(57)【要約】      （修正有）【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）５０および従アクチュエータ（第２アクチュエータ）５２により、使用者による制御器１０’、１２’、１４’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信号を発信し、インタフェース５６によりこのセンサ信号６０を受信して駆動信号５８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。【選択図】図２
2009061290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【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、
この制御器の１つとしての第１管状制御器に接続されたセンサとこの第１管状制御器に機械的に係合する第１電気モータとを有し、使用者による前記第１管状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第１管状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、前記第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第１管状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第１アクチュエータと、
前記器具の１つとしての第１カテーテルとこの第１カテーテルに機械的に係合する第２電気モータとに接続されたセンサを有し、前記第１カテーテル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、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第１カテーテル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、使用者による前記第１管状制御器の動作に応答して前記第１カテーテルを動かすように前記第１および第２モータ駆動信号を発生するとともに、患者内部の前記第１カテーテルの動きに応答して前記第１管状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
を有し、
さらに、前記第１カテーテルと同心である前記器具の１つとしての第２カテーテルと、
前記第１管状制御器と同心である前記制御器の１つとしての第２管状制御器と、
前記第２管状制御器に接続された前記第１アクチュエータ内のセンサと、
前記第２管状制御器に機械的に係合する前記第１アクチュエータ内の第３電気モータと、
前記第２カテーテルに接続された前記第２アクチュエータ内のセンサと、
前記第２カテーテルに機械的に係合する前記第２アクチュエータ内の第４電気モータと
を有し、
（１）前記第１アクチュエータは、使用者による前記第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前記第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、前記第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前記第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、前記第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）前記電気的インタフェースは、入力信号として前記第３および第４電気センサ信号を受信し、かつ、使用者による前記第２管状制御器の動きに応答して前記第２カテーテルを動かすように前記第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し、
さらに、前記第２カテーテルと同心である前記器具の１つとしてのワイヤと、
前記第２管状制御器と同心である前記制御器の１つとしての第３管状制御器と、
前記第３管状制御器に接続された前記第１アクチュエータ内のセンサと、
前記第３管状制御器に機械的に係合する前記第１アクチュエータ内の第５電気モータと、
前記ワイヤに接続された前記第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前記第２アクチュエータ内の第６電気モータと
を有し、
（６）前記第１アクチュエータは、使用者による前記第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、前記第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５電気センサ信号を発生するように動作し、
（７）前記第１アクチュエータは、前記第５電気モータに対する駆動信号の選択的適用に応答して、前記第３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、
（８）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６電気センサ信号を発生するように動作し、
（９）前記第２アクチュエータは、前記第６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、
（１０）前記電気的インタフェースは、入力信号として前記第５および第６電気センサ信号を受信し、かつ、使用者による前記第３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前記第５および第６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し、
さらに、前記電気的インタフェースは、前記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し、
前記電気的インタフェースは、使用者による前記制御器の動きに応答して、前記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し、
さらに、前記電気的インタフェースは、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前記ワイヤの振動としての動作シーケンスを提供するように動作し、
さらに、患者の外部の端部において前記第１および第２カテーテルにそれぞれ取り付けられた第１および第２密閉流体継ぎ手と、前記第１および第２密閉流体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第１および第２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医療器具操作装置。
【請求項２】
前記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１記載の医療器具操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
「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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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操作装置であって、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操作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操作装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、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、この制御器の１つとしての第１管状制御器に接続されたセンサとこの第１管状制御器に機械的に係合する第１電気モータとを有し、使用者による前記第１管状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第１管状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、前記第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第１管状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第１アクチュエータと、前記器具の１つとしての第１カテーテルとこの第１カテーテルに機械的に係合する第２電気モータとに接続されたセンサを有し、前記第１カテーテル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、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第１カテーテル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、使用者による前記第１管状制御器の動作に応答して前記第１カテーテルを動かすように前記第１および第２モータ駆動信号を発生するとともに、患者内部の前記第１カテーテルの動きに応答して前記第１管状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し、さらに、前記第１カテーテルと同心である前記器具の１つとしての第２カテーテルと、前記第１管状制御器と同心である前記制御器の１つとしての第２管状制御器と、前記第２管状制御器に接続された前記第１アクチュエータ内のセンサと、前記第２管状制御器に機械的に係合する前記第１アクチュエータ内の第３電気モータと、前記第２カテーテルに接続された前記第２アクチュエータ内のセンサと、前記第２カテーテルに機械的に係合する前記第２アクチュエータ内の第４電気モータとを有し、（１）前記第１アクチュエータは、使用者による前記第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前記第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、前記第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前記第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、前記第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）前記電気的インタフェースは、入力信号として前記第３および第４電気センサ信号を受信し、かつ、使用者による前記第２管状制御器の動きに応答して前記第２カテーテルを動かすように前記第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し、さらに、前記第２カテーテルと同心である前記器具の１つとしてのワイヤと、前記第２管状制御器と同心である前記制御器の１つとしての第３管状制御器と、前記第３管状制御器に接続された前記第１アクチュエータ内のセンサと、前記第３管状制御器に機械的に係合する前記第１アクチュエータ内の第５電気モータと、前記ワイヤに接続された前記第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前記第２アクチュエータ内の第６電気モータとを有し、（６）前記第１アクチュエータは、使用者による前記第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、前記第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５電気センサ信号を発生するように動作し、（７）前記第１アクチュエータは、前記第５電気モータに対する駆動信号の選択的適用に応答して、前記第３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、（８）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６電気センサ信号を発生するように動作し、（９）前記第２アクチュエータは、前記第６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、（１０）前記電気的インタフェースは、入力信号として前記第５および第６電気センサ信号を受信し、かつ、使用者による前記第３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前記第５および第６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し、さらに、前記電気的インタフェースは、前記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し、前記電気的インタフェースは、使用者による前記制御器の動きに応答して、前記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し、さらに、前記電気的インタフェースは、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前記ワイヤの振動としての動作シーケンスを提供するように動作し、さらに、患者の外部の端部において前記第１および第２カテーテルにそれぞれ取り付けられた第１および第２密閉流体継ぎ手と、前記第１および第２密閉流体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第１および第２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。また、前記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。
【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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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３６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は僅かに曲げられている。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１０'、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１２”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１０’、１２’、１４’および器具１０”、１２”、１４”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’、１２’、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１４”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６６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’、１４’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９４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１０６、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１０２、１０４の両方を回転させる。ホイール１０２、１０４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７６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１４０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１３０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８１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１２６へねじ込まれた保持ナットとの間に一つ、各支柱１２６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１１４、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５０−２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１６６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１６６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１６６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１９０、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１６６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５０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”、１４”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】
【００４２】
【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】
【００４３】
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。
【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】
2009061290.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009061290.tif 000009
【図８】
2009061290.tif 000010
【図９】
2009061290.tif 000011
【図１０】
2009061290.tif 000012
【図１１】
2009061290.tif 000013
【図１２】
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