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低侵襲手術用ロボット.
図 1: 手術台とペイシェントカート© Intuitive Surgical 低侵襲手術用ロボット. 手術支援システム da Vinci™S HD（ダ・ヴィンチサージカルシステム）の最新バージョンで使用されて いる主要構成部品のひとつが、高性能のモータです。そのモータは、低速でもスムーズに機能する条件 を満たします。 今日、要求度の高い最新式の外科手術には、アメリカ合衆国カリフォルニア州サニーベールに本社を置 くインテュイティヴ・サージカル社 (Intuitive Surgical Inc.) のダ・ヴィンチサージカルシステムが使用され ています。このシステムにより低侵襲の手術が可能になったのです。システムには運動制御の最先端技 術が応用されているため、手術器具が、まるで経験を積んだ外科医のような滑らかで正確な動きを――極端に ゆっくりしたスピードでも同様に――とることができます。インテュイティヴ・サージカル社は、ダ・ヴィンチ サージカルシステムを改良するにあたって、最新式の既製部品および制御要素を採用しました。それに より、ダ・ヴィンチを用いた救命手術の信頼性が更に高まりました。そのダ・ヴィンチシステムには、 39 個のマクソンモータが組み込まれています。 手術支援システム 手術支援システムでは、手術用マニピュレーター2 つと内視鏡カメラ 1 台を患者の体内に挿入するため、3 箇所の 8 mm あるいは 12 mm の小さな切開部が必要となります。患者の側に付いているのはロボットと 手術助手だけであり、実際にシステムを操作する執刀医は、手術室の別の場所に置かれたサージョンコ ンソールの前に座ります。モニター画面上には、切開手術が「目で見」て「感じる」ように正確に再現 されます。 ダ・ヴィンチサージカルシステムは、手術室の一部となり、手術に参加するスタッフそれぞれの要求に そってチーム全体をサポートすることになります。システム全体は 3 つの主要コンポーネント（操作を行 うインターフェイス（サージョンコンソール）、手術台脇に設置された手術器具を取り付けるためのアーム（ペイシェ ントカート）、画像処理ユニット（ビジョンカート））から成ります。 maxon motor ag / Martin Rüegg, © 2013 maxon motor ag : 低侵襲手術ロボット. サージカルシステムの中核をなすのがサージョンコンソールで、ここから執刀医が手術を完全にコント ロールすることができます。ビデオ中継によるその他の手術システムを使った実験では、その方法が劣 ることが判明しています。医者にとって最も大きな困難は、手の動きの方向がミラー反転されてしまう ことでした―――箸を使って靴紐を結ぶことを想定してください。つまり箸を左に動かすと紐の先が右 に移動するのです。従来の腹腔鏡手術では、このような人間の直感に逆らう動きが生じていました。外 科医は経験を積みながら、この直感に逆らう動作を習得しなければならなかったのです。 ダ・ヴィンチサージカルシステムが導入されたことで、執刀医はサージョンコンソールの前に座り、そ れまで無かった 3D の高解像度画像で手術部位を見ながら、施術することが可能になりました。本システ ムは、高解像度の 3D ディスプレイを搭載した世界初の手術ロボットシステムであり、解像度が旧モデル の二倍、表示画像がさらに鮮明になり、組織層や細部の構造の詳細まで見ることができるよう改良されました。 InSite™光学システム、高解像度の 3D 内視鏡、そして画像処理モジュールが、手術部位のリアルな画像 を提供します。画像の同期化、高照度のイルミネータ、そしてカメラコントロールユニットにより、手 術画像の選択幅が拡がり精緻になりさらに最適になりました。 またサージョンコンソールでは、執刀医はマスターコントローラ（手術で行われる動きをシミュレート する制御要素）を使って動きを制御します。執刀医が画像表示の下にあるマスターコントローラを指で つかむ際、手首は自然に視界に入る位置にあります。そして執刀医が手を動かすと、その動きがリアル タイムで正確に患者の体内にある手術器具の動きへと変換されます。 手術器具を取り付けられたロボットアームは、従来の手術同様、執刀医の手首・手・指の動きで操作さ れます。本システム用の手術器具として EndoWrist™インストゥルメントが多様なラインナップを取り揃 えています。これらの内視鏡用手術器具は、人間の手首をモデルに設計されており、動きには 7 段階の 選択肢があります。各器具は止血・縫合・組織の把持など特定の手術段階のために設計されています。 手術台わきのカートには、執刀医の手の動きを真似るロボットアーム 2 本と、内視鏡を取り付けたアー ム 1 本が収納されています。追加で 3 本目のロボットアームを取り付けることも可能です。執刀医が内 視鏡用器具やその他手術の上での必要に応じて器具を追加使用することが可能です。腹腔鏡用器具は切 開部のすぐそばに旋回軸が位置するよう設計されているため、患者の腹壁を吊り上げる必要がなくなり ました。それにより組織や神経の損傷を最小限に抑えることができます。手術アシスタントは正しい器 具を取り付け、患者の体内にゾンデを挿入する準備をし、手術で使用される腹腔鏡用アームと器具を監 視します。 モータの選択 患者の体に開けられた 8～10 mm の小さな切開部にロボット器具を挿入して行う手術においては、微細 な動きを正確に制御することが非常に重要となります。そのマニピュレーターの心臓部がマクソンが開 発・製造された DC モータなのです。 インテュイティヴ・サージカル社の生産工学担当マネージャーであるマイク・プリンディヴィル氏はこ う語ります。「市場には製品選択のオプションがたくさんありますが、中でもマクソンは強力なパートナーと して、我々の性能・品質への要求を一貫して満たしてくれました。」マクソンのモータは、ダ・ヴィン チシステムに入力信号／出力信号を送信します。モータとエンコーダは、一連のフィードバック制御を 介して、執刀医からの入力信号を受け取ります。この入力信号が、システムコンソール内の電子回路で リアルタイムでコンパイルされ、マニピュレーター内のモータ用の出力信号に変換されます。さらにコ ンソール内の電子回路を介して、マニピュレーターが執刀医の手に触知可能な抵抗を与えます。 インテュイティヴ・サージカル社のエンジニアたちは、システムに DC コアレスモータ RE25（エンコーダ付き、 なし）、RE13（+GP13 プラネタリギアヘッド、直径 13 mm 磁気エンコーダ）、RE35（+他社製エンコーダ）が含む 30 個以上のマクソンモータを組込みました。 マクソンのモータはレアアース磁石とコアレスロータを有しています。その構造からモータはコギング トルクがなくなり、旧来の構造を持つモータと比べ、とりわけゆっくりとした動作速度における利点と maxon motor ag / Martin Rüegg, © 2013 maxon motor ag 2/4 : 低侵襲手術ロボット. なりました。モータはそれ以外にも、高い出力密度と低騒音、つまりインテュイティヴ・サージカルが 掲げる両基本要件をあわせ持ちます。 執刀医側のカートで使用されるモータは二次元での役割を識別するためにマスターと呼ばれます。手術助手がロ ボットの先端部分（エンドエフェクタ）を手術する位置まで移動させる一方、実際に執刀する側のマニピュレーター のモータは、同様の精度を要求するだけでなく、運転により戻って来られる必要があります。モータは先端部分で 低いヒステリシス（履歴現象）を示します。 まとめ ダ・ヴィンチサージカルシステムは、手術器具の直感的コントロール、自由な動き、生体組織のデリケ ートな取り扱い、そして切開手術のような 3 次元可視化を外科医に可能にした唯一の市販機器です。外 科医は小さな切開部から低侵襲手術を行うことができます。最新技術のモータやその他の部品を使用す ることで初めて、そのような手術支援システムの開発が可能になったのです。 ダ・ヴィンチサージカルシステムは、SRI インターナショナル（旧スタンフォード研究所）で開発された ロボット援用手術のための基礎技術をベースにしています。インテュイティヴ・サージカル社はその後、 本システムを改良するにあたって、IBM、マサチューセッツ工科大学、ハートポート社 (Heartport Inc.) らの機関と提携してきました。また本システムはアメリカ食品医薬品局 (Food and Drug Administration, FDA) から、胆嚢や大腸などの腹部手術、胸部手術（心臓手術を除く）、前立腺手術のための承認を受け ています。ヨーロッパではすでにダ・ヴィンチシステムを使っての心臓バイパス手術が行われました。 「世界中の患者、外科医、病院に安全なシステムを提供するため、我々は日々1 万個以上のマクソンモー タに全幅の信頼を寄せていますマクソンモータは、高信頼性、低摩擦、長寿命の観点において素晴らし い成果をあげてくれています。すべてのダ・ヴィンチシステムは、摩擦や遊びといった特性、適合性、 ならびに各種センサのフィードバックを監視するための厳しい性能テストを通過しています。」インテ ュイティヴ・サージカル社の生産工学担当マネージャー、マイク・プリンディヴィル氏はこう付け加え ました。 maxon motor ag / Martin Rüegg, © 2013 maxon motor ag 3/4 : 低侵襲手術ロボット. 図 3: マスターコントローラ（下）と EndoWrist™インストゥルメント（上） 図 2: 手術室の概略構成図 © Intuitive Surgical © Intuitive Surgical 図 4: 駆動ユニット Ø 13 mm（モータ RE 13, 遊星歯車 GP 13, MR エンコーダ） © maxon motor 図 5: maxon DC motor RE 25 Ø 25 mm, グラファイトブ ラシ, 20 Watt コアレスロータ付き DC モータ, システム maxon © maxon motor © maxon motor maxon motor ag / Martin Rüegg 3835 文字 詳細については下記にお問い合わせください： maxon motor ag Brünigstrasse 220 Postfach 263 CH-6072 Sachseln Intuitive Surgical Inc. 950 Kifer Road USA-Sunnyvale, CA 94086 電話 +41 41 666 15 00 ファックス +41 41 666 16 50 ウェブサイト www.maxonmotor.com 電話 +1 408 523-2100 ファックス +1 408 523-1390 ウェブサイト www.intuitivesurgical.com maxon motor ag / Martin Rüegg, © 2013 maxon motor ag 4/4