JPH0998978A - 医療器具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】医療器具の先端細部の洗浄、滅菌を簡単かつ確
実に行うことができ、力覚センサの耐久性を向上できる
医療器具を提供することにある。 【解決手段】グリッパ１３に力覚センサとしての歪ゲー
ジ２７を備え、この歪ゲージ２７による検出情報を術者
に提示する機能を有する医療器具において、前記歪ゲー
ジ２７を生体組織との接触状態に応じて歪曲するセンサ
保持部材としての板ばね２６に固定し、この板ばね２６
を前記グリッパ１３に着脱自在に保持したことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば把持鉗子
のグリップに力覚センサを備え、生体組織を把持したと
きの力覚センサによる検出情報を術者に提示する機能を
有する医療器具に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、生体の体腔内に挿入する把持鉗子
や内視鏡等の医療器具に触覚または力覚情報を検知する
センサを取り付け、生体組織の硬さや、医療器具が生体
から受ける力を計測し、これを術者に呈示することが行
われている。特に、内視鏡や処置具を搭載したマニピュ
レータを遠隔操作によって処置を行う場合、術者は、力
覚を直接検知できないので、前述のような力覚検知、呈
示手段は有効である。

【０００３】例えば、特願平５−３５４１５５号は、複
数のセンサを備えた分布型センサユニットを体腔内に挿
入される医療器具本体の挿入部を設け、このセンサユニ
ットから出力される複数のセンサ出力に基づいて前記医
療器具本体を制御するようにしたものである。

【０００４】すなわち、医療器具本体の挿入部の先端部
に設けられた把持鉗子にセンサユニットが一体的に設け
られ、体腔内に挿入して把持鉗子によって生体組織を把
持したときにセンサユニットが生体組織の硬さ等を計測
し、そのセンサユニットから出力される複数の検知情報
に基づいて医療器具本体を制御するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の技術では、生体組織の硬さや、医療器具が生体から
受ける力を計測した後、つまり処置した後、前記医療器
具の洗浄・消毒・滅菌を行う場合、医療器具の先端部に
固定されているセンサも含めて行わなくてはならないた
め、センサの高温・高湿環境耐性や、薬品耐性を考慮し
なければならず、また、センサの組み込みにより前記医
療器具の形状が複雑化するため、効果的な洗浄・消毒・
滅菌の手間がかかるという問題があった。

【０００６】この発明は、前記事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、医療器具の容易かつ
効果的な洗浄・消毒・滅菌を可能とし、力覚センサの耐
久性を向上させるとともに、力覚センサの適用範囲を広
げることができる医療器具を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は前記目的を達
成するために、先端部に力覚センサを備え、この力覚セ
ンサによる検出情報を術者に提示する機能を有する医療
器具において、前記力覚センサを生体組織との接触状態
に応じて歪曲するセンサ保持部材に固定し、このセンサ
保持部材を前記先端部に着脱自在に保持したことを特徴
とする。医療器具を使用後、先端部から力覚センサとと
もに、センサ保持部材を取り外し、洗浄・消毒・滅菌を
別々に行うことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１〜図３は第１の実施形態を
示し、図１はセンサユニット、図２は医療器具としての
把持鉗子を示す。図３に示す１１は鉗子本体であり、こ
の鉗子本体１１は柄１２の先端部に設けられたグリッパ
１３と、柄１２の基端部に設けられグリッパ１３を開閉
するハンドル１４とから構成されている。

【０００９】１５は鉗子本体１１を挿通する筒状部材で
あり、この筒状部材１５には軸方向に鉗子本体１１の柄
１２を挿通する鉗子孔１６とリード線１７を挿通する配
線収納孔１８が設けられている。そして、リード線１７
の先端部にはセンサユニット１９が接続されている。

【００１０】前記グリッパ１３は、図１および図２に示
すように開閉自在な一対の把持片２０からなり、把持面
２１には鋸歯状の凹凸が形成されている。また、一対の
把持片２０のうち一方の把持面２１の中央には長手方向
に長方形の溝２２が設けられている。この溝２２の断面
形状は台形になっており、溝２２の底面２３の一部から
は孔２４が把持片２１の背面２５に貫通している。

【００１１】前記センサユニット１９について説明する
と、前記溝２２には両端を等角度で下方へ折り曲げられ
たステンレス等の薄肉の板バネ２６が設けられており、
この板バネ２６は端部２６ａ，２６ｂをバネ力により溝
２２の両端面に押圧することによって把持片２０に固定
されている。板バネ２６は、その幅が前記溝２２の幅よ
り若干狭くなっており、その上面２６ｃが把持片２０の
把持面２１と同レベルの高さになるように形成されてい
る。

【００１２】板バネ２６の下面中央には力覚検出手段と
しての歪ゲージ２７が接着固定され、更に歪ゲージ２７
の補強と防水のため歪ゲージ２７の上部にはシリコンゴ
ム系接着剤２８等が一様に薄く塗布され被覆されてい
る。歪ゲージ２７には前記リード線１７が接続され、こ
のリード線１７は前記孔２４を挿通して背面２５に引き
出されている。また、リード線１７が挿通された孔２４
にもシリコンゴム系接着剤２８が塗布されている。

【００１３】また、図４に力覚検知手段として感圧導電
ゴム２９を使用した場合の変形例を示す。感圧導電ゴム
２９は、感圧導電ゴム２９の一方の感圧面３０が前記板
バネ２６の下面に接着されてグリッパ１３に保持されて
いる。このとき、感圧導電ゴム２９の他方の感圧面３１
は溝２２の底面２３とほとんど押圧力ゼロで接触するよ
うになっている。

【００１４】次に、本実施形態の作用について説明す
る。生体内の処置を行いながら把持力を検出するため、
まずリード線１７をグリッパ１３の把持片２０に設けら
れた孔２４に挿通させた後、板バネ２６を撓ませて一方
の端部２６ａを溝２２の一端面２２ａに押圧しながら他
方の端部２６ｂを溝２２の他端面２２ｂに滑り込ませる
ことにより、前記センサユニット１９を溝２２に装着す
る。なお、力覚検出手段として感圧導電ゴム２９を使用
したときも同様である。

【００１５】グリッパ１３によって体腔内の生体組織ａ
を把持すると、板バネ２６の上面２６ａが生体組織ａに
接触して板バネ２６の両端部２６ａ，２６ｂを支点とし
て歪ゲージ２７の貼り付いている板バネ２６の中央部が
下方へ撓むことにより、把持力を検出できる。このと
き、板バネ２６の両端部２６ａ，２６ｂが溝２２の両端
面２２ａ，２２ｂより反作用の力を内側に受けるため、
板バネ２６の中央部が若干上方へ撓むことにより、生体
組織ａを把持する前に既に歪ゲージ２７の出力が出てい
る場合がある。このときは、その時の出力をオフセット
として測定する。また、力覚検出手段として感圧導電ゴ
ム２９を使用したときは、板バネ２６に貼り付いている
感圧面３０が生体組織ａを把持したときに弾性変形する
ので把持力を検出できる。

【００１６】一方、生体内の処置が終わった後は、前述
の装着手順と逆の手順でセンサユニット１９を把持片２
０から取り外す。取り外し後は、鉗子本体１１とセンサ
ユニット１９とを別々に滅菌を行う。特に、板バネ２６
の両端部２６ａ，２６ｂの近傍の折り曲げ部分２６ｄと
前記溝２２の間隙に詰まった付着物を重点的に洗浄する
ことができる。

【００１７】本実施形態によれば、生体組織ａの把持力
を感度良く検出でき、センサユニット１９と鉗子本体１
１とを別々に分離して洗浄、滅菌できるので、板バネ２
６の両端部２６ａ，２６ｂなどの微細部分の洗浄、滅菌
が確実にできる。また、センサ自身の寿命も向上する。
また、センサが使用途中で壊れたときの交換が容易とな
る。

【００１８】図５は第２の実施形態を示し、第１の実施
形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略す
る。センサユニット３２は、板バネ３３と、この板バネ
３３の下面中央部に接着された歪ゲージ２７とから構成
されている。グリッパ１３の把持片３４は磁性体で形成
されており、この把持片３４に把持面３５には溝３６が
設けられている。溝３６の長手方向の両端縁には浅い溝
３７が形成されており、歪ゲージ２７の接着された板バ
ネ３３の両端部３３ａ，３３ｂが浅い溝３７に磁力によ
り吸着されている。なお、力覚検出手段として感圧導電
ゴム２９を使用したときも同様である。

【００１９】次に、本実施形態の作用について説明す
る。生体組織ａを把持すると、歪ゲージ２７、感圧導電
ゴム２９等の力覚検出手段が貼り付いている板バネ３３
の中央部が下方へ撓むので把持力を検出できる。処置が
終わった後は、板バネ３３をピンセット等で挟みそのま
ま上方へ軽く引き上げることで鉗子本体１１とセンサユ
ニット３２とを分離できる。

【００２０】本実施形態によれば、第１の実施形態の効
果の他に、生体組織ａの把持前は板バネ３３が変形して
いないので、歪ゲージ２７のオフセットが不要であるた
め、より正確な把持力の検出、測定が可能になる。ま
た、鉗子本体１１とセンサユニット３２との着脱がより
容易となる。

【００２１】図６は第３の実施形態を示し、第１，２の
実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略
する。グリッパ１３を構成する把持片３４の把持面３５
には第２の実施形態と同様に溝３６が設けられており、
この溝３６の長手方向の両端縁には浅い溝３７が形成さ
れている。浅い溝３７には複数の吸気孔３８が穿設さ
れ、この吸気孔３８には吸気用チューブ３９が接続され
ている。

【００２２】吸気用チューブ３９は把持片３４の背面側
へ導出され、筒状部材１５を通って鉗子本体１１のハン
ドル１４まで導かれており、この吸気用チューブ３９は
図示しない吸気ポンプに接続されている。一方、センサ
ユニット３２は板バネ３３の両端部３３ａ，３３ｂが吸
気孔３８からの吸引力によって浅い溝３７に吸着され、
グリッパ１３に保持されている。

【００２３】次に、本実施形態の作用について説明す
る。センサユニット３２のセッティングは板バネ３３を
溝３６の両端部３３ａ，３３ｂを浅い溝３７に位置決め
セットし、吸気孔３８に板バネ３３の両端部３３ａ，３
３ｂが置かれていることを確認してから吸気ポンプの電
源を投入すると、吸気用チューブ３９を介して吸気孔３
８から吸気され、その吸引力によって板バネ３３の両端
部３３ａ，３３ｂが浅い溝３７に吸着される。

【００２４】処置後は、吸気ポンプの電源を切ってか
ら、ピンセット等で板バネ３３を上方に軽く引き上げる
ことによって鉗子本体１１とセンサユニット３２とを分
離できる。したがって、第２の実施形態と同様の効果が
得られる。

【００２５】図７は第４の実施形態を示し、４０はセン
サユニットである。このセンサユニット４０は円筒状に
形成されたステンレス等の金属であり、その断面形状は
内視鏡先端硬質部４１の形状よりやや曲率の大きい肉厚
部分４２と、それと直交して更に肉厚が薄くなるように
溝を設けた肉薄部分４３の２つの部分とからなってい
る。そして、肉薄部分４３の底面４４には歪みゲージ４
５が張り付けられ、この歪みゲージ４５は第１の実施形
態と同様にシリコンゴム系の接着剤４６で薄く一様に被
覆されている。

【００２６】このセンサユニット４０は医療用の内視鏡
先端硬質部４１にバネ力により嵌合されて保持されてい
る。また、このセンサユニット４０の材質は金属に限ら
ず、プラスチックであってもよく、センサユニット４０
は内視鏡に限らず、細径プローブやカテーテル等に装着
してもよい。

【００２７】次に、本実施形態の作用について説明す
る。センサユニット４０内の肉薄部分４３の部分の２箇
所を内側へ押圧し、曲率の大きい肉厚部分４２の曲率を
内視鏡先端硬質部４１の形状と同じにして観察面４７の
前方よりセンサユニット４０を挿入して内視鏡先端硬質
部４１へ嵌合して装着する。

【００２８】内視鏡挿入時は、内視鏡先端硬質部４１に
装着されたセンサユニット４０の肉薄部分４３の外表面
が生体組織に接触すると、この肉薄部分４３の肉厚は非
常に薄くなっているために内側へ撓みを生じ、歪みゲー
ジ４５から生体組織との接触力を検出できる。

【００２９】観察・処置後は、センサユニット４０の肉
薄部分４３と内視鏡先端硬質部４１の表面との間隙にピ
ンセットの先端部を挿入し、センサユニット４０の薄肉
部分４３を外側へ押圧しながら肉厚部分４２と内視鏡先
端硬質部４１との間隙にピンセットの先端部を滑り込ま
せ、そのままピンセットを内視鏡先端方向へ引き寄せる
ことにより、センサユニット４０が内視鏡先端硬質部４
１から分離できる。したがって、第２の実施形態と同様
の効果が得られる。

【００３０】図８および図９は第５の実施形態を示し、
４７はセンサグリッパユニットである。このセンサグリ
ッパユニット４７は鉗子本体４８のグリッパ４９と歪ゲ
ージ５０とから構成されている。

【００３１】鉗子本体４８のグリッパ４９を構成する把
持片５１の背面５２には溝５３が設けられている。この
溝５３は長さ方向では把持片５１の中央部に、幅方向で
は把持片５１の幅方向全体に亘って設けられており、溝
５３の底面には力覚検出手段としての前記歪ゲージ５０
が接着されている。歪ゲージ５０の上面には防湿、機械
的保護のためのシリコンゴム系の接着剤５４等によって
薄く一様に被覆されている。

【００３２】また、把持片５１の根元側で、把持面５５
の凹凸の終端部の端面には細角柱状の２本の着脱棒５６
が一体的に突設されており、着脱棒５６の先端には板バ
ネやプラスチック板等からなるコ字状で、先端が拡開し
ている嵌合バネ５７が接着固定されている。

【００３３】一方、把持片５１の基端部材５８には着脱
棒５６が挿入可能な２つの角穴５９が設けられており、
この角穴５９の根元側の終端部は、角穴５９に比べやや
左右幅の大きなスペース６０が形成されている。

【００３４】次に、本実施形態の作用について説明す
る。着脱棒５６の端部に設けられた嵌合バネ５７の先端
部の開きを両手でピンセット等で狭めながら嵌合バネ５
７と着脱棒５６を角穴５９に挿入していくと、嵌合バネ
５７がスペース６０に係合してセンサグリッパユニット
４７と鉗子本体４８とが結合される。この状態では、セ
ンサグリッパユニット４７にグリッパ４９の先端側へ多
少のズレ力が生じてもセンサグリッパユニット４７と鉗
子本体４８とは分離しない。

【００３５】本実施形態のグリッパ４９で生体組織ａを
把持したときの動作を説明すると、グリッパ４９の把持
片５１は溝５３によって肉薄になっているため、グリッ
パ４９の開方向への撓みが大きく生じる。この撓みの部
分に歪ゲージ５０が接着されているため把持力を検出で
きる。また、把持だけでなく、複数の組織間の癒着等、
剥離したい部位があるときには、逆にグリッパ４９に閉
方向の撓みが生じるため、剥離鉗子等にも同様の構造を
設ければ剥離力の検出も併せて行うことができる。

【００３６】処置後は、グリッパ４９を強く先端側へ引
き寄せると、嵌合バネ５７の折り曲げ部５７ａがスペー
ス６０の当接面６０ａから角穴５９の内面へと滑り込む
ため、センサグリッパユニット４７は鉗子本体４８から
分離され、それぞれ別々に洗浄、滅菌を行うことができ
る。

【００３７】本実施形態によれば、第１の実施形態の効
果の他に、グリッパ４９の把持面５５の凹凸面積が大き
いので、より確実に把持することができる。また、把持
力だけでなく、剥離力も検出することができる。

【００３８】図１０は第６の実施形態を示し、６１はセ
ンサグリッパユニットである。このセンサグリッパユニ
ット６１のグリッパ６２と鉗子本体４８との着脱部分の
構造は第５の実施形態と同様であり、同一構成部分に同
一番号を付して説明を省略する。グリッパ６２を構成す
る把持片６４の中央部にはスリット６５が把持片６４の
幅方向全体に亘って設けられており、この部分の把持片
６４は上下肉厚が薄肉構造となっている。

【００３９】また、把持片６４の把持面６６に近いスリ
ット６５の内面６５ａの中央部には力覚検出手段である
歪ゲージ６７が接着固定されており、そのリード線６８
は把持片６４の把持面６６から遠い方の内面６５ｂの一
部から把持片６４の背面６９へと貫通している孔７０に
挿通されている。また、機械的保護、防湿の目的で、ス
リット６５の両側の窓７１には例えばポリパラキシリレ
ン薄膜等の防湿コート７２が施されている。

【００４０】次に本実施形態の作用について説明する。
グリッパ６２によって生体組織を把持した時にはスリッ
ト６５によって薄肉となっている把持片６４の内面６５
ａが撓むことにより、内面６５ａに接着固定されている
歪ゲージ６７から把持力が検出される。また、剥離力を
検出するときには対面の内面６５ｂに歪ゲージ７３（図
１０（ｂ）参照）を接着して剥離を行うと、内面６５ｂ
が上方へ歪むため、同様に剥離力が検出される。また、
図１０（ｂ）のように歪ゲージ６７，７３の両方に貼る
ことにより、把持力と剥離力が同時に検出できる。

【００４１】また、処置後は、第５の実施形態と同様な
方法により、グリッパ６２と鉗子本体４８とが分離さ
れ、それぞれ別々に洗浄、滅菌が行える。本実施形態に
よれば、第５の実施形態の効果の他に、把持片６４の把
持面６６および剥離面に歪ゲージが現れないのでセンサ
の耐久性がより向上する。

【００４２】前述した実施形態によれば、次のような構
成が得られる。 （付記１）先端部に力覚センサを備え、この力覚センサ
による検出情報を術者に提示する機能を有する医療器具
において、前記力覚センサと、この力覚センサが接着固
定された構造物と、この構造物を着脱自在に保持する先
端部とを有し、該構造物自身が生体組織との接触状態に
応じて歪曲することを特徴とする医療器具 。 （付記２）前記力覚センサが歪検出手段である付記
１記載の医療器具。 （付記３）前記歪み検出手段が歪ゲージである付記２記
載の医療器具。 （付記４）前記力覚センサが変位検出手段である付記１
記載の医療器具。 （付記５）前記変位検出手段が感圧導電ゴムである付記
４記載の医療器具。

【００４３】（付記６）前記構造物が弾性部材で構成さ
れていることを特徴とする付記１記載の医療器具。 （付記７）前記弾性部材は平板であることを特徴とする
付記６記載の医療器具。 （付記８）前記平板は金属材料からなることを特徴とす
る付記７記載の医療器具。 （付記９）前記平板はプラスチック材料からなることを
特徴とする付記７記載の医療器具。 （付記１０）前記弾性部材は円筒状部材であることを特
徴とする付記６記載の医療器具。

【００４４】（付記１１）前記医療器具が把持鉗子であ
ることを特徴とする付記１記載の医療器具。 （付記１２）前記医療器具が内視鏡であることを特徴と
する付記１記載の医療器具。 （付記１３）前記医療器具が電動器具であることを特徴
とする付記１記載の医療器具。

【００４５】（付記１４）先端部に力覚センサを備え、
前記力覚センサによる検出情報を術者に提示する機能を
有する医療器具において、前記先端部に前記力覚センサ
が接着固定され、前記先端部が前記医療器具本体と着脱
自在な保持手段を有するとともに該先端部が生体組織と
の接触状態に応じて歪曲することを特徴とする医療器
具。 （付記１５）前記先端部は、薄肉構造となっていること
を特徴とする付記１４記載の医療器具。

【００４６】（付記１６）前記薄肉構造は、前記先端部
の背面に設けられている溝によって構成されていること
を特徴とする付記１５記載の医療器具。 （付記１７）前記薄肉構造は、前記先端部の中空構造に
より構成されていることを特徴とする付記１５記載の医
療器具。 （付記１８）前記中空構造は、前記先端部の側面に設け
たスリットよりなっていることを特徴とする付記１７記
載の医療器具。

【００４７】（付記１９）前記保持手段は弾性部材によ
り構成されることを特徴とする付記１４記載の医療器
具。 （付記２０）前記弾性部材は板バネであることを特徴と
する付記１９記載の医療器具。 （付記２１）前記保持手段は磁力であることを特徴とす
る付記１４記載の医療器具。 （付記２２）前記保持手段は吸着力であることを特徴と
する付記１４記載の医療器具。

【００４８】（付記２３）前記医療器具は把持鉗子であ
ることを特徴とする付記１４記載の医療器具。 （付記２４）前記医療器具は剥離鉗子であることを特徴
とする付記１４記載の医療器具。 （付記２５）前記医療器具が電動器具であることを特徴
とする付記１４記載の医療器具。

【００４９】前記第１〜第６の実施形態によれば、医療
器具が生体組織から受ける触覚・力覚情報を検出する力
覚センサと医療器具本体との着脱を可能とすることによ
り、両者の洗浄、滅菌を別々に行うことができるため、
医療器具の先端細部の洗浄、滅菌を簡単かつ確実に行う
ことができる。また、医療器具本体と力覚センサとは異
なる条件で、洗浄・滅菌できるため、力覚センサの耐久
性を向上させることができる。

【００５０】また、従来、体腔内手術用マニピュレータ
として特願平７−３３８８４号に示すように、スレーブ
マニピュレータ側で検出した処置対象組織からの反力に
応じてマスターマニピュレータ側に設けられた反力提示
手段を駆動し、操作者に組織の処置状態をフィードバッ
クするものが知られている。

【００５１】これは、組織に印加される力量が安全領域
にあるかどうかは操作者の判断によるため、安全に処置
を行うためには熟練が必要であった。また、誤操作によ
りスレーブマニピュレータが組織に無理な力を与える可
能性があった。

【００５２】以下は、体腔内手術用マニピュレータにお
いて、装置に慣れていない操作者が操作した場合や、誤
操作した場合でも、処置対象組織に無理な力を与えるこ
とのないようにしたものである。

【００５３】図１１〜図１３は、第７の実施形態を示
し、図１１は体腔内手術用マニピュレータを示す。スレ
ーブマニピュレータ１０１は手術器械１０２を支持する
ロボットアーム１０３を備えている。手術器械１０２は
患者の体壁ｘに形成した挿入孔ｙを通じて体腔ｚの内部
に挿入されて配置される。また、手術器械１０２は立体
観察式のスコープ１０４と一対の処置具１０５ａ，１０
５ｂとからなり、スコープ１０４の左右位置に前記処置
具１０５ａ，１０５ｂが配設されている。

【００５４】処置具１０５ａ，１０５ｂは湾曲部を有
し、その先端処置部の位置や姿勢は自由に選択可能なも
のであり、これらは後述する手段により操作されるよう
になっている。また、処置具１０５ａ，１０５ｂの先端
部に設けられているグリッパ１０６ａ，１０６ｂには組
織処置時の力量検出のための力覚センサとして、例えば
歪ゲージ１０７がそれぞれ貼られている。

【００５５】前記スコープ１０４はその先端部に湾曲部
１０８が形成されており、この湾曲部１０８を後述する
手段によって湾曲させることによって視野方向を選択可
能である。このスコープ１０４の湾曲部１０８と前記一
対の処置具１０５ａ，１０５ｂの操作は手術器械１０２
の後端に組み込まれた操作機構によって行われる。スレ
ーブマニピュレータ１０１を操作する操作手段であるマ
スターマニピュレータ１０９は、移動用マスターアーム
１１０とその先端に設けられたＨＭＤ（ヘッドマウント
ディスプレイ）用アーム１１１及び左右一対の処置操作
手段用アーム１１２ａ，１１２ｂによって構成されてい
る。

【００５６】左右一対の処置操作手段用アーム１１２
ａ，１１２ｂは前述した左右の処置具１０５ａ，１０５
ｂに対応している。また、処置操作手段用アーム１１
２，１１２ｂにはグリッパ１０６ａ，１０６ｂに加わる
力量を術者にフィードバックするための、後述する力覚
呈示用アクチュエータが備えられている。ＨＭＤ用アー
ム１１１の先端にはＨＭＤ１１３が取り付けられてい
る。このＨＭＤ１１３は術者の頭に装着されて前記立体
観察式のスコープ１０４で撮像された３次元画像が映し
出され、術者はＨＭＤ１１３を介して体腔ｚ内の画像を
立体的に観察することができる。

【００５７】マスターマニピュレータ１０９の各アーム
連結部分はそれぞれ特定の向きに回動する回転構造とな
っており、その回転部分には回転を検出する図示しない
エンコーダが組み込まれている。そして各エンコーダに
よって得られる情報を制御装置１１４に送り、ＨＭＤ用
アーム１１１及び左右一対の処置操作手段用アーム１１
２ａ，１１２ｂの動きを判別する。

【００５８】左右一対の処置操作手段用アーム１１２
ａ，１１２ｂは前述した左右の処置具１０５ａ，１０５
ｂに対して個別に対応しており、処置操作手段用アーム
１１２ａ，１１２ｂを動かすと、これに対応した左右の
処置具１０５ａ，１０５ｂがその動きに追従した動くよ
うに制御される。またＨＭＤ１１３を動かすと、スコー
プ１０４の先端位置と向きが変わり、スコープ１０４の
観察視野とＨＭＤ１１３の観察視野とが追従一致するよ
うに制御される。このため、スレーブマニピュレータ１
０１及びマスターマニピュレータ１０９はいずれも制御
装置１１４に接続されている。

【００５９】そして、マスターマニピュレータ１０１の
先端位置がスコープ１０４の挿入部先端位置に対応し、
またＨＭＤ１１３の回転部の位置と姿勢がスコープ１０
４の挿入部先端の偏向角に対応し、更に処置操作手段用
アーム１１２ａ，１１２ｂが前記処置具１０５ａ，１０
５ｂの位置に対応するべく動作するように制御される。
また、処置具１０５ａ，１０５ｂの先端部のグリッパ１
０６ａ，１０６ｂに貼られている歪ゲージ１０７の出力
は制御装置１１４に接続されている。

【００６０】図１２は、マスターマニピュレータ１０９
の処置操作手段用アーム１１２ａ，１１２ｂの先端部の
構成を示す。一対の指掛けリング１１５と把持部材１１
６を備え、この一対の指掛けリング１１５は把持部材１
１６の上端に支軸１１７を介して開閉されるように枢着
されている。一対の指掛けリング１１５の開閉量は前記
把持部材１１６の内部に組み込まれた位置（角度）検出
手段としてのエンコーダやポテンションメータ等の位置
センサによって検出され、この検出信号は制御装置１１
４に送られる。

【００６１】また、各指掛けリング１１５はそれぞれパ
ンタグラフを構成するリンク部材１１８を介して同じシ
リンダ連結バー１１９に連結されている。シリンダ連結
バー１１９は力覚呈示用アクチュエータである空気圧シ
リンダ１２０に接続されている。

【００６２】また、処置操作手段用アーム１１２ａ，１
１２ｂの内部にはシリンダ連結バー１１９の動作を固定
するためのブレーキ手段、例えばドラムブレーキ１２１
が設けられている。

【００６３】図１３は、力量呈示制御のブロック図を示
す。グリッパ１０６ａ，１０６ｂに取り付けられた歪ゲ
ージ１０７の出力は制御装置１１４に接続され、安全力
量判定部１２２に入力される。安全力量判定部１２２は
入力された電気量と空気量が比例する電空比例弁１２３
と、ブレーキ駆動回路１２４に接続されている。電空比
例弁１２３は、空気圧シリンダ１２０とエアコンプレッ
サ１２５の間に接続され、空気圧シリンダ１２０で発生
する力量を制御する。

【００６４】次に、本実施形態の作用について説明す
る。スレーブマニピュレータ１０１に設けられた図示し
ない操作入力手段によってスレーブマニピュレータ１０
１を動かし体壁ｘに形成された挿入孔ｙの位置まで手術
器械１０２を持っていき、体腔ｚ内部へ挿入する。この
状態で術者が頭部の位置を変えると、ＨＭＤ用アーム１
１１に内蔵のエンコーダがその位置の変化を検知し、ス
コープ１０４の先端位置が術者の頭部の位置に追従する
ようにスレーブマニピュレータ１０１を駆動する。

【００６５】また、術者が頭部の姿勢を変えた場合は、
同様にＨＭＤ用アーム１１１に内蔵のエンコーダがその
姿勢の変化を検知し、スコープ１０４の湾曲部１０８を
頭部の向きに追従させるように駆動する。また、術者が
左右の処置操作手段用アーム１１２ａ，１１２ｂの位置
を変えたり、指掛けリング１１５を開閉させた場合は、
その動きを処置操作手段用アーム１１２ａ，１１２ｂに
内蔵のエンコーダにより検知し、手術器械１０２の処置
具１０５ａ，１０５ｂ、その先端部に設けられたグリッ
パ１０６ａ，１０６ｂを処置操作手段用アーム１１２
ａ，１１２ｂの動きに対応して動作させる。

【００６６】すなわち、術者が頭を動かすと、その動き
に対応した視野変換を行うことができ、腕を動かすと処
置具１０５ａ，１０５ｂの動作を制御し、組織の処置が
行える。この組織の処置を行っている場合、グリッパ１
０６ａ，１０６ｂに加わる力量は歪ゲージ１０７により
検出され、制御装置１１４に送られる。制御装置１１４
では検出された力量に基づいて電空比例弁１２３を制御
し、空気圧シリンダ１２０で発生する力量を制御する。
これにより術者はあらかじめ直接手術器具を用いて処置
を行っている感覚を得ることができる。

【００６７】ここで、術者のミスにより組織に過大な力
量がかかるような操作を行った場合、例えばグリッパ１
０６ａ，１０６ｂで組織を把持している状態でマスター
側の指掛けリング１１５を全閉した場合は、そのままで
は組織が挫滅してしまうが、グリッパ１０６ａ，１０６
ｂにかかる力量を検出する歪ゲージ１０７の出力を制御
装置１１４内の安全力量判定部１２２でモニターし、検
出した力量が安全領域を逸脱した場合はブレーキを駆動
するための制御信号を出力し、処置操作手段用アーム１
１２ａ，１１２ｂ内のシリンダ連結バー１１９の動きを
固定する。

【００６８】すなわち、組織に対して過大な力量が加わ
った場合は、術者がグリッパ１０６ａ，１０６ｂの動き
を制御するためのマスター側の指掛けリング１１５を固
定するため、組織にそれ以上力量が加わらない。ブレー
キは一定時間経った後解除され、同時にスレーブ側のグ
リッパ１０６ａ，１０６ｂも組織に加わり力量が解除さ
れる方向に駆動される。

【００６９】なお、空気圧シリンダ１２０の代わりにリ
ニアモーターやボールネジと回転駆動用モーターを組み
合わせて得られる直動式駆動手段を用いてアクチュエー
タを構成してもよい。また、歪ゲージ１０７の代わり
に、感圧導電ゴムや光学式力覚センサを用いてもよい。

【００７０】また、ドラムブレーキ１２１の代わりに、
ソレノイド式や磁気式のチャックによりシリンダ連結バ
ー１１９の動きを固定してもよい。また、マスター側の
指掛けリング１１５に術者の操作力量を検出するための
力覚センサを設け、バイラテラル制御を行ってもよい。
その場合は、マスターの操作により組織に安全領域を逸
脱する力量が加わってブレーキが作用した場合、指掛け
リング１１５に組織に対する力量が緩和される方向に力
を掛けることで、力を掛けた方向にグリッパ１０６ａ，
１０６ｂを動作させることができ、処置を続行できる。

【００７１】前記実施形態によれば、次のような構成が
得られる。 （付記２６）術者の操作するマスターマニピュレータ
と、手術器械を保持し前記マスターマニピュレータの操
作に追従した動きを行うスレーブマニピュレータとを有
する医療用マニピュレータにおいて、前記手術器械に作
用する力量を検出する力量検出手段と、前記力量検出手
段により検出された力量に応じ操作者に力量を呈示する
ために、前記マスターマニピュレータに設けられた力量
呈示手段と、前記力量検出手段により検出された力量に
応じ、前記マスターマニピュレータの動きを固定する固
定手段とを備えることを特徴とした体腔内手術用マニピ
ュレータ。

【００７２】（付記２７）前記手術器械は、組織の処置
を行うためのグリップ手段と、体腔内の観察を行う内視
鏡を備える付記２６記載の体腔内手術用マニピュレー
タ。 （付記２８）前記力量検出手段は、前記グリップ手段に
設けられた力覚センサである付記２７記載の体腔内手術
用マニピュレータ。 （付記２９）前記力覚センサは、歪ゲージである付記２
６記載の体腔内手術用マニピュレータ。 （付記３０）前記力覚センサは、感圧導電ゴムである付
記２６記載の体腔内手術用マニピュレータ。

【００７３】（付記３１）前記力覚センサは、光学式力
センサである付記２６記載の体腔内手術用マニピュレー
タ。 （付記３２）前記力量呈示手段は、力量を発生するアク
チュエータである付記２６記載の体腔内手術用マニピュ
レータ。 （付記３３）前記アクチュエータは、空気圧シリンダで
ある付記３２記載の体腔内手術用マニピュレータ。 （付記３４）前記アクチュエータは、リニアモーターで
ある付記３２記載の体腔内手術用マニピュレータ。

【００７４】（付記３５）前記アクチュエータは、ボー
ルネジと回転モータで構成される付記３２記載の体腔内
手術用マニピュレータ。 （付記３６）前記固定手段は、ドラムブレーキである付
記２６記載の体腔内手術用マニピュレータ。 （付記３７）前記固定手段は、電動チャックである付記
２６記載の体腔内手術用マニピュレータ。

【００７５】前記実施形態によれば、体腔内で処置を行
う処置具の先端部のグリッパが処置対象組織に加わる力
量を検出し、安全領域を逸脱した場合には、グリッパの
制御を行うマスターマニピュレータの動きを固定するこ
とにより、不慣れな術者が操作する場合や誤操作をした
場合でも処置対象組織に無理な力量が加わることを防止
でき、安全な処置を行うことができる。

【００７６】また、従来、米国特許第５２１７００３号
明細書に開示されているように、腹腔等の体壁に挿入孔
を開け、この挿入孔を通じて内視鏡や処置具を経皮的に
体腔内に挿入することにより、体腔内で様々な処置を行
う内視鏡下外科手術が行われている。こうした術式は、
大きな切開を要しない低侵襲なものとして胆嚢摘出術や
肺の一部を摘出除去する手術等で広く行われている。

【００７７】しかしながら、遠隔位置においては、患者
の体腔内に処置具を挿入した場合、臓器を把持した時
に、臓器をどの位の力で把持しているのかがわからない
という問題がある。

【００７８】以下は、患者への安全を確保し、かつ、処
置具をどの位で把持しているかを明かにすることで、処
置作業の作業性向上を行うことができる内視鏡下外科手
術システムを示し、処置具の把持部に力覚センサを設け
ることによって、体腔内の臓器把持情報を操作者に伝え
ることができるようにしたものである。

【００７９】図１４〜図１６は第８の実施形態を示し、
図１４は手術用マニピュレータシステムを示す。図１４
において、１３１は患者の観察・処置を行うための手術
台であり、１３２は患者である。手術台１３１の両側に
はベッドサイドレール１３３が設けられている。このベ
ッドサイドレール１３３には患者１３２の体腔内におい
て処置を行うための処置具１３４および観察用の内視鏡
１３５を位置決めするための処置用アーム１３５および
観察用アーム１３７が着脱自在に取り付けられている。
なお、処置具１３４および内視鏡１３６は、患者１３２
の体壁に開けられた挿入孔１３２ａから体腔内に挿入さ
れる。

【００８０】処置用アーム１３５と処置具１３４との接
続および観察用アーム１３７と内視鏡１３６との接続は
複数の自由度を有する関節部であるフリー関節機構１３
９によって行われている。これは、患者１３２が例えば
術中に動いて挿入孔１３２ａの位置がずれるようなこと
があっても、挿入孔１３２ａに無理な力が加わらないよ
うにするためである。

【００８１】処置用アーム１３５および観察用アーム１
３７は、上下動作（図１４中に示すｂ方向）、旋回動作
（図１４中に示すｃ方向）、伸縮動作（図１４中に示す
ｄ方向）を機構的に行うことが可能なように構成されて
いる。このような動きを実現するために、アーム内には
アクチュエータ（図示しない）が配置されている。な
お、このアクチュエータとしては、ロボットの位置決め
に多く利用されているサーボモータを使用している。

【００８２】図１５に示すように、処置用アーム１３５
の先端に取り付けられている処置具１３４の挿入部１３
４ａと観察用アーム１３７の先端に取り付けられている
内視鏡１３６の挿入部１３６ａは、それぞれ、その先端
部が図１５に示すｅ方向およびｆ方向に湾曲駆動できる
ようになっている。このような湾曲駆動は、処置具１３
４のサーボモータ収納部１３４ｂおよび内視鏡１３６の
サーボモータ収納部１３６ｂ内にそれぞれ設けられたサ
ーボモータ（図示しない）を駆動させて挿入部１３４ａ
内に挿通配置されたワイヤー（図示しない）を牽引する
ことによって行われる。

【００８３】また、処置具１３４と内視鏡１３６は、図
１５に示すｇ方向に回転駆動できるようになっている。
このような回転駆動はフリー関節アームジョイント部１
３４ｃ，１３６ｃ内に設けられたサーボモータ１３４
ｄ，１３６ｄを駆動させて図示しない回転機構を作動さ
せることにより行われる。

【００８４】特に、処置具１３４の先端鉗子部１３４ｅ
には、この鉗子部１３４ｅを開閉させる開閉機構が設け
られており、この開閉機構は、サーボモータ収納部１３
４ｂ内に設けられたサーボモータ（図示しない）を駆動
させて挿入部１３４ａ内に挿通配置されたロボットもし
くはワイヤ部材を押し引き操作することにより作動され
る。

【００８５】図１６は処置具１３４の鉗子把持部を示
す。図１６において、１４０は処置具本体であり、処置
具本体１４０の先端部には把持手段としてのグリッパ１
４１が設けられている。１４２はグリッパ１４１を機構
的に開閉動作を行わすためのパンタグラフ構造を有する
リンク機構である。

【００８６】グリッパ１４１の内面鋸歯状の把持部１４
１ａには把持力を検知するための圧力センサ１４３が取
り付けられている。圧力センサ１４３で検出された圧力
は信号ケーブル１４４を介して後述する圧力検出装置に
送られる。

【００８７】前記圧力センサ１４３は、静電容量変化型
のものを使用しており、圧力のかかり具合のみの１次元
の情報を検知しているだけであるが、図１７に示すよう
な、圧力分布型センサ１４５を用いることによって、ど
こにどれくらいの力がかかっているのかという多次元的
な情報を検知することも可能になる。

【００８８】すなわち、図１７（ａ）において、Ａ層お
よびＢ層は、可撓性の高い導電体材料、Ｓ層は、感圧導
電性ゴムである。感圧導電性ゴムはゴムの中にカーボン
を混ぜたものであり、圧力分布に応じて厚み方向の単位
面積あたりの抵抗値が変化する。図１７（ｂ）は、感圧
センサ１４５の全体図で、Ｓ１，Ｓ３では電極（Ａ層）
を抵抗Ｒを通して正電圧Ｖ０に接続し、Ｓ２，Ｓ４で
は、電極（Ｂ層）を抵抗Ｒを介して負電圧Ｖ０に接続し
てある。この構成によれば、電極（Ａ層）の電圧および
電極（Ｂ層）の電圧をパラメータとした関数から、Ａ層
からＢ層へ流れる電流が求められ、感圧センサ１４５に
かかる圧力分布および各位置における圧力が求められる
という仕組みである。

【００８９】前記把持力検知手段として、圧力検知手段
を用いているが、歪センサのような位置変位センサを用
いることによっても、把持力検知が実現される。図１８
に、歪ゲージ１４６を処置具１３４のグリッパ１４１に
設けたものを示す。歪ゲージ１４６はグリッパ１４１の
背面に配置されている。この歪ゲージ１４６は、グリッ
パ１４１にかかる応力の変化情報を信号ケーブル１４４
を介して制御装置側に送られる。この構成によっても、
処置具１３４の把持力を検知することが可能となる。

【００９０】さて、処置具１３４と処置用アーム１３５
とを組み合わせたものを処置用スレーブマニピュレータ
と称し、内視鏡１３６と観察用アーム１３７とを組み合
わせたものを観察用スレーブマニピュレータと称するこ
とにする。

【００９１】処置用スレーブマニピュレータの入力手段
であるマスターアーム１３８と、観察用スレーブマニピ
ュレータの入力手段であるヘッドマウントディスプレイ
１３９（以下、ＨＭＤという。）とが図１４に示されて
いる。

【００９２】マスターアーム１３８は、複数のリンク機
構で構成されている。リンク機構を構成する各リンクに
は、位置検知用のエンコーダ（図示しない）が設けられ
ている。このエンコーダによって、各リンクの動作を検
知することで、マスターアーム１３８の移動量を検知で
きる。

【００９３】また、操作者がマスターアーム１３８から
手を離した場合にマスターアーム１３８がその自重によ
って勝手に動作しないように、マスターアーム１３８の
各アームリンクには電磁クラッチ（図示しない）が取り
付けられている。つまり、マスターアーム１３８は、こ
の電磁クラッチによって、必要以外の時には動かないよ
うにその動作が制限される。

【００９４】また、マスタースレーブモードで実際に処
置用スレーブマニピュレータを動かす際、電磁クラッチ
は、フットスイッチ１５２を踏む動作によって、その作
動が制御される。つまり、マスターアーム１３８の動作
のロックおよびこのロック状態の解除がフットスイッチ
１５２によって行えるようになっている。ここで、マス
タースレーブモードとは、入力手段であるマスターアー
ム１３８の動きが処置用スレーブマニピュレータに伝達
され得るモード、すなわち、処置用スレーブマニピュレ
ータがマスターアーム１３８の動きに追従できるモード
をいう。

【００９５】一方、ＨＭＤ１３９は、内視鏡１３６によ
って観察された映像を表示するディスプレイ（図示しな
い）を備えている。このディスプレイは、ＨＭＤ１３９
を術者の頭部に装着した際に、術者の目の位置にセット
されるように設けられている。また、ＨＭＤ１３９は、
術者の頭がどのように動いても、内視鏡１３６の先端で
とらえた映像を前記ディスプレイによって常時観察でき
るような構成になっている。このような構成のＨＭＤ１
３９によれば、従来のように処置中に術者が手術室に設
置されたＴＶモニターの方に視線を移すといった煩わし
い動作を行わなくて済むため、操作性が向上する。ま
た、患部から視線を外すことなく常に患者の映像を明確
に観察することができるため、安全な手術を行うことが
できる。

【００９６】術者の頭部の空間的な移動量は、磁気セン
サ１５０によって検知される。磁気センサ１５０は、一
様な磁場を発生する磁気センサソース部１５０ｂと、磁
気センサセンス部１５０ａとからなる。このうち磁気セ
ンサセンス部１５０ａがＨＭＤ１３９のほぼ中央に取り
付けられている。

【００９７】術者の頭の動きは、こうした磁気センサ１
５０によって検知されるが、その検知方法を簡単に説明
すると、ＨＭＤ１３９以外の所定の場所にセットされた
磁気センサソース部１５０ｂから発生される一様な磁場
を磁気センサセンス部１５０ａで検知し、頭の動きに伴
う磁場の変化分の情報を処理することによって、ソース
部１５０ｂとセンス部１５０ａとの空間的絶対移動量お
よびセンス部１５０ａの傾斜であるオイラー角（ロー
ル、ピッチ、ヨー）を求めて、術者の頭の移動量および
傾き量を検知するというものである。

【００９８】次に、処置用スレーブマニピュレータと観
察用マニピュレータの動作を制御する制御装置１５１に
ついて説明する。図１４に示すように、制御装置１５１
は、前記各スレーブマニピュレータを動作させるために
必要ないくつかの機能モジュールを具備している。

【００９９】すなわち、図中１５１ａは、制御装置１５
１の機能モジュールを統括制御する上位ＣＰＵであるマ
イクロコントローラである。１５１ｅは、マスターアー
ム１３８に設けられた前記エンコーダの動作量を保持し
ておくためのアップダウンカウンタである。当然、アッ
プダウンカウンタ１５１ｅは、マスターアーム１３８に
取り付けられたエンコーダ分の入力ポートを有してい
る。また、このアップダウンカウンタ１５１ｅは、具体
的には、マスターアーム１３８のエンコーダからの相対
的移動量に対して初期設定時（制御装置１５１の電源を
立ち上げた時）に予め設定したカウント値の増減を行わ
すものである。

【０１００】１５１ｄは、ＨＭＤ１３９に取り付けられ
た磁気センサ部１５０ａからの情報を検知するための磁
気センサデータインターフェイス回路である。この磁気
センサインターフェイス回路１５１ｄには磁気センサ１
５０の絶対位置情報とオイラー角の情報とが磁気センサ
センス部１５０ａから入力される。

【０１０１】１５１ｆは、キーボード１５３から入力さ
れた情報を受け取るためのキーボードインターフェイス
部である。１５１ｉは、本実施形態におけるマニピュレ
ータシステムの動作情報をフロッピィディスクに記憶す
るためのフロッピィディスクドライブである。１５１ｈ
は、フロッピィディスクドライブ１５１ｉをコントロー
ルするためのフロッピィディスクコントローラである。
なお、フロッピィディスクに保存される情報としては、
観察用・処置用スレーブマニピュレータの動作教示デー
タが挙げられる。

【０１０２】１５１ｇは、フットスイッチ１５２の入力
情報を検知するためのフットスイッチインターフェイス
部である。この部分で、フットスイッチ１５２が押され
ているか否かを判断する。

【０１０３】次に、各機能モジュールのインターフェイ
スについて説明する。制御装置１５１内に示されている
１５１ｍはデータバスラインである。このデータバスラ
イン１５１ｍは、マイクロコントローラ１５１ａから制
御指令インターフェイス１５１ｂに位置データを送った
り、スレーブアーム側のサーボ部エンコーダフィードバ
ック情報を読みとったり、アップダウンカウンタ１５１
ｅ、磁気センサ移動量インターフェイス１５１ｄ、キー
ボードインターフェイス部１５１ｆ、フットスイッチイ
ンターフェイス部１５１ｇ、フロッピィディスクインタ
ーフェイス部１５１ｈ、力覚検知回路１５１ｖのそれぞ
れからのデータをマイクロコントローラ１５１ａに取り
込んだりするラインである。

【０１０４】１５１ｋは、遠隔位置への位置指令データ
を送る信号ラインであり、１５４ａ，１５４ｂの送信信
号カップリング回路であり、フォトカプラを利用してい
る。１５４ｃは、遠隔位置へデータを送るための信号伝
送ラインであり、ＲＳ４２２規格のラインドライバ方式
を採用している。１５５ａは、制御装置１５１からきた
位置指令データ（どこまで動けという指令）を読みとり
位置制御を行うためのＤＳＰである。１５５ｂは、ＤＳ
Ｐ１５５ａで得られた制御演算結果をサーボドライバ１
５５ｃに送るためのアナログ指令ラインおよびサーボ部
フィードバックエンコーダラインである。１５５ｄは、
処置具１３４の先端に装着された力覚センサからの情報
を制御装置１５１におくるための力覚センサインターフ
ェイス回路である。

【０１０５】１５１ｕは、フロッピィディスクドライブ
１５１ｉとフロッピィディスクドライブコントローラ１
５１ｈとの間でのデータのやり取りを行うためのデータ
ラインである。１５１ｔは、フットスイッチ１５２とフ
ットスイッチインターフェイス部１５１ｇとの間でのイ
ンターフェイスである。１５１ｓは、キーボード１５３
とキーボードインターフェイス部１５１ｆとの通信を行
うためのデータラインである。

【０１０６】なお、前記インターフェイスにおいては、
データの受け渡しを行うデータバスライン１５１ｍしか
示さなかったが、前記各機能モジュールを選択するため
のアドレスバスやコントロールライン等が付加されてい
ることは言うまでもない。

【０１０７】１５１ｖは、前記処置具１３４の先端把持
部１３４ｅに取り付けられた圧力センサ１４３の情報を
１５１ｗの信号ラインを介して圧力情報を取り込み、圧
力情報を制御装置１５１内での演算用のためにデータを
加工するための力覚検出回路である。

【０１０８】次に、制御装置１５１内のデータの流れに
ついて説明する。基本的には、マスターアーム１３８あ
るいはＨＭＤ１３９の動作に追従して観察用スレーブマ
ニピュレータあるいは処置用スレーブマニピュレータが
動作するのが、マスタースレーブモードである。データ
の流れは、観察用も処置用も基本的には同じであるの
で、ここでは、処置用におけるマスタースレーブモード
の制御装置１５１内のデータの流れについてだけ説明す
る。

【０１０９】まず、マスターアーム１３８に設けられた
エンコーダの情報は、アップダウンカウンタ１５１ｅで
読み取られる。このアップダウンカウンタ１５１ｅで
は、初めにアップダウンカウンタ１５１ｅに設定された
データに対して移動量を増減させるので、絶対的な移動
量（マスターアーム１３８の移動量）が検知できる。こ
のアップダウンカウンタ１５１ｅ内に保持されているデ
ータは、サンプリング毎にマイクロコントローラ１５１
ａ内にデータバス１５１ｍを介して取り込まれる。マイ
クロコントローラ１５１ａ内では、前記移動量に対して
処置用スレーブマニピュレータの各軸をどのように動作
させるかを決定するための座標変換処理が行われる。

【０１１０】ここで、観察用の場合は、逆座標変換（磁
気センサ１５０の絶対位置と傾きとから、観察用スレー
ブマニピュレータの各駆動部へ出力する各リンクパラメ
ータの関節変数を求める変換作業）のみを行えば良い
が、処置用の場合には、マスターアーム１３８が複数の
リンクからなるため逆座標変換を行う前に、順座標変換
（マスターアーム１３８の先端の位置、姿勢を求める座
標変換作業）を行うことが必要になってくる。なお、マ
スターアーム１３８と処置用スレーブマニピュレータと
の動作の対応については、後述する。

【０１１１】座標変換処理が行われ、処置用スレーブマ
ニピュレータの各アーム部への移動量が算出されたら、
この移動量の指令値がマイクロコントローラ１５１ａか
らデータバス１５１ｍを介してサーボ指令インターフェ
イス回路１５１ｂに送られる。サーボ指令インターフェ
イス回路１５１ｂからの信号は、信号ライン１５４ｃを
介して遠隔位置にあるＤＳＰ１５５ａに送られる。この
ＤＳＰ１５５ａ内での処理は、ある決められた制御則
（例えば、ＰＩＤ制御のような簡単なアルゴリズムを用
いる）に基づいて行われる。ＤＳＰ１５５ａで得られた
制御演算結果は、アナログ指令値として、アナログ指令
ライン１５５ｂを介してサーボドライバ１５５ｃに出力
される。このアナログ指令値は、サーボドライバ１５５
ｃにより増幅され、この増幅された出力がサーボドライ
バ１５５ｃから処置用スレーブマニピュレータおよび観
察用マニピュレータのモータに出力される。これによっ
て、処置用スレーブマニピュレータおよび観察用マニピ
ュレータ内に配置されたモータがスレーブ側の機構を駆
動させて、処置用スレーブマニピュレータが動作する。

【０１１２】実際に、操作者がマスターアーム１３８を
動かし、患者１３２の体腔内にある対象部位を処置する
時には、マスターアーム１３８の動作による処置具１３
４の先端把持部１３４ｅの開閉動作が行われ、患部を掴
んだ時に、患部が圧力センサー１４３に力を加えるよう
になる。これによって、制御装置内１５１の圧力検知回
路１５１ｖによって、現在どの位の力が処置具１３４の
把持部に加わっているかを演算し、演算結果を、術者が
装着しているＨＭＤ１３９の画面に表示をさせるように
なっている。

【０１１３】さて、本実施形態においては、処置具１３
４の先端把持部１３４ｅにかかる力を視覚的にＨＭＤ１
３９に表示させているが、マスターアーム１３８の操作
者が把持する部分に空圧機器を設けて、把持力に比例し
た分空圧機器を膨張させることによって、操作者にあた
かも実際の処置感覚を与えることも可能である。ここで
は、バイラテラル方式による処置具把持力検知方法につ
いて述べる。

【０１１４】図１９はこの発明の第９の実施形態であ
る、バイラテラル方式による処置具把持力検知方法の原
理図を示す。図１９（ａ）の図中１６０は、処置具本体
であり、グリッパの先端に力覚センサ１６１が設けられ
ている。１６２のマスターアーム操作者把持部は、図の
ように空圧機器を採用したマスターアクチュエータ１６
３が内蔵されている。このアクチュエータ１６３は、電
空比例弁１６４を介してエアーコンプレッサ１６５と配
管１６６によって接続されている。

【０１１５】空圧機器は、図１９（ｂ）に示すように制
御信号により電空比例弁１６４の開閉を行うことによ
り、マスターアクチュエータ１６３内の空気圧を変化さ
せ、操作者把持部１６２にかかる力を制御するようにし
てある。制御信号は、操作者が開閉動作を行わそうとす
る時に、操作者把持部１６２に配置されたエンコーダ
（図示しない）からの位置指令情報が処置用スレーブア
ーム側に出され、その時の力覚センサ１６１の情報に比
例した出力を電空比例弁１６４に出力するようにしてあ
る。ここでは、比例出力であるが、ある決められた関数
を用いて制御信号を出力することによって、操作者にさ
まざまな感覚で把持力を与えることも可能である。

【０１１６】次に具体的な動作について、説明する。マ
スタースレーブモードにおいて、術者が図２０（ａ）に
示すように、マスターアーム１３８の先端に設定された
座標系のＺ軸を点線方向に移動させると、スレーブ（処
置用）アーム１３５も図２０（ｂ）に示すように、その
Ｚ軸が点線上に沿って移動するようになっている。要す
るに、マスターアーム１３８の先端のベクトルＭの動き
に追従してスレーブアーム１３５のベクトルＳが同じ動
きをする。

【０１１７】こうした動作を可能ならしめるために、マ
イクロコントローラ１５１ａ側で前述した座標変換が行
われる。これによって、例えば、マスターアーム１３８
の方向を図２０（ａ）の中のＹ方向に移動させた場合に
は、処置具１３４が図２０（ｂ）中のＹ方向に向き、か
つ、マスターアーム１３８の移動量と同じ移動量となる
ように処置具１３４の先端部が湾曲し、かつ、スレーブ
（処置用）アーム１３５が移動する。

【０１１８】処置用マニピュレータにおける前述した動
作と同様に、観察用マニピュレータにおいても、頭部に
取り付けたＨＭＤ１３９の動作に追従して観察用アーム
１３７と内視鏡１３６とが動作する。例えば、ＨＭＤ１
３９を図２０（ｃ）に示すＰの地点から点線に沿ってＱ
の地点まで動かした場合（この動作は、術者が前方に向
けて前進する場合に相当する）、スレーブ側の内視鏡１
３６は、図２０（ｄ）に示すＳ地点から点線に沿ってＴ
地点まで移動する。

【０１１９】特に、操作者がマスターアーム１３８を動
かし、患者１３２の体腔内にある対象部位を処置する時
には、マスターアーム１３８の動作による処置具１３４
の先端把持部１３４ｅの開閉動作が行われ、患部を掴ん
だ時に、患部が圧力センサ１４３に力を加えるようにな
る。その結果、操作者はＨＭＤ１３９の両面に表示され
た処置具１３４の把持圧力を見ながら処置を行うことが
できる。これによって、術中に患者１３２の患部の臓器
を掴みすぎるということがなくなる。同時に、処置具１
３４に把持検知手段が装着されているので、触診も可能
である。

【０１２０】なお、本実施形態においては、遠隔操作に
おける触覚提示手段が具備された手術用マニピュレータ
システムとして示してあるが、図２１に示すように図１
４のＤＳＰ１５５ａ，アナログ指令ライン１５５ｂ，サ
ーボドライバ１５５ｃおよび力覚センサインターフェイ
ス回路１５５ｄの機能を、各々制御指令インターフェイ
ス１５１ｂ，アナログ指令ライン１５１ｊ，サーボドラ
イバ１５１ｃおよび力覚検知回路１１１ｖというように
し、制御装置１５１内に装備させ、患者近傍での観察・
処置を行わすことも可能である。

【０１２１】前記実施形態によれば、次のような構成が
得られる。 （付記３８）生体内組織部位の観察と処置の少なくとも
一方を行う手術用マニピュレータと、この手術用マニピ
ュレータを操作するための操作手段と、前記各操作手段
からの制御情報に基づいて、手術用マニピュレータの動
作を制御する制御手段と、前記生体内組織部位の処置を
行うための手術用マニピュレータに具備された生体組織
と手術用マニピュレータとの間にかかる力を検知するた
めの力検知手段を設けたことを特徴とする手術用マニピ
ュレータシステム。

【０１２２】（付記３９）前記力検知手段は、圧力セン
サであることを特徴とする付記３８記載の手術用マニピ
ュレータシステム。 （付記４０）前記圧力センサは、静電容量検知方式であ
ることを特徴とする付記３９記載の手術用マニピュレー
タシステム。 （付記４１）前記圧力センサは、抵抗検知方式であるこ
とを特徴とする付記３９記載の手術用マニピュレータシ
ステム。 （付記４２）前記圧力センサは、圧力分布型センサであ
ることを特徴とする付記３９記載の手術用マニピュレー
タシステム。

【０１２３】（付記４３）前記力検知手段は、歪ゲージ
であることを特徴とする付記３８記載の手術用マニピュ
レータシステム。 （付記４４）前記観察用マニピュレータは、内視鏡であ
ることを特徴とする付記３８記載の手術用マニピュレー
タシステム。 （付記４５）前記内視鏡の画像を出力するための画像表
示装置を設けたことを特徴とする付記４４記載の手術用
マニピュレータシステム。

【０１２４】（付記４６）前記画像表示装置は、操作者
頭部に装着可能な表示装置であることを特徴とする付記
４５記載の手術用マニピュレータシステム。 （付記４７）前記画像表示装置に、力検知手段からの情
報を、視覚的に表示することを特徴とする付記４６記載
の手術用マニピュレータシステム。

【０１２５】以上説明したように、遠隔操作型マスター
スレーブマニピュレータによる観察・処置を行う際に、
処置具の力覚情報が検知できるので、把持をしすぎると
いった動作を回避することができるようになり、従来の
マスタースレーブマニピュレータシステムのものよりよ
り安全を確保でき、また、臓器の触診も可能であるた
め、安全性を保ち、かつ、従来通りの環境のように操作
者の観察・処置作業が行われることが可能となる。

【０１２６】また、マスタースレーブマニピュレータを
利用した内視鏡下外科手術システムにおいて、患者に
は、処置具挿入のための穴を体壁に少なくとも１つだけ
あけることで処置が可能となるため、患者に対する侵襲
を低減することが実現される。

【０１２７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、医療器具が生体組織から受ける触覚・力覚情報を検
出する力覚センサと医療器具本体との着脱を可能とする
ことにより、両者の洗浄、滅菌を別々に行うことができ
るため、医療器具の先端細部の洗浄、滅菌を簡単かつ確
実に行うことができる。また、医療器具本体と力覚セン
サとは異なる条件で、洗浄・滅菌できるため、力覚セン
サの耐久性を向上させることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態の医療器具のセンサ
ユニットを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）はグリッパに
取り付けた状態の縦断側面図。

【図２】同実施形態を示し、（ａ）はグリッパの一部を
示す斜視図、（ｂ）はグリッパの作用を説明するための
斜視図。

【図３】同実施形態を示し、（ａ）は医療器具の全体の
側面図、（ｂ）は筒状部材の断面図。

【図４】同実施形態の変形例を示し、（ａ）は感圧導電
ゴムの斜視図、（ｂ）はグリッパの作用を説明するため
の斜視図。

【図５】この発明の第２の実施形態の医療器具を示し、
（ａ）はグリッパの一部の斜視図、（ｂ）はグリッパの
縦断側面図。

【図６】この発明の第３の実施形態の医療器具を示し、
（ａ）はグリッパの一部の斜視図、（ｂ）はグリッパの
縦断側面図。

【図７】この発明の第４の実施形態を示し、（ａ）は医
療器具のセンサユニットの正面図、（ｂ）は内視鏡先端
硬質部に取り付けた状態の斜視図。

【図８】この発明の第５の実施形態のグリッパを示し、
（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図。

【図９】同実施形態のグリッパを示し、（ａ）は斜視
図、（ｂ）はグリッパの作用を説明するための側面図。

【図１０】この発明の第６の実施形態のグリッパを示
し、（ａ）（ｂ）は縦断側面図、（ｃ）は斜視図。

【図１１】この発明の第７の実施形態の体腔内手術用マ
ニピュレータシステムの全体構成図。

【図１２】同実施形態のマスターマニピュレータの操作
部の斜視図。

【図１３】同実施形態のブロック図。

【図１４】この発明の第８の実施形態の手術用マニピュ
レータシステムの全体構成図。

【図１５】同実施形態の処置具と内視鏡の側面図。

【図１６】同実施形態のグリッパを示し、（ａ）は使用
状態の側面図、（ｂ）はグリッパの側面図、（ｃ）はグ
リッパの斜視図。

【図１７】同実施形態の変形例を示し、（ａ）は圧力分
布型センサの断面図、（ｂ）は全体の斜視図。

【図１８】同実施形態の変形例を示し、鉗子把持部の斜
視図。

【図１９】この発明の第９の実施形態のバイラテラル方
式の処置具把持力検知方法の原理図。

【図２０】同実施形態のマスタースレーブの作用説明
図。

【図２１】同実施形態の手術用マニピュレータシステム
の全体構成図。

【符号の説明】 １１…処置具本体 １３…グリッパ ２６…板バネ ２７…歪ゲージ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部に力覚センサを備え、この力覚セ
   ンサによる検出情報を術者に提示する機能を有する医療
   器具において、前記力覚センサを生体組織との接触状態
   に応じて歪曲するセンサ保持部材に固定し、このセンサ
   保持部材を前記先端部に着脱自在に保持したことを特徴
   とする医療器具。