JP2004337474A - 医療用先導マニピュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】体外から患部まで直線的にアプローチできず、且つ、当該アプローチ空間が狭い場合であっても、メスや内視鏡等の術具を先端側に備えた術具マニピュレータを患部に導くことができる通路を確保する。
【解決手段】モータやシリンダ等を駆動源とする駆動装置１１の駆動により、相互に独立して動作可能な第１、第２及び第３のマニピュレータ本体１２，１３，１４を備えて先導マニピュレータ１０が構成されている。各マニピュレータ本体１２〜１４は、相互に離間接近可能に設けられるとともに、所定部位が屈曲変位可能な多関節構造に設けられている。このような先導マニピュレータ１０は、前記離間接近及び屈曲変位により、患部までの通路となる非直線状の狭い隙間Ｓ１、Ｓ２・・・を掻き分け、これら隙間Ｓ１、Ｓ２を患部に向かって次第に拡張することで、後行して体内に導かれる切削マニピュレータの通路が形成維持される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用先導マニピュレータに係り、更に詳しくは、メスや内視鏡等の術具を先端側に備えた術具マニピュレータを体内に導く空間を確保するための医療用先導マニピュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の股関節手術は、大殿筋や縫工筋と呼ばれる各筋肉組織を切開した上で、様々な筋膜を剥離して動脈を傷付けないように行われる。ところが、このような股関節手術においては、術者が、「のみ」に近似した形状の切削器具を患部に打ちつけて所定の骨部位を切削する関係上、その作業スペースとなる広い術野を確保しなければならない。従って、前記切削前には、前記各生体組織の大きな切開が必要となり、患者の負担が多大になるばかりか、手術後における血管、筋繊維及び神経の回復に時間が掛かり、リハビリを含めた完全な回復までに非常に時間がかかるという問題がある。
【０００３】
ところで、近時における腹腔手術等では、患者の腹部に小さな穴を空け、当該穴内に、内視鏡、メス、鉗子等の術具が先端側に設けられた術具マニピュレータ（例えば、特許文献１等参照）を挿入し、術者が前記術具マニピュレータを遠隔操作して手術を行う方法が知られている。このような方法は、腹部の大きな切開を必要としないため、患者への負担が少なく、比較的短時間の回復が可能となる。そこで、この方法を用いて前述した股関節手術を行えば、前記腹腔手術等の場合と同様に、患者の手術時の負担を大幅に低減でき、しかも、手術後の患者の回復期間を大幅に短縮することが期待できる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２９６６７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記術具マニピュレータを使った方法にあっては、その術具マニピュレータの構造上、体外から患部まで直線的にアプローチできる場合のみにしか用いることができず、前記股関節手術等のように、体外から患部まで直線的にアプローチ不能で、且つ、当該アプローチ空間を十分に確保できないような手術には適用できないのが現状である。すなわち、前記股関節手術時等においては、体外から患部に達するまでに、臓器、筋肉、血管、神経等の組織が複雑に配置されており、体外からの術具マニピュレータを患部に到達させるためには、各組織間の狭い隙間を必要最小限に拡張しながら、体外から患部まで術具マニピュレータを非直線的に進入させなければならず、前記術具マニピュレータではこのような動作を行えないという問題がある。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、このような問題に着目して案出されたものであり、その目的は、体外から患部まで、直線的或いは円弧状等簡単な軌跡ではアプローチできず、且つ、当該アプローチ空間が狭い場合であっても、メスや内視鏡等の術具を先端側に備えた術具マニピュレータを患部に導けるようにする医療用先導マニピュレータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、生体内の隙間を進行する複数のマニピュレータ本体を備え、
前記各マニピュレータ本体は、相互に離間接近可能に設けられるとともに、所定部位が屈曲変位可能な多関節構造に設けられ、前記離間接近及び屈曲変位により前記隙間を拡張しながら進行可能とする、という構成を採っている。このような構成によれば、各マニピュレータ本体が、体外から患部に向かう過程で、それらの屈曲動作及び離間接近動作により、患部まで非直線的に存在する狭い隙間を患部に向かって次第に拡張させるように生体組織を掻き分けることになり、後行する術具マニピュレータを患部にアプローチさせる通路が確保可能となる。また、マニピュレータ本体が患部に達したときにその姿勢を維持することで、前記通路の状態を維持することができる。このとき、通路の内壁側に位置する各マニピュレータ本体により通路周囲の生体組織が保護され、後行する術具マニピュレータよる生体組織損傷の虞を低減することもできる。なお、各マニピュレータ本体が生体組織を掻き分ける際には、部分的な屈曲動作等によって、非直線的に存在する隙間を無理なく拡張することができ、これによっても、生体組織損傷の虞を低減することができる。総じて、前記医療用先導マニピュレータを用いることで、体外から患部まで直線的にアプローチ不能で、且つ、当該アプローチ空間を十分に確保できないような股関節手術等においても、従来行われている腹腔手術等の場合と同様に、メスや内視鏡等の術具が先端側に設けられた術具マニピュレータを使った手術が可能となり、患者の手術時の負担を大幅に低減でき、且つ、手術後の患者の回復期間を大幅に短縮できることが期待される。
【０００８】
本発明において、マニピュレータ本体は、少なくとも三本設けられ、そのうちの何れか二本で隙間の拡張状態を維持しながら、残りの一本で先方に存在する隙間にアプローチする、という構成を採ることが好ましい。このように構成することで、比較的単純な構造で、前記術具マニピュレータを患部に導く通路を形成維持することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１には、本実施形態に係る医療用先導マニピュレータの概略構成図が示されている。この図において、先導マニピュレータ１０は、図示しないモータやシリンダ等を駆動源とする駆動装置１１の駆動により、相互に独立して動作可能な第１、第２及び第３のマニピュレータ本体１２，１３，１４を備えて構成されている。
【００１１】
前記各マニピュレータ本体１２〜１４は、相互に同一となる多関節構造の略丸棒状に設けられており、複数のマニピュレータ形成体１６と、これらマニピュレータ形成体１６を相対変位可能に連結する関節部１７とを備えて構成されている。
【００１２】
前記各マニピュレータ本体１２〜１４の最先端側に位置するマニピュレータ形成体１６は、先端側が尖った円錐形状に設けられる一方、それ以外の位置のマニピュレータ形成体１６は、略円柱形状に設けられている。各マニピュレータ形成体１６には、駆動装置１１に繋がるワイヤＷがそれぞれ独立して固定されている。なお、図１では、図面の錯綜を回避するため、前記ワイヤＷの表記を簡略化している。
【００１３】
前記関節部１７は、図２に示されるように、一自由度の相対回転を許容するように各マニピュレータ形成体１６を連結する公知の継ぎ手構造が採用されている。
【００１４】
以上の構成の各マニピュレータ本体１２〜１４は、公知のマスター・スレーブ方式等を実現可能に駆動装置１１側に接続されており、使用者（術者）の遠隔操作により所定の動作を行えるようになっている。すなわち、マニピュレータ本体１２〜１４は、駆動装置１１の駆動により、それぞれ独立して軸線方向に移動できるようになっている他、相互に離間接近する方向に移動可能となっている。また、駆動装置１１の駆動により、術者が指定した所定部位のマニピュレータ形成体１６に連なるワイヤＷが駆動装置１１側に牽引されることで、そのマニピュレータ形成体１６は、隣接するマニピュレータ形成体１６に対し所定角度に亘って屈曲変位するように設定されている。なお、図示省略しているが、本実施形態では、各マニピュレータ形成体１６に、周方向約１８０度程度離間した二箇所位置でワイヤＷが固定されており、当該二箇所のワイヤＷを選択的に牽引することで、対象となるマニピュレータ形成体１６が、隣接するマニピュレータ形成体１６に対して正逆両方向に回転変位するようになっている。
【００１５】
次に、股関節手術時における先導マニピュレータ１０の動作を説明する。なお、以下においては、マニピュレータ本体１２〜１４の軸線方向の移動のうち、図１中Ｆ方向の移動を前進と称し、その反対となる同図中Ｒ方向の移動を後退と称する。また、マニピュレータ形成体１６については、図１中左端側を先端側と称するとともに、当該先端側から順に第１、第２、・・・第ｎ番目のマニピュレータ形成体１６と称することとする。
【００１６】
今回説明する股関節手術は、レーザメスの機能を有する図示しない切削マニピュレータ（術具マニピュレータ）を使って行われる手術であり、当該切削マニピュレータは、その先端側から、骨組織を切断可能レーザ光（Ｅｒ．ＹＡＧレーザ）が照射可能となっている。この切削マニピュレータは、その先端側が患者の腰部付近における側方に空けられた穴（挿入位置）から挿入され、大腿骨と当該大腿骨の上端側に連なる腸骨との接続部位となる患部付近（目標位置）まで達するように体内に導かれる。この際、前記挿入位置から目標位置までは、臓器、筋肉、骨、血管、神経等の各種生体組織が密に存在するため、前記切削マニピュレータが体内で直線的に移動できないばかりか、当該切削マニピュレータを通すための隙間（通路）も狭い。そこで、前記切削マニピュレータを体内に挿入する前に、前記先導マニピュレータ１０を体内に挿入し、当該先導マニピュレータ１０は、前記切削マニピュレータの通路を確保するように作用する。すなわち、各マニピュレータ本体１２〜１４が、術者の操作により、前記切削マニピュレータに先行して、前記挿入位置から前記目標位置まで非直線的に移動しながら、前記切削マニピュレータの通路を維持形成する。この際には、図示しない内視鏡マニピュレータ（術具マニピュレータ）が各マニピュレータ本体１２〜１４と共に体内に挿入され、術者が、体内の画像を目視ながら前記目標位置への通路となり得る各組織間の隙間を見つけ、そこを各マニピュレータ本体１２〜１４を使って拡張しながら進行していくことになる。
【００１７】
具体的には、三本のマニピュレータ本体１２〜１４が、屈曲変位及び離間接近を行いながら、各隙間内を進行することで、当該隙間を前記目標位置に向かって次第に拡張し、前記挿入位置から目標位置に達する前記切削マニピュレータの非直線的な通路を形成する。
【００１８】
以上の動作の一例を図３〜図１０を用いて説明する。なお、ここでは、図面を単純化するために、ターゲットとなる二箇所の第１及び第２の隙間Ｓ１，Ｓ２をリング状としているが、実際の隙間は、筋肉塊の合わせ部位等に見られるように複雑な形状となっている。
【００１９】
先ず、図３に示されるように、第２の隙間Ｓ２よりも体外側に位置する第１の隙間Ｓ１に、各マニピュレータ本体１２〜１４の先端側を相対させる。そして、術者の操作により、第１の隙間Ｓ１に向かって第１及び第２のマニピュレータ本体１２，１３を前進させ、図４に示されるように、それらの先端側を第１の隙間Ｓ１に挿入する。次いで、第１及び第２のマニピュレータ本体１２，１３が相互に離間する方向に動作し、前記第１の隙間Ｓ１が弾性変形を伴って拡張される（図５参照）。このとき、第１及び第２のマニピュレータ本体１２，１３の動きが一旦止まり、第１の隙間Ｓ１の拡張状態が維持されることになり、後行する前記切削マニピュレータ（図示省略）の通路の一部が形成される。そして、第３のマニピュレータ本体１４が前進し、図６に示されるように、拡張された第１の隙間Ｓ１に第３のマニピュレータ本体１４が挿通され、当該第３のマニピュレータ本体１４は、図７に示されるように、その先端側が次なる第２の隙間Ｓ２に挿入されるように前進する。この際、第３のマニピュレータ本体１４は、第２番目のマニピュレータ形成体１６が屈曲変位することで、同第３番目のマニピュレータ形成体１６が、第１のマニピュレータ本体１２に隣り合うように第１の隙間Ｓ１の内壁部分に当接し、その状態が維持される。次いで、第１のマニピュレータ本体１２が、第２のマニピュレータ本体１３に向かって横方向にシフトしながら、図８に示されるように、第２の隙間Ｓ２に向かって前進する。このとき、第１の隙間Ｓ１は、第２及び第３のマニピュレータ本体１３，１４によって、前述した拡張状態が維持されている。そして、第１のマニピュレータ本体１２は、第２のマニピュレータ本体１３に隣り合う位置で第１の隙間Ｓ１の内壁部分に当接する。次いで、第２のマニピュレータ本体１３が、第３のマニピュレータ本体１４に向かって横方向にシフトし、図９に示されるように、第３のマニピュレータ本体１４に隣り合うように第１の隙間Ｓ１の内壁部分に当接する。そして、図１０に示されるように、第２の隙間Ｓ２に先端側が挿入された状態の第１及び第３のマニピュレータ本体１２，１４を相互に離間させながら、それら各第２番目のマニピュレータ形成体１６，１６をそれぞれ屈曲変位させ、第２の隙間Ｓ２をも拡張状態とする。このとき、第２のマニピュレータ本体１３は、第１の隙間Ｓ１の拡張状態を維持するように、その内壁部分に沿って移動する。以上の動作は、先導マニピュレータ１０の先端側が前記目標位置に達するまで、交互に繰り返し行われる。そして、先導マニピュレータ１０の先端側が前記目標位置に達したときに、第１〜第３のマニピュレータ本体１２〜１４の各マニピュレータ形成体１６の屈曲変位により、各隙間Ｓ１，Ｓ２・・・・の拡張状態が維持され、前記挿入位置から目標位置への通路が形成されることになる。以上を総括すると、本実施形態では、各マニピュレータ本体１２〜１４のうちの何れか二本で隙間Ｓ１、Ｓ２・・・の拡張状態を維持しながら、残りの一本で先方に存在する隙間Ｓ２・・・にアプローチすることで、各マニピュレータ本体１２〜１４は、患部までの通路となる非直線状の狭い隙間Ｓ１、Ｓ２・・・を掻き分け、これら隙間Ｓ１、Ｓ２を患部に向かって次第に拡張して、前記切削マニピュレータ（図示省略）に対する患部への通路が確保されることとなる。
【００２０】
その後、各マニピュレータ本体１２〜１４と同様の多関節構造を有する前記切削マニピュレータが途中部位の屈曲変位を伴い、その先端側を難なく目標位置に導かれる。なお、先導マニピュレータ１０によって形成された通路に挿通される器具としては、前述した切削マニピュレータに限らず、先端側に鉗子等が取り付けられた他の術具マニピュレータ等を挿通することも勿論可能である。
【００２１】
従って、このような実施形態によれば、体外から患部まで、術具マニピュレータを直線的にアプローチできず、しかも、その通路となる隙間が狭い場合であっても、当該隙間を拡張し、術具マニピュレータを患部まで導くことが可能になるという効果を得る。従って、このように術具マニピュレータをアプローチし難い患部に対しても、大きな切開を必要としないロボットを使った手術を適用することが可能となる。
【００２２】
なお、前記マニピュレータ本体１２〜１４の構造としては、前記実施形態の構造に限定されるものではなく、一部位を屈曲変位させながら相対移動可能な限りにおいて、種々の構造を採用することができる。
【００２３】
また、前記実施形態では、術者による遠隔操作により、マニピュレータ本体１２〜１４をマニュアル的に動作させているが、本発明はこれに限らず、ＣＴやＭＲＩ等の撮像手段により、体外から患部までのアプローチの経路及びその隙間の大きさ等が把握されていれば、その画像データ等に応じて、前記マニピュレータ本体１２〜１４を自動的に患部まで移動させるように駆動装置１１を制御する構成としてもよい。
【００２４】
更に、前記先導マニピュレータ１０は、前述した股関節手術の他の手術に対して適用することも勿論可能である。
【００２５】
その他、本発明における各構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、メスや内視鏡等の術具を先端側に備えた術具マニピュレータが、体外から患部まで直線的にアプローチできず、且つ、当該アプローチ空間が狭い場合であっても、前記術具マニピュレータを患部に導く通路を確保することができ、患者に負担の少なく入院期間の短い術具マニピュレータ等を使ったロボット等による手術を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る先導マニピュレータの概略構成図。
【図２】図１の一部分を拡大した概略斜視図。
【図３】マニピュレータの動作を説明するための概略図（その１）。
【図４】マニピュレータの動作を説明するための概略図（その２）。
【図５】マニピュレータの動作を説明するための概略図（その３）。
【図６】マニピュレータの動作を説明するための概略図（その４）。
【図７】マニピュレータの動作を説明するための概略図（その５）。
【図８】マニピュレータの動作を説明するための概略図（その６）。
【図９】マニピュレータの動作を説明するための概略図（その７）。
【図１０】マニピュレータの動作を説明するための概略図（その８）。
【符号の説明】
１０ 先導マニピュレータ
１２ 第１のマニピュレータ本体
１３ 第２のマニピュレータ本体
１４ 第３のマニピュレータ本体

Claims (2)

1. 生体内の隙間を進行する複数のマニピュレータ本体を備え、
   前記各マニピュレータ本体は、相互に離間接近可能に設けられるとともに、所定部位が屈曲変位可能な多関節構造に設けられ、前記離間接近及び屈曲変位により前記隙間を拡張しながら進行可能としたことを特徴とする医療用先導マニピュレータ。
2. 前記マニピュレータ本体は、少なくとも三本設けられ、そのうちの何れか二本で隙間の拡張状態を維持しながら、残りの一本で先方に存在する隙間にアプローチすることを特徴とする請求項１記載の医療用先導マニピュレータ。

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