JPH03121064A - 手術用ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、定位脳手術、耳の鍋牛殻への電極埋込み手術
、深さを制御した背骨の切削手術、内蔵手術等に使用す
る医療機器に係わり、特に術中のＸ線ＣＴ画像情報を得
なからＣＴガントリー内で生検あるいは手術を行うのに
適した手術用ロボットに関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題］従来、
脳神経外科医療において、脳血管障害や脳腫瘍等の治療
あるいは生検（バイオプシー）等を行うために定位脳手
術が行われている。この定位脳手術は、脳がほとんど動
かない臓器であることから、脳の病変部位をＸ線ＣＴ等
で確認した後、頭蓋を固定した状態で針状の治具を病変
部位に到達させて治療を行うようにしたものである。

例えば、生検とは腫瘍組織等の一部を採取して病理組織
学的検査をすることであり、一般に、原点（マーカ）が
設定されている固定リングに頭部を固定し、Ｘ線ＣＴで
得られる画像情報に基づいて原点を基準にした病変部位
の３次元座標を求めて頭蓋に直径１０胴程度の小孔を開
け、バイオプシー針を支持する定位脳手術装置を固定リ
ングに接続してバイオプシー針の方向を定位脳手術装置
に固定し、手動により、病変部位の位置座標から求めた
深さだけバイオプシー針を小孔から刺入して組織片の採
取が行われる。

しかしながら、上記のような方法では、病変部位の位置
はＸ線ＣＴによって正確に計測できるにしても、実際に
バイオプシー針を刺入しているときは脳内の状態を直接
知ることができないため、術者への負担が大きくなると
いう問題がある。

これに対し、Ｘ線Ｃ７画像情報を得ながら定位脳手術を
行って術中に脳内の状態を知ることができれば、−回の
刺入で病変部位まで正確に到達させることが容易になる
など、正確で適切な処置を行うことができる。また、脳
腫瘍の除去術などでは、術中に脳内の状態を知ることが
必要とされている。

しかしながら、従来の定位脳手術装置は手動でバイオプ
シー針などを操作するようになっているため、術者への
Ｘ線の弊害を考慮すると術中にＸ線Ｃ７画像情報を得る
ことができなかった。

このため、ＣＴガントリー内でバイオプシー針等を自動
操作してＸ線Ｃ７画像を得ながら定位脳手術を行なえる
ような装置が要求されている。

また、バイオプシー針を通す小孔を開ける位置は、脳内
組織等を考慮して最も安全な経路でできるだけ短距離で
病変部位まで到達できるように、術者の判断によって決
められるため、自動操作できるようにするためには、バ
イオプシー針を症例に合わせた自由な方向に設定できる
ようにする必要がある。

本発明は、特にＸ線Ｃ７画像情報を得ながら定位脳手術
ができるように、ＣＴガントリー内でバイオプシー針等
を自動操作できる手術用ロボットを提供することを課題
とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するためになした本発明の手術用ロボ
ットは、従節の先端部が一点を中心にして円弧軌道を描
くリンク機構と、このリンク機構を回動軸回りに回動す
る回動機構と、針状の治具をその軸方向に往復移動させ
る治具送り機構と、前記従節の先端部に取り付けられる
とともに上記治具の軸方向を前記円弧軌道の中心を含む
予め決められた角度範囲になるように前記治具送り機構
を回動させる首振り機構とを備えてなることを特徴とす
る。

〔作　用〕

本発明の手術用ロボットにおいて、従節の先端部が一点
を中心にして円弧軌道を描くリンク機構は、回動機構に
よって回動されるので、このリンク機構の従節の先端部
は一点を中心にした仮想球面上を移動可能になる。また
、治具送り機構は、上記従節の先端部に取り付けられた
首振り機構によって、針状の治具の軸方向が仮想球面の
仮想中心を含む一定角度範囲内になるように回動される
。

このため、針状の治具は、治具送り機構によって、仮想
中心を囲む仮想球面の任意の位置から仮想中心側に向け
て一定角度範囲内の角度を持って往復移動できるように
なる。

したがって、例えば、定位脳手術で頭蓋を固定する固定
装置などに対して予め決められた位置に当該手術用ロボ
ットを連結すると、治具送り機構に取り付けられた針状
の治具は、該固定装置に対して予め決められた頭蓋中心
などの仮想中心点から等距離の仮想球面上から一定範囲
の角度幅で仮想中心側に向けて往復移動できる。

（実施例） 第１図は本発明実施例の手術用ロボットを示す図であり
、例えば定位脳手術において、第８図に示したように頭
部を球面と仮定し、その外側に同心の仮想球面を設定し
て、この仮想球面上で例えばバイオプシー針を操作する
ようにしたものである。なお、第１図（ｂ）は同図（ａ
）におけるＡ−Ａ断面を示している。また、この装置は
、第５図に示したように頭頂部側の体軸上に配設され、
頭蓋を固定する図示しない固定装置などに対して予め決
められた位置に連結される。

第１図において、１はリンク機構と回動機構を有する本
体部、２はバイオプシー針が装着された刺入部であり、
後述説明するように、刺入部２は本体部１によって所定
半径の仮想球面上を移動され、バイオプシー針は、刺入
部２によって上記仮想球面の半径方向に対して所定の角
度範囲内で軸方向が変化され、さらに、バイオプシー針
はその軸方向に平行移動される。

本体部１において、基盤１１上に立設された軸受板１２
１．１２□には「コｊの字状の回動テーブル１３が軸支
され、この回動テーブル１３は、固定部材１１ａによっ
て基盤１１に固定されたステッピングモータ１４の動力
軸１４ａに連結部材１３ａを介して連結されている。そ
して、ステッピングモータ１４が駆動されると、回動テ
ーブル１３は回動軸りを軸として回動される。例えば、
左右方向にそれぞれ９０°つづ、すなわち、１８０°の
範囲で回動される。

回動テーブル１３上には、上記軸受板１２１１２□の軸
と直交する方向を軸とする軸受１５□、Ｉ５□が配設さ
れ、この軸受１５．．１５□を固定支点Ａ、Ｂとして駆
動されるリンク機構１６が配設されている。

リンク機構１６は、５本のリンク１６１〜１６５および
軸受１．５．．１５□間の固定間隔によって、デュロン
機構と称する６節リンク機構を構成している。リンク１
６１とリンク１６２はそれぞれ軸受１５＋　　、１５ｚ
によってそれぞれ支点Ａ。

Ｂで一端を軸支され、リンク１６１の自由端Ｃとリンク
１６２はリンク１６３によって連結されている。また、
リンク１６１　、１．６３の連結点Ｃに一端を連結され
たリンク１６４の他端りとリンク１６２の自由端Ｅには
、従節となるリンク１６５が連結されている。そして、
リンク１６１には軸受１５、で軸支されたウオームギア
１７が固定されており、このウオームギア１７は、回動
テーブル１３に固定されたサーボモータ１８の駆動によ
ってウオーム１９を介して図の矢印■のように回転され
る。また、軸受け１５．．１５□における各支点Ａ、Ｂ
は、回動テーブル１３の回動軸り上になるように設定さ
れている。

第３図はリンク機構の動作を説明する図であり、前記の
ようにウオームギア１７が回転されるとリンク１６１は
回動され、リンク１６５の先端部Ｐは、回動テーブル１
３の回動軸り上の一点（仮想中心）０を中心として、回
動軸りを含む一定面内の円弧軌道上を移動する。

一方、リンク機構１６は、回動テーブル１３とともに前
記ステッピングモータ１４の駆動によって回動軸りを軸
として回動される。

したがって、ステッピングモータ１４とサーボモータ１
８との所定位置からの回転量を制御することにより、回
動輪り上の一点（仮想中心）を中心とする仮想球面内で
リンク１６５の先端部Ｐの位置を制御でき、例えば、回
動テーブル１３を左右それぞれ９０°の範囲で回動制御
すると、先端部Ｐを仮想球面の略Ａ球面上の任意の位置
に移動させることができる。

第２図は刺入部２を示す図であり、この刺入部２はリン
ク１６５の先端部Ｐに取り付けられている。

取付は板２１は２木の腕部２１　ａ＋　　、　２１　ａ
Ｚを先端部Ｐより先に出してリンク１６５に固定され、
腕部２１　ａ＋　　＋　２１３２にそれぞれ形成され軸
受片２１ｂ＋　　、２１１）ｚによって矩形リング状の
第１回動枠２２が軸ρ１で軸支されている。また、一方
の軸受片２１ａ、には超音波モータ２３が固定されてお
り、第１回動枠２２は、超音波モータ２３の駆動によっ
て回動軸で１回りに回動される。

上記第１回動枠２２内には、回動軸λ１と交１１↑する
ように矩形リング状の第２回動枠２４が配設されており
、この第２回動枠２４は、第１回動枠２２の回動軸ｌＩ
と直角な方向に対向する対辺２２ａ、２２ｂによって軸
支され、この対辺の一辺２２ａに固定された超音波モー
タ２５の駆動によって、第１回動枠２２に対して回動軸
１２回りに回動される。

第２回動枠２４の回動軸Ｉ！、２　と直角な方向に対向
する対辺２４ａ、２４ｂの一辺２４ａには、この第２回
動枠２４の外側に向けて回動軸ｊ１！２と直角な方向に
２本の平行なガイドレール２６．．２６□が取り付けら
れ、このガイドレール２６１　。

２６□の先端は固定板２６ａによって固定されている。

また、第２回動枠２４内にはＤＣコアレスモータ２７が
配設され、ガイドレール２６．．２６□と平行なボール
ネジ２８が、第２回動枠２４の一辺２４ａを貫通して一
端をＤＣＣコアレスモーフ２フ動力軸に連結され、他端
を固定板２６ａで軸支されている。

ガイドレール２６．．２６□には、溝部２９ａ１．２９
ａ２を嵌合したナツト部材２９が摺動自在に配され、こ
のナツト部材２９はボールネジ２８に螺合されている。

ナツト部材２９上には、バイオプシー針３を取り付ける
ためのホルダ２９ｂが固定され、このホルダ２９ｂに取
り付けられたバイオプシー針３は、ＤＣコアレスモータ
２７とボールネジ２８およびナツト部材２９の送り機構
によって、図の矢印■のように針の軸方向に往復移動さ
れる。なお、第２回動枠２４にはバイオプシー針３を通
すバイブ状のガイド２４ｃが形成され、バイオプシー針
３は、このガイド２４ｃによってガイドレール２６．．
２６□およびポールネジ２日と常に平行になるように保
持される。

上記のように、第１回動枠２２の回動運動と第２回動枠
２４の回動運動によって、バイオプシー針３の軸の方向
は、リンク１６５を基準にした座標系に対してリンク１
６５の先端部Ｐを略中心にして予め設定された角度範囲
内で自由な方向に向けることができる。

第４図はリンク１６５に対するバイオプシー針３の角度
範囲を説明する図であり、同図は簡単のために筒略化し
である。

同図（ａ）はリンク１６５に対して側面から見た図であ
り、第１回動枠２２が回動軸２．を軸に回動することに
よって、バイオプシー針３は先端が下げられ、このバイ
オプシー針３とリンク１６５の軸方向との角度は９５°
まで変化できるようになっている。

同図（ｂ）はリンク１６５の先端部Ｐ側正面から見た図
であり、第１回動枠２２が第２図の状態から９０°回動
された状態を示し、第２回動枠２４が回動軸２□を軸に
回動することによって、バイオプシー針３は先端を下に
向けて少なくとも左右４５°の範囲で変化できるように
なっている。

同図（Ｃ）はリンク１６５の上から見た図であり、第１
回動枠２２が第２図の状態のときを示し、第２回動枠２
４は少なくとも左右に４５°の範囲で変化できるように
なっている。

ところで、定位脳手術のときバイオプシー針を侵入させ
る小孔は、一般に病変部位の位置が頭蓋外表面から３０
皿程度までの場合には病変部位置上の最短距離になる位
置に開けられるが、病変部位が深部の場合は脳内の血管
や神経等を考慮してバイオプシー針等の侵入路が決めら
れるため、小孔は一般に最短距離の位置とは限らず、第
７図に示したように、頭蓋表面Ｓを球面と仮定した場合
の中心０から病変部位Ｘを通る半径方向Ｒを中心にして
、病変部位Ｘからの立体が略９０°になる範囲内で開け
られる。

第６図は、実施例における仮想球面Ｆ、頭蓋表面Ｓ、病
変部位Ｘおよび小孔Ｈの位置関係を示す図である。

ここで、頭蓋表面Ｓから病変部位Ｘまでの深さをＹ、仮
想中心０から刺入部２に取り付けられたバイオプシー針
３の回動支点Ｐ′までの距離を１５０ｍｍ、仮想中心Ｏ
から頭蓋表面Ｓまでの距離を１００ｍｍとし、小孔Ｈが
病変部位Ｘを通る半径方向Ｒから最も離れた位置に開け
られた場合について、バイオプシー針３の回動支点Ｐ′
、小孔Ｈおよび病変部位Ｘを通る直線（バイオプシー針
３の侵入方向）と回動支点Ｐ′から仮想中心０に向かう
直線との成す角度（針支点の傾き角度）θを計算すると
、数表のようになった。

前記のように、頭蓋外表面から３０ｍｍ程度までに病変
部位がある場合は病変部位置上の最短距離に小孔Ｈが開
けられるため、３０髄より浅い場合にはθを考慮する必
要がないので、上表かられかるように、θの最大値は２
０°程度にすることができる。

実施例の装置は、リンク機構１６のリンク１６５の移動
位置と角度、および刺入部２におけるバイオプシー針３
の回動範囲は、上記の範囲をカバーできるように設定さ
れている。

なお、上記の実施例では、定位脳手術用のロボットとし
て説明したが、本ロボットを、耳の鍋牛殻への電極埋込
み手術、深さを制御した背骨の切削手術、内蔵手術への
応用ができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、従節の先端部が頭
頂部側延長上の一点を中心にして円弧軌道を描くリンク
機構と、このリンク機構を回動軸回りに回動する回動機
構と、バイオプシー針などの針状の治具をその軸方向に
往復移動させる治具送り機構と、この治具送り機構を回
動させる首振り機構とによって手術用ロボットを構成す
るようにしたので、治具送り機構を、頭蓋の中心点など
を仮想中心として仮想球面上を移動可能にするとともに
、首振り機構によって仮想中心側に向けて一定範囲の角
度幅内で往復移動させることができる。

したがって、定位脳手術における固定装置に対して予め
決められた頭頂部側の体軸上の位置に連結することによ
り、バイオプシー針などを症例に合わせた自由な方向に
設定できるようになり、ＣＴガントリー内でバイオプシ
ー針等を自動操作できる定位脳手術用ロボット装置を得
ることができ、Ｘ線ＣＴ画像情報を得ながら定位脳手術
を行う場合などに利用することができる。

また、耳の鍋牛殻への電極埋込み手術、深さを制御した
背骨の切削手術、内蔵手術などにも応用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の手術用ロボットを示す図、 第２図は実施例における刺入部を示す図、第３図は実施
例におけるリンク機構の動作を説明する図、 第４図は実施例におけるバイオプシー針の角度範囲を説
明する図、 第５図は実施例における使用状態の一例を示す図、 第６図は実施例における仮想球面、頭蓋表面、病変部位
および小孔の位置関係を示す図、第７図は実施例に係わ
る定位脳手術における小孔の位置を説明する図、 第８図実施例に係わる頭部の形状を概念的に示す図であ
る。 １・・・本体部、２・・・刺入部、３・・・バイオプシ
ー針、１３・・・回動テーブル、１６・・・リンク機構
、２２・・・第１回動枠、２４・・・第２回動枠、０・
・・仮想中心、Ｐ・・・従節の先端部。 （０） （Ｃ） 第４ 図 ４７７−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 従節の先端部が一点を中心にして円弧軌道を描くリンク
   機構と、 このリンク機構を回動軸回りに回動する回動機構と、 針状の治具をその軸方向に往復移動させる治具送り機構
   と、 前記従節の先端部に取り付けられるとともに前記治具の
   軸方向を前記円弧軌道の中心を含む予め決められた角度
   範囲になるように前記治具送り機構を回動させる首振り
   機構と、 を備えてなることを特徴とする手術用ロボット。