JP2011147501A - 穿刺針刺入装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】穿刺針刺入装置3は、独立な内筒部1と外筒部2から構成され、外筒部2は内筒部1の先端を除く全体を覆い、内筒部1に負荷される切削力は、内筒部刺入力測定装置7で測定される。また術者4は、穿刺針刺入装置3を押し、その刺入操作力は穿刺針刺入力測定装置8にて測定される。穿刺針刺入装置3は、穿刺針刺入補助装置6によっても押され、内筒部刺入力と穿刺針刺入操作力が等しくなるようにフィードバック制御され、内筒部刺入力と外筒部に作用する摩擦力に抗して負荷される外筒部刺入力とが分離され、術者は内筒部1に負荷される切削力を容易に知覚できる。その結果、穿刺針先端が到達している生体組織の硬さを術者は容易に知覚できる。
【選択図】図1
Description
硬膜外麻酔を例に取れば、皮膚、筋肉、靭帯などの幾層もの生体組織を通過して、硬膜の手前で刺入を止めなければならない。このとき、硬さの異なる生体組織に到達する度に、穿刺針先端に負荷される切削力が変わるため、熟練した術者はこれを頼りに穿刺針先端がどの生体組織に到達しているかを判定している。しかし、穿刺が深くなっていくにつれて穿刺針側面と生体組織との間に生ずる摩擦力が増大するため、穿刺針先端に負荷される切削力の変化を穿刺針終端で知覚するのが難しくなる。
すなわち、
(1)先端に穿刺針を備えた内筒部と、前記内筒部の側面の少なくとも一部を覆い、前記内筒部と独立に運動可能な外筒部を備えた穿刺針を刺入する穿刺針刺入装置であって、前記穿刺針刺入装置を生体内に刺入する際、前記内筒部に作用する切削力に抗して負荷される内筒部刺入力と、前記外筒部に作用する摩擦力に抗して負荷される外筒部刺入力とを分離する分離手段を設けた。
なお、第1実施例、第8実施例〜第10実施例は特に上記本発明が講じた技術的手段(1)〜(6)を具体化するもので、同様に第2実施例は特に技術的手段(7)〜(10)を、第3実施例は特に技術的手段(11)〜(13)を、第4実施例は特に技術的手段(14)〜(16)を、第5実施例は特に技術的手段(17)〜(18)を、第6実施例は特に技術的手段(19)、(20)を、第7実施例は特に技術的手段(22)を、第11実施例は特に技術的手段(23)を具体化するものである。
図1は第1実施例の穿刺針刺入装置3が、術者4と穿刺針刺入補助装置6により生体組織5に刺入されている様子を示す。図2は第1実施例の作用をブロック図で示す。
前記制御系の作用について説明する。
穿刺針刺入装置3の先端は生体組織5を切り開いているので、その切削力は内筒部1に負荷され、内筒部刺入力測定装置7を介して外筒部2に切削力が伝達される。
一方で穿刺針刺入装置3の側面は生体組織5と接しているので、その摩擦力は外筒部2に負荷される。内筒部1と外筒部2とは連結されているため、外筒部2の終端には、摩擦力に抗する外筒部刺入力と、切削力に抗する内筒部刺入力とが合力として負荷されている。この負荷に対して、穿刺針刺入補助装置6が発生する刺入駆動力と術者4が刺入操作力測定装置8を介して付与する刺入操作力が抗している。
すなわち、外筒部2を駆動する穿刺針刺入補助装置6及びその制御系が、外筒部2に負荷される外筒部刺入力と、内筒部1に負荷される内筒部刺入力とを分離する分離手段を構成している。
図3は、第2実施例の穿刺針刺入装置3が術者4と穿刺針刺入補助装置6により生体組織5に刺入されている様子を示す。図4は第2実施例の作用をブロック図で示す。
前記制御系の作用について説明する。
穿刺針刺入装置3の先端は生体組織5を切り開いているので、その切削力は内筒部1に負荷される。一方で穿刺針刺入装置3の側面は生体組織5と接しているので、その摩擦力は外筒部2に負荷される。内筒部と外筒部とは連結されているため、内筒部1の終端には、切削力に抗する内筒部刺入力と、摩擦力に抗する外筒部刺入力とが合力として負荷されている。この負荷に対して、穿刺針刺入補助装置6が刺入駆動力測定装置10を介して発生する刺入駆動力と、術者4が付与する刺入操作力が抗している。
すなわち、内筒部1を駆動する穿刺針刺入補助装置6及びその制御系が、内筒部1に負荷される内筒部刺入力と、外筒部2に負荷される外筒部刺入力とを分離する分離手段を構成している。
図5は、第3実施例の穿刺針刺入装置3が術者4と穿刺針刺入補助装置6により生体組織5に刺入されている様子を示す。図6は第3実施例の作用をブロック図で示す。
前記制御系の作用について説明する。
穿刺針刺入装置3の先端は生体組織5を切り開いているので、その切削力は内筒部1に負荷される。内筒部1の終端には切削力に抗する内筒部刺入力と内筒部外筒部間刺入力が負荷されている。この負荷に対して、術者4が付与する刺入操作力が抗している。
一方で穿刺針刺入装置3の側面は生体組織5と接しているので、その摩擦力は外筒部2に負荷される。外筒部2の終端には摩擦力に抗する外筒部刺入力が負荷されている。この負荷に対して、穿刺針刺入補助装置6が発生する刺入駆動力と内筒部外筒部間刺入力が抗している。
そこで、内筒部外筒部間刺入力測定装置11が検出する内筒部外筒部間刺入力が、ゼロかあるいはゼロに近い値になるようにフィードバック制御することにより、内筒部外筒部間刺入力が術者4に負荷されるのを妨げることができる。すなわち、外筒部2を駆動する穿刺針刺入補助装置6及びその制御系が、内筒部1に負荷される内筒部刺入力と、外筒部2に負荷される外筒部刺入力とを分離する分離手段を構成している。
図7は、第4実施例の穿刺針刺入装置3が術者4と穿刺針刺入補助装置6により生体組織5に刺入されている様子を示す。図8は第4実施例の作用をブロック図で示す。
前記制御系の作用について説明する。
穿刺針刺入装置3の先端は生体組織5を切り開いているので、その切削力は内筒部1に負荷される。内筒部1の終端には切削力に抗する内筒部刺入力と内筒部外筒部間刺入力が負担されている。この負担に対して、穿刺針刺入補助装置6が刺入駆動力測定装置10を介して発生する刺入駆動力が抗している。一方で穿刺針刺入装置3の側面は生体組織5と接しているので、その摩擦力は外筒部2に負荷される。外筒部2の終端には摩擦力に抗する内筒部刺入力が負担されている。この負担に対して、内筒部外筒部間刺入力測定装置を介して内筒部1の終端に負荷される内筒部外筒部間刺入力と術者4が刺入操作力測定装置8を介して付与する操作刺入力が抗している。
そこで、刺入操作力測定装置8が検出する刺入操作力と刺入駆動力10が検出する刺入駆動力との差と、内筒部外筒部間刺入力測定装置が検出する内筒部外筒部間刺入力とがほぼ近似した値になるように穿刺針刺入補助装置6をフィードバック制御することにより、内筒部刺入力と外筒部刺入力の差を刺入操作力から減じ、その分を刺入駆動力に増すことができる。
すなわち、内筒部1を駆動する穿刺針刺入補助装置6及びその制御系が、内筒部1に負荷される内筒部刺入力を刺入操作力に、外筒部2に負荷される外筒部刺入力を刺入駆動力に分離する分離手段を構成している。
図9は、第5実施例の穿刺針刺入装置3が術者4と穿刺針刺入補助装置6により生体組織5に刺入されている様子を示す。図10は第5実施例の作用をブロック図で示す。
前記制御系の作用について説明する。穿刺針刺入装置3の先端は生体組織5を切り開いているので、その切削力は内筒部1に負荷される。内筒部1の終端には切削力に抗する内筒部刺入力が負荷されている。この負荷に対して、術者4が付与する刺入操作力が抗している。一方で穿刺針刺入装置3の側面は生体組織5と接しているので、その摩擦力は外筒部2に負荷される。外筒部2の終端には摩擦力に抗する外筒部刺入力が負荷されている。この負荷に対して穿刺針刺入補助装置6が発生する刺入駆動力が抗している。
すなわち、外筒部2を駆動する穿刺針刺入補助装置6及びその制御系が、内筒部1に負荷される内筒部刺入力と、外筒部2に負荷される外筒部刺入力とを分離する分離手段を構成している。
図11は、第6実施例の穿刺針刺入装置3が術者4と正方向(刺入方向)流体圧アクチュエータ14と負方向(反刺入方向)流体圧アクチュエータ15により生体組織5に刺入されている様子を示す。図12は第6実施例の流量制御バルブ13周辺の詳細な動作を示す。
前記穿刺針刺入装置3の作用について説明する。
穿刺針刺入装置3の先端は生体組織5を切り開いているので、その切削力は内筒部1に負荷される。内筒部1の終端には切削力に抗する内筒部刺入力が負荷されている。この負荷に対して、術者4が付与する刺入操作力が抗している。一方で穿刺針刺入装置3の側面は生体組織5と接しているので、その摩擦力は外筒部2に負荷される。外筒部2の終端には摩擦力に抗する外筒部刺入力が負荷されている。この負荷に対して正方向流体圧アクチュエータ14と負方向流体圧アクチュエータ15とのバランスにより発生する刺入駆動力が抗している。
この結果、外筒部2も正方向に移動し、図12(c)のように、内筒部1と外筒部2の相対的位置がゼロになり、流入バルブ16も流出バルブ17も閉じて平衡が保たれる。
術者4が内筒部1を引き出したときの作用も同様である。
図13は第7実施例の穿刺針刺入装置3が遠隔にある術者4の刺入操作量に応じて穿刺針刺入補助装置6により生体組織5に刺入されている様子を示す。図14は第7実施例の作用をブロック図で示す。刺入方向以外については省略する。
この制御系の作用について説明する。
術者4が力覚提示装置に刺入操作力を付与して刺入操作量を入力すると、その操作量は刺入操作量測定装置で測定される。測定値は電気的信号に変換され、穿刺針刺入補助装置6の制御系に伝達される。そして、穿刺針刺入補助装置6はその操作量に応じて穿刺針刺入装置3を生体組織5に刺入する。穿刺針刺入装置3の先端は生体組織5を切り開いているので、その切削力は内筒部1に負荷され、内筒部刺入力測定装置7を介して外筒部2に切削力が伝達されている。一方で穿刺針刺入装置3の側面は生体組織5と接しているので、その摩擦力は外筒部2に負荷される。外筒部2の終端には摩擦力に抗する外筒部刺入力が負荷されている。
内筒部1と外筒部2は連結されているため、外筒部2の終端には、摩擦力に抗する外筒部刺入力と、切削力に抗する内筒部刺入力とが合力として負荷されている。この負荷に対して穿刺針刺入補助装置6が発生する刺入駆動力が抗している。
すなわち、穿刺針刺入装置3を駆動する穿刺針刺入補助装置6と力覚提示装置25及びその制御系が、外筒部2に負荷される外筒部刺入力と、内筒部1に負荷される内筒部刺入力とを分離して術者4に提示する分離手段を構成している。
このように遠隔装置を使用する場合でも、本発明により内筒部刺入力と外筒部刺入力が分離されることになり、複雑に変化する摩擦力に影響されることなく、穿刺針先端に付加される切削力の変化を繊細に検出することが可能になり、安全で正確な穿刺を実現することができる。
2 外筒部
3 穿刺針刺入装置
4 術者
5 生体組織
6 穿刺針刺入補助装置
7 内筒部刺入力測定装置
8 刺入操作力測定装置
9 外筒部刺入力測定装置
10 刺入駆動力測定装置
11 内筒部外筒部間刺入力測定装置
12 内筒部外筒部間相対的位置測定装置
13 流量制御バルブ
14 正方向流体圧アクチュエータ
15 負方向流体圧アクチュエータ
16 流体流入口
17 流体流出口
18 流入バルブ
19 流出バルブ
20 正方向流体圧アクチュエータ流入口
21 負方向流体圧アクチュエータ流入口
22 正方向流体圧アクチュエータ流出口
23 負方向流体圧アクチュエータ流出口
24 シール
25 力覚提示装置
26 穿刺針刺入力測定装置
Claims (23)
- 先端に穿刺針を備えた内筒部と、前記内筒部の側面の少なくとも一部を覆い、前記内筒部と独立に運動可能な外筒部を備えた穿刺針を刺入する穿刺針刺入装置であって、
前記穿刺針刺入装置を生体内に刺入する際、前記内筒部に作用する切削力に抗して負荷される内筒部刺入力と、前記外筒部に作用する摩擦力に抗して負荷される外筒部刺入力とを分離する分離手段を設けたことを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項1の穿刺針刺入装置であって、
前記内筒部刺入力に相当する力が、術者あるいはロボットアームからの刺入操作力により付与され、前記外筒部刺入力に相当する力が、前記分離手段からの刺入駆動力により付与されることにより、前記内筒部刺入力と前記外筒部刺入力が分離されることを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項2の穿刺針刺入装置であって、
前記内筒部刺入力と、前記刺入操作力とがほぼ近似した値になるように、前記分離手段が前記内筒部と前記外筒部の少なくとも一方に前記刺入駆動力を付与することを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項3の穿刺針刺入装置であって、
前記刺入の際に前記内筒部に負荷される内筒部刺入力を測定する内筒部刺入力測定装置と、前記刺入操作力を測定する刺入操作力測定装置とを備え、前記内筒部刺入力と前記刺入操作力とがほぼ近似した値になるように、前記刺入駆動力をフィードバック制御することを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項3または4の穿刺針刺入装置であって、前記刺入操作力と前記刺入駆動力が前記外筒部に付与されることを特徴とする穿刺針刺入装置。
- 請求項5の穿刺針刺入装置であって、
前記外筒部に前記刺入操作力測定装置を介して前記刺入操作力を付与し、前記外筒部と前記内筒部の間に前記内筒部刺入力測定装置を設けることを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項2の穿刺針刺入装置であって、
前記外筒部刺入力と、前記刺入駆動力とがほぼ近似した値になるように、前記分離手段が前記内筒部と前記外筒部の少なくとも一方に前記刺入駆動力を付与することを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項7の穿刺針刺入装置であって、
前記刺入の際に前記外筒部に負荷される外筒部刺入力を測定する外筒部刺入力測定装置と、前記刺入駆動力を測定する刺入駆動力測定装置とを備え、前記外筒部刺入力と前記刺入駆動力とがほぼ近似した値になるように、前記刺入駆動力をフィードバック制御することを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項7または8の穿刺針刺入装置であって、前記刺入操作力と前記刺入駆動力が前記内筒部に付与されることを特徴とする穿刺針刺入装置。
- 請求項9の穿刺針刺入装置であって、
前記内筒部に前記刺入駆動力測定装置を介して前記刺入駆動力を付与し、前記内筒部と前記外筒部の間に前記外筒部刺入力測定装置を設けることを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項2の穿刺針刺入装置であって、
前記刺入操作力が前記内筒部に付与され、前記分離手段が付与する刺入駆動力が前記外筒部に付与され、前記内筒部と前記外筒部の間に生ずる内筒部外筒部間刺入力がほぼゼロになるようにしたことを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項11の穿刺針刺入装置であって、
前記刺入の際に前記内筒部と前記外筒部の間に生ずる内筒部外筒部間刺入力を測定する内筒部外筒部間刺入力測定装置を備え、前記内筒部外筒部間刺入力がほぼゼロになるように、前記刺入駆動力をフィードバック制御することを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項12の穿刺針刺入装置であって、
前記内筒部と前記外筒部の間に前記内筒部外筒部間刺入力測定装置を設けることを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項2の穿刺針刺入装置であって、
前記刺入操作力が前記外筒部に付与され、前記分離手段が付与する刺入駆動力が前記内筒部に付与され、前記内筒部と前記外筒部の間に生ずる前記内筒部外筒部間刺入力が前記刺入操作力と前記刺入駆動力との差にほぼ近似した値になることを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項14の穿刺針刺入装置であって、
前記刺入の際に前記刺入駆動力を測定する刺入駆動力測定装置と、前記刺入操作力を測定する刺入操作力測定装置と、前記内筒部外筒部間刺入力を測定する内筒部外筒部間刺入力測定装置を備え、前記内筒部外筒部間刺入力が前記刺入操作力と前記刺入駆動力との差にほぼ近似した値になるように、前記刺入駆動力をフィードバック制御することを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項15の穿刺針刺入装置であって、
前記外筒部に前記刺入操作力測定装置を介して前記刺入操作力を付与し、前記内筒部に前記刺入駆動力測定装置を介して前記刺入駆動力を付与し、前記内筒部と前記外筒部の間に前記内筒部外筒部間刺入力測定装置を設けることを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項2の穿刺針刺入装置であって、
前記刺入操作力が前記内筒部に付与され、前記刺入駆動力が前記外筒部に付与され、前記内筒部と前記外筒部の間に生ずる内筒部外筒部間相対的位置がほぼ一定を保つことを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項17の穿刺針刺入装置であって、
前記内筒部と前記外筒部の間に生ずる内筒部外筒部間相対的位置を測定する内筒部外筒部間相対的位置検出装置を備え、検出された相対的位置が一定を保つようフィードバック制御することを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項17の穿刺針刺入装置であって、
前記内筒部と前記外筒部の間に生ずる内筒部外筒部間相対的位置に比例した前記刺入駆動力を発生させることを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項19の穿刺針刺入装置であって、
前記内筒部と前記外筒部間の相対的位置に対応して移動する流体圧制御バルブを備え、該流体圧制御バルブにより、前記外筒部を刺入方向あるいは反刺入方向に切り換えて駆動する流体圧アクチュエータとを有することを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項19の穿刺針刺入装置であって、
前記内筒部と前記外筒部間の相対的位置に比例して正負の電圧を生ずる電気素子と、前記電圧に比例して刺入の正方向と負方向に駆動する電気アクチュエータを有することを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項3または4の穿刺針刺入装置であって、
前記刺入操作力が力覚提示装置に付与されていることを特徴とする穿刺針刺入装置。 - 請求項2ないし21の穿刺針刺入装置であって、
該穿刺針刺入装置は、前記内筒部を術者の指により操作し、前記外筒部を術者の手のひらで握る形式のものである穿刺針刺入装置。
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