JP2016016237A - トロッカ用センサユニットおよびトロッカ - Google Patents

Abstract

【課題】トロッカを貫通する挿入部の外径寸法が変化しても精度よく挿入量等を検出する。【解決手段】トロッカに着脱可能に取り付けられ、トロッカに挿入される挿入部４を貫通させる貫通孔２ｅを有するベース部２ｂと、該ベース部２ｂの貫通孔２ｅの少なくとも一部の内面を構成する押圧面２ｊを有し、貫通孔２ｅの径方向に移動可能に設けられた可動部材２ｃと、該可動部材２ｃおよび押圧面２ｊに対向する貫通孔２ｅの内面の少なくとも一方に設けられ、貫通孔２ｅ内における挿入部４の表面の移動量を検出するセンサ２ｄとを備えるトロッカ用センサユニット２を提供する。【選択図】図４

Description

本発明は、トロッカ用センサユニットおよびトロッカに関するものである。

従来、腹腔鏡手術に用いられ、皮膚に形成された開口部に設置されて内視鏡や処置具を体内に貫通させるトロッカに、内視鏡や処置具の挿入部の挿入量を検出する挿入量検出部を設ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術においては、挿入量検出部は、挿入部の外面に接触させたローラの回転量を計測することにより、挿入部の挿入量を検出することとしている。

特許第４５４６０４３号公報

しかしながら、トロッカに貫通させる内視鏡や処置具等は単一種類のものに限定されず、複数種を入れ替えて使用する場合があり、トロッカを貫通する挿入部の外径寸法が変化すると、ローラによる挿入量の検出精度が低下するという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、トロッカを貫通する挿入部の外径寸法が変化しても精度よく挿入量等を検出することができるトロッカ用センサユニットおよびトロッカを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、トロッカに着脱可能に取り付けられ、前記トロッカに挿入される挿入部を貫通させる貫通孔を有するベース部と、該ベース部の前記貫通孔の少なくとも一部の内面を構成する押圧面を有し、前記貫通孔の径方向に移動可能に設けられた可動部材と、該可動部材および前記押圧面に対向する前記貫通孔の内面の少なくとも一方に設けられ、前記貫通孔内における前記挿入部の表面の移動量を検出するセンサとを備えるトロッカ用センサユニットを提供する。

本態様によれば、皮膚の開口部に取り付けたトロッカに取り付けられたベース部の貫通孔に内視鏡等の挿入部を挿入すると挿入部がトロッカを貫通して体内に挿入される。この状態でベース部に対して可動部材を貫通孔の径方向に移動させることにより、貫通孔の少なくとも一部の内面を構成する押圧面が貫通孔内に挿入されている挿入部の外面を径方向に押圧して貫通孔の内面に押しつける。

これにより、挿入部の径寸法に関わらず、挿入部が径方向に位置決めされた状態に配置される。そして、このときに可動部材または押圧面に対向する貫通孔の内面に設けられたセンサが挿入部の外面に対して一定の位置に位置決め状態に配置されるので、挿入部の径寸法に関わらず、センサにより挿入部の表面の移動量を精度よく検出することができる。

上記態様においては、前記可動部材の前記ベース部に対する位置を調節する位置調節機構を備えていてもよい。
このようにすることで、位置調節機構の作動により可動部材のベース部に対する位置を調節して、挿入部の貫通孔内でのがたつきを防止する位置に可動部材を配置することができる。これにより、センサによる挿入部の表面の移動量の検出精度を向上することができる。

また、上記態様においては、前記位置調節機構が、前記可動部材の移動に要する力が所定の閾値以上となった場合にそれ以上の移動を制限する移動制限機構を備えていてもよい。
このようにすることで、位置調節機構を操作して可動部材を移動させると、その移動に要する力が所定の閾値以上となった時点で移動制限機構によってそれ以上の移動が制限されるので、押圧面が適正な押圧力で挿入部の表面に接触する可動部材の位置に容易に調節することができる。これにより、押圧面によって貫通孔内に位置決めされた状態での挿入部のスムーズな移動を実現することができる。

また、上記態様においては、前記可動部材の押圧面が前記貫通孔の長手軸方向に間隔をあけて複数配置されていてもよい。
このようにすることで、長手軸方向に配置された複数の押圧面によって挿入部の貫通孔内での倒れが防止され、貫通孔内での挿入部のスムーズな移動を実現することができる。

また、上記態様においては、前記複数の押圧面の間に前記センサが配置されていてもよい。
このようにすることで、倒れが防止された挿入部の表面にセンサを確実に配置して、検出精度をより向上することができる。

また、上記態様においては、前記可動部材の移動量を表示する表示部を備えていてもよい。
このようにすることで、表示部により表示された移動量によって可動部材の押圧面の位置を確認することができ、押圧面と貫通孔の内面との隙間が十分に空いていない状態で外径の大きな挿入部を挿入する等の不都合の発生を防止することができる。

また、上記態様においては、前記センサが、前記貫通孔内における前記挿入部の表面の周方向の移動量を検出する回転センサを備え、前記可動部材の移動量を検出する検出部を備えていてもよい。
このようにすることで、回転センサによって検出される挿入部の表面の周方向の移動量と、検出部により検出される可動部材の移動量とによって、挿入部の回転角度を算出することができる。すなわち、回転角度は、周方向の移動量を挿入部の半径で除算した値であり、検出部により検出された可動部材の移動量によって挿入部の半径を算出できる。したがってトロッカの貫通孔内での挿入部の長手軸回りの回転角度を精度よく算出することが可能となる。

また、上記態様においては、前記検出部により検出された前記可動部材の移動量と前記回転センサにより検出された周方向の移動量とから前記挿入部の長手軸回りの回転角度を算出する演算部を備えていてもよい。
このようにすることで、演算部が、挿入部の周方向の移動量を挿入部の半径で除算して挿入部の長手軸回りの回転角度を出力することができる。

また、本発明の他の態様は、挿入部を貫通させる貫通孔を有し、皮膚の開口部に貫通状態に固定されるベース部と、該ベース部の前記貫通孔の少なくとも一部の内面を構成する押圧面を有し、前記貫通孔の径方向に移動可能に設けられた可動部材と、該可動部材および前記押圧面に対向する前記貫通孔の内面の少なくとも一方に設けられ、前記貫通孔内における前記挿入部の表面の移動量を検出するセンサとを備えるトロッカを提供する。

上記態様においては、前記可動部材の前記ベース部に対する位置を調節する位置調節機構を備えていてもよい。
また、上記態様においては、前記位置調節機構が、前記可動部材の移動に要する力が所定の閾値以上となった場合にそれ以上の移動を制限する移動制限機構を備えていてもよい。

また、上記態様においては、前記可動部材の押圧面が前記貫通孔の長手軸方向に間隔をあけて複数配置されていてもよい。
また、上記態様においては、前記複数の押圧面の間に前記センサが配置されていてもよい。
また、上記態様においては、前記可動部材の移動量を表示する表示部を備えていてもよい。

また、上記態様においては、前記センサが、前記貫通孔内における前記挿入部の表面の周方向の移動量を検出する回転センサを備え、前記可動部材の移動量を検出する検出部を備えていてもよい。
また、上記態様においては、前記検出部により検出された前記可動部材の移動量と前記回転センサにより検出された周方向の移動量とから前記挿入部の長手軸回りの回転角度を算出する演算部を備えていてもよい。

本発明によれば、トロッカを貫通する挿入部の外径寸法が変化しても精度よく挿入量等を検出することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るトロッカ用センサユニットを備えるマニピュレータシステムを示す全体構成図である。 図１のトロッカ用センサユニットをトロッカから分離した状態で示す縦断面図である。 図１のトロッカ用センサユニットをトロッカに取り付けた状態で示す縦断面図である。 図１のトロッカ用センサユニットに径の小さい挿入部を挿入した状態を示す横断面図である。 図１のトロッカ用センサユニットに径の大きい挿入部を挿入した状態を示す横断面図である。 図１のトロッカ用センサユニットの第１の変形例を示す横断面図である。 図１のトロッカ用センサユニットの第２の変形例を示す縦断面図である。 図１のトロッカ用センサユニットの第３の変形例を示す横断面図である。 図１のトロッカ用センサユニットの第４の変形例を示す縦断面図である。 図１のトロッカ用センサユニットの第５の変形例を示す縦断面図である。 図１のトロッカ用センサユニットの第６の変形例を示す横断面図である。 図１のトロッカ用センサユニットの第７の変形例を示す横断面図である。

本発明の一実施形態に係るトロッカ用センサユニットについて図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るトロッカ用センサユニット２は、図１に示されるように、例えば、腹腔鏡手術に用いられるマニピュレータシステム１において用いられるユニットであって、皮膚Ａを貫通して配置されるトロッカ３に着脱可能に取り付けられるようになっている。

このマニピュレータシステム１は、トロッカ３を貫通して挿入される細長い硬質の挿入部４と、該挿入部４の先端に配置された関節５の揺動角度を手動により指令する操作部６と、関節５を駆動する駆動部８と、該駆動部８を制御する制御部９とを備えている。関節５の先端側には、例えば、体内の患部Ｂを処置する処置具７が配置されている。

トロッカ３は、図２に示されるように、皮膚Ａを貫通する筒状の本体３ａと、該本体３ａの一端に設けられたフランジ部３ｂとを備えている。本体３ａには長手方向に貫通する貫通孔３ｃが設けられている。貫通孔３ｃは、挿入部４の外径寸法より十分に大きな内径寸法を有し、挿入部４を簡単に挿入することができるようになっている。フランジ部３ｂには、トロッカ用センサユニット２を取り付けるための取付孔３ｄが設けられている。

本実施形態に係るトロッカ用センサユニット２は、図２に示されるように、トロッカ３のフランジ部３ｂに設けられた取付孔３ｄに係合する係合片２ａを有し、トロッカ３に着脱可能に取り付けられるベース部２ｂと、該ベース部２ｂに取り付けられる可動部材２ｃと、ベース部２ｂに取り付けられるセンサ２ｄとを備えている。

ベース部２ｂは、図３に示されるように、係合片２ａを取付孔３ｄに係合させてトロッカ３に取り付けたときに、トロッカ３の貫通孔３ｃに連通する、該貫通孔３ｃと略同等の内径寸法の内孔２ｅを有している。内孔２ｅには、その一部の側壁を切り欠いて形成された空間２ｆが設けられ、該空間２ｆ内に可動部材２ｃが配置されている。

可動部材２ｃは、図４および図５に示されるように、Ｖ溝状の押圧面２ｊを内孔２ｅ側に向けて配置されたＶブロック状に形成されており、Ｖ溝の中心線が内孔２ｅの中心軸に交差するように配置されており、空間２ｆ内で内孔２ｅの径方向に移動することができるようになっている。可動部材２ｃの少なくとも押圧面２ｊ部分は、低摩擦係数の部材、例えば、シリコーン樹脂や４フッ化エチレン樹脂等の材質によって構成されている。

可動部材２ｃには、Ｖ溝とは反対側に突出状態に配置された雄ねじ２ｇが、その長手軸回りに回転可能に取り付けられている。
一方、ベース部２ｂには雄ねじ２ｇが締結される雌ねじ２ｈが形成されており、雄ねじ２ｇを回転させると雌ねじ２ｈに締結されていく結果、雄ねじ２ｇがその長手軸に沿って移動し、雄ねじ２ｇの先端に取り付けられた可動部材２ｃが空間２ｆ内で直線移動するようになっている。

可動部材２ｃは、内孔２ｅおよび貫通孔３ｃに外形寸法の小さい挿入部４が挿入されたときには、図４に示されるように、押圧面２ｊを対向する内孔２ｅの内壁に近接させるように移動させることにより、内孔２ｅの内壁とＶ溝の２つの押圧面２ｊとによって３カ所で挿入部４を隙間なく押さえることができるようになっている。

また、可動部材２ｃは、内孔２ｅおよび貫通孔３ｃに外形寸法の大きな挿入部４が挿入されたときには、図５に示されるように、押圧面２ｊを対向する内孔２ｅの内壁から遠ざけるように移動させることにより、挿入部４を貫通させることができるようになり、挿入部４を貫通させた後に、押圧面２ｊを対向する内孔２ｅの内壁に近接させるように移動させることにより、挿入部４を隙間なく押さえることができるようになっている。

センサ２ｄは、可動部材２ｃの押圧面２ｊに対向する内孔２ｅの内面に埋め込まれた光センサである。この光センサは、内孔２ｅの内面に一致する位置に焦点を有しており、レーザマウスの光センサと同様に、内孔２ｅの内面位置を移動する物体の、内孔２ｅの長手軸方向および周方向の移動量を計測することができるようになっている。

このように構成された本実施形態に係るトロッカ用センサユニット２の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るトロッカ用センサユニット２を用いてトロッカ３の貫通孔３ｃに挿入される挿入部４の移動量を検出するには、トロッカ用センサユニット２をトロッカ３のフランジ部３ｂに固定する。

ベース部２ｂに設けられた係合片２ａをトロッカ３のフランジ部３ｂの取付孔３ｄに係合させると、ベース部２ｂの内孔２ｅとトロッカ３の貫通孔３ｃとが一致した状態に固定される。この状態で、可動部材２ｃの押圧面２ｊを対向する内孔２ｅの内面から遠ざけた位置に配置して、図３に示されるように挿入部４を内孔２ｅおよび貫通孔３ｃを貫通するように挿入する。そして、可動部材２ｃの雄ねじ２ｇを雌ねじ２ｈに締結していくことにより、押圧面２ｊによって挿入部４を径方向に押圧する。

これにより、挿入部４が２つの押圧面２ｊと対向する内孔２ｅの内面との３カ所に押しつけられて隙間なく押さえられるので、挿入部４を長手軸方向および長手軸回りに移動させる際のがたつきを抑えることができる。
挿入部４が押さえつけられている内孔２ｅの内面には光センサ２ｄが埋め込まれているので、挿入部４の外面は常に光センサの焦点位置に配置され、その移動量を光センサによって精度よく検出することができる。

そして、手術の途中において、挿入部４を入れ替える場合に、挿入される挿入部４の径寸法が変化しても、可動部材２ｃを退避させた状態で挿入し、再度可動部材２ｃの押圧面２ｊと内孔２ｅの内面との間に挿入部４を挟むことにより、挿入部４のがたつきを抑えつつ移動させることができるようになる。
すなわち、本実施形態に係るトロッカ用センサユニット２によれば、トロッカ３の貫通孔３ｃに挿入される挿入部４の外径寸法が変化しても、その移動量を精度よく検出することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、可動部材２ｃとしてＶ溝を有するＶブロック状の部材を例示したが、内孔２ｅに挿入された挿入部４等の挿入物を径方向に押圧することができるものであれば、その形状は特に限定されるものではない。例えば、図６に示されるように、円弧状の押圧面２ｊを有する可動部材２ｃを採用してもよいし、平板状の可動部材２ｃであってもよい。

また、本実施形態においては、挿入部４の表面の移動量を検出するセンサ２ｄとして、光センサを採用し、挿入部４の長手軸方向および周方向の両方の移動量を検出することとしたが、これに代えて、図７に示されるように、可動部材２ｃによって内孔２ｅの内面に押しつけられた挿入部４の表面に接触する位置に配置されたローラ１２ａ，１３ａと、該ローラ１２ａ，１３ａの回転角度を検出するエンコーダ１２ｂ，１３ｂとを備えるセンサ１２，１３を採用してもよい。

ローラ１２ａ，１３ａは、内孔２ｅの長手軸に平行な軸線回りに回転可能に支持された第１のローラ１２ａと、内孔２ｅの接線に平行な軸線回りに回転可能に支持された第２のローラ１３ａである。第１のローラ１２ａは挿入部４が長手軸回りに回転するときに回転し、第２のローラ１３ａは挿入部４が長手軸方向に移動するときに回転するようになっている。

これにより、第１のローラ１２ａを備えるセンサ１２は、挿入部４の長手軸回りの移動量を検出することができる。一方、第２のローラ１３ａを備えるセンサ１３は、挿入部４の長手軸方向の移動量を検出することができる。

また、本実施形態においては雄ねじ２ｇを締結することによって可動部材２ｃを移動させ、可動部材２ｃの押圧面２ｊによって挿入部４を内孔２ｅの内面に押しつけることとしているが、可動部材２ｃによる押圧力が大きすぎる場合には内孔２ｅおよび押圧面２ｊと挿入部４との間の摩擦力が大きくなり過ぎて、挿入部４を移動させることが困難になる。一方、可動部材２ｃによる押圧力が小さすぎる場合には、内孔２ｅおよび可動部材２ｃと挿入部４との間に隙間が形成されて挿入部４ががたつき、移動量を精度よく測定することが困難になる。

そこで、可動部材２ｃによって挿入部４を適正な押圧力で押圧するために、図８に示されるように、ボルト頭部２ｉと雄ねじ２ｇとの間に、所定以上のトルクが作用したときに空回りするクラッチ機構１４を備えていてもよい。このようにすることで、ボルト頭部２ｉにトルクを加えて雄ねじ２ｇを雌ねじ２ｈに締結していき、可動部材２ｃが挿入部４を押圧して押圧力が所定の大きさまで大きくなるとクラッチ機構１４が空回りして押圧力がそれ以上に大きくならないようにすることができる。

また、本実施形態においては、単一の可動部材２ｃによって挿入部４を押圧することとしたが、これに代えて、図９に示されるように、内孔２ｅの長手軸方向に間隔をあけて配置された複数（例えば、２つ）の可動部材２ｃによって挿入部４を押圧することにしてもよい。そして、センサ２ｄは可動部材２ｃの間の位置に配置することが好ましい。これにより、複数の可動部材２ｃによって挿入部４の内孔２ｅ内における倒れが防止されて、さらに精度よく挿入部４の移動量を検出することができる。

また、図１０に示されるように、雄ねじ２ｇに可動部材の移動量を示すマーカー１５が設けられていてもよい。ベース部２ｂの外側に突出している雄ねじ２ｇのマーカー１５によって空間２ｆ内における可動部材２ｃの位置を知ることができ、挿入部４を交換する際に、次に挿入しようとしている挿入部４を挿入可能な隙間が可動部材２ｃと内孔２ｅ内面との間に形成されているか否かを確認することができる。マーカー１５は、例えば、目盛りであり、目盛りを数えることで、可動部材２ｃの位置を知ることができる。

また、図１１に示されるように、雄ねじ２ｇに可動部材２ｃまでの距離を検出する距離センサ１６を配置し、距離センサ１６によって検出された距離から、可動部材２ｃの位置を算出し、可動部材２ｃと内孔２ｅ内面との間に挟まれている挿入部４の径寸法を算出する演算部１７を設けてもよい。
また、図１２に示されるように、距離センサ１６により検出された距離と、センサ２ｄにより検出された挿入部４の周方向の移動量とから、演算部１７により挿入部４の回転角度を算出することにしてもよい。

演算部１７はトロッカ用センサユニット２に備えられていてもよいし、制御部９に備えられていてもよい。
また、本実施形態においてはトロッカ用センサユニット２がトロッカ３に着脱可能に取り付けられることとしたが、これに代えて、トロッカ３にトロッカ用センサユニット２が一体的に組み込まれていてもよい。
また、トロッカに挿入される挿入部４としては、硬質のものであっても軟質のものであってもよい。

２ トロッカ用センサユニット
２ｂ ベース部
２ｃ 可動部材
２ｄ センサ
２ｅ 内孔（貫通孔）
２ｇ 雄ねじ（位置調節機構）
２ｊ 押圧面
３ トロッカ
４ 挿入部
１２ センサ（回転センサ）
１４ クラッチ機構（移動制限機構）
１５ マーカー（表示部）
１６ 距離センサ（検出部）
１７ 演算部

Claims (16)

1. トロッカに着脱可能に取り付けられ、前記トロッカに挿入される挿入部を貫通させる貫通孔を有するベース部と、
   該ベース部の前記貫通孔の少なくとも一部の内面を構成する押圧面を有し、前記貫通孔の径方向に移動可能に設けられた可動部材と、
   該可動部材および前記押圧面に対向する前記貫通孔の内面の少なくとも一方に設けられ、前記貫通孔内における前記挿入部の表面の移動量を検出するセンサとを備えるトロッカ用センサユニット。
2. 前記可動部材の前記ベース部に対する位置を調節する位置調節機構を備える請求項１に記載のトロッカ用センサユニット。
3. 前記位置調節機構が、前記可動部材の移動に要する力が所定の閾値以上となった場合にそれ以上の移動を制限する移動制限機構を備える請求項２に記載のトロッカ用センサユニット。
4. 前記可動部材の押圧面が前記貫通孔の長手軸方向に間隔をあけて複数配置されている請求項１から請求項３のいずれかに記載のトロッカ用センサユニット。
5. 前記複数の押圧面の間に前記センサが配置されている請求項４に記載のトロッカ用センサユニット。
6. 前記可動部材の移動量を表示する表示部を備える請求項１から請求項５のいずれかに記載のトロッカ用センサユニット。
7. 前記センサが、前記貫通孔内における前記挿入部の表面の周方向の移動量を検出する回転センサを備え、
   前記可動部材の移動量を検出する検出部を備える請求項１から請求項６のいずれかに記載のトロッカ用センサユニット。
8. 前記検出部により検出された前記可動部材の移動量と前記回転センサにより検出された周方向の移動量とから前記挿入部の長手軸回りの回転角度を算出する演算部を備える請求項７に記載のトロッカ用センサユニット。
9. 挿入部を貫通させる貫通孔を有し、皮膚の開口部に貫通状態に固定されるベース部と、
   該ベース部の前記貫通孔の少なくとも一部の内面を構成する押圧面を有し、前記貫通孔の径方向に移動可能に設けられた可動部材と、
   該可動部材および前記押圧面に対向する前記貫通孔の内面の少なくとも一方に設けられ、前記貫通孔内における前記挿入部の表面の移動量を検出するセンサとを備えるトロッカ。
10. 前記可動部材の前記ベース部に対する位置を調節する位置調節機構を備える請求項９に記載のトロッカ。
11. 前記位置調節機構が、前記可動部材の移動に要する力が所定の閾値以上となった場合にそれ以上の移動を制限する移動制限機構を備える請求項１０に記載のトロッカ。
12. 前記可動部材の押圧面が前記貫通孔の長手軸方向に間隔をあけて複数配置されている請求項９から請求項１１のいずれかに記載のトロッカ。
13. 前記複数の押圧面の間に前記センサが配置されている請求項１２に記載のトロッカ。
14. 前記可動部材の移動量を表示する表示部を備える請求項９から請求項１３のいずれかに記載のトロッカ。
15. 前記センサが、前記貫通孔内における前記挿入部の表面の周方向の移動量を検出する回転センサを備え、
    前記可動部材の移動量を検出する検出部を備える請求項９から請求項１４のいずれかに記載のトロッカ。
16. 前記検出部により検出された前記可動部材の移動量と前記回転センサにより検出された周方向の移動量とから前記挿入部の長手軸回りの回転角度を算出する演算部を備える請求項１５に記載のトロッカ。

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