(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い可撓性ボディであって、近位部分、遠位部分、前記近位部分と前記遠位部分との間の移行セクション、中心管腔、及び前記細長い可撓性ボディの内側表面から外側表面に延びる厚さを有する柔軟壁を含む、細長い可撓性ボディ；
前記近位部分において前記細長い可撓性ボディの前記柔軟壁を通って延び且つ前記細長い可撓性ボディの前記柔軟壁の中で終端する複数の管路であって、それぞれの前記管路は、管路管腔及び遠位端部を有し、前記遠位端部は、前記移行セクションに近位の位置で終端し且つ前記細長い可撓性ボディの前記近位部分の中で終端する、複数の管路；
前記複数の管路の少なくとも１つの前記管路管腔を通って前記細長い可撓性ボディの前記近位部分から前記遠位部分の中に延びる少なくとも１つのテンドンであって、前記遠位部分を操向するように作動可能である、少なくとも１つのテンドン；並びに
前記細長い可撓性ボディの前記柔軟壁の外側で前記細長い可撓性ボディの前記遠位部分に結合される操向可能チューブであって、前記操向可能チューブは、内側チューブ表面、外側チューブ表面、前記内側チューブ表面と前記外側チューブ表面との間に延びるチューブ壁厚さを有するチューブ壁、及び前記チューブ壁の前記内側チューブ表面に設けられた複数の溝を含み、前記複数の溝の少なくとも１つの溝は、前記１つのテンドンを受けるように構成される、操向可能チューブ；を有する、
低侵襲手術器具。
【請求項２】
前記複数の管路の少なくとも１つは、前記管路管腔の中にセンサ要素を収容する、
請求項１に記載の低侵襲手術器具。
【請求項３】
前記複数の管路の少なくとも１つは、コイルパイプを有する、
請求項１に記載の低侵襲手術器具。
【請求項４】
それぞれの前記管路は、その近位端部でアクチュエータに対して固定される、
請求項１に記載の低侵襲手術器具。
【請求項５】
それぞれの前記テンドンは、その近位端部でアクチュエータに対して、且つその前記遠位端部で前記遠位部分に固定される、
請求項１に記載の低侵襲手術器具。
【請求項６】
前記複数の管路は、前記内側表面と前記外側表面との間の前記細長い可撓性ボディの前記柔軟壁の中に配置される、
請求項１に記載の低侵襲手術器具。
【請求項７】
前記複数の管路は、前記細長い可撓性ボディの長手方向軸と実質的に平行に向けられる、
請求項１に記載の低侵襲手術器具。
【請求項８】
前記複数の管路は、前記複数の管路が前記細長い可撓性ボディの前記近位部分から前記移行セクションに近位の前記位置まで第１の放射状パターンを維持するように、前記細長い可撓性ボディの前記近位部分の長手方向軸に対して前記第１の放射状パターンで配置される、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の低侵襲手術器具。
【請求項９】
前記操向可能チューブは、前記操向可能チューブの前記チューブ壁に複数の切り抜き特徴部を含む、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の低侵襲手術器具。
【請求項１０】
前記操向可能チューブの前記チューブ壁の前記複数の切り抜き特徴部は、前記操向可能チューブの長手方向軸に実質的に直角に向けられる、
請求項９に記載の低侵襲手術器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、低侵襲処置を行うために患者の解剖学的構造を通り抜けるためのシステム及び方法、より具体的には、低プロファイル、可撓性介入器具を患者の解剖学的構造の中へ進めるための装置及び方法を対象にする。
【背景技術】
【０００２】
低侵襲医療技術は、介入処置の間に損傷を受ける組織の量を減らすことを意図し、それによって患者の回復時間、不快感、及び有害な副作用を減らす。このような低侵襲技術は、患者の解剖学的構造の自然開口部を通じて、又は１若しくは複数の外科的切開部を通じて行われる可能性がある。これらの自然開口部又は切開部を通じて、臨床医は、標的組織位置に到達させるために（外科用、診断用、治療用、又は生検用器具を含む）介入器具を挿入することができる。標的組織位置に到達させるために、低侵襲介入器具は、肺、大腸、腸、腎臓、心臓、循環器系等のような解剖学系における自然の又は外科的に形成された通路を通り抜ける（ｎａｖｉｇａｔｅ）ことができる。幾つかの低侵襲医療器具は、遠隔操作される又は別の方法でコンピュータ支援されるかもしれない。遠隔ロボット式介入器具が、患者の解剖学的構造を通り抜けるために使用される可能性があり、このような器具は、これらの解剖学的管腔の中に物理的に適合するように十分小さい必要がある。遠隔又は遠隔ロボット手術に適した機械的な構造を収容するようにサイズを決められ且つこのような小さい通路を通るのに十分小さい外径を有するフレキシブル遠隔ロボット器具を製造することは、挑戦的であり得る。改良された装置及びシステムが、解剖学的な又は手術で作られた通路への挿入のために構成された遠隔ロボット手術器具のために必要とされる。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の実施形態は、詳細な説明に続く特許請求の範囲によって要約される。
【０００４】
１つの実施形態では、本開示は、細長い可撓性ボディ（ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｂｏｄｙ）、複数の管路（ｃｏｎｄｕｉｔ）、及び少なくとも１つのテンドン（ｔｅｎｄｏｎ）を有する、低侵襲手術又は診断器具を対象とする。１つの態様では、細長い可撓性ボディは、近位部分、遠位部分、中心管腔、及び細長い可撓性ボディの内側表面から外側表面に延びる厚さを有する柔軟壁（ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｗａｌｌ）を含む。１つの態様では、複数の管路は、近位部分において細長い可撓性ボディの柔軟壁を通って延び、細長い可撓性ボディの柔軟壁の中で終端する。１つの態様では、各管路は、管路管腔（ｃｏｎｄｕｉｔ  ｌｕｍｅｎ）及び遠位端部を有する。１つの態様では、遠位端部は、柔軟壁に直接固定されている。１つの態様では、少なくとも１つのテンドンは、複数の管路の少なくとも１つの管路管腔を通って近位部分から細長い可撓性ボディの遠位部分の中に延び、少なくとも１つのテンドンは、遠位部分を操向するように作動可能である。
【０００５】
１つの態様では、低侵襲手術又は診断器具はさらに、細長い可撓性ボディの遠位部分に結合される操向可能（ｓｔｅｅｒａｂｌｅ）チューブを有する。１つの態様では、操向可能チューブは、内側チューブ表面、外側チューブ表面、内側チューブ表面と外側チューブ表面との間に延びるチューブ壁厚さを有するチューブ壁、及び管路を受けるように構成された壁の中の複数のチャンネルを含む。
【０００６】
他の実施形態では、本開示は、アクチュエータ、細長い可撓性ボディ、複数の管路、及び複数の駆動テンドンを有する低侵襲手術又は診断システムを対象とする。１つの態様では、細長い可撓性ボディは、近位部分、遠位部分、及び近位部分から遠位部分に連続的に延びる可撓性内側シース（ｓｈｅａｔｈ）を含む。１つの態様では、可撓性内側シースは、内側表面及び外側表面を有する。１つの態様では、複数の管路は、内側表面と外側表面との間の可撓性内側シースの中に埋め込まれている。１つの態様では、各管路は、管腔及び遠位端部を含む。１つの態様では、各管路は、可撓性内側シースの中を通って延びるとともに可撓性内側シースの中で終端し、各遠位端部は、可撓性内側シースに直接付けられている。１つの態様では、各駆動テンドンは、近位端部においてアクチュエータに対して固定され、複数の管路の１つの管腔を通って遠位部分に延びる。１つの態様では、複数の駆動テンドンは、遠位部分を曲げるようにアクチュエータによって作動可能である。
【０００７】
１つの態様では、低侵襲手術システムはさらに、細長い可撓性ボディの遠位部分に結合される操向可能チューブを有する。１つの態様では、操向可能チューブは、内側チューブ表面、外側チューブ表面、内側チューブ表面と外側チューブ表面との間に延びるチューブ壁厚さを有するチューブ壁、及び管路を受けるように構成された壁の中の複数のチャンネルを含む。
【０００８】
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明の両方は、本質的に例示及び説明であって、本開示の範囲を限定することなしに本開示を理解することを適用することが意図されていることが理解されるべきである。これに関連して、本開示の追加の態様、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明から当業者に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示の態様は、添付の図面と併せて読まれるとき、以下の詳細な説明から最も良く理解される。この業界での標準的な慣例に従って、様々な特徴が正確な縮尺で描かれていないことを強調しておく。実際には、様々な特徴の寸法は、議論を明確にするために適宜拡大又は縮小されることがある。また、本開示は、様々な例において参照符号及び／又は記号を繰り返して使用し得る。この繰返しは、簡略化及び明瞭化を目的とし、論じられる様々な実施形態及び／又は構成の間の関係をそれ自体で規定するものではない。
【図１】本開示の実施形態による遠隔ロボット介入システムを示す。
【図２】本開示の実施形態による介入器具システムを示す。
【図３】カテーテルシステムの操向可能部分を示し、本開示の実施形態によるシステムの関節動作（ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｏｎ）を可能にする様々な要素の相対位置を示す。
【図４】本開示の実施形態による図２に示された器具システムの例示的な近位部分の断面図を示す。
【図５】本開示の実施形態による図２に示された器具システムの例示的な遠位部分の断面図を示す。
【図６ａ】本開示の１つの実施形態による例示的な操向可能チューブの斜視図を示す。
【図６ｂ】図６ａに示された例示的な操向可能チューブの一部の詳細な斜視図を示す。
【図７】図２に描かれた器具システムの例示的な遠位部分の断面図を示す。
【図８】本開示の１つの実施形態による例示的な操向可能チューブの斜視図を示す。
【図９】図２に描かれた器具システムの例示的な遠位部分の断面図を示す。
【図１０】管状構造内の曲がり角を進む非例示的な器具システムの例示的な放射線画像を示す。
【図１１】管状構造内の曲がり角を進む例示的な器具システムの例示的な放射線画像を示し、例示的な器具システムは、本開示の原理に従う埋め込まれた管路及び操向可能チューブを組み込んでいる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の理解を促進するために、図面に示された実施形態が参照され、特定の言語がそれを記載するために使用される。それでも、開示の範囲の限定が意図されるものではないことが理解されるであろう。本発明の態様の以下の詳細な説明では、多数の特定の詳細が、開示された実施形態の完全な理解を提供するために、説明される。しかしながら、この開示の実施形態は、これらの特定の詳細がなくても実施され得ることが当業者には明らかであろう。他の例では、良く知られた方法、手順、構成要素、及び回路は、本発明の実施形態の態様を不必要に曖昧にしないように詳細には説明されていない。
【００１１】
記載された装置、器具、方法に対する任意の代替又は更なる変更、並びに本開示の原理の任意の更な適用は、この開示が関連する当業者が通常思いつくものとして、十分に考えられる。特に、１つの実施形態に対して記載される特徴、構成要素、及び／又はステップが、本開示の他の実施形態に対して記載される特徴、構成要素、及び／又はステップと組み合わされ得ることが、十分に考えられる。加えて、本明細書で提供される寸法は、具体例のためであり、異なるサイズ、寸法、及び／又は比が本開示の概念を実現するために利用され得ることが考えられる。不必要な記述の繰り返しを避けるために、１つの例示的な実施形態に従って記載された１又は複数の構成要素又は動作は、他の例示的な実施形態から適用できるものとして使用又は省略され得る。簡潔にするために、これらの組み合わせの多くの繰り返しは別々に記載されない。単純にするために、場合によっては、同一の参照番号が、同じ又は同様の部分を指すために、図面全体を通して使用される。
【００１２】
以下の実施形態は、３次元空間内における状態の観点から、様々な器具及び器具の部分について説明する。本明細書で使用されるとき、用語「位置」は、３次元空間（例えば、デカルトＸ，Ｙ，Ｚ座標に沿った並進３自由度）における対象又は対象の一部の位置を指す。本明細書で使用されるとき、用語「向き（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）」は、対象又は対象の一部の回転配置（回転３自由度−例えば、ロール、ピッチ、及びヨーの）を指す。本明細書で使用されるとき、用語「姿勢」は、並進自由度の少なくとも１つにおける対象又は対象の一部の位置、及び回転自由度の少なくとも１つにおける対象又は対象の一部の向き（合計６つの自由度まで）を指す。本明細書で使用されるとき、用語「形状」は、細長い対象に沿って測定された姿勢、位置、又は向きのセットを指す。
【００１３】
用語「近位」及び「遠位」は、本明細書では、臨床医から手術又は診断部位に延びる器具を操作する臨床医に関連して使用されることが理解されるであろう。用語「近位」は、臨床医により近い器具の部分を指し、用語「遠位」は、臨床医から離れ且つ手術又は診断部位により近い部分を指す。簡潔さ及び明瞭さのために、「水平」、「垂直」、「上」、及び「下」のような空間に関する用語は、本明細書では図面に関して使用され得る。しかし、手術又は診断器具は、多くの方向及び位置で使用され、これらの用語は、限定すること及び絶対的であることを意図されていない。
【００１４】
本開示は概して、関節駆動装置の動作で使用される駆動ワイヤ又はテンドンのための管路に関する。幾つかの例では、本開示の実施形態は、遠隔ロボットシステムの一部であるように構成される。当業者は、本明細書に開示された管路が、操向可能器具を必要とする同様の（例えば、非遠隔ロボットの）用途で利用され得ることを理解するであろう。
【００１５】
本明細書に開示される管路は、可撓性器具、例えばカテーテル、の長さに沿って制御テンドン又はワイヤを担持するように形成及び構成される。本明細書に開示される管路は、可撓性器具の近位部分を通って可撓性器具の壁の中に埋め込まれる可撓性管路を有する。分離した、硬い構造で（例えば、可撓性器具の近位部分と遠位部分との間の移行部で）終端する代わりに、管路は、近位部分の柔軟壁の中で器具の遠位操向可能部分に向かって延び、器具の柔軟壁の中で終端する。特に、管路は、可撓性器具の中の如何なる分離した終端構造にも固定されることなしに、柔軟壁内で終端する。制御テンドンは、管路をそれらの終端部で出て、器具の操向可能な遠位部分の中に延びるように壁を通って続く。管路のための分離した終端構造の必要を除くことによって、そしてそれによって制御テンドンが途切れない方保で器具の近位から遠位部分に通ることを可能にすることによって、本明細書に開示される管路は、可撓性器具が弓状の解剖学的通路を通過するとき、可撓性器具の連続的な湾曲（例えば、ねじれのない又は連続した湾曲）を可能にする。したがって、本明細書に開示される埋め込まれた管路は、可撓性器具（例えば、関節駆動又は操向可能な装置）の耐久性及び性能を向上させることができ、このような埋め込まれた管路を利用する可撓性器具の適切な用途の範囲を拡大し得る。
【００１６】
様々な実施形態によれば、生検処置のような、医療処置が、器具配送をガイドするために遠隔操作システムを使用して実行され得る。図１を参照すると、例えば、診断、治療、又は外科処置を含む医療処置で使用される遠隔操作医療システムが、参照符号１００によって概して示されている。記載されるように、本開示の遠隔操作医療システムは、外科医の遠隔操作制御下にある。代替実施形態では、遠隔操作医療システムは、処置又は副次的処置を実行するようにプログラムされたコンピュータの部分的な制御下にあり得る。さらに他の代替実施形態では、処置又は副次的処置を実行するようにプログラムされたコンピュータの完全な制御下の、完全に自動化された医療システムが、処置又は副次的処置を実行するために使用され得る。図１に示されるように、遠隔操作医療システム１００は、概して、患者Ｐが位置する手術台Ｏに又はその近くに取り付けられた遠隔操作アセンブリ１０２を含む。医療器具システム１０４が、遠隔操作アセンブリ１０２に作動可能に結合される。オペレータ入力システム１０６が、外科医又は他のタイプの臨床医Ｓが手術部位の画像又は手術部位を表す画像を見ること及び医療器具システム１０４の動作を制御することを可能にする。
【００１７】
オペレータ入力システム１０６は、通常、手術台Ｏと同じ部屋に位置する外科医コンソールに配置され得る。しかし、外科医Ｓは、患者Ｐとは異なる部屋又は完全に異なる建物に位置し得ることが理解されるべきである。オペレータ入力システム１０６は、概して、医療器具システム１０４を制御するための１又は複数の制御装置を含む。制御装置（複数可）は、ハンドグリップ、ジョイスティック、トラックボール、データグローブ、トリガ−ガン、手動操作コントローラ、音声認識装置、タッチスクリーン、ボディモーション又は存在センサのような多数の様々な入力装置の１又は複数を含み得る。幾つかの実施形態では、制御装置（複数可）は、テレプレゼンス、制御装置（複数可）が、手術部位に存在するかのように器具を直接的に制御する強い感覚を外科医が有するように、器具と一体化される知覚、を外科医に提供するように、遠隔操作アセンブリの医療器具と同じ自由度を備える。他の実施形態では、制御装置（複数可）は、関連する医療器具より多い又は少ない自由度を有し得るとともに、依然としてテレプレゼンスを外科医に提供し得る。いくつかの実施形態では、制御装置（複数可）は、６自由度で動く手動入力装置であり、この手動入力装置はまた、（例えば、把持ジョー部を閉じる、電位を電極に印加する、薬物療法を送達する等のための）器具を作動するための作動ハンドルを含み得る。
【００１８】
遠隔操作アセンブリ１０２は、医療器具システム１０４を支持し、且つ１又は複数の非サーボ制御リンク（例えば、所定の位置に手動で位置決めされ且つロックされる１又は複数のリンク、一般的にセットアップ構造と呼ばれる）及び遠隔操作マニピュレータの運動学的構造を含み得る。遠隔操作アセンブリ１０２は、医療器具１０４の入力装置を駆動する複数のモータを含む。これらのモータは、制御システム（例えば、制御システム１１２）からのコマンドに応答して動く。モータは、医療器具システム１０４に結合されるとき、自然に又は手術によって形成された解剖学的開口部に医療器具を前進させ得る駆動システムを含む。他のモータ駆動システムは、多自由度で医療器具の遠位端部を動かすことができ、これは、３自由度の直線運動（例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚデカルト軸に沿った直線運動）及び３自由度の回転運動（例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚデカルト軸回りの回転）を含むことができる。さらに、モータは、生検装置等のジョー部で組織を把持するための器具の関節動作可能なエンドエフェクタを作動させるために使用されることができる。
【００１９】
遠隔操作医療システム１００はまた、遠隔操作アセンブリの器具に関する情報を受信するための１又は複数のサブシステムを持つセンサシステム１０８を含む。このようなサブシステムは、位置センサシステム（例えば、電磁（EM）センサシステム）；カテーテル先端の及び／又は器具システム１０４の可撓性ボディに沿った１又は複数のセグメントの、位置、向き、速さ、速度、姿勢、及び／又は形状を判定するための形状センサシステム；及び／又はカテーテルシステムの遠位端部から画像を取得するための可視化システムを含み得る。
【００２０】
遠隔操作医療システム１００はまた、センサシステム１０８のサブシステムによって生成された手術部位及び医療器具システム１０４の画像又は表示を表示するための表示システム１１０を含む。ディスプレイ１１０及びオペレータ入力システム１０６は、オペレータが、医療器具システム１０４及びオペレータ入力システム１０６をテレプレゼンスの知覚を伴って制御することができるように、適応され得る。
【００２１】
代替的に又は追加的に、表示システム１１０は、コンピュータ断層撮影（CT）、磁気共鳴画像診断（MRI）、Ｘ線透視法、サーモグラフィ、超音波、光コヒーレンストモグラフィー（OCT）、赤外線画像、インピーダンスイメージング、レーザイメージング、ナノチューブＸ線イメージング等のような撮像技術を使用して手術前に又は手術中に記録され及び／又は撮像された手術部位の画像を提示し得る。提示された手術前又は手術中画像は、２次元、３次元、又は４次元（例えば、時間ベース又は速度ベースの情報を含む）画像及び画像を再生するために関連する画像データセットを含み得る。
【００２２】
幾つかの実施形態では、医療器具の実際の位置が、表示システム１１０は、医療器具の先端の位置における内部手術部位の仮想画像を外科医に提供するように、手術前又は同時の画像と共に記録され（例えば、動的に参照され）る、仮想可視化画像を表示し得る。
【００２３】
他の実施形態では、表示システム１１０は、医療器具の実際の位置が、手術部位における医療器具の仮想画像を外科医に提示するように、（手術前に記録された画像を含む）以前の画像又は同時画像と共に記録される、仮想可視化画像を表示し得る。医療器具システム１０４の一部の画像が、医療器具を制御する外科医を支援するために、仮想画像に重ね合わせられ得る。
【００２４】
遠隔操作医療システム１００はまた、制御システム１１２を含む。制御システム１１２は、医療器具システム１０４、オペレータ入力システム１０６、センサシステム１０８、及び表示システム１１０の間で制御を行うための、少なくとも１つのプロセッサ（図示せず）、典型的には複数のプロセッサを含む。制御システム１１２はまた、本明細書に開示される態様にしたがって記載される方法の幾つか又は全てを実装するようにプログラムされた命令（例えば、命令を格納するコンピュータ可読媒体）を含む。制御システム１１２は、図１の簡略化した概略図に単一のブロックとして示されているが、このシステムは、２以上のデータ処理回路を含むことができ、処理の一部は、オプションで、遠隔操作アセンブリ１０２で又はこれに隣接して実行され、処理の他の部分は、オペレータ入力システム１０６等で実行される。多種多様な集中型又は分散型データ処理アーキテクチャのいずれかが用いられ得る。同様に、プログラムされた命令は、幾つかの別々のプログラム又はサブルーチンとして実装され得る、又はそれらは、本明細書に記載される遠隔操作システムの幾つかの他の態様に組み込まれ得る。１つの実施形態では、制御システム１１２は、ブルートゥース（登録商標）、ＩｒＤＡ、ホームＲＦ、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＤＥＣＴ、及び無線テレメトリのような無線通信プロトコルをサポートする。
【００２５】
幾つかの実施形態では、制御システム１１２は、医療器具システム１０４から力及び／又はトルクフィードバックを受ける１又は複数のサーボコントローラを含み得る。フィードバックに応じて、サーボコントローラは、オペレータ入力システム１０６に信号を送信する。サーボコントローラ（複数可）はまた、患者の身体の開口部を経由してこの身体内の内部手術部位内に延びる医療器具システム（複数可）１０４を移動させるために、遠隔操作アセンブリ１０２に命令する信号を送信し得る。任意の適切な従来の又は特殊なサーボコントローラが使用され得る。サーボコントローラは、遠隔操作アセンブリ１０２から分離され得る、又は遠隔操作アセンブリ１０２と一体化され得る。幾つかの実施形態では、サーボコントローラ及び遠隔操作アセンブリは、患者の身体に隣接して位置決めされる遠隔操作アームカートの一部として設けられる。
【００２６】
制御システム１１２は、医療器具（複数化）１０４にナビゲーション支援を提供するために仮想可視化システムをさらに含み得る。仮想可視化システムを使用する仮想ナビゲーションは、解剖学的通路の３次元構造に関連付けられる取得されたデータセットに対する参照に基づく。より具体的には、仮想可視化システムは、コンピュータ断層撮影（CT）、磁気共鳴画像診断（MRI）、蛍光透視法、サーモグラフィ、超音波、光コヒーレンストモグラフィー（OCT）、赤外線画像、インピーダンスイメージング、レーザイメージング、ナノチューブＸ線イメージング等のような撮像技術を使用して撮像された手術部位の画像を処理する。ソフトウェアが、記録した画像を、部分的な又は全体的な解剖学的臓器又は解剖学的領域の２次元又は３次元合成表現に変換するために、使用される。画像データセットが、合成表現に関連付けられる。合成表現及び画像データセットは、通路の様々な位置及び形状並びにそれらの接続性を記述する。合成表現を生成するために使用した画像は、臨床診断中に手術前又は手術中に記録され得る。代替実施形態では、仮想可視化システムは、標準的表現（すなわち、患者特有ではない）、又は標準的表現及び患者の特有のデータのハイブリッドを使用し得る。合成表現及びこの合成表現によって生成された仮想画像は、運動の１つ又は複数の段階の間の（例えば、肺の吸気／呼気サイクルの間の）変形可能な解剖学的領域の静的な姿勢を表し得る。
【００２７】
仮想ナビゲーション手順の間に、センサシステム１０８は、患者の解剖学的構造に対する器具のおおよその位置を計算するために使用され得る。この位置は、患者の解剖学的構造のマクロレベル追跡画像及び患者の解剖学的構造の仮想内部画像の両方を生成するために、使用されることができる。仮想可視化システムからのもののような手術前に記録された手術画像と一緒に医療実装形態を記録し且つ表示するために光ファイバセンサを使用する様々なシステムが、知られている。例えば、その全体を参照することにより本明細書に組み込まれる米国特許出願第１３／１０７，５６２号（２０１１年５月１３日出願）（”Medical System Providing Dynamic
Registration of a Model of an Anatomical Structure for Image-Guided Surgery”を開示する）は、１つのこのようなシステムを開示する。
【００２８】
遠隔操作医療システム１００はさらに、照明システム、操向制御システム、洗浄システム、及び／又は吸引システムのようなオプション動作及びサポートシステム（図示せず）を含み得る。代替実施形態では、遠隔操作システムは、１より多い遠隔操作アセンブリ及び／又は１より多いオペレータ入力システムを含み得る。マニピュレータアセンブリの正確な数は、他の要因の中でもとりわけ、外科処置及び手術室内の空間的制約に依存する。オペレータ入力システムは併置され得る、又はそれらは別々の場所に配置され得る。複数のオペレータ入力システムは、１より多いオペレータが１又は複数のマニピュレータアセンブリを種々の組合せで制御することを可能にする。
【００２９】
図２は、遠隔ロボット介入システム１００の介入器具システム１０４として使用され得る介入器具システム２００を示す。代替的には、介入器具システム２００は、非ロボット診査処置、又は内視鏡検査のような従来の手動操作介入器具を伴う処置で使用され得る。様々な実施形態では、介入器具システム２００は、肺の検査、診断、生検、又は治療のために使用される気管支鏡又は気管支カテーテルのような、可撓性気管支器具を含み得る。システムはまた、大腸、腸、腎臓、脳、心臓、循環器系等を含む様々な解剖学的システムのいずれかの、自然又は外科的に作られて接続された通路を経由した、ナビゲーション又は他の組織の治療に適する。
【００３０】
器具システム２００は、器具ボディ２０４に結合されたカテーテルシステム２０２を含む。カテーテルシステム２０２は、近位端部２１７及び遠位端部又は先端部２１８を有する細長い可撓性ボディ２１６を含む。遠位部分２２１が遠位端部２１８と移行セクション２３０との間に延びる。近位部分２２０が移行セクション２３０と近位端部２１７との間に延びる。１つの実施形態では、可撓性ボディ２１６は、約３ミリメートルの外径を有する。他の可撓性ボディの外径は、これよりも大きくても小さくてもよい。幾つかの実施形態では、可撓性ボディの外径は、近位端部２１７から遠位端部２１８に細くなる。他の実施形態では、近位端部２１７における可撓性ボディの外径は、遠位端部２１８における可撓性ボディの外径より大きい。幾つかの実施形態では、可撓性ボディの外径は、近位部分２２０の全体に渡って実質的に不変である。幾つかの実施形態では、可撓性ボディの外径は、遠位部分２２１の全体に渡って実質的に不変である。他の実施形態では、可撓性ボディの外径は、近位部分２２０及び／又は遠位部分２２１の全体に渡って細くなり得る。他の実施形態では、移行セクション２３０において近位部分２２０の大きい外径から遠位部分２２１の小さい径への急な変化部又は停止部が可撓性ボディ２１６にあり得る。
【００３１】
カテーテルシステム２０２は、オプションで、遠位端部２１８におけるカテーテル先端の及び／又はボディ２１６に沿った１又は複数のセグメント２２４の、位置、向き、速度、姿勢、及び／又は形状を判定するための形状センサ２２２を含み得る。遠位端部２１８と近位端部２１７との間のボディ２１６の全長は、セグメント２２４に効果的に分割され得る。器具システム２００が遠隔ロボット介入システム１００の介入器具システム１０４である場合に、形状センサ２２２は、センサシステム１０８の構成要素であり得る。器具システム２００が手動操作されるあるいは非ロボット処置で使用される場合、形状センサ２２２は、形状センサに問い合わせするとともに受信した形状データを処理する追跡システムに結合され得る。
【００３２】
形状センサシステム２２２は、可撓性カテーテルボディ２１６と位置合わせされる（例えば、内部管路（図示せず）内に設けられる又は外部に取り付けられる）光ファイバを含み得る。形状センサシステム２２２の光ファイバは、カテーテルシステム２０２の少なくとも一部の形状を判定するための光ファイバ曲げセンサを形成し得る。光ファイバの形状及び相対位置を３次元で監視するための様々なシステム及び方法が、２００５年７月１３日に出願された、”Fiber optic position and shape sensing
device and method relating thereto”を開示する米国特許出願第１１／１８０，３８９号；２００４年７月１６日に出願された、”Fiber-optic shape and relative position
sensing”を開示する米国仮特許出願第６０／５８８，３３６号；及び１９９８年６月１７日に出願された、”Optical Fibre Bend Sensor”を開示する米国特許第６，３８９，１８７号に記載されており、これらは、それら全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。他の代替形態では、レイリー散乱、ラマン散乱、ブリルアン散乱、及び蛍光散乱のような他のひずみ感知技術を用いるセンサが適し得る。他の代替形態では、カテーテルの形状は、他の技術を用いて判定され得る。
【００３３】
より具体的には、光ファイバを通過する光は、カテーテルシステム２０２の形状を検出するために、及び外科処置を支援するためのその情報を利用するために処理される。センサシステム（例えば、図３に示されるようなセンサシステム１０８又は別のタイプの追跡システム）は、カテーテルシステム２０２の形状を判定するために使用される光を生成し且つ検出するための問い合わせ(interrogation)システムを含み得る。この情報は、次に、を使用して、介入器具の部品の速度及び加速度のような関連する他の変数を決定するために使用されることができる。
【００３４】
可撓性カテーテルボディ２１６は、補助ツール２２６を受容するようにサイズ決めされ且つ形成された管路２２６を含む。補助ツールは、例えば、画像捕捉プローブ、生検装置、レーザアブレーションファイバ、又は他の外科用、診断用、又は治療用ツールを含み得る。補助ツールは、メス、ブレード、光ファイバ、又は電極のような単一の作業部材を有するエンドエフェクタを含み得る。他のエンドエフェクタは、例えば、鉗子、把持器、はさみ、又はクリップアプライヤのようなペアの又は複数の作業部材を含み得る。電気的に作動されるエンドエフェクタの例は、電気手術電極、トランスデューサ、センサ等を含む。
【００３５】
様々な実施形態では、補助ツール２２６は、表示するために処理される（ビデオ画像を含む）画像を取り込むために、可撓性カテーテルボディ２１６の遠位端部２１８の近くに配置された立体又は単眼カメラを備える先端部分を含む画像取得プローブであり得る。画像取得プローブは、取り込まれた画像データを送信するためにカメラに結合されたケーブルを含み得る。代替的には、画像取得器具は、撮像システムに結合するファイバスコープのような光ファイバ束であり得る。画像取得装置は、例えば、画像データを可視スペクトルで取り込む又は画像データを可視及び赤外又は紫外スペクトルで取り込むような単一の又はマルチスペクトルであり得る。
【００３６】
カテーテルシステム２０２は、例えば、手術部位において他の器具からの例えば磁気干渉により信頼性が損なわれる、又は他のナビゲーション追跡システムがより高い信頼性を有する場合に、オペレータ又は自動システム（例えば、制御システム１１２の機能）によって停止され得る位置センサシステム２３１（例えば、電磁（EM）センサシステム）をオプションで含み得る。位置センサシステム２３１は、外部で発生する電磁場にさらされ得る１又は複数の導電性コイルを含むＥＭセンサシステムであり得る。次に、ＥＭセンサシステム２３１の各コイルは、外部で発生する電磁場に対してコイルの位置及び向きに依存する特性を有する誘導電気信号を生成する。１つの実施形態では、ＥＭセンサシステムは、６自由度（“６ＤＯＦ”）、例えば、３つの位置座標Ｘ，Ｙ，Ｚ及び基点のピッチ、ヨー、及びロールを示す３つの方位角、又は５つの自由度、例えば３つの位置座標Ｘ，Ｙ，Ｚ及び基点のピッチ及びヨーを示す２つの方位角を測定するように構成され且つ位置決めされ得る。ＥＭセンサシステムの更なる説明は、１９９９年８月１１日に出願された、”Six-Degree of Freedom Tracking System
Having a Passive Transponder on the Object Being Tracked”を開示する米国特許第６，３８０，７３２号に提供され、この文献は、その全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００３７】
可撓性カテーテルボディ２１６はまた、例えば遠位部分の点線のバージョンによって示されるように遠位部分２２１を制御可能に曲げる又は回動させるために、器具ボディ２０４と遠位端部２１８との間に延びるケーブル、リンク機構、又は他の操向制御部（図２に示されていない）を収容し得る。幾つかの実施形態では、可撓性ボディ２１６は、そこを通って介入器具、ケーブル、禁句機構、及び／又は他の操向制御部（限定ではない例として、コイルパイプ及びテンドン等）が延び得る１つ又は複数の管路を規定することができる。
【００３８】
器具システム２００が遠隔ロボットアセンブリによって作動される実施形態では、器具ボディ２０４は、遠隔ロボットアセンブリの電動駆動要素に結合する駆動入力部を含み得る。器具システム２００が手動で操作される実施形態では、器具ボディ２０４は、器具システムの動作を手動で制御するための、把持機構、手動アクチュエータ、及び他の構成要素を含み得る。カテーテルシステムは、操向可能であり得る、又は代替的に、器具の曲げのオペレータ制御のための組込機構を持たずに操向不能であり得る。幾つかの実施形態では、近位部分２２０は、可撓性ボディに作用する力に応じて受動的に曲がるように構成され、遠位部分２２１は、遠隔ロボットアセンブリ及び／又は器具ボディ２０４からの制御信号に応じて能動的に関節動作するように構成される。
【００３９】
図３は、近位部分３０２、遠位部分３０４、及びそれらの間に配置された移行セクション３０６を有するカテーテルシステム３００の一部を示す。カテーテルシステム３００は、図２に関連して上述されたカテーテルシステム２０２と同じであり得る。近位部分３０２は、近位部分２２０の最遠位セグメント２２４と同じであり得るとともに、遠位部分３０４はカテーテルシステム２０２の遠位部分２２１の最近位セグメント２２４と同じであり得る。幾つかの実施形態では、移行セクション３０６は、図２に示された近位部分２２０と遠位部分２２１との間に示された移行セクション２３０と同じである。描かれた実施形態では、遠位部分３０４は、最近位操向可能セグメント３０７を含む。操向可能セグメント３０７は、近位端部３０８及び遠位端部３０９を含む。
【００４０】
管腔３１０（例えば、管腔２２５）が、カテーテルシステム３００の近位部分３２０、移行セクション３０６及び遠位部分３０４を通って中心に延びる。カテーテルシステム３００は、明確さのために図３から省略されている積層壁構成要素（図４及び５参照）を持つ柔軟壁３１２を含む。
【００４１】
ボーデンケーブル３１４が、カテーテルシステム３００のカテーテル可撓性ボディ（例えば、可撓性ボディ２１６）の長さを遠位セグメント３００まで延びる。この実施形態では、ボーデンケーブル３１４は、完全に壁３０５の中を又は少なくとも部分的に壁３０５の中を延びる。ボーデンケーブル３１４は、そこを通って制御ワイヤ又はテンドン３１８が延びる管路又はコイルパイプ３１６を有する。コイルパイプ３１６は、可撓性ボディの長さに沿ってテンドン３１８を収容し、テンドン３１８は、コイルパイプ３１６内を長手方向に摺動することができる。コイルパイプ３１６は、遠位部分３０４の中の操向可能セグメント３０７の近位の、移行セクション３０６で終端する。テンドン３１８は、移行セクション３０６でコイルパイプ３１６から延出し、近位端部３０８に入り、セグメント３０７を通って延び、遠位端部３０９に付く。
【００４２】
描かれた実施形態では、４つのコイルパイプ３０８が管腔３１０の周りの壁３１２の中に円周方向に配置されている。他の実施形態は、壁３１２の中の様々な対称又は非対称パターンのいずれかで配置される任意の数のコイルパイプ３１６を含み得る。
【００４３】
描かれた実施形態では、コイルパイプ３１６は、おおよそ管腔３０３に直角な共通平面においてセグメント３００の柔軟壁３１２の中で終端する。図３に示されるように、コイルパイプ３１６は、コイルパイプ３１６が壁３１２（又は同様の柔軟なシース様構造）に埋め込まれる又は固定される壁３１２の非分離部分（non-discrete portion）で終端する。描かれた実施形態では、各コイルパイプ３１６の遠位端部３２０は、遠位セグメント３０７に近位の壁３１２に直接固定される。幾つかの実施形態では、コイルパイプ３１６は、壁３１２への固定を支援するための表面処理を有し得る。幾つかの実施形態では、各コイルパイプ３１６の遠位端部３２０は、非限定的例として、接着剤又は溶融により、壁３１２に固定され得る。描かれた実施形態では、コイルパイプ３１６の遠位端部３２０は、壁３１２又はカテーテルシステム３００の中の、硬質リングのような、如何なる分離した要素にも固定されない。むしろ、各コイルパイプ３１６は、特定のコイルパイプ３１６の中に担持されるテンドン３１８によって操向されるように構成される操向可能セグメント（例えば、操向可能セグメント３０７）のいずれかに近位の位置で壁３１２の中で終端し且つ同壁３１２に付けられる。テンドン３１８は、操向可能セグメント３０７を通って延び且つ操向可能セグメント３０７の遠位端部３０９で終端するように、コイルパイプの遠位端部３２０を超えて続く。追加の構造的な支持に関して、追加のワイヤコイルが、コイルパイプ巻きの中でコイルパイプ３１６のそれぞれの周りに巻かれ得る。
【００４４】
描かれた実施形態のコイルパイプ３１６は近位部分３０２の中の共通平面で終端しているが、個々のコイルパイプ３１６が、異なる長さで終端する（すなわち、共通平面にない）コイルパイプを持つ可撓性ボディ２１６の任意の長さに延び得ることが理解されるべきである。例えば、幾つかの実施形態では、コイルパイプ３１６の少なくとも１つは、可撓性ボディの全長又は実質的に全長に（例えば、遠位部分３０４の中の最遠位操向可能セグメントに）延びる。他の実施形態では、コイルパイプ３１６は、部分的にのみ可撓性ボディの長さに沿って延びる。
【００４５】
各テンドン３１８の近位端部が、アクチュエータ（図示せず）に結合される。幾つかの実施形態では、アクチュエータは、図２に示される器具ボディ２０４の中に配置され得る。アクチュエータによってテンドン３１８に加えられる張力は、コイルパイプ３１６の使用を通じて特定のセグメント３０７から分離される。これらのボーデンケーブル３１４は、遠隔操作で作動されることができ、セグメント３００に選択的に力を加え且つセグメント３００を関節運動させるために使用されることができる。テンドン３１８は、限定することなしに、ステンレス鋼、チタン、ニチノール、超高分子量ポリエチレン、及び当業者に知られている任意の他の適切な材料を含む、様々な材料のいずれかから作られ得る。幾つかの実施形態では、ボーデンケーブル３１４は、２００７年１０月１１日に出願され、２００９年４月１６日に公開された、"System for Managing Bowden Cables in Articulating
Instruments"と題する、米国特許出願第２００９／００９９４２０Ａ１号に開示されたケーブルと実質的に同様の構造及び動作であり、この出願は、その全体が本明細書に参照により組み込まれる。上述のように、追加のコイルパイプが、カテーテルの近位又は遠位部分のより多くの遠位セグメントで終端するように、セグメント３０７を通って又はセグメント３０７の周りを進み得ることが当業者に理解される。
【００４６】
図４は、近位部分３３０（例えば、図２に描かれた例示のカテーテルシステム２０２の近位部分２２０）の断面図を示す。近位部分３３０において、可撓性ボディ３３２が、管腔３３４を画定する、多層中空円筒チューブを有する。近位部分３３０では、可撓性ボディ３３２は、外側シース３５０、支持層３５５、コイル層３６０、及び内側シース３６５を有し、これらのそれぞれは、管腔３３４の周りに同心状に且つ同軸に配置される。外側シース３５０は、位置センサシステム３７２（例えば、ＥＭセンサワイヤ及び／又は付随する位置信号ワイヤ）の少なくとも一部を担持するように構成される管腔３７０を含む。描かれた実施形態では、支持層３３５は、埋め込まれた支持コンポーネント３７５を含み、この支持コンポーネントは、細長い可撓性ボディ３３２の関節運動の間、管腔３３４（及び任意の他の管腔）の開通性を位置するのを支援する。幾つかの実施形態では、支持コンポーネント３７５は、非限定例として、ポリイミド編組（ｂｒａｉｄ）のような、管状編組要素を有する。支持コンポーネントは、径方向膨張に抗し得る及び／又はねじり剛性を増加させ得る。支持コンポーネント３７５は、支持層３５５の中に挟まれ、この支持層は、互いに及び／又は支持要素３７５に接着され得る２つの別々に押し出し成形された可撓性チューブの長さで作られ得る。コイル層３６０もまた、細長い可撓性ボディ３３２の関節運動の間、管腔３３４（及び任意の他の管腔）の開通性を位置するのを支援し得る。幾つかの実施形態では、コイル層３６０は、開いたピッチ又は接近したピッチのいずれかを有する巻かれた要素を含む。他の実施形態では、コイル層３６０は、織った又は編んだ要素を含む。他の実施形態は、支持層３５５及び／又はコイル層３６０を欠き得る。他の実施形態は、外側シース３５０と内側シース３６５との間に任意の数又は配置の支持層及び／又はコイル層を含み得る。
【００４７】
内側シース３６５は、内側表面４０５から外側表面４１０に延びる厚さＴを持つ可撓性チューブの長さを有する。内側シースは、５つの管路を含み、テンドン４０１を担持するように構成される４つの管路４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、及び４００ｄ、及びセンサ要素４１５を担持するように構成されるセンサ管路４００ｅを含む。幾つかの実施形態では、管路４００ａ−ｅは、円筒コイル又はコイルパイプ（例えば、コイルパイプ３１６）の中に形成された材料の細長いリボンを有する。このような管路のコイルの性質は、張力及び圧縮力下で良く機能することを可能にし得る。各管路４００ａ−ｅは、内側シースを通って予め形成されたチャンネルの中を延び得る又は内側シースが管路の周りを押し出されるように内側シースに埋め込まれ得る。管路４００は、内側シース３６５の周りに非対称に配置され得る。他の実施形態では、内側シース３６５は、器具システム２００の用途及び構造に依存して、任意の数、タイプ、及び配置の管路４００を含み得る。
【００４８】
図４の実施形態では、管路４００は、内側シース３６５の外側表面４１０より内側表面４０５の近くの内側シース３６５の中に配置され、突出部４２０を形成する。描かれた実施形態では、突出部４２０は、腔内突出部である。言い換えると、突出部４２０は、管腔３３４の中に延びる。他の実施形態では、管路４００は、描かれている実施形態に示されるように外側表面４１０の近くの内側シース３６５の中に配置されてもよく、突出部４２０は、図示されるより小さい又は外側表面４１０にある又は存在しなくてもよい。
【００４９】
幾つかの実施形態では、内側シース３６５、支持層３５５、及び／又は支持コンポーネント３７５は、可撓性ボディ２１６の長さ又は可撓性ボディ２１６の長さの少なくとも一部を通る実質的に既知の半径方向位置に管路４００を維持するように構成される。これは、可撓性ボディ３３２を通って延びるセンサファイバ（例えば、センサ要素４１５及び／又は位置センサシステム２３０）の形状及び向きと可撓性ボディ３３２の形状及び向きとの間の信頼できる相関関係を可能にし得る。幾つかの実施形態では、管路４００の半径方向位置は、可撓性ボディ３３２の長さに沿って、内側表面４０５及び外側表面４１０に対して、変化する。例えば、幾つかの実施形態では、管路４００は、管路４００が可撓性ボディ３３２を通って遠位部分に向かって延びるにつれて外側表面４１０の近くに移り得る。
【００５０】
テンドン４０１（例えば、テンドン３１０）は、管路４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、及び４００ｄの中に同軸に配置される。幾つかの実施形態では、管路４００ａ−ｅは、可撓性ボディ管腔３３４の開通性又は開口性を維持するように及び、テンドン４０１が管路内で自由に摺動又は浮動するよう摩擦を最小にするように構成される。幾つかの実施形態では、管路４００ａ−ｅは、可撓性ボディ３３２の長さに沿ったテンドン３１０の信頼できる位置決めを提供するように構成される。
【００５１】
この実施形態では、管路４００ａ−ｅは、管路４００ａ−ｅの実質的に全長に沿って内側シース３６５の中に延びる。幾つかの従来技術のカテーテルシステムでは、操向ケーブル（例えば、ボーデンケーブル）が、管腔壁への取り付けなしに又は周期的なアンカ位置のみ若しくはカテーテル壁のケーブル終端位置を備えて、カテーテル管腔を通って延びる。他の従来技術のシステムでは、操向ケーブルは、カテーテルの外側表面に周期的に取り付けられていた。これらの従来技術の構成の両方では、操向ケーブルは、カテーテル壁から離れ、取付ポイントとの間に直線（「チーズワイヤリング（cheese-wiring）として一般的に知られている状況」）を作る。図４の実施形態では、内側シースは、管路を捕えてカテーテル壁からの分離を防ぐ。図１０及び１１に対してさらに記載されるように、管路を固定又は終端させるための硬質リングの使用なしに、可撓性ボディ３３２の壁の中に全体的に又は部分的に管路を埋め込むことは、曲がりくねった解剖学的通路に使用されるとき、可撓性ボディが（硬質リングの部分で又はその近くで）鋭い曲がりを形成することに抗することを可能にし得る。
【００５２】
管路４００は、限定ではなく、ナイロン、ポリイミド、ＰＴＦＥ、Ｐｅｂａｘ、及び当業者に知られている任意の他の適切な材料を含む、任意の様々な可撓性材料で構成され得る。管路４００は、コイル又は編組構造で構成され得る。内側シース３６５は、限定ではなく、ポリウレタン、ＦＥＰ、Ｐｅｂａｘ、及び当業者に知られている任意の他の適切な材料を含む、任意の様々な可撓性材料で構成され得る。
【００５３】
図５は、遠位部分３３１（例えば、図２に描かれた例示のカテーテルシステム２０２の遠位部分２２１）の断面図を示す。遠位部分３３１において、可撓性ボディ３３２は、管腔３３４を画定する、多層中空円筒チューブを有する。遠位部分３３１の可撓性ボディ３３２は、外側シース４４０、操向可能チューブ４５０、及び内側シース３６５を有し、これらのそれぞれは、管腔２２５の周りに同心状に且つ同軸に配置される。幾つかの実施形態では、外側シース４４０は、図４に関連して上述された外側シース３５０と同様又は同外側シース３５０に続く。描かれた実施形態では、外側シース４４０は、操向可能チューブ４５０を包み、操向可能チューブ４５０は、内側シース３６５を同心状に囲み、この内側シースは管腔３３４を画定する。外側シース４４０は、操向可能チューブが曲がる又は屈曲するとき、操向可能チューブ４５０を支持及び拘束するように構成され得る。幾つかの実施形態では、外側シース４４０は、操向可能チューブ４５０の動作を過度に制限することなしに操向可能チューブ４５０の動作とともに曲がり且つ屈曲するように構成される。
【００５４】
図４に関連して上述したように、内側シース３６５は、５つの管路を含み、テンドン４０１を担持するように構成される４つの管路４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、及び４００ｄ、及びセンサ要素４１５を担持するように構成されるセンサ管路４００ｅを含む。遠位部分３３１では、管路４００ａ−ｅは、内側シースの外側表面４１０に近く、管腔３３４への突出部は除去されている。様々な代替実施形態では、管路の全て又は幾つかは、管路でなく、テンドンのみが、カテーテルの遠位部分の中に延びるように、近位部分の遠位端部で（例えば、図２の移行セクション２３０で）終端し得る。幾つかの代替実施形態は、カテーテルの遠位部分３３１の内側シース３６５を欠き、管路４００ａ−ｅは、以下にさらに詳述されるように、操向可能チューブ４５０によって捕えられ得る。
【００５５】
操向可能チューブ４５０は、内側シース３６５と外側シース４４０との間に配置された管状部材を有する。操向可能チューブ４５０は、壁４５１及び壁４５１の内側表面４５２と外側表面４５４との間に延びる壁厚さＴ２を有する。遠位部分３３１は、管腔３３４に及ぶ内径Ｄ１、及び外側シース４４０に及ぶ外径Ｄ２を有する。内径Ｄ１は、１．５から２．５ｍｍの及び得るとともに、外径Ｄ２は、２．５から４ｍｍに及び得る。これらの測定値は、例示目的だけのために提供され、限定することを意図するものではない。操向可能チューブ４５０は、内側シース３６５と外側シース４４０との間の拘束された環状空間の軸方向合成を最大にするように形成及び構成される一方、くぼみ又は溝４７０ａ−ｅの中に管路４００を担持し、この溝は以下にさらに記載される。
【００５６】
図６ａは、本開示の実施形態による操向可能チューブ４５０の斜視図を示す。図６ａに描かれた実施形態では、操向可能チューブ４５０は、近位端部５００から遠位端部５０５に延びる長さＬを有する中空の、細長い、環状部材を有する。描かれた実施形態では、操向可能チューブ４５０は、非湾曲状態で円筒形状を有し、長手方向軸ＡＡに沿って延びる。
【００５７】
操向可能チューブ４５０は、複数のカット部又は切り抜き特徴部４６１を含み得る。切り抜き特徴部４６１は、軸方向、曲げ、及びねじり剛性の最適なバランスを提供するパターンで形成される。描かれた実施形態では、切り抜き特徴部は、長手方向軸ＡＡに実質的に直角に形成される。切り抜き特徴部４６１は、操向可能チューブ４５０が多次元で曲がることを可能にする。幾つかの実施形態では、操向可能チューブ４５０の任意の所与の部分におけるカット部の周波数及びパターンは、その部分の可撓性を決定し得る。幾つかの実施形態では、カット部のより高い空間周波数は、より高い可撓性に対応し得る。描かれた実施形態では、切り抜き特徴部４６１は、操向可能チューブ４５０の一部に沿ってのみ延びる。他の実施形態では、切り抜き特徴部は、操向可能チューブ４５０の全長に、又は操向可能チューブ４５０の異なる部分に沿って延び得る。図面に示された切り抜き特徴部４６１は、単なる例示であり、数、タイプ、配置、又は形状を限定することを意図するものではない。様々な実施形態では、操向可能チューブ４５０は、任意の数、タイプ、形状、及び配置の切り抜き特徴部４６１を有し得る。
【００５８】
上述のように、操向可能チューブ４５０は、管路４００を受けるように構成されたチャンネル又は溝４７０ａ−ｅを含む。チャンネル４７０ａ−ｅは、くぼみ、溝、又は囲まれた通路を有し得る。描かれた実施形態では、操向可能チューブ４５０は、内側シース３６５に沿って延びる管路４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄ、及び４００ｅに対応する５つの溝４７０ａ、４７０ｂ、４７０ｃ、４７０ｄ、及び４７０ｅを含む。描かれた実施形態では、溝４７０ａ−ｅは、概して半球状断面形状を有する。他の実施形態では、溝４７０ａ−ｅは、非限定例として、完全な若しくは閉じた円、不完全な若しくは部分的な円、不完全な若しくは部分的な多角形、又は完全な若しくは閉じた多角形を含む、様々な断面形状のいずれかを有し得る。幾つかの実施形態では、溝４７０ａ−ｅは、開断面形状を有し得る。他の実施形態では、溝４７０ａ−ｅは、閉断面形状を有し得る。幾つかの実施形態では、管路４００が可撓性ボディ２１６の近位部分３３０の長手方向軸に対して特定の放射状パターンで配置される場合、溝４７０は、管路４００が可撓性ボディ３３２の近位部分２２０から遠位部分３３１まで同じ放射状パターンを維持するように、操向可能チューブ４５０の長手方向軸ＡＡに対して同じ放射状パターンで配置される。
【００５９】
溝４７０ａ、４７０ｂ、４７０ｃ、４７０ｄ、及び４７０ｅは、操向可能チューブの内側表面４５２上に操向可能チューブ４５０の周りに円周方向に配置される。操向可能チューブ４５０上の溝４７０ａ−ｅの円周方向位置は、内側シース３６５の管路４００の円周方向位置と相関し、操向可能チューブ４５０の長手方向軸ＡＡと概して平行である。したがって、管路４００（又は管路が近位で終端している場合のテンドン）は、管路４００を終端又はねじれさせることなしに操向可能チューブ４５０の溝４７０の中に摺動可能に受入れられ得る。この構成は、管路４００が操向可能チューブ４５０に並んで延びることを可能にする一方、管腔３３４の潜在的な内径Ｄ１を最小にし、可撓性ボディの遠位部分３３１の外径Ｄ２を最小にし、操向可能チューブ４５０の壁厚さを最大にする。
【００６０】
図６ａに示されるように、溝４７０は、内側表面４５２の近位端部５００から遠位端部５０５に延びる。溝４７０は、操向可能チューブ４５０の長手方向軸ＡＡと平行に実質的に直線経路で延びる。他の実施形態では、溝４７０は、操向可能チューブ４５０内で非直線（例えば、湾曲又はらせん）経路を形成し得る。
【００６１】
幾つかの実施形態では、溝４７０は、操向可能チューブ４５０の機械的な性能を最大にするように、操向可能チューブ４５０の切り抜き特徴部４６１に対してインテリジェントに位置合わせされる。特に、溝４７０は、溝４７０がチューブ材料の概して軸方向ウェブ（axial-webs）（すなわち、操向可能チューブ４５０の「支柱（strut）」）から離れて回転方向に移されるように、操向可能チューブ４５０に配置され得る。図６ａ（及び同様に図８に示された実施形態）に示されるように、溝４７０は、操向可能チューブ４５０の「リング」を通って延びる又は通り越すが、操向可能チューブ４５０の「支柱」を避ける。この配置は、軸方向圧縮を支持するための最大の操向可能チューブ材料を提供する。しかし、操向可能チューブ４５０がねじりに最も弱い場合、溝４７０は、操向可能チューブ４５０の「支柱」に対する他の場所に移され得る。言い換えると、溝４７０の配置は、操向可能チューブ４５０の最も弱い部分を切ること又は溝４７０の屈曲を避けるように選択され得る。
【００６２】
図６ａ及び６ｂに示されるように、操向可能チューブ４５０の厚さＴ２は、溝４７０の無い領域で実質的に均一であることができ、壁厚さは、溝４７０の領域で実質的に均一な量で減少し得る。操向可能チューブ４５０は、溝４７０の領域で実質的に均一な壁厚さＴ３を有し得る。壁厚さＴ３は、壁厚さＴ２未満である。幾つかの実施形態では、厚さＴ２は、０．２５から０．３８ｍｍに及ぶ。幾つかの実施形態では、厚さＴ３は、０．０７から０．１２７ｍｍに及ぶ。これらの測定値は、例示目的だけのために提示され、限定することを意図するものではない。他の壁厚さが考えられる。操向可能チューブ４５０は、必要な引っ張り及び曲げ特性を提供する任意の生体適合材料で作られ得る。適切な材料は、非限定例として、ニチノールのような形状記憶材料、ステンレス鋼、及びプラスチックを含み得る。幾つかの実施形態では、操向可能チューブ４５０は、全体にわたって同じ材料（例えば、近位端部５００から遠位端部５０５までニチノール）から作られる。他の実施形態では、操向可能チューブ４５０は、２以上の異なる材料（例えば、より柔軟でない領域におけるステンレス鋼及びより柔軟な領域におけるニチノール）から作られ得る。
【００６３】
操向可能チューブ４５０の作成の１つの技法は、レーザ切断技術であり、これは、自動的な方法で（例えば、コンピュータ数値制御切断によって）操向可能チューブ４５０を製造し得る。壁厚さ（例えば、Ｔ２及びＴ３）、長さＬ、内径Ｄ１、及び外径Ｄ２における微細な変化が、レーザ切断技術を用いて、自動的にプログラムされ且つ生成され得る。他の適切な製造方法は、非限定例として、ウォータジェット切断、電気化学エッチング、放電加工、及びダイヤモンドカッティングを含み得る。幾つかの実施形態では、切り抜き特徴部４６１及び溝４７０の作成は、非限定例として、不連続な表面からバリ取りをするための又は鋭い端部を鈍らせるための、エッチング又は電解研磨のような適切な表面処理に続く。
【００６４】
幾つかの実施形態では、図７及び８に示されるように、溝４７０ａ’−ｅ’は、操向可能チューブの外側表面４５４’に形成され得る。図７は、例示的な器具システムの例示的な遠位部分３３１’の断面図を示す。遠位部分３３１’において、可撓性ボディは、管腔３３４を画定する、多層中空円筒チューブを有する。描かれた実施形態では、遠位部分３３１’は、外側シース７００、操向可能チューブ４５０’、内側シース７０５、及び管腔シース７１０を有し、これらのそれぞれは、管腔３３４の周りに同心状に且つ同軸に配置される。幾つかの実施形態では、外側シース７００は、図５に関連して上述された外側シース４４０と実質的に同じである。幾つかの実施形態では、内側シース７０５は、図４及び５に関連して上述された内側シース３６５と実質的に同じである。描かれた実施形態では、外側シース７００は、内側シース７０５を包み、内側シース７０５は操向可能チューブ４５０’を包み、操向可能チューブ４５０’は管腔シース７１０を同心状に囲み、これは管腔３３４を画定する。幾つかの実施形態は、管腔シース７１０を欠き得る。
【００６５】
図４−６ｂに示された内側シース３６５に関連して上述されたように、内側シース７０５は、５つの管路を含み、テンドン３１０を担持するように構成される４つのテンドン管路４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、及び４００ｄ、及びセンサ要素４１５を担持するように構成されるセンサ管路４００ｅを含む。操向可能チューブ４５０’は、内側シース７０５と管腔シース７１０との間に配置された管状部材を有する。操向可能チューブ４５０’は、くぼみ又は溝４７０’の中に管路４００を担持するように形成且つ構成され、この溝は以下にさらに記載される。
【００６６】
図８は、本開示の１つの実施形態による操向可能チューブ４５０’の斜視図を示す。操向可能チューブ４５０’は、ここに記載される違いを除いて、図５−６ｂを参照して上述された操向可能チューブ４５０と実質的に同様である。操向可能チューブ４５０’は、管路４００を受けるように構成されたくぼみ又は溝４７０’を含む。溝４７０’は、ここに記載される違いを除いて、図５−６ｂを参照して上述された溝４７０と実質的に同様である。図７及び８に描かれた実施形態では、操向可能チューブ４５０’は、内側シース７０５の管路４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄ、及び４００ｅに対応する５つの溝４７０ａ’、４７０ｂ’、４７０ｃ’、４７０ｄ’、及び４７０ｅ’を含む。描かれた実施形態では、溝４７０’は、操向可能チューブ４５０’の外側表面４５４’に配置される。特に、溝４７０ａ’、４７０ｂ’、４７０ｃ’、４７０ｄ’、及び４７０ｅ’は、操向可能チューブの外側表面４５４’上に操向可能チューブ４５０’の周りに円周方向に配置される。操向可能チューブ４５０’上の溝４７０’の円周方向位置は、内側シース７０５の管路４００の円周方向位置と相関する。したがって、内側シース７０５の管路４００は、操向可能チューブ４５０’の溝４７０’の中に摺動可能に受入れられ得る。この構成は、管路４００が操向可能チューブ４５０’に並んで延びることを可能にする一方、可撓性ボディ２１６の遠位部分３３１の外径Ｄ２’を最小にする。
【００６７】
図８に示されるように、溝４７０’は、外側表面４５４’上で近位端部５００’から遠位端部５０５’に延びる。溝４７０’は、操向可能チューブ４５０’の長手方向軸ＡＡと同軸に実質的に直線経路で延びる。他の実施形態では、溝４７０’は、操向可能チューブ４５０’内で非直線（例えば、湾曲又はらせん）経路を形成し得る。
【００６８】
幾つかの実施形態では、図９に示されるように、溝４７０は、操向可能チューブ４５０の内側表面４５２と外側表面４５４との間の操向可能チューブ４５０の壁の中に形成され得る。例えば、図９は、図２に描かれた例示的な器具システム２００の例示的な遠位部分３３１”の断面図を示す。遠位部分３３１”において、器具システム２００の可撓性ボディ２１６”は、管腔３３４を画定する、多層中空円筒チューブを有する。描かれた実施形態では、可撓性ボディ３３２”は、外側シース８００、操向可能チューブ４５０”、及び管腔シース８１０を有し、これらのそれぞれは、管腔３３４の周りに同心状に且つ同軸に配置される。幾つかの実施形態では、外側シース８００は、図５に関連して上述された外側シース４４０と実質的に同じである。幾つかの実施形態では、管腔シース７１０は、図７に関連して上述された管腔シース７１０と実質的に同じである。描かれた実施形態では、外側シース８００は、操向可能チューブ４５０”を包み、操向可能チューブ４５０”は、管腔シース８１０を同心状に囲み、これは管腔３３４を画定する。幾つかの実施形態は、管腔シース８１０を欠き得る。
【００６９】
操向可能チューブ４５０”は、ここに記載される違いを除いて、図５−６ｂを参照して上述された操向可能チューブ４５０と実質的に同様である。操向可能チューブ４５０”は、管路４００を受けるように構成されたチャンネル８２０を含む。描かれた実施形態では、操向可能チューブ４５０”は、内側シース７０５の管路４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄ、及び４００ｅに対応する５つのチャンネル８２０ａ、８２０ｂ、８２０ｃ、８２０ｄ、及び８２０ｅを含む。描かれた実施形態では、チャンネル８２０は、操向可能チューブ４５０”の内側表面４５２”と外側表面４５４”との間で操向可能チューブ４５０”の壁８３０の中に配置された囲まれた円筒通路を有する。特に、８２０ａ、８２０ｂ、８２０ｃ、８２０ｄ、及び８２０ｅは、操向可能チューブ４５０”の壁８３０の中で操向可能チューブ４５０”の周りに円周方向に配置される。操向可能チューブ４５０”上のチャンネル８２０の円周方向位置は、（例えば、図４に示されるように）可撓性ボディ３３２の近位部分３３０の中の内側シース３６５の管路４００の円周方向位置と相関する。したがって、内側シース３６５の管路４００は、操向可能チューブ４５０”のチャンネル８２０の中に摺動可能に受入れられ得る。この構成は、管路４００が操向可能チューブ４５０”の中で延びることを可能にする一方、可撓性ボディ３３２”の遠位部分３３１”の外径Ｄ２”を最小にし、可撓性ボディ３３２”の内径Ｄ１”を最大にする。
【００７０】
図１０は、例示的な解剖学的構造の中の曲がり角を進む可撓性ボディ９００の例示的な放射線画像を示す。可撓性ボディ９００は、図３−９に開示された埋め込まれた管路４００及び操向可能チューブ４５０を欠いている。この可撓性ボディ９００では、制御テンドン３１０を担持する管路（例えば、コイルパイプ）は、移行部９３０において可撓性ボディ９００の近位部分９２０と遠位部分９２１との間に配置された離散要素（例えば、硬質リング）で可撓性ボディ９００に固定され得る。可撓性ボディ９００が湾曲するとき、可撓性ボディ９００は、矢印Ｂによって示されるように、可撓性ボディ９００の近位部分９２０と遠位部分９２１との間の移行部９３０で鋭い曲がりを見せる。鋭い曲がりは、形状センサコンポーネントに故障を引き起こし得るとともに、操向ケーブルをもつれさせる又は拘束することによって操向制御を制限し得る。このような鋭い曲がりはまた、可撓性ボディを引っ込める臨床医の能力を妨げ得る。
【００７１】
図１１は、本発明の原理による、埋め込まれた管路４００及び、オプションで、操向可能チューブ４５０を組み込んでいる、可撓性ボディ２１６の例示的な放射線画像を示す。図２及び４に関連して上述されたように、管路４００は、管路４００の全長に沿って内側シース３６５の中に埋め込まれている又は他の方法で収容されている。描かれた実施形態では、内側シース３６５（図１１には示されていない）は、近位部分２２０から遠位部分２２１に、可撓性ボディ２１６の長さに沿って連続的に延び、操向可能チューブ４５０と並んで又は操向可能チューブ４５０の中を延びる。移行セクション２３０、管路終端位置、又は他の固定位置において硬質アンカ要素（例えば、硬質リング）に固定して取付けられる代わりに、管路４００は、可撓性ボディ２１６の壁を通って連続的に延びるとともに可撓性ボディ２１６の壁の中で終端する。幾つかの実施形態では、管路４００（図１１に示されていない）は、内側シース３６５の中を連続的に延び、この内側シースは、可撓性ボディ２１６（図２に示されていない）の近位部分２２０から遠位部分２２１に移行部２３０を通って延び得る。幾つかの実施形態では、内側シース３６５は、移行部２３０のみを通って延びる。他の実施形態では、管路４００及び／又は内側シース３６５は、可撓性ボディ２１６の遠位端部で終端する。
【００７２】
図１１に示されるように、埋め込まれた管路４００（及び結果として生じる移行部２３０における硬質アンカ要素の欠如）は、可撓性ボディ２１６が解剖学的曲がり角を進むとき、図１０に示されるような（例えば、硬質アンカ要素において）急激な曲げにあう代わりに、可撓性ボディ２１６が徐々に湾曲することを可能にする。したがって、可撓性ボディ２１６は、移行部２３０において柔軟なままである一方、遠位部分２２１へ分離され得る関節運動を依然として維持する。埋め込まれた管路４００及び溝の付けられた操向可能チューブ４５０は、可撓性ボディ２１６が、近位部分２２０から遠位部分２２１まで連続的な、途切れない湾曲を維持することを可能にする。よじれなしの連続的なカーブとして可撓性ボディ２１６が曲がる能力は、解剖学的構造を通るより効率的且つ安全なナビゲーションを促進する。特に、（移行部２３０を通って内側シース３６５に埋め込まれた管路４００を有する）可撓性ボディ２１６は、管路４００のために移行部２３０において硬質アンカ要素を有する可撓性ボディより、より簡単に湾曲し且つ自然の解剖学的通路に接近することができるので、可撓性ボディ２１６の進行の間に（例えば、鋭い曲がり又はよじれた移行部２３０に加えられる力のために）周囲の解剖学的構造に不注意に穴をあける或いは傷つける可能性は、少なくされる。
【００７３】
本発明の実施形態の１つ又は複数の要素は、制御システム１１２のようなコンピュータシステムのプロセッサ上で実行するためのソフトウェアに実装され得る。ソフトウェアに実装される場合に、本発明の実施形態の要素は、基本的に、必要なタスクを実行するためのコードセグメントである。プログラム又はコードセグメントは、伝送媒体又は通信リンクを通じた搬送波で具現化されるコンピュータデータ信号を介してダウンロードされ得るプロセッサ可読記憶媒体又はデバイスに格納されることができる。プロセッサ可読記憶装置は、光媒体、半導体媒体、及び磁気媒体を含む、情報を格納することができる任意の媒体含み得る。プロセッサ可読記憶装置の例は、半導体装置、半導体記憶装置、読取り専用メモリ（ROM）、フラッシュメモリ、消去可能なプログラマブル読取り専用メモリ（EPROM）、フロッピーディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、光ディスク、ハードディスク、又は他の記憶装置等の電子回路を含む。コードセグメントは、インターネット、イントラネット等のようなコンピュータネットワークを介してダウンロードされ得る。
【００７４】
提示されたプロセス及び表示は、任意の特定のコンピュータ又は他の装置に本質的に関連しなくてもよいことに注意されたい。様々なこれらのシステムに必要な構成は、特許請求の範囲において要素として表れる。また、本発明の実施形態は、特定のプログラミング言語を参照して記載されるわけではない。様々なプログラミング言語が、本明細書に記載された本発明の教示を実践するために使用され得ることが理解されるであろう。
【００７５】
本発明の特定の例示的な実施形態が説明され且つ添付の図面に示されているが、このような実施形態は、単なる例示であり、広範な本発明に対する限定ではなく、本発明の実施形態は、様々な他の修正形態が当業者に想起され得るので、図示された及び説明された特定の構成及び配置に限定されるものではないことが理解されるべきである。
【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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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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