JP5608486B2 - 手術用動力伝達アダプタ及び医療用マニピュレータシステム - Google Patents

Description

本発明は、医療用マニピュレータシステムに用いられる手術用動力伝達アダプタ及びそれを有する医療用マニピュレータシステムに関する。

近年、医療施設の省人化を図るため、ロボットによる医療処置の研究が行われている。特に、外科分野では、多自由度アームを有する多自由度マニピュレータによって患者の処置をする医療用マニピュレータシステムについての各種の提案がなされている。このうち、特許文献１では、アームやその先端に装着される術具を駆動するための動力を直動運動によって伝達するコネクタ（手術用動力伝達アダプタ）についての提案がなされている。

特表２００８−５１９６６５号公報

アームの先端に装着される術具としては各種のものがある。この中で、メスや鋏等の外科手術器具は、患者の体腔に直接接触するものであるため、使用に先立って滅菌処理を施しておく必要がある。滅菌処理の方式としては、高温高圧の飽和水蒸気によって微生物の滅菌を行う高圧蒸気滅菌（オートクレーブ滅菌）や酸化エチレンガス（ＥＯＧ）を用いたアルキル化によって微生物の滅菌を行うＥＯＧガス滅菌等の各種の方式が存在するが、通常、医療用マニピュレータシステムのアーム等を駆動する動力部はこのような各種の方式の滅菌処理に耐え得る構造をしていない。このため、従来は、動力部等の滅菌処理に耐え得る構造をしていない部分を滅菌処理の必要がある部分から隔離した状態で滅菌処理を行うようにしている。

ここで、アームの先端に滅菌処理が必要な術具を装着する場合において、特許文献１において提案されているような直動運動によって動力を伝達する手術用動力伝達アダプタを単純に用いると、手術用動力伝達アダプタ内の直動機構の直動運動によって滅菌処理が行われている清潔域と滅菌処理が行われていない不潔域とが交錯して清潔域が汚染されてしまうおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、清潔域と不潔域との交錯を防止可能な手術用動力伝達アダプタ、及びそれを備える医療用マニピュレータシステムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の一態様の手術用動力伝達アダプタは、術具と該術具を駆動するための動力部との間に介在されて前記術具と前記動力部とを接続する手術用動力伝達アダプタであって、滅菌された前記術具と接触する領域である清潔域と、滅菌されていない前記動力部と接触する不潔域とを含むアダプタ本体と、前記アダプタ本体内に設けられており、前記清潔域と接する部位である第１の部位と、前記不潔域と接する部位である第２の部位とを有し、前記動力部で発生した動力を前記術具に伝達するように直動運動する動力伝達部とを具備し、前記動力伝達部の直動運動の範囲は、該動力伝達部が直動運動しても、前記第１の部位が前記清潔域に位置し、かつ、前記第２の部位が前記不潔域に位置するように設定されており、前記手術用動力伝達アダプタにおける前記動力伝達部の直動運動の方向に沿った寸法は、前記動力伝達部が直動運動した場合であっても前記第１の部位が前記アダプタ本体における前記不潔域と接触せず、前記第２の部位が前記アダプタ本体における前記清潔域と接触しないように設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、清潔域と不潔域との交錯を防止可能な手術用動力伝達アダプタ、及びそれを備える医療用マニピュレータシステムを提供することができる。

本発明の各実施形態に係る医療用マニピュレータシステムの第１の例を示す図である。 本発明の各実施形態に係る医療用マニピュレータシステムの第２の例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る手術用動力伝達アダプタの構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の変形例の手術用動力伝達アダプタの構成を示す図である。 ロッド間の連結構造の変形例を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る手術用動力伝達アダプタの構成を示す図である。 キーパターン部について示す図である。 本発明の第２の実施形態の変形例の手術用動力伝達アダプタの構成を示す図である。 術具にメモリを搭載した変形例を示す第１の図である。 術具にメモリを搭載した変形例を示す第２の図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の各実施形態に係る医療用マニピュレータシステムの第１の例を示す図である。図１は、マスタースレーブ方式の医療用マニピュレータシステムへの適用例を示している。ここで、マスタースレーブ方式の医療用マニピュレータシステムとは、マスターアームとスレーブアームとからなる２種のアームを有し、マスターアームの動作に追従させるようにしてスレーブアームを遠隔制御するシステムのことを言うものとする。

図１に示す医療用マニピュレータシステムは、手術台１００と、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄと、スレーブ制御回路４００と、マスターアーム５００ａ，５００ｂと、操作部６００と、入力処理回路７００と、画像処理回路８００と、ディスプレイ９００ａ，９００ｂと、を有している。

手術台１００は、観察・処置の対象となる患者１が載置される台である。この手術台１００の近傍には、複数のスレーブアーム２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄが設置されている。なお、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄを手術台１００に設置するようにしても良い。

スレーブアーム２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄは、それぞれ複数の多自由度関節を有して構成されている。このようなスレーブアーム２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄは、各関節を湾曲させることによって、手術台１００に載置された患者１に対してスレーブアーム２００ａ〜２００ｄの先端側（患者１の体腔に向かう側とする）に装着される処置具や観察器具といった各種の術具を位置決めする。スレーブアーム２００ａ〜２００ｄの各関節は、アーム内に設けられた動力部によって個別に駆動される。この動力部としては、例えばインクリメンタルエンコーダや減速器等を備えたサーボ機構を有するモータ（サーボモータ）が用いられる。このサーボモータの動作制御は、スレーブ制御回路４００によって行われる。

さらに、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄは、各々の先端側に装着される術具２４０ａ〜２４０ｄを駆動するための複数の動力部も有している。この動力部も例えばサーボモータが用いられ、このサーボモータの動作制御もスレーブ制御回路４００によって行われる。

スレーブアーム２００ａ〜２００ｄの動力部が駆動された場合には、モータの駆動量が位置検出器によって検出される。位置検出器からの検出信号はスレーブ制御回路４００に入力され、この検出信号により、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄの駆動量がスレーブ制御回路４００において検出される。

手術用動力伝達アダプタ（以下、単にアダプタと言う）２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄは、スレーブアーム２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄと術具２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ、２４０ｄとの間に介在されてスレーブアーム２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄと術具２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ、２４０ｄとをそれぞれ接続する。詳細は後述するが、アダプタ２２０ａ〜２２０ｄは、それぞれが直動機構を有し、対応するスレーブアームの動力部において発生した動力を、直動運動によって対応する術具に伝達するように構成されている。

術具２４０ａ〜２４０ｄは、複数の自由度を有する関節部を有し、患者１の体壁に開けられた図示しない挿入孔から患者１の体腔内に挿入される。また、術具２４０ａ〜２４０ｄは、先端部が湾曲駆動したり回転駆動したりできるように構成されている。この湾曲駆動は、例えばスレーブアーム２００ａ〜２００ｄ内にそれぞれ設けられたサーボモータを駆動させて術具２４０ａ〜２４０ｄ内に挿通配置されているワイヤやロッドを押し引き操作することによって行われる。また、回転駆動は、例えばスレーブアーム２００ａ〜２００ｄ内にそれぞれ設けられたサーボモータを駆動させて術具２４０ａ〜２４０ｄ内にそれぞれ設けられた回転機構を作動させたりすることによって行われる。さらに、術具の種類によっては、術具の先端に開閉機構が設けられている。この開閉機構も、例えばスレーブアーム２００ａ〜２００ｄにそれぞれ設けられたサーボモータを駆動させて術具内に挿通配置されたワイヤやロッドを押し引き操作することにより作動される。

ここで、図１に示す４本のスレーブアーム２００ａ〜２００ｄのうち、例えば、スレーブアーム２００ａ、２００ｂ、２００ｄは処置用のスレーブアームとして用いられるものである。これら処置用のスレーブアーム２００ａ、２００ｂ、２００ｄには、術具２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｄとして各種の外科手術器具が装着される。なお、本実施形態における外科手術器具とは、例えばメスや鋏等の、患者１の体内の組織部位に対して処置や操作を行うための術具を言うものとする。また、スレーブアーム２００ｃは観察用のカメラアームとして用いられるものである。スレーブアーム２００ｃには、術具２４０ｃとして各種の観察器具が装着される。本実施形態における観察器具とは、電子内視鏡等の、患者１の体内の組織部位を観察するための術具を言うものとする。

また、アダプタ２２０ａ〜２２０ｄに装着された術具２４０ａ〜２４０ｄは、交換用術具２４０ｅと交換可能になされている。このような術具の交換作業は、例えば助手２によって行われる。
ドレープ３００は、本医療用マニピュレータシステムにおいて滅菌処理を行う部位（以下、清潔域と言う）と滅菌処理を行わない部位（以下、不潔域と言う）とを分けるためのものである。例えば、メスや鋏等の外科手術器具は患者１の体腔内に直接接触するものであり、洗浄処理や滅菌処理を十分に行っておく必要がある。これに対し、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄの動力部等は各種の電子部品を備えているため、通常は滅菌処理に耐え得る構造をしていない。したがって、アダプタ２２０ａ〜２２０ｄを介してスレーブアーム２００ａ〜２００ｄに術具２４０ａ〜２４０ｄを装着した状態で滅菌処理を行う際には、滅菌処理が必要な術具２４０ａ〜２４０ｄの部分を露出させ、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄの動力部が保護されるように、図１に示すように、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄの動力部の部分をドレープ３００によって包むようにした状態で滅菌処理を行う。なお、ドレープ３００によって清潔域と不潔域とを分けておくことにより、滅菌処理後において清潔域と不潔域との交錯も防止される。図１のように必要最小限の範囲をドレープしても良いし、より広範囲に、例えばスレーブ制御回路４００までドレープ３００で覆っても良い。

スレーブ制御回路４００は、例えばＣＰＵやメモリ等を有して構成されている。このスレーブ制御回路４００は、スレーブアーム２００ａ〜２００ｂの制御を行うための所定のプログラムを記憶しており、入力処理回路７００からの制御信号に従って、スレーブアーム２００ａ〜２００ｂ又は術具２４０ａ〜２４０ｄの動作を制御する。即ち、スレーブ制御回路４００は、入力処理回路７００からの制御信号に基づいて、操作者３によって操作されたマスターアームの操作対象のスレーブアーム（又は術具）を特定し、特定したスレーブアーム（術具）に操作者３のマスターアームの操作量に対応した動きをさせるために必要な駆動量を演算する。そして、スレーブ制御回路４００は、算出した駆動量に応じてマスターアームの操作対象のスレーブアームの動作を制御する。この際、スレーブ制御回路４００は、対応したスレーブアームに駆動信号を入力するとともに、対応したスレーブアームの動作に応じて動力部の位置検出器から入力されてくる検出信号に応じて、操作対象のスレーブアームの駆動量が目標の駆動量となるように駆動信号の大きさや極性を制御する。

また、スレーブ制御回路４００は、スレーブアーム２００ｃに装着された観察器具から画像信号が入力されてきた場合には、入力された画像信号を画像処理回路８００に出力することも行う。スレーブ制御回路４００を介さず、観察器具と画像処理回路を直結しても良い。
マスターアーム５００ａ、５００ｂは複数のリンク機構で構成されている。リンク機構を構成する各リンクには例えばインクリメンタルエンコーダ等の位置検出器が設けられている。この位置検出器によって各リンクの動作を検知することで、マスターアーム５００ａ、５００ｂの操作量が入力処理回路７００において検出される。

なお、図１の例において、マスターアーム５００ａが操作者３の右手によって操作されるアームであり、マスターアーム５００ｂが操作者３の左手によって操作されるアームである。このように、図１は、２本のマスターアーム５００ａ、５００ｂを用いて４本のスレーブアームを操作する場合の例を示している。この場合、マスターアームの操作対象のスレーブアームを適宜切り替える必要が生じる。このような切り替えは、例えば操作者３の操作部６００の操作によって行われる。勿論、マスターアームの本数とスレーブアームの本数とを同数とすることで操作対象を１対１の対応とすれば、このような切り替えは不要である。

操作部６００は、マスターアーム５００ａ、５００ｂの操作対象のスレーブアームを切り替えるための切替ボタン（以下、切替ボタンと言う）や、マスターとスレーブの動作比率を変更するスケーリング変更スイッチ、システムを緊急停止させたりするためのフットスイッチ等の各種の操作部材を有している。操作者３によって操作部６００を構成する何れかの操作部材が操作された場合には、対応する操作部材の操作に応じた操作信号が操作部６００から入力処理回路７００に入力される。

入力処理回路７００は、マスターアーム５００ａ、５００ｂからの操作信号及び操作部６００からの操作信号を解析し、操作信号の解析結果に従って本医療用マニピュレータシステムを制御するための制御信号を生成してスレーブ制御回路４００に入力する。

画像処理回路８００は、スレーブ制御回路４００から入力された画像信号を表示させるための各種の画像処理を施して、操作者用ディスプレイ９００ａ、助手用ディスプレイ９００ｂにおける表示用の画像データを生成する。操作者用ディスプレイ９００ａ及び助手用ディスプレイ９００ｂは、例えば液晶ディスプレイで構成され、観察器具を介して取得された画像信号に従って画像処理回路８００において生成された画像データに基づく画像を表示する。画像は二次元画像であれば簡便に表示でき、三次元画像であれば奥行き感を得ることができる。

上述した図１の構成の医療用マニピュレータシステムにおいては、まず術具２４０ａ〜２４０ｄに対する滅菌処理が施される。本実施形態における滅菌処理としてはオートクレーブ滅菌やＥＯＧ滅菌等の各種の方式を用いることができる。
滅菌処理の後、操作者３は、スレーブアーム２００ｃの先端に装着された観察器具を介して取り込まれた画像信号に基づいて操作者用ディスプレイ９００ａに表示された画像を見ながら、マスターアーム５００ａ、５００ｂを操作する。操作者３によるマスターアーム５００ａ、５００ｂの操作を受けて、マスターアーム５００ａ、５００ｂの各リンクに取り付けられた位置検出器からの検出信号が入力処理回路７００に入力される。また、操作部６００の切替ボタンが操作されることにより、操作部６００からの操作信号が入力処理回路７００に入力される。

入力処理回路７００は、操作部６００の切替ボタンからの操作信号の入力回数をカウントしており、この操作信号の入力回数に従って、マスターアーム５００ａ、５００ｂの操作対象のスレーブアームの切り替えを行う。例えば、初期状態では、マスターアーム５００ａの操作対象をスレーブアーム２００ａとし、マスターアーム５００ｂの操作対象をスレーブアーム２００ｂとしておく。この初期状態において、切替ボタンが１回押された場合に、入力処理回路７００は、マスターアーム５００ａの操作対象をスレーブアーム２００ｃに切り替えるとともに、マスターアーム５００ｂの操作対象をスレーブアーム２００ｄに切り替える。以下、切替ボタンが１回押される毎に、入力処理回路７００は、マスターアーム５００ａの操作対象をスレーブアーム２００ａとスレーブアーム２００ｃとの間で切り替えるとともに、マスターアーム５００ｂの操作対象をスレーブアーム２００ｂとスレーブアーム２００ｄとの間で切り替える。

さらに、入力処理回路７００は、マスターアーム５００ａ、５００ｂの何れかの位置検出器から検出信号が入力された場合に、検出信号の値からマスターアームの操作量を判別する。そして、入力処理回路７００は、操作者３によって操作されたマスターアームの操作量を示す情報と、操作されたマスターアームの操作対象のスレーブアームを判別するための情報とを含む制御信号を生成し、生成した制御信号をスレーブ制御回路４００に入力する。

スレーブ制御回路４００は、入力処理回路７００からの制御信号に従って、操作者３によるマスターアームの操作に応じた動きをスレーブマニピュレータにさせるために必要な駆動量を演算する。そして、スレーブ制御回路４００は、マスターアームの操作対象のスレーブアームの駆動量が演算した駆動量に達するように、操作対象のスレーブアームに入力する駆動信号の大きさや極性を制御する。

また、スレーブ制御回路４００は、操作者３によってフットスイッチが踏まれて入力処理回路７００からシステムの緊急停止をさせる旨の制御信号が入力されたときには、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄを停止させる。
図２は、本発明の各実施形態に係る医療用マニピュレータシステムの第２の例を示す図である。図２は、ハンディタイプの医療用マニピュレータシステムへの適用例を示している。ここで、ハンディタイプの医療用マニピュレータシステムとは、外科手術器具が装着されたアームを操作者３が直接操作するシステムのことを言うものとする。

図２において、図１と同一又は対応する構成については図１と同一の参照符号を付すことで説明を省略する。ここで、図２に示すスレーブ制御回路４００は、カメラアームとしてのアーム２００ｃの動作をマスタースレーブ方式で制御するために設けられている。アーム２００ｃについてもハンディタイプのアームとするのであれば、スレーブ制御回路４００は不要である。

ハンディアーム２００ｆは、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄと同様、手術台１００の近傍に設置されている。ハンディアーム２００ｆも、スレーブアーム２００ａ〜２００ｄと同様、先端側に接続される術具を駆動するための複数の動力部を有している。ハンディアーム２００ｆの動力部は、ハンディアーム２００ｆに設けられている図示しない操作部からの駆動信号に従って動力を発生する。また、図２に示すように、ハンディアーム２００ｆの先端にも図１で示したのと同様のアダプタ２２０ｆが接続され、さらに、アダプタ２２０ｆの先端には術具２４０ｆが接続される。

ハンディアーム２００ｆ、アダプタ２２０ｆ、術具２４０ｆは、それぞれ、別のハンディアーム２００ｇ、アダプタ２２０ｇ、術具２４０ｇと交換可能になされている。このような術具の交換作業は、例えば助手２によって行われる。
図２で示した構成の医療用マニピュレータシステムにおいては、操作者３がハンディアーム２００ｆの図示しない操作部を操作することにより、ハンディアーム２００ｆや術具２４０ｆが駆動される。その他の動作については図１で説明した動作が適用される。

以下、本実施形態に係る手術用動力アダプタについてさらに説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る手術用動力伝達アダプタの構成を示す図である。なお、図３のアダプタは、図１及び図２の何れの構成の医療用マニピュレータシステムにも適用可能である。また、図３は、アダプタの周辺の構成のみを示しており、例えばアーム２００自体が有している関節については図示を省略している。

図３に示すアーム２００は、アーム本体２０１と、動力部２０２ａ，２０２ｂと、直動変換機構２０３ａ，２０３ｂと、ロッド２０４ａ，２０４ｂと、を有している。
アーム本体２０１は、金属材料や樹脂材料等から構成されており、動力部２０２ａ，２０２ｂと、直動変換機構２０３ａ，２０３ｂと、ロッド２０４ａ，２０４ｂとを内部に収容するための空間が形成されている。

動力部２０２ａ、２０２ｂは、例えば、位置検出器や減速器等のサーボ機構を有するサーボモータとして構成されている。これら動力部２０２ａ、２０２ｂは、それぞれ、配線２０５ａ、２０５ｂを介してスレーブ制御回路４００に電気的に接続されており、スレーブ制御回路４００によってその動作が制御される。なお、図３では、配線２０５ａ、２０５ｂが１本の配線として図示されている。実際には、配線２０５ａ、２０５ｂは、駆動信号を伝送するための配線、位置検出器の検出信号を伝送するための配線、アースのための配線等の、複数の配線から構成されているものである。また、図３に示すアーム２００は、アーム本体２０１内を挿通するように配置されたロッドを押し引きすることによって術具２４０の関節を駆動させるように構成されている。

直動変換機構２０３ａ、２０３ｂは、それぞれ、ボールねじ等を有して構成され、動力部２０２ａ、２０２ｂのモータの回転動力を直動運動に変換する。直動機構としてのロッド２０４ａ、２０４ｂは、直動変換機構２０３ａ、２０３ｂに連結され、直動変換機構２０３ａ、２０３ｂでそれぞれ変換された直動動力をアダプタ２２０に伝達する。

アダプタ２２０は、アダプタ本体２２１と、ロッド２２２ａ，２２２ｂと、を有している。
アダプタ本体２２１は、金属材料や樹脂材料等の滅菌処理に耐え得る材料（例えば、オートクレーブ滅菌の場合には高温高圧に耐え得る材料を用いる）から構成されており、動力伝達部としてのロッド２０４ａ，２０４ｂを内部に収容するための中空構造を有している。また、アダプタ本体２２１は、アーム本体２０１に対して着脱自在に構成されるとともに、術具本体２４１に対しても着脱自在に構成されている。アーム本体２０１又は術具本体２４１にアダプタ本体２２１が装着された際には、例えばアダプタ本体２２１に設けられた図示しない係止機構によってアダプタ本体２２１が保持される。また、本実施形態では、図３に示すように、ドレープ３００に形成された開口部にてアダプタ本体２２１を保持するようにドレープ３００が構成されている。例えば、図３に示すようにドレープ３００の開口部にはゴムリング３０１が形成されており、このゴムリング３０１の弾性によってアダプタ本体２２１が保持される。なお、ドレープ３００の開口部においてアダプタ本体２２１がより確実に保持されるよう、アダプタ本体２２１に溝等を形成しておくようにしても良い。

このような構成において滅菌処理を行った場合、アダプタ本体２２１は、滅菌処理後はほぼ全て清潔域となるが、使用時などに不潔域と接触した部分は不潔域になっていく。このようにして、ドレープ３００を境としてアダプタ本体２２１が清潔域と不潔域とに分けられる。

動力伝達部としてのロッド２２２ａ、２２２ｂは、それぞれ、アーム本体２０１にアダプタ本体２２１が装着された際にアーム本体２０１内のロッド２０４ａ、２０４ｂと連結されるように構成されている。これらのロッド２２２ａ、２２２ｂはロッド２０４ａ、２０４ｂの直動運動に伴って直動運動し、動力部２０２ａ、２０２ｂで発生した動力を術具２４０に伝達する。

術具２４０は、術具本体２４１と、ロッド２４２ａ，２４２ｂと、ワイヤ２４３ａ，２４３ｂと、関節２４４ａ、２４４ｂと、先端部２４５と、を有している。関節２４４ａと２４４ｂは直交関節である。
術具本体２４１は、金属材料や樹脂材料等の滅菌処理に耐え得る材料から構成されており、ロッド２４２ａ，２４２ｂと、ワイヤ２４３ａ，２４３ｂとを内部に収容している。

ロッド２４２ａ、２４２ｂは、それぞれ、アダプタ本体２２１に術具本体２４１が装着された際にアダプタ本体２２１内のロッド２２２ａ、２２２ｂと連結されるように構成されている。これらのロッド２４２ａ、２４２ｂはロッド２２２ａ、２２２ｂの直動運動に伴って直動運動する。ワイヤ２４３ａ、２４３ｂは、ロッド２４２ａ、２４２ｂに取り付けられており、ロッド２２２ａ、２２２ｂの直動運動に伴って先端部２４５を押し引きする。関節２４４ａ、２４４ｂは、術具本体２４１と先端部２４５との間に介在されており、ワイヤ２４３ａ、２４３ｂの動作に伴って回転する。この関節２４４ａ、２４４ｂの回転に案内されて各種の外科出術器具や観察器具が装着された先端部２４５が湾曲駆動される。

図３に示す構成において、例えば、ロッド２０４ａを図示矢印Ｂ方向に駆動させ、ロッド２０４ｂを図示矢印Ａ方向に駆動させた場合、ロッド２０４ａの図示矢印Ｂ方向の直動運動に伴ってロッド２２２ａ、２４２ａもＢ方向に直動運動する。同様に、ロッド２０４ｂの図示矢印Ａ方向の直動運動に伴ってロッド２２２ｂ、２４２ｂもＡ方向に直動運動する。これにより、ロッド２４２ａに取り付けられたワイヤ２４３ａは先端部２４５を牽引するように駆動され、ロッド２４２ｂに取り付けられたワイヤ２４３ｂは先端部２４５を押し出すように駆動される。このため、先端部２４５は、図示矢印Ｃ方向及び紙面表方向（図示せず）に駆動される。逆に、ロッド２０４ａを図示矢印Ａ方向に駆動させ、ロッド２０４ｂを図示矢印Ｂ方向に駆動させた場合には、先端部２４５は、図示矢印Ｄ方向及び紙面裏方向（図示せず）に駆動される。このようにして先端部２４５をピッチ方向及びヨー方向に沿って駆動させることが可能となる。

なお、図３の例では、先端部２４５をピッチ方向およびヨー方向に駆動させる例についてのみ示している。しかしながら、先端部２４５の駆動方向はこれらの方向に限るものではなく、動力部、直動変換機構、ロッドの数を増やすようにすれば、駆動方向をより多くすることも可能である。また、回転機構等を設けるようにすれば、先端部２４５を回転させることも可能である。

ここで、上述したように、アダプタ２２０のロッド２２２ａは、アーム２００のロッド２０４ａと術具２４０のロッド２４２ａの両方に連結され、これらのロッドは一体的に駆動されるようになっている。同様に、アダプタ２２０のロッド２２２ｂは、アーム２００のロッド２０４ｂと術具２４０のロッド２４２ｂの両方に連結され、これらのロッドは一体的に駆動されるようになっている。

本実施形態では、ロッド２２２ａ、ロッド２０４ａ、ロッド２４２ａが牽引方向（図示矢印Ｂ方向）に向かって最大まで直動運動した場合であっても、ロッド２２２ａにおけるロッド２４２ａとの連結部である第１の部位がアダプタ本体２２１のアーム２００側の壁面（即ち不潔域）と接触せず、かつ、ロッド２２２ａ、ロッド２０４ａ、ロッド２４２ａが押出方向（図示矢印Ａ方向）に向かって最大まで直動運動した場合であっても、ロッド２２２ａにおけるロッド２０４ａとの連結部である第２の部位がアダプタ本体２２１の術具２４０側の壁面（即ち清潔域）と接触しないように、ロッド２２２ａの直動運動の範囲を設定する。ロッド２２２ｂの直動運動の範囲についても同様にして設定する。さらに、前記第１の部位と第２の部位の可動範囲も交錯しないようにする。

実際には、術具２４０の種類毎に要求される先端部２４５の可動範囲が異なり、この先端部２４５の可動範囲によってロッド２２２ａ、２２２ｂの駆動範囲も異ならせる必要がある。このため、術具２４０の種類に応じてロッド２２２ａ、２２２ｂの駆動範囲を適宜設定したアダプタ２２０を用いることが望ましい。例えば、先端部２４５の可動範囲を広くする場合には、その分、ロッド２２２ａ、２２２ｂの駆動範囲を広くする必要がある。このため、まずは、先端部２４５の可動範囲の条件を満足するようにロッド２２２ａ、２２２ｂの駆動範囲を設定する。そして、第１の部位がアダプタ本体２２１における不潔域と接触せず、第２の部位がアダプタ本体２２１における清潔と接触しないように、アダプタ本体２２１におけるロッドの直動運動の方向に沿った寸法Ｌを設定する。

以上説明したように、本実施形態においては、アーム２００の駆動時において術具２４０のロッド２４２ａ、２４２ｂがアダプタ本体２２１のアーム２００側の壁面（不潔域）と接触せず、アーム２００のロッド２０４ａ、２０４ｂがアダプタ本体２２１の術具側の壁面（清潔域）と接触しないように、ロッド２２２ａ、ロッド２２２ｂの直動運動の範囲を設定している。さらに、前記第１の部位と第２の部位の可動範囲も交錯しないようにする。このため、動力を直動運動によって伝達する医療用マニピュレータシステムにおいて、アーム２００の駆動時に清潔域と不潔域とが交錯することがない。これにより、術具２４０を清潔な状態に保つことが可能である。また、アーム２００と術具２４０との間にアダプタ２２０を介在させることにより、術具２４０とアダプタ２００を滅菌処理することで、滅菌処理に耐えられない構造を有するアーム２００と組み合わせて手術に使用することが可能である。さらに、アダプタ２２０は、動力部で発生した動力を直動運動によって伝達するものであるため、細経化が比較的容易である。

以下、第１の実施形態の変形例について説明する。図４（ａ）は、第１の実施形態の第１の変形例のアダプタ２２０の構成を示す図である。図４（ａ）に示すように、第１の変形例のアダプタ２２０のアダプタ本体２２１には、ロッド２２２ａ、２２１ｂが収容されるとともに、滅菌処理のための滅菌空間としても機能する中空部２２１１ａ、２２１１ｂが形成されている。さらに、アダプタ本体２２１には、中空部２２１１ａ、２２１１ｂに滅菌用ガス（オートクレーブ滅菌の場合には高温水蒸気、ガス滅菌の場合にはＥＯＧガス）を流入させるための通気孔２２１２ａ、２２１２ｂが形成されている。このような通気孔２２１２ａ、２２１２ｂを形成しておくことにより、滅菌処理時において、アダプタ本体２２１の表面だけでなく、アダプタ本体２２１の内部のほぼ全域を滅菌処理することが可能となる。

さらに、図４（ａ）に示すように、ロッド２２２ａには、ロッド２２２ａの駆動範囲を規制するとともに、中空部２２１１ａにおける清潔域と不潔域とを分割するための分割部としても機能する隔壁２２２１ａ、２２２２ａがロッド２２２ａと一体的に形成されている。同様に、ロッド２２２ｂには、ロッド２２２ｂの駆動範囲を規制するとともに、中空部２２１１ｂにおける清潔域と不潔域とを分割するための分割部としても機能する隔壁２２２１ｂ、２２２２ｂがロッド２２２ｂと一体的に形成されている。

隔壁２２２１ａ、２２２２ａは、中空部２２１１ａを隙間なく遮蔽するような形状を有して形成されている。また、隔壁２２２１ａと隔壁２２２２ａとは所定の間隙を有するようにロッド２２２ａに形成されている。このような構成により、隔壁２２２１ａの術具２４０側の面が隔壁２２２２ａと接触せず、かつ、隔壁２２２２ａのアーム２００側の面が隔壁２２２１ａと接触しないようになっている。隔壁２２２１ｂ、２２２２ｂについても隔壁２２２１ａ、２２２２ａと同様に形成されている。

図４（ａ）に示すような構成において、滅菌処理の際には、ロッド２２２ａ、２２１ｂをアーム２００側に移動させる。これにより、中空部２２１１ａ、２２１１ｂの容積を大きくしてアダプタ本体２２１内の広い範囲を滅菌処理することが可能である。

また、アーム２００の駆動時においては、隔壁２２２１ａ及び隔壁２２２１ｂによってロッド２２２ａ、２２２ｂの押出方向の直動運動が規制され、隔壁２２２２ａ及び隔壁２２２２ｂによってロッド２２２ａ、２２２ｂの牽引方向の直動運動が規制されるので、ロッド２２２ａ、２２２ｂの直動運動による清潔域と不潔域との交錯が生じない。

図４（ｂ）は、第１の実施形態の第２の変形例のアダプタ２２０の構成を示す図である。図４（ａ）は、ロッド２２２ａ、２２２ｂをアダプタ本体２２１内に収容した状態で滅菌処理を行うようにしている。このため、アダプタ本体２２１内の中空部２２１１ａ、２２１１ｂの全範囲を滅菌処理することはできない。これに対し、図４（ｂ）に示すようにしてアダプタ本体２２１を分割可能なように構成すれば、ロッド２２２ａ、２２２ｂを取り外してから滅菌処理を施すことも可能である。この場合には、アダプタ本体２２１内の中空部２２１１ａ、２２１１ｂの全範囲を滅菌処理することが可能となる。なお、図４（ｂ）の構成の場合には、アダプタ２２０をアーム２００から取り外した状態で滅菌処理を行うことが望ましい。これは、より確実な滅菌をおこなうためである。

図５は、ロッド間の連結構造の変形例を示した図である。なお、図５は、ロッド２４２ａとロッド２２２ａの連結部の構造を示しているが、ロッド２４２ｂとロッド２２２ｂの連結部についても同様の構造を持たせて良い。ロッド２２２ａとロッド２０４ａとの連結部及びロッド２２２ｂとロッド２０４ｂの連結部についても同様である。

上述したように、本実施形態におけるアダプタ２２０のロッドは、アーム２００のロッドと術具２４０のロッドの両方に連結され、このような構成によってアダプタ２２０のロッドと、アーム２００のロッドと、術具２４０のロッドとは一体的に直動されるようになっている。このためのロッドの連結のための構成は、種々のものが考えられる。

例えば、図５（ａ）に示すように、ロッド２４２ａの先端部を鉤状に成形しておくとともに、ロッド２２２ａの先端部をロッド２４２ａの先端部と係合するような鉤状に成形しておく。このような構造を持たせることにより、アダプタ２２０に術具２４０が装着された際には、図５（ｂ）に示すようにしてロッド２４２ａの先端部とロッド２２２ａの先端部とが係合してロッド２４２ａとロッド２２２ａとが連結される。

この他、例えば、アダプタ２２０のロッドとアーム２００のロッドとの間、及びアダプタ２２０のロッドと術具２４０のロッドとの間を磁石によって連結する構成としても良い。この場合には、アダプタ２２０のロッドの先端に磁石を取り付けておくとともに、アーム２００のロッド及び術具２４０を鉄等の強磁性金属で構成しておけば良い。この他、電磁石等の電磁的な手法によって連結するようにしたり、アダプタ２２０のロッドとアーム２００のロッドとの間に接着剤を塗布しておき、該接着剤を用いて両者を連結したりする等、連結の手法は各種の手法が適用され得る。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態における手術用動力伝達アダプタは、第１の実施形態で説明した構成に加えてさらに術具の種類を特定するための情報を記憶できるようにしたものである。図６は、本発明の第２の実施形態に係る手術用動力伝達アダプタの構成を示す図である。図６に示すように、本実施形態のアダプタ２２０は、メモリ２２３を有している。このメモリ２２３には配線２２４が接続されている。メモリ２２３の配線２２４は、アダプタ２２０がアーム２００に接続された際に、アーム２００に設けられた配線２０６と結線されるように構成されている。配線２０６は、アーム本体２０１から引き出されており、動力部２０２ａ、２０２ｂを駆動するための配線２０５ａ、２０５ｂとともにスレーブ制御回路４００に接続されている。この他の構成については第１の実施形態で説明した構成と同様の構成を適用可能である。

術具識別部としてのメモリ２２３は、例えばＥＥＰＲＯＭ等の電気的に情報を読み書きできるメモリであって、術具２４０の種類毎の制御パラメータを記憶している。この制御パラメータとしては、例えば術具２４０の種類を示す情報が含まれる。
さらに、本実施形態のアダプタ本体２２１には、図７（ａ）に示すように、所定の形状のキーパターン部２２１３が形成されている。また、本実施形態の術具本体２４１には、図７（ａ）に示すように、所定の形状のキーパターン部２４１１が形成されている。ここで、キーパターン部２４１１は、同一種類の術具２４０については同一形状となるように形成しておく。このようなキーパターン部２２１３とキーパターン部２４１１とによっても術具識別部が構成されている。

このような構成により、キーパターン部２２１３と対応したキーパターン部２４１１を有する術具本体２４１のみがアダプタ本体２２１に装着可能となる。例えば、図７（ａ）は、アダプタ本体２２１にキーパターン部２２１３としての突起部が形成され、術具本体２４１にアダプタ本体２２１に形成された突起部と嵌り合う構造を有する溝部がキーパターン部２４１１として形成されている例を示している。この場合には、図７（ｂ）に示すようにして、キーパターン部２２１３とキーパターン部２４１１とが嵌り合ってアダプタ本体２２１に術具本体２１１が装着される。

本実施形態におけるスレーブ制御回路４００は、メモリ２２３に記憶された制御パラメータを読み出して術具２４０の種類を特定し、特定した術具２４０に対応した制御プログラムに従って術具２４０の動作制御を行う。
以上説明したように、第２の実施形態によれば、アダプタ２２０にメモリ２２３を設けたことにより、スレーブ制御回路４００において術具２４０の種類を特定し、特定した術具２４０に対して最適な制御を行うことが可能となる。第１の実施形態でも説明したように、アダプタ２２０は、ロッド２２２ａ、２２２ｂを収容するだけの比較的簡易な構造であるため、メモリ２２３を搭載するだけの空間を確保しやすく、メモリ２２３を搭載してもアダプタ本体２２１がそれほど大型化することはない。

また、特定の形状のキーパターン部２４１１が形成されている術具２４０のみをアダプタ２２０に装着可能とすることにより、アダプタ２２０において術具２４０の種類を識別する必要がない。このため、アダプタ２２０が対応している術具２４０の制御パラメータのみをメモリ２２３に記憶させておけば良く、メモリ２２３の容量を少なくすることが可能である。また、アダプタ２２０において術具２４０の種類を識別する必要がないため、術具２４０とアダプタ２２０との間の電気接点等を設ける必要もない。

また、アダプタ２２０に装着可能な術具２４０を制限することにより、例えばスレーブ制御回路４００が対応した制御プログラムを有していない術具２４０が装着されて誤動作が発生する等の不具合も回避できる。
ここで、術具２４０の種類をアダプタ２２０において識別できるように構成しても良い。例えば、複数の形状のキーパターン部２２１３をアダプタ本体２２１に設けるようにすれば、複数の術具２４０の種類を機械的に判別することが可能である。この場合において、キーパターン部２２１３とキーパターン部２４１１との接触時にキーパターン部２２１３の形状に応じた識別信号がスレーブ制御回路４００に出力されるように構成しておくとともに、複数の種類の術具２４０のそれぞれに対応した制御パラメータをメモリ２２３に記憶させておく。このような構成とすれば、キーパターン部２２１３からの識別信号に応じて術具２４０の種類を判別し、判別した術具２４０の種類に対応した制御パラメータをメモリ２２３から読み出してアーム２００の制御を行うようにスレーブ制御回路４００を構成することも可能となる。

さらに、術具２４０とアダプタ２２０との間に電気接点を設けるようにして、電気的に術具２４０の種類を判別できるようにしても良い。ただし、この場合には、滅菌処理の際に電気接点が滅菌用ガスにさらされる可能性があるため、滅菌処理に耐え得る金属材料を用いて電気接点を構成する等の滅菌処理に対する対策を施しておくことがより望ましい。

ここで、図６に示した構成において、アダプタ２２０におけるメモリ２２３を配置する位置については特に限定されるものではない。しかしながら、アダプタ２２０は滅菌用ガスにさらされるものであるため、メモリ２２３はアダプタ本体２２１において滅菌用ガスにさらされることのない部位に配置したり、例えばアダプタ本体２２１に埋め込んだり、コーティングを施しておく、などが望ましい。

また、図６の構成では、メモリ２２３を設けた分だけ図３の構成よりも配線数が増加する。これに対し、例えば配線２０６、配線２０５ａ、配線２０５ｂをバンド等で束ねた状態でスレーブ制御回路４００に接続するようにすれば配線数の増加による配線面積の増大等の影響を軽減することも可能である。

以下、第２の実施形態の変形例について説明する。図８は、本発明の第２の実施形態の変形例のアダプタの構成を示す図である。図６の例では、メモリ２２３に接続された配線２２４をアーム２００から引き出す構成となっている。これに対し、図８は、メモリ２２３に接続された配線２２４をアダプタ２２０のアダプタ本体２２１から引き出すものである。図８に示すような構成とすることにより、アーム２００の配線数を減らすことが可能である。また、配線２２４と、配線２０５ａや配線２０５ｂとの距離を十分保つことが可能であるため、配線２０５ａや配線２０５ｂの信号伝送に伴って配線２２４にノイズが混入する可能性も低減される。

図６及び図８は、アダプタ２２０におけるメモリを設けた例を示している。これに対し、図９及び図１０は、術具２４０にメモリ２４６を設けた例を示している。図９は、図６に対応しており、メモリ２４６の配線をアーム２００から引き出す例である。図９に示すように、術具２４０にはメモリ２４６が設けられている。メモリ２４６には、術具２４０の製造時の製造ばらつき等による駆動量のずれを補正するための校正情報や術具２４０の使用時間、使用回数といった術具２４０毎の固有情報を記憶させておく。なお、メモリ２４６もメモリ２２３と同様、術具本体２４１における滅菌用ガスにさらされることのない部位に配置することが望ましい。

メモリ２４６の配線２４７は、術具２４０がアダプタ２２０に接続された際に、アダプタ２２０に設けられた配線２２４と結線されるように構成されている。また、配線２２４は、アダプタ２２０がアーム２００に接続された際に、アーム２００に設けられた配線２０６と結線されるように構成されている。さらに、配線２０６は、アーム本体２０１から引き出されており、動力部２０２ａ、２０２ｂを駆動するための配線２０５ａ、２０５ｂとともにスレーブ制御回路４００に接続されている。

図９に示すようにして術具２４０にメモリ２４６を設けることにより、術具毎に固有の情報をメモリ２４６に記憶させて使用することが可能となる。これにより、術具２４０の個々の仕様等に応じた最適な駆動制御をスレーブ制御回路４００において行うことが可能となる。また、術具２４０の使用時間や使用回数をメモリ２４６に記憶させておくことにより、個々の術具２４０のメンテナンス時間の管理等を行うことも可能となる。

図１０は、図８に対応しており、メモリ２４６の配線をアダプタ２２０から引き出す例である。この場合には、図１０に示すように、メモリ２４６の配線２４７は、術具２４０がアダプタ２２０に接続された際に、アダプタ２２０に設けられた配線２２４と結線されるように構成されている。さらに、配線２２４は、アダプタ２２０のアダプタ本体２２１から引き出されてスレーブ制御回路４００に接続されている。図１０に示すような構成とすることにより、術具毎に固有の情報をメモリ２４６に記憶させて使用することが可能となるのに加えて、アーム２００の配線数を減らすことが可能である。また、配線２２４と、配線２０５ａや配線２０５ｂとの距離を十分保つことが可能であるため、配線２０５ａや配線２０５ｂの信号伝送に伴って配線２２４にノイズが混入する可能性も低減される。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
さらに、上記した実施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の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような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も発明として抽出され得る。

１００…手術台、２００ａ〜２００ｄ…スレーブアーム、２０１…アーム本体、２０２ａ，２０２ｂ…動力部、２０３ａ，２０３ｂ…直動変換機構、２０４ａ，２０４ｂ…ロッド、２０５ａ，２０５ｂ，２０６…配線、２２０ａ〜２２０ｄ…手術用動力伝達アダプタ（アダプタ）、２２１…アダプタ本体、２２２ａ，２２２ｂ…ロッド、２２３…メモリ、２２４…配線、２４０ａ〜２４０ｄ…術具、２４１…術具本体、２４２ａ，２４２ｂ…ロッド、２４３ａ，２４３ｂ…ワイヤ、２４４ａ，２４４ｂ…関節、２４５…先端部、２４６…メモリ、３００…ドレープ、４００…スレーブ制御回路、５００ａ，５００ｂ…マスターアーム、６００…操作部、７００…入力処理回路、８００…画像処理回路、９００ａ…操作者用ディスプレイ、９００ｂ…助手用ディスプレイ

Claims (12)

1. 術具と該術具を駆動するための動力部との間に介在されて前記術具と前記動力部とを接続する手術用動力伝達アダプタであって、
   滅菌された前記術具と接触する領域である清潔域と、滅菌されていない前記動力部と接触する不潔域とを含むアダプタ本体と、
   前記アダプタ本体内に設けられており、前記清潔域と接する部位である第１の部位と、前記不潔域と接する部位である第２の部位とを有し、前記動力部で発生した動力を前記術具に伝達するように直動運動する動力伝達部と、
   を具備し、
   前記動力伝達部の直動運動の範囲は、該動力伝達部が直動運動しても、前記第１の部位が前記清潔域に位置し、かつ、前記第２の部位が前記不潔域に位置するように設定されており、
   前記手術用動力伝達アダプタにおける前記動力伝達部の直動運動の方向に沿った寸法は、前記動力伝達部が直動運動した場合であっても前記第１の部位が前記アダプタ本体における前記不潔域と接触せず、前記第２の部位が前記アダプタ本体における前記清潔域と接触しないように設定されていることを特徴とする手術用動力伝達アダプタ。
2. 前記第１の部位は前記術具と接する部位であり、前記第２の部位は前記動力部と接する部位であることを特徴とする請求項１に記載の手術用動力伝達アダプタ。
3. 前記滅菌処理は、前記動力伝達部を前記アダプタ本体における前記第２の部位の側に直動運動させた状態で行われることを特徴とする請求項２に記載の手術用動力伝達アダプタ。
4. 前記滅菌処理は、前記動力伝達部を前記アダプタ本体から取り外した状態で行われることを特徴とする請求項２に記載の手術用動力伝達アダプタ。
5. 前記動力伝達部には、該動力伝達部の前記直動運動の範囲を規制し、かつ、前記アダプタ本体内において前記清潔域と前記不潔域とを分割するための分割部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の手術用動力伝達アダプタ。
6. 前記術具を識別するための術具識別部をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の手術用動力伝達アダプタ。
7. 前記術具識別部は、前記術具を識別するための情報を記憶したメモリであることを特徴とする請求項６に記載の手術用動力伝達アダプタ。
8. 前記メモリの配線と前記動力部の配線とが束ねられた状態で前記メモリ及び前記動力部の制御回路に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の手術用動力伝達アダプタ。
9. 前記メモリの配線と前記動力部の配線とが分離された状態で前記メモリ及び前記動力部の制御回路に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の手術用動力伝達アダプタ。
10. 前記術具識別部は、特定の種類の前記術具のみを当該手術用動力伝達アダプタと装着可能とするように当該手術用動力伝達アダプタに形成された装着部であることを特徴とする請求項６に記載の手術用動力伝達アダプタ。
11. 前記術具識別部は、前記術具を識別するための情報を記憶したメモリと、特定の前記術具のみを当該手術用動力伝達アダプタと装着可能とするように当該手術用動力伝達アダプタに形成された装着部であることを特徴とする請求項６に記載の手術用動力伝達アダプタ。
12. 請求項１乃至１１の何れかに記載の手術用動力伝達アダプタと、
    前記手術用動力伝達アダプタに接続され、発生した動力が前記動力伝達部の直動運動によって伝達される動力部と、
    前記手術用動力伝達アダプタに接続され、前記動力伝達部の直動運動によって伝達された動力によって駆動される術具と、
    前記動力部に接続され、前記動力部を制御することにより前記術具の動作を制御する制御回路と、
    を有することを特徴とする医療用マニピュレータシステム。

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