医療用ロボットシステム
【課題】本発明は、支持する器官の形状の個人差等に対応することができ、しかも部品点数の増加を抑えることができる医療用マニピュレータを備えた医療用ロボットシステムを提供する。
【解決手段】ロボットアーム２４と、ロボットアーム２４に着脱自在に設けられ、子宮Ａを所定の位置に支持するための子宮マニピュレータ３４と、ロボットアーム２４及び子宮マニピュレータ３４を操作するコンソール２６と、を備えた医療用ロボットシステム１０であって、子宮マニピュレータ３４は、基部５８に設けられた第１アーム部６０と、第１アーム部６０よりも先端側に位置して子宮Ａを保持する第２アーム部６４と、第１アーム部６０と第２アーム部６４とを連結し、かつ第１アーム部６０に対する第２アーム部６４の向きを可変可能な連結部６８とを備え、第２アーム部６４は、長手方向に伸縮可能に形成されている。
【解決手段】ロボットアーム２４と、ロボットアーム２４に着脱自在に設けられ、子宮Ａを所定の位置に支持するための子宮マニピュレータ３４と、ロボットアーム２４及び子宮マニピュレータ３４を操作するコンソール２６と、を備えた医療用ロボットシステム１０であって、子宮マニピュレータ３４は、基部５８に設けられた第１アーム部６０と、第１アーム部６０よりも先端側に位置して子宮Ａを保持する第２アーム部６４と、第１アーム部６０と第２アーム部６４とを連結し、かつ第１アーム部６０に対する第２アーム部６４の向きを可変可能な連結部６８とを備え、第２アーム部６４は、長手方向に伸縮可能に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、器官を所定の位置に支持するための医療用マニピュレータを備えた医療用ロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
腹腔鏡下手術においては、患者の腹部等に小さな孔をいくつかあけて内視鏡、鉗子等を挿入し、術者が内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行っている。このような腹腔鏡下手術では、手術を行い易くするために、処置を行う器官又は該器官の周囲の器官を医療用マニピュレータにて所定の位置に支持することが行われている。
【０００３】
例えば、腹腔鏡下手術にて子宮を処置する子宮筋腫摘出手術や子宮全摘出手術等の分野においては、一方向に延びたフレームと、膨張可能なバルーンを有して前記フレームの先端側に旋回可能に連結されたチップとを備え、チップを子宮腔内に挿入し、バルーンを膨張させることにより子宮を所定の位置に支持する医療用マニピュレータが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５５２０６９８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般に子宮等の器官の形状には個人差がある。このため、特許文献１に記載された医療用マニピュレータでは、器官に対してチップが長い場合には、前記チップの先端が器官に接触して該器官が損傷する可能性がある。一方、器官に対してチップが短い場合には、チップを適切に器官を支持できる位置に配置させることができない可能性がある。
【０００６】
そこで、このような問題の対策として、予め長さの異なる複数のチップを用意しておき、支持する器官の形状に合わせてチップを付け替えることも考えられるが、部品点数が増加し、交換に手間がかかる。当然、医療用マニピュレータ自体を進退させることによって器官に対するチップの位置を調整するだけでは、フレームとチップの連結部もチップと一緒に移動してしまうため、器官の形状によってはチップを充分かつ適切に旋回させることができないことがある。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を考慮してなされたものであり、支持する器官の形状の個人差等に対応することができ、しかも部品点数の増加を抑えることができる医療用マニピュレータを備えた医療用ロボットシステム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】
【０００８】
本願の請求項１で特定される発明は、ロボットアームと、前記ロボットアームに着脱自在に設けられ、器官を所定の位置に支持するための医療用マニピュレータと、前記ロボットアーム及び前記医療用マニピュレータを操作する操作部と、を備えた医療用ロボットシステムであって、前記医療用マニピュレータは、基部に設けられた第１アーム部と、前記第１アーム部よりも先端側に位置して前記器官を保持する第２アーム部と、前記第１アーム部と前記第２アーム部とを連結し、かつ前記第１アーム部に対する前記第２アーム部の向きを可変可能な連結部と、を備え、前記第２アーム部は、長手方向に伸縮可能に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本願の請求項１で特定される発明によれば、第１アーム部及び第２アーム部を備えた前記医療用マニピュレータを設けることにより、器官に対して第２アーム部が長い場合には第２アーム部を縮めることで、第２アーム部の先端が器官に接触して該器官が損傷することを防ぐことができる。一方、器官に対して第２アーム部が短い場合には第２アーム部を伸ばすことで、第２アーム部を適切な位置に配置させることができる。これにより、器官を確実に所定の位置に支持することができる。また、長さの異なる第２アーム部（例えば、チップ）を用意する必要がないので、部品点数が増加することを抑えることができる。しかも、該医療用マニピュレータがロボットアームに設けられるため、器官の支持を一層安定して操作することができる。
【００１０】
本願の請求項２で特定される発明は、請求項１記載の医療用ロボットシステムにおいて、前記第２アーム部には、膨張可能な保持用バルーンが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本願の請求項２で特定される発明によれば、保持用バルーンを膨張させることで保持用バルーンを器官の支持対象部位（例えば、子宮の内面）に押し付けることができる。これにより、器官を容易に保持することができる。
【００１２】
本願の請求項３で特定される発明は、請求項１又は２記載の医療用ロボットシステムにおいて、前記第２アーム部には、前記連結部に接続されて一方向に延びた固定部と、前記固定部に対して移動可能に嵌め合わされた可動部と、が設けられ、さらに、前記可動部を前記固定部の長手方向に移動させる移動手段を備えていることを特徴とする。
【００１３】
本願の請求項３で特定される発明によれば、移動手段にて可動部を固定部の長手方向に移動させることにより、第２アーム部を伸縮させることができる。
【００１４】
本願の請求項４で特定される発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療用ロボットシステムにおいて、前記第１アーム部には、膨張可能な固定用バルーンが設けられていることを特徴とする。
【００１５】
本願の請求項４で特定される発明によれば、固定用バルーンを膨張させることで固定用バルーンを器官の支持対象部位以外の部位（例えば、膣部の内面）に押し付けることができる。これにより、第１アーム部が固定されるので、固定用バルーンを設けない場合よりも安定した状態で器官を支持することができる。
【００１６】
本願の請求項５で特定される発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の医療用ロボットシステムにおいて、前記操作部には、前記医療用マニピュレータを動作させる入力手段が設けられ、前記入力手段に対する入力方向と、該入力手段への入力動作によって動作される前記医療用マニピュレータの移動方向とが、反対になるように設定されていることを特徴とする。
【００１７】
通常、腹腔鏡下手術において、医療用マニピュレータで支持する器官を手術する場合、術者は、該器官と対向する位置に設けた内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行う。そのため、例えば、左右方向では、前記器官の移動方向とモニタに表示されている器官の移動方向とが反対になる。
【００１８】
そこで、本願の請求項５で特定される発明によれば、入力手段の入力方向と該医療用マニピュレータの移動方向とが反対になるように医療用ロボットシステムを設定しているので、モニタに表示されている器官の移動方向と医療用マニピュレータの移動方向とが同一になる。つまり、術者は、例えばモニタに表示されている器官を右方向に動かしたい時には入力手段を右方向に、左方向に動かしたい時には入力手段を左方向に操作すればよい。これにより、モニタに表示されている器官を所望の位置に容易かつ直感的に配置することができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、器官に対して第２アーム部が長い場合には第２アーム部を縮めることで、第２アーム部の先端が器官に接触して該器官が損傷することを防ぐことができる。一方、器官に対して第２アーム部が短い場合には第２アーム部を伸ばすことで、第２アーム部を適切な位置に配置させることができる。これにより、器官を確実に所定の位置に支持することができる。また、長さの異なる第２アーム部を用意する必要がないので、部品点数が増加することを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る医療用ロボットシステムの概略斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る子宮マニピュレータの一部断面側面図である。
【図３】プーリ及びアームの平面図である。
【図４】連結部の分解斜視図である。
【図５】図５Ａは第１実施形態に係る第２アーム部を縮ませた状態の断面説明図であり、図５Ｂは第１実施形態に係る第２アーム部を伸ばした状態の断面説明図である。
【図６】コンソールの概略斜視図である。
【図７】子宮を所定の位置に支持した状態を示す図である。
【図８】図８Ａは第２実施形態に係る子宮マニピュレータの第２アーム部を縮ませた状態の断面説明図であり、図８Ｂは第２実施形態に係る子宮マニピュレータの第２アーム部を伸ばした状態の断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る医療用ロボットシステムについて実施形態を挙げ、添付の図１〜図８を参照しながら説明する。
【００２２】
先ず、図１〜図７を参照しながら、第１実施形態に係る医療用ロボットシステムについて説明する。
【００２３】
図１に示すように、医療用ロボットシステム１０は、医療用マニピュレータとして、患者１２の子宮を所定の位置に保持する子宮マニピュレータを備え、例えば、患者１２の腹腔鏡下での子宮筋腫摘出手術（子宮全摘出手術）に適用される。
【００２４】
この医療用ロボットシステム１０は、手術台１４の近傍に設けられたステーション１６と、ステーション１６に設けられ、先端に所定の器具を有する４台のロボットアーム１８、２０、２２、２４と、システム全体の総合的な制御を行うコンソール２６とを有する。ロボットアーム１８、２０、２２、２４とコンソール２６との間は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組み合わせからなる通信手段によって接続されている。コンソール２６は、医療用ロボットシステム１０の全ての制御を負担している必要はなく、例えば、ロボットアーム１８、２０、２２、２４のフィードバック制御は、それぞれのロボットアーム１８、２０、２２、２４側に設けられていてもよい。
【００２５】
ロボットアーム１８、２０の先端には処置用マニピュレータ２８、３０が、ロボットアーム２２の先端には内視鏡３２が、ロボットアーム２４の先端には医療用マニピュレータとしての子宮マニピュレータ３４がそれぞれ設けられている。処置用マニピュレータ２８、３０のシャフト３６、３８及び内視鏡３２は体腔４０内に挿入され、子宮マニピュレータ３４は子宮腔４２内に挿入される（図７参照）。処置用マニピュレータ２８、３０及び子宮マニピュレータ３４は、ロボットアーム１８、２０、２４に対してそれぞれ着脱可能に構成されている。以下の説明では、特に区別をしない場合には、処置用マニピュレータ２８、３０及び子宮マニピュレータ３４を単にマニピュレータ２８、３０、３４と呼ぶことがある。
【００２６】
ロボットアーム１８、２０、２２、２４は、多関節機構（例えば、独立的な６軸機構）を有し、コンソール２６によって制御され、マニピュレータ２８、３０、３４及び内視鏡３２を動作範囲内における任意の位置で任意の姿勢に設定可能である。ロボットアーム１８、２０、２４の関節機構は、マニピュレータ２８、３０、３４を回転させる回転機構４４を含む。
【００２７】
ロボットアーム１８、２０、２２、２４は、ステーション１６に沿って移動する昇降機構４６を有する。また、ロボットアーム１８、２０、２４は、先端の軸に沿ってマニピュレータ２８、３０、３４を進退させるスライド機構４８を有する。ロボットアーム１８、２０、２２、２４は全て同じ構成であってもよいし、マニピュレータ２８、３０、３４及び内視鏡３２の種類に応じて異なる構成であってもよい。
【００２８】
処置用マニピュレータ２８、３０は、主に患者１２に対して直接的な処置を施すためのものであり、シャフト３６、３８先端に設けられた先端作業部２８ａ、３０ａ（図７参照）には、例えば、クリッパ、鋏及び電気メス等が設けられる。子宮マニピュレータ３４は、子宮（器官）Ａを手術し易い所定の位置に支持するためのものである（図７参照）。
【００２９】
次に、子宮マニピュレータ３４及び子宮マニピュレータ３４とロボットアーム２４との接続部の構成について説明する。図２〜図５に示すように、子宮マニピュレータ３４について、幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向、及び長さ方向をＺ方向と規定する。また、基端側から見て右方をＸ１方向、左方をＸ２方向と規定し、図２の上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向、前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。
【００３０】
図２に示すように、子宮マニピュレータ３４は、ロボットアーム２４の先端におけるスライダ５０に対して着脱自在な構成になっている。スライダ５０は、スライド機構４８によってスライド可能である。スライダ５０には、一対の屈曲用モータ５２、５４と、伸縮用モータ５６とがＺ方向に並列している。
【００３１】
子宮マニピュレータ３４は、スライダ５０に装着される基部５８と、基部５８からＺ１方向に延在する円筒状の第１アーム部６０と、第１アーム部６０に設けられた第１バルーン部６２と、第１アーム部６０よりも先端側に位置する第２アーム部６４と、第２アーム部６４に設けられた第２バルーン部６６と、第１アーム部６０と第２アーム部６４とを連結する連結部６８と、第２アーム部６４を長手方向（挿入方向）に伸縮させる移動手段としての伸縮機構７０とを有する。
【００３２】
基部５８は、所定の着脱機構によりスライダ５０に対して着脱及び交換が可能である。基部５８には、一対の屈曲用モータ５２、５４に係合するプーリ７２、７４がＺ方向に並列している。屈曲用モータ５２、５４とプーリ７２、７４は、例えば、一方に非円形の凸部（図示せず）があり、他方に該凸部に係合する凹部（図示せず）が設けられており、これにより、屈曲用モータ５２、５４の回転がプーリ７２、７４に伝達される。
【００３３】
図２及び図３に示すように、プーリ７２、７４は、ワイヤ７６、７８が接続されてＸ方向に延在するアーム８０、８２を有している。ワイヤ７６、７８は、プーリ７２、７４が回転することにより、左右から延在する２本のうちの一方が巻き取られ、他方が巻き出される。ここで、プーリ７２、７４はワイヤ７６、７８が巻き掛けられていないことから、厳密にはプーリとしての作用はないが、便宜上プーリと呼ぶ。
【００３４】
図２に示すように、基部５８内には、アーム８２からワイヤ７８を第１アーム部６０内に案内するアイドラ対８４、８４が設けられている。プーリ７４のアーム８２に対して、それぞれアイドラ対８４、８４が斜め上下の位置（Ｚ１方向とＹ１方向の間の方向、及びＺ１方向とＹ２方向の間の方向）に配置されており、ワイヤ７８を第１アーム部６０内に案内する。
【００３５】
図２に示すように、第１バルーン部６２は、膨張可能な保持用バルーンとしての第１バルーン８８と、第１バルーン８８に流体を供給する第１流体供給部９０とを有する。第２バルーン部６６は、第１バルーン８８よりも小さく形成された膨張可能な固定用バルーンとしての第２バルーン９２と、第２バルーン９２に流体を供給する第２流体供給部９４とを有する。第１バルーン８８は連結部６８の近傍に、第２バルーン９２は第２アーム部６４の先端近傍にそれぞれ配置されている（図７参照）。第１及び第２バルーン８８、９２は、例えばゴム等の伸縮自在な材質で構成されている。第１及び第２バルーン８８、９２に供給される流体としては、例えば空気や滅菌生理食塩水等が利用される。
【００３６】
図４に示すように、連結部６８は、相互に回転し得る複数の節輪環９６を積層して構成されている。なお、図４では、３個の節輪環９６を例示して連結部６８を説明するが節輪環９６の設置数はこれに限定されず、例えば４〜３０個程度であってもよい。
【００３７】
各節輪環９６の一方の面には、節輪環９６の中心を介して対向する一対のＶ字状の溝９８が形成され、他方の面には、節輪環９６の中心を介して対向する一対の半円柱状の突部１００が溝９８と９０°ずれた位置に形成されている。この場合、隣接する節輪環９６同士は、それらの溝９８同士が互いに９０°ずれた姿勢で配置され、一方の節輪環９６の両突部１００が他方の節輪環９６の対応する両溝９８内に挿入されるようにして各節輪環９６が接合される。
【００３８】
また、各節輪環９６において、両溝９８及び両突部１００が形成された位置には、それぞれ貫通孔１０２が形成されており、各節輪環９６の対応する貫通孔１０２には、ワイヤ７６、７８がそれぞれ挿通されると共に、ワイヤ７６、７８の先端が連結部６８の先端側（Ｚ１側）に配列された節輪環９６に連結されている。これにより、各節輪環９６が集合され略一体的に構成される。
【００３９】
このような連結部６８において、突部１００が溝９８に挿入された状態では、隣接する節輪環９６の間には隙間が形成されるため、突部１００が溝９８内で回動することができ、これにより、隣接する節輪環９６同士が回動することができる。この場合、隣接する１組の節輪環９６同士の回動角度は小さいが、その角度が複数組の節輪環９６について累積すると、湾曲部全体として所望の湾曲を得ることができ、第１アーム部６０に対する第２アーム部６４の向きを変えることができる。
【００４０】
そこで、コンソール２６の制御下に、プーリ７２、７４が適宜回転駆動されると各ワイヤ７６、７８がそれぞれ所定距離だけ進退移動され、これにより、連結部６８を第１アーム部６０の横断面上で上下左右に所望の角度で屈曲させることができる。すなわち、連結部６８は、ワイヤ７６、７８による牽引により能動的に屈曲又は湾曲する。この場合、湾曲方向やその数（自由度）は、特に限定されるものではなく、また、図示されていないが、各節輪環９６の外周を、例えば、弾性又は可撓性を有する材料で構成された層で被覆することも可能である。
【００４１】
図２、図４及び図５に示すように、伸縮機構７０は、第１アーム部６０内に位置する第１ロッド部１０４と、第２アーム部６４内に位置する第２ロッド部１０６と、第１ロッド部１０４の基端部に設けられて伸縮用モータ５６の回転を第１ロッド部１０４に伝達する歯車機構１０８と、節輪環９６内に位置して第１ロッド部１０４及び第２ロッド部１０６を連結するジョイント部１１０と、第２ロッド部１０６の先端部にストッパ部１１２を介して設けられたねじ部１１４とを有している。
【００４２】
図２及び図４から諒解されるように、第１ロッド部１０４は、第１アーム部６０よりも長く形成され、基部５８内まで延びて歯車機構１０８に接続されている。図４及び図５から諒解されるように、第２ロッド部１０６は、第２アーム部６４よりもいくらか短く形成されている。
【００４３】
図２に示すように、歯車機構１０８は、基部５８内に位置しており、伸縮用モータ５６と係合する第１傘歯車１０９と、第１ロッド部１０４が接続されて第１傘歯車１０９と噛み合う第２傘歯車１１１とを含む。
【００４４】
図４に示すように、ジョイント部１１０は、第１ロッド部１０４が接続される第１ピン部１１６と、第２ロッド部１０６が接続される第２ピン部１１８と、第１ピン部１１６と第２ピン部１１８とを連結する中間部材１２０とを有し、いわゆるユニバーサルジョイントとして構成されている。なお、図４では１つの中間部材１２０を例示して説明するが中間部材１２０の設置数はこれに限定されず、複数個であってもよい。
【００４５】
中間部材１２０は、第１ピン部１１６に対して一方向（図４においてはＹ方向）に移動可能な状態で連結されている。第２ピン部１１８は、中間部材１２０に対して中間部材１２０の移動方向と直交する方向（図４においてはＸ方向）に移動可能な状態で連結されている。これにより、ジョイント部１１０を第１アーム部６０の横断面上で上下左右に所望の角度で屈曲させることができる。すなわち、第２ロッド部１０６は第１ロッド部１０４に対して向きを変えることができ、その結果、連結部６８が屈曲した場合に、連結部６８の屈曲に沿ってジョイント部１１０を屈曲させることができる。
【００４６】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第２アーム部６４は、連結部６８に接続される円筒状の固定部１２２と（図２参照）、固定部１２２の先端側に嵌め合わされ、該固定部１２２の長手方向に摺動可能な中空の可動部１２４とを有する。
【００４７】
可動部１２４内には、ねじ部１１４及びストッパ部１１２が位置している。可動部１２４の一端部（先端部）は半球状に形成されており、可動部１２４の他端部にはストッパ部１１２が当接する制限部材１２６が固定されている。さらに、可動部１２４には、固定部１２２の長手方向に移動可能な状態でねじ部１１４に螺合するナット部１２８が設けられている。
【００４８】
従って、コンソール２６の制御下に、第１傘歯車１０９が回転されると、第２傘歯車１１１、第１ロッド部１０４、ジョイント部１１０、第２ロッド部１０６、ストッパ部１１２及びねじ部１１４が一体に回転され、これにより、ナット部１２８を固定部１２２の長手方向に移動させることができる。すなわち、第２アーム部６４は長手方向に伸縮可能となっている。また、第２アーム部６４が縮む方向の可動部１２４の移動は、ナット部１２８がストッパ部１１２に接触することで制限され（図５Ａ参照）、第２アーム部６４が延びる方向の可動部１２４の移動は、ストッパ部１１２が制限部材１２６に当接することで制限される（図５Ｂ参照）。可動部１２４の移動距離を決定するねじ部１１４の長さは、一般的な患者の子宮深さ等を考慮して任意に設定することができる。
【００４９】
図１に示すように、コンソール２６には、ロボットアーム１８、２０、２４、処置用マニピュレータ２８、３０及び子宮マニピュレータ３４の動作を操作するための操作部１３０と、内視鏡３２による画像等の情報が表示されるモニタ１３１とが設けられている。
【００５０】
図６に示すように、操作部１３０は、両手で操作し易い左右位置に設けられた２つのジョイスティック１３２、１３２と、中央のやや奥の位置に設けられた入力手段としてのトラックボール１３４と、トラックボール１３４の半周を略囲むように近接配置された安全スイッチ１３６と、安全スイッチ１３６に隣接配置された伸縮調整スイッチ１３８と、復帰スイッチ１４０とを有する。ジョイスティック１３２は、ロボットアーム１８、２０及び処置用マニピュレータ２８、３０を操作可能に構成されている。ロボットアーム２２及び内視鏡３２は、図示しない別の入力手段により操作可能である。トラックボール１３４は、ロボットアーム２４及び子宮マニピュレータ３４を操作可能に構成されている。
【００５１】
伸縮調整スイッチ１３８は、図５Ｂに示すＺ１方向（第２アーム部６４が伸びる方向）に可動部１２４が移動するように伸縮用モータ５６を回転させる第１スイッチ１４２と、図５Ａに示すＺ２方向（第２アーム部６４が縮む方向）に可動部１２４が移動するように伸縮用モータ５６を回転させる第２スイッチ１４４とを有する。
【００５２】
トラックボール１３４、伸縮調整スイッチ１３８は、安全スイッチ１３６を押した状態でないと操作できないように設定されている。これにより、操作者が誤ってトラックボール１３４に触れても子宮マニピュレータ３４が動くことを防止することができる。復帰スイッチ１４０は、予め設定しておいた位置、例えば、子宮マニピュレータ３４を最初に子宮Ａ内に挿入した位置に子宮マニピュレータ３４を復帰させるスイッチである。
【００５３】
トラックボール１３４を左右方向、上下方向及び回転方向に操作すると、その操作に応じて子宮マニピュレータ３４の第２アーム部６４が左右方向及び上下方向に動くと共に子宮マニピュレータ３４全体が回転する。医療用ロボットシステム１０では、トラックボール１３４の操作方向と子宮マニピュレータ３４の移動方向とが反対になるように設定されている。具体的には、医療用ロボットシステム１０では、上下方向（Ｙ方向）に関してはトラックボール１３４の操作方向と子宮マニピュレータ３４の移動方向とが一致し、左右方向（Ｘ方向）成分を含む方向に関してはトラックボール１３４の操作方向と子宮マニピュレータ３４の移動方向とが反対になるように設定されている。但し、内視鏡３２の向きが上下逆さになった状態で体腔４０内に内視鏡３２を配置する場合には、上下方向に関してのトラックボール１３４の操作方向と子宮マニピュレータ３４の移動方向とが反対になるように医療用ロボットシステム１０を設定してもよい。
【００５４】
すなわち、本実施形態の医療用ロボットシステム１０では、図７に示すように、子宮Ａと対向する位置に配置された内視鏡３２の映像がモニタ１３１に表示されるので、モニタ１３１に表示されている子宮Ａの移動方向と子宮マニピュレータ３４で支持されている子宮Ａの移動方向とが左右反対になる。
【００５５】
そこで、上記したように、トラックボール１３４の操作方向と子宮マニピュレータ３４の移動方向とが反対になるように設定することで、モニタ１３１に表示されている子宮Ａの移動方向とトラックボール１３４の操作方向とを一致させることができる。従って、術者は、例えば、モニタ１３１に表示されている子宮Ａを右方向に動かしたい時にはトラックボール１３４を右方向に、左方向に動かしたい時には左方向に、斜め右上方向に動かしたい時には斜め右上方向に、斜め左下方向に動かしたい時には斜め左下方向に操作すればよい。これにより、モニタ１３１に表示されている子宮Ａを所望の位置に容易かつ直感的に配置させることができる。
【００５６】
次に、子宮マニピュレータ３４の操作について図７を参照しながら説明する。ここでは、子宮筋腫手術を例に説明する。
【００５７】
先ず、第１及び第２バルーン８８、９２を萎ませた状態とし、連結部６８が所定の位置に配置されるように子宮マニピュレータ３４を患者１２の子宮腔４２内に挿入する。
【００５８】
この時、子宮深さＬａに対して第２アーム部６４の長さＬが長い場合（Ｌ＞Ｌａの場合）には、第２スイッチ１４４を操作することで第２アーム部６４を縮める。これにより、可動部１２４の先端が子宮底Ｂに接触して子宮Ａが損傷することを防止して、最適な間隔Ｌｂを容易に確保することができる。一方、子宮深さＬａに対して第２アーム部６４が短い場合（｛Ｌａ−Ｌ｝＞Ｌｂの場合）には、第１スイッチ１４２を操作することで第２アーム部６４を伸ばす。これにより、第２アーム部６４を子宮腔４２内の適切な位置に配置させることができる。すなわち、子宮マニピュレータ３４が挿入され、適切な位置に配置された状態で可動部１２４の先端と子宮底Ｂとの間には、所定の隙間Ｌｂを形成することができる。所定の間隔Ｌｂは、例えば０．５〜１．０ｃｍの範囲で設定されるのが好ましい。
【００５９】
子宮マニピュレータ３４の挿入が完了すると、第１及び第２流体供給部９０、９４から流体を第１及び第２バルーン８８、９２に供給し、第１及び第２バルーン８８、９２を膨張させる。これにより、第１バルーン８８が膣部Ｃの内面に、第２バルーン９２が子宮Ａ内面にそれぞれ押し付けられるため、第１バルーン８８が膣部Ｃに固定され、第２バルーン９２が子宮Ａに固定される。なお、可動部１２４の先端以外の部位及び固定部１２２は、子宮Ａ内面に接触していてもよい。この場合、第２アーム部６４と子宮Ａ内面との接触面積が増えるので子宮マニピュレータ３４の安定性が向上する。
【００６０】
その後、トラックボール１３４を操作して第２アーム部６４を動かすことにより、子宮Ａを処置し易い位置に配置及び支持する。これにより、子宮筋腫が内視鏡３２及び処置用マニピュレータ２８、３０の作動範囲内に支持される。そして、ジョイスティック１３２を操作して処置用マニピュレータ２８、３０を動かすことにより、子宮筋腫の摘出を行う。
【００６１】
本実施形態の医療用ロボットシステム１０においては、子宮マニピュレータ３４の第２アーム部６４を長手方向（挿入方向）に伸縮させることで子宮マニピュレータ３４を子宮腔４２内の適切な位置に配置させることができるので、長さの異なる複数の第２アーム部（チップ）６４を用意する必要がない。そのため、部品点数が増加することを抑えることができる。また、第２アーム部６４に第２バルーン９２を設けているので、第２バルーン９２にて子宮Ａを容易に保持することができる。
【００６２】
また、第１バルーン８８が膣部Ｃに固定されているので、第１バルーン８８を支点として第２アーム部６４の向きを変えることができる。これにより、第１バルーン８８を設けない場合よりも一層安定した状態で子宮マニピュレータ３４にて子宮Ａを支持することができる。さらに、本実施形態の子宮マニピュレータ３４は、ロボットアーム２４に接続された状態でコンソール２６の作用下に操作されるので、長時間の手術を行う場合に、子宮マニピュレータ３４を人手にて操作する時よりも子宮マニピュレータ３４を安定させることができる。
【００６３】
次に、第２実施形態に係る子宮マニピュレータ２３４について図８を参照しながら説明する。なお、第２実施形態は、第１実施形態と共通する構成には同一の参照符号を付してその説明を省略する。また、図８は図５に対応している。
【００６４】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第２実施形態では、第２アーム部２６４、第２バルーン部２６６、伸縮機構２７０の構成が第１実施形態と異なっている。具体的には、第２アーム部２６４は、固定部２２２と、固定部２２２の長手方向に摺動可能に固定部２２２の外側に嵌め合わされた可動部２２４とを有しており、第１実施形態のストッパ部１１２及び制限部材１２６が省略されると共に、可動部２２４の内面に設けられた第１制限部材２２５と、固定部２２２の外面に設けられた第２制限部材２２７とが追加されている。また、第２バルーン２９２が可動部２２４に設けられ、第２ロッド部１０６の先端には第１ねじ部２１４を有する先端部材２１５が設けられている。可動部２２４の内面には、第１ねじ部２１４に噛み合う第２ねじ部２２８が形成されている。固定部２２２の先端側は、可動部２２４が移動した際に第２流体供給部２９４及び第１制限部材２２５が移動できるような切り欠きが形成されている。
【００６５】
以上のように構成された本実施形態においては、コンソール２６の制御下に、第１傘歯車１０９が回転されると第２傘歯車１１１、第１ロッド部１０４、ジョイント部１１０、第２ロッド部１０６及び先端部材２１５が一体に回転され、これにより、可動部２２４を固定部２２２の長手方向に移動させることができる。すなわち、第２アーム部２６４は長手方向に伸縮する。また、第２アーム部２６４が縮む方向の可動部２２４の移動は、可動部２２４が第２制限部材２２７に当接することで制限され（図８Ａ参照）、第２アーム部２６４が伸びる方向の可動部２２４の移動は、先端部材２１５が第１制限部材２２５に当接することで制限される（図８Ｂ参照）。第２ねじ部２２８の長さは、上記した第１実施形態に係るねじ部１１４の場合と略同様に任意に設定することができる。
【００６６】
第２実施形態では、可動部２２４に第２バルーン２９２を設けているので、可動部２２４を固定部２２２の長手方向に移動させた際に第１アーム部６０に対する第２バルーン２９２の相対位置を変化させることができる。これにより、子宮Ａを支持し易い位置に第２バルーン２９２を移動させることができるので、より安定した状態で子宮Ａの支持を行うことができる。
【００６７】
上述した各実施形態においては、第１アーム部側の第１バルーンを膨張させた後に子宮腔内の第２アーム部の位置を調整してもよい。この場合、第１バルーンが膣部に固定された状態になるので、第２アーム部が伸縮できない子宮マニピュレータ、例えば、長さの異なる複数の第２アーム部を付け替えることにより第２アーム部の長さを調整する子宮マニピュレータでは、子宮腔内で第２アーム部の位置を調整することができない。しかし、上述した各実施形態の子宮マニピュレータにおいては、第２アーム部を伸縮することができるので、第１バルーンを膨張させた後であっても子宮腔内の第２アーム部の位置を調整することができる。
【００６８】
本発明は、上述した各実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態で実施できる。
【００６９】
例えば、本発明に係る医療用マニピュレータは、第１及び第２バルーンの少なくともいずれか一方を省略してもよい。第２バルーンが省略された場合、第２アーム部の先端以外の部位と器官とが接触した状態で器官が所定の位置に支持される。また、第１アーム部に対する第１バルーンの位置及び第２アーム部に対する第２バルーンの位置は任意に設定してよい。本発明に係る医療用マニピュレータは、連結部が１つだけ設けられている例に限らず、複数の連結部が設けられていてもよい。本発明に係る医療用マニピュレータが用いられる器官は子宮に限らない。例えば、胃や腸（大腸）等の他の器官に対しても利用することができる。伸縮機構のジョイント部は、ユニバーサルジョイントを用いた例に限らない。例えば、蛇腹状に形成してもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０…医療用ロボットシステム １８、２０、２２、２４…ロボットアーム
２６…コンソール（操作部）
３４、２３４…子宮マニピュレータ（医療用マニピュレータ）
５８…基部 ６０…第１アーム部
６４、２６４…第２アーム部 ６８…連結部
７０、２７０…伸縮機構（移動手段） ８８…第１バルーン（保持用バルーン）
９２、２９２…第２バルーン（固定用バルーン）
１２２、２２２…固定部 １２４、２２４…可動部
Ａ…子宮
【技術分野】
【０００１】
本発明は、器官を所定の位置に支持するための医療用マニピュレータを備えた医療用ロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
腹腔鏡下手術においては、患者の腹部等に小さな孔をいくつかあけて内視鏡、鉗子等を挿入し、術者が内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行っている。このような腹腔鏡下手術では、手術を行い易くするために、処置を行う器官又は該器官の周囲の器官を医療用マニピュレータにて所定の位置に支持することが行われている。
【０００３】
例えば、腹腔鏡下手術にて子宮を処置する子宮筋腫摘出手術や子宮全摘出手術等の分野においては、一方向に延びたフレームと、膨張可能なバルーンを有して前記フレームの先端側に旋回可能に連結されたチップとを備え、チップを子宮腔内に挿入し、バルーンを膨張させることにより子宮を所定の位置に支持する医療用マニピュレータが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５５２０６９８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般に子宮等の器官の形状には個人差がある。このため、特許文献１に記載された医療用マニピュレータでは、器官に対してチップが長い場合には、前記チップの先端が器官に接触して該器官が損傷する可能性がある。一方、器官に対してチップが短い場合には、チップを適切に器官を支持できる位置に配置させることができない可能性がある。
【０００６】
そこで、このような問題の対策として、予め長さの異なる複数のチップを用意しておき、支持する器官の形状に合わせてチップを付け替えることも考えられるが、部品点数が増加し、交換に手間がかかる。当然、医療用マニピュレータ自体を進退させることによって器官に対するチップの位置を調整するだけでは、フレームとチップの連結部もチップと一緒に移動してしまうため、器官の形状によってはチップを充分かつ適切に旋回させることができないことがある。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を考慮してなされたものであり、支持する器官の形状の個人差等に対応することができ、しかも部品点数の増加を抑えることができる医療用マニピュレータを備えた医療用ロボットシステム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】
【０００８】
本願の請求項１で特定される発明は、ロボットアームと、前記ロボットアームに着脱自在に設けられ、器官を所定の位置に支持するための医療用マニピュレータと、前記ロボットアーム及び前記医療用マニピュレータを操作する操作部と、を備えた医療用ロボットシステムであって、前記医療用マニピュレータは、基部に設けられた第１アーム部と、前記第１アーム部よりも先端側に位置して前記器官を保持する第２アーム部と、前記第１アーム部と前記第２アーム部とを連結し、かつ前記第１アーム部に対する前記第２アーム部の向きを可変可能な連結部と、を備え、前記第２アーム部は、長手方向に伸縮可能に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本願の請求項１で特定される発明によれば、第１アーム部及び第２アーム部を備えた前記医療用マニピュレータを設けることにより、器官に対して第２アーム部が長い場合には第２アーム部を縮めることで、第２アーム部の先端が器官に接触して該器官が損傷することを防ぐことができる。一方、器官に対して第２アーム部が短い場合には第２アーム部を伸ばすことで、第２アーム部を適切な位置に配置させることができる。これにより、器官を確実に所定の位置に支持することができる。また、長さの異なる第２アーム部（例えば、チップ）を用意する必要がないので、部品点数が増加することを抑えることができる。しかも、該医療用マニピュレータがロボットアームに設けられるため、器官の支持を一層安定して操作することができる。
【００１０】
本願の請求項２で特定される発明は、請求項１記載の医療用ロボットシステムにおいて、前記第２アーム部には、膨張可能な保持用バルーンが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本願の請求項２で特定される発明によれば、保持用バルーンを膨張させることで保持用バルーンを器官の支持対象部位（例えば、子宮の内面）に押し付けることができる。これにより、器官を容易に保持することができる。
【００１２】
本願の請求項３で特定される発明は、請求項１又は２記載の医療用ロボットシステムにおいて、前記第２アーム部には、前記連結部に接続されて一方向に延びた固定部と、前記固定部に対して移動可能に嵌め合わされた可動部と、が設けられ、さらに、前記可動部を前記固定部の長手方向に移動させる移動手段を備えていることを特徴とする。
【００１３】
本願の請求項３で特定される発明によれば、移動手段にて可動部を固定部の長手方向に移動させることにより、第２アーム部を伸縮させることができる。
【００１４】
本願の請求項４で特定される発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療用ロボットシステムにおいて、前記第１アーム部には、膨張可能な固定用バルーンが設けられていることを特徴とする。
【００１５】
本願の請求項４で特定される発明によれば、固定用バルーンを膨張させることで固定用バルーンを器官の支持対象部位以外の部位（例えば、膣部の内面）に押し付けることができる。これにより、第１アーム部が固定されるので、固定用バルーンを設けない場合よりも安定した状態で器官を支持することができる。
【００１６】
本願の請求項５で特定される発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の医療用ロボットシステムにおいて、前記操作部には、前記医療用マニピュレータを動作させる入力手段が設けられ、前記入力手段に対する入力方向と、該入力手段への入力動作によって動作される前記医療用マニピュレータの移動方向とが、反対になるように設定されていることを特徴とする。
【００１７】
通常、腹腔鏡下手術において、医療用マニピュレータで支持する器官を手術する場合、術者は、該器官と対向する位置に設けた内視鏡の映像をモニタで見ながら手術を行う。そのため、例えば、左右方向では、前記器官の移動方向とモニタに表示されている器官の移動方向とが反対になる。
【００１８】
そこで、本願の請求項５で特定される発明によれば、入力手段の入力方向と該医療用マニピュレータの移動方向とが反対になるように医療用ロボットシステムを設定しているので、モニタに表示されている器官の移動方向と医療用マニピュレータの移動方向とが同一になる。つまり、術者は、例えばモニタに表示されている器官を右方向に動かしたい時には入力手段を右方向に、左方向に動かしたい時には入力手段を左方向に操作すればよい。これにより、モニタに表示されている器官を所望の位置に容易かつ直感的に配置することができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、器官に対して第２アーム部が長い場合には第２アーム部を縮めることで、第２アーム部の先端が器官に接触して該器官が損傷することを防ぐことができる。一方、器官に対して第２アーム部が短い場合には第２アーム部を伸ばすことで、第２アーム部を適切な位置に配置させることができる。これにより、器官を確実に所定の位置に支持することができる。また、長さの異なる第２アーム部を用意する必要がないので、部品点数が増加することを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る医療用ロボットシステムの概略斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る子宮マニピュレータの一部断面側面図である。
【図３】プーリ及びアームの平面図である。
【図４】連結部の分解斜視図である。
【図５】図５Ａは第１実施形態に係る第２アーム部を縮ませた状態の断面説明図であり、図５Ｂは第１実施形態に係る第２アーム部を伸ばした状態の断面説明図である。
【図６】コンソールの概略斜視図である。
【図７】子宮を所定の位置に支持した状態を示す図である。
【図８】図８Ａは第２実施形態に係る子宮マニピュレータの第２アーム部を縮ませた状態の断面説明図であり、図８Ｂは第２実施形態に係る子宮マニピュレータの第２アーム部を伸ばした状態の断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る医療用ロボットシステムについて実施形態を挙げ、添付の図１〜図８を参照しながら説明する。
【００２２】
先ず、図１〜図７を参照しながら、第１実施形態に係る医療用ロボットシステムについて説明する。
【００２３】
図１に示すように、医療用ロボットシステム１０は、医療用マニピュレータとして、患者１２の子宮を所定の位置に保持する子宮マニピュレータを備え、例えば、患者１２の腹腔鏡下での子宮筋腫摘出手術（子宮全摘出手術）に適用される。
【００２４】
この医療用ロボットシステム１０は、手術台１４の近傍に設けられたステーション１６と、ステーション１６に設けられ、先端に所定の器具を有する４台のロボットアーム１８、２０、２２、２４と、システム全体の総合的な制御を行うコンソール２６とを有する。ロボットアーム１８、２０、２２、２４とコンソール２６との間は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組み合わせからなる通信手段によって接続されている。コンソール２６は、医療用ロボットシステム１０の全ての制御を負担している必要はなく、例えば、ロボットアーム１８、２０、２２、２４のフィードバック制御は、それぞれのロボットアーム１８、２０、２２、２４側に設けられていてもよい。
【００２５】
ロボットアーム１８、２０の先端には処置用マニピュレータ２８、３０が、ロボットアーム２２の先端には内視鏡３２が、ロボットアーム２４の先端には医療用マニピュレータとしての子宮マニピュレータ３４がそれぞれ設けられている。処置用マニピュレータ２８、３０のシャフト３６、３８及び内視鏡３２は体腔４０内に挿入され、子宮マニピュレータ３４は子宮腔４２内に挿入される（図７参照）。処置用マニピュレータ２８、３０及び子宮マニピュレータ３４は、ロボットアーム１８、２０、２４に対してそれぞれ着脱可能に構成されている。以下の説明では、特に区別をしない場合には、処置用マニピュレータ２８、３０及び子宮マニピュレータ３４を単にマニピュレータ２８、３０、３４と呼ぶことがある。
【００２６】
ロボットアーム１８、２０、２２、２４は、多関節機構（例えば、独立的な６軸機構）を有し、コンソール２６によって制御され、マニピュレータ２８、３０、３４及び内視鏡３２を動作範囲内における任意の位置で任意の姿勢に設定可能である。ロボットアーム１８、２０、２４の関節機構は、マニピュレータ２８、３０、３４を回転させる回転機構４４を含む。
【００２７】
ロボットアーム１８、２０、２２、２４は、ステーション１６に沿って移動する昇降機構４６を有する。また、ロボットアーム１８、２０、２４は、先端の軸に沿ってマニピュレータ２８、３０、３４を進退させるスライド機構４８を有する。ロボットアーム１８、２０、２２、２４は全て同じ構成であってもよいし、マニピュレータ２８、３０、３４及び内視鏡３２の種類に応じて異なる構成であってもよい。
【００２８】
処置用マニピュレータ２８、３０は、主に患者１２に対して直接的な処置を施すためのものであり、シャフト３６、３８先端に設けられた先端作業部２８ａ、３０ａ（図７参照）には、例えば、クリッパ、鋏及び電気メス等が設けられる。子宮マニピュレータ３４は、子宮（器官）Ａを手術し易い所定の位置に支持するためのものである（図７参照）。
【００２９】
次に、子宮マニピュレータ３４及び子宮マニピュレータ３４とロボットアーム２４との接続部の構成について説明する。図２〜図５に示すように、子宮マニピュレータ３４について、幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向、及び長さ方向をＺ方向と規定する。また、基端側から見て右方をＸ１方向、左方をＸ２方向と規定し、図２の上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向、前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。
【００３０】
図２に示すように、子宮マニピュレータ３４は、ロボットアーム２４の先端におけるスライダ５０に対して着脱自在な構成になっている。スライダ５０は、スライド機構４８によってスライド可能である。スライダ５０には、一対の屈曲用モータ５２、５４と、伸縮用モータ５６とがＺ方向に並列している。
【００３１】
子宮マニピュレータ３４は、スライダ５０に装着される基部５８と、基部５８からＺ１方向に延在する円筒状の第１アーム部６０と、第１アーム部６０に設けられた第１バルーン部６２と、第１アーム部６０よりも先端側に位置する第２アーム部６４と、第２アーム部６４に設けられた第２バルーン部６６と、第１アーム部６０と第２アーム部６４とを連結する連結部６８と、第２アーム部６４を長手方向（挿入方向）に伸縮させる移動手段としての伸縮機構７０とを有する。
【００３２】
基部５８は、所定の着脱機構によりスライダ５０に対して着脱及び交換が可能である。基部５８には、一対の屈曲用モータ５２、５４に係合するプーリ７２、７４がＺ方向に並列している。屈曲用モータ５２、５４とプーリ７２、７４は、例えば、一方に非円形の凸部（図示せず）があり、他方に該凸部に係合する凹部（図示せず）が設けられており、これにより、屈曲用モータ５２、５４の回転がプーリ７２、７４に伝達される。
【００３３】
図２及び図３に示すように、プーリ７２、７４は、ワイヤ７６、７８が接続されてＸ方向に延在するアーム８０、８２を有している。ワイヤ７６、７８は、プーリ７２、７４が回転することにより、左右から延在する２本のうちの一方が巻き取られ、他方が巻き出される。ここで、プーリ７２、７４はワイヤ７６、７８が巻き掛けられていないことから、厳密にはプーリとしての作用はないが、便宜上プーリと呼ぶ。
【００３４】
図２に示すように、基部５８内には、アーム８２からワイヤ７８を第１アーム部６０内に案内するアイドラ対８４、８４が設けられている。プーリ７４のアーム８２に対して、それぞれアイドラ対８４、８４が斜め上下の位置（Ｚ１方向とＹ１方向の間の方向、及びＺ１方向とＹ２方向の間の方向）に配置されており、ワイヤ７８を第１アーム部６０内に案内する。
【００３５】
図２に示すように、第１バルーン部６２は、膨張可能な保持用バルーンとしての第１バルーン８８と、第１バルーン８８に流体を供給する第１流体供給部９０とを有する。第２バルーン部６６は、第１バルーン８８よりも小さく形成された膨張可能な固定用バルーンとしての第２バルーン９２と、第２バルーン９２に流体を供給する第２流体供給部９４とを有する。第１バルーン８８は連結部６８の近傍に、第２バルーン９２は第２アーム部６４の先端近傍にそれぞれ配置されている（図７参照）。第１及び第２バルーン８８、９２は、例えばゴム等の伸縮自在な材質で構成されている。第１及び第２バルーン８８、９２に供給される流体としては、例えば空気や滅菌生理食塩水等が利用される。
【００３６】
図４に示すように、連結部６８は、相互に回転し得る複数の節輪環９６を積層して構成されている。なお、図４では、３個の節輪環９６を例示して連結部６８を説明するが節輪環９６の設置数はこれに限定されず、例えば４〜３０個程度であってもよい。
【００３７】
各節輪環９６の一方の面には、節輪環９６の中心を介して対向する一対のＶ字状の溝９８が形成され、他方の面には、節輪環９６の中心を介して対向する一対の半円柱状の突部１００が溝９８と９０°ずれた位置に形成されている。この場合、隣接する節輪環９６同士は、それらの溝９８同士が互いに９０°ずれた姿勢で配置され、一方の節輪環９６の両突部１００が他方の節輪環９６の対応する両溝９８内に挿入されるようにして各節輪環９６が接合される。
【００３８】
また、各節輪環９６において、両溝９８及び両突部１００が形成された位置には、それぞれ貫通孔１０２が形成されており、各節輪環９６の対応する貫通孔１０２には、ワイヤ７６、７８がそれぞれ挿通されると共に、ワイヤ７６、７８の先端が連結部６８の先端側（Ｚ１側）に配列された節輪環９６に連結されている。これにより、各節輪環９６が集合され略一体的に構成される。
【００３９】
このような連結部６８において、突部１００が溝９８に挿入された状態では、隣接する節輪環９６の間には隙間が形成されるため、突部１００が溝９８内で回動することができ、これにより、隣接する節輪環９６同士が回動することができる。この場合、隣接する１組の節輪環９６同士の回動角度は小さいが、その角度が複数組の節輪環９６について累積すると、湾曲部全体として所望の湾曲を得ることができ、第１アーム部６０に対する第２アーム部６４の向きを変えることができる。
【００４０】
そこで、コンソール２６の制御下に、プーリ７２、７４が適宜回転駆動されると各ワイヤ７６、７８がそれぞれ所定距離だけ進退移動され、これにより、連結部６８を第１アーム部６０の横断面上で上下左右に所望の角度で屈曲させることができる。すなわち、連結部６８は、ワイヤ７６、７８による牽引により能動的に屈曲又は湾曲する。この場合、湾曲方向やその数（自由度）は、特に限定されるものではなく、また、図示されていないが、各節輪環９６の外周を、例えば、弾性又は可撓性を有する材料で構成された層で被覆することも可能である。
【００４１】
図２、図４及び図５に示すように、伸縮機構７０は、第１アーム部６０内に位置する第１ロッド部１０４と、第２アーム部６４内に位置する第２ロッド部１０６と、第１ロッド部１０４の基端部に設けられて伸縮用モータ５６の回転を第１ロッド部１０４に伝達する歯車機構１０８と、節輪環９６内に位置して第１ロッド部１０４及び第２ロッド部１０６を連結するジョイント部１１０と、第２ロッド部１０６の先端部にストッパ部１１２を介して設けられたねじ部１１４とを有している。
【００４２】
図２及び図４から諒解されるように、第１ロッド部１０４は、第１アーム部６０よりも長く形成され、基部５８内まで延びて歯車機構１０８に接続されている。図４及び図５から諒解されるように、第２ロッド部１０６は、第２アーム部６４よりもいくらか短く形成されている。
【００４３】
図２に示すように、歯車機構１０８は、基部５８内に位置しており、伸縮用モータ５６と係合する第１傘歯車１０９と、第１ロッド部１０４が接続されて第１傘歯車１０９と噛み合う第２傘歯車１１１とを含む。
【００４４】
図４に示すように、ジョイント部１１０は、第１ロッド部１０４が接続される第１ピン部１１６と、第２ロッド部１０６が接続される第２ピン部１１８と、第１ピン部１１６と第２ピン部１１８とを連結する中間部材１２０とを有し、いわゆるユニバーサルジョイントとして構成されている。なお、図４では１つの中間部材１２０を例示して説明するが中間部材１２０の設置数はこれに限定されず、複数個であってもよい。
【００４５】
中間部材１２０は、第１ピン部１１６に対して一方向（図４においてはＹ方向）に移動可能な状態で連結されている。第２ピン部１１８は、中間部材１２０に対して中間部材１２０の移動方向と直交する方向（図４においてはＸ方向）に移動可能な状態で連結されている。これにより、ジョイント部１１０を第１アーム部６０の横断面上で上下左右に所望の角度で屈曲させることができる。すなわち、第２ロッド部１０６は第１ロッド部１０４に対して向きを変えることができ、その結果、連結部６８が屈曲した場合に、連結部６８の屈曲に沿ってジョイント部１１０を屈曲させることができる。
【００４６】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第２アーム部６４は、連結部６８に接続される円筒状の固定部１２２と（図２参照）、固定部１２２の先端側に嵌め合わされ、該固定部１２２の長手方向に摺動可能な中空の可動部１２４とを有する。
【００４７】
可動部１２４内には、ねじ部１１４及びストッパ部１１２が位置している。可動部１２４の一端部（先端部）は半球状に形成されており、可動部１２４の他端部にはストッパ部１１２が当接する制限部材１２６が固定されている。さらに、可動部１２４には、固定部１２２の長手方向に移動可能な状態でねじ部１１４に螺合するナット部１２８が設けられている。
【００４８】
従って、コンソール２６の制御下に、第１傘歯車１０９が回転されると、第２傘歯車１１１、第１ロッド部１０４、ジョイント部１１０、第２ロッド部１０６、ストッパ部１１２及びねじ部１１４が一体に回転され、これにより、ナット部１２８を固定部１２２の長手方向に移動させることができる。すなわち、第２アーム部６４は長手方向に伸縮可能となっている。また、第２アーム部６４が縮む方向の可動部１２４の移動は、ナット部１２８がストッパ部１１２に接触することで制限され（図５Ａ参照）、第２アーム部６４が延びる方向の可動部１２４の移動は、ストッパ部１１２が制限部材１２６に当接することで制限される（図５Ｂ参照）。可動部１２４の移動距離を決定するねじ部１１４の長さは、一般的な患者の子宮深さ等を考慮して任意に設定することができる。
【００４９】
図１に示すように、コンソール２６には、ロボットアーム１８、２０、２４、処置用マニピュレータ２８、３０及び子宮マニピュレータ３４の動作を操作するための操作部１３０と、内視鏡３２による画像等の情報が表示されるモニタ１３１とが設けられている。
【００５０】
図６に示すように、操作部１３０は、両手で操作し易い左右位置に設けられた２つのジョイスティック１３２、１３２と、中央のやや奥の位置に設けられた入力手段としてのトラックボール１３４と、トラックボール１３４の半周を略囲むように近接配置された安全スイッチ１３６と、安全スイッチ１３６に隣接配置された伸縮調整スイッチ１３８と、復帰スイッチ１４０とを有する。ジョイスティック１３２は、ロボットアーム１８、２０及び処置用マニピュレータ２８、３０を操作可能に構成されている。ロボットアーム２２及び内視鏡３２は、図示しない別の入力手段により操作可能である。トラックボール１３４は、ロボットアーム２４及び子宮マニピュレータ３４を操作可能に構成されている。
【００５１】
伸縮調整スイッチ１３８は、図５Ｂに示すＺ１方向（第２アーム部６４が伸びる方向）に可動部１２４が移動するように伸縮用モータ５６を回転させる第１スイッチ１４２と、図５Ａに示すＺ２方向（第２アーム部６４が縮む方向）に可動部１２４が移動するように伸縮用モータ５６を回転させる第２スイッチ１４４とを有する。
【００５２】
トラックボール１３４、伸縮調整スイッチ１３８は、安全スイッチ１３６を押した状態でないと操作できないように設定されている。これにより、操作者が誤ってトラックボール１３４に触れても子宮マニピュレータ３４が動くことを防止することができる。復帰スイッチ１４０は、予め設定しておいた位置、例えば、子宮マニピュレータ３４を最初に子宮Ａ内に挿入した位置に子宮マニピュレータ３４を復帰させるスイッチである。
【００５３】
トラックボール１３４を左右方向、上下方向及び回転方向に操作すると、その操作に応じて子宮マニピュレータ３４の第２アーム部６４が左右方向及び上下方向に動くと共に子宮マニピュレータ３４全体が回転する。医療用ロボットシステム１０では、トラックボール１３４の操作方向と子宮マニピュレータ３４の移動方向とが反対になるように設定されている。具体的には、医療用ロボットシステム１０では、上下方向（Ｙ方向）に関してはトラックボール１３４の操作方向と子宮マニピュレータ３４の移動方向とが一致し、左右方向（Ｘ方向）成分を含む方向に関してはトラックボール１３４の操作方向と子宮マニピュレータ３４の移動方向とが反対になるように設定されている。但し、内視鏡３２の向きが上下逆さになった状態で体腔４０内に内視鏡３２を配置する場合には、上下方向に関してのトラックボール１３４の操作方向と子宮マニピュレータ３４の移動方向とが反対になるように医療用ロボットシステム１０を設定してもよい。
【００５４】
すなわち、本実施形態の医療用ロボットシステム１０では、図７に示すように、子宮Ａと対向する位置に配置された内視鏡３２の映像がモニタ１３１に表示されるので、モニタ１３１に表示されている子宮Ａの移動方向と子宮マニピュレータ３４で支持されている子宮Ａの移動方向とが左右反対になる。
【００５５】
そこで、上記したように、トラックボール１３４の操作方向と子宮マニピュレータ３４の移動方向とが反対になるように設定することで、モニタ１３１に表示されている子宮Ａの移動方向とトラックボール１３４の操作方向とを一致させることができる。従って、術者は、例えば、モニタ１３１に表示されている子宮Ａを右方向に動かしたい時にはトラックボール１３４を右方向に、左方向に動かしたい時には左方向に、斜め右上方向に動かしたい時には斜め右上方向に、斜め左下方向に動かしたい時には斜め左下方向に操作すればよい。これにより、モニタ１３１に表示されている子宮Ａを所望の位置に容易かつ直感的に配置させることができる。
【００５６】
次に、子宮マニピュレータ３４の操作について図７を参照しながら説明する。ここでは、子宮筋腫手術を例に説明する。
【００５７】
先ず、第１及び第２バルーン８８、９２を萎ませた状態とし、連結部６８が所定の位置に配置されるように子宮マニピュレータ３４を患者１２の子宮腔４２内に挿入する。
【００５８】
この時、子宮深さＬａに対して第２アーム部６４の長さＬが長い場合（Ｌ＞Ｌａの場合）には、第２スイッチ１４４を操作することで第２アーム部６４を縮める。これにより、可動部１２４の先端が子宮底Ｂに接触して子宮Ａが損傷することを防止して、最適な間隔Ｌｂを容易に確保することができる。一方、子宮深さＬａに対して第２アーム部６４が短い場合（｛Ｌａ−Ｌ｝＞Ｌｂの場合）には、第１スイッチ１４２を操作することで第２アーム部６４を伸ばす。これにより、第２アーム部６４を子宮腔４２内の適切な位置に配置させることができる。すなわち、子宮マニピュレータ３４が挿入され、適切な位置に配置された状態で可動部１２４の先端と子宮底Ｂとの間には、所定の隙間Ｌｂを形成することができる。所定の間隔Ｌｂは、例えば０．５〜１．０ｃｍの範囲で設定されるのが好ましい。
【００５９】
子宮マニピュレータ３４の挿入が完了すると、第１及び第２流体供給部９０、９４から流体を第１及び第２バルーン８８、９２に供給し、第１及び第２バルーン８８、９２を膨張させる。これにより、第１バルーン８８が膣部Ｃの内面に、第２バルーン９２が子宮Ａ内面にそれぞれ押し付けられるため、第１バルーン８８が膣部Ｃに固定され、第２バルーン９２が子宮Ａに固定される。なお、可動部１２４の先端以外の部位及び固定部１２２は、子宮Ａ内面に接触していてもよい。この場合、第２アーム部６４と子宮Ａ内面との接触面積が増えるので子宮マニピュレータ３４の安定性が向上する。
【００６０】
その後、トラックボール１３４を操作して第２アーム部６４を動かすことにより、子宮Ａを処置し易い位置に配置及び支持する。これにより、子宮筋腫が内視鏡３２及び処置用マニピュレータ２８、３０の作動範囲内に支持される。そして、ジョイスティック１３２を操作して処置用マニピュレータ２８、３０を動かすことにより、子宮筋腫の摘出を行う。
【００６１】
本実施形態の医療用ロボットシステム１０においては、子宮マニピュレータ３４の第２アーム部６４を長手方向（挿入方向）に伸縮させることで子宮マニピュレータ３４を子宮腔４２内の適切な位置に配置させることができるので、長さの異なる複数の第２アーム部（チップ）６４を用意する必要がない。そのため、部品点数が増加することを抑えることができる。また、第２アーム部６４に第２バルーン９２を設けているので、第２バルーン９２にて子宮Ａを容易に保持することができる。
【００６２】
また、第１バルーン８８が膣部Ｃに固定されているので、第１バルーン８８を支点として第２アーム部６４の向きを変えることができる。これにより、第１バルーン８８を設けない場合よりも一層安定した状態で子宮マニピュレータ３４にて子宮Ａを支持することができる。さらに、本実施形態の子宮マニピュレータ３４は、ロボットアーム２４に接続された状態でコンソール２６の作用下に操作されるので、長時間の手術を行う場合に、子宮マニピュレータ３４を人手にて操作する時よりも子宮マニピュレータ３４を安定させることができる。
【００６３】
次に、第２実施形態に係る子宮マニピュレータ２３４について図８を参照しながら説明する。なお、第２実施形態は、第１実施形態と共通する構成には同一の参照符号を付してその説明を省略する。また、図８は図５に対応している。
【００６４】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第２実施形態では、第２アーム部２６４、第２バルーン部２６６、伸縮機構２７０の構成が第１実施形態と異なっている。具体的には、第２アーム部２６４は、固定部２２２と、固定部２２２の長手方向に摺動可能に固定部２２２の外側に嵌め合わされた可動部２２４とを有しており、第１実施形態のストッパ部１１２及び制限部材１２６が省略されると共に、可動部２２４の内面に設けられた第１制限部材２２５と、固定部２２２の外面に設けられた第２制限部材２２７とが追加されている。また、第２バルーン２９２が可動部２２４に設けられ、第２ロッド部１０６の先端には第１ねじ部２１４を有する先端部材２１５が設けられている。可動部２２４の内面には、第１ねじ部２１４に噛み合う第２ねじ部２２８が形成されている。固定部２２２の先端側は、可動部２２４が移動した際に第２流体供給部２９４及び第１制限部材２２５が移動できるような切り欠きが形成されている。
【００６５】
以上のように構成された本実施形態においては、コンソール２６の制御下に、第１傘歯車１０９が回転されると第２傘歯車１１１、第１ロッド部１０４、ジョイント部１１０、第２ロッド部１０６及び先端部材２１５が一体に回転され、これにより、可動部２２４を固定部２２２の長手方向に移動させることができる。すなわち、第２アーム部２６４は長手方向に伸縮する。また、第２アーム部２６４が縮む方向の可動部２２４の移動は、可動部２２４が第２制限部材２２７に当接することで制限され（図８Ａ参照）、第２アーム部２６４が伸びる方向の可動部２２４の移動は、先端部材２１５が第１制限部材２２５に当接することで制限される（図８Ｂ参照）。第２ねじ部２２８の長さは、上記した第１実施形態に係るねじ部１１４の場合と略同様に任意に設定することができる。
【００６６】
第２実施形態では、可動部２２４に第２バルーン２９２を設けているので、可動部２２４を固定部２２２の長手方向に移動させた際に第１アーム部６０に対する第２バルーン２９２の相対位置を変化させることができる。これにより、子宮Ａを支持し易い位置に第２バルーン２９２を移動させることができるので、より安定した状態で子宮Ａの支持を行うことができる。
【００６７】
上述した各実施形態においては、第１アーム部側の第１バルーンを膨張させた後に子宮腔内の第２アーム部の位置を調整してもよい。この場合、第１バルーンが膣部に固定された状態になるので、第２アーム部が伸縮できない子宮マニピュレータ、例えば、長さの異なる複数の第２アーム部を付け替えることにより第２アーム部の長さを調整する子宮マニピュレータでは、子宮腔内で第２アーム部の位置を調整することができない。しかし、上述した各実施形態の子宮マニピュレータにおいては、第２アーム部を伸縮することができるので、第１バルーンを膨張させた後であっても子宮腔内の第２アーム部の位置を調整することができる。
【００６８】
本発明は、上述した各実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態で実施できる。
【００６９】
例えば、本発明に係る医療用マニピュレータは、第１及び第２バルーンの少なくともいずれか一方を省略してもよい。第２バルーンが省略された場合、第２アーム部の先端以外の部位と器官とが接触した状態で器官が所定の位置に支持される。また、第１アーム部に対する第１バルーンの位置及び第２アーム部に対する第２バルーンの位置は任意に設定してよい。本発明に係る医療用マニピュレータは、連結部が１つだけ設けられている例に限らず、複数の連結部が設けられていてもよい。本発明に係る医療用マニピュレータが用いられる器官は子宮に限らない。例えば、胃や腸（大腸）等の他の器官に対しても利用することができる。伸縮機構のジョイント部は、ユニバーサルジョイントを用いた例に限らない。例えば、蛇腹状に形成してもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０…医療用ロボットシステム １８、２０、２２、２４…ロボットアーム
２６…コンソール（操作部）
３４、２３４…子宮マニピュレータ（医療用マニピュレータ）
５８…基部 ６０…第１アーム部
６４、２６４…第２アーム部 ６８…連結部
７０、２７０…伸縮機構（移動手段） ８８…第１バルーン（保持用バルーン）
９２、２９２…第２バルーン（固定用バルーン）
１２２、２２２…固定部 １２４、２２４…可動部
Ａ…子宮
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームと、
前記ロボットアームに着脱自在に設けられ、器官を所定の位置に支持するための医療用マニピュレータと、
前記ロボットアーム及び前記医療用マニピュレータを操作する操作部と、
を備えた医療用ロボットシステムであって、
前記医療用マニピュレータは、基部に設けられた第１アーム部と、
前記第１アーム部よりも先端側に位置して前記器官を保持する第２アーム部と、
前記第１アーム部と前記第２アーム部とを連結し、かつ前記第１アーム部に対する前記第２アーム部の向きを可変可能な連結部と、
を備え、
前記第２アーム部は、長手方向に伸縮可能に形成されていることを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項２】
請求項１記載の医療用ロボットシステムにおいて、
前記第２アーム部には、膨張可能な保持用バルーンが設けられていることを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の医療用ロボットシステムにおいて、
前記第２アーム部には、前記連結部に接続されて一方向に延びた固定部と、
前記固定部に対して移動可能に嵌め合わされた可動部と、が設けられ、
さらに、前記可動部を前記固定部の長手方向に移動させる移動手段を備えていることを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療用ロボットシステムにおいて、
前記第１アーム部には、膨張可能な固定用バルーンが設けられていることを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の医療用ロボットシステムにおいて、
前記操作部には、前記医療用マニピュレータを動作させる入力手段が設けられ、
前記入力手段に対する入力方向と、該入力手段への入力動作によって動作される前記医療用マニピュレータの移動方向とが、反対になるように設定されていることを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項１】
ロボットアームと、
前記ロボットアームに着脱自在に設けられ、器官を所定の位置に支持するための医療用マニピュレータと、
前記ロボットアーム及び前記医療用マニピュレータを操作する操作部と、
を備えた医療用ロボットシステムであって、
前記医療用マニピュレータは、基部に設けられた第１アーム部と、
前記第１アーム部よりも先端側に位置して前記器官を保持する第２アーム部と、
前記第１アーム部と前記第２アーム部とを連結し、かつ前記第１アーム部に対する前記第２アーム部の向きを可変可能な連結部と、
を備え、
前記第２アーム部は、長手方向に伸縮可能に形成されていることを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項２】
請求項１記載の医療用ロボットシステムにおいて、
前記第２アーム部には、膨張可能な保持用バルーンが設けられていることを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の医療用ロボットシステムにおいて、
前記第２アーム部には、前記連結部に接続されて一方向に延びた固定部と、
前記固定部に対して移動可能に嵌め合わされた可動部と、が設けられ、
さらに、前記可動部を前記固定部の長手方向に移動させる移動手段を備えていることを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の医療用ロボットシステムにおいて、
前記第１アーム部には、膨張可能な固定用バルーンが設けられていることを特徴とする医療用ロボットシステム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の医療用ロボットシステムにおいて、
前記操作部には、前記医療用マニピュレータを動作させる入力手段が設けられ、
前記入力手段に対する入力方向と、該入力手段への入力動作によって動作される前記医療用マニピュレータの移動方向とが、反対になるように設定されていることを特徴とする医療用ロボットシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−４８８０（Ｐ２０１１−４８８０Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５０１１９（Ｐ２００９−１５０１１９）
【出願日】平成２１年６月２４日（２００９．６．２４）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２４日（２００９．６．２４）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
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