JP2006167298A - 多重導管、多重導管駆動装置、及び多重導管駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】 障害物を回避して３次元的に誘導でき、しかも外径を小さくすることのできる、多重導管及びその制御システムを提供する。
【解決手段】 多重導管１は、少なくとも２以上の導管（１ａ、１ｂ、１ｃからなり、内側の導管は外側の導管に軸線方向摺動自在に挿入され該外側の先端側管端より先端部が突出自在にされており、少なくとも１の導管の先端部に湾曲部（１ｂ−１、１ｃ−１）が形成され、内側の導管は外側の導管より小さい曲げ剛性を有し、前記湾曲部は、前記外側の導管内において内側の導管が弾性変形可能な弾性限度内となるように湾曲形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、多重導管、その駆動装置、及び駆動システムに係り、詳しくは、流体を送り又は吸引するための案内路、或いは、長尺物を内部に通して案内するためのガイドとしての、多重導管、その駆動装置、及び駆動システムに関する。

従来、この種の発明として、例えば、薬液等の注入を図るカテーテル（例えば、特許文献１、）や、検査装置における光ファイバ（例えば、特許文献２）等、種々の被案内部材を案内する装置が医療分野や産業分野において知られている。
特開平１０−２４０号公報 特開平１１−１１８４３７号公報

しかしながら、従来、可撓性の被案内部材を案内する装置は、案内すべき被案内部材の先を一方向に曲げる程度であり、障害物を回避して案内する等、３次元的な案内ができなかった。３次元的な案内を得るためには、ガイドチューブ等に複数のワイヤーを装備する等が必要で、案内装置の外径が太くなる傾向がある。

そこで、本発明は、被案内部材を３次元的に案内でき、しかも外径を小さくすることのできる、多重導管、多重導管駆動装置、及び多重導管駆動システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る多重導管は、少なくとも２以上の導管からなる多重導管であって、内側の導管は外側の導管に軸線方向摺動自在に挿入され該外側の先端側管端より先端部が突出自在にされており、少なくとも１の導管の先端部に湾曲部が形成され、内側の導管は外側の導管より小さい曲げ剛性を有し、前記湾曲部は、前記外側の導管内において内側の導管が弾性変形可能な弾性限度内となるように湾曲形成されていることを特徴とする。

前記多重導管の最内側の導管が、穿刺針又はカテーテルチューブであることが好ましい。

前記多重導管の最外側の導管は、約０．３〜約４ｍｍの外径を有することが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る多重導管駆動装置は、上記多重導管の各導管を駆動する駆動装置であって、該駆動装置は、各導管を長さ方向に直動させる直動駆動部を有することを特徴とする。

前記駆動装置は、前記湾曲部を有する導管を軸線回りに回転駆動する回転駆動部を、更に有することが好ましい。

また、前記駆動装置は、最内側の導管に挿入されて案内される可撓性で長尺の被案内部材の後方部を支持して直動駆動させる直動駆動部を更に備えることができる。

前記駆動装置は、前記被案内部材をその軸線回りに回転させる回転駆動部を更に備えることが好ましい。

前記被案内部材は、照明導光用光ファイバー、ファイバースコープの導光用光ファイバー、レーザー治療装置のレーザー光導光用光ファイバー、ＣＣＤカメラ、計測用センサー、電気手術器の処置用電極、医療用ガイドワイヤー、鉗子、又は、剪刀とすることができる。

さらに、上記目的を達成するため、本発明に係る第１の多重導管駆動システムは、上記多重導管駆動装置と、前記多重導管駆動装置の駆動を制御する制御部と、前記多重導管が送られる部位を観察するための観察装置と、を有し、前記制御部は、前記観察装置で得られた画像データを受け取り、該画像データを座標変換し、座標上の指定位置に前記多重導管を誘導するように前記多重導管駆動装置を制御することを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る第２の多重導管駆動システムは、上記多重導管駆動装置と、前記多重導管駆動装置の駆動を制御する制御部と、前記多重導管駆動装置を、前記制御部を介して、スレーブマニピュレータとして遠隔制御するマスターマニピュレータと、を備えることを特徴とする。

上記第１、第２の多重導管駆動システムにおいて、前記制御部は、前記各直動駆動部の制御を、外側の導管から内側の導管へその順に直動駆動させるように制御することが好ましい。

また、前記多重導管の内側の導管がその先端部に湾曲部を有し、前記制御部は、外側の導管内において前記内側の導管を回転駆動させるように制御することが好ましい。

更に、前記制御部は、前記多重導管の先端の向きをも制御することが好ましい。

本発明に係る多重導管を実施するための第１実施形態について、以下に図１〜４を参照しつつ説明する。なお、図示例は、穿刺針に適用した多重導管の例を示す。全図及び全実施形態を通し、同様の構成部分には同符号を付した。

図１は、多重導管１が患者の腹壁３に穿刺されている状態を示している。多重導管１は、２本以上の導管を有し、図示例のものは内側から順に３本の導管１ａ，１ｂ、１ｃを備えている。

図示例において最も内側にある第１導管１ａは、ＰＴＣ（Percutaneous Transhepatic Cholangiography）針と呼ばれる中空の穿刺針である。第１導管１ａの直ぐ外側にある第２導管１ｂと更にその直ぐ外側にであって最も外側にある第３導管１ｃは、各々の先端部に湾曲部１ｂ−１、１ｃ−１を有している。図示例において第１導管１ａは、湾曲部が形成されていない。なお、多重導管１の自由度を高めるには、２以上の導管の先端部に湾曲部が形成されていることが有利である。

第１導管１ａはその直ぐ外側にある第２導管１ｂより小さい曲げ剛性を有しており、第２導管１ｂはその直ぐ外側にある第３導管１ｃより小さい曲げ剛性を有している。

第１導管１ａは、第２導管１ｂ内において軸線方向の摺動及び軸回りの摺動回転が可能になっており、第２導管１ｂは、第３導管１ｃ内において軸線方向の摺動及び軸回りの摺動回転が可能になっている。すなわち、第１導管１ａは、第２導管１ｂ内に挿通できる程度に弾性変形可能な材料によって形成されており、第２導管１ｂは、第３導管１ｃ内に挿通できる程度に弾性変形可能な素材によって形成されている。

また、第１導管１ａはその先端部が第２導管１ｂの先端から突出自在であり、第２導管１ｂは、その先端部が第３導管１ｃの先端から突出自在とされている。

そして、第１導管１ａは第２導管１ｂより長く形成され、第２導管１ｂは第３導管１ｃより長く形成されている。図示例では、第２導管１ｂの先端部に形成されている湾曲部１ｂ−１が第３導管１ｃから完全に出ている状態においても、第２導管１ｂの後端部が第３導管１ｃから出ている程度に、第３導管１ｃより長く形成されている。

図示例の多重導管１は、第１導管１ａが外径０．６３ｍｍ、内径０．３３ｍｍ、第２導管１ｂが外径１．０６ｍｍ、内径０．７０ｍｍ、第３導管１ｃは外径１．４８ｍｍ、内径１．１２ｍｍであり、いずれも薄肉のステンレスチューブより形成されている。第２導管１ｂ及び第３導管１ｃは、先端部を曲げ加工することにより湾曲部１ｂ−１、１ｃ−１が形成されている。

図示例では、導管１ａ〜１ｃは上記外径及び内径のステンレスチューブを使用しているから、第１導管１ａは第２導管１ｂより断面二次モーメントより小さく、第２導管１ｂは第３導管１ｃより断面二次モーメントが小さくなっている。即ち、第１導管１ａは第２導管１ｂより曲げ剛性が小さく、第２導管１ｂは第３導管１ｃより曲げ剛性より小さくなっている。

従って、図１に示す状態において第２導管１ｂを軸回りに回転させると、第２導管１ｂは第３導管１ｃの形状に応じて弾性変形するけれども、第３導管１ｃは、殆ど弾性変形することなく、その先端部の湾曲部は、殆ど変形せずにほぼ元の湾曲形状を維持することができる。

同様に、第２導管１ｂは、第１導管１ａより大きい曲げ剛性を有しているから、第２導管１ｂに第１導管１ａを挿通しても、第２導管１ｂの先端部に形成されている湾曲部は、変形せずに元の湾曲形状を維持し、第１導管１ａは第２導管１ｂの湾曲形状に沿って弾性変形することができる。なお、多重導管１は、金属材料、ゴム又はプラスチック材料等によって形成することもできる。

湾曲部１ｂ−１、１ｃ−１は、それら湾曲部の曲率が大きすぎると、第１導管１ａを第２導管１ｂ内に挿入した際、及び、第２導管１ｂを第３導管１ｃ内に挿入した際に、第１導管１ａ及び第２導管１ｂが塑性変形してしまうため、第１導管１ａ及び第２導管１ｂが弾性変形し得る弾性限度内となるような湾曲となるように、使用用途、構成材料等に応じて、肉厚、湾曲部の曲率、長さ等が設計されている。

なお、図１において、符号４は、多重導管１を挿入する腹壁ガイドパイプを示しているが、腹壁ガイドパイプ４は省くことができる。

上記構成を有する多重導管１は、第３導管１ｃと第２導管１ｂとを、それぞれ、軸回りに回転させ、直線部分の軸方向に直動させたのち、第１導管１ａを進出させることにより、第１導管１ａの先端を所望の方向で所望の位置に誘導することができる。

図２は、上記の多重導管１を機械的に駆動制御することにより第１導管１ａの先端部を目標位置に誘導する制御システムを模式的に示している。

図２に示すシステムは、第１導管１ａを直動駆動させる直動駆動部５、第２導管１ｂを軸線回りに回転駆動させる回転駆動部６、第３導管１ｃを軸線回りに回転駆動する回転駆動部７、及び第２導管１ｂ及び第３導管１ｃを一体的に直動駆動させる直動駆動部８を含む駆動装置を有し、図外の制御部により、これら直動駆動部５、回転駆動部６、７、及び直動駆動部８を制御する。

直動駆動部５は、サーボモータ５ａによって駆動するプーリーベルト５ｂと、プーリーベルト５ｂと第１導管１ａとを連結する連結部５ｃと、連結部５ｃの直線移動をガイドすることにより第１導管１ａの直線移動させるためのリニアガイド５ｄとを有している。

回転駆動部６は、サーボモータ６ａの駆動を、第２導管１ｂに固定されたプーリ６ｂにプーリーベルト６ｃを介して伝動するベルト伝動機構を採用している。同じく、回転駆動部７も、サーボモータ７ａの駆動を、第２導管１ｂに固定されたプーリ７ｂにプーリーベルト７ｃを介して伝動するベルト伝動機構を採用している。

直動駆動部８は、支持台９に支持されたプーリーベルト８ａと、プーリーベルト８ａを駆動するサーボモータ８ｂと、回転駆動部６及び回転駆動部７を支持する支持体８ｃと、支持体８ｃとプーリーベルト８ａとを連結する連結部８ｄと、支持体８ｃの上下直線移動を保障するリニアガイド８ｅと、を備えている。図示例では、直動駆動部５も支持体８ｃに支持されているが、直動駆動部５は、支持体８ｃとは分離した別のフレーム等に支持させても良い。なお、直動駆動として、プーリーベルトに替えてリニアサーボモータ等の他のアクチュエータを採用しても良い。

上記駆動装置の駆動部５〜８を駆動制御することにより、第２導管１ｂの先端位置を３次元的に制御することが可能となる。第２導管１ｂの先端位置は、後述するように、第２導管１ｂ及び第３導管１ｃの湾曲部１ｂ−１、１ｃ−１の長さ及び曲率半径が分かれば正確に制御することができる。前記直動駆動部５、８の移動量及び回転駆動部６、７の回転角度は、サーボモータ５ａ、６ａ、７ａ、８ｂにより制御可能である。

図３に示すように、第３導管１ｃの回転角度をθ１、第２導管１ｂの回転角度をθ２、内外導管直動駆動部８による直動移動量をｌ_Ｚ、第３導管１ｃの湾曲部１ｃ−１の曲率半径をｒ１，第２導管１ｂの湾曲部１ｂ−１の曲率半径をｒ２，第３導管１ｃの湾曲部１ｃ−１の曲率中心角度をα１，第２導管１ｂの湾曲部１ｂ−１の曲率中心角度をα２、とすれば、第２導管１ｂの先端位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、下記の式で表される。なお、下記式において、“cos”を“Ｃ”で略記し、“sin”を“Ｓ”で略記している。

従って、目標位置の座標（ｘ、ｙ、ｚ）が決まれば、図外の演算部において上式による数値計算により、目標位置座標となるように制御パラメータ（θ１，θ２，ｌ_Ｚ）を算出し、算出された制御パラメータによりサーボモータ５ａ、６ａ、７ａ、８ｂを制御することができる。数値計算には、例えば、ニュートンラフソン法を用いることができる。なお、図３の例では、第２導管１ｂの先端位置を目標位置に誘導するための数値計算を説明したが、第２導管１ｂの先端から目標位置までの距離（第１導管１ａの送り出し量に相当する。）を指定すると、上記数値計算と同様の手法により、図１で示した第１導管１ａの先端を目標位置に誘導するための数値計算も可能である。

上記座標計算は、目標位置に誘導するための数値計算例を示したが、多重導管１の向きを制御することも可能である。例えば、図３に示す例において、第２導管１ｂの先端の向きを制御する場合、図３（ｂ）に示すように、第２導管１ｂの先端の向きは、ＸＹ平面に対する角度ψと、ＸＹ平面への投影線がＸ軸とのなす角度φとで表すことができ、これらの角度ψ、φは、θ１，θ２の関数として表すことができる。従って、例えば関数をｆ、ｇとして、上式（数１）の３つの方程式のうちの１の方程式（例えば、ｘに関する式）と、φ＝ｆ（θ１，θ２）、ψ＝ｇ（θ１，θ２）なる式とを連立させ、これらの式を数値計算して、（θ１，θ２，ｌｚ）の解を求めることで、制御パラメータを算出することができる。

例えば、上式のうちの１つとしてｘに関する式を選べば、与えられた（ｘ、φ、ψ）の組に対するθ１，θ２，ｌ_Ｚの解を求めることができ、第２導管１ｂの先端の向き及びｘ座標の位置を制御することができる。

図３の例では、第２導管１ｂ及び第３導管１ｃの一体的直動と各々の回転駆動という３自由度であるため、位置と方向の同時制御が困難であるが、そのような制御も、導管の数を増やし、或いは、駆動部の数を増やす等によって自由度を増やすことで、可能となる。

例えば、５つの自由度を持つとき、最内側の導管は任意の先端位置と方向（導管の回転を考えない時）を実現することができる。しかし、多くの場合、最内側の導管の先端の位置と方向を全て制御する必要はない。例えば、血管の穿刺を行う際に目標位置が特定の「点」である必要はない。また、患部に対する方向についても、患部の面に対して垂直である方が望ましいという程度の場合も多くある。そのような場合、自由度は５自由度より通常下げることができる。

目標位置の３次元空間座標（x、ｙ、ｚ）を得るために、図示しないファイバースコープ等の観察装置を使用して目標位置近傍の画像を取得し、得られた画像を３次元座標に変換処理することにより、空間座標を取得することができる。そして、例えば、ファイバースコープの画像モニターをタッチペンでタッチする等により得られた位置座標情報から前記制御パラメータを計算し、多重導管駆動して第１導管１ａの先端を目標位置に誘導する自動制御が可能である。

或いは、目標位置の座標（ｘ、ｙ、ｚ）を得るために、例えば、超音波スキャナーの画像を利用することができる。図２に示すシステムでは、支持台９に超音波プローブ１０が取り付けられている。超音波プローブ１０は、揺動自在に取り付けられており、サーボモータ１０ａにより駆動させて所望方向を向けることができるようになっている。超音波プローブ１０から得られた超音波画像を画像処理し３次元空間座標に変換することにより、画像上の位置を空間座標として取得することが可能である。また、超音波スキャナーのモニターをタッチペン等でタッチすることによりタッチされた位置座標情報から前記制御パラメータを計算することができる。なお、超音波画像は、複数の画像を合成処理することにより、立体画像とすることが可能である。

画像を取得するためのその他の観察装置として、PET（陽電子放出型断層撮影），SPECT，Ｘ線，ｆMRI（functional MRI），EAM（三次元心臓内マッピング），脳磁図（MEG），心磁図等，光トポグラフィー，ＣＣＤ，EEG,ECOG等の公知の医療用観察装置、その他の公知の観察装置を使用することができる。

或いは、目標位置の座標（ｘ、ｙ、ｚ）を得るために、マスタースレーブシステムを採用することができる。即ち、図２に示す駆動装置をスレーブマニピュレータとし、マスターマニピュレータの一例として図４に示す装置を使用する。

図４に示すマスターマニピュレータ１１は、鉛直軸線回りに回動可能な第１節１２、第１節１２と第１関節１３を介して回動自在に連結された第２節１４、及び第２節１４と第２関節１５を介して連結された第３節１６とを有するマスターアーム１７と、第１節１２、第１関節１３、及び第２関節１５の各々の回転角度信号を検出するロータリーエンコーダ１８、１９、２０と、を有している。図示例において、第２関節１５の回転角度信号は、一端が第１関節１３の回転軸に回転自在に外嵌されるともに他端が第３節１６に揺動自在に軸着されたＬ型リンク節２１を介して、ロータリーエンコーダ２０によって検出されるようになっている。

図５は、上記マスタースレーブシステムの概要を示すブロック図である。ロータリーエンコーダ１８、１９、２０（図４）で得られた各々の回転角度信号は、制御部ＰＣに送られる。その回転角度信号は、制御部ＰＣ内のカウンターボード２２に送られ、回転角度や回転速度が測定される。この角度信号に基づき、制御部ＰＣ内の演算部２３において、マスターアーム１７の先端位置の空間座標が算出される。従って、操作者は、マスターアーム１７の先を把持して移動させることにより、マスターアーム１７の先端位置の空間座標が算出される。

一方、スレーブ側のサーボモータ６ａ、７ａ、８ｂ（図２）にもロータリーエンコーダ（不図示）が取り付けられており、各々の回転角度信号が検知され、制御部ＰＣに送られる。回転角度信号は、制御部ＰＣ内のカウンターボード２２に送られ、制御部ＰＣ内の図示しない演算部において、第２導管１ｂの先端位置での空間座標が計算される。

マスターアーム１７の先端位置の空間座標とスレーブ側となる第２導管１ｂの先端位置での空間座標とは、制御部ＰＣ内において対応関係がとられる。マスターアーム１７で得られた座標情報は、制御部ＰＣ内の演算部において、スレーブ側である内外の導管１ｂ、１ｃの目標値である制御パラメータ（θ１，θ２，ｌ_Ｚ）に変換する数値計算を行い、この制御パラメータが、アイソレーション回路２４、サーボアンプ２５を介して、スレーブ側のサーボモータ６ａ、７ａ、８ｂに送られ、これらのサーボモータがＰＤ制御される。なお、アイソレーション回路２４は、入力側と出力側を電気的に絶縁することによって、サーボアンプ２５の故障等によって発生ずる大電流から、制御部ＰＣ等の精密機器を保護する。

こうして、操作者がマスターアーム１７を移動させると、マスターアーム１７の先端の空間座標に対応する空間座標位置に第２導管１ｂの先端が誘導されるように、第２導管１ｂ及び第３導管１ｃが駆動される。なお、被案内部材直動駆動部５及び超音波プローブ１０を駆動するサーボモータ１０ａも制御部ＰＣにより制御することができる。

操作者は、超音波スキャナー等の観察装置から得られた画像を見ながら、マスターアーム１７を操作することにより、第３導管１ｃ及び第２導管１ｂを所望の位置に移動させることができる。この場合の超音波スキャナーは、上記のように位置座標を得るためではなく、超音波スキャナー本来の使用方法である、操作者の肉眼による内部観察手段として用いる。そのような内部観察手段は、超音波スキャナーに代えて、ＣＴスキャナー、ＭＲＩ装置、ファイバースコープ、ＣＣＤ等、公知の観察装置を使用することができる。

第２導管１ｂの先端が目的位置に達した後、直動駆動部５を駆動させて、ＰＴＣ針である第１導管１ａを所望箇所に送り出し、穿刺すことができる。

斯かるシステムは、第３導管１ｃの外径を従来のカテーテル類に比較して小さくできる上、多重導管を３次元的に制御できるため、低侵襲手術が要求される左骨下静脈穿刺等の深部静脈穿刺、肝穿刺、肝生検、経皮的臍帯穿刺、薬剤補給、消化器外科手術、脳神経外科手術、胎児手術、膀胱内手術、外科手術、整形外科手術、心臓外科手術、歯科手術等の様々な医療行為に優れた効果を発揮し得る。また、多重導管１自体は構造が単純であるため、安全性が高い。なお、多重導管を低侵襲手術に使用する場合等においては、最外側の外径は、０．３〜４ｍｍであることが望ましい。

上記第１実施形態では、第２導管１ｂと第３導管１ｃとを一体的に直動駆動させる例を示したが、個々に駆動する構成とすることも可能である。また、第１導管１ａとしてのＰＴＣ針をアクチュエータにより駆動させずに手動で駆動させることも可能であり、特に、ＰＴＣ針の送り速度等を微妙に調節したい場合等に有効である。

図６は、第２実施形態の多重導管駆動装置を示している。図６に示す多重導管駆動装置は、第１導管１ａを直動駆動させる直動駆動部５、第２導管１ｂを軸線回りに回転駆動させる回転駆動部６、第２導管１ｂを直動駆動させる直動駆動部３０、及び、第３導管１ｃを直動駆動させる直動駆動部３１と、を備えている。

図６の多重導管駆動装置は、第３導管１ｃを回転駆動させる駆動部を備えておらず、第２導管１ｂと第３導管１ｃとは個別に直動駆動する点が図２に示す形態と相違する。

第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、観察装置を使用して目標位置近傍の画像を取得し、得られた画像を３次元座標に変換処理することにより、空間座標を取得することができる。そして、例えば、ファイバースコープの画像モニターをタッチペンでタッチする等により得られた位置座標情報から前記制御パラメータを計算し、多重導管を駆動して第２導管１ｂの先端を目標位置に誘導する自動制御が可能である。

図６に示す多重導管駆動装置は、肝穿刺，脳神経外科手術などにおいて臓器に与える損傷を少なくするのに適している。即ち、第３導管１ｃを直動制御することにより第３導管１ｃの先端を臓器内に迄送った後、第２導管１ｂの制御を行う。その際、第２導管１ｂの回転駆動を第３導管１ｃ内で行い、方向の制御を完了してから、第２導管１ｂを第３導管１ｃの先端から送り出すことにより、臓器の損傷を低減できる。さらに、実質臓器の内部、特に脳の内部等においては、損傷を与えないことが望まれる部位があるが、このような場合にも、本発明では、その部分を避けながら深部の治療を行うことができる。また、子宮内部のように実質臓器で無い場合でも、多重導管が障害物等を避けながら回り込み、治療を行うことができる。

又、図６に示すシステムでは、第１導管１ａ及びこれを駆動する装置が備えられているが、これらを省略することも可能である。そのようなシステムは、たとえば、第２導管１ｂを通じて、薬液等を投与する場合等に使用され得る。なお、上記第２実施形態の多重導管駆動装置も、マスタースレーブ制御とすることが可能である。

次に、本発明に係る多重導管駆動システムの第３実施形態について、図７を参照しつつ説明する。第３実施形態は、第２実施形態に類似する実施形態である。この例では、観察手段を構成する超音波プローブ１０に、多重導管１が揺動自在に連結支持されている。超音波プローブ１０には把持部４０が取り付けられている。

図示例では、超音波プローブ１０に固定されたフランジ４１に、軸４２を介して揺動部材４３が揺動自在に取り付けられている。第２導管１ｂは、その先端部に湾曲部２ｂ−１を有し、第３導管１ｃは、湾曲部を有さず、全体に亘って真っ直ぐである。超音波プローブ１０に代えて若しくはそれに付加して、公知の観察手段を採用し得ることは、上記実施形態と同様である。この例では第２導管１ｂに穿刺針を採用している。

揺動部材４３には、第２導管１ｂと第３導管１ｃとを個別に駆動する直動駆動部３２、３１が各々取り付けられている。直動駆動部３２、３１は、ベルト伝動機構であるが、その他の公知のリニア駆動装置を採用できる。揺動部材４３は、図示しないアクチュエータ或いは手動により揺動させることができる。

血管、胆管等の管状の対象に対して穿刺を行う等の場合には、特定の部位に穿刺を行う必要がないため、第２導管１ｂは、図示例では回転駆動部を備えていないが、回転駆動部を備えさせ、障害物を避ける等の機能を持たせても良い。

第３実施形態において、軽量化等を図るために、直動駆動部３２、３１の駆動モータを省略し、ベルトとプーリのみによって、第２導管１ｂ及び第３導管１ｃを、手動で軸方向に案内する直動ガイドとしても良い。

上記構成を有する第３実施形態は、例えば、施術する医師等の操作者は、把持部４０を把持し、超音波プローブ１０から得られた超音波画像（不図示）を観察しながら、先ず外側の第３導管１ｃを直動させる。次いで、操作者は、内側の第２導管１ｂをその先端部が第３導管１ｃ内に位置している状態で回転させ、所望の回転角度位置とする。それから、操作者は、第２導管１ｂを直動させて、第２導管１ｂの先端を目的位置に導き、穿刺する。また、上記で説明したように、ペンライト入力或いはマウス入力等を有する画像表示装置上で医師等が目標位置を指定した後は、自動的に制御され、穿刺する方法を採用することもできる。

上記第１〜第３実施形態では、第１導管１ａとして穿刺針である例を示したが、穿刺針に代えてカテーテルチューブを採用することもできる。

また、上記第１〜第３実施形態の多重導管においては、第１導管１ａに代えて、用途に応じて後述するような種々の機能を有する可撓性の被案内部材を第２導管１ｂに挿入し、第２導管１ｂ及び第３導管１ｃに案内させることができる。勿論、第１導管ａ内に該被案内部材を挿入し、案内させることも可能であるが、その場合は、該被案内部材を直動させ或いは回転させる駆動部を備えることが望ましい。

例えば、第２導管１ｂ内に、ファイバースコープの導光用光ファイバーを被案内部材として挿入することができる。ファイバースコープファイバースコープ用光ファイバーとしては、上記の実施形態においては、例えば、ファイバーテック株式会社から販売されている外径０．３５ｍｍの内視鏡用光ファイバーを使用することができる。

また、被案内部材としての光ファイバーは、照明導光用の光ファイバーの他、公知のレーザー治療装置のレーザー光を導光するための光ファイバーを適用することもできる。このようなレーザー治療装置への適用は、例えば、双胎間輸血症候群における短絡欠陥へのレーザー血管形成術や、レーザーを使用した癌の選択治療等、レーザー治療において、所望箇所を避けて光ファイバーの先端を患部に導くのに有効である。

また、被案内部材として、電気メスやラジオ波焼灼装置等の公知の電気手術器に使用される処置用電極であって長尺の可撓性のものを採用することができる。電気メス、焼灼器等の電気手術器は、高周波電流を処置用電極の先端から生体内に流すことによって生じるジュール熱により患者の患部を、切開、凝固、組織破壊し、電流回収の対極板は広面積で生体に接して火傷を防ぐ装置として既知である。被案内部材としてこれら電気メスや焼灼器等の処置用電極を使用することにより、本発明は、電気手術や焼灼術等において、身体内部の所望部分を避けて処置用電極を誘導し、患部を切開、凝固、局部組織破壊等を行うことが可能となる。処置用電極としては、図８に示すような拡張型電極（expandable型電極）も採用することができる。Expandable型電極５０は、先端を凝固部位に穿刺後、ワイヤー型電極を展開させるタイプであり、８〜10本のワイヤー型電極を内蔵している。expandable型電極は、RITA社等から市販されている。なお、ラジオ波焼灼装置に使用される処置用電極は、焼灼器（プローブ）とも呼ばれる。

さらに、被案内部材として、公知の鉗子や剪刀を使用することができる。鉗子は、鋏形をした刃のないもので、器官・組織などを固持したり挟んだりして圧迫するのに用いる外科手術用具であり、剪刀は手術等で組織や臓器あるいは糸などを切るための器具である。本発明に適用する鉗子又は剪刀としては、微小外径を有するマイクロ鉗子やマイクロ剪刀が好ましい。図９は、第２導管１ｂに挿通されたマイクロ鉗子５１の例を示している。そのようなマイクロ鉗子やマイクロ剪刀としては、例えば、オランダのドルク社等から外径１mm以下でワイヤー駆動のものが市販されている。また、小型の鉗子として、図１０に示すように、複数本の駆動ワイヤー（不図示）を備え、挟み動作に加えて、先端挟み部の首振り駆動（Ｘ軸回り回転、Ｙ軸回り回転）が可能な小型の鉗子５２を使用することもできる。図示しない駆動ワイヤーは、第２導管１ｂ内に挿通されている。そのような鉗子としては、例えば、Intuitive Surgical社のダヴィンチとして知られる手術支援ロボットに使用されている小型の鉗子がある。鉗子又は剪刀の先端挟み部は、予め最内側の導管の先端に固定しておき、駆動ワイヤーを最内側の導管内に予め挿入しておくこともできる。

また、被案内部材として、拡張カテーテルのためのガイドワイヤーを適用することもできる。斯かるガイドワイヤーは、医療分野で公知のものを使用できる。

本発明は、様々な医療分野に適用できる他、例えば、タービン内の羽根、飛行機の翼の内部、設備の配管内部、設備装置の内部探査に使用されるファイバースコープ、ＣＣＤカメラ等においても広く応用され得る。

図１１は、多重導管１の先端に内部探査用の小型ＣＣＤカメラ５３を配備した例を示す。ＣＣＤカメラ５３は、図に示すように、ＣＣＤカメラ５３は、Ｘ軸回り及びＹ軸回りに回転駆動可能なものが好ましい。なお、図において、ＣＣＤカメラ５３の駆動ワイヤー及び配線類（いずれも不図示）は、最内側の導管内に挿痛されている。図１１に示すようにＣＣＤカメラを適用した多重導管及びその駆動装置、駆動システムは、医学、工学分野において大きな応用分野がある。

また、被案内部材として、熱電対等の温度センサー、ｐＨセンサー、圧力センサー、ガスセンサーやイオンセンサー等の化学センサー、その他の公知の計測用センサーを、用途に応じて使用することができる。

また、上記した多重導管を複数本備えたシステムや、複数の多重導管の各々に異なる種類の被案内部材を挿通したシステムなども構築できる。

さらに、本発明に係る多重導管の自由度は、障害物を避けるだけでなく、例えば、多数の鉗子を用いる内視鏡手術への本発明応用例では鉗子の棒が視界を遮ることがあるが、そのような場合であっても、視界を遮ることの少ない形態を取ることもできるという効果を奏し得る。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の態様を採用することが可能である。

本発明に係る多重導管の第１実施形態を示す側面図である。 図１の多重導管を駆動する装置を示す側面図である。 図１の多重導管を示す側面図である。 本発明に係るシステムのマスターマニピュレータを示す斜視図である。 本発明に係るマスタースレーブシステムを示すブロック線図である。 本発明に係る多重導管の第２実施形態を駆動する装置を示す側面図である。 本発明に係る多重導管の第３実施形態を駆動する装置を示す側面図である。 本発明に係る多重導管に挿通した被案内部材である処置用電極の一例を示す斜視図である。 本発明に係る多重導管に挿通した被案内部材である鉗子の一例を示す側面図である。 本発明に係る多重導管に挿通した被案内部材である鉗子の一例を示す側面図である。 本発明に係る多重導管にＣＣＤカメラを装備させて例を示す側面図である。

符号の説明

１ 多重導管
１ａ 第１の導管
１ｂ 第２の導管
１ｃ 第３の導管
１ｂ−１ 湾曲部
１ｃ−１ 湾曲部
５ 直動駆動部
６ 回転駆動部
７ 回転駆動部
８ 直動駆動部
１０ 超音波プローブ
１１ マスターマニピュレータ
２３ 演算部
３０ 直動駆動部
３１ 直動駆動部
ＰＣ 制御部

Claims (13)

1. 少なくとも２以上の導管からなる多重導管であって、内側の導管は外側の導管に軸線方向摺動自在に挿入され該外側の先端側管端より先端部が突出自在にされており、少なくとも１の導管の先端部に湾曲部が形成され、内側の導管は外側の導管より小さい曲げ剛性を有し、前記湾曲部は、前記外側の導管内において内側の導管が弾性変形可能な弾性限度内となるように湾曲形成されていることを特徴とする多重導管。
2. 前記多重導管の最内側の導管が、穿刺針又はカテーテルチューブであることを特徴とする請求項１記載の多重導管。
3. 前記多重導管の最外側の導管が、約０．３〜約４ｍｍの外径を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の多重導管。
4. 請求項１記載の多重導管の各導管を駆動する駆動装置であって、該駆動装置は、各導管を長さ方向に直動させる直動駆動部を有することを特徴とする多重導管駆動装置。
5. 前記駆動装置が、前記湾曲部を有する導管を軸線回りに回転駆動する回転駆動部を、更に有することを特徴とする請求項４記載の多重導管駆動装置。
6. 前記駆動装置が、最内側の導管に挿入されて案内される可撓性で長尺の被案内部材の後方部を支持して直動駆動させる直動駆動部を更に備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の多重導管駆動装置。
7. 前記駆動装置が、前記被案内部材をその軸線回りに回転させる回転駆動部を更に備えることを特徴とする請求項６記載の多重導管駆動装置。
8. 前記被案内部材が、照明導光用光ファイバー、ファイバースコープの導光用光ファイバー、レーザー治療装置のレーザー光導光用光ファイバー、ＣＣＤカメラ、計測用センサー、電気手術器の処置用電極、医療用ガイドワイヤー、鉗子、又は、剪刀であることを特徴とする請求項６又は７に記載の多重導管駆動装置。
9. 請求項４〜８の何れかに記載の多重導管駆動装置と、
   前記多重導管駆動装置の駆動を制御する制御部と、
   前記多重導管が送られる部位を観察するための観察装置と、を有し、
   前記制御部は、前記観察装置で得られた画像データを受け取り、該画像データを座標変換し、座標上の指定位置に前記多重導管を誘導するように前記多重導管駆動装置を制御することを特徴とする、多重導管駆動システム。
10. 請求項４〜８の何れかに記載の多重導管駆動装置と、
    前記多重導管駆動装置の駆動を制御する制御部と、
    前記多重導管駆動装置を、前記制御部を介して、スレーブマニピュレータとして遠隔制御するマスターマニピュレータと、
    を備えることを特徴とする多重導管駆動システム。
11. 前記制御部は、前記各直動駆動部の制御を、外側の導管から順に直動駆動させるように制御することを特徴とする請求項９又は１０に記載の多重導管駆動システム。
12. 内側の導管がその先端部に湾曲部を有し、前記制御部は、外側の導管内において前記内側の導管を回転駆動させるように制御することを特徴とする請求項１１記載の多重導管駆動システム。
13. 前記制御部は、前記多重導管の先端の向きをも制御することを特徴とする請求項９〜１２の何れかに記載の多重導管駆動システム。

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