JP2008237812A - 多関節湾曲機構及び多関節湾曲機構を備えた医療器具 - Google Patents

多関節湾曲機構及び多関節湾曲機構を備えた医療器具 Download PDF

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Abstract

【課題】湾曲部の複数の関節湾曲駒をそれぞれ操作する複数の操作ワイヤを挿入部内に絡み合うことなく合理的に配置した多関節湾曲機構を提供することにある。
【解決手段】複数の操作ワイヤ56を挿入部42内に同心円状に配置して収納した多関節湾曲機構である。
【選択図】 図5A

Description

本発明は、複数の湾曲駒をそれぞれ操作ワイヤにより独立して個々に操作できるようにした多関節湾曲機構及びその多関節湾曲機構を備えた医療器具に関する。
一般に、内視鏡等の医療器具の挿入部に設けられている湾曲部は、複数の湾曲駒を回動可能に連結して構成し、当該湾曲部における最先端の湾曲駒のみに操作ワイヤを接続した構成をとっている。そして、当該操作ワイヤが押し引きされることにより湾曲部全体を湾曲させる。つまり、個々の湾曲駒を独立して回動することができず、所定の湾曲状態をとることが困難であった。
そこで、特許文献1では、操作ワイヤによる湾曲操作時に湾曲部を先端側部分から先に優先的に曲がり始めるように湾曲部の基端側部位に反発力付与手段を設けるようにしている。また、特許文献2では、湾曲駒の間にバルーンをそれぞれ配置し、そのバルーンを膨張・収縮させることにより、湾曲駒相互の回動間隔を調整して湾曲部が湾曲する際の曲率半径を可変調整できるようにしている。
特開2003−126024 特開平6−105797号公報
従来の湾曲機構では操作ワイヤによって牽引して湾曲部を湾曲させようとすると、全ての湾曲駒が同じ向きに回動してしまい、複数の湾曲駒を独立して個別に任意の向きに回動させることができなかった。したがって、湾曲部の湾曲形態が限定されてしまい、特定部分のみを所望の向きに湾曲させることができず、湾曲形態の自由度が低かった。また、特許文献1、2のように反発力付与手段やバルーンを用いて湾曲部の湾曲状態を規制するようにしても湾曲部の一部のみが優先的に曲がるだけであり、任意の湾曲駒のみを選択的に稼動させることができず、所望の湾曲状態をとることができなかった。一方、湾曲形態の自由度を高めるために各湾曲駒にそれぞれ操作ワイヤを配置した場合、操作ワイヤの数が増加し、複数の操作ワイヤが互いに絡み合う等の煩雑になり易い。
本発明は、第1湾曲駒と、前記第1湾曲駒と回動可能に接続された第2湾曲駒と、前記第2湾曲駒と回動可能に接続された第3湾曲駒と、前記第1湾曲駒を動作させる少なくとも2つの第1ワイヤと、前記第2湾曲駒に接続され、前記第2湾曲駒を動作させる少なくとも2つの第2ワイヤと、を有する多関節湾曲機構であって、前記第1湾曲駒と前記第2湾曲駒の回動軸及び前記第2湾曲駒と前記第3湾曲駒の回動軸の垂直方向に対して前記第1ワイヤと前記第2ワイヤが同心円状に配置されていることを特徴とする多関節湾曲機構である。
本発明は、第1湾曲駒と、前記第1湾曲駒と回動可能に接続された第2湾曲駒と、前記第2湾曲駒と回動可能に接続された第3湾曲駒と、前記第3湾曲駒と回動可能に接続された第4湾曲駒と、前記第1湾曲駒に接続され、前記第1湾曲駒を動作させる少なくとも2つの第1ワイヤと、前記第2湾曲駒に接続され、前記第2湾曲駒を動作させる少なくとも2つの第2ワイヤと、前記第3湾曲駒に接続され、前記第3湾曲駒を動作させる少なくとも2つの第3ワイヤと、を有する多関節湾曲機構であって、前記第1湾曲駒と前記第2湾曲駒の回動軸、前記第2湾曲駒と前記第3湾曲駒の回動軸および前記第3湾曲駒と前記第4湾曲駒の回動軸の垂直方向に対して前記第1ワイヤと前記第2ワイヤと前記第3ワイヤとが同心円状に配置されていることを特徴とする多関節湾曲機構である。
本発明は複数の湾曲駒ごとにワイヤを配置したため、任意の湾曲駒のみを稼動させることが可能となる。よって湾曲機構が複数の自由度を持つことから体腔内のような狭い領域内での作業も容易となる。また、本発明は湾曲駒内に配置される複数のワイヤを同心円状に配置するようにしたので、複数の操作ワイヤが湾曲駒内で整然と配置できる。複数の操作ワイヤを湾曲駒内に整然と配置できるので、複数の操作ワイヤが互いに絡み合う等の煩雑な配置を避け得ると同時に湾曲駒内に他の内蔵物を設置するスペースを作り出すことができる。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る多関節湾曲機構を備えた医療器具としての多関節処置具及びその多関節処置具を用いる内視鏡システムについて説明する。
図1は内視鏡システムにおける内視鏡装置1の全体を概略的に示す斜視図である。内視鏡装置1は電子式内視鏡(内視鏡本体)2とその周辺装置(装置本体)によって構成される。周辺装置は、内視鏡用照明光を生成する光源装置3、内視鏡2の撮像部で撮像された画像データに対して種々の画像処理を行う画像処理装置4、内視鏡2で撮像された画像及びその画像に関するデータ及び装置状態や操作指示状態等を表示する画像表示装置(モニタ)5、システム全体の制御及び演算処理等を行う制御装置6、キーボード等を備えた入力装置7、吸引ポンプ付きの廃液タンク装置8及び送水タンク9等がある。これら周辺装置はトロリ10に搭載される。
上記内視鏡用光源装置3はその前面に内視鏡2のコネクタ部を接続する接続口11と、光源装置3の動作状態を表示する表示部12を設ける。画像処理装置4はその前面に接続ケーブル13を接続するコネクタ受14を設ける。接続ケーブル13の基端には上記内視鏡2のユニバーサルコード15の先端に設けられたコネクタ部16の電気的接続部に対して着脱自在に接続されるキャップ付接続部17が設けられている。上記内視鏡2で得られた撮像信号は接続ケーブル13を通じて上記画像処理装置4に送られ、映像信号に変換され、この映像信号によって内視鏡2で撮影した像を画像表示装置5に映し出すようになっている。
ここでの内視鏡2は後述する挿入部21の先端に設けた撮像素子によって内視鏡像を撮像する電子式内視鏡であるが、例えばイメージガイド用ファイバーを用いたファイバー式の内視鏡であってもよい。このファイバー式内視鏡を用いる場合はイメージガイド用ファイバーで導かれた光像をTVカメラ等で撮像する。
図1及び図2に示すように、内視鏡2は操作部20と挿入部21を基体としており、操作部20には上記ユニバーサルコード15が接続されている。上記操作部20には握持部22が設けられる。操作部20には握持部22の位置よりも手元側に位置する部位にアングル操作ノブ23、送気送水操作釦24、吸引操作釦25、ガス供給操作釦26及びスイッチ類27等の各種の機能操作部材が設けられている。握持部22の位置よりも先端側に位置する部位には後述する処置具40等を挿通する挿通用チャンネルの挿入口28が設けられている。
図1及び図2に示すように上記挿入部21は手元側に位置した可撓管(軟性部)31と、この可撓管31の先端に接続された湾曲部32と、この湾曲部32の先端に接続された先端部33によって構成されている。可撓管31は外力によって柔らかい弾力性を呈して曲がり得る可撓性を呈する部分であり、湾曲部32は上記操作部20におけるアングル操作ノブ23を操作することで強制的に湾曲させられる部分である。そして、湾曲部32を湾曲することにより、先端部33の位置と向きを変えて所望する観察対象物(病変部等)を観察視野(または撮像視野)内に捉えることができる。図2に示すように先端部33の先端面部には観察窓34及び照明窓35及びチャンネル口36が設けられている。観察窓34の内側には図示しない対物レンズ等の光学系およびCCD等の撮像素子を備えた撮像部が設けられていて、この撮像部によって体腔内の病変部等を撮像するようになっている。撮像部で撮像された撮像信号は信号線を通じて上記接続ケーブル13を接続した画像処理装置4に送られる。
上記チャンネル口36は挿入部21内に形成された挿通用チャンネル(図示せず)を通じてその挿通用チャンネルの基端側(手元側端)が接続された上記挿入口28に連通している。内視鏡2の挿通用チャンネルは多関節式内視鏡用処置具40の挿入部を挿通する通路として用いられる。本実施形態では一つの挿通用チャンネルに対して一つの多関節式処置具40を挿通する場合を想定しているが、複数の内視鏡用処置具40を一つの挿通用チャンネルに挿入してもよい。複数の挿通用チャンネルを備えた内視鏡2を使用し、各挿通用チャンネルそれぞれに対して別々に内視鏡用処置具を挿通して使用することも可能である。
次に、図2〜5を参照して処置具先端移動制御装置18について説明する。処置具先端移動制御装置18は図2に示すように処置具制御部37、処置具駆動部(モーターユニット)38、操作入力装置としての湾曲操作部39及び多関節式処置具40を備える。
ここで、多関節処置具40について具体的に説明すると、当該多関節処置具40は術者が把持可能な操作部41と、この操作部41に連結された挿入部42を有している。操作部41には上記処置具駆動部38が組み込まれる。図2に示すように挿入部42は内視鏡2の挿通用チャンネルを通じて体腔内に挿入される。挿入部42は手元側に位置した可撓管(軟性部)45と、この可撓管45の先端に設けられた湾曲部46と、この湾曲部46の先端に接続された先端部47とから構成される。可撓管45は外力によって比較的柔らかに弾性的に曲がり得る可撓性を呈する部分である。湾曲部46は上記操作部41により湾曲させることができる部分である。先端部47は処置機能等を備えており、本実施形態では把持鉗子48となっている。把持鉗子48は図4で上下に開閉する把持部材48a,48bを有してなり、挿入部42内に挿通した操作ワイヤ(図示せず)によって把持部材48a,48bを上下の向きに開閉する。先端部47は把持鉗子48に限らず、例えば、高周波ナイフまたは高周波凝固子等の処置具であってもよい。
多関節処置具40の湾曲部46は図4及び図5Aに示すように複数の湾曲駒51〜54を連結して構成される多関節湾曲機構を備える。そして図4は湾曲部46を水平に配置して見た斜視図であり、図5Aの(A)は図4中A−A矢視線で示す水平面で湾曲部46を挿入部42の長軸方向に沿って縦断した断面を上から見た断面図であり、図5Aの(B)は図4中B−B矢視線で示す鉛直面で湾曲部46を挿入部42の長軸方向に沿って縦断した断面を左側から見た断面図である。湾曲部46についての上下左右の向きは図4に示す指標の通りである。
各湾曲駒51〜54はいずれも環状の部材によって形成されている。各湾曲駒は図4で示すように挿入部42の長軸方向へ一列に同軸的に並べて配置される。ここでは先端側から順番に第1湾曲駒51、第2湾曲駒52、第3湾曲駒53および第4湾曲駒54と称する。
第1湾曲駒51と第2湾曲駒52は第1回動軸部61によって連結され、第1回動軸部61の回動軸方向は挿入部42の長軸方向と直交し、かつ図4で示す上下方向に沿う向きで配置される。したがって第1回動軸部61によって連結された第1湾曲駒51と第2湾曲駒52は図4での手元(基端)側から見て相対的に左右方向へ回動自在である。第2湾曲駒52と第3湾曲駒53は第2回動軸部62によって連結され、第2回動軸部62はその回動軸方向が挿入部42の長軸方向と直交し、かつ図4での手元(基端)側から見て図4で示す左右方向に沿う向きで配置される。したがって、第2回動軸部62により第2湾曲駒52と第3湾曲駒53は図4での手元(基端)側から見て相対的に図4で示す上下方向へ回動自在である。同様に第3湾曲駒53と第4湾曲駒54は第3回動軸部63によって連結される。第3回動軸部63はその回動軸方向が挿入部42の長軸方向と直交し、かつ図4で示す上下方向に向くので第3湾曲駒53と第4湾曲駒54は相対的に湾曲部46の左右方向へ回動可能である。そして第1回動軸部61の部分は第1湾曲駒51と第2湾曲駒52を相対的に左右方向へ回動させる関節を構成し、第2回動軸部62の部分は第2湾曲駒52と第3湾曲駒53を相対的に上下方向へ回動させる関節を構成し、第3回動軸部63の部分は第3湾曲駒53と第4湾曲駒54を相対的に左右方向へ回動する関節を構成している。
本実施形態では第1回動軸部61、第2回動軸部62および第3回動軸部63の回動軸方向は交互に90°ずれており、したがって、1つ置きの湾曲駒は同じ方向へ回動する。さらに各回動軸部の軸中心の延長線はいずれも湾曲部46の中心軸(長軸)L(図5A参照)に対し直角に交差する関係にある(ここでは湾曲部46の中心軸Lは挿入部42の長軸に一致している)。図5Aに示すように、各回動軸部61,62,63は湾曲駒51,52,53,54それぞれの端縁から突き出した舌片状の連結部65を互いに重ね合わせ、当該重ね合わせた部分にリベット状の軸部材を貫通させることにより形成される。このように構成された多関節湾曲機構の部分は柔軟な外皮(図示せず)によって被覆され、その全体により湾曲部46を構成する。
上記挿入部42内には第1湾曲駒51に接続される第1組目の非伸縮性の一対の操作ワイヤ56a,56bと、第2湾曲駒52に接続される第2組目の非伸縮性の一対の操作ワイヤ57a,57bと、第3湾曲駒53に接続される第3組目の非伸縮性の一対の操作ワイヤ58a,58bと、が挿通されている。
まず、第1組の一対の操作ワイヤ56a,56bは図5Aの(A)に示すように湾曲部46内において該湾曲部46の中心軸(長軸)Lを間にして左右に分かれて左右対称に配置されており、該操作ワイヤ56a,56bの先端部分は第1回動軸部61の位置を越えて第1湾曲駒51内領域へ延び、該第1湾曲駒51に接続される。ここで湾曲部46の長軸方向と略一致する該第1湾曲駒51の中心軸(湾曲部中心軸(長軸)Lと一致する。以下も同様)と、第1回動軸部61の中心軸線の両方を通る一平面によって左右に分けられる第1湾曲駒51の右側半分を右側部位とし、同じく該平面によって左右に分けられる第1湾曲駒51の左側半分を左側部位とする。そして一方の操作ワイヤ56aの先端を第1湾曲駒51の右側部位に接続し、他方の操作ワイヤ56bの先端を第1湾曲駒51の左側部位に接続する。すると、一方の操作ワイヤ56aを図5Aで示す基端側(手元側)へ引くと、第1湾曲駒51は第1回動軸部61を中心に右側へ向かって回動し、他方の操作ワイヤ56bを基端側へ引くと、第1湾曲駒51は第1回動軸部61を中心に左側へ向かって回動する。
第2組の一対の操作ワイヤ57a,57bは湾曲部46内において該湾曲部46の中心軸(長軸)Lを間にして上下に分かれて上下対称に配置され、該操作ワイヤ57a,57bの先端部分は第2回動軸部62の位置を越えて第2湾曲駒52内領域へ延びて該第2湾曲駒52に接続される。ここで第2湾曲駒52を、湾曲部46の長軸方向と略一致する該第2湾曲駒52の中心軸Lと、第2回動軸部62の中心軸線の両方を通る一平面によって上下に分けられる上側半分を上側部位とし、同じく該平面によって上下に分けられる下側半分を下側部位とする。そして第2組の一方の操作ワイヤ57aの先端を第2湾曲駒52の上側部位に接続し、他方の操作ワイヤ57bの先端を第2湾曲駒52の下側部位に接続する。すると、第2組の一方の操作ワイヤ57aを図5Aに示す基端側へ引くと、第2湾曲駒52は第2回動軸部62を中心に上側へ向かって回動し、他方の操作ワイヤ57bを図5Aに示す基端側へ引くと、第2湾曲駒52は第2回動軸部62を中心に下側へ向かって回動する。
第3組の一対の操作ワイヤ58a,58bは図5Aに示すように湾曲部46内において該湾曲部46の中心軸(長軸)Lを間にして左右に分かれて左右対称に配置されており、該操作ワイヤ58a,58bの先端部分は第3回動軸部63の位置を越えて第3湾曲駒53内領域へ延び、第3湾曲駒53に接続される。ここで第3湾曲駒53を、湾曲部46の長軸方向と略一致する該第3湾曲駒53の中心軸と、第3回動軸部63の中心軸線の両方を通る一平面によって左右に分けられる右側半分を右側部位とし、同じく該平面によって左右に分けられる左側半分を左側部位とする。そして第3組の一方の操作ワイヤ58aの先端を第3湾曲駒53の右側部位に接続し、他方の操作ワイヤ58bの先端を第3湾曲駒53の左側部位に接続する。すると、第3組の一方の操作ワイヤ58aを基端側へ引くと、第3湾曲駒53は第3回動軸部63を中心に右側へ向かって回動し、他方の操作ワイヤ58bを基端側へ引くと、第3湾曲駒53は第3回動軸部63の中心に左側へ向かって回動する。
以上の如く、湾曲部は各湾曲駒に対応した各組の一対の操作ワイヤを適宜選んで押し引き操作することにより各湾曲駒を独立して回動させることができる。
ここで、操作ワイヤの先端を湾曲駒に接続する手段は種々の方法を採用することが可能である。本実施形態では次のように構成する。第1湾曲駒51に第1組目の操作ワイヤ56a,56bの先端を接続する場合は図5Aに示すように第1湾曲駒51の基端部において該湾曲駒51の右側部位と左側部位にそれぞれ該湾曲駒51の内側へ向けて突き出した切起し片71を形成し、これらの切起し片71に操作ワイヤ56a,56bの先端部分をそれぞれ差し込み、ロウ付け固定する。第2湾曲駒52に第2組目の操作ワイヤ57a,57bを接続する場合は図5Aに示すように第2湾曲駒52の基端部において該湾曲駒52の上側部位と下側部位にそれぞれ該湾曲駒52の内側へ向けて突き出した切起し片71を形成し、これらの切起し片71に操作ワイヤ57a,57bの先端部分をそれぞれ差し込み、ロウ付け固定するようにしている。第3湾曲駒53に第3組目の操作ワイヤ58a,58bを接続する場合は第3湾曲駒53の基端部周囲において該湾曲駒53の右側部位と左側部位にそれぞれ該湾曲駒53の内側へ向けて突き出した切起し片71を形成し、これらの切起し片71に操作ワイヤ58a,58bの先端部分をそれぞれ差し込み、ロウ付け固定する。
各操作ワイヤはそれぞれ別の可撓性ガイドシースに挿通されて個別に操作部41まで導かれる。各ガイドシースは例えば密巻きコイルまたは樹脂チューブ等のシース状の弾性を有する弾性部材により形成されており、そのガイドシースの内孔によって操作ワイヤの進行方向をガイドする案内部材としての役割を果たしている。ガイドシースの先端が接続される位置はそれ自身がガイドする操作ワイヤが接続される湾曲駒ではなく、それよりも基端側に位置する湾曲駒である。例えば、第1ガイドシース66a,66bは第2湾曲駒52に接続される。なお、最後尾となるガイドシースについては湾曲部46を支持する可撓管45の先端部分(基端部)に接続するようにしてもよい。図6に示すように、可撓性ガイドシース66a,66bの最先端面は湾曲部46の中心寄り側を基端側へ後退する斜面として切り欠き、内蔵物との干渉を避けるようにしても良い。
次に、図6(A)(B)を参照して、各湾曲駒相互が回動する角度の関係について説明する。隣接する湾曲駒において互いに向き合う端面82同士はいずれも回動軸部の軸を中心として角度θで扇状に広がり得る間隙81を形成する。ここでは互いに向き合う隣接する端面82の延長交点は回動軸部の回動軸上に位置しており、各端面82はそれぞれ回動軸を通る直線的な端縁として形成される。そして互いに向き合う2つの端面82によって形成される角度θで扇状に広がる間隙81を形成する。なお、端面82の延長交点は必ずしも回動軸部の回動軸上になくてもよい。この場合は互いに向き合う隣接する端面82の最も外側に位置する端(頂点)82aと、それぞれ回動軸部の回動軸を通る直線的な線分により形成する角度θで扇状に広がる間隙81とみなす。回動可能な角度θの関係を同じ向きに回動する湾曲駒同士の間で形成する間隙81の間であって隣接する二つ以上の間隙81の角度θの和が90°以上になるように設定する。例えば同じ方向に回動する湾曲駒51,52の間の間隙81による回動可能な角度θ1と、湾曲駒53,54の間の間隙81による回動可能な角度θ2の和が90°以上になるように設定する。このように多関節湾曲駒による回動可能な角度θを、一つの間隙81だけでなく、同じ向きで回動する関係にある湾曲駒同士の間に形成される間隙81であって隣接する2つまたは複数の間隙81の部分に配分すれば、一つの間隙81の部分で得られる回動可能な角度θをそれ程大きくしなくてもよいので、一つの間隙81で形成する最大の角度θをそれだけ小さくできる。したがって、一箇所の間隙81での回動量を小さくできる。よって、それらの間隙81を横切る操作ワイヤやガイドシース等の内蔵物を湾曲動作によって間隙81内に挟み込んでしまうことが少なくなる。
上記湾曲部46の最後端に位置する湾曲駒である第4湾曲駒54は上記可撓管45の先端部に設けられる接続口金等の接続部材83に対して連結される。上記可撓管45の先端部における部材を最後端の湾曲駒と見なすことができる。ここでは第4湾曲駒54を接続部材83に接続して固定するようにしたが、湾曲駒の数を増やす場合は第4湾曲駒54に第5湾曲駒を回動可能に接続し、更には第5湾曲駒に第6湾曲駒を回動可能に接続するように連結する。
次に、図5Aを参照して、湾曲部46内に配置される操作ワイヤおよびガイドシースの配置及び位置決め手段について説明する。
図5Aに示すように上記接続部材83には操作ワイヤ及びこれらの操作ワイヤを挿通したガイドシースの位置を決めるセパレータ85をワイヤ位置決め手段として設ける。このセパレータ85によって操作ワイヤをガイドするガイドシースを上記湾曲部46の内周に沿って同心円状に配置する。ここでは接続部材83にセパレータ85を設けるようにしたが、第4湾曲駒54に設けるようにしてもよい。
上記セパレータ85は図5Bの(B)に示すように円筒部87を有し、この円筒部87の外周に複数の仕切り板88を略等間隔でかつ湾曲部46の中心軸(長軸)Lに板面を沿わせて円筒部87の中心軸(湾曲部46の中心軸Lに一致)に対して略放射状に配置して設けたものである。そして仕切り板88の間の空間領域によって円筒部87の周方向に複数の収納路86を区画して形成する。したがって収納路86は円筒部87の周囲にその周方向に沿って同心状に並べて配置される。円筒部87の内孔には内蔵物等を挿通する挿通路89として利用する。この挿通路89は挿入部42の中央領域に位置する。
以上の如く各組の操作ワイヤおよびガイドシースは上記セパレータ85により湾曲部46および挿入部42内の周辺部に同心円状に位置決めされる。
また、図5Bの(A)に示すように操作ワイヤおよびガイドシースは一組毎にセパレータ85の収納路86に分けて配置される。異なる組のガイドシースを一つの収納路86に配置するようにしてもよい。各ガイドシースはセパレータ85の部分から挿入部42内を通じて操作部41まで導かれる。
また、セパレータ85の収納路86の数がガイドシースの数よりも多く、収納路86の数に余裕がある場合は図5Bの(A)に示すように、ガイドシースを配置しない収納路86に他の内蔵部材、例えば、先端部47の把持鉗子48を操作する操作ワイヤ92や信号線等を配置する。この把持鉗子48を操作する操作ワイヤ92は可撓性ガイドシース93に挿通してガイドされ、可撓管45内を通じて操作部41まで導かれる。
一方、操作部41には図3に示すように湾曲部操作機構及び処置部操作機構が設けられている。湾曲部操作機構は回動操作対象の湾曲駒51,52,53に対応した各組の操作ワイヤ56,57,58をそれぞれ押し引き操作する3つの駆動モータ95,96,97を備える。処置部操作機構は先端部47の把持鉗子48を操作する操作ワイヤ92を押し引き操作する駆動モータ98を備える。各駆動モータの駆動軸にはそれぞれプーリ99が取り付けられている。各駆動モータの駆動軸とプーリとは図示しない減速機を介して連結してもよい。各プーリ99にはそれぞれが対応する各組の操作ワイヤが掛けられている。駆動モータを個別的に駆動してプーリ99を回転すると、これらのプーリ99に掛けられた一対の操作ワイヤをそれぞれ押し引き操作する。ここでは湾曲操作機構及び処置部操作機構はプーリを利用したが、例えば、ピニオンギアやラックを利用する歯車機構であってもよい。駆動モータの代わりに他の駆動アクチュエータを用いてもよい。
一方、操作部41は図2及び図3に示すように制御用ケーブル201を介して上記処置具制御部37に接続されている。処置具制御部37には操作入力装置としての湾曲操作部39がケーブル204を介して接続されている。図3中、符号205は電力供給用電源コードである。
上記湾曲操作部39は処置具40の位置と姿勢を指示する操作入力装置となるジョイスティック203を有し、このジョイスティック203は3段重に連接した3つのジョイスティックスイッチ釦203a,203b,203cを備えてなる。ジョイスティックスイッチ釦は操作ボックス210に取り付けられている。そして、ジョイスティックスイッチ釦を操作するパターンの組み合わせにより駆動モータを個別的に駆動制御し、これにより対応する湾曲駒を個別的に独立して上下/左右方向へ回動し、その操作の組み合わせに応じた湾曲パターンで湾曲部46の各関節部をそれぞれ屈曲させる。
上記処置具先端移動制御装置18はジョイスティック203の操作に従う動きにより先端部47を所望する位置に移動させる操作が可能であり、いわゆるマスタスレーブ型の電動式処置具40を構成する。また処置具40を動かす制御を行うように設定している際に術者等によりジョイスティック203が操作された場合はそのジョイスティック203の操作指示を優先させる。
上記処置具制御部37にはジョイスティック203からの指示及び機能を制御する条件やパラメータを入力する機能制御入力部121と、上記処置具駆動部38内の駆動モータ95,96,97,98を駆動制御する処置具駆動制御部としてのモータドライバ122と、上記処置具駆動部38にケーブル201により接続され、処置具駆動部38と通信を行うモータユニット通信部123とを備える。そして処置具制御部37は術者によるジョイスティック203の操作量に応じて駆動モータ95,96,97を駆動させる制御信号をモータドライバ122に送信し、駆動モータを回転させる動作を制御する。駆動モータ95,96,97には図示しない回転数を計測するエンコーダが取り付けられていて、このエンコーダにより回転数に対応した信号を生成し、処置具駆動制御部としてのモータドライバ122に送出して駆動モータ95,96,97に対するフィードバック制御を行う。
次に、処置具40の湾曲部46における多関節構造と、ジョイスティック203との関係について説明する。図7(A)に示すように、内視鏡2の先端部33より処置具40の湾曲部46における全ての関節部を突き出した状態において、操作部側(基端側)に位置する関節から先端側に位置する関節を順次J1、J2、J3と呼び、最も操作部側に位置する関節J1を基準とした座標系(Y軸方向は撮像素子の垂直方向に一致させる。)を設定し、関節J1と関節J3はX軸まわり、関節J2はY軸回りに屈曲させるものとする。
一方、操作入力装置のジョイスティック203は図8に示すように処置具の操作部側の関節J1から先端側の関節J2、J3の構造と同等な構造の関節J1´、J2´、J3´(関節数と屈曲方向を同等とし、各ロッドは術者が扱い易いように適当な係数kで乗算した長さに設定する(例えば、k=10では、処置具40のロッドの長さを3mmとした場合、操作入力装置のロッドの長さは30mmとする。)(基端部を固定))を有する操作入力装置とする。操作入力装置の各関節J1´、J2´、J3´には屈曲の角度を測定するための図示しないエンコーダが組み込まれており、エンコーダによって測定された屈曲の角度情報は処置具制御部37に送られる。処置具制御部37は操作入力装置の関節J1´、J2´、J3´に対応する処置具40の関節J1、J2、J3の駆動モータ95,96,97に対して測定された屈曲の角度に応じた駆動信号を発生し、駆動モータ95,96,97を回転させることができる。操作入力装置の関節J1´、J2´、J3´を、例えば図8に示すように屈曲させると、これに対応して処置具40の関節J1、J2、J3を図7(B)に示すように屈曲させることができる。したがって、複数の関節Jを有することにより処置具40の先端を任意の位置と姿勢に移動でき、病変の切開・剥離を従来よりも容易に行うことができる。また、処置具40の関節構造と操作入力装置の関節構造を同等にすることにより術者は複数の関節を有する処置具を容易に操作できる。
また、処置具40の操作部41に設けられた、把持鉗子48を操作する操作ワイヤ92を押し引き操作する処置部操作機構の駆動モータ98についても上述した駆動モータに対する場合と同様にモータドライバおよびモータユニット通信部などを備えており、例えば操作部41などに設けた機能制御入力部としてのハンドル125の操作体を操作することによって把持鉗子48を操作する。なお、湾曲操作入力装置としては、湾曲駒に各々対応した個々の操作スイッチを設けるようにしてもよく、また処置具40の操作部41に湾曲操作用スイッチ装置を設置する構成としてよい。操作入力装置としてはペン型の三次元位置の入力装置を用いてもよい。
次に、上記処置具40を使用する場合の作用について説明する。図2に示すように上記内視鏡2の挿入部21を体腔内に挿入し、この状態で処置具40の挿入部42を操作部20の挿入口28から内視鏡2のチャンネルに差し込み、内視鏡2の先端にあるチャンネル口36から処置具40の先端部47及び湾曲部46の部分を体腔内へ突き出す。そして内視鏡2による観察下で把持鉗子48により体腔内で組織等を把持する作業を行う。
この場合において処置具40の湾曲部46を体腔内の状態や処置作業に応じて適切な多関節屈曲形状に湾曲する操作が可能である。つまり操作入力装置としての湾曲操作部39のジョイスティック203を操作し、湾曲部46における複数の湾曲駒51〜53を個別的に回動させることにより該湾曲部46を適切な形状に湾曲させる。例えば駆動モータ95を駆動すると、そのプーリ99に掛けられた一対の操作ワイヤ56a,56bを押し引きして第1湾曲駒51を独立的に回動する。駆動モータ96を駆動すると、そのプーリ99に掛けられた一対の操作ワイヤ57a,57bを押し引きして第2湾曲駒52を独立的に回動する。駆動モータ97を駆動すると、そのプーリ99に掛けられた一対の操作ワイヤ58a,58bを押し引きして第3湾曲駒53を独立的に回動する。したがってジョイスティック203を操作することにより第1〜3湾曲駒51,52,53の回動する向き及び回動量を選んで個別に独立して回動し、複雑な形状でも湾曲部46を屈曲(湾曲)できる。
以上の如く第1〜3湾曲駒51,52,53をそれぞれ独立して個別に湾曲し、湾曲部46を部分的に異なる向きに独立的に湾曲可能である。したがって湾曲部46の湾曲自由度が高まり、使用状況に応じて所望の形に湾曲部46を湾曲できる。このため、湾曲部46を一律に湾曲させる場合に比べて狭い体腔内領域での複雑な作業でも容易に行うことが可能である。また、他の処置具や内視鏡2の観察に邪魔にならない姿勢も容易にとり得、多関節式内視鏡用処置具40の作業性能を高める。
また、湾曲駒を回動操作する操作ワイヤとそのガイドシースをセパレータ85の収納路86内に挿通して同心円状に配置したので、操作ワイヤを狭い湾曲部46内に挿通するにも拘わらず、整然と配置できる。したがって湾曲部46内での操作ワイヤが絡み合ったり、ワイヤ相互の干渉が起きたりすることが少なくなるとともに操作ワイヤの操作力の伝達を妨げることも少なくなる。また、多関節式内視鏡用処置具40の湾曲部46内に他の内蔵物を配置する余裕も生まれ、多関節式処置具40の湾曲部の細径化が図れる。
また、操作ワイヤで回動する湾曲駒の直後(基端側)の湾曲駒に対し当該操作ワイヤをガイドする可撓性ガイドシースを接続するようにしたので、そのガイドシースによるワイヤガイド機能を最大限に発揮できる。さらに操作ワイヤが単独で露出する領域は隣り合う湾曲駒の間の距離で済むので操作ワイヤが単独で露出する領域が極力少なくできるので、ガイドシースのワイヤガイド機能を、操作ワイヤで回動する湾曲駒の直後の湾曲駒まで働かすことができるとともに例えば、挿入部42自体にひねりが加えられた場合において操作ワイヤに与えるひねりによる影響を緩和する。また可撓性ガイドシースを金属製密巻きコイルによって形成したので、湾曲部46における湾曲駒の急激な回動や曲げの作用にも十分に耐え得る。
上述した実施形態での位置決め手段の他の変形例を図9にもとづいて説明する。ここでは湾曲部46の第4湾曲駒54の内周に沿ってパイプ状の部材からなる金属製セパレータ100を湾曲部46の中心軸Lを中心とする円上に等間隔で同心円状に配置し、各セパレータ100を湾曲駒54の内周にロウ付け固定する。ここでは各セパレータ100を湾曲部46の中心軸Lを中心とする円上に等間隔で配置したが、必ず等間隔である必要はない。そして各セパレータ100の孔内に上述したガイドシース66〜68を進退自在に挿通することによりガイドシース66〜68の位置決めを行い、ガイドシースを同心円状に配置するようにする。ここではパイプ状のセパレータを用いており、上述した例でのセパレータの場合のように枠状部材を用いた場合に比べて挿入部21内に位置決め部材をより一層コンパクトに配置できる。なお上記可撓管45の先端部に設けられる接続口金等の接続部材83にセパレータ100を取り付けるようにしてもよい。
次に、図10にもとづいて更に他の変形例の位置決め手段を説明する。ここでは第4湾曲駒54の部材における複数部位の部分を内側へ向けてU字状に切り起こしてフランジまたはリブ状の片部111を形成し、該片部111を湾曲部46の中心軸Lを中心とする円上に等間隔で配置するようにする。そして各片部111の内部に上述したガイドシース66〜68を進退自在に挿通することにより、該ガイドシース66〜68の位置決めを行い、第4湾曲駒54内にガイドシースを同心円状に配置する。このように湾曲駒に形成した片部を用いれば、上述した例でのセパレータの場合のように他の部材を用いた場合に比べて部品数が少なくできる。なお上記可撓管45の先端部に設けられる接続口金等の接続部材83に上記片部111を形成してガイドシースを同心円状に配置する位置決め手段を構成してもよい。
次に、図11にもとづいて更に他の変形例の位置決め手段を説明する。ここでは次のように構成したものである。すなわち、例えば、円板132を湾曲駒または接続部材内に湾曲部46の中心軸Lに対して直角に配置しかつ中心軸Lに同軸に配置し、該円板132には中心軸Lを中心とする同心円上に複数の孔133を形成する。同心円状に配置した孔133にガイドシース66〜68を進退自在に挿通すことにより、複数のガイドシースを同心円状に位置決めするようになっている。また円板132における中央の通孔131は他の内蔵物を挿通するスペースとして利用する。
上述した実施形態では複数のガイドシースを一重の同心円状に配置するようにしたが、複数のガイドシースを二重の同心円状に振り分けて配置するようにしてもよい。つまり、同心円状に配置してなる複数の操作ワイヤの第1群と、同心円状に位置決めしてなる複数の操作ワイヤの第2群とを内外2重の同心円状に位置決めするものでもよい。このように操作ワイヤを内外2重の同心円状に位置決めすれば多数の操作ワイヤをコンパクトに配置できる。
次に、図12及び図13に基づいて本発明の他の実施形態を説明する。この内視鏡装置システムの全体構成は上述した実施形態と略同様である。ただし、多関節式処置具40のモータユニットに挿入部42に回転させる機構134と、並進させる機構133を追加しており、更に多関節式処置具40の湾曲部46に少なくとも4つの関節を与えることにより多関節式処置具40の先端部47を任意の位置姿勢に制御させるようにしたものである。操作入力装置140は多関節式処置具40の動きと対応する進退・回転・関節構造のジョイスティックタイプのものを用いる。
そして、図13に示すように、多関節式処置具40に対応して操作入力装置の基端部141を基準とした座標系を設定する。関節J1は進退、関節J2は軸方向の回転、関節J3、J5はY軸回りに屈曲、関節J4、J6はX軸回りに屈曲する構造とし、関節J2からJ6までの各々の回転角をそれぞれθ2〜θ6とする。各ロッドの長さをL1からL5、先端ロッド部の長さをL6とする。すると、マニピュレータの運動学から各関節J1〜J6における変換行列は、次の式のようになる。
Figure 2008237812
従って、同時変換行列は、
Figure 2008237812
となり、操作入力装置の先端部の位置(x、y、z)と姿勢(θx、θy、θz)は次のように求められる。
Figure 2008237812
また、マニピュレータとしての多関節式処置具40の構成と、上記操作入力装置140との構成が異なることから多関節式処置具40の位置と姿勢を操作入力装置140の位置と姿勢に一致させることにより多関節式処置具40を動作させる。処置具40を移動させるにはその処置具40の各構成における(関節、回転、進退)の回転角、平行移動量を求める必要がある。
前述したように操作入力装置より処置具40の位置と姿勢は求められ、処置具40の構成は既知とすると、処置具40の各構成の回転角、平行移動量は逆運動学によって求めることができる。逆運動学は、作業空間におけるマニピュレータ(処置具40)の位置、姿勢情報からジョイント(関節の角度等)の具体的な値を推定する方法である。各ジョイント1、2、…、nのジョイントパラメータΦを
Figure 2008237812
とし、マニピュレータの位置、姿勢を
Figure 2008237812
とすると、その関係は以下のような式で表される。
Figure 2008237812
ここで、マニピュレータの位置、姿勢の目標Pを
Figure 2008237812
とおくと、マニピュレータをPpの状態にするために
Figure 2008237812
を満たすΦを求めることが必要となる。しかし、これらの関係式は非線形であるため、Φを求めるにはEpをΦの要素で偏微分したヤコビアン行列J(Φ)
Figure 2008237812
を求め、
Figure 2008237812
から
Figure 2008237812
を満たすΦを収束計算によって求める事が一般的に行われている。
したがって、本実施形態によれば、操作入力装置140と多関節式処置具40の構成が異なる場合においても、多関節式処置具40の先端を任意の位置、姿勢に移動でき、病変の切開・剥離を従来よりも容易に行うことができる。
本発明は内視鏡の湾曲部にも適用可能である。例えば、前述した実施形態に係る内視鏡の挿入部における湾曲部の湾曲機構に適用できる。また、本発明の対象とする処置具は処置用カテーテルも含む。
<付記>前述した説明によれば、以下の各事項及びそれらの事項または請求項に記載した事項を任意に組み合わせたものが得られる。
1.体腔内の病変を観察するための内視鏡と、
上記内視鏡の挿入部を通って病変を処置するための処置具と、
上記処置具の先端に少なくとも一つの屈曲手段を有し、
上記処置具の先端を操作者の意図した方向に移動させるための操作手段と、
上記操作手段の操作に応じて上記処置具の先端の移動を制御する制御手段と、
上記制御手段からの制御信号に応じて上記処置具の屈曲手段を動作させる手段と、
からなることを特徴とする内視鏡処置具。
2.上記処置具は軟性の挿入部と生体の病変を切開・剥離する処置部と、
からなることを特徴とする第1項に記載の内視鏡処置具。
3.上記屈曲手段を動作させる動力を上記処置具の先端付近に組み込むことを特徴とする第1項に記載の内視鏡処置具。
4.上記屈曲手段を動作させる動力を上記処置具の先端付近以外に配置し、屈曲手段に動力を伝達する伝達手段を有することを特徴とする第1項に記載の内視鏡処置具。
5.上記処置具の先端の回転/進退させる手段を有することを特徴とする第1項に記載の内視鏡処置具。
本発明の一実施形態に係る内視鏡システムを概略的に示した斜視図。 同実施形態に係る内視鏡システムにおける内視鏡と処置具を概略的に示した斜視図。 同実施形態に係る処置具を概略的に示した斜視図。 同実施形態に係る処置具の挿入部における先端部から湾曲部の部分における構成を示す斜視図。 (A)は図4中A−A矢視線で示す水平面で縦断した断面を上から見た図であり、(B)は図4中B−B矢視線で示す鉛直面で縦断した断面を左側から見た図。 (A)は図5の(A)中のA−A線に沿う横断面図、(B)はセパレータの斜視図。 (A)(B)は湾曲駒相互が回動する角度の関係について示す湾曲部を縦断して上から見た縦断面図。 (A)(B)は同実施形態における処置具の湾曲部における多関節構造の説明図。 同実施形態におけるジョイスティックにおける多関節構造の説明図。 本発明の他の実施形態を示す挿入部の横断面図。 本発明の更に他の実施形態を示す挿入部の横断面図。 本発明の更に他の実施形態を示す挿入部の横断面図。 本発明の更に他の実施形態における処置具の湾曲部における多関節構造の説明図。 同実施形態におけるジョイスティックの多関節構造の説明図。
符号の説明
46…湾曲部
42…挿入部
51…第1湾曲駒
52…第2湾曲駒
53…第3湾曲駒
61…第1回動軸
62…第2回動軸
63…第3回動軸
56a,56b…第1組の操作ワイヤ
57a,57b…第2組の操作ワイヤ
58a,58b…第3組の操作ワイヤ
66a,66b…第1組のガイドシース
67a,67b…第2組のガイドシース
68a,68b…第3組のガイドシース
85…セパレータ
86…収納路

Claims (8)

  1. 第1湾曲駒と、
    前記第1湾曲駒と回動可能に接続された第2湾曲駒と、
    前記第2湾曲駒と回動可能に接続された第3湾曲駒と、
    前記第1湾曲駒に接続され、前記第1湾曲駒を動作させる少なくとも2つの第1ワイヤと、
    前記第2湾曲駒に接続され、前記第2湾曲駒を動作させる少なくとも2つの第2ワイヤと、
    を有する多関節湾曲機構であって、
    前記第1湾曲駒と前記第2湾曲駒の回動軸及び前記第2湾曲駒と前記第3湾曲駒の回動軸の垂直方向に対して前記第1ワイヤと前記第2ワイヤが同心円状に配置されていることを特徴とする多関節湾曲機構。
  2. 前記第2湾曲駒に接続され、前記第1ワイヤをガイドする第1弾性部材と、
    前記第3湾曲駒に接続され、前記第2ワイヤをガイドする第2弾性部材と、
    を有することを特徴とする請求項1記載の多関節湾曲機構。
  3. 前記第3湾曲駒に設けられ、前記第1ワイヤと前記第2ワイヤが同心円状に配置されるように位置決めを行う位置決め手段を有することを特徴とする請求項1または2記載の多関節湾曲機構。
  4. 第1湾曲駒と、
    前記第1湾曲駒と回動可能に接続された第2湾曲駒と、
    前記第2湾曲駒と回動可能に接続された第3湾曲駒と、
    前記第3湾曲駒と回動可能に接続された第4湾曲駒と、
    前記第1湾曲駒に接続され、前記第1湾曲駒を動作させる少なくとも2つの第1ワイヤと、
    前記第2湾曲駒に接続され、前記第2湾曲駒を動作させる少なくとも2つの第2ワイヤと、
    前記第3湾曲駒に接続され、前記第3湾曲駒を動作させる少なくとも2つの第3ワイヤと、
    を有する多関節湾曲機構であって、
    前記第1湾曲駒と前記第2湾曲駒の回動軸、前記第2湾曲駒と前記第3湾曲駒の回動軸および前記第3湾曲駒と前記第4湾曲駒の回動軸の垂直方向に対して前記第1ワイヤと前記第2ワイヤと前記第3ワイヤとが同心円状に配置されていることを特徴とする多関節湾曲機構。
  5. 前記第2湾曲駒に接続され、前記第1ワイヤをガイドする第1弾性部材と、
    前記第3湾曲駒に接続され、前記第2ワイヤをガイドする第2弾性部材と、
    前記第4湾曲駒に接続され、前記第3ワイヤをガイドする第3弾性部材と、
    を有することを特徴とする請求項4記載の多関節湾曲機構。
  6. 前記第4湾曲駒に設けられ、前記第1ワイヤと前記第2ワイヤと前記第3ワイヤとが同心円状に配置されるように位置決めを行う位置決め手段を有することを特徴とする請求項4または5記載の多関節湾曲機構。
  7. 上記位置決め配置手段は、仕切り板により前記ワイヤを通す収納路を形成し、前記収納路に前記ワイヤを通すことにより前記第1ワイヤと前記第2ワイヤと前記第3ワイヤとが同心円状に配置されるように位置決めするようにしたことを特徴とする請求項6記載の多関節湾曲機構。
  8. 上記請求項1〜7のいずれかに記載の多関節湾曲機構を有する多関節医療器具。
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