JP2016189884A - Polymer actuator drive catheter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高分子アクチュエータ駆動カテーテルに関する。 The present invention relates to a polymer actuator drive catheter.
カテーテル治療は、現在の血管外科手術の主要な手技の一つである。カテーテル手技の多くはまず対象血管にガイドワイヤを通すことから始める。ガイドワイヤを通すには図2のカテーテルとガイドワイヤを用い、図3の1)〜4)に示すように交互に挿入引き抜きを繰り返すことで目的血管まで誘導する。しかし動脈硬化が進行し、血管内径が細くなってしまった場合、カテーテルを血管開口部に通すことが難しくなる。この問題に対し、手技のロボット化を行うことで、精密迅速な手術が行える可能性があり、世界各国で研究されている。高分子アクチュエータ駆動カテーテルはその中の一つである。 Catheter treatment is one of the major techniques of current vascular surgery. Many catheter procedures begin by passing a guide wire through the target vessel. In order to pass the guide wire, the catheter and the guide wire of FIG. 2 are used, and as shown in 1) to 4) of FIG. However, when arteriosclerosis progresses and the inner diameter of the blood vessel becomes thinner, it becomes difficult to pass the catheter through the blood vessel opening. To solve this problem, there is a possibility that precise and rapid surgery can be performed by robotizing the technique. A polymer actuator drive catheter is one of them.
1999年には安積らが血管内手術用高分子カテーテルを提案していた(非特許文献1)。直径1mmのカテーテル形状を有し、表面にレーザカットによって4分割された電極が配置された構造である。また2014年にネバダ大学のKwang J Kimらのグループは安積らによる高分子カテーテルの製法の低コスト化に成功した(非特許文献2)。彼らは、チューブにレーザ加工するのではなく、予めスプリットしたい部分を突起形状にしたチューブを試作し、金メッキした後に突起部を切り取ることでスプリットを実現した。 In 1999, Azumi et al. Proposed a polymer catheter for intravascular surgery (Non-patent Document 1). It has a catheter shape with a diameter of 1 mm, and has a structure in which electrodes divided into four by laser cutting are arranged on the surface. In 2014, a group such as Kwang J Kim et al. From the University of Nevada succeeded in reducing the cost of manufacturing a polymer catheter by Azumi et al. Instead of laser processing the tube, they made a prototype of a tube that had a protrusion shape on the part to be split in advance, and realized the split by cutting the protrusion after gold plating.
しかし非特許文献2に記載のアクチュエータは軸方向で一様な電極パターニングを行っているので、高分子アクチュエータの駆動力とカテーテルの断面二次モーメントの関係から大きな屈曲性能は得られない。Nevada大学のチームでは長さ20mm直径1mm円柱状アクチュエータを試作したが、2Vの電圧印加で得られた屈曲変位は2mm程度、屈曲角度として15度程度であった。カテーテルの屈曲性能において、全てを高分子アクチュエータで担保する必要性はないが、脳内深部など限られたスペース内で屈曲する必要性が出てきた場合、この制限は大きな障害となる。 However, since the actuator described in Non-Patent Document 2 performs uniform electrode patterning in the axial direction, a large bending performance cannot be obtained from the relationship between the driving force of the polymer actuator and the second moment of section of the catheter. The team at Nevada University prototyped a cylinder actuator with a length of 20 mm and a diameter of 1 mm. The bending displacement obtained by applying a voltage of 2 V was about 2 mm and the bending angle was about 15 degrees. There is no need to secure all of the bending performance of the catheter with a polymer actuator, but this restriction becomes a major obstacle when it becomes necessary to bend in a limited space such as deep in the brain.
まず高分子アクチュエータ駆動カテーテルの役割は大きく二つある。一つはY字状の分岐血管においての血管通路選択を行う作業である。従来のカテーテル手技では予め先端が曲げられたカテーテルを用い、そこにガイドワイヤを通すことで屈曲変位を実現していた。高分子アクチュエータ駆動カテーテルにおいても同様に先端が曲げられたカテーテルを用い、高分子アクチュエータはその補助・調整をすることが求められる。そのための必要屈曲角度として5〜45度の比較的大きな屈曲変形量が求められる。 First, the polymer actuator drive catheter has two major roles. One is an operation of selecting a blood vessel passage in a Y-shaped branch blood vessel. In the conventional catheter procedure, a bending displacement is realized by using a catheter having a bent tip in advance and passing a guide wire therethrough. Similarly, a catheter with a bent tip is also used for a polymer actuator driving catheter, and the polymer actuator is required to be assisted and adjusted. For this purpose, a relatively large bending deformation amount of 5 to 45 degrees is required as a necessary bending angle.
もう一つは立体的にネジレの位置関係にある分岐血管口にカテーテルを挿入するために先端位置を補正する作業である。従来のカテーテル手技では外部からカテーテルを回転させることで補正しているが、カテーテル自体が1mと長い上に柔らかい樹脂性素材であるため、外部操作による回転変位がカテーテルに吸収されてしまい、微調整が難しいという問題があった。高分子アクチュエータ駆動は電気信号によってカテーテル先端を直接変位を伝えることが可能であるため、同手技に極めて良く適合している。このために必要な屈曲角度は3〜15度の比較的小さな屈曲変形量が求められる。 The other is the operation of correcting the distal end position in order to insert the catheter into the branch vessel opening that is three-dimensionally in a twisted positional relationship. In the conventional catheter procedure, correction is performed by rotating the catheter from the outside. However, since the catheter itself is as long as 1 m and is a soft resin material, rotational displacement due to external operation is absorbed by the catheter and fine adjustment is performed. There was a problem that was difficult. Since the polymer actuator drive can transmit the displacement directly through the catheter tip by an electric signal, it is very well adapted to the same procedure. For this purpose, a relatively small bending deformation amount of 3 to 15 degrees is required.
これら要求仕様が異なる屈曲性能に対し、軸方向で一様な電極パターニングを有するカテーテルでは、同一の屈曲範囲を持つアクチュエータで二つの異なる性能を満たすことが難しい。 In contrast to the bending performance with different required specifications, it is difficult to satisfy two different performances with an actuator having the same bending range in a catheter having uniform electrode patterning in the axial direction.
本発明は、カテーテルを複雑な形状もしくは細い血管部位へ挿入可能とする技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technique that allows a catheter to be inserted into a complicated shape or a thin blood vessel site.
本発明は、以下の高分子アクチュエータ駆動カテーテルを提供するものである。
項1. 複数の電極からなる電極パターンを有する高分子アクチュエータ駆動カテーテルであって、前記電極パターンがカテーテルの根元側と先端側で異なり、それによりカテーテルの先端側と根元側は異なる方向に屈曲変形可能に構成されている、高分子アクチュエータ駆動カテーテル。
The present invention provides the following polymer actuator drive catheter.
Item 1. A polymer actuator drive catheter having an electrode pattern composed of a plurality of electrodes, wherein the electrode pattern is different on the root side and the distal end side of the catheter, so that the distal end side and the root side of the catheter can be bent and deformed in different directions A polymer actuator-driven catheter.
本発明の高分子アクチュエータ駆動カテーテルは、直感的かつ容易に操作可能である。 The polymer actuator drive catheter of the present invention can be operated intuitively and easily.
本発明の高分子アクチュエータ駆動カテーテルは、根元側及び先端側の方向を独立して微調整できるので、従来のカテーテルでは操作が難しかった脳卒中、閉塞性末梢動脈疾患や腎臓疾患でもカテーテル治療を行うことができる。 Since the polymer actuator drive catheter of the present invention can finely adjust the directions of the root side and the tip side independently, catheter treatment can be performed even for stroke, occlusive peripheral arterial disease and kidney disease, which are difficult to operate with conventional catheters. Can do.
本発明を応用すれば、間接のようにしたい部分に合わせて電極を配置することができるので、S字形状、M字形状、立体的なネジレを屈曲によって実現できるなど自由自在である。 If the present invention is applied, the electrodes can be arranged in accordance with the portion that is desired to be indirect, so that an S shape, an M shape, and a three-dimensional twist can be realized by bending.
高分子アクチュエータ駆動カテーテルは、高分子アクチュエータ本体と電極から構成される。アクチュエータ本体の高分子の材質は、特に限定されないが、導電性高分子ゲルを含む材料が好ましく例示され、より好ましくは、解離基としてスルホン酸基、カルボン酸基等を有するフッ素樹脂系陽イオン交換樹脂、アンモニウム基を有する陰イオン交換樹脂等を含むイオン導電性高分子ゲルが挙げられる。 The polymer actuator drive catheter is composed of a polymer actuator body and electrodes. The material of the polymer of the actuator body is not particularly limited, but a material containing a conductive polymer gel is preferably exemplified, and more preferably, a fluororesin cation exchange having a sulfonic acid group, a carboxylic acid group or the like as a dissociating group Examples thereof include an ion conductive polymer gel containing a resin, an anion exchange resin having an ammonium group, and the like.
高分子アクチュエータ本体の形状は筒状であり、内部にガイドワイヤを通すことができるようにアクチュエータ本体の内径はガイドワイヤの外径よりも大きい必要がある。 The polymer actuator body has a cylindrical shape, and the inner diameter of the actuator body needs to be larger than the outer diameter of the guide wire so that the guide wire can be passed through the polymer actuator body.
カテーテルは、生体外から生体内へと挿入され、生体内の血管内を進む。カテーテルは、単独で血管内に挿入されてもよいが、内部にガイドワイヤを通した状態で血管に挿入されるのが好ましい。 The catheter is inserted from outside the living body into the living body, and proceeds through the blood vessel in the living body. The catheter may be inserted into the blood vessel alone, but is preferably inserted into the blood vessel with a guide wire passed through the catheter.
カテーテルまたはガイドワイヤの先端はストレートタイプの他に5〜90°程度曲がっているタイプがあり、大きく曲がった血管内に誘導するにはアングルが付いたものの方が望ましい。カテーテル誘導によってカテーテル先端を術部付近まで適当に誘導させた後に内部ガイドワイヤを対応する術具に代えることによって、大動脈瘤、虚血性心疾患、脳動脈瘤、閉塞性末梢動脈疾患、肝臓を始めとした血管を内部に多数有する組織の癌治療などに応用可能である。 The tip of the catheter or guide wire includes a straight type and a bent type of about 5 to 90 °, and an angled type is preferable for guiding into a largely bent blood vessel. By appropriately guiding the catheter tip to the vicinity of the surgical site by catheter guidance and replacing the internal guide wire with the corresponding surgical instrument, aortic aneurysm, ischemic heart disease, cerebral aneurysm, obstructive peripheral arterial disease, liver, etc. It can be applied to cancer treatment of tissues having many blood vessels inside.
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明のアクチュエータ駆動カテーテルは、図1に示すように筒状の高分子の外表面に複数の電極による電極パターンが設けられている。電極は、金、白金、パラジウムなどの貴金属のめっきなどにより形成することができ、貴金属メッキを一様に行った後で電極をスプリットすることにより複数の電極からなる電極パターンを形成することができる。本発明のカテーテルは、根元側と先端側で異なる電極パターンを有するものである。1つの電極パターンにおける電極の数は、特に限定されないが、例えば2〜16、特に2〜8個が挙げられる。図1には、4つの電極からなる電極パターンが示され、図6には4つの電極パターンにより8方向に屈曲変形が可能であることが示されている。 As shown in FIG. 1, the actuator drive catheter of the present invention is provided with an electrode pattern of a plurality of electrodes on the outer surface of a cylindrical polymer. The electrode can be formed by plating a noble metal such as gold, platinum, or palladium, and an electrode pattern composed of a plurality of electrodes can be formed by uniformly splitting the electrode after the noble metal plating is uniformly performed. . The catheter of the present invention has different electrode patterns on the base side and the tip side. Although the number of the electrodes in one electrode pattern is not specifically limited, For example, 2-16, especially 2-8 are mentioned. FIG. 1 shows an electrode pattern composed of four electrodes, and FIG. 6 shows that the four electrode patterns can be bent and deformed in eight directions.
電極パターンは、カテーテルの根元側と先端側で異なるので少なくとも2つの電極パターンを有するが、先端側と根元側の間にさらに少なくとも1つの電極パターンを形成することで90°以上の大きな屈曲を得ることも可能である。 Since the electrode pattern is different between the root side and the distal end side of the catheter, it has at least two electrode patterns. However, by forming at least one electrode pattern between the distal end side and the root side, a large bend of 90 ° or more is obtained. It is also possible.
高分子アクチュエータ駆動カテーテルの駆動原理を図4に示す。高分子アクチュエータ駆動カテーテルは電極と高分子ゲルからなる。高分子アクチュエータ駆動カテーテルは電極に電圧をかけることで屈曲するが、屈曲性能は電圧と電極面積に依存する。電圧が大きいほど、或いは電極面積が広いほど、高分子アクチュエータ駆動カテーテルは大きく屈曲することができる。 The driving principle of the polymer actuator driving catheter is shown in FIG. The polymer actuator drive catheter is composed of an electrode and a polymer gel. The polymer actuator drive catheter is bent by applying a voltage to the electrode, but the bending performance depends on the voltage and the electrode area. The larger the voltage or the larger the electrode area, the more the polymer actuator drive catheter can be bent.
図5は、本発明の高分子アクチュエータ駆動カテーテルの一例を示す。図5に示すような配線・電極配置を行った場合、高分子アクチュエータ駆動カテーテルの先端側は前後方向に屈曲し、根元側は左右方向に屈曲する。図5において、先端側は手前側の第2電極、奥側の第4電極を含む電極パターンを有し、根元側は第1電極から第4電極の4つの電極からなる電極パターンが形成されている。根元側(下側)の第2電極と第4電極の面積は非常に小さいので、根元側の屈曲方向は面積の大きい第1電極(左側)と第3電極(右側)により事実上決められる。 FIG. 5 shows an example of the polymer actuator drive catheter of the present invention. When the wiring / electrode arrangement as shown in FIG. 5 is performed, the distal end side of the polymer actuator driving catheter is bent in the front-rear direction, and the root side is bent in the left-right direction. In FIG. 5, the tip side has an electrode pattern including a second electrode on the near side and a fourth electrode on the back side, and an electrode pattern composed of four electrodes from the first electrode to the fourth electrode is formed on the base side. Yes. Since the area of the second electrode and the fourth electrode on the base side (lower side) is very small, the bending direction on the base side is practically determined by the first electrode (left side) and the third electrode (right side) having a large area.
電極面積の大きい根元側の第1電極と第3電極、先端側の第2電極と第4電極において電圧を印加すると、根元側と先端側が別の方向に屈曲するため、カテーテルを望む方向に屈曲変形させることができる。電極の電圧を低くすると小さく屈曲し、電圧を高くすると大きな屈曲が実現できる。 When a voltage is applied to the first and third electrodes on the base side having a large electrode area, and the second and fourth electrodes on the tip side, the root side and the tip side are bent in different directions, so the catheter is bent in the desired direction. Can be deformed. When the voltage of the electrode is lowered, the bending is small, and when the voltage is high, the bending is large.
図5では、カテーテルの先端側と根元側で屈曲の方向が直交するカテーテルを例示したが、先端側にほぼ等しい面積を有する4つの電極からなる電極パターンを形成し、根元側は図5に示すような2つの電極からなる電極パターンを形成した場合、根元側は1方向に屈曲変形し、先端側は8方向に屈曲可能なアクチュエータ駆動カテーテルが得られる。このように先端側の電極の数を増やすことで、屈曲の方向を微調整することができる。 FIG. 5 illustrates a catheter in which the direction of bending is orthogonal between the distal end side and the root side of the catheter, but an electrode pattern composed of four electrodes having substantially the same area is formed on the distal end side, and the root side is shown in FIG. When such an electrode pattern composed of two electrodes is formed, an actuator-driven catheter that can bend and deform in one direction on the base side and bend in eight directions on the tip side is obtained. Thus, the direction of bending can be finely adjusted by increasing the number of electrodes on the tip side.
本発明の高分子アクチュエータ駆動カテーテルの製造方法の一例を図7〜10に示す。 An example of the manufacturing method of the polymer actuator drive catheter of the present invention is shown in FIGS.
図7は、使用する金型の1例を示す。図7の金型は3枚の色分けした金型に分けられ、ベースとなる灰色が固定金型、それに赤と黄色の可動金型が設置されている。可動金型は図7の2)、3)のように移動し、そして白くなっている隙間を溶融された高分子が通過し、成形される。成形の様子を図8に示す。カテーテルの先端部を図8の1)に示す金型位置で成形し、先端部成形終了後に図8の2),3)のように金型が移動しながら押し出し成形する。最後に図8の4)のように本体部を成形する。そしてできた膜を図9のように円形につなげることで円筒形状にする。そして熱をかけながら両端を引張延伸することで細径化を行う。その後、図10に示すように化学処理(スルホン化)を行った後、金メッキを施し、凸部を除去することで電極スプリットが実現する。化学処理の工程は安積らの非特許文献1と同様であり、凸部のスプリットの工程は非特許文献2と同様である。 FIG. 7 shows an example of a mold to be used. The mold shown in FIG. 7 is divided into three color-coded molds, and the base gray is a fixed mold, and red and yellow movable molds are installed. The movable mold moves as shown in 2) and 3) in FIG. 7, and the molten polymer passes through the white gap and is molded. The state of molding is shown in FIG. The distal end portion of the catheter is molded at the mold position shown in 1) of FIG. 8, and after the distal end portion is finished, extrusion molding is performed while the mold moves as shown in 2) and 3) of FIG. Finally, the main body is formed as shown in 4) of FIG. Then, the resulting film is circularly connected as shown in FIG. 9 to form a cylindrical shape. Then, the diameter is reduced by pulling both ends while applying heat. Thereafter, as shown in FIG. 10, after chemical treatment (sulfonation), gold plating is performed, and the convex portions are removed to realize electrode splitting. The chemical treatment process is the same as that of Azumi et al. Non-Patent Document 1, and the process of splitting the convex portion is the same as Non-Patent Document 2.
Claims (1)
A polymer actuator drive catheter having an electrode pattern composed of a plurality of electrodes, wherein the electrode pattern is different on the root side and the distal end side of the catheter, so that the distal end side and the root side of the catheter can be bent and deformed in different directions A polymer actuator-driven catheter.
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