JP3564021B2 - 外科用手術装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、術者が操作するマスターマニュピレータの動作を遠隔的にスレーブマニュピレータに伝達して外科手術を行う外科用手術装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マスタースレーブシステムは，患部の内視鏡画像を観察しながら術者が操作するマスターマニュピレータの動作をマスターマニュピレータ位置計算用コンピュータによって認識し，この認識信号を光ファイバーケーブルを介してスレーブマニピレータ制御用コンピュータを介してスレーブマニュピレータに伝達して外科手術を行うようになっている。
【０００３】
このマスタースレーブシステムは，例えば米国特許第５７９２１３５号明細書，同第５７９７９００号明細書及び同第５８０７３７７号明細書に開示されている。これらはスレーブマニュピレータを示すもので，体腔内に挿入する挿入部の先端部に枢支部を介して支持部材が回動自在に設けられ，この支持部材に組織や処置具を把持する把持部材が回動自在に設けられている。
【０００４】
挿入部の基端部には駆動部が設けられ，この駆動部には複数個のモータが内蔵されている。各モータは滑車に掛け渡されたワイヤを介して挿入部先端部の支持部材及び把持部材の滑車に掛け渡されている。そして，モータの回転力を滑車に掛け渡された複数本のワイヤを介して挿入部先端部の支持部材を回動及び把持部材を開閉駆動するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，前述した従来のスレーブマニュピレータは，駆動部に内蔵されたモータの回転力を滑車に掛け渡された複数本のワイヤを介して先端部の支持部材及び把持部材を駆動するようになっている。
【０００６】
従って，挿入部には複数本のワイヤが挿通されており、このワイヤがモータの回転力によって押し引きされるようになっている。このため、挿入部の内部にワイヤを進退自在に挿通するスペースが必要となり，挿入部の径が太くなるという問題がある。また、ワイヤは引張り力が加わったとき伸びるため，モータを回転駆動しても支持部材及び把持部材が思う通りに作動しないこともあり，支持部材及び把持部材を目的部位に確実にアプローチし，かつ微細に作動させることが困難である。
【０００７】
この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、体腔内の処置部へのアプローチ性を向上させるとともに，処置の自由度を向上させることができる外科用手術装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は前記目的を達成するために、請求項１は、挿入部と、前記挿入部の先端部に設けられた左右回動用枢支部を支点として左右方向に回動自在な回動板と、前記回動板に上下回動用枢支部を介して上下方向に回動自在であるとともに、開閉用枢支部を支点として開閉自在に枢支された第１及び第２のジョーと、前記第１及び第２のジョーの基端部にそれぞれ連結された連結部材と、前記挿入部に沿って進退自在に設けられ、前記一方の連結部材に連結された第１の駆動棒と、前記挿入部に沿って平行に進退自在に設けられ、前記他方の連結部材の左右に連結された第２及び第３の駆動棒とを備え、前記第１の駆動棒を進退させることにより、第１及び第２のジョーを開閉可能とするとともに、前記第２及び第３の駆動棒を互に逆方向に進退させることにより、前記回動板を介して第１及び第２のジョーを左右方向に回動可能とし、さらに、前記第２及び第３の駆動棒を同時に進退させることにより、前記第１及び第２のジョーを上下方向に回動可能としたことを特徴とする外科用手術装置にある。
【０００９】
前記構成によれば，第１の駆動棒を前進させ、第２の駆動棒を後退させると，第１のジョーは第１の枢支部を支点として前方へ回動し、第２のジョーの基端部を後方へ引くため，第２のジョーが第２の枢支部を支点として回動する。従って，第１と第２のジョーが挿入部の延長方向に突出して第１と第２の把持部が閉じる。
【００１０】
また、この状態から，第１の駆動棒をそのままの状態で，第２の駆動棒を前進させると，第２のジョーの基端部が前方へ押されるため、第２のジョーは第２の枢支部を支点として回動し，第１と第２の把持部が開く。従って、第１と第２の駆動棒を進退させることにより，第１と第２のジョー開閉させることができる。
【００１１】
また、第１の駆動棒を後退させると，第１のジョーは第１の枢支部を支点として回動して挿入部の軸線に対して略直角に回動する。また，この状態で、第２の駆動棒を前進させると、第２のジョーは第２の枢支部を支点として回動して第１と第２の把持部が開く。さらに，逆に第２の駆動棒を後退させると、第２のジョーは第２の枢支部を支点として回動して第１と第２の把持部が閉じる。
【００１２】
従って，第１と第２のジョーを挿入部の軸線に対して略直角に回動変位させた状態においても第１と第２のジョーを回動して第１と第２の把持部を開閉することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１〜図４は第１の実施形態を示し，図１はマスタースレーブシステムの概略的構成図，図２はスレーブマニュピレータとしての外科用手術装置の要部を示す側面図，図３は同スレーブマニュピレータの要部の斜視図，図４は同スレーブマニュピレータの使用状態の説明図である。
【００１５】
まず，図１に示すマスタースレーブシステムについて説明すると，１は左右一対のマスターマニュピレータで、２は内視鏡画像が撮像されるモニターである。一対のマスターマニュピレータ１はモニター２を観察しながら術者が両手で操作できるようになっており，このマスターマニュピレータ１をＸＹ及びＺ方向に移動すると，その位置データは位置検出器３に入力されるようになっている。この位置検出器３にはマスターマニュピレータ制御用フットスイッチ４が接続されている。
【００１６】
位置検出器３は信号ケーブル５を介してマスターマニュピレータ位置計算用コンピュータ６に接続され， マスターマニュピレータ位置計算用コンピュータ６は光ファイバーケーブル７を介して前記マスターマニュピレータ１とは遠隔地に設置されたスレーブマニピュレータ制御用コンピュータ８に接続されている。さらに， スレーブマニピュレータ制御用コンピュータ８は信号ケーブル９を介してモータユニット１０に接続されている。
【００１７】
モータユニット１０の内部には本実施形態では１４個のサーボユニット１１…が設けられている。１２は前記マスターマニュピレータ１と対応する外科用手術装置としての一対のスレーブマニュピレータである。この一対のスレーブマニュピレータ１２は同一構造であり，挿入部１３と，この挿入部１３の先端部に設けられた処置部１４と，挿入部１３の基端部に設けられ，処置部１４を駆動するスレーブ駆動部１５とからなり、各スレーブ駆動部１５には７台ずつのサーボモータ１６…が設けられている。
【００１８】
そして，一対のスレーブマニュピレータ１２の挿入部１３を患者の体腔内に内視鏡（図示しない）とともに挿入し、術者がモニター２の内視鏡画像を観察しながらマスターマニュピレータ１を両手で操作することにより、その操作に対応してスレーブマニュピレータ１２が作動して外科手術を行うことができるようになっている。
【００１９】
次に，図２及び図３に基づいてスレーブマニュピレータ１２について説明する。挿入部１３は長尺の金属製細径パイプによって構成され，この内部には金属製細径棒からなる第１の駆動棒２１と第２の駆動棒２２が平行に挿通されている。この第１と第２の駆動棒２１，２２は挿入部１３の軸心部を挟んで両側に対称的に配置され，かつ軸方向に独立して進退自在である。
【００２０】
挿入部１３の先端部には処置部支持管２３が連結されており，この処置部支持管２３には前方に向かって突出する剛性を有する一対の支持部２４が一体に設けられている。一対の支持部２４の先端部間には第１の枢支ピン２５の両端が固定され，この第１の枢支ピン２５の中間部には第１のジョー２６の基端部が回動自在に枢支されている。第１のジョー２６の基端部には屈曲部２６ａが設けられ、前記第１の駆動棒２１の先端部は第１のジョー２６の屈曲部２６ａに第１の連結ピン２７によって連結されている。
【００２１】
第１のジョー２６の中間部には第２の枢支ピン２８によって第２のジョー２９が回動自在に連結されており，第１のジョー２６と第２のジョー２９は第２の枢支ピン２８を支点として回動自在である。第２のジョー２９の基端部には第２の連結ピン３０を介して連結部材３１の一端が回動自在に連結され，連結部材３１の他端は第３の連結ピン３２を介して前記第２の駆動棒２２の先端部に回動自在に連結されている。
【００２２】
第１及び第２のジョー２６，２９の先端部には互いに対向する接離面が設けられ，この接離面には微細な凹凸あるいは鋸歯が形成され，組織や処置具を把持する第１と第２の把持部３３，３４を構成している。
【００２３】
前述のように構成されたスレーブマニュピレータ１２によれば、第１の駆動棒２１を前進させると，第１の連結ピン２７を介して第１のジョー２６を前方に押すため，第１のジョー２６は第１の枢支ピン２５を支点として矢印ａ方向に回動する。逆に第２の駆動棒２２を後退させると，連結部材３１を介して第２のジョー２９の基端部を後方へ引くため，第２のジョー２９が第２の枢支ピン２８を支点として矢印ｂ方向に回動する。従って，第１と第２のジョー２６，２９は図２の実線で示すように挿入部１３の延長方向に突出して第１と第２の把持部３３，３４が閉じる。
【００２４】
また、この状態から，第１の駆動棒２１をそのままの状態で，第２の駆動棒２２を前進させると，連結部材３１を介して第２のジョー２９の基端部が前方へ押されるため、第２のジョー２９は第２の枢支ピン２８を支点として矢印ｃ方向に回動し，第１と第２の把持部３３，３４が開く。従って、第１と第２の駆動棒２１，２２を進退させることにより，第１と第２のジョー２６，２９を開閉することができる。
【００２５】
次に，第１の駆動棒２１を後退させると，第１の駆動棒２１は第１のジョー２６の屈曲部２６ａを引くため，第１のジョー２６は第１の枢支ピン２５を支点とし、図３の矢印ｄ方向に回動して挿入部１３の軸線に対して略直角に回動する。また，この状態で、第２の駆動棒２２を前進させると、連結部材３１を介して第２のジョー２９の基端部を押すため、第２のジョー２９は第２の枢支ピン２８を支点とし，図３の矢印ｅ方向に回動して第１と第２の把持部３３，３４が開く。
【００２６】
さらに，逆に第２の駆動棒２２を後退させると、連結部材３１を介して第２のジョー２９の基端部を引くため、第２のジョー２９は第２の枢支ピン２８を支点とし，図３の矢印ｆ方向に回動して第１と第２の把持部３３，３４が閉じる。
【００２７】
従って，第１と第２のジョー２６，２９を挿入部１３の軸線に対して略直角に回動変位させた状態においても第１と第２のジョー２６，２９を回動して第１と第２の把持部３３，３４を開閉することができる。
【００２８】
なお、第１と第２の駆動棒２１，２２の進退駆動は，前記スレーブ駆動部１５に内蔵されたサーボモータ１６の回転運動をスレーブ駆動部１５の内部に設けられたワイヤ及びワイヤが掛け渡された滑車（いずれも図示しない）によって直線運動に変換することにより行われるが， 第１と第２の駆動棒２１，２２の進退駆動手段は限定されるものではない。
【００２９】
次に、マスタースレーブシステムを用いて組織の切開部を縫合する方法について説明する。図４（ａ）は，第１の駆動棒２１を後退させ，第１と第２のジョー２６，２９を挿入部１３の軸線に対して略直角に回動して下向きにした状態であり，第１と第２の把持部３３，３４によって糸付きの縫合針３５を把持した状態を示す。この状態で，組織３６の切開部３７の近傍に縫合針３５を位置して挿入部１３の先端部を組織３６方向へ押し下げると，縫合針３５が組織３６に穿刺される。
【００３０】
次に，第１の駆動棒２２を前進させると，第１のジョー２６の基端部が押されるため，第１のジョー２６は第１の枢支ピン２５を支点として前方に回動し，図４（ｂ）に示すように，縫合針３５が切開部３７を有する組織３６に穿刺され，縫合針３５の先端部が組織３６の表層から突出する。このように縫合針３５の軸線方向に第１と第２のジョー２６，２９を回動させることができ，縫合針３５の穿刺が容易に行うことができる。
【００３１】
また、前述したように第１と第２のジョー２６，２９を挿入部１３の軸線方向に向けた状態においても，また軸線に対して略直角に回動変位させた状態においても第１と第２のジョー２６，２９を回動して第１と第２の把持部３３，３４を開閉することができ、目的部位に確実にアプローチでき，また縫合のみならず，組織３６の把持したり，剥離することも容易に行うことができる。
【００３２】
図５〜図７は第２の実施形態を示し，図５（ａ）はスレーブマニピュレータの先端部の縦断側面図，同図（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿う断面図，同図（ｃ）はＣ−Ｃ線に沿う断面図，同図（ｄ）はＤ−Ｄ線に沿う断面図，同図（ｅ）はＥ−Ｅ線に沿う断面図，図６（ａ）はスレーブマニピュレータの処置部を真っ直ぐにした状態の側面図，同図（ｂ）は処置部を下方へ直角に回動した状態の側面図，図７はスレーブマニピュレータの処置部を左方向に回動した状態の平面図である。
【００３３】
本実施形態のスレーブマニュピレータも、第１の実施形態と同様にマスターマニピュレータ１の操作によって作動するものであり、第１の実施形態の第１及び第２のジョーの開閉及び上下方向への回動に加え，第１及び第２のジョーを左右方向に回動できるようにしたものである。
【００３４】
図５〜図７に示すように、挿入部４０は長尺の金属製細径パイプによって構成され，この内部には金属製細径棒からなる第１の駆動棒４１と第２の駆動棒４２及び第３の駆動棒４３が平行に挿通されている。第１の駆動棒４１は挿入部４０の軸心より上側に偏って配置され，第２と第３の駆動棒４２，４３は挿入部１３の軸心より下側で左右対称的に配置され，かつ軸方向に独立して進退自在である。
【００３５】
挿入部４０の先端部には前方に向かって突出する剛性を有する支持部４４が一体に設けられている。支持部４４の先端部にはすり割４４ａが設けられ，このすり割４４ａには挿入部４０の軸方向と直交する枢支軸４４ｂによって左右方向に回動する回動板４４ｃが連結されている。この回動板４４ｃには枢支軸４４ｂと直交する方向に第１の枢支ピン４５が固定され，この第１の枢支ピン４５には第１のジョー４６の基端部が回動自在に枢支されている。第１のジョー４６の基端部には屈曲部４６ａが設けられ、この屈曲部４６ａには後述する手段によって第２及び第３の駆動棒４２，４３が連結されるようになっている。
【００３６】
第１のジョー４６の中間部には第２の枢支ピン４８によって第２のジョー４９が回動自在に連結されており，第１のジョー４６と第２のジョー４９は第２の枢支ピン４８を支点として回動自在である。第２のジョー４９の基端部には第１の連結ピン５０を介して第１の連結部材５１の一端が回動自在に連結され，第１の連結部材５１の他端は左右方向の枢支ピン５１ａを介して第２の連結部材５２が連結されている。第２の連結部材５２の他端は第２の連結ピン５２ａを介して前記第１の駆動棒４１の先端部に回動自在に連結されている。
【００３７】
また，前記第１のジョー４６の屈曲部４６ａには第３の連結ピン５５を介して第３の連結部材５６が連結されている。この第３の連結部材５６の基端側は左右方向に幅広であり、この基端側には第４の連結ピン５７と第５の連結ピン５８が左右方向に離間して設けられている。そして，第４の連結ピン５７は前記第２の駆動棒４２と連結され，第５の連結ピン５８は第３の駆動棒４３と連結されている。
【００３８】
前述のように構成されたスレーブマニュピレータによれば、第１の駆動棒４１を前進させると，第１の連結部材５１，第２の連結部材５２を介して第２のジョー４９の基端部を前方に押すため，第２のジョー４９は第２の枢支ピン４８を支点として回動して第１と第２のジョー４６，４９が開く。逆に，第１の駆動棒４１を後退させると，第１の連結部材５１，第２の連結部材５２を介して第２のジョー４９の基端部を後方へ引張るため，第２のジョー４９は第２の枢支ピン４８を支点として回動して第１と第２のジョー４６，４９が閉じる。
【００３９】
また、第２及び第３の駆動棒４２，４３を同時に後退させるとともに ， 第１の駆動棒を前進させると、第３の連結部材５６を介して第１のジョー４６の基端部を後方へ引くため，第１のジョー４６が第１の枢支ピン４５を支点として回動し，第２のジョー４９は第１の連結ピン５０を支点として同方向に回動し，挿入部４０の軸線に対して第１及び第２のジョー４６，４９を略直角まで回動させることができる。
【００４０】
また、この状態から，第１の駆動棒４１を前進させると，第１及び第２の連結部材５１，５２を介して第２のジョー４９の基端部が前方へ押されるため、第２のジョー４９は第２の枢支ピン４８を支点として回動し，第１と第２のジョー４６，４９が開く。
【００４１】
次に，第２の駆動棒４２を後退させ、第３の駆動棒４３を前進させると，枢支軸４４ｂを支点として回動板４４ｃが左方向に回動するため，図７の１点鎖線で示すように、第１と第２のジョー４６，４９は枢支軸４４ｂを支点として左方向に回動する。逆に、第２の駆動棒４２を前進させ、第３の駆動棒４３を後退させると，枢支軸４４ｂを支点として回動板４４ｃが右方向に回動するため，第１と第２のジョー４６，４９は枢支軸４４ｂを支点として右方向に回動する。
【００４２】
本実施形態によれば，開閉可能な第１と第２のジョー４６，４９を上下及び左右方向に回動させることができ，第１と第２のジョー４６，４９を目的部位に容易にアプローチでき，処置の自由度を向上させることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、第１と第２の駆動棒を進退操作することにより，第１のジョーと第２のジョーとを挿入部の軸線方向及び軸線に対して方向変更させることができ，しかもいずれの状態においても第１と第２のジョーを開閉させることができる。従って，目的部位へのアプローチ性が向上し，処置の自由度を向上させることができる。
【００４４】
さらに，第１と第２のジョーを第１と第２の駆動棒の進退操作により駆動することにより，２倍の力量が得られ，またワイヤのように伸びによる作動不良を招くことはなく，第１及び第２のジョーに外力が加わっても動くことはなく，確実な処置ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示すマスタースレーブシステムの概略的構成図。
【図２】同実施形態のスレーブマニュピレータの要部を示す側面図。
【図３】同実施形態のスレーブマニュピレータの要部を示す斜視図。
【図４】同実施形態のスレーブマニュピレータの使用状態の説明図。
【図５】この発明の第２の実施形態を示し，（ａ）はスレーブマニピュレータの先端部の縦断側面図，（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿う断面図，（ｃ）はＣ−Ｃ線に沿う断面図，（ｄ）はＤ−Ｄ線に沿う断面図，同図（ｅ）はＥ−Ｅ線に沿う断面図。
【図６】同実施形態を示し，（ａ）はスレーブマニピュレータの処置部を真っ直ぐにした状態の側面図，（ｂ）は処置部を下方へ直角に回動した状態の側面図。
【図７】同実施形態を示し，スレーブマニピュレータの処置部を左方向に回動した状態の平面図。
【符号の説明】
１２…スレーブマニュピレータ
１３…挿入部
１５…スレーブ駆動部（駆動手段）
２１…第１の駆動棒
２２…第２の駆動棒
２５…第１の枢支ピン（第１の枢支部）
２６…第１のジョー
２８…第２の枢支ピン（第２の枢支部）
２９…第２のジョー
３３…第１の把持部
３４…第２の把持部
【発明の属する技術分野】
この発明は、術者が操作するマスターマニュピレータの動作を遠隔的にスレーブマニュピレータに伝達して外科手術を行う外科用手術装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マスタースレーブシステムは，患部の内視鏡画像を観察しながら術者が操作するマスターマニュピレータの動作をマスターマニュピレータ位置計算用コンピュータによって認識し，この認識信号を光ファイバーケーブルを介してスレーブマニピレータ制御用コンピュータを介してスレーブマニュピレータに伝達して外科手術を行うようになっている。
【０００３】
このマスタースレーブシステムは，例えば米国特許第５７９２１３５号明細書，同第５７９７９００号明細書及び同第５８０７３７７号明細書に開示されている。これらはスレーブマニュピレータを示すもので，体腔内に挿入する挿入部の先端部に枢支部を介して支持部材が回動自在に設けられ，この支持部材に組織や処置具を把持する把持部材が回動自在に設けられている。
【０００４】
挿入部の基端部には駆動部が設けられ，この駆動部には複数個のモータが内蔵されている。各モータは滑車に掛け渡されたワイヤを介して挿入部先端部の支持部材及び把持部材の滑車に掛け渡されている。そして，モータの回転力を滑車に掛け渡された複数本のワイヤを介して挿入部先端部の支持部材を回動及び把持部材を開閉駆動するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，前述した従来のスレーブマニュピレータは，駆動部に内蔵されたモータの回転力を滑車に掛け渡された複数本のワイヤを介して先端部の支持部材及び把持部材を駆動するようになっている。
【０００６】
従って，挿入部には複数本のワイヤが挿通されており、このワイヤがモータの回転力によって押し引きされるようになっている。このため、挿入部の内部にワイヤを進退自在に挿通するスペースが必要となり，挿入部の径が太くなるという問題がある。また、ワイヤは引張り力が加わったとき伸びるため，モータを回転駆動しても支持部材及び把持部材が思う通りに作動しないこともあり，支持部材及び把持部材を目的部位に確実にアプローチし，かつ微細に作動させることが困難である。
【０００７】
この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、体腔内の処置部へのアプローチ性を向上させるとともに，処置の自由度を向上させることができる外科用手術装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は前記目的を達成するために、請求項１は、挿入部と、前記挿入部の先端部に設けられた左右回動用枢支部を支点として左右方向に回動自在な回動板と、前記回動板に上下回動用枢支部を介して上下方向に回動自在であるとともに、開閉用枢支部を支点として開閉自在に枢支された第１及び第２のジョーと、前記第１及び第２のジョーの基端部にそれぞれ連結された連結部材と、前記挿入部に沿って進退自在に設けられ、前記一方の連結部材に連結された第１の駆動棒と、前記挿入部に沿って平行に進退自在に設けられ、前記他方の連結部材の左右に連結された第２及び第３の駆動棒とを備え、前記第１の駆動棒を進退させることにより、第１及び第２のジョーを開閉可能とするとともに、前記第２及び第３の駆動棒を互に逆方向に進退させることにより、前記回動板を介して第１及び第２のジョーを左右方向に回動可能とし、さらに、前記第２及び第３の駆動棒を同時に進退させることにより、前記第１及び第２のジョーを上下方向に回動可能としたことを特徴とする外科用手術装置にある。
【０００９】
前記構成によれば，第１の駆動棒を前進させ、第２の駆動棒を後退させると，第１のジョーは第１の枢支部を支点として前方へ回動し、第２のジョーの基端部を後方へ引くため，第２のジョーが第２の枢支部を支点として回動する。従って，第１と第２のジョーが挿入部の延長方向に突出して第１と第２の把持部が閉じる。
【００１０】
また、この状態から，第１の駆動棒をそのままの状態で，第２の駆動棒を前進させると，第２のジョーの基端部が前方へ押されるため、第２のジョーは第２の枢支部を支点として回動し，第１と第２の把持部が開く。従って、第１と第２の駆動棒を進退させることにより，第１と第２のジョー開閉させることができる。
【００１１】
また、第１の駆動棒を後退させると，第１のジョーは第１の枢支部を支点として回動して挿入部の軸線に対して略直角に回動する。また，この状態で、第２の駆動棒を前進させると、第２のジョーは第２の枢支部を支点として回動して第１と第２の把持部が開く。さらに，逆に第２の駆動棒を後退させると、第２のジョーは第２の枢支部を支点として回動して第１と第２の把持部が閉じる。
【００１２】
従って，第１と第２のジョーを挿入部の軸線に対して略直角に回動変位させた状態においても第１と第２のジョーを回動して第１と第２の把持部を開閉することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１〜図４は第１の実施形態を示し，図１はマスタースレーブシステムの概略的構成図，図２はスレーブマニュピレータとしての外科用手術装置の要部を示す側面図，図３は同スレーブマニュピレータの要部の斜視図，図４は同スレーブマニュピレータの使用状態の説明図である。
【００１５】
まず，図１に示すマスタースレーブシステムについて説明すると，１は左右一対のマスターマニュピレータで、２は内視鏡画像が撮像されるモニターである。一対のマスターマニュピレータ１はモニター２を観察しながら術者が両手で操作できるようになっており，このマスターマニュピレータ１をＸＹ及びＺ方向に移動すると，その位置データは位置検出器３に入力されるようになっている。この位置検出器３にはマスターマニュピレータ制御用フットスイッチ４が接続されている。
【００１６】
位置検出器３は信号ケーブル５を介してマスターマニュピレータ位置計算用コンピュータ６に接続され， マスターマニュピレータ位置計算用コンピュータ６は光ファイバーケーブル７を介して前記マスターマニュピレータ１とは遠隔地に設置されたスレーブマニピュレータ制御用コンピュータ８に接続されている。さらに， スレーブマニピュレータ制御用コンピュータ８は信号ケーブル９を介してモータユニット１０に接続されている。
【００１７】
モータユニット１０の内部には本実施形態では１４個のサーボユニット１１…が設けられている。１２は前記マスターマニュピレータ１と対応する外科用手術装置としての一対のスレーブマニュピレータである。この一対のスレーブマニュピレータ１２は同一構造であり，挿入部１３と，この挿入部１３の先端部に設けられた処置部１４と，挿入部１３の基端部に設けられ，処置部１４を駆動するスレーブ駆動部１５とからなり、各スレーブ駆動部１５には７台ずつのサーボモータ１６…が設けられている。
【００１８】
そして，一対のスレーブマニュピレータ１２の挿入部１３を患者の体腔内に内視鏡（図示しない）とともに挿入し、術者がモニター２の内視鏡画像を観察しながらマスターマニュピレータ１を両手で操作することにより、その操作に対応してスレーブマニュピレータ１２が作動して外科手術を行うことができるようになっている。
【００１９】
次に，図２及び図３に基づいてスレーブマニュピレータ１２について説明する。挿入部１３は長尺の金属製細径パイプによって構成され，この内部には金属製細径棒からなる第１の駆動棒２１と第２の駆動棒２２が平行に挿通されている。この第１と第２の駆動棒２１，２２は挿入部１３の軸心部を挟んで両側に対称的に配置され，かつ軸方向に独立して進退自在である。
【００２０】
挿入部１３の先端部には処置部支持管２３が連結されており，この処置部支持管２３には前方に向かって突出する剛性を有する一対の支持部２４が一体に設けられている。一対の支持部２４の先端部間には第１の枢支ピン２５の両端が固定され，この第１の枢支ピン２５の中間部には第１のジョー２６の基端部が回動自在に枢支されている。第１のジョー２６の基端部には屈曲部２６ａが設けられ、前記第１の駆動棒２１の先端部は第１のジョー２６の屈曲部２６ａに第１の連結ピン２７によって連結されている。
【００２１】
第１のジョー２６の中間部には第２の枢支ピン２８によって第２のジョー２９が回動自在に連結されており，第１のジョー２６と第２のジョー２９は第２の枢支ピン２８を支点として回動自在である。第２のジョー２９の基端部には第２の連結ピン３０を介して連結部材３１の一端が回動自在に連結され，連結部材３１の他端は第３の連結ピン３２を介して前記第２の駆動棒２２の先端部に回動自在に連結されている。
【００２２】
第１及び第２のジョー２６，２９の先端部には互いに対向する接離面が設けられ，この接離面には微細な凹凸あるいは鋸歯が形成され，組織や処置具を把持する第１と第２の把持部３３，３４を構成している。
【００２３】
前述のように構成されたスレーブマニュピレータ１２によれば、第１の駆動棒２１を前進させると，第１の連結ピン２７を介して第１のジョー２６を前方に押すため，第１のジョー２６は第１の枢支ピン２５を支点として矢印ａ方向に回動する。逆に第２の駆動棒２２を後退させると，連結部材３１を介して第２のジョー２９の基端部を後方へ引くため，第２のジョー２９が第２の枢支ピン２８を支点として矢印ｂ方向に回動する。従って，第１と第２のジョー２６，２９は図２の実線で示すように挿入部１３の延長方向に突出して第１と第２の把持部３３，３４が閉じる。
【００２４】
また、この状態から，第１の駆動棒２１をそのままの状態で，第２の駆動棒２２を前進させると，連結部材３１を介して第２のジョー２９の基端部が前方へ押されるため、第２のジョー２９は第２の枢支ピン２８を支点として矢印ｃ方向に回動し，第１と第２の把持部３３，３４が開く。従って、第１と第２の駆動棒２１，２２を進退させることにより，第１と第２のジョー２６，２９を開閉することができる。
【００２５】
次に，第１の駆動棒２１を後退させると，第１の駆動棒２１は第１のジョー２６の屈曲部２６ａを引くため，第１のジョー２６は第１の枢支ピン２５を支点とし、図３の矢印ｄ方向に回動して挿入部１３の軸線に対して略直角に回動する。また，この状態で、第２の駆動棒２２を前進させると、連結部材３１を介して第２のジョー２９の基端部を押すため、第２のジョー２９は第２の枢支ピン２８を支点とし，図３の矢印ｅ方向に回動して第１と第２の把持部３３，３４が開く。
【００２６】
さらに，逆に第２の駆動棒２２を後退させると、連結部材３１を介して第２のジョー２９の基端部を引くため、第２のジョー２９は第２の枢支ピン２８を支点とし，図３の矢印ｆ方向に回動して第１と第２の把持部３３，３４が閉じる。
【００２７】
従って，第１と第２のジョー２６，２９を挿入部１３の軸線に対して略直角に回動変位させた状態においても第１と第２のジョー２６，２９を回動して第１と第２の把持部３３，３４を開閉することができる。
【００２８】
なお、第１と第２の駆動棒２１，２２の進退駆動は，前記スレーブ駆動部１５に内蔵されたサーボモータ１６の回転運動をスレーブ駆動部１５の内部に設けられたワイヤ及びワイヤが掛け渡された滑車（いずれも図示しない）によって直線運動に変換することにより行われるが， 第１と第２の駆動棒２１，２２の進退駆動手段は限定されるものではない。
【００２９】
次に、マスタースレーブシステムを用いて組織の切開部を縫合する方法について説明する。図４（ａ）は，第１の駆動棒２１を後退させ，第１と第２のジョー２６，２９を挿入部１３の軸線に対して略直角に回動して下向きにした状態であり，第１と第２の把持部３３，３４によって糸付きの縫合針３５を把持した状態を示す。この状態で，組織３６の切開部３７の近傍に縫合針３５を位置して挿入部１３の先端部を組織３６方向へ押し下げると，縫合針３５が組織３６に穿刺される。
【００３０】
次に，第１の駆動棒２２を前進させると，第１のジョー２６の基端部が押されるため，第１のジョー２６は第１の枢支ピン２５を支点として前方に回動し，図４（ｂ）に示すように，縫合針３５が切開部３７を有する組織３６に穿刺され，縫合針３５の先端部が組織３６の表層から突出する。このように縫合針３５の軸線方向に第１と第２のジョー２６，２９を回動させることができ，縫合針３５の穿刺が容易に行うことができる。
【００３１】
また、前述したように第１と第２のジョー２６，２９を挿入部１３の軸線方向に向けた状態においても，また軸線に対して略直角に回動変位させた状態においても第１と第２のジョー２６，２９を回動して第１と第２の把持部３３，３４を開閉することができ、目的部位に確実にアプローチでき，また縫合のみならず，組織３６の把持したり，剥離することも容易に行うことができる。
【００３２】
図５〜図７は第２の実施形態を示し，図５（ａ）はスレーブマニピュレータの先端部の縦断側面図，同図（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿う断面図，同図（ｃ）はＣ−Ｃ線に沿う断面図，同図（ｄ）はＤ−Ｄ線に沿う断面図，同図（ｅ）はＥ−Ｅ線に沿う断面図，図６（ａ）はスレーブマニピュレータの処置部を真っ直ぐにした状態の側面図，同図（ｂ）は処置部を下方へ直角に回動した状態の側面図，図７はスレーブマニピュレータの処置部を左方向に回動した状態の平面図である。
【００３３】
本実施形態のスレーブマニュピレータも、第１の実施形態と同様にマスターマニピュレータ１の操作によって作動するものであり、第１の実施形態の第１及び第２のジョーの開閉及び上下方向への回動に加え，第１及び第２のジョーを左右方向に回動できるようにしたものである。
【００３４】
図５〜図７に示すように、挿入部４０は長尺の金属製細径パイプによって構成され，この内部には金属製細径棒からなる第１の駆動棒４１と第２の駆動棒４２及び第３の駆動棒４３が平行に挿通されている。第１の駆動棒４１は挿入部４０の軸心より上側に偏って配置され，第２と第３の駆動棒４２，４３は挿入部１３の軸心より下側で左右対称的に配置され，かつ軸方向に独立して進退自在である。
【００３５】
挿入部４０の先端部には前方に向かって突出する剛性を有する支持部４４が一体に設けられている。支持部４４の先端部にはすり割４４ａが設けられ，このすり割４４ａには挿入部４０の軸方向と直交する枢支軸４４ｂによって左右方向に回動する回動板４４ｃが連結されている。この回動板４４ｃには枢支軸４４ｂと直交する方向に第１の枢支ピン４５が固定され，この第１の枢支ピン４５には第１のジョー４６の基端部が回動自在に枢支されている。第１のジョー４６の基端部には屈曲部４６ａが設けられ、この屈曲部４６ａには後述する手段によって第２及び第３の駆動棒４２，４３が連結されるようになっている。
【００３６】
第１のジョー４６の中間部には第２の枢支ピン４８によって第２のジョー４９が回動自在に連結されており，第１のジョー４６と第２のジョー４９は第２の枢支ピン４８を支点として回動自在である。第２のジョー４９の基端部には第１の連結ピン５０を介して第１の連結部材５１の一端が回動自在に連結され，第１の連結部材５１の他端は左右方向の枢支ピン５１ａを介して第２の連結部材５２が連結されている。第２の連結部材５２の他端は第２の連結ピン５２ａを介して前記第１の駆動棒４１の先端部に回動自在に連結されている。
【００３７】
また，前記第１のジョー４６の屈曲部４６ａには第３の連結ピン５５を介して第３の連結部材５６が連結されている。この第３の連結部材５６の基端側は左右方向に幅広であり、この基端側には第４の連結ピン５７と第５の連結ピン５８が左右方向に離間して設けられている。そして，第４の連結ピン５７は前記第２の駆動棒４２と連結され，第５の連結ピン５８は第３の駆動棒４３と連結されている。
【００３８】
前述のように構成されたスレーブマニュピレータによれば、第１の駆動棒４１を前進させると，第１の連結部材５１，第２の連結部材５２を介して第２のジョー４９の基端部を前方に押すため，第２のジョー４９は第２の枢支ピン４８を支点として回動して第１と第２のジョー４６，４９が開く。逆に，第１の駆動棒４１を後退させると，第１の連結部材５１，第２の連結部材５２を介して第２のジョー４９の基端部を後方へ引張るため，第２のジョー４９は第２の枢支ピン４８を支点として回動して第１と第２のジョー４６，４９が閉じる。
【００３９】
また、第２及び第３の駆動棒４２，４３を同時に後退させるとともに ， 第１の駆動棒を前進させると、第３の連結部材５６を介して第１のジョー４６の基端部を後方へ引くため，第１のジョー４６が第１の枢支ピン４５を支点として回動し，第２のジョー４９は第１の連結ピン５０を支点として同方向に回動し，挿入部４０の軸線に対して第１及び第２のジョー４６，４９を略直角まで回動させることができる。
【００４０】
また、この状態から，第１の駆動棒４１を前進させると，第１及び第２の連結部材５１，５２を介して第２のジョー４９の基端部が前方へ押されるため、第２のジョー４９は第２の枢支ピン４８を支点として回動し，第１と第２のジョー４６，４９が開く。
【００４１】
次に，第２の駆動棒４２を後退させ、第３の駆動棒４３を前進させると，枢支軸４４ｂを支点として回動板４４ｃが左方向に回動するため，図７の１点鎖線で示すように、第１と第２のジョー４６，４９は枢支軸４４ｂを支点として左方向に回動する。逆に、第２の駆動棒４２を前進させ、第３の駆動棒４３を後退させると，枢支軸４４ｂを支点として回動板４４ｃが右方向に回動するため，第１と第２のジョー４６，４９は枢支軸４４ｂを支点として右方向に回動する。
【００４２】
本実施形態によれば，開閉可能な第１と第２のジョー４６，４９を上下及び左右方向に回動させることができ，第１と第２のジョー４６，４９を目的部位に容易にアプローチでき，処置の自由度を向上させることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、第１と第２の駆動棒を進退操作することにより，第１のジョーと第２のジョーとを挿入部の軸線方向及び軸線に対して方向変更させることができ，しかもいずれの状態においても第１と第２のジョーを開閉させることができる。従って，目的部位へのアプローチ性が向上し，処置の自由度を向上させることができる。
【００４４】
さらに，第１と第２のジョーを第１と第２の駆動棒の進退操作により駆動することにより，２倍の力量が得られ，またワイヤのように伸びによる作動不良を招くことはなく，第１及び第２のジョーに外力が加わっても動くことはなく，確実な処置ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示すマスタースレーブシステムの概略的構成図。
【図２】同実施形態のスレーブマニュピレータの要部を示す側面図。
【図３】同実施形態のスレーブマニュピレータの要部を示す斜視図。
【図４】同実施形態のスレーブマニュピレータの使用状態の説明図。
【図５】この発明の第２の実施形態を示し，（ａ）はスレーブマニピュレータの先端部の縦断側面図，（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿う断面図，（ｃ）はＣ−Ｃ線に沿う断面図，（ｄ）はＤ−Ｄ線に沿う断面図，同図（ｅ）はＥ−Ｅ線に沿う断面図。
【図６】同実施形態を示し，（ａ）はスレーブマニピュレータの処置部を真っ直ぐにした状態の側面図，（ｂ）は処置部を下方へ直角に回動した状態の側面図。
【図７】同実施形態を示し，スレーブマニピュレータの処置部を左方向に回動した状態の平面図。
【符号の説明】
１２…スレーブマニュピレータ
１３…挿入部
１５…スレーブ駆動部（駆動手段）
２１…第１の駆動棒
２２…第２の駆動棒
２５…第１の枢支ピン（第１の枢支部）
２６…第１のジョー
２８…第２の枢支ピン（第２の枢支部）
２９…第２のジョー
３３…第１の把持部
３４…第２の把持部
Claims (1)
- 挿入部と、
前記挿入部の先端部に設けられた左右回動用枢支部を支点として左右方向に回動自在な回動板と、
前記回動板に上下回動用枢支部を介して上下方向に回動自在であるとともに、開閉用枢支部を支点として開閉自在に枢支された第１及び第２のジョーと、
前記第１及び第２のジョーの基端部にそれぞれ連結された連結部材と、
前記挿入部に沿って進退自在に設けられ、前記一方の連結部材に連結された第１の駆動棒と、
前記挿入部に沿って平行に進退自在に設けられ、前記他方の連結部材の左右に連結された第２及び第３の駆動棒とを備え、
前記第１の駆動棒を進退させることにより、第１及び第２のジョーを開閉可能とするとともに、前記第２及び第３の駆動棒を互に逆方向に進退させることにより、前記回動板を介して第１及び第２のジョーを左右方向に回動可能とし、さらに、前記第２及び第３の駆動棒を同時に進退させることにより、前記第１及び第２のジョーを上下方向に回動可能としたことを特徴とする外科用手術装置。
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