JP7349555B2 - 医療デバイス、医療デバイスの制御方法および制御装置 - Google Patents
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Description
本発明の一態様は、生体組織を把持する一対のジョーであって、前記一対のジョーは、前記一対のジョーの一端部において相互に連結され、少なくとも一方のジョーの揺動によって開閉し、閉じた状態において相互に対向する一対の把持面を有する、一対のジョーと、前記一対のジョーを閉じるための閉駆動力を発生する駆動源と、前記一対のジョーと前記駆動源とを接続し、前記駆動源から前記一対のジョーの少なくとも一方へ前記閉駆動力を伝達する駆動力伝達部材と、前記一対のジョーの少なくとも一方に設けられ、前記生体組織に処置する処置部と、前記駆動源と接続され前記駆動源を制御する制御部とを備え、前記一対の把持面間に把持圧力が発生する領域が、前記閉駆動力の大きさに応じて前記一対の把持面の一端部と他端部との間で変位し、前記制御部は、前記駆動源が発生する前記閉駆動力の大きさを時間変化させることによって前記把持圧力が発生する領域を変位させる、組織把持デバイスである。
ここで、生体組織が処置されるためには、生体組織が一定以上の把持圧力で一対の把持面によって把持されている必要がある。閉駆動力が高い程、各ジョーの反りが大きくなり、把持圧力が発生する領域が一端側または他端側へ変位する。したがって、閉駆動力の大きさに応じて、生体組織が効率的に処置される位置が異なる。
この構成によれば、閉駆動力を時間変化させながら処置部から生体組織にエネルギを作用させることによって、一対の把持面間の生体組織の全長にわたってエネルギを作用させて処置することができる。
この構成によれば、処置部の駆動と同期して駆動源を自動制御し、処置部による生体組織の処置と同時に把持圧力が発生する領域を自動的に変位させることができる。
この構成によれば、簡単な装置構成および制御によって生体組織の所望の処置を実現することができる。
この構成によれば、一対の把持面間の生体組織を全長にわたってより確実に処置することができる。
この構成によれば、把持力目標曲線に従って閉駆動力を時間変化させることによって、予め設計された把持圧力の空間分布を把持面間に発生させることができ、生体組織の所望の処置をより確実に実現することができる。
一対のジョーの開閉の度合いは、一対の把持面間の生体組織の厚さを表す。処置部による生体組織の処置が進行するにつれて一対の把持面間の生体組織の厚さが変化する場合、処置検知部によって検出された開閉の度合いに基づいて、生体組織の処置の進行状況を推定することができる。
この構成によれば、組織の処置が進行するにつれて把持圧力が発生する領域が一対の把持面の一端部から他端部へ、または他端部から一端部へ、一方向に変位する。これにより、一対の把持面間の生体組織をより確実にかつより効率的に処置することができる。
一対の把持面間の生体組織が薄い程、一対のジョーの開閉の度合いが小さくなり、開閉の度合いの検知精度が低下する。したがって、処置の進行によって生体組織が薄くなった後、把持圧力が発生する領域を一対の把持面の一端部と他端部との間で往復移動させることによって、一対の把持面間に残った薄い生体組織を全長にわたってより確実に処置することができる。
上記他の態様において、前記生体組織を切開するためのエネルギを前記一対のジョー間の前記生体組織に作用させる工程をさらに含んでいてもよい。
上記他の態様において、前記閉駆動力の大きさを時間変化させる工程が、前記生体組織を処置する工程の期間中に行われてもよい。
本発明の第1の実施形態に係る組織把持デバイスについて図面を参照して説明する。
本実施形態に係る組織把持デバイス100は、図1に示されるように、生体組織Sを把持し処置するデバイス本体1と、デバイス本体1と接続されデバイス本体1を制御するコントローラ2とを備える。
一対のジョー81,82の基端部は、シャフト3の長手軸線Aに垂直な揺動軸線回りに相互に揺動可能に連結されている。一対のジョー81,82が相互に揺動することによって一対のジョー81,82の先端側が開閉する。一対のジョー81,82は、一対のジョー81,82が閉じた状態において相互に対向する把持面81a,82aをそれぞれ有し、把持面81a,82a間に組織Sを把持する。
各ジョー81,82は細径であり、後述するように、可動ジョー82に加わる把持力Fによって反ることができる低い剛性を有する。
また、処置部9は、切開以外の種類の処置を生体組織Sに施してもよい。例えば、処置部9は、生体組織Sにエネルギを作用させることによって生体組織Sを封止してもよい。
開閉操作部11は、一対のジョー81,82を開閉させるために操作者によって操作される部分であり、開位置と閉位置との間で本体10に対して変位可能である。本実施形態において、開閉操作部11は、操作者によって握られることによって本体10に対して開位置から閉位置へ揺動するハンドルである。開閉操作部11は、押しボタンまたはトグルスイッチ等の他の形態であってもよい。
なお、図1では、ハンドル11が先端側へ向かって握られるように構成されているが、図2および図3に示されるように、ハンドル11は基端側へ向かって握られるように構成されていてもよい。
駆動力伝達部材6は、シャフト3の長手軸線Aに沿う方向にシャフト3の内部に配置された長尺の部材であり、例えば、高剛性のロッドまたは可撓性のワイヤである。駆動力伝達部材6の先端は可動ジョー82の基端部に固定され、駆動力伝達部材6の基端はラック13cに固定されている。
また、駆動部13は、一対のジョー81,82を開くための開駆動力として、閉駆動力とは逆方向のトルクを発生させる。開駆動力によって駆動力伝達部材6の基端が押圧され、可動ジョー82を開く方向に揺動させる解放力が駆動力伝達部材6から可動ジョー82に伝達される。
なお、ハサミのように相互に交差する一対のジョーの場合、閉駆動力の大きさと領域Rとの関係は逆になる。つまり、閉駆動力および把持力が増大するにつれて、領域Rは、把持面81a,82aの基端部から先端部に向かって変位する。
記憶部2aには、図5Dに示されるように、把持力Fの大きさの時間変化パターンを表す把持力目標曲線2cが記憶されている。この時間変化パターンにおいて、把持力Fの大きさは、低把持力Fmin(F5)と高把持力Fmax(F1)との間で時間的に振動する。
まず、第1ステップにおいて、図5Aに示されるように、組織Sの所望の切開を実現するための各把持力F1,F2,F3,F4,F5の時間比率T1,T2,T3,T4,T5を決定する。例えば、把持面81a,82aの全長にわたる組織Sの切開を実現する場合、把持面81a,82aの全長にわたって把持圧力が目標把持圧力paよりも大きくなる時間比率T1,T2,T3,T4,T5を決定する。時間比率T1,T2,T3,T4,T5は、図5Bに示される把持力F1,F2,F3,F4,F5(F1>F2>F3>F4>F5)と領域Rの位置との関係に基づいて決定される。図5Bにおいて、横軸は、把持面81a,82a上の長手軸線Aに沿う方向の位置(把持面81a,82aの先端からの距離)であり、縦軸は、把持面81a,82aの各位置における把持圧力の大きさである。
切開を停止するタイミングは、操作者が任意に決定してもよい。例えば、一対のジョー81,82の開閉の度合いを検知する処置検知部が設けられ、操作者が、処置検知部による検知結果から一対の把持面81a,82a間の組織Sの厚みを算出し、厚みから切開の進行状況を推定し、推定結果に基づいて切開を停止するタイミングを決定してもよい。
また、閉駆動力fを所定の時間変化パターンに従って繰り返し時間変化させるだけの簡単な制御によって、組織Sの全長にわたる切開を実現することができる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る組織把持デバイスおよびその制御方法について説明する。
本実施形態においては、第1の実施形態と異なる構成について説明し、第1の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
具体的には、図7および図8に示されるように、組織把持デバイス200は、デバイス本体101と、コントローラ2とを備え、デバイス本体101は、シャフト3、エンドエフェクタ4、駆動操作ユニット5、駆動力伝達部材6およびエネルギユニット7に加えて、処置部9による組織Sの切開の進行状況を検知する処置検知部15をさらに備える。
また、プロセッサ2bは、モータ13aが発生する閉駆動力fを高駆動力fmaxに制御する(ステップS405)。高駆動力fmaxは、一対の把持面81a,82aの基端部において必要把持圧力が発生する高把持力Fmaxに対応している。したがって、一対の把持面81a,82aの基端部間の組織Sが最初に切開される。
以下、プロセッサ2bは、閉駆動力fが最低閉駆動力fminまで減少するまでステップS406からS408を繰り返す。
所定の閾値Thおよび減少量Δfは、閉駆動力fの大きさに関わらず固定であってもよい。
本実施形態によれば、第1の実施形態の構成に処置検知部15を追加し、処置検知部15の検知結果に応じて閉駆動力fを漸次減少させることによって、第1の実施形態と比較して以下の効果をさらに得ることができる。
また、本実施形態によれば、第1の実施形態と比較して、より短時間で組織Sを切開することができる。
次に、本発明の第3の実施形態に係る組織把持デバイスおよびその制御方法について説明する。
本実施形態においては、第1および第2の実施形態と異なる構成について説明し、第1および第2の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態において、プロセッサ2bは、図13に示されるように、処置部駆動信号に応答して、処置部9を駆動するとともに閉駆動力fを高駆動力fmaxに設定する(ステップS401,S405)。そして、プロセッサ2bは、処置部9による組織Sの切開の期間中、処置検知部15によって検知される駆動力伝達部材6の基端の位置を監視する(ステップS406)。
ずれ量Δdが第1閾値Th1よりも大きい場合(ステップS407’のNO)、プロセッサ2bは、ステップS403に進む。
ずれ量Δdが第1閾値Th1以下である場合(ステップS407’のYES)、続いて、プロセッサ2bは、ずれ量Δdを所定の第2閾値Th2と比較する(ステップS410)。第2閾値Th2は、第1閾値Th1よりも小さい。
一方、ずれ量Δdsが第2閾値Th2以下である場合(ステップS410のYES)、プロセッサ2bは、ステップS402に移行し、把持力目標曲線2cに従って閉駆動力fの大きさを時間的に振動させる(ステップS402)。これにより、切り残った薄い組織Sが全長にわたって切開される。
プロセッサ2bは、切開を停止するための操作が操作者によって処置操作部14に行われたとき(ステップS403またはS403’のYES)、エネルギユニット7から処置部9へのエネルギ源の供給および駆動部13の閉駆動力fの時間変化を停止させる(ステップS404)。
わずかなずれ量Δdを検知可能な高精度なエンコーダを採用した場合には、装置コストが高くなる。
これにより、検出精度の高い特別なエンコーダを使用せずとも、薄い組織S、または、一定以上の切開後に把持面81a,82a間に残った薄い組織Sを、全長にわたってより確実に切開することができる。
また、本実施形態によれば、第1の実施形態と比較して、より短時間で組織Sを切開することができる。
上記各実施形態において、処置検知部15が、一対のジョー81,82の開閉の度合いを検知するために、駆動部13に設けられたエンコーダを用いることとしたが、これに代えて、他の手段を用いてもよい。例えば、処置検知部15は、可動ジョー82の揺動角度を直接検出するエンコーダまたは視覚センサを用いてもよい。視覚センサは、ジョー81,82を観察する内視鏡であってもよい。あるいは、処置検知部15は、内視鏡等の視覚センサによって、把持面81a,82a間の組織Sの切開の進行状況を直接検知してもよい。
2b プロセッサ(制御部)
2c 把持力目標曲線
6 駆動力伝達部材
81,82 ジョー
81a,82a 把持面
9 処置部
13a モータ(駆動源)
15 処置検知部
100,200,300 組織把持デバイス
S 生体組織
Claims (20)
- 生体組織を把持する一対のジョーであって、前記一対のジョーは、前記一対のジョーの一端部において連結され、少なくとも一方のジョーの揺動によって開閉し、閉じた状態において対向する一対の把持面を有する、一対のジョーと、
前記一対のジョーを閉じるための閉駆動力を発生する駆動源と、
前記一対のジョーと前記駆動源とを接続し、前記駆動源から前記一対のジョーの少なくとも一方へ前記閉駆動力を伝達する駆動力伝達部材と、
前記駆動源と接続され前記駆動源を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記駆動源が発生する前記閉駆動力の大きさを時間変化させることによって、前記生体組織を把持するための圧力の目標値よりも大きい圧力である把持圧力が発生する領域を前記一対の把持面内で変位させる、医療デバイス。 - 前記制御部は、前記閉駆動力の大きさを、前記一対の把持面の一端部に前記把持圧力が発生する第1駆動力と、前記一対の把持面の前記一端部とは反対の他端部に前記把持圧力が発生する第2駆動力との間で遷移させる請求項1に記載の医療デバイス。
- 前記制御部は、前記第1駆動力および前記第2駆動力の一方を最大値とし他方を最小値として、前記閉駆動力の大きさを振動させる請求項2に記載の医療デバイス。
- 処置部をさらに備え、
前記処置部は、前記一対の把持面の少なくとも一方に設けられ、前記生体組織を切開するためのエネルギを出力し、
前記制御部は、前記処置部が前記エネルギを出力している間に前記閉駆動力の大きさを時間変化させる、請求項3に記載の医療デバイス。 - 前記駆動力伝達部材から前記一対のジョーに加わる把持力であって前記閉駆動力に基づく把持力の時間変化パターンを表す目標値を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記目標値に従って前記閉駆動力の大きさを時間変化させる請求項4に記載の医療デバイス。 - 前記一対のジョーの開閉の度合いを検知する処置検知部を備え、
前記制御部は、前記処置検知部によって検知された前記開閉の度合いに応じて前記閉駆動力を漸次減少または漸次増大させる請求項5に記載の医療デバイス。 - 前記処置検知部によって検知された前記一対のジョーの開閉の度合いが所定の閾値以下になった後、前記制御部は、前記閉駆動力の大きさを、前記第1駆動力と前記第2駆動力との間で遷移させる請求項6に記載の医療デバイス。
- 生体組織を把持する一対のジョーを備える医療デバイスの制御方法であって、
前記一対のジョーは、前記一対のジョーの一端部において連結され、駆動装置からの駆動力を受けて前記ジョーが揺動することによって開閉し、閉じた状態において対向する一対の把持面を有し、
前記駆動装置を制御する制御装置が、前記一対のジョーを閉じるための閉駆動力の大きさを時間変化させることによって、前記生体組織を把持するための圧力の目標値よりも大きい圧力である把持圧力が発生する領域を前記一対の把持面内で変位させる第一工程を含む医療デバイスの制御方法。 - 前記制御装置が、前記第一工程において、前記閉駆動力の大きさを、前記一対の把持面の一端部に前記把持圧力が発生する第1駆動力と、前記一対の把持面の前記一端部とは反対の他端部に前記把持圧力が発生する第2駆動力との間で遷移させる請求項8に記載の医療デバイスの制御方法。
- 前記制御装置が、前記第一工程において、前記第1駆動力および前記第2駆動力の一方を最大値とし他方を最小値として、前記閉駆動力の大きさを振動させる請求項9に記載の医療デバイスの制御方法。
- 前記医療デバイスは、処置部を備え、
前記制御装置が、前記第一工程を、前記処置部がエネルギを出力している間に行う請求項10に記載の医療デバイスの制御方法。 - 前記制御装置が、記憶部に記憶された目標値に従って前記閉駆動力の大きさを時間変化させる第二工程を含む請求項11に記載の医療デバイスの制御方法。
- 前記制御装置が、前記一対のジョーの開閉の度合いを検知する第三工程と、
前記制御装置が、検知された前記開閉の度合いに応じて前記閉駆動力を漸次減少または漸次増大させる第四工程と、を含む請求項12に記載の医療デバイスの制御方法。 - 前記制御装置が、前記第三工程において検知された前記開閉の度合いが所定の閾値以下になった後、前記閉駆動力の大きさを、前記第1駆動力と、前記第2駆動力との間で遷移させる請求項13に記載の医療デバイスの制御方法。
- 生体組織を把持する一対のジョーであって、前記一対のジョーは、前記一対のジョーの一端部において連結され、少なくとも一方のジョーの揺動によって開閉し、閉じた状態において対向する一対の把持面を有する、一対のジョーと、前記一対のジョーを閉じるための閉駆動力を発生する駆動源と、前記一対のジョーと前記駆動源とを接続し、前記駆動源から前記一対のジョーの少なくとも一方へ前記閉駆動力を伝達する駆動力伝達部材とを備える医療システムを制御する制御装置であって、
制御部を備え、
前記制御部は、前記駆動源が発生する前記閉駆動力の大きさを時間変化させることによって、前記生体組織を把持するための圧力の目標値よりも大きい圧力である把持圧力が発生する領域を前記一対の把持面内で変位させる制御装置。 - 前記制御部は、前記閉駆動力の大きさを、前記一対の把持面の一端部に前記把持圧力が発生する第1駆動力と、前記一対の把持面の前記一端部とは反対の他端部に前記把持圧力が発生する第2駆動力との間で遷移させる請求項15に記載の制御装置。
- 前記制御部は、前記第1駆動力および前記第2駆動力の一方を最大値とし他方を最小値として、前記閉駆動力の大きさを振動させる請求項16に記載の制御装置。
- 前記医療システムは、処置部を備え、
前記処置部は、前記一対の把持面の少なくとも一方に設けられ、前記生体組織を切開するためのエネルギを出力し、
前記制御部は、前記処置部が前記エネルギを出力している間に前記閉駆動力の大きさを時間変化させる請求項17に記載の制御装置。 - 前記駆動力伝達部材から前記一対のジョーに加わる把持力であって前記閉駆動力に基づく把持力の時間変化パターンを表す目標値を記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記目標値に従って前記閉駆動力の大きさを時間変化させる請求項18に記載の制御装置。 - 前記一対のジョーの開閉の度合いを検知する処置検知部を備え、
前記制御部は、前記処置検知部によって検知された前記開閉の度合いに応じて前記閉駆動力を漸次減少または漸次増大させる請求項19に記載の制御装置。
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