JP6083076B2 - モーションメモリ型細径手術ロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、モーションメモリ型細径手術ロボットシステムに係り、より詳しくは、生体傷病者が有する自然開孔部から体腔内を観察する内視鏡あるいは手術操作により切除された臓器を体外に搬出するＮａｔｕｒａｌ Ｏｒｉｆｉｃｅ Ｔｒａｎｓｌｕｍｉｎａｌ Ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ Ｓｕｒｇｅｒｙ （ＮＯＴＥＳ）を利用し、体腔内病変臓器の手術部位での手術処置を容易に行う操作性と安全性に優れるモーションメモリ型細径手術ロボットを有し、また、モーションメモリ型細径手術ロボットを腹壁に単一の切開孔を設定して施行される単孔式腹腔鏡下手術用腹腔孔における複数の手術機器のぶつかり合いによる危険性の回避用補助機器として利用し、人体の切開を必要とせずに、手術侵襲を少なくするモーションメモリ型細径手術ロボットシステムに関する。

機能不全に陥った臓器を再生させるための各種幹細胞を使用しての再生医療が注目され臨床使用が模索されている。また、全身療法に代わる局所免疫療法による抗悪性腫瘍療法の臨床導入が模索されている。前記両治療とも胸壁・腹壁といった体腔壁に切開・穿孔を生じて目的臓器への手術機器投入をすることなく施行され得ることが望ましい。この要求に答えるべく数ｍｍの直径を有する細径機器を効率的に手術対象部位に投入される必要がある。

一方、従来の内視鏡（胃腸）あるいは腹腔鏡（腹部）の小型化及び精度向上と医療技術の向上に伴い健康診断等の病巣の早期発見により、病巣が小さいうちに処置できる鏡視下手術のニーズが高まっている。鏡視下手術においては、従来の切開外科手術に比べて傷が小さく人体への負担も少ない低侵襲化が展開しつつある。しかし、これらの手術に使用される細径鉗子には、それ自体に細径が故に穿刺性・挫滅性などの障害性が存在し、その対策が必要とされているのが現状である。

従来の胸部外科や腹部外科をはじめとする外科治療では、長径略２０ｍｍ以上の開腹創を伴う侵襲的外科治療に代わり、直径略１０ｍｍ×長さ略３００ｍｍのデバイスを腹壁に刺入し外科手術が施されてきた。ここ数年、長径略２０ｍｍの開腹創から通常４本以上の複数本の各種鉗子や腹腔鏡を挿入し手術を施行するＲｅｄｕｃｅｄ Ｐｏｒｔ Ｓｕｒｇｅｒｙ（ＲＰＳ）が開発され実施されている。

このように、内視鏡下手術は、患者にとって大変優しい手術であるが、外科医にとっては各機器の長さが必要であり、手元の微妙な操作が先端に大きな影響を及ぼす上でも非常に難しく厳しい手術である。内視鏡画像による限られた視野と限られた術野で鉗子などを利用し、小さな腹腔孔を介して体外から患部へアプローチし、鉗子の先端部を開閉できるグリッパなどを手動で思い通りに幾つもの操作をすることは非常に困難である。このため，外科医には高い熟練性や高度な技術が求められる。さらに、細径鉗子になると、臓器に対するアプローチ角度によって臓器を把持・牽引する予定が、臓器を穿刺・挫滅する結果となってしまうなど危険性が大きい。

また、脳神経外科領域、耳鼻咽喉科領域での鏡視下手術が行われているが、細径機器穿刺性及び挫滅性に加えて、狭い術野における先端の操作性の悪さが非常に問題になっている。

胸部外科領域では肺切除とそれに伴う縦隔リンパ節郭清などの操作や、食道癌における胸膜切開、縦隔リンパ節郭清などの繊細な操作が要求される。そして，胆嚢摘出手術の約８割程度は、既に内視鏡下で行われているが、胃癌、大腸癌などの管腔臓器悪性腫瘍や膵臓癌、肝臓癌、脾腫などの実質臓器に対する高度な手術の内視鏡下手術の適用はまだまだ少ない。今後、さらに高度な手術への適用を可能とするためには、体腔内で意のままに自在に動かすことができる外科医の手となる「ロボットハンド」の実現が必須である。

しかし、従来の把握、牽引、回転など全機能を達成する医療用ロボットでは高額であるが故に広く世界の臨床に採用することが難しいという現実と、外科医自身がコントロールする機能と、ロボット技術により安全性及び操作性を両立する必要性が新たな医療用ロボット技術として必要とされているのである。

このような背景の中で、従来の鏡視下手術用機器にロボット技術を取り入れた医療用マニピュレータが幾つか提案されている。（例えば特許文献１〜３参照）

特許文献１に記載のマニピュレータ装置は、アーム部の先端側に設けられ、処置具をピッチ軸回り及びヨー軸回りに回動自在に支持する作業部と、アーム部の基端側に設けられた操作部と、アーム部内に設けられ、操作部における操作力を作業部に伝達する駆動力伝達部とを具備し、操作部は、その軸方向がアーム部の中心軸に軸方向に交差するように配置されるとともに、アーム部の基端側に取り付けられたブラケットに対し操作桿軸回りに回転自在に支持された操作桿と、操作桿に設けられ、処置具の処置動作、ピッチ軸廻り及びヨー軸回りの回動動作を行わせるための操作デバイスを備えている。

特許文献２に記載の手術用マニピュレータは、その先端側でピッチ方向に回転可能な支持体と、ヨー方向にそれぞれ独立して回転可能となるように支持体に支持された第１及び第２の先端プーリと、これらのプーリにそれぞれ一体化された第１及び第２のブレードと、第１のプーリに固定された第１及び第２のワイヤと、第２のプーリに固定された第３及び第４のワイヤと、第１〜第４のワイヤを押し引きする第１〜第４のモータとを備え、第１及び第２のワイヤは、引張力が作用したときに、相反する方向に第１の先端プーリを回転させ、第３及び第４のワイヤは、引張力が作用したときに、相反する方向に第１の先端プーリを回転させる。

特許文献３に記載の医療用マニピュレータは、中空の連結シャフトと、連結シャフト内に挿通されるワイヤ及びロッドと、連結シャフトの一端側に設けられ、ワイヤ及びロッドを軸線方向に進退駆動するプーリ及びトリガレバーと、連結シャフトの他端側に設けられ、ワイヤ及びロッドの進退駆動によって動作される先端動作部と、ワイヤ及びロッドがそれぞれ摺動可能に挿通される複数の孔部が形成され、連結シャフトの内面に対して密着配置されることにより、該連結シャフト内を先端動作部側とプーリ側とに仕切る気密シールとを備え、スリットが形成された孔部の摺動部と、スリットが形成されていない孔部の摺動部は、ワイヤ及びロッドの摺動方向での位置がずれている。

特開２００７−１３０４８５号公報 特開２０１０−２２０７８６号公報 特開２０１１−４５４９９号公報

しかし、特許文献１〜３に記載等の従来の医療用マニピュレータは、マニピュレータ機構に特化された複雑で高価なシステム構成であって、外科医に必要な微妙で繊細な人感的、人間工学的面にも欠ける面がある。

あるいは、従来の鉗子等の手動操作を自動化した単発的な限定された機能及び操作となっており、外科医としての高い熟練性や高度な技術を要し、まだ外科的処置の普遍的な高い安全性及び信頼性を向上させる余地がある。

さらに、このような自動化されたマニピュレータは、故障の頻度が高い可能性が充分あり、緊急性の高い手術の際の故障時に急遽別の手動式手術具に取り替えて手術を続行する時間が間に合わないケースが考えられるという致命的な問題点がある。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、普遍的な高い安全性及び信頼性を有し、緊急性の高い手術の際の故障時にも対応可能な設計の自由度を備え、低浸襲性を極限まで実現させた比較的安価な外科治療用ニードル型オートマチックデバイス（以下、モーションメモリ型細径手術ロボットという）を有するモーションメモリ型細径手術ロボットシステムを提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明のモーションメモリ型細径手術ロボットシステムは、
主軸（Ｘ軸）、近位端（以下、後端という）及び遠位端（以下、先端という）を有し、
Ｘ軸上に多重管状にそれぞれ遊嵌された複数の細い管状機能部材あるいは前記管状機能部材内又は隣接管状部材間に挿通された１本又は複数本の線状機能部材からなり安定的な支持剛性及び強度を有し、手術状況に応じて適宜な長さに設定され生体の皮膚外面から体腔内部に挿入可能に構成されたニードル構造と、
前記ニードル構造の各管状機能部材あるいは線状機能部材の先端部にそれぞれ着脱可能に機能的連結されてニードル構造の全体回転、手術先端器具の先端部開閉、先端部回転、先端部屈曲を含む複数の動作機能を選択的に有し、体腔内に挿入される手術先端器具と、
前記ニードル構造の後端部が挿通され支持されるとともに前記ニードル構造の各管状機能部材あるいは線状機能部材の後端部とそれぞれ連携して前記手術先端器具の動作機能を作動させる複数の動力伝達手段を有する動力伝達機構
及び前記動力伝達機構を覆う着脱自在なカバー蓋を有する手術先端器具操作部と、を備えた手動式外科治療用ニードル型デバイスと、
前記動力伝達手段に係脱可能に構成され、前記動力伝達手段を駆動する複数の動力手段を有する動力機構ユニットと、
前記動力機構ユニットに着脱可能に構成され、前記複数の動力手段に動力電源を供給するバッテリー電源装置及び前記複数の動力手段を自動操作する操作制御装置からなる電源操作ユニットと、を備え、
前記手動式外科治療用ニードル型デバイスのカバー蓋が取外された面上に着脱可能に装着されるアタッチメント型駆動操作ユニットと、を具備し、
予め外科医が設定した安全な手術プロセスに従って前記複数の動作機能を連続的に実行する手段を備え、
前記予め外科医が設定した安全な手術プロセスは、
事前準備手段、
セーフティーモーションスイッチの設定と作動設定値の操作制御装置へのメモリ手段、
セーブモーションスイッチの設定と作動設定値の操作制御装置へのメモリ手段、
セーフティーモーションスイッチ設定動作確認手段、
セーブモーションスイッチ設定動作による手術処置手段、
を含み、
操作制御装置は、各動作機能の動力伝達機構及び動力機構ユニットの各駆動トルクを監視し、事前に設定された安全トルクレンジを超えた場合はセーフティーモーションスイッチまたはセーブモーションスイッチの指令系統を遮断する手段を有し、
前記各動作機能を個別的に行う手段として、
先端手術器具の先端部回転Ｄ２操作手段、
先端手術器具の先端部屈曲Ｄ３操作手段、
先端手術器具の先端部開閉Ｄ３操作手段、
ニードル構造の全体回転Ｄ４操作手段、
ニードル構造の湾曲Ｄ５操作手段、
を含み、
操作制御装置は、各動作機能の動力伝達機構及び動力機構ユニットの各駆動トルクを監視し、事前に設定された安全トルクレンジを超えた場合は各動作スイッチＳＷ４〜８の指令系統を遮断する手段を有することを特徴とする。

また、前記モーションメモリ型細径手術ロボットは、前記ニードル構造の先端部側に任意長さに亘り形成され、任意の湾曲姿勢に湾曲する湾曲部と、前記動力伝達機構ユニットと動力機構ユニットとの間に配置され、前記湾曲部の最外管状機能部材内に所定間隔で順次各先端部が固着された前記複数の線状機能部材の後端部を連結してそれぞれＸ軸方向に選択的に牽引することにより前記湾曲部を任意の湾曲姿勢に湾曲させる湾曲駆動機構と、をさらに具備することを特徴とする。

また、前記モーションメモリ型細径手術ロボットは、前記手術先端器具における、把持機能を含む開閉機能、Ｘ軸に直交するＹ軸回り又は及びＸ−Ｙ平面に直交するＺ軸回りに任意角度屈曲する屈曲機能、あるいはＸ軸回りに３６０度回転する先端回転機能と、前記ニードル構造のＸ軸回りに３６０度回転する全体回転機能あるいは前記ニードル構造の先端部が任意の湾曲姿勢に湾曲する湾曲機能と、の幾つか又は全部の機能を選択的に有し、前記電源操作ユニットには、予め外科医が設定した安全な手術プロセスに従って前記複数の動作機能を連続的に作動させる一つの自動操作スイッチを具備することを特徴とする。

また、前記モーションメモリ型細径手術ロボットは、前記各動作機能を作動させる前記各駆動機構には、外科医が手術中に人肌で直感的に感知する安全な力を伝達するように任意に設定される安全駆動トルクレンジを超える駆動トルクが発生した場合に過負荷トルクを防止過負荷防止手段を備え、前記電源操作ユニットには、前記各動作機能を作動させる動作指令制御系統に前記駆動トルクと前記安全駆動トルクレンジとの大きさを比較判別して前記動作指令を遮断するフィードバックインターロックシステムを備えることを特徴とする。

また、前記ニードル構造は、いずれも高剛性及び高弾力性を有する医療適合性材料あるいは選択的に形状記憶材料からなり、外径略３ｍｍ〜１０ｍｍ以下に形成されることを特徴とする。

また、前記ニードル構造は、前記複数の動作機能に必要なＸ軸方向のスライド又は牽引、回転、通電、マイクロ波又は超音波放射線伝送を含む各種機能を選択的に有することを特徴とする。

本発明によれば、適宜な外径及び長さに設定自在な細径のニードル構造の先端部に手術先端器具が挿脱可能に取付けられ開閉、回転、屈曲を含む複数の動作機能を選択的に有し、生体の切開をせずにニードル構造及び手術先端器具を体腔内病変臓器の近傍まで挿入して外科手術処置を実行する手動式外科治療用ニードル型デバイスに、このデバイスの動力伝達手段に係合して動力伝達手段を駆動する動力機構ユニット、バッテリー電源装置及びこれらを自動操作する操作制御装置からなる電源操作ユニットを備えたアタッチメント型駆動操作ユニットを着脱可能に装着し、予め外科医が設定した安全な手術プロセスに従って複数の動作機能を連続的に実行するモーションメモリ型細径手術ロボットを有することから、普遍的な高い安全性及び信頼性を有し、緊急性の高い手術の際の故障時にもその場で手動式外科治療用ニードル型デバイスを手動で操作することも可能な設計の自由度を備え、低浸襲性を極限まで実現させた比較的安価なモーションメモリ型細径手術ロボットシステムを提供できる効果がある。特に腹腔孔として、神経解剖学的に最も痛みが少ない臍部に設ける直径略１０ｍｍの単孔式腹腔鏡下手術用腹腔孔を利用できるため、一層低浸襲性を実現させる。

また、前記手動式外科治療用ニードル型デバイスに相当する動力伝達手段を有する動力伝達機構ユニット、動力伝達手段を駆動する複数の動力手段を有する動力機構ユニット、ならびに動力機構ユニットに動力電源を供給するバッテリー電源装置及び前記複数の動力手段を自動操作する操作制御装置からなる電源操作ユニットを各ユニットが着脱可能に一体的に組合せてモーションメモリ型細径手術ロボットとすることができるので、手動操作部が省略化され軽量性及び操作性を向上させるとともに、緊急性の高い手術の際の故障時にもその場で故障したユニットをスペアのものと取替えて対応することができる効果がある。

また、前記モーションメモリ型細径手術ロボットは、湾曲駆動機構を備え、ニードル構造の先端部側に任意長さに亘り形成された湾曲部を任意の湾曲姿勢に湾曲させて例えば生体臓器を持上げる等の自動操作を行うことで、体腔内での外科手術処置の自由度が増し操作性を向上させるとともに細径機器に対する接触面積を増やすことにより生体臓器の穿刺及び挫滅を防止する安全性を確保できる効果がある。

また、前記モーションメモリ型細径手術ロボットは、手術先端器具における把持機能を含む開閉機能、任意角度屈曲する屈曲機能、先端回転機能と、ニードル構造のＸ軸回りに３６０度回転する全体回転機能あるいは前記ニードル構造の先端部が任意の湾曲姿勢に湾曲する湾曲機能と、の幾つか又は全部の機能を選択的に有し、電源操作ユニットに設けられた一つの自動操作スイッチにより、予め外科医が設定した安全な手術プロセスに従ってこれら複数の動作機能を連続的に作動させることから、体腔内での外科手術処置の自由度が増し操作性を向上させるとともに周辺装置含むシステム構成をシンプル化し、操作する外科医自身が内視鏡画像や他の機器を操作することで外科医の意図する思い通りの操作がかのうとなり、さらに、助手を含む少人数による手術あるいは外科医１人によるソロサージェリが可能となる等々の効果がある。

また、モーションメモリ型細径手術ロボットは、各動作機能を作動させる各駆動機構には、外科医が手術中に人肌で直感的に感知する安全な力を伝達するように任意に設定される安全駆動トルクレンジを超える駆動トルクが発生した場合に過負荷トルクを防止過負荷防止手段を備え、電源操作ユニットには、各動作機能を作動させる動作指令制御系統に前記駆動トルクと安全駆動トルクレンジとの大きさを比較判別して前記動作指令を遮断するフィードバックインターロックシステムを備えることから、手術における生体臓器の穿刺及び挫滅を防止する等一層の安全性及び信頼性が確保される効果がある。

また、主軸ニードルは、いずれも高剛性及び高弾力性を有する医療適合性材料あるいは選択的に形状記憶材料からなり、外径略３ｍｍ〜１０ｍｍ以下に形成されることから、先端部に手術先端器具を保持するニードル構造の永久的変形を防止する安定的な支持剛性及び強度を確保するとともに、主軸ニードルを介しての手術先端器具の作動の信頼性を向上させる効果がある。

また、本発明に係るモーションメモリ型細径手術ロボットは、ニードル構造が手術先端器具の動作に必要なＸ軸方向のスライド又は牽引、回転、通電、マイクロ波又は超音波放射線伝送等々の各種機能を選択的に有することから、患者の状況に応じて各種の手術先端器具を選択的に適用でき、設計の自由度を一層向上させる効果がある。

本発明に係る一実施形態のモーションメモリ型細径手術ロボットシステムを概念的に説明するための概念図で、モーションメモリ型細径手術ロボットが体腔内の病変臓器の近傍まで挿入された状態を示す。 図１のモーションメモリ型細径手術ロボットの構成を概念的に示す全体組立要部縦断面図で、手動式外科治療用ニードル型デバイスからアタッチメント型駆動ユニットが分離された状態を示す。 図２の手動式外科治療用ニードル型デバイスにアタッチメント型駆動ユニットが組付けられた状態の全体組立要部縦断面図である。 図２の手動式外科治療用ニードル型デバイスから分離されたアタッチメント型駆動ユニットがさらに駆動機構と電源操作ユニットが分離された３分割状態を示す要部縦断面図である。 図４のＷ部（ニードル構造湾曲駆動機構）の拡大要部縦断面図である。 図１のモーションメモリ型細径手術ロボットの手術時自動操作設定手順を示すセーブモーションスイッチ及びセーフティーモーションスイッチ設定フロー図である。 図６に引続き、（ａ）は手術時に先端手術器具を安全な設定位置へ自動的に動かすセーフティーモーションスイッチ操作フロー図、（ｂ）は先端手術器具を任意の設定位置に自動的に動かすセーブモーションスイッチ操作フロー図である。 （ａ）は先端手術器具の先端部回転操作フロー図、（ｂ）は先端手術器具の先端部屈曲操作フロー図、（ｃ）は先端手術器具の先端部開閉操作フロー図である。 （ａ）はニードル構造の全体回転操作フロー図、（ｂ）はニードル構造の先端部側湾曲操作フロー図である。 本発明に係る別の実施形態のモーションメモリ型細径手術ロボットの構成を概念的に示す全体組立鳥瞰図である。 図１０のモーションメモリ型細径手術ロボットの側面図である。 図１１のモーションメモリ型細径手術ロボットの要部（動力伝達機構及び駆動機構）構成を概念的に示す要部縦断面図である。 図１２のモーションメモリ型細径手術ロボットが動力伝達機構と駆動機構と電源操作ユニットとに分離された３分割状態を示す要部縦断面図である。 本発明に係るまた別の実施形態のモーションメモリ型細径手術ロボットの構成を概念的に示す全体組立鳥瞰図である。 本発明に係るまた別の実施形態のモーションメモリ型細径手術ロボットの先端手術器具の機能構成を概念的に示す要部鳥瞰図である。

本発明のモーションメモリ型細径手術ロボットシステム１は、人体Ｍの切開を必要とせずに、手術侵襲を少なくするモーションメモリ型細径手術ロボットシステムであって、生体傷病者が有する自然開孔部から体腔内を観察する内視鏡あるいは手術操作により切除された臓器を体外に搬出するＮａｔｕｒａｌ Ｏｒｉｆｉｃｅ Ｔｒａｎｓｌｕｍｉｎａｌ Ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ Ｓｕｒｇｅｒｙ （ＮＯＴＥＳ）を利用し、体腔内病変臓器Ｔの手術部位での手術処置を容易に行う操作性と安全性に優れるモーションメモリ型細径手術ロボット１０を有し、また、モーションメモリ型細径手術ロボット１０を腹壁に単一の切開孔を設定して施行される単孔式腹腔鏡下手術用腹腔孔Ｍａにおける複数の手術機器のぶつかり合いによる危険性の回避用補助機器として利用される。

以下、本発明のモーションメモリ型細径手術ロボットシステムを実施するための形態の具体例を、添付図面を参照して詳細に説明する。

本発明に係る一実施形態（実施例１）のモーションメモリ型細径手術ロボットシステム１は、図１〜４に示すように、主軸（Ｘ軸）、近位端（後端）及び遠位端（先端）を有し、Ｘ軸上に多重管状にそれぞれ遊嵌された複数の細い管状機能部材４１〜４４あるいはこれらの管状機能部材内又は隣接管状部材間に挿通された１本又は複数本の線状機能部材４５等からなり安定的な支持剛性及び強度を有し、手術状況に応じて適宜な長さに設定され生体例えば人体Ｍの直径略１０ｍｍの単孔式腹腔鏡下手術用腹腔孔Ｍｂ又は肛門を含む自然開口部（図示しない）などを介して体腔内部に挿入可能に構成されたニードル構造４０と、ニードル構造４０の各管状機能部材４１〜４４あるいは線状機能部材４５等の先端部にそれぞれ着脱可能に機能的連結されてニードル構造４０の全体回転Ｄ４、手術先端器具５０の先端部開閉Ｄ１、先端部回転Ｄ２、先端部屈曲Ｄ３等の複数の動作機能を選択的に有し、体腔内に挿入される手術先端器具５０と、ニードル構造４０の後端部が挿通され支持されるとともにニードル構造４０の各管状機能部材４１〜４４あるいは線状機能部材４５等の後端部とそれぞれ連携して手術先端器具５０の動作機能を作動させる複数の動力伝達手段３１〜４４ｂ等を有する動力伝達機構３０及び動力伝達機構３０を覆う着脱自在なカバー蓋３９ｈを有する手術先端器具操作部３９と、を備えた手動式外科治療用ニードル型デバイス２０と、動力伝達手段３１、３３、３５、３７、４４ａに係脱可能に構成され、これらの動力伝達手段を駆動する複数の動力手段７１、７３、７５、７７、７９を有する動力機構ユニット７０と、動力機構ユニット７０に着脱可能に構成され、複数の動力手段７１〜７９に動力電源を供給するバッテリー電源装置８０及び複数の動力手段７１〜７９を自動操作する操作制御装置９０からなる電源操作ユニット１００とを備え、手動式外科治療用ニードル型デバイス２０のカバー蓋３９ｈが取外されたフランジ３９ｇ面上に着脱可能に装着されるアタッチメント型駆動操作ユニットと、を具備し、予め外科医が設定した安全な手術プロセスに従って前記複数の動作機能を連続的に実行するモーションメモリ型細径手術ロボット１０を有する。

そして、図示しない腹腔鏡によるモニタリング下で、モーションメモリ型細径手術ロボット１０のニードル構造４０及び手術先端器具５０を例えば単孔式腹腔鏡下手術用腹腔孔Ｍｂを介して病変臓器Ｔの近傍まで挿入して、予め外科医が別途図示しないＰＣなどを介して手術状況に応じて任意に設定し電源操作ユニット１００の操作制御装置９０にメモリされた安全な手術プロセスに従って前記複数の動作機能を連続的に実行し外科手術処置を体腔内で全て行う。

本発明に係るモーションメモリ型細径手術ロボット１０を構成する各部材は、耐腐食性、耐薬品性を備えるとともに、加熱滅菌に耐え得る温度耐久性を備える医療適合性材料からなり、特に滅菌を容易にするためそれぞれが分解可能に形成されることが望ましく、ケースバイケースで使い捨てとすることもできる。

ニードル構造４０は、状況に応じた適宜な外径及び長さに設定自在で様々な長さに交換可能である。

特に、ニードル構造４０は、管状又は及び線状の医療適合性材料から外径略３〜１０ｍｍ以下に構成され、特に腹腔孔として、神経解剖学的に最も痛みが少ない臍部に設ける直径略１０ｍｍの単孔式腹腔鏡下手術用腹腔孔Ｍｂを利用できるため、一層低浸襲性を実現させる。

この実施例においては、ニードル構造４０は、複数の細い第１管状機能部材４１、第２管状機能部材４２、第３管状機能部材４３及び第４管状機能部材４４が順次外側から多重管状にそれぞれ遊嵌され、第１管状機能部材４１の外径略３ｍｍのＴｉ系形状記憶合金材、第２〜第４管状機能部材４２〜４４はＳＵＳ材などのいずれも高剛性及び高弾力性を有する管状体からなる。

また、第１管状機能部材４１と第２管状機能部材４２との隙間に後述する複数本の線状機能部材４５が挿通されており、ニードル構造４０の各第１〜第４管状機能部材４１〜４４の先端部にそれぞれニードル構造４０のＸ軸回りの全体回転（３６０°）Ｄ４、手術先端器具５０の先端部開閉Ｄ１、先端部回転（３６０°）Ｄ２及びＸ軸に直交するＹ軸回りの回転による先端部屈曲（９０°）Ｄ３の複数の動作機能を行う動力伝達部材（図示しない）と着脱可能に機能的連結されてニードル構造４０の全体回転Ｄ４、手術先端器具５０の先端部開閉Ｄ１、先端部回転Ｄ２及び先端部屈曲Ｄ３の複数の動作機能の作動媒体となるように構成される。このような複数の動作機能を有する各種の手術先端器具５０は、公知のものを選択的に利用することができるので、ここでは詳細な説明及び図示を省略する。

また、ニードル構造４０は、各種手術先端器具５０の動作に必要な主軸方向のスライド又は牽引、回転、通電、マイクロ波又は超音波放射線伝送等々の各種の機能を選択的に持たせることができる。

熱を用いた腫瘍治療の分野に関し、生体組織の加熱又は組織切除が、細胞を死滅させて腫瘍を消滅させるのに利用されることは公知である（例えば特表２００９−５４４３４７号公報参照）。したがって、ここでは詳細な説明は省略するが、血管を焼灼して止血するために熱を利用することもできる。このような熱は、ＲＦ電流、マイクロ波又は超音波放射線を用いて発生させることができる。熱エネルギーは、直接生体組織に適用可能であり、これらの熱エネルギーは、問題のある病変組織にニードル構造４０を介して伝送することができる。

手術先端器具５０は、生体臓器Ｔを把持、切断、穿刺、孔明する等々の各種の公知を含む手術先端器具を選択的に取り替えることができる。

この実施例の手術先端器具操作部３９は、図２〜４に示すように、下端部に設けられた把持ハンドル３９ａ及び上端部にＸ軸に沿って前方に延設され、ニードル構造４０の後端部が挿通され支持されるとともに後述する動力伝達機構３０が収容される上端開放のフランジ３９ｇが設けられた略ボックス形状の支持本体３９ｂからなる固定ハンドル構造３９ｉと、固定ハンドル構造３９ｉの後端部に固定ピン３９ｆによりピボット連結され、ニードル構造４０の第４管状機能部材４４の後端部に形成された球状体４４ｂと連係して手術先端器具５０先端の開閉機能を作動させる可動ハンドル３９ｄと、動力伝達機構３０を覆う着脱自在なカバー蓋３９ｈと、を備える。

動力伝達機構３０は、まず、支持本体３９ｂ内の先端部に挿通されたニードル構造４０の第１管状機能部材４１、第２管状機能部材４２、第３管状機能部材４３の各後端部にそれぞれ過負荷空転クラッチ３１ａ、３３ａ、３５ａを介して小歯車３１、３３、３５が外嵌し固定され、これらの小歯車３１、３３、３５にそれぞれ歯合する中歯車３２、３４、３６が支持本体３９ｂ内の図示下面に下半部が下方外部に露出し回転自在に設けられている。

これらの中歯車３２、３４、３６を指などでそれぞれ回転させることにより小歯車３１、３３、３５を介して第１管状機能部材４１に連結し支持される手術先端器具５０ともニードル構造４０の全体回転Ｄ４、手術先端器具５０の先端部回転をさせる第２管状機能部材４２、手術先端器具５０の先端部屈曲をさせる第３管状機能部材４３をそれぞれ回転させることができる。

また、この実施例においては、ニードル構造４０の先端部側に手術状況に応じた適宜長さに亘り形成され、任意の湾曲姿勢に湾曲する湾曲部４０ａ（図１参照）と、動力伝達機構３０の小歯車３１と３３の間の第２管状機能部材４２の外周に遊嵌され、湾曲部４０ａの図示しない第１管状機能部材４１内面に所定間隔で順次各先端部が固着され、第１管状機能部材４１内面と第２管状機能部材４１の外周との隙間に挿通された複数の線状機能部材４５の後端部を連結してそれぞれＸ軸方向に選択的に牽引することにより湾曲部４０ａを任意の湾曲姿勢に湾曲させる湾曲駆動機構Ｗ（図４、５参照）と、をさらに具備する。

湾曲部４０ａの長さは、ニードル構造４０の全長さに対して、例えば、脳外科用では略５％、腹部外科では略２０％、胸部外科では略３０％オーダーが一般的であるなど、手術状況に応じて適宜長さに設定される。

湾曲部４０ａ及び湾曲駆動機構Ｗは、いずれも公知の種々の鏡視下手術用機器に用いられる構成を選択的に適用できるので、詳細な説明は省略する。

一例として、この実施例の湾曲駆動機構Ｗは、図５に概念的に示すように、動力伝達機構３０の小歯車３１と３３の間の第２管状機能部材４２の外周に回転方向が拘束された状態（図示しない）でＸ軸方向にスライド自在に遊嵌され、外周に雄ねじ３７ｆが形成された雄ねじ筒３７ａと、内面に雌ねじ３７ｅが形成され、雄ねじ筒３７ａの雄ねじ３７ｆに螺合するとともに外面にギヤ３７ｇが形成された小歯車３７と、雄ねじ筒３７ａの先端部側に取付けられた例えば直交する２軸に回動自在に軸支されるジンバル機構からなるユニバーサル支承手段にピン３７ｈを介して遥動自在に軸支され、湾曲方向コントロールレバー３７ｂを介して湾曲方向をコントロールする湾曲方向コントロールレバー３７ｂと、湾曲方向コントロールレバー３７ｂに後端部が連結され、第１管状機能部材４１内面と第２管状機能部材４１の外周との隙間に円周方向に等配され挿通された複数の線状機能部材４５と、支持本体３９ｂ内の下面に下半部が図示下方外部に露出し回転自在に設けられ、小歯車３７に歯合する中歯車３８と、からなる。

例えば、湾曲方向コントロールレバー３７ｂを前方向に押して傾けると図示上方の線状機能部材４５は後方に牽引される一方、下方の線状機能部材４５はたるみが生じる。この状態で、中歯車３８を指などで回転させ小歯車３７を介して雌雄ねじ３７ｅ、３７ｆの推進機能により雄ねじ筒３７ａを後方向に後退させることでニードル構造４０の湾曲部４０ａを上向きの湾曲姿勢に湾曲させることができる。

また、このような機械式湾曲駆動機構に替えて例えば、いずれも図示しないが、複数の線状機能部材４５を温度変化により伸縮する、すなわち加熱すると収縮し、加熱を止めて放冷し冷却すると元の長さに戻る形状記憶部材を適用し、複数の線状機能部材４５への選択的な通電制御により加熱された線状機能部材４５が収縮し牽引されることによりその方向にニードル構造４０の湾曲部４０ａを湾曲させる公知の湾曲駆動機構とすることもできる。

また、手術先端器具５０の先端部開閉機構は、種々の公知の先端部開閉機構を選択的に適用することができる。例えば、本発明者等が既に特許出願した先端部開閉機構（特願２０１２−４４５９６）は、図示しないが、前部駆動シャフトの先端部に設けられたガイドピンが、第一顎部材及び第二顎部材の後端部に延設され、Ｘ軸及び相互に交叉する方向にそれぞれ形成された長孔ガイドに共にスライド自在に嵌挿され係合するように構成される。そこで、前部駆動シャフトがＸ軸方向に前・後進スライドすることにより、ガイドピンが長孔ガイドに沿ってスライドしガイドすることで第一顎部材及び第二顎部材が相互に固定ピン回りを回動され開閉する。すなわち、第一顎部材及び第二顎部材は、前部駆動シャフトが前進スライドするときに開き、後進スライドするときに閉じるようになっている。

この実施例の手術先端器具操作部３９の可動ハンドル３９ｄは、ニードル構造４０の第４管状機能部材４４の後端部に形成された球状体４４ｂと連係されており、この可動ハンドル３９ｄの操作に伴い、第４管状機能部材４４を介して手術先端器具５０の先端部開閉機構の前部駆動シャフト（図示しない）をＸ軸方向にスライドさせることができる。手術先端器具操作部３９の可動ハンドル３９ｄ、固定ハンドル構造３９ｉの形状及び構成等は特に限定されるものではなく、種々公知の内視鏡外科手術用鉗子の操作部及び可動ハンドル、固定ハンドルの構成を適用することができる。

この実施例においては、図２〜４に示すように、第４管状機能部材４４の後端部側に後述する鍔部４４ａが形成され、さらに後端部に可動ハンドル３９ｄの固定ピン３９ｆの上方に離隔してＸ軸上に形成された凹溝３９ｅ内に滑動自在に嵌挿し係合する球状体４４ｂを備え、固定ハンドル構造３９ｉの支持本体３９ｂの後端部にＸ軸に沿って形成されたガイド孔３９ｃ内を第４管状機能部材４４の後端部がスライド自在に内挿されている。

そして、可動ハンドル３９ｄを固定ハンドル構造３９ｉの把持ハンドル３９ａ方向（図示実線矢印方向）への閉操作又はこれと反対方向（図示破線矢印方向）の開操作に伴って、第４管状機能部材４４を介して手術先端器具５０の前部駆動シャフト（図示しない）をＸ軸方向にそれぞれ後進（後退）又は前進させ、手術先端器具５０先端部（第一顎部材及び第二顎部材）をそれぞれ閉又は開駆動する。

この実施例においては、小歯車３１、３３、３５、３７及び鍔部４４ａは、それぞれニードル構造４０の全体回転Ｄ４、手術先端器具５０の先端部開閉Ｄ１、先端部回転Ｄ２、先端部屈曲Ｄ３の各動作機能を作動させる動力伝達手段となる。

この実施例の動力機構ユニット７０は、図示下端開放のフランジ７０ｂが設けられた略ボックス型ケース７０ａ内にいずれも収容され、小歯車３１、３３、３５、３７にそれぞれ歯合する大歯車７２、７４、７６、７９ａが過負荷回転クラッチ７２ａ、７４ａ、７６ａ、７９ｂを介して連結されるサーボモータ７１、７３，７５、７９と、図示下端部に第４管状機能部材４４後端部側の鍔部４４ａに係合する凹溝７６ｆが形成されたスライダ７８ｄをＸ軸と平行方向に移動させる駆動ねじ７８ｃに過負荷空転クラッチ７８ａを介して連結された小歯車７８ｂと、小歯車７８ｂに歯合する大歯車７８が過負荷回転クラッチ７８ａを介して連結されるサーボモータ７７と、を有する。

この動力機構ユニット７０は、小歯車３１、３３、３５、３７に大歯車７２、７４、７６、７９ａがそれぞれ歯合すとともに第４管状機能部材４４後端部側の鍔部４４ａにスライダ７８ｄの凹溝７６ｆが係合した状態でケース７０ａのフランジ７０ｂが、手動式外科治療用ニードル型デバイス２０の支持本体３９ｂのカバー蓋３９ｈが取外されたフランジ３９ｇに着脱自在に取付けられる。

また、この実施形態の電源操作ユニット１００は、動力手段であるサーボモータ７１、７３，７５、７７、７９に動力電源を供給する複数のバッテリーが取替え可能に収容されるバッテリー電源装置８０と、サーボモータ７１、７３，７５、７７、７９を自動制御操作する例えばいずれも後述するセーブモーションスイッチ９１、セーフティーモーションスイッチ９２、手術先端器具５０先端部開閉スイッチ９３、ニードル構造４０全体回転スイッチ９５、手術先端器具５０先端部屈曲スイッチ９６など各種操作スイッチ又は及び操作ボタンや図示しない各種作動ランプ類などを備える操作制御装置９０と、を有する。

この電源操作ユニット１００は、動力機構ユニット７０の上面に着脱可能に装着される。両ユニット７０、１００の上下面それぞれにいずれも図示しない電源、制御、あるいは各種センサ類用の相互に着脱自在の配線コネクタが配設されている。

このように、モーションメモリ型細径手術ロボット１０は、図４に示すように、手動式外科治療用ニードル型デバイス２０、動力機構ユニット７０、電源操作ユニット１００の３分割ユニット型に構成されており、手術時に通常は、図３に示すように、一体的に組合された状態で利用されるが、比較的故障の確率が高い動力機構ユニット７０及び電源操作ユニット１００の組合せであるアタッチメント型駆動操作ユニット、あるいは動力機構ユニット７０又は電源操作ユニット１００のいずれかを緊急性の高い手術の際の故障時にもその場でスペアのユニットと取替えるか、最悪の場合は、手動式外科治療用ニードル型デバイス２０のみを用いて手動で操作を続行することも可能であるため、安全性及び信頼性が充分確保される。

また、モーションメモリ型細径手術ロボット１０は、ニードル構造４０の全体回転Ｄ４及先端部側湾曲Ｄ５、手術先端器具５０の先端部開閉Ｄ１、先端部回転Ｄ２及び先端部屈曲Ｄ３の各動作機能を作動させる動力機構ユニット７０内のサーボモータ７１、７３，７５、７９及び大歯車７２、７４、７６、７８、７９ａ、あるいは手動式外科治療用ニードル型デバイス２０の小歯車３１、３３、３５，７８ｂなどの各駆動機構には、外科医が手術中に人肌で直感的に感知する安全な力を伝達するように任意に設定される安全駆動トルクレンジを超える駆動トルクが発生した場合に過負荷トルクを防止するそれぞれ過負荷回転クラッチ７２ａ、７４ａ、７６ａ、７８ａ、７９ｂ、あるいは過負荷空転クラッチ３１ａ、３３ａ、３５ａ、７８ｅなどの過負荷防止手段を備えている。

前記安全トルクレンジを超える駆動トルクが発生した場合に、過負荷回転クラッチ７２ａ、７４ａ、７６ａ、７８ａ、７９ｂは、クラッチがスリップ状態でサーボモータ７１、７３、７５、７７、７９に安全トルクレンジ内で駆動される大歯車７２、７４、７６、７８、７９ａが回転し続け、過負荷空転クラッチ３１ａ、３３ａ、３５ａ、７８ｅはトルクリミッタにより駆動トルクが遮断されニードル構造４０の第１管状機能部材４１、第２管状機能部材４２、第３管状機能部材４３あるいは駆動ねじ７８ｃｂが回転停止状態で小歯車３１、３３、３５，７８ｂのみが空転する。

一方、電源操作ユニット１００には、図１に概念的に示すように、前記各動作機能を作動させるニードル構造４０の全体回転Ｄ４及び先端部側湾曲Ｄ５の動作指令制御系統１１４及び１１５、手術先端器具５０の先端部開閉Ｄ１、先端部回転Ｄ２及び先端部屈曲Ｄ３の動作指令制御系統１１１、１１２及び１１３に作動時の駆動トルクと前記安全駆動トルクレンジとの大きさを比較判別してニードル構造４０側のフィーバック制御系統１２４及び１２５、手術先端器具５０側のフィーバック制御系統１２１、１２２及び１２３を介して前記各動作指令を遮断するニードル構造４０側のインターロック１１４ａ及び１１５ａ、手術先端器具５０側のインターロック１１１ａ、１１２ａ及び１１３ａを有するフィードバックインターロックシステムを備える。ここでは、前記各駆動トルクを検出するセンサ類などは図示しない。

電源操作ユニット１００には、ニードル構造４０の全体回転Ｄ４及び先端部側湾曲Ｄ５スイッチＳＷ７及びＳＷ８、手術先端器具５０の先端部開閉Ｄ１、先端部回転Ｄ２及び先端部屈曲Ｄ３スイッチＳＷ４、ＳＷ５及びＳＷ６等の個別操作スイッチと、予め外科医が別途図示しないＰＣなどを介して手術状況に応じて任意に設定した安全な手術プロセスに従って前記複数の動作機能を連続的に実行する場合の、手術時に手術先端器具５０を安全な位置（原点）へ動かすオートスイッチであるセーフティーモーションスイッチＳＷ２及び手術時に手術先端器具５０を任意の位置へ動かすオートスイッチであるセーブモーションスイッチＳＷ１と、非常停止スイッチＳＷ３と、を少なくとも備える操作パネル１２０が設けられる。

これらの自動操作スイッチは、電源操作ユニット１００の操作制御装置９０に例えばセーブモーションスイッチ９１、セーフティーモーションスイッチ９２、手術先端器具５０先端部開閉スイッチ９３、ニードル構造４０全体回転スイッチ９５、手術先端器具５０先端部屈曲スイッチ９６などの機械式スイッチ又は及びタッチパネル式スイッチを選択的に設けることができる。なお、ここでは、前記各動作機能の作動状況や操作状況を示すランプやモニターなどの説明及び図示は省略する。

次に、この実施例のモーションメモリ型細径手術ロボットシステム１の操作手順の要部を、図６〜９を参照し説明する。

まず、図６に示すように、手術状況に対応する先端手術器具５０を選定してニードル構造４０の先端部に取付け（Ｓ０１）、そのニードル構造４０を動力伝達機構３０に取付け（Ｓ０２）、ニードル構造４０の湾曲用線状機能部材４５のテンション調整を行う（Ｓ０３）、などの事前準備を済ませる（事前準備段階Ｓ０）。

次いで、別途図示しないＰＣなどを介して、セーフティーモーションスイッチＳＷ２の設定を始め（Ｓ１１）、先端手術器具５０の先端回転Ｄ２角度、先端屈曲Ｄ３角度、先端開閉Ｄ１角度の設定（Ｓ１２〜Ｓ１４）、ニードル構造４０の全体回転Ｄ４角度、湾曲Ｄ５形状の設定（Ｓ１５、Ｓ１６）を順次行って、セーフティーモーションスイッチの設定を完了する（Ｓ１７）。以上の各動作機能の作動設定値を電源操作ユニット１００の操作制御装置９０にメモリしておく（セーフティーモーションスイッチ設定段階Ｓ１）。

引続き、前記ＰＣなどを介して、セーブモーションスイッチＳＷ１の設定を始め（Ｓ２１）、先端手術器具５０の先端回転Ｄ２角度、先端屈曲Ｄ３角度、先端開閉Ｄ１角度の設定（Ｓ２２〜Ｓ２４）、ニードル構造４０の全体回転Ｄ４角度、湾曲Ｄ５形状の設定（Ｓ２５、Ｓ２６）を順次行って、セーブモーションスイッチＳＷ１の設定を完了する（Ｓ２７）。以上の各動作機能の作動設定値に基づく手術プロセスを電源操作ユニット１００の操作制御装置９０にメモリしておく（セーブモーションスイッチ設定段階Ｓ１）。

次に手術に際し、まず例えば人体Ｍの直径略１０ｍｍの単孔式腹腔鏡下手術用腹腔孔Ｍｂを介してニードル構造４０の先端手術器具５０を体腔内部の病変臓器Ｔの近傍まで挿入し、図７（ａ）に示すように、セーフティーモーションスイッチＳＷ２をＯＮし（Ｏｐ１１）、事前に設定された位置へ先端手術機具５０が動き（Ｏｐ１２）、セーフティーモーションスイッチＳＷ２をＯＦＦする（Ｏｐ１３）と、各動作機能の設定された初期位置へ先端手術器具が戻る（Ｏｐ１４）ことを確認する（セーフティーモーションスイッチ設定動作確認段階Ｏｐ１）。

この際に、操作制御装置９０は、各動作機能の動力伝達機構３０及び動力機構ユニット７０の各駆動トルクを監視（フィードバック）し、事前に設定された安全トルクレンジを超えた場合はセーフティーモーションスイッチＳＷ２の指令系統を遮断（インターロック）する。

引続き、図７（ｂ）に示すように、セーブモーションスイッチＳＷ１をＯＮし（Ｏｐ１１）、事前に設定された位置へ先端手術機具５０が動き、外科医が設定した安全な手術プロセスに従って自動的に前記複数の動作機能を連続的に実行し、外科手術処置を体腔内で全て行う（Ｏｐ２２）。その後、セーブモーションスイッチＳＷ１をＯＦＦする（Ｏｐ１３）と、各動作機能の設定された初期位置へ先端手術器具が戻る（Ｏｐ１４）ことを確認する（セーブモーションスイッチ設定動作による手術処置段階Ｏｐ２））。

この際にも、操作制御装置９０は、各動作機能の動力伝達機構３０及び動力機構ユニット７０の各駆動トルクを監視（フィードバック）し、事前に設定された安全トルクレンジを超えた場合はセーブモーションスイッチＳＷ１の指令系統を遮断（インターロック）する。

一方、前記各動作機能を個別的に行う場合は、図８の（ａ）に先端手術器具５０の先端部回転Ｄ２操作フロー、（ｂ）に先端手術器具５０の先端部屈曲Ｄ３操作フロー、（ｃ）に先端手術器具５０の先端部開閉Ｄ３操作フローを、図９の（ａ）にニードル構造４０の全体回転Ｄ４操作フロー、（ｂ）にニードル構造４０の湾曲Ｄ５操作フローをそれぞれ示す。

これらの個別操作の際にも、操作制御装置９０は、各動作機能の動力伝達機構３０及び動力機構ユニット７０の各駆動トルクを監視（フィードバック）し、事前に設定された安全トルクレンジを超えた場合は各動作スイッチＳＷ４〜８の指令系統を遮断（インターロック）する。

本発明に係る別の実施形態（実施例２）のモーションメモリ型細径手術ロボット１０Ａは、実施例１のモーションメモリ型細径手術ロボット１０におけるカバー蓋３９ｈ及び手術先端器具操作部３９が省かれた手動式外科治療用ニードル型デバイス２０におけると同様の動力伝達手段３１〜４４ｂ等を有する動力伝達機構ユニット３０Ａ、動力伝達手段３１〜４４ｂ等を駆動する動力手段７１〜７９ｂを有する動力機構ユニット７０Ａ、ならびに動力機構ユニット７０Ａに動力電源を供給するバッテリー電源装置８０Ａ及び複数の動力手段７１〜７９ｂを自動操作する操作制御装置９０Ａからなる電源操作ユニット１００Ａを各ユニットが着脱可能に一体的に組合せてモーションメモリ型細径手術ロボット１０Ａとする点と各ユニット及び全体外観形状が相違する点を除いて、その他の個別構成は前記実施例１のモーションメモリ型細径手術ロボット１０と同様である。したがって、後述する図１０〜１３における前記実施例１と同じ機能・構成を有する部材には、説明を簡明化するため同一の符号を付し、以下、上記相違点に関して添付図を参照し説明する。

この実施例のモーションメモリ型細径手術ロボット１０Ａは、図１３に示すように、ニードル構造４０を含む動力伝達機構ユニット３０Ａ、動力機構ユニット７０Ａ及び電源操作ユニット１００Ａの３分割ユニット型に構成されており、緊急性の高い手術の際の比較的故障の確率が高い動力機構ユニット７０や電源操作ユニット１００を故障時にその場でスペアのユニットと取替えることができるので、安全性及び信頼性が充分確保される。

この実施例のニードル構造４０を含む動力伝達機構ユニット３０Ａ及び動力機構ユニット７０Ａは、上下逆向きに配置され、カバー蓋３９ｈ及び手術先端器具操作部３９が省かれた前記実施例１のニードル構造４０を含む動力伝達機構ユニット３０及び動力機構ユニット７０の構成とそれぞれ全く同様であるので、詳細な説明は省略する。

この実施例の電源操作ユニット１００は、前記実施例１におけるカバー蓋３９ｈ及び手術先端器具操作部３９が省かれこれに替えて、動力機構ユニット７０Ａの図示下面に着脱可能に装着される操作制御装置９０Ａの傾斜し延設された下端部にバッテリー電源装置８０Ａが略逆く字形状に配設されている。このように外観形状が異なるだけで構成内容は実施例１と全く同様であるので、詳細な説明は省略する。

本発明に係るまた別の実施形態（実施例３）のモーションメモリ型細径手術ロボット１０Ｂは、実施例２のモーションメモリ型細径手術ロボット１０Ａに対し動力伝達機構ユニット３０Ｂ、動力機構ユニット７０Ｂ及び電源操作ユニット１００Ｂの配置を一部変えて外観形状をスマート化したもので、各ユニット構成内容は前記実施例１あるは実施例２と同様であるので、詳細な説明は省略する。

本発明に係るさらに別の実施形態（実施例４）のモーションメモリ型細径手術ロボット１０Ｃは、図１５に概念的に示すように、先端手術器具５０Ｃの動作機能構成が一部異なるだけで、その他の構成は実施例１〜３と同様である。

この実施例の先端手術器具５０Ｃは、直交する３軸Ｘ、Ｙ、Ｚ軸において、先端部開閉Ｄ１、先端部Ｚ軸回り回転（９０°屈曲）Ｄ２及び先端部Ｙ軸回り回転（９０°屈曲）Ｄ３の複数の動作機能を有する公知の構成を適用できるので、詳細な説明は省略する。

以上説明したモーションメモリ型細径手術ロボット１０〜１０Ｃ等の構成は、これに限定されず、種々の形状・構成に任意に変更した変形実施形態とすることができる。

本発明は、適宜な外径及び長さに設定自在な細径のニードル構造の先端部に手術先端器具が挿脱可能に取付けられ開閉、回転、屈曲あるいは湾曲等の複数の動作機能を選択的に有する手動式外科治療用ニードル型デバイスに、このデバイスの動力伝達手段に係合して動力伝達手段を駆動する動力機構ユニット、バッテリー電源装置及びこれらを自動操作する操作制御装置からなる電源操作ユニットを備えたアタッチメント型駆動操作ユニットを着脱可能に装着して、生体の切開をせずにニードル構造及び手術先端器具を腹腔孔又は自然開口部を介して体腔内の病変臓器の近傍まで挿入して、予め外科医が設定した安全な手術プロセスに従って複数の動作機能を連続的に実行するモーションメモリ型細径手術ロボットを用いて外科手術処置を体腔内で全て実行することから、普遍的な高い安全性及び信頼性を有し、緊急性の高い手術の際の故障時にもその場で手動式外科治療用ニードル型デバイスを手動で操作することも、あるいは比較的故障の確率が高い動力機構ユニットや電源操作ユニットを故障時にその場でスペアのユニットと取替えることができる設計の自由度を備え、低浸襲性を極限まで実現させた比較的安価なモーションメモリ型細径手術ロボットシステムを提供できる。さらに、本発明のモーションメモリ型細径手術ロボットは、生体傷病者が有する自然開孔部から体腔内を観察する内視鏡あるいは手術操作により切除された臓器を体外に搬出するＮａｔｕｒａｌ Ｏｒｉｆｉｃｅ Ｔｒａｎｓｌｕｍｉｎａｌ Ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ Ｓｕｒｇｅｒｙ （ＮＯＴＥＳ）を利用し、体腔内病変臓器の手術部位での手術処置を容易に行う操作性と安全性に優れることから広範な医療業界に貢献できる。

１ モーションメモリ型細径手術ロボットシステム
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ モーションメモリ型細径手術ロボット
２０ 手動式外科治療用ニードル型デバイス
３０ 動力伝達機構
３１、３３、３５、３７、７８ｂ 小歯車
３１ａ、３３ａ、３５ａ、７８ｅ 過負荷空転クラッチ
３２、３４、３６ ３８ 中歯車
３７ａ 雄ねじ筒
３７ｂ 湾曲方向コントロールレバー
３７ｅ 雌ねじ
３７ｆ 雄ねじ
３７ｇ ギヤ
３７ｈ ピン
３９ 手術先端器具操作部
３９ａ 把持ハンドル
３９ｂ 支持本体
３９ｃ ガイド孔
３９ｄ 可動ハンドル
３９ｅ、７６ｆ、７８ｆ 凹溝
３９ｆ 固定ピン
３９ｇ、７０ｂ フランジ
３９ｈ カバー蓋
３９ｉ 固定ハンドル構造
４０ ニードル構造
４０ａ 湾曲部
４１ 第１管状機能部材
４２ 第２管状機能部材
４３ 第３管状機能部材
４４ 第４管状機能部材
４４ａ 鍔部（動力伝達手段）
４４ｂ 球状体
４５ 線状機能部材
５０ 手術先端器具
６０ 手術先端器具
６１ ガイド支持部材
６２ 顎機構
６３ 固定ピン
６４ 前部駆動シャフト
６５ ガイドピン
７０ 動力機構ユニット
７０ａ ケース
７１、７３、７５、７７、７９ 動力手段（サーボモータ）
７２ａ、７４ａ、７６ａ、７８ａ、７９ｂ 過負荷回転クラッチ
７２、７４、７６、７８、７９ａ 大歯車
７８ｃ 駆動ねじ
７８ｄ スライダ
８０ バッテリー電源装置
９０ 操作制御装置
９１、ＳＷ１ セーブモーションスイッチ
９２、ＳＷ２ セーフティーモーションスイッチ
９３、ＳＷ４ （手術先端器具の）先端部開閉スイッチ
９５、ＳＷ７ （ニードル構造の）全体回転スイッチ
９６、ＳＷ６ （手術先端器具の）先端部屈曲スイッチ
１００ 電源操作ユニット
１１１ 先端部開閉動作指令制御系統
１１２ 先端部回転動作指令制御系統
１１３ 先端部屈曲動作指令制御系統
１１４ ニードル構造全体回転動作指令制御系統
１１５ ニードル構造先端部側湾曲動作指令制御系統
１２０ 操作パネル
Ｄ１ 先端部開閉
Ｄ２ 先端部回転（３６０°）
Ｄ２Ｃ 先端部Ｚ軸回り回転（９０°屈曲）
Ｄ３ 先端部屈曲（Ｙ軸回り回転９０°）
Ｄ４ 全体回転（ニードル構造のＸ軸回り３６０°）
Ｍ 人体（生体）
Ｍｂ 腹腔孔（単孔式腹腔鏡下手術用）
ＳＷ８ ニードル構造先端部側湾曲スイッチ
Ｔ （病変）臓器（胃袋など）
Ｗ 湾曲駆動機構

Claims (6)

1. 主軸（Ｘ軸）、近位端（以下、後端という）及び遠位端（以下、先端という）を有し、
   Ｘ軸上に多重管状にそれぞれ遊嵌された複数の細い管状機能部材あるいは前記管状機能部材内又は隣接管状部材間に挿通された１本又は複数本の線状機能部材からなり安定的な支持剛性及び強度を有し、手術状況に応じて適宜な長さに設定され生体の皮膚外面から体腔内部に挿入可能に構成されたニードル構造と、
   前記ニードル構造の各管状機能部材あるいは線状機能部材の先端部にそれぞれ着脱可能に機能的連結されてニードル構造の全体回転、手術先端器具の先端部開閉、先端部回転、先端部屈曲を含む複数の動作機能を選択的に有し、体腔内に挿入される手術先端器具と、
   前記ニードル構造の後端部が挿通され支持されるとともに前記ニードル構造の各管状機能部材あるいは線状機能部材の後端部とそれぞれ連携して前記手術先端器具の動作機能を作動させる複数の動力伝達手段を有する動力伝達機構
   及び前記動力伝達機構を覆う着脱自在なカバー蓋を有する手術先端器具操作部と、を備えた手動式外科治療用ニードル型デバイスと、
   前記動力伝達手段に係脱可能に構成され、前記動力伝達手段を駆動する複数の動力手段を有する動力機構ユニットと、
   前記動力機構ユニットに着脱可能に構成され、前記複数の動力手段に動力電源を供給するバッテリー電源装置及び前記複数の動力手段を自動操作する操作制御装置からなる電源操作ユニットと、を備え、
   前記手動式外科治療用ニードル型デバイスのカバー蓋が取外された面上に着脱可能に装着されるアタッチメント型駆動操作ユニットと、を具備し、
   予め外科医が設定した安全な手術プロセスに従って前記複数の動作機能を連続的に実行する手段を備え、
   前記予め外科医が設定した安全な手術プロセスは、
   事前準備手段、
   セーフティーモーションスイッチの設定と作動設定値の操作制御装置へのメモリ手段、
   セーブモーションスイッチの設定と作動設定値の操作制御装置へのメモリ手段、
   セーフティーモーションスイッチ設定動作確認手段、
   セーブモーションスイッチ設定動作による手術処置手段、
   を含み、
   操作制御装置は、各動作機能の動力伝達機構及び動力機構ユニットの各駆動トルクを監視し、事前に設定された安全トルクレンジを超えた場合はセーフティーモーションスイッチまたはセーブモーションスイッチの指令系統を遮断する手段を有し、
   前記各動作機能を個別的に行う手段として、
   先端手術器具の先端部回転Ｄ２操作手段、
   先端手術器具の先端部屈曲Ｄ３操作手段、
   先端手術器具の先端部開閉Ｄ３操作手段、
   ニードル構造の全体回転Ｄ４操作手段、
   ニードル構造の湾曲Ｄ５操作手段、
   を含み、
   操作制御装置は、各動作機能の動力伝達機構及び動力機構ユニットの各駆動トルクを監視し、事前に設定された安全トルクレンジを超えた場合は各動作スイッチＳＷ４〜８の指令系統を遮断する手段を有することを特徴とするモーションメモリ型細径手術ロボットシステム。
   
2. 前記モーションメモリ型細径手術ロボットは、
   前記ニードル構造の先端部側に任意長さに亘り形成され、任意の湾曲姿勢に湾曲する湾
   曲部と、
   前記動力伝達機構ユニットと動力機構ユニットとの間に配置され、前記湾曲部の最外管
   状機能部材内に所定間隔で順次各先端部が固着された前記複数の線状機能部材の後端部を
   連結してそれぞれＸ軸方向に選択的に牽引することにより前記湾曲部を任意の湾曲姿勢に
   湾曲させる湾曲駆動機構と、をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のモーションメモリ型細径手術ロボットシステム。
3. 前記モーションメモリ型細径手術ロボットは、
   前記手術先端器具における、把持機能を含む開閉機能、Ｘ軸に直交するＹ軸回り又は及
   びＸ−Ｙ平面に直交するＺ軸回りに任意角度屈曲する屈曲機能、あるいはＸ軸回りに３６
   ０度回転する先端回転機能と、
   前記ニードル構造のＸ軸回りに３６０度回転する全体回転機能あるいは前記ニードル構
   造の先端部が任意の湾曲姿勢に湾曲する湾曲機能と、の幾つか又は全部の機能を選択的に
   有し、
   前記電源操作ユニットには、予め外科医が設定した安全な手術プロセスに従って前記複
   数の動作機能を連続的に作動させる一つの自動操作スイッチを具備することを特徴とする
   請求項１または請求項２のいずれかに記載のモーションメモリ型細径手術ロボットシス
   テム。
4. 前記モーションメモリ型細径手術ロボットは、
   前記各動作機能を作動させる前記各駆動機構には、外科医が手術中に人肌で直感的に感
   知する安全な力を伝達するように任意に設定される安全駆動トルクレンジを超える駆動ト
   ルクが発生した場合に過負荷トルクを防止過負荷防止手段を備え、
   前記電源操作ユニットには、前記各動作機能を作動させる動作指令制御系統に前記駆動
   トルクと前記安全駆動トルクレンジとの大きさを比較判別して前記動作指令を遮断するフ
   ィードバックインターロックシステムを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の
   いずれか１項に記載のモーションメモリ型細径手術ロボットシステム。
5. 前記ニードル構造は、いずれも高剛性及び高弾力性を有する医療適合性材料あるいは選
   択的に形状記憶材料からなり、外径略３ｍｍ〜１０ｍｍ以下に形成されることを特徴とす
   る請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のモーションメモリ型細径手術ロボットシ
   ステム。
6. 前記ニードル構造は、前記複数の動作機能に必要なＸ軸方向のスライド又は牽引、回転
   、通電、マイクロ波又は超音波放射線伝送を含む各種機能を選択的に有することを特徴と
   する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のモーションメモリ型細径手術ロボット
   システム。

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