CN109152511A - 医疗用操纵器和医疗用操纵器的作动方法 - Google Patents

Abstract

医疗用操纵器包括：插入部，其具有能够进行弯曲操作的弯曲部，该弯曲部具有多个关节要素；末端执行器，其设置在插入部的前端部；能够限制关节要素的弯曲限制部，其以能够相对于插入部相对移动的方式配置；位置检测部，其能够检测弯曲限制部相对于插入部的位置；操作部，其设置在插入部的根端部；第一驱动部，其用于产生驱动弯曲部的驱动力；和控制部，其用于生成驱动第一驱动部的第一驱动信号，控制部能够基于用于对弯曲部进行操作的操作部的输出和由位置检测部检测出的弯曲限制部的位置，生成第一驱动信号。

Description

医疗用操纵器和医疗用操纵器的作动方法

技术领域

本发明涉及医疗用操纵器和医疗用操纵器的作动方法。

背景技术

以往，已知将医疗用操纵器导入到患者体内进行观察和处置等。还已知一种医疗用操纵器，其在前端部包括可弯曲的部位且能够在体内改变前端的朝向。

作为可弯曲的部位的一种结构，已知将接合环或弯曲节等圆筒状的部件(关节要素)在轴线方向上排列配置多个的结构。

在上述结构中，所配置的关节要素的数量越多，越能够增大弯曲部位的最大弯曲角度。相反，在弯曲为某一弯曲角度的情况下，关节要素的数量越多，弯曲部位的曲率半径越增大。体内的空间有限，因此，在用关节要素的数量多的结构使弯曲部位弯曲成最大弯曲角度以下的角度的情况下，有可能无法将医疗用操纵器的前端部配置在对于对象组织而言最合适的位置。

关于上述问题，专利文献1中公开了将配置有多个关节要素的弯曲部位分成能够彼此独立地进行弯曲操作的多个区域。在该结构中，能够仅使弯曲部位的一部分弯曲，而使其它部位保持直线状，因此，即使在使弯曲部位弯曲为最大弯曲角度以下的角度的情况下，也能够抑制弯曲部位的曲率半径增大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-23951号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

专利文献1中公开的结构能够兼顾以下两方面：较大的最大弯曲角度；和在弯曲角度较小时使曲率半径减小，因此是优异的。但是，需要对每个分割的区域设置致动器或动力传递部件，因此，医疗用操纵器的结构变得复杂，容易大型化，在这一点上有改善的余地。

基于上述情况，本发明的目的在于提供一种医疗用操纵器，其能够用简单的结构兼顾以下两方面：较大的最大弯曲角度；和在弯曲角度较小时使曲率半径减小。

用于解决技术问题的手段

本发明的第一方式是一种医疗用操纵器，其特征在于，包括：插入部，其具有能够进行弯曲操作的弯曲部，该弯曲部具有多个关节要素；末端执行器，其设置在所述插入部的前端部；能够限制所述关节要素的弯曲限制部，其以能够相对于所述插入部相对移动的方式配置；位置检测部，其能够检测所述弯曲限制部相对于所述插入部的位置；操作部，其设置在所述插入部的根端部；第一驱动部，其用于产生驱动所述弯曲部的驱动力；和控制部，其用于生成驱动所述第一驱动部的第一驱动信号，所述控制部能够基于用于对所述弯曲部进行操作的所述操作部的输出和由所述位置检测部检测出的所述弯曲限制部的位置，生成所述第一驱动信号。

也可以是：所述操作部具有用于使所述弯曲限制部相对于所述插入部相对移动的位置调节部。

也可以是：本发明的医疗用操纵器还包括第二驱动部，其用于产生驱动所述弯曲限制部的驱动力，所述控制部能够基于用于对所述弯曲部进行操作的所述操作部的输出和由所述位置检测部检测出的所述弯曲限制部的位置，生成用于驱动所述第二驱动部的第二驱动信号。

也可以是：所述弯曲部的内部空间的截面积随着靠近前端而逐渐减小，所述弯曲限制部的截面积随着靠近前端而逐渐减小，并且所述弯曲限制部能够进入所述内部空间。

本发明的第二方式是一种医疗用操纵器的作动方法，所述医疗用操纵器包括：插入部，其具有能够进行弯曲操作的弯曲部，该弯曲部具有多个关节要素；末端执行器，其设置在所述插入部的前端部；能够限制所述关节要素的弯曲限制部，其以能够相对于所述插入部相对移动的方式配置；位置检测部，其能够检测所述弯曲限制部相对于所述插入部的位置；操作部，其设置在所述插入部的根端部；和第一驱动部，其用于产生驱动所述弯曲部的驱动力，所述医疗用操纵器的作动方法的特征在于，包括：位置信息获取步骤，从所述位置检测部获取所述弯曲限制部相对于所述插入部的位置信息；限制状况确定步骤，基于所述位置信息来确定所述多个关节要素的限制状况；和第一驱动信号生成步骤，基于所述操作部的输出和所述限制状况，生成用于驱动所述第一驱动部的第一驱动信号。

在本发明的医疗用操纵器的作动方法中，也可以是：所述医疗用操纵器还包括第二驱动部，其用于产生驱动所述弯曲限制部的驱动力，所述医疗用操纵器的作动方法还包括第二驱动信号生成步骤，基于用于对所述弯曲部进行操作的所述操作部的输出和由所述位置检测部检测出的所述弯曲限制部的位置，生成用于驱动所述第二驱动部的第二驱动信号。

发明效果

采用本发明的医疗用操纵器和医疗用操纵器的作动方法，能够用简单的结构兼顾以下两方面：较大的最大弯曲角度；和在弯曲角度较小时使曲率半径减小。

附图说明

图1是示意性地表示本发明第一实施方式的腹腔镜的外观的图。

图2是示意性地表示该腹腔镜的机构的图。

图3A是表示在关节要素未被限制的状态下该腹腔镜被弯曲的状态的一个例子的图。

图3B是表示在一部分关节要素被限制的状态下该腹腔镜被弯曲的状态的一个例子的图。

图4A是表示弯曲限制部的其它例子的示意图。

图4B是表示弯曲限制部的其它例子的示意图。

图5A是表示弯曲限制部的其它例子的示意图。

图5B是表示弯曲限制部的其它例子的示意图。

图6是示意性地表示本发明第二实施方式的腹腔镜的外观的图。

图7是示意性地表示该腹腔镜中的弯曲限制部的驱动机构的图。

图8是示意性地表示该腹腔镜的变形例中的弯曲限制部的驱动机构的图。

图9是表示控制部对弯曲限制部进行自动驱动的方式的一个例子的图。

图10是表示本发明的变形例中的弯曲限制部和关节要素的示意图。

具体实施方式

参照图1至图5B对本发明的第一实施方式进行说明。图1是示意性地表示作为本实施方式的医疗用操纵器的腹腔镜1的外观的图。图2是示意性地表示腹腔镜1的机构的图。如图1所示，腹腔镜1包括：可被插入到患者体内的插入部10；安装在插入部10的前端部的摄像部(末端执行器)30；和安装在插入部10的根端部的操作部40。

插入部10包括：不具有挠性的硬质的管状部11；和设置在管状部11的前端侧的弯曲部20。

管状部11由金属等形成。在管状部11的内部插通有用于对摄像部30供给电功率的配线(未图示)和用于与摄像部30进行数据的发送接收的线缆(未图示)等。在管状部11的外周面上设置有与其内腔连通的在长度方向上延伸的槽(slot)12。

弯曲部20具有多个接合环和弯曲节等关节要素21，其基本结构是公知的。如图2所示，在关节要素21中，插通有操作线等驱动部件22，驱动部件22的前端被固定在配置在最前端侧的关节要素21A上。在各关节要素21中，安装有未图示的编码器等，能够检测各关节要素21相对于相邻的关节要素的相对转动量。

在管状部11内配置有弯曲限制部25。弯曲限制部25是硬质的管状的部件，配置成能够相对于管状部11在轴线方向上进退。在弯曲限制部25的外周面上设置有突起部26。突起部26位于管状部11的槽12内。在突起部26的顶面设置有有底的圆孔26a。突起部26的高度被设定为突起部26不从槽12伸出的值。

摄像部30具有未图示的摄像元件和照明机构等，其基本结构是公知的。摄像部30也可以适当选择采用公知的内窥镜等中的摄像部的结构。

操作部40包括使用者指定弯曲部20的弯曲方向时使用的旋钮41。

如图2所示，在操作部40的内部配置有带轮(pulley)51、驱动部(第一驱动部)52和控制部60。驱动部件22的根端部与带轮51连接。驱动部52例如由电动机等构成，以能够传递驱动力的方式与带轮51连接。

控制部60与旋钮41和驱动部52电连接，基于对旋钮41的操作生成用于对驱动部52进行驱动的驱动信号并将其发送至驱动部60。

如图2所示，在管状部11内设置有用于检测弯曲限制部25相对于管状部11的相对位置的位置检测部61。位置检测部61只要能够检测弯曲限制部25相对于管状部11的位置即可，其结构没有特别限定。例如，可以使用公知的直线编码器或电位器等构成位置检测部61。

位置检测部61与控制部60连接，位置检测部61检测出的弯曲限制部25的位置信息被发送至控制部60。

下面对如上所述的本实施方式的腹腔镜1使用时的动作进行说明。

作为准备操作，使用者在患者的腹壁等体壁上开孔，将套管针等插通在孔中并留置在体壁上。根据需要实施气腹等处置，建立能够将腹腔镜1插入到患者体内的环境。

接着，使用者设想腹腔镜1的使用方式，设定弯曲部20的使用时最大弯曲角度。然后，基于所设定的使用时最大弯曲角度来调节弯曲限制部25的位置。弯曲限制部25的位置调节通过在突起部26的圆孔26a中插入棒等，使突起部26在槽12内移动来进行。

例如，在弯曲部20的结构上的最大弯曲角度为180°、即摄像部30朝向根端侧的程度时，而要将使用时最大弯曲角度设定为90°的情况下，将弯曲限制部25的位置调节至弯曲限制部25从管状部11的前端伸出且弯曲限制部25的前端到达弯曲部20的大致中间的程度。

对弯曲限制部25的位置进行调节之后，使用者将腹腔镜1插入到患者体内使用。在使用中想要改变摄像部30的朝向的情况下，使用者对操作部40的旋钮41进行操作，来指定弯曲部20的弯曲方向和弯曲量(弯曲角度)。

接受了来自旋钮41的输出的控制部60从位置检测部61获取弯曲限制部25的位置信息(位置信息获取步骤)。控制部60基于从位置检测部61获取的位置信息，确定弯曲部20的关节要素21中被弯曲限制部25限制而无法转动的关节要素的数量，从而确定弯曲限制部25对弯曲部20的限制状况(限制状况确定步骤)。

控制部60可以构成为在接收到来自旋钮41的输出时接收弯曲限制部25的位置，也可以构成为无论有无来自旋钮41的输出都以规定间隔接收弯曲限制部25的位置。

接着，控制部60基于来自旋钮41的输出和弯曲部20的限制状况，生成用于对驱动部52进行驱动的驱动信号(第一驱动信号)，并将其发送至驱动部52(驱动信号生成步骤)。例如，在像上述的例子那样使用时最大弯曲角度被设定为90°的情况下，即使来自旋钮41的输出指示了弯曲角度120°，也在将其修正为使用时最大弯曲角度即90°后生成驱动信号。

基于从控制部60接收到的驱动信号对驱动部52进行驱动。结果，带轮51转动而对驱动部件22进行推拉，从而驱动弯曲部20以使得弯曲部20在所希望的方向上弯曲。此时，插通有弯曲限制部25的关节要素21被限制成即使驱动部件22被推拉也不转动，维持沿着管状部11的轴线排列的直线状的状态。从而，在弯曲部20中，仅未被弯曲限制部25限制的关节要素21转动从而弯曲为规定的弯曲角度。

图3A表示在弯曲限制部25完全不限制关节要素21的状态下使摄像部30的朝向弯曲90°的状态。图3B表示在弯曲限制部25限制了一部分关节要素21的状态下使摄像部30的朝向弯曲90°的状态。可看出虽然摄像部30的弯曲角度相同，但是弯曲部20的曲率半径r在图3B中变得更小。

如上面说明的那样，采用本实施方式的腹腔镜1，能够通过使弯曲限制部25相对于管状部11相对移动，来限制弯曲部20的一部分关节要素21。从而，能够用简单的结构来限制关节要素21从而使弯曲部20的曲率半径减小。结果，能够恰当地兼顾以下两方面：不限制关节要素的状态下的较大的最大弯曲角度；和在弯曲角度较小时使曲率半径减小。

控制部60基于来自旋钮41的输出和弯曲限制部25对弯曲部20的限制状况，自动地生成适当的驱动信号，因此，能够考虑限制状况而恰当地使弯曲部20动作。结果，能够恰当地防止弯曲部20的损坏和急剧的形状变化等。

用于进行弯曲限制部25的位置调节的突起部26不从槽12伸出至管状部11的外周面上，因此，突起部26不会妨碍腹腔镜1相对于患者的插拔动作。

在本实施方式中，控制部60为了生成适当的驱动信号而进行的处理，并不限于弯曲角度值的修正。例如，也可以是使推拉驱动部件22的速度与限制状况相应地变化。在弯曲角度相同的情况下，每一个关节要素的转动量随着被限制的关节要素21的数量增加而增大。从而，也可以是控制部60进行控制，以使得随着被限制的关节要素21的数量增加而使推拉驱动部件22的速度增加，从而使弯曲为规定角度所需要的时间大致一定。也可以是控制部60进行控制，以使得随着被限制的关节要素21的数量增加而使推拉驱动部件22的速度减小，从而抑制弯曲部20的急剧的形状变化。

弯曲限制部的结构和配置也同样，能够考虑各种方式。

图4A所示的弯曲限制部25A配置在管状部11的外侧，管状部11插通在弯曲限制部25A的内部。当使弯曲限制部25A相对于管状部11前进时，弯曲部20的一部分进入弯曲部限制部25A内，从而使关节要素21受到限制。

图4B所示的弯曲限制部25B与弯曲限制部25A同样通过包覆弯曲部20的一部分而对关节要素21进行限制，但是，弯曲限制部25B与第一实施方式的弯曲限制部25同样配置在管状部11的内部。

图5A所示的弯曲限制部25C是可插通在关节要素21上设置的未图示的孔中的杆。弯曲限制部25C所插通的孔与驱动部件22所插通的孔，在关节要素21的周向上设置在不同的相位，因此，弯曲限制部25C所插通的孔不会干扰驱动部件22的动作。作为弯曲限制部25C使用的杆可以是中空的管状，也可以是实心的棒状。

图5B所示的弯曲限制部25D是驱动部件22插通在其中的管。弯曲限制部25D能够可进退地插通在关节要素21上设置的驱动部件22所插通的孔中。

弯曲限制部25C和弯曲限制部25D，可以考虑限制所需要的刚性(即使驱动部件22被推拉也能够保持直线状态的程度的刚性)等，配置1根以上的适当根数。

在像弯曲限制部25C和弯曲限制部25D那样插通在关节要素上设置的孔中的方式的情况下，具有如下优点：因为不使插入部的内部空间减少，所以能够将用于配置与摄像部连接的线缆等内置物的空间保持得较大。

接着，参照图6至图9对本发明的第二实施方式进行说明。本实施方式的腹腔镜101与上述的腹腔镜1的不同之处在于，能够用手边的操作部进行弯曲限制部的位置调节。在后面的说明中，对于与已经说明的结构重复的结构，标注相同的附图标记而省略相同的说明。

图6是示意性地表示腹腔镜101的外观的图。在操作部40中，除了旋钮41以外，还设置有用于进行弯曲限制部25的位置调节的滑动杆(位置调节部)142。

图7是表示腹腔镜101中的用于驱动弯曲限制部的机构的示意图，省略了其它机构的图示。弯曲限制部25与滑动杆142通过插通在管状部11中的杆部件143相连接。从而，弯曲限制部25能够与滑动杆142的动作联动地相对于管状部11进退。

本实施方式的腹腔镜101也与第一实施方式的腹腔镜1同样，能够兼顾以下两方面：不限制关节要素的状态下的较大的最大弯曲角度；和在弯曲角度较小时使曲率半径减小。

因为能够通过操作设置在操作部40中的滑动杆142来进行弯曲限制部25的位置调节，所以即使在腹腔镜101被插入到患者体内的状态下也能够调节弯曲限制部25的位置。结果，能够在操作中改变弯曲限制部的位置，从而总是以最合适的曲率半径使弯曲部动作。

在本实施方式中，用于使得能够利用操作部进行弯曲限制部的位置调节的结构，并不限于使用上述杆部件的结构。

在图8所示的变形例的腹腔镜101A中，弯曲部限制部25由电动机(第二驱动部)145驱动。滑动杆142与控制部60连接。控制部60基于来自滑动杆142的操作输出，生成用于驱动电动机145的驱动信号，并将其发送至电动机145。

电动机145与丝杠146连接。当电动机145进行驱动时，丝杠146旋转，弯曲限制部25相对于管状部11进退。

在腹腔镜101A中，也可以通过使丝杠146或与丝杠146连接的杆部件延伸至操作部40，而将电动机145配置在操作部40内。在该情况下，能够防止插入部的内部空间因第二驱动部而减少。

在像腹腔镜101A那样对弯曲限制部进行电动驱动的结构的情况下，也可以是与使用者对弯曲部20的操作相应地使控制部60自动驱动弯曲限制部25。下面给出自动驱动的一个例子。

图9是表示控制部60对弯曲限制部25进行自动驱动的方式的一个例子的图。图9中，纵轴表示弯曲部20的弯曲角度θ，横轴表示时间t。在该例子中，在初始状态下，弯曲限制部25限制了一部分关节要素21，弯曲部的使用时最大弯曲角度被设定为90°。

当通过使用者的操作从旋钮41输出的对弯曲部20的弯曲角度的指令值如线L1所示逐渐增大，超过使用时最大弯曲角度即90°(第一阈值)时，控制部60生成用于驱动弯曲限制部25的驱动信号(第二驱动信号)以使弯曲限制部25后退，将关节要素21的限制解除。结果，将线L2所示的弯曲部20的使用时最大弯曲角度从90°更新为180°，从而弯曲部20能够弯曲至与指令值对应的角度。

之后，当弯曲角度的指令值减小，成为能够由初始状态的弯曲限制部25实现的75°(第二阈值)以下时，控制部60生成第二驱动信号以使弯曲限制部25前进，使弯曲限制部25移动至初始状态的位置。结果，弯曲部20能够以更小的曲率半径弯曲至与指令值对应的角度。

在该变形例中，控制部60基于使用者对弯曲部20的操作和弯曲限制部25的位置而自动驱动弯曲限制部25，因此，在操作中使用者不需要调节弯曲限制部，能够用简便的操作将弯曲部的曲率半径抑制得较小。

该变形例是以使得使用时最大弯曲角度成为90°和180°中的任一者的方式自动驱动弯曲限制部的例子，但也可以是以使得使用时最大弯曲角度分3等级以上变化的方式设定自动驱动的阈值。

在该变形例中，说明了指令值增加时的自动驱动的阈值即第一阈值与指令值减小时的自动驱动的阈值即第二阈值不同的例子，但是第一阈值与第二阈值也可以相同。但是，通过像上述的例子那样使第二阈值比第一阈值低，具有下述优点：能够防止指令值在第一阈值附近细微地变化等情况下，弯曲限制部频繁地动作。

上面对本发明的各实施方式进行了说明，但是本发明的技术范围并不限定于上述的实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围内改变构成要素的组合，或对各构成要素施加各种改变或删除。

例如，也可以是如图10所示的变形例那样，使用随着靠近前端而变细、截面积逐渐减小的形状的弯曲限制部25E，并且以随着靠近插入部10的前端，弯曲部的内部空间的截面积逐渐减小的方式构成多个关节要素21。这样，即使在弯曲部弯曲的状态下，也容易使弯曲限制部前进从而使弯曲限制部的前端部进入弯曲部的内部空间，因此，在操作中进行弯曲限制部的位置调节变得容易。在该变形例中，关节要素的形状和内部空间的截面形状没有特别限定。

在上述的各实施方式中，使用包括摄像部作为末端执行器的腹腔镜的例子进行了说明，但是本发明的医疗用操纵器的末端执行器并不限于摄像部。从而，也可以将本发明的结构应用于包括从公知的各种处置部中适当选择的处置部作为末端执行器的、用于进行规定的处置的医疗用操纵器。

在上述的各实施方式中，说明了插入部包括硬质的管状部的所谓硬性的医疗用操纵器的例子，但是本发明也能够应用于插入部具有挠性的软性的医疗用操纵器。

产业上的可利用性

本发明能够应用于医疗用操纵器。

附图标记说明

1、101、101A 腹腔镜(医疗用操纵器)

10 插入部

20 弯曲部

21、21A 关节要素

25、25B、25C、25D、25E 弯曲限制部

30 摄像部(末端执行器)

40 操作部

52 驱动部(第一驱动部)

60 控制部

61 位置检测部

142 滑动杆(位置调节部)

145 电动机(第二驱动部)

Claims (6)

1.一种医疗用操纵器，其特征在于，包括：

插入部，其具有能够进行弯曲操作的弯曲部，该弯曲部具有多个关节要素；

末端执行器，其设置在所述插入部的前端部；

能够限制所述关节要素的弯曲限制部，其以能够相对于所述插入部相对移动的方式配置；

位置检测部，其能够检测所述弯曲限制部相对于所述插入部的位置；

操作部，其设置在所述插入部的根端部；

第一驱动部，其用于产生驱动所述弯曲部的驱动力；和

控制部，其用于生成驱动所述第一驱动部的第一驱动信号，

所述控制部能够基于用于对所述弯曲部进行操作的所述操作部的输出和由所述位置检测部检测出的所述弯曲限制部的位置，生成所述第一驱动信号。

2.如权利要求1所述的医疗用操纵器，其特征在于：

所述操作部具有用于使所述弯曲限制部相对于所述插入部相对移动的位置调节部。

3.如权利要求1所述的医疗用操纵器，其特征在于：

还包括第二驱动部，其用于产生驱动所述弯曲限制部的驱动力，

所述控制部能够基于用于对所述弯曲部进行操作的所述操作部的输出和由所述位置检测部检测出的所述弯曲限制部的位置，生成用于驱动所述第二驱动部的第二驱动信号。

4.如权利要求1～3中任一项所述的医疗用操纵器，其特征在于：

所述弯曲部的内部空间的截面积随着靠近前端而逐渐减小，

所述弯曲限制部的截面积随着靠近前端而逐渐减小，并且所述弯曲限制部能够进入所述内部空间。

5.一种医疗用操纵器的作动方法，所述医疗用操纵器包括：插入部，其具有能够进行弯曲操作的弯曲部，该弯曲部具有多个关节要素；末端执行器，其设置在所述插入部的前端部；能够限制所述关节要素的弯曲限制部，其以能够相对于所述插入部相对移动的方式配置；位置检测部，其能够检测所述弯曲限制部相对于所述插入部的位置；操作部，其设置在所述插入部的根端部；和第一驱动部，其用于产生驱动所述弯曲部的驱动力，

所述医疗用操纵器的作动方法的特征在于，包括：

位置信息获取步骤，从所述位置检测部获取所述弯曲限制部相对于所述插入部的位置信息；

限制状况确定步骤，基于所述位置信息来确定所述多个关节要素的限制状况；和

第一驱动信号生成步骤，基于所述操作部的输出和所述限制状况，生成用于驱动所述第一驱动部的第一驱动信号。

6.如权利要求5所述的医疗用操纵器的作动方法，其特征在于：

所述医疗用操纵器还包括第二驱动部，其用于产生驱动所述弯曲限制部的驱动力，

所述医疗用操纵器的作动方法还包括第二驱动信号生成步骤，基于用于对所述弯曲部进行操作的所述操作部的输出和由所述位置检测部检测出的所述弯曲限制部的位置，生成用于驱动所述第二驱动部的第二驱动信号。