JP7429507B2 - Puncture robot - Google Patents

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Description

本発明は、穿刺ロボットに関する。 The present invention relates to a puncturing robot.

患者への負担軽減の観点から、低侵襲な治療が検討されている。穿刺は、細い針を用いて患者の体内への薬物投与を行うものであり、低侵襲な方法として注目されている。この穿刺は、従来、熟練の技量を有する医師等により行われる。 Minimally invasive treatments are being considered from the perspective of reducing the burden on patients. Puncture is a method of administering drugs into a patient's body using a thin needle, and is attracting attention as a minimally invasive method. This puncturing is conventionally performed by a skilled doctor or the like.

近年、穿刺が適用されるケースが拡大しつつあり、例えば身体の深部に存在する患部に対して穿刺を用いた治療が行われることがある。しかし、細い穿刺針を深部に存在する患部に確実に到達させるには、高度の技量を要する。そこで、ロボットによる穿刺が検討されている。例えば、特許文献1~4は、ロボットを用いて行われる穿刺に関する技術を開示する。 In recent years, the number of cases in which puncture is applied has been expanding, and for example, treatment using puncture is sometimes performed on affected areas located deep within the body. However, a high degree of skill is required to reliably reach the deep affected area with a thin puncture needle. Therefore, puncturing using a robot is being considered. For example, Patent Documents 1 to 4 disclose techniques related to puncturing performed using a robot.

特許文献1は、画像案内医療処置に関する技術を開示する。この処置では、リアルタイムに取得された医療画像を利用する。特許文献2、3は、穿刺支援装置を開示する。この装置は、超音波断層画像を利用して穿刺針の位置を確認しながら、穿刺を行う。特許文献4は、コンピュータ断層画像の取得時に用いられる注射装置を開示する。この装置は、薬液を保持したシリンジを複数備えている。そして、シリンジのそれぞれに、薬液を供給するためのアクチュエータが設けられている。 Patent Document 1 discloses a technique related to image-guided medical treatment. This procedure utilizes medical images acquired in real time. Patent Documents 2 and 3 disclose puncture support devices. This device performs puncture while confirming the position of the puncture needle using ultrasound tomographic images. Patent Document 4 discloses an injection device used when acquiring a computerized tomographic image. This device is equipped with a plurality of syringes holding drug solutions. Each of the syringes is provided with an actuator for supplying the drug solution.

特表2005-510289号公報Special Publication No. 2005-510289 特開2015-154826号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-154826 特開2016-123794号公報Japanese Patent Application Publication No. 2016-123794 米国特許出願公開第2003/0171670号明細書US Patent Application Publication No. 2003/0171670

患者の負担軽減に鑑みれば、より細い穿刺針を用いて、より短時間で施術を完了させることが望まれる。しかし、穿刺針が細くなるほど、挿入途中の穿刺針の動きが不安定になりやすい。その結果、X線画像やコンピュータ断層画像を得て、穿刺針の位置を確認しながら挿入を行うことになり、施術時間が増加してしまう。 In order to reduce the burden on the patient, it is desirable to use a thinner puncture needle and complete the procedure in a shorter time. However, as the puncture needle becomes thinner, the movement of the puncture needle during insertion tends to become unstable. As a result, the insertion must be performed while confirming the position of the puncture needle by obtaining an X-ray image or a computerized tomographic image, which increases the treatment time.

そこで、本発明は、穿刺による負担を軽減可能な穿刺ロボットを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a puncturing robot that can reduce the burden caused by puncturing.

本発明の一形態は、穿刺針を用いて穿刺を行う穿刺ロボットであって、所定方向に延びる第1基体と、第1基体に連結されて、穿刺針の基端を保持し、穿刺針を所定方向に沿って振動させると共に、所定方向のまわりに回転させる駆動機構と、を備え、駆動機構は、第1基体に連結される第2基体と、穿刺針の基端を保持する駆動軸と、第2基体に取り付けられて、駆動軸を振動させると共に駆動軸の回転を許容する第1駆動部と、第2基体に取り付けられて、駆動軸を回転させると共に駆動軸の振動を許容する第2駆動部と、を有する。 One form of the present invention is a puncture robot that performs puncture using a puncture needle, and includes a first base body extending in a predetermined direction, and a puncture robot that is connected to the first base body and holds a proximal end of the puncture needle. a drive mechanism that vibrates along a predetermined direction and rotates around a predetermined direction; the drive mechanism includes a second base body connected to the first base body; a drive shaft that holds the proximal end of the puncture needle; , a first drive unit attached to the second base body to vibrate the drive shaft and allow rotation of the drive shaft; and a first drive unit attached to the second base body to rotate the drive shaft and allow vibration of the drive shaft. 2 drive parts.

この穿刺ロボットは、穿刺針を回転及び/又は振動させる駆動機構を有する。そして、駆動機構は、第2基体に対して第1駆動部及び第2駆動部が取り付けられる。この構造によれば、それぞれの駆動機構は、第2基体によって支持されるので、それぞれの駆動機構の動作に際し、一方の駆動部が他方の駆動部に及ぼす影響を抑制し得る。そうすると、それぞれの駆動部における不要な負荷の増大が抑制されるので、挿入途中の穿刺針の動きをより安定化させることが可能となる。その結果、穿刺針をより短時間で患部に到達させやすくなるので、穿刺による負担を軽減することができる。 This puncture robot has a drive mechanism that rotates and/or vibrates the puncture needle. In the drive mechanism, a first drive section and a second drive section are attached to the second base body. According to this structure, each of the drive mechanisms is supported by the second base, so that the influence of one drive section on the other drive section can be suppressed when each drive mechanism operates. In this way, an unnecessary increase in load on each driving section is suppressed, so that the movement of the puncture needle during insertion can be more stabilized. As a result, it becomes easier for the puncture needle to reach the affected area in a shorter time, so the burden caused by puncturing can be reduced.

一形態において、第1駆動部は、第2基体に固定されて、振動のための振動力を生じさせる第1アクチュエータと、第1アクチュエータ及び駆動軸に連結されて、振動力を駆動軸に伝達する第1伝達部と、を有し、第2駆動部は、第2基体に固定されて、回転のための回転力を生じさせる第2アクチュエータと、第2アクチュエータ及び駆動軸に連結されて、回転力を駆動軸に伝達する第2伝達部と、を有してもよい。この構造によれば、それぞれの駆動部が駆動軸に対して振動及び回転を同時に付与することができる。従って、挿入途中の穿刺針の動きがさらに安定化する。その結果、穿刺針をさらに短時間で患部に到達させやすくなるので、穿刺による負担をさらに軽減することができる。 In one form, the first drive unit includes a first actuator that is fixed to the second base and generates vibration force for vibration, and is coupled to the first actuator and the drive shaft to transmit the vibration force to the drive shaft. a second actuator that is fixed to the second base and generates a rotational force for rotation; and a second actuator that is connected to the second actuator and the drive shaft; It may also include a second transmission section that transmits rotational force to the drive shaft. According to this structure, each drive section can simultaneously apply vibration and rotation to the drive shaft. Therefore, movement of the puncture needle during insertion is further stabilized. As a result, it becomes easier for the puncture needle to reach the affected area in a shorter time, thereby further reducing the burden caused by puncturing.

一形態において、第1伝達部は、第1アクチュエータに接触する入力端と、駆動軸を挿通させる第1貫通孔を有する出力端と、を含む梁部と、貫通孔に挿通された駆動軸を、出力端に対して所定方向に拘束すると共に、所定方向のまわりの回転を許す拘束部と、を含んでもよい。この構造によれば、駆動軸の回転を許容し、且つ、駆動軸に振動を付与する動作を簡易な構成で実現することができる。 In one form, the first transmission section includes a beam section including an input end that contacts the first actuator, an output end that has a first through hole through which the drive shaft is inserted, and a beam section that includes the drive shaft that is inserted through the through hole. , a restraint part that restrains the output end in a predetermined direction and allows rotation around the predetermined direction. According to this structure, the operation of allowing rotation of the drive shaft and imparting vibration to the drive shaft can be realized with a simple configuration.

一形態において、第2伝達部は、第2アクチュエータに接続される回転伝達部と、回転伝達部に接続されると共に、駆動軸を挿通させる第2貫通孔を有し、第2貫通孔に挿通された駆動軸を、所定方向のまわりに拘束すると共に、所定方向に沿った振動を許す回転駆動部と、を含んでもよい。この構造によれば、駆動軸の振動を許容し、且つ、駆動軸に回転を付与する動作を簡易な構成で実現することができる。 In one form, the second transmission part has a rotation transmission part connected to the second actuator, and a second through hole connected to the rotation transmission part and into which the drive shaft is inserted, and the second transmission part is inserted into the second through hole. The rotating drive shaft may be constrained around a predetermined direction and may include a rotational drive unit that allows vibration along the predetermined direction. According to this structure, the operation of allowing vibration of the drive shaft and imparting rotation to the drive shaft can be realized with a simple configuration.

一形態において、駆動軸は、第1駆動部と連結される第1連結部と、第2駆動部と連結される第2連結部と、穿刺針が連結される針連結部と、を含み、第2連結部は、第1連結部と針連結部との間に設けられてもよい。この構成によれば、駆動軸を良好な状態で振動及び/又は回転させることができる。 In one form, the drive shaft includes a first connection part connected to the first drive part, a second connection part connected to the second drive part, and a needle connection part connected to the puncture needle, The second connection part may be provided between the first connection part and the needle connection part. According to this configuration, the drive shaft can be vibrated and/or rotated in a good condition.

一形態において、穿刺ロボットは、穿刺針に接続されて、穿刺針に薬剤を提供する薬剤注入機構をさらに備え、薬剤注入機構は、薬剤を収容したシリンジを複数取り付けるシリンジ取り付け部を含むレボルバと、シリンジに挿入されたプランジャを押圧する第3アクチュエータと、を有し、レボルバ及びアクチュエータは、相対的に移動してもよい。この構成によれば、穿刺針に対して複数のシリンジが接続される。その結果、穿刺針とシリンジとの接続を解除して、新たなシリンジを接続するといった交換作業を不要とすることが可能になる。従って、施術時間をさらに短縮することができる。 In one form, the puncture robot further includes a drug injection mechanism that is connected to the puncture needle and provides a drug to the puncture needle, and the drug injection mechanism includes a revolver that includes a syringe attachment section to which a plurality of syringes containing drugs are attached; a third actuator that presses a plunger inserted into the syringe, and the revolver and the actuator may move relative to each other. According to this configuration, a plurality of syringes are connected to the puncture needle. As a result, it becomes possible to eliminate the need for replacement work such as disconnecting the puncture needle from the syringe and connecting a new syringe. Therefore, the treatment time can be further shortened.

一形態において、レボルバ及び第3アクチュエータの相対的な移動は、回転であってもよい。この構成によれば、薬剤注入機構を小型化することができる。 In one form, the relative movement of the revolver and the third actuator may be rotation. According to this configuration, the drug injection mechanism can be downsized.

一形態において、穿刺ロボットは、薬剤注入機構が固定される第3基体をさらに備え、第3アクチュエータは、第3基体に固定され、レボルバは、第3アクチュエータに対して回転してもよい。この構成によれば、アクチュエータによって押圧されるレボルバの選択時に、レボルバが回転する。この回転によって、シリンジ内の薬液を撹拌することができる。 In one form, the puncturing robot further includes a third base body to which the drug injection mechanism is fixed, a third actuator is fixed to the third base body, and the revolver may rotate relative to the third actuator. According to this configuration, the revolver rotates when the revolver is selected by being pressed by the actuator. This rotation allows the medicinal solution within the syringe to be stirred.

一形態において、穿刺ロボットは、駆動軸の先端に対して着脱可能に取り付けられて、穿刺針を保持する保持機構をさらに備えてもよい。この構成によれば、穿刺針と駆動軸との連結を速やかに解除することができる。 In one form, the puncture robot may further include a holding mechanism that is detachably attached to the tip of the drive shaft and holds the puncture needle. According to this configuration, the connection between the puncture needle and the drive shaft can be quickly released.

一形態において、第1基体は、穿刺針と交差するように設けられたテーブルを含み、穿刺針が挿通される貫通孔を有し、テーブルに配置されるガイドプレートと、ガイドプレートをテーブルに対して着脱可能に保持する拘束機構と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、穿刺針と駆動機構との連結を速やかに解除することができる。 In one form, the first base includes a table provided to intersect with the puncture needle, has a through hole through which the puncture needle is inserted, a guide plate disposed on the table, and a guide plate that is attached to the table. The device may further include a restraining mechanism for detachably holding the device. According to this configuration, the connection between the puncture needle and the drive mechanism can be quickly released.

本発明によれば、穿刺による負担を軽減可能な穿刺ロボットが提供される。 According to the present invention, a puncturing robot capable of reducing the burden caused by puncturing is provided.

図1は、穿刺システムの適用例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of application of the puncture system. 図2は、穿刺装置及び薬剤注入装置を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the puncture device and the drug injection device. 図3は、穿刺装置を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of the puncture device. 図4は、穿刺装置の振動ユニットの断面を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a cross section of the vibration unit of the puncture device. 図5は、穿刺装置の回転ユニットを示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing the rotation unit of the puncture device. 図6の(a)部は回転ユニットのギヤを示す平面図であり、図6の(b)部はシャフトを示す斜視図である。Part (a) of FIG. 6 is a plan view showing the gear of the rotation unit, and part (b) of FIG. 6 is a perspective view showing the shaft. 図7は、穿刺針固定具を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing the puncture needle fixture. 図8の(a)部は穿刺針着脱機構における連結状態を示す平面図であり、図8の(b)部は穿刺針着脱機構における解除状態を示す平面図である。Part (a) of FIG. 8 is a plan view showing a connected state in the puncture needle attachment/detaching mechanism, and part (b) of FIG. 8 is a plan view showing a released state of the puncture needle attachment/detachment mechanism. 図9は、穿刺針ガイドを示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing the puncture needle guide. 図10の(a)部は、穿刺針ガイドにおける固定状態を示す平面図であり、図10の(b)部は穿刺針ガイドにおける解除状態を示す平面図である。Part (a) of FIG. 10 is a plan view showing the puncture needle guide in a fixed state, and part (b) of FIG. 10 is a plan view showing the puncture needle guide in a released state. 図11は、薬剤注入装置の断面を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a cross section of the drug injection device. 図12の(a)部、(b)部及び(c)部は、回転ユニットのギヤの変形例を示す平面図である。Parts (a), (b), and (c) of FIG. 12 are plan views showing modified examples of the gear of the rotation unit. 図13の(a)部及び(b)部は、薬剤注入装置の変形例を示す図である。Parts (a) and (b) of FIG. 13 are diagrams showing a modification of the drug injection device. 図14の(a)部、(b)部、(c)部及び(d)部は、薬剤注入装置の別の変形例を示す図である。Parts (a), (b), (c), and (d) of FIG. 14 are views showing another modification of the drug injection device. 図15は、変形例に係る穿刺針固定具を示す斜視図である。FIG. 15 is a perspective view showing a puncture needle fixing device according to a modified example. 図16は、変形例に係る穿刺針固定具の動作を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing the operation of the puncture needle fixing device according to the modified example.

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

近年、生体組織診断、ラジオ焼灼術及び薬剤注入などの穿刺治療の実績は、コンピュータ断層撮像法(CT:Computed Tomography)、核磁気共鳴画像法(MRI:Magnetic Resonance Imaging)、X線透視撮影法(X-ray Fluoroscopy)、超音波画像法などの原理を利用する医用画像診断装置を用いることで向上しつつある。しかし、現在行われている医用画像診断装置を利用する穿刺治療は、いくつかの課題を有する。 In recent years, the track record of biological tissue diagnosis, radioablation, and puncture treatments such as drug injection has expanded to computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), and X-ray fluoroscopy ( Improvements are being made through the use of medical imaging equipment that utilizes the principles of x-ray fluoroscopy (X-ray fluoroscopy) and ultrasound imaging. However, the currently practiced puncture treatment using medical image diagnostic equipment has several problems.

第1の課題は、施術に際し、一定の技量が必要となる点である。穿刺治療には、細い穿刺針を用いる。その結果、患者に対する侵襲性が低く、患者に与える負担を抑制できる。しかし、細い穿刺針は非常にたわみやすい。このたわみに起因して、患者の体内に存在する目標への正確な穿刺が困難になる。従って、施術に際しては、熟練の技術を要する。第2の課題は、撮影室と操作室との往復による施術時間の増加である。医用画像診断装置を利用した施術では、撮像と針先位置の確認とを繰り返す。この繰り返しによって施術完了までに相当の時間を要する。 The first problem is that a certain level of skill is required for the treatment. A thin puncture needle is used for puncture treatment. As a result, the invasiveness to the patient is low, and the burden on the patient can be suppressed. However, thin puncture needles are extremely flexible. This deflection makes accurate puncture of targets within the patient's body difficult. Therefore, a skilled technique is required when performing the treatment. The second problem is the increase in treatment time due to the round trip between the photography room and the operation room. In treatments using medical image diagnostic equipment, imaging and confirmation of the needle tip position are repeated. This repetition takes a considerable amount of time to complete the treatment.

そこで、熟練の技術を要することなく行い得る高精度な自動穿刺と、遠隔操作による施術時間の短縮と、を実施可能な穿刺システムが望まれている。 Therefore, there is a need for a puncture system that can perform highly accurate automatic puncture without requiring skilled techniques and shorten the treatment time by remote control.

上記の事情に鑑み、本願発明者らは、鋭意検討を重ねることにより、振動及び回転を穿刺針に付与することによる直線的な穿刺動作と、不測の事態が発生した際には速やかにロボットと穿刺針を切り離せる分離動作と、施術に必要となる複数種類の薬剤を選択的に注入できる注入動作と、を行い得る穿刺システムを開発するに至った。 In view of the above circumstances, the inventors of the present application have made extensive studies to realize a linear puncturing operation by applying vibration and rotation to the puncturing needle, and a system that can quickly connect to a robot in the event of an unforeseen situation. We have developed a puncture system that can perform a separation operation to separate the puncture needle and an injection operation to selectively inject multiple types of drugs required for the treatment.

この穿刺システムは、図1に示す施術環境に適用できる。患者201は撮像室202に入室し、操作者203は操作室204に入室する。撮像室202には、例えば、コンピュータ断層画像撮像装置206、ベッド207及び穿刺システム1の主要部(穿刺支援ロボットシステム2)が配置されている。操作室204は、壁208によって撮像室202から隔てられている。操作室204にも穿刺システム1の操作端末3が配置されている。つまり、穿刺システム1は、互いに隔てられた部屋に跨って配置される。操作者203は、穿刺システム1を操作及び/または監視しながら、施術を行う。施術中に要する処置は、操作室204に配置された穿刺システム1の操作端末3によって行う。その結果、施術の開始から終了にわたって、操作者203は、基本的に撮像室202に立ち入る必要がない。 This puncture system can be applied to the treatment environment shown in FIG. A patient 201 enters an imaging room 202 , and an operator 203 enters an operation room 204 . In the imaging room 202, for example, a computerized tomographic imaging device 206, a bed 207, and the main part of the puncture system 1 (the puncture support robot system 2) are arranged. The operation room 204 is separated from the imaging room 202 by a wall 208. The operation terminal 3 of the puncture system 1 is also arranged in the operation room 204. That is, the puncture system 1 is placed across rooms separated from each other. The operator 203 performs the treatment while operating and/or monitoring the puncture system 1. Treatments required during the treatment are performed using the operation terminal 3 of the puncture system 1 located in the operation room 204. As a result, the operator 203 basically does not need to enter the imaging room 202 from the start to the end of the treatment.

<穿刺支援ロボットシステム>
穿刺支援ロボットシステム2は、穿刺ロボット4と、ロボット制御装置6と、を有する。穿刺ロボット4は、複数の関節を有する多自由度のアーム型ロボットである。この穿刺ロボット4は、ロボット制御装置6によって制御される。ロボット制御装置6は、穿刺プランニング装置7から提供された情報に基づいて、穿刺ロボット4に制御信号を提供する。
<Puncture support robot system>
The puncture support robot system 2 includes a puncture robot 4 and a robot control device 6. The puncture robot 4 is a multi-degree-of-freedom arm-type robot having multiple joints. This puncturing robot 4 is controlled by a robot control device 6. The robot control device 6 provides control signals to the puncture robot 4 based on information provided from the puncture planning device 7 .

<ロボット制御装置>
ロボット制御装置6は、穿刺プランニング装置7から提供された情報に基づいて、穿刺ロボット4を動作させる。また、ロボット制御装置6は、穿刺ロボット4に設けられた種々のセンサの情報に基づいて、穿刺針8の状態を得る。ロボット制御装置6は、例えば、コンピュータであり、当該コンピュータが所定のプログラムを実行することにより、上記の機能が実現される。
<穿刺プランニング装置>
穿刺プランニング装置7は、穿刺支援ロボットシステム2の動作条件を決めるコンピュータシステムである。穿刺プランニング装置7は、撮像室202に配置されてもよいし、撮像室202の外(例えば操作室204)に配置されてもよい。穿刺プランニング装置7は、患者の断層撮影画像などの画像情報を利用して、穿刺パスと、穿刺制御量と、を算出する。ここで「穿刺パス」とは、体表上の穿刺開始位置と穿刺目標とを結んだ線であり、穿刺針8を通過させる軌跡をいう。また、「穿刺パスプランニング」とは、穿刺針8のたわみ(穿刺目標に針先が到達した際の誤差)が最も小さくなる穿刺パスを設定することをいう。さらに、「穿刺制御」とは、穿刺針8のたわみを低減するための穿刺針8の動き制御をいう。また、「穿刺制御プランニング」とは、穿刺制御において、通過する組織に応じて、たわみを最小化する最適な制御パラメータを設定することをいう。
<Robot control device>
The robot control device 6 operates the puncture robot 4 based on the information provided from the puncture planning device 7. Furthermore, the robot control device 6 obtains the state of the puncture needle 8 based on information from various sensors provided in the puncture robot 4. The robot control device 6 is, for example, a computer, and the above functions are realized by the computer executing a predetermined program.
<Puncture planning device>
The puncture planning device 7 is a computer system that determines operating conditions for the puncture support robot system 2. The puncture planning device 7 may be arranged in the imaging room 202 or outside the imaging room 202 (for example, in the operation room 204). The puncture planning device 7 calculates a puncture path and a puncture control amount using image information such as a tomographic image of a patient. Here, the "puncture path" is a line connecting the puncture start position on the body surface and the puncture target, and refers to the trajectory along which the puncture needle 8 passes. Furthermore, "puncture path planning" refers to setting a puncture path in which the deflection of the puncture needle 8 (error when the needle tip reaches the puncture target) is minimized. Furthermore, "puncture control" refers to movement control of the puncture needle 8 to reduce deflection of the puncture needle 8. Furthermore, "puncture control planning" refers to setting optimal control parameters that minimize deflection in puncture control depending on the tissue to be passed.

穿刺パスに沿って穿刺針8を刺し込むことにより、目標とのずれが最小化される。すでに述べたように、穿刺針8は、極めて細く(例えば直径0.53ミリメートル)であり、たわみやすい。さらに、穿刺針8は、軸線方向に沿った力を正確に加えたとしても、その先端の形状によりたわんでしまう。このようなたわみを抑制するために、穿刺針8に対して軸線方向に沿った振動あるいは軸線まわりに交互に回動する回転振動を与える。これらの穿刺針8の動作により、先端形状に起因する力の不均一などが解消される。従って、穿刺パスからの穿刺針8のずれをさらに抑制することができる。 By inserting the puncture needle 8 along the puncture path, deviation from the target is minimized. As already mentioned, the puncture needle 8 is extremely thin (eg, 0.53 mm in diameter) and flexible. Furthermore, even if a force along the axial direction is accurately applied to the puncture needle 8, the shape of the tip thereof causes the puncture needle 8 to bend. In order to suppress such deflection, the puncture needle 8 is subjected to vibration along the axial direction or rotational vibration alternately rotating around the axis. These operations of the puncture needle 8 eliminate the non-uniformity of force caused by the shape of the tip. Therefore, displacement of the puncture needle 8 from the puncture path can be further suppressed.

穿刺プランニング装置7は、当該穿刺パス及び穿刺制御量を穿刺支援ロボットシステム2に提供する。穿刺プランニング装置7から穿刺支援ロボットシステム2への情報提供の態様は、特に限定されない。穿刺プランニング装置7は、穿刺支援ロボットシステム2に対して有線または無線により接続され、穿刺プランニング装置7から穿刺支援ロボットシステム2へ情報が伝達されてもよい。また、穿刺プランニング装置7が生成した情報は、メモリーカードといった情報記録媒体に記録され、当該媒体の情報を穿刺支援ロボットシステム2に読み込ませることにより伝達されてもよい。 The puncture planning device 7 provides the puncture support robot system 2 with the puncture path and puncture control amount. The manner in which information is provided from the puncture planning device 7 to the puncture support robot system 2 is not particularly limited. The puncture planning device 7 may be connected to the puncture support robot system 2 by wire or wirelessly, and information may be transmitted from the puncture planning device 7 to the puncture support robot system 2. Further, the information generated by the puncture planning device 7 may be recorded on an information recording medium such as a memory card, and transmitted by causing the puncture support robot system 2 to read the information on the medium.

穿刺プランニング装置7は1台以上のコンピュータを有する。穿刺プランニング装置7が複数台のコンピュータを有する場合には、後述する穿刺プランニング装置7の各機能要素は分散処理により実現されてもよい。穿刺プランニング装置7を構成する個々のコンピュータの種類は限定されない。例えば、据置型または携帯型のパーソナルコンピュータであってもよい。また、ワークステーションを用いてもよいし、高機能携帯電話機(スマートフォン)や携帯電話機、携帯情報端末(PDA)などの携帯端末を用いてもよい。あるいは、様々な種類のコンピュータを組み合わせて穿刺プランニング装置7を構築してもよい。穿刺プランニング装置7が複数台のコンピュータによって構成される場合には、これらのコンピュータはインターネットやイントラネットなどの通信ネットワークを介して接続される。 Puncture planning device 7 has one or more computers. When the puncture planning device 7 has a plurality of computers, each functional element of the puncture planning device 7, which will be described later, may be realized by distributed processing. The types of individual computers that constitute the puncture planning device 7 are not limited. For example, it may be a stationary or portable personal computer. Further, a workstation may be used, or a mobile terminal such as a high-performance mobile phone (smartphone), a mobile phone, or a personal digital assistant (PDA) may be used. Alternatively, the puncture planning device 7 may be constructed by combining various types of computers. When the puncture planning device 7 is composed of a plurality of computers, these computers are connected via a communication network such as the Internet or an intranet.

<ロボット>
穿刺ロボット4は、ロボットフレーム9と、ロボットアーム11(第3基体)と、穿刺装置12と、薬剤注入装置13(薬剤注入機構)と、を有する。
<Robot>
The puncture robot 4 includes a robot frame 9, a robot arm 11 (third base body), a puncture device 12, and a drug injection device 13 (medicine injection mechanism).

なお、以下の説明において説明の便宜のためXYZ軸を定義する。Z軸は、穿刺針8の延在方向であるとする。つまり、Z軸は穿刺針8が往復振動する方向であるともいえるし、穿刺針8の回転軸線であるともいえる。X軸及びY軸は当該Z軸に直交する軸線である。これらXYZ軸は、穿刺装置12及び薬剤注入装置13に対して定義される座標系であるとする。従って、ロボットアーム11によって穿刺装置12及び薬剤注入装置13が移動すると、当該座標系も穿刺装置12及び薬剤注入装置13の移動に伴うものとする。つまり、座標系は、穿刺ロボット4が配置された空間に対して定義された絶対的な座標系ではない。 Note that in the following description, XYZ axes will be defined for convenience of explanation. It is assumed that the Z-axis is the direction in which the puncture needle 8 extends. In other words, the Z-axis can be said to be the direction in which the puncture needle 8 reciprocates and vibrate, and can also be said to be the axis of rotation of the puncture needle 8. The X-axis and the Y-axis are axes perpendicular to the Z-axis. These XYZ axes are assumed to be a coordinate system defined for the puncture device 12 and the drug injection device 13. Therefore, when the puncture device 12 and the drug injection device 13 are moved by the robot arm 11, the coordinate system also accompanies the movement of the puncture device 12 and the drug injection device 13. In other words, the coordinate system is not an absolute coordinate system defined for the space in which the puncture robot 4 is placed.

ロボットフレーム9は、穿刺ロボット4の架台であり、ベッド207及び患者201を跨ぐように配置される。ロボットフレーム9は、ローラーを備えており、患者201の体長方向に移動可能である。 The robot frame 9 is a stand for the puncture robot 4 and is arranged to straddle the bed 207 and the patient 201. The robot frame 9 includes rollers and is movable in the lengthwise direction of the patient 201.

ロボットアーム11は、穿刺装置12及び薬剤注入装置13を所望の位置に配置する。つまり、ロボットアーム11は、第1の端部がロボットフレーム9に固定され、第2の端部に穿刺装置12及び薬剤注入装置13が配置されている。より詳細には、第2の端部には、薬剤注入装置13が固定されている。ロボットアーム11は、アクチュエータ、モータ、振動素子といった駆動ユニットを有する。さらに、ロボットアーム11は、穿刺装置12の位置及び姿勢を得るためのいくつかの角度センサを有してもよい。 The robot arm 11 places the puncture device 12 and drug injection device 13 at desired positions. That is, the robot arm 11 has a first end fixed to the robot frame 9, and a puncture device 12 and a drug injection device 13 arranged at the second end. More specifically, the drug injection device 13 is fixed to the second end. The robot arm 11 has a drive unit such as an actuator, a motor, and a vibration element. Furthermore, the robot arm 11 may have several angle sensors to obtain the position and orientation of the lancing device 12.

<穿刺装置>
図2に示すように、穿刺装置12は、穿刺針8の動作を制御する。この穿刺針8の動作は、穿刺針8が単位時間あたりに穿刺パスに沿って移動する距離を示す移動速度(穿刺速度)と、穿刺針8の軸線方向に沿った振動の周波数(穿刺周波数:第1周波数)と、軸線のまわりの回転速度(第2周波数)と、を含む。なお、穿刺装置12は、動作対象として、穿刺速度及び穿刺周波数を選択し、回転速度を選択しなくてもよい。また、穿刺装置12は、動作対象として、穿刺速度及び回転速度を選択し、振動周波数を選択しなくてもよい。この「選択しない」とは、例えば、回転速度または動作周波数を一定値に保持するものとしてよい。この構成によれば、穿刺装置12は、穿刺針8へ振動と回転とを同時あるいは選択的に付与する。その結果、穿刺装置12は、穿刺針8のたわみを低減し、直線的な穿刺を実現し得る。
<Puncture device>
As shown in FIG. 2, the puncture device 12 controls the operation of the puncture needle 8. The operation of the puncture needle 8 is determined by the movement speed (puncture speed) indicating the distance that the puncture needle 8 moves along the puncture path per unit time, and the frequency of vibration along the axial direction of the puncture needle 8 (puncture frequency: (a first frequency) and a rotational speed around the axis (a second frequency). Note that the puncturing device 12 does not have to select the puncturing speed and the puncturing frequency as the operation target, but not the rotation speed. Furthermore, the puncturing device 12 does not need to select the puncturing speed and rotational speed, but not the vibration frequency, as the operation targets. This "not selecting" may mean, for example, keeping the rotational speed or operating frequency at a constant value. According to this configuration, the puncture device 12 applies vibration and rotation to the puncture needle 8 simultaneously or selectively. As a result, the puncture device 12 can reduce the deflection of the puncture needle 8 and realize linear puncture.

図3に示すように、穿刺装置12は、直線駆動機構16と、振動回転駆動機構17(駆動機構)と、安全着脱機構51と、を有する。シャフト14は、その下端に安全着脱機構51を介して穿刺針8を保持する。直線駆動機構16は、振動回転駆動機構17を介してシャフト14をその軸線の方向に沿って直線状に移動させる。この直線駆動機構16による穿刺針8の移動により、穿刺針8は、患者201に刺し込まれる。振動回転駆動機構17は、シャフト14を介して、穿刺針8に振動及び回転を付与する。安全着脱機構51は、必要に応じて直線駆動機構16及び振動回転駆動機構17から穿刺針8を切り離す。 As shown in FIG. 3, the puncture device 12 includes a linear drive mechanism 16, a vibration rotation drive mechanism 17 (drive mechanism), and a safety attachment/detachment mechanism 51. The shaft 14 holds the puncture needle 8 at its lower end via a safety attachment/detachment mechanism 51. The linear drive mechanism 16 linearly moves the shaft 14 along the direction of its axis via the vibration rotation drive mechanism 17. As the puncture needle 8 is moved by this linear drive mechanism 16, the puncture needle 8 is inserted into the patient 201. The vibration rotation drive mechanism 17 applies vibration and rotation to the puncture needle 8 via the shaft 14. The safety attachment/detachment mechanism 51 separates the puncture needle 8 from the linear drive mechanism 16 and the vibration rotation drive mechanism 17 as necessary.

<直線駆動機構>
直線駆動機構16は、主要な構成要素として、メインベース19(第1基体)と、リニアモータ21と、テーブル22と、を有する。
<Linear drive mechanism>
The linear drive mechanism 16 has a main base 19 (first base), a linear motor 21, and a table 22 as main components.

メインベース19は、直線駆動機構16、ひいては穿刺装置12の基礎となる部材である。メインベース19は、Z軸方向(所定方向)に延びる矩形板状の部材である。メインベース19の裏面には薬剤注入装置13が固定されている(図2参照)。メインベース19の主面にはリニアモータ21及びテーブル22、さらには、振動回転駆動機構17及び安全着脱機構51が配置されている。 The main base 19 is a member that serves as the basis of the linear drive mechanism 16 and, by extension, the puncture device 12. The main base 19 is a rectangular plate-shaped member extending in the Z-axis direction (predetermined direction). A drug injection device 13 is fixed to the back surface of the main base 19 (see FIG. 2). A linear motor 21 and a table 22, as well as a vibration rotation drive mechanism 17 and a safety attachment/detachment mechanism 51 are arranged on the main surface of the main base 19.

リニアモータ21は、Z軸方向に沿った直線移動のための駆動源である。リニアモータ21は、ガイド部23とモータ部24と、を有する。ガイド部23は、テーブル22をZ軸方向に沿って案内する。モータ部24は、テーブル22をZ軸方向に沿って移動させる駆動力を発生させる。 The linear motor 21 is a drive source for linear movement along the Z-axis direction. The linear motor 21 has a guide section 23 and a motor section 24. The guide section 23 guides the table 22 along the Z-axis direction. The motor section 24 generates a driving force that moves the table 22 along the Z-axis direction.

テーブル22は、モータ部24から駆動力を受けて、ガイド部23によってZ軸方向に沿って往復移動する。テーブル22には、振動回転駆動機構17と安全着脱機構51の一部とが設けられる。従って、テーブル22が移動すると、振動回転駆動機構17と安全着脱機構51の一部とがテーブル22の移動に伴う。その結果、テーブル22が負のZ軸方向(下向き)に移動すると、穿刺針8は患者201の体内に刺し込まれる。その逆に、テーブル22が正のZ軸方向(上向き)に移動すると、穿刺針8は患者201の体内から引き抜かれる。 The table 22 receives driving force from the motor section 24 and reciprocates along the Z-axis direction by the guide section 23. The table 22 is provided with the vibration rotation drive mechanism 17 and a part of the safety attachment/detachment mechanism 51. Therefore, when the table 22 moves, the vibration rotation drive mechanism 17 and a part of the safety attachment/detachment mechanism 51 accompany the movement of the table 22. As a result, when the table 22 moves in the negative Z-axis direction (downward), the puncture needle 8 is inserted into the body of the patient 201. Conversely, when the table 22 moves in the positive Z-axis direction (upward), the puncture needle 8 is pulled out of the patient's 201 body.

<振動回転駆動機構>
振動回転駆動機構17は、主要な構成要素として、シャフト14(駆動軸)と、サブベース26(第2基体)と、振動ユニット27(第1駆動部)と、回転ユニット28(第2駆動部)と、を有する。
<Vibration rotation drive mechanism>
The vibration rotation drive mechanism 17 includes a shaft 14 (drive shaft), a sub-base 26 (second base), a vibration unit 27 (first drive section), and a rotation unit 28 (second drive section) as main components. ) and has.

<シャフト>
シャフト14は、Z軸方向に延びる棒状部材であり、その下端には後述する穿刺針固定具48を介して穿刺針8が取り付けられている。シャフト14は、振動回転駆動機構17に連結されて、振動回転駆動機構17から提供される駆動力(振動力及び回転力)を穿刺針8に伝達する。さらに、シャフト14は、振動回転駆動機構17を介して直線駆動機構16に連結されて、直線駆動機構16から提供される駆動力を穿刺針8に伝達する。
<Shaft>
The shaft 14 is a rod-shaped member extending in the Z-axis direction, and the puncture needle 8 is attached to the lower end of the shaft 14 via a puncture needle fixture 48, which will be described later. The shaft 14 is connected to the vibration rotation drive mechanism 17 and transmits the driving force (vibration force and rotation force) provided from the vibration rotation drive mechanism 17 to the puncture needle 8. Further, the shaft 14 is connected to the linear drive mechanism 16 via the vibration rotation drive mechanism 17 and transmits the driving force provided from the linear drive mechanism 16 to the puncture needle 8.

サブベース26は、振動ユニット27と回転ユニット28と、を支持する。具体的には、サブベース26は、テーブル22に連結されるとともに、振動ユニット27と回転ユニット28とが固定されている。この構成によれば、テーブル22が移動するとサブベース26が移動する。そして、サブベース26上の振動ユニット27及び回転ユニット28も移動する。また、振動ユニット27は、回転ユニット28とは異なる位置に固定されている。換言すると、振動ユニット27と回転ユニット28とは、互いに並列にサブベース26に固定されている。つまり、振動回転駆動機構17は、サブベース26に振動ユニット27が固定されて、さらに振動ユニット27に対して回転ユニット28が固定されるといった直列接続構造ではない。 The sub-base 26 supports a vibration unit 27 and a rotation unit 28. Specifically, the sub-base 26 is connected to the table 22, and a vibration unit 27 and a rotation unit 28 are fixed thereto. According to this configuration, when the table 22 moves, the sub-base 26 moves. The vibration unit 27 and rotation unit 28 on the sub-base 26 also move. Further, the vibration unit 27 is fixed at a different position from the rotation unit 28. In other words, the vibration unit 27 and the rotation unit 28 are fixed to the sub-base 26 in parallel with each other. That is, the vibration rotation drive mechanism 17 does not have a series connection structure in which the vibration unit 27 is fixed to the sub-base 26 and the rotation unit 28 is further fixed to the vibration unit 27.

<振動ユニット>
図4に示す振動ユニット27は、シャフト14に対してZ軸方向に沿った振動を提供する。換言すると、振動ユニット27は、穿刺針8の軸線方向(Z軸方向)に沿った振動を提供する。振動ユニット27は、シャフト14の上端側に取り付けられている。換言すると、振動ユニット27は、サブベース26の主面上に配置されている。
<Vibration unit>
The vibration unit 27 shown in FIG. 4 provides vibration along the Z-axis direction to the shaft 14. In other words, the vibration unit 27 provides vibration along the axial direction (Z-axis direction) of the puncture needle 8. The vibration unit 27 is attached to the upper end side of the shaft 14. In other words, the vibration unit 27 is arranged on the main surface of the sub-base 26.

振動ユニット27は、主要な構成要素として、ピエゾモータ29(第1アクチュエータ)と、振動伝達部31(第1伝達部)と、を有する。ピエゾモータ29は、振動のための力を発生させ、振動伝達部31は当該力をシャフト14に伝達する。 The vibration unit 27 has a piezo motor 29 (first actuator) and a vibration transmission section 31 (first transmission section) as main components. The piezo motor 29 generates force for vibration, and the vibration transmission section 31 transmits the force to the shaft 14.

ピエゾモータ29は、与えられる電圧に応じて変形するピエゾ素子を含み、当該ピエゾ素子の変形によって振動のための力が発生する。つまり、振動の態様は、ピエゾモータ29に与えられる電圧によって制御する。例えば、ピエゾモータ29に与えられる電圧の周波数によって、穿刺周波数を制御する。 The piezo motor 29 includes a piezo element that deforms in response to an applied voltage, and the deformation of the piezo element generates a force for vibration. That is, the mode of vibration is controlled by the voltage applied to the piezo motor 29. For example, the puncturing frequency is controlled by the frequency of the voltage applied to the piezo motor 29.

ピエゾモータ29は、略直方体形状を呈するが、その外形形状には特に制限はない。ピエゾモータ29は、サブベース26の主面に固定される。また、ピエゾモータ29の出力面29aは、振動伝達部31に連結される。つまり、ピエゾモータ29は、サブベース26を基礎として振動を生じさせる。 The piezo motor 29 has a substantially rectangular parallelepiped shape, but there is no particular restriction on its outer shape. Piezo motor 29 is fixed to the main surface of sub-base 26. Further, the output surface 29a of the piezo motor 29 is connected to the vibration transmission section 31. In other words, the piezo motor 29 generates vibrations based on the sub-base 26.

振動伝達部31は、Z軸方向においてシャフト14を拘束する。つまり、振動伝達部31は、Z軸方向に沿った振動をシャフト14に提供する。一方、振動伝達部31は、Z軸のまわりにおけるシャフト14の回転を許す。 The vibration transmission section 31 restrains the shaft 14 in the Z-axis direction. That is, the vibration transmission section 31 provides the shaft 14 with vibration along the Z-axis direction. On the other hand, the vibration transmission section 31 allows the shaft 14 to rotate around the Z-axis.

振動伝達部31は、主要な構成要素として、振動梁32(梁部)と、拘束部35と、を有する。 The vibration transmission section 31 has a vibration beam 32 (beam section) and a restraint section 35 as main components.

振動梁32は、Y軸方向に延びる板状の部材である。振動梁32の基端32c(入力端)は、ピエゾモータ29に連結されている。振動梁32の先端32b(出力端)には、上ベアリング33、下ベアリング34、上拘束円盤36及び下拘束円盤37が配置される。さらに、振動梁32の先端側には、貫通孔32a(第1貫通孔)が設けられる。この貫通孔32aには、シャフト14の連結部14r(第1連結部)が挿通される。貫通孔32aの内径は、シャフト14の外径よりも大きい。つまり、貫通孔32aの内周面と、シャフト14の外周面との間には、隙間が設けられる。 The vibrating beam 32 is a plate-shaped member extending in the Y-axis direction. A base end 32c (input end) of the vibrating beam 32 is connected to a piezo motor 29. At the tip 32b (output end) of the vibrating beam 32, an upper bearing 33, a lower bearing 34, an upper restraint disk 36, and a lower restraint disk 37 are arranged. Furthermore, a through hole 32a (first through hole) is provided on the tip side of the vibrating beam 32. A connecting portion 14r (first connecting portion) of the shaft 14 is inserted through the through hole 32a. The inner diameter of the through hole 32a is larger than the outer diameter of the shaft 14. That is, a gap is provided between the inner peripheral surface of the through hole 32a and the outer peripheral surface of the shaft 14.

拘束部35は、上ベアリング33と、下ベアリング34と、上拘束円盤36と、下拘束円盤37と、を有する。 The restraint section 35 includes an upper bearing 33, a lower bearing 34, an upper restraint disk 36, and a lower restraint disk 37.

上ベアリング33は、いわゆるスラストベアリングであり、回転軸線(Z軸方向)に沿う荷重を受ける。上ベアリング33の下ハウジングは、振動梁32の主面に接触し、上ベアリング33の上ハウジングは、上拘束円盤36に接触する。つまり、上ベアリング33は、振動梁32と上拘束円盤36との間に挟み込まれる。 The upper bearing 33 is a so-called thrust bearing, and receives a load along the rotation axis (Z-axis direction). The lower housing of the upper bearing 33 contacts the main surface of the vibrating beam 32, and the upper housing of the upper bearing 33 contacts the upper restraining disk 36. That is, the upper bearing 33 is sandwiched between the vibrating beam 32 and the upper restraint disk 36.

上拘束円盤36は、上ベアリング33の上に配置される。そして、上拘束円盤36は、シャフト14に対して固定されている。具体的には、上拘束円盤36は、シャフト14に対してZ軸方向に相対的に移動しない。また、上拘束円盤36は、シャフト14に対してZ軸のまわりに回転することもない。例えば、上拘束円盤36は、貫通孔36aを有する円環形状を呈し、貫通孔36aにはシャフト14の上端側が挿通される。貫通孔36aの内径は、シャフト14の外径と略同じであるか、わずかに大きい。そして、上拘束円盤36は、外周面から貫通孔36aの内周面に向けて延びる貫通したねじ穴36bを有する。このねじ穴36bにボルト36Aがねじ込まれる。ボルト36Aの先端がシャフト14の外周面に押し当てられることにより、上拘束円盤36がシャフト14に固定される。この構成によれば、シャフト14の荷重は、上拘束円盤36に加わり、さらに上拘束円盤36は、上ベアリング33を負のZ軸方向(下方向)に押圧する。つまり、シャフト14は、上拘束円盤36を支持点として吊り下げられているともいえる。 The upper restraint disk 36 is arranged above the upper bearing 33. The upper restraint disk 36 is fixed to the shaft 14. Specifically, the upper restraining disk 36 does not move relative to the shaft 14 in the Z-axis direction. Further, the upper restraint disk 36 does not rotate around the Z-axis with respect to the shaft 14. For example, the upper restraining disk 36 has an annular shape having a through hole 36a, into which the upper end side of the shaft 14 is inserted. The inner diameter of the through hole 36a is approximately the same as or slightly larger than the outer diameter of the shaft 14. The upper restraint disk 36 has a threaded hole 36b that extends from the outer circumferential surface toward the inner circumferential surface of the through hole 36a. A bolt 36A is screwed into this screw hole 36b. The upper restraining disk 36 is fixed to the shaft 14 by pressing the tip of the bolt 36A against the outer peripheral surface of the shaft 14. According to this configuration, the load of the shaft 14 is applied to the upper restraint disk 36, and the upper restraint disk 36 further presses the upper bearing 33 in the negative Z-axis direction (downward). In other words, it can be said that the shaft 14 is suspended using the upper restraint disk 36 as a support point.

下ベアリング34も、いわゆるスラストベアリングである。下ベアリング34の上ハウジングは、振動梁32の裏面に接触し、下ベアリング34の下ハウジングは、下拘束円盤37に接触する。つまり、下ベアリング34は、振動梁32と下拘束円盤37との間に挟み込まれる。 The lower bearing 34 is also a so-called thrust bearing. The upper housing of the lower bearing 34 contacts the back surface of the vibrating beam 32, and the lower housing of the lower bearing 34 contacts the lower restraining disk 37. That is, the lower bearing 34 is sandwiched between the vibrating beam 32 and the lower restraining disk 37.

下拘束円盤37は、下ベアリング34の下に配置される。そして、下拘束円盤37は、シャフト14に対して固定されている。具体的には、下拘束円盤37は、シャフト14に対してZ軸方向に相対的に移動しない。また、下拘束円盤37は、シャフト14に対してZ軸のまわりに回転することもない。下拘束円盤37は、その単体の構成は、上拘束円盤36と同じである。下拘束円盤37も、貫通孔37aと、ねじ穴37bと、を有する。そして、ねじ穴37bにはボルト37cがねじ込まれる。この構造により、下拘束円盤37は、シャフト14に固定される。 The lower restraining disk 37 is arranged below the lower bearing 34. The lower restraining disk 37 is fixed to the shaft 14. Specifically, the lower restraint disk 37 does not move relative to the shaft 14 in the Z-axis direction. Further, the lower restraining disk 37 does not rotate around the Z-axis with respect to the shaft 14. The lower restraint disk 37 has the same structure as the upper restraint disk 36. The lower restraining disk 37 also has a through hole 37a and a screw hole 37b. Then, a bolt 37c is screwed into the screw hole 37b. With this structure, the lower restraining disk 37 is fixed to the shaft 14.

この構成によれば、ピエゾモータ29の出力面29aが変形し、振動梁32を正及び負のZ軸方向に振動させる。振動梁32が正のZ軸方向(上方向)に移動すると、上ベアリング33、下ベアリング34、上拘束円盤36及び下拘束円盤37も上方向に移動する。上拘束円盤36及び下拘束円盤37には、シャフト14が固定されているので、上拘束円盤36及び下拘束円盤37の移動に伴ってシャフト14も上方向へ移動する。同様に、振動梁32が負のZ軸方向(下方向)に移動すると、上ベアリング33、下ベアリング34、上拘束円盤36及び下拘束円盤37も下方向に移動する。従って、上拘束円盤36及び下拘束円盤37の移動に伴ってシャフト14も下方向へ移動する。これら正のZ軸方向への移動と、負のZ軸方向への移動と、が繰り返されることにより、穿刺針8には、Z軸方向に沿った往復振動が提供される。 According to this configuration, the output surface 29a of the piezo motor 29 is deformed, causing the vibration beam 32 to vibrate in the positive and negative Z-axis directions. When the vibrating beam 32 moves in the positive Z-axis direction (upward), the upper bearing 33, the lower bearing 34, the upper restraining disk 36, and the lower restraining disk 37 also move upward. Since the shaft 14 is fixed to the upper restraint disc 36 and the lower restraint disc 37, the shaft 14 also moves upward as the upper restraint disc 36 and the lower restraint disc 37 move. Similarly, when the vibrating beam 32 moves in the negative Z-axis direction (downward), the upper bearing 33, the lower bearing 34, the upper restraining disk 36, and the lower restraining disk 37 also move downward. Therefore, as the upper restraint disk 36 and the lower restraint disk 37 move, the shaft 14 also moves downward. By repeating these movements in the positive Z-axis direction and negative Z-axis direction, the puncture needle 8 is provided with reciprocating vibration along the Z-axis direction.

一方、上拘束円盤36は、ボルト34cによってシャフト14に固定されているので、シャフト14がZ軸のまわりに回転すると、上拘束円盤36も当該回転に伴う。上拘束円盤36と振動梁32との間には、上ベアリング33が挟み込まれているので、上拘束円盤36の回転は、上ベアリング33によって縁が切られ、振動梁32に伝わらない。つまり、上拘束円盤36の回転は、上ベアリング33が有するころの回転に変換される。従って、上拘束円盤36に接するベアリングケースは、上拘束円盤36と共に回転するが、振動梁32に接する別のベアリングケースは、回転しない。 On the other hand, since the upper restraint disk 36 is fixed to the shaft 14 by the bolt 34c, when the shaft 14 rotates around the Z-axis, the upper restraint disk 36 also accompanies the rotation. Since the upper bearing 33 is sandwiched between the upper restraining disk 36 and the vibrating beam 32, the rotation of the upper restraining disk 36 is cut off by the upper bearing 33 and is not transmitted to the vibrating beam 32. In other words, the rotation of the upper restraining disk 36 is converted into the rotation of the rollers of the upper bearing 33. Therefore, the bearing case in contact with the upper restraint disk 36 rotates together with the upper restraint disk 36, but another bearing case in contact with the vibration beam 32 does not rotate.

下ベアリング34においても、同様の作用が生じる。つまり、シャフト14がZ軸のまわりに回転すると、下拘束円盤37も回転する。しかし、下拘束円盤37の回転は、下ベアリング34の作用により、振動梁32に伝わることはない。 A similar effect occurs in the lower bearing 34 as well. That is, when the shaft 14 rotates around the Z-axis, the lower restraining disk 37 also rotates. However, the rotation of the lower restraining disk 37 is not transmitted to the vibrating beam 32 due to the action of the lower bearing 34.

<回転ユニット>
図5に示すように、回転ユニット28は、シャフト14に対してトルクを提供する。換言すると、回転ユニット28は、Z軸まわりの穿刺針8の回転を提供する。回転ユニット28は、サブベース26の裏面側に配置されて、シャフト14の上端と下端との間に連結されている。換言すると、回転ユニット28は、振動ユニット27よりも下方(患者201側)に配置されている。
<Rotating unit>
As shown in FIG. 5, rotation unit 28 provides torque to shaft 14. In other words, the rotation unit 28 provides rotation of the puncture needle 8 about the Z-axis. The rotation unit 28 is arranged on the back side of the sub-base 26 and connected between the upper end and the lower end of the shaft 14. In other words, the rotation unit 28 is arranged below the vibration unit 27 (on the patient 201 side).

回転ユニット28は、主要な構成要素として、モータ38(第2アクチュエータ)と、トルク伝達部39(第2伝達部)と、を有する。モータ38は、回転のためのトルクを発生させ、トルク伝達部39は当該トルクをシャフト14に伝達する。 The rotation unit 28 has a motor 38 (second actuator) and a torque transmission section 39 (second transmission section) as main components. The motor 38 generates torque for rotation, and the torque transmission section 39 transmits the torque to the shaft 14.

モータ38は、アダプタ41を介してサブベース26の裏面に固定されている。モータ38は、例えば、ステッピングモータを採用してよい。モータ38の出力軸は、Z軸と並行であり、出力軸はサブベース26の裏面に対面する。そして、出力軸には、トルク伝達部39が連結される。モータ38は、ロボット制御装置6から送信される制御信号に応じて、回転方向及び回転速度が制御される。例えば、ロボット制御装置6は、出力軸を時計方向に180度回転させたのちに、半時計方向に180度回転させる。 The motor 38 is fixed to the back surface of the sub-base 26 via an adapter 41. The motor 38 may be, for example, a stepping motor. The output shaft of the motor 38 is parallel to the Z-axis, and faces the back surface of the sub-base 26. A torque transmission section 39 is connected to the output shaft. The rotation direction and rotation speed of the motor 38 are controlled in accordance with a control signal transmitted from the robot control device 6. For example, the robot control device 6 rotates the output shaft 180 degrees clockwise, and then rotates it 180 degrees counterclockwise.

トルク伝達部39は、複数(4個)のギヤ42、43、44、46を含む。ギヤ42、43、44は、ギヤユニット45を構成する。ギヤ42は、出力軸に固定される。ギヤ43は、ギヤ42にかみ合わされる。ギヤ44は、ギヤ43にかみ合わされる。ギヤ43、44は、サブベース26の裏面から突出するギヤシャフトに刺し込まれている。ギヤ46は、ギヤ44にかみ合わされる。ギヤ46は、アキシャルベアリング47(図4参照)を介してサブベース26の裏面に取り付けられている。アキシャルベアリング47を介しているので、ギヤ46は、サブベース26に対して回転することができる。 The torque transmission section 39 includes a plurality of (four) gears 42, 43, 44, and 46. Gears 42, 43, and 44 constitute a gear unit 45. Gear 42 is fixed to the output shaft. Gear 43 is meshed with gear 42. Gear 44 meshes with gear 43. The gears 43 and 44 are inserted into a gear shaft protruding from the back surface of the sub-base 26. Gear 46 meshes with gear 44 . The gear 46 is attached to the back surface of the sub-base 26 via an axial bearing 47 (see FIG. 4). The gear 46 can rotate relative to the sub-base 26 via the axial bearing 47 .

図6の(a)部に示すように、ギヤ46(回転駆動部)は、孔46a(第2貫通孔)を有する。この孔46aは、シャフト14(図6の(b)部参照)の断面形状に応じた形状を有する。具体的には、シャフト14は、孔46aに配置される軸部14a(第2連結部)を有する。この軸部14aの断面形状は、例えば、略三角形である。なお、図6の(b)部に示す軸部14aは、正三角形の頂部に面取りが設けられている。そして、孔46aの形状も、軸部14aの断面形状に応じた略三角形である。ただし、孔46aの開口面積は、軸部14aの断面積よりも大きい。つまり、軸部14aとギヤ46との間には、隙間が設けられる。 As shown in part (a) of FIG. 6, the gear 46 (rotary drive unit) has a hole 46a (second through hole). This hole 46a has a shape that corresponds to the cross-sectional shape of the shaft 14 (see part (b) of FIG. 6). Specifically, the shaft 14 has a shaft portion 14a (second connecting portion) disposed in the hole 46a. The cross-sectional shape of this shaft portion 14a is, for example, approximately triangular. Note that the shaft portion 14a shown in part (b) of FIG. 6 is chamfered at the top of an equilateral triangle. The shape of the hole 46a is also substantially triangular in accordance with the cross-sectional shape of the shaft portion 14a. However, the opening area of the hole 46a is larger than the cross-sectional area of the shaft portion 14a. That is, a gap is provided between the shaft portion 14a and the gear 46.

なお、回転駆動部は、回転体部に接続されると共に、駆動軸を挿通させる第2貫通孔を有し、第2貫通孔に挿通された駆動軸を、所定方向のまわりに拘束すると共に、所定方向に沿った振動を許すものであればよい。例えば、回転駆動部は、ギヤ46に代えて、プーリや、磁石のような非接触駆動部を採用してもよい。 The rotational drive section is connected to the rotating body section and has a second through hole through which the drive shaft is inserted, and restrains the drive shaft inserted into the second through hole around a predetermined direction. Any material may be used as long as it allows vibration along a predetermined direction. For example, instead of the gear 46, the rotation drive unit may employ a pulley or a non-contact drive unit such as a magnet.

このような構成によれば、ギヤ46が回転すると、孔46aの内面の一部が軸部14aに押圧される。つまり、軸部14aは、ギヤ46に対してZ軸方向のまわりに拘束されている。この押圧個所は、全部で3か所である。この押圧個所において、ギヤ46が軸部14aを押圧することにより、トルクが伝達される。一方、軸部14aとギヤ46との間には隙間が設けられているので、Z軸方向において、軸部14aはギヤ46に対して縁が切られている。つまり、軸部14aは、Z軸方向においてギヤ46に拘束されていない。その結果、軸部14aがZ軸方向に移動しても、その移動に伴ってギヤ46が移動することはない。つまり、振動ユニット27によって、シャフト14がZ軸方向に振動しても、その振動は軸部14aとギヤ46の孔46aとの間で伝達されない。従って、回転ユニット28の動作に、振動ユニット27が直接的に影響することはない。 According to such a configuration, when the gear 46 rotates, a portion of the inner surface of the hole 46a is pressed against the shaft portion 14a. In other words, the shaft portion 14a is restrained relative to the gear 46 in the Z-axis direction. There are a total of three pressing locations. At this pressing location, the gear 46 presses the shaft portion 14a, thereby transmitting torque. On the other hand, since a gap is provided between the shaft portion 14a and the gear 46, the edge of the shaft portion 14a is cut off from the gear 46 in the Z-axis direction. That is, the shaft portion 14a is not restrained by the gear 46 in the Z-axis direction. As a result, even if the shaft portion 14a moves in the Z-axis direction, the gear 46 does not move with the movement. That is, even if the shaft 14 vibrates in the Z-axis direction due to the vibration unit 27, the vibration is not transmitted between the shaft portion 14a and the hole 46a of the gear 46. Therefore, the vibration unit 27 does not directly affect the operation of the rotation unit 28.

上述した穿刺装置12に関する説明をまとめると以下のとおりである。 The explanation regarding the above-mentioned puncture device 12 is summarized as follows.

穿刺装置12は、軸方向の振動と軸周りの回転を両立し、穿刺するための機構である。穿刺装置12において、穿刺針8を保持するシャフト(シャフト14)は、多角形部分(例えば三角形、軸部14a)を有する。シャフトは、振動を伝達するための部材である振動梁32を介して振動アクチュエータ(ピエゾモータ29)に接続される。シャフトは、振動梁32に対して回転可能であって、振動アクチュエータの振動が振動梁32を介して提供される。振動アクチュエータは、ベース部材(メインベース19)に固定される。ベース部材は、直動アクチュエータ(リニアモータ21)の移動部(テーブル22)に連結されている。回転を伝達するための部材(ギヤ89)は、中央にシャフトの多角形部分(軸部14a)にはめあう形状の孔46aを有する。シャフト(シャフト14)の多角形部(軸部14a)と、ギヤ46の孔46aは、シャフトが軸方向に自在に運動できるよう微小な隙間を有する。部材(ギヤ46)は、他の回転伝達体(ギヤ42、43、44)を介して回転アクチュエータ(モータ38)に接続される。回転アクチュエータ(モータ38)は、ベース部材(メインベース19)に固定される。 The puncturing device 12 is a mechanism for puncturing by achieving both vibration in the axial direction and rotation around the axis. In the puncture device 12, a shaft (shaft 14) that holds the puncture needle 8 has a polygonal portion (eg, triangular, shaft portion 14a). The shaft is connected to a vibration actuator (piezo motor 29) via a vibration beam 32, which is a member for transmitting vibrations. The shaft is rotatable relative to the vibrating beam 32, and the vibration of the vibrating actuator is provided via the vibrating beam 32. The vibration actuator is fixed to a base member (main base 19). The base member is connected to a moving part (table 22) of a linear actuator (linear motor 21). The member for transmitting rotation (gear 89) has a hole 46a in the center that is shaped to fit into the polygonal portion (shaft portion 14a) of the shaft. The polygonal part (shaft part 14a) of the shaft (shaft 14) and the hole 46a of the gear 46 have a small gap so that the shaft can freely move in the axial direction. The member (gear 46) is connected to the rotation actuator (motor 38) via other rotation transmission bodies (gears 42, 43, 44). The rotary actuator (motor 38) is fixed to the base member (main base 19).

上記の穿刺装置12は、軸方向の振動と軸まわりの回転とを両立する振動回転両立機構である。振動回転両立機構は、ベース部材(メインベース19)と、穿刺針8を保持するシャフト(シャフト14)と、振動を伝達するための振動梁32と、回転を伝達するギヤ42、43、44、46と、振動アクチュエータ(ピエゾモータ29)と、回転アクチュエータ(モータ38)と、を有する。シャフト14に設けられた多角形部分(軸部14a)は、ギヤ46に設けられた孔46aにかみ合う。この構成により、回転アクチュエータからギヤ46に伝達された回転がシャフト14へ提供される。回転を伝達するためには、シャフト14が正逆各方向に回転する際に、ギヤ46に衝突する箇所が少なくとも一箇所ずつあればよい。 The puncture device 12 described above is a vibration-rotation compatible mechanism that can perform both vibration in the axial direction and rotation around the axis. The vibration-rotation compatible mechanism includes a base member (main base 19), a shaft (shaft 14) that holds the puncture needle 8, a vibration beam 32 for transmitting vibration, and gears 42, 43, 44 for transmitting rotation. 46, a vibration actuator (piezo motor 29), and a rotation actuator (motor 38). A polygonal portion (shaft portion 14a) provided on the shaft 14 meshes with a hole 46a provided in the gear 46. This configuration provides rotation transmitted to gear 46 from the rotary actuator to shaft 14 . In order to transmit rotation, it is sufficient that the shaft 14 collides with the gear 46 at at least one location when the shaft 14 rotates in each of the forward and reverse directions.

シャフト14の軸部14aにおける断面形状は、孔46aの形状に対して相似図形でなくてもよい。上記、多角形部分(軸部14a)と軸部14aにかみ合う孔46aの間には、シャフト14がZ軸方向に自在にすべることができる微小な隙間が存在する。この隙間によって、シャフト14の振動がギヤ46に阻害されることがない。さらに、スラスト型の上ベアリング33及び下ベアリング34を用いてシャフト14と振動アクチュエータ(ピエゾモータ29)を接続する。この接続により、シャフト14の回転を阻害することなく振動を伝達する。 The cross-sectional shape of the shaft portion 14a of the shaft 14 does not have to be similar to the shape of the hole 46a. A minute gap exists between the polygonal portion (shaft portion 14a) and the hole 46a that engages with the shaft portion 14a, allowing the shaft 14 to freely slide in the Z-axis direction. Due to this gap, the vibration of the shaft 14 is not inhibited by the gear 46. Further, the shaft 14 and the vibration actuator (piezo motor 29) are connected using a thrust type upper bearing 33 and a lower bearing 34. This connection allows vibrations to be transmitted without inhibiting the rotation of the shaft 14.

なお、振動と回転を両立する構成として、振動アクチュエータと回転アクチュエータを直列に接続する構成もあり得る。そして、振動アクチュエータは、回転アクチュエータごと振動させる。この構成では、振動させる物体の重量が増大し、高速での振動が不可能となる。 Note that as a configuration that achieves both vibration and rotation, there may be a configuration in which a vibration actuator and a rotation actuator are connected in series. The vibration actuator vibrates the rotary actuator together. With this configuration, the weight of the object to be vibrated increases, making it impossible to vibrate at high speed.

また、本実施形態の穿刺装置12の構成は、要するに、以下のとおりである。 In short, the configuration of the puncture device 12 of this embodiment is as follows.

穿刺装置12は、穿刺針8を装着するための穿刺針固定具48(針固定部)と、穿刺針固定具48に穿刺針8の軸方向の振動及び針の軸を回転軸とする回転を付加するための振動回転駆動機構17(振動回転両立機構)と、振動回転駆動機構17をZ軸方向に駆動する直線駆動機構16(駆動部)と、穿刺針8が直進可能であるように穿刺針8に対して垂直な面上での自由度を制限するための穿刺針ガイド49と、穿刺針8を電気的もしくは物理的に可能な安全着脱機構51と、を有する。 The puncture device 12 includes a puncture needle fixture 48 (needle fixture) for attaching the puncture needle 8, and a puncture needle fixture 48 that allows the puncture needle 8 to vibrate in the axial direction and rotate about the axis of the needle. The vibration rotation drive mechanism 17 (vibration rotation compatible mechanism) for adding the vibration rotation drive mechanism 17 (vibration rotation compatible mechanism), the linear drive mechanism 16 (drive unit) that drives the vibration rotation drive mechanism 17 in the Z-axis direction, and the puncture needle 8 so that it can move straight. It has a puncture needle guide 49 for restricting the degree of freedom on a plane perpendicular to the needle 8, and a safety attachment/detachment mechanism 51 that allows the puncture needle 8 to be attached electrically or physically.

振動回転駆動機構17(振動回転両立機構)は、サブベース26(ベース部材)と、サブベース26に対して相対的に移動しないよう固定されたピエゾモータ29(振動アクチュエータ)と、サブベース26に対して相対的に運動するようにピエゾモータ29に固定された振動梁32と、振動梁32に対しZ軸方向には相対的に並進運動しないがZ軸のまわりに回転可能に接続されたシャフト14と、サブベース26に対して相対的に運動しないよう固定されたモータ38(回転アクチュエータ)と、モータ38からシャフト14へ回転を伝達するギヤ46と、を有する。 The vibration rotation drive mechanism 17 (vibration rotation compatible mechanism) includes a sub-base 26 (base member), a piezo motor 29 (vibration actuator) fixed so as not to move relative to the sub-base 26, and a piezo motor 29 (vibration actuator) that A vibrating beam 32 is fixed to a piezo motor 29 so as to move relative to the vibrating beam 32, and a shaft 14 is connected to the vibrating beam 32 so as to be rotatable around the Z axis, although it does not move in translation relative to the vibrating beam 32. , a motor 38 (rotary actuator) fixed so as not to move relative to the sub-base 26, and a gear 46 that transmits rotation from the motor 38 to the shaft 14.

シャフト14は、その軸線のまわりにおいて非円形の断面形状を有する軸部14aを有する。 The shaft 14 has a shaft portion 14a having a non-circular cross-sectional shape around its axis.

<安全着脱機構>
図3に示すように穿刺針8は、シャフト14の先端に取り付けられた穿刺針固定具48を介してシャフト14に連結されている。この穿刺針固定具48は、穿刺針8をZ軸方向に沿って拘束するとともに、Z軸のまわりの回転も拘束する。従って、穿刺針8は、シャフト14の振動及び回転に伴って、振動及び回転することが可能になる。また、上記の穿刺針固定具48によれば、穿刺針8は、その基端が穿刺針固定具48に保持され、先端は自由端とされる。そこで、穿刺ロボット4では、穿刺針8の先端近傍、より詳細には患者201の皮膚上に配置される穿刺針ガイド49によって、穿刺針8を拘束する。この拘束とは、Z軸方向と直交する方向(X軸方向及びY軸方向)への拘束である。この穿刺針ガイド49によれば、患者201の皮膚に対して穿刺針8を所望の角度(例えば垂直)に維持することができる。穿刺針ガイド49は、メインベース19の下端部に取り付けられている。従って、メインベース19に対してサブベース26が負のZ軸方向に移動したとき、穿刺針8は当該移動に伴うが、穿刺針ガイド49は、サブベース26の移動に伴わない。その結果、穿刺針8は、施術中において、支持され続ける。
<Safety attachment/detachment mechanism>
As shown in FIG. 3, the puncture needle 8 is connected to the shaft 14 via a puncture needle fixture 48 attached to the tip of the shaft 14. This puncture needle fixture 48 restrains the puncture needle 8 along the Z-axis direction, and also restrains rotation around the Z-axis. Therefore, the puncture needle 8 is allowed to vibrate and rotate as the shaft 14 vibrates and rotates. Furthermore, according to the puncture needle fixture 48 described above, the puncture needle 8 has its base end held by the puncture needle fixture 48, and its distal end is a free end. Therefore, in the puncture robot 4, the puncture needle 8 is restrained by a puncture needle guide 49 placed near the tip of the puncture needle 8, more specifically, on the skin of the patient 201. This restriction is restriction in directions (X-axis direction and Y-axis direction) perpendicular to the Z-axis direction. According to the puncture needle guide 49, the puncture needle 8 can be maintained at a desired angle (for example, vertically) with respect to the skin of the patient 201. Puncture needle guide 49 is attached to the lower end of main base 19. Therefore, when the sub-base 26 moves in the negative Z-axis direction with respect to the main base 19, the puncture needle 8 accompanies the movement, but the puncture needle guide 49 does not follow the movement of the sub-base 26. As a result, the puncture needle 8 continues to be supported during the treatment.

ところで、穿刺中に患者201が不意に動いた場合や様態が急変した場合など、穿刺ロボット4から穿刺針8を切り離す必要が生じることがありえる。そして、切り離した後に、穿刺ロボット4を患者201から退避させて、患者201の安全を確保する。このような観点から、穿刺ロボット4は、穿刺針8を速やかに切り離すための、安全着脱機構51(保持機構)と、ガイド着脱機構52(拘束機構)と、を有する。 By the way, it may be necessary to separate the puncture needle 8 from the puncture robot 4 if the patient 201 suddenly moves during the puncture or if the patient's condition suddenly changes. After the separation, the puncture robot 4 is evacuated from the patient 201 to ensure the safety of the patient 201. From this point of view, the puncture robot 4 includes a safety attachment/detachment mechanism 51 (holding mechanism) and a guide attachment/detachment mechanism 52 (restraint mechanism) for quickly separating the puncture needle 8.

<穿刺針固定具>
図7に示すように、穿刺針固定具48は、第1アダプタ53と、第2アダプタ54と、を有する。第1アダプタ53及び第2アダプタ54は、ともに円筒形状を呈する。第1アダプタ53及び第2アダプタ54は、それらの軸線が穿刺針8の軸線と重複するように配置されている。
<Puncture needle fixture>
As shown in FIG. 7, the puncture needle fixture 48 includes a first adapter 53 and a second adapter 54. Both the first adapter 53 and the second adapter 54 have a cylindrical shape. The first adapter 53 and the second adapter 54 are arranged such that their axes overlap with the axis of the puncture needle 8.

第1アダプタ53は、ケース56と、ケース56に配置された安全着脱機構51と、を有する。ケース56は、円筒状の形状を呈し、上端側にはシャフト14の下端が固定され、下端側には第2アダプタ54が着脱可能に連結される。なお、図7では、第1アダプタ53の内部構成を図示するために、第1アダプタ53の上端側に固定されるシャフト14のフランジ14f(針連結部)(図3参照)の図示を省略している。ケース56の外周面には、一対の平面部57が設けられている。平面部57は、第1アダプタ53の軸線を挟んで対向する位置に設けられている。当該平面部57にはケース56の内部と挿通する貫通孔58が設けられ、安全着脱機構51の一部が当該貫通孔58から突出する。 The first adapter 53 includes a case 56 and a safety attachment/detachment mechanism 51 disposed in the case 56. The case 56 has a cylindrical shape, has an upper end to which the lower end of the shaft 14 is fixed, and a lower end to which the second adapter 54 is removably connected. Note that in FIG. 7, in order to illustrate the internal configuration of the first adapter 53, the flange 14f (needle connecting portion) (see FIG. 3) of the shaft 14 fixed to the upper end side of the first adapter 53 is omitted. ing. A pair of flat parts 57 are provided on the outer peripheral surface of the case 56. The flat portions 57 are provided at positions facing the first adapter 53 across the axis thereof. The plane portion 57 is provided with a through hole 58 that is inserted through the inside of the case 56, and a portion of the safety attachment/detachment mechanism 51 protrudes from the through hole 58.

貫通孔58は、ケース56の下端側に設けられている。貫通孔58は、Z軸方向に延びる第1部分58aと、当該第1部分58aの中腹から円周方向に延びる第2部分58bと、を含む。第1部分58aには、第2アダプタ54の一部が差し込まれると共に、当該第2アダプタ54と係合する安全着脱機構51の一部(爪61e)も配置される。第2部分58bには、安全着脱機構51の別の一部(解除用ボタン61c)が差し込まれる。 The through hole 58 is provided on the lower end side of the case 56. The through hole 58 includes a first portion 58a extending in the Z-axis direction and a second portion 58b extending in the circumferential direction from the middle of the first portion 58a. A portion of the second adapter 54 is inserted into the first portion 58a, and a portion (claw 61e) of the safety attachment/detachment mechanism 51 that engages with the second adapter 54 is also arranged. Another part (release button 61c) of the safety attachment/detachment mechanism 51 is inserted into the second portion 58b.

図8の(a)部に示すように、安全着脱機構51は、一対のリンク機構59を有する。リンク機構59は、レバー61と、リニアモータ62と、を有する。レバー61は、平面視して略L字状を呈し、第1辺部61aと第2辺部61bと、を有する。第1辺部61aは、ケース56の内部から貫通孔58を介してケース56の外部へ延びる。第1辺部61aは、直線形状であってもよいし、円弧状であってもよい。第1辺部61aの先端は、貫通孔58から突出し、解除用ボタン61cとしての機能を奏する。 As shown in part (a) of FIG. 8, the safety attachment/detachment mechanism 51 has a pair of link mechanisms 59. The link mechanism 59 includes a lever 61 and a linear motor 62. The lever 61 has a substantially L-shape when viewed from above, and has a first side 61a and a second side 61b. The first side portion 61a extends from the inside of the case 56 to the outside of the case 56 via the through hole 58. The first side portion 61a may have a linear shape or may have a circular arc shape. The tip of the first side portion 61a protrudes from the through hole 58 and functions as a release button 61c.

第2辺部61bは、ケース56内に配置されている。この第2辺部61bは、直線形状であってもよいし、平面視して一か所または複数個所の折り曲げ部を有していてもよい。そして、第1辺部61aと連続する端部と先端との間に、回動部61dを有する。回動部61dには、ねじりばねが設けられている。このねじりばねは、第1辺部61aの解除用ボタン61cが外側へ突出する向きのトルクT1を生じさせる。 The second side portion 61b is arranged inside the case 56. The second side portion 61b may have a linear shape, or may have one or more bent portions when viewed from above. A rotating portion 61d is provided between the end and the tip that are continuous with the first side portion 61a. A torsion spring is provided in the rotating portion 61d. This torsion spring generates a torque T1 in a direction that causes the release button 61c of the first side portion 61a to protrude outward.

さらに、レバー61は、第2辺部61bに設けられた爪61eを有する。爪61eは、回動部61dと第1辺部61aが突出する端部との間に設けられる。この爪61eは、Z軸方向と交差する方向に突出し、貫通孔58の内部に配置される。貫通孔58の第1部分58aに挿し込まれる第2アダプタ54には、係合孔64aが設けられている。爪61eは、この係合孔64aに挿入される。この爪61e及び係合孔64aによって、第1アダプタ53に第2アダプタ54が連結される。 Furthermore, the lever 61 has a claw 61e provided on the second side portion 61b. The claw 61e is provided between the rotating portion 61d and the end portion from which the first side portion 61a projects. This claw 61e protrudes in a direction intersecting the Z-axis direction and is disposed inside the through hole 58. The second adapter 54 inserted into the first portion 58a of the through hole 58 is provided with an engagement hole 64a. The claw 61e is inserted into this engagement hole 64a. The second adapter 54 is connected to the first adapter 53 by the claw 61e and the engagement hole 64a.

リニアモータ62は、出力軸62aがその軸線方向に往復移動する。出力軸62aの先端は、レバー61の第2辺部61bにおける先端近傍に当接する。なお、出力軸62aは、突出させた状態において、レバー61を押圧していればよく、縮めた状態では、出力軸62aの先端はレバー61に触れていてもよいし、触れていなくてもよい。出力軸62aがレバー61を押圧すると(図8の(b)部参照)、ねじりばねのトルクとは逆向きのトルクT2を生じる。レバー61がトルクT2によって回転すると、爪61eがケース56側に退避するので、爪61eと係合孔64aとの係合が解除される。従って、第1アダプタ53と第2アダプタ54との連結が解除される。 The linear motor 62 has an output shaft 62a that reciprocates in its axial direction. The tip of the output shaft 62a abuts near the tip of the second side 61b of the lever 61. Note that the output shaft 62a only needs to press the lever 61 in the extended state, and the tip of the output shaft 62a may or may not touch the lever 61 in the retracted state. . When the output shaft 62a presses the lever 61 (see part (b) of FIG. 8), a torque T2 is generated that is opposite to the torque of the torsion spring. When the lever 61 is rotated by the torque T2, the claw 61e is retracted toward the case 56, so that the engagement between the claw 61e and the engagement hole 64a is released. Therefore, the connection between the first adapter 53 and the second adapter 54 is released.

第2アダプタ54は、穿刺針8を第1アダプタ53に連結する。第2アダプタ54は、略円筒形状を有する。第2アダプタ54の上端は、第1アダプタ53の下端に着脱可能に連結される。具体的には、第2アダプタ54の上端には、一対の連結突起部64が設けられている。連結突起部64は、Z軸方向に延びる。そして、連結突起部64は、第1アダプタ53の貫通孔58に挿入される。さらに連結突起部64には、矩形状の係合孔64aが設けられている。上述したように、この係合孔64aには、安全着脱機構51の爪61eが差し込まれる。 The second adapter 54 connects the puncture needle 8 to the first adapter 53. The second adapter 54 has a substantially cylindrical shape. The upper end of the second adapter 54 is removably connected to the lower end of the first adapter 53. Specifically, a pair of connecting protrusions 64 are provided at the upper end of the second adapter 54 . The connecting protrusion 64 extends in the Z-axis direction. The connecting protrusion 64 is then inserted into the through hole 58 of the first adapter 53. Further, the connecting protrusion 64 is provided with a rectangular engagement hole 64a. As described above, the claw 61e of the safety attachment/detachment mechanism 51 is inserted into the engagement hole 64a.

図5に示すように、第2アダプタ54の下端は、穿刺針8を有する針ユニット66を着脱可能に保持する。針ユニット66は、穿刺針8と針アダプタ67とを有する。第2アダプタ54の下端には、当該針アダプタ67を着脱可能に保持する溝54aが設けられている。針アダプタ67は、Z軸方向に交差する方向から溝54aに挿し込まれている。 As shown in FIG. 5, the lower end of the second adapter 54 removably holds a needle unit 66 having the puncture needle 8. The needle unit 66 includes a puncture needle 8 and a needle adapter 67. A groove 54a for detachably holding the needle adapter 67 is provided at the lower end of the second adapter 54. The needle adapter 67 is inserted into the groove 54a from a direction intersecting the Z-axis direction.

穿刺針固定具48は、第1アダプタ53に第2アダプタ54が連結された第1の状態と、第1アダプタ53から第2アダプタ54が切り離された第2の状態と、を有する。この状態の切り替えは、リニアモータ62に提供する電気信号によって制御する。 The puncture needle fixture 48 has a first state in which the second adapter 54 is connected to the first adapter 53 and a second state in which the second adapter 54 is separated from the first adapter 53. This state switching is controlled by an electrical signal provided to the linear motor 62.

まず、第1の状態である連結状態(図8の(a)部参照)では、リニアモータ62の出力軸62aを縮める状態とする。そうすると、レバー61は、ねじりばねのトルクT1によって、爪61eがケース56の貫通孔58に配置される。爪61eは、第2アダプタ54の係合孔64aにかみ合わされる。 First, in a first state, that is, a connected state (see part (a) of FIG. 8), the output shaft 62a of the linear motor 62 is in a retracted state. Then, the claw 61e of the lever 61 is arranged in the through hole 58 of the case 56 by the torque T1 of the torsion spring. The claw 61e is engaged with the engagement hole 64a of the second adapter 54.

連結状態から第2の状態である解除状態(図8の(b)部参照)に切り替えるためには、リニアモータ62の出力軸62aを伸ばした状態とする。そうすると、レバー61は、ねじりばねのトルクT1に抗して回動部61dのまわりに回転する(トルクT2の向きを参照)。その結果、爪部6eがケース56内に収納される。その結果、第1アダプタ53と第2アダプタ54との連結状態が解除される。なお、連結状態の解除は、解除用ボタン61cを手動で押し込むことによっても実現される。 In order to switch from the connected state to the second state, ie, the disengaged state (see part (b) of FIG. 8), the output shaft 62a of the linear motor 62 is extended. Then, the lever 61 rotates around the rotating portion 61d against the torque T1 of the torsion spring (see the direction of the torque T2). As a result, the claw portion 6e is housed within the case 56. As a result, the connection state between the first adapter 53 and the second adapter 54 is released. Note that the connection state can also be released by manually pressing the release button 61c.

<穿刺針ガイド>
図9に示すように、穿刺針ガイド49は、針先ガイド68と、ガイドベース69と、ガイド着脱機構52と、を有する。針先ガイド68には、穿刺針8が挿通されて、穿刺針8を案内する。針先ガイド68は、着脱機構52によってガイドベース69上に着脱可能に保持される。
<Puncture needle guide>
As shown in FIG. 9, the puncture needle guide 49 includes a needle tip guide 68, a guide base 69, and a guide attachment/detachment mechanism 52. The puncture needle 8 is inserted through the needle tip guide 68 to guide the puncture needle 8. The needle tip guide 68 is detachably held on the guide base 69 by the attachment/detachment mechanism 52 .

針先ガイド68は、ガイドプレート72と、ガイドシリンダ73と、を有する。ガイドプレート72は、Z軸方向から平面視して、略正方形状を呈する。ガイドプレート72の裏面には、ガイドシリンダ73が固定されている。例えば、ガイドシリンダ73は、その中心軸線がガイドプレート72の中心軸線と重複してもよい。ガイドプレート72及びガイドシリンダ73には、穿刺針8を挿通させるガイド孔68aが設けられる。ガイド孔68aは、Z軸方向と交差する方向への穿刺針8の動きを拘束する。従って、ガイド孔68aの内径は、穿刺針8の外径よりも僅かに大きい。 The needle tip guide 68 includes a guide plate 72 and a guide cylinder 73. The guide plate 72 has a substantially square shape when viewed in plan from the Z-axis direction. A guide cylinder 73 is fixed to the back surface of the guide plate 72. For example, the center axis of the guide cylinder 73 may overlap the center axis of the guide plate 72. The guide plate 72 and the guide cylinder 73 are provided with a guide hole 68a through which the puncture needle 8 is inserted. The guide hole 68a restricts movement of the puncture needle 8 in a direction intersecting the Z-axis direction. Therefore, the inner diameter of the guide hole 68a is slightly larger than the outer diameter of the puncture needle 8.

ガイドベース69は、針先ガイド68をメインベース19に取り付ける。ガイドベース69は、平面視して矩形形状を呈する板状部品である。そして、ガイドベース69は、2軸ステージ70を介してメインベース19に対して固定される。ガイドベース69は、針先ガイド68のための溝部69aを有する。この溝部69aには、針先ガイド68のガイドシリンダ73が配置される。従って、溝部69aの幅は、ガイドシリンダ73の外径よりも大きい。一方、ガイドベース69の主面には、ガイドプレート72の裏面が接触する。従って、溝部69aの幅は、ガイドプレート72の一辺の長さよりも短い。 The guide base 69 attaches the needle tip guide 68 to the main base 19. The guide base 69 is a plate-shaped component that has a rectangular shape when viewed from above. The guide base 69 is fixed to the main base 19 via a two-axis stage 70. The guide base 69 has a groove 69a for the needle tip guide 68. A guide cylinder 73 of the needle tip guide 68 is arranged in this groove 69a. Therefore, the width of the groove portion 69a is larger than the outer diameter of the guide cylinder 73. On the other hand, the main surface of the guide base 69 is in contact with the back surface of the guide plate 72 . Therefore, the width of the groove portion 69a is shorter than the length of one side of the guide plate 72.

着脱機構52は、ガイドプレート72の端面を着脱可能に保持する。具体的には、着脱機構52は、ガイドプレート72の互いに対向する端面72a、72bを挟む。着脱機構52は、支持フレーム74と、可動レバー76と、リニアモータ77と、を有する。 The attachment/detachment mechanism 52 detachably holds the end face of the guide plate 72. Specifically, the attachment/detachment mechanism 52 sandwiches mutually opposing end surfaces 72a and 72b of the guide plate 72. The attachment/detachment mechanism 52 includes a support frame 74, a movable lever 76, and a linear motor 77.

支持フレーム74は、Z軸方向から平面視して、略L字形状を呈する。支持フレーム74は、ガイドベース69に固定されており、ガイドベース69に対して移動及び回転しない。支持フレーム74の辺74aは、Y軸方向に延びる。換言すると、辺74aは、溝部69aの延びる方向(Y軸方向)に対して平行である。辺74aには、ガイドプレート72の端面72aが当接する。支持フレーム74の別の辺74bは、X軸方向に延びる。辺74bには、ガイドプレート72の端面72cが当接する。 The support frame 74 has a substantially L-shape when viewed in plan from the Z-axis direction. The support frame 74 is fixed to the guide base 69 and does not move or rotate relative to the guide base 69. The side 74a of the support frame 74 extends in the Y-axis direction. In other words, the side 74a is parallel to the direction in which the groove portion 69a extends (Y-axis direction). An end surface 72a of the guide plate 72 comes into contact with the side 74a. Another side 74b of the support frame 74 extends in the X-axis direction. An end surface 72c of the guide plate 72 comes into contact with the side 74b.

可動レバー76は、ガイドプレート72の端面72bを押圧する。可動レバー76は、回動部76aを有し、当該回動部76aによってガイドベース69に対して回転可能に連結される。具体的には、回動部76aは、可動レバー76の基端に設けられており、可動レバー76はこの回動部76aを回転軸線として回転する。そして、回動部76aには、ねじりバネ78(図10参照)が設けられる。リニアモータ77は、出力軸62aがその軸線方向に沿って往復移動するリニアモータである。リニアモータ77は、ガイドベース69の主面に取り付けられている。 The movable lever 76 presses the end surface 72b of the guide plate 72. The movable lever 76 has a rotating portion 76a, and is rotatably connected to the guide base 69 by the rotating portion 76a. Specifically, the rotating portion 76a is provided at the base end of the movable lever 76, and the movable lever 76 rotates about the rotating portion 76a as a rotation axis. A torsion spring 78 (see FIG. 10) is provided on the rotating portion 76a. The linear motor 77 is a linear motor in which the output shaft 62a reciprocates along its axial direction. The linear motor 77 is attached to the main surface of the guide base 69.

図10の(a)部に示すように、出力軸77aの先端は、ねじりバネ78の端部を押圧する。例えば、出力軸77aを延ばしたとき、出力軸77aの先端は、ねじりバネ78の端部を押圧する。そうすると、この押圧により復元力が生じ、当該復元力は、可動レバー76をガイドプレート72に押圧させるトルクを生じさせる。つまり、針先ガイド68をガイドベース69に固定する場合には、リニアモータ77の出力軸77aを延ばす。 As shown in part (a) of FIG. 10, the tip of the output shaft 77a presses the end of the torsion spring 78. For example, when the output shaft 77a is extended, the tip of the output shaft 77a presses the end of the torsion spring 78. Then, this pressing force generates a restoring force, and the restoring force generates a torque that presses the movable lever 76 against the guide plate 72. That is, when fixing the needle tip guide 68 to the guide base 69, the output shaft 77a of the linear motor 77 is extended.

図10の(b)部に示すように、出力軸77aを縮めたとき、出力軸77aの先端は、ねじりバネ78の端部から離間する。そうすると、押圧により生じていた復元力が消失する。従って、可動レバー76をガイドプレート72に押圧させる力も消失する。このとき、可動レバー76は、回動部76aのまわりに自由に回転できる。つまり、針先ガイド68をガイドベース69から取り外す場合には、リニアモータ77の出力軸77aを縮める。 As shown in part (b) of FIG. 10, when the output shaft 77a is retracted, the tip of the output shaft 77a is separated from the end of the torsion spring 78. Then, the restoring force generated by the pressure disappears. Therefore, the force that forces the movable lever 76 to press against the guide plate 72 also disappears. At this time, the movable lever 76 can freely rotate around the rotating portion 76a. That is, when removing the needle tip guide 68 from the guide base 69, the output shaft 77a of the linear motor 77 is retracted.

上述した安全着脱機構51に関する説明をまとめると以下のとおりである。 The explanation regarding the safety attachment/detachment mechanism 51 mentioned above is summarized as follows.

穿刺針8は、穿刺針固定具48によってシャフト14に固定され、穿刺針ガイド49によって直動以外の自由度を制限されている。しかし、穿刺中、患者201が不意に動いた場合又は患者201の容態が急変した場合、穿刺針8を穿刺ロボット4から切り離した後に穿刺ロボット4のみを退避させることによって、患者201の安全を確保する必要がある。そこで以下のような着脱機構を提案した。 The puncture needle 8 is fixed to the shaft 14 by a puncture needle fixture 48, and its degrees of freedom other than linear motion are restricted by a puncture needle guide 49. However, if the patient 201 suddenly moves during puncture or if the patient's condition suddenly changes, the safety of the patient 201 can be ensured by separating the puncture needle 8 from the puncture robot 4 and then evacuating only the puncture robot 4. There is a need to. Therefore, we proposed the following attachment/detachment mechanism.

穿刺針固定具48は、穿刺針8を保持する第2アダプタ54を第1アダプタ53に固定するためのレバー61が少なくとも1個(実施形態では2個)設けられている。レバー61はケース56に対して回転可能に固定されている。リニアモータ62(例えば超音波リニアアクチュエータ)は、ケース56に対し、相対的に運動しないように固定される。リニアモータ62の駆動部分は、駆動時にレバー61に衝突する。この衝突により、レバー61が回転する。レバー61の回転によって、第1アダプタ53と第2アダプタ54との連結状態が解除される。 The puncture needle fixing device 48 is provided with at least one lever 61 (two levers in the embodiment) for fixing the second adapter 54 holding the puncture needle 8 to the first adapter 53. The lever 61 is rotatably fixed to the case 56. The linear motor 62 (for example, an ultrasonic linear actuator) is fixed to the case 56 so as not to move relative to the case 56. The driving portion of the linear motor 62 collides with the lever 61 during driving. This collision causes the lever 61 to rotate. Rotation of the lever 61 releases the connection between the first adapter 53 and the second adapter 54 .

穿刺針ガイド49は、穿刺針8の移動を直動方向のみに制限するための針先ガイド68を有する。穿刺針ガイド49は、針先ガイド68のガイドプレート72に対し少なくとも2箇所接触する形状をした支持フレーム74を有する。支持フレーム74は、ガイドベース69に対し、相対的に運動しないように固定される。また、可動レバー76はガイドベース69に対して回転可能に固定される。可動レバー76は、ねじりバネ78によって針先ガイド68を支持フレーム74に押し付ける方向に向かう力を受ける。ねじりバネ78のもう一方は、可動レバー76に対して相対的に移動できないよう固定されたリニアモータ77の出力軸77aに押圧されている。リニアモータ77の駆動によって、ねじりバネ78が解放され針先ガイド68の固定が解除される。 The puncture needle guide 49 has a needle tip guide 68 for restricting movement of the puncture needle 8 only in the linear direction. The puncture needle guide 49 has a support frame 74 shaped to come into contact with the guide plate 72 of the needle tip guide 68 in at least two places. The support frame 74 is fixed to the guide base 69 so as not to move relative to it. Further, the movable lever 76 is rotatably fixed to the guide base 69. The movable lever 76 receives a force directed toward pressing the needle tip guide 68 against the support frame 74 by a torsion spring 78 . The other end of the torsion spring 78 is pressed against an output shaft 77a of a linear motor 77 that is fixed so that it cannot move relative to the movable lever 76. By driving the linear motor 77, the torsion spring 78 is released and the fixation of the needle tip guide 68 is released.

安全着脱機構51は電気信号を用いて遠隔的かつ自動的に針を取り外し、患者201の安全を確保する。なお、実用の際の着脱の手間等を考え、手動で物理的に取り外してもよい。第1アダプタ53と第2アダプタ54との連結を解除することによって、直動方向に自由に穿刺針8が動作できるようになる。針先ガイド68の離脱によって、直動以外の平面方向に自由に穿刺針8が動作できるようになる。これらは同時に行われてもよいし、医師の判断で片方のみが行われてもよい。 The safety detachment mechanism 51 uses electrical signals to remotely and automatically detach the needle to ensure the safety of the patient 201. Note that in consideration of the trouble of attaching and detaching in practical use, it may be physically removed manually. By releasing the connection between the first adapter 53 and the second adapter 54, the puncture needle 8 can freely move in the linear direction. By removing the needle tip guide 68, the puncture needle 8 can freely move in a plane direction other than the linear movement. These may be performed at the same time, or only one of them may be performed at the discretion of the doctor.

また、本実施形態の安全着脱機構51の構成は、要するに、以下のとおりである。 Further, the configuration of the safety attachment/detachment mechanism 51 of this embodiment is briefly as follows.

安全着脱機構は、針固定部が装着され、電気的操作または物理的操作によって針固定具を取りはずすことができる針固定具離脱機構と、針ガイドが装着され、電気的操作または物理的操作によって針ガイドを取りはずすことができる針ガイド離脱機構と、を有する。 The safety attachment/detachment mechanism consists of a needle fixing device detachment mechanism in which a needle fixing part is attached and the needle fixing device can be removed by electrical or physical operation, and a needle fixing device detachment mechanism in which a needle guide is attached and the needle fixing device can be removed by electrical or physical operation. and a needle guide removal mechanism that allows the guide to be removed.

穿刺針固定具48は、ケース56と、ケース56に対して回転可能に固定された、針固定具を固定するためのレバー61と、ケース56に対して相対的に運動しないように固定され、駆動部がレバー61に衝突した際にレバー61が回転するように配置されたリニアモータ21と、を有する。 The puncture needle fixing device 48 includes a case 56, a lever 61 rotatably fixed to the case 56 and for fixing the needle fixing device, and fixed so as not to move relative to the case 56. It has a linear motor 21 arranged so that the lever 61 rotates when the drive part collides with the lever 61.

穿刺針ガイド49は、ガイドベース69と、ガイドベース69に対し相対的に運動しないように固定され、針ガイドの少なくとも2箇所が接触する形状を有する支持フレーム74と、ガイドベース69に対し回転可能に固定され、回転時に針ガイドの少なくとも一箇所に接触するように配置された可動レバー76と、リニアモータ21と、片方の先端を可動レバー76に固定し、もう片方の端面をリニアモータ21の駆動部に押し付けられるように配置されたねじりバネ78と、を有する。 The puncture needle guide 49 is fixed to a guide base 69 so as not to move relative to the guide base 69, and is rotatable with respect to the guide base 69 and a support frame 74 having a shape in which at least two points of the needle guide are in contact with each other. A movable lever 76 is fixed to the movable lever 76 and arranged so as to contact at least one part of the needle guide during rotation, and a linear motor 21, one end of which is fixed to the movable lever 76 and the other end surface of the linear motor 21. It has a torsion spring 78 arranged so as to be pressed against the driving part.

<薬剤注入装置>
ところで、穿刺針8を用いた施術では、多品種の薬剤を用いることがある。この場合には、穿刺針8に提供する薬剤を必要に応じて変更する必要がある。このような観点から、穿刺ロボット4は、穿刺針8に提供する薬剤を容易に変更できる薬剤注入装置13を有する。
<Drug injection device>
By the way, in the treatment using the puncture needle 8, a wide variety of drugs may be used. In this case, it is necessary to change the medicine provided to the puncture needle 8 as necessary. From this point of view, the puncture robot 4 includes a drug injection device 13 that allows the drug to be supplied to the puncture needle 8 to be easily changed.

図11に示すように、薬剤注入装置13は、主要な構成要素として、レボルバ79と、装置本体81と、回転機構82と、押出機構83と、を有する。レボルバ79には、薬剤を収容したシリンジ84が取り付けられる。このレボルバ79は、装置本体81に対して軸線のまわりに回転に装置本体81に連結される。薬剤注入装置13は、レボルバ79を回転機構82によって回転させることにより、穿刺針8に提供すべき薬剤を収容するシリンジ84をシリンジレバー86に対応する位置へ移動させる。そして、薬剤注入装置13は、押出機構83によってプランジャ87を押圧することにより、薬剤を穿刺針8に提供する。 As shown in FIG. 11, the drug injection device 13 includes a revolver 79, a device main body 81, a rotation mechanism 82, and an extrusion mechanism 83 as main components. A syringe 84 containing a drug is attached to the revolver 79. This revolver 79 is connected to the device main body 81 so as to rotate around an axis relative to the device main body 81 . The drug injection device 13 moves the syringe 84 containing the drug to be provided to the puncture needle 8 to a position corresponding to the syringe lever 86 by rotating the revolver 79 using the rotation mechanism 82 . Then, the drug injection device 13 supplies the drug to the puncture needle 8 by pressing the plunger 87 with the extrusion mechanism 83 .

この構成によれば、薬剤注入装置13は、提供すべき薬剤の選択及び穿刺針8への薬剤の提供を、回転機構82及び押出機構83により実現する。つまり、薬剤注入装置13は、少なくとも2個のアクチュエータを用いて、アクチュエータの数よりも多い数のシリンジ84から薬剤を穿刺針8に提供する。 According to this configuration, the drug injection device 13 selects a drug to be provided and provides the drug to the puncture needle 8 using the rotation mechanism 82 and the extrusion mechanism 83. That is, the drug injection device 13 uses at least two actuators to provide drugs to the puncture needle 8 from the syringes 84, which number is greater than the number of actuators.

以下、薬剤注入装置13についてさらに詳細に説明する。 The drug injection device 13 will be explained in more detail below.

レボルバ79は、複数のシリンジ84を保持すると共に装置本体81に対して回転する。レボルバ79は、円筒形状を呈する。レボルバ79は、前端と後端とを有する。レボルバ79の後端には、装置本体81が連結される。レボルバ79の円周面には、複数のシリンジ装着部88が設けられる。シリンジ装着部88は、レボルバ79の軸線方向に延びる溝部と、溝部に配置されたシリンジ84を固定する固定部と、を有する。つまり、シリンジ84の軸線は、レボルバ79の中心軸線から直径方向に所定距離だけ離間する。さらに、シリンジ84は、レボルバ79の中心軸線のまわりに等間隔(例えば45度ごと)に配置される。この間隔によれば、レボルバ79は、8本のシリンジ84を保持する。なお、レボルバ79が保持するシリンジ84の数は、8本に限定されない。8本以上であってもよいし、8本以下であってもよい。シリンジ84は、チューブと薬剤切替機構を介して、穿刺針8に接続されている。 The revolver 79 holds a plurality of syringes 84 and rotates with respect to the device main body 81. The revolver 79 has a cylindrical shape. Revolver 79 has a front end and a rear end. A device main body 81 is connected to the rear end of the revolver 79 . A plurality of syringe mounting portions 88 are provided on the circumferential surface of the revolver 79. The syringe mounting part 88 has a groove extending in the axial direction of the revolver 79 and a fixing part that fixes the syringe 84 disposed in the groove. That is, the axis of the syringe 84 is spaced apart from the center axis of the revolver 79 by a predetermined distance in the diametrical direction. Further, the syringes 84 are arranged at equal intervals (for example, every 45 degrees) around the central axis of the revolver 79. According to this spacing, revolver 79 holds eight syringes 84. Note that the number of syringes 84 held by the revolver 79 is not limited to eight. The number may be eight or more or eight or less. The syringe 84 is connected to the puncture needle 8 via a tube and a drug switching mechanism.

レボルバ79は、前端に設けられた開口79hを有する。この開口79hには、装置本体81の前端が露出する。レボルバ79は、開口79hのまわりに固定されたギヤ89を有する。ギヤ89は、装置本体81に対するレボルバ79の回転のためのものである。ギヤ89の軸線は、レボルバ79の軸線と重複するように、レボルバ79の内部に配置される。 The revolver 79 has an opening 79h provided at the front end. The front end of the device main body 81 is exposed through this opening 79h. The revolver 79 has a gear 89 fixed around the opening 79h. The gear 89 is for rotating the revolver 79 relative to the device main body 81. The axis of the gear 89 is arranged inside the revolver 79 so as to overlap with the axis of the revolver 79.

装置本体81は、ハウジング91と、内部フレーム92と、を有する。ハウジング91は、円筒形状を呈する。ハウジング91は、前端と後端とを有する。ハウジング91の前端には、レボルバ79の後端が配置される。ハウジング91の後端は、ロボットアーム11に固定される。内部フレーム92は、ハウジング91の内部に配置されて、押出機構83及び回転機構82の基礎となる。内部フレーム92は、ハウジング91に対して固定されているので、ハウジング91に対して移動及び回転することはない。さらに内部フレーム92の前端は、レボルバ79の前端に設けられた開口79hから露出する。露出した前端には、アダプタ93を介して前述の穿刺装置12が固定される。具体的には、内部フレーム92にはアダプタ93を介して穿刺装置12のメインベース19が固定される。 The device main body 81 includes a housing 91 and an internal frame 92. The housing 91 has a cylindrical shape. Housing 91 has a front end and a rear end. A rear end of the revolver 79 is arranged at the front end of the housing 91 . The rear end of the housing 91 is fixed to the robot arm 11. The internal frame 92 is disposed inside the housing 91 and serves as the basis for the extrusion mechanism 83 and the rotation mechanism 82 . Since the internal frame 92 is fixed to the housing 91, it does not move or rotate relative to the housing 91. Further, the front end of the internal frame 92 is exposed through an opening 79h provided at the front end of the revolver 79. The aforementioned puncture device 12 is fixed to the exposed front end via an adapter 93. Specifically, the main base 19 of the puncture device 12 is fixed to the internal frame 92 via an adapter 93.

内部フレーム92の前部には、回転機構82が設けられる。回転機構82は、主要な構成要素として、軸部92aと、ベアリング94と、ギヤ89と、ピニオン96と、モータ97と、を有する。軸部92aは、レボルバ79の回転軸線に沿って延びる円筒状の部分である。軸部92aは、内部フレーム92の一部である。レボルバ79は、この軸部92aのまわりに回転する。具体的には、レボルバ79のギヤフランジ98と、軸部92aとの間には、ベアリング94が設けられている。つまり、ベアリング94の内周面は、軸部92aに固定され、ベアリング94の外周面はギヤフランジ98に固定される。また、レボルバ79の後端とハウジング91の前端との間は、ころがり支持機構99が設けられる。ころがり支持機構99は、レボルバ79の後端をハウジング91の前端によって回転可能に支持する。ころがり支持機構99は、レボルバ79の後端に設けられたレボルバ溝と、ハウジング91の前端に設けられたハウジング溝と、レボルバ溝及びハウジング溝の間に配置された複数の転動体と、を有する。これらの構成によって、レボルバ79は、装置本体81に対して円滑に回転できる。 A rotation mechanism 82 is provided at the front of the internal frame 92 . The rotation mechanism 82 has a shaft portion 92a, a bearing 94, a gear 89, a pinion 96, and a motor 97 as main components. The shaft portion 92a is a cylindrical portion extending along the rotation axis of the revolver 79. The shaft portion 92a is a part of the internal frame 92. The revolver 79 rotates around this shaft portion 92a. Specifically, a bearing 94 is provided between the gear flange 98 of the revolver 79 and the shaft portion 92a. That is, the inner peripheral surface of the bearing 94 is fixed to the shaft portion 92a, and the outer peripheral surface of the bearing 94 is fixed to the gear flange 98. Further, a rolling support mechanism 99 is provided between the rear end of the revolver 79 and the front end of the housing 91. The rolling support mechanism 99 rotatably supports the rear end of the revolver 79 by the front end of the housing 91. The rolling support mechanism 99 includes a revolver groove provided at the rear end of the revolver 79, a housing groove provided at the front end of the housing 91, and a plurality of rolling elements arranged between the revolver groove and the housing groove. . These configurations allow the revolver 79 to rotate smoothly with respect to the device main body 81.

ピニオン96は、回転軸線から直径方向に離間して配置される。具体的には、ピニオン96は、ギヤ89の外周近傍において、ギヤ89に噛み合う位置に設けられる。ギヤ89及びピニオン96は、共に平歯車であり、レボルバ79に設けられたギヤ89は、装置本体81に設けられたピニオン96より大径である。ピニオン96は、モータ97の出力軸97aに連結されている。モータ97は、内部フレーム92に対して固定されている。 Pinion 96 is spaced diametrically from the axis of rotation. Specifically, the pinion 96 is provided near the outer periphery of the gear 89 at a position where it meshes with the gear 89. Both the gear 89 and the pinion 96 are spur gears, and the gear 89 provided on the revolver 79 has a larger diameter than the pinion 96 provided on the device main body 81. The pinion 96 is connected to an output shaft 97a of a motor 97. Motor 97 is fixed to internal frame 92.

回転機構82によれば、モータ97を駆動すると、その出力軸97aが回転する。出力軸97aの回転に伴ってピニオン96が回転し、ピニオン96に噛み合うギヤ89が回転する。ギヤ89の回転によって、レボルバ79が回転する。つまり、モータ97の回転数を制御することより、レボルバ79の回転位置を制御することができる。なお、モータ97は、ロボット制御装置6によって制御されてもよい。 According to the rotation mechanism 82, when the motor 97 is driven, its output shaft 97a rotates. As the output shaft 97a rotates, the pinion 96 rotates, and the gear 89 that meshes with the pinion 96 rotates. Rotation of gear 89 causes revolver 79 to rotate. That is, by controlling the rotation speed of the motor 97, the rotational position of the revolver 79 can be controlled. Note that the motor 97 may be controlled by the robot control device 6.

内部フレーム92の主面には、押出機構83が固定される。押出機構83は、リニアモータ101(第3アクチュエータ)と、シリンジレバー86と、を有する。リニアモータ101は、レボルバ79の回転軸線に沿った駆動力を発生させる。リニアモータ101は、ロボット制御装置6によって制御されてもよい。リニアモータ101のテーブルには、シリンジレバー86が固定される。従って、シリンジレバー86は、レボルバ79の回転軸線に沿って往復移動する。 An extrusion mechanism 83 is fixed to the main surface of the internal frame 92. The extrusion mechanism 83 includes a linear motor 101 (third actuator) and a syringe lever 86. The linear motor 101 generates a driving force along the axis of rotation of the revolver 79. The linear motor 101 may be controlled by the robot control device 6. A syringe lever 86 is fixed to the table of the linear motor 101. Therefore, the syringe lever 86 reciprocates along the axis of rotation of the revolver 79.

シリンジレバー86は、L字形状の部品である。シリンジレバー86の固定辺86aは、リニアモータ101のテーブルに固定される。シリンジレバー86の押圧辺86bは、固定辺86aから起立し、ハウジング91の外部にまで突出する。レボルバ79の回転軸線の方向から薬剤注入装置13を見たとき、押圧辺86bの先端は、レボルバ79の外周面よりも突出する。ハウジング91には、押圧辺86bのための長穴91hが設けられており、この長穴91hを介して押圧辺86bが突出する。そして、長穴91hは、レボルバ79の回転軸線に沿って延びており、この長穴91hの長手方向の距離だけ、シリンジレバー86は、往復移動することが可能である。 The syringe lever 86 is an L-shaped component. A fixed side 86a of the syringe lever 86 is fixed to the table of the linear motor 101. The pressing side 86b of the syringe lever 86 stands up from the fixed side 86a and projects to the outside of the housing 91. When viewing the drug injection device 13 from the direction of the rotational axis of the revolver 79, the tip of the pressing side 86b protrudes beyond the outer peripheral surface of the revolver 79. The housing 91 is provided with a long hole 91h for the pressing side 86b, and the pressing side 86b projects through the long hole 91h. The elongated hole 91h extends along the axis of rotation of the revolver 79, and the syringe lever 86 can reciprocate by a distance in the longitudinal direction of the elongated hole 91h.

上述した薬剤注入装置13に関する説明をまとめると以下のとおりである。 The explanation regarding the drug injection device 13 mentioned above is summarized as follows.

薬剤注入装置13は、押出のためのアクチュエータ及び選択のためのアクチュエータによって薬剤を切り替えて注入する。多種の薬剤を選択的に注入する施術の際には、穿刺中に複数の薬剤を切り替える必要がある。そこで、薬剤注入装置13は、押出及び選択の2個のアクチュエータによって薬剤の切替と注入とを実現する。 The drug injection device 13 switches and injects the drug using an actuator for extrusion and an actuator for selection. When performing a treatment in which various drugs are selectively injected, it is necessary to switch between multiple drugs during puncturing. Therefore, the drug injection device 13 realizes drug switching and injection using two actuators, one for extrusion and one for selection.

押出機構83は、移動部分に設置された薬液押出用のシリンジレバー86を有する。押出機構83の本体部分は、回転軸部材(装置本体81)に固定される。シリンジ84は外装部材(レボルバ79)の周囲に円状に配置される。外装部材は、ベアリング94を介して、装置本体81に対して相対的に回転できるように固定される。回転機構82は回転軸部材に固定され、ギヤ89を介してハウジング91に接続される。 The extrusion mechanism 83 has a syringe lever 86 for extruding a drug solution installed in a moving part. The main body portion of the extrusion mechanism 83 is fixed to a rotating shaft member (device main body 81). The syringe 84 is arranged in a circle around the exterior member (the revolver 79). The exterior member is fixed via a bearing 94 so as to be rotatable relative to the device main body 81. The rotation mechanism 82 is fixed to a rotating shaft member and connected to the housing 91 via a gear 89.

薬剤注入装置13は、シリンジ84が3本以上備えられていてもよい。薬剤注入装置13の優位性は、少なくとも2個であり、かつシリンジ84の本数よりも少ないアクチュエータによってシリンジ84を選択及び注入できる点である。薬剤注入装置13は、押出機構83と、回転機構82と、各部品を固定するための構造部材(レボルバ79及びハウジング91)と、シリンジ84を固定するためのシリンジ装着部88と、を有する。回転機構82の動作によって、所望のシリンジ84をシリンジレバー86の前方へ移動させ、その後、押出機構83を動作させることで、当該シリンジ84に収容された薬剤の注入が可能となる。薬剤注入装置13は、押し出し用のアクチュエータ及び選択用のアクチュエータによって、多数のシリンジ84から所望のシリンジ84を選択し、選択したシリンジ84に収容された薬剤を患者201に提供することが可能となる。 The drug injection device 13 may include three or more syringes 84. The advantage of the drug injection device 13 is that the syringes 84 can be selected and injected using at least two actuators and fewer actuators than the number of syringes 84. The drug injection device 13 includes an extrusion mechanism 83, a rotation mechanism 82, structural members (a revolver 79 and a housing 91) for fixing each component, and a syringe mounting part 88 for fixing a syringe 84. By operating the rotation mechanism 82, a desired syringe 84 is moved in front of the syringe lever 86, and then, by operating the extrusion mechanism 83, the drug contained in the syringe 84 can be injected. The drug injection device 13 is able to select a desired syringe 84 from a large number of syringes 84 using a push-out actuator and a selection actuator, and provide the patient 201 with the drug contained in the selected syringe 84. .

また、本実施形態の薬剤注入装置13の構成は、要するに、以下のとおりである。 In short, the configuration of the drug injection device 13 of this embodiment is as follows.

薬剤注入装置13は、3本以上のシリンジ84を装着するための複数のシリンジ装着部88と、シリンジ84のうち任意の一本が保持する薬剤を提供するための押出機構83と、シリンジ84のそれぞれに接続されるチューブと、を有する。 The drug injection device 13 includes a plurality of syringe mounting parts 88 for mounting three or more syringes 84, an extrusion mechanism 83 for supplying the drug held by any one of the syringes 84, and a plurality of syringe mounting parts 88 for mounting three or more syringes 84. and tubes connected to each.

押出切替機構である薬剤注入装置13は、少なくとも2個、かつ、シリンジ84の本数よりも少ない個数で、薬液の押出に使用される少なくとも1個の押出機構83と、切替のために使用される少なくとも1個の回転機構82と、を有する。 The drug injection device 13, which is an extrusion switching mechanism, has at least two, and the number is smaller than the number of syringes 84, and is used for switching with at least one extrusion mechanism 83 used for extruding the drug solution. At least one rotation mechanism 82.

薬剤注入装置13は、押出のためのリニアモータ101において、押出のためのリニアモータ101のテーブルに固定され、シリンジ84のプランジャ87を押し込むために使用されるシリンジレバー86を有する。例えば、薬剤注入装置13は、図示しないシリンジレバー86の位置を得るセンサ、シリンジレバー86に作用する圧力、薬剤の流出量を得るセンサを備えており、これらのセンサから得たデータを利用して、リニアモータ101の押し込み量を制御してもよい。シリンジ装着部88は、シリンジ84を円状に装着できるように配置される。切替のためのモータ97は、シリンジ84を固定するレボルバ79を回転させることにより、シリンジ84を切り替えて、押出のためのリニアモータ101の駆動によってシリンジ84のプランジャ87を押し込む。 The drug injection device 13 has a syringe lever 86 fixed to the table of the linear motor 101 for extrusion and used to push in the plunger 87 of the syringe 84 . For example, the drug injection device 13 is equipped with a sensor that obtains the position of a syringe lever 86 (not shown), a sensor that obtains the pressure acting on the syringe lever 86, and a sensor that obtains the outflow amount of the drug, and uses the data obtained from these sensors. , the amount of pushing of the linear motor 101 may be controlled. The syringe mounting portion 88 is arranged so that the syringe 84 can be mounted in a circular manner. The motor 97 for switching switches the syringe 84 by rotating the revolver 79 that fixes the syringe 84, and pushes the plunger 87 of the syringe 84 by driving the linear motor 101 for extrusion.

以下、穿刺ロボット4の作用効果について簡単に説明する。 The effects of the puncture robot 4 will be briefly explained below.

振動ユニット27は、サブベース26に固定されて、振動のための振動力を生じさせるピエゾモータ29と、ピエゾモータ29及びシャフト14に連結されて、振動力をシャフト14に伝達する振動伝達部31と、を有する。回転ユニット28は、サブベース26に固定されて、回転のための回転力を生じさせるモータ38と、モータ38及びシャフト14に連結されて、回転力をシャフト14に伝達するトルク伝達部39と、を有する。この構造によれば、振動ユニット27及びトルク伝達部39がシャフト14に対して振動及び回転を同時に付与することができる。従って、挿入途中の穿刺針8の動きがさらに安定化する。その結果、穿刺針8をさらに短時間で患部に到達させやすくなるので、穿刺による負担をさらに軽減することができる。 The vibration unit 27 includes a piezo motor 29 that is fixed to the sub-base 26 and generates vibration force for vibration, and a vibration transmission section 31 that is connected to the piezo motor 29 and the shaft 14 and transmits the vibration force to the shaft 14. has. The rotation unit 28 includes a motor 38 that is fixed to the sub-base 26 and generates rotational force for rotation, and a torque transmission section 39 that is connected to the motor 38 and the shaft 14 and transmits the rotational force to the shaft 14. has. According to this structure, the vibration unit 27 and the torque transmission section 39 can apply vibration and rotation to the shaft 14 at the same time. Therefore, the movement of the puncture needle 8 during insertion is further stabilized. As a result, it becomes easier for the puncture needle 8 to reach the affected area in a shorter time, so that the burden caused by puncturing can be further reduced.

振動伝達部31は、ピエゾモータ29に接触する基端32cと、シャフト14を挿通させる貫通孔32aを有する先端32bと、を含む振動梁32と、貫通孔32aに挿通されたシャフト14を、先端32bに対して所定方向に拘束すると共に、所定方向のまわりの回転を許す拘束部35と、を含む。この構造によれば、シャフト14の回転を許容し、且つ、シャフト14に振動を付与する動作を簡易な構成で実現することができる。 The vibration transmission section 31 includes a vibrating beam 32 including a base end 32c that contacts the piezo motor 29, and a distal end 32b having a through hole 32a through which the shaft 14 is inserted, and a vibrating beam 32 that has a through hole 32a through which the shaft 14 is inserted. a restraining portion 35 that restrains the object in a predetermined direction and allows rotation about the predetermined direction. According to this structure, the operation of allowing rotation of the shaft 14 and imparting vibration to the shaft 14 can be realized with a simple configuration.

トルク伝達部39は、モータ38に接続されるギヤユニット45(回転伝達部)と、ギヤユニット45に接続されると共に、シャフト14を挿通させる孔46aを有し、孔46aに挿通されたシャフト14を、所定方向のまわりに拘束すると共に、所定方向に沿った振動を許すギヤ46と、を含む。この構造によれば、シャフト14の振動を許容し、且つ、シャフト14に回転を付与する動作を簡易な構成で実現することができる。 The torque transmission section 39 has a gear unit 45 (rotation transmission section) connected to the motor 38, and a hole 46a through which the shaft 14 is inserted while being connected to the gear unit 45. , and a gear 46 that restrains the vibration in a predetermined direction and allows vibration along the predetermined direction. According to this structure, the operation of allowing vibration of the shaft 14 and imparting rotation to the shaft 14 can be realized with a simple configuration.

シャフト14は、振動ユニット27と連結される連結部14rと、回転ユニット28と連結される軸部14aと、穿刺針8が連結されるフランジ14fと、を含む。軸部14aは、連結部14rとフランジ14fとの間に設けられる。この構成によれば、シャフト14を良好な状態で振動及び/又は回転させることができる。 The shaft 14 includes a connecting portion 14r connected to the vibration unit 27, a shaft portion 14a connected to the rotation unit 28, and a flange 14f connected to the puncture needle 8. The shaft portion 14a is provided between the connecting portion 14r and the flange 14f. According to this configuration, the shaft 14 can be vibrated and/or rotated in a good condition.

穿刺ロボット4は、穿刺針8に接続されて、穿刺針8に薬剤を提供する薬剤注入装置13をさらに備える。薬剤注入装置13は、薬剤を収容したシリンジ84を複数取り付けたレボルバ79と、シリンジ84に挿入されたプランジャ87を押圧するシリンジレバー86と、を有する。レボルバ79及びシリンジレバー86は、相対的に移動する。この構成によれば、穿刺針8に対して複数のシリンジ84が接続される。その結果、穿刺針8とシリンジ84との接続を解除して、新たなシリンジ84を接続するといった交換作業を不要とすることが可能になる。従って、施術時間をさらに短縮することができる。 The puncture robot 4 further includes a drug injection device 13 that is connected to the puncture needle 8 and provides the puncture needle 8 with a drug. The drug injection device 13 includes a revolver 79 to which a plurality of syringes 84 containing drugs are attached, and a syringe lever 86 that presses a plunger 87 inserted into the syringe 84. The revolver 79 and the syringe lever 86 move relative to each other. According to this configuration, a plurality of syringes 84 are connected to the puncture needle 8. As a result, it becomes possible to eliminate the need for replacement work such as disconnecting the puncture needle 8 and syringe 84 and connecting a new syringe 84. Therefore, the treatment time can be further shortened.

レボルバ79及びシリンジレバー86の相対的な移動は、回転である。この構成によれば、薬剤注入装置13を小型化することができる。 The relative movement of revolver 79 and syringe lever 86 is rotation. According to this configuration, the drug injection device 13 can be downsized.

穿刺ロボット4は、薬剤注入装置13が固定されるロボットアーム11をさらに備える。リニアモータ101は、ロボットアーム11に固定される。レボルバ79はシリンジレバー86に対して回転する。この構成によれば、リニアモータ101によって押圧されるレボルバ79の選択時に、レボルバ79が回転する。この回転によって、シリンジ84内の薬液を撹拌することができる。 The puncture robot 4 further includes a robot arm 11 to which a drug injection device 13 is fixed. Linear motor 101 is fixed to robot arm 11 . The revolver 79 rotates relative to the syringe lever 86. According to this configuration, when the revolver 79 pressed by the linear motor 101 is selected, the revolver 79 rotates. This rotation allows the medicinal solution within the syringe 84 to be stirred.

穿刺ロボット4は、シャフト14の先端に対して着脱可能に取り付けられて、穿刺針8を保持する安全着脱機構51をさらに備える。この構成によれば、穿刺針8とシャフト14との連結を速やかに解除することができる。 The puncture robot 4 further includes a safety attachment/detachment mechanism 51 that is detachably attached to the tip of the shaft 14 and holds the puncture needle 8. According to this configuration, the connection between the puncture needle 8 and the shaft 14 can be quickly released.

メインベース19は、穿刺針8と交差するように設けられたテーブルを含む。そして、穿刺ロボット4は、穿刺針8が挿通されるガイド孔68aを有し、テーブルに配置されるガイドプレート72と、ガイドプレート72をテーブルに対して着脱可能に保持するガイド着脱機構52と、をさらに備える。この構成によれば、穿刺針8と駆動機構30との連結を速やかに解除することができる。 The main base 19 includes a table provided to intersect with the puncture needle 8. The puncture robot 4 includes a guide hole 68a through which the puncture needle 8 is inserted, a guide plate 72 arranged on a table, and a guide attachment/detachment mechanism 52 that detachably holds the guide plate 72 on the table. Furthermore, it is equipped with. According to this configuration, the connection between the puncture needle 8 and the drive mechanism 30 can be quickly released.

<変形例>
本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。
<Modified example>
Although the embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the above embodiments.

回転ユニット28において、シャフト14の軸部14aの形状と、ギヤ46の孔46aの形状とは、図6に示すような形状(略三角形)に限定されない。例えば、ギヤ46は、シャフト14をその軸線のまわりにおいて、正逆各方向に回転させたときに、各方向に少なくとも一箇所のシャフト14の軸部14aと衝突する形状の孔46aを有していればよい。 In the rotation unit 28, the shape of the shaft portion 14a of the shaft 14 and the shape of the hole 46a of the gear 46 are not limited to the shape (approximately triangular) as shown in FIG. For example, the gear 46 has a hole 46a having a shape that collides with the shaft portion 14a of the shaft 14 at at least one location in each direction when the shaft 14 is rotated in forward and reverse directions around its axis. That's fine.

例えば、図12の(a)部に示すように、シャフト14Aの軸部14bの断面形状は、矩形(正方形)であり、ギヤ46Aの孔46bの形状も矩形(正方形)であってもよい。また、図12の(b)部に示すようにシャフト14Bの軸部14cの断面形状は、楕円であり、ギヤ46Bの孔46cの形状は矩形(正方形)であってもよい。さらに、図12の(c)部に示すようにシャフト14Cの軸部14dの断面形状は、楕円であり、ギヤ46Cの孔46dの形状も楕円であってもよい。 For example, as shown in part (a) of FIG. 12, the cross-sectional shape of the shaft portion 14b of the shaft 14A may be rectangular (square), and the shape of the hole 46b of the gear 46A may also be rectangular (square). Further, as shown in part (b) of FIG. 12, the cross-sectional shape of the shaft portion 14c of the shaft 14B may be an ellipse, and the shape of the hole 46c of the gear 46B may be rectangular (square). Furthermore, as shown in part (c) of FIG. 12, the cross-sectional shape of the shaft portion 14d of the shaft 14C is an ellipse, and the shape of the hole 46d of the gear 46C may also be an ellipse.

薬剤注入装置13は、装置本体81が固定側となり、装置本体81に対してレボルバ79が回転した。換言すると、シリンジレバー86に対してシリンジ84が回転することにより、薬剤の選択が行われた。 In the drug injection device 13, the device main body 81 is a fixed side, and the revolver 79 rotates with respect to the device main body 81. In other words, the selection of the drug was performed by rotating the syringe 84 relative to the syringe lever 86.

例えば、図13の(a)部及び(b)部に示すように、変形例1に係る薬剤注入装置13Aは、レボルバ79Aが固定側であり、装置本体81Aが回転側としてもよい。換言すると、シリンジ84Aに対してシリンジレバー86Aが回転することにより、薬剤の選択してもよい。 For example, as shown in parts (a) and (b) of FIG. 13, in the drug injection device 13A according to Modification 1, the revolver 79A may be on the fixed side, and the device main body 81A may be on the rotating side. In other words, a drug may be selected by rotating the syringe lever 86A with respect to the syringe 84A.

つまり、薬剤注入装置13A(押出切替機構)は、押出機構83A(押出のためのアクチュエータ)において、押出機構83Aのリニアモータ101A(駆動部)に固定され、シリンジ84Aを押し込むために使用されるシリンジレバー86Aを有する。シリンジ装着部88A(シリンジ取り付け部)は、シリンジ84Aを円状に装着できるように配置される。回転機構82A(切替のためのアクチュエータ)は、押出機構83Aを回転させることで、シリンジ84Aを切り替えて、押出機構83Aの駆動によってシリンジ84Aから薬剤を供給する。 In other words, the drug injection device 13A (extrusion switching mechanism) is fixed to the linear motor 101A (driver) of the extrusion mechanism 83A (actuator for extrusion), and is a syringe used to push the syringe 84A. It has a lever 86A. The syringe mounting part 88A (syringe mounting part) is arranged so that the syringe 84A can be mounted in a circular manner. The rotation mechanism 82A (actuator for switching) switches the syringe 84A by rotating the extrusion mechanism 83A, and supplies the drug from the syringe 84A by driving the extrusion mechanism 83A.

また、例えば、図14の(a)部及び(b)部に示すように、変形例2に係る薬剤注入装置13Bは、レボルバ79Bと、装置本体81Bと、を有する構成としてもよい。レボルバ79Bは、複数のシリンジ84Bを直線状に並べて保持する。そして、装置本体81Bは、レボルバ79Bに対して直線状に移動する。つまり、シリンジレバー86Bは、シリンジ84Bが並べられた方向に往復移動する。 Further, for example, as shown in parts (a) and (b) of FIG. 14, the drug injection device 13B according to the second modification may include a revolver 79B and a device main body 81B. The revolver 79B holds a plurality of syringes 84B arranged in a straight line. Then, the device main body 81B moves linearly with respect to the revolver 79B. That is, the syringe lever 86B reciprocates in the direction in which the syringes 84B are arranged.

つまり、薬剤注入装置13B(押出切替機構)は、押出機構83B(押出のためのアクチュエータ)において、押出機構83Bのリニアモータ101B(駆動部)に固定され、シリンジ84Bを押し込むシリンジレバー86Bを有する。シリンジ装着部88Bは、シリンジ84Bを直線状に装着できるように配置される。並進機構82B(切替のためのアクチュエータ)は、押出機構83Bを並進移動させることでシリンジ84Bを切り替えて、押出機構83Bの駆動によってシリンジ84Bから薬剤を供給する。 That is, the drug injection device 13B (extrusion switching mechanism) has a syringe lever 86B that is fixed to the linear motor 101B (drive unit) of the extrusion mechanism 83B (actuator for extrusion) and pushes the syringe 84B. The syringe mounting portion 88B is arranged so that the syringe 84B can be mounted linearly. The translation mechanism 82B (actuator for switching) switches the syringe 84B by translating the extrusion mechanism 83B, and supplies the drug from the syringe 84B by driving the extrusion mechanism 83B.

また、例えば、図14の(c)部及び(d)部に示すように、変形例3に係る薬剤注入装置13Cは、レボルバ79Cと、装置本体81Cと、を有する構成としてもよい。レボルバ79Cは、複数のシリンジ84Cを直線状に並べて保持する。そして、レボルバ79Cは、装置本体81Cに対して直線状に移動する。つまり、シリンジ84Cは、シリンジ84Cが並べられた方向に往復移動する。 Furthermore, for example, as shown in parts (c) and (d) of FIG. 14, a medicine injection device 13C according to modification 3 may include a revolver 79C and a device main body 81C. The revolver 79C holds a plurality of syringes 84C arranged in a straight line. Then, the revolver 79C moves linearly with respect to the device main body 81C. That is, the syringes 84C reciprocate in the direction in which the syringes 84C are arranged.

つまり、薬剤注入装置13C(押出切替機構)は、押出機構83C(押出のためのアクチュエータ)において、押出機構83C(押出のためのアクチュエータ)のリニアモータ101C(駆動部)に固定され、シリンジ84Cを押し込むシリンジレバー86Cを有する。シリンジ装着部88Cは、シリンジ84Cを直線状に装着できるように配置され、並進機構82Cによってレボルバ79Cを並進移動させることで、シリンジ84Cを切り替えて、押出機構83Cの駆動によってシリンジ84Cから薬剤を供給する。 In other words, the drug injection device 13C (extrusion switching mechanism) is fixed to the linear motor 101C (drive unit) of the extrusion mechanism 83C (actuator for extrusion), and the syringe 84C is It has a syringe lever 86C to be pushed. The syringe mounting part 88C is arranged so that the syringe 84C can be mounted linearly, and by translating the revolver 79C by the translation mechanism 82C, the syringe 84C is switched, and the medicine is supplied from the syringe 84C by driving the extrusion mechanism 83C. do.

<穿刺針固定具の変形例>
図15は、穿刺針固定具48Aの変形例を示す。穿刺針固定具48Aは、把持具310と、駆動ユニット320と、を有する。把持具310は、一対のアーム311を有し、当該アーム311によって穿刺針8を把持する。駆動ユニット320は、アーム311の位置を把持位置と解除位置とに相互に切り替える。把持位置から解除位置への切り替えは、駆動ユニット320が収容するアクチュエータによって行うこともできるし、手動によって行うこともできる。
<Modified example of puncture needle fixture>
FIG. 15 shows a modification of the puncture needle fixture 48A. Puncture needle fixture 48A includes a gripper 310 and a drive unit 320. The gripping tool 310 has a pair of arms 311, and grips the puncture needle 8 with the arms 311. The drive unit 320 switches the position of the arm 311 between a gripping position and a release position. Switching from the grip position to the release position can be performed by an actuator housed in the drive unit 320, or can be performed manually.

図16の(a)部及び図16の(b)部に示すように、アーム311は、側面視してL字状の本体部312と、本体部312に設けられた連結部313と、を有する。本体部312の先端312aは、X方向に延び、他方のアーム311の本体部312の先端312aと対面する。この先端312a同士の間に穿刺針8が挟み込まれる。穿刺針8を把持する部分は、溝が形成されている。溝の断面形状は、穿刺針8の被把持部の形状に応じて適宜選択してよい。本体部312の基部312bは、Z方向に延びる。基部312bには、連結部313が設けられている。連結部313は、駆動ユニット320のケース321の内部に配置されており、本体部312を駆動する力を受ける。連結部313は、本体部312を駆動するためのソレノイド接続部313aと、操作爪313bとを有する。 As shown in part (a) of FIG. 16 and part (b) of FIG. 16, the arm 311 includes a main body part 312 that is L-shaped when viewed from the side, and a connecting part 313 provided on the main body part 312. have A tip 312a of the main body 312 extends in the X direction and faces the tip 312a of the main body 312 of the other arm 311. The puncture needle 8 is sandwiched between these tips 312a. A groove is formed in the portion for gripping the puncture needle 8. The cross-sectional shape of the groove may be selected as appropriate depending on the shape of the gripped portion of the puncture needle 8. The base portion 312b of the main body portion 312 extends in the Z direction. A connecting portion 313 is provided on the base 312b. The connecting portion 313 is disposed inside the case 321 of the drive unit 320 and receives the force that drives the main body portion 312 . The connecting portion 313 includes a solenoid connecting portion 313a for driving the main body portion 312 and an operating claw 313b.

駆動ユニット320は、ケース321に収容された一対の駆動機構を有する。一つの駆動機構は、一つのアーム311に対応する。駆動機構は、リニアモータであるソレノイド331と、ばねユニット332と、を有する。 The drive unit 320 has a pair of drive mechanisms housed in a case 321. One drive mechanism corresponds to one arm 311. The drive mechanism includes a solenoid 331, which is a linear motor, and a spring unit 332.

ソレノイド331の駆動軸331aの一端は、ソレノイド接続部313aの上端に連結されている。駆動軸331aの基端は、ソレノイド331に連結されている。そして、圧縮ばねユニット332の圧縮ばね332sは、ソレノイド331とソレノイド接続部313aに挟まれている。その結果、圧縮ばね332sは、ソレノイド331からソレノイド接続部313aを離間させる向きの力を発生する。 One end of the drive shaft 331a of the solenoid 331 is connected to the upper end of the solenoid connecting portion 313a. The base end of the drive shaft 331a is connected to the solenoid 331. The compression spring 332s of the compression spring unit 332 is sandwiched between the solenoid 331 and the solenoid connection portion 313a. As a result, the compression spring 332s generates a force that moves the solenoid connection portion 313a away from the solenoid 331.

なお、圧縮ばねユニット332は、種々の構成を採用してよい。図15に示すように、圧縮ばねユニット332は、駆動軸331aに連結されたアダプタ332aと、ケース321に対して固定されるばね支持部332bと、当該アダプタ332aとばね支持部332bとの間に配置される一対の圧縮ばね332sと、を有していてもよい。また、図16に示すように、圧縮ばねユニット332は、駆動軸331aに配置されて、ソレノイド接続部313aとソレノイド331との間に挟み込まれた圧縮ばね332sにより構成されてもよい。 Note that the compression spring unit 332 may adopt various configurations. As shown in FIG. 15, the compression spring unit 332 has an adapter 332a connected to the drive shaft 331a, a spring support part 332b fixed to the case 321, and a space between the adapter 332a and the spring support part 332b. A pair of compression springs 332s may be provided. Further, as shown in FIG. 16, the compression spring unit 332 may be configured by a compression spring 332s disposed on the drive shaft 331a and sandwiched between the solenoid connection portion 313a and the solenoid 331.

圧縮ばね332sの力は、アーム311が穿刺針8を把持する方向と一致する。つまり、アーム311は、圧縮ばね332sの復元力によって、把持状態を維持する。具体的には、ソレノイド331が動作していない(力を発生させていない)とき、駆動軸331aは、圧縮ばね332sの復元力によって正のX方向に移動した状態である(図16の(a)部参照)。一方、ソレノイド331が動作しているとき(力を発生させているとき)、駆動軸331aは縮まる。換言すると、ソレノイド331とソレノイド接続部313aとの間の距離が短くなる。その結果、ソレノイド接続部313aは負のX方向に移動するので、アーム311同士が互いに離間する。つまり、解除状態となる(図16の(b)部参照)。 The force of the compression spring 332s matches the direction in which the arm 311 grips the puncture needle 8. In other words, the arm 311 maintains the gripping state by the restoring force of the compression spring 332s. Specifically, when the solenoid 331 is not operating (not generating force), the drive shaft 331a is in a state of movement in the positive X direction due to the restoring force of the compression spring 332s ((a in FIG. 16). ). On the other hand, when the solenoid 331 is operating (generating force), the drive shaft 331a contracts. In other words, the distance between the solenoid 331 and the solenoid connection portion 313a becomes shorter. As a result, the solenoid connecting portion 313a moves in the negative X direction, so the arms 311 move away from each other. In other words, the state is released (see part (b) of FIG. 16).

また、駆動軸331aは、ケース321の底面から突出した操作爪313bを有する。この操作爪313bを操作する(操作爪313bの間隔を広げる)ことによって、把持状態から解除状態に移行することもできる。つまり、ソレノイド331とソレノイド接続部313aとの間の距離が短くなった状態を、操作爪313bの移動によって実現する。 Further, the drive shaft 331a has an operating claw 313b protruding from the bottom surface of the case 321. By operating the operating claws 313b (widening the interval between the operating claws 313b), it is also possible to shift from the gripping state to the release state. In other words, a state in which the distance between the solenoid 331 and the solenoid connecting portion 313a is shortened is realized by moving the operating claw 313b.

変形例の穿刺針固定具48Aは、針固定部に別途部品を取り付ける必要がないので、部品点数を削減することができる。また、変形例の穿刺針固定具48Aは、穿刺針8を取り外す方向に制限がない。換言すると、連結状態を解除した状態として、穿刺針8を水平方向(Y方向)に移動させて取り外すこともできるし、垂直方向(穿刺針8が延びる方向:Z方向)に移動させて取り外すこともできる。 The modified puncture needle fixing device 48A does not require any separate parts to be attached to the needle fixing part, so the number of parts can be reduced. In addition, the modified puncture needle fixing device 48A has no restrictions on the direction in which the puncture needle 8 can be removed. In other words, with the connection state released, the puncture needle 8 can be removed by moving it in the horizontal direction (Y direction), or it can be removed by moving it in the vertical direction (direction in which the puncture needle 8 extends: Z direction). You can also do it.

1…穿刺システム、4…穿刺ロボット、8…穿刺針、11…ロボットアーム、12…穿刺装置、13…薬剤注入装置、14…シャフト、16…直線駆動機構、17…振動回転駆動機構、19…メインベース、26…サブベース、27…振動ユニット、28…回転ユニット、30…駆動機構。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Puncture system, 4...Puncture robot, 8...Puncture needle, 11...Robot arm, 12...Puncture device, 13...Drug injection device, 14...Shaft, 16...Linear drive mechanism, 17...Vibration rotation drive mechanism, 19... Main base, 26... Sub base, 27... Vibration unit, 28... Rotation unit, 30... Drive mechanism.

Claims (8)

穿刺針を用いて穿刺を行う穿刺ロボットであって、
所定方向に延びる第1基体と、
前記第1基体に連結されて、前記穿刺針の基端を保持し、前記穿刺針を所定方向に沿って振動させると共に、前記所定方向のまわりに回転させる駆動機構と、を備え、
前記駆動機構は、
前記第1基体に連結される第2基体と、
前記穿刺針の基端を保持する駆動軸と、
前記第2基体に取り付けられて、前記駆動軸を振動させると共に前記駆動軸の回転を許容する第1駆動部と、
前記第2基体に取り付けられて、前記駆動軸を回転させると共に前記駆動軸の振動を許容する第2駆動部と、を有し、
前記第1駆動部は、前記第2基体に固定されて、前記振動のための振動力を生じさせる第1アクチュエータと、前記第1アクチュエータ及び前記駆動軸に連結されて、前記振動力を前記駆動軸に伝達する第1伝達部と、を有し、
前記第2駆動部は、前記第2基体に固定されて、前記回転のための回転力を生じさせる第2アクチュエータと、前記第2アクチュエータ及び前記駆動軸に連結されて、前記回転力を前記駆動軸に伝達する第2伝達部と、を有し、
前記第1伝達部は、
前記第1アクチュエータに接触する入力端と、前記駆動軸を挿通させる第1貫通孔を有する出力端と、を含む梁部と、
前記貫通孔に挿通された前記駆動軸を、前記出力端に対して前記所定方向に拘束すると共に、前記所定方向のまわりの回転を許す拘束部と、を含む、
穿刺ロボット。
A puncture robot that performs puncture using a puncture needle,
a first base body extending in a predetermined direction;
a drive mechanism connected to the first base body to hold the proximal end of the puncture needle, vibrate the puncture needle along a predetermined direction, and rotate the puncture needle around the predetermined direction;
The drive mechanism is
a second base connected to the first base;
a drive shaft that holds the proximal end of the puncture needle;
a first drive section that is attached to the second base and vibrates the drive shaft and allows rotation of the drive shaft;
a second drive unit attached to the second base body to rotate the drive shaft and allow vibration of the drive shaft ;
The first driving unit includes a first actuator fixed to the second base body to generate a vibration force for the vibration, and a first actuator connected to the first actuator and the drive shaft to generate the vibration force for the drive. a first transmission part that transmits transmission to the shaft;
The second drive unit includes a second actuator that is fixed to the second base and generates a rotational force for the rotation, and is connected to the second actuator and the drive shaft to generate the rotational force for the drive. a second transmission section that transmits transmission to the shaft;
The first transmission section is
a beam portion including an input end that contacts the first actuator, and an output end that has a first through hole through which the drive shaft is inserted;
a restraining part that restrains the drive shaft inserted into the through hole in the predetermined direction with respect to the output end and allows rotation about the predetermined direction;
Puncture robot.
前記第2伝達部は、
前記第2アクチュエータに接続される回転伝達部と、
前記回転伝達部に接続されると共に、前記駆動軸を挿通させる第2貫通孔を有し、前記第2貫通孔に挿通された前記駆動軸を、前記所定方向のまわりに拘束すると共に、前記所定方向に沿った振動を許す回転駆動部と、を含む、請求項に記載の穿刺ロボット。
The second transmission section is
a rotation transmission unit connected to the second actuator;
A second through hole is connected to the rotation transmitting portion and through which the drive shaft is inserted, and the drive shaft inserted into the second through hole is restrained around the predetermined direction and the drive shaft is inserted into the second through hole. The puncturing robot according to claim 1 , comprising a rotational drive unit that allows vibration along a direction.
前記駆動軸は、前記第1駆動部と連結される第1連結部と、前記第2駆動部と連結される第2連結部と、前記穿刺針が連結される針連結部と、を含み、
前記第2連結部は、前記第1連結部と前記針連結部との間に設けられる、請求項1又は請求項2に記載の穿刺ロボット。
The drive shaft includes a first connection part connected to the first drive part, a second connection part connected to the second drive part, and a needle connection part connected to the puncture needle,
The puncturing robot according to claim 1 or 2 , wherein the second connecting part is provided between the first connecting part and the needle connecting part.
前記穿刺針に接続されて、前記穿刺針に薬剤を提供する薬剤注入機構をさらに備え、
前記薬剤注入機構は、
前記薬剤を収容したシリンジを複数取り付けるシリンジ取り付け部を含むレボルバと、
前記シリンジに挿入されたプランジャを押圧する第3アクチュエータと、を有し、
前記レボルバ及び前記第3アクチュエータは、相対的に移動する、請求項1~のいずれか一項に記載の穿刺ロボット。
further comprising a drug injection mechanism connected to the puncture needle to provide a drug to the puncture needle,
The drug injection mechanism includes:
a revolver including a syringe attachment part to which a plurality of syringes containing the drug are attached;
a third actuator that presses a plunger inserted into the syringe,
The puncturing robot according to any one of claims 1 to 3 , wherein the revolver and the third actuator move relatively.
前記レボルバ及び前記第3アクチュエータの相対的な移動は、回転である、請求項に記載の穿刺ロボット。 The puncturing robot according to claim 4 , wherein the relative movement of the revolver and the third actuator is rotation. 前記薬剤注入機構が固定される第3基体をさらに備え、
前記第3アクチュエータは、前記第3基体に固定され、
前記レボルバは、前記第3アクチュエータに対して回転する、請求項又はに記載の穿刺ロボット。
further comprising a third base to which the drug injection mechanism is fixed,
the third actuator is fixed to the third base,
The puncture robot according to claim 4 or 5 , wherein the revolver rotates with respect to the third actuator.
前記駆動軸の先端に対して着脱可能に取り付けられて、前記穿刺針を保持する保持機構をさらに備える、請求項1~のいずれか一項に記載の穿刺ロボット。 The puncture robot according to any one of claims 1 to 6 , further comprising a holding mechanism that is detachably attached to the tip of the drive shaft and holds the puncture needle. 前記第1基体は、前記穿刺針と交差するように設けられたテーブルを含み、
前記穿刺針が挿通される貫通孔を有し、前記テーブルに配置されるガイドプレートと、
前記ガイドプレートを前記テーブルに対して着脱可能に保持する拘束機構と、をさらに備える、請求項1~のいずれか一項に記載の穿刺ロボット。
The first base includes a table provided to intersect with the puncture needle,
a guide plate arranged on the table and having a through hole through which the puncture needle is inserted;
The puncturing robot according to any one of claims 1 to 7 , further comprising a restraining mechanism that removably holds the guide plate with respect to the table.
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