(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の体内に挿入される医療用器具、
ベース部材と、医療用器具を保持するように構成されたステージと、各々が前記ベース部材と前記ステージとを連結する複数のアクチュエータとで構成されるStewart-Gough機構、及び、
前記ベース部材に連結されて前記Stewart-Gough機構を支持する、可撓性を有する多自由度把持アーム
を備えた医療用マニピュレータ装置であって、
前記ベース部材は、前記複数のアクチュエータに囲まれた領域内に、前記医療用器具より大きな開孔部を有し、
前記ステージに保持された医療用器具は、前記ベース部材の前記開孔部を貫通して、前記ベース部材に対して前記ステージとは反対側に突出しており、
前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つのアクチュエータは、少なくとも１つの変形部材を含み、
前記少なくとも１つの変形部材は、前記少なくとも１つの変形部材に加えられたエネルギー量に応じて変形し、
前記少なくとも１つのアクチュエータは、前記少なくとも１つの変形部材の変形に応じて、前記少なくとも１つのアクチュエータの長手方向に沿って伸縮し、
前記複数のアクチュエータは、前記医療用器具が前記ベース部材の前記開孔部内で変位するように、前記少なくとも１つの変形部材の変形に応じて互いに協働する医療用マニピュレータ装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの変形部材は、前記少なくとも１つの変形部材に加えられたエネルギー量に応じて弾性的に変形し、
前記少なくとも１つのアクチュエータは、前記少なくとも１つの変形部材の弾性的な変形に応じて、前記少なくとも１つのアクチュエータの長手方向に沿って伸縮する請求項１に記載の医療用マニピュレータ装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの変形部材は、前記少なくとも１つの変形部材に加えられたエネルギー量に応じて超弾性的に変形し、
前記少なくとも１つのアクチュエータは、前記少なくとも１つの変形部材の超弾性的な変形に応じて、前記少なくとも１つのアクチュエータの長手方向に沿って伸縮する請求項１に記載の医療用マニピュレータ装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの変形部材は人工筋肉を含む請求項１に記載の医療用マニピュレータ装置。
【請求項５】
前記医療用器具が腹腔鏡または胸腔鏡である請求項１に記載の医療用マニピュレータ装置。
【請求項６】
更に、患者に固定される固定部材を備え、前記多自由度把持アームは、前記固定部材と前記ベース部材とを連結する請求項１に記載の医療用マニピュレータ装置。
【請求項７】
前記固定部材が、前記医療用マニピュレータ装置を患者の下腹部の骨盤付近に装着するためのベルトである請求項６に記載の医療用マニピュレータ装置。
【請求項８】
前記医療用器具は前記ステージに永久磁石を介して保持されている請求項１に記載の医療用マニピュレータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用マニピュレータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、図５に示すように、腹腔鏡１０２と細長い鉗子１０３とを患者１０１の体にあけた小さな穴から患者１０１の体内に挿入して外科的処置を行う腹腔鏡下手術が普及してきている。腹腔鏡１０２はカメラ助手１０５が操作し、術者１０６はモニタ１０４に映し出される腹腔鏡１０２が撮影した患者１０１の体内画像を見ながら鉗子１０３を用いて必要な処置を行う。このような腹腔鏡下手術は、患者１０１に与える肉体的、精神的負担が少ないというメリットから盛んに行われるようになってきている。【０００３】
腹腔鏡下手術では、通常、術者１０６は両手を駆使して鉗子１０３の操作を行うため、腹腔鏡１０２の把持・操作はカメラ助手１０５の手に委ねられる。従って、術者１０６とカメラ助手１０５との意思疎通が不十分であると、術者１０６にとって最適な視野がいつも得られるとは言えない。また、カメラ助手１０５の手振れにより視野が安定しないことがある。【０００４】
そこで、カメラ助手１０５に代わって腹腔鏡１０２を把持し位置決めするマニピュレータ装置が提案されている。【０００５】
図６Ａ及び図６Ｂは腹腔鏡を把持し位置決めすることができる従来のマニピュレータ装置を示した図である（特許文献１参照）。患者１０１は手術用ベッド１３０上に横たわっている。マニピュレータ装置１１０は手術用ベッド１３０付近の手術室の床に固定された固定台１１１上に搭載されている。マニピュレータ装置１１０は、腹腔鏡１０２を把持する第１球面ジョイント１１２及び第２球面ジョイント１１３を備える。第１球面ジョイント１１２の位置はアーム１１５によって患者１０１の腹部に設けられた腹腔鏡１０２の挿入孔付近に固定される。第２球面ジョイント１１３は、４本のリンク１２１，１２２，１２３，１２４及びモータ１２５，１２６により構成される二次元位置出し機構１２０により二次元平面内の所望する位置に位置決めされる。第１球面ジョイント１１２に対する第２球面ジョイント１１３の相対的位置を変えることにより、腹腔鏡１０２の挿入方向を任意に変えることができる。
【特許文献１】特開平９−２７６２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、腹腔鏡下手術において使用される、ズーム機能を備えていない腹腔鏡１０２は、図７に示すように、患者１０１に対する抜き差し１３１、患者１０１の腹部に設けた挿入孔１０１ａを中心とするピッチ１３３及びヨー１３４の３自由度を有していることが好ましい。更に、腹腔鏡１０２が挿入方向回りのロール１３２が生じない機構により保持されるか、または、この機構を備えない場合には、腹腔鏡１０２は上記３自由度にロール１３２を加えた４自由度を有していることが好ましい。【０００７】
しかしながら、図６Ａ及び図６Ｂのマニピュレータ装置では、腹腔鏡１０２として光学ズーム機能を有する専用の腹腔鏡を用いることを前提としているために、抜き差し１３１を実現できない。したがって、このマニピュレータ装置を用いて、ズーム機能を備えていない腹腔鏡１０２などの汎用の医療用器具を位置決めすることができない。【０００８】
さらに、マニピュレータ装置１１０では、４本のリンク１２１，１２２，１２３，１２４の屈伸によって腹腔鏡１０２を位置決めするために、マニピュレータ装置１１０の動作時における装置の占有領域が大きくなる。その結果、手術室での術者の移動範囲が制限される。【０００９】
本発明は、従来の上記の問題を解決し、腹腔鏡等の汎用の医療用器具を位置決めでき、さらに、マニピュレータ装置の動作時における占有領域を小さくすることができる医療用マニピュレータ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の医療用マニピュレータは、患者の体内に挿入される医療用器具、ベース部材と、医療用器具を保持するように構成されたステージと、各々が前記ベース部材と前記ステージとを連結する複数のアクチュエータとで構成されるStewart-Gough機構、及び、前記ベース部材に連結されて前記Stewart-Gough機構を支持する、可撓性を有する多自由度把持アームを備える。前記ベース部材は、前記複数のアクチュエータに囲まれた領域内に、前記医療用器具より大きな開孔部を有する。前記ステージに保持された医療用器具は、前記ベース部材の前記開孔部を貫通して、前記ベース部材に対して前記ステージとは反対側に突出している。前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つのアクチュエータは、少なくとも１つの変形部材を含む。前記少なくとも１つの変形部材は、前記少なくとも１つの変形部材に加えられたエネルギー量に応じて変形する。前記少なくとも１つのアクチュエータは、前記少なくとも１つの変形部材の変形に応じて、前記少なくとも１つのアクチュエータの長手方向に沿って伸縮する。前記複数のアクチュエータは、前記医療用器具が前記ベース部材の前記開孔部内で変位するように、前記少なくとも１つの変形部材の変形に応じて互いに協働する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、腹腔鏡等の汎用の医療用器具を位置決めでき、さらに、マニピュレータ装置の動作時における占有領域を小さくすることができる医療用マニピュレータ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータ装置を患者に装着した状態を示した概略図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータの概略構成を示した図である。
【図３】図３は、形状記憶アクチュエータを用いたアクチュエータの一例の概略構成を示した図である。
【図４】図４は、高分子系アクチュエータを用いたアクチュエータの一例の概略構成を示した図である。
【図５】図５は、腹腔鏡下手術の概略を示した図である。
【図６Ａ】図６Ａは、腹腔鏡下手術で使用される腹腔鏡を把持し位置決めすることができる従来のマニピュレータ装置の側面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６ＡのＢ−Ｂ線の矢視背面図である。
【図７】図７は、腹腔鏡下手術において要求される腹腔鏡の運動の自由度を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る医療用マニピュレータ装置１０を患者１０１に装着した状態を示した概略図である。本実施形態の医療用マニピュレータ装置１０は、少なくとも医療用マニピュレータ２０と医療用器具としての腹腔鏡１１とを備えている。【００１５】
医療用マニピュレータ２０の概略構成を図２に示す。図示したように、医療用マニピュレータ２０は、ベース部材２１、医療用器具を保持するように構成されたステージ２２、及びベース部材２１とステージ２２とをそれぞれ連結する複数のアクチュエータ２３を備えたパラレルメカニズムからなる。パラレルメカニズムとは、医療用マニピュレータ２０のように、ベース部材２１から最終出力であるステージ２２までが複数のリンクで並列に接続されている機構をいう。アクチュエータ２３の両端とベース部材２１及びステージ２２とはボールジョイントなどの周知の関節機構２４により連結されている。【００１６】
腹腔鏡１１は、ステージ２２の中央に形成された開孔２２ａ及びベース部材２１に形成された相対的に大きな開孔２１ａに順に挿入されて、ステージ２２の開孔２２ａの周縁に保持される。【００１７】
複数のアクチュエータ２３の伸縮量を個別に制御することにより、ベース部材２１に対するステージ２２の距離及び姿勢（角度）を任意に設定することができる。このとき、ステージ２２に保持された腹腔鏡１１は、ベース部材２１に形成された開孔２１ａ内で変位する。【００１８】
医療用マニピュレータ２０がパラレルメカニズムを備えることにより、ステージ２２に保持された腹腔鏡１１に、図７に示した抜き差し１３１、ロール１３２、ピッチ１３３、及びヨー１３４の４自由度の運動を行わせることができる。これにより汎用の医療用器具を位置決めすることが可能となる。【００１９】
また、パラレルメカニズムを用いることにより、ベース部材から最終出力であるステージまでの間に複数のリンクが直列に連結されたシリアルメカニズムを用いた場合に比べて、医療用マニピュレータ２０の小型化・軽量化が容易であり、動作範囲が小さくなり、更に、ステージ２２の位置決め精度と剛性が向上する。【００２０】
更に、パラレルメカニズムを用いることにより、シリアルメカニズムを用いた場合に比べて複数のアクチュエータ２３の各々に要求される動作精度、出力、剛性は小さくても良い。これにより、各アクチュエーター２３を安価にできる。従って、複数のアクチュエータ２３の一部又は全部、あるいは医療用マニピュレータ２０の全体を使い捨て可能にすることができる。その結果、医療用マニピュレータの清潔性、安全性が向上する。【００２１】
本実施形態では、パラレルメカニズムとして６本のアクチュエータ２３を備えたStewart-Gough機構を用いている。これにより、腹腔鏡１１に６自由度の運動を行わせることが可能となり、図７に示した４自由度に加えて更に２自由度が加えられることで、冗長性が増し、安全性が向上する。【００２２】
複数のアクチュエータ２３は、少なくとも１つの変形部材を含む。少なくとも１つの変形部材は、少なくとも１つの変形部材に加えられたエネルギー量に応じて変形する。少なくとも１つのアクチュエータは、少なくとも１つの変形部材の変形に応じて、少なくとも１つのアクチュエータの長手方向に沿って伸縮する。【００２３】
本実施形態では、例えば、少なくとも１つの変形部材の各々が、互いに協働して伸縮するので、腹腔鏡１１は多自由度に運動する。【００２４】
例えば、少なくとも１つの変形部材は、少なくとも１つの変形部材に加えられたエネルギー量に応じて弾性的に変形する。少なくとも１つのアクチュエータは、少なくとも１つの変形部材の弾性的な変形に応じて、少なくとも１つのアクチュエータの長手方向に沿って伸縮する。ここで「弾性的に変形する変形部材」とは、変形部材の外部から加えられるエネルギー量と変形部材の変形の大きさとが比例する部材を意味する。変形部材の外部から変形部材にエネルギーを加えることで変形部材は変形し、変形部材に加えられたエネルギーを除くことで変形部材は元の形状に戻る。「弾性的に変形する変形部材」は、例えば、後述する高分子系人工筋肉「ＥＰＡＭ」（登録商標）である。【００２５】
アクチュエータ２３の駆動要素である変形部材としては、外界からの刺激により変形伸縮する性質を備えた材料を用いることが好ましく、更に、その伸縮の程度を制御可能であることが好ましい。このような条件を満足する変形部材としては、特に制限はないが人工筋肉を挙げることができる。人工筋肉とは、人間の筋肉のように柔らかく伸縮するアクチュエータをいう。【００２６】
また、変形部材は洗浄や高温高圧に耐えることが特に好ましい。このような変形部材を用いることにより、医療用マニピュレータ２０を分解することなく超音波洗浄装置や滅菌装置内に投入して超音波洗浄やオートクレーブ滅菌をすることが可能になる。【００２７】
また、一般に、人工筋肉は、モータなどのアクチュエータに比べて小型且つ軽量であるので、パラレルメカニズムとの組み合わせにより医療用マニピュレータ２０の一層の小型化・軽量化を容易に実現できる。本発明者らは、変形部材として人工筋肉を用いて、アクチュエータ２３の長さ（縮小時）１５０ｍｍ、伸縮長５０ｍｍ、ベース部材２１の半径６０ｍｍ、ステージ２２の半径３０ｍｍ、重さ３６４ｇという小型軽量の医療用マニピュレータ２０の試作機を実現している。【００２８】
医療用マニピュレータ２０を小型化・軽量化できることにより以下のような効果が得られる。術者との接触の可能性が低減するので安全性が向上し、占有空間及び動作範囲が小さいので手術の邪魔にならず、超音波洗浄装置や滅菌装置内に分解することなくそのまま投入できる。また、持ち運びや取り付けが容易であるのでセットアップ性が向上し、また、図１に示すような患者装着型の医療用マニピュレータ装置を実現できる。【００２９】
マニピュレータ装置が大型且つ大重量である場合、そのようなマニピュレータ装置は一般に手術室の床などに固定して使用される。このような場合、手術中に患者とマニピュレータ装置との位置関係が変わると、腹腔鏡と患者に設けられた腹腔鏡挿入用孔との位置関係が変わり、患者を傷つける可能性がある。図１に示すような患者装着型の医療用マニピュレータ装置であれば、この問題が解消され、安全性が向上する。【００３０】
更に、人工筋肉で代表される変形部材は、その可動範囲が限定されているので、万が一その制御系が暴走しても、ＤＣモータのように運動し続けることはない。また、複数のアクチュエータ２３のうちの１つが仮に制御系の暴走などにより制御不能に陥って予期せぬ動作をしようとしても、残りのアクチュエータ２３が機械構造的にその動作を抑制するように作用する。従って、高度の安全性を実現できる。【００３１】
一方、人工筋肉は、モータなどの他のアクチュエータに比べて、一般に非力で低剛性である。しかしながら、パラレルメカニズムの複数のアクチュエータ２３として人工筋肉を用いることにより、ステージ２２を大きな駆動力で駆動することができ、且つ高い剛性と高い位置決め精度でその位置を維持することが可能になる。【００３２】
人工筋肉としては、形状記憶材料を用いたアクチュエータ（形状記憶アクチュエータ）、高分子材料を用いたアクチュエータ（ポリマーアクチュエータ）、静電力を利用したアクチュエータ（静電アクチュエータ）、空気圧を用いたアクチュエータ（エアアクチュエータ）などを使用することができる。【００３３】
形状記憶材料とは、事前にその材料に対して特定の形状を記憶させる処理を行っておけば、外力による変形を加えても、ある温度に加熱（又は冷却）すると自らもとの記憶形状に戻ることのできる機能性材料である。このような効果は金属だけに限らず、高分子材料やセラミックなどにおいても発見されている。図３は、金属系形状記憶材料からなる形状記憶アクチュエータ５４を備えたアクチュエータ５０の一例の概略構成を示した図である。一端が開放された筒状のスリーブ５１内に被駆動部材としてのロッド５２が挿入されている。スリーブ５１の底面５１ａとロッド５２との間には、ロッド５２を底面５１ａから遠ざける向きの付勢力を発生する圧縮コイルバネ５３が設けられている。スリーブ５１の底面５１ａとロッド５２とを連結する形状記憶アクチュエータ５４が、圧縮コイルバネ５３が発生する付勢力に対抗している。形状記憶アクチュエータ５４としては、例えばトキ・コーポレーション株式会社製の「バイオメタル（BioMetal）」（登録商標）を用いることができる。この形状記憶アクチュエータ５４は、通常は柔らかくナイロン糸のようにしなやかで引っ張り力を加えて伸ばすことができるが、電流を流すとピアノ線のように強靱となり、事前に記憶させた長さに強い力で収縮する。その後、通電をやめると再び柔らかくなり、再度引っ張ると通電前の長さに伸ばす（戻す）ことができる。形状記憶アクチュエータ５４を流れる電流を制御することで、ロッド５２を矢印５２ａ方向に移動させることができる。形状記憶アクチュエータとしては図３に限定されず、例えば線状の形状記憶材料をらせん状に巻回して弾性を付与した形状記憶バネであってもよい。【００３４】
ポリマーアクチュエータとは、外界刺激により変形を起こす高分子の総称である。その刺激は、化学的刺激（ｐＨの変化や含浸水分量の変化など）、電気的刺激、熱刺激、光刺激、磁気刺激など多岐にわたる。その中でも、電気的刺激によりポリマーを制御するアクチュエータが好ましい。例えば、電圧印加によりポリマー中のイオンが移動してポリマーが変形するＩＣＰＦアクチュエータ、電圧印加により電界溶液中のイオンをポリマー電極が吸収して変形する導電性ポリマーアクチュエータ、ポリマーそのものが誘電分極されて逆圧電効果により変形する圧電ポリマーアクチュエータ、ポリマー間の電極に生じるクーロン力で中間層のポリマーが変形する電歪ポリマーアクチュエータなどを例示できる。ポリマーアクチュエータは、エネルギー効率が高い、低コストで作製できるなど魅力的な点が多い。図４は、ポリマーアクチュエータ６２を備えたアクチュエータ６０の一例の概略構成を示した図である。一端が開放された筒状のスリーブ６１内に、Artificial Muscle Inc.製のElectroactive Polymer Artificial Muscle（「ＥＰＡＭ」（登録商標））技術を用いた円柱状のポリマーアクチュエータ６２が収納されている。ポリマーアクチュエータ６２の一端に棒状の被駆動部材としてのロッド６３が固定されており、他端はスリーブ６１の底面６１ａに固定されている。ロッド６３はスリーブ６１の開放端６１ｂより突出している。ポリマーアクチュエータ６２に接続された電極６４に電圧を印加することにより、ロッド６３を矢印６３ａ方向に移動させることができる。このポリマーアクチュエータ６２は、図３に示した形状記憶アクチュエータ５４に比べて、高い駆動力と大きな変位量を得ることができる。従って、パラレルメカニズムのアクチュエータ２３として好ましく利用することができる。また、他の高分子材料からなるポリマーアクチュエータに比べて、耐久性、変位量、動作速度、発生応力の点で優れている。【００３５】
本発明者らは、図３及び図４に示したアクチュエータは、超音波洗浄及びオートクレーブ滅菌が可能であることを確認している。【００３６】
静電アクチュエータは、電荷と電荷の間に働く吸引・反発力（クーロン力）を利用して、物体を駆動するアクチュエータである。【００３７】
エアアクチュエータの代表的なものに空気圧シリンダがあるが、人工筋肉としては、フレキシブルマイクロアクチュエータ（ＦＭＡ）やマッキベン型などが考案されている。【００３８】
図１に示すように、患者１０１にベルト１５を装着し、このベルト１５とベース部材２１とを可撓性を有する多自由度把持アーム１７を介して連結しても良い。これにより、患者１０１の体に装着するウエアラブル型の医療用マニピュレータ装置１０を実現できる。医療用マニピュレータ装置１０がウエアラブル型であることにより、手術中に患者１０１の姿勢を変えても、患者１０１に対する腹腔鏡１１の相対的な位置や姿勢は変化しないから、患者１０１を傷付けることがなく、高い安全性が確保される。【００３９】
医療用マニピュレータ装置１０を患者１０１に装着するための固定部材としてベルト１５を用いているので、医療用マニピュレータ装置１０を患者の所望する位置に容易に装着することができる。例えば、胆嚢摘出手術を行う場合、ベルト１５を患者１０１の下腹部に周回させて装着することができる。下腹部は、胆嚢に近く、また、呼吸等による揺れが少ないので医療用マニピュレータ装置１０をしっかりと固定することができる。また、下腹部には骨盤があるので、解剖学上、医療用マニピュレータ装置１０の固定に適している。更に、下腹部付近は腹腔鏡の操作空間に適していると術者に認識されており、医療用マニピュレータ装置１０が手術の妨げになる可能性は低い。【００４０】
多自由度把持アーム１７は、医療用マニピュレータ装置１０の自重によってその形状が変化しない機械的強度と、自由にその形状を変形させることができる可撓性とを有している。その一端は患者１０１に装着されたベルト１５に固定され、他端は医療用マニピュレータ装置１０のベース部材２１に固定されている。このような多自由度把持アーム１７を介して医療用マニピュレータ装置１０を患者１０１に装着することにより、以下のような効果が得られる。【００４１】
多自由度把持アーム１７が所定の機械的強度を有していることにより、患者１０１に対する医療用マニピュレータ装置１０の相対的位置を一定に維持し続けることができる。これにより、手術中に患者１０１の姿勢を変えても、患者１０１に対する腹腔鏡１１の相対的な位置や姿勢は変化しないから、患者１０１を傷付けることがなく、高い安全性が確保される。【００４２】
多自由度把持アーム１７が可撓性を有することにより、患者１０１に対する医療用マニピュレータ装置１０の相対的な位置や姿勢などの初期設定（セットアップ）を容易に行える。更に、手術中に医療用マニピュレータ装置１０の位置や姿勢の再設定も自由且つ容易に行える。再設定により、再設定前の医療用マニピュレータ２０の可動範囲外の視野を新たに得ることができる。医療用マニピュレータ２０の可動範囲を広くすれば、患者１０１に対する医療用マニピュレータ装置１０の再設定は不要になる可能性はあるが、医療用マニピュレータ２０の動作範囲が拡大することにより手術の邪魔になる可能性がある。可撓性の多自由度把持アーム１７を用いることにより、広い撮影範囲と医療用マニピュレータ装置１０の小型化とを両立させることができる。【００４３】
多自由度把持アーム１７の材料は特に制限はなく、例えば金属製線材を用いることができる。また、その本数は、１本でも複数本でも良い。【００４４】
本発明の医療用マニピュレータ２０は軽量であるので、多自由度把持アーム１７に、上述の機械的強度と可撓性とを併せ持たせることは容易である。【００４５】
腹腔鏡１１は、ステージ２２に対する腹腔鏡１１の長手方向の角度変化を許容するジョイント機構（図示せず）を介して、ステージ２２に保持されていることが好ましい。これにより、ベース部材２１に対するステージ２２の位置や姿勢が変化したときに、腹腔鏡１１は患者１０１に設けた挿入孔１０１ａを中心とするピッチ及びヨーの動作を無理なく行うことができるので、患者１０１を傷付けることがなく、高い安全性を確保することができる。このようなジョイント機構としては、特に制限はないが、例えば、ステージ２２に対する腹腔鏡１１のロールを制限する機構を付加した球面滑り軸受けや、これと同等の作用を有するジョイント機構を用いることができる。【００４６】
また、腹腔鏡１１は永久磁石を介してステージ２２に保持されることが好ましい。例えば、図２に示すようにステージ２２の開口２２ａの周縁に永久磁石２５を取り付け、これと嵌合する腹腔鏡１１の部分に取り付けられた金属材料を磁気吸引させることができる。これにより、腹腔鏡１１の医療用マニピュレータ２０からの取り外しが容易になる。手術中には、電気メス使用時の霧や返り血などにより腹腔鏡１１先端のレンズが汚れ、視界が妨げられる場合がある。このような場合に、腹腔鏡１１を医療用マニピュレータ２０から取り外し、その先端のレンズを洗浄することができる。【００４７】
本発明は、上記に示した実施形態に限定されず、適宜変更することが可能である。【００４８】
例えば、上記の実施形態では、ベース部材２１とステージ２２とを連結する複数のアクチュエータ２３の全てが弾性的に変形する変形部材を含む例を示したが、本発明はこれに限定されない。本発明では、複数のアクチュエータ２３のうちの少なくとも１つが弾性的に変形する変形部材を含めばよい。また、複数のアクチュエータ２３のうちの少なくとも１つに含まれる変形部材の数は、１つに限定されず、複数であってもよい。【００４９】
上記の実施形態では、複数のアクチュエータ２３の全てが弾性的に変形する変形部材を含む例を示したが、本発明はこれに限定されない。【００５０】
例えば、複数のアクチュエータ２３の全ては、超弾性的に変形する変形部材を含んでもよい。少なくとも１つの変形部材は、少なくとも１つの変形部材に加えられたエネルギー量に応じて超弾性的に変形する。少なくとも１つのアクチュエータは、少なくとも１つの変形部材の超弾性的な変形に応じて、少なくとも１つのアクチュエータの長手方向に沿って伸縮する。ここで「超弾性的に変形する変形部材」とは、変形部材の外部から加えられるエネルギー量と変形部材の変形の大きさとが比例しない部材を意味する。変形部材の外部から変形部材にエネルギーを加えることで変形部材は変形し、変形部材に加えられたエネルギーを除くことで変形部材は元の形状に戻る。「超弾性的に変形する変形部材」は、例えば、「ＢｉｏＭｅｔａｌ」（登録商標）である。なお、ＢｉｏＭｅｔａｌは、ＢｉｏＭｅｔａｌの外部から加えられるエネルギー量が所定の大きさである場合には、弾性的に変形する部材に近似して変形する。【００５１】
複数のアクチュエータ２３のうちの少なくとも１つが超弾性的に変形する変形部材を含んでもよい。また、複数のアクチュエータ２３のうちの少なくとも１つに含まれる変形部材の数は、１つに限定されず、複数であってもよい。【００５２】
また、上記の実施形態では、ベース部材２１と、ステージ２２と、これらを連結する複数のアクチュエータ２３とがパラレルメカニズムを構成していたが、本発明の医療用マニピュレータではパラレルメカニズムが構成されている必要はない。例えば、ベース部材と、ステージと、これらを連結する複数のアクチュエータとがシリアルメカニズムを構成していても良い。【００５３】
以下、変形部材付きアクチュエータを含むシリアルメカニズムの例を説明する。本発明のシリアルメカニズムは、例えば第１及び第２のアクチュエータを備える。第１及び第２のアクチュエータの各々は１つの変形部材を含む。第１及び第２のアクチュエーターの各々は変形部材の変形に応じてその長手方向に沿って伸縮する。第１のアクチュエータの一端はベース部材に接続され、第１のアクチュエータの他端は第２のアクチュエータの一端に接続され、第２のアクチュエータの他端はステージに接続されている。ベース部材に対する第１のアクチュエータの長手方向の向きは一定である。第１及び第２のアクチュエータの間の角度は一定で、例えば角度ｄである。【００５４】
本発明のシリアルメカニズムの最大占有範囲は、最大長に伸びた第２のアクチュエータが第１のアクチュエータによって移動する平行四辺形の内側領域である。本発明のシリアルメカニズムがステージを位置決めできる範囲（位置決め可能範囲）は、上記平行四辺形に含まれる。第２のアクチュエータの最短長はゼロではないので、位置決め可能範囲は、最大占有範囲より小さく、一致することはない。【００５５】
一方、従来技術のシリアルメカニズムは、例えば一定長さの第１及び第２のロッドと２つの回動部とを備える。各回動部は、一軸回りの回転運動を行う。第１のロッドの一端は１つの回動部を介してベース部材に接続され、第１のロッドの他端は別の１つの回動部を介して第２のロッドの一端に接続され、第２のロッドの他端はステージに接続されている。【００５６】
従来技術のシリアルメカニズムの最大占有範囲は、ベース部材を中心とし、第１及び第２のロッドの合計長を半径とする円の内側領域である。従来技術のシリアルメカニズムがステージを位置決めできる範囲（位置決め可能範囲）は、第２のロッド長が第１のロッド長と同一又はこれより長い場合に最大となり、この場合、上記円の内側領域と一致する。【００５７】
本発明のシリアルメカニズムと従来技術のシリアルメカニズム（変形部材なし）とを比較する。【００５８】
従来技術のシリアルメカニズムでは、最大占有範囲と位置決め可能範囲とを一致させることができる。これに対して、本発明のシリアルメカニズムでは、最大占有範囲は、位置決め可能範囲より常に大きい。従って、従来技術のシリアルメカニズムは、最大占有範囲内に位置決めできない無駄な領域が存在しないように設計することが可能であるので、最大占有範囲の有効利用の観点からは、本発明のシリアルメカニズムに比べて有利である。【００５９】
しかしながら、医療用マニピュレータでは、一般に大きな位置決め可能範囲は必要ない。即ち、特定の限られた範囲内でステージを位置決めできれば十分である。この範囲を位置決め必要範囲と呼ぶことにする。ステージを位置決め必要範囲内で位置決めする際のシリアルメカニズムの占有範囲を考える。本発明のシリアルメカニズムは、回動部を備えておらず、２つの変形部材をそれぞれ伸縮することでステージの位置決めを行う。これに対して、従来技術のシリアルメカニズムは、２本のロッド長は一定で、その向きを変えることでステージの位置決めを行う。従って、シリアルメカニズムの占有範囲の、位置決め必要範囲からのはみ出し面積は、本発明のシリアルメカニズムは、従来技術のシリアルメカニズムに比べて一般に小さい。よって、本発明のシリアルメカニズムを用いれば、マニピュレータ装置の動作時における占有範囲を実質的に小さくすることができる。【００６０】
上記の実施形態では、医療用器具として腹腔鏡１１を備えた医療用マニピュレータ装置を説明した。しかしながら、医療用マニピュレータ２０によって位置決めされる医療用器具は腹腔鏡に限定されず、例えば、腹腔鏡と同様に患者の体内を撮影するカメラを搭載した胸腔鏡であっても良い。あるいは、組織の除去、生検サンプリング等の内科又は外科医療等に使用される各種機能鉗子器具等であっても良い。【００６１】
ここで、腹腔鏡（又は胸腔鏡）の構成に特に制限はない。例えば、患者に挿入される細い管（光学視管又は鏡筒という）内にレンズ系と照明用のファイバーが内臓されており、カメラ自体はこの細い管の一端に接続された太い部分に内臓されているタイプ、患者に挿入される細い管の先端に小さなカメラが装着されているタイプなど、従来から汎用されているものを使用することができる。【００６２】
医療用マニピュレータ２０に搭載される医療用器具としては、例えば特別に小型軽量化した特殊な器具を使用する必要はなく、腹腔鏡下手術において従来から使用されていた汎用の器具をそのまま使用することができる。これは、医療用マニピュレータ２０がパラレルメカニズムを備えていることにより、大きな駆動力と高い位置決め精度を有しているからである。【００６３】
上記の実施形態では、患者の体に装着するウエアラブル型の医療用マニピュレータ装置を説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、手術台付近の手術室の床に固定したり、手術台付近の手術室の天井から吊り下げたり、あるいは、手術台に固定したりして使用される固定型の医療用マニピュレータ装置であっても良い。固定型の場合であっても、上述の多自由度把持アーム１７を介在させて医療用マニピュレータ装置１０を支持すると、患者１０１に対する医療用マニピュレータ装置１０の相対的な位置や姿勢などの初期設定や手術中の再設定を自由且つ容易に行える。また、固定型の方が、ウエアラブル型に比べて、医療用マニピュレータ装置１０の位置や姿勢の設定が容易である場合もある。【００６４】
以上に説明した実施の形態は、いずれもあくまでも本発明の技術的内容を明らかにする意図のものであって、本発明はこのような具体例にのみ限定して解釈されるものではなく、その発明の精神と請求の範囲に記載する範囲内でいろいろと変更して実施することができ、本発明を広義に解釈すべきである。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
腹腔鏡下手術は、その低侵襲性や美容面での優位性だけでなく、医療経済的においても入院期間の短縮などのメリットが認められ、急速に普及してきている。本発明はこの腹腔鏡下手術において特に高い利用価値を有している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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