JP6588540B2 - 湾曲機構および軟性医療器具 - Google Patents

Description

本発明は、湾曲機構および軟性医療器具に関するものである。

従来、長手軸に沿って直列に連結された複数の関節駒と該関節駒に接続されたワイヤとを備え、ワイヤに張力を加えることによって関節駒を長手軸に交差する揺動軸線回りに揺動駆動する湾曲機構が知られている（例えば、特許文献１および２参照。）。このような湾曲機構において、各関節駒に個別にワイヤを接続することによって、各関節駒を選択的に揺動駆動することができる。また、１つの関節駒に対して、長手軸回りの周方向に異なる位置に複数のワイヤを接続することによって、関節駒を複数の方向に揺動駆動することができる。

特開２００９−１１９０６４号公報 特許第４３３２０３１号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２の湾曲機構においては、一の関節駒を揺動駆動したときに、他の関節駒に接続されているワイヤの経路長が変化し、ワイヤが長手方向に変位する。このときに、同一の関節駒に接続されている複数のワイヤ間で変位量が異なることによって、駆動対象ではない他の関節が意図せずに揺動してしまうという問題がある。また、このときの他の関節の揺動角度は制御不能であるため、湾曲機構を同一の湾曲形状に変形しようとしても湾曲機構の湾曲形状がその都度異なってしまい、湾曲機構の同一の動作を正確に再現することが難しいという問題がある。

本発明は、意図しない関節駒の揺動を防止し、動作の再現性を向上することができる湾曲機構および軟性医療器具を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様は、長手軸に沿って先端側から基端側へ向かって直列に配列し、前記長手軸に交差する揺動軸線回りに相互に揺動可能に連結された複数の湾曲関節部材と、該複数の湾曲関節部材の各々に一対ずつ接続され、前記複数の湾曲関節部材を互いに独立して揺動させるための張力を伝達する複数対の長尺の張力伝達部材と、各対の前記張力伝達部材を長手方向に相対移動可能に束ねる可撓性を有する複数本のシース部材とを備え、該複数本のシース部材の各々は、前記各対の張力伝達部材が接続されている湾曲関節部材の直基端側に位置する前記揺動軸線よりも先端側に配置された分岐位置まで前記一対の張力伝達部材を束ね、前記分岐位置よりも先端側において互いに分離した前記一対の張力伝達部材が、前記湾曲関節部材の異なる位置に接続されている湾曲機構である。

本発明の第１の態様によれば、いずれかの張力伝達部材に張力が付与されると、該張力伝達部材が接続されている湾曲関節部材に張力が伝播され、該湾曲関節部材が隣接する湾曲関節部材に対して揺動する。これにより、湾曲機構の先端部の位置および姿勢を変化させることができる。

この場合に、同一の湾曲関節部材に接続される一対の張力伝達部材は、当該湾曲関節部材の直基端側の揺動軸線よりも先端側の位置までシース部材によって束ねられている。したがって、一の湾曲関節部材が揺動したときに、他の同一の湾曲関節部材に接続されている一対の張力伝達部材は長手方向に略等しく変位する。これにより、意図しない他の関節駒の揺動を防止し、動作の再現性を向上することができる。

上記第１の態様においては、前記シース部材が、１本の前記張力伝達部材を各々収容する一対のシースが半径方向に連結されたペアシースであってもよい。
このようにすることで、シース部材を簡易に製造することができる。

上記第１の態様においては、各前記湾曲関節部材の基端側に前記長手軸に交差して配置され、板厚方向に貫通し前記シース部材が挿入される貫通孔を有する複数の平板状のガイド部材を備えていてもよい。
このようにすることで、シース部材をガイド部材の貫通孔を経由して長手軸に沿う方向に配線することによって、張力伝達部材の配線経路を規定することができる。

上記第１の態様においては前記ガイド部材が、前記揺動軸線を含む平面上に配置されていてもよい。
このようにすることで、張力伝達部材が揺動軸線回りに湾曲することによって、同一の湾曲関節部材に接続されている一対の張力伝達部材間の変位量の差をさらに低減し、意図しない関節駒の揺動をさらに確実に防止することができる。

上記第１の態様においては、前記貫通孔が、前記一対の前記張力伝達部材を前記揺動軸線に対して同一方向にほぼ同一距離だけ離れた位置に配置するように設けられていてもよい。
このようにすることで、同一の湾曲関節部材に接続されている一対の張力伝達部材が同一の曲率で揺動軸線回りに湾曲するので、一対の張力伝達部材間の変位量の差をさらに低減し、意図しない関節駒の揺動をさらに確実に防止することができる。

上記第１の態様においては、前記ガイド部材が、前記貫通孔よりも半径方向内側に、板厚方向に貫通する開口部を有していてもよい。
このようにすることで、処置具や配管等の内蔵物を、開口部を経由して湾曲機構の基端側から先端側まで長手軸に沿う方向に配線することができる。

本発明の参考態様は、長手軸に沿って先端側から基端側へ向かって直列に配列し、前記長手軸に交差する揺動軸線回りに相互に揺動可能に連結された複数の湾曲関節部材と、該複数の湾曲関節部材の各々に一対ずつ接続され、前記複数の湾曲関節部材を互いに独立して揺動させるための張力を伝達する複数対の長尺の張力伝達部材と、各前記湾曲関節部材の基端側に前記長手軸に交差して配置され、板厚方向に貫通し前記張力伝達部材が挿入される貫通孔を有する複数の平板状のガイド部材とを備え、各前記貫通孔に一対の張力伝達部材が挿入されている湾曲機構である。

本発明の参考態様によれば、いずれかの張力伝達部材に張力が付与されると、該張力伝達部材が接続されている湾曲関節部材に張力が伝播され、該湾曲関節部材が隣接する湾曲関節部材に対して揺動する。これにより、湾曲機構の先端部の位置および姿勢を変化させることができる。

この場合に、同一の湾曲関節部材に接続される一対の張力伝達部材は、ガイド部材の同一の貫通孔を通過することによって束ねられている。したがって、一の湾曲関節部材が揺動したときに、他の同一の湾曲関節部材に接続されている一対の張力伝達部材は長手方向に略等しく変位する。これにより、意図しない他の関節駒の揺動を防止し、動作の再現性を向上することができる。

上記参考態様においては、前記ガイド部材が、前記揺動軸線を含む平面上に配置されていてもよい。
上記参考態様においては、前記貫通孔が、前記一対の前記張力伝達部材を前記揺動軸に対して同一方向にほぼ同一距離だけ離れた位置に配置するように設けられていてもよい。

本発明の第２の態様は、上記いずれかの湾曲機構と、該湾曲機構の外周を被覆する可撓性を有する筒状のアウタシースとを備える軟性医療器具である。
本態様によれば、湾曲機構をアウタシースによって被覆することにより、体内に挿入しても湾曲機構が体内の組織に直接接触することを防止して、組織および湾曲機構の保護、湾曲機構の円滑な動作を確保することができる。

本発明によれば、意図しない関節駒の揺動を防止し、動作の再現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軟性医療器具を備える医療用システムを示す全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る湾曲機構および軟性医療器具の先端部分の斜視図である。 図２の湾曲機構における関節駒の斜視図である。 図２の湾曲機構におけるガイドプレートの正面図である。 図２の湾曲機構におけるシース部材の構成を示す側面図である。 図５のシース部材のＩ−Ｉ横断面図である。 図５のガイドプレートにおける貫通孔の変形例を示す図である。 図２のシース部材の変形例の側面図である。 図８のシース部材のＩＩ−ＩＩ横断面図である。 図２の湾曲機構の変形例の側面図である。 図１０の湾曲機構のＩＩＩ−ＩＩＩ横断面図である。

本発明の一実施形態に係る軟性医療器具および湾曲機構について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る軟性医療器具２は、例えば、図１に示される医療用システム１００に適用されるものである。

医療用システム１００は、スレーブ装置１０１と、該スレーブ装置１０１に対する操作が医師Ａによって入力されるマスタ装置１０２と、該マスタ装置１０２への入力に基づいてスレーブ装置１０１を制御するコントローラ１０３と、モニタ１０４とを備えている。スレーブ装置１０１は、患者Ｐの体腔内に挿入される挿入部１を備えている。本実施形態に係る軟性医療器具２は、挿入部１の先端に設けられている。

本実施形態に係る軟性医療器具２は、図２に示されるように、湾曲機構３と、該湾曲機構３の外面を被覆し可撓性を有する材料からなるアウタシース１９とを備えている。
本実施形態に係る湾曲機構３は、図２に示されるように、長手軸方向に配列し直列に連結された複数の関節駒（湾曲関節部材）４と、各関節駒４に取り付けられた複数のガイドプレート（ガイド部材）５と、ガイドプレート５および関節駒４を貫通して先端がいずれか１つの関節駒４に接続された複数本の張力伝達部材６と、該張力伝達部材６を被覆するシース部材７とを備えている。

関節駒４は、図３に示されるように、周方向に配列し厚さ方向に貫通する４つの貫通孔８を有する円板状の本体部９と、該本体部９の中央に設けられ長手軸に沿って基端側へ延びる第１の支柱部１０とを備えている。具体的には、本体部９は、外周の円環状部分９ａと該円環状部分９ａの中央に位置する第１の支柱部１０とを４本のスポーク１１によって半径方向に連結した構造を有している。これにより、円環状部分９ａ、第１の支柱部１０および隣接する２本のスポーク１１によって囲まれた貫通孔８が形成されている。

最先端の関節駒４以外の関節駒４は、本体部９を挟んで第１の支柱部１０とは逆方向に長手軸に沿って延びる第２の支柱部１２をさらに備えている。第１の支柱部１０の基端には、隣接する関節駒４に設けられている第２の支柱部１２の先端と長手軸に交差する揺動軸線Ｓ回りに揺動可能に連結される連結部１３が設けられている。

図２および図３に示す例では、隣接する関節駒４が互いに直交する揺動軸線Ｓ回りに揺動するように連結部１３が構成されている。ただし、連結部１３の具体的な構成はこれに限定されるものではない。例えば、隣接する関節駒４の揺動軸線Ｓが９０°以外の角度で交差するように連結部１３が構成されていてもよく、隣接する関節駒４が互いに平行な揺動軸線Ｓ回りに揺動するように連結部１３が構成されていてもよい。

ガイドプレート５は、円板状の部材であり、長手軸に交差し揺動軸線Ｓを含む平面上に配置されている。ガイドプレート５は、図４に示されるように、それぞれ板厚方向に貫通する１個の嵌合孔１４および２個の貫通孔（開口部）１５を有している。嵌合孔１４は、ガイドプレート５の中央に形成され、第１の支柱部１０の基端部が嵌合孔１４内に嵌合することによってガイドプレート５が関節駒４に取り付けられている。貫通孔１５は、揺動軸線Ｓに沿って嵌合孔１４と一列に配列するように嵌合孔１４の半径方向両側に設けられている。軟性の処置具、配管あるいは軟性内視鏡のような内蔵物１６を貫通孔１５内に挿入することによって、内蔵物１６を軟性医療器具２の基端側から先端側へ導くことができるようになっている。

さらに、ガイドプレート５は、周方向に間隔をあけて配列し、板厚方向に貫通する複数個の貫通孔１７を有している。複数個の貫通孔１７の内、少なくとも１つは、揺動軸線Ｓに沿って嵌合孔１４および貫通孔１５と一列に配列するように、貫通孔１５の半径方向外側に設けられている。貫通孔１７の口径は、シース部材７の外径よりも大きく、シース部材７が長手方向に移動可能に挿入される寸法に形成されている。

張力伝達部材６は、金属製のワイヤからなる。
シース部材７は、図５および図６に示されるように、一対の細長い円筒状のシース７ａが先端から基端まで半径方向に連結されたペアシースからなる。各シース７ａは、可撓性を有する材料から形成されている。シース７ａは、張力伝達部材６の外径よりも大きな内径と、張力伝達部材６の長さよりも短い長さとを有している。各シース７ａ内には、張力伝達部材６の先端部および基端部がシース７ａの先端および基端からそれぞれ突出するように、張力伝達部材６が１本ずつ長手方向に移動可能に挿入されている。これにより、一対の張力伝達部材６は、シース部材７によって１つに束ねられ、シース７ａの先端および基端において分岐している。

各関節駒４には、シース部材７によって束ねられた一対の張力伝達部材６の先端が固定されている。一対の張力伝達部材６は、長手軸を含み揺動軸線Ｓに直交する平面内の第１の支柱部１０を挟んで互いに対向する位置において、本体部９の円環状部分９ａに１本ずつ固定されている。関節駒４に先端が固定された張力伝達部材６は、図２に示されるように、該関節駒４よりも基端側に配されている１以上のガイドプレート５の貫通孔１７および本体部９の貫通孔８を通過して挿入部１の基端側まで導かれている。

揺動軸線Ｓ上の貫通孔１７内には、該貫通孔１７が設けられているガイドプレート５が取り付けられている関節駒４に固定されている張力伝達部材６が貫通するように、複数のシース部材７が配線されている。シース部材７は揺動軸線Ｓ上の貫通孔１７を貫通し、一対の張力伝達部材６の分岐位置であるシース７ａの先端が揺動軸線Ｓよりも先端側に配置されている。

ここで、ガイドプレート５の貫通孔１７は、長手軸および揺動軸線Ｓに直交する平面において長軸および短軸を有する扁平な矩形形状を有し、長軸方向には２本のシース７ａを挿入可能な寸法を有し、短軸方向には１本のシース７ａのみを挿入可能な寸法を有している。また、貫通孔１７は、長軸が揺動軸線Ｓと平行になるように形成されている。これにより、貫通孔１７内を貫通する一対の張力伝達部材６は、揺動軸線Ｓから等しい距離に配置され、揺動軸線Ｓ回りに同一の曲率で湾曲するようになっている。
なお、貫通孔１７の形状は、該貫通孔１７を貫通するシース部材７の向きを規定することができる形状であればよく、例えば、図７に示されるように、シース部材７の横断面の外形に対して相補的な形状であってもよい。

張力伝達部材６の基端は、挿入部１の基端に設けられたモータ（図示略）に接続されている。マスタ装置１０２への入力に従ってコントローラ１０３がモータを駆動し、モータによっていずれかの張力伝達部材６が牽引されて該張力伝達部材６に張力が発生すると、牽引されている張力伝達部材６の先端が固定されている関節駒４と該関節駒４に取り付けられたガイドプレート５とが一体的に揺動軸線Ｓ回りに揺動するようになっている。

張力伝達部材６に張力が生じることによってシース部材７が貫通孔１７の内壁に密着したときにシース部材７が貫通孔１７の内壁に固着することがないように、シース部材７の表面と貫通孔１７の内壁とは、互いに異なる材料から形成されている。

次に、このように構成された本実施形態に係る軟性医療器具２および湾曲機構３の作用について説明する。
本実施形態に係る湾曲機構３によれば、張力伝達部材６が牽引されて張力が付与されると、張力が付与された張力伝達部材６の先端が固定されている関節駒４が揺動軸線Ｓ回りに揺動する。これにより、湾曲機構３の先端部の位置および姿勢を変化させることができる。また、関節駒４毎に別々の一対の張力伝達部材６が接続されているので、複数対の張力伝達部材６の内のいずれか１つを牽引することによって、複数の関節駒４の内の１つのみを選択的に揺動させることができる。

この場合に、一の関節駒４が揺動軸線Ｓ回りに揺動したときに、他の関節駒４に接続されている張力伝達部材６が、一の関節駒４と同一の揺動軸線Ｓ回りに湾曲する。これにより、他の関節駒４に接続されている張力伝達部材６の経路長が変化し、張力伝達部材６が長手方向に変位する。ただし、同一の関節駒４に接続されている一対の張力伝達部材６は、シース部材７によって束ねられていることにより、当該関節駒４の直基端側の揺動軸線Ｓよりも先端側まで同一経路を通り、かつ、揺動軸線Ｓ回りに等しい曲率で湾曲する。したがって、他の関節駒４に接続されている一対の張力伝達部材６の変位量は互いに略等しくなる。これにより、一の関節駒４の揺動に伴って他の関節駒４の揺動角度が意図せずに変化してしまうことを防止し、湾曲機構３の動作の再現性を向上することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、ペアシースを構成する２本のシース７ａの先端が同一の長手方向位置に配置され、２本のシース７ａの先端が分岐位置であることとしたが、これに代えて、図８に示されるように、２本のシース７ａが長手方向の途中位置まで連結され、２本のシース７ａの先端部が互いに分離していてもよい。また、シース７ａの横断面形状は、円形以外の形状であってもよく、例えば、図９に示されるように四角形であってもよい。

また、本実施形態においては、関節駒４として中央に第１の支柱部１０を有するものを採用し、ガイドプレート５として第１の支柱部１０を嵌合させる嵌合孔１４を有するものを例示したが、これに代えて、図１０および図１１に示されるように、筒状の関節駒１８を採用し、該関節駒１８の内側にガイドプレート５を配置してもよい。図１１の湾曲機構３のガイドプレート５においては、嵌合孔１４が不要であり、貫通孔１５がガイドプレート５の中央に設けられている。

また、本実施形態においては、同一の関節駒４に接続されている一対の張力伝達部材６をシース部材７によって束ねることとしたが、これに代えて、シース部材７を省略し、一対の張力伝達部材６をガイドプレート５の同一の貫通孔１５に貫通させることによって一対の張力伝達部材６を束ねて同一の経路に沿って配線してもよい。
このようにしても、関節駒４の揺動に伴う一対の張力伝達部材６間の変位量の差を低減し、意図しない関節駒４の揺動角度の変化を防止することができる。

３ 湾曲機構
４，１８ 関節駒（湾曲関節部材）
５ ガイドプレート（ガイド部材）
６ 張力伝達部材
７ シース部材
７ａ シース
１５ 貫通孔（開口部）
１７ 貫通孔
１９ アウタシース
Ｓ 揺動軸線

Claims (6)

1. 長手軸に沿って先端側から基端側へ向かって直列に配列し、前記長手軸に交差する揺動軸線回りに相互に揺動可能に連結された複数の湾曲関節部材と、
   該複数の湾曲関節部材の各々に一対ずつ接続され、前記複数の湾曲関節部材を互いに独立して揺動させるための張力を伝達する複数対の長尺の張力伝達部材と、
   各対の前記張力伝達部材を長手方向に相対移動可能に束ねる可撓性を有する複数本のシース部材とを備え、
   該複数本のシース部材の各々は、前記各対の張力伝達部材が接続されている湾曲関節部材の直基端側に位置する前記揺動軸線よりも先端側に配置された分岐位置まで前記一対の張力伝達部材を束ね、
   前記分岐位置よりも先端側において互いに分離した前記一対の張力伝達部材が、前記湾曲関節部材の異なる位置に接続されている湾曲機構。
2. 前記シース部材が、１本の前記張力伝達部材を各々収容する一対のシースが半径方向に連結されたペアシースである請求項１に記載の湾曲機構。
3. 各前記湾曲関節部材の基端側に前記長手軸に交差して配置され、板厚方向に貫通し前記シース部材が挿入される貫通孔を有する複数の平板状のガイド部材を備える請求項１または請求項２に記載の湾曲機構。
4. 前記ガイド部材が、前記揺動軸線を含む平面上に配置されている請求項３に記載の湾曲機構。
5. 前記ガイド部材が、前記貫通孔よりも半径方向内側に、板厚方向に貫通する開口部を有する請求項３または請求項４に記載の湾曲機構。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の湾曲機構と、
   該湾曲機構の外周を被覆する可撓性を有する筒状のアウタシースとを備える軟性医療器具。

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