JPH08215205A - 医療用マニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】マニピュレータを用いて内視鏡下外科手術を行
うにあたって、挿入孔の位置を簡便な手段でマニピュレ
ータ制御装置に教示することができる医療用マニピュー
タを提供すること。 【構成】生体に形成した挿入孔を介して脱着可能な挿入
体を遠隔操作によって駆動して生体内組織部位の観察ま
たは処置を行う医療用マニピュレータにおいて、挿入孔
の位置を指示するポインタ３６を有する位置決め冶具２
９を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は医療用マニピュレータに
関し、特に、内視鏡用外科手術を行う際に内視鏡や処置
具を把持して移動させるために用いる外科手術支援用の
マニピュレータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、内視鏡下で外科手術を行うことが
行われるようになってきた。この内視鏡下外科手術は例
えば腹壁等の体壁に挿入孔を開け、この挿入孔を通じて
内視鏡や処置具を経皮的に体腔内に挿入し、体腔内の観
察及び処置を行うものである。このような内視鏡下外科
手術にあたって、患者の体内に導き入れた内視鏡や処置
具の操作は患者の体外に設置したマニピュレータを駆動
して行う。この種の医療用マニピュレータ装置が米国特
許第５，２１７，００３号明細書に開示されている。

【０００３】また、特開平６−３０８９６号公報は、患
者の体内での内視鏡の動きを操作するための観察用マニ
ピュレータ装置を開示している。さらに、特願平６−１
３１８０９号は着脱自在の観察・処置用の挿入体を有す
る医療用マニピュレータを開示している。上記したマニ
ピュレータはいずれもマニピュレータ制御装置によって
その動きが制御される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】内視鏡下外科手術で
は、トラカールにより体壁に挿入孔を開け、そのトラカ
ールを通じて体腔内に内視鏡や処置具を挿通する。この
状態で、内視鏡や処置具を操作するため、内視鏡及び処
置具の動きは体壁に開けた挿入孔の位置によって拘束さ
れることになる。これにより、内視鏡及び処置具をマニ
ピュレータ装置によって操作するようにした前記米国特
許第５，２１７，００３号明細書や特開平６−３０８９
６号公報に開示された医療用マニピュレータ装置でも、
内視鏡及び処置具の動きは体壁に開けた挿入孔の位置に
拘束される。

【０００５】したがって、マニピュレータによって体腔
内の内視鏡および処置具の位置を制御するためには、挿
入孔の位置情報をその処置作業に先だってマニピュレー
タ制御装置に教示する必要がある。しかし、挿入孔の位
置情報をキーボード操作で入力する作業は面倒であり、
また、挿入孔の位置を入力するために、挿入孔の位置を
検出する別の位置検出手段、例えば磁気や光学的なマー
カを用いた位置センサ、画像処理による位置検出、多関
節マニピュレータを用いた位置センサ等を設けることも
考えられるが、かなり複雑な構成で高価な装置となって
しまう。

【０００６】本発明の医療用マニピュレータはこのよう
な課題に着目してなされたものであり、その目的とする
ところは、マニピュレータを用いて内視鏡下外科手術を
行う場合、挿入孔の位置を簡便な手段でマニピュレータ
制御装置に教示することができる医療用マニピュレータ
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するために、本発明の医療用マニピュレータは、生体
に形成した挿入孔を介して脱着可能な挿入体を遠隔操作
によって駆動して生体内組織部位の観察または処置を行
う医療用マニピュレータにおいて、前記挿入孔の位置を
指示するポインタを有する位置決め手段を具備する。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。まず、図１乃至図４を参照して本発明の第
１実施例を説明する。図１は第１実施例の構成を示す図
である。本構成は患者の体内で手術操作を行う処置用マ
ニピュレータシステム１と、体内を観察する内視鏡３を
術者の意志に従って操作するための観察用マニピュレー
タシステム２より構成されている。

【０００９】処置用マニピュレータシステム１は、操作
入力装置４によって術者の手５の位置、姿勢、把持の情
報を読みとり、その位置、姿勢情報に基づき、処置用マ
ニピュレータ制御装置６によって処置用マニピュレータ
７を駆動する。処置用マニピュレータ７の先端処置具１
５は手術台８上に固定された患者９の体内に挿入された
筒状のトラカール１０を通して挿入されており、患部の
処置を行う。

【００１０】また、観察用マニピュレータシステム２で
は、術者は内視鏡像を立体観察するためのＦＭＤ１１
（フェイスマウンテッドディスプレイ）を装着し、術者
の頭の動きをこのＦＭＤ１１に設けられた３次元ディジ
タイザ１２により検出し、得られた位置、姿勢の情報に
基づき観察用マニピュレータ制御装置１３によって、観
察用マニピュレータ１４を駆動して先端の内視鏡３を術
者の見たい方向に向ける。

【００１１】図２に処置用マニピュレータ７の構成を示
す。処置用マニピュレータ７は、円筒座標系に基づいて
上下・回転・進退の動作を行う３軸（Ａ１軸１６（回
転）、Ａ２軸１７（上下）、Ａ３軸１８（進退））のロ
ボットアームおよびＡ３軸１８に対し自在に回転する自
由関節Ａ４軸１９およびＡ４軸１９に対し垂直に回転自
在の自由関節２０（Ａ５軸）と、先端処置具１５を動作
させる挿入体２２および挿入体２２を自由関節２０（Ａ
５軸）に対し垂直に回転させるホルダ２１（Ａ６軸）よ
りなる。

【００１２】なお、観察用マニピュレータ２の挿入体２
３については、先端処置具１５の代わりに内視鏡３が設
けられている以外は処置用マニピュレータ７と同様の構
成である。

【００１３】図３に体内操作時の処置用マニピュレータ
７の状態を示す。挿入体２２は、トラカール１０を通し
て体内に挿入される。体内への挿入孔の位置Ｐ0 ２４は
固定点であると考えることができる。エンドエフェクタ
部２５の位置Ｐｅ２６は、湾曲部５７の付け根で規定さ
れ、操作入力装置４により位置決められる。処置用マニ
ピュレータ制御装置６は、操作入力装置４によって指示
された位置Ｐｅ２６に位置決めするために、Ｐｅ２６と
Ｐ0 ２４の位置と挿入基準長ｌ２７（位置Ｐｅ２６と挿
入体取付位置２８への距離）より挿入体取付部の位置Ｐ
ｍ２８を算出しＡ１軸１６、Ａ２軸１７、Ａ３軸１８を
駆動する。このためには、挿入孔の位置Ｐ0 ２４を知る
必要がある。

【００１４】図４に挿入孔の位置Ｐ0 ２４を知るための
位置決め手段である位置決め治具２９を示す。位置決め
治具２９は、挿入体２２の代わりにホルダ２１に挿入で
き、ネジ部５６を締め付けナット３０で締めることで、
着脱自在にホルダ２１に固定できる。位置決め治具２９
はＡ４軸１９の自由回転を止め、常に定まった位置に位
置決めするための、Ａ３軸１８に設けられた穴３２に嵌
合する回転止め３１を有し、またＡ５軸２０の自由回転
を止め、水平に保持できるための水平板３３および挿入
孔の位置２４を指示するための、パイプ３４及び先端部
３５からなるポインタ３６を有している。

【００１５】以下に上記した構成の作用を述べる。本実
施例では挿入孔の位置Ｐ0 ２４を検出するためには以下
の通り操作する。まず、処置用マニピュレータ７の挿入
体２２を取り外し、代わりに位置決め治具２９をホルダ
２１に挿入し、締め付けナット３０によって固定する。
位置決め治具２９により、Ａ４軸１９およびＡ５軸２０
の回転は定まった位置に固定されるため、位置決め治具
２９の先端部３５の位置は、Ａ１軸１６、Ａ２軸１７、
Ａ３軸１８の駆動量によって一意的に定まる。この状態
で、操作入力装置４を用いてＡ１軸１６、Ａ２軸１７、
Ａ３軸１８を駆動し、位置決め治具２９の先端部３５を
挿入孔の位置Ｐ0 ２４に位置決めし、処置用マニピュレ
ータ制御装置６に挿入孔Ｐ0 ２４の位置を記憶させる。

【００１６】このときの位置決め治具２９の操作手段と
しては、操作入力装置４以外の手段、例えば、ジョイス
ティックやカーソル入力、３次元マウスなどを別途設け
ることもできる。

【００１７】挿入孔の位置Ｐ0 ２４を記憶させた後、位
置決め治具２９をホルダ２１より脱着し、代わりに挿入
体２２を装着する。挿入孔の位置Ｐ0 ２４が既知である
ので、操作入力装置４により入力されたエンドエフェク
タ部２５の位置Ｐｅ２６に対して挿入体取付位置Ｐｍ２
８を算出できる。位置Ｐｍ２８に位置決めするようにＡ
１軸１６、Ａ２軸１７、Ａ３軸１８を動作させること
で、エンドエフェクタ部２５はＰｅ２６に位置決めされ
る。

【００１８】以上、処置用マニピュレータ７を中心に説
明を行ったが、エンドエフェクタ部２５が、先端処置具
１５から内視鏡３に置き換えられ、操作入力装置４が３
次元ディジタイザ１２に置き換えられる点を除けば、観
察用マニピュレータ１４についても全く同様である。

【００１９】上記した第１実施例によれば、内視鏡下外
科手術において術者の見たい方向を観察することがで
き、また処置具の操作性を向上させることができる。内
視鏡下外科手術で用いられるこのような医療用マニピュ
レータを操作するためには、内視鏡または処置具の挿入
孔の位置Ｐ0 ２４を検出する必要があるが、本実施例に
示されるような位置決め治具２９を用いることで、挿入
孔の位置検出のための、磁気や光学的なマーカを用いた
位置センサ、画像処理による位置検出、多関節マニピュ
レータを用いた位置センサなどの別途機器が不要にな
る。

【００２０】また、本実施例では、位置決め治具２９が
挿入孔の位置検出手段と自由関節Ａ４軸１９、Ａ５軸２
０の拘束手段を兼ねるので使用時のマニピュレータへの
着脱操作が簡単になる。

【００２１】以下に、図５〜図７を参照して本発明の第
２実施例を説明する。まず、図５を参照して第２実施例
の構成を説明する。第２実施例では第１実施例の図２に
示されるＡ４’軸１９およびＡ５軸２０の代わりに駆動
手段を有する関節、Ａ４軸３７およびＡ５軸３８が設け
られている。本実施例においては、関節が受動的に動か
ないため、図３に示される挿入孔の位置Ｐ0 ２４を挿入
体２２が通るように、Ａ１軸１６，Ａ２軸１７，Ａ３軸
１８，Ａ４’軸３７，Ａ５’軸３８を制御しなければ、
挿入孔２４付近の皮膚や近傍組織に強い力がかかり、損
傷を与える可能性がある。

【００２２】図６に本実施例における位置決め治具３９
を示す。本実施例では、Ａ４’軸３７およびＡ５’軸３
８が駆動手段を有するため、位置決め治具３９は固定用
ネジ４０及びパイプ３４および先端部３５よりなるポイ
ンタ３６で構成される。第１実施例と同様、挿入体２２
を脱着し、代わりに位置決め治具３９を締め付けナット
３０によってホルダ２１に取り付ける。操作入力装置４
（観察用マニピュレータの場合は３Ｄディジタイザ１
２）を用いてマニピュレータ７を操作し、ポインタ先端
部３５を挿入孔の位置Ｐ0 ２４を指示するように制御
し、マニピュレータ制御装置６に挿入点を記憶させる。
また、基準挿入長ｌ’４２（挿入体取付位置２８とポイ
ンタ先端部３５との間の距離）を調整するために、パイ
プ３４の取付位置をパイプ取付ネジ４１により可変でき
る構造になっている。

【００２３】図７には異なった種類の挿入体を示す。挿
入体Ａ４３は先端処置具１５を有し、挿入体Ｂ４４は内
視鏡３を有している。挿入体Ｂ４４の挿入基準長ｌB ４
６は、挿入体Ａ４３の挿入基準長ｌA ４５に対して長
い。パイプ３４の取付位置を挿入体の挿入基準長に対応
して、ｌ’A ４７、ｌ’B ４８と可変することで、位置
決め治具３９の挿入基準長ｌ’を挿入体の基準挿入長ｌ
と同じ長さとして扱うことができる。

【００２４】上記した第２実施例によれば、Ａ４’軸３
７，Ａ５’軸３８に駆動手段があるため、患者の呼吸や
術中の動き、気腹の状態の変化などにより、挿入孔の位
置Ｐ0 ２４が若干変化しても、マニピュレータのエンド
エフェクタ部２５の位置決めに影響しない。また本実施
例では、ポインタ先端部３５と挿入体取付位置Ｐｍ２８
の間の長さを可変できるため、挿入孔回りの機器などと
マニピュレータや治具が干渉して操作がしにくい場合に
も位置教示が容易となる。

【００２５】また、位置決め治具の挿入基準長ｌ’４２
と挿入体の挿入基準長ｌ２７が同じ長さになるように設
定した場合，位置決め治具の挿入基準長ｌ’４２に対し
て特別な定数を設定する必要がなくなる。この結果、一
つの位置決め治具３９を複数の挿入体、マニピュレータ
に用いることができる。

【００２６】以下に図８を参照して本発明の第３実施例
を説明する。第３実施例では第１実施例の図２に示され
るＡ３軸１８に、位置決め治具４９の締め付けネジ５１
により脱着機構５０を設けている。位置決め治具４９は
パイプ３４およびポインタ先端部３５より構成されてい
る。本実施例では、挿入体２２を装着したままで、処置
用マニピュレータ７および位置決め治具４９を用いて挿
入孔の位置Ｐ0 ２４を指示できる。

【００２７】上記した第３実施例によれば、術中に体位
の変化などにより、挿入孔の位置Ｐ0 ２４が変化し、新
たに教示する必要がある場合にも、挿入体２２を抜去す
ることなく教示できるという効果を有する。

【００２８】以下に図９、図１０を参照して本発明の第
４実施例を説明する。第４実施例では第３実施例のパイ
プ３４の先端にあるポインタ先端部３５の代わりに、２
台のレーザ６９、７０が設けられている。２本のレーザ
光線の交点７１を指示点とし、挿入孔の位置Ｐ0 ２４と
光線の交点７１が一致するように処置用マニピュレータ
７を操作し、挿入孔の位置Ｐ0 ２４を教示する。

【００２９】また、図１０に示すように一台のレーザ６
９が回転可能な台５８に取り付けられており、２本のレ
ーザ光線のなす角度５２がネジ５３とバネ５４から構成
される角度可変機構５５により変更できるようになって
いる。これによってレーザ光線の交点の位置７１も可変
されるため、第２実施例における位置決め治具の挿入基
準長ｌ’４２を可変した場合と同様の効果が得られる。

【００３０】上記した実施例によれば、生体と非接触で
挿入孔の位置を教示できるので、術中に体位の変化等に
より挿入孔の位置が変化した場合、また挿入孔まわりの
機器などと干渉して操作がしにくい場合にも容易に挿入
孔の位置を教示することができる。

【００３１】以下に上記した実施例の付加的説明を行な
う。体腔内の観察、処置のために内視鏡等の手術器械を
体腔内に挿入可能な手術用マニピュレータが知られてい
る。すなわち、腹壁等の体壁に挿入孔を開け、この挿入
孔を通じて内視鏡や処置具を経皮的に体腔内に挿入する
ことにより体腔内で様々な処置を行なう内視鏡下手術が
従来から行なわれており、こうした術式は大きな切開を
要しない低侵襲なものとして胆のう摘出手術や肺の一部
を摘出除去する手術等で広く行なわれている。

【００３２】内視鏡下手術では、一般的に体壁に第１の
挿入孔を開け内視鏡を体腔内に挿入し、それを第１の術
者が保持し術野を確保する。そして、第２、第３の挿入
口を体壁に開け、鉗子等手術器具を体腔内に挿入し第２
の術者が手術を行う。

【００３３】このように内視鏡下手術では一般の開腹手
術では不要な内視鏡を保持する術者が必要である。そこ
で、特願平４−２２１５７１号は、内視鏡を保持する術
者がいなくとも術野を確保できるように、内視鏡装置を
保持するスコープホルダーを開示している。

【００３４】このようなスコープホルダーを電動化し術
者が直接操作できるようにすることは内視鏡下手術の省
力化を進める上で望ましい。しかし、体腔内に挿入され
た内視鏡は挿入孔において拘束されている。これを生体
に無理な力が加わらないようにマニュピュレータを動作
させる必要がある。

【００３５】特開平６−３０８９６号公報は内視鏡装置
等を保持し、電動で動作可能なマニュピュレータを開示
している。ここでは、内視鏡を体腔内に挿入する挿入孔
とマニュピュレータ先端に取り付けられた電動可動装置
の動作中心を位置させることにより、内視鏡を動作させ
た場合でも、内視鏡を挿入した生体に無理な力が加わら
ない構造になっている。

【００３６】しかし、上記した特開平６−３０８９６号
公報に開示されたマニュピュレータでは、マニュピュレ
ータ先端に取り付けられた可動装置が大きくなってしま
い操作性を低下させてしまう。また、挿入孔と可動装置
の動作中心の位置合わせを行う方法については何等記述
していない。

【００３７】以下にこのような問題点を解決して、内視
鏡の動きを拘束する拘束点を決定させる操作を正確に短
時間で行えるようにし、手術用マニピュレータの操作を
容易に行える手術用マニピュレータについて述べる。

【００３８】図１１〜図１６は第１の実施例を示し、手
術器械を体腔内に挿入し、体内の観察およびまたは処置
を行う手術用マニピュレータにおいて、マスターマニピ
ュレータを操作することにより、スレーブマニピュレー
タを動作させる場合に、スレーブマニピュレータの手術
器械の挿入部が、体壁の挿入孔に対し無理な力が働かな
いように、マスターマニピュレータの位置および姿勢と
スレーブマニピュレータの位置および姿勢を対応させる
ように構成したものである。

【００３９】すなわち、図１１に示すように、手術用マ
ニピュレータにおいて、マニピュレータとしてのスレー
ブマニピュレータ１０１は、その先端部を患者の体壁ａ
の挿入孔ｂを介して体腔ｃ内に挿入する挿入部１０２を
有した手術器械１０３と、この手術器械１０３を支持す
るための直動および回転の自由度を有する複数の軸を有
するロボット１０４から構成されている。挿入部１０２
の先端部には３次元（立体）スコープ１０５と、一対の
処置具１０６，１０７とを備えている。３次元（立体）
スコープ１０５の先端部および一対の処置具１０６，１
０７は、それぞれ多自由度にて湾曲可能となっている。

【００４０】一方、操作手順としては、多関節構造を有
する操作手段としてのマスターマニピュレータ１１１が
あり、そのマスターマニピュレータ１１１の先端部に
は、ＨＭＤ（ヘッドマウンティッドディスプレー）１１
２と、一対の処置具操作用操作アーム１１３，１１４が
設けられている。

【００４１】スレーブマニピュレータ１０１およびマス
ターマニピュレータ１１１は、制御装置１２１に接続さ
れており、マスターマニピュレータ１１１の先端部の位
置がスレープマニピュレータ１０１の位置に対応し、ま
た、ＨＭＤ１１２の回転部の位置が３次元（立体）スコ
ープ１０５の湾曲角に対応し、さらに、処置操作用操作
アーム１１３，１１４が処置具１０６，１０７の位置に
対応して動作するよう制御される。

【００４２】なお、スレーブマニピュレータ１０１の軸
には、アクチュエータ（図示しない）とその回転位置を
検出するエンコーダ１１８および減速機（図示しない）
が設けてある。また、マスターマニピュレータ１１１の
関節部、ＨＭＤ１１２の回転部および処置操作用アーム
の関節部には、エンコーダ１２０が設けられている。

【００４３】なお、図１１においては、内視鏡としての
３次元（立体）スコープ１０５と処置具１６７を一体と
する挿入部を示しているが、内視鏡だけ、あるいは、処
置具だけの構成でも構わない。また、内視鏡としては、
先端部に湾曲機構を有する実施例を示しているが、硬性
鏡でも構わない。以上の構成について、リンク機構をわ
かりやすく示した図を図１３に示す。

【００４４】図１２は、手術用マニピュレータの動作を
制御するシステムの構造を示す。すなわち、スレーブマ
ニピュレータ１０１と、スレーブマニピュレータ１０１
を制御する制御装置１２１と、操作手段１２２および操
作スイッチ１２４が設けられている。制御装置１２１に
は、ＭＰＵ１２５と、アクチュエータ駆動回路１２０お
よび入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）１２７を備えて
おり、それぞれ操作手段１２２と、スレーブマニピュレ
ータ１０１および操作スイッチ１２４が接続されてい
る。

【００４５】次に、前述のように構成された手術用マニ
ピュレータの作用について説明する。前記構成におい
て、体壁ａの挿入孔ｂに無理な力が作用しないように、
ポイントロックという動作を行わせる。本手術用マニピ
ュレータにおいては、マスターマニピュレータ１１１を
操作者が操作して、スレーブマニピュレータ１０１を動
作させるが、この時、マスターマニピュレータ１１１の
動きに追従してスレーブマニピュレータ１０１が動作し
てしまうため、例えば、術者が誤ってマスターマニピュ
レータ１１１を操作した場合、患者の体腔ｃ内に挿入さ
れている手術器械１０３が挿入孔ｂによって動きを拘束
されているにもかかわらず、スレーブ動作を行なうこと
による挿入孔ｂへの無理な力をかけるということが生じ
る。

【００４６】そこで、手術器械１０３が挿入孔ｂを支点
として動作するような制御を行わせるように、スレーブ
マニピュレータ１０１の動作を制限することによって前
述した問題点を解決することができる。ここでは、この
前記動作制限のことを、ポイントロックということにす
る。

【００４７】ポイントロックによる動作制限方法を説明
すると、図１４（ａ）は、スレーブマニピュレータ１０
１の挿入部１０２の先端部１２８を示し、同図（ｂ）
は、マスターマニピュレータ１１１の先端部１２９を示
す。

【００４８】マスタースレーブモードのマスターマニピ
ュレータ１１１とスレーブマニピュレータ１０１との動
作関係は、マスターマニピュレータ１１１の先端部１２
９の座標系の相対移動量をスレーブマニピュレータ１０
１の先端部１２８の座標系に反映させて動作を行わせて
いる。

【００４９】初めに、図１４（ｂ）に示すように、マス
ターマニピュレータ１１１の先端部１２９のＴＣＰ（ツ
ール先端点）の状態をＴＣＰｍ１３０とし、図１４
（ａ）に示したスレーブマニピュレータ１０１の先端部
１２８のＴＣＰの状態をＴＣＰｓ１３１とする。

【００５０】前記マスターマニピュレータ１１１のＴＣ
Ｐを求め、スレーブマニピュレータ１０１のＴＣＰを求
めてスレーブを動作させる処理は、まずマスターマニピ
ュレータ１１１の各軸に配置されたエンコーダからの移
動量から関節変数を求め、ＴＣＰの位置・姿勢を求める
順座標変換処理を行う。これによって、マスターマニピ
ュレータ１１１のＴＣＰが求まる。その後、その求めた
ＴＣＰの値からスレーブマニピュレータ１０１の各軸の
制御量を求めるための逆座標変換を行わせる処理からな
っている。

【００５１】前記状態から、図１４（ｂ）に示すよう
に、術者がマスターマニピュレータ１１１の先端部１２
９のＴＣＰｍ１３０の位置・姿勢をＴＣＰｍ１３２の状
態に移動させたとする。この時、ＴＣＰｍ１３０からＴ
ＣＰｍ１３２へ移動した位置・姿勢を示すベクトルをＡ
とする。また、同時に、マスターマニピュレータ１１１
の先端部１２９を図の様にθ回転させたとする。

【００５２】制御装置１２１は、マスターマニピュレー
タ１１１の位置相対関係（同次座標変換行列Ａ）と同一
になるように、図１４（ａ）に示した同次座標変換行列
Ａ′（図１４（ａ）中のＴＣＰｓ１３１からＴＣＰｓ１
３３を結んだベクトル）の算出を行う。同時に、ＴＣＰ
ｓ１３１とポイントロック位置１３４とを結んだ線分を
Ｏ軸と定義し、ポイントロック位置１３４とＴＣＰｓ１
３３との結んだ線分をＰ軸と定義する。またＯ軸とＰ軸
とをなす角α、前記Ｏ軸とＰ軸の２直線が作る平面に垂
直なベクトルＱの算出を行う。

【００５３】スレーブマニピュレータ１０１の先端部１
２８をマスターマニピュレータ１１１の先端部１２９に
追従させるため、スレーブマニピュレータ１０１の先端
部１２８のＴＣＰｓ１３１からＴＣＰｓ１３３に移動さ
せるが、この時、スレーブマニピュレータ１０１の先端
部１２８の軸がポイントロック位置１３４を通るという
条件にしなければならないので、スレーブマニピュレー
タ１０１の先端部１２８をＴＣＰｓ１３３へ移動させる
と同時に、前記求めたＯ軸とＰ軸のなす角α分だけＱベ
クトル回りに回転させながら移動させる。

【００５４】また、マスターマニピュレータ１１１の先
端部１２９を図１４（ｂ）中θ回転させているので、ス
レーブマニピュレータ１０１の先端部１２８の軸（Ｐ
軸）に対してθ回転させるようにする。

【００５５】以上の動作を制御装置１２１内において、
一定時間毎に計算を行っている。この計算の繰り返しに
よって、実時間でのポイントロック動作付きマスタース
レーブモードが実現される。

【００５６】さて、以上は、スレーブマニピュレータ１
０１を患者体腔内に挿入した後の場合の説明であるが、
スレーブマニピュレータ１０１を挿入孔ｂに挿入する
際、あるいは、抜去する際に生じる特異点の対策につい
て示す。

【００５７】スレーブマニピュレータ１０１の先端部１
２８を挿入する際に生じる特異点とは、挿入孔ｂの位置
とスレーブマニピュレータ１０１のＴＣＰとが一致した
場合に、位置は求まっているが、挿入する姿勢が無数に
存在するため、ロボット１０４の姿勢を決定することが
できなくなることである。また、挿入孔ｂの位置とスレ
ーブマニピュレータ１０１のＴＣＰが一致しない場合で
も、近傍においては演算精度の問題を生じるため、姿勢
決定ができないこともある。

【００５８】そこで、スレーブマニピュレータ１０１の
先端部１２８のＴＣＰと挿入孔ｂが一致する部分におい
て、姿勢に関しては、挿入してきた姿勢を決定すること
で、この問題を解決している。

【００５９】ただし、どの部分から前記示した以前の姿
勢を採用するかを予め決めておく必要があるので、挿入
孔ｂの近傍にある一定範囲の不感帯を設けることによっ
て、ロボット１０４の特異点が生じてもスムーズな動き
ができるようにしてある。

【００６０】一方、操作手段としては、図１１に示すよ
うにスレーブマニピュレータ１０１に設けられた把持部
１５４に力覚センサ１５３ａ，１５３ｂが設けられてい
る。スレーブマニピュレータ１０１および力覚センサ１
５３ａ，１５３ｂは、制御装置１２１に接続されてお
り、力覚センサ１５３ａ，１５３ｂにより決定される位
置および姿勢がスレーブマニピュレータ１０１の位置お
よび姿勢に対応するよう動作させる。

【００６１】力覚センサ１５３ａは力の３つの方向ベク
トル（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）を、力覚センサ１５３ｂは力
の２つの方向ベクトル（Ｂ４，Ｂ５）と１つの回転（Ｂ
６）を検出できるように、内部に歪みゲージが搭載され
ている。力覚センサ１５３ａ，１５３ｂにより決定され
る位置および姿勢は、図１１における力覚センサ１５３
ａ，１５３ｂの成分Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ
６を意味するが、挿入孔ｂに対し内視鏡１０５の長軸が
交わるような拘束条件を設定しない場合においては、ス
レーブマニピュレータ１０１のＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ
４，Ａ５，Ａ６に各々対応するように制御されている
が、ポイントロック時の場合、Ｂ１〜Ｂ５により決定さ
れる挿入部１０２の注目点の位置により、スレーブマニ
ピュレータ１０１の先端部の位置および挿入部１０２の
長軸が挿入孔ｂを通るための挿入部１０２の傾きを決定
し、Ｂ６による挿入部１０２の回転角により、挿入部１
０２の注目点および位置の回転を制御する。

【００６２】すなわち、術者がロボットの把持部１５４
を握り、矢印方向に移動させるようとすると、第１の実
施例で示した拘束条件を満たすように、内視鏡１０５の
先端部のＴＣＰが第１の実施例と同様にベクトルＡのよ
うに移動しようとする。力覚センタ１５３ａ，１５３ｂ
からは、Ｂ１〜Ｂ６までの独立した位置・姿勢情報が検
出されるため、第１の実施例で行ったマスターマニピュ
レータ１１１の各関節に配置されたエンコーダ１２０の
情報からマスターマニピュレータ１１１のＴＣＰの位置
・姿勢を求め、マスターマニピュレータ１１１側の移動
するベクトルＡの成分を計算する順座標変換は必要な
く、そのまま力覚センサ１５３ａ，１５３ｂの情報を使
用し、各関節の制御量によるスレーブ動作を行えば良
い。

【００６３】さて、前述した本実施例の動作方法の一連
の流れを示す。まず、ベッド上の患者の挿入孔ｂの位置
を求めるために、例えば、スレーブマニピュレータ１０
１に手術器械１０３を取り付け、挿入孔ｂの位置と手術
器械１０３のＴＣＰの位置とを力覚センサ１５３ａ、１
５３ｂを操作することにより合わせる（姿勢はどのよう
な状態でも構わない）。位置合わせを行ったときのＴＣ
Ｐの位置はスレーブマニピュレータ１０１の各軸に取り
付けられたエンコーダの出力に基づいて制御装置１２１
で計算することにより求められる。また、このＴＣＰの
座標は挿入孔ｂの位置として制御装置１２１に内部にあ
る記憶手段に記憶される。このことによって、挿入孔ｂ
とスレーブマニピュレータ１０１との相対的な位置が求
まり、スレーブマニピュレータ１０１の位置は固定され
ているため、挿入孔ｂの位置が求まる。

【００６４】次に、術者の操作により、マスターマニピ
ュレータ１１１を動作させる。図１６に示すように、制
御装置１２１側ではマスターマニピュレータ１１１の先
端部における位置および回転を動作指令として読み込
む。マスターマニピュレータ１１１より求めた位置・姿
勢情報をスレーブマニピュレータ１０１の位置または姿
勢に座標変換する。

【００６５】前記座標変換処理を終えたら、手術器械１
０３の操作対象部位（スレーブマニピュレータ１０１の
先端ＴＣＰ）が挿入孔ｂの近傍にあるか、ないかを判断
する。ここでは、スレーブマニピュレータ１０１の先端
ＴＣＰが体腔ｃ内にあるか否かを判断する。もし、体腔
ｃ外にあるのであれば、挿入部１０２の長軸の傾きの値
として、手術器械１０３の操作対象部位（スレーブマニ
ピュレータ１０１の先端ＴＣＰ）の位置が、挿入孔ｂの
近傍に入る直前の値を用い、さらに、挿入部１０２の長
軸まわりの回転がスレーブマニピュレータ１０１の回転
の指令に一致するように動作させる。もし、スレーブマ
ニピュレータ１０１の先端ＴＣＰの位置が患者の体腔ｃ
内に位置する場合は、挿入部１０２が挿入孔ｂの位置を
通り、手術器械１０３の操作対象部位（スレーブマニピ
ュレータ１０１の先端ＴＣＰ）の位置が、マスターマニ
ピュレータ１１１により決定された指令位置に一致する
ようにし、さらに、挿入部１０２の長軸まわりの回転が
マスターマニピュレータ１１１の回転の指令に一致する
ように動作させる。

【００６６】したがって、マスターマニピュレータ１１
１の操作により決定される位置および姿勢が、スレーブ
マニピュレータ１０１の手術器械１０３の挿入孔ｂを通
る拘束条件を満たさない場合においても、この拘束条件
を満たすよう動作させることができ、ひいては手術器械
１０３の挿入部１０２が挿入孔ｂに対し無理な力を作用
させることがない。また、術者は、マスターマニピュレ
ータ１１１の操作を行うと、これに追従してスレーブマ
ニピュレータ１０１が動作し、体腔ｃ内に挿入された手
術器械１０３を操作することができ、また術者の頭部に
ＨＭＤ１１２およびＨＭＤ１１２の回転軸のエンコーダ
１２０が設けてあるため、術者が頭部を動かすと、エン
コーダ１２０の動きに追従して、スレーブマニピュレー
タ１０１に固定された３次元（立体）スコープ１０５が
術野の画像をＨＭＤ１１２に表示し、術者はＨＭＤ１１
２に表示された画像を観察しながら手術器械１０３で処
置ができる。したがって、体腔ｃ内に居るような臨場感
の中で処置が可能となるため開腹術の感覚で内視鏡下手
術が可能となる。

【００６７】図１７〜図２１は第２実施例を示し、第１
実施例と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略す
る。本実施例は、手術器械を体腔内に挿入し、体内の観
察およびまたは処置を行う手術用マニピュレータにおい
て、スレーブマニピュレータに取り付けた力覚センサを
操作することにより、スレーブマニピュレータを動作さ
せる場合に、スレーブマニピュレータの手術器械の挿入
部が、観察および処置を行う対象部位に対し、挿入部を
真っ直ぐ挿入するように、力覚センサにより決定される
位置および姿勢をスレーブマニピュレータの位置および
姿勢を対応させるように構成したものである。

【００６８】この手術用マニピュレータにおいて、スレ
ーブマニピュレータ１７１は、その先端部を患者の頭部
ｄ内に挿入する挿入部１７２ａを有した手術器械１７２
と、この手術器械１７２を支持するための直動および回
転の自由度を有する複数の軸を有するロボット１７３か
ら構成されている。挿入部１７２ａの先端部には、３次
元（立体）スコープ１７４と、一対の処置具１７５，１
７６とを備えている。３次元（立体）スコープ１７４の
先端部および一対の処置具１７５，１７６は、それぞれ
多自由度にて湾曲可能となっている。また、術者の頭部
には、ＨＭＤ１７７と３次元位置センサ１７８が設けら
れている。

【００６９】一方、操作手順としては、スレーブマニピ
ュレータ１７１に設けられた力覚センサ１７９ａ，１７
９ｂが設けられている。スレーブマニピュレータ１７
１、３次元位置センサ１７８および力覚センサ１７９
ａ，１７９ｂは、制御装置１２１に接続されており力覚
センサ１７９ａ，１７９ｂにより決定される位置および
姿勢がスレーブマニピュレータ１７１の位置および姿勢
に対応するよう動作し、３次元位置センサ１７８により
決定される位置および姿勢が３次元（立体）スコープ１
７４の湾曲角に対応するよう動作させる。

【００７０】また、一対の処置具１７５，１７６は、操
作部１８０ａ，１８０ｂ，１８０ｃ，１８０ｄにより機
械的に操作される。また、力覚センサ１７９ａは力の３
つの方向ベクトルを力覚センサ１７９ｂは力の２つの方
向ベクトルと１つの回転を検出できるように、内部に歪
みゲージが搭載されている。

【００７１】なお、図１７においては、３次元（立体）
スコープとしての内視鏡と処置具を一体とする挿入部を
示しているが、内視鏡だけ、あるいは、処置具だけの構
成でも構わない。また、内視鏡としては、先端部に湾曲
機構を有する実施例を示しているが、硬性鏡でも構わな
い。また、本実施例の手術用マニピュレータの動作を制
御するシステムの構造は、第１実施例の図２に示したも
のと同一であり、説明を省略する。

【００７２】次に、本実施例の作用について説明する。
脳外分野でのポイントロック位置は患者頭部ｄ内に位置
する部分であるため、例えば、予めＣＴ等の画像観察装
置によって、目的部位の位置を認識しておく必要があ
る。この目的部位の位置を知るためには、例えば、制御
装置１２１の標準入力装置から位置情報を入力したりす
ることによって、制御装置１２１側で目的部位（ポイン
トロック位置）とスレーブマニピュレータ１０１との位
置関係を認識させることも可能である。

【００７３】また、ポイントロック位置が内視鏡を挿入
する予め開けられた挿入孔より確認できる場合には、ス
レーブマニピュレータ１０１より手術器械１０３をいっ
たん取り外し、その代わりに図２１に示すレーザーポイ
ンタ１９１と光学的測距手段１９２を備えるポイントロ
ック点指示冶具１９０をスレーブマニピュレータに取り
付ける。ここで測距手段にはカメラのオートフォーカス
機構の焦点調節に用いられる機構などが利用できる。こ
のポイントロック点指示冶具を使用するのに適した例
は、本実施例のように脳外科分野など不用意に患部に触
れると患者に対して大きなダメージを与えてしまう場合
が考えられる。また、本実施例の装置は、ポイントロッ
ク点を患者に対して非接触測定できるため、ポイントロ
ック点指示冶具を使用するたびに洗浄、消毒、滅菌する
必要がない。

【００７４】次に本実施例におけるポイントロック点の
求め方について説明する。図２１のようにスレーブマニ
ピュレータ１０１に冶具１９０を取り付け、力覚センサ
１５３ａ、１５３ｂを操作し、スレーブマニピュレータ
１０１の位置、姿勢を変化させることにより、冶具１９
０に取り付けられているレーザーポインタ１９１の指し
示す位置とポイントロック点とを一致させる。このとき
のレーザーポインタ１９１の指し示す位置と、冶具１９
０の先端との距離は光学的測距手段１９２により検出さ
れる。レーザーポインタ１９１の指し示す位置はスレー
ブマニピュレータ１０１の各軸に取り付けられたエンコ
ーダの出力と光学的測距手段１９２により検出された距
離情報を制御装置１２１で計算することで求められ、こ
れを制御装置１２１内に設けられた記憶手段にポイント
ロック点として記憶させる。

【００７５】その後、冶具１９０をスレーブマニピュレ
ータ１０１より取り外し、手術器械１０３をスレーブマ
ニピュレータ１０１に取り付ける。その後の操作作用等
については第１実施例と同様なので省略する。

【００７６】次に、具体的な動作について説明すると、
図１８（ａ）で示したように、手術器械１７２をＳ１の
状態から水平方向（矢印方向）に移動させるために、ス
レーブマニピュレータ１７１のＡ３軸を伸長するように
操作（力覚センサ１７９ａをＢ３方向に押す）したとす
る。ポイントロックモードでない時には、図１８（ａ）
の点線で示されたように手術器械１７２の先端が移動す
るが、ポイントロックモードの時には、ポイントロック
位置Ａと手術器械１７２の長軸とが一致するように動作
するため、図１８（ａ）に示されているＳ１の状態から
Ｓ２の状態に移動する。

【００７７】手術器械１７２を図１８（ｂ）に示すよう
にＳ３の状態から垂直方向（矢印方向に移動させるため
に、図１７に示すように、スレーブマニピュレータ１７
１のＡ２軸を短縮するように操作（力覚センサ１７９ａ
−Ｂ２方向に押す）したとする。ポイントロックモード
でない場合には、手術器械１７２は図１８（ｂ）の点線
で示す部分に移動するが、ポイントロックモード時に
は、図１８（ｂ）に示すＳ４の状態に移動する。

【００７８】また、水平・垂直についての移動方法を示
したが、スレーブマニピュレータ１７１は、回転を行わ
せることも可能であり、それについては、図１８（ｃ）
に示したＳ３の状態からスレーブマニピュレータ１７１
のＡ５軸が回転するように力覚センサ１７９ｂのＢ５を
操作する。ポイントロックモードでない時は、図１８
（ｃ）のＳ５の状態から点線で示す部分に手術器械１７
２が移動するが、ポイントロックモードの時は、ポイン
トロック拘束条件を満たすために、姿勢をＳ６に移動さ
せる。

【００７９】以上脳外分野で使用される手術器械１７２
をスレーブマニピュレータ１７１に取り付けた時の、ス
レーブマニピュレータ１７１の操作方法を説明したが、
脳外分野で使用する場合、ポイントロック位置というの
は、患者頭部ｄ内にある。

【００８０】したがって、第１実施例で示したように、
ポイントロック位置を通過するということは実際には無
いが、もし、ポイントロック位置と手術器械１７２の先
端部の位置が一致した場合、第１実施例で示したよう
に、特異点が生じるようになるため、本実施例でも制御
装置１２１側で第１の実施例で示した不感帯の処理を行
い、姿勢を決定できなくなった場合、不感帯に入る直前
の姿勢に決定する処理を制御装置１２１側で行わせてい
る。

【００８１】前述した一連の作業を図１９に示す。図１
９により、術者はダイレクトムーブの操作を行う。操作
後は、力覚センサによって、ダイレクトムーブの先端に
おける位置および回転を動作指令として制御装置に入力
される。ダイレクトムーブの位置および回転情報が入力
されると、ダイレクトムーブより求めた位置・姿勢情報
をスレーブマニピュレータの手術器械の位置または姿勢
に座標変換する。

【００８２】座標変換された後、手術器械の操作対象部
位の位置が、処置または観察対象とする部位の位置に対
して近傍にあるか否かを判断し、対象部位近傍にある場
合には、挿入部の長軸の傾きの値として、手術器械の操
作対象部位の位置が、処置または観察を対象とする部位
の位置に対して近傍の距離に入る直前の値を用い、さら
に、挿入部の長軸まわりの回転が、スレーブマニピュレ
ータの回転の指令に一致するように動作させる。

【００８３】もし、手術器械の操作対象部の位置がマス
タースレーブマニピュレータにより決定された指令位置
に一致するように、挿入部の長軸まわりの回転がスレー
ブマニピュレータの回転の指令に一致するように動作さ
せる。

【００８４】したがって、力覚センサの操作により決定
される位置および姿勢が、スレーブマニピュレータの手
術器械の挿入部が、観察および処置を行う対象部位に対
し、挿入部を真っ直ぐ挿入する拘束条件を満たさない場
合においても、この拘束条件を満たすよう動作させるこ
とができる。

【００８５】また、術者は、力覚センサの操作を行う
と、これに追従してスレーブマニピュレータが動作し、
体腔内に挿入された手術器械をスムーズに操作すること
ができる。

【００８６】また、術者は、また術者の頭部にＨＭＤお
よび３次元位置センサを設けているので、術者が頭部を
動かすと、３次元位置センサの動きに追従して、３次元
スコープの湾曲部が動作するため、術者はＨＭＤに表示
された画像を観察しながら手術器械で処置ができる。し
たがって、体腔内に居るような臨場感の中で処置が可能
となるため開腹術の感覚で内視鏡下手術が可能となる。

【００８７】図２０（ａ）は現在の処置具１８１の先端
ＴＣＰと患者頭部ｄとの位置関係を示す。このまま、処
置具１８１を患者頭部ｄに挿入しようとすると、図２０
（ｂ）のように患者頭部ｄに接触して危険である。

【００８８】そこで、患者頭部ｄ内の所望の位置と処置
具Ｚ軸とが同一になるように姿勢変換させる。制御装置
１２１側での処理としては、所望位置と現在の処置具１
８１の先端ＴＣＰの位置とを結ぶ線分Ｒを引く。次に、
線分Ｒの空間上の姿勢を求め、現在位置での処置具１８
１の先端ＴＣＰの姿勢を求める。

【００８９】前記処理が終わったら、処置具１８１の先
端ＴＣＰの位置をそのまま保持しながら線分Ｒの姿勢と
処置具１８１との姿勢が同一になるようにスレーブマニ
ピュレータ１７１を動作させる。具体的には、制御装置
１２１側で処置具１８１の姿勢の値と線分Ｒの姿勢の値
との差がゼロになるように動作させる。これによって、
図２０（ｃ）に示すように、処置具１８１の挿入のため
の姿勢変換がなされ、姿勢変換後ポイントロックを行い
ながら処置具１８１を患者頭部ｄに挿入していく。

【００９０】したがって、スレーブマニピュレータ１７
１に設けた処置具１８１の長軸が頭部ｄの挿入孔に向か
っていない場合においても、長軸の延長線上に挿入孔が
くるように動作させることができ、ひいては処置具１８
１の挿入が容易となる。

【００９１】また、術者は、マスターマニピュレータの
操作を行うと、これに追従してスレーブマニピュレータ
１７１が動作し、体腔内に挿入された処置具１８１を操
作することができ、また術者の頭部ｄにＨＭＤ１７７お
よびＨＭＤ１７７の回転軸にエンコーダ１２０が設けて
あるため、術者が頭部を動かすと、エンコーダ１２０の
動きに追従して、スレーブマニピュレータ１７１に固定
された３次元（立体）スコープ１７４が術野の画像をＨ
ＭＤ１７７に表示し、術者はＨＭＤ１７７に表示された
画像を観察しながら処置具１８１で処置ができる。した
がって、体腔内に居るような臨場感の中で処置が可能と
なるため開腹術の感覚で内視鏡下手術が可能となる。

【００９２】次に第３実施例について説明する。図２２
は第１実施例にて説明した手術用マニピュレータの手術
器械１０３をスレーブマニピュレータより取り外しポイ
ントロック位置決定用冶具１９５を取り付けた状態を示
す。ポイントロック位置決定用の冶具１９５はスレーブ
マニピュレータに取り付ける取り付け部を有する棒状の
ものであり、手術器械１０３の挿入部１０２よりも長い
全長を有している。好ましくは冶具１９５の全長は挿入
部１０２よりも１ｃｍから数ｃｍ長いことが望ましい。
これは冶具１９５を使用してポイントロック点を求めた
後、スレーブマニピュレータの位置、姿勢を変化させる
ことなく冶具１９５を取り外し、手術器械１０３を取り
付けたとしても、取り付け作業中において手術器械１０
３の先端がポイントロック点より先に行かないようにす
るためである。本実施例の冶具１９５を使用すると好ま
しい条件は手術器械１０３の先端にある装置に湾曲機構
が存在し、手術器械１０３の剛性が低く、わずかな接触
圧で変形してしまい、正確なポイントロック点を手術器
械１０３の先端では求められない場合や、複数の機器が
手術器械１０３の先端に取り付けられていて、正確なポ
イントロック点を手術器械１０３では指し示せない場合
に特に有効である。

【００９３】次に本実施例におけるポイントロック点の
求め方について述べる。図２２のように、スレーブマニ
ピュレータ１０１に冶具１９５を取り付け、力覚センサ
１５３ａ、１５３ｂを操作し、スレーブマニピュレータ
１０１の位置、姿勢を変化させることにより、冶具１９
５の先端とポイントロック点とを一致させる。このとき
の冶具１９５の先端位置はスレーブマニピュレータ１０
１の各軸に取り付けられたエンコーダの出力を制御装置
１２１で計算することで求められ、これを制御装置１２
１内に設けられた記憶手段にポイントロック点として記
憶させる。

【００９４】その後、冶具１９５をスレーブマニピュレ
ータ１０１より取り外し、手術器械１０３をスレーブマ
ニピュレータ１０１に取り付ける。その後の操作作用等
については第１実施例と同様なので省略する。

【００９５】以上、図１１乃至図２２を参照して上記し
た第１乃至第３実施例によれば、術者が手術器械の動き
を拘束する拘束点を予め計測するときに、マニピュレー
タに取り付けられた入力手段をマニピュレータ先端を動
かしたいと思う方向に操作し、拘束点を指示する装置の
指示点を拘束点に合わせることのみで拘束点の位置を容
易に手術用マニピュレータの記憶手段に記憶させ、記憶
手段で記憶された拘束点に拘束された動きをマニピュレ
ータに行わせることができる。また、これによりマニピ
ュレータが患者に過大な力を加えることがなくなるの
で、安全に手術を行うことができるようになる。

【００９６】上記した具体的実施例から以下のような構
成の技術的思想が導き出される。 （１） 生体に形成した挿入孔を介して脱着可能な挿入
体を遠隔操作によって駆動して生体内組織部位の観察ま
たは処置を行う医療用マニピュレータにおいて、前記挿
入孔の位置を指示するポインタを有する位置決め手段を
具備することを特徴とする医療用マニピュレータ。 （２） 前記挿入体の代わりに挿入でき着脱自在に固定
する固定手段を有する構成（１）に記載の医療用マニピ
ュレータ。 （３） 前記医療用マニピュレータの関節を拘束する拘
束手段を有する構成（１）に記載の医療用マニピュレー
タ。 （４） 前記挿入体の代わりに挿入して着脱自在に固定
する固定手段と、前記医療用マニピュレータの関節を拘
束する拘束手段を有する構成（１）に記載の医療用マニ
ピュレータ。 （５） 前記固定手段が前記拘束手段と連動している構
成（４）に記載の医療用マニピュレータ。 （６） 前記ポインタと位置決め手段の前記医療用マニ
ピュレータへの取付け位置との位置関係を可変する可変
手段を有する構成（１）乃至（５）のいずれかに記載の
医療用マニピュレータ。 （７） 前記ポインタが光線を使用して位置を指示する
構成（１）に記載の医療用マニピュレータ。 （８） ２本以上の光線を使用し、各光線は交点を有す
るようにアライメントされている構成（７）に記載の医
療用マニピュレータ。 （９） 前記２本以上の光線がなす交点の位置が可変で
ある構成（８）に記載の医療用マニピュレータ。 （１０） 前記医療用マニピュレータを操作する操作手
段と、構成（１）乃至（９）のいずれかに記載の位置決
め手段を有する医療用マニピュレータ。 （１１） 術者が操作できる領域内に設置された操作手
段と、術野にアクセスするように設置された前記操作手
段の操作に追従した動きを行うマニピュレータと、前記
マニピュレータにより保持され、体腔内に挿入される挿
入部を有した手術器具とを具備して、前記手術器具が拘
束点により拘束された動きを行う手術用マニピュレータ
システムにおいて、前記マニピュレータに取り付けら
れ、前記マニピュレータの動きを指示する術者が操作可
能な入力手段と、前記拘束点を指示する指示手段と、こ
の指示手段で指示された位置を記憶する拘束点記憶手段
と、前記手術器具が前記拘束点で拘束された動きを行う
ように前記マニピュレータを制御する制御手段とを具備
する手術用マニピュレータ。 （１２） 前記指示手段が前記マニピュレータの先端に
着脱自在に取り付けられ、前記入力手段を操作して前記
マニピュレータを動作させることにより、前記拘束点を
前記指示手段により指示する構成（１１）に記載の手術
用マニピュレータ。 （１３） 前記指示手段の長さが、前記手術器具の挿入
部の長さよりも長い構成（１１）に記載の手術用マニピ
ュレータ。

【００９７】上記した構成（１）〜（１３）の作用は以
下の通りである。 １．構成（１）〜（１０）に係る発明の作用は、マニピ
ュレータに着脱自在で、挿入孔の位置を指示するポイン
タを有する位置決め手段をマニピュレータに装着した状
態で、マニピュレータに対する操作入力手段を用いてマ
ニピュレータを操作し、挿入孔をポインタで指示するこ
とで、挿入孔の位置をマニピュレータ制御装置に取り込
むことである。 ２．構成（２）、（４）に係る発明の作用は、挿入体を
有する医療用マニピュレータにおいて、位置決め手段の
脱着機構を挿入体の脱着機構と共用することにより、マ
ニピュレータの構成を単純にすることである。 ３．構成（３）、（４）に係る発明の作用は、自由関節
を有するマニピュレータにおいて、位置決め手段によっ
て自由関節を拘束することで、ポインタの位置を一意的
に定めることである。 ４．構成（５）に係る発明の作用は、挿入体および自由
関節を有するマニピュレータの場合、位置決め手段の脱
着と自由関節の拘束を連動させることにより、一つの動
作で位置決め手段の固定と自由関節の拘束を行うことで
ある。 ５．構成（６）に係る発明の作用は、ポインタと位置決
め手段のマニピュレータへの取付位置を可変すること
で、周囲機器とマニピュレータとの干渉を避けて挿入孔
検出を行うことである。また、挿入体と位置決め手段の
位置関係を同等にすることで、位置決め手段の位置関係
の定数を入力することを不要にする。 ６．構成（７）に係る発明の作用は、光線を位置指示の
ポインタとして用いることで、非接触で挿入孔の位置を
指示することができることである。 ７．構成（８）に係る発明の作用は、２本の光線の交点
を位置指示のポインタとして用いることで、非接触で挿
入孔の位置を正確に指示することである。 ８．構成（９）に係る発明の作用は、２本の光線の交点
の位置を可変することで光線が他の機器と干渉して見え
なくなることを避けられることである。 ９．構成（１１）〜（１３）に係る発明の作用は、マニ
ピュレータの動きを指示する術者が操作可能な入力手段
をマニピュレータに取り付けるとともに、指示手段によ
って拘束点を指示する。そして、この指示手段で指示さ
れた位置を記憶して、手術器具が前記拘束点で拘束され
た動きを行うように前記マニピュレータを制御すること
である。

【００９８】上記した構成（１）〜（１３）の効果は以
下の通りである。 １．構成（１）〜（１０）に係る発明の効果は、マニピ
ュレータに着脱自在の位置決め手段を取り付けることに
よって、別途３次元位置検出手段を設けることなく、マ
ニピュレータの操作手段を用いて、挿入孔の位置を検出
できることである。 ２．構成（２）、（４）に係る発明の効果は、位置決め
手段の脱着機構を挿入体の脱着機構と共用することによ
り、マニピュレータの構成を単純化できることである。 ３．構成（３）、（４）に係る発明の効果は、位置決め
手段によってマニピュレータの自由関節を拘束すること
で、ポインタの位置を一意的に定めることである。 ４．構成（５）に係る発明の効果は、位置決め手段の脱
着と自由関節の拘束を連動させることにより、挿入孔の
検出時の操作者の労力を減らしたことである。 ５．構成（６）に係る発明の効果は、位置決め手段を取
付けた状態でマニピュレータが周囲機器と干渉した場合
にも、ポインタと位置決め手段のマニピュレータへの取
付位置を可変することで干渉を避けられることである。
また、先端処置具の種類、内視鏡や、挿入部の長さとい
った挿入体の位置関係の違いが存在するが、位置決め手
段の位置関係を挿入体と一致させることで、位置決め手
段の位置関係の定数を入力する必要がなくなる。また、
一つの位置決め手段で、多数の挿入体の位置決め手段と
して共通に用いることができるという効果がある。 ６．構成（７）に係る発明の効果は、非接触で位置を指
示できるため、周辺機器で挿入孔付近に障害物が多くて
も、容易に挿入孔の位置を教示できることである。 ７．構成（８）に係る発明の効果は、２本の光線の交点
を位置指示のポインタとして用いることで、非接触で挿
入孔の位置を正確に指示できることである。 ８．構成（９）に係る発明の効果は、２本の光線の交点
の位置を可変することで光線が他の機器と干渉して見え
なくなることを防止できることである。 ９．構成（１１）〜（１３）に係る発明の効果は、術者
が手術器械の動きを拘束する拘束点を予め計測するとき
に、マニピュレータに取り付けられた入力手段をマニピ
ュレータ先端を動かしたいと思う方向に操作し、拘束点
を指示する装置の指示点を拘束点に合わせることのみで
拘束点の位置を容易に手術用マニピュレータの記憶手段
に記憶させ、記憶手段で記憶された拘束点に拘束された
動きをマニピュレータに行わせることができる。また、
これによりマニピュレータが患者に過大な力を加えるこ
とがなくなるので、安全に手術を行うことができるよう
になる。

【００９９】

【発明の効果】本発明によれば、マニピュレータを用い
て内視鏡下外科手術を行うにあたって、挿入孔の位置を
簡便な手段でマニピュレータ制御装置に教示することが
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るシステム構成図であ
る。

【図２】第１実施例の処置用マニピュレータの構成を示
す図である。

【図３】生体内操作時の処置用マニピュレータの状態を
示す図である。

【図４】挿入孔の位置を知るための第１実施例の方法を
説明するための図である。

【図５】第２実施例の処置用マニピュレータの構成を示
す図である。

【図６】挿入孔の位置を知るための第２実施例の方法を
説明するための図である。

【図７】異なる種類の挿入体を示す図である。

【図８】挿入孔の位置を知るための第４実施例の方法を
説明するための図である。

【図９】挿入孔の位置を知るための第４実施例の方法を
説明するための図である。

【図１０】挿入孔の位置を知るための第３実施例の他の
方法を説明するための図である。

【図１１】第１の実施例に係る手術用マニピュレータの
全体構成図である。

【図１２】手術用マニピュレータの制御装置のブロック
図である。

【図１３】手術用マニピュレータの概略的構成図であ
る。

【図１４】手術用マニピュレータの作用を説明するため
の図である。

【図１５】スレーブマニピュレータの側面図である。

【図１６】第１実施例の作用を示すフローチャート図で
ある。

【図１７】第２実施例を示す手術用マニピュレータの斜
視図である。

【図１８】手術用マニピュレータの作用を説明するため
の図である。

【図１９】第２実施例の作用を示すフローチャートであ
る。

【図２０】現在の処置具の先端と患者頭部との位置関係
を示す図である。

【図２１】第２実施例において、ポイントロック点の求
め方を説明するための図である。

【図２２】第３実施例を説明するための図である。

【符号の説明】

１…処置用マニピュレータシステム、２…観察用マニピ
ュレータ、３…内視鏡、７…処置用マニピュレータ、１
４…観察用マニピュレータ、１５…先端処置具、２４…
挿入孔の位置、２９…位置決め冶具。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生体に形成した挿入孔を介して脱着可能
   な挿入体を遠隔操作によって駆動して生体内組織部位の
   観察または処置を行う医療用マニピュレータにおいて、 前記挿入孔の位置を指示するポインタを有する位置決め
   手段を具備することを特徴とする医療用マニピュレー
   タ。