JP2018509973A - 関節作動する超音波プローブのための可変構成の曲げネック - Google Patents

Abstract

関節作動する超音波プローブのための曲げネックは、曲げネックの異なる区画を異なる湾曲に曲げ得る、可変の構成を有する。１つの実施では、剛性部材が曲げネック内に延ばされ、曲げネックの区画のための偏向地点を剛性部材の端に設定する。他の実施において、曲げネックのリンクは異なる長さを有し、異なる区画に異なる最大の曲率半径を有するようにさせる。他の実施において、曲げネックは、異なるデュロメータ、厚さ、又は曲げネックへの取付け地点の間隔の領域を示すシース内に取り囲まれる。

Description

本発明は、超音波撮像プローブ(ultrasonic imaging probes)に関し、特に、超音波プローブを関節作動させる曲げネック(bending neck)に関する。

カテーテルプローブ及び経食道心エコー検査（ＴＥＥ）プローブを含む、幾つかの超音波プローブは、体内からの撮像（イメージング）のために設計されている。これらのプローブでは、撮像変換器（トランスデューサ）がプローブの先端に配置され、プローブは、一般的に、所望のビューを得るために操作者によって関節作動させられるように設計される。特にＴＥＥプローブの場合において、プローブ先端を関節作動させる好適な方法は、曲げネックと呼ばれるカテーテル又は胃鏡の遠位部分を用いる。曲げネックは、互いに旋回的に接続される一連のリンクによって形成される。これは各リンクがその隣接するリンクに対して僅かに動くことを可能にし、故に、リンクの全区画が実質的な曲げ角度に亘って制御可能に関節作動するようにさせられ得る。関節作動の制御は、プローブの近位端にある制御ユニット内の制御ノブ又はモータのシャフト又はプーリの周りに巻かれるプローブ及びネックを通じて延びるケーブルによって行われる。操作者がノブを回すか或いはモータを作動させると、所望のケーブルが引っ張られ、それはプローブの関節作動するネック区画を曲げる。一般的に、リンク間のピボット軸は、幾つかの軸が０°〜１８０°の方向に曲がり得るのに対し、他の軸が９０°〜２７０°の方向に曲がり得るよう、リンクからリンクに９０°だけ互い違いになる。これらの２つの軸方向についての２つの制御装置及び制御ケーブルの使用は、操作者が曲げネックをこれらの方向のうちのいずれかの方向において又はそれらの間のいずれかの方向において関節作動させるのを可能にする。リンク、故に、曲げネックは中空であり、遠位先端にある変換器ための配線並びにガイドワイヤ及び手術ツールのような他の品目が、プローブの先端での又はプローブの先端を通じての操作のためにプローブを通じるのを可能にする。

関節作動するプローブのための曲げネックの製造及び組立ては、忍耐を必要とすることがあり、高価なことがある。ネックの各リンクは、個別に形成されなければならず、次に、リンクは、リンクが互いに対して旋回するよう、ピン又はリベットによって接合される。ユーザが要求する広範な関節作動及び関節作動制御を依然として有しながら、曲げネックを構築するより容易でより安価な方法を有することが望ましい。

本発明の原理によれば、単一のチューブ又は入れ子式のチューブセットから形成される、制御可能に関節作動する超音波プローブのための曲げネックが提供される。チューブは、個別の旋回するリンクを形成するよう、エッチング処理され或いは機械加工される。入れ子式のチューブセットのチューブのうちの１つに形成される溝又は単一のチューブにある圧痕が、制御ケーブル通路をもたらす。曲げネック湾曲は、例えば、可動の曲げ地点、多数の制御ケーブルアンカ地点、異なるピボット軸間隔、及びマルチデュロメータのネックシースの使用によって、可変であるように形成される。

単一の入れ子式の２つのチューブのセットから形成された曲げネックの区画を（断面）例示している。 単一の入れ子式の２つのチューブのセットから形成された曲げネックの区画（断面）を例示している。 一体的な制御ケーブル通路を含む、単一のチューブから形成された曲げネックの区画（断面）を例示している。 一体的な制御ケーブル通路を含む、単一のチューブから形成された曲げネックの区画（断面）を例示している。 様々な曲げ偏向地点を備える本発明の曲げネックを例示している。 可変の関節作動をもたらす可変のリンク間隔を備える曲げネックを例示している。 本発明の曲げネックのためのリンク間の関節作動角度を決定する技法の詳細図である。 本発明の曲げネックのための可変の曲げを提供する可変のデュロメータシースを例示している。 本発明の曲げネックの曲げを制御可能に変更する多数の制御ケーブル固着地点の使用を例示している。 発明の曲げネックの曲げを制御可能に変更する多数の制御ケーブル固着地点の使用を例示している。 異なって固着される制御ケーブルの使用を通じて２つの異なる平面において制御可能に曲げ得る曲げネックを例示している。 １つの平面内で２つの曲げ区画によって制御可能に関節作動させられる可変に関節作動する曲げネックを例示している。 １つの平面内で２つの曲げ区画によって制御可能に関節作動させられる可変に関節作動する曲げネックを例示している。 ２つの平面内で２つの曲げ区画によって制御可能に関節作動させられる可変に関節作動する曲げネックを例示している。 ２つの平面内で２つの曲げ区画によって制御可能に関節作動させられる可変に関節作動する曲げネックを例示している。

図１を先ず参照すると、一般的にはステンレス鋼のような金属で作られる２つの同心状のチューブで形成された関節作動する(articulating)超音波プローブのための一体成形品(single piece)の曲げネック１０(bending neck)が示されている。内側チューブ１０ｂは、外側チューブ１０ａ内にしっかりと嵌合している。挿入前に、２つの長手方向の溝１２が、チューブ１０ｂの外側の長さに沿って、対向する側に形成される。これらの溝は、以下に記載するような曲げネックの関節作動(articulation)を制御する制御ケーブルのための通路を形成する。溝１２は、図１Ａの断面図に明瞭に示されている。２つのチューブが同心状に位置付けられた状態で、チューブの長手方向軸に向かってレーザ切断することによって或いは他の機械加工技法によって、それらは個別のリンク１１に切断される。リンクは、例えば、１つのリンクから次のリンクまで延び且つリンクの反対側に配置されるローブ１４によって、互いに可動に接続されたままであるように、形成される。これらのローブ及び機械加工プロセスによって形成されるリンク間の間隔は、隣接するリンクが、リンクの反対側にある対向するローブを通じて延びる軸について互いに対して移動し且つ旋回するのを可能にする。各リンクは、その隣接するリンクに対して小さな角度だけ旋回するに過ぎないことがあるが、曲げネックを形成する多数の連続的なリンクは、全体的にかなりの湾曲で曲がることがある。これは、プローブの遠位端を必要とされる場所に位置付け得る程に有意であるが、曲げネックの中心管腔を通じるワイヤ、ツール、及び他の品目を拘束する程に任意の関節作動地点で鋭利でない、所望の関節作動である。

図２は、一体成形の曲げネックの第２の実施(implementation)を例示しているが、今回は単一のチューブ１０だけを使用している。チューブ１０は、上述のように別個の接続されたリンクに機械加工され、この図には、個別のリンク間の溝１５が示されている。制御ケーブル溝のために使用される内側チューブは、この単一チューブの実施において存在しないので、曲げネックを通じて制御ケーブルを運ぶために、一連のリング状の圧痕１６(indentations)がチューブの両側に形成される。チューブ壁を通じて２つの平行な切れ目を作られ、次に、切れ目の間の領域が内向きに押し込まれ、図２Ａの断面図に明瞭に示されるような圧痕が形成される。圧痕は、頂部及び底部にあり且つ図２の図では見えない、ピボットローブ１４(pivot lobes)の線(lines)からチューブの周りに９０°ある、チューブの側面に形成される。チューブの対向する側面にある圧痕を通じる制御ケーブルは、曲げネックの遠位端に固定された後に引っ張られる。それらはそれぞれネックを図２の平面の内外に曲げさせる。

本発明の曲げネックの曲げを制御し且つ調整し得る多くの方法がある。１つの制御技法は、曲げが生じる偏向地点(deflection point)を制御することである。図３は、剛性部材１８が、その遠位端が所望の偏向地点にある状態で、曲げネック内に配置される、技術を例示している。この場合、剛性部材は、チューブ１８であり、この部分切欠図は、チューブ１８の左側へのリンクを示しており、これらのリンクは、それらのピボットローブについて自由に旋回するのに対し、チューブが配置されるリンクは、旋回から不動化されている。偏向地点の位置は、曲げネックの内外への剛性部材１８の延伸を調整することによって調整可能である。

曲げネックのある区画(section)の湾曲によって定められる角度は、図４の曲げネック１０によって例示するように、個々のリンクの長さを選択的に決定することによって設定されてよい。この実施において、ピボットローブ１４を備える左側へのリンクは比較的短く、これらのリンクの長さは、比較的より短い曲率半径で曲がってよい。ピボットローブ２４を備える右側へのより大きなリンクは、比較的より大きな曲率半径で最大限に曲がってよい。加えて、異なる大きさのリンクは、異なるモーメントを有し、それらは、共通して制御されるときに、どのセットのリンクが最初に曲がるかを決定する。より小さなモーメントを有するピボットローブ１４を備えるより小さいリンクは、最初に曲がる。これは、例えば、より小さなリンクの遠位先端（図面の左側）での変換器の配置が制御されるときに有用である。曲げネックの両方の区画の関節作動は、溝１２内の制御ケーブルを比較的強く引っ張ることによって略所望の位置に設定され、それにより、両方の区画に曲げを引き起こす。変換器がその所望の位置付近にある状態で、ケーブルを軽く引っ張ることを使用して、より小さなリンクの遠位部分のみを移動させ、変換器の最終的な所望の位置を微調整する。

隣接するリンクの間で旋回させる程度は、個別のリンクを形成するようチューブを通して機械加工される溝の関数である。図５は、チューブを通じて溝１５を機械加工することによって別個のリンク１１が形成された曲げネックの部分の部分側面図である。２つのリンクは、ピボットローブの軸の両側で溝を９０°開閉する溝１５の幅だけ、ピボットローブ１４の周りで旋回し得る。より大きな旋回が望まれるならば、溝は、ピボットローブの上下のシータ(theta)の最大の開放(opening)を備える、テーパ状の幅(tapered width)で機械加工され得る。それにより、隣接するリンクの相対的な旋回は、角度シータの寸法まで増大させられる。

曲げネックの可変の曲げを提供する他の技法は、可変デュロメータを備えるシース内に曲げネックを封入することである。図６は、曲げネックの遠位端から近位端の左側まで可変デュロメータを備える曲げネックに亘るシース２０を例示している。シースは右側に剛性が比較的より高く（より高いデュロメータ）、それはシースの遠位端に向かって剛性がより低くなる。制御ケーブルを作動させて曲げネックを曲げると、遠位端は、曲げネックのより高いデュロメータの近位区画よりも容易に、最初に曲がる。シースの長さに沿って使用される材料の選択によって、デュロメータを設定し得る。同じ結果を達成する他の方法は、シースの長さに沿ってシース材料の厚さを変化させることである。図６中の破線２２は、シース２０が、それがその遠位端に向かう並びに遠位端にあるよりも、その近位（右）端に向かってより厚いことを示している。同じ結果を達成する更に他の方法は、シースを曲げネックに固定する方法を通じてである。図６の実施例において、シース２０は、曲げネックの近位部分に沿って近接して離間した地点２６で曲げネックに鋲留めされ(tacked)、そして、曲げネックの遠位部分に沿ってより広く離間した地点２８で曲げネックに鋲留めされている。これは曲げネックの遠位部分を近位部分よりも容易に且つ直ちに曲げさせる。

幾つかの実施例では、幾つかのときに、曲げネックの区画を制御可能に曲げ、他のときに、曲げネックを曲げられていない構成にロック（係止）するのが望ましいことがある。図７は、図４の実施態様を用いたこの構成の実施を例示している。この場合には、制御ケーブル通路１２を通じて延びる、４０−４０’及び４２−４２’の２セットの制御ケーブルがある。ケーブル４０−４０’の端は、図８中にアンカ地点３２及び３４によって示すように、曲げネック１０の遠位リンク（最左側）への取付けによって固着される。図８において、内側チューブ１０ｂは、例示の明瞭化のために除去されている。ケーブルの他のセット４２−４２’の端は、アンカ地点３６及び３８によって示すように、ピボットローブ２４を備えるリンクに続く第１のリンクである、リンク１１’に固着される。各ケーブルペアが引っ張られ、相補的の方法において緩められると、曲げネックの対応する区画は、図面の平面内で曲げられ、ケーブルセット４０−４０’は、遠位（小さなリンク）区画を制御し、ケーブルセット４２−４２’は、近位（より大きなリンク）区画を制御する。しかしながら、ケーブル４２−４２’の両方を一致して引っ張るときに、近位区画のリンクは一緒に引っ張られ、図７に示すような直線構成にロックされる。曲げネックの遠位区画は、ケーブル４０−４０’の使用によって依然として制御可能に関節作動させられ得る。ケーブル４０及び４０’が一致して引っ張られるとき、曲げネック全体は直線構成においてロックされる。よって、多数の制御ケーブル及び選択的なアンカ地点を使用することによって、曲げネックの異なる区画をロックし或いは関節作動させることができる。

図７の実施において、ピボットローブは、全て曲げネックの前面及び後面にあり、それは両方の関節作動区画が同じ平面、すなわち、図面の平面内で湾曲させられるのを可能にする。単一のセットの制御ケーブル通路１２が、この関節作動のために両方のセットのケーブルを収容する。図９は、ピボットローブ１４がチューブの前側及び後側に形成され、故に、それらのピボット軸が全て図面の平面に対して法線方向にある、実施を例示している。しかしながら、曲げネックの近位区画のピボットローブ２４は、チューブの頂部及び底部に形成され、図面の平面に対して平行なそれらのピボット軸を有する。これは、ピボットローブ１４を備える遠位区画を、図面の平面内で湾曲させ得るのに対し、リンクの近位区画を、図面の平面に出入りするよう直角に湾曲させ得ることを意味する。これらの異なる動作(action)を制御するために、異なるセットの制御ケーブルが使用される。ケーブル４２及び４２’は、ケーブル通路１２を通じて延び、アンカ地点３２及び３４の端に固着される。これらのケーブルは、曲げネックの遠位（最左側）区画の関節作動を制御する。曲げネックの近位区画のための制御ケーブル４０及び４０’は、ケーブル４２及び４２’からチューブの円周の周りに９０°向けられる。これら制御ケーブルは、通路１２に対して９０°に向けられる、それらの独自の異なって位置付けられる制御ケーブル通路を通過しなければならない。これらの制御ケーブル４０及び４０’は、図９の切欠図においてアンカ地点３６で固着されるケーブル４０によって示されるように、それらが制御するリンクの区画の遠位端に固着される。（ケーブル４０’及びそのアンカ地点は、この図において切り取られている）。ケーブル４２−４２’が引っ張られると、リンクの遠位区画は、関節作動させられ或いはロックされ、ケーブル４−４０’が引っ張られると、リンクの近位区画が制御される。

図１０ａ−１０ｂは、本発明の関節作動する超音波プローブの斜視図である。このプローブは、２つの直線状の非関節作動区画６０及び６２と、２つの関節作動区画７０及び７２とを有する。図７の実施と同様に、関節作動区画７０及び７２は、同じ平面、すなわち、図面の水平面Ｈ内で関節作動する。図１０ａにおいて、短い関節作動区画７０は、区画７０の遠位端に固着されるそのケーブルの制御によって湾曲させられる。図１０ｂにおいて、区画７２の遠位端に固着されるケーブルセットは、区画７２を関節作動させるために使用される。全ての関節作動は同じ平面内にあるので、両方の区画のピボットローブは、区画の同じ側にあり、両方の区画の制御ケーブルのためには、単一のペアのケーブル通路のみが必要である。

図１１ａ−１１ｂは、本発明の他の関節作動する超音波プローブの斜視図であり、この超音波プローブは、図９の場合におけるように、２つの平面内で関節作動を実施する。図９と同様に、図１１ａの関節作動区画７２は、関節作動する区画７０と比較してチューブの円周の周りに９０°向けられた制御ケーブル通路、ピボット軸、及びピボットローブを有する。図１１ａ及び図１１ｂに例示するように、遠位区画７２を垂直（Ｖ）方向に上下に制御可能に関節作動させることができる。

上記の着想の他の変形が当業者の心に直ちに思い浮かぶであろう。ピボットローブは、他の形状及び大きさにおいて形成されてよく、リンク間の旋回(pivoting)は、他のより複雑なピン又はリベット構成によって提供されてよい。しかしながら、本明細書で例示する実施は、単一の又は同心状のチューブのペアから全体的に形成されるという利点を有する。同じに方向付けられるリンクの区画の代わりに、互いに対して９０°で旋回するリンクに関節作動する区画を組み入れて、殆どあらゆる方向において湾曲させられる能力を関節作動する区画に与える。

Claims (15)

1. 超音波プローブのための関節作動する曲げネックであって、
   複数の旋回式に接続されるリンクを含み、該リンクは、湾曲構成への制御された関節作動が可能であり、当該曲げネックの異なる区画は、異なる曲率半径を示す、
   曲げネック。
2. 当該曲げネックの区画に延びる剛性部材を更に含み、
   当該曲げネックの区画の湾曲のための偏向地点は、前記剛性部材の位置によって決定される、
   請求項１に記載の曲げネック。
3. 前記剛性部材は、当該曲げネックのリンクの区画に延びるチューブを更に含み、
   前記チューブが延びる前記リンクは、直線区画において関節作動不能にされる、
   請求項２に記載の曲げネック。
4. 前記リンクを通じて延びる複数のピボット軸を更に含み、前記リンクは、前記ピボット軸について旋回してよく、
   当該曲げネックの第１の区画は、比較的近接して離間するピボット軸を有し、当該曲げネックの第２の区画は、比較的より広く離間するピボット軸を有する、
   請求項１に記載の曲げネック。
5. 前記第１の区画は、比較的より小さな最大の曲率半径を有し、前記第２の区画は、比較的より大きな最大の曲率半径を有する、請求項４に記載の曲げネック。
6. 前記第１の区画の前記リンクは、前記第２の区画の前記リンクよりも小さなモーメントを示す、請求項４に記載の曲げネック。
7. 各リンクは、前記リンクを隣接するリンクに接続する、前記リンクの対向する側に配置されるピボットローブを更に含み、
   ピボット軸が、各リンクの前記ピボットローブを通じて延びる、
   請求項４に記載の曲げネック。
8. 前記旋回式に接続されるリンクを取り囲むシースを更に含み、該シースは、その長さに沿って異なるデュロメータの領域を示す、請求項１に記載の曲げネック。
9. 前記異なるデュロメータの領域は、異なるシース厚さの領域を更に含む、請求項８に記載の曲げネック。
10. 前記旋回式に接続されるリンクを取り囲むシースを更に含み、該シースは、その長さに沿って、前記リンクへの取付けの地点を示し、
    該取付けの地点は、前記シースの他の区画に沿って離間するよりも、前記シースの１つの区画に沿ってより近接して離間する、
    請求項１に記載の曲げネック。
11. 前記リンクを通じて延び、前記リンクの区画の遠位端に固着される、第１の制御ケーブルであって、引っ張られるときに、前記リンクの区画を関節作動させる、第１の制御ケーブルと、
    前記リンクを通じて延び、前記第１の制御ケーブルから当該曲げリンクに亘って前記リンクの区画の前記遠位端に固着される、第２の制御ケーブルとを更に含み、
    両方の制御ケーブルが引っ張られるときに、前記リンクの区画は、直線構成においてロックされる、
    請求項１に記載の曲げネック。
12. 前記リンクを通じて延び、リンクの第２の区画の遠位端に固着される、第３の制御ケーブルと、
    前記リンクを通じて延び、前記第３の制御ケーブルから当該曲げリンクに亘って前記リンクの第２の区画の前記遠位端に固着される、第４の制御ケーブルとを更に含み、
    前記第１の区画及び前記第２の区画の関節作動は、別個に制御される、
    請求項１１に記載の曲げネック。
13. 各リンクは、前記リンクを隣接するリンクに接続する、前記リンクの対向する側に配置されるピボットローブを更に含み、
    ある区画の各リンクの前記ピボットローブは、ある区画の対向する側で列において整列させられ、
    前記第１の区画のピボットローブの前記列は、前記第２の区画の前記ピボットローブの前記列と整列させられる、
    請求項１２に記載の曲げネック。
14. 各リンクは、前記リンクを隣接するリンクに接続する、前記リンクの対向する側に配置されるピボットローブを更に含み、
    ある区画の各リンクの前記ピボットローブは、ある区画の対向する側で列において整列させられ、
    前記第１の区画のピボットローブの前記列は、前記第２の区画のピボットローブの前記列から当該曲げネックの円周の周りに９０°配置される、
    請求項１２に記載の曲げネック。
15. 前記第３の制御ケーブル及び前記第４の制御ケーブルが前記第２の区画の前記遠位端に固着される地点は、前記第１の制御ケーブル及び前記第２の制御ケーブルが前記第１の区画に固着される地点から当該曲げネックの円周の周りに９０°配置される、請求項１４に記載の曲げネック。

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