专利名称：多关节弯曲机构以及具备多关节弯曲机构的多关节医疗器械的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够分别通过操作线独立地对多个弯曲块单独进行操作的多关节弯曲机构以及具备多关节弯曲机构的多关节医疗器械。
背景技术：
一般，在内窥镜等医疗器械的插入部中设有弯曲部。在弯曲部中，多个弯曲块以转动自如的方式连结。操作线仅连接在弯曲部中的最前端的弯曲块上。通过推拉操作线，弯曲部整体弯曲。即，各个弯曲块无法独立地转动，难以获得预定的弯曲状态。
因此，在专利文献1中，在弯曲部的基端侧部位设有回弹力赋予单元。当弯曲部通过操作线被弯曲操作时，回弹力赋予单元使弯曲部从前端侧部分优先开始弯曲。并且，在专利文献2中，在弯曲块之间分别配置有球囊。通过球囊膨胀或者收缩，对弯曲块相互的转动间隔进行调节。由此，当弯曲部弯曲时，能够对弯曲部的曲率半径进行调节使其可变。
专利文献1日本特开2003-126024号公报 专利文献2日本特开平06-105797号公报 在现有的弯曲机构中，当操作线被牵引、弯曲部弯曲时，所有的弯曲块都朝相同的方向转动。由此，有可能无法使多个弯曲块独立地分别朝任意的方向转动。因此，弯曲部的弯曲形态被限定，有可能无法仅使弯曲部的特定部分朝期望的方向弯曲，存在弯曲形态的自由度变低的可能性。
在如专利文献1那样通过回弹力赋予单元、以及如专利文献2那样通过球囊来限制弯曲部的弯曲状态的情况下，仅弯曲部的一部分优先弯曲。因此，无法仅使任意的弯曲块选择性地转动，有可能无法形成期望的弯曲状态。并且，在为了提高弯曲状态的自由度而分别在各弯曲块上配置操作线的情况下，操作线的数量增加。因此，多条操作线相互缠绕、弯曲部内容易变得繁杂。
发明内容
因此，本发明提供能够仅使任意的弯曲块独立地分别转动、操作线不会相互缠绕、能够紧凑地配置的多关节式弯曲机构，以及具备多关节式弯曲机构的多关节医疗器械。
本发明的一个方式提供一种如下的多关节弯曲机构，所述多关节弯曲机构具有第一弯曲块；第二弯曲块，其以能够以第一转动轴为中心转动的方式与所述第一弯曲块连接；第三弯曲块，其以能够以第二转动轴为中心转动的方式与所述第二弯曲块连接；至少两根第一操作线，它们连接在所述第一弯曲块上，使所述第一弯曲块转动；以及至少两根第二操作线，它们连接在所述第二弯曲块上，使所述第二弯曲块转动，其特征在于，所述第一操作线和所述第二操作线相对于与所述第一转动轴以及所述第二转动轴垂直的方向配置成同心圆状。
本发明的一个方式提供一种如下的多关节弯曲机构，所述多关节弯曲机构具有第一弯曲块；第二弯曲块，其以能够以第一转动轴为中心转动的方式与所述第一弯曲块连接；第三弯曲块，其以能够以第二转动轴为中心转动的方式与所述第二弯曲块连接；第四弯曲块，其以能够以第三转动轴为中心转动的方式与所述第三弯曲块连接；至少两根第一操作线，它们连接在所述第一弯曲块上，使所述第一弯曲块转动；至少两根第二操作线，它们连接在所述第二弯曲块上，使所述第二弯曲块转动；以及至少两根第三操作线，它们连接在所述第三弯曲块上，使所述第三弯曲块转动，其特征在于，所述第一操作线、所述第二操作线以及所述第三操作线相对于与所述第一转动轴、所述第二转动轴以及所述第三转动轴垂直的方向配置成同心圆状。
本发明的一个方式提供一种具有上述多关节弯曲机构的多关节医疗器械。
图1是概要地示出本发明的一个实施方式所涉及的内窥镜系统中所包含的内窥镜装置的立体图。
图2是概要地示出该实施方式所涉及的内窥镜系统中的内窥镜和处置器械的立体图。
图3是概要地示出该实施方式所涉及的处置器械的立体图。
图4是示出该实施方式所涉及的处置器械的插入部中的前端部和弯曲部的立体图。
图5A是从上方观察利用图4中的A-A箭头线所示的水平面沿着插入部的长轴方向纵剖弯曲部后的剖面的剖面图。
图5B是从左侧观察利用图4中的B-B箭头线所示的竖直面沿着插入部的长轴方向纵剖弯曲部后的剖面的剖面图。
图5C是沿图5A中的A-A箭头线的剖面图。
图5D是分隔件的立体图。
图6A示出弯曲块转动的角度的关系，是纵剖弯曲部并从上方观察的纵剖面图。
图6B示出弯曲块转动的角度的关系，是纵剖弯曲部并从上方观察的纵剖面图。
图7A是处置器械的弯曲部中的多关节构造的说明图。
图7B是处置器械的弯曲部中的多关节构造的说明图。
图8是操纵杆中的多关节构造的说明图。
图9是示出实施方式中的定位配置单元的其他的变形例的图。
图10是示出实施方式中的定位配置单元的其他的变形例的图。
图11是示出实施方式中的定位配置单元的其他的变形例的图。
图12是本发明的另一其他的实施方式的处置器械的弯曲部中的多关节构造的说明图。
图13是该实施方式中的操纵杆的多关节构造的说明图。
具体实施例方式 以下，参照附图对具备本发明的一个实施方式所涉及的多关节弯曲机构的多关节处置器械(例如多关节医疗器械)以及具有多关节处置器械的内窥镜系统进行说明。
图1是概要地示出内窥镜系统中所包含的内窥镜装置1的立体图。内窥镜装置1由电子式内窥镜(内窥镜主体)2和内窥镜2的外围装置(装置主体)构成。
外围装置具有光源装置3，其生成内窥镜用照明光；图像处理装置4，其对由内窥镜2中的摄像部(未图示)拍摄的图像进行各种图像处理；图像显示装置(例如监视器)5，其显示图像、图像数据(由图像处理装置4进行图像处理后的图像)以及装置状态和操作指示状态等；控制装置6，其进行内窥镜系统整体的控制和运算处理等；输入装置7，其具备键盘等；带有抽吸泵的废液箱装置8；以及送水箱9等。外围装置搭载在手推车(trolley)10上。
光源装置3在前表面上具有与连接器部16连接的连接口11和显示光源装置3的动作状态的显示部12。
图像处理装置4在前表面上具有与连接线缆13连接的连接器座14。在连接线缆13的基端设有带帽的连接部17。并且，在内窥镜2的通用软线15的前端设有连接器部16。连接器部16的电连接部以装卸自如的方式连接在带帽的连接部17上。
利用摄像部得到的摄像信号通过连接线缆13被送入图像处理装置4，并被转换为影像信号。影像信号作为由内窥镜2拍摄的像映出在图像显示装置5上。
内窥镜2是通过设在后述的插入部21的前端的摄像部(未图示的摄像元件)拍摄内窥镜像的电子式的内窥镜，但是，例如也可以是使用传像用光纤的光纤式的内窥镜。在使用光纤式的内窥镜的情况下，由传像用光纤引导的光学像利用TV摄像机等拍摄。
如图1和图2所示，内窥镜2以操作部20和插入部21作为基体。
通用软线15连接在操作部20上。在操作部20中设有把持部22。在操作部20中设有角度操作旋钮23、送气送水操作钮24、抽吸操作钮25、气体供给操作钮26以及开关类27等各种功能操作部件。功能操作部件设在位于比把持部22的位置还靠手边侧的位置的部位。并且，在位于比把持部22的位置还靠前端侧的位置的部位设有供后述的处置器械40等贯穿插入的贯穿插入用通道的插入口28。
如图1和图2所示，插入部21由以下部分构成位于手边侧的挠性管(软性部)31；与挠性管31的前端连接的弯曲部32；以及与弯曲部32的前端连接的前端部33。挠性管31具有弹性和挠性，通过外力弯曲。弯曲部32通过对角度操作旋钮23进行操作而被强制地弯曲。通过弯曲部32弯曲，前端部33的位置和朝向变化，从而期望的观察对象物(病变部等)被捕捉在观察视场(或者摄像视场)内。
如图2所示，在前端部33的前端面部中设有观察窗34、照明窗35以及通道口36。
在观察窗34的内侧设有具备未图示的物镜等光学系统和CCD等摄像元件的摄像部。摄像部拍摄体腔内的病变部等。利用摄像部得到的摄像信号如上所述通过连接线缆13被送入图像处理装置4。
通道口36通过形成于插入部21内的贯穿插入用通道(未图示)与插入口28连通。贯穿插入用通道用作贯穿插入多关节式的内窥镜用处置器械40的插入部42的通路。
在本实施方式中，假想对一个贯穿插入用通道贯穿插入一个处置器械40的情况，但是也可以将多个处置器械40插入一个贯穿插入用通道中。并且，也可以设置多个贯穿插入用通道，将处置器械40分别贯穿插入在各贯穿插入用通道中。
接着，参照图2、图3、图4、图5A以及图5B对处置器械前端移动控制装置18进行说明。如图2所示，处置器械前端移动控制装置18具备处置器械控制部37、处置器械驱动部(电动机单元)38、弯曲操作部(操作输入装置)39以及处置器械40。
处置器械40具有手术操作者能够把持的操作部41和连结在操作部41上的插入部42。
处置器械驱动部38组装在操作部41中。
如图2所示，插入部42通过贯穿插入用通道被插入体腔内。插入部42由以下部分构成位于手边(基端)侧的挠性管(软性部)45；与挠性管45的前端连接的弯曲部46；以及与弯曲部46的前端连接的前端部47。
挠性管45具有弹性和挠性，通过外力弯曲。
弯曲部46通过操作部41弯曲。
在前端部47中设有作为对病变部等进行处置的处置器械的把持钳子48。如图4所示，把持钳子48具有上下开闭的把持部件48a、48b。把持部件48a、48b通过贯穿插入在插入部42内的后述的操作线92在上下方向开闭。在前端部47中，并不限于把持钳子48，例如，还可以设有高频刀或者高频凝固工具等处置器械。
如图4、图5A以及图5B所示，弯曲部46具备多关节弯曲机构。该多关节弯曲机构通过连结弯曲块51、52、53、54而构成。图4是示出前端部47和弯曲部46的立体图。图5A是从上方观察利用图4中的A-A箭头线所示的水平面沿着插入部42的长轴方向纵剖弯曲部46后的剖面的剖面图。图5B是从左侧观察利用图4中的B-B箭头线所示的竖直面沿着插入部42的长轴方向纵剖弯曲部46后的剖面的剖面图。关于弯曲部46的上下左右的方向如图4中示出的标识所示。
弯曲块51、52、53、54由环状的部件形成。如图4所示，弯曲块51、52、53、54沿着插入部42的长轴方向同轴地排列配置成一列。将弯曲块51、52、53、54从前端侧开始依次称为第一弯曲块51、第二弯曲块52、第三弯曲块53、第四弯曲块54。
第一弯曲块51和第二弯曲块52以能够以第一转动轴部61为中心转动的方式连接，由第一转动轴部61连结为转动自如。第一转动轴部61的轴方向与插入部42的长轴方向正交、并且以沿着图4中所示的上下方向的方向配置。因此，第一弯曲块51和第二弯曲块52从图4中的手边(基端)侧观察朝左右方向相对转动自如。
第二弯曲块52和第三弯曲块53以能够以第二转动轴部62为中心转动的方式连接，由第二转动轴部62连结为转动自如。第二转动轴部62的轴方向与插入部42的长轴方向正交、并且以沿着图4中所示的左右方向的方向配置。因此，第二弯曲块52和第三弯曲块53从图4中的手边(基端)侧观察朝上下方向相对转动自如。
第三弯曲块53和第四弯曲块54以能够以第三转动轴部63为中心转动的方式连接，由第三转动轴部63连结为转动自如。第三转动轴部63的轴方向与插入部42的长轴方向正交、并且以沿着图4中所示的上下方向的方向配置。因此，第三弯曲块53和第四弯曲块54从图4中的手边(基端)侧观察朝左右方向相对转动自如。
即，第一转动轴部61构成使第一弯曲块51和第二弯曲块52朝左右方向相对转动的关节。并且，第二转动轴部62构成使第二弯曲块52和第三弯曲块53朝上下方向相对转动的关节。并且，第三转动轴部63构成使第三弯曲块53和第四弯曲块54朝左右方向相对转动的关节。
在本实施方式中，第一转动轴部61、第二转动轴部62以及第三转动轴部63的轴方向互相错开90°。即，弯曲块51、52和弯曲块53、54朝左右方向转动。并且，弯曲块52、53朝上下方向转动。另外，转动轴部61、62、63的轴方向与弯曲部46的中心轴(长轴)L(参照图4、图5A以及图5B)正交。该中心轴L与插入部42的长轴一致。
如图5A和图5B所示，在弯曲块51、52、53、54中设有从各自的端缘突出的舌片状的连结部65。当连结部65相互重叠时，转动轴部61、62、63贯通重叠的部分。即，转动轴部61、62、63是铆钉状的轴部件。
这样构成的多关节弯曲机构由柔软的外皮(未图示)覆盖。由此构成弯曲部46。
在插入部42内贯穿插入有与第一弯曲块51连接的第一组非伸缩性的一对操作线56(56a、56b)；与第二弯曲块52连接的第二组非伸缩性的一对操作线57(57a、57b)；以及与第三弯曲块53连接的第三组非伸缩性的一对操作线58(58a、58b)。
如图5A所示，操作线56a、56b在弯曲部46内将中心轴L夹在中间左右对称地配置。操作线56a、56b的前端朝第一弯曲块51内的区域延伸、并与第一弯曲块51连接。
第一弯曲块51的中心轴的方向与中心轴L的方向大致一致。在通过第一弯曲块51的中心轴的方向和第一转动轴部61的轴方向双方的一个平面中，以第一弯曲块51的右侧半部作为右侧部位，以第一弯曲块51的左侧半部作为左侧部位。
上述操作线56a的前端与第一弯曲块51的右侧部位连接。并且，操作线56b的前端与第一弯曲块51的左侧部位连接。当操作线56a被朝向图5A中所示的基端(手边)侧牵引时，第一弯曲块51以第一转动轴部61为中心朝向右侧转动。并且，当操作线56b被朝向基端侧牵引时，第一弯曲块51以第一转动轴部61为中心朝向左侧转动。这样，操作线56使第一弯曲块51转动。
如图5B所示，操作线57a、57b在弯曲部46内将中心轴L夹在中间上下对称地配置。操作线57a、57b的前端朝第二弯曲块52内的区域延伸、并与第二弯曲块52连接。
第二弯曲块52的中心轴的方向与中心轴L的方向大致一致。在通过第二弯曲块52的中心轴的方向和第二转动轴部62的轴方向双方的一个平面中，以第二弯曲块52的上侧半部作为上侧部位，以第二弯曲块52的下侧半部作为下侧部位。
上述操作线57a的前端与第二弯曲块52的上侧部位连接。并且，操作线57b的前端与第二弯曲块52的下侧部位连接。当操作线57a被朝向图5B中所示的基端(手边)侧牵引时，第二弯曲块52以第二转动轴部62为中心朝向上侧转动。并且，当操作线57b被朝向图5B中所示的基端侧牵引时，第二弯曲块52以第二转动轴部62为中心朝向下侧转动。这样，操作线57使第二弯曲块52转动。
如图5A所示，操作线58a、58b在弯曲部46内将中心轴L夹在中间左右对称地配置。操作线58a、58b的前端朝第三弯曲块53内的区域延伸、并与第三弯曲块53连接。
第三弯曲块53的中心轴的方向与中心轴L的方向大致一致。在通过第三弯曲块53的中心轴的方向和第三转动轴部63的轴方向双方的一个平面中，以第三弯曲块53的右侧半部作为右侧部位，以第三弯曲块53的左侧半部作为左侧部位。
上述操作线58a的前端与第三弯曲块53的右侧部位连接。并且，操作线58b的前端与第三弯曲块53的左侧部位连接。当操作线58a被朝向图5A中所示的基端(手边)侧牵引时，第三弯曲块53以第三转动轴部63为中心朝向右侧转动。并且，当操作线58b被朝向图5A中所示的基端侧牵引时，第三弯曲块53以第三转动轴部63为中心朝向左侧转动。这样，操作线58使第三弯曲块53转动。
如上所述，在弯曲块51、52、53上分别连接有对应的一对操作线56、57、58。在弯曲部46中，如果适当选择一对操作线56、57、58并对其进行推拉操作，则弯曲块51、52、53独立地转动。
操作线56、57、58的前端与弯曲块51、52、53连接的手段可以采用各种方法。在本实施方式中以如下方式构成。
如图5A所示，在第一弯曲块51的基端部中，在第一弯曲块51的右侧部位和左侧部位形成有朝向第一弯曲块51的内侧突出的切出立起片(切起し片)70。操作线56a的前端插入处于右侧部位的切出立起片70，并钎焊固定在该切出立起片70上。并且，操作线56b的前端插入处于左侧部位的切出立起片70，并钎焊固定在该切出立起片70上。
并且，如图5B所示，在第二弯曲块52的基端部中，在第二弯曲块52的上侧部位和下侧部位形成有朝向第二弯曲块52的内侧突出的切出立起片70。操作线57a的前端插入处于上侧部位的切出立起片70，并钎焊固定在该切出立起片70上。并且，操作线57b的前端插入处于下侧部位的切出立起片70，并钎焊固定在该切出立起片70上。
并且，如图5A所示，在第三弯曲块53的基端部周围，在第三弯曲块53的右侧部位和左侧部位形成有朝向第三弯曲块53的内侧突出的切出立起片70。操作线58a的前端插入处于右侧部位的切出立起片70，并钎焊固定在该切出立起片70上。并且，操作线58b的前端插入处于左侧部位的切出立起片70，并钎焊固定在该切出立起片70上。
操作线56贯穿插入在引导护套66中，操作线57贯穿插入在引导护套67中，操作线58贯穿插入在引导护套68中，并且操作线56、57、58分别被引导至操作部41。引导护套66、67、68具有挠性，例如由密绕线圈或者树脂管等护套状的具有弹性的弹性部件形成。引导护套66、67、68的内孔是对操作线56、57、58的行进方向进行引导的导向部件。
引导护套的前端并不与连接于自身所引导的操作线的弯曲块连接，而是与配置为比该弯曲块更靠基端侧的弯曲块连接。例如，引导护套66a、66b的前端与第二弯曲块52连接。并且，引导护套67a、67b的前端与第三弯曲块53连接。并且，引导护套68a、68b的前端与第四弯曲块54连接。
另外，引导护套的基端也可以连接在弯曲部46的基端部(挠性管45的前端部)。并且，如图6A和图6B所示，引导护套66a、66b的最前端面也可以具有斜面，所述斜面的靠弯曲部46的中心的一侧比靠外周的一侧向基端侧后退。这样，可以避免引导护套66a、66b与内置物干涉。
接着，参照图6A和图6B对各弯曲块相互转动的角度的关系进行说明。
在邻接的弯曲块中相互面对(邻接)的端面82之间形成间隙81。间隙81以转动轴部的轴为中心以角度θ呈扇状扩张。详细地说，从端面82延长的线在转动轴部的轴上交叉。因此，各端面82分别形成为通过转动轴的直线的端缘。进而，间隙81由相互面对的两个端面82形成，且以交叉的点(转动轴部的轴)为中心以角度θ呈扇状扩张。
另外，延长的线也未必一定在转动轴部的轴上交叉，并且各端面82也可以不是分别形成为通过转动轴的直线的端缘。在这种情况下，只要通过端面82的位于最外侧的端部(顶点)82a和各自的转动轴部的轴的线段形成以角度θ呈扇状扩张的间隙81即可。
另外，在朝相同的方向转动的弯曲块中，邻接的两个以上的间隙81的角度θ之和设定成90°以上。例如，如图6A和图6B所示，基于朝相同的方向转动的弯曲块51、52之间的间隙81而能够转动的角度θ1、与基于弯曲块53、54之间的间隙81而能够转动的角度θ2之和设定成90°以上。
这样，基于多关节弯曲块而能够转动的角度θ并不仅是一个间隙81，而是可以分配至以相同的方向转动的弯曲块之间的间隙81(邻接的多个间隙81)。由此，角度θ在一个间隙81中不用太大。由此，由一个间隙81形成的最大的角度θ变小。因此，一个间隙81中的弯曲块的转动量变小。由此，当操作线或引导护套等内置物由于弯曲动作而横穿间隙81时，被夹在间隙81内的情况变少。
如图4所示，第四弯曲块54是位于弯曲部46的最基端的弯曲块。即，第四弯曲块54能够看作弯曲部46的基端部。在挠性管45的前端部设有连接接头等连接部件83。第四弯曲块54与连接部件83连结。并且，第四弯曲块54也可以以相对于连接部件83转动自如的方式与该连接部件83连结。在这种形式的情况下，连接部件83被看作是弯曲部46的基端部。
另外，将第四弯曲块54连接并固定在连接部件83上，但是并不限于此。例如在增加弯曲块的数量的情况下，以如下方式进行连结将未图示的第五弯曲块以能够转动的方式连接在第四弯曲块54上，进一步将未图示的第六弯曲块以能够转动的方式连接在第五弯曲块上。第六弯曲块连接在连接部件83上。
接着，参照图5C和图5D对弯曲块内的操作线和引导护套的配置、以及定位配置单元进行说明。
如图5A和图5B所示，在连接部件83中设有图5C和图5D所示的框状的分隔件85。分隔件85是确定操作线以及贯穿插入有操作线的引导护套的位置的定位配置单元。引导操作线的引导护套通过分隔件85沿着弯曲部46的内周配置成同心圆状。
由此，相对于与第一转动轴部61、第二转动轴部62以及第三转动轴部63的轴方向垂直的方向(中心轴L的方向)，操作线56、57、58配置成同心圆状。
换言之，分隔件85以操作线56、57、58配置成同心圆状的方式进行定位。该分隔件85也可以设在第四弯曲块54上。
如图5D所示，分隔件85具有圆筒部87。在该圆筒部87的外周，以大致相等的间隔沿着中心轴L设置有多个分隔板88。圆筒部87的中心轴与中心轴L一致。并且，分隔板88相对于圆筒部87的中心轴大致呈放射状配置。由此，在分隔板88之间，在圆筒部87的周方向上形成有多个收纳路86。即，收纳路86在圆筒部87的周围沿着圆筒部87的周方向呈同心状地排列配置。操作线56、57、58穿过收纳路86。
这样，分隔件85通过分隔板88形成供操作线56、57、58穿过的收纳部86。分隔件85通过使操作线56、57、58穿过收纳部86，从而呈同心圆状地定位配置操作线56、57、58。
另外，圆筒部87的内孔用作供内置物等贯穿插入的贯穿插入通路89。该贯穿插入通路89是设置其他内置物的空间，位于插入部42的中央区域。
如上所述，操作线和引导护套通过分隔件85被呈同心圆状定位配置在弯曲部46以及插入部42内的周围部。
并且，如图5C所示，操作线和引导护套一组一组地分开配置在收纳路86中。另外，不同组的操作线和引导护套也可以配置在一个收纳路86中。操作线和引导护套从分隔件85通过插入部42内被引导至操作部41。
并且，在收纳路86的数量比引导护套的数量多的情况下，如图5C所示，在没有配置引导护套的收纳路86中配置其他的内置部件(例如对把持钳子48进行操作的操作线92或信号线等)。该操作线92贯穿插入在具有挠性的引导护套93中并被引导，且通过挠性管45内被引导至操作部41。
如图3所示，在操作部41中设有弯曲部操作机构和处置部操作机构。弯曲部操作机构具备分别对操作线56、57、58进行推拉操作的驱动电动机95、96、97。并且，处置部操作机构具备用于对操作线92进行推拉操作的驱动电动机98。操作线56、57、58与弯曲块(转动操作对象)51、52、53对应，进行转动操作。操作线92对把持钳子48进行操作。
在驱动电动机95、96、97、98的驱动轴上分别安装有线轮(pulley)99。各驱动轴也可以经由未图示的减速器与各线轮99连接。操作线56、57、58、92挂在各线轮99上。进而，当分别单独地驱动驱动电动机95、96、97、98从而线轮99转动时，挂在线轮99上的操作线56、57、58、92被推拉操作。
弯曲操作机构和处置部操作机构使用利用了线轮99的传递机构，但例如也可以是利用小齿轮或齿条的齿轮机构等。并且，弯曲操作机构和处置部操作机构也可以代替驱动电动机95、96、97、98而使用其他形式的驱动致动器。
如图2和图3所示，操作部41经由线缆201连接在处置器械控制部37上。作为操作输入装置的弯曲操作部39经由线缆204连接在处置器械控制部37上。图3中，在处置器械控制部37上设有电力供给用电源软线205。
弯曲操作部39具有指示处置器械40的位置和姿态的操纵杆(操作输入装置)203。该操纵杆203具有三级重叠连接的三个操纵杆开关203a、203b、203c。操纵杆开关203a、203b、203c安装在操作箱210上。
当选择性地操作操纵杆开关203a、203b、203c时，驱动电动机95、96、97与操作对应地分别驱动。由此，弯曲块51、52、53分别独立地朝上下左右方向转动，各关节部屈曲。
处置器械前端移动控制装置18能够通过伴随着操纵杆203的操作的动作对前端部47进行操作使其移动至期望的位置。即，处置器械前端移动控制装置18构成主从型电动式处置器械40。另外，在设定了使处置器械40动作的控制之后操纵杆203由手术操作者等操作的情况下，操纵杆203的操作指示优先。
如图2所示，在处置器械控制部37中设有功能控制输入部121，其输入从操纵杆203输出的指示或用于对操纵杆203的功能进行控制的条件等；电动机驱动器(处置器械驱动控制部)122，其对驱动电动机95、96、97进行驱动控制；以及电动机单元通信部123，其经由线缆201与处置器械驱动部38连接并与处置器械驱动部38之间进行通信。
处置器械控制部37根据手术操作者对操纵杆203的操作将对驱动电动机95、96、97进行驱动的控制信号发送至电动机驱动器122，使驱动电动机95、96、97旋转。在驱动电动机95、96、97中安装有测量转速的未图示的编码器。编码器生成与转速对应的信号，并发送至电动机驱动器122，从而对驱动电动机95、96、97进行反馈控制。
参照图7A、图7B以及图8对弯曲部46中的多关节构造与操纵杆203的关系进行说明。
如图7所示，在弯曲部46中的所有的关节部都从前端部33突出的状态中，将从配置在操作部侧(基端侧)的关节开始到配置在前端侧的关节依次称为关节J1、J2、J3。设定以配置在最靠近操作部侧的关节J1为基准的坐标系。在该坐标系中，Y轴方向与摄像元件的垂直方向一致。关节J1和关节J3绕X轴屈曲，关节J2绕Y轴屈曲。
如图8所示，操纵杆203(操作输入装置)具有与从关节J1到前端侧的关节J2、J3的构造相同构造的关节J1’、J2’、J3’。
操纵杆203的关节数量和屈曲方向与弯曲部46的关节数量和屈曲方向相同。操纵杆203的各杆的长度设定为乘以适当的系数k后的值，以便于手术操作者操纵。例如，在设k＝10、并使处置器械40的杆的长度为3mm的情况下，将操纵杆203(操作输入装置)的杆的长度形成为30mm。在关节J1’、J2’、J3’中组装有用于测定屈曲的角度的未图示的编码器。由编码器测定的屈曲的角度信息被送入处置器械控制部37。处置器械控制部37产生与角度信息(关节J1’、J2’、J3’)对应的驱动信号，使驱动电动机95、96、97分别旋转，从而使关节J1、J2、J3屈曲。如果关节J1’、J2’、J3’例如如图8所示那样屈曲，则关节J1、J2、J3如图7B所示那样屈曲。
因此，通过弯曲部46具有多个关节，处置器械40的前端能够移动至任意的位置和姿态，能够比以往更容易地进行病变部的切开·剥离。并且，通过使处置器械40的关节构造和操作输入装置的关节构造同等地对应，手术操作者能够容易地对具有多个关节的处置器械进行操作。
并且，驱动电动机98也与驱动电动机95、96、97同样具有电动机驱动器和电动机单元通信部等。通过对设在操作部41等上的手柄(功能控制输入部)125等的操作体进行操作，来操作把持钳子48。
另外，在操作输入装置中也可以设有与第一弯曲块51对应的第一操作开关；与第二弯曲块52对应的第二操作开关；与第三弯曲块53对应的第三操作开关；以及与第四弯曲块54对应的第四操作开关。例如当按压第一操作开关时，第一弯曲块51屈曲。并且，在操作部41中也可以设有用于进行弯曲操作的开关装置(操作开关)。操作输入装置可以使用输入三维位置的笔型的输入装置。
下面，对使用处置器械40的情况下的作用进行说明。
首先，如图2所示，插入部21被插入在体腔内，在该状态下，插入部42从插入口28插入贯穿插入用通道中。前端部47以及弯曲部46从通道口36向体腔内突出。进而，在基于内窥镜2的观察下利用把持钳子48在体腔内进行把持病变部等的作业等。
在该情况下，弯曲部46能够根据体腔内的状态或处置作业而弯曲成适当的多关节屈曲形状。即，通过操纵杆203的操作，弯曲块51、52、53分别转动，由此弯曲部46弯曲成适当的形状。
例如，当驱动驱动电动机95时，挂在驱动电动机95的线轮99上的操作线56a、56b被推拉。由此第一弯曲块51独立地转动。并且，当驱动驱动电动机96时，挂在驱动电动机96的线轮99上的操作线57a、57b被推拉。由此第二弯曲块52独立地转动。并且，当驱动驱动电动机97时，挂在驱动电动机97的线轮99上的操作线58a、58b被推拉。由此第三弯曲块53独立地转动。
因此，通过操纵杆203适当地屈曲，弯曲块51、52、53独立地转动，弯曲部46弯曲(屈曲)。通过调节操纵杆203的转动方向以及转动量，弯曲部46能够弯曲成复杂的形状。
如上所述，对于本实施方式，由于针对多个弯曲块的每个都配置操作线，因此能够仅使任意的弯曲块独立地转动。由此，对于本实施方式，由于弯曲机构具有多个自由度，因此在像体腔内这样的狭窄的区域内的作业也变得容易。
详细地说，对于本实施方式，由于使弯曲块51、52、53分别独立地转动(弯曲)，因此能够使弯曲部46局部地朝不同的方向弯曲。由此，本实施方式能够根据使用状况将弯曲部46弯曲成合适的形状。因此，弯曲部46的弯曲自由度提高，与使弯曲部46一律弯曲的情况相比，本实施方式即使是狭窄的体腔内区域中的复杂的作业也能够容易地进行。并且，对于本实施方式，能够以弯曲部46的姿态不妨碍其他的处置器械或内窥镜2的观察的方式容易地弯曲，能够提高处置器械40的作业性。
并且，对于本实施方式，由于将配置在弯曲块内的多根操作线配置成同心圆状，因此能够在弯曲块内紧凑地配置多根操作线。由此，本实施方式能够避免多根操作线相互缠绕等的繁杂的配置。并且，本实施方式能够在弯曲块内形成设置其他的内置物的空间。
详细地说，对于本实施方式，使操作线56、57、58和引导护套66、67、68贯穿插入在收纳路86内，并使它们配置成同心圆状。由此，对于本实施方式，虽然贯穿插入在狭窄的弯曲部46内，但操作线56、57、58能够以不会缠绕的方式配置，并且能够紧凑地配置操作线56、57、58。换言之，对于本实施方式，能够防止操作线56、57、58在弯曲部46内缠绕，能够减少引起操作线相互干涉的情况。并且，本实施方式能够防止妨碍操作线56、57、58的操作力的传递。并且，本实施方式能够在弯曲部46内产生配置其他的内置物的余裕，能够实现弯曲部46的细径化。
并且，对于本实施方式，使操作线56、57、58配置成同心圆状。由此，本实施方式能够在弯曲块内形成设置其他的内置物的空间即贯穿插入通路89。
并且，对于本实施方式，使引导护套连接在通过该引导护套所导向的操作线而转动的弯曲块的紧跟着(基端侧)的弯曲块上。因此，本实施方式能够最大限度地发挥基于引导护套的操作线引导功能。另外，操作线单独露出的区域变少。由此，本实施方式能够减轻给操作线引导功能带来的影响。并且，对于本实施方式，例如在插入部42自身被施加扭转的情况下，能够缓和给引导护套的操作线引导功能带来的由扭转产生的影响。
并且，对于本实施方式，也可以利用金属制作的密绕线圈形成引导护套。由此，本实施方式能够充分地耐受弯曲块的急剧的转动或弯曲的作用。
参照图9对上述实施方式中的定位配置单元(分隔件)的其他变形例进行说明。
本实施例中的作为定位配置单元的各分隔件100沿着第四弯曲块54的内周以相等的间隔呈同心圆状配置在以中心轴L为中心的圆上。分隔件100钎焊固定在第四弯曲块54的内周。并且，分隔件100由金属制作的管状的部件构成。
另外，虽然各分隔件100以相等的间隔配置，但未必一定要以相等的间隔配置。
进而，引导护套66、67、68以进退自如的方式贯穿插入在各分隔件100的孔中。由此，各分隔件100对引导护套66、67、68进行定位。由此，引导护套66、67、68配置成同心圆状。
这样，本变形例在定位配置单元中使用管状的分隔件100，与上述实施方式中的框状的分隔件85相比，能够更加紧凑地配置操作线56、57、58。
另外，分隔件100也可以设在连接部件83上。
下面，参照图10对上述实施方式中的定位配置单元(片部)的其他变形例进行说明。
本变形例中的定位配置单元在第四弯曲块54中具有凸缘状或者肋状的多个片部111。片部111朝向第四弯曲块54的内侧呈U字状切出立起而形成。片部111以相等的间隔配置在以中心轴L为中心的圆上。
进而，引导护套66、67、68以进退自如的方式贯穿插入在片部111的内部。由此，片部111对引导护套66、67、68进行定位。由此，引导护套66、67、68配置成同心圆状。
这样，本变形例在定位配置单元中使用片部111，与分隔件85、100相比能够减少部件数量。
另外，片部111也可以形成在连接部件83上。
下面，参照图11对上述实施方式中的定位配置单元(圆板)的其他变形例进行说明。
本变形例中的定位配置单元例如在第四弯曲块54中具有圆板150。例如在第四弯曲块54中，圆板150相对于中心轴L呈直角且与中心轴L同轴地配置。在圆板150上，在以中心轴L为中心的同心圆上形成有多个孔151。
引导护套66、67、68以进退自如的方式贯穿插入在孔151中。由此，圆板150对引导护套66、67、68进行定位。由此引导护套66、67、68配置成同心圆状。
并且，在圆板150的中央形成有通孔152，通孔152用作贯穿插入其他的内置物的空间。
另外，在本变形例中，定位配置单元例如也可以在连接部件83中具有圆板150。
上述的实施方式和变形例将引导护套66、67、68配置成单层的同心圆状，但也可以将引导护套66、67、68配置成两层的同心圆状。即，也可以对配置成同心圆状的多个操作线(第一组)、和配置在比第一组还靠外侧的位置且配置成同心圆状的多个操作线(第二组)进行定位。这样，如果上述的实施方式和变形例将操作线定位成两层的同心圆状，能够紧凑地配置多根操作线。
下面，参照图12和图13对本发明的其他实施方式进行说明。该内窥镜装置系统的整体结构与上述的实施方式大致相同。但是，在处置器械40的电动机单元中追加使弯曲部46绕插入部42的轴旋转的机构131和使弯曲部46在插入部42的轴方向上并进的机构132。并且，在弯曲部46中设有至少四个关节。由此，能够任意地控制前端部47的位置和姿态。并且，处置器械40的动作与操作输入装置140的动作对应。操作输入装置140使用具有进退·旋转·关节构造的操纵杆型的操作输入装置。
如图12所示那样设定坐标系。该坐标系以操作输入装置140的基端部141为基准，且与处置器械40对应。在坐标系中，关节J1形成进退的构造，关节J2形成轴方向的旋转的构造，关节J3、J5形成绕Y轴屈曲的构造，关节J4、J6形成绕X轴屈曲的构造。设从关节J2到J6的各关节的旋转角分别为θ2～θ6。设各杆的长度为L1至L5，设前端杆的长度为L6。于是，从机械手(处置器械40)的运动学可知，各关节J1、J2、J3、J4、J5、J6中的变换矩阵如下式所示。
[数学式1] 关节J1 关节J2 关节J3 关节J4 关节J5 关节J6 因此，齐次变换矩阵为 [数学式2] 由于该坐标系以基端部141作为基准，因此操作输入装置140的前端部的位置(x，y，z)和姿态(θx，θy，θz)可以如下那样求出。
[数学式3] 处置器械40的结构与操作输入装置140的结构不同。由此，为了通过操作输入装置140动作使处置器械40动作，需要使处置器械40的位置和姿态与操作输入装置140的位置和姿态一致。为此需要求出处置器械40中的各关节的旋转角、平行(进退)移动量。
如上所述，处置器械40的动作与操作输入装置140的动作对应。由此，能够通过操作输入装置140的动作和姿态求出处置器械40的位置和姿态。如果处置器械40的结构已知，则处置器械40的各结构的旋转角、平行移动量能够通过逆运动学求出。逆运动学是根据作业空间中的机械手(处置器械40)的位置、姿态信息推定节点(关节的角度等)的具体的值的方法。如果设各节点1、2、...、n的节点参数
为 [数学式4] Φ＝(θ1，θ2，…，θn)T 设机械手的位置、姿态为 [数学式5] Ep＝(xEp，yEp，zEp，RollEp，YawEp，PittchEp)T 则它们的关系可以用下式表示。
[数学式6] Ep＝A(Φ) 此处，如果设机械手的位置、姿态的目标P为 [数学式7] Pp＝(xPp，yPp，zPp，RollPp，YawPp，PitchPp)T 则为了使机械手处于Pp的状态，需要求出满足 [数学式8] Pp＝A(Φ) 的
但是，由于这些关系式是非线性的，因此为了求出
一般采用如下的方法求出用
的要素对Ep进行偏微分而得到的雅克比矩阵J
[数学式9] 并通过收敛计算根据 [数学式10] 求出满足 [数学式11] Pp＝A(Φ) 的
因此，根据本实施方式，即使是在操作输入装置140和处置器械40的结构不同的情况下，也能够通过操作输入装置140的位置和姿态使处置器械40的前端移动至任意的位置和姿态，与以往相比能够更容易地进行病变部的切开·剥离。
本发明也能够应用于内窥镜的弯曲部中。例如，能够应用于上述的实施方式所涉及的内窥镜的插入部中的弯曲部的弯曲机构中。并且，作为本发明的对象的处置器械也包括处置用探针。
<附记>根据上述的说明，能够得到以下的各事项以及任意地组合这些事项或者权利要求中所记载的事项而成的事项。
1、一种内窥镜处置器械，其特征在于，所述内窥镜处置器械包括用于观察体腔内的病变部的内窥镜；用于通过上述内窥镜的插入部对病变部进行处置的处置器械，在上述处置器械的前端具有至少一个屈曲单元；用于使上述处置器械的前端朝操作者期望的方向移动的操作单元；根据上述操作单元的操作对上述处置器械的前端的移动进行控制的控制单元；以及根据来自上述控制单元的控制信号使上述处置器械的屈曲单元动作的单元。
2、根据第一项所述的内窥镜处置器械，其特征在于，上述处置器械由软性的插入部和对活体的病变部进行切开·剥离的处置部构成。
3、根据第一项所述的内窥镜处置器械，其特征在于，将使上述屈曲单元动作的动力组装在上述处置器械的前端附近。
4、根据第一项所述的内窥镜处置器械，其特征在于，将使上述屈曲单元动作的动力配置在上述处置器械的前端附近以外的位置，且具有将动力传递至屈曲单元的传递单元。
5、根据第一项所述的内窥镜处置器械，其特征在于，所述内窥镜处置器械具有使上述处置器械的前端旋转/进退的单元。
权利要求
1、一种多关节弯曲机构，所述多关节弯曲机构具有
第一弯曲块；
第二弯曲块，其以能够以第一转动轴为中心转动的方式与所述第一弯曲块连接；
第三弯曲块，其以能够以第二转动轴为中心转动的方式与所述第二弯曲块连接；
至少两根第一操作线，它们连接在所述第一弯曲块上，使所述第一弯曲块转动；以及
至少两根第二操作线，它们连接在所述第二弯曲块上，使所述第二弯曲块转动，
其特征在于，
所述第一操作线和所述第二操作线相对于与所述第一转动轴以及所述第二转动轴垂直的方向配置成同心圆状。
2、根据权利要求1所述的多关节弯曲机构，其特征在于，
所述多关节弯曲机构具有定位配置单元，该定位配置单元设在所述第三弯曲块上，以将所述第一操作线和所述第二操作线配置成同心圆状的方式对它们进行定位。
3、根据权利要求1所述的多关节弯曲机构，其特征在于，
所述多关节弯曲机构具有
第一弹性部件，其连接在所述第二弯曲块上，并对所述第一操作线进行引导；以及
第二弹性部件，其连接在所述第三弯曲块上，并对所述第二操作线进行引导。
4、根据权利要求3所述的多关节弯曲机构，其特征在于，
所述多关节弯曲机构具有定位配置单元，该定位配置单元设在所述第三弯曲块上，以将所述第一操作线和所述第二操作线配置成同心圆状的方式对它们进行定位。
5、一种多关节医疗器械，其特征在于，
所述多关节医疗器械具有上述权利要求1所述的多关节弯曲机构。
6、一种多关节弯曲机构，所述多关节弯曲机构具有
第一弯曲块；
第二弯曲块，其以能够以第一转动轴为中心转动的方式与所述第一弯曲块连接；
第三弯曲块，其以能够以第二转动轴为中心转动的方式与所述第二弯曲块连接；
第四弯曲块，其以能够以第三转动轴为中心转动的方式与所述第三弯曲块连接；
至少两根第一操作线，它们连接在所述第一弯曲块上，使所述第一弯曲块转动；
至少两根第二操作线，它们连接在所述第二弯曲块上，使所述第二弯曲块转动；以及
至少两根第三操作线，它们连接在所述第三弯曲块上，使所述第三弯曲块转动，
其特征在于，
所述第一操作线、所述第二操作线以及所述第三操作线相对于与所述第一转动轴、所述第二转动轴以及所述第三转动轴垂直的方向配置成同心圆状。
7、根据权利要求6所述的多关节弯曲机构，其特征在于，
所述多关节弯曲机构具有定位配置单元，该定位配置单元设在所述第四弯曲块上，以将所述第一操作线、所述第二操作线以及所述第三操作线配置成同心圆状的方式对它们进行定位。
8、根据权利要求7所述的多关节弯曲机构，其特征在于，
所述定位配置单元利用分隔板形成供所述第一操作线、所述第二操作线以及所述第三操作线穿过的收纳路，通过使所述第一操作线、所述第二操作线以及所述第三操作线穿过所述收纳路，从而将所述第一操作线、所述第二操作线以及所述第三操作线定位配置成同心圆状。
9、根据权利要求6所述的多关节弯曲机构，其特征在于，
所述多关节弯曲机构具有
第一弹性部件，其连接在所述第二弯曲块上，并对所述第一操作线进行引导；
第二弹性部件，其连接在所述第三弯曲块上，并对所述第二操作线进行引导；以及
第三弹性部件，其连接在所述第四弯曲块上，并对所述第三操作线进行引导。
10、根据权利要求9所述的多关节弯曲机构，其特征在于，
所述多关节弯曲机构具有定位配置单元，该定位配置单元设在所述第四弯曲块上，以将所述第一操作线、所述第二操作线以及所述第三操作线配置成同心圆状的方式对它们进行定位。
11、根据权利要求10所述的多关节弯曲机构，其特征在于，
所述定位配置单元利用分隔板形成供所述第一操作线、所述第二操作线以及所述第三操作线穿过的收纳路，通过使所述第一操作线、所述第二操作线以及所述第三操作线穿过所述收纳路，从而将所述第一操作线、所述第二操作线以及所述第三操作线定位配置成同心圆状。
12、一种多关节医疗器械，其特征在于，
所述多关节医疗器械具有上述权利要求6所述的多关节弯曲机构。
全文摘要
本发明提供多关节弯曲机构以及具备多关节弯曲机构的多关节医疗器械。多关节弯曲机构从前端侧开始依次配置有第一弯曲块(51)、第二弯曲块(52)以及第三弯曲块(53)，还具有使第一弯曲块(51)转动的操作线(56a、56b)、使第二弯曲块(52)转动的操作线(57a、57b)、以及使第三弯曲块(53)转动的操作线(58a、58b)，其中，操作线(56a、56b)和操作线(57a、57b)相对于中心轴(L)的方向配置成同心圆状。
文档编号A61B1/00GK101610709SQ20078005152
公开日2009年12月23日 申请日期2007年12月17日 优先权日2007年3月29日
发明者内藤公彦, 石黑努, 长谷川润, 中村俊夫 申请人:奥林巴斯医疗株式会社