JP3628743B2 - 医療用マニピュレータ - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、内視鏡下外科手術において用いられる医療用マニピュレータに関する。
【0002】
【従来の技術】
腹壁等の体壁に挿入孔を開け、この挿入孔を通じて内視鏡や処置具などの手術器械を体腔内へ経皮的に挿入し、マニピュレータによりそれらの手術器械を操作しながら内視鏡下での処置を行う経皮的内視鏡下外科手術が知られている。こうした術式は大きな切開を要しない低侵襲なものとして胆のう摘出手術や肺の一部を摘出して除去するなどの手術の場合に適する。
この内視鏡下外科手術を行う場合、それに使用する内視鏡や処置具などの手術器械を適宜操作しなければならないが、これらの直接的な操作を術者に代わってマニピュレータによって行う方式が特願平6−260285号の未公開出願によって提案されている。これは術者がマスターマニピュレータを操作することによってスレーブマニピュレータ側の内視鏡や処置具などの手術用器具を動かすものである。
ところで、マスターマニピュレータは術者の頭部に装着するHMD(ヘッドマウントディスプレイ)と処置具操作用アームの部分を別々に備えてなり、術者はそのHMDを頭部によって動かし、一方、処置具操作用アームは手で動かすことによって、スレーブ側の内視鏡や処置具を遠隔的に操作するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このようなマスタースレーブ方式において、術者が実際に操作する動きにマスターマニピュレータを確実に追従させるため、術者の頭部に装着するHMDはベルトなどでしっかりと固定してある。
【0004】
しかし、マスターマニピュレータを操作する術者は術中において患者の容態を確認したり、各種装置の操作や処置具の取り替えなどの作業のため、その都度、術者はHMD用締結ベルトを外してマスターマニピュレータから離れる必要がある。このように他の作業や処置を行う都度、ベルトを外したり、再びベルトの装着をし直したりする面倒で手間のかかる作業が必要であり、実際の作業にあたって非常に煩わしく、また迅速な作業の妨げになるものであった。
また、滅菌手袋を着用した術者は滅菌していないベルト部分などには直接に触れることはできないので、そのベルトなどの着脱作業を補助者等の第3者にしてもらう必要があるために繁雑さはかなりのものであり、前述の事情は無視できない。
【0005】
本発明は前記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは術者がマスターマニピュレータを容易に着脱することが可能な医療用マニピュレータを提供することにある。
【0006】
【課題を解決する手段および作用】
本発明は、術者が自分自身の頭部で操作するマスタマニピュレータと、このマスタマニピュレータの動きに追従した動作を行うスレーブマニピュレータを備えた手術用マニピュレータにおいて、前記マスターマニピュレータはそのマスターマニピュレータに対して術者が所定の操作位置に身を置くとそのマスターマニピュレータに対する術者の頭部の位置決めがなされて前記マスターマニピュレータが術者の頭の動きに追従する固定関係が得られるとともにその固定位置から身を離せば前記マスターマニピュレータから身を離すことが可能な構成とした装着手段を設けたものである。
【0007】
本発明によれば、マスターマニピュレータに術者がその身を所定の位置に持っていくだけで、術者の頭に追従してその位置を検出する追従手段を設けたことにより、術者が頭を所定の位置に持っていくだけで、マスターマニピュレータを容易に追従させることが可能で、また、そのマスターマニピュレータから術者が簡単に身を離すことが可能である。
【0008】
【実施例】
<第1の実施例>
図1ないし図11を参照して、本発明の第1の実施例を説明する。
(構成)
図1は特に経皮的内視鏡下外科手術に用いる医療用マニピュレータシステムの全体的な構成を概略的に示している。この医療用マニピュレータシステムはスレーブマニピュレータ1と、マスターマニピュレータ2と、マスターマニピュレータ2の操作情報によりスレーブマニピュレータ1の動作を制御する制御装置3とを備えている。
【0009】
前記スレーブマニピュレータ1は手術器械4とこれを支持する移動用マニピュレータ(ロボット)5を備える。手術器械4は移動用マニピュレータ5のアーム先端に対して着脱自在に搭載される。ここでの手術器械4としては立体観察式の処置用内視鏡6とその左右に配置される一対の処置具(手段)としての一対の把持鉗子7a,7bとからなる。この内視鏡6における挿入部8と一対の把持鉗子7a,7bは共通のシース9内に挿通されて同じ向きで配置されることにより一体的な処置マニピュレータユニットとして構成されている。すなわち、一対の把持鉗子7a,7bのアーム部10は内視鏡6の挿入部8に沿うとともにその挿入部8の左右位置に隣接して並んで配置されている。図1で示すように手術器械4のシース9は患者の体壁aに形成した挿通孔bを通じて体腔cの内部に挿入される。そして、前記手術器械4においての内視鏡6と把持鉗子7a,7bの先端部分は、略同じ向きで体腔c内に突き出す。
【0010】
ところで、前記内視鏡6はシース9の先端から突き出す挿入部8の先端側途中部分に自由度が2の湾曲部11を設けてなり、この湾曲部11は上下方向B1と左右方向B2の2方向に湾曲可能でこれによりその先端部12の向きを上下左右に変向するようになっている。
前記内視鏡6の先端部12には左右一対の照明窓13と左右一対の観察窓14が設けられていて、この照明窓13から体腔c内の視野に照明光を照射する。そして、視野内を左右一対の観察窓14を通じて観察する。各観察窓14の内側にはCCD等の固体撮像素子がそれぞれ設置されており、各固体撮像素子は図示しないカメラコントロール回路によって駆動制御され、各観察窓14を通じて得られるそれぞれの視野を撮像する。
【0011】
左右の各把持鉗子7a,7bにおいて、シース9から突き出すアーム部10の途中でその長手方向の2箇所には湾曲部15,16が設けられ、基端側の第1の湾曲部15はC1方向に湾曲し、先端側の第2の湾曲部16はC2方向の湾曲が行われる。第1の湾曲部15が湾曲するC1方向と第2の湾曲部16が湾曲するC2方向とは通常、同一の面内で互いに異なる向きに湾曲するようになっている。また、シース9から突き出す支持用アーム部10はその基端側に設けた回転部17によって自軸まわりのC3方向の回転も可能なものである。把持鉗子7a,7bのアーム部10の先端には処置作業用の一対の把持部材を回動可能に設けてなるグリッパ(処置手段)18が設けられている。各把持鉗子7a,7bは内視鏡6の挿入部8の軸に対して左右対称の構造をとり、同様の自由度を有している。
【0012】
このような各把持鉗子7a,7bのグリッパ18の部分には図示しない力センサとしての歪みゲージが貼られ、そのグリッパ18による把持力が検出可能になっている。
【0013】
前記内視鏡6はその後端に駆動部19が設けられており、この駆動部19にはエンコーダ付き電磁モータ(図示しない)を備え、この駆動力を例えばワイヤー(図示しない)等によって、前記内視鏡6の湾曲部11の湾曲と把持鉗子7a,7bの湾曲部15,16の湾曲、さらにはそのアーム部10の回転や、グリッパ18の開閉などの動作を駆動することが可能となっている。
【0014】
一方、前記移動用マニピュレータ5はベッドサイドに設置される支持機構とし用いられるものであり、次に述べる如く、また、図1および図3(a)で示すように、直動および回転の自由度を有する複数の軸を備えた多関節アーム構造で構成されている。つまり、これは基部20、水平旋回方向A1と垂直移動方向A2に動作する第1の動作軸21、この第1の動作軸21に対して水平方向A3に移動しかつ自軸周りの旋回方向A4に回転可能な第2の動作軸22とを備えてなり、さらに第2の動作軸22の先端にはその軸方向に直交した旋回方向A5とその旋回方向A5の軸に直交する軸まわりの旋回方向A6に回転可能な器具装着部材23が取り付けられている。なお、図3(a)では各関節はその各移動方向の符号で示す。
【0015】
前記器具装着部材23に対して前記手術器械4のシース9を挿通し、その状態で手術器械4が支持されるようになっている。内視鏡6と一対の把持鉗子7a,7bからなる手術器械4のユニットは移動用マニピュレータ5の先端に設けられた器具装着部材23に対して着脱可能に取り付けられている。この移動用マニピュレータ5の各軸には各方向に駆動する電磁モータ等のアクチュエータ(図示せず)とその回転角を検出するアブソリュート型エンコーダ(図示せず)および減速機(図示せず)がそれぞれ設けられている。
【0016】
一方、操作手段のマスターマニピュレータ2は移動用マスターアーム31と、これの先端に設けられたHMD用アーム32及び一対の処置手段操作用アーム33a,33bとによって構成されている。移動用マスターアーム31はHMD用アーム32及び一対の処置手段操作用アーム33a,33bの操作ユニットの支持装置である。移動用マスターアーム31はリンク機構から構成され、このリンク構造を模式的に図示したものが図3(b)である。つまり、これは手術室の床上に設置される基台34と、これの軸まわりのD1方向に回転する回転機構36と、この回転機構36の先端に設けられD2方向に揺動するように連結された第1のリンク機構38と、この第1のリンク機構38の先端に設けられD3方向に揺動するように連結された第2のリンク機構39と、この第2のリンク機構39の先端に設けられD4方向に回転する回転部40とによって構成されている。基台34の下部にはロック/フリーの切り換え可能なキャスター29が設けられている。なお、図3(b)では各関節はその各移動方向の符号で示す。
【0017】
さらに、第1のリンク機構38と第2のリンク機構39を具体的に説明すれば、図4で示すように、平行な一対の棒状リンク部材22a,22bと、くの字状の媒介リンク部材23aと、平行な一対の棒状リンク部材24a,24bとを備える。各リンク部材は断面形状がコの字型のものであり、そのリンク部材の内部に空間を有する。図4では説明をわかりやすくするため、各リンク部材を棒状に示している。そして、第1のリンク機構38は回転機構36の先端回動部材36aと一対のリンク部材22a,22bと媒介リンク部材23aとにより平行リンク機構を構成している。第2のリンク機構39は媒介リンク部材23aと一対のリンク部材24a,24bと先端回転機構部40の後端部材40aとにより平行リンク機構をなしている。また、リンク部材22aとリンク部材24aは、媒介リンク部材23aにおけるくの字型の屈曲部分で同軸的に回転可能に支持されている。このように各リンク機構38,39が平行リンク機構を形成しているため、このリンク機構38,39が動作しても先端回転機構部40の回転軸は常に水平のままその位置のみが変化する。そして、この先端回転機構部40の回転軸には前記操作ユニットを着脱自在に保持するようになっている。
【0018】
前記回転機構36の先端回動部材36aには第1のリンク機構38と第2のリンク機構39の回転の規制とその回転角度の検出を行う手段が組み込まれている。これらの手段は図5で示すように構成されている。まず、第1のリンク機構38のリンク部材22aに設けられた回転軸41は2つの軸受42によって前記回転機構36の先端回動部材36aに対して前記D2方向へ回転自在に支持されている。リンク部材22aの回転軸41には保持ブレーキ44とエンコーダ45が連結されている。保持ブレーキ44は回転軸43を選択的に固定保持し、エンコーダ45は回転軸41の回転角度を検出する。
【0019】
また、第2のリンク機構39には補助リンク部材46,47が連結され、第2のリンク機構39の回転がその補助リンク部材46,47を介してその一方の補助リンク部材47の回転軸48に伝達される。補助リンク部材46は第1のリンク機構38のリンク部材22a,22bに対して平行に配置され、その一端が第2のリンク機構39のリンク部材24aの延長端に連結されている。また、補助リンク部材47は第2のリンク機構39のリンク部材24a,24bに対して平行に配置される。なお、補助リンク部材46,47はリンク部材22a,22bの中間の位置に配置されている。
【0020】
そして、補助リンク部材46,47は第1のリンク機構38のリンク部材22aと第2のリンク機構39のリンク部材24aとともに平行リンク機構を構成する。したがって、第1のリンク機構38の回転の影響を受けずに第2のリンク機構39の回転のみが補助リンク部材47の回転軸48に伝達される。補助リンク部材47の回転軸48は前記リンク部材22aにおける回転軸41に形成した中空部内に同軸的に配設される。この回転軸48は2つの軸受51によって回転自在に支持されている。補助リンク部材47の回転軸48には保持ブレーキ52とエンコーダ53が連結されている。保持ブレーキ52は回転軸48の回転を選択的に固定保持し、エンコーダ53はその回転軸48の回転角度を検出する。そして、各エンコーダ45,53により第1のリンク機構38と第2のリンク機構39の回動角度を検出し、この検出データによって移動用マスターアーム31の先端の位置と向きとが検出可能になっている。
【0021】
また、図6で示すように、第1のリンク機構38と第2のリンク機構39にはその動作を軽くするためのバランス用ガススプリング55,56が付設されている。第1のリンク機構38においてのガススプリング55は回転機構36の先端回動部材36aとリンク部材22aの間に架設してあり、第2のリンク機構39においてのガススプリング56はリンク部材24bと後端部材40aとの間に架設してある。また、図7で示すように、第1のリンク機構38においてのガススプリング55はリンク部材22aの回転軸41を通る垂直軸上にガススプリング55の下端側回転軸57があるように設置する。
【0022】
図8は前記ガススプリング55(56)の構造を模式的に示したものである。すなわち、内部に高圧の気体が収められたシリンダ58とこの内部で摺動するスライダ59からなり、シリンダ58の内部58aには高圧の気体が収められている。スライダ59には小径のオリフス60が形成されている。ここでスライダ59がx方向に進もうとするとガスの反力yが大きくなる。例えば図7で示すように第1のリンク機構38がE1方向に移動しようとした場合、ガススプリング55の反力によって、そのリンク機構38より先端側の重力によって、第1のリンク機構38がE1方向に移動しようとする力を打ち消す。また、リンク部材22aの回転軸41を通る垂直軸上に、ガススプリング55の下端側回転軸57があるので、リンク部材22aがその垂直軸を越えて、E2方向まで移動してもバランスをとることが可能になっている。また、回転軸57の位置をz方向に調節可能にすることにより、リンク機構とこれの先端に取り付けられる部材の重量が変わってもバランスをとることができる。第2のリンク機構39のものについても同様の構造になっているため、その説明は省略する。これらのガススプリング55,56により各リンク機構38,39はバランスがとられるので、これらのリンク機構38,39を軽い力で動作させることが可能になる。
【0023】
次に、この移動用マスターアーム31の先端に設けられるHMD用アーム32と一対の処置手段操作用アーム33a,33bについて図1および図2(b)を参照して説明する。まず、HMD用アーム32は複数の回転関節61,62を持つアーム63とこのアーム63の先端に固定された表示手段としてのHMD(ヘッドマウントディスプレイ)64によって構成されている。このアーム63の各回転関節61,62の回転方向E1,E2は互いに直交する向きにあり、それぞれには図示しないエンコーダが設けられ、これによって前記HMD64の各回転方向E1,E2の回転量をそれぞれ検出可能になっている。
【0024】
一方、処置手段操作用アーム33a,33bは3つの回転関節71,72,73を持つアーム74とアーム74の先端に設けられた開閉可能な操作用グリッパ75によって構成されている。各回転関節71,72,73によってそれぞれF3,F1,F2の3つの方向への動きが可能になっている。また、3つの回転関節71,72,73と操作用グリッパ75にはそれぞれ図示しないエンコーダが設けられ、これによって各回転関節71,72,73の回転角度やグリッパ75の開き角度がそれぞれ検出可能になっている。なお、左右の処置手段操作用アーム33a,33bは左右対称の構造をとり、これら両者の構成は同様なものである。
【0025】
また、図9で示すように、各操作用グリッパ75の指掛けリング85に連結したリンク部86が力センサ部87を介して空気圧シリンダ88に接続されている。空気圧シリンダ88には2本の管路89が接続され、空気圧シリンダ88内にはスライダ90が設けられている。各管路89は図示しないバルブやコンプレッサ等によって構成されるエヤー装置91に接続されている。
【0026】
これらグリッパ75には図10で示すように把持部92を設ける。また、左右いずれかのグリッパ75の把持部92にはマスタースレーブの動作の開始と終了を指示するためのスイッチ93が設けられている。なお、このスイッチ93はグリッパ75自体に設けてもよい。
【0027】
ところで、前記HMD用アーム32と処置手段操作用アーム33a,33bは共通のベース部材76に取着されることにより単体の操作ユニットとして構成されている。この操作ユニットのベース部材76は前記移動用マスターアーム31の先端に対して着脱交換できるようになっている。
【0028】
前記HMD64は以下に述べるような装着具を使用することによって、ベルトを用いることなく術者78が額を当てるだけてセットされる。つまり、図11で示すように、前記HMD64には術者78の頭の額に当接する額当接部79を設け、前記移動用マスターアーム31の先端にあるベース部材76にはこれより延びる支えアーム80を設け、この支えアーム80の先端部に術者78の背中に当接する背中当接部81を設けたものである。そして、これらによって装着手段を構成する。術者78は額当接部79に額を当て背中当接部81に背中を当てその両者を押し付けるだけで位置決めすれば、HMD用アーム32を所定の定位置に装着することができる。これと同時に処置手段操作用アーム33a,33bも術者の位置にあった状態にセットされる。これによってマスターマニピュレー2を自分の体の動きに追従させることができるようになる。
【0029】
次に、前記スレーブマニピュレータ1とマスターマニピュレータ2の関連動作を制御するための制御装置3の構成について説明する。図1で示すように制御装置3は第1の制御装置101、第2の制御装置102、第3の制御装置103の部分からなり、制御対象の役割分担がなされている。まず、第1の制御装置101は移動用マスターアーム31の各エンコーダと電気的に接続され、そのエンコーダにより回転角を検出することにより、移動用マスターアーム31の先端の位置を検出することができる。さらに第1の制御装置101は移動用マニピュレータ5の各電磁モータとこのモータに付いているエンコーダとも電気的に接続され、そのエンコーダで移動量を検出しながらそのモータを駆動し、移動用マニピュレータ5の先端の位置を決める。
【0030】
第2の制御装置102は、HMD用アーム32の各エンコーダと電気的に接続され、そのエンコーダの回転角を検出することにより、HMD64の向きを検出することができる。さらに第2の制御装置102は駆動部19内に設けられたモータと、このモータに付いているエンコーダと電気的に接続され、エンコーダで移動量を検出しながらそのモータを駆動できるので、指定された方向に処置用内視鏡6の挿入部8における湾曲部11を湾曲させることが可能である。
【0031】
また、第3の制御装置103は処置手段操作用アーム33a,33bの各エンコーダと電気的に接続され、このエンコーダにより回転関節71,72,73と操作用グリッパ75の回転角を検出することにより、そのグリッパ75の向きと位置および開閉角度を検出することができる。さらに第3の制御装置103は駆動部19内に設けられた処置手段駆動用の各電磁モータと、このモータに付いているエンコーダと電気的に接続され、エンコーダで移動量を検出しながらそのモータを駆動できるので、処置手段としての把持鉗子7a,7bの位置と方向を決めることが可能である。各把持鉗子7a,7bのグリッパ18の部分に設けた力センサで発生力を計測しながら前記空気圧シリンダ88を駆動することによって操作用グリッパ75に所定の反力を発生させることが可能になっている。
【0032】
また、前記内視鏡6の左のCCDの出力は図示しないビデオプロセッサによりTV信号に変換され、HMD64の左目の表示部の例えばLCDにその映像を表示することが可能になっている。また、右のCCDの出力は図示しないビデオプロセッサによりTV信号に変換され、HMD64の右目の表示部の例えばLCDにその映像を表示することが可能になっている。したがって、HMD64を装着した術者78は3次元的(立体的)に観察することが可能である。
(作用)
以下、手術用マニピュレータシステムの作用について説明する。術者78は額当接部材79に額を当て、背中当接部材81に背中を押し当てることによって、マスターマニピュレータ2を位置決め装着することができる。左手で左のグリッパ75を右手で持ち、右手で右の操作用グリッパ75を持つ。このときにマスタースレーブ用のスイッチ93をオン操作することによってマスタースレーブ動作が開始されるようになる。また、術者78はHMD64より内視鏡6の映像を立体視することができる。
【0033】
次に、術者78が患部を観察するための動作を説明する。術者78がその頭部の位置を変えると、その位置の変化を移動用マスターアーム31の各軸のエンコーダがこれを検知し、第1の制御装置101は移動用マスターアーム31の先端位置を計算し、これに対応して内視鏡6の挿入部8の先端の位置が動くように移動用マニピュレータ5の各電磁モータを制御する。このとき、図3(a)に示すスレーブマニピュレータ1の座標系と図3(b)に示すマスターマニピュレータ2の座標系とが対応するように制御を行う。また、この動きの際、前記移動用マスターアーム31はガススプリング55,56によってバランスがとられているため、術者78は移動用マニピュレータ31を少ない力で動かすことができる。
【0034】
術者78が首の向きを変えると、HMD用アーム32のエンコーダが、この動きを検出し、第2の制御装置102はHMD64の回転E1、E2と、内視鏡6の湾曲B1,B2が1対1に対応して動くように駆動部19内の図示しないエンコーダ付きモータを制御する。これらにより内視鏡6の位置及び向きが術者78の頭の位置及び向きに対応して動くので、術者78は頭の位置や向きを変えることによって患部に内視鏡6を移動させ、様々な角度から患部を観察することが可能になる。
【0035】
次に、術者78が処置をするときの動作を説明する。術者78が例えば左の操作用グリッパ75の位置を変えたり、そのグリッパ75を開閉させた時の動きを処置手段用操作アーム33aの各軸に設けられたエンコーダが検知し、第3の制御装置103は左の処置手段用アーム17aの回転F1、F2、F3と、左の処置具の回転C1、C2、C3が1対1に対応し、操作用グリッパ75の開閉F4が、左の把持鉗子7aの開閉C4の開閉量と一致して動作するように駆動部19内の図示しないエンコーダ付きモータを制御する。また、第3の制御装置103は、右の処置手段用アーム33bと右の把持鉗子7bも同様に1対1に対応して動くように、駆動部19内の図示しないエンコーダ付きモータを制御するが、左側と同様のため説明は省略する。
【0036】
また、第3の制御装置103は処置用把持鉗子7a,7bに貼られている歪みゲージの出力に対応して、操作用グリッパ75に反力が加わるように、空気圧シリンダ88を駆動することもできる。このように術者78の手の動きと処置具の手段の動きが1対1に対応するので、術者78はHMD64の映像を観察しながら、例えば左の処置具で患部を押さえ、右の処置具で患部の剥離を行うなどの動作が可能である。
【0037】
また、術中において、マスターマニピュレータ2を離れて直接に患者に処置を施す必要ができたときには、術者78は額当接部材79から額を離し、背中当接部材81から背中を離すだけで、術者78が容易にマスターマニピュレータ2から離れることができる。
【0038】
また、他の手術室で、このマスターマニピュレータ2を用いるときには、キャスター29によって、このマスターマニピュレータ2を移動させることが可能である。また、マスターマニピュレータ2を使用しないときには、移動用マスターアーム31の各軸のブレーキを作動させることにより、安定した状態にしておくことができる。
(効果)
体腔内の内視鏡の先端が、術者の頭の動き通りに動き、処置具が手の動き通りに動き、しかも、体腔内を立体画像で観察できるため、術者はあたかも体腔内にいるような臨場感の中で、内視鏡下手術が可能となる。
また、マスターマニピュレータに額と背中に当接部材を設けたことにより、術者は容易にマスターマニピュレータのアームを着脱することが可能になった。 マスターマニピュレータにバランスをとるためにガススプリングを用いた事により、小さな力でマスターマニピュレータを操作可能になった。これにより、術者の操作性が良くなる。
【0039】
マスターマニピュレータの術者が手で把持する位置に、マスタースレーブの開始と終了を指示するためのスイッチを設けた。これにより、術者は、スイッチを操作しやすくなる。
マスターマニピュレータを移動可能にしたことによって、様々な場所にマスターマニピュレータを運ぶことが可能になった。
マスターマニピュレータに、保持ブレーキを用いたことにより、未使用時などに安定した状態にすることができる。
<第2の実施例>
図12を参照して、本発明の第2の実施例を説明する。
(構成)
この実施例は術者78とマスターマニピュレータ2の着脱機構の変形例である。すなわち、術者78は頭部110に予め磁性体111の付いたベルト112を着用する。また、前述したような形のHMD64には前記磁性体111を係止するための係止部113が設けられている。この係止部113はHMD64を頭部に位置合わせしたときに前記磁性体111が接する面の部分に磁極を配置した電磁石114を埋設している。電磁石114は直流電源115によっての通電によって磁力を発生し、前記磁性体111を吸着して固着させることが可能である。電磁石114と直流電流115を接続する通電回路の途中には操作スイッチ116が設けられていて、この操作スイッチ116をオン/オフすることによって、磁性体111に対する吸着と解除を制御し、術者78とマスターマニピュレータ2の着脱を行うことができる。
【0040】
この実施例によれば、前述した第1の実施例の効果に加えて、術者78とマスターマニピュレータ2の着脱をより確実に行うことができる。また、この実施例の場合にも前述したような背中当接部81を加えて設ければマスターマニピュレータ2をより確実に装着することができる。
<第3の実施例>
図13を参照して、本発明の第3の実施例を説明する。
(構成)
この実施例も前記術者78の頭部110とマスターマニピュレータ2の着脱機構の変形例である。術者78は予め固定部121がついたベルト122を頭部110に着用する。また、HMD64には前記固定部121が係止される係止部123を設ける。また、この係止部123において前記固定部121が接する面と、固定部121において前記係止部123が接する面には面ファスナ、例えばいわゆるマジックテープがそれぞれ固定されている。これにより、固定部121を係止部123に押し当てたり引き離したりする簡単な動作で術者78とマスターマニピュレータ2の着脱を行うことができる。
【0041】
この実施例によれば、第1の実施例の効果に加えて、術者78とマスターマニピュレータ2の着脱機構が簡略になる利点がある。
<第4の実施例>
図14を参照して、本発明の第4の実施例を説明する。
(構成)
この実施例も術者78とマスターマニピュレータ2の着脱機構の変形例である。術者78は頭部110に予め固定部131が付いたベルト132を着用する。また、HMD64には固定部131が嵌合する嵌合部材133が設けられている。これにより固定部131を嵌合部材133の孔部134に差し込んだり、引き抜いたりすることによって、術者78とマスターマニピュレータ2を着脱を行うことができる。
【0042】
この実施例によれば、第1の実施例の効果に加えて、術者78とマスターマニピュレータ2の着脱機構が確実に行えるようになる。
<第5の実施例>
図15を参照して、本発明の第5の実施例を説明する。
(構成)
この実施例はマスタ操作する手元部分に用いるスイッチの例である。各操作用グリッパ75の把持部92に2方向に右と左にスライドするスイッチ141を設ける。このスイッチ141を右または左方向へ選択的に移動操作することによって第1の実施例での図1で示す処置用内視鏡6のA6方向の動きが左回転、右回転するように制御する。この自由度A6を操作するマスターマニピュレータ2の自由度はD4であるから、人間の体の構造上マスターマニピュレータ2をD4の方向に大きな角度で回転させることは困難である。
【0043】
しかし、この実施例によれば、人間の体の構造上、大きな動作角度が取れないマスターマニピュレータ2の軸があっても、このようなスイッチ141によってこれに対応するスレーブマニピュレータ2を大きな角度で動作させることが、可能になる。
[付記]
1.術者が自分自身の頭部で操作するマスタマニピュレータと、このマスタマニピュレータの動きに追従した動作を行うスレーブマニピュレータを備えた手術用マニピュレータにおいて、前記マスターマニピュレータはそのマスターマニピュレータに対して術者が所定の操作位置に身を置くとそのマスターマニピュレータに対する術者の頭部の位置決めがなされて前記マスターマニピュレータが術者の頭の動きに追従する固定関係が得られるとともにその固定位置から身を離せば前記マスターマニピュレータから身を離すことが可能な構成とした装着手段を設けたことを特徴とする手術用マニピュレータ。
【0044】
1−1.前記装着手段はマスターマニピュレータに術者の頭部を当てる頭部受け部材と術者の背を当てる背当て部材を設けてマスターマニピュレータに対する術者の頭部の位置決めを行うことを特徴とする第1項に記載の手術用マニピュレータ。
【0045】
1−2.前記装着手段はマスターマニピュレータに術者の頭部に術者の頭の動きに追従させる手段を設けたことを特徴とする第1項に記載の手術用マニピュレータ。
【0046】
1−2−1.術者の頭の動きに追従させる前記装着手段はHMD(ヘッドマウントディスプレイ)に設けられた電磁石(または磁性体)からなる固定部と、これを追従させる術者の頭部に設けられる磁性体(または電磁石)からなる固定部材によって構成されることを特徴とする第1−2項に記載の手術用マニピュレータ。
【0047】
1−2−2.術者の頭の動きに追従させる前記装着手段は前記HMDに設けられた面ファスナ、例えばマジックテープからなる固定部と、術者の頭部に設けられ前記固定部に着脱自在に係着する面ファスナ、例えばマジックテープからなる固定部材とによって構成されることを特徴とする第1−2項に記載の手術用マニピュレータ。
【0048】
1−2−3.術者の頭の動きに追従させる前記装着手段は前記HMDに設けられた受け部材と、術者の頭部に設けられ前記受け部材に着脱自在に嵌り込む突出部材からなる固定部材とによって構成されることを特徴とする第1−2項に記載の手術用マニピュレータ。
【0049】
2.基部と、この基部に対して連結され回転軸を持って回転するアーム構造を有するマニピュレータを備えたものにおいて、前記マニピュレータにおけるアームのバランスをとるために前記アームと基台との間にばね機構を架設して前記アームを支持することを特徴とする手術用マニピュレータまたは手術装置。
2−1.前記ばね機構はガススプリングを用いることを特徴とする第2項に記載の手術用マニピュレータまたは手術装置。
前記ばね機構を設けることによりバランスのとれた操作性の良いマニピュレータを提供することができる。なお、前述した特願平6−260285号の未公開出願のものではマスターマニピュレータのバランスをとる構造は設けられていない。マスターマニピュレータにバランスをとる機能がないと、マスターマニピュレータの自重が操作者にかかるため、小さな力でマスターマニピュレータを操作することができず、操作性が悪い。
【0050】
3.基台と、この基台に対して連結され回転軸を持って回転するアーム構造を有するマニピュレータを備えたものにおいて、前記マニピュレータのアームの回転軸にそのアームを保持する保持ブレーキを設けたことを特徴とする手術用マニピュレータまたは手術装置。
【0051】
マニピュレータのアームの回転軸に保持ブレーキを設けたことにより、必要に応じて各軸を保持することが可能となり、未使用時に各アームが不必要に動いてしまうことがない。なお、前述した特願平6−260285号の未公開出願のもではマスターマニピュレータに保持ブレーキは設けられていない。保持ブレーキがないマスターマニピュレータは未使用時でも各関節が容易に動いてしまう。
【0052】
4.処置用マニピュレータと、この処置用マニピュレータを遠隔的に操作するための操作用マスターマニピュレータからなるものにおいて、前記マスターマニピュレータの操作者が手で保持する部分に操作スイッチを設けたことを特徴とする手術用マニピュレータまたは手術装置。
【0053】
4−1.前記操作スイッチは前記マスタースレーブの動作の開始と終了を指示するものであることを特徴とする第4項に記載の手術用マニピュレータまたは手術装置。
【0054】
4−2.前記処置用マニピュレータは少なくとも一つの回転構造をもち、前記スイッチで、処置用マニピュレータを正逆両方向に回転動作させることを特徴とする第4項に記載の手術用マニピュレータまたは手術装置。
マスターマニピュレータの術者が手で自在に操作できる位置に各種のスイッチを設けることにより、術者はマスターマニピュレータを追従させたまま、各種のスイッチング操作が可能となった。なお、前述した特願平6−260285号の未公開出願のものではマスターマニピュレータにスイッチは設けられていない。マスターマニピュレータにスイッチが設けられていないと、例えばマスタースレーブ動作に入るために第3者にスイッチを入れてもらう必要があり、作業が煩雑である。
【0055】
5.処置用マニピュレータと、この処置用マニピュレータを遠隔的に操作するための操作用マスターマニピュレータからなるものにおいて、前記マスターマニピュレータの移動手段を設けたことを特徴とする手術用マニピュレータまたは手術装置。
5−1.前記移動手段はキャスターであることを特徴とする第5項に記載の手術用マニピュレータまたは手術装置。
5−2.前記キャスターはロック手段が設けられていることを特徴とする第5−1項に記載の手術用マニピュレータまたは手術装置。
マスターマニピュレータを移動可能にしたことによって、様々な場所にマスターマニピュレータを運ぶことが可能になった。なお、前述した特願平6−260285号の未公開出願のものではマスターマニピュレータに移動手段が設けられていない。マスターマニピュレータは様々な場所に用いるので移動手段がないと、各手術室等の移動ができず不便である。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、マスターマニピュレータに術者がその身を所定の位置に持っていくだけで、術者の頭に追従してその位置を検出する追従手段を設けたことにより、術者が頭を所定の位置に持っていくだけで、マスターマニピュレータを容易に追従させることが可能で、また、そのマスターマニピュレータから術者が簡単に身を離すことが可能である。したがって、マスターマニピュレータから離れて他の作業や処置を行う場合に、ベルトを外したりする面倒で手間のかかる作業が不要であり、また再び簡単に元の位置に装着することができる。マスターマニピュレータに対する着脱作業に手間がかからず、実際の作業にあたって迅速な作業を確保する。また、先行例のものでは滅菌手袋を着用した術者は滅菌していないベルト部分などには直接に触れることはできないので、そのベルトなどの着脱作業を補助者等の第3者にしてもらう必要があったが、これによれば、術者が自ら手を触れることなく着脱でき、都合がよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る医療用マニピュレータシステムの全体的な構成を概略的に示す説明図。
【図2】(a)は同じくその処置用マニピュレータユニットの機構の概略的な構成説明図、(b)は同じくその操作用マニピュレータユニットの機構の概略的な構成説明図。
【図3】(a)は同じくそのスレーブマニピュレータの関節機構の概略的な構成説明図、(b)は同じくそのマスターマニピュレータの関節機構の概略的な構成説明図。
【図4】同じくマスターマニピュレータにおける移動用マスターアームのリンク機構の側面図。
【図5】図4中、V−V線に沿う断面図。
【図6】同じくマスターマニピュレータにおける移動用マスターアームのリンク機構の側面図。
【図7】前記マスターアームのリンク機構におけるガススプリングの作用の説明図。
【図8】前記ガススプリングの断面図。
【図9】前記操作用グリッパと力センサ部と空気圧シリンダの連結構成の説明図。
【図10】前記操作用グリッパの斜視図。
【図11】同じく前記HMDの装着具における装着状態の説明図。
【図12】本発明の第2の実施例におけるHMD用装着具の装着状態の説明図。
【図13】本発明の第3の実施例におけるHMD用装着具の装着状態の説明図。
【図14】本発明の第4の実施例におけるHMD用装着具の装着状態の説明図。
【図15】本発明の第5の実施例におけるHMD用装着具の装着状態の説明図。
【符号の説明】
1…スレーブマニピュレータ、2…マスターマニピュレータ、3…制御装置、4…手術器械、5…移動用マニピュレータ(ロボット)、6…内視鏡、7a,7b…把持鉗子、31…移動用マスターアーム、32…HMD用アーム、33a,33b…処置手段操作用アーム、64…HMD、79…額当接部、81…背中当接部。
Claims (1)
- 術者が自分自身の頭部で操作するマスタマニピュレータと、このマスタマニピュレータの動きに追従した動作を行うスレーブマニピュレータを備えた手術用マニピュレータにおいて、前記マスターマニピュレータはそのマスターマニピュレータに対して術者が所定の操作位置に身を置くとそのマスターマニピュレータに対する術者の頭部の位置決めがなされて前記マスターマニピュレータが術者の頭の動きに追従する固定関係が得られるとともにその固定位置から身を離せば前記マスターマニピュレータから身を離すことが可能な構成とした装着手段を設けたことを特徴とする手術用マニピュレータ。
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