JP6494672B2 - スタンド - Google Patents

Description

本発明は、スタンドに関し、より具体的には、顕微鏡、手術用エンドエフェクタのような医療器具を設けて所望する位置に移動させることができるカウンターバランス部を備えるスタンドに関するものである。

外科手術の分野において医療用手術顕微鏡で患部を観察しながら手術を行う顕微鏡手術(MICROSURGERY)が研究及び導入されている。

このような顕微鏡手術時には、重量物である手術顕微鏡及びその附属機器を設けて手術顕微鏡及びその附属機器を所望する空間に位置させた後、その位置を維持するようにするスタンドを必要とする。

このようなスタンドは、一般に平行リンクを用いるリンクユニットの中間部分をホールディングユニットに回転可能に連結すると同時に、リンクユニットの一側の終端部に手術顕微鏡を設け、回転地点を中心として手術顕微鏡の他方の終端部に手術顕微鏡の重さを相殺するためのカウンターウェイト(COUNTER WEIGHT)を有するバランス構造になっている。

手術顕微鏡には、アシスタント医師用側視鏡(ASSISTANT SCOPE)やビデオカメラなどの附属機器も装着されているので、その重量に合わせてカウンターウェイトの位置を変化させることにより、手術顕微鏡などとカウンターウェイトとのバランスが取れるように全体のバランスを調節する作業が行われる。

しかし、手術顕微鏡及び附属機器を所望する位置に停止させる場合、手術顕微鏡の垂直方向のバランスを維持する必要がある。従来のスタンドは、各種の附属機器の有無により変化する手術顕微鏡側の全重量に対して垂直方向のバランス調節を容易に行うことができないという問題点がある。

本発明は、上述した問題点を解決し、医療器具の位置に関係なく安定的で効率的なカウンターバランス(COUNTER BALANCE)を維持できるカウンターバランス部を備えるスタンドを提供する。

また、医療器具によりジョイントに発生するトルクの大きさに応じて交換が可能なカウンターウェイト及びバランスリンクの長さの調節が可能なカウンターバランス部を備えるスタンドを提供する。

また、自由度の付加が容易であるカウンターバランス部を備えるスタンドを提供する。

本発明の一実施例によるカウンターバランス部を備えるスタンドは、四角形で配置される４つのリンクと、前記リンクの連結部位にそれぞれ連結されて、前記リンクを互いに回転可能にする４つのジョイントと、前記リンクのうちいずれか１つの端部から延びて、先端に医療器具が装着されるフロントリンクと、前記フロントリンクが延びる部位に位置したジョイントに対して対角線方向に位置したジョイントに連結されるカウンターバランス部とを含むことができる。

本発明によるカウンターバランス部を備えるスタンドは、カウンターバランスの設置位置を最適化することにより、小さい重量でも大きいトルクの補償効果を得ることができる。

また、顕微鏡などのように様々な医療器具が用いられても、医療器具によりジョイントに発生するトルクの大きさに応じて交換可能なカウンターウェイト及びバランスリンクの長さの調節が可能なカウンターバランス部によって、安定的かつ効率的なカウンターバランスを維持することができる。

また、ユーザーが所望する目的に応じて複数の延長リンク部材を設けて医療器具の動きの自由度を増加させることができる。

本発明によるカウンターバランス部を備えるスタンドを示す概略図である。 図１の作動状態を示す概略図である。 カウンターバランス部の実施例を示す概略図である。 延長リンク部材が備えられたスタンドを示す概略図である。 図４の他の実施例を示す概略図である。 図５の作動状態を示す概略図である。 カウンターバランス部の他の実施例を示す概略図である。 カウンターバランス部の他の実施例を示す概略図である。 カウンターバランス部の他の実施例を示す概略図である。

発明の具体的な説明

以下では、本発明によるカウンターバランス部を備えるスタンドを添付の図面を参照して、より詳細に説明する。

本発明は、カウンターバランス部を備えるスタンドに関するもので、図１は本発明によるカウンターバランス部を備えるスタンドを示す概略図、図２は図１の作動状態を示す概略図、図３はカウンターバランス部の実施例を示す概略図である。

本発明によるカウンターバランス部を備えるスタンドは、四角形で配置される４つのリンク１００と、リンク１００の連結部位にそれぞれ連結されて、リンク１００を互いに回転可能にする４つのジョイント１１０と、リンク１００のうちいずれか１つの端部から延びて、先端に医療器具Ｍが装着され得るフロントリンク１２０と、フロントリンク１２０が延びる部位に位置したジョイント１１０に対して対角線方向に位置したジョイント１１０に連結されるカウンターバランス部１３０とを含む。

以下では、各構成要素について詳細に説明する。

ジョイント１１０は、第１〜第４ジョイント１１２、１１４、１１６、１１８で構成され、４つのリンク１００の連結部位にそれぞれ連結されてリンク１００が互いに回転するようになる。

リンク１００は、両端に第１、第４ジョイント１１２、１１８が連結される第１リンク１０２と、第１リンク１０２の対辺位置に配置されて両端に第２、第３ジョイント１１４、１１６が連結される第３リンク１０６と、両端が第１、第２ジョイント１１２、１１４に連結される第２リンク１０４と、第２リンク１０４の対辺位置に配置されて両端に第３、第４ジョイント１１６、１１８が連結される第４リンク１０８で構成されて四角形で配置され、例えば、図１に示すように平行四辺形の形態で配置され得る。以下では、リンク１００が平行四辺形で形成された場合の実施形態を説明する。リンク１００が平行四辺形ではない場合には、平行を対辺の意味として理解することができる。

第１リンク１０２は両端に第１、第４ジョイント１１２、１１８が連結され、第３リンク１０６は第１リンク１０２に対して平行に配置されて両端に第２、第３ジョイント１１４、１１６が連結される。また、第２リンク１０４は両端が第１、第２ジョイント１１２、１１４に連結され、第４リンク１０８は両端が第２、第３ジョイント１１４、１１６に連結され、第２リンク１０４と第４リンク１０８は平行になる。これにより、第１、第２、第３及び第４リンク１０２、１０４、１０６、１０８が互いに対して回転可能になって後述する医療器具Ｍが自由度を有するようになる。

また、４つのジョイント１１０のうち少なくともいずれか１つはホールディングユニット（図示せず）に固定されて支持される。本発明の実施例では、例えば、第２ジョイント１１４がホールディングユニットに固持され得る。

フロントリンク１２０は、４つのリンク１００のうちいずれか１つの端部から延びて、先端に医療器具Ｍが装着されてリンク１００が動きに応じて連動して医療器具Ｍを移動させる。実施例として、本発明ではフロントリンク１２０が図１に示すように第１リンク１０２の端部から延びて、第１リンク１０２とフロントリンク１２０との間には第１ジョイント１１２が連結され得る。

カウンターバランス部１３０は、例えば、フロントリンク１２０が延びる部位に位置するジョイント１１０に対して対角線方向に位置するジョイント１１０に連結されて医療器具Ｍのカウンターバランスを合わせる役割をする。すなわち、リンク１００の実施例によれば、図１に示すようにフロントリンク１２０が延びる部位に第１ジョイント１１２があり、第１ジョイント１１２の対角線方向には第３ジョイント１１６が配置されるため、カウンターバランス部１３０は第３ジョイント１１６に連結される。

本発明のカウンターバランス部１３０は、フロントリンク１２０及び医療器具Ｍによるバランスを合わせるためにウェイタ(WEIGHTER)とスプリングが使用され得る。以下では、まずウェイタが使用される場合を説明する。

カウンターバランス部１３０は、第３ジョイント１１６に連結される２つのリンク１００、すなわち、第３、第４リンク１０６、１０８から延びる第１、第２バランシングリンク１３１、１３３と、第１、第２バランシングリンク１３１、１３３の先端にそれぞれ設けられる第１、第２カウンターウェイト１３２、１３４を含む。第１、第２カウンターウェイト１３２、１３４は、第２ジョイント１１４を中心に医療器具Ｍと反対側に位置してバランスを合わせると同時に、医療器具Ｍが重力に反する方向に移動する時、第１、第２カウンターウェイト１３２、１３４は重力が作用する方向に移動して、医療器具によってジョイントに作用するトルクを補償することができる。カウンターバランス部１３０は、中心軸に作用する第２ジョイント１１４と連結せず、図１に示すように第３ジョイント１１６に連結され得、リンク１００の大部分の運動において中心軸との実効距離（カウンターウェイトに作用する重力ベクターと中心軸との間の距離）が最大になるため、医療器具によって発生するジョイントのトルクを最大限で補償することができる。

一方、第１、第２バランシングリンク１３１、１３３は、長さの調節が可能であり、第１、第２カウンターウェイト１３２、１３４は第１、第２バランシングリンク１３１、１３３にそれぞれ着脱可能に設けられてフロントリンク１２０の長さまたは医療器具Ｍの重さに応じてジョイントに補償されるトルクを調節することができる。

他の実施形態として、カウンターバランス部１３０は、第３、第４リンク１０６、１０８から延びる第１、第２バランシングリンク１３１、１３３と、第１、第２バランシングリンク１３１、１３３の先端にそれぞれ設けられる第１、第２カウンタースプリング１３６、１３８を含むことができる。第２ジョイント１１４を固定しているホールディングユニットは、例えば、地面と平行に延びることができ、第１カウンタースプリング１３６は、図３に示すように一端が第１バランシングリンク１３１の先端に連結され、他端がホールディングユニットと連結され得る。このとき、第１カウンタースプリング１３６は引張スプリングであって、第１バランシングリンク１３１を重力が作用する方向、すなわち、矢印方向に移動させて医療器具Ｍによるジョイントのトルクを補償する。第２カウンタースプリング１３８は、一端が第２バランシングリンク１３３の先端に連結され、他端がホールディングユニットと連結される。第２カウンタースプリング１３８も引張スプリングであって、矢印方向に第２バランシングリンク１３３を移動させて医療器具によるジョイントのトルクを補償する。

また、必要に応じて、カウンタースプリングの一端が第３リンク１０６に連結され、他端がホールディングユニットに連結され得る。

以下では、本発明によるカウンターバランス部を備えるスタンドの作動状態を図面を参照して説明する。

図２（ａ）を参照すると、医療器具Ｍが重力に応じる方向であるＡ方向に移動すれば、リンク１００の構造により第３、第４ジョイント１１６、１１８がそれぞれＢ及びＣ方向に移動し、これにより、第１、第２カウンターウェイト１３２、１３４がそれぞれ重力に反する方向であるＤ及びＥ方向に移動するようになる。これにより、第１、第２カウンターウェイト１３２、１３４の位置エネルギーが増加し、後に医療機器Ｍが元の位置に戻ったり、図２（ｂ）に示すようにそれ以上の位置に移動する時に小さい力でも移動できるようにする。

反対に、図２（ｂ）に示すように、医療器具Ｍが重力に反する方向に移動すれば、リンク１００が図２（ａ）の方向とは反対に作用するようになり、これにより、第１、第２カウンターウェイト１３２、１３４は重力に応じる方向に移動することにより位置エネルギーが減少すると同時に、医療器具Ｍが小さい力で重力に反する方向に移動することができる。

図４は本発明による延長リンク部材が備えられたスタンドを示す概略図、図５は図４の他の実施例を示す概略図、図６は図５の作動状態を示す概略図である。

延長リンク部材は、延長リンク２００と、延長リンク２００の連結部位にそれぞれ連結されて、延長リンク２００を互いに回転可能にする延長ジョイント２１０と、延長リンク２００のうちフロントリンク１２０と連結された延長リンク２００の端部から延びる延長フロントリンク２２０を有して構成され、医療器具Ｍの自由度を増加させる役割をする。

延長ジョイント２１０は、第１、第２、第３及び第４延長ジョイント２１２、２１４、２１６、２１８で構成される。

延長リンク２００は、第２リンク１０４の対辺位置に配置されて、両端に第１、第２延長ジョイント２１２、２１４が連結される第２延長リンク２０４と、フロントリンク１２０の対辺位置に配置されて、一端に第２延長ジョイント２１４が連結され、他端に第３延長ジョイント２１６が連結される第３延長リンク２０６と、両端がそれぞれ第２ジョイント１１４及び第１延長ジョイント２１２に連結される第１延長リンク２０２と、一端に第３延長ジョイント２１６が連結され、他端に第４延長ジョイント２１８が連結される第４延長リンク２０８と、両端がそれぞれ第１ジョイント１１２及び第２延長ジョイント２１４に連結される第５延長リンク２０９を含む。

延長リンク部材は、図４に示すように、第２、第３延長リンク２０４、２０６がそれぞれ第２リンク１０４及びフロントリンク１２０と平行に配置され得、第２、第３延長リンク２０４、２０６のそれぞれの一側の端部は第２延長ジョイント２１４に連結される。また、第２延長リンク２０４の他方の端部は第１延長ジョイント２１２に連結され、第３延長リンク２０６の他方の端部は第３延長ジョイント２１６に連結され、第１延長リンク２０２は両端が第２ジョイント１１４及び第１延長ジョイント２１２に連結され、第４延長リンク２０８は両端が第３延長ジョイント２１６及び第４延長ジョイント２１８に連結される。また、第５延長リンク２０９は両端が第１ジョイント１１２及び第２延長ジョイント２１４に連結される。すなわち、延長リンク２００は、中心点である第２ジョイント１１４から延びて、２つの平行四辺形を重ねておいた形態であり得る。

実施例により、第１延長リンク２０２は、設置面に対して垂直に固定され得る。これは後述する延長フロントリンク２２０を垂直に維持させるためである。この場合、第１延長リンク２０２と第５延長リンク２０９が常に平行であり、第５延長リンク２０９と第４延長リンク２０８が常に平行であるため、第４延長リンク２０８から延びる延長フロントリンク２２０も第１延長リンク２０２と常に平行である。よって、顕微鏡のように医療器具Ｍが常に垂直である状態を維持する必要がある場合に第１延長リンク２０２を垂直に固定させることにより、医療器具Ｍも垂直状態を維持させることができる。

延長フロントリンク２２０は、第４延長リンク２０８から延びて、先端に医療器具Ｍが装着され得る。結局、延長リンク２００は、延長フロントリンク２２０を連結するための手段であり、延長フロントリンク２２０によって医療器具Ｍがリンク１００の動きだけでなく延長リンク部材の動きに連動して自由度が増加し得る。

一方、本発明によるカウンターバランス部を備えるスタンドは、図５に示すように、図４に対して上・下が反転した形で形成され得る。これは医療器具Ｍが下から上へ作用する場合、例えば、顕微鏡の対物レンズなどに使用され得、同様に第１延長リンク２０２を地面に対して垂直に固定させて図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように延長フロントリンク２２０を常に垂直に維持させながら動くようにすることができる。

図７〜図９はカウンターバランス部の他の実施例を示す概略図である。

以下では、延長リンク部材が備えられたスタンドにカウンタースプリングが適用された場合を図面を参照して説明する。

まず、図７を参照すると、スタンドには、第３、第４リンク１０６、１０８から延びる第１、第２バランシングリンク１３１、１３３が備えられ、第１延長リンク２０２からそれぞれ延びる第１、第２補助リンク２０２a、２０２ｂが備えられる。第１、第２補助リンク２０２ａ、２０２ｂは第１延長リンク２０２と同様に地面に対して垂直に固定され、第１カウンタースプリング１３６は、一端が第１バランシングリンク１３１の先端に連結され、他端が第１補助リンク２０２ａに連結される。この場合、第１カウンタースプリング１３６は引張スプリングであって、第１バランシングリンク１３１を重力が作用する方向、すなわち、矢印方向に移動させて医療器具Ｍによるジョイントのトルクを補償することができる。第２カウンタースプリング１３６は、一端が第２バランシングリンク１３３の先端に連結され、他端が第２補助リンク２０２ｂに連結される。この時、第２カウンタースプリング１３８は圧縮スプリングであって、第２バランシングリンク１３３を矢印方向に移動させて医療器具Ｍによるジョイントのトルクを補償することができる。

他の実施例として、図８を参照すると、第１カウンタースプリング１３６は、一端が第４リンク１０８に連結され、他端が第１延長リンク２０２に連結される。第２カウンタースプリング１３８は、一端が第３リンク１０６に連結され、他端が第１延長リンク２０２に連結される。また、第１、第２カウンタースプリング１３６、１３８は引張スプリングであって、それぞれが第４リンク１０８及び第３リンク１０６を矢印方向に移動させて医療器具Ｍによるジョイントのトルクを補償することができる。

また他の実施例として、図９を参照すると、第１延長リンク２０２から第２補助リンク２０２ｂが延びて、第１バランシングリンク１３１が第２ジョイント１１４と連結された第３リンク１０６から延びる。また、第１カウンタースプリング１３６の一端が第１バランシングリンク１３１に連結され、他端が第２補助リンク２０２ｂに連結される。この時、第１カウンタースプリング１３６は引張スプリングであって、第１バランシングリンク１３１を矢印方向に移動させて医療器具Ｍによるジョイントのトルクを補償することができる。

このように延長リンク部材が備えられたスタンドにカウンタースプリングが適用される場合、多様な実施例が構成され得、その他にもリンク１００または延長リンク２００と直接連結されるカウンタースプリングが備えられ、必要に応じてバランシングリンクをさらに付加してさらに多様な実施例が構成され得ることはもちろんである。

一方、延長リンク部材は必要に応じてさらに設けられるが、同様にホールディングユニットによって支持される第２ジョイント１１４に追加でリンクを連結し、第２リンク１０４と平行なリンクをさらに連結し、その後、フロントリンク１２０及び延長フロントリンク２２０とそれぞれ平行なリンクをさらに連結した後に、延長フロントリンク２２０に追加のフロントリンクを連結し、連結されたフロントリンクの先端に医療器具を設ける。このような方法でＮ個の延長リンク部材がさらに設けられて医療器具の自由度を多様に設定することができる。

また、設けられる延長リンク部材の数が増加するほど医療器具Ｍは回転の中心点である第２ジョイント１１４から距離が遠くなり、これにより医療器具Ｍによってジョイントに発生するトルクは大きくなるが、安定したカウンターバランスを維持するためには増加する延長リンク部材の数に比例して第１、第２バランシングリンク１３１、１３３の長さを増加させることができる。効率のよいカウンターバランスのためには、第１、第２バランシングリンク１３１、１３３の長さだけでなく、第１、第２カウンターウェイト１３２、１３４の重量も増加させることができる。

１００：リンク １０２：第１リンク
１０４：第２リンク １０６：第３リンク
１０８：第４リンク １１０：ジョイント
１１２：第１ジョイント １１４：第２ジョイント
１１６：第３ジョイント １１８：第４ジョイント
１２０：フロントリンク １３０：カウンターバランス部
１３１：第１バランシングリンク １３２：第１カウンターウェイト
１３３：第２バランシングリンク １３４：第２カウンターウェイト
１３６：第１カウンタースプリング １３８：第２カウンタースプリング
２００：延長リンク ２０２：第１延長リンク
２０２a：第１補助リンク ２０２b：第２補助リンク
２０４：第２延長リンク ２０６：第３延長リンク
２０８：第４延長リンク ２０９：第５延長リンク
２１０：延長ジョイント ２１２：第１延長ジョイント
２１４：第２延長ジョイント ２１６：第３延長ジョイント
２１８：第４延長ジョイント ２２０：延長フロントリンク

Claims (4)

1. 四角形で配置される第１リンク、第２リンク、第３リンク、及び第４リンクであって、前記第１リンク及び第３リンクは対辺位置に配置される前記第１リンク〜前記第４リンクと、
   前記第１リンクと前記第２リンクとの連結部位に連結されて、前記第１リンクと前記第２リンクとを互いに回転可能に連結する第１ジョイントと、
   前記第２リンクと前記第３リンクとの連結部位に連結されて、前記第２リンクと前記第３リンクとを互いに回転可能に連結し、ホールディングユニットに固定される第２ジョイントと、
   前記第３リンクと前記第４リンクとの連結部位に連結されて、前記第３リンクと前記第４リンクとを互いに回転可能に連結する第３ジョイントと、
   前記第４リンクと前記第１リンクとの連結部位に連結されて、前記第４リンクと前記第１リンクとを互いに回転可能に連結する第４ジョイントと、
   前記第３ジョイントに連結されるカウンターバランス部と、
   前記第１リンクの一端部の前記第１ジョイントに連結され、前記第１リンクの一端部から延びるフロントリンクと、
   前記第２ジョイントに回転可能に連結される第１延長リンクと、
   前記第１延長リンクの端部に配置される第１延長ジョイントと、
   前記第１延長ジョイントに回転可能に連結される第２延長リンクと、
   前記第２延長リンクの端部に配置される第２延長ジョイントと、
   前記第２延長ジョイントに回転可能に連結される第３延長リンクと、
   前記第３延長リンクの端部に配置される第３延長ジョイントと、
   前記フロントリンクの端部に配置される第４延長ジョイントと、
   前記第３延長ジョイント及び前記第４延長ジョイントを介して配置される第４延長リンクと、
   前記第１ジョイントと前記第２延長ジョイントとの間に配置される第５延長リンクと、
   前記第４延長リンクから延びる延長フロントリンクであって、前記延長フロントリンクの先端に医療器具が取り付けられる、前記延長フロントリンクと、
   を含み、
   前記第１延長リンク、前記第４延長リンク、及び前記第５延長リンクは互いに平行である、スタンド。
2. 前記カウンターバランス部は前記医療器具の動きに応じて前記第３ジョイントに作用するトルクを補償する、請求項１に記載のスタンド。
3. 前記第３ジョイントに連結される前記カウンターバランス部は前記医療器具の動きによるトルクを補償する、請求項２に記載のスタンド。
4. 前記第３ジョイントに連結される前記カウンターバランス部は、前記第３リンク及び前記第４リンクから延びるように形成され、前記医療器具の動きによるトルクを補償する、請求項２に記載のスタンド。