立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第26号) 2017

術者の繊細かつ巧みな操作に調和する 8 方向操舵型
マイクロカテーテルの開発
Development of 8- direction Steerable MicroCatheter
2161026

研究代表者

滋賀医科大学 バイオメディカル・イノベーションセンター

特任助教

山田

篤史を提案・試作する。そしてその機構を拡張し，[研 究 の 目 的]

8 方向操舵の可能性について検討する。
経皮的血管塞栓術は，その有効性の高さから[Active Sheath 機構]

腫瘍，血管病変，出血病変などの治療に広く適用されている。しかし，塞栓物質が塞ぐべきではない血管を塞栓する場合や，不十分な塞栓と申請者がこれまでに開発した Active Sheathなるリスクがある。ターゲット位置の直近まで

機 構 を 図 1 に 示 す。Active Sheath は，弾 性カテーテルを挿入する超選択的塞栓術がその解チューブの内側に挿入した別の弾性体を用いて，決法となりうるが，血管分枝は抹消に向かうほ弾性チューブを内側から屈曲する極めてシンプ

ど急峻であり，各分枝の分岐角度も様々であるルな屈曲機構である。Active Sheath は，弾性ため，血管の選択は末梢に向かうほど容易ではチューブと，チューブから独立している弾性ない。本課題では，正常血管を温存した効果的アーム部から構成される。弾性アーム部は，2な塞栓術をおこなうために，著者らが開発したつの端点を有するループ形状の弾性体である。

ユニークな機構である Active Sheath を用いて， 図に示すように，2 つの端点は，それぞれの先端を屈曲制御可能な能動マイクロカテーテル

図1

アームの長手方向への並進自由度とアーム部のActive Sheath 機構― 1 ―立石科学技術振興財団

図2

能動マイクロカテーテルの基本構造

長手方向軸周りの回転自由度を有する。アーム部の一端を固定して，もう一端を端点に接続されたアクチュエータまたは操作者の手で押し引きすることで，チューブは左右に屈曲する。部
品点数が少なく構造が極めて単純であるため，小型化が容易である。また，アーム部は弾性ガ
イド部に一切固定されていないので，駆動部はいつでも抜き差しが可能であるという特徴を有する。

図31.7 Fr. 操舵型マイクロカテーテル社，愛知) を用いた。ループ型アーム部は，有[1.7 Fr. 能動マイクロカテーテル]

効長 1500 mm，外径 0.42 mm，先端部に長さ 8Active Sheath の小型化が容易である点およmm，厚さ 0.095 mm の薄肉部を有する弓形断び駆動部がチューブからいつでも抜き差し可能面のカラム 2 本から構成される。材質は β チタである点が，マイクロカテーテルとガイドワイン (Ti-22V-4AL, Daido Steel Co., Ltd.，愛知)ヤの関係に類似している点に着目し，Activeを用いた。図の左下に，有限要素解析 (FEM)

Sheath の チ ュ ー ブ を マ イ ク ロ カ テ ー テ ル，をおこなった際のアーム部の変形形状を示す。

アーム部をループ型ガイドワイヤとみなして，ループ型アーム先端に薄肉部を用いることで，先端の屈曲角度を自在にコントロール可能な能アームの一端に引張り力を印加することで，先動マイクロカテーテルの試作機を開発した。基端部のみ急峻な屈曲が可能となった。また，先本構造を図 2 に示す。チューブには既存のマイ端を屈曲させるためのループ型ガイドワイヤコ

クロカテーテルである ASAHI Veloute 1.7 Fr.

ンントローラを試作した。筐体は 3D Printer(VEL105-16S，先 端 外 径 0.58 mm，先 端 内 径(Projet 3500hd max, 3D Systems, Inc.) で制作0.43 mm，後 端 外 径 0.94 mm，後 端 内 径 0.59した。試作した操舵可能な 1.7 Fr. マイクロカmm，有効長 1050 mm，朝日インテック株式会

テーテルを図 3 に示す。試作機の屈曲性能を評― 2 ―Tateisi Science and Technology Foundation

図4実験結果：(左) 試作機の先端屈曲およびコントローラの様子 (右) 引張り量と屈曲角度

図58 方向操舵型カテーテルのコンセプト

価した．コントローラのダイヤルを回転し，そかし，屈曲方向はある平面に制限される。そこの回転量から計算されるループ型ガイドワイヤで，Active Sheath 機構を拡張し，従来は 2 つのカラム引張り量と先端屈曲角度の関係を求めのカラムで構成されたループ型弾性アーム (ガた。屈曲した先端の様子と，屈曲角度を図 4 にイドワイヤ) を図 5 に示すように 4 つのカラム示す。グラフにおいて，黒丸は計測点，直線はで構成された 4 分割ループ型アーム (ガイドワ

計測点から求めた近似直線をあらわす。ダイヤイヤ) とすることで，アームを軸方向に回転さルの回転量 (引張り長さ) に比例して，先端のせることなく合計 8 方向への屈曲が可能な操舵屈曲角度が大きくなっていることがわかる。最機構を試作し，屈曲性能を確認した。試作機は大屈曲角度は約 180 度であった。また，ダイヤ

図 6 に示すように，先端部に薄肉部を配置した。

ルは片手で回転させることができた。

アーム部の外径は 1.45 mm，長さは 250 mm，各カラムの厚みは 0.57 mm，薄肉部の厚みは0.25 mm とした．薄肉部の長さは 10 mm とし[8 方向操舵型カテーテル]た。β チ タ ン で 試 作 し た。チ ュ ー ブ と し て，試作した操舵型マイクロカテーテルは，外径わずか 0.58 mm のマイクロカテーテルの先端レーザを用いてスパイラルカットを施した β チタンチューブを用いた。

部を最大約 180 度屈曲させることができた。し― 3 ―試作した 4 分割アーム部 (ガイドワイヤ) お立石科学技術振興財団

図6

試作機の図面時の屈曲の様子である。先端の肉薄部のあたりが最大 50 度程度の屈曲角度で局所的に屈曲した。8 方向の屈曲テストをおこない，ほぼコンセプト通りに 8 方向に屈曲することを確認した。
[今後の研究の方向，課題]
本課題では，4 分割ループ型アーム (ガイド図 7ワイヤ) を用いて，8 方向に屈曲する弾性機構

試 作 機 (上) 4 分 割 ア ー ム (ガ イ ド ワ イ ヤ) (下)アーム部を挿入して屈曲動作をおこなった β チタン
チューブの提案と検証をおこなった。この機構は想定さよびアーム部を挿入した β チタンチューブを図なかった 2 分割ループ型アームに対し，8 方向7 に示す。試作機のアーム部が有する 4 つの端の屈曲を実現することができた。これにより，点のうち，2 つを固定し，2 つを同時に押し引

マイクロカテーテルにおいて従来は困難な軸方きすると，図 5 に示すように上下左右方向に屈向の回転をさせることなく，さまざまな方向へ曲する。一方，端点の 3 つを固定し，残り一つの屈曲が実現可能であることを示唆することがの端点を押し引きすることで，ななめ上下左右できた。しかし一方で，目標とするループ型方向に屈曲する。図 7 の下図は，2 つの端点をアームの外径が 0.4 mm 程度であるのに対し，固定して，残り 2 つの端点を同時に引っ張った

本課題で試作した 4 分割機構は外径が 1.45 mmれた挙動を示し，従来は面内での屈曲しかでき― 4 ―Tateisi Science and Technology Foundationにとどまっている。これは 4 分割した場合のひon a Loop-Shaped Guidewire,” CARS 2017, PO-279,

とつずつのアームの一辺の長さが，0.57 mm

June

20-24,

NH

Collection

Constanza

Hotel,

Barcelona, Spain, 2017.

(薄肉部で 0.25 mm) ときわめて小さく，試作[6] A. Yamada, S. Naka, N. Nitta, S. Morikawa, S. Tani,が困難となったためである。安定して精密加工

T. Tani, “An Adaptive Steerable Needle based on a

できるように製造工程を見直し，提案手法でマLoop-Shaped Flexible Arm,” CARS 2017, LE-276,

イクロカテーテルに挿入可能な寸法を実現する

June

20-24,

NH

Collection

Constanza

Hotel,Barcelona, Spain, 2017.

方法と，新たな多方向屈曲機構を考案する方法[7] A. Yamada, S. Naka, J. Tokuda, T. Tani, S.

を模索しながら，医療現場のニーズに即した機Morikawa, “An Accuracy Assessment of Hybrid能を実現することが今後の課題である。

Image Navigation System with MR and Ultrasoundto Assist Needle Puncture,” CARS 2017, LE-282,
June[成果の発表，論文等][1]T. Tani, “A Robotic Needle Steering Based on a
Loop-Shaped Flexible Mechanism,” RA-L 2017.
(Submitted)
山田篤史，仲成幸，森川茂廣，新田哲久，谷徹，“弾性アームに基づく操舵可能な針の屈曲機構，”日本ロボット学会誌，vol. 35, no. 7, 539-547, 2017.
[3]

山田篤史，仲成幸，森川茂廣，谷徹，“内視鏡や針に利用可能な弾性アームに基づく屈曲・伸展機構，“J JSCAS vol. 19, no. 1, 5-16, 2017.
[4]

N. Nitta, A. Yamada, S. Watanabe, A. Sonoda, S.

Ota, T. Tani, A. Inoue, S. Naka, S. Morikawa, K.
Murata : Needle Steering Methods Based on a
Loop-Shaped Flexible Mechanism, RSNA2017, Tue
Nov 28 2017, McCormick Place, Chicago, VI-3A-02,2017.
[5]

NHCollection

Constanza

Hotel,Barcelona, Spain, 2017.

A. Yamada, S. Naka, N. Nitta, S. Morikawa, and[2]20-24,

A. Yamada, N. Nitta, S. Naka, S. Morikawa, S. Tani,

T. Tani, “A 1.7 Fr. Steerable Microcatheter based

― 5 ―

[8]

山田篤史，仲成幸，谷徹，森川茂廣，“MRI と超音波画像を併用した穿刺ナビゲーションシステムの有用性と精度評価，”第 25 回日本コンピュータ外科学会大会，11/26-27，東京工科大学浦田キャンパス(東京都)，J JSCAS, vol. 18, no. 4, pp. 262-263, 2016.
[9] 山田篤史，仲成幸，森川茂廣，谷徹，“リアルタイム MR イメージングと高磁場対応高解像度軟性
内視鏡を組み合わせた低侵襲ナビゲーションシステ
ム の 開 発，”3P2-C05，LIFE2016 (第 32 回 ラ イ フ
サポート学会大会，第 16 回日本生活支援工学会大会，日 本 機 械 学 会 福 祉 工 学 シ ン ポ ジ ウ ム 2016)，
9/4-6，東北大学青葉山キャンパス (宮城県仙台市)，
2016．
[10] 特願 2016-208103：屈曲・伸展装置及び 屈曲・伸展方法 (10/24/2016)[11]

特願 2017-046653：引っ掛け具及び医療用スネア (3/10/2017)