JP7068254B2 - 手術器具 - Google Patents

Description

この発明は、手術器具に関し、特に、ロボット手術システムのロボットアームに取り付けられる手術器具に関する。

従来、ロボット手術システムのロボットアームに取り付けられる手術器具が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、ロボット手術システムのロボットアームに取り付けられる手術器具が開示されている。この特許文献１の手術器具は、エンドエフェクタと、エンドエフェクタを第１回動軸周りに回動可能に支持するＵ字状の連結器具としての第１クレビスと、第１クレビスを第２回動軸周りに回動可能に支持する第２クレビスと、を備えている。また、この特許文献１の手術器具は、第１回転軸に設けられた一対の第１プーリと、第２回転軸に設けられた一対の第２プーリと、第１プーリおよび第２プーリの間の第１クレビスに設けられた一対の第３プーリと、を備えている。また、この特許文献１の手術器具は、一対の第３プーリの一方を経由して一対の第１プーリの一方と一対の第２プーリの一方とに掛けられる第１ケーブルと、一対の第３プーリの他方を経由して一対の第１プーリの他方と一対の第２プーリの他方とに掛けられる第２ケーブルとを備えている。この手術器具の一対の第３プーリは、同軸の回動軸周りに回転可能に支持されている。

米国特許６３９４９９８号明細書

しかしながら、特許文献１の手術器具では、一対の第１プーリおよび一対の第２プーリの間に設けられ第１ケーブルおよび第２ケーブルがそれぞれ掛けられる一対の第３プーリが同軸の回動軸周りに回動可能に支持されているため、一対の第３プーリに掛けられる第１ケーブルおよび第２ケーブルの引出方向が同じ方向になる。このため、第２クレビスに対して第１クレビスが回動して姿勢が変化した場合に、第３プーリを介して第１プーリおよび第２プーリに掛けられた第１ケーブルおよび第２ケーブルが互いに干渉したり、いずれか一方のケーブルが第１プーリに対して傾斜して掛かる場合がある。この場合、ケーブル（細長要素）にかかる負荷が増大するという不都合がある。その結果、手術器具の耐久性が低下するという問題点がある。

この発明は、細長要素にかかる負荷が増大するのを抑制して、耐久性を向上させることが可能な手術器具に向けたものである。

この発明の一の局面による手術器具は、ロボット手術システムのロボットアームに取り付けられる手術器具であって、第１回転軸に設けられた第１エンドエフェクタプーリ部および第２エンドエフェクタプーリ部を含むエンドエフェクタと、エンドエフェクタを第１回転軸周りに回転可能に支持する第１支持体と、第１支持体を第２回転軸周りに回転可能に支持する第２支持体と、第２回転軸に設けられた第１プーリおよび第２プーリと、第１エンドエフェクタプーリ部および第２エンドエフェクタプーリ部と第１プーリおよび第２プーリとの間の第１支持体に設けられた第３プーリおよび第４プーリと、第３プーリを経由して、第１エンドエフェクタプーリ部および第１プーリに掛けられる第１細長要素と、第４プーリを経由して、第２エンドエフェクタプーリ部および第２プーリに掛けられる第２細長要素と、を備え、第３プーリおよび第４プーリの回転軸線の方向は互いに異なり、第３プーリおよび第４プーリのいずれか一方の回転軸線の方向は、第１プーリおよび第２プーリの回転軸線の方向と非平行であり、第３プーリおよび第４プーリのいずれか他方の回転軸線の方向は、第１プーリおよび第２プーリの回転軸線の方向と平行である。

この発明の一の局面による手術器具では、上記のように、第３プーリおよび第４プーリの回転軸線の方向を互いに異ならせる。これにより、第３プーリおよび第４プーリの回転軸線の方向を同じにする場合に比べて、第１エンドエフェクタプーリ部に第１細長要素を導く第３プーリと、第２エンドエフェクタプーリ部に第２細長要素を導く第４プーリとを、より適切な位置に配置することができる。これにより、第２支持体に対して第１支持体が回動して姿勢が変化した場合に、第３プーリに掛けられた第１細長要素と第４プーリに掛けられた第２細長要素とが互いに干渉したり、いずれか一方の細長要素が第１エンドエフェクタプーリ部または第２エンドエフェクタプーリ部に対して大きく傾斜して掛かるのを抑制することができるので、細長要素にかかる負荷が増大するのを抑制することができる。その結果、手術器具の耐久性を向上させることができる。また、第３プーリおよび第４プーリの位置を調整することにより、第１細長要素および第２細長要素を、それぞれ、第１エンドエフェクタプーリ部および第１プーリと、第２エンドエフェクタプーリ部および第３プーリと、に導くことができるので、第１エンドエフェクタプーリ部、第１プーリ、第２エンドエフェクタプーリ部および第２プーリを配置する設計レイアウトの自由度を高めることができる。

本発明によれば、細長要素にかかる負荷が増大するのを抑制して、手術器具の耐久性を向上させることができる。

一実施形態によるロボット手術システムの概略を示した図である。 一実施形態によるロボット手術システムの制御的な構成を示したブロック図である。 一実施形態によるロボットアームにアダプタを介して手術器具が取り付けられた状態を示した斜視図である。 一実施形態による手術器具を示した斜視図である。 一実施形態による手術器具のプーリに、ワイヤを架けた状態を示した模式図である。 一実施形態による手術器具のエンドエフェクタの第１部材を示した模式図である。 一実施形態による手術器具の第１部材の駆動を説明するための模式図である。 一実施形態による手術器具の第２支持体に対する第１支持体の回動を説明するため図である。 一実施形態による手術器具の第２支持体の斜視図である。 一実施形態による手術器具をＺ１方向から見た図である。 一実施形態による手術器具のプーリの回転軸線の方向を説明するための模式図である。 一実施形態の変形例による手術器具のプーリの回転軸線の方向を説明するための模式図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

（ロボット手術システムの構成）
図１および図２を参照して、第１実施形態によるロボット手術システム１００の構成について説明する。

図１に示すように、ロボット手術システム１００は、遠隔操作装置１０と、患者側装置２０と、を備えている。遠隔操作装置１０は、患者側装置２０に設けられた医療器具（ｍｅｄｉｃａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）を遠隔操作するために設けられている。患者側装置２０によって実行されるべき動作態様指令が術者（ｓｕｒｇｅｏｎ）である操作者Ｏにより遠隔操作装置１０に入力されると、遠隔操作装置１０は、動作態様指令をコントローラ２６を介して患者側装置２０に送信する。そして、患者側装置２０は、遠隔操作装置１０から送信された動作態様指令に応答して、ロボットアーム２１ａおよび２１ｂに取り付けられた手術器具（ｓｕｒｇｉｃａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）４０、内視鏡５０等の医療器具を操作する。これにより、低侵襲手術が行われる。

患者側装置２０は、患者Ｐに対して手術を行うインターフェースを構成する。患者側装置２０は、患者Ｐが横たわる手術台３０の傍らに配置される。患者側装置２０は、複数のロボットアーム２１ａおよび２１ｂを有し、このうち１つのロボットアーム２１ｂに内視鏡５０が取り付けられ、その他のロボットアーム２１ａに手術器具４０が取り付けられる。各ロボットアーム２１ａおよび２１ｂは、プラットホーム２３に共通に支持されている。複数のロボットアーム２１ａおよび２１ｂは複数の関節を有し、それぞれの関節には、サーボモータを含む駆動部と、エンコーダ等の位置検出器とが設けられている。ロボットアーム２１ａおよび２１ｂは、コントローラ２６を介して与えられた駆動信号によりロボットアーム２１ａおよび２１ｂに取り付けられた医療器具が所望の動作を行うように制御されるように構成されている。

プラットホーム２３は、手術室の床の上に載置されたポジショナ２２に支持されている。ポジショナ２２は、鉛直方向に調整可能な昇降軸を有する柱部２４が、車輪を備え床面を移動可能なベース２５に連結されている。

ロボットアーム２１ａには、先端部に医療器具としての手術器具４０が着脱可能に取り付けられる。手術器具４０は、ロボットアーム２１ａに取り付けられる接続部４３と、細長形状のシャフト４２と、シャフト４２の先端部に設けられたエンドエフェクタ４１とを備えている。エンドエフェクタ４１として、例えば、把持鉗子、シザーズ、フック、高周波ナイフ、スネアワイヤ、クランプ、ステイプラーが挙げられるがこれに限られるものではなく、各種の処置具を適用することができる。患者側装置２０を用いた手術において、ロボットアーム２１ａは、患者Ｐの体表に留置したカニューラ（トロッカ）を介して患者Ｐの体内に手術器具４０を導入する。そして、手術器具４０のエンドエフェクタ４１は、手術部位の近傍に配置される。

ロボットアーム２１ｂには、先端部に医療器具としての内視鏡５０が着脱可能に取り付けられる。内視鏡５０は、患者Ｐの体腔内を撮影するものであり、撮影した画像は、遠隔操作装置１０に対して出力される。内視鏡５０として、３次元画像を撮影することができる３Ｄ内視鏡若しくは２Ｄ内視鏡が用いられる。患者側装置２０を用いた手術において、ロボットアーム２１ｂは、患者Ｐに体表に留置したトロッカを介して患者Ｐの体内に内視鏡５０を導入する。そして、内視鏡５０が手術部位の近傍に配置される。

遠隔操作装置１０は、操作者Ｏとのインターフェースを構成する。遠隔操作装置１０は、ロボットアーム２１ａおよび２１ｂに取り付けられた医療器具を操作者Ｏが操作するための装置である。すなわち、遠隔操作装置１０は、操作者Ｏによって入力された手術器具４０および内視鏡５０によって実行されるべき動作態様指令をコントローラ２６を介して患者側装置２０へ送信可能に構成されている。遠隔操作装置１０は、たとえば、マスタの操作をしながらも患者Ｐの様子がよく見えるように手術台３０の傍らに設置される。なお、遠隔操作装置１０は、例えば動作態様指令を無線で送信するようにし、手術台３０が設置された手術室とは別室に設置することも可能である。

手術器具４０によって実行されるべき動作態様とは、手術器具４０の動作（一連の位置及び姿勢）及び手術器具４０個別の機能によって実現される動作の態様である。たとえば、手術器具４０が把持鉗子である場合には、手術器具４０によって実行されるべき動作態様とは、エンドエフェクタ４１の手首のロール回転位置及びピッチ回転位置と、ジョーの開閉を行う動作である。また、手術器具４０が高周波ナイフである場合には、手術器具４０によって実行されるべき動作態様とは、高周波ナイフの振動動作、具体的には高周波ナイフに対する電流の供給であり得る。また、手術器具４０がスネアワイヤである場合には、手術器具４０によって実行されるべき動作態様とは、束縛動作および束縛状態の解放動作であり得る。また、バイポーラやモノポーラに電流を供給することによって手術対象部位を焼き切る動作であり得る。

内視鏡５０によって実行されるべき動作態様とは、たとえば、内視鏡５０先端の位置及び姿勢、又はズーム倍率の設定である。

遠隔操作装置１０は、図１および図２に示すように、操作ハンドル１１と、操作ペダル部１２と、表示部１３と、制御装置１４と、を備えている。

操作ハンドル１１は、ロボットアーム２１ａおよび２１ｂに取り付けられた医療器具を遠隔で操作するために設けられている。具体的には、操作ハンドル１１は、医療器具（手術器具４０、内視鏡５０）を操作するための操作者Ｏによる操作を受け付ける。操作ハンドル１１は、水平方向に沿って２つ設けられている。つまり、２つの操作ハンドル１１のうち一方の操作ハンドル１１は、操作者Ｏの右手により操作され、２つの操作ハンドル１１のうち他方の操作ハンドル１１は、操作者Ｏの左手により操作される。

また、操作ハンドル１１は、遠隔操作装置１０の後方側から、前方側に向かって延びるように配置されている。操作ハンドル１１は、所定の３次元の操作領域内で動かすことができるように構成されている。すなわち、操作ハンドル１１は、上下方向、左右方向、および前後方向に動かすことができるように構成されている。

遠隔操作装置１０と患者側装置２０とは、ロボットアーム２１ａおよびロボットアーム２１ｂの動作の制御においては、マスタスレーブ型のシステムを構成する。すなわち、操作ハンドル１１は、マスタスレーブ型のシステムにおけるマスタ側の操作部を構成し、医療器具が取り付けられたロボットアーム２１ａおよびロボットアーム２１ｂはスレーブ側の動作部を構成する。そして、操作ハンドル１１を操作者Ｏが操作すると、操作ハンドル１１の動きをロボットアーム２１ａの先端部（手術器具４０のエンドエフェクタ４１）またはロボットアーム２１ｂの先端部（内視鏡５０）がトレースして移動するようにロボットアーム２１ａまたはロボットアーム２１ｂの動作が制御される。

また、患者側装置２０は、設定された動作倍率に応じてロボットアーム２１ａの動作を制御するよう構成されている。たとえば、動作倍率が１／２倍に設定されている場合、手術器具４０のエンドエフェクタ４１は、操作ハンドル１１の移動距離の１／２の移動距離を移動するよう制御される。これによって、精細な手術を精確に行うことができる。

操作ペダル部１２は、医療器具に関する機能を実行するための複数のペダルを含んでいる。複数のペダルは、凝固ペダルと、切断ペダルと、カメラペダルと、クラッチペダルと、を含んでいる。また、複数のペダルは、操作者Ｏの足により操作される。

凝固ペダルは、手術器具４０を用いて手術部位を凝固させる操作を行うことができる。具体的には、凝固ペダルは、操作されることにより、手術器具４０に凝固用の電圧が印加されて、手術部位の凝固が行われる。切断ペダルは、手術器具４０を用いて手術部位を切断させる操作を行うことができる。具体的には、切断ペダルは、操作されることにより、手術器具４０に切断用の電圧が印加されて、手術部位の切断が行われる。

カメラペダルは、体腔内を撮像する内視鏡５０の位置及び姿勢を操作するために用いられる。具体的には、カメラペダルは、内視鏡５０の操作ハンドル１１による操作を有効にする。つまり、カメラペダルが押されている間は、操作ハンドル１１により内視鏡５０の位置および姿勢を操作することが可能である。たとえば、内視鏡５０は、左右の操作ハンドル１１の両方を用いることにより操作される。具体的には、左右の操作ハンドル１１の中間点を中心に左右の操作ハンドル１１を回動させることにより、内視鏡５０が回動される。また、左右の操作ハンドル１１を共に押し込むことにより、内視鏡５０が奥に進む。また、左右の操作ハンドル１１を共に引っ張ることにより、内視鏡５０が手前に戻る。また、左右の操作ハンドル１１を共に上下左右に移動させることにより、内視鏡５０が上下左右に移動する。

クラッチペダルは、ロボットアーム２１ａと、操作ハンドル１１との操作接続を一時切断し手術器具４０の動作を停止させる場合に用いられる。具体的には、クラッチペダルが操作されている間は、操作ハンドル１１を操作しても、患者側装置２０のロボットアーム２１ａが動作しない。たとえば、操作により操作ハンドル１１が移動可能な範囲の端部近傍に来た場合に、クラッチペダルが操作されることにより、操作接続を一時切断して、操作ハンドル１１を中央位置付近に戻すことができる。そして、クラッチペダルの操作を中止するとロボットアーム２１ａと操作ハンドル１１とが再び接続され、中央付近で操作ハンドル１１の操作を再開することができる。

表示部１３は、内視鏡５０が撮像した画像を表示することができるものである。表示部１３は、スコープ型表示部または非スコープ型表示部からなる。スコープ型表示部とは、たとえば、覗き込むタイプの表示部である。また、非スコープ型表示部とは、通常のパーソナルコンピュータのディスプレイのような覗き込むタイプではない平坦な画面を有する開放型の表示部を含む。

スコープ型表示部が取り付けられた場合、患者側装置２０のロボットアーム２１ｂに取り付けられた内視鏡５０により撮像された３Ｄ画像が表示される。非スコープ型表示部が取り付けられた場合にも、患者側装置２０に設けられた内視鏡５０により撮像された３Ｄ画像が表示される。なお、非スコープ型表示部が取り付けられた場合、患者側装置２０に設けられた内視鏡５０により撮像された２Ｄ画像が表示されてもよい。

図２に示すように、制御装置１４は、例えば、ＣＰＵ等の演算器を有する制御部１４１と、ＲＯＭおよびＲＡＭ等のメモリを有する記憶部１４２と、画像制御部１４３とを含んでいる。制御装置１４は、集中制御する単独の制御装置により構成されていてもよく、互いに協働して分散制御する複数の制御装置により構成されてもよい。制御部１４１は、操作ハンドル１１により入力された動作態様指令を、操作ペダル部１２の切替状態に応じて、ロボットアーム２１ａによって実行されるべき動作態様指令であるか、または、内視鏡５０によって実行されるべき動作態様指令であるかを判定する。そして、制御部１４１は、操作ハンドル１１に入力された動作態様指令が手術器具４０によって実行されるべき動作態様指令であると判断すると、動作態様指令をロボットアーム２１ａに対して送信する。これによって、ロボットアーム２１ａが駆動され、この駆動によってロボットアーム２１ａに取り付けられた手術器具４０の動作が制御される。

また、制御部１４１は、操作ハンドル１１に入力された動作態様指令が内視鏡５０によって実行されるべき動作態様指令であると判定すると、当該動作態様指令をロボットアーム２１ｂに対して送信する。これによって、ロボットアーム２１ｂが駆動され、この駆動によってロボットアーム２１ｂに取り付けられた内視鏡５０の動作が制御される。

記憶部１４２には例えば手術器具４０の種類に応じた制御プログラムが記憶されていて、取り付けられた手術器具４０の種類に応じて制御部１４１がこれらの制御プログラムを読み出すことにより、遠隔操作装置１０の操作ハンドル１１及び／又は操作ペダル部１２の動作指令が個別の手術器具４０に適合した動作をさせることができる。

画像制御部１４３は、内視鏡５０が取得した画像を表示部１３に伝送する。画像制御部１４３は、必要に応じて画像の加工修正処理を行う。

（手術器具の構成）
図３～図１１を参照して、本実施形態による手術器具４０の構成について説明する。

図３に示すように、手術器具４０は、ロボット手術システム１００のロボットアーム２１ａに取り付けられる手術器具である。ロボットアーム２１ａは、清潔区域において使用されるため、ドレープ７０により覆われる。ここで、手術室では、手術により切開した部分および医療機器が病原菌や異物などにより汚染されることを防ぐため、清潔操作が行われる。この清潔操作においては、清潔区域および清潔区域以外の区域である汚染区域が設定される。手術部位は、清潔区域に配置される。操作者Ｏを含む手術チームのメンバーは、手術中、清潔区域に殺菌されている物体のみが位置するよう配慮し、かつ、汚染区域に位置している物体を清潔区域に移動させるときは、この物体に滅菌処理を施す。同様に、操作者Ｏを含む手術チームのメンバーがその手を汚染区域に位置させたときは、清潔区域に位置している物体に直接接触する前に、手の滅菌処理を行う。清潔区域において用いられる器具は、滅菌処理が行われる、または、滅菌処理されたドレープ７０により覆われる。ロボットアーム２１ａには、先端部に医療器具としての手術器具４０が着脱可能に取り付けられる。手術器具４０は、ロボット手術システム１００のロボットアーム２１ａにアダプタ６０を介して取り外し可能に接続される。

（手術器具）
手術器具４０は、ロボットアーム２１ａの駆動によりエンドエフェクタ４１を動作させる。具体的には、図４に示すように、手術器具４０は、ロボットアーム２１ａ（図１参照）内の駆動機構（図示せず）によるワイヤ４６ａ、４６ｂ、４６ｃの駆動によって、先端部のエンドエフェクタ４１を動作させるように構成されている。

手術器具４０は、図３に示すように、エンドエフェクタ４１と、シャフト４２と、接続部４３と、を備えている。また、手術器具４０は、図４に示すように、第１支持体４４と、第２支持体４５と、ワイヤ４６ａ、４６ｂおよび４６ｃ（図８参照）と、を備えている。また、手術器具４０は、図５に示すように、プーリ４４４、４４５、４４６および４４７と、プーリ４５３、４５４、４５５および４５６と、を備えている。エンドエフェクタ４１は、プーリ部４４２および４４３を含んでいる。また、第１支持体４４は、プーリ部４５２を含んでいる。なお、ワイヤ４６ａは、「第１細長要素」および「第２細長要素」の一例であり、ワイヤ４６ｂは、「第１細長要素」および「第２細長要素」の一例である。また、プーリ部４４２および４４３は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１エンドエフェクタプーリ部」および「第２エンドエフェクタプーリ部」の一例である。また、プーリ４４４および４４６は、特許請求の範囲の「第３プーリ」の一例であり、プーリ４４５および４４７は、特許請求の範囲の「第４プーリ」の一例である。また、プーリ４５３および４５５は、特許請求の範囲の「第１プーリ」の一例であり、プーリ４５４および４５６は、特許請求の範囲の「第２プーリ」の一例である。

第１支持体４４は、エンドエフェクタ４１を第１回転軸４４１周りに回転可能に支持している。つまり、第１支持体４４には、第１回転軸４４１の回転軸線Ａ１周りに回転するようにエンドエフェクタ４１が取り付けられている。また、第２支持体４５は、第１支持体４４を第２回転軸４５１周りに回転可能に支持している。つまり、第２支持体４５には、第２回転軸４５１の回転軸線Ａ２周りに回転するように第１支持体４４が取り付けられている。

なお、第１回転軸４４１の回転軸線Ａ１が延びる方向をＸ方向とし、Ｘ方向のうちの一方側をＸ１方向とし、他方側をＸ２方向とする。また、第２回転軸４５１の回転軸線Ａ２が延びる方向をＹ方向とし、Ｙ方向のうちの一方側をＹ１方向とし、他方側をＹ２方向とする。ここで、Ｘ方向とＹ方向とは、直交する関係である。また、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向をＺ方向とし、Ｚ方向のうちの一方側をＺ１方向とし、Ｚ方向のうち他方側をＺ２方向とする。

図５に示すように、第１回転軸４４１には、プーリ部４４２および４４３が設けられている。つまり、プーリ部４４２および４４３は、第１回転軸４４１の回転軸線Ａ１周りに回動可能に設けられている。プーリ部４４２は、エンドエフェクタ４１の第１部材４１ａに接続されている。また、プーリ部４４３は、エンドエフェクタ４１の第２部材４１ｂに接続されている。

第２回転軸４５１には、プーリ部４５２が設けられている。また、第２回転軸４５１には、プーリ４５３および４５４が設けられている。また、第２回転軸４５１には、プーリ４５５および４５６が設けられている。つまり、プーリ部４５２、プーリ４５３、４５４、４５５および４５６は、第２回転軸４５１の回転軸線Ａ２周りに回動可能に設けられている。

図４に示すように、プーリ４４４および４４５は、プーリ部４４２および４４３とプーリ４５３および４５４との間の第１支持体４４に設けられている。また、プーリ４４６および４４７（図５参照）は、プーリ部４４２および４４３とプーリ４５５および４５６との間の第１支持体４４に設けられている。

プーリ４４４は、第１軸部４４４ａ周りに回転可能に設けられている。プーリ４４４は、回転軸線Ｂ１周りに回転する。プーリ４４５は、第２軸部４４５ａ周りに回転可能に設けられている。プーリ４４５は、回転軸線Ｂ２周りに回転する。プーリ４４６は、第３軸部４４６ａ周りに回転可能に設けられている。プーリ４４６は、回転軸線Ｂ３周りに回転する。プーリ４４７は、第４軸部４４７ａ周りに回転可能に設けられている。プーリ４４７は、回転軸線Ｂ４周りに回転する。

図５に示すように、ワイヤ４６ａは、プーリ４４４を経由してプーリ部４４２およびプーリ４５３に掛けられる。また、ワイヤ４６ａは、プーリ４４７を経由してプーリ部４４２およびプーリ４５６に掛けられる。また、ワイヤ４６ｂは、プーリ４４５を経由してプーリ部４４３およびプーリ４５４に掛けられる。また、ワイヤ４６ｂは、プーリ４４６を経由してプーリ部４４３およびプーリ４５５に掛けられる。

ここで、本実施形態では、図４、図５および図１０に示すように、プーリ４４４の回転軸線Ｂ１の方向と、プーリ４４５の回転軸線Ｂ２との方向は互いに異なる。これにより、プーリ４４４および４４５の回転軸線の方向を同じにする場合に比べて、プーリ部４４２にワイヤ４６ａを導くプーリ４４４と、プーリ部４４３にワイヤ４６ｂを導くプーリ４４５とを、より適切な位置に配置することができる。これにより、第２支持体４５に対して第１支持体４４が回動して姿勢が変化した場合に、プーリ４４４に掛けられたワイヤ４６ａとプーリ４４５に掛けられたワイヤ４６ｂとが互いに干渉したり、いずれか一方のワイヤがプーリ部４４２または４４３に対して大きく傾斜して掛かるのを抑制することができるので、ワイヤにかかる負荷が増大するのを抑制することができる。その結果、手術器具４０の耐久性を向上させることができる。また、プーリ４４４および４４５の位置を調整することにより、ワイヤ４６ａおよび４６ｂを、それぞれ、プーリ部４４２および４４３と、プーリ４５３および４５４と、に導くことができるので、プーリ部４４２、４４３、プーリ４５３および４５４を配置する設計レイアウトの自由度を高めることができる。

プーリ４４６の回転軸線Ｂ３の方向と、プーリ４４７の回転軸線Ｂ４との方向は互いに異なる。

プーリ部４４２および４４３の回転軸線Ａ１の方向と、プーリ４５３および４５４の回転軸線Ａ２の方向とは、シャフト４２の延びる方向（Ｚ方向）に見て交差している。具体的には、回転軸線Ａ１の方向（Ｘ方向）と回転軸線Ａ２の方向（Ｙ方向）とは、Ｚ方向から見て直交している。また、プーリ４４４および４４５のうち少なくとも１つの回転軸線の方向は、プーリ４５３および４５４の回転軸線Ａ２の方向と非平行である。これにより、回転軸線方向が互いに異なるプーリ部４４２および４４３と、プーリ４５３および４５４のと間のワイヤ４６ａおよび４６ｂを、プーリ４４４および４４５により支持して導くことができるので、ワイヤ４６ａおよび４６ｂにたるみが生じたり、負荷が増大するのを効果的に抑制することができる。

また、プーリ４４６および４４７のうち少なくとも１つの回転軸線の方向は、プーリ４５５および４５６の回転軸線Ａ２の方向と非平行である。

図４に示すように、プーリ４４４および４４５は、プーリ部４４２および４４３とプーリ４５３および４５４との間の第１支持体４４の設置面４４ａに設けられている。また、プーリ４４４および４４５は、設置面４４ａに直交する方向（Ｙ方向）に沿って並んで配置されている。これにより、プーリ４４４および４４５を、第１支持体４４の設置面４４ａにＺ方向に並べて配置する場合に比べて、Ｚ方向のプーリ４４４および４４５の設置スペースを小さくすることができる。その結果、プーリ部４４２および４４３とプーリ４５３および４５４との間のＺ方向の距離が大きくなるのを抑制することができる。

また、プーリ４４６および４４７は、プーリ部４４２および４４３とプーリ４５５および４５６との間の第１支持体４４の設置面４４ａに設けられている。また、プーリ４４６および４４７は、設置面４４ａに直交する方向に沿って並んで配置されている。

図４および図５に示すように、プーリ４４４は、回転軸線Ｂ１が設置面４４ａに直交する方向に延びるように配置されている。また、プーリ４４５は、回転軸線Ｂ２が設置面４４ａに直交する方向に対して傾斜する方向に延びるように配置されている。これにより、プーリ４４４を設置面と平行に配置することができるので、プーリ４４４をコンパクトに配置することができる。

プーリ４４６は、回転軸線Ｂ３が設置面４４ａに直交する方向に延びるように配置されている。また、プーリ４４７は、回転軸線Ｂ４が設置面４４ａに直交する方向に対して傾斜する方向に延びるように配置されている。

つまり、プーリ４４４の回転軸線Ｂ１の方向は、プーリ４５３および４５４の回転軸線Ａ２の方向と平行である。また、プーリ４４５の回転軸線Ｂ２の方向は、プーリ４５３および４５４の回転軸線Ａ２の方向と非平行である。これにより、プーリ４５３および４５４の回転軸線Ａ２の方向と平行なプーリ４４４により、ワイヤ４６ａをプーリ部４４２に導き、プーリ４５３および４５４の回転軸線Ａ２の方向と平行ではないプーリ４４５により、ワイヤ４６ａに干渉しないようにワイヤ４６ｂをプーリ部４４３に導くことができる。

また、プーリ４４６の回転軸線Ｂ３の方向は、プーリ４５５および４５６の回転軸線Ａ２の方向と平行である。また、プーリ４４７の回転軸線Ｂ４の方向は、プーリ４５５および４５６の回転軸線Ａ２の方向と非平行である。

図４に示すように、第１軸部４４４ａおよび第２軸部４４５ａは、回転軸線の方向が互いに異なるように接続されて、一体的に形成されている。これにより、第１軸部４４４ａおよび第２軸部４４５ａを別個に設ける場合に比べて、部品点数を減少させることができる。

また、第３軸部４４６ａおよび第４軸部４４７ａは、回転軸線の方向が互いに異なるように接続されて、一体的に形成されている。

エンドエフェクタ４１は、種類に応じた機能に基づいて、患者Ｐの施術部位に対して処置を行うように構成されている。具体的には、エンドエフェクタ４１は、ワイヤ４６ａにより駆動される第１部材４１ａと、ワイヤ４６ｂにより駆動される第２部材４１ｂとを含んでいる。これにより、エンドエフェクタ４１の第１部材４１ａおよび第２部材４１ｂを独立して駆動させることができる。また、エンドエフェクタ４１は、第１部材４１ａおよび第２部材４１ｂとして、一対のジョーを含んでいる。一対のジョー（第１部材４１ａおよび第２部材４１ｂ）は、第１支持体４４に開閉可能に取り付けられている。

第１部材４１ａは、図６および図７に示すように、ワイヤ４６ａの留め具４６１に係合する凹部４４２ａが形成されたプーリ部４４２の回転により動作する。ワイヤ４６ａは、留め具４６１を引っ張るように駆動されることにより、第１部材４１ａを回転軸線Ａ１周りに回動させるように動作させる。なお、第２部材４１ｂについても、第１部材４１ａと同様に、ワイヤ４６ｂの駆動により、回転軸線Ａ１周りに回動されるように動作する。

第１支持体４４は、図８に示すように、ワイヤ４６ｃの留め具４６１に係合する凹部４５２ａが形成されたプーリ部４５２の回転により動作する。ワイヤ４６ｃは、留め具４６１を引っ張るように駆動されることにより、第１支持体４４を回転軸線Ａ２周りに回動させるように動作させる。

第２支持体４５は、図９に示すように、シャフト４２に接続されている。第２支持体４５の内部空間には、シリコンシール４７が挿入されている。シリコンシール４７は、第２支持体４５の内部空間のＺ１方向側の端部に配置されている。第２支持体４５は、端面４５７を有している。端面４５７には、２つの貫通孔４５７ａと、２つの貫通孔４５７ｂとが設けられている。２つの貫通孔４５７ｂには、シリコンシール４７が嵌り込んでいる。シリコンシール４７には、ワイヤ４６ａ～４６ｃを通すための穴４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ、４７ｆが設けられている。穴４７ａおよび４７ｄには、ワイヤ４６ｃが通される。穴４７ｂおよび４７ｆには、ワイヤ４６ａが通される。穴４７ｃおよび４７ｅには、ワイヤ４６ｂが通される。貫通孔４５７ａには、例えば、エンドエフェクタ４１に電圧を印加するための電線が通される。

図１１に示すように、プーリ４４４の回転軸線Ｂ１と、プーリ４４５の回転軸線Ｂ２とは、第１軸部４４４ａと第２軸部４４５ａとが接続する部分において交差するように配置されている。また、プーリ４４４の回転軸線Ｂ１と、プーリ４４５の回転軸線Ｂ２とは、設置面４４ａに直交する方向（Ｙ方向）に見て交差するように配置されている。これにより、プーリ４４４の回転軸線Ｂ１とプーリ４４５の回転軸線Ｂ２とを接続することができるので、プーリ４４４および４４５をコンパクトに配置することができる。

また、図１１に示すように、第１軸部４４４ａの軸径ｄ１と第２軸部４４５ａの軸径ｄ２とは互いに異なる。具体的には、第１軸部４４４ａの軸径ｄ１は、第２軸部４４５ａの軸径ｄ２よりも大きい。なお、第１軸部４４４ａの軸径ｄ１と第２軸部４４５ａの軸径ｄ２とは同じであってもよい。

また、プーリ４４６の回転軸線Ｂ３と、プーリ４４７の回転軸線Ｂ４とは、第３軸部４４６ａと第４軸部４４７ａとが接続する部分において交差するように配置されている。また、プーリ４４６の回転軸線Ｂ３と、プーリ４４７の回転軸線Ｂ４とは、設置面４４ａに直交する方向（Ｙ方向）に見て交差するように配置されている。また、第３軸部４４６ａの軸径と第４軸部４４７ａの軸径とは互いに異なる。具体的には、第３軸部４４６ａの軸径は、第４軸部４４７ａの軸径よりも大きい。なお、第３軸部４４６ａの軸径と第４軸部４４７ａの軸径ｄ２とは同じであってもよい。

（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、手術器具４０は、エンドエフェクタ４１は、一対のジョーを含む構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、手術器具は、エンドエフェクタとして、フック、把持鉗子、シザーズ、高周波ナイフ、スネアワイヤ、クランプ、ステイプラーなどを含んでいてもよい。

また、上記実施形態では、プーリ４４５（第４プーリ）の回転軸線Ｂ２の方向がプーリ４５３および４５４（第１プーリおよび第２プーリ）の回転軸線Ａ２の方向と非平行である構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第３プーリおよび第４プーリの両方の回転軸線の方向が第１プーリおよび第２プーリの回転軸線の方向と非平行であってもよい。

また、上記実施形態では、プーリ４４４（第３プーリ）の回転軸線Ｂ１と、プーリ４４５（第４プーリ）の回転軸線Ｂ２とが、互いに交差する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１２に示すように、プーリ４４４（第３プーリ）の回転軸線Ｂ５と、プーリ４４５（第４プーリ）の回転軸線Ｂ６とは、第１軸部４４４ａと第２軸部４４５ａとが接続する部分においてオフセットするように配置されていてもよい。つまり、プーリ４４４（第３プーリ）の回転軸線Ｂ５と、プーリ４４５（第４プーリ）の回転軸線Ｂ６とが、設置面４４ａに直交する方向（Ｙ方向）から見てオフセットするように配置されていてもよい。これにより、プーリ４４４の回転軸線Ｂ５の位置とプーリ４４５の回転軸線Ｂ６との位置を離すことができるので、プーリ４４４により支持するワイヤ４６ａと、プーリ４４５により支持するワイヤ４６ｂとが干渉するのを効果的に抑制することができる。なお、第１軸部４４４ａの軸径ｄ１と第２軸部４４５ａの軸径ｄ２とは互いに異なる。具体的には、第１軸部４４４ａの軸径ｄ１は、第２軸部４４５ａの軸径ｄ２よりも大きい。

また、上記実施形態では、細長要素がワイヤを含む構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、細長要素はワイヤ以外を含んでいてもよい。たとえば、細長要素は、ケーブルや糸やひもなどを含んでいてもよい。

２１ａ：ロボットアーム、４０：手術器具、４１：エンドエフェクタ、４１ａ：第１部材、４１ｂ：第２部材、４２：シャフト、４４：第１支持体、４４ａ：設置面、４５：第２支持体、４６ａ：ワイヤ（第１細長要素）、４６ｂ：ワイヤ（第２細長要素）、１００：ロボット手術システム、４４１：第１回転軸、４４２：プーリ部（第１エンドエフェクタプーリ部）、４４３：プーリ部（第２エンドエフェクタプーリ部）、４４４：プーリ（第３プーリ）、４４４ａ：第１軸部、４４５：プーリ（第４プーリ）、４４５ａ：第２軸部、４５１：第２回転軸、４５３：プーリ（第１プーリ）、４５４：プーリ（第２プーリ）

Claims (12)

1. ロボット手術システムのロボットアームに取り付けられる手術器具であって、
   第１回転軸に設けられた第１エンドエフェクタプーリ部および第２エンドエフェクタプーリ部を含むエンドエフェクタと、
   前記エンドエフェクタを前記第１回転軸周りに回転可能に支持する第１支持体と、
   前記第１支持体を第２回転軸周りに回転可能に支持する第２支持体と、
   前記第２回転軸に設けられた第１プーリおよび第２プーリと、
   前記第１エンドエフェクタプーリ部および前記第２エンドエフェクタプーリ部と前記第１プーリおよび前記第２プーリとの間の前記第１支持体に設けられた第３プーリおよび第４プーリと、
   前記第３プーリを経由して、前記第１エンドエフェクタプーリ部および前記第１プーリに掛けられる第１細長要素と、
   前記第４プーリを経由して、前記第２エンドエフェクタプーリ部および前記第２プーリに掛けられる第２細長要素と、を備え、
   前記第３プーリおよび前記第４プーリの回転軸線の方向は互いに異なり、
   前記第３プーリおよび前記第４プーリのいずれか一方の回転軸線の方向は、前記第１プーリおよび前記第２プーリの回転軸線の方向と非平行であり、
   前記第３プーリおよび前記第４プーリのいずれか他方の回転軸線の方向は、前記第１プーリおよび前記第２プーリの回転軸線の方向と平行である、手術器具。
2. 前記第２支持体に接続されるシャフトをさらに備え、
   前記第１エンドエフェクタプーリ部および前記第２エンドエフェクタプーリ部の回転軸線の方向と、前記第１プーリおよび前記第２プーリの回転軸線の方向とは、前記シャフトの延びる方向に見て交差している、請求項１に記載の手術器具。
3. 前記第３プーリおよび前記第４プーリは、前記第１エンドエフェクタプーリ部および前記第２エンドエフェクタプーリ部と前記第１プーリおよび前記第２プーリとの間の前記第１支持体の設置面に設けられ、前記設置面に直交する方向に沿って並んで配置されている、請求項１または２に記載の手術器具。
4. 前記第３プーリは、回転軸線が前記設置面に直交する方向に延びるように配置され、
   前記第４プーリは、回転軸線が前記設置面に直交する方向に対して傾斜する方向に延びるように配置されている、請求項３に記載の手術器具。
5. 前記第３プーリの回転軸線の方向は、前記第１プーリおよび前記第２プーリの回転軸線の方向と平行であり、
   前記第４プーリの回転軸線の方向は、前記第１プーリおよび前記第２プーリの回転軸線の方向と非平行である、請求項４に記載の手術器具。
6. 前記第３プーリは、第１軸部周りに回転可能に設けられ、
   前記第４プーリは、第２軸部周りに回転可能に設けられ、
   前記第１軸部および前記第２軸部は、回転軸線の方向が互いに異なるように接続されて、一体的に形成されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の手術器具。
7. 前記第３プーリの回転軸線と、前記第４プーリの回転軸線とは、前記第１軸部と前記第２軸部とが接続する部分において交差するように配置されている、請求項６に記載の手術器具。
8. 前記第３プーリの回転軸線と、前記第４プーリの回転軸線とは、前記第１軸部と前記第２軸部とが接続する部分においてオフセットするように配置されている、請求項６に記載の手術器具。
9. 前記第１軸部の軸径と前記第２軸部の軸径とは互いに異なる、請求項６～８のいずれか１項に記載の手術器具。
10. 前記第１細長要素および前記第２細長要素は、ワイヤを含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の手術器具。
11. 前記エンドエフェクタは、前記第１細長要素により駆動される第１部材と、前記第２細長要素により駆動される第２部材とを含む、請求項１～１０のいずれか１項に記載の手術器具。
12. 前記エンドエフェクタは、前記第１部材および前記第２部材として、一対のジョーを含む、請求項１１に記載の手術器具。

Images