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

医療デバイス、医療デバイスの制御方法および制御装置 Download PDF

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Description

本発明は、組織把持デバイスおよび組織把持デバイスの制御方法に関するものである。
従来、一対のジョーによって把持された生体組織を処置する組織把持デバイスが知られている(例えば、特許文献1および2参照。)。
特開2010-51802号公報 特開2019-136510号公報
組織把持デバイスに要求される性能の1つは、一対のジョーの把持面間に把持された生体組織を全長にわたって処置することができることであり、この性能を達成するためには、処置に必要な把持圧力を把持面全長にわたって発生させることが必要である。組織把持デバイスに要求される性能のもう1つは、狭い体腔内での処置を可能とするために、一対のジョーが細径であることである。
把持面において把持圧力が発生する領域の面積とジョーの細さとは、トレードオフの関係にある。すなわち、ジョーが細い程、一対のジョーが閉じた状態でのジョーの反りが大きくなり、その結果、把持圧力が発生する領域が狭くなる。また、ジョーに搭載されたワイパ状の機構によって把持面の全長にわたり把持圧力を発生させることができるが、追加機構の搭載によって細径化が困難になる。したがって、ジョーの細径化と把持面の全長にわたる把持圧力の発生とを両立することは難しい。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ジョーの細径化と把持面の全長にわたる把持圧力の発生とを両立することができる組織把持デバイスおよび組織把持デバイスの制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
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。
本態様によれば、駆動源が発生する閉駆動力が駆動力伝達部材を経由して一対のジョーに伝達されることによって一対のジョーが閉じ、一対のジョーの把持面間に生体組織が把持される。この状態において、生体組織を処置部によって処置することができる。
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。
本態様によれば、一対のジョーが閉じた状態において駆動源が発生する閉駆動力が制御部によって時間変化させられる。これにより、一定以上の把持圧力を把持面の全長にわたって発生させることができ、把持面間の生体組織を全長にわたって処置することができる。また、ジョーの反りを利用して把持圧力が発生する領域を変位させるので、細径のジョーを好適に利用することができる。このように、ジョーの細径化と把持面の全長にわたる把持圧力の発生とを両立することができる。
上記態様において、前記処置部が、前記生体組織を切開するためのエネルギを前記一対の把持面間の前記生体組織に作用させてもよい。
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。
上記態様において、前記制御部は、前記処置部が前記生体組織を処置している期間中に前記閉駆動力の大きさを時間変化させてもよい。
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。
上記態様において、前記制御部が、前記閉駆動力の大きさを所定の時間変化パターンに従って時間変化させてもよい。
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。
上記態様において、前記所定の時間変化パターンにおいて、前記閉駆動力の大きさが、前記一対の把持面の前記一端部において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他端部において前記把持圧力が発生する第2駆動力との間で振動してもよい。
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。
上記態様において、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把持力目標曲線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把持力目標曲線に従って前記閉駆動力の大きさを時間変化させてもよい。
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。
上記態様において、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ていてもよい。
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。
上記態様においては、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もよい。
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。
上記態様において、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、前記一対の把持面の前記一端部において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他端部において前記把持圧力が発生する第2駆動力との間で振動させてもよい。
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。
本発明の他の態様は、生体組織を把持する一対のジョーを備える組織把持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相互に連結され、相互に揺動することによって開閉し、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工程を含む、組織把持デバイスの制御方法である。
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。
上記他の態様において、前記閉駆動力の大きさ時間変化させる工程が、前記閉駆動力の大きさを所定の時間変化パターンに従って時間変化させる工程を含んでいてもよい。前記所定の時間変化パターンにおいて、前記閉駆動力の大きさが、前記一対の把持面の前記一端部において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他端部において前記把持圧力が発生する第2駆動力との間で振動してもよい。
上記他の態様において、前記閉駆動力の大きさを所定の時間変化パターンに従って時間変化させる工程が、記憶部に記憶された把持力目標曲線に従って前記閉駆動力の大きさを時間変化させる工程を含み、前記把持力目標曲線が、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してもよい。
上記他の態様において、前記一対のジョーの開閉の度合いを検知する工程をさらに含んでいてもよい。この構成において、前記閉駆動力の大きさを時間変化させる工程が、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工程を含んでいてもよい。さらに、この構成において、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、前記一対の把持面の前記一端部において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他端部において前記把持圧力が発生する第2駆動力との間で振動させてもよい。
本発明によれば、ジョーの細径化と把持面の全長にわたる把持圧力の発生とを両立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組織把持デバイスの外観図である。 本発明の第1の実施形態に係る組織把持デバイスのデバイス本体の概略構成図である。 本発明の第1の実施形態に係る組織把持デバイスのブロック図である。 一対の把持面が相互に平行になる位置まで閉じた一対のジョーの概略側面図である。 低把持力が加わっているときの一対のジョーと把持圧力の空間分布とを示す図である。 高把持力が加わっているときの一対のジョーと把持圧力の空間分布とを示す図である。 把持力と時間比率と関係の一例を表す図表である。 把持力と把持圧力との関係を表すグラフである。 把持力の時間変化の一例を表すグラフである。 把持力目標曲線の一例を示す図である。 図2および図3の組織把持デバイスの制御方法を示すフローチャートである。 図6Aのフローチャートの切開ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の第2の実施形態に係る組織把持デバイスのデバイス本体の概略構成図である。 本発明の第2の実施形態に係る組織把持デバイスのブロック図である 生体組織の切開の進行に伴う駆動力伝達部材の変位を説明する図である。 図7および図8の組織把持デバイスの制御方法の切開ルーチンを示すフローチャートである。 駆動力伝達部材の基端の位置のずれ量に対する閾値の設定方法を説明する図である。 本発明の第3の実施形態に係る組織把持デバイスのブロック図である 図12の組織把持デバイスの制御方法の切開ルーチンを示すフローチャートである。 一対の把持面によって厚い組織を把持しているときの把持圧力の空間分布を説明する図である。 一対の把持面の一部分のみで組織を把持しているときの把持圧力の空間分布を説明する図である
(第1の実施形態)
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。
デバイス本体1は、長尺のシャフト3と、シャフト3の先端に接続されたエンドエフェクタ4と、シャフト3の基端に接続された駆動操作ユニット5と、シャフト3内を通り駆動操作ユニット5からエンドエフェクタ4まで延びる駆動力伝達部材6(図2参照。)と、駆動操作ユニット5に接続されたエネルギユニット7とを備える。
図2および図3に示されるように、エンドエフェクタ4は、一対のジョー81,82と、一対のジョー81,82の少なくとも一方に設けられた処置部9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。
本実施形態において、一対のジョー81,82は片開き式であり、一方のジョー81がシャフト3に対して固定された固定ジョーであり、他方のジョー82が揺動可能な可動ジョーである。一対のジョー81,82は、両方のジョー81,82が揺動する両開き式であってもよい。
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。
処置部9は、組織Sを切開するためのエネルギを把持面81a,82a間の組織Sに作用させる。例えば、処置部9は、超音波エネルギを出力する超音波プローブ、熱エネルギを出力するヒータ、または高周波エネルギを出力する高周波電極である。処置部9は、シャフト3および駆動操作ユニット5を経由してエネルギユニット7と接続され、エネルギユニット7から高周波電力等のエネルギ源が供給されることによってエネルギを発生させる。したがって、エネルギユニット7は、エネルギ源を発生する装置、例えば、電源装置を有する。
処置部9は、エネルギによって生体組織Sを切開するのではなく、刃によって生体組織Sを機械的に切開してもよい。すなわち、エンドエフェクタ4が、一対のジョー81,82の各々に処置部9として刃が設けられたハサミ鉗子であってもよい。
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。
駆動操作ユニット5は、シャフト3の基端に固定された本体10と、本体10に設けられた開閉操作部11、開閉検知部12、駆動部13および処置操作部14とを備える。
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。
開閉検知部12は、ハンドル11が閉位置に位置するか否かを検知し、ハンドル11が閉位置に位置するときに閉信号をコントローラ2に送信し、ハンドル11が閉位置以外の位置に位置するときに開信号をコントローラ2に送信する。例えば、開閉検知部12は、ハンドル11によってオンオフされる検知スイッチであり、ハンドル11が閉位置に位置するときにオンになって閉信号を出力し、ハンドル11が閉位置以外の位置に位置するときにオフになって開信号を出力する。
駆動部13は、駆動力伝達部材6の基端と接続され駆動力伝達部材6を長手方向に変位させるアクチュエータである。具体的には、駆動部13は、一対のジョー81,82を開閉させるための駆動力としてトルクを発生させるモータ(駆動源)13aと、モータ13aが発生させたトルクを駆動力伝達部材6の長手軸線Aに沿う方向の直線運動に変換するピニオン13bおよびラック13cとを備える。
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。
駆動部13は、一対のジョー81,82を閉じるための閉駆動力fとしてトルクを発生させる。閉駆動力fによって駆動力伝達部材6の基端が牽引され、可動ジョー82を閉じる方向に揺動させる把持力Fが駆動力伝達部材6から可動ジョー82に伝達される。把持力Fの大きさは、閉駆動力fの大きさおよび駆動力伝達部材6の動力伝達効率に基づき、閉駆動力fが大きい程、把持力Fも大きくなる。
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。
処置操作部14は、組織Sの切開を開始および停止させるために操作者によって操作される部分である。一例において、処置操作部14は、押しボタンスイッチ、フットペダルまたは音声入力デバイス等の入力手段である。処置操作部14は、切開を開始させるための操作が操作者によって行われたときに、例えばスイッチが押下されたときに、処置部駆動信号をコントローラ2に送信する。処置部駆動信号に応答してコントローラ2がエネルギユニット7を制御することによって、エネルギユニット7から処置部9にエネルギ源が供給され組織Sが切開される。
ここで、処置部9から把持面81a,82a間の組織Sにエネルギを効率的に作用させて組織Sを切開するためには、把持面81a,82aによって目標把持圧力paよりも大きい必要把持圧力で組織Sが把持されている必要がある。図4Bおよび図4Cに示されるように、必要把持圧力が発生する領域Rは可動ジョー82に加えられる把持力Fの大きさに応じて変位し、それにより組織Sが切開される領域が変位する。
具体的には、図4Aに示されるように、把持面81a,82aが相互に平行である状態において、把持面81a,82a間には隙間が形成されている。したがって、図4Bに示されるように、可動ジョー82に低い把持力Fminが加わっているとき、把持面81a,82aの先端部が相互に接触し、把持面81a,82aの先端部間に必要把持圧力が発生する。この場合、把持面81a,82aの先端部間の組織Sが切開される。一方、図4Cに示されるように、可動ジョー82に高い把持力Fmaxが加わっているとき、把持面81a,82aの基端部が相互に接触し、把持面81a,82aの基端部間に必要把持圧力が発生する。この場合、把持面81a,82aの基端部間の組織Sが切開される。
このように、把持力Fが増大するにつれてジョー81,82の反りが大きくなることによって、必要把持圧力が発生する領域Rは、把持面81a,82aの先端部から基端部に向かって変位する。
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。
コントローラ2は、図3に示されるように、RAM(random access memory)、ROM(read-only memory)およびその他の任意のメモリを有する記憶部2aと、中央演算処理装置のようなプロセッサ(制御部)2bとを備える。
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。
プロセッサ2bは、開閉検知部12からの開信号および閉信号と処置操作部14からの処置部駆動信号とに基づいて駆動部13およびエネルギユニット7を制御することによって、一対のジョー81,82による組織Sの把持および解放と、処置部9による組織Sの切開とを実行する。また、プロセッサ2bは、処置部9によって組織Sが切開されている期間中に把持力目標曲線2cに従って閉駆動力fの大きさを時間変化させることによって、必要把持圧力が発生する領域Rを把持面81a,82aの先端部と基端部との間で往復移動させる。
図5Aから図5Dは、把持力目標曲線2cの設定方法の一例を説明している。この設定方法は、複数の把持力F1,F2,F3,F4,F5の時間比率を決定する第1ステップと、把持力目標曲線を決定する第2ステップとを含む。
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。
一例において、把持力F1,F2,F3,F4,F5を図5Cに示されるように時間変化させる場合、把持圧力pi(x)の平均値p(x)_avgは、下式(1)によって表される。pi(x)は、把持面81a,82aの先端からの距離がxである位置における把持圧力である。図5Bに示されるように、p(x)_avgが全ての位置xにおいて目標把持圧力paよりも大きくなるように、時間比率T1,T2,T3,T4,T5が決定される。
Figure 0007349555000001
次に、第2ステップにおいて、図5Dに示されるように、離散的な把持力F1,F2,F3,F4,F5間を補間する連続的な把持力目標曲線2cを決定する。把持力目標曲線2cは、駆動部13のモータ13aの加減速等の動作性能を考慮して決定される。
次に、プロセッサ2bによる組織把持デバイス100の制御方法について図6Aおよび図6Bを参照して説明する。この制御方法は、記憶部2aに記憶された制御プログラム(図示略)に従ってプロセッサ2bが処理を実行することによって実現される。
図6Aに示されるように、操作者によってハンドル11が開位置から閉位置へ握り込まれると、ハンドル11が握り込まれたことが開閉検知部12によって検知され、開閉検知部12からプロセッサ2bに閉信号が送信される(ステップS1のYES)。プロセッサ2bは、閉信号に応答して駆動部13を制御し、駆動部13に閉駆動力fを発生させる(ステップS2)。これにより、閉駆動力fが駆動力伝達部材6を経由して把持力Fとして可動ジョー82に伝達され、一対のジョー81,82が把持力Fに従って閉じる。このときの閉駆動力fは、例えば、一対の把持面81a,82aの先端部において必要把持圧力が発生する大きさである。
次に、切開を開始するための操作が操作者によって処置操作部14に行われると、処置操作部14からプロセッサ2bに処置部駆動信号が送信される(ステップS3のYES)。プロセッサ2bが処置部駆動信号に応答してエネルギユニット7および駆動部13を制御することによって、処置部9による組織Sの切開が実行される(ステップS4)。
具体的には、図6Bに示されるように、プロセッサ2bは、エネルギユニット7から処置部9にエネルギ源を供給させることによって処置部9を駆動する(ステップS401)。これにより、処置部9から一対の把持面81a,82a間の組織Sにエネルギが供給される。
エネルギユニット7の制御と並行して、プロセッサ2bは、駆動部13を制御して把持力目標曲線2cに従って閉駆動力fの大きさを低駆動力(第2駆動力)と高駆動力(第1駆動力)との間で時間的に振動させる(ステップS402)。つまり、プロセッサ2bは、把持力目標曲線2cの把持力Fの大きさを閉駆動力fの大きさに変換し、得られた閉駆動力fをモータ13aに発生させる。把持力Fから閉駆動力fへの変換には、例えば、予め設定された把持力Fの大きさと閉駆動力fの大きさとの関数が用いられる。これにより、必要把持圧力が発生する領域Rが一対の把持面81a,82aの先端部と基端部との間で往復移動し、エネルギによって組織Sが切開される領域も一対の把持面81a,82aの先端部と基端部との間で往復移動する。
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に行われるまで(ステップS403)、処置部9から組織Sへのエネルギの供給と領域Rの往復移動とが継続される。
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。
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に行われると、処置操作部14からプロセッサ2bへの処置部駆動信号の送信が停止し(ステップS403のNO)、プロセッサ2bは、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)。
次に、図6Aに示されるように、ハンドル11が操作者によって解放され開位置へ移動すると、ハンドル11が解放されたことが開閉検知部12によって検知され、開閉検知部12からプロセッサ2bに開信号が送信される(ステップS5のYES)。プロセッサ2bは、開信号に応答して駆動部13を制御し、駆動部13に開駆動力を発生させる(ステップS6)。これにより、開駆動力が駆動力伝達部材6を経由して解放力として可動ジョー82に伝達され、一対のジョー81,82が解放力に従って開く。
このように、本実施形態によれば、一対のジョー81,82が閉じ処置部9から組織Sへエネルギが供給されている期間中、閉駆動力fの大きさの時間的振動によって必要把持圧力が発生する領域Rが一対の把持面81a,82aの先端部と基端部との間で往復移動し続ける。これにより、組織Sの切開に必要な必要把持圧力を一対の把持面81a,82aの全長にわたって発生させ、一対の把持面81a,82a間の組織Sを全長にわたって切開することができる。
また、領域Rを変位させるための機構を一対のジョー81,82に設ける必要がなく、簡単な構造の一対のジョー81,82を使用することができる。したがって、ジョー81,82の細径化が容易である。
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。
(第2の実施形態)
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。
本実施形態に係る組織把持デバイス200は、切開の開始時に高把持力Fmaxを可動ジョー82に加え、組織Sの切開の進行状況を検知し、組織Sの切開の進行状況に応じて把持力Fを漸次減少させるものである。
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。
処置検知部15は、組織Sの切開の進行状況を検知するために、一対のジョー81,82の開閉の度合いを検知する。図9に示されるように、閉駆動力fおよび把持力Fの大きさが一定である状態において、組織Sの切開が進むにつれて、組織Sが薄くなり、一対のジョー81,82がさらに閉じる(つまり、可動ジョー82の閉方向の回転角度がより大きくなる)。したがって、一対のジョー81,82の開閉の度合いは、組織Sの切開の進行状況を表す。
本実施形態において、処置検知部15は、一対のジョー81,82の開閉の度合いとして駆動力伝達部材6の基端の長手軸線Aに沿う方向の位置を検出するエンコーダを備える。組織Sが薄くなり可動ジョー82の閉方向の回転角度が大きくなるにつれて、駆動力伝達部材6の基端の位置は長手軸線Aに沿う方向にずれる。したがって、一定の閉駆動力fおよび把持力Fでの切開開始時からの駆動力伝達部材6の基端の位置のずれ量Δdから組織Sの切開の進行状況を検知することができる。駆動力伝達部材6の基端と一緒に、ラック13cの位置ならびにピニオン13bおよびモータ13aの回転角度もずれる。エンコーダは、例えば、モータ13aに設けられ、モータ13aの回転角度から駆動力伝達部材6の基端の位置を間接的に検出する。
本実施形態において、プロセッサ2bは、図10に示されるように、処置部駆動信号に応答してエネルギユニット7を制御し、エネルギユニット7から処置部9にエネルギ源を供給させることによって処置部9を駆動する(ステップS401)。
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。
プロセッサ2bは、処置部9が駆動され組織Sが切開されている期間中、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)。プロセッサ2bは、閉駆動力fmaxでのずれ量Δdが所定の閾値Thを超えたときに(ステップS407のYES)、閉駆動力fをΔfだけ減少させる(ステップS408)。これにより、把持力FがΔFだけ減少し、必要把持圧力が発生する領域Rが先端側へシフトする。
次に、プロセッサ2bは、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)。プロセッサ2bは、閉駆動力f=fmax-Δfでの切開開始時からのずれ量Δdが閾値Thを超えたときに(ステップS407のYES)、閉駆動力fをΔfだけ減少させる(ステップS408)。これにより、把持力FがΔFだけ減少し、必要把持圧力が発生する領域Rがさらに先端側へシフトする。
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の大きさ毎に設定される。例えば、閾値Thは、図11に示されるように、閉駆動力fによってジョー81,82が閉じ把持面81a,82a間に組織Sが把持されていないときの駆動力伝達部材6の基端の位置と、閉駆動力fによってジョー81,82が閉じ把持面81a,82a間に組織Sが把持されているときの駆動力伝達部材6の基端の位置と、の間のずれ量Δd’に基づいて設定される。したがって、閉駆動力fの切開開始時からのずれ量Δdが所定の閾値Thを超えたときに、組織Sの切開が一定以上進行したと判断することができる。
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。
プロセッサ2bは、閉駆動力fが最低駆動力fminまで減少したときに(ステップS409のYES)、または、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のNO)、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)。最低閉駆動力fminは、ゼロであってもよく、ゼロよりも大きい任意の大きさであってもよい。
ここで、図14Aに示されるように、組織Sが厚い場合、低い把持力Fのときに把持圧力が空間的に分散し、組織Sに十分な把持圧力を加えることが難しい。また、図14Bに示されるように、一対の把持面81a,82aの一部分のみで組織Sを把持する場合、組織Sに把持圧力が加わらないタイミングが生じる。
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。
すなわち、高把持力Fmaxで組織Sの切開が開始され、処置検知部15によって検知される一対のジョー81,82の開閉の度合いに基づいて組織Sの切開の進行状況が監視される。そして、組織Sの切開が一定程度以上進行したことが検知される度に、把持力FがΔFだけ減少することによって必要把持圧力が発生する領域Rが先端側へシフトする。このように、組織Sが切開されたことを確認しながら把持面81a,82aの基端部から先端部に向かって組織Sの切開を一方向に進めることによって、組織Sが厚い場合や一対の把持面81a,82aの一部のみで組織Sを把持する場合においても、組織Sを全長にわたってより確実にかつより効率的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。
本実施形態において、プロセッサ2bが、閉駆動力fを高駆動力fmaxから漸次減少させることとしたが、これに代えて、プロセッサ2bが、閉駆動力fを漸次増大させることによって、領域Rを一対の把持面81a,82aの先端部から基端部まで一方向に変位させてもよい。
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、高駆動力と閉駆動力との関係が逆になる。例えば、把持面81a,82aの基端部から先端部に向かって組織Sの切開を進める場合、閉駆動力fは低駆動力fminから高駆動力fmaxへ漸次増大させられる。
(第3の実施形態)
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。
本実施形態に係る組織把持デバイス300は、切開の進行状況に応じて閉駆動力fを高駆動力fmaxから漸次減少させ、駆動力伝達部材6の基端の位置のずれ量Δdが所定の閾値Th2以下になった後に、閉駆動力fを時間的に振動させるものである。すなわち、本実施形態の組織把持デバイスの制御方法は、第1の実施形態の制御方法と第2の実施形態の制御方法との組み合わせである。
具体的には、図12に示されるように、組織把持デバイス300は、デバイス本体101と、コントローラ2とを備え、記憶部2aには把持力目標曲線2cが記憶されている。
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)。
本実施形態において、プロセッサ2bは、把持面81a,82a間の組織Sの厚さに起因する駆動力伝達部材6の基端の位置のずれ量Δdを算出する。つまり、ずれ量Δdは、閉駆動力fによって一対のジョー81,82が閉じた状態において、一対の把持面81a,82a間に組織Sが把持されていないときの駆動力伝達部材6の基端の位置に対する、エンコーダによって検出された駆動力伝達部材6の基端の位置のずれ量である。例えば、記憶部2aには、閉駆動力fの大きさと、一対の把持面81a,82a間に組織Sが把持されていないときの駆動力伝達部材6の基端の位置との対応関係が記憶されている。プロセッサ2bは、この対応関係に基づいて、現在の閉駆動力fの大きさと、エンコーダによって検出された駆動力伝達部材6の基端の位置とから、ずれ量Δdを算出する。
プロセッサ2bは、ずれ量Δdを所定の第1閾値Th1と比較することによって、組織Sの厚さが所定の厚さ以下になるまで把持面81a,82a間の組織Sの切開が進行したか否かを判断する(ステップS407’)。
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。
ずれ量Δdsが第2閾値Th2よりも大きい場合(ステップS410のNO)、プロセッサ2bは、閉駆動力fをΔfだけ減少させ(ステップS408)、ステップS406,S407’を繰り返す。
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)。
ずれ量Δdに対する第2閾値Th2は、例えば、エンコーダの検出精度(分解能)d0の2倍に設定される。エンコーダによって検出される、組織Sの厚さに因るずれ量Δdは、(d1-d2)±2×d0である。d1は、閉駆動力fで一対のジョー81,82が閉じ一対の把持面81a,82a間に組織Sが把持されていないときの駆動力伝達部材6の基端の位置であり、d2は、閉駆動力fで一対のジョー81,82が閉じ一対の把持面81a,82a間に組織Sが把持されているときの駆動力伝達部材6の基端の位置である。したがって、ずれ量Δdが2×d0以下であるときには、組織Sの切開の進行状況を正確に検知することが困難である。
把持面81a,82a間の組織Sが薄い場合、駆動力伝達部材6の基端の位置のずれ量Δdが小さく、わずかなずれ量Δdをエンコーダによって正確に検出することが困難である。その結果、薄い組織Sの切開の進行状況を正確に検知すること、および、切開が一定以上進行した後に組織Sが完全に切開されたか否かを検知することが難しい。
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。
本実施形態によれば、第2の実施形態に第1の実施形態を組み合わせることによって、第2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。すなわち、把持面81a,82a間の組織Sがエンコーダの検出精度に相当する厚さよりも厚いときには、把持力Fが高把持力Fmaxから漸次減少することによって組織Sが一方向に切開される。そして、把持面81a,82a間の組織Sがエンコーダの検出精度に相当する厚さまで薄くなった後、把持力Fが高把持力Fmaxと低把持力Fminとの間で振動することによって、把持面81a,82a間に残った薄い組織Sが全長にわたって切開される。
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、駆動部13が、駆動力を発生する駆動源としてモータ13aを備えることとしたが、これに代えて、他の駆動源、例えば圧電素子を備えていてもよい。
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。
上記各実施形態において、操作者の手に直接把持される方式の組織把持デバイス100,200,300について説明したが、本発明の組織把持デバイスは、医療用マスタスレーブシステムにも適用することができる。すなわち、スレーブデバイスとしてのデバイス本体1が、プロセッサ2bを有するマスタデバイスと接続され、マスタデバイスからの制御信号に従ってデバイス本体1の処置部9および駆動部13が動作してもよい。この場合、開閉操作部11、開閉検知部12および処置操作部14が、デバイス本体1に代えてマスタデバイスに設けられていてもよい。
2a 記憶部
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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、前記処置部がエネルギを出力している間に行請求項10に記載の医療デバイスの制御方法。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
  17. 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。
  18. 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。
  19. 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。
  20. 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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