内視鏡保持装置
【課題】内視鏡が体腔に挿入される部位に加わる負荷及び内視鏡端部の臓器への接触を検知することができる内視鏡保持装置を提供する。
【解決手段】内視鏡保持装置１０は、患者の患部上方に内視鏡１１の先端を臨ませるアームと、アームの前端部に配設され、内視鏡１１が体腔挿入部位を中心として平面上の円弧を描いて左右に移動可能な第１保持部と、第１保持部に配設され、内視鏡の体腔挿入部位を中心として垂直面上の円弧を描いて上下に移動可能な第２保持部と、第２保持部に配設され、内視鏡の体腔挿入部位を通過点とする斜め前後に移動可能な第３保持部２８とから構成されている。第３保持部２８には、水平軸を中心として回転するナックル部５５が支持され、ナックル部５５には垂直軸を中心として回転するホルダー部５８がボールプランジャー５７を介して支持されると共に、ホルダー部５８には触覚センサ６１を介して内視鏡１１が保持されている。
【解決手段】内視鏡保持装置１０は、患者の患部上方に内視鏡１１の先端を臨ませるアームと、アームの前端部に配設され、内視鏡１１が体腔挿入部位を中心として平面上の円弧を描いて左右に移動可能な第１保持部と、第１保持部に配設され、内視鏡の体腔挿入部位を中心として垂直面上の円弧を描いて上下に移動可能な第２保持部と、第２保持部に配設され、内視鏡の体腔挿入部位を通過点とする斜め前後に移動可能な第３保持部２８とから構成されている。第３保持部２８には、水平軸を中心として回転するナックル部５５が支持され、ナックル部５５には垂直軸を中心として回転するホルダー部５８がボールプランジャー５７を介して支持されると共に、ホルダー部５８には触覚センサ６１を介して内視鏡１１が保持されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡を用いた手術において内視鏡が患者の体腔及び臓器に加わる負荷を検知することができる内視鏡保持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
患者の内臓諸器官に疾患がある場合には、患部の部位に応じて腹腔や胸腔（以下、体腔という）を切開して手術を行なうことになる。このような手術を行う場合には、患者の負担を軽減させるために内視鏡下手術が実施されている。この内視鏡下手術は、例えば手術台に仰臥している患者の体腔に、先端に小型のＣＣＤカメラを組み込んだ内視鏡を挿入し、該内視鏡により得られる内臓諸器官の映像をディスプレーに映し出すと共に、術者は該ディスプレー上の映像を直接視認しながら手術を行なうものである。すなわち、内視鏡下手術に際しては、患部に内視鏡を挿通させるに必要な最小限の切開を行ない、その開口に挿入したカニューレ（スリーブ状の挿管）を介して前記内視鏡を差し込み、また炭酸ガスを必要量注入して体腔を膨満させることで内視鏡の視野及び動きの自由が確保される。
【０００３】
内視鏡下手術は、患者の体腔に内視鏡、鉗子、メス等の手術具を各々挿入するのに必要な小さい切開部（５箇所程度）を設けるだけで済み、創部の疼痛の低さ（非侵襲性）や、入院から日常生活への復帰の早さ等の点で優位性が大きく、今後の外科治療の本流になると予想されている。その反面、細長い内視鏡や鉗子類の精密な操作を要する手術であるため、大開腹手術に比べて手術時間が長くなる傾向がある。このように内視鏡下手術では一般に手術時間が長くなるが、前述の如く助手は内視鏡を手術時間中ずっと手で保持していなければならない。
【０００４】
また、内視鏡保持者は、手術の進行に伴なう術者の指示に即応して、該内視鏡を患部の前後、左右、上下の各方向（又はこれらの合成方向）に移動させる必要がある。このときの内視鏡の移動も手操作により行なわれる。そこで助手が手で内視鏡を保持する作業を機械的な保持に置き換える試みが既になされ、自動内視鏡システムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。すなわち、内視鏡や手術器具を複数の関節を備えたロボットアームで保持するものである。各々の関節には回転式アクチュエータが設けられ、各アクチュエータを駆動操作することで該アームを術者の希望する箇所へ移動させ得るようになっている。
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の自動内視鏡システムは、水平多関節系のマニュピレータであるため、マニュピレータを動作させて内視鏡の位置を変化させると、ディスプレー上の映像に揺れが生じると共に、各関節に設けたアクチュエータによって水平多関節運動を行うものであるためその構成が複雑であるという問題があった。そのような問題を解消すべく、本願出願人は内視鏡保持装置について既に提案を行っている（例えば、特許文献２を参照）。すなわち、係る内視鏡保持装置は、内視鏡が体腔に挿入される部位を中心として左右方向に移動可能な第１保持部と、体腔に挿入される部位を中心として上下方向に移動可能な第２保持部と、体腔に挿入される部位を通過点とする斜め前後方向に移動可能な第３保持部とを備え、内視鏡は第３保持部に保持されている。そして、内視鏡は左右方向、上下方向及び斜め前後方向に移動可能に構成されている。
【特許文献１】特許第３２９８０１３号公報（第３頁、第４頁、第１図、第２図及び第１４図）
【特許文献２】特開２００４−１２９９５６号公報（第２頁及び第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、前記の特許文献２に記載されている内視鏡保持装置は、３次元方向に自由に移動できるように構成されているが、左右方向、上下方向又は斜め前後方向のいずれかの設定にずれが生じたときには、内視鏡の方向が目標位置に対してずれる結果を招く。その場合には、内視鏡が体腔に挿入される部位に予想外の負荷を与えることとなる。その負荷が小さい場合には内視鏡を用いた手術に支障を来たすことはないが、その負荷の程度によっては内視鏡による手術に支障を来たすことが考えられる。このため、そのような負荷に対処すべく負荷の程度を検知することが求められている。
【０００７】
そこで本発明の目的とするところは、内視鏡が体腔に挿入される部位に加わる負荷及び内視鏡端部の臓器への接触を検知することができる内視鏡保持装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の内視鏡保持装置は、内視鏡下手術において患者の体腔に挿入される内視鏡を保持するための内視鏡保持装置であって、手術台に近接して位置調節自在に配置され、患者の患部上方付近に内視鏡の先端を臨ませ得るアームと、該アームの前端部に配設され、前記内視鏡が体腔に挿入される部位を中心として、平面上の円弧を描いて左右方向に移動可能な第１保持部と、該第１保持部に配設され、前記内視鏡の体腔挿入部位を中心として、垂直面上の円弧を描いて上下方向に移動可能な第２保持部と、該第２保持部に配設され、前記内視鏡の体腔挿入部位を通過点とする斜め前後方向に移動可能な第３保持部とからなり、前記内視鏡は、第３保持部に対しコイル状炭素繊維を含有する触覚センサを介し前記斜め前後方向の軸線に沿って移動可能に保持されるよう構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明の内視鏡保持装置は、請求項１に記載の発明において、前記第３保持部には、水平軸を中心として回転するナックル部が支持され、該ナックル部には垂直軸を中心として回転するホルダー部が支持されると共に、該ホルダー部には触覚センサを介して内視鏡が保持されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明の内視鏡保持装置は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記触覚センサは、コイル状炭素繊維が樹脂又はゴムに分散されて形成され、いずれの方向から受けた力も検知可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明の内視鏡保持装置は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記ホルダー部は、ナックル部にボールプランジャーを介して支持されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１に記載の発明の内視鏡保持装置では、内視鏡は第３保持部に対しコイル状炭素繊維を含有する触覚センサを介し斜め前後方向の軸線に沿って移動可能に保持されている。このため、内視鏡の設定において左右方向、上下方向又は斜め前後方向のいずれかの方向でずれが生じたときや、内視鏡の端部が臓器に接触したときには、内視鏡の斜め前方への移動に際し、内視鏡が体腔に挿入される部位或いは臓器に負荷が与えられると同時に、第３保持部の触覚センサにも応力が与えられ、その応力がコイル状炭素繊維を含有する触覚センサに検知される。従って、内視鏡が体腔に挿入される部位に加わる負荷及び内視鏡端部の臓器への接触を検知することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明の内視鏡保持装置では、第３保持部には、水平軸を中心として回転するナックル部が支持され、該ナックル部には垂直軸を中心として回転するホルダー部が支持されると共に、該ホルダー部には触覚センサを介して内視鏡が保持されている。このため、内視鏡は水平軸及び垂直軸を中心にして回転が可能である。従って、請求項１に係る発明の効果に加えて、内視鏡が体腔に挿入される部位に加わる負荷を軽減することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明の内視鏡保持装置では、触覚センサはコイル状炭素繊維が樹脂又はゴムに分散されて形成され、いずれの方向から受けた力も検知可能に構成されていることから、請求項１又は請求項２に係る発明の効果に加えて、全方向に加えられる負荷に対応することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明の内視鏡保持装置においては、ホルダー部がナックル部にボールプランジャーを介して支持されていることから、ホルダー部にボールプランジャーで支持可能な負荷以上の負荷が加わったときにはホルダー部がナックル部から外れるようになっている。従って、請求項２又は請求項３に係る発明の効果に加えて、ナックル部から内視鏡を支持するホルダー部の支持を解除することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の最良と思われる実施形態につき、図面を用いて詳細に説明する。
（内視鏡保持装置の全体構成）
図１０に示すように、内視鏡１１を用いる手術は、手術台１２に仰臥している患者１３の体腔に、小型のＣＣＤカメラが組み込まれた内視鏡１１を挿入し、該内視鏡１１により得られる内臓諸器官の映像をディスプレー１４に映し出すと共に、手術台１２の側部に位置する術者１５が該ディスプレー１４上の映像を視認しながら行なわれる。この手術に当っては、助手１６が術者１５を補助しながら進められる。内視鏡１１による手術に際しては、患部に内視鏡１１を挿通させるに必要な最小限の切開を行ない、その開口に挿入されたカニューレ１７を介して内視鏡１１を差し込み、また炭酸ガスを必要量注入して体腔を膨満させることで内視鏡１１の視野及び動きの自由が確保される。また、患部の近傍位置には、別の開口に挿入されたカニューレ１７に鉗子１８などが差し込まれる。
【００１７】
係る手術においては、手術が終了するまで内視鏡１１が本実施形態の内視鏡保持装置１０によって保持され、また内視鏡保持装置１０により、手術の進行に伴なう術者１５の指示に即応して内視鏡１１が患部の前後、左右、上下の各方向、又はこれらの合成方向に適宜移動される。
【００１８】
図６、図７及び図９に示すように、内視鏡保持装置１０は、手術台１２の傍らに設置されたアーム１９に取付けられている。すなわちアーム１９は、手術台１２に近接する所要の位置に立設された直立支柱２０と、該直立支柱２０の上部に枢支されて所要中心角で水平に旋回可能な第１アーム２１と、該第１アーム２１に枢支されて所要中心角で水平に旋回可能な第２アーム２２とから構成されている。図７及び図８に示すように、前記直立支柱２０は、その側部に設けられたラック２３にピニオンギヤ２４が噛合し、そのピニオンギヤ２４にはモータ２５が接続され、該モータ２５によるピニオンギヤ２４の回転駆動が直立支柱２０の上下運動に変換される。これにより前記第２アーム２２に取付けられた内視鏡保持装置１０は、患者１３の患部との間に所要の高さを設定することができる。なお、直立支柱２０は第１アーム２１を、第１アーム２１は第２アーム２２を、各関節機構により回動角度の調節自在に枢支するようになっているが、モータ等のアクチュエータによる制御的な積極駆動は与えられていない。すなわちアーム１９は、水平関節系のマニュピレータ形式にはなっていない。
【００１９】
図６及び図７に示すように、内視鏡保持装置１０は、第１保持部２６、第２保持部２７及び第３保持部２８とにより構成されている。第１保持部２６は、内視鏡１１が体腔に挿入される部位、すなわち体腔挿入部位Ｐを中心として、水平面上の円弧を描く左右方向の動きを行なう。第２保持部２７は、内視鏡１１の体腔挿入部位Ｐを中心として、垂直面上の円弧を描いて上下方向の動きを行なう。第３保持部２８は、内視鏡１１の体腔挿入部位Ｐを通過点とする斜め前後方向の動きを行なう。そして、内視鏡１１は斜め前後方向の軸線に沿うように第３保持部２８に保持されている。
（第１保持部２６の構成）
図４及び図５に示すように、第１保持部２６は、前記第２アーム２２の先端近傍に枢着ピン２９を介して略水平に枢支された第１円弧板３０と、この第１円弧板３０上の第１レール３１に案内されて制御下に円弧状の左右移動を行なう第１スライダ３２とから構成されている。ここで第１円弧板３０は、体腔挿入部位Ｐを中心とする平面上の円弧を描く板体であって、その半径は実際に使用される内視鏡１１の長さに応じて適宜の寸法に設定される。また、第１円弧板３０の円弧長は、これに搭載されて左右の円弧状移動を行なう第１スライダ３２に要求される移動量に依存し、本実施形態では円弧角が略１００°となるよう設定されている。
【００２０】
第１円弧板３０は、内周部に円弧状の第１レール３１が突設されると共に、外周部に円弧状のギヤ列からなる円弧状ラック３３を備えている。そして、第１スライダ３２は、第１レール３１を跨いで該第１レール３１に案内されつつ移動可能なサドル部３４を備えている。すなわち、第１スライダ３２はサドル部３４を介して第１円弧板３０上に支持され、第１レール３１に沿って円弧状の左右移動を行なうようになっている。また、第１スライダ３２は水平に延びるブラケット３５を備え、このブラケット３５の所要箇所に第１モータ３６が倒立配置されている。係る第１モータ３６の回転軸には第１ピニオンギヤ３７が設けられ、該第１ピニオンギヤ３７は前記円弧状ラック３３と噛合している。従って、図示しない制御装置からの指令により第１モータ３６を正逆回転させることにより、第１ピニオンギヤ３７も正逆回転し、第１円弧板３０の円弧状ラック３３及び第１レール３１を介して第１スライダ３２に体腔挿入部位Ｐを中心とする平面上の左右円弧移動を付与するように構成されている（図６の二点鎖線）。
（第２保持部２７の構成）
図４及び図５に示すように、第２保持部２７は、前記第１保持部２６における第１スライダ３２の上面に直立的に配設される第２円弧板３８と、該第２円弧板３８上を案内されつつ遠隔制御下に上下への円弧移動を行なう第２スライダ３９とから構成されている。ここで、第２円弧板３８は内視鏡１１の体腔挿入部位Ｐを中心とする垂直面上の円弧を描く板体であり、その半径は内視鏡１１の長さに応じて適宜の寸法に設定される。また、第２円弧板３８の円弧長はこれに搭載されて上下の円弧状移動を行なう第２スライダ３９に要求される移動量に依存し、本実施形態では略１００°の円弧角となるように設定されている。
【００２１】
第２円弧板３８は、その内側の円弧状側面に第２レール４０が突設されると共に、外側の円弧状側面に円弧状のギヤ列からなる円弧状ラック４１を備えている。そして、第２スライダ３９は、第２レール４０を跨いで該第２レール４０に案内されるサドル部４３を備えている。すなわち、第２スライダ３９はサドル部４３を介して第２円弧板３８に搭載され、第２レール４０に沿って円弧状の上下移動を行なうようになっている。また、第２スライダ３９は鉤状のブラケット４４を備え、該ブラケット４４の所要箇所に第２モータ４５が水平に配置されている。この第２モータ４５の回転軸には第２ピニオンギヤ４６が設けられ、該第２ピニオンギヤ４６は前記円弧状ラック４１と噛合している。従って、制御装置からの指令により第２モータ４５を正逆回転させれば、第２ピニオンギヤ４６も正逆回転し、円弧状ラック４１を介して第２スライダ３９に体腔挿入部位Ｐを中心とする垂直面上の上下円弧移動を付与するように構成されている（図７の二点鎖線）。
（第３保持部３８の構成）
図４に示すように、前記第２スライダ３９には一対の保持ピン４８が突設されている。これら一対の保持ピン４８には、該保持ピン４８が挿通されるガイド孔４９を有するリニアスライダ５０が前後動可能に保持されている。
【００２２】
図１〜３に示すように、リニアスライダ５０の底面には直線状ラック５１が設けられ、第３モータ５２（図６参照）によって回転するピニオンギヤ５３が噛合され、一対の保持ピン４８に支持された状態で斜め前後方向に移動可能に構成されている。リニアスライダ５０の前端部には、水平軸としての支持軸５４が支持され、該支持軸５４を中心にして回転可能に構成された逆コの字状をなすナックル部５５が支持されている。ナックル部５５の開口端部には、上下一対の雌ねじ孔５６が形成され、一対の垂直軸を構成するボールプランジャー５７が螺入されるようになっている。
【００２３】
図２に示すように、内視鏡１１を保持するためのホルダー部５８の中心部には円孔５９が貫通形成され、該円孔５９には断面Ｔ字状をなすパイプサポート６０がその外周に円筒状の触覚センサ６１を介装した状態で装着されている。パイプサポート６０の中心には貫通孔６２が形成され、その貫通孔６２には円筒状の内視鏡１１が挿通されている。図３に示すように、ホルダー部５８の上下両面の中央部には円錐状の支持穴６３が穿設され、前記ナックル部５５の雌ねじ孔５６に螺合されたボールプランジャー５７のボール６４が支持されるようになっている。そして、このボールプランジャー５７によりホルダー部５８がナックル部５５に対して垂直軸を中心として回転可能に構成されている。従って、ホルダー部５８さらには内視鏡１１は、水平軸及び垂直軸の回りに回転でき、内視鏡１１が斜め前後方向以外の応力を受けたときにその応力に追従できるようになっている。
【００２４】
前記触覚センサ６１は、コイル状炭素繊維を含有するセンサ素子により構成され、好ましくはコイル状炭素繊維がマトリックスとしての樹脂又はゴムに分散されて形成され、いずれの方向から受けた応力も検知可能に構成されている。センサ素子は、単層又は２層、３層等の複数の層が積層されて構成されている。積層構造の場合、各層はマトリックスの種類、硬度等、又はコイル状炭素繊維の種類、含有量等が異なるように構成され、各層の相乗的作用によって触覚センサ６１の検知感度を高め、広範囲にわたる触圧（応力）を検知することが可能となる。
【００２５】
この触覚センサ６１は、前記センサ素子と、基準信号を発振する発振回路と、検知手段及び信号調整手段としての移相部と、検知手段としての検波部とを備えている。発振回路はセンサドライバ回路を介してセンサ素子に接続され、センサ素子は移相部を介して検波部に接続されている。
【００２６】
そして、センサ素子に加わる応力の微小な変化により、センサ素子のインダクタンス（Ｌ）、静電容量（Ｃ、キャパシタンス）及び電気抵抗（Ｒ、レジスタンス）が変化し、その変化によりセンサ出力信号が変化する。センサ出力信号の変化は、検波部における直交検波により検知される。このため、インダクタンス、静電容量及び電気抵抗の変化傾向や変化量が求められる。従って、触覚センサ６１により、センサ素子に加わる応力の微小な変化を検知することができる。
【００２７】
前記マトリックスは誘電体であって静電容量（Ｃ）を有し、コンデンサとして作用する。マトリックスとしての樹脂としては、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、スチレンと熱可塑性エラストマーとの共重合樹脂等が用いられる。ゴムとしては、シリコーンゴム、ウレタンゴム等が用いられる。マトリックスの硬さは触覚センサ６１の感度を向上させる上で重要であり、マトリックスとして弾性力の優れたシリコーン樹脂、シリコーンゴム等を用いた場合には、微小な触圧でも伸縮してその触圧を高感度で検知することができる。一方、硬いシリコーン樹脂、ウレタン樹脂、スチレンと熱可塑性エラストマーとの共重合樹脂等を用いた場合には、大きな触圧でないと伸縮せず、触覚センサ素子の感度は低いが、幅広い触圧範囲を検知することができる。
【００２８】
具体的には、マトリックスの硬さはＪＩＳ Ａ硬度（ＪＩＳ Ｋ６３０１）で１０〜１００が好ましく、１５〜５０がより好ましい。ＪＩＳ Ａ硬度で１０未満の場合には、マトリックスが軟らかくなり過ぎて、ノイズの検出が大きくなって好ましくない。一方、ＪＩＳ Ａ硬度が１００を越える場合には、マトリックスが硬くなり過ぎて、触圧の伝播性が悪く、検知感度が低下する。
【００２９】
前記コイル状炭素繊維としては一重巻きのコイル状炭素繊維、二重巻きのコイル状炭素繊維、超弾性コイル又はそれらの混合物等が用いられる。コイル状炭素繊維は伸縮性（弾力性）があり、その伸縮により電気特性であるインダクタンス（Ｌ）、静電容量（Ｃ）及び電気抵抗（Ｒ）が変化するため、それらの変化量に基づいて触圧を検知することができる。例えば、コイル状炭素繊維を伸ばすと上記Ｌ、Ｃ及びＲが増加し、収縮させるとＬ、Ｃ及びＲが減少する。具体的には、コイル状炭素繊維を４ｍｍ伸ばすと、Ｌは０．１ｍＨ増加し、Ｃは６００ｐＦ増加し、Ｒは４．５ｋΩ増加する。そして、コイル状炭素繊維を収縮させて元の長さに戻すと、Ｌ、Ｃ及びＲは元の値まで再現性良く戻る。コイル状炭素繊維をマトリックス中に分散させたときには、外部から触圧が加わったとき、まずマトリックスが伸縮し、次いでコイル状炭素繊維が伸縮するため、マトリックスを介してコイル状炭素繊維に加わる触圧に基づいて前記Ｌ、Ｃ及びＲの値が変化する。
【００３０】
一重巻きのコイル状炭素繊維は、１本のコイルの直径が０．０１〜５０μｍ、コイルのピッチが０．０１〜１０μｍ及びコイルの長さが０．１〜１０ｍｍとなるように構成されている。製造の容易性等の観点から、コイルの直径は０．１〜１０μｍであることが好ましく、ピッチは０．１〜１０μｍであることが好ましい。このコイル状炭素繊維は、一定の太さを有するコイルが一定のピッチ（間隔）をおいて一重巻きで螺旋状に延びるように形成されている。このため、一重巻きのコイル状炭素繊維は、弾力性に優れ、あらゆる方向からの触圧に対して容易に変形し、従ってあらゆる方向からの触圧を高感度で検知することができる。
【００３１】
一方、二重巻きのコイル状炭素繊維の場合には、２本のコイルが交互に密接した状態で螺旋状に延び、従って全体としてほぼ円筒状をなし、中心には空洞が形成されている。二重巻きのコイル状炭素繊維は、直径が０．０１〜５０μｍ、ピッチがほぼ０及び長さが０．１〜１０ｍｍとなるように構成されている。二重巻きのコイル状炭素繊維は弾力性が乏しく、触圧を受けたときに変位しにくいという性質がある。
【００３２】
また、超弾性コイルはコイルの直径が大きく、線径が小さいものをいい、弾力性がより大きいコイルのことをいう。具体的には、超弾性コイルは、コイルの直径が５〜５０μｍ、コイルのピッチが０．１〜１０μｍ及びコイルの長さが０．３〜５ｍｍとなるように構成されている。なお、コイル状炭素繊維の巻き方向は、コイルの軸線を中心として時計方向（右巻き）又は反時計方向（左巻き）のいずれであってもよい。
【００３３】
コイル状炭素繊維の含有量は、マトリックス中に０．１〜５０質量％であることが好ましく、１〜１０質量％であることがより好ましい。この含有量が０．１質量％未満の場合には、マトリックス中におけるコイル状炭素繊維の割合が少なく、コイル状炭素繊維に基づく触覚センサ６１の感度が低下する。その一方、含有量が５０質量％を越える場合には、マトリックス中におけるコイル状炭素繊維の割合が多くなり過ぎて硬くなり、触覚センサ６１の感度が低下すると共に、成形性等も悪くなる傾向を示す。
【００３４】
前記マトリックスにコイル状炭素繊維を分散させる方法としては、次のような方法が採用される。
１）マトリックスにコイル状炭素繊維を添加し、撹拌して均一に分散させた後、脱泡し、鋳型に流し込み、その後プレス成形する方法。この方法は、マトリックスとしてシリコーン樹脂を用いる場合等に採用される。
【００３５】
２）マトリックスのペレットに可塑剤を添加した後、加熱溶融し、それにコイル状炭素繊維を添加し、撹拌して均一に分散させた後、鋳型に流し込み、加圧した後、冷却、固化する方法。この方法は、マトリックスとしてスチレンと熱可塑性エラストマーとの共重合樹脂を用いる場合等に採用される。
【００３６】
３）マトリックスを加熱溶融し、それにコイル状炭素繊維を添加し、撹拌して均一に分散させた後、鋳型に流し込み、加圧した後、冷却、固化する方法。この方法は、マトリックスとしてゲル樹脂を用いる場合等に採用される。
【００３７】
前記マトリックスにコイル状炭素繊維が配合されて形成された触覚センサ６１においては、外部から応力を受けると、マトリックスが伸縮して静電容量（Ｃ）が変化すると共に、コイル状炭素繊維が伸縮してインダクタンス（Ｌ）、静電容量（Ｃ）及び電気抵抗（Ｒ）が変化する。そして、両者が共振的に共鳴し、触覚センサ６１全体の電気特性が著しく変化して外部からの応力を検知することができる。
【００３８】
この場合、触覚センサ６１のマトリックスは静電容量（Ｃ）成分として作用し、コイル状炭素繊維はＬＣＲ共振回路として作用し、従って機械力学的変動が電気的変動に変換される。このため、ＬＣＲ共振回路の電圧等が変動し、その変動がＬＣＲ測定装置で測定される。このとき、コイル状炭素繊維がマトリックスを介して複合共振的に機能する。よって、触覚センサ６１は、微小な応力の変化を十分に検知することができると共に、広範囲にわたる触圧を検知することができる。
【００３９】
前記第１保持部２６に左右方向に移動する自由度を与える第１モータ３６、第２保持部２７に垂直面上の円弧を描いて上下方向に移動する自由度を与える第２モータ４５及び第３保持部２８に斜め前後方向に移動する自由度を与える第３モータ５２は、何れも図示しない電源及び制御装置に接続されている。また、内視鏡１１はケーブルを介してディスプレー１４に接続され、内視鏡１１により得られた内臓諸器官の映像は、モニター画面に映し出される。そして、内視鏡下手術に際し術者１５による指示は、ハンド操作やフット操作その他音声操作等によって、前記制御装置を介して第１モータ３６、第２モータ４５及び第３モータ５２に与えられるようになっている。
（実施形態の作用）
次に、本実施形態に係る内視鏡保持装置を使用する場合の作用について説明する。
【００４０】
さて、内視鏡１１を使用して手術を行う際には、手術台１２上の患者１３の例えば腹部に内視鏡１１や鉗子１８を挿入するのに必要な切開を行ない、切開部の一つにカニューレ１７を介して内視鏡１１を挿入する。そして、内視鏡１１を介してディスプレー１４に映し出された腹腔中の映像を、術者１５が視覚で確認しつつ助手１６に指示を行なうことで、制御装置を介して第１モータ３６、第２モータ４５及び第３モータ５２が単独で又は同期的に駆動され、第１保持部２６、第２保持部２７及び第３保持部２８に所期の動作が付与される。
【００４１】
すなわち、第１モータ３６が作動されると、第１保持部２６は体腔挿入部位Ｐを中心として平面上の円弧を描いて左右方向に移動する。また、第２モータ４５が作動されると、第２保持部２７は体腔挿入部位Ｐを中心として垂直面上の円弧を描いて上下方向に移動する。さらに、第３モータ５２が作動されると、第３保持部２８は体腔挿入部位Ｐを通過点として斜め前後方向に前進移動又は後退移動する。
【００４２】
従って、第１保持部２６、第２保持部２７及び第３保持部２８における各動きを合成した動きは、そのまま内視鏡１１に左右、上下及び斜め前後方向の合成運動として与えられる。この場合、内視鏡１１は第３保持部２８におけるホルダー部５８に対しコイル状炭素繊維を含有する触覚センサ６１を介して保持されている。このため、内視鏡１１の動作設定において左右方向、上下方向又は斜め前後方向のいずれかの方向でずれが生じたときには、内視鏡１１の斜め前方への移動に際し、体腔挿入部位Ｐに負荷が加えられると同時に、内視鏡１１を経て触覚センサ６１にも応力が加えられる。
【００４３】
触覚センサ６１に加えられた応力は、触覚センサ６１のマトリックスに伝播されマトリックスが伸縮して静電容量（Ｃ）が変化すると共に、マトリックス中のコイル状炭素繊維が伸縮してインダクタンス（Ｌ）、静電容量（Ｃ）及び電気抵抗（Ｒ）が変化する。その結果、マトリックス及びコイル状炭素繊維が共振的に作用し、触覚センサ６１全体の電気特性が顕著に変動して前記応力が検知される。そして、触覚センサ６１によって検知された信号が制御装置に伝達され、第３モータ５２が停止されて内視鏡１１の移動が止められる。前記応力が過剰な場合には、ナックル部５５に対してボールプランジャー５７で支持されているホルダー部５８が内視鏡１１と共にナックル部５５から外れて落下する。
（実施形態の効果のまとめ）
以上の実施形態によって発揮される効果について、以下にまとめて記載する。
【００４４】
・ 実施形態の内視鏡保持装置１０では、内視鏡１１は第３保持部２８に対しコイル状炭素繊維を含有する触覚センサ６１を介し前記斜め前後方向の軸線に沿って移動可能に保持されている。従って、内視鏡１１が体腔挿入部位Ｐに加わる負荷及び内視鏡１１の端部が臓器に接触した場合の負荷を触覚センサ６１により検知することができる。よって、触覚センサ６１で検知された信号に基づき、制御装置にて第３モータ５２を停止することができる。その結果、手術中に不測の原因により内視鏡１１と患部との間に無理な力が生じた場合や、内視鏡１１の端部が臓器に接触した場合でも、患部を損なうことがない。
【００４５】
・ 前記第３保持部２８には、水平軸を中心に回転するナックル部５５が支持され、該ナックル部５５には垂直軸を中心に回転するホルダー部５８が支持されると共に、該ホルダー部５８には触覚センサ６１を介して内視鏡１１が保持されている。このため、内視鏡１１は水平軸及び垂直軸を中心にして回転が可能である。従って、内視鏡１１が体腔挿入部位Ｐに加わる負荷を軽減することができる。
【００４６】
・ 前記触覚センサ６１はコイル状炭素繊維が樹脂又はゴムに分散されて形成され、いずれの方向から受けた力も検知可能に構成されていることから、全方向からの負荷に対応することができる。
【００４７】
・ 前記ホルダー部５８がナックル部５５にボールプランジャー５７を介して支持されていることから、ホルダー部５８にボールプランジャー５７で支持可能な負荷以上の負荷が加わったときにはホルダー部５８がナックル部５５から外れるようになっている。従って、ナックル部５５から内視鏡１１を支持するホルダー部５８の支持を解除することができ、内視鏡１１をホルダー部５８と共に落下させることができる。
【００４８】
なお、前記実施形態は、次のように変更して実施することも可能である。
・ 触覚センサ６１を、ボールプランジャー５７によるホルダー部５８の支持部や支持軸５４によるナックル部５５の支持部に設けることができる。
【００４９】
・ また、触覚センサ６１を、内視鏡１１とパイプサポート６０との間に設けることも可能である。
・ さらに、触覚センサ６１を複数箇所に設け、応力の検知感度を高めるように構成することもできる。
【００５０】
・ 前記直立支柱２０のピニオンギヤ２４にはウォームとウォームギヤとを噛合させ、直立支柱２０が設定された高さから下降しないように構成することもできる。
・ 前記アーム１９には、アーム１９を斜め上下方向に傾斜させる角度調整機構を設けることも可能である。
【００５１】
・ 前記コイル状炭素繊維の表面には、導電性を高めるために、金、銅等の金属薄膜を形成し、触覚センサ６１の感度及び安定性を向上させるように構成することができる。また、マトリックス中には、コイル状炭素繊維以外に気相成長繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノファイバー、炭素粉末、金属粉末、誘電体粉末、圧電体粉末等を配合することもできる。
【００５２】
・ 第３保持部２８に保持される内視鏡１１を、ギヤの噛合関係により、斜め前後方向の軸線を中心に周方向に回動角度の調節自在に回転させ得るように構成することもできる。
【００５３】
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
(1) 前記第３保持部は、第２保持部に配設されて前記斜め下方に前進移動及び後退移動が可能なリニアスライダにより構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内視鏡保持装置。このように構成した場合、請求項１から請求項４のいずれかに係る発明の効果に加えて、第３保持部の構成を簡単にすることができる。
【００５４】
(2) 前記リニアスライダは、その長手方向の一側面に直線状ラックを備え、前記第２保持部に配設されたモータ駆動の第３ピニオンギヤが前記直線状ラックに噛合され、リニアスライダを斜め前後方向に移動させるように構成することを特徴とする上記技術的思想(1)に記載の内視鏡保持装置。このように構成した場合、技術的思想(1)に係る発明の効果に加えて、リニアスライダの移動を安定した状態で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態における内視鏡保持装置の第３保持部を示す分解斜視図。
【図２】内視鏡保持装置における内視鏡を保持する部分を一部破断して示す正面図。
【図３】内視鏡保持装置における内視鏡を保持する部分を示す部分側断面図。
【図４】内視鏡保持装置における内視鏡を保持する部分を一部破断して示す部分平面図。
【図５】内視鏡保持装置における内視鏡を保持する部分を一部破断して示す部分正面図。
【図６】内視鏡保持装置の全体を示す平面図。
【図７】内視鏡保持装置の全体を示す正面図。
【図８】内視鏡保持装置の直立支柱の部分を示す部分平面図。
【図９】内視鏡保持装置の全体を示す斜視図。
【図１０】内視鏡保持装置に保持された内視鏡を用いて手術を行う状態を示す平面図。
【符号の説明】
【００５６】
１０…内視鏡保持装置、１１…内視鏡、１２…手術台、１３…患者、１９…アーム、２６…第１保持部、２７…第２保持部、２８…第３保持部、５４…水平軸としての支持軸、５５…ナックル部、５７…垂直軸としてのボールプランジャー、５８…ホルダー部、６１…触覚センサ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡を用いた手術において内視鏡が患者の体腔及び臓器に加わる負荷を検知することができる内視鏡保持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
患者の内臓諸器官に疾患がある場合には、患部の部位に応じて腹腔や胸腔（以下、体腔という）を切開して手術を行なうことになる。このような手術を行う場合には、患者の負担を軽減させるために内視鏡下手術が実施されている。この内視鏡下手術は、例えば手術台に仰臥している患者の体腔に、先端に小型のＣＣＤカメラを組み込んだ内視鏡を挿入し、該内視鏡により得られる内臓諸器官の映像をディスプレーに映し出すと共に、術者は該ディスプレー上の映像を直接視認しながら手術を行なうものである。すなわち、内視鏡下手術に際しては、患部に内視鏡を挿通させるに必要な最小限の切開を行ない、その開口に挿入したカニューレ（スリーブ状の挿管）を介して前記内視鏡を差し込み、また炭酸ガスを必要量注入して体腔を膨満させることで内視鏡の視野及び動きの自由が確保される。
【０００３】
内視鏡下手術は、患者の体腔に内視鏡、鉗子、メス等の手術具を各々挿入するのに必要な小さい切開部（５箇所程度）を設けるだけで済み、創部の疼痛の低さ（非侵襲性）や、入院から日常生活への復帰の早さ等の点で優位性が大きく、今後の外科治療の本流になると予想されている。その反面、細長い内視鏡や鉗子類の精密な操作を要する手術であるため、大開腹手術に比べて手術時間が長くなる傾向がある。このように内視鏡下手術では一般に手術時間が長くなるが、前述の如く助手は内視鏡を手術時間中ずっと手で保持していなければならない。
【０００４】
また、内視鏡保持者は、手術の進行に伴なう術者の指示に即応して、該内視鏡を患部の前後、左右、上下の各方向（又はこれらの合成方向）に移動させる必要がある。このときの内視鏡の移動も手操作により行なわれる。そこで助手が手で内視鏡を保持する作業を機械的な保持に置き換える試みが既になされ、自動内視鏡システムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。すなわち、内視鏡や手術器具を複数の関節を備えたロボットアームで保持するものである。各々の関節には回転式アクチュエータが設けられ、各アクチュエータを駆動操作することで該アームを術者の希望する箇所へ移動させ得るようになっている。
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の自動内視鏡システムは、水平多関節系のマニュピレータであるため、マニュピレータを動作させて内視鏡の位置を変化させると、ディスプレー上の映像に揺れが生じると共に、各関節に設けたアクチュエータによって水平多関節運動を行うものであるためその構成が複雑であるという問題があった。そのような問題を解消すべく、本願出願人は内視鏡保持装置について既に提案を行っている（例えば、特許文献２を参照）。すなわち、係る内視鏡保持装置は、内視鏡が体腔に挿入される部位を中心として左右方向に移動可能な第１保持部と、体腔に挿入される部位を中心として上下方向に移動可能な第２保持部と、体腔に挿入される部位を通過点とする斜め前後方向に移動可能な第３保持部とを備え、内視鏡は第３保持部に保持されている。そして、内視鏡は左右方向、上下方向及び斜め前後方向に移動可能に構成されている。
【特許文献１】特許第３２９８０１３号公報（第３頁、第４頁、第１図、第２図及び第１４図）
【特許文献２】特開２００４−１２９９５６号公報（第２頁及び第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、前記の特許文献２に記載されている内視鏡保持装置は、３次元方向に自由に移動できるように構成されているが、左右方向、上下方向又は斜め前後方向のいずれかの設定にずれが生じたときには、内視鏡の方向が目標位置に対してずれる結果を招く。その場合には、内視鏡が体腔に挿入される部位に予想外の負荷を与えることとなる。その負荷が小さい場合には内視鏡を用いた手術に支障を来たすことはないが、その負荷の程度によっては内視鏡による手術に支障を来たすことが考えられる。このため、そのような負荷に対処すべく負荷の程度を検知することが求められている。
【０００７】
そこで本発明の目的とするところは、内視鏡が体腔に挿入される部位に加わる負荷及び内視鏡端部の臓器への接触を検知することができる内視鏡保持装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の内視鏡保持装置は、内視鏡下手術において患者の体腔に挿入される内視鏡を保持するための内視鏡保持装置であって、手術台に近接して位置調節自在に配置され、患者の患部上方付近に内視鏡の先端を臨ませ得るアームと、該アームの前端部に配設され、前記内視鏡が体腔に挿入される部位を中心として、平面上の円弧を描いて左右方向に移動可能な第１保持部と、該第１保持部に配設され、前記内視鏡の体腔挿入部位を中心として、垂直面上の円弧を描いて上下方向に移動可能な第２保持部と、該第２保持部に配設され、前記内視鏡の体腔挿入部位を通過点とする斜め前後方向に移動可能な第３保持部とからなり、前記内視鏡は、第３保持部に対しコイル状炭素繊維を含有する触覚センサを介し前記斜め前後方向の軸線に沿って移動可能に保持されるよう構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明の内視鏡保持装置は、請求項１に記載の発明において、前記第３保持部には、水平軸を中心として回転するナックル部が支持され、該ナックル部には垂直軸を中心として回転するホルダー部が支持されると共に、該ホルダー部には触覚センサを介して内視鏡が保持されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明の内視鏡保持装置は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記触覚センサは、コイル状炭素繊維が樹脂又はゴムに分散されて形成され、いずれの方向から受けた力も検知可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明の内視鏡保持装置は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記ホルダー部は、ナックル部にボールプランジャーを介して支持されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１に記載の発明の内視鏡保持装置では、内視鏡は第３保持部に対しコイル状炭素繊維を含有する触覚センサを介し斜め前後方向の軸線に沿って移動可能に保持されている。このため、内視鏡の設定において左右方向、上下方向又は斜め前後方向のいずれかの方向でずれが生じたときや、内視鏡の端部が臓器に接触したときには、内視鏡の斜め前方への移動に際し、内視鏡が体腔に挿入される部位或いは臓器に負荷が与えられると同時に、第３保持部の触覚センサにも応力が与えられ、その応力がコイル状炭素繊維を含有する触覚センサに検知される。従って、内視鏡が体腔に挿入される部位に加わる負荷及び内視鏡端部の臓器への接触を検知することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明の内視鏡保持装置では、第３保持部には、水平軸を中心として回転するナックル部が支持され、該ナックル部には垂直軸を中心として回転するホルダー部が支持されると共に、該ホルダー部には触覚センサを介して内視鏡が保持されている。このため、内視鏡は水平軸及び垂直軸を中心にして回転が可能である。従って、請求項１に係る発明の効果に加えて、内視鏡が体腔に挿入される部位に加わる負荷を軽減することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明の内視鏡保持装置では、触覚センサはコイル状炭素繊維が樹脂又はゴムに分散されて形成され、いずれの方向から受けた力も検知可能に構成されていることから、請求項１又は請求項２に係る発明の効果に加えて、全方向に加えられる負荷に対応することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明の内視鏡保持装置においては、ホルダー部がナックル部にボールプランジャーを介して支持されていることから、ホルダー部にボールプランジャーで支持可能な負荷以上の負荷が加わったときにはホルダー部がナックル部から外れるようになっている。従って、請求項２又は請求項３に係る発明の効果に加えて、ナックル部から内視鏡を支持するホルダー部の支持を解除することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の最良と思われる実施形態につき、図面を用いて詳細に説明する。
（内視鏡保持装置の全体構成）
図１０に示すように、内視鏡１１を用いる手術は、手術台１２に仰臥している患者１３の体腔に、小型のＣＣＤカメラが組み込まれた内視鏡１１を挿入し、該内視鏡１１により得られる内臓諸器官の映像をディスプレー１４に映し出すと共に、手術台１２の側部に位置する術者１５が該ディスプレー１４上の映像を視認しながら行なわれる。この手術に当っては、助手１６が術者１５を補助しながら進められる。内視鏡１１による手術に際しては、患部に内視鏡１１を挿通させるに必要な最小限の切開を行ない、その開口に挿入されたカニューレ１７を介して内視鏡１１を差し込み、また炭酸ガスを必要量注入して体腔を膨満させることで内視鏡１１の視野及び動きの自由が確保される。また、患部の近傍位置には、別の開口に挿入されたカニューレ１７に鉗子１８などが差し込まれる。
【００１７】
係る手術においては、手術が終了するまで内視鏡１１が本実施形態の内視鏡保持装置１０によって保持され、また内視鏡保持装置１０により、手術の進行に伴なう術者１５の指示に即応して内視鏡１１が患部の前後、左右、上下の各方向、又はこれらの合成方向に適宜移動される。
【００１８】
図６、図７及び図９に示すように、内視鏡保持装置１０は、手術台１２の傍らに設置されたアーム１９に取付けられている。すなわちアーム１９は、手術台１２に近接する所要の位置に立設された直立支柱２０と、該直立支柱２０の上部に枢支されて所要中心角で水平に旋回可能な第１アーム２１と、該第１アーム２１に枢支されて所要中心角で水平に旋回可能な第２アーム２２とから構成されている。図７及び図８に示すように、前記直立支柱２０は、その側部に設けられたラック２３にピニオンギヤ２４が噛合し、そのピニオンギヤ２４にはモータ２５が接続され、該モータ２５によるピニオンギヤ２４の回転駆動が直立支柱２０の上下運動に変換される。これにより前記第２アーム２２に取付けられた内視鏡保持装置１０は、患者１３の患部との間に所要の高さを設定することができる。なお、直立支柱２０は第１アーム２１を、第１アーム２１は第２アーム２２を、各関節機構により回動角度の調節自在に枢支するようになっているが、モータ等のアクチュエータによる制御的な積極駆動は与えられていない。すなわちアーム１９は、水平関節系のマニュピレータ形式にはなっていない。
【００１９】
図６及び図７に示すように、内視鏡保持装置１０は、第１保持部２６、第２保持部２７及び第３保持部２８とにより構成されている。第１保持部２６は、内視鏡１１が体腔に挿入される部位、すなわち体腔挿入部位Ｐを中心として、水平面上の円弧を描く左右方向の動きを行なう。第２保持部２７は、内視鏡１１の体腔挿入部位Ｐを中心として、垂直面上の円弧を描いて上下方向の動きを行なう。第３保持部２８は、内視鏡１１の体腔挿入部位Ｐを通過点とする斜め前後方向の動きを行なう。そして、内視鏡１１は斜め前後方向の軸線に沿うように第３保持部２８に保持されている。
（第１保持部２６の構成）
図４及び図５に示すように、第１保持部２６は、前記第２アーム２２の先端近傍に枢着ピン２９を介して略水平に枢支された第１円弧板３０と、この第１円弧板３０上の第１レール３１に案内されて制御下に円弧状の左右移動を行なう第１スライダ３２とから構成されている。ここで第１円弧板３０は、体腔挿入部位Ｐを中心とする平面上の円弧を描く板体であって、その半径は実際に使用される内視鏡１１の長さに応じて適宜の寸法に設定される。また、第１円弧板３０の円弧長は、これに搭載されて左右の円弧状移動を行なう第１スライダ３２に要求される移動量に依存し、本実施形態では円弧角が略１００°となるよう設定されている。
【００２０】
第１円弧板３０は、内周部に円弧状の第１レール３１が突設されると共に、外周部に円弧状のギヤ列からなる円弧状ラック３３を備えている。そして、第１スライダ３２は、第１レール３１を跨いで該第１レール３１に案内されつつ移動可能なサドル部３４を備えている。すなわち、第１スライダ３２はサドル部３４を介して第１円弧板３０上に支持され、第１レール３１に沿って円弧状の左右移動を行なうようになっている。また、第１スライダ３２は水平に延びるブラケット３５を備え、このブラケット３５の所要箇所に第１モータ３６が倒立配置されている。係る第１モータ３６の回転軸には第１ピニオンギヤ３７が設けられ、該第１ピニオンギヤ３７は前記円弧状ラック３３と噛合している。従って、図示しない制御装置からの指令により第１モータ３６を正逆回転させることにより、第１ピニオンギヤ３７も正逆回転し、第１円弧板３０の円弧状ラック３３及び第１レール３１を介して第１スライダ３２に体腔挿入部位Ｐを中心とする平面上の左右円弧移動を付与するように構成されている（図６の二点鎖線）。
（第２保持部２７の構成）
図４及び図５に示すように、第２保持部２７は、前記第１保持部２６における第１スライダ３２の上面に直立的に配設される第２円弧板３８と、該第２円弧板３８上を案内されつつ遠隔制御下に上下への円弧移動を行なう第２スライダ３９とから構成されている。ここで、第２円弧板３８は内視鏡１１の体腔挿入部位Ｐを中心とする垂直面上の円弧を描く板体であり、その半径は内視鏡１１の長さに応じて適宜の寸法に設定される。また、第２円弧板３８の円弧長はこれに搭載されて上下の円弧状移動を行なう第２スライダ３９に要求される移動量に依存し、本実施形態では略１００°の円弧角となるように設定されている。
【００２１】
第２円弧板３８は、その内側の円弧状側面に第２レール４０が突設されると共に、外側の円弧状側面に円弧状のギヤ列からなる円弧状ラック４１を備えている。そして、第２スライダ３９は、第２レール４０を跨いで該第２レール４０に案内されるサドル部４３を備えている。すなわち、第２スライダ３９はサドル部４３を介して第２円弧板３８に搭載され、第２レール４０に沿って円弧状の上下移動を行なうようになっている。また、第２スライダ３９は鉤状のブラケット４４を備え、該ブラケット４４の所要箇所に第２モータ４５が水平に配置されている。この第２モータ４５の回転軸には第２ピニオンギヤ４６が設けられ、該第２ピニオンギヤ４６は前記円弧状ラック４１と噛合している。従って、制御装置からの指令により第２モータ４５を正逆回転させれば、第２ピニオンギヤ４６も正逆回転し、円弧状ラック４１を介して第２スライダ３９に体腔挿入部位Ｐを中心とする垂直面上の上下円弧移動を付与するように構成されている（図７の二点鎖線）。
（第３保持部３８の構成）
図４に示すように、前記第２スライダ３９には一対の保持ピン４８が突設されている。これら一対の保持ピン４８には、該保持ピン４８が挿通されるガイド孔４９を有するリニアスライダ５０が前後動可能に保持されている。
【００２２】
図１〜３に示すように、リニアスライダ５０の底面には直線状ラック５１が設けられ、第３モータ５２（図６参照）によって回転するピニオンギヤ５３が噛合され、一対の保持ピン４８に支持された状態で斜め前後方向に移動可能に構成されている。リニアスライダ５０の前端部には、水平軸としての支持軸５４が支持され、該支持軸５４を中心にして回転可能に構成された逆コの字状をなすナックル部５５が支持されている。ナックル部５５の開口端部には、上下一対の雌ねじ孔５６が形成され、一対の垂直軸を構成するボールプランジャー５７が螺入されるようになっている。
【００２３】
図２に示すように、内視鏡１１を保持するためのホルダー部５８の中心部には円孔５９が貫通形成され、該円孔５９には断面Ｔ字状をなすパイプサポート６０がその外周に円筒状の触覚センサ６１を介装した状態で装着されている。パイプサポート６０の中心には貫通孔６２が形成され、その貫通孔６２には円筒状の内視鏡１１が挿通されている。図３に示すように、ホルダー部５８の上下両面の中央部には円錐状の支持穴６３が穿設され、前記ナックル部５５の雌ねじ孔５６に螺合されたボールプランジャー５７のボール６４が支持されるようになっている。そして、このボールプランジャー５７によりホルダー部５８がナックル部５５に対して垂直軸を中心として回転可能に構成されている。従って、ホルダー部５８さらには内視鏡１１は、水平軸及び垂直軸の回りに回転でき、内視鏡１１が斜め前後方向以外の応力を受けたときにその応力に追従できるようになっている。
【００２４】
前記触覚センサ６１は、コイル状炭素繊維を含有するセンサ素子により構成され、好ましくはコイル状炭素繊維がマトリックスとしての樹脂又はゴムに分散されて形成され、いずれの方向から受けた応力も検知可能に構成されている。センサ素子は、単層又は２層、３層等の複数の層が積層されて構成されている。積層構造の場合、各層はマトリックスの種類、硬度等、又はコイル状炭素繊維の種類、含有量等が異なるように構成され、各層の相乗的作用によって触覚センサ６１の検知感度を高め、広範囲にわたる触圧（応力）を検知することが可能となる。
【００２５】
この触覚センサ６１は、前記センサ素子と、基準信号を発振する発振回路と、検知手段及び信号調整手段としての移相部と、検知手段としての検波部とを備えている。発振回路はセンサドライバ回路を介してセンサ素子に接続され、センサ素子は移相部を介して検波部に接続されている。
【００２６】
そして、センサ素子に加わる応力の微小な変化により、センサ素子のインダクタンス（Ｌ）、静電容量（Ｃ、キャパシタンス）及び電気抵抗（Ｒ、レジスタンス）が変化し、その変化によりセンサ出力信号が変化する。センサ出力信号の変化は、検波部における直交検波により検知される。このため、インダクタンス、静電容量及び電気抵抗の変化傾向や変化量が求められる。従って、触覚センサ６１により、センサ素子に加わる応力の微小な変化を検知することができる。
【００２７】
前記マトリックスは誘電体であって静電容量（Ｃ）を有し、コンデンサとして作用する。マトリックスとしての樹脂としては、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、スチレンと熱可塑性エラストマーとの共重合樹脂等が用いられる。ゴムとしては、シリコーンゴム、ウレタンゴム等が用いられる。マトリックスの硬さは触覚センサ６１の感度を向上させる上で重要であり、マトリックスとして弾性力の優れたシリコーン樹脂、シリコーンゴム等を用いた場合には、微小な触圧でも伸縮してその触圧を高感度で検知することができる。一方、硬いシリコーン樹脂、ウレタン樹脂、スチレンと熱可塑性エラストマーとの共重合樹脂等を用いた場合には、大きな触圧でないと伸縮せず、触覚センサ素子の感度は低いが、幅広い触圧範囲を検知することができる。
【００２８】
具体的には、マトリックスの硬さはＪＩＳ Ａ硬度（ＪＩＳ Ｋ６３０１）で１０〜１００が好ましく、１５〜５０がより好ましい。ＪＩＳ Ａ硬度で１０未満の場合には、マトリックスが軟らかくなり過ぎて、ノイズの検出が大きくなって好ましくない。一方、ＪＩＳ Ａ硬度が１００を越える場合には、マトリックスが硬くなり過ぎて、触圧の伝播性が悪く、検知感度が低下する。
【００２９】
前記コイル状炭素繊維としては一重巻きのコイル状炭素繊維、二重巻きのコイル状炭素繊維、超弾性コイル又はそれらの混合物等が用いられる。コイル状炭素繊維は伸縮性（弾力性）があり、その伸縮により電気特性であるインダクタンス（Ｌ）、静電容量（Ｃ）及び電気抵抗（Ｒ）が変化するため、それらの変化量に基づいて触圧を検知することができる。例えば、コイル状炭素繊維を伸ばすと上記Ｌ、Ｃ及びＲが増加し、収縮させるとＬ、Ｃ及びＲが減少する。具体的には、コイル状炭素繊維を４ｍｍ伸ばすと、Ｌは０．１ｍＨ増加し、Ｃは６００ｐＦ増加し、Ｒは４．５ｋΩ増加する。そして、コイル状炭素繊維を収縮させて元の長さに戻すと、Ｌ、Ｃ及びＲは元の値まで再現性良く戻る。コイル状炭素繊維をマトリックス中に分散させたときには、外部から触圧が加わったとき、まずマトリックスが伸縮し、次いでコイル状炭素繊維が伸縮するため、マトリックスを介してコイル状炭素繊維に加わる触圧に基づいて前記Ｌ、Ｃ及びＲの値が変化する。
【００３０】
一重巻きのコイル状炭素繊維は、１本のコイルの直径が０．０１〜５０μｍ、コイルのピッチが０．０１〜１０μｍ及びコイルの長さが０．１〜１０ｍｍとなるように構成されている。製造の容易性等の観点から、コイルの直径は０．１〜１０μｍであることが好ましく、ピッチは０．１〜１０μｍであることが好ましい。このコイル状炭素繊維は、一定の太さを有するコイルが一定のピッチ（間隔）をおいて一重巻きで螺旋状に延びるように形成されている。このため、一重巻きのコイル状炭素繊維は、弾力性に優れ、あらゆる方向からの触圧に対して容易に変形し、従ってあらゆる方向からの触圧を高感度で検知することができる。
【００３１】
一方、二重巻きのコイル状炭素繊維の場合には、２本のコイルが交互に密接した状態で螺旋状に延び、従って全体としてほぼ円筒状をなし、中心には空洞が形成されている。二重巻きのコイル状炭素繊維は、直径が０．０１〜５０μｍ、ピッチがほぼ０及び長さが０．１〜１０ｍｍとなるように構成されている。二重巻きのコイル状炭素繊維は弾力性が乏しく、触圧を受けたときに変位しにくいという性質がある。
【００３２】
また、超弾性コイルはコイルの直径が大きく、線径が小さいものをいい、弾力性がより大きいコイルのことをいう。具体的には、超弾性コイルは、コイルの直径が５〜５０μｍ、コイルのピッチが０．１〜１０μｍ及びコイルの長さが０．３〜５ｍｍとなるように構成されている。なお、コイル状炭素繊維の巻き方向は、コイルの軸線を中心として時計方向（右巻き）又は反時計方向（左巻き）のいずれであってもよい。
【００３３】
コイル状炭素繊維の含有量は、マトリックス中に０．１〜５０質量％であることが好ましく、１〜１０質量％であることがより好ましい。この含有量が０．１質量％未満の場合には、マトリックス中におけるコイル状炭素繊維の割合が少なく、コイル状炭素繊維に基づく触覚センサ６１の感度が低下する。その一方、含有量が５０質量％を越える場合には、マトリックス中におけるコイル状炭素繊維の割合が多くなり過ぎて硬くなり、触覚センサ６１の感度が低下すると共に、成形性等も悪くなる傾向を示す。
【００３４】
前記マトリックスにコイル状炭素繊維を分散させる方法としては、次のような方法が採用される。
１）マトリックスにコイル状炭素繊維を添加し、撹拌して均一に分散させた後、脱泡し、鋳型に流し込み、その後プレス成形する方法。この方法は、マトリックスとしてシリコーン樹脂を用いる場合等に採用される。
【００３５】
２）マトリックスのペレットに可塑剤を添加した後、加熱溶融し、それにコイル状炭素繊維を添加し、撹拌して均一に分散させた後、鋳型に流し込み、加圧した後、冷却、固化する方法。この方法は、マトリックスとしてスチレンと熱可塑性エラストマーとの共重合樹脂を用いる場合等に採用される。
【００３６】
３）マトリックスを加熱溶融し、それにコイル状炭素繊維を添加し、撹拌して均一に分散させた後、鋳型に流し込み、加圧した後、冷却、固化する方法。この方法は、マトリックスとしてゲル樹脂を用いる場合等に採用される。
【００３７】
前記マトリックスにコイル状炭素繊維が配合されて形成された触覚センサ６１においては、外部から応力を受けると、マトリックスが伸縮して静電容量（Ｃ）が変化すると共に、コイル状炭素繊維が伸縮してインダクタンス（Ｌ）、静電容量（Ｃ）及び電気抵抗（Ｒ）が変化する。そして、両者が共振的に共鳴し、触覚センサ６１全体の電気特性が著しく変化して外部からの応力を検知することができる。
【００３８】
この場合、触覚センサ６１のマトリックスは静電容量（Ｃ）成分として作用し、コイル状炭素繊維はＬＣＲ共振回路として作用し、従って機械力学的変動が電気的変動に変換される。このため、ＬＣＲ共振回路の電圧等が変動し、その変動がＬＣＲ測定装置で測定される。このとき、コイル状炭素繊維がマトリックスを介して複合共振的に機能する。よって、触覚センサ６１は、微小な応力の変化を十分に検知することができると共に、広範囲にわたる触圧を検知することができる。
【００３９】
前記第１保持部２６に左右方向に移動する自由度を与える第１モータ３６、第２保持部２７に垂直面上の円弧を描いて上下方向に移動する自由度を与える第２モータ４５及び第３保持部２８に斜め前後方向に移動する自由度を与える第３モータ５２は、何れも図示しない電源及び制御装置に接続されている。また、内視鏡１１はケーブルを介してディスプレー１４に接続され、内視鏡１１により得られた内臓諸器官の映像は、モニター画面に映し出される。そして、内視鏡下手術に際し術者１５による指示は、ハンド操作やフット操作その他音声操作等によって、前記制御装置を介して第１モータ３６、第２モータ４５及び第３モータ５２に与えられるようになっている。
（実施形態の作用）
次に、本実施形態に係る内視鏡保持装置を使用する場合の作用について説明する。
【００４０】
さて、内視鏡１１を使用して手術を行う際には、手術台１２上の患者１３の例えば腹部に内視鏡１１や鉗子１８を挿入するのに必要な切開を行ない、切開部の一つにカニューレ１７を介して内視鏡１１を挿入する。そして、内視鏡１１を介してディスプレー１４に映し出された腹腔中の映像を、術者１５が視覚で確認しつつ助手１６に指示を行なうことで、制御装置を介して第１モータ３６、第２モータ４５及び第３モータ５２が単独で又は同期的に駆動され、第１保持部２６、第２保持部２７及び第３保持部２８に所期の動作が付与される。
【００４１】
すなわち、第１モータ３６が作動されると、第１保持部２６は体腔挿入部位Ｐを中心として平面上の円弧を描いて左右方向に移動する。また、第２モータ４５が作動されると、第２保持部２７は体腔挿入部位Ｐを中心として垂直面上の円弧を描いて上下方向に移動する。さらに、第３モータ５２が作動されると、第３保持部２８は体腔挿入部位Ｐを通過点として斜め前後方向に前進移動又は後退移動する。
【００４２】
従って、第１保持部２６、第２保持部２７及び第３保持部２８における各動きを合成した動きは、そのまま内視鏡１１に左右、上下及び斜め前後方向の合成運動として与えられる。この場合、内視鏡１１は第３保持部２８におけるホルダー部５８に対しコイル状炭素繊維を含有する触覚センサ６１を介して保持されている。このため、内視鏡１１の動作設定において左右方向、上下方向又は斜め前後方向のいずれかの方向でずれが生じたときには、内視鏡１１の斜め前方への移動に際し、体腔挿入部位Ｐに負荷が加えられると同時に、内視鏡１１を経て触覚センサ６１にも応力が加えられる。
【００４３】
触覚センサ６１に加えられた応力は、触覚センサ６１のマトリックスに伝播されマトリックスが伸縮して静電容量（Ｃ）が変化すると共に、マトリックス中のコイル状炭素繊維が伸縮してインダクタンス（Ｌ）、静電容量（Ｃ）及び電気抵抗（Ｒ）が変化する。その結果、マトリックス及びコイル状炭素繊維が共振的に作用し、触覚センサ６１全体の電気特性が顕著に変動して前記応力が検知される。そして、触覚センサ６１によって検知された信号が制御装置に伝達され、第３モータ５２が停止されて内視鏡１１の移動が止められる。前記応力が過剰な場合には、ナックル部５５に対してボールプランジャー５７で支持されているホルダー部５８が内視鏡１１と共にナックル部５５から外れて落下する。
（実施形態の効果のまとめ）
以上の実施形態によって発揮される効果について、以下にまとめて記載する。
【００４４】
・ 実施形態の内視鏡保持装置１０では、内視鏡１１は第３保持部２８に対しコイル状炭素繊維を含有する触覚センサ６１を介し前記斜め前後方向の軸線に沿って移動可能に保持されている。従って、内視鏡１１が体腔挿入部位Ｐに加わる負荷及び内視鏡１１の端部が臓器に接触した場合の負荷を触覚センサ６１により検知することができる。よって、触覚センサ６１で検知された信号に基づき、制御装置にて第３モータ５２を停止することができる。その結果、手術中に不測の原因により内視鏡１１と患部との間に無理な力が生じた場合や、内視鏡１１の端部が臓器に接触した場合でも、患部を損なうことがない。
【００４５】
・ 前記第３保持部２８には、水平軸を中心に回転するナックル部５５が支持され、該ナックル部５５には垂直軸を中心に回転するホルダー部５８が支持されると共に、該ホルダー部５８には触覚センサ６１を介して内視鏡１１が保持されている。このため、内視鏡１１は水平軸及び垂直軸を中心にして回転が可能である。従って、内視鏡１１が体腔挿入部位Ｐに加わる負荷を軽減することができる。
【００４６】
・ 前記触覚センサ６１はコイル状炭素繊維が樹脂又はゴムに分散されて形成され、いずれの方向から受けた力も検知可能に構成されていることから、全方向からの負荷に対応することができる。
【００４７】
・ 前記ホルダー部５８がナックル部５５にボールプランジャー５７を介して支持されていることから、ホルダー部５８にボールプランジャー５７で支持可能な負荷以上の負荷が加わったときにはホルダー部５８がナックル部５５から外れるようになっている。従って、ナックル部５５から内視鏡１１を支持するホルダー部５８の支持を解除することができ、内視鏡１１をホルダー部５８と共に落下させることができる。
【００４８】
なお、前記実施形態は、次のように変更して実施することも可能である。
・ 触覚センサ６１を、ボールプランジャー５７によるホルダー部５８の支持部や支持軸５４によるナックル部５５の支持部に設けることができる。
【００４９】
・ また、触覚センサ６１を、内視鏡１１とパイプサポート６０との間に設けることも可能である。
・ さらに、触覚センサ６１を複数箇所に設け、応力の検知感度を高めるように構成することもできる。
【００５０】
・ 前記直立支柱２０のピニオンギヤ２４にはウォームとウォームギヤとを噛合させ、直立支柱２０が設定された高さから下降しないように構成することもできる。
・ 前記アーム１９には、アーム１９を斜め上下方向に傾斜させる角度調整機構を設けることも可能である。
【００５１】
・ 前記コイル状炭素繊維の表面には、導電性を高めるために、金、銅等の金属薄膜を形成し、触覚センサ６１の感度及び安定性を向上させるように構成することができる。また、マトリックス中には、コイル状炭素繊維以外に気相成長繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノファイバー、炭素粉末、金属粉末、誘電体粉末、圧電体粉末等を配合することもできる。
【００５２】
・ 第３保持部２８に保持される内視鏡１１を、ギヤの噛合関係により、斜め前後方向の軸線を中心に周方向に回動角度の調節自在に回転させ得るように構成することもできる。
【００５３】
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
(1) 前記第３保持部は、第２保持部に配設されて前記斜め下方に前進移動及び後退移動が可能なリニアスライダにより構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内視鏡保持装置。このように構成した場合、請求項１から請求項４のいずれかに係る発明の効果に加えて、第３保持部の構成を簡単にすることができる。
【００５４】
(2) 前記リニアスライダは、その長手方向の一側面に直線状ラックを備え、前記第２保持部に配設されたモータ駆動の第３ピニオンギヤが前記直線状ラックに噛合され、リニアスライダを斜め前後方向に移動させるように構成することを特徴とする上記技術的思想(1)に記載の内視鏡保持装置。このように構成した場合、技術的思想(1)に係る発明の効果に加えて、リニアスライダの移動を安定した状態で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態における内視鏡保持装置の第３保持部を示す分解斜視図。
【図２】内視鏡保持装置における内視鏡を保持する部分を一部破断して示す正面図。
【図３】内視鏡保持装置における内視鏡を保持する部分を示す部分側断面図。
【図４】内視鏡保持装置における内視鏡を保持する部分を一部破断して示す部分平面図。
【図５】内視鏡保持装置における内視鏡を保持する部分を一部破断して示す部分正面図。
【図６】内視鏡保持装置の全体を示す平面図。
【図７】内視鏡保持装置の全体を示す正面図。
【図８】内視鏡保持装置の直立支柱の部分を示す部分平面図。
【図９】内視鏡保持装置の全体を示す斜視図。
【図１０】内視鏡保持装置に保持された内視鏡を用いて手術を行う状態を示す平面図。
【符号の説明】
【００５６】
１０…内視鏡保持装置、１１…内視鏡、１２…手術台、１３…患者、１９…アーム、２６…第１保持部、２７…第２保持部、２８…第３保持部、５４…水平軸としての支持軸、５５…ナックル部、５７…垂直軸としてのボールプランジャー、５８…ホルダー部、６１…触覚センサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡下手術において患者の体腔に挿入される内視鏡を保持するための内視鏡保持装置であって、
手術台に近接して位置調節自在に配置され、患者の患部上方付近に内視鏡の先端を臨ませ得るアームと、該アームの前端部に配設され、前記内視鏡が体腔に挿入される部位を中心として、平面上の円弧を描いて左右方向に移動可能な第１保持部と、該第１保持部に配設され、前記内視鏡の体腔挿入部位を中心として、垂直面上の円弧を描いて上下方向に移動可能な第２保持部と、該第２保持部に配設され、前記内視鏡の体腔挿入部位を通過点とする斜め前後方向に移動可能な第３保持部とからなり、前記内視鏡は、第３保持部に対しコイル状炭素繊維を含有する触覚センサを介し前記斜め前後方向の軸線に沿って移動可能に保持されるよう構成したことを特徴とする内視鏡保持装置。
【請求項２】
前記第３保持部には、水平軸を中心として回転するナックル部が支持され、該ナックル部には垂直軸を中心として回転するホルダー部が支持されると共に、該ホルダー部には触覚センサを介して内視鏡が保持されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡保持装置。
【請求項３】
前記触覚センサは、コイル状炭素繊維が樹脂又はゴムに分散されて形成され、いずれの方向から受けた力も検知可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内視鏡保持装置。
【請求項４】
前記ホルダー部は、ナックル部にボールプランジャーを介して支持されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の内視鏡保持装置。
【請求項１】
内視鏡下手術において患者の体腔に挿入される内視鏡を保持するための内視鏡保持装置であって、
手術台に近接して位置調節自在に配置され、患者の患部上方付近に内視鏡の先端を臨ませ得るアームと、該アームの前端部に配設され、前記内視鏡が体腔に挿入される部位を中心として、平面上の円弧を描いて左右方向に移動可能な第１保持部と、該第１保持部に配設され、前記内視鏡の体腔挿入部位を中心として、垂直面上の円弧を描いて上下方向に移動可能な第２保持部と、該第２保持部に配設され、前記内視鏡の体腔挿入部位を通過点とする斜め前後方向に移動可能な第３保持部とからなり、前記内視鏡は、第３保持部に対しコイル状炭素繊維を含有する触覚センサを介し前記斜め前後方向の軸線に沿って移動可能に保持されるよう構成したことを特徴とする内視鏡保持装置。
【請求項２】
前記第３保持部には、水平軸を中心として回転するナックル部が支持され、該ナックル部には垂直軸を中心として回転するホルダー部が支持されると共に、該ホルダー部には触覚センサを介して内視鏡が保持されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡保持装置。
【請求項３】
前記触覚センサは、コイル状炭素繊維が樹脂又はゴムに分散されて形成され、いずれの方向から受けた力も検知可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内視鏡保持装置。
【請求項４】
前記ホルダー部は、ナックル部にボールプランジャーを介して支持されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の内視鏡保持装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１７９０３（Ｐ２００８−１７９０３Ａ）
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９０２０６（Ｐ２００６−１９０２０６）
【出願日】平成１８年７月１１日（２００６．７．１１）
【出願人】（３０４０１９３９９）国立大学法人岐阜大学 (289)
【出願人】（５９３２２２８０５）アスカ株式会社 (11)
【出願人】（３９９０５４０００）シーエムシー技術開発 株式会社 (23)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１１日（２００６．７．１１）
【出願人】（３０４０１９３９９）国立大学法人岐阜大学 (289)
【出願人】（５９３２２２８０５）アスカ株式会社 (11)
【出願人】（３９９０５４０００）シーエムシー技術開発 株式会社 (23)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]