JP2004105726A - 医療用機器支持装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 医療機器を支持し、前記医療機器を移動可能な移動機構と、前記医療機器とのバランスを取るためのカウンターウエイトを備えた医療機器支持装置において、
第1の平行四辺形リンク2と第2の平行四辺形リンク3を連動させる第1の連動機構7と第2の連動機構8を備え、第2の平行四辺形リンク3の互いに平行な一対のアームの少なくとも一方に第1のカウンターウェイト39aを設け、第2の平行四辺形リンクの互いに平行な他の一対のアームの少なくとも一方に第2のカウンターウェイト39bを設け、全体のバランスをとるようにしたもの。
【選択図】 図1
Description
所定の長さを有する第1のアームと、
前記第1のアームの一端側に設けられた第1の回転軸を配設する第1の配設部と、
所定の長さを有する第2のアームと、
前記第1のアームの一端側に対しその第1のアームの他端側に設けるように、前記第2のアームの一端側に設けられた第2の回転軸を配設する第2の配設部と、
前記第1の回転軸を中心に回動する第3のアームと、前記第3のアームに接続する第4のアームと、前記第4のアームに接続する第5のアームと、前記第5のアームに接続する前記第1のアームとからなる第1の平行四辺形リンクと、
前記第2の回転軸を中心に回動する第6のアームと、前記第6のアームに接続する第7のアームと、前記第7のアームに接続する第8のアームと、前記第8のアームに接続する前記第2のアームとからなる第2の平行四辺形リンクと、
前記第1のアームと前記第2のアームを連動させる第1の連動機構と、
前記第3のアームと前記第6のアームを連動させる第2の連動機構と、
前記第2のアームおよび第7のアームの少なくとも一方に設けられた第1のカウンターウェイトと、
前記第6のアームおよび第8のアームの少なくとも一方に設けられた第2のカウンターウェイトと、を備えたことを特徴とする医療機器支持装置である。
本発明によれば、医療機器を3次元的に移動させると、その動きが第1の平行四辺形リンク機構から第1の伝達機構及び第2の伝達機構により第2の平行四辺形リンク機構に伝達され、各カウンターウェイトが連動して移動して回転モーメントは常に相殺され、全体がバランスする。
(構成)
図1はこの第1の実施例に係る手術用顕微鏡装置の全体の概略的な構成を示している。同図中、符号1は支持装置における支柱であり、この支柱1は支持台4に支持されている。支持台4は底面にキャスターを有した底板4aと立柱4bを備えてなり、その立柱4bの上端部は水平に前方へ屈曲されている。立柱4bの屈曲前方端には前記支柱1が鉛直軸O0 を中心として回転自在に取り付けられている。支柱1の上部には上側の第1の平行四辺形リンク(変位機構)2が接続されており、その支柱1の下部には下側の第2の平行四辺形リンク(変位機構)3が接続されている。
同様に、第2平行四辺形リンク3の、前記アーム3dに隣接するアーム3aにも回転軸O5 と回転軸O8 を結ぶ線分と平行にねじ軸41bが固定され、このねじ軸41bにはカウンターウェイト39bが軸線方向に移動可能に支持されている。
(△O1 ,O4 ,010)/(△5 ,O50,012)=C
となっている。Cは、定数である。
すなわち、前記下方支持部材6には下方シャフト35が、ベアリング36cを介して回転軸O5 まわりに回動可能に支持されており、その下方シャフト35は、前記下方支持部材6に配設された電磁ブレーキ37cにより電気的に規制可能である。前記アーム3aは前記下方シャフト35のフランジ部に対してねじにより固定されている。また、前記アーム3bは、前記下方シャフト35の外周にベアリング36dを介して回転軸O5 まわりに回動可能に支持されている。
また、アーム31aと旋回バー32のそれぞれには回転軸O26およびO25まわりの回転モーメントを相殺すべく設ける補助ウェイト42が固定されている。
58は前記接続ロッド57の外周に形成され凸部59と押さえリング60により回転軸O20の軸線方向の動きを規制され、回転軸O20まわりに回動可能かつノブ61により固定可能な回転リングであり、回転軸O20を中心とする半径方向に突出し接続されたねじ軸62上をバランスウェイト63が移動可能に支持されている。
この第1の実施例の手術用顕微鏡装置における作用を説明する。この手術用顕微鏡装置にあっては鏡体12の3次元的な移動および直交する3軸まわりの傾斜(以下6自由度の動き)と観察光軸上の一点を中心とした傾斜動が、手術スタイルに応じて種々選択可能なものである。以下、これらの作用を説明する。
最初に、グリップ55の全方向フリースイッチSW1を押して操作すると、制御部54にはそれに応じた信号が入力され、支持アーム電磁ブレーキ駆動回路56aと運動規制機構電磁ブレーキ駆動回路56bに対して信号を出力し、全ての電磁ブレーキ37a,37b,37c,37d,37e,37f,37g,37h,37iのブレーキ作用を解除する。
G1は回転軸O9 上にある第1の傾斜アーム11から鏡体12側の部材の合成された重心を表す点であり、その重量はW1、回転軸O4 からの距離はL1 である。
前記カウンターウェイト39aの重量はWa、回転軸O8 からの距離はL2 、前記カウンターウェイト39bの重量はWb、回転軸O5 からの距離はr2 、前記カウンターウェイト39cの重量はWcであり、回転軸O1 と回転軸O4 の間の距離はr1 、回転軸O5 ,回転軸O8 間の距離はr3 、回転軸O1 と回転軸O2 の間の距離はL3 である。
W1 ×L1 =Wa×L2 +Wc×L3
W1 ×r1 =Wa×r3 +Wb×r2
すなわち、鏡体12の3次元的な移動に対して常に第1の平行四辺形リンク2および第2の平行四辺形リンク3の回転モーメントはゼロを保っている。
この場合には、グリップ55の鏡体球面傾斜スイッチSW2を押すと、制御部54はその信号を入力し、支持アーム電磁ブレーキ駆動回路56aに信号を出力し、それらの電磁ブレーキ37a,37b,37c,37d,37e,37fのブレーキ作用のみが解除される。これは、前述の6自由度の動きの場合に対して、運動規制機構40の電磁ブレーキ37g,37h,37iのみ固定とした状態である。
第1の平行四辺形リンク2と第2の平行四辺形リンク3の動きを連動する第1の連動機構および第2の連動機構が、アーム2a,3aと第1の伝達ロッド7およびアーム2b,3bと第2の伝達ロッド8によりそれぞれ構成されている。このため、その伝達において鏡体12の視野ズレの原因となる遊びがないとともに剛性がある。したがって、第1の平行四辺形リンク2と第2の平行四辺形リンク3の動きを確実に連動させることができる。また、その構成が簡単である。
本実施例の鏡体支持アーム13の変形例を図10に従い説明する。本変形例はバランスウェイトを移動させることによりバランス調整を行うものであり、原理的には本実施例に記載のものと同じことである。16aは、助手用側視鏡の設定スタイルA、16bは、助手用側視鏡の設定スタイルBを示している。
図12ないし図16に従って、本発明の第2の実施例を説明する。
(構成)
図12はこの第2の実施例に係る手術用顕微鏡装置の全体の概略的な構成を示しており、同図中の符号4は、床に設置された支持台であり、これには支柱1が鉛直軸O0 まわりに回動可能に支持されている。また、符号2はアーム2a〜2dを互いに平行な回転軸O1 〜O4 まわりに順次回動可能に接続して連結してなる第1の平行四辺形リンクである。第1の平行四辺形リンク2は前述した第1の実施例と同様の構成をなし、支柱1の下部に設けた上方支持部材5を介して前記鉛直軸O0 と直交した回転軸O1 まわりに回動可能に接続されている。
(△O1 ,O4 ,O10)/(△O5 ,O50,O12)=C
となっている。Cは定数である。
本実施例の手術用顕微鏡は、第1の実施例と同様の6自由度の動きと、観察光軸上の一点を中心とした傾斜運動が可能である。以下、これらを順に説明する。
[6自由度の動き]
グリップ55の全方向フリースイッチSW1を押すと、制御部54は信号を入力し、支持アーム電気ブレーキ駆動回路56aおよび運動規制機構電磁ブレーキ駆動回路56bに信号を出力し、全ての電磁ブレーキ37a〜37iを解除する。
W1 ×L1 =Wa×L2 +We×L4
W1 ×r1 =Wa×r2 +Wb×r2 +Wd×r4
すなわち、鏡体12の3次元的な移動に対して常に第1の平行四辺形リンク2および第2の平行四辺形リンク3の回転モーメントはゼロを保っている。
グリップ55の鏡体球面傾斜スイッチSW2を押すと、制御部54は、信号を入力し、支持アーム電磁ブレーキ駆動回路56aのみに信号を出力し、電磁ブレーキ37a〜37fのブレーキ作用が解除される。すなわち、運動規制機構40の電磁ブレーキ37g〜37iのみ固定状態である。
この第2の本実施例での第1および第2連動機構は、アーム2a,3aとスプロケット66a,66bとチェーン67aと、アーム2b、3bとスプロケット66c,66dとチェーン67bより構成されているため、回転軸O1 と回転軸O5 を結ぶ直線に対して突出が少なく小型化が可能である。
図17ないし図24に従って、本発明の第3の実施例を説明する。
(構成)
図17はこの第3の実施例に係る手術用顕微鏡装置の全体の概略的な構成を示しており、同図中、100は天井に設置された支持台であり、これには支柱1が鉛直軸O0 まわりに回動可能に支持されている。2はアーム2a〜2dを互いに平行な回転軸O1 〜O4 まわりに順次回動可能に接続して連結してなる第1の平行四辺形リンクである。前述した第1の実施例と同様の構成をなす第1の平行四辺形リンク2は、支柱1の下部に設けた上方支持部材5を介して、前記鉛直軸O0 と直交した回転軸O1 まわりに回動可能に接続されている。
なお、前記電動駆動手段は図示しない駆動回路を介して図示しないバランス調整スイッチと接続されている。
(△O1 ,O4 ,O10)/(△O5 ,O8 ,O12)=C
となっている。Cは定数である。
OeOf>OgOh、 OeOh=OfOg
図19は、図18を左側方から見た図であり、接続部材105は回転軸Oeを通る縦断面を表している。符号109はアーム106aに固定され、ベアリング110を介して接続部材105に対して回転軸Oeまわりに回動可能なシャフトである。111は前記シャフト109に回転軸Oeと同軸に固定されたウォームホイール、112は前記ウォームホイールに噛み合うべくウォームギアであり、前記ウォームギアには図18に示すノブ113が同軸に接続部材105に対して回動可能に固定されている。
本実施例の鏡体12の移動及び傾斜に関する作用は第1の実施例と同様であり、その説明を省略し、本実施例特有のバランスに関して説明する。
W1 ×L1 =Wa×L2 +Wf×L5
W1 ×r1 =Wa×r3 +Wb×r2
すなわち、鏡体12の3次元的な移動に対して常に第1の平行四辺形リンク2および第2の平行四辺形リンク3の回転モーメントはゼロを保っている。ここで、第1及び第2の平行四辺形リンクのバランス調整は、図示しないバランス調整スイッチを操作することにより図示しない駆動回路を介し、電動駆動手段101b、101fによりカウウターウェイト39b、39fを移動することにより行われる。
本実施例ではカウンターウェイト39b,39fは、天井近傍に位置するため、術者の邪魔にならない。さらにはカウンターウェイト39b,39fは電動駆動手段101b,101fにより電動で移動可能であるため、バランス調整が容易である。当然ながらカウンターウェイト39aが配設されているため、カウンターウェイト39b,39fは軽量でも良く、電動駆動手段101b,101fも小型化が可能である。
鏡体支持アーム13のバランス調整機構の変形例は種々考えられ、その1例を説明する。図22は鏡体支持アーム13の正面図、図23は図22の左方からの中心断面図である。
1. 顕微鏡の鏡体12を支持し、その鏡体12を3次元的に移動可能な移動機構と、前記鏡体を3軸まわりに傾斜可能な傾斜機構を備えた手術用顕微鏡装置において、
前記移動機構は、臨床室の床や天井等の被設置部位に対して取り付けられ、鉛直軸O0 まわりに回動可能な支柱1と、
前記支柱1に対して、前記鉛直軸O0 と異なる回転軸O1 まわりに回動可能に接続され、複数のアーム2a〜2dを前記回転軸O1 を含む互いに平行な回転軸O1 〜O4 まわりにそれぞれ回動可能に接続してなる第1の平行四辺形リンク2と、
前記第1の平行四辺形リンク2の上方および下方の一方の側に配置され、前記支柱1に対し、前記回転軸O1 と平行な回転軸O5 まわりに回動可能に接続され、複数のアーム3a〜3dを前記回転軸O5 を含む互いに平行な回転軸O5 〜O8 まわりにそれぞれ回動可能に接続してなる第2の平行四辺形リンク3と、
前記アーム3dに接続されたカウンターウェイト39aと、
前記第1の平行四辺形リンク2における面内においてその回転軸O1 とこれに隣接する一方の回転軸O4 とを結ぶ線分に平行な線分と、前記第2の平行四辺形リンク3における面内において前記回転軸O1 と回転軸O4 に対応したその第2の平行四辺形リンク3における前記回転軸O5 とこれに隣接する一方の回転軸O8 とを結ぶ線分に平行な線分とが、常に平行になるべく、前記回転軸O1 を中心として回転する第1の平行四辺形リンク2における一方のアーム2aと前記回転軸O5 を中心とした前記第2の平行四辺形リンク3における一方のアーム3aとの回動を連動させる第1の連動機構と、
前記第1の平行四辺形リンク2における面内においてその回転軸O1 とこれに隣接した他方の回転軸O2 とを結ぶ線分に平行な線分と、前記第2の平行四辺形リンク3における面内においてその回転軸O5 とこれに隣接する他方の回転軸O6 とを結ぶ線分に平行な線分とが、常に平行になるべく前記回転軸O1 を中心として回動する前記第1の平行四辺形リンク2における他方のアーム2bと、前記回転軸O5 を中心として回動する前記第2の平行四辺形リンク3における他方のアーム3bの回動を連動させる第2の連動機構と、
前記第1の連動機構および/または第2の連動機構のそれぞれ一方の移動に連動して動く部材に補助カウンターウェイトを備えたことを特徴とする手術用顕微鏡。
3. 前記第1の連動機構はアーム2aと、アーム3aにそれぞれ接続されたスプロケット66a,66bと、両スプロケット66a,66bを連結するチェーン67aよりなり、前記アーム2aと前記アーム3aを接続する第1の伝達ロッド7よりなり、前記第2の連動機構はアーム2bと、アーム3bにそれぞれ接続されたスプロケット66c,66dと、両スプロケット66c,66dを連結するチェーン67bよりなることを特徴とする付記1に記載の手術用顕微鏡。
5. 前記補助カウンターウェイトはアーム2bおよび/またはアーム3bに接続されていることを特徴とする付記1に記載の手術用顕微鏡。
6. 前記補助カウンターウェイトは前記第2の伝達ロッド8に接続されていることを特徴とする付記1に記載の手術用顕微鏡。
前記3軸のうちの観察光軸と一致あるいは交差する回転軸O20上に、前記観察光軸が回転軸O20と一致あるいは交差した状態を保ち、前記回転軸O20まわりに回動する部材の重心を一致させるべくバランス調整機構を備えたことを特徴とする手術用顕微鏡。
8. 前記バランス調整機構は前記顕微鏡鏡体に対し回転軸O20まわりの回転モーメントを相殺すべく位置に2次元あるいは3次元的に移動可能に配設された調整重りよりなることを特徴とする付記7に記載の手術用顕微鏡。
9. 前記バランス調整機構は、鏡体を前記回転軸O20に対して2次元あるいは3次元的に移動および傾斜可能な鏡体位置調整機構よりなることを特徴とする付記7に記載の手術用顕微鏡。
10. 前記鏡体位置調整機構は鏡体を光軸まわりに回動および固定可能に支持する接続部材と、前記回転軸O20を中心に回動可能でありかつ観察点を中心とした円弧状ガイドを有し前記接続部材を前記ガイドに摺動すべく接続してなるガイドアームよりなることを特徴とする付記9に記載の手術用顕微鏡。
12. 前記鏡体位置調整機構は鏡体を直線的に移動可能な移動機構と、前記移動機構と連動し鏡体を傾斜させるカム機構よりなることを特徴とする付記9に記載の手術用顕微鏡。
13. 前記鏡体調整機構は平行四辺形リンク機構10よりなり、前記平行リンク機構を構成し回転軸O20と平行を保ち傾斜するアーム10bにバランスウェイトを配置したことを特徴とする付記7に記載の手術用顕微鏡。
前記鏡体移動および傾斜機構を同時に動作させる第1の信号が入力された場合は、前記リセット機能を作動させ、前記傾斜中心点不変傾斜機構を動作させる第2の信号が入力された場合は、前記リセット機能を作動させないよう制御されることを特徴とする手術用顕微鏡。
また、付記7〜13の従来技術は特公平3−18891号公報、特開昭56−20448号公報、EP0433426B1である。そして、特公平3−18891号公報は顕微鏡の観察点(焦点)を中心として、患部を様々な角度から観察可能にするための顕微鏡傾斜機構を備えた手術用顕微鏡において、様々な術式に対して最適な観察角度で使用することができるように、平行リンク機構の鉛直線に対して、顕微鏡を垂直状態、45°傾倒状態、90°傾倒状態に切り替えて接続可能としたものである。顕微鏡の接続状態を変更することにより生じるアンバランスを補正する為に、顕微鏡の回転に連動したバランスを補正する機構が記載されている。このバランスを補正する機構は、平行リンク機構の顕微鏡に対して反対側にカウンターウェイトW1、W2を搭載し、さらに顕微鏡とカウンターウェイトを連動して移動させるためのヘベルギア、リンクバー、円板等が配設されているため、平行リンク機構が非常に大型化してしまい、術中大変邪魔になってしまう。また平行リンク機構が大変重く顕微鏡を移動させるときに必要な操作力(慣性力)が大きくなり、使いづらいものであった。また、顕微鏡にアクセサリーを接続したりその位置を変更するなどによって生じる鉛直線Sまわりの回転モーメントは調整ハンドル等を回転させ、カウンターウェイトを移動させる方式では相殺する事はできない。
特開昭56−20448号公報に開示されているものは鏡体の重心を回転軸と一致させるための手段として玉継手を回動自在の状態にして重心を垂下し回転軸と一致させたあと、ピンねじにより固定するものである。これは鏡体の重心を回転軸と一致させた場合には鏡体の観察光軸と回転軸の位置関係を特定の状態に保つことはできない。すなわち、観察焦点位置を中心とした傾斜機構を備えた手術用顕微鏡の傾斜中心点は鏡体を支持する支持架台により定義されているためにこの構成を適応することは不可能である。
EP0433426B1に開示されているものは軸まわりのバランス調整を顕微鏡を軸に対して直交する2方向に移動させて顕微鏡の重心をその軸に一致させるものである。これも特開昭56−20448号公報と同様にバランス調整により観察点と回転軸の位置関係が狂ってしまい、観察焦点位置を中心とした傾斜機構を備えた手術用顕微鏡に適応することは不可能である。
そこで、付記7〜13の目的は観察点を中心とした顕微鏡の傾斜が可能であり、かつ顕微鏡を軽い力で動かせる状態を保ちながら、顕微鏡に接続されるアクセサリー等により生じるアンバランスを容易に調整可能な手術用顕微鏡を提供することにある。その作用はバランス調整機構により、回転軸O20上の観察点もしくはその近傍を鏡体の旋回中心とした状態を保ちながら、回転軸O20まわりに回動する部材の合成させた重心が回転軸O20上に設定されることである。
鏡体の注視点を傾斜中心として傾斜可能な機構を有した手術用顕微鏡に前記リセット機能を組み合わせることにおいて、鏡体を、注視点を傾斜中心に傾斜させるモードで移動させている時に、前記リセット機能を動作させると、観察部位の焦点が狂ってしまい、術者は再度焦点合わせを行う必要があり大変煩わしものとなっている。
付記第14のものの作用は鏡体を3次元的に移動および3軸まわりに傾斜可能な状態での操作時には、鏡体の焦点位置が基準位置にリセットされ、鏡体を、注視点を傾斜中心として傾斜可能な状態での操作時には前記リセット機能は働かず、焦点位置は観察位置から変化しない。
Claims (1)
- 医療機器を支持し、前記医療機器を移動可能な移動機構と、前記医療機器とのバランスを取るためのカウンターウエイトを備えた医療機器支持装置において、
所定の長さを有する第1のアームと、
前記第1のアームの一端側に設けられた第1の回転軸を配設する第1の配設部と、
所定の長さを有する第2のアームと、
前記第1のアームの一端側に対しその第1のアームの他端側に設けるように、前記第2のアームの一端側に設けられた第2の回転軸を配設する第2の配設部と、
前記第1の回転軸を中心に回動する第3のアームと、前記第3のアームに接続する第4のアームと、前記第4のアームに接続する第5のアームと、前記第5のアームに接続する前記第1のアームとからなる第1の平行四辺形リンクと、
前記第2の回転軸を中心に回動する第6のアームと、前記第6のアームに接続する第7のアームと、前記第7のアームに接続する第8のアームと、前記第8のアームに接続する前記第2のアームとからなる第2の平行四辺形リンクと、
前記第1のアームと前記第2のアームを連動させる第1の連動機構と、
前記第3のアームと前記第6のアームを連動させる第2の連動機構と、
前記第2のアームおよび第7のアームの少なくとも一方に設けられた第1のカウンターウェイトと、
前記第6のアームおよび第8のアームの少なくとも一方に設けられた第2のカウンターウェイトと、
を備えたことを特徴とする医療機器支持装置。
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