(57)【要約】  【課題】  手術用具の配設角度を連続的に変化させる位置決めユニットであって、人体内における手術用具の先端を縦横に移動できるとともに、作業をするための空間を広くしつつ軽量化を図る。  【解決手段】  手術用具７を保持するとともに、手術用具７の配設角度を変更して、手術用具７の先端の機能部７ａを位置決め可能とする。第１のユニット１、第２のユニット２および第３のユニット３を順次相互に連結する。第１のユニット１により第２のユニット２を所定の回動軸の周りに回動自在とし、第２のユニットにより、手術用具７を支持する第３のユニット３を、第１のユニットによる回動方向に対してほぼ垂直な方向に揺動自在とする。第１のユニット１の長手方向と回動軸とをほぼ平行として、作業スペースを広く確保する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
医療用の手術用具を保持するとともに、上記手術用具の配設角度を変更して、上記手術用具の先端を処置部位に対して位置決め可能に構成された手術用具の位置決めユニットにおいて、
第１のユニット、第２のユニットおよび第３のユニットが順次相互に連結されて構成され、
上記第１のユニットが、上記第１のユニットに連結された上記第２のユニットを所定の回動軸の周りに回動自在に構成され、
上記第２のユニットが、上記手術用具を保持しつつ上記第２のユニットに連結された上記第３のユニットを、上記第１のユニットによる回動方向に対してほぼ垂直な方向に揺動自在に構成され、
上記第１のユニットの長手方向と上記回動軸とがほぼ平行である
ことを特徴とする手術用具の位置決めユニット。
【請求項２】
上記第１のユニットによる上記第２のユニットの上記回動軸と、上記第３のユニットに支持された手術用具との交点が、上記第１のユニットによる上記第２のユニットの回動中心であるとともに、上記第２のユニットによる上記第３のユニットの揺動中心である不動点となるように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の手術用具の位置決めユニット。
【請求項３】
上記第３のユニットに上記手術用具を保持可能な第４のユニットが設けられ、
上記第４のユニットが、上記手術用具の長手方向に平行な軸の回りで上記手術用具を自転自在に構成されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の手術用具の位置決めユニット。
【請求項４】
上記第３のユニットが、上記第４のユニットを上記第３のユニットの長手方向に沿って往復動可能に構成されている
ことを特徴とする請求項３記載の手術用具の位置決めユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、手術用具の位置決めユニットに関し、特に、内視鏡を用いた外科手術に使用される手術用具を保持するとともに、人体内に差し入れられた上記手術用具の先端を処置部位に対して位置決めする装置に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、人体に対する医療外科手術として、内視鏡を体内に挿入し、この内視鏡によって映し出される体内映像に基づいて開腹することなく手術を行う、いわゆる低侵襲外科手術が拡大してきている。この低侵襲外科手術は、患者の腹部を開腹して外科的治療を施す場合に比して人体に対する影響が小さく、患者に対する負担を大幅に軽減することができるという利点を有することから、近年急速に普及してきている。
【０００３】
以上のような利点を有する低侵襲外科手術に用いられる位置決めユニットにおいて、本発明者は、特許文献１に記載の技術を提案した。特許文献１に記載された技術は、先端が手術用具に対して枢動自在に接続されるとともに、互いに平行にかつ往復動自在に設けられた第１および第２の出力軸と、これらのうちの第１の出力軸に対して任意の進退量を与えるとともに、第２の出力軸に対しては第１の出力軸の進退量と常に一定比率（≠１）の進退量を与える駆動手段とから構成し、内視鏡を用いた外科手術において、手術用具を挿入するために人体に開設した穴を押し広げることなく、かかる手術用具の先端を体内において処置が必要な部位へ位置決めすることができ、しかもそのような手術用具の位置決め動作を遠隔操作によって実現可能な位置決めユニットの技術である。
【特許文献１】ＷＯ２００４／０３５２７０  Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された手術用具の位置決めユニットにおいては、次のような問題があった。この問題点について図６および図７を参照しつつ説明する。図６に、特許文献１に記載された位置決めユニットにおける、手術用具と第１のユニットおよび第２のユニットとの接続状態を示し、図７に、従来技術による位置決めユニットを用いて行う低侵襲外科手術（内視鏡術）の様子を示す。
【０００５】
図６に示すように、第２のユニット１３０の２本の出力軸１６４，１６５は、それぞれ第１ユニット１２０と接続部１４０とを介して枢動自在に連結されている。この連結状態において、第２のユニット１３０のそれぞれの出力軸１６４，１６５は、第１のユニット１２０の各出力軸１２１，１２２と常時直交している。すなわち、第１のユニット１２０の第１出力軸１２１および第２出力軸１２２を含む平面が、第２のユニット１３０の第３出力軸１６４および第４出力軸１６５を含む平面と常に直交している。
【０００６】
そして、第１のユニット１２０のそれぞれの出力軸１２１，１２２を進退させると、手術用具１１０のロッド１１１は、矢線Ｘ方向に沿って配設角度が変化される。他方、第２のユニット１３０のそれぞれの出力軸１６４，１６５を進退させると、手術用具１１０のロッド１１１は、Ｘ方向と直交するＹ方向に沿って配設角度が変化される。
【０００７】
また、図７に示すように、従来技術による位置決めユニットを用いた低侵襲外科手術においては、施術対象である患者Ｐの皮膚数カ所を２〜３ｃｍ程度切開して、これらの切開された挿入部位からビデオスコープといった内視鏡１１０ａ、鉗子１１０ｂ、レーザメス１１０ｃといった手術用具１１０の先端が、患者Ｐの体内に挿入される。術者は、内視鏡
１１０ａにより撮影された人体内の映像をモニタで観察しつつ、このモニタの映像に基づいて、鉗子１１０ｂやレーザメス１１０ｃといった他の手術用具１１０を操作して、患部を摘んだり、押さえたり、切除したりという適切な処置を行う。
【０００８】
以上のような駆動方向の関係を考慮すると、第１のユニット１２０および第２のユニット１３０は、上から見てＬ字型の配置にする必要があった。これは、手術用具１１０を揺動させるユニットの構成上、やむを得ない配置であった。
【０００９】
ところが、上から見てＬ字型の配置にすると、この２つのユニットを２辺とする矩形領域がデッドスペースになってしまう。すなわち、この２つのユニットを２辺とする矩形領域、少なくとも２つのユニットを２辺とする三角形領域（専有面積）がデッドスペースとして存在することにより、手術を行う術者が手術用具を動かすときに、非常に煩わしいという問題があった。
【００１０】
そのため、術者にとって煩わしい部分を低減し、上述した専有面積を大幅に低減することができる技術の開発が望まれていた。
【００１１】
したがって、この発明の目的は、人体内における手術用具の先端を縦横に移動させることができるとともに、作業をするための空間を広くしつつ軽量化を図ることができる、手術用具の配設角度を連続的に変化させるための位置決めユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、この発明は、
医療用の手術用具を保持するとともに、手術用具の配設角度を変更して、手術用具の先端を処置部位に対して位置決め可能に構成された手術用具の位置決めユニットにおいて、
第１のユニット、第２のユニットおよび第３のユニットが順次相互に連結されて構成され、
第１のユニットが、第１のユニットに連結された第２のユニットを所定の回動軸の周りに回動自在に構成され、
第２のユニットが、手術用具を保持しつつ第２のユニットに連結された第３のユニットを、第１のユニットによる回動方向に対してほぼ垂直な方向に揺動自在に構成され、
第１のユニットの長手方向と回動軸とがほぼ平行である
ことを特徴とする手術用具の位置決めユニット。
【００１３】
この発明において、典型的には、第１のユニットによる第２のユニットの回動軸と、第３のユニットに支持された手術用具との交点が、第１のユニットによる第２のユニットの回動中心であるとともに、第２のユニットによる第３のユニットの揺動中心である不動点となるように構成されている。
【００１４】
この発明において、典型的には、第３のユニットに手術用具を保持可能な第４のユニットが設けられ、第４のユニットが、手術用具の長手方向に平行な軸の回りで手術用具を自転自在に構成されている。
【００１５】
この発明において、典型的には、第３のユニットが、第４のユニットを第３のユニットの長手方向に沿って往復動可能に構成されている。
【００１６】
このように構成することにより、第４のユニットに手術用具を取り付けて、低侵襲外科手術を行う場合に、第４のユニットの移動により、手術用具の先端の作業部分を、第３のユニットの長手方向、すなわち奥に挿入したり手前に戻したりすることができるので、さらに自由度を増加させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明による手術用具の位置決めユニットによれば、手術用具の配設角度を連続的に変化させるための位置決めユニットにおいて、人体内における手術用具の先端を縦横に移動可能としつつ、作業をするための空間を拡大することができるとともに、軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、以上の発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
【００１９】
図１に示すように、この一実施形態による医療用具の位置決めユニットは、第１のユニット１、第２のユニット２、第３のユニット３および第４のユニット４を有して構成されている。
【００２０】
第１のユニット１と第２のユニット２とは、連結部５において、所定の回動軸Ｏ´を共通にして、第２のユニット２が回動可能となるように連結されている。すなわち、第１のユニット１により、連結部５において第２のユニット２が回動軸周りに回動される。
【００２１】
また、この一実施形態において、第１のユニット１の長手方向と回動軸とはほぼ平行である。すなわち、この位置決めユニットがフラットな状態のときには、上方から俯瞰して、第１のユニット１と第２のユニット２とがほぼ直線状に配置されるように構成されている。
【００２２】
また、第２のユニット２と第３のユニット３とは、連結部６において、第３のユニット３の全体が揺動されるように連結されている。すなわち、第２のユニット１により、第３のユニット３が、第１のユニット１による回動方向に対してほぼ垂直な方向に、連結部６において揺動自在に構成されている。
【００２３】
また、第３のユニット３には、この第３のユニット３の長手方向に沿って、往復移動可能な第４のユニット４が設けられている。すなわち、第３のユニット３により、第４のユニット４は、第３のユニット３の長手方向に移動される。
【００２４】
また、第４のユニット４には、手術用具取り付け部４ａが具備されている。この手術用具取り付け部４ａは、先端に手術用のレーザメスや鉗子などの手術用の機構部７ａが設けられた棒状の手術用具７を取り付け可能に構成されている。そして、この第４のユニット４は、第３のユニット３による移動方向に対して平行で、かつ、手術用具取り付け部４ａの取り付け穴を通る回転軸Ｏ″の周りで、自転可能に構成されている。すなわち、第４のユニット４は、長手方向に沿って手術用具７が取り付けられた状態において、手術用具７を、その中心軸（回転軸Ｏ″）周りで自転させることができる。
【００２５】
以上のように構成されたこの一実施形態による手術用具の位置決めユニットにおいては、第１のユニット１によって第３のユニット３が矢線Ａ方向に沿って回動される。また、第２のユニット２によって、第３のユニット３が矢線Ｂ方向に沿って揺動される。また、第３のユニット３によって、第４のユニット４が矢線Ｃ方向に沿って往復動される。また、第４のユニット４によって、取り付けられた手術用具７が矢線Ｄのように自転自在である。
【００２６】
さらに、詳細は後述するが、この一実施形態においては、第１のユニット１により回動される第２のユニット２の回動軸Ｏ´と、第４のユニット４により自転される回転軸Ｏ″
とは、点Ｏで交わるように構成されている。すなわち、これらの第１のユニット１および第２のユニット２により第３のユニット３を縦横方向（矢線Ａおよび矢線Ｂ方向）に回動させても、点Ｏが動かない点、いわゆる「不動点」になるように構成されている。
【００２７】
次に、以上のように構成されたこの一実施形態による第２のユニット２の動作原理について説明する。図２に第２のユニット２の内部構造を示す。
【００２８】
図２に示すように、この一実施形態による第２のユニット２は、互いに平行に配設された第１の出力軸２１と第２の出力軸２２とを有している。これらの第１の出力軸２１と第２の出力軸２２とは互いに連動しつつ、ケーシング２３（図１参照）に対して進退するように構成されている。
【００２９】
また、第１の出力軸２１および第２の出力軸２２の先端には、第３のユニット３と連結するための接続部４０が設けられている。この接続部４０は、一点鎖線で示す軸Ｐ，Ｑを中心として、第３のユニット３を揺動可能に保持されている。また、接続部４０の構造としては、第１の出力軸２１の先端に描かれた構造以外にも、図２中下部に描かれた比較的コンパクトな構造であってもよい。
【００３０】
また、第１の出力軸２１および第２の出力軸２２には、螺旋状の雄ねじ溝２１ａ，２２ａが形成されている。第２の出力軸２２の雄ねじ溝２２ａには、第２のボールねじナット２５が螺合されている。また、第１の出力軸２１の雄ねじ溝２１ａには、無限循環する多数のボールを介して、モータ５０に連結されたボールねじナット（図示せず）が螺合されている。なお、ここでは、第１の出力軸２１に接続されたボールねじナットがモータ５０に収納されているように示しているが、好適には、図３に示すように、モータ５０を、第１の出力軸２１や第２の出力軸２２の外部に設け、駆動力を第１の出力軸２１および／または第２の出力軸２２に伝達可能でケーシング２３の内部に格納することが望ましい。
【００３１】
そして、図２に示すように、モータ５０を駆動することによって、第１の出力軸２１のボールねじナット（図示せず）を回転させると、その回転数に応じて第１の出力軸２１が進退することになる。他方、第２の出力軸２２のボールねじナット２５には、独立してモータ５０の駆動が与えられることがない。ここでは、第２のボールねじナット２５は、第１の出力軸２１のボールねじナット（図示せず）から動力が伝達されて回転される。
【００３２】
また、これらの動力の伝達はタイミングベルト２８により行われる。すなわち、第１の出力軸２１のボールねじナットがモータ５０によって回転駆動されると、同一の回転数で第２の出力軸２２のボールねじナット２５が回転される。また、第２の出力軸２２は、その先端が第３のユニット３に固定されていることから、第２の出力軸２２自体は回転不能であるため、ボールねじナット２５が回転すると、その回転数に応じて、第２の出力軸２２が進退することになる。
【００３３】
なお、ここでは、モータ５０の駆動力が第１の出力軸２１のボールねじナットに伝達されるようにしているが、モータ５０の駆動力を第２の出力軸２２のボールねじナット２５に伝達させるようにしても良く、この場合には、第２の出力軸２２に加えられた駆動力が、タイミングベルト２８を介して第１の出力軸２１に伝達するように構成される。
【００３４】
また、この一実施形態による第２のユニット２においては、第２の出力軸２２に形成された螺旋状の雄ねじ溝２２ａは、第１の出力軸２１に形成された螺旋状の雄ねじ溝２１ａに対して、ｘ倍（例えば、２倍）のリードで形成されている。そのため、モータ５０の回転に応じて、第１の出力軸２１が進退すると、第２の出力軸２２は常に第１の出力軸２１のｘ倍（例えば、２倍）の進退量で進退することになる。
【００３５】
これにより、図４に示すように、第１の出力軸２１および第２の出力軸２２の先端に枢動自在に取り付けられた第３のユニット３と、この第３のユニット３に長手方向に沿って保持されている手術用具７との配設角度が変更され、手術用具７の先端の機構部７ａを手術患部に対して位置決めすることが可能となる。
【００３６】
このとき、この一実施形態による第２のユニット２によって、手術用具７は、一点を中心として配設角度が変更される。この中心点Ｏは、第１の出力軸２１と第２の出力軸２２との進退量の比率に応じた位置に生じる。
【００３７】
具体的に、進退比を１：２（ｘ＝２）にした場合には、第１の出力軸２１と第２の出力軸２２との間隔ｄに対して、第１の出力軸２１と第３のユニット３とを接続する枢軸Ｑから距離ｄの位置に生じる。これは三角形の相似法則に基づいており、第１の出力軸２１と第２の出力軸２２との進退比が常に一定であれば、必ず第３のユニット３（手術用具７）の配線角度の変化の中心となる点Ｏが存在することになる。なお、進退比を常に一定するためには、第１の出力軸２１の雄ねじ溝２１ａのリードを第２の出力軸２２の雄ねじ溝２２ａのリードと異なるものにするという方法がある。また、リードを同一のものにして、第１の出力軸２１のボールねじナットの回転数と、第２の出力軸２２のボールねじナット２５の回転数との間に、一定の比率を与えるようにしても良い。また、タイミングベルト２８によって、第１のボールねじナットから第２のボールねじナット２５に回転動力を伝達する際に、プーリに形成されている歯数を異ならせることによって、回転数比を変化させることも可能である。
【００３８】
次に、この第２のユニット２を所定の回転軸の回りに回転させる第１のユニット１について説明する。図３に、この一実施形態による第１のユニット１および第２のユニット２を示す。
【００３９】
図３に示すように、第２のユニット２に連結される第１のユニット１は、ステッピングモータ３１、コ字型のモータブラケット３２、連結アーム３６の回転軸となるシャフト３３、回転に伴うセンサを取り付けるためのセンサ取付板３４、およびセンサドグと称されるセンサのための遮蔽板３５を有して構成されている。
【００４０】
連結アーム３６は、Ｌ字をややつぶした形状を有し、第１のユニット１を第２のユニット２に対して、所定角度θで連結させるためのものである。すなわち、第１のユニット１におけるシャフト３３の回転軸と、第２のユニット２における第１の出力軸２１および第２の出力軸２２とのなす鋭角度が所定角度θ（０°＜θ＜９０°）になるように連結されている。ここで、所定角度θの決定方法の詳細については後述する。また、連結アーム３６の一方の側は、第２のユニット２に例えばボルトなどによって固定される。また、連結アーム３６の他方の側は、第１のユニットのシャフト３３に回転自在に連結される。
【００４１】
ここで、この連結アーム３６による第１のユニット１と第２のユニット２との連結について説明する。すなわち、上述したように、第２のユニット２による第３のユニット３および手術用具７の回動（図１中、矢線Ｂ）においては、その中心点Ｏが存在する。そこで、第１のユニット１の回動軸Ｏ´がこの中心点Ｏを通るように、所定角度θを決定する。このように第１のユニット１と第２のユニット２とを連結することにより、図１における点Ｏは、矢線Ｂに沿った揺動の回転中心になるとともに、矢線Ａに沿った回動の回転中心になる。すなわち、図４に示す中心点Ｏは、第１のユニット１によって第２のユニット２が矢線Ａの方向に回動され、第２のユニット２によって第３のユニット３が矢線Ｂの方向に揺動されるときに、「不動点Ｏ」（図１参照）となる。
【００４２】
そして、この「不動点Ｏ」が患者の患部を切開して形成された挿入口に合致するように、この一実施形態による位置決めユニットと患者の患部との距離を調整することにより、この位置決めユニットを用いて手術用具７の配設角度を変更しても、手術用具７により患者の挿入口を押し拡げてしまうことがなくなるので、挿入口周辺の皮膚組織などに損傷を与えることなく、手術用具７の先端の機構部７ａを人体内の患部に対して位置決めすることが可能となる。
【００４３】
また、この一実施形態による位置決めユニットにおいては、図１に示す矢線Ａ方向および矢線Ｂ方向により、手術用具７の先端の機構部７ａを縦横に移動させることができ、第３のユニット３による矢線Ｃ方向に沿った移動により、機構部７ａを上下方向に移動させることができ、第４のユニット４による矢線Ｄ方向に沿った回転により、例えば鉗子などの機構部７ａを使用しやすいように回転させることができる。すなわち、この一実施形態による位置決めユニットにおいては、第１のユニット１〜第４のユニット４を駆動させて、任意の回転量や移動量を決定することにより、手術用具７の先端の機構部７ａを、自在に術者の所望とする位置に移動させて位置決めすることが可能となるとともに、不動点Ｏが存在することにより、患者の切開された挿入口を押し拡げるおそれがなくなる。
【００４４】
また、図５に、従来技術による位置決めユニット（図５Ａ）と、この発明の一実施形態による位置決めユニット（図５Ｂ）とを操作時における上方から見た状態を示す。
【００４５】
図５Ａに示すように、従来技術による位置決めユニットにおいては、上方から見た場合に２つのユニットをＬ字型に配置せざるを得ないため、この位置決めユニットを移動させる場合に、２つのユニットをそれぞれ１辺とする矩形領域、または三角領域などの存在が術者にとって非常に邪魔になっていた。
【００４６】
これに対し、図５Ｂに示すように、この発明の一実施形態による位置決めユニットによれば、第１のユニット１の長手方向と回動軸とをほぼ平行として、第２のユニット２を回転駆動させる第１のユニット１と第２のユニット２とを、所定角度θ（図３参照）で連結させていることにより、上方から見て第１のユニット１と第２のユニット２とを直線状に配置することができる。したがって、術者に取って邪魔になるスペースを大幅に低減することができ、手術用具７の操作性をより一層向上させることが可能となる。
【００４７】
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の一実施形態による手術用具の位置決めユニットを示す斜視略線図である。
【図２】この発明の一実施形態による手術用具の位置決めユニットにおける第２のユニットの原理を説明するための斜視図である。
【図３】この発明の一実施形態による手術用具の位置決めユニットにおける第１のユニットおよび第２のユニットを示す断面図である。
【図４】この発明の一実施形態による手術用具の位置決めユニットの第２のユニットにおける第１の出力軸および第２の出力軸の進退比と、第３のユニット（手術用具）との配設角度との関係を説明するための略線図である。
【図５】従来技術による手術用具の位置決めユニットと、この発明による手術用具の位置決めユニットとを対比するための略線図である。
【図６】従来技術による第１のユニットと第２のユニットとの連結状態を説明するための平面図である。
【図７】従来技術による手術用具の位置決めユニットを用いて行われる低侵襲外科手術の様子を示す略線図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  第１のユニット
２  第２のユニット
３  第３のユニット
４  第４のユニット
４ａ  手術用具取り付け部
５，６  連結部
７  手術用具
７ａ  機構部
２１ａ，２２ａ  雄ねじ溝
２１  第１の出力軸
２２  第２の出力軸
２３  ケーシング
２５  ナット
２８  タイミングベルト
３１  ステッピングモータ
３２  モータブラケット
３３  シャフト
３４  センサ取付板
３５  遮蔽板
３６  連結アーム
４０  接続部
５０  モータ
【図１】
2006187410.tif 000003
【図２】
2006187410.tif 000004
【図３】
2006187410.tif 000005
【図４】
2006187410.tif 000006
【図５】
2006187410.tif 000007
【図６】
2006187410.tif 000008
【図７】
2006187410.tif 000009