WO2017026167A1 - 医療用器具及び手術システム - Google Patents

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WO2017026167A1
WO2017026167A1 PCT/JP2016/066746 JP2016066746W WO2017026167A1 WO 2017026167 A1 WO2017026167 A1 WO 2017026167A1 JP 2016066746 W JP2016066746 W JP 2016066746W WO 2017026167 A1 WO2017026167 A1 WO 2017026167A1
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contact
unit
force
living tissue
medical instrument
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鈴木　裕之
長阪　憲一郎
一生 本郷
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ソニー株式会社
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    • A61B34/71—Manipulators operated by drive cable mechanisms

Definitions

  • This disclosure relates to medical instruments and surgical systems.
  • the medical robotics system has the advantages of freedom of forceps in the abdominal cavity and expansion of the range of motion in endoscopic surgery, but there is a disadvantage that there is no force feedback to the operator.
  • Patent Document 1 describes a technique for sensing a force sense of a forceps tip gripping part and presenting it to an operator. According to this technique, functional safety can be achieved by measuring the gripping force applied to the living tissue by the gripping part during the operation.
  • Patent Document 1 it is necessary for the surgeon to know in advance how much gripping force is allowed during the operation. In addition, there is a problem that a correct gripping force is not presented when a sensor fails. Furthermore, the force sensor generally does not have temperature, pressure, and humidity resistance that can be washed and sterilized, and there is a problem that the cost is significantly increased if it is a disposal.
  • the drive portion that generates the driving force for bringing the contact portion into contact with the living tissue, and the contact force of the contact portion to the living tissue And a limiter mechanism that restricts transmission of the driving force to the contact portion.
  • a transmission unit configured to transmit the driving force generated by the drive unit to the contact unit; a protrusion provided on one of the transmission unit and the drive unit; and provided on the other of the transmission unit and the drive unit.
  • An insertion hole into which the protrusion is inserted, and the driving unit pulls the transmission unit to transmit the driving force to the contact unit, and the contact force of the contact unit to the living tissue is predetermined.
  • the limiter mechanism may be configured by removing the protrusion from the insertion hole when the threshold value is larger than the threshold value.
  • the driving unit includes a transmission unit that transmits the driving force generated by the driving unit to the contact unit, and the driving unit includes a motor and a rotating member that is driven by the motor to drive the transmission unit. And when the contact force of the said contact part to the said biological tissue becomes larger than a predetermined threshold value, the said limiter mechanism may be comprised because the said rotation member slips with respect to rotation of the said motor. .
  • the contact portion may be constituted by an end effector that holds the living tissue.
  • the threshold value may be set according to a gripping target of the end effector.
  • the contact portion may be constituted by a pressing member that presses the living tissue.
  • a cleanable clean area including at least the contact portion and the transmitting portion may be separated.
  • an alarm unit that issues an alarm when the limiter mechanism operates may be provided.
  • a medical instrument used for a patient and a support arm device that supports the medical instrument, the medical instrument includes a contact portion that comes into contact with a living tissue; A drive unit that generates a driving force for bringing the contact part into contact with the living tissue, and a limiter that limits transmission of the driving force to the contact unit according to the contact force of the contact part to the living tissue And a surgical system is provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the medical instrument 100.
  • the medical instrument 100 according to the present embodiment includes a surgical instrument unit 110 that performs an operation, and a drive mechanism unit (drive unit) 120 that drives the surgical instrument.
  • the surgical instrument unit 110 has an elongated tube shape having an end effector (gripping mechanism) 112 at the distal end, and the proximal end has an attachment / detachment unit 114 that can be separated from the drive mechanism unit 120.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the end effector (contact portion) 112.
  • the end effector 112 has two blades 112a and 112b, and is configured such that the cam follower 112e moves along the cam groove 112d provided in each blade 112a and 112b when the cable 116 is pulled out by the drive mechanism 120. ing. As a result, the two blades 112a and 112b rotate in directions opposite to each other about the shaft 110c, thereby generating a gripping force and gripping the living tissue 250.
  • the cable 116 functions as a transmission unit that transmits the driving force generated by the driving mechanism unit 120 to the end effector 112 together with the attaching / detaching unit 114.
  • the attachment / detachment portion 114 and the drive mechanism portion 120 are attached / detached by the coupling portion 200 that can adjust the fitting force according to the fitting tolerance.
  • a gripping force is applied, a force is applied to the coupling part 200 in the pulling direction by the tension of the cable 116, and when the force exceeding the fitting force is generated, it is automatically released, and a gripping force exceeding the threshold value is not generated.
  • the coupling unit 200 is configured as a limiter mechanism that restricts the transmission of the driving force to the end effector 112 by the driving mechanism unit 120.
  • the limit value of the gripping force can be adjusted by adjusting the fitting force according to the fitting tolerance and the material sliding characteristic.
  • the relationship between the fitting tolerance and the material sliding characteristic and the fitting force can be obtained in advance by experiments or the like.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a state where the coupling part 200 is detached and the surgical instrument part 110 and the drive mechanism part 120 are separated.
  • the surgical instrument unit 110 corresponds to a cleaning region, and in the state where the surgical instrument unit 110 and the drive mechanism unit 120 are separated, only the surgical instrument unit 110 can be cleaned and sterilized.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the configuration of the coupling unit 200.
  • the coupling part 200 includes a boss (projection part) 114 a provided in the attachment / detachment part 114 and a boss hole (insertion hole) 121 provided in the drive member 122 h of the drive mechanism part 120.
  • the boss 114 a is inserted into the boss hole 121, and a fitting force is generated between the boss 114 a and the boss hole 121 due to the fitting tolerance and material sliding characteristics, and the boss 114 a is connected to the boss hole 121.
  • the contact 130 made of a conductor provided in the attaching / detaching portion 114 and the contact 132 made of a conductor provided in the driving member 122h come into contact with each other, and both are electrically connected. To do.
  • the attaching / detaching portion 114 and the driving member 122h are separated, the contact 130 and the contact 132 are not in contact with each other.
  • the control device 300 issues an alarm from the alarm unit 350 when the attachment / detachment unit 114 and the drive member 122 h are separated.
  • the alarm can be performed by voice or display on a display or the like. Based on the alarm, the user can recognize that a gripping force equal to or higher than a threshold value is generated in the end effector 112 and the detachable unit 110 is detached from the drive mechanism unit 120.
  • the detachable portion 114 is provided with the boss 114a and the drive member 122h is provided with the boss hole 121.
  • the detachable portion 114 is provided with the boss hole, and the drive member 122h is provided with the boss. May be.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the configuration of the drive mechanism unit 120.
  • the drive mechanism 120 has a motor 122a, a pulley 122b, a pulley 122c, a belt 122d, a belt 122e, a rotation speed sensor 122f, a rotation speed sensor 122g, and a drive member 122h provided with a boss hole 121. Configured.
  • the boss 114a and the boss hole 121 are disengaged, and the detachable portion 114 is detached from the drive member 122h of the drive mechanism portion 120.
  • the surgical instrument part 110 and the drive mechanism part 120 isolate
  • the gripping force required at the time of blood vessel anastomosis in neurosurgery is about 0.5N, and the force required for clipping is about 2N. Therefore, by setting the fitting force of the coupling part 200 according to these forces, it is possible to prevent a gripping force of 0.5 N or more from being applied during blood vessel anastomosis, and clipping is performed with a force of 2 N or more. Can be prevented.
  • the operator can prevent tissue damage due to grasping by selecting a torque limiter value that can generate a desired grasping force according to the operation.
  • the cable 116 may be subject to plastic elongation and disconnection risk.
  • the risk can be reduced by the torque limiter mechanism by the coupling unit 200.
  • the boss 114a is made of a resin material, and the drive member 122h is made of a metal material.
  • the boss hole 121 has a diameter tolerance of only one type, and a plurality of attachment / detachment portions 114 having different tolerances with respect to the diameter of the boss 114a are prepared, and the boss 114a having the optimum diameter tolerance according to the limit value of the gripping force is provided.
  • the attachment / detachment unit 114 is selected. For each of the plurality of attaching / detaching portions 114, a fitting force and a gripping force corresponding to the fitting force are obtained in advance.
  • the attachment / detachment part 114 which has the limit value of optimal gripping force can be selected from the some attachment / detachment part 114.
  • the fitting force can be adjusted, for example, by applying a different coating to the surface of the boss hole 121 in the boss 114a.
  • the clean area and the non-clean area can be separated by removing the coupling part 200, and the surgical instrument part 110 that is the clean area is washed and sterilized. It can be performed.
  • the boss 114a is reinserted into the boss hole 121 and connected to each other, so that the safety can be promptly restored as soon as safety is confirmed. Can do.
  • the torque limiter mechanism of the end effector 112 may be configured by a slip between the shaft 122i of the motor 122a and the pulley 122b.
  • the boss 114a and the boss hole 121 are fixed so as not to come off.
  • the pulley 122b is not fixed to the shaft 122i, and when a gripping force equal to or greater than a threshold value is generated in the end effector 112, a fitting tolerance between the pulley 122b and the shaft 122i so that the pulley 122b is idled with respect to the shaft 122i.
  • the material sliding characteristics are determined, and the fitting force between the pulley 122b and the shaft 122i is adjusted.
  • the pulley 122b is idled with respect to the shaft 122i, so that it is possible to reliably avoid the biological tissue 250 being gripped with a gripping force equal to or greater than the threshold value.
  • the fitting portion between the shaft 122i and the pulley 122b is configured as a limiter mechanism that restricts transmission of the driving force by the motor 122a of the driving mechanism 120 to the end effector 112.
  • the controller 300 receives the rotational speed of the shaft 122i of the motor 122a detected by the rotational speed sensor 122f and the rotational speed of the pulley 122c detected by the rotational speed sensor 122g.
  • the control device 300 determines that the pulley 122b is idle with respect to the shaft 122i.
  • the alarm is notified from the alarm unit 350. The user can recognize that a gripping force equal to or greater than a threshold value has occurred in the end effector 112 based on the alarm.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a mechanism for driving the link structure by the cable 116.
  • the surgical instrument unit 210 is different from that of the surgical instrument unit 110 illustrated in FIG. 1, and the surgical instrument unit 210 includes a link mechanism.
  • the surgical instrument unit 210 includes a spatula (pressing member) 211 instead of the end effector.
  • the spatula 211 is used, for example, to hold the living tissue 250 from a certain direction.
  • the arm 212 is configured to be rotatable with respect to the arm 214 about the shaft 216.
  • a spatula 211 is provided at the tip of the arm 212.
  • One end of the wire 116 is fixed to the detachable portion 114 as in FIG. The other end of the wire 116 is connected to the arm 212.
  • the boss 114a and the boss hole 121 can be configured to be detached by using a torque limiter mechanism by the coupling unit 200 when the force pressing the living tissue 250 becomes a predetermined value or more. it can. As a result, it is possible to prevent a force greater than a predetermined value from being applied to the living tissue 250.
  • the pulley 122b idles with respect to the shaft 122i when the force pressing the living tissue 250 becomes a predetermined value or more. As a result, it is possible to prevent a force greater than a predetermined value from being applied to the living tissue 250.
  • the support arm device 400 includes a base portion 410, an arm portion 420, and a control device 300.
  • the support arm device 400 is a medical support arm device that supports the medical instrument 100 such as forceps during surgery.
  • the base portion 410 is a base of the support arm device 400, and the arm portion 420 is extended from the base portion 410.
  • the base portion 410 is provided with casters, and the support arm device 400 is configured to be in contact with the floor surface via the casters and movable on the floor surface by the casters.
  • the configuration of the support arm device 400 according to the present embodiment is not limited to such an example.
  • the base unit 410 is not provided, and the arm unit 420 is directly attached to the ceiling or wall surface of the operating room. May be configured.
  • the support arm device 400 is configured with the arm unit 420 suspended from the ceiling.
  • the control device 300 may be a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a DSP (Digital Signal Processor).
  • the control device may be a control board or a microcomputer on which these processors and storage elements such as a memory are mounted.
  • Various operations in the surgical system are executed by the processor constituting the control device executing various signal processing according to a predetermined program.
  • the control device 300 controls the operation of the support arm device 400 in an integrated manner.
  • the arm portion 420 includes a plurality of joint portions 421a, 421b, 421c, 421d, 421e, and 421f, a plurality of links 422a, 422b, 422c, and 422d that are rotatably connected to each other by the joint portions 421a to 421e.
  • a holding unit 429 that is rotatably provided at the tip of 420 via a joint portion 421f.
  • the holding unit 429 holds various medical instruments. In the illustrated example, forceps 423 is attached to the holding unit 429.
  • the links 422a to 422d are rod-shaped members, one end of the link 422a is connected to the base portion 410 via the joint portion 421a, the other end of the link 422a is connected to one end of the link 422b via the joint portion 421b, The other end of the link 422b is connected to one end of the link 422c via the joint portions 421c and 421d. Further, the other end of the link 422c is connected to one end of a substantially L-shaped link 422d via a joint portion 421e, and the other end of the link 422d and the holding unit 429 for holding the forceps 423 are interposed via the joint portion 421f. Connected. Thus, the ends of the plurality of links 422a to 422d are connected to each other by the joint portions 421a to 421f with the base portion 410 as a fulcrum, thereby forming an arm shape extending from the base portion 410.
  • the forceps 423 corresponds to the medical instrument 100 shown in FIG. 1 or 6 described above.
  • the end effector 112 for grasping or cutting the living tissue 250 of the patient is provided at the distal end of the forceps 423.
  • the positions and postures of the arm unit 420 and the forceps 423 are controlled by the support arm device 400 so that the forceps 423 can take a desired position and posture with respect to the living tissue 250 of the patient.
  • a torque limiter limiter mechanism
  • the risk of failure can be minimized by configuring the limiter mechanism with the fitting force generated by the fitting tolerance and the material sliding characteristics. Therefore, it is possible to significantly improve the reliability as compared with the method of detecting the gripping force using an electric sensor or the like.
  • the force is more reliably applied compared to the method in which the surgeon estimates the force applied to the living tissue from the amount of deformation of the living tissue at the time of grasping with an endoscope image. Is possible.
  • a contact portion that contacts a living tissue
  • a drive unit for generating a drive force for bringing the contact part into contact with the living tissue
  • a limiter mechanism that limits the transmission of the driving force to the contact portion according to the contact force of the contact portion to the living tissue
  • a medical instrument comprising: (2) a transmission unit that transmits the driving force generated by the driving unit to the contact unit; A protrusion provided on one of the transmission unit and the drive unit; An insertion hole provided on the other of the transmission unit and the driving unit, and into which the projection is inserted, The driving force is transmitted to the contact portion by the driving portion pulling the transmission portion,
  • the limiter mechanism is configured by the protrusion protruding from the insertion hole.
  • a transmission unit that transmits the driving force generated by the driving unit to the contact unit;
  • the drive unit includes a motor and a rotating member that is driven by the motor to drive the transmission unit,
  • the limiter mechanism is configured by the rotation member slipping with respect to the rotation of the motor.
  • Medical instrument. (4) The medical instrument according to (2), wherein the contact portion includes an end effector that grips the living tissue. (5) The medical instrument according to (4), wherein the threshold is set according to a gripping target of the end effector. (6) The medical instrument according to any one of (1) to (3), wherein the contact portion includes a pressing member that presses the living tissue.
  • a cleanable clean area including at least the contact part and the transmission part is separated, wherein any of (2), (4) and (5) The medical device described.

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Abstract

本開示に係る医療用器具は、生体組織に接触する接触部と、前記生体組織に前記接触部を接触させるための駆動力を発生させる駆動部と、前記生体組織への前記接触部の接触力に応じて、前記駆動力の前記接触部への伝達に制限をかけるリミッター機構とを備える。この構成により、簡素な構成で術中に生体組織に与える力を制限するとともに、故障リスクを低減することができる。

Description

医療用器具及び手術システム
　本開示は、医療用器具及び手術システムに関する。
　医療用ロボティクスシステムでは、内視鏡下手術における腹腔内における鉗子自由度と可動域の拡大というメリットがあった一方で、術者への力覚のフィードバックが無いというデメリットがある。
　このため、例えば下記の特許文献１には、鉗子先端把持部の力覚をセンシングし、術者に呈示する技術が記載されている。この技術によれば、術中に把持部が生体組織に与える把持力を計測することで機能安全を達成することができる。
特開平８－１１７２２８号公報
　しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、手術中においてどの程度の把持力まで許容されるかを術者が事前に知っておく必要がある。また、センサ故障時には、正しい把持力が呈示されないという問題がある。更に、力覚センサは一般に洗浄滅菌出来る程度の温度・圧力・湿度耐性を兼ね備えておらず、ディスポーザルとするとコストが大幅に上昇する問題があった。
　そこで、簡素な構成で術中に生体組織に与える力を制限するとともに、故障リスクを低減することが求められていた。
　本開示によれば、生体組織に接触する接触部と、前記生体組織に前記接触部を接触させるための駆動力を発生させる駆動部と、前記生体組織への前記接触部の接触力に応じて、前記駆動力の前記接触部への伝達に制限をかけるリミッター機構と、を備える、医療用器具が提供される。
　前記駆動部が発生させた前記駆動力を前記接触部へ伝達する伝達部と、前記伝達部及び前記駆動部の一方に設けられた突起部と、前記伝達部及び前記駆動部の他方に設けられ、前記突起部が挿入される挿入穴と、を備え、前記駆動部が前記伝達部を引っ張ることによって前記駆動力が前記接触部へ伝達され、前記生体組織への前記接触部の接触力が所定の閾値より大きくなると、前記突起部が前記挿入穴から外れることによって、前記リミッター機構が構成されるものであっても良い。
　また、前記駆動部が発生させた前記駆動力を前記接触部へ伝達する伝達部を備え、前記駆動部は、モータと、前記モータによって駆動されて前記伝達部を駆動する回転部材と、を有し、前記生体組織への前記接触部の接触力が所定の閾値より大きくなると、前記モータの回転に対して前記回転部材がスリップすることによって、前記リミッター機構が構成されるものであっても良い。
　また、前記接触部は、前記生体組織を把持するエンドエフェクタから構成されるものであっても良い。
　また、前記閾値は、前記エンドエフェクタの把持対象に応じて設定されるものであっても良い。
　また、前記接触部は、前記生体組織を押さえる押圧部材から構成されるものであっても良い。
　また、前記突起部が前記挿入穴から外れると、少なくとも前記接触部及び前記伝達部を含む洗浄可能な清潔領域が分離されるものであっても良い。
　また、前記リミッター機構が動作すると警報を発する警報部を備えるものであっても良い。
　また、本開示によれば、患者に対して用いられる医療用器具と、前記医療用器具を支持する支持アーム装置と、を備え、前記医療用器具は、生体組織に接触する接触部と、前記生体組織に前記接触部を接触させるための駆動力を発生させる駆動部と、前記生体組織への前記接触部の接触力に応じて、前記駆動力の前記接触部への伝達に制限をかけるリミッター機構と、を有する、手術システムが提供される。
　本開示によれば、簡素な構成で術中に生体組織に与える力を制限するとともに、故障リスクを低減することができる。
　なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
本開示の実施形態に係る医療用器具の概略構成を示す模式図である。 エンドエフェクタの構成を示す模式図である。 カップリング部が外れ、術具部と駆動機構部とが分離した状態を示す模式図である。 カップリング部の構成を示す模式図である。 駆動機構部の構成を示す模式図である。 ケーブルによってリンク構造を駆動する機構の例を示す模式図である。 図１に示す医療用器具を備える手術システムを構成し得る支持アーム装置の一構成例を示す模式図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　なお、説明は以下の順序で行うものとする。
　１．医療用器具の構成
　２．カップリング部の構成
　３．駆動機構部の構成
　４．ケーブルによってリンク構造を駆動する機構への適用例
　５．手術システムの構成例
　１．医療用器具１００の構成
　まず、図１を参照して、本開示の実施形態に係る医療用器具１００の概略構成について説明する。本実施形態では、医療用ロボティクスシステムにおいて、手術を執り行う清潔領域において、把持部が発生した把持力に対して機構的に制約を与えることで、生体組織２５０へ損傷を与えることなく安全に手術を行う。
　図１は、医療用器具１００の構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態の医療用器具１００は、手術を執り行う術具部１１０と、術具を駆動するための駆動機構部（駆動部）１２０とにより構成される。術具部１１０は遠位端にエンドエフェクタ（把持機構）１１２を有する細長い管形状であり、近接端は駆動機構部１２０との分離し得る着脱部１１４を有する。
　図２は、エンドエフェクタ（接触部）１１２の構成を示す模式図である。エンドエフェクタ１１２は２枚のブレード１１２ａ，１１２ｂを有し、駆動機構部１２０によるケーブル１１６の出し引きによって、各ブレード１１２ａ，１１２ｂに設けられたカム溝１１２ｄに沿ってカムフォロア１１２ｅが動くように構成されている。これにより、２枚のブレード１１２ａ，１１２ｂが軸１１０ｃを中心として互いに反対方向に回動することで把持力を発生させ、生体組織２５０を把持することができる。ケーブル１１６は、着脱部１１４とともに、駆動機構部１２０が発生させた駆動力をエンドエフェクタ１１２へ伝達する伝達部として機能する。
　着脱部１１４と駆動機構部１２０は、嵌め合い公差によって嵌合力を調整できるカップリング部２００によって着脱される。把持力が加わった時にケーブル１１６のテンションによってカップリング部２００に抜け方向に力が働き、嵌合力を上回る力が発生した時に自動的に外れ、しきい値以上の把持力が発生されないように構成されている。つまり、カップリング部２００は、駆動機構部１２０による駆動力のエンドエフェクタ１１２への伝達に制限をかけるリミッター機構として構成されている。把持力のリミット値は、嵌め合い公差と材料摺動特性によって嵌合力を調整することで、加減することができる。嵌め合い公差及び材料摺動特性と嵌合力との関係は、予め実験等により求めることができる。
　図３は、カップリング部２００が外れ、術具部１１０と駆動機構部１２０とが分離した状態を示す模式図である。ここで、術具部１１０は洗浄領域に相当し、術具部１１０と駆動機構部１２０とが分離した状態では、術具部１１０のみ洗浄及び滅菌を行うことができる。
　２．カップリング部の構成
　図４は、カップリング部２００の構成を示す模式図である。カップリング部２００は、着脱部１１４に設けられたボス（突起部）１１４ａと、駆動機構部１２０の駆動部材１２２ｈに設けられたボス穴（挿入穴）１２１とから構成される。ボス１１４ａがボス穴１２１に挿入され、ボス１１４ａとボス穴１２１との間に嵌め合い公差と材料摺動特性によって嵌合力が発生し、ボス１１４ａがボス穴１２１に連結される。
　ボス１１４ａがボス穴１２１に挿入されると、着脱部１１４に設けられた導電体からなる接触子１３０と、駆動部材１２２ｈに設けられた導電体からなる接触子１３２とが接触し、両者が導通する。着脱部１１４と駆動部材１２２ｈが離脱すると、接触子１３０と接触子１３２とが非接触となる。制御装置３００は、接触子１３０と接触子１３２との導通状態に基づいて、着脱部１１４と駆動部材１２２ｈが離脱すると、警報部３５０から警報を報知する。警報は、音声、又はディスプレイ等への表示等により行うことができる。ユーザは、警報に基づいて、エンドエフェクタ１１２においてしきい値以上の把持力が発生し、駆動機構部１２０から着脱部１１０が外れたことを認識することができる。
　なお、本実施形態では、着脱部１１４にボス１１４ａが設けられ、駆動部材１２２ｈにボス穴１２１が設けられた構成としたが、着脱部１１４にボス穴が設けられ、駆動部材１２２ｈにボスが設けられても良い。
　３．駆動機構部の構成
　図５は、駆動機構部１２０の構成を示す模式図である。図５に示すように、駆動機構部１２０は、モータ１２２ａ、プーリー１２２ｂ、プーリー１２２ｃ、ベルト１２２ｄ、ベルト１２２ｅ、回転数センサ１２２ｆ、回転数センサ１２２ｇ、ボス穴１２１が設けられた駆動部材１２２ｈを有して構成されている。
　図５に示す構成において、モータ１２２ａが駆動するとプーリー１２２ｂが回転し、ベルト１２２ｄを介してプーリー１２２ｃが回転する。そして、プーリー１２２ｃの回転がベルト１２２ｅを介して駆動部材１２２ｈに伝達され、ボス穴１２１に挿入されたボス１１４ａが矢印Ａ１方向に駆動される。これにより、着脱部１１４に連結されたケーブル１１６も矢印Ａ１方向に駆動され、２枚のブレード１１２ａ，１１２ｂが駆動される。
　この際、２枚のブレード１１２ａ，１１２ｂによる把持力がしきい値以上となると、ボス１１４ａとボス穴１２１との嵌合が外れ、着脱部１１４が駆動機構部１２０の駆動部材１２２ｈから外れる。これにより、図３に示すように、術具部１１０と駆動機構部１２０とが分離する。従って、エンドエフェクタ１１２にしきい値以上の把持力が発生すると、着脱部１１４が駆動機構部１２０から外れるため、生体組織２５０がしきい値以上の把持力で把持されることを確実に回避できる。
　ここで、例えば脳神経外科手術における血管吻合時に要する把持力は０．５Ｎ程度であり、クリッピングに要する力は２Ｎ程度である。従って、これらの力に応じてカップリング部２００の嵌合力を設定することで、血管吻合時に０．５Ｎ以上の把持力がかからないようにすることができ、また、２Ｎ以上の力でクリッピングが行われることがないようにすることができる。
　このように、手術によって把持対象となる生体組織が異なるため、手術に応じて所望の把持力を生じうるトルクリミッタ値を選択することで、術者は把持による組織損傷を防ぐことができる。また、ケーブル１１６にテンションが掛かり過ぎた場合に、ケーブル１１６に塑性伸びや断線リスクが発生し得るが、カップリング部２００によるトルクリミッタ機構によってそれらのリスクを低減することができる。
　一例として、ボス１１４ａは樹脂材料から構成され、駆動部材１２２ｈは金属材料から構成される。そして、ボス穴１２１の直径の公差を１種類のみとし、ボス１１４ａの直径について異なる公差を有する着脱部１１４を複数用意し、把持力のリミット値に応じて最適な直径の公差のボス１１４ａを有する着脱部１１４を選択するようにする。複数の着脱部１１４のそれぞれについて、嵌合力とこれに対応する把持力を予め求めておく。これにより、手術の種類に応じて、複数の着脱部１１４の中から最適な把持力のリミット値を有する着脱部１１４を選択することができる。また、嵌合力は、例えばボス１１４ａはボス穴１２１の表面に異なるコーティングを施すことによって調整することができる。
　術後に清潔領域を洗浄・滅菌する際には、カップリング部２００の結合を取り外すことで清潔領域と非清潔領域とを分離することができ、清潔領域である術具部１１０の洗浄・滅菌を行うことができる。
　過負荷時の安全のためにカップリング部２００の連結が外れた後、ボス１１４ａをボス穴１２１に再度挿入して両者を連結することで、安全が確認され次第、速やかに手術に復帰することができる。
　また、エンドエフェクタ１１２のトルクリミッタ機構を、モータ１２２ａの軸１２２ｉとプーリー１２２ｂとのスリップによって構成しても良い。この場合、ボス１１４ａとボス穴１２１との嵌合は外れないように固定する。プーリー１２２ｂは軸１２２ｉに対して固定せず、エンドエフェクタ１１２にしきい値以上の把持力が発生すると、軸１２２ｉに対してプーリー１２２ｂが空転するように、プーリー１２２ｂと軸１２２ｉとの嵌め合い公差、材料摺動特性を決定し、プーリー１２２ｂと軸１２２ｉとの嵌合力を調整しておく。
　これにより、エンドエフェクタ１１２にしきい値以上の把持力が発生すると、軸１２２ｉに対してプーリー１２２ｂが空転するため、生体組織２５０がしきい値以上の把持力で把持されることを確実に回避できる。つまり、軸１２２ｉとプーリー１２２ｂの嵌合部は、駆動機構部１２０のモータ１２２ａによる駆動力のエンドエフェクタ１１２への伝達に制限をかけるリミッター機構として構成されている。
　図５に示す構成において、制御装置３００には、回転数センサ１２２ｆが検出したモータ１２２ａの軸１２２ｉの回転数と、回転数センサ１２２ｇが検出したプーリー１２２ｃの回転数が入力される。制御装置３００は、軸１２２ｉの回転数とプーリー１２２ｃの回転数との比がプーリー１２２ｂとプーリー１２２ｃとの減速比に対応していない場合は、軸１２２ｉに対してプーリー１２２ｂが空転していると判定し、警報部３５０から警報を報知させる。ユーザは、警報に基づいて、エンドエフェクタ１１２においてしきい値以上の把持力が発生したことを認識することができる。
　なお、上述した例では、ケーブル１１６によってエンドエフェクタ１１２を駆動する構成を示したが、ケーブル１１６の代わりにリンク構造を用いても良い。
　４．ケーブルによってリンク構造を駆動する機構への適用例
　また、上述した例では、ケーブル１１６によってエンドエフェクタ１１２を駆動する構成を示したが、ケーブル１１６によってリンク構造を駆動する機構に適用することもできる。図６は、ケーブル１１６によってリンク構造を駆動する機構の例を示す模式図である。図６に示す例では、術具部２１０が図１に示した術具部１１０ものと異なっており、術具部２１０はリンク機構を備えている。また、図６に示す例では、術具部２１０はエンドエフェクタの代わりにヘラ（押圧部材）２１１を備えている。ヘラ２１１は、例えば生体組織２５０をある方向から押さえるために用いられる。
　図６に示すように、アーム２１４に対して、軸２１６を中心としてアーム２１２が回動可能に構成されている。アーム２１２の先端にヘラ２１１が設けられている。ワイヤ１１６は、図１と同様に一端が着脱部１１４に固定されている。また、ワイヤ１１６の他端はアーム２１２に接続されている。
　図６に示す構成において、ケーブル１１６を矢印Ａ１方向に駆動すると、アーム２１２が軸２１６を中心として矢印Ａ２方向に回動する。これにより、アーム２１２の先端のヘラ２１１によって生体組織２５０が押さえられる。
　図６に示す構成においても、カップリング部２００によるトルクリミッタ機構を用いることで、生体組織２５０を押さえる力が所定値以上となる場合に、ボス１１４ａとボス穴１２１が外れるように構成することができる。これにより、生体組織２５０に所定値以上の力が加わらないようにすることができる。
　また、図６に示す構成においても、生体組織２５０を押さえる力が所定値以上となる場合に、軸１２２ｉに対してプーリー１２２ｂが空転するように構成することができる。これにより、生体組織２５０に所定値以上の力が加わらないようにすることができる。
　５．手術システムの構成例
　次に、図７を参照して、図１に示す医療用器具１００を備える手術システムを構成し得る支持アーム装置の一構成例を説明する。図７を参照すると、支持アーム装置４００は、ベース部４１０と、アーム部４２０と、制御装置３００と、を備える。支持アーム装置４００は、手術時に鉗子等の医療用器具１００を支持する医療用支持アーム装置である。
　ベース部４１０は支持アーム装置４００の基台であり、ベース部４１０からアーム部４２０が延伸される。ベース部４１０にはキャスターが設けられており、支持アーム装置４００は、当該キャスターを介して床面と接地し、当該キャスターによって床面上を移動可能に構成されている。ただし、本実施形態に係る支持アーム装置４００の構成はかかる例に限定されず、例えば、ベース部４１０が設けられず、手術室の天井又は壁面にアーム部４２０が直接取り付けられて支持アーム装置４００が構成されてもよい。例えば、天井にアーム部４２０が取り付けられる場合には、支持アーム装置４００は、アーム部４２０が天井から吊り下げられて構成されることとなる。
　ベース部４１０の内部には、手術システムにおける各種の情報処理を実行する制御装置３００が設けられる。制御装置３００は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のプロセッサであり得る。あるいは、制御装置は、これらのプロセッサ及びメモリ等の記憶素子が搭載された制御基板やマイコンであり得る。制御装置を構成するプロセッサが所定のプログラムに従って各種の信号処理を実行することにより、手術システムにおける各種の動作が実行される。
　制御装置３００は、支持アーム装置４００の動作を統合的に制御する。アーム部４２０は、複数の関節部４２１ａ、４２１ｂ、４２１ｃ、４２１ｄ、４２１ｅ、４２１ｆと、関節部４２１ａ～４２１ｅによって互いに回動可能に連結される複数のリンク４２２ａ、４２２ｂ、４２２ｃ、４２２ｄと、アーム部４２０の先端に関節部４２１ｆを介して回動可能に設けられる保持ユニット４２９と、を有する。また、保持ユニット４２９は、各種の医療用器具を保持するものであり、図示する例では、保持ユニット４２９には鉗子４２３が取り付けられている。
　リンク４２２ａ～４２２ｄは棒状の部材であり、リンク４２２ａの一端が関節部４２１ａを介してベース部４１０と連結され、リンク４２２ａの他端が関節部４２１ｂを介してリンク４２２ｂの一端と連結され、更に、リンク４２２ｂの他端が関節部４２１ｃ、４２１ｄを介してリンク４２２ｃの一端と連結される。更に、リンク４２２ｃの他端が、関節部４２１ｅを介して略Ｌ字状のリンク４２２ｄの一端と連結され、リンク４２２ｄの他端と鉗子４２３を保持する保持ユニット４２９とが、関節部４２１ｆを介して連結される。このように、ベース部４１０を支点として、複数のリンク４２２ａ～４２２ｄの端同士が、関節部４２１ａ～４２１ｆによって互いに連結されることにより、ベース部４１０から延伸されるアーム形状が構成される。
　鉗子４２３は、上述した図１又は図６に示す医療用器具１００に対応するものである。上述したように、鉗子４２３の先端には、患者の生体組織２５０を把持又は切断等するためのエンドエフェクタ１１２が設けられる。手術を行う際には、鉗子４２３が患者の生体組織２５０に対して所望の位置及び姿勢を取り得るように、支持アーム装置４００によってアーム部４２０及び鉗子４２３の位置及び姿勢が制御される。
　以上説明したように本実施形態によれば、機構的にトルクリミッタ（リミッタ機構）を設定することで、生体組織２５０へ過度な力がかかることを抑止することができ、安全性を向上することができる。また、嵌め合い公差と材料摺動特性によって発生する嵌合力によってリミッタ機構を構成することで、故障リスクを最小限に抑えることができる。従って、電気センサ等を用いて把持力を検出する手法に比べ、信頼性を大幅に高めることが可能となる。これにより、術者は生体組織２５０への過負荷を考慮する必要が無いため、手術に集中することができる。また、過去の手術経験に基づいて、術者が内視鏡の画像で把持時の生体組織の変形量から生体組織に加わる力を推定していた方法に比べ、確実に力のリミットを掛けることが可能となる。
　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
　なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）　生体組織に接触する接触部と、
　前記生体組織に前記接触部を接触させるための駆動力を発生させる駆動部と、
　前記生体組織への前記接触部の接触力に応じて、前記駆動力の前記接触部への伝達に制限をかけるリミッター機構と、
　を備える、医療用器具。
（２）　前記駆動部が発生させた前記駆動力を前記接触部へ伝達する伝達部と、
　前記伝達部及び前記駆動部の一方に設けられた突起部と、
　前記伝達部及び前記駆動部の他方に設けられ、前記突起部が挿入される挿入穴と、を備え、
　前記駆動部が前記伝達部を引っ張ることによって前記駆動力が前記接触部へ伝達され、
　前記生体組織への前記接触部の接触力が所定の閾値より大きくなると、前記突起部が前記挿入穴から外れることによって、前記リミッター機構が構成される、前記（１）に記載の医療用器具。
（３）　前記駆動部が発生させた前記駆動力を前記接触部へ伝達する伝達部を備え、
　前記駆動部は、モータと、前記モータによって駆動されて前記伝達部を駆動する回転部材と、を有し、
　前記生体組織への前記接触部の接触力が所定の閾値より大きくなると、前記モータの回転に対して前記回転部材がスリップすることによって、前記リミッター機構が構成される、前記（１）に記載の医療用器具。
（４）　前記接触部は、前記生体組織を把持するエンドエフェクタから構成される、前記（２）に記載の医療用器具。
（５）前記閾値は、前記エンドエフェクタの把持対象に応じて設定される、前記（４）に記載の医療用器具。
（６）　前記接触部は、前記生体組織を押さえる押圧部材から構成される、前記（１）～（３）のいずれかに記載の医療用器具。
（７）　前記突起部が前記挿入穴から外れると、少なくとも前記接触部及び前記伝達部を含む洗浄可能な清潔領域が分離される、前記（２）、（４）及び（５）のいずれかに記載の医療用器具。
（８）　前記リミッター機構が動作すると警報を発する警報部を備える、前記（１）～（９）のいずれかに記載の医療用器具。
（９）　患者に対して用いられる医療用器具と、
　前記医療用器具を支持する支持アーム装置と、
　を備え、
　前記医療用器具は、
　生体組織に接触する接触部と、
　前記生体組織に前記接触部を接触させるための駆動力を発生させる駆動部と、
　前記生体組織への前記接触部の接触力に応じて、前記駆動力の前記接触部への伝達に制限をかけるリミッター機構と、
　を有する、手術システム。
　１００，２００　　医療用器具
　１１０，２１０　　術具部
　１１２　　エンドエフェクタ
　１１４　　着脱部
　１１４ａ　ボス
　１１６　　ケーブル
　１２０　　駆動機構部
　１２１　　ボス穴
　１２２ａ　モータ
　１２２ｂ　プーリー
　１２２ｈ　駆動部材
　１２２ｉ　軸
　２００　　カップリング部
　２１１　　ヘラ
　２５０　　生体組織
　３５０　　警報部
　４００　　支持アーム装置

Claims (9)

  1. 　生体組織に接触する接触部と、
    　前記生体組織に前記接触部を接触させるための駆動力を発生させる駆動部と、
    　前記生体組織への前記接触部の接触力に応じて、前記駆動力の前記接触部への伝達に制限をかけるリミッター機構と、
    　を備える、医療用器具。
  2. 　前記駆動部が発生させた前記駆動力を前記接触部へ伝達する伝達部と、
    　前記伝達部及び前記駆動部の一方に設けられた突起部と、
    　前記伝達部及び前記駆動部の他方に設けられ、前記突起部が挿入される挿入穴と、を備え、
    　前記駆動部が前記伝達部を引っ張ることによって前記駆動力が前記接触部へ伝達され、
    　前記生体組織への前記接触部の接触力が所定の閾値より大きくなると、前記突起部が前記挿入穴から外れることによって、前記リミッター機構が構成される、請求項１に記載の医療用器具。
  3. 　前記駆動部が発生させた前記駆動力を前記接触部へ伝達する伝達部を備え、
    　前記駆動部は、モータと、前記モータによって駆動されて前記伝達部を駆動する回転部材と、を有し、
    　前記生体組織への前記接触部の接触力が所定の閾値より大きくなると、前記モータの回転に対して前記回転部材がスリップすることによって、前記リミッター機構が構成される、請求項１に記載の医療用器具。
  4. 　前記接触部は、前記生体組織を把持するエンドエフェクタから構成される、請求項２に記載の医療用器具。
  5. 　前記閾値は、前記エンドエフェクタの把持対象に応じて設定される、請求項４に記載の医療用器具。
  6. 　前記接触部は、前記生体組織を押さえる押圧部材から構成される、請求項１に記載の医療用器具。
  7. 　前記突起部が前記挿入穴から外れると、少なくとも前記接触部及び前記伝達部を含む洗浄可能な清潔領域が分離される、請求項２に記載の医療用器具。
  8. 　前記リミッター機構が動作すると警報を発する警報部を備える、請求項１に記載の医療用器具。
  9. 　患者に対して用いられる医療用器具と、
    　前記医療用器具を支持する支持アーム装置と、
    　を備え、
    　前記医療用器具は、
    　生体組織に接触する接触部と、
    　前記生体組織に前記接触部を接触させるための駆動力を発生させる駆動部と、
    　前記生体組織への前記接触部の接触力に応じて、前記駆動力の前記接触部への伝達に制限をかけるリミッター機構と、
    　を有する、手術システム。
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