手術ロボットに使われるスイッチング電源とは

手術ロボット　「ダ・ヴィンチ」

手術ロボットといえばアメリカのインテュイティヴ・サージカル（Intuitive Surgical）のロボット「ダ・ヴィンチ（da Vinci）」が有名です。というかそれしか聞いたことがありません。手術ロボットは同社によりほぼ独占状態でしたが、そのほとんどの特許150本が昨年2019年に切れましたので日本の医療機器メーカーや産業ロボットメーカーにとっては参入のチャンス到来です。

 

出典元：INTUITIVE 「Integrated da Vinci products」

　ダ・ヴィンチは３つの装置でできています。写真左の「サージョンコンソール」と呼ばれる操作台と写真中の三本のアームとカメラで患者を手術する「ペイシェントカート」、そして両者をつなぎ画像を送ったりサージョンコンソールからの指令をペイシェントカートに伝える「ビジョンカート」です。
　操作者（医者）が少し離れたところから患者の患部を3Dディスプレイを見ながらアームを操作し手術します。出血が少ない内視鏡手術なので患者のメリットが多く日本の病院でも導入が進んでいます。数年前から男性の前立腺癌の手術は保険適用となっています。入院期間が１開腹手術より1週間短くなることを考えるとダ・ヴィンチ手術の方が良さそうに思います。手術時間も60-70分で開腹手術と比べると短時間ですみます。アメリカでは前立腺手術の8割がダヴィンチを使った手術とのことです。

 

 

 

 

出典元：刈谷豊田総合病院

 

ビジネス+ITによりますと日本にはダ・ヴィンチが300台が導入されており、価格はオプションなどを含めると約2.5億円で年間2000万円の維持費がかかります。それでも5年前に25%の値下げをしたそうです。

手術ロボットは日本でも急速に普及が進んでいるが、導入機種のほとんどは「ダ・ヴィンチ」。全世界で4500台以上納入されたうち約300台が日本の病院に設置されている。台数ではアメリカに次ぐ第2位である。

デメリットに挙げられるように「ダ・ヴィンチ」はコストがかかる。１台の価格は約2億5000万円で、年間維持費が約2000万円かかる。オプションの装置や、メスや鉗子（かんし）など消耗品も高く、医療機器の中でも高いと言われるMRI（磁気共鳴画像診断装置）の標準機種とも肩を並べるほどの値段だ。

出典元：手術ロボットの王者「ダ・ヴィンチ」の特許切れ迫る、日本勢が続々名乗り／ビジネス＋IT

 

日本の産業用ロボットは世界最高

　実は日本は世界No.1の「産業用ロボット」の技術力を持っています。IFR（国際ロボット連盟）によりますと産業用ロボットの売上トップ５はABB、ファナック、川崎重工業、安川電機、KUKA（KUKAは2016年に中国の家電メーカーの美的集団に買収）で日本メーカーは3社入っています。ABBは日本ではあまり馴染みがないのですが、スイスに本社を置く創業から140年の多国籍企業です。

1. 1. ABB　　　　　スイス
   2. ファナック　　日本（山梨）　　売上5,396億円　　　FA、ロボマシン、IoTプラットフォーム事業
   3. 川崎重工業　　日本（神戸）　　売上1兆6,000億円　 航空機、車両、船舶の総合エンジニアリングカンパニー
   4. 安川電機　　　日本（福岡）　　売上4,700億円　       インバーター、モーター、ロボット
   5. KUKA　　　　ドイツ（中国）　 売上3,600億円　       老舗のロボットメーカー

　産業用ロボットと手術ロボットとの違いは手術用ロボットが医療規格を取得しコントローラー部をファンレス小型にするくらいで、電気性能・機能は同じです。同程度の産業用ロボットの価格はオプション含め2,000万円くらいですが、手術ロボットは産業用ロボットの価格の約10倍以上の値段で売れるのです。

 

ロボットコントローラーのスイッチング電源

　スイッチング電源が手術ロボットのどこで使われているかですが、産業用ロボットと同じで「ロボットコントローラー」と呼ばれる制御装置に搭載されています（ダ・ヴィンチではビジョンカートの下部ではないかと思われます）。

　手術ロボットは手術室で使われますのでコンパクトでファンの音がしない、ホコリをたてないことが要求されます。ところが、産業用のロボットコントローラーは小型冷蔵庫くらいありファンで冷却しますのでそれをそのまま使うことは出来ません。

　スイッチング電源の容量（ワッテージ）は300W程度ですが、薄型にするため高効率のACDCかDCDCパワーモジュールで電源入力部を構成し出力部は非絶縁のDCDCコンバータやPOLで構成します。パワーモジュールはアルミダイキャストのロボットコントローラー本体に接着させて放熱し（インダクションクーリング）、保持時間も長く持たせるよう電解コンデンサを10本くらい並べます。

　ところで、日本の産業用ロボットメーカーがダ・ヴィンチのような手術ロボットを作れないのはどうしてでしょうか？世界No.1の技術力があるので問題なく作れるはずです。作れないのは厚生省の認可がなかなか下りないことや医療業界の独特の営業が原因だと言われています。それで産業用ロボットメーカーが医療機器・分析機器メーカーと組んで手術ロボットを開発するのでしょう。

＊神戸市はポートアイランドに産官学の医療特区があり川崎重工とシスメックスが手術ロボットを開発し先日、国内初の手術ロボットによる手術が行われました。

国産手術支援ロボ「ヒノトリ」初手術に成功　神戸・・・・・神戸大学は、国産手術支援ロボット「hinotori（ヒノトリ）」による初めての手術に成功したと発表した。ヒノトリは川崎重工業などが出資する会社が開発した。医師免許を持っていた漫画家の手塚治虫さんが「生」の意味を問うた代表作「火の鳥」にちなんで命名された国産ロボットだ。（朝日新聞）