JP5258314B2 - 医療用マニピュレータ及び医療用ロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、シャフトの先端にマイクロ波を供給する針が設けられ、該針により患部に対して手技を行う医療用マニピュレータ及び、該医療用マニピュレータを含む医療用ロボットシステムに関する。

患部又はその周辺部に対して凝固、止血及び切除等の手技を行うためには、主に電気メス、レーザメスが用いられるが、近時になって、マイクロ波を用いる装置が提案されている。この装置では、生体に刺す針と、該針にマイクロ波を供給する手段が設けられており、針から生ずる熱エネルギによって凝固、止血等の手技がなされる（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

このような装置によれば、手技を受けた生体組織が炭化変性することなく、止血及び熱変成を容易に行えるという効果がある。また、組織内に発生するマイクロ波の熱により細菌類が死滅するとともに、無駄な出血がない。

一方、患者の腹部等に小さな孔をいくつかあけて内視鏡、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行う腹腔鏡下手術が行われている。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。

マニピュレータシステムは、例えば特許文献３及び特許文献４に記載されているように、マニピュレータ本体と、該マニピュレータ本体を制御する制御装置とから構成される。マニピュレータ本体は、人手によって操作される操作部と、操作部に対して交換自在に着脱される作業部とから構成される。

さらに、医療用マニピュレータをロボットアームにより駆動する医療用ロボットシステム（例えば、特許文献５参照）が提案されている。このような医療用ロボットシステムでは、マスターアームによる遠隔操作が可能であるとともに、プログラム制御により様々な動作が可能となる。

医療用ロボットシステムでは、複数のロボットアームが設けられており、手技に応じてこれらのロボットアームを使い分けることができる。ロボットアームのうち１台には内視鏡が設けられ、体腔内を所定のモニタで確認することができる。

非特許文献１には、医療用の組織内加温用アンテナにおいて、入力インピーダンスを整合させるための整合回路を装荷した同軸スロットアンテナが記載されている。この同軸スロットアンテナでは、局所加温領域を発生させることが可能な二つのスロットを設けた同軸スロットアンテナに対し、これらのスロットとは別にインピーダンス整合をとるためのスロット（マッチングスロット）と、これを覆う金属パイプを装荷している。

特公平１−２０６１７号公報 特公平１−２０６１９号公報 特開２００２−１０２２４８号公報 特開２００３−６１９６９号公報 米国特許第６３３１１８１号明細書 岡部真也、外３名 "組織内加温用同軸スロットアンテナへの整合回路の装荷による入力インピーダンスの改善に関する検討" 電子情報通信学会論文誌２００４／１０ Ｖｏｌ．Ｊ８７−Ｂ Ｎｏ．１０ ｐ１７４１−１７４８

上記の特許文献１及び特許文献２記載の装置では、基本的には開腹手術を前提としており、鉗子を用いた腹腔鏡下手術は考慮されていない。従来、鉗子の先端に電線に接続された電気メスを設けた例はあるが、この鉗子において電気メスをそのままマイクロ波供給用の針に替えても、電線からマイクロ波のエネルギーが放射してしまい、相当に非効率である。

また、適度に離間した複数本の針に対してマイクロ波を供給すると、一度に広い箇所に対して手技を行うことができ、相乗的な効果が得られるとともに手術時間を短縮することができると考えられる。しかしながら、腹腔鏡下手術では狭いトラカールを介して鉗子を挿入するため、先端に複数本の針を設けても、該針相互間の距離は制限される。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、先端の針に対してエネルギを効率的に供給することのできる医療用マニピュレータ及び該医療用マニピュレータを含む医療用ロボットシステムを提供することを目的とする。

また、本発明は、腹腔鏡下手術のトラカールを容易に挿通させることができ、しかも生体に対して、複数の針を適度に離れた箇所に刺すことのできる医療用マニピュレータを提供することを目的とする。

本発明に係る医療用マニピュレータは、シャフトの先端に、アクチュエータで駆動される少なくとも１つの関節を備えた医療用マニピュレータであって、前記関節によって向きが可変の針と、前記シャフトより基端側に設けられたコネクタと、前記コネクタと前記針との間の電気的な接続で、少なくとも一部分を接続している同軸ケーブルとを有することを特徴とする。

このように、コネクタと針との間の少なくとも一部分を同軸ケーブルによって接続することにより針に供給するマイクロ波のエネルギが放射されることが防止され、エネルギを効率的に供給することができる。

前記同軸ケーブルは、少なくとも前記シャフトの内部又は前記シャフトに沿う部分に設けられていてもよい。医療用マニピュレータのシャフトは、トラカールから体腔内に挿入されることからある程度の長さが必要であり、この間に同軸ケーブルを設けることによりマイクロ波のエネルギ放出を相当に防止できる。

前記同軸ケーブルにおいて、２極のうち、外周側に位置する筒状の外被導体は少なくとも一部が金属チューブからなる構成でもよい。医療用マニピュレータ内において、例えばシャフトの内部では同軸ケーブルは屈曲することはないので、可撓性は不要であり、外被導体に金属チューブを適用すると廉価且つ簡便構成となる。また、金属チューブは患者の体液や洗浄液等が染み込むおそれがない。

前記コネクタと前記同軸ケーブルとの間に、誘導手段と容量手段とを含む回路を有すると、インピーダンを調整することができる。ここでいう回路とは広義であり、基板上の回路に限らない。

前記回路は、前記コネクタにマイクロ波発振源が接続され、前記針が生体に刺された場合における前記マイクロ波発振源の出力インピーダンスと、前記同軸コネクタにおける入力インピーダンスを略等しくするためのマッチング回路であってもよい。インピーダンスマッチングをとることにより、反射波が低減し、先端の針に対して一層効率よくエネルギを供給することができる。この場合、インピーダンスマッチング回路は、生体を含めたインピーダンスに対してマッチングするように設定しておくとよい。

前記コネクタと前記同軸ケーブルとの間に、金属パイプを含む回路を有していてもよい。

前記針は、生体に刺した状態でマイクロ波を通電することにより、生体組織の焼灼を行ってもよい。このような焼灼により、手技を受けた生体組織が炭化変性することなく熱変成され、また止血を容易に行うことができる。

前記針、前記同軸ケーブル及び前記コネクタを含むマイクロ波供給手段は、複数組設けられていてもよい。複数の針を同時に異なる箇所に刺すことにより、焼灼手技を効率的に行うことができる。

また、本発明に係る医療用マニピュレータは、シャフトの先端に設けられた複数の針と、前記針にマイクロ波を供給する導体と、複数の前記針の相対距離を離間させる針離間手段とを有することを特徴とする。このような針離間手段によれば、複数の針を一度に離れた箇所に刺して手技を行うことができ、相乗的な効果が得られる。

前記針離間手段は、複数の前記針が互いに離間する方向に付勢する弾性体を有してもよい。このような弾性体によれば、簡便構成で、トラカールを貫通したときに複数の針を自動的に動かすことができる。

前記針離間手段は、前記針の向きを略同じ状態に保ったまま変位させるリンク機構を有してもよい。リンク機構により、針の向きを略同じ状態に保つことができ、各針を生体に対して刺しやすい。

前記針離間手段は、前記シャフトをトラカールから引き抜くときに、該トラカールの端部に当接して傾動し、複数の前記針が互いに接近する方向に復帰させるアームを有してもよい。このようなアームにより、シャフト及び針の部分をトラカールから容易に引き抜くことができる。

本実施の形態に係る医療用ロボットシステムは、シャフトの先端に、アクチュエータで駆動される少なくとも１つの関節を備える医療用マニピュレータと、前記医療用マニピュレータを保持するロボットアームと、前記医療用マニピュレータと前記ロボットアームを操作するための制御部とを有する医療用ロボットシステムであって、前記医療用マニピュレータは、前記関節によって向きが可変の針と、前記シャフトより基端側に設けられたコネクタと、前記コネクタと前記針との間の電気的な接続で、少なくとも一部分を接続している同軸ケーブルとを有することを特徴とする。

本発明に係る医療用マニピュレータ及び医療用ロボットシステムによれば、コネクタと針との間の少なくとも一部分を同軸ケーブルによって接続することにより針に供給するマイクロ波のエネルギが放射されることが防止され、エネルギを効率的に供給することができる。また、コネクタを有することから、マイクロ波発信源との着脱が自在であり、医療用マニピュレータに適する。

本発明に係る医療用マニピュレータでは、針離間手段を有することにより、複数の針を一度に離れた箇所に刺して手技を行うことができ、相乗的な効果が得られる。針離間手段による針の離間前には、複数の針を互いに近接配置させておくことができ、トラカールを容易に挿通させることができる。

以下、本発明に係る医療用マニピュレータ及び医療用ロボットシステムについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１９を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係るマニピュレータ１０ｃ及び医療用ロボットシステム１２は手術用であって、例えば患者（以下、生体とも呼ぶ。）１４の腹腔鏡下手術に適用される。

医療用ロボットシステム１２は、手術台１５の近傍に設けられたステーション１６と、該ステーション１６に設けられた４台のロボットアーム１８ａ、１８ｂ、１８ｃ及び１８ｄと、全体的な制御を行うコンソール（制御部）２０とを有する。ロボットアーム１８ａ〜１８ｄとコンソール２０との間の通信手段は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組合わせでよい。コンソール２０は、医療用ロボットシステム１２の全ての制御を負担している必要はなく、例えば、ロボットアーム１８ａ〜１８ｄのフィードバック制御は、それぞれのロボット側に設けられていてもよい。ロボットアーム１８ａ〜１８ｃは、コンソール２０の作用下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール２０に設けられたジョイスティック２２ａ〜２２ｃに倣った動作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。

ロボットアーム１８ａ〜１８ｃは、各先端にマニピュレータ１０ａ、１０ｂ及び１０ｃを有し、ロボットアーム１８ｄの先端には内視鏡２４が設けられている。マニピュレータ１０ａ〜１０ｃ及び内視鏡２４は、それぞれトラカール２５を介して体腔２７内に挿入される。ステーション１６は複数台であってもよい。マニピュレータ１０ａ〜１０ｃ及び内視鏡２４は、ロボットアーム１８ａ〜１８ｄに対して着脱可能に構成されている。

ロボットアーム１８ａ〜１８ｄは、多関節機構（例えば、独立的な６軸機構）を有し、コンソール２０によって制御され、マニピュレータ１０ａ〜１０ｃ及び内視鏡２４を動作範囲内における任意の位置で任意の姿勢に設定可能である。ロボットアーム１８ａ〜１８ｄは、少なくとも先端の軸に沿ってマニピュレータ１０ａ〜１０ｃ及び内視鏡２４を進退させるスライド機構２６と、ステーション１６に沿って移動する昇降機構２８とを有する。ロボットアーム１８ａ〜１８ｄは全て同じ構成であってもよいし、マニピュレータ１０ａ〜１０ｃ及び内視鏡２４の種類に応じて異なる構成であってもよい。

ロボットアーム１８ａ及び１８ｂに設けられたマニピュレータ１０ａ及び１０ｂは、主に患部に対して直接的な手技を施すためのものであり、先端作業部には、例えばグリッパ及び鋏等が設けられる。ロボットアーム１８ｃに設けられたマニピュレータ１０ｃは、マイクロ波発生装置２９から供給されるマイクロ波を患部（例えば、肝臓）に照射する手技を行うものである。これら以外にも、例えば体腔２７の臓器等を所定の場所に退避させて広い術野を確保するためのリトラクタとしてのマニピュレータを設けてもよい。マイクロ波発生装置２９は、コンソール２０と一体構成でもよい。

次に、マニピュレータ１０ｃの構成について説明をする。図２に示すように、マニピュレータ１０ｃについて、幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向及び、連結シャフト（棒形状部材）４４の延在方向をＺ方向と規定する。また、右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向、前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。

図２に示すように、マニピュレータ１０ｃは、ロボットアーム１８ｃの先端におけるスライダ４０に対して着脱自在な構成になっている。スライダ４０は、スライド機構２６によってスライド可能である。スライダ４０には、２つのモータ（アクチュエータ）３０ａ、３０ｂがＺ方向にこの順に並列している。

マニピュレータ１０ｃは、スライダ４０に対する接続ブロック４２と、該接続ブロック４２からＺ１方向に延在する中空の連結シャフト４４と、該連結シャフト４４の先端に設けられた先端動作部４６とを有する。

接続ブロック４２は、所定の着脱機構によりスライダ４０に対して着脱及び交換が可能である。接続ブロック４２は、モータ３０ａ、３０ｂに係合するプーリ４８ａ、４８ｂがＺ方向にこの順に並列している。モータ３０ａ、３０ｂとプーリ４８ａ、４８ｂは、一方に非円形の凸部があり、他方に該凹部に係合する凹部が設けられており、モータ３０ａ、３０ｂの回転がプーリ４８ａ、４８ｂに伝達される。

プーリ４８ａ、４８ｂには、ワイヤ５０ａ、５０ｂが巻き掛けられている。ワイヤ５０ａ、５０ｂは環状であって、滑り止めのため一部がプーリ４８ａ、４８ｂに固定されて、例えば１．５回転巻き掛けられて、連結シャフト４４内をＺ１方向に延在しており、プーリ４８ａ、４８ｂが回転することにより、左右から延在する２本のうち一方が巻き取られ、他方が巻き出される。ワイヤ５０ａ、５０ｂは、Ｙ方向にずれて配置されており、相互の干渉がない。

図３に示すように、先端動作部４６は、ピッチ方向揺動部材１５０と、ヨー方向揺動部材１５２とを有する。ピッチ方向揺動部材１５０の基端部は、半円部材１５４によって揺動自在に軸支されている。半円部材１５４の上下両端部にはワイヤ５０ｂの端部が接続固定されており、該ワイヤ５０ｂの進退作用下にピッチ方向揺動部材１５０は、ヨー軸７４を基準に揺動する。

ヨー方向揺動部材１５２の基端部は、半円部材１５６によって揺動自在に軸支されている。半円部材４５６の左右両端にはワイヤ５０ａの端部が接続固定されており、該ワイヤ５０ａの進退作用下にヨー方向揺動部材１５２は、ピッチ軸７６を基準に揺動する。

ワイヤ５０ａの一端側は、Ｚ方向に配列された２つのプーリ１５８ａ及び１５８ｂに対してＳ字形状に巻き掛けられており、ワイヤ５０ａの他端側は、Ｚ方向に配列された２つのプーリ１６０ａ及び１６０ｂに対してＳ字形状に巻き掛けられている。プーリ１５８ａ及び１６０ａは、ヨー軸７４に軸支されており、プーリ１５８ｂ及び１６０ｂは、ピッチ方向揺動部材１５０内の軸１６２に軸支されている。

同軸ケーブル８２は、軸１６２に軸支されたプーリ１６４に対して約半周巻き掛けられて、針７８に達している。図３から了解されるように、同軸ケーブル８２のシールド網線９８及び外部被覆１００は、針７８の近傍まで芯線９２を覆っている。

図４に示すように、先端動作部４６は、連結シャフト４４の先端に設けられており、ヨー軸７４及びピッチ軸７６を駆動することができる。

針７８の基端部分で導体の芯線９２に対する接続部以外は、周辺部に対して絶縁されている。ワイヤ５０ａ、５０ｂが、接続ブロック４２のプーリ４８ａ、４８ｂの回転動作よって進退することにより先端動作部４６の各プーリが従動的に回転し、該先端動作部４６の針７８は２軸動作が可能であり、向きが可変となっている。この動作は、例えば、ヨー軸（関節）７４及びピッチ軸（関節）７６を中心とした屈曲動作である。この先端動作部４６は、例えば、前記特許文献４記載の医療マニピュレータにおける先端の作業部と同機構にすればよい。先端動作部４６は、針７８の向きを変えるために少なくとも１軸の関節を設けていればよい。

なお、ヨー軸７４及びピッチ軸７６は、相互に動作干渉を発生し得ることから、コンソール２０では、干渉量を演算して補償するように各ワイヤ５０ａ、５０ｂを進退させる制御を行う。つまり、所定箇所を動作させたときに、他の箇所が動作干渉による無駄な動きをしないように制御をする。

図２に示すように、連結シャフト４４は、接続ブロック４２からＺ１方向に延在し、先端に先端動作部４６が設けられている。連結シャフト４４は、トラカール２５から体腔２７内に挿入されることからある程度の長さが必要である。

次に、マイクロ波発生装置２９から供給されるマイクロ波を針７８に供給するマイクロ波供給手段８０について説明する。

マイクロ波供給手段８０は、針７８と、同軸ケーブル８２と、同軸コネクタ８４（例えばＢＮＣ（Bayonet Neill Concelman）コネクタ）と、小基板９０とを有する。小基板９０は、例えばモールド構造であり防水性、防錆性に優れる。

針７８は、体腔２７内で患部又はその周辺に刺してマイクロ波を照射するためのものである。

同軸コネクタ８４は、連結シャフト４４よりも基端側の接続ブロック４２における上面に設けられており、同軸の外部ケーブル８８によりマイクロ波供給手段８０とマイクロ波発生装置２９とを接続する。外部ケーブル８８のインピーダンスは、例えば５０Ωである。マイクロ波発生装置２９が発生するマイクロ波は、例えば周波数が２．４ＧＨｚ帯域又は９００ＭＨｚ帯域であり、出力が３０〜１００Ｗである。

インピーダンスマッチング回路８６は、小基板９０に設けられており、接続ブロック４２内における同軸コネクタ８４の極近傍に配置され、該同軸コネクタ８４と同軸ケーブル８２との間に介装されている。

同軸ケーブル８２は、マニピュレータ１０ｃの内部で接続ブロック４２から連結シャフト４４内及びヨー軸７４及びピッチ軸７６を通って配設されており、インピーダンスマッチング回路８６と針７８との間の電気的な接続をしている。インピーダンスマッチング回路８６と同軸コネクタ８４との距離は極めて短く、同軸ケーブル８２は同軸コネクタ８４と針７８との間の略全長にわたって設けられている。同軸ケーブル８２は、同軸コネクタ８４と針７８との間で、可及的に長い範囲に設けられているとよいが、構造上、必ずしも全長にわたって設けることができない場合があり、設計条件に応じて同軸コネクタ８４と針７８との間の少なくとも一部分に設けられているとよい。

図５に示すように、同軸ケーブル８２は、導体の芯線９２を中心とした同心の２極構造であって、外方向に向かって順に絶縁層９６、導体のシールド網線（外被導体）９８、外部被覆１００を有する。同軸ケーブル８２では、芯線９２が同心構造のシールド網線９８によって遮蔽されていることから、芯線９２に供給されるマイクロ波が外部に放射することを防止できる。

芯線９２は針７８の基端部に接続されている。芯線９２と針７８との接続方法としては、例えば溶接、圧着、巻き付け固定、又はそれらの組合わせにするとよい。

同軸ケーブル８２は、適度な物理的強度を有するとともに、適度な可撓性を有しており、マニピュレータ１０ｃ内における配設が容易であるとともに、先端動作部４６におけるヨー軸７４及びピッチ軸７６の屈曲にともなって曲がることができる。シールド網線９８は、金属メッシュによって構成されており、可撓性に優れる。同軸ケーブル８２は、連結シャフト４４内に配設することから十分に細径であり、外部ケーブル８８と比較しても細径であり、構造上、両者の特性インピーダンスは異なる場合がある。

図６に示すように、シールド網線９８のうち、少なくとも一部が金属チューブからなる構成でもよい。マニピュレータ１０ｃ内において、例えば連結シャフト４４の内部では同軸ケーブル８２は屈曲することはないので、可撓性は不要であり、外被導体に金属チューブを適用すると廉価且つ簡便構成となる。また、金属チューブは患者の体液や洗浄液等が染み込むおそれがなく、防水手段が不要である。連結シャフト４４内では、同軸ケーブル８２は外部に露呈することがないことから、外部被覆１００は必ずしも必要ない。同軸ケーブル８２は、ワイヤ５０ａ、５０ｂに接触することがないように、連結シャフト４４の内壁に対して接着剤や溶接、溶着等により固定しておくとよい。

図７に示すように、マイクロ波発生装置２９は発振器２９ａで発生させるマイクロ波の一方の極（以下、信号ラインと呼ぶ。）を外部ケーブル８８の芯線１０１に接続し、グランドレベルに設定された他方の極（以下、グランドラインと呼ぶ。）をシールド網線１０３に接続する。マイクロ波発生装置２９と外部ケーブル８８は、同軸コネクタ１０５（図１参照）により着脱自在である。図７では、簡略化のため連結シャフト４４、トラカール２５、体腔２７及びマイクロ波供給のオン・オフスイッチ等は省略している。

信号ライン及びグランドラインは、同軸コネクタ８４の中心ピン及び筒状ターミナルを介して小基板９０に入力している。小基板９０は、例えばコイル（誘導手段）１０４を直列に、コンデンサ（容量手段）１０６と並列に接続した回路で構成されている。コイル１０４とコンデンサ１０６との接続点１０８は、小基板９０の第１の出力として同軸ケーブル８２の芯線９２に接続され、針７８に至っている。グランドラインは小基板９０の第２の出力として同軸ケーブル８２のシールド網線９８に接続されている。

小基板９０におけるコイル１０４とコンデンサ１０６の回路は、同軸コネクタ８４にマイクロ波発生装置２９が接続され、針７８が生体１４に刺された場合にの同軸コネクタ８４における入力インピーダンスとマイクロ波発生装置２９の出力インピーダンスを略等しくするためのマッチング回路である。このようにインピーダンスマッチングをとることにより、外部ケーブル８８とマニピュレータ１０ｃとの接続箇所（つまり破線１１０の箇所）における反射波が低減し、先端の針７８に対して一層効率よくエネルギを供給することができる。

図８に示すように、インピーダンスマッチング回路の特性は、同軸ケーブル８２及び生体１４を含めたインピーダンスが外部ケーブル８８の特性インピーダンスＺ₀に対してマッチングするように設定しておくとよい。このインピーダンスは、針７８を生体１４に刺した状態で、インピーダンスアナライザを同軸コネクタ８４に接続することにより測定できるので、この値を元にしてコイル１０４とコンデンサ１０６を設定すればよい。

マイクロ波の反射とは、周知のように、特に高周波の電気信号が特性インピーダンスの異なる終端が接続された場合に、その接続点において跳ね返り、伝送損失が生じる現象である。マニピュレータ１０ｃにおいては、小基板９０のコイル１０４及びコンデンサ１０６によってインピーダンスマッチングをとっているので、伝送損失を低減してマイクロ波を有効に供給することができる。また、同軸ケーブル８２の特性インピーダンスを外部ケーブル８８に合わせることなく自由に設定することが可能になり、該同軸ケーブル８２を細径にすることができる。同軸ケーブル８２は、十分に細径に設定可能であることから必ずしも連結シャフト４４内に挿入しておく必要はなく、連結シャフト４４の外面に沿う部分に設けてもよい。これにより、同軸ケーブル８２とワイヤ５０ａ、５０ｂとの接触が一層確実に防止できる。

なお、使用状態（例えば使用周波数）、患者及び患部等に応じてインピーダンスを調整可能なように、回路定数を調整可能な構成の（例えばコイル１０４をトリマー式にする。）小基板９０を異なる定数のものに交換可能な構成（例えば、カートリッジ式）にしてもよい。また、小基板９０を取り外すことができると、マニピュレータ１０ｃの洗浄が容易になるとともに、該小基板９０の防水性能、防錆性能を低くしてもよい。

このように構成されるマニピュレータ１０ｃにより、腹腔鏡下手術において患部にマイクロ波を照射する手順について説明する。

マニピュレータ１０ｃの連結シャフト４４をトラカール２５から体腔２７内に挿入する。このとき、ヨー軸７４及びピッチ軸７６を初期状態に設定しておき、針７８を連結シャフト４４の軸線上の向きにしておくことにより、トラカール２５を容易に通過させることができる。

また、同軸ケーブル８２及び該同軸ケーブル８２が挿通されている連結シャフト４４は十分に細径であり、トラカール２５を容易に挿通させることができる。

さらに、図９に示すように、生体１４における患部又はその周辺に対して、針７８が適当な向き（例えば、略垂直）となるように、先端動作部４６を調整する。先端動作部４６のヨー軸７４及びピッチ軸７６は、針７８から極めて近い箇所に設けられていることから、該針７８を患部の近くまで接近させた後に該針７８の向きを調整することが容易に行われる。この後、針７８を患部又はその周辺に刺す。この手技は、内視鏡２４により得られる画像を確認しながら行う。

次いで、図示しないスイッチを操作することにより、マイクロ波発生装置２９から針７８にマイクロ波を供給し、針７８が生体１４に対してマイクロ波を照射する。生体１４に照射されたマイクロ波は、生体中の水分に吸収されて、該水分を発熱させて生体組織を熱変成させる。マイクロ波を照射された生体組織は炭化変性することなく凝固し、また止血を容易に行うことができる。マイクロ波によれば、生体１４の表層から深部にかけて効率よく局所的に処置をすることができ、癌組織等を周囲に飛散させることがない。

連結シャフト４４はある程度の長さを有するが、針７８に供給するマイクロ波の伝達経路の芯線９２は、シールド網線９８によって遮蔽されていることから、この間のエネルギ放出が防止され、エネルギを効率的に供給することができる。

また、小基板９０に設けられたコイル１０４とコンデンサ１０６の回路によりインピーダンスマッチングがなされていることから、マイクロ波の反射が少なく、針７８に対して一層効率よくエネルギを供給することができる。この場合、インピーダンスマッチングの回路は、生体１４を含めたインピーダンスに対してマッチングするように設定してあり、高効率である。

ところで、焼灼が進行すると生体組織が変質しインピーダンスが変化することになる。つまり、同軸ケーブル８２及び生体１４を含めたインピーダンスが、図８に示す当初の値Ｚｏからずれることになり、マッチングがとれなくなり、生体１４に対するマイクロ波出力が自動的に低下する。すなわち、生体組織の焼灼度合いに応じてマイクロ波出力は減ずるため、出力が自動で調整されることになり、過度の焼灼を防止できる。

この後、操作者の判断によりエネルギ供給を停止し、針７８を生体１４から抜き、該針７８の向きを基準状態に戻した上で、連結シャフト４４をトラカール２５から引き抜く。

マニピュレータ１０ｃは、ロボットアーム１８ｃに装着されていると説明したが、図１０に示すように、マニピュレータ１０ｃは操作者による直動型であってもよい。この場合、操作者は、ハンドルグリップ１２０を把持しながら操作を行い、該ハンドルグリップ１２０の上部に設けられた入力部１２２を親指等で入力操作をして先端動作部４６を動かし、針７８の向きを調整可能である。入力部１２２の操作は、コントローラ１２４において読み取り、モータ３０ａ、３０ｂを駆動して先端動作部４６が制御される。ハンドルグリップ１２０にはトリガレバー１２６が設けられており、該トリガレバー１２６の操作はコントローラ１２４において読み取られてマイクロ波発生装置２９に供給される。トリガレバー１２６の操作を認識したマイクロ波発生装置２９は、発振器２９ａからマイクロ波をマイクロ波供給手段８０に供給する。マイクロ波供給手段８０の構成は前記の通りである。

次に、変形例に係るマニピュレータ２００について、図１１〜図１６を参照しながら説明する。マニピュレータ２００において、マニピュレータ１０ｃと同様の箇所については同符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１１に示すように、マニピュレータ２００は、前記のマイクロ波供給手段８０に相当する独立的な３組のマイクロ波供給手段８０ａ、８０ｂ、８０ｃを有する。マイクロ波供給手段８０における針７８、同軸ケーブル８２、同軸コネクタ８４、小基板９０に相当する構成部品について、マイクロ波供給手段８０ａ〜８０ｃにしたがって、それぞれ添え字ａ、ｂ、ｃを付して示す。マイクロ波供給手段８０ａ〜８０ｃに対して、マイクロ波発生装置２９からはそれぞれ独立的なマイクロ波を外部ケーブル８８ａ、８８ｂ、８８ｃを介して供給することができる。先端動作部４６は前記の構成と同じであり、向きの調整が可能である。同軸コネクタ８４ａ〜８４ｃは、接続ブロック４２の上部に並列配置している。

図１２に示すように、先端動作部４６には３本の針７８ａ、７８ｂ、７８ｃの相対距離を離間させる針離間機構２０２が設けられている。

針離間機構２０２は、中心支軸２０４と、針７８ａ〜７８ｃを保持するスリーブ２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃと、中心支軸２０４に対してスリーブ２０６ａ〜２０６ｃを移動自在に支持する前方アーム２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ及び後方アーム２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃと、板ばね（弾性体）２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃとを有する。針７８ａ〜７８ｃを互いに離間する方向に付勢するための手段は板ばねに限らず、他の弾性体でもよい。スリーブ２０６ａ〜２０６ｃ内には同軸ケーブル８２ａ〜８２ｃが通り、各芯線（図示を省略する）が針７８ａ〜７８ｃに接続されている。

前方アーム２０８ａ〜２０８ｃの一端はスリーブ２０６ａ〜２０６ｃの途中の箇所に軸支され、他端は中心支軸２０４の先端に軸支されている。後方アーム２１０ａ〜２１０ｃの一端はスリーブ２０６ａ〜２０６ｃの後端に軸支され、他端は中心支軸２０４の基端部に軸支されている。前方アーム２０８ａ〜２０８ｃと後方アーム２１０ａ〜２１０ｃは同じ長さであり、針離間機構２０２は等角度配置（１２０°毎）の３組の平行リンク（リンク機構）を構成しており、針７８ａ〜７８ｃの向きを略同じ状態に保ったまま変位させることができる。３組の平行リンクは同期連動する構成にしてもよい。

板ばね２１２ａ〜２１２ｃは、一端が中心支軸２０４に固定され、他端がスリーブ２０６ａ〜２０６ｃの内側面に摺接可能に接しており、これらのスリーブ２０６ａ〜２０６ｃを互いに離間する方向（つまり、外向き）に付勢している。

先端動作部４６には、ベースとなる筒体２１４が設けられており、後方アーム２１０ａ〜２１０ｃはそれぞれ筒体２１４の端面に当接するまで開く方向に傾動可能である。つまり、筒体２１４は平行リンクのストッパを兼ねている。後方アーム２１０ａ〜２１０ｃの中心支軸２０４に対する最大角度は、４５°〜９０°程度に設定するとよい。後方アーム２１０ａ〜２１０ｃが中心支軸２０４に対して最大角度まで拡開したときには、スリーブ２０６ａ〜２０６ｃ及び針７８ａ〜７８ｃは、トラカール２５の内径の範囲内を超えて広がり、そのままではトラカール２５を通過できない。

図１３に示すように、針離間機構２０２は板ばね２１２ａ〜２１２ｃを弾性的に撓ませることにより閉じるように作用し、スリーブ２０６ａ〜２０６ｃ及び針７８ａ〜７８ｃを中心支軸２０４に十分接近させることができる。これにより、スリーブ２０６ａ〜２０６ｃ及び針７８ａ〜７８ｃはトラカール２５の内径の範囲若しくは連結シャフト４４の外径の範囲内に収まり、トラカール２５を通過することができる。この動作は、操作者の指又は所定の治具等により行われる。

針離間機構２０２は、アクチュエータや動力伝達機構等が不要の簡便構成である。針離間機構２０２は、複数の全ての針を移動させる構成に限らず、例えば、中心支軸２０４に動かない４本目の針を設けておいてもよい。

このように構成されるマニピュレータ２００により、腹腔鏡下手術において患部にマイクロ波を照射する手順について説明する。

図１４に示すように、指などによりスリーブ２０６ａ〜２０６ｃを押圧して板ばね２１２ａ〜２１２ｃを撓ませ、スリーブ２０６ａ〜２０６ｃ及び針７８ａ〜７８ｃをトラカール２５の内径の範囲内となるように保持する。この状態で、針離間機構２０２及び先端動作部４６をトラカール２５に挿入する。先端動作部４６は初期状態、つまり連結シャフト４４と同軸状にしておく。

図１５に示すように、針離間機構２０２は、板ばね２１２ａ〜２１２ｃの弾性力によりトラカール２５の内部で拡開し、スリーブ２０６ａ〜２０６ｃがトラカール２５の内壁に摺接する。この状態で、針離間機構２０２及び連結シャフト４４は容易にトラカール２５を挿通する。

針離間機構２０２は、トラカール２５を抜けて体腔２７内に入ると板ばね２１２ａ〜２１２ｃの弾性作用を受けて、後方アーム２１０ａ〜２１０ｃが筒体２１４の端面に当接するまでさらに自動的に拡開する。これにより、３本の針７８ａ〜７８ｃは平行な状態を保ちながら、相互に適度に離間する。

さらに、図１１に示すように、生体１４における患部又はその周辺に対して、針７８ａ〜７８ｃが適当な向き（例えば、略垂直）となるように、先端動作部４６を調整し、針７８ａ〜７８ｃを生体１４に刺す。

次いで、図示しないスイッチを操作することにより、マイクロ波発生装置２９から針７８ａ〜７８ｃにマイクロ波を供給し、針７８ａ〜７８ｃが生体１４に対してマイクロ波を照射し焼灼を行う。この場合、針７８ａ〜７８ｃを一度に離れた箇所に刺して広い範囲に対して手技を行うことができて効率的であり、しかも相乗的な効果が得られる。また、針７８ａ〜７８ｃは平行状態に保たれており、生体１４に対して刺しやすい。

焼灼が終了した後、マイクロ波の供給を停止し、針７８ａ〜７８ｃを生体１４から抜き、先端動作部４６を基準状態に戻し、連結シャフト４４を引き抜く。このとき、図１６に示すように、針離間機構２０２の後方アーム２１０ａ〜２１０ｃは、トラカール２５の端部に当接して倒れる方向に傾動し、針７８ａ〜７８ｃが中心支軸２０４に接近する方向に復帰する。これにより、連結シャフト４４及び針７８ａ〜７８ｃの部分をトラカール２５から容易に引き抜くことができる。

上述したように、マニピュレータ２００によれば、針離間機構２０２を有することにより、３本の針７８ａ〜７８ｃを一度に離れた箇所に刺して手技を行うことができ、相乗的な効果が得られる。針離間機構２０２による針７８ａ〜７８ｂの離間前には、互いに近接配置させておくことができ、トラカール２５を容易に挿通させることができる。

なお、前記の小基板９０の回路は、図７に示す構成に限らず、外部ケーブル８８の特性インピーダンスＺ₀に対してマッチングするように設定すればよく、例えば、図１７Ａに示すように、コンデンサ１０６とコイル１０４の接続を逆にしてもよいし、図１７Ｂに示すようにコンデンサ１０６とコイル１０４とを直列に挿入してもよい。

また、インピーダンスマッチングをとるための手段としては、コンデンサ１０６やコイル１０４以外にも適当な容量手段及び誘導手段を用いることができる。例えば、図１８に示すように、接続ブロック４２内において、芯線９２と同軸状に金属パイプ１７０を設けてインピーダンスマッチング回路の少なくとも一部として用いてもよい。

具体的には、図１９に示すように、金属パイプ１７０は、固定された金属シールドパイプ１７２と金属シールドパイプ１７４との間に介装される。金属シールドパイプ１７２は同軸コネクタ８４と接続されており、金属シールドパイプ１７４はシールド網線９８に接続されている。金属パイプ１７０の外面は金属シールドパイプ１７２の内面に対して摺動し、内面は金属シールドパイプ１７４の外面に対して摺動可能になっている。金属シールドパイプ１７４の内部には絶縁材１７６ａが充填されている。金属シールドパイプ１７２には、金属パイプ１７０が図１９における左方向に適度に移動可能なスペース１７８を確保して絶縁材１７６ｂが充填されており、金属パイプ１７０には、図１９における右方向に適度に移動可能なスペース１８０を確保して絶縁材１７６ｃが充填されている。絶縁材１７６と芯線９２との間には適度なクリアランスが設けられ、金属パイプ１７０と絶縁材１７６ｃが一体となって移動可能となっている。このような構成によれば、金属パイプ１７０の摺動位置によりスペース１７８及び１８０が変化して、主にこの部分の容量成分が変化し、図面上に表れない誘導成分とともにインピーダンス整合を行うことができる。また、インピーダンスマッチング回路は、例えば前記の非特許文献１に記載されている構成を適用してもよい。

本発明に係る医療用マニピュレータ及び医療用ロボットシステムは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係る医療用ロボットシステムの概略斜視図である。 本実施の形態に係るマニピュレータの一部断面側面図である。 先端動作部の概略断面図である。 先端動作部の概略斜視図である。 同軸ケーブルの断面図である。 連結シャフトの一部断面斜視図である。 マニピュレータにおけるマイクロ波供給手段の回路図である。 インピーダンスマッチング回路の特性を示すグラフである。 針を生体に刺してマイクロ波を供給している状態を示す模式図である。 直動型のマニピュレータの斜視図である。 変形例に係るマニピュレータで、針を生体に刺してマイクロ波を供給している状態を示す模式図である。 拡開している状態の針離間機構の斜視図である。 閉じている状態の針離間機構の斜視図である。 変形例に係るマニピュレータで針離間機構及び連結シャフトをトラカールに挿入する前段階の模式図である。 変形例に係るマニピュレータで針離間機構及び連結シャフトをトラカールに挿入している状態の模式図である。 変形例に係るマニピュレータで針離間機構及び連結シャフトをトラカールから引き抜く状態の模式図である。 図１７Ａは、小基板の第１変形例に係る回路図であり、図１７Ｂは、小基板の第２変形例に係る回路図である。 インピーダンスマッチング回路に金属パイプを用いたマニピュレータにおけるマイクロ波供給手段の回路図である。 インピーダンスマッチング回路を構成する金属パイプ及びその周辺部の断面図である。

符号の説明

１０ａ〜１０ｃ、２００…マニピュレータ １２…医療用ロボットシステム
１８ａ〜１８ｄ…ロボットアーム ２０…コンソール
２４…内視鏡 ２５…トラカール
２７…体腔 ２９…マイクロ波発生装置
３０ａ、３０ｂ…モータ（アクチュエータ） ４４…連結シャフト
４６…先端動作部 ４８ａ、４８ｂ…プーリ
５０ａ、５０ｂ…ワイヤ ７４…ヨー軸
７６…ピッチ軸 ７８、７８ａ〜７８ｃ…針
８０、８０ａ〜８０ｃ…マイクロ波供給手段 ８２、８２ａ〜８２ｃ…同軸ケーブル
８４、８４ａ〜８４ｃ…同軸コネクタ ８６…インピーダンスマッチング回路
８８、８８ａ〜８８ｃ…外部ケーブル ９０…小基板
９２、１０１…芯線 ９８、１０３…シールド網線
１０４…コイル（誘導手段） １０６…コンデンサ（容量手段）
２０２…針離間機構 ２０４…中心支軸
２０６ａ〜２０６ｃ…スリーブ ２０８ａ〜２０８ｃ…前方アーム
２１０ａ〜２１０ｃ…後方アーム ２１２ａ〜２１２ｃ…板バネ（弾性体）

Claims (12)

1. シャフトの先端に、アクチュエータで駆動される少なくとも１つの関節を備えた医療用マニピュレータであって、
   前記関節によって向きが可変の針と、
   前記シャフトより基端側に設けられたコネクタと、
   前記コネクタと前記針との間の電気的な接続で、少なくとも一部分を接続している同軸ケーブルと、
   を有し、
   前記同軸ケーブルにおいて、２極のうち、外周側に位置する筒状の外被導体は、可撓性を有する金属メッシュからなる部位と、前記金属メッシュよりも剛性の大きい金属チューブからなる部位とを含んでいることを特徴とする医療用マニピュレータ。
2. 請求項１記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記同軸ケーブルは、少なくとも前記シャフトの内部又は前記シャフトに沿う部分に設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
3. 請求項１又は２に記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記コネクタと前記同軸ケーブルとの間に、誘導手段と容量手段とを含む回路を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
4. 請求項３記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記回路は、前記コネクタにマイクロ波発振源が接続され、前記針が生体に刺された場合における前記マイクロ波発振源の出力インピーダンスと、前記コネクタにおける入力インピーダンスを略等しくするためのマッチング回路であることを特徴とする医療用マニピュレータ。
5. 請求項１又は２に記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記コネクタと前記同軸ケーブルとの間に、金属パイプを含む回路を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記針は、生体に刺した状態でマイクロ波を通電することにより、生体組織の焼灼を行うことを特徴とする医療用マニピュレータ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記針、前記同軸ケーブル及び前記コネクタを含むマイクロ波供給手段は、複数組設けられていることを特徴とする医療用マニピュレータ。
8. 請求項７記載の医療用マニピュレータにおいて、
   複数の前記針の相対距離を離間させる針離間手段を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
9. 請求項８記載の医療用マニピュレータにおいて、
   前記針離間手段は、複数の前記針が互いに離間する方向に付勢する弾性体を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
10. 請求項８又は９記載の医療用マニピュレータにおいて、
    前記針離間手段は、前記針の向きを略同じ状態に保ったまま変位させるリンク機構を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
11. 請求項８〜１０のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
    前記針離間手段は、前記シャフトをトラカールから引き抜くときに、該トラカールの端部に当接して傾動し、複数の前記針が互いに接近する方向に復帰させるアームを有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
12. シャフトの先端に、アクチュエータで駆動される少なくとも１つの関節を備える医療用マニピュレータと、
    前記医療用マニピュレータを保持するロボットアームと、
    前記医療用マニピュレータと前記ロボットアームを操作するための制御部と、
    を有する医療用ロボットシステムであって、
    前記医療用マニピュレータは、
    前記関節によって向きが可変の針と、
    前記シャフトより基端側に設けられたコネクタと、
    前記コネクタと前記針との間の電気的な接続で、少なくとも一部分を接続している同軸ケーブルと、
    を有し、
    前記同軸ケーブルにおいて、２極のうち、外周側に位置する筒状の外被導体は、可撓性を有する金属メッシュからなる部位と、前記金属メッシュよりも剛性の大きい金属チューブからなる部位とを含んでいることを特徴とする医療用ロボットシステム。

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