JP2001309920A - 鉗子及びそれを用いたマニピュレータ - Google Patents

鉗子及びそれを用いたマニピュレータ

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JP2001309920A
JP2001309920A JP2001032595A JP2001032595A JP2001309920A JP 2001309920 A JP2001309920 A JP 2001309920A JP 2001032595 A JP2001032595 A JP 2001032595A JP 2001032595 A JP2001032595 A JP 2001032595A JP 2001309920 A JP2001309920 A JP 2001309920A
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Toshikazu Kawai
Koji Nishizawa
Kazutoshi Suga
俊和 河合
和俊 菅
幸司 西澤
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Hitachi Ltd
株式会社日立製作所
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Abstract

(57)【要約】 【課題】小型で、曲率半径を小さくできて小さな曲率半
径での屈曲時においても駆動ワイヤの張力を一定にで
き、また、構成部品を分解し着脱可能とすることで、洗
浄性のよい鉗子及びそれを用いたマニピュレータを提供
する。 【解決手段】鉗子部材のうち、一方の鉗子部材を一端が
開閉動作して対象物を挟み他端が回転可能に支持された
部材(A)41とし、他方の鉗子部材を一端で対象物を
挟み他端が固定支持された部材(B)42とし、この部
材(A)41の他端の回転部分に駆動ワイヤ44を巻き
付け、この巻き付けた部分の一部を回転部分に固定し、
この駆動ワイヤ44の一方に駆動部から開閉動作のため
の張力を付与する。また、この鉗子をマニピュレータ内
部に挿入して用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉗子及びそれを用
いたマニピュレータに係わり、特に狭い作業空間で操作
できる鉗子及びそれを用いたマニピュレータに関する。

【0002】

【従来の技術】早期治療、早期回復を目指して、患者の
体への負担を軽減するよう短い時間でかつ患部以外の正
常な組織にできるだけ損傷を与えない手術(低侵襲手
術)を支援する手術支援システムが望まれている。低侵
襲手術によって、手術時の医師の負担も軽減され、また
医療費の低減も見込まれる。さらに医師を支援すること
で、その個人差を埋められるようになり、加えてこれま
では外科処置が困難であった患部の手術が可能になる。
たとえば脳外科を対象とした低侵襲手術では、血管・神
経の把持・剥離、腫瘍の切開・除去などを狭い作業空間
で行うことが必要である。これら微細手術では微細なハ
ンドリング機能が重要であり、したがって小型かつ作業
空間内で細かく開閉できる微細な鉗子等の手術用術具が
必要となっている。

【0003】従来の微細な鉗子はプッシュロッドによる
駆動方式であり、剛性の強いワイヤのプッシュプル動作
で開閉を行うものであった。詳しくは、プッシュロッド
駆動方式では、ロッドの前後動をリンクを介して処置部
材に伝えて先端の開閉操作を行う。リンクを構成する各
部品は、ピン等のジョイントにより連結されている。ロ
ッドの前後動によって鉗子の開閉動作を繰り返すと、ジ
ョイント部分に前後動にともなって異なる方向に力が繰
り返し伝わるためジョイント部分は溶接などによって強
固に止められている。すなわち、ジョイント部分から取
り外して構成部品単位で洗浄、滅菌できるようには配慮
されていない。

【0004】内視鏡下手術など狭い作業空間での操作を
目的とした微細な鉗子として、たとえば特開平8−10
3450号公報や特開平11−113919号公報など
に記載されるものがある。

【0005】

【発明が解決しようとする課題】低侵襲手術を支援する
手術支援システムにおいては、微細な鉗子などを取り付
けた複数本のマニピュレータと内視鏡とを束ねて用いら
れる。これらマニピュレータと内視鏡とを束ねて微細な
手術を行うには、マニピュレータ先端の可動角度を大き
くできることが必要であり、先端の首振り部分の曲率半
径を零度に近づけるほどより細かな動作が可能となる。
したがって、マニピュレータ先端に取り付ける微細鉗子
への駆動力は、マニピュレータの首振り関節が屈曲時に
おいても損失なく伝える必要がある。

【0006】たとえば、従来のプッシュロッド機構を用
いた微細鉗子では、駆動力を伝達するロッドに座屈が起
きないようにする最小曲率半径は20mm程度であり、
これ以上曲率半径を小さくすることはできなかった。

【0007】また、鉗子先端部の小型化を図ろうとする
と構成部品が多くなり、このため強度確保の肉厚を確保
できず、さらに、リンクが多く高精度の組み立て技術を
必要としていた。

【0008】また、従来のプッシュロッド駆動方式の鉗
子機構は、その方式上、リンク機構を構成するピンが溶
接などで止められていることにより、構成部品が着脱不
可能になっている。すなわち、ジョイント部分から取り
外して構成部品単位で洗浄、滅菌できるようには、必ず
しも配慮されたものではなかった。

【0009】本発明の目的は、小型で、かつ曲率半径を
小さくして開閉動作が可能な鉗子及びそれを用いたマニ
ピュレータを提供することにある。

【0010】本発明の他の目的は、小さな曲率半径での
屈曲時においても鉗子に開閉のための張力を伝える駆動
ワイヤの張力を一定にできる鉗子及びそれを用いたマニ
ピュレータを提供することにある。

【0011】本発明のさらに他の目的は、鉗子を構成す
る複数の構成部品を分解し着脱可能とすることで、洗浄
性のよい鉗子及びそれを用いたマニピュレータを提供す
ることにある。

【0012】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る鉗子の発明の構成は、一端が開閉して
対象物を挟み他端が支持された一対の鉗子部材を有し、
この鉗子部材に開閉する張力を伝える駆動ワイヤと、こ
の駆動ワイヤに張力を付与する駆動部とを備える鉗子に
おいて、前記鉗子部材のうち、一方の鉗子部材を一端が
開閉動作して対象物を挟み他端が回転可能に支持された
部材(A)とし、他方の鉗子部材を一端で対象物を挟み
他端が固定支持された部材(B)とし、この部材(A)
の前記他端の回転部分に駆動ワイヤを巻き付け、この巻
き付けた部分の一部を前記回転部分に固定し、この駆動
ワイヤの一方に前記駆動部から開閉動作のための張力を
付与するものである。

【0013】詳しくは、前記駆動ワイヤを回転部分に固
定する位置は、部材(A)を部材(B)に対して90度
開いた場合においても、駆動ワイヤが回転部分から離れ
ない部分とするものである。

【0014】上記目的を達成するために、本発明に係る
鉗子の他の発明の構成は、前記鉗子部材のうち、一方の
鉗子部材を一端が開閉動作して対象物を挟み他端が回転
可能に支持された部材(A)とし、他方の鉗子部材を一
端で対象物を挟み他端が固定支持された部材(B)と
し、この部材(A)の前記他端の回転部分に駆動ワイヤ
を巻き付け、この巻き付けた部分を前記回転部分に固定
するとともに、駆動ワイヤをシース内に通して駆動部に
接続するものである。

【0015】上記目的を達成するために、本発明に係る
鉗子のさらに他の発明の構成は、前記鉗子部材のうち、
一方の鉗子部材を一端が開閉動作して対象物を挟み他端
が回転可能に支持された部材(A)とし、他方の鉗子部
材を一端で対象物を挟み他端が固定支持された部材
(B)とし、この部材(A)の前記他端の回転部分に駆
動ワイヤを巻き付け、この巻き付けた部分を前記回転部
分に固定するとともに、駆動ワイヤを弾性部材の介在す
るシース内に通して駆動部に接続し、この弾性部材の位
置において駆動ワイヤをシースの内壁から離す手段を設
け、駆動部から開閉動作のための引っ張り張力を駆動ワ
イヤに付与するものである。

【0016】詳しくは、前記駆動ワイヤをシースの内壁
から離す手段は、駆動ワイヤを孔を形成した孔あき球に
通し、この孔あき球の位置する部分が弾性部材の中空部
分にくるようにするものである。

【0017】上記目的を達成するために、本発明の鉗子
に係るさらに他の発明の構成は、一端が開閉して対象物
を挟み他端が回転自在に支持された一対の鉗子部材を備
える鉗子において、前記他端が回転自在に支持された一
対の鉗子部材のジョイント部を着脱のできる構造にする
ものである。

【0018】詳しくは、前記着脱のできる構造は、一対
の鉗子部材のジョイント部をピンによる止まり嵌め構造
とするものである。

【0019】また、前記着脱のできる構造は、一対の鉗
子部材のジョイント部をピン及び止め輪による構造、も
しくはねじによる締結構造とするものである。

【0020】上記目的を達成するために、本発明の鉗子
に係るさらに他の発明の構成は、一端が開閉して対象物
を挟み他端が回転自在に支持された一対の鉗子部材を備
える鉗子において、一方の鉗子部材を一端が開閉動作し
て対象物を挟み他端が回転可能に支持された部材(A)
とし、他方の鉗子部材を一端で対象物を挟み他端が固定
支持された部材(B)とし、前記部材(B)の非把持側
を先端から後方に軸方向に沿って分割し、この分割した
両部材の間に部材(A)を挟んで対象物を把持できる構
造にするものである。

【0021】詳しくは、前記分割した部材(B)を外側
からチューブを挿入して固定するものである。

【0022】上記目的を達成するために、本発明の鉗子
に係るさらに他の発明の構成は、一端が開閉して対象物
を挟み他端が回転自在に支持された一対の鉗子部材と、
この鉗子部材に開閉する張力を伝える駆動ワイヤとを備
える鉗子において、一方の鉗子部材を一端が開閉動作し
て対象物を挟み他端が回転可能に支持された部材(A)
とし、他方の鉗子部材を一端で対象物を挟み他端が固定
支持された部材(B)とし、前記部材(A)の非把持側
の回転部に固定部材によって前記駆動ワイヤを取り外し
できるように固定するものである。

【0023】詳しくは、前記回転部もしくは固定部材に
突起を形成して駆動ワイヤを固定するものである。

【0024】また、前記部材(A)に突起もしくは凹部
を形成し、固定部材に凹部もしくは突起を形成して固定
部材を部材(A)に固定するものである。

【0025】上記目的を達成するために、本発明の鉗子
に係るさらに他の発明の構成は、一端が開閉して対象物
を挟み他端が回転自在に支持された一対の鉗子部材と、
この鉗子部材に開閉する張力を伝える駆動ワイヤとを備
える鉗子において、一方の鉗子部材を一端が開閉動作し
て対象物を挟み他端が回転可能に支持された部材(A)
とし、他方の鉗子部材を一端で対象物を挟み他端が固定
支持された部材(B)とし、前記他端が回転自在に支持
された一対の鉗子部材のジョイント部を着脱のできる構
造にし、前記部材(A)の非把持側の回転部に固定部材
によって前記駆動ワイヤを取り外しできるように固定す
るものである。

【0026】上記目的を達成するために、本発明の鉗子
に係るさらに他の発明の構成は、一端が開閉して対象物
を挟み他端が回転自在に支持された一対の処置部材と、
この処置部材に開閉する力を伝えるロッドと、これら処
置部材とロッドとをつなぐリンク機構及びコネクタとを
備える鉗子機構において、前記処置部材とリンク機構と
コネクタとをつなぐジョイント部を、着脱のできる構造
にするものである。

【0027】詳しくは、前記着脱のできる構造は、ジョ
イント部を突起と孔との嵌め合い構造とし、この嵌め合
い構造は所定角度以下では抜けない構造とするものであ
る。

【0028】上記目的を達成するために、本発明の鉗子
に係るさらに他の発明の構成は、一端が開閉して対象物
を挟み他端が回転自在に支持された一対の処置部材と、
この処置部材に開閉する力を伝えるロッドと、これら処
置部材とロッドとをつなぐリンク機構及びコネクタとを
備える鉗子機構において、前記コネクタにつなぐリンク
機構及びロッドのジョイント部を、着脱のできる構造に
するものである。

【0029】詳しくは、前記コネクタはその軸方向に添
って分割され、この分割コネクタによって前記リンク機
構及びロッドの端部を固定するものである。

【0030】上記目的を達成するために、本発明に係る
マニピュレータの発明の構成は、一端が開閉して対象物
を挟み他端が支持された一対の鉗子部材を有し、この鉗
子部材に開閉する張力を伝える駆動ワイヤと、この駆動
ワイヤに張力を付与する駆動部とを備える鉗子を用いた
マニピュレータにおいて、前記マニピュレータは、先端
を首振り動作させるための駆動ワイヤ、及びこの駆動ワ
イヤに張力を付与する駆動部を備え、このマニピュレー
タ内部に鉗子を挿入し、この鉗子は、前記鉗子部材のう
ち、一方の鉗子部材を一端が開閉動作して対象物を挟み
他端が回転可能に支持された部材(A)とし、他方の鉗
子部材を一端で対象物を挟み他端が固定支持された部材
(B)とし、この部材(A)の前記他端の回転部分に駆
動ワイヤを巻き付け、この巻き付けた部分の一部を前記
回転部分に固定し、この駆動ワイヤの一方に前記駆動部
から開閉動作のための張力を付与するものである。

【0031】上記目的を達成するために、本発明に係る
マニピュレータの他の発明の構成は、前記マニピュレー
タは、先端を首振り動作させるための駆動ワイヤ、及び
この駆動ワイヤに張力を付与する駆動部を備え、このマ
ニピュレータ内部に鉗子を挿入し、この鉗子は、前記鉗
子部材のうち、一方の鉗子部材を一端が開閉動作して対
象物を挟み他端が回転可能に支持された部材(A)と
し、他方の鉗子部材を一端で対象物を挟み他端が固定支
持された部材(B)とし、この部材(A)の前記他端の
回転部分に駆動ワイヤを巻き付け、この巻き付けた部分
を前記回転部分に固定するとともに、駆動ワイヤを弾性
部材の介在するシース内に通して駆動部に接続し、この
弾性部材の位置において駆動ワイヤをシースの内壁から
離す手段を設け、駆動部から開閉動作のための張力を駆
動ワイヤに付与するものである。

【0032】上記目的を達成するために、本発明に係る
マニピュレータのさらに他の発明の構成は、一端が開閉
して対象物を挟み他端が支持された一対の鉗子部材を有
し、この鉗子部材に開閉する張力を伝える駆動ワイヤ
と、この駆動ワイヤに張力を付与する駆動部とを備える
鉗子を用いたマニピュレータにおいて、前記鉗子は、他
端が回転自在に支持された一対の鉗子部材のジョイント
部を着脱のできる構造にしたものである。

【0033】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【0034】図1は、脳外科を対象とした低侵襲手術を
支援する手術支援システム、図2は、マニピュレータを
内視鏡と束ねた手術支援システムの部分図である。図3
は、マニピュレータ及びマニピュレータ内部に鉗子を挿
入した図である。

【0035】図1において、患者の頭部11は、頭部固
定枠12によって手術台13に固定されている。頭部1
1に挿入する挿入管14には、図2の拡大図に示すよう
に導入口21を備え、その導入口21の内部に内視鏡2
2と複数本のマニピュレータ23とが導入されて一つに
束ねられて挿入部を構成している。マニピュレータ23
には鉗子24が取り付けられている。このマニピュレー
タ23は駆動部15によって駆動され、駆動部15は保
持装置16に取り付けられ、この保持装置16は保持台
17に固定されている。術者18は、操作入力装置19
よりマニピュレータ23を操作することで手術を行うよ
うになっている。

【0036】図3において、マニピュレータ23の先端
23Aは駆動ワイヤ31によって首振り動作を行い、ま
た、マニピュレータ23の内部は鉗子24が挿入される
ように中空の導入口が形成されている。駆動部15によ
って矢印Aの方向に駆動ワイヤ31を引くと先端23A
は図示上方向に首振り動作を行い、矢印Bの方向に引く
と先端23Aは下方向に首振り動作を行う構成になって
いる。

【0037】図4は、鉗子の要部構成及びその駆動原理
の説明図である。

【0038】図4(a)は片側駆動方式のもので、一端
で開閉して対象物を挟み他端で回転可能に支持された部
材41(可動鉗子部材)、両端とも固定状態すなわち開
閉動作をせず回転もしない状態で支持された部材42
(固定鉗子部材)、部材41の回転中心と部材42の支
持中心とを一致させるためのジョイント43、鉗子に開
閉のための張力を伝えるための駆動ワイヤ44とから構
成されている。部材41の回転部分411の外周部は円
形状になっており、回転部分411に図4(b)に示す
ように、駆動ワイヤ44は回転部分の外周の概ね1/4
にワイヤ固定部分45に固定される。駆動ワイヤ44
は、たとえば接着剤や樹脂による固着、かしめによる接
続などによってワイヤ固定部分45に固定し、駆動ワイ
ヤ44を回転部分411の外周に沿って180度(半
周)の範囲で巻き付ける。ワイヤ固定部分45に駆動ワ
イヤ44を固定する位置は、部材41を部材42に対し
て90度(直角)に開いた場合でも、駆動ワイヤ44が
固定部分45にワイヤ張力により離れない位置(ハッチ
ング部分)、すなわち固定部分45に接触している位置
になっている。回転部分411の回転中心を部材42の
支持中心にあわせてジョイント43(後述するピン結合
される部分)とする。

【0039】図4(c)は両側駆動方式のもので、鉗子
は2本の可動鉗子の部材41A、部材41B(可動鉗子
を総称するときは41と称す。以下同じ)及び2本の駆
動ワイヤ44A、44B(総称するときは44と称す。
以下同じ)を備え、駆動ワイヤ44A、44Bはそれぞ
れの回転部411に巻き付けられている。なお、98、
98Aはプーリ、99は駆動モータである。

【0040】この両側駆動方式は、駆動ワイヤ44に矢
印CもしくはD方向に張力を付与して可動鉗子の部材4
1に開閉操作をさせるものである。駆動ワイヤ44Aの
図示下側に駆動ワイヤ44Bの一端が締結され、駆動ワ
イヤ44Aの図示上側に駆動ワイヤ44Bの他端が交差
するようにして締結されている。したがって、駆動ワイ
ヤ44に矢印D方向に張力を付与したときに部材41
A、部材41Bは開く方向に回転し、矢印C方向に張力
を付与したときに閉じる方向に回転し、常に張力を付与
することで把持操作が行なわれる。このため、片側駆動
方式に比べて部材41A、部材41Bをピンで支持する
部材が別に必要となるので、部品点数は増える。

【0041】図5は、本実施例による片側駆動方式の鉗
子先端部の概要外観図である。

【0042】鉗子は固定の部材42、可動の部材41、
駆動ワイヤ44、ジョイント43としてピン51、弾性
部材52、シース53とから構成されている。シース5
3は、弾性部材52を介して接続され、この弾性部材5
2は中空になっており、内部を駆動ワイヤ44が通り、
弾性力の高いバネを用いることで、屈曲した際に生じる
座屈を防ぐことができる。シース53には内側に摩擦の
少ない部材を用いることにより、滑らかに駆動ワイヤ4
4はシース53内を移動する。したがって前述したよう
に、矢印Cの方向に引っ張ると部材41が破線で示すよ
うに移動して鉗子は開き、矢印Dの方向に引っ張ると実
線で示すように鉗子は閉じる。

【0043】上述するような片側駆動方式をとること
で、かりに作業領域内に重要組織があっても部材42は
駆動されないため、その部分を組織側とすることで組織
を傷つけることなく、部材41を駆動して把持動作をす
ることができる。また対象物を把持する際、部材42の
把持面に対象物を接触させることで掴み損ねを避けるこ
とができる。

【0044】図6(a)に、可動鉗子の部材41の詳細
部分図を、図6(b)に、固定鉗子の部材42の部分図
を示す。

【0045】同図は、鉗子が閉じた状態での鉗子の直径
を1mmとし、鉗子把持力が100gf以上になるよう
設計した一例を示している。たとえば、部材41の回転
部分411の外周に駆動ワイヤ44を配置・固定し、そ
の部分の厚みを0.2mm、長さ方向の寸法を0.4m
m、回転部分411の回転部中心から駆動ワイヤ44を
固定する部分までの長さを0.3mm、鉗子先端までの
長さを3mmとする。また、駆動ワイヤは強度3.3k
gのものを用いるとする。

【0046】部材41を幅:0.2mm、高さ:0.4
mmの長方形断面を持つ長さ:3mmの梁とみなして鉗
子先端の剛性を求める。中立軸に対する断面二次モーメ
ントは、 I=bh3/12 ……(1) から求まる。

【0047】ここで、Iは断面二次モーメント:m
4、bは中立軸の幅:mm、hは高さ:mmを表す。
部材41の二次モーメントを求めると上記(1)式よ
り、b=0.2mm、h=0.4mmとして、I=1.
067×10-3mm4となる。また、梁の最大たわみ
は、 δmax=Wl3/3EI ………(2) から求まる。

【0048】ここで、δmaxは最大たわみで:mm、
Wは自由端の集中荷重で:kg、lは梁の長さで:m
m、Eは縦弾性係数で:kg/mm2、Iは断面二次モ
ーメントで:mm4を表す。

【0049】部材41の先端の最大たわみを規定するこ
とで、集中荷重すなわち鉗子先端の剛性を求めることが
できる。そこで部材41にSUS304を用いたときの
剛性を求めると上記(2)式よりδmax=0.25m
m、l=3mm、E=19×103kg/mm2として、
W=0.57kgとなる。

【0050】駆動ワイヤ44の最大耐張力は、安全率を
2とすると1.6kgとなる。鉗子のトルクは、 T=Fr …(3) から求まる。

【0051】ここで、Tはトルクで:kgm、Fは回転
のための力で:kg、rは力Fと回転軸との距離で:m
を表す。部材先端での力をトルク換算して求めると上記
(3)式より、F=1.6×0.3/3.0=0.16
kgとなる。この値は部材41の剛性より大きいので、
駆動ワイヤ44が破断しない限り最大把持力は160g
となる。また、ワイヤ強度を下回らないよう剛性を小さ
くすれば、さらなる小型化も可能である。

【0052】図7、図8に本実施例及び従来例による鉗
子の首振り可動範囲と曲率半径とを比較して示す。図8
に従来例の鉗子の首振り可動範囲と曲率半径とを示す。

【0053】図7は本実施例のものであり、71は鉗子
の首振り可動範囲で、図示上下の実線及び破線の範囲、
73は曲率半径で、図示実線の矢印で示す。図8は従来
例のものであり、同様に、72は鉗子の首振り可動範
囲、74は曲率半径を示す。

【0054】図から明らかなように、本実施例のもので
は従来例のものに比較して鉗子の首振り可動範囲が大き
く曲率半径を小さくすることができる。その理由は、従
来の鉗子のプッシュロッド機構では、開閉の駆動力をロ
ッドのプッシュプル動作で伝えているが、一方、本実施
例の鉗子では開閉の駆動力を駆動ワイヤ44のプル動作
で伝えている。そのため、駆動ワイヤ44の座屈は駆動
力の伝達に関係せず、従来の鉗子で用いているロッドよ
り剛性の小さいワイヤを用いることができるためであ
る。したがって、本実施例による鉗子の曲率半径73は
従来例の鉗子の曲率半径74と比べ小さくすることがで
きる。図7において、たとえば曲率半径74を20mm
とすると、曲率半径73は1mmである。このため、曲
率半径73を小さくとりつつ鉗子の開閉を行えることか
ら、より細かな開閉動作が可能となる。

【0055】図9は、屈曲部において駆動ワイヤをシー
スの内壁から離す手段を設け、これにより、鉗子に開閉
のための張力を伝える駆動ワイヤの張力を一定にし、し
たがって把持力も一定にすることができるようにしたも
のである。

【0056】図9は、本実施例における駆動ワイヤの経
路を示す図、図10は従来例における駆動ワイヤの経路
を示す図である。

【0057】マニピュレータ23が屈曲し、これに伴い
弾性部材52が屈曲した場合でも鉗子への張力は損失な
く伝える必要がある。図10に示すように、駆動ワイヤ
44は弾性部材52の屈曲部81において最短距離を通
ろうとするので、マニピュレータ23の屈曲に伴い駆動
ワイヤ44に大きなたわみが生じる。このため、屈曲部
81において大きな摩擦力が発生し鉗子に正確に開閉の
ための把持力を伝達することができず、より大きな張力
を必要とする。

【0058】本実施例では上記不都合な摩擦力を回避す
るため、図9に示すように、中心に孔の空いた孔あき球
82を用いるものである。

【0059】すなわち、駆動ワイヤ44を孔821を形
成した孔あき球82(摩擦係数の小さいことが好まし
い)に通し、この孔あき球82の位置する部分が弾性部
材52の中空部分にくるようにするものである。このよ
うにすることにより、弾性部材52が屈曲しても孔あき
球82が存在するため駆動ワイヤ44は屈曲部81の内
壁から離れて曲率半径が大きくなる。すなわち、屈曲部
81の概ね中央部を通ることにより曲率半径が大きくな
り、小さなたわみが生じなくなる。また、孔あき球82
の孔821内の滑らかな面に摺動し摩擦損失も少なくな
る。

【0060】したがって、駆動力としての張力は屈曲時
においても変化せず、鉗子の把持力を一定に保つことが
できる。なお、孔あき球82は、その直径を屈曲時にお
いて駆動ワイヤ44が弾性部材52の中空部分の概ね中
央を通るようにその直径を考慮することが好ましい。

【0061】また、駆動ワイヤ44が弾性部材52の中
心を通るようにする他の構成として、弾性部材52の中
空部分の中心を弾性部材の中心からずらした位置、たと
えば、屈曲時に内側になる部分の弾性部材52の内壁を
厚くして駆動ワイヤ44を通す構成、弾性部材の中空部
内径を細くする構成がある。さらに、手動駆動ではな
く、モータを介した自動駆動をする際には、駆動ワイヤ
が弾性部材の中心を通っていない場合において、ソフト
ウェア上で屈曲時に伴うたわみを考慮して張力を付与す
る構成がある。

【0062】図11は、本発明の鉗子に係るさらに他の
実施例である。

【0063】図の(a)の図示上側は可動鉗子の部材の
側面図、図示下側は正面図、(b)の図示上側は固定鉗
子の部材の正面図、図示下側は側面図、(c)はジョイ
ント用のピンの側面図である。本実施例では、図4のジ
ョイント43として、嵌め合い(止まり嵌め)構造にし
たピン122を用いるものである。(b)の部材42に
は、部材41の回転部411が嵌め込まれる孔212、
部材41が90度以上に開くのを防止するための段状の
ストッパ123が形成されている。嵌め合い、すなわ
ち、止まり嵌め構造にするために、ピン122の公差
は、部材42の孔215との嵌め合いを考慮して例えば
H6(JIS規格、以下同じ)で製作される。このと
き、ピン122の軸公差は例えばh6とする。部材41
に形成されるジョイント用の孔210の公差は、繰り返
し把持操作によってもガタ付きが生じないように、かつ
部材41が滑らかに回転できるように例えばH7とす
る。すなわち、止め輪などを用いることなく部材41を
部材42に回転可能に支持できる構造のものである。

【0064】本実施例によれば、ピンによる嵌め合い構
造としたことにより固定鉗子の部材及び可動鉗子の部材
を容易に分解、組み立てが可能となり、洗浄、滅菌など
を容易に行うことができる。

【0065】図12は、上記嵌め合い構造以外の他の実
施例である。

【0066】図の(a)は各種形状をしたピン本体の側
面図、(b)は止め輪の側面図である。

【0067】ピン本体124は頭部と反対側(図示左
端)に凹溝125を形成したもの、ピン本体126はテ
ーパ溝127を形成したもので、これら凹溝125、テ
ーパ溝127に止め輪としてCリング128もしくは柔
軟な材料(例えばゴム)で作られたOリング129が用
いられる。また、ピン本体130は、図示左端に小径部
131を形成して部材42と嵌め合い構造にしたもの、
ピン本体132は、図示左端にねじ溝133を形成して
部材42とねじによる締結構造としたものである。

【0068】本実施例によれば、上記嵌め合い構造と同
様に分解、組み立てが可能となり、洗浄、滅菌などを容
易に行うことができる。

【0069】図13は、部材のさらに他の実施例であ
る。本実施例は、固定鉗子の部材を2分割して可動鉗子
の部材を両部材間に挟み込み、外側からチューブを挿入
して構成部品を固定する構造にしたものである。

【0070】図の(a)は固定鉗子の部材をその先端か
ら後方に軸方向にそって2分割した一方の固定鉗子部材
42Bで、図示上側はその側面図、図示下側は正面図、
(b)は他方の固定鉗子部材42Cで、図示上側はその
正面図、図示下側は側面図、(C)は組み立て図であ
る。

【0071】部材42Bの非把持側部分(図示右側部
分)は円筒形状になっており、内側にジョイント用の突
起220、位置合わせ用の突起221が形成されてい
る。また、部材42Cも円筒形状になっており、前記突
起220を挿入するための孔211、突起221を嵌合
するための凹部(もしくは孔)230が形成されてい
る。

【0072】これら両部材は、(c)に示すように、突
起220に図11(a)の部材41を挿入した後、孔2
11に嵌め込み、突起221を凹部230に嵌め込み、
最後に外側からチューブ134を矢印方向に挿入して両
部材を固定する構造になっている。したがって、チュー
ブ134の着脱によって、両部材の分解を容易に行うこ
とができる。

【0073】本実施例によれば、上記実施例と同様に分
解、組み立てが可能となり、洗浄、滅菌などを容易に行
うことができる。

【0074】図14は、可動鉗子の部材に駆動ワイヤを
固定する、他の実施例である。

【0075】図の(a)の図示上側は可動鉗子の部材の
側面図、図示下側は正面図、(b)は駆動ワイヤの他の
実施例、(c)は可動鉗子の部材に駆動ワイヤを固定し
た状態を示す図、(d)は駆動ワイヤを固定するための
固定部材で、図示上側は平面図、図示下側は側面図、
(e)は組み立て図である。

【0076】図の(a)で示すように、可動鉗子の部材
41の回転部411の外周に突起222を形成し、この
突起222に駆動ワイヤ44を固定するための凹部23
1、位置合わせ用の突起223及び凹部232を形成す
る。(b)に示すように、駆動ワイヤ44に結び目など
の凸部240を設け、(c)に示すように、前記凹部2
31に凸部240を嵌めて回転部411に巻き付ける構
造にしたものである。

【0077】これにより、駆動ワイヤ44は張力を付与
されても外れることがない。その後、(d)に示すよう
な位置合わせ用の凹部233及び突起224を有する固
定部材135を、(e)に示すように矢印E方向に押し
込んで駆動ワイヤ44を固定し、矢印D方向に外れるこ
とのない鉗子とすることができる。

【0078】本実施例によれば、同様に分解、組み立て
が可能となり、洗浄、滅菌などを容易に行うことができ
る。

【0079】図15は、可動鉗子の部材に駆動ワイヤを
固定する、さらに他の実施例である。

【0080】図の(a)の図示上側は可動鉗子の部材の
側面図、図示下側は正面図、(b)の図示上側は固定部
材の平面図、図示下側は側面図、(c)は組み立て図で
ある。

【0081】図の(a)に示すように、可動鉗子の部材
41の回転部411に駆動ワイヤ44を巻き付ける。そ
の後、駆動ワイヤ44を押さえ込むための波形形状の突
起225、位置合わせ用の凹部234及び突起226を
有する固定部材136を、(c)に示すように、矢印E
方向に押し込んで駆動ワイヤ44を固定して鉗子の組み
立てが完了する。

【0082】本実施例によれば、同様に分解、組み立て
が可能となり、洗浄、滅菌などを容易に行うことができ
る。

【0083】図16は、可動鉗子の部材に駆動ワイヤを
固定する、さらに他の実施例である。

【0084】図の(a)の図示上側は可動鉗子の部材の
側面図、図示下側は正面図、(b)の図示上側は固定部
材の平面図、図示下側は側面図、(c)は組み立て図で
ある。

【0085】図の(a)に示すように、回転部411の
孔210の周囲に円形状の凸部241を形成し、摺動面
に可動鉗子の部材41の先端に向かう三角形状の凹部2
35を形成したものである。回転部411に駆動ワイヤ
44を巻き付けた後、(b)に示す前記凹部235に対
応する三角形状の突起227、孔213を有する固定部
材137を合わせ、また凸部241に固定部材137の
孔213を嵌め込み、(c)に示すように矢印E方向に
押し込んで駆動ワイヤ44を固定するものである。

【0086】本実施例によれば、同様に分解、組み立て
が可能となり、洗浄、滅菌などを容易に行うことができ
る。

【0087】図17は、プッシュロッド駆動方式の鉗子
機構の実施例である。

【0088】図の(a)は鉗子を閉じた状態の側面図、
(b)は鉗子を開いた状態の図の側面図である。プッシ
ュロッド駆動方式の鉗子は、対象部位を処置するための
処置部材138、2本のリンク139、ストッパ250
を有するコネクタ141、ロッド142、前記リンク1
39とコネクタ141とをつなぐリンク143、2分割
可能の台座115Aに取り付けられた中空の弾性部材1
15などを備え、リンク139とリンク143とでリン
ク機構を構成している。これら部品は処置部材138同
士をつなぐジョイント144、処置部材138とリンク
139とをつなぐジョイント145、2本のリンク13
9とリンク143とをつなぐジョイント146で回転自
在につながれている。

【0089】図の(c)(d)は、リンク同士をつなぐ
部分の詳細図で、(c)は平面図、(d)は側面図であ
る。図示下側のリンク139の端部ジョイント部分には
T形突起228が形成されている。また、図示上側のリ
ンク139の端部ジョイント部分には、前記T形突起2
28の頭部に対応する孔214が形成され、かつT形突
起228の頭部と孔214とは、リンク139を所定角
度以上に開いた状態で嵌め合うことができるように(し
たがって、所定角度以下では抜けない)その位置が配慮
されている。同様に、処置部材138及びリンク139
も所定角度以上開いた状態で嵌め合わされる(所定角度
以下では抜けない)ように頭部及び孔の位置が配慮され
ている。一方、コネクタ141のストッパ250は、ロ
ッド142を最大限に図示左方に押し込んだ状態でも処
置部材138が所定角度(90度)以上に開かず抜けな
い位置に設けられている。なお、突起及び孔の所定角度
は、それぞれのジョイント部によって異なるので、鉗子
機構の操作時に抜け出さないように決められる。分解す
る際は、台座115Aを分割して取り外すことによって
ストッパ250が図示左方向へ、取り外さない場合に比
べてさらに左方向へ移動することによって、ジョイント
144、145、146などの嵌め合いを取り外すこと
ができる。

【0090】本実施例によれば、同様に分解、組み立て
が可能となり、洗浄、滅菌などを容易に行うことができ
る。(e)は、ロッドとリンクとをつなぐコネクタ部分
の断面図で、コネクタ部分を取り外し可能にしたもので
ある。

【0091】コネクタ141は先端(図示左端)から後
方(図示右端)に向かう軸方向に添い2分割されて嵌め
合い構造になっており、コネクタ141Aの一方(図示
下側)には突起229が形成され、また他方のコネクタ
141B(図示上側)には前記突起229の嵌め込まれ
る凹部236が形成されている。また、上下のコネクタ
141の両端にロッド142及びリンク143の球状部
147、148を嵌め込む凹部237、238を形成し
て、ロッド142及びリンク143を固定する構造にな
っている。

【0092】本実施例によれば、コネクタを分割するこ
とにより、ロッド、リンク、コネクタなどを容易に分解
することができる。

【0093】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小型で、かつ曲率半径を小さくして開閉動作が可能な鉗
子及びそれを用いたマニピュレータを提供することがで
きる。

【0094】また本発明によれば、小さな曲率半径での
屈曲時においても鉗子に開閉のための張力を伝える駆動
ワイヤの張力を一定にでき、したがって把持力を一定に
することができる鉗子及びそれを用いたマニピュレータ
を提供することができる。

【0095】さらに本発明によれば、鉗子を構成する部
品の分解、組み立てが可能となり、洗浄、滅菌などを容
易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】低侵襲手術を支援する手術支援システムの構成
図である。

【図2】本発明に係るマニピュレータを内視鏡と束ねた
手術支援システムの部分図である。

【図3】本発明に係るマニピュレータ及びマニピュレー
タ内部に鉗子を挿入した図である。

【図4】(a)は片側駆動方式の要部構成及びその駆動
原理の説明図で、(b)は、部材の説明図、(c)は両
側駆動方式の要部構成及びその駆動原理の説明図であ
る。

【図5】本発明に係る鉗子の外観図である

【図6】図5に示す鉗子の詳細部分図である。

【図7】図3に示す鉗子の首振り可動範囲の説明図であ
る。

【図8】従来例の鉗子の首振り可動範囲の説明図であ
る。

【図9】図3に示すマニピュレータの鉗子駆動用ワイヤ
の経路説明図である。

【図10】従来例のマニピュレータの鉗子駆動用ワイヤ
の経路説明図である。

【図11】本発明の鉗子に係る嵌め合い構造の実施例で
ある。

【図12】本発明の鉗子に係るにピン構造の実施例であ
る。

【図13】本発明に係る鉗子部材のさらに他の実施例で
ある。

【図14】本発明に係る鉗子部材に駆動ワイヤを固定す
る、他の実施例である。

【図15】本発明に係る鉗子部材に駆動ワイヤを固定す
る、さらに他の実施例である。

【図16】本発明に係る鉗子部材に駆動ワイヤを固定す
る、さらに他の実施例である。

【図17】本発明に係るプッシュロッド駆動方式の鉗子
のさらに他の実施例である。

【符号の説明】

11…患者の頭部 12…頭部固定枠 13…手術台 14…挿入管 15…マニピュレータの駆動部 16…保持装置 17…保持台 18…術者 19…操作入力装置 21…マニピュレータの導入口 22…内視鏡 23…マニピュレータ 24…鉗子 31…マニピュレータの首振り駆動ワイヤ 41…可動鉗子の部材 411…可動鉗子部材の回転部 42固定鉗子の部材 43、144、145…ジョイント 44、44A、44B…鉗子の駆動ワイヤ 45、140…ワイヤ固定部分 51…ピン 52、115…中空の弾性部材 53…シース 71、72…鉗子の首振り可動範囲 73、74…鉗子の首振り曲率半径 81…屈曲部 82…孔あき球 821…球の孔 98、98A…プーリ 99…駆動モータ 122、124、126、130、132…ピン本体 123、250…ストッパ 125…凹溝 127…テーパ溝 128…Cリング 129…Oリング 131…小径部 133…ねじ溝 134…チューブ 135、136、137…固定部材 138…処置部材 139、143…リンク 141A、141B…コネクタ 142…ロッド 147,148…球状部 210、211、212、213、214,215…孔 220、221、222、223、224、225、2
26、227、228、229…突起 230、231、232、233、234、235、2
36、237、238…凹部 240、241…凸部

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一端が開閉して対象物を挟み他端が支持さ
    れた一対の鉗子部材を有し、この鉗子部材に開閉する張
    力を伝える駆動ワイヤと、この駆動ワイヤに張力を付与
    する駆動部とを備える鉗子において、 前記鉗子部材のうち、一方の鉗子部材を一端が開閉動作
    して対象物を挟み他端が回転可能に支持された部材
    (A)とし、他方の鉗子部材を一端で対象物を挟み他端
    が固定支持された部材(B)とし、 この部材(A)の前記他端の回転部分に駆動ワイヤを巻
    き付け、この巻き付けた部分の一部を前記回転部分に固
    定し、 この駆動ワイヤの一方に前記駆動部から開閉動作のため
    の張力を付与することを特徴とする鉗子。
  2. 【請求項2】前記駆動ワイヤを回転部分に固定する位置
    は、部材(A)を部材(B)に対して90度開いた場合
    においても、駆動ワイヤが回転部分から離れない部分と
    することを特徴とする請求項1記載の鉗子。
  3. 【請求項3】一端が開閉して対象物を挟み他端が支持さ
    れた一対の鉗子部材を有し、この鉗子部材に開閉する張
    力を伝える駆動ワイヤと、この駆動ワイヤに張力を付与
    する駆動部とを備える鉗子において、 前記鉗子部材のうち、一方の鉗子部材を一端が開閉動作
    して対象物を挟み他端が回転可能に支持された部材
    (A)とし、他方の鉗子部材を一端で対象物を挟み他端
    が固定支持された部材(B)とし、 この部材(A)の前記他端の回転部分に駆動ワイヤを巻
    き付け、この巻き付けた部分を前記回転部分に固定する
    とともに、 駆動ワイヤをシース内に通して駆動部に接続することを
    特徴とする鉗子。
  4. 【請求項4】一端が開閉して対象物を挟み他端が支持さ
    れた一対の鉗子部材を有し、この鉗子部材に開閉する張
    力を伝える駆動ワイヤと、この駆動ワイヤに張力を付与
    する駆動部とを備える鉗子において、 前記鉗子部材のうち、一方の鉗子部材を一端が開閉動作
    して対象物を挟み他端が回転可能に支持された部材
    (A)とし、他方の鉗子部材を一端で対象物を挟み他端
    が固定支持された部材(B)とし、 この部材(A)の前記他端の回転部分に駆動ワイヤを巻
    き付け、この巻き付けた部分を前記回転部分に固定する
    とともに、 駆動ワイヤを弾性部材の介在するシース内に通して駆動
    部に接続し、 この弾性部材の位置において駆動ワイヤをシースの内壁
    から離す手段を設け、駆動部から開閉動作のための張力
    を駆動ワイヤに付与することを特徴とする鉗子。
  5. 【請求項5】前記駆動ワイヤをシースの内壁から離す手
    段は、駆動ワイヤを孔を形成した孔あき球に通し、この
    孔あき球の位置する部分が弾性部材の中空部分にくるよ
    うにすることを特徴とする鉗子。
  6. 【請求項6】一端が開閉して対象物を挟み他端が回転自
    在に支持された一対の鉗子部材を備える鉗子において、 前記他端が回転自在に支持された一対の鉗子部材のジョ
    イント部を着脱のできる構造にすることを特徴とする鉗
    子。
  7. 【請求項7】前記着脱のできる構造は、一対の鉗子部材
    のジョイント部をピンによる止まり嵌め構造とすること
    を特徴とする請求項6記載の鉗子。
  8. 【請求項8】前記着脱のできる構造は、一対の鉗子部材
    のジョイント部をピン及び止め輪による構造、もしくは
    ねじによる締結構造とすることを特徴とする請求項6記
    載の鉗子。
  9. 【請求項9】一端が開閉して対象物を挟み他端が回転自
    在に支持された一対の鉗子部材を備える鉗子において、 前記鉗子部材のうち、一方の鉗子部材を一端が開閉動作
    して対象物を挟み他端が回転可能に支持された部材
    (A)とし、他方の鉗子部材を一端で対象物を挟み他端
    が固定支持された部材(B)とし、 前記部材(B)の非把持側を先端から後方に軸方向に沿
    って分割し、この分割した両部材の間に部材(A)を挟
    んで対象物を把持できる構造にすることを特徴とする鉗
    子。
  10. 【請求項10】前記分割した部材(B)を外側からチュ
    ーブを挿入して固定することを特徴とする請求項9記載
    の鉗子。
  11. 【請求項11】一端が開閉して対象物を挟み他端が回転
    自在に支持された一対の鉗子部材と、この鉗子部材に開
    閉する張力を伝える駆動ワイヤとを備える鉗子におい
    て、 前記鉗子部材のうち、一方の鉗子部材を一端が開閉動作
    して対象物を挟み他端が回転可能に支持された部材
    (A)とし、他方の鉗子部材を一端で対象物を挟み他端
    が固定支持された部材(B)とし、 前記部材(A)の非把持側の回転部に固定部材によって
    前記駆動ワイヤを取り外しできるように固定することを
    特徴とする鉗子。
  12. 【請求項12】前記回転部もしくは固定部材に突起を形
    成して駆動ワイヤを固定することを特徴とする請求項1
    1記載の鉗子。
  13. 【請求項13】前記部材(A)に突起もしくは凹部を形
    成し、固定部材に凹部もしくは突起を形成して固定部材
    を部材(A)に固定することを特徴とする請求項12記
    載の鉗子。
  14. 【請求項14】一端が開閉して対象物を挟み他端が回転
    自在に支持された一対の鉗子部材と、 この鉗子部材に開閉する張力を伝える駆動ワイヤとを備
    える鉗子において、 前記鉗子部材のうち、一方の鉗子部材を一端が開閉動作
    して対象物を挟み他端が回転可能に支持された部材
    (A)とし、他方の鉗子部材を一端で対象物を挟み他端
    が固定支持された部材(B)とし、 前記他端が回転自在に支持された一対の鉗子部材のジョ
    イント部を着脱のできる構造にし、 前記部材(A)の非把持側の回転部に固定部材によって
    前記駆動ワイヤを取り外しできるように固定することを
    特徴とする鉗子。
  15. 【請求項15】一端が開閉して対象物を挟み他端が回転
    自在に支持された一対の処置部材と、この処置部材に開
    閉する力を伝えるロッドと、これら処置部材とロッドと
    をつなぐリンク機構及びコネクタとを備える鉗子におい
    て、 前記処置部材とリンク機構とコネクタとをつなぐジョイ
    ント部を、着脱のできる構造にすることを特徴とする鉗
    子。
  16. 【請求項16】前記着脱のできる構造は、ジョイント部
    を突起と孔との嵌め合い構造とし、この嵌め合い構造は
    所定角度以下では抜けない構造とすることを特徴とする
    請求項15記載の鉗子。
  17. 【請求項17】一端が開閉して対象物を挟み他端が回転
    自在に支持された一対の処置部材と、この処置部材に開
    閉する力を伝えるロッドと、これら処置部材とロッドと
    をつなぐリンク機構及びコネクタとを備える鉗子におい
    て、 前記コネクタにつなぐリンク機構及びロッドのジョイン
    ト部を、着脱のできる構造にすることを特徴とする鉗
    子。
  18. 【請求項18】前記コネクタはその軸方向に添って分割
    され、この分割コネクタによって前記リンク機構及びロ
    ッドの端部を固定することを特徴とする請求項17記載
    の鉗子。
  19. 【請求項19】一端が開閉して対象物を挟み他端が支持
    された一対の鉗子部材を有し、この鉗子部材に開閉する
    張力を伝える駆動ワイヤと、この駆動ワイヤに張力を付
    与する駆動部とを備える鉗子を用いたマニピュレータに
    おいて、 前記マニピュレータは、先端を首振り動作させるための
    駆動ワイヤ、及びこの駆動ワイヤに張力を付与する駆動
    部を備え、 このマニピュレータ内部に鉗子を挿入し、 この鉗子は、前記鉗子部材のうち、一方の鉗子部材を一
    端が開閉動作して対象物を挟み他端が回転可能に支持さ
    れた部材(A)とし、他方の鉗子部材を一端で対象物を
    挟み他端が固定支持された部材(B)とし、 この部材(A)の前記他端の回転部分に駆動ワイヤを巻
    き付け、この巻き付けた部分の一部を前記回転部分に固
    定し、 この駆動ワイヤの一方に前記駆動部から開閉動作のため
    の張力を付与することを特徴とするマニピュレータ。
  20. 【請求項20】一端が開閉して対象物を挟み他端が支持
    された一対の鉗子部材を有し、この鉗子部材に開閉する
    張力を伝える駆動ワイヤと、この駆動ワイヤに張力を付
    与する駆動部とを備える鉗子を用いたマニピュレータに
    おいて、 前記マニピュレータは、先端を首振り動作させるための
    駆動ワイヤ、及びこの駆動ワイヤに張力を付与する駆動
    部を備え、 このマニピュレータ内部に鉗子を挿入し、 この鉗子は、前記鉗子部材のうち、一方の鉗子部材を一
    端が開閉動作して対象物を挟み他端が回転可能に支持さ
    れた部材(A)とし、他方の鉗子部材を一端で対象物を
    挟み他端が固定支持された部材(B)とし、 この部材(A)の前記他端の回転部分に駆動ワイヤを巻
    き付け、この巻き付けた部分を前記回転部分に固定する
    とともに、 駆動ワイヤを弾性部材の介在するシース内に通して駆動
    部に接続し、 この弾性部材の位置において駆動ワイヤをシースの内壁
    から離す手段を設け、 駆動部から開閉動作のための張力を駆動ワイヤに付与す
    ることを特徴とするマニピュレータ。
  21. 【請求項21】一端が開閉して対象物を挟み他端が支持
    された一対の鉗子部材を有し、この鉗子部材に開閉する
    張力を伝える駆動ワイヤと、この駆動ワイヤに張力を付
    与する駆動部とを備える鉗子を用いたマニピュレータに
    おいて、 前記鉗子は、他端が回転自在に支持された一対の鉗子部
    材のジョイント部を着脱のできる構造にしたことを特徴
    とするマニピュレータ。
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