JP6238844B2 - 手術用マニピュレータ操作装置および手術用マニピュレータシステム - Google Patents

Description

本発明は、手術用マニピュレータ操作装置および手術用マニピュレータシステムに関するものである。

従来、内視鏡のチャネルを介して体内に導入された細長いシャフトの先端に２関節を有する電動の手術用マニピュレータをジョイスティックからなる操作装置によって操作する、マスタスレーブ方式の手術用マニピュレータシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−１０１０７７号公報

しかしながら、シャフトの先端の２関節が、挿入部の長手軸回りの回転関節と、その先端側に配置され長手軸に交差する軸線回りに屈曲させる屈曲関節とを備える場合には、回転関節が作動して回転が発生すると、先端側の屈曲関節も一緒に回転するために、該屈曲関節の屈曲方向が変化してしまい、ジョイスティックからなる操作装置の操作方向と内視鏡画像上の手術用マニピュレータの先端の移動方向との間にズレが生ずるため、操作者が混乱す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、先端に少なくとも２関節を有する手術用マニピュレータを操作者が混乱することなく直感的に操作できる手術用マニピュレータ操作装置および手術用マニピュレータシステムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、細長いシャフトの先端に、該シャフトの長手軸回りに回転可能な回転関節と、該回転関節の先端側に前記長手軸に交差する軸線回りに屈曲可能な屈曲関節とを備える手術用マニピュレータを操作する装置であって、操作者により把持される把持部と、該把持部に回転可能に取り付けられ前記把持部を把持した手の指で操作可能な回転部材を備え、前記把持部に対する前記回転部材の回転角度に応じた前記回転関節の回転指令を入力する回転入力部と、前記回転部材に前記把持部を把持した手の指で操作可能に固定された周方向の操作位置に対応する方向への前記屈曲関節の屈曲指令を入力する屈曲入力部とを備える手術用マニピュレータ操作装置を提供する。

本態様によれば、操作者が把持部を把持して把持部に対して回転部材を回転させると、その回転角度に応じた回転角度だけシャフトの先端に備えられている回転関節が回転する。屈曲関節は回転関節の先端側に配置されているので、回転関節が回転させられると、屈曲関節も一緒に回転する。その結果、屈曲関節の屈曲方向が回転関節の回転に伴って変化する。これに対して、屈曲関節に屈曲指令を入力するための操作位置が回転部材に固定されているので、回転関節を回転させるために回転部材を回転させると、屈曲関節に屈曲指令を入力するための操作位置も回転部材の回転に伴って回転する。

例えば、シャフトの長手軸が水平に配置された状態で、屈曲関節の屈曲方向が上下方向であり、回転部材に固定された屈曲関節のための操作位置が上下に配置されている場合に、回転部材を時計回りに４５°回転させると回転関節が時計回りに４５°回転させられる結果、屈曲関節の屈曲方向が右斜め４５°方向に変化するが、回転部材上の操作位置も右斜め４５°方向に回転するので、操作者は操作位置と屈曲方向との対応付けを直感的に理解することができ、混乱することなく屈曲関節を屈曲させるための適正な屈曲指令を入力することができる。

上記態様においては、前記屈曲入力部が、前記回転部材に取り付けられ、該回転部材の回転と共に回転させられるスイッチであってもよい。
操作装置の回転部材を回転させてマニピュレータの回転関節を回転操作すると、マニピュレータの回転関節よりも先端側にある屈曲関節の屈曲方向も回転する。しかし、操作装置の回転部材に取り付けられた屈曲指令を入力するためのスイッチも回転部材と共に回転させられるので、操作の初めにマニピュレータの屈曲関節の屈曲方向と操作装置の屈曲指令を入力するスイッチの方向を合わせておけば、その後は回転関節を操作しても屈曲方向とスイッチの方向は一致する。そのため、操作者はスイッチを操作するだけでその周方向位置に対応する方向に屈曲関節を屈曲操作することができる。すなわち、操作者はスイッチの位置と屈曲方向との対応付けを直感的に理解することができ、混乱することなく屈曲関節を屈曲させるための適正な屈曲指令を入力することができる。

また、上記態様においては、前記手術用マニピュレータが２つの屈曲関節を備え、異なる屈曲関節の屈曲指令を入力する前記屈曲入力部が、前記回転部材の異なる周方向位置に配置されていてもよい。

また、上記態様においては、前記屈曲入力部が、前記把持部に固定され、前記回転部材の周方向に複数配列され前記回転部材に対して屈曲指令が入力された周方向位置を検出するセンサと、前記回転部材の回転角度および前記屈曲指令を検出した前記センサの位置に応じて屈曲指令信号を生成する信号生成部とを備えていてもよい。

このようにすることで、操作者が、屈曲関節に屈曲指令を入力するために、回転部材上の周方向のいずれかの位置を操作すると、その周方向位置がセンサにより検出される。屈曲関節を特定の方向に屈曲させるための操作位置は回転部材上に固定されているが、センサは把持部に固定されているので、周方向位置を検出したセンサが同じでも、回転部材の回転角度が異なる場合には、屈曲関節を異なる方向に屈曲させるための屈曲指令となる。

したがって、信号生成部が、回転部材の回転角度と屈曲指令を検出したセンサの位置とから屈曲指令信号を生成することにより、回転部材の回転角度に応じて屈曲指令を入力するための操作位置を回転させることができ、回転関節が回転しても、操作者が混乱することなく屈曲関節を屈曲させるための適正な屈曲指令を入力することができる。また、回転部材にセンサを設けないので、可動配線が不要となり、装置を簡易に構成することができる。

また、上記態様においては、前記回転部材が前記把持部に対して着脱可能に設けられ、該回転部材を回転可能に支持する貫通孔を備えるとともに、前記把持部全体を被覆するドレープを備えていてもよい。
このようにすることで、ドレープによって把持部全体を被覆した状態で、ドレープの貫通孔に回転可能に支持された回転部材を把持部に取り付けることにより、把持部が汚れることをドレープによって防止しつつ、ドレープを損傷することなく回転部材の回転を把持部側に伝達することができる。これにより、ドレープと回転部材とをディスポーザブルに構成し、把持部側を再利用することができる。

また、上記態様においては、前記回転部材の表面に、該回転部材の特定の周方向位置を触覚により識別可能な指標が設けられていてもよい。
このようにすることで、操作者は、回転部材の表面に設けられた指標を指で触れることにより、回転部材の状態を認識することができ、回転部材を目視することなく、手の触覚だけで、回転関節および屈曲関節に対する適正な動作指令を入力することができる。

また、上記態様においては、前記把持部が、前記回転部材を前記シャフトの基端側に向けて前記シャフトに取り付けられていてもよい。
このようにすることで、回転入力部および屈曲入力部を、内視鏡画像に表示されている回転関節の角度および屈曲関節の屈曲方向に揃えて配置することができる。

また、上記態様においては、前記把持部が、前記回転部材を前記シャフトの先端側に向けて前記シャフトに取り付けられていてもよい。
このようにすることで、回転入力部および屈曲入力部を、内視鏡画像に表示されている回転関節および屈曲関節の順序まで揃えて配置することができる。これにより、あたかも手術用マニピュレータの回転関節および屈曲関節を直接把持して操作しているかのような操作感を提供することができる。

また、上記態様においては、前記手術用マニピュレータが、シャフトを長手軸方向に駆動する移動機構を備え、前記把持部の前後方向への移動量によって前記移動機構への移動指令を入力する移動入力部を備えていてもよい。
このようにすることで、移動入力部によって把持部を前後方向に移動させて移動指令を入力することにより、移動指令に対応した距離だけ移動機構によってシャフトを長手軸方向に駆動することができる。

また、本発明の他の態様は、上記いずれかの手術用マニピュレータ操作装置を備える手術用マニピュレータシステムを提供する。

本発明によれば、先端に少なくとも２関節を有する手術用マニピュレータを操作者が混乱することなく直感的に操作できるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る手術用マニピュレータシステムを示す全体構成図である。 図１の手術用マニピュレータシステムに用いられる手術用マニピュレータの概略構成を示す斜視図である。 本実施形態に係る手術用マニピュレータ操作装置を示す斜視図である。 図１の手術用マニピュレータシステムに備えられるマニピュレータ操作部を説明する斜視図である。 図４のマニピュレータ操作部に備えられる手動操作部を示す斜視図である。 図２の手術用マニピュレータの回転関節によりエンドエフェクタの揺動方向が回転した状態を示す斜視図である。 図６の動作を行わせるための図３の手術用マニピュレータ操作装置の操作を説明する斜視図である。 図３の手術用マニピュレータ操作装置の第１の変形例を示す斜視図である。 図３の手術用マニピュレータ操作装置の第２の変形例を示す斜視図である。 手術用マニピュレータの他の軸構成を示す（ａ）概略図、（ｂ）斜視図である。 図１０の手術用マニピュレータを操作するための図３の手術用マニピュレータ操作装置の第３の変形例を示す斜視図である。 図１０の手術用マニピュレータを操作するための図３の手術用マニピュレータ操作装置の第４の変形例を示す斜視図である。 図１０の手術用マニピュレータを操作するための図３の手術用マニピュレータ操作装置の第５の変形例を示す斜視図である。 図３の手術用マニピュレータ操作装置の第６の変形例を示す斜視図である。 図１４の手術用マニピュレータ操作装置の操作を説明する模式図である。 図１４の手術用マニピュレータ操作装置の操作を説明する他の模式図である。 図３の手術用マニピュレータ操作装置の第７の変形例であって、（ａ）再利用部分、（ｂ）ドレープをそれぞれ示す斜視図である。 図１７のドレープに取り付けられたダイヤルを示す縦断面図である。 図１７のドレープによって被覆した状態の手術用マニピュレータ操作装置を示す斜視図である。 図３の手術用マニピュレータ操作装置の第８の変形例を示す斜視図である。 ダイヤルを他の用途に利用する一例を示す図である。 図２１に対応するメニュー画面の一例を示す図である。 ダイヤルの回転角度範囲の両端を検出するリミットセンサを説明する図である。 図２３のリミットセンサを用いた角度補正の方法を示すフローチャートである。 ダイヤルの回しすぎを防止する構造の一例を示す図である。 ダイヤルの回転角度を精度よく検出する構造の一例を示す図である。 ダイヤルの回しやすさを向上するための構造の一例を示す図である。 図３の手術用マニピュレータ操作装置の第９の変形例を示す斜視図である。 図１の手術用マニピュレータシステムの変形例を示す全体構成図である。 図１の手術用マニピュレータシステムの他の変形例を示す全体構成図である。

本発明の一実施形態に係る手術用マニピュレータシステム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る手術用マニピュレータシステム１は、図１に示されるように、軟性内視鏡２の挿入部３の先端部にベルト状の固縛具３ｂにより固定されて作動させられるマニピュレータ４と、該マニピュレータ４を操作するためのマニピュレータ操作部５と、該マニピュレータ操作部５により入力された操作指令に基づいてマニピュレータ４を制御する制御部６と、軟性内視鏡２により取得された画像を表示するモニタ７とを備えている。

マニピュレータ４は、挿入部３の先端面３ａから前方に、軟性内視鏡２の視野範囲内に突出状態に配置される２つの多関節処置具８と、各多関節処置具８全体を移動させるための移動機構１０と、電動により各多関節処置具８を動作させるための多関節処置具駆動機構１１とを備えている。多関節処置具８は電動で操作される回転関節８ａと、該回転関節８ａよりも先端側に配置される屈曲関節８ｂとを有し、先端に把持鉗子やエネルギ鉗子等のエンドエフェクタ１２を備えている。

移動機構１０は、各多関節処置具８を所定の方向に揺動させる湾曲アーム（図示略）を備えている。また、移動機構１０は、湾曲アームに対して多関節処置具８を進退する方向に移動可能に支持している。

これにより、移動機構１０は、湾曲アームを所定の方向に揺動させることで、多関節処置具８全体の方向を変更することができ、湾曲アームに対して多関節処置具８を進退する方向に移動させることにより多関節処置具８全体を前後進させて、先端のエンドエフェクタ１２を軟性内視鏡２の視野範囲内において前進または後退させることができるようになっている。

移動機構１０の湾曲アームの基端側には、細長く柔軟なガイドチューブ１３が接続されている。ガイドチューブ１３は、図示しない複数本のワイヤを全長にわたって貫通させている。ワイヤの先端は湾曲アームに接続され、張力によって湾曲アームを揺動させるようになっている。ワイヤの基端は、ガイドチューブ１３の基端側に配置された後述するマニピュレータ操作部５に接続されている。

多関節処置具８の基端側には、細長く柔軟な軟性部（シャフト）１４がそれぞれ接続されている。各軟性部１４は、各多関節処置具８の関節８ａ，８ｂを駆動するための図示しない複数本のワイヤを全長にわたって貫通させている。ワイヤの先端は各関節８ａ，８ｂに接続され、張力によって各関節８ａ，８ｂを独立して駆動することができるようになっている。

ここで、本実施形態の説明に当たり、多関節処置具８の概略構造を図２に例示して説明する。多関節処置具８の回転関節８ａは、軟性部１４の長手軸回りに回転可能に設けられている。また、多関節処置具８の屈曲関節８ｂは、回転関節８ａの先端側に取り付けられ軟性部１４の長手軸に直交する軸線回りにエンドエフェクタ１２を揺動させるようになっている。

また、軟性部１４は、その基端側において、モータユニット１５に接続されている。モータユニット１５は、軟性部１４内部を貫通している各ワイヤに個別に張力を付与する複数のモータ（図示略）を備え、制御部６からの指令によって駆動されるようになっている。モータユニット１５は、図１に示されるように、操作台１６の側面に、医師（操作者）毎に最適な位置に配置できるように位置調節可能に、軟性部１４との接続部を鉛直上方に向けて、水平軸線回りに揺動可能に吊り下げられている。

ガイドチューブ１３には、長手方向全長にわたって貫通する図示しないチャネルが設けられ、該チャネル内には軟性部１４が、長手方向に移動可能に挿入されている。湾曲アームに対する多関節処置具８の進退動作は、ガイドチューブ１３の基端側において、軟性部１４自体を手動で長手方向に移動させることにより実施されるようになっている。

マニピュレータ操作部５は、図１および図４に示されるように、操作者が両手で操作するために、左右一対の操作装置５ａを備えている。例えば、左側の操作装置５ａは左側の多関節処置具８を操作するためのものであり、右側の操作装置５ａは右側の多関節処置具８を操作するためのものである。

各操作装置５ａは、手動操作部１７と電動操作部（手術用マニピュレータ操作装置）１８とを備えている。
手動操作部１７は、図４および図５に示されるように、操作台１６に、医師毎に最適な位置に配置できるように位置調節可能あるいは着脱可能に固定された２つのベース部１７ａと、該ベース部１７ａに対して上下方向に延びる軸線回りに揺動可能に支持された円筒状の揺動部１７ｂと、該揺動部１７ｂ内に配置され長手方向に移動可能に支持された円筒状の可動部１７ｃとを備えている。

可動部１７ｃは、揺動部１７ｂに対して長手方向の相対移動のみ許容され、径方向の相対移動は拘束されている。これにより、可動部１７ｃに対して、揺動部１７ｂの揺動方向に一致する径方向に力を加えると、可動部１７ｃは揺動部１７ｂとともに揺動させられるようになっている。
軟性部１４は、可動部１７ｃ、揺動部１７ｂおよびベース部１７ａを貫通して延びており、可動部１７ｃに着脱可能に固定されている。

本実施形態に係る電動操作部１８は、図３および図４に示されるように、操作者により把持される把持部１８ａと、該把持部１８ａを把持した手（例えば、右手）の人差し指で操作される第１の操作入力部１８ｂと、同じく把持した手の親指で操作される第２の操作入力部１８ｃと、電動操作部１８を手動操作部１７の可動部１７ｃに着脱可能に固定するための着脱部１８ｄとを備えている。

第１の操作入力部１８ｂは、例えば、多関節処置具８の先端のエンドエフェクタ１２を作動させるための指令信号を入力するようになっている。また、第２の操作入力部１８ｃは、多関節処置具８の回転関節８ａを駆動してエンドエフェクタ１２を長手軸回りに回転させるダイヤル（回転部材）１８ｅと、該ダイヤル１８ｅ上に配置され、多関節処置具８の屈曲関節８ｂを揺動させる２つのスイッチ１８ｆ，１８ｇとを備えている。

ダイヤル１８ｅは、電動操作部１８を可動部１７ｃに固定したときに、可動部１７ｃの長手軸、すなわち、該可動部１７ｃを貫通する軟性部１４の長手軸に略平行に配置される軸線回りに回転可能な円板状に形成されている。また、ダイヤル１８ｅは電動操作部１８を可動部１７ｃに固定した状態で、軟性部１４の基端側に向かう方向に配置されるようになっている。すなわち、操作者が把持部１８ａを把持すると、把持した手の親指が配置される位置にダイヤル１８ｅが操作者側に向かって配置されるようになっている。

ダイヤル１８ｅの中央には直径方向に延びる突起（指標）１８ｈが設けられている。突起１８ｈは２つのスイッチ１８ｆ，１８ｇを分離するように間に配置されており、ダイヤル１８ｅを親指で操作する操作者は、親指の触覚によってダイヤル１８ｅにおける突起１８ｈの位置および方向を容易に認識することができるとともに、突起１８ｈによって分離された位置に配置されている２つのスイッチ１８ｆ，１８ｇの位置も親指の触覚によって容易に認識することができるようになっている。

また、2つのスイッチ１８ｆ，１８ｇは、突起１８ｈの両側に比較的広い範囲にわたって設けられている。これにより、スイッチ１８ｆ，１８ｇを操作する操作者の親指の位置がスイッチ１８ｆ，１８ｇの中心から多少ずれていても、スイッチ１８ｆ，１８ｇを正しく操作することができるようになっている。

また、着脱部１８ｄは、可動部１７ｃを貫通させて固定する取付孔１８ｉと、把持部１８ａの上端に設けられた凹部１８ｊに嵌合させて長手軸回りに９０°捻ることにより把持部１８ａを可動部１７ｃに着脱可能に固定する固定突起部１８ｋとを備えている。

そして、このようにして、可動部１７ｃを介して電動操作部１８を軟性部１４に固定することで、先端部が患者の身体内部に導入される軟性部１４に、操作者が触れる電動操作部１８が直接接触しないようにしつつ電動操作部１８によって手動操作部１７を操作することができ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電動操作部１８および手術用マニピュレータシステム１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る手術用マニピュレータシステム１を用いて患者の体内の患部の処置を行うには、まず、２つの多関節処置具８を先端面３ａから突出させた状態に固定した軟性内視鏡２の挿入部３を手動で体内に導入していき、軟性内視鏡２による撮影画像をモニタ７に表示して確認しながら軟性内視鏡２の視野範囲内に患部が配置されるように軟性内視鏡２の先端部の位置を調節する。

次いで、操作者は、モニタ７に表示されている患部周辺の内視鏡画像を見ながら、多関節処置具８の先端を患部に近接させていく。この場合には、まず、操作者は、２つの電動操作部１８の把持部１８ａを両手で把持して、操作入力部１８ｂ，１８ｃを操作することなく、電動操作部１８を移動させる。

すなわち、電動操作部１８を左右に移動させて、手動操作部１７のベース部１７ａに対して揺動部１７ｂを揺動させることにより、挿入部３の先端に固定されている移動機構１０の湾曲アームを対応する方向に揺動させて、多関節処置具８を全体的に左右に移動させる。また、電動操作部１８を前後に移動させて、手動操作部１７の揺動部１７ｂに対して可動部１７ｃを進退させることにより、多関節処置具８全体を進退させる。

これにより、多関節処置具８の先端が患部に対して大まかに位置合わせされるので、この状態で、操作者は電動操作部１８に備えられた第２の操作入力部１８ｃを操作して、各多関節処置具８の回転関節８ａおよび屈曲関節８ｂを電動で駆動して患部に対して精密に位置合わせし、第１の操作入力部１８ｂを操作してエンドエフェクタ１２を作動させる。これにより、患部を処置することができる。

この場合において、本実施形態に係る電動操作部１８によれば、例えば、図３に示されるように、把持部１８ａに取り付けられたダイヤル１８ｅが突起１８ｈを上下方向に配置する回転位置に配置されたときには、ダイヤル１８ｅ上の２つのスイッチ１８ｆ，１８ｇは、突起１８ｈの左右に配置される。したがって、いずれかのスイッチ１８ｆ，１８ｇを押すことで、図２に示されるように、屈曲関節８ｂによってエンドエフェクタ１２を左右方向に揺動させることができる。

操作を開始するときに、スイッチ１８ｆ，１８ｇの位置関係と内視鏡画面に見える多関節処置具８の屈曲関節８ｂの揺動方向を合わせる初期化を行うことが望ましい。初期状態では多関節処置具８と電動操作部１８のスイッチ１８ｆ，１８ｇとが同じ方向になるようにイニシャライズ動作が行われてもよい。また、操作前に電動操作部１８と多関節処置具８との連動（マスタスレーブ）が切断された状態で、操作者自身がダイヤル１８ｅを回して方向を一致させてからクラッチスイッチ（図示略）によりマスタスレーブを接続してもよい。操作中にスイッチ１８ｆ，１８ｇの方向と多関節処置具８の方向とがずれた場合にも、同様の方法で方向の一致を維持すればよい。

一方、図７に示されるように、ダイヤル１８ｅが回転させられると、図６に示されるように、回転関節８ａが回転させられる結果、回転関節８ａの先端側に配置されている屈曲関節８ｂの屈曲方向が斜め左右方向に変化する。この場合に、本実施形態によれば、２つのスイッチ１８ｆ，１８ｇがダイヤル１８ｅ上に備えられているので、図７に示されるように、ダイヤル１８ｅを回すと、スイッチ１８ｆ，１８ｇも回転してその配列方向も斜め左右方向に変化する。

すなわち、操作者にとっては、モニタ７上に表示されている内視鏡画像内の多関節処置具８における回転関節８ａの回転方向と把持している電動操作部１８のダイヤル１８ｅの回転方向とが一致し、かつ、屈曲関節８ｂによるエンドエフェクタ１２の揺動方向も、ダイヤル１８ｅ上のスイッチ１８ｇ，１８ｇの配列方向に一致している。したがって、操作者は、エンドエフェクタ１２を所望の方向に揺動させるためのダイヤル１８ｅおよびスイッチ１８ｆ，１８ｇの操作方向を直感的に理解することができ、回転関節８ａを作動させるためにダイヤル１８ｅを回しても、屈曲関節１８ｂを屈曲させるための適正な屈曲指令を混乱することなく入力することができるという利点がある。

また、本実施形態によれば、ダイヤル１８ｅ上に突起１８ｈを設けたので、操作者はダイヤル１８ｅ上の突起１８ｈの位置によってダイヤル１８ｅの回転角度を確認することができる。また、該突起１８ｈを挟んで両側にスイッチ１８ｆ，１８ｇを配置したので、操作者は突起１８ｈを基準としてスイッチ１８ｆ，１８ｇの位置を容易に確認することができる。

特に、突起１８ｈのように触覚によって確認できる指標によってダイヤル１８ｅの回転角度を確認できるようにしたので、突起１８ｈの方向を親指の触覚で確認するだけで、その両側のスイッチ１８ｆ，１８ｇの配列方向も確認することができ、モニタ７上から目を離すことなく、手探りでエンドエフェクタ１２を正しい方向に揺動させることができる。そのため、操作者は術野（操作するエンドエフェクタ１２および対象臓器）を常に視認した状態で操作でき、操作効率を向上して手術時間を短縮することができる。

術野から目を離さずに済むので、エンドエフェクタ１２が意図せずに臓器に近づくことも防止できる。また、スイッチ１８ｆ，１８ｇが比較的大きく形成されているので、操作者の親指がスイッチ１８ｆ，１８ｇの中心からずれていても、確実にスイッチ１８ｆ，１８ｇを操作することができる。突起１８ｈに代えて、溝のような凹部を採用しても同様の機能を果たすことができる。

なお、本実施形態においては、突起１８ｈを挟んで両側にスイッチ１８ｆ，１８ｇを設けることにしたが、これに代えて、図８に示されるように、突起１８ｈ上にスイッチ１８ｆ，１８ｇを配置してもよい。この場合には、突起１８ｈの延びる方向がスイッチ１８ｆ，１８ｇの配列方向に一致するので、エンドエフェクタ１２の揺動方向に突起１８ｈの延びる方向を一致させるようにダイヤル１８ｅを回転させればよい。

また、図９に示されるように、ダイヤル１８ｅに設けたスイッチ１９自体を突起として活用することにしてもよい。
また、多関節処置具８の軸構成としては、図１０（ａ），（ｂ）に示されるように、回転関節8ａの先端側に２以上の屈曲関節８ｂ，８ｃが直列に配列されていてもよい。図１０（ａ），（ｂ）に示す例では、相互に直交する方向に屈折する２つの屈曲関節８ｂ，８ｃが配列されている。

そして、この場合には、電動操作部１８のダイヤル１８ｅには図１１に示されるように、相互に直交する２方向の屈曲関節８ｂ，８ｃを個別に操作するための２組のスイッチ１８ｆ，１８ｇ：２０ａ，２０ｂが配列されていることにすればよい。図１１に示す例では、突起１８ｈを挟む両側に配置された１組のスイッチ１８ｆ，１８ｇと、突起１８ｈの延びる方向に配列された１組のスイッチ２０ａ，２０ｂとによって、相互に直交する屈曲方向の屈曲関節８ｂ，８ｃを個別に操作することができる。

また、図１２に示す例では、ダイヤル１８ｅ上に配置されるスイッチ２１自体を十字キーにより構成し、十字キーからなるスイッチ２１によって直交する２方向の屈曲指令を入力するようにしている。また、十字キーからなるスイッチ２１が、触覚によりダイヤル１８ｅの方向を確認可能な指標となっている。

また、図１３に示す例では、ダイヤル１８ｅ上に設けた十字上の溝２２ａに沿って２方向に揺動可能なジョイスティック方式のスイッチ２２ｂを設けている。これによっても、回転関節８ａを作動させるためにダイヤル１８ｅを回しても、２つの屈曲関節８ｂ，８ｃを個別に屈曲させるための適正な屈曲指令を混乱することなく入力することができる。

また、本実施形態においては、ダイヤル１８ｅ上にダイヤル１８ｅと共に回転するスイッチ１８ｆ，１８ｇを設けることとしたが、これに代えて、ダイヤル１８ｅ上にスイッチを設けることなく、同様の機能を達成することにしてもよい。図１４に示す例では、ダイヤル１８ｅ上には突起１８ｈのみが設けられている。

ダイヤル１８ｅはその外周近傍の周方向のいずれかの位置を選択して押すことができるように構成されており、ダイヤル１８ｅの裏側の把持部１８ａ側に、ダイヤル１８ｅの押された周方向位置（操作位置）を検出するセンサ２３ａ〜２３ｄを配置しておく。そして、ダイヤル１８ｅの回転角度とセンサ２３ａ〜２３ｄにより検出した操作位置とから屈曲関節８ｂ，８ｃへの屈曲指令を生成して出力する信号生成部（図示略）を備えていればよい。

さらに具体的に説明すると、図１５に示されるように、ダイヤル１８ｅの中央を中心として上下左右に４個のセンサ２３ａ〜２３ｄが配置されており、ダイヤル１８ｅの周方向の押された位置を検出するようになっている。図１５において最外周のＶ溝２４は、例えば、図１４のダイヤル１８ｅにおける突起１８ｈの上端位置を示しているものとする。

突起１８ｈが、図１４の位置を中心とした±４５°、合計９０°の範囲に配置されているときには、信号生成部は、図１５（ａ）、（ｂ）に示されるように、ダイヤル１８ｅの上側を押すと、エンドエフェクタ１２が上側（Ｕ）に揺動、ダイヤル１８ｅの下側を押すと下側（Ｄ）に揺動、ダイヤル１８ｅの左側を押すと左側（Ｌ）に揺動、ダイヤル１８ｅの右側を押すと右側（Ｒ）に揺動する屈曲指令を生成して出力するようになっている。

そして、ダイヤル１８ｅがさらに回されて突起１８ｈが上記９０°の範囲を超えたときには、図１５（ｃ）に示されるように、信号生成部により生成される屈曲指令が変化するようになっている。すなわち、最外周のＶ溝２４位置を押すとエンドエフェクタ１２が上側（Ｕ）に揺動する屈曲指令を生成して出力するようになっている。ダイヤル１８ｅがさらに回されて突起１８ｈが次の９０°の範囲を超えたときにも、図１５（ｄ）に示されるように、最外周のＶ溝２４位置を押すと、信号生成部は、エンドエフェクタ１２が上側（Ｕ）に揺動する屈曲指令を生成して出力するようになっている。

このようにしても、ダイヤル１８ｅの回転位置にかかわらず、Ｖ溝２４位置を押すと必ずエンドエフェクタ１２が上側（Ｕ）に揺動する屈曲指令を生成することができる。したがって、回転するダイヤル１８ｅ上にスイッチ１８ｆ，１８ｇを配置する必要がないので、センサ２３ａ〜２３ｄへの配線を容易化することができる。

また、図１５に示す例では、ダイヤル１８ｅの回転角度９０°毎に同じセンサ２３ａ〜２３ｄにより操作位置が検出された場合に生成される屈曲指令を切り替えることとしたが、これに代えて、同時に２つのセンサ２３ａ〜２３ｄによる検出を許容する場合には、図１６に示されるように、ダイヤル１８ｅの回転角度４５°毎に同じセンサ２３ａ〜２３ｄにより操作位置が検出される場合に生成される屈曲指令を切り替えることにしてもよい。

具体的には、突起１８ｈが、図１４の位置を中心とした±２２．５°、合計４５°の範囲に配置されているときに、信号生成部が、図１６（ａ）に示されるように、ダイヤル１８ｅの上側を押すと、エンドエフェクタ１２が上側（Ｕ）に揺動する屈曲指令を生成して出力する状態から、ダイヤル１８ｅが上記４５°の範囲を超えて、４５°回転される毎に、図１６（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、信号生成部により生成される屈曲指令が変化するようにすればよい。

検出センサは上記の構成によらず、角度分解能がいくつであっても同様の方法で実現できる。例えば、タッチパネルセンサのように検出センサが周方向のすべて位置情報を連続的に取得できる場合は、ダイヤル１８ｅの回転量分だけセンサと出力のマッピング関係を移動させることで実現できる。

また、図１７〜図１９に示されるように、ドレープ２５によって電動操作部１８を被覆することにより、電動操作部１８を再利用することができる。電動操作部１８はスイッチ１８ｆ，１８ｇ等のセンサを含むため、高温蒸気による滅菌方法は困難となる。そのため、操作前に滅菌されたドレープ２５で覆い、全ての操作終了後にそのドレープ２５を捨てることで電動操作部１８を再利用することが好ましい。この場合に、ダイヤル１８ｅごとドレープ２５で被覆するとダイヤル１８ｅの操作が困難となるため、図１７に示されるように、把持部１８ａに対して着脱可能としたダイヤル１８ｅをドレープ２５側に設けることにすればよい。

すなわち，図１８に示されるように、ドレープ２５の一部に貫通孔２５ａを設け、該貫通孔２５ａにリング状のシール部材２６を配置し、該シール部材２６にダイヤル１８ｅを回転可能に嵌合させることにすればよい。これにより、図１７（ａ）、（ｂ）に示されるように分離された状態から、図１７（ａ）に示される把持部１８ａに図１７（ｂ）に示されるドレープ２５を被せ、ドレープ２５側のダイヤル１８ｅの取付軸２７ａを把持部１８ａの嵌合孔２７ｂに嵌合させることにより、図１９に示されるように、ダイヤル１８ｅのみを露出させて把持部１８ａ全体をドレープ２５によって被覆することができる。図１９において、符号２８は把持部１８ａに接続するケーブル２９を貫通させる孔を閉じる止め輪（伸縮ゴム）である。止め輪２８を広げて、その止め輪２８の中へ把持部１８ａ全体を入れてドレープ２５を被せ、ダイヤル１８ｅを取り付けて固定すればよい。

また、本実施形態においては、図２０に示されるように、ダイヤル１８ｅにエンドエフェクタ１２を作動させる操作キー３０が設けられていてもよい。図２０に示す例では、突起１８ｈに操作キー３０が設けられている。これにより、操作者はダイヤル１８ｅを見ることなく、突起１８ｈを手がかりにしてダイヤル１８ｅの回転角度や、スイッチ１８ｆ，１８ｇおよび操作キー３０の位置を触覚によって確認することができる。

操作キー３０は、多関節処置具８の姿勢と電動操作部１８のスイッチ１８ｆ，１８ｇの方向とがずれた際に、姿勢あわせを行うために使用してもよい。また、操作開始時のイニシャライズ動作にも同様の方法で利用できる。このように、触覚によって確認する位置に設置することで、ダイヤル１８ｅやスイッチ１８ｆ，１８ｇによる回転入力や屈曲入力の操作中にもモニタ７から目を離すことなく容易に姿勢あわせモードへの切り替えを行うことができる。
また、エンドエフェクタ１２が高周波電源を利用する処置具であった場合、操作キー３０を高周波処置具の通電スイッチとして使用してもよい。この場合も、多関節処置具８の関節８ａ，８ｂの操作と、高周波処置具への通電の操作をシームレスに行うことができる。

また、本実施形態においては、多関節処置具８を操作するために操作者が操作するダイヤル１８ｅを他の操作のために利用できることにしてもよい。
例えば、多関節処置具８を操作するための操作モードの他に、他のモードを用意し、他のモードが選択されている場合には、図２１に示されるように、機能Ａ〜Ｄを選択するための選択ダイヤルとして使用してもよい。そして、ダイヤル１８ｅ上のスイッチまたはダイヤル１８ｅの周方向の一部が押された場合には、機能の選択を確定させることにすればよい。図２２は、他のモードが洗濯されている場合のメニュー表示の一例である。

また、ダイヤル１８ｅの所定の回転角度を検出するリミットセンサ３１を設け、該リミットセンサ３１による検出結果を用いて、ダイヤル１８ｅの回転角度と回転関節８ａの回転角度とのズレを補正することにしてもよい。
例えば、図２３に示す例では、ダイヤル１８ｅの回転角度範囲の両端±１８０°をリミットセンサ３１により検出している。図中、符号３２は検出用のドグである。

回転角度ズレの補正方法としては、図２４に示されるように、例えば、リミットセンサ３１が＋１８０°を検出したときに、制御部６が保持しているダイヤル１８ｅの現在角度と比較して（ステップＳ１）、角度差が所定の閾値より大きいときには、電動操作部１８の回転センサ（図示略）あるいはリミットセンサ３１に異常があるとしてこれを報知する（ステップＳ２）。一方、角度差が小さいときには、制御部６が保持しているダイヤル１８ｅの現在角度を＋１８０°に更新する（ステップＳ３）。

次いで、多関節処置具８の回転関節８ａの角度を取得し（ステップＳ４）、取得された回転関節８ａの角度と＋１８０°とを比較し（ステップＳ５）、角度差が所定の閾値より大きいときには姿勢一致モードを実施し（ステップＳ６）、角度差が小さいときには操作を継続する。

姿勢一致モードにおいてダイヤル１８ｅの回転角度と多関節処置具８の回転関節８ａの角度とを一致させる方法としては、以下の方法が考えられる。
例えば、リミットセンサ３１が＋１８０°を検出したときに、回転関節８ａの角度が＋１６０°であった場合には、ダイヤル１８ｅを回してダイヤル１８ｅの回転角度が＋１６０°に達するまで回転関節８ａを動作させず、＋１６０°に達した時点でダイヤル１８ｅの回転角に応じて回転関節８ａを回転させる方法を挙げることができる。

また、例えば、ダイヤル１８ｅの所定の動作範囲（例えば、＋１８０°〜＋１１０°）では、ダイヤル１８ｅの回転角に対する回転関節８ａの回転角の比率（モーションスケール比）を下げて動作させ、角度が一致した時点（＋１１０°の時点）で比率を１に戻して動作させることにしてもよい。この方法によれば、ダイヤル１８ｅの操作に応じて回転関節８ａが常に動作するので、操作者に異常を気づかせることなく操作させることができる。

また、回転関節８ａとダイヤル１８ｅとの対応関係について特別な操作を行うことなく初期化する場合には、最初にリミットスイッチ３１がダイヤル１８ｅの回転角度範囲の限界を検出される迄は、ダイヤル１８ｅに対する回転関節８ａのモーションスケール比を下げて動作させ、リミットスイッチ３１が限界を検出した場合には、そのときの回転関節８ａの角度を取得して、取得された回転関節８ａの角度に一致するまで、ダイヤル１８ｅの回転にかかわらず回転関節８ａを動作させないようにすればよい。

また、操作者による操作によってダイヤル１８ｅが勢いよく回転してしまうのを防止するために、例えば、図２５に示されるように、ダイヤル１８ｅに設けたギヤ３３に、把持部１８ａ側に設けた板バネ３４を押し当てて、ダイヤル１８ｅの回転に対して抵抗を与えることにしてもよい。
また、ダイヤル１８ｅの回転角度を精度よく検出するために、図２６に示されるように、ダイヤル１８ｅに設けたギヤ３３に噛み合う小ギヤ３５に回転センサ３６を設けることにより、回転センサ３６の回転をダイヤル１８ｅよりも増速させて分解能を向上することにしてもよい。
また、操作者がダイヤル１８ｅを回しやすくするために、図２７に示されるように、ダイヤル１８ｅの周囲に凹凸３７を設け、指をかけ易くすることにしてもよい。

また、本実施形態においては、図４に示されるように、ダイヤル１８ｅが軟性部１４の基端側に向かうように電動操作部１８を可動部１７ｃに固定したが、これに代えて、図２８に示されるように、ダイヤル１８ｅが軟性部１４の先端側に向かうように電動操作部１８を可動部１７ｃに固定してもよい。
図２８に示す例では、２つの屈曲関節８ｂ，８ｃを操作するジョイスティックタイプのスイッチ３８を取り付けている。

このようにすることで、把持部１８ａを把持した手の親指でダイヤル１８ｅを回転させ、人差し指と中指でスイッチ３８を操作することになる。この場合には、多関節処置具８における関節８ａ〜８ｃの配列が、基端側に回転関節８ａ、先端側に２つの屈曲関節８ｂ，８ｃという配列となっているのに対し、電動操作部１８においても、回転関節８ａを操作するダイヤル１８ｅが基端側に、屈曲関節８ｂ，８ｃを操作するスイッチ３８が先端側に配置される配列となるので、操作者は、あたかも多関節処置具８を握って操作しているような操作感を得ることができる。

また、本実施形態においては、挿入部３に固縛具３ｂによって固定したマニピュレータ４の多関節処置具８を、手動操作部１７の可動部１７ｃに固定した電動操作部１８によって操作することとしたが、これに代えて、図２９に示されるように、内視鏡２の挿入部３に設けられたチャネル３９を経由して導入した軟性部１４を、挿入部３の基端側において、電動操作部１８を把持する手で押し引きすることにしてもよい。

また、本実施形態における内視鏡２を用いた手術に限定されるものではなく、図３０に示されるように腹腔鏡手術に用いられる処置具に適用することもできる。
また、本実施形態においては、軟性部１４を固定した可動部１７ｃを手動で長手軸方向に移動させることとしたが、これに代えて、軟性部１４を電動で長手軸方向に移動させる直動装置（図示略）を設けるとともに、電動操作部も直動機構によって移動可能に支持し、電動操作部の移動量を検出して、直動装置を制御することにしてもよい。

１ 手術用マニピュレータシステム
８ 多関節処置具（手術用マニピュレータ）
８ａ 回転関節
８ｂ，８ｃ 屈曲関節
１４ 軟性部（シャフト）
１８ 電動操作部（手術用マニピュレータ操作装置）
１８ａ 把持部
１８ｃ 第２の操作入力部（回転入力部）
１８ｅ ダイヤル（回転部材）
１８ｆ，１８ｇ スイッチ（屈曲入力部）
１８ｈ 突起（指標）
２３ａ〜２３ｄ センサ
２５ ドレープ
２５ａ 貫通孔

Claims (10)

1. 細長いシャフトの先端に、該シャフトの長手軸回りに回転可能な回転関節と、該回転関節の先端側に前記長手軸に交差する軸線回りに屈曲可能な屈曲関節とを備える手術用マニピュレータを操作する装置であって、
   操作者により把持される把持部と、
   該把持部に回転可能に取り付けられ前記把持部を把持した手の指で操作可能な回転部材を備え、前記把持部に対する前記回転部材の回転角度に応じた前記回転関節の回転指令を入力する回転入力部と、
   前記回転部材に前記把持部を把持した手の指で操作可能に固定された周方向の操作位置に対応する方向への前記屈曲関節の屈曲指令を入力する屈曲入力部とを備える手術用マニピュレータ操作装置。
2. 前記屈曲入力部が、前記回転部材に取り付けられ、該回転部材の回転と共に回転させられるスイッチである請求項１に記載の手術用マニピュレータ操作装置。
3. 前記手術用マニピュレータが２つの屈曲関節を備え、
   異なる屈曲関節の屈曲指令を入力する前記屈曲入力部が、前記回転部材の異なる周方向位置に配置されている請求項２に記載の手術用マニピュレータ操作装置。
4. 前記屈曲入力部が、前記把持部に固定され、前記回転部材の周方向に複数配列され前記回転部材に対して屈曲指令が入力された周方向位置を検出するセンサと、前記回転部材の回転角度および前記屈曲指令を検出した前記センサの位置に応じて屈曲指令信号を生成する信号生成部とを備える請求項１に記載の手術用マニピュレータ操作装置。
5. 前記回転部材が前記把持部に対して着脱可能に設けられ、
   該回転部材を回転可能に支持する貫通孔を備えるとともに、前記把持部全体を被覆するドレープを備える請求項４に記載の手術用マニピュレータ操作装置。
6. 前記回転部材の表面に、該回転部材の特定の周方向位置を触覚により識別可能な指標が設けられている請求項１から請求項５のいずれかに記載の手術用マニピュレータ操作装置。
7. 前記把持部が、前記回転部材を前記シャフトの基端側に向けて前記シャフトに取り付けられている請求項１から請求項６のいずれかに記載の手術用マニピュレータ操作装置。
8. 前記把持部が、前記回転部材を前記シャフトの先端側に向けて前記シャフトに取り付けられている請求項１から請求項６のいずれかに記載の手術用マニピュレータ操作装置。
9. 前記手術用マニピュレータが、シャフトを長手軸方向に駆動する移動機構を備え、
   前記把持部の前後方向への移動量によって前記移動機構への移動指令を入力する移動入力部を備える請求項１から請求項８のいずれかに記載の手術用マニピュレータ操作装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の手術用マニピュレータ操作装置を備える手術用マニピュレータシステム。

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