JP5948168B2 - 医療用マニピュレータ - Google Patents
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Description
挿入部の基端には、処置具挿抜装置を介して処置具の収容装置が取付けられている。処置具挿抜装置は、操作部の基端側に固定されるハウジングを有していて、ハウジング内には一対のローラが処置具の処置具挿入部を挟むように配置されている。各ローラの回転軸は、枠体であるローラ支持部に回転自在に支持されている。各ローラには伝達機構を介してモータが接続されていて、ローラを所望の方向に回転させることができる。
また、ローラ支持部は回転軸によりハウジングに対して回転自在に支持されていて、モータで回転軸を回転させることで、ローラ支持部や一対のローラが配置される向きを回転させることができる。
すなわち、ローラ支持部が配置される向きを切替えることで、処置具チャンネルに挿通された処置具挿入部を一対のローラにより電動で処置具チャンネルに対して進退させるモードと、処置具チャンネルの軸線周りに回転させるモードとに切替えることができる。
本発明の医療用マニピュレータは、本体部と、基端部が前記本体部に接続された細長い挿入部と、軟性の処置具が挿通可能とされ、前記挿入部の先端部に形成された先端開口、および、前記本体部に形成された基端開口にそれぞれ連通するチャンネルと、前記チャンネルのうち前記本体部に配された部分である本体側チャンネルに挿通された前記処置具の前記本体側チャンネルに対する移動量を検出する移動量検出部と、前記チャンネルのうち前記挿入部に配された部分である挿入側チャンネルに挿通された前記処置具に当接可能とされ、自身の軸線周りに回転することで前記挿入側チャンネルに対して前記処置具を移動させるための先端側当接部と、前記本体部に設けられ、前記先端側当接部を回転させる駆動部と、前記駆動部により前記先端側当接部を回転させることで、前記移動量検出部により検出された前記移動量だけ前記挿入側チャンネルに対して前記処置具を移動させる駆動量調節部と、を備えることを特徴としている。
また、上記の医療用マニピュレータにおいて、前記本体側チャンネルに挿通された前記処置具に当接可能とされ、自身の軸線周りに回転することで前記本体側チャンネルに対して前記処置具を移動させるための基端側当接部を備え、前記駆動部は前記基端側当接部を回転させることがより好ましい。
また、上記の医療用マニピュレータにおいて、前記本体側チャンネルに挿通された前記処置具に当接可能とされ、自身の軸線周りに回転することで前記本体側チャンネルに対して前記処置具を移動させるための基端側当接部と、前記本体部に設けられ、前記基端側当接部を回転させる第二の駆動部と、を備え、前記第二の駆動部により前記基端側当接部を回転させたときに、前記移動量検出部は前記移動量の検出結果を前記駆動量調節部に送信し、前記駆動量調節部は、前記検出結果に基づいて前記駆動部により前記先端側当接部を回転させることがより好ましい。
また、上記の医療用マニピュレータにおいて、前記移動量は、前記チャンネルの軸線周りの移動量であり、前記先端側当接部は、前記チャンネルの軸線に平行な軸線周りに回転するように配置されていることがより好ましい。
以下、本発明に係る医療用マニピュレータ1の第1実施形態を、図1および図2を参照しながら説明する。
この医療用マニピュレータ1は、図1に示すように、例えば、アームA10の先端に取付けられるとともに、内部に形成された後述するチャンネル41(図2参照。)に、可撓性を有する材料で形成された軟性の処置具D1を挿通させて用いるものである。
アームA10は、ベースA1上に配置されたロッドA11の端部が、関節部A12を介して互いに回動可能に接続されたものである。アームA10の先端、すなわち、ロッドA11の端部に固定された保持部A13には、不図示の着脱機構により医療用マニピュレータ1の後述する本体部10が着脱可能に取付けられている。
この例では、処置具D1として、処置具操作部を操作することで開閉可能な一対の鉗子片D21を処置部D20に備える把持鉗子が用いられている。ただし、処置具D1は把持鉗子に限ることなく、軟性の処置具であれば所望のものを用いることができる。
本体部10は、図2に示すように、ケーシング11と、ケーシング11内に収容された本体側処置具回転ローラ(基端側当接部、移動量検出部)12と、本体側処置具回転ローラ12と同軸に接続された駆動モータ(駆動部)13とを備えている。
本体部10および挿入部30の内部には、不図示の管材などにより前述のチャンネル41が形成されている。チャンネル41は、挿入部30の先端側に形成された先端開口32a、および、ケーシング11に形成された基端開口11aにそれぞれ連通している。管材における本体側処置具回転ローラ12および後述する支持ローラ14が設けられた部分には不図示の貫通孔が形成されていて、この貫通孔がケーシング11の内部空間と連通している。
チャンネル41には、前述の処置具D1が挿通可能となっている。
本体側処置具回転ローラ12の側面は、管材に形成された貫通孔を通して、チャンネル41のうち本体部10に配された部分である本体側チャンネル41aに挿通された処置具D1における処置具挿入部D10の側面に当接可能となっている。
本体側処置具回転ローラ12の基端側の面には、駆動モータ13の出力軸13aの先端部が固定されている。駆動モータ13のモータ本体13bはケーシング11に固定されていて、モータ本体13bが発生する駆動力により出力軸13aが軸線C1周りに回転する。これにより、モータ本体13bが発生する駆動力を出力軸13aを介して本体側処置具回転ローラ12に伝達させ、本体側処置具回転ローラ12を軸線C1周りに回転させることができる。
また、この例では、本体側処置具回転ローラ12が軸線C1周りに回転することで、本体側処置具回転ローラ12の側面に接触する処置具D1が本体側チャンネル41aに対して軸線C2周りに回転する。すなわち、本体側チャンネル41aに対する処置具D1の移動量は、処置具D1の軸線C2周りの回転量(回転角度。以下、「回転移動量」と称する。)であり、本体側処置具回転ローラ12は、本体側チャンネル41aに挿通された処置具D1の軸線C2周りの回転移動量を検出する移動量検出部としても機能する。
図示はしないが、挿入部本体31および揺動部材32の一方には軸部材が設けられ、他方にはこの軸部材に係合し軸部材周りに移動可能な透孔が形成されている。これにより、挿入部本体31の先端部に対して揺動部材32が揺動可能となっている。また、揺動部材32の先端面には、ベアリングが設けられていて、回転部材33を軸線C5周りに回転可能に支持している。
挿入部本体31、および揺動部材32には、チャンネル41のうち挿入部30に配された部分である挿入側チャンネル41bが形成されている。挿入側チャンネル41bは、揺動部材32の先端面に形成された前述の先端開口32aに連通している。
回転部材33は、軸線C5がチャンネル41の軸線C2と一致するように配置されている。
このため、揺動モータ24によりウォームホイール23を軸線C1方向に移動させることで、揺動部材32を揺動させることができる。
また、挿入部本体31の管路には、線状に形成された操作ワイヤ(ワイヤ)37が挿通されていて、操作ワイヤ37の先端側は回転部材33の基端部33a周りに巻回された状態で回転部材33に接続されている。一方で、操作ワイヤ37の基端側は第二歯車19の外周面に巻回されている。なお、操作ワイヤ37の動きを安定化させるために、操作ワイヤ37をガイド管内に挿通させて用いることが好ましい。
なお、第二歯車19と回転部材33との間の駆動力の伝達に外径の細い操作ワイヤ37を用いているため、挿入部30の外径が大きくなりにくい。
術者は、アームA1の保持部A13に医療用マニピュレータ1の本体部10を取付ける。そして、患者に装着したトロッカーを通して、体腔内に医療用マニピュレータ1の挿入部30を導入する。内視鏡の観察下において、必要に応じて操作部を操作することで、揺動モータ24を駆動して挿入部本体31に対する揺動部材32の向きを調節する。挿入部30の先端部を、処置対象であるターゲット組織に対向させる。
医療用マニピュレータ1の基端開口11aからチャンネル41に把持鉗子などの軟性の処置具D1を挿通させる。処置具D1の処置部D20を回転部材33の前方に突出させ、回転部材33の突出部に処置具挿入部D10の凹部を係合させる。
処置具挿入部D10を軸線C1方向の2カ所で回転させるため、処置具D1が軟性のものであっても処置具D1の捻れが抑制される。
駆動モータ13が発生した駆動力を、出力分岐機構17により、回転する軸線の向きが互いに異なる本体側処置具回転ローラ12周りと、第二歯車19周りとに分配し、この駆動力により処置具挿入部D10の先端側および基端側を回転させている。これにより、1つの駆動モータ13で処置具挿入部D10の先端側および基端側をともに回転させることができ、医療用マニピュレータ1を構成するのに必要なモータの数を低減させることができる。
本体側処置具回転ローラ12の軸線C1はチャンネル41の軸線C2と平行に配置されているため、本体側処置具回転ローラ12に伝達された軸線C1周りの駆動力を、処置具挿入部D10を軸線C2周りに回転させる駆動力として効果的に伝達させることができる。
回転部材33を軸線C5周りに回転させることで、回転部材33に係合する処置具D1を軸線C2周りに回転させ、挿入側チャンネル41bに対する処置部D20の軸線C2周りの向きを調節することができる。
処置具挿入部D10に凹部が、回転部材33に、凹部に係合する突出部がそれぞれ形成されているとしたが、これら凹部、突出部は形成されなくてもよい。
次に、本発明の第2実施形態について図3を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図3に示すように、本実施形態の医療用マニピュレータ2は、第1実施形態の医療用マニピュレータ1の出力分岐機構17に代えて、第二の駆動モータ(第二の駆動部)51、エンコーダ(移動量検出部)52、および、駆動量制御部(駆動量調節部)53を備えている。なお、本実施形態における本体側処置具回転ローラ12Aは、第1実施形態の本体側処置具回転ローラ12と同一の構成であるが、基端側当接部に相当するものの、移動量検出部とはなっていない。
エンコーダ52は公知の構成のものを用いることができ、第二の駆動モータ51の回転軸の回転量を検出するとともに、回転量の検出結果を駆動量制御部53に送信する。
なお、この回転軸の回転量と処置具D1の軸線C2周りの回転移動量とは、比例の関係にあるため、エンコーダ52で実質的に処置具D1の回転移動量を検出できることになる。
また、本実施形態では、駆動モータ13は、平面視において出力軸13aの軸線C8がチャンネル41の軸線C2に直交するように配置されている。そして、操作ワイヤ37の基端側は、出力軸13aの外周面に巻回されている。
演算素子は、エンコーダ52から送信された検出結果に定数を乗じる演算をし、この演算の結果に応じた電圧を駆動モータ13に印加して出力軸13aの回転速度を調節し、駆動モータ13により回転部材33を回転させる。
さらに、本体側処置具回転ローラ12A、第二の駆動モータ51、エンコーダ52、および駆動量制御部53を備えることで、処置具D1の先端側、基端側を2つの駆動モータ13、51でより精度を高めて回転させることができる。
また、出力軸13aと回転部材33との間の駆動力の伝達に操作ワイヤ37を用いているため、挿入部30の外径を小さく抑えることができる。
次に、本発明の第3実施形態について図4を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図4に示すように、本実施形態の医療用マニピュレータ3は、第2実施形態の医療用マニピュレータ2の第二の駆動モータ51、および本体側処置具回転ローラ12Aに代えて、本体側処置具回転ローラ61を備えている。
駆動量制御部53のメモリには、本体側処置具回転ローラ61が1回転したときに駆動モータ13の出力軸13aを何回転させると、術者が処置具挿入部D10の基端側を回転させた回転移動量と、回転部材33が軸線C5周りに回転する回転移動量とが互いに等しくなるか、を示した定数が記憶されている。
演算素子は、エンコーダ52から送信された検出結果に定数を乗じる演算をし、この演算の結果に応じた電圧を駆動モータ13に印加し、駆動モータ13により回転部材33を回転させる。
さらに、第2実施形態の医療用マニピュレータ2に対して第二の駆動モータ51を備えない構成とし処置具D1の基端側を手動で回転させる仕様としても、前記実施形態と同様効果を奏することができる。これにより、医療用マニピュレータ3の製造コストを低減させることができる。
処置具挿入部D10の基端側を術者が操作することで、直感的に回転操作を行うことができる。
次に、本発明の第4実施形態について図5を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図5に示すように、本実施形態の医療用マニピュレータ4は、本体部70と、本体部70よりも細長く形成され、基端部が本体部70に接続された挿入部80とを備えている。
本体側処置具移動ローラ71、支持ローラ72、および駆動モータ73は、ケーシング11内に収容されている。
ローラ71、72は、チャンネル41の軸線C2を含む基準平面S上で回転するように配置され、ケーシング11に支持されている。ローラ71、72は、本体側チャンネル41aに挿通された処置具D1の処置具挿入部D10を挟むように配置されている。また、本体側処置具移動ローラ71の軸線上には、不図示の係合軸が突設されていて、この係合軸に操作ワイヤ37の基端側が巻回されている。
図示はしないが、駆動モータ73の出力軸はローラ71に固定されていて、駆動力を発生して出力軸にその駆動力を伝達するモータ本体は、ケーシング11に固定されている。
駆動モータ73は、ローラ71を基準平面S上で所望の向きに回転させることができる。
本体側チャンネル41aに挿通された処置具D1の処置具挿入部D10は、ローラ71、72の側面に接触する。
この例では、挿入部本体31の先端部に、挿入側処置具移動ローラ(先端側当接部)81が配されている。挿入側処置具移動ローラ81は、前述の基準平面S上で回転するように配置され、挿入部本体31に回転可能に支持されている。挿入側処置具移動ローラ81の軸線上には、不図示の係合軸が突設されていて、この係合軸に操作ワイヤ37の先端側が巻回されている。
挿入側チャンネル41bに挿通された処置具D1の処置具挿入部D10は、挿入側処置具移動ローラローラ81の側面に当接する。
処置具移動ローラ71、81の外径は互いに等しく設定されているとともに、本体側処置具移動ローラ71の係合軸の外径、挿入側処置具移動ローラローラ81の係合軸の外径は互いに等しく設定されている。
駆動モータ73により本体側処置具移動ローラ71を回転させたときに、操作ワイヤ37を介して駆動力が伝達されることで挿入側処置具移動ローラ81が回転する。このとき、処置具移動ローラ71、81は同じ速度で回転し、さらに、処置具移動ローラ71、81が処置具挿入部D10を軸線C2方向に移動させる速度(処置具移動ローラ71、81の周速度。)は互いに等しくなる。
このように構成された本実施形態の医療用マニピュレータ4によれば、チャンネル41に挿通された軟性の処置具D1の基端側を軸線C2方向に移動させたときに処置具D1の先端側も同様に軸線C2方向に移動させることができる。
挿入側処置具移動ローラローラ81を軸線C6周りに回転させることで、処置具挿入部D10を軸線C2方向に移動させ、挿入部80から処置部D20が突出する突出量の調節を自動的に行うことができる。
たとえば、図7に示す医療用マニピュレータ5のように、医療用マニピュレータ1において挿入部90が樹脂などの軟性の材料で形成されていて、可撓性を有するものであってもよい。この場合であっても、処置具D1の基端側の回転移動量を検出し、回転部材33により処置具D1の先端側をその回転移動量だけ回転させることで、前記第1実施形態と同様の効果を奏することができる。他の実施形態においても同様に、軟性の挿入部とすることができる。
前記第1実施形態から第4実施形態では、支持ローラ14、72は必須の構成要素ではない。一方のローラにより、チャンネル41の内周面に処置具挿入部D10を押し付けるようにローラを配しても同様の効果を奏することができるからである。
第4実施形態においても、挿入側処置具移動ローラ81を複数備える構成にしてもよい。
10、70 本体部
11a 基端開口
12 本体側処置具回転ローラ(基端側当接部、移動量検出部)
12A 本体側処置具回転ローラ(基端側当接部)
13、73 駆動モータ(駆動部)
17 出力分岐機構
19 第二歯車(補助出力軸)
30、80、90 挿入部
32a 先端開口
33 回転部材(先端側当接部)
33a 基端部(駆動量調節部)
41 チャンネル
41a 本体側チャンネル
41b 挿入側チャンネル
51 第二の駆動モータ(第二の駆動部)
71 本体側処置具移動ローラ(基端側当接部、移動量検出部)
81 挿入側処置具移動ローラ(先端側当接部、駆動量調節部)
C2 軸線
D10 処置具
S 基準平面
Claims (7)
- 本体部と、
基端部が前記本体部に接続された細長い挿入部と、
軟性の処置具が挿通可能とされ、前記挿入部の先端部に形成された先端開口、および、前記本体部に形成された基端開口にそれぞれ連通するチャンネルと、
前記チャンネルのうち前記本体部に配された部分である本体側チャンネルに挿通された前記処置具の前記本体側チャンネルに対する移動量を検出する移動量検出部と、
前記チャンネルのうち前記挿入部に配された部分である挿入側チャンネルに挿通された前記処置具に当接可能とされ、自身の軸線周りに回転することで前記挿入側チャンネルに対して前記処置具を移動させるための先端側当接部と、
前記本体部に設けられ、前記先端側当接部を回転させる駆動部と、
前記駆動部により前記先端側当接部を回転させることで、前記移動量検出部により検出された前記移動量だけ前記挿入側チャンネルに対して前記処置具を移動させる駆動量調節部と、
を備えることを特徴とする医療用マニピュレータ。 - 前記駆動部は、回転することで駆動力を伝達させる出力軸を有し、
前記出力軸に巻回されるとともに前記先端側当接部に接続され、前記先端側当接部を回転させるワイヤを備えることを特徴とする請求項1に記載の医療用マニピュレータ。 - 前記本体側チャンネルに挿通された前記処置具に当接可能とされ、自身の軸線周りに回転することで前記本体側チャンネルに対して前記処置具を移動させるための基端側当接部を備え、
前記駆動部は前記基端側当接部を回転させることを特徴とする請求項2に記載の医療用マニピュレータ。 - 前記出力軸は、前記チャンネルの軸線と平行に配置され、
前記出力軸の軸線周りの駆動力の一部を、前記出力軸の軸線に交差する軸線を有する補助出力軸の軸線周りの駆動力として伝達させる出力分岐機構を備え、
前記ワイヤは、前記補助出力軸に巻回されるとともに前記先端側当接部に接続され、
前記移動量は、前記チャンネルの軸線周りの移動量であり、
前記基端側当接部の軸線は、前記チャンネルの軸線と平行に配置され、
前記出力軸に伝達された駆動力により前記基端側当接部を回転させることを特徴とする請求項3に記載の医療用マニピュレータ。 - 前記本体側チャンネルに挿通された前記処置具に当接可能とされ、自身の軸線周りに回転することで前記本体側チャンネルに対して前記処置具を移動させるための基端側当接部と、
前記本体部に設けられ、前記基端側当接部を回転させる第二の駆動部と、
を備え、
前記第二の駆動部により前記基端側当接部を回転させたときに、前記移動量検出部は前記移動量の検出結果を前記駆動量調節部に送信し、前記駆動量調節部は、前記検出結果に基づいて前記駆動部により前記先端側当接部を回転させることを特徴とする請求項1または2に記載の医療用マニピュレータ。 - 前記移動量は、前記チャンネルの軸線方向の移動量であり、
前記先端側当接部は、前記チャンネルの軸線を含む基準平面上で回転するように配置されていることを特徴とする請求項1から3、および5のいずれか一項に記載の医療用マニピュレータ。 - 前記移動量は、前記チャンネルの軸線周りの移動量であり、
前記先端側当接部は、前記チャンネルの軸線に平行な軸線周りに回転するように配置されていることを特徴とする請求項1から3、および5のいずれか一項に記載の医療用マニピュレータ。
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