JP2009028425A

JP2009028425A - 医療用マニピュレータの作業機構及び洗浄方法

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Publication number: JP2009028425A
Application number: JP2007197582A
Authority: JP
Inventors: Junko Kawai; 潤子川合; Makoto Jinno; 誠神野
Original assignee: Terumo Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Terumo Corp; Toshiba Corp
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2027-07-30
Also published as: US20140305472A1; US20090031842A1; US9132456B2; JP5042738B2; US8795324B2

Abstract

【課題】作業部の先端動作部を簡便に洗浄する。
【解決手段】マニピュレータ１０の作業部１６は、中空の連結シャフト４８と、該連結シャフト４８に設けられた動力伝達部材のワイヤ５２、５４、５６と、連結シャフト４８の一端に設けられ、ワイヤ５２、５４、５６によって動作する先端動作部１２を備える。先端動作部１２の少なくとも一部はカバー１６０に覆われている。カバー１６０と連結シャフト４８との間には隙間５１が設けられ、カバー１６０の左右側方には孔１８３が設けられている。孔１８３及び隙間５１に洗浄剤を流通させ、又はブラシを挿入して先端動作部１２を洗浄する。
【選択図】図３

Description

本発明は、医療用マニピュレータの作業機構及び洗浄方法に関し、特に、駆動部と該駆動部に対して着脱自在な作業部とを備えるマニピュレータの作業部等に対して好適に適用される医療用マニピュレータの作業機構、及び該作業機構の洗浄方法に関する。

腹腔鏡下手術においては、患者の腹部等に小さな孔をいくつかあけて内視鏡、鉗子（又はマニピュレータ）等を挿入し、術者が内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行っている。このような腹腔鏡下手術は、開腹を必要としないため患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減されることから、適用分野の拡大が期待されている。

マニピュレータシステムは、例えば特許文献１に記載されているように、マニピュレータ本体と、該マニピュレータ本体を制御するコントローラとから構成される。マニピュレータ本体は、人手によって操作される操作部と、操作部に対して交換自在に着脱される作業部とから構成される。

作業部（器具）は長い連結シャフトと、該連結シャフトの先端に設けられた先端動作部（エンドエフェクタとも呼ばれる。）とを有し、ワイヤによって先端の動作部を駆動するアクチュエータ（モータ）が操作部に設けられている。ワイヤは基端側でプーリに巻き掛けられている。コントローラは、操作部に設けられたモータを駆動して、プーリを介してワイヤを進退駆動する。

作業部は、手技が終了した後に洗浄等の処理を容易に行うことができるように操作部に対して着脱自在に構成されている。また、腹腔鏡下手術では、手技に応じて多様な作業部が用いられ、例えばグリッパ、はさみ、電気メス、超音波メス、医療用ドリル等が挙げられる。これらの作業部を交換する観点からも、該作業部は操作部に対して着脱自在に構成されていると好適である。

作業部は基端側のプーリが操作部に設けられたモータの回転軸に係合するように構成されている。

特開２００４−１０５４５１公報

作業部は操作部から取り外されることによって、洗浄等の処理が相当に容易となるが、作業部の基端側及び先端動作部にはプーリやギア等が設けられており、これらの機構部の洗浄を一層簡便に行うことが望まれている。

作業部ではプーリとギアとがワイヤによって接続され、動力伝達がなされているが、簡便且つ確実に動力の伝達をすることが望まれている。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、マニピュレータに適用して一層好適な医療用マニピュレータの作業機構、及び該作業機構の洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明に係る医療用マニピュレータの作業機構は、中空のシャフトと、前記シャフトに設けられた動力伝達部材と、前記シャフトの一端に設けられ、前記動力伝達部材によって動作する先端動作部を備える作業部と、前記先端動作部の少なくとも一部を覆うカバーとを有し、前記カバーと前記シャフトとの間には隙間が設けられ、前記カバーの側方には孔が設けられていることを特徴とする。

このようなカバーによれば、作業部に異物が入り込むことが防止されるとともに、側方の孔から洗浄剤を流通させて、又は洗浄手段を挿入して作業部の洗浄を行うことができる。

本発明に係る洗浄方法は、前記作業機構を洗浄する際に、前記シャフトの一端を前記カバーとともにチューブの一端に挿入し、該チューブと前記シャフトとをシール手段により封止し、前記チューブの他端に洗浄剤の吸引及び吐出手段を設け、前記シャフトの他端を洗浄剤に浸し、前記吸引及び吐出手段を動作させることにより、前記シャフトの他端から洗浄剤の吸引及び吐出を繰り返すことを特徴とする。

これにより、洗浄剤がシャフトの中空部を介して吸引及び吐出され、先端作業部のプーリやギア等により流路が塞がれることなく、前記隙間と前記孔に流通することになり、簡便且つ効率的な洗浄が行われる。

本発明に係る医療用マニピュレータの作業機構では、カバーを設けることにより、作業部に異物が入り込むことが防止されるとともに、該カバーの側方の孔から洗浄剤を流通させ、又は洗浄手段を挿入して作業部の洗浄を行うことができる。

本発明に係る洗浄方法では、作業機構を洗浄する際に、シャフトの先端にチューブを介して吸引及び吐出手段を接続し、シャフトの他端を洗浄剤に浸す。これにより、洗浄剤の吸引及び吐出手段の作用下に、洗浄剤がシャフトの中空部を介して吸引及び吐出され、先端作業部のプーリやギア等により流路が塞がれることなく、隙間と孔に流通することになり、簡便且つ効率的な洗浄が行われる。

以下、本発明に係るマニピュレータにおける医療用マニピュレータの作業機構及びその洗浄方法の実施の形態について添付の図１〜図９を参照しながら説明する。

医療用のマニピュレータ１０は、先端動作部１２に生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うためのものであり、通常、把持鉗子やニードルドライバ（持針器）等とも呼ばれる。

図１及び図２に示すように、マニピュレータ１０は、人手によって把持及び操作される基端部の操作指令部（駆動部）１４と、該操作指令部１４に対して着脱自在な作業部（医療用マニピュレータの作業機構）１６とを有する。

以下の説明では、図１における幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向及び、連結シャフト４８の延在方向をＺ方向と規定する。また、右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向、前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。さらに、特に断りのない限り、これらの方向の記載はマニピュレータ１０が中立姿勢（図３に示す状態の姿勢）である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、マニピュレータ１０は任意の向きで（例えば、上下を反転させて）使用可能であることはもちろんである。

作業部１６は、作業を行う先端動作部１２と、操作指令部１４のアクチュエータブロック３０に対して接続される接続部（保持室）１５と、これらの先端動作部１２と接続部１５とを連接する長尺で中空の連結シャフト４８とを有する。作業部１６は、アクチュエータブロック３０における所定の操作によって操作指令部１４から離脱可能であって、洗浄、滅菌及びメンテナンス等を行うことができる。

先端動作部１２及び連結シャフト４８は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール２０から体腔２２内に挿入可能であり、操作指令部１４の操作により体腔２２内において患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。

操作指令部１４は、人手によって把持されるグリップハンドル２６と、該グリップハンドル２６の上部から延在するブリッジ２８と、該ブリッジ２８の先端に接続されたアクチュエータブロック３０とを有する。

図１から明らかなように、接続部１５の下面はアクチュエータブロック３０の上面にほとんど隙間なく当接し、接続部１５の背面（Ｚ２方向の面）はブリッジ２８の前面（Ｚ１方向の面）にほとんど隙間なく当接する。接続部１５の下面及びアクチュエータブロック３０の上面はＸＺ平面であり、接続部１５の背面とブリッジ２８の前面はＸＹ平面である。接続部１５の左右側面とブリッジ２８及びアクチュエータブロック３０の左右側面は、それぞれ連続的なＹＺ平面を構成し、接続部１５の上面とブリッジ２８の上面とは、それぞれ連続的で滑らかな曲面を構成している。これにより、接続部１５は操作指令部１４に対してデザイン上一体的且つコンパクトとなるとともに、接続箇所に無駄な凹凸がほとんどないことから操作性に優れる。

グリップハンドル２６には、指で操作可能なトリガーレバー３２、第１指示レバー３４及び第２指示レバー３６が設けられている。トリガーレバー３２は、人差し指による引き寄せ動作が容易な位置に設けられている。

アクチュエータブロック３０には先端動作部１２が有する３自由度の機構に対応してモータ（アクチュエータ）４０、モータ４２及びモータ４４が連結シャフト４８の延在方向に沿って並列して設けられている。これらのモータ４０、４２及び４４は小型、細径であって、アクチュエータブロック３０はコンパクトな扁平形状に構成されている。アクチュエータブロック３０は、操作指令部１４のＺ１方向端部の下方に設けられている。また、モータ４０、４２及び４４は、操作指令部１４の操作に基づき、コントローラ（制御部）４５の作用下に回転をする。

接続部１５は、樹脂のカバー３７に覆われており、モータ４０、４２及び４４の駆動軸に係合して従動回転するプーリ（従動回転体）５０ａ、５０ｂ及び５０ｃを回転自在に保持している。プーリ５０ａ、プーリ５０ｂ及びプーリ５０ｃには、ワイヤ（線体）５２、ワイヤ５４及びワイヤ５６が巻き掛けられており、連結シャフト４８の中空部分４８ａ（図３参照）を通って先端動作部１２まで延在している。ワイヤ５２、ワイヤ５４及びワイヤ５６はそれぞれ同種、同径のものを用いることができる。

ワイヤ５２、５４、５６は連結シャフト４８の先端でワイヤ受動部１００（図３参照）を介して複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４に動力を伝達している。

また、カバー１６０と連結シャフト４８との間には、歯車１３４や歯車１３８等が露呈する隙間５１が設けられている。該隙間５１は、連結シャフト４８の中空部分４８ａに連通している。

連結シャフト４８の先端部には先端方向に突出している一対の舌片部５８が連結シャフト４８の中心軸に対面して配設されている。連結シャフト４８の中空部分４８ａは、一対の舌片部５８の間の空間部に連通している。この一対の舌片部５８には、対抗する位置に２組の軸孔６０ａ、６０ａと、６０ｂ、６０ｂとが設けられている。舌片部５８の先端はそれぞれ円弧形状に形成されている。また、一対の舌片部５８の対抗する内側面は平行な平面に形成されている。

２つの軸孔６０ａ、６０ａ及び２つの軸孔６０ｂ、６０ｂは中心軸を挟むように設けられている。軸孔６０ａと軸孔６０ｂはＺ方向に並列して設けられ、軸孔６０ｂが軸孔６０ａよりも先端側に配置されている。

図３に示すように、先端動作部１２はＹ方向の第１回転軸（ピボット軸）Ｏｙを中心にして、それよりも先の部分がヨー方向に回動する第１自由度と、第２回転軸Ｏｒを中心にしてロール方向に回動する第２自由度と、第３回転軸Ｏｇを中心として先端のエンドエフェクタ１０４を開閉させる第３自由度とを有する合計３自由度の機構となっている。

エンドエフェクタ１０４は、手術において実際の作業を行う部分であり、第１回転軸Ｏｙ及び第２回転軸Ｏｒは、作業を行い易いようにエンドエフェクタ１０４の姿勢を変えるためのものである。一般に、エンドエフェクタ１０４を開閉させる第３自由度に係る機構部をグリッパ軸とも呼ばれ、ヨー方向に回動する第１自由度に係る機構部をヨー軸とも呼ばれ、ロール方向に回動する第２自由度に係る機構部をロール軸とも呼ばれる。

先端動作部１２は、ワイヤ受動部１００と、複合機構部１０２と、エンドエフェクタ１０４とを有する。

図３、図４、図５及び図６を参照しながら、ワイヤ受動部１００、複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４について詳細に説明する。

ワイヤ受動部１００は、一対の舌片部５８の間に設けられており、ワイヤ５２、ワイヤ５４及びワイヤ５６のそれぞれの往復動作を回転動作に変換して複合機構部１０２に伝達する部分である。ワイヤ受動部１００は、軸孔６０ａ、６０ａに挿入される軸１１０と、軸孔６０ｂ、６０ｂに挿入される軸（直交軸）１１２と、軸１１０に対して回転自在に軸支される歯車体１１４とを有する。軸１１０及び１１２は、軸孔６０ａ、６０ｂに対して、例えば圧入若しくは溶接により固定される。軸１１２は第１回転軸Ｏｙの軸上に配置される。

歯車体１１４は、筒体１１６と、該筒体１１６の上部に同心状に設けられた歯車１１８とを有する。歯車１１８は筒体１１６よりも大径の平歯車である。以下、特に断らない限り歯車は平歯車である。歯車体１１４は高さが略Ｈであって、一対の舌片部５８の間に回転自在に配置される。歯車１１８の厚さＤ１は高さＨと比較して十分に薄く、筒体１１６の高さ（つまり、Ｈ−Ｄ１）は舌片部５８の間の高さＨのうち相当程度を占める。歯車１１８の上面には、軸１１０が挿入される孔の周辺に低い環状リブ１１８ａが設けられており、歯車１１８の上面が上側の舌片部５８に接触することが防止され摺動抵抗の低減を図っている。

複合機構部１０２は、エンドエフェクタ１０４の開閉動作機構と、該エンドエフェクタ１０４の姿勢を変化させる複合的な機構部である。

複合機構部１０２は、Ｙ１方向からＹ２方向に向かって順に、軸１１２に対して回転自在に軸支される歯車体１２６と、主軸部材１２８と、歯車体１３０とを有する。

歯車体１２６は、筒体１３２と、該筒体１３２の上部に同心状に設けられた歯車１３４とを有する。歯車１３４は歯車１１８と同じ厚さで、該歯車１１８と噛合するように設定されている。歯車１３４は歯車１１８よりも歯数が多く、歯車１１８の回転が減速して（トルクが増大して）伝達することができる。もちろん、設計条件に応じて同速又は増速するように伝達してもよい。歯車１３４の上面には、軸１１２が挿入される孔の周辺に低い環状リブ１３４ａが設けられており、歯車１３４の上面が上側の舌片部５８に接触することが防止され摺動抵抗の低減を図っている。

歯車体１３０は、歯車体１２６とほぼ同形状であって、該歯車体１２６に対して上下反転に配置されている。歯車体１３０は、筒体１３６と、該筒体１３６の下部に同心状に設けられた歯車１３８とを有する。筒体１３６は筒体１３２と略同径、同形状である。歯車１３８は、歯車１３４よりも歯数をやや少なくするこができる。筒体１３６のＺ２方向の側の面には、筒体１１６と同様のワイヤ固定機構１２０が設けられており、ワイヤ５４を固定している。

主軸部材１２８は、軸１１２が挿通する筒体１４０と、Ｚ１方向に設けられた環状座面１４２と、該環状座面１４２の中心からＺ１方向に延在する支持バー１４４とを有する。支持バー１４４は第２回転軸Ｏｒの軸上に配置される。支持バー１４４の先端部には雄ねじが設けられている。

環状座面１４２は上下２つの保護板１７１を介して、筒体１４０の外側面よりもやや離れた位置に設けられており、環状座面１４２と筒体１４０との間にはワイヤ５２が挿通可能な孔１４６が設けられている。筒体１４０のＺ２方向の側の面には、筒体１１６と同様のワイヤ固定機構１２０が設けられており、ワイヤ５２を固定している。

保護板１７１はＺ２方向が略９０°の円弧形状であり、Ｚ１方向に向かって拡開しており、平面視で略山形となっている。

図５に示すように、平面視で保護板１７１の最大幅は、歯車１１８、歯車１３４及び歯車１３８よりも広い。また、Ｚ１方向端面に設けられた凹部１７１ａにフェイスギア１６８及びフェイスギア１７０の歯部が入り込む。したがって、保護板１７１によれば、結紮作業等で用いられる糸等が接触せず、該糸が引き込まれ、絡み又は干渉することが防止できる。

このような糸の絡み又は干渉等を防止する保護板１７１は、必ずしも主軸部材１２８と一体的に構成されている必要はなく、例えば主軸部材１２８とは別体で、該主軸部材１２８の下（Ｙ２方向）に設けてもよい。

このように、フェイスギア１６８及び１７０の少なくとも一部を覆う保護板１７１を設けることにより、糸等が該フェイスギア１６８及び１７０に絡むことが防止できる。特に、保護板１７１は後方に向かって狭くなる形状であり、ヨー軸方向動作の支障となることがないとともに、糸等が不必要に内側に入り込むことがなく、該フェイスギア１６８及び１７０や歯車１３４等に対する絡み又は干渉等を一層確実に防止できる。

主軸部材１２８は、ワイヤ５２の往復動作にともなって第１回転軸Ｏｙを中心としたヨー方向に回転し、支持バー１４４をＸＺ平面上で揺動させることができる。

筒体１４０、歯車体１２６及び歯車体１３０は、軸１１２を軸として積層配置されており、その積層高さはＨと略等しく、一対の舌片部５８の間にほぼ隙間なく設けられている。

複合機構部１０２は、さらに駆動ベース１５０と、歯車リング１５２と、歯車付きピン１５４と、固定ナット１５６及び１５８と、カバー１６０とを有する。固定ナット１５６には、細い回転工具を挿入するための径方向の複数の細孔１５６ａが設けられている。細孔１５６ａの少なくとも１つは、径方向に露呈している（図３参照）。固定ナット１５８には、スパナ等の回転工具を係合可能な平行面１５８ａが設けられている。

駆動ベース１５０は、支持バー１４４の基端部に回動自在に挿入される筒体１６４と、該筒体１６４の左右両端からＺ１方向に向かって突出している一対の支持アーム１６６と、筒体１６４のＺ２方向の面に設けられたフェイスギア１６８とを有する。各支持アーム１６６はエンドエフェクタ１０４を支持する部分であり、Ｘ方向に並んだ孔１６６ａが設けられている。筒体１６４を支持バー１４４の基端部に挿入した後に、固定ナット１５６を支持バー１４４の先端の雄ねじに螺着させることにより、駆動ベース１５０は支持バー１４４を中心とした（つまり、第２回転軸Ｏｒを中心とした）ロール方向に、回動自在に軸支される。

フェイスギア１６８は歯車１３８に噛合し、駆動ベース１５０は筒体１３６の回転にともなって、第２回転軸Ｏｒを中心として回転可能である。

歯車リング１５２は薄い筒体であって、Ｚ２方向の面に設けられたフェイスギア１７０と、Ｚ１方向の面に設けられたフェイスギア１７２とを有する。歯車リング１５２は駆動ベース１５０の筒体１６４に嵌装され、該筒体１６４の周面に対して摺動回転自在となる。歯車リング１５２は、フェイスギア１７０が駆動ベース１５０のフェイスギア１６８よりもややＺ１方向側の位置であって、歯車１３４に噛合する位置まで筒体１６４に嵌装される。フェイスギア１７０は歯車１３４に噛合し、歯車リング１５２は歯車体１２６の回転にともなって第２回転軸Ｏｒを中心として回転可能である。

歯車付きピン１５４は、フェイスギア１７２に噛合する歯車１７４と、該歯車１７４の中心からＸ１方向に延在するピン１７６とを有する。ピン１７６の先端部には雄ねじが設けられている。ピン１７６は２つの孔１６６ａを通って雄ねじが反対側の支持アーム１６６から突出し、固定ナット１５８が螺着される。これにより、歯車付きピン１５４は、歯車１７４がフェイスギア１７２に噛合するとともに、支持アーム１６６に対して回動自在に軸支される。また、ピン１７６はエンドエフェクタ１０４の一部に係合するようにＤカット形状となっている。

カバー１６０は、複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４の各部品を保護するためのものであって、歯車リング１５２、歯車１７４等を覆う。カバー１６０は、Ｚ２方向の筒１８０と、該筒１８０の左右側方からＺ１方向に向かって突出している一対の片１８２と、両片１８２にそれぞれ設けられたスリット形状の孔１８３とを有する。片１８２は、筒１８０の周壁の一部が緩やかな円錐状にＺ１方向に延在している形状である。カバー１６０の下部はカバー固定ピン１６２によってエンドエフェクタ１０４の一部に固定されている。カバー１６０は正面視で連結シャフト４８と同径又は小径に設定されている。

図３に明らかなように、複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４は軸方向に長尺形状となっている。孔１８３は、複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４の長尺方向に長い孔であり、両端は半円形状となっている。

カバー１６０は、複合機構部１０２、エンドエフェクタ１０４を動作に支障のない範囲でほぼ全域にわたり覆うように円筒や円錐形のカバーで構成してもよい。また、ピン１９６を利用してカバー１６０を固定してもよい。

このようなカバー１６０によれば、作業部としての複合機構部１０２及びエンドエフェクタ１０４に異物（生体組織、薬剤、糸等）が入り込むことが防止される。

次に、エンドエフェクタ１０４は、第１エンドエフェクタ部材１９０と、第２エンドエフェクタ部材１９２と、リンク１９４と、ピン１９６とを有する。ピン１９６は第３回転軸Ｏｇの軸上に配置される。

第１エンドエフェクタ部材１９０は、左右に対向して設けられた一対のサイドウォール２００と、サイドウォール２００の先端部にそれぞれ設けられた孔２００ａと、サイドウォール２００の後端部にそれぞれ設けられた孔２００ｂと、サイドウォール２００の先端下部からＺ１に突出した第１グリッパ２０２と、サイドウォール２００の後端下部に設けられたカバー固定部２０４とを有する。孔２００ａはピン１９６が、例えば圧入されるのに適した径に設定されている。第１グリッパ２０２はＺ１方向に向かってやや幅狭となって、先端部が円弧状となる形状であり、Ｙ１方向の全面には小さい錐上突起がほぼ隙間なく設けられている。

各サイドウォール２００の先端部は円弧状に形成されており、後端部の両外側面には前記の支持アーム１６６が嵌り込む凹部２００ｃが設けられている。第１グリッパ２０２とカバー固定部２０４との間には、第２エンドエフェクタ部材１９２の後端部に対する干渉を防止する孔１９０ａ（図５参照）が設けられている。カバー固定部２０４には、カバー固定ピン１６２が、例えば圧入される孔が設けられている。

第２エンドエフェクタ部材１９２は、ベース部２１０と、ベース部２１０の先端からＺ１方向に延在する第２グリッパ２１２と、ベース部２１０の左右後端からＺ２方向に延在する一対の耳片部２１４と、ベース部２１０の先端下部に設けられた軸支筒２１６とを有する。軸支筒２１６はピン１９６が挿入可能な程度の内径の孔２１６ａを有している。ピン１９６が軸支筒２１６に挿入されて孔２００ａに対して、例えば圧入されることにより、第２エンドエフェクタ部材１９２は第３回転軸Ｏｇを中心として揺動自在となる。第２グリッパ２１２は第１グリッパ２０２と同形状で上下反転に配置されており、第２エンドエフェクタ部材１９２が第３回転軸Ｏｇを中心として回動したときに第１グリッパ２０２に対して当接し、湾曲針等を把持することができる。耳片部２１４にはそれぞれ長孔２１４ａが設けられている。

リンク１９４は、一方の端部に設けられた孔２２０と、他方の端部に設けられて左右に突出する一対の係合部２２２とを有する。各係合部２２２は長孔２１４ａに対して摺動可能に係合している。孔２２０はピン１７６が係合するに適したＤカット形状に形成されており、該ピン１７６に対する位置決め機能及び回り止め機能を有する。ピン１７６が孔１６６ａ、孔２００ｂ及び２２０に挿入されるとともに、先端部に固定ナット１５８が螺着されることにより、リンク１９４はピン１７６を中心として揺動自在となる。

また、筒体１４０にはワイヤ５２が１．５回転巻き掛けられ、筒体１３６にはワイヤ５４が１．５回転巻き掛けられ、筒体１１６にはワイヤ５６が２．５回転（９００°）巻き掛けられている。図５から明らかなように、筒体１４０の直径は、筒体１１６の直径に対してワイヤ５６を２本加えた幅以上に設定されており、平面視でワイヤ５２及びワイヤ５４は、ワイヤ５６よりもやや外側に配置される。これにより、各ワイヤ同士の干渉を容易に防止することができる。

つまり、ワイヤ５６はワイヤ５２よりも内側に配置されており、これらのワイヤ５２に干渉することがない。したがって、ワイヤ５６は、ワイヤ５２の位置に無関係に、筒体１１６に対して全高さの約２／３の領域１１６ａ（図６参照）を使って巻回することができる。該領域１１６ａは十分に広いことから、ワイヤ５６を２．５回転（又はそれ以上で、例えば、３．５回転（１２６０°））巻き掛けることができ、歯車体１１４を２．５回転（又はそれ以上）させることができる。また、歯車体１１４の回転量を大きくすることができるため、歯車１１８と歯車１３４との歯車比を大きく設定することが可能となり、歯車体１２６の回転トルクを増大することも可能である。

次に、作業部１６を洗浄する方法について図７及び図８を参照しながら説明する。

図７に示すように、作業部１６を操作指令部１４から取り外した後に、連結シャフト４８の先端部をカバー１６０とともにチューブ３２０の一端に挿入し、該チューブ３２０と連結シャフト４８とをバンド（シール手段）３４０によって液密となるように封止する。チューブ３２０は、連結シャフト４８及びカバー１６０よりも適度に大径である。

封止する手段は、バンド３４０に限らず、適度に液密となる手段であればよい。ここで、封止とは厳密に洗浄剤の漏れを防止するものに限らず、洗浄剤が連結シャフト４８及びチューブ３２０を流通することができればよく、多少の漏れがあっても構わない。

次に、図８に示すように、チューブ３２０の他端にシリンジ（吸引及び吐出手段）３４２を接続し、連結シャフト４８の他端、つまり接続部１５を適度に大きい水槽３４３内の洗浄剤（例えば水や酵素洗浄剤等）に浸す。当初、シリンジ３４２のピストン３４４は洗浄剤を満たした状態としておくとよい。シリンジ３４２は、連結シャフト４８及びチューブ３２０の合計内部容量よりも十分に大きい容量を有するものを選ぶとよい。

次いで、ピストン３４４を往復動作させることにより、接続部１５の第１洗浄孔３１４及び／又は第２洗浄孔３１６から洗浄剤の吸引及び吐出を繰り返す。洗浄剤は、第１洗浄孔３１４及び第２洗浄孔３１６から吸い込まれ、連結シャフト４８の中空部分４８ａを通り、先端動作部１２に達する。第１洗浄孔３１４及び第２洗浄孔３１６は、通常の使用時には塞がれている。

ところで、先端動作部１２では、図５からも明らかなように、駆動ベース１５０や歯車リング１５２等が設けられており、カバー１６０内はほとんど塞がれており、一見すると流体の流路が形成されないようにも見える。

しかしながら、作業部１６では、カバー１６０と連結シャフト４８との間に隙間５１が設けられるとともに、カバー１６０の両側方には孔１８３が設けられていることから、図７の矢印Ｇで示すように、流体は隙間５１及び孔１８３を流通し、流路が確保される。隙間５１及び孔１８３を通った洗浄剤はチューブ３２０を通り、シリンジ３４２内に吸い出される。流体を吐出させる場合には、逆にシリンジ３４２からチューブ３２０、孔１８３、隙間５１、連結シャフト４８を通り水槽３４３に吐出される。吐出された洗浄剤は水槽３４３内で希釈され、次のサイクルで吸引をするときには十分に清浄な洗浄剤が吸引される。

このような洗浄方法によれば、シリンジ３４２におけるピストン３４４の連続的な往復動作により、洗浄剤が連結シャフト４８の中空部分４８ａを介して吸引及び吐出され、途中の機構部分で流路が塞がれることなく、隙間５１と孔１８３に流通することになり簡便に洗浄を行うことができる。また、連結シャフト４８と先端動作部１２とを一度に洗浄することができ効率的である。

先端動作部１２を洗浄する方法としては、チューブ３２０をカバー１６０にのみ被せ、該チューブ３２０の他端から洗浄剤を流通させてもよい。これにより、洗浄剤は、カバー１６０の孔１８３から側方へ流通することになり、カバー１６０内の洗浄剤の流れが多様となり、エンドエフェクタ１０４及び複合機構部１０２を効果的に洗浄することができる。また、ブラシ等の洗浄手段を使ってカバー１０６内を洗浄してもよい。

孔１８３は左右両方に設けられていることから、エンドエフェクタ１０４の左右とも洗浄が可能である。孔１８３は、端部が半円形状となっていることから、手術の縫合に用いる糸が引っかかりにくく、内部に入り込みにくい。

ブラシ、高圧水流又は圧縮空気等の洗浄手段を孔１８３から挿入して洗浄を行ってもよい。

また、例えば、ピストン３４４を自動で長時間往復動作させる構成とした場合でも、水槽３４３内に用意された洗浄剤だけが使用され、不用意に多量の洗浄剤を消費することがない。使用された洗浄剤は散失することなく水槽３４３に回収され、散失防止手段又は回収手段が不要で、廃棄処理が簡便である。流体を吸引及び吐出させる手段としてはシリンジ３４２に限らず、例えばシリンダ等を用いて自動で行ってもよい。

上記の複合機構部１０２では、歯車体１３０の回転作用下に、歯車１３８からフェイスギア１６８に回転が伝達されて駆動ベース１５０及び該駆動ベース１５０に接続されるエンドエフェクタ１０４を第２回転軸Ｏｒを中心として回転させることができる。また、歯車体１１４の回転作用下に、歯車１１８から歯車１３４、フェイスギア１７０、フェイスギア１７２及び歯車１７４を介してピン１７６に回転が伝達され、歯車付きピン１５４を回転させることができる。

上述したように、本実施の形態に係るマニピュレータ１０における先端動作部１２では、カバー１６０を設けることにより、先端動作部１２に異物が入り込むことが防止されるとともに、該カバー１６０の側方の孔１８３から洗浄剤を注入して先端動作部１２の洗浄を行うことができる。

適度に大径のチューブ３２０をカバー１６０及び連結シャフト４８の先端に被せ、シリンジ３４２のピストン３４４を往復動作させることにより、洗浄剤が連結シャフト４８の中空部分４８ａを介して吸引及び吐出され、機構部により流路が塞がれることなく、隙間５１と孔１８３に流通することになり、簡便且つ効率的な洗浄が行われる。

カバー１６０は動力伝達部材（ワイヤ）に接続されており、該先端動作部１２の動きとともに動作する。例えば先端がヨー軸動作をすれば、カバー１６０も連結シャフト４８に対してヨー軸周りに移動する。

連結シャフト４８とカバー１６０との間に隙間５１があることから、ヨー軸動作によってヨー軸関節の露出範囲が広がり、洗浄効率を上げることができる。

また、カバー１６０が動力伝達部材に接続されていることから、該動力伝達部材に接続された先端動作部１２を効率的に覆うことができ、連結シャフト４８にカバー１６０をつけて先端動作部１２を覆う場合と比較して、よりコンパクトなカバー形状となり手技の阻害とならない。

カバー１６０に孔１８３が設けられていると、上記の流水式洗浄方法の他にも、ウォッシャーディスインフェクター装置によって流水を効果的に流す方法や、超音波洗浄装置によってキャビテーション効果を細部にわたって発現させる方法においても有効である。

また、プラズマ滅菌やＥＯＧ（酸化エチレンガス）滅菌処理においても、滅菌作用雰囲気の接触が増えて、より効果的な処理を行うことができる。

カバー１６０の孔１８３は左右側面の略中央に設けられている。この場所は体腔内の生体組織と直接接触する可能性が少なく、カバー１６０内のギヤやリンク等の相対的な動作をする駆動部に対して、生体組織からの異物が混入しにくくなる。

作業部１６は、人手で操作をする操作指令部１４に接続されるものとして説明したが、例えば図９に示すような手術用ロボットシステム７００に適用してもよい。

手術用ロボットシステム７００は、多関節型のロボットアーム７０２と、コンソール７０４とを有し、作業部１６はロボットアーム７０２の先端に接続されている。ロボットアーム７０２の先端には前記のアクチュエータブロック３０と同じ機構を設けることにより、作業部１６を接続及び駆動可能である。この場合のマニピュレータ１０は、ロボットアーム７０２と作業部１６とからなる。ロボットアーム７０２は、作業部１６を移動させる手段であればよく、据置型に限らず、例えば自律移動型でもよい。コンソール７０４は、テーブル型、制御盤型等の構成を採り得る。

ロボットアーム７０２は、独立的な６以上の関節（回転軸やスライド軸等）を有すると、作業部１６の位置及び向きを任意に設定できて好適である。先端のアクチュエータブロック３０は、ロボットアーム７０２の先端部７０８と一体化している。

ロボットアーム７０２は、コンソール７０４の作用下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール７０４に設けられたジョイスティック７０６に倣った操作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。コンソール７０４は、前記のコントローラ４５の機能を含んでいる。

コンソール７０４には、前記操作指令部１４のうちアクチュエータブロック３０を除いた機構の操作指令部としての２つのジョイスティック７０６と、モニタ７１０が設けられている。図示を省略するが、２つのジョイスティック７０６により、２台のロボットアーム７０２を個別に操作が可能である。２つのジョイスティック７０６は、両手で操作しやすい位置に設けられている。モニタ７１０には、内視鏡による画像等の情報が表示される。

ジョイスティック７０６は、上下動作、左右動作、捻り動作、及び傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてロボットアーム７０２を動かすことができる。また、グリップハンドル２６に設けられたトリガーレバー３２、第１指示レバー３４及び第２指示レバー３６により、操作指令部１４と同様の操作が可能である。ジョイスティック７０６はマスターアームであってもよい。ロボットアーム７０２とコンソール７０４との間の通信手段は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組合わせでよい。

本発明に係る医療用マニピュレータの作業機構及び洗浄方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係るマニピュレータの斜視図である。作業部と操作指令部とを分離したマニピュレータの側面図である。本実施の形態に係るマニピュレータにおける先端動作部の斜視図である。本実施の形態に係るマニピュレータにおける先端動作部の分解斜視図である。本実施の形態に係るマニピュレータにおける先端動作部の断面平面図である。本実施の形態に係るマニピュレータにおける先端動作部の断面側面図である。先端動作部にチューブを接続して洗浄をする状態を示す図である。本実施の形態に係る洗浄方法による作業部の洗浄をする様子を示す説明図である。作業部をロボットアームの先端に接続した手術用ロボットシステムの概略斜視図である。

符号の説明

１０…医療用のマニピュレータ１２…先端動作部
１４…操作指令部１５…接続部
１６…作業部２６…グリップハンドル
２８…ブリッジ３０…アクチュエータブロック
３２…トリガーレバー４０、４２、４４…モータ
４８…連結シャフト５０ａ、５０ｂ、５０ｃ…プーリ
５２、５４、５６…ワイヤ１００…ワイヤ受動部
１０２…複合機構部１０４…エンドエフェクタ
１２０…ワイヤ固定機構１６０…カバー
１７１…保護板１８３…孔
７００…手術用ロボットシステム

Claims

中空のシャフトと、
前記シャフトに設けられた動力伝達部材と、
前記シャフトの一端に設けられ、前記動力伝達部材によって動作する先端動作部を備える作業部と、
前記先端動作部の少なくとも一部を覆うカバーと、
を有し、
前記カバーと前記シャフトとの間には隙間が設けられ、
前記カバーの側方には孔が設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータの作業機構。
請求項１記載の医療用マニピュレータの作業機構において、
前記孔は、前記作業部の長尺方向に長いスリット形状であることを特徴とする医療用マニピュレータの作業機構。
請求項２記載の医療用マニピュレータの作業機構において、
前記孔の両端部は、半円形状であることを特徴とする医療用マニピュレータの作業機構。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータの作業機構の洗浄方法であって、
前記シャフトの一端を前記カバーとともにチューブの一端に挿入し、
該チューブと前記シャフトとをシール手段により封止し、
前記チューブの他端に洗浄剤の吸引及び吐出手段を設け、
前記シャフトの他端を洗浄剤に浸し、
前記吸引及び吐出手段を動作させることにより、前記シャフトの他端から洗浄剤の吸引及び吐出を繰り返すことを特徴とする医療用マニピュレータの洗浄方法。