JP5980764B2 - 術具 - Google Patents
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Description
たとえば特許文献1には、駆動モータが発する動力をワイヤを介して伝達する機構において、ワイヤの中間部にバネが介在されていることでワイヤのたるみを除去する点が開示されている。さらに、特許文献1には、ワイヤが掛けられた従動側のプーリに微小な振動を伝える微小振動発生装置によって、従動側のプーリの位置決めが行われる点が開示されている。
また、たとえば特許文献2には、外科手術のための術具が開示されている。特許文献2に記載された術具は、シャフトの遠位端に設けられたエンドエフェクタと、エンドエフェクタに接続されシャフト内に挿通された腱部材と、シャフトの近位端に設けられ腱部材を牽引する巻き上げ装置とを備えている。さらに、特許文献2に記載の術具は、腱部材に初期張力をかけるためのプレロードシステムを備えている。
また、特許文献2に記載された術具に設けられたプレロードシステムは、巻き上げ装置の筐体と腱部材とがバネによって連結された構成を有しているので、術具の遠位部分を湾曲させた場合に、腱部材の張力が変化してしまうという問題もある。さらに、特許文献2では、テンドンがキャプスタンに巻き付けられて後端にバネが固定されているので、先端屈曲時に、バネの張力の変化分が、直接先端側の張力に加わってしまうので、制御性が悪くなる。
前記切替部は、前記動力源に接続された駆動体と、前記牽引部材に接続され前記駆動体と着脱可能で前記駆動体と係合することによって前記駆動体により移動される移動体と、を有してもよい。
本発明の術具の第1実施形態について説明する。
本実施形態の術具は、医療処置を行うための医療用マニピュレータシステムに組み込まれる。
まず、本実施形態の術具が組み込まれる医療用マニピュレータシステムの構成について説明する。
図1は、本発明の術具が適用される医療用マニピュレータシステムの構成の一例を示す模式図である。
図2は、術具1の内部構造を示す斜視図である。図3は、術具1の駆動部の構成を示す模式図である。
また、術具1は、内視鏡としての機能を有していてもよい。すなわち、術具1は内視鏡であってもよい。術具1が内視鏡である場合には、術具1は、処置部3として体内を観察(処置)するための観察手段を備える。また、内視鏡として構成された場合の術具1は、観察対象あるいは処置対象に対して照明光を照射する照明手段をさらに備えていてもよい。また、術具1は、体内を観察するための手段を備えるが外科処置をするための手段を備えていなくてもよい。
回動軸5の外周面には、柔軟な第一牽引部材6(第一牽引部)及び柔軟な第二牽引部材7(第二牽引部)の各々の遠位部分が巻かれている。第一牽引部材6及び第二牽引部材7の遠位端は、回動軸5に接続されている。本実施形態では、第一牽引部材6と第二牽引部材7とは基端において繋がっている。すなわち、第一牽引部材6及び第二牽引部材7は一続きの線状部材である。
動力源11は、回転動作可能な回動軸を有している。本実施形態では、動力源11は、電力の供給を受けて回動軸を回動させるサーボモータである。動力源11の回動軸には、切替部15の一部である後述する内歯車50,51に噛み合い可能なピニオン19(駆動体)が固定されている。
本実施形態では、動力源11のピニオン19に対して内歯車50,51が手作業で着脱できるようになっている。すなわち、本実施形態では、内歯車50,51及びピニオン19によって切替部15が構成されている。
なお、当該実施形態においては第一内歯車50の外周面50aに第一牽引部材6が摩擦係合し第二内歯車51の外周面51aに第二牽引部材7が摩擦係合する態様であるが、例えば第一牽引部材6を外周面50aにカシメ留めや接着させる等、摩擦係合以外によって係合させてもよい。さらに、第一牽引部材6を外周面50aに何周か巻き掛けると、回動軸5のストローク量を稼ぐこともできる。これらのことは、第二牽引部材7と外周面51aとの関係でも同様である。
張力付与部22は、処置部3と動力源11との間で第一牽引部材6及び第二牽引部材7と接続している。張力付与部22は、第一牽引部材6及び第二牽引部材7となる線状部材が外周面に掛けられたプーリ55と、プーリ55を回転自在に保持するプーリ保持部56と、駆動部10における遠位端と近位端とを結ぶ方向にプーリ保持部56をスライド可能に保持するガイド57と、プーリ保持部56を遠位側へ向かって押圧するためのバネ58とを備える。
軸受け62における外周側の環は第一支持部61に嵌合されている。軸受け62における内周側の環は第一内歯車50にねじの噛み合いにより嵌合されている。
軸受け64における外周側の環は第二支持部63に嵌合されるとともに第一保持部材65によって覆われる。第一保持部材65は、第二支持部63に固定される。軸受け64における内周側の環は第二内歯車51に嵌合されるとともに、第二保持部材66によって覆われる。
第一内歯車50及び第二内歯車51は、ボールベアリング(軸受け62,64)を介してギアケース52に保持されている。このため、第一内歯車50及び第二内歯車51が回転操作する際の摺動抵抗は小さい。また、本実施形態では、軸受け62,64が嵌合されワッシャ67が介装された状態の第一内歯車50及び第二内歯車51をギアケース52内に収容した後に第一保持部材65によって蓋をすることで、第一内歯車50及び第二内歯車51を容易にギアケース52内に組み込むことができる。
本実施形態の術具1は、スレーブアームに固定され、駆動部10の動力源11が、マスターアームに対する操作入力に従って動作する。
術具1において、挿入部2は、体内に挿入される遠位端部2aを有しているので、使用前に滅菌される。これに対して、駆動部10は、体内に挿入される部分を有しておらず、滅菌済みのドレープによって覆うことで十分である。本実施形態では、電子機器や回路などは挿入部2に配されていないので、挿入部2は、高圧蒸気滅菌やエチレンオキサイドガスなどを用いた滅菌など様々な滅菌に対応可能である。
以上説明したように、本実施形態の術具1は、張力の調整をするために動力源やクラッチ等を多用する従来の構造と比較して、初期張力を一定に保つことができ且つコンパクトな術具である。
また、処置部3の回動軸5に固定された第一牽引部材6及び第二牽引部材7が張力付与部22を構成するプーリ55の外周面に掛けられていることから、すなわち第一牽引部材6及び第二牽引部材7がプーリ55と滑り可能に掛けられていることから、第一内歯車50及び第二内歯車51からピニオン19が離間して力量が伝達不能な状態において、処置部3は自由に動けるので、たとえば軟性内視鏡の挿入部のように湾曲した経路内に術具1を取り付ける場合や、体内において術具1を湾曲した経路に沿って案内する場合等において、本実施形態の術具1は挿入が容易である。
また、本実施形態の術具1は、第一牽引部材6と第二牽引部材7との間に張力付与部22があるので、ピニオン19が動力源11に接続されると、張力付与部22による張力は先端側(第一牽引部材6と第二牽引部材7)に加わらない。このため、適切な張力を付与しつつ、制御性が悪化しにくい。
次に、上記実施形態の変形例について説明する。図4及び図5は、本変形例の構成を示す模式図である。
図4及び図5に示すように、本変形例では、第一内歯車50及び第二内歯車51に代えて、互いに平行な回転軸を有しピニオン19に噛み合う歯が外周面に形成された一対のプーリ50A、50Bを有している。
一対のプーリは、歯が形成された外周面の一部に、第一牽引部材6及び第二牽引部材7となる一続きの線状部材が入り込む溝が形成されている。
本変形例では、一対のプーリ50A、50Bの両方にピニオン19が噛み合ったり、一対のプーリ50A、50Bの両方からピニオン19が離間したりすることで上記実施形態と同様の効果を奏する。なお、一対のプーリ50A、50Bに対するピニオン19の移動方向は特に限定されない。たとえば、一対のプーリ50A、50Bの回転軸方向へピニオン19が移動してもよい。また、ピニオン19の位置は変化せずピニオン19に対して一対のプーリ50A、50Bが移動してもよい。
次に、上記実施形態の他の変形例について説明する。図6は、本変形例の術具の内部構造を示す斜視図である。
本変形例では、張力付与部22の向きが上記実施形態の術具1とは反対向きとされている。すなわち、上記実施形態ではバネ58は押しばねとして機能することにより張力付与の作用を有していたが、本変形例ではバネ58は引きばねとして機能することにより張力付与の作用を有する。
このような構成であっても上記実施形態の術具1と同様の効果を奏する。
なお、本変形例では、ガイド57は設けられていてもよいが、ガイド57が設けられていなくてもよい。ガイド57が設けられていない場合であっても、バネ58が固定端から最短距離を通ろうとするので、ガイド57が設けられている場合と同様の直線動作が可能である。ガイド57が設けられていない場合にはガイド57における摺動による影響を受けないので、第一牽引部材6及び第二牽引部材7に対して効率よく張力を付与することができる。さらに、ガイド57が設けられていない分だけ張力付与部22をコンパクトに配置することができる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図7は、本実施形態の術具を示す模式図である。図8及び図9は、同術具における駆動部の一部を示す模式図である。
図7に示す本実施形態の術具1Aは、第1実施形態と同様に、挿入部2と駆動部10とを着脱可能である。
第一ラック部30Aは、第一牽引部材6が固定された第一牽引ラック20と、第一牽引ラック20の歯と向い合わせられた歯を有し第一牽引ラック20と平行に配された第一対向ラック31と、第一牽引ラック20と第一対向ラック31とをつなぐように第一牽引ラック20と第一対向ラック31との両方に噛み合わされた第一ギア32と、第1実施形態で説明したピニオン19に噛合可能で第一対向ラック31の長手方向にピニオン19によって進退動作可能な第一押圧ラック33とを有する。
本実施形態では、処置部3を処置対象部位へと案内する場合等、第1実施形態と同様に挿入部2が湾曲形状となる状況において、第一牽引部材6及び第二牽引部材7にかかる張力を所定の初期張力に維持することができる。すなわち、本実施形態では、図8に示すように、ピニオン19を第一押圧ラック33及び第二押圧ラック38から離間させることにより、第一牽引部材6及び第二牽引部材7には、所定の初期張力が付与される。本実施形態では、挿入部2と駆動部10とを着脱する作業において、第一押圧ラック33及び第二押圧ラック38はピニオン19から手作業によって着脱可能である。なお、第一押圧ラック33及び第二押圧ラック38はピニオン19から電動で着脱可能であってもよい。この場合、たとえば電動アクチュエータによって第一押圧ラック33及び第二押圧ラック38とピニオン19とを相対移動させる。
図7に示すように、本実施形態の術具1Aは、第一押圧ラック33が第一対向ラック31の近位端を押圧すると、第一押圧ラック33が第一対向ラック31を遠位側へと移動させる。さらに、第一対向ラック31は第一ギア32を回転させ、第一牽引部材6に固定された第一牽引ラック20を第一ギア32が近位側へと移動させる。これにより、本実施形態の術具1Aにおいて第一押圧ラック33が遠位側へ移動されると、第一牽引部材6は近位側へと牽引される。
次に、上記第2実施形態の変形例について説明する。図10及び図11は、本変形例の術具における駆動部の一部を示す模式図である。
本変形例では、動力源11が発する力量の第一牽引部材6及び第二牽引部材7への伝達状態を自動的に切り替える手段を備えている点で上記第2実施形態と異なっている。
図10及び図11に示すように、駆動部10は、図1に示す処置部3を首振り動作させるための力量を発生させる動力源11と、動力源11に接続された伝達部12と、伝達部12に接続された切替部15Bとを有する。
動力源11は、図1に示すマスターアーム500a、500bを用いた操作入力に基づいて生成される駆動信号を受けて、マスターアーム500a、500bに対する操作入力に対応した力量を発生させる。動力源11の構成は特に限定されない。本変形例では、たとえば、動力源11はサーボモータである。
ウォームホイール14の回転中心を間に挟んで互いに等しい距離だけ離れた位置にある各貫通孔14a,14bに各連結軸17a,17bが挿入されることは、設計上及び組立上好ましい。
本変形例の術具1は、図1に示すスレーブアームに固定され、駆動部10の動力源11が、マスターアームに対する操作入力に従って動作する。術具1において第一牽引部材6を牽引する場合には、移動部16のウォームホイール14を回転させる動力源11が動作する前に、移動部16の第二端部部材18bを移動させるアクチュエータが動作する。すなわち、まず、第二端部部材18bを移動させる図示しないアクチュエータが、第一押圧ラック33及び第二押圧ラック38の各々の歯にピニオン19の歯が噛み合う位置まで、ピニオン19をその回転中心方向に沿って移動させる。その後、移動部16のウォームホイール14を回転させる動力源11が動作することにより、第一押圧ラック33と第二押圧ラック38とが互いに逆方向へ直線移動する。
たとえば、上記変形例で示されたピニオンのテーパは、ピニオンと内歯車とが噛み合う場合においても、ピニオンと内歯車との連結をスムーズにするために設けられていてよい。また、ラックあるいは内歯車の各歯にたいしても、ピニオンに対する連結をスムーズにするためのテーパが設けられていてよい。
本構成例では、回転軸方向に所定間隔を有して配設されている第一,第二内歯車50,51に代えて、第一,第二プーリ151,152が設けられている。
電磁クラッチ114に通電することにより、進退部125が前記回転軸方向第二支持部63側に向かって進行する。
進退部125が第三支持部112から後退することにより、各押しバネ118,119,120の付勢力によって、各対向する支持部が離間する。各対向する支持部が離間することに伴い、動力伝達部111、第二プーリ152、第一プーリ151の各間が離間し、噛合い状態から非噛合い状態となる。これに伴い、動力源11からの力量が第一、第二牽引部材6、7へ伝達不能な状態となる。
まず、第三支持部112が例えば筐体に固定され、その第三支持部112に連結棒116a,116bが連結される。
動力伝達部111を、例えば動力源11に通電、非通電とすることで、前記回転軸方向に進退するようにする。なお、動力伝達部111の回転と進退とは例えば外部に設けられた制御部によって、切替え等適宜制御される。
動力伝達部111と動力源11との間に引張りバネを配設し、そのバネ力により非通電時に、動力伝達部111を第二プーリ152から後退するようになっており、回転軸方向に所定間隔を有するようになっている。このことから、押しバネ119は特に無くても良い。
動力源11に通電することにより、動力伝達部111を、前記引張りバネのバネ力に抗して前記回転軸方向第二プーリ152側(第二支持部63側)に向かって進行させる。
この機構による切替えの作用は、上記実施形態と同様なので、その説明は省略する。
2 挿入部
2a 遠位端部
3 処置部
4 把持鉗子
5 回動軸
6 第一牽引部材
7 第二牽引部材
8 管部
9 保持部
10 駆動部
11 動力源
12 伝達部
13 ウォームギア
14 ウォームホイール
14a,14b 貫通孔
15,15A,15B 切替部
16 移動部
17a,17b 連結軸
18 端部部材
18a 第一端部部材
18b 第二端部部材
18c 溝部
19 ピニオン(駆動体)
20 第一牽引ラック
21 第二牽引ラック
22 張力付与部
22A 張力付与部
25 アクチュエータ
26 U字状部材
27 モータ
30A 第一ラック部
31 第一対向ラック
32 第一ギア
33 第一押圧ラック
35A 第二ラック部
36 第二対向ラック
37 第二ギア
38 第二押圧ラック
39 連結ワイヤ
40b ばね部
41a プーリ
41b プーリ
42a ばね
42b 圧縮ばね
50 第一内歯車
50a 外周面
51 第二内歯車
51a 外周面
52 ギアケース
55 プーリ
56 プーリ保持部
57 ガイド
58 バネ
61 第一支持部
63 第二支持部
65 第一保持部材
66 第二保持部材
Claims (5)
- 処置対象に対して処置をするための処置部と、
前記処置部を動作させるための力量を発生させる動力源と、
前記処置部および前記動力源に接続された牽引部と、
前記動力源から前記牽引部への前記力量の伝達状態を、前記力量が伝達可能な状態と前記力量が伝達不能な状態とに切り替える切替部と、
前記力量が伝達不能な状態において、プーリを有し、該プーリに力を付与することで前記牽引部に所定の初期張力を付与する張力付与部と、
を有し、
前記牽引部は、前記処置部から前記動力源を介して、前記プーリに掛けられて、さらに前記動力源を介して、前記処置部に接続していることを特徴とする術具。 - 請求項1に記載の術具であって、前記牽引部は、前記プーリと滑り可能に掛けられている術具。
- 請求項1または請求項2に記載の術具であって、
前記切替部は、
前記動力源に接続された駆動体と、
前記牽引部に接続され前記駆動体と着脱可能で前記駆動体と係合することによって前記駆動体により移動される移動体と、
を有する術具。 - 請求項3に記載の術具であって、
前記駆動体は、前記動力源に接続されたピニオンであり、
前記移動体は、前記牽引部に摩擦係合可能な外周面と前記ピニオンに噛み合う歯を有する内周面とが形成され前記ピニオンに対して着脱可能な内歯車である術具。 - 請求項3に記載の術具であって、
前記駆動体は、前記動力源に接続されたピニオンであり、
前記移動体は、前記牽引部に連結されたラックであり、
前記切替部は、前記ピニオンを前記ラックに対して着脱するために前記ラックに対して前記ピニオンを移動させる移動部をさらに備える術具。
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