(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低侵襲性外科手術器具であって、
ハウジングと、
該ハウジングの第１の端部にある器具先端と、
前記ハウジングの第２の端部にあるハンドルであって、該ハンドルから前記器具先端へ前記ハウジング内を通っている内部ワイヤによって、前記器具先端に操作可能に結合されているハンドルと、
前記器具との相互作用に応じて信号を生成するひずみゲージであって、前記内部ワイヤの一部が、前記内部ワイヤの長さに沿って、該ひずみゲージと置き換えられている、ひずみゲージと、
前記信号に応じて触覚効果を生成する触覚フィードバックシステムと、
トロカールであって、該トロカールを通って前記ハウジングを受け入れるように寸法付けられており、且つ複数のローラを有するトロカールと、
を備え、
前記触覚効果は、前記ハウジングの外側にある該ローラの転がり抵抗の変化である、低侵襲性外科手術器具。
【請求項２】
前記複数のローラに結合されている少なくとも一つのアクチュエータをさらに備え、
前記アクチュエータは、前記ローラの転がり抵抗を変えるようになっている、請求項１に記載の器具。
【請求項３】
前記転がり抵抗は、前記ハンドルに印加される圧力の量に基づいて変わる、請求項２に記載の器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一実施形態は外科手術器具に関する。より詳細には、本発明の一実施形態は低侵襲性外科手術器具に関する。
【０００２】
本願は、２００７年７月９日に出願の米国仮特許出願第６０／９４８，６１６号明細書の利益を主張する。
【背景技術】
【０００３】
低侵襲性外科手術は大きな切開をせずに行われ、その結果、患者に対する外傷が少なく、大幅な費用節約をもたらす。これらは入院期間がより短いこと及び治療要求が少ないことに起因する。低侵襲性外科手術の他の利点として、痛みが少ないこと、外科手術後の痛み止めの投薬の必要があまりないこと、傷跡が少ないこと、及び切開に関連した合併症の可能性が少ないことが挙げられる。
【０００４】
低侵襲性外科手術は、手術法（例えば小切開）又はその結果（例えば外科手術の合併症又は費用の低減）に基づくものと定義される。しかしながら、低侵襲性外科手術は小手術と同一ではない。幾つかの「低侵襲性」処置、例えば冠動脈バイパス手術はいまだに入院を要する大手術である。
【０００５】
低侵襲性外科手術では、典型的には小切開を通じて体内に小型カメラを導入する。カメラが画像をビデオモニタに送ることで、医師が診断することができ、必要であれば、種々の症状を治療することができる。これを為すため、医師は１つ又は複数のさらなる小切開を通じて、外科手術機器及び補助装置（洗浄・ドレナージ装置等）（まとめて「低侵襲性外科手術器具」）を挿入する。かかる外科手術機器は腹腔鏡外科手術用、カテーテル挿入用又は内視鏡検査用、並びに遠隔手術及びテレプレゼンスを可能にするためのものとすることができる。しかしながら、切開手術に比して、低侵襲性外科手術には視知覚及び触知覚に限界があり、このタイプの手術に特有の課題が生じる。大きな懸念の１つは、おそらくは力を不適切に用いることによって引き起こされる組織損傷の可能性である。
【発明の概要】
【０００６】
上記に基づき、改善された低侵襲性外科手術器具が必要とされている。
【０００７】
本発明の一実施形態は、器具との相互作用に応じて信号を生成するセンサを備える低侵襲性外科手術器具である。本器具は、信号に応じて触覚効果を生成する触覚フィードバックシステムをさらに備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態による低侵襲性外科手術器具を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による触覚フィードバックシステムのブロック図である。
【図３】本発明の別の実施形態による低侵襲性外科手術器具を示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態による低侵襲性外科手術器具及び対応するトロカールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施形態は、低侵襲性外科手術器具であって、該器具の先端付近又は該先端にセンサを備えており、触覚効果を生成することで、該器具を操作しているユーザに関連フィードバックを与える、低侵襲性外科手術器具である。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態による低侵襲性外科手術器具１０を示す。器具１０は腹腔鏡外科手術用の把持器具であるが、身体との相互作用により触覚フィードバックを与えるように特別設計されている器具をはじめ、あらゆるタイプの低侵襲性外科手術器具であってもよい。器具１０は器具先端（図示の実施形態ではグリッパ部１２である）、ハウジング１４及びハンドル１６を備える。ハンドル１６の動きにより、ハンドル１６からグリッパ部１２に延びる内部ワイヤ又はテンドン（tendon）２１を通じてグリッパ部１２が開閉する。器具１０のような腹腔鏡器具は概して、典型的には５ｍｍ乃至１０ｍｍの薄い機器であり、それぞれが多彩な機能（例えば、グリッパ、鋏、クリップアプライヤ等）を有し、外科医によりトロカール（ＣＯ２が漏れないようにゴムシールを有する中空管である）を通じて身体の腹部又は他の部位に導入することができる。
【００１１】
従来技術の把持器具を用いる場合、組織の硬さを測定するには、外科医は典型的に、グリッパ部１２を用いて組織を突くか又は組織と相互作用させ、ハンドル１６での弱い感覚を拠りどころとする。しかしながら、この技法はあまり正確ではなく、間違った組織を切除又は把持した場合は致命的なミスの可能性につながりかねない。したがって、一実施形態では、ハウジング１４は可撓性のカバー型（encapsulating）ひずみゲージ１５を有する。一実施形態におけるひずみゲージ１５は、ハウジング１４の一部を取り外してゲージ１５と交換することで設置される。一実施形態では、ひずみゲージ１５は器具１０の先端付近に設置される。
【００１２】
器具１０は、ハンドル１６又は器具１０の何らかの他の部分に結合される触覚フィードバックシステム１７をさらに備え、そのため、ユーザは、処置を行う際にその一部と接触する。一実施形態では、触覚フィードバックシステム１７は、触覚フィードバックのための振動を生成する振動触覚装置である。他の実施形態では、運動感覚フィードバック（例えば、作用力及び抵抗力のフィードバック（active and resistive force feedback)）等の他のタイプの触覚フィードバック、及び／又は振動に加えて他のタイプの触知できるフィードバック（例えば、感覚(texture)及び熱）が生成されてユーザに提供される。触覚フィードバックシステム１７は、一実施形態では器具１０の内部のひずみゲージ１５に結合される。
【００１３】
操作時、器具１０の先端（例えばグリッパ部１２）が人体又は他の動物の身体に見られる骨及び各種組織と相互作用してひずみゲージ１５に変形をもたらすと、該ゲージ１５によって信号が生成される。ゲージ１５から受信した信号は、対応する触覚フィードバックに変換されることによって「増幅」し得るため、操作を行っているユーザは、内部及び周りをナビゲートしている組織及び骨に対する感覚が「高まる」。このように高まった感覚、すなわち、使用中（すなわち、切除、カテーテル挿入等）の、器具の外科手術用先端に印加される力の増大により、効果的且つ効率的、また、患者に対する外傷を最小限度にとどめて器具を使用するためにより優れた制御及び感度がユーザに提供される。さらに、触診の際、器具の先端で感知された力が触覚フィードバックに変換されて、器具の先端と身体との内部相互作用を増強又は際立たせる。
【００１４】
一実施形態における触覚フィードバックは、硬さ又は変形の変化レベルに基づいて変動する又は「動的」である振動触覚とすることができる。この変動は振幅、振動数、継続時間等の変化であり得る。他のタイプの触覚フィードバックとして、ハンドル１６の硬さ／制動（damping）を変えるソレノイド、ハンドル１６においてサイズを変える小型エアバッグ、又は形状可変材を使用する運動感覚フィードバックが挙げられ得る。別の実施形態では、ユーザは、多段階力出力機能（multiple force output capabilities）を有する力フィードバックサイバーグローブを着用することができる。すべての実施形態は、異なるタイプの触覚フィードバックの組合せ、又は触覚フィードバックと非触覚フィードバック（例えば聴覚／視覚フィードバック）との組合せを含み得る。
【００１５】
図２は、一実施形態による触覚フィードバックシステム１７のブロック図である。触覚フィードバックシステム１７は、メモリ３０とアクチュエータ駆動回路２６（この回路２６は振動アクチュエータ２８に結合されている）とに結合されているプロセッサ２２を有する。プロセッサ２２は任意のタイプの汎用プロセッサであってよく、又は、特定用途向け集積回路（application-specific integrated circuit：「ＡＳＩＣ」）等、触覚効果を与えるように特別設計されたプロセッサとすることができる。プロセッサ２２は、果たすべき触覚効果が何であるか、及び、高レベルパラメータに基づいて且つひずみゲージ１５から受信した信号に応じて果たされる効果の程度（order）を確定することができる。概して、特定の触覚効果を規定する高レベルパラメータには、強度、振動数及び継続時間が含まれる。特定の触覚効果を確定するのにストリーミングのモータコマンド等の低レベルパラメータを使用することもできる。
【００１６】
プロセッサ２２は駆動回路２６（アクチュエータ２８に所要の電流及び電圧を供給して所望の触覚効果を生じさせるのに用いられる電子部品及び回路を含む）に制御信号を出力する。アクチュエータ２８はハンドル１６に振動を発生させる触覚装置である。アクチュエータ２８は器具１０のユーザに振動触覚力を印加することが可能な１つ又は複数の力印加機構を含むことができる。アクチュエータ２８は例えば、電磁アクチュエータ、偏心回転質量体（Eccentric Rotating Mass：「ＥＲＭ」）（偏心質量体がモータによって移動する）、リニア共振アクチュエータ（Linear Resonant Actuator：「ＬＲＡ」）（ばねに取り付けられた質量体が前後に駆動される）、又は、圧電性高分子、電気活性高分子若しくは形状記憶合金等、「スマート材料」であってもよい。
【００１７】
メモリ３０は、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）又は読み取り専用メモリ（read-only memory：「ＲＯＭ」）等、任意のタイプの記憶装置又はコンピュータが読み取り可能な媒体とすることができる。メモリ３０はプロセッサ２２が実行する命令を記憶する。メモリ３０はまた、プロセッサ２２の内部に配置してもよく、又は内部メモリ及び外部メモリの任意の組合せであってもよい。
【００１８】
図３は、別の実施形態による低侵襲性外科手術器具４０を示す。器具４０には、その長さに沿ってテンドン２１の一部の代わりにインラインのピエゾひずみゲージ４２が用いられる。ゲージ４２は、ハンドル１６が握られている程度に比例する信号を出力し、この信号はグリッパ１２が把持されている程度を反映する。これにより、信号が、例えばグリッパ１２が骨と接触しているのか、組織と接触しているのか又は血管と接触しているのか、さらには接触している血管が脈動しているかどうかを示すことが可能となる。したがって、ユーザは器具４０を用いて、より容易に探査することができる。ゲージ４２からの信号をライン４３を介して触覚システム１７に送信し、この触覚システム１７において信号はユーザが検出することができる触角フィードバックに変換される。
【００１９】
本発明の全ての実施形態において、器具の先端と身体との相互作用は物理的な力（例えば先端と骨との接触）又は他の何らかのタイプの相互作用とすることができる。他の例の相互作用は、器具の先端のセンサとの結合によって実施され得る。一実施形態では、音響振動を感知する圧電トランスデューサが器具の先端に取り付けられ、その相互作用はトランスデューサによる音響振動の感知であり、これが、触覚フィードバックシステムが受信する信号を生成する。器具の先端に結合され得るセンサのさらなる例として、圧力トランスデューサ、生体物質に感度があるシリコンチップ、超音波プローブ、電磁界センサ等が挙げられる。
【００２０】
図４は、別の実施形態による低侵襲性外科手術器具５５及び対応するトロカール５０を示す。トロカール５０は、従来技術のトロカールのような受動的なゴムシールを有するのではなく、その内周にローラ５１を有する。従来技術のゴムシールは摩擦変化を与えず、ユーザがハンドル１６で受け得るフィードバック又は感覚の多くをフィルタ除去する。ローラ５１は、ハウジング１４の外側のローラ５１の転がり抵抗が変わることを可能にするアクチュエータ又は他の構造を有する。ワイヤ又は他のインタフェースによりアクチュエータを圧力センサ５４（ハンドル１６に配置されている）と結合する。ユーザは、圧力センサ５４に印加される圧力を変えることによってローラ５１が加える抵抗量を変えることができる。例えば、ユーザがハンドル１６をきつく把持するほど、ローラ５１が加え得る抵抗は大きくなる。
【００２１】
トロカール５０は、器具５５の使用を改善する多数の方法で用いることができる。例えば、ローラ５１の抵抗は、ハウジング１４がトロカール５０内の所定位置に「差し込まれる」ことができるように最大限となり得る。さらに、ローラ５１の抵抗は、ハウジング１４が難なく且つほぼ摩擦なくトロカール５０を摺動することができるように最小限となり得ることで、探査時にハンドル１６を握っているユーザに提供される「フィードバック」が高まる。一実施形態では、トロカール５０は器具５５の一部と考えられる。
【００２２】
一実施形態では、器具内のセンサ及び／又はアクチュエータは使い捨て品である。典型的には、腹腔鏡器具等の生体内(in vivo)装置は、各使用前に滅菌される必要がある。器具のうち取り外し可能な使い捨て部分は、常に交換されているので滅菌する必要はない。一実施形態では、アクチュエータを有するハンドルはねじを外して交換することができる。他の実施形態では、センサもまた使い捨てとすることができる。
【００２３】
幾つかの実施形態が本明細書において特に示され及び／又は説明されている。しかしながら、実施形態の変更及び変形は、上記教示によって網羅され、本発明の精神及び意図する範囲内から逸脱することなく添付の特許請求の範囲内にあることが理解されるであろう。
【００２４】
例えば、開示されている実施形態は腹腔鏡外科手術用の器具であるが、他の実施形態は、カテーテル挿入等における非腹腔鏡外科手術用に使用することができ、その場合、器具の先端の超音波画像センサ又は他の機械的センサがカテーテルのハンドルに情報を返すことができる。さらに、内視鏡検査法の場合では、可撓性内視鏡の機械的センサが、機械的インピーダンス等、局部組織の特性の情報を伝えることができる。例えば、遠隔地の医師によって慣例的な外部検査を行うために、遠隔手術又はテレプレゼンスのための他の実施形態を使用することができる。
【図１】
0005550551.tif 000002
【図２】
0005550551.tif 000003
【図３】
0005550551.tif 000004
【図４】
0005550551.tif 000005