WO2020195208A1 - 術具並びに医療用マニピュレータシステム - Google Patents
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Definitions
- the techniques disclosed herein relate to surgical tools used in medical manipulator systems and medical manipulator systems to which one or more surgical tools are attached.
- a person operates a master arm at hand, and a remote slave arm traces the movement of the master arm, so that remote control of the manipulator can be realized.
- Master-slave robot systems are used in industrial fields such as surgical robots where fully autonomous operation under computer control is still difficult.
- Surgical robots equipped with multiple surgical tools such as forceps are also known.
- the surgical tool can be removed from the arm that holds the surgical tool, and the surgical robot can replace and use a large number of types of surgical tools that can be worn at one time or more.
- An object of the technique disclosed herein is to provide a surgical tool that can switch the usage state of the treatment unit, and a medical manipulator system that can attach and detach one or more surgical tools that can switch the usage state of the treatment unit. To do.
- the first aspect of the techniques disclosed herein is: A treatment unit having a first treatment unit at one end and a second treatment unit at the other end.
- a holding unit that supports the treatment unit so that the usage state of the first treatment unit and the second treatment unit can be switched. It is a surgical tool equipped with.
- the holding portion can rotatably support the holding portion around an exchange shaft to switch between the usage state of the first treatment portion and the second treatment portion, and the first treatment portion and the first treatment portion are described.
- the treatment unit is supported so that one of the treatment units of 2 is in a usable state and the other is in a standby state.
- the first treatment section and the second treatment section may be, for example, forceps, a pneumoperitoneum tube, an energy treatment tool, a rod, or a retractor, respectively.
- the holding unit includes a storage unit that stores the treatment unit in the standby state among the first treatment unit and the second treatment unit. Further, the holding unit rotatably supports the treatment unit around the exchange shaft, rotates the treatment unit around the exchange shaft, and alternately alternates the first treatment unit and the second treatment unit. Switch between usable state and standby state.
- the surgical tool according to the first side surface further includes an exchange mechanism portion for rotating the treatment unit around the exchange shaft.
- At least one of the first treatment unit and the second treatment unit is an open / close type end effector, and the storage unit is in a closed state when the open / close type end effector is in a standby state.
- the storage portion has a U-shaped cross section having an opening in the direction around the replacement shaft, and the opening / closing type end effector opens / closes around the opening / closing shaft orthogonal to the replacement shaft.
- the surgical tool according to the first side surface may include an opening / closing mechanism portion for opening / closing the opening / closing type end effector.
- the opening / closing mechanism portion closes the opening / closing type end effector when the forceps portion transitions to the standby state.
- the second aspect of the technology disclosed herein is: The treatment unit having the first treatment unit at one end and the second treatment unit at the other end, and the usage state of the first treatment unit and the second treatment unit can be switched.
- a surgical tool consisting of a holding part that supports the treatment unit, An arm to which the surgical instrument is attached and having at least one joint, It is a medical manipulator system equipped with.
- system here means a logical assembly of a plurality of devices (or functional modules that realize a specific function), and each device or functional module is in a single housing. It does not matter whether or not it is.
- FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example (first embodiment) of the surgical tool 100.
- FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration example (first embodiment) of the surgical tool 100.
- FIG. 3 is a diagram showing how the states of the first treatment unit 111 and the second treatment unit 112 are switched.
- FIG. 4 is a diagram showing how the states of the first treatment unit 111 and the second treatment unit 112 are switched.
- FIG. 5 is a diagram showing how the states of the first treatment unit 111 and the second treatment unit 112 are switched.
- FIG. 6 is a diagram showing how the states of the first treatment unit 111 and the second treatment unit 112 are switched.
- FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration example (second embodiment) of the surgical tool 700.
- FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example (first embodiment) of the surgical tool 100.
- FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration example (first embodiment) of the surgical tool 100.
- FIG. 3 is
- FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration example (second embodiment) of the surgical tool 700.
- FIG. 9 is a diagram showing how the states of the first forceps 711 and the second forceps 712 are switched.
- FIG. 10 is a diagram showing how the states of the first forceps 711 and the second forceps 712 are switched.
- FIG. 11 is a diagram showing how the states of the first forceps 711 and the second forceps 712 are switched.
- FIG. 12 is a diagram showing how the states of the first forceps 711 and the second forceps 712 are switched.
- FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of the exchange mechanism unit 750.
- FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of the exchange mechanism unit 750.
- FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration example of the first forceps 711.
- FIG. 16 is a diagram showing how the forceps 711 shown in FIG. 15 are closed.
- FIG. 17 is a diagram showing a configuration example of the opening / closing mechanism unit 760.
- FIG. 18 is a diagram showing an operation example of the opening / closing mechanism unit 760.
- FIG. 19 is a diagram showing a configuration example of an opening / closing mechanism unit 760 having a function of closing the blade.
- FIG. 20 is a diagram showing an operation example of the opening / closing mechanism unit 760 shown in FIG.
- FIG. 21 is a diagram showing another configuration example of the opening / closing mechanism unit 760 having a function of closing the blade.
- FIG. 22 is a diagram showing how the opening / closing mechanism unit 760 shown in FIG. 21 operates.
- FIG. 23 is a diagram showing how the forceps are opened and closed by the opening / closing mechanism unit 760 shown in FIG.
- FIG. 24 is a diagram showing how the forceps are opened and closed by the opening / closing mechanism unit 760 shown in FIG.
- FIG. 25 is a diagram showing how the opening / closing mechanism unit 760 shown in FIG. 21 closes the forceps that transition to the standby state.
- FIG. 26 is a diagram showing how the opening / closing mechanism portion 760 shown in FIG. 21 closes the forceps that transition to the standby state.
- FIG. 27 is a diagram showing how the opening / closing mechanism unit 760 shown in FIG.
- FIG. 29 is a diagram showing a configuration example (third embodiment) of the surgical tool 2900.
- FIG. 30 is a diagram showing how the first forceps 2911 opens and closes.
- FIG. 31 is a diagram showing how the first forceps 2911 opens and closes.
- FIG. 32 is a diagram showing how the first forceps 2911 opens and closes.
- FIG. 33 is a diagram showing the internal structure of the first forceps 2911.
- FIG. 34 is a diagram showing the internal structure of the first forceps 2911.
- FIG. 34 is a diagram showing the internal structure of the first forceps 2911.
- FIG. 35 is a diagram showing the internal structure of the first forceps 2911.
- FIG. 36 is a diagram showing the configuration and operation of the opening / closing mechanism portion applied to the surgical tool 2900.
- FIG. 37 is a diagram showing the configuration and operation of the opening / closing mechanism portion applied to the surgical tool 2900.
- FIG. 38 is a diagram showing the configuration and operation of the opening / closing mechanism portion applied to the surgical tool 2900.
- FIG. 39 is a diagram showing the configuration and operation of the opening / closing mechanism portion applied to the surgical tool 2900.
- FIG. 40 is a diagram showing the configuration and operation of the opening / closing mechanism portion applied to the surgical tool 2900.
- FIG. 41 is a diagram showing an operation of closing the blade when the first forceps 711 transitions from the usable state to the standby state.
- FIG. 42 is an enlarged view of the vicinity of the cam slider 3600 in the state shown in FIG. 41.
- FIG. 43 is a diagram showing an operation of closing the blade when the first forceps 711 transitions from the usable state to the standby state.
- FIG. 44 is an enlarged view of the vicinity of the cam slider 3600 in the state shown in FIG. 43.
- FIG. 45 is a diagram showing an operation of closing the blade when the first forceps 711 transitions from the usable state to the standby state.
- FIG. 46 is an enlarged view of the vicinity of the cam slider 3600 in the state shown in FIG. 45.
- FIG. 47 is a diagram showing an operation of closing the blade when the first forceps 711 transitions from the usable state to the standby state.
- FIG. 48 is an enlarged view of the vicinity of the cam slider 3600 in the state shown in FIG. 47.
- FIG. 49 is a diagram schematically showing a configuration example of the articulated arm 4900.
- FIG. 50 is a diagram schematically showing the functional configuration of the master-slave type surgical system 5000.
- FIGS. 1 to 6 a first embodiment of the technique disclosed in the present specification will be described with reference to FIGS. 1 to 6. Subsequently, a second embodiment of the technique disclosed in the present specification will be described with reference to FIGS. 7 to 28. Subsequently, as a third embodiment, a specific implementation example of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 29 to 48. Then, as a fourth embodiment, a surgical system that can use the surgical instruments introduced as the first to third embodiments will be described.
- FIG. 1 and 2 schematically show a configuration example of the surgical tool 100 according to the first embodiment.
- the illustrated surgical tool 100 includes a treatment unit 110 and a holding portion 120.
- FIG. 1 shows a view of the surgical tool 100 from the side surface of a plane including the replacement shaft 130 (described later) and the longitudinal direction of the treatment unit 110
- FIG. 2 shows the upper surface of the surgical tool 100 viewed from the direction of the replacement shaft 130. It shows how it looks.
- the treatment unit 110 includes a first treatment unit 111 at one end and a second treatment unit 112 at the other end.
- the first treatment section 111 and the second treatment section 112 are simplified, but these are, for example, forceps and pneumoperitoneum tubes, energy treatment tools, laparoscopes, and retractors, which are openable and closable end effectors. It consists of a treatment tool that is inserted into the body cavity of a patient and used in laparoscopic surgery.
- the energy treatment tool referred to here is a treatment tool that incises or peels tissue, seals a blood vessel, or the like by the action of high-frequency current or ultrasonic vibration.
- the treatment unit 110 may be provided with different types of treatment tools as the first treatment unit 111 and the second treatment unit 112 at both ends, or may be provided with different types of treatment tools of the same type, or the same. It may be provided with the same type of treatment tool. In any case, the treatment unit 110 can be used in two ways by the first treatment unit 111 and the second treatment unit 112.
- the first treatment portion 111 is filled with light gray and the handle portion is filled with dots, while the second treatment portion 112 is filled with dark gray and the handle portion is shaded. It is filled in and shown.
- the holding unit 120 supports the use state of the first treatment unit 111 and the second treatment unit 112 so as to be switchable.
- the used state referred to here includes a usable state and a standby state.
- the holding unit 120 supports the treatment unit 110 so that one of the first treatment unit 111 and the second treatment unit 112 is in a usable state and the other is in a standby state in which the other is housed.
- the holding portion 120 has a storage portion 140 having an opening having a U-shaped cross section, and the treatment unit 110 is rotatably supported by an exchange shaft 130 near the tip of the holding portion 120.
- the storage portion 140 has a size and a shape that both the first treatment portion 111 and the second treatment portion 112 can be inserted from the rotation direction around the exchange shaft 130.
- one of the first treatment unit 111 and the second treatment unit 112 appears from the storage unit 140 to the outside world and becomes usable according to the rotation angle around the exchange shaft 130. At the same time, the other enters the storage unit 140 and becomes an unusable standby state.
- the first treatment unit 111 is in a usable state
- the second treatment unit 112 is in a standby state in which the storage unit 140 is housed.
- the states of the first treatment unit 111 and the second treatment unit 112 can be switched.
- 3 to 6 show that by rotating the treatment unit 110 around the replacement shaft 130 in the counterclockwise direction by 180 degrees, the second treatment unit 112 is switched from the standby state to the usable state, and at the same time, the second treatment unit 112 is switched to the usable state.
- the state in which the treatment unit 111 of No. 1 is switched from the usable state to the standby state is shown step by step.
- FIGS. 2 to 6 by rotating the treatment unit 110 around the replacement shaft 130 by 180 degrees, the states of the first treatment unit 111 and the second treatment unit 112 are exchanged.
- one of the first treatment unit 111 and the second treatment unit 112 is in the usable state and the other is in the standby state.
- a mechanism such as a latch that holds the treatment unit 110 so as not to rotate around the replacement shaft 130 (not shown).
- the illustration of the root portion after the left end of the holding portion 120 is omitted. It is assumed that the root portion of the holding portion 120 has, for example, a shape and structure in which the slave arm of the surgical master-slave system can be attached. Further, the root portion of the holding portion 120 may have a shape or structure that can be attached to a manual forceps that is manually operated.
- the user may be notified.
- one of the first treatment unit 111 and the second treatment unit 112 is set to be usable by using an encoder that detects the rotation position of the treatment unit 110 around the replacement shaft 130, another sensor, or the like. Try to detect that it has been done. Then, this detection result is output to the master side of the surgical master-slave system, and the master device is used for lighting (blinking of LED (Light Emitting Diode), etc.), sound (beep sound, etc.), hubtics, and monitor screen. Notify the user that the replacement of the treatment unit is completed through a display or the like.
- the surgical tool 100 is used by being inserted into the body cavity of a patient via a trocar, for example, in laparoscopic surgery.
- the surgeon may replace the treatment portion in the body cavity without removing the surgical tool 100 from the body cavity after confirming a space sufficient for the treatment unit 110 to be safely rotated. ..
- a distance sensor TOF (Time Of Flight), laser, IR (Infrared), etc.
- TOF Time Of Flight
- IR Infrared
- the surgical tool 100 according to the first embodiment is subjected to the first treatment by rotating the treatment unit 110 by 180 degrees (in other words, without removing the surgical tool 100 from the body cavity and replacing the treatment tool as in the conventional case). It can be used in two ways, a unit 111 and a second treatment unit 112. Therefore, a plurality of treatment tools can be used with the same surgical tool in a small space. Further, the treatment tool can be switched in a short time by a simple operation of rotating the treatment unit 110. Therefore, it can be expected that the time required for exchanging the surgical tool can be reduced and the surgical time can be shortened, and the burden on the patient can be reduced accordingly.
- the number of surgical tools attached to the surgical robot is reduced, or more when the same number of surgical tools are attached.
- the treatment tools can be used at the same time.
- the surgical tool 100 is sterilized or washed, two types of treatment tools are sterilized or washed at the same time.
- the time required for changing the surgical process can be shortened, and the labor of the operator can be reduced.
- the surgical tool according to the second embodiment not only simply switches the usage state of the two forceps, but also has a function of opening / closing the forceps in the usable state and when switching the usage state. It is also characterized in that it has a function to control the open / closed state of the forceps.
- the end effector may be, for example, a jaw that generates a gripping force, a cutting blade, a stapler, or the like.
- a surgical tool in which one type of open / close type end effector is combined with an end effector other than the open / close type for example, an energy treatment tool
- FIG. 7 and 8 schematically show a configuration example of the surgical tool 700 according to the second embodiment.
- the illustrated surgical tool 700 includes a treatment unit 710 and a holding portion 720.
- FIG. 7 shows a view of the surgical tool 700 from the side in a plane including the replacement shaft 730 (described later) and the longitudinal direction of the treatment unit 710
- FIG. 8 shows a view of the upper surface of the surgical tool 700 from the direction of the replacement shaft 730. It shows how it looks.
- the treatment unit 710 is provided with a first forceps 711 at one end and a second forceps 712 at the other end.
- the forceps are provided with a pair of blades (jaws), and each blade is rotatably supported around an opening / closing axis near the root, and has a structure (a pair of jaws) that can be opened / closed.
- the shapes of the blades of the first forceps 711 and the second forceps 712 are simplified and drawn for the sake of simplification of the drawing, but the shapes of the blades are actually different depending on the gripping object and the application. You may be doing it.
- the first forceps 711 is painted with light gray and the handle portion is filled with dots, while the second forceps 712 is filled with dark gray and the handle portion is filled with diagonal lines. Represents.
- the holding portion 720 supports the use state of the first forceps 711 and the second forceps 712 in a switchable manner.
- the used state referred to here includes a usable state and a standby state.
- the holding unit 720 supports the treatment unit 710 so that one of the first forceps 711 and the second forceps 712 is in a usable state and the other is in a standby state in which the other is housed.
- the holding portion 720 has a storage portion 740 having an opening having a U-shaped cross section, and the treatment unit 710 is rotatably supported by an exchange shaft 730 near the tip of the holding portion 720.
- the accommodating portion 740 has a size and a shape so that both the first forceps 711 and the second forceps 712 can be inserted from the rotation direction around the exchange shaft 730. Therefore, in the treatment unit 710, one of the first forceps 711 and the second forceps 712 appears from the storage portion 740 to the outside world and becomes usable according to the rotation angle around the exchange shaft 730. The other enters the storage unit 740 and becomes an unusable standby state.
- the first forceps 711 is in a usable state
- the second forceps 712 is in a standby state in which the storage unit 740 is housed.
- the surgical tool 700 includes an exchange mechanism unit 750 for rotating the treatment unit 710 around the exchange shaft 730 to switch the state of the first forceps 711 and the second forceps 712.
- the details of the exchange mechanism unit 750 will be described later.
- the first forceps 711 is provided with a pair of blades, and each blade is rotatably supported around an opening / closing shaft 713 near the root, and has a structure capable of opening / closing the blades.
- the second forceps 712 includes a pair of blades, and each blade is rotatably supported around an opening / closing shaft 714 near the root, so that the blades can be opened / closed.
- Both the opening / closing axes 713 and 714 of the first forceps 711 and the second forceps 712 are orthogonal to the rotation axis of the exchange axis 730. Therefore, the blades of both the first forceps 711 and the second forceps 712 open and close in a direction parallel to the rotation axis of the exchange shaft 730. It can also be said that the first forceps 711 and the second forceps 712 open and close in a direction orthogonal to the trajectory when the treatment unit 710 is rotated around the exchange shaft 730.
- the storage unit 740 has a U-shape with an opening along the trajectory of the tip of the treatment unit 710.
- the first forceps 711 and the second forceps 712 can fit into the U-shape of the accommodating portion 740 by closing the blades when transitioning from the usable state to the standby state. Further, when the blade is housed in the storage unit 740, the blade is sandwiched between the U-shapes, so that the opening / closing operation cannot be performed. In the examples shown in FIGS. 7 and 8, since the first forceps 711 in the usable state appears in the outside world, the blade can be opened and closed. On the other hand, the second forceps 712 in the standby state is housed in the accommodating portion 740, and the blade is kept in the closed state and cannot be opened.
- the surgical tool 700 includes an opening / closing mechanism unit 760 for opening / closing the forceps of the first forceps 711 and the second forceps 712 that are in a usable state.
- the opening / closing mechanism unit 760 also realizes an operation of closing the blade when the first forceps 711 and the second forceps 712 transition from the usable state to the standby state. This is because if the blade is left open, it will collide with the U-shaped wall of the storage unit 740. However, the details of the opening / closing mechanism 760 will be described later.
- FIGS. 9 to 12 show step by step how the treatment unit 710 rotates around the replacement shaft 730 in the counterclockwise direction.
- the second forceps 712 is switched from the standby state to the usable state, and at the same time, the first forceps 711 Switch from the usable state to the standby state.
- the state in which the first forceps 711 is viewed from the side surface, that is, the opening / closing shaft 713 is also shown. It should be fully understood that the blade gradually closes in the process of transitioning from the usable state to the standby state of the first forceps 711.
- FIGS. 13 and 14 show a configuration example of the exchange mechanism unit 750 applied to the above-mentioned surgical tool 700.
- the exchange mechanism unit 750 is wound around the pulley 1301 that rotates around the exchange shaft 730 integrally with the treatment unit 710 and once or a plurality of times around the outer circumference of the pulley 1301. It consists of wire 1302.
- the treatment unit 710 rotates around the replacement shaft 730.
- the states of the first forceps 711 and the second forceps 712 are exchanged.
- FIG. 15 schematically shows a configuration example of the first forceps 711.
- the opening / closing mechanism of the first forceps 711 will be described with reference to FIG.
- the second forceps 712 is not shown, the opening / closing mechanism of the second forceps 712 may be the same as that of the configuration example of FIG. 15, although the shape of the blade edge and the like are different.
- the linear motion portion 1504 is pushed out in the direction of the tip side (distal end side) indicated by the arrow of reference number 1505 by using the restoring force of a spring (not shown). Therefore, the diamond shape of the parallel crank 1503 is opened, and in conjunction with this, a force is applied to the blade 1501 and the blade 1502 in the direction of opening around the opening / closing shaft 713. Therefore, in the state where no force is applied, the first forceps 711 is opened as shown in FIG.
- the diamond shape of the parallel crank 1503 is folded and interlocked with this. Therefore, a force is applied to the blade 1501 and the blade 1502 in the direction of closing around the opening / closing shaft 713. Therefore, as shown in FIG. 16, the first forceps 711 can be closed.
- FIGS. 17 and 18 show a configuration example of the opening / closing mechanism portion 760 and the opening / closing of the first forceps 711 when the first forceps 711 having the configurations shown in FIGS. 15 and 16 are adopted.
- the opening / closing mechanism portion 760 is composed of a wire 1701 attached to the linear motion portion 1504.
- the linear motion portion 1504 can be pulled toward the root side (distal end side) via the wire 1701.
- the linear motion portion 1504 is pushed out in the direction of the tip end side (distal end side) indicated by the arrow of reference number 1505 by using the restoring force of a spring (not shown), and therefore, as shown in FIG.
- the first forceps 711 are open.
- the diamond shape of the parallel crank 1503 is folded, and in conjunction with this, the blades 1501 and the blades 1502 A force is applied in the closing direction around the opening / closing shaft 713. Therefore, as shown in FIG. 18, the first forceps 711 can be closed.
- the opening / closing mechanism unit 760 the operation of closing the blade is performed when the first forceps 711 transitions from the usable state to the standby state, that is, while the treatment unit 710 rotates 180 degrees around the replacement shaft 730. It is hoped that it will be realized (described above). This is because if the blade is left open, it will collide with the U-shaped wall of the storage unit 740.
- 19 and 20 show a configuration example of the opening / closing mechanism unit 760 having a function of closing the blade while the treatment unit 710 rotates 180 degrees around the replacement shaft 730.
- an insertion hole 1901 is bored in the exchange shaft 730.
- the wire 1701 attached to the linear motion portion 1504 of the first forceps 711 is inserted into the insertion hole 1901 of the exchange shaft 730. Therefore, when the first forceps 711 is rotated 180 degrees around the replacement shaft 730 to enter the standby state, the wire 1701 is wound around the outer circumference of the replacement shaft 730 as shown in FIG. As a result, the wire 1701 pulls the linear motion portion 1504, and the blade of the first forceps 711 can be closed.
- the amount of tension of the wire 1701 accompanying the state transition can be adjusted by adjusting the size and shape of the pulley.
- FIG. 21 shows another configuration example of the opening / closing mechanism unit 760.
- the opening / closing mechanism portion 760 has an opening 2101 whose inner circumference is a cam surface, and is composed of a cam slider 2100 that can be slid in the longitudinal direction of the treatment unit 710.
- the opening / closing mechanism unit 760 including the cam slider 2100 shown in FIG. 21 also has a function of closing the blade while the treatment unit 710 rotates 180 degrees around the replacement shaft 730.
- the opening 2101 of the cam slider 2100 accommodates a protrusion 2111 provided at the end of the linear motion portion 1504 of the first forceps 711. Further, a protrusion 2112 provided at the end of a similar linear motion portion on the second forceps portion 712 side is also housed in the opening 2101. Further, a wire 2121 is attached to the end edge of the cam slider 2100 on the root side.
- the cam shape of the opening 2101 of the cam slider 2100 is eccentric so that its center is closer to the forceps side (or proximal end side) in the standby state from the rotation center of the exchange shaft 730. That is, it has a cam shape having the longest diameter in the direction of the tip side (distal end side) and the shortest diameter in the direction of the root side (proximal end side) with the replacement shaft 730 as the center.
- the protrusions 2112 and the replacement shaft 730 are more than the distance D1 between the protrusions 2111 and the rotation center of the replacement shaft 730.
- the distance D2 to the center of rotation of is shorter. Therefore, on the side of the first forceps 711 that is in the usable state, the linear motion portion 1504 is not pulled toward the root side, so that the opening / closing operation can be performed.
- the linearly moving portion is pulled in the opposite direction of the blade via the protrusion 2112 that is in contact with the inner wall surface of the opening 2101. , The blade of the second forceps 712 in the standby state can be closed.
- FIG. 23 shows the side surface of the treatment unit 710 when the opening / closing mechanism unit 760 is in the position corresponding to FIG. 21, and FIG. 24 shows the treatment unit when the opening / closing mechanism unit 760 is in the position corresponding to FIG. 22.
- the side surface of 710 is shown.
- the first forceps 711 are ready for use.
- the cam slider 2100 is pushed out toward the tip side (distal end side) by using the restoring force of a spring (not shown). Therefore, the diamond shape of the parallel crank 1503 is opened, and in conjunction with this, a force is applied to the blade 1501 and the blade 1502 in the direction of opening around the opening / closing shaft 713. Therefore, in the state where no force is applied, the first forceps 711 are opened as shown in FIGS. 21 and 23.
- the linear moving portion 1504 is pulled through the protrusion 2111 which is in contact with the inner wall surface of the opening 2101.
- the rhombus of the parallel crank 1503 is folded, and in conjunction with this, a force is applied to the blade 1501 and the blade 1502 in the direction of closing around the opening / closing shaft 713. Therefore, as shown in FIGS. 22 and 24, the first forceps 711 can be closed.
- 25 to 28 show step by step how the treatment unit 710 is rotated around the replacement shaft 730 by 180 degrees in the counterclockwise direction.
- the second forceps 712 is switched from the standby state to the usable state, and at the same time, the first forceps 712 is switched from the standby state to the usable state.
- the forceps 711 are switched from the usable state to the standby state.
- the protrusion 2111 abuts on the inner wall surface of the opening 2101 and is pulled according to the rotation angle around the replacement shaft 730 of the treatment unit 710, so that the blade of the first forceps 711 gradually moves. I will close it. Then, when rotated by 180 degrees, the blade of the first forceps 711 is completely closed, and the first forceps 711 is housed in the U-shape of the storage portion 740 and is in a standby state. The other second forceps 712 is replaced with a usable state.
- the surgical instrument At the rotational position where one of the first forceps 711 and the second forceps 712 is in the usable state and the other is in the standby state (or either of the first forceps 711 and the second forceps 712 is in the standby state). It is preferable in terms of use of the surgical instrument to have a mechanism (not shown) such as a latch that holds the treatment unit 710 so as not to rotate around the replacement shaft 730 (when it becomes usable).
- a mechanism such as a latch that holds the treatment unit 710 so as not to rotate around the replacement shaft 730 (when it becomes usable).
- the illustration of the root portion after the left end of the holding portion 720 is omitted. It is assumed that the root portion of the holding portion 720 has, for example, a shape and structure so that the slave arm of the surgical master-slave system can be attached. Further, the root portion of the holding portion 720 may have a shape or structure that can be attached to a manual forceps that is manually operated.
- the user may be notified.
- one of the first forceps 711 and the second forceps 712 was set to be usable by using an encoder that detects the rotation position of the treatment unit 710 around the exchange shaft 730, another sensor, or the like. Try to detect that. Then, this detection result is output to the master side of the surgical master-slave system, and the master device is used by the user through lighting (LED blinking, etc.), sound (beep sound, etc.), hub tics, monitor screen display, etc. To notify that the replacement of the treatment unit has been completed.
- the surgical instrument 700 is used by being inserted into the body cavity of a patient via a trocar, for example, in laparoscopic surgery. For example, after confirming a space that allows the treatment unit 710 to rotate safely, or by mounting a distance sensor (TOF, laser, IR, etc.) on the surgical instrument 700, the distance from the surrounding tissue. To make sure that there is enough space to safely rotate the treatment unit 710, and to replace the forceps in the body cavity without removing the surgical instrument 700 from the body cavity. It may be.
- TOF laser, IR, etc.
- the surgical tool 700 according to the second embodiment is rotated by 180 degrees of the treatment unit 710 (in other words, without the conventional work of removing the surgical tool 700 from the body cavity and exchanging forceps), and the first forceps 711.
- the second forceps 712 can be used in two ways. Therefore, a plurality of forceps can be used with the same surgical tool in a small space.
- the time required for exchanging surgical tools can be reduced and the surgical time can be shortened, which is expected to reduce the burden on the patient.
- the number of surgical tools attached to the surgical robot is reduced, or more when the same number of surgical tools are attached.
- the treatment tools can be used at the same time.
- the surgical tool 700 is sterilized or washed, two types of treatment tools are sterilized or washed at the same time.
- the time required for changing the surgical process can be shortened, and the labor of the operator can be reduced.
- one type of open / close type treatment part may be combined with a treatment part other than the open / close type (for example, an energy treatment tool) (in this case).
- the surgical tool need only be equipped with an opening / closing function and an opening / closing control function when switching the usage state only for the opening / closing type treatment part).
- FIG. 29 shows a configuration example of the surgical tool 2900 according to the third embodiment.
- the illustrated surgical tool 2900 includes a treatment unit 2910 and a holding portion 2920.
- the treatment unit 2910 is provided with a first forceps 2911 at one end and a second forceps 2912 at the other end.
- the forceps are provided with a pair of blades (jaws), and each blade is rotatably supported around an opening / closing axis near the root, and has a structure (a pair of jaws) that can be opened / closed.
- the shape of the gripping surface of the blade is different between the first forceps 2911 and the second forceps 2912.
- the first forceps 2911 is filled with light gray and the handle portion is filled with dots
- the second forceps 2912 is filled with dark gray and the handle portion is filled with diagonal lines. ..
- the holding portion 2920 supports the use state of the first forceps 2911 and the second forceps 2912 so as to be switchable.
- the usable state referred to here includes a usable state and a standby state, and the holding unit 2920 is in a standby state in which one of the first forceps 2911 and the second forceps 2912 is in the usable state and the other is housed.
- the holding portion 2920 has a storage portion 2940 having an opening having a U-shaped cross section, and the treatment unit 2910 is rotatably supported by an exchange shaft 2930 near the tip of the holding portion 2920.
- the accommodating portion 740 has a size and a shape that allows both the first forceps 2911 and the second forceps 2912 to be inserted from the rotation direction around the exchange shaft 2930. Therefore, in the treatment unit 2910, one of the first forceps 2911 and the second forceps 2912 appears from the storage portion 2940 to the outside world and becomes usable according to the rotation angle around the exchange shaft 2930. The other enters the storage unit 2940 and becomes an unusable standby state.
- the first forceps 2911 is in a usable state
- the second forceps 2912 is in a standby state in which the storage portion 2940 is housed. Further, by rotating the treatment unit 2910 around the exchange shaft 2930, the states of the first forceps 2911 and the second forceps 2912 can be switched.
- the first forceps 2911 includes a pair of blades, each of which is rotatably supported around an opening / closing shaft 2913 near the root.
- the second forceps 2912 also includes a pair of blades, each of which is rotatably supported around an opening / closing axis near the root.
- FIGS. 33 to 35 illustrate the internal structure of the first forceps 2911. Although the second forceps 2912 is not shown, the opening / closing mechanism of the second forceps 2912 may be the same as that of the configuration examples of FIGS. 33 to 35, although the shape of the blade edge and the like are different.
- the first forceps 2911 is composed of a pair of blades 3301 and 3302.
- the blade 3301 and the blade 3302 intersect at the opening / closing shaft 2913 and can rotate around the opening / closing shaft 2913, respectively.
- the parallel crank 3303 is formed by using the portions of the blades 3301 and the blades 3302 that extend toward the roots of the opening / closing shafts 2913.
- a linear motion portion 3304 that can slide back and forth in the longitudinal direction of the treatment unit 2910 is connected to the end portion of the parallel crank 3303 on the root side.
- the linear motion portion 3304 is pulled in the direction of the root side (proximal end side) indicated by the arrow of the reference number 3305, the diamond shape of the parallel crank 3303 is folded, and in conjunction with this, the blade 3301 and the blade 3302 are folded. A force is applied in the direction of closing around the opening / closing shaft 2913. Therefore, as shown in FIGS. 34 and 35, the first forceps 2911 gradually closes according to the distance at which the linear motion portion 3304 is pulled toward the root side.
- the linear motion portion 3304 is formed with a protrusion 3306 used during a tension operation.
- the opening / closing shaft 2913 of the first forceps 2911 is orthogonal to the rotation axis of the replacement shaft 2930. Therefore, the blade of the first forceps 2911 opens and closes in a direction parallel to the rotation axis of the exchange shaft 2930. It can also be said that the first forceps 2911 opens and closes in a direction orthogonal to the trajectory when the treatment unit 2910 is rotated around the exchange shaft 2930. The same applies to the second forceps 2912.
- the storage portion 2940 has a U-shape having an opening along the trajectory of the tip of the treatment unit 2910.
- the first forceps 2911 and the second forceps 2912 can fit into the U-shape of the housing portion 2940 by closing the blades when transitioning from the usable state to the standby state. Further, when the blade is housed in the storage portion 2940, the blade is sandwiched between the U-shapes, so that the opening / closing operation cannot be performed. In the example shown in FIG. 29, since the first forceps 2911 in the usable state appears in the outside world, the blade can be opened and closed. On the other hand, the second forceps 2912 in the standby state is housed in the storage portion 2940, and the blade is kept in the closed state and cannot be opened.
- the surgical tool 2900 is provided with an opening / closing mechanism for opening / closing the forceps of the first forceps 2911 and the second forceps 2912 that are in a usable state.
- the opening / closing mechanism also realizes an operation of closing the blade when the first forceps 2911 and the second forceps 2912 transition from the usable state to the standby state. This is because if the blade is left open, it will collide with the U-shaped wall of the storage section 2940.
- FIG. 36 shows a perspective view of the cam slider 3600, which is a main component of the opening / closing mechanism.
- FIG. 37 shows a state in which the cam slider 3600 is incorporated in the vicinity of the replacement shaft 2930 of the surgical tool 2900.
- a part of the vicinity of the tip of the holding portion 2920 is cut out and shown.
- the cam slider 2600 has a function of opening and closing the forceps in a usable state and a function of closing the blade while the treatment unit 2910 rotates 180 degrees around the replacement shaft 2930.
- the cam slider 3600 has a recessed portion 3601 whose inner wall surface is formed of a cam surface.
- the vicinity of the recessed portion 3601 of the cam slider 3600 is cut out thinly so as to form an opening so that the inside of the recessed portion 3601 can be seen.
- the protrusion 3306 formed in the linear motion portion 3304 involved in opening and closing the first forceps 2911 is housed in the recessed portion 3601, and the operating range is regulated by the inner wall surface of the recessed portion 3601.
- the protrusion on the linear motion portion side related to the opening and closing of the second forceps 2912 is also housed in the recessed portion 3601, and the operating range is regulated by the inner wall surface of the recessed portion 3601.
- the cam shape on the inner wall surface of the recessed portion 3601 of the cam slider 3600 is eccentric so that its center is closer to the forceps side (or proximal end side) in the standby state from the rotation center of the exchange shaft 2930. That is, the inner wall surface has a cam shape having the longest diameter in the direction of the tip side (distal end side) and the shortest diameter in the direction of the root side (proximal end side) with the replacement shaft 2930 as the center. ..
- the distance D1 between the protrusion 3306 on the first forceps 2911 side and the rotation center of the exchange shaft 2930 is larger than the distance D1.
- the distance D2 between the protrusion on the second forceps 2912 side and the center of rotation of the exchange shaft 2930 is shorter. Therefore, on the side of the first forceps 2911 in the usable state, the linear motion portion 3304 is not pulled toward the root side, so that the opening / closing operation can be performed.
- the linearly moving portion is pulled in the opposite direction of the blade via the protrusion abutting on the inner wall surface of the recessed portion 3601, and as a result, as a result.
- the blade of the second forceps 2912 in the standby state can be closed.
- a pair of protrusions 3602 and 3603 are arranged on the outer surface of the cam slider 3600 so as to be orthogonal to the longitudinal direction of the treatment unit 2910. Further, on the treatment unit 2910 side, a pair of guide grooves 3701 and 3702 parallel to each other with lines into which these protrusions 3602 and 3603 are inserted are formed along the longitudinal direction. Thus, the protrusions 3602 and 3603 slide within the guide grooves 3701 and 3702, allowing the cam slider 3600 to slide along the longitudinal direction of the treatment unit 2910. Further, the moving range of the cam slider 3600 is limited to the length of each of the guide grooves 3701 and 3702 or less.
- the holding portion 2920 and the cam slider 3600 are connected by a coil spring 3703, and the cam slider 3600 has a force pushed out to the tip side (distal end side) by the coil spring 3703. Has been added.
- a wire 3604 for traction is attached to the end surface of the cam slider 3600, and by pulling the wire 3604, the cam slider 3600 is rooted within a predetermined movement range against the restoring force of the coil spring 3703. Can be pulled back to the side.
- the forceps opening / closing operation can be realized.
- the operation of opening and closing the first forceps 2911 by using the slide operation of the cam slider 3600 will be described with reference to FIGS. 37 to 40.
- FIGS. 37 and 38 show the relative position of the cam slider 3600 and the open / closed state of the first forceps 2911 when the coil spring 3703 acts on the cam slider 3600 but is not pulled by the wire 3604.
- the cam slider 3600 is pushed out toward the tip end side (distal end side). Therefore, since the protrusion 3306 can advance in the direction of the tip side (distal end side), the diamond shape of the parallel crank 3303 opens, and in conjunction with this, the blades 3301 and the blades 3302 are placed around the opening / closing shaft 2913. Force is being applied in the direction of opening. As a result, as shown in FIG. 38, the first forceps 2911 are opened.
- the cam slider 3600 can be used to similarly close the blade when the second forceps 2912 transitions from the usable state to the standby state. it can.
- the state in which the first forceps 2911 is ready for use is as shown in FIGS. 37 and 38.
- the inner wall surface of the recessed portion 3601 has a cam shape having the longest diameter in the tip side (distal end side) and the shortest diameter in the root side (proximal end side) with the replacement shaft 2930 as the center. ing. Therefore, on the side of the first forceps 2911 in the usable state, the linear motion portion 3304 advances to the distal end side as can be seen from FIG. 37, and the blade is maximized as shown in FIG. 38. is open.
- FIG. 41 shows a state in which the treatment unit 2910 is rotated about 45 degrees counterclockwise on the paper surface around the exchange axis 2930 from the usable state of the first forceps 2911 (see FIG. 38).
- FIG. 42 shows an enlarged state of the treatment unit 2910 in the vicinity of the cam slider 3600 at this rotation position. While the treatment unit 2910 rotates, the protrusion 3306 is pulled toward the replacement shaft 2930 while sliding on the inner wall surface of the cam slider 3600. As a result, as can be seen from FIG. 41, the blade of the first forceps 2911 has begun to close.
- FIG. 43 shows a state in which the treatment unit 2910 is rotated about 90 degrees counterclockwise on the paper surface around the exchange axis 2930 from the usable state of the first forceps 2911 (see FIG. 38).
- FIG. 44 shows an enlarged state of the treatment unit 2910 in the vicinity of the cam slider 3600 at this rotation position. While the treatment unit 2910 rotates further, the protrusion 3306 is further pulled toward the replacement shaft 2930 while sliding on the inner wall surface of the cam slider 3600. As a result, as can be seen from FIG. 43, the blade of the first forceps 2911 is considerably closed.
- FIG. 45 shows a state in which the treatment unit 2910 is rotated about 135 degrees counterclockwise on the paper surface around the exchange axis 2930 from the usable state of the first forceps 2911 (see FIG. 38).
- FIG. 46 shows an enlarged state of the treatment unit 2910 in the vicinity of the cam slider 3600 at this rotation position. While the treatment unit 2910 rotates further, the protrusion 3306 is further pulled toward the replacement shaft 2930 while sliding on the inner wall surface of the cam slider 3600.
- the blade of the first forceps 2911 is almost completely closed. On the contrary, on the side of the second forceps 2912, the blade is considerably open.
- FIG. 47 shows a state in which the treatment unit 2910 is rotated about 180 degrees counterclockwise on the paper surface around the exchange axis 2930 from the usable state of the first forceps 2911 (see FIG. 38). At this point, the first forceps 2911 are completely switched to the standby state and the second forceps 2912 are completely switched to the usable state.
- FIG. 48 shows an enlarged state of the treatment unit 2910 in the vicinity of the cam slider 3600 at this rotation position. While the treatment unit 2910 rotates further, the protrusion 3306 is maximally pulled toward the replacement shaft 2930 while sliding on the inner wall surface of the cam slider 3600. As a result, as can be seen from FIG. 47, the blade of the first forceps 2911 is completely closed and can be accommodated in the accommodating portion 2940. Conversely, on the second forceps 2912 side, the blade is completely open.
- the surgical instrument At the rotational position where one of the first forceps 2911 and the second forceps 2912 is in the usable state and the other is in the standby state (or either of the first forceps 2911 and the second forceps 2912 is in the standby state). It is preferable for the use of the surgical instrument to have a latch-like mechanism (not shown) that holds the treatment unit 2910 so that it does not rotate around the replacement shaft 2930 (when it becomes ready for use).
- the illustration of the root portion after the left end of the holding portion 2920 is omitted. It is assumed that the root portion of the holding portion 2920 has, for example, a shape and structure in which the slave arm of the surgical master-slave system can be attached. Further, the root portion of the holding portion 2920 may have a shape or structure that can be attached to a manual forceps that is manually operated.
- the user may be notified.
- one of the first forceps 2911 and the second forceps 2912 was set to be usable by using an encoder that detects the rotation position of the treatment unit 710 around the exchange shaft 2930, another sensor, or the like. Try to detect that. Then, this detection result is output to the master side of the surgical master-slave system, and the master device uses lighting (LED blinking, etc.), sound (beep sound, etc.), hubtics, monitor screen display, etc. May be notified that the replacement of the treatment unit has been completed and which forceps are in use.
- the surgical instrument 2900 according to the third embodiment is used by being inserted into the body cavity of a patient via a trocar, for example, in laparoscopic surgery. For example, after confirming a space that allows the treatment unit 2910 to rotate safely, or by mounting a distance sensor (TOF, laser, IR, etc.) on the surgical instrument 2900, the distance from the surrounding tissue. To make sure that there is enough space to safely rotate the treatment unit 2910, and to replace the forceps in the body cavity without removing the surgical instrument 2900 from the body cavity. It may be.
- TOF laser, IR, etc.
- the surgical tool 2900 according to the third embodiment is rotated by 180 degrees of the treatment unit 2910 (in other words, without the conventional extraction work of the surgical tool 2900 from the body cavity and replacement of forceps), the first forceps 2911.
- the second forceps 2912 can be used in two ways. Therefore, a plurality of forceps can be used with the same surgical tool in a small space.
- the treatment tool can be switched in a short time by a simple operation of rotating the treatment unit 2910. Therefore, it can be expected that the time required for exchanging the surgical tool can be reduced and the surgical time can be shortened, and the burden on the patient can be reduced accordingly.
- the number of surgical tools attached to the surgical robot is reduced, or more when the same number of surgical tools are attached.
- the treatment tools can be used at the same time.
- the surgical tool 2900 is sterilized or washed, two types of treatment tools are sterilized or washed at the same time.
- the time required for changing the surgical process can be shortened, and the labor of the operator can be reduced.
- the surgical tool attached to the slave device as an end effector may be any of the above-described first to third embodiments.
- FIG. 49 schematically shows a configuration example of the articulated arm 4900.
- the illustrated articulated arm 4900 is used for laparoscopic surgery. Used for laparoscopic surgery.
- the articulated arm 4900 is applied, for example, as a slave arm in a master-slave type robot system, and is controlled by reflecting the movement when a person (operator) remotely operates the master arm.
- the articulated arm 4900 is composed of an end effector 4901 and an articulated link structure 4910 to which the end effector 4901 is attached to the tip via a predetermined attachment 4902.
- the end effector 4901 is a treatment tool used by inserting it into the body cavity of a patient in laparoscopic surgery, and artificial holes such as a trocar or natural holes such as the nose and mouth are formed in the body cavity of the patient. It is used by inserting it through.
- the treatment tool include forceps, pneumoperitoneum tube, energy treatment tool, sword, and retractor.
- an endoscope or an endoscope for observing the surgical site may be used as the end effector.
- An image of the surgical field is acquired by a camera head on which a scope (direct speculum or perspective mirror) is mounted, and the observation direction can be changed by controlling the joint portion of the articulated arm 4900.
- each link included in the articulated link structure 4910 will be referred to as a first link, a second link, ... In order from the distal end (or the rear end of the end effector 4901).
- each joint included in the articulated link structure 4910 will be referred to as a first joint, a second joint, ... In order from the distal end (or the rear end of the end effector 4901).
- a treatment unit 110 having a first treatment unit 111 and a second treatment unit 112 at both ends is held by the holding unit 120, and around the replacement shaft 130.
- the treatment unit 110 By rotating the treatment unit 110 by 180 degrees, one of the first treatment unit 111 and the second treatment unit 112 can be selectively used. Therefore, a plurality of treatment tools can be used with the same surgical tool in a small space. Further, the treatment tool can be switched in a short time by a simple operation of rotating the treatment unit 110.
- a surgical robot system in which a plurality of articulated arms as shown in FIG. 49 are combined.
- the surgical tools disclosed herein to at least some of the arms of this type of surgical robot, the total number of surgical tools to be attached can be reduced, or more procedures can be performed if the same number of surgical tools are attached.
- the ingredients can be used at the same time.
- two types of treatment tools are sterilized or washed at the same time.
- the time required for changing the surgical process can be shortened, and the labor of the operator can be reduced.
- FIG. 50 schematically shows the functional configuration of the master-slave type surgical system 5000. It is assumed that the articulated arm 4900 shown in FIG. 49 is used as one of the slave arms.
- the surgical system 5000 is composed of a master device 5010 operated by an operator and a slave device 5020 remotely controlled from the master device 5010 according to an operation by the operator.
- the master device 5010 and the slave device 5020 are interconnected via a wireless or wired network.
- the master device 5010 includes an operation unit 5011, a conversion unit 5012, a communication unit 5013, and a feedback (FB) presentation unit 5014.
- FB feedback
- the operation unit 5011 includes a master arm and the like for the operator to remotely control the slave device 5020.
- the conversion unit 5012 converts the operation content performed by the operator on the operation unit 5011 into control information for controlling the drive of the slave device 5020 side (more specifically, the drive unit 5021 in the slave device 5020). To do.
- the operator can use, for example, the operation unit 5011. It is possible to instruct the replacement of the treatment tool by the rotation of the treatment unit.
- the communication unit 5013 is interconnected with the slave device 5020 side (more specifically, the communication unit 5023 in the slave device 5020) via a wireless or wired network.
- the communication unit 5013 transmits the control information output from the conversion unit 5012 to the slave device 5020.
- the slave device 5020 includes a drive unit 5021, a detection unit 5022, and a communication unit 5023.
- the slave device 5020 includes an articulated arm 4900 to which an end effector made of a surgical tool is attached as a slave arm as shown in FIG. 49.
- the drive unit 5021 includes an actuator that rotationally drives each joint connected between the links of the articulated arm 4900, and an actuator for operating an end effector (for example, opening and closing forceps).
- the detection unit 5022 is composed of a sensor capable of detecting a physical action (for example, external force, temperature, etc.) received from a tissue by an end effector such as forceps.
- a physical action for example, external force, temperature, etc.
- the communication unit 5023 is interconnected with the master device 5010 side (more specifically, the communication unit 5013 in the master device 5020) via a wireless or wired network.
- the drive unit 5021 is driven by the communication unit 5023 according to the control information received from the master device 5010 side.
- the drive unit 5021 replaces the treatment tool by rotating the treatment unit. Further, the detection result by the detection unit 5022 is transmitted from the communication unit 5023 to the master device 5010 side.
- the feedback (FB) presenting unit 5014 presents feedback to the operator based on the detection result (external force, temperature, etc.) received by the communication unit 5013 as feedback information from the slave device 5020.
- the operator who operates the master device 5010 can recognize the physical action (reaction force received from the tissue along the tissue, body temperature of the tissue, etc.) applied to the end effector on the slave device 5020 side through the feedback presentation unit 5014.
- the slave device 5020 is a surgical robot
- the operator appropriately adjusts the suture when operating the suture by obtaining a tactile sensation such as a response acting on a treatment tool such as forceps by haptic feedback, and sutures. It is possible to completely finish the operation, prevent invasion of living tissues, and work efficiently.
- the surgical tools disclosed in the present specification can be attached to, for example, a slave arm of a surgical master-slave system or manual forceps, and two types of surgical tools can be used simultaneously in a small space.
- the treatment tool can be switched in a short time by a simple operation of rotating the treatment unit.
- the number of surgical tools attached to the surgical master-slave system is reduced, or the same number of surgical tools are attached. In some cases, there is an advantage that more treatment tools can be used at the same time. Further, when the surgical tool is sterilized or washed, two types of treatment tools are sterilized or washed at the same time. In addition, since the number of times the surgical tool is exchanged in the surgical robot is reduced, the time required for changing the surgical process can be shortened, and the labor of the operator can be reduced.
- the technology disclosed in this specification can also have the following configuration.
- a treatment unit having a first treatment unit at one end and a second treatment unit at the other end.
- a holding unit that supports the treatment unit so that the usage state of the first treatment unit and the second treatment unit can be switched.
- the first treatment section and the second treatment section are any of forceps, pneumoperitoneum tube, energy treatment tool, rod, and retractor, respectively.
- the holding portion rotatably supports the holding portion around an exchange shaft to switch the usage state of the first treatment portion and the second treatment portion.
- the holding unit supports the treatment unit so that one of the first treatment unit and the second treatment unit is in a usable state and the other is in a standby state.
- the holding unit includes a storage unit for accommodating the treatment unit in the standby state among the first treatment unit and the second treatment unit.
- the holding portion rotatably supports the treatment unit around the replacement shaft.
- the treatment unit is rotated around the replacement shaft so that the first treatment unit and the second treatment unit alternately switch between the usable state and the standby state.
- At least one of the first treatment section and the second treatment section comprises an open / close type end effector.
- the storage unit is stored so as to maintain the closed state when the open / close type end effector is in the standby state.
- the surgical tool according to any one of (3) to (6) above.
- the storage portion has a cross-sectional shape having an opening in the direction around the replacement axis.
- the open / close type end effector opens / closes around an open / close axis orthogonal to the exchange axis.
- the opening / closing mechanism portion closes the opening / closing type end effector when the opening / closing type end effector transitions to the standby state.
- the opening / closing mechanism closes the opening / closing type end effector in conjunction with the rotation of the treatment unit around the exchange shaft.
- a surgical tool consisting of a holding portion that supports the treatment unit and An arm to which the surgical instrument is attached and having at least one joint, A master device that outputs a signal for driving the joint of the slave device, Surgical system equipped with.
- a master device for outputting a signal for driving the joint of the arm and the movable part of the surgical instrument is further provided.
- Surgical tool 110 ... Treatment unit, 111 ... First treatment unit, 112 ... Second treatment unit 120 ... Holding unit, 130 ... Replacement shaft, 140 ... Storage unit 700 ... Surgical tool (second embodiment) 710 ... Treatment unit, 711 ... First forceps, 712 ... Second forceps 713 ... Opening / closing shaft (for first forceps), 714 ... Opening / closing shaft (for second forceps) 720 ... Holding part, 730 ... Replacement shaft, 740 ... Storage part 750 ... Replacement mechanism part, 760 ... Opening and closing mechanism 1301 ... Pulley 1302 ... Wire 1501, 1502 ... Blade, 1503 ... Parallel crank 1504 ... Linear part 1701 ...
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Abstract
複数の使用方法を有し着脱交換する回数を削減する術具を提供する。 術具は、第1の処置部を一方の端部に備えるとともに第2の処置部を他方の端部に備える処置ユニットと、前記第1の処置部と前記第2の処置部の使用状態を切り換え可能に前記処置ユニットを支持する保持部を具備する。前記保持部は、前記保持部を交換軸回りに回転可能に支持して前記第1の処置部と前記第2の処置部の使用状態を切り換えることができ、記第1の処置部と前記第2の処置部の一方が使用可能状態となり他方が待機状態となるように前記処置ユニットを支持する。
Description
本明細書で開示する技術は、医療用マニピュレータシステムに使用される術具、並びに、1以上の術具を装着する医療用マニピュレータシステムに関する。
近年のロボティクス技術の進歩は目覚ましく、さまざまな産業分野の作業現場にロボティクス技術が広く浸透してきている。例えば、マスタ-スレーブ方式のロボットシステムは、人(オペレータ)が手元にあるマスタアームを操作し、その動きを遠隔のスレーブアームがトレースすることで、マニピュレータの遠隔操作を実現することができる。手術用ロボットなど、コンピュータの制御による完全自律動作がいまだ困難な産業分野では、マスタ-スレーブ方式のロボットシステムが使用されている。
鉗子などの複数の術具を装備した手術用ロボットも知られている。基本的には、術具を保持するアームに対して術具は取り外しが可能であり、手術用ロボットは、一度に装着できる個数以上の多種類の術具を交換して使用することができる。
また、術具は、使用の度に滅菌や洗浄が必要である。このため、処置具を着脱可能に構成した術具についても、提案がなされている(例えば、特許文献1を参照のこと)。
本明細書で開示する技術の目的は、処置部の使用状態を切り換え可能な術具、並びに、処置部の使用状態を切り換え可能な1以上の術具を着脱交換可能な医療用マニピュレータシステムを提供することにある。
本明細書で開示する技術の第1の側面は、
第1の処置部を一方の端部に備えるとともに第2の処置部を他方の端部に備える処置ユニットと、
前記第1の処置部と前記第2の処置部の使用状態を切り換え可能に前記処置ユニットを支持する保持部と、
を具備する術具である。前記保持部は、前記保持部を交換軸回りに回転可能に支持して前記第1の処置部と前記第2の処置部の使用状態を切り換えることができ、記第1の処置部と前記第2の処置部の一方が使用可能状態となり他方が待機状態となるように前記処置ユニットを支持する。前記第1の処置部と前記第2の処置部はそれぞれ、例えば鉗子や気腹チューブ、エネルギー処置具、攝子、レトラクタのいずれかであってもよい。
第1の処置部を一方の端部に備えるとともに第2の処置部を他方の端部に備える処置ユニットと、
前記第1の処置部と前記第2の処置部の使用状態を切り換え可能に前記処置ユニットを支持する保持部と、
を具備する術具である。前記保持部は、前記保持部を交換軸回りに回転可能に支持して前記第1の処置部と前記第2の処置部の使用状態を切り換えることができ、記第1の処置部と前記第2の処置部の一方が使用可能状態となり他方が待機状態となるように前記処置ユニットを支持する。前記第1の処置部と前記第2の処置部はそれぞれ、例えば鉗子や気腹チューブ、エネルギー処置具、攝子、レトラクタのいずれかであってもよい。
前記保持部は、前記第1の処置部と前記第2の処置部のうち待機状態となった処置部を収納する収納部を備える。また、前記保持部は、前記処置ユニットを交換軸回りに回転可能に支持し、前記処置ユニットを前記交換軸回りに回転させて、前記第1の処置部と前記第2の処置部が交互に使用可能状態と待機状態に切り換わる。第1の側面に係る術具は、前記処置ユニットを前記交換軸間回りに回転動作させる交換機構部をさらに備える。
前記第1の処置部と前記第2の処置部のうち少なくとも一方は、開閉型のエンドエフェクタからなり、前記収納部は、前記開閉型のエンドエフェクタが待機状態となったときに、閉成状態を保つように収納する。前記収納部は、前記交換軸回りの方向に開口部を持つ断面U字形状をなし、前記開閉型のエンドエフェクタは、前記交換軸と直交する開閉軸回りに開閉する。
第1の側面に係る術具は、前記開閉型のエンドエフェクタを開閉動作させる開閉機構部を備えていてもよい。前記開閉機構部は、前記鉗子部が待機状態に遷移する際に、前記開閉型のエンドエフェクタを閉成動作させる。
また、本明細書で開示する技術の第2の側面は、
第1の処置部を一方の端部に備えるとともに第2の処置部を他方の端部に備える処置ユニットと、前記第1の処置部と前記第2の処置部の使用状態を切り換え可能に前記処置ユニットを支持する保持部からなる術具と、
前記術具が取り付けられ、少なくとも1つの関節を備えるアームと、
を具備する医療用マニピュレータシステムである。
第1の処置部を一方の端部に備えるとともに第2の処置部を他方の端部に備える処置ユニットと、前記第1の処置部と前記第2の処置部の使用状態を切り換え可能に前記処置ユニットを支持する保持部からなる術具と、
前記術具が取り付けられ、少なくとも1つの関節を備えるアームと、
を具備する医療用マニピュレータシステムである。
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置(又は特定の機能を実現する機能モジュール)が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
本明細書で開示する技術によれば、複数の使用方法を有し着脱交換する回数を削減する術具、並びに、複数の使用方法を有する術具を装着する医療用マニピュレータシステムを提供することができる。
なお、本明細書に記載された効果は、あくまでも例示であり、本発明の効果はこれに限定されるものではない。また、本発明が、上記の効果以外に、さらに付加的な効果を奏する場合もある。
本明細書で開示する技術のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
以下、図面を参照しながら本明細書で開示する技術の実施形態について詳細に説明する。
まず、図1~図6を参照しながら、本明細書で開示する技術の第1の実施例について説明する。続いて、図7~図28を参照しながら、本明細書で開示する技術の第2の実施例について説明する。さらに続いて、図29~図48を参照しながらに、第3の実施例として、第2の実施例の具体的な実装例について説明する。そして、第4の実施例として、第1乃至第3の実施例として紹介した術具を利用可能な手術システムについて説明する。
図1及び図2には、第1の実施例に係る術具100の構成例を模式的に示している。図示の術具100は、処置ユニット110と、保持部120を備えている。図1は、交換軸130(後述)と処置ユニット110の長手方向を含む平面を側面から術具100を眺めた様子を示し、図2は、交換軸130の方向から術具100の上面を眺めた様子を示している。
処置ユニット110は、第1の処置部111を一方の端部に備えるとともに、第2の処置部112を他方の端部に備えている。図1では、第1の処置部111並びに第2の処置部112を簡略化して描いているが、これらは、例えば開閉型のエンドエフェクタである鉗子や気腹チューブ、エネルギー処置具、攝子、レトラクタなど、腹腔鏡下手術において患者の体腔内に挿入して用いられる処置具からなる。ここで言うエネルギー処置具は、高周波電流や超音波振動などの作用により、組織の切開や剥離、血管の封止などを行う処置具である。
処置ユニット110は、両端の第1の処置部111並びに第2の処置部112として、異なる種別の処置具を備えてもよいし、同じ種別で異なるタイプの処置具を備えてもよいし、同じ種別で且つ同じタイプの処置具を備えていてもよい。いずれにせよ、処置ユニット110は、第1の処置部111と第2の処置部112とで、2通りの使用が可能である。
処置ユニット110の両端の処置具の種別を目視などにより確認し易くするために、種別やタイプに応じて異なる色、又は番号、文字、印字、表面状態を定義するようにしてもよい。図1及び図2に示す例では、第1の処置部111を淡いグレーで塗り潰し、柄の部分をドットで塗り潰す一方、第2の処置部112を濃いグレーで塗り潰し、柄の部分を斜線で塗り潰して表している。
保持部120は、第1の処置部111と第2の処置部112の使用状態を切り換え可能に支持している。ここで言う使用状態は使用可能状態と待機状態を含む。保持部120は、第1の処置部111と第2の処置部112の一方が使用可能状態となり他方が収納されている待機状態となるように、処置ユニット110を支持している。具体的には、保持部120は、断面がU字形状をした開口からなる収納部140を有するとともに、保持部120の先端付近の交換軸130で処置ユニット110を回転可能に支持している。そして、収納部140は、第1の処置部111と第2の処置部112のいずれも交換軸130回りの回転方向から挿入することができる大きさ及び形状を有している。したがって、処置ユニット110は、交換軸130回りの回転角度に応じて、第1の処置部111と第2の処置部112のうち、一方が収納部140から外界に出現して使用可能状態となるとともに、他方が収納部140内に入って使用不能な待機状態となる。
図1及び図2に示す例では、第1の処置部111が使用可能状態であり、第2の処置部112が収納部140内に収められた待機状態となっている。また、処置ユニット110を交換軸130回りに回転することによって、第1の処置部111と第2の処置部112の状態を切り換えることができる。図3~図6には、処置ユニット110を交換軸130回りに紙面時計方向に180度だけ回転していくことによって、第2の処置部112を待機状態から使用可能状態に切り換えると同時に、第1の処置部111を使用可能状態から待機状態に切り換えていく様子を、段階的に示している。図2~図6から分かるように、処置ユニット110を交換軸130回りに180度だけ回転させることによって、第1の処置部111と第2の処置部112の状態が入れ替わる。
なお、図2及び図6にそれぞれ示したような、第1の処置部111と第2の処置部112のうち一方が使用可能状態となり他方が待機状態となった回転位置において(若しくは、第1の処置部111と第2の処置部112のうちいずれかが使用可能状態となったときに)、処置ユニット110を交換軸130回りに回転しないようにホールドするラッチのような機構(図示を省略)を備えていることが、術具の使用上は好ましい。
また、図1~図6ではいずれも、紙面の都合上、保持部120の左端以降の根元部分の図示を省略している。保持部120の根元部は、例えば、手術用マスタ-スレーブシステムのスレーブアームの装着可能な形状や構造をしていることを想定している。また、保持部120の根元部は、手動で操作する手動鉗子に取り付け可能な形状や構造をしていてもよい。
第1の処置部111と第2の処置部112の状態切り換えが成功したときには、ユーザ(術者など)に通知するようにしてもよい。例えば、処置ユニット110の交換軸130回りの回転位置を検出するエンコーダや、その他のセンサなどを用いて、第1の処置部111と第2の処置部112のうちいずれかが使用可能状態にセットされたことを検出するようにする。そして、この検出結果を、手術用マスタ-スレーブシステムのマスタ側に出力し、マスタ装置は、照明(LED(Light Emitting Diode)の点滅など)、音(ビープ音など)、ハブティクス、モニタ画面の表示などを通じて、ユーザに処置部の交換が完了したことを通知するようにする。
第1の実施例に係る術具100は、例えば腹腔鏡下手術において、患者の体腔内にトロッカーを介して挿入して用いられる。例えば、術者は処置ユニット110の回転を安全に行うことができる程度のスペースを確認した上で、術具100を体腔から抜き取ることなく、体腔内で処置部の交換を行うようにしてもよい。あるいは、術具100に距離センサ(TOF(Time Of Flight)、レーザー、IR(Infrared)など)を搭載して、周辺の組織との間隔を測距して、処置ユニット110の回転を安全に行うことができる程度の十分なスペースがあることを確認して、体腔内で処置部の交換を行うようにしてもよい。
第1の実施例に係る術具100は、処置ユニット110の180度回転により(言い換えれば、従来のような術具100の体腔からの抜き取りと処置具の交換作業なしに)、第1の処置部111と第2の処置部112という2通りの使用が可能である。したがって、省スペースで複数の処置具を同じ術具で使用することができる。また、処置ユニット110の回転という簡単な操作により、短時間で処置具の切り換えを行うことができる。よって、術具の交換に要する時間を削減して手術時間を短縮でき、その分患者の負担を軽減することが期待できる。
第1の実施例に係る術具100を手術用ロボットに装着して手術を行なう場合には、この手術用ロボットに取り付ける術具の個数を削減し、又は同数の術具を取り付けた場合により多くの処置具を同時に利用することができるという利点がある。また、術具100を滅菌若しくは洗浄を行うと、2種類の処置具を同時に滅菌若しくは洗浄を行うことになる。また、手術用ロボットにおいて術具を交換する回数が減ることから、手術の工程変更に必要な時間を短縮することができるとともに、術者の手間を低減することにもつながる。
第2の実施例として、2種類の開閉型のエンドエフェクタの使用状態を切り換え可能な術具に関する実施例について説明する。例えば鉗子は開閉構造を持つことから、第2の実施例に係る術具は、2つの鉗子の使用状態を単に切り替えるだけではなく、使用可能状態の鉗子を開閉する機能や、使用状態を切り換える際の鉗子の開閉状態をコントロールする機能を備える点にも特徴がある。エンドエフェクタは、例えば、把持力を発生させるジョー、切断ブレード、ステープラなどであってもよい。但し、2種類の開閉型のエンドエフェクタではなく、1種類の開閉型のエンドエフェクタを開閉型以外のエンドエフェクタ(例えば、エネルギー処置具など)と組み合わせた術具であってもよい。
図7及び図8には、第2の実施例に係る術具700の構成例を模式的に示している。図示の術具700は、処置ユニット710と、保持部720を備えている。図7は、交換軸730(後述)と処置ユニット710の長手方向を含む平面を側面から術具700を眺めた様子を示し、図8は、交換軸730の方向から術具700の上面を眺めた様子を示している。
処置ユニット710は、第1の鉗子711を一方の端部に備えるとともに、第2の鉗子712を他方の端部に備えている。鉗子は、周知のように、一対のブレード(ジョー)を備え、各ブレードは根元付近の開閉軸回りに回転可能に軸支され、開閉操作が可能な構造(一対のジョー)からなる。図7では、図面の簡素化のため、第1の鉗子711と第2の鉗子712のブレードの形状を簡略化して描いているが、把持対象や用途に応じて実際には異なるブレードの形状をしていてもよい。
処置ユニット710の両端の鉗子の種別を目視などにより確認し易くするために、種別やタイプに応じて異なる色、又は番号、文字、印字、表面状態を定義するようにしてもよい。図7及び図8に示す例では、第1の鉗子711を淡いグレーで塗り潰し、柄の部分をドットで塗り潰す一方、第2の鉗子712を濃いグレーで塗り潰し、柄の部分を斜線で塗り潰して表している。
保持部720は、第1の鉗子711と第2の鉗子712の使用状態を切り換え可能に支持している。ここで言う使用状態は使用可能状態と待機状態を含む。保持部720は、第1の鉗子711と第2の鉗子712の一方が使用可能状態となり他方が収納されている待機状態となるように、処置ユニット710を支持している。具体的には、保持部720は、断面がU字形状をした開口からなる収納部740を有するとともに、保持部720の先端付近の交換軸730で処置ユニット710を回転可能に支持している。そして、収納部740は、第1の鉗子711と第2の鉗子712のいずれも交換軸730回りの回転方向から挿入することができる大きさ及び形状を有している。したがって、処置ユニット710は、交換軸730回りの回転角度に応じて、第1の鉗子711と第2の鉗子712のうち、一方が収納部740から外界に出現して使用可能状態となるとともに、他方が収納部740内に入って使用不能な待機状態となる。
図7及び図8に示す例では、第1の鉗子711が使用可能状態であり、第2の鉗子712が収納部740内に収められた待機状態となっている。また、処置ユニット710を交換軸730回りに回転することによって、第1の鉗子711と第2の鉗子712の状態を切り換えることができる。術具700は、処置ユニット710を交換軸730回りに回転させて、第1の鉗子711と第2の鉗子712の状態を切り換えるための交換機構部750を備えている。但し、交換機構部750の詳細については、後述に譲る。
第1の鉗子711は、一対のブレードを備え、各ブレードは根元付近の開閉軸713回りに回転可能に軸支されており、ブレードの開閉操作が可能な構造からなる。同様に、第2の鉗子712は、一対のブレードを備え、各ブレードは根元付近の開閉軸714回りに回転可能に軸支されており、ブレードの開閉操作が可能な構造である。
第1の鉗子711と第2の鉗子712の各開閉軸713及び714はともに、交換軸730の回転軸と直交している。したがって、第1の鉗子711と第2の鉗子712はともに、交換軸730の回転軸と平行な方向にブレードが開閉動作する。処置ユニット710を交換軸730回りに回転させる際の軌道とは直交する方向に、第1の鉗子711と第2の鉗子712は開閉動作する、ということもできる。
収納部740は、処置ユニット710の先端の軌道に沿った開口を有するU字形状をなしている。第1の鉗子711並びに第2の鉗子712は、使用可能状態から待機状態に遷移する際に、ブレードを閉じることによって、収納部740のU字形状に収まることができる。また、収納部740内に収容されると、ブレードがU字に挟まれてしまうので、開閉動作することができなくなる。図7及び図8に示す例では、使用可能状態となっている第1の鉗子711は、外界に出現しているので、ブレードの開閉操作が可能である。他方、待機状態となっている第2の鉗子712は収納部740内に収容されており、ブレードは閉成状態に保たれ、開くことができない。
術具700は、第1の鉗子711と第2の鉗子712のうち使用可能状態になっている方の鉗子の開閉操作を行うための開閉機構部760を備えている。この開閉機構部760は、第1の鉗子711並びに第2の鉗子712が使用可能状態から待機状態に遷移する際に、ブレードを閉じる動作も実現する。ブレードが開いたままでは、収納部740のU字の壁に激突してしまうからである。但し、開閉機構部760の詳細については、後述に譲る。
図9~図12には、処置ユニット710を交換軸730回りに紙面時計方向に回転していく様子を、段階的に示している。図8~図12から分かるように、処置ユニット710を交換軸730回りに180度だけ回転させることによって、第2の鉗子712を待機状態から使用可能状態に切り換わると同時に、第1の鉗子711を使用可能状態から待機状態に切り換えわっていく。また、図9~図12の各図では、第1の鉗子711を側面すなわち開閉軸713の方向から眺めた様子を併せて示している。第1の鉗子711が使用可能状態から待機状態に遷移していく過程で、ブレードが徐々に閉じていくことを十分理解されたい。
図13及び図14には、上述した術具700に適用される、交換機構部750の構成例を示している。図13及び図14に示す例では、交換機構部750は、処置ユニット710と一体となって交換軸730回りに回転するプーリ1301と、プーリ1301の外周に1回又は複数回だけ巻設されたワイヤー1302からなる。ワイヤー1302を術具700の根元側から引っ張ることによって、処置ユニット710が交換軸730回りに回転する。そして、処置ユニット710を交換軸730回りに180度だけ回転させることによって、第1の鉗子711と第2の鉗子712の状態が入れ替わる。
図15には、第1の鉗子711の構成例を模式的に示している。図15を参照しながら、第1の鉗子711の開閉機構について説明する。なお、第2の鉗子712については図示を省略するが、ブレードの刃先などの形状の相違はあるものの、第2の鉗子712の開閉機構は図15の構成例と同様でよい。
第1の鉗子711は、一対のブレード1501及び1502で構成されている。ブレード1501とブレード1502は、開閉軸713で交差し、それぞれ開閉軸713回りに回動可能である。また、ブレード1501とブレード1502の開閉軸713よりも根元側の部分にそれぞれリンク1511とリンク1512を追加して、平行クランク1503を構成している。さらに、リンク1511とリンク1512を接合する関節部分に、処置ユニット710の長手方向に前後にスライド可能な直動部1504が連結されている。
通常、ばね(図示しない)の復元力などを利用して、直動部1504が参照番号1505の矢印で示す先端側(遠位端側)の方向に押し出されている。このため、平行クランク1503のひし形が開き、これに連動して、ブレード1501とブレード1502には開閉軸713回りに開成する方向に力が加えられている。したがって、力を加えていない状態では、図15に示すように、第1の鉗子711は開成している。
また、平行クランク1503の根元側の直動部1504を、参照番号1506の矢印で示す根元側(近位端側)の方向に引っ張ると、平行クランク1503のひし形が畳み込まれ、これに連動して、ブレード1501とブレード1502には開閉軸713回りに閉成する方向に力が加えられる。したがって、図16に示すように、第1の鉗子711を閉じることができる。
図17及び図18には、図15及び図16に示した構成からなる第1の鉗子711を採用した場合の、開閉機構部760の構成例並びに第1の鉗子711が開閉する様子を示している。図17及び図18に示す例では、開閉機構部760は、直動部1504に取り付けたワイヤー1701で構成される。このワイヤー1701を介して直動部1504を根元側(遠位端側)の方向に引っ張ることができる。
通常、ばね(図示しない)の復元力などを利用して、直動部1504が参照番号1505の矢印で示す先端側(遠位端側)の方向に押し出されているため、図17に示すように、第1の鉗子711は開成している。ここで、ワイヤー1701を介して直動部1504を根元側(遠位端側)の方向に引っ張ると、平行クランク1503のひし形が畳み込まれ、これに連動して、ブレード1501とブレード1502には開閉軸713回りに閉成する方向に力が加えられる。したがって、図18に示すように、第1の鉗子711を閉じることができる。
また、開閉機構部760の機能として、第1の鉗子711が使用可能状態から待機状態に遷移する際、すなわち、処置ユニット710が交換軸730回りに180度回転する間に、ブレードを閉じる動作を実現することが望まれている(前述)。ブレードが開いたままでは、収納部740のU字の壁に激突してしまうからである。
図19及び図20には、処置ユニット710が交換軸730回りに180度回転する間に、ブレードを閉じる機能を備えた開閉機構部760の一構成例を示している。図19に示すように、交換軸730に挿通穴1901が穿設されている。そして、第1の鉗子711の直動部1504に取り付けたワイヤー1701は、交換軸730の挿通穴1901に挿通されている。したがって、第1の鉗子711が交換軸730回りに180度回転して待機状態になったときには、図20に示すように、ワイヤー1701が交換軸730の外周に巻き付く。その結果、ワイヤー1701が直動部1504を引っ張ることになり、第1の鉗子711のブレードを閉じることができる。
例えば、交換軸730のプーリの直径が5ミリメートルとした場合、処置ユニット710を180度回転させると、π×r=π×2.5≒7.8ミリメートル分だけワイヤー1701が引っ張られることになる。状態遷移に伴うワイヤー1701の引張量は、プーリのサイズや形状で調整することができる。
図21には、開閉機構部760の他の構成例を示している。図示の例では、開閉機構部760は、内周がカム面からなる開口部2101を有し、処置ユニット710の長手方向にスライド操作することが可能なカムスライダー2100で構成される。但し、図15及び図16に示した構成からなる第1の鉗子711を採用するものとする。図21に示すカムスライダー2100で構成される開閉機構部760は、処置ユニット710が交換軸730回りに180度回転する間に、ブレードを閉じる機能を併せて備えている。
カムスライダー2100の開口部2101には、第1の鉗子711の直動部1504の末端に設けられた突起2111が収容されている。また、第2の鉗子部712側の同様の直動部の末端に設けられた突起2112も、開口部2101内に収容されている。また、カムスライダー2100の根元側の端縁には、ワイヤー2121が取り付けられている。
カムスライダー2100の開口部2101のカム形状は、その中心が交換軸730の回転中心から待機状態の鉗子側(若しくは、近位端側)に寄るように、偏心している。すなわち、交換軸730を中心として、先端側(遠位端側)の方向に最も径が長く、根元側(近位端側)の方向に最も径が短いカム形状をなしている。
図21に示すように、第1の鉗子711が使用可能状態で第2の鉗子712が待機状態のときには、突起2111と交換軸730の回転中心までの距離D1よりも、突起2112と交換軸730の回転中心までの距離D2の方が短い。したがって、使用可能状態となっている第1の鉗子711側では、直動部1504は根元側に引っ張られないので、開閉操作が可能である。一方、待機状態となっている第2の鉗子712側では、開口部2101の内壁面に当接している突起2112を介してその直動部がブレードの反対方向に引っ張られているので、その結果、待機状態の第2の鉗子712のブレードを閉じることができる。
まず、図21に示した開閉機構部760による鉗子の開閉動作について、図21~図24を参照しながら説明する。但し、図23は、開閉機構部760が図21に対応する位置にある場合の処置ユニット710の側面を示し、図24は、開閉機構部760が図22に対応する位置にある場合の処置ユニット710の側面を示している。また、各図において、第1の鉗子711が使用可能状態になっている。
通常、ばね(図示しない)の復元力などを利用して、カムスライダー2100は先端側(遠位端側)の方向に押し出されている。このため、平行クランク1503のひし形が開き、これに連動して、ブレード1501とブレード1502には開閉軸713回りに開成する方向に力が加えられている。したがって、力を加えていない状態では、図21及び図23に示すように、第1の鉗子711は開成している。
また、ワイヤー2121を使ってカムスライダー2100を根元側(紙面右方向)に引っ張ると、開口部2101の内壁面に当接している突起2111を介して直動部1504が引っ張られる。その結果、平行クランク1503のひし形が畳み込まれ、これに連動して、ブレード1501とブレード1502には開閉軸713回りに閉成する方向に力が加えられる。したがって、図22及び図24に示すように、第1の鉗子711を閉じることができる。
続いて、図21に示した開閉機構部760による、第1の鉗子711が使用可能状態から待機状態に遷移する際にブレードを閉じる動作について説明する。図25~図28には、処置ユニット710を交換軸730回りに紙面時計方向に180度だけ回転していく様子を、段階的に示している。図21並びに図25~図28から分かるように、処置ユニット710を交換軸730回りに180度だけ回転させることによって、第2の鉗子712を待機状態から使用可能状態に切り換わると同時に、第1の鉗子711を使用可能状態から待機状態に切り換えわっていく。また、処置ユニット710の交換軸730回りの回転角に応じて、突起2111が開口部2101の内壁面に当接して引っ張られていくので、これに伴って第1の鉗子711のブレードは徐々に閉じていく。そして、180度だけ回転すると、第1の鉗子711は、ブレードが完全に閉じて、収納部740のU字内に収容され、待機状態となる。他方の第2の鉗子712は使用可能状態に入れ替わる。
なお、第1の鉗子711と第2の鉗子712のうち一方が使用可能状態となり他方が待機状態となった回転位置において(若しくは、第1の鉗子711と第2の鉗子712のうちいずれかが使用可能状態となったときに)、処置ユニット710を交換軸730回りに回転しないようにホールドするラッチのような機構(図示を省略)を備えていることが、術具の使用上は好ましい。
また、図7~図28ではいずれも、紙面の都合上、保持部720の左端以降の根元部分の図示を省略している。保持部720の根元部は、例えば、手術用マスタ-スレーブシステムのスレーブアームの装着可能な形状や構造をしていることを想定している。また、保持部720の根元部は、手動で操作する手動鉗子に取り付け可能な形状や構造をしていてもよい。
第1の鉗子711と第2の鉗子712の状態切り換えが成功したときには、ユーザ(術者など)に通知するようにしてもよい。例えば、処置ユニット710の交換軸730回りの回転位置を検出するエンコーダや、その他のセンサなどを用いて、第1の鉗子711と第2の鉗子712のうちいずれかが使用可能状態にセットされたことを検出するようにする。そして、この検出結果を、手術用マスタ-スレーブシステムのマスタ側に出力し、マスタ装置は、照明(LEDの点滅など)、音(ビープ音など)、ハブティクス、モニタ画面の表示などを通じて、ユーザに処置部の交換が完了したことを通知するようにする。
第2の実施例に係る術具700は、例えば腹腔鏡下手術において、患者の体腔内にトロッカーを介して挿入して用いられる。例えば、処置ユニット710の回転を安全に行うことができる程度のスペースを確認した上で、あるいは、術具700に距離センサ(TOF、レーザー、IRなど)を搭載して、周辺の組織との間隔を測距して、処置ユニット710の回転を安全に行うことができる程度の十分なスペースがあることを確認して、術具700を体腔から抜き取ることなく、体腔内で鉗子の交換を行うようにしてもよい。
第2の実施例に係る術具700は、処置ユニット710の180度回転により(言い換えれば、従来のような術具700の体腔からの抜き取りと鉗子の交換作業なしに)、第1の鉗子711と第2の鉗子712という2通りの使用が可能である。したがって、省スペースで複数の鉗子を同じ術具で使用することができる。また、術具の交換に要する時間を削減して手術時間を短縮でき、その分患者の負担を軽減することが期待できる。
第2の実施例に係る術具700を手術用ロボットに装着して手術を行なう場合には、この手術用ロボットに取り付ける術具の個数を削減し、又は同数の術具を取り付けた場合により多くの処置具を同時に利用することができるという利点がある。また、術具700を滅菌若しくは洗浄を行うと、2種類の処置具を同時に滅菌若しくは洗浄を行うことになる。また、手術用ロボットにおいて術具を交換する回数が減ることから、手術の工程変更に必要な時間を短縮することができるとともに、術者の手間を低減することにもつながる。
第3の実施例では、第2の実施例と同様に、2種類の開閉型の処置部の使用状態を切り換え可能な術具に関する実施例について説明する。但し、第3の実施例では、術具を構成する各部品の具体的な実装例について、図面を参照しながら説明する。2つの処置部の使用状態を単に切り替えるだけではなく、使用可能状態の処置部(例えば、鉗子)を開閉する機能や、使用状態を切り換える際の処置部の開閉状態をコントロールする機能を実現するための、具体的な部品の構成例についても詳細に説明する。但し、2種類の開閉型の処置部ではなく、1種類の開閉型の処置部を開閉型以外の処置部(例えば、エネルギー処置具など)と組み合わせた術具であってもよい(この場合の術具は、開閉型の処置部のみに対して、開閉する機能と使用状態切り替え時の開閉コントロール機能を装備していればよい)。
図29には、第3の実施例に係る術具2900の構成例を示している。図示の術具2900は、処置ユニット2910と、保持部2920を備えている。
処置ユニット2910は、第1の鉗子2911を一方の端部に備えるとともに、第2の鉗子2912を他方の端部に備えている。鉗子は、周知のように、一対のブレード(ジョー)を備え、各ブレードは根元付近の開閉軸回りに回転可能に軸支され、開閉操作が可能な構造(一対のジョー)からなる。図29では、第1の鉗子2911と第2の鉗子2912とで、ブレードの把持面の形状が異なっている。
処置ユニット2910の両端の鉗子の種別を目視などにより確認し易くするために、種別やタイプに応じて異なる色、又は番号、文字、印字、表面状態を定義するようにしてもよい。図29に示す例では、第1の鉗子2911を淡いグレーで塗り潰し、柄の部分をドットで塗り潰す一方、第2の鉗子2912を濃いグレーで塗り潰し、柄の部分を斜線で塗り潰して表している。
保持部2920は、第1の鉗子2911と第2の鉗子2912の使用状態を切り換え可能に支持している。ここで言う使用状態は使用可能状態と待機状態を含み、保持部2920は、第1の鉗子2911と第2の鉗子2912の一方が使用可能状態となり他方が収納されている待機状態となるように、処置ユニット2910を支持している。具体的には、保持部2920は、断面がU字形状をした開口からなる収納部2940を有するとともに、保持部2920の先端付近の交換軸2930で処置ユニット2910を回転可能に支持している。そして、収納部740は、第1の鉗子2911と第2の鉗子2912のいずれも交換軸2930回りの回転方向から挿入することができる大きさ及び形状を有している。したがって、処置ユニット2910は、交換軸2930回りの回転角度に応じて、第1の鉗子2911と第2の鉗子2912のうち、一方が収納部2940から外界に出現して使用可能状態となるとともに、他方が収納部2940内に入って使用不能な待機状態となる。
図29に示す例では、第1の鉗子2911が使用可能状態であり、第2の鉗子2912が収納部2940内に収められた待機状態となっている。また、処置ユニット2910を交換軸2930回りに回転することによって、第1の鉗子2911と第2の鉗子2912の状態を切り換えることができる。
なお、ここでは、処置ユニット2910を交換軸2930回りに回転する機構の詳細については、説明を省略する。例えば上述した第2の実施例において、図13及び図14を参照しながら説明したように、交換軸2930と一体となったプーリに巻設されたワイヤーを引っ張るような回転機構であってもよい。
図30~図32には、第1の鉗子2911が開閉動作する様子を段階的に示している。第1の鉗子2911は、一対のブレードを備え、各ブレードは根元付近の開閉軸2913回りに回転可能に軸支されている。図示を省略するが、第2の鉗子2912も、一対のブレードを備え、各ブレードは根元付近の開閉軸回りに回転可能に軸支されている。
図33~図35には、第1の鉗子2911の内部構造を図解している。なお、第2の鉗子2912については図示を省略するが、ブレードの刃先などの形状の相違はあるものの、第2の鉗子2912の開閉機構は図33~図35の構成例と同様でよい。
第1の鉗子2911は、一対のブレード3301及び3302で構成されている。ブレード3301とブレード3302は、開閉軸2913で交差し、それぞれ開閉軸2913回りに回動可能である。また、ブレード3301とブレード3302の開閉軸2913よりも根元側にそれぞれ延長した部分を用いて平行クランク3303を構成している。そして、この平行クランク3303の根元側の端部には、処置ユニット2910の長手方向に前後にスライド可能な直動部3304が連結されている。
通常、ばね(図示しない)の復元力などを利用して、直動部3304には先端側(遠位端側)の方向に押し出されている。このため、平行クランク3303のひし形が開き、これに連動して、ブレード3301とブレード3302には開閉軸2913回りに開成する方向に力が加えられている。したがって、力を加えていない状態では、図33に示すように、第1の鉗子2911は開成している。
また、直動部3304を、参照番号3305の矢印で示す根元側(近位端側)の方向に引っ張ると、平行クランク3303のひし形が畳み込まれ、これに連動して、ブレード3301とブレード3302には開閉軸2913回りに閉成する方向に力が加えられる。したがって、図34並びに図35に示すように、直動部3304が根元側に引っ張られた距離に応じて、第1の鉗子2911は徐々に閉じていく。なお、直動部3304には、引張操作の際に使用する突起3306が形設されている。
図29からも分かるように、第1の鉗子2911の開閉軸2913は、交換軸2930の回転軸と直交している。したがって、第1の鉗子2911は、交換軸2930の回転軸と平行な方向にブレードが開閉動作する。処置ユニット2910を交換軸2930回りに回転させる際の軌道とは直交する方向に、第1の鉗子2911は開閉動作する、ということもできる。第2の鉗子2912についても同様である。
収納部2940は、処置ユニット2910の先端の軌道に沿った開口を有するU字形状をなしている。第1の鉗子2911並びに第2の鉗子2912は、使用可能状態から待機状態に遷移する際に、ブレードを閉じることによって、収納部2940のU字形状に収まることができる。また、収納部2940内に収容されると、ブレードがU字に挟まれてしまうので、開閉動作することができなくなる。図29に示す例では、使用可能状態となっている第1の鉗子2911は、外界に出現しているので、ブレードの開閉操作が可能である。他方、待機状態となっている第2の鉗子2912は収納部2940内に収容されており、ブレードは閉成状態に保たれ、開くことができない。
術具2900は、第1の鉗子2911と第2の鉗子2912のうち使用可能状態になっている方の鉗子の開閉操作を行うための開閉機構部を備えている。この開閉機構部は、第1の鉗子2911並びに第2の鉗子2912が使用可能状態から待機状態に遷移する際に、ブレードを閉じる動作も実現する。ブレードが開いたままでは、収納部2940のU字の壁に激突してしまうからである。
図36~図39を参照しながら、術具2900に適用される開閉機構部の構成及び動作について説明する。
図36には、開閉機構部の主要な構成要素であるカムスライダー3600の斜視図を示している。また、図37には、カムスライダー3600を術具2900の交換軸2930付近に組み込んだ様子を示している。但し、37では、カムスライダー3600を可視化するために、保持部2920の先端付近を一部切り取って示している。カムスライダー2600は、使用可能状態の鉗子を開閉操作する機能とともに、処置ユニット2910が交換軸2930回りに180度回転する間にブレードを閉じる機能を併せて備えている。
図36から分かるように、カムスライダー3600は、内壁面がカム面からなる凹み部3601が形設されている。図37では、凹み部3601内の様子が分かるように、カムスライダー3600の凹み部3601付近を薄く切り取って、開口となるように描いている。図37からも分かるように、第1の鉗子2911の開閉に関わる直動部3304に形設された突起3306は、凹み部3601内に収容され、凹み部3601の内壁面によって動作範囲が規制される。また、第2の鉗子2912の開閉に関わる直動部側の突起も、同様に、凹み部3601内に収容され、凹み部3601の内壁面によって動作範囲が規制される。
カムスライダー3600の凹み部3601の内壁面のカム形状は、その中心が交換軸2930の回転中心から待機状態の鉗子側(若しくは、近位端側)に寄るように偏心している。すなわち、内壁面は、交換軸2930を中心として、先端側(遠位端側)の方向に最も径が長く、根元側(近位端側)の方向に最も径が短いカム形状をなしている。
図37に示すように、第1の鉗子2911が使用可能状態で第2の鉗子2912が待機状態のときには、第1の鉗子2911側の突起3306と交換軸2930の回転中心までの距離D1よりも、第2の鉗子2912側の突起と交換軸2930の回転中心までの距離D2の方が短い。したがって、使用可能状態となっている第1の鉗子2911側では、直動部3304は根元側に引っ張られないので、開閉操作が可能である。一方、待機状態となっている第2の鉗子2912側では、凹み部3601の内壁面に当接している突起を介してその直動部がブレードの反対方向に引っ張られているので、その結果、待機状態の第2の鉗子2912のブレードを閉じることができる。
図37に示すように、カムスライダー3600の外表面には、一対の突起3602及び3603が、処置ユニット2910の長手方向と直交するように配設されている。また、処置ユニット2910側には、これらの突起3602及び3603をそれぞれ挿入する線条で平行な一対のガイド溝3701及び3702が、長手方向に沿って形成されている。したがって、突起3602及び3603が各ガイド溝3701及び3702内でスライドすることで、カムスライダー3600は、処置ユニット2910の長手方向に沿ってスライドすることができる。また、カムスライダー3600の移動範囲は、各ガイド溝3701及び3702の長さ以下に制限されている。
また、図37に示すように、保持部2920とカムスライダー3600は、コイルばね3703によって連結されており、カムスライダー3600は、コイルばね3703によって、先端側(遠位端側)に押し出される力が加えられている。他方、カムスライダー3600の末端面には、牽引用のワイヤー3604が取り付けられており、ワイヤー3604を引っ張ることによって、コイルばね3703の復元力に反して、カムスライダー3600を所定の移動範囲内で根元側に引き戻すことができる。
このようなカムスライダー3600の長手方向へのスライド操作を利用して、鉗子の開閉動作を実現することができる。カムスライダー3600のスライド操作を利用して、第1の鉗子2911を開閉する動作について、図37~図40を参照しながら説明する。
図37並びに図38には、カムスライダー3600にはコイルばね3703が作用するがワイヤー3604では引っ張られていないときの、カムスライダー3600の相対位置並びに第1の鉗子2911の開閉状態を示している。カムスライダー3600は先端側(遠位端側)の方向に押し出されている。このため、突起3306は先端側(遠位端側)の方向に進出することができるので、平行クランク3303のひし形が開き、これに連動して、ブレード3301とブレード3302には開閉軸2913回りに開成する方向に力が加えられている。この結果、図38に示すように、第1の鉗子2911は開成している。
また、カムスライダー3600をワイヤー3604で牽引して根元側(近位端側)にスライドさせると、図39に示すように凹み部3601の内壁面に当接している突起3306が根元側(近位端側)に移動して、直動部3304が引っ張られる。この結果、平行クランク3303のひし形が畳み込まれ、これに連動して、図40に示すように第1の鉗子2911が閉成する。なお、図示並びに詳細な説明を省略するが、第2の鉗子2912が使用可能状態になった場合も、同様のカムスライダー3600のスライド操作によって開閉操作することができる。
続いて、カムスライダー3600を利用して、第1の鉗子711が使用可能状態から待機状態に遷移する際にブレードを閉じる動作について、図41~図48をさらに参照しながら説明する。なお、図示並びに詳細な説明を省略するが、第2の鉗子2912が使用可能状態から待機状態に遷移する際にも、カムスライダー3600を利用して、同様にブレードを閉じる動作を実現することができる。
第1の鉗子2911が使用可能状態となっている様子は、図37及び図38に示した通りである。凹み部3601の内壁面は、交換軸2930を中心として、先端側(遠位端側)の方向に最も径が長く、根元側(近位端側)の方向に最も径が短いカム形状をなしている。したがって、使用可能状態となっている第1の鉗子2911側では、図37からも分かるように直動部3304は遠位端側に進出し、また、図38に示すようにブレードは最大限に開いている。
図41には、処置ユニット2910を、第1の鉗子2911の使用可能状態(図38を参照)から、交換軸2930回りに紙面反時計方向に45度程度回転させた様子を示している。また、図42には、処置ユニット2910のこの回転位置でのカムスライダー3600付近の様子を拡大して示している。処置ユニット2910が回転する間、突起3306はカムスライダー3600の内壁面を滑動しながら交換軸2930の方向へ引き寄せられる。この結果、図41からも分かるように、第1の鉗子2911のブレードは閉じ始めている。
図43には、処置ユニット2910を、第1の鉗子2911の使用可能状態(図38を参照)から、交換軸2930回りに紙面反時計方向に90度程度回転させた様子を示している。また、図44には、処置ユニット2910のこの回転位置でのカムスライダー3600付近の様子を拡大して示している。処置ユニット2910がさらに回転する間に、突起3306はカムスライダー3600の内壁面を滑動しながら交換軸2930の方向へさらに引き寄せられる。この結果、図43からも分かるように、第1の鉗子2911のブレードはかなり閉じている。
図45には、処置ユニット2910を、第1の鉗子2911の使用可能状態(図38を参照)から、交換軸2930回りに紙面反時計方向に135度程度回転させた様子を示している。また、図46には、処置ユニット2910のこの回転位置でのカムスライダー3600付近の様子を拡大して示している。処置ユニット2910がさらに回転する間に、突起3306はカムスライダー3600の内壁面を滑動しながら交換軸2930の方向へさらに引き寄せられる。この結果、図45からも分かるように、第1の鉗子2911のブレードはほぼ完全に閉じている。逆に第2の鉗子2912側では、ブレードがかなり開いている。
図47には、処置ユニット2910を、第1の鉗子2911の使用可能状態(図38を参照)から、交換軸2930回りに紙面反時計方向に180度程度回転させた様子を示している。この時点で、第1の鉗子2911は待機状態に完全に切り換わるとともに、第2の鉗子2912は使用可能状態に完全に切り換わる。また、図48には、処置ユニット2910のこの回転位置でのカムスライダー3600付近の様子を拡大して示している。処置ユニット2910がさらに回転する間に、突起3306はカムスライダー3600の内壁面を滑動しながら交換軸2930の方向へ最大限に引き寄せられる。この結果、図47からも分かるように、第1の鉗子2911のブレードは完全に閉じおり、収納部2940内に収容することができる。逆に第2の鉗子2912側では、ブレードが完全に開いている。
なお、第1の鉗子2911と第2の鉗子2912のうち一方が使用可能状態となり他方が待機状態となった回転位置において(若しくは、第1の鉗子2911と第2の鉗子2912のうちいずれかが使用可能状態となったときに)、処置ユニット2910を交換軸2930回りに回転しないようにホールドするラッチのような機構(図示を省略)を備えていることが、術具の使用上は好ましい。
また、図29~図48ではいずれも、紙面の都合上、保持部2920の左端以降の根元部分の図示を省略している。保持部2920の根元部は、例えば、手術用マスタ-スレーブシステムのスレーブアームの装着可能な形状や構造をしていることを想定している。また、保持部2920の根元部は、手動で操作する手動鉗子に取り付け可能な形状や構造をしていてもよい。
第1の鉗子2911と第2の鉗子2912の状態切り換えが成功したときには、ユーザ(術者など)に通知するようにしてもよい。例えば、処置ユニット710の交換軸2930回りの回転位置を検出するエンコーダや、その他のセンサなどを用いて、第1の鉗子2911と第2の鉗子2912のうちいずれかが使用可能状態にセットされたことを検出するようにする。そして、この検出結果を、手術用マスタ-スレーブシステムのマスタ側に出力し、マスタ装置は、照明(LEDの点滅など)、音(ビープ音など)、ハブティクス、モニタ画面の表示などを通じて、ユーザに処置部の交換が完了したことやいずれの鉗子が使用状態になっているかを通知するようにしてもよい。
第3の実施例に係る術具2900は、例えば腹腔鏡下手術において、患者の体腔内にトロッカーを介して挿入して用いられる。例えば、処置ユニット2910の回転を安全に行うことができる程度のスペースを確認した上で、あるいは、術具2900に距離センサ(TOF、レーザー、IRなど)を搭載して、周辺の組織との間隔を測距して、処置ユニット2910の回転を安全に行うことができる程度の十分なスペースがあることを確認して、術具2900を体腔から抜き取ることなく、体腔内で鉗子の交換を行うようにしてもよい。
第3の実施例に係る術具2900は、処置ユニット2910の180度回転により(言い換えれば、従来のような術具2900の体腔からの抜き取りと鉗子の交換作業なしに)、第1の鉗子2911と第2の鉗子2912という2通りの使用が可能である。したがって、省スペースで複数の鉗子を同じ術具で使用することができる。また、処置ユニット2910の回転という簡単な操作により、短時間で処置具の切り換えを行うことができる。よって、術具の交換に要する時間を削減して手術時間を短縮でき、その分患者の負担を軽減することが期待できる。
第3の実施例に係る術具2900を手術用ロボットに装着して手術を行なう場合には、この手術用ロボットに取り付ける術具の個数を削減し、又は同数の術具を取り付けた場合により多くの処置具を同時に利用することができるという利点がある。また、術具2900を滅菌若しくは洗浄を行うと、2種類の処置具を同時に滅菌若しくは洗浄を行うことになる。また、手術用ロボットにおいて術具を交換する回数が減ることから、手術の工程変更に必要な時間を短縮することができるとともに、術者の手間を低減することにもつながる。
第4の実施例では、2種類の処置具の使用状態を切り換え可能な術具を利用する手術用マスタ-スレーブシステムについて説明する。但し、スレーブ装置にエンドエフェクタとして取り付けられる術具は、上述した第1乃至第3の実施例のいずれのものであってもよい。
図49には、多関節アーム4900の構成例を模式的に示している。図示の多関節アーム4900は、腹腔鏡下手術に利用される。腹腔鏡下手術に利用される。多関節アーム4900は、例えば、マスタ-スレーブ方式のロボットシステムにおけるスレーブアームとして適用され、人(術者)が遠隔からマスタアームを操作したときの動きが反映されて制御される。
多関節アーム4900は、エンドエフェクタ4901と、エンドエフェクタ4901を所定のアタッチメント4902を介して先端に取り付けた多関節リンク構造体4910で構成される。
エンドエフェクタ4901は、具体的には、腹腔鏡下手術において、患者の体腔内に挿入して用いられる処置具であり、患者の体腔内にトロッカーなどの人工孔や鼻や口などの自然孔を介して挿入して用いられる。処置具として、例えば鉗子や気腹チューブ、エネルギー処置具、攝子、レトラクタなどを挙げることができる。また、エンドエフェクタには術部を観察する内視鏡や外視鏡を用いてもよい。スコープ(直視鏡や斜視鏡)がマウントされたカメラヘッドにより術野の画像が取得され、多関節アーム4900の関節部を制御することにより観察方向が変更可能である。図49では、1つのエンドエフェクタ4901しか描いていないが、アタッチメント4902との互換性がある多種類のエンドエフェクタと交換することができる。
多関節リンク構造体4910が備える、軸数(若しくは、関節数)や各軸の自由度構成、リンク数(若しくは、アーム数)などの構成は任意である。以下では、説明の便宜上、多関節リンク構造体4910に含まれる各リンクを、遠位端(若しくは、エンドエフェクタ4901の後端)から順に、第1のリンク、第2のリンク、…と呼ぶことにする。また、多関節リンク構造体4910に含まれる各関節を、遠位端(若しくは、エンドエフェクタ4901の後端)から順に、第1の関節、第2の関節、…と呼ぶことにする。
多関節リンク構造体4910の先端に、アタッチメント4902を介して取り付けられる多種類のエンドエフェクタ4901の1つとして、上述した第1乃至第3の実施例のうちのいずれかの術具であってもよい。
例えば第1の実施例に係る術具100は、両端に第1の処置部111と第2の処置部112をそれぞれ備えた処置ユニット110が保持部120に保持されており、交換軸130回りに処置ユニット110を180度ずつ回転させることによって、第1の処置部111と第2の処置部112のうち一方を選択的に使用することができる。したがって、省スペースで複数の処置具を同じ術具で使用することができる。また、処置ユニット110の回転という簡単な操作により、短時間で処置具の切り換えを行うことができる。
また、図49に示したような多関節アームを複数組み合わせた手術ロボットシステムも構築可能である。この種の手術ロボットの少なくとも一部のアームに、本明細書で開示してきた術具を適用することで、取り付ける術具の総数を削減し、又は同数の術具を取り付けた場合により多くの処置具を同時に利用することができるという利点がある。また、1つの術具を滅菌若しくは洗浄を行うと、2種類の処置具を同時に滅菌若しくは洗浄を行うことになる。また、手術用ロボットにおいて術具を交換する回数が減ることから、手術の工程変更に必要な時間を短縮することができるとともに、術者の手間を低減することにもつながる。
図50には、マスタ-スレーブ方式の手術システム5000の機能的構成を模式的に示している。図49に示した多関節アーム4900をスレーブアームの1つとして用いていることを想定している。手術システム5000は、オペレータが操作するマスタ装置5010と、オペレータによる操作に従ってマスタ装置5010から遠隔制御されるスレーブ装置5020で構成される。マスタ装置5010とスレーブ装置5020間は、無線又は有線のネットワークを経由して相互接続されている。
マスタ装置5010は、操作部5011と、変換部5012と、通信部5013と、フィードバック(FB)提示部5014を備えている。
操作部5011は、オペレータがスレーブ装置5020を遠隔操作するためのマスタアームなどからなる。変換部5012は、オペレータが操作部5011に対して行なった操作内容を、スレーブ装置5020側(より具体的には、スレーブ装置5020内の駆動部5021)の駆動を制御するための制御情報に変換する。また、スレーブ装置5020側のスレーブアームのエンドエフェクタとして、第1乃至第3の実施例のうちのいずれかの術具が適用されている場合には、オペレータは、例えば操作部5011を介して、処置ユニットの回転による処置具の交換を指示することができる。
通信部5013は、スレーブ装置5020側(より具体的には、スレーブ装置5020内の通信部5023)と、無線又は有線のネットワークを経由して相互接続されている。通信部5013は、変換部5012から出力される制御情報を、スレーブ装置5020に送信する。
一方、スレーブ装置5020は、駆動部5021と、検出部5022と、通信部5023を備えている。
スレーブ装置5020は、図49に示したような、術具からなるエンドエフェクタが取り付けられた多関節アーム4900をスレーブアームとして備えていることを想定している。駆動部5021は、多関節アーム4900のリンク間を接続する各関節を回転駆動するアクチュエータや、エンドエフェクタの操作(例えば、鉗子の開閉動作)するためのアクチュエータが含まれている。
検出部5022は、鉗子などのエンドエフェクタが組織から受ける物理作用(例えば、外力や温度など)を検出することができるセンサからなる。
通信部5023は、マスタ装置5010側(より具体的には、マスタ装置5020内の通信部5013)と、無線又は有線のネットワークを経由して相互接続されている。上記の駆動部5021は、通信部5023がマスタ装置5010側から受信した制御情報に従って駆動する。スレーブアームのエンドエフェクタとして、第1乃至第3の実施例のうちのいずれかの術具が適用されている場合には、駆動部5021は、処置ユニットの回転による処置具の交換を実施する。また、上記の検出部5022による検出結果は、通信部5023からマスタ装置5010側に送信される。
マスタ装置5010側では、フィードバック(FB)提示部5014は、通信部5013がスレーブ装置5020からフィードバック情報として受信した検出結果(外力や温度など)に基づいて、オペレータに対するフィードバックの提示を実施する。
マスタ装置5010を操作するオペレータは、フィードバック提示部5014を通じて、スレーブ装置5020側のエンドエフェクタに加わる物理作用(沿組織から受ける反力や、組織の体温など)を認識することができる。例えば、スレーブ装置5020が手術用ロボットの場合には、オペレータは、ハプティックフィードバックによって鉗子などの処置具に作用する手ごたえなどの触感を得ることにより、縫合糸の操作時における手加減を適切に行ない、縫合を完全に終えることができ、生体組織への侵襲を防止して効率よく作業することができる。
以上、特定の実施形態を参照しながら、本明細書で開示する技術について詳細に説明してきた。しかしながら、本明細書で開示する技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
本明細書で開示する術具は、例えば手術用マスタ-スレーブシステムのスレーブアームや、手動鉗子に取り付けて、省スペースで2通りの処置具を同時に使用することができる。また、処置ユニットの回転という簡単な操作により、短時間で処置具の切り換えを行うことができる。
本明細書で開示する術具を手術用マスタ-スレーブシステムに装着して手術を行なう場合には、この手術用マスタ-スレーブシステムに取り付ける術具の個数を削減し、又は同数の術具を取り付けた場合により多くの処置具を同時に利用することができるという利点がある。また、術具を滅菌若しくは洗浄を行うと、2種類の処置具を同時に滅菌若しくは洗浄を行うことになる。また、手術用ロボットにおいて術具を交換する回数が減ることから、手術の工程変更に必要な時間を短縮することができるとともに、術者の手間を低減することにもつながる。
要するに、例示という形態により本明細書で開示する技術について説明してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本明細書で開示する技術の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
なお、本明細書の開示の技術は、以下のような構成をとることも可能である。
(1)第1の処置部を一方の端部に備えるとともに第2の処置部を他方の端部に備える処置ユニットと、
前記第1の処置部と前記第2の処置部の使用状態を切り換え可能に前記処置ユニットを支持する保持部と、
を具備する術具。
前記第1の処置部と前記第2の処置部の使用状態を切り換え可能に前記処置ユニットを支持する保持部と、
を具備する術具。
(1-1)前記第1の処置部と前記第2の処置部はそれぞれ、鉗子や気腹チューブ、エネルギー処置具、攝子、レトラクタのいずれかである、
上記(1)に記載の術具。
上記(1)に記載の術具。
(2)前記保持部は、前記保持部を交換軸回りに回転可能に支持して前記第1の処置部と前記第2の処置部の使用状態を切り換える、
上記(1)に記載の術具。
上記(1)に記載の術具。
(3)前記保持部は、前記第1の処置部と前記第2の処置部の一方が使用可能状態となり他方が待機状態となるように前記処置ユニットを支持する、
上記(1)に記載の術具。
上記(1)に記載の術具。
(4)前記保持部は、前記第1の処置部と前記第2の処置部のうち待機状態となった処置部を収納する収納部を備える、
上記(3)に記載の術具。
上記(3)に記載の術具。
(4-1)前記収納部に挿入された一方の処置部が待機状態となり、前記収納部から外界に出現した他方の処置部が使用可能状態となる、
上記(3)に記載の術具。
上記(3)に記載の術具。
(5)前記保持部は、前記処置ユニットを交換軸回りに回転可能に支持し、
前記処置ユニットを前記交換軸回りに回転させて、前記第1の処置部と前記第2の処置部が交互に使用可能状態と待機状態に切り換わる、
上記(4)に記載の術具。
前記処置ユニットを前記交換軸回りに回転させて、前記第1の処置部と前記第2の処置部が交互に使用可能状態と待機状態に切り換わる、
上記(4)に記載の術具。
(6)前記処置ユニットを前記交換軸間回りに回転動作させる交換機構部をさらに備える、
上記(2)に記載の術具。
上記(2)に記載の術具。
(7)前記第1の処置部と前記第2の処置部のうち少なくとも一方は、開閉型のエンドエフェクタからなり、
前記収納部は、前記開閉型のエンドエフェクタが待機状態となったときに、閉成状態を保つように収納する、
上記(3)乃至(6)のいずれかに記載の術具。
前記収納部は、前記開閉型のエンドエフェクタが待機状態となったときに、閉成状態を保つように収納する、
上記(3)乃至(6)のいずれかに記載の術具。
(8)前記収納部は、前記交換軸回りの方向に開口部を持つ断面形状をなし、
前記開閉型のエンドエフェクタは、前記交換軸と直交する開閉軸回りに開閉する、
上記(7)に記載の術具。
前記開閉型のエンドエフェクタは、前記交換軸と直交する開閉軸回りに開閉する、
上記(7)に記載の術具。
(9)前記開閉型のエンドエフェクタを開閉動作させる開閉機構部を備える、
上記(8)に記載の術具。
上記(8)に記載の術具。
(10)前記開閉機構部は、前記開閉型のエンドエフェクタが待機状態に遷移する際に、前記開閉型のエンドエフェクタを閉成動作させる、
上記(9)に記載の術具。
上記(9)に記載の術具。
(11)前記開閉機構部は、前記処置ユニットの前記交換軸回りの回転に連動して、前記開閉型のエンドエフェクタを閉成する、
上記(10)に記載の術具。
上記(10)に記載の術具。
(12)第1の処置部を一方の端部に備えるとともに第2の処置部を他方の端部に備える処置ユニットと、前記第1の処置部と前記第2の処置部の使用状態を切り換え可能に前記処置ユニットを支持する保持部からなる術具と、
前記術具が取り付けられ、少なくとも1つの関節を備えるアームと、
前記スレーブ装置の前記関節を駆動させる信号を出力するマスタ装置と、
を具備する手術システム。
前記術具が取り付けられ、少なくとも1つの関節を備えるアームと、
前記スレーブ装置の前記関節を駆動させる信号を出力するマスタ装置と、
を具備する手術システム。
(13)前記アームの前記関節及び前記術具の可動部を駆動させる信号を出力するマスタ装置をさらに備える、
上記(12)に記載の医療用マニピュレータシステム。
上記(12)に記載の医療用マニピュレータシステム。
100…術具(第1の実施例)
110…処置ユニット、111…第1の処置部、112…第2の処置部
120…保持部、130…交換軸、140…収納部
700…術具(第2の実施例)
710…処置ユニット、711…第1の鉗子、712…第2の鉗子
713…開閉軸(第1の鉗子用)、714…開閉軸(第2の鉗子用)
720…保持部、730…交換軸、740…収納部
750…交換機構部、760…開閉機構部
1301…プーリ、1302…ワイヤー
1501、1502…ブレード、1503…平行クランク
1504…直動部
1701…ワイヤー、1901…挿通穴
2100…カムスライダー、2101…開口部
2111…突起(第1の鉗子711側)
2112…突起(第2の鉗子712側)、2121…ワイヤー
2900…術具(第3の実施例)
2910…処置ユニット
2911…第1の鉗子、2912…第2の鉗子
2913…開閉軸(第1の鉗子用)、2914…開閉軸(第2の鉗子用)
2920…保持部、2930…交換軸、2940…収納部
3301、3302…ブレード、3303…平行クランク
3304…直動部、3306…突起
3600…カムスライダー、3601…凹み部
3602、3603…突起
3701、3702…ガイド溝、3703…コイルばね
4900…多関節アーム、4901…エンドエフェクタ
4902…アタッチメント、4910…多関節リンク構造体
5000…手術システム
5010…マスタ装置、5011…操作部、5012…変換部
5013…通信部、5014…フィードバック提示部
5020…スレーブ装置、5021…駆動部
5022…検出部、5023…通信部
110…処置ユニット、111…第1の処置部、112…第2の処置部
120…保持部、130…交換軸、140…収納部
700…術具(第2の実施例)
710…処置ユニット、711…第1の鉗子、712…第2の鉗子
713…開閉軸(第1の鉗子用)、714…開閉軸(第2の鉗子用)
720…保持部、730…交換軸、740…収納部
750…交換機構部、760…開閉機構部
1301…プーリ、1302…ワイヤー
1501、1502…ブレード、1503…平行クランク
1504…直動部
1701…ワイヤー、1901…挿通穴
2100…カムスライダー、2101…開口部
2111…突起(第1の鉗子711側)
2112…突起(第2の鉗子712側)、2121…ワイヤー
2900…術具(第3の実施例)
2910…処置ユニット
2911…第1の鉗子、2912…第2の鉗子
2913…開閉軸(第1の鉗子用)、2914…開閉軸(第2の鉗子用)
2920…保持部、2930…交換軸、2940…収納部
3301、3302…ブレード、3303…平行クランク
3304…直動部、3306…突起
3600…カムスライダー、3601…凹み部
3602、3603…突起
3701、3702…ガイド溝、3703…コイルばね
4900…多関節アーム、4901…エンドエフェクタ
4902…アタッチメント、4910…多関節リンク構造体
5000…手術システム
5010…マスタ装置、5011…操作部、5012…変換部
5013…通信部、5014…フィードバック提示部
5020…スレーブ装置、5021…駆動部
5022…検出部、5023…通信部
Claims (13)
- 第1の処置部を一方の端部に備えるとともに第2の処置部を他方の端部に備える処置ユニットと、
前記第1の処置部と前記第2の処置部の使用状態を切り換え可能に前記処置ユニットを支持する保持部と、
を具備する術具。 - 前記保持部は、前記保持部を交換軸回りに回転可能に支持して前記第1の処置部と前記第2の処置部の使用状態を切り換える、
請求項1に記載の術具。 - 前記保持部は、前記第1の処置部と前記第2の処置部の一方が使用可能状態となり他方が待機状態となるように前記処置ユニットを支持する、
請求項1に記載の術具。 - 前記保持部は、前記第1の処置部と前記第2の処置部のうち待機状態となった処置部を収納する収納部を備える、
請求項3に記載の術具。 - 前記保持部は、前記処置ユニットを交換軸回りに回転可能に支持し、
前記処置ユニットを前記交換軸回りに回転させて、前記第1の処置部と前記第2の処置部が交互に使用可能状態と待機状態に切り換わる、
請求項4に記載の術具。 - 前記処置ユニットを前記交換軸間回りに回転動作させる回転機構部をさらに備える、
請求項2に記載の術具。 - 前記第1の処置部と前記第2の処置部のうち少なくとも一方は、開閉型のエンドエフェクタからなり、
前記収納部は、前記開閉型のエンドエフェクタが待機状態となったときに、閉成状態を保つように収納する、
請求項3に記載の術具。 - 前記収納部は、前記交換軸回りの方向に開口部を持つ断面形状をなし、
前記開閉型のエンドエフェクタは、前記交換軸と直交する開閉軸回りに開閉する、
請求項7に記載の術具。 - 前記開閉型のエンドエフェクタを開閉動作させる開閉機構部を備える、
請求項8に記載の術具。 - 前記開閉機構部は、前記開閉型のエンドエフェクタが待機状態に遷移する際に、前記開閉型のエンドエフェクタを閉成動作させる、
請求項9に記載の術具。 - 前記開閉機構部は、前記処置ユニットの前記交換軸回りの回転に連動して、前記開閉型のエンドエフェクタを閉成する、
請求項10に記載の術具。 - 第1の処置部を一方の端部に備えるとともに第2の処置部を他方の端部に備える処置ユニットと、前記第1の処置部と前記第2の処置部の使用状態を切り換え可能に前記処置ユニットを支持する保持部からなる術具と、
前記術具が取り付けられ、少なくとも1つの関節を備えるアームと、
を具備する医療用マニピュレータシステム。 - 前記アームの前記関節及び前記術具の可動部を駆動させる信号を出力するマスタ装置をさらに備える、
請求項12に記載の医療用マニピュレータシステム。
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