JP2001277177A - 作業支援装置 - Google Patents
作業支援装置Info
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- JP2001277177A JP2001277177A JP2001042098A JP2001042098A JP2001277177A JP 2001277177 A JP2001277177 A JP 2001277177A JP 2001042098 A JP2001042098 A JP 2001042098A JP 2001042098 A JP2001042098 A JP 2001042098A JP 2001277177 A JP2001277177 A JP 2001277177A
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Abstract
不意の外力で位置がずれず、内視鏡等の狭い視野内で充
分な作業性が得られ、先端処置具の位置姿勢を多自由度
で操作でき、低侵襲度で、内視鏡のレンズなどを洗浄で
きること。 【解決手段】 ガイドマニピュレータは挿入部6と駆動
部5からなり(図3)、挿入部6は関節部1、腕部2、
湾曲部3、固定部4からなる。挿入部6は中空で挿入口
50から先端へ処置具を挿入できる。関節部1の首振り
方向A、挿入部の回転方向B、並進方向C等の駆動で、
処置具先端を患部へ誘導し操作できる。湾曲部3で駆動
部の位置を変えられる。挿入部6は中空であり、体内に
挿入される関節部1及び腕部2は剛性があり、関節部1
の曲率半径は小さいことにより、処置具交換の簡便性、
作業性、安全性がある。ガイドチャンネル22で複数の
処置具を同時に安定使用でき、可撓性材質の湾曲部3に
より低侵襲にできる。流体用開口25で洗浄を容易にで
きる。
Description
り、特に、一対もしくは複数対の関節を含む細管部分の
先端に位置する処置具を、操作者の意図する位置姿勢へ
誘導し、また、これによって作業を支援できるガイドマ
ニピュレータおよび作業支援装置に関する。
がある。特開平8−224241号公報は、内視鏡下手
術において、処置具を操作するマニピュレータとして、
挿入部の湾曲およびマニピュレータの先端に取り付けら
れた処置具の開閉を、ワイヤ駆動で行うマニピュレータ
が開示されている。
タマニピュレータとスレーブマニピュレータがリンク機
構を介して結合され、スレーブはマスタの相似な運動す
るマスタスレーブマニピュレータが開示されている。
を備えたマニピュレータの湾曲方法としては、次のよう
な公知例が開示されている。特開平8−224247号
公報には、バイアス部材と湾曲操作用のワイヤを内包す
る複数個の湾曲部用節輪とを具備したマニピュレータが
開示されている。特開平3−80826号公報には、そ
れぞれ異なる方向へ湾曲するよう設定した感熱変形部材
を用いた湾曲装置が開示されている。
鏡下において処置具を治療部位へ誘導する術具として、
予め予定した一定の方向に曲がり癖がついており、内視
鏡の先端部の処置具出口から常に所定の方向に向かって
突出し、チューブ先端を目標部位に誘導する内視鏡処置
具用チューブが開示されている。
の術具を束ねる手術装置に関して提案されている。特開
平5−317235号公報には、内視鏡の対物レンズの
洗浄に関して提案されている。この公知例では、内視鏡
先端に着脱自在に設けた先端カバーに流体噴射ノズルを
形成している。
入し、手術を支援する装置において、細長い管内に、細
いマニピュレータや内視鏡レンズ等の複数の術具を通す
ことが想定される。人体に損傷の少ない低侵襲な治療の
ためには、できるだけ小さな穴とする必要があり、そこ
を通る管は、大きな径にできない。また、中に通す複数
の術具は、必要に応じて数を変えるため、太くできず、
細長いものとなる。
長さは15〜20cm程度であるが、細い術具では剛性
や先端の位置決めが困難になる。また、術中は、血液な
どにより、内視鏡のレンズが汚れ、洗浄を必要とする。
洗浄のための流体を誘導する複数本のチューブを通すと
煩雑となるなどの問題がある。
マニピュレータは、マニピュレータと処置具が一体にな
っている。特開平8−173442号公報では、マスタ
マニピュレータとスレーブマニピュレータが一体となっ
ている。このため、先端の処置具部分を変更する際、マ
ニピュレータごと取り替える必要があり、速やかな処置
を必要とする際の簡便性に欠ける。
法では、独立に操作できる一湾曲部が、複数の湾曲コマ
を連結させて構成されており、それぞれの隣り合うコマ
との間で微小角度の湾曲を行うことにより、湾曲部全体
で大きな湾曲角度を実現している。図13aは、1湾曲
部で1方向への湾曲が可能な構成を示し、図13bで
は、隣のコマと湾曲方向が90度異なるように複数連結
させ、多方向へ湾曲できるような構成を示している。
の湾曲コマが連結されて一つの湾曲部を構成している。
前記コマは隣接するコマに接する凸部で微小角度湾曲
し、湾曲部全体で大きな湾曲角を成す構造になってい
る。
も、互いに隣り合う節輪の間の湾曲角は小さく、複数個
連ねることで大きな角度の湾曲を可能にしている。特開
平6−105801号公報においても、同様に複数の湾
曲駒を連結させ、少しずつ回転させ、湾曲部全体を所望
の方向に湾曲させている。
く、また、大きな湾曲角を必要とする際には、先端の処
置具が内視鏡の狭い視野からはみ出し、見えなくなると
いう欠点がある。
ーブが可撓性のある合成樹脂で形成されているため、内
視鏡の処置具挿通チャンネルから外側に突出した部分に
加わる不慮の外力により、チューブ先端が湾曲させら
れ、先端に位置する処置具が不意に動いてしまうことが
あり、治療の際の安全性に問題がある。
形部材に接続された通電ケーブルに電流を流すことで、
感熱変形部材に熱を与えて変形させる。これでは、感熱
部材の変形量を制御することは難しく、熱が十分伝わる
までのタイムラグが存在し、十分な操作性が得られな
い。
ーブ先端の湾曲角は予め癖を付けらており、希望の湾曲
角を得るためには、チューブをチャネルから出し入れす
る必要がある。このため、チューブの突出した長さと湾
曲角の関係は拘束されてしまい、術者の意図する姿勢を
得ることが難しい。また、小さな曲率半径で癖を付けた
場合、チャネルからの出し入れに大きな摩擦が生じてし
まい、かつ、癖のついた部分の長さが短くなるため、チ
ューブの出し入れによる湾曲角の微妙な調整が難しい。
ようなマニピュレータでは、挿入部に備わる湾曲部は先
端の処置具の向きを変更するための湾曲部のみであるた
め、マニピュレータの挿入方向に対し駆動部の向きを変
えることができない。
タの動きがリンク機構によりスレーブに伝達され、マス
タとスレーブが同じように駆動する仕組みであるため、
マスタ側に駆動範囲として大きなスペースが必要とな
る。
入するためには、大きな挿入孔もしくは複数の挿入孔が
必要となり、侵襲度合いが大きくなる恐れがある。
中空のシースに複数の術具を挿入しているのみなので、
術具先端の位置を安定させることが難しく、先端にかか
る力で、容易にその位置がずれるという問題がある。
鏡自体に流体の噴射ノズルが備わっているため、内視鏡
の挿入部が太くなってしまい、低侵襲手術を行うには適
さない。
やかに容易にでき、かつ、処置具の位置姿勢を維持する
剛性を持ち、安全性に優れ、操作者の意図を多自由度で
速やかに反映できる操作性に優れた駆動部を有し、処置
具を体内に挿入する際の侵襲度合いを低減できるガイド
マニピュレータを提供するとともに、複数の術具および
マニピュレータを細管内に束ね、挿入部の剛性を高め、
先端の位置決めを支援し、内視鏡等の対物レンズの洗浄
を可能にする作業支援装置を提供することにある。
めに、本発明の作業支援装置は、単独で一つの湾曲部を
有し独立して位置および姿勢を制御可能な関節部を有す
るガイドマニピュレータと、該ガイドマニピュレータが
複数挿入され装着可能な中空の腕部と、該ガイドマニピ
ュレータの先端に術具が装着される装着部とを備え、該
ガイドマニピュレータの他方の端部側に、前記湾曲部の
湾曲形状が設定された状態で前記関節部を駆動する駆動
部とを備えたことを特徴とするものである。
ニピュレータを複数束ねるときに、駆動部用湾曲部(第
二の湾曲部)によって、駆動部同士が干渉しないように
配置して束ねられるので、細く束ねることができ、人体
に対する侵襲度を低減できる。また、駆動部を配置固定
しても、駆動部の発生する多自由度の動作を先端の関節
に伝えて他のガイドマニピュレータや術具の姿勢などに
拘らず独立して制御できる。さらに、中空腕部から駆動
部まで術具を通すことができるので、駆動部を上記のよ
うに配置固定しても、駆動部を交換することなく術具の
みをすばやく交換することができる。
に基づいて説明する。なお、本発明になるガイドマニピ
ュレータとは、後述する図3に示すように、中空である
挿入部の内部を通し、先端に保持された処置具の位置姿
勢を誘導するための装置である。
立体内視鏡等の医療器具8をガイドチャネル22を用い
て束ねたときの構成例を示し、図1bは、ガイドチャネ
ル22を内部に挿入している挿入管20の断面図であ
る。
面で示すような形状で、最も外側には外筒21があり、
内部に、内視鏡8のレンズやガイドマニピュレータなど
の術具71、72をガイドするガイドチャネル22を包
んで保持する。
や術具を導入し、ガイドする導入口23、24が必要個
数分設けられている。また、流体を通す細い穴が空いて
いる。4つの小さな穴がその流体用開口25である。ガ
イドマニピュレータ71、72はガイドチャネル22の
導入口23に通し、内視鏡などの医療器具8は導入口2
4に通される。
成されており、それぞれの駆動部5が邪魔にならないよ
うに駆動部用湾曲部3を湾曲させ、複数の挿入部を細く
束ねることが可能となっている。これにより、ガイドチ
ャネル22の径を小さくすることが可能となり、複数の
ガイドマニピュレータおよび医療器具8を一つの小さな
挿入孔から挿入し、処置することができる。
低い手術が可能となる。駆動部用湾曲部3は、湾曲し、
かつ同時に駆動部5から挿入腕部固定部4(図3)に与
えられる並進・回転の力を、挿入腕部2(図3)へ伝達
できることが必要であるため、フッ素樹脂などの、可撓
性があり、かつある程度の剛性も備えた合成樹脂で加工
されている。
いマニピュレータや術具と内視鏡レンズを組み込み、低
侵襲での手術を支援する装置において、体腔内に小さな
穴から挿入される挿入管20と、それを保持する装置の
全体を示している。図2ではマニピュレータが一つ保持
装置に装備された場合を図示している。
ュレータや術具を駆動する機構である。これらを保持装
置S4で保持し、定位に位置決めする。保持装置S4
は、保持台S1によって固定される。頭部固定枠S3に
よって、患者の頭部S9を固定する。これらは、手術台
S2の上に固定する。このうち、本発明の実施形態とし
ては、マニピュレータおよび挿入管20を対象としてい
る。
成を示す。ガイドマニピュレータは挿入部6と駆動部5
からなる。挿入部6は、関節部1、挿入腕部2、駆動部
用湾曲部3、挿入腕固定部4から構成される。ガイドマ
ニピュレータの挿入部6は中空になっている。そのた
め、ガイドマニピュレータ内部へ処置具を誘導するため
に、駆動部5の一部に設けられた処置具挿入口50か
ら、挿入部6の先端まで処置具を挿入することができ
る。
1に示される位置である必要はなく、挿入される処置具
および駆動部の構成や、他の器具などの都合で駆動部内
に決定すればよい。関節部の首振り方向Aの駆動、挿入
部の回転方向Bの駆動、並進方向Cの駆動により、処置
具先端を患部等の処置対象部位へ誘導し、処置具の操作
が行える。
り、関節部1および挿入腕2の挿入方向に対し、駆動部
の位置を変えることができる。なお、関節部1は、先端
側関節部11と基部側関節部12とから構成される。ま
た、図では、挿入部の回転方向Bは、回転軸7を中心に
回転するようになっている。
に示した挿入部6の内部には、ワイヤガイドチューブ1
4と処置具ガイドチューブ13が内包されている。ワイ
ヤガイドチューブ14の内部を、駆動ワイヤ15もしく
は戻しワイヤ16が通されている。
12とから構成され、駆動ワイヤ15および戻しワイヤ
16は、先端側関節部11に固定される。関節部1およ
び挿入腕2の表面は、被服17で被服されており、被服
17は口金18で固定されている。
した挿入部6は、挿入腕固定部4にて駆動部5に結合さ
れている。駆動ワイヤ15は中間プーリ54を経て、首
振り駆動モータ52の出力軸に設けられたワイヤ巻き取
りプーリ53に巻き取られる。戻しワイヤ16は戻しバ
ネ55の一端に結合されており、戻しバネ55の他端は
バネ固定板56に固定されている。
を受けている。戻しワイヤ16を戻しバネ55で引く手
法は一例であり、バネではなく、首振り駆動モータとは
別のモータによって戻しワイヤ16を引く手法も当然可
能である。
めのパーツにより、首振りユニット51が構成される。
首振りユニット51は回転伝達手段59を経て、回転駆
動モータ58と組み合わされている。首振りユニット5
1と回転駆動モータ58、回転伝達手段59などをまと
めて、回転ユニット57が構成されている。
て並進駆動モータ5eに結合される。首振りユニット5
1を含む回転ユニット57と、並進手段5fおよび並進
駆動モータ5eなどをまとめて並進ユニット5dが構成
される。
イヤ15を引いたり緩めたりすると、駆動ワイヤ15も
しくは戻しワイヤ16が先端側関節11に駆動力を伝
え、図3に示した首振り方向Aの駆動が行われる。回転
駆動モータ58を駆動させると、回転伝達手段59が首
振りユニット51へ回転の駆動力を伝え、挿入部6は図
3に示した回転方向Bの駆動を行う。
伝達手段5fが回転ユニット57へ並進の駆動力を伝
え、挿入部6の図3に示した並進方向Cの駆動を行う。
これらの駆動によって、操作者は、処置具挿入口50か
ら挿入した処置具の位置姿勢を誘導できる。また、挿入
部6を駆動部5から取り外すことが可能であり、挿入部
6のみ使い捨てにできる。
12の凹側支持部1aに設けられた填め込み穴1cに、
先端側関節部11の凸側支持部1bに設けられた填め込
み突起1dを填め込むことで、関節部1が構成される。
前記支持部1a、1bの根本には、填め込みの際の湾曲
により、前記支持部が塑性変形を起こさないように、ス
リット1k、1nを設け、填め込み後にも十分な把持力
を保てるようにする。
を設けた例を示しているが、先端側関節部11にスリッ
トを設けることも当然可能である。また、場合によって
は、基部側および先端側の両方に設けることもありう
る。
定され、ワイヤガイドチューブ固定溝1gに固定された
ワイヤガイドチューブ14にて駆動部5まで誘導され
る。概駆動ワイヤ15はワイヤ固定溝1eに固定され、
前記ワイヤガイドチューブ14にて駆動部5まで誘導さ
れる。ワイヤ固定溝は管壁の外側でも内側でもよい。ま
た、管壁に固定用の穴を設けることも当然可能である。
された角度によって規定される。端面が合わさるまで関
節を曲げたとき、駆動用ワイヤ15が端面1iと端面1
jの間に挟まり邪魔になることがないように、ワイヤ逃
げ用溝1hを端面1jに施す。これにより、前記端面に
て首振り角の範囲が規定され、かつ、首振り角全般にわ
たり駆動ワイヤ15が操作の邪魔になることはない。図
7a、図7b、図7cは、挿入管20の先端におけるガ
イドチャネル状態を示している。図7aに示すように、
ガイドチャネル22には、導入口の他に4つの流体用開
口25が設けられている。ガイドチャネル先端端面に
は、内視鏡用レンズ81を取り囲むように、薄板221
が入るための凹部がある。
25を取り囲むように、さらに深い凹部2220を形成
する。そして、薄板221をはめ込み固定する。これに
より、E−E’断面は図7bのようになる。また、F−
F’断面は、図7cのようになる。
に対し、流体用開口25から凹部2220を通り、流体
用の通路が形成できる。内視鏡用レンズ81は、その中
心から固有の視野を持っている。凹部2220の深さ、
薄板221の厚さを加えた長さが、レンズの視野角境界
Lに対して、図7cのように、干渉しないように設定す
る。
Lに干渉しないように設定する。このようにすること
で、内視鏡で観察しているときに、内視鏡用レンズ面の
汚れなどを、流体によって洗い流すことが容易に可能と
なる。
穴を設けることで、流体を通すことができ、洗浄のため
のチューブが不要になる。さらに、洗浄だけでなく吸引
に用いることもできる。
態で、ガイドマニピュレータを保持するための装置へ固
定する方法を示している。マニピュレータ保持部品9に
は、ガイドマニピュレータの挿入部6を通すための誘導
孔91があいている。
とほぼ同じ径の穴になっており、他方の挿入部入り口側
はスリット状に広がっている。これにより、剛性の高い
関節部1および挿入腕部2をまっすぐに通し、その後、
駆動部用湾曲部3で湾曲させ駆動部5を固定することが
できる。
り付け面92に固定され、マニピュレータ保持部品9は
取り付け面93にて保持装置に固定される。これによ
り、駆動部用湾曲部3の湾曲角度を固定したまま、マニ
ピュレータを保持装置に取り付けられる。
は、挿入部6を通すことができ、かつ、回転方向Bの回
転駆動および並進方向Cの並進駆動を行う際、スムーズ
に前記駆動が行えるように形状および表面加工されてい
る。
部を固定すると、誘導孔91の入り口側には隙間が生じ
る。ここに隙間を埋めるような部材を填め込むと挿入部
の遊びを押さえることができ、操作精度を向上させるこ
とができる。
示している。先端側関節部101の基部側関節部102
に対する首振り角を規定する端面1i、1jの加工を、
支持部1aあるいは1bを挟んだ両側に施すことによ
り、多方向の首振りを可能にしている。
示している。関節部111および関節部113は、図6
の先端側関節部11および基部側関節部12と同じもの
だが、中間関節部112は、関節部111と関節部11
3の支持部1a、1bとそれぞれ反対の端面を互いに結
合したような形状をしている。これを関節部111と関
節部113の間に一つ、もしくは複数填め込むことで、
首振りの関節を複数持つことが可能になる。
形態を示している。図10の実施形態と同様に、関節部
121と関節部123を支持部1a、1bと反対の端面
で結合しているが、それぞれを異なった向きで結合した
状態で関節部122を形成している。
先端の自由度が増し、操作者の意図をより的確に反映さ
せ、作業性を向上させることができる。なお、図10、
図11に示す関節は、それぞれの可動部が、従来の一つ
の湾曲部に相当し、それぞれ独立に駆動できる。
の結合方法について示している。前記結合は剛性の高い
金属もしくは合成樹脂と、可撓性のある合成樹脂との結
合になる。
用する場合、これらの材料の接着性の悪さから、端部2
a、3aのようにネジを切る、もしくは2b、3bのよ
うな竹の子型、他に波形、格子型等のように、互いに凹
凸がかみ合うような表面加工を施し、填め込みのみでも
充分な結合力を得られるようにする。さらに、かみ合い
の隙間などに接着剤を充填することで、結合力を向上さ
せることもできる。
の結合例を示したが、挿入腕部2はそのまま挿入腕固定
部4に置き換えても同様である。また、挿入腕部2を
雄、駆動部用湾曲部3を雌として加工例を示したが、こ
れが逆になっても全く構わない。
マニピュレータ自体を取り外すことなく、処置具のみの
挿入交換が迅速かつ容易に行えるため、作業性の向上に
効果がある。また、挿入部の剛性が高いことから、不意
の外力に対して先端処置具の位置がずれることがない。
さらに、ワイヤ駆動で多自由度の操作が可能なため、操
作性および安全性の向上に効果がある。
姿勢を誘導できるので、内視鏡などの狭い視野内での作
業性の向上に効果がある。また、一つの小さな挿入孔か
ら複数本のガイドマニピュレータを束ねて挿入できるの
で、人体への侵襲度合いの低減に効果がある。
具の先端の位置や剛性を保ち、安定性を高められるの
で、精密で微細な治療の安全性、信頼性の向上に効果が
ある。さらに、流体用開口から洗浄液を出したり、吸引
することにより、内視鏡レンズを含むガイドチャネル端
面の洗浄が容易になるという効果がある。
を細く束ねた構成図。
側面図。
関節部の側面図。
複数の関節を有する構成例の側面図。
面図。
Claims (1)
- 【請求項1】 単独で一つの湾曲部を有し独立して位置
および姿勢を制御可能な関節部を有するガイドマニピュ
レータと、該ガイドマニピュレータが複数挿入され装着
可能な中空の腕部と、該ガイドマニピュレータの先端に
術具が装着される装着部とを備え、該ガイドマニピュレ
ータの他方の端部側に、前記湾曲部の湾曲形状が設定さ
れた状態で前記関節部を駆動する駆動部とを備えたこと
を特徴とする作業支援装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001042098A JP3493579B2 (ja) | 2001-02-19 | 2001-02-19 | 作業支援装置 |
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---|---|---|---|
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2001042098A Expired - Lifetime JP3493579B2 (ja) | 2001-02-19 | 2001-02-19 | 作業支援装置 |
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