JP3969733B2 - 医療用マニピュレータ - Google Patents

Description

本発明は医療用マニピュレータに係り、更に詳しくは、ロボット等による推進力を作用させなくても、生体内の組織からの反力により自律的に生体内を進行することのできる医療用マニピュレータに関する。

近時においては、大きな切開を要さない低侵襲手術を行うための医療用マニピュレータシステムが普及しつつある（特許文献１等参照）。この医療用マニピュレータシステムは、内視鏡や処置具等の術具が前端側に設けられたマニピュレータと、このマニピュレータを把持して所定方向に移動させるロボットアームとを備えている。このシステムでは、術者の遠隔操作によってロボットアームを動作させることで、マニピュレータを体内に挿入し、その前端側に設けられた術具を使って患部の処置等を行えるようになっている。ここで、当該術具は、所定方向に屈曲変位可能となっており、この屈曲変位動作は、サーボモータを駆動源として、前端側に連なる複数のワイヤを牽引することにより行われる。また、このシステムは、マニピュレータの暴走時等に、術者の足元に配置されたスイッチを作動させることでシステムダウンさせ、マニピュレータの動作を強制的に停止できるようになっている。
特開平９−６６０５６号公報

しかしながら、前記医療用マニピュレータシステムにあっては、ロボットアームを使ってマニピュレータを移動させるため、ロボットの暴走が発生した場合、マニピュレータの不意な移動を確実に防止できないという不都合がある。すなわち、暴走発生時に前記マニピュレータを緊急停止させるには、術者によるスイッチの作動が必要であり、その前提として、術者がマニピュレータの暴走の発生を認識しなければならない。手術中においては、マニピュレータが体内に存在することが多く、術者は、マニピュレータの暴走の発生を目視し難い場合がある。従って、この場合には、前記暴走の発見が遅れ易く、当該暴走が発生した直後に瞬時にマニピュレータを停止させることができなくなる。また、術者が、マニピュレータの暴走の発生を一早く認識し、スイッチを瞬時に作動させたとしても、以降、ロボットアームの駆動用アクチュエータが停止するものの、マニピュレータは、その惰性等により、前記駆動用アクチュエータの停止時よりもやや遅れて停止することになる。このことは、動作範囲の狭い体内に挿入されるマニピュレータにとっては、大きな問題であり、その停止遅れによって体内組織の損傷を招来する虞がある。

また、前記システムにあっては、当該マニピュレータの屈曲変位動作を行う機構として、金属性のワイヤ及びサーボモータ等を使った複雑な機構が用いられている。これにより、破損時における生体に対する安全性を十分に確保できないばかりか、システム全体の複雑化や大型化を招来するという不都合もある。すなわち、体内に挿入されているマニピュレータが万一破損した場合、前記ワイヤを通じた漏電の虞がある。また、駆動源がサーボモータであることから、磁気共鳴を利用した画像診断装置（ＭＲＩ）を併用する場合には、サーボモータの駆動によってＭＲＩに影響を及ぼさないように、ＭＲＩからサーボモータを十分に離間させなければならない。つまり、当該サーボモータを含む装置本体を、ＭＲＩに近接するマニピュレータから十分離さなければならず、システム全体を設置するのに広いスペースが必要になる。更に、前記システムでは、ワイヤの巻取機構が必要となることから、マニピュレータを多関節構造とした場合には、各ワイヤを独立して巻き取ることができるように、当該巻取機構が更に複雑となり、システム全体の構成部品点数を増大させ、システム構造の複雑化を招来することになる。

本発明は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、ロボット等による外部からの推進力を付与させずに生体内を自律的に進行させることができ、暴走の虞のない医療用マニピュレータを提供することにある。

本発明の他の目的は、破損時における安全性を高め、且つ、システム全体の構成をシンプルにして小型化を促進することができる医療用マニピュレータを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、相対的に屈曲変位可能となるように前後方向に連結された複数のマニピュレータ形成体を備え、生体内の隙間を進行する医療用マニピュレータであって、
少なくとも一部の前記マニピュレータ形成体は、ベースと、このベースの上下両側にそれぞれ独立して設けられるとともに、前記生体内の組織に押圧力を付与するバルーン体とを備え、
前記バルーン体は、所定の流体を収容可能な空間を備えて前記流体の収容量の増減に応じて膨張収縮するとともに、前記空間の内圧を調整することで前記押圧力を調整可能に設けられ、当該押圧力の調整により、前記組織からの反力で各マニピュレータ形成体が相対的に屈曲変位しながら前記生体内を自律的に進行可能とする、という構成を採っている。
このような構成によれば、生体内の隙間をマニピュレータが進行する際に、マニピュレータ形成体の相対変位が、前記隙間の周囲に存在する組織からの反力によって行われることから、当該組織との相互作用により、隙間形状に追従してマニピュレータが尺取虫のように自律的に進行するようになる。このため、組織の存在に拘らずマニピュレータを強制的に移動させるためのロボットが不要となり、当該ロボットの暴走によるマニピュレータの不意な移動を無くすことができる。また、組織からの反力によってマニピュレータ形成体が相対変位するため、押圧部から組織に無理な押圧力が作用し難く、脳等のように、組織が柔軟な場合でも有用となる。更に、マニピュレータが進行時には、各マニピュレータ形成体が相対変位可能なフリー状態（パッシブ制御状態）となっているため、システムの故障が生じた場合でも、生体内からマニピュレータを難なく抜き取ることができる。また、マニピュレータ形成体を相対変位させる機構として、ワイヤ、モータ、センサ等が不要となるため、破損時おけるワイヤを通じた漏電の虞を回避して安全性を高めることができる他、マニピュレータを含むシステムの全体構成をシンプルにして小型化を促進することができる。更に、マニピュレータ形成体の相対変位が流体の供給によって行われるため、磁気共鳴を利用した画像診断装置（ＭＲＩ）を併用する場合に、当該画像診断装置への影響を少なくすることができる。また、組織への押圧力と空間の内圧とが相関関係にあるため、当該空間の内圧を測定することで、組織への押圧力を検出することができ、圧力センサとして機能させることもできる。

また、前記流体の収容量の増減に応じて膨張収縮するバルーン体により構成されているため、マニピュレータが生体内を進行する際に、当該生体内の隙間を拡張することが可能となり、当該隙間を掻き分けながらマニピュレータを進行させることができる。また、押圧部に柔軟性を付与させることができ、当該隙間の周囲を構成する組織に過大な押圧力が作用することを防止できる。

また、前記バルーン体は、前記各マニピュレータ形成体に設けられ、それぞれ独立して前記押圧力を調整可能としているため、マニピュレータの姿勢をより複雑に変位させることができ、マニピュレータが挿通される生体内の隙間が複雑な曲面形状等のような場合であっても、マニピュレータを難なく前進させることが可能となる。

更に、前記バルーン体は、前記ベースの上下両側に設けられ、当該ベースの上下方向に前記組織を押圧可能になっているため、上下の押圧力のバランスを取りながら、より少ない押圧力でマニピュレータを自律的に進行させることができる。

また、前記ベース内には、前記空間に通じる流路が形成される、という構成を採用するとよい。
このような構成によれば、バルーン体の空間に流体を供給するための外付けのチューブ等の管路が不要となり、マニピュレータの構成をシンプル化することができる。

ここで、前記各ベース間には、それらを相対変位可能に連結する連結手段が設けられ、この連結手段には、前記各ベースに形成された流路を相互に連通させる連結路が形成される、という構成を採用することができる。
これによっても、マニピュレータの構成をシンプル化することができ、マニピュレータの進行をスムーズに行うことができる。

この際、前記連結路は、前記各ベースが相対変位したときでも、前記流路の連通状態を維持可能な構造とすることができる。
このような構成によれば、マニピュレータ形成体の相対変位時に連結手段のかみ合い部分が減少しても、前記空間への流体の供給流路を確保することができ、マニピュレータの連続的な進行状態を維持することができる。

ここでは、前記流体は、生理食塩水であり、前記連結路は、その内部を通過する生理食塩水の一部を外部に漏出可能に設けられ、前記生体内に生理食塩水を供給可能とする、という構成を併用することが好ましい。
このように構成することで、マニピュレータが生体内を進行する際に、液滴用のチューブ等を生体内に別途挿入しなくても、手術時における当該生体内への生理食塩水の供給が可能となる。このため、前記生体の隙間に挿入されるマニピュレータを最小限の本数とすることができ、前記隙間が狭いような場合にも有用となる。

また、前記各マニピュレータ形成体間には、それらの相対変位を規制可能な規制手段が設けられる、という構成を採用することができる。これによれば、シンプルなマニピュレータの構成で、マニピュレータを任意の姿勢でロックすることができる。

なお、本明細書において、特に明記しない限り、「前」とは、マニピュレータの前進方向における先端側を意味し、「後」とは、その反対側を意味する。また、「幅方向」とは、マニピュレータを平面視したときに、当該マニピュレータの進行方向に直交する方向を意味する。更に、「上」、「下」とは、特に明記しない限り、マニピュレータの進行方向に直交する二方向のうち前記幅方向に該当しない一方向における一端側、他端側を意味する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１には、本実施形態に係る医療用マニピュレータの概略平面図が示され、図２には、前記マニピュレータの概略側面図が示されている。これらの図において、マニピュレータ１０は、生体内の隙間を拡張する先導マニピュレータであり、前端側にメス等の術具が設けられた術具マニピュレータ（図示省略）を生体内に挿入させ易くするように作用するものである。このマニピュレータ１０は、その後端側が装置本体１２によって保持されており、相対変位可能となるように前後方向に連結された五個のマニピュレータ形成体１４〜１８からなる。以下においては、各マニピュレータ形成体１４〜１８のうち、前端側から順に、第１形成体１４、第２形成体１５、第３形成体１６、第４形成体１７、第５形成体１８と称する。

前記第１形成体１４は、ベース２０と、このベース２０の上下両側に付設されるとともに、生体内に挿入されたときに当該生体内の組織に押圧力を付与する押圧部としてのバルーン体２１（図２参照）とを備えて構成されている。

前記ベース２０は、図３〜図５に示されるように、前端縁が湾曲状をなす長片状の本体２３と、この本体２３の後端側から後方に突出する後側突片２４とを備えて構成されている。

前記本体２３は、図６に示されるように、上側略半分を構成する上部領域２３Ａと、同下側略半分を構成する下部領域２３Ｂとからなる。これら上部領域２３Ａ及び下部領域２３Ｂの内部には、装置本体１２（図１等参照）側から供給される生理食塩水が通過する上側流路２６及び下側流路２７が形成されている。前記上側流路２６は、図５及び図６に示されるように、前後方向に延設された一本の上側第１供給流路２９からなり、当該上側第１供給流路２９は、本体２３の上面側に開放する上側供給穴３２に連通している。一方、前記下側流路２７は、上側第１供給流路２９に干渉しない位置で前後方向に延設された一本の下側第１供給流路３０からなり、当該下側第１供給流路３０は、本体２３の下面側に開放する下側供給穴３３に連通している。

後側突片２４は、図３〜図６に示されるように、幅方向両端側に位置する一対の後側サイド片３５，３５と、これら後側サイド片３５，３５の間に二箇所に位置する後側中間片３７，３７とからなり、これら後側サイド片３５及び後側中間片３７は、特に限定されるものではないが、それらの基端側から後方に直線状に延びて後端側が半円弧状となる外形に設けられている。

各後側サイド片３５には、内側に開放する凹部３９が略中央に形成されている。この凹部３９は、正面視で略円形状の外形をなし、図５に示されるように、開放側から内部に向かって内寸法が次第に大きくなるテーパ穴状に設けられている。

各後側中間片３７は、幅方向両端側に位置する内側面３７Ａ及び外側面３７Ｂと、略中央で幅方向に貫通する軸挿通穴４２と、当該軸挿通穴４２に干渉しない位置で上側流路２６及び下側流路２７に連通する連結路４４とを備えている。なお、ここでの内側面３７Ａは、他方の後側中間片３７に対向する位置の側面を意味し、前記外側面３７Ｂは、内側面３７Ａと反対側の側面を意味する。

前記連結路４４は、図５中上側に位置する後側中間片３７の上部領域に形成された上側連結路４４Ａと、同図中下側に位置する後側中間片３７の下部領域に形成された下側連結路４４Ｂとからなる。上側連結路４４Ａは、本体２３の上部領域２３Ａに形成された上側第１供給流路２９に連通しており、当該上側第１供給流路２９から後方に延びながら途中で幅方向に屈曲して、内側面３７Ａ側に開放するようになっている。一方、下側連結路４４Ｂは、本体２３の下部領域２３Ｂに形成された下側第１供給流路３０に連通しており、当該下側第１供給流路３０から後方に延びながら途中で幅方向に屈曲して、内側面３７Ａ側に開放するようになっている。なお、上側連結路４４Ａ及び下側連結路４４Ｂの各開放部４６は、図３及び図４に示されるように、扇子に近似した外形のスロット穴状となっており、相互に略同一の形状及び大きさに設けられている。また、図６に示されるように、各開放部４６は、それぞれ同図中左右対称となる形状に設けられるとともに、相互に上下対称となる位置関係になっている。

前記バルーン体２１は、図２に示されるように、ベース２０の周縁に沿ってその上下両側に固定されており、それらの内部が、前記上側供給穴３２及び下側供給穴３３（図３参照）から流出した生理食塩水を収容する空間４８となっている。このバルーン体２１は、ラテックス等の生体適合性の良好な弾性材料によって形成され、生理食塩水の収容量の増減により膨張収縮するようになっている。なお、特に限定されるものではないが、バルーン体２１は、空間４８内に生理食塩水が収容されていない初期状態で、図２中二点鎖線で示されるように、ベース２０の面に沿ったシート状に配置される一方、空間４８内に生理食塩水が供給されるに従って、図２中実線で示されるように、ベース２０から離間する方向に膨出するようになっている。

次に、前記第２〜第５形成体１５〜１８について説明するが、これら形成体１５〜１８は、一部を除き、前述した第１形成体１４と実質的に同一若しくは同等となる構成要素を備えており、当該同一若しくは同等の構成要素については同一符号を用いるものとし、説明を省略若しくは簡略にする。

前記第２形成体１５は、図３、図４及び図７に示されるように、本体２３の前端側から前方に突出する前側突片５０を更に備えており、この前側突片５０は、第１形成体１４の後側突片２４に噛み合い可能な形状に設けられている。すなわち、前側突片５０は、後側サイド片３５と後側中間片３７との間に形成された隙間に受容される一対の前側サイド片５２，５２と、これら前側サイド片５２，５２の間一箇所に設けられるとともに、相対する後側中間片３７，３７間の隙間に受容される前側中間片５３とからなる。これら前側サイド片５２及び前側中間片５３は、特に限定されるものではないが、それらの基端側から前方に直線状に延びて前端側が半円弧状をなす外形に設けられている。

前側サイド片５２には、略中央付近で幅方向に貫通する部材収容穴５５が形成されている。部材収容穴５５は、幅方向外側に位置する大径部分５５Ａと、この大径部分５５Ａに連なって同方向内側に延びる小径部分５５Ｂとからなる段付穴状に設けられている。図７に示されるように、前記大径部分５５Ａには、略円錐台状の駒部材５７が収容されるようになっている。この駒部材５７は、幅方向外方に移動可能となる状態で、大径部分５５Ａ内に収容可能なサイズに設けられている。また、駒部材５７の頂部の形状は、前記後側サイド片３５に形成された凹部３９の内部形状と略同一である。つまり、第１及び第２形成体１４，１５が連結された状態で、後述するように駒部材５７が幅方向外方に移動したときには、当該駒部材５７の頂部と凹部３９とが相対回転不能に嵌合するようになっている。前記小径部分５５Ｂは、第１形成体１４の後側突片２４に形成された軸挿通穴４２と略同一の内径に設定されている。

前側中間片５３は、略中央で幅方向に貫通する軸挿通穴５９と、当該軸挿通穴５９に干渉しない位置に形成された連結路６０とを備えている。

前記軸挿通穴５９は、前記軸挿通穴４２及び小径部分５５Ｂに対し略同一の内径に設定されており、後側突片２４が前側突片５０に噛み合ったときに、軸挿通穴４２及び小径部分５５Ｂに連通するようになっている。この連通状態では、各軸挿通穴４２，５９及び小径部分５５Ｂにパイプ状の軸部材６２が挿通され（図７中二点鎖線参照）、これによって、第１及び第２形成体１４，１５が上下方向に相対回転可能に連結されることになる。従って、後側突片２４、前側突片５０及び軸部材６２により、各ベース２０，２０を相対変位可能に連結する連結手段が構成されることになる。前記軸部材６２は、軸挿通穴４２，５９及び小径部分５５Ｂの内径と略同一の外径を備え、また、それら各穴４２，５９，５５Ｂに挿通されたときに、両端側が大径部分５５Ａから突出する長さに設けられている（図７中二点鎖線参照）。ここで、駒部材５７及び軸部材６２の組み立て時には、駒部材５７の底部が軸部材６２の突出部分に当接した状態で、駒部材５７の略全域が前記大径部分５５Ａ内に収容されるようになっており、軸部材６２の周りに隙間５８（図７参照）が形成されることになる。

前記連結路６０は、図７に示されるように、前側中間片５３の上部領域に形成された上側連結路６０Ａと、当該上側連結路６０Ａに干渉しないように、前側中間片５３の下部領域に形成された下側連結路６０Ｂとからなる。これら各連結路６０Ａ，６０Ｂは、前側中間片５３の相反する側面で外部に開放するようになっており、当該開放部６４から幅方向に延びながら途中で屈曲して後方に延びる流路形状となっている。なお、上側連結路６０Ａの開放部６４は、図７中上方に開放する一方、下側連結路６０Ｂの開放部６４は、図７中下方に開放している。これら各開放部６４，６４は、後側中間片３７，３７の前記開放部４６，４６と略同一の形状及び大きさに設けられている。そして、第１及び第２形成体１４，１５が略一直線状に並んだ姿勢で相互に連結された状態（以下、単に「直線連結姿勢」と称する。）のときに、各開放部４６と各開放部６４が略ぴったりと対向するようになっている（図８（Ａ）参照）。この状態では、第１及び第２形成体１４，１５の各上側連結路４４Ａ，６０Ａ同士が連通するとともに、各下側連結路４４Ｂ，６０Ｂ同士が連通することになる。そして、第１及び第２形成体１４，１５が、相対回転することで前記直線連結姿勢から、第１及び第２形成体１４，１５が屈曲した姿勢で相互に連結された状態（以下、単に「屈曲連結姿勢」と称する）に変位したときに、図８（Ｂ），（Ｃ）に示されるように、当該変位量（相対回転量）の増大に伴って、各開放部４６，４６間で重なり合う領域（重合領域６６）の面積が次第に減少する一方、当該開放部４６，４６間で重なり合わない領域（非重合領域６７）の面積が次第に増大することになる。なお、図８においては、図面の錯綜を回避するため、開放部６４の外形線を開放部４６に対してやや小さく記述している点了承されたい。

前記第２形成体１５における上側流路２６は、図７及び図９に示されるように、上側連結路６０Ａに連通する上側第１供給流路２９と、第２形成体１５のベース２０の上面側に開放している上側供給穴３２に連通する上側第２供給流路６９と、図７中下側の部材収容穴５５に連通する上側ブレーキ用流路７０とからなる。これら各流路２９，６９，７０は、相互に干渉しない位置で略前後方向に延びている。

第２形成体１５における下側流路２７は、第２形成体１５の上側流路２６に対して上下方向及び幅方向に略対称となる構成に設けられており、下側連結路６０Ｂに連通する下側第１供給流路３０と、第２形成体１５のベース２０の下面側に開放している下側供給穴３３に連通する下側第２供給流路７２と、図７中上側の部材収容穴５５に連通する下側ブレーキ用流路７３とからなる。

各ブレーキ用流路７０，７３は、大径部分５５Ａに連通しており、特に、小径部分５５Ｂ側となる底部寄りに連通している。すなわち、図７中上側の部材収容穴５５内に示すように、各ブレーキ用流路７０，７３は、駒部材５７及び軸部材６２の組み立て時に前記隙間５８内に連通するようになっている。

第２形成体１５における後側中間片３７は、後側サイド片３５，３５間における三箇所に設けられており、各後側中間片３７には、前側中間片５３の各連結路６０Ａ，６０Ｂと同様に、相互に干渉しない位置に上側連結路４４Ａ及び下側連結路４４Ｂが設けられている。各上側連結路４４Ａは、すべて図７中下向きに開放しており、上側流路２６に連通するようになっている。すなわち、各上側連結路４４Ａは、同図中上から順に、上側第１供給流路２９、上側第２供給流路６９、上側ブレーキ用流路７０に連通するようになっている。各下側連結路４４Ｂは、すべて図７中上向きに開放しており、下側流路２７に連通するようになっている。すなわち、各下側連結路４４Ｂは、同図中上から順に、下側ブレーキ用流路７３、下側第２供給流路７２、下側第１供給流路３０に連通するようになっている。

前記第３形成体１６は、流路構成を表した図１０の概念図に示されるように、前記第２形成体１５に対し、前側中間片５３及び後側中間片３７をそれぞれ一個ずつ増設し、ベース２０の上面側に開放している上側供給穴３２に連通する上側第３供給流路７５と、ベース２０の下面側に開放している下側供給穴３３に連通する下側第３供給流路７６とを更に増やした構成となっている。なお、図１０において、実線で示された流路は、ベース２０の上側領域に形成された流路を表し、破線で示された流路は、ベース２０の下側領域に形成された流路を表す。

また、第２及び第３形成体１５，１６の連結構造は、既述した第１及び第２形成体１４，１５の連結構造と同一となっている。なお、第２形成体１５の上側ブレーキ用流路７０及び下側ブレーキ用流路７３は、第２及び第３形成体１５，１６の連結状態（図１０（Ｂ）参照）で、第３形成体１６側の部材収容穴５５，５５前述と同様に連通するようになっている。

なお、図示省略しているが、前記第４及び第５形成体１７，１８も、前記第２及び第３形成体１５，１６の関係と同様に、前方に隣接する形成体１６，１７に対して、前側中間片５３及び後側中間片３７が一個ずつ増設され、各供給穴３２，３３に連通する供給流路が一本ずつ増えた構成となっている。また、隣接する形成体１６，１７，１８間の連結状態は、第２及び第３形成体１５，１６の連結状態と実質的に同一となっている。

以上により、マニピュレータ１０は、各バルーン体２１の空間４８（図２参照）に連通する各供給流路２９，３０、６９，７２、７５，７６・・・が、後方の装置本体１２に独立した状態で連なるように各ベース２０の内部に形成されており、且つ、その状態を維持しながら各形成体１４〜１８の相対変位を許容するようになっている。また、第２〜第５形成体１５〜１８の上側ブレーキ用流路７０は、各形成体１５〜１８の相対変位を許容した状態で、相互に接続されて装置本体１２に連なっている。更に、第２〜第５形成体１５〜１８の下側ブレーキ用流路７３にあっても、各形成体１５〜１８の相対変位を許容した状態で、相互に接続されて装置本体１２に連なっている。

前記装置本体１２は、全ての上側流路２６及び下側流路２７のそれぞれに生理食塩水を独立して供給可能な公知のポンプ装置を含んで構成され、吐出する生理食塩水の流量及び圧力を制御可能に設けられている。

以上のように構成されたマニピュレータ１０は、装置本体１２に対する操作によって、任意の各バルーン体２１に対し、それら各空間４８内に、流量及び圧力が任意に制御された状態の生理食塩水を独立して供給可能となる。また、装置本体１２から各ブレーキ用流路７０，７３に生理食塩水が供給されると、当該生理食塩水が各部材収容穴５５内の隙間５８（図７参照）に達し、水圧で駒部材５７が外方に移動して相対する凹部３９に相対回転不能に嵌合する。このようになると、各形成体１４〜１８間の相対変位が規制され、マニピュレータ１０が所定の姿勢でロックされることになる。従って、凹部３９、駒部材５７、部材収容穴５５、及びブレーキ用流路７０，７３は、流体の圧力によって前記各ベース２０の相対変位を規制する規制手段を構成することになる。

更に、隣り合うマニピュレータ形成体１４〜１８が、基準姿勢となる前記直線連結姿勢から屈曲連結姿勢に変位すると、それら連結部分に位置する連結路４４，６０の繋ぎ目である各開放部４６，６４が、前述したように相対回転方向に位置ずれすることで、相互に重なり合わない非重合領域６７（図８参照）が形成される。このように非重合領域６７が生成されると、そこから生理食塩水がマニピュレータ１０の外部に漏れることになる。なお、非重合領域６７の大きさは、生理食塩水の漏れが発生しても、当該生理食塩水が各供給穴３２，３３や部材収容穴５５まで到達できるように設計されている。また、各開放部４６，６４は、隣り合うマニピュレータ形成体１４〜１８が相対屈曲変位をしたときでも、重合領域６６（図８参照）が形成される構造となっており、前記相対変位時においても、連結路４４，６０の連通状態が確保される。

前記マニピュレータ１０は、例えば、脳内に挿入する場合、図１１に示されるように、脳Ｂ内の隙間Ｓの入口付近に前端側をセットした上で、装置本体１２（図１参照）から生理食塩水の供給を開始し、バルーン体２１を前端側から膨張させる。この際、所定の弾性を有するバルーン体２１が、前記隙間Ｓの周囲の脳組織Ｂ１をソフトに押圧し、相対する上下両側の各バルーン体２１，２１の内圧を独立して調整することで、バルーン体２１毎に脳組織Ｂ１への押圧力が調整される。このように、前記隙間Ｓの形状に応じて、脳組織Ｂ１への押圧力を調整することで、脳組織Ｂ１からの反力により、マニピュレータ１０は、各マニピュレータ形成体１４〜１８が隙間Ｓの形状に追従して屈曲変位し、尺取虫のように隙間Ｓ内を掻き分けながら患部に向かって自律的に前進する。この際、前述したように、各マニピュレータ形成体１４〜１８の連結部位から、生理食塩水の一部が隙間Ｓ内に漏れることになり、手術時における脳組織Ｂへの液滴として利用可能となる。そして、マニピュレータ１０の前端側が患部に到達したら、装置本体１２から各ブレーキ用流路７０，７３（図７等参照）に生理食塩水を供給し、各駒部材５７を外方に移動させて、各マニピュレータ形成体１４〜１８の相対変位を不能とするようにマニピュレータ１０をロックする。これと前後して、図１２に示されるように、他のマニピュレータ１０を前述と同様の手順で隙間Ｓに挿入し、バルーン体２１の膨張によって、隙間Ｓを拡開しながら後行する術具マニピュレータ（図示省略）の挿通路を確保する。なお、脳組織Ｂ１に接触した状態の各バルーン体２１の内圧をそれぞれ測定することで、各バルーン体２１によって付加される脳組織Ｂ１への押圧力を部位毎に検出することができる。つまり、マニピュレータ１０は、脳組織Ｂ１への押圧力を検出可能な圧力センサとしても機能することになる。

従って、このような実施形態によれば、ロボット等を使ってマニピュレータ１０を進行させる必要がなく、ロボットを使うことによるマニピュレータ１０の暴走を無くし、マニピュレータ１０の体内移動を安全に行えるという効果を得る。また、マニピュレータ１０の姿勢を変位させる機構として、ワイヤやモータが不要になるため、破損時における体内での漏電の虞がなく安全性を高めることができ、しかも、マニピュレータ１０を含むシステム全体をシンプル且つ小型化することができるという効果をも得る。更に、手術中の液滴を供給する手段や体内への押圧力を検出可能な圧力センサとしても利用することができ、脳Ｂ内等のように、狭い隙間Ｓに用いるには好適となる。

前記実施形態の変形例について、図１３及び図１４を用いて説明する。

本変形例は、前記実施形態のものに比べ、マニピュレータ１０の構造をシンプルにしたところに特徴を有する。なお、前記実施形態と実質的に同一若しくは同等の構成については、同一符号を用いるものとし、説明を省略若しくは簡略にする。また、図１３において、実線で示された流路は、ベース２０の上側領域に形成された流路を表し、一点鎖線で示された流路は、ベース２０の下側領域に形成された流路を表す。

本変形例では、第１〜第５形成体１４〜１８の後側突片２４の形状を略同一とし、第２〜第５形成体１５〜１８の前側突片５０の形状を略同一とした。各突片２４，５０には、生理食塩水の流路を全く設けずに、各形成体１４〜１８に形成された同一符号の流路同士を可撓性のパイプＰで連結して、各流路が装置本体１２（図１参照）に繋がるようになっている。ここでの後側突片２４は、軸挿通穴４２が形成された一対の後側中間片３７，３７により構成されている。一方、前側突片５０は、後側中間片３７，３７の間に位置する前側中間片５３により構成されており、当該前側中間片５３には、前記軸挿通穴４２に連通して軸部材６２が挿通される軸挿通穴５９が形成されている。なお、本変形例の場合も、後側突片２４と前側突片５０とが相対回転可能に連結されている。また、前記パイプＰは、後側中間片３７，３７の外側に配置されている。

各形成体１４〜１８の後側中間片３７，３７の間には、ブロック状のストッパ８１が収容される収容穴８２が形成されている。ストッパ８１は、収容穴８２の内部を前後方向（図１４中左右方向）に移動可能に設けられている。収容穴８２は、後端側が開放しており、当該開放部分から、ストッパ８１の先端縁８２Ａが出没するようになっている。この先端縁８２Ａは、楔形に切り欠かれており、当該開放部分から出没して前側中間片５３の周面に係合可能となっている。ストッパ８１の上下両側には、装置本体１２に向かって伸びるワイヤＷの固定部８３，８３（図１４参照）が設けられており、各形成体１４〜１８の固定部８３，８３同士がワイヤＷで連結され、上下各ワイヤＷは、装置本体１２側のワイヤ巻取り装置（図示省略）によって巻き取り可能となっている。つまり、当該ワイヤ巻取り装置が作動すると、上下両側のワイヤＷが同時に装置本体１２側に引っ張られて、各形成体１４〜１８のストッパ８１が同時に後方に移動する。そして、その先端縁８２Ａが前側中間片５３に係合して、後側突片２４と前側突片５０との相対回転が規制される。従って、ストッパ８１、収容穴８２、固定部８３及びワイヤＷは、各ベース２０の相対回転を規制する規制手段を構成することになる。一方、前記ワイヤ巻取り装置の作動が停止し、ワイヤＷが弛緩可能な状態になると、各ベース２０の相対回転規制が解除されることになる。なお、ストッパ８１と収容穴８２との間にばね等の付勢手段を設け、前記ワイヤ巻取り装置の作動が停止したときに、ストッパ８１の先端縁８２Ａが前側中間片５３から離間する方向に移動するように付勢してもよい。

なお、前記実施形態では、本発明を先導マニピュレータに適用したが、これに限らず、術具マニピュレータ等、他のマニピュレータに適用することもできる。

また、マニピュレータ１０を構成するマニピュレータ形成体１４〜１８の数は、前記実施形態の数に限らず、更に増減することも可能である。また、マニピュレータ１０の自律的な進行を阻害しない限りにおいて、バルーン体２１の数を前記実施形態に対して増減することもできる。

更に、バルーン体２１内に供給される流体としては、前記生理食塩水に限らず、前述した作用を奏し、且つ、生体に悪影響を及ぼさない限り、他の液体や気体等の流体を適用することができる。但し、前記生理食塩水を用いた方が、バルーン体２１が万一破損したときでも、生理食塩水が更に多く体内に供給されるだけで済み、人体に対する影響を少なくすることができる。

その他、本発明における各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。

以上説明したように、本発明によれば、ロボット等による外部からの推進力を付与させずに生体内を進行させることができ、マニピュレータの暴走を無くした状態で、当該マニピュレータを自律的に生体内で移動させることができる。

また、流体の供給によってマニピュレータが作動するため、破損時における安全性を高めることができ、しかも、システム全体の構成をシンプルにして小型化を促進することができる。

マニピュレータを自動的に進行させる際に、マニピュレータの暴走の虞がなく、安全性の高い医療機器として好適となる。

［図１］本実施形態に係るマニピュレータの概略平面図。
［図２］前記マニピュレータの概略側面図。
［図３］第１形成体及び第２形成体の分解斜視図。
［図４］図３の反対方向からの分解斜視図。
［図５］第１形成体の概略横断面図。
［図６］（Ａ）は、図５中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図であり、（Ｂ）は、図５中Ｂ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
［図７］第１形成体の概略横断面図。
［図８］（Ａ）〜（Ｃ）は、形成体の屈曲変位動作に伴う各開放部の相対関係を順に説明するための概念図である。
［図９］図７中Ｃ−Ｃ線に沿う縦断面図。
［図１０］（Ａ）は、第１、第２及び第３形成体を相互に分解したときにおける流路構成を示す概略平面図であり、（Ｂ）は、第１、第２及び第３形成体の連結状態における流路構成を示す概略平面図である。
［図１１］（Ａ）〜（Ｃ）は、マニピュレータの脳内への進行手順を説明するための概念図である。
［図１２］（Ａ）〜（Ｃ）は、図１１の後となるマニピュレータの進行手順を説明するための概念図である。
［図１３］変形例に係る第１、第２及び第３形成体の連結状態における流路構成を示す概略平面図である。
［図１４］図１３中Ａ−Ａ線に沿う断面図。

符号の説明

１０ マニピュレータ
１４ 第１形成体（マニピュレータ形成体）
１５ 第２形成体（マニピュレータ形成体）
１６ 第３形成体（マニピュレータ形成体）
１７ 第４形成体（マニピュレータ形成体）
１８ 第５形成体（マニピュレータ形成体）
２０ ベース
２１ バルーン体
２４ 後側突片（連結手段）
２６ 上側流路
２７ 下側流路
３９ 凹部（規制手段）
４４ 連結路
４８ 空間
５０ 前側突片（連結手段）
５５ 部材収容穴（規制手段）
５７ 駒部材（規制手段）
６２ 軸部材（連結手段）
７０ 上側ブレーキ用流路（規制手段）
７３ 下側ブレーキ用流路（規制手段）
８１ ストッパ（規制手段）
８２ 収容穴（規制手段）
８３ 固定部（規制手段）
Ｗ ワイヤ（規制手段）

Claims (6)

1. 相対的に屈曲変位可能となるように前後方向に連結された複数のマニピュレータ形成体を備え、生体内の隙間を進行する医療用マニピュレータであって、
   少なくとも一部の前記マニピュレータ形成体は、ベースと、このベースの上下両側にそれぞれ独立して設けられるとともに、前記生体内の組織に押圧力を付与するバルーン体とを備え、
   前記バルーン体は、所定の流体を収容可能な空間を備えて前記流体の収容量の増減に応じて膨張収縮するとともに、前記空間の内圧を調整することで前記押圧力を調整可能に設けられ、当該押圧力の調整により、前記組織からの反力で各マニピュレータ形成体が相対的に屈曲変位しながら前記生体内を自律的に進行可能としたことを特徴とする医療用マニピュレータ。
2. 前記ベース内には、前記空間に通じる流路が形成されていることを特徴とする請求項１記載の医療用マニピュレータ。
3. 前記各ベース間には、それらを相対変位可能に連結する連結手段が設けられ、この連結手段には、前記各ベースに形成された流路を相互に連通させる連結路が形成されていることを特徴とする請求項２記載の医療用マニピュレータ。
4. 前記連結路は、前記各ベースが相対変位したときでも、前記流路の連通状態を維持可能な構造としたことを特徴とする請求項３記載の医療用マニピュレータ。
5. 前記流体は、生理食塩水であり、前記連結路は、その内部を通過する生理食塩水の一部を外部に漏出可能に設けられ、前記生体内に生理食塩水を供給可能としたことを特徴とする請求項３又は４記載の医療用マニピュレータ。
6. 前記各マニピュレータ形成体間には、それらの相対変位を規制可能な規制手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の医療用マニピュレータ。

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