特許 7526988 医療装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-25

(45)【発行日】2024-08-02

(54)【発明の名称】医療装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 17/29 20060101AFI20240726BHJP

【ＦＩ】

A61B17/29

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020114981

(22)【出願日】2020-07-02

(65)【公開番号】P2022012853

(43)【公開日】2022-01-17

【審査請求日】2023-05-11

(73)【特許権者】

【識別番号】504150461

【氏名又は名称】国立大学法人鳥取大学

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100184343

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 茂雄

(72)【発明者】

【氏名】松永 忠雄

(72)【発明者】

【氏名】植木 賢

(72)【発明者】

【氏名】森實 修一

(72)【発明者】

【氏名】上原 一剛

(72)【発明者】

【氏名】李 相錫

【審査官】豊田 直希

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２３５９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０２９２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０７－０３４３０５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１０－２２３７２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ １７／００－１８／００

Ａ６１Ｂ ３４／３０

Ａ６１Ｆ ２／０１

Ａ６１Ｎ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

管状部材と、
前記管状部材の内側に挿通された、ワイヤ部材と、
前記管状部材の基端部に設けられており、前記ワイヤ部材の軸線方向における変位を操作する、操作部と、
前記管状部材の先端部に設けられており、前記ワイヤ部材に直接に接続されており、前記ワイヤ部材の前記変位に連動して動作する、処置部と、
前記ワイヤ部材のうち、軸線方向における前記処置部側に設けられており、前記ワイヤ部材の軸線方向における伸びが計測される、被計測部と、
前記被計測部の前記伸びを計測する、計測部と、
前記計測部によって計測された前記被計測部の前記伸びに基づいて、前記処置部における処置力を算出する、算出部と、
前記管状部材と前記処置部との間に位置する関節部であって、当該関節部を介して、前記管状部材に対する前記処置部の姿勢を変更可能に構成された、関節部と
を有しており、
前記被計測部は、前記関節部よりも先端側に位置している、医療装置。

【請求項2】

前記計測部は、ワイヤ部材のうち、被計測部よりも先端側に位置する部分の変位と、被計測部より基端側に位置する部分の変位とを計測し、これらの変位の差を求めることによって、前記被計測部の前記伸びを計測する、
請求項１に記載の医療装置。

【請求項3】

前記計測部は、前記変位を光学的に計測する、
請求項２に記載の医療装置。

【請求項4】

前記計測部は、
前記ワイヤ部材の外周に固着されており、楔形のキャビティを構成する一対のミラーを含む、光干渉計と、
前記光干渉計に対して直角に光を入射すると共に、前記光干渉計からの反射光を直角に受光する、光ファイバと
を有している、
請求項３に記載の医療装置。

【請求項5】

前記光ファイバは、前記軸線方向に平行に延びており、軸線方向における先端部に、前記軸線方向に対して４５°で傾斜して先端面を有し、
前記先端面には、端面ミラーが成膜されており、
前記端面ミラーは、前記光ファイバ内を通過する光が、当該端面ミラーで反射されて前記光干渉計に対して垂直に照射するように、前記光干渉計に対して前記ワイヤ部材の径方向に対向している、
請求項４に記載の医療装置。

【請求項6】

前記被計測部は、前記ワイヤ部材の残余の部分よりも、軸線方向における弾性係数が小さい部材によって構成されている、
請求項１～５のいずれか１つに記載の医療装置。

【請求項7】

前記被計測部は、弾性部材である、
請求項６に記載の医療装置。

【請求項8】

前記管状部材の内側には、第２ワイヤ部材がさらに挿通されており、
前記第２ワイヤ部材は、先端部が前記関節部に接続されており、基端部が前記操作部に接続されており、先端側に軸線方向における伸びが計測される第２被計測部を有しており、
前記操作部は、前記第２ワイヤ部材の軸線方向における変位をさらに操作し、
前記関節部を介した前記処置部の前記姿勢の変化は、前記第２ワイヤ部材の前記変位に連動して生じ、
前記第２被計測部における前記伸びを計測する、第２計測部と、
前記第２計測部によって計測された前記第２被計測部の伸びに基づいて、前記関節部を介した前記処置部の姿勢変化にかかる力を算出する、第２算出部と
をさらに有している、
請求項１～７のいずれか１つに記載の医療装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、医療装置に関する。

【背景技術】

【0002】

腹腔鏡下手術などで利用される医療装置において、その装置で触れる臓器の硬さ情報などの力覚情報を医師にフィードバックする機能が望まれている。特に、ロボットアームに設けた内視鏡、メス、鉗子などを用いて外科医の操作により手術を行うロボット外科手術では、例えば生体内の組織等を把持する鉗子を、視覚情報に頼って操作することが強いられており、手応え等の感触すなわち力覚のセンシングが望まれている。

【0003】

例えば、特許文献１には、ワイヤ部材と、ワイヤ部材の基端を支持しこの軸線方向に移動可能なワイヤ支持部と、ワイヤ支持部を移動させる操作リンク部と、ワイヤ部材の先端に接続されて上記ワイヤ部材の進退に伴って作動する処置部とを有する、医療装置が開示されている。この医療装置では、操作リンク部からワイヤ支持部へのワイヤ部材を引く向きの作用力と、反力としてのワイヤ支持部にかかるワイヤ部材の張力とを受ける、圧力センサを備えており、圧力センサによる計測結果に基づいて、処置部における力覚が計測されるようになっている。

【0004】

また、特許文献２には、一対の把持部（処置部）の先端に力センサを設けて、把持部の先端に加わる応力を計測して演算する医療装置が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－１７６５８３号公報

【文献】特開２０１５－１５９８４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の医療装置によれば、圧力センサは、ワイヤ部材の基端部に設けられているため、処置部の屈曲及び／又は回転等によって生じるワイヤ部材の撓み、捻れ等がノイズとして計測される場合がある。また、圧力センサは、ワイヤ部材の先端部に設けられた処置部に対して離れた基端部に設けられているので、計測の応答性が低下しやすい。

【0007】

特許文献２の医療装置によれば、処置部先端への歪ゲージの実装により、処置部の形状が変わってしまう。この結果、処置部の操作性が変わってしまうので、本装置を使用するには、新たな習熟作業を必要とする。

【0008】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、処置部の構成を変えることなく、処置力を、ノイズを抑制しつつ応答性よく算出できる、医療装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、
管状部材と、
前記管状部材の内側に挿通された、ワイヤ部材と、
前記管状部材の基端部に設けられており、前記ワイヤ部材の軸線方向における変位を操作する、操作部と、
前記管状部材の先端部に設けられており、前記ワイヤ部材に直接に接続されており、前記ワイヤ部材の前記変位に連動して動作する、処置部と、
前記ワイヤ部材のうち、軸線方向における前記処置部側に設けられており、前記ワイヤ部材の軸線方向における伸びが計測される、被計測部と、
前記被計測部の前記伸びを計測する、計測部と、
前記計測部によって計測された前記被計測部の前記伸びに基づいて、前記処置部における処置力を算出する、算出部と、
前記管状部材と前記処置部との間に位置する関節部であって、当該関節部を介して、前記管状部材に対する前記処置部の姿勢を変更可能に構成された、関節部と
を有しており、
前記被計測部は、前記関節部よりも先端側に位置している、医療装置を提供する。

【0010】

本発明によれば、被計測部は、ワイヤ部材の軸線方向における処置部側に設けられているので、回転及び／屈曲によるワイヤ部材の撓み、捻れ等の影響を抑制しつつ、被計測部の伸びを高精度に計測できる。この結果、高精度に計測された被計測部における伸びと、被計測部の弾性係数とに基づいて、処置部における処置力が高精度に算出される。

【0011】

また、処置部側に被計測部が設けられているので、操作部側に被計測部が設けられている場合に比して、処置力が応答性よく算出される。

【0012】

さらに、被計測部はワイヤ部材に設けられているので、処置部において実際に生体組織等を処置する部分（例えば鉗子における把持部)そのものの形状を変える必要がない。よって、当該医療装置を使用する医者による装置の再習熟を必要としない。

【0014】

さらにまた、被計測部は関節部よりも先端側に位置しているので、関節部を介して、処置部の姿勢が変化したとしても、ワイヤ部材の撓み、捻れ等の影響が被計測部におよびにくい。

【0015】

前記計測部は、ワイヤ部材のうち、被計測部よりも先端側に位置する部分の変位と、被計測部より基端側に位置する部分の変位とを計測し、これらの変位の差を求めることによって、前記被計測部の前記伸びを計測してもよい。

【0016】

本構成によれば、被計測部の伸びを容易に高精度に計測できる。

【0017】

前記計測部は、前記変位を光学的に計測してもよい。

【0018】

本構成によれば、電磁ノイズによる影響を受けずに、被計測部の先端側に位置する部分と基端側に位置する部分の変位を計測できる。例えば、電気メスによる電磁ノイズにも影響を受けにくく、処置部による処置力を安定して算出できる。

【0019】

前記計測部は、
前記ワイヤ部材の外周に固着されており、楔形のキャビティを構成する一対のミラーを含む、光干渉計と、
前記光干渉計に対して直角に光を入射すると共に、前記光干渉計からの反射光を直角に受光する、光ファイバと
を有してもよい。

【0020】

本構成によれば、簡単な構成により、電磁ノイズの影響を受けずに変位を高精度に計測できる。

【0021】

前記光ファイバは、前記軸線方向に平行に延びており、軸線方向における先端部に、前記軸線方向に対して４５°で傾斜して先端面を有し、
前記先端面には、端面ミラーが成膜されており、
前記端面ミラーは、前記光ファイバ内を通過する光が、当該端面ミラーで反射されて前記光干渉計に対して垂直に照射するように、前記光干渉計に対して前記ワイヤ部材の径方向に対向してもよい。

【0022】

本構成によれば、光ファイバは、ワイヤ部材と平行に延びているので、計測部を径方向にコンパクトに構成できる。しかも、光ファイバの先端面に４５°傾斜した端面ミラーが成膜されているので、別体のミラーを反射光が光干渉計に直角に入射するようにアライメントを取りつつ配置する必要性がなく、簡単に構成できる。

【0023】

前記被計測部は、前記ワイヤ部材の残余の部分よりも、軸線方向における弾性係数が小さい部材によって構成されてもよい。例えば、前記被計測部は、弾性部材である。

【0024】

本構成によれば、被計測部の伸びを計測しやすく、微小な処置力を高精度に計測できる。被計測部をバネ部材で構成することによって、被計測部の弾性係数を容易に低減できる。

【0025】

前記管状部材の内側には、第２ワイヤ部材がさらに挿通されており、
前記第２ワイヤ部材は、先端部が前記関節部に接続されており、基端部が前記操作部に接続されており、先端側に軸線方向における伸びが計測される第２被計測部を有しており、
前記操作部は、前記第２ワイヤ部材の軸線方向における変位をさらに操作し、
前記関節部を介した前記処置部の前記姿勢の変化は、前記第２ワイヤ部材の前記変位に連動して生じ、
前記第２被計測部における前記伸びを計測する、第２計測部と、
前記第２計測部によって計測された前記第２被計測部の伸びに基づいて、前記関節部を介した前記処置部の姿勢変化にかかる力を算出する、第２算出部と
をさらに有してもよい。

【0026】

本構成によれば、処置力に加えて、処置部の姿勢変化に係る力をも算出できる。

【発明の効果】

【0027】

本発明にかかる医療装置によれば、処置部の構成を変えることなく、処置力を、ノイズを抑制しつつ応答性よく算出できる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の一実施形態に係る医療装置を示す斜視図。

【図2】処置部の周辺を示す斜視図。

【図3】処置部の一部を透過して示す斜視図。

【図4】図３のIＶ部を拡大して示す図。

【図5】光干渉計からの反射光の光スペクトルの一例を示すグラフ。

【図6】光干渉計の周辺を拡大して示す図。

【図7】処置部を模式的に示す図。

【図8】把持ワイヤの変位の一例を示すグラフ。

【図9】変形例に係る処置部を模式的に示す図。

【図10】さらなる変形例に係る処置部を模式的に示す図。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。また図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは相違している。

【0030】

図１は、発明の一実施形態に係る医療装置１を示す斜視図である。図１に示されるように、医療装置１は、長手方向の一端部に位置しており生体組織の把持等の医療処置をするための処置部１０と、他端部に位置しており処置部１０を操作する操作部２０と、処置部１０と操作部２０とを連結するシャフト部３０（管状部材）とを備えている。以降の説明では、医療装置１の長手方向に関して、処置部１０が位置する方を先端側、操作部２０が位置する方を基端側と称する。

【0031】

本実施形態に係る医療装置１は、腹腔鏡下手術で使用される医療用の鉗子装置であり、処置部１０に一対の把持部１１を備えている。鉗子装置１は、操作部２０における操作が後述するワイヤ部材５０を介して処置部１０に伝達され、これによって処置部１０が動作する。すなわち、鉗子装置１は、ワイヤ駆動によって動作するように構成されている。

【0032】

具体的には、処置部１０は、ワイヤ駆動によって一対の把持部１１が開閉可能に構成されている（図中矢印Ｚ１，Ｚ２）。さらに、鉗子装置１は、処置部１０とシャフト部３０との間に関節部４０を備えており、ワイヤ駆動によって、処置部１０全体が、関節部４０を介して、シャフト部３０に対してこの軸心Ｏ１周りに回転可能（図中矢印Ｚ３）、且つ、屈曲可能（図中矢印Ｚ４，Ｚ５）に構成されている。したがって、処置部１０は、関節部４０を介して、シャフト部３０に対して姿勢が変更可能に構成されている。

【0033】

図２は、処置部１０の周辺を拡大して示している。図２において、関節部４０と、後述するシャフト部３０の外筒３１とが透過した状態で示されている。図２に示されるように、処置部１０は、一対の把持部１１と、一対の把持部１１を回動可能に支持する枢支ピン１２と、枢支ピン１２を支持する支持部１３とを有している。一対の把持部１１は、枢支ピン１２周りに回動する回動部１１ａと、回動部１１ａから先端側に延びる把持爪１１ｂとを有している。回動部１１ａには、ワイヤ部材５０が巻き掛けられるプーリー部１１ｃが同軸上に設けられている。

【0034】

支持部１３は、基端側に位置する中空円柱状の本体部１３ａと、本体部１３ａから先端側に突出する一対の突出部１３ｂとを有している。一対の突出部１３ｂの間に枢支ピン１２が支持されている。

【0035】

処置部１０には、複数のワイヤ部材５０が接続されている。複数のワイヤ部材５０は、シャフト部３０の内側を挿通されている。複数のワイヤ部材５０は、例えばステンレス鋼ワイヤ、タングステンワイヤ等であり、一対の把持部１１を開閉させる処置ワイヤ５１と、処置部１０全体をシャフト部３０に対して軸心Ｏ１廻りに回転させ及び／又は屈曲させて、処置部１０の姿勢を変化させる姿勢変更ワイヤ５２とを含んでいる。

【0036】

処置ワイヤ５１は、一対の把持部１１それぞれに対応して一対に設けられている。一対の処置ワイヤ５１はそれぞれ、本体部１３ａを基端側から先端側に貫通しており、対応する把持部１１のプーリー部１１ｃに巻き掛けられて１８０°向きを変え、本体部１３ａを先端側から基端側に貫通している。したがって、本体部１３ａの内側には、処置ワイヤ５１の往復により構成される第１部分５１ａおよび第２部分５１ｂが一対に配策されている。処置ワイヤ５１を基端部側へ引っ張ることによりプーリー部１１ｃが枢支ピン１２周りを回動し、これによって、対応する把持爪１１ｂが開閉する。

【0037】

姿勢変更ワイヤ５２は、４本のワイヤを含み、それぞれの先端部が本体部１３ａの基端部に接続されている。具体的には、４本の姿勢変更ワイヤ５２は、シャフト部３０の軸心Ｏ１廻りに等角度（すなわち９０°）ごとに設けられている。４本の姿勢変更ワイヤ５２を全て、シャフト部３０の軸心Ｏ１廻りに回転させることによって、処置部１０は、シャフト部３０に対して、関節部４０を介して、軸心Ｏ１周りに回転する。

【0038】

また、４本の姿勢変更ワイヤ５２の１つまたは複数を引っ張ることによって、処置部１０は、シャフト部３０に対して、関節部４０を介して、軸方向に垂直な断面視において引っ張られた姿勢変更ワイヤ５２が位置する方向に屈曲する。

【0039】

処置ワイヤ５１および姿勢変更ワイヤ５２は、シャフト部３０の内側を通って、操作部２０に接続されている。シャフト部３０は、外筒３１と、この径方向内側に位置する内筒３２とを有する二重管に構成されている。内筒３２の内側には、一対の処置ワイヤ５１（往復を考慮して４本のワイヤ）が配策されている。外筒３１の内側には、内筒３２との間の空間に、４本の姿勢変更ワイヤ５２が配策されている。

【0040】

内筒３２は、屈曲可能な可撓性材料により構成されており、操作部２０から処置部１０まで延びている。外筒３１は、屈曲しにくい剛性材料により構成されており、操作部２０から処置部１０に対して基端側に間隔を空けた位置まで延びている。外筒３１と処置部１０との間に関節部４０が構成されている。関節部４０は、外筒３１と処置部１０との間を接続しており、処置ワイヤ５１、姿勢変更ワイヤ５２および内筒３２を外周から覆う、可撓性材料からなる蛇腹状のカバー４１を有している。

【0041】

したがって、関節部４０は、可撓性材料からなるカバー４１から構成され、この内側には、いずれも可撓性を有する処置ワイヤ５１、姿勢変更ワイヤ５２、および内筒３２が位置しているので、変形させやすい。よって、４本の姿勢変更ワイヤ５２の１つまたは複数を基端側へ引っ張ったときに、剛性材料からなる外筒３１は変形せず、関節部４０を変形させることができる。よって、シャフト部３０（外筒３１）に対して、処置部１０を、関節部４０を介して、屈曲させることができる。

【0042】

ここで、本実施形態に係る鉗子装置１は、処置時に処置部１０に作用する処置力を算出するように構成されている。図３は、処置部１０の周辺の斜視図であり、支持部１３が透過して示されている。図３を併せて参照して、鉗子装置１は、処置ワイヤ５１に設けられており軸線方向における伸びが計測される被計測部６１と、被計測部６１の両側部における処置ワイヤ５１の変位を計測する計測部６２と、処置ワイヤ５１の変位に基づいて処置部１０に作用する処置力を算出する算出部６３（図４参照）とを有している。

【0043】

被計測部６１は、弾性部材により構成されており、本実施形態ではバネ部材（例えば、コイルスプリング）が採用されている。被計測部６１は、処置ワイヤ５１の軸線方向において処置部１０側に設けられており、具体的には支持部１３の本体部１３ａの内側に位置している。すなわち、被計測部６１は、関節部４０と把持部１１との間に位置している。本実施形態では、被計測部６１は、プーリー部１１ｃに巻き掛けられ処置ワイヤ５１の往復一対の第１部分５１ａおよび第２部分５１ｂのうち、把持部１１を閉じるときにより大きな張力が作用する方に設けられている。被計測部６１と処置ワイヤ５１との間の接続は、係止、カシメ、溶接、および接着剤による接合等、種々の接合方法を採用することができる。

【0044】

具体的には、一対の把持部１１は、図３において、把持爪１１ｂが上側に位置する第１把持部１１Ａと、把持爪１１ｂが下側に位置する第２把持部１１Ｂとを含む。一対の処置ワイヤ５１の一方は、第１把持部１１Ａのプーリー部１１ｃに巻き掛けられた第１処置ワイヤ５１Ａであり、他方は第２把持部１１Ｂのプーリー部１１ｃに巻き掛けられた第２処置ワイヤ５１Ｂである。

【0045】

第１把持部１１Ａは、枢支ピン１２周りに図３において反時計回りに回動するときに閉じられる。したがって、第１把持部１１Ａを閉じるとき、第１処置ワイヤ５１Ａは、図３において下側に位置する第２ワイヤ部分５１Ａｂにより大きな張力が発生するので、第２ワイヤ部分５１Ａｂに被計測部６１が設けられている。

【0046】

一方、第２把持部１１Ｂは、枢支ピン１２周りに図３において時計回りに回動するときに閉じられる。したがって、第２把持部１１Ｂを閉じるとき、第２処置ワイヤ５１Ｂは、図３において上側に位置する第１ワイヤ部分５１Ｂａにより大きな張力が発生するので、第１ワイヤ部分５１Ｂａに被計測部６１が設けられている。

【0047】

被計測部６１は、処置ワイヤ５１の残余の部分よりも弾性係数（バネ定数ともいう場合がある）が小さく設定されており、具体的には、把持部１１で生体組織等の把持対象物を把持したときに、数ｍｍ延びる（例えば２ｍｍ）ように弾性係数が設定されている。例えば、想定把持圧力を３０ｋＰａとしたときの被計測部６１の伸び量を２ｍｍとし、把持部１１が生体組織に当接する面積を１０ｍｍ×５ｍｍとすると、弾性係数は７５０Ｎ／ｍに設定されている。

【0048】

本実施形態では、被計測部６１に使用される材料として、ＰＥＥＫ（Poly Ether Ether Ketone）やステンレス鋼が採用されている。ＰＥＥＫは、医療用途における優れた特性を有しており、特に、治療における使用回数（例えば３０回）、生体適合性、連続使用可能温度（１８０°）、耐熱性、耐摩耗性、難燃性、および対加水分解に優れている。また、ステンレス鋼についても、多くの医療ツールで使用実績があり、生体適合性もある。両材料のバネ定数は、微細加工により任意の値で作成可能である。

【0049】

計測部６２は、被計測部６１を挟んだ先端側Ａおよび基端側Ｂの両側２箇所における処置ワイヤ５１の変位を計測するように、一対に設けられている。各計測部６２は、処置ワイヤ５１の軸線方向における変位に基づいて変化するパラメータを光学的に計測する。

【0050】

図４は、図３のIＶ部の拡大図であり、第１処置ワイヤ５１Ａの第２ワイヤ部分５１Ａｂに設けられた被計測部６１の基端側Ｂに位置する計測部６２の周辺が示されている。図４に代表して示すように、各計測部６２は、処置ワイヤ５１の外周に例えば接着剤によって固着された光干渉計６５と、光干渉計６５に光を照射すると共に光干渉計６５からの反射光を受光する光ファイバ６６と、光ファイバ６６の基端部にカプラー６７を介して接続された光源６８および分光器６９とをそれぞれ含んでいる。

【0051】

光源６８は白色光を光ファイバ６６の基端部に供給する。分光器６９は光ファイバ６６を通過する反射光を分析して、例えば図５に示すような光スペクトルを作成する。

【0052】

光干渉計６５は、厚み方向を処置ワイヤ５１の径方向に向けた姿勢で楔形に配置された一対の第１ミラー６５ａおよび第２ミラー６５ｂを有している。第１ミラー６５ａは、処置ワイヤ５１の外周部に固着されている。第２ミラー６５ｂは、先端側において第１ミラー６５ａに固着されており、基端側においてスペーサ６５ｃを介して第１ミラー６５ａに固着されている。したがって、第１ミラー６５ａと第２ミラー６５ｂとの間に、処置ワイヤ５１の径方向における距離ｄが基端側に向かって増大するキャビティＳが構成されている。以下、キャビティＳの距離ｄをキャビティ長ｄと称する場合がある。

【0053】

第１ミラー６５ａは、ガラス製であって、第２ミラー６５ｂ側の表面に例えばアルミニウムが成膜されており、これによって全反射ミラーに構成されている。第２ミラー６５ｂは、ガラス製であって、第１ミラー６５ａ側の表面に例えばクロムが成膜されており、これによってハーフミラーに構成されている。すなわち、光干渉計６５は、光ファイバ６６から入射される光の一部が第２ミラー６５ｂで反射された反射光と、一部が第２ミラー６５ｂを通過して第１ミラー６５ａで反射されて第２ミラー６５ｂを通過した反射光とによって、キャビティ長ｄに応じた特定の波長において干渉縞が生じる、いわゆるファブリ・ペロー型として構成されている。

【0054】

光ファイバ６６は、光干渉計６５に対して処置ワイヤ５１の径方向外側に間隔を空けて、処置ワイヤ５１と平行に配策されている。例えば、光ファイバ６６は、コア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍである。光ファイバ６６は、先端に、軸線方向に対して斜め４５°で切断された先端面６６ａを有している。先端面６６ａには、アルミニウムが成膜されており、これによって全反射ミラーに構成されている。

【0055】

光ファイバ６６は、先端面６６ａが、光干渉計６５に対して、処置ワイヤ５１の径方向に対向しており、基端側に向かって処置ワイヤ５１の径方向外側へ４５°で傾斜するように配置されている。これによって、光源６８から光ファイバ６６に供給される光が、先端面６６ａにおいて処置ワイヤ５１の径方向内側へ反射されて、光干渉計６５に対して直角に入射される。また、光干渉計６５からの処置ワイヤ５１の径方向外側へ向かう反射光が、先端面６６ａにおいて光ファイバ６６内の基端側へ反射されて、後端部において分光器６９に至る。

【0056】

算出部６３は、ハードディスク等の記憶部、演算処理部（ＣＰＵ）、メモリ、および入出力装置を備えた周知のコンピュータと、コンピュータに実装されたソフトウエアとにより構成されている。算出部６３は、被計測部６１の両側部Ａ，Ｂにおける処置ワイヤ５１の変位量を算出する変位算出部６３ａと、被計測部６１の伸びを算出する伸び算出部６３ｂと、処置部１０における処置力を算出する処置力算出部６３ｃとを有している。

【0057】

変位算出部６３ａは、まず、各計測部６２における光干渉計６５のキャビティ長ｄの変化量Δｄを算出し、キャビティ長ｄの変化量Δｄに基づいて、被計測部６１の両側部Ａ，Ｂにおける処置ワイヤ５１の変位ｘを算出する。

【0058】

図６は、キャビティ長の変化量Δｄと、処置ワイヤ５１の変位ｘとの関係を示す図である。図６において、把持部１１が開いている特定の開度に位置するときの処置ワイヤ５１の位置を基準位置として、処置ワイヤ５１が基準位置に位置するときの光干渉計６５を２点鎖線で示し、把持部１１を閉じるように処置ワイヤ５１を基準位置から基端側へ変位させたときの光干渉計６５を実線で示している。

【0059】

図６に示されるように、処置ワイヤ５１が基準位置に位置するときキャビティ長はｄ_０であり、処置ワイヤ５１を基端側へ変位させることによってキャビティ長はｄ_１に減少する。変位算出部６３ａは、事前に処置ワイヤ５１が基準位置するときのキャビティ長ｄ_０を算出しておき、処置ワイヤ５１を変位させたときに、キャビティ長ｄ_１を算出すると共にキャビティ長ｄ_０に対するキャビティ長ｄ_１の差分としてキャビティ長の変化量Δｄを算出する。

【0060】

次いで、変位算出部６３ａは、変化量ΔｄとキャビティＳの楔角度θとに基づいて、処置ワイヤ５１を基準位置から変位させたときの、被計測部６１の両側部Ａ，Ｂにおける処置ワイヤ５１の変位ｘを算出する。変位算出部６３ａは、被計測部６１の両側部Ａ，Ｂそれぞれにおいて、変位ｘ_１およびｘ_２を算出する。

【0061】

キャビティ長ｄの算出について説明する。キャビティ長ｄは、反射光の光スペクトルにおけるピークの波長の整数倍が第１ミラー６５ａおよび第２ミラー６５ｂ間の光路差２ｎｄに等しくなることを利用して、算出される。例えば、図５に反射光の光スペクトルの一例を示すように、隣り合うピークの波長を、λ_０およびλ_１とすると、数式（１）および（２）が成立する。

【0062】

【数1】

ｎ：屈折率（空気中では略１とみなせる）
ｍ：任意の整数

【0063】

【数2】

【0064】

数式（１）および（２）を整理すると、数式（３）が得られる。よって、変位算出部６３ａは、数式（３）に基づいてキャビティ長ｄを算出する。

【0065】

【数3】

【0066】

伸び算出部６３ｂは、被計測部６１の両側部Ａ，Ｂにおける処置ワイヤ５１の変位ｘ_１，ｘ_２の差分として、被計測部６１の伸びΔｘを算出する。

【0067】

処置力算出部６３ｃは、被計測部６１の伸びΔｘと、被計測部６１の弾性係数とに基づいて、処置力を算出する。

【0068】

図７（ａ）は、処置部１０の構成を模式的に示しており、図７（ｂ），（ｃ）は、処置部１０のうち一方の把持部１１についての力学モデルを示している。ここで、把持部１１は、把持対象物を把持するときに、処置ワイヤ５１による引っ張り力に対して、把持対象物の硬さ（弾性）に応じて変位するバネとみなすことができる。よって、図７（ｂ），（ｃ）において、把持部１１は、弾性係数Ｋ_１のバネと等価であるとして置き換えられている。また、図７（ｂ），（ｃ）において、被計測部６１は、弾性係数がＫ_２であるバネとして示されている。

【0069】

図７（ｂ）は一対の把持部１１によって把持対象物が把持された瞬間を示し、図７（ｃ）はさらに把持部１１を閉じ方向へ動作させた状態を示している。すなわち、図７（ｃ）においては、被計測部６１の先端側Ａにおける変位はΔｘ_１であり、基端側Ｂにおける変位はΔｘ_２である。基端側Ｂにおける変位Δｘ_２は先端側Ａにおける変位Δｘ１より大きく、被計測部６１の伸びΔｘはこれらの差分に相当する。

【0070】

図７（ｃ）の力学モデルにおける力のつり合い関係から数式（４）が成立する。ここで、Ｆは、把持部１１を閉じるために処置ワイヤ５１を基端部側に引っ張る際に作用する張力である。よって、既知の、被計測部６１の弾性係数Ｋ_２および変位Δｘ_１，Δｘ_２に基づいて、処置ワイヤ５１に作用する力Ｆを求めることができる。

【0071】

【数4】

【0072】

図８は、把持部１１によって把持対象物を把持したときの変位ｘ_１，ｘ_２の関係の一例を示すグラフである。図８において、被計測部６１の基端側Ａに位置する計測部６２の変位ｘ_１を縦軸にとり，被計測部６１の先端側Ｂに位置する計測部６２の変位ｘ_２を横軸にとっている。図８に示されるように、変位ｘ_１、ｘ_２は点Ｐ１まで等しく増加しており、点Ｐ１において屈曲して点Ｐ２まで変位ｘ_２の増分に対して変位ｘ_１の増分が減少しており、点Ｐ２以降では変位ｘ_２が増大する一方で、変位ｘ_１が略一定値となっている。

【0073】

すなわち、点Ｐ１までは、処置ワイヤ５１を基端側に引っ張るものの、把持部１１に把持対象物が把持されておらず、把持部１１に拘束的な境界条件が無いため、把持部１１、処置ワイヤ５１および被計測部６１が全体として移動することになる。よって、このときに、被計測部６１に伸びΔｘは発生しておらず、Ｆはゼロとなる。

【0074】

点Ｐ１～Ｐ２においては、被計測部６１の両側部Ａ，Ｂの変位ｘ_１，ｘ_２に差が出ており、把持部１１において把持対象物が把持されており、把持力に応じた弾性力が生じている。点Ｐ１～Ｐ２間の任意の位置Ｐ_Ｘにおける力Ｆは、点Ｐ１からの変位Δｘ１，Δｘ２に基づいて、数式（４）により算出することができる。

【0075】

点Ｐ２以降では、被計測部６１の先端側Ｂの変位ｘ_１が略一定値となっており、把持部１１をこれ以上閉じることができない状態であることが判る。すなわち、この状態では、弾性係数Ｋ_１は無限大となる。

【0076】

なお、把持部１１に作用する力と、被計測部６１に作用する力のつり合いから、数式（５）が成立する。また、数式（５）を整理することによって数式（６）が得られる。

【0077】

【数5】

【0078】

【数6】

【0079】

数式（６）において、弾性係数Ｋ_２、変位Δｘ_１およびΔｘ_２は既知であるので、未知数である弾性係数Ｋ_１を算出することができる。弾性係数Ｋ_１に基づいて把持対象物の硬さを類推できる。例えば、把持対象物として各生体組織の限界応力、ヤング率等は既知であるので、弾性係数Ｋ_１は、生体組織を破壊しない程度の力加減で治療を行うための有効な指標となり得る。

【0080】

以上説明した、実施形態に係る鉗子装置１によれば、次の効果を奏する。

【0081】

（１）被計測部６１は、処置ワイヤ５１の軸線方向における処置部１０側に設けられているので、処置部１０の関節部４０を介した姿勢変更時における、処置ワイヤ５１の撓み、捻れ等の影響を抑制しつつ、被計測部６１の伸びΔｘを高精度に計測できる。この結果、高精度に計測された被計測部６１における伸びΔｘと、被計測部６１の弾性係数Ｋ_２とに基づいて、処置部１０における処置力が高精度に算出される。

【0082】

また、処置部１０側に被計測部６１が設けられているので、操作部２０側に被計測部６１が設けられている場合に比して、処置力が応答性よく算出される。

【0083】

さらに、被計測部６１は処置ワイヤ５１に設けられているので、処置部１０において実際に生体組織等を処置する部分（把持部１１)そのものの形状を変える必要がない。よって、当該医療装置１を使用する医者による装置の再習熟を必要としない。

【0084】

（２）被計測部６１は関節部４０よりも先端側に位置しているので、関節部４０を介して、処置部１０の姿勢が変化したとしても、処置ワイヤ５１の撓み、捻れ等の影響が被計測部６１におよびにくい。

【0085】

（３）被計測部６１の両側部Ａ，Ｂにおける処置ワイヤ５１の変位を計測し、これらの差分を算出することによって、被計測部６１の伸びΔｘを容易に高精度に計測できる。

【0086】

（４）被計測部６１の両側部Ａ，Ｂにおける処置ワイヤ５１の変位を、光学的に計測したパラメータに基づいて算出することによって、電磁ノイズによる影響を受けずに、被計測部６１の両側部Ａ，Ｂにおける処置ワイヤ５１の変位を計測できる。例えば、電気メスによる電磁ノイズにも影響を受けにくく、処置部１０による処置力を安定して算出できる。

【0087】

（５）計測部６２を、光干渉計６５と光ファイバ６６とを組み合わせて構成することによって、簡単な構成により、電磁ノイズの影響を受けずに、被計測部６１の両側部Ａ，Ｂにおける処置ワイヤ５１の変位を計測できる。

【0088】

（６）光ファイバ６６は、処置ワイヤ５１と平行に配置されているが、軸線方向に対して４５°で傾斜した端面ミラーを有しているので、別体のミラーを設けることを要せずに、光ファイバ６６から光を端面ミラーで反射させて光干渉計６５に垂直に入射させることができ、光干渉計６５からの反射光を垂直に受けつつ端面ミラーで反射させて光ファイバ６６内に導くことができる。また、光ファイバは、把持ワイヤと平行に延びているので、計測部６２を径方向にコンパクトに構成しやすく、処置部１０の支持部１３を大型化することなく内部に実装しやすい。

【0089】

（７）被計測部６１が、コイルスプリングにより構成されているので、被計測部の弾性係数を容易に低減して、被計測部６１の伸びを計測しやすく、微小な処置力を高精度に計測できる。

【0090】

本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

【0091】

上記実施形態では、一対の処置ワイヤ５１を用いて、一対の把持部１１をそれぞれ操作するように構成されているがこれに限らない。例えば、図９に示されるように、１本の処置ワイヤ５１によって、一対の把持部１１を開閉する場合にも本発明を適用することができる。この場合でも、被計測部６１を、処置ワイヤ５１のうち把持部１１側に設ければよい。

【0092】

また、上記実施形態では、一対の処置ワイヤ５１に被計測部６１を設け処置ワイヤ５１に係る張力を、一対の把持部１１で把持対象物を把持するときの処置力として算出したが、これに加えて、４本の姿勢変更ワイヤ５２（第２ワイヤ部材）それぞれに作用する張力を、姿勢変更時に処置部１０にかかる処置力として算出してもよい。

【0093】

具体的には、図１０に示されるように、４本の姿勢変更ワイヤ５２それぞれに、第２被計測部７１と、第２被計測部７１の両側部Ａ，Ｂにおける姿勢変更ワイヤ５２の変位を計測する第２計測部７２と、第２被計測部７１の伸びに基づいて処置部１０の姿勢変化に係る力を算出する第２算出部７３を設けてもよい。第２被計測部７１、第２計測部７２および第２算出部７３の構成は、被計測部６１、計測部６２および算出部６３と同様であり、その説明を省略する。これによって、処置部１０における処置力に加えて、処置部１０の姿勢変化に係る力（例えば把持した生体組織を、処置部１０を屈曲させることによって持ち上げたり、他の生体組織から剥離したりするときの力）をも算出できる。

【0094】

また、上記実施形態では、処置部１０は一対の把持部１１を備えている場合を例にとって説明したが、これに限らない。処置部１０として様々な態様を採用することができる。例えば、内視鏡やアブレーションカテーテル等、ワイヤ牽引原理を用いた屈曲や回転の力や量の定量化を可能にする。

【0095】

また、上記実施形態では、被計測部６１をコイルスプリングで構成した場合を例にとって説明したがこれに限らない。被計測部６１を他の弾性部材によって構成してもよく、または処置ワイヤ５１そのもので構成してもよい。ただし、被計測部６１は、伸びを計測しやすいように、弾性係数が小さい部材で構成するのが好ましい。

【0096】

また、操作部２０は手動操作および／または遠隔操作されるアクチュエータを用いて、処置ワイヤ５１および姿勢変更ワイヤ５２を操作する場合に本発明を好適に適用できる。特に、医療装置１を遠隔操作する操作者に、処置力の情報を提供できるので、有用である。このように、ワイヤ牽引によるデバイス駆動力を検知できる本発明の実施形態は、手術支援ロボットにも使用可能である。

【符号の説明】

【0097】

１ 医療装置
１０ 処置部
１１ 把持部
１３ 支持部
２０ 操作部
３０ シャフト部
３１ 外筒
３２ 内筒
４０ 関節部
５０ ワイヤ部材
５１ 処置ワイヤ
５２ 姿勢変更ワイヤ
６１ 被計測部
６２ 計測部
６３ 算出部
６５ 光干渉計
６６ 光ファイバ
６６ａ 先端面
６７ カプラー
６８ 光源
６９ 分光器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】