JP2022169814A - アクチュエータ及びロボットカテーテルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットカテーテルシステムにおいて医療用長尺体を把持する把持力の調整が可能な新規なる構造を提供する。【解決手段】アクチュエータは、シース１１０を長手方向に進退移動させるロボットカテーテルシステム１に設けられ、シースを長手方向に送るローラー４３３、４３４において、ローラー４３３とローラー４３４の間隔を調整し、ローラー４３３、４３４の一方を他方に対して移動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータ及びロボットカテーテルシステムに関する。

近年、心臓動脈の疾患を有する患者を治療・診断する際にロボットハンドを用いてカテーテル等の操作を行う場合がある。ロボットハンドは、複数の関節を備えることによって直進移動だけでなく、関節において多自由度に回転可能であるように構成している。ロボットハンドの先端には診断用カテーテルを取付け可能なカセットが設けられる。

カセットには、ガイドワイヤを長手方向に移動可能な駆動機構と、診断用カテーテル等を移動可能な駆動機構と、を備えている。診断用カテーテルは、ホイールとローラーによって長手方向に移動可能に挟持される（特許文献１参照）。

特開２０１７－２０５５４６号公報

特許文献１のようにローラーとホイール等によって診断用カテーテルを挟持して診断用カテーテルを長手方向に進退移動させると、診断用カテーテルはローラーとホイールによる挟持力を受ける。このように、診断用カテーテルが長手方向と交差する断面において径方向内方に収縮する力を受けると、カテーテル内部に造影剤等の流体を流通させたり、画像診断のための光等の媒体を伝送したりする機能が損なわれるおそれがある。カテーテルのような医療用長尺体は、管状部材の内部空間に様々な部材を移動させたりすることで手技を行うことが一般的であり、上記のような課題は医療用長尺体を使用するものであれば、画像診断用カテーテル以外の医療器具にも妥当しうる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ロボットカテーテルシステムにおいて医療用長尺体を把持する把持力の調整が可能な新規なる構造を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、医療用長尺体を長手方向に進退移動させるロボットカテーテルシステムに設けられ、前記医療用長尺体を前記長手方向に送る一対の把持部材において、一対の前記把持部材を構成する第１把持部材と第２把持部材との間隔を調整し、前記第１把持部材及び前記第２把持部材の少なくとも一方を他方に対して移動させるアクチュエータである。

また、本発明の一態様は、上記アクチュエータを搭載したロボットカテーテルシステムである。

上記アクチュエータ及びロボットカテーテルシステムによれば、ロボットカテーテルシステムにおいて医療用長尺体を把持する把持力の調整が可能になる。

本発明の一実施形態に係るロボットカテーテルシステムを示す概略斜視図である。 ロボットカテーテルシステムを構成するカセット及び医療用長尺体を示す正面図である。 医療用長尺体を含む医療器具について説明する概略図である。 医療器具の先端部を示す側面図である。 医療器具の基端側を示す断面図である。 ロボットカテーテルシステムにおいて一対のローラーによる把持力を調節する構成について示すカセット付近の拡大図である。 ロボットカテーテルシステムにおいてカセットを構成する弾性部材の取り付けについて示す断面図である。 ロボットカテーテルシステムにおいて一対のローラーによる把持力を調節する構成について示し、カセットを一部切断した状態を示す概略斜視図である。 コンピュータを示すブロック図である。 ロボットカテーテルシステムにおける操作部を示す図である。 図８の変形例を示す概略斜視図である。 本発明の他の実施形態に係るカセットを示すカセット付近の拡大図である。 図１２に示す駆動ベルトと受動ベルトが図１２に示す状態よりも離間した状態を示す図である。

以下、各図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。本実施形態に係るロボットカテーテルシステムは、心臓動脈の疾患を有する患者の治療を行う際に使用される経皮的冠動脈インターベンション（Ｐｅｒｃｕｔａｎｅｏｕｓ Ｃｏｒｏｎａｒｙ Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎ：ＰＣＩ）において利用される。

図１は、本実施形態に係るロボットカテーテルシステム１の全体構成を示す概略斜視図であり、図２はロボットカテーテルシステム１を構成するカセット４００及び医療器具Ｐ等を示す図である。

ロボットカテーテルシステム１は、シース１１０を長手方向に進退移動させる際等に使用される。図１に示すように、本実施形態に係るロボットカテーテルシステム１は、シース１１０（医療用長尺体に相当）を含む医療器具Ｐと、ベッド２００と、ロボットアーム３００と、を有する。ロボットカテーテルシステム１は、カセット４００と、コンピュータ６００と、照射装置７００と、操作部８００と、を有する。

（医療器具）
まず、ロボットカテーテルシステム１に取付けられる医療器具Ｐについて説明する。図３はロボットカテーテルシステム１に取付けられる医療器具の一例として画像診断用カテーテル（以下、画像カテーテル又はカテーテルデバイスと言う）の全体構成を示す図である。図４は画像診断カテーテル１００の先端を示す図、図５は画像診断用カテーテルの基端側を示す断面図である。

本実施形態に係る医療器具は、血管内超音波診断法（ＩＶＵＳ）と、光干渉断層診断法（ＯＣＴ）との両方の機能を備えるデュアルタイプの画像診断カテーテル１００である。ただし、外部装置５００に接続可能な医療器具は上記に限定されず、例えばＩＶＵＳ用カテーテル、ＯＣＴ用カテーテルや、診断画像を取得する目的以外で使用されるカテーテル（例えば、治療用カテーテル等）であってもよい。

図３～図５を参照して、画像診断カテーテル１００について説明する。

図３に示すように、画像診断カテーテル１００は、外部装置５００に接続されることによって駆動される。

図３～５に示すように、画像診断カテーテル１００は、概説すると、生体の体腔内に挿入される長尺状のシース１１０と、シース１１０の基端側に設けられた外管１２０と、を有する。画像診断カテーテル１００は、外管１２０内に進退移動可能に挿入される内側シャフト１３０と、信号を送受信する信号送受信部１４５を先端に有してシース１１０内に回転可能に設けられる駆動シャフト１４０と、を有する。画像診断カテーテル１００は、外管１２０の基端側に設けられ内側シャフト１３０を受容するように構成されたユニットコネクタ１５０と、内側シャフト１３０の基端側に設けられたハブ１６０と、を有している。

明細書の説明においては、画像診断カテーテル１００の体腔内に挿入される側を先端側と称し、画像診断カテーテル１００に設けられたハブ１６０側を基端側と称し、シース１１０の延在方向を軸方向と称する。

図３に示すように、駆動シャフト１４０は、シース１１０とシース１１０の基端に接続した外管１２０と外管１２０内に挿入される内側シャフト１３０とを通り、ハブ１６０の内部まで延在している。

ハブ１６０、内側シャフト１３０、駆動シャフト１４０、及び信号送受信部１４５は、それぞれが一体的に軸方向に進退移動するように互いに接続されている。このため、例えば、ハブ１６０が先端側に向けて押される操作がなされると、ハブ１６０に接続された内側シャフト１３０は外管１２０内およびユニットコネクタ１５０内に押し込まれる。そして、駆動シャフト１４０および信号送受信部１４５がシース１１０の内部を先端側へ移動する。例えば、ハブ１６０が基端側に引かれる操作がなされると、内側シャフト１３０は、図３中の矢印ａ１で示すように外管１２０およびユニットコネクタ１５０から引き出される。また、ハブ１６０が基端側に引かれる操作がなされると、駆動シャフト１４０および信号送受信部１４５は、図３の矢印ａ２で示すように、シース１１０の内部を基端側へ移動する。

図３に示すように内側シャフト１３０が先端側へ最も押し込まれたときには、内側シャフト１３０の先端部は中継コネクタ１７０付近まで到達する。この際、信号送受信部１４５は、シース１１０の先端付近に位置する。中継コネクタ１７０はシース１１０と外管１２０とを接続するコネクタである。

図４に示すように、駆動シャフト１４０は、可撓性を有する管体１４１を備え、その内部には信号送受信部１４５に接続される電気信号ケーブル１４２および光ファイバ１４３が配されている。管体１４１は、例えば軸まわりの巻き方向が異なる多層のコイルによって構成することができる。コイルの構成材料として、例えばステンレス、Ｎｉ－Ｔｉ（ニッケル・チタン）合金、白金、イリジウム合金などが挙げられる。電気信号ケーブル１４２は、本実施形態では、図４に示すように後述するコネクタ部１６５に設けられた電極端子に接続されている。電気信号ケーブル１４２は、高周波電圧を送受信するために２本の信号線１４２ａ、１４２ｂを備えるように構成している。

信号送受信部１４５は、図４に示すように、超音波を送受信する超音波送受信部１４５ａと、光を送受信する光送受信部１４５ｂと、を有している。

超音波送受信部１４５ａは、振動子を備え、パルス信号に基づく超音波を体腔内に送信し、かつ、体腔内の生体組織から反射してきた超音波を受信する機能を有している。超音波送受信部１４５ａは、電気信号ケーブル１４２を介して画像診断カテーテル１００の基端側において電極端子（図示省略）と電気的に接続している。

超音波送受信部１４５ａが備える振動子としては、例えば、セラミックス、水晶などの圧電材を用いることができる。

光送受信部１４５ｂは、伝送された測定光を連続的に体腔内に送信するとともに、体腔内の生体組織からの反射光を連続的に受信する。光送受信部１４５ｂは、光ファイバ１４３の先端に設けられ、光を集光するレンズ機能と反射する反射機能とを備えるボールレンズ（光学素子）を有する。

信号送受信部１４５は、図４に示すようにハウジング１４６の内部に収容される。ハウジング１４６の基端側は駆動シャフト１４０に接続されている。ハウジング１４６は、図４に示すように円筒状の金属パイプの円筒面に超音波送受信部１４５ａが送受信する超音波および光送受信部１４５ｂが送受信する光の進行を妨げないように開口部が設けられた形状をしている。

図４に示すように、シース１１０は、駆動シャフト１４０が進退移動可能に挿入されるルーメン１１０ａを備える。シース１１０の先端部には、シース１１０に設けられたルーメン１１０ａに並設されて、ガイドワイヤＧが挿通可能なガイドワイヤルーメン１１４ａを備えるガイドワイヤ挿通部材１１４が取付けられている。シース１１０およびガイドワイヤ挿通部材１１４は、熱融着等により一体的に構成することが可能である。ガイドワイヤ挿通部材１１４には、Ｘ線造影性を有するマーカー１１５が設けられている。マーカー１１５は、Ｐｔ、Ａｕ等のＸ線不透過性の高い金属コイルから構成される。

シース１１０の先端部には、ルーメン１１０ａの内部と外部とを連通する連通孔１１６が形成されている。また、シース１１０の先端部には、ガイドワイヤ挿通部材１１４を強固に接合・支持するための補強部材１１７が設けられる。補強部材１１７には、補強部材１１７より基端側に配置されるルーメン１１０ａの内部と連通孔１１６とを連通する連通路１１７ａが形成されている。なお、シース１１０の先端部には、補強部材１１７が設けられていなくてもよい。

連通孔１１６は、プライミング液を排出するためのプライミング液排出孔である。画像診断カテーテル１００を使用する際は、シース１１０内の空気による超音波の減衰を減らし、超音波を効率良く送受信するため、プライミング液をシース１１０内に充填させるプライミング処理を行う。プライミング処理を行う際に、プライミング液を連通孔１１６から生体管腔に放出させて、プライミング液とともに空気等の気体をシース１１０の内部から排出することができる。

シース１１０、ガイドワイヤ挿通部材１１４および補強部材１１７は、可撓性を有する材料で形成され、その材料は、特に限定されず、例えば、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組合せたもの（ポリマーアロイ、ポリマーブレンド、積層体等）も用いることができる。なお、シース１１０の外表面には、湿潤時に潤滑性を示す親水性潤滑被覆層を配置することが可能である。

図５に示すように、ハブ１６０は、中空形状を有するハブ本体１６１と、ハブ本体１６１の基端側に接続されるコネクタケース１６５ｃと、ハブ本体１６１の内部に連通するポート１６２と、を備える。ハブ１６０は、外部装置５００との接続を行う際にハブ１６０の位置（方向）決めをするための突起１６３ａ、１６３ｂと、駆動シャフト１４０を保持する接続パイプ１６４ｂと、を備える。ハブ１６０は、接続パイプ１６４ｂを回転自在に支持する軸受１６４ｃと、接続パイプ１６４ｂと軸受１６４ｃの間から基端側に向かってプライミング液が漏れるのを防止するシール部材１６４ａと、を備える。ハブ１６０は、外部装置５００に接続される電極端子１６５ａおよび光コネクタ１６５ｂが内部に配置されたコネクタ部１６５を備える。

ハブ本体１６１の先端部には内側シャフト１３０が接続されている。駆動シャフト１４０は、ハブ本体１６１の内部において内側シャフト１３０から引き出されている。

ポート１６２には、プライミング処理を行う際に、プライミング液を注入する注入デバイスＳ（図３参照）が接続される。注入デバイスＳは、ポート１６２に接続されるコネクタＳ１と、コネクタＳ１に接続されるチューブＳ２と、チューブＳ２に接続される三方活栓Ｓ３と、を備える。注入デバイスＳは、三方活栓Ｓ３に接続されるとともに、プライミング液をポート１６２に注入可能な第１シリンジＳ４及び第２シリンジＳ５を備える。第２シリンジＳ５は、第１シリンジＳ４よりも容量が大きく、第１シリンジＳ４が注入するプライミング液の量が不足している場合等に、補助的に使用されるシリンジである。

接続パイプ１６４ｂは、外部装置５００によって回転駆動する電極端子１６５ａおよび光コネクタ１６５ｂの回転を駆動シャフト１４０に伝達するために、駆動シャフト１４０を保持する。接続パイプ１６４ｂの内部には電気信号ケーブル１４２および光ファイバ１４３が挿通されている。

コネクタ部１６５は、電気信号ケーブル１４２と電気的に接続される電極端子１６５ａと、光ファイバに接続される光コネクタ１６５ｂと、を備える。超音波送受信部１４５ａにおける受信信号は、電極端子１６５ａを介して外部装置５００に送信され、所定の処理を施されて画像として表示される。光送受信部１４５ｂにおける受信信号は、光コネクタ１６５ｂを介して外部装置５００に送信され、所定の処理を施されて画像として表示される。

（外部装置）
図３を参照して、画像診断カテーテル１００は、外部装置５００に接続されて駆動される。

上述したように、外部装置５００は、ハブ１６０の基端側に設けられたコネクタ部１６５（図５参照）に接続される。

また、外部装置５００は、図３に示すように、駆動シャフト１４０を回転させるための動力源であるモータ５００ａと、駆動シャフト１４０を軸方向に移動させるための動力源であるモータ５００ｂと、を有する。モータ５００ｂの回転運動は、モータ５００ｂに接続したボールねじ５００ｃによって軸方向の運動に変換される。

外部装置５００の動作は、これに電気的に接続した制御装置５０１によって制御される。制御装置５０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５０１ａおよびメモリを主たる構成として含む。制御装置５０１は、モニタ５０２に電気的に接続している。制御装置５０１は、サーバ（図示省略）と電気的に接続することができる。

（ベッド）
ベッド２００は、地面に載置された台座から地面に直行する方向に配置され、およそ地面に沿って延在し、子供から成人までの患者Ｐａを支持可能かつ平坦な面を備えるように構成している。ベッド２００は、ロボットアーム３００の先端に取付けられたカセット４００に医療器具Ｐを取付け、ロボットアーム３００を操作した際に医療器具Ｐがベッド２００の上方に配置できるように構成している。ベッド２００は、本実施形態において成人の体格に合わせてテーブルの大きさを構成しているが、スライド機構を搭載して患者Ｐａの体格に合わせてテーブルの大きさを複数段階に変化可能に構成してもよい。

（ロボットアーム）
ロボットアーム３００は、カセット４００を保持するように構成している。ロボットアーム３００は、図１に示すように第１軸３１０と、第２軸３２０と、第３軸３３０と、第３軸３３０の先端に設けられる取付け部３４０と、を備える垂直多関節ロボットとして構成している。第１軸３１０と第２軸３２０とは回転可能に接続され、第２軸３２０と第３軸３３０とは回転可能に接続される。第１軸３１０、第２軸３２０、及び第３軸３３０はサーボモータ等によって回転駆動するように構成している。ロボットアーム３００は、上記のように構成することによって先端に取付けたカセット４００を６自由度にて並進移動及び回転移動可能に構成している。ただし、ロボットハンドの自由度はカセット４００に取付けた医療器具Ｐを所望の位置に並進移動及び回転移動して到達できれば、ロボットの自由度は６自由度に限定されない。なお、取付け部３４０についてはカセット４００の説明において記載する。

（カセット）
カセット４００は単回使用として構成でき、ロボットアーム３００における第３軸３３０の先端に設けられた取付け部３４０において取替え可能に設置し、患者Ｐａに対する手技に用いられるガイドワイヤＧと医療器具Ｐを移動可能に構成している。カセット４００は、図２に示すように第１駆動部４１０と、第２駆動部４３０と、設置部４５０と、を備える。

カセット４００は、図２に示す左右方向において第１駆動部４１０によってガイドワイヤＧを進退移動可能に構成している。第１駆動部４１０は、ローラー４１１～４２２を備える。ローラー４１１～４２２は、奇数の符号で示すローラーをガイドワイヤＧに対して一方の側、すなわち図２においてガイドワイヤＧに対して上側に配置している。ローラー４１１～４２２は、ガイドワイヤＧに対して他方の側、すなわち図２においてガイドワイヤＧに対して下側に偶数の符号で示すローラーを配置している。ローラー４１１～４２０は、奇数又は偶数の符号で示すローラーをモータ等によって駆動ローラーとし、他方を従動ローラーとして構成している。第１駆動部４１０における駆動ローラーはモータ等のアクチュエータ（図示省略）によって回転可能に構成している。

第２駆動部４３０は、上述した画像診断カテーテル等の医療器具Ｐを長手方向に進退移動可能に構成している。第２駆動部４３０は、図６に示すようにローラー４３１～４３４と、第１アーム４３５と、第２アーム４３６と、回転軸４３７、４３８、４３９と、弾性部材４４１と、を備える。また、ロボットアーム３００の取付け部３４０は、ギア３４１、３４２と、ギア３４３、３４４と、モータ３４５、３４６と、を備える。ここでローラー４３３、４３４は一対の把持部材に相当する。また、ローラー４３４は第１把持部材に相当し、ローラー４３３は第２把持部材に相当する。また、モータ３４５は第１駆動部に相当し、モータ３４６は第２駆動部に相当する。また、第１アーム４３５は第１設置部材に相当し、第２アーム４３６は第２設置部材に相当する。また、弾性部材４４１は付勢部材に相当する。また、モータ３４５、ギア３４１、３４２及び第１アーム４３５は、ロボットカテーテルシステム１においてシース１１０を含む医療器具Ｐを長手方向に送るローラー４３３、４３４においてローラー４３３、４３４の間隔を調整する。モータ３４５、ギア３４１、３４２及び第１アーム４３５はアクチュエータに相当する。

ローラー４３１～４３４は、ローラー４１１～４２２と同様に奇数の符号で示すローラーを医療器具Ｐに対して一方の側、図２において医療器具Ｐの上側に配置している。ローラー４３１～４３４は、偶数の符号で示すローラーを医療器具Ｐに対して他方の側、すなわち図２において医療器具Ｐに対して下側に配置するように構成している。ローラー４３１～４３４は、奇数の符号で示すローラーをモータ等によって駆動ローラーとし、他方を従動ローラーとなるように構成している。医療器具Ｐは、第２駆動部４３０によって、長手方向と交差する方向において挟持されながら、長手方向に進退移動可能に構成している。

第１アーム４３５は、ローラー４３３、４３４の間隔を調整し、ローラー４３４をローラー４３３に対して移動させる。第１アーム４３５はモータ３４５によって回転可能に構成され、回転軸４３７においてローラー４３４を回転可能に取付けている。第１アーム４３５はカセット４００において回転軸４３８によって回転可能に支持されている。このように構成することによって、ローラー４３４がローラー４３３に接近離間可能になり、ローラー４３３とローラー４３４との相対的な間隔が調節される。すなわち、第１アーム４３５が回転軸４３８を中心に図６において時計回りに回転すれば、ローラー４３３とローラー４３４とが接近する。反対に、第１アーム４３５が回転軸４３８を中心に反時計周りに回転すれば、ローラー４３４がローラー４３３に対して離間する。第１アーム４３５には弾性部材４４１を取付け可能な取付け部４３５ａを備える。取付け部４３５ａは、図７に示すように後述する弾性部材４４１を取付けられるように中空の円筒形状に構成している。

第２アーム４３６は、モータ３４５によって回転可能であって、回転軸４３８に支持される。第２アーム４３６は、第１アーム４３５と同様に弾性部材４４１を取付け可能な取付け部４３６ａを備える。取付け部４３６ａは、図７に示すように取付け部４３５ａの内部空間に挿入可能に構成している。これにより、第１アーム４３５と第２アーム４３６は回転軸４３８の周りにおける回転方向において接近離間可能に構成される。モータ３４５による第１アーム４３５及び第２アーム４３６の操作、即ち回転角度の設定は、後述する操作部８００によって行われる。

回転軸４３９は、ローラー４３３、４３４において駆動ローラーにあたるローラー４３４を回転可能に支持するためにカセット４００に設けられる。

弾性部材４４１は、第１アーム４３５の取付け部４３５ａと第２アーム４３６の取付け部４３６ａに取付け可能に設けられる。弾性部材４４１は、第１アーム４３５と第２アーム４３６の回転方向において第１アーム４３５に対して第２アーム４３６を付勢可能な圧縮ばね等を使用するように構成している。これにより、ローラー４３３、４３４によって医療器具Ｐに一定の挟持力が付与され、医療器具Ｐの滑りを防止又は抑制する。また、シース１１０の外径が一様でなく、変化している場合にはシース１１０において径が変わる部分にローラー４３３、４３４が達した時点で弾性部材４４１が作用し、わずかな応力変化のみでシース１１０に過剰な挟持力がかからないように構成している。

ギア３４１は従動側である回転軸４３８を回転させるためにロボットアーム３００の取付け部３４０に設けられる。ギア３４１は、図８に示すようにモータ３４５から導出され、回転軸４３８と交差する軸に回転可能に取付けられている。ギア３４２は、カセット４００における回転軸４３８に回転可能に設けている。ギア３４１とギア３４２とは噛み合うことによってモータ３４５からの回転を回転軸４３８の回転に変換可能に構成している。ギア３４１、３４２は、本実施形態においていわゆるベベルギアとして構成している。

ギア３４３は、駆動側であるローラー４３３を回転させるためにロボットアーム３００の取付け部３４０に設けられる。ギア３４３はモータ３４６から導出され、回転軸４３９と交差する軸に回転可能に取付けられている。ギア３４４は、カセット４００におけるローラー４３４の回転軸４３９に回転可能に設けている。ギア３４３とギア３４４とが噛み合うことによって、モータ３４６からの回転をローラー４３３の回転に変換可能に構成している。ギア３４３、３４４は上記と同様にベベルギアによって構成することができる。

モータ３４５は、第１アーム４３５を第２アーム４３６に対して相対的に接近又は離間させる駆動力を付与する。モータ３４６は、回転軸４３９の周りにローラー４３３を回転させるために設けられる。モータ３４５、モータ３４６は、公知のモータによって構成できる。

設置部４５０は、第１駆動部４１０、第２駆動部４３０及びガイドワイヤＧ及び医療器具Ｐを挿通させる医療デバイスを設置するように構成している。設置部４５０は、図２に示すように第１設置部４５１と、第２設置部４５２と、第３設置部４５３と、第４設置部４５４と、を備える。

第１設置部４５１は、図２に示す全体の外周を硬質プラスチック等の樹脂にて形成するように構成している。第１設置部４５１は、ガイドワイヤＧや医療器具Ｐを挿通可能な状態でヒンジ等によりガイドワイヤＧや医療器具Ｐを収容するカバーを設けることができる。第２設置部４５２は、第１設置部４５１の中でも第１駆動部４１０を構成するローラー４１１～４１８を動作可能に設置する壁面を備える。第２設置部４５２は、第１設置部４５１に対してガイドワイヤＧの長手方向（図２における左右方向）を回転軸として不図示のモータやギア対により回転可能に構成できる。

第３設置部４５３は、第１駆動部４１０を構成するローラー４１９～４２２及び第２駆動部４３０を構成するローラー４３１～４３４を動作可能に設置する壁面を備える。

第４設置部４５４は、カセット４００に取付けるガイドワイヤＧ及び医療器具Ｐを挿通するコネクタＣを取付け可能な部位として構成している。第４設置部４５４に設置するコネクタＣは、本実施形態においてＹ字状に形成されたコネクタとして構成している。第３設置部は、本実施形態において上記コネクタを取付け可能な凹凸形状又は凹凸状の溝によって構成している。

（コンピュータ）
コンピュータ６００は、図９に示すようにサーバ６５０とクライアント６１０とを備える。クライアント６１０は、記憶部６２０と制御部６３０とを備える。記憶部６２０は、操作部８００と電気的に接続され、シース１１０に対してローラー４３３、４３４が把持する把持力に関するデータを記憶するように構成している。記憶部６２０はＲＯＭ等によって構成できる。制御部６３０は操作部８００における使用者Ｐｂの選択に応じて記憶部６２０に記憶されたデータのいずれかを選択してローラー４３３、４３４を動作させる命令を行う。制御部６３０はＣＰＵ等のプロセッサやＲＡＭ等によって構成できる。記憶部６２０に記憶されるデータはサーバ６５０との通信によって更新可能に構成している。サーバ６５０は、クライアントに設けられたネットワークカード等によって制御部６３０又は記憶部６２０と通信可能に構成している。

（照射装置）
照射装置７００は、ガイドワイヤＧに設けられたマーカー等によって生体内に進入させたガイドワイヤＧの先端位置を把握するために用いられる。照射装置７００は、ベッド２００の付近において移動可能に設けられ、Ｘ線等の放射線を照射する部位と、照射したＸ線を受信することによって撮像画像を形成する部位と、を備える。

（操作部）
操作部８００は、使用者Ｐｂによって操作可能であって、ローラー４３３、４３４による医療器具Ｐの把持力を調整可能に構成している。操作部８００は、図１０に示すようにスクリーン８１０と、把持部８２０．８３０．８４０と、押下部８５０と、を備える。

操作部８００は、ロボットカテーテルシステム１における各部を操作可能に構成している。操作部８００は、ロボットアーム３００、カセット４００、照射装置７００と電気的に接続され、各部の動作を操作可能に構成している。スクリーン８１０は、操作部８００による各種操作を使用者Ｐｂに視覚的に認識可能に構成している。スクリーン８１０は、各種操作を画面への手指の接触によって行うタッチスクリーンとして構成することもできる。スクリーン８１０の使用例として、使用者Ｐｂが画面上において使用する医療器具Ｐのメーカー名、製品名等を選択すると、シース１１０の材質や外径等の情報を表示するように構成できる。

把持部８２０、８３０は、使用者Ｐｂの手指によって操作可能に構成される。把持部８２０は、使用者Ｐｂの左手の手指によって把持し、把持部８３０は使用者Ｐｂの右手の手指によって把持可能に構成している。把持部８２０、８３０は、使用者Ｐｂの手からの押圧力によって周方向においていずれかの角度位置に倒すことが可能なスティックとして構成できる。把持部８２０、８３０の操作によって医療器具Ｐを患者Ｐａの生体管腔に進退移動させることができる。

把持部８４０は、把持部８２０、８３０と同様に構成できる。把持部８４０の操作によってカセット４００にセットされたガイディングカテーテルを進退移動させることができる。押下部８５０は、把持部８２０、８３０、８４０等の操作が、万が一効かなくなった場合に医療器具Ｐ及び／又はガイドワイヤＧの操作を緊急停止可能なボタンとして構成している。

（使用例）
次にロボットカテーテルシステム１を用いた手技について説明する。

術者はハブ１６０を最も基端側に引いた状態でプライミング液を注入するデバイスをポート１６２に接続し、プライミング液をシース１１０のルーメン１１０ａに注入する。

プライミング液をルーメン１１０ａの内部に注入すると、連通路１１７ａ及び連通孔１１６を介してプライミング液がシース１１０の外部に放出される。これにより、プライミング液とともに空気等の気体をシース１１０の内部から外部に排出することができる。

プライミング処理後、術者は、図３に示すように、外部装置５００を画像診断カテーテル１００のコネクタ部１６５に接続する。そして、術者は、ハブ１６０をユニットコネクタ１５０の基端に当接するまで押し込み、信号送受信部１４５を先端側に移動させる。

次に、術者は、不図示のガイドワイヤを生体の心臓の冠動脈（冠状動脈）入り口付近まで挿入する。そして、ガイドワイヤに沿わせてガイディングカテーテルを目的部位に挿入する。次に、術者は上記ガイドワイヤを抜去し、カセット４００における第１設置部４５１のカバーを開く。そして、第４設置部４５４に設置するＹ字状のコネクタＣにガイディングカテーテルを取り付ける。次に、上記とは別のガイドワイヤＧを医療器具Ｐのガイドワイヤ挿通部材１１４に挿通させ、コネクタＣをカセット４００の第４設置部４５４に取付ける。

そして、ガイドワイヤＧを第１駆動部４１０のローラー４１１～４２２に挟持させる。そして、医療器具Ｐを第２駆動部４３０のローラー４３１～４３４に挟持させる。ガイドワイヤＧと医療器具Ｐをセットできたら、第１設置部４５１のカバーを閉じる。

次に、術者は操作部８００を操作して、第１駆動部４１０によりカセット４００に装着したガイドワイヤＧを病変部まで挿入する。次に、術者は操作部８００を操作し、ガイドワイヤＧに沿って、第２駆動部４３０により画像診断カテーテル１００を病変部まで挿入する。医療器具Ｐは、操作部８００により選択され、第１アーム４３５と第２アーム４３６により規定されたローラー４３３、４３４の間隔において進退移動する。

次に、画像診断カテーテル１００を進退移動させて、ガイディングカテーテルの先端開口部から突出させる。その後、ガイドワイヤルーメンにガイドワイヤＧを挿通させながら、ガイドワイヤＧに沿って画像診断カテーテル１００をさらに押し進めて血管内の目的の位置に挿入する。なお、ガイディングカテーテルとしては、シリンジ（図示省略）を接続可能なポート（図示省略）を基端部に備える公知のガイディングカテーテルを使用することができる。

次に、血管内の血液を造影剤などのフラッシュ液で血管内の血液を一時的にフラッシュ液で置換する。前述したプライミング処理と同様にフラッシュ液が入ったシリンジをガイディングカテーテルのポートに接続し、シリンジの押し子を押してフラッシュ液をガイディングカテーテルのルーメンの内部に注入する。フラッシュ液は、ガイディングカテーテルのルーメン内を通り、その先端開口部を介して血管内に導入される。導入されたフラッシュ液により、シース１１０の先端部の周りの血液が押し流されて、シース１１０の先端部の周囲にフラッシュ液が充満された状態となる。なお、ＩＶＵＳのみによって断層画像を取得するモードの際は、上述のフラッシュ液で置換する工程を省略することができる。

血管内の目的の位置で断層画像を得る際、信号送受信部１４５は、駆動シャフト１４０とともに回転しつつ基端側へと移動する（プルバック操作）。プルバック操作と同時に、超音波送受信部１４５ａは超音波を血管壁に向けて送信するとともに、血管壁において反射された超音波を受信する。また、光送受信部１４５ｂも、同時に、測定光を血管壁に向けて送信し、血管壁において反射された反射光を受信する。なお、前述したように、超音波送受信部１４５ａから送信される超音波と光送受信部１４５ｂから送信される測定光が交差するため、生体内において超音波によって検査される領域と、光によって検査される領域を重ねることができる。

駆動シャフト１４０の回転および移動操作は、制御装置５０１によって制御される。ハブ１６０内に設けたコネクタ部１６５は、外部装置５００に接続された状態で回転され、これに連動して、駆動シャフト１４０が回転する。

また、制御装置５０１から送られる信号に基づき、信号送受信部１４５は体内に超音波および光を送信する。信号送受信部１４５が受信した反射波および反射光に対応する信号は、駆動シャフト１４０および外部装置５００を介して制御装置５０１に送られる。制御装置５０１は、信号送受信部１４５から送られてくる信号に基づき生体管腔の断層画像を生成し、生成した画像をモニタ５０２に表示する。

以上説明したように本実施形態に係る、シース１１０を長手方向に進退移動させるロボットカテーテルシステム１はアクチュエータを備える。アクチュエータは、シース１１０を長手方向に送る一対のローラー４３３、４３４においてローラー４３３、４３４の間隔を調整し、ローラー４３４をローラー４３３に対して移動させる。

アクチュエータを上記のように構成することによって、ローラー４３３とローラー４３４との間隔を調整してロボットカテーテルシステム１におけるシース１１０を把持する把持力の調整が可能になる。

また、アクチュエータは、モータ３４５と、第１アーム４３５と、を備える。モータ３４５はローラー４３４をローラー４３３に対して相対的に接近又は離間させる駆動力を生成する。第１アームはモータ３４５によって回転可能に構成され、ローラー４３４を取付け可能に構成している。アクチュエータを上記のように構成することによって、ローラー４３４をローラー４３３に対して接近又は離間させてローラー４３３、４３４によるシース１１０の把持力を調整できる。

また、第１アーム４３５は、回転軸４３８の周りに回転することによってローラー４３４のローラー４３３に対する相対的な間隔を調整する。アクチュエータは、上記に加えて第２アーム４３６と、弾性部材４４１と、を備える。第２アーム４３６は回転軸４３８において回転可能に設置される。弾性部材４４１は、第１アーム４３５と第２アーム４３６に設けられ、第１アーム４３５と第２アーム４３６の回転方向において第２アーム４３６を第１アーム４３５に対して付勢するように構成している。このように構成することによって、ローラー４３３、４３４によるシース１１０の挟持力が低下しすぎない程度に当該挟持力を調整できる。また、シース１１０の外径が変化する場合には弾性部材４４１が作用することによってシース１１０の外面に挟持力が過剰に作用しないようにできる。

また、本実施形態は上記アクチュエータにおけるモータ３４５を設置可能であって、複数の関節を備え、多自由度で移動及び回転可能なロボットアーム３００と、カセット４００と、を有するロボットカテーテルシステム１を含む。カセット４００は、ロボットアーム３００の先端に設けられた取付け部３４０に取替え可能に設置され、ローラー４３３、４３４及び第１アーム４３５を回転可能に設けている。このように構成することによって、ローラー４３３、４３４によるシース１１０の挟持力を調整して医療器具Ｐを良好に動作させることができる。

また、ロボットカテーテルシステム１は、操作部８００と、コンピュータ６００に設けられる記憶部６２０と制御部６３０と、を備える。操作部８００は、使用者Ｐｂによって操作可能であって、ローラー４３３、４３４による把持力を調整可能に構成している。記憶部６２０は、操作部８００と電気的に接続され、シース１１０に対してローラー４３３、４３４が把持する把持力に関するデータを記憶する。制御部６３０は、操作部８００における使用者Ｐｂの選択に応じて記憶部６２０に記憶されたデータのいずれかを選択してローラー４３３、４３４を動作させるように構成している。これにより、医師などの医療従事者自身が医療器具Ｐを使用せずにロボットカテーテルシステム１によって医療器具Ｐに対する挟持力を調整したうえで患者Ｐａに対する手術を実施できる。

また、コンピュータ６００は本実施形態において記憶部６２０及び制御部６３０の少なくともいずれかと通信可能なサーバ６５０を備えるように構成している。記憶部６２０に記憶されるデータは、サーバ６５０との通信によって更新可能に構成している。そのため、使用する医療器具Ｐの仕様に応じてローラー４３３、４３４による挟持力をより適切に調整したり、時の経過により上市（販売）された新たな医療器具Ｐの仕様に対応して挟持力を調整したりできる。

なお、本発明は上述した実施形態にのみ限定されず、特許請求の範囲において種々の変更が可能である。図１１は図８の変形例を示す斜視図である。上記ではローラー４３３を駆動させるモータ３４６において回転軸４３９とモータ３４６との間にギア３４３、３４４を設ける実施形態について説明した。しかし、これに限定されず、回転軸４３９とモータ３４６の間には図１１に示すようにギア３４３、３４４に加えてシース１１０を進退移動させる際にシース１１０を進退移動させるトルクの変化を検出する検出部３４７を設けてもよい。

ローラー４３３、４３４によって医療器具Ｐを挟持した状態で医療器具Ｐを長手方向に進退移動させる場合、医療器具Ｐにおけるローラー４３３、４３４との摩擦抵抗は単純に一様と考えることができる。ただし、シース１１０の先端側の表面には潤滑性等を考慮して親水性のコーティングが施される一方で、手元側には親水性コーティングが施されていない場合がある。

これに対して検出部３４７を設置した場合、シース１１０の表面が非親水性から親水性に移行する場合には検出部３４７の検出する負荷トルクが小さくなる。これを受けて、第１アーム４３５と第２アーム４３６による回転位置を調整し、ローラー４３４をローラー４３３に接近させる。これにより、シース１１０を長手方向に移動させる際にローラー４３３、４３４とシース１１０との摩擦抵抗が変化し、進退移動の対象となるシース１１０等の医療用長尺体がスリップすることを効果的に抑制又は防止できる。

上記と反対にローラー４３３、４３４を通過するシース１１０の表面が親水性から非親水性に移行する場合には検出部３４７が検出する負荷トルクが大きくなる。これを受けて第１アーム４３５と第２アーム４３６による回転角度を調整し、ローラー４３４をローラー４３３から離間させることでシース１１０が変形することを抑制できる。

また、ロボットカテーテルシステム１のカセット４００に取付ける医療器具Ｐを構成する医療用長尺体は画像診断カテーテル１００のシース１１０である実施形態について説明した。しかし、生体内に挿入可能な長尺状のものであれば、医療器具Ｐを構成する医療用長尺体は上記以外にもバルーンカテーテルやステントデリバリ用のカテーテル等、本発明の目的に適った各種カテーテルに適用可能である。

図１２、１３は本発明の他の実施形態に係るカセット４００ａを示す図である。次に、本発明の他の好適な実施形態を以下に示す。すなわち、以下に示す形態ではシース１１０の表面に親水性コーティングが形成されている場合に、シースと接触する部位をローラー以外のシース１１０との接触面積が比較的大きいもので構成することによってシースのスリップをより強固に抑制又は防止する。なお、カセット４００ａを構成する第１駆動部４１０と設置部４５０はカセット４００の同一符号で示す各々の構成と同様であるため、説明を省略する。

第２駆動部４３０ａは、図１２、１３に示すように駆動ベルト４３１ａ、受動ベルト４３１ｂ、駆動プーリ４３２ａ、受動プーリ４３３ａ、４３３ｂ、４３３ｃ、支持部材４３５ｂ、弾性部材４３６ｂ、及びピニオンギア４３７ａを備える。

本形態では、シースのスリップをより強固に抑制又は防止する手段として、ローラーの代わりにベルト及びプーリを用い、ベルトでシース１１０の軸方向と交差する方向においてシース１１０を把持する。具体的には、図１２に示すように、駆動ベルト４３１ａと受動ベルト４３１ｂをカセット４００ａに回転可能に固定する。図１２において、駆動ベルト４３１ａは駆動軸である駆動プーリ４３２ａ、受動プーリ４３３ａによって回転可能に支持される。受動ベルト４３１ｂは受動プーリ４３３ｂ、４３３ｃによって回転可能に支持される。受動ベルト４３１ｂは、支持部材４３５ｂと回転可能に連結するように構成している。すなわち、受動ベルト４３１ｂには、ベルトの幅方向中央付近において支持部材４３５ｂを挿通させる貫通路を全周に形成している。

受動ベルト４３１ｂは、弾性部材４３６ｂと支持部材４３５ｂの可動部４３５ｄによりシース１１０を変形させない程度の一定応力で駆動ベルト４３１ａに対して押付けられる。支持部材４３５ｂは、長尺状に構成しており、可動部４３５ｄは支持部材４３５ｂの長手方向の端部に設けている。弾性部材４３６ｂは、支持部材４３５ｂの可動部４３５ｄに挿通する弦巻ばねなどで構成できる。このように構成することによって受動ベルト４３１ｂには弾性部材４３６ｂによって弾性力（付勢力）が付与される。

アクチュエータを構成するピニオンギア４３７ａは駆動モータ（図示省略）により動作する。主な機構は前記したようにベベルギア等を用いることで、モータの回転をカセット４００ａ内のピニオンギア４３７ａに伝達することが可能となる。ラック４３５ｃは支持部材４３５ｂに設けられ、ピニオンギア４３７ａの歯とかみ合い可能に構成している。これにより、ピニオンギア４３７ａの回転は、ラック４３５ｃによって受動ベルト４３１ｂのベルト面に交差する方向に対する支持部材４３５ｂの略直線的な接近離間移動に変換される。すなわち、図１２、１３の実施形態では図８のモータ３４５、ギア３４１、３４２と同様のモータ及びギアと、ピニオンギア３４７ａと、ラック３４５ｃを備える支持部材３４５ｂと、弾性部材３４６ｂとがアクチュエータを構成する。

シース１１０の表面の親水性コーティングの作用でカテーテルの摩擦抵抗が非常に小さい場合には、アクチュエータを構成する支持部材４３５ｂのラック４３５ｃとピニオンギア４３７ａの動作で、シース１１０への応力を調整できる。ピニオンギア４３７ａを回転させ、支持部材４３５ｂのラック４３５ｃがシース１１０側に変位すると、弾性部材４３６ｂによる押付け荷重が大きくなる。これにより、ベルト駆動時にシースのスリップを防止又は抑制できる。一方、支持部材４３５ｂのラック４３５ｃがシース１１０と反対側に変位すると、弾性部材４３６ｂによる押付け荷重が小さくなるため、シース１１０の変形を抑制できる。

また、上記したアクチュエータの作用により、図１３に示すように、駆動ベルト４３１ａと受動ベルト４３１ｂとの間隔を大きくでき、医療従事者等のオペレーターはシース１１０等の医療用長尺体を容易に着脱することが可能となる。

これらの構造により、駆動ベルト４３１ａの駆動プーリ４３２ａが動作することでシース１１０との接触面積を比較的多く取ることができ、シース１１０を長手方向に進退移動可能な程度でシース１１０のスリップをより強固に防止又は抑制できる。

１ ロボットカテーテルシステム、
１１０ シース（医療用長尺体）、
３００ ロボットアーム（アーム）、
３４１、３４２ ギア（アクチュエータ）、
３４５ モータ（第１駆動部、アクチュエータ）、
３４６ モータ（第２駆動部）、
３４７ 検出部、
４００ カセット、
４３３ ローラー（一対の把持部材、第２把持部材）、
４３４ ローラー（一対の把持部材、第１把持部材）、
４３５ 第１アーム（第１設置部材、アクチュエータ）、
４３６ 第２アーム（第２設置部材、アクチュエータ）、
４３８ 回転軸、
４４１ 弾性部材（付勢部材、アクチュエータ）、
６００ コンピュータ、
６２０ 記憶部、
６３０ 制御部、
６５０ サーバ、
８００ 操作部。

Claims (7)

1. 医療用長尺体を長手方向に進退移動させるロボットカテーテルシステムに設けられ、前記医療用長尺体を前記長手方向に送る一対の把持部材において、一対の前記把持部材を構成する第１把持部材と第２把持部材との間隔を調整し、前記第１把持部材及び前記第２把持部材の少なくとも一方を他方に対して移動させるアクチュエータ。
2. 前記第１把持部材を前記第２把持部材に対して相対的に接近又は離間させる駆動力を生成する第１駆動部と、
   前記第１駆動部によって回転可能に構成され、前記第１把持部材を取付け可能な第１設置部材と、を備える請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記第１設置部材は、回転軸の回りに回転することによって前記第１把持部材の前記第２把持部材に対する相対的な前記間隔を調節し、
   前記回転軸に回転可能に設置される第２設置部材と、
   前記第１設置部材と前記第２設置部材とに設けられ、前記第１設置部材と前記第２設置部材の回転方向において前記第２設置部材を前記第１設置部材に対して付勢する付勢部材と、をさらに備える請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記第２把持部材は、回転可能なローラーを備え、
   前記ローラーを回転させる第２駆動部と、前記医療用長尺体を進退移動させる際において前記医療用長尺体を進退移動させるトルクの変化を検出する検出部と、をさらに備える請求項１～３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
5. 請求項２に記載のアクチュエータにおける前記第１駆動部を設置可能であって、複数の関節を備え、多自由度で移動及び回転可能なアームと、
   前記アームの先端に取替え可能に設置され、一対の前記把持部材及び前記第１設置部材を回転可能に設けたカセットと、を有するロボットカテーテルシステム。
6. 使用者によって操作可能であって、一対の前記把持部材による把持力を調整する操作部と、
   前記操作部と電気的に接続され、前記医療用長尺体に対応して一対の前記把持部材が把持する把持力に関するデータが記憶された記憶部と、
   前記操作部における使用者の選択に応じて前記記憶部に記憶された前記データのいずれかを選択して一対の前記把持部材を動作させる制御部と、をさらに有する請求項５に記載のロボットカテーテルシステム。
7. 前記記憶部及び前記制御部の少なくともいずれかと通信可能なサーバをさらに有し、
   前記記憶部に記憶される前記データは、前記サーバとの通信によって更新可能に構成される請求項６に記載のロボットカテーテルシステム。

Images