JP2023520556A - Apparatus and method for automatic insertion of penetrating members - Google Patents

Apparatus and method for automatic insertion of penetrating members Download PDF

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Abstract

自動挿入装置およびその使用方法が提供される。バイブレータと伸張器は、貫通部材に接続され、両方とも制御部と電気的に通信する。検出器は、挿入のための皮下標的と挿入角度を識別する。貫通部材の距離および弾道が計算される。バイブレータは貫通部材に振動を与え、伸張器は挿入のために貫通部材を前進させる。バイブレータと伸張器は、挿入プロセス中に互いに電気通信し、挿入速度の調整は、挿入中にバイブレータが遭遇する振動負荷のフィードバックに基づいて行われ、振動の調整は、挿入中に伸張器が受ける挿入負荷のフィードバックに基づいて行われる。反復サンプルを取得して、一方のモータの操作が、他方のモータの操作と他方のモータからのフィードバックとに基づいて常に調整される。【選択図】図2An automatic insertion device and method of use thereof are provided. The vibrator and stretcher are connected to the penetrating member and both are in electrical communication with the controller. A detector identifies a subcutaneous target for insertion and an insertion angle. Penetrator distance and trajectory are calculated. A vibrator imparts vibrations to the penetrating member and a stretcher advances the penetrating member for insertion. The vibrator and stretcher are in electrical communication with each other during the insertion process, and adjustments to the insertion speed are made based on feedback of the vibration loads encountered by the vibrator during insertion, and adjustments to the vibrations experienced by the stretcher during insertion. Based on insertion load feedback. Repeated samples are taken and the operation of one motor is constantly adjusted based on the operation of the other motor and the feedback from the other motor. [Selection drawing] Fig. 2

Description

本出願は、2015年9月18日に出願され、現在失効している米国仮出願番号62/220,567の利益を主張する2016年9月16日に出願された、同時係属中の米国出願番号15/267,801の一部継続出願であり、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。 This application is a co-pending U.S. application filed on September 16, 2016 claiming the benefit of now-defunct U.S. Provisional Application No. 62/220,567, filed on September 18, 2015 No. 15/267,801, a continuation-in-part application, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

本発明は、概して、体液、組織、栄養素、医薬品、治療法、の送達または削除のための自動化された手段によって体内の組織を貫通するための、および医療機器(例えば、ガイドワイヤ、カテーテルなど)の二次留置用の身体コンパートメント(例えば、血管系、脊髄腔など)への経皮的アクセスを得るための装置に関する。 The present invention is generally useful for penetrating tissue within the body by automated means for the delivery or removal of bodily fluids, tissues, nutrients, pharmaceuticals, therapeutics, and medical devices (e.g., guidewires, catheters, etc.). device for obtaining percutaneous access to body compartments (eg, vasculature, spinal cavity, etc.) for secondary placement of .

中心静脈カテーテル(Central venous catheters:CVC)により、医療患者の中心循環へのアクセスが可能になる。米国では毎年500万件以上のCVCが設置されている。CVCは、急性疾患の患者、および大手術または処置を必要とする患者に対する多数の重要な医療介入を開始するための重要なプラットフォームである。米国の病院の集中治療室(ICU)だけで年間1,500万日以上のCVCが使用されており、ICU患者の48%がICU滞在中のある時点でCVCを挿入されている。CVCは、急性腎不全、さまざまな免疫介在性疾患のための血漿交換、がん患者のための複数の形態の化学療法、胃腸管を栄養に使用できない患者のための非経口栄養、および他の多くの医療介入など、緊急の血液透析を必要とする患者にも必要である。 Central venous catheters (CVCs) allow access to the central circulation of medical patients. More than 5 million CVCs are installed in the United States each year. CVCs are an important platform for initiating many important medical interventions for patients with acute illness and those requiring major surgery or procedures. There are more than 15 million days of CVC use per year in US hospital intensive care units (ICUs) alone, and 48% of ICU patients have a CVC inserted at some point during their ICU stay. CVC is used for acute renal failure, plasmapheresis for various immune-mediated diseases, multiple forms of chemotherapy for cancer patients, parenteral nutrition for patients unable to use the gastrointestinal tract for nutrition, and other It is also necessary for patients requiring urgent hemodialysis, including many medical interventions.

CVCの留置は、1950年代以来、スウェーデンの放射線科医Sven-IvarSeldingerによって開発された同名の技術を使用して行われてきた。この技術を使用して、導入針とも呼ばれる中空の針を患者の皮膚および皮下組織を通して前進させ、最終的に皮膚表面から数ミリメートルから数センチメートル下に位置する中心静脈に到達させる。「中心静脈」は、内頸静脈、鎖骨下静脈、および大腿静脈である。中心静脈に入ると、ワイヤが手動で中空穴の針を通して静脈に配置される。その後、針が取り除かれ、多くの場合、プラスチック製の同軸組織拡張器がワイヤ上を静脈に通され、ワイヤ上からも取り除かれる。これにより、ワイヤの周囲の組織が伸張し、CVCがスムーズに通過できるようになり、次にワイヤの上に配置されて静脈に挿入される。CVCが配置されると、ワイヤが取り除かれ、CVCを静脈に残すことができる。 CVC placement has been performed since the 1950s using the homonymous technique developed by Swedish radiologist Sven-Ivar Seldinger. Using this technique, a hollow needle, also called an introducer needle, is advanced through the patient's skin and subcutaneous tissue, ultimately reaching a central vein located millimeters to centimeters below the skin surface. "Central veins" are the internal jugular, subclavian and femoral veins. Once in the central vein, a wire is manually placed through the hollow-bore needle into the vein. The needle is then removed and a coaxial tissue expander, often made of plastic, is threaded into the vein over the wire and removed from the wire. This stretches the tissue around the wire to allow a smooth passage of the CVC, which is then placed over the wire and inserted into the vein. Once the CVC is in place, the wire can be removed, leaving the CVC in the vein.

セルディンガー法が最初に説明されて以来、導入針を皮膚を通してどこに配置するかの標準ガイドは、患者の表面解剖学であった。静脈は通常、皮膚の下数ミリメートルから数センチメートルのところにあり、骨や筋肉などの特定の表面ランドマークと特定の関係にある。しかし、CVC留置の失敗率と、表面解剖学を使用した動脈穿刺、裂傷、気胸または「肺虚脱」などの深刻な合併症の発生率は、尊敬されている研究でそれぞれ35%および21%と報告されている。これらの失敗率は、表面解剖学がすべての患者の深部中心静脈の位置を確実に予測できないという事実に起因している。1986年、超音波検査(ultrasonography:US)を使用して皮膚表面下の静脈を視覚化し、そのような画像を使用してCVCの手動配置をより正確にガイドした。この技術の使用により、CVC留置の失敗率と合併症率が5~10%に低下した。ただし、超音波ガイド下CVC留置技術を確実に実行するには、十分な訓練と経験が必要である。そのため、一般外科医および心臓血管外科医、麻酔科医、救命救急専門医、インターベンション放射線科医は、通常、これらのカテーテルを配置する必要がある。残念ながら、これらの専門家は、頻繁に必要とされる緊急または緊急の時間枠でCVCの配置に対応できないことがよくある。 Since the Seldinger technique was first described, the standard guide for where to place the introducer needle through the skin has been the patient's surface anatomy. Veins are typically located a few millimeters to a few centimeters below the skin and have specific relationships with specific surface landmarks such as bone and muscle. However, the failure rate of CVC placement and the incidence of serious complications such as arterial puncture, laceration, pneumothorax or "lung collapse" using superficial anatomy are 35% and 21%, respectively, in respected studies. It has been reported. These failure rates are due to the fact that surface anatomy cannot reliably predict the location of deep central veins in all patients. In 1986, ultrasonography (US) was used to visualize veins beneath the skin surface, and such images were used to more accurately guide manual placement of CVCs. Use of this technique has reduced CVC placement failure and complication rates to 5-10%. However, successful execution of the ultrasound-guided CVC placement technique requires sufficient training and experience. As such, general and cardiovascular surgeons, anesthesiologists, critical care physicians, and interventional radiologists are typically required to place these catheters. Unfortunately, these professionals are often unable to accommodate CVC placements in the frequently needed emergency or emergency timeframes.

よく訓練された経験豊富なプロバイダでさえ、現在の挿入技術の状態を考えると、説明できない、または制御できない要因により、CVCの配置に同じ割合で失敗する可能性がある。主要な2つの要因は、組織の変形と静脈壁の変形である。導入針が皮膚や皮下組織に押し込まれると、力によって中心静脈の標的が元の位置から移動し、いわゆる「針通過ミス」が発生する可能性がある。針が静脈壁に到達すると、「ローリング」と呼ばれる別の位置に静脈を押し込み、再び針の通過ミスを引き起こす可能性がある。針の通過ミスは、動脈、肺、または神経などの中心静脈付近の重要な構造に針が当たる可能性があり、深刻な合併症を引き起こす可能性がある。静脈壁も針の力で圧迫され、静脈がつぶれ、血管内腔に入ることがほぼ不可能になり、そして通常、針が血管の後壁を通過するのを促進する。これは「静脈ブロー」と呼ばれる現象である。静脈ブローは通常、静脈周囲組織への出血を引き起こす。出血はそれ自体の顕著な合併症であるだけでなく、局所解剖学的構造を混乱させ、通常はその後のCVC留置の成功を妨げる。 Even well-trained and experienced providers may fail to place CVCs at the same rate due to unexplained or uncontrollable factors given the current state of insertion technology. The two main factors are tissue deformation and vein wall deformation. When the introducer needle is pushed into the skin or subcutaneous tissue, the force can dislodge the central venous target from its original position, causing a so-called "needle miss". Once the needle reaches the vein wall, it pushes the vein into another position called "rolling" which can again cause needle mispassing. Needle mispassing can cause the needle to hit critical structures near central veins, such as arteries, lungs, or nerves, which can lead to serious complications. The vein wall is also compressed by the force of the needle, collapsing the vein, making it nearly impossible to enter the lumen of the vessel, and usually facilitating passage of the needle through the posterior wall of the vessel. This is a phenomenon called "venous blow". A venous blow usually causes bleeding into the perivenous tissue. Bleeding is not only a significant complication of its own, but also disrupts the topographic anatomy and usually hampers subsequent successful CVC placement.

したがって、臨床医または医療関係者が操作できる自動システムを含む、CVC配置のさまざまな代替システムに関心が寄せられている。このようなシステムにより、合併症の可能性を減らしながら、より広く利用可能で信頼性が高く、迅速なCVCの留置が可能になる可能性がある。ただし、この時点まで、ほとんどの調査は、組織と血管の変形の基本的な課題を解決するために操縦可能な針に焦点を当ててきた。しかし、開発された満足のいく自動CVC留置システムはなかった。 Accordingly, there is interest in various alternative systems for CVC placement, including automated systems that can be operated by clinicians or medical personnel. Such a system may allow for more widely available, reliable, and rapid placement of CVCs while reducing the potential for complications. However, to this point most research has focused on steerable needles to solve the fundamental challenges of tissue and vessel deformation. However, no satisfactory automated CVC placement system has been developed.

自動挿入装置、システム、および方法が開示されており、標的配置のための作動位置ガイダンスと、針などの貫通部材の振動とを組み合わせて、皮膚、皮下組織、および静脈壁を貫通し、針の挿入を悩ませる組織および血管壁の変形の問題を緩和する。装置およびシステムは、針配置の位置決めおよび経路を計算および指示するプロセッサに従って、貫通部材または針の経路を指示する一連の機械的アクチュエータを含む。さまざまなアクチュエータは、プロセッサの指示に従って動作するように自動化することができる。針などの貫通部材の自動挿入に使用されると説明されているが、同じ装置およびシステムを使用して、ガイドワイヤおよびカテーテルを含む追加の医療装置を任意の体腔、血管、またはコンパートメント内に挿入することができる。 Automated insertion devices, systems, and methods are disclosed that combine actuation position guidance for target placement with vibration of a penetrating member, such as a needle, to penetrate skin, subcutaneous tissue, and vein walls, and to penetrate the needle. Alleviates problems of tissue and vessel wall deformation that plague insertion. The devices and systems include a series of mechanical actuators that direct the path of the penetrating member or needle, followed by a processor that calculates and directs the positioning and path of needle placement. Various actuators can be automated to operate under the direction of a processor. Although described as being used for automated insertion of penetrating members such as needles, the same devices and systems are used to insert additional medical devices, including guidewires and catheters, into any body cavity, vessel, or compartment. can do.

挿入装置は、特定の振動貫通部材の使用を採用している。以前の研究では、挿入中に針を振動させると、穿刺力と摩擦力の両方が減少することが実証されている。この現象は、蚊が吻を振動させて宿主の皮膚に侵入する際に自然界で利用されている。振動による針の速度の増加により、組織の変形、エネルギー吸収、貫通力、および組織の損傷が減少する。これらの効果の一部は、生体組織の粘弾性特性によるものであり、軟部組織の力変形応答を捉える修正された非線形ケルビンモデルを通じて理解することができる。粘弾性体の内部組織の変形は速度に依存するため、針の挿入速度を上げると組織の変形が少なくなる。亀裂が広がる前に組織の変形が減少すると、亀裂からエネルギーが放出される速度が増加し、最終的に破裂の力が減少する。針挿入速度の増加による力と組織の変形の減少は、軟部組織などの水分含有量の高い組織で特に顕著である。組織への切断に伴う力を減らすことに加えて、研究では、挿入中の針の振動が針と周囲の組織との間の摩擦力を減らすことも示している。 The insertion device employs the use of certain vibration penetrating members. Previous studies have demonstrated that vibrating the needle during insertion reduces both puncture and frictional forces. This phenomenon is exploited in nature by mosquitoes to vibrate their proboscis to penetrate the host's skin. Increased needle velocity due to vibration reduces tissue deformation, energy absorption, penetration forces, and tissue damage. Some of these effects are due to the viscoelastic properties of living tissue and can be understood through a modified nonlinear Kelvin model that captures the force-deformation response of soft tissue. Since the deformation of the internal tissue of the viscoelastic body depends on the speed, increasing the needle insertion speed reduces the deformation of the tissue. Reducing tissue deformation before crack propagation increases the rate at which energy is released from the crack and ultimately reduces the force of rupture. The reduction in force and tissue deformation with increased needle insertion speed is particularly pronounced in tissues with high water content such as soft tissue. In addition to reducing the force associated with cutting into tissue, studies have also shown that vibration of the needle during insertion reduces frictional forces between the needle and surrounding tissue.

したがって、本明細書では振動および/または往復運動とも呼ばれる振動運動を挿入中に針に加えると、静的針の使用と比較して、針先を所望の位置に前進させる際の3つの課題を克服することができる。第1に、振動によって皮膚と標的静脈の間の組織の変形が最小限に抑えられる。この組織の変形と、針の先端が異なる組織層を横切るときに発生する「ポップスルー」により、標的が針の計画された経路に対して移動する可能性がある。第2に、振動針は、標的静脈のローリングを軽減する。第3に、振動する針は超音波画像に追加のコントラストを提供し、ユーザが前進する針と最終的な配置位置を観察できるようにする。カラードップラーオーバーレイを備えた超音波など、速度の変化に特に敏感な撮像モードは、振動した針の検出に特に敏感である。 Thus, applying vibratory motion, also referred to herein as vibrating and/or reciprocating motion, to the needle during insertion reduces three challenges in advancing the needle tip to a desired position compared to using a static needle: can be overcome. First, the vibration minimizes tissue deformation between the skin and the target vein. This tissue deformation and the "pop-through" that occurs when the needle tip traverses different tissue layers can cause the target to move relative to the planned path of the needle. Second, the vibrating needle reduces rolling of the target vein. Third, the vibrating needle provides additional contrast to the ultrasound image, allowing the user to observe the advancing needle and final placement position. Imaging modes that are particularly sensitive to changes in velocity, such as ultrasound with color Doppler overlay, are particularly sensitive to detecting a vibrating needle.

このシステムは、貫通部材を展開する前に目標点を変更する方法も提供する。目標点が変更されると、プロセッサは、貫通部材の位置情報を再計算して更新し、様々なアクチュエータが実行する更新された調整データを提供して、貫通部材を新しい目標点に位置合わせする。皮下領域の画像を視覚化してユーザが見ることができるように、挿入装置とともに撮像を使用することができる。目標点は、インタラクティブな制御のために、ユーザがディスプレイ上で選択および更新することができる。 The system also provides a way to change the target point prior to deploying the penetrating member. When the target point is changed, the processor recalculates and updates the penetrating member's position information and provides updated adjustment data for the various actuators to align the penetrating member with the new target point. . Imaging can be used with the insertion device so that an image of the subcutaneous area can be visualized for the user to see. Target points can be selected and updated by the user on the display for interactive control.

挿入装置はまた、開業医またはユーザによる使用を容易にするために手持ち式であってもよい。
特定の実施形態では、自動挿入装置は、互いにおよび/または制御部もしくはプロセッサと電気通信する振動アセンブリおよび伸張アセンブリを含む。振動アセンブリは、作動時に軸方向の振動を発生させ、これらの振動を接続された貫通部材に与えるかまたは伝達する振動アクチュエータを含む。伸張アセンブリは、貫通部材に直接的または間接的に接続された伸張アクチュエータを含み、貫通部材を挿入軸に沿って移動させて、貫通部材を標的組織内の所望の予め選択された標的に挿入することができる。挿入距離は、皮下標的部位を検出し、標的部位の視覚化または三次元座標を提供するように配置された超音波プローブなどの検出器からの画像データに基づいて、制御部またはプロセッサによって計算または決定され得る。貫通部材の挿入角度は、目標情報および/または目標情報が導き出される画像データに基づいて調整することもできる。
The insertion device may also be handheld for ease of use by the practitioner or user.
In certain embodiments, the automated insertion device includes a vibrating assembly and a tensioning assembly in electrical communication with each other and/or with a controller or processor. The vibratory assembly includes a vibratory actuator that, when actuated, produces axial vibrations and imparts or transmits these vibrations to the connected penetrating members. The stretching assembly includes a stretching actuator directly or indirectly connected to the penetrating member to move the penetrating member along the insertion axis to insert the penetrating member to a desired preselected target within the target tissue. be able to. The insertion distance is calculated or calculated by a controller or processor based on image data from a detector such as an ultrasound probe positioned to detect the subcutaneous target site and provide visualization or three-dimensional coordinates of the target site. can be determined. The insertion angle of the penetrating member can also be adjusted based on the target information and/or the image data from which the target information is derived.

作動中、振動アクチュエータは、アクチュエータの動作パラメータに従って貫通部材を軸方向に振動させる。振動が発生している間、伸張アクチュエータは、貫通部材を挿入軸に沿って決定された距離だけ前進させ、標的部位に到達する。振動アクチュエータと伸張アクチュエータは、デフォルトではそれぞれの初期モードで動作する。挿入中、振動アクチュエータと伸張アクチュエータの負荷は、数ミリ秒ごとなどの間隔で監視される。振動アクチュエータまたは伸張アクチュエータの負荷および/または電力消費が所定の値だけ変化すると、制御信号を他のアクチュエータに送信して、その動作パラメータを変更して補償することができる。例えば、伸張アクチュエータは、振動アクチュエータの負荷に応じて、挿入速度が速くなったり遅くなったりする別の動作モードを採用する場合がある。同様に、制御信号を振動アクチュエータに送信して、振動の電力、振幅、および/または周波数などの振動パラメータを変更し、伸張アクチュエータの負荷に応じて、より高いまたはより低い電力、振幅、または周波数の異なる振動モードを採用することができる。振動アクチュエータおよび/または伸張アクチュエータの負荷および/または電力消費の所定の値からのさらなる偏差が発生した場合、挿入速度および/または振動をさらに調整するために、伸張アクチュエータおよび/または振動アクチュエータに追加の信号が送信されてもよい。これは、一方のモータまたはアクチュエータの増加または減少であり、他方のモータまたはアクチュエータの減少または増加をそれぞれ補償する。振動アクチュエータまたは伸張アクチュエータの負荷および/または電力消費の偏差が、それぞれの所定の値を超えたかどうかの各決定は、最近検出された負荷および/または電力消費レベル、または各アクチュエータの初期始動負荷および/または電力消費レベルに基づくか、それらと比較することができる。 During operation, the vibration actuator axially vibrates the penetrating member according to the operating parameters of the actuator. While vibrating, the extension actuator advances the penetrating member along the insertion axis a determined distance to reach the target site. Vibration actuators and extension actuators operate in their initial modes by default. During insertion, the load on the vibration and extension actuators is monitored at intervals, such as every few milliseconds. When the load and/or power consumption of a vibration or extension actuator changes by a predetermined amount, control signals can be sent to other actuators to change their operating parameters to compensate. For example, the extension actuator may employ different modes of operation with faster or slower insertion speeds depending on the load on the vibration actuator. Similarly, control signals are sent to the vibration actuators to change vibration parameters such as power, amplitude and/or frequency of vibration to higher or lower power, amplitude or frequency depending on the load on the extension actuator. different vibration modes can be adopted. In the event of further deviations from the predetermined values of the load and/or power consumption of the vibration actuator and/or the extension actuator, additional A signal may be transmitted. This is the increase or decrease of one motor or actuator to compensate for the decrease or increase, respectively, of the other motor or actuator. Each determination of whether the deviation of the load and/or power consumption of the vibration or extension actuators has exceeded a respective predetermined value is based on the recently detected load and/or power consumption levels, or the initial start-up load and power consumption of each actuator. /or based on or compared to power consumption levels.

したがって、多数の挿入速度と操作モードが存在する可能性があり、これらは、振動および/または伸張アクチュエータの負荷および/または電力消費に応じて、挿入プロセス全体で自動的に調整される。振動および伸張アクチュエータは、皮下標的への貫通部材の最も効果的かつ効率的な挿入を達成するために、他のアクチュエータが経験していることに応答して、挿入中にそれらの動作パラメータを調整するために、集合的に、応答的に、かつ自動的に動作する。これにより、以前は開業医を悩ませていた組織の変形の問題が回避される。 Thus, there may be numerous insertion speeds and modes of operation, which are automatically adjusted throughout the insertion process depending on vibration and/or tension actuator load and/or power consumption. The vibration and tension actuators adjust their operating parameters during insertion in response to what the other actuators are experiencing in order to achieve the most effective and efficient insertion of the penetrating member into the subcutaneous target. act collectively, responsively, and automatically to This avoids the problem of tissue deformation that previously plagued practitioners.

このように、挿入速度と振動率は、挿入プロセス全体で一定ではない。むしろ、他のモータからの入力に基づいて速度を上げたり下げたりすることができる。1つのモータが「動かなくなった」場合(例えば、組織貫通中の過剰な抵抗の結果として、事前規定された量を超えて増加した電力を消費している場合)、他のモータが調整して補償する。例えば、振動アクチュエータが減少した振幅で振動している場合、伸張アクチュエータの挿入速度を低下させることができる。逆に、貫通部材が問題なく振動している場合、伸張アクチュエータは最大挿入速度で動作する可能性がある。振動は、伸張アクチュエータの動作に基づいて調整することもできる。伸張アクチュエータが過剰な電力を消費し始めると、組織貫通中に過剰な抵抗に遭遇していることを示し、この入力は振動アクチュエータに伝達され、より積極的な振動モードへの変更をトリガして、より高密度の組織の貫通を支援する。伸張アクチュエータと振動アクチュエータ間のこの通信は、プロセッサを介して直接または間接的に発生するかどうかにかかわらず、双方向である。 Thus, the insertion speed and vibration rate are not constant throughout the insertion process. Rather, it can speed up or slow down based on inputs from other motors. If one motor "stuck" (e.g., consuming increased power beyond a pre-defined amount as a result of excessive resistance during tissue penetration), the other motor would adjust. Compensate. For example, if the vibration actuator is vibrating at a reduced amplitude, the insertion speed of the extension actuator can be reduced. Conversely, if the penetrating member is vibrating without problems, the extension actuator may operate at maximum insertion velocity. Vibration can also be adjusted based on the operation of the extension actuator. When the tension actuator begins to draw excessive power, indicating that it is encountering excessive resistance during tissue penetration, this input is transferred to the vibration actuator, triggering a change to a more aggressive vibration mode. , to help penetrate denser tissue. This communication between the extension actuator and the vibration actuator, whether occurring directly or indirectly through the processor, is bi-directional.

挿入装置および方法は、それらの特定の特徴および利点とともに、以下の詳細な説明および添付の図面を参照することにより、より明らかになるであろう。 The insertion device and method, together with particular features and advantages thereof, will become more apparent by reference to the following detailed description and accompanying drawings.

本発明の挿入装置の一実施形態の斜視図である。1 is a perspective view of one embodiment of an insertion device of the present invention; FIG. 図1の挿入装置の側面図および使用のための配置の概略図である。2 is a side view of the insertion device of FIG. 1 and a schematic diagram of the arrangement for use; FIG. 貫通部材を挿入するためのシステムの概略図である。1 is a schematic diagram of a system for inserting a penetrating member; FIG. ハンドルの調節を示す、図2の挿入装置の側面図である。3 is a side view of the insertion device of FIG. 2 showing adjustment of the handle; FIG. 位置決めのためのサイドアームの調節を示す、図2の挿入装置の平面図である。3 is a plan view of the insertion device of FIG. 2 showing adjustment of the sidearm for positioning; FIG. プロセッサによる計算に使用される寸法を示す挿入装置の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of an insertion device showing dimensions used in calculations by a processor; プロセッサによる計算に使用される標的領域を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a target area used for calculations by a processor; 挿入装置を視覚的に調整する際に使用される例示的な超音波ディスプレイである。1 is an exemplary ultrasound display for use in visually adjusting an insertion device; 図1の挿入装置の側面図であり、自動挿入のためにプロセッサによって指示される様々な調整の概略図を示している。2 is a side view of the insertion device of FIG. 1 showing a schematic representation of various adjustments directed by the processor for automatic insertion; FIG. 様々なアクチュエータを示すために部分的に切り取られた図6の挿入装置の斜視図である。7 is a perspective view of the insertion device of FIG. 6 partially cut away to show the various actuators; FIG. 垂直アクチュエータによる垂直方向の調整を示す側面図である。FIG. 11 is a side view showing vertical adjustment by a vertical actuator; 垂直アクチュエータによる垂直方向の調整を示す側面図である。FIG. 10 is a side view showing vertical adjustment by a vertical actuator; 垂直調整のための垂直アクチュエータの一実施形態を示す部分破断図である。FIG. 10 is a partial cutaway view showing one embodiment of a vertical actuator for vertical adjustment; 角度アクチュエータによる角度調整を示す側面図である。FIG. 4 is a side view showing angle adjustment by an angle actuator; 角度調整用の角度アクチュエータの一実施形態を示す部分破断図である。FIG. 4 is a partially cutaway view of one embodiment of an angular actuator for angular adjustment; 角度アクチュエータを有する挿入装置の部分の分解図であり、反対方向からの角度アクチュエータのキー関係を示している。FIG. 4 is an exploded view of the portion of the insertion device with the angular actuator showing the keying relationship of the angular actuator from opposite directions; 角度アクチュエータを有する挿入装置の部分の分解図であり、反対方向からの角度アクチュエータのキー関係を示している。FIG. 4 is an exploded view of the portion of the insertion device with the angular actuator showing the keying relationship of the angular actuator from opposite directions; 直線伸張による調整を示す側面図である。FIG. 11 is a side view showing adjustment by linear stretching; 伸張のための伸張アクチュエータの一実施形態を示す部分破断図である。FIG. 12 is a partial cutaway view showing one embodiment of a tension actuator for tensioning. 引き込み位置にある伸張アクチュエータおよび接続された伸張シャフトを示す部分断面の上面図である。FIG. 4 is a top view in partial cross section showing the extension actuator and connected extension shaft in the retracted position; 伸張位置にある図15Aの伸張アクチュエータおよび接続された伸張シャフトを示す部分断面の上面図である。15B is a top view in partial cross section showing the extension actuator and connected extension shaft of FIG. 15A in an extended position; FIG. 振動運動のための振動アクチュエータの一実施形態を示す部分破断図である。FIG. 10 is a partial cutaway view showing one embodiment of a vibration actuator for vibratory motion; 振動運動のための振動アクチュエータの一実施形態の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of one embodiment of a vibration actuator for vibrational motion; 挿入用のガイドワイヤを含む挿入装置の別の実施形態の斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of another embodiment of an insertion device including a guidewire for insertion; ガイドワイヤ配置のためのガイドワイヤアクチュエータを示す、図17の実施形態の部分破断斜視図である。18 is a partially cutaway perspective view of the embodiment of FIG. 17 showing a guidewire actuator for guidewire placement; FIG. 図17の実施形態の一部を切り取った斜視図であり、挿入装置を通るガイドワイヤの位置決めを示している。18 is a perspective cut-away view of the embodiment of FIG. 17 showing positioning of a guidewire through the insertion device; FIG. 取り付けられたガイドワイヤハウジングを示す、図17の実施形態の一実施形態の斜視図である。18 is a perspective view of one embodiment of the embodiment of FIG. 17 showing the guidewire housing attached; FIG. 取り外されたガイドワイヤハウジングを示す、図19Aの実施形態の分解図である。19B is an exploded view of the embodiment of FIG. 19A showing the guidewire housing removed; FIG. 往復運動および振動アクチュエータが貫通部材と一列に並んでいる、挿入装置の別の実施形態の斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of another embodiment of an insertion device in which reciprocating and vibration actuators are aligned with a penetrating member; 振動アクチュエータを通過するガイドワイヤを示す、図20Aの実施形態の部分断面図である。20B is a partial cross-sectional view of the embodiment of FIG. 20A showing the guidewire passing through the vibration actuator; FIG. 図20Bの断面のクローズアップを示す図である。Figure 2OB shows a close-up of the cross-section of Figure 2OB; サイドポートを有するインラインハウジングの一実施形態の斜視図を示す。FIG. 10A illustrates a perspective view of one embodiment of an in-line housing with side ports. 図21Aの実施形態の断面図である。21B is a cross-sectional view of the embodiment of FIG. 21A; FIG. 複数のサイドポートを有するネックの別の実施形態を示す図である。FIG. 11 shows another embodiment of a neck with multiple side ports; 本発明の自動挿入装置の別の実施形態の斜視図であり、後退位置で示されている。Fig. 10 is a perspective view of another embodiment of the automatic insertion device of the present invention, shown in the retracted position; 図23の挿入装置の斜視図であり、伸展位置で示されている。24 is a perspective view of the insertion device of FIG. 23, shown in the extended position; FIG. 図23の挿入装置の斜視図であり、装置の近位端を示している。Figure 24 is a perspective view of the insertion device of Figure 23, showing the proximal end of the device; 伸張アセンブリと振動アセンブリとの相互接続動作を示す自動挿入装置の一実施形態の概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram of one embodiment of an automatic insertion device showing the interconnecting motion of the tensioning assembly and the vibrating assembly; 装置の動作の一実施形態を示す電気フロー図である。FIG. 2 is an electrical flow diagram illustrating one embodiment of the operation of the device; 自動挿入装置を操作する方法のステップの概略図である。FIG. 2 is a schematic representation of the steps of a method of operating an autoinsertion device;

図面のいくつかの図を通して、同様の参照番号は同様の部分を指す。 Like reference numbers refer to like parts throughout the several views of the drawings.

添付の図面に示すように、本発明は、針を挿入し、ガイドワイヤ、拡張器、CVCなどのカテーテルなどを潜在的に配置するために、血管などの体腔への皮下アクセスを可能にする挿入装置、システム、および方法に関する。装置およびシステムは、位置を調整し、患者の皮膚などの対象の組織内に貫通部材を展開するために自動化され得る複数のアクチュエータを含む。目標点が事前に選択され、貫通部材の位置と調整を計算するために使用され、一連のアクチュエータが調整されて装置のさまざまな構成要素を制御し、展開時に事前に選択された目標位置に到達するように適切な位置合わせを生成する。アクチュエータは、プロセッサによって行われた計算に基づいて自動的に調整される場合があり、目標点の位置が変更されるとさらに調整される場合がある。少なくとも1つの実施形態では、画像ベースのモダリティを使用して、標的とする組織または空洞に関するデータを取得する。使いやすいように、装置全体が手持ち式であることが望ましい。 As shown in the accompanying drawings, the present invention is an insertion device that allows subcutaneous access to body cavities such as blood vessels for the insertion of needles and potentially the placement of guidewires, dilators, catheters such as CVCs, and the like. Apparatus, systems and methods. The devices and systems include multiple actuators that can be automated to adjust the position and deploy the penetrating member within the target tissue, such as the patient's skin. A target point is preselected and used to calculate the position and alignment of the penetrating member, and a series of actuators are adjusted to control the various components of the device to reach the preselected target position during deployment to generate the proper alignment. The actuator may be automatically adjusted based on calculations made by the processor, and may be further adjusted when the position of the target point is changed. In at least one embodiment, image-based modalities are used to acquire data about the targeted tissue or cavity. For ease of use, it is desirable that the entire device be handheld.

図1および図2の実施形態に示されるような挿入装置100は、皮下領域の組織に関するデータおよび情報を取得するための検出器20と、このデータを使用して、計算されたパラメータに基づいて、組織内の所望の事前選択された目標点29に挿入するための、導入針であってもよい針などの貫通部材10用の様々な位置決めおよび調整パラメータを計算するためのプロセッサ22とを含む。目標点29は、血管など、患者の体内の皮下に位置する任意の点であってもよい。標的の血管を特定することは、医療業界で訓練を受けた多くの医療専門家の典型的な技量である。しかし、組織の変形や静脈の転がりによる合併症や患者へのリスクを考えると、その標的に針をガイドすることは困難である。 The insertion device 100 as shown in the embodiment of FIGS. 1 and 2 includes a detector 20 for obtaining data and information about the tissue of the subcutaneous region and using this data, based on the calculated parameters , a processor 22 for calculating various positioning and adjustment parameters for a penetrating member 10, such as a needle, which may be an introducer needle, for insertion at a desired preselected target point 29 within tissue. . Target point 29 may be any point located subcutaneously within the patient's body, such as a blood vessel. Identifying target vessels is a typical skill of many medical professionals trained in the medical industry. However, guiding the needle to its target is difficult given the complications and risks to the patient from tissue deformation and vein rolling.

少なくとも1つの実施形態では、挿入装置100により、ユーザは、超音波などの撮像モダリティを通じて組織内の標的血管に関する情報を取得し、血管の対応する画像を示すディスプレイ24上で目標点29を選択することができる。目標点29は、タッチスクリーン上など、ユーザによってディスプレイ24上で調整することができ、プロセッサ22は、貫通部材の先端が患者の体内の標的位置に到達するためにその現在の位置から移動する必要がある結果の高さ、軌道、角度、および距離を自動的に計算する。これらの計算を使用して、プロセッサ22は、位置決め装置120の様々なアクチュエータ32、42、52に動作データまたは命令を提供して、貫通部材10の先端を自動化された方法で様々な方向に動かし、展開の準備が整った所望の位置に到達する。各アクチュエータ32、42、52は、調整計算を行う際に使用される位置情報をプロセッサ20に送信するセンサを含み得る。所望の位置が達成されると、装置100を作動させて貫通部材10を展開させ、計算された距離だけ前進させることができる。プロセッサ22はまた、貫通部材10が予め選択された目標点29に到達すると自動的に停止するように貫通部材10に命令して、貫通部材10が目標点29を通過しないようにすることもできる。プロセッサはまた、振動アクチュエータ62に指示を与えて、針挿入で典型的に遭遇する組織の変形および静脈ローリング合併症を克服するために、展開中に往復運動などの振動運動を貫通部材10に開始およびガイドすることができる。 In at least one embodiment, insertion device 100 allows a user to obtain information about a target vessel within tissue through an imaging modality such as ultrasound and select a target point 29 on display 24 showing a corresponding image of the vessel. be able to. The target point 29 can be adjusted by the user on the display 24, such as on a touch screen, and the processor 22 determines how the tip of the penetrating member needs to move from its current position to reach the target location within the patient's body. Automatically calculate resulting heights, trajectories, angles, and distances. Using these calculations, processor 22 provides operational data or instructions to various actuators 32, 42, 52 of positioning device 120 to move the tip of penetrating member 10 in various directions in an automated manner. , to reach the desired position ready for deployment. Each actuator 32, 42, 52 may include sensors that transmit position information to processor 20 for use in making adjustment calculations. Once the desired position is achieved, the device 100 can be activated to deploy the penetrating member 10 and advance it the calculated distance. Processor 22 may also instruct penetrating member 10 to automatically stop when penetrating member 10 reaches a preselected target point 29 so that penetrating member 10 does not pass target point 29 . . The processor also directs the vibratory actuator 62 to initiate vibratory motion, such as reciprocating motion, in the penetrating member 10 during deployment to overcome tissue deformation and vein rolling complications typically encountered with needle insertion. and can guide.

図3に見られるように、挿入装置100はまた、血管などの空洞を含む表面下の組織を表す情報またはデータが検出器20によって得られるシステム200を含む。いくつかの実施形態では、これらのデータは、画像検出器であり得る検出器20によって得られた画像である。表面下の組織のデータは、プロセッサ22に送信され、プロセッサ22は、組織または体腔内の予め選択された目標点29と組織表面との間の距離を計算する。プロセッサ22の計算ソフトウェア、論理回路などは、この計算された距離を使用して、垂直アクチュエータ32、角度アクチュエータ42、および伸張アクチュエータ52の調整データを計算し、このデータを、貫通部材10の移動のために対応するアクチュエータに送信する。プロセッサ22はまた、振動アクチュエータ62の動作パラメータに基づいて振動アクチュエータ62の振動データを決定し、このデータを振動アクチュエータ62に送信して作動させ、貫通部材10に振動または往復運動を誘発させて展開させる。さまざまなアクチュエータ32、42、52、62へのデータの送信およびそれらの作動は、プロセッサ22によって示されるように、任意の順序で、または所定の順序または規定された順序で発生することができる。貫通部材10は、伸張アクチュエータ52に送信された伸張調整データに基づいて自動的に展開され得る。いくつかの実施形態では、ユーザは、目標点29と交差するように投影された経路と位置合わせするために貫通部材10の適切な位置決めにいつ到達したかを決定し、彼/彼女は、プロセッサ22に送信され、得られた画像からの情報に基づいて皮膚の下の目標点29まで事前に計算された距離だけ貫通部材10を伸張する伸張アクチュエータ52に中継される展開コマンドを起動することができる。 As seen in FIG. 3, the insertion device 100 also includes a system 200 in which information or data representing subsurface tissue, including cavities such as blood vessels, is obtained by the detector 20 . In some embodiments, these data are images obtained by detector 20, which can be an image detector. The subsurface tissue data is transmitted to the processor 22, which calculates the distance between a preselected target point 29 within the tissue or body cavity and the tissue surface. Calculation software, logic circuitry, etc., of processor 22 uses this calculated distance to calculate adjustment data for vertical actuator 32, angular actuator 42, and extension actuator 52, and uses this data to translate penetrating member 10 movement. to the corresponding actuator. Processor 22 also determines vibration data for vibration actuator 62 based on operating parameters of vibration actuator 62 and transmits this data to vibration actuator 62 to actuate vibration actuator 62 to induce vibration or reciprocating motion in penetrating member 10 for deployment. Let Transmission of data to the various actuators 32 , 42 , 52 , 62 and their actuation can occur in any order, or in a predetermined or prescribed order, as indicated by processor 22 . Penetrating member 10 may be automatically deployed based on extension adjustment data sent to extension actuator 52 . In some embodiments, the user determines when proper positioning of the penetrating member 10 has been reached for alignment with the projected path to intersect the target point 29, and he/she directs the processor to 22 and relayed to an extension actuator 52 that extends the penetrating member 10 a pre-calculated distance to a target point 29 under the skin based on information from the acquired image. can.

いくつかの実施形態では、検出器20は、超音波プローブまたは他の送受信機などの画像検出器である。検出器20によって得られたデータは、ユーザによって視認され得るディスプレイ24上に提示することができる。予め選択された目標点29’の表現は、ディスプレイ24上に提示された画像上に重ねられ、ユーザによって動かされ得る。少なくとも1つの実施形態では、ユーザは、インタラクティブなタッチスクリーンまたはジョイスティックなどを介して、ディスプレイ24上の画像または表現と対話して、代表的な目標点29’をディスプレイ24上で動かすことができる。代表的な目標点29’がディスプレイ24上で移動すると、プロセッサ22は、新しい代表的な目標点29’に基づいて、垂直アクチュエータ32、角度アクチュエータ42、および伸張アクチュエータ52の更新された調整データを計算する。これは、最終目標点がユーザによって決定される前に、何回でも実行することができ、その時点で、ユーザは、挿入のために貫通部材10を展開することを決定することができ、対応する命令が伸張アクチュエータ52に送られる。 In some embodiments, detector 20 is an image detector, such as an ultrasound probe or other transceiver. Data obtained by the detector 20 can be presented on a display 24 that can be viewed by a user. A representation of the preselected target point 29' is superimposed on the image presented on the display 24 and can be moved by the user. In at least one embodiment, a user can interact with an image or representation on display 24, such as via an interactive touch screen or joystick, to move representative target point 29' on display 24. As representative target point 29' moves on display 24, processor 22 provides updated adjustment data for vertical actuator 32, angular actuator 42, and extension actuator 52 based on the new representative target point 29'. calculate. This can be done any number of times before the final target point is determined by the user, at which point the user can decide to deploy the penetrating member 10 for insertion and respond A command is sent to the extension actuator 52 to do so.

使用中、挿入装置100は、静脈などの標的血管の位置を特定するために、患者の皮膚などの組織に沿って、またはそれに隣接して配置される。少なくとも1つの実施形態では、図1および図2のように、装置100は手持ち式であり、臨床医または医療関係者などのユーザが握ることができるハンドル21を含む。ハンドル21は、特に必要に応じて長時間保持する際の効率と快適さを向上させるために、人間工学に基づいた形状にすることができる。ハンドル21は、利き手を標的位置の選択および装置100の展開に利用できるようにするために、右利きの人の左手など、ユーザの利き手でない手で握ることが好ましい。したがって、装置100は、右利きおよび左利きの個人によって同等に使用することができ、握る方向に特有のものではない。実際、いくつかの実施形態では、ハンドル21は、図4Aに示すように、軸を中心に回転可能であり、異なるグリップの向きまたは位置に対応するか、または撮像時に異なる画像図を取得することができる。 In use, insertion device 100 is placed along or adjacent to tissue, such as a patient's skin, to locate a target vessel, such as a vein. In at least one embodiment, as in FIGS. 1 and 2, the device 100 is handheld and includes a handle 21 that can be grasped by a user, such as a clinician or medical personnel. The handle 21 can be ergonomically shaped to improve efficiency and comfort, especially when held for long periods of time if desired. Handle 21 is preferably grasped by the user's non-dominant hand, such as the left hand of a right-handed person, so that the dominant hand is available for target location selection and deployment of device 100 . Thus, the device 100 can be used equally by right-handed and left-handed individuals and is not grip orientation specific. Indeed, in some embodiments, the handle 21 is rotatable about an axis to accommodate different grip orientations or positions, or to acquire different image views when imaging, as shown in FIG. 4A. can be done.

少なくとも1つの実施形態では、挿入装置100は、ユーザの肘、肩、腕、または胸に配置することができる支持体27も含む。支持体27は、装置100を位置決めして使用するときに、ユーザに追加の安定性を提供する。図4Bに示されるように、支持体27は、ユーザの腕に対応するサイドアーム26などによってハンドル21から離間されてもよく、ユーザの手が届くように長さを調節可能であってもよい。サイドアーム26は、サイドアームの角度を調整し、患者の隣に位置するユーザが挿入装置100を快適に使用できるようにするために、図4Bの方向矢印によって示されるように、血管を標的にするために必要に応じて適切に位置合わせしながら、弓形経路内で移動可能であり得る。サイドアーム26の可動範囲は最大360°であり、したがって、任意の所望のアプローチ角度を許容することができる。例えば、ユーザは、患者に隣接して所望の標的血管に垂直に座るか立つことができるが、それでも挿入装置100を使用して、貫通部材10を標的血管と整列させて位置決めすることができる。サイドアーム26の全可動域により、右利き用から左利き用への切り替えも可能になり得る。 In at least one embodiment, the insertion device 100 also includes a support 27 that can be placed on the user's elbow, shoulder, arm, or chest. Support 27 provides the user with additional stability when positioning and using device 100 . As shown in FIG. 4B, the support 27 may be spaced from the handle 21, such as by a side arm 26 corresponding to the user's arm, and may be adjustable in length to reach the user's hand. . The sidearm 26 is aimed at the blood vessel, as indicated by the directional arrows in FIG. It may be moveable within an arcuate path while properly aligning as needed to do so. The range of motion of the side arm 26 is up to 360°, thus allowing any desired approach angle. For example, the user can sit or stand perpendicular to the desired target vessel adjacent to the patient and still use the insertion device 100 to align and position the penetrating member 10 with the target vessel. The full range of motion of the sidearm 26 may also allow switching from right-handed to left-handed use.

挿入装置100は、図2に示されるように、撮像される患者の領域の近く、隣接、または接触さえする検出器20を含む。少なくとも1つの実施形態では、検出器20は、ハンドル21を患者の上で動かすことによって、検出器20が患者の皮膚または他の組織5に沿って配置され得るように、ハンドル21の末端に配置される。検出器20は、皮下領域などの周囲領域に関する情報またはデータを取得し、組織5、空洞7、およびその中の他の構造の位置情報を含むことができる。少なくとも1つの実施形態では、検出器20は、特定の血管または体腔7を標的とするために、図5Bに示されるように標的領域28とも呼ばれる、患者の皮下または経皮領域を視覚化する撮像モダリティのものである。撮像された標的領域28は、特定の撮像モダリティが生成できるように、任意の形状、容積、または深さDであってよい。撮像モダリティは、超音波、コンピュータ断層撮影、および磁気共鳴撮像などであるがこれらに限定されない、患者の皮下領域を撮像する任意の適切な形態であってもよい。好ましい実施形態では、図5Cに示されるように、超音波は、皮膚の表面の下の血管の内部など、組織5と体腔7とを明確に区別する画像を提供する能力のために有用である。本明細書で使用される場合、「組織」は、体の任意の組織または器官を指す場合があり、具体的には質量を有する実質的な物質を指す。例えば、組織は、皮膚、筋肉、腱、脂肪、骨、および器官壁を等しく指す場合がある。対照的に、本明細書で使用される「体腔」は、血管、静脈、動脈などの組織または器官内の空洞、開いた内部、管腔、または空間の容積を指す場合がある。 Insertion device 100 includes a detector 20 near, adjacent to, or even in contact with the area of the patient to be imaged, as shown in FIG. In at least one embodiment, the detector 20 is positioned at the distal end of the handle 21 such that the detector 20 can be positioned along the patient's skin or other tissue 5 by moving the handle 21 over the patient. be done. Detector 20 obtains information or data about the surrounding area, such as the subcutaneous area, and can include location information of tissue 5, cavity 7, and other structures therein. In at least one embodiment, the detector 20 is used for imaging to visualize a subcutaneous or percutaneous region of the patient, also called a target region 28 as shown in FIG. It is of modality. The imaged target region 28 can be of any shape, volume, or depth D, as can be produced by the particular imaging modality. The imaging modality may be any suitable form of imaging subcutaneous regions of the patient, such as, but not limited to, ultrasound, computed tomography, and magnetic resonance imaging. In a preferred embodiment, ultrasound is useful for its ability to provide images that clearly distinguish between tissue 5 and body cavities 7, such as the interior of blood vessels beneath the surface of the skin, as shown in FIG. 5C. . As used herein, "tissue" may refer to any tissue or organ of the body, and specifically refers to any substantial substance having mass. For example, tissue may equally refer to skin, muscle, tendon, fat, bone, and organ wall. In contrast, "body cavity" as used herein may refer to a cavity, open interior, lumen, or volume of space within a tissue or organ such as a blood vessel, vein, artery, or the like.

したがって、少なくとも1つの実施形態では、検出器20は、視覚化のために患者の皮膚および組織を通して超音波を放射および受信する超音波変換器である。典型的なBモード超音波撮像を検出器20で使用することができるが、異なる方向の血流を区別するためにドップラー超音波を使用することもできる。いくつかの実施形態ではセクタフェーズドアレイを使用することができるが、線形または曲線の超音波変換器が好ましい。超音波検出器20は、3~15MHzの周波数範囲で動作することができるが、浸透の深さは周波数に反比例するため、より好ましくは6~10MHzの範囲で動作して、超音波の分解能と浸透深度との間に良好なコントラストを提供する。貫通部材10を正確に配置するためには、ピクセルサイズが組織内の音の距離または位相速度に関連するため、ピクセルサイズの非常に正確な測定が重要である。超音波検出器20は、血管が縦方向に見られる長軸画像平面図、または血管が断面図で見られ、図5Cに示すように結果として得られる画像において円形構造として現れる短軸図で操作され得る。少なくとも1つの実施形態では、白色で示される組織5に対して黒色の空間として現れる体腔7をより良好に視覚化するために、短軸図での撮像が好ましい。短軸図により、静脈または血管を吹き飛ばさないように目標点29の最適な配置を決定するために、血管の深さを見ることができる。いずれの図式においても、検出器20によって生成される画像平面は、超音波画像と貫通部材10の空間座標との適切な位置決め精度および位置合わせのために、後述する様々なアクチュエータに対して既知の角度にある。 Thus, in at least one embodiment, detector 20 is an ultrasound transducer that emits and receives ultrasound waves through the patient's skin and tissue for visualization. Although typical B-mode ultrasound imaging can be used with detector 20, Doppler ultrasound can also be used to distinguish blood flow in different directions. Linear or curvilinear ultrasound transducers are preferred, although sector phased arrays may be used in some embodiments. The ultrasonic detector 20 can operate in the frequency range of 3-15 MHz, but more preferably operates in the range of 6-10 MHz, as the depth of penetration is inversely proportional to frequency. Provides good contrast between depth of penetration. For accurate placement of penetrating member 10, very accurate measurement of pixel size is important, as pixel size is related to the distance or phase velocity of sound in tissue. The ultrasound detector 20 operates in either the long-axis image plane view, where the vessels are viewed longitudinally, or the short-axis view, where the vessels are viewed in cross-section and appear as circular structures in the resulting image as shown in FIG. 5C. can be In at least one embodiment, short-axis view imaging is preferred to better visualize the body cavity 7, which appears as a black space against the tissue 5 shown in white. The short axis view allows the depth of the vessel to be seen in order to determine the optimal placement of the target point 29 so as not to blow out the vein or vessel. In either scheme, the image plane produced by detector 20 is known for the various actuators described below for proper positioning accuracy and alignment of the ultrasound image and the spatial coordinates of penetrating member 10. at an angle.

挿入装置100は、検出器20と電子通信するプロセッサ22をさらに含み、組織5およびその中の空洞7の位置に関して検出器20によって得られたデータを受け取る。いくつかの実施形態では、これらのデータは、検出器20によって得られた皮下領域の画像として配置され、プロセッサ22およびディスプレイ24(図1および図2に示すように、ユーザによる視覚化のために画像を提示する画面など)に送信される。図5Cは、ディスプレイ24上に提示された、検出器20によって取得された超音波画像の一例を示す。ディスプレイ24はまた、検出器20からの画像と関連して、十字線、標的標識、または他の記号などを用いて、目標点29’の絵画的表現を示す。ディスプレイ24上の代表的な目標点29’の画像は、ユーザによって、ディスプレイ24上で上下に動かされてもよい。代表的な目標点29’が移動するにつれて、貫通部材10の位置決めが、以下に説明するように調整され、これは、自動的かつリアルタイムで行われ得る。ディスプレイ24は、検出器20のパラメータ(使用される周波数など)、スクリーン解像度、倍率、位置決め装置120の様々な構成要素からの測定値または位置情報(以下でより詳細に論じる)、および挿入装置100の様々な構成要素を作動させるためのボタンまたは領域、を含むがこれに限定されない追加情報を表示することができる。 Insertion device 100 further includes processor 22 in electronic communication with detector 20 to receive data obtained by detector 20 regarding the position of tissue 5 and cavity 7 therein. In some embodiments, these data are arranged as images of the subcutaneous area obtained by the detector 20 and presented to the processor 22 and display 24 (as shown in FIGS. 1 and 2 for visualization by the user). screen that presents images, etc.). FIG. 5C shows an example of an ultrasound image acquired by detector 20 presented on display 24 . Display 24 also shows a pictorial representation of target point 29', such as with crosshairs, target markers, or other symbols, in conjunction with the image from detector 20. FIG. The image of representative target point 29' on display 24 may be moved up or down on display 24 by the user. As the representative target point 29' moves, the positioning of the penetrating member 10 is adjusted as described below, and this can be done automatically and in real time. The display 24 shows parameters of the detector 20 (such as the frequency used), screen resolution, magnification, measurements or position information from various components of the positioning device 120 (discussed in more detail below), and the insertion device 100 Additional information can be displayed including, but not limited to, buttons or areas for activating various components of the .

ディスプレイ24は、パッシブスクリーンまたはインタラクティブスクリーンであってもよい。少なくとも1つの実施形態では、ディスプレイ24は、抵抗メカニズム、容量メカニズム、または他の触覚フィードバックメカニズムを通じて動作することができるタッチスクリーンである。例えば、ディスプレイ24上の代表的な目標点29’は、連続経路でディスプレイ24に沿って指、親指、または選択装置をスライドさせることなどによって、または代表的な目標点29’の新しい位置を選択するべくディスプレイ24画面の離散的な位置に触れることによって、タッチスクリーン上でタッチすることによって移動可能であり得る。いくつかの実施形態では、ディスプレイ24およびプロセッサ22は、Bluetooth(登録商標)などの無線プロトコルを介してまたは有線のマルチピンコネクタを介して挿入装置100に取り外し可能に接続され得る、スマートフォン、携帯情報端末(PDA)、またはタブレットコンピュータなどの単一の装置に含まれ得る。他の実施形態では、ディスプレイ24およびプロセッサ22は、挿入装置100の残りの部分と統合され得る単一の装置に含まれる。さらなる実施形態では、プロセッサ22は、挿入装置100の統合構成要素であり、図1のようにハウジング23内に配置されてもよく、ディスプレイ24は、挿入装置100の残りの部分から別個に取り外し可能であってもよい。 Display 24 may be a passive screen or an interactive screen. In at least one embodiment, display 24 is a touch screen that can operate through resistive, capacitive, or other tactile feedback mechanisms. For example, representative target point 29' on display 24 may be selected, such as by sliding a finger, thumb, or selection device along display 24 in a continuous path, or by selecting a new location for representative target point 29'. It may be movable by touching on the touch screen by touching discrete locations on the display 24 screen to do so. In some embodiments, the display 24 and processor 22 may be removably connected to the insertion device 100 via a wireless protocol such as Bluetooth or via a wired multi-pin connector, smart phone, personal information It may be contained in a single device such as a terminal (PDA), or a tablet computer. In other embodiments, display 24 and processor 22 are included in a single device that can be integrated with the rest of insertion device 100 . In a further embodiment, the processor 22 is an integral component of the insertion device 100 and may be located within the housing 23 as in FIG. 1 and the display 24 is separately removable from the rest of the insertion device 100. may be

他の実施形態では、ディスプレイ24は、モニタなどのパッシブスクリーンであり、装置100は、ユーザが撮像アセンブリ110をガイドして静脈を標的とすることを可能にするジョイスティックまたは方向ボタン(複数可)(図示せず)を含み得る。ジョイスティックまたは方向ボタンは、ジョイスティックレバーの向きおよび傾き、または押されたまたは選択された特定の方向ボタンに基づいて、プロセッサ22に方向信号を出力することができる。ジョイスティックまたは方向ボタンからの出力信号は、目標点29の画像が標的位置に重なるように、ディスプレイ24上に示される十字線などの代表的な目標点29’の位置を制御する。いくつかの実施形態では、ジョイスティックまたは方向ボタンは、モニタのフレームの縁に沿ってなど、ディスプレイ24またはその近くに配置することができる。他の実施形態では、ジョイスティックまたは方向ボタンをハンドル21に配置して、撮像のための装置100の片手操作を可能にすることができる。 In other embodiments, display 24 is a passive screen, such as a monitor, and device 100 includes a joystick or directional button(s) ( not shown). The joystick or directional buttons can output directional signals to the processor 22 based on the orientation and tilt of the joystick lever or the particular directional button pressed or selected. Output signals from the joystick or direction buttons control the position of a representative target point 29' such as a crosshair shown on display 24 such that the image of target point 29 is superimposed on the target location. In some embodiments, the joystick or directional buttons may be positioned on or near the display 24, such as along the edges of the monitor's frame. In other embodiments, a joystick or directional buttons can be placed on the handle 21 to allow one-handed operation of the device 100 for imaging.

プロセッサ22は、タッチスクリーンインタラクションなどによる、ディスプレイ24上の代表的な目標点29’とのインタラクションからユーザによって示されるように、所望の目標点29の位置および位置の変化に関するディスプレイ24と電気的に通信し、ディスプレイ24から情報を受け取る。プロセッサ22は、貫通部材10をその既存の位置から、ディスプレイ24インタラクションから提供されるユーザ指示情報によって示される目標点29に到達させる位置に調整する方法を計算するプログラム、ソフトウェア、論理回路、または他の計算能力を含む。 The processor 22 electrically communicates with the display 24 regarding the position and position changes of the desired target point 29 as indicated by the user from interaction with a representative target point 29' on the display 24, such as by touch screen interaction. Communicate and receive information from the display 24 . Processor 22 may be programmed, software, logic, or otherwise to calculate how to adjust penetrating member 10 from its existing position to a position to reach target point 29 indicated by user-directed information provided from display 24 interaction. including computing power.

例えば、図5Aは、プロセッサ22による計算で使用される様々な寸法を示す挿入装置100の概略図を示す。これらの寸法の一部は、装置100の固定寸法である。例えば、Hは検出器20から主アーム25の中心までのハンドル21の高さである。距離Aは、ハンドル21の中心から垂直アクチュエータ32などの位置決め装置120の中心までの主アーム25の長さである。いくつかの実施形態では、Aは、一次アーム25が固定長であるときなど、固定長である。貫通部材10の取り付け部のサイズ、および針などの穿刺先端10の長さ(集合的にGとして参照される)も知られており、固定されている。貫通部材10の取り付け部と角度調節30との間の距離Fも固定のままである。 For example, FIG. 5A shows a schematic diagram of insertion device 100 showing various dimensions used in calculations by processor 22 . Some of these dimensions are fixed dimensions of device 100 . For example, H is the height of handle 21 from detector 20 to the center of main arm 25 . Distance A is the length of main arm 25 from the center of handle 21 to the center of positioning device 120 , such as vertical actuator 32 . In some embodiments, A is of fixed length, such as when primary arm 25 is of fixed length. The size of the mounting portion of the penetrating member 10 and the length of the piercing tip 10, such as a needle (collectively referred to as G) are also known and fixed. The distance F between the mounting portion of the penetrating member 10 and the angle adjustment 30 also remains fixed.

計算の他の次元は異なる。例えば、Dは、組織5または皮膚の表面に位置する検出器20と、皮膚の下の血管の内部などの体腔7内の目標点29との間の距離である。したがって、Dは、どの血管が標的として使用されるか、標的血管と検出器20が配置される皮膚または表面との間に存在する組織の量、さらには標的血管の位置、および血管の充満度または圧迫度によって、患者によって異なる。少なくとも1つの実施形態では、位置決め装置120の高さLは変化し得る。いくつかの実施形態では、図5Aの高さLは、挿入装置100の使用時に固定されるように、使用前に事前設定することができる。この情報を使用して、マイクロプロセッサは、ピタゴラスの定理と三角法を使用して、傾斜角θと、貫通部材10の先端から目標点29までの距離Pを決定することができる。例えば、計算を実行する方法は次のとおりである。 Other dimensions of computation differ. For example, D is the distance between the detector 20 located at the surface of the tissue 5 or skin and the target point 29 within the body cavity 7, such as inside a blood vessel under the skin. Therefore, D is which vessel is used as a target, the amount of tissue that exists between the target vessel and the skin or surface on which the detector 20 is placed, as well as the location of the target vessel and the fullness of the vessel. Or depending on the degree of compression, which varies from patient to patient. In at least one embodiment, the height L of the positioning device 120 can vary. In some embodiments, the height L of FIG. 5A can be preset prior to use such that the insertion device 100 is fixed during use. Using this information, the microprocessor can determine the tilt angle θ D and the distance P from the tip of penetrating member 10 to target point 29 using Pythagorean theorem and trigonometry. For example, here's how to perform the calculations:

Figure 2023520556000002
Figure 2023520556000002

別の方法として、角度θをユーザが事前設定し、高さLと距離Pを同様の数学的関係を使用して計算することもできる。
別の見方をして、やはり図5Aを参照すると、深さDは三角形の一辺を形成し、距離Xは、検出器20の中心から貫通部材10の先端までの距離であり、Dおよび三角形の別の脚と直角を形成する。貫通部材10の挿入距離は、三角形の斜辺であるPであり、次式をPについて解くことにより算出される。
+X=P
したがって、挿入角度θは次のように計算される。
Alternatively, the angle θ D can be preset by the user and the height L and distance P can be calculated using similar mathematical relationships.
Viewed another way and still referring to FIG. 5A, depth D forms one side of a triangle, distance X is the distance from the center of detector 20 to the tip of penetrating member 10, and D and Form a right angle with another leg. The insertion distance of the penetrating member 10 is P, which is the oblique side of the triangle, and is calculated by solving P in the following equation.
D2 + X2 = P2
Therefore, the insertion angle θ D is calculated as follows.

Figure 2023520556000003
Figure 2023520556000003

したがって、既知の定数次元と変数に基づいて計算を実行する方法は多数ある。上記はほんの一例である。他の実施形態では、高さLは、浅い角度または鋭角θが必要な場合など、挿入装置100の使用中に調整および自動化することができる。これは、標的血管自体が非常に浅いか部分的につぶれている場合、または皮膚の表面より下にある場合に当てはまる。そのような例示的な実施形態では、適切な角度を達成するために、高さLを増加させて、貫通部材10を目標点29に到達するように配置することができる。高さLの増加量または減少量は、プロセッサ22のプロセッサによってリアルタイムで計算される。角度θも、ユーザによってディスプレイ24で入力された情報に基づいて調整のために計算されるからである。例えば、ユーザがディスプレイ24に沿って指を上に滑らせると、目標点29インジケータも上に移動し、角度θはより浅くなるか、より鋭くなる。逆に、ユーザがディスプレイ24に沿って指を下にスライドさせると、目標点29インジケータも下に移動し、角度θが増加するか、または深くなる。タッチスクリーンディスプレイ24に沿って指をスライドさせることは、単なる1つの実施形態である。他の実施形態では、ノブまたはダイアルを使用して、代表的な目標点29’を画面上で上下に移動させることができ、これは、プロセッサ22によって決定される角度θの調整に対応する。 Therefore, there are many ways to perform computations based on known constant dimensions and variables. The above are only examples. In other embodiments, height L can be adjusted and automated during use of insertion device 100, such as when a shallow or acute angle θD is desired. This is the case when the target vessel itself is very shallow or partially collapsed, or is below the surface of the skin. In such exemplary embodiments, the height L may be increased to position the penetrating member 10 to reach the target point 29 in order to achieve the proper angle. The amount of increase or decrease in height L is calculated in real time by the processor of processor 22 . This is because angle θ D is also calculated for adjustment based on information entered by the user at display 24 . For example, as the user slides his finger up along the display 24, the target point 29 indicator also moves up and the angle θ D becomes shallower or sharper. Conversely, when the user slides the finger down along the display 24, the target point 29 indicator also moves down, increasing or deepening the angle θD . Sliding a finger along touch screen display 24 is just one embodiment. In other embodiments, a knob or dial can be used to move representative target point 29' up or down on the screen, which corresponds to adjusting angle θ D as determined by processor 22. .

プロセッサ22はまた、主アーム25などによって、挿入装置100の撮像アセンブリ110から離間された位置決め装置120と電気通信する。主アーム25は、貫通部材10が所望の目標点29に接近し到達できるように、検出器20から貫通部材10を離間させるのに十分な任意の適切な長さであり得る。主アーム25は、手動またはアクチュエータなどによる自動で調節可能であるが、少なくとも1つの実施形態では、静止しており、長さが固定されている。 Processor 22 is also in electrical communication with positioning device 120 that is spaced from imaging assembly 110 of insertion device 100 , such as by main arm 25 . Primary arm 25 may be of any suitable length sufficient to space penetrating member 10 from detector 20 such that penetrating member 10 can approach and reach a desired target point 29 . Main arm 25 is adjustable manually or automatically, such as by an actuator, but in at least one embodiment is stationary and fixed in length.

図1、図2、および図6を参照すると、位置決め装置120は、貫通部材10を垂直方向31に調整する垂直調整30と、角度方向41に沿って貫通部材10の傾斜角度を調整する角度調整40と、挿入および除去のために目標点29に向かって、または目標点29から離れて直線方向51に貫通部材を移動させる伸張調節50と、を含む。貫通部材10に沿って長手方向61に往復運動を提供するバイブレータ60も挿入装置100内に存在するが、位置決め装置120の構成要素である必要はない。図7に見られるように、調整パラメータの各々は、アクチュエータ32、42、52、62によって影響を受け、アクチュエータ32、42、52、62は、移動パラメータに関する命令を提供するプロセッサ22から信号を受信し、それらの命令に従って自動的に移動して、貫通部材10の位置決めを調節することができる。 1, 2 and 6, the positioning device 120 has a vertical adjustment 30 that adjusts the penetrating member 10 in a vertical direction 31 and an angular adjustment that adjusts the tilt angle of the penetrating member 10 along an angular direction 41. 40 and an extension adjustment 50 that moves the penetrating member in a linear direction 51 toward or away from the target point 29 for insertion and removal. A vibrator 60 that provides reciprocating motion in longitudinal direction 61 along penetrating member 10 is also present in insertion device 100 but need not be a component of positioning device 120 . As seen in FIG. 7, each of the adjustment parameters is affected by actuators 32, 42, 52, 62 which receive signals from processor 22 that provide instructions regarding the movement parameters. , and can automatically move according to their instructions to adjust the positioning of the penetrating member 10 .

例えば、図7~図9を参照すると、垂直調整30は、取り付けられた貫通部材10を上げ下げするためのメカニズムを提供する。具体的には、垂直調整30は、プロセッサ22と電気通信して起動および移動のための垂直調整データを受信する垂直アクチュエータ32を含む。プロセッサ22から信号またはデータを受信すると、垂直アクチュエータ32は、プロセッサ22によって計算された垂直調整データに従って作動し、移動して、挿入のために撮像される皮膚または他の組織の表面に対して垂直方向31に貫通部材10を調整する。垂直アクチュエータ32は、回転する、またはシャフトに作用するモータであってもよい。例えば、少なくとも1つの実施形態では、図9に示すように、垂直アクチュエータ32は、垂直アクチュエータ32から延在するピン35を回転させる回転モータである。ピン35は、ラックアンドピニオンシステムのように、ピン35上の対応する歯または溝とトラック34との間のインターロック様式などで、トラック34と係合する。ピン35が一方向に回転すると、その伸張部がトラック34の伸張部と噛み合い、トラック34を垂直方向31に上下に動かす。垂直アクチュエータ32がピン35を反対方向に回転させると、トラック34は対応して反対の垂直方向に移動する。したがって、垂直アクチュエータ32は、トラック34に対して垂直に配置することができる。トラック34は、垂直ハウジング33内に配置することができる。他の実施形態では、トラック34はスライドバーであってもよく、垂直アクチュエータ32はピン35をスライドバーに沿って異なるロック位置の間で移動させて、スライドバーを垂直方向に移動させてもよい。さらに他の実施形態では、垂直アクチュエータ32は、垂直方向31に沿って配置されたリニアモータであってもよく、作動すると、ピン35または他の細長いシャフトが伸張し、それによってハウジング33が垂直方向31に移動する。上述のように、いくつかの実施形態では、垂直アクチュエータ32は、プロセッサ22によって自動化され、ディスプレイ24で目標点29に対して調整が行われるとリアルタイムで移動することができる。しかし、いくつかの実施形態では、垂直方向31の調整が必要ない場合、または垂直高さ成分を固定することが意図されている場合など、垂直アクチュエータ32を作動させなくてもよい。 For example, referring to FIGS. 7-9, vertical adjustment 30 provides a mechanism for raising and lowering attached penetrating member 10 . Specifically, vertical adjustment 30 includes a vertical actuator 32 in electrical communication with processor 22 to receive vertical adjustment data for activation and movement. Upon receiving signals or data from processor 22, vertical actuator 32 operates and moves in accordance with vertical adjustment data calculated by processor 22 to position the skin or other tissue perpendicular to the surface of the skin or other tissue being imaged for insertion. Adjust the penetrating member 10 in direction 31 . Vertical actuator 32 may be a motor that rotates or acts on a shaft. For example, in at least one embodiment, as shown in FIG. 9, vertical actuator 32 is a rotary motor that rotates pin 35 extending from vertical actuator 32 . Pins 35 engage tracks 34, such as in an interlocking manner between corresponding teeth or grooves on pins 35 and tracks 34, like a rack and pinion system. Rotation of pin 35 in one direction causes its extensions to engage extensions of track 34 to move track 34 up and down in vertical direction 31 . When vertical actuator 32 rotates pin 35 in the opposite direction, track 34 correspondingly moves in the opposite vertical direction. The vertical actuator 32 can thus be arranged perpendicular to the track 34 . The track 34 can be arranged within the vertical housing 33 . In other embodiments, track 34 may be a slide bar and vertical actuator 32 may move pin 35 along the slide bar between different locking positions to move the slide bar vertically. . In still other embodiments, vertical actuator 32 may be a linear motor positioned along vertical direction 31 and, when actuated, extends pin 35 or other elongated shaft, thereby causing housing 33 to move vertically. Go to 31. As noted above, in some embodiments, vertical actuator 32 may be automated by processor 22 to move in real-time as adjustments are made to target point 29 on display 24 . However, in some embodiments the vertical actuator 32 may not be actuated, such as when no adjustment in the vertical direction 31 is required or when the vertical height component is intended to be fixed.

位置決め装置120はまた、図7および図10~図12Bに示されるように、角度調節40を含む。角度調節40は、プロセッサ22と電気通信する角度アクチュエータ42を含む。角度アクチュエータ42は、角度調整データなどの信号をプロセッサ22から受信し、貫通部材10の傾斜角度を変更するための作動に関する命令を提供する。傾斜角は、組織の表面に対して0°から180°の間の任意の角度であり得る。少なくとも1つの実施形態では、傾斜角は0°から90°の間の鋭角である。傾斜角度は、プロセッサ22によって実行される計算に従って、図10に見られるように角度方向41に調整される。したがって、ユーザが決定するように、侵入角度を浅くまたは急にすることができる。撮像の実施形態では、ユーザがディスプレイ24上で代表的な目標点29’を上下に動かすと、対応する信号がプロセッサ22から中継され、プロセッサ22は計算を更新して、代表的な目標点29’の新しい位置に基づいて、更新されたまたは新しい角度調整データを決定する。この更新されたデータは、角度アクチュエータ42に送信され、角度アクチュエータ42は、起動して貫通部材10の角度をそれに応じて調整するが、これはリアルタイムであってもよい。この起動は、プロセッサ22によって自動化される。角度アクチュエータ42は、傾斜角を変更するのに適したモータであってもよい。好ましい実施形態では、角度アクチュエータ42は、作動時に回転する回転モータである。このような実施形態では、シャフト43が、角度アクチュエータ42から受信機45または固定されておらず、角度アクチュエータから独立して移動可能な他の構造内に延在する。シャフト43および対応する受信機45は、角度アクチュエータ42から与えられるシャフト43の回転が対応して嵌合受信機45を回転させるように、ぴったりと嵌合するか、補完的なキー配置であるなど、対応する形状にすることができる。 Positioning device 120 also includes angle adjustment 40, as shown in FIGS. 7 and 10-12B. Angular adjustment 40 includes an angular actuator 42 in electrical communication with processor 22 . Angular actuator 42 receives signals, such as angle adjustment data, from processor 22 and provides instructions for actuation to change the angle of inclination of penetrating member 10 . The tilt angle can be any angle between 0° and 180° with respect to the surface of the tissue. In at least one embodiment, the tilt angle is an acute angle between 0° and 90°. The tilt angle is adjusted in angular direction 41 as seen in FIG. 10 according to calculations performed by processor 22 . Therefore, the entry angle can be shallow or steep, as determined by the user. In the imaging embodiment, when the user moves the representative target point 29' up or down on the display 24, a corresponding signal is relayed from the processor 22, and the processor 22 updates the calculations so that the representative target point 29' ' determines updated or new angle adjustment data based on the new position of '. This updated data is sent to angular actuator 42, which activates and adjusts the angle of penetrating member 10 accordingly, which may be in real time. This activation is automated by processor 22 . Angle actuator 42 may be a motor suitable for changing the tilt angle. In a preferred embodiment, angular actuator 42 is a rotary motor that rotates when actuated. In such embodiments, the shaft 43 extends from the angular actuator 42 into the receiver 45 or other structure that is free and movable independently of the angular actuator. Shaft 43 and corresponding receiver 45 are closely fitted, complementary keyed, etc. such that rotation of shaft 43 imparted by angular actuator 42 correspondingly rotates mating receiver 45. , can be of corresponding shape.

例えば、図11、図12A、および図12Bの実施形態では、シャフト43は、それ以外の円筒形状の片側に沿って平坦な表面を有するなど、不規則な形状を有するようにキー付き構成を有する。シャフト43が延在する受信機45も同様にキー止めされており、その周囲の少なくとも一部に沿って平坦な表面を有する。したがって、シャフト43が角度アクチュエータ42によって回転されると、特定の形状が受信機45の対応する形状と係合し、回転運動を受信機45に伝達し、それによって受信機45も回転する。受信機45は、角度アクチュエータ42とは別の位置決め装置120の構成要素と一体であるため、シャフト43との対応する形状の相互作用によって受信機45に伝達される回転運動は、図10に示すように、位置決め装置120の残りの部分も回転させる。角度アクチュエータ42は、図11および図12Aに見られるように、シャフト43が貫通して延在する開口を含み得る角度モータハウジング44によって取り囲まれ得る。 For example, in the embodiment of FIGS. 11, 12A, and 12B, shaft 43 has a keyed configuration such that it has an irregular shape, such as having a flat surface along one side of an otherwise cylindrical shape. . Receiver 45, through which shaft 43 extends, is similarly keyed and has a flat surface along at least a portion of its circumference. Thus, when the shaft 43 is rotated by the angular actuator 42, the particular shape engages the corresponding shape of the receiver 45, transmitting rotational motion to the receiver 45, which in turn rotates the receiver 45 as well. Since the receiver 45 is an integral component of the positioning device 120 separate from the angular actuator 42, the rotary motion transmitted to the receiver 45 by corresponding geometrical interaction with the shaft 43 is shown in FIG. As such, the remainder of the positioning device 120 is also rotated. Angular actuator 42 may be surrounded by angular motor housing 44, which may include an opening through which shaft 43 extends, as seen in FIGS. 11 and 12A.

位置決め装置120は、図7および図13~図15Bに示される伸張器50をさらに含む。伸張器50は、プロセッサ22と電気的に通信する伸張アクチュエータ52を含み、伸張調節データと、作動および移動距離に関する命令とを受信する。データが受信されると、伸張アクチュエータ52が作動して、プロセッサ22によって計算された所定の距離だけ、図13に見られるように、貫通部材10を直線方向51に移動させる。少なくとも1つの実施形態では、図13~図15Bに示すように、伸張アクチュエータ52はリニアモータであるが、直線方向51に沿った貫通部材の移動を達成するために他の形態のモータを使用してもよい。 Positioning device 120 further includes stretcher 50 shown in FIGS. 7 and 13-15B. Stretcher 50 includes a stretch actuator 52 in electrical communication with processor 22 to receive stretch adjustment data and instructions regarding actuation and travel distance. When the data is received, extension actuator 52 is actuated to move penetrating member 10 in linear direction 51 , as seen in FIG. 13, by a predetermined distance calculated by processor 22 . In at least one embodiment, as shown in FIGS. 13-15B, the extension actuator 52 is a linear motor, although other forms of motor may be used to effect movement of the penetrating member along the linear direction 51. may

伸張器50はまた、伸張アクチュエータ52から、位置決め装置120の別個の構成要素上に配置された反対側に配置された伸張マウント54まで延在する伸張シャフト53を含む。伸張シャフト53は、伸張アクチュエータ52、伸張マウント54、またはその両方に固定するか、これらと一体的に形成することができる。伸張シャフト53は、伸張アクチュエータ52内に後退するか、または内部に収容されてもよく、または共通のハウジングを共有してもよく、伸張アクチュエータによってハウジングから押し出されてもよい。いくつかの実施形態では、図13に示すように、伸張シャフト53は伸縮シャフトであってもよい。他の実施形態では、図15Aおよび図15Bのように、伸張シャフト53は、作動時に伸張アクチュエータ52に出入りする均一なバーまたは細長部材であってもよい。伸張シャフト53が伸張アクチュエータ52から押し出される距離は、ディスプレイ24上でユーザによって入力された目標点29の位置決め情報に基づいて、プロセッサ22のプロセッサによって指示され、計算される。伸張シャフト53は剛性材料で作られ、伸張シャフト53が移動すると、それが終端する伸張マウント54が対応して移動する。このようにして、貫通部材10は、図13に示されるように、伸張アクチュエータ52によって直線方向51に計算された距離だけ移動される。 The stretcher 50 also includes an extension shaft 53 extending from the extension actuator 52 to an oppositely located extension mount 54 located on a separate component of the positioning device 120 . Extension shaft 53 may be fixed to or integrally formed with extension actuator 52, extension mount 54, or both. The extension shaft 53 may be retracted or housed within the extension actuator 52 or may share a common housing and may be pushed out of the housing by the extension actuator. In some embodiments, as shown in FIG. 13, the elongate shaft 53 may be a telescopic shaft. In other embodiments, as in Figures 15A and 15B, the extension shaft 53 may be a uniform bar or elongated member that moves in and out of the extension actuator 52 upon actuation. The distance that the extension shaft 53 is pushed out of the extension actuator 52 is indicated and calculated by the processor of the processor 22 based on the target point 29 positioning information entered by the user on the display 24 . The elongated shaft 53 is made of a rigid material such that movement of the elongated shaft 53 causes corresponding movement of the elongated mount 54 to which it terminates. In this way, the penetrating member 10 is moved a calculated distance in the linear direction 51 by the extension actuator 52, as shown in FIG.

いくつかの実施形態では、伸張アクチュエータ52を使用して、貫通部材10の先端が患者の皮膚または組織5に接触するように貫通部材10を移動させるなどして、貫通部材10を計算された距離だけ移動させて、それを整列させ、または使用のために位置決めする。他の実施形態では、伸張アクチュエータ52は、貫通部材10の先端が準備完了位置から目標点29の位置まで移動するように、貫通部材10を展開するために使用される。少なくとも1つの実施形態では、伸張アクチュエータ53は、目標点29に向かって直線方向に貫通部材10を位置合わせおよび展開するために使用される。貫通部材10の位置合わせと展開の両方を自動化することができる。少なくとも1つの実施形態では、貫通部材10の展開は、ユーザによる検出器20の配置および垂直および角度アクチュエータ32、42の動作によって、他の様々な寸法における貫通部材10の位置合わせおよび位置決めとは別個に作動され得るタッチスクリーン上のソフトボタンもしくは仮想ボタン、またはジョイスティックもしくは他の部品上のボタンなどのボタンまたはディスプレイ24の特定の領域の起動の結果として生じる。 In some embodiments, the extension actuator 52 is used to move the penetrating member 10 a calculated distance, such as by moving the penetrating member 10 such that the tip of the penetrating member 10 contacts the patient's skin or tissue 5 . just move it to align or position it for use. In other embodiments, extension actuator 52 is used to deploy penetrating member 10 such that the tip of penetrating member 10 moves from the ready position to the position of target point 29 . In at least one embodiment, extension actuator 53 is used to align and deploy penetrating member 10 in a linear direction toward target point 29 . Both alignment and deployment of the penetrating member 10 can be automated. In at least one embodiment, deployment of the penetrating member 10 is independent of alignment and positioning of the penetrating member 10 in various other dimensions by placement of the detector 20 and operation of the vertical and angular actuators 32, 42 by the user. Activation of a button or a particular area of the display 24, such as a soft button or virtual button on a touch screen, or a button on a joystick or other component that may be actuated at any time.

挿入装置100はまた、例えば図7、図16Aおよび図16Bに示されるように、バイブレータ60を含む。バイブレータ60は、プロセッサ22と電気通信する振動アクチュエータ62を含み、プロセッサ20から、いつ起動するかを指示する振動データと、プロセッサ20によって決定され、さまざまな要因に基づき得る使用される振動アクチュエータ62のタイプ、および貫通される組織5のタイプおよび状態を含むがこれらに限定されない、使用する動作パラメータと、を受信する。作動すると、振動アクチュエータ62は、長手方向61に沿って前後に貫通部材10に反復的な往復運動または振動運動を提供する。長手方向61は、貫通部材10の軸と一致する。本明細書で使用する用語「往復」、「振動(oscillating)」、および「振動(vibrating)」は、交換可能に使用することができ、貫通部材10の長さと一致または平行な長手方向61での前後の動きを指す。 Insertion device 100 also includes vibrator 60, as shown, for example, in FIGS. 7, 16A and 16B. Vibrator 60 includes a vibration actuator 62 in electrical communication with processor 22 from which vibration data indicating when to activate and the amount of vibration actuator 62 to be used is determined by processor 20 and may be based on various factors. type and operating parameters to use, including but not limited to the type and condition of the tissue 5 to be penetrated. Upon actuation, vibration actuator 62 provides repetitive reciprocating or oscillating motion to penetrating member 10 back and forth along longitudinal direction 61 . Longitudinal direction 61 coincides with the axis of penetrating member 10 . As used herein, the terms “reciprocating,” “oscillating,” and “vibrating” can be used interchangeably and refer to longitudinal direction 61 that is coincident or parallel to the length of penetrating member 10 . refers to the forward and backward movement of the

プロセッサ22から起動信号を受信すると、振動アクチュエータ62がオンになる。活性化は、自動的に、または貫通部材10が適切に配置および位置合わせされるが、挿入のために展開される前など、挿入プロセスのある時点でのみ発生し得る。したがって、振動アクチュエータ62の作動は、貫通部材10の適切な位置決めがいくつかの実施形態でユーザによって確認された場合にのみ発生するか、または目標点29が整列されると自動的に開始することができる。 Upon receiving an activation signal from processor 22, vibration actuator 62 is turned on. Activation may occur automatically, or only at some point during the insertion process, such as when the penetrating member 10 is properly positioned and aligned but before it is deployed for insertion. Accordingly, actuation of vibration actuator 62 may occur only when proper positioning of penetrating member 10 is confirmed by the user in some embodiments, or may begin automatically once target point 29 is aligned. can be done.

バイブレータ60は、振動アクチュエータ62から貫通部材10に接続されたカプラまたはハウジングまで延在する駆動シャフト68を含む。駆動シャフト68は、振動アクチュエータ62によって生成された機械的振動運動を貫通部材10に伝達する。バイブレータ60、したがって振動アクチュエータ62は、図16Aおよび図16Bのように、いくつかの実施形態では貫通部材10から軸方向にずれていてもよいし、図20Aおよび図20Bのように、貫通部材10とインラインまたは同軸であってもよい。 Vibrator 60 includes a drive shaft 68 that extends from vibration actuator 62 to a coupler or housing connected to penetrating member 10 . Drive shaft 68 transmits the mechanical vibrational motion generated by vibration actuator 62 to penetrating member 10 . The vibrator 60, and thus the vibration actuator 62, may be axially offset from the penetrating member 10 in some embodiments, as in FIGS. 16A and 16B, or as in FIGS. may be in-line or coaxial with the

少なくとも1つの実施形態では、図16Aおよび図16Bに示されるように、振動アクチュエータ62は、貫通部材10から軸方向にずれている。ここで、振動アセンブリ60は、振動アクチュエータ62から駆動カプラ69まで延在する駆動シャフト68を含む。いくつかの実施形態では、駆動シャフト68は、駆動カプラ69内に少なくとも部分的に延在する。駆動カプラ69は、オフセットカプラ70に接続するなどして調整する。例えば、駆動カプラ69の少なくとも一部は、オフセットカプラ70内に延在することができ、逆もまた同様である。オフセットカプラ70は、貫通部材10の近位端がねじ、ねじり、ねじ込み、またはキー接続、または他の適切な接続などによって接続するハブ71を含む。駆動カプラ69およびオフセットカプラ70は、駆動シャフト68および貫通部材10に対して垂直に延在する。したがって、駆動カプラ69およびオフセットカプラ70は、振動アクチュエータ62によって生成され、駆動シャフト68によって伝播された振動運動を、異なる平行軸に沿って貫通部材10に集合的に伝達する。 In at least one embodiment, vibration actuator 62 is axially offset from penetrating member 10, as shown in FIGS. 16A and 16B. Here, vibration assembly 60 includes a drive shaft 68 extending from vibration actuator 62 to drive coupler 69 . In some embodiments, drive shaft 68 extends at least partially within drive coupler 69 . The drive coupler 69 is adjusted by connecting it to the offset coupler 70 or the like. For example, at least a portion of drive coupler 69 may extend into offset coupler 70 and vice versa. Offset coupler 70 includes a hub 71 to which the proximal ends of penetrating members 10 connect, such as by threading, twisting, threading or keying or other suitable connection. Drive coupler 69 and offset coupler 70 extend perpendicular to drive shaft 68 and penetrating member 10 . Drive coupler 69 and offset coupler 70 thus collectively transmit the vibratory motion produced by vibratory actuator 62 and propagated by drive shaft 68 to penetrating member 10 along different parallel axes.

少なくとも1つの他の実施形態では、図20Aおよび20Bのように、挿入装置100’のバイブレータ60’および振動アクチュエータ62’は、貫通部材10と同軸またはインラインである。そのような実施形態では、駆動シャフト68’は、振動アクチュエータ62’からハウジング73の一部まで延在する。ハウジング73は、振動アクチュエータ62’も含むことができ、貫通部材10が接続する遠位端をハブ71に接続する。いくつかの実施形態では、ハウジング73は、追加のスペースが必要な場合などに、ハウジング73とハブ71との間に延在するネック74をさらに含むことができる。 In at least one other embodiment, vibrator 60' and vibration actuator 62' of insertion device 100' are coaxial or in-line with penetrating member 10, as in FIGS. 20A and 20B. In such embodiments, the drive shaft 68' extends from the vibration actuator 62' to a portion of the housing 73. The housing 73 may also include a vibration actuator 62', which connects the distal end to which the penetrating member 10 connects to the hub 71. As shown in FIG. In some embodiments, housing 73 may further include a neck 74 extending between housing 73 and hub 71, such as when additional space is required.

バイブレータ60、60’が貫通部材10とオフセットされているか、またはインラインされているかに関わらず、振動アクチュエータ62による貫通部材10の振動は、貫通される組織のタイプに基づいて選択され得る様々な方法で達成され得る。組織の変形を克服するのに役立つ特定の作動メカニズムおよび挿入力は、システムの共振周波数および他の電気機械特性に依存して、貫通部材10の前進する先端が遭遇する組織、血管または他の構造の共振および他の機械特性と有益に相互作用する。 Whether vibrators 60, 60' are offset or in-line with penetrating member 10, vibration of penetrating member 10 by vibration actuator 62 may be selected based on the type of tissue to be penetrated in a variety of ways. can be achieved with The specific actuation mechanism and insertion force that help overcome tissue deformation will depend on the resonant frequency and other electromechanical properties of the system, and the tissue, vessel, or other structure encountered by the advancing tip of penetrating member 10. interacts beneficially with resonances and other mechanical properties of

例えば、少なくとも1つの実施形態では、振動アクチュエータ62は圧電モータである。作動のために従来の単一のまたは積層された圧電セラミックアセンブリに依存する変換器技術は、圧電材料自体の最大歪み限界によって妨げられる可能性がある。従来の圧電セラミックスの最大ひずみ限界は、セラミックのチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの多結晶圧電材料で約0.1%、単結晶圧電材料で0.5%であるため、数ミリメートルまたは数十ミクロンの変位または作動に近づくには、セルの大規模な積層が必要になる。セルの大規模な積層を使用して構成要素を作動させるには、手持ち式機器の使用可能な生体認証設計を超えて医療ツールのサイズを大きくする必要もある。 For example, in at least one embodiment, vibration actuator 62 is a piezoelectric motor. Transducer technologies that rely on conventional single or stacked piezoceramic assemblies for actuation can be hampered by the maximum strain limit of the piezoelectric material itself. The maximum strain limit of conventional piezoelectric ceramics is about 0.1% for polycrystalline piezoelectric materials such as ceramic lead zirconate titanate (PZT) and 0.5% for single crystal piezoelectric materials, so a few millimeters or a few To approach ten microns of displacement or actuation would require extensive stacking of cells. Actuating components using large stacks of cells also requires increasing the size of the medical tool beyond the available biometric designs of handheld devices.

圧電材料積層の歪み変位の増幅を提供するフレクステンショナル変換器アセンブリ設計が開発された。フレクステンショナル設計は、フレーム、プラテン、エンドキャップ、またはハウジング内に配置された圧電材料変換器駆動セルを備えている。フレーム、プラテン、エンドキャップ、またはハウジングの形状により、ドライバーセルの軸方向または縦方向の動きが増幅され、特定の方向へのフレクステンショナルアセンブリのより大きな変位が得られる。基本的に、フレクステンショナル変換器アセンブリは、一方向の歪みをより効率的に第2方向の動き(または力)に変換する。 A flextensional transducer assembly design has been developed that provides amplification of the strain displacement of the piezoelectric material stack. A flextensional design includes a piezoelectric material transducer drive cell located within a frame, platen, end cap, or housing. The shape of the frame, platen, end caps, or housing amplifies the axial or longitudinal motion of the driver cell, resulting in greater displacement of the flextensional assembly in a particular direction. Basically, a flextensional transducer assembly more efficiently converts strain in one direction into motion (or force) in a second direction.

したがって、図16Bに示すように、振動アクチュエータ62は、隣接する圧電素子63の間に配置された電極65とともに積層された複数の圧電素子63を含むフレクステンショナル変換器である。複数の圧電素子63と電極65とが積層されて圧電積層体64が形成される。絶縁体66は積層体64の端部を覆い、圧電素子63によって生成されるエネルギーから装置の残りの部分を遮蔽する。絶縁体66の反対側に配置された後部質量67は、圧電積層体64に張力を加え、効率を高めるために積層体64を互いに圧縮した状態に保つ。少なくとも圧電積層体64、好ましくは絶縁体66および後部質量67も同様に円筒形であり、中心を貫通する中空のボアが形成されている。駆動シャフト68は、振動アクチュエータ62を通るこの中空ボアを通って延在する。電極65が電気的に刺激されるとき、例えば振動アクチュエータ62がプロセッサ22から信号を受け取って作動するとき、電極65を介して送られる電気エネルギーは、圧電素子63によって機械的振動エネルギーに変換され、次に、駆動シャフト68に伝達されて駆動シャフト68を直線方向61に反復振動運動で動かす。 Thus, as shown in FIG. 16B, vibration actuator 62 is a flextensional transducer that includes multiple piezoelectric elements 63 stacked with electrodes 65 disposed between adjacent piezoelectric elements 63 . A piezoelectric laminate 64 is formed by laminating a plurality of piezoelectric elements 63 and electrodes 65 . An insulator 66 covers the ends of the stack 64 and shields the rest of the device from the energy produced by the piezoelectric element 63 . A rear mass 67 located on the opposite side of the insulator 66 applies tension to the piezoelectric stacks 64 and keeps the stacks 64 compressed together for increased efficiency. At least the piezoelectric laminate 64, preferably the insulator 66 and the rear mass 67, are similarly cylindrical with a hollow bore formed through the center. A drive shaft 68 extends through this hollow bore through vibration actuator 62 . When the electrodes 65 are electrically stimulated, e.g. when the vibration actuator 62 receives a signal from the processor 22 to operate, the electrical energy transmitted through the electrodes 65 is converted by the piezoelectric element 63 into mechanical vibration energy, It is then transmitted to drive shaft 68 to move drive shaft 68 in linear direction 61 in a repetitive oscillatory motion.

振動アクチュエータ62、62’として使用するために、様々なフレクステンショナル変換器が考えられる。例えば、一実施形態では、フレクステンショナル変換器は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第5,729,077号(Newnham)に記載されているように、シンバルタイプのものである。別の実施形態では、フレクステンショナル変換器は、これも参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第6,465,936号(Knowles)に記載されているように、増幅圧電アクチュエータ(「amplified piezoelectric actuator:APA」)タイプのものである。さらに別の実施形態では、変換器は、米国特許出願公開第2007/0063618A1号(Bromfield)に開示されているものと同様であるがこれに限定されない、Langevinまたはボルト止めされたダンベル型変換器であり、これもまた、参照によって本明細書に組み込まれる。図16Bは、振動アクチュエータ62としてランジュバン変換器を実装する特定の一例を示す。 Various flextensional transducers are contemplated for use as vibration actuators 62, 62'. For example, in one embodiment, the flextensional transducer is of the cymbal type, as described in US Pat. No. 5,729,077 (Newham), incorporated herein by reference. In another embodiment, the flextensional transducer is an amplified piezoelectric actuator ("amplified of the piezoelectric actuator (APA) type. In yet another embodiment, the transducer is a Langevin or bolted dumbbell transducer similar to, but not limited to, those disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 2007/0063618 A1 (Bromfield). , which is also incorporated herein by reference. FIG. 16B shows a particular example of implementing a Langevin transformer as vibration actuator 62 .

一実施形態では、フレクステンショナル変換器アセンブリは、フレクステンショナルシンバル変換器技術を利用することができ、別の例では、増幅圧電アクチュエータ(amplified piezoelectric actuator:APA)変換器技術を利用することができる。フレクステンショナル変換器アセンブリは、従来の手持ち式装置よりも優れた増幅とパフォーマンスの向上を実現する。例えば、増幅は最大約50倍まで改善され得る。さらに、フレクステンショナル変換器アセンブリにより、ハウジング構成をより簡素化された設計と小型化することができる。外部電気信号源によって電気的に活性化されると、振動アクチュエータ62、62’は、電気信号を機械的エネルギーに変換し、貫通部材10の振動運動をもたらす。振動アクチュエータ62、62’によって生成される振動は、短い増分であり(最大1ミリメートルの変位など)、穿刺および組織を介したスライドに必要な力を低減するような周波数(約125~175Hzなど)で、それにより、組織の変形および外傷を少なくして挿入制御を改善し、最終的により高い血管貫通/アクセス成功率を生み出す。 In one embodiment, the flextensional transducer assembly may utilize flextensional cymbal transducer technology, and in another example, amplified piezoelectric actuator (APA) transducer technology. can. The flextensional transducer assembly provides superior amplification and improved performance over conventional handheld devices. For example, amplification can be improved up to about 50-fold. In addition, the flextensional transducer assembly allows for a simpler design and smaller housing configuration. When electrically activated by an external electrical signal source, vibration actuators 62 , 62 ′ convert electrical signals into mechanical energy, resulting in vibratory motion of penetrating member 10 . The vibrations produced by the vibration actuators 62, 62' are in short increments (such as displacements up to 1 millimeter) and at frequencies (such as about 125-175 Hz) that reduce the force required to puncture and slide through tissue. , thereby improving insertion control with less tissue deformation and trauma, ultimately yielding higher vessel penetration/access success rates.

振動アクチュエータ62、62’によって生成される振動運動は、様々な実施形態において正弦波、方形波、定在波、のこぎり波、または他のタイプの波であり得る波を生成する。ランジュバンアクチュエータの場合、図16Bに示すように、圧電素子63によって生成される振動運動により、アセンブリ全体に定在波が発生する。特定の周波数では、定在波はゼロ変位(節、またはゼロ節)と最大変位(波腹)の位置で連続的に構成されるため、振動アクチュエータ62に沿った任意の点で生じる変位は、変位が測定される場所に依存する。したがって、ランジュバン変換器のホーンは、典型的には、装置が作動したときに波腹にホーンの遠位端を提供するような長さで設計される。このようにして、ホーンの遠位端は、振動アクチュエータ62の長軸に対して長手方向61に大きな振動変位を受ける。逆に、ゼロ節点は、ポート開口部またはスロットを追加して、外部装置を接続できるようにするのに最適な場所である。 The vibratory motion produced by the vibratory actuators 62, 62' produces waves that may be sine waves, square waves, standing waves, sawtooth waves, or other types of waves in various embodiments. In the case of a Langevin actuator, the vibratory motion produced by the piezoelectric element 63 produces standing waves throughout the assembly, as shown in FIG. 16B. At a particular frequency, the standing wave consists continuously of zero displacement (nodes, or zero nodes) and maximum displacement (antinodes), so that the displacement occurring at any point along the vibration actuator 62 is Depends on where the displacement is measured. Therefore, the horns of Langevin transducers are typically designed with a length that presents the distal end of the horn at an antinode when the device is actuated. In this manner, the distal end of the horn undergoes a large vibrational displacement in longitudinal direction 61 with respect to the longitudinal axis of vibration actuator 62 . Conversely, the zero node is the perfect place to add port openings or slots to allow external devices to be connected.

他の実施形態では、振動アクチュエータ62、62’は、圧電素子ではなく駆動アクチュエータ用のボイスコイルであってもよい。ボイスコイルアクチュエータ(「ボイスコイルモータ」とも呼ばれる)は、低周波の往復運動を生み出す。ボイスコイルの帯域幅は約10~60Hzで、最大10mmの変位が適用されたAC電圧に依存する。特に、導電コイルに交流電流が印加されると、その結果、導電コイルを流れる電流の方向と磁気部材の磁場ベクトルとの間の外積の関数によって規定される方向のローレンツ力が生じる。この力は、本体によって適所に保持されたコイル支持管に対する磁気部材の往復運動をもたらす。駆動管に固定された磁性部材により、駆動管は、この運動を駆動シャフト68などの伸張部材に伝達し、駆動シャフト68は、貫通部材10に運動を伝達する。第1の取り付け点は、コイル支持管の遠位端を本体に固定する。第2の取り付け点は、コイル支持管の近位端を本体に固定する。磁気部材は、ネオジム-鉄-ホウ素(NdFeB)組成物で作られてもよい。ただし、サマリウムコバルト(SmCo)、アルニコ(AlNiCoCuFe)、ストロンチウムフェライト(SrFeO)、またはバリウムフェライト(BaFeO)などの他の組成物を使用することができるが、これらに限定されない。システムの物理的サイズが比較的小さく、強力な磁石が強力すぎる場合など、いくつかの実施形態では、わずかに弱い磁石がより最適である可能性がある。 In other embodiments, the vibration actuators 62, 62' may be voice coils for drive actuators rather than piezoelectric elements. A voice coil actuator (also called a "voice coil motor") produces a low frequency reciprocating motion. The voice coil has a bandwidth of about 10-60 Hz, depending on the applied AC voltage with a maximum displacement of 10 mm. In particular, when an alternating current is applied to the conductive coil, it results in a Lorentz force in the direction defined by the function of the cross product between the direction of the current flowing through the conductive coil and the magnetic field vector of the magnetic member. This force results in reciprocating motion of the magnetic member relative to the coil support tube held in place by the body. Magnetic members affixed to the drive tube cause the drive tube to transmit this motion to elongated members such as drive shaft 68 , which in turn transmits motion to penetrating member 10 . A first attachment point secures the distal end of the coil support tube to the body. A second attachment point secures the proximal end of the coil support tube to the body. The magnetic member may be made of a neodymium-iron-boron (NdFeB) composition. However, other compositions such as, but not limited to, samarium cobalt (SmCo), alnico (AlNiCoCuFe), strontium ferrite (SrFeO), or barium ferrite (BaFeO) can be used. A slightly weaker magnet may be more optimal in some embodiments, such as when the system is relatively small in physical size and the strong magnet is too strong.

導電コイルは、単一のワイヤによって形成されたいくつかの層、円形または他の幾何学的形状の異なるワイヤによって形成されたいくつかの層を含むがこれらに限定されない、異なる構成で作られてもよい。導電コイルの第1の実施形態では、導電性ワイヤの第1の層は、各完全な回転により、前の回転の次の回転を形成し、コイル支持管の最初の長手方向に沿って下るワイヤをコイル支持管の周りに半径方向に巻き付けてらせん状に巻き付けることによって形成される。所定の巻き数経過後、ワイヤの第2の層の第1の巻きを第1の層の最後の巻きの上に重ねることによって、ワイヤを第1の層と同じ半径方向に巻き続けながら、少なくとも第1の層と同じ巻き数で配線の第2のスパイラルを形成し、第1の層の上に追加の層が形成され、各巻きは、前の巻きの隣に形成され、第1の層が形成された方向とは反対の縦方向に形成される。追加の層は、ワイヤの各追加層の最初の巻きを前の層の最後の巻きに重ね、前の層と同じ半径方向にワイヤを巻き続けながら、少なくとも前の層と同じ巻き数で配線の追加のスパイラルを形成することによって追加することができ、各巻きは、前の層が形成された方向とは反対の縦方向に、前の巻きの隣に形成される。別のボイスコイルの実施形態では、磁気部材と導電コイルの位置が入れ替わる。換言すれば、導電コイルは駆動管に巻き付けられて取り付けられ、磁気部材はコイル支持管の外径に沿って配置される。電気信号が導電性取り付け部位に印加され、装置の縦軸に沿って導電性コイルと伸張部材を相互に移動させる交互方向にローレンツ力が形成される。この実施形態では、導電コイルは駆動管と物理的に接触している。 Conductive coils may be made of different configurations, including but not limited to several layers formed by a single wire, several layers formed by wires of different circular or other geometric shapes. good too. In a first embodiment of the conductive coil, a first layer of conductive wire is formed with each complete turn forming the next turn of the previous one, and the wires descending along the initial longitudinal direction of the coil support tube. is radially wrapped around the coil support tube in a helical manner. After a predetermined number of turns, the wire continues to be wound in the same radial direction as the first layer by overlapping the first turn of the second layer of wire on top of the last turn of the first layer while at least Forming a second spiral of wiring with the same number of turns as the first layer, additional layers are formed on top of the first layer, each turn formed next to the previous turn, and the first layer is formed in the longitudinal direction opposite to the direction in which the was formed. The additional layers overlap the first turn of each additional layer of wire with the last turn of the previous layer, continuing to wind the wire in the same radial direction as the previous layer, while at least as many turns of wire as the previous layer. Additional spirals may be added by forming additional spirals, each turn being formed next to the previous turn in a longitudinal direction opposite to the direction in which the previous layer was formed. In another voice coil embodiment, the positions of the magnetic member and the conductive coil are interchanged. In other words, the conductive coil is wrapped around and attached to the drive tube and the magnetic member is positioned along the outer diameter of the coil support tube. An electrical signal is applied to the conductive attachment site to create a Lorentz force in alternating directions that causes the conductive coil and elongated member to move relative to each other along the longitudinal axis of the device. In this embodiment, the conductive coil is in physical contact with the drive tube.

別の実施形態では、振動アクチュエータ62、62’は、ボイスコイルの磁気部材が第2の導電コイルに置き換えられた二重コイルメカニズムを使用する。換言すれば、第2の導電コイルは、駆動管に巻き付けられて取り付けられ、第1の導電コイルは、以前のようにコイル支持管の外径に沿って配置される。第1のバージョンでは、内側のコイルが直流DCを伝導し、外側のコイルが交流ACを伝導する。第2のバージョンでは、内側のコイルが交流ACを伝導し、外側のコイルが直流DCを伝導する。第3のバージョンでは、内側コイルと外側コイルの両方が交流ACを伝導する。説明したボイスコイルアクチュエータ構成のすべてにおいて、ばねを使用して、貫通部材10の特定の動的側面を制限および制御することができる。 In another embodiment, the vibration actuator 62, 62' uses a dual coil mechanism in which the magnetic member of the voice coil is replaced with a second conductive coil. In other words, the second conductive coil is wrapped around and attached to the drive tube and the first conductive coil is positioned along the outer diameter of the coil support tube as before. In the first version, the inner coil conducts direct current DC and the outer coil conducts alternating current AC. In a second version, the inner coil conducts alternating current AC and the outer coil conducts direct current DC. In a third version, both the inner and outer coils conduct alternating current AC. In all of the voice coil actuator configurations described, springs can be used to limit and control certain dynamic aspects of penetrating member 10 .

さらに別の実施形態では、振動アクチュエータ62、62’はソレノイドアクチュエータである。コイルを使用する他のボイスコイルの実施形態と同様に、ソレノイドアクチュエータによる作動の基本原理は、一組の非常に強力な永久磁石に作用するソレノイドコイル内に生成される時間変化する磁場によって引き起こされる。磁石と貫通部材アセンブリ全体が、ソレノイドコイルを介して前後に振動する。ばねは各サイクルでエネルギーを吸収および放出し、貫通部材10で見られる振動を増幅する。振動アクチュエータ62、62’の共振特性は、磁石の選択、ソレノイドのコイル巻き数、シャフトの質量、およびばねの剛性によって最適化することができる。 In yet another embodiment, vibration actuators 62, 62' are solenoid actuators. Similar to other voice coil embodiments that use coils, the basic principle of actuation by a solenoid actuator is caused by a time-varying magnetic field generated within a solenoid coil acting on a set of very strong permanent magnets. . The entire magnet and penetrating member assembly oscillates back and forth through a solenoid coil. The spring absorbs and releases energy on each cycle, amplifying the vibrations seen by penetrating member 10 . The resonance characteristics of the vibration actuator 62, 62' can be optimized by magnet selection, solenoid coil turns, shaft mass, and spring stiffness.

圧電およびボイスコイルメカニズムが振動アクチュエータ62、62’について論じられてきたが、これらは貫通部材10を作動または振動させるための唯一のアプローチではない。振動アクチュエータ62、62’には、回転モータなどの他のアプローチを使用することができる。一般に、圧電材料に結合された質量、ボイスコイルモータ、ソレノイド、または任意の他の並進運動装置をさらに含む、アクチュエータアセンブリを含む任意のタイプのモータも、本発明の趣旨および範囲内に入る。 Although piezoelectric and voice coil mechanisms have been discussed for vibration actuators 62, 62', these are not the only approaches for actuating or vibrating penetrating member 10. Other approaches such as rotary motors can be used for the vibration actuators 62, 62'. In general, any type of motor that includes an actuator assembly, further including a mass coupled to piezoelectric material, a voice coil motor, a solenoid, or any other translational device, is within the spirit and scope of the present invention.

使用中、貫通部材10の振動先端が所望の目標点29の位置に到達したことを追跡または確認するためのフィードバックは、いくつかの形態で取得することができる。第1に、貫通部材10の振動する先端は、挿入プロセスによる進行中の撮像中に検出器20によってそのエコーが拾われるので、ディスプレイ24上で視覚化され得る。これは、長軸図または短軸図(図5Cのように)で画像を見ながら実行でき、または、ユーザは、必要に応じて長軸図と短軸図とを切り替えて、貫通部材10の先端の進行をたどることができる。第2に、「フラッシュバック」とも呼ばれる貫通部材内の血液などの流体の出現は、視覚的な識別、サブ回路への抵抗の変化、または振動する針の先端の共振周波数または位相の変化などのメカニズムによって検出され得る。貫通部材10の先端が予め選択された目標点29に到達したことを確認する他の方法も使用することができる。 During use, feedback for tracking or confirming that the vibrating tip of the penetrating member 10 has reached the desired target point 29 location can be obtained in several forms. First, the vibrating tip of penetrating member 10 can be visualized on display 24 as its echoes are picked up by detector 20 during ongoing imaging by the insertion process. This can be done while viewing the image in a long-axis view or a short-axis view (as in FIG. 5C), or the user can switch between long-axis and short-axis views as desired to see the penetrating member 10. The progress of the tip can be traced. Second, the appearance of fluid, such as blood, within the penetrating member, also called "flashback," can be visually discerned, a change in resistance to a sub-circuit, or a change in the resonant frequency or phase of a vibrating needle tip. can be detected by a mechanism. Other methods of confirming that the tip of the penetrating member 10 has reached the preselected target point 29 can also be used.

貫通部材10の先端が標的血管内に首尾よく挿入され、所望の目標点29に配置された後、セルディンガー法に従って上で議論された首尾よい中心静脈カテーテル法のための手順の残りが達成され得る。例えば、一実施形態では、標的血管への挿入のために、貫通部材10を通してガイドワイヤ83を供給することができる。したがって、貫通部材10は、その中に挿入されるガイドワイヤ83の直径と少なくとも同じ大きさの内径を有するガイドワイヤ83を収容するように寸法決めされてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、貫通部材10は14から18ゲージの間であり、ガイドワイヤ75の外径は0.9~0.6ミリメートル(0.035~0.024インチ)の範囲であり得る。もちろん、他のサイズおよびゲージも本明細書で企図される。ガイドワイヤ83は、貫通部材10の先端を越えて1~3cm延ばすことができるが、ガイドワイヤ挿入のためのより短い距離およびより長い距離も企図される。例えば、ガイドワイヤ83は、図16Bに見られるように、ハブ71、したがって貫通部材10と整列する開口部を有するオフセットカプラ70の内部72容積または空間を通して供給され得る。他の実施形態では、図21A~図22のように、ガイドワイヤ83は、ハブ71の前のネック74など、バイブレータ60’のハウジング73のサイドポート75の管腔76を通して供給されてもよい。ハウジング73、ネック74、サイドポート75、およびハブ71は、すべて一緒に一体的に形成されてもよく、またはすべて、ルアー接続または他の適切な選択的に取り外し可能な接続メカニズムまたはそれらの任意の組み合わせなどを使用して、互いに選択的に取り付け可能な別個の構成要素であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、サイドポート75は、図21Bに示されるように、一端でハウジング73に、反対端でハブ71に取り付け可能なネック74と一体的に形成される。したがって、ネック74およびサイドポート75はY型アダプタであってもよい。他の実施形態では、サイドポート75は、ハウジング73またはネック74から分離されて取り付けられてもよい。さらに他の実施形態では、ネック74、サイドポート75、およびハブ71を一体的に形成し、ハウジング73に接続することができる。 After the tip of the penetrating member 10 has been successfully inserted into the target vessel and positioned at the desired target point 29, the rest of the procedure for successful central venous catheterization discussed above according to the Seldinger technique is accomplished. obtain. For example, in one embodiment, a guidewire 83 can be fed through the penetrating member 10 for insertion into the target vessel. Accordingly, the penetrating member 10 may be sized to accommodate a guidewire 83 having an inner diameter at least as large as the diameter of the guidewire 83 inserted therein. For example, in some embodiments, the penetrating member 10 is between 14 and 18 gauge and the outer diameter of the guidewire 75 is in the range of 0.035-0.024 inches. could be. Of course, other sizes and gauges are also contemplated herein. Guidewire 83 may extend 1-3 cm beyond the tip of penetrating member 10, although shorter and longer distances for guidewire insertion are also contemplated. For example, the guidewire 83 may be fed through the interior 72 volume or space of the offset coupler 70 having an opening aligned with the hub 71 and thus the penetrating member 10, as seen in FIG. 16B. In other embodiments, guidewire 83 may be fed through lumen 76 of side port 75 of housing 73 of vibrator 60', such as neck 74 in front of hub 71, as in FIGS. Housing 73, neck 74, side port 75, and hub 71 may all be integrally formed together, or all may be luer connections or other suitable selectively removable connection mechanisms or any of these. They may be separate components selectively attachable to each other using combinations and the like. For example, in some embodiments, side port 75 is integrally formed with a neck 74 attachable to housing 73 at one end and hub 71 at an opposite end, as shown in FIG. 21B. Thus, neck 74 and side port 75 may be Y-adapters. In other embodiments, side port 75 may be mounted separately from housing 73 or neck 74 . In still other embodiments, neck 74 , side port 75 and hub 71 can be integrally formed and connected to housing 73 .

ガイドワイヤ83が貫通部材10を通して挿入され、必要に応じて標的血管内に配置されると、次に、直線方向51に沿って逆方向に移動する伸張アクチュエータ52などによって、貫通部材10を血管から後退させ、ガイドワイヤ83を適所に残すことができる。必要に応じて拡張器を挿入したり引き抜いたりして、スペースを伸張することもできる。次いで、カテーテルをガイドワイヤ上に挿入し、ガイドワイヤを血管から引き抜き、カテーテルを所定の位置に残すことができる。 Once the guidewire 83 has been inserted through the penetrating member 10 and positioned within the target vessel, if desired, the penetrating member 10 is then pulled out of the vessel, such as by an extension actuator 52 moving in the opposite direction along the linear direction 51 . It can be retracted, leaving the guidewire 83 in place. The space can also be expanded by inserting and withdrawing dilators as needed. A catheter can then be inserted over the guidewire and the guidewire withdrawn from the vessel, leaving the catheter in place.

垂直アクチュエータ32、角度アクチュエータ42、伸張アクチュエータ52、および振動アクチュエータ62は、挿入装置100に組み込まれている。したがって、少なくとも1つの実施形態では、貫通部材10は、ハブ71での取り付けおよび取り外しなどによって、挿入装置100から選択的に取り外すことができるので、無菌の貫通部材10を新しい患者または使用ごとに使用することができる。したがって、貫通部材10は使い捨てとすることができ、検出器20、プロセッサ22、および様々なアクチュエータ32、42、52、62を含む挿入装置100の残りはすべて無傷のままであり、再利用可能である。 Vertical actuator 32 , angular actuator 42 , extension actuator 52 and vibration actuator 62 are incorporated into insertion device 100 . Accordingly, in at least one embodiment, the penetrating member 10 can be selectively removed from the insertion device 100, such as by attaching and detaching at the hub 71, so that a sterile penetrating member 10 can be used with each new patient or use. can do. Thus, the penetrating member 10 can be disposable and all the rest of the insertion device 100, including the detector 20, processor 22, and various actuators 32, 42, 52, 62 remain intact and reusable. be.

少なくとも1つの実施形態では、ハブ71を含めハブ71までの挿入装置100の少なくとも一部、ただし好ましくは全体が再利用可能であり、無菌状態を維持するために無菌バッグに含めることができる。いくつかの実施形態では、再利用可能な挿入装置100に対して毎回の使用の間に完全な無菌対策を講じる必要がないように、無菌バッグは、アルコールまたは漂白剤などを使用して、患者または使用の間に拭き取ることができる。他の実施形態では、ハブ71は、使用または廃棄の間の滅菌のためにオフセットカプラ70またはハウジング73から取り外し可能であり得る。さらに他の実施形態では、オフセットカプラ70またはハウジング70は、使用または廃棄の間の滅菌のために、装置100、100’’の残りの部分から取り外し可能であり得る。様々な実施形態を通して、挿入装置100、100’’の再利用可能な部分は、滅菌バッグまたは同様の構造に入れられて、使用間の滅菌状態を維持することができることが企図される。 In at least one embodiment, at least a portion, but preferably the entire insertion device 100 up to and including hub 71 is reusable and can be contained in a sterile bag to maintain sterility. In some embodiments, the sterile bag can be cleaned with alcohol, bleach, or the like to avoid the need for the reusable insertion device 100 to undergo complete sterility precautions between each use. Or can be wiped off between uses. In other embodiments, hub 71 may be removable from offset coupler 70 or housing 73 for sterilization during use or disposal. In still other embodiments, the offset coupler 70 or housing 70 may be removable from the rest of the device 100, 100'' for sterilization during use or disposal. It is contemplated that throughout various embodiments, the reusable portion of the insertion device 100, 100'' can be placed in a sterile bag or similar structure to maintain sterility between uses.

少なくとも1つの実施形態では、図17~図19Bに示されるように、挿入装置100’は、プロセッサ22によって指示されるようにガイドワイヤ83を挿入するためのガイドワイヤ調節80を含み得る。ガイドワイヤアクチュエータ82は、プロセッサ22と電気通信しており、プロセッサ22から動作データを受信し、アクチュエータのタイプ、ガイドワイヤの位置などに基づいて作動および動作パラメータを指示する。例えば、図18Aおよび図18Bに示される少なくとも1つの実施形態では、ガイドワイヤアクチュエータ82は、ガイドワイヤアクチュエータ82から延在する少なくとも1つ、場合によっては2つの細長部材85を有し得る回転モータである。ガイドワイヤアクチュエータ82の歯車84は、細長部材85の少なくとも1つを回転させる。いくつかの実施形態では、1つの細長部材85のみがアクティブであり、回転(turning)または回転(rotating)のためにギア84によって主に係合される。別の細長部材85も存在し、第1の能動細長部材と対になっていてもよいが、ガイドワイヤアクチュエータ82によって回転されないように受動的であってもよい。したがって、受動細長部材85は、対になった能動細長部材85の動きに応じた動作によって、例えば、細長部材85の間の調整ギア84上の歯の相互嵌合によってのみ回転することができる。 In at least one embodiment, as shown in FIGS. 17-19B, the insertion device 100' can include a guidewire adjustment 80 for inserting a guidewire 83 as directed by the processor 22. The guidewire actuator 82 is in electrical communication with the processor 22 and receives operational data from the processor 22 to direct actuation and operational parameters based on actuator type, guidewire position, and the like. For example, in at least one embodiment shown in FIGS. 18A and 18B, the guidewire actuator 82 is a rotary motor that can have at least one, and possibly two, elongated members 85 extending from the guidewire actuator 82. be. Gear 84 of guidewire actuator 82 rotates at least one of elongated members 85 . In some embodiments, only one elongated member 85 is active and primarily engaged by gear 84 for turning or rotating. Another elongated member 85 is also present and may be paired with the first active elongated member, but may be passive such that it is not rotated by the guidewire actuator 82 . Thus, the passive elongated members 85 can only be rotated by movement in response to the movement of the paired active elongated members 85 , for example, by the interfitting of the teeth on the adjustment gear 84 between the elongated members 85 .

ガイドワイヤアクチュエータ82の反対側に、細長部材85は摩擦部材86を含む。少なくとも1つの実施形態では、各細長部材85は、細長部材85の末端にあり得る摩擦部材86を含む。他の実施形態では、一次細長部材85のみが摩擦部材86を含むが、好ましくは能動および受動細長部材85の両方がそれぞれの摩擦部材86を含む。複数の能動細長部材85がある実施形態では、それぞれが摩擦部材86を含む。摩擦部材86は、ガイドワイヤ83を把持し、摩擦係合を使用して、ガイドワイヤ83が回転するにつれてガイドワイヤ83を動かす。いくつかの実施形態では、図18Aおよび図18Bに示されるように、ガイドワイヤ83は、ガイドワイヤハウジング89に取り付けられて封入され、使用されていないときにガイドワイヤ83を無菌に保つことができる。いくつかの実施形態では、ガイドワイヤ83は、ハウジング89内にスプール88として保持され、コンパクトに保管し、必要に応じて容易に巻き戻すことができる。他の実施形態では、ガイドワイヤ83は、挿入装置100’から延在することができ、必要に応じて装置100’を通して供給され得る。スプールに巻かれているかどうかに関係なく、ガイドワイヤアクチュエータ82が細長部材85を回転させると、摩擦部材86は、ガイドワイヤ83と係合し、ガイドワイヤ83を移動させるために回転し、回転方向に応じてガイドワイヤを前進または後退させる。 Opposite guidewire actuator 82 , elongate member 85 includes friction member 86 . In at least one embodiment, each elongated member 85 includes a friction member 86 that can be at a distal end of elongated member 85 . In other embodiments, only primary elongated member 85 includes friction members 86 , but preferably both active and passive elongated members 85 include respective friction members 86 . In embodiments with multiple active elongated members 85 , each includes a friction member 86 . The friction member 86 grips the guidewire 83 and uses frictional engagement to move the guidewire 83 as it rotates. In some embodiments, as shown in FIGS. 18A and 18B, the guidewire 83 can be attached to and enclosed in a guidewire housing 89 to keep the guidewire 83 sterile when not in use. . In some embodiments, the guidewire 83 is held as a spool 88 within the housing 89 so that it can be stored compactly and easily rewound as needed. In other embodiments, the guidewire 83 can extend from the insertion device 100' and can be fed through the device 100' as needed. When guidewire actuator 82 rotates elongated member 85, whether wound on a spool or not, friction member 86 engages guidewire 83 and rotates to move guidewire 83 in the direction of rotation. Advance or retract the guidewire accordingly.

ガイドワイヤ83は、ガイドワイヤハウジング89内のガイドワイヤチャネル87を通って移動する。ガイドワイヤチャネル87は、オフセットカプラ70の内部72と位置合わせされて流体連通しており、ガイドワイヤ83がチャネル87を通って、オフセットカプラ70の内部72、ハブ71、および貫通部材10を通って前進するようになっている。ガイドワイヤ83は、前述のように、貫通部材10の先端を越えて前進することができる。ガイドワイヤ83は、挿入装置100’と同じルートおよびメカニズムを介して引き込まれ得るが、細長部材85および摩擦部材86を反対方向に回転させる。 Guidewire 83 travels through guidewire channel 87 within guidewire housing 89 . Guidewire channel 87 is aligned and in fluid communication with interior 72 of offset coupler 70 such that guidewire 83 passes through channel 87 and through interior 72 of offset coupler 70 , hub 71 , and penetrating member 10 . It is designed to move forward. A guidewire 83 may be advanced past the distal end of the penetrating member 10 as previously described. Guide wire 83 may be retracted via the same route and mechanism as insertion device 100', but rotate elongate member 85 and friction member 86 in opposite directions.

ガイドワイヤ83も滅菌して使用する必要がある。したがって、図19Aおよび図19Bに示されるようないくつかの実施形態では、ガイドワイヤ83が接触するものはすべて、1回限りの使用などのために、選択的に取り外し可能および使い捨てとすることができる。例えば、スプール88を含むガイドワイヤハウジング89は、ガイドワイヤチャネル87、オフセットカプラ70、ハブ71、および貫通部材10とともに、検出器20、プロセッサ22、およびアクチュエータ32、42、52、62、および82のすべてが滅菌され、再利用可能に保たれるように、すべて挿入装置100’の残りの部分から分離可能であり得る。これは、振動アクチュエータ62からの貫通部材10のオフセット整列を有することの1つの利点である。他の実施形態では、ガイドワイヤ83と貫通部材10だけを取り外して使い捨てにすることができ、ガイドワイヤチャネル87、オフセットカプラ70、およびハブ71を使用ごとに滅菌することができる。 The guide wire 83 must also be sterilized before use. Thus, in some embodiments, such as shown in FIGS. 19A and 19B, whatever the guidewire 83 contacts can be selectively removable and disposable, such as for one-time use. can. For example, a guidewire housing 89 containing spool 88, along with guidewire channel 87, offset coupler 70, hub 71, and penetrating member 10, can be used for detector 20, processor 22, and actuators 32, 42, 52, 62, and 82. All may be separable from the rest of the insertion device 100' so that all remains sterile and reusable. This is one advantage of having an offset alignment of penetrating member 10 from vibration actuator 62 . In other embodiments, only the guidewire 83 and penetrating member 10 can be removed and disposable, and the guidewire channel 87, offset coupler 70, and hub 71 can be sterilized between uses.

図20Cに示すようなさらに他の実施形態では、ガイドワイヤ83は振動アクチュエータ62を通過する。そのような実施形態では、振動アクチュエータ62および駆動シャフト68は、ガイドワイヤチャネル87として機能する、それらを通って延在する整列した管腔を有し得る。ガイドワイヤ83は、これらの管腔を通って前進および後退することができる。
追加の実施形態
図23~図28は、自動挿入装置300およびそれを使用する方法400のさらなる実施形態を示す。これらの実施形態は、針またはカテーテルなどの貫通部材310を血管などの体腔内に自動的に挿入して、血液および流体へのアクセスならびにガイドワイヤ、拡張器、CVCなどのカテーテルなどの配置に使用できる手持ち式の装置である。
In yet another embodiment, as shown in FIG. 20C, guidewire 83 passes through vibration actuator 62 . In such embodiments, vibration actuator 62 and drive shaft 68 may have aligned lumens extending therethrough that function as guidewire channel 87 . A guidewire 83 can be advanced and retracted through these lumens.
Additional Embodiments FIGS. 23-28 illustrate additional embodiments of an automatic insertion device 300 and method 400 of using the same. These embodiments are used to automatically insert a penetrating member 310 such as a needle or catheter into a body cavity such as a blood vessel to access blood and fluids and place guidewires, dilators, catheters such as CVCs, and the like. It is a handheld device that can

図23に示すように、挿入装置300は、皮下標的部位を視覚化するための検出器326を含む。前の実施形態と同様に、検出器326は、超音波を使用して標的部位の画像を生成することができる超音波プローブであってもよいが、他のタイプの画像検出器も考えられる。検出器326は、制御部319と電気通信しており、検出器326によって取得された画像データを制御部319に提供する。この撮像データは、医師または装置300のユーザが見るためにディスプレイに中継されてもよい。アーム325は、検出器326を装置300の残りの部分に結合する。使用時に操作者が握ることができるハンドル321をアーム325に接続して、装置300を操作して、適切な標的部位が識別されるまで検出器326を整列させることができる。本明細書で使用される用語「開業医」、「操作者」、「ユーザ」および他の同様の用語は、貫通部材の挿入を制御するために装置を使用する人を指すために交換可能に使用され得る。 As shown in Figure 23, the insertion device 300 includes a detector 326 for visualizing the subcutaneous target site. As with the previous embodiment, the detector 326 may be an ultrasound probe capable of using ultrasound to produce an image of the target site, although other types of image detectors are also contemplated. Detector 326 is in electrical communication with controller 319 and provides image data acquired by detector 326 to controller 319 . This imaging data may be relayed to a display for viewing by a physician or user of device 300 . Arm 325 couples detector 326 to the rest of device 300 . Attached to arm 325 is a handle 321 that can be grasped by an operator in use to manipulate device 300 to align detector 326 until a suitable target site is identified. As used herein, the terms "practitioner," "operator," "user," and other similar terms are used interchangeably to refer to the person who uses the device to control insertion of the penetrating member. can be

制御部319は、図26および図27に示されるように、検出器326から撮像データを受信し、自動計算による撮像データ323aを画像データから決定された標的部位の深さ指数を表すXおよびY座標ソリューションなど、3次元空間内の指定された標的部位の座標に対応する目標情報に変換するなどして、撮像データをさらに処理することができるプロセッサ322をさらに含む。プロセッサ322は、マイクロプロセッサであってもよいし、上記のようなものであってもよい。制御部319はまた、図26に示されるメモリ219を含み、検出器326からの撮像データおよび目標情報が保存され得る。プロセッサ322はさらに、深さおよび他の3次元標的情報に基づいて、組織に進入する貫通部材310の挿入角度を計算する機能を含む。いくつかの実施形態では、プロセッサ322は、手動調整323bオプションを含み、ユーザは、位置決め装置320の角度を手動で調整して、貫通部材310の進入角度を最適化することができる。 The controller 319 receives the imaging data from the detector 326 and converts the automatically calculated imaging data 323a into X and Y representing depth indices of the target site determined from the image data, as shown in FIGS. It further includes a processor 322 that can further process the imaging data, such as transforming it into target information, such as a coordinate solution, corresponding to the coordinates of the specified target site in three-dimensional space. Processor 322 may be a microprocessor or as described above. Control unit 319 also includes memory 219, shown in FIG. 26, in which imaging data and target information from detector 326 may be stored. Processor 322 further includes functionality for calculating an insertion angle for penetrating member 310 to enter tissue based on depth and other three-dimensional target information. In some embodiments, processor 322 includes a manual adjustment 323b option that allows a user to manually adjust the angle of positioner 320 to optimize the entry angle of penetrating member 310 .

検出器326は、装置300の使用中、皮膚表面に隣接したままである。検出器326によって提供される標的部位の深度テレメトリおよびXおよびY標的座標を含む、対応する撮像データは、下にある組織の変形または動きに基づいて、挿入プロセス中に変化し得る。したがって、撮像データは、少なくとも1つの実施形態では20ミリ秒ごとなど、定期的な間隔で検出器326によって反復的に収集される。各反復画像データはプロセッサ322に提供され、プロセッサ322は自動計算323aを使用して、受信した画像データの反復パケットごとに目標情報を再計算および更新して、貫通部材310が選択および保存された標的に進み、コース上にとどまることを保証する。 Detector 326 remains adjacent to the skin surface during use of device 300 . Corresponding imaging data, including depth telemetry and X and Y target coordinates of the target site provided by detector 326, may change during the insertion process based on deformation or movement of the underlying tissue. Accordingly, imaging data is collected repeatedly by detector 326 at regular intervals, such as every 20 milliseconds in at least one embodiment. Each iteration of image data is provided to processor 322, which uses autocalculation 323a to recalculate and update target information for each iteration packet of image data received such that penetrating member 310 has been selected and stored. Proceed to target and ensure you stay on course.

図24に示されるように、装置300は、制御部319を取り付けることができる位置決め装置320を含むことができる。位置決め装置320はまた、以下でより詳細に議論されるように、振動アセンブリ360および伸張アセンブリ350を担持、収容、および他の方法で含むことができる。貫通部材310は、振動アセンブリ360の遠位端に取り付けられ、伸張アセンブリ350の移動による組織への挿入のために、標的情報によって規定される挿入軸311に沿って移動される。位置決め装置320は、構成要素を囲むプラットフォームまたはハウジングであってもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサ322はさらに、振動アセンブリ360および伸張アセンブリ350が配置されている位置決め装置320に命令を提供して、例えば回転によって移動させて、上述の目標情報に従って貫通部材310の角度を調整することができる。 As shown in FIG. 24, device 300 can include a positioning device 320 to which controls 319 can be attached. Positioning device 320 may also carry, house, and otherwise include vibrating assembly 360 and tensioning assembly 350, as discussed in more detail below. Penetrating member 310 is attached to the distal end of vibrating assembly 360 and is moved along insertion axis 311 defined by the targeting information for insertion into tissue by movement of tensioning assembly 350 . Positioning device 320 may be a platform or housing that encloses the components. In some embodiments, processor 322 further provides instructions to positioning device 320 in which vibrating assembly 360 and tensioning assembly 350 are positioned to move, for example, by rotation, of penetrating member 310 according to the target information described above. Angle can be adjusted.

位置決め装置320はまた、位置決め装置320と組織表面との接触を検出するために、好ましくは位置決め装置320の外面および/または遠位面に配置された、図27に概略的に示される少なくとも1つの表面近接センサ325を含み得る。そのような検出は、貫通部材310が選択された標的部位に到達するのに十分な長さではなく、別の貫通部材310が必要とされる可能性があること、または位置決め装置320が組織表面に接触するのを避けるため、画像データに基づいて計算された標的情報を更新して挿入角度を変更する必要があることを示し得る。したがって、プロセッサ322は、表面近接センサ325から、位置決め装置320と組織表面との接触が行われたことを示す接触情報を受信することができる。そのような連絡情報が受信された場合、プロセッサ322は、目標情報を再計算して、さらなる連絡を避けることができる。表面近接センサ325からの接触情報がない場合、プロセッサ322は、最初の目標情報であろうと反復撮像データに基づいて更新されたものであろうと、目標情報の適切性を検証することができる。 Positioning device 320 also includes at least one probe, shown schematically in FIG. 27, preferably disposed on the outer and/or distal surface of positioning device 320 for detecting contact between positioning device 320 and a tissue surface. A surface proximity sensor 325 may be included. Such detection may indicate that the penetrating member 310 is not long enough to reach the selected target site and that another penetrating member 310 may be required, or that the positioning device 320 is on the tissue surface. Target information calculated based on the image data may be updated to indicate that the insertion angle should be changed to avoid contacting the . Accordingly, the processor 322 can receive contact information from the surface proximity sensor 325 indicating that contact has occurred between the positioning device 320 and the tissue surface. If such contact information is received, processor 322 can recalculate target information to avoid further contact. In the absence of contact information from the surface proximity sensor 325, the processor 322 can verify the adequacy of the target information, whether original target information or updated based on repeat imaging data.

制御部319、具体的にはプロセッサ322は、以下でより詳細に説明する振動アセンブリ360および伸張アセンブリ350と電子的に通信しており、また、目標情報および更新された目標情報に基づく動作命令を振動アセンブリ360および伸張アセンブリ350に送信することなどによって、命令を提供することができる。 Controller 319, specifically processor 322, is in electronic communication with vibrating assembly 360 and tensioning assembly 350, which are described in more detail below, and provides operating instructions based on target information and updated target information. Instructions can be provided, such as by transmission to vibrating assembly 360 and tensioning assembly 350 .

装置300は、図23および図24に示される振動アセンブリ360を含み、前の実施形態について上述したように、長手方向61に振動を生成するように構成されている。それは、振動アセンブリ360によって生成された振動(vibration)または振動(oscillation)が貫通部材310に伝達されるように、直接または図24のようにハブ371を介して貫通部材310に接続される。振動アセンブリ360は、作動時に振動(vibration)または振動(oscillation)を発生させるモータなどの振動アクチュエータ362を含む。本明細書で使用する「振動(vibration)」および「振動(oscillation)」という用語は、交換可能に使用することができる。振動アクチュエータ362は、ボイスコイルモータ(voice coil motor:VCM)、少なくとも1つのピエゾ素子を有する圧電モータ、およびDCモータなどであるがこれらに限定されない任意の適切なモータであってもよい。振動アクチュエータ362は、振動アクチュエータのタイプ、周波数および/または入力電力に応じて、毎秒50~50,000振動の速度で振動を生成することができる。少なくとも1つの実施形態では、振動速度は、好ましくは、毎秒最大約150回の振動であり得る。生成された振動は、貫通部材310を約5μm~1mm、好ましくは少なくとも1つの実施形態では0.5mmの振幅で振動させることができる。 Apparatus 300 includes a vibrating assembly 360, shown in FIGS. 23 and 24, configured to generate vibration in longitudinal direction 61, as described above for previous embodiments. It is connected to the penetrating member 310 either directly or via a hub 371 as in FIG. Vibration assembly 360 includes a vibration actuator 362, such as a motor, that produces vibrations or oscillations when actuated. As used herein, the terms "vibration" and "oscillation" can be used interchangeably. Vibration actuator 362 may be any suitable motor such as, but not limited to, a voice coil motor (VCM), a piezoelectric motor with at least one piezo element, and a DC motor. Vibration actuator 362 can generate vibrations at a rate of 50 to 50,000 vibrations per second, depending on the vibration actuator type, frequency and/or input power. In at least one embodiment, the vibration rate may preferably be up to about 150 vibrations per second. The vibrations generated can vibrate the penetrating member 310 with an amplitude of about 5 μm to 1 mm, preferably 0.5 mm in at least one embodiment.

振動アクチュエータ362は、制御部319、具体的にはプロセッサ322と電気通信しており、制御部319から動作命令を受け取る。例えば、装置300は、制御部319と通信するオンオフスイッチであり得る、図25に示される振動パワースイッチ368を含み得る。起動またはスイッチオンされると、制御部319は、振動アクチュエータ362に信号を送信してオンにし、制御部319によって指定された振動を生成し始める。振動電源スイッチ368をオフにすると、振動を停止できる。それはまた、他の実施形態では振動アクチュエータ362と直接電気通信することができ、いくつかの実施形態では、ポテンショメータであるか、そうでなければオンまたはオフではなく連続体に沿って振動アクチュエータ362に供給される電力を調整する能力を有することができる。 Vibration actuator 362 is in electrical communication with controller 319 , specifically processor 322 , and receives operating instructions from controller 319 . For example, device 300 may include vibration power switch 368 shown in FIG. 25, which may be an on-off switch in communication with controller 319. When activated or switched on, the controller 319 sends a signal to the vibration actuator 362 to turn it on and begin to generate the vibrations specified by the controller 319 . Vibration can be stopped by turning off the vibration power switch 368 . It can also be in direct electrical communication with the vibration actuator 362 in other embodiments, and in some embodiments is a potentiometer or otherwise turns the vibration actuator 362 along a continuum rather than on or off. It may have the ability to regulate the power supplied.

装置300の電気フロー図を示す図27を参照すると、振動アセンブリ360は、制御部319、プロセッサ322、振動制御モード322c(プロセッサ322のオプションのサブ構成要素)および/または以下で説明する伸張アセンブリ350から受信した信号に応じて、振動アクチュエータ362が動作すべき相対出力レベルを決定する電気モジュールである振動制御372を含む。振動アクチュエータ362の出力レベルは、アクチュエータに印加される電圧および/または駆動信号周波数によって支配される。指示は、制御部319、プロセッサ322または振動制御モード322cから振動制御372に送られ、振動制御372は、動作指示を振動ドライバ367に中継し、振動ドライバ367は、電圧などの信号を振動アクチュエータ367に送信して、振動アクチュエータ367の動作を起動および/または継続する。振動アクチュエータ362は、挿入中に貫通部材310が経験する振幅、電力消費、および負荷を検出するセンサを含むことができる。この情報は、以下でより詳細に説明するように、制御部319またはプロセッサ322を介して直接的または間接的に伸張アセンブリ350に中継される。 Referring to FIG. 27, which shows an electrical flow diagram of apparatus 300, vibration assembly 360 includes controller 319, processor 322, vibration control mode 322c (an optional subcomponent of processor 322) and/or tension assembly 350, described below. Vibration Control 372, which is an electrical module that determines the relative power level at which vibration actuator 362 should operate in response to signals received from. The output level of vibration actuator 362 is governed by the voltage applied to the actuator and/or the drive signal frequency. Instructions are sent from the control unit 319, the processor 322, or the vibration control mode 322c to the vibration control 372. The vibration control 372 relays the operation instructions to the vibration driver 367, and the vibration driver 367 sends signals such as voltage to the vibration actuator 367. to initiate and/or continue operation of vibration actuator 367 . Vibration actuator 362 may include sensors that detect the amplitude, power consumption, and load experienced by penetrating member 310 during insertion. This information is relayed to expansion assembly 350 either directly or indirectly via controller 319 or processor 322, as described in more detail below.

貫通部材310にかかる負荷を検出し、挿入中に貫通部材310が経験する振動の減衰を検出する振動負荷センサ374を含めることができる。振動アクチュエータ362はある周波数で動作するが、結合された振動貫通部材310が組織と係合すると、この周波数がシフトする。これは、生体組織の追加の弾性が組み合わされたシステム(振動アクチュエータ362と組織)の剛性を増加させるからである。振動貫通部材310が組織に係合すると、組織は振動の振幅および有効性を弱める。振動の振幅と効果の減衰を制限するために、振動アクチュエータ362への駆動信号の周波数/電圧が変化しなければならない。駆動信号の周波数/電圧を変更するには、振動アクチュエータ362に追加の電力を供給して振幅の減衰を制限する必要がある。振動アクチュエータ362に供給される(ワットなどの)電力量は、振動電力消費と呼ばれる。振動電力消費は、次の式に従って、振動アセンブリ360内の電圧感知要素を介して検出することもできる。
Power=Irms*Vrms
ここで、Irmsは電流、Vrmsは電圧である。振動電力消費は、振動アクチュエータ362で測定された電流および電圧から決定することができる。したがって、振動振幅の減衰には、減衰に対抗するための追加の電力消費が必要である。
A vibrational load sensor 374 may be included to detect the load on the penetrating member 310 and to detect the attenuation of the vibration experienced by the penetrating member 310 during insertion. The vibration actuator 362 operates at a frequency that shifts as the coupled vibration penetrating member 310 engages tissue. This is because the additional elasticity of living tissue increases the stiffness of the combined system (vibration actuator 362 and tissue). As the vibration penetrating member 310 engages tissue, the tissue dampens the amplitude and effectiveness of the vibration. The frequency/voltage of the drive signal to vibration actuator 362 must be varied to limit the amplitude of vibration and damping of the effect. Changing the frequency/voltage of the drive signal requires providing additional power to the vibration actuator 362 to limit amplitude damping. The amount of power (such as Watts) supplied to vibration actuator 362 is referred to as vibration power consumption. Vibration power consumption can also be detected via a voltage sensing element in vibration assembly 360 according to the following equation:
Power=Irms*Vrms
where Irms is current and Vrms is voltage. Vibration power consumption can be determined from the current and voltage measured at vibration actuator 362 . Damping the vibration amplitude therefore requires additional power consumption to counteract the damping.

「負荷」は、貫通部材310mニュートン(N)に加えられる軸力であり、力を測定する振動負荷センサ374によって検出することができる。振動負荷センサ374は、回路または他の適切なメカニズムであってもよい。一実施形態では、振動負荷センサ374は、シャント抵抗器および増幅器であってもよい。他の実施形態では、貫通部材310の負荷および減衰は、LVDTセンサを使用して機械的に感知することができる。振動アクチュエータ362自体は、振動アクチュエータ362内のコイルまたは磁石を介して貫通部材310に加えられた力のフィードバックを受け取る振動負荷センサとしても機能し、そのような力も受け取ることができる。さらに、貫通針がより硬い組織に遭遇したときに伸張アクチュエータによって消費される電力は、同様に、ここで規定されている「負荷」に基づいて調整できる。あるいは、振動アクチュエータ362の負荷電流と電圧との間の位相関係を監視することができ、貫通部材310に対する減衰または負荷の影響を、この位相関係の変化から推測することができる。 "Load" is the axial force applied to the penetrating member 310m Newtons (N) and can be detected by the vibratory load sensor 374 that measures the force. Vibrational load sensor 374 may be a circuit or other suitable mechanism. In one embodiment, vibration load sensor 374 may be a shunt resistor and amplifier. In other embodiments, the load and damping of the penetrating member 310 can be mechanically sensed using an LVDT sensor. Vibration actuator 362 itself also functions as a vibration load sensor that receives feedback of forces applied to penetrating member 310 via coils or magnets within vibration actuator 362 and can also receive such forces. Additionally, the power consumed by the tension actuator when the penetrating needle encounters harder tissue can be adjusted based on the "load" also defined herein. Alternatively, the phase relationship between the load current and voltage of vibration actuator 362 can be monitored, and the damping or load effect on penetrating member 310 can be inferred from changes in this phase relationship.

貫通部材310の減衰および振動アクチュエータ362の負荷電流のフィードバックは、振動アクチュエータ362の動作パラメータに関連するので、貫通部材310が経験する負荷および減衰の効果を決定する振動電力および負荷制御376モジュールに送られてもよい。振動負荷制御376は、振動モータ制御372、プロセッサ322および/または振動モード制御322cに信号を送信して、貫通部材310からのフィードバックに基づいて振動速度を調整することができる。また、この情報を伸張アセンブリ350に直接または制御部319および/またはプロセッサ322を介して送信し、振動下で貫通部材310が経験する振動負荷に基づいて挿入速度を調整することもできる。 The penetrating member 310 damping and vibration actuator 362 load current feedback are related to the operating parameters of the vibration actuator 362 and are sent to the vibration power and load control 376 module which determines the load and damping effects experienced by the penetrating member 310 . may be Vibration load control 376 may send signals to vibration motor control 372, processor 322 and/or vibration mode control 322c to adjust vibration speed based on feedback from penetrating member 310. FIG. This information may also be sent to stretching assembly 350 directly or via controller 319 and/or processor 322 to adjust the rate of insertion based on the vibratory load experienced by penetrating member 310 under vibration.

装置300はまた、図を通して示されるように伸張アセンブリ350を含む。上述のように、伸張アセンブリ350は、貫通部材310の挿入および後退のために、貫通部材310を直線方向51に移動させるように構成される。伸張アセンブリ350は伸張アクチュエータ352を含み、伸張アクチュエータ352は、リニアまたは並進モータなどであるがこれらに限定されないモータであり、任意の適切なメカニズムによって動作することができる。伸張シャフト353は、図24に示すように、伸張マウント354などを介してある位置で伸張アクチュエータ352に機械的に結合され、別の間隔をあけた位置で、貫通部材310、ハブ371、振動アクチュエータ362、または貫通部材310とともに移動可能な任意の他の構成要素に機械的に結合される。伸張シャフト353は、剛性であることが好ましく、少なくとも1つの実施形態では伸縮動作によって伸張することができる。伸張アセンブリ350は、制御部319および/またはプロセッサ322と電子通信して、動作命令を提供および受信する。例えば、伸張アセンブリ350は、図25に示すように制御部319、位置決め装置320の外面、またはハンドル321など、装置300の任意の場所に取り付けることができる伸張器電源スイッチ357を含むこともできる。伸張器電源スイッチ357を使用して、伸張アセンブリ350をオンまたはオフにすることができる。少なくとも1つの実施形態では、伸張器電源スイッチ357は回路を閉じて、伸張アクチュエータ352に動作電力を提供し、伸張シャフト353を直線方向351に移動させる。移動の方向は、図25に示す方向スイッチ356によって制御することができ、これも装置300のどこにでも配置することができる。方向スイッチ356は、貫通部材310の挿入のために伸張シャフト353を前進させるための順方向と、伸張シャフト353の後退および貫通部材310の除去のための逆方向との間でトグルできるスイッチであり得る。伸張アセンブリ350の準備完了または後退位置は、伸張シャフト353が完全に後退した状態で図23に示され、挿入または展開位置は、伸張シャフト353が直線方向51に完全に伸張された状態で図24に示される。 Apparatus 300 also includes a tensioning assembly 350 as shown throughout the figures. As described above, the tensioning assembly 350 is configured to move the penetrating member 310 in the linear direction 51 for insertion and retraction of the penetrating member 310 . Extension assembly 350 includes extension actuator 352, which is a motor such as, but not limited to, a linear or translational motor, and may be operated by any suitable mechanism. The extension shaft 353 is mechanically coupled to the extension actuator 352 at one location, such as via an extension mount 354, as shown in FIG. 362 , or any other component that is movable with the penetrating member 310 . The extension shaft 353 is preferably rigid and can be extended by a telescopic motion in at least one embodiment. Extension assembly 350 is in electronic communication with controller 319 and/or processor 322 to provide and receive operating instructions. For example, the stretcher assembly 350 can also include a stretcher power switch 357 that can be mounted anywhere on the device 300, such as the controls 319, the exterior surface of the positioning device 320, or the handle 321 as shown in FIG. A stretcher power switch 357 can be used to turn the stretcher assembly 350 on or off. In at least one embodiment, stretcher power switch 357 closes the circuit to provide operating power to stretch actuator 352 to move stretch shaft 353 in linear direction 351 . The direction of movement can be controlled by a directional switch 356 shown in FIG. 25, which can also be placed anywhere on the device 300 . Directional switch 356 is a switch that can be toggled between a forward direction for advancing elongated shaft 353 for insertion of penetrating member 310 and a reverse direction for retracting elongated shaft 353 and removing penetrating member 310 . obtain. The ready or retracted position of extension assembly 350 is shown in FIG. 23 with extension shaft 353 fully retracted, and the inserted or deployed position is shown in FIG. 24 with extension shaft 353 fully extended in linear direction 51 . shown in

伸張アクチュエータ352は、挿入中に貫通部材310が経験する振動負荷および/または減衰に応じて、貫通部材310を異なる速度で挿入するために、様々な速度で動作するように構成される。例えば、少なくとも1つの実施形態では、伸張アクチュエータ352は、第1のモードでは第1の動作速度で作動し、第2のモードでは第2の動作速度で作動し、第3のモードでは第3の動作速度で作動する。それぞれ独自の動作速度を持つ任意の数のモードが考えられる。動作速度は、範囲または特定の速度であってもよく、使用される特定の伸張アクチュエータ352の能力に基づいて可能な速度の連続体に沿った任意の速度であってもよい。例えば、少なくとも1つの実施形態では、伸張アクチュエータ352は、第1のモードでは約2.0cm/秒、第2のモードでは約1.0cm/秒、第3のモードでは0.5cm/秒の第1の動作速度で作動するように構成される。したがって、様々なモードを使用して、挿入中に貫通部材310が遭遇するものに応じて挿入速度を調整することができる。例えば、貫通部材310が経験する負荷または振動減衰が増加する場合は、より遅い挿入速度を使用することができ、貫通部材310が経験する負荷または振動減衰が少ない場合は、より速い挿入速度を使用することができる。以下に説明するように、別段の決定がない限り、伸張アクチュエータ352がデフォルトで動作するデフォルトモードとして、動作モードのいずれかを設定することができる。例えば、伸張アクチュエータ352は、少なくとも1つの実施形態において、2.0cm/秒の動作速度で第1のモードを使用することができ、挿入速度を低下させて、挿入中に経験される振動負荷の増加を補償することができる。 Extension actuator 352 is configured to operate at different speeds to insert penetrating member 310 at different speeds depending on the vibrational loads and/or damping experienced by penetrating member 310 during insertion. For example, in at least one embodiment, extension actuator 352 operates at a first operating speed in a first mode, operates at a second operating speed in a second mode, and operates at a third operating speed in a third mode. Operates at operating speed. Any number of modes are possible, each with its own speed of operation. The operating speed may be a range or a specific speed, or any speed along a continuum of possible speeds based on the capabilities of the particular extension actuator 352 used. For example, in at least one embodiment, the extension actuator 352 has a first velocity of about 2.0 cm/sec in the first mode, about 1.0 cm/sec in the second mode, and 0.5 cm/sec in the third mode. It is configured to operate at one operating speed. Accordingly, various modes can be used to adjust the insertion speed depending on what the penetrating member 310 encounters during insertion. For example, if the penetrating member 310 experiences increased load or vibration damping, a slower insertion speed can be used, and if the penetrating member 310 experiences less load or vibration damping, a faster insertion speed can be used. can do. As described below, any of the operating modes can be set as the default mode in which the extension actuator 352 operates by default, unless otherwise determined. For example, the extension actuator 352 can, in at least one embodiment, use a first mode with an operating speed of 2.0 cm/sec to reduce the insertion speed and reduce the vibration load experienced during insertion. increase can be compensated.

電力消費はまた、取り付けられた貫通部材310によって異なる組織が貫通されるときに前進を続けるために伸張モータによって必要とされる電力によって規定され得る。この消費電力は、伸張消費電力と呼ばれることがある。伸張アクチュエータ352自体は、より密度の高い組織に遭遇したときに発生する可能性があるなど、挿入中に貫通部材310にどの程度の抵抗がかかるかについてのセンサであってもよく、伸張アクチュエータ352の伸張電力消費を増加させて、特定の挿入速度で動作し続ける。したがって、伸張電力消費および現在の挿入速度のフィードバックは、挿入中に伸張アクチュエータ352が経験する貫通部材310が経験する伸張電力負荷に基づいて振動を調整するため、制御部319および/またはプロセッサ322を介して、直接的または間接的に、振動アセンブリ360に送信され得る。 Power consumption may also be defined by the power required by the extension motor to sustain advancement as different tissues are penetrated by the attached penetrating member 310 . This power consumption is sometimes called decompression power consumption. The extension actuator 352 itself may be a sensor of how much resistance the penetrating member 310 experiences during insertion, such as may occur when denser tissue is encountered. increase the power consumption of the extension to continue to operate at a particular insertion speed. Feedback of the extension power consumption and the current insertion rate therefore directs controller 319 and/or processor 322 to adjust vibration based on the extension power load experienced by penetrating member 310 experienced by extension actuator 352 during insertion. can be transmitted to the vibrating assembly 360, either directly or indirectly via.

伸張アセンブリ350はまた、制御部319、プロセッサ322、および振動アセンブリ360で信号および情報を送受信するための電気回路を含む。例えば、図27に示すように、伸張アセンブリ350は、伸張器電源スイッチ357が起動されたときに伸張アクチュエータ352を起動するため、またはどの動作モードおよび速度を使用するかを指示するなど、制御部319から動作信号を受信する伸張モータ制御358を含むことができる。各動作モードの規定パラメータおよびそれに対応する速度は、制御部319内のメモリ318に格納するか、伸張モータ制御358または伸張アセンブリ350内のメモリに格納することができる。伸張モータ制御358は動作命令を伸張ドライバ355に送信し、伸張ドライバ355は伸張アクチュエータ352に電圧などの信号を送信して、伸張アクチュエータ352を作動させ、貫通部材310を方向スイッチ356によって示される方向に移動させる。 Tension assembly 350 also includes electrical circuitry for transmitting and receiving signals and information with controller 319 , processor 322 , and vibration assembly 360 . For example, as shown in FIG. 27, the extension assembly 350 provides controls such as to activate the extension actuator 352 when the stretcher power switch 357 is activated, or to indicate which operating mode and speed to use. An extension motor control 358 may be included that receives operating signals from 319 . The prescribed parameters and corresponding velocities for each operating mode can be stored in memory 318 within controller 319 or in memory within extension motor control 358 or extension assembly 350 . The extension motor control 358 sends motion commands to the extension driver 355 , which sends signals, such as voltages, to the extension actuator 352 to actuate the extension actuator 352 and move the penetrating member 310 in the direction indicated by the directional switch 356 . move to

伸張モータ制御358はまた、貫通部材310が経験する負荷および減衰に関して、振動負荷制御376などから、振動アセンブリ360から信号を受け取ることができる。これは、貫通部材310に結合された振動アクチュエータ362が経験する振動振幅および/またはモータ消費電力の変化の形態であってもよい。好ましくは、これらの信号および/または調整は、挿入プロセス全体を通して規則的な間隔で、例えば20ミリ秒ごとに反復的に発生するが、挿入の総時間よりも短い他の時間間隔が企図される。 Extension motor control 358 may also receive signals from vibration assembly 360 , such as from vibration load control 376 regarding the load and damping experienced by penetrating member 310 . This may be in the form of changes in vibration amplitude and/or motor power consumption experienced by vibration actuator 362 coupled to penetrating member 310 . Preferably, these signals and/or adjustments occur repetitively at regular intervals throughout the insertion process, for example every 20 milliseconds, although other time intervals shorter than the total time of insertion are contemplated. .

伸張アクチュエータ352の速度は、貫通部材310が異なる組織タイプを通って進行するときの貫通部材310への負荷から生じる振動アクチュエータ362の振動振幅減衰および/または電力消費の変化に応じて増加または減少するべく、伸張モータ制御358によって調整することができる。例えば、貫通部材310が、腱などの、より硬く(stiffer)、より硬く(harder)、または貫通するのがより困難な組織に遭遇すると、貫通部材310に与えられる振動を減衰させ、貫通部材310への負荷を増加させ、振動アクチュエータ362の電力消費が変化し、および/または振動変位を維持するために、より大きな駆動信号(例えば、電圧振幅)が必要とされる。このような増加した負荷の信号が伸張アセンブリ350に送られると、伸張アクチュエータ352は挿入速度を遅くして、増加した負荷に対応する。例えば、伸張アクチュエータ352が現在どのモードで動作しているかに応じて、第1のモードから低速の場合は第2のモードに、またはさらに低速の場合は第2のモードから第3のモードに調整することができる。逆に、軟組織に遭遇していることを示すなど、貫通部材310が経験する負荷が減少した場合、減少した振動負荷の信号が伸張器352に送信され、伸張アクチュエータ352は、より高速な速度のために第3のモードから第2のモードに移動するか、または第2のモードから第1のモードに移動するなど、より高速な動作速度に調整される。所定の閾値に達する変化に達すると、伸張アクチュエータ352の動作モードは、変化が負荷の増加または減少を反映するかどうかに応じて、次に近いモードに変更される。 The velocity of tension actuator 352 increases or decreases in response to changes in vibration amplitude damping and/or power consumption of vibration actuator 362 resulting from loading of penetrating member 310 as penetrating member 310 progresses through different tissue types. can be adjusted by the extension motor control 358. For example, when the penetrating member 310 encounters stiffer, harder, or more difficult tissue to penetrate, such as a tendon, the vibrations imparted to the penetrating member 310 are dampened and the penetrating member 310 is , the power consumption of vibration actuator 362 changes, and/or a larger drive signal (eg, voltage amplitude) is required to maintain vibration displacement. When such increased load is signaled to the extension assembly 350, the extension actuator 352 slows the insertion speed to accommodate the increased load. For example, adjusting from the first mode to the second mode for slower speeds, or from the second mode to the third mode for even slower speeds, depending on which mode the extension actuator 352 is currently operating in. can do. Conversely, if the load experienced by the penetrating member 310 decreases, such as indicating that soft tissue is being encountered, a signal of decreased oscillatory load is sent to the stretcher 352, causing the stretch actuator 352 to operate at a higher velocity. For this purpose, the operating speed is adjusted to a higher operating speed, such as moving from the third mode to the second mode or from the second mode to the first mode. Upon reaching a change that reaches a predetermined threshold, the operating mode of extension actuator 352 is changed to the next closest mode, depending on whether the change reflects an increase or decrease in load.

本発明はまた、図28に示される、上述の装置300を使用する方法400を含む。方法400は、最初に、410で、目標角度および軌道を決定するステップを含む。これは、皮膚または組織の他の表面上に検出器326を配置し、プロセッサ322の自動計算323aを使用して、貫通部材310の現在の位置から選択された標的までの適切な挿入角度および距離を決定することによって達成され得る。特定の実施形態では、前述の手動調整323bに基づいて目標角度を決定するステップを含み得る。選択された標的部位、決定または計算された挿入角度および距離は、制御部319のメモリ318に記憶され得る。 The present invention also includes a method 400 of using the apparatus 300 described above, shown in FIG. The method 400 initially includes determining a target angle and trajectory at 410 . This involves placing the detector 326 on the skin or other surface of tissue and using the automatic calculations 323a of the processor 322 to determine the appropriate insertion angle and distance from the current position of the penetrating member 310 to the selected target. can be achieved by determining Certain embodiments may include determining the target angle based on the manual adjustment 323b described above. The selected target site, determined or calculated insertion angle and distance can be stored in memory 318 of controller 319 .

方法400は、415のように、振動アセンブリ360への振動パラメータの動作命令、および伸張アセンブリ350への挿入速度および距離の動作命令を提供するステップを続ける。振動アセンブリ360の場合、これらは、振幅、電圧、振動の周波数、および上述の他のパラメータを含むことができる。伸張アセンブリ350の場合、挿入速度の動作パラメータは、デフォルトモードに対応する速度である場合がある。距離は、制御部319および/またはプロセッサ322によって決定され得るような、検出器326からの撮像情報に基づいて決定された目標情報および軌道に対応する。動作命令は、装置300がオンになると各アセンブリ350、360に提供されてもよいし、振動アセンブリ360の回路またはメモリまたは制御部319のメモリに格納されてもよい。 The method 400 continues with providing operating instructions for the vibration parameters to the vibrating assembly 360 and insertion speed and distance to the tensioning assembly 350 as at 415 . For vibrating assembly 360, these can include amplitude, voltage, frequency of vibration, and other parameters as described above. For the extension assembly 350, the insertion speed operating parameter may be the speed corresponding to the default mode. Range corresponds to target information and trajectory determined based on imaging information from detector 326 , as may be determined by controller 319 and/or processor 322 . Operating instructions may be provided to each assembly 350 , 360 when the device 300 is turned on, or may be stored in circuitry or memory of the vibrating assembly 360 or memory of the controller 319 .

方法400は、420のように、位置決め装置320を起動することに続く。これには、位置決め装置320、振動アクチュエータ362、および伸張アクチュエータ352の電源をオンにすることが含まれる場合がある。これは、段階的に、一度に1つずつ、または同時に発生する可能性がある。少なくとも1つの実施形態では、振動アクチュエータ362は、伸張アクチュエータ352の前に作動されるので、貫通部材310は、挿入のために前進する前に長手方向に振動する。起動されると、アクチュエータ362、352のそれぞれは、振動制御372および伸張モータ制御358などのそれぞれの回路に格納することができ、装置300の制御部319および/またはプロセッサ322から提供される格納された運用上の指示であり得る初期またはデフォルトの動作パラメータに従って動作する。少なくとも1つの実施形態では、伸張アクチュエータ352は第1のモードで作動し始め、振動アクチュエータ362は第1の振動モードで作動することができる。 The method 400 continues with activating the positioning device 320 as at 420 . This may include powering on the positioning device 320 , the vibration actuator 362 and the extension actuator 352 . This can occur in stages, one at a time, or simultaneously. In at least one embodiment, vibration actuator 362 is activated before extension actuator 352 so that penetrating member 310 vibrates longitudinally prior to advancement for insertion. When activated, each of the actuators 362 , 352 can be stored in respective circuits, such as vibration control 372 and extension motor control 358 , and stored data provided from controller 319 and/or processor 322 of device 300 . It operates according to initial or default operating parameters, which may be operational instructions. In at least one embodiment, extension actuator 352 can begin to operate in a first mode and vibration actuator 362 can operate in a first vibration mode.

方法400は、430のように、挿入プロセス全体で継続的または反復的にそれぞれの作業負荷を検出するなど、振動アクチュエータ362によって提供される振動電力消費および/または振動変位、ならびに伸張アクチュエータ352の伸展電力消費および/または負荷を監視するステップを含む。監視の各反復は、システムに所望される感度に応じて、20ミリ秒などの任意の時間間隔で実行できるが、これに限定されない。これは、振動負荷センサ374および伸張アクチュエータ352または上述の他の挿入負荷センサによって達成され得る。次いで、この方法は、440において、検出された振動負荷を所定の振動値と比較し、検出された挿入負荷を所定の伸張値と比較するステップと、振動アクチュエータ362の振動作業負荷からの十分な偏差が検出された場合、およびそのときに、伸張アクチュエータ352の挿入速度を調整するステップと、および/または伸張アクチュエータ350の伸張作業負荷からの十分な逸脱が検出された場合、およびそのときに、振動アクチュエータ362の振動を調整するステップと、を含む。これらの調整は、適切な振動アセンブリ360および/または伸張アセンブリ350に信号を提供して対応する調整を行うことによって行うことができ、これは、検出された作業負荷の変化、およびそれが所定の値を正または負の方向に超えるかどうかに依存し得る。例えば、方法400は、442のように、振動アクチュエータ362の振動負荷が所定の振動閾値だけ増加するとき、挿入速度を下げることを含むことができる。例えば、所定の振動値は、最初の開始値または最新の反復サンプリングからの負荷サンプルと比較して、30%の振幅および/または50%の電力消費の増加であり得る。同様に、方法400は、443のように、伸張アクチュエータ352の挿入負荷が所定の伸張値だけ増加したときに、振動パワー、振幅、または他の動作パラメータを減少させることを含むことができる。いくつかの実施形態では、所定の伸張値は、最初の開始電力または最新の反復サンプリングからの挿入負荷サンプルに対する電力の0.25倍、0.5倍、1.0倍、1.5倍、または2.0倍の増加であり得る。所定の振動値および伸張値は、他の実施形態では異なる可能性があり、初期の開始作業負荷および速度、貫通される組織、使用される振動アクチュエータ362および伸張アクチュエータ352の特性およびタイプ、供給される初期電力の量、およびその他の要因を含むが、これらに限定されない多くの要因に依存し得る。挿入速度のこの低下は、挿入速度を調整するために、例えば、それぞれ挿入速度のレベルが低下する第1のモードから第2のモードへ、または第2のモードから第3のモードへの移行など、伸張アクチュエータ352の操作から、ある動作モードから次に利用可能な動作モードへの移行に対応し得る。それはまた、振動アクチュエータ362をある振動モードから別の振動モードに遷移させることに対応し得る。方法400は、反対側のアクチュエータにかかる負荷に応じて、振動アクチュエータ362および伸張アクチュエータ352の両方、一方のみ、またはいずれも変更しない動作パラメータを変更することを企図する。 The method 400 measures the vibration power consumption and/or vibration displacement provided by the vibration actuator 362 and the extension of the extension actuator 352, such as continuously or repeatedly detecting respective workloads throughout the insertion process, as at 430. Including monitoring power consumption and/or load. Each iteration of monitoring can be performed at any time interval, such as, but not limited to, 20 milliseconds, depending on the desired sensitivity of the system. This can be accomplished by the vibrational load sensor 374 and the extension actuator 352 or other inserted load sensors described above. The method then proceeds at 440 with comparing the detected vibration load to a predetermined vibration value and comparing the detected insertion load to a predetermined extension value; if and when a deviation is detected adjusting the insertion rate of the extension actuator 352 and/or if and when a sufficient deviation from the extension workload of the extension actuator 350 is detected; and adjusting the vibration of the vibration actuator 362 . These adjustments can be made by providing signals to the appropriate vibrating assembly 360 and/or tensioning assembly 350 to make corresponding adjustments, which are sensitive to changes in the sensed workload and the It can depend on whether the value is exceeded positively or negatively. For example, the method 400 can include decreasing the insertion speed when the vibration load on the vibration actuator 362 increases by a predetermined vibration threshold, as at 442 . For example, the predetermined vibration value may be a 30% amplitude and/or 50% increase in power consumption compared to the initial starting value or the load samples from the most recent iteration sampling. Similarly, method 400 can include decreasing vibration power, amplitude, or other operating parameter, as at 443, when the insertion load of extension actuator 352 is increased by a predetermined extension value. In some embodiments, the predetermined expansion value is 0.25 times, 0.5 times, 1.0 times, 1.5 times the power for the inserted load sample from the initial starting power or the most recent iteration sampling, Or it can be a 2.0 fold increase. The predetermined vibration and extension values may differ in other embodiments, including the initial starting workload and velocity, the tissue to be penetrated, the properties and types of vibration actuator 362 and extension actuator 352 used, the It may depend on many factors, including but not limited to the amount of initial power applied, and other factors. This reduction in insertion speed is used to adjust the insertion speed, e.g. from a first mode to a second mode, or from a second mode to a third mode, each with a reduced level of insertion speed. , from operation of the extension actuator 352 to transition from one operational mode to the next available operational mode. It may also correspond to transitioning the vibration actuator 362 from one vibration mode to another vibration mode. The method 400 contemplates changing operating parameters of both, only one, or none of the vibration actuator 362 and the extension actuator 352 depending on the load on the opposing actuator.

逆に、方法400は、444のように、振動アクチュエータ362の振動負荷が所定の振動値だけ減少するとき、挿入速度を増加させるステップ、または、445のように、伸張アクチュエータ352への挿入負荷が所定の伸張値だけ減少すると、振動アクチュエータ362の振動を増加させるステップ、を含む。挿入速度または振動を増加させるための所定の振動値または伸張値は、それぞれ、挿入速度または振動を減少させるための値と同じであってもよい。したがって、変化は、振動アクチュエータ362の以前の振動負荷サンプルと比較して、30%の振幅および/または50%の電力消費の偏差、または、伸張アクチュエータ352の以前の挿入負荷と比較して0.5倍の挿入負荷の偏差など、所定の値からの偏差として説明することもできる。ただし、他の実施形態では、挿入速度または振動を増加させるための所定の振動値および伸張値は、挿入速度または振動を減少させるための値とは異なり得る。ここでも、挿入速度または振動の増加は、それぞれ挿入速度が速くなる、伸張アクチュエータ352の第3のモードから第2のモードへ、または第2のモードから第3のモードへの移動など、次に利用可能な動作モードへの移行によって生じ得る。さらに、サンプリングレートまたは間隔は、20ミリ秒ごとなど、以前と同じままである場合もあれば、サンプリングレートが時間の経過とともに変化する場合もある。例えば、サンプリング間隔が短くなり、振動負荷が増加するとフィードバックの頻度が高くなり、その後長くなり、振動負荷が減少するとフィードバックの頻度が低くなる、またはその逆になる場合がある。少なくとも1つの実施形態では、サンプリングレートまたはサンプリング間隔は、挿入プロセス全体を通して一定のままであり得る。 Conversely, the method 400 includes increasing the insertion speed when the vibration load on the vibration actuator 362 decreases by a predetermined vibration value, as at 444, or increasing the insertion load on the extension actuator 352, as at 445. increasing the vibration of the vibration actuator 362 upon decreasing by a predetermined stretch value. The predetermined vibration or extension value for increasing the insertion speed or vibration may be the same as the value for decreasing the insertion speed or vibration, respectively. Therefore, the change is 30% amplitude and/or 50% power consumption deviation compared to the previous vibration load sample of the vibration actuator 362 or 0.00% compared to the previous insertion load of the extension actuator 352 . It can also be described as a deviation from a given value, such as a deviation of insertion load by a factor of 5. However, in other embodiments, the predetermined vibration and extension values for increasing insertion speed or vibration may be different than the values for decreasing insertion speed or vibration. Again, an increase in the insertion velocity or vibration is followed by movement of the extension actuator 352 from the third mode to the second mode, or from the second mode to the third mode, etc., where the insertion velocity is increased, respectively, and then It can be caused by a transition to an available operating mode. Additionally, the sampling rate or interval may remain the same as before, such as every 20 milliseconds, or the sampling rate may change over time. For example, the sampling interval may be shortened, feedback may be more frequent as the vibration load increases, then longer, and feedback less frequent as the vibration load decreases, or vice versa. In at least one embodiment, the sampling rate or sampling interval may remain constant throughout the insertion process.

430のように振動作業負荷を監視するステップは、挿入プロセス全体を通して継続され、好ましくは、伸張アクチュエータ352と振動アクチュエータ362の動作モードの間で、必要に応じて、他のアクチュエータが経験している負荷に基づいて、挿入プロセス全体を通して段階的に挿入速度または振動を増加または減少させる調整が行われる。 The step of monitoring the vibratory workload as at 430 continues throughout the insertion process, preferably between the operating modes of the extension actuator 352 and the vibration actuator 362, and other actuators as needed. Based on the load, adjustments are made to incrementally increase or decrease the insertion speed or vibration throughout the insertion process.

方法400は、450のように挿入を停止することによって終了する。これは、例えば、撮像情報に基づいて計算または決定された軌道に従って事前に選択された標的に到達したときに、いくつかの方法で自動的に発生する可能性がある。標的部位への到達は、貫通部材310の遠位先端が血管の内部容積内に位置することを示す、標的から逃げる適切な量の血液または流体の存在によって確認され得る。450のような挿入の停止は、装置300と組織の表面との接触が、上述の表面近接センサ325などによって検出された場合にも起こり得る。この場合、振動アクチュエータ362は同時に振動を停止し、伸張アクチュエータ352は反転して貫通部材310を後退させることができる。位置決め装置320はまた、貫通部材310の長さが意図された標的深さに対して不十分であることを、光、音、または操作者が観察できる他のインジケータなどによって、操作者に知らせることができる。 Method 400 ends by stopping the insertion as at 450 . This may occur automatically in several ways, for example, when a preselected target is reached according to a trajectory calculated or determined based on imaging information. Reaching the target site may be confirmed by the presence of an adequate amount of blood or fluid escaping from the target, indicating that the distal tip of penetrating member 310 is located within the interior volume of the blood vessel. Stopping insertion, such as 450, can also occur when contact between the device 300 and the tissue surface is detected, such as by the surface proximity sensor 325 described above. In this case, vibration actuator 362 can simultaneously stop vibrating and extension actuator 352 can reverse to retract penetrating member 310 . The positioning device 320 also informs the operator that the length of the penetrating member 310 is insufficient for the intended target depth, such as by light, sound, or other operator-observable indicator. can be done.

貫通部材310の挿入が停止すると、振動アクチュエータ362および伸張アクチュエータ352のアクティブな動作は、プロセッサ322によって中断される。貫通部材310の意図された標的への導入の成功が、貫通された組織に適した血液または他の体液の出現などによって確認されると、標的部位の内部は、貫通部材310を通して物質を抽出または挿入するためのアクセスとなり得る。例えば、血液を採取することができ、薬物または溶液を適用することができ、および/または貫通部材310の中空内部を通して柔軟なガイドワイヤを挿入することができる。標的部位内に依然として存在する貫通部材310は、460のように、ハブ371で振動アセンブリ360から取り外すことなどによって、装置から切り離されてもよい。次いで、ハブ371は、採血または薬物/溶液送達のための注射器またはバイアルの接続点として、またはIVシステムの接続点として使用することができる。挿入装置300の残りの部分から切り離す前または切り離した後に、貫通部材310を通してガイドワイヤを挿入することができる。装置300にまだ接続されている間にガイドワイヤが貫通部材310を通して挿入される場合、貫通部材310が取り付けられた位置決め装置320および装置300の残りの部分は、オペレータは位置決め装置320および貫通部材310を可撓性ガイドワイヤとの相互作用から安全に切り離すことができる皮膚表面から延在する可撓性ガイドワイヤの証拠をオペレータが理解できるまで、柔軟なガイドワイヤを介して組織から静かに引き抜かれてもよい。 When insertion of penetrating member 310 stops, active operation of vibration actuator 362 and extension actuator 352 is discontinued by processor 322 . Upon successful introduction of penetrating member 310 to the intended target, such as by the appearance of blood or other bodily fluids suitable for the penetrated tissue, the interior of the target site extracts or extracts material through penetrating member 310 . It can be access to insert. For example, blood can be drawn, drugs or solutions can be applied, and/or a flexible guidewire can be inserted through the hollow interior of penetrating member 310 . Penetrating member 310 still in the target site may be disconnected from the device, such as by detaching 460 from vibrating assembly 360 at hub 371 . Hub 371 can then be used as a connection point for syringes or vials for blood collection or drug/solution delivery, or as a connection point for an IV system. A guidewire can be inserted through the penetrating member 310 before or after it is disconnected from the rest of the insertion device 300 . If a guidewire is inserted through penetrating member 310 while it is still connected to device 300, positioning device 320 with penetrating member 310 attached and the remainder of device 300 may be displaced by the operator. is gently withdrawn from the tissue through the flexible guidewire until the operator sees evidence of a flexible guidewire extending from the skin surface that can be safely disengaged from interaction with the flexible guidewire. may

記載された好ましい実施形態に対して詳細に多くの修正、変更、および変更を行うことができるので、前述の説明および添付の図面に示されるすべての事項は、限定的な意味ではなく、例示として解釈されることを意図している。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的均等物によって決定されるべきである。以上、本発明について説明した。
Since many modifications, changes and variations in detail may be made to the described preferred embodiments, it is intended that all matter shown in the foregoing description and accompanying drawings shall be interpreted by way of illustration and not in a limiting sense. intended to be interpreted. Accordingly, the scope of the invention should be determined by the appended claims and their legal equivalents. The present invention has been described above.

Claims (20)

貫通部材を挿入軸に沿って組織内に挿入するための装置において、
検出器と、
プロセッサとメモリとを有する制御部と、
前記貫通部材に接続された振動アセンブリであって、前記振動アセンブリは、前記制御部および伸張アセンブリのうちの少なくとも1つと電気的に通信する振動アクチュエータを有し、前記振動アクチュエータは、挿入負荷に少なくとも部分的に応答して規定された動作振動命令に従って、前記挿入軸に沿って軸方向振動を生成し、前記軸方向振動を前記貫通部材に伝達し、前記振動アクチュエータ上の振動負荷を検出し、前記振動負荷を示す信号を前記制御部および前記伸張アセンブリのうちの1つに送信するように構成された、振動アセンブリと、を備え、
前記伸張アセンブリは、前記貫通部材に接続され、前記制御部および前記振動アセンブリのうちの少なくとも1つと電気通信し、前記伸張アセンブリは、前記振動負荷に少なくとも部分的に応答して規定された動作挿入命令に従って挿入速度で前記挿入軸に沿って前記貫通部材を軸方向に移動させるように構成された伸張アクチュエータを有し、前記伸張アセンブリは、前記伸張アクチュエータ上の前記挿入負荷を検出し、前記挿入負荷を示す信号を前記制御部および前記振動アセンブリのうちの1つに送信するようにさらに構成されている、
装置。
An apparatus for inserting a penetrating member into tissue along an insertion axis comprising:
a detector;
a controller having a processor and a memory;
A vibration assembly connected to the penetrating member, the vibration assembly having a vibration actuator in electrical communication with at least one of the control portion and the tensioning assembly, the vibration actuator responsive to at least an insertion load. generating axial vibrations along the insertion axis in accordance with a defined operational vibration command in partial response; transmitting the axial vibrations to the penetrating member; sensing a vibrational load on the vibration actuator; a vibrating assembly configured to send a signal indicative of the vibratory load to one of the controller and the tensioning assembly;
The tensioning assembly is connected to the penetrating member and in electrical communication with at least one of the controller and the vibration assembly, the tensioning assembly having a defined motion insertion at least partially responsive to the vibrational load. a tension actuator configured to axially move the penetrating member along the insertion axis at an insertion velocity in accordance with instructions; further configured to send a signal indicative of load to one of the controller and the vibrating assembly;
Device.
前記振動負荷は、前記振動アクチュエータの振幅および電力消費のうちの少なくとも1つであり、前記挿入負荷は、前記伸張アクチュエータの電力消費である、請求項1に記載の装置。 2. The apparatus of claim 1, wherein the vibration load is at least one of amplitude and power consumption of the vibration actuator, and wherein the insertion load is power consumption of the extension actuator. 前記貫通部材が前記装置から選択的に取り外し可能である、請求項1に記載の装置。 2. The device of claim 1, wherein the penetrating member is selectively removable from the device. 前記伸張アセンブリは、前記装置に対して前記伸張アクチュエータによって移動可能な伸張シャフトを含み、前記伸張シャフトは、前記振動アセンブリに接続する、請求項1に記載の装置。 2. The apparatus of claim 1, wherein the extension assembly includes an extension shaft movable relative to the apparatus by the extension actuator, the extension shaft connecting to the vibratory assembly. 前記振動アクチュエータは、ボイスコイルモータ、圧電モータ、およびDCモータのうちの1つである、請求項1に記載の装置。 2. The apparatus of claim 1, wherein the vibration actuator is one of a voice coil motor, a piezoelectric motor, and a DC motor. 前記振動アセンブリは、前記振動アクチュエータと電気的に通信し、前記振動アクチュエータ上の前記負荷の電気的および機械的表示のうちの少なくとも1つを検出するように構成された振動負荷センサを含み、前記振動負荷センサは、(a)シャント抵抗器および増幅器、(b)LVDTセンサ、ならびに(c)前記振動アクチュエータ、のうちの1つである、請求項1に記載の装置。 the vibration assembly includes a vibration load sensor in electrical communication with the vibration actuator and configured to detect at least one of an electrical and mechanical representation of the load on the vibration actuator; 2. The apparatus of claim 1, wherein the vibration load sensor is one of (a) a shunt resistor and amplifier, (b) an LVDT sensor, and (c) the vibration actuator. 前記振動アセンブリは、前記振動アクチュエータと電気的に通信し、(a)前記振動負荷センサからの電気的および機械的表示のうちの前記少なくとも1つから前記振動負荷を決定すること、および(b)前記振動負荷を示す前記信号を前記制御部および前記伸張アセンブリのうちの1つに送信すること、のうちの少なくとも1つを行うように構成される振動負荷制御を含む、請求項6に記載の装置。 The vibration assembly is in electrical communication with the vibration actuator to (a) determine the vibration load from the at least one of electrical and mechanical indications from the vibration load sensor; and (b). 7. The vibratory load control of claim 6, comprising a vibratory load control configured to at least one of: send the signal indicative of the vibratory load to one of the controller and the extension assembly. Device. 前記伸張アセンブリは、前記制御部、前記プロセッサ、および前記振動アセンブリのうちの少なくとも1つと電気通信する伸張制御を含み、前記伸張制御は、(a)前記伸張アクチュエータの前記挿入負荷を決定し、(b)前記挿入負荷を示す前記信号を前記制御部、前記プロセッサ、および前記伸張アセンブリのうちの1つに送信する、ように構成されている、請求項1に記載の装置。 The extension assembly includes an extension control in electrical communication with at least one of the controller, the processor, and the vibration assembly, the extension control (a) determining the insertion load of the extension actuator; 2. The apparatus of claim 1, configured to b) transmit said signal indicative of said insertion load to one of said controller, said processor, and said extension assembly. 前記制御部および前記プロセッサの少なくとも一方は、(a)前記振動負荷および前記挿入負荷を示す前記信号を受信し、(b)前記振動負荷を示す前記信号を前記所定の振動値と比較し、前記振動負荷を示す前記信号が前記所定の振動値から逸脱するとき、前記挿入速度を変更するために前記伸張アクチュエータに動作挿入命令を提供し、(c)前記挿入負荷を示す前記信号を前記所定の挿入値と比較し、前記挿入負荷を示す前記信号が前記所定の挿入値から逸脱するとき、前記振動を変更するように前記振動アクチュエータに動作振動命令を提供する、ように構成されている、請求項1に記載の装置。 At least one of the controller and the processor (a) receives the signal indicative of the vibration load and the insertion load; (b) compares the signal indicative of the vibration load to the predetermined vibration value; (c) providing a motion insertion command to the extension actuator to alter the insertion speed when the signal indicative of the vibration load deviates from the predetermined vibration value; compared to an insertion value and providing an operating vibration command to the vibration actuator to modify the vibration when the signal indicative of the insertion load deviates from the predetermined insertion value. Item 1. The device according to item 1. 前記振動アセンブリおよび前記伸張アセンブリを支持する位置決め装置をさらに備え、前記装置は、前記位置決め装置の外部に配置され、前記制御部と電気的に通信する表面近接センサをさらに備え、前記表面近接センサは、前記位置決め装置と組織の表面との接触を検出し、検出された接触の信号を前記制御部に提供するように構成される、請求項1に記載の装置。 Further comprising a positioning device supporting the vibrating assembly and the tensioning assembly, the device further comprising a surface proximity sensor located external to the positioning device and in electrical communication with the controller, the surface proximity sensor comprising: , configured to detect contact between the positioning device and a tissue surface and provide a signal of detected contact to the controller. 貫通部材を組織に自動的に挿入する方法において、
検出器、振動アクチュエータ、および伸張アクチュエータを有する装置を提供するステップと、
前記貫通部材が挿入される組織内の標的部位を決定するステップと、
前記検出器によって前記標的部位の撮像データを取得するステップと、
前記撮像データに基づいて、前記貫通部材が選択された標的部位に到達するための少なくとも挿入距離の標的情報を決定するステップと、
前記標的情報に基づいて、前記振動アクチュエータに対する振動パラメータの動作命令と、前記伸張アクチュエータに対する挿入速度および挿入距離の動作命令と、を提供するステップと、
前記動作命令に従って、前記振動アクチュエータを作動させて振動を開始させ、前記伸張アクチュエータを作動させて前記貫通部材の前記組織への挿入を開始させるステップと、
前記振動アクチュエータの振動負荷と前記伸張アクチュエータの挿入負荷とを検出するステップと、
前記検出された振動負荷を所定の振動値と比較し、前記検出された挿入負荷を所定の伸張値と比較するステップと、
前記検出された振動負荷が前記所定の振動値から逸脱した場合、前記伸張アクチュエータの挿入速度を調整し、前記検出された挿入負荷が前記所定の伸張値から逸脱した場合、振動アクチュエータの振動を調整するステップと、
を含む、方法。
A method of automatically inserting a penetrating member into tissue comprising:
providing an apparatus having a detector, a vibration actuator, and a tension actuator;
determining a target site in tissue into which the penetrating member will be inserted;
acquiring imaging data of the target site with the detector;
determining target information of at least an insertion distance for the penetrating member to reach a selected target site based on the imaging data;
providing vibration parameter operating instructions for the vibration actuator and insertion speed and insertion distance operating instructions for the extension actuator based on the target information;
activating the vibration actuator to initiate vibration and activating the tension actuator to initiate insertion of the penetrating member into the tissue in accordance with the motion command;
detecting a vibration load of the vibration actuator and an insertion load of the extension actuator;
comparing the detected vibration load to a predetermined vibration value and comparing the detected insertion load to a predetermined extension value;
adjusting the insertion speed of the extension actuator if the detected vibration load deviates from the predetermined vibration value; and adjusting the vibration of the vibration actuator if the detected insertion load deviates from the predetermined extension value. and
A method, including
前記挿入速度を調整するステップは、(a)前記振動アクチュエータ上の前記検出された振動負荷が前記所定の振動値を超えて増加する場合に前記挿入速度を減少させることと、(b)前記振動アクチュエータ上の前記検出された振動負荷が前記所定の振動値を下回って減少した場合に前記挿入速度を増加させることと、のうちの1つをさらに含む、請求項11に記載の方法。 The step of adjusting the insertion speed includes (a) decreasing the insertion speed if the detected vibration load on the vibration actuator increases beyond the predetermined vibration value; and (b) the vibration. 12. The method of claim 11, further comprising one of: increasing the insertion speed when the detected vibration load on the actuator decreases below the predetermined vibration value. 前記所定の振動値は、前記振動アクチュエータの振幅のパーセンテージ量および電力消費のパーセンテージ量のうちの少なくとも1つである、請求項12に記載の方法。 13. The method of claim 12, wherein the predetermined vibration value is at least one of a percentage amount of amplitude and a percentage amount of power consumption of the vibration actuator. 前記所定の振動値は、30%の振幅および50%の電力消費のうちの少なくとも1つである、請求項13に記載の方法。 14. The method of claim 13, wherein the predetermined vibration value is at least one of 30% amplitude and 50% power consumption. 前記振動を調整するステップは、(a)前記伸張アクチュエータの前記検出された挿入負荷が前記所定の伸張値を下回って減少したときに、前記振動アクチュエータの出力、振幅、および周波数のいずれかを増加させるステップと、(b)前記伸張アクチュエータの前記検出された挿入負荷が前記所定の伸張値を下回って増加した場合、前記振動アクチュエータの出力、振幅、および周波数のいずれかを減少させるステップと、のうちの1つをさらに含む、請求項11に記載の方法。 The step of adjusting the vibration comprises: (a) increasing any of the output, amplitude, and frequency of the vibration actuator when the detected insertion load of the extension actuator decreases below the predetermined extension value; (b) if the detected insertion load of the extension actuator increases below the predetermined extension value, reducing any of the output, amplitude, and frequency of the vibration actuator; 12. The method of claim 11, further comprising one of: 前記所定の伸張値は、前記伸張アクチュエータの0.25倍、0.5倍、1.0倍、1.5倍、および2.0倍のうちの1つである、請求項15に記載の方法。 16. The method of claim 15, wherein the predetermined extension value is one of 0.25, 0.5, 1.0, 1.5, and 2.0 times the extension actuator. Method. 反復検出により、前記振動アクチュエータの前記振動負荷と前記伸張アクチュエータの前記挿入負荷とを監視するステップであって、前記検出された振動負荷および挿入負荷を、前記所定の振動値および前記所定の伸張値とそれぞれ比較するステップが、反復検出ごとに行われる、ステップ、をさらに含む、請求項11に記載の方法。 monitoring the vibration load of the vibration actuator and the insertion load of the extension actuator by repeated detection, wherein the detected vibration load and insertion load are combined with the predetermined vibration value and the predetermined extension value; 12. The method of claim 11, further comprising the step of comparing each to is performed for each iterative detection. (a)選択された標的に到達するために完全に所定の距離を移動することと、(b)前記貫通部材以外の構成要素による組織の表面との接触を検出することと、のいずれかが発生した時点で、前記貫通部材の挿入を停止するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。 either (a) moving a full predetermined distance to reach a selected target; or (b) detecting contact with a tissue surface by a component other than the penetrating member. 12. The method of claim 11, further comprising stopping insertion of the penetrating member when it occurs. 前記標的部位に到達したら、前記貫通部材を通してガイドワイヤを挿入するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。 12. The method of claim 11, further comprising inserting a guidewire through the penetrating member once the target site is reached. 前記貫通部材を前記位置決め装置から切り離すステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
12. The method of claim 11, further comprising disconnecting the penetrating member from the positioning device.
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