JP2021191382A - 穿刺針把持装置及びこの穿刺針把持装置を備えた穿刺ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】患者の体内の標的を穿刺する穿刺針を把持する穿刺針把持装置及びこの穿刺針把持装置を備えた穿刺ロボットであって、把持した穿刺針を遠隔操作で開放可能とした穿刺針把持装置及びこの穿刺針把持装置を備えた穿刺ロボットを提供する。【解決手段】穿刺針把持装置(40)には、穿刺針(10)の基端を挟持する第１フィンガ(22a)と第２フィンガ(22b)とを設けて、この第１フィンガ(22a)と第２フィンガ(22b)とに穿刺針(10)の基端を挟持させることで穿刺針(10)を把持し、遠隔操作によって第１フィンガ(22a)と第２フィンガ(22b)とを互いに離隔させることで穿刺針(10)を開放する開放機構を設ける。【選択図】図５

Description

本発明は、穿刺針を把持する穿刺針把持装置であって、緊急時に穿刺針を直ちに開放可能とする開放機構を有する穿刺針把持装置及びこの穿刺針把持装置を備えた穿刺ロボットに関する。

本発明者らは、ＣＴ（Computed Tomography）によるＸ線透視下で腫瘍等の病変部に穿刺針を穿刺する際に使用する穿刺ロボットを開発した（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。この穿刺ロボットでは、所定長さとしたアームの先端に穿刺針を装着して、アームを介して穿刺針を軸方向に前進させることで患者の体内の標的である患部を穿刺針で穿刺可能としている。

アームの先端に穿刺針を装着する際には、アームの先端に設けた針支持部に穿刺針を装着している。針支持部では、針支持部の基台から前方に向けて延出させて設けた第１針把持アームと第２針把持アームとで、穿刺針の基端部を挟持することで穿刺針を着脱自在に装着可能としている（例えば、特許文献２（図４）参照。）。

特に、第１針把持アームと第２針把持アームは、それぞれ基端側で針支持部の基台に回動自在に取り付けており、それぞれの先端側で穿刺針の基端部を挟み込み、さらに第１針把持アームと第２針把持アームの先端に架設したスナップ錠でロック状態とすることで、アームの先端に穿刺針を確実に装着可能としている。

国際公開第２０１７／０６５０１６号 国際公開第２０１８／２０７４９８号

上記の穿刺ロボットでは、穿刺針を確実に把持して、いかなる場合でも穿刺針の落下を生じさせないようにしていたが、穿刺ロボットの使用状況によっては、穿刺針を直ちにアームから取り外さなければならない状況が生じるおそれが皆無ではなかった。

特に、本発明の穿刺ロボットは、施術者がＣＴからできるだけ離れて作業することを目的として開発しているため、施術中には穿刺ロボット本体からも施術者が離れて作業しているので、アームから穿刺針を取り外す作業を瞬時的に行うことができないという問題があった。

そこで、本発明では、患者の体内の標的を穿刺する穿刺針を把持する穿刺針把持装置において、把持していた穿刺針を遠隔操作によって開放する開放機構を設けた穿刺針把持装置とした。

さらに、本発明の穿刺針把持装置では、以下の点にも特徴を有するものである。
（１）穿刺針の基端を挟持する第１のフィンガと第２のフィンガとを設けて、この第１のフィンガと第２のフィンガとに穿刺針の基端を挟持させることで穿刺針を把持し、開放機構は、第１のフィンガと第２のフィンガとを互いに離隔させることで穿刺針を開放すること。
（２）開放機構には、第１のフィンガと第２のフィンガとで穿刺針の基端を挟持した挟持状態を維持させるアクチュエータを設けていること。
（３）開放機構には、挟持状態となったことを検出する検出器を設け、アクチュエータは、検出器が挟持状態となったことを検出することで作動すること。
（４）第１のフィンガは、リニアガイドに沿って摺動する第１の基板に装着し、検出器は、第１の基板が挟持状態となる位置に達したことを検出していること。
（５）開放機構には付勢手段を設け、この付勢手段による付勢力に抗して第１の基板を挟持状態となる位置に移動させること。
（６）付勢手段はスプリングであって、リニアガイドと平行に設けたスプリングロッドにスプリングを装着するとともに、スプリングロッドにはスプリングで付勢されるスプリングストッパを摺動自在に装着し、このスプリングストッパを第１の基板に取り付けていること。
（７）スプリングストッパにはアクチュエータのロッドを連結していること。
（８）第１の基板には第１のラックを設け、また、リニアガイドに沿って摺動自在とした第２の基板には第１のラックとピニオンを介して連動連結させる第２のラックを設け、第２の基板に第２のフィンガを装着していること。

また、本発明の穿刺ロボットでは、上記の穿刺針把持装置を長手状としたアームの先端に備え、穿刺針把持装置に把持された穿刺針の軸方向に前記アームを前進させることで患者の体内の標的を前記穿刺針で穿刺する穿刺ロボットとした。さらに、アームに、遠隔操作を行うための予備スイッチを設けていることにも特徴を有し、遠隔操作が緊急停止操作であることにも特徴を有するものである。

本発明によれば、穿刺針を把持する穿刺針把持装置に、遠隔操作によって穿刺針を開放する開放機構を設けたことにより、穿刺針の開放作業を、タイムロスを生じさせることなく瞬時的に行うことができる。

穿刺ロボットの説明図である。 穿刺針把持装置の外観説明図である。 穿刺針把持装置の外観説明図である。 穿刺針把持装置の組み立て分解図である。 穿刺針把持装置における開放機構の説明図である。 穿刺針把持装置の動作説明図である。

本発明の穿刺針把持装置は、長手状としたアームを設けた穿刺ロボットのアームの先端に装着して、この穿刺針把持装置に穿刺針を把持させているものである。穿刺ロボットは、アームの先端に穿刺針把持装置を介して穿刺針を着脱自在に装着し、この穿刺針を軸方向にアームごと前進させることで患者の体内の標的を穿刺針で穿刺可能としている。

具体的には、図１に示すように、穿刺ロボットは、穿刺針10の基端を着脱自在に挟持する穿刺針把持装置40を先端に装着したアーム20と、このアーム20を介して穿刺針10の位置及び傾きを調整する調整機構を備えた本体部30とを有している。

本体部30では、矩形体状の基台31を有し、この基台31の上面には、第１の水平方向への平行移動を制御する第１平行移動機構32aを設けている。この第１平行移動機構32aの上面には、第１の水平方向と直行する第２の水平方向への平行移動を制御する第２平行移動機構32bを設けている。第２平行移動機構32bの先端部には、第１の水平方向と平行に延伸させた回動ロッド33を有する第１回動機構32cを設け、回動ロッド33の中心軸周りに回動ロッド33を回動制御可能としている。回動ロッド33の先端には、穿刺針10の延伸方向にアーム20を進退移動させる進退機構32dを設けている。特に、進退機構32dは、回動ロッド33の延伸方向と直交する回動軸（図示せず）を介して回動ロッド33に取り付けており、この回動軸周りに進退機構32dを回動操作する第２回動機構（図示せず）を設けている。この第２回動機構と第１回動機構32cとで、穿刺針10の傾きを自在に制御可能としている。アーム20は、図示していない上側アームと下側アームとで平行リンクを構成しており、進退機構32dによるアーム20の進退方向を、穿刺針10の軸方向と平行として、進退機構32dによるアーム20の前進操作によって、穿刺針10を軸方向に前進操作して、患者の体内の標的を穿刺針10で穿刺可能としている。さらに、図示していないが、基台31の内部には、第１平行移動機構32aを鉛直方向に昇降させる昇降機構を設けており、これらの６自由度の制御を行うことで、穿刺針10の位置と傾きとを自由自在に制御可能としている。

本発明の要部は、アーム20の先端に設けた穿刺針把持装置40であり、以下において穿刺針把持装置40及び穿刺針把持装置40への穿刺針10の装着方法及び穿刺針10の開放方法について詳説する。

図１に示すように、穿刺針把持装置40はアーム20の先端に装着し、この穿刺針把持装置40に穿刺針10を着脱自在に装着している。

アーム20の先端には、エアシリンダ（図示せず）によって穿刺針把持装置40を瞬時的に穿刺針10の軸方向に約10mm程度前進させる瞬発穿刺機構29を設けており、穿刺針把持装置40は、この瞬発穿刺機構29に装着して、穿刺針把持装置40ごと穿刺針10を瞬時的に移動可能としている。

穿刺針把持装置40は、図２及び図３に示すように、矩形体状としたケーシングＣで覆った機構部と、この機構部から前方に突出させて穿刺針10の基端を挟持する第１フィンガ22a及び第２フィンガ22bとで構成している。ケーシングＣで覆った機構部内に、後述するように開放機構を設けている。図２及び図３中、符号54は、後述するようにケーシングＣ内に設けたアクチュエータ51を駆動させる圧縮空気の供給管であり、符号55は排気管である。また、図２及び図３中、符号c1は、ケーシングＣの底板であって、穿刺針把持装置40の後方に突出させて設けて、瞬発穿刺機構29への取付部としている。

図２及び図４に示すように、第１フィンガ22aには、穿刺針10の基端の側面と嵌合する第１嵌合凹部u1を設けた第１アタッチメント23aを着脱自在に装着可能とし、第２フィンガ22bには、穿刺針10の基端の側面と嵌合する第２嵌合凹部u2を設けた第２アタッチメント23bを着脱自在に装着可能としている。

第１アタッチメント23aを装着した第１フィンガ22aと、第２アタッチメント23bを装着した第２フィンガ22bは、第１アタッチメント23aの第１嵌合凹部u1と、第２アタッチメント23bの第２嵌合凹部u2と向かい合わせとして対向配置して、互いに突き合わせることで、第１嵌合凹部u1及び第２嵌合凹部u2が穿刺針10の基端と嵌合しながら挟持可能としている。

第１アタッチメント23a及び第２アタッチメント23bを設けることで、基端形状の異なる各種の穿刺針に対し、第１アタッチメント23aと第２アタッチメント23bとを対応する形状とするだけで装着可能とすることができ、汎用性を高めることができる。

第１フィンガ22aには、図４に示すように、前方に向けて突出させて設けた第１突片41aと嵌合する嵌合孔（図示せず）を設けており、第２フィンガ22bには、前方に向けて突出させて設けた第２突片41bと嵌合する嵌合孔（図示せず）を設けている。

第１突片41a及び第２突片41bには、上下方向に貫通する第１貫通孔h1及び第２貫通孔h2をそれぞれ設けており、第１フィンガ22aには、第１突片41aに嵌合させた際に第１貫通孔h1と上下方向に連通する第1連通孔r1を設け、第２フィンガ22bには、第２突片41bに嵌合させた際に第２貫通孔h2と上下方向に連通する第２連通孔r2を設けている。

第１フィンガ22aは、第１突片41aに嵌合装着することで第１貫通孔h1と第１連通孔r1とを連通させ、第１連通孔r1の上方から第１係止ピン24aを挿し込むことで第１フィンガ22aを着脱自在に装着可能としている。また、第２フィンガ22bは、第２突片41bに嵌合装着することで第２貫通孔h2と第２連通孔r2とを連通させ、第２連通孔r2の上方から第２係止ピン24bを挿し込むことで第２フィンガ22bを着脱自在に装着可能としている。第１係止ピン24aと第２係止ピン24bの端部には、第1摘まみ片25aと第２摘まみ片25bをそれぞれ設けている。

このように、第１フィンガ22aと第２フィンガ22bは、それぞれ第１係止ピン24aと第２係止ピン24bを介して容易に着脱自在としているので、滅菌して使用する必要のある穿刺ロボットにおいて、第１アタッチメント23aを装着した第１フィンガ22aと、第２アタッチメント23bを装着した第２フィンガ22bと、第１係止ピン24aと、第２係止ピン24bは、穿刺針把持装置40から分離させて個々に滅菌処理したり、あるいはディスポーザブルとしたりして滅菌可能としている。また、第１フィンガ22aと第２フィンガ22bが取り外された穿刺針把持装置40の機構部、アーム20及び本体部30に対しては、ドレープ（図示せず）等の滅菌されたシートで覆うことで滅菌処理としている。

第１フィンガ22aが装着される第１突片41aは、図４に示すように、平板状の第１基板42aの表面に取り付けており、第２フィンガ22bが装着される第２突片41bは、平板状の第２基板42bの表面に取り付けている。

図４に示すように、第１基板42aの裏面には、水平方向に延伸させたリニアガイド44に摺動自在に装着される第１摺動体43aを取り付けており、第１基板42aをリニアガイド44に沿って摺動自在としている。また、第２基板42bの裏面には、リニアガイド44に摺動自在に装着される第２摺動体43bを取り付けており、第２基板42bをリニアガイド44に沿って摺動自在としている。すなわち、第１突片41aと第２突片41bは、リニアガイド44に沿って水平方向に揺動可能となっており、第１フィンガ22aと第２フィンガ22bとを水平方向に揺動可能としている。

図４に示すように、第１基板42aには、上測縁に第１ラック45aを取り付けており、第２基板42bには、上測縁に沿って取付片s2を突出させて設けて、この取付片s2に第２ラック45bを第１ラック45aに対向させて取り付けている。図４中、符号s1は、第１基板42aと第１ラック45aとの間に介設したスペーサである。

第１ラック45aと第２ラック45bとはピニオン46を介して連動連結させており、第１基板42aと第２基板42bのいずれか一方の移動に対して、他方を逆方向に等距離だけ移動可能としている。これにより、第１突片41aに装着した第１フィンガ22aと、第２突片41bに装着した第２フィンガ22bの開閉動作を可能としている。

以下において、説明の便宜上、第１フィンガ22aと第２フィンガ22bとを互いに近接させる方向への第１基板42aと第２基板42bの移動を「閉方向移動」といい、逆に、第１フィンガ22aと第２フィンガ22bとを互いに離隔させる方向への第１基板42aと第２基板42bの移動を「開方向移動」という。

ピニオン46は、図５に示すように、ケーシングＣの底板c1に立設したピニオン支持板46aに回動自在に装着している。図４及び図５中、符号44aは、前面にリニアガイド44が装着されているリニアガイド支持体である。

図５は、ケーシングＣの一部を省略した穿刺針把持装置40の開放機構の説明図であって、図５に示すように、第１基板42aには、裏面に平板状のスプリングストッパ47を取り付けている。

スプリングストッパ47には、リニアガイド44と平行に設けたスプリングロッド48を貫通させる貫通孔47hを設けており、スプリングロッド48に対してスプリングストッパ47を摺動自在としている。

スプリングロッド48には、このスプリングロッド48に貫通された状態としてスプリング49を装着しており、このスプリング49によってスプリングストッパ47に、第１基板42aを開方向移動させる付勢を行っている。すなわち、スプリング49は付勢手段である。また、スプリング49によって第１基板42aが開方向移動させられることで、ピニオン46を介して連動連結された第２基板42bも開方向移動させている。

さらに、スプリングストッパ47には、ケーシングＣ内に設けたアクチュエータ51のロッド51rの先端を連結している。

アクチュエータ51は、圧縮空気を動力源として作動し、動作状態となった場合に、ロッド51rの進退を停止させるロック状態となる一方で、動作状態が解除された場合には、非ロック状態となってロッド51rを自在に進退可能としている。

特に非ロック状態では、ロッド51rの先端が連結されたスプリングストッパ47へのスプリング49の付勢によって、ロッド51rが進出させられることとなっている。

アクチュエータ51を動作状態とする検出は、図４及び図５に示すように、ケーシングＣ内に設けたリミットスイッチ52で行っている。

リミットスイッチ52は、第１基板42aと第２基板42bとが閉方向移動することで第１フィンガ22aと第２フィンガ22bとが互いに当接した状態、すなわち、第１フィンガ22aと第２フィンガ22bとで穿刺針10の基端を挟持した状態となった際の第１基板42aに取り付けた第１ラック45aの先端が、リミットスイッチ52の検出レバー52aと接触してリミットスイッチ52をオンとする位置に装着している。特に、この位置調整のため、リミットスイッチ52は、取り付けガイド53を介してケーシングＣ内に装着している。つまり、リミットスイッチ52は、第１フィンガ22aと第２フィンガ22bとで穿刺針10の基端を挟持したことを検出する検出器である。

リミットスイッチ52のオン信号をアクチュエータ51に入力して、アクチュエータ51を作動させてロック状態としている。

つまり、穿刺針把持装置40では、図６（ａ）に示すように、スプリング49の付勢によって第１突片41aに装着した第１フィンガ22aと、第２突片41bに装着した第２フィンガ22bとが離隔された状態から、スプリング49の付勢に抗して第１基板42aと第２基板42bとを閉方向移動させ、図６（ｂ）に示すように、第１フィンガ22aと第２フィンガ22bとが互いに当接すると、第１基板42aに設けた第１ラック45aの先端がリミットスイッチ52の検出レバー52aと接触し、アクチュエータ51を動作させ、第１フィンガ22aと第２フィンガ22bによる穿刺針10の挟持状態を維持させて、穿刺針10を把持することとしている。

このように、第１フィンガ22aと第２フィンガ22bの移動操作だけで、第１フィンガ22aと第２フィンガ22bとによる穿刺針10の基端の挟持固定が行われ、かつ挟持状態を維持させることができるので、操作ミスによる不十分な穿刺針10の挟持状態となるおそれがなく、確実に穿刺針10を把持することができる。

穿刺針把持装置40では、アクチュエータ51へのオフ信号を入力するだけで、アクチュエータ51は非ロック状態となって、スプリング49の付勢により第１基板42aと第２基板42bとが開方向移動し、第１フィンガ22aと第２フィンガ22bと離隔されることで、穿刺針10を開放させることができる。このように、アクチュエータ51とスプリング49とを利用して第１フィンガ22aと第２フィンガ22bとの離隔操作による穿刺針を開放可能としており、さらに、アクチュエータ51の起動信号を生じさせるリミットスイッチ52とで開放機構を構成している。

アクチュエータ51へのオフ信号の入力は、単なる信号入力だけであるので遠隔操作が可能であり、例えば穿刺ロボットを操作している操作パネル（図示せず）にリリーススイッチを設けておくことで、遠隔操作で瞬時的に穿刺針把持装置40から穿刺針10を開放することができる。あるいは、リリーススイッチによってアクチュエータ51へのオフ信号の入力を行うだけでなく、穿刺針10が穿刺される患者の体の動きを検出する体動センサ（図示せず）や、それら以外のセンサまたは外部機器から入力される信号に基づいて、アクチュエータ51へのオフ信号を入力してもよい。特に体動センサに連動させた場合には、穿刺針10による穿刺を行っている施術者よりも早く対応することができ、確実性をより向上させることができる。

また、リリーススイッチではなく、緊急停止スイッチの操作によってアクチュエータ51へのオフ信号の入力を行ってもよく、緊急停止操作によって遠隔操作として瞬時的に穿刺針把持装置40から穿刺針を開放してもよい。

また、操作パネルにリリーススイッチあるいは緊急停止スイッチを設けるだけでなく、図１に示すようにアーム20に緊急停止用の予備スイッチ56を設けておき、この予備スイッチ56を操作することで遠隔操作として瞬時的に穿刺針把持装置40から穿刺針10を開放してもよい。

図1に示すように、予備スイッチ56の周囲には、アーム20をドレープ等の滅菌されたシートで覆った場合に、シートと予備スイッチ56とが干渉することによって予備スイッチ56の意図せぬ動作が生じることを避けるために、防護壁57を突設している。本実施形態では、防護壁57は、予備スイッチ56を挟んで２枚一対として設けている。

10 穿刺針
20 アーム
22a 第１フィンガ
22b 第２フィンガ
23a 第１アタッチメント
23b 第2アタッチメント
24a 第１係止ピン
24b 第２係止ピン
25a 第1摘まみ片
25b 第２摘まみ片
u1 第１嵌合凹部
u2 第２嵌合凹部
r1 第1連通孔
r2 第２連通孔
29 瞬発穿刺機構
30 本体部
40 穿刺針離脱機構
41a 第１突片
41b 第２突片
42a 第１基板
42b 第２基板
43a 第１摺動体
43b 第２摺動体
44 リニアガイド
44a リニアガイド支持体
45a 第１ラック
45b 第２ラック
46 ピニオン
46a ピニオン支持板
47 スプリングストッパ
47h 貫通孔
48 スプリングロッド
49 スプリング
51 アクチュエータ
51r ロッド
52 リミットスイッチ
52a 検出レバー
53 取り付けガイド
s1 スペーサ
s2 取付片
h1 第１貫通孔
h2 第２貫通孔
Ｃ ケーシング

Claims (12)

1. 患者の体内の標的を穿刺する穿刺針を把持する穿刺針把持装置において、
   把持していた前記穿刺針を遠隔操作によって開放する開放機構を設けた穿刺針把持装置。
2. 前記穿刺針の基端を挟持する第１のフィンガと第２のフィンガとを設けて、この第１のフィンガと第２のフィンガとに前記穿刺針の基端を挟持させることで前記穿刺針を把持し、
   前記開放機構は、前記第１のフィンガと前記第２のフィンガとを互いに離隔させることで前記穿刺針を開放する請求項１に記載の穿刺針把持装置。
3. 前記開放機構には、前記第１のフィンガと前記第２のフィンガとで前記穿刺針の基端を挟持した挟持状態を維持させるアクチュエータを設けている請求項２に記載の穿刺針把持装置。
4. 前記開放機構には、前記挟持状態となったことを検出する検出器を設け、
   前記アクチュエータは、前記検出器が前記挟持状態となったことを検出することで作動する請求項３に記載の穿刺針把持装置。
5. 前記第１のフィンガは、リニアガイドに沿って摺動する第１の基板に装着し、
   前記検出器は、前記第１の基板が前記挟持状態となる位置に達したことを検出している請求項４に記載の穿刺針把持装置。
6. 前記開放機構には付勢手段を設け、この付勢手段による付勢力に抗して前記第１の基板を前記挟持状態となる位置に移動させる請求項５に記載の穿刺針把持装置。
7. 前記付勢手段はスプリングであって、前記リニアガイドと平行に設けたスプリングロッドに前記スプリングを装着するとともに、前記スプリングロッドには前記スプリングで付勢されるスプリングストッパを摺動自在に装着し、このスプリングストッパを前記第１の基板に取り付けている請求項６に記載の穿刺針把持装置。
8. 前記スプリングストッパには前記アクチュエータのロッドを連結している請求項７に記載の穿刺針把持装置。
9. 前記第１の基板には第１のラックを設け、
   前記リニアガイドに沿って摺動自在とした第２の基板には前記第１のラックとピニオンを介して連動連結させる第２のラックを設け、
   前記第２の基板に前記第２のフィンガを装着している請求項７または請求項８に記載の穿刺針把持装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の穿刺針把持装置を長手状としたアームの先端に備え、前記穿刺針把持装置に把持された前記穿刺針の軸方向に前記アームを前進させることで患者の体内の標的を前記穿刺針で穿刺する穿刺ロボット。
11. 前記アームに、前記遠隔操作を行うための予備スイッチを設けている請求項１０に記載の穿刺ロボット。
12. 前記遠隔操作が緊急停止操作である請求項１０または請求項１１に記載の穿刺ロボット。

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