JPH08224242A - 医療用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】把持力検出手段の組み付け作業性が向上し、ま
た把持力検出手段に接続される配線部材の張力が検出部
に与える影響を小さくできる医療用装置を提供すること
にある。 【構成】対象部位を把持する把持手段としてのグリッパ
１２と、このグリッパ１２の把持力を検出する把持力検
出手段としての歪みゲージ１６とを有する医療用装置に
おいて、前記歪みゲージ１６を前記グリッパ１２の背面
側から取り付けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体の体腔内に挿入し
生体組織を把持する把持手段を持った医療用装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】生体の体腔内に挿入し生体組織を把持す
る把持鉗子などの手術機器に、特に、力覚情報を検知す
るセンサを取り付け、生体組織を把持したときにその硬
さの測定し、手術機器が生体に加えている把持力、また
は、生体からの反力を計測し、これを操作者に提示する
ことができる手術機器が知られている。

【０００３】例えば、実開昭５５−５１２３５号公報
は、２個の挟持片で被測定物を挟持し、その挟持度合い
によって被測定物の硬度を測定する挟持式硬度計が開示
されている。すなわち、２個の挟持片は交差する２個の
レバーからなるパンタグラフ式のリンク機構を持ってお
り、平行に開閉する把持片に加わる力を把持片とは異な
る他端に設けられたロードセルにて検出するものであ
る。

【０００４】また、特願平５−５９９５７は、体腔内に
挿入される医療器具の先端にセンサを設け、この触覚セ
ンサの出力を内視鏡画像に提示するものである。また、
特願平６−２６０２８６は、体腔内に挿入される医療器
具の先端にセンサを設け、この触覚センサの出力を操作
者に振動として提示するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実開昭５５−
５１２３５号公報のように、リンク機構や管腔内を通る
ロッドを介してセンサに接続される構造では、リンク機
構やロッドと管腔間に生じる摩擦力などにより正確な測
定ができない。また機器が関節構造を持っていたり、小
型化をした場合には摩擦力が上昇し正確な測定をするこ
とはさらに困難である。

【０００６】また、特願平５−５９９５７、特願平６−
２６０２８６では、センサを直接機器の先端内面に取り
付けられている。しかし、センサを鉗子グリッパ内面に
配置すると、グリッパ部の内面に歯を設けずらくなる、
センサの耐久性が低下するなどの問題がある。また、セ
ンサを内面に取り付けることは組立性が悪いという問題
がある。

【０００７】また、配線材とセンサの接続方法によって
は、センサが配線材の張力による力も検出してしまい正
確な測定ができない場合が考えられる。また、配線材に
無理な力が加わる場合、断線を引き起こす可能性もあ
る。

【０００８】本発明は、前記事情に着目してなされたも
ので、その目的とするところは、把持力を検出する把持
力検出手段の取り付けが容易な医療用装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、対象部位を把持する把持手段と、前記把
持手段の把持力を検出する把持力検出手段とを有する医
療用装置において、前記把持力検出手段を前記把持手段
の背面側から取り付けたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】把持手段としてのグリッパが対象物を把持した
場合、グリッパは対象物からの反力を受ける。この反力
を把持手段としてのグリッパに取り付けた把持力検出手
段により正確に検出できるようにするとともに、把持面
の背面側から把持力検出手段を取り付けることにより把
持力検出手段のグリッパに対する取り付け作業の容易化
を図る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図面に基づいて説
明する。図１〜図４は第１の実施例を示し、図１は医療
用装置としての鉗子の先端部を示す。１１は鉗子本体で
あり、鉗子本体１１の先端部には把持手段としてのグリ
ッパ１２が設けられている。グリッパ１２は、その内面
に鋸歯状の把持部１２が設けられ、基端部はパンタグラ
フ構造を持つリンク機構１３の先端に接続されている。

【００１２】リンク機構１３の他端は鉗子本体１１の管
腔内を通る操作ワイヤ（図示しない）に接続され、操作
ワイヤの進退動作によりグリッパ１２を開閉させること
ができるようになっている。グリッパ１２の一方の外側
（背面側）には把持力を検出する力覚センサとして歪み
ゲージ１６が取り付けられている。歪みゲージ１６には
フレキシブル基板が配線材１７として接続されている。
配線材１７はリンク機構１３を構成するリンク部材の隙
間１３ａを通り、鉗子本体１１の外壁に導かれ、さらに
鉗子本体１１の内部に挿入されている。

【００１３】配線材１７が鉗子本体１１の内部に挿入さ
れる部分はシール材等により水密に保たれている。ま
た、本実施例では配線材１７としてフレキシブル基板を
使用したが、絶縁が確保できる配線材ならば様々なもの
が使用でき、例えばポリイミド被膜ワイヤ、ポリエルテ
ル被膜ワイヤなどが使用できる。

【００１４】図２は歪みゲージ１６を取り付けたグリッ
パ１２を背面から見た図を示す。本実施例で使用した歪
みゲージ１６は、検出部に配置されている検出用ゲージ
１６ａと歪みゲージ１６が置かれている周囲温度の変化
による出力変化を抑えるための温度補償用ゲージ１６ｂ
を同一膜上に構成している。ここで検出用ゲージ１６ａ
は鉗子本体１１の中心軸方向の圧縮、引張りの力が検出
できるように構成されており、温度補償用ゲージ１６ｂ
は検出用ゲージ１６ａに対して９０度回転した向きで、
グリッパ１２の先端側に配置されている。これはグリッ
パ１２が対象物を把持した場合にも温度補償用ゲージ１
６ｂの抵抗値が変化しないようにするためである。

【００１５】グリッパ１２が対象物を把持した場合、グ
リッパ１２は対象物からの反力を受け変形する。このと
き、歪み量が大きい場所に歪みゲージ１６の検出部を配
置することが望ましい。グリッパ１２はグリッパ１２の
固定部に支点１８があり、グリッパ１２の先端を作用点
とした片持ち鍼とみなすことができる。

【００１６】片持ち鍼の歪み量の計算式は ε＝（Ｗ×Ｌ）／（Ｚ×Ｅ） で表される。ここでεは歪み量、Ｗは加える荷重、Ｌは
作用点からの距離（図２に図示）、Ｚは断面係数、Ｅは
縦弾性係数である。このことより、作用点から離れ、支
点１８に近い部分の方が歪み量が大きいことがわかる。

【００１７】小さな力で大きなセンサ出力変化を得るた
めに本実施例では歪みゲージ１６の検出用ゲージ１６ａ
をグリッパ１２の支点寄りに配置している。それに対
し、歪みゲージ１６と配線材１７の接続部１９は、グリ
ッパ１２の先端側に設けているが、これは以下の述べる
理由による。すなわち、配線材１７は一方の先端が接続
部１９に、他端が鉗子本体１１に接続されている。両固
定端の間にはリンク機構１３が存在しているため、グリ
ッパ１２の開閉により配線材１７の状態は変化してしま
う。よって、グリッパ１２の開閉によって接続部１９に
加わる力は常に変化してしまう。接続部１９が検出用ゲ
ージ１６ａの近傍にあると、接続部１９に配線材１７か
ら加わる力を検出用ゲージ１６ａが検出してしまい正確
な測定ができず、検出用ゲージ１６ａと接続部１９が離
れた位置に配置されていることが望ましいためである。

【００１８】また、接続部１９を検出用ゲージ１６ａよ
りグリッパ１２の先端に配置することにより、検出用ゲ
ージ１６ａをより歪みの大きい支点１８よりの場所に配
置できる。また、歪みゲージ１６がグリッパ１２の背面
側に取り付けられるため、その取付作業が容易に行え
る。

【００１９】次に、配線材１７をリンク機構１３のリン
ク部材の隙間１３ａを通している理由について説明す
る。図３は配線材１７をリンク機構１３の外側を通した
場合１７ａと、隙間１３ａを通した場合１７ｂを比較し
た図である。

【００２０】配線材１７をリンク機構１３の外側に通し
た場合１７ａではグリッパ１２を開いた場合、配線材１
７が鉗子本体１１より離れてしまい、また、接続部１９
の付近で配線材１７の曲げ半径が小さくなってしまって
いる。これにより、接続部１９に無理な力がかかってし
まう。また、使用中に、配線材１７に周囲の物体が引っ
かかり断線を引き起こす可能性が高い。

【００２１】それに対し、配線材１７をリンク機構１３
の隙間１３ａを通した場合１７ｂでは、配線材１７がほ
とんど鉗子本体１１より離れることがない。また、接続
部１９の付近での配線材１７の曲げ半径にもほとんど変
化がない。このことより、隙間１３ａに配線材１７を通
すことにより、接続部１９に無理な力が働かず、断線の
恐れの少ない歪みゲージ１６への配線を実現することが
できる。

【００２２】図４は医療用システムの全体構成図であ
る。鉗子本体１１の管腔から導出された操作ワイヤは、
制御回路２１に接続されたモータ２２に接続されてい
る。モータ２２を制御することにより、グリッパ１２の
開閉角を制御することができる。グリッパ１２の一方の
外側に設けた歪みゲージ１６に接続された前記配線材１
７配線材１７はリンク機構１３のリンク部材の隙間１３
ａを通り、鉗子本体１１の外壁に導かれ、さらに鉗子本
体１１の内部を通って検出回路２３に接続されている。

【００２３】したがって、把持手段としてのグリッパ１
２が対象物を把持した場合、グリッパ１２は対象物から
の反力を受け変形する。このとき、歪み量が大きい場
所、つまりグリッパ１２の支点寄りで、しかも把持面の
背面側に把持力検出手段としての歪みゲージ１６を取り
付けてグリッパ１２の開閉により配線材１７に力が加わ
ることはなく、歪みゲージ１６によって把持力を正確に
正確に検出できるようにするとともに、歪みゲージ１６
のグリッパ１２に対する取り付け作業の容易化を図る。

【００２４】検出回路２３で検出された力信号に基づ
き、提示入力手段２４に内蔵されたアクチュエータ（図
示しない）にトルクを発生させる。操作者２５は、アク
チュエータより発生したトルクをグリッパ１２の把持力
として、感じることができ鉗子操作に対するインフォメ
ーションを得られ、鉗子操作を行いやすくなる。

【００２５】図５は第２の実施例を示し、３１は鉗子本
体である。鉗子本体３１の先端にはリンク機構３４によ
って可動するグリッパ３２と鉗子本体３１と一体のグリ
ッパ３３が設けられている。グリッパ３２はリンク機構
３４と接続され、枢支軸３２ａを中心として回動するよ
うになっている。グリッパ３３の根元部には大きな歪み
が得られるように内側に凹溝３５が設けられている。凹
溝３５の背面には力覚センサとして歪みゲージ３６が取
り付けられている。歪みゲージ３６は接続部３７におい
てフレキシブル基板を用いた配線材３８と接続されてい
る。

【００２６】また、鉗子本体３１には湾曲機構３９が接
続されている。湾曲機構３９は操作者の操作により湾曲
させることができる。湾曲機構３９の内部には配線材料
としてポリイミド被膜ワイヤー４１が挿入されていて接
続口４０に導出されている。一方、配線材３８はリンク
機構３４の間を通り、導出口４０の近傍に導かれ、ポリ
イミド被膜ワイヤー４１に接続されている。そして、こ
のポリイミド被膜ワイヤー４１に接続後、前記導出口４
０は熱収縮チューブ４２を鉗子本体３１に被せることに
よりシールされる。

【００２７】ここで、配線材３８をリンク機構３４の間
を通したことにより、配線材３８の歪みゲージ３６と接
続した面と同じ面が導出口４０の付近では外側になる。
このため、配線材３８に設ける接点の向きを一方に整え
ることができ、フレキシブル基板からなる配線材３８の
製造コストを安く押さえることが出来るとともに、配線
材３８の厚さを薄く押さえることができる。

【００２８】図６および図７は第３の実施例を示し、図
６に示す、６１は鉗子本体である。鉗子本体６１の先端
にはリンク機構（図示しない）により可動するグリッパ
６２と鉗子本体６１と一体のグリッパ６３が設けられて
いる。グリッパ６２は枢支軸６２ａを支点として回動自
在に設けられている。

【００２９】グリッパ６３には中心部に矩形状の取付け
孔６４が設けられ、背面側の縁には嵌め込み位置合わせ
を行うための段部６５が設けられている。さらに、取付
け孔６４の内壁における枢支軸６２ａ側にはスロープ６
６が設けられている。

【００３０】一方、６７はセンサユニットであり、この
センサユニット６７には前記取付け孔６４に嵌め込まれ
ると共に、段部６５に位置決めされる係合段部６８を有
する基台６９を有している。この基台６９には圧電振動
子を利用した力覚センサ７０が設けられ、この力覚セン
サ７０はフレキシブル基板からなる配線材７０ａが接続
されている。ここで上げた圧電振動子を利用した力覚セ
ンサについては、特開平３−８１６４１号公報などに開
示されている。なお、本実施例では配線材７０ａとして
フレキシブル基板を使用したが、絶縁が確保できる配線
材ならば様々なものが使用でき、例えばポリイミド被膜
ワイヤー、ポリエルテル被膜ワイヤーなどが使用でき
る。

【００３１】図７はセンサユニット６７をグリッパ６３
の取付け孔６４に嵌め込み、接続した状態を示す。セン
サユニット６７はグリッパ６３に対して嵌め込んだ後、
接着剤により固定されている。

【００３２】本実施例によれば、鉗子本体６１の背面よ
り力覚センサ７０を組み付けることができるため、組立
性が大幅に向上するという効果が得られる。また、ここ
では圧電式の力覚センサ７０を用いたが、本実施例では
センサは、どのような方式のものでも構わない。

【００３３】図８は第４の実施例を示し、７１は鉗子本
体である。鉗子本体７１の先端にはリンク機構７４によ
り回動するグリッパ７２と鉗子本体７１と一体のグリッ
パ７３が設けられている。グリッパ７３の根元は大きな
歪みが得られるように凹溝７５が設けられている。凹溝
７５の背面には力覚センサとして歪みゲージ７６が取り
付けられている。歪みゲージ７６は接続部７７において
フレキシブル基板を用いた配線材７８と接続されてい
る。また、本実施例では配線材７８としてフレキシブル
基板を使用したが、絶縁が確保できる配線材ならば様々
なものが使用でき、例えばポリイミド被膜ワイヤー、ポ
リエルテル被膜ワイヤーなどが使用できる。

【００３４】前記歪みゲージ７６は鉗子本体７１と一体
のグリッパ７３に取り付けられているため、配線材７８
が鉗子本体７１の先端部で回動するグリッパ７２やリン
ク機構７４に接触することなく鉗子本体７１に通すこと
が可能である。

【００３５】また、本実施例では、配線材７８を鉗子本
体７１の外壁に接着し、鉗子本体７１と配線材７８を一
体的に形成している。このため、鉗子本体７１を洗浄す
る際に配線材７８の断線に気を使うことなく容易に洗浄
作業を行うことができる。さらに、配線材７８がリンク
機構７４等の可動機構と接触することなく配置できるた
め、配線材７８に加わっている力が変化しない。このこ
とにより、配線材７８の張力による歪みゲージ７６の出
力の変化を抑えることができ安定した測定が行える。ま
た、配線材７８の断線の可能性を減少させることができ
ると共に、鉗子本体７１の洗浄作業を容易に行える。

【００３６】図９は第５の実施例を示し、８１は鉗子の
グリッパ部を示す。グリッパ部８１は枢支軸８１ａを支
点として回動自在で、内側に鋸歯状の歯部８３ａを有す
る一対のグリッパ片８３からなり、一方のグリッパ片８
３の背面は力覚検出部材８２を取り付け易いように平面
に加工された取付け部８４が設けられている。この取付
け部８４の一側には力覚検出部材８２の取付け位置決め
を容易にするためにエッジ８５と端部には凹溝８５が形
成されている。なお、凹溝８５はホールド部９０を切断
するときに使用する切断溝を兼ねている。

【００３７】前記力覚検出部材８２は、歪みゲージが形
成された検出部８６と配線材８７と接続されている接続
部８８および取り付け時に凹溝８５の位置と一致させる
マーカー８９が形成されている。また、組立時に力覚検
出部材８２を作業者が把持し易いように力覚検出部材８
２の端部にはホールド部９０が形成されている。

【００３８】本実施例で使用されている力覚検出部材８
２は、ポリイミド薄膜上に半導体プロセスにて作成され
たもので、マーカー８９は歪みゲージと同じ材質を矢印
状に形成したものであり、また、ホールド部９０はポリ
イミド薄膜を切断せずに残して置けばよい。

【００３９】次に、力覚検出部材８２の組み付け法につ
いて説明すると、まず、取付け部８４に接着剤を塗布
し、ホールド部９０をピンセット等で持ち、力覚検出部
材８２の側縁９１をエッジ８５の位置を揃える。さら
に、マーカー８９と凹溝８５の位置を揃えた後、力覚検
出部材８２を取付け部８４に接着させる。このとき、ホ
ールド部９０を把持することにより作業者は力覚検出部
材８２がピンセット等で遮られることなく視認しながら
作業を行うことができる。また、力覚検出部材８２の内
部の検出部８６を損傷させることなく作業ができ作業性
が良い。また、力覚検出部材８２の位置合わせがエッジ
８４、凹溝８５およびマーカー８９を設けたことにより
容易にかつ正確に行うことができる。

【００４０】力覚検出部材８２を取付け部８４に接着
し、接着剤が十分に乾燥した後、凹溝８５に沿ってホー
ルド部９０を切断すれば、力覚検出部材８２の取付けが
完了する。

【００４１】本実施例によれば、グリッパ片８３に取付
け部８４とエッジ８５と凹溝８５を設け、力覚検出部材
８２にホールド部９０とマーカー８９を形成することに
より組立作業が容易にできる。

【００４２】前述した実施態様によれば、次の構成が得
られる。 （付記１）対象部位を把持する把持手段と、前記把持手
段の把持力を検出する把持力検出手段とを有する医療用
装置において、前記把持力検出手段を前記把持手段の背
面側から取り付けたことを特徴とする医療用装置。

【００４３】（付記２）対象部位を把持する把持手段
と、前記把持手段の把持力を検出する把持力検出手段
と、前記把持力検出手段に接続する配線手段とを有する
医療用装置において、前記配線手段と先端部の前記把持
力検出手段との接続部と、医療用装置本体側への配線位
置とを、前記把持手段の回動軸を含む平面に対して、各
々反対側となるように前記配線手段を配置したことを特
徴とする医療用装置。

【００４４】（付記３）前記把持力検出手段は、前記把
持手段の背面に設けたことを特徴とする付記１または２
記載の医療用装置。 （付記４）把持力検出手段は、歪みゲージであることを
特徴とする付記１または２記載の医療用装置。

【００４５】（付記５）歪みゲージに接続される配線手
段と、歪みゲージとの接続部が、把持手段の先端の歪み
ゲージの検出部より端部寄りに配置されていることを特
徴とする付記４記載の医療用装置。

【００４６】（付記６）配線手段は、把持手段に接続さ
れ把持手段を可動とするためのリンク機構の隙間を通過
していることを特徴とする付記１または２記載の医療用
装置。

【００４７】（付記７）リンク機構は、パンタグラフ式
であることを特徴とする付記６記載の医療用装置。 （付記８）配線手段は、フレキシブル基板であることを
特徴とする付記６記載の医療用装置。

【００４８】（付記９）把持力検出手段は、温度補償手
段を有していることを特徴とする付記１または２記載の
医療用装置。 （付記１０）歪みゲージは、検出部と温度補償手段とが
同一基板上に設けられていることを特徴とする付記５記
載の医療用装置。

【００４９】（付記１１）把持手段は、対象物に接触し
可動する第１の接触部と、医療装置本体と一体に構成さ
れ、第１の接触部と対をなし、対象物に接触する第２の
接触部よりなることを特徴とする付記１または２記載の
医療用装置。

【００５０】（付記１２）第１の接触部のみが把持手段
を可動させるためのリンク機構に接続されていることを
特徴とする付記１１記載の医療用装置。 （付記１３）把持力検出手段に接続され把持力検出手段
に電力を供給し、前記把持力検出手段からの出力を伝送
する配線手段が、前記第１の接触部および把持手段を可
動させるためのリンク機構を相交わらないよう配置され
たことを特徴とする付記１１記載の医療用装置。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、把
持力検出手段を把持手段の背面に設けたことにより、把
持力検出手段の組み付け作業性が向上し、また把持力検
出手段に接続される配線部材の張力が検出部に与える影
響を小さくできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す鉗子の先端部の斜
視図。

【図２】同実施例の歪みゲージの取付け状態を示す側面
図。

【図３】同実施例の鉗子の先端部の側面図。

【図４】同実施例の全体の構成図。

【図５】本発明の第２の実施例を示す鉗子の先端部の側
面図。

【図６】本発明の第３の実施例を示す鉗子の先端部の斜
視図。

【図７】同実施例の鉗子の先端部の斜視図。

【図８】本発明の第４の実施例を示す鉗子の先端部の斜
視図。

【図９】本発明の第５の実施例を示す鉗子の先端部の斜
視図。

【符号の説明】

１１…鉗子本体、１２…グリッパ、１３…リンク機構、
１６…歪みゲージ、１７…配線材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象部位を把持する把持手段と、前記把
   持手段の把持力を検出する把持力検出手段とを有する医
   療用装置において、前記把持力検出手段を前記把持手段
   の背面側から取り付けたことを特徴とする医療用装置。