JPH08275958A

JPH08275958A - 手術用マニピュレータ装置

Info

Publication number: JPH08275958A
Application number: JP7082439A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Hibino; 浩樹日比野
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1996-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明はより高度の医療作業を行うことができ
るとともに、それらのマニピュレータの操作性に優れた
手術用マニピュレータ装置を提供することを目的とす
る。【構成】本発明は複数のマニピュレータを有する手術用
マニピュレータ装置において、前記複数のマニピュレー
タは少なくとも複数の観察用マニピュレータ３ａ，３ｂ
を含むことを特徴とする手術用マニピュレータ装置であ
る。マニピュレータは少なくとも複数の観察用マニピュ
レータ３ａ，３ｂを含むため、複数の観察ができて、複
雑な処置作業等を容易に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数のマニピュレータを
備えた手術用マニピュレータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＵＳＰ第５，３６８，０１５号公報には
遠隔操作により内視鏡下手術を行うマニピュレータ装置
が示されている。このマニピュレータ装置は１本の観察
用マニピュレータと１本の処置用マニピュレータのみが
用意され、これを遠隔的に操作するようになっている。
観察用マニピュレータと処置用マニピュレータがそれぞ
れ１本であるため、例えば処置対象の臓器を把持して切
ったり縫合したりすることができなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本出願人は複
数の処置手段を有するものを特願平５−２７４４０５号
の出願で提案した。しかし、この様に処置手段が複数に
なると、一方の処置手段は内視鏡の観察画像の領域内に
捉えておけるが、もう一方の処置手段は内視鏡の観察画
像の領域外に出てしまうことがあった。また、処置対象
を異なる角度から観察したいときには観察手段の観察方
向を変える必要があるが、この際に、処置手段が観察画
像から出てしまい見えなくなってしまうことが起きるこ
とがある。

【０００４】本発明は前記課題に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、より高度の医療作業を行
うことができるとともに、それらのマニピュレータの操
作性に優れた手術用マニピュレータ装置を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決する手段および作用】本発明は複数のマニ
ピュレータを有する手術用マニピュレータ装置におい
て、前記複数のマニピュレータは少なくとも複数の観察
用マニピュレータを含むことを特徴とする手術用マニピ
ュレータ装置である。マニピュレータは少なくとも複数
の観察用マニピュレータを含むため、複数の観察ができ
て、複雑な処置作業等を容易に行うことができる。

【０００６】

【実施例】

（第１の実施例）図１および図２を参照して本発明の第
１の実施例に係る手術用マニピュレータ装置を説明す
る。図１はその手術用マニピュレータ装置のシステムを
概略的に示す図である。同図中１は患者が載置されるベ
ッドであり、このベッド１の縁にはこれに沿って全周的
にレール等からなる取付け用ベース２が設けられてい
る。ベース２には観察用スレーブマニピュレータあるい
は処置用スレーブマニピュレータ等の複数のスレーブマ
ニピュレータ３ａ〜３ｆが着脱自在に取り付けられる。

【０００７】図１で示す本実施例では６個のスレーブマ
ニピュレータを例示する。このうち、スレーブマニピュ
レータ３ａ，３ｂは観察用スレーブマニピュレータであ
り、他のスレーブマニピュレータ３ｃ〜３ｆは処置用ス
レーブマニピュレータとしてある。

【０００８】図２で示す如く、観察用スレーブマニピュ
レータ３ａ（３ｂ）は図示しない電動モータによりそれ
ぞれ駆動されるＡ１軸，Ａ２軸，Ａ３軸と、フリー関節
から構成されるＡ４軸，Ａ５軸からなる。フリー関節Ａ
の４軸，Ａ５軸にはそれぞれの軸回りに回動される先端
ホールド部４が設けられている。そして、このホールド
部４には内視鏡５が着脱自在に固定される。この内視鏡
５は例えば視差のある２つの像を電子的に撮像する立体
式のものである。内視鏡５により撮像された画像は表示
装置、例えば後述のフェースマウンティッドディスプレ
イ（以下、ＦＭＤと称する）６の図示しない表示部に映
し出されて表示され、その画像を立体的に観察できるよ
うになっている。

【０００９】一方、処置用スレーブマニピュレータ３ｃ
（３ｄ〜３ｆ）も前記スレーブマニピュレータ３ａ（３
ｂ）と略同様に、図示しない電動モータにより駆動され
るＡ１軸，Ａ２軸，Ａ３軸と、フリー関節から構成され
るＡ４軸，Ａ５軸からなる。また、フリー関節には先端
ホールド部７が設けられており、このホールド部７には
電動処置具８が着脱自在に固定される。

【００１０】観察用スレーブマニピュレータ３ａ（３
ｂ）にそれぞれ保持された各内視鏡５の撮像手段は第１
の切換回路９を介してＣＣＵ（カメラコントロールユニ
ット）１０に接続されている。内視鏡５で撮像した出力
はそのＣＣＵ１０を経て処理され、図示しない映像信号
処理回路によりＴＶ画像の映像信号を得る。ＴＶ画像は
前記ＦＭＤ６内の表示部において立体的に観察できるよ
うに表示される。

【００１１】一方、前記ＦＭＤ６には観察用マスターマ
ニピュレータを構成するため、例えば３次元デジタイザ
１１が設けられおり、３次元デジタイザ１１の３次元的
な位置及び方向についての情報を制御回路１２が検出す
る。すなわち、３次元デジタイザ１１はＦＭＤ６が装着
された術者の顔の位置及び方向を検出する。３次元デジ
タイザ１１の方式としては種々のものが考えられるが、
例えば３次元的なベース磁界を発生するソースコイルを
設け、そのベース磁界から磁気検出センサによって３次
元的な位置及び方向の情報を検出する方式が考えられ
る。

【００１２】また、制御回路１２は３次元デジタイザ１
１の検出値に応じて、その制御信号を第２の切換回路１
３を介して、選択された方の前記観察用スレーブマニピ
ュレータ３ａ（３ｂ）に送出する。しかして、ここでは
観察用スレーブマニピュレータ３ａ，３ｂは１つの観察
用マスターマニピュレータの、ＦＭＤ６に設けた３次元
デジタイザ１１の３次元的な位置及び方向に追従して動
作される。そして、術者の顔の動きに追従するように内
視鏡５の先端の位置および向きを制御する。

【００１３】一方、ここでは２個の処置用マスターマニ
ピュレータ１４，１５が設けられ、それらの処置用マス
ターマニピュレータ１４，１５からそれぞれ出力される
信号は対応する制御回路１６，１７に入力する。制御回
路１６，１７はそれぞれ切換回路１８，１９を介して処
置用スレーブマニピュレータ３ｃ（３ｄ）、３ｅ（３
ｆ）に対して制御信号を送り出す。そして、処置用スレ
ーブマニピュレータ３ｃ（３ｄ），３ｅ（３ｆ）は処置
用マスターマニピュレータ１４，１５の動作に追従して
動作する。

【００１４】前述した各切換回路９，１３，１８，１９
は切換スイッチ２０を操作することによりそれぞれが切
り換えられる。まず、切換回路９，１３により３次元デ
ジタイザ１１に追従するスレーブマニピュレータ３ａ，
３ｂを選択可能であり、同時に、内視鏡５，５の出力画
像の選択も可能である。また、切換回路１８によりマス
ターマニピュレータ１４に追従させるスレーブマニピュ
レータ３ｃ，３ｄのいずれかと、切換回路１９によりマ
スターマニピュレータ１５に追従させるスレーブマニピ
ュレータ３ｅ，３ｆのいずれかを選択可能である。

【００１５】なお、選択されたスレーブマニピュレータ
は、マスタースレーブ動作がオンの状態となり、マスタ
ーマニピュレータの動作に追従して対応するスレーブマ
ニピュレータが動作する。一方、選択されないスレーブ
マニピュレータは、マスタースレーブ動作がオフの状態
となり、静止状態となる。したがって、選択されたスレ
ーブマニピュレータに保持された内視鏡の画像がＦＭＤ
６に選択的に表示させることができる。

【００１６】なお、観察用マニピュレータは観察用スレ
ーブマニピュレータとこれを操作する観察用マスターマ
ニピュレータを含むものとする。また、処置用マニピュ
レータは処置用スレーブマニピュレータとこれを操作す
る処置用マスターマニピュレータを含むものとする。

【００１７】（作用）この手術用マニピュレータ装置を
使用する場合、術者は頭部にＦＭＤ６をかぶる。また、
切換スイッチ２０を操作することにより使用しようとす
る観察用スレーブマニピュレータ３ａ，３ｂの一方を選
択して、それの内視鏡５からの体腔内画像をＦＭＤ６を
通して表示されるものを見ながら、顔を所望の位置及び
方向に向け、選択した方の観察用スレーブマニピュレー
タ３ａ，３ｂを動作させて、観察対象の部分を捉える。

【００１８】次に、切換スイッチ２０を操作して、選択
した他方の観察用スレーブマニピュレータ３ａ，３ｂを
選択して、同様に観察対象を捉える。このとき、２個の
観察用スレーブマニピュレータ３ａ，３ｂによる観察を
例えば観察対象部位を別の角度から捉える様にしても良
いし、また、一方は患部全体を、他方は処置対象部位を
拡大して捉える様にしても良い。

【００１９】一方、切換スイッチ２０を操作して、例え
ば処置用スレーブマニピュレータ３ｃ，３ｅを選択し
て、右手で処置用マスターマニピュレータ１４を操作
し、左手で処置用マスターマニピュレータ１５を操作
し、右手及び左手による操作を協調的に行って例えば臓
器を縫合したり切開したする等の処置を行う。この際、
例えば処置対象の部位が移動してしまったり、他の臓器
が邪魔になったりする事がある。この様な場合には切換
スイッチ２０を操作して処置用スレーブマニピュレータ
３ｄ，３ｆを選択してそれぞれ対象部位を押さえたり、
臓器を圧排する様にマスターマニピュレータ１４，１５
を操作する。その後、切換スイッチ２０を再び切換え操
作して、元のスレーブマニピュレータ３ｃ，３ｅを選択
し直して前記縫合作業を続行する。

【００２０】なお、前記手術症例及び処置具に限定され
ず、各種症例で、各種の処置具を使用可能なのは言うま
でもない。

【００２１】（効果）以上の如く、術者は両手を使って
選択した処置具の操作ができるので操作性が良く、より
高度の医療作業を行うことができる。また、手を使う事
なく顔の動作に追従して内視鏡を移動させることができ
る。

【００２２】（変形例）一本のスレーブマニピュレータ
に複数の内視鏡及び／又は複数の処置具が保持され選択
的または同時に動作されても良い。マスターマニピュレ
ータとは観察用マスターマニピュレータ及び／又は処置
用マスターマニピュレータの意味を含む。スレーブマニ
ピュレータとは観察用スレーブマニピュレータ及び／又
は処置用スレーブマニピュレータの意味を含む。・マス
ターマニピュレータの数とスレーブマニピュレータの数
は一致していても良い。さらに術者が触っているマスタ
ーマニピュレータのみ動作可能としても良い。観察モニ
タ上に処置用スレーブマニピュレータの番号を表示し
て、スレーブマニピュレータの切換えの判断を容易にし
ても良い。複数のスレーブマニピュレータ（以後スレー
ブマニピュレータに保持された内視鏡、処置具も含むも
のとする）が干渉する可能性があるので安全性を向上す
るために、各スレーブマニピュレータの可動範囲を限定
し、スレーブマニピュレータ間での干渉が生じないよう
制御しても良い。具体的には、スレーブマニピュレータ
をＴＶカメラで観察し、画像処理により各スレーブマニ
ピュレータの動作を監視して、干渉を避けるようにして
も良い。各スレーブマニピュレータの要所要所たとえば
関節軸に近接スイッチを入れたり、スレーブマニピュレ
ータ全体あるいは一部に感圧ゴムを入れることにより、
スレーブマニピュレータの接触を検出して、干渉を避け
るようにしても良い。内視鏡の視野以外の様子を知る事
ができるように、内視鏡の視野を動かして、広範囲の異
なる視野像を記憶しておきこの記憶画像をパノラミック
に合成して合成画像（静止画像）を表示し、現在観察し
ている部分のみ内視鏡像（リアルタイム像）に切り換え
て表示しても良い。

【００２３】（第２の実施例）図３を参照して本発明の
第２の実施例を説明する。この第２の実施例の説明にお
いて前述した第１の実施例と同様なものは同一の符号を
付し、また同様なものの説明を省略する。マスターマニ
ピュレータ１００ａ〜１００ｄから出力されたそれぞれ
の操作信号が入力する制御回路１０１ａ〜１０１ｄはセ
レクタ１０２を介してスレーブマニピュレータ３ａ〜３
ｈに制御信号を出力する。

【００２４】前記セレクタ１０２は切換スイッチ１２０
（２２０）の操作により、適宜切り換えられ、例えば以
下の様に切り換えられる。すなわち、各マスターマニピ
ュレータ１００ａ〜１００ｄは重複しないように（１台
のマスターマニピュレータで複数台のスレーブマニピュ
レータを制御しないように、複数のマスターマニピュレ
ータで１台のスレーブマニピュレータを制御しないよう
に）選択する。また、各マスターマニピュレータ１００
ａ〜１００ｄは全てのスレーブマニピュレータ３ａ〜３
ｈを選択的に制御可能である。

【００２５】さらに、各スレーブマニピュレータ３ａ〜
３ｈは全てのマスターマニピュレータ１００ａ〜１００
ｄにより選択的に制御可能である。切換スイッチ１２
０，２２０による切り換えは、マスターマニピュレータ
１００ａ〜１００ｄとスレーブマニピュレータ３ａ〜３
ｈを選択指示することにより切り替わる。スイッチ１２
０はマスターマニピュレータ１００ａ，１００ｂを、ス
イッチ２２０はマスターマニピュレータ１００ｃ，１０
０ｄを設定可能である。ただし、前記の様に重複しない
ときのみ切換えられる。

【００２６】スレーブマニピュレータ３ａ〜３ｈは、内
視鏡あるいは処置具を選択的に保持する。すなわち、観
察用スレーブマニピュレータにもなるし、処置用スレー
ブマニピュレータにもなる。したがって、マスターマニ
ピュレータ１００ａ〜１００ｄは観察用マスターマニピ
ュレータにもなるし、処置用マスターマニピュレータに
もなる。

【００２７】本実施例では、例えば第１の実施例と同様
に、スレーブマニピュレータ３ａ，３ｂに内視鏡を保持
する。他のスレーブマニピュレータ３ｃ〜３ｈには処置
具を保持することとする。前記スレーブマニピュレータ
３ａ，３ｂに保持される内視鏡の画像は２台のモニタに
常時表示される。また、マスターマニピュレータ１００
ａ〜１００ｄは、例えば全て第１の実施例の処置用マス
ターマニピュレータ１４と同構造のものである。

【００２８】なお、マスターマニピュレータ１００ａ，
１００ｃが第１の実施例の観察用マスターマニピュレー
タと同構造のものでも良い。また、切換スイッチ１２
０，２２０は、１つにして全てのマスターマニピュレー
タの選択を可能にしても良い。

【００２９】（作用）第１の術者は切換スイッチ１２０
を操作してマスターマニピュレータ１００ａをスレーブ
マニピュレータ３ａに対応させ、マスターマニピュレー
タ１００ｂをスレーブマニピュレータ３ｂに対応させ、
観察対象をそれぞれ別の角度から捉えられるように、マ
スターマニピュレータ１００ａ，１００ｂを操作する。
しかして、図示しないモニタに観察対象の画像をそれぞ
れ表示させることができる。

【００３０】次に、第１の術者は切換スイッチ１２０を
操作して例えばマスターマニピュレータ１００ａ，１０
０ｂをそれぞれスレーブマニピュレータ３ｆ，３ｄに対
応させ、スレーブマニピュレータ３ｆ側で例えば邪魔な
臓器を圧排し、スレーブマニピュレータ３ｄ側で対象臓
器を押さえる。

【００３１】一方、第２の術者は切換スイッチ２２０を
操作して、マスターマニピュレータ１００ｃ，１００ｄ
をそれぞれスレーブマニピュレータ３ｃ，３ｅに対応さ
せ縫合等の処置を行う。

【００３２】また、観察対象を更に別の角度から見た
い、あるいは別の観察対象を見たい場合は、例えば第２
の術者が縫合の操作を一時休止して、スイッチ２２０を
操作して、マスターマニピュレータ１００ｃ，１００ｄ
を、スレーブマニピュレータ３ａ，３ｂに対応させ、所
望の観察画像が得られる様に、マスターマニピュレータ
１００ｃ，１００ｄを操作する。

【００３３】処置作業の以外の他の作業、例えばフック
電極および把持鉗子を用いて処置作業をしたい場合、第
２の術者はスイッチ２２０を操作して、例えばマスター
マニピュレータ１００ｃ，１００ｄをスレーブマニピュ
レータ３ｇ，３ｈに対応させて、スレーブマニピュレー
タ３ｇ、３ｈにそれぞれ保持された図示しないフック電
極、把持鉗子により処置作業をする。

【００３４】なお、縫合作業あるいはその他の作業を第
１の術者が行っても良いし、第１と第２の術者が協調し
て行っても良い。また、全てのスレーブマニピュレータ
の操作を１人で行っても良いし、３人以上の術者により
協調して観察、処置作業をしても良い。

【００３５】（効果）全てのスレーブマニピュレータを
一人で操作可能であり、複雑な処置も一人で可能であ
る。また、複数人で協調してスレーブマニピュレータを
操作可能でもあり、複雑な処置を何人かで分担して短時
間で処置することが可能である。

【００３６】［付記］・1-1 複数のマニピュレータを有する手術用マニピュレ
ータ装置において、前記複数のマニピュレータは少なく
とも複数の観察用マニピュレータを含むことを特徴とす
る手術用マニピュレータ装置。・1-2 前記観察用マニピュレータは観察用スレーブマニ
ピュレータとこれを操作する観察用マスターマニピュレ
ータを含むことを特徴とする付記第1-1 項に記載の手術
用マニピュレータ装置。・1-3 複数のマニピュレータの少なくとも１つは処置用
マニピュレータを含むことを特徴とする付記第1-1 項に
記載の手術用マニピュレータ装置。・1-4 処置用マニピュレータは処置用スレーブマニピュ
レータとこれを操作する処置用マスターマニピュレータ
を含むことを特徴とする付記第1-1 項に記載の手術用マ
ニピュレータ装置。・1-5 複数のマニピュレータは複数の処置用マニピュレ
ータを含むことを特徴とする付記第1-1 項に記載の手術
用マニピュレータ装置。・1-6 マスターマニピュレータは術者が操作できる領域
に設定されることを特徴とする付記第1-1 項に記載の手
術用マニピュレータ装置。・1-7 処置用スレーブマニピュレータには体腔内に挿入
する手術器具が固定されることを特徴とする付記第1-1
項に記載の手術用マニピュレータ装置。・1-8 観察用スレーブマニピュレータには体腔内の画像
を撮像する内視鏡を固定されることを特徴とする付記第
1-1 項に記載の手術用マニピュレータ装置。・1-9 観察用マスターマニピュレータは、術者の頭部ま
たは術者の頭部に固定された表示装置に固定されたセン
サであり、このセンサの動きに観察用スレーブマニピュ
レータが追従することを特徴とする付記第1-1 項に記載
の手術用マニピュレータ装置。

【００３７】・2-1 複数のスレーブマニピュレータと、
このスレーブマニピュレータを操作する少なくとも１つ
のマスターマニピュレータと、前記マスターマニピュレ
ータの操作に応じて動作するスレーブマニピュレータ
を、任意に選択するスレーブマニピュレータ選択手段と
を具備したことを特徴とする手術用マニピュレータ装
置。・2-2 スレーブマニピュレータの数より少ないマスター
マニピュレータを有することを特徴とする付記第2-1 項
に記載の手術用マニピュレータ装置。・2-3 １つのスレーブマニピュレータを複数のマスター
マニピュレータで選択的に操作可能であることを特徴と
する付記第2-1 項に記載の手術用マニピュレータ装置。・2-4 全てのスレーブマニピュレータを１つのマスター
マニピュレータで選択的に操作可能であることを特徴と
する付記第2-1 項に記載の手術用マニピュレータ装置。・2-5 複数のスレーブマニピュレータの少なくとも１つ
は観察用スレーブマニピュレータを含むことを特徴とす
る付記第2-1 〜2-7 項に記載の手術用マニピュレータ装
置。・2-6 複数のスレーブマニピュレータの少なくとも１つ
は処置用スレーブマニピュレータを含むことを特徴とす
る付記第2-1 〜2-5 項に記載の手術用マニピュレータ装
置。・2-7 マスターマニピュレータは選択的に観察用スレー
ブマニピュレータあるいは処置用スレーブマニピュレー
タを操作可能であることを特徴とする付記第2-5〜2-6
項に記載の手術用マニピュレータ装置。・2-8 マスターマニピュレータは術者が操作できる領域
に設定されることを特徴とする付記第2-1 〜2-4 、2-7
項に記載の手術用マニピュレータ装置。・2-9 処置用スレーブマニピュレータには体腔内に挿入
する手術器具が固定されることを特徴とする付記第2-6
、2-7 項に記載の手術用マニピュレータ装置。・2-10観察用スレーブマニピュレータには体腔内の画像
を表示する内視鏡が、固定されることを特徴とする付記
第2-5 、2-7 項に記載の手術用マニピュレータ装置。・2-11マスタマニピュレータは観察用マスターマニピュ
レータを含み、観察用マスターマニピュレータは、術者
の頭部または術者の頭部に固定された表示装置に固定さ
れたセンサであり、このセンサの動きに観察用スレーブ
マニピュレータが追従することを特徴とする付記第2-5
、2-7 、2-10項に記載の手術用マニピュレータ装置。・2-12１人の術者の頭部に固定されたセンサに追従する
観察用スレーブマニピュレータを選択可能であることを
特徴とする付記第2-11項に記載の手術用マニピュレータ
装置。

【００３８】付記2-1 項ないし第2-12項に対する先行例
とその欠点は次の通りである。特願平６−２３１５０９
では、複数の手術用マニピュレータが提案されている
が、１人の術者が両手で対応できるのは２つまで、両足
を入れても４つまでであり、これ以上の手術用マニピュ
レータを簡単に操作するのは難しかった。また、操作可
能な手術用スレーブマニピュレータが限られているの
に、各スレーブマニピュレータにそれぞれマスターマニ
ピュレータを割り当てておくのは効率、価格の点で好ま
しくない。また、術者が手にしていないマスターマニピ
ュレータにアシスタント等が触ってしまうと、術者の予
期しない動作をしてしまう。そこで、付記2-1 項ないし
第2-12項に対する目的は安価でしかも操作性に優れた手
術用マニピュレータ装置を提供することにある。なお、
前記付記項は、従属の一例を示したもので、付記項同志
の組み合わせは任意である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、よ
り高度の医療作業を行うことができるとともに、それら
のマニピュレータの操作性に優れた手術用マニピュレー
タ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係る手術用マニピュレータ装置
のシステムを概略的に示す説明図。

【図２】同実施例におけるスレーブマニピュレータの使
用状態の説明図。

【図３】第２の実施例に係る手術用マニピュレータ装置
の制御システムの概略的な説明図。

【符号の説明】

１…ベッド、２…取付け用ベース、３ａ〜３ｆ…スレー
ブマニピュレータ、３ａ，３ｂ…観察用スレーブマニピ
ュレータ、５…内視鏡、６…ＦＭＤ（フェースマウンテ
ィッドディスプレイ）、９…第１の切換回路、１１…３
次元デジタイザ、１２…制御回路、１３…第２の切換回
路、１４，１５…処置用マスターマニピュレータ、１
６，１７…制御回路、１８，１９…切換回路、２０…切
換スイッチ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のマニピュレータを有する手術用マニ
ピュレータ装置において、前記複数のマニピュレータは
少なくとも複数の観察用マニピュレータを含むことを特
徴とする手術用マニピュレータ装置。