(57)【要約】      （修正有）【課題】穿刺作業を安定化させて穿刺針を体内の目標点へと精度よく案内する。【解決手段】穿刺支援装置は、軸部１１ｂの中心軸周りに回動可能な半円弧状の第１円弧ガイド１１と、第１円弧ガイド１１と交差するように配置されると共に第１円弧ガイド１１の軸部１１ｂの中心軸と直交する軸部１２ｂの中心軸周りに回動可能な半円弧状の第２円弧ガイド１２と、穿刺針が挿通される針挿通部１４ｂを有すると共に第１および第２円弧ガイド１１，１２の一方の回動により第１および第２円弧ガイド１１，１２の他方に沿って移動するように第１、第２円弧ガイド１１，１２により支持される穿刺針ガイド１４とを含む姿勢調整機構１０と、第１円弧ガイド１１を軸部１１ｂの中心軸周りに回動させる第１駆動装置と、第２円弧ガイド１２を軸部１２ｂの中心軸周りに回動させる第２駆動装置とを備える。【選択図】図４
2013059588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
穿刺針を体内へと案内する穿刺支援装置であって、
両端部を通る第１軸周りに回動可能な半円弧状の第１円弧ガイドと、前記第１円弧ガイドと交差するように配置されると共に両端部を通って前記第１軸と直交する第２軸周りに回動可能な半円弧状の第２円弧ガイドと、前記穿刺針が挿通される針挿通部を有すると共に、前記第１および第２円弧ガイドの一方の回動により前記第１および第２円弧ガイドの他方に沿って移動するように前記第１および第２円弧ガイドにより支持される穿刺針ガイドとを含む姿勢調整機構と、
前記第１円弧ガイドを前記第１軸周りに回動させる第１駆動装置と、
前記第２円弧ガイドを前記第２軸周りに回動させる第２駆動装置とを備えることを特徴とする穿刺支援装置。
【請求項２】
請求項１に記載の穿刺支援装置において、
前記姿勢調整機構を着脱自在に支持するベースユニットを更に備え、
前記第１駆動装置は、前記ベースユニットに配置されると共に前記第１円弧ガイドに着脱自在に連結され、前記第２駆動装置は、前記ベースユニットに配置されると共に前記第２円弧ガイドに着脱自在に連結されることを特徴とする穿刺支援装置。
【請求項３】
請求項２に記載の穿刺支援装置において、
前記第１駆動装置は、軸角４５°の傘歯車対を介して第１円弧ガイドと連結されると共に、前記第２駆動装置は、軸角４５°の傘歯車対を介して第２円弧ガイドと連結されることを特徴とする穿刺支援装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載の穿刺支援装置において、
前記姿勢調整機構を前記第１および第２軸の双方と４５°をなす方向に移動させる直線移動機構を更に備えることを特徴とする穿刺支援装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載の穿刺支援装置において、
前記姿勢調整機構を前記第１および第２軸の双方と直交する第３軸周りに回転させる回転機構を更に備えることを特徴とする穿刺支援装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載の穿刺支援装置において、
前記第１円弧ガイドは、間隔をおいて互いに対向する一対の第１アーチ部を有すると共に、前記第２円弧ガイドは、間隔をおいて互いに対向する一対の第２アーチ部を有し、
前記穿刺針ガイドの前記針挿通部は、前記一対の第１アーチ部と前記一対の第２アーチ部との交差部に挿入されることを特徴とする穿刺支援装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載の穿刺支援装置において、
前記第１および第２円弧ガイドと前記穿刺針ガイドとは、Ｘ線透過性を有する素材により形成されることを特徴とする穿刺支援装置。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一項に記載の穿刺支援装置において、
前記穿刺針を軸方向に摺動自在に保持すると共に所定条件下で前記穿刺針をロック可能なアダプタを更に備え、
前記穿刺針は、前記アダプタを介して前記穿刺針ガイドの前記針挿通部に挿通されることを特徴とする穿刺支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、患部の治療や医学的検査等に際して穿刺針を体内へと案内するのに用いられる穿刺支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の穿刺支援装置としては、人体に固定されるベース部（Clamp）と、複数の流体圧シリンダを介してベース部に連結された板状のステージ（MARS Robot）と、流体圧シリンダ等の側方に位置するように略Ｌ字状の連結部材（Drill guide）を介してステージに固定されると共に穿刺針を軸方向に摺動自在に保持する管状の穿刺針ガイド（Guiding tube）とを備えるものが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この穿刺支援装置は、脊椎内に穿刺針を穿刺するのに用いられるものであり、穿刺針を脊椎に穿刺するに際しては、まず、穿刺支援装置のベース部を患者の脊椎横突起にボルトを介して固定する。次いで、Ｘ線撮影装置等により体内における目標点を取得した上で、各流体圧シリンダのストロークを調整することによりステージに固定された穿刺針ガイドを目標点に対して位置決めする。そして、穿刺針ガイドに穿刺針を挿入し、穿刺針を体内へと挿入する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS AND AUTOMATION, VOL. 19, NO. 5, OCTOBER 2003  "Bone-Mounted Miniature Robot for Surgical Procedures: Concept and Clinical Applications"  Moshe Shoham, Member, IEEE, Michael Burman, Eli Zehavi, Leo Joskowicz, Senior Member, IEEE, Eduard Batkilin, and Yigal Kunicher  インターネット<http://www.mazorrobotics.com/Sites/mazor/content/File/IEEE#3%20-%20Bone%20Mounted.pdf>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の穿刺支援装置では、ステージが複数の流体圧シリンダによりベース部の上方に支持されると共に、穿刺針ガイドが流体圧シリンダ等の側方に位置するように連結部材を介してステージに固定されることから、穿刺針の穿刺に際して力点となる穿刺針ガイドが支点（および作用点）となるベース部により片持ち支持されることになる。このため、穿刺時の穿刺針に対する力の加え方によっては、力点となる穿刺針ガイドから支点となるベース部に加えられる力により人体に対するベース部の固定が不安定になり、正確な穿刺が妨げられてしまうおそれもある。
【０００５】
そこで、本発明の穿刺支援装置は、穿刺作業を安定化させて穿刺針を体内の目標点へと精度よく案内することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の穿刺支援装置は、上記主目的を達成するために以下の手段を採っている。
【０００７】
本発明の穿刺支援装置は、
穿刺針を体内へと案内する穿刺支援装置であって、
両端部を通る第１軸周りに回動可能な半円弧状の第１円弧ガイドと、前記第１円弧ガイドと交差するように配置されると共に両端部を通って前記第１軸と直交する第２軸周りに回動可能な半円弧状の第２円弧ガイドと、前記穿刺針が挿通される針挿通部を有すると共に、前記第１および第２円弧ガイドの一方の回動により前記第１および第２円弧ガイドの他方に沿って移動するように前記第１および第２円弧ガイドにより支持される穿刺針ガイドとを含む姿勢調整機構と、
前記第１円弧ガイドを前記第１軸周りに回動させる第１駆動装置と、
前記第２円弧ガイドを前記第２軸周りに回動させる第２駆動装置とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この穿刺支援装置を用いて穿刺針を体内に案内するに際しては、穿刺支援装置を人体に対して固定した上で、別途取得される体内の目標点に応じて第１および第２円弧ガイドの少なくとも何れか一方を回動させる。これにより、穿刺針ガイドは、第１円弧ガイドの回動に伴って第２円弧ガイドに沿って移動すると共に、第２円弧ガイドの回動に伴って第１円弧ガイドに沿って移動し、体内の目標点に対して精度よく位置決めされる。従って、穿刺針を穿刺針ガイドの針挿通部から体内に穿刺することで、当該穿刺針を体内の目標点に精度よく到達させることができる。そして、このような穿刺作業に際して、穿刺針ガイドは、第１および第２軸との双方と直交する軸方向から見て、第１円弧ガイドの両端部と第２円弧ガイドの両端部を通る円内に位置する。従って、穿刺時に穿刺針に加えられる力を第１円弧ガイドの両端部および第２円弧ガイドの両端部、すなわち４点で受けることができるので、穿刺作業中に穿刺針ガイドの位置を安定に保持することが可能となる。この結果、この穿刺支援装置によれば、穿刺作業を安定化させて穿刺針を体内の目標点へと精度よく案内することが可能となる。なお、穿刺針ガイドの針挿通部は、それ自体で穿刺針を軸方向に摺動自在に保持するものであってもよく、穿刺針を軸方向に摺動自在に保持するアダプタの少なくとも一部が挿通されるものであってもよい。
【０００９】
また、前記穿刺支援装置は、前記姿勢調整機構を着脱自在に支持するベースユニットを更に備えてもよく、前記第１駆動装置は、前記ベースユニットに配置されると共に前記第１円弧ガイドに着脱自在に連結され、前記第２駆動装置は、前記ベースユニットに配置されると共に前記第２円弧ガイドに着脱自在に連結されてもよい。これにより、第１、第２駆動装置により第１、第２円弧ガイドを回動可能としつつ、姿勢調整機構をベースユニットから離脱させることができるので、予め、穿刺作業に際して穿刺針に近接する姿勢調整機構の全体を容易に滅菌しておくことが可能となる。また、第１および第２駆動装置をベースユニットに配置することで、装置全体の重心を下げて穿刺作業をより安定化させることができる。
【００１０】
更に、前記第１駆動装置は、軸角４５°の傘歯車対を介して第１円弧ガイドと連結されると共に、前記第２駆動装置は、軸角４５°の傘歯車対を介して第２円弧ガイドと連結されてもよい。これにより、第１軸と第１駆動装置の軸方向とのなす角度と、第２軸と第２駆動装置の軸方向とのなす角度とを４５°にすることができるので、第１および第２軸を対角線とすると共に第１および第２円弧ガイドの両端部を囲む矩形の一辺に沿って第１および第２駆動装置を配置して装置全体をコンパクト化することが可能となる。また、姿勢調整機構がベースユニットにより着脱自在に支持される場合、傘歯車対の軸角を４５°とすることで、姿勢調整機構をベースユニットから離脱させる際に、傘歯車対を構成する２つの傘歯車同士の噛み合いを容易に解除することが可能となる。
【００１１】
また、前記穿刺支援装置は、前記姿勢調整機構を前記第１および第２軸の双方と４５°をなす方向に移動させる直線移動機構を更に備えてもよい。これにより、穿刺針ガイドの姿勢調整の幅をより大きくすることができる。
【００１２】
更に、前記姿勢調整機構を前記第１および第２軸の双方と直交する第３軸周りに回転させる回転機構を更に備えてもよい。これにより、穿刺針ガイドの姿勢調整の幅をより一層大きくすることができる。
【００１３】
また、前記第１円弧ガイドは、間隔をおいて互いに対向する一対の第１アーチ部を有すると共に、前記第２円弧ガイドは、間隔をおいて互いに対向する一対の第２アーチ部を有してもよく、前記穿刺針ガイドの前記針挿通部は、前記一対の第１アーチ部と前記一対の第２アーチ部との交差部に挿入されてもよい。これにより、第１および第２円弧ガイドの剛性を確保しつつ、第１および第２円弧ガイドの回動により穿刺針ガイドをスムースに所望の位置に移動させることができる姿勢調整機構を実現することが可能となる。
【００１４】
更に、前記第１および第２円弧ガイドと前記穿刺針ガイドとは、Ｘ線透過性を有する素材により形成されてもよい。これにより、姿勢調整機構によってＸ線が遮られてしまうのを抑制することができるので、穿刺支援装置を人体に対して固定した状態で、体内の目標点等を取得するためのＸ線撮影を実行することが可能となる。
【００１５】
また、前記穿刺支援装置は、前記穿刺針を軸方向に摺動自在に保持すると共に所定条件下で前記穿刺針をロック可能なアダプタを更に備えてもよく、前記穿刺針は、前記アダプタを介して前記穿刺針ガイドの前記針挿通部に挿通されてもよい。これにより、穿刺針を体内の目標点へと精度よく案内しつつ、穿刺作業に支障が生じた際にアダプタにより穿刺針をロックして、穿刺針の体内側への移動を規制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例に係る穿刺支援装置１を示す斜視図である。
【図２】穿刺支援装置１を示す平面図である。
【図３】穿刺支援装置１から姿勢調整機構１０が取り外された状態を示す斜視図である。
【図４】穿刺支援装置１から姿勢調整機構１０が取り外された状態を示す平面図である。
【図５】姿勢調整機構１０の要部を示す模式図である。
【図６】姿勢調整機構１０の要部を示す模式図である。
【図７】穿刺針１００を保持するアダプタ３０を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は、本発明の一実施例に係る穿刺支援装置１を示す斜視図であり、図２は、穿刺支援装置１を示す平面図である。これらの図面に示す穿刺支援装置１は、脊椎内に穿刺針を穿刺するのに用いられるものであり、穿刺針を脊椎に穿刺するに際して人体に固定されて当該穿刺針を体内へと案内する。図１および図２に示すように、穿刺支援装置１は、人体に固定されるベースユニット２と、穿刺針を体内の目標点に対して位置決めするための姿勢調整機構１０とを備える。
【００１９】
ベースユニット２は、環状のベース部材３と、ベース部材３により回転自在に支持される回転ステージ４と、回転ステージ４により摺動自在に支持される直動ステージ５とを含む。実施例において、ベースユニット２を構成するベース部材３、回転ステージ４および直動ステージ５は、何れもＸ線透過性を有する素材（例えば、アクリル樹脂といった樹脂）により形成される。ベース部材３は、図示するように、穿刺支援装置１を人体に固定するための図示しないベルトが挿通されるベルト通し部３ａを有する。なお、穿刺支援装置１（ベース部材３）を人体に固定するための器具は、ベルトに限られるものではなく、穿刺支援装置１（ベース部材３）は、任意の器具や手法により人体に固定され得る。
【００２０】
回転ステージ４は、図示しないベアリング等を介してベース部材３により図１および図２におけるＺ軸（第３軸）周りに回転自在に支持されると共に、回転機構６により駆動されてＺ軸周りに正逆両方向に回転することができる。実施例において、回転機構６は、図２から図４に示すように、少なくとも電気モータを含むと共に当該電気モータにより回転駆動される駆動軸がＺ軸方向に延在するようにベース部材３により支持される駆動装置６０（図３参照）と、回転ステージ４の外周に固定されたリングギヤ６１と、駆動装置６０の駆動軸に固定されると共にリングギヤ６１と噛合するピニオンギヤ６２とを含む。なお、回転機構６の構成は、実施例の構成に限られるものではない。
【００２１】
直動ステージ５は、姿勢調整機構１０を着脱自在に支持するための複数の嵌合凹部５ａや穿刺針が挿通される挿通孔５ｂを有すると共に、回転ステージ４により支持されて図１等におけるＸ軸およびＹ軸の双方と４５°をなす方向に延びる一対のガイドレール７により摺動自在に支持される。そして、直動ステージ５は、直線移動機構８により駆動されてベース部材３や回転ステージ４に対してガイドレール７の延在方向に進退移動することができる。実施例において、直線移動機構８は、少なくとも電気モータを含むと共に回転ステージ４に固定される駆動装置８０と、ギヤ列を介して駆動装置８０により回転駆動される送りねじ（例えばボールねじ）８１と、送りねじ８１に螺合されると共に直動ステージ５に固定される送りナット部８２を含む。なお、直線移動機構８の構成は、実施例の構成に限られるものではない。
【００２２】
姿勢調整機構１０は、半円弧状の第１円弧ガイド１１と、第１円弧ガイド１１の内側に当該第１円弧ガイド１１と直交するように配置される半円弧状の第２円弧ガイド１２と、第１および第２円弧ガイド１１，１２のそれぞれを回動自在に支持する環状フレーム１３と、穿刺針が挿通される穿刺針ガイド１４とを含む。実施例において、第１および第２円弧ガイド１１，１２，環状フレーム１３および穿刺針ガイド１４は、何れもＸ線透過性を有する素材（例えば、アクリル樹脂といった樹脂）により形成される。
【００２３】
第１円弧ガイド１１は、図５および図６に示すように、間隔ｄをおいて互いに対向する一対の第１アーチ部１１ａと、両端部に形成または固定されると共に互いに同軸に延在する２つの軸部１１ｂとを有する。図６に示すように、第１円弧ガイド１１（一対の第１アーチ部１１ａ）の外周面は円周面を形成し、第１円弧ガイド１１の外周面を同図におけるＸＺ平面に投影して得られる曲線は、２つの軸部１１ｂの中心軸（第１軸）をＸＺ平面に投影して得られる直線との交点間で中心角１８０°の円弧（半円弧）を形成する。そして、第１円弧ガイド１１の２つの軸部１１ｂは、それぞれ環状フレーム１３により回転自在に支持される。更に、第１円弧ガイド１１の一方の軸部１１ｂには、環状フレーム１３の外側に位置するように２２．５°のピッチ円錐角を有する傘歯車１５が固定される。
【００２４】
第２円弧ガイド１２は、図５および図６に示すように、一対の第１アーチ部１１ａの間隔ｄと同一の間隔をおいて互いに対向する一対の第２アーチ部１２ａと、両端部に形成または固定されると共に互いに同軸に延在する２つの軸部１２ｂとを有する。図５に示すように、第２円弧ガイド１２（一対の第２アーチ部１２ａ）の外周面は、第１円弧ガイド１１の外周面よりも曲率半径が小さい円周面を形成し、第２円弧ガイド１２の外周面を同図におけるＹＺ平面に投影して得られる曲線は、２つの軸部１２ｂの中心軸（第２軸）をＹＺ平面に投影して得られる直線との交点間で中心角１８０度の円弧（半円弧）を形成する。そして、第２円弧ガイド１２の２つの軸部１２ｂは、当該２つの軸部１２ｂの中心軸が第１円弧ガイド１１の２つの軸部１１ｂの中心軸と直交するように環状フレーム１３により回転自在に支持される。更に、第２円弧ガイド１２の一方の軸部１２ｂには、環状フレーム１３の外側に位置するように２２．５°のピッチ円錐角を有する傘歯車１６が固定される。
【００２５】
環状フレーム１３は、上述のベースユニット２の直動ステージ５に形成された嵌合凹部５ａに嵌め込まれ、それにより姿勢調整機構１０は、直動ステージ５すなわちベースユニット２により着脱自在に支持される。実施例において、姿勢調整機構１０の環状フレーム１３は、図１および図２に示すように、第１円弧ガイド１１の２つの軸部１１ｂの中心軸（第１軸）が図１等に示すＸ軸方向と一致すると共に、第２円弧ガイド１２の２つの軸部１２ｂの中心軸（第２軸）が図１等に示すＹ軸方向と一致するように直動ステージ５の嵌合凹部５ａに嵌め込まれ、その状態で直動ステージ５に対して位置決めされる。
【００２６】
また、環状フレーム１３を支持する直動ステージ５には、図２および図４に示すように、それぞれ２２．５°のピッチ円錐角を有する２つの傘歯車１７および１８がＸ軸およびＹ軸の双方と４５°をなす方向に延びる軸周りに回転自在に支持されている。傘歯車１７は、軸方向に延びる断面円形の貫通孔を有すると共に、姿勢調整機構１０の環状フレーム１３が直動ステージ５に対して位置決めされたときに第１円弧ガイド１１に固定された傘歯車１５と噛合する。また、傘歯車１８は、軸方向に延びる断面円形の貫通孔を有すると共に、姿勢調整機構１０の環状フレーム１３が直動ステージ５に対して位置決めされたときに第２円弧ガイド１２に固定された傘歯車１６と噛合する。
【００２７】
穿刺針ガイド１４は、図１、図２、図５および図６に示すように、一対の側壁を有する矩形板状の台座部１４ａと、台座部１４ａの中央部から垂直に延出される針挿通部１４ｂと、台座部１４ａおよび針挿通部１４ｂの中心を貫通する断面円形の貫通孔１４ｃとを有する。穿刺針ガイド１４の針挿通部１４ｂは、第１円弧ガイド１１の第１アーチ部１１ａと第２円弧ガイド１２の一対の第２アーチ部１２ａとの交差部、すなわち一対の第１アーチ部１１ａの内壁面と一対の第２アーチ部１２ａの内壁面とにより画成される断面正方形状の穴と内接するように形成され、当該正方形状の穴に摺動自在に挿入される。これにより、穿刺針ガイド１４の貫通孔１４ｃは、環状フレーム１３により支持された第１および第２円弧ガイド１１，１２がそれぞれ直立（直動ステージ５に対して直立）するときに、図１および図２等におけるＺ軸方向に延在する。以下、このように、環状フレーム１３により支持された第１および第２円弧ガイド１１，１２がそれぞれ直動ステージ５に対して直立すると共に、穿刺針ガイド１４の貫通孔１４ｃがＺ軸方向に延在する状態を姿勢調整機構１０の「初期位置」という。
【００２８】
上述のようにして第１円弧ガイド１１と第２円弧ガイド１２との交差部に配置された穿刺針ガイド１４は、第１および第２円弧ガイド１１，１２の一方の回動により第１および第２円弧ガイド１１，１２の他方に沿って移動するように第１および第２円弧ガイド１１，１２により支持される。すなわち、第１円弧ガイド１１が環状フレーム１３に対して回動すると、針挿通部１４ｂは、一対の第１アーチ部１１ａのうちの回動方向上流側の一方により押圧され、穿刺針ガイド１４は、第２円弧ガイド１２（一対の第２アーチ部１２ａ）に沿って移動する。また、第２円弧ガイド１２が環状フレーム１３に対して回動すると、針挿通部１４ｂは、一対の第２アーチ部１２ａのうちの回動方向上流側の一方により押圧され、穿刺針ガイド１４は、第１円弧ガイド１１（一対の第１アーチ部１１ａ）に沿って移動する。
【００２９】
そして、実施例の穿刺支援装置１は、少なくとも電気モータを含むと共に第１円弧ガイド１１を２つの軸部１１ｂの中心軸（第１軸）周りに回動させる第１駆動装置２１と、少なくとも電気モータを含むと共に第２円弧ガイド１２を２つの軸部１２ｂの中心軸（第２軸）周りに回動させる第２駆動装置２２とを備える。実施例において、第１駆動装置２１は、回転ステージ４に固定されると共に、断面多角形状を有する駆動軸２３に連結され、当該駆動軸２３を正逆両方向に回転駆動する。駆動軸２３は、第１円弧ガイド１１に対応した傘歯車１７の貫通孔に軸方向に摺動自在に挿通されて当該貫通孔に内接する。
【００３０】
これにより、ベース部材３や回転ステージ４に対して直動ステージ５が移動するときに傘歯車１７に対する駆動軸２３の摺動を許容しつつ、第１駆動装置２１により回転駆動される駆動軸２３から傘歯車１７および１５を介して第１円弧ガイド１１に回転トルクを伝達することが可能となる。すなわち、第１駆動装置２１は、図２および図４に示すように、傘歯車１５および１７からなる軸角α＝４５°の傘歯車対を介して第１円弧ガイド１１と連結され、実施例では、第１円弧ガイド１１の軸部１１ｂの中心軸と第２円弧ガイド１２の軸部１２ｂの中心軸とを対角線とする共に第１および第２円弧ガイド１１，１２の両端部を囲むＸＹ平面上の正方形（図２および図４における二点鎖線参照）の一辺に沿って配置される。
【００３１】
また、実施例において、第２駆動装置２２は、回転ステージ４に固定されると共に、断面多角形状を有する駆動軸２４に連結され、当該駆動軸２４を正逆両方向に回転駆動する。駆動軸２４は、第２円弧ガイド１２に対応した傘歯車１８の貫通孔に軸方向に摺動自在に挿通されて当該貫通孔に内接する。これにより、ベース部材３や回転ステージ４に対して直動ステージ５が移動するときに傘歯車１８に対する駆動軸２４の摺動を許容しつつ、第２駆動装置２２により回転駆動される駆動軸２４から傘歯車１８および１６を介して第２円弧ガイド１２に回転トルクを伝達することが可能となる。すなわち、第２駆動装置２２は、図２および図４に示すように、傘歯車１６および１８からなる軸角α＝４５°の傘歯車対を介して第２円弧ガイド１２と連結され、実施例では、第１円弧ガイド１１の軸部１１ｂの中心軸と第２円弧ガイド１２の軸部１２ｂの中心軸とを対角線とする共に第１および第２円弧ガイド１１，１２の両端部を囲むＸＹ平面上の正方形（図２および図４における二点鎖線参照）の一辺に沿って第１駆動装置２１と平行に配置される。なお、第１および第２駆動装置２１，２２は、回転機構６の駆動装置６０や直線移動機構８の駆動装置８０と共に図示しない制御装置（制御コンピュータ）により制御される。
【００３２】
図７は、穿刺作業に際して穿刺支援装置１と共に用いられるアダプタ３０を示す断面図である。同図に示すように、アダプタ３０は、中空の筐体３１と、筐体３１の内部空間内に摺動自在に配置されるプランジャ３２と、プランジャ３２に固定されたストッパ３３と、プランジャ３２を付勢するスプリング３４とを含む。なお、アダプタ３０の構成要素も、スプリング３４等の一部を除いて、例えばアクリル樹脂といったＸ線透過性を有する素材により形成されると好ましい。
【００３３】
筐体３１の図中下端部には、穿刺針ガイド１４の貫通孔１４ｃに嵌合されると共に内部空間と連通する貫通孔を有する突出部３１ａが形成されており、筐体３１の図中上端部には、突出部３１ａの貫通孔と同軸に貫通孔が形成されている。プランジャ３２は、筐体３１の内周面と摺接する鍔部３２ａと、鍔部３２ａから延出されると共に筐体３１の図中上端部に形成された貫通孔から外部に突出する軸部３２ｂと、鍔部３２ａおよび軸部３２ｂを貫通する貫通孔３２ｃとを有する。ストッパ３３は、ゴム等の比較的高い弾性を有する素材により形成されており、鍔部３２ａを挟んで軸部３２ｂと対向するように当該鍔部３２ａに固定される。また、ストッパ３３は、プランジャ３２の貫通孔３２ｃと連通する貫通孔を有すると共に、先端（図中下端）に形成されたテーパ面を有する。プランジャ３２の貫通孔３２ｃ、ストッパ３３の貫通孔ならびに筐体３１の突出部３１ａの貫通孔には、図示するように穿刺針１００が挿通され、当該穿刺針１００は、プランジャ３２およびストッパ３３により軸方向に摺動自在に支持される。
【００３４】
スプリング３４は、プランジャ３２の軸部３２ｂの外周かつ鍔部３２ａと筐体３１の図中上側の内壁面との間に配置され、プランジャ３２を筐体３１の突出部３１ａ側（図中下方）へと付勢する。また、スプリング３４の周囲には、筐体３１とプランジャ３２の鍔部３２ａとにより負圧室３５が画成され、当該負圧室３５には、筐体３１に形成された吸引口３１ｂを介して上述の制御装置により制御される図示しない真空ポンプが接続される。更に、筐体３１の図中下側の内壁面には、ストッパ３３よりも高い剛性を有する素材により形成されたストッパ受容部材３６が固定されている。ストッパ受容部材３６は、筐体３１の突出部３１ａの貫通孔と連通すると共に、突出部３１ａに向かうにつれて先細になるように形成されたテーパ孔３６ａを有する。
【００３５】
このように構成されるアダプタ３０において、真空ポンプが停止されて負圧室３５内が正圧（大気圧）に保たれているときには、スプリング３４によりプランジャ３２が筐体３１の突出部３１ａ側（図中下方）へと付勢され、ストッパ３３のテーパ面がストッパ受容部材３６のテーパ孔３６ａに押し付けられる。これにより、ストッパ３３から穿刺針１００に加えられる摩擦抵抗が増加することによりプランジャ３２やストッパ３３に対する穿刺針１００の摺動が規制され、穿刺針１００がロックされる。これに対して、真空ポンプにより負圧室３５内の空気が吸引されて負圧室３５内の圧力が低下すると、負圧室３５内とストッパ受容部材３６が配置される空間内との圧力差により、スプリング３４の付勢力に抗してプランジャ３２が図中上方へと移動する。これにより、ストッパ３３がテーパ孔３６ａから離間し、ストッパ３３による穿刺針１００のロックが解除される。
【００３６】
穿刺作業が行われる間、アダプタ３０の負圧室３５に接続される真空ポンプは、負圧室３５内の空気を吸引するように作動される。また、真空ポンプを制御する上述の制御装置は、穿刺作業中に、いわゆる怒嘖反射（バッキング）等により人体が動いたことによって穿刺支援装置１のベースユニット２等に設置された図示しない加速度センサの検出値が閾値を超えると、穿刺針１００がロックされて更に体内側へと移動しないように真空ポンプの作動を停止させる。
【００３７】
次に、上述の穿刺支援装置１を用いて穿刺針１００を体内に案内する手順について説明する。
【００３８】
穿刺支援装置１を用いて穿刺針を体内すなわち脊椎へと案内するに際しては、まず、ベースユニット２を人体の背部に固定すると共に、ベースユニット２の直動ステージ５の嵌合凹部５ａに姿勢調整機構１０の環状フレーム１３を嵌め込む。この際、姿勢調整機構１０は、上述の初期状態にある。次いで、穿刺支援装置１が固定された背部をＸ線撮影装置により撮影し、撮影データを穿刺支援装置１の制御装置に入力する。当該制御装置は、Ｘ線撮影装置による撮影データに基づいて体内（脊椎内）の目標点と、例えば穿刺針ガイド１４の針挿通部１４ｂの現在位置とを取得した上で、目標点に対応した針挿通部１４ｂの最適位置を取得する。更に、制御装置は、針挿通部１４ｂの現在位置と最適位置とに基づいて、穿刺針ガイド１４のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向における移動量を取得し、取得した各軸方向の移動量に基づいて、回転ステージ４の目標回転角度、直動ステージ５の目標移動量、姿勢調整機構１０の第１および第２円弧ガイド１１，１２の目標回動量（回動角度）を取得する。
【００３９】
回転ステージ４の目標回転角度や、直動ステージ５の目標移動量が取得された場合、制御装置は、回転ステージ４がベース部材３に対して目標回転角度だけ回転するように回転機構６の駆動装置６０を制御したり、直動ステージ５が回転ステージ４に対して目標移動量だけ移動するように直線移動機構８の駆動装置８０を制御する。続いて、制御装置は、第１円弧ガイド１１や第２円弧ガイド１２が直動ステージ５に対して目標回動量だけ回動するように第１駆動装置２１や第２駆動装置２２を制御する。これにより、穿刺針ガイド１４は、第１円弧ガイド１１の回動に伴って第２円弧ガイド１２に沿って移動すると共に、第２円弧ガイド１２の回動に伴って第１円弧ガイド１１に沿って移動し、体内の目標点に対して精度よく位置決めされる。ここで、上述のように構成される姿勢調整機構１０では、第１および第２駆動装置２１，２２を同時に作動させて穿刺針ガイド１４を移動させることが可能であり、これにより穿刺針ガイド１４を体内の目標点に対して速やかに位置決めすることができる。
【００４０】
こうして、穿刺針ガイド１４が体内の目標点に対して位置決めされたならば、穿刺針ガイド１４の貫通孔１４ｃに上述のアダプタ３０の突出部３１ａを嵌合すると共に、アダプタの吸引口３１ｂに真空ポンプを接続する。そして、真空ポンプによりアダプタ３０の負圧室３５内の空気を吸引した状態で、穿刺針１００をアダプタ３０のプランジャ３２に挿通し、穿刺針ガイド１４の針挿通部１４ｂの貫通孔１４ｃから直動ベース５の挿通孔５ｂ等を介して体内に穿刺する。これにより、穿刺支援装置１を用いれば、穿刺針１００を体内の目標点に精度よく到達させることができる。また、このような穿刺作業に際して、穿刺針ガイド１４は、Ｚ軸方向（上方）から見て、第１円弧ガイド１１の両端部と第２円弧ガイド１２の両端部を通る円内に位置する。従って、穿刺時に穿刺針１００に加えられる力を第１円弧ガイド１１の両端部に形成された２つの軸部１１ｂおよび第２円弧ガイドの両端部に形成された２つの軸部１２ｂ、すなわち４点で受けることができるので、穿刺作業中に穿刺針ガイド１４の位置を安定に保持することが可能となる。この結果、穿刺支援装置１によれば、穿刺作業を安定化させて穿刺針１００を体内の目標点へと精度よく案内することが可能となる。更に、穿刺作業中に例えば怒嘖反射等により人体が動いたときには、制御装置により真空ポンプが停止され、アダプタ３０により穿刺針１００がロックされるので、穿刺針１００の体内側への移動を規制することが可能となる。
【００４１】
以上説明したように、実施例の穿刺支援装置１は、軸部１１ｂの中心軸（Ｘ軸）周りに回動可能な半円弧状の第１円弧ガイド１１と、第１円弧ガイド１１と交差するように配置されると共に第１円弧ガイド１１の軸部１１ｂの中心軸と直交する軸部１２ｂの中心軸（Ｙ軸）周りに回動可能な半円弧状の第２円弧ガイド１２と、穿刺針１００が挿通される針挿通部１４ｂを有すると共に第１および第２円弧ガイド１１，１２の一方の回動により第１および第２円弧ガイド１１，１２の他方に沿って移動するように第１および第２円弧ガイド１１，１２により支持される穿刺針ガイド１４とを含む姿勢調整機構１０と、第１円弧ガイド１１を軸部１１ｂの中心軸周りに回動させる第１駆動装置２１と、第２円弧ガイド１２を軸部１２ｂの中心軸周りに回動させる第２駆動装置２２とを備える。従って、かかる穿刺支援装置１によれば、上述のように、穿刺作業を安定化させて穿刺針１００を体内の目標点へと精度よく案内することが可能となる。
【００４２】
また、実施例の穿刺支援装置１は、姿勢調整機構１０を着脱自在に支持する直動ステージ５と当該直動ステージ５を摺動自在に支持する回転ステージ４とを含むベースユニット２を備えており、第１駆動装置２１は、ベースユニット２の回転ステージ４に配置されると共に第１円弧ガイド１１に着脱自在に連結され、第２駆動装置２２は、ベースユニット２の回転ステージ４に配置されると共に第２円弧ガイド１２に着脱自在に連結される。これにより、第１、第２駆動装置２１，２２により第１、第２円弧ガイド１１，１２を回動可能としつつ、姿勢調整機構１０をベースユニット２から離脱させることができるので、予め、穿刺作業に際して穿刺針１００に近接する姿勢調整機構１０の全体を容易に滅菌しておくことが可能となる。また、第１および第２駆動装置２１，２２をベースユニット２（回転ステージ４）に配置することで、穿刺支援装置１全体の重心を下げて穿刺作業をより安定化させることができる。
【００４３】
更に、実施例の穿刺支援装置１では、第１駆動装置２１が傘歯車１５および１７からなる軸角４５°のかさ歯車対を介して第１円弧ガイド１１と連結され、第２駆動装置２２が傘歯車１６および１８からなる軸角４５°のかさ歯車対を介して第２円弧ガイド１２と連結される。これにより、第１円弧ガイド１１の軸部１１ｂの中心軸と第１駆動装置２１の軸方向とのなす角度と、第２円弧ガイド１２の軸部１２ｂの中心軸と第２駆動装置２２の軸方向とのなす角度とを４５°にすることができるので、第１円弧ガイド１１の軸部１１ｂの中心軸と第２円弧ガイド１２の軸部１２ｂの中心軸とを対角線とする共に第１および第２円弧ガイド１１，１２の両端部を囲むＸＹ平面上の正方形の一辺に沿って第１および第２駆動装置２１，２２を配置して装置全体をコンパクト化することが可能となる。そして、軸角４５°のかさ歯車対を用いることで、姿勢調整機構１０を直動ステージ５から離脱させる際に、傘歯車１５，１６と傘歯車１７，１８との噛み合いを容易かつスムースに解除することができる。
【００４４】
また、実施例の穿刺支援装置１は、姿勢調整機構１０を支持する直動ステージ５を第１円弧ガイド１１の軸部１１ｂの中心軸（Ｘ軸）および第２円弧ガイド１２の軸部１２ｂの中心軸（Ｙ軸）の双方と４５°をなす方向に移動させる直線移動機構８と、姿勢調整機構１０および直動ステージ５を支持する回転ステージ４をＺ軸周りに回転させる回転機構６とを備えている。これにより、装置全体の大型化を抑制しつつ、穿刺針ガイド１４の姿勢調整の幅をより一層大きくすることができる。ただし、回転機構６は、直線移動機構８による移動方向と直交する方向に直動ステージ５を移動させる直線移動機構で置き換えられてもよい。
【００４５】
更に、上記実施例において、第１円弧ガイド１１は、間隔ｄをおいて互いに対向する一対の第１アーチ部１１ａを有すると共に、第２円弧ガイド１２は、間隔ｄをおいて互いに対向する一対の第２アーチ部１２ａを有し、穿刺針ガイド１４の針挿通部１４ｂは、一対の第１アーチ部１１ａと一対の第２アーチ部１２ａとの交差部に挿入される。これにより、第１および第２円弧ガイド１１，１２の剛性を確保しつつ、第１および第２円弧ガイド１１，１２の回動により穿刺針ガイド１４をスムースに所望の位置に移動させることができる姿勢調整機構１０を実現することが可能となる。ただし、第１および第２円弧ガイド１１，１２は、単一のアーチ部を有するように構成されてもよく、この場合には、穿刺針ガイド１４は、第１および第２円弧ガイド１１，１２の双方と摺動自在に係合するように構成されるとよい。
【００４６】
また、上記実施例のように、第１および第２円弧ガイド１１，１２と穿刺針ガイド１４とをＸ線透過性を有する素材により形成すれば、姿勢調整機構１０によってＸ線が遮られてしまうのを抑制することができる。これにより、穿刺支援装置１を人体に対して固定した状態で、体内の目標点等を取得するためのＸ線撮影を実行することが可能となる。
【００４７】
更に、実施例の穿刺支援装置１は、穿刺針１００を軸方向に摺動自在に保持すると共に所定条件下すなわち真空ポンプによる負圧室３５内の空気吸引が停止された状態で穿刺針１００をロック可能なアダプタ３０を備えており、穿刺針１００は、アダプタ３０の一部（突出部３１ａ）を介して穿刺針ガイド１４の針挿通部１４ｂに挿通される。これにより、穿刺針１００を体内の目標点へと精度よく案内しつつ、穿刺作業に支障が生じた際にアダプタ３０により穿刺針１００をロックして、穿刺針１００の体内側への移動を規制することが可能となる。ただし、穿刺支援装置１において、穿刺針ガイド１４の針挿通部１４ｂは、それ自体で穿刺針１００を軸方向に摺動自在に保持可能に構成されてもよい。また、穿刺針ガイド１４とアダプタ３０とを一体に構成してもよい。更に、アダプタ３０から穿刺針１００のロック機構を省略して、穿刺針１００のロック機構を別途設けてもよい。また、穿刺針１００としては、穿刺支援措装置１により体内へと精度よく案内され得るものであれば、任意の構成のものを採用することができる。
【００４８】
以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、穿刺支援装置の製造産業において利用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１  穿刺支援装置、２  ベースユニット、３  ベース部材、４  回転ステージ、５  直動ステージ、５ａ  嵌合凹部、５ｂ  挿通孔、６  回転機構、７  ガイドレール、８  直線移動機構、１０  姿勢調整機構、１１  第１円弧ガイド、１１ａ  第１アーチ部、１１ｂ  軸部、１２  第２円弧ガイド、１２ａ  第２アーチ部、１２ｂ  軸部、１３  環状フレーム、１４  穿刺針ガイド、１４ａ  台座部、１４ｂ  針挿通部、１４ｃ  貫通孔、１５，１６，１７，１８  傘歯車、２１  第１駆動装置、２２  第２駆動装置、２３，２４  駆動軸、３０  アダプタ、３１  筐体、３１ａ  突出部、３１ｂ  吸引口、３２  プランジャ、３２ａ  鍔部、３２ｂ  軸部、３２ｃ  貫通孔、３３  ストッパ、３４  スプリング、３５  負圧室、３６  ストッパ受容部材、３６ａ  テーパ孔、６０  駆動装置、６１  リングギヤ、６２  ピニオンギヤ、８０  駆動装置、８２  ナット部、１００  穿刺針。
【図１】
2013059588.tif 000003
【図２】
2013059588.tif 000004
【図３】
2013059588.tif 000005
【図４】
2013059588.tif 000006
【図５】
2013059588.tif 000007
【図６】
2013059588.tif 000008
【図７】
2013059588.tif 000009