JPH0576482A - 処置装置 - Google Patents
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Abstract
うことができる管内処置装置を提供することにある。 【構成】体内患部を処置する処置具23を保持する処置
用アーム17を有し、この処置用アーム17は湾屈曲方
向を独立に制御可能な湾屈曲可能ならしめてある。その
湾屈曲手段により体内の処置具23を体内で動かして処
置するようにした。
Description
処置具を導入して、その腔部内で手術、検査や補修等の
処置を行う管内処置装置に関する。
近づき、その患部を直接に治療するものとして、内視鏡
用処置具が知られている。これは内視鏡のチャンネルを
通じて体管内に処置具を導入し、体外からの機械的な遠
隔操作や内視鏡の操作による手動的な遠隔操作によって
動かし、治療を行っていた。
うな従来の内視鏡用処置具は、これを操作する作業が繁
雑であるとともに、かなり大雑把な操作になるため、正
確で微妙な管内処置を行うことはかなり困難であった。
で、その目的とするところは、術者の操作が簡単で、か
つ正確な処置作業を行うことができる管内処置装置を提
供することにある。
決するために本発明は、管内を処置するための処置具を
保持する処置用アームを有し、この処置用アームは湾屈
曲方向を独立に制御可能な湾屈曲手段を備え、その湾屈
曲手段により前記処置具を管内で動かして処置するよう
にした管内処置装置である。
る管内処置システムを示す。図1はその管内処置システ
ム全体の概略的な構成を示しており、患者1を寝せる手
術台2には、内視鏡3を保持する支持アーム4が取り付
けられている。内視鏡3は従来知られたような構成であ
り、例えば硬性の内視鏡である。内視鏡3の外端部に
は、TVカメラ5が取り付けられている。
たトラカール等を通じて体内に導入されている。図2は
その内視鏡3の挿入部6が刺し込まれている状態を示し
ている。内視鏡3の挿入部6の先端には対物レンズ7や
照明窓8の他、2つのチャンネル9,10の先端が開口
している。一方のチャンネル9には後述する体内処置装
置11が挿通されている。
作制御盤12が手術台2の近くに設置されており、この
操作制御盤12はキーボード14の他にTVモニタ15
が付設されている。TVモニタ15は内視鏡3の挿入部
6の先端を導入して体内の状態を写し出すようになって
いる。操作制御盤12の内部には後述する電子制御回路
16が組み込まれている。さらに、操作制御盤12には
前述した管内処置装置11の処置用アーム17と1対1
または比例する相似な動きをするマスタアーム18が付
設されている。
は、処置用アーム17が連結されている。そして、この
処置用アーム17は3つの関節20a,20b,20c
を介して導入部19の先端、第1のリンク21、第2の
リンク22、処置具23とを順次連結してなるものであ
る。処置具23の先端には、その処置具23が生体組織
に当たる状態と、その接触圧力の強さを検出する接触セ
ンサ24が設けられている。
に、1対1に対応するマスタアーム18も、図3で示す
ように、関節25a,25b,25cを介して、基部リ
ンク26、第1のリンク27、第2のリンク28および
把持部29を順次連結してなり、術者はその把持部29
を手に持って動かせるようになっている。
ける関節20a,20b,20cと、マスタアーム18
の関節25a,25b,25cとには、それぞれ屈曲駆
動用アクチュエータA,B,Cとブレーキ用アクチュエ
ータα,β,γが組み込まれ、さらに、各関節20a,
20b,20c,25a,25b,25cには、その変
位駆動量を検出するポテンショメータa,b,cが設け
られている。
いての出力を比較器31によって接触状態およびその強
さの信号を得て、これをブレーキ用アクチュエータ駆動
回路32に入力する。ブレーキ用アクチュエータ駆動回
路32は、その状況に応じて前記ブレーキ用アクチュエ
ータα,β,γを駆動操作し、また、この情報は位置検
出回路33に入力する。また、位置検出回路33は前記
ポテンショメータa,b,cからの検出信号を受け、各
関節20a,20b,20c,25a,25b,25c
の屈曲位置を検出する。アクチュエータ駆動回路34は
その位置検出回路33からの信号と演算部35の指令を
受けながら屈曲駆動用アクチュエータA,B,Cを操作
する。各関節20a,20b,20c,25a,25
b,25cの屈曲位置情報は、記憶回路36において一
旦、記憶され、この情報を用いて演算部35は、アクチ
ュエータ駆動回路34を駆動する。なお、ならい操作す
る際の処置具23の送り量を設定する送り量設定回路3
7が設けられている。
b,20c,25a,25b,25cに設けられる屈曲
駆動用アクチュエータA,B,Cとブレーキ用アクチュ
エータα,β,γの例を示す。すなわち、各関節20
a,20b,20c,25a,25b,25cはその一
方のリンクの端に球体41を設け、これに対応する他方
のリンクの端にその球体41を受ける受け座42を設け
て、3次元的に回転する関節構造を構成している。
層圧電素子43a,43b,43cが等距離をおいて正
3角形の各頂点に位置して配置され、これらはその自由
先端を球体41の表面に近接させるとともに、その球体
41の中心よりも僅か外側の位置へ向かう向きで取り付
けることにより、屈曲駆動とブレーキ作用を選択的に行
うアクチュエータ機構を構成している。
43cは、ブレーキ用アクチュエータ駆動回路32およ
びアクチュエータ駆動回路34によって制御駆動され
る。図6の(A)は2つの積層圧電素子43b,43c
については収縮するように通電または非通電の状態とし
てその先端を球体41の表面から退避させておき、一
方、他の1つの積層圧電素子43aには交番電流を印加
して振動させる。この加振された積層圧電素子43a
は、その先端で球体41の表面を叩く。積層圧電素子4
3a,43b,43cは、球体41の表面に垂直な向き
よりも外側周辺部に向いて取り付けられているから、そ
の積層圧電素子43aの設置する向きへ球体41を矢印
で示す向きに回転させる。他の積層圧電素子43b,4
3cは収縮して球体41の表面から退避しているので、
その回転を阻害することはない。
43a,43b,43cに通電して伸長し、その各先端
を球体41の表面に押し当てた状態を示している。この
状態では各積層圧電素子43a,43b,43cがブレ
ーキ作用を行うため、球体41は回転しない。なお、積
層圧電素子43a,43b,43cの一部のみについて
通電して伸長させてもブレーキ作用を得ることもでき
る。
a,43cについては収縮するように通電または非通電
の状態としてその先端を球体41の表面から退避させて
おき、一方、他の1つの積層圧電素子43bには交番電
流を印加して振動させる。この加振された積層圧電素子
43bの先端で球体41の表面を叩くことによりその積
層圧電素子43bの設置側の矢印方向へ回転する例であ
る。このように1以上の積層圧電素子43a,43b,
43cを選択することによりそれに応じた回転方向、つ
まり、屈曲方向を決定することができる。
20a,20b,20c,25a,25b,25cにお
ける球体41の表面には永久磁石46が取り付けられ、
これに対応して受け座42の内面には3つ以上のホール
素子47が設置されている。そして、関節20a,20
b,20c,25a,25b,25cが屈曲すると、そ
の量に応じて球体41の表面にある永久磁石46の位置
と、これに対応した各ホール素子47の位置がずれ、そ
の屈曲方向によって各ホール素子47の出力値が異な
り、これから関節20a,20b,20c,25a,2
5b,25cの屈曲方向とその屈曲量を検出するポテン
ショメータa,b,cを構成している。
3の各種の例を示すものであり、これらは、処置する場
合の患部に適したものが適宜選択されて使用される。
(A)で示す処置具23はレーザプローブ51を組み込
み、レーザ光を照射して組織の切開を行うものである。
この処置具23の先端側面は歪みセンサ52を設け、こ
れより超弾性合金製の線53を突出して触覚54を構成
している。この触覚54により患部表面を検出してレー
ザプローブ51の距離(送り量)を定めることができ
る。
トメス用ノズル55を組み込んで、ウォータジェットで
組織を切開するものである。この処置具23はその先端
に感圧センサ56を設けている。
57を設けて電気メス58としたものである。
ブを構成するものであって、円錐形状のプローブ体61
の側周面に間隔をおいて複数の小さなリング電極62を
付設するとともに、そのリング電極62の各間およびプ
ローブ体61の先端にはそれぞれ薬剤注入孔63を形成
している。プローブ体61の中に配置したマイクロポン
プ64により図示しないリザーバからチューブ65を通
じて供給された抗癌剤等の薬剤を放出するようになって
いる。また、プローブ体61の先端には感圧センサ66
が設けられている。そして、この電気穿孔プローブとし
ての処置具23は例えばガン患部に差し込み、リング電
極62間に高い電圧を瞬間的に印加し、この後、または
その前後においてマイクロポンプ64により例えば間欠
的に抗癌剤を注入する。これによれば、ガンの細胞の胞
に孔をあけるとともに抗癌剤を取り込み、治療効果を高
めることができる。
する。まず、術者は図1および図3で示すようにマスタ
アーム18の把持部29を手に持ち、TVモニタ15を
見ながらマスタースレーブ方式で体内の処置用アーム1
7を駆動する。前記電子制御回路16によりマスタアー
ム18の動きが、縮小されて比例した処置用アーム17
の動きとなる。そして、患部の表面に処置具23の先端
を当て、ならい操作を行う。このならい操作において、
接触センサ24の出力が一定の出力になるまで、その処
置具23の先端を押し付ける。つまり、接触センサ24
の出力が一定以上の出力になると、マスタアーム18の
関節25a,25b,25c内のブレーキ用アクチュエ
ータα,β,γが働き、その動きを重くする。術者はマ
スタアーム18の動きの重さを感じながら患部の表面を
ならい操作する。
ョメータa,b,cからの検出信号を位置検出回路33
で受け、これをならい情報としてこれを記憶回路36に
記憶する。このようにして患部の表面形状を記憶させた
後、以上のならい操作の位置に対しての処置具23の送
り量(例えば2mm)を送り量設定回路37で演算部35
に入力する。そして、この記憶したならい情報を使用し
て処置用アーム17を駆動すると、その送り量の深さで
患部を切開することができる。
アーム17,18の代わりに使用できる他のアームの例
をそれぞれ示すものである。図8は各関節部材71間に
それぞれ複数の形状記憶合金製のワイヤ72を架設し、
各ワイヤ72には通電抵抗熱発生手段などにより選択的
に加熱して収縮させることによりその収縮した向きに湾
曲するようになっている。(A)は加熱前の状態、
(B)は選択的に加熱して湾曲した状態を示している。
た孔腔75を形成した複数の多孔チューブ76を連設し
てなり、各孔腔75にはそれぞれ送気チューブ77を個
別的に接続している。そして、選択した孔腔75に送気
チューブ77を通じて送気すると、(B)で示すように
送気した孔腔75の部分が張り反対側へ曲がる。なお、
多孔チューブ76の壁には大きく膨らみ防止用繊維78
を入れてある。
外周に圧電ポリマー材82を周上に3つに別けて貼り付
けたものであり、(B)は、可撓性チューブ81の壁内
に液晶83を3つに別けて埋め込んだものである。この
ようなチューブ81を複数軸方向へ連結する。さらに、
各圧電ポリマー材82と液晶83には個別的に電圧を印
加できるように図示しない電極を設ける。圧電ポリマー
材82と液晶83は電圧の印加に応じて可逆的に伸縮す
る。そこで、いずれかの選択した圧電ポリマー材82ま
たは液晶83に電圧を印加すると、可撓性チューブ81
を湾曲することができる。このような可撓性チューブ8
1を連結してアームを構成する。
ような各手段を備える。すなわち、多関節構造のアーム
の先端に処置具および接触センサを設けた体内挿入処置
部、前記多関節構造のアームに1対1または比例した対
応する動きをさせる操作用アーム、操作用アームの各関
節の駆動量を検出するセンサの信号にもとづいて前記処
置用アームの各関節のアクチュエータを駆動する手段、
前記各関節の駆動量を記憶する手段、前記記憶された駆
動量に対して処置具の処置作業量を加えて処置用アーム
の各関節のアクチュエータ駆動量を演算する手段、前記
演算量にもとづいて処置用アームを駆動する手段であ
る。また、前記各関節に以下のアクチュエータを配置す
る。それはボール継手、ボール継手のボール表面に対向
して設けた3つの圧電アクチュエータ、各圧電アクチュ
エータに独立に電圧を印加する手段である。なお、前記
アームは関節を中心として複数に屈曲する場合に限ら
ず、部分的または全体的に湾曲する場合を含むものであ
る。つまり、湾屈曲するものであればよいものである。
に位置する部分程、自重及び負荷モーメントの増大によ
り支える負荷が増えるので、根元側に位置する部分程、
その耐久力及びそれを動かすパワーを大きくすることが
望まれる。この点で改良した実施例を以下に図面を参照
しながら説明する。
された各リンク84a,84b,…,84eからなり、
その径は根元側に位置するもの程大きくして強度を高め
る。また、湾屈曲手段は次のように構成される。つま
り、各リンク84a,84b,…,84eの内部には、
それぞれ複数本の記憶形状合金からなる屈曲駆動用ワイ
ヤ85a,85b,…,85eが配置されている。これ
らの各屈曲駆動用ワイヤ85a,85b,…,85e
は、これに対応する各リンク84a,84b,…,84
eの軸方向に沿うとともに、例えば上下左右に90度の
角間隔でそれぞれ位置する4本のものを有する。
b,…,85eの先端は、これに対応する各リンク84
a,84b,…,84eの先端部にそれぞれ取着されて
いる。各屈曲駆動用ワイヤ85a,85b,…,85e
の基端側はこれに対応する各リンク84a,84b,
…,84eに基端側にそれぞれ隣接するリンク84b,
84c,…,84e、またはそれより基端側に導かれて
取着されている。
b,…,85eは、これらにそれぞれ対応する各リンク
84a,84b,…,84eの基端側のもの程、順次太
くしてある。撚合したものの場合にはその素線を順次増
やす。また、同時に通電量を増してもよい。つまり、各
屈曲駆動用ワイヤ85a,85b,…,85eは、これ
に通電した際、リンク84a,84b,…,84eの根
元側のもの程、駆動力を高める構成としている。
84eに対応した屈曲駆動用ワイヤ85a,85b,
…,85eにおける上下左右のいずれかのものを選択し
てこれに通電すると、その記憶形状に応じて例えば収縮
するから、これを架設した対のリンク84a,84b,
…,84eが、その間の関節を中心としてその回動して
その収縮するワイヤ85a,85b,…,85eの位置
する向きへ屈曲する。
程、その耐久力及びそれを動かすパワーを大きくするこ
とができる。その他の点は前述した実施例のものと同様
である。
6を順に重ねて作ったものであり、内側のもの程、先端
をその隣接する外側のものよりも先に伸ばしてある。こ
のため、根元側程チューブ86の重ねる数が多く、その
アームの強度が増す。そして、隣接する外側のものより
も先に伸びた各先端部分をそれぞれ湾曲することができ
る。また、この各湾曲する先端部分がそれぞれリンク8
6a,86b,…,86eを形成し、この各内側にはそ
れぞれ複数本の記憶形状合金からなる屈曲駆動用ワイヤ
87a,87b,…,87eが配置されている。これら
の各屈曲駆動用ワイヤ87a,87b,…,87eは、
例えば対応する各リンク86a,86b,…,86eの
軸方向に沿うとともに、上下左右に90度間隔でそれぞ
れ位置する4本のものからなる。さらに、各屈曲駆動用
ワイヤ87a,87b,…,87eの先端は、これに対
応する各リンク86a,86b,…,86eの先端部に
それぞれ取着されている。また、各屈曲駆動用ワイヤ8
7a,87b,…,87eは、これらにそれぞれ対応す
る各リンク86a,86b,…,86eの基端側のもの
程、順次太くしてある。撚合したものの場合にはその素
線を順次増やす。つまり、各屈曲駆動用ワイヤ87a,
87b,…,87eは、これに通電した際、リンク86
a,86b,…,86eの根元側のもの程、駆動力が高
まる構成としている。
6eに対応した屈曲駆動用ワイヤ87a,87b,…,
87eにおける上下左右のいずれかのものを選択してこ
れに通電すると、その記憶形状に応じて例えば収縮する
から、それに対応した対のリンク86a,86b,…,
86eが、その間の関節部分を中心として回動してワイ
ヤ87a,87b,…,87eの位置する向きへ屈曲す
る。
程、その耐久力及びそれを動かすパワーを大きくするこ
とができる。その他の点は前述した実施例のものと同様
である。
ンクにおける4本の屈曲駆動用ワイヤ(例えばワイヤ8
5b)の配置状態を示しており、図14は複数のリンク
84a,84b,84c(あるいは86a,86b,8
6c)における屈曲駆動用ワイヤ85a,85b,85
c(あるいは87a,87b,87c)の駆動制御回路
を示している。
84b,84cにおける屈曲駆動用ワイヤ85a,85
b,85cは、それぞれ異なる制御用IC88を介して
駆動用電源89の電源ライン90に接続されている。制
御用IC88は、電源ライン90に重畳される信号重畳
回路91からのアドレス信号(シリアル転送)を受けて
それに対応したもののゲートを開き、それのワイヤ85
a,85b,85cに通電する。制御用IC(88)
は、前記アドレス信号を受けて選択的に駆動用電源89
を各ワイヤ85a,85b,85cにおける上下左右の
いずれかに接続するゲートの役目を果たす。
て、湾曲制御器93、挿入量検出手段94、術者の首振
り角信号発生器95からの各信号を受けてそれらのデー
タから演算して得る。湾曲制御器93は例えばジョイス
ティックからなる。挿入量検出手段94は、通常、能動
型内視鏡として作動する。また、術者の首振り角信号発
生器95の首振り角検出部は術者の頭に装着した装填具
96に取り付けられ、術者の首振り角度を検出する。そ
して、この首振り角に応じて出力する首振り角信号発生
器95の信号によって最先端のリンク84a,86aを
湾曲するようになっている。このため、CPU92は、
それに応じたアドレス信号を信号重畳回路91を介して
電源ライン90に乗せ、制御用IC88により、その最
先端のリンク84a(86a)における屈曲駆動用ワイ
ヤ85a(87a)のいずれかを選択してそれに通電駆
動する。
ラコントロールユニット97からの映像信号を受ける液
晶立体ディスプレイ(HDTV)98が装着されてい
て、術者はそれにより内視鏡視野内を立体的に観察でき
るようになっている。前記アームの湾曲形状や内視鏡の
位置は、モニタ99において表示される。
トローラ101と前記湾曲制御器93のジョイスティッ
クを操作することにより、前記アームの湾曲状態を遠隔
的に操作することができる。術者が最先端のリンク84
a(86a)を見る角度でその首振り角度が首振り角信
号発生器95で検出され、それに応じたアドレス信号を
転送して対応した制御用IC88を開放し、対応した屈
曲駆動用ワイヤ85a(87a)のいずれかのものを選
択して通電駆動することにより、所要の向きと角度に湾
曲する。湾曲制御器93のジョイスティックを操作する
ことにより、前記アームの他のリンクの部分を湾曲する
ことができる。
ンク部分がそのアームの基端(根元)側程、径を太くし
ている点についは、前述したものと同じであるが、ここ
では、各リンク部分を複数の関節駒105によって構成
している。各関節駒105はその隣接端を上下位置と左
右位置で交互に枢着して連結してなり、これのアーム部
分を上下左右に湾曲できるように構成した。また、上下
左右に位置させてこれに組み込む各屈曲駆動用ワイヤ1
06をコイル状に形成した。この他の点については前述
したものと同様に構成し、また、応用できるものであ
る。
のにおいて、その関節駒105に対して屈曲駆動用ワイ
ヤ106の組込む一例を示している。同図(B)で示す
ように、関節駒105はこれが属するリンク107の上
下左右に位置して配置される各屈曲駆動用ワイヤ106
をそれぞれ通す4つの孔108を上下左右の対応部分に
形成している。さらに、同じ関節駒105はその中央に
挿通用孔109を形成しており、この挿通用孔109に
はこの関節駒105が属するリンク107よりも前方の
リンクに配設する屈曲駆動用ワイヤ106をまとめて通
すようになっている。
アームの根元まで導かれている。このため、各関節アー
ムの長さとした場合に比べて屈曲駆動用ワイヤ106の
縮み量を大きくとれる。なお、屈曲駆動用ワイヤ106
の収縮はその全長において起るが、関節アームの中央を
通るところでは湾曲させる力が働かないため、湾曲させ
ようとする特定の関節アームのみが湾曲駆動させられ
る。この場合、その屈曲駆動用ワイヤ106が直線状で
あってもコイル状であってもよい。
6をその関節アームの中央寄りに配置する例である。こ
のようにすれば、ワイヤ106の同一の変形量に対して
より大きい湾曲角が得られる。他の構成については前述
したものと同様である。
6がその関節アームの長さよりも長く、それを幾重にも
折り畳んではる。1本または1重にした場合に比べてそ
の変形量が大きくなり大きい湾曲角と湾曲力が得られ
る。他の構成については前述したものと同様である。
アームについての例である。各関節アーム110は前述
した場合と同様な理由で基端側のもの程、径を太くした
多孔性チューブ111からそれぞれ形成されている。こ
れらの各多孔性チューブ111は、同図(B)で示すよ
うに周辺に複数の空気穴112を形成し、中央には内蔵
物を通す孔113を形成してなる。また、各関節アーム
110における多孔性チューブ111は手元側のもの
程、太くしてその可撓性を小さくしてある。各多孔性チ
ューブ111の外周には、膨らみ防止用繊維114を巻
き付けてあり、この膨らみ防止用繊維114は編成され
て筒状に形成されている。もっとも、編成しないで単線
を巻き付けるものであってもよい。
択した空気穴112に送気すれば、その向きへ選択的に
湾曲させることができる。なお、同じ側の空気穴112
を連通して同時に送気すれば、全体を同じ向きに湾曲さ
せることができる。また、関節アーム110を構成する
多孔性チューブ111を根元側のもの程、長くすれば、
それに応じて変形時のストロークを大きくできる。
の外周に被着するブレード状の膨らみ防止用繊維114
の巻付けピッチが根元側のもの程、密にしてある。これ
により手元側のもの程、その可撓性をより小さくなるよ
うにしてある。また、同じ目的で膨らみ防止用繊維11
4の太さを手元側のもの程、太くしてもよい。
うなものに限定されるものではない。例えば圧電ポリマ
や液晶ポリマによって多関節アームを構成し、通電など
によって湾屈曲駆動するようにしてもよい。この場合、
各関節アームが根元(基端)側ほどその厚さを厚くする
等、可撓性を順次変え、同時に根元(基端)側のものほ
ど通電量を多くするとよい。また、根元(基端)側のも
のほど圧電定数の大きい圧電ポリマを使用してもよいも
のである。
置する処置具を保持する処置用アームを有し、この処置
アームは湾屈曲方向を独立に制御可能な湾屈曲手段を備
え、その湾屈曲手段により管内処置具を体内で動かして
処置するようにした管内処置装置であるから、術者は、
操作が簡単でかつ正確な処置作業を行うことができる。
略的な全体構成の説明図。
置の体内挿入部分の斜視図。
置のマスタアームの斜視図。
置の電子制御回路の説明図。
置の関節の構成を示す説明図。
置の関節の動きの説明図。
置の各処置具の説明図。
図。
示す説明図。
示す説明図。
示す説明図。
概略的な構成を示す説明図。
面図。
視図。
部の斜視図。
部の斜視図。
面図。
面図。
置、12…操作制御盤、16…電子制御回路、17…処
置用アーム、18…マスタアーム、20a,20b,2
0c…関節、23…処置具、24…接触センサ、25
a,25b,25c…関節、32…ブレーキ用アクチュ
エータ駆動回路、33…位置検出回路、34…アクチュ
エータ駆動回路、37…送り量設定回路、41…球体、
42…受け座、43a,43b,43c…積層圧電素
子、a,b,c…ポテンショメータ、A,B,C…屈曲
駆動用アクチュエータ、α,β,γ…ブレーキ用アクチ
ュエータ、84a,84b,84c…リンク、85a,
85b,85c…ワイヤ、87a,87b,87c…ワ
イヤ、88…制御用IC、90…電源ライン、92…C
PU、105…湾曲駒、106…ワイヤ、107…リン
ク。
内部に処置具を導入して、その内部で、手術、検査や補
修等の処置を行う処置装置に関する。
近づき、その患部を直接に治療するものとして、内視鏡
用処置具が知られている。これは内視鏡のチャンネルを
通じて体管内に処置具を導入し、体外からの機械的な遠
隔操作や内視鏡の操作による手動的な遠隔操作によって
動かし、治療を行っていた。
うな従来の内視鏡用処置具は、これを操作する作業が繁
雑であるとともに、かなり大雑把な操作になるため、正
確で微妙な処置を行うことはかなり困難であった。
で、その目的とするところは、術者の操作が簡単で、か
つ正確な処置作業を行うことができる処置装置を提供す
ることにある。
決するために本発明は、処置具を保持する処置用アーム
を有し、この処置用アームは湾屈曲方向を独立に制御可
能な複数の湾屈曲手段を備え、その湾屈曲手段により前
記処置具を動かして処置するようにした処置装置であ
る。
る処置システムを示す。図1はその処置システム全体の
概略的な構成を示しており、患者1を寝せる手術台2に
は、内視鏡3を保持する支持アーム4が取り付けられて
いる。内視鏡3は従来知られたような構成であり、例え
ば硬性の内視鏡である。内視鏡3の外端部には、TVカ
メラ5が取り付けられている。
たトラカール等を通じて体内に導入されている。図2は
その内視鏡3の挿入部6が刺し込まれている状態を示し
ている。内視鏡3の挿入部6の先端には対物レンズ7や
照明窓8の他、2つのチャンネル9,10の先端が開口
している。一方のチャンネル9には後述する処置装置1
1が挿通されている。
御盤12が手術台2の近くに設置されており、この操作
制御盤12はキーボード14の他にTVモニタ15が付
設されている。TVモニタ15は内視鏡3の挿入部6の
先端を導入して体内の状態を写し出すようになってい
る。操作制御盤12の内部には後述する電子制御回路1
6が組み込まれている。さらに、操作制御盤12には前
述した処置装置11の処置用アーム17と1対1または
比例する相似な動きをするマスタアーム18が付設され
ている。
置用アーム17が連結されている。そして、この処置用
アーム17は3つの関節20a,20b,20cを介し
て導入部19の先端、第1のリンク21、第2のリンク
22、処置具23とを順次連結してなるものである。処
置具23の先端には、その処置具23が生体組織に当た
る状態と、その接触圧力の強さを検出する接触センサ2
4が設けられている。
1対1に対応するマスタアーム18も、図3で示すよう
に、関節25a,25b,25cを介して、基部リンク
26、第1のリンク27、第2のリンク28および把持
部29を順次連結してなり、術者はその把持部29を手
に持って動かせるようになっている。
関節20a,20b,20cと、マスタアーム18の関
節25a,25b,25cとには、それぞれ屈曲駆動用
アクチュエータA,B,Cとブレーキ用アクチュエータ
α,β,γが組み込まれ、さらに、各関節20a,20
b,20c,25a,25b,25cには、その変位駆
動量を検出するポテンショメータa,b,cが設けられ
ている。
いての出力を比較器31によって接触状態およびその強
さの信号を得て、これをブレーキ用アクチュエータ駆動
回路32に入力する。ブレーキ用アクチュエータ駆動回
路32は、その状況に応じて前記ブレーキ用アクチュエ
ータα,β,γを駆動操作し、また、この情報は位置検
出回路33に入力する。また、位置検出回路33は前記
ポテンショメータa,b,cからの検出信号を受け、各
関節20a,20b,20c,25a,25b,25c
の屈曲位置を検出する。アクチュエータ駆動回路34は
その位置検出回路33からの信号と演算部35の指令を
受けながら屈曲駆動用アクチュエータA,B,Cを操作
する。各関節20a,20b,20c,25a,25
b,25cの屈曲位置情報は、記憶回路36において一
旦、記憶され、この情報を用いて演算部35は、アクチ
ュエータ駆動回路34を駆動する。なお、ならい操作す
る際の処置具23の送り量を設定する送り量設定回路3
7が設けられている。
b,20c,25a,25b,25cに設けられる屈曲
駆動用アクチュエータA,B,Cとブレーキ用アクチュ
エータα,β,γの例を示す。すなわち、各関節20
a,20b,20c,25a,25b,25cはその一
方のリンクの端に球体41を設け、これに対応する他方
のリンクの端にその球体41を受ける受け座42を設け
て、3次元的に回転する関節構造を構成している。
層圧電素子43a,43b,43cが等距離をおいて正
3角形の各頂点に位置して配置され、これらはその自由
先端を球体41の表面に近接させるとともに、その球体
41の中心よりも僅か外側の位置へ向かう向きで取り付
けることにより、屈曲駆動とブレーキ作用を選択的に行
うアクチュエータ機構を構成している。
43cは、ブレーキ用アクチュエータ駆動回路32およ
びアクチュエータ駆動回路34によって制御駆動され
る。図6の(A)は2つの積層圧電素子43b,43c
については収縮するように通電または非通電の状態とし
てその先端を球体41の表面から退避させておき、一
方、他の1つの積層圧電素子43aには交番電流を印加
して振動させる。この加振された積層圧電素子43a
は、その先端で球体41の表面を叩く。積層圧電素子4
3a,43b,43cは、球体41の表面に垂直な向き
よりも外側周辺部に向いて取り付けられているから、そ
の積層圧電素子43aの設置する向きへ球体41を矢印
で示す向きに回転させる。他の積層圧電素子43b,4
3cは収縮して球体41の表面から退避しているので、
その回転を阻害することはない。
43a,43b,43cに通電して伸長し、その各先端
を球体41の表面に押し当てた状態を示している。この
状態では各積層圧電素子43a,43b,43cがブレ
ーキ作用を行うため、球体41は回転しない。なお、積
層圧電素子43a,43b,43cの一部のみについて
通電して伸長させてもブレーキ作用を得ることもでき
る。
a,43cについては収縮するように通電または非通電
の状態としてその先端を球体41の表面から退避させて
おき、一方、他の1つの積層圧電素子43bには交番電
流を印加して振動させる。この加振された積層圧電素子
43bの先端で球体41の表面を叩くことによりその積
層圧電素子43bの設置側の矢印方向へ回転する例であ
る。このように1以上の積層圧電素子43a,43b,
43cを選択することによりそれに応じた回転方向、つ
まり、屈曲方向を決定することができる。
20a,20b,20c,25a,25b,25cにお
ける球体41の表面には永久磁石46が取り付けられ、
これに対応して受け座42の内面には3つ以上のホール
素子47が設置されている。そして、関節20a,20
b,20c,25a,25b,25cが屈曲すると、そ
の量に応じて球体41の表面にある永久磁石46の位置
と、これに対応した各ホール素子47の位置がずれ、そ
の屈曲方向によって各ホール素子47の出力値が異な
り、これから関節20a,20b,20c,25a,2
5b,25cの屈曲方向とその屈曲量を検出するポテン
ショメータa,b,cを構成している。
各種の例を示すものであり、これらは、処置する場合の
患部に適したものが適宜選択されて使用される。(A)
で示す処置具23はレーザプローブ51を組み込み、レ
ーザ光を照射して組織の切開を行うものである。この処
置具23の先端側面は歪みセンサ52を設け、これより
超弾性合金製の線53を突出して触覚54を構成してい
る。この触覚54により患部表面を検出してレーザプロ
ーブ51の距離(送り量)を定めることができる。
トメス用ノズル55を組み込んで、ウォータジェットで
組織を切開するものである。この処置具23はその先端
に感圧センサ56を設けている。
57を設けて電気メス58としたものである。
ブを構成するものであって、円錐形状のプローブ体61
の側周面に間隔をおいて複数の小さなリング電極62を
付設するとともに、そのリング電極62の各間およびプ
ローブ体61の先端にはそれぞれ薬剤注入孔63を形成
している。プローブ体61の中に配置したマイクロポン
プ64により図示しないリザーバからチューブ65を通
じて供給された抗癌剤等の薬剤を放出するようになって
いる。また、プローブ体61の先端には感圧センサ66
が設けられている。そして、この電気穿孔プローブとし
ての処置具23は例えばガン患部に差し込み、リング電
極62間に高い電圧を瞬間的に印加し、この後、または
その前後においてマイクロポンプ64により例えば間欠
的に抗癌剤を注入する。これによれば、ガンの細胞の胞
に孔をあけるとともに抗癌剤を取り込み、治療効果を高
めることができる。
る。まず、術者は図1および図3で示すようにマスタア
ーム18の把持部29を手に持ち、TVモニタ15を見
ながらマスタースレーブ方式で処置用アーム17を駆動
する。前記電子制御回路16によりマスタアーム18の
動きが、縮小されて比例した処置用アーム17の動きと
なる。そして、患部の表面に処置具23の先端を当て、
ならい操作を行う。このならい操作において、接触セン
サ24の出力が一定の出力になるまで、その処置具23
の先端を押し付ける。つまり、接触センサ24の出力が
一定以上の出力になると、マスタアーム18の関節25
a,25b,25c内のブレーキ用アクチュエータα,
β,γが働き、その動きを重くする。術者はマスタアー
ム18の動きの重さを感じながら患部の表面をならい操
作する。
ョメータa,b,cからの検出信号を位置検出回路33
で受け、これをならい情報としてこれを記憶回路36に
記憶する。このようにして患部の表面形状を記憶させた
後、以上のならい操作の位置に対しての処置具23の送
り量(例えば2mm)を送り量設定回路37で演算部3
5に入力する。そして、この記憶したならい情報を使用
して処置用アーム17を駆動すると、その送り量の深さ
で患部を切開することができる。
アーム17,18の代わりに使用できる他のアームの例
をそれぞれ示すものである。図8は各関節部材71間に
それぞれ複数の形状記憶合金製のワイヤ72を架設し、
各ワイヤ72には通電抵抗熱発生手段などにより選択的
に加熱して収縮させることによりその収縮した向きに湾
曲するようになっている。(A)は加熱前の状態、
(B)は選択的に加熱して湾曲した状態を示している。
た孔腔75を形成した複数の多孔チューブ76を連設し
てなり、各孔腔75にはそれぞれ送気チューブ77を個
別的に接続している。そして、選択した孔腔75に送気
チューブ77を通じて送気すると、(B)で示すように
送気した孔腔75の部分が張り反対側へ曲がる。なお、
多孔チューブ76の壁には大きく膨らみ防止用繊維78
を入れてある。
外周に高分子圧電材料82を周上に3つに別けて貼り付
けたものであり、(B)は、可撓性チューブ81の壁内
に液晶83を3つに別けて埋め込んだものである。この
ようなチューブ81を複数軸方向へ連結する。さらに、
各高分子圧電材料82と液晶83には個別的に電圧を印
加できるように図示しない電極を設ける。高分子圧電材
料82と液晶83は電圧の印加に応じて可逆的に伸縮す
る。そこで、いずれかの選択した高分子圧電材料82ま
たは液晶83に電圧を印加すると、可撓性チューブ81
を湾曲することができる。このような可撓性チューブ8
1を連結してアームを構成する。しかして、上述した処
置装置は以下のような各手段を備える。すなわち、多関
節構造のアームの先端に処置具および接触センサを設け
た体内挿入処置部、前記多関節構造のアームに1対1ま
たは比例した対応する動きをさせる操作用アーム、操作
用アームの各関節の駆動量を検出するセンサの信号にも
とづいて前記処置用アームの各関節のアクチュエータを
駆動する手段、前記各関節の駆動量を記憶する手段、前
記記憶された駆動量に対して処置具の処置作業量を加え
て処置用アームの各関節のアクチュエータ駆動量を演算
する手段、前記演算量にもとづいて処置用アームを駆動
する手段である。また、前記各関節に以下のアクチュエ
ータを配置する。それはボール継手、ボール継手のボー
ル表面に対向して設けた3つの圧電アクチュエータ、各
圧電アクチュエータに独立に電圧を印加する手段であ
る。なお、前記アームは関節を中心として複数に屈曲す
る場合に限らず、部分的または全体的に湾曲する場合を
含むものである。つまり、湾屈曲するものであればよい
ものである。
に位置する部分程、自重及び負荷モ一メントの増大によ
り支える負荷が増えるので、根元側に位置する部分程、
その耐久力及びそれを動かすパワーを大きくすることが
望まれる。この点で改良した実施例を以下に図面を参照
しながら説明する。
された各可撓管84a,84b,…,84eからなり、
その径は根元側に位置するもの程大きくして強度を高め
る。また、湾屈曲手段は次のように構成される。つま
り、各可撓管84a,84b,…,84eの内部には、
それぞれ複数本の記憶形状合金からなるSMAワイヤ8
5a,85b,…,85eが配置されている。これらの
各SMAワイヤ85a,85b,…,85eは、これに
対応する各可撓管84a,84b,…,84eの軸方向
に沿うとともに、例えば上下左右に90度の角間隔でそ
れぞれ位置する4本のものを有する。
…,85eの先端は、これに対応する各可撓管84a,
84b,…,84eの先端部にそれぞれ取着されてい
る。各SMAワイヤ85a,85b,…,85eの基端
側はこれに対応する各可撓管84a,84b,…,84
eに基端側にそれぞれ隣接する可撓管84b,84c,
…,84e、またはそれより基端側に導かれて取着され
ている。
…,85eは、これらにそれぞれ対応する各可撓管84
a,84b,…,84eがより基端側のもの程、順次太
くしてある。撚合したものの場合にはその素線を順次増
やす。また、同時に通電量を増してもよい。つまり、各
SMAワイヤ85a,85b,…,85eは、これに通
電した際、可撓管84a,84b,…,84eの根元側
のもの程、駆動力を高める構成としている。
84eに対応したSMAワイヤ85a,85b,…,8
5eにおける上下左右のいずれかのものを選択してこれ
に通電すると、その記憶形状に応じて例えば収縮するか
ら、これを架設した可撓管84a,84b,…,84e
が、その収縮するSMAワイヤ85a,85b,…,8
5eの位置する向きへ屈曲する。
程、その耐久力及びそれを動かすパワーを大きくするこ
とができる。その他の点は前述した実施例のものと同様
である。
を順に重ねて作ったものであり、内側のもの程、先端を
その隣接する外側のものよりも先に伸ばしてある。この
ため、根元側程可撓管86の重ねる数が多く、そのアー
ムの強度が増す。そして、隣接する外側のものよりも先
に伸びた各先端部分をそれぞれ湾曲することができる。
また、この各湾曲する先端部分がそれぞれ可撓管86
a,86b,…,86eを形成し、この各内側にはそれ
ぞれ複数本の記憶形状合金からなるSMAワイヤ87
a,87b,…,87eが配置されている。これらの各
SMAワイヤ87a,87b,…,87eは、例えば対
応する各可撓管86a,86b,…,86eの軸方向に
沿うとともに、上下左右に90度間隔でそれぞれ位置す
る4本のものからなる。さらに、各SMAワイヤ87
a,87b,…,87eの先端は、これに対応する各可
撓管86a,86b,…,86eの先端部にそれぞれ取
着されている。また、各SMAワイヤ87a,87b,
…,87eは、これらにそれぞれ対応する各可撓管86
a,86b,…,86eの基端側のもの程、順次太くし
てある。撚合したものの場合にはその素線を順次増や
す。つまり、各SMAワイヤ87a,87b,…,87
eは、これに通電した際、可撓管86a,86b,…,
86eの根元側のもの程、駆動力が高まる構成としてい
る。
6eに対応したSMAワイヤ87a,87b,…,87
eにおける上下左右のいずれかのものを選択してこれに
通電すると、その記憶形状に応じて例えば収縮するか
ら、それに対応した可撓管86a,86b,…,86e
が、回動してSMAワイヤ87a,87b,…,87e
の位置する向きへ屈曲する。
程、その耐久力及びそれを動かすパワーを大きくするこ
とができる。その他の点は前述した実施例のものと同様
である。
撓管における4本のSMAワイヤ(例えばSMAワイヤ
85b)の配置状態を示しており、図14は複数の可撓
管84a,84b,84c(あるいは86a,86b,
86c)におけるSMAワイヤ85a,85b,85c
(あるいはSMAワイヤ87a,87b,87c)の駆
動制御回路を示している。
84b,84cにおけるSMAワイヤ85a,85b,
85cは、それぞれ異なる制御用IC88を介して駆動
用電源89の電源ライン90に接続されている。制御用
IC88は、電源ライン90に重畳される信号重畳回路
91からのアドレス信号(シリアル転送)を受けてそれ
に対応したもののゲートを開き、それのSMAワイヤ8
5a,85b,85cに通電する。制御用IC(88)
は、前記アドレス信号を受けて選択的に駆動用電源89
を各SMAワイヤ85a,85b,85cにおける上下
左右のいずれかに接続するゲートの役目を果たす。
て、湾曲制御器93、挿入量検出手段94、術者の首振
り角信号発生器95からの各信号を受けてそれらのデー
タから演算して得る。湾曲制御器93は例えばジョイス
ティックからなる。挿入量検出手段94は、通常、能動
型内視鏡として作動する。また、術者の首振り角信号発
生器95の首振り角検出部は術者の頭に装着した装填具
96に取り付けられ、術者の首振り角度を検出する。そ
して、この首振り角に応じて出力する首振り角信号発生
器95の信号によって最先端の可撓管84a,86aを
湾曲するようになっている。このため、CPU92は、
それに応じたアドレス信号を信号重畳回路91を介して
電源ライン90に乗せ、制御用IC88により、その最
先端の可撓管84a(86a)におけるSMAワイヤ8
5a(87a)のいずれかを選択してそれに通電駆動す
る。
ラコントロールユニット97からの映像信号を受ける液
晶立体ディスプレイ(HDTV)98が装着されてい
て、術者はそれにより内視鏡視野内を立体的に観察でき
るようになっている。前記アームの湾曲形状や内視鏡の
位置は、モニタ99において表示される。
トローラ101と前記湾曲制御器93のジョイスティッ
クを操作することにより、前記アームの湾曲状態を遠隔
的に操作することができる。術者が最先端のリンク84
a(86a)を見る角度でその首振り角度が首振り角信
号発生器95で検出され、それに応じたアドレス信号を
転送して対応した制御用IC88を開放し、対応した屈
曲駆動用ワイヤ85a(87a)のいずれかのものを選
択して通電駆動することにより、所要の向きと角度に湾
曲する。湾曲制御器93のジョイスティックを操作する
ことにより、前記アームの他のリンクの部分を湾曲する
ことができる。
曲体部分がそのアームの基端(根元)側程、径を太くし
ている点についは、前述したものと同じであるが、ここ
では、各湾曲体部分を複数の関節駒105によって構成
している。各関節駒105はその隣接端を上下位置と左
右位置で交互に枢着して連結してなり、これのアーム部
分を上下左右に湾曲できるように構成した。また、上下
左右に位置させてこれに組み込む各SMAワイヤ106
をコイル状に形成した。この他の点については前述した
ものと同様に構成し、また、応用できるものである。
のにおいて、その関節駒105に対してSMAワイヤ1
06の組込む一例を示している。同図(B)で示すよう
に、関節駒105はこれが属するリンク107の上下左
右に位置して配置される各SMAワイヤ106、及び他
の内蔵物をそれぞれ通す4つの孔108を上下左右の対
応部分に形成している。さらに、同じ関節駒105はそ
の中央に挿通用孔109を形成しており、この挿通用孔
109にはこの関節駒105が属するリンク107より
も前方のリンクに配設する屈曲駆動用ワイヤ106をま
とめて通すようになっている。
ムの根元まで導かれている。このため、各関節アームの
長さとした場合に比べてSMAワイヤ106の縮み量を
大きくとれる。なお、SMAワイヤ106の収縮はその
全長において起るが、関節アームの中央を通るところで
は湾曲させる力が働かないため、湾曲させようとする特
定の関節アームのみが湾曲駆動させられる。この場合、
そのSMAワイヤ106が直線状であってもコイル状で
あってもよい。
ヤ106をその関節アームの中央寄りに配置する例であ
る。このようにすれば、SMAワイヤ106の同一の変
形量に対してより大きい湾曲角が得られる。他の構成に
ついては前述したものと同様である。
ヤ106がその関節アームの長さよりも長く、それを幾
重にも折り畳んではる。1本または1重にした場合に比
べてその変形量が大きくなり大きい湾曲角と湾曲力が得
られる。他の構成については前述したものと同様であ
る。
アームについての例である。各関節アーム110は前述
した場合と同様な理由で基端側のもの程、径を太くした
多孔性チューブ111からそれぞれ形成されている。こ
れらの各多孔性チューブ111は、同図(B)で示すよ
うに周辺に複数の空気穴112を形成し、中央には内蔵
物を通す孔113を形成してなる。また、各関節アーム
110における多孔性チューブ111は手元側のもの
程、太くしてその可撓性を小さくしてある。各多孔性チ
ューブ111の外周には、膨らみ防止用繊維114を巻
き付けてあり、この膨らみ防止用繊維114は編成され
て筒状に形成されている。もっとも、編成しないで単線
を巻き付けるものであってもよい。
択した空気穴112に送気すれば、その向きへ選択的に
湾曲させることができる。なお、同じ側の空気穴112
を連通して同時に送気すれば、全体を同じ向きに湾曲さ
せることができる。また、関節アーム110を構成する
多孔性チューブ111を根元側のもの程、長くすれば、
それに応じて変形時のストロークを大きくできる。
の外周に被着するブレード状の膨らみ防止用繊維114
の巻付けピッチが根元側のもの程、密にしてある。これ
により手元側のもの程、その可撓性をより小さくなるよ
うにしてある。また、同じ目的で膨らみ防止用繊維11
4の太さを手元側のもの程、太くしてもよい。
うなものに限定されるものではない。例えば圧電ポリマ
や液晶ポリマによって多関節アームを構成し、通電など
によって湾屈曲駆動するようにしてもよい。この場合、
各関節アームが根元(基端)側ほどその厚さを厚くする
等、可撓性を順次変え、同時に根元(基端)側のものほ
ど通電量を多くするとよい。また、根元(基端)側のも
のほど圧電定数の大きい圧電ポリマを使用してもよいも
のである。
保持する処置用アームを有し、この処置アームは湾屈曲
方向を独立に制御可能な湾屈曲手段を備え、その湾屈曲
手段により処置具を動かして処置するようにした処置装
置であるから、術者は、操作が簡単でかつ正確な処置作
業を行うことができる。
な全体構成の説明図。
体内挿入部分の斜視図。
マスタアームの斜視図。
電子制御回路の説明図。
関節の構成を示す説明図。
関節の動きの説明図。
各処置具の説明図。
説明図。
説明図。
説明図。
的な構成を示す説明図。
図。
図。
斜視図。
斜視図。
図。
図。
置、12…操作制御盤、16…電子制御回路、17…処
置用アーム、18…マスタアーム、20a,20b,2
0c…関節、23…処置具、24…接触センサ、25
a,25b,25c…関節、32…ブレーキ用アクチュ
エータ駆動回路、33…位置検出回路、34…アクチュ
エータ駆動回路、37…送り量設定回路、41…球体、
42…受け座、43a,43b,43c…積層圧電素
子、a,b,c…ポテンショメータ、A,B,C…屈曲
駆動用アクチュエータ、α,β,γ…ブレーキ用アクチ
ュエータ、84a,84b,84c…可撓管、85a,
85b,85c…SMAワイヤ、87a,87b,87
c…SMAワイヤ、88…制御用IC、90…電源ライ
ン、92…CPU、105…湾曲駒、106…SMAワ
イヤ、107…湾曲体。
Claims (1)
- 【請求項1】 管内を処置する処置具を保持する処置用
アームを有し、この処置アームは、湾屈曲方向を独立に
制御可能な湾屈曲手段を備え、その湾屈曲手段によりそ
の処置具を前記管内で動かして処置するようにしたこと
を特徴とする管内処置装置。
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ID=26502775
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