JP2005168910A - 能動チューブおよび能動チューブシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】 先端を屈曲させて方向付けを行い、屈曲の度合いを制御して挿入困難な箇所に対して容易に挿入できるようにし、かつ検査・治療用に使用可能な低温で駆動できる、能動チューブとそのシステムを提供する。
【解決手段】 ワーキングチャネル用チューブ21aの外側に沿ってSMAコイル21eを配線して屈曲機構21を構成する。複数の錘22を内蔵した外皮用チューブ25内に屈曲機構21を挿入する。そして、屈曲機構21の先端側に先端チップ23を装着して能動チューブ1の先端部2とする。また、先端部2に、ワーキングチャネル用チューブ21aに本体チューブ4を連通させる。SMAコイル21eに配線21gを接続する。この配線21gは、本体チューブ4の配線用チャネル4Bで本体チューブの後端部41まで挿通されており、屈曲機構21を外部から駆動可能にする。
【選択図】 図2

Description

本発明は、複雑な機械や配管に入り込んで検査やメンテナンスなどを行い、さらに能動カテーテルとして人体の血管や器官等に入り込んで診断又は治療などの利用に供し得る能動チューブおよび能動チューブシステムに関する。
近年、形状記憶合金をアクチュエータとして利用した能動内視鏡が大腸などの診断用に提案されており、血管内などの狭いところにも入っていき、検査、診断又は治療を行う能動カテーテル(細い管状器具)の開発が進められている。
例えば、医療用現場においては、開腹手術を行わない、所謂非手術的な腸閉塞治療には、幽門や小腸内にチューブを通過させることができるように、様々な方法が提案されている。その例として、内視鏡にチューブの先端部を把持させた医療器具や、芯となるガイドワイヤーを挿入したチューブや、予め挿入留置するロングオーバーチューブなどがある。また、先端に錘を組み込んだチューブが広く用いられている。
図22は、先端に錘を組み込んだ従来のカテーテルの先端部を示す概略断面図である。従来の腸閉塞(イレウス)治療用のカテーテル100は、先端部のワーキングチャネル用チューブ101の外周にその長手方向に所定の間隔を開けてリング状の錘102を装着している。そして、複数の錘102の外周を外皮用チューブ103で被覆している。カテーテル100の最先端には、チップ104を装着している。他方、ワーキングチャネル用チューブ101の後端は、中空の本体チューブ105に接合している。
上記カテーテル100は、次のように使用されている。先ず、カテーテル100を鼻腔または口腔から挿入する。術者は、X線透視下においてカテーテル100の先端部が進む
べき方向を判断し、カテーテル100を押し進める。カテーテル100を挿入する際は、カテーテル100の先端部における錘102に作用する重力を利用する。すなわち、患者の体位を様々に変えることでカテーテル100の先端部の方向付けをする。場合によっては、術者が体外から手で押すことでカテーテル100の先端部の方向付けをすることもある。また、患者の呼吸に合わせて挿入する方法もある。
さらに、近年、形状記憶合金(Shape Memory Alloy: 以下、「SMA」と記す。)を使用した能動屈曲チューブが開発されている。例えば、非特許文献1には、血管内に挿入できるようにした、MIF(Multi−function Integrated Film)触感センサーを装着した能動屈曲チューブが報告されている。この能動屈曲チューブにおいては、外皮用チューブ内に設けた細管部にSMAワイヤーを埋め込んでいる。そして、SMAワイヤーに振幅160Vでデューティ20%のパルス波を印加して駆動し、先端部を屈曲させている。この際、SMAコイルの加熱による外皮温度は、約80℃であった。
Hironobu Takizawa他4名 "Development of a Microfine Active Bending Catheter Equipped with MIF Tactile Sensors"IEEE International MEMS'99 Conference, 1999年1月17日
しかしながら、従来例のカテーテル100を挿入する際、器官の分岐や狭小化などで挿入が極めて困難な場合もあり、目的部位まで挿入するまで長時間を必要とする場合が少なくない。またその際に苦痛状態にある患者の体位を様々に変えなくてはならないため、術者にとっても患者にとっても負担がかかる、という課題がある。しかも、術者は経験に基づいて患者の体位を変えるので、カテーテル100の挿入箇所が極めて困難な場合には、挿入箇所に体位を合わすのに時間を要する、という課題もある。
また、カテーテル100の先端付近の臓器をX線透視下で観察するので、患者や術者は長時間X線に晒されることになり、体にも好ましくない。さらには、カテーテルの挿入箇所を術者が直視できないので、カテーテルの挿入は容易ではない、という課題もある。
また、非特許文献1の能動屈曲チューブは、先端部の屈曲ができるものの、その際のSMAワイヤー加熱による外皮温度が、体内で使用される医療機器に要求される41℃以下という条件が満たされていないという課題がある。
そこで、本発明は、先端を屈曲させて方向付けを行い、屈曲の度合いを制御して挿入困難な箇所に対して容易に挿入できるようにし、かつ検査・治療用に使用可能な低温で駆動できる、能動チューブとそのシステムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明における能動チューブは、内部をワーキングチャネルとして使用するワーキングチャネル用チューブと、上記ワーキングチャネル用チューブに沿って配設したSMAコイルと、上記ワーキングチャネル用チューブと上記SMAコイルとを一体としてその外周に装着した一以上の錘と、上記ワーキングチャネル用チューブと上記SMAコイルとを含んで上記錘の外周を被覆した外皮用チューブと、を備えたことを特徴とする。この構成により、能動チューブのSMAコイルを駆動させて屈曲させ、能動チューブの方向付けを行え、挿入し難い場所に対する挿入性が向上するとともに、万が一SMAコイルが作用しない場合においても従前と同様に使用できる。
また、本発明の能動チューブは、先端部と、この先端部に接合される本体チューブとからなる能動チューブにおいて、上記本体チューブに連通するワーキングチャネル用チューブと、ワーキングチャネル用チューブを支持してワーキングチャネル用チューブを屈曲させる屈曲機構と、屈曲機構の外周に装着される一または複数の錘と、この錘とともに上記屈曲機構の外周を被覆する外皮用チューブと、を上記先端部に備えており、上記屈曲機構は、ワーキングチャネル用チューブの長手方向に沿って配設したSMAコイルを備えていることを特徴とする。この構成により、能動チューブの先端部の屈曲機構を駆動させて任意の角度と方向に屈曲させることにより能動チューブの方向付けを行え、挿入し難い場所に対する挿入性が向上する。また、錘を内蔵しているので、万が一屈曲機構が動作しないような場合においても従前と同様に使用できる。
好ましくは、前記本体チューブの先端側には、本体チューブの外周に円筒の薄膜が膨張可能に被覆されており、本体チューブには、該本体チューブの軸に沿って本体チューブと上記薄膜との空間に気体または液体を送るためのバルーン膨らまし用チャネルが設けられて、上記薄膜が膨張してバルーンを構成する。この構成により、本体チューブの後端からバルーン膨らまし用チャネルに空気などの気体または水や生理食塩水などの液体を挿入して、バルーンを膨らませることができる。これにより、例えば、人体の鼻腔や口腔から能動チューブを挿入して、所定の箇所においてバルーンを膨らませることができる。よって、腸内に能動チューブの先端を挿入してバルーンを膨らませることで、バルーンを腸壁に接触させ、これで腸のぜん動運動により容易に能動チューブを前方方向に移動させることができる。
好ましくは、前記先端部の前記ワーキングチャネル用チューブには、内視鏡が挿入してある。この構成により能動チューブを挿入した箇所を容易に観察することができる。
好ましくは、前記内視鏡は前記先端部に内蔵されている。この構成により、能動チューブが内視鏡と一体となっていることで、能動チューブそのものの径を小さくすることができる。
本発明の別の態様によれば、先端部と、この先端部に接合される本体チューブとからなる能動チューブは、内視鏡を備えており、上記先端部は、本体チューブに連通するワーキングチャネル用チューブと、ワーキングチャネル用チューブを支持してワーキングチャネル用チューブを屈曲させる屈曲機構と、該屈曲機構の外周を被覆する外皮用チューブと、を備えており、上記屈曲機構は、ワーキングチャネル用チューブの長手方向に沿って配設したSMAコイルを有し、本体チューブの先端にはその外周に円筒薄膜が膨張可能に被覆されており、この本体チューブにはその軸に沿って、本体チューブと上記薄膜との空間に空気または液体を送るためのバルーン膨らまし用チャネルが設けられて、上記薄膜が膨張してバルーンを構成することを特徴とする。この構成により、能動チューブの先端部の屈曲機構を駆動させて任意の角度と方向に屈曲させて能動チューブの方向付けを行うことで、挿入し難い場所に対する挿入性が向上する。また、本体チューブの後端からバルーン膨らまし用チャネルに空気などの気体または水や生理食塩水などの液体を挿入して、バルーンを膨らませることができる。これにより、例えば、人体の鼻腔や口腔から能動チューブを挿入して、所定の箇所においてバルーンを膨らませることができるので、腸内に能動チューブの先端を挿入してバルーンを膨らませることで、バルーンを腸壁に接触させる。これで、腸のぜん動運動により容易に能動チューブを前方方向に移動させることができる。さらには、この能動チューブが内視鏡を備えていれば、腸内に能動チューブの先端部を挿入してバルーンを膨らませてバルーンをいわば一つの支点にしてワーキング用チューブ内に挿入してある内視鏡の先端部を屈曲させて、バルーンの前方周辺を容易に観察できることになる。
好ましくは、前記内視鏡の先端には、光ファイバーまたは撮像素子からなる画像入力部と、該画像入力部の前方を照らすための照明用ライトガイドまたはLEDとを備える。この構成により、能動チューブの前方を照らし、照らされたか箇所を画像入力部を介して入力して、画像を取り出すことができる。
好ましくは、前記屈曲機構は、前記ワーキングチャネル用チューブに間隔を開けて装着される一対のリンクと、一対のリンクに接合してワーキングチャネル用チューブを被覆する外皮と、を有しており、一対のリンクとワーキングチャネル用チューブの外周面とで空気層を画成して、前記SMAコイルが一対のリンクの各小径孔に挿通されて、上記空気層に架線されている。この構成により、SMAコイルへの通電により発熱するが、空気層を介して放熱しやすくなる。また、屈曲機構はワーキングチャネル用チューブ、外皮などで構成されており、空間が占める割合が多いため曲がりやすく、SMAコイルへの通電量が少なくてすむ。また屈曲機構の外皮と外皮用チューブとの間にも空気層が形成されていることと相まって、先端部に熱がこもり難く温度上昇を低下させることができる。
好ましくは、前記SMAコイルは、後リンクの第一の小径孔および前リンクの第一の小径孔に挿通されると共に前リンクの前端で折り返して、前リンクの第二の小径孔および後リンクの第二の小径孔に挿通されて架線されている。この構成により、SMAコイルの前後をリンクで固定でき、SMAコイルへの通電によりSMAコイルが形状記憶合金効果によって収縮し、先端部の屈曲動作が得られる。
好ましくは、前記SMAコイルは、前記一対のリンク間において、後リンクの各小径孔および前リンクの各小径孔に挿通されて、複数回折り返されて配線されている。これにより屈曲機構の屈曲強度を向上させることができる。
好ましくは、前記SMAコイルは、前記一対のリンク間において、ワーキングチャネル用チューブの中心軸に対して等間隔に複数併設されている。これにより、屈曲機構として設けられる各SMAコイルによる屈曲方向が互いに異なる方向となり、各SMAコイルによる屈曲方向を相互に連関させて先端部をマルチ方向に屈曲させることができる。
好ましくは、前記本体チューブは、ワーキングチャネル用チューブに連通するワーキングチャネルと、屈曲機構のSMAコイルに接続される配線を挿通させる配線用チャネルとを、本体チューブの軸に沿って備える。この構成により、SMAコイルへの通電を行う配線を本体チューブの後端から導入でき、また、本体チューブの後端からワーキングチャネルを通して必要に応じて各種の薬剤や物を挿入できる。
本発明の能動チューブシステムは、前記能動チューブと、この能動チューブの屈曲機構を制御するコントロールボックスと、コントロールボックスに対して屈曲機構への制御情報を入力する制御入力部とからなることを特徴とする。この構成により、制御入力部を介して能動チューブの屈曲機構を駆動させることができる。
好ましくは、前記制御入力部は、グリップを形成してあるスティックに、手指で操作できるスライド式操作機構を備えたコントロールスティックである。これにより、能動チューブの屈曲機構に対して制御情報を容易に入力できる。
本発明の能動チューブによれば、能動チューブの先端を容易に任意の方向と角度に屈曲させて能動チューブの方向付けを行え、挿入し難い場所にも挿入し易くなる。また、先端部に錘を内蔵してある場合には、錘の重力作用により従前の使用も行える。一方で、内視鏡を備えており、本体チューブにバルーンが装着してある場合には、能動チューブを挿入しながら、挿入箇所を観察することができる。
また、屈曲機構内およびその周辺を放熱し易い構成としたことから、屈曲機構のSMAコイルへの通電により熱が生じるが容易に放熱でき、能動チューブの先端の温度上昇を抑えることができる。
また、本体チューブに装着したバルーンを膨らませ、ワーキングチャネルに内視鏡を挿入することで、例えば腸内観察の医療器具としても用いることができる。さらに、本発明の能動チューブシステムによれば、コントローラを介して能動チューブの屈曲機構を容易に駆動させることができる。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、以下の説明においては、能動チューブが医療用能動チューブ、特に腸閉塞治療に用いられるイレウスチューブである場合を説明するが、医療用能動チューブに限られるものではない。
(第一の形態)
図1は、本発明を実施するための最良の形態である能動チューブシステムの全体の構成図である。能動チューブシステム1は、屈曲機構21を内蔵した先端部2を備えた能動チューブ3と、能動チューブ3の屈曲機構21を制御するコントロールボックス10とからなる。コントロールボックス10には、手指で操作可能なコントロールスティックなどの制御入力部10aを外部に接続している。
能動チューブ3は、屈曲機構21を内蔵して複数のリング状の錘22を装着した先端部2と、先端部2の後端に接合する本体チューブ4とからなる。
本体チューブ4の後端部41には、本体チューブ4の中心軸から後方に傾斜して、小腸などの腸に溜まった内容物を吸引するために腸内容吸引管として用いられるワーキングチャネル4Aと、配線用チャネル4Bと、本体チューブ4の先端に装着しているバルーンに空気や液体を送り込むためのバルーン膨らまし用チャネル4Cと、本体チューブ4の先端付近の通気孔に導通するベント用チャネル4Dとが接続している。
最初に、能動チューブ3について説明する。
図2は能動チューブの構造を示す図であり、(a)は能動チューブ3の先端部2の分解斜視図であり、(b)は能動チューブ3の先端の断面図である。能動チューブ3の先端側には、チューブの長手方向に屈曲機構21を内蔵した先端部2を備えている。図2(a)に示すように、能動チューブ3の先端部2は、屈曲機構21を、複数のくびれ部分にリング状の錘22を内蔵した外皮用チューブ25の後方から挿入し、前方から先端チップ23が装着される構成を有している。
ここで、後述する図3(a)(b)で説明するように、ワーキングチャネル用チューブ21aが、屈曲機構21の所定の孔に挿通してある。
先端部2の先端側には、ワーキングチャネル用チューブ21aを延設して先端接合フランジ2aを形成する。先端接合フランジ2aの外周は、先端チップ23の後端接合フランジ23aに接合する。この先端チップ23は、円筒状の後端接合フランジ23aと同一径の貫通穴を形成し、先端側が滑らかな形状になっている。
また、先端部2の後端側には、ワーキングチャネル用チューブ21aが延設されており、後端接合フランジ2bを形成する。この後端接合フランジ2bの外周には、ジョイント用チューブ24を接合している。そして、ジョイント用チューブ24の外周に本体チューブ4を接合する。これにより、先端部2が本体チューブ4と接合される。
図2(b)に示すように、屈曲機構21の外周には、所定の間隔を開けて複数のリング状の錘22が嵌着されている。すなわち、この錘22は、上記ワーキングチャネル用チューブ21aと屈曲機構21を構成するSMAコイルとを一体としてその外周に装着されている。さらに、屈曲機構21の外周側には、複数のリング状の錘22に亙るように外皮用チューブ25が部分的に装着されている。外皮用チューブ25の先端側は、先端チップ23の後端接合フランジ23aの外周面と接合し、外皮用チューブ25の後端側は、ジョイント用チューブ24の外周面と接合する。上記リング状の錘22は例えばステンレス製であり、外皮用チューブ25は例えば薄肉シリコーンチューブなどを用いることができる。
次に、屈曲機構21の一例を説明する。図3及び図4は、屈曲機構21の構造を示す図である。
図3において、(a)は屈曲機構21の一部斜視図であり、(b)は屈曲機構21の断面図である。図3(a)に示すように、前リンク21bおよび後リンク21cで、ワーキングチャネル用チューブ21aが支持されている。すなわち、ワーキングチャネル用チューブ21aの先端側は、前リンク21bの大径孔21dに挿通され、挿通された前端部分で先端接合フランジ2aを形成する。また、ワーキングチャネル用チューブ21aの後端側は、後リンク21cの大径孔21dに挿通され、挿通された後端部分は後端接合フランジ2bを形成し、ジョイント用チューブ24と接合する。
図3(b)に示すように、螺旋状に形成したSMAコイル21eが、後リンク21cの第一の小径孔21fに挿通され、前リンク21bの第一の小径孔21fまで必要に応じて撓みを持たせて配線される。また、SMAコイル21eは、前リンク21bの第一の小径孔21fに挿通されて折り返され、前リンク21bの第二の小径孔21fに挿通されて、対向する後リンク21cの第二の小径孔21fに挿通される。そして、SMAコイル21eの両端は、別の材質、例えば絶縁被覆付銅線でなる配線21gに半田などで接続されている。ここで、前リンク21bおよび後リンク21cは、何れも同じ形状であり、例えば光造形法により紫外線を受光して固くなる紫外線感光樹脂で成形することができる。
また、ワーキングチャネル用チューブ21aには、絶縁性の外皮21jが被覆されている。外皮21jの両端は、前リンク21bおよび後リンク21cの外周と固着される。さらに、外皮21jの後部は、後リンク21cとワーキングチャネル用チューブ21aとを支持固着する接着剤21iに当接するように、ジョイント用チューブ24の先端側外周に被覆されている。
図4は、図3(b)のA−A線に沿う断面図である。図示するように、前リンク21bおよび後リンク21cは、ワーキングチャネル用チューブ21aを挿通する大径孔21dが一つと、SMAで作製したSMAコイル21eを挿通する小径孔21fが二つ穿設されている。
上記屈曲機構21において、SMAコイル21eの図の上下方向の空間2Aが、前リンク21bおよび後リンク21cで囲繞されている。すなわち、空間2Aは空気層となる。このため、外皮21jやワーキングチャネル用チューブ21aや外皮用チューブ25を屈曲しやすくし、先端部2を放熱し易い構造とし熱がこもり難い構造としている。さらに、SMAコイル21eの変態点温度が低い材料を使用することが好適である。例えば、変態点温度を60℃とすればよい。これにより、発生する熱量そのものを抑え、かつ、SMAコイル21eの周囲の空間2Aに、熱伝導させる空気層を設けることにより、通電による屈曲機構21の温度上昇を抑えることができる。
なお、図3および図4に示した屈曲機構21は、一本のSMAコイル21eを前リンク21b側で一回だけ折り返した構成であるが、別にSMAコイル21eの配線の仕方はこれに限定されるものではない。例えば、一本のSMA21eを前リンク21bと後リンク21cでそれぞれ複数回折り返して配線してもよい。すなわち、前リンク21bおよび後リンク21cにそれぞれ穿設した各小径孔にSMAコイル21eを挿通して、複数回折り返してもよい。この構成により、先端部2を屈曲し易くすることができる。このとき、一本のSMAコイル21eの両端は、何れも後リンク21cの本体チューブ4側に出るようにするのが好ましい。
さらには、複数本のSMAコイル21eを対称的に配線してもよい。すなわち、屈曲機構21の前後方向を法線方向とする断面(図3(b)のA−A線の断面)において、各SMAコイル21e同士が、屈曲機構21の中心軸に対して互いに対称的になるように配線してもよい。例えば3本のSMAコイル21eを配線する場合には、各SMAコイル21e同士が屈曲機構21の中心軸に対して120度をなすように配線してもよい。この場合には、各SMAコイル21eによる各屈曲方向を相互に連関させて先端部2をあらゆる方向に屈曲させることができる。このとき各SMAコイル21eは前リンク21bおよび後リンク21c間で一回の折り返しでもよいし、複数回折り返してもよい。
次に、本体チューブ4について説明する。図5は本体チューブ4の後端部41の部分断面図、図6は図1のB−B線に沿う断面図である。本体チューブ4は、長手方向に亙って、ワーキングチャネル4Aと、配線21gを挿通する配線用チャネル4Bとを少なくとも有する。また、使用用途に応じて、例えば第一の形態にあっては、ワーキングチャネル4Aおよび配線用チャネルの他に、その他のチャネルとして一または複数の管を成形したマルチチャネル型のものでもよい。
図6に示すように、能動チューブ3が腸閉塞治療用能動チューブの場合には、本体チューブ4の大部分は、所定の形状のワーキングチャネル4Aで占められており、ワーキングチャネル4Aと本体チューブ4の外周との間に、ワーキングチャネル4Aの径より小さいベント用チャネル4Dが成形され、ベント用チャネル4Dの両端にベント用チャネル4Dより径の小さい配線用チャネル4Bおよびバルーン膨らまし用チャネル4Cが成形されている。なお、本体チューブ4は可撓性を有する素材で成形し、その材料として例えば、シリコーンが好適である。
ここで、配線用チャネル4B,バルーン膨らまし用チャネル4Cおよびベント用チャネル4Dの各後端部41には、各々専用のコネクター4B1,4C1,4D1が装着されている。ワーキングチャネル4Aの終端にも蓋やコネクター等が装着されていてもよい。例えば、配線21gを挿通する配線用チャネル4Bのコネクター4B1としては、一対の配線21gに対応するモノラルジャックや二対の配線21gに対応するステレオジャックなどを挙げることができる。
次に、本体チューブ4の先端側に装着されているバルーンについて説明する。
図7は本体チューブ4の先端側に装着されているバルーンの構造の箇所の概略断面図であり、図8はそのバルーンの側面図である。本体チューブ4の先端側の所定の位置には、例えば弾性の薄膜からなるバルーン42が装着されている。バルーン42の前後部分は、本体チューブ4の外周に接着剤42aなどで固着されている。本体チューブ4において、バルーン42で被覆されている箇所には、例えば3つの注入口42bが穿設されている(図8参照)。これにより、バルーン膨らまし用チャネル4Cに通された空気などの気体や水などの液体は、図7に矢印で示すように、注入口42bを通過してバルーン42を膨張させる。なおバルーン42に使用する円筒の薄膜には、例えばシリコーンゴムを用いることができる。
以下、能動チューブ3の製造方法を説明する。
先ず、先端部2の屈曲機構21を組み立てる。すなわち、図3(a)に示すように、ワーキングチャネル用チューブ21aの先端側を延設するように前リンク21bの大径孔21dに挿通する。また、ワーキングチャネル用チューブ21aの後端側を延設するように後リンク21cを大孔径21dに挿通する。必要に応じて、前リンク21bおよび後リンク21cとワーキングチャネル用チューブ21aの外周面とは接着剤などで仮止めする。また、SMAでSMAコイル21eを作製する。SMAコイル21eは、例えば、素線径50〜100μm、外径200〜300μmのものを用いる。そして、後リンク21cの第一の小径孔21fにSMAコイル21eの一端を挿通し、前リンク21bの第一の小径孔21fに挿通する。その後、前リンク21bの第一の小径孔21fに挿通したSMAコイル21eの先端を折り返して、前リンク21bの第二の小径孔21fに挿通し、後リンク21cの第二の小径孔21fに挿通する。SMAコイル21eの両端、すなわち、後リンク21c側の両端を、必要に応じて別の配線と接続する。
そして、外皮21jをワーキングチャネル用チューブ21aの長手方向に沿って被覆し、前リンク21bの外周と外皮21jの先端側内周面とを接合して前リンク21bの前側面に絶縁性の接着剤21hを盛る。接着剤21hでワーキングチャネル用チューブ21a,前リンク21b,SMAコイル21eおよび外皮21j同士を固着する。同様にして、後リンク21cの外周と外皮21jの後端側内周面とを接合して後リンク21cの後側面に絶縁性の接着剤21iを盛る。接着剤21iでワーキングチャネル用チューブ21a,後リンク21c,SMAコイル21e(または配線21g)および外皮21j同士を固着する。接着剤21h,21iとして、例えばシリコーンを用いることができる。
続いて、屈曲機構21の後端接合フランジ2bの外側に、ジョイント用チューブ24を接続して、後端接合フランジ2bとジョイント用チューブ24の前側の内周面とを絶縁性の接着剤で固定し、これで屈曲機構21が組み立てられる。
次に、図2(a)に示すように、組み立てた屈曲機構21を、外皮用チューブ25の後方から挿入し、屈曲機構21に先端チップ23を装着する。すなわち、先端チップ23の後端接合フランジ23aの内周面と、ワーキングチャネル用チューブ21aの先端接合フランジ2aの端面とを絶縁性の接着剤で接着する。これで、能動チューブ3の先端部2が作製される。先端部2の大きさは、例えば、外径数mm、長さ数十mmである。
そして、能動チューブ3の先端部2のSMAコイル21eの両端を、本体チューブ4の配線用チャネル4Bに挿通されている配線21gと半田などで結合させる。なお、SMAコイル21eの両端に別の配線を必要に応じて接続した場合には、この別の配線を配線21gと結合させる。本体チューブ4と先端部2とを連通させて、ジョイント用チューブ24の後端端面と本体チューブ4の前側の内周面とを絶縁性の接着剤で接着することにより能動チューブ3が完成する。
次に、コントロールボックス10を説明する。
図9はコントロールボックス10の機能ブロック図である。コントロールボックス10は、能動チューブ3の先端部2に内蔵されている屈曲機構21を制御する。この制御により先端部2を屈曲させる。例えば、図9に示すように、コントロールボックス10は、ポテンショメータを内蔵したコントロールスティックなどからなる制御入力部10aと、制御入力部10aからの入力信号を受けて屈曲機構21に対して制御信号を出力する制御部10bと、制御部10bに対して電源供給を行う電源部10cとを有する。ここで、制御入力部10aは、例えば、手のひらで容易に掴めるようにグリップを形成してあるスティック10Aに、手指でレバー10Bを移動することで入力可能なスライド式操作機構を備えたコントロールスティックである。また、制御部10bはマイクロコンピュータなどで構成され、電源部10cは乾電池などで構成される。
SMAコイル21eへの通電は、その一端に接続された直流電源10dからの通電量を制御素子10eにより制御する。この直流電源10dとしては乾電池、制御素子10eとしてはパワートランジスターを用いることができる。
なお、コントロールボックス10の制御入力部10aの代わりに、コントロールボックス10に内蔵された入力部10fを用いてもよい。
特に、屈曲機構21に対する制御方式として、パルス幅変調(PWM:pulse Width Modulation)方式を用いることができる。PWM方式を採用することにより、SMAコイル21eへの通電時間と通電していない時間とを繰り返して、SMAコイル21eへの通電による加熱時と放熱時とを繰り返す。これにより、SMAコイル21eの温度を抑制し、屈曲機構21、ひいては先端部2そのものの温度を抑制できる。また、通電の時間サイクルのデューティ比を変えることで、一サイクルでの通電量を変化させて屈曲機構21の屈曲角を制御することができる。
以上のように構成された能動チューブシステム1は次のように動作する。
図10は、コントロールボックス10の制御入力部10aとしてのコントロールスティックのレバー10Bを操作して、能動チューブ3の先端部2の屈曲状態を示した断面図である。コントロールスティックのレバー10Bを操作して、コントロールボックス10の制御部10bに入力し、その入力に応じて制御素子10eを制御する。制御素子10eは、SMAコイル21eへの一サイクルでの通電量を変化させる。これにより、SMAコイル21eの通電量に対応して、屈曲機構21が作用し先端部21の屈曲角が一定に保たれる。
ここで、SMAコイル21eは通電により発熱するが、図10に示すように、屈曲機構21は、ワーキングチャネル用チューブ21aと外皮21jと、前後を前リンク21bおよび後リンク21cで囲繞された空間2A内が空気で占められ、さらに、外皮21jと外皮用チューブ25との間の空間2Bにも空気が占めらた、すなわち空間2A、2Bからなる空気層を有している。したがって、先端部2の内部に空間2A, 2Bを持たせて、外皮21jやワーキングチャネル用チューブ21aや外皮用チューブ25を屈曲しやすくし、先端部2を放熱し易い構造としている。また、SMAコイル21eの材料を変態点が低いもの、例えば60℃のものを用いる。これにより、発生する熱量そのものを抑え、かつ、空気層による放熱効果により、SMAコイル21eへの通電による屈曲機構21の温度上昇を低下させることができる。
(第二の形態)
次に、本発明の第二の実施形態に係る能動チューブシステムについて説明する。
図11は、第二の形態に係る能動チューブシステムの概略図である。第二の形態に係る能動チューブシステム1aは、能動チューブ3aと表示装置3Aからなる。能動チューブ3aは、第一の形態に係る能動チューブ3のワーキングチャネル用チューブ21aに、内視鏡5を、本体チューブ4のワーキングチャネル4Aから挿入したものである。この第二の形態においては、内視鏡5の先端側は能動チューブ3aの先端部2に固着されない。すなわち、内視鏡5は、本体チューブ4を介して先端部2に挿脱できるようにしたものである。
これにより、内視鏡5を本体チューブ4を介して先端部2に挿入し、必要に応じて内視鏡5のみを抜き取り、薬剤を挿入したり先端部2から内容物を吸い出したりすることができる。また、内視鏡5を必要に応じて洗浄などの処理を行い再利用することができる。
図12は、図11の内視鏡5とは別の内視鏡の一例を示す概略斜視図である。図12に示した内視鏡51の前側面には、光ファイバーまたはCCD(Charge Coupled Device)のような撮像素子などからなる画像入力部5aと、画像入力部5aの前方を照らす複数の照明用ライトガイド5bとを備える。また、内視鏡51には別途作業用のチャネル5cが備わっていてもよい。また、内視鏡51には画像入力部5aの画面を洗浄するために生理食塩水を導入する導入管が備わっており、内視鏡51の前側面には導入管の先端に当る噴射口5dが備わっていてもよい。ここで、照明用ライトガイド5bの代わりにLED(Light Emitting Diode)でもよい。
(第三の形態)
次に、本発明の第三の実施形態に係る能動チューブシステムについて説明する。
図13は、第三の形態に係る能動チューブの概略図である。第三の形態に係る能動チューブ3bは、第一の形態に係る能動チューブ3のワーキングチャネル用チューブ21aに,内視鏡6を挿通し、内視鏡6の先端を能動チューブ3bの先端チップ23Aに固着したものである。先端チップ23Aの内周には、内視鏡6と係合する係合部を有する。この係合部は、例えば、先端チップ23Aの先端を軸側に鍔23Bを延設して成形される。先端チップ23Aの係合部は、内視鏡6の係合部、例えば凹部61と係合して、内視鏡6を先端チップ23Aから脱離できないようにする。
図14は、内視鏡6の一例を示す概略斜視図である。内視鏡6の前側面には、CCDのような撮像装置などからなる画像入力部6aと、画像入力部6aの前方を照らす複数のLED6bとを備える。また、内視鏡6には別途作業用のチャネル(図示せず)が備わっていてもよく、画像入力部6aの画面を洗浄するために生理食塩水を導入する導入管が備わって、内視鏡6の前側面には導入管の先端に当る噴射口6dが備わっていてもよい。
ここで、画像入力部6aはCCDではなく、第二の形態のように、光ファイバーを用いて、外部に画像を取り出してもよい。また、LED6bの代わりに第二の形態のように、照明用ライトガイドを有しており、外部からの光を照明用ライトガイドが導いて画像入力部6a前方を照らすようにしてもよい。なお、内視鏡6を先端チップ23Aで固定する際には、内視鏡6および先端チップ23Aに係合部を設けたが、接着剤などで固着してもよい。
以上の第二の形態および第三の形態における内視鏡としては、例えば、直径3〜10mmの径のものや、それより細い、例えば2.5mmの極細のものが挙げられる。
以下、能動チューブシステムの使用形態について説明する。ここでは、特に腸閉塞治療に用いる場合を念頭において説明する。
図15は、能動チューブシステムの第一の使用形態を示す概念図である。図では、鼻腔または口腔から能動チューブ3a,3bを挿入して体内に推し進められて胃11の出口である幽門部11aを通過させる場合を示している。この幽門部11aは、非常に小さく挿入困難な場所である。内視鏡を挿入した能動チューブ3a,3bの場合には、術者が内視鏡5, 51, 6の先端の画像入力部5a,6aからの画像を表示装置3Aなどで観察しながら、コントロールボックス10の制御入力部10aを操作する。制御入力部10aの操作により、能動チューブ3の先端部2が屈曲する。
例えば、コントロールスティックのレバー10Bを移動させることで、図に矢印で示すように、能動チューブ3の先端部2の屈曲角を自由に変えることができる。そして、能動チューブ3の先端部2を屈曲させて、先端部2を幽門部11aに向けて能動チューブ3a,3bを押し進め、十二指腸12内に挿入することが容易になる。
図16は、能動チューブシステムの第二の使用形態を示す概念図である。同図は、能動チューブ3a,3bを胃11からさらに腸内に挿入された状態を示している。能動チューブ3a,3bの先端部2の後側で本体チューブ4の前側に装着されているバルーン42を膨らまし、腸壁13aにバルーン42を接触させる。このバルーン42が腸壁13aに接触することで、能動チューブ3a,3bの先端側が固定される。
この状態で、第一の使用形態で説明したように、術者が内視鏡5, 51, 6の先端の画像入力部5a,6aからの画像を表示装置3Aなどで観察しながら、コントロールボックス10の制御入力部10aを操作する。このため、制御入力部10aの操作により、能動チューブ3a,3bの先端部2が屈曲する。例えば、コントロールスティックのレバー10Bを移動させることで、矢印で示すように、能動チューブ3の先端部2の屈曲角を自由に変えることができる。これで、術者は腸壁13aを意のままに観察できる。また、腸のぜん動運動により、バルーン42を腸内の前方側に進ませることができる。
このように、能動チューブ3a,3bは、バルーン42を装着した本体チューブ4と、屈曲機構21を内蔵した先端部2とを接合するとともに、光ファイバーやCCDなどの撮像素子からなる画像入力部5a,6aを先端部2に内蔵しているので、腸内観察用の内視鏡として用いることができる。
なお、第一の使用形態および第二の使用形態においては、内視鏡を挿入してある能動チューブ3a,3bを前提に説明したものの、内視鏡が挿入されていない能動チューブ3においても、X線透過画像を併用することで同様に使用することもできる。
また、以上の第一乃至第三の形態においては、先端部2内の屈曲機構21は一本のSMAコイル21eからなるが、屈曲機構21の断面に対して複数本のSMAコイル21eを対称的に配置して、各SMAコイル21eへの通電加熱を行うことで、全方向に先端部2を屈曲させることができる。この場合には、制御入力部10aは、例えば、SMAコイル21eの本数と同数のスライド式制御機構をコントロールスティックに設けることで実現できる。
(第四の形態)
次に、第四の形態について図16を参照して説明する。
第四の形態は、第二の形態における能動チューブ3aや第三の形態における能動チューブ3bの先端部2に複数の錘22を設けないものである。すなわち、能動チューブ3は、屈曲機構21を内蔵した先端部2と、先端部2の後端に接合する本体チューブ4とからなっており、内視鏡5,51,6を、本体チューブ4のワーキングチャネル4Aおよび先端部2のワーキングチャネル用チューブ21aに挿入してあるものである。屈曲機構21や本体チューブ4の構成は、他の形態と同様である。
次のようにイレウス用の能動カテーテルを作製した。
素線径50〜100μmのニッケル・チタン系SMAを用いて、外径200〜300μmのSMAコイル21eを作製して屈曲機構21を組み立て、先端部2を作製した。このとき、先端部2の長さは約40mm、外径6mmであった。そして、本体チューブ4に先端部2を接合した。屈曲機構21は、ピーク電圧16.5V、パルス周期86.2Hzのパルス電圧で駆動して、デューティ比を変化させて先端部2を屈曲させた。
図17は、パルス電圧のデューティ比に対する先端部2の屈曲角を示す図である。屈曲角は、本体チューブ4の延長線と先端部21とのなす角である。各デューティ比に対し、屈曲機構21が作動し先端部2が屈曲するまでの時間は一秒以内であった。また、コントロールスティックのレバー10Bを元に戻すことで、先端部2は、本体チューブ4の延長線上に位置する。
図17から分かるように、デューティ比が40%で、最大110°まで屈曲できた。このとき曲率半径は約20mmであった。また、本体チューブ4およびワーキングチャネル用チューブ21aに、直径1.14mmのガイドワイヤーを通したままでも、先端部2を屈曲できることを確認した。
図18は、温度26℃の大気中における能動チューブ3の先端部の表面温度の経過時間を示す図である。所定のデューティ比に固定して屈曲角が30°, 45°, 60°となるようにSMAコイル21eに通電させて、先端部2の外皮用チューブ25の表面温度を熱電対で測定したものである。熱電対は、SMAコイル21eの輻射熱を直接受ける箇所とし、具体的には錘22の間の外皮用チューブ25に当接させた。図から明らかなように、通電開始から表面温度が41℃を越える時間は、屈曲角が30°、45°、60°の場合に、それぞれ、60秒、40秒、25秒であることが分かる。
さらに、能動チューブ3を腸閉塞治療用能動チューブとして使用する場合を想定し、すなわち、使用される箇所が胃や腸内であり食物などの残渣などがあることを想定して、水温38℃の水に浸した状態での能動チューブの表皮温度も確認した。
図19〜図21は、水温38℃の水に浸した状態で、先端部2の屈曲角として、それぞれ、30°、45°、60°に屈曲させたときの先端部2の表面温度の経過時間を示す図である。これらの図から判るように、屈曲角30°では表面温度は約41℃で一定し、屈曲角45°では表面温度は約42℃で一定する。また、屈曲角60°では、一分以上屈曲状態を保っても約44℃まで上昇しない。これは、能動チューブ3の先端部2の最表面には、大気より熱伝導性の良い水が存在することで、熱効率が向上したためと考えられる。これにより、屈曲角30°においては、表面温度は、約41℃以下となり、十分に治療用に使用可能であることが分かった。
以上説明した各種の実施の形態は本発明を実施するための一例に過ぎず、本発明は特許請求の範囲に記載した範囲内で種々の変更が可能であり、これらも本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。
本発明を実施するための最良の形態である能動チューブシステムの構成図である。 (a)は能動チューブの先端部の分解斜視図、(b)は能動チューブの先端の断面図である。 (a)は屈曲機構の一部斜視図、(b)は屈曲機構の断面図である。 図3(b)のA−A線に沿う断面図である。 本体チューブの後端部の部分断面図である。 図1のB−B線に沿う断面図である。 本体チューブの先端側に装着されているバルーンの構造の箇所の概略断面図である。 本体チューブの先端側に装着されているバルーンの構造の箇所の概略側面図である。 コントロールボックスの機能ブロック図である。 能動チューブの先端部の屈曲状態を示した断面図である。 第二の形態に係る能動チューブシステムの概略図である。 図11の内視鏡とは別の内視鏡の一例を示す概略斜視図である。 第三の形態に係る能動チューブの概略図である。 内視鏡の一例を示す概略斜視図である。 能動チューブシステムの第一の使用形態を示す概念図である。 能動チューブシステムの第二の使用形態を示す概念図である。 パルス電圧のデューティ比に対する先端部の屈曲角を示す図である。 温度26℃の大気中における能動チューブの先端部の表面温度の経過時間を示す図である。 水温38℃の水に浸した状態で、先端部を屈曲角30°に屈曲させたときの先端部の表面温度の経過時間を示す図である。 水温38℃の水に浸した状態で、先端部を屈曲角45°に屈曲させたときの先端部の表面温度の経過時間を示す図である。 水温38℃の水に浸した状態で、先端部を屈曲角60°に屈曲させたときの先端部の表面温度の経過時間を示す図である。 本発明の背景技術であるカテーテルの先端部の概略断面図である。
符号の説明
1,1a 能動チューブシステム
2 先端部
2A,2B 空間
2a 先端接合フランジ
2b,23a 後端接合フランジ
3, 3a,3b 能動チューブ
3A 表示装置
4 本体チューブ
4A ワーキングチャネル
4B 配線用チャネル
4C バルーン膨らまし用チャネル
4D ベント用チャネル
4B1, 4C1, 4D1 コネクター
5, 51, 6 内視鏡
5a,6a 画像入力部
5b 照明用ライトガイド
5c チャネル
5d,6d 噴射口
6b LED
10 コントロールボックス
10A スティック
10B レバー
10a 制御入力部
10b 制御部
10c 電源部
10d 直流電源
10e 制御素子
10f 入力部
11 胃
11a 幽門部
12 十二指腸
13a 腸壁
21 屈曲機構
21a ワーキングチャネル用チューブ
21b 前リンク
21c 後リンク
21d 大径孔
21e SMAコイル
21f 小径孔
21g 配線
21h,21i 接着剤
21j 外皮
22 錘
23,23A 先端チップ
23B 鍔
24 ジョイント用チューブ
25 外皮用チューブ
41 後端部
42 バルーン
42a 接着剤
42b 注入口
61 凹部

Claims (14)

  1. 内部をワーキングチャネルとして使用するワーキングチャネル用チューブと、
    上記ワーキングチャネル用チューブに沿って配設したSMAコイルと、
    上記ワーキングチャネル用チューブと上記SMAコイルとを一体としてその外周に装着した一以上の錘と、
    上記ワーキングチャネル用チューブと上記SMAコイルとを含んで上記錘の外周を被覆した外皮用チューブと、を備えたことを特徴とする能動チューブ。
  2. 先端部と、該先端部に接合される本体チューブとからなる能動チューブにおいて、
    上記本体チューブに連通するワーキングチャネル用チューブと、
    該ワーキングチャネル用チューブを支持して該ワーキングチャネル用チューブを屈曲させる屈曲機構と、
    上記屈曲機構の外周に装着される一または複数の錘と、
    上記錘とともに上記屈曲機構の外周を被覆する外皮用チューブと、を上記先端部に備えており、
    上記屈曲機構は、上記ワーキングチャネル用チューブの長手方向に沿って配設したSMAコイルを含むことを特徴とする能動チューブ。
  3. 前記本体チューブの先端側には、前記本体チューブの外周に円筒の薄膜が膨張可能に被覆されており、
    前記本体チューブには、該本体チューブの軸に沿って、本体チューブと上記薄膜との空間に気体または液体を送るためのバルーン膨らまし用チャネルが設けられて、上記薄膜が膨張してバルーンを構成することを特徴とする、請求項2に記載の能動チューブ。
  4. 前記先端部の前記ワーキングチャネル用チューブに、内視鏡が挿入されることを特徴とする、請求項2または3に記載の能動チューブ。
  5. 前記内視鏡は前記先端部に内蔵されていることを特徴とする、請求項4に記載の能動チューブ。
  6. 先端部と、該先端部に接合される本体チューブとからなる能動チューブにおいて、
    内視鏡を備えており、
    上記先端部は、上記本体チューブに連通するワーキングチャネル用チューブと、該ワーキングチャネル用チューブを支持して該ワーキングチャネル用チューブを屈曲させる屈曲機構と、該屈曲機構の外周を被覆する外皮用チューブと、を備え、
    上記屈曲機構は、上記ワーキングチャネル用チューブの長手方向に沿って配設したSMAコイルを備え、
    上記本体チューブの先端には、上記本体チューブの外周に円筒薄膜が膨張可能に被覆されており、上記本体チューブには、該本体チューブの軸に沿って、前記本体チューブと上記薄膜との空間に空気または液体を送るためのバルーン膨らまし用チャネルが設けられて、上記薄膜が膨張してバルーンを構成することを特徴とする能動チューブ。
  7. 前記内視鏡の先端には、光ファイバーまたは撮像素子からなる画像入力部と、該画像入力部の前方を照らすための照明用ライトガイドまたはLEDとを備えることを特徴とする、請求項4〜6の何れかに記載の能動チューブ。
  8. 前記屈曲機構は、
    前記ワーキングチャネル用チューブに間隔を開けて装着される一対のリンクと、
    該一対のリンクに接合して前記ワーキングチャネル用チューブを被覆する外皮と、を有しており、
    前記一対のリンクと前記ワーキングチャネル用チューブの外周面とで空気層を画成して、前記SMAコイルが、前記一対のリンクの各小径孔に挿通されて、上記空気層に架線されていることを特徴とする、請求項2〜7の何れかに記載の能動チューブ。
  9. 前記SMAコイルは、後リンクの第一の小径孔および前リンクの第一の小径孔に挿通され、上記前リンクの前端で折り返して、上記前リンクの第二の小径孔および上記後リンクの第二の小径孔に挿通して架線されていることを特徴とする、請求項8に記載の能動チューブ。
  10. 前記SMAコイルは、前記一対のリンク間において、後リンクの各小径孔および前リンクの各小径孔に挿通して、複数回折り返されて配線されていることを特徴とする、請求項8に記載の能動チューブ。
  11. 前記SMAコイルは、前記一対のリンク間において、前記ワーキングチャネル用チューブの中心軸に対して、等間隔に複数併設されていることを特徴とする、請求項8に記載の能動チューブ。
  12. 前記本体チューブは、前記ワーキングチャネル用チューブに連通するワーキングチャネルと、前記屈曲機構のSMAコイルに接続される配線を挿通させる配線用チャネルとを、前記本体チューブの軸に沿って備えることを特徴とする、請求項2〜11の何れかに記載の能動チューブ。
  13. 請求項2〜12の何れかに記載の能動チューブと、
    該能動チューブの屈曲機構を制御するコントロールボックスと、
    該コントロールボックスに対して上記屈曲機構への制御情報を入力する制御入力部とからなることを特徴とする能動チューブシステム。
  14. 前記制御入力部は、グリップを形成してあるスティックに、手指で操作できるスライド式操作機構を備えたコントロールスティックであることを特徴とする、請求項13に記載の能動チューブシステム。
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