(57)【要約】【課題】この発明は、構成簡易にして、信頼性の高い高精度な操作制御を実現したうえで、取扱い操作性の向上を図り得るようにすることにある。【解決手段】一端部を、把持部１１の設けられた第１の管部１０に回動関節１３を介して回動自在に連結させ、他端部を、第３の管部１５に回動関節１６を介して回動自在に連結された第２の管部１４に対して軸方向に移動自在に出入り自在に組付け配置した伸縮部１２を設けて構成したものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一箇所が回動関節を介して回動自在に設けられた管部と、
前記管部に設けられ、該管部に対して軸方向に伸縮自在に連結された伸縮部と、
前記管部あるいは伸縮部のいずれかに一方に支持され、先端部に配される処置部と、
を具備することを特徴とする多自由度鉗子。
【請求項２】
前記管部に移動自在に内挿されて前記伸縮部に接続され、押し引き操作により前記伸縮部を前記管部に対して伸縮移動させる牽引部材を備え、
前記管部に、前記牽引部材が外部に突出可能な逃げ部を設けたことを特徴とする請求項１記載の多自由度鉗子。
【請求項３】
前記伸縮部は、前記管部の管軸回りに回転自在に設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の多自由度鉗子。
【請求項４】
前記処置部の状態を検出する検知手段と、
前記検知手段の検出に応じて前記伸縮部を伸縮制御する制御部とを備えることを特徴とする請求項１記載の多自由度鉗子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば体腔内に導入して臓器などの患部を処置するのに用いる多自由度鉗子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、外科手術においては、皮膚を切開して手術器具を導入し、患部等の手術が行われている。切開部には、トラカールと称する手術器具導入用ポート部材を留置し、このポート部材を通して手術器具が挿入される。
【０００３】
ところで、外科用手術器具にあっては、術者の手元から先端の処置機能部（把持部や電気通電部など）までが硬質のシースにて結ばれた硬性鉗子で硬性されている。このような硬性鉗子においては、ポート部材の直下に存在する臓器に対してアプローチが可能であるが、別の場所に存在する臓器へのアプローチが困難である。
【０００４】
そこで、ポート部材に湾曲自在な湾曲部を設けて構成したものが出現されている。この湾曲部を設けたポート部材は、その湾曲部により挿通された軟性内視鏡や処置具などの手術器具の進行方向の変更が可能となり、挿入部位から目的臓器までが離れているような別の場所へのアプローチを可能とした構成のものが出現されている。
【０００５】
しかし、ポート部材は、通常、体腔に位置する部位に固定されているために、ポート部材直下において手術器具の向きを変更可能であるが、ポート部材の挿入位置から臓器までが離れているような場合、途中で受動的に方向が変更してしまったり、術者の意図した操作ができなかったり、操作性が劣るという不都合を有する。
【０００６】
また、先端が湾曲など多自由度の機能を有した挿入部を硬性シースに設けて、回動自由度を持たせるようにした鉗子構成も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この鉗子構成では、例えば処置時に、先端部を、挿入位置からさらに深部に直進移動させる場合、先端部の回動自由度を調整して、該先端部の姿勢を保ちながら直線移動させるように操作される。
【特許文献１】米国特許第６，４９１，７０１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記鉗子では、直進移動させる際、回動自由度を再調整しなければ先端部の姿勢が変化し、他の臓器などの周囲部に接触したりする虞があるために、その取扱い操作が面倒であるという問題を有する。
【０００８】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、構成簡易にして、信頼性の高い高精度な操作制御を実現し得、且つ、取扱い操作性の向上を図り得るようにした多自由度鉗子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】
【０００９】
この発明は、少なくとも一箇所が回動関節を介して回動自在に設けられた管部と、前記管部に設けられ、該管部に対して軸方向に伸縮自在に連結された伸縮部と、前記管部あるいは伸縮部のいずれかに一方に支持され、先端部に配される処置部とを備えて多自由度鉗子を構成した。
【００１０】
上記構成によれば、処置具は、管部の回動関節を駆動して所望の姿勢に設定し、その位置から伸縮部を伸縮制御することにより、その姿勢を維持した状態で直進移動される。従って、処置部を、所望の姿勢を維持しながら直線移動させるのに、回動関節を駆動制御することなく、単に、伸縮部を伸縮操作するだけの簡単な操作で実現することが可能となり、その取扱い操作性の向上を図ったうえで、簡便にして容易に高精度な操作制御を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
以上述べたように、この発明によれば、構成簡易にして、信頼性の高い高精度な操作制御を実現し得、且つ、取扱い操作性の向上を図り得るようにした多自由度鉗子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、この発明の一実施の形態に係る多自由度鉗子を示すもので、例えば軸Ｏ1、軸Ｏ2、軸Ｏ3回り回動自由度及び並進自由度を有する。
【００１４】
即ち、先端部の第１の管部１０には、その一端部に処置部を構成する、例えば把持部１１が把持操作自在に設けられている。この第１の管部１０の他端部には、伸縮部１２の一端部が、回動関節１３を介して軸Ｏ1回りに回動自在に連結されている。
【００１５】
この伸縮部１２は、その他端部が第２の管部１４に矢印Ａ，Ｂ方向に並進移動自在に内挿され、この第２の管部１４の他端部には、第３の管部１５の一端部が回動関節１６を介して軸Ｏ2回りに回動自在に連結されている。そして、この第３の管部１５の他端部には、第４の管部１７の一端部が回動関節１８を介して軸Ｏ3回りに回動自在に連結されている。この第４の管部１７の他端部には、トラカール係合部１７１が設けられている。
【００１６】
また、上記伸縮部１２の他端には、牽引部材１９の一端が連結される（図２参照）。この牽引部材１９は、上記第２乃至第４の管部１４，１５，１７に順に挿通されて、その他端部に操作部１９１が押し引き操作自在に設けられている（図１参照）。
【００１７】
この操作部１９１は、その押し引き操作により、牽引部材１９を押し引き移動させることで、上記伸縮部１２を矢印Ａ，Ｂ方向に移動させて第２の管部１４に対して並進移動させる。そして、操作部１９の回転操作により、伸縮部１２は、伸縮位置において牽引部材１９を介して回動付勢されて第２の管部１４の軸回りに回動され、把持部１１の向きを変更する。
【００１８】
上記構成において、体腔内に挿入して臓器などの処置に供する場合には、先ず経皮的に留置したポート部材であるトラカール２０に第1の管部１０から第４の管部１７までが順に挿通されて体腔内に挿入され、その第４の管部１７のトラカール係合部１７１がトラカール２０の基端に係合されて臓器などの処置に供される。この際、各回動関節１３，１６，１８が後述するように回動制御されて先端部の把持部１１は、周囲に接触させたりすることなく、体腔内に収容されて所望の処置に供される。
【００１９】
そして、把持部１１を現在の位置からさらに深部など直線移動させる場合には、各回動関節１３，１６，１８の各姿勢を維持した状態で、操作部１９１を押し込み操作すると、牽引部材１９を介して伸縮部１２が矢印Ａ方向に並進移動され、把持部１１のみが深部に移動される。これにより、把持部１１が体腔内の周囲に接触させたりすることなく、容易に移動操作させることができる。
【００２０】
ここで、上記回動関節１３，１６，１８には、図３に示すようにモータ２１がそれぞれ組付け配置され、このモータ２１を介して回転角が制御される。このモータ２１には、エンコーダ２２が接続され、このエンコーダ２２には、制御部であるコントローラ２３がケーブル２４を介して接続される。
【００２１】
エンコーダ２３は、モータ２１の回転角を検出して検出信号をコントローラ２３に出力する。コントローラ２３は、入力した検出信号と、図示しない操作司令部からの指令情報に基づいて駆動信号を生成して、アンプ２５を介してモータ２１を駆動制御する。これにより、回動関節１３，１６，１８は、指令情報に基づいて回動制御されて、第１乃至第４の管部１０，１４，１５，１７の姿勢を制御する。
【００２２】
このように、上記多自由度鉗子は、一端部を、把持部１１の設けられた第１の管部１０に回動関節１３を介して回動自在に連結させ、他端部を、第３の管部１５に回動関節１６を介して回動自在に連結された第２の管部１４に対して軸方向に移動自在に出入り自在に組付け配置した伸縮部１２を設けて構成した。
【００２３】
これによれば、把持部１１は、各回動関節１３，１６，１８を駆動して、第１乃至第４の管部１０，１４，１５，１７により回動姿勢が設定され、その位置から伸縮部１２を伸縮制御することにより、その姿勢を維持した状態で並進移動される。これにより、把持部１１を、所望の姿勢を維持しながら直線移動させるのに、再び、各回動関節１３，１６，１８を駆動制御して姿勢変更させることなく、単に、伸縮部１２を伸縮操作するだけの簡単な操作で実現することが可能となり、その取扱い操作性の向上が図れ、しかも、容易に高精度な操作制御を実現することができる。
【００２４】
なお、上記実施の形態では、伸縮部１２を第１の管部１０と第２の管部１４との間に第２の管部１４に対して並進移動可能に組付け配置するように構成した場合について説明したが、これに限ることなく、例えば第２の管部１４と第３の管部１５との間など、その他の管部間に配置するように構成することも可能である。
【００２５】
また、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、図４及び図５に示すように牽引部材１９を、滑り特性の良いチューブ部材２６を介して第２乃至第４の管部１４，１５，１７に内挿するように構成してもよく、さらに良好な効果が期待される。但し、この図４及び図５の説明においては、上記図１乃至図３と同一部分について同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００２６】
即ち、この実施の形態においては、各回動関節１６，１８を挟んで切欠いた逃げ部２６１を、第２の管部１４と第３の管部１５の連結部位、第３の管部１５と第４の管部１８との連結部位にそれぞれ設けて、回動関節１６，１８が駆動されて回動された場合に、チューブ部材２６が逃げ部２６１から外部に突出可能とする（図５参照）。これにより、チューブ部材２６内に挿通した牽引部材１９は、回動関節１６，１８の回動角度に影響を受けることなく、比較的大きな緩やかな屈曲半径を維持することが可能となる。この結果、牽引部材１９は、回動関節１６，１８の姿勢に影響を受けることなく、確実な押し引き操作を、容易に行うことが可能となる。
【００２７】
さらに、上記実施の形態では、上記伸縮部１２を手動式に直線（並進）移動させるように構成した場合について説明したが、これに限ることなく、把持部１１の把持力に基づいて自動的に並進移動させるように構成することも可能である。
【００２８】
この実施の形態においては、例えば図６に示すボール螺子機構３０、あるいは図７に示す歯車機構３１などの並進機構を用いて上記伸縮部１２を、第２の管部１４に対していわゆる自動的に並進移動させるように構成される。但し、この図６及び図７の説明においては、上記図１乃至図３と同一部分について、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
図６のボール螺子機構３０は、雌螺子部３０１が伸縮部１２に設けられ、この雌螺子部３０１には、ボール螺子部３０２が螺合される。このボール螺子部３０２は、第２の管部１４内に回転自在に支持され、その基端部が、例えばフレキシブルシャフト３０３の回転軸３０４を介して外部に配したモータ３０５に接続される。これにより、伸縮部１２は、モータ３０５を介してフレキシブルシャフト３０３の回転軸３０４が回転駆動されると、ボール螺子機構３０が回転駆動され、その駆動方向に応じて矢印Ａ，Ｂ方向に並進移動される。
【００３０】
図７の歯車機構３１は、上記伸縮部１２にラック３１１を設け、このラック３１１にピニオン３１２を移動自在に噛合させる。このピニオン３１２は、上記第２の管部１４内に回転自在に軸支され、プーリ３１３が同軸的に設けられている。このプーリ３１３には、駆動ベルト３１４の一端部が巻き掛けられ、この駆動ベルト３１４の他端部は、モータ３１５の駆動プーリ３１６に巻き掛けられる。
【００３１】
上記構成において、モータ３１５が駆動されて駆動プーリ３１６が回転駆動されると、その回転力が駆動ベルト３１４を介してプーリ３１３に伝達されてピニオン３１２が回転駆動される。すると、ピニオン３１２は、回転方向に応じてラック３１１を矢印Ａ，Ｂ方向に直線移動させて伸縮部１２を第２の管部１４に対して矢印Ａ，Ｂ方向に並進移動させる。
【００３２】
このように伸縮部１２を自動的に第２の管部１４に対して並進移動させるように構成する場合、例えば上記把持部１１には、例えば図８に示すように把持力検出用の検出部を構成する歪ゲージ２７が設けられ、この歪ゲージ２７で、把持部１１の把持力Ｆ1を検出するように構成される。
【００３３】
この歪ゲージ２７の出力端には、アンプ２９がケーブル２８を介して接続され（図３参照）、このアンプ２９には、上記制御部を構成するコントローラ２３が接続される。この歪ゲージ２７は、把持部１１の把持動作に伴う把持力Ｆ1を検出してアンプ２９を介してコントローラ２３に出力する。
【００３４】
コントローラ２３は、図９に示すようにステップＳ１において、歪ゲージ２７で検出した把持力Ｆ1が入力されると、その把持力Ｆ1を予め設定した値αと比較し、上記ボール螺子機構３０（歯車機構３１）の駆動速度を選択的に制御すると共に、伸縮指令情報に基づいて伸縮部１２を並進移動する。
【００３５】
即ち、Ｆ1≧αを検知した場合には、例えば把持部１１が組織１（図８参照）を強く把持している状態にあるものとして、ステップＳ２に移行して上記ボール螺子機構３０（歯車機構３１）を低速で駆動し、伸縮部１２の伸縮動作を、迅速な把持開放動作が可能な程度の遅い速度で並進移動させる。これにより、把持部１１による把持状態において、術者（使用者）は、モニターの画像で組織の確認などを、余裕をもって行いながら所望の処置を施すことが可能となる。
【００３６】
そして、コントローラ２３は、上記ステップＳ１において把持力Ｆ1＜αを検知すると、把持部１１が軽く把持し、移動時に組織１に悪影響を及ぼすことが無いものとして、ステップＳ３に移行する。このステップＳ３では、上記ボール螺子機構３０（歯車機構３１）を高速に駆動して、伸縮部１２を迅速な速度で伸縮させて把持部１１の並進移動を実行する。
【００３７】
なお、上記検出部としては、歪センサ２７に代えて、張力センサ３２を、例えば把持部を動作制御する駆動系１１１に配して（図１０参照）、この張力センサ２８を用いて把持部１１の把持力Ｆ1を検出するように構成することも可能で、同様に有効な効果が期待される。
【００３８】
また、上記各実施の形態では、処置部として把持部１１を配して構成した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、例えば電気メスなどの通電部や、観察光学系などを配する構成のものにおいても適用可能で、同様に有効な効果を期待することができる。
【００３９】
さらに、上記実施の形態では、回動関節１３，１６，１８の３個を順に配した３回動自由度に１並進自由度を設けた自由度構造に適用した場合について説明したが、この自由度構造に限ることなく、少なくとの１個の回動関節を配した１回動自由度を有する自由度構造においても適用可能であり、同様に有効な効果を期待することができる。
【００４０】
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
【００４１】
例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の一実施の形態に係る多自由度鉗子の外観構成を示した斜視図である。
【図２】図１の要部詳細を示した構成図である。
【図３】図１の制御系を示した構成図である。
【図４】この発明の他の実施の形態に係る多自由度鉗子の要部を説明するために示した構成図である。
【図５】図４の外観構成を示した外観図である。
【図６】この発明の他の実施の形態に係る多自由度鉗子に組込んだ並進機構を示した構成図である。
【図７】この発明の他の実施の形態に係る多自由度鉗子に組込んだ並進機構を示した構成図である。
【図８】図６及び図７に用いる検出部を示した構成図である。
【図９】図７及び図８の並進機構の動作制御を説明するために示したフローチャートである。
【図１０】図６及び図７に用いる検出部の他の例を示した構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…組織、１０…第１の管部、１１…把持部、１２…伸縮部、１３…回動関節、１４…第２の管部、１５…第３の管部、１６…回動関節、１７…第４の管部、１７１…トラカール係合部、１８…回動関節、１９…牽引部材、１９１…操作部、２０…トラカール、２１…モータ、２２…エンコーダ、２３…コントローラ、２４…ケーブル、２５…アンプ、２６…チューブ部材、２６１…逃げ部、２７…歪ゲージ、２８…ケーブル、２９…アンプ、３０…ボール螺子機構、３０１…雌螺子部、３０２…ボール螺子部、３０３…フレキシブルシャフト、３０４…回転軸、３０５…モータ、３１…歯車機構、３１１…ラック、３１２…ピニオン、３１３…プーリ、３１４…駆動ベルト、３１５…モータ、３２…張力センサ。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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