JP2010022414A - 医療用マニピュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】医療用マニピュレータの動作状態をモニタ画面上で確認可能にする。
【解決手段】医療用マニピュレータ１０は、モータ４０ａ、４０ｂ、４０ｃを備えたアクチュエータブロック３０と、アクチュエータブロック３０に着脱自在でモータ４０ａ、４０ｂ、４０ｃの回転軸に接続されるプーリ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを備える接続部１５と、該接続部１５から延在する連結シャフト４８の先端に設けられ、ワイヤ５４ａ、５４ｂ、５４ｃを介してプーリ５０ａ、５０ｂ、５０ｃに連動する先端動作部１２と、アクチュエータブロック３０の接続面３０ａに設けられたＬＥＤ１０３と、連結シャフト４８内に設けられ、ＬＥＤ１０３の光を先端動作部１２の近傍部まで導く光ファイバ４９とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、制御部からモータを駆動することにより連結シャフトの先端に設けられた先端動作部を駆動する医療用マニピュレータに関する。

内視鏡下外科手術（又は腹腔鏡下手術とも呼ばれる。）においては、患者の腹部等に複数の孔を開け、器具の通過ポートとしてトラカール（筒状の器具）を挿入した後、シャフトを有する鉗子の先端部をトラカールを通じて体腔内に挿入して患部の手術を行っている。鉗子の先端部には、作業部として、生体組織を把持するためのグリッパや、鋏、電気メスのブレード等が取り付けられている。

鉗子による内視鏡下外科手術は、作業空間である体腔内が狭くしかもトラカールを支点として鉗子を操作するため、一定のトレーニングが必要となる。また、従来使用されている鉗子では先端の作業部に関節がないため、自由度が小さく、先端動作部はシャフトの延長線上での動作しか行うことができない。従って、通常のトレーニングで実施可能な症例には限度があり、他の様々な症例に対して適用するためには相当に高度なトレーニング及び習熟が必要になる。

このような観点から、従来の鉗子を改良し、作業部に複数の関節を有する鉗子の開発が行われている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のマニピュレータは、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。このようなマニピュレータでは、従来の鉗子のような制約や不自由がなく、手技が容易となり、適用可能な症例が多くなり、また、作業部の種類を交換することにより種々の手技に対応することができる。

一方、このようなマニピュレータをロボットアームにより駆動する医療用ロボットシステムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−１０５４５１号公報 米国特許第６３３１１８１号明細書

医療用マニピュレータでは、動作状況に応じた複数のモードが設定されていることが多い。代表的には、所定の入力部の操作に対応して先端動作部を動作させる動作モードと、手技の準備段階、終了段階及び所定の一時休止段階等において入力部の操作に拘わらず先端動作部を停止させておく停止モードが挙げられる。停止モードでは、先端動作部を所定の基準姿勢に復帰させておいてもよい。

医療用マニピュレータでは、手技の最中に、現在モードを容易に識別できることが望ましく、本出願人は、特願２００８−１０６８１８号において操作部の見やすい位置に設けたインジケータの発光色によってこのようなモードの識別を可能にすることを提案している。

一方、内視鏡下外科手術では、体腔内の手技を行うのは医療用マニピュレータであるが、その手技の様子は所定の内視鏡の画像によって確認しながら行われており、手技の最中、操作者は医療用マニピュレータを操作しながら、その手元よりも、むしろ内視鏡によるモニタを観察していることが多い。したがって、モードを確認するためには、操作者はモニタから医療用マニピュレータの操作部に視線を移さなければならず、より一層の簡便なモード確認手段が望まれている。

また、体腔内で手技を行う箇所に対しては、内視鏡によって照明を行っているが、必ずしも医療用マニピュレータの先端動作部が十分に照らされているとは限らない。

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、体腔内を撮影するモニタ画面を見ながら動作状況を容易に確認することができる医療用マニピュレータを提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、体腔内で先端動作部及びその近傍を照らすことのできる医療用マニピュレータを提供することである。

本発明に係る医療用マニピュレータは、モータを備えたアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部に着脱自在で前記モータの回転軸に接続される回転体を備える接続部と、前記接続部から延在する連結シャフトの先端に設けられ、動力伝達部材を介して前記回転体に連動する先端動作部と、前記アクチュエータ部に設けられた発光体と、前記連結シャフトに沿って設けられ、基端面が前記発光体に対向し、該発光体の光を前記先端動作部又はその近傍部まで導く導光体とを有することを特徴とする。

このように、アクチュエータ部に設けた発光体の光を連結シャフトに沿った（連結シャフト内を含む意味である。）導光体によって先端動作部又はその近傍部まで導くことによって、その部分から光が適度に出る。したがって、動作状況に応じて発光体の発光状態を変えることにより、体腔内を撮影するモニタ画面を見ながら該動作状況を容易に確認することができる。また、先端動作部まで導かれた光は、体腔内で先端動作部を照らすことに用いることも可能である。

前記発光体は、前記医療用マニピュレータの動作状況に応じて異なる発光色又は点灯状態とするとよい。

前記連結シャフトは、前記先端動作部の近傍に左右一対の視認窓を有し、前記導光体は、前記発光体の光を前記視認窓まで導くとよい。このような視認窓を設けることにより、導光体による光が視認されやすい。ここでいう視認窓は、光を透過可能な構成であればよく、視認孔及び透明窓である。

前記連結シャフトと前記先端動作部とを接続する接続ハウジングの少なくとも一部は透明体であってもよい。このように、接続ハウジングを透明体で構成すると、導光体による光が視認されやすい。

前記アクチュエータ部は、前記発光体と同期して発光するインジケータを有してもよい。このように、発光体と同期するインジケータを設けることにより、一層確実な動作状況確認が行われる。

前記導光体の先端部には、光拡散部材が設けられていてもよい。このように光拡散部材を設けることにより、導光体の指向性が弱まり、光が視認されやすくなる。

前記導光体は、光ファイバであると、損失が少なく、しかも屈曲性に富むことから自由な経路を通すことができ組立が容易である。

本発明に係る医療用マニピュレータでは、アクチュエータ部に設けた発光体の光を導光体によって先端動作部又はその近傍部まで導くことによって、その部分から光が適度に出る。したがって、動作状況に応じて発光体の発光状態を変えることにより、体腔内を撮影するモニタ画面を見ながら該動作状況を容易に確認することができる。また、先端動作部まで導かれた光は、体腔内で先端動作部やその近傍を照らすことに用いることも可能である。

以下、本発明に係る医療用マニピュレータについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１４を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る医療用マニピュレータ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。

医療用マニピュレータ１０は、人手によって把持及び操作される操作部１４と、該操作部１４に対して着脱自在な作業部１６とを備え、操作部１４に対してコネクタ２４を介して着脱自在なコントローラ（制御部）２７を有するマニピュレータシステムとして構成されている。

医療用マニピュレータ１０は、基本構成として操作部１４と作業部１６とを有しており、コントローラ２７は当該医療用マニピュレータ１０の電気的な制御をするものであり、グリップハンドル２６の下端部から延在するケーブル６２に対してコネクタ２４を介して接続されている。制御部であるコントローラ２７の機能の一部又は全部を、例えば操作部１４に一体的に搭載することもできる。

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医療用マニピュレータ１０が基準姿勢（中立姿勢）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、医療用マニピュレータ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、操作部１４のアクチュエータブロック（アクチュエータ部）３０に対して接続される接続部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、接続部１５の基端側から先端動作部１２まで延在する光ファイバ（導光体）４９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。ここで、アクチュエータブロック３０は作業部１６が装着される箇所を意味するものであり、モータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃを格納する場所に限定されず、ブリッジ２８との接続面３０ａ（図３参照）を含む。

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３に示すように、グリップハンドル２６は、ブリッジ２８の端部からＹ２方向に向かって延在しており、人手によって把持されるのに適した長さであり、該グリップハンドル２６の近傍には先端動作部１２の動作等に供される入力手段が設けられている。すなわち、このような入力手段として、グリップハンドル２６に近接したＺ１方向にトリガーレバー３２及びスイッチ３６が設けられ、Ｙ１方向に複合入力部３４及び作動スイッチ３５が設けられている。

作動スイッチ３５のＺ１方向でブリッジ２８の上面における視認しやすい箇所にはＬＥＤ２９が設けられている。ＬＥＤ２９は、医療用マニピュレータ１０の制御状態を示すインジケータであり、操作者が容易に認識可能な大きさであり、且つ操作に支障がない程度に十分に小型軽量である。

グリップハンドル２６の下端には、コントローラ２７に接続されるケーブル６２が設けられている。グリップハンドル２６とケーブル６２とはコネクタにより接続されていてもよい。

次に、先端動作部１２を動作させるために操作部１４に設けられる入力手段について説明する。

作動スイッチ３５は、医療用マニピュレータ１０の動作状態の有効又は無効を設定するための入力手段である。ＬＥＤ２９は、医療用マニピュレータ１０の制御状態を示すインジケータであり、操作者が容易に認識可能な大きさであり、且つ操作に支障がない程度に十分に小型軽量である。ＬＥＤ２９は、ブリッジ２８の上面における略中央部で、視認性のよい位置に設けられており、作動スイッチ３５と並んで配置されていることから、例えば、作動スイッチ３５によるＯＮ操作に同期して点灯等をするため、操作者は作動スイッチ３５の操作をしながらその入力状態をＬＥＤ２９により確実に認識することができる。

この場合、コントローラ２７は、作動スイッチ３５の状態を読み込み、オン状態であるときに動作モードとし、オン状態からオフ状態に切り換わったときに自動原点復帰動作としてモータ４０ａ〜４０ｃを所定の原点に戻し、原点に戻った後に停止モードとする。動作モードは、操作部１４の操作指令を有効にしてモータ４０ａ〜４０ｃを駆動するモードである。停止モードは、操作部１４の操作指令の有無に関わらずモータ４０ａ〜４０ｃを停止させるモードである。これらのモード及び動作はコントローラ２７によって区別されて制御され、ＬＥＤ２９及び後述するＬＥＤ１０３の点灯状態が切り換えられる。

すなわち、ＬＥＤ２９及びＬＥＤ１０３は、動作モードのときに緑に点灯、停止モードのときに赤に点灯し、動作モードから停止モードに移る自動原点復帰モードのときには赤の点滅をする。

複合入力部３４は、先端動作部１２に対してロール方向（軸回転方向）及びヨー方向（左右方向）の回転指令を与える複合的な入力手段であり、例えば軸回転に動作する第１入力手段によってロール方向指示を行い、横方向に動作する第２入力手段によってヨー方向指示を行うことができる。トリガーレバー３２は、先端動作部１２のグリッパ６０（図１及び図４参照）に開閉指令を与える入力手段である。

図２に示すように、複合入力部３４、トリガーレバー３２には、それぞれ動作量を検出する入力センサ３９ａ、３９ｂ、３９ｃが設けられており、検出した動作信号をコントローラ２７に供給し、これにより、モータ４０ａ〜４０ｃ及びプーリ５０ａ〜５０ｃが駆動され、ワイヤ５４ａ〜５４ｃ（図４参照）が駆動されることにより先端動作部１２を動作させることができる。

図２及び図３に示すように、トリガーレバー３２は、ブリッジ２８のやや下方でＺ１方向にやや突出したレバーであり、人差し指による操作が容易な位置に設けられている。

トリガーレバー３２は、グリップハンドル２６に対してアーム９８により接続されており、該グリップハンドル２６に対して進退するように構成されている。アーム９８はグリップハンドル２６内で入力センサ３９ｃに接続されており、トリガーレバー３２の進退量が該入力センサ３９ｃによって計測されてコントローラ２７に供給される。トリガーレバー３２は、指を当て、グリップハンドル２６の方向（つまり、Ｚ２方向）に向かって引き込む操作と、グリップハンドル２６からＺ１方向に押し出す操作とが可能に構成され、これにより、グリッパ６０へと開閉指令を与えることができる。

なお、トリガーレバー３２のＹ２方向に設けられたスイッチ３６は、オルタネート式であって、該スイッチ３６を操作することによりトリガーレバー３２により所定の開閉状態とされたグリッパ６０の状態、例えば、閉じ状態を保持しておくことができる。

作業部１６の接続部１５は、樹脂のカバー３７に覆われており、モータ（ＤＣモータ）４０ａ、４０ｂ及び４０ｃの駆動軸に接続されて従動回転されるプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃをそれぞれ回転自在に保持している。プーリ５０ａ〜５０ｃは、プーリ収納体３００に収納されている。モータ４０ａ、４０ｂ、４０ｃには、減速機４２ａ、４２ｂ、４２ｃが内蔵されている。減速機４２ａ〜４２ｃは、例えば遊星式であり、減速比は１：１００〜１：３００程度である。

プーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃには、ワイヤ５４ａ、５４ｂ及び５４ｃ（図４参照）が巻き掛けられており、連結シャフト４８の中空部分を通って先端動作部１２まで延在している。ワイヤ５４ａ〜５４ｃは、プーリ５０ａ〜５０ｃ（及び５７ａ〜５７ｃ）に対して滑りが生じないように一部が固定されている。ワイヤ５４ａ〜５４ｃは同種、同径のものを用いることができる。

図４に示すように、連結シャフト４８内を挿通したワイヤ５４ａ、５４ｂ及び５４ｃは、グリッパ６０を備えた先端動作部１２の対応するプーリ５７ａ、５７ｂ及び５７ｃにそれぞれ巻き掛けられている。

従って、プーリ５０ａとプーリ５７ａとの間にワイヤ５４ａが巻き掛けられた状態で当該プーリ５０ａがモータ４０ａによって回転駆動されると、その回転駆動力がワイヤ５４ａを介してプーリ５７ａへと伝達され、該プーリ５７ａを回転させる。そうすると、プーリ５７ａの回転が、例えば歯車へと順次伝達され、グリッパ６０を開閉させることができる。医療用マニピュレータ１０では、このようなプーリ５０ａ〜５０ｃ、ワイヤ５４ａ〜５４ｃ及びプーリ５７ａ〜５７ｃを備えた動力伝達部材により、先端動作部１２をロール方向（Ｏｒ軸回転方向）、ヨー方向（Ｏｙ軸を基準とした左右方向）及びグリッパ開閉（Ｏｇ軸を基準とした開閉）からなる３自由度の機構として構成している。３自由度の機構は、動作上の機構干渉があるため、該機構干渉を補償するようにモータ４０ａ〜４０ｃを協働させる。

図２に示すように、接続部１５は、左右側面の係合片２００と、上下面に開口する３つの嵌合孔２０２ａ、２０２ｂ及び２０２ｃとを有する。３つの嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃは、Ｚ１方向及びＺ２方向の端部近傍に設けられており、Ｙ方向に延在する孔である。

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４０ａ、４０ｂ及びモータ４０ｃ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４０ａ〜４０ｃ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、操作部１４のＺ１方向端部の下方に設けられている。また、モータ４０ａ〜４０ｃは、操作部１４の操作に基づき、コントローラ２７の作用下に回転をする。

モータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃには、回転角度を検出することのできるロータリエンコーダ４４ａ、４４ｂ及び４４ｃが設けられており、検出した角度信号はコントローラ２７に供給される。

操作部１４の接続面３０ａには、接続された作業部１６のＩＤ部１０４のＱＲコードを読み取ってコントローラ２７に供給するカメラ１０６と、接続された作業部１６のＩＤ部１０４を照明するための２つのＬＥＤ１０５と、ＬＥＤ（発光体）１０３が設けられている。カメラ１０６は、作業部１６のＩＤ部１０４を臨む位置に取り付けられており、該カメラ１０６の左右にＬＥＤ１０５が設けられている。ここで、ＩＤ部１０４のＩＤ（識別符号）の読取器としては、カメラ１０６に代替してバーコードリーダー、バーコードスキャナを用いることができる。

図２及び図３に示すように、接続部１５を構成するプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃのＹ２方向下端にはそれぞれ十字状の結合凸部５１ａ、５１ｂ及び５１ｃが設けられ、アクチュエータブロック３０を構成するモータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃの回転軸には十字状の結合凹部４１ａ、４１ｂ及び４１ｃが設けられている。結合凸部５１ａ〜５１ｃと結合凹部４１ａ〜４１ｃとは互いに係合可能であり、すなわち、アクチュエータブロック３０に接続部１５が装着された状態において、モータ４０ａ〜４０ｃの回転がプーリ５０ａ〜５０ｃに対して確実に伝達される。これらの係合部は十字形状に限られない。

接続部１５には、作業部１６を個体識別することのできるＩＤ（識別符号）が付けられたＩＤ部１０４が設けられている。

ＩＤ部１０４には、作業部１６毎に識別が可能なように異なる２次元バーコードであるＱＲコードが付けられている。ＩＤ部１０４のＱＲコードには、作業部１６のそれぞれに対応した型式、仕様、シリアルナンバーの他、製造所、製造日、商品名、等の各種情報が含まれる。

図５に示すように、接続部１５には、さらに、光ファイバ４９をプーリ収納体３００等に保持する複数の留め具１００と、光ファイバ４９の基端面４９ａの近傍を保持するステー１０２が設けられている。基端面４９ａは、ステー１０２によって、ＩＤ部１０４よりやや下で、接続部１５の最も基端側（Ｚ２側）となるように位置決めされている。

光ファイバ４９は、留め具１００によって案内され、連結シャフト４８の基端部における孔１１１に挿入され、先端動作部１２の方向（Ｚ１方向）へ延在している。光ファイバ４９は、屈曲性に富むことから自由な経路を通すことができ、接続部１５におけるレイアウトや留め具１００による固定・組立が容易である。孔１１１は、光ファイバ４９との間で、隙間を埋めて気密となるように適当なシールが設けられている。孔１１１の部分は、光ファイバ４９を適当な光コネクタで接続してもよい。光ファイバ４９は、プーリ収納体３００の内部を通して、連結シャフト４８の基端部開口に挿入してもよい。

図６に示すように、ＬＥＤ１０３は、カメラ１０６よりもやや下方に設けられており、前記のＬＥＤ２９と同様に、医療用マニピュレータ１０の制御状態を示すインジケータである。ＬＥＤ１０３は、ＬＥＤ２９と電気的に並列接続されており、同色で同期して発光する。

作業部１６の接続部１５を操作部１４のアクチュエータブロック３０に装着すると、基端面４９ａは接続面３０ａのＬＥＤ１０３とほとんど隙間なく対向し、該ＬＥＤ１０３の光を受光する。

図７に示すように、連結シャフト４８内で光ファイバ４９は、Ｙ２方向の下端部に安定して固定されており、他のワイヤ５４ａ〜５４ｃと干渉することがない。通常の使用では、Ｙ２方向は重力方向であり、光ファイバ４９は安定して保持される。光ファイバ４９の固定手段は、例えば留め具又は接着等による。なお、光ファイバ４９は、連結シャフト４８に沿って設けられていればよく、例えば該連結シャフト４８の外面に設けた溝に沿わせてもよい。

図４に示すように、連結シャフト４８における先端動作部１２の近傍には、左右（Ｘ１方向及びＸ２方向）に視認孔（視認窓）１１０が設けられており、光ファイバ４９は該視認孔１１０の位置まで延在している。つまり、光ファイバ４９は、ＬＥＤ１０３の光を視認孔１１０まで導いており、該視認孔１１０からは、光ファイバ４９の先端部４９ｂの発光を視認可能である。このような視認孔１１０が設けられていることにより、光ファイバ４９による光が視認されやすい。この視認窓は、光を透過可能な構成であればよく、透明窓であってもよい。

光ファイバ４９は、ＬＥＤ１０３の光を先端動作部１２又はその近傍部まで導くように構成されていればよく、通常の手技における使用状態で先端部４９ｂが体腔２２内に配置されるように設定するとよい。

視認孔１１０は、ワイヤ５４ａ〜５４ｃの劣化の程度を確認するためにも用いることができ、さらには、先端動作部１２を洗浄する際にも用いることができる。視認孔１１０の前方部は支柱１１０ａで区画されており、該支柱１１０ａにより、強度が確保されている。

図８Ａに示すように、先端部４９ｂは、先端が半球状に形成されれるとともに、シリコーン性の光拡散キャップ（光拡散部材）１１２が設けられており、光は光ファイバ４９の指向性が弱まり、光が視認されやすくなる。仮に光拡散キャップ１１２がないと、図８Ｂに示すように、光の拡散が不十分で、主に前方（Ｚ１方向）だけが照らされてギア機構等に遮られて外部からの光視認性がよくない。光拡散キャップ１１２はこのような指向性を弱めて光の視認性を向上させている。図８Ａ及び図８Ｂの矢印は、光の指向性を模式的に示すものであり、破線は光の分布強度を模式的に示すものである。

図１〜図３に戻り、接続部１５を操作部１４から取り外す場合には、アクチュエータブロック３０の両側面に設けられたレバー２０６を押してそれぞれ外方に開くように傾動させ、該レバー２０６の楔部２０６ａを、接続部１５の両側面に設けられた係合片２００から解放する。これにより接続部１５を操作部１４から上方（Ｙ１方向）に引き抜き、取り外しが可能となる。アクチュエータブロック３０の上面には３本のアライメントピン２１２が設けられており、プーリ収納体３００に設けられた嵌合孔２０２に嵌合することにより該接続部１５を安定して保持可能である。接続部１５を操作部１４に取り付ける場合には、３本のアライメントピン２１２がそれぞれ嵌合孔２０２に嵌合するように合わせて、接続部１５を下方（Ｙ２方向）に押し下げる。これにより、レバー２０６は一旦外方に拡がり、その後原位置に戻ることにより係合片２００に係合して、接続が完了する。

接続部１５が載置されるアクチュエータブロック３０の上面３０ｂにおいて、Ｚ２方向の端部近傍には、接続部１５の有無を検出する作業部検出手段１０７が設けられている。作業部検出手段１０７は、対向する位置に設けられた投光器であるＬＥＤ１０７ａと受光器であるフォトダイオード１０７ｂとからなるフォトインタラプタの構成とされており、該ＬＥＤ１０７ａと該フォトダイオード１０７ｂとの間に接続部１５の後端の遮光片１０９（図２参照）が挿入されて遮光することにより該接続部１５が装着されたことを検出できる。ＬＥＤ１０７ａとフォトダイオード１０７ｂは、Ｘ方向に対向する向きで且つ近接した位置に設けられている。

アクチュエータブロック３０には、さらに作業部１６の接続部１５を保持する２つの独立した係合部２１０と、該接続部１５の位置決め機能及び保持機構を有する３本のアライメントピン２１２ａ、２１２ｂ及び２１２ｃとが設けられる。

２つの係合部２１０は、アクチュエータブロック３０の左右側面（Ｘ１及びＸ２側面）で対称位置に設けられており、操作面２０４と、該操作面２０４からＹ１方向に延在するレバー２０６とを有する。レバー２０６はアクチュエータブロック３０の上面よりもＹ１方向に向かってやや突出しており、先端内側がテーパ形状になっている。係合部２１０は、図示しない弾性部材によってレバー２０６が内側に向かう方向に弾性付勢されている。

アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃに対向する位置で、アクチュエータブロック３０の上面におけるＺ１方向端の近傍に２本、Ｚ２方向端の近傍に１本設けられ、それぞれＹ１方向に延在している。Ｚ１方向端の近傍に２本のアライメントピン２１２ａ、２１２ｂがＸ方向に並んで設けられている。

このように、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは３本設けられていることから、接続部１５は３点で支持され、簡便且つ確実に位置決めを行うことができる。また、３本のアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは直線状配列ではないため、いずれの方向のねじれに対しても、接続部１５を安定して保持することができる。アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは、このうち２本以上設けられていれば、接続部１５は確実に位置決めがなされて、安定して保持される。この場合、Ｚ方向に離間した２本を選択すると一層安定する。

次に、このように構成される医療用マニピュレータ１０の操作及び作用について説明する。

先ず、操作者は、手技に応じて選択した作業部１６を操作部１４に装着する。これにより作業部１６における光ファイバ４９の基端面４９ａは、操作部１４におけるＬＥＤ１０３に対向することになり、該ＬＥＤ１０３の光を先端部４９ｂに導光可能になる（図６参照）。このとき、作業部１６の先端動作部１２は所定の基準姿勢となっており、コントローラ２７では停止モードとしてＬＥＤ２９及び１０３を赤に発光させる。この後、操作者は先端動作部１２及び連結シャフト４８をトラカール２０から体腔２２内に挿入して手技を開始する。体腔２２には別のトラカール２０から内視鏡を挿入しておく。内視鏡には、体腔内を照明する照明手段が設けられている。

図９に示すように、内視鏡１１８が撮影した体腔２２内の画像は、モニタ１２０に映し出される。操作者は、主に該モニタ１２０の画像を見ながら医療用マニピュレータ１０を操作して手技を開始する。すなわち、手技の最中、操作者は医療用マニピュレータ１０を操作しながら、その手元よりも、むしろ内視鏡１１８によるモニタ１２０の画像を観察していることが多い。すなわち、操作部１４のトリガーレバー３２、複合入力部３４及びスイッチ３６等は容易な操作性を有していることから、操作者は特段に手元を見る必要はなく、いわゆるブラインド操作が可能になっているのである。

医療用マニピュレータ１０は、当初、停止モードとなっていることから、ＬＥＤ１０３及び先端部４９ｂは赤に発光しており、操作者はモニタ１２０における視認孔１１０から出る光が赤であることを容易に認識し、医療用マニピュレータ１０が停止モードであることを確認できる。このとき、手元のＬＥＤ２９による確認も可能であるが、モニタ１２０から手元に視線を移すことなくモードを確認することができ、好適である。また、医療用マニピュレータ１０の操作者だけでなく、やや離れた他の補助者もモニタ１２０の画像で現在モードを確認することができる。図９のモニタ１２０の画像上における破線部は、光ファイバ４９の発光を模式的に示すものである。

次いで、操作者は作動スイッチ３５及びスイッチ３６の所定の操作により動作モードに移行させる。このとき、ＬＥＤ１０３及び先端部４９ｂは緑に発光することから、操作者は、手元に視線を移すことなく、モニタ１２０における視認孔１１０から出る光が緑に変化したことを迅速に認識することができ、手技を即時に開始することができる。

医療用マニピュレータ１０による手技を終了し、又は一時的に休止させる場合には、操作者は作動スイッチ３５及びスイッチ３６の所定の操作により自動原点復帰モードを介して停止モードに戻る。自動原点復帰モードでは、ＬＥＤ１０３及び先端部４９ｂは赤で点滅し、操作者はモニタ１２０の画面上で自動原点復帰モードになっていることを確認できるとともに、同じ画面上で先端動作部１２が正しく基準姿勢に復帰することを確認することができる。操作者はモニタ１２０の画面から視線を移す必要がないことから、不測の事態により先端動作部１２が正しく基準姿勢に復帰しない場合には、迅速に認識して所定の対応処理をとることができる。

先端動作部１２が正しく基準姿勢に復帰すると停止モードに移行し、ＬＥＤ１０３及び先端部４９ｂは赤の点灯状態となる。操作者はこれをモニタ１２０の画面上で迅速に確認し、他の手技に素早く移ることができる。

上述したように、本実施の形態に係る医療用マニピュレータ１０では、アクチュエータブロック３０に設けたＬＥＤ１０３の光を光ファイバ４９によって先端動作部１２の近傍部まで導くことによって、その部分から光が適度に出る。したがって、モードに応じてＬＥＤ１０３の発光状態を変えることにより、体腔２２内を撮影するモニタ１２０の画面を見ながらモードを容易に確認することができる。

医療用マニピュレータ１０による操作で、特に、モード切り換えを頻繁に行う場合には視線を移さずにモード確認ができるため、手技を迅速に行う上で効果が大きいことは容易に理解されよう。仮にモニタ１２０の画像上で先端部４９ｂの発光が視認されにくい場合には、確認的にＬＥＤ２９を見るとよい。ＬＥＤ２９とＬＥＤ１０３は同期しており、一層確実な動作状況確認が行われる。

医療用マニピュレータ１０では、導光体に光ファイバ４９を用いており、損失の少ない導光が可能である。設計条件によっては、導光路の一部又は全部にアクリル樹脂等の他の導光体を用いてもよい。

医療用マニピュレータ１０では、様々な手技を行うために操作部１４に対して作業部１６を着脱自在にしているが、光ファイバ４９の基端面４９ａとＬＥＤ１０３が対向するので、導光路に関して特段の接続操作は不要である。光ファイバ４９には電気は流れず、作業部１６全体として電気的接点や弱電部品がなく、手技後の洗浄に適する。光ファイバ４９は廉価であり、作業部１６をディスポーザブル品にすることができる。医療用マニピュレータ１０には、光ファイバ４９が複数本設けられていてもよく、また、ＬＥＤ１０３を必要に応じて強制消灯させる手段が設けられていてもよい。

また、光ファイバ４９により先端動作部１２まで導かれた光は、体腔２２内で先端動作部１２及びその近傍部を照らすことに用いることも可能である。体腔２２内で手技を行う箇所に対しては、内視鏡１１８によって照明を行っているが、必ずしも先端動作部１２が十分に照らされているとは限らず、光ファイバ４９によって照明をしてもよい。先端動作部１２は患部等に対して直接的に手技をする部分であることから、光ファイバ４９によって重点的・補助的な照明をすることは好適である。

次に、医療用マニピュレータ１０のいくつかの変形例について説明する。

図１０に示すように、第１の変形例に係る医療用マニピュレータ１０ａでは、光ファイバ４９の先端部４９ｂが先端動作部１２にまで達しており、グリッパ６０を照明している。光ファイバ４９は屈曲性を有していることから、先端動作部１２がヨー軸動作をしてもグリッパ６０を照明することができる。

図１１に示すように、第２の変形例に係る医療用マニピュレータ１０ｂでは、連結シャフト４８と先端動作部１２とを接続する接続ハウジング１２４の少なくとも一部が透明体（例えば、アクリル樹脂）で構成されている。このように、接続ハウジング１２４を透明体で構成すると、先端部４９ｂによる光が視認されやすい。

図１２に示すように、第３の変形例に係る医療用マニピュレータ１０ｃでは、前記のＬＥＤ１０３に代えて、補助導光体（発光体）１２６が設けられている。補助導光体１２６は、ＬＥＤ２９の光の一部を光ファイバ４９の基端面４９ａに導光しており、実質的な発光体がＬＥＤ２９の１つで足りる。逆に、ＬＥＤ２９を省略して、ＬＥＤ１０３の光の一部を補助導光体１２６により、ＬＥＤ２９が設けられる箇所に導光してもよい。

図１３に示すように、第４の変形例に係る医療用マニピュレータ１０ｄでは、アクチュエータブロック３０の上面３０ｂにＹ１方向を指向する光コネクタ１２８ａが設けられており、該光コネクタ１２８ａの直下には該光コネクタ１２８ａを照らすＬＥＤ１０３が設けられている。光ファイバ４９の基端部にはＹ２方向を指向し、光コネクタ１２８ａに嵌合する光コネクタ１２８ｂが設けられている。作業部１６をＹ２方向に向けて移動させて、操作部１４に装着すると、光コネクタ１２８ａは光コネクタ１２８ｂに自動的に嵌合し、外乱光の影響を受けない一層確実な導光が可能になる。

上記実施形態は、例えば図１４に示すような医療用ロボットシステム８００に適用してもよい。

医療用ロボットシステム８００は、多関節型のロボットアーム８０２と、コンソール８０４とを有し、作業部８０６はロボットアーム８０２の先端に接続されている。ロボットアーム８０２の先端には前記の医療用マニピュレータ１０と同様な機構を有するマニピュレータ８０８が設けられている。ロボットアーム８０２は、作業部８０６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８０４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８０２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８０６の位置及び向きを任意に設定できて好適である。先端のマニピュレータ８０８は、ロボットアーム８０２の先端部８１０と一体化している。マニピュレータ８０８は、前記のアクチュエータブロック３０（図１参照）の代わりに、基端側が前記先端部８１０に連結されると共に、内部にモータを収納したアクチュエータブロック８１２を有する。

ロボットアーム８０２は、コンソール８０４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８０４に設けられたジョイスティック８１４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８０４は、前記のコントローラ２７（図１参照）の機能を含んでいる。作業部８０６には、前記の先端動作部１２が設けられている。

コンソール８０４には、操作指令部としての２つのジョイスティック８１４と、モニタ８１６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８１４により、２台のロボットアーム８０２を個別に操作が可能である。２つのジョイスティック８１４は、両手で操作しやすい位置に設けられている。モニタ８１６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８１４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８０２を動かすことができる。ジョイスティック８１４はマスターアームであってもよい。ロボットアーム８０２とコンソール８０４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医療用マニピュレータの斜視図である。 作業部と操作部とを分離したマニピュレータの側面図である。 操作部の斜視図である。 先端動作部の斜視図である。 作業部の接続部と操作部のアクチュエータブロックとを分離した状態を斜め下方から見た一部断面斜視図である。 操作部のアクチュエータブロック及び作業部の接続部の断面側面図である。 連結シャフトの断面図である。 図８Ａは、光拡散キャップが設けられている光ファイバの先端部の模式図であり、図８Ｂは、光拡散キャップが設けられていない光ファイバの先端部の模式図である。 医療用マニピュレータによる手技を行い、内視鏡で撮像した体腔内画像をモニタに表示する様子を示した図である。 第１の変形例に係る医療用マニピュレータの先端動作部の斜視図である。 第２の変形例に係る医療用マニピュレータの先端動作部の斜視図である。 第３の変形例に係る医療用マニピュレータにおける操作部のアクチュエータブロック及び作業部の接続部の断面側面図である。 第４の変形例に係る医療用マニピュレータにおける操作部のアクチュエータブロック及び作業部の接続部の断面側面図である。 マニピュレータをロボットアームの先端に接続した医療用ロボットシステムの斜視図である。

符号の説明

１０、１０ａ〜１０ｄ…医療用マニピュレータ １２…先端動作部
１４…操作部 １５…接続部
１６、８０６…作業部 ２７…コントローラ
２９、１０３、１０５…ＬＥＤ（発光体） ３０、８１２…アクチュエータブロック
３０ａ…接続面 ４８…連結シャフト
４９…光ファイバ（導光体） ４９ａ…基端面
４９ｂ…先端部 ６０…グリッパ
１１０…視認孔（視認窓） １１２…光拡散キャップ
１１８…内視鏡 １２０、８１６…モニタ
１２４…接続ハウジング １２６…補助導光体
１２８ａ、１２８ｂ…光コネクタ

Claims (7)

1. モータを備えたアクチュエータ部と、
   前記アクチュエータ部に着脱自在で前記モータの回転軸に接続される回転体を備える接続部と、
   前記接続部から延在する連結シャフトの先端に設けられ、動力伝達部材を介して前記回転体に連動する先端動作部と、
   前記アクチュエータ部に設けられた発光体と、
   前記連結シャフトに沿って設けられ、基端面が前記発光体に対向し、該発光体の光を前記先端動作部又はその近傍部まで導く導光体と、
   を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
2. 請求項１記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記発光体は、前記医療用マニピュレータの動作状況に応じて異なる発光色又は点灯状態となることを特徴とする医療用マニピュレータ。
3. 請求項１又は２記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記連結シャフトは、前記先端動作部の近傍に左右一対の視認窓を有し、
   前記導光体は、前記発光体の光を前記視認窓まで導くことを特徴とする医療用マニピュレータ。
4. 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において、
   前記連結シャフトと前記先端動作部とを接続する接続ハウジングの少なくとも一部は透明体であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記アクチュエータ部は、前記発光体と同期して発光するインジケータを有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記導光体の先端部には、光拡散部材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。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記導光体は、光ファイバであることを特徴とする医療用マニピュレータ。

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