(57)【要約】【課題】本発明の技術課題は、内視鏡下手術において、操作している手術器具１３との干渉を自動で回避可能とした内視鏡を提供し、これにより手術操作の妨げをなくすことにある。【解決手段】内視鏡の体内挿入部に複数の関節を設け、各関節に設置した接触センサにより手術器具または臓器との接触を感知し、アクチュエータにより各関節の角度を自動制御することにより、内視鏡と手術器具１３との干渉を自動回避する。【選択図】　　図５
2004081277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡下手術のように、制限された体腔内手術スペースに内視鏡と手術器具を別々の場所から同時に挿入する場合、内視鏡が操作している手術器具に干渉しないように、自動的に干渉を回避する機能を付加した内視鏡。
【請求項２】
自動で干渉を回避する機能として、内視鏡の挿入部を多自由度多関節型の機構とし、接触を感知するためのセンサ及び関節角度を制御するためのアクチュエータを備えた内視鏡。
【請求項３】
接触を感知するためのセンサとして、歪ゲージ、ジャイロセンサ、関節角度センサなどを用い、関節角度の制御用アクチュエータとして、形状記憶合金、モータ、空気圧アクチュエータ等を用いる請求項１または請求項２に記載の自動干渉回避型内視鏡。
【請求項４】
接触を感知するためのセンサとしてジャイロセンサ、関節角度の制御用アクチュエータとして形状記憶合金ばねを用いた請求項１から３のいずれかに記載の自動干渉回避型内視鏡。
【請求項５】
内視鏡が腹腔鏡、胸腔鏡、甲状腺・副甲状腺用内視鏡のいずれかである請求項１から４のいずれかに記載の自動干渉回避型内視鏡。
【請求項６】
スイッチを取り付けることによって、アクチュエータへの入力を切り替えることで、患部以外の場所も観察することができる請求項１から５のいずれかに記載の自動干渉回避型内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
腹腔鏡、胸腔鏡、甲状腺・副甲状腺用内視鏡等の内視鏡の体内挿入部に、鉗子等の手術器具との干渉を自動的に回避できる機構を有する自動干渉回避型内視鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下部消化管用内視鏡（大腸内視鏡等）、上部消化管用内視鏡（胃カメラ等）の内視鏡は、体内の管腔部を辿って、目的の患部までの長い距離を移動させる必要があるため、体内挿入部は可撓性を有している必要がある。さらに、先端部が目的部位に到達して組織の切除等を行う際の操作性を向上させるために、挿入部の先端側に設けた湾曲部を操作して、臓器との干渉を回避できる機構を有するものが報告されている（特公平８−１１１１０）。これらの内視鏡は手術器具が一体化されており、内視鏡と手術器具との干渉という問題は起こらないため、本発明の請求範囲には含まれない内視鏡である。
【０００３】
一方、腹腔鏡、胸腔鏡、甲状腺・副甲状腺用内視鏡等を用いる内視鏡下手術の場合、一般的には、患者の体壁を切開して穴を開けて、トロッカーと呼ばれる筒を挿入し、そこに内視鏡を挿入するだけで患部に到達できる。そのため、内部にライトガイドやＣＣＤカメラを内蔵した金属管に、握りを取り付けたようなシンプルな構造をしているケースが多い。また、このような構造の場合、鉗子等の手術器具は内視鏡と一体化していないため、手術では、内視鏡と手術器具は別々に切開した穴から挿入する。そのため、内視鏡と手術器具が干渉することがある。
【０００４】
これに対して、手術用マニピュレータとして、あらかじめ各マニピュレータの占有する空間（座標）を計算し、各マニピュレータの占有空間を比較することによって、複数のマニピュレータが互いに干渉したり、接触することを予測し、マニピュレータの動作を自動的に停止したり、術者に対して警告を与えることができるものが報告されている（特開２０００−３００５７９）。しかしながら、上記したマニピュレータは、内視鏡を自動的に停止できる程度であり、自動的に干渉を回避できるまでに至っておらず、手術器具または臓器との干渉を自動的に回避できる機構を有するものは、未だ報告されていない。
【０００５】
内視鏡下手術、例えば腹腔鏡下手術においては、　患部の切除に際して、術者は両手で鉗子を操作する必要がある。従って、患部を見るための腹腔鏡は、手術助手が手に持って操作する必要がある。この方法では、術者と助手との間の意志疎通がうまく行かず、術者が希望する画像を提示出来ないことがある。また、術者が希望する画像を提示しようとして鉗子等の手術器具との干渉が生じるなど、円滑な手術の妨げとなることが多い。
【０００６】
別の要因として、手術スペースの問題もある。腹腔鏡下手術の場合、胸腔鏡下手術または甲状腺・副甲状腺用内視鏡下手術等に比べれば、炭酸ガスを用いた気腹法や腹壁吊上げ法によって患部の周囲に空間を維持することが容易であるが、必ずしも腹腔内に、術者にとって充分と言えるほどの手術スペースが確保されているわけではない。そのため腹腔内に挿入された腹腔鏡が、操作している手術器具と干渉する場合が多く、術者の操作の妨げになっている。従来の腹腔鏡は体内挿入部が直管構造をしているため、手術器具との干渉回避は、手動操作により腹腔鏡の角度を変更するか、あるいは手動操作により体内挿入部の長さを短くする程度であって、操作の自由度が低い。従って、干渉の回避が困難である。これにより、回避操作のために余分な時間を浪費して手術時間が長くなり、患者の負担も大きくなって、低侵襲という内視鏡下手術の利点を生かせなくなってしまう。
【０００７】
腹腔鏡下手術において、インターフェースとして音声認識を用い、術者に代わって腹腔鏡の上下左右動とズーミングを行うマニピュレータの開発という報告もある。（小関，　正宗，　小林，　鈴木，　土肥，　橋本，　「腹腔鏡下手術支援内視鏡ナビゲータシステムの開発」，　精密工学会春季大会講演論文集，　ｐｐ．　３２７−３２８，　Ｍａｒ．１９９６）。手術助手による鉗子操作が不要となる利点はあるものの、術者が音声によりマニピュレータに指示を与えるという負担が増大する。内視鏡下手術においては、予期せぬ出血により、急遽、開腹手術にきりかえなければならないといったトラブルを回避するために、高度の集中と細心の注意が要求される。従って、術者が鉗子操作だけに集中できることによって手術の成功率を向上させると共に、患者の負担を軽減させることができる新規な内視鏡が望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術課題は、内視鏡下手術において操作している手術器具との干渉を自動で回避可能とした内視鏡を提供し、これにより手術操作の妨げをなくすことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
内視鏡の体内挿入部に複数の関節を設け、各関節に設置した接触センサにより手術器具または臓器との接触を感知し、アクチュエータにより各関節の角度を自動制御することにより、内視鏡と手術器具との干渉を自動回避する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、実施例にもとづき図面を参照して説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００１１】
【実施例】
図１は、本発明における実施の形態の一例として、自動干渉回避型内視鏡の概要を示した図である。図１に示したように、先端部に撮像レンズ１と照明用レンズ２及びプリズム３、ＣＣＤ４を備えている。また、内視鏡の体内挿入部を形成している円筒中空材（管）５の内部には、接触を感知するセンサとして取り付けたジャイロセンサ６と、各関節の角度を制御するためのアクチュエータとして取り付けた四対の形状記憶合金ばね７を配置する。さらに円筒中空材５の内部にはケーブル類８、各関節には回転機構を有するワイヤ９を配置する。その他に、ジャイロセンサを固定するためにセンサ固定板１０と形状記憶合金ばね７とワイヤ９とを固定するために関節形成板１１を配置し、各関節部分は硬度の小さいゴム１２によってコーティングされる。以上によって、図１に示した自動干渉回避型内視鏡は構成されている。
【００１２】
各関節部分における四対の形状記憶合金ばね７及び回転機構を有するワイヤ９を、図２のように配置する。
【００１３】
接触を感知するセンサは、ジャイロセンサ６の代わりに歪ゲージや圧電センサなどのセンサを用いても良い。また、関節角度を制御するためのアクチュエータは、形状記憶合金ばね７の代わりにモータや空気圧アクチュエータなどを用いても良い。
【００１４】
図５のように、操作している手術器具１３が内視鏡に接触すると、配置したジャイロセンサ６により接触を角速度として検知する。検知した角速度は電圧信号としてＡＤ変換ボード１４を介してパソコン１５に取り込まれた後、ＤＡ変換ボード１６及びパワーアンプ１７を介して、制御信号が形状記憶合金ばね７に送られる（図３）。
【００１５】
形状記憶合金ばね７は、加熱すると元の形状に復元する特性がある。そこで、制御信号である電流あるいは電圧を利用して、四対配置した形状記憶合金ばね７のうち、必要なものを通電加熱する。これにより、形状記憶合金ばね７の長さが調節され、制御可能な関節角度を得る。
【００１６】
目標関節角度を決定するために、次のような方法を用いた。図４に示すように、手術の対象となっている患部１８を見ているときは、その患部１８と腹腔鏡先端１９、そしてその先端に一番近い関節部トップ２０が一直線上にある。これを利用して、常にその３つの部分が一直線状にあるように制御する。そのときの各関節の角度が目標関節角度となる。
【００１７】
制御角度は、接触を感知するために配置したセンサによって計算される。例としてジャイロセンサ６を用いれば、接触を感知して検出される角速度を積分することにより、容易に関節の角度を算出することが可能である。
【００１８】
制御方法としては、目標角度と制御角度との差をできるだけ小さくするためにＰＩ制御、もしくは系を安定化させるためにＰＩＤ制御を用いる。これにより、手術器具との干渉を、自動的に回避することができた（図５の模式図　参照）。
【００１９】
スイッチを取り付けることによって、アクチュエータへの入力を切り替えることで、患部１８以外の場所も観察することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、自動的に干渉を回避する機能を付加した内視鏡を提供することにより、内視鏡下手術において、体内に挿入した内視鏡と操作している手術器具との干渉を自動的に回避して、手術を円滑に行うことを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動干渉回避型内視鏡の概要を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ｂ線断面図である。
【図３】図１の自動干渉回避型内視鏡を含めたシステム構成全体を示す図である。
【図４】関節の目標角度を決定する方法を説明するための図である。
【図５】図１の自動干渉回避型内視鏡が、手術器具による干渉を回避している状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１　撮像レンズ
２　照明用レンズ
３　プリズム
４　ＣＣＤ
５　円筒中空材（管）
６　ジャイロセンサ
７　形状記憶合金ばね
８　ケーブル類
９　ワイヤ
１０　センサ固定板
１１　関節形成板
１２　ゴム
１３　操作している手術器具
１４　ＡＤ変換ボード
１５　パソコン
１６　ＤＡ変換ボード
１７　パワーアンプ
１８　患部
１９　内視鏡先端
２０　関節部トップ
【図１】
2004081277.tif 000003
【図２】
2004081277.tif 000004
【図３】
2004081277.tif 000005
【図４】
2004081277.tif 000006
【図５】
2004081277.tif 000007