示すものである。これは、トラカール１９６の外周壁面に巻きつけられて接着された圧電フィルム１９７に増幅回路１９８、ブザースイッチ２０１を介してブザー２００を接続したものである。
【０１０２】
そして、この場合には術者が患者の体位を変換させずに、一定の位置で手術を行っている最中に、万一患者の体が僅かに動いたり、または、術者が誤って患者の体に接触したり、マニピュレータ１９２のアーム部１９３が誤動作をしたとき、圧電フィルム１９７には患者の皮膚から僅かな圧力が働くので、このフィルム１９７の電圧出力パルスを増幅回路１９８により増幅し、ブザースイッチ２０１に送ると、パルスの発生時間だけＯＮになり、ブザー２０２の音が鳴り、術者に警告を促すことができる。なお、上記パルスの大きさによってこのブザー２０２の音量も上下する。
【０１０３】
そこで、上記構成のものにあってはブザー２０２によって発生させた音を聞き取ることにより、患者の体位が僅かでも変化したことが術者にすぐわかる。また、その音の大きさにより、急激な変化かどうかを判別でき、生体組織へのダメージを防止せさる一つの目安となる。
【０１０４】
また、図２２は故障時に生体組織に対する接触状態を容易に解除することが可能な手術用マニピュレータ２１１を示すものである。この手術用マニピュレータ２１１には多関節からなるアーム２１２が設けられている。
【０１０５】
このアーム２１２の先端部には処置具駆動ユニット２１３が取付けられている。この処置具駆動ユニット２１３には体内に挿入される挿入部２１４が連結されている。この挿入部２１４の先端部には湾曲部２１５を介して処置部２１６が連結されている。この処置部２１６には例えば持針器、生体組織を採取する生検鉗子、あるいは生体組織の把持を行う把持鉗子等がある。
【０１０６】
また、駆動ユニット２１３には処置部２１６および湾曲部２１５を動作させるアクチュエータが内蔵されている。このアクチュエータの動作は、例えばワイヤ、ロッド等の機械的伝達要素２１８により、処置部２１６および湾曲部２１５に伝達されるが、固定ねじ２１７をゆるめると、図２３（Ａ）のように挿入部２１４と一緒に機械的伝達要素２１８も分離される構造となっている。なお、アーム２１２及び処置部２１６はアーム２１２内に内蔵されたアクチュエータにより駆動され、その位置、速度がコンピュータにより制御される。
【０１０７】
そこで、上記構成のものにあっては、手術用マニピュレータ２１１に挿入部２１６とアーム２１２側の処置具駆動ユニット２１３とを機械的に分離する固定ねじ２１７を設けたので、コンピュータ、アクチュエータの故障あるいは、停電等により、手術中に、マニピュレータ２１１が動作しなくなった場合には、固定ねじ２１７をゆるめることにより、挿入部２１４を分離し、図２３（Ｂ）に示すように挿入部２１４を体外へ、取り出すことが可能である。
【０１０８】
この際、処置部２１６及び湾曲部２１５はアクチュエータから分離されているため、機械的に動作自由の状態となり、取り出すのに都合の良い、一直線の形状にすることができる。
【０１０９】
また、図２４（Ａ）は図２２の手術用マニピュレータ２１１の変形例を示すものである。これは、マニピュレータ２１１のアーム２１２の先端部に駆動ユニット取付け部２２１を設け、この駆動ユニット取付け部２２１に処置具駆動ユニット２１３を着脱可能に連結したものである。
【０１１０】
この場合、駆動ユニット取付け部２２１における駆動ユニット２１３の結合部２２２にはアクチュエータの電気信号を接続するコネクタ部２２３と、一対のねじ挿通孔２２４と、一対の位置決めのピン２２５とが設けられている。
【０１１１】
さらに、処置具駆動ユニット２１３におけるアーム２１２との結合部２１３ａにはアーム２１２側のコネクタ部２２３に着脱可能に連結されるコネクタ部２２７と、アーム２１２側の位置決めピン２２５が挿入される一対のピン挿通孔２２６と、一対のねじ穴２２８とが設けられている。
【０１１２】
そして、処置具駆動ユニット２１３の結合部２１３ａとアーム２１２側の結合部２２２との間の連結時にはアーム２１２側のコネクタ部２２３と駆動ユニット２１３側のコネクタ部２２７との間が連結されるとともに、位置決めピン２２５がピン挿通孔２２６に挿入された状態で、固定ねじ２２９がねじ挿通孔２２４を介してねじ穴２２８に螺着されるようになっている。
【０１１３】
また、駆動ユニット２１３は固定ねじ２２９を外すと、アーム２１２側から分離されるので、故障等でマニピュレータ２１１が動作しなくなった場合にはアーム２１２側から駆動ユニット２１３を分離させることにより、挿入部２１４を体外へ取り出すことが可能である。
【０１１４】
また、図２５（Ａ）〜（Ｄ）および図２６（Ａ），（Ｂ）はマニピュレータ２１１のアーム２１２の先端部に対し、少なくとも２種類以上の処置ユニット２３１，２３２を交換可能に連結させたものである。
【０１１５】
ここで、処置ユニットは処置の目的に応じて図２５（Ｂ）に示す持針器２３１、図２５（Ｃ）に示す把持鉗子２３２等の形状の異なるものがあるが、結合部２１３ａが共通なため、アーム２１２に対し、交換可能となっている。なお、把持鉗子２３２には挿入部２３３の先端部に開閉可能な把持部２３４が設けられている。
【０１１６】
さらに、コネクタ部２２３，２２７にはモータ２４２の駆動制御回路２４３の接続ライン用端子２４４，２４５と、処置ユニット２３１，２３２の種別の判別ラインの端子２４６がある。
【０１１７】
ここで、処置ユニット２３１，２３２側の判別端子２４６はＶＣＣと、ＡＤ１〜ｎのどれかと短絡されており、短絡する組み合わせを処置ユニット２３１，２３２の種別ごとに割り当てられている。また、マニピュレータ２１１の制御部２４１には短絡された判別ラインを検出するフォトカプラ２４７などからなる検出回路２４８が設けられている。
【０１１８】
このため、処置ユニット２３１または２３２のコネクタ部２２７をマニピュレータ２１１側のコネクタ部２２３に接続すると、処置ユニット２３１または２３２の種別が認識できる。
【０１１９】
そこで、上記構成のものにあっては処置ユニット２３１，２３２の種別を認識することができるので、各処置ユニット２３１，２３２の関節数、長さ、関節のストローク、最大速度、駆動機構の速比等の制御に要する情報を予めマニピュレータ制御装置２４１内で記憶されたデータの中から選び出すことが可能となる。そのため、手術を１台のマニピュレータ２１１によって行う場合に、処置の内容に応じてマニピュレータ２１１の先端の処置ユニット２３１，２３２を適宜交換できるので、複数の処置を１台で行うことができる。
【０１２０】
また、図２７は医療用ロボットマニピュレータ２５１を示すものである。このマニピュレータ２５１には電気駆動要素が内蔵され、患者体腔内で観察・処置を行う為のエンドエフェクタ２５２が着脱可能に取付けられている。このエンドエフェクタ２５２には患者体腔内に挿入される挿入部２５４が設けられており、この挿入部２５４の先端部には湾曲部２５５が設けられている。そして、このエンドエフェクタ２５２の内部には図２９に示す駆動要素としてのサーボモータ２５３が内蔵されており、このサーボモータ２５３を駆動する事によって図２７中に点線で示す様に先端の湾曲部２５５が湾曲する様になっている。
【０１２１】
また、マニピュレータ２５１には空間的に、エンドエフェクタ２５２を所望の位置に位置決めする為のアーム２５６が設けられている。このアーム２５６の先端部には図２８に示すようにエンドエフェクタ２５２の取付け台２５６ａが設けられている。そして、アーム２５６の取付け台２５６ａにエンドエフェクタ２５２が取り外し可能に取付けられている。
【０１２２】
このアーム２５６には各関節に図示しない駆動用のサーボモータが内蔵されている。これらのサーボモータはエンドエフェクタ２５２、アーム２５６の駆動用モータを制御する為の制御装置２５７に接続されている。そして、この制御装置２５７によって、所望のアーム２５６の動作、エンドエフェクタ２５２の動作を行う事ができる。
【０１２３】
また、２５８は入力手段であり、操作者の入力情報を制御装置２５７に伝達し、それによって、先端エンドエフェクタ２５２、アーム２５６を操作者によって所望の動作をさせる事ができる。なお、この入力装置については、例えば、ジョイスティックや産業用ロボットで利用されているティーチングペンダント等でも構わない。
【０１２４】
また、図２９はエンドエフェクタ２５２とアーム２５６との間の駆動用電力供給部を示すものである。この場合、アーム２５６のエンドエフェクタ取付け台２５６ａには駆動用電力供給コイル２５９が配設され、エンドエフェクタ２５２にはサーボモータ２５３に接続されたコイル２６０がコイル２５９と対応する位置に配置されている。
【０１２５】
そして、制御装置２５７から出力されるサーボモータ２５３駆動用電力を、アーム２５６からエンドエフェクタ２５２に電磁結合によって供給することができるようになっている。
【０１２６】
ところで、医療用ロボットを使用し、体腔内観察、処置を行った後、エンドエフェクタ２５２は体腔内に挿入される事から、減菌・消毒を行わなければならない事がある。そこで、上記構成によって、先端エンドエフェクタ２５２を取り外し可能になっている為、その部分が減菌可能となる。
【０１２７】
しかも、コイル２５９，２６０による電磁結合でエネルギーを先端エンドエフェクタ２５２内のサーボモータ２５３に供給し、これを駆動する構造になっている為、取り外しの為にエネルギー供給手段としての導線及びそれを接続するコネクタ等が不要となり、接続部の減菌時の保護対策を行う必要がなくなる。
【０１２８】
また、電磁結合によるエネルギ供給方式であるので、絶縁トランスと同様の機能をするため、患者漏れ電流による電撃の恐れもなくなる。そのため、減菌対策および電撃対策が可能となり、衛生的にも電気的にも安全な医療用ロボットが実現できる。
【０１２９】
また、図３０はエンドエフェクタ２５２とアーム２５６との間の駆動用電力供給部の変形例を示すものである。これは、アーム２５６のエンドエフェクタ取付け台２５６ａの内部に一対の電極２６１、２６２を配設するとともに、エンドエフェクタ２５２の内部にこれらの電極２６１、２６２にそれぞれ対向配置させた一対の電極２６３、２６４を配設したものである。
【０１３０】
これによって、そこの部分で、電気的容量結合が実現され、その部分に交流を流す事によって、エンドエフェクタ２５２の内部のサーボモータ２５３に電力を供給する事が可能となる。
【０１３１】
そこで、上記構成のものにあってもエンドエフェクタ２５２とアーム２５６との間の接続部の減菌保護対策を不要として、かつ、人体に流れやすい直流分の電力をカットする構成になっているため、電撃の恐れが少なくなる。これによって、減菌対策および電撃対策が可能となり、衛生的にも電気的にも安全な医療用ロボットが実現できる。
【０１３２】
また、図３１は術中に停電になっても、診断処置を続行する事を可能にする医療用ロボットマニピュレータ２５６のシステムを示すものである。これは、制御装置２５７内にバッテリ部２７２を内蔵させ、制御装置２５７が通常の電源コンセント（以下メイン電源とする）２７１からの供給電力によって作動している時には、機能しないが、ひとたび、メイン電源２７１が供給されなくなると、バッテリ部２７２が機能する様にしたものである。
【０１３３】
また、図３２はメイン電源２７１とバッテリ部２７２との接続回路を示すものである。ここで、２７３は電位差検出回路からなる電源検出手段であり、メイン電源２７１から電力が供給されているかどうかを検知する為のものである。また、２７４は電源検出手段２７３からの検知情報によって予め充電されているバッテリ部２７２からの電源によってマニピュレータ２５６を制御するかを判断する為の制御回路である。さらに、２７５は制御回路２７４の指令によってメイン電源２７１とバッテリ部２７２との切り換えを行う為の切り換え手段である。
【０１３４】
上記構成において、術中にメイン電源２７１からの電源が停電により供給されなくなった時、バッテリ部２７２内の電源検出手段２７３から制御回路２７４に停電である事を知らせる電気信号が出力され、それによって制御回路２７４は切り換え手段２７５に切り換え信号を送り、それによってマニピュレータ制御装置２５７にバッテリ部２７２からの電源が供給される様になる。
【０１３５】
また、メイン電源２７１が停電から回復した時は、バッテリ部２７２内の電源検出手段２７３から回復信号が制御回路２７４に出力され、制御回路２７４から電源切り換え手段２７５がメイン電源２７１に切り替わる。
【０１３６】
これによって、停電が回復したら、すぐにバッテリ部２７２の駆動を止め、バッテリ部２７２のエネルギを無駄なく利用することができる。そのため、術中の停電が生じても電力を供給する事が可能となり、手術を継続的に行う事が可能となる。
【０１３７】
また、図３３（Ａ）は術者にとって重要な視野の自動的な提供およびスコープ保持の省力化が可能な処置具追従型スコープ２８１を示すものである。ここで、２８２は処置具、２８３はこの処置具２８２の先端部の処置部である。さらに、この処置具２８２には位置・姿勢検出用の可動コイル２８４が取り付けられている。
【０１３８】
また、２８５は垂直多関節型６自由度ロボットである。この垂直多関節型６自由度ロボット２８５のアームの先端にはスコープ２９２および撮像部２９３が取り付けられている。
【０１３９】
さらに、垂直多関節型６自由度ロボット２８５のアームには６つの関節２８６〜２９１が設けられている。そして、スコープ２９２の位置及び姿勢は、ロボット２８５の各関節２８６〜２９１の角度から得られる。また、処置具２８２の位置・姿勢検出の基準となる固定発信器２９４はロボット２８５との相対位置関係が定められた場所に設けられている。
【０１４０】
また、図３３（Ｂ）は処置具追従型スコープ２８１の処理回路を示すものである。ここで、２９５は処置具２８２の位置・姿勢検出装置、２９６は先端部の処置部２８３の位置を算出する先端部位置算出部、２９７はロボットの各軸の回転角算出部、２９８はモニタドライバーである。この場合、位置・姿勢検出装置２９５には可動コイル２８４、固定発信器２９４がそれぞれ接続されている。
【０１４１】
次に、上記構成の作用について説明する。３個のコイルからなる可動コイル２８４と、同じく３個のコイルからなる固定発信器２９４を用いて、電磁誘導を用いて固定発信器２９４に対する可動コイル２８４の相対的な位置および姿勢を求める方法は、特願平３−２３５０１９号に開示されているように公知である。この方法を用いて、固定発信器２９４に対する可動コイル２８４の相対的な位置関係を求められる。
【０１４２】
また、可動コイル２８４の処置具２８２への取り付け位置・方向は既知であるから、可動コイル２８４から処置具２８２の先端の処置部２８３への長さＬを用いれば、処置具２８２の先端部の位置が求められる。
【０１４３】
さらに、ロボット２８５と、固定発信器２９４の関係も既知であるから、ロボット２８５に対する処置具２８２の先端の位置および処置具２８２の方向が求められる。
【０１４４】
そのため、スコープ２９２の軸心の延長上の直線上に処置具２８２の先端部が通るように、ロボット２８５の各軸の回転角を制御することによってスコープ２９２の画像中央に常に処置具２８２の先端を捉えることができる。
【０１４５】
そこで、上記構成のものにあってはロボット２８５の各軸の回転角を、処置具２８２の先端とスコープ２９２の先端の距離が一定であるという拘束条件を付加して決定すると、倍率が常に一定の画像が得られる。また、スコープ２９２の軸が指定された空間上の一点を常に通るような拘束条件を付加することによって、内視鏡下手術におけるトラカールの使用時にトラカール部位を余り動かさないようにできる。
【０１４６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。
【０１４７】
【発明の効果】
本発明によれば患者の体位変換時に、生体を損傷することがない手術ロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）は処置具の把持部を示す斜視図、（Ｂ）は触覚センサのセンサユニットを示す平面図、（Ｃ）はセンサユニットからの信号出力を示す図。
【図２】 内視鏡下外科手術用の医療器具のシステム全体の概略構成図。
【図３】 信号処理回路を示すブロック図。
【図４】 図１（Ａ）乃至図３の医療器具の第１の変形例を示す触覚センサのセンサユニットの平面図。
【図５】 信号処理回路を示すブロック図。
【図６】 図１（Ａ）乃至図３の医療器具の第２の変形例のシステム全体の概略構成図。
【図７】 術中生体画像３次元シミュレーションシステムを示す概略構成図。
【図８】 （Ａ）は体腔内手術用マニピュレータの概略構成図、（Ｂ）は多関節マニピュレータのコンプライアンス設定部を示す縦断面図。
【図９】 屈曲型マニピュレータを示すもので、（Ａ）は屈曲型マニピュレータを患部組織までアプローチする状態を示す側面図、（Ｂ）は患部組織の処置作業状態を示す側面図。
【図１０】 コンプライアンス設定部の変形例を示す概略構成図。
【図１１】 コンプライアンス設定部の第２の変形例を示す概略構成図。
【図１２】 コンプライアンス設定部の第３の変形例を示す概略構成図。
【図１３】 コンプライアンス設定部の電磁チャックを示す概略構成図。
【図１４】 安全機構付き処置ロボットの全体の概略構成を示す斜視図。
【図１５】 トラカールの上部構造を示す概略構成図。
【図１６】 図１４の処置ロボットの変形例を示す概略構成図。
【図１７】 （Ａ）は張力検出機構付き手術装置の全体の概略構成図、（Ｂ）は処置具の概略構成図。
【図１８】 （Ａ）は図１７（Ａ）の手術装置の変形例を示す概略構成図、（Ｂ）は処置具の概略構成図。
【図１９】 本発明の第１の実施の形態の体位変換検知手段付き手術装置を示す概略構成図。
【図２０】 圧電フィルムにより圧力が検出された際に発生するパルス電圧を示す特性図。
【図２１】 図１９の手術装置の変形例を示す概略構成図。
【図２２】 手術用マニピュレータを示す概略構成図。
【図２３】 （Ａ）は挿入部と一緒に機械的伝達要素も分離された状態を示す斜視図、（Ｂ）はアクチュエータから分離された処置部２１６及び湾曲部２１５が一直線の形状に伸ばされた状態を示す斜視図。
【図２４】 （Ａ）は図２３の手術用マニピュレータの変形例を示す概略構成図、（Ｂ）は駆動ユニット側の結合部を示す平面図。
【図２５】 （Ａ）は手術用マニピュレータのアームを示す斜視図、（Ｂ）は持針器からなる処置ユニットを示す斜視図、（Ｃ）は把持鉗子からなる処置ユニットを示す斜視図、（Ｄ）は処置ユニット側の結合部を示す平面図。
【図２６】 （Ａ）は手術用マニピュレータ全体の概略構成図、（Ｂ）はマニピュレータの制御部の概略構成図。
【図２７】 医療用ロボットマニピュレータ全体の概略構成図。
【図２８】 エンドエフェクタとアームとの連結部を示す概略構成図。
【図２９】 エンドエフェクタとアームとの間の駆動用電力供給部を示す概略構成図。
【図３０】 エンドエフェクタとアームとの間の駆動用電力供給部の変形例を示す概略構成図。
【図３１】 医療用ロボットマニピュレータ全体の概略構成図。
【図３２】 電源検出回路を示す概略構成図。
【図３３】 （Ａ）は処置具追従型スコープ全体の概略構成図、（Ｂ）は処理回路を示す概略構成図。
【符号の説明】
１９２ マニピュレータ
１９４ モータ（マニピュレータ動作切換え手段）
１９５ 処置具
１９６ トラカール
１９７ 圧電フィルム（圧力検知手段）
１９９ 制御回路（制御手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surgical robot that is attached to a robot and performs diagnosis and treatment such as a robotic end surgery.
[0002]
[Prior art]
Recently, in order to enhance the operability of surgery and expand the functions, it has been considered that a medical instrument is attached to a robot, for example, a robotic end surgery to diagnose and treat a patient.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In this type of device, a tactile sensor is provided at the insertion portion of the medical instrument main body inserted into the body cavity, for example, a gripping portion that grips the tissue at the distal end of the treatment tool, so that the tissue is prevented from being damaged when the tissue is gripped. Yes. However, safety may not be ensured when a situation such as the sensor of the tactile sensor itself or the wiring of the tactile sensor breaks.Therefore, for example, even when a tactile sensor that detects the state of pressure applied from the skin of a living body is provided on a trocar punctured on the body wall of a patient, the sensor itself of the tactile sensor itself is defective. In this case, during surgery, when the surgeon changes the patient's body position, the state in which a large pressing force is applied from the living body's skin to the trocar punctured on the patient's body wall for the first moment is correctly detected. I can't. As a result, when the surgeon changes the posture of the patient during the operation, the living body may be damaged by the pressure of the trocar inserted into the patient's body.
[0004]
The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and its purpose is:Surgical robot that does not damage the living body when changing the patient's positionIs to provide.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  In the first aspect of the invention, a treatment instrument having an insertion portion to be inserted into the body is connected to the distal end portion of the manipulator, and the insertion portion of the treatment instrument is inserted into a trocar for insertion guide previously inserted into the body, In the surgical robot in which the insertion portion of the treatment instrument is inserted into the body through the lumen of the trocar, the manipulatorJointsThe manipulator can be operated freely and the manipulatorJointsAnd a manipulator operation switching means for switching to a locked state for fixing the pressure, a pressure detection means is provided on the outer peripheral wall surface of the trocar, and a control means for controlling the manipulator operation switching means based on the detection result is provided. It is a surgical robot.
[0006]
In the first aspect of the present invention, the manipulator operation switching means is controlled by the control means based on the detection result of the pressure detecting means on the outer peripheral wall surface of the trocar, and the manipulator can be freely operated, and the lock state in which the manipulator is fixed. It is made to switch to.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, the control means puts the manipulator in a free state in a state in which pressure applied from the skin of a living body to the trocar is detected by the pressure detecting means during an operation of changing the posture of a patient during an operation. In the state where the pressure applied from the skin of the living body to the trocar at the end of the switching operation of the body position is detected by the pressure detecting means, the manipulator is switched to the locked state and the manipulator is fixed again. The surgical robot according to claim 1, wherein the surgical robot is provided.
[0008]
In the invention of claim 2, during the operation of changing the posture of the patient during the operation, the manipulator is switched to the free state in a state where the pressure applied to the trocar from the living body's skin is detected by the pressure detecting means, and the posture changing operation is performed. In the state where the pressure applied to the trocar from the living body's skin is detected by the pressure detecting means, the manipulator is switched to the locked state and the manipulator is fixed again.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the manipulator, a plurality of arm portions are connected to each other via a joint portion so as to be rotatable, and a proximal end portion of the treatment instrument is attached to a distal end portion of the most advanced arm portion. The surgical robot according to claim 1, wherein switching means for switching the joint portion between a free state and a locked state is provided inside the joint portion.
[0010]
According to the third aspect of the present invention, the joint portion is switched between the free state and the locked state by the switching means inside the joint portion that rotatably connects the plurality of arm portions of the manipulator.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1A to 3 show an example of a medical instrument. FIG. 2 shows a schematic configuration of the entire system of a medical instrument for endoscopic surgery. In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a main body of the external device. In the external apparatus main body 1, a light source device 3, a camera control unit (CCU) 4, a tactile sense detection control unit 5, a drive control unit 6, and a suction / pneumoconiet unit 7 are arranged on a support base 2. Here, a plurality of external operation units 8a, 8b, and 8c are connected to the drive control unit 6. Further, a TV monitor 9 is connected to the CCU 4.
[0012]
Reference numeral 10 denotes, for example, a medical instrument mounting base mounted on the bed 11 in the operating room. The mounting base 10 is provided with terminal portions 15a, 15b, and 15c to which various medical instruments such as the endoscope 12, the first treatment tool 13, and the second treatment tool 14 are detachably attached.
[0013]
Further, the endoscope 12 is provided with an insertion portion 16 to be inserted into the body and an extracorporeal arrangement portion 17 which is connected to the proximal end portion and is arranged outside the body. Furthermore, one end of a cable 18 is connected to the extracorporeal arrangement portion 17. The other end of the cable 18 is detachably connected to a connector receiver of the mounting base 10 via a connector 19.
[0014]
Further, the first treatment instrument 13 is provided with an insertion part 20 to be inserted into the body and an extracorporeal arrangement part 21 connected to the proximal end part and arranged outside the body, and the extracorporeal arrangement part 21 has a cable. One end of the cable 22 is connected, and the other end of the cable 22 is detachably connected to the connector receiver of the mounting base 10 via the connector 23.
[0015]
Further, the second treatment instrument 14 is also provided with an insertion portion 24 to be inserted into the body and an extracorporeal arrangement portion 25 arranged outside the body, like the first treatment instrument 13, and the extracorporeal arrangement portion 25 has a cable 26. The other end of the cable 26 is detachably connected to the connector receiver of the mounting base 10 via the connector 27.
[0016]
In addition, external connection portions 28 and 29 are provided at the terminal portion of the mounting base 10. Connection cables 30 and 31 on the external device body 1 side are detachably connected to these external connection portions 28 and 29 via connectors 30a and 31a, respectively.
[0017]
The endoscope 12, the first treatment tool 13, and the second treatment tool 14 are connected to the external device main body 1 side through the internal wiring of the mounting base 10 and the connection cables 30 and 31, for example, an external operation The operation of the endoscope 12 is controlled by the unit 8a, the operation of the first treatment tool 13 is controlled by the external operation unit 8b, and the operation of the second treatment tool 14 is controlled by the external operation unit 8c. ing. Furthermore, an observation image photographed by the endoscope 12 is displayed on the TV monitor 9.
[0018]
FIG. 1A shows the distal end portion of the insertion portion 20 of the first treatment instrument 13. The insertion portion 20 is provided with a sheath 32 and a gripping tool 33 that is accommodated so as to protrude outward from the distal end opening of the sheath 32. A pair of gripping members 34 a and 34 b that can be opened and closed are provided at the tip of the gripping tool 33.
[0019]
Here, a robust tactile sensor 35 is mounted on the inner surface of at least one gripping member 34a. The tactile sensor 35 is formed by a distributed sensor unit 36 which is a sensor array shown in FIG. In the sensor unit 36, a plurality of sensors 37 are arranged in parallel in the vertical direction and the horizontal direction in a substantially matrix form.
[0020]
Further, as shown in FIG. 3, there is provided a signal processing circuit 39 for independently detecting odd and even rows of each sensor 37 by independent detection circuits 38 and outputting one sensor output from the detected values. Yes. In FIG. 3, reference numeral 40 denotes a comparison circuit, and 41 denotes an arithmetic circuit.
[0021]
Here, signals for each sensor 37 are output in a time series as shown in FIG. 1C by sequentially switching and reading the sensors 37 in a matrix.
[0022]
In the signal processing circuit 39, for example, two adjacent sensors 37, for example C₁₁And C_{twenty one}If they are approximately the same value, add and calculate the average. Further, when one side is disconnected and the output is out of the proper value, the other output is set as a sensor output. These determinations are made by the comparison circuit 40 and the arithmetic circuit 41.
[0023]
Next, the operation of the above configuration will be described. First, at the time of endoscopic surgery, the first treatment tool 13 and the second treatment tool 14 are operated while viewing the observation image from the endoscope 12 displayed on the TV monitor 9. And the front-end | tip part of the insertion part 20 of the 1st treatment tool 13 and the front-end | tip part of the insertion part 24 of the 2nd treatment tool 14 are guide | induced to near target sites, such as an affected part in a patient's body cavity. Here, the 1st treatment tool 13 and the 2nd treatment tool 14 are operated independently, respectively, and the appropriate treatment with respect to an affected part is performed.
[0024]
Further, when the first treatment instrument 13 is used, the gripping tool 33 is projected outward from the distal end opening of the sheath 32 by the operation of the external operation portion 8b, and the gripping members 34a and 34b at the distal end of the gripping tool 33 are opened and closed. Operated.
[0025]
Further, when a grasp target tissue such as an affected part is grasped during the closing operation of the grasping members 34a and 34b, the touch is immediately detected by the touch sensor 35 on the inner surface of the grasping member 34a. One sensor output is output by the signal processing circuit 39 when the tactile sensor 35 is operated. That is, the odd and even rows of each sensor 37 in the sensor unit 36 of the tactile sensor 35 are independently detected by independent detection circuits 38, and one sensor output is output from the detected value.
[0026]
Therefore, in the above configuration, a plurality of sensors 37 are arranged in the sensor unit 36 of the tactile sensor 35 in the vertical direction and the horizontal direction in a substantially matrix shape, and the sensor wiring and the detection circuit 38 are provided independently. As a result, even if one of the plurality of sensors 37 in the sensor unit 36 is broken or has a failure such as sensor destruction, the sensor output can be obtained reliably.
[0027]
In the above configuration example, the sensor output is obtained from the two sensor cells in the sensor unit 36 of the tactile sensor 35, but one sensor output may be obtained from more cells.
[0028]
FIGS. 4 and 5 show a first modification of the medical instrument shown in FIGS. As shown in FIG. 4, a plurality of sensor blocks 51 are provided in the sensor unit 36 as a single block, and the outputs of the sensors 37 serving as cells in the sensor blocks 51 are added. Thus, it is configured to output one output.
[0029]
FIG. 5 shows the signal processing circuit 52. Here, 53 is an adder circuit that adds the outputs of the sensors 37 in each sensor block 51 and outputs one output, and 54 is a detection circuit that detects an output signal from the adder circuit 53.
[0030]
Therefore, in the above configuration, if the number of sensors 37 in each sensor block 51 is large, even if one sensor 37 is broken, the influence on the output is minimized.
[0031]
FIG. 6 shows a second modification of the medical instrument shown in FIGS. This is one in which three distributed tactile sensors 61, 62, 63 having robustness are provided on the outer surface of the sheath 32 of the first treatment instrument 13 in the medical instrument system for endoscopic surgery. is there.
[0032]
Here, the first tactile sensor 61 is arranged in a range projected on the TV monitor 9. Further, the second tactile sensor 62 is disposed on the distal end side from the terminal portion 15b, and the third tactile sensor 62 is disposed on the root side from the terminal portion 15b.
[0033]
Therefore, in the case of the structure described above, when the second tactile sensor 62 hits and an output is generated, a portion that is not projected on the TV monitor 9, that is, a tissue or treatment instrument that cannot be observed. Since the contact with the outer surface of the sheath 32 of the first treatment instrument 13 is detected, the surgical operation is stopped.
[0034]
In addition, when an output is output to the third tactile sensor 62, it is considered that an unclean object has hit the portion closer to the root than the terminal portion 15b on the outer surface of the sheath 32 of the first treatment instrument 13. Because it is thought that another surgeon has touched, the operation is still stopped.
[0035]
In FIG. 6, the second treatment instrument 14 is provided with a bending portion 64 for lifting the living tissue on the distal end side of the insertion portion 24. A fourth tactile sensor 65 is provided on the distal end side of the bending portion 64, a fifth tactile sensor 66 is provided on the intermediate side, and a sixth tactile sensor 67 is provided on the root side.
[0036]
Then, the state of lifting of the living tissue is determined based on the output state from each of the fourth to sixth tactile sensors 65 to 67. Here, the combined state of the outputs from the fourth to sixth tactile sensors 65 to 67 which are the criteria for determination is as shown in Table 1 below.
[0037]
[Table 1]

[0038]
Here, in the case of (1), it is determined that the living tissue lifted by the bending portion 64 is large and is not lifted. In the case of (2), it is determined that the distal end of the insertion portion 24 of the second treatment instrument 14 does not protrude to the opposite side of the biological tissue to be lifted. In the case of (3), it is determined that the pushing of the distal end of the insertion portion 24 of the second treatment instrument 14 is insufficient. In the case of (4), it is determined that the living tissue has been successfully lifted. The operation of the first treatment instrument 13 is controlled based on the determination result.
[0039]
In addition, although this showed the example in the case of raising a biological tissue with the curved part 64 of the insertion part 24 of the 2nd treatment tool 14, it is provided in end GIA etc. and used for judgment whether it can clip reliably. Also good.
[0040]
FIG. 7 shows a schematic configuration of the entire operation system. This surgical system is provided with an intraoperative living body image three-dimensional simulation system and an instrument input system by screen display, which are linked to operate in the same system.
[0041]
Here, the intraoperative biological image three-dimensional simulation system accumulates preoperative biological image information in three dimensions and displays it on the monitor 71, means for accumulating intraoperative endoscopic images and ultrasonic images, Based on pre-operative three-dimensional information, intraoperative image information is taken in, and the elastic coefficient of the living body is calculated, and the part information obtained from the intraoperative image information and the information of the unobtained part are Means for previously correcting with three-dimensional information, storing and displaying the same are provided.
[0042]
In addition, the instrument input system based on the screen display is an endoscopic image or intraoperative living body image three-dimensional simulation system. For the forceps holding or excluding the organ on either image, the monitor 72 When instructed to another position on the image, the manipulator that supports the forceps is configured to operate within an upper limit force that does not damage the organ so as to automatically move to the position.
[0043]
Therefore, in the above configuration, preoperative living body image information (CT, NMR, US tomographic image) is accumulated by an intraoperative living body image three-dimensional simulation system, and images from an intraoperative object and endoscopic images are stored. By synthesizing, a three-dimensional simulation image can be formed and displayed on the monitor 71.
[0044]
Therefore, it is effective if the preoperative CT, NMR, or ultrasonic diagnostic information is obtained, and this is used as a guide, as long as the target organ does not move relatively like the brain as in the conventional technique used for intraoperative puncture etc. However, there is no fear that it becomes unsuitable for things that move due to intraoperative operations, such as abdominal organs, and good treatment can be performed for those that move due to intraoperative operations.
[0045]
Further, when it is desired to exclude an organ from a certain position to another position with forceps or the like on an endoscopic image or in a simulation image, it can be automatically excluded if an organ position after the exclusion is indicated on the image. Therefore, during the operation of a part of the body cavity, when it becomes necessary to check the position of the instrument in the body cavity or the position of the organ, the endoscopic surgery is performed like the current endoscopic surgery. Measures such as changing the position of the mirror and changing the field of view are unnecessary, and the efficiency of surgery under the endoscope can be improved.
[0046]
FIG. 8A shows an articulated manipulator 81 that is a manipulator for intracorporeal surgery that remotely performs intraluminal surgery. The articulated manipulator 81 includes a first bending portion 83 disposed on the distal end side of the insertion portion 82 inserted into the body, and a first bending portion 83 connected to the rear end portion of the first bending portion 83. 2 curved portions 84 are provided.
[0047]
Further, a driving device 86 for the first bending portion 83 and the second bending portion 84 is provided at the base end portion 85 of the insertion portion 82. In addition, since the drive device 86 of the 1st bending part 83 and the 2nd bending part 84 is substantially the same structure, only the drive device 86 of the 2nd bending part 84 is shown in FIG. 8 (A).
[0048]
The drive device 86 is provided with a drive motor 90 of a traction mechanism 89 that pulls the pair of angle wires 87 and 88 of the second bending portion 84. Further, a compliance setting unit 91 is provided in the middle of the angle wires 87 and 88, respectively.
[0049]
FIG. 8B shows a schematic configuration of the compliance setting unit 91. The compliance setting section 91 is provided with a cylinder 92 and a piston 93 disposed in the cylinder 92. And the piston rod 94 of this piston 93 is interposed in the middle of each angle wire 87,88.
[0050]
Further, a coil spring 95 is disposed in the cylinder 92. In addition, one end of a connecting pipe 97 is connected to a pipe connecting part 96 that projects from the outer peripheral surface of one end of the cylinder 92. The other end of the connection pipe 97 is connected to a pump 98.
[0051]
The compliance at the time of pulling the wires 87 and 88 can be controlled by changing the hydraulic pressure in the cylinder 92 of the compliance setting section 91 by the pump 98.
[0052]
For example, in the case where it is not desired to apply an excessive force when the wires 87 and 88 are pulled, such as when the distal end of the insertion portion 82 contacts the body cavity wall during the bending operation of the second bending portion 84, The tension of the wires 87 and 88 is released by the spring elasticity of the coil spring 95.
[0053]
Conversely, when a force is to be applied when the wires 87 and 88 are pulled, the pressure in the cylinder 92 is increased. In FIG. 8B, the coil spring 95 is disposed only on the left side of the piston 93, but may be disposed on both sides.
[0054]
Therefore, in the above-described configuration, the compliance when the wires 87 and 88 are pulled can be controlled by changing the hydraulic pressure in the cylinder 92 of the compliance setting unit 91 by the pump 98. Therefore, a special tactile sensor is provided in the manipulator 81. The safety to the living body can be improved without any problems.
[0055]
FIGS. 9A and 9B show an example in which the wire drive type driving device 86 is applied to a bending manipulator 101. Here, when the bent manipulator 101 is approached to the affected tissue H, the angle wires 87 and 88 for each joint are made elastic and flexible as shown in FIG. Then, during the treatment of the affected tissue H, as shown in FIG. 9B, the elasticity of the joint portion 101a on the proximal side of the bending manipulator 101 is lowered to increase the hardness, and the distal working joint 101b is increased in elasticity. I have to.
[0056]
Further, FIG. 10 shows a compliance setting unit 102 having a configuration different from that in FIG. The compliance setting unit 102 is provided with an energization control unit 104 that controls spring elasticity according to a temperature change of the SMA coil 103 interposed between the angle wires 87 and 88.
[0057]
FIG. 11 shows a compliance setting unit 111 having a configuration different from that shown in FIG. This is because a large-diameter pulley 112 and two small-diameter pulleys 113 and 114 are interposed in the middle of each angle wire 87 and 88, and the SMA is attached to the support shaft portion of the large-diameter pulley 112 disposed between the small-diameter pulleys 113 and 114. One end of the coil 115 is connected, and the other end of the SMA coil 115 is fixed to an appropriate fixing portion. In this case as well, an energization control unit 116 that controls spring elasticity according to a temperature change of the SMA coil 115 is provided.
[0058]
FIG. 12 shows a modification of the compliance setting unit 111 of FIG. In this configuration, the SMA coil 115 shown in FIG. 11 is formed by a coil spring 121, and an electromagnetic chuck 122 that adsorbs the large-diameter pulley 112 so as to be able to contact and separate is provided.
[0059]
Here, when the electromagnetic chuck 122 is OFF, the tension of the angle wires 87 and 88 is loosened by the elasticity of the spring 121 connected to the pulley 112. Further, when the electromagnetic chuck 122 is ON, the pulley 112 is attracted and fixed, and the tension of the angle wires 87 and 88 is directly applied.
[0060]
14 and 15 show a treatment robot 131 with a safety mechanism. The treatment robot 131 is provided with an articulated manipulator 132. A plurality of arm portions 133 are connected to the manipulator 132 through joint portions 134 so as to be rotatable.
[0061]
In this case, a joint rotation motor 135 is disposed inside the joint portion 134 of the arm portion 133. Further, the motor 135 of each arm portion 133 is connected to the controller 137 via the cable 136.
[0062]
In addition, a treatment instrument support member 138 is disposed at the distal end portion of the most advanced arm portion 133. The treatment instrument support member 138 is detachably attracted by an electromagnet 139 fixed to the distal end portion of the arm portion 133. The electromagnet 139 is connected to the controller 137 via the cable 140.
[0063]
Further, the treatment instrument 141 is detachably attached to the treatment instrument support member 138 by a screw member. The drive device 142 of the treatment instrument 141 is connected to the controller 137 via a cable 143.
[0064]
The treatment instrument 141 is inserted into the body through the trocar 144. A substantially box-shaped treatment instrument receiving member 145 is fixed to the base end portion of the trocar 144 as shown in FIG. An insertion hole for the treatment instrument 141 communicating with the trocar 144 is formed in the axial center portion of the treatment instrument receiving member 145.
[0065]
Further, an inner box 146 is mounted inside the treatment instrument receiving member 145 so as to be slidable in the vertical direction in FIG. In this case, a spring member 147 that biases the inner box 146 to press upward in FIG. 15 is disposed at the inner bottom of the treatment instrument receiving member 145. An insertion hole for the treatment instrument 141 is formed in the axial center portion of the inner box 146.
[0066]
Next, the operation of the above configuration will be described. First, when each arm portion 133 of the manipulator 132 is operated, the treatment instrument support member 138 and the treatment instrument 141 are operated in conjunction with the movement of the arm section 133. At this time, a current having a value set in advance in the controller 137 is applied to the electromagnet 139, and the treatment instrument support member 138 is attracted to the electromagnet 139 of the arm portion 133 with a predetermined attracting force.
[0067]
When the treatment instrument 141 is inserted deeply into the body, the inner box 146 inside the treatment instrument receiving member 145 resists the spring force of the spring member 147 as the treatment instrument 141 is inserted. The member 145 is pushed into the inner bottom side.
[0068]
Here, when the treatment tool 141 comes into contact with the living tissue H, the reaction force received by the treatment tool 141 from the tissue H exceeds a threshold value, and the sliding force with respect to the arm portion 133 of the treatment tool support member 138 is increased by the electromagnet 139. When the electromagnetic force is exceeded, the treatment instrument support member 138 and the arm portion 133 are separated. At this time, the inner box 146 inside the treatment instrument receiving member 145 is pushed upward by the restoring force of the spring member 147 which has been contracted by inserting the treatment instrument 141 into the body. Therefore, since the treatment tool 141 is also pushed upward, it is possible to prevent an excessive force from being applied to the living tissue H.
[0069]
Therefore, in the case of the above configuration, when the pressure value acting between the living tissue H and the treatment tool 141 becomes abnormally high, the treatment tool support member 138 and the arm portion 133 are separated from each other, and then the spring member 147. The inner box 146 inside the treatment instrument receiving member 145 is pushed upward by the restoring force of the treatment tool, and the treatment tool 141 is also pushed upward and detached from the living tissue. Therefore, the operator mistakenly removes the treatment tool 141 from the living tissue. There is no fear of applying a strong force to H, and the safety of treatment can be improved.
[0070]
In addition, after use, the treatment tool 141 can be easily separated from the treatment tool support member 138 by removing the screw member, so that only the treatment tool 141 can be disinfected and sterilized. Easy disinfection and sterilization.
[0071]
FIG. 16 shows a modification of the treatment robot of FIG. This is because the treatment instrument support member 138 and the arm portion 133 are connected in a fixed state, and the pressure sensor 151 is bonded to the lower surface and the side surface of the treatment instrument support member 138 that contacts the inner box 146 of the treatment instrument receiving member 145. In addition, the sensor output line of the pressure sensor 151 passes through the arm 133 and is connected to the constant current circuit 152, and the sensor output is input to the controller 137.
[0072]
Therefore, in the above configuration, the pressure sensor 151 on the lower surface and the side surface of the treatment tool support member 138 is used as the treatment tool receiving member while the treatment tool 141 is inserted deeply into the living body by the operation of the manipulator 132. The sensor output is sent to the controller 137 by contacting the inner box 146 inside the 145.
[0073]
Here, by setting an upper limit value of the sensor output in the controller 137 in advance, when a strong pressure such that the sensor output value exceeds the upper limit value is applied from the treatment instrument 141 to the living body, the controller 137 As a result, the power of the driving device 142 is turned off and the movement of the arm portion 133 is stopped, so that the force that restores the contracted spring member 147 to the natural length acts on the inner box 146, and the inner box 146 is pushed upward. Thus, the treatment tool 141 is also pushed upward, and it is possible to prevent an excessive pressure from being applied to the living tissue H.
[0074]
Further, a state in which excessive horizontal pressure is applied from the treatment instrument 141 to the living tissue H is also detected by the pressure sensor 151 on the side surface of the treatment instrument support member 138. Therefore, in this case as well, when the state in which excessive horizontal pressure is applied is detected by the pressure sensor 151, the power of the driving device 142 is turned off and the movement of the arm unit 133 is stopped. It is possible to prevent excessive pressure from being applied to the living tissue H. Accordingly, it is possible to avoid dangers such as destruction and perforation of the living tissue H caused by excessive pressure applied in the horizontal direction.
[0075]
FIG. 17A shows an overall schematic configuration of a surgical operation apparatus with a tension detection mechanism 161 having means for controlling a manipulator so as to prevent damage to living tissue by detecting the tension of the thread. is there.
[0076]
The surgical apparatus 161 is provided with an articulated manipulator 162. The manipulator 162 is provided with a plurality of arm portions 163. Each arm portion 163 is provided with a joint and its rotation mechanism.
[0077]
Further, the proximal end portions of the pair of treatment instruments 164 are connected to the distal end portion of the most advanced arm portion 163. At the distal end of each treatment instrument 164, an openable / closable gripping portion 165 for gripping a living tissue or a medical instrument is provided. In this case, a treatment instrument rotating mechanism (not shown) is provided at the distal end portion of the arm portion 163, and a grasping portion opening / closing mechanism (not shown) is provided at the distal end portion of each treatment instrument 164. Further, a robot drive control device 166 that controls the movement of each arm portion 163 and the treatment instrument 164 is connected to the manipulator 162.
[0078]
Further, a thread insertion port 165a is formed on the inner surface of one gripping portion 165 on the distal end side, and a thread insertion passage 165b communicated with the thread insertion port 165a is connected to the treatment instrument 164 inside the gripping portion 165. It extends toward the club side. Inside the treatment instrument 164, as shown in FIG. 17B, a thread insertion cavity 167a extending along the axial direction is provided. A bobbin storage chamber 167b is formed at the base end of the cavity 167a.
[0079]
Further, in a state where the grasping portion 165 of the treatment instrument 164 grasps the suture needle 176, the thread 177 guided from the suture needle 176 to the cavity 167a of the treatment instrument 164 through the thread insertion passage 165b from the thread insertion port 165a of the grasping section 165. Is stored. Further, a thread winding 168 for winding the thread 177 is disposed in the thread winding storage chamber 167b.
[0080]
The spool 168 is constituted by a central rod 169 and a tube 170 around the center rod 169. Further, a concave portion 171 communicating with the bobbin storage chamber 167b is formed at the tip of the arm portion 163.
[0081]
A hook 173 is attached to the outer surface of the partition wall 172 at the inner bottom of the recessed portion 171. The hook 173 and the bar 169 at the center of the thread winding 168 are connected by a tension thread 174.
[0082]
Further, a strain gauge 175 is bonded to the inner surface of the partition wall 172. A gauge output line from the gauge 175 passes through the inside of the arm portion 163 and is connected to the constant current circuit 179. This circuit 179 is connected to a bobbin lock switch 178, and this switch 178 is connected to a bobbin lock mechanism 180 attached to the center rod 169 of the bobbin winding 168.
[0083]
Next, the operation of the above configuration will be described. First, when the grasping portion 165 of the treatment instrument 164 grasps the needle 176 and starts sewing, the bobbin lock switch 178 is turned off. Therefore, the spool 168 rotates and the thread 177 extends until the thread 177 reaches the suture site in the tissue.
[0084]
Further, when the seam is tightened, the thread is tied, and the sewing operation is finished, the thread winding lock switch 178 is turned on and tension is applied to the thread 177 to complete the sewing.
[0085]
Here, when the thread 177 is entangled in a tissue or the like other than the target during the suturing operation, if the tension is applied to the thread 177, an abnormal tension is applied to the thread 177. At this time, the rod 169 at the center of the thread winding 168 is pulled by the yarn 177, so that the hook 173 is pulled by the tension yarn 174 connected to the rod 169. Therefore, since the partition wall 172 bends, the gauge output is taken out by the constant current circuit 179 from the deformation of the strain gauge 175 adhered thereto.
[0086]
Here, if an upper limit value of the gauge output is set to the pre-wound thread winding lock switch 178, abnormally strong tension exceeding the upper limit value is applied to the thread 177, and there is a risk of damaging the living tissue. When there is, the switch 178 is turned off and the thread winding 168 rotates, so that the thread 177 returns to the free state.
[0087]
Therefore, in the above configuration, the treatment instrument 164 having the cavity 167a for accommodating the thread 177 is provided therein, so that the thread 177 is less tangled. Further, since the tension of the thread 177 is detected by the strain gauge 175 and the movement of the manipulator 162 is controlled based on the detected value, the risk of occurrence of damage to the living tissue due to the tension of the thread 177 can be prevented.
[0088]
FIG. 18 (A) shows a modification of the surgical apparatus of FIG. 17 (A). Here, as shown in FIG. 18B, a second opening 181 is formed on the base end side of the inner surface of one gripping portion 165, and the distal end portion of the cavity 167a formed inside the treatment instrument 164 is formed. The second opening 181 communicates with the second opening 181. Further, a blade 182 protrudes from the inner surface of the other gripping portion 165 at a position corresponding to the second opening 181.
[0089]
Next, the operation of the above configuration will be described. When ligating a blood vessel or the like, as shown in FIG. 18A, the thread 177 locked by the thread winding 168 inside one treatment instrument 164 is grasped by the grasping portion 165 of the other treatment instrument 164, and the thread 177 While applying tension, perform ligation.
[0090]
Finally, when the ligation is finished, it is necessary to cut the thread 177. Therefore, when a strain gauge output value is set in the robot drive control device 166 in advance and a strong tension exceeding this value is applied to the thread 177, The robot drive control device 166 operates to close the grip 165 and the blade 182 moves downward together with the grip 165. At this time, the thread 177 is positioned on the upper surface of the second opening 181 because a strong tension is applied. Therefore, the blade 182 contacts the thread 177 through the second opening 181 with the gripping section 165 fully closed, so that the thread 177 is cut.
[0091]
Further, when the thread 177 gets entangled with an unintended tissue or the like and the tension of the thread 177 becomes abnormally strong, the gauge output is taken out as in the case of FIG. 17A, and the robot drive control device 166 has an upper limit. If the value is set, the thread 177 is cut by the above mechanism, and damage to the tissue can be prevented.
[0092]
Accordingly, in the above configuration, the thread 177 can be cut by the blade 182 with the gripping portion 165 fully closed, so that re-sewing when the thread 177 is entangled can be facilitated.
[0093]
FIGS. 19 and 20 show the first embodiment of the present invention. FIG. 19 shows a surgical apparatus 191 with a posture change detection means having a mechanism for preventing danger to a living tissue by detecting a posture change of a patient. The surgical device 191 is provided with a manipulator 192 having a plurality of joints. The manipulator 192 is provided with a plurality of arm portions 193. This arm portion 193 is provided with a joint and a motor (manipulator operation switching means) 194 for rotating or opening / closing the treatment instrument gripping portion inside the joint.
[0094]
In addition, a proximal end portion of the treatment instrument 195 is attached to the distal end portion of the most advanced arm portion 193. The treatment instrument 195 is inserted into a trocar 196 that is inserted through a hole in the patient's skin. A piezoelectric film (pressure detecting means) 197 is wound around and adhered to the outer peripheral wall surface of the trocar 196.
[0095]
This film 197 is connected to a control circuit (control means) 199 of the surgical apparatus 191 through an amplification circuit 198. A motor 194 and a driving device 200 are connected to the control circuit 199.
[0096]
Next, the operation of the above configuration will be described. First, during the operation, when the surgeon changes the position of the patient, the pressure from the skin of the living body is applied to the trocar 196 for the first moment. At this time, when the pressure is detected by the piezoelectric film 197 in the portion of the outer wall surface of the trocar 196 that contacts the skin, a pulse voltage as shown in FIG. 20 is generated.
[0097]
The pulse voltage is amplified by the amplifier circuit 198 and transmitted to the control circuit 199. When this pulse voltage is input, a signal for turning off the power of the motor 194 is sent from the control circuit 199 to the motor 194, and the joint of the arm portion 193 is switched to the free state.
[0098]
As a result, the arm portion 193 is held in a free state while the patient's posture is being changed, and moves in conjunction with the movement of the trocar 196, so there is no damage to the living body.
[0099]
In addition, when the patient is changed to a desired posture and the posture conversion operation is completed, the pressure from the patient's skin is applied to the trocar 196, so the output pulse from the piezoelectric film 197 at this time is the same as described above. When transmitted to the control circuit 199, a signal for turning on the power of the motor 194 is sent to the motor 194. Therefore, since the arm part 193 once freed can be fixed again, the operator can perform the operation again at a desired position.
[0100]
Therefore, in the above configuration, the state of the manipulator 192 can be controlled using the output detected by the piezoelectric film 197 provided on the trocar 196 inserted into the patient's body. Surgery performed while changing the position can be performed quickly, and damage to living tissue can be prevented. Therefore, even if the patient's posture is changed, damage to the living body due to the trocar pressure can be prevented.
[0101]
FIG. 21 shows a modification of the surgical apparatus 191 shown in FIG. In this configuration, a buzzer 200 is connected to a piezoelectric film 197 that is wound around and adhered to the outer peripheral wall surface of a trocar 196 via an amplifier circuit 198 and a buzzer switch 201.
[0102]
In this case, the surgeon does not change the patient's position, and the patient's body moves slightly during the operation at a certain position, or the operator mistakenly moves the patient. When the arm portion 193 of the manipulator 192 malfunctions, a slight pressure is applied to the piezoelectric film 197 from the patient's skin, so the voltage output pulse of the film 197 is amplified by the amplification circuit 198, When it is sent to the buzzer switch 201, it is turned ON only for the generation time of the pulse, the sound of the buzzer 202 sounds, and the operator can be warned. Note that the volume of the buzzer 202 increases and decreases depending on the magnitude of the pulse.
[0103]
Therefore, in the case of the above-described configuration, the operator can immediately know that the patient's body position has changed even slightly by listening to the sound generated by the buzzer 202. Further, it can be determined whether or not the change is abrupt according to the volume of the sound, which is one measure for preventing damage to the living tissue.
[0104]
FIG. 22 shows a surgical manipulator 211 that can easily release a contact state with a living tissue at the time of failure. This surgical manipulator 211 is provided with an articulated arm 212.
[0105]
A treatment instrument drive unit 213 is attached to the distal end portion of the arm 212. The treatment instrument drive unit 213 is connected to an insertion portion 214 to be inserted into the body. A treatment portion 216 is connected to the distal end portion of the insertion portion 214 via a bending portion 215. The treatment unit 216 includes, for example, a needle holder, a biopsy forceps for collecting a living tissue, or a grasping forceps for holding a living tissue.
[0106]
The drive unit 213 incorporates an actuator that operates the treatment section 216 and the bending section 215. The operation of this actuator is transmitted to the treatment section 216 and the bending section 215 by a mechanical transmission element 218 such as a wire or a rod, but when the fixing screw 217 is loosened, the insertion section 214 is as shown in FIG. In addition, the mechanical transmission element 218 is also separated. The arm 212 and the treatment section 216 are driven by an actuator built in the arm 212, and their positions and speeds are controlled by a computer.
[0107]
Therefore, in the above configuration, the operating manipulator 211 is provided with the fixing screw 217 that mechanically separates the insertion portion 216 and the treatment instrument drive unit 213 on the arm 212 side. When the manipulator 211 stops operating during the operation due to a power failure or the like, the insertion portion 214 is separated by loosening the fixing screw 217, and the insertion portion 214 is moved out of the body as shown in FIG. It is possible to take out.
[0108]
At this time, since the treatment portion 216 and the bending portion 215 are separated from the actuator, the treatment portion 216 and the bending portion 215 are mechanically free to operate and can be formed in a straight line shape that is convenient for taking out.
[0109]
FIG. 24A shows a modification of the surgical manipulator 211 shown in FIG. In this configuration, a drive unit mounting portion 221 is provided at the tip of the arm 212 of the manipulator 211, and the treatment instrument drive unit 213 is detachably connected to the drive unit mounting portion 221.
[0110]
In this case, the connecting portion 222 of the drive unit 213 in the drive unit mounting portion 221 is provided with a connector portion 223 for connecting an electric signal of the actuator, a pair of screw insertion holes 224, and a pair of positioning pins 225. .
[0111]
Furthermore, a connector portion 227 that is detachably connected to a connector portion 223 on the arm 212 side and a pair of pins into which a positioning pin 225 on the arm 212 side is inserted into a joint portion 213a with the arm 212 in the treatment instrument drive unit 213. An insertion hole 226 and a pair of screw holes 228 are provided.
[0112]
And when connecting between the connecting portion 213a of the treatment instrument drive unit 213 and the connecting portion 222 on the arm 212 side, the connector portion 223 on the arm 212 side and the connector portion 227 on the drive unit 213 side are connected, With the positioning pin 225 inserted into the pin insertion hole 226, the fixing screw 229 is screwed into the screw hole 228 via the screw insertion hole 224.
[0113]
Further, since the drive unit 213 is separated from the arm 212 side when the fixing screw 229 is removed, when the manipulator 211 stops operating due to a failure or the like, the drive unit 213 is separated from the arm 212 side so that the insertion portion 214 can be taken out of the body.
[0114]
25 (A) to 25 (D) and FIGS. 26 (A) and 26 (B), at least two kinds of treatment units 231 and 232 are connected to the distal end of the arm 212 of the manipulator 211 in an exchangeable manner. Is.
[0115]
Here, there are treatment units having different shapes such as the needle holder 231 shown in FIG. 25B and the grasping forceps 232 shown in FIG. 25C depending on the purpose of the treatment, but the joint portion 213a is common. Therefore, the arm 212 can be exchanged. The grasping forceps 232 is provided with a graspable portion 234 that can be opened and closed at the distal end portion of the insertion portion 233.
[0116]
Further, the connector units 223 and 227 include connection line terminals 244 and 245 of the drive control circuit 243 of the motor 242 and a terminal 246 of the type determining line of the treatment units 231 and 232.
[0117]
Here, the determination terminals 246 on the treatment units 231 and 232 side are short-circuited to VCC and any one of AD1 to AD1, and combinations to be short-circuited are assigned for each type of the treatment units 231 and 232. The control unit 241 of the manipulator 211 is provided with a detection circuit 248 including a photocoupler 247 that detects a short-circuited discrimination line.
[0118]
For this reason, when the connector part 227 of the treatment unit 231 or 232 is connected to the connector part 223 on the manipulator 211 side, the type of the treatment unit 231 or 232 can be recognized.
[0119]
Therefore, since the type of the treatment units 231 and 232 can be recognized in the above configuration, the number of joints, the length, the joint stroke, the maximum speed, and the speed ratio of the drive mechanism of each treatment unit 231 and 232 It is possible to select information required for such control from data stored in the manipulator control device 241 in advance. Therefore, when the surgery is performed with one manipulator 211, the treatment units 231 and 232 at the tip of the manipulator 211 can be appropriately replaced according to the contents of the treatment, so that a plurality of treatments can be performed with one device.
[0120]
FIG. 27 shows a medical robot manipulator 251. The manipulator 251 incorporates an electric drive element, and an end effector 252 for performing observation and treatment in a patient body cavity is detachably attached. The end effector 252 is provided with an insertion portion 254 to be inserted into a patient body cavity, and a bending portion 255 is provided at the distal end portion of the insertion portion 254. A servo motor 253 as a driving element shown in FIG. 29 is built in the end effector 252. By driving the servo motor 253, a curved portion 255 at the tip as shown by a dotted line in FIG. Is curved.
[0121]
The manipulator 251 is provided with an arm 256 for spatially positioning the end effector 252 at a desired position. As shown in FIG. 28, a mounting base 256a for the end effector 252 is provided at the tip of the arm 256. The end effector 252 is detachably attached to the mounting base 256a of the arm 256.
[0122]
This arm 256 incorporates a servo motor for driving (not shown) in each joint. These servo motors are connected to a control device 257 for controlling the drive motor for the end effector 252 and the arm 256. The control device 257 can perform desired operation of the arm 256 and operation of the end effector 252.
[0123]
Reference numeral 258 denotes an input means that transmits operator input information to the control device 257, whereby the tip end effector 252 and arm 256 can be operated by the operator. The input device may be, for example, a joystick or a teaching pendant used in an industrial robot.
[0124]
FIG. 29 shows a driving power supply unit between the end effector 252 and the arm 256. In this case, a driving power supply coil 259 is disposed on the end effector mounting base 256 a of the arm 256, and a coil 260 connected to the servo motor 253 is disposed on the end effector 252 at a position corresponding to the coil 259. .
[0125]
The servo motor 253 driving power output from the control device 257 can be supplied from the arm 256 to the end effector 252 by electromagnetic coupling.
[0126]
By the way, since the end effector 252 is inserted into the body cavity after the medical robot is used for observation and treatment in the body cavity, it may be necessary to sterilize and disinfect. Therefore, since the tip end effector 252 can be removed by the above configuration, the portion can be sterilized.
[0127]
In addition, energy is supplied to the servo motor 253 in the tip end effector 252 by electromagnetic coupling by the coils 259 and 260, and this is driven, so that a lead wire as an energy supply means and connection thereof are connected for removal. This eliminates the need for a connector to be protected, and eliminates the need for protective measures when sterilizing the connecting portion.
[0128]
In addition, since the energy supply method is based on electromagnetic coupling, it functions in the same way as an insulating transformer, so there is no risk of electric shock due to patient leakage current. Therefore, sterilization countermeasures and electric shock countermeasures are possible, and a medical robot that is hygienic and electrically safe can be realized.
[0129]
FIG. 30 shows a modification of the driving power supply unit between the end effector 252 and the arm 256. This is because a pair of electrodes 261 and 262 are arranged inside the end effector mounting base 256a of the arm 256, and a pair of electrodes 263 and 264 are arranged inside the end effector 252 so as to face the electrodes 261 and 262, respectively. Is provided.
[0130]
As a result, electrical capacitive coupling is realized at that portion, and it is possible to supply electric power to the servo motor 253 inside the end effector 252 by passing alternating current therethrough.
[0131]
Therefore, even in the above-described configuration, the sterilization protection measures for the connection portion between the end effector 252 and the arm 256 are unnecessary, and the configuration is configured to cut the direct current power that easily flows to the human body. , Less fear of electric shock. As a result, sterilization measures and electric shock measures can be taken, and a medical robot that is hygienic and electrically safe can be realized.
[0132]
FIG. 31 shows a system of a medical robot manipulator 256 that allows the diagnostic procedure to continue even if a power failure occurs during the operation. This does not function when the battery unit 272 is built in the control device 257 and the control device 257 is operated by power supplied from a normal power outlet (hereinafter referred to as main power source) 271, but once the main power source When 271 is not supplied, the battery unit 272 functions.
[0133]
FIG. 32 shows a connection circuit between the main power supply 271 and the battery unit 272. Here, reference numeral 273 denotes a power supply detection means including a potential difference detection circuit, which detects whether power is supplied from the main power supply 271. Reference numeral 274 denotes a control circuit for determining whether to control the manipulator 256 with the power from the battery unit 272 charged in advance based on the detection information from the power detection means 273. Further, reference numeral 275 denotes switching means for switching between the main power supply 271 and the battery unit 272 according to a command from the control circuit 274.
[0134]
In the above configuration, when the power supply from the main power supply 271 is not supplied due to a power failure during the operation, an electrical signal notifying the control circuit 274 that a power failure has occurred is output from the power supply detection means 273 in the battery unit 272, thereby controlling the power supply. The circuit 274 sends a switching signal to the switching means 275 so that the power from the battery unit 272 is supplied to the manipulator control device 257.
[0135]
When the main power supply 271 recovers from the power failure, a recovery signal is output from the power supply detection means 273 in the battery unit 272 to the control circuit 274, and the power supply switching means 275 is switched from the control circuit 274 to the main power supply 271.
[0136]
As a result, when the power failure is recovered, the driving of the battery unit 272 can be stopped immediately and the energy of the battery unit 272 can be used without waste. Therefore, it is possible to supply power even if a power failure occurs during the operation, and it is possible to perform the operation continuously.
[0137]
FIG. 33A shows a treatment instrument follow-up type scope 281 capable of automatically providing a visual field important for an operator and saving labor for holding the scope. Here, 282 is a treatment tool, and 283 is a treatment portion at the distal end of the treatment tool 282. Further, a movable coil 284 for position / posture detection is attached to the treatment instrument 282.
[0138]
Reference numeral 285 denotes a vertical articulated 6-DOF robot. A scope 292 and an imaging unit 293 are attached to the tip of the arm of the vertical articulated 6-degree-of-freedom robot 285.
[0139]
Further, six joints 286 to 291 are provided on the arm of the vertical articulated 6-degree-of-freedom robot 285. The position and orientation of the scope 292 are obtained from the angles of the joints 286 to 291 of the robot 285. In addition, the fixed transmitter 294 serving as a reference for detecting the position / posture of the treatment instrument 282 is provided in a place where the relative positional relationship with the robot 285 is determined.
[0140]
FIG. 33B shows a processing circuit of the treatment instrument follow-up scope 281. Here, reference numeral 295 denotes a position / posture detection device for the treatment instrument 282, 296 denotes a tip position calculation unit for calculating the position of the treatment part 283 at the tip, 297 denotes a rotation angle calculation unit for each axis of the robot, and 298 denotes a monitor driver. It is. In this case, a movable coil 284 and a fixed transmitter 294 are connected to the position / posture detection device 295, respectively.
[0141]
Next, the operation of the above configuration will be described. A method for obtaining the relative position and orientation of the movable coil 284 with respect to the fixed transmitter 294 using electromagnetic induction using the movable coil 284 made of three coils and the fixed transmitter 294 also made of three coils. This is known as disclosed in Japanese Patent Application No. 3-235019. Using this method, the relative positional relationship of the movable coil 284 with respect to the fixed transmitter 294 can be obtained.
[0142]
Since the position and direction of attachment of the movable coil 284 to the treatment tool 282 are known, if the length L from the movable coil 284 to the treatment portion 283 of the treatment tool 282 is used, the distal end portion of the treatment tool 282 is adjusted. A position is required.
[0143]
Further, since the relationship between the robot 285 and the fixed transmitter 294 is also known, the position of the distal end of the treatment tool 282 relative to the robot 285 and the direction of the treatment tool 282 are obtained.
[0144]
Therefore, the distal end of the treatment instrument 282 is always in the center of the image of the scope 292 by controlling the rotation angle of each axis of the robot 285 so that the distal end portion of the treatment instrument 282 passes on a straight line on the extension of the axis of the scope 292. Can be captured.
[0145]
Therefore, in the above configuration, when the rotation angle of each axis of the robot 285 is determined by adding a constraint condition that the distance between the distal end of the treatment instrument 282 and the distal end of the scope 292 is constant, the magnification is always constant. Images are obtained. Further, by adding a constraint condition that the axis of the scope 292 always passes through one point on the designated space, it is possible to prevent the trocar part from moving too much when the trocar is used in an endoscopic operation.
[0146]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, various deformation | transformation can be implemented in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0147]
【The invention's effect】
According to the present inventionTo provide a surgical robot that does not damage the living body when changing the position of a patientbe able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view showing a grasping portion of a treatment instrument, FIG. 1B is a plan view showing a sensor unit of a tactile sensor, and FIG. 1C shows a signal output from the sensor unit.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the entire system of a medical instrument for endoscopic surgery.
FIG. 3 is a block diagram showing a signal processing circuit.
FIG. 4 is a plan view of a sensor unit of a tactile sensor showing a first modification of the medical instrument of FIGS.
FIG. 5 is a block diagram showing a signal processing circuit.
6 is a schematic configuration diagram of the entire system of a second modified example of the medical instrument of FIGS. 1 (A) to FIG. 3. FIG.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an intraoperative living body image three-dimensional simulation system.
8A is a schematic configuration diagram of a manipulator for intracorporeal surgery, and FIG. 8B is a longitudinal sectional view showing a compliance setting unit of the articulated manipulator.
FIGS. 9A and 9B show a bending manipulator, in which FIG. 9A is a side view showing a state in which the bending manipulator is approached to an affected tissue, and FIG. 9B is a side view showing a treatment work state of the affected tissue.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the compliance setting unit.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram illustrating a second modification of the compliance setting unit.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram illustrating a third modification of the compliance setting unit.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing an electromagnetic chuck of a compliance setting unit.
FIG. 14 is a perspective view showing an overall schematic configuration of a treatment robot with a safety mechanism.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing an upper structure of a trocar.
FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing a modification of the treatment robot of FIG. 14;
17A is a schematic configuration diagram of an entire surgical apparatus with a tension detection mechanism, and FIG. 17B is a schematic configuration diagram of a treatment instrument.
18A is a schematic configuration diagram showing a modified example of the surgical apparatus in FIG. 17A, and FIG. 18B is a schematic configuration diagram of a treatment instrument.
FIG. 19 is a schematic configuration diagram showing a surgical apparatus with body position detection means according to the first embodiment of this invention.
FIG. 20 is a characteristic diagram showing a pulse voltage generated when pressure is detected by a piezoelectric film.
FIG. 21 is a schematic configuration diagram showing a modification of the surgical apparatus in FIG. 19;
FIG. 22 is a schematic configuration diagram showing a surgical manipulator.
23A is a perspective view showing a state in which the mechanical transmission element is separated together with the insertion portion, and FIG. 23B is a view in which the treatment portion 216 and the bending portion 215 separated from the actuator are stretched into a straight line shape. The perspective view which shows the state.
24A is a schematic configuration diagram showing a modification of the surgical manipulator of FIG. 23, and FIG. 24B is a plan view showing a coupling portion on the drive unit side.
25A is a perspective view showing an arm of a surgical manipulator, FIG. 25B is a perspective view showing a treatment unit made up of a needle holder, and FIG. 25C is a perspective view showing a treatment unit made up of grasping forceps; FIG. 4D is a plan view showing a coupling portion on the treatment unit side.
26A is a schematic configuration diagram of the entire surgical manipulator, and FIG. 26B is a schematic configuration diagram of a control unit of the manipulator.
FIG. 27 is a schematic configuration diagram of the entire medical robot manipulator.
FIG. 28 is a schematic configuration diagram showing a connecting portion between an end effector and an arm.
FIG. 29 is a schematic configuration diagram showing a driving power supply unit between the end effector and the arm.
FIG. 30 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the driving power supply unit between the end effector and the arm.
FIG. 31 is a schematic configuration diagram of the entire medical robot manipulator.
FIG. 32 is a schematic configuration diagram showing a power supply detection circuit.
FIG. 33A is a schematic configuration diagram of the entire treatment instrument tracking scope, and FIG. 33B is a schematic configuration diagram showing a processing circuit.
[Explanation of symbols]
192 Manipulator
194 Motor (Manipulator operation switching means)
195 Treatment tool
196 trocar
197 Piezoelectric film (pressure detection means)
199 Control circuit (control means)

Claims (3)

A treatment tool having an insertion portion to be inserted into the body is connected to the distal end portion of the manipulator, and the insertion portion of the treatment tool is inserted into a trocar for insertion guide previously inserted into the body, and the treatment tool is inserted through the lumen of the trocar. In a surgical robot in which the insertion part of the treatment tool is inserted into the body,
A freely operable free state the joints of the manipulator, provided with a manipulator operation switching means for switching between a locked state for fixing the joint of the manipulator,
A surgical robot characterized in that pressure detection means is provided on an outer peripheral wall surface of the trocar, and control means for controlling the manipulator operation switching means is provided based on the detection result.   The control means switches the manipulator to a free state in a state where the pressure applied from the skin of the living body to the trocar is detected by the pressure detection means during the operation of changing the posture of the patient during the operation. In a state where the pressure applied from the skin of the living body to the trocar at the end of the operation is detected by the pressure detection means, the manipulator is controlled to be locked and the manipulator is fixed again. Item 2. The surgical robot according to Item 1.   In the manipulator, a plurality of arm portions are connected to each other via a joint portion, and a proximal end portion of the treatment instrument is attached to a distal end portion of the most advanced arm portion. 2. The surgical robot according to claim 1, further comprising switching means for switching the joint portion between a free state and a locked state.

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