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JP2000042116A - 医療器具操作装置 - Google Patents

医療器具操作装置

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Publication number
JP2000042116A
JP2000042116A JP11101693A JP10169399A JP2000042116A JP 2000042116 A JP2000042116 A JP 2000042116A JP 11101693 A JP11101693 A JP 11101693A JP 10169399 A JP10169399 A JP 10169399A JP 2000042116 A JP2000042116 A JP 2000042116A
Authority
JP
Japan
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actuator
controller
catheter
movement
user
Prior art date
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Pending
Application number
JP11101693A
Other languages
English (en)
Inventor
Dwight Allan Meglan
ドゥワイト・アラン・メグラン
Frederick Marshall Morgan
フレデリック・マーシャル・モルガン
Jeffrey Michael Wendlandt
ジェフリー・マイケル・ウェンドラント
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Information Technology Corp
Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc
Original Assignee
Mitsubishi Electric Information Technology Corp
Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Information Technology Corp, Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc filed Critical Mitsubishi Electric Information Technology Corp
Publication of JP2000042116A publication Critical patent/JP2000042116A/ja
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    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/75—Manipulators having means for prevention or compensation of hand tremors
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    • A61B2034/301—Surgical robots for introducing or steering flexible instruments inserted into the body, e.g. catheters or endoscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/0105—Steering means as part of the catheter or advancing means; Markers for positioning

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  • Manipulator (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 医師等の使用者が、患者内に挿入されたカテ
ーテル、ワイヤ等の器具を微細に操作できるようにす
る。 【解決手段】 主アクチュエータ（第１アクチュエー
タ）および従アクチュエータ（第２アクチュエータ）に
より、使用者による制御器および患者内に挿入された器
具の軸方向の移動と軸周りの回転の動きを示すセンサー
信号を発信し、インタフェースによりこのセンサ信号を
受信して駆動信号を発信し、前記主従アクチュエータに
よりこの駆動信号を受けて制御器および器具を軸方向に
移動および軸周りに回転させ、前記インタフェースによ
り患者内での器具の動きに応答する触覚的フィードバッ
クを使用者に提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、使用者が対象物を
操作することを可能にし、使用者に触覚または触覚的フ
ィードバックを与える主従制御システムの分野に関し、
より詳細には、外科処置に使用される主従システムに関
する。
【０００２】
【従来の技術】「微小侵襲(minimally-invasive）」の
外科手法の使用が増加する傾向にある。この手法は、医
療器具が皮膚の比較的小さい穴を通して患者の身体へ挿
入され、身体の外部から操作される手法を意味する。バ
ルーン血管形成術として知られている微小侵襲外科手法
の一例において、同心カテーテルが患者の身体へ挿入さ
れ、詰まりの生じている心臓動脈または抹消血管などの
狭い血管へ誘導される。そして、端部の近くにバルーン
状膨張室を有することから「バルーンカテーテル」と呼
ばれているカテーテルの一つが血管へ誘導される。バル
ーン状の膨張室が膨張して閉鎖領域にある血管を伸長
し、狭い流路を拡張する。
【０００３】幾つかの種類の微小侵襲医療処置に、主従
制御システムを使用することが知られている。主従制御
システムは、一般に、使用者が操作できる制御器、処置
に使用される器具を保持するアクチュエータ、および制
御器と器具との間の電気的・機械的インタフェースによ
り構成されている。電気的・機械的インタフェースは、
使用者の制御器操作により指示されて器具を動かす。主
従システムの医療上の使用例は、「腹腔鏡検査」として
知られている診査に関連している。医師は、腹腔鏡検査
中、「腹腔鏡」として知られる伸長カメラ状の器具を腹
腔内で操縦するために、主装置の制御器を操作する。腹
腔鏡の移動は、実際には医師による制御器の動作を反映
する主装置からの信号に応答し、従装置により行われ
る。この処置の間、医師は視覚的フィードバックを腹腔
鏡から直接に受ける。医師は診断のために腹腔を検査す
ることができ、また、視覚的フィードバックにより腹腔
鏡を適切に操作することができる。
【０００４】主従システムは、医師が外科器具を直接操
作しなくてもよいという利点がある。時には医師と患者
が物理的に相互に離れている方が良いということがあ
る。例えば、感染の危険を低減したい場合である。主従
システムは、小さい器具を器用に操作することができ
る。また、主従システムをプログラム化して、人間の手
では行えない効果をもたらせることができる。その一つ
の例は、一端の微小な動きにより他端に大きな動きを発
生させるか、または、他端での大きな動きにより一端に
微小な動きを発生させる力または位置の位取りである。
この位取りは、制御器の動きに対する器具の動きの感度
を調節するために使用される。他の例は、手の震えを低
減したり、あるいは、組織を損傷するかもしれないよう
な不用意な大きな動きを防止するためのフィルタリング
である。
【０００５】医療具が視覚的フィードバックを行う腹腔
鏡検査などの処置と対照的に、他の微小侵襲処置では、
他の形のフィードバックを頼りにして医師が器具を操作
することができる。例えば、医師が動脈に通されるカテ
ーテルまたはワイヤの端の位置を追跡することができる
ように、バルーン血管形成術に関連して画像装置が使用
される。これは介入放射線医学のケースでもある。ま
た、医師は、これらの処置中に、その器具自身により、
即ち、カテーテルまたはワイヤにより、触覚的フィード
バックを受けることができる。例えば、医師は、カテー
テルが心臓の壁に沿って移動している場合、摩擦抵抗を
感じることができる。触覚的フィードバックは、これら
のタイプの処置を成功裡に行うために、医師が使用する
感覚的情報の重要な要素である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】主従システムは、血管
カテーテル挿入または介入放射線医学などの処置に関連
して使用されていなかった。これら処置は、患者内の器
具の動きに関する非常に微細な制御と、器具を介して受
ける繊細な触覚的フィードバックの敏感な感知とを必要
とする。また、これまで、これらの要求条件は、器具と
直接に対話する人間の手に委ねられてきた。しかし、こ
の様な処置に主従制御システムを使用して、上述したよ
うな、力または位置の位取りおよび震えの低減などの特
徴を利用できることが好ましい。
【０００７】本発明は、患者内で略円筒状の医療器具を
操作する医療器具制御装置であって、医師などの使用者
により器具の動きを微細に制御でき、また、患者内の組
織と器具との対話を繊細に感知することができる医療器
具制御装置を提供することを目的とする。また、本発明
は、微細な制御と感知が必要とされる抹消血管へのカテ
ーテル挿入または心臓へのカテーテル挿入などの処置に
使用されるものであって、この場合に上記の利便性が得
られる医療器具制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、少なくとも一つの略円筒状の制御器を有
し、この制御器が軸方向の移動および軸周りの回転を発
生するように使用者より操作される。第１アクチュエー
タは、前記制御器に接続されたセンサからの第１電気セ
ンサ信号を発生し、この第１電気センサ信号は、使用者
による前記制御器の軸方向の移動および軸周りの回転に
応答して、前記制御器の軸方向の移動および軸周りの回
転の動きを示す。前記第１アクチュエータ内のモータ
は、前記制御器と機械的に係合しており、この第１電気
モータに対する駆動信号の選択的適用に応答して前記制
御器の軸方向の移動および軸周りの回転を起こさせる。
第２アクチュエータは、器具に接続されたセンサから第
２電気センサ信号を発生させる。第２電気センサ信号
は、前記器具の軸方向の移動および軸周りの回転の動き
を示す。前記第２アクチュエータ内のモータは、前記器
具と機械的に係合しており、前記第２電気モータに対す
る駆動信号の選択的適用に応答して、前記器具の軸方向
の移動および軸周りの回転を起こさせる。電気的インタ
フェースは、入力信号として第１および第２電気センサ
信号を受信し、かつ、第１および第２モータ駆動信号を
発生して使用者による制御器の動きに応答して器具を移
動し、患者内の器具の動きに応答して使用者へ触覚的フ
ィードバックを提供する。
【０００９】本発明は、伸長した器具が患者の身体内で
操作されるカテーテル挿入法のような処置に使用され
る。軸方向の移動と軸周りの回転が独立し感知され、引
き起こされるので、本発明によるシステムは、器具側に
おける使用者の動きの再現性、および、制御側にある器
具からの触覚的フィードバックの再現性が高度に正確で
ある。また、インタフェースにより、力および移動の位
取り、震えの低減などの望ましい効用および装置の機能
性を高める他の効用を使用することができる。
【００１０】本発明の他の実施例、特徴および利点は、
以下に続く詳細な説明に開示されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、従来公知の心臓または抹
消血管系のカテーテル挿入装置である。図示されている
ように、このカテーテル挿入装置は、内部ワイヤ１０、
管状のバルーンカテーテル１２、および管状の誘導カテ
ーテル１４から成っている。バルーンカテーテル１２
は、誘導カテーテル１４の対応する端部１８から伸長し
ている一端に、拡張バルーン１６を有する。内部ワイヤ
１０は、バルーンカテーテル１２の端部２２から伸長し
ている先端２０を有する。
【００１２】第１Ｙ字状アダプター２４が誘導カテーテ
ル１４に固定されている。バルーンカテーテル１２は、
第１Ｙ字状アダプター２４の一つの脚部を通って伸長し
ており、配管２６が他の脚部に取り付けられている。配
管２６は、コントラストおよび他の溶液を誘導カテーテ
ル１４へ送る。コントラスト溶液は、カテーテル挿入処
置中に使用される画像装置上で、カテーテルを挿入して
いる血管の視認性を向上し、医師がカテーテルを上手に
誘導するのを可能にする。コントラストおよび他の溶液
の注入とフラッシング（flushing）は、本技術で知られ
ているように、装置２８により制御される。
【００１３】継ぎ手３０により、膨張器３２とそれに接
続した圧力計３４、さらには、第２Ｙ字状アダプター３
６の取り付けを可能にしている。内部ワイヤ１０の使用
者側の端部３８は第２Ｙ字状アダプター３６の一つの脚
部から伸長し、配管４０は他の脚部から伸長している。
配管４０は、コントラストと他の溶液をバルーンカテー
テル１２へ送るために使用されるコントラストの注入兼
フラッシング装置４２に接続されている。
【００１４】図１の実施態様において、内部ワイヤ１０
の端部２０、３８は僅かに曲げらてれいる。使用者側の
端部３８において、医師は曲げ部分を使って内部ワイヤ
１０をその縦軸周りに回転すること（本明細書では「軸
周りの回転」とも称する）ができる。内部側端部，即
ち、誘導端部２０において、曲げ部分により、カテーテ
ルを挿入している血管への通路上の曲がり部分や分岐部
を通して内部ワイヤ１０を操作することができる。
【００１５】心臓動脈のバルーン血管形成処置におい
て、誘導カテーテル１４は、その端部が手術される心臓
動脈の開口近くの大動脈弓に位置するように、最初に患
者の大腿部の動脈へ挿入される。誘導カテーテル１４
は、予め挿入された誘導ワイヤ（示されていない）に沿
って滑らすことにより、上記位置に到達する。なお、誘
導ワイヤは、誘導カテーテル１４が所定の位置に置かれ
た後取り外される。次に、バルーンカテーテル１２と内
部ワイヤ１０とは、一緒に、誘導カテーテル１４を通り
その端部まで押し込まれる。次に、内部ワイヤ１０が膨
張される範囲まで動脈内へ操作され、そして、バルーン
１６がワイヤ１０に沿って所望の位置へ押し込まれる。
この位置において、バルーン１６は動脈の所望の拡張を
達成するに必要なだけ膨張される。
【００１６】図２は、カテーテル法を実行するための主
従システムを示す。この主従システムは、主アクチュエ
ータ５０の一部であるカテーテル状の円筒形の制御器１
０’、１２’、１４’を使用している。従アクチュエー
タ５２は、カテーテル１４”のみならずカテーテル１
２”および患者５４内のワイヤ１０”（図２に示されて
いない）の動きを感知するとともに制御する。主アクチ
ュエータ５０と従アクチュエータ５２とは、各駆動信号
５８およびセンサ信号６０により電気的インタフェース
回路５６へ電気的に接続されている。流体装置６２は、
流体送り管６４により従アクチュエータ５２に接続され
ている。多様な装置の操作はコントロールパネル６６に
より制御される。この操作には、カテーテル１４を介し
て血管へ並びに血管を膨張させるためにバルーン１６へ
コントラストおよび他の流体を注入することが含まれ
る。流体装置６２は、コントロールパネル６６からの制
御信号に応答する電動弁を有する。また、この流体装置
６２は、コントロールパネル６６の入力に応答してバル
ーン１６の一連の時限膨張を選択的に行う。この特徴に
より、制限された開口を拡張するためにバルーン１６を
膨張する従来の方法が改善される。
【００１７】アクチュエータ５０、５２は、制御器１
０’、１２’、１４’および器具１０”、１２”、１
４”の軸方向の移動と軸周りの回転とを感知するセンサ
を内蔵している。そして、これらの動きを示すパルスセ
ンサ信号６０がインタフェース回路５６へ送られる。ま
た、アクチュエータ５０、５２は、制御器１０’、１
２’、１４’および器具１０”、１２”、１４”それぞ
れに係合するモータを内蔵している。これらモータは、
インタフェース回路５６が発生した駆動信号５８に応答
して、これらの構成要素の軸方向の移動と軸周りの回転
運動とを起こす。
【００１８】電気的インタフェース回路５６は、駆動信
号５８およびセンサ信号６０の電気的駆動回路と増幅回
路、および、これら回路に接続されたプロセッサを有す
ることが好ましい。このプロセッサは、主従制御プログ
ラムを実行する。この主従制御プログラムは、カテーテ
ル１２”、１４”およびワイヤ１０”が制御器１０’、
１２’、１４’に指示されて患者内を移動するように、
センサ信号６０からの情報を使用して駆動信号５８を発
生する。これら移動は、連絡するカテーテルまたはワイ
ヤの縦軸方向の移動と軸周りの回転の両方から成ってい
る。主従制御プログラムは、「位置整合」として知られ
たタイプであることが好ましい。このタイプの制御プロ
グラムでは、駆動信号５８およびセンサ信号６０は、可
能ならば、各制御器１０’、１２’、１４’および連絡
するワイヤ１０”あるいはカテーテル１２”、１４”の
相対的位置が変化しないことを確実にするために使用さ
れる。例えば、制御器１４’およびカテーテル１４”の
初期位置について考えると、使用者が制御器１４’を１
インチだけ内方へ押すとすると、制御プログラムがカテ
ーテル１４”を１インチだけ押して応答する。また、カ
テーテル１４”がこの移動中に障害物に出会うとする
と、使用者の動きに対向するフィードバック力が制御器
１４’に発生して制御器１４’の位置をカテーテル１
４”の（拘束された）位置へ戻そうとする。
【００１９】主従制御システムの利益の一つは、従装置
が主装置からのすべての個々の入力にどのように応答す
るかを選択できることである。例えば、力または位置の
位取りおよび震えの低減などの機能を有することが知ら
れている。力または位置の位取りが使用される場合、従
装置は、主装置に応答して、ある一定値に位取りされた
同様な力が加えられるか同様な位置に移動される。例え
ば、２：１の位置の位取りを行う装置では、従装置は、
主装置の２インチの動き毎に１インチ動く。位取りは、
他の方向、すなわち、従装置から主装置への方向へも行
われる。実際に、この２方向の位取りは、完全に所望の
効果を達成するために、常に同時に使用される。位取り
により、使用者は、主装置のより大きい制御と対話しな
がら、小さい器具を操作することができる。震えを軽減
するときは、他のタイプの動きによる従装置の動きに比
し、特定の周波数帯域内で周期的であると認められるパ
ターンの動きによる従装置の動きをより大きく減衰する
ように、主装置の入力をフィルタリングすることが行わ
れる。電気的インタフェース５６は、力または位置の位
取り、震えの軽減、および、主従システムの効果を向上
させる他の類似技法を選択的に使用する。
【００２０】電気的インタフェース５６により得られる
他の特徴は、事前にプログラム化された動作シーケンス
を使用することである。例えば、コントロールパネル６
６からの信号に応答して、電気的インタフェース５６
は、ワイヤ１０”を、人手をコントロールして行うより
も遥かに速く、高振動数で振動させることができる。例
えば、ワイヤ１０”を血管内の血液凝固中に突っ込んだ
場合に、ワイヤ１０”を自由にするためにこの振動が使
用される。尚、応用場面によっては、電気的インタフェ
ース５６は、処置中に発生する特定の状態において、他
のタイプの事前プログラム化されたシーケンスを有効に
選択的に働かせることができる。
【００２１】図３は、図２の装置において主アクチュエ
ータ５０または従アクチュエータ５２として使用される
アクチュエータアッセンブリ５０−１の第１実施態様を
示す。三つのアクチュエータ７０がハウジング内のベー
ス７２に配置されている。アクチュエータ７０は四角形
で示されているが、この表現は単なる図示であって、ア
クチュエータ７０の詳細は後記の図５〜９に示されてい
る。ベース７２の一端から、制御器１０’、１２’、１
４’がスリーブまたはグロメットを通ってベースに入っ
ている。一組の強靱な同心連絡管７６，７８、８０が、
作動軸８１に沿ってアクチュエータ７０を通り筒形の状
態で配置されている。図４に示されているように、制御
器１０’、１２’、１４’は、連絡継手８２，８４また
は８６により連絡管７６，７８、８０に接続されてい
る。継ぎ手８２，８４、８６は、テープ片、または、各
連絡管と各カテーテルとの間の機械的接合を確実にする
複雑な自動化された機械的器具である。
【００２２】内側連絡管７６、７８はそれぞれ隣接した
外側連絡管からさらに伸長して、アクチュエータ７０の
うちの一つの連絡アクチュエータと係合している。内側
連絡管７６、７８それぞれが外側連絡管７８または８０
から伸長している量は、他の連絡管の移動を干渉するこ
となく、各連絡管が（図３の右の方へ）引っ込んだ位置
と（図３の左の方へ）伸長した位置との間を自由に移動
することができるように選択される。前記引っ込んだ位
置は、患者に挿入されている実際の内部ワイヤ１０、カ
テーテル１２、１４の最初の位置に相当する。また、伸
長した位置は、実際の内部ワイヤ１０またはカテーテル
１２、１４がカテーテルを挿入している血管部分に押し
込まれた後の、実際の内部ワイヤ１０またはカテーテル
１２、１４の最後の位置に相当する。
【００２３】アクチュエータ７０は、各アクチュエータ
が作動中連絡管７６、７８、８０と係合し、かつ、他の
連絡管の移動の障害にならないように配置されている。
各アクチュエータ７０は、以下にさらに詳細に説明する
センサにより連絡管７６，７８、８０の軸方向の移動と
軸周りの回転を感知する。これらセンサは、センサ信号
６０により軸方向の移動と軸周りの回転の表示を行う。
各アクチュエータ７０には、駆動信号５８の対応信号に
応答して、連絡管７６，７８、８０に軸方向の力とトル
クを発生するモータが備えられている。アクチュエータ
７０は、以下にさらに詳細に説明されている。
【００２４】図５は、アクチュエータ７０の一つの実施
態様を示す。支持脚台９０がベース９２から伸長してい
る。一組の支持脚台９０は、作動軸８１に沿って支持脚
台９０の開孔を通って配置された軸部９６、９８によ
り、送り台アッセンブリ９４を支持している。また、移
動制御ホイール１０２と回転制御ホイール１０４が、軸
部９６、９８に支持されている。送り台アッセンブリ９
４と回転制御ホイール１０４とが軸９８に固定されてい
るので、回転制御ホイール１０４の回転により、送り台
アッセンブリ９４は作動軸８１周りを回転する。移動制
御ホイール１０２と送り台アッセンブリ９４との間の接
続は、図６により以下に詳細に説明されている。
【００２５】他の２組の支持脚台９０は、駆動軸１０
６、１０８を作動軸８１と平行に支持している。各駆動
軸１０６、１０８は、支持脚台９０の対応する組の開孔
を通って伸長している。駆動ホイール１１０、１１２
は、それぞれ、駆動軸１０６、１０８に取り付けられて
いる。駆動ホイール１１０は移動制御ホイール１０２と
係合し、駆動ホイール１１２は回転制御ホイール１０４
と係合している。
【００２６】主従アッセンブリ１１４、１１６は、それ
ぞれ、駆動軸１０６、１０８に機械的に接続されてい
る。アッセンブリ１１４、１１６内のモータは、駆動信
号５８に応答して対応する駆動軸１０６、１０８へトル
クを作用させている。これらのモータは、好適には直流
（ＤＣ）トルクモータである。各アッセンブリ１１４、
１１６内のセンサは、対応する相互に配置されたモータ
の回転位置を検出する。これらセンサは、従来の回転位
置エンコーダまたはすべての他の適切な装置でもよい。
また、これらセンサは、各ホイール１０２、１０４の感
知位置を示すセンサ信号６０を発生する。例えば、セン
サ信号６０は、それぞれ、一連のパルスであってもよ
く、各パルス信号が対応するモータの回転量を示す。
【００２７】アッセンブリ１１６内のセンサにより発生
したセンサ信号６０は、アクチュエータ７０内に配置さ
れた連絡管の回転位置を示す。アッセンブリ１１４内の
センサが発生したセンサ信号６０は、後述のように、送
り台アッセンブリ９４内のギヤの構成により、軸方向の
移動と軸周りの回転の情報の両方を供給する。従って、
管の移動位置を得るために、回転のみを示すアッセンブ
リ１１４からのセンサ信号６０が、軸方向の移動と軸周
りの回転の両方を示すアッセンブリ１１６の信号から取
除かれる。
【００２８】図５のアクチュエータ７０の動作中、連絡
管７６，７８、８０の一つは、作動軸８１に沿ってアク
チュエータ７０を貫通して配置されている。使用者は、
この連絡管を押し込み、引っ張りおよび回転する。この
連絡管の引っ張りおよび押し込みにより、移動制御ホイ
ール１０２は回転し、連絡管の回転により、ホイール１
０２、１０４の両方を回転させる。ホイール１０２、１
０４の回転は、アッセンブリ１１４、１１６内のエンコ
ーダにより検出され、このエンコーダが発生したセンサ
信号６０の値が対応して変化する。図２のインタフェー
ス５６は、回路から位置の情報を受け取る。実行されて
いる主従制御プログラムに従って、駆動信号５８の値が
所望の力とトルクが連絡管に作用するようにインタフェ
ース５６により決定される。そして、この駆動信号５８
によりアッセンブリ１１４、１１６内のモータが駆動さ
れる。また、これらモータにより、所望の力とトルクが
軸１０６、１０８、ホイール１１０、１１２およびホイ
ール１０２、１０４を介して加えられる。
【００２９】図６〜９は、送り台アッセンブリ９４の詳
細を示す。図６は、送り台アッセンブリ９４の正面斜視
図であり、図７は、ホイール１４０、１２２が連絡管７
６と係合している送り台アッセンブリ９４の正面斜視図
であり、図８は、非固定位置にある送り台アッセンブリ
９４の背面斜視図であり、図９は、固定位置にある送り
台アッセンブリ９４の背面斜視図である。
【００３０】三つの側面を有する送り台本体１２０は、
次の構成要素を支持する。即ち、軸部９６、９８、駆動
ピンチホイール１２２、支柱１２６により支持されたク
ランプ部材１２４、相互に係合されたホイールまたはギ
ヤ１２８、１３０、ホイール１２８と同じ軸に取り付け
られたマイタホイールまたはギヤ１３２、および、ホイ
ール１３０と同じ軸に取り付けられたカラー１３４。マ
イタホイール１３２は、駆動ピンチホイール１２２と同
じ軸１３８に取り付けられた他のマイタホイールまたは
ギヤ１３６と係合している。アイドルピンチホイール１
４０は、クランプ部材１２４に取り付けられている。
【００３１】軸部９８の作動軸８１周りの回転により送
り台９４が作動軸８１の周りに回転するように、送り台
本体１２０が軸部分９８に固定されている。本体１２０
の作動軸８１周りの回転から独立して、ホイール１３０
が作動軸８１の周りを回転できるように、ホイール１３
０と保持カラー１３４が本体１２０に取り付けられてい
る。また、ホイール１２８とマイタホイール１３２も送
り台本体１２０に対し自由に回転するように取り付けら
れている。従って、ホイール１３０は、作動軸８１周り
の送り台本体１２０の回転に独立して、ホイール１２８
によりマイタホイール１３２に回転を加える。
【００３２】アクチュエータ７０の使用が準備された状
態で、クランプ部材１２４は、図８に示された非固定位
置に移動される。連絡管７６，７８、８０は、作動軸８
１に沿って軸部９６、９８に挿入される。次に、図７に
示されているように、ピンチホイール１２２、１４０
が、連絡管と係合するように、クランプ部材１２４が図
９の固定位置へ移動される。図示されていないが、支柱
１２６は、クランプ部材１２４を送り台本体１２０へ固
定する助けとなるためにねじ込まれているのが好まし
い。一組のスプリングが、送り台本体１２０とクランプ
部材１２４の間に一つ、クランプ部材１２４と支柱１２
６へねじ込まれた保持ナットとの間に一つ、各支柱１２
６に配置されているのが好ましい。クランプ部材１２４
は、この保持ナットを調節することにより、固定位置と
非固定位置との間で移動される。
【００３３】アクチュエータ７０の操作中に、使用者が
連絡管を回転すると、送り台アッセンブリ９４が作動軸
８１の周りを回転する。この回転は二つの働きをする。
この回転は、図５の軸９８、ホイール１０４、１１２、
および、軸１０８を経て、アッセンブリ１１６内のエン
コーダに伝達される。また、この回転は、次の機構によ
りアッセンブリ１１４内のエンコーダにも伝達される。
即ち、送り台９４が回転すると、ホイール１２８は作動
軸８１の周りを回転する。しかし、純粋な回転のためホ
イール１２８は送り台本体１２０に対し少しも回転しな
い。従って、ホイール１３０が回転していないホイール
１２８により回転する。ホイール１３０の回転は、図５
の軸９６、ホイール１０２，１１０、および，軸１０６
によりアッセンブリ１１４内のエンコーダへ伝達され
る。
【００３４】使用者が連絡管を軸方向に移動することに
より、ピンチホイール１２２が回転し、次に、マイタホ
イール１３６、１３２が回転する。この回転は、軸９６
と共に回転するホイール１２８、１３０、図５のホイー
ル１０２，１１０および軸１０６を介してアッセンブリ
１１４に伝達される。
【００３５】触覚的フィードバックは、アッセンブリ１
１４、１１６内のモータにより、軸方向の移動とトルク
が連絡管に加えられて、使用者へ伝えられる。モータの
トルクが連絡管へ伝えられる機械的経路は、使用者が発
した移動がエンコーダに伝達される上述の経路とは逆で
ある。
【００３６】図１０は、アクチュエータアッセンブリ５
０−２の第２実施態様を示し、図示されているように三
つのアクチュエータ１５０，１５２，１５４を使用して
いる。また、アクチュエータ７０のように、アクチュエ
ータ１５０，１５２，１５４は、軸方向の移動と軸周り
の回転を感知でき発生させることができる。アクチュエ
ータ１５０，１５２，１５４は、構造が相互にほぼ似て
いる。各アクチュエータ１５０，１５２，１５４は、断
面形状が正方形の異なる大きさの剛性のある管と係合し
ている。図１０に示された管１５６は、制御器１２’ま
たはカテーテル１２”へ取り付けられ、管１５８は、制
御器１０’またはワイヤ１０”に取り付けられている。
アクチュエータ１５４内の図１０に示されていない管
は、制御器１４’に取り付けられている。各アクチュエ
ータ１５０，１５２，１５４は、連絡管と係合している
状態であるので、後述のようにそれらの内部構造は僅か
に異なる。
【００３７】図１１は、最外側のカテーテル１４”と共
に使用されるアクチュエータ１５４を示す。このアクチ
ュエータ１５４は、リニアアクチュエータ１６０とロー
タリーアクチュエータ１６２を有する。リニアアクチュ
エータ１６０は、ほぼＴ字状の送り台１６１と、管１６
６を把持するが、その管１６６をその縦軸の周りに回転
させる回転軸受け１６４とを有する。この管１６６は最
外側のカテーテル１４”に取り付けられている。リニア
アクチュエータ１６０は、レール１６８に沿って滑り、
駆動プーリ１７２とアイドルプーリ１７４との間に伸長
しているケープルループまたはケーブルベルト１７０に
取り付けられている。駆動プーリ１７２はモータ１７６
により回転し、その回転位置は、位置エンコーダまたは
位置センサ１８０により感知される。リニアアクチュエ
ータ１６０がレール１６８に沿って移動すると、管１６
６は、回転位置が拘束されずにその軸に沿って移動す
る。
【００３８】ロータリーアクチュエータ１６２は、管１
６６が貫通している正方形の開孔を有するリニア軸受け
１８４を備えている。リニア軸受け１８４は管１６６の
回転位置を追跡し制御するが、管１６６をその縦軸に沿
って移動させることができる。また、ロータリーアクチ
ュエータ１６２は、ケーブルループまたはケーブルベル
ト１８８により駆動されるプーリ１８６、駆動プーリ１
９０、およびモータ１９２に取り付けられている。回転
位置エンコーダ１９４は、駆動プーリ１９０の回転位置
を感知する。ロータリーアクチュエータ１６２が回転す
ると、管１６６もその移動位置を拘束されずにその縦軸
に沿って回転する。示された実施態様において、管１６
６は、その断面が正方形であるためにロータリーアクチ
ュエータ１６２と共に回転するように拘束される。他の
実施態様では、アクチュエータ１５０，１５２，１５４
内の管は、三角形、六角形、スプラインなどの回転を拘
束する他の断面形状としてもよい。
【００３９】図１０のアクチュエータ１５０、１５２
は、軸受け１６２、１６４が細い管１５６、１５８を収
容するように製作されていることを除いて、アクチュエ
ータ１５４と本質的に同じである。また、管１５８は管
１６６より十分に細く、その中で独立して回転し、同様
に、管１５６は管１５８内で回転する。ベルト１７０、
１８８は、プーリ１７２，１７４，１８６、１９０のリ
ムの溝に乗っているスチール製のケーブルまたはベルト
である。あるいは、プーリはスプロット状のホイールで
あってもよく、ベルト１７０、１８８は、チェーンまた
はスプロケット状プーリの歯と係合するように表面が波
打った他の構造としてもよい。
【００４０】図１２は図２の従アクチュエータ５２を示
すが、この従アクチュエータ５２は、患者５４に流体を
注入することができる特徴がある。主アクチュエータ５
０のように、従アクチュエータ５２は三つのアクチュエ
ータ、例えば、図３のアクチュエータ７０を有する。各
アクチュエータ７０は、ワイヤ１０”およびカテーテル
１２”、１４”の対応する一つと係合し、前述の連絡ワ
イヤまたはカテーテルの軸方向の移動と軸周りの回転を
起こさせるために使用される。カテーテル１２”、１
４”は、それぞれ一端に流体継ぎ手２００を有する。図
２の流体装置６２からの管６４は一組のバルブに接続さ
れており、さらに、管２０４により継ぎ手２００に接続
されている。このバルブは、図２の流体装置６２から患
者５４への流体の流れを制御するために使用される。カ
テーテル１２”の継ぎ手２００は、制御器１０”の流体
気密シールを有し、同様に、カテーテル１４”の継ぎ手
２００は、カテーテル１２”の流体気密シールを備えて
いる。
【００４１】これまでの説明は、使用者がカテーテルな
どの管状物体を遠隔操作することができるとともに、使
用者に触覚的フィードバックを与える主従制御システム
を述べた。当業者が、ここに開示された発明概念から逸
脱することなく、上述の方法および装置を変更または変
形できるることは明らかである。従って、本発明は、添
付請求の範囲の範囲と精神によってのみ限定されるとみ
なされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】一組の同心カテーテルを備えた心臓または末梢
血管のカテーテル挿入用従来技術の装置を示す概略線図
である。
【図２】本発明による主従カテーテル挿入システムの概
略ブロック線図である。
【図３】アクチュエータが概略的に描かれている図２の
システム用アクチュエータアッセンブリに係る第１実施
態様の斜視図である。
【図４】図３のアクチュエータアッセンブリにおけるカ
テーテルと連絡管との間の継ぎ手を示す図である。
【図５】図３のアクチュエータアッセンブリにおけるア
クチュエータの斜視図である。
【図６】図５のアクチュエータにおける送り台アッセン
ブリの正面斜視図である。
【図７】図３のアクチュエータアッセンブリからの管を
保持した状態を示す図６の送り台アッセンブリの背面斜
視図である。
【図８】クランプ部材が非固定位置にある図６の送り台
アッセンブリの背面斜視図である。
【図９】クランプ部材が固定位置にある図６の送り台ア
ッセンブリの背面斜視図である。
【図１０】アクチュエータが概略的に描かれている図２
のシステム用アクチュエータアッセンブリに係る第２実
施態様の斜視図である。
【図１１】図１０のアクチュエータアッセンブリにおけ
るアクチュエータの斜視図である。
【図１２】図２のシステムにおける従アクチュエータの
線図である。
【符号の説明】
１０’，１２’，１４’ 制御器 １０、１０” （器具の一部としての）ワイヤ １２，１４、１２”，１４” （器具の一部としての）
カテーテル ５０ 主アクチュエータ（第１アクチュエータ） ５２ 従アクチュエータ（第２アクチュエータ） ５４ 患者 ５６ （電気的）インタフェース（回路） ５８ 駆動信号 ６０ センサ信号 ６２ 流体装置 ６４ 流体送り装置 ６６ コントロールパネル ２００ 継ぎ手
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597067574 201 ＢＲＯＡＤＷＡＹ， ＣＡＭＢＲＩ ＤＧＥ， ＭＡＳＳＡＣＨＵＳＥＴＴＳ 02139， Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ドゥワイト・アラン・メグラン アメリカ合衆国、マサチューセッツ州、リ ンフィールド、ハッチンズ・サークル ６ (72)発明者 フレデリック・マーシャル・モルガン アメリカ合衆国、マサチューセッツ州、ク インシー、バトラー・ロード 157 (72)発明者 ジェフリー・マイケル・ウェンドラント アメリカ合衆国、マサチューセッツ州、ケ ンブリッジ、ショーンシー・ストリート 20、ナンバー・ツー

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 縦軸を有する少なくとも一つのほぼ管状
    の器具を操作し、微小侵襲医療処置においてこの器具を
    患者に挿入するように使用される医療器具操作装置であ
    って、 管状にして縦軸を有し、この縦軸方向の移動とこの縦軸
    周りの回転とを行うように使用者により操作される少な
    くとも一つの制御器と、 この制御器に接続されたセンサとこの制御器に機械的に
    係合するモータとを有し、使用者による前記制御器の縦
    軸方向の移動と縦軸周りの回転に応答して前記制御器の
    縦軸方向の移動と縦軸周りの回転を示す第１電気センサ
    信号を発生するように動作するとともに、第１電気モー
    タに対する駆動信号の選択的適用に応答して前記制御器
    の縦軸方向の移動と縦軸周りの回転とを起こすように動
    作する前記第１アクチュエータと、 器具とこの器具に機械的に係合するモータとに接続され
    たセンサを有し、前記器具の軸方向の移動と軸周りの回
    転を示す第２電気センサ信号を発生するように動作する
    とともに、第２電気モータに対する駆動信号の選択的適
    用に応答して器具の軸方向の移動と軸周りの回転とを起
    こすように動作する前記第２アクチュエータと、 入力信号として前記第１および第２電気センサ信号を受
    信し、かつ、使用者による前記制御器の動作に応答して
    前記器具を動かすように第１および第２モータ駆動信号
    を発生するとともに、患者内部の器具の動きに応答して
    前記制御器により触覚的フィードバックを使用者に提供
    するように動作する電気的インタフェースとを有するこ
    とを特徴とする医療器具操作装置。
  2. 【請求項２】 前記インタフェースは、器具を動作させ
    るとともに、触覚的フィードバックを使用者へ提供する
    ように主従制御プログラムを実行するプロセッサを有す
    ることを特徴とする請求項１記載の医療器具操作装置。
  3. 【請求項３】 主従制御プログラムは，位置整合タイプ
    の制御プログラムであることを特徴とする請求項２記載
    の医療器具操作装置。
  4. 【請求項４】 前記インタフェースは、使用者による制
    御器の動きに応答して、器具を移動させる場合における
    力の位取り、位置の位取り、および、震えの内の一つ以
    上の軽減を行うように動作することを特徴とする請求項
    １記載の医療器具操作装置。
  5. 【請求項５】 前記インタフェースは、使用者から発信
    された制御信号に応答する予めプログラム化された器具
    の動作シーケンスを提供するように動作することを特徴
    とする請求項１記載の医療器具操作装置。
  6. 【請求項６】 前記器具は、カテーテルであることを特
    徴とする請求項１記載の医療器具操作装置。
  7. 【請求項７】 前記器具は第１カテーテルであり、前記
    制御器は第１管状制御器であって、さらに、 第１カテーテルと同心である第２カテーテルと、 第１管状制御器と同心である第２管状制御器と、 第２管状制御器に接続された第１アクチュエータ内のセ
    ンサと、 第２管状制御器に機械的に係合する第１アクチュエータ
    内のモータと、 第２カテーテルに接続された第２アクチュエータ内のセ
    ンサと第２カテーテルに機械的に係合する第２アクチュ
    エータ内のモータとを有し、 （１）前記第１アクチュエータは、使用者による第２管
    状制御器の軸方向の移動と軸周りの回転とに応答して第
    ２管状制御器の軸方向の移動と軸周りの回転とを示す第
    ３電気センサ信号を発生するように動作し、 （２）また、前記第１アクチュエータは、第３電気モー
    タに対する駆動信号の選択的適用に応答して第２管状制
    御器の軸方向の移動と軸周りの回転とを起こさせるよう
    に動作し、 （３）前記第２アクチュエータは、第２カテーテルの軸
    方向の移動と軸周りの回転を示す第４電気センサ信号を
    発生するように動作し、 （４）また、前記第２アクチュエータは、第４電気モー
    タに対する駆動信号の選択的適用に応答して第２カテー
    テルの軸方向の移動と軸周りの回転とを起こさせるよう
    に動作し、 （５）前記インタフェースは、入力信号として第３およ
    び第４電気センサ信号を受信し、かつ、使用者による第
    ２管状制御器の動きに応答して第２カテーテルを動かす
    ように第３および第４モータ駆動信号を発生し、患者内
    部の第２カテーテルの動きに応答して触覚的フィードバ
    ックを使用者へ提供するように動作することを特徴とす
    る請求項１記載の医療器具操作装置。
  8. 【請求項８】 第２カテーテルと同心であるワイヤと、 第２管状制御器と同心である第３管状制御器と、 第３管状制御器に接続された第１アクチュエータ内のセ
    ンサと、 第３管状制御器に機械的に係合する第１アクチュエータ
    内のモータと、 前記ワイヤに接続された第２アクチュエータ内のセンサ
    と、 前記ワイヤに機械的に係合する第２アクチュエータ内の
    モータとを有し、 （１）前記第１アクチュエータは、使用者による第２管
    状制御器の軸方向の移動と軸周りの回転とに応答して、
    第２管状制御器の軸方向の移動と軸周りの回転の動きを
    示す第３電気センサ信号を発生するように動作し、 （２）前記第１アクチュエータは、第３電気モータに対
    する駆動信号の選択的適用に応答して、第２管状制御器
    の軸方向の移動と軸周りの回転とを起こさせるように動
    作し、 （３）前記第２アクチュエータは、前記ワイヤの軸方向
    の移動と軸周りの回転とを示す第４電気センサ信号を発
    生するように動作し、 （４）前記第２アクチュエータは、第４電気モータに対
    する駆動信号の選択的適用に応答して、前記ワイヤの軸
    方向の移動と軸周りの回転とを起こさせるように動作
    し、 （５）前記インタフェースは、入力信号として第３およ
    び第４電気センサ信号を受信し、かつ、使用者による第
    ２管状制御器の動きに応答して前記ワイヤを動かすよう
    に第３および第４モータ駆動信号を発生し、患者内部の
    前記ワイヤの動きに応答して触覚的フィードバックを使
    用者に提供するように動作することを特徴とする請求項
    ７記載の医療器具操作装置。
  9. 【請求項９】 前記器具はカテーテルであり、さらに、 患者の外部の端部においてこのカテーテルに取り付けら
    れた密閉流体継ぎ手と、 前記カテーテルへの流体搬送用継ぎ手に接続された流体
    システムであって、この流体システムと前記カテーテル
    との間の流体流れを制御するように使用者により操作さ
    れるバルブを備えた流体システムとを有することを特徴
    とする請求項１記載の医療器具操作装置。
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