(57)【要約】  装置（１）は、長尺の本体（２）と、本体（２）内を摺動するように配置された可動の質量体（３）とを備える。要素（４）は、本体（２）に前進運動を付与するために運動量移動により本体（２）の端部に向かって減速するように構成され、且つ、本体（２）を前方にさらに駆動するために運動量移動を用いて端部から離れる方向に加速するように構成されている。
2005512661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺の本体と、該本体内を摺動するように配置された可動の質量体とを備え、該要素が、前記本体に前進運動を付与するために運動量移動により前記本体の端部に向かって減速するように構成され、且つ、前記本体を前方にさらに駆動するために運動量移動を用いて前記端部から離れる方向に加速するように構成されている装置。
【請求項２】
前記質量体はピストン要素である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ピストン要素が流体の作用により駆動され、前記装置が、前記本体の前記端部に向かって及び該端部から離れる方向に加減速を行うように前記ピストン要素と前記本体との間の流体の流れを制御することを可能とさせるための制御手段を備えている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記装置が、前記ピストン要素の後部に加圧された流体を付与するための第１の流れ経路と、前記ピストン要素の前部と前記本体の前記端部との間から前記流体を排出することを可能とさせるための第２の流れ経路とを規定しており、流体的緩衝を提供して前記ピストン要素と前記本体との衝突を弱めるために、前記ピストン要素が前記本体の前記端部に接近するときに、前記第２の流れ経路に沿った流体の流れを減少させるようにする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記本体の前記端部に対して後方に前記ピストン要素を加速させるために、前記ピストン要素と前記本体の前記端部との間に流体を注入するための第３の流れ経路が設けられ、前記ピストン要素が前記本体の前記端部に隣接するときに、前記第３の流れ経路に沿った流体の流れが生じる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記本体の前記端部に対する前記ピストン要素の近接を判断するために、センサが設けられる、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第２の流れ経路が前記ピストン要素及び前記本体を軸線方向に通って延びる導管内に設けられており、前記第３の流れ経路が前記第２の流れ経路と反対方向に前記導管内を通っている、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記ピストン要素が前記本体の通路内を摺動し、加圧された流体を前記装置に供給するために、導管が前記通路及び前記ピストン要素を軸線方向に通って延びており、前記導管内に複数の弁を配設して、前記加圧された流体を前記第１の流れ経路に沿って前記本体の後部と前記ピストン要素の後部との間の領域に送り、且つ、前記ピストン要素を逆方向に駆動するべく前記導管から前記第３の流れ経路に沿って前記ピストン要素の前方の第２の領域に流体を送り、前記第２の流れ経路が前記通路内に形成された開口部を通過して前記本体内に形成された帰還通路内まで延びており、前記ピストン要素を前方に移動させるときに、前記第２の流れ経路に沿って前記第２の領域から流体を流出させるようになっている、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記弁は、前記導管の前端部に配置された主弁と、前記第１の領域に隣接して配置された副弁とを備え、前記ピストン要素が前方に移動するときに、正の流体圧が前記導管内に維持され且つ前記弁が閉じた位置になり、流体が前記副弁を通って前記導管と前記本体との間の前記第１の領域に送られ、前記ピストン要素が前方に駆動されるようになる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ピストン要素を前記本体の後方に移動させるときに、前記本体の後端部と前記ピストン要素との間に捕捉された流体を前記第２の流れ経路に直接的に排出するために、付加的な弁が設けられる、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記質量体が複数のピストン要素を備える、請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記ピストン要素がボールの形態である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２の何れか一項に記載の装置を備える自走式プローブ。
【請求項１４】
前記自走式プローブが光源とカメラとを備える、請求項１３に記載の自走式プローブ。
【請求項１５】
前記自走式プローブが、隣接する構造に対して前記自走式プローブを留めるための位置決め手段を備える、請求項１４に記載の自走式プローブ。
【請求項１６】
前記自走式プローブが内視鏡である、請求項１３から請求項１５の何れか一項に記載の自走式プローブ。
【請求項１７】
前記内視鏡は使い捨て可能である、請求項１６に記載の自走式プローブ。
【請求項１８】
本体と、該本体に対して摺動するように配置された可動の質量体とを備える自走式装置に運動を起こさせる方法であって、前記本体に前進運動を付与するために運動量移動により前記本体の端部に向かって要素を急速に減速させ、前記本体を前方にさらに駆動するために運動量移動を用いて前記端部から離れる方向に前記要素を加速することを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自走式装置に関し、特に医療器械分野において使用するための自走式装置に関するが、この用途に限定されるものではない。
【背景技術】
【０００２】
医療産業においては、患者の身体の内部において内視鏡のような器具を前進させるために、幾つかの自走機構が使用されている。
【０００３】
自走式内視鏡は、例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３に開示されている。これら特許文献に開示されている装置は、全て、内視鏡が通過する通路の内壁をつかむ相対移動可能な部分を有した内視鏡の外表面に頼ったものである。このように、内視鏡はその前進運動の源として外側での押し出し動作に頼っており、そのような運動を実現するための機構の結果的な構成は比較的複雑となり得る。
【０００４】
特許文献４には、内視鏡の管状部材内に摺動可能に嵌め込まれたピストンによって前方への推進力を与えられる他の内視鏡が開示されている。このピストンは、内視鏡の遠位端部壁に向かって移動されてそこに衝突させられ、前進運動を与える。内視鏡をさらに前進させるために、ワイヤ機構その他の機構を使用して、後の加速及び端部壁との衝突のためにピストンを後退させる。このような構成の不利点は、ピストンの衝突が患者内に不快な感覚を生じさせ得ることであり、後退用ワイヤの使用が内視鏡の構造を複雑化させ、例えば管状部材とワイヤとの間の摩擦抵抗に起因して、操作効率を悪化させ得ることである。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４９３４７８６号明細書
【特許文献２】米国特許第５３４５９２５号明細書
【特許文献３】米国特許第５５６２６０１号明細書
【特許文献４】国際出願第ＰＣＴ／ＡＵ９９／００００５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の不利点に対処する自走式装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、長尺の本体と、該本体内を摺動するように配置された可動の質量体とを備え、要素が、運動量移動により前記本体に前進運動を付与するために前記本体の端部に向かって減速するように構成され、且つ、再度運動量移動を用いて本体を前方にさらに駆動するために前記端部から離れる方向に加速するように構成されている装置が提供される。
【０００８】
好ましくは、前記質量体はピストン要素である。
【０００９】
好ましくは、前記ピストン要素が流体の作用により駆動され、前記装置が、前記本体の前記端部に向かって及び該端部から離れる方向に加減速を行うように前記ピストン要素と前記本体との間の流体の流れを制御することを可能とさせるための制御手段を備えている。
【００１０】
好ましくは、前記装置が、前記ピストン要素の後部に加圧された流体を付与するための第１の流れ経路と、前記ピストン要素の前部と前記本体の前記端部との間から前記流体を排出することを可能とさせるための第２の流れ経路とを規定しており、流体的緩衝を提供して前記ピストン要素と前記本体との衝突を弱めるために、前記ピストン要素が前記本体の前記端部に接近するときに、前記第２の流れ経路に沿った流体の流れを減少させるようにする。好ましくは、前記本体の前記端部に対して後方に前記ピストン要素を加速させるために、前記ピストン要素と前記本体の前記端部との間に流体を注入するための第３の流れ経路が設けられ、前記ピストン要素が前記本体の前記端部に隣接するときに、前記第３の流れ経路に沿った流体の流れが生じる。
【００１１】
好ましくは、前記本体の前記端部に対する前記ピストン要素の近接を判断するために、センサが設けられる。
【００１２】
一つの構成では、前記第２の流れ経路が前記ピストン要素及び前記本体を軸線方向に通って延びる導管内に設けられており、前記第３の流れ経路が前記第２の流れ経路と反対方向に前記導管内を通っている。
【００１３】
別の構成では、前記ピストン要素が前記本体の通路内を摺動し、加圧された流体を前記装置に供給するために、導管が前記通路及び前記ピストン要素を軸線方向に通って延びており、前記導管内に複数の弁を配設して、前記加圧された流体を前記第１の流れ経路に沿って前記本体の後部と前記ピストン要素の後部との間の領域に送り、且つ、前記ピストン要素を逆方向に駆動するべく前記導管から前記第３の流れ経路に沿って前記ピストン要素の前方の第２の領域に流体を送り、前記第２の流れ経路が前記通路内に形成された開口部を通過して前記本体内に形成された帰還通路内まで延びており、前記ピストン要素を前方に移動させるときに、前記第２の流れ経路に沿って前記第２の領域から流体を流出させるようになっている。
【００１４】
好ましくは、前記弁は、前記導管の前端部に配置された主弁と、前記第１の領域に隣接して配置された副弁とを備え、前記ピストン要素が前方に移動するときに、正の流体圧が前記導管内に維持され且つ前記弁が閉じた位置になり、流体が前記副弁を通って前記導管と前記本体との間の前記第１の領域に送られ、前記ピストン要素が前方に駆動されるようになる。
【００１５】
好ましくは、前記ピストン要素を前記本体の後方に移動させるときに、前記本体の後端部と前記ピストン要素との間に捕捉された流体を前記第２の流れ経路に直接的に排出するために、付加的な弁が設けられる。
【００１６】
他の態様において、上述した装置を備える自走式プローブが提供される。
【００１７】
好ましくは、前記自走式プローブが光源とカメラとを備える。更に好ましくは、前記自走式プローブが、隣接する構造に対して前記自走式プローブを留めるための位置決め手段を備える。
【００１８】
好ましくは、前記自走式プローブが内視鏡であり、さらに好ましくは、前記内視鏡は使い捨て可能である。
【００１９】
他の態様において、本体と、該本体に対して摺動するように配置された可動の質量体とを備える自走式装置に運動を起こさせる方法であって、前記本体に前進運動を付与するために運動量移動により前記本体の端部に向かって要素を急速に減速させ、前記本体を前方にさらに駆動するために再度運動量移動を用いて前記端部から離れる方向に前記要素を加速することを含む方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
制限を意味しない単なる例示を目的として、添付図面を参照して本発明を説明する。
【００２１】
図１に、長尺の本体２と、該本体２内に形成された通路５に沿って摺動するように配置されたピストン要素４の形態の可動質量体３とを含むような自走式装置１が示されている。本体２は軸線方向に延びる導管６上に取り付けられており、導管６はパイプ７から本体２内に突出している。同軸の第２のパイプ８が、ピストン要素４と本体２の後端部１１との間に形成された通路５の第１の領域９と流体連通するように設けられている。パイプ７は、ピストン要素４の前端部１２と管の前端部１３との間に形成された第２の領域１５との流体連通を維持している。また、本体２の後端部１１又は前端部１３に対するピストン要素の近接を検出するために、センサ１６及び１７が設けられている。センサ１６、１７は、単に例示の目的で示されているのであり、図示されている場所にある必要はない。実際に、本体２内のピストン要素４の位置が分かっている場合や他の何らかの適切な手段によって少なくとも適切に判断され得る場合には、センサは完全に省略され得る。
【００２２】
動作に際し、本体２の後端部１１とピストン要素４との間の第１の領域９に流体を押し流してピストン要素４を本体２の前端部１３に向かって駆動するめに、第１の流れ経路２１が生じる。同時に、ピストン要素４の前端部１２と本体２の前端部１３との間の第２の領域１５から流体を排出するために、第２の流れ経路２２が生じる。このようにして、ピストン要素４を本体２の前端部１３に向かって加速させる。ピストン要素４と本体２との間の相対慣性は、ピストン要素４が本体２の前端部１３に近接するまでは装置１を所定位置に維持し、ピストン要素４が本体２の前端部１３に近接しているとセンサ１６によって判断されると、そのときにピストン要素４を急速に減速させる。運動量の変化は、本体２の相対慣性に打ち勝ち本体２に前進運動を付与するように、本体２に伝達される。減速は、ピストン要素４の前端部１２と本体２との間の第２の領域内の流体がピストン要素４と本体２自身との間の衝突を弱める（減衰させる）ように作用するように行われる。減衰作用は、第２の流れ経路２２に沿った流体流量を調整することによって達成され得る。
【００２３】
次に、第２の作業サイクルを実行し、流れ経路２３に沿って導管６を通してピストン要素４の前端部１３と本体２との間の第２の領域１５に高圧流体を注入することによって、ピストン要素４を本体２の前端部１３から離れる方向に急速に加速し、本体の慣性に再び打ち勝って、矢印”Ａ”によって示されている前進方向に再び本体２を移動させることを可能にする。次に、ピストン要素４が本体２の後端部１０に近接してこれがセンサ１７によって検出されると、別の作業サイクルの開始に適した位置にピストン要素４を配置させるために、ピストン要素４を減速し、停止させる。
【００２４】
流れ経路２１，２２，２３を規定することを可能とさせる装置の特別な構造並びにこれら流れ経路に沿った流体の流れの動的調整により、ピストン要素４と本体２との間の流体の流れの制御を行い、それによって装置を移動させるために要求通りの頻度及び速度の加減速を行わせる全体的な制御手段を構成する。また、制御手段を使用して、作業サイクルの方向を基本的に逆にすることによって装置の逆運動を行わせることもできる。
【００２５】
図２を参照して、作業サイクルのさらに特別な例を説明する。最初に説明した作業サイクルは、参照番号３０によって示されており、通路５に沿ってピストン要素４を加速する第１の段階３１と、参照番号３３によって示される静止位置にピストン要素４を急速に減速させる第２の段階３２とを含んでいる。静止位置３３は、ピストン要素４が前端部１３に隣接する状態に対応する。次に、第２の作業サイクルは、同じ逆向きの急速な加速の初期段階３５と、それに続き、ピストン要素４が再び参照番号３７によって示され本体２の後端部１１に隣接している静止位置にピストン要素４が再び位置するまで継続される減速段階３６とを含んでいる。
【００２６】
図３を参照すると、装置１と類似の装置４０が示されており、同じ部分を指すために同じ参照番号が使用されている。装置４０は、本体２に原駆動力を付与するためにピストン要素４の相対的な加減速を使用する限りにおいて、概略同じように動作する。図１と同じように、装置４０は、長尺の本体２と、本体２の内部に配設された通路５内を摺動するように導管６上に取り付けられたピストン要素４とを含んでいる。導管６は、その前端部４２に主弁４１を備えている。主弁４１は、主弁４１と本体２の前端部１３との間に設けられたバネ４３の作用によって、閉鎖位置に付勢されている。その状態では、正の流体圧力が導管６に結合されたパイプ７から導管６に付与され、流体が第１の流れ経路５１に沿って副弁４４を通り本体２の後端部１１とピストン要素４との間の第１の領域９に流体を押し入れ、ピストン要素４を本体２の前端部１３に向かって前進させる。
【００２７】
ピストン要素４が通路６を通過すると、流体は、ピストン要素４の前端部１２との間の第２の領域１５から開口部４５を通って、同軸の第２のパイプ８と連通するように本体内に形成された帰還通路４６を通る第２の流れ経路５２に沿って、押し出される。矢印”Ａ”によって示されるピストン４の前方への進行は、結果的に、開口部４５を閉鎖させ、第２の流れ経路５２を遮断する。なお、正の流体圧力はピストン要素４の前進運動を維持させるが、このような運動は第２の領域１５内の流体の作用並びにバネ４６の圧縮によって急速に減速され、ピストン要素４は停止させられる。そのような位置にくる直前に、弁がピストン要素４との係合によって開かれ、次に、正の圧力を加える流体によって主弁４１を通して第３の流れ経路５３が生じ、それによってピストン要素４を逆方向に急速に加速させる。そのような状態では、流体が第１の領域９に進入する第１の流れ経路５１が遮断され、ピストン要素４と本体２の後端部１１との間の第１の領域９内に残存する流体を別の弁４７を介して流出させる。さらに、ピストン要素４が開口部４５を通り過ぎると、第３の流れ経路５３からの流体が開口部４５を通して流出して、ピストン要素４が減速し、バネ４６によって押し戻されて、速度が減少する。
【００２８】
ピストン要素４が本体２の後端部１１に接近すると、付加的な弁４８に接触してこれを開かせ、本体２の後端部１１とピストン要素４の後端部１０との間の領域９内の残存する流体の流出を可能とさせる。弁４４が続いて開かれ、ピストン要素４を本体２の前端部１３に向かって加速させるために第１の流れ経路５１を再び生じさせる。
【００２９】
上述した自走式装置１，４０は、任意の適したプローブ又は類似の物を推進させるために使用することができ、特に、図４に示されているような内視鏡６０に適合し得る。その構成においては、装置１，４０は、さらに、光源６１と、カメラ６２と、内視鏡を選択された位置に留めるための適した位置決め手段とを備えることができる。内視鏡６０は、エネルギ、空気、水及び他の任意の必要な消費物の供給を含む制御手段の動作を容易にするために、パイプ７，８を収容するケーブル６４を備えてもよい。ケーブル６４は、装置１，４０と一体的に形成され、使い捨てタイプの用途に適したものとすることができる。この場合、ケーブル６４は、内視鏡６０と再使用可能な制御ユニット６６との間に設けられた接続箱６５に着脱可能に取り付けるようにされ得る。
【００３０】
同じ運動量移動の原理を使用して、カテーテル又は図５に示されているような血管顕微鏡６０を駆動することができる。図５では、同じ部分を指すために同じ参照番号が使用されている。この例では、装置１が可撓性の管６１から形成された本体２を有しており、可動の質量体３は、一組のピストン要素４として通路５に沿って移動するように配置された複数のボール６２の形態である。導管６は通路５に開口しており、矢印”Ａ”によって示されている前方向にボール６２を駆動するために第１の流れ経路２１を生じさせることを可能とさせている。帰還通路４６は、第２の流れ経路２２を生じさせ、ボール６２が前方に駆動されたときに、流体が質量体２と本体２の前端部１３との間の領域１５から漏出することを可能にさせる。さらに、第３の流れ経路２３によって、加圧された流体が領域１５に注入され、質量体３を逆方向に駆動することが可能となる。したがって、血管顕微鏡６０の装置１の作業サイクルは、図１から図３の装置を参照して説明されたのと同じようになる。
【００３１】
よって、本発明は、医療分野、監視分野、又は検査のような他の関連分野において遠隔作動可能な自走式プローブが必要とされる場合、又は、パイプライン、ケーブル及びワイヤホースの維持管理、及び探索及び救助作業のような任意の適した用途又は分野において利用され得る。
【００３２】
さらに、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく変更又は変形がなされ得ることは分かるであろう。例えば、装置の本体２は、剛性を有していてもよく、また、図５を参照して説明したように可撓性を有していてもよい。移動する質量体２は、ガス圧力、液体圧力、電磁的なリニアモータ又はソレノイド、光圧（光子圧力）、音圧及び超音波圧力、ガス密度勾配のうちの何れか一つ、又はこれらのうちの幾つかの組合せによって、推進力を与えられ得る。一つ又は一組の移動する質量体（ピストン）は固形物質から形成することもでき、図２を参照して上記で説明したような速度機能を伴って長尺の管状体（シリンダ）内を移動する液体又はガスの柱とすることもできる。移動する質量体は任意の形状及び形態とすることができる。
【００３３】
装置１，４０又はプローブは、例えばパイプ、電線／ケーブル、光ファイバケーブル及び／又は機械的な可撓性のワイヤ等といった可撓性の手段を介して外部供給源から供給されるエネルギによって推進力を与えられ得る。自走式プローブ（内視鏡、血管顕微鏡又はカテーテル）が、屈曲、抵抗及び摩擦の増加のような経路トポロジーの変化を伴って媒体内を前進すると、反復移動する質量体（ピストン）の運動の平均サイクル速度は、前進特性を保証するように調整されなければならない。プローブは、推進力源又はエネルギ源をプローブの本体に取り付けた自己収容ユニットとすることができる。例えば、プローブは直線運動タイプの電磁モータ（ソレノイド等）によって推進力を与えられ、プローブ自体、制御装置、及び一組のバッテリが容器内に収容されて一つのユニットにされ得る。自走式プローブ（内視鏡、血管顕微鏡、カテーテル）は、感知装置及び監視装置のような機能装置の送達のための輸送体、マニピュレータ、容器、連通装置、光源装置、及び投与装置などとして機能することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】自走式装置の略断面図である。
【図２】図１の装置のピストン要素の速度を示すグラフである。
【図３】自走式装置の代替実施形態の断面図である。
【図４】自走式内視鏡の斜視図である。
【図５】自走式血管顕微鏡の略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2005512661.tif 000009
2005512661.tif 000010