JP6733660B2 - 医療用支持アーム装置 - Google Patents

Description

本開示は、医療用支持アーム装置に関する。

内視鏡手術では、患者の体腔内に直接術者の手を挿入することなく、患者の体壁に設けられる小さな挿入口（創）から専用の処置具を体腔内に挿入し、当該処置具を体腔外から操作することにより、手術が行われる。この際、術部周辺に作業空間を確保するために、体腔内の臓器や組織、体壁等（以下、器官と総称する）を保持する必要が生じる場合がある。そこで、手術時に作業空間を確保するために患者の器官を保持するための技術として、様々な技術が開発されている。

例えば、特許文献１には、腹腔鏡手術において、腹腔鏡とともに患者の体腔内に挿入され作業空間を確保するために体腔内の臓器又は組織を保持するレトラクタを支持する、支持装置が開示されている。当該支持装置では、術者（ユーザ）が当該支持装置に設けられた制御ハンドルを操作することにより、レトラクタの位置を移動させ、体腔内の臓器又は組織の位置を移動させることができ、体腔内に手術のための作業空間を形成することができる。

また、例えば、特許文献２には、内視鏡手術に用いられる治療装置であって、患者の体腔内に設置される磁性を有する第１の医療器具と、保持対象である体壁及び／又は臓器を介して体外に設置され磁気的相互作用によって前記第１の医療器具を誘導する第２の医療器具と、を備える、治療装置が開示されている。当該治療装置によれば、第２の医療器具を操作して第１の医療器具を誘導することにより、体壁及び／又は臓器を任意の方向に牽引し、体腔内に手術のための作業空間を形成することが可能になる。

特表２０１０−５１１４８７号公報 特開２００８−２５９８３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の支持装置では、ワイヤや滑車、ピストン等の機械的要素によって、制御ハンドルに対する操作がレトラクタに伝達され、当該レトラクタの位置決めが行われている。つまり、特許文献１に記載の支持装置は、ユーザによって制御ハンドルを介して指示された所定の位置にレトラクタが位置するように当該レトラクタの動作が制御される、いわば位置制御によってレトラクタの動作が制御される支持装置であると言える。このような位置制御による支持装置では、新たな指示が与えられるまではレトラクタが指示された位置に留まり続けるため、例えばレトラクタの移動中に当該レトラクタが臓器等に触れてしまった場合や、臓器等の保持中に患者の呼吸や拍動等により当該臓器等が移動した場合に、当該レトラクタが臓器等を傷付けてしまう恐れがある。

また、特許文献２に記載の治療装置では、第１の医療器具及び第２の医療器具として磁性を有するものしか使用できないため、汎用的な器具を使用することができない。また、特許文献２に記載の治療装置では、体外から、磁気的相互作用によって体腔内の第１の医療器具の位置を制御するため、当該第１の医療器具の位置決めを高精度に行うことは困難であると考えられる。従って、結果的に、第１の医療器具が意図せぬ動きをしてしまい、体腔内の臓器等を傷付けてしまう恐れがある。

このように、手術時に患者の器官を保持するための技術としては、より安全に器官を保持することが可能な技術が求められていた。そこで、本開示では、より安全に器官を保持することが可能な、新規かつ改良された医療用支持アーム装置を提案する。

本開示によれば、力制御によって駆動が制御されるアーム部と、前記アーム部の先端に設けられ、手術時に患者の器官を保持するレトラクタと、を備える、医療用支持アーム装置が提供される。

本開示によれば、手術時に患者の器官を保持するレトラクタが支持アーム装置のアーム部によって支持され、当該アーム部の駆動が力制御によって制御される。力制御によれば、例えばレトラクタに作用する力に対してしきい値を設けて当該アーム部を動作させる等、力を制限するような制御が実現され得る。従って、レトラクタによって器官に対して過度な力が負荷されることを防止することができ、より安全な手術が実現され得る。

以上説明したように本開示によれば、より安全に器官を保持することが可能になる。なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

本開示の一実施形態に係る支持アーム装置を用いた手術の様子を示す概略図である。 本実施形態に係る支持アーム装置の全体構成を示す図である。 支持アーム装置によって支持されるレトラクタの一例を示す図である。 支持アーム装置によって支持されるレトラクタの一例を示す図である。 支持アーム装置によって支持されるレトラクタの一例を示す図である。 支持アーム装置によって支持されるレトラクタの一例を示す図である。 図２に示す支持アーム装置の関節部に搭載されるアクチュエータの一構成例を示す断面図である。 本実施形態に係る支持アーム装置の制御方法を示すブロック図である。 開腹手術時におけるレトラクタによる器官の保持の一例を示す図である。 内視鏡手術時における患者への内視鏡、鉗子及びレトラクタの挿入位置を概略的に示す図である。 図１０に示す鉗子及びレトラクタによる、患者の体腔内での器官の保持の一例を示す図である。 本変形例に係るレトラクタの一例を示す図である。 滑りを検出するために用いられる力センサの一構成例を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．支持アーム装置を用いた手術の概要
２．支持アーム装置の構成
２−１．全体構成
２−２．アクチュエータの構成
３．支持アーム装置の制御方法
４．支持アーム装置の手術への適用例
４−１．開腹手術への適用例
４−２．内視鏡手術への適用例
５．変形例
６．補足

（１．支持アーム装置を用いた手術の概要）
本開示の好適な一実施形態に係る支持アーム装置の構成について詳細に説明するに先立ち、本開示をより明確なものとするために、本実施形態に係る支持アーム装置を用いた手術の概要について説明する。

図１を参照して、本開示の一実施形態に係る支持アーム装置を用いた手術の様子について説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る支持アーム装置を用いた手術の様子を示す概略図である。

図１では、一例として、本実施形態に係る支持アーム装置５００を用いて、手術台５３０上の患者５４０に対して内視鏡手術が行われている様子が図示されている。内視鏡手術では、患者の体壁に複数の小さな挿入口が設けられ、一の挿入口からは術部を観察するための内視鏡が挿入される。また、他の挿入口からは、術部に対して各種の処置を行うためのメス等の処置具が挿入される。また、更に他の挿入口からは、術部周辺に作業空間を確保するために患者５４０の体腔内の器官５４１を保持するレトラクタ５２０が挿入される。内視鏡によって撮影された術部の映像を見ながら、術者によって処置具が操作され、当該術部に対して各種の処置が施される。なお、図１では、簡単のため、術者や、術者によって操作される処置具、及び内視鏡についてはその図示を省略している。

本実施形態に係る支持アーム装置５００は、器官５４１を保持するレトラクタ５２０を支持するためのものである。なお、本明細書において、「器官」とは、手術時にレトラクタ５２０によって保持される対象となり得る、患者の各種の臓器、組織又は体壁等を指す総称である。臓器には、例えば胃や腸、肝臓等の各種の臓器が含まれ得る。また、組織には、例えば血管等が含まれ得る。

図１では、簡単のため、支持アーム装置５００の構成のうち、アーム部５１０、及び当該アーム部５１０の先端に取り付けられるレトラクタ５２０のみを図示している。実際には、アーム部５１０の基端側には、当該アーム部５１０を支持するベース部が備えられ得る。更に、支持アーム装置５００には、支持アーム装置５００の動作を制御する制御装置が備えられ得る。なお、支持アーム装置５００の具体的な構成については、下記（２．支持アーム装置の構成）で詳しく説明する。

アーム部５１０は、複数の関節部５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ、５１１ｄ、５１１ｅ、５１１ｆと、関節部５１１ａ〜５１１ｅによって互いに回動可能に連結される複数のリンク５１２ａ、５１２ｂ、５１２ｃ、５１２ｄ、５１２ｅ、５１２ｆと、アーム部５１０の先端に関節部５１１ｆを介して回動可能に取り付けられるレトラクタ５２０と、を備える。

関節部５１１ａ〜５１１ｆには、それぞれ、後述する図７に示すアクチュエータ４３０が設けられており、関節部５１１ａ〜５１１ｆは、当該アクチュエータ４３０の駆動により所定の回転軸に対して回転可能に構成されている。アクチュエータ４３０の駆動が上記制御装置によって制御されることにより、各関節部５１１ａ〜５１１ｆの回転角度が制御され、アーム部５１０の駆動が制御される。なお、本実施形態では、アーム部５１０の駆動は、力制御によって制御される。

支持アーム装置５００では、６つの関節部５１１ａ〜５１１ｆにより、アーム部５１０の駆動に関して６自由度が実現されている。アーム部５１０が６自由度を有するように構成されることにより、アーム部５１０の可動範囲内においてレトラクタ５２０を自由に移動させることができる。これにより、レトラクタ５２０を患者の体腔内に挿入する角度が限定されず、支持アーム装置５００の利便性が向上する。

レトラクタ５２０は、手術時に患者５４０の器官５４１を保持する器具である。手術を行う際には、図１に示すように、アーム部５１０の先端に設けられたレトラクタ５２０が患者５４０の体腔内に挿入され、当該レトラクタ５２０によって患者５４０の体腔内の器官５４１が保持されるように、支持アーム装置５００によってアーム部５１０及びレトラクタ５２０の位置及び姿勢が制御される。レトラクタ５２０によって体腔内の器官５４１が保持されることにより、術者が処置を行う対象である術部周辺の作業空間が確保される。

なお、図１では、簡単のため、レトラクタ５２０の具体的な形状の図示を省略しているが、実際には、術式や保持する対象に応じて、様々な形状を有する各種のレトラクタ５２０の中から適切なものが選択され、用いられ得る。本実施形態では、支持アーム装置５００によって支持されるレトラクタ５２０の種類は限定されず、術式や保持する対象に応じて、各種のレトラクタ５２０が用いられてよい。レトラクタ５２０の具体例については、下記（２．支持アーム装置の構成）で詳しく説明する。

以上、図１を参照して、本実施形態に係る支持アーム装置５００を用いた手術の様子について説明した。なお、図１では、一例として、内視鏡手術に対して支持アーム装置５００が適用された場合について示しているが、本実施形態はかかる例に限定されず、支持アーム装置５００は、開腹手術に対して適用されてもよい。開腹手術時には、支持アーム装置５００は、レトラクタ５２０によって、内視鏡手術時と同様に体腔内の器官も保持し得るが、開腹部位における開口が確保されるように、当該開腹部位における切開された体壁を外側に向かって広げるように保持してもよい。

ここで、これまで一般的に、手術時には、レトラクタ５２０を操作し器官５４１を保持する専門の医師（助手）が必要とされていた。当該助手は、術者が処置を終えるまでの間、レトラクタ５２０を支持し続けなければならないため、その作業は大きな負担となっていた。手術が長時間に渡れば、疲労により、助手がレトラクタ５２０を操作する際にミスが発生し、当該レトラクタ５２０によって器官５４１が傷付けられる等、事故が発生する危険性も高まる。

また、手術中には、例えば術者の指示に応じて、器官５４１の位置を適宜移動させる必要が生じる場合がある。この場合、術者からの口頭での指示を受けて、助手がレトラクタ５２０を操作して器官５４１の位置を移動させることとなる。このような口頭での意思伝達は、術者の意図が必ずしも完全に伝わる保証はなく、手術の効率を低下させる一因となっていた。

一方、本実施形態では、以上説明したように、支持アーム装置５００によってレトラクタ５２０が支持される。これまで人手によって行われていた作業を支持アーム装置５００によって代替することにより、器官５４１を保持する助手に負荷されていた多大な負担を解消することができる。また、助手の疲労に起因するミスの発生も防止することができる。また、術者（ユーザ）が自身で支持アーム装置５００を操作して、器官５４１の位置を移動させることができるため、術者と助手との間の意思伝達が不要となり、手術の効率化を図ることができる。

ここで、レトラクタ５２０を支持アーム装置によって支持しようという技術自体は、これまでにも提案されていた（例えば上記特許文献１を参照）。しかしながら、上記特許文献１に例示される既存の支持アーム装置は、レトラクタ５２０の動作を、いわゆる位置制御によって制御するものであった。位置制御では、指示された位置でレトラクタ５２０が留まり続けるように、その動作が制御される。

しかしながら、手術中において、患者５４０の器官５４１の位置は必ずしも一定ではない。例えば、呼吸や拍動といった患者５４０の生体反応に応じて、器官５４１の位置は微妙に変化し得る。位置制御によってレトラクタ５２０の動作を制御する支持アーム装置では、器官５４１の位置が変化した場合であっても、レトラクタ５２０が所定の位置に留まり続けるため、レトラクタ５２０によって器官５４１が傷付けられてしまう恐れがある。また、レトラクタ５２０を所定の位置まで移動させようとした場合には、その移動方向に器官５４１が存在したとしても、指示された位置までレトラクタ５２０が移動してしまうため、レトラクタ５２０が当該器官５４１に衝突し、当該器官５４１が傷付けられてしまう危険性がある。このように、位置制御による支持アーム装置は、器官５４１の保持という用途には、必ずしも適しているとは言えないと考えられる。

一方、上述したように、本実施形態では、支持アーム装置５００の制御方式として、力制御が用いられる。力制御では、レトラクタ５２０に作用する力を、各関節部５１１ａ〜５１１ｆに設けられるトルクセンサによって検出し、検出されたレトラクタ５２０に作用する力に基づいて、アーム部５１０の動作を制御することが可能になる。例えば、所定のしきい値以上の力がレトラクタ５２０に作用した場合には、当該力を逃がすように（すなわち、レトラクタ５２０に作用する力を打ち消すように）、アーム部５１０を動作させることができる。レトラクタ５２０に対して所定のしきい値以上の力が作用している場合には、器官５４１の位置が変化して、あるいは、レトラクタ５２０が器官５４１に接触して、レトラクタ５２０に対して意図せぬ力が加わっている状態であると考えられるため、このような制御を行うことにより、レトラクタ５２０によって器官５４１が傷付けられてしまう事態を回避することができる。

このように、本実施形態に係る支持アーム装置５００は、レトラクタ５２０を支持するとともに、当該レトラクタ５２０の動作を力制御によって制御することにより、当該レトラクタ５２０によってより安全に器官５４１を保持することを可能にするものである。

以下では、本実施形態に係る支持アーム装置５００の構成について、より詳細に説明する。

（２．支持アーム装置の構成）
（２−１．全体構成）
図２を参照して、本実施形態に係る支持アーム装置の全体構成について説明する。図２は、本実施形態に係る支持アーム装置の全体構成を示す図である。

図２を参照すると、支持アーム装置４００は、ベース部４１０と、アーム部４２０と、制御装置４４０と、を備える。支持アーム装置４００は、上述した図１に示す支持アーム装置５００をより具体的な構成として表したものであり、支持アーム装置５００と同様に、手術時にレトラクタによって患者の器官を保持する医療用支持アーム装置である。

ベース部４１０は支持アーム装置４００の基台であり、ベース部４１０からアーム部４２０が延伸される。ベース部４１０にはキャスターが設けられており、支持アーム装置４００は、当該キャスターを介して床面と接地し、当該キャスターによって床面上を移動可能に構成されている。ただし、本実施形態に係る支持アーム装置４００の構成はかかる例に限定されず、例えば、ベース部４１０が設けられず、手術室の天井又は壁面にアーム部４２０が直接取り付けられて支持アーム装置４００が構成されてもよい。例えば、天井にアーム部４２０が取り付けられる場合には、支持アーム装置４００は、アーム部４２０が天井から吊り下げられて構成されることとなる。

アーム部４２０は、複数の関節部４２１ａ、４２１ｂ、４２１ｃ、４２１ｄ、４２１ｅ、４２１ｆと、関節部４２１ａ〜４２１ｅによって互いに回動可能に連結される複数のリンク４２２ａ、４２２ｂ、４２２ｃ、４２２ｄと、アーム部４２０の先端に関節部４２１ｆを介して回動可能に設けられる保持ユニット４２９と、当該保持ユニット４２９に取り付けられるレトラクタ４２３と、を有する。

リンク４２２ａ〜４２２ｄは棒状の部材であり、リンク４２２ａの一端が関節部４２１ａを介してベース部４１０と連結され、リンク４２２ａの他端が関節部４２１ｂを介してリンク４２２ｂの一端と連結され、更に、リンク４２２ｂの他端が関節部４２１ｃ、４２１ｄを介してリンク４２２ｃの一端と連結される。更に、リンク４２２ｃの他端が、関節部４２１ｅを介して略Ｌ字状のリンク４２２ｄの一端と連結され、リンク４２２ｄの他端とレトラクタ４２３を保持する保持ユニット４２９とが、関節部４２１ｆを介して連結される。このように、ベース部４１０を支点として、複数のリンク４２２ａ〜４２２ｄの端同士が、関節部４２１ａ〜４２１ｆによって互いに連結されることにより、ベース部４１０から延伸されるアーム形状が構成される。

レトラクタ４２３は、上述した図１に示すレトラクタ５２０に対応するものであり、手術時に患者の器官を保持する器具である。手術を行う際には、レトラクタ４２３によって患者の器官が保持されるように、支持アーム装置４００によってアーム部４２０及びレトラクタ４２３の位置及び姿勢が制御される。レトラクタ４２３によって患者の器官が適宜保持されることにより、術者が処理を行う対象である術部周辺の作業空間が確保される。

なお、図１では、簡単のため、レトラクタ４２３の具体的な形状の図示を省略しているが、実際には、術式や保持する対象に応じて、様々な形状を有する各種のレトラクタ４２３の中から適切なものが選択され、用いられ得る。レトラクタ４２３は、図１を参照して上述したように、内視鏡手術時又は開腹手術時において、患者の体腔内に挿入され、体腔内の器官を保持するものであってもよい。あるいは、レトラクタ４２３は、開腹手術時において、開腹部位において切開された体壁を広げるように保持するものであってもよい。保持ユニット４２９は、レトラクタ４２３を着脱可能に構成されてよく、術式や保持する対象に応じて、適切な種類のレトラクタ４２３が保持ユニット４２９に取り付けられる。

図３〜図６に、レトラクタ４２３の一例を示す。図３〜図６は、支持アーム装置４００によって支持されるレトラクタ４２３の一例を示す図である。

図３に示すように、レトラクタ４２３は、へら状のレトラクタ４２３ａであってよい。へら状のレトラクタ４２３ａでは、当該へら状の部位で器官を押圧するようにして、当該器官を所定の方向に移動させることができる。

また、図４に示すように、レトラクタ４２３は、棒状のレトラクタ４２３ｂであってよい。棒状のレトラクタ４２３ｂでは、当該棒状の部位の先端で器官を押圧するようにして、あるいは、当該棒状の部位の先端を器官に係止して引っ張るようにして、当該器官を所定の方向に移動させることができる。

また、図５に示すように、レトラクタ４２３は、かぎ爪状のレトラクタ４２３ｃであってよい。かぎ爪状のレトラクタ４２３ｃでは、当該かぎ爪状の部位を器官に係止して引っ張るようにして、当該器官を所定の方向に移動させることができる。

また、図６に示すように、レトラクタ４２３は、複数の平板部からなる扇状のへら部を有するレトラクタ４２３ｄであってよい。扇状のへら部を有するレトラクタ４２３ｄでは、当該へら部で器官を押圧するようにして、当該器官を所定の方向に移動させることができる。

なお、図３〜図６に図示したものはあくまで一例であって、レトラクタ４２３としては、あらゆる公知のレトラクタを使用することができる。

図２に戻り、支持アーム装置４００の構成についての説明を続ける。

関節部４２１ａ〜４２１ｆには、それぞれ、後述する図７に示すアクチュエータ４３０が設けられており、関節部４２１ａ〜４２１ｆは、当該アクチュエータ４３０の駆動により所定の回転軸に対して回転可能に構成されている。アクチュエータ４３０の駆動は、制御装置４４０によって制御される。各関節部４２１ａ〜４２１ｆのアクチュエータ４３０の駆動がそれぞれ制御されることにより、例えばアーム部４２０を伸ばしたり、縮めたり（折り畳んだり）といった、アーム部４２０の駆動が制御される。

なお、図示する例では、支持アーム装置４００は、６つの関節部４２１ａ〜４２１ｆを有し、アーム部４２０の駆動に関して６自由度が実現されている。アーム部４２０が６自由度を有するように構成されることにより、アーム部４２０の可動範囲内においてレトラクタ４２３を自由に移動させることができる。これにより、レトラクタ４２３を、様々な角度から患者に対して接近させることが可能になり、レトラクタ４２３によって患者の器官を保持する際の自由度が向上する。

ただし、アーム部４２０の構成は図示する例に限定されず、関節部４２１ａ〜４２１ｆ及びリンク４２２ａ〜４２２ｄの数や配置、関節部４２１ａ〜４２１ｆの駆動軸の方向等は、アーム部４２０が所望の自由度を有するように適宜設定されてよい。ただし、レトラクタ４２３の位置及び姿勢の自由度を考慮して、アーム部４２０は、好適に、６自由度以上の自由度を有するように構成され得る。

制御装置４４０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のプロセッサ、又はこれらのプロセッサが搭載されたマイコン等によって構成され、所定のプログラムに従った信号処理を実行することにより、支持アーム装置４００の動作を制御する。

本実施形態では、支持アーム装置４００の制御方式として、力制御が用いられる。力制御では、アーム部４２０及びレトラクタ４２３に作用する力が、各関節部４２１ａ〜４２１ｆに設けられるアクチュエータ４３０のトルクセンサによって検出される。検出された当該力に基づいて、アーム部４２０に所望の動作を行わせるために必要な、各関節部４２１ａ〜４２１ｆに設けられるアクチュエータ４３０による発生トルクが算出され、算出された当該発生トルクを制御値として、アーム部４２０の動作が制御される。

力制御では、例えば術者が直接アーム部４２０に触れて行う、当該アーム部４２０を移動させようとする操作に応じて、当該アーム部４２０に加えられた力の方向に当該アーム部４２０が移動するように（すなわち、術者の動作に追従するように）、制御装置４４０によってアクチュエータ４３０の駆動が制御され、当該アーム部４２０の動作が制御され得る。このように、力制御を用いることにより、術者が直接アーム部４２０に触れながら当該アーム部４２０を移動させることができるため、より容易でより直感的な操作が可能になる。なお、力制御による支持アーム装置４００の具体的な制御方法については、下記（３．支持アーム装置の制御方法）で詳細に説明する。

なお、図示する例では、制御装置４４０は、ベース部４１０とケーブルを介して接続されているが、制御装置４４０と同様の機能を有する制御基板等がベース部４１０の内部に設けられてもよい。

以上、図２を参照して、本実施形態に係る支持アーム装置４００の概略構成について説明した。

（２−２．アクチュエータの構成）
図７を参照して、図２に示す支持アーム装置４００の関節部４２１ａ〜４２１ｆに搭載されるアクチュエータの構成について説明する。図７は、図２に示す支持アーム装置４００の関節部４２１ａ〜４２１ｆに搭載されるアクチュエータの一構成例を示す断面図である。図３では、本実施形態に係るアクチュエータを、回転軸を通る平面で切断した場合における断面図を図示している。

図７を参照すると、本実施形態に係るアクチュエータ４３０は、モータ４２４と、モータドライバ４２５と、減速機４２６と、エンコーダ４２７と、トルクセンサ４２８と、から構成される。アクチュエータ４３０は、力制御に対応するアクチュエータである。アクチュエータ４３０では、モータ４２４の回転が減速機４２６によって所定の減速比で減速され、出力軸を介して後段の他の部材に伝達されることにより、当該他の部材が駆動されることとなる。

モータ４２４は、所定の指令値（電流指令値）が与えられた場合に、当該指令値に対応する回転速度で回転軸を回転させることにより、駆動力を生み出す駆動機構である。モータ４２４としては、例えばブラシレスモータが用いられる。ただし、本実施形態はかかる例に限定されず、モータ４２４としては各種の公知の種類のモータが用いられてよい。

モータドライバ４２５は、モータ４２４に電流を供給することによりモータ４２４を回転駆動させるドライバ回路（ドライバＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ））であり、モータ４２４に供給する電流量を調整することにより、モータ４２４の回転数を制御することができる。モータドライバ４２５は、後述する図１０に示すトルク指令値τに対応する電流をモータ４２４に供給することにより、当該モータ４２４を駆動させる。

モータ４２４の回転軸（駆動軸）には、減速機４２６が連結される。減速機４２６は、連結されたモータ４２４の回転軸の回転速度（すなわち、入力軸の回転速度）を、所定の減速比で減速させて出力軸に伝達する。本実施形態では、減速機４２６の構成は特定のものに限定されず、減速機４２６としては各種の公知の種類の減速機が用いられてよい。ただし、減速機４２６としては、例えばハーモニックドライブ（登録商標）等の、高精度に減速比が設定可能なものが用いられることが好ましい。また、減速機４２６の減速比は、アクチュエータ４３０の用途に応じて適宜設定され得る。例えば、本実施形態のように、アクチュエータ４３０が支持アーム装置４００の関節部４２１ａ〜４２１ｆに適用される場合であれば、１：１００程度の減速比を有する減速機４２６が好適に用いられ得る。

エンコーダ４２７は、入力軸の回転角度（すなわち、モータ４２４の回転軸の回転角度）を検出する。エンコーダ４２７によって検出された入力軸の回転数と、減速機４２６の減速比と、に基づいて、関節部４２１ａ〜４２１ｆの回転角度、回転角速度及び回転角加速度等の情報を得ることができる。エンコーダ４２７としては、例えば磁気式エンコーダ、光学式エンコーダ等の各種の公知のロータリエンコーダが用いられてよい。なお、図示する例では、アクチュエータ４３０の入力軸にのみエンコーダ４２７が設けられているが、減速機４２６よりも後段に、アクチュエータ４３０の出力軸の回転角度を検出するためのエンコーダが更に設けられてもよい。

トルクセンサ４２８は、アクチュエータ４３０の出力軸に接続され、アクチュエータ４３０に作用するトルクを検出する。トルクセンサ４２８は、アクチュエータ４３０によって出力されるトルク（発生トルク）を検出する。また、トルクセンサ４２８は、アクチュエータ４３０に外部から加えられる外トルクも検出することができる。

以上、図７を参照して、本実施形態に係るアクチュエータ４３０の構成について説明した。力制御が行われる場合には、支持アーム装置４００では、各アクチュエータ４３０に設けられたエンコーダ４２７及びトルクセンサ４２８によって、各関節部４２１ａ〜４２１ｆの回転角度、及び各関節部４２１ａ〜４２１ｆに作用するトルクがそれぞれ検出される。このとき、トルクセンサ４２８によって検出される各関節部４２１ａ〜４２１ｆに作用するトルクには、アーム部４２０及び／又はレトラクタ４２３に作用する力も含まれ得る。

検出された回転角度及びトルク値に基づいて、アーム部４２０が所望の動作を実現するために各関節部４２１ａ〜４２１ｆのアクチュエータ４３０が発生すべきトルクが算出され、当該トルクを制御値として各関節部４２１ａ〜４２１ｆのアクチュエータ４３０が駆動される。力制御による支持アーム装置４００の具体的な制御方法については、下記（３．支持アーム装置の制御方法）で詳しく説明する。

なお、図７に示す構成は、あくまで、本実施形態に係るアクチュエータ４３０の一構成例を示すものであり、本実施形態はかかる例に限定されない。アクチュエータ４３０としては、一般的に力制御によってその動作が制御される各種の装置において用いられている、公知の各種のアクチュエータを用いることができる。

（３．支持アーム装置の制御方法）
図８を参照して、本実施形態に係る支持アーム装置４００の制御方法について説明する。図８は、本実施形態に係る支持アーム装置４００の制御方法を示すブロック図である。図８では、支持アーム装置４００のアーム部４２０を構成する１つのアクチュエータ４３０に注目し、当該アクチュエータ４３０の駆動を制御する際の処理の流れをブロック図として図示している。各関節部４２１ａ〜４２１ｆに設けられる各アクチュエータ４３０に対して同様の処理が行われることにより、アーム部４２０の動作が制御されることとなる。

図８に示す各ブロックは、アクチュエータ４３０の駆動制御に係る各種の演算を行う概念上の演算器を模擬的に示している。これらの各ブロック（演算器）における処理は、上述した制御装置４４０によって実行され得る。

なお、図８に示すブロック図は、あくまで、力制御によってアクチュエータ４３０が駆動される場合における処理の一例を示すものであり、本実施形態はかかる例に限定されない。アクチュエータ４３０の駆動制御方法としては、力制御に制御方法として一般的に用いられている公知の各種の制御方法が用いられてよい。

図８に示すブロック図を参照しながら実際の処理の詳細について説明するに先立ち、当該ブロック図に示される制御方法の概要について説明する。

支持アーム装置４００の各アクチュエータ４３０の運動は、下記数式（１）に示される二次遅れ系の運動方程式によってモデル化される。

ここで、ｑはアクチュエータ４３０の回転角度、ｑ^ｒｅｆはアクチュエータ４３０の回転角度目標値、Ｉ_ａはアクチュエータ４３０における慣性モーメント（イナーシャ）、τ _ａはアクチュエータ４３０の発生トルク、τ_ｅは外部からアクチュエータ４３０に作用する外トルク、ν_ａはアクチュエータ４３０における粘性抵抗係数である。上記数式（１）は、各関節部４２１ａ〜４２１ｆにおけるアクチュエータ４３０の運動を表す理論モデルである。

力制御では、アクチュエータ４３０の駆動が、トルクを制御量として用いることにより制御される。アーム部４２０を動作させようとした場合には、所望の動作を実現するために各関節部４２１ａ〜４２１ｆのアクチュエータ４３０が発生すべきトルクτ_ａ（発生トルクτ_ａ）が算出され得る。なお、当該発生トルクτ_ａの算出方法としては、既存の各種の方法が用いられ得るため、本明細書では詳細な説明を省略する。例えば、発生トルクτ _ａは、いわゆる全身協調制御と呼ばれる制御方式（複数の駆動部（アクチュエータ）の駆動を互いに協調させて制御し、全体として所望の動作を実現する制御方式）において一般的に用いられている方法によって算出されてよい。全身協調制御における発生トルクτ_ａの算出方法の詳細については、例えば、本願出願人による先行特許出願である特開２００９−９５９５９号公報や特開２０１０−１８８４７１号公報等を参照することができる。

理想的には、各アクチュエータ４３０に対して算出された発生トルクτ_ａを上記数式（１）に適用することにより、各アクチュエータ４３０において上記数式（１）に示す理論モデルに従った応答が実現する、すなわち、アーム部４２０において所望の動作が実現されるはずである。

しかし、実際には、様々な外乱の影響により、アクチュエータ４３０における実際の運動と上記数式（１）に示す理論モデルとの間には誤差（モデル化誤差）が生じる場合がある。モデル化誤差は、多リンク構造体（すなわち制御対象であるアーム部４２０）の重量、重心、慣性テンソル等のマスプロパティに起因するものと、アクチュエータ４３０内部における摩擦や慣性等に起因するものとに大別することができる。このうち、前者のマスプロパティに起因するモデル化誤差は、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データの高精度化や同定手法の適用によって、理論モデル構築時に比較的容易に低減することが可能である。

一方、後者のアクチュエータ４３０内部の摩擦や慣性等に起因するモデル化誤差は、例えば減速機４２６における摩擦等、モデル化が困難な現象に起因している。従って、アクチュエータ４３０の運動を示す理論モデルを構築する際には、無視できないモデル化誤差が残留し得る。また、上記数式（１）におけるイナーシャＩ_ａや粘性抵抗係数ν_ａの値と、実際のアクチュエータ４３０におけるこれらの値との間に誤差が生じている可能性もある。これらの、モデル化が困難なアクチュエータ４３０内部における摩擦や慣性等に起因する誤差は、アクチュエータ４３０の駆動制御において外乱となり得る。よって、このような外乱の影響により、実際には、アクチュエータの運動が、上記数式（１）に示す理論モデル通りには応答しない、すなわち、所望の動作が実現されない場合が生じるのである。

そこで、本実施形態では、アクチュエータ４３０にアクティブな制御系を付加することで、上記数式（１）に示す理論モデルに従った理想応答を行うよう、アクチュエータ４３０の応答を補正する。なお、このように、支持アーム装置４００のアクチュエータ４３０（すなわち関節部４２１ａ〜４２１ｆ）が上記数式（１）に示すような理想的な応答を行うようにアクチュエータ４３０の駆動を制御することを、本実施形態では、理想関節制御と呼称する。図８に示すブロック図は、支持アーム装置４００の関節部４２１ａ〜４２１ｆのうちの１つの関節部のアクチュエータ４３０に対する、当該理想関節制御における一連の処理を示すものである。

以下、図８を参照して、アクチュエータ４３０の駆動制御に係る処理について詳細に説明する。図８を参照すると、アクチュエータ６１０は、例えば図７に示すアクチュエータ４３０の機構を模擬的に示すものである。図８では、アクチュエータ６１０の構成部材として、モータ６１１、減速機６１２、エンコーダ６１３及びトルクセンサ６１４が図示されている。これらは、それぞれ、図７に示すモータ４２４、減速機４２６、エンコーダ４２７及びトルクセンサ４２８に対応するものである。

演算器６３１は、上記数式（１）に示すアクチュエータ６１０（すなわち、関節部４２１ａ〜４２１ｆ）の理想的な関節モデル（Ｉｄｅａｌ Ｊｏｉｎｔ Ｍｏｄｅｌ）に従った演算を行う演算器である。演算器６３１は、発生トルクτ_ａ、外トルクτ_ｅ、回転角速度（回転角度ｑの１階微分）を入力として、上記数式（１）の左辺に示す回転角加速度目標値（回転角度目標値ｑ^ｒｅｆの２階微分）を出力することができる。

ここで、アクチュエータ６１０が上記数式（１）で表される理論モデルに従った応答を行なうことは、上記数式（１）の右辺が与えられたときに、左辺の回転角加速度が達成されることに他ならない。しかしながら、上記のように、外乱の影響により、実際には上記数式（１）に従った理想的な応答が生じないことがある。そこで、本実施形態では、外乱オブザーバ６２０を導入する。当該外乱オブザーバ６２０によって外乱に起因するトルクの推定値である外乱推定値τ_ｄを算出し、当該外乱推定値τ_ｄを用いて、演算器６３１による計算結果を補正する処理を行う。

以下、具体的な処理について順に説明する。まず、一般的な力制御において用いられる方法に基づいて算出された所望の動作を実現するための発生トルクτ_ａと、トルクセンサ６１４によって検出された外トルクτ_ｅとが、演算器６３１に入力される。一方、微分演算を行う演算器６３２に、エンコーダ６１３によって検出されたアクチュエータ６１０の回転角度ｑが入力されることにより、アクチュエータ６１０の回転角速度（回転角度ｑの１階微分）が算出される。上記発生トルクτ_ａ及び外トルクτ_ｅに加えて、演算器６３２によって算出された回転角速度が演算器６３１に入力されることにより、演算器６３１によって回転角加速度目標値（ｑ^ｒｅｆの２階微分）が算出される。算出された回転角加速度目標値は、演算器６３３に入力される。

演算器６３３は、アクチュエータ６１０の回転角加速度に基づいて、アクチュエータ６１０に生じるトルクを算出する演算器である。本実施形態では、具体的には、演算器６３３は、演算器６３１によって算出された回転角加速度目標値に、アクチュエータ６１０の公称イナーシャ（ノミナルイナーシャ）Ｊ_ｎを乗じることにより、トルク目標値τ^ｒｅｆを算出する。理想的な応答においては、アクチュエータ６１０が当該トルク目標値τ^{ｒｅ ｆ}を出力するように駆動されることにより、所望の動作が実現されるはずであるが、上述したように、実際の応答には外乱等の影響が生じる場合がある。従って、本実施形態においては、外乱オブザーバ６２０によって算出された外乱推定値τ_ｄを用いて当該トルク目標値τ^ｒｅｆが補正される。

外乱オブザーバ６２０の構成について説明する。外乱オブザーバ６２０は、トルク指令値τと、エンコーダ６１３によって検出されたアクチュエータ６１０の回転角度ｑから算出される回転角速度に基づいて、外乱推定値τ_ｄを算出する。ここで、トルク指令値τは、外乱の影響が補正された後の、最終的にアクチュエータ６１０に与えられる指令値である。つまり、図８に示す制御系では、アクチュエータ６１０は、当該トルク指令値τを出力するように駆動される。例えば、外乱推定値τ_ｄが略ゼロである場合には、トルク指令値τはトルク目標値τ^ｒｅｆと略等しい値になる。

具体的には、外乱オブザーバ６２０は、演算器６３４及び演算器６３５から構成される。演算器６３４は、アクチュエータ６１０の回転角速度に基づいてアクチュエータ６１０に生じるトルクを算出する演算器である。演算器６３４には、エンコーダ６１３によって検出された回転角度ｑに基づいて演算器６３２によって算出された回転角速度が入力される。演算器６３４は、入力された当該回転角速度に対して伝達関数Ｊ_ｎｓによって表される演算を行うことにより、すなわち、当該回転角速度を微分することにより回転角加速度を求め、更に算出された回転角加速度にノミナルイナーシャＪ_ｎを乗じることにより、実際にアクチュエータ６１０に作用しているトルクの推定値（トルク推定値）を算出する。

外乱オブザーバ６２０内では、当該トルク推定値とトルク指令値τとの差分が取られることにより、外乱によるトルクの値である外乱推定値τ_ｄが推定される。具体的には、外乱推定値τ_ｄは、１ステップ前の制御におけるトルク指令値τと、現ステップの制御におけるトルク推定値との差分である。演算器６３４によって算出されるトルク推定値は実際の測定値に基づくものであり、演算器６３３によって算出されるトルク指令値τは演算器６３１によって算出されたアクチュエータ６１０の理想的な理論モデルに基づくものであるため、両者の差分を取ることによって、上記理論モデルでは考慮されていない外乱の影響を推定することができるのである。

演算器６３５は、系の発散を防ぐために設けられる、ローパスフィルター（ＬＰＦ：Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）の機能を有する演算器である。演算器６３５は、伝達関数ｇ／（ｓ＋ｇ）で表される演算を行うことにより、入力された値の低周波成分のみを出力し、系を安定化させる。演算器６３４によって算出されたトルク推定値とトルク目標値τ^ｒｅｆとの差分値は、演算器６３５に入力され、その低周波成分が外乱推定値τ_ｄとして算出される。

外乱オブザーバ６２０によって外乱推定値τ_ｄが算出されると、理論値であるトルク目標値τ^ｒｅｆに当該外乱推定値τ_ｄが加算されることにより、最終的にアクチュエータ６１０に生じさせるトルク値であるトルク指令値τが算出される。算出されたトルク指令値τは、関節部を表すブロック６３６に入力される。ブロック６３６は、関節部４２１ａ〜４２１ｆ（すなわちアクチュエータ６１０）を模擬的に表すものである。ブロック６３６では、トルク指令値τに基づいてアクチュエータ６１０が駆動されることとなる。具体的には、ブロック６３６では、トルク指令値τが対応する電流値（電流指令値）に変換され、当該電流指令値がモータ６１１に印加されることにより、当該トルク指令値τに対応するトルクを出力するようにアクチュエータ６１０が駆動される。

以上説明した処理が、支持アーム装置４００のアーム部４２０を構成する各関節部４２１ａ〜４２１ｆのアクチュエータ４３０に対してそれぞれ実行されることにより、アーム部４２０が所望の動作を行うように、アーム部４２０の動作が制御され得る。

以上、図８を参照して、本実施形態に係る支持アーム装置４００の制御方法について説明した。

ここで、力制御では、発生トルクτ_ａを算出する際に、様々な運動目的及び拘束条件を与えた上で発生トルクτ_ａを算出することにより、アーム部４２０において多様な動作を実現することができる。運動目的とは、アーム部４２０に行わせたい所望の動作のことであり、拘束条件とは、アーム部４２０が動作する際に当該アーム部４２０の動作に課せられる、位置、速度、力等の制約のことである。

例えば、図８に示すように、力制御では、各関節部４２１ａ〜４２１ｆに設けられるアクチュエータ４３０のトルクセンサ４２８によって、当該各関節部４２１ａ〜４２１ｆに作用する力、すなわちアーム部４２０及びレトラクタ４２３に作用する力（アーム部４２０及びレトラクタ４２３が接触している外部の物体に対して与える力、及びアーム部４２０及びレトラクタ４２３に対して外部から与えられる力）が逐次モニタされている。例えば、このことを利用して、運動目的及び拘束条件を適宜設定することにより、レトラクタ４２３に作用する力が所定のしきい値を超えないように、アーム部４２０の駆動が制御されてよい。

このような制御を行うことにより、例えば、所定のしきい値よりも大きい力がレトラクタ４２３に作用した場合には、当該力を逃がすように（すなわち、レトラクタ４２３に作用する力を打ち消すように）、アーム部４２０を動作させることができる。従って、レトラクタ４２３を体腔内で移動させている最中に器官に接触した場合や、レトラクタ４２３によって器官を保持している最中に当該器官が意図せず移動した場合に、レトラクタ４２３によって所定の大きさ以上の力が当該器官に対して与えられないようにすることができ、器官が傷付けられる事態を回避することができる。

また、レトラクタ４２３に作用する力を検出する際に、保持している器官の重量によって当該レトラクタ４２３に作用する力を検出し、検出された当該器官の重量によってレトラクタ４２３に作用する力を打ち消すように、アーム部４２０の駆動が制御されてもよい。このような制御を行うことにより、レトラクタ４２３によって器官を保持した状態で術者が手動でアーム部４２０を動かす場合に、術者は、器官の重量を感じることなく、より小さい力で当該アーム部４２０を移動させることができる。

また、アーム部４２０は、いわゆるパワーアシスト動作を実現するように、その動作が制御されてよい。パワーアシスト動作は、力制御で駆動される各種の装置において、一般的に広く行われている制御の１つである。パワーアシスト動作では、術者による操作に応じて外部から与えられる力の方向へのアーム部４２０の移動をサポートするように、当該アーム部４２０の駆動が制御される。パワーアシスト動作を行うことにより、術者が手動でアーム部４２０を動かす場合に、術者は、あたかも無重力下でアーム部４２０を動かしているような、より小さい力でアーム部４２０を移動させることができ、より高い操作性が実現される。

その他、支持アーム装置４００の駆動制御には、力制御において一般的に行われている各種の制御が適用されてよい。

（４．支持アーム装置の手術への適用例）
本実施形態に係る支持アーム装置４００の手術への適用例について具体的に説明する。

（４−１．開腹手術への適用例）
図９は、開腹手術時におけるレトラクタによる器官の保持の一例を示す図である。図９では、一例として、湾曲したへら状の先端部を有する２つのレトラクタ７０１ａ、７０１ｂによって、門枝右脈７０３、及び肝臓の組織の一部が、それぞれ保持され、肝臓の尾状葉突起部７０５の一部が露出されている様子が図示されている。このように、開腹手術時には、レトラクタ７０１ａ、７０１ｂが、開腹部位から患者の体腔内に挿入され、当該体腔内において器官を保持する。本適用例では、当該レトラクタ７０１ａ、７０１ｂが、２台の支持アーム装置４００によって、それぞれ支持され得る。

（４−２．内視鏡手術への適用例）
図１０は、内視鏡手術時における患者への内視鏡、鉗子及びレトラクタの挿入位置を概略的に示す図である。図１１は、図１０に示す鉗子及びレトラクタによる、患者の体腔内での器官の保持の一例を示す図である。

図１０に示すように、内視鏡手術では、患者８０１の身体にいくつかの小さな挿入口が設けられ、当該挿入口から、内視鏡８０３、鉗子８０５、８０７、及びレトラクタ８０９等の各種の医療用器具が挿入される。内視鏡８０３によって体腔内の術部の様子が撮影され、手術室内に設置される表示装置に表示される。術者は、当該表示装置に表示された術部の画像を見ながら、挿入口から挿入された鉗子８０５、８０７、及びレトラクタ８０９等の処置具を操作して、術部に対して各種の処置を行う。

図１１では、一例として、患者の体腔内において、図５に示すレトラクタ４２３ｃと同様のかぎ爪状の先端部を有するレトラクタ８０９によって胆嚢漿膜が掛止されるとともに、鉗子８０５、８０７によって、胆嚢底部の両端が把持されている様子が図示されている。なお、簡単のため、図９では、内視鏡８０３の図示は省略している。本適用例では、当該レトラクタ８０９が、支持アーム装置４００によって支持され得る。

以上、本実施形態に係る支持アーム装置４００の手術への適用例について具体的に説明した。以上説明したように、本適用例では、手術時に患者の器官を保持するレトラクタ７０１ａ、７０１ｂ、８０９が、支持アーム装置４００によって支持され得る。従って、従来器官の支持が人手で行われていた場合と比べて、器官を支持する医師（助手）の負担を軽減するとともに、より安定的に器官を保持することが可能になる。また、上述したように、支持アーム装置４００では、力制御によってアーム部４２０の動作が制御されるため、手術中にレトラクタ７０１ａ、７０１ｂ、８０９によって周囲の器官が傷付けられる事態が好適に防止され得る。また、例えばパワーアシスト動作のような、器官を保持するためにアーム部４２０を操作する術者の操作性をより向上させる動作を、アーム部４２０に行わせることもできる。

（５．変形例）
以上説明した実施形態の一変形例について説明する。以上説明した実施形態では、レトラクタ４２３に作用する力は、各関節部４２１ａ〜４２１ｆのアクチュエータ４３０のトルクセンサ４２８の検出値に基づいて検出されていた。一方、本変形例では、レトラクタ４２３にも力センサが設けられ、当該力センサによる検出値に更に基づいて、レトラクタ４２３に作用する力が検出され得る。

なお、本変形例は、上述した実施形態に係る支持アーム装置４００において、レトラクタ４２３の構成が変更されたものに対応し、支持アーム装置４００の構成やその制御方法等、その他の事項は、上述した実施形態と同様であってよい。従って、以下の本変形例についての説明では、上述した実施形態と相違する事項について主に説明することとし、重複する事項についてはその詳細な説明は省略する。

図１２は、本変形例に係るレトラクタの一例を示す図である。図１２に示すように、本変形例では、レトラクタ４３１の器官と接触する部位に、力センサ４３２が設けられる。図１２では、一例として、図３に示したレトラクタ４２３ａと同様のへら状のレトラクタ４３１に対して力センサ４３２が設けられた構成を図示しているが、他の形状のレトラクタが用いられる場合であっても、同様に、器官と接触する部位に力センサ４３２が設けられ得る。本変形例では、図１２に示すような力センサ４３２が設けられたレトラクタ４３１が、図２に示す支持アーム装置４００によって支持され、当該レトラクタ４３１によって器官が保持される。

力センサ４３２は、例えば、当該力センサ４３２を押圧する力を検出する圧力センサであり、当該力センサ４３２が器官と接触するようにレトラクタ４３１によって当該器官が保持されることにより、当該力センサ４３２によって器官による接触圧力が検出され得る。あるいは、力センサ４３２は、例えば、当該力センサ４３２が取り付けられるレトラクタ４３１の変形量に応じた応力を検出する歪みセンサであってもよい。

本変形例では、アーム部４２０の動作を制御するためにレトラクタ４３１に作用する力を検出する際に、各関節部４２１ａ〜４２１ｆのアクチュエータ４３０のトルクセンサ４２８による検出値に加えて、当該力センサ４３２の検出値が用いられる。レトラクタ４３１に設けられた力センサ４３２の検出値を用いることにより、レトラクタ４３１に作用する力をより精度良く検出することが可能となるため、検出されたレトラクタ４３１に作用する力を用いてアーム部４２０の駆動を適宜制御することにより、レトラクタ４３１によって器官が傷付けられる危険性を更に低下させることができる。

また、本変形例では、力センサ４３２の検出値を用いて、レトラクタ４３１に対する器官の滑りが検出されてもよい。滑りを検出するための方法としては、各種の公知の方法が用いられてよい。ここでは、一例として、本願出願人による先行特許出願である、特開２００９−３４７４４号公報に記載の方法を説明する。

当該文献に記載の方法では、力センサ４３２として、図１３に示す構成を有する圧力センサが用いられる。図１３は、滑りを検出するために用いられる力センサ４３２の一構成例を示す図である。

図１３では、力センサ４３２の上面図（（ａ））、及び側断面図（（ｂ））を図示している。ただし、上面図では、力センサ４３２の内部構成が分かるように、力センサ４３２を構成する各層を段階的に透過させた状態で図示している。

図１３を参照すると、力センサ４３２は、主に、物体の接触に応じて変形し圧力を検出する部位である入力部３１と、当該入力部３１を支える固定部３２と、力センサ４３２による検出結果を外部（例えば図２に示す制御装置４４０）に出力する外部接続部３３と、からなる。また、入力部３１は、主に、圧力検出部４２及び変形部４１がこの順に積層されて構成される。

変形部４１は、例えば、シリコンゲル材料のような粘弾性特性を有する粘弾性材料（粘弾性体）で構成されており、外部からの荷重により容易に変形が可能である。圧力検出部４２は、例えば、静電容量変化を利用して圧力を検出する静電容量型圧力センサなどで構成されている。

力センサ４３２の検出面に器官が接触すると、当該接触によって変形部４１が変形し、当該変形部４１の変形に応じた圧力が、圧力検出部４２によって検出される。この際、圧力検出部４２は、圧力を、面内の力の分布として検出することができるが、変形部４１の変形によって応力分散が生じ、内部の圧力検出部４２に対して圧力が拡散されるため、静電容量型圧力センサの空間分解能以上のセンシング性能を得ることができる。

圧力検出部４２によって検出された力の面内分布についての情報は、外部接続部３３を介して、例えば図２に示す支持アーム装置４００の制御装置４４０に送信される。制御装置４４０は、圧力検出部４２によって検出された力の面内分布に基づいて圧力中心位置を求め、当該圧力中心位置の時間的な変化量をモニタすることにより、力センサ４３２に対する（すなわち、レトラクタ４３１に対する）器官の滑り、及びその滑り量を検出することができる。

本変形例では、レトラクタ４３１に対する器官の滑りが検出された場合に、器官を保持し続け得る動作を行うように、支持アーム装置４００の動作が制御されてよい。あるいは、レトラクタ４３１に対する器官の滑り量が検出され、当該滑り量が所定のしきい値よりも大きい場合に、器官を保持し続け得る動作を行うように、アーム部４２０の動作が制御されてもよい。

例えば、支持アーム装置４００は、レトラクタ４３１に対する器官の滑りが検出された場合に、術者に対して警告を発する。当該警告は、音によって聴覚的に術者に通知されてもよいし、光によって視覚的に術者に通知されてもよい。この場合、支持アーム装置４００には、当該警告を発するためのスピーカ等の音声出力装置や、ランプ等の表示装置が好適に設けられ得る。警告を受けた術者は、レトラクタ４３１によって器官が確実に保持され続けるように、アーム部４２０を適宜操作することができる。

あるいは、支持アーム装置４００は、レトラクタ４３１に対する器官の滑りが検出された場合に、器官が確実に保持され続けるように、アーム部４２０を自動的に動作させてもよい。例えば、レトラクタ４３１によって、器官を、他の器官に対して押し付けるようにして保持している場合であれば、支持アーム装置４００は、レトラクタ４３１に対する器官の滑りが検出された場合に、レトラクタ４３１によって器官がより押圧されるように、アーム部４２０を動作させることができる。

なお、レトラクタ４３１に対する器官の滑りの検出には、必ずしも、レトラクタ４３１に設けられる力センサ４３２の検出値を必要としない。例えば、滑りに伴ってレトラクタ４３１及びアーム部４２０に生じ得る振動を、各関節部４２１ａ〜４２１ｆのアクチュエータ４３０のトルクセンサ４２８による検出値に基づいて検出することも可能である。この場合であっても、トルクセンサ４２８による検出値に基づいて検出されたレトラクタ４３１に対する器官の滑りに基づいて、器官を保持し続け得る各種の動作を行うように、支持アーム装置４００が適宜制御され得る。

（６．補足）
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的又は例示的なものであって限定的なものではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏し得る。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）力制御によって駆動が制御されるアーム部と、前記アーム部の先端に設けられ、手術時に患者の器官を保持するレトラクタと、を備える、医療用支持アーム装置。
（２）前記アーム部を構成する各関節部に、前記各関節部に作用するトルクをそれぞれ検出するトルクセンサが設けられ、前記トルクセンサの各々の検出値に基づいて、前記レトラクタに作用する力が検出される、前記（１）に記載の医療用支持アーム装置。
（３）検出された前記レトラクタに作用する力が所定のしきい値を超えないように、前記アーム部の駆動が制御される、前記（２）に記載の医療用支持アーム装置。
（４）検出された前記レトラクタに作用する力に基づいて、前記器官の重量によって前記レトラクタに作用する力を打ち消すように、前記アーム部の駆動が制御される、前記（２）又は（３）に記載の医療用支持アーム装置。
（５）前記レトラクタの前記器官と接触する部位に力センサが設けられ、前記力センサの検出値に更に基づいて、前記レトラクタに作用する力が検出される、前記（２）〜（４）のいずれか１項に記載の医療用支持アーム装置。
（６）前記アーム部を構成する各関節部に、前記各関節部に作用するトルクをそれぞれ検出するトルクセンサが設けられ、前記トルクセンサの各々の検出値に基づいて、前記レトラクタに対する前記器官の滑りが検出される、前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の医療用支持アーム装置。
（７）前記レトラクタの前記器官と接触する部位に力センサが設けられ、前記力センサの検出値に基づいて、前記レトラクタに対する前記器官の滑りが検出される、前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の医療用支持アーム装置。
（８）前記レトラクタに対する前記器官の滑りが検出された場合に、ユーザに対して警告が発せられる、前記（６）又は（７）に記載の医療用支持アーム装置。
（９）ユーザによる操作に応じて外部から与えられる力の方向への前記アーム部の移動をサポートするように前記アーム部の駆動が制御される、前記（１）〜（８）のいずれか１項に記載の医療用支持アーム装置。
（１０）前記レトラクタは、開腹手術時に、開腹部位における開口が確保されるように、当該開腹部位における切開された体壁を外側に向かって広げるように保持する、前記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の医療用支持アーム装置。
（１１）前記レトラクタは、開腹手術時に、開腹部位から患者の体腔内に挿入され、当該体腔内において前記器官を保持する、前記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の医療用支持アーム装置。
（１２）前記レトラクタは、内視鏡手術時に、患者の体壁に設けられる挿入口から体腔内に挿入され、当該体腔内において前記器官を保持する、前記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の医療用支持アーム装置。

４００、５００ 支持アーム装置
４１０ ベース部
４２０、５１０ アーム部
４２１ａ〜４２１ｆ、５１１ａ〜５１１ｆ 関節部
４２３、４２３ａ、４２３ｂ、４２３ｃ、４２３ｄ、４３１、７０１ａ、７０１ｂ、８０９ レトラクタ
４３０、６１０ アクチュエータ
４２４、６１１ モータ
４２６、６１２ 減速機
４２７、６１３ エンコーダ
４２８、６１４ トルクセンサ
４４０ 制御装置
４３２ 力センサ

Claims (13)

1. 力制御によって駆動が制御されるアーム部と、
   前記アーム部の先端に設けられ、手術時に患者の器官を保持するレトラクタと、
   を備え、
   検出された前記レトラクタに作用する力に基づいて、前記器官の重量によって前記レトラクタに作用する力を打ち消すように、前記アーム部の駆動が制御される、
   医療用支持アーム装置。
2. 力制御によって駆動が制御されるアーム部と、
   前記アーム部の先端に設けられ、手術時に患者の器官を保持するレトラクタと、
   を備え、
   ユーザによる操作に応じて外部から与えられる力の方向への前記アーム部の移動をサポートするように前記アーム部の駆動が制御される、
   医療用支持アーム装置。
3. 前記アーム部を構成する各関節部に、前記各関節部に作用するトルクをそれぞれ検出するトルクセンサが設けられ、
   前記トルクセンサの各々の検出値に基づいて、前記レトラクタに作用する力が検出される、
   請求項１又は２に記載の医療用支持アーム装置。
4. 検出された前記レトラクタに作用する力が所定のしきい値を超えないように、前記アーム部の駆動が制御される、
   請求項３に記載の医療用支持アーム装置。
5. 検出された前記レトラクタに作用する力に基づいて、前記器官の重量によって前記レトラクタに作用する力を打ち消すように、前記アーム部の駆動が制御される、
   請求項２に記載の医療用支持アーム装置。
6. 前記レトラクタの前記器官と接触する部位に力センサが設けられ、
   前記力センサの検出値に更に基づいて、前記レトラクタに作用する力が検出される、
   請求項４に記載の医療用支持アーム装置。
7. 前記アーム部を構成する各関節部に、前記各関節部に作用するトルクをそれぞれ検出するトルクセンサが設けられ、
   前記トルクセンサの各々の検出値に基づいて、前記レトラクタに対する前記器官の滑りが検出される、
   請求項１又は２に記載の医療用支持アーム装置。
8. 前記レトラクタの前記器官と接触する部位に力センサが設けられ、
   前記力センサの検出値に基づいて、前記レトラクタに対する前記器官の滑りが検出される、
   請求項１又は２に記載の医療用支持アーム装置。
9. 前記レトラクタに対する前記器官の滑りが検出された場合に、ユーザに対して警告が発せられる、
   請求項８に記載の医療用支持アーム装置。
10. ユーザによる操作に応じて外部から与えられる力の方向への前記アーム部の移動をサポートするように前記アーム部の駆動が制御される、
    請求項１に記載の医療用支持アーム装置。
11. 前記レトラクタは、開腹手術時に、開腹部位における開口が確保されるように、当該開腹部位における切開された体壁を外側に向かって広げるように保持する、
    請求項１又は２に記載の医療用支持アーム装置。
12. 前記レトラクタは、開腹手術時に、開腹部位から患者の体腔内に挿入され、当該体腔内において前記器官を保持する、
    請求項１又は２に記載の医療用支持アーム装置。
13. 前記レトラクタは、内視鏡手術時に、患者の体壁に設けられる挿入口から体腔内に挿入され、当該体腔内において前記器官を保持する、
    請求項１又は２に記載の医療用支持アーム装置。

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