JP2017205661A - 医療装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】占有空間の小さい、かつ、医療器具を手術部位に対して適切にアクセスさせることができる医療装置を提供する。
【解決手段】本発明の一態様の医療装置(1)は、体内に挿入するための棒状の挿入部(201)を備えた医療器具の位置を調整する。医療装置は、医療器具の挿入部を保持し、かつ、超音波アクチュエータに対して挿入部を変位または回転させる超音波アクチュエータと、手術部位に対する超音波アクチュエータの位置を固定するアクチュエータ固定部(101、102)と、挿入部を屈曲させる屈曲駆動装置(630)とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、医療装置に関する。
腹腔鏡下手術(内視鏡下外科手術)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(例えば、硬性内視鏡)、マニピュレータ(又は鉗子)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。
一方、腹腔鏡下手術においては、複数の医療器具を患者の体表に開けられた開口部より患者の体内に挿入する必要がある。このため、例えば、体外で人同士あるいは医療器具同士が接触し邪魔しあう、鉗子と内視鏡カメラとが接触する等の問題が生じ、医療器具の操作が著しく制約される。
上記の問題点を解決するために、例えば特許文献1では、使用者の視野を適切に確保しつつ、各医療器具を移動するアーム同士の干渉を回避することができる医療用ロボットシステムが開示されている。
特開平2011−206312号公報(2011年10月20日公開)
しかしながら、特許文献1に示されるような医療用ロボットシステムは、アーム同士の干渉を回避することは可能ではあるが、手術ロボットを使用するためシステム全体が大型、かつ高価なものとなる。また、ロボットアームは患者体内におけるマニピュレータの位置を不動点とするため、患者の体外におけるロボットアームの可動範囲が大きいものとならざるを得ない。そのため、患者付近に術者が円滑な医療処置を行うだけの空間を確保することは困難である。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、占有空間の小さい、かつ、医療器具を手術部位に対して適切にアクセスさせることができる医療装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る医療装置は、体内に医療器具を挿入するための棒状の挿入部を備えた上記医療器具の位置を調整する医療装置であって、上記医療器具の上記挿入部を保持し、かつ、アクチュエータに対して上記挿入部を変位または回転させる上記アクチュエータと、手術部位に対する上記アクチュエータの位置を固定するアクチュエータ固定部と、上記挿入部を屈曲させる屈曲駆動装置とを備えることを特徴としている。
本発明の一態様によれば、占有空間の小さい、かつ、医療器具を手術部位に対して適切にアクセスさせることができる医療装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る医療装置の概略構成を示す模式図である。 上記医療装置の挿入部搬送ユニットの概略構成を示す斜視図である。 上記医療装置の超音波アクチュエータの概略構成を示す斜視図である。 上記超音波アクチュエータの超音波振動子の概略構成を示す斜視図である。 上記超音波振動子と、それに供給される電圧とを示す分解斜視図である。 交代電圧および上記超音波振動子の時間変化を示す図である。 振動体の伸縮振動モードを示す斜視図である。 振動体の3次の曲げ振動モードを示す斜視図である。 振動体の運動の様子を示す側面図である。 本発明の他の実施形態に係る医療装置の概略構成を示す模式図である。 上記医療装置の空圧式屈曲アクチュエータの構成を示す側面図である。 上記医療装置の空圧式屈曲アクチュエータの構成を示す側面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る医療装置の概略構成を示す模式図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る挿入部搬送ユニットの概略構成を示す模式図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る医療装置の概略構成を示す模式図である。
〔実施形態1〕
(医療装置の概要)
図1は、本発明の実施の形態に係る医療装置1の概略構成を示す模式図である。本実施形態は、本発明適用の一例として、手術台400の上に寝ている患者510の腹部511の腹腔内に硬性内視鏡200の挿入部(シースチューブ)201が挿入され、ここから得られた画像に基づき施術者500が施術を施す状況を想定している。
図1において、医療装置1は、挿入部搬送ユニット100、フレキシブルアーム(アクチュエータ固定部)101、スタンド(アクチュエータ固定部)102、手術用ポート103、コントローラユニット(制御装置)130、および硬性内視鏡200を備えている。なお、挿入部搬送ユニット100、およびコントローラユニット130の詳細については、後述する。医療装置1は、硬性内視鏡200の位置を調整するものである。
フレキシブルアーム101は、その一端に挿入部搬送ユニット100を支持・固定するものであり、手で曲げることで所望の形状にすることができる。すなわち、フレキシブルアーム101は施術者500の所望する位置に挿入部搬送ユニット100を配置かつ固定するものである。
スタンド102は、フレキシブルアーム101の他端を固定することで、手術台400の上に寝ている患者510側にフレキシブルアーム101を固定するものである。スタンド102は、手術台400に設置(固定)される。
手術用ポート103は、医療器具を患者510の腹腔内に挿入するための貫通口を有する医療器具であり、患者510の腹部511表面に配置される。なお、手術用ポート103の使用は術式によっては必須ではなく、本実施形態の必須の構成要素ではない。
本実施形態では、医療器具の一例として、円柱形(棒状)の挿入部201を有する硬性内視鏡200を使用しているが、これに限定されるものではない。硬性内視鏡200の代わりに、患者510の体内に医療器具を挿入するための棒状(柱状)の挿入部を有する医療器具を使用することができる。例えば、柱状の挿入部の先端に鉗子等の手術器具が設けられたもの、または、挿入部を兼ねる柱状のカテーテル等を医療器具として使用することができる。
(挿入部搬送ユニットの構成)
図2は、挿入部搬送ユニット100の概略構成を示す斜視図である。図2に示すように、挿入部搬送ユニット100は、アクチュエータ保持部(アクチュエータ固定部)109および超音波アクチュエータ(アクチュエータ、摩擦駆動アクチュエータ)110を備える。
アクチュエータ保持部109は、超音波アクチュエータ110を保持する中空の筐体であり、その側面にはフレキシブルアーム101の一端が固定されている。アクチュエータ保持部109、フレキシブルアーム101、およびスタンド102は、超音波アクチュエータ110を手術部位の近傍に固定するためのアクチュエータ固定部を構成する。
図3は、超音波アクチュエータ110の概略構成を示す斜視図である。図3に示すように、超音波アクチュエータ110は、筐体111、筐体112、筐体111の内面に設けられたステー113、ステー113を介して筐体111に固定された超音波振動子(摩擦駆動素子)114、および、筐体112の内面に固定された2つのボールベアリング(摺動体)115を備える。筐体111と筐体112とは、開閉可能に結合されている。超音波アクチュエータ110は、アクチュエータ保持部109によって腹腔内の手術部位に対する位置が固定された状態で、硬性内視鏡200の挿入部201を当該手術部位近傍まで搬送するものである。
筐体111と筐体112とは、予圧用バネ(復元部)116によって互いに閉じられる方向に復元力が及ぼされている。筐体111と筐体112とは、互いに閉じられたとき、環状の筐体を構成する。筐体111と筐体112とが互いに閉じられたとき、予圧用バネ116の復元力によって超音波振動子114および2つのボールベアリング115が挿入部201の側面に押し付けられる。すなわち、硬性内視鏡200は、超音波振動子114および2つのボールベアリング115によって、挿入部201の軸方向に垂直な方向に保持される(図2)。なお、筐体111と筐体112とが互いに開かれたとき、超音波振動子114とボールベアリング115との距離が離れるので、挿入部201は、超音波振動子114から解放される。
ここで、2つのボールベアリング115は、硬性内視鏡200の側面にそれぞれ点接触する。したがって、突起部45および2つのボールベアリング115の各接触部における弾性変形も考慮すれば、硬性内視鏡200の保持には挿入部201の軸方向に垂直な方向に、最低で2個所の拘束が必要となる。例えば、硬性内視鏡200の別の個所を、アクチュエータ保持部109の内面に3つのボールベアリング115を新たに設けることで保持する等の方法が考えられる。ここでは、説明の簡便のため、アクチュエータ保持部109の内面に設けられた3つのボールベアリングについては図示しない。
(超音波振動子の構成)
図4は、超音波振動子114の概略構成を示す斜視図である。図4に示すように、超音波振動子114は、ステー113、振動体40、突起部45、圧電素子41〜44、上部電極41a〜44a、および下部電極41b〜44bを備える。
ステー(保持部)113は、棒状の部材であり、先端部には超音波振動子114の回転を防止するためのキー48が設けられている。
振動体40は、ステンレス製の中空角柱であり、断面形状は略正方形である。中空部(空洞)は、柱状の振動体40の軸に沿って延びており、振動体40を貫通している。また、中空部を規定する振動体40の内側面には、狭窄部46が形成されている。振動体40の内側面は、第1空洞と、第1空洞より径が狭い第2空洞とを規定する。
狭窄部46は、振動体40における第2空洞を規定する。狭窄部46には、振動体40の回転を防止するために、ステー113の先端部と対応する形状のキー溝が設けられている。当該キー溝にキー48を嵌合することで、振動体40は、ステー113を介して筐体111に固定される。この嵌合部(狭窄部46)は、後述する2つの振動(定在波振動)の節に対応する位置にあるため、これらの振動を阻害しない。
なお、本実施形態では、狭窄部46は、振動体40の中空部中央付近に設けられているが、振動体40を筐体111に固定できる位置にあればよく、これに限定されるものではない。
突起部45は、振動体40の先端面に設けられた円錐台形状の部材であり、その端面は挿入部201の側面に線接触する。なお、ここでは突起部45は、一例として、円錐台底面の直径1.8mm、上面の直径0.8mm、円錐台の高さ0.5mmの真鍮製である。ただし、突起部45の形状および材質は上記に限定されない。また、突起部45の端面を凸曲面にし、突起部45と挿入部201とを点接触させてもよい。
柱状の振動体40の先端は、突起部45を介して柱状の挿入部201(作動子)の側面に押し当てられる。柱状の振動体40の軸(長手方向)と、柱状の挿入部201の軸(長手方向)とは、直交する。なお、突起部45を省略して振動体40の先端を直接挿入部201に接触させてもよい。
圧電素子41〜44は、電圧を加えると応力変化を生ずる性質を有する板状の素子であり、振動体40の各側面に設置(固定)されている。圧電素子41〜44の材質は、セラミックスまたは水晶等である。
上部電極41a〜44aおよび下部電極41b〜44bは、圧電素子41〜44の振動体40に対する設置面とは反対側の面に設置(固定)されている。面状の上部電極41a〜44aは、圧電素子41〜44の上半分(狭窄部46より突起部45側)を覆うように設けられている。面状の下部電極41b〜44bは、圧電素子41〜44の下半分を覆うように設けられている。1つの圧電素子に設けられた上部電極および下部電極は、振動体40の軸(長手方向)に沿って並ぶように配置されている。1つの圧電素子に設けられた上部電極および下部電極は、互いに導通しないよう分けられている。
電極(電極41a〜44aまたは下部電極41b〜44b)に電圧を供給することで、圧電素子41〜44における該電極に対応する部分が伸縮する。これにより、圧電素子41〜44は振動する。例えば1つの圧電素子41における上部電極41aに対応する部分と、下部電極41bに対応する部分とは、異なる振動を生じる。そのため、上部電極41aと圧電素子41における該上部電極41aに対応する部分とが第1振動発生素子に対応し、下部電極41bと圧電素子41における該下部電極41bに対応する部分とが別の第2振動発生素子に対応する。なお、圧電素子は、上部電極および下部電極に対応するよう分かれていてもよい。
なお、各電極および後述のコントローラユニット130等への配線については、防水処理が施されていることが望ましい。そして、超音波振動子114の変形がppmレベルと微小であるため、一般的な防水コーティング手法の適用が可能である。
(コントローラユニットの構成)
図1に示すように、コントローラユニット130は、指示入力部131、駆動信号生成部(電圧供給部、動作指示部)132、およびこれらに電力を供給するバッテリー133を備える。コントローラユニット130は、スタンド102およびフレキシブルアーム101を経由するケーブルによって、挿入部搬送ユニット100と着脱可能に接続されている。
指示入力部131は、操作者(ユーザ)の指示を入力するための入力装置であり、例えばジョイスティック等の入力装置である。例えば、操作者は、ジョイスティックを手動によって前後左右に傾斜させることで、硬性内視鏡200の挿入部201を搬送(変位または回転)する指示を入力する。指示入力部131は、入力された操作者の指示を駆動信号生成部132に出力する。入力された操作者の指示は、例えば挿入部201の移動方向および移動速度を指定する。
駆動信号生成部132は、入力された操作者の指示に基づいて、圧電素子41〜44に所望の振動を励起させるための駆動信号を生成し、該圧電素子に印加するものである。駆動信号は交代電圧である。駆動信号生成部132は、移動方向に応じて2つの駆動信号の位相差を決定する。駆動信号生成部132は、移動速度に応じて駆動信号の電圧の振幅または駆動信号のデューティ比を決定する。
入力された操作者の指示が挿入部201の前進または後退を示す場合、駆動信号生成部132は、互いに対向する圧電素子42および44の電極に供給する駆動信号を生成する。入力された操作者の指示が挿入部201の回転を示す場合、駆動信号生成部132は、互いに対向する圧電素子41および43の電極に供給する駆動信号を生成する。
(超音波振動子の搬送原理)
次に、超音波振動子114の搬送原理について、図5〜図9を参照しながら、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、超音波振動子114の突起部45側を上側、ステー113側を下側とする。
図5は、超音波振動子114と、それに供給される電圧とを示す分解斜視図である。なお、図5では、説明の簡略のため、圧電素子41・43の図示を省略している。駆動信号生成部132は、圧電素子41〜44の2つの電極のそれぞれに、互いに位相の異なる交代電圧を供給する。駆動信号生成部132は、ステー113の電圧を基準電圧(ここでは0V)に固定する。ステー113、キー48、および振動体40は導電体であるので、振動体40は0Vに固定される。
各圧電素子上の上部電極には、対向する圧電素子上の下部電極と共通の駆動信号が供給される。例えば、圧電素子42の上部電極42aおよび圧電素子44の下部電極44bには共通の交代電圧Vaが供給される。圧電素子42の上部電極42aに対応する部分は、印加される電圧Vaに応じて変形(伸縮)する。
圧電素子42の下部電極42bおよび圧電素子44の上部電極44aには共通の交代電圧Vbが供給される。圧電素子42の下部電極44bに対応する部分は、印加される電圧Vbに応じて変形(伸縮)する。
図6は、交代電圧Va、Vbおよび超音波振動子114の時間変化を示す図である。図6の上側には、各期間T1〜T4に対応する超音波振動子114の状態を示す。図6において、圧電素子42・44の中の(+)、(−)は、各極性の電圧が印加される電極に対応する部分を表す。図7は、振動体40の伸縮振動モードL1を示す斜視図である。図8は、振動体40の3次の曲げ振動モードB3を示す斜視図である。図7、図8において、濃淡が濃い(黒い)箇所は振動体40における変形が小さい箇所を表し、濃淡が淡い(白い)箇所は振動体40における変形が大きい箇所を表す。図7、8に示すように振動体40の中央部は、振動の節に対応する。図9は、振動体40の運動の様子を示す側面図である。
図6に示すように、VaおよびVbは位相が90°異なる±24Vの交代電圧である。圧電素子42・44に正極性の電圧が印加されているとき、圧電素子42・44は振動体40の軸に沿った方向(挿入部201に対する方向)に伸長される。圧電素子42・44に負極性の電圧が印加されているとき、圧電素子42・44は振動体40の軸に沿った方向に圧縮される。圧電素子42・44は振動体40に貼り付けられているので、振動体40における圧電素子42・44に対応する部分(圧電素子が貼り付けられた部分)も、同様に伸長/圧縮される。この結果、2つの交代電圧Va・Vbが同じ極性である期間T1・T3では、振動体40の伸縮振動モードL1(図7)が励起される。2つの交代電圧Va・Vbが異なる極性である期間T2・T4では、振動体40の3次の曲げ振動モードB3(図8)が励起される。四角柱である振動体40のアスペクト比(幅:高さ)が1:4であれば、伸縮振動モードL1および3次の曲げ振動モードB3の共振周波数が概ね一致する。
同じ周波数で伸縮振動モードL1と3次の曲げ振動モードB3とが励起されることにより、1周期(期間T1〜T4)の間に図6に示すように振動体40が変形する。各振動モードにおいて励起される振動は、節の位置が変化しない定在波振動である。振動体40の狭窄部46は、定在波振動の節に対応する箇所(上部電極と下部電極との間に対応する箇所)に位置する。
具体的には、期間T1において、振動体40は伸長される。突起部45は、挿入部201側に変位(直動)する。期間T2において、振動体40は曲げられる。突起部45は、圧電素子42側に変位する。期間T3において、振動体40は圧縮される。突起部45は、挿入部201から離れる方向に変位する。期間T4において、振動体40は期間T2とは逆側に曲げられる。突起部45は、圧電素子44側に変位する。
その結果、図9に矢印で示すように、振動体40の先端に配置された突起部45が楕円運動をする。突起部45の端面は、予圧用バネ116によって挿入部201の側面に押し付けられている。そのため、圧電素子42・44の組に交代電圧Va・Vbを与えられると、硬性内視鏡200の挿入部201は、突起部45との摩擦により、患者体内方向に沿って搬送される。交代電圧VaおよびVbの位相差の符号が逆であれば、挿入部201は反対方向に搬送される。また、挿入部201の軸の円周方向に沿って配置される圧電素子41・43に交代電圧Va・Vbが与えられると、挿入部201はその軸を中心に回転させられる。このように、単一の超音波振動子114は、2つの方向(変位(直動)方向および回転方向)の搬送を選択的に行うことができる。
2つの交代電圧Va・Vbの位相差は、移動方向(回転方向)を決定し、2つの交代電圧Va・Vbの電圧の振幅(またはデューティ比)は、移動速度(回転速度)を決定する。このように、駆動信号生成部132によって生成される駆動信号(交代電圧)によって、操作者の指示を硬性内視鏡200の動作として反映することができる。
なお、本実施形態では、2つの圧電素子を対向させることで伸縮振動モードL1および3次の曲げ振動モードB3を励起させているが、例えば圧電素子41および42のみを使用して同様の振動を励起させてもよい。ただし、本実施形態の構成は対称性が良いので、伸縮振動モードL1および3次の曲げ振動モードB3以外の不要な振動が励起されにくい。そのため、本実施形態では、エネルギー効率を高くすることができる。
(実施例)
一実施例として、振動体40として、一辺が2mmの正方形断面を有し、高さは8mmであるステンレス製の中空の四角柱を使用した。中空部は直径1.6mmの円柱状であり、中空部の軸と四角柱の軸とは一致する。また、圧電素子41〜44として、厚さ0.2mm、短辺2mm、長辺8mmの矩形の市販のハード系PZT(PZT−5H:鉛−ジルコニウム−チタン)を使用した。
その結果、伸縮振動モードL1および3次の曲げ振動モードB3の共振周波数が共に約280kHzで一致した。これにより、超音波振動子114に共振が励振され、挿入部201の搬送(変位および回転)を実現することができた。
(効果)
本実施形態の医療装置1は、医療器具である硬性内視鏡200の挿入部201を、挿入部201の軸方向に変位および軸周りに回転させることができる。硬性内視鏡200は、挿入部201の一側面方向を見ることができるため、医療装置1を使用することにより、腹腔内の任意の箇所を硬性内視鏡200の視野に収めることができる。これにより、操作者(または施術者)は、硬性内視鏡200を介して腹腔内の任意の箇所を見ることができる。
また、医療装置1は、挿入部搬送ユニット100、およびフレキシブルアーム101によって、超音波アクチュエータ110の位置を固定している。硬性内視鏡200の挿入部201は、超音波アクチュエータ110によって、超音波アクチュエータ110に対して2軸に駆動される。そのため、医療装置1の占有空間を小さくすることができる。よって、医療装置1は、従来の医療用ロボットシステムに比べて、施術者500の作業空間を大幅に広く確保することが可能となる。
なお、例えば作動子の周囲をステータで囲む従来の超音波アクチュエータでは、ステータの貫通穴が作動子の全周と接触するために、作動子およびステータを高い精度で加工する必要がある。また、複数のローラーで作動子を搬送する別の従来のアクチュエータでは、作動子に汚れ(血液等)が付着した場合に複数のローラー間で摩擦力が不均一となる可能性がある。作動子に伝達される力が不均一になるので、予期せぬ動作をしてしまう可能性がある。
本実施形態の超音波アクチュエータ110は、単一の超音波振動子114の先端(突起部45)を作動子である挿入部201の側面に1方向から押し当てる構成である。そのため、超音波アクチュエータ110では、加工の公差を大きく設定することができる。それゆえ、超音波アクチュエータ110は、容易に加工および組み立てを行うことができる。また、超音波振動子114が挿入部201の側面に1方向から押し当てられるので、挿入部201に汚れが付着している場合であっても、動作不良を起こしにくい。
(変形例)
なお、本実施形態では、患者510の治療部位(手術用ポート103の位置)の近傍に配されたアクチュエータにより医療器具(硬性内視鏡200)を駆動することで、従来のロボットアームまたは内視鏡操作助手等が配置されていたスペースを削減する。本実施形態における各構成要素は、術式との適合性または技術進展に応じて、適宜置き換えることができる。
例えば、本実施形態では、アクチュエータとして超音波振動子を用いた超音波モータを使用しているが、空気圧、電磁力等によって駆動するアクチュエータを使用することも可能である。
また、コントローラユニットについても、指示入力部131はジョイスティックに限定されない。例えば、絶対位置を画面上でポイントすることで指示し、これに従って算出された各部位の位置に基づいて操作を行う半自動コントローラ等も適用可能である。
さらに、摩擦力の差異が機能実現に影響を及ぼさない程度であれば、ボールベアリング115をフッ素樹脂パッドなどの摺動体で置き換える構成も可能である。もちろん、摺動体の個数、配置、および形状などについても、挿入部201の搬送に支障のない限り本実施形態に限定されるものではない。
なお、振動体40は、四角柱に限らず、少なくとも1つの側面(平面)を有する柱状の形状であってよい。柱状の振動体の軸(長手方向)に沿って並ぶように、1つの側面に複数の振動発生素子が設けられていればよい。
超音波アクチュエータの搬送力として利用される振動モード、振動モードを励起するための電極形状、および印加電圧パターンも、搬送される医療器具の種類に応じて適宜変形可能であり、本実施形態に限定されるものではない。
なお、超音波アクチュエータ110は、医療器具の挿入部の他に、柱状の任意の作動子を搬送(変位または回転)するために用いることもできる。
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、図10〜12に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施形態1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
(医療装置の概要)
図10は、本実施形態に係る医療装置2の概略構成を示す模式図である。図10に示すように、本実施形態に係る医療装置2は、医療器具として空圧式屈曲アクチュエータ610を用いる点、および、空圧式屈曲アクチュエータ610を屈曲させるエアポンプ(屈曲駆動装置)630を備える点で、実施形態1に係る医療装置1と異なる。また、本実施形態に係る医療装置2は、コントローラユニット130が超音波アクチュエータのみならず、エアポンプ630にも動作指示を与える点でも、実施形態1に係る医療装置1と異なる。
(挿入部の構成)
図11に示すように、本実施形態における空圧式屈曲アクチュエータ610は、中空円筒形状で膨張可能なチューブ611、カメラ210、および、挿入部としてのパイプ620を備える。
チューブ611の一端にはカメラ210が固定されている。チューブ611の他端には、中空円筒形状のパイプ620が連通接続されている。チューブ611は、弾性体であるが、チューブ611の一部の壁面(図11における下側)は、他の壁面より剛性の高い非伸縮部612を有する。チューブ611の素材には、例えばシリコーン等が用いられる。
カメラ210は、チューブ611の中を通る信号線211を介して、図示しない映像出力装置に撮影された手術部位付近の映像を伝送する。
パイプ620の素材には、空気が供給されても屈曲しないよう、硬質な材料、例えばアクリル樹脂等が用いられる。また、パイプ620は、その中空部に信号線211が通されることから、空気供給流路のみならず信号線格納筐体としての役割も有している。
非伸縮部612の伸縮性は、チューブ611の他の部分よりも低ければよく、非伸縮部612の反対側ではチューブ611を膨張させるとともに、非伸縮部612側ではチューブ611を膨張させない程度であればよい。
非伸縮部612の素材として、例えばグラスファイバまたはポリアミド繊維等の非伸縮性糸が用いられてもよいし、チューブ611と同じ素材のシリコーンを用いてもよい。
(チューブの屈曲原理)
チューブ611は、パイプ620を介してエアポンプ630より空気の供給を受け、その空気の圧力上昇に応じ、チューブ611の非伸縮部612側と反対側は膨張する。一方、非伸縮部612側は膨張しないため、図12に示すように、チューブ611は非伸縮部612側へ屈曲する。
(効果)
以上のように、本実施形態によれば、パイプ620(挿入部)の軸方向およびその軸を中心とする回転方向に加え、チューブ611の屈曲方向にも、カメラ210による視野を確保することが可能になる。
したがって、施術者500は、腹腔内の手術部位をより多くの方向から観察することが可能となることから、手術部位観察においてより好適な角度を選択することができる。
(変形例)
なお、本実施形態では、チューブ611本体に非伸縮部612を設ける場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されるものではなく、非伸縮部612を信号線211で兼用してもよい。さらに、非伸縮部612と兼用される信号線211は、チューブ611の内側ではなく外側に固定させてもよい。
〔実施形態3〕
本発明のさらに他の実施形態について、図13に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施形態1、2にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
(医療装置の概要)
図13は、本実施形態に係る医療装置3の概略構成を示す模式図である。図13に示すように、本実施形態に係る医療装置3は、コントローラユニットが無線コントローラユニット140である点で、実施形態1、2に係る医療装置と異なる。
(無線コントローラユニットの構成)
図13に示すように、無線コントローラユニット140は、ユニット本体145と動作指示ユニット146とを備えている。
ユニット本体145は、指示入力部141、指示入力部141の前後左右方向の操作量に対応した信号を送信する送信部147、およびこれらに電力を供給する第1バッテリー(電池)143を備えている。
動作指示ユニット146は、受信部148、動作指示部142、第2バッテリー(電池)144を備える。受信部148は、送信部147より送信された信号を受信する。動作指示部142は、受信部148が受信した信号に応じて駆動信号を生成し、駆動信号を挿入部搬送ユニット100に供給する。第2バッテリー144は、受信部148および動作指示部142に電力を供給する。
また、動作指示ユニット146は、手術台400に設置(固定)されるとともに、上端面にはフレキシブルアーム101の一端が固定されている。すなわち、動作指示ユニット146は、実施形態1、2におけるスタンド(アクチュエータ固定部)102の役割も兼ねる。
動作指示部142は、図示しない操作者による指示入力部141の操作に応じて、交代電圧に対応する駆動信号を生成し、上部電極および下部電極に該駆動信号を送信する。これにより、無線通信による超音波アクチュエータ110への動作指示が可能となる。
なお、無線コントローラユニット140は、ユニット本体145と動作指示ユニット146との間に、施術者500等の障害物が介在する場合がある。また、無線通信電波は、操作者が免許なしで自由に使用できる帯域である必要がある。さらに、消費電力の観点も考慮すれば、無線通信手段は、無線通信機器間に障害物があっても利用可能であり、免許なしで自由に使用できる帯域の電波が使用され、かつ低消費電力であるBT(Bluetooth
(登録商標):ブルートゥース)等が望ましい。
(効果)
以上のように、本実施形態によれば、無線通信により超音波アクチュエータへの動作指示が行われるため、施術者500の作業空間をより広く確保することが可能となる。したがって、施術者500はより円滑に医療処置を行うことができる。
なお、上記効果は、実施形態1、2のいずれの医療器具(挿入部)を用いる場合でも、実現可能であることは言うまでもない。
(変形例)
本実施形態では、指示入力部141等の操作部から入力された信号を、ユニット本体145により直接動作指示ユニット146へ送信している。しかしながら、操作者が指示入力部141に与えた情報を、無線通信によって超音波アクチュエータの動作に反映させることが本実施形態に係る医療装置3の本質であるため、これが実現される構成であれば、その無線通信形態を問わない。
〔実施形態4〕
本発明のさらに他の実施形態について、図14に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施形態1から3にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
図14は、本実施形態に係る挿入部搬送ユニット107の概略構成を示す模式図である。図14に示すように、本実施形態に係る挿入部搬送ユニット107は、アクチュエータ保持部109としてトロッカー(トロカール)700を用いている点が、実施形態1から3に係る挿入部搬送ユニット100と異なる。
(トロッカーの構成)
トロッカー700は、患者の腹腔内に手術器具を挿入するための医療器具であり、硬性内視鏡を利用した手術等において一般的に用いられる。また、トロッカー700は、図14に示すように、筒状のトロッカー筐体701および中空の針部702を備えている。
トロッカー筐体701は、超音波アクチュエータ110を内蔵できる程度のスペースが確保されている中空の筐体である。トロッカー筐体701は、超音波アクチュエータ110を保持する。
針部702は、硬性内視鏡等の挿入部201を貫通させることができる程度の中空部を有する円筒型の部材であり、その外径は、手術用ポート103の貫通口103aの直径より小さい。また、針部702の一端は、トロッカー筐体701の一端と連通接続されている。針部702は、貫通口103aから手術用ポート103に挿入されることで、手術用ポート103に対して固定される。なお、医療装置3は、トロッカー700を手術用ポート103に固定する固定部を別途備えてもよい。例えばトロッカー700および手術用ポート103に、対応する係合部を設けてもよい。
ここで、トロッカー筐体701の側面には外部端子710が設置されている。コントローラユニットと挿入部搬送ユニット107とは、外部端子710を通じて電気的に接続される。
なお、トロッカー700は、超音波アクチュエータ110を内蔵できる程度のスペースがトロッカー筐体701に確保されていれば、医療現場において一般的に用いられているものが適用可能である。
(効果)
以上のように、本実施形態によれば、手術用ポート103に対してトロッカー700を固定することで、トロッカー筐体701に内蔵された超音波アクチュエータ110の手術部位に対する位置が固定される。したがって、フレキシブルアーム101およびスタンド102を用いる必要がなくなり、施術者500の作業空間をより広く確保することが可能となる。これにより、施術者500はより円滑に医療処置を行うことができる。
なお、上記効果は、実施形態1、2のいずれの医療器具(挿入部)を用いる場合でも、実現可能であることは言うまでもない。
(変形例)
本実施形態に係る挿入部搬送ユニット107の重要な特徴は、手術部位の近傍に配置されたトロッカー700に超音波アクチュエータ110が固定される点である。したがって、例えば、トロッカー筐体701に超音波アクチュエータ110が内蔵されている必要はなく、トロッカー筐体701の一端に超音波アクチュエータ110を設置する等の構成であってもよい。
また、必ずしも手術用ポート103を用いる必要はなく、手術用ポート103は省略することもできる。
〔実施形態5〕
本発明のさらに他の実施形態について、図15に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施形態1から4にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
図15は、本実施形態に係る医療装置4の概略構成を示す模式図である。医療装置4は、ユニット本体145および動作指示ユニット146を備える。図15に示すように、本実施形態に係る挿入部搬送ユニット108は、動作指示ユニット146が、その側面に設けられたコネクタ730によってトロッカー筐体701の側面に接続される点で、実施形態4に係る挿入部搬送ユニット107と異なる。
動作指示ユニット146は、無線コントローラユニットのユニット本体145から無線によって受信した指示に基づいて、トロッカー700に備えられた超音波アクチュエータ110を駆動する。
コネクタ730および動作指示ユニット146は、トロッカー700に対して着脱可能である。
(効果)
以上のように、本実施形態によれば、高温に弱い半導体部品を搭載する動作指示ユニット146が取り外し可能である。そのため、トロッカー700単体に対して、滅菌処理、特にオートクレーブ減菌(高圧蒸気減菌)等の高温を用いる滅菌処理を行うことが可能となる。したがって、トロッカー700の殺菌・洗浄をより確実に行うことができる。
また、動作指示ユニット146に耐熱性を考慮する必要がなくなるため、一般的な半導体部品等が利用可能となり、動作指示ユニット146を安価に製造することができる。
さらに、無線通信により超音波アクチュエータ110への動作指示が行われることから、本実施形態でも、実施形態3と同様の効果を得ることができる。
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る医療装置(1〜4)は、体内に医療器具(硬性内視鏡200)を挿入するための棒状の挿入部(201)を備えた上記医療器具の位置を調整する医療装置であって、上記医療器具の上記挿入部を保持し、かつ、アクチュエータ(超音波アクチュエータ110、空圧式屈曲アクチュエータ610)に対して上記挿入部を変位または回転させる上記アクチュエータと、手術部位に対する上記アクチュエータの位置を固定するアクチュエータ固定部(例えばフレキシブルアーム101、スタンド102、アクチュエータ保持部109、スタンドの役割を兼ねる動作指示ユニット146、あるいはトロッカー700)とを備えている。
上記の構成によれば、医療器具の挿入部を保持するアクチュエータを、手術部位に対して固定するため、占有空間の小さい医療装置を提供することができる。また、上記構成によれば、手術用ロボットを使用する医療用ロボットシステムに比して、医療装置を安価に製造することができる。
本発明の態様2に係る医療装置は、上記態様1において、上記アクチュエータ固定部は、トロッカー(700)で構成されてもよい。
上記の構成によれば、フレキシブルアームスタンドを用いる必要がなくなることから、施術者の作業空間をより広く確保することが可能となり、施術者はより円滑に医療処置を行うことができる。
本発明の態様3に係る医療装置は、上記態様1または2において、上記アクチュエータは、棒状の上記挿入部(201)の軸方向に、上記挿入部を変位させる構成であってもよい。
上記構成によれば、占有空間の小さい医療装置を実現しつつ、挿入部の軸方向に関して、医療器具を手術部位に対して適切にアクセスさせることができる。
本発明の態様4に係る医療装置は、上記態様1から3のいずれかにおいて、上記アクチュエータは、棒状の上記挿入部を回転軸として、上記挿入部を回転させる構成であってもよい。
上記構成によれば、占有空間の小さい医療装置を実現しつつ、挿入部自体を回転軸とする挿入部の回転方向に関して、医療器具を手術部位に対して適切にアクセスさせることができる。
本発明の態様5に係る医療装置は、上記態様1から4のいずれかにおいて、上記挿入部を屈曲させる屈曲駆動装置(エアポンプ630)を備える構成であってもよい。
上記構成によれば、占有空間の小さい医療装置を実現しつつ、挿入部を構成するチューブの屈曲方向に関しても医療器具を手術部位に対して適切にアクセスさせることができる。
本発明の態様6に係る医療装置は、上記態様1から5のいずれかにおいて、上記アクチュエータは、上記挿入部の表面との摩擦によって上記挿入部を変位または回転させる摩擦駆動素子(超音波振動子114)を備える構成であってもよい。
上記構成によれば、摩擦駆動素子を備えないアクチュエータに比して、アクチュエータと挿入部との接触面積を小さくすることができる。したがって、アクチュエータと挿入部との接触部に血液等の液体および汚染物が侵入した場合における、該アクチュエータが動作不良が生じる可能性を低減させることができる。
また、上記構成によれば、摩擦駆動素子を備えないアクチュエータに比して、医療器具の取り外し時にアクチュエータと挿入部との接触部に生じる摩擦力を小さくすることができる。したがって、医療器具の交換・洗浄等を容易に行うことができる。
本発明の態様7に係る医療装置では、上記態様6において、上記摩擦駆動素子は、上記アクチュエータに対して上記挿入部の変位または回転を選択的に行うことができる単一の素子であってもよい。
上記構成によれば、単一の摩擦駆動素子が、挿入部の変位または回転を選択的に行う。そのため、ある方向への搬送を複数の摩擦駆動素子によって実現するアクチュエータに比して、挿入部に付着した汚れ等によってアクチュエータの動作不良が生じる可能性をより低減させることができる。
さらに、上記構成によれば、摩擦駆動素子を複数備えるアクチュエータに比して、アクチュエータの構造を簡素化することができる。したがって、アクチュエータの小型化を図ることができ、より占有空間の小さい医療装置を提供することができる。また、簡易かつ安価に医療装置を製造することができる。
本発明の態様8に係る医療装置は、上記態様6または7において、上記摩擦駆動素子は、定在波振動を用いて上記挿入部を変位または回転させる構成であってもよい。
上記の構成によれば、摩擦駆動素子に、振幅の大きな、かつ安定した振動(定在波振動)を発生させることができる。したがって、アクチュエータと挿入部との接触部に血液等の液体および汚染物が侵入した場合における、該アクチュエータに動作不良が生じる可能性をより低減させることができる。
本発明の態様9に係る医療装置では、上記態様6から8のいずれかにおいて、上記摩擦駆動素子は、超音波振動子(114)で構成してもよい。
上記構成によれば、超音波振動子は振動体と圧電セラミックス等の圧電素子と電極とを主要な構成要素とし、コイルが使用されない。したがって、摩擦駆動素子の構造を簡素化することができ、アクチュエータの小型化に資する。
また、上記構成によれば、超音波振動している圧電素子と振動体との接触面に、断続的に非常に大きな力を作用させることができる。したがって、わずかな電力で挿入部の搬送に十分な振動を励起させることができる。
本発明の態様10に係る医療装置は、上記態様1から9のいずれかにおいて、ユーザから指示を受け付ける指示入力部(131、141)と、上記指示に従って上記アクチュエータに動作指示を与える動作指示部(132、142)とを備える制御装置(コントローラユニット130)を備え、上記アクチュエータ固定部と上記制御装置とは、ケーブルによって着脱可能に接続される構成であってもよい。
上記構成によれば、アクチュエータ固定部と制御装置とはケーブルで接続されていることから、ケーブルの長さを選択することによって制御装置を手術台から離れた位置に配置することができる。したがって、施術者の作業空間をより広く確保することができる。
また、上記構成によれば、熱に弱い半導体部品等を有しないアクチュエータ固定部のみを単独で減菌処理することができる。したがって、アクチュエータ固定部に対して殺菌効果の高い高温での減菌処理を行うことができる。
本発明の態様11に係る医療装置は、上記態様1から9のいずれかにおいて、ユーザから指示を受け付ける指示入力部と、上記指示に従って上記アクチュエータに動作指示を与える動作指示部(無線コントローラユニット140)とを備える制御装置を備え、上記動作指示部は、無線通信によって上記アクチュエータに上記動作指示を与える構成であってもよい。
上記構成によれば、アクチュエータ固定部と制御装置とを接続するケーブルが不要となることから、制御装置を手術台から離れた位置に配置することで、施術者の作業空間をより広く確保することができる。
本発明の態様12に係る医療装置は、上記態様1から11のいずれかにおいて、上記アクチュエータ固定部は、上記アクチュエータを駆動するための電池(第1バッテリー143)を内蔵している構成であってもよい。
上記構成によれば、アクチュエータ固定部への配線を減らすことができるので、施術者の作業空間を確保することができる。したがって、施術者の作業空間をより広く確保することができる。
本発明の態様13に係る医療装置は、上記態様1から12のいずれかにおいて、上記アクチュエータ固定部は、上記アクチュエータの上記位置を固定するように上記アクチュエータを支持するフレキシブルアームスタンド(フレキシブルアーム101、スタンド102)を備える構成であってもよい。
上記構成によれば、医療器具の挿入部を保持するアクチュエータが、小型のフレキシブルアームスタンドによって固定されるため、占有空間の小さい医療装置を提供することができる。また、上記構成によれば、フレキシブルアームは人間の手の力によって容易に変形することから、アクチュエータを施術者の所望する位置に簡易に固定することができる。さらに、上記構成によれば、手術用ロボットを使用する医療用ロボットシステムに比して、医療装置を安価に製造することができる。
本発明の態様14に係る医療装置は、上記態様2において、手術用ポートに上記アクチュエータ固定部を固定する固定部を備える構成であってもよい。
上記構成によれば、固定部によって、手術部位に対するアクチュエータの位置を固定することができる。したがって、施術者の作業空間をより広く確保することができる。
本発明の態様15に係る医療装置は、上記態様1から14のいずれかにおいて、上記アクチュエータは、上記医療器具としての内視鏡(硬性内視鏡200)の上記挿入部を変位または回転させる構成であってもよい。
上記構成によれば、占有空間の小さい医療装置を実現しつつ、施術者が作業をする上で適切に視野を確保することができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
本発明は、医療装置において利用可能であり、特に、腹腔鏡下手術等の内視鏡カメラ・マニピュレータ・鉗子等を備える医療装置において好適に利用することができる。
1〜4 医療装置
40 振動体
41〜44 圧電素子(振動発生素子)
41a〜44a 上部電極(振動発生素子)
41b〜44b 下部電極(振動発生素子)
45 突起部
46 狭窄部
48 キー
100、107、108 挿入部搬送ユニット
101 フレキシブルアーム(アクチュエータ固定部)
102 スタンド(アクチュエータ固定部)
103 手術用ポート
109 アクチュエータ保持部(アクチュエータ固定部)
110 超音波アクチュエータ(アクチュエータ、摩擦駆動アクチュエータ)
111、112 筐体(第1筐体、第2筐体)
113 ステー(保持部)
114 超音波振動子(摩擦駆動素子)
115 ボールベアリング(摺動体)
116 予圧用バネ(復元部)
130 コントローラユニット(制御装置)
131、141 指示入力部
132 駆動信号生成部(電圧供給部、動作指示部)
133、143、144 バッテリー(電池)
140 無線コントローラユニット(制御装置)
142 動作指示部
145 ユニット本体
146 動作指示ユニット(アクチュエータ固定部)
147 送信部
148 受信部
200 硬性内視鏡
201 挿入部(作動子)
610 空圧式屈曲アクチュエータ
620 パイプ(挿入部、作動子)
630 エアポンプ(屈曲駆動装置)
700 トロッカー(アクチュエータ固定部)

Claims (18)

  1. 体内に医療器具を挿入するための棒状の挿入部を備えた上記医療器具の位置を調整する医療装置であって、
    上記医療器具の上記挿入部を保持し、かつ、アクチュエータに対して上記挿入部を変位または回転させる上記アクチュエータと、
    手術部位に対する上記アクチュエータの位置を固定するアクチュエータ固定部と、
    上記挿入部を屈曲させる屈曲駆動装置とを備えることを特徴とする医療装置。
  2. 上記アクチュエータは、開閉可能に結合され、互いに閉じられる方向に復元力を及ぼす複数の筐体のそれぞれに設けられた接点によって、上記挿入部を保持していることを特徴とする請求項1に記載の医療装置。
  3. 上記医療器具は、上記挿入部と連通接続しているチューブ部を有し、
    上記屈曲駆動装置は、上記挿入部を介して上記チューブ部に空気を供給することにより、上記チューブ部を屈曲させることを特徴とする請求項1または2に記載の医療装置。
  4. 複数の上記接点のうちの少なくとも1つが、上記挿入部の表面との摩擦によって上記挿入部を変位または回転させる駆動点であることを特徴とする請求項2に記載の医療装置。
  5. 複数の上記接点のうちの少なくとも1つが、上記挿入部の表面との摩擦によって上記挿入部を変位および回転させる多自由度駆動点であることを特徴とする請求項2に記載の医療装置。
  6. 上記アクチュエータ固定部は、トロッカーであることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の医療装置。
  7. 上記アクチュエータは、棒状の上記挿入部の軸方向に、上記挿入部を変位させることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の医療装置。
  8. 上記アクチュエータは、棒状の上記挿入部を回転軸として、上記挿入部を回転させることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の医療装置。
  9. 上記アクチュエータは、上記挿入部の表面との摩擦によって上記挿入部を変位または回転させる摩擦駆動素子を備えることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の医療装置。
  10. 上記摩擦駆動素子は、上記アクチュエータに対して上記挿入部の変位または回転を選択的に行うことができる単一の素子であることを特徴とする請求項9に記載の医療装置。
  11. 上記摩擦駆動素子は、定在波振動を用いて上記挿入部を変位または回転させることを特徴とする請求項9または10に記載の医療装置。
  12. 上記摩擦駆動素子は、超音波振動子であることを特徴とする請求項9から11のいずれか一項に記載の医療装置。
  13. ユーザから指示を受け付ける指示入力部と、上記指示に従って上記アクチュエータに動作指示を与える動作指示部とを備える制御装置を備え、
    上記アクチュエータ固定部および上記屈曲駆動装置と、上記制御装置とは、それぞれケーブルによって着脱可能に接続されることを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載の医療装置。
  14. ユーザから指示を受け付ける指示入力部と、上記指示に従って上記アクチュエータに動作指示を与える動作指示部とを備える制御装置を備え、
    上記動作指示部は、無線通信によって上記アクチュエータおよび上記屈曲駆動装置に上記動作指示を与えることを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載の医療装置。
  15. 上記アクチュエータ固定部は、上記アクチュエータを駆動するための電池を内蔵していることを特徴とする請求項1から14のいずれか一項に記載の医療装置。
  16. 上記アクチュエータ固定部は、上記アクチュエータの上記位置を固定するように上記アクチュエータを支持するフレキシブルアームスタンドを備えることを特徴とする請求項1から15のいずれか一項に記載の医療装置。
  17. 手術用ポートに上記アクチュエータ固定部を固定する固定部を備えることを特徴とする請求項6に記載の医療装置。
  18. 上記アクチュエータは、上記医療器具としての内視鏡の上記挿入部を変位または回転させることを特徴とする請求項1から17のいずれか一項に記載の医療装置。
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