JP3756556B2

JP3756556B2 - 把持鉗子

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Publication number: JP3756556B2
Application number: JP25998995A
Authority: JP
Inventors: 豊藤澤; 正宏工藤; 利昌河合
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2015-10-06
Also published as: JPH0998978A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば把持鉗子のグリップに力覚センサを備え、生体組織を把持したときの力覚センサによる検出情報を術者に提示する機能を有する把持鉗子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生体の体腔内に挿入する把持鉗子や内視鏡等の医療器具に触覚または力覚情報を検知するセンサを取り付け、生体組織の硬さや、医療器具が生体から受ける力を計測し、これを術者に呈示することが行われている。特に、内視鏡や処置具を搭載したマニピュレータを遠隔操作によって処置を行う場合、術者は、力覚を直接検知できないので、前述のような力覚検知、呈示手段は有効である。
【０００３】
例えば、特願平５−３５４１５５号は、複数のセンサを備えた分布型センサユニットを体腔内に挿入される医療器具本体の挿入部を設け、このセンサユニットから出力される複数のセンサ出力に基づいて前記医療器具本体を制御するようにしたものである。
【０００４】
すなわち、医療器具本体の挿入部の先端部に設けられた把持鉗子にセンサユニットが一体的に設けられ、体腔内に挿入して把持鉗子によって生体組織を把持したときにセンサユニットが生体組織の硬さ等を計測し、そのセンサユニットから出力される複数の検知情報に基づいて医療器具本体を制御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、前記従来の技術では、生体組織の硬さや、医療器具が生体から受ける力を計測した後、つまり処置した後、前記医療器具の洗浄・消毒・滅菌を行う場合、医療器具の先端部に固定されているセンサも含めて行わなくてはならないため、センサの高温・高湿環境耐性や、薬品耐性を考慮しなければならず、また、センサの組み込みにより前記医療器具の形状が複雑化するため、効果的な洗浄・消毒・滅菌の手間がかかるという問題があった。
【０００６】
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、把持鉗子の容易かつ効果的な洗浄・消毒・滅菌を可能とし、力覚センサの耐久性を向上させるとともに、力覚センサの適用範囲を広げることができる把持鉗子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、処置を行う先端部と把持鉗子本体とからなる把持鉗子であって、前記先端部は、把持片と基端部材を有し、前記把持片に配置された力覚センサと、前記先端部に設けられ、前記把持片を前記基端部材に対して着脱可能にする着脱手段と、を具備したことを特徴とする。
把持鉗子を使用後、把持鉗子本体から前記把持片を力覚センサとともに取り外して洗浄・消毒・滅菌を別々に行うことができる。
【０００８】
【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。
図１〜図３は第１の実施形態を示し、図１はセンサユニット、図２は医療器具としての把持鉗子を示す。図３に示す１１は鉗子本体であり、この鉗子本体１１は柄１２の先端部に設けられたグリッパ１３と、柄１２の基端部に設けられグリッパ１３を開閉するハンドル１４とから構成されている。
【０００９】
１５は鉗子本体１１を挿通する筒状部材であり、この筒状部材１５には軸方向に鉗子本体１１の柄１２を挿通する鉗子孔１６とリード線１７を挿通する配線収納孔１８が設けられている。そして、リード線１７の先端部にはセンサユニット１９が接続されている。
【００１０】
前記グリッパ１３は、図１および図２に示すように開閉自在な一対の把持片２０からなり、把持面２１には鋸歯状の凹凸が形成されている。また、一対の把持片２０のうち一方の把持面２１の中央には長手方向に長方形の溝２２が設けられている。この溝２２の断面形状は台形になっており、溝２２の底面２３の一部からは孔２４が把持片２１の背面２５に貫通している。
【００１１】
前記センサユニット１９について説明すると、前記溝２２には両端を等角度で下方へ折り曲げられたステンレス等の薄肉の板バネ２６が設けられており、この板バネ２６は端部２６ａ，２６ｂをバネ力により溝２２の両端面に押圧することによって把持片２０に固定されている。板バネ２６は、その幅が前記溝２２の幅より若干狭くなっており、その上面２６ｃが把持片２０の把持面２１と同レベルの高さになるように形成されている。
【００１２】
板バネ２６の下面中央には力覚検出手段としての歪ゲージ２７が接着固定され、更に歪ゲージ２７の補強と防水のため歪ゲージ２７の上部にはシリコンゴム系接着剤２８等が一様に薄く塗布され被覆されている。歪ゲージ２７には前記リード線１７が接続され、このリード線１７は前記孔２４を挿通して背面２５に引き出されている。また、リード線１７が挿通された孔２４にもシリコンゴム系接着剤２８が塗布されている。
【００１３】
また、図４に力覚検知手段として感圧導電ゴム２９を使用した場合の変形例を示す。感圧導電ゴム２９は、感圧導電ゴム２９の一方の感圧面３０が前記板バネ２６の下面に接着されてグリッパ１３に保持されている。このとき、感圧導電ゴム２９の他方の感圧面３１は溝２２の底面２３とほとんど押圧力ゼロで接触するようになっている。
【００１４】
次に、本実施形態の作用について説明する。
生体内の処置を行いながら把持力を検出するため、まずリード線１７をグリッパ１３の把持片２０に設けられた孔２４に挿通させた後、板バネ２６を撓ませて一方の端部２６ａを溝２２の一端面２２ａに押圧しながら他方の端部２６ｂを溝２２の他端面２２ｂに滑り込ませることにより、前記センサユニット１９を溝２２に装着する。なお、力覚検出手段として感圧導電ゴム２９を使用したときも同様である。
【００１５】
グリッパ１３によって体腔内の生体組織ａを把持すると、板バネ２６の上面２６ａが生体組織ａに接触して板バネ２６の両端部２６ａ，２６ｂを支点として歪ゲージ２７の貼り付いている板バネ２６の中央部が下方へ撓むことにより、把持力を検出できる。このとき、板バネ２６の両端部２６ａ，２６ｂが溝２２の両端面２２ａ，２２ｂより反作用の力を内側に受けるため、板バネ２６の中央部が若干上方へ撓むことにより、生体組織ａを把持する前に既に歪ゲージ２７の出力が出ている場合がある。このときは、その時の出力をオフセットとして測定する。また、力覚検出手段として感圧導電ゴム２９を使用したときは、板バネ２６に貼り付いている感圧面３０が生体組織ａを把持したときに弾性変形するので把持力を検出できる。
【００１６】
一方、生体内の処置が終わった後は、前述の装着手順と逆の手順でセンサユニット１９を把持片２０から取り外す。取り外し後は、鉗子本体１１とセンサユニット１９とを別々に滅菌を行う。特に、板バネ２６の両端部２６ａ，２６ｂの近傍の折り曲げ部分２６ｄと前記溝２２の間隙に詰まった付着物を重点的に洗浄することができる。
【００１７】
本実施形態によれば、生体組織ａの把持力を感度良く検出でき、センサユニット１９と鉗子本体１１とを別々に分離して洗浄、滅菌できるので、板バネ２６の両端部２６ａ，２６ｂなどの微細部分の洗浄、滅菌が確実にできる。また、センサ自身の寿命も向上する。また、センサが使用途中で壊れたときの交換が容易となる。
【００１８】
図５は第２の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。センサユニット３２は、板バネ３３と、この板バネ３３の下面中央部に接着された歪ゲージ２７とから構成されている。グリッパ１３の把持片３４は磁性体で形成されており、この把持片３４に把持面３５には溝３６が設けられている。溝３６の長手方向の両端縁には浅い溝３７が形成されており、歪ゲージ２７の接着された板バネ３３の両端部３３ａ，３３ｂが浅い溝３７に磁力により吸着されている。なお、力覚検出手段として感圧導電ゴム２９を使用したときも同様である。
【００１９】
次に、本実施形態の作用について説明する。
生体組織ａを把持すると、歪ゲージ２７、感圧導電ゴム２９等の力覚検出手段が貼り付いている板バネ３３の中央部が下方へ撓むので把持力を検出できる。処置が終わった後は、板バネ３３をピンセット等で挟みそのまま上方へ軽く引き上げることで鉗子本体１１とセンサユニット３２とを分離できる。
【００２０】
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果の他に、生体組織ａの把持前は板バネ３３が変形していないので、歪ゲージ２７のオフセットが不要であるため、より正確な把持力の検出、測定が可能になる。また、鉗子本体１１とセンサユニット３２との着脱がより容易となる。
【００２１】
図６は第３の実施形態を示し、第１，２の実施形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。グリッパ１３を構成する把持片３４の把持面３５には第２の実施形態と同様に溝３６が設けられており、この溝３６の長手方向の両端縁には浅い溝３７が形成されている。浅い溝３７には複数の吸気孔３８が穿設され、この吸気孔３８には吸気用チューブ３９が接続されている。
【００２２】
吸気用チューブ３９は把持片３４の背面側へ導出され、筒状部材１５を通って鉗子本体１１のハンドル１４まで導かれており、この吸気用チューブ３９は図示しない吸気ポンプに接続されている。一方、センサユニット３２は板バネ３３の両端部３３ａ，３３ｂが吸気孔３８からの吸引力によって浅い溝３７に吸着され、グリッパ１３に保持されている。
【００２３】
次に、本実施形態の作用について説明する。
センサユニット３２のセッティングは板バネ３３を溝３６の両端部３３ａ，３３ｂを浅い溝３７に位置決めセットし、吸気孔３８に板バネ３３の両端部３３ａ，３３ｂが置かれていることを確認してから吸気ポンプの電源を投入すると、吸気用チューブ３９を介して吸気孔３８から吸気され、その吸引力によって板バネ３３の両端部３３ａ，３３ｂが浅い溝３７に吸着される。
【００２４】
処置後は、吸気ポンプの電源を切ってから、ピンセット等で板バネ３３を上方に軽く引き上げることによって鉗子本体１１とセンサユニット３２とを分離できる。したがって、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００２５】
図７は第４の実施形態を示し、４０はセンサユニットである。このセンサユニット４０は円筒状に形成されたステンレス等の金属であり、その断面形状は内視鏡先端硬質部４１の形状よりやや曲率の大きい肉厚部分４２と、それと直交して更に肉厚が薄くなるように溝を設けた肉薄部分４３の２つの部分とからなっている。そして、肉薄部分４３の底面４４には歪みゲージ４５が張り付けられ、この歪みゲージ４５は第１の実施形態と同様にシリコンゴム系の接着剤４６で薄く一様に被覆されている。
【００２６】
このセンサユニット４０は医療用の内視鏡先端硬質部４１にバネ力により嵌合されて保持されている。また、このセンサユニット４０の材質は金属に限らず、プラスチックであってもよく、センサユニット４０は内視鏡に限らず、細径プローブやカテーテル等に装着してもよい。
【００２７】
次に、本実施形態の作用について説明する。
センサユニット４０内の肉薄部分４３の部分の２箇所を内側へ押圧し、曲率の大きい肉厚部分４２の曲率を内視鏡先端硬質部４１の形状と同じにして観察面４７の前方よりセンサユニット４０を挿入して内視鏡先端硬質部４１へ嵌合して装着する。
【００２８】
内視鏡挿入時は、内視鏡先端硬質部４１に装着されたセンサユニット４０の肉薄部分４３の外表面が生体組織に接触すると、この肉薄部分４３の肉厚は非常に薄くなっているために内側へ撓みを生じ、歪みゲージ４５から生体組織との接触力を検出できる。
【００２９】
観察・処置後は、センサユニット４０の肉薄部分４３と内視鏡先端硬質部４１の表面との間隙にピンセットの先端部を挿入し、センサユニット４０の薄肉部分４３を外側へ押圧しながら肉厚部分４２と内視鏡先端硬質部４１との間隙にピンセットの先端部を滑り込ませ、そのままピンセットを内視鏡先端方向へ引き寄せることにより、センサユニット４０が内視鏡先端硬質部４１から分離できる。したがって、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３０】
図８および図９は第５の実施形態を示し、４７はセンサグリッパユニットである。このセンサグリッパユニット４７は鉗子本体４８のグリッパ４９と歪ゲージ５０とから構成されている。
【００３１】
鉗子本体４８のグリッパ４９を構成する把持片５１の背面５２には溝５３が設けられている。この溝５３は長さ方向では把持片５１の中央部に、幅方向では把持片５１の幅方向全体に亘って設けられており、溝５３の底面には力覚検出手段としての前記歪ゲージ５０が接着されている。歪ゲージ５０の上面には防湿、機械的保護のためのシリコンゴム系の接着剤５４等によって薄く一様に被覆されている。
【００３２】
また、把持片５１の根元側で、把持面５５の凹凸の終端部の端面には細角柱状の２本の着脱棒５６が一体的に突設されており、着脱棒５６の先端には板バネやプラスチック板等からなるコ字状で、先端が拡開している嵌合バネ５７が接着固定されている。
【００３３】
一方、把持片５１の基端部材５８には着脱棒５６が挿入可能な２つの角穴５９が設けられており、この角穴５９の根元側の終端部は、角穴５９に比べやや左右幅の大きなスペース６０が形成されている。
【００３４】
次に、本実施形態の作用について説明する。
着脱棒５６の端部に設けられた嵌合バネ５７の先端部の開きを両手でピンセット等で狭めながら嵌合バネ５７と着脱棒５６を角穴５９に挿入していくと、嵌合バネ５７がスペース６０に係合してセンサグリッパユニット４７と鉗子本体４８とが結合される。この状態では、センサグリッパユニット４７にグリッパ４９の先端側へ多少のズレ力が生じてもセンサグリッパユニット４７と鉗子本体４８とは分離しない。
【００３５】
本実施形態のグリッパ４９で生体組織ａを把持したときの動作を説明すると、グリッパ４９の把持片５１は溝５３によって肉薄になっているため、グリッパ４９の開方向への撓みが大きく生じる。この撓みの部分に歪ゲージ５０が接着されているため把持力を検出できる。また、把持だけでなく、複数の組織間の癒着等、剥離したい部位があるときには、逆にグリッパ４９に閉方向の撓みが生じるため、剥離鉗子等にも同様の構造を設ければ剥離力の検出も併せて行うことができる。
【００３６】
処置後は、グリッパ４９を強く先端側へ引き寄せると、嵌合バネ５７の折り曲げ部５７ａがスペース６０の当接面６０ａから角穴５９の内面へと滑り込むため、センサグリッパユニット４７は鉗子本体４８から分離され、それぞれ別々に洗浄、滅菌を行うことができる。
【００３７】
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果の他に、グリッパ４９の把持面５５の凹凸面積が大きいので、より確実に把持することができる。また、把持力だけでなく、剥離力も検出することができる。
【００３８】
図１０は第６の実施形態を示し、６１はセンサグリッパユニットである。このセンサグリッパユニット６１のグリッパ６２と鉗子本体４８との着脱部分の構造は第５の実施形態と同様であり、同一構成部分に同一番号を付して説明を省略する。グリッパ６２を構成する把持片６４の中央部にはスリット６５が把持片６４の幅方向全体に亘って設けられており、この部分の把持片６４は上下肉厚が薄肉構造となっている。
【００３９】
また、把持片６４の把持面６６に近いスリット６５の内面６５ａの中央部には力覚検出手段である歪ゲージ６７が接着固定されており、そのリード線６８は把持片６４の把持面６６から遠い方の内面６５ｂの一部から把持片６４の背面６９へと貫通している孔７０に挿通されている。また、機械的保護、防湿の目的で、スリット６５の両側の窓７１には例えばポリパラキシリレン薄膜等の防湿コート７２が施されている。
【００４０】
次に本実施形態の作用について説明する。
グリッパ６２によって生体組織を把持した時にはスリット６５によって薄肉となっている把持片６４の内面６５ａが撓むことにより、内面６５ａに接着固定されている歪ゲージ６７から把持力が検出される。また、剥離力を検出するときには対面の内面６５ｂに歪ゲージ７３（図１０（ｂ）参照）を接着して剥離を行うと、内面６５ｂが上方へ歪むため、同様に剥離力が検出される。また、図１０（ｂ）のように歪ゲージ６７，７３の両方に貼ることにより、把持力と剥離力が同時に検出できる。
【００４１】
また、処置後は、第５の実施形態と同様な方法により、グリッパ６２と鉗子本体４８とが分離され、それぞれ別々に洗浄、滅菌が行える。
本実施形態によれば、第５の実施形態の効果の他に、把持片６４の把持面６６および剥離面に歪ゲージが現れないのでセンサの耐久性がより向上する。
【００４２】
前述した実施形態によれば、次のような構成が得られる。
（付記１）先端部に力覚センサを備え、この力覚センサによる検出情報を術者に提示する機能を有する医療器具において、前記力覚センサと、この力覚センサが接着固定された構造物と、この構造物を着脱自在に保持する先端部とを有し、該構造物自身が生体組織との接触状態に応じて歪曲することを特徴とする医療器具。（付記２）前記力覚センサが歪検出手段である付記１記載の医療器具。
（付記３）前記歪み検出手段が歪ゲージである付記２記載の医療器具。
（付記４）前記力覚センサが変位検出手段である付記１記載の医療器具。
（付記５）前記変位検出手段が感圧導電ゴムである付記４記載の医療器具。
【００４３】
（付記６）前記構造物が弾性部材で構成されていることを特徴とする付記１記載の医療器具。
（付記７）前記弾性部材は平板であることを特徴とする付記６記載の医療器具。
（付記８）前記平板は金属材料からなることを特徴とする付記７記載の医療器具。
（付記９）前記平板はプラスチック材料からなることを特徴とする付記７記載の医療器具。
（付記１０）前記弾性部材は円筒状部材であることを特徴とする付記６記載の医療器具。
【００４４】
（付記１１）前記医療器具が把持鉗子であることを特徴とする付記１記載の医療器具。
（付記１２）前記医療器具が内視鏡であることを特徴とする付記１記載の医療器具。
（付記１３）前記医療器具が電動器具であることを特徴とする付記１記載の医療器具。
【００４５】
（付記１４）先端部に力覚センサを備え、前記力覚センサによる検出情報を術者に提示する機能を有する医療器具において、前記先端部に前記力覚センサが接着固定され、前記先端部が前記医療器具本体と着脱自在な保持手段を有するとともに該先端部が生体組織との接触状態に応じて歪曲することを特徴とする医療器具。
（付記１５）前記先端部は、薄肉構造となっていることを特徴とする付記１４記載の医療器具。
【００４６】
（付記１６）前記薄肉構造は、前記先端部の背面に設けられている溝によって構成されていることを特徴とする付記１５記載の医療器具。
（付記１７）前記薄肉構造は、前記先端部の中空構造により構成されていることを特徴とする付記１５記載の医療器具。
（付記１８）前記中空構造は、前記先端部の側面に設けたスリットよりなっていることを特徴とする付記１７記載の医療器具。
【００４７】
（付記１９）前記保持手段は弾性部材により構成されることを特徴とする付記１４記載の医療器具。
（付記２０）前記弾性部材は板バネであることを特徴とする付記１９記載の医療器具。
（付記２１）前記保持手段は磁力であることを特徴とする付記１４記載の医療器具。
（付記２２）前記保持手段は吸着力であることを特徴とする付記１４記載の医療器具。
【００４８】
（付記２３）前記医療器具は把持鉗子であることを特徴とする付記１４記載の医療器具。
（付記２４）前記医療器具は剥離鉗子であることを特徴とする付記１４記載の医療器具。
（付記２５）前記医療器具が電動器具であることを特徴とする付記１４記載の医療器具。
【００４９】
前記第１〜第６の実施形態によれば、医療器具が生体組織から受ける触覚・力覚情報を検出する力覚センサと医療器具本体との着脱を可能とすることにより、両者の洗浄、滅菌を別々に行うことができるため、医療器具の先端細部の洗浄、滅菌を簡単かつ確実に行うことができる。また、医療器具本体と力覚センサとは異なる条件で、洗浄・滅菌できるため、力覚センサの耐久性を向上させることができる。
【００５０】
また、従来、体腔内手術用マニピュレータとして特願平７−３３８８４号に示すように、スレーブマニピュレータ側で検出した処置対象組織からの反力に応じてマスターマニピュレータ側に設けられた反力提示手段を駆動し、操作者に組織の処置状態をフィードバックするものが知られている。
【００５１】
これは、組織に印加される力量が安全領域にあるかどうかは操作者の判断によるため、安全に処置を行うためには熟練が必要であった。また、誤操作によりスレーブマニピュレータが組織に無理な力を与える可能性があった。
【００５２】
以下は、体腔内手術用マニピュレータにおいて、装置に慣れていない操作者が操作した場合や、誤操作した場合でも、処置対象組織に無理な力を与えることのないようにしたものである。
【００５３】
図１１〜図１３は、第７の実施形態を示し、図１１は体腔内手術用マニピュレータを示す。スレーブマニピュレータ１０１は手術器械１０２を支持するロボットアーム１０３を備えている。手術器械１０２は患者の体壁ｘに形成した挿入孔ｙを通じて体腔ｚの内部に挿入されて配置される。また、手術器械１０２は立体観察式のスコープ１０４と一対の処置具１０５ａ，１０５ｂとからなり、スコープ１０４の左右位置に前記処置具１０５ａ，１０５ｂが配設されている。
【００５４】
処置具１０５ａ，１０５ｂは湾曲部を有し、その先端処置部の位置や姿勢は自由に選択可能なものであり、これらは後述する手段により操作されるようになっている。また、処置具１０５ａ，１０５ｂの先端部に設けられているグリッパ１０６ａ，１０６ｂには組織処置時の力量検出のための力覚センサとして、例えば歪ゲージ１０７がそれぞれ貼られている。
【００５５】
前記スコープ１０４はその先端部に湾曲部１０８が形成されており、この湾曲部１０８を後述する手段によって湾曲させることによって視野方向を選択可能である。このスコープ１０４の湾曲部１０８と前記一対の処置具１０５ａ，１０５ｂの操作は手術器械１０２の後端に組み込まれた操作機構によって行われる。スレーブマニピュレータ１０１を操作する操作手段であるマスターマニピュレータ１０９は、移動用マスターアーム１１０とその先端に設けられたＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）用アーム１１１及び左右一対の処置操作手段用アーム１１２ａ，１１２ｂによって構成されている。
【００５６】
左右一対の処置操作手段用アーム１１２ａ，１１２ｂは前述した左右の処置具１０５ａ，１０５ｂに対応している。また、処置操作手段用アーム１１２，１１２ｂにはグリッパ１０６ａ，１０６ｂに加わる力量を術者にフィードバックするための、後述する力覚呈示用アクチュエータが備えられている。ＨＭＤ用アーム１１１の先端にはＨＭＤ１１３が取り付けられている。このＨＭＤ１１３は術者の頭に装着されて前記立体観察式のスコープ１０４で撮像された３次元画像が映し出され、術者はＨＭＤ１１３を介して体腔ｚ内の画像を立体的に観察することができる。
【００５７】
マスターマニピュレータ１０９の各アーム連結部分はそれぞれ特定の向きに回動する回転構造となっており、その回転部分には回転を検出する図示しないエンコーダが組み込まれている。そして各エンコーダによって得られる情報を制御装置１１４に送り、ＨＭＤ用アーム１１１及び左右一対の処置操作手段用アーム１１２ａ，１１２ｂの動きを判別する。
【００５８】
左右一対の処置操作手段用アーム１１２ａ，１１２ｂは前述した左右の処置具１０５ａ，１０５ｂに対して個別に対応しており、処置操作手段用アーム１１２ａ，１１２ｂを動かすと、これに対応した左右の処置具１０５ａ，１０５ｂがその動きに追従した動くように制御される。またＨＭＤ１１３を動かすと、スコープ１０４の先端位置と向きが変わり、スコープ１０４の観察視野とＨＭＤ１１３の観察視野とが追従一致するように制御される。このため、スレーブマニピュレータ１０１及びマスターマニピュレータ１０９はいずれも制御装置１１４に接続されている。
【００５９】
そして、マスターマニピュレータ１０１の先端位置がスコープ１０４の挿入部先端位置に対応し、またＨＭＤ１１３の回転部の位置と姿勢がスコープ１０４の挿入部先端の偏向角に対応し、更に処置操作手段用アーム１１２ａ，１１２ｂが前記処置具１０５ａ，１０５ｂの位置に対応するべく動作するように制御される。また、処置具１０５ａ，１０５ｂの先端部のグリッパ１０６ａ，１０６ｂに貼られている歪ゲージ１０７の出力は制御装置１１４に接続されている。
【００６０】
図１２は、マスターマニピュレータ１０９の処置操作手段用アーム１１２ａ，１１２ｂの先端部の構成を示す。一対の指掛けリング１１５と把持部材１１６を備え、この一対の指掛けリング１１５は把持部材１１６の上端に支軸１１７を介して開閉されるように枢着されている。一対の指掛けリング１１５の開閉量は前記把持部材１１６の内部に組み込まれた位置（角度）検出手段としてのエンコーダやポテンションメータ等の位置センサによって検出され、この検出信号は制御装置１１４に送られる。
【００６１】
また、各指掛けリング１１５はそれぞれパンタグラフを構成するリンク部材１１８を介して同じシリンダ連結バー１１９に連結されている。シリンダ連結バー１１９は力覚呈示用アクチュエータである空気圧シリンダ１２０に接続されている。
【００６２】
また、処置操作手段用アーム１１２ａ，１１２ｂの内部にはシリンダ連結バー１１９の動作を固定するためのブレーキ手段、例えばドラムブレーキ１２１が設けられている。
【００６３】
図１３は、力量呈示制御のブロック図を示す。グリッパ１０６ａ，１０６ｂに取り付けられた歪ゲージ１０７の出力は制御装置１１４に接続され、安全力量判定部１２２に入力される。安全力量判定部１２２は入力された電気量と空気量が比例する電空比例弁１２３と、ブレーキ駆動回路１２４に接続されている。電空比例弁１２３は、空気圧シリンダ１２０とエアコンプレッサ１２５の間に接続され、空気圧シリンダ１２０で発生する力量を制御する。
【００６４】
次に、本実施形態の作用について説明する。スレーブマニピュレータ１０１に設けられた図示しない操作入力手段によってスレーブマニピュレータ１０１を動かし体壁ｘに形成された挿入孔ｙの位置まで手術器械１０２を持っていき、体腔ｚ内部へ挿入する。この状態で術者が頭部の位置を変えると、ＨＭＤ用アーム１１１に内蔵のエンコーダがその位置の変化を検知し、スコープ１０４の先端位置が術者の頭部の位置に追従するようにスレーブマニピュレータ１０１を駆動する。
【００６５】
また、術者が頭部の姿勢を変えた場合は、同様にＨＭＤ用アーム１１１に内蔵のエンコーダがその姿勢の変化を検知し、スコープ１０４の湾曲部１０８を頭部の向きに追従させるように駆動する。また、術者が左右の処置操作手段用アーム１１２ａ，１１２ｂの位置を変えたり、指掛けリング１１５を開閉させた場合は、その動きを処置操作手段用アーム１１２ａ，１１２ｂに内蔵のエンコーダにより検知し、手術器械１０２の処置具１０５ａ，１０５ｂ、その先端部に設けられたグリッパ１０６ａ，１０６ｂを処置操作手段用アーム１１２ａ，１１２ｂの動きに対応して動作させる。
【００６６】
すなわち、術者が頭を動かすと、その動きに対応した視野変換を行うことができ、腕を動かすと処置具１０５ａ，１０５ｂの動作を制御し、組織の処置が行える。この組織の処置を行っている場合、グリッパ１０６ａ，１０６ｂに加わる力量は歪ゲージ１０７により検出され、制御装置１１４に送られる。制御装置１１４では検出された力量に基づいて電空比例弁１２３を制御し、空気圧シリンダ１２０で発生する力量を制御する。これにより術者はあらかじめ直接手術器具を用いて処置を行っている感覚を得ることができる。
【００６７】
ここで、術者のミスにより組織に過大な力量がかかるような操作を行った場合、例えばグリッパ１０６ａ，１０６ｂで組織を把持している状態でマスター側の指掛けリング１１５を全閉した場合は、そのままでは組織が挫滅してしまうが、グリッパ１０６ａ，１０６ｂにかかる力量を検出する歪ゲージ１０７の出力を制御装置１１４内の安全力量判定部１２２でモニターし、検出した力量が安全領域を逸脱した場合はブレーキを駆動するための制御信号を出力し、処置操作手段用アーム１１２ａ，１１２ｂ内のシリンダ連結バー１１９の動きを固定する。
【００６８】
すなわち、組織に対して過大な力量が加わった場合は、術者がグリッパ１０６ａ，１０６ｂの動きを制御するためのマスター側の指掛けリング１１５を固定するため、組織にそれ以上力量が加わらない。ブレーキは一定時間経った後解除され、同時にスレーブ側のグリッパ１０６ａ，１０６ｂも組織に加わり力量が解除される方向に駆動される。
【００６９】
なお、空気圧シリンダ１２０の代わりにリニアモーターやボールネジと回転駆動用モーターを組み合わせて得られる直動式駆動手段を用いてアクチュエータを構成してもよい。また、歪ゲージ１０７の代わりに、感圧導電ゴムや光学式力覚センサを用いてもよい。
【００７０】
また、ドラムブレーキ１２１の代わりに、ソレノイド式や磁気式のチャックによりシリンダ連結バー１１９の動きを固定してもよい。
また、マスター側の指掛けリング１１５に術者の操作力量を検出するための力覚センサを設け、バイラテラル制御を行ってもよい。その場合は、マスターの操作により組織に安全領域を逸脱する力量が加わってブレーキが作用した場合、指掛けリング１１５に組織に対する力量が緩和される方向に力を掛けることで、力を掛けた方向にグリッパ１０６ａ，１０６ｂを動作させることができ、処置を続行できる。
【００７１】
前記実施形態によれば、次のような構成が得られる。
（付記２６）術者の操作するマスターマニピュレータと、手術器械を保持し前記マスターマニピュレータの操作に追従した動きを行うスレーブマニピュレータとを有する医療用マニピュレータにおいて、前記手術器械に作用する力量を検出する力量検出手段と、前記力量検出手段により検出された力量に応じ操作者に力量を呈示するために、前記マスターマニピュレータに設けられた力量呈示手段と、前記力量検出手段により検出された力量に応じ、前記マスターマニピュレータの動きを固定する固定手段とを備えることを特徴とした体腔内手術用マニピュレータ。
【００７２】
（付記２７）前記手術器械は、組織の処置を行うためのグリップ手段と、体腔内の観察を行う内視鏡を備える付記２６記載の体腔内手術用マニピュレータ。
（付記２８）前記力量検出手段は、前記グリップ手段に設けられた力覚センサである付記２７記載の体腔内手術用マニピュレータ。
（付記２９）前記力覚センサは、歪ゲージである付記２６記載の体腔内手術用マニピュレータ。
（付記３０）前記力覚センサは、感圧導電ゴムである付記２６記載の体腔内手術用マニピュレータ。
【００７３】
（付記３１）前記力覚センサは、光学式力センサである付記２６記載の体腔内手術用マニピュレータ。
（付記３２）前記力量呈示手段は、力量を発生するアクチュエータである付記２６記載の体腔内手術用マニピュレータ。
（付記３３）前記アクチュエータは、空気圧シリンダである付記３２記載の体腔内手術用マニピュレータ。
（付記３４）前記アクチュエータは、リニアモーターである付記３２記載の体腔内手術用マニピュレータ。
【００７４】
（付記３５）前記アクチュエータは、ボールネジと回転モータで構成される付記３２記載の体腔内手術用マニピュレータ。
（付記３６）前記固定手段は、ドラムブレーキである付記２６記載の体腔内手術用マニピュレータ。
（付記３７）前記固定手段は、電動チャックである付記２６記載の体腔内手術用マニピュレータ。
【００７５】
前記実施形態によれば、体腔内で処置を行う処置具の先端部のグリッパが処置対象組織に加わる力量を検出し、安全領域を逸脱した場合には、グリッパの制御を行うマスターマニピュレータの動きを固定することにより、不慣れな術者が操作する場合や誤操作をした場合でも処置対象組織に無理な力量が加わることを防止でき、安全な処置を行うことができる。
【００７６】
また、従来、米国特許第５２１７００３号明細書に開示されているように、腹腔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を経皮的に体腔内に挿入することにより、体腔内で様々な処置を行う内視鏡下外科手術が行われている。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嚢摘出術や肺の一部を摘出除去する手術等で広く行われている。
【００７７】
しかしながら、遠隔位置においては、患者の体腔内に処置具を挿入した場合、臓器を把持した時に、臓器をどの位の力で把持しているのかがわからないという問題がある。
【００７８】
以下は、患者への安全を確保し、かつ、処置具をどの位で把持しているかを明かにすることで、処置作業の作業性向上を行うことができる内視鏡下外科手術システムを示し、処置具の把持部に力覚センサを設けることによって、体腔内の臓器把持情報を操作者に伝えることができるようにしたものである。
【００７９】
図１４〜図１６は第８の実施形態を示し、図１４は手術用マニピュレータシステムを示す。図１４において、１３１は患者の観察・処置を行うための手術台であり、１３２は患者である。手術台１３１の両側にはベッドサイドレール１３３が設けられている。このベッドサイドレール１３３には患者１３２の体腔内において処置を行うための処置具１３４および観察用の内視鏡１３５を位置決めするための処置用アーム１３５および観察用アーム１３７が着脱自在に取り付けられている。なお、処置具１３４および内視鏡１３６は、患者１３２の体壁に開けられた挿入孔１３２ａから体腔内に挿入される。
【００８０】
処置用アーム１３５と処置具１３４との接続および観察用アーム１３７と内視鏡１３６との接続は複数の自由度を有する関節部であるフリー関節機構１３９によって行われている。これは、患者１３２が例えば術中に動いて挿入孔１３２ａの位置がずれるようなことがあっても、挿入孔１３２ａに無理な力が加わらないようにするためである。
【００８１】
処置用アーム１３５および観察用アーム１３７は、上下動作（図１４中に示すｂ方向）、旋回動作（図１４中に示すｃ方向）、伸縮動作（図１４中に示すｄ方向）を機構的に行うことが可能なように構成されている。このような動きを実現するために、アーム内にはアクチュエータ（図示しない）が配置されている。なお、このアクチュエータとしては、ロボットの位置決めに多く利用されているサーボモータを使用している。
【００８２】
図１５に示すように、処置用アーム１３５の先端に取り付けられている処置具１３４の挿入部１３４ａと観察用アーム１３７の先端に取り付けられている内視鏡１３６の挿入部１３６ａは、それぞれ、その先端部が図１５に示すｅ方向およびｆ方向に湾曲駆動できるようになっている。このような湾曲駆動は、処置具１３４のサーボモータ収納部１３４ｂおよび内視鏡１３６のサーボモータ収納部１３６ｂ内にそれぞれ設けられたサーボモータ（図示しない）を駆動させて挿入部１３４ａ内に挿通配置されたワイヤー（図示しない）を牽引することによって行われる。
【００８３】
また、処置具１３４と内視鏡１３６は、図１５に示すｇ方向に回転駆動できるようになっている。このような回転駆動はフリー関節アームジョイント部１３４ｃ，１３６ｃ内に設けられたサーボモータ１３４ｄ，１３６ｄを駆動させて図示しない回転機構を作動させることにより行われる。
【００８４】
特に、処置具１３４の先端鉗子部１３４ｅには、この鉗子部１３４ｅを開閉させる開閉機構が設けられており、この開閉機構は、サーボモータ収納部１３４ｂ内に設けられたサーボモータ（図示しない）を駆動させて挿入部１３４ａ内に挿通配置されたロボットもしくはワイヤ部材を押し引き操作することにより作動される。
【００８５】
図１６は処置具１３４の鉗子把持部を示す。図１６において、１４０は処置具本体であり、処置具本体１４０の先端部には把持手段としてのグリッパ１４１が設けられている。１４２はグリッパ１４１を機構的に開閉動作を行わすためのパンタグラフ構造を有するリンク機構である。
【００８６】
グリッパ１４１の内面鋸歯状の把持部１４１ａには把持力を検知するための圧力センサ１４３が取り付けられている。圧力センサ１４３で検出された圧力は信号ケーブル１４４を介して後述する圧力検出装置に送られる。
【００８７】
前記圧力センサ１４３は、静電容量変化型のものを使用しており、圧力のかかり具合のみの１次元の情報を検知しているだけであるが、図１７に示すような、圧力分布型センサ１４５を用いることによって、どこにどれくらいの力がかかっているのかという多次元的な情報を検知することも可能になる。
【００８８】
すなわち、図１７（ａ）において、Ａ層およびＢ層は、可撓性の高い導電体材料、Ｓ層は、感圧導電性ゴムである。感圧導電性ゴムはゴムの中にカーボンを混ぜたものであり、圧力分布に応じて厚み方向の単位面積あたりの抵抗値が変化する。図１７（ｂ）は、感圧センサ１４５の全体図で、Ｓ１，Ｓ３では電極（Ａ層）を抵抗Ｒを通して正電圧Ｖ０に接続し、Ｓ２，Ｓ４では、電極（Ｂ層）を抵抗Ｒを介して負電圧Ｖ０に接続してある。この構成によれば、電極（Ａ層）の電圧および電極（Ｂ層）の電圧をパラメータとした関数から、Ａ層からＢ層へ流れる電流が求められ、感圧センサ１４５にかかる圧力分布および各位置における圧力が求められるという仕組みである。
【００８９】
前記把持力検知手段として、圧力検知手段を用いているが、歪センサのような位置変位センサを用いることによっても、把持力検知が実現される。
図１８に、歪ゲージ１４６を処置具１３４のグリッパ１４１に設けたものを示す。歪ゲージ１４６はグリッパ１４１の背面に配置されている。この歪ゲージ１４６は、グリッパ１４１にかかる応力の変化情報を信号ケーブル１４４を介して制御装置側に送られる。この構成によっても、処置具１３４の把持力を検知することが可能となる。
【００９０】
さて、処置具１３４と処置用アーム１３５とを組み合わせたものを処置用スレーブマニピュレータと称し、内視鏡１３６と観察用アーム１３７とを組み合わせたものを観察用スレーブマニピュレータと称することにする。
【００９１】
処置用スレーブマニピュレータの入力手段であるマスターアーム１３８と、観察用スレーブマニピュレータの入力手段であるヘッドマウントディスプレイ１３９（以下、ＨＭＤという。）とが図１４に示されている。
【００９２】
マスターアーム１３８は、複数のリンク機構で構成されている。リンク機構を構成する各リンクには、位置検知用のエンコーダ（図示しない）が設けられている。このエンコーダによって、各リンクの動作を検知することで、マスターアーム１３８の移動量を検知できる。
【００９３】
また、操作者がマスターアーム１３８から手を離した場合にマスターアーム１３８がその自重によって勝手に動作しないように、マスターアーム１３８の各アームリンクには電磁クラッチ（図示しない）が取り付けられている。つまり、マスターアーム１３８は、この電磁クラッチによって、必要以外の時には動かないようにその動作が制限される。
【００９４】
また、マスタースレーブモードで実際に処置用スレーブマニピュレータを動かす際、電磁クラッチは、フットスイッチ１５２を踏む動作によって、その作動が制御される。つまり、マスターアーム１３８の動作のロックおよびこのロック状態の解除がフットスイッチ１５２によって行えるようになっている。ここで、マスタースレーブモードとは、入力手段であるマスターアーム１３８の動きが処置用スレーブマニピュレータに伝達され得るモード、すなわち、処置用スレーブマニピュレータがマスターアーム１３８の動きに追従できるモードをいう。
【００９５】
一方、ＨＭＤ１３９は、内視鏡１３６によって観察された映像を表示するディスプレイ（図示しない）を備えている。このディスプレイは、ＨＭＤ１３９を術者の頭部に装着した際に、術者の目の位置にセットされるように設けられている。また、ＨＭＤ１３９は、術者の頭がどのように動いても、内視鏡１３６の先端でとらえた映像を前記ディスプレイによって常時観察できるような構成になっている。このような構成のＨＭＤ１３９によれば、従来のように処置中に術者が手術室に設置されたＴＶモニターの方に視線を移すといった煩わしい動作を行わなくて済むため、操作性が向上する。また、患部から視線を外すことなく常に患者の映像を明確に観察することができるため、安全な手術を行うことができる。
【００９６】
術者の頭部の空間的な移動量は、磁気センサ１５０によって検知される。磁気センサ１５０は、一様な磁場を発生する磁気センサソース部１５０ｂと、磁気センサセンス部１５０ａとからなる。このうち磁気センサセンス部１５０ａがＨＭＤ１３９のほぼ中央に取り付けられている。
【００９７】
術者の頭の動きは、こうした磁気センサ１５０によって検知されるが、その検知方法を簡単に説明すると、ＨＭＤ１３９以外の所定の場所にセットされた磁気センサソース部１５０ｂから発生される一様な磁場を磁気センサセンス部１５０ａで検知し、頭の動きに伴う磁場の変化分の情報を処理することによって、ソース部１５０ｂとセンス部１５０ａとの空間的絶対移動量およびセンス部１５０ａの傾斜であるオイラー角（ロール、ピッチ、ヨー）を求めて、術者の頭の移動量および傾き量を検知するというものである。
【００９８】
次に、処置用スレーブマニピュレータと観察用マニピュレータの動作を制御する制御装置１５１について説明する。
図１４に示すように、制御装置１５１は、前記各スレーブマニピュレータを動作させるために必要ないくつかの機能モジュールを具備している。
【００９９】
すなわち、図中１５１ａは、制御装置１５１の機能モジュールを統括制御する上位ＣＰＵであるマイクロコントローラである。１５１ｅは、マスターアーム１３８に設けられた前記エンコーダの動作量を保持しておくためのアップダウンカウンタである。当然、アップダウンカウンタ１５１ｅは、マスターアーム１３８に取り付けられたエンコーダ分の入力ポートを有している。また、このアップダウンカウンタ１５１ｅは、具体的には、マスターアーム１３８のエンコーダからの相対的移動量に対して初期設定時（制御装置１５１の電源を立ち上げた時）に予め設定したカウント値の増減を行わすものである。
【０１００】
１５１ｄは、ＨＭＤ１３９に取り付けられた磁気センサ部１５０ａからの情報を検知するための磁気センサデータインターフェイス回路である。この磁気センサインターフェイス回路１５１ｄには磁気センサ１５０の絶対位置情報とオイラー角の情報とが磁気センサセンス部１５０ａから入力される。
【０１０１】
１５１ｆは、キーボード１５３から入力された情報を受け取るためのキーボードインターフェイス部である。１５１ｉは、本実施形態におけるマニピュレータシステムの動作情報をフロッピィディスクに記憶するためのフロッピィディスクドライブである。１５１ｈは、フロッピィディスクドライブ１５１ｉをコントロールするためのフロッピィディスクコントローラである。なお、フロッピィディスクに保存される情報としては、観察用・処置用スレーブマニピュレータの動作教示データが挙げられる。
【０１０２】
１５１ｇは、フットスイッチ１５２の入力情報を検知するためのフットスイッチインターフェイス部である。この部分で、フットスイッチ１５２が押されているか否かを判断する。
【０１０３】
次に、各機能モジュールのインターフェイスについて説明する。
制御装置１５１内に示されている１５１ｍはデータバスラインである。このデータバスライン１５１ｍは、マイクロコントローラ１５１ａから制御指令インターフェイス１５１ｂに位置データを送ったり、スレーブアーム側のサーボ部エンコーダフィードバック情報を読みとったり、アップダウンカウンタ１５１ｅ、磁気センサ移動量インターフェイス１５１ｄ、キーボードインターフェイス部１５１ｆ、フットスイッチインターフェイス部１５１ｇ、フロッピィディスクインターフェイス部１５１ｈ、力覚検知回路１５１ｖのそれぞれからのデータをマイクロコントローラ１５１ａに取り込んだりするラインである。
【０１０４】
１５１ｋは、遠隔位置への位置指令データを送る信号ラインであり、１５４ａ，１５４ｂの送信信号カップリング回路であり、フォトカプラを利用している。１５４ｃは、遠隔位置へデータを送るための信号伝送ラインであり、ＲＳ４２２規格のラインドライバ方式を採用している。１５５ａは、制御装置１５１からきた位置指令データ（どこまで動けという指令）を読みとり位置制御を行うためのＤＳＰである。１５５ｂは、ＤＳＰ１５５ａで得られた制御演算結果をサーボドライバ１５５ｃに送るためのアナログ指令ラインおよびサーボ部フィードバックエンコーダラインである。１５５ｄは、処置具１３４の先端に装着された力覚センサからの情報を制御装置１５１におくるための力覚センサインターフェイス回路である。
【０１０５】
１５１ｕは、フロッピィディスクドライブ１５１ｉとフロッピィディスクドライブコントローラ１５１ｈとの間でのデータのやり取りを行うためのデータラインである。１５１ｔは、フットスイッチ１５２とフットスイッチインターフェイス部１５１ｇとの間でのインターフェイスである。１５１ｓは、キーボード１５３とキーボードインターフェイス部１５１ｆとの通信を行うためのデータラインである。
【０１０６】
なお、前記インターフェイスにおいては、データの受け渡しを行うデータバスライン１５１ｍしか示さなかったが、前記各機能モジュールを選択するためのアドレスバスやコントロールライン等が付加されていることは言うまでもない。
【０１０７】
１５１ｖは、前記処置具１３４の先端把持部１３４ｅに取り付けられた圧力センサ１４３の情報を１５１ｗの信号ラインを介して圧力情報を取り込み、圧力情報を制御装置１５１内での演算用のためにデータを加工するための力覚検出回路である。
【０１０８】
次に、制御装置１５１内のデータの流れについて説明する。
基本的には、マスターアーム１３８あるいはＨＭＤ１３９の動作に追従して観察用スレーブマニピュレータあるいは処置用スレーブマニピュレータが動作するのが、マスタースレーブモードである。データの流れは、観察用も処置用も基本的には同じであるので、ここでは、処置用におけるマスタースレーブモードの制御装置１５１内のデータの流れについてだけ説明する。
【０１０９】
まず、マスターアーム１３８に設けられたエンコーダの情報は、アップダウンカウンタ１５１ｅで読み取られる。このアップダウンカウンタ１５１ｅでは、初めにアップダウンカウンタ１５１ｅに設定されたデータに対して移動量を増減させるので、絶対的な移動量（マスターアーム１３８の移動量）が検知できる。このアップダウンカウンタ１５１ｅ内に保持されているデータは、サンプリング毎にマイクロコントローラ１５１ａ内にデータバス１５１ｍを介して取り込まれる。マイクロコントローラ１５１ａ内では、前記移動量に対して処置用スレーブマニピュレータの各軸をどのように動作させるかを決定するための座標変換処理が行われる。
【０１１０】
ここで、観察用の場合は、逆座標変換（磁気センサ１５０の絶対位置と傾きとから、観察用スレーブマニピュレータの各駆動部へ出力する各リンクパラメータの関節変数を求める変換作業）のみを行えば良いが、処置用の場合には、マスターアーム１３８が複数のリンクからなるため逆座標変換を行う前に、順座標変換（マスターアーム１３８の先端の位置、姿勢を求める座標変換作業）を行うことが必要になってくる。なお、マスターアーム１３８と処置用スレーブマニピュレータとの動作の対応については、後述する。
【０１１１】
座標変換処理が行われ、処置用スレーブマニピュレータの各アーム部への移動量が算出されたら、この移動量の指令値がマイクロコントローラ１５１ａからデータバス１５１ｍを介してサーボ指令インターフェイス回路１５１ｂに送られる。サーボ指令インターフェイス回路１５１ｂからの信号は、信号ライン１５４ｃを介して遠隔位置にあるＤＳＰ１５５ａに送られる。このＤＳＰ１５５ａ内での処理は、ある決められた制御則（例えば、ＰＩＤ制御のような簡単なアルゴリズムを用いる）に基づいて行われる。ＤＳＰ１５５ａで得られた制御演算結果は、アナログ指令値として、アナログ指令ライン１５５ｂを介してサーボドライバ１５５ｃに出力される。このアナログ指令値は、サーボドライバ１５５ｃにより増幅され、この増幅された出力がサーボドライバ１５５ｃから処置用スレーブマニピュレータおよび観察用マニピュレータのモータに出力される。これによって、処置用スレーブマニピュレータおよび観察用マニピュレータ内に配置されたモータがスレーブ側の機構を駆動させて、処置用スレーブマニピュレータが動作する。
【０１１２】
実際に、操作者がマスターアーム１３８を動かし、患者１３２の体腔内にある対象部位を処置する時には、マスターアーム１３８の動作による処置具１３４の先端把持部１３４ｅの開閉動作が行われ、患部を掴んだ時に、患部が圧力センサー１４３に力を加えるようになる。これによって、制御装置内１５１の圧力検知回路１５１ｖによって、現在どの位の力が処置具１３４の把持部に加わっているかを演算し、演算結果を、術者が装着しているＨＭＤ１３９の画面に表示をさせるようになっている。
【０１１３】
さて、本実施形態においては、処置具１３４の先端把持部１３４ｅにかかる力を視覚的にＨＭＤ１３９に表示させているが、マスターアーム１３８の操作者が把持する部分に空圧機器を設けて、把持力に比例した分空圧機器を膨張させることによって、操作者にあたかも実際の処置感覚を与えることも可能である。ここでは、バイラテラル方式による処置具把持力検知方法について述べる。
【０１１４】
図１９はこの発明の第９の実施形態である、バイラテラル方式による処置具把持力検知方法の原理図を示す。
図１９（ａ）の図中１６０は、処置具本体であり、グリッパの先端に力覚センサ１６１が設けられている。１６２のマスターアーム操作者把持部は、図のように空圧機器を採用したマスターアクチュエータ１６３が内蔵されている。このアクチュエータ１６３は、電空比例弁１６４を介してエアーコンプレッサ１６５と配管１６６によって接続されている。
【０１１５】
空圧機器は、図１９（ｂ）に示すように制御信号により電空比例弁１６４の開閉を行うことにより、マスターアクチュエータ１６３内の空気圧を変化させ、操作者把持部１６２にかかる力を制御するようにしてある。制御信号は、操作者が開閉動作を行わそうとする時に、操作者把持部１６２に配置されたエンコーダ（図示しない）からの位置指令情報が処置用スレーブアーム側に出され、その時の力覚センサ１６１の情報に比例した出力を電空比例弁１６４に出力するようにしてある。ここでは、比例出力であるが、ある決められた関数を用いて制御信号を出力することによって、操作者にさまざまな感覚で把持力を与えることも可能である。
【０１１６】
次に具体的な動作について、説明する。
マスタースレーブモードにおいて、術者が図２０（ａ）に示すように、マスターアーム１３８の先端に設定された座標系のＺ軸を点線方向に移動させると、スレーブ（処置用）アーム１３５も図２０（ｂ）に示すように、そのＺ軸が点線上に沿って移動するようになっている。要するに、マスターアーム１３８の先端のベクトルＭの動きに追従してスレーブアーム１３５のベクトルＳが同じ動きをする。
【０１１７】
こうした動作を可能ならしめるために、マイクロコントローラ１５１ａ側で前述した座標変換が行われる。これによって、例えば、マスターアーム１３８の方向を図２０（ａ）の中のＹ方向に移動させた場合には、処置具１３４が図２０（ｂ）中のＹ方向に向き、かつ、マスターアーム１３８の移動量と同じ移動量となるように処置具１３４の先端部が湾曲し、かつ、スレーブ（処置用）アーム１３５が移動する。
【０１１８】
処置用マニピュレータにおける前述した動作と同様に、観察用マニピュレータにおいても、頭部に取り付けたＨＭＤ１３９の動作に追従して観察用アーム１３７と内視鏡１３６とが動作する。例えば、ＨＭＤ１３９を図２０（ｃ）に示すＰの地点から点線に沿ってＱの地点まで動かした場合（この動作は、術者が前方に向けて前進する場合に相当する）、スレーブ側の内視鏡１３６は、図２０（ｄ）に示すＳ地点から点線に沿ってＴ地点まで移動する。
【０１１９】
特に、操作者がマスターアーム１３８を動かし、患者１３２の体腔内にある対象部位を処置する時には、マスターアーム１３８の動作による処置具１３４の先端把持部１３４ｅの開閉動作が行われ、患部を掴んだ時に、患部が圧力センサ１４３に力を加えるようになる。その結果、操作者はＨＭＤ１３９の両面に表示された処置具１３４の把持圧力を見ながら処置を行うことができる。これによって、術中に患者１３２の患部の臓器を掴みすぎるということがなくなる。同時に、処置具１３４に把持検知手段が装着されているので、触診も可能である。
【０１２０】
なお、本実施形態においては、遠隔操作における触覚提示手段が具備された手術用マニピュレータシステムとして示してあるが、図２１に示すように図１４のＤＳＰ１５５ａ，アナログ指令ライン１５５ｂ，サーボドライバ１５５ｃおよび力覚センサインターフェイス回路１５５ｄの機能を、各々制御指令インターフェイス１５１ｂ，アナログ指令ライン１５１ｊ，サーボドライバ１５１ｃおよび力覚検知回路１１１ｖというようにし、制御装置１５１内に装備させ、患者近傍での観察・処置を行わすことも可能である。
【０１２１】
前記実施形態によれば、次のような構成が得られる。
（付記３８）生体内組織部位の観察と処置の少なくとも一方を行う手術用マニピュレータと、この手術用マニピュレータを操作するための操作手段と、前記各操作手段からの制御情報に基づいて、手術用マニピュレータの動作を制御する制御手段と、前記生体内組織部位の処置を行うための手術用マニピュレータに具備された生体組織と手術用マニピュレータとの間にかかる力を検知するための力検知手段を設けたことを特徴とする手術用マニピュレータシステム。
【０１２２】
（付記３９）前記力検知手段は、圧力センサであることを特徴とする付記３８記載の手術用マニピュレータシステム。
（付記４０）前記圧力センサは、静電容量検知方式であることを特徴とする付記３９記載の手術用マニピュレータシステム。
（付記４１）前記圧力センサは、抵抗検知方式であることを特徴とする付記３９記載の手術用マニピュレータシステム。
（付記４２）前記圧力センサは、圧力分布型センサであることを特徴とする付記３９記載の手術用マニピュレータシステム。
【０１２３】
（付記４３）前記力検知手段は、歪ゲージであることを特徴とする付記３８記載の手術用マニピュレータシステム。
（付記４４）前記観察用マニピュレータは、内視鏡であることを特徴とする付記３８記載の手術用マニピュレータシステム。
（付記４５）前記内視鏡の画像を出力するための画像表示装置を設けたことを特徴とする付記４４記載の手術用マニピュレータシステム。
【０１２４】
（付記４６）前記画像表示装置は、操作者頭部に装着可能な表示装置であることを特徴とする付記４５記載の手術用マニピュレータシステム。
（付記４７）前記画像表示装置に、力検知手段からの情報を、視覚的に表示することを特徴とする付記４６記載の手術用マニピュレータシステム。
【０１２５】
以上説明したように、遠隔操作型マスタースレーブマニピュレータによる観察・処置を行う際に、処置具の力覚情報が検知できるので、把持をしすぎるといった動作を回避することができるようになり、従来のマスタースレーブマニピュレータシステムのものよりより安全を確保でき、また、臓器の触診も可能であるため、安全性を保ち、かつ、従来通りの環境のように操作者の観察・処置作業が行われることが可能となる。
【０１２６】
また、マスタースレーブマニピュレータを利用した内視鏡下外科手術システムにおいて、患者には、処置具挿入のための穴を体壁に少なくとも１つだけあけることで処置が可能となるため、患者に対する侵襲を低減することが実現される。
【０１２７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、把持鉗子が生体組織から受ける触覚・力覚情報を検出する力覚センサと把持鉗子本体との着脱を可能とすることにより、洗浄・滅菌を別々に行うことができるため、把持鉗子の先端細部の洗浄・滅菌を簡単かつ確実に行うことができる。また、把持鉗子本体と力覚センサとは異なる条件で、洗浄・滅菌できるため、力覚センサの耐久性を向上させること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の実施形態の医療器具のセンサユニットを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）はグリッパに取り付けた状態の縦断側面図。
【図２】同実施形態を示し、（ａ）はグリッパの一部を示す斜視図、（ｂ）はグリッパの作用を説明するための斜視図。
【図３】同実施形態を示し、（ａ）は医療器具の全体の側面図、（ｂ）は筒状部材の断面図。
【図４】同実施形態の変形例を示し、（ａ）は感圧導電ゴムの斜視図、（ｂ）はグリッパの作用を説明するための斜視図。
【図５】この発明の第２の実施形態の医療器具を示し、（ａ）はグリッパの一部の斜視図、（ｂ）はグリッパの縦断側面図。
【図６】この発明の第３の実施形態の医療器具を示し、（ａ）はグリッパの一部の斜視図、（ｂ）はグリッパの縦断側面図。
【図７】この発明の第４の実施形態を示し、（ａ）は医療器具のセンサユニットの正面図、（ｂ）は内視鏡先端硬質部に取り付けた状態の斜視図。
【図８】この発明の第５の実施形態のグリッパを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図。
【図９】同実施形態のグリッパを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）はグリッパの作用を説明するための側面図。
【図１０】この発明の第６の実施形態のグリッパを示し、（ａ）（ｂ）は縦断側面図、（ｃ）は斜視図。
【図１１】この発明の第７の実施形態の体腔内手術用マニピュレータシステムの全体構成図。
【図１２】同実施形態のマスターマニピュレータの操作部の斜視図。
【図１３】同実施形態のブロック図。
【図１４】この発明の第８の実施形態の手術用マニピュレータシステムの全体構成図。
【図１５】同実施形態の処置具と内視鏡の側面図。
【図１６】同実施形態のグリッパを示し、（ａ）は使用状態の側面図、（ｂ）はグリッパの側面図、（ｃ）はグリッパの斜視図。
【図１７】同実施形態の変形例を示し、（ａ）は圧力分布型センサの断面図、（ｂ）は全体の斜視図。
【図１８】同実施形態の変形例を示し、鉗子把持部の斜視図。
【図１９】この発明の第９の実施形態のバイラテラル方式の処置具把持力検知方法の原理図。
【図２０】同実施形態のマスタースレーブの作用説明図。
【図２１】同実施形態の手術用マニピュレータシステムの全体構成図。
【符号の説明】
１１…処置具本体
１３…グリッパ
２６…板バネ
２７…歪ゲージ

Claims

処置を行う先端部と把持鉗子本体とからなる把持鉗子であって、
前記先端部は、把持片と基端部材を有し、前記把持片に配置された力覚センサと、前記先端部に設けられ、前記把持片を前記基端部材に対して着脱可能にする着脱手段と、を具備したことを特徴とする把持鉗子。
前記力覚センサは、前記把持片に固定され、前記把持片に受ける撓みを検出することを特徴とする請求項１に記載の把持鉗子。
前記力覚センサは、前記把持片の把持面の裏側に位置する背面に固定されることを特徴とする請求項１に記載の把持鉗子。
前記把持片の背面に溝を形成し、前記力覚センサは、前記溝内に配置され、前記把持片に固定されることを特徴とする請求項１に記載の把持鉗子。
前記把持片は、中空構造に構成され、前記力覚センサは、前記中空部内に配置され、前記把持片に固定されることを特徴とする請求項１に記載の把持鉗子。