WO2022054172A1

WO2022054172A1 - 演算装置

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Publication number: WO2022054172A1
Application number: PCT/JP2020/034138
Authority: WO
Inventors: 耕太郎只野; 雅夫金澤; 宏規栢菅; 真崇鈴木; 輝幸西原
Original assignee: Riverfield Inc
Current assignee: Riverfield Inc
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2023-03-09
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Abstract

手術支援装置について、治具の使用を不要としながら使用可能な手術具の自由度の向上を図る。　本発明に係る演算装置は、先端部において手術具を保持可能とされると共に、一又は複数の関節部を有して屈曲が自在とされたアーム部を有する手術支援装置について、アーム部により保持された手術具の先端が所定位置に位置された状態での関節部の角度情報を取得し、該角度情報を用いた幾何学的演算により手術具の長さを求める演算部を備えている。

Description

演算装置

　本発明は、手術具を保持可能に構成された手術支援装置に係る演算を行う演算装置に関するものであり、特には、手術支援装置が保持する手術具の長さを演算により求めるための技術に関する。

　近年、手術支援装置を用いた外科手術が普及しつつある。このような手術支援装置は、内視鏡や鉗子等の手術具を保持するとともに、手術具の位置や姿勢を変えるための複数のアーム部としての可動体を備えている。
　下記特許文献１、２、３に各種の手術支援装置が開示されている。

特開２０１５－２２８９２２号公報特開２００３－２８４７２６号公報特開平６－６３００３号公報

　手術支援装置において、アーム部は、一又は複数の関節部を有して少なくとも屈曲が自在に構成されており、先端部に保持された手術具の位置・姿勢を変化させることが可能に構成されている。
　手術支援装置において、手術具の位置や姿勢を変化させる場合、手術具の先端がどこに位置しているかを特定してアーム部を制御するための制御演算を行うようにされている。この際、手術具の先端位置を特定する上では、手術具の長さが重要なパラメータとなる。特に、手術具としてスコープ（内視鏡）については、手術具の中でも長尺な部類となるため長さのパラメータを把握することが重要となる。

　ここで、従来の手術支援装置において、スコープとしての手術具については、手術支援装置に専用となる専用品のみを使用可能とすることで、制御演算に用いるスコープの長さを一定の長さに保証するという手法を採るものがある。
　しかしながらこの手法では、他社製の最新の手術具を使用することができなくなってしまうという課題がある。
　また、手術支援装置を導入する上でのコスト（導入コスト）の増加を招くことに繋がる。すなわち、腹腔鏡手術等を行っている病院等では手術用のスコープを既に所有している場合があり、そのような場合に該スコープを手術支援装置に流用することができなくなる、つまり手術支援装置に専用のスコープを新たに購入する必要があり、導入コストの増加を招くものである。

　或いは、従来の手術支援装置では、治具を使用してスコープの長さを一定とする手法を採るものもある。具体的には、スコープの先端からアーム部による保持点までの距離を調整するための治具をスコープに装着するものであり、該治具によりスコープの長さ（この場合は保持点から先端までの長さ）を一定の長さに合わせるものである。
　しかしながらこの手法では、治具の再使用を許容する場合において、治具の滅菌を行う必要がある。また、治具を使い捨てとする場合は、使用ごとに新たな治具を用意する必要があり、コストアップに繋がってしまう。

　本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、治具の使用を不要としながら使用可能な手術具の自由度の向上を図ることを目的とする。

　本発明に係る演算装置は、先端部において手術具を保持可能とされると共に、一又は複数の関節部を有して屈曲が自在とされたアーム部を有する手術支援装置について、前記アーム部により保持された前記手術具の先端が所定位置に位置された状態での前記関節部の角度情報を取得し、該角度情報を用いた幾何学的演算により前記手術具の長さを求める演算部を備えたものである。
　手術具の先端を所定位置に位置させるとの条件を課した場合、手術具の長さが異なれば、関節部の角度も変化することになる。このため、上記のように手術具の先端を所定位置に位置させるという条件下において、関節部の角度情報を取得することで、幾何学的演算により手術具の長さを適切に求めることが可能となる。

　上記した本発明に係る演算装置においては、前記所定位置が空中の位置とされた構成とすることが可能である。
　これにより、手術具の長さを求めるにあたり手術具の先端を物体に当接させる必要がない。

　上記した本発明に係る演算装置においては、前記関節部として、前記アーム部の根元側から先端側にかけて第一関節部、第二関節部、第三関節部が順に配置され、前記演算部は、前記手術具の先端が前記所定位置に位置された状態での前記第一関節部の角度情報、及び前記第二関節部の角度情報を取得し、取得した前記第一関節部の角度情報及び前記第二関節部の角度情報と、前記第一関節部と前記第二関節部との間のリンク部の長さと、前記第二関節部と前記第三関節部との間のリンク部の長さとを用いて三角関数に基づく演算を行うことで、前記手術具の長さを求める構成とすることが可能である。
　これにより、アーム部が関節部を３以上有する場合に対応して手術具の長さを求めることが可能となる。

　上記した本発明に係る演算装置においては、前記アーム部は、該アーム部の先端部に位置し前記手術具を保持可能な手術具保持部と、前記手術具保持部が接続された前記関節部である先端関節部とを有すると共に、前記先端関節部のアーム根元側のリンク部に設けられ該リンク部の外側方向に向けて前記手術具の先端の位置をガイドするガイド光を発する発光部を有し、前記演算部は、前記ガイド光がガイドする位置に前記手術具の先端が位置された状態での前記先端関節部の角度情報を取得し、該角度情報を用いた幾何学的演算を行って前記手術具の長さを求める構成とすることが可能である。
　手術具の長さを求めるために手術具の先端を何れの位置に位置させるべきかがガイドされるため、使用者が手術具の先端位置を所定位置に合わせ易くなる。

　上記した本発明に係る演算装置においては、前記演算部は、前記取得した先端関節部の角度情報と、前記先端関節部の関節軸から前記ガイド光の光軸への垂線の長さと、前記先端関節部の関節軸から前記手術具の根元位置までの長さと、を用いた三角関数に基づく演算を行うことで前記手術具の長さを求める構成とすることが可能である。
　これにより、先端関節部のアーム根元側のリンク部に設けられた発光部からガイド光を発する手法を採る場合において手術具の長さを適切に求めることが可能となる。

　上記した本発明に係る演算装置においては、前記所定位置が、前記手術支援装置におけるドレープで被覆される位置とされた構成とすることが可能である。
　これにより、手術具の長さを求める際、手術具の先端を滅菌されたドレープ越しに手術支援装置に当接させることが可能となる。

　上記した本発明に係る演算装置においては、前記演算部は、前記手術支援装置に設けられた所定の操作子に対する操作に応じて前記手術具の長さを求める演算を行う構成とすることが可能である。
　上記所定の操作子は、手術具の先端の所定位置への位置合わせが完了したことを装置側に通知するための操作子として機能させることが可能であり、上記構成によれば、該位置合わせの完了に応じて手術具の長さを求める演算を適切に行うことが可能となる。

　本発明によれば、手術支援装置について、治具の使用を不要としながら使用可能な手術具の自由度の向上を図ることができる。

本発明に係る演算装置の一実施形態である手術支援装置の概略外観構成を示す斜視図である。実施形態としての手術支援装置を含む手術支援システムの構成概要を示した図である。アーム部の概略構成例を説明するための図である。実施形態としての手術支援装置の概略内部構成例を示したブロック図である。第一実施形態としての手術支援装置の構成を模式化して示した図である。第一実施形態における手術具の長さの演算手法についての説明図である。第一実施形態としての手術具の長さの演算手法を実現するための具体的な処理手順例を示したフローチャートである。第二実施形態としての手術支援装置の構成を説明するための図である。第二実施形態としての手術支援装置の概略内部構成例を示したブロック図である。第二実施形態としての手術支援装置の構成を模式化して示した図である。第二実施形態における手術具の長さの演算手法についての説明図である。第二実施形態としての手術具の長さの演算手法を実現するための具体的な処理手順例を示したフローチャートである。所定位置の設定に係る変形例についての説明図である。

　以下、実施形態としての手術支援装置を次の順序で説明する。
＜１．第一実施形態＞
［1-1．手術支援装置の概要］
［1-2．アーム部の概略構成］
［1-3．手術支援装置の概略内部構成］
［1-4．手術具の長さ演算］
＜２．第二実施形態＞
＜３．変形例＞
＜４．実施形態のまとめ＞

＜１．第一実施形態＞
［1-1．手術支援装置の概要］
　実施形態では、手術室の床等に設置されて使用されるタイプの手術支援装置を例に挙げる。但し、手術支援装置については、手術室の床等に設置されて使用されるタイプに限られることはなく、手術室の天井や壁面に取り付けられて使用されるタイプなど、各種の手術支援装置に適用することもできる。

　図１に、本発明に係る演算装置の一実施形態である手術支援装置１の一例を示す。
　図示のように手術支援装置１は、ベース部２と複数のアーム部３とを備えている。
　ベース部２は、手術室の床等に載置される部分であり、各アーム部３を支持する部分となる。

　アーム部３は、それぞれ先端部において手術具４を保持可能とされており、自身の動きにより先端部に保持された手術具の位置や姿勢を変化させることが可能とされている。
　図示のように本例の手術支援装置１は３本のアーム部３を備えている。これらアーム部３のうち中央に位置するアーム部３は、手術具４としてスコープ（内視鏡）を保持するアーム部３とされる。他のアーム部３については、例えば鉗子等のスコープ以外の手術具４を保持するアーム部３として用いることができる。
　なお、アーム部３の本数は３本に限定されるものではなく、１又は複数であればよい。

　図２は、手術支援装置１を含む手術支援システムの構成概要を示した図である。
　図示のように手術支援システムは、手術支援装置１とマスタ装置２０とを備えている。マスタ装置２０は、手術支援装置１を操作するための各種操作子を有しており、手術支援装置１の操作装置として機能する。
　手術支援装置１とマスタ装置２０は有線又は無線により相互にデータ通信を行うことが可能に構成されている。マスタ装置２０は、使用者（例えば医師等の術者）からの操作入力情報に基づき、アーム部３の動きを制御するための制御信号を生成して手術支援装置１に送信する。手術支援装置１は該制御信号に基づいてアーム部３の動きを制御する。
　これにより、複数の手術具４の位置や姿勢を遠隔制御して外科手術を行うことが可能な手術支援システムが実現される。

［1-2．アーム部の概略構成］
　図３は、アーム部３の概略構成例を説明するための図である。
　図示のようにアーム部３は、第一関節部３１、第二関節部３２、第三関節部３３、回転関節部３４、第一リンク部３５、第二リンク部３６、及び手術具保持部３７を備える。
　第一関節部３１、第二関節部３２、第三関節部３３は、アーム根元側からアーム先端側にかけてこの順で配置されている。第一リンク部３５は、第一関節部３１と第二関節部３２とを繋ぐ（リンクする）部分、第二リンク部３６は第二関節部３２と第三関節部３３との間を繋ぐ部分である。第三関節部３３のアーム先端側には、手術具４を保持可能に構成された手術具保持部３７が接続されている。図示のように手術具保持部３７は、最もアーム先端側となる部分に手術具４を着脱自在に保持するための保持機構３７ａを有している。

　第一関節部３１、第二関節部３２、第三関節部３３は、それぞれアーム部３を屈曲させるための関節部とされ、図示のようにアーム部３を真横から見た際に、奥行き方向に平行な回動軸を有している。
　これら第一関節部３１、第二関節部３２、第三関節部３３はそれぞれ対応するリンク部を回動させるためのアクチュエータ（本例ではモータ）を有している。

　第一関節部３１は、図１に示したベース部２によって支持されており、第一リンク部３５を回動自在に支持している。第二関節部３２は、第一リンク部３５により支持され、第二リンク部３６を回動自在に支持しており、第三関節部３３は第二リンク部３６により支持され手術具保持部３７を回動自在に支持している。

　本例において、第二リンク部３６は、第二関節部３２によって支持される第二リンク手前部３６ａと、該第二リンク手前部３６ａよりもアーム先端側に位置する第二リンク先部３６ｂとに分割されている。回転関節部３４は、これら第二リンク手前部３６ａと第二リンク先部３６ｂとの間に位置され、第二リンク手前部３６ａと第二リンク先部３６ｂとの分割面に直交する方向（つまり紙面奥行き方向に第二リンク部３６を切断した際の断面に直交する方向）に平行な回転軸を有し、第二リンク先部３６ｂからアーム先端側となる部分を該回転軸を回転中心として回転自在に支持している。

　なお、回転関節部３４を設けることは必須ではない。
　また、本例ではアーム部３を屈曲させるための関節部が第一関節部３１、第二関節部３２、及び第三関節部３３の三つ設けられた場合を例示しているが、該関節部の数は１又は複数であればよい。

［1-3．手術支援装置の概略内部構成］
　図４は、手術支援装置１の概略内部構成例を示したブロック図である。
　図示のように手術支援装置１は、演算部１０、第一関節モータ１１、第二関節モータ１２、第三関節モータ１３、第一関節角度センサ１４、第二関節角度センサ１５、第三関節角度センサ１６、関節制御部１７、及び操作部１８を備える。

　第一関節モータ１１、第二関節モータ１２、第三関節モータ１３は、それぞれ第一関節部３１、第二関節部３２、第三関節部３３を駆動するためのモータである。
　第一関節角度センサ１４、第二関節角度センサ１５、第三関節角度センサ１６は、それぞれ第一関節部３１、第二関節部３２、第三関節部３３の関節角度を検出するセンサとされる。
　ここで、関節角度は、関節部が支持するリンク部の回動角度を意味するものである。第一関節角度センサ１４、第二関節角度センサ１５、第三関節角度センサ１６は、それぞれ第一関節モータ１１、第二関節モータ１２、第三関節モータ１３の回転角度を検出するセンサを有しており、検出したモータの回転角度に基づいて第一関節部３１、第二関節部３２、第三関節部３３の関節角度を検出する。

　関節制御部１７は、第一関節モータ１１、第二関節モータ１２、第三関節モータ１３の駆動制御を行うことで、アーム部３の屈曲動作を制御する。すなわち、アーム部３により保持された手術具４の位置や姿勢を制御する。
　図示は省略するが、関節制御部１７には、図２に示したマスタ装置２０が術者等の使用者からの操作入力に基づき生成した制御信号が供給される。関節制御部１７は、該制御信号に基づいて第一関節モータ１１、第二関節モータ１２、第三関節モータ１３の駆動制御を行う。

　演算部１０は、例えばＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有するマイクロコンピュータ等の演算装置として構成されている。
　演算部１０には、第一関節角度センサ１４、第二関節角度センサ１５、第三関節角度センサ１６が検出する関節角度の情報が入力される。また、演算部１０には、操作部１８からの操作入力情報が入力される。
　操作部１８は、手術支援装置１に設けられたボタン、キー、ダイヤル、タッチパネル等の各種操作子（不図示）を包括的に表したものである。操作部１８は、使用者による入力操作に応じた操作入力情報を演算部１０に出力し、演算部１０は、該操作入力情報に応じた処理を実行することで使用者の入力操作に応じた手術支援装置１の動作を実現させる。

　演算部１０は、操作部１８からの操作入力情報と、第一関節角度センサ１４、第二関節角度センサ１５、第三関節角度センサ１６の少なくとも何れかにより検出される関節角度の情報とに基づいて、手術具４の長さを求める演算を行う。具体的に、本例における演算部１０は、後述するように第一関節角度センサ１４が検出する第一関節部３１の関節角度の情報と第二関節角度センサ１５が検出する第二関節部３２の関節角度の情報とに基づいて手術具４の長さを求める演算を行う。

　なお、本例の手術支援装置１には、実際には回転関節部３４を駆動するためのモータ（アクチュエータ）や角度センサも設けられるが、ここでは図示を省略した。また、関節制御部１７は、実際にはマスタ装置２０からの制御信号に基づいて回転関節部３４を駆動するためのモータの駆動制御も行うことになる。

［1-4．手術具の長さ演算］
　図５及び図６を参照して、手術具４の長さを求めるための第一実施形態としての手法について説明する。ここでは、手術具４はスコープであるものとする。
　図５は、手術支援装置１の構成を模式化して示した図であり、具体的には、手術支援装置１における第一関節部３１、第二関節部３２、第三関節部３３、第一リンク部３５、及び第二リンク部３６と、手術具４との関係を模式化して示している。

　第一実施形態では、手術具４の長さを求める際には、手術具４の先端を予め定められた所定位置Ｐｔに位置させることを条件とする。本例では、所定位置Ｐｔは、空中における位置として定められている。具体的に、この場合の所定位置Ｐｔは、図示のように第一関節部３１の回動軸ａ３１を通る水平な線と、該水平な線に対し第二関節部３２の回動軸ａ３２から引いた垂線との交点となる位置に定められている。
　ここで、以下、関節部の回動軸については「関節軸」と表記するものとし、第一関節部３１の回動軸ａ３１については「関節軸ａ３１」、第二関節部３２の回動軸ａ３２については「関節軸ａ３２」と表記する。また、図中に示す、第三関節部３３の回動軸ａ３３については「関節軸ａ３３」と表記する。

　手術具４の長さを求めるにあたっては、先ず使用者に手動でアーム部３を操作させて、手術具４の先端を所定位置Ｐｔに位置させる。そして、演算部１０は、このように手術具４の先端が所定位置Ｐｔに位置された状態での関節部の角度情報を取得し、該角度情報を用いた三角関数に基づく演算により手術具４の長さを求める。

　図６は、第一実施形態における手術具４の長さの演算手法についての説明図であり、第一関節部３１の関節軸ａ３１、第二関節部３２の関節軸ａ３２、第三関節部３３の関節軸ａ３３、及び所定位置Ｐｔを示す点と、それらの点間を結んだ直線とを示している。
　図示のように関節軸ａ３１と関節軸ａ３２とを結ぶ直線と、関節軸ａ３１と所定位置Ｐｔとを結ぶ直線とがなす角度を「θ１」とする。また、関節軸ａ３１と関節軸ａ３２とを結ぶ直線と関節軸ａ３２と関節軸ａ３３とを結ぶ直線とで形成される角部の外角を「θ２」とする。
　さらに、関節軸ａ３１と関節軸ａ３２とを結ぶ直線の長さを「Ｌ１」、関節軸ａ３２と関節軸ａ３３とを結ぶ直線の長さを「Ｌ２」とする。ここで、これら長さＬ１、Ｌ２については、それぞれ第一リンク部３５の長さ、第二リンク部３６の長さとして既知の値である。
　また、求めるべき手術具４の長さ、つまり本例では関節軸ａ３３と所定位置Ｐｔとを結ぶ直線の長さを「Ｌｓ」とする。

　上記のように角度θ１、θ２、及び長さＬ１、Ｌ２を定義したとき、手術具４の長さＬｓは、余弦定理より下記［式１］に基づき求めることができる。

　確認のため述べておくと、角度θ１、θ２は、それぞれ第一関節角度センサ１４が検出する第一関節部３１の関節角度、第二関節角度センサ１５が検出する第二関節部３２の関節角度に基づき求めることができるものである。

　ここで、本例では、前述した操作部１８において、使用者が手術具４の長さを求める演算の実行を指示するための例えばボタン等による操作子（以下「演算指示操作子」と表記する）が設けられており、演算部１０は、この演算指示操作子による操作入力が行われたことに応じて上記の［式１］に基づく長さＬｓの演算を行う。
　このとき、本例では、手術具４の先端を所定位置Ｐｔに位置させたことに応じて、使用者に演算指示操作子を操作させるように定められている。これにより、手術具４の先端の所定位置Ｐｔへの位置合わせの完了に応じて、長さＬｓの演算を行うことが保証されるようになり、長さＬｓの計測精度向上が図られる。

　図７は、上記により説明した第一実施形態としての手術具４の長さの演算手法を実現するための具体的な処理手順例を示したフローチャートである。
　先ず、演算部１０はステップＳ１０１で、操作待機処理として、上述した演算指示操作子による操作入力を待機する処理を行う。
　そして、演算指示操作子による操作入力があった場合、演算部１０はステップＳ１０２に進んで関節部の角度を取得する処理を行う。具体的に本例では、第一関節角度センサ１４が検出する第一関節部３１の関節角度と、第二関節角度センサ１５が検出する第二関節部３２の関節角度を取得する処理を行う。

　ステップＳ１０２に続くステップＳ１０３で演算部１０は、リンク部の長さを取得する処理として、既知の値である第一リンク部３５の長さＬ１、及び第二リンク部３６の長さＬ２を取得する処理を行う。例えば、これら長さＬ１、Ｌ２の情報は、演算部１０が読み出し可能なメモリにおいて記憶され、演算部１０はステップＳ１０３の処理でこれらメモリに記憶された長さＬ１、Ｌ２の情報を読み出して取得する。

　ステップＳ１０３に続くステップＳ１０４で演算部１０は、角度と長さとに基づきスコープの長さを計算する。具体的には、ステップＳ１０２で取得した第一関節部３１の関節角度、第二関節部３２の関節角度に基づきそれぞれ角度θ１、角度θ２を求めると共に、これら角度θ１、θ２とステップＳ１０３で取得した長さＬ１、Ｌ２とを用いた先の［式１］に基づく演算を行うことで、スコープとしての手術具４の長さＬｓを求める。
　演算部１０は、ステップＳ１０４の処理を実行したことに応じて図７に示す一連の処理を終える。

＜２．第二実施形態＞
　続いて、第二実施形態について説明する。
　第二実施形態は、手術具４の先端を所定位置Ｐｔに位置させるためのガイド光Ｌｉを用いる例である。
　なお以下の説明において、既にこれまでで説明済みとなった部分と同様となる部分については同一符号を付して説明を省略する。

　図８は、第二実施形態としての手術支援装置１Ａの構成を説明するための図であり、図８Ａでは、アーム部３における第二リンク部３６からアーム先端側となる部分のみを抽出して示している。なお、アーム部３における第二リンク先部３６ｂよりもアーム根元側となる部分の構成、及びアーム部３以外の構成については第一実施形態における手術支援装置１と同様となることから図示による説明は省略する。

　手術支援装置１との相違点は、第二リンク先部３６ｂにおいて、上述したガイド光Ｌｉを発する発光部３８が設けられた点である。図示のように発光部３８は、第二リンク先部３６ｂの下面側に設けられ、該第二リンク先部３６ｂの外側方向に向けてガイド光Ｌｉを発する。図８Ｂでは、第二リンク先部３６ｂの斜め下方から発光部３８を観察した様子を示しているが、図示のように発光部３８は孔部３８ｈを有しており、該孔部３８ｈより下方側に向けてガイド光を発するように構成されている。
　本例では、発光部３８は光源としてレーザ３８ａ（図８では不図示）を有することでガイド光Ｌｉとしてレーザ光を発する。

　図９は、第二実施形態としての手術支援装置１Ａの概略内部構成例を示したブロック図である。
　第一実施形態における手術支援装置１との相違点は、発光部３８におけるレーザ３８ａが設けられた点と、演算部１０に代えて演算部１０Ａが設けられた点である。
　演算部１０Ａは、後述するように演算部１０とは異なる手法により手術具４の長さＬｓを求める。また、演算部１０Ａは、レーザ３８ａの点消灯制御を行うことが可能に構成されている。

　図１０は、手術支援装置１Ａの構成を模式化して示した図であり、具体的には、手術支援装置１Ａにおける第一関節部３１、第二関節部３２、第三関節部３３、第一リンク部３５、及び第二リンク部３６と、手術具４との関係を模式化して示している。

　第二実施形態において、手術具４の長さを求めるにあたっては、先ず、使用者に操作部１８における所定の操作子（第一所定操作子とする）を操作させる。この第一所定操作子の操作に応じ、演算部１０Ａは、発光部３８（レーザ３８ａ）によりガイド光Ｌｉを発光させる。
　そして、使用者は、このようにガイド光Ｌｉが発光された状態で、手動でアーム部３を操作（主に手術具保持部３７の角度調整操作）して手術具４の先端をガイド光Ｌｉがガイドする位置に位置させる。具体的には、レーザ光としてのガイド光Ｌｉと重なる位置に手術具４の先端を位置させる。本例では、このように手術具４の先端がガイド光Ｌｉと重なった状態での手術具４の先端位置が所定位置Ｐｔとなる。

　さらに、使用者は、上記のように手術具４の先端をガイド光Ｌｉがガイドする所定位置Ｐｔに位置させた状態で、操作部１８における所定の操作子（第二所定操作子とする）を操作する。
　この第二所定操作子の操作に応じて、演算部１０Ａは、以下で説明する手法によって手術具４の長さを求める演算を行う。

　なお、上記した第一所定操作子と第二所定操作子は別の操作子であってもよいし同一の操作子であってもよい。

　図１１は、第二実施形態における手術具４の長さの演算手法についての説明図であり、第三関節部３３の関節軸ａ３３と、関節軸ａ３３からガイド光Ｌｉの光軸に対して引いた垂線と該光軸との交点である点Ｐｌと、関節軸ａ３３から手術具４（本例においてもスコープであるとする）の中心軸に対して引いた垂線と該中心軸との交点である点Ｐｊと、所定位置Ｐｔ（本例では手術具４の先端がガイド光Ｌｉと重なった状態での該先端の位置）との関係を示している。
　ここで、点Ｐｊ、すなわち関節軸ａ３３（先端関節部の関節軸）から手術具４の中心軸に対して引いた垂線と該中心軸との交点は、手術具保持部３７による手術具４の保持点近傍の点であり、手術具４の根元位置と換言できるものである。

　図示のように関節軸ａ３３と点Ｐｌとを結ぶ直線と、関節軸ａ３３と点Ｐｊとを結ぶ直線とがなす角度を「θ３」とする。また、関節軸ａ３３と点Ｐｌとを結ぶ直線の長さを「Ｌ３」、関節軸ａ３３と点Ｐｊ（根元位置）とを結ぶ直線の長さを「Ｌ４」とする。
　角度θ３は、第三関節角度センサ１６が検出する第三関節部３３の関節角度に基づき求めることができる。また、長さＬ３、Ｌ４は、第三関節部３３が駆動されても変化しない長さであり、既知の長さである。

　第二実施形態では、手術具４の長さＬｓを下記［式２］に示す演算を行うことで求める。

　図１２は、上記により説明した第二実施形態としての手術具４の長さの演算手法を実現するための具体的な処理手順例を示したフローチャートである。
　図１２において、演算部１０ＡはステップＳ２０１で、第一操作の待機処理として、上述した第一所定操作子に対する操作を待機する処理を行う。
　そして、第一所定操作子に対する操作が行われた場合、演算部１０ＡはステップＳ２０２に進んでレーザ点灯処理を行う。すなわち、レーザ３８ａを点灯させてガイド光Ｌｉを発光させる。

　ステップＳ２０２に続くステップＳ２０３で演算部１０Ａは、第二操作の待機処理として、上述した第二所定操作子に対する操作を待機する処理を行い、第二所定操作子に対する操作が行われた場合は、ステップＳ２０４に進んでレーザ消灯処理、すなわちレーザ３８ａを消灯させる処理を行う。

　ステップＳ２０５に続くステップＳ２０６で演算部１０Ａは、関節部の角度を取得する処理を行う。具体的には、第三関節角度センサ１６が検出する第三関節部３３の関節角度を取得する処理を行う。

　ステップＳ２０５に続くステップＳ２０６で演算部１０Ａは、長さＬ３、Ｌ４の取得処理として、例えばメモリに格納された既知の値である長さＬ３、及び長さＬ４の情報を取得する処理を行う。

　ステップＳ２０６に続くステップＳ２０７で演算部１０Ａは、角度と長さとに基づきスコープの長さを計算する。すなわち、ステップＳ２０５で取得した第三関節部３３の関節角度に基づき角度θ３を求めると共に、この角度θ３とステップＳ２０６で取得した長さＬ３、Ｌ４とを用いた先の［式２］による演算を行うことで、スコープとしての手術具４の長さＬｓを求める。
　演算部１０Ａは、ステップＳ２０７の処理を実行したことに応じて図１２に示す一連の処理を終える。

＜３．変形例＞
　なお、実施形態としては上記により説明した具体例に限定されるものではなく、多様な変形例としての構成を採り得るものである。
　例えば、上記では所定位置Ｐｔを空中の位置とする例を挙げたが、所定位置Ｐｔは手術支援装置１における所定の位置に定めることもできる。
　例えば、所定位置Ｐｔは、図１３に例示するように、アーム部３の根元部分、具体的には第一関節部３１における手術具４の先端と対向可能な面上に定めることができる。このとき、所定位置Ｐｔは、アーム部３の屈曲動作により手術具４の先端を当接可能となる位置に定めることは言うまでもない。

　ここで、手術支援装置１の表面上は特段消毒等が行われるものではなく、医療上ではいわゆる不潔領域として区分される領域となる。このため、上記のように所定位置Ｐｔを手術支援装置１上の何れかの位置に定める、すなわち、長さＬｓを求める際に手術具４の先端を手術支援装置１に直接的に当接させるということは、手術具４を清潔な状態に保つことができないという意味で望ましくない。
　そこで、所定位置Ｐｔを手術支援装置１上の何れかの位置とする場合には、所定位置Ｐｔは、手術支援装置１におけるドレープ（滅菌ドレープ）Ｄｐで被覆される位置に定めることが望ましい（図１３参照）。
　これにより、手術具４の長さＬｓを求める際、手術具４の先端を滅菌されたドレープＤｐ越しに手術支援装置１に当接させることが可能となる。
　従って、手術具４の長さを求めるにあたり手術具４の先端が不潔な状態となってしまうことの防止が図られ、医療上の安全性を高めることができる。

　また、これまでの説明では、長さＬｓを求める際、手術具４の先端が所定位置Ｐｔに位置したか否かの確認を使用者に行わせる前提としたが、手術具４の先端が所定位置Ｐｔに位置したか否かをカメラの撮像画像等に基づき判定する構成とすることもできる。
　また、第二実施形態のようにガイド光Ｌｉを用いる例では、ガイド光Ｌｉの光線が手術具４の先端で遮られたことを検出する等、手術具４の先端がガイド光Ｌｉに重なったことで生じる光量の変化を検出することで所定位置Ｐｔに位置したか否かを判定するように構成することもできる。
　さらに、これらの例のように手術具４の先端が所定位置Ｐｔに位置したか否かを判定する構成とする場合には、所定位置Ｐｔに位置したと判定したことに応じて長さＬｓの演算を実行する構成とすることもできる。

　また、上記では、使用者が手動でアーム部３を動かすことで手術具４の先端を所定位置Ｐｔに位置させる前提としたが、所定位置Ｐｔへの位置合わせを関節制御部１７による制御によって自動で行うようにすることも可能である。

　さらに、上記では、手術具４の長さＬｓの演算を手術支援装置が行う例としたが、マスタ装置２０等の手術支援装置の外部装置が手術支援装置側から取得した関節角度等の情報に基づき長さＬｓを演算する構成とすることもできる。この場合、マスタ装置２０等の外部装置が、本発明に係る演算装置に相当するものとなる。

　また、上記では、手術具の長さを三角関数に基づく演算を行って求める例を挙げたが、例えば、手術具の先端が所定位置に位置された状態での関節角度とリンク部の長さ等の既知の長さ情報とに基づいて関節軸などの代表点の座標を求め、該代表点の座標を用いた行列計算等によって手術具の長さを求めることも可能である。すなわち、手術具の長さは、少なくとも関節部の角度情報を取得し、該角度情報を用いた幾何学的演算により求めることが可能である。

＜４．実施形態のまとめ＞
　以上で説明してきたように、実施形態としての演算装置（手術支援装置１、１Ａ）は、先端部において手術具を保持可能とされると共に、一又は複数の関節部を有して屈曲が自在とされたアーム部を有する手術支援装置について、アーム部により保持された手術具の先端が所定位置（同Ｐｔ）に位置された状態での関節部の角度情報を取得し、該角度情報を用いた幾何学的演算により手術具の長さを求める演算部（同１０、１０Ａ）を備えたものである。
　手術具の先端を所定位置に位置させるとの条件を課した場合、手術具の長さが異なれば、関節部の角度も変化することになる。このため、上記のように手術具の先端を所定位置に位置させるという条件下において、関節部の角度情報を取得することで、幾何学的演算により手術具の長さを適切に求めることが可能となる。
　手術具の長さを求めることができることにより、長さが既知でない手術具であってもその使用を許容することができ、使用可能な手術具の自由度を向上することができる。また、手術具の長さを一定とするための治具を用いる必要もないため、該治具の滅菌に係る手間や該治具を使用ごとに破棄する場合のコストアップが生じないように図ることができる。

　また、実施形態としての演算装置においては、所定位置が空中の位置とされている。
　これにより、手術具の長さを求めるにあたり手術具の先端を物体に当接させる必要がない。
　従って、手術具の先端を清潔な状態に保つことができ、医療上の安全性を高めることができる。

　さらに、実施形態としての演算装置においては、関節部として、アーム部の根元側から先端側にかけて第一関節部（同３１）、第二関節部（同３２）、第三関節部（同３３）が順に配置され、演算部（同１０）は、手術具の先端が所定位置に位置された状態での第一関節部の角度情報（角度θ１）、及び第二関節部の角度情報（角度θ２）を取得し、取得した第一関節部の角度情報及び第二関節部の角度情報と、第一関節部と第二関節部との間のリンク部の長さ（長さＬ１）と、第二関節部と第三関節部との間のリンク部の長さ（長さＬ２）とを用いて三角関数に基づく演算を行うことで、手術具の長さを求めている。
　これにより、アーム部が関節部を３以上有する場合に対応して手術具の長さを求めることができる。

　さらにまた、実施形態としての演算装置においては、アーム部は、該アーム部の先端部に位置し手術具を保持可能な手術具保持部（同３７）と、手術具保持部が接続された関節部である先端関節部（第三関節部３３）とを有すると共に、先端関節部のアーム根元側のリンク部（第二リンク部３６）に設けられ該リンク部の外側方向に向けて手術具の先端の位置をガイドするガイド光を発する発光部（同３８）を有し、演算部（同１０Ａ）は、ガイド光がガイドする位置に手術具の先端が位置された状態での先端関節部の角度情報（角度θ３）を取得し、該角度情報を用いた幾何学的演算を行って手術具の長さを求めている。
　手術具の長さを求めるために手術具の先端を何れの位置に位置させるべきかがガイドされるため、使用者が手術具の先端位置を所定位置に合わせ易くなる。
　従って、手術具の先端位置の位置合わせ精度の向上が図られ、手術具の長さの計測精度向上を図ることができる。

　また、実施形態としての演算装置においては、演算部は、取得した先端関節部の角度情報と、先端関節部の関節軸（同ａ３３）からガイド光の光軸への垂線の長さ（長さＬ３）と、先端関節部の関節軸から手術具の根元位置までの長さ（長さＬ４）と、を用いた三角関数に基づく演算を行うことで手術具の長さを求めている。
　これにより、先端関節部のアーム根元側のリンク部に設けられた発光部からガイド光を発する手法を採る場合において手術具の長さを適切に求めることができる。

　さらに、実施形態としての演算装置においては、所定位置が、手術支援装置におけるドレープで被覆される位置とされている（図１３参照）。
　これにより、手術具の長さを求める際、手術具の先端を滅菌されたドレープ越しに手術支援装置に当接させることが可能となる。
　従って、手術具の長さを求めるにあたり手術具の先端が不潔な状態となってしまうことの防止が図られ、医療上の安全性を高めることができる。

　さらにまた、実施形態としての演算装置においては、演算部は、手術支援装置に設けられた所定の操作子に対する操作に応じて手術具の長さを求める演算を行っている。
　上記所定の操作子は、手術具の先端の所定位置への位置合わせが完了したことを装置側に通知するための操作子として機能させることが可能であり、上記構成によれば、該位置合わせの完了に応じて手術具の長さを求める演算を適切に行うことが可能となる。
　従って、手術具の長さの計測精度向上を図ることができる。

１，１Ａ　手術支援装置
２　ベース部
３　アーム部
４　手術具
１０，１０Ａ　演算部
１１　第一関節モータ
１２　第二関節モータ
１３　第三関節モータ
１４　第一関節角度センサ
１５　第二関節角度センサ
１６　第三関節角度センサ
１７　関節制御部
１８　操作部
２０　マスタ装置
３１　第一関節部
３２　第二関節部
３３　第三関節部
３４　回転関節部
３５　第一リンク部
３６　第二リンク部
３６ａ　第二リンク手前部
３６ｂ　第二リンク先部
３７　手術具保持部
３７ａ　保持機構
Ｐｔ　所定位置
ａ３１，ａ３２，ａ３３　関節軸（回動軸）
Ｌｉ　ガイド光
３８　発光部
３８ｈ　孔部
３８ａ　レーザ
Ｄｐ　ドレープ

Claims

　先端部において手術具を保持可能とされると共に、一又は複数の関節部を有して屈曲が自在とされたアーム部を有する手術支援装置について、前記アーム部により保持された前記手術具の先端が所定位置に位置された状態での前記関節部の角度情報を取得し、該角度情報を用いた幾何学的演算により前記手術具の長さを求める演算部を備えた
　演算装置。
　前記所定位置が空中の位置とされた
　請求項１に記載の演算装置。
　前記関節部として、前記アーム部の根元側から先端側にかけて第一関節部、第二関節部、第三関節部が順に配置され、
　前記演算部は、
　前記手術具の先端が前記所定位置に位置された状態での前記第一関節部の角度情報、及び前記第二関節部の角度情報を取得し、
　取得した前記第一関節部の角度情報及び前記第二関節部の角度情報と、前記第一関節部と前記第二関節部との間のリンク部の長さと、前記第二関節部と前記第三関節部との間のリンク部の長さとを用いて三角関数に基づく演算を行うことで、前記手術具の長さを求める
　請求項１又は請求項２に記載の演算装置。
　前記アーム部は、該アーム部の先端部に位置し前記手術具を保持可能な手術具保持部と、前記手術具保持部が接続された前記関節部である先端関節部とを有すると共に、前記先端関節部のアーム根元側のリンク部に設けられ該リンク部の外側方向に向けて前記手術具の先端の位置をガイドするガイド光を発する発光部を有し、
　前記演算部は、
　前記ガイド光がガイドする位置に前記手術具の先端が位置された状態での前記先端関節部の角度情報を取得し、該角度情報を用いた幾何学的演算を行って前記手術具の長さを求める
　請求項１又は請求項２に記載の演算装置。
　前記演算部は、
　前記取得した先端関節部の角度情報と、前記先端関節部の関節軸から前記ガイド光の光軸への垂線の長さと、前記先端関節部の関節軸から前記手術具の根元位置までの長さと、を用いた三角関数に基づく演算を行うことで前記手術具の長さを求める
　請求項４に記載の演算装置。
　前記所定位置が、前記手術支援装置におけるドレープで被覆される位置とされた
　請求項１に記載の演算装置。
　前記演算部は、
　前記手術支援装置に設けられた所定の操作子に対する操作に応じて前記手術具の長さを求める演算を行う
　請求項１から請求項６の何れかに記載の演算装置。