JP5985064B2 - 医療用マニピュレータ - Google Patents

Description

本発明は、医療用マニピュレータに関するものである。

従来、挿入部の先端面に設けられた対物レンズの前方に鉗子アーム等の処置具が突出した状態で取り付けられている内視鏡装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この内視鏡装置によれば、対物レンズによって鉗子アームを含む被写体の画像を取得し、画像中において鉗子アームおよび被写体を同時に観察しながら処置を行うようになっている。

特許第４１４８７６３号公報

しかしながら、特許文献１の内視鏡装置は、内視鏡挿入部の先端面に設けられた対物レンズのさらに前方に鉗子アームが配置されているため、挿入部の体内への挿入の際に、鉗子アームが対物レンズの死角を形成してしまい、挿入が困難となるという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、アームによる死角をなくして挿入性を向上することができる医療用マニピュレータを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、体内に挿入される長尺の本体と、該本体の先端面から前方に突出状態に設けられたアームと、前記本体の先端面に配置され、前方からの光を集光する対物光学系を備える観察部とを備え、前記対物光学系が、前記アームの先端位置またはそれよりも前方位置と、アームの先端よりも後方位置とに配置されるように、前記アームおよび前記観察部が相対的に移動可能に設けられている医療用マニピュレータを提供する。

本態様によれば、長尺の本体の先端面から前方に突出しているアームを備えた本体を体内に挿入する際に、アームまたは観察部の少なくとも一方を移動させて、アームの先端位置またはそれよりも前方位置に観察部の対物光学系を配置することにより、アームによる死角の形成を防止して、体内への挿入性を向上することができる。また、アームによる体内の組織の把持を行う場合には、アームの先端よりも後方位置に観察部の対物光学系を配置することにより、観察部によりアームを見て、より確実に把持を行うことができる。

上記態様においては、前記観察部が前後方向に進退可能に設けられていてもよい。
このようにすることで、観察部をアームに対して前進させてアームの先端位置またはそれよりも前方位置に対物光学系を配置することにより、アームによる死角の形成を防止して、体内への挿入性を向上することができる。観察部はアームよりも簡易な形状、例えば、円柱状に構成でき、進退させる場合に本体の先端部形状を複雑にせずに済むという利点がある。

また、上記態様においては、前記アームが、前後方向に進退可能に設けられていてもよい。
このようにすることで、アームを観察部に対して後退させてアームの先端位置またはそれよりも前方位置に対物光学系を配置することにより、アームによる死角の形成を防止して、体内への挿入性を向上することができる。

また、上記態様においては、前記本体、前記アームおよび前記観察部にそれぞれ湾曲部が設けられ、該湾曲部の湾曲状態を制御する制御部を備えていてもよい。
このようにすることで、制御部の作動により、本体、アームおよび観察部の各湾曲部の湾曲状態を制御し、各部の曲率を揃えることで挿入性を向上することができる。

また、上記態様においては、前記制御部が、前記アームおよび前記観察部の両湾曲部を略同等の曲率で同一方向に連動して湾曲するように制御する第１の制御モードを有していてもよい。
このようにすることで、制御部が第１の制御モードに設定されると、アームあるいは観察部のいずれか一方の湾曲部の曲率を変更すると他方の湾曲部の曲率も同じ曲率で同一方向に連動して湾曲するように制御されるので、アームと観察部を別個に操作せずに済み、操作が簡単になるとともに、曲率が揃えられて挿入性を向上することができる。

また、上記態様においては、前記制御部が、前記アーム、前記観察部および前記本体の全ての湾曲部を略同等の曲率で同一方向に連動して湾曲するように制御する第２の制御モードを有していてもよい。
このようにすることで、制御部が第２の制御モードに設定されると、アーム、観察部あるいは本体のいずれかの湾曲部の曲率を変更すると他の湾曲部の曲率も同じ曲率で同一方向に連動して湾曲するように制御されるので、アーム、観察部および本体を別個に操作せずに済み、操作が簡単になるとともに、曲率が揃えられて挿入性を向上することができる。

また、上記態様においては、前記制御部が、前記本体の湾曲部を、前記アームおよび前記観察部の両湾曲部とは逆方向に連動して湾曲するように制御する第３の制御モードを有していてもよい。
このようにすることで、アームおよび観察部の両湾曲部と、その基端側に隣接する本体の湾曲部とを全体としてＳ字状にくねらせることができ、Ｓ字状に曲がりくねった体腔等にスムーズに挿入していくことができる。

本発明によれば、アームによる死角をなくして挿入性を向上することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータを備えた手術マニピュレータシステムを示す全体構成図である。 図１の医療用マニピュレータの先端の一部を示す斜視図である。 図２の医療用マニピュレータの先端に設けられた観察部を、図２の状態から前進させた状態を示す斜視図である。 図１の手術マニピュレータシステムを示すブロック図である。 図１の医療用マニピュレータの動作モードを説明する図である。 図５の動作モードにおける挿入モードを説明する図である。 図６の挿入モードにおける非連動モードで作動させられた医療用マニピュレータの一例を示す図である。 図６の挿入モードにおける観察部／アーム連動モードで作動させられた医療用マニピュレータの一例を示す図である。 図６の挿入モードにおける観察部／アーム／本体連動モードで作動させられた医療用マニピュレータの一例を示す図である。 ２本のアームを有する医療用マニピュレータの変形例を示す斜視図である。

本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータ１について、図面を参照して以下に説明する。
図１は、本実施形態に係る医療用マニピュレータ１を備えた手術マニピュレータシステム１００を概略的に示す全体構成図である。手術マニピュレータシステム１００は、図１に示されるように、患者Ｘを寝かせるベッド４０の周囲に配置される本実施形態に係る医療用マニピュレータ１と、該医療用マニピュレータ１に接続される制御装置６０と、制御装置６０に対し医療用マニピュレータ１の操作信号を入力する操作装置８０とを備えている。

医療用マニピュレータ１は、図１に示されるように、ベッド４０の周囲において駆動されるスレーブアーム２と、該スレーブアーム２に取り付けられてハンドリングされ、先端が、患者Ｘの体腔、例えば、図１に示す例では、口腔に挿入される挿入部３とを備えている。
図２および図３は、本実施形態に係る医療用マニピュレータ１の挿入部３の先端を部分的に示している。

挿入部３は、図２に示されるように、先端面４ａ近傍に湾曲部４ｂを有する長尺の本体４と、該本体４の先端面４ａから前方に突出状態に配置されるアーム５と、本体４の先端面４ａから突出させられる観察部６とを備えている。尚、アーム５と観察部６の配置としては、例えば、挿入部３内に設けられたチャネルに挿通され、挿入部３の基端側で、スレーブアーム２に設けられた保持部を介して位置決めされる。

アーム５および観察部６も、それぞれ湾曲部５ａ，６ａを有している。各湾曲部４ｂ，５ａ，６ａは、本体４、アーム５および観察部６の所定長さの範囲にわたって、長手軸に交差する２方向に湾曲させ曲率を変化させることができるようになっている。
アーム５はその長手方向の全長にわたって貫通する内孔５ｂを有し、本体４の基端側から内孔５ｂ内に挿入された処置具７をアーム５の先端５ｃから出没させることができるようになっている。処置具７は、アーム５の湾曲部５ａが湾曲させられるとこれに倣って湾曲し、先端に配置された鉗子等の操作部７ａの位置を微調整することができるようになっている。

観察部６は、先端に被観察部からの光を集光する対物光学系６ｂを有している。また、観察部６は、矢印Ａに示されるように、本体４の先端面４ａに対して前後方向に進退可能に設けられている。進退機構としては、例えば、スレーブアーム２の保持部に設けられた電動の直動機構を挙げることができる。

そして、これにより、観察部６は、本体４の先端面４ａに対して前進させられたときに、図３に示されるように、アーム５の先端５ｃから突出している処置具７の先端位置またはこれよりも前方に対物光学系６ｂを配置し、後退させられたときには、図２に示されるように、処置具７の先端位置よりも後方に対物光学系６ｂを配置することができるようになっている。

本体４、アーム５、観察部６および処置具７は、図４に示されるように、それぞれ本体駆動部８、アーム駆動部９、観察部駆動部１０および処置具駆動部１１によって独立に駆動されるようになっている。図４は、スレーブアーム２を省略して示している。

操作装置８０は、術者Ｙが操作するマスターアーム８１およびフットスイッチ８２等の入力部と、医療用マニピュレータ１によって取得された映像を処理する画像コントローラ８３と、処理された映像を表示する表示部８４とを備えている。

制御装置６０は、マスタ制御部６１とマニピュレータ制御部６２とを備えている。マスタ制御部６１は、入力部であるフットスイッチ８２に接続されたモード管理部６３と、マスターアーム８１およびモード管理部６３に接続された演算部６４とを備えている。フットスイッチ８２からの動作モードに関する操作入力はモード管理部６３に送られ、選択された動作モードを示す信号がモード管理部６３から演算部６４に送られるようになっている。

演算部６４は、マスターアーム８１からの操作入力と、モード管理部６３から送られてきた動作モードを示す信号とに基づいて、医療用マニピュレータ１各部を動作させる信号を生成してマニピュレータ制御部６２に送るようになっている。
マニピュレータ制御部６２は、本体駆動部８、アーム駆動部９、観察部駆動部１０および処置具駆動部１１に接続され、各駆動部８〜１１に設けられた図示しないエンコーダ等の検出器からの信号がフィードバックされて各部の動作を制御するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る医療用マニピュレータ１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る医療用マニピュレータ１を体腔内に挿入していくには、術者Ｙは本体４の先端面４ａから観察部６を十分に突出させ、図３に示されるように、観察部６の先端に配置されている対物光学系６ｂをアーム５の先端５ｃから突出している処置具７の先端位置またはそれよりも前方に配置する。

これにより、観察部６による視野範囲内にアーム５および処置部７が配置されず、表示部８４に表示される映像において、被観察部位の一部がアーム５や処置具７の死角となることが防止される。その結果、術者Ｙは表示部８４上において、被観察部位に存在する障害物や被観察部位に対する医療用マニピュレータ１の進行方向を明確に確認することができ、挿入性を向上することができるという利点がある。

また、医療用マニピュレータ１の体腔内への挿入途中において、処置具７、例えば、鉗子によって体腔内壁を把持する必要が生じた場合には、術者Ｙは本体４の先端面４ａに対して観察部６を後退させ、図２に示されるように、先端の対物光学系６ｂを処置具７よりも後方に後退させた位置に配置する。これにより、観察部６による視野範囲内に処置具７が配置され、処置具７と体腔内壁との相対位置関係や処置具７の状態を表示部８４上で確認しながら正確に操作して体腔内壁を確実に把持することができる。体腔内壁を把持した後には、観察部６を再度前進させて、対物光学系６ｂをアーム５および処置具７よりも前方に配置することにより、死角のない視野範囲を確保して、挿入を容易に行うことができる。

次に、本実施形態に係る医療用マニピュレータ１の動作モードについて、以下に説明する。図５に示されるように、医療用マニピュレータ１は、待機モードＭ１、挿入モードＭ２、処置モードＭ３および抜去モードＭ４の４つの動作モードを有している。４つの動作モードは、いずれかの動作モードから他の３つの動作モードにも他の動作モードを経由しないで直接遷移することができるようになっている。

待機モードＭ１は、医療用マニピュレータ１の挿入部３が患者Ｘの体外に配置されて待機している状態における動作モードである。
処置モードＭ３は、医療用マニピュレータ１の挿入部３先端の処置具７が患者Ｘの患部に到着して患部に処置を施す際の動作モードである。
抜去モードＭ４は、患者Ｘの体内から医療用マニピュレータ１の挿入部３を抜き出す際の動作モードである。

挿入モードＭ２は、患者Ｘの体内に医療用マニピュレータ１の挿入部３を挿入する際の動作モードである。挿入モードには、さらに、図６に示されるように、非連動モードＭ２１、観察部／アーム連動モードＭ２２および観察部／アーム／本体連動モードＭ２３の３つの動作モードがある。挿入モードＭ２の３つの動作モードも、いずれかの動作モードから他の２つの動作モードにも他の動作モードを経由しないで直接遷移することができるようになっている。

非連動モードＭ２１は、図７に示されるように、本体４、観察部６およびアーム５をマスターアーム８１によって独立して操作することができる。この場合、例えば、右のマスターアーム８１で観察部６を操作し、左のマスターアーム８１でアーム５および本体４を切り替えながら操作すればよい。このようにすることで、観察部６で体腔内の状態を観察し、アーム５先端の処置具７で体腔内壁を掻き分けつつ挿入部３を挿入していくことができる。

観察部／アーム連動モードＭ２２は、図８に示されるように、観察部６とアーム５とが連動し、これらが本体４とは独立に作動させられる動作モードである。この場合、マスターアーム８１において観察部６を操作すると、アーム５が観察部６と同じ方向に同じか、若しくはほぼ同一の曲率で湾曲し、観察部６に沿うように追従して作動させられる。例えば、右のマスターアーム８１で観察部６を操作し、左のマスターアーム８１で本体４を操作すればよい。

この動作モードＭ２２では、観察部６がアーム５と連動して一体的に動作させられるので、観察部６とアーム５とを一体的な内視鏡の挿入部のように操作することができる。すなわち、観察部６およびアーム５が一本の挿入部のように動作するので、体内における挿入性を向上することができるとともに、これらを別々に操作して同様の動作をさせる場合と比較して、操作を簡易化することができるという利点がある。また、観察部６およびアーム５とは独立して本体４を湾曲させることできて、全体として挿入部３の先端をＳ字状にくねらせることができる。その結果、より複雑な形状の体腔に挿入する場合にも適用することができる。

また、観察部／アーム／本体連動モードＭ２３は、図９に示されるように、観察部６とアーム５と本体４とが連動させられる動作モードである。この場合、マスターアーム８１において観察部６を操作すると、アーム５および本体４が観察部６と同じ方向に同じか、若しくはほぼ同一の曲率で湾曲し、アーム５が観察部６に沿い、本体４が観察部６の基端側を延長するような形態で追従して作動させられる。例えば、右のマスターアーム８１で観察部６を操作するだけで、観察部６、アーム５および本体４の全てを操作することができる。

この動作モードＭ２３では、観察部６、アーム５および本体４があたかも一体的な挿入部３のように動作するので、１本の内視鏡の挿入部を操作するように、極めて簡易に操作でき、かつ、高い挿入性を達成することができる。また、観察部６の先端から本体４の基端までの長い範囲にわたって比較的硬い（コシのある）部分が挿入部３の先端に配置されるので、体内の奥部に配される位置において大きな曲率で湾曲している体腔（例えば、肝湾曲部）等においても挿入力を伝えやすく、挿入性を向上することができる。

なお、本実施形態に係る医療用マニピュレータ１においては、アーム５が本体４の先端面４ａに突出状態に固定され、観察部６が前後方向に進退することで、対物光学系６ｂをアーム５の処置具７の先端位置またはそれよりも前方に配置可能としたが、これに代えて、観察部６を本体４の先端面４ａに突出状態に固定し、アーム５を前後方向に進退させることで、対物光学系６ｂをアーム５の処置具７の先端位置またはそれよりも前方に配置可能としてもよい。
また、観察部６およびアーム５の両方を前後方向に進退させて、対物光学系６ｂをアーム５の処置具７の先端位置またはそれよりも前方に配置可能としてもよい。

また、上記観察部／アーム連動モードＭ２２では、本体４を独立に作動させることとしたが、これに代えて、本体４は作動させずに駆動部を有しない場合と同様の自由状態としてもよい。すなわち、観察部６およびアーム５のみを湾曲駆動させ、その基端側に隣接する本体４の湾曲部４ｂは湾曲駆動させないことにしてもよい。このようにすることで、体腔の鋭角な湾曲部位に挿入する場合にコシのある部分を短くして挿入性を向上することができる。

また、本実施形態においては、本体４の先端面４ａから前方に１本のアーム５を突出状態に配置した場合を例示したが、これに代えて、図１０に示されるように、アーム５Ａ，５Ｂを２本あるいはそれ以上備えた場合に適用してもよい。
この場合に、観察部６の対物光学系６ｂを全てのアーム５Ａ，５Ｂの処置具７Ａ，７Ｂ先端位置またはそれよりも前方に配置することで、アーム５Ａ，５Ｂによる死角の発生を防止して挿入性を向上することができる。

また、観察部／アーム連動モードＭ２２では、全てのアーム５Ａ，５Ｂを観察部６に連動させることで、挿入性を向上することができる。また、観察部／アーム／本体連動モードＭ２３においても、全てのアーム５Ａ，５Ｂ、観察部６および本体４を連動させることで挿入性を向上することができる。

また、上記実施形態においては、観察部／アーム／本体連動モードＭ２３が、観察部６、アーム５および本体４を同一か、若しくはほぼ同一の曲率で同一方向に連動して湾曲させることとしたが、これに代えて、観察部６およびアーム５と本体４とを逆方向に湾曲させて全体としてＳ字状に連動して作動させることにしてもよい。

１ 医療用マニピュレータ
４ 本体
４ａ 先端面
４ｂ，５ａ，６ａ 湾曲部
５，５Ａ，５Ｂ アーム
６ 観察部
６ｂ 対物光学系
６２ マニピュレータ制御部（制御部）
Ｍ２２ 観察部／アーム連動モード（第１の制御モード）
Ｍ２３ 観察部／アーム／本体連動モード（第２の制御モード、第３の制御モード）

Claims (7)

1. 体内に挿入される長尺の本体と、
   該本体の先端面から前方に突出状態に設けられたアームと、
   前記本体の先端面に配置され、前方からの光を集光する対物光学系を備える観察部とを備え、
   前記対物光学系が、前記アームの先端位置またはそれよりも前方位置と、アームの先端よりも後方位置とに配置されるように、前記アームおよび前記観察部が相対的に移動可能に設けられている医療用マニピュレータ。
2. 前記観察部が前後方向に進退可能に設けられている請求項１に記載の医療用マニピュレータ。
3. 前記アームが、前後方向に進退可能に設けられている請求項１または請求項２に記載の医療用マニピュレータ。
4. 前記本体、前記アームおよび前記観察部にそれぞれ湾曲部が設けられ、
   該湾曲部の湾曲状態を制御する制御部を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の医療用マニピュレータ。
5. 前記制御部が、前記アームおよび前記観察部の両湾曲部を略同等の曲率で同一方向に連動して湾曲するように制御する第１の制御モードを実行する請求項４に記載の医療用マニピュレータ。
6. 前記制御部が、前記アーム、前記観察部および前記本体の全ての湾曲部を略同等の曲率で同一方向に連動して湾曲するように制御する第２の制御モードを実行する請求項４または請求項５に記載の医療用マニピュレータ。
7. 前記制御部が、前記本体の湾曲部を、前記アームおよび前記観察部の両湾曲部とは逆方向に連動して湾曲するように制御する第３の制御モードを実行する請求項５に記載の医療用マニピュレータ。

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