JP2001314410A - 遠隔マイクロサージェリシステムおよびスレーブマニュピュレータの挿入方法。 - Google Patents
遠隔マイクロサージェリシステムおよびスレーブマニュピュレータの挿入方法。Info
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Abstract
うように術部まで挿入でき、内視鏡画像を見ながら微細
手術を行うことができる遠隔マイクロサージェリシステ
ムを提供する。 【解決手段】マスタの運動をスレーブマニュピュレータ
に伝達することができる遠隔マイクロサージェリシステ
ムにおいて、スレーブマニュピュレータはマスタからの
遠隔操作により把持、前後屈曲、並進、回転の最低5自
由度の運動が可能であることを特徴とする遠隔マイクロ
サージェリシステム。
Description
ェリシステムに関するものであり、特に、カテーテル挿
入法と同様に体内臓器の隙間を縫うように術部まで挿入
でき、内視鏡画像を見ながら微細手術を行うことができ
る遠隔マイクロサージェリシステムに関するものであ
る。
サージェリがある。例えば、顕微鏡下眼底手術や鼻孔内
手術、脳外科手術等がその例であり、そうした手術等に
使用する装置として特開平8−322787号、特開平
11−99124号公報等に記載されているマニュピュ
レータ等が提案されている。例えば、特開平8−322
787号公報に開示されている装置は、マニュピュレー
タの先端に取付けられた内視鏡と、この内視鏡の観察下
で使用される一対の把持鉗子とからなる手術器械を備え
ており、内視鏡の観察下で把持鉗子を操作することで患
部の切除等を行うことができるようになっている。
は、 1.現在の手術器具は加工精度が上がっているとはい
え、体内深部、鼻孔内といった手の届かない場所での多
自由度の手術は不可能。 2.術者の手技以上の微細作業は不可能。 3.現在の手術システムでは手術器具の体内深部への進
入が困難であり、空間的スペースを確保する上で大きな
切開が必要である。 等の問題があり、実用面での改善が求められている。
マイクロサージェリを可能とするために、術者が操作す
るマスターの操作でスレーブによる微細作業を可能にす
る遠隔マイクロサージェリシステム、およびスレーブマ
ニュピュレータの挿入方法を提供し、上記問題点を解決
することを目的とする。
したスレーブマニュピュレータを使用し、マスタからの
遠隔操作によってスレーブマニュピュレータに対して、
全5自由度、即ち(1)並進、(2)捩じり、(3)把
持、(4)根本関節、(5)先端関節の動きを与えなが
ら、体内臓器の隙間を縫うように術部までスレーブマニ
ュピュレータを挿入し、マスタからの操作によって容易
に手術ができるようにしたものであり、従来では手術が
困難な部位でも低侵襲で手術を可能としている。
した技術解決手段は、マスタの運動をスレーブマニュピ
ュレータに伝達することができる遠隔マイクロサージェ
リシステムにおいて、スレーブマニュピュレータはマス
タからの遠隔操作により把持、前後屈曲、並進、回転の
最低5自由度の運動が可能であることを特徴とする遠隔
マイクロサージェリシステムである。前記スレーブマニ
ュピュレータにはフレキシブルなチューブが接続され、
全体として可撓性を有して構成されていることを特徴と
する遠隔マイクロサージェリシステムである。前記フレ
キシブルなチューブ内には操作用のワイヤ、モータ駆動
用のリード線が配置されていることを特徴とする遠隔マ
イクロサージェリシステムである。マスタの運動をスレ
ーブマニュピュレータに伝達することができる遠隔マイ
クロサージェリシステムにおいて、マスタからの遠隔操
作によりスレーブマニュピュレータに最低把持、前後屈
曲、並進、回転の5自由度の運動を与え、被検査体の奥
部にある術部までスレーブマニュピュレータを挿入する
ことができるようにしたことを特徴とする遠隔マイクロ
サージェリシステムである。前記マスタとスレーブマニ
ュピュレータとは制御回路を介して接続されていること
を特徴とする遠隔マイクロサージェリシステムである。
スレーブマニュピュレータは、第1部材と、第1部材に
屈曲自在に取り付けた第2部材と、第1部材に設けた入
力プーリと、同入力プーリを回転する回転手段と、第2
部材に一体に設けた出力プーリと、前記入力プーリと出
力プーリを巻回するワイヤと、入力プーリ側で前記ワイ
ヤにテンションを付与する弾性体を備えており、マスタ
からの操作によって前記回転手段を作動すると、第1、
第2部材が屈曲運動をすることを特徴とする遠隔マイク
ロサージェリシステムである。スレーブマニュピュレー
タは、第1部材と、第1部材に屈曲自在に取り付けた第
2部材と、第1部材と第2部材とを連結する弾性体と、
この弾性体とは反対側に配置し、端部が第1部材に結合
され、他端が第2部材内を貫通して配置された屈曲用ワ
イヤとを備え、マスタからの操作によって前記屈曲ワイ
ヤを操作することで、第1、第2部材が屈曲運動をする
ことを特徴とする遠隔マイクロサージェリシステムであ
る。スレーブマニュピュレータは、本体と、本体に揺動
自在に設けた揺動部材と、この揺動部材を付勢する弾性
体と、前記揺動部材を揺動する把持ワイヤとを備え、マ
スタからの操作によって前記把持用ワイヤを作動すると
把持動作を行うことを特徴とする遠隔マイクロサージェ
リシステムである。スレーブマニュピュレータは、第1
部材と、第1部材に屈曲自在に取り付けた第2部材と、
第1部材に設けた入力プーリと、同入力プーリを回転す
る回転手段と、第2部材に一体に設けた出力プーリと、
前記入力プーリと出力プーリを巻回するワイヤと、入力
プーリ側で前記ワイヤにテンションを付与する弾性体と
からなる第1関節部と、第1部材と、第1部材に屈曲自
在に取り付けた第2部材と、第1部材と第2部材とを連
結する弾性体と、この弾性体とは反対側に配置し、端部
が第1部材に結合され、他端が第2部材内を貫通して配
置された屈曲用ワイヤとからなる第2関節部と、本体
と、本体に揺動自在に設けた揺動部材と、この揺動部材
を付勢する弾性体と、前記揺動部材を揺動する把持ワイ
ヤとからなる把持機構とを備え、前記第1関節部、第2
関節部、把持機構はマスタからの操作によって作動する
ことを特徴とする遠隔マイクロサージェリシステムであ
る。第1部材と、第1部材に屈曲自在に取り付けた第2
部材と、第1部材に設けた入力プーリと、同入力プーリ
を回転する回転手段と、第2部材に一体に設けた出力プ
ーリと、前記入力プーリと出力プーリを巻回するワイヤ
と、入力プーリ側で前記ワイヤにテンションを付与する
弾性体を備えていることを特徴とするスレーブの関節機
構である。第1部材と、第1部材に屈曲自在に取り付け
た第2部材と、第1部材と第2部材とを連結する弾性体
と、この弾性体とは反対側に配置し、端部が第1部材に
結合され、他端が第2部材内を貫通して配置された屈曲
用ワイヤとを備えていることを特徴とするスレーブの関
節機構である。ガイドワイヤを術部まで挿入し、つい
で、ガイドチューブをガイドワイヤを利用して術部まで
挿入し、その後ガイドワイヤを抜きとり、ガイドチュー
ブ内にスレーブマニュピュレータを術部まで挿入するこ
とを特徴とするスレーブマニュピュレータの挿入方法で
ある。ガイドワイヤとともに、ガイドチューブを術部ま
で挿入し、ついで、ガイドワイヤを抜きとり、さらにガ
イドチューブ内にスレーブマニュピュレータを術部まで
挿入することを特徴とするスレーブマニュピュレータの
挿入方法である。
システムの実施形態を説明すると、図1は、遠隔マイク
ロサージェリシステムを構成するスレーブマニュピュレ
ータの関節部の第1例を示す斜視図、図2は同関節の駆
動機構図、図3は同関節部の第2例を示す斜視図、図4
は同作動平面図である。図1、図2において、1は関節
部を構成する第1部材、2は同第2部材であり、この第
1部材1は、第2部材2に固定して設けた軸3に枢着さ
れており、この軸3を中心に第1、第2部材1、2が屈
曲可能な関節機構を構成している。
り、このモータ4の出力軸に入力プーリ5が取付られ、
また第2部材2に設けた軸3には出力プーリ6が取付ら
れ、出力プーリ6と第2部材とは一体に構成されてい
る。入力プーリ5および出力プーリ6にはワイヤ7が巻
回されており、入力プーリ側のワイヤ7には、テンショ
ンプーリ8が配置され、このテンションプーリ8にはス
プリング9が取付られ、スプリング9の付勢力によって
ワイヤ7にテンションを与えることができるようになっ
ている。スプリング9とテンションプーリ8とは、入力
プーリ5に巻回されているワイヤにテンションを与える
ことができる位置であればどのような配置でもよいが、
望ましくは第1部材1の軸方向に配置することがスレー
ブマニュピュレータの構成上から好都合である。
入力プーリ5が図2中矢印方向に回転すると、この回転
がワイヤ7を介して出力プーリ6に伝達され、出力プー
リ6と一体の第2部材2が図2中矢印方向に回転し、第
2部材2が屈曲する。こうしてこの関節機構では、モー
タ4を駆動することで、容易にスレーブマニュピュレー
タを屈曲させることができる。
図3、図4において、21は関節部を構成する第1部
材、22は同第2部材であり、この第1部材21の連結
側端部には、両面が平面となった結合部23が形成さ
れ、第2部材22の連結端部には、前記結合部23を挟
持する二股状の結合部24が形成されており、第2部材
22の二股状結合部24の間に第1部材の結合部23を
挿入した状態で両者を軸25を中心に揺動自在に枢着す
る。第1部材21と第2部材22との間であって軸25
を挟んだ片側には図4に示すようにゴム等の弾性体26
が取付られ、また、軸25を挟んだ他側(ゴム26とは
反対側)における第1部材21には屈曲用ワイヤ27の
端部が固定28されている。前記屈曲用ワイヤ27は第
2部材22の中心部に形成した貫通孔29を通って図示
せぬマスタ側に接続されており、また、第1部材21、
第2部材22の中心形成した貫通孔30、29内にはマ
スタ側と接続された操作ワイヤ31が挿通されている。
状態の時は、ゴム26の弾性によって図4中左側の図に
示すように左側に折れているが、屈曲用ワイヤを図中下
方に引っ張るとゴムが伸び第1部材21と第2部材22
とが直線状となり、さらに屈曲用ワイヤ27を引っ張る
と図4中右側に示すようにゴム26がさらに伸びて、図
4中右側に折れた状態となる。こうして、屈曲用ワイヤ
27を引っ張ったり弛めたりすることで、第1部材21
と第2部材22を屈曲させることができる。また、この
屈曲運動の状態の時に先端側関節を操作する操作用ワイ
ヤ31は常に第1部材21、第2部材22の中心部を通
るため、経路長が不変となり、非干渉独立駆動を実現で
きる。
持機構を説明すると、図5は把持機構の平面図である。
図において、41は把持機構の本体であり、この本体に
は、把持機能を持った揺動部材42が揺動自在に枢着さ
れている。本体41と揺動部材42との間にはゴム等の
弾性部材43が設けられ、また、揺動部材42の端部に
は把持用ワイヤ44が連結されている。この把持機構で
は、把持用ワイヤ44を弛めた状態の時には前記ゴム4
3の弾性力により揺動部材42は図示のように先端が開
いた状態となっており、把持用ワイヤ44を引くとゴム
43の弾性力に抗して揺動部材42が図中矢印方向に揺
動して把持作動をする。なお、弾性部材43はゴムに限
定することなく、スプリングなど他の弾性部材を使用す
ることもできる。
マニュピュレータは図6に示すようにフレキシブルなチ
ューブ46に接続され、そのチューブ46内にスレーブ
を動かすワイヤ等がが配置されている。そしてフレキシ
ブルなチューブとともにチューブ先端に設けたスレーブ
マニュピュレータを術部まで送りこみ、スレーブマニュ
ピュレータに最低5自由度の運動をさせながら手術を行
う。なお図6に示すスレーブマニュピュレータでは先端
側の関節機構には第1例の関節機構を、また、後端側の
関節機構には第2例の関節機構を採用し、最先端には把
持機構を備えているがそれらの組み合わせは、目的とす
るスレーブに応じて適宜変更することができる。
するマスタの構成について説明すると、図7はマスタの
全体構成図、図8はスレーブマニュピュレータに把持運
動をさせるためのマスタ把持機構、図9はマスタ関節機
構、図10はスレーブマニュピュレータに並進運動およ
び捩じり運動をさせるマスタ側の機構、図11は制御ブ
ロック図である。マスタは、スレーブマニュピュレータ
と同じように把持機構、関節機構を備えまた並進運動、
捩じり運動をさせる機構を備えており、以下にその機構
について説明する。
1、52を有しており、互いに離接近可能に揺動自在に
枢着され、スプリングSによってレバー51、52が離
れる方向に付勢されている。レバーの付け根には二つの
レバーがなす角度を検出するポテンショメータ53が取
付けられている。医師がレバー51、52を握ると握り
量がポテンショメータ53によって検出され、この検出
量に合わせて後述するコントローラからの指令で図示せ
ぬモータを駆動して前述したスレーブマニュピュレータ
の把持機構内のワイヤ44を引き、把持運動を行う。
テンショメータ54が設けられており、マスタの関節の
屈曲量をポテンショメータ54で検出できるようになっ
ている。医師がマスタを屈曲させるとその屈曲量がポテ
ンショメータ54によって検出され、この検出量に合わ
せて後述するコントローラからの指令で、前述したスレ
ーブマニュピュレータの関節部に設けたモータ4、ある
いはワイヤ29を作動し、スレーブマニュピュレータを
マスタと同じ角度だけ屈曲させる。
タの並進量を検知するリニアセンサ55、およびマスタ
の回転量を検出するポテンショメータ56が取付けられ
ている。マスタを並進させると、その量がリニアセンサ
54で検出され、この検出量に合わせて後述するコント
ローラからの指令で、図示せぬモータを作動して前述し
たスレーブマニュピュレータをマスタの並進方向と同じ
方向に運動させる。ただし、その移動量はマスタの移動
量に対して、縮小された動きとなるように予めモータの
作動量が制御される。また、マスタを回転させるとその
回転量がポテンショメータ56で検出され、図示せぬモ
ータによってスレーブマニュピュレータを同じ角度だけ
回転させることができる。こうして、マスタの少なくと
も5自由度、即ち(1)並進、(2)捩じり、(3)把
持、(4)根本関節、(5)先端関節と同じ動きを遠隔
操作によってスレーブマニュピュレータに伝達すること
ができる。
ブロック図を説明する。図11においてマスタとスレー
ブとの間にはコントローラが配置されており、公知のフ
ィードバック制御によりスレーブマニュピュレータの動
きが制御される構成となっている。なお、制御装置には
パーソナルコンピュータを初め、専用の制御回路などを
使用することができる。
スレーブマニュピュレータがマスタからの遠隔操作によ
って目的とする角度に屈曲するとともに、把持機構で目
的とする部位を把持して除去することができる。また、
マスタ側からの操作によってスレーブマニュピュレータ
全体を回転させる捩じれの運動を、またスレーブマニュ
ピュレータ全体を前後させ並進運動を実現することがで
きる。
者の鼻孔内に挿入するときには図12に示すように行
う。図12において、先ず、カテーテル手技と同様に、
ガイドワイヤ61を鼻孔内に沿って術部まで挿入する
(手順1)。次にガイドワイヤ61に沿ってガイドチュ
ーブ62を鼻孔内を縫うように術部まで挿入する(手順
2)。次に、ガイドワイヤ61を抜き、ガイドチューブ
62内に前述した構成からなるフレキシブルなチューブ
と一体になったスレーブマニュピュレータ63を術部ま
で挿入する(手順3)。また、必要に応じて、同様な方
法で複数のスレーブマニュピュレータ、内視鏡を術部ま
で挿入する。医師は、内視鏡を見ながら、スレームマニ
ュピュレータを操作しマイクロ手術を行う。この挿入法
によって従来では手術が困難な部位にまでスレーブマニ
ピュレータを導くことができ、低侵襲での手術を可能と
する。
したが、関節の組み合わせ、弾性体の材質等は設計時に
適宜することができる。また、本発明はその精神または
主要な特徴から逸脱することなく、他のいかなる形でも
実施できる。そのため、前述の実施形態はあらゆる点で
単なる例示にすぎず限定的に解釈してはならない。
れば、カテーテル挿入法と同様に体内臓器の隙間を縫う
ように術部までスレーブマニュピュレータを挿入しする
ことができるため、従来では手術が困難な部位でも低侵
襲で手術を可能にすることができる、マスタからの遠隔
操作によってスレーブマニュピュレータに対して、全5
自由度、即ち(1)並進、(2)捩じり、(3)把持、
(4)根本関節、(5)先端関節の動きを与えることが
できる、等の優れた効果を奏することができる。
ニュピュレータの関節部の第1例を示す斜視図である。
ニュピュレータの関節部の第2例を示す斜視図である。
である。
である。
ためのマスタ把持機構の図である。
る機構の図である。
方法の説明図である。
Claims (14)
- 【請求項1】マスタの運動をスレーブマニュピュレータ
に伝達することができる遠隔マイクロサージェリシステ
ムにおいて、スレーブマニュピュレータはマスタからの
遠隔操作により把持、前後屈曲、並進、回転の最低5自
由度の運動が可能であることを特徴とする遠隔マイクロ
サージェリシステム。 - 【請求項2】前記スレーブマニュピュレータにはフレキ
シブルなチューブが接続され、全体として可撓性を有し
て構成されていることを特徴とする請求項1に記載の遠
隔マイクロサージェリシステム。 - 【請求項3】前記フレキシブルなチューブ内には操作用
のワイヤ、モータ駆動用のリード線が配置されているこ
とを特徴とする請求項2に記載の遠隔マイクロサージェ
リシステム。 - 【請求項4】マスタの運動をスレーブマニュピュレータ
に伝達することができる遠隔マイクロサージェリシステ
ムにおいて、マスタからの遠隔操作によりスレーブマニ
ュピュレータに最低把持、前後屈曲、並進、回転の5自
由度の運動を与え、被検査体の奥部にある術部までスレ
ーブマニュピュレータを挿入することができるようにし
たことを特徴とする遠隔マイクロサージェリシステム。 - 【請求項5】前記マスタとスレーブマニュピュレータと
は制御回路を介して接続されていることを特徴とする請
求項1〜請求項5に記載の遠隔マイクロサージェリシス
テム。 - 【請求項6】スレーブマニュピュレータは、第1部材
と、第1部材に屈曲自在に取り付けた第2部材と、第1
部材に設けた入力プーリと、同入力プーリを回転する回
転手段と、第2部材に一体に設けた出力プーリと、前記
入力プーリと出力プーリを巻回するワイヤと、入力プー
リ側で前記ワイヤにテンションを付与する弾性体を備え
ており、マスタからの操作によって前記回転手段を作動
すると、第1、第2部材が屈曲運動をすることを特徴と
する遠隔マイクロサージェリシステム。 - 【請求項7】スレーブマニュピュレータは、第1部材
と、第1部材に屈曲自在に取り付けた第2部材と、第1
部材と第2部材とを連結する弾性体と、この弾性体とは
反対側に配置し、端部が第1部材に結合され、他端が第
2部材内を貫通して配置された屈曲用ワイヤとを備え、
マスタからの操作によって前記屈曲ワイヤを操作するこ
とで、第1、第2部材が屈曲運動をすることを特徴とす
る遠隔マイクロサージェリシステム。 - 【請求項8】スレーブマニュピュレータは、本体と、本
体に揺動自在に設けた揺動部材と、この揺動部材を付勢
する弾性体と、前記揺動部材を揺動する把持ワイヤとを
備え、マスタからの操作によって前記把持用ワイヤを作
動すると把持動作を行うことを特徴とする遠隔マイクロ
サージェリシステム。 - 【請求項9】スレーブマニュピュレータは、第1部材
と、第1部材に屈曲自在に取り付けた第2部材と、第1
部材に設けた入力プーリと、同入力プーリを回転する回
転手段と、第2部材に一体に設けた出力プーリと、前記
入力プーリと出力プーリを巻回するワイヤと、入力プー
リ側で前記ワイヤにテンションを付与する弾性体とから
なる第1関節部と、第1部材と、第1部材に屈曲自在に
取り付けた第2部材と、第1部材と第2部材とを連結す
る弾性体と、この弾性体とは反対側に配置し、端部が第
1部材に結合され、他端が第2部材内を貫通して配置さ
れた屈曲用ワイヤとからなる第2関節部と、本体と、本
体に揺動自在に設けた揺動部材と、この揺動部材を付勢
する弾性体と、前記揺動部材を揺動する把持ワイヤとか
らなる把持機構とを備え、前記第1関節部、第2関節
部、把持機構はマスタからの操作によって作動すること
を特徴とする遠隔マイクロサージェリシステム。 - 【請求項10】第1部材と、第1部材に屈曲自在に取り
付けた第2部材と、第1部材に設けた入力プーリと、同
入力プーリを回転する回転手段と、第2部材に一体に設
けた出力プーリと、前記入力プーリと出力プーリを巻回
するワイヤと、入力プーリ側で前記ワイヤにテンション
を付与する弾性体を備えていることを特徴とするスレー
ブの関節機構。 - 【請求項11】第1部材と、第1部材に屈曲自在に取り
付けた第2部材と、第1部材と第2部材とを連結する弾
性体と、この弾性体とは反対側に配置し、端部が第1部
材に結合され、他端が第2部材内を貫通して配置された
屈曲用ワイヤとを備えていることを特徴とするスレーブ
の関節機構。 - 【請求項12】ガイドワイヤを術部まで挿入し、つい
で、ガイドチューブをガイドワイヤを利用して術部まで
挿入し、その後ガイドワイヤを抜きとり、ガイドチュー
ブ内にスレーブマニュピュレータを術部まで挿入するこ
とを特徴とするスレーブマニュピュレータの挿入方法。 - 【請求項13】ガイドワイヤとともに、ガイドチューブ
を術部まで挿入し、ついで、ガイドワイヤを抜きとり、
さらにガイドチューブ内にスレーブマニュピュレータを
術部まで挿入することを特徴とするスレーブマニュピュ
レータの挿入方法。 - 【請求項14】前記スレーブマニュピュレータは、請求
項6、請求項8、請求項8のいずれかに記載のスレーブ
マニュピュレータであることを特徴とする請求項12に
記載のスレーブマニュピュレータの挿入方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000136672A JP4145464B2 (ja) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | 遠隔マイクロサージェリシステムおよびスレーブマニュピュレータの挿入方法。 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2000136672A JP4145464B2 (ja) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | 遠隔マイクロサージェリシステムおよびスレーブマニュピュレータの挿入方法。 |
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