JP2023525475A - 同軸上に位置合わせされたロボット操縦可能なガイドワイヤにおける多自由度の屈曲および屈曲長さを制御するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

ガイドワイヤ制御システムおよび方法。屈曲セグメントの屈曲角度および長さを同時にかつ独立して制御することができ、それによって、その遠位屈曲セグメントにおいて「リーダ追従」動作を実行する、同軸上に位置合わせされたテンドン駆動式の操縦可能ガイドワイヤロボット。【選択図】図１

Description

（関連出願との相互参照）
本願は、２０２０年４月２１日に出願された米国仮特許出願第６３／０１３，４２５号の、米国特許法第１１９条（ｅ）の下での利益を主張するものであり、その全体が本明細書に記載されているかのように、参照により本明細書に組み込まれる。

（連邦政府が後援する研究または開発に関する声明）
本発明は、米国国立衛生研究所によって授与された助成金番号Ｒ０１ＨＬ１４４７１４の下で米国政府の後援を受けてなされた。米国政府は、本発明において一定の権利を有する。

（共同研究契約の当事者の名前）
該当なし

（配列表）
該当なし

（発明者または共同発明者による先行開示に関する声明）
該当なし

（発明の属する技術分野）
本開示は、概して、ガイドワイヤ制御のシステムおよび方法に関し、具体的には、同軸上に位置合わせされたロボット操縦可能なガイドワイヤにおける多自由度の屈曲および屈曲長さを制御するためのシステムおよび方法に関する。

慢性心疾患、脳卒中、または高血圧などの心血管疾患（ＣＶＤ）は、米国における死因の上位１０位に含まれ、２０１４年には約３３００億ドルの直接的および間接的費用が計上されている。ほとんどのＣＶＤの低侵襲治療は、臨床医がガイドワイヤを患者の血管系における適切な位置から挿入し、閉塞された（または罹患した）血管内に誘導することから始まる。末梢動脈疾患（ＰＡＤ）を治療するためのほとんどの処置では、執刀医は、ガイドワイヤ上に乗る種々のカテーテルを使用する必要がある。これらのカテーテルは、マイクロドリルのようなアテローム切除術を実施するためのツール、または薬物送達ユニット（薬物コーティングされたバルーンの形態で）を備えており、動脈へのさらなる沈着を防止することに役立ちうる。

ガイドワイヤは受動ワイヤであり、典型的には、ニチノールで作製され、０．３５５６ｍｍ～０．８８９ｍｍの直径（典型的なワイヤは、０．３５５６ｍｍ～０．４５７２ｍｍの範囲内であるか、または一般に０．０１４インチ～０．０１８インチガイドワイヤと呼ばれる）、および介入経路に応じて５０ｃｍ～２６０ｃｍの長さを有する。ガイドワイヤが閉塞された血管系に誘導されると、臨床医は、閉塞を解消するのに役立つ種々のカテーテル用のキャリアとしてワイヤを使用することができる。

医師は、リアルタイム蛍光透視画像上でその動きを観察しながら、ワイヤ基部の近位挿入、後退、および回転（臨床医が遠位先端を制御するために利用可能な唯一の自由度（Ｄｅｇｒｅｅｓ－ｏｆ－Ｆｒｅｅｄｏｍ（ＤｏＦ））によって、ガイドワイヤを標的動脈まで手動で操作する。２次元視覚フィードバック下において、ガイドワイヤの先端をそのように器用に誘導することは困難であり、時間もかかり、かなりの経験も必要とする。さらに、屈曲角形成、血管の捻じれ、または血管の石灰化により、ガイドワイヤの制御が困難となり得、ガイドワイヤの捩れおよび破損に繋がり得る。

ワイヤを、異なる剛性／曲率を有する代替のガイドワイヤに変更することは可能であるが、複数の組のガイドワイヤが必要となり、ガイドワイヤを繰り返し交換することは血管の外傷を引き起こす可能性がある。手動での誘導におけるこうした困難は、患者、臨床医、及び手術室スタッフの処置時間および放射線被曝の増加にも繋がる。

従来の操縦可能なガイドワイヤおよびマイクロカテーテルには限界がある。ワイヤの直径サイズの制約に起因して、ワイヤの大部分は、手動で作動するか、または例えば、磁気源を使用して外部から自動的に／ロボットにより作動するか、またはテンドン駆動される。磁気作動のために必要とされるセットアップは嵩張り、蛍光透視法および磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）等の撮像モダリティに干渉し得る。テンドン駆動設計においては、ガイドワイヤは固定された継手（ｊｏｉｎｔ）長さを有し、いかなる種類の「リーダ追従」動作も行わないため、ガイドワイヤが蛇行した解剖学的経路内を進むことが困難となる。

リーダ追従動作を実施するために、従来のテンドン駆動による連続体ロボットは、伸長可能な屈曲部を有する。しかしながら、伸長可能な長さの範囲が限られているため、理想的なリーダ追従動作を行うことが困難であり、その寸法／複雑さにより、ガイドワイヤでの用途では実現不可能である。

同心管アセンブリ等の従来の機構では、ロボットの曲率および屈曲角度を継手長さの増加に合わせて変更できるが、モデル化が複雑となり、また、動作中に１つの最小エネルギー状態から別の最小エネルギー状態への、ロボットの「スナッピング」をもたらす複数の最小エネルギー状態の存在によって生じる不安定性を伴うため、患者への不慮の外傷をもたらし得る。

これらの問題を回避する革新的な方法の１つは、複数の管状要素の個々においてノッチ構造を導入することである。

しかしながら、従来の全ての設計において、システムの継手長さと屈曲角度との組み合わせは保持され、すなわち、これらのシステムの屈曲長さおよび屈曲角度は、個々に制御することができない。

したがって、従来のシステムおよび方法の制限を克服するガイドワイヤ制御のシステムおよび方法を提供するために、技術革新が必要とされる。したがって、本発明の焦点の１つは、屈曲セグメントの屈曲角度および長さを同時にかつ独立して制御することができ、それによって、その遠位屈曲セグメントにおいて「リーダ追従」動作を実行する、同軸上に位置合わせされたテンドン駆動式の操縦可能ガイドワイヤロボットを提供することである。

簡単に説明すると、本発明の例示的な実施形態によれば、血管系用のサイズであり、遠位端の可変曲率および独立して制御される屈曲長さを提供する、革新的な同軸上に位置合わせされた操縦可能なガイドワイヤのシステムおよび方法が提供される。いくつかの例示的な実施形態では、本発明は手動で作動し、他の実施形態では、自動／ロボット制御により作動する。

本発明の例示的な実施形態では、ロボットシステムは、同軸上に位置合わせされた３つの中空体または管を備え、単一のテンドンがロボットの長さに沿って中心を通って延びる。上記のテンドンは超弾性ワイヤを含む。超弾性材料には、最大約１０％の歪みまで可逆的に変形することができる任意の材料を含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態では、本発明の種々の構成要素は、ニチノールからなることができる。しかしながら、本発明の種々の構成要素は、任意の材料から構成されることができ、生体環境において使用される場合、材料は、生体適合性金属、生体適合性合金、生体適合性プラスチック、または生体適合性コーティングを備える材料等を含むが、それらに限定されない、必ずしも超弾性ではない生体適合性材料を含むことができることを理解されたい。他の生体適合性材料としては、例えば、チタンまたはステンレス鋼などが挙げられるが、これらの材料に限定されない。例示的な実施形態では、外側管状要素は、ロボットの様々なセグメントにおけるテンドン駆動屈曲を可能にする微細加工されたニチノールから作製され、それによって、屈曲曲率が可変となり、内側ステンレス鋼管によりロボットの屈曲長さが制御される。アセンブリ全体における挿入および後退により、管およびテンドンの相対位置を変化させることによって、種々の継手長さおよび曲率を達成することができ、これにより追従リーダ動作が可能となる。また、コントローラにより、ロボットの遠位先端が制御される。

ロボットアセンブリ全体は、マイクロスケールの、操縦可能なロボットガイドワイヤとして使用するのに適した範囲の全外径へと小型化することができる。上記のガイドワイヤは、最小限の相互作用と血管壁からの支持により、様々な曲率の複雑な脈管構造において、その遠位端を前進させることができる。本発明は、ガイドワイヤ誘導システムを用いて血管への介入処置を実施することができ、したがって、代替ガイドワイヤへの交換を回避し、それにより、手術時間および労力を大幅に低減する。いくつかの実施形態では、例えば、ガイドワイヤが動脈を通して使用される場合、当該ガイドワイヤの先端は、約０．１ｍｍ～約０．９ｍｍの幅を有することができる。いくつかの実施形態では、当該ガイドワイヤの先端の幅は、約０．３、約０．３３ｍｍ、約０．３５ｍｍ、約０．４ｍｍ、約０．４５ｍｍ、約０．５０ｍｍ、約０．５５ｍｍ、約０．６０ｍｍ、約０．６５ｍｍ、約０．７ｍｍ、約０．７５ｍｍ、約０．７８ｍｍ、約０．８ｍｍ、約０．８５ｍｍ、約０．８８、約０．８９ｍｍ、または約０．９ｍｍであってもよい。いくつかの実施形態において、上記のガイドワイヤの幅は、約０．３１ｍｍ～約０．３４ｍｍ、約０．３６ｍｍ～約０．３９ｍｍ、約０．４１ｍｍ～約０．４４ｍｍ、約０．４６ｍｍ～約０．４９ｍｍ、約０．５１ｍｍ～約０．５４ｍｍ、約０．５６ｍｍ～約０．５９ｍｍ、約０．６１ｍｍ～約０．６４ｍｍ、約０．６６ｍｍ～約０．６９ｍｍ、約０．７１ｍｍ～約０．７４ｍｍ、約０．７６ｍｍ～約０．７９ｍｍ、約０．８１ｍｍ～約０．８４ｍｍ、または約０．８６ｍｍ～約０．８９ｍｍであってもよい。ある実施形態では、上記のガイドワイヤの先端は、約１．０ｍｍを上回る幅を有することができる。例えば、小児神経外科では、約２．０ｍｍの幅を有する内視鏡ツールを使用することができる。

本発明の別の例示的な実施形態では、ロボット操縦可能なガイドワイヤシステムは、同軸上に位置合わせされた複数の管状要素と、当該複数の管状要素の１つに接続されたテンドンとを備える経路提供ガイドであって、近位部分と遠位部分とを有し、ガイドワイヤの遠位端を目標位置に配置するように構成された経路提供ガイドと、当該経路提供ガイドに動作可能に接続され、当該複数の管状要素における軸方向の相対的な位置合わせを制御すること、横方向の（ｌａｔｅｒａｌ）相対的な位置合わせを制御すること、および回転方向の相対的な位置合わせを制御すること、ならびに当該テンドンのストロークを制御することの１つ以上行うように構成された制御部とを備え、当該経路提供ガイドおよび制御部は、協働して、同時かつ独立して、当該経路提供ガイドの遠位部分の曲率を制御し、当該経路提供ガイドの遠位部分の弧長を制御するように構成される。

本発明の１つの発明的特徴は、上記の経路提供ガイドの長さに沿って剛性／追従性を調節できることであり、概して、その近位端から遠位端にかけてより剛性が低くなり、遠位端において、曲率および屈曲長さの両方に対しての革新的な制御を提供する。これは、多くの方法において実施することができる。上記の経路提供ガイドにおける様々なセグメントは、その長さに沿って比較的均一な剛性を有することができ、剛性は、それらのセグメントを介して個別の「ステップ」で当該経路提供ガイドの長さにわたって調整可能である。剛性はまた、１つまたは複数の管状要素上／内における種々のタイプの剛性特徴部によって制御することができる。例えば、管状要素の壁厚は、その長さに沿って変更することができ、それにより、セグメントの長さに沿って、したがって上記の経路提供ガイドの長さに沿って、変化する剛性プロファイルを提供することができる。上記の剛性プロファイルは、様々な他の機構、例えば、断面プロファイルの変化、セグメントの材料構成の変化、第１の剛性を有する第１の材料（材料の混合物）、および第２の剛性を有する第２の材料（材料の混合物）を含む上記の経路提供ガイド／セグメントの別の部分によって変化させることができる。別の例示的な実施形態では、剛性特徴部は、管状要素の長さの一部に沿ったノッチ／ノッチの組を含むことができる。それらのノッチの組は、同じ長さ、または異なる長さを有することができる。

上記の同軸上に位置合わせされた管状要素は、内側チャネルを有する内側管状要素と、その長さの少なくとも一部に沿ってノッチの組を備える剛性特徴部を有する中間管状要素と、その長さの少なくとも一部に沿ってノッチの組を備える剛性特徴部を有する外側管状要素とを含むことができ、当該複数の管状要素はそれぞれ、ガイドワイヤが内側管状要素の内側チャネル内で回転方向および横方向に変位可能であり、内側管状要素が中間管状要素内で回転方向および横方向に変位可能であり、中間管状要素が外側管状要素内で回転方向および横方向に変位可能であるような、適切な断面寸法を有する。

上記ノッチの両組の相互作用は、経路提供ガイドの剛性を長さに沿って変化させるのに有用であり、概して、近位端から遠位端にかけて剛性が低くなり、遠位端において、曲率および屈曲長さの両方に対する革新的な制御が提供される。上記ノッチの両組は、同じ長さ、または異なる長さを有することができる。上記の中間管状要素は、近位端から遠位端に画定される長さを有することができ、そのノッチの組は、当該中間管状要素の中間位置から始まり、遠位端まで延在する。

上記の外側管状要素は、近位端から遠位端に画定される長さを有することができ、そのノッチの組は、当該外側管状要素の中間位置から始まり、遠位端まで延在する。

上記の外側管状要素のノッチの組の長さは、上記の中間管状要素のノッチの組の長さと同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、例示的な実施形態では、上記の外側管状要素のノッチの組の長さは、上記の中間管状要素のノッチの組の長さよりも長い。

上記の外側管状要素のノッチの組は、上記の中間管状要素のノッチの組と同じ位相を有するか、または位相差を有することができる。異なる位相を有することにより、上記の外側管状要素からの中間管状要素の動作上の独立性を容易にすることができ、例えば、当該中間管状要素が当該外側管状要素内で操作により回転可能かつ横方向に変位可能となる。

例えば、上記のノッチの両組は、５°、１０°、１５°、２０°、３５°、３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°、８５°、９０°、９５°、１００°、１０５°、１１０°、１１５°、１２０°、１２５°、１３０°、１３５°、１４０°、１４５°、１５０°、１５５°、１６０°、１６５°、１７０°、１７５°、または１８０°だけ互いにオフセットされ得る。いくつかの実施形態では、上記のノッチの両組は、１°～５°、６°～１０°、１１°～１５°、１６°～２０°、２１°～２５°、２６°～３０°、３０°～４５°、４５°～６０°、６０°～７５°、７５°～９０°、９０°～１００°、１００°～１２０°、１２０°～１３５°、１３５°～１５０°、１５０°～１６０°、１６０°～１７５°、または１７５°～１８０°だけ互いにオフセットされ得る。各々のノッチの組における位相も、それぞれ変化し得る。

個々のノッチは、任意の幾何学的形状であり得る。例示的な実施形態では、凹部は長方形であり得る。他の実施形態では、凹部は、例えば、正弦波形状又は三角形状であってもよい。いくつかの実施形態において、複数の凹部は、異なる形状であり得る。他の実施形態では、ノッチの組は、各々の組で異なる形状を有することができ（１つの組がある形状を有し、別の組が異なる形状を有する）、一方、単一の組におけるノッチの形状は異なり得る。例えば、単一の組のノッチにおいて、一部に矩形ノッチ、一部に正弦波ノッチ、一部に三角形ノッチがあってもよく、および／または単一の組のノッチのピッチが長さに沿って変化してもよい。本質的に、ノッチの形状は、要素の長さに沿って変化し得る。一実施形態では、凹部の形状は、長方形、正弦波形、半円形、または三角形からなる群から選択することができる。

上記ノッチの両組は、上記の中間管状要素および外側管状要素における一方向の非対称なノッチ接合部を形成することができる。非対称である複数のノッチは、デバイスの中立曲げ平面を、対称であるノッチで一般的に見られるデバイスの中心軸の下方とは対照的に、デバイスの外縁に向かってオフセットさせることができる複数のノッチとして説明することができる。ノッチの非対称パターンにより、上記のガイドワイヤの先端を、ノッチカットの平面内の１つの方向により長いモーメントアームで曲げることが可能となり、したがって、より広い範囲の運動が可能となる。

上記のガイドワイヤの先端は、幅および長さによって画定することができる。ノッチは、それぞれ、深さによって画定することができる。いくつかの実施形態では、それぞれのノッチの深さは、上記のガイドワイヤの先端部の幅の５０％より大きくすることができる。いくつかの実施形態では、それぞれのノッチの深さは、上記のガイドワイヤの先端部の幅の約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、約８０％、約８５％、約９０％、または約９５％であり得る。いくつかの実施形態では、それぞれのノッチの深さは、上記のガイドワイヤの先端部の幅の約５１％～約５４％、約５６％～約５９％、約６１％～約６４％、約６６％～約６９％、約７１％～約７４％、約７６％～約７９％、約８１％～約８４％、約８６％～約８９％、または約９１％～約９４％であり得る。他の実施形態では、それぞれのノッチの深さは、上記のガイドワイヤ先端の幅の５０％以下とすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、それぞれのノッチの深さは、上記のガイドワイヤの先端部の幅の約１０％、約１５％、約２０％、約２５％、約３０％、約３５％、約４０％、約４５％、または約５０％であり得る。いくつかの実施形態では、それぞれのノッチの深さは、上記のガイドワイヤの先端部の幅の約１１％～約１４％、約１６％～約１９％、約２１％～約２４％、約２６％～約２９％、約３１％～約３４％、約３６％～約３９％、約４１％～約４４％、または約４６％～約４９％であり得る。実際、いくつかの実施形態では、複数のノッチ内の全てのノッチが同じ深さを有する必要はなく、それぞれのノッチで深さが変化してもよい。一実施形態では、複数のノッチは、同じ場所に配置することができ、上記の管状要素の幅の５０％を超えない。他の実施形態では、複数のノッチは、同じ場所に配置することができ、上記の管状要素の幅の５０％を超えることができる。同じ場所に配置された複数のノッチを有する実施形態では、ノッチは、上記の管状要素本体の円周の約２５％であり得る。同じ場所に配置された複数のノッチを有する実施形態では、ノッチが同じ場所にあるため、上記の継手は両方の自由度で移動することができる。

上記の経路提供ガイドは、中間部分をさらに有することができ、当該経路提供ガイドにおいて、近位部分の剛性は、当該中間部分の剛性よりも大きく、当該中間部分の剛性は、遠位部分の剛性よりも大きい。

上記の経路提供ガイドの各部分の剛性は、上記の複数の管状要素における軸方向の相対的な位置合わせ、横方向の相対的な位置合わせ、および回転方向の相対的な位置合わせ、ならびに上記のテンドンのストロークによって制御可能であり、ここで、当該経路提供ガイドの近位部分が、上記の内側管状要素の第１の部分、ノッチの組を有さない上記の中間管状要素の第１の部分、およびノッチの組を有する上記の外側管状要素の、同軸上に位置合わせされた第１の部分を含む当該経路提供ガイドの長さに相当する部分であり、当該経路提供ガイドの中間部分は、当該内側管状要素の第２の部分、ノッチの組を有する当該中間管状要素の第２の部分、およびノッチの組を有する当該外側管状要素の、同軸上に位置合わせされた第２の部分を含む当該経路提供ガイドの長さに相当する部分であり、当該経路提供ガイドの遠位部分は、ノッチの組を有する当該中間管状要素の第３の部分、およびノッチの組を有する当該外側管状要素の、同軸上に位置合わせされた第３の部分を含む当該経路提供ガイドの長さに相当する部分である。

いくつかの実施形態では、本発明は、有益な追従性制御を提供するために遠位部分にのみ配置された、ガイドワイヤシステムの全体の一部である。すなわち、本発明は、最初から最後まで発明の特徴を組み込む必要はなく、むしろ別のデバイスの端部への「クイック接続」のようなものである。したがって、本発明は、従来のシステムに本発明の有益な能力を提供するために、従来のセットアップに「追加導入」することができる。

本発明の別の例示的な実施形態において、操縦可能なガイドワイヤシステムは、近位部分および遠位部分を備える経路提供ガイドであって、ガイドワイヤの遠位端を目的地に位置付けるように構成された経路提供ガイドと、当該経路提供ガイドに動作可能に接続された制御部とを備え、当該経路提供ガイドおよび制御部は、協働して、同時にかつ独立して、当該経路提供ガイドの遠位部分の曲率を制御し、当該経路提供ガイドの遠位部分の弧長を制御するように構成される。

上記の経路提供ガイドは、同軸上に位置合わせされた複数の管状要素と、それらの管状要素のうちの１つに接続されたテンドンとを備えることができ、上記の制御部は、それらの管状要素における軸方向の相対的な位置合わせを制御することと、横方向の相対的な位置合わせを制御することと、および回転方向の相対的な位置合わせを制御することと、上記のテンドンのストロークを制御することとのうちの１つまたは複数を行うように構成することができる。

上記の経路提供ガイドの近位部分の剛性は、その遠位部分の剛性よりも大きくすることができる。

本発明の別の例示的な実施形態では、ロボット操縦可能なガイドワイヤシステムは、少なくとも３つの管状要素、すなわち、内側チャネルを有する内側管状要素と、その長さの少なくとも一部に沿って剛性特徴部を有する第１の中間管状要素と、その長さの少なくとも一部に沿って剛性特徴部を有する第２の中間管状要素（および潜在的に他の中間管状要素）と、その長さの少なくとも一部に沿って剛性特徴部を有する外側管状要素とを備える経路提供ガイドを備える。上述したように、この実施形態では、上記の経路提供ガイドは、多数の中間管状要素を含むことができる。

制御モジュールは、上記の経路提供ガイドに動作可能に接続され、当該制御モジュールは、上記の第１の中間管状要素に対する上記の内側管状要素の相対位置を横方向に変位させ、上記の外側中間管状要素に対する当該第１の中間管状要素の相対位置を回転方向に変位させ、当該第１の中間管状要素に対する当該外側管状要素の相対位置を横方向に変位させるように構成され、それらの管状要素の変位のうちの１つまたは複数により、当該経路提供ガイドの長さに沿って少なくとも３つの剛性域がもたらされ、近位域は中間域よりも大きい剛性を有し、当該中間域は遠位域よりも大きい剛性を有し、ガイドワイヤは、当該経路提供ガイドの長さを横断し、当該経路提供ガイドの遠位域の可変可撓性および弧長を介して目的地に方向付けられるように動作可能に構成可能である。

本発明の別の例示的な実施形態では、ガイドワイヤの先端を蛇行経路に沿って目的地まで操作する方法は、当該ガイドウェイの先端が出るように構成された遠位部分を有する経路提供ガイドを通して当該ガイドワイヤを送り込むステップと、蛇行経路に沿って、当該経路提供ガイドの遠位部分の曲率、および遠位部分の弧長を同時に独立して制御するステップとを含む。

上記の経路提供ガイドは、同軸上に位置合わせされた複数の管状要素と、それらの管状要素のうちの１つに接続されたテンドンとを含むことができ、上記の同時にかつ独立して制御することは、それらの管状要素における軸方向の相対的な位置合わせを制御すること、横方向の相対的な位置合わせを制御すること、および回転方向の相対的な位置合わせを制御すること、ならびに当該テンドンのストロークを制御することのうちの１つまたは複数を含むことができる。

特許請求される発明の、これらの、および他の態様、特徴、および利点は、以下の図面と併せて解釈される好ましい実施形態および態様の以下の詳細な説明から明らかになるが、本開示の新規概念の趣旨および範囲から逸脱することなく、それらに対する変形および修正が行われてもよい。

開示される技術の実装形態、特徴、および態様は、本明細書で詳細に説明され、特許請求される開示される技術の一部と見なされる。他の実装形態、特徴、および態様は、以下の詳細な説明、添付の図面、および特許請求の範囲を参照して理解することができる。可能な限り、同じ参照番号が、実施形態の同じまたは同様の要素を指すために図面全体を通して使用される。ここで、必ずしも縮尺通りに描かれていない添付の図面およびフロー図を参照する。

図１は、例示的な実施形態による、例示的なコンピュータシステムアーキテクチャ１００のブロック図である。 図２は、テンドンおよび複数の同軸管状要素を制御するために使用される様々な管状要素および作動モジュールを示す、例示的な実施形態による本発明の概略図である。 図３は、例示的な実施形態による、経路提供ガイドのセグメントおよび部分を示す概略図である。 図４Ａは、テンドンストロークＸ_１および継手長さＸ_２の制御が可変曲率を可能にすることを示す。図４Ｂは、作動モジュールＸ_４を前進させながら、Ｘ_１およびＸ_２を制御することが、リーダ追従動作を可能にすることを図示する。図４Ｃは、血管蛇行の位置で曲率を保持しながら、外側管状要素を個別にＸ_３だけ前進させて、標的脈管構造内にさらに進入させることを示す。 図５Ａは、例示的な実施形態による同軸管および寸法を示す。図５Ｂは、例示的な実施形態による、ガイドワイヤを制御するための個々のリニアモータを示す作動段階を示す。 図６Ａから図６Ｃは、異なる弧長Ｘ_２で様々な曲率を達成する、例示的な実施形態による本発明の実証を示す。 図７は、例示的な実施形態による、屈曲継手の概略図およびノッチの断面図を図示する。 図８は、直線構成における同軸管構造の幾何形状を示す。 図９は、曲率κ＝１／δにおける同軸管構造の幾何形状を示す。 図１０は、ニチノール製テンドンの応力－歪み曲線のグラフである。 図１１は、Ｘ_２のいくつかの値について、以下に説明されるκ－Ｘ_１の関係を示すグラフである。 図１２は、例示的な実施形態による本ロボットの３つのセグメントの断面を、慣性値を有する各セグメントの概略図とともに示す。 図１３は、様々な中間および外側管の深さに対する結合推定値κ_ｔｏｔを（各々の管の外径の百分率で）示すグラフである。 図１４は、後述するκ－Ｆ_ｔの関係の実験結果を示すグラフである。 図１５Ａ、図１５Ｂ、および図１５Ｃは、様々な深さの中間管および外側管を有する３つのサンプルを示し、屈曲セグメントと非屈曲セグメントとの間の様々な結合の実証を示す。 図１６は、例示的な実施形態による本ロボットの３つのセグメントの断面を、慣性値を有する各セグメントの概略図とともに示す。 図１７Ａは、自由空間内における所与の基準経路に対するガイドワイヤのリーダ追従動作を示す。図１７Ｂは、δ＝２２．２ｍｍでのリーダ追従動作の実演を示す。 図１８Ａは、ガイドワイヤが、直線経路の分岐点まで前進させられることを示す。図１８Ｂから図１８Ｄは、Ｘ_ｒｅｆが与えられた場合に、ガイドワイヤが、分岐点のチャネルのいずれかに沿って前進可能であることを示す。ドットは、ガイドワイヤの先端を示す。 図１９Ａから図１９Ｄは、血管分岐部を正常に横断した（δ＝１７．２ｍｍ）後の内側管上での外側管の前進を示す。

本開示の好ましい例示的な実施形態が詳細に説明されるが、他の例示的な実施形態が企図されることを理解されたい。したがって、本開示は、その範囲において、以下の説明に記載されるか、または図面に示される構成要素の構造および配置の詳細に限定されるものではない。本開示は、他の例示的な実施形態が可能であり、様々な方法で実施または実行することが可能である。また、好ましい例示的な実施形態を説明する際に、明確にするために特定の用語が用いられる。

本明細書および添付の特許請求の範囲において使用される場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明らかに別のことを示さない限り、複数の指示対象を含む。

また、好ましい例示的な実施形態を説明する際に、明確にするために用語が用いられる。各用語は、当業者によって理解されるような最も広い意味を企図し、同様の目的を達成するために同様の方法で動作する全ての技術的等価物を含むことが意図される。

範囲は、本明細書において、「約」もしくは「およそ」１つの特定の値から、および／または「約」もしくは「およそ」別の特定の値までとして表すことができる。そのような範囲が表現される場合、別の例示的な実施形態は、１つの特定の値から、および／または他の特定の値までを含む。

「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」などの用語を使用することは、少なくとも指定された化合物、要素、粒子、または方法ステップが組成物または物品または方法中に存在するが、他のそのような化合物、材料、粒子、方法ステップが指定されたものと同じ機能を有する場合であっても、他の化合物、材料、粒子、方法ステップの存在を排除しないことを意味する。

１つまたは複数の方法ステップを言及することは、明示的に特定されたそれらのステップにおける追加の方法ステップまたは介在する方法ステップの存在を排除しない。同様に、デバイスまたはシステムにおける１つまたは複数の構成要素を言及することは、明示的に識別された構成要素間における追加の構成要素または介在構成要素の存在を排除しないことも理解されたい。

開示される技術の態様は、図１のコンピューティングデバイスアーキテクチャ１００に示される構成要素のうちの少なくともいくつかを使用して実行され得る。示されるように、コンピューティングデバイスアーキテクチャは、コンピュータ命令が処理される中央処理ユニット（ＣＰＵ）１０２と、通信インターフェースとして作用し、ビデオ、グラフィックス、画像、およびテキストをディスプレイ上にレンダリングするための機能を提供するディスプレイインターフェース１０４とを含む。開示される技術のいくつかの例示的な実施形態では、ディスプレイインターフェース１０４は、モバイルコンピューティングデバイスに関連付けられたタッチスクリーンディスプレイなどのローカルディスプレイに直接接続され得る。別の例示的な実施形態では、ディスプレイインターフェース１０４は、モバイルコンピューティングデバイスに必ずしも物理的に接続されない外部／遠隔ディスプレイのためのデータ、画像、および他の情報を提供するように構成され得る。例えば、デスクトップモニタは、モバイルコンピューティングデバイス上に提示されるグラフィックスおよび他の情報をミラーリングするために利用され得る。いくつかの例示的な実施形態では、ディスプレイインターフェース１０４は、たとえば、Ｗｉ－Ｆｉチャネルまたは他の利用可能なネットワーク接続インターフェース１１２を介して外部／遠隔ディスプレイと無線通信し得る。

例示的な実施形態では、ネットワーク接続インターフェース１１２は、通信インターフェースとして構成されてよく、ビデオ、グラフィックス、画像、テキスト、他の情報、またはそれらの任意の組合せをディスプレイ上にレンダリングするための機能を提供してよい。一例では、通信インターフェースは、シリアルポート、パラレルポート、汎用入出力（ＧＰＩＯ）ポート、ゲームポート、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、マイクロＵＳＢポート、高精細度マルチメディア（ＨＤＭＩ）ポート、ビデオポート、オーディオポート、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈポート、近距離通信（ＮＦＣ）ポート、別の同様の通信インターフェース、またはそれらの任意の組合せを含み得る。一例では、ディスプレイインターフェース１０４は、モバイルデバイスに関連付けられたタッチスクリーンディスプレイなどのローカルディスプレイに動作可能に結合され得る。別の例では、ディスプレイインターフェース１０４は、モバイルコンピューティングデバイスに必ずしも接続されない外部／遠隔ディスプレイのために、ビデオ、グラフィックス、画像、テキスト、他の情報、またはそれらの任意の組合せを提供するように構成され得る。一例では、デスクトップモニタは、モバイルデバイス上に提示され得るグラフィカル情報をミラーリングまたは拡張するために利用され得る。別の実施例では、ディスプレイインターフェース１０４は、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ送受信機等のネットワーク接続インターフェース１１２を介して、外部／遠隔ディスプレイに無線通信してもよい。

コンピューティングデバイスアーキテクチャ１００は、キーボードへの通信インターフェースを提供するキーボードインターフェース１０６を含んでもよい。例示的な一実施形態では、コンピューティングデバイスアーキテクチャ１００は、存在感知ディスプレイ１０７に接続するための存在感知ディスプレイインターフェース１０８を含み得る。開示される技術のいくつかの例示的な実施形態によれば、存在感知ディスプレイインターフェース１０８は、ディスプレイに関連付けられても関連付けられなくてもよいポインティングデバイス、タッチスクリーン、深度カメラなどの様々なデバイスへの通信インターフェースを提供することができる。

コンピューティングデバイスアーキテクチャ１００は、入力／出力インターフェース（たとえば、キーボードインターフェース１０６、ディスプレイインターフェース１０４、存在感知ディスプレイインターフェース１０８、ネットワーク接続インターフェース１１２、カメラインターフェース１１４、サウンドインターフェース１１６など）のうちの１つまたは複数を介して入力デバイスを使用して、ユーザがコンピューティングデバイスアーキテクチャ１００に情報を取り込むことを可能にするように構成され得る。入力デバイスは、マウス、トラックボール、方向パッド、トラックパッド、タッチ確認式トラックパッド、存在感知式トラックパッド、存在感知式ディスプレイ、スクロールホイール、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、ウェブカメラ、マイクロフォン、センサ、スマートカードなどを含み得る。加えて、入力デバイスは、コンピューティングデバイスアーキテクチャ１００と統合されてもよく、または別個のデバイスであってもよい。例えば、入力デバイスは、加速度計、磁力計、デジタルカメラ、マイクロフォン、および光センサであってもよい。

コンピューティングデバイスアーキテクチャ１００の例示的な実施形態は、アンテナへの通信インターフェースを提供するアンテナインターフェース１１０と、ネットワークへの通信インターフェースを提供するネットワーク接続インターフェース１１２とを含み得る。上述のように、ディスプレイインターフェース１０４は、ネットワーク接続インターフェース１１２と通信して、例えば、システムに直接接続されていない、または取り付けられていない遠隔ディスプレイ上に表示するための情報を提供することができる。いくつかの実施形態では、通信インターフェースとして働き、カメラからデジタル画像をキャプチャするための機能を提供するカメラインターフェース１１４が提供される。いくつかの実施形態では、サウンドインターフェース１１６は、マイクロフォンを使用して音を電気信号に変換し、スピーカーを使用して、その電気信号を音に変換するための通信インターフェースとして提供される。

例示的な実施形態によれば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１１８が設けられ、コンピュータ命令およびデータは、ＣＰＵ１０２による処理のために揮発性メモリデバイスに記憶され得る。例示的な実施形態によれば、コンピューティングデバイスアーキテクチャ１００は、基本入出力（Ｉ／Ｏ）、スタートアップ、またはキーボードからのキーストロークの受信などの基本システム機能のための不変の低レベルシステムコードまたはデータが不揮発性メモリデバイスに記憶される、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）１２０を含む。例示的な実施形態によれば、コンピューティングデバイスアーキテクチャ１００は、記憶媒体１２２または他の適切なタイプのメモリ（たとえば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、プログラマブル読取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、磁気ディスク、光ディスク、フロッピーディスク、ハードディスク、リムーバブルカートリッジ、フラッシュドライブなど）を含み、ファイルは、オペレーティングシステム１２４、アプリケーションプログラム１２６（たとえば、ウェブブラウザアプリケーション、ウィジェットまたはガジェットエンジン、および／または、必要に応じて他のアプリケーションを含む）を含み、データファイル１２８が記憶される。例示的な実施形態によれば、コンピューティングデバイスアーキテクチャ１００は、適切な交流（ＡＣ）または直流（ＤＣ）を電動構成要素に供給する電源１３０を含む。

例示的な実装形態によれば、コンピューティングデバイスアーキテクチャ１００は、デバイス１００が電話ネットワークを介して音を送信および受信することを可能にする電話サブシステム１３２を含む。各構成装置とＣＰＵ１０２とは、バス１３４を介して通信を行う。

例示的な実施形態によれば、ＣＰＵ１０２は、コンピュータプロセッサとしての適切な構造を有する。１つの構成において、ＣＰＵ１０２は２つ以上の処理ユニットを含むことができる。ＲＡＭ１１８は、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、およびデバイスドライバなどのソフトウェアプログラムの実行中に、ＣＰＵ１０２へ対して迅速にＲＡＭストレージを提供するために、コンピュータバス１３４とインターフェース接続する。より具体的には、ＣＰＵ１０２は、ソフトウェアプログラムを実行するために、コンピュータ実行可能な処理ステップを、記憶媒体１２２または他の媒体から、ＲＡＭ１１８のフィールドにロードする。データはＲＡＭ１１８に記憶されてもよく、データは実行中にコンピュータＣＰＵ１０２によってアクセスされてもよい。１つの例示的な構成では、デバイスアーキテクチャ１００は、少なくとも９８ＭＢの容量のＲＡＭと、２５６ＭＢの容量のフラッシュメモリとを含む。

記憶媒体１２２自体は、独立ディスクの冗長アレイ（ＲＡＩＤ）、フロッピーディスクドライブ、フラッシュメモリ、ＵＳＢフラッシュドライブ、外部ハードディスクドライブ、サムドライブ、ペンドライブ、キードライブ、高密度デジタル多用途ディスク（ＨＤ－ＤＶＤ）光ディスクドライブ、内部ハードディスクドライブ、ブルーレイ光ディスクドライブ、またはホログラフィックデジタルデータストレージ（ＨＤＤＳ）光ディスクドライブ、外部ミニデュアルインラインメモリモジュール（ＤＩ ＭＭ）、シンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）、または外部マイクロＤＩ ＭＭ ＳＤＲＡＭなど、いくつかの物理ドライブユニットを含み得る。そのようなコンピュータ可読記憶媒体は、コンピューティングデバイスが、リムーバブルおよび非リムーバブルメモリ媒体上に記憶されたコンピュータ実行可能プロセスステップ、アプリケーションプログラムなどにアクセスして、デバイスからデータをダウンロードするか、またはデバイス上にデータをアップロードすることを可能にする。通信システムを利用するものなどのコンピュータプログラム製品は、機械可読記憶媒体を備え得る記憶媒体１２２において有形に具現化され得る。

例示的な一実施形態によれば、コンピューティングデバイスという用語は、本明細書で使用される場合、ＣＰＵであり得るか、またはＣＰＵ（たとえば、図１のＣＰＵ１０２）として概念化され得る。この例示的な実施形態では、ＣＰＵは、ディスプレイなどの１つまたは複数の周辺デバイスと結合、接続、および／または通信することができる。別の例示的な実装形態では、本明細書で使用されるコンピューティングデバイスという用語は、スマートフォン、タブレットコンピュータ、またはスマートウォッチなどのモバイルコンピューティングデバイスを指し得る。この例示的な実施形態では、コンピューティングデバイスは、そのローカルディスプレイおよび／またはスピーカーにコンテンツを出力することができる。別の例示的な実施形態では、コンピューティングデバイスは、ＴＶまたは外部コンピューティングシステムなどの外部ディスプレイデバイスに、（たとえば、Ｗｉ－Ｆｉを介して）コンテンツを出力することができる。

図２および図３に示されるように、ロボット操縦可能なガイドワイヤシステム２００は、近位部分２１２と遠位部分２１４とを備える経路提供ガイド２１０を備えることができ、経路提供ガイド２１０は、ガイドワイヤの遠位端を目標位置に配するように構成される。経路提供ガイド２１０は、セグメントＡ（ＳＡ）、セグメントＢ（ＳＢ）、およびセグメントＣ（ＳＣ）の連続したセグメント長さの組み合わされた長さとして、以下に説明され得る動作が可能な長さを有する。経路提供ガイド２１０の動作可能な長さはまた、非屈曲部分（ＮＢＰ）および屈曲部分（ＢＰ）の連続するセグメント長さの組み合わされた長さとして説明されてもよい。

制御部／作動モジュール３００は、経路提供ガイド２１０に動作可能に接続される。経路提供ガイド２１０および制御部３００は、協働して、同時にかつ独立して、経路提供ガイド２１０の遠位部分ＢＰの湾曲κ（の量）を制御し、経路提供ガイド２１０の遠位部分ＢＰの屈曲の利用可能な長さＳＡを制御するように構成される。

経路提供ガイド２１０は、同軸上に位置合わせされた複数の管状要素２２０と、それらの管状要素の１つに接続されたテンドン２２２とを備える。本明細書で使用される場合、「同軸」および／または「同軸上に位置合わせされた」は相対的な用語であって、要素における理想化された完全な軸方向の位置合わせを必要とするものではない。本発明は、伸縮性を発揮する位置合わせの範囲にわたって動作可能であり、これには管状要素の「入れ子」構成が含まれる。

「剛性（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）」および／または「堅い（ｓｔｉｆｆ／ｒｉｇｉｄ）という性質を有する」という用語は、「弾力性をもつ（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）」および／または「弾力性／可撓性があるという性質を有する」という用語のような、他の相対的な用語を使用して説明することができることも、当業者によって理解されるであろう。これらの相対的な用語を用いて、本発明の構成要素、例えば、長さに沿って剛性が増加する、または弾力性が減少する構成要素または構成要素の一部を、異なる方向から説明することができる。あるいは、より弾力性をもつとは、より低い剛性を有することを意味する。

制御部３００は、（１）管状要素２２０の軸方向の相対的な位置合わせ、および／または（２）１つの別の管状要素がさらに別の管状要素内でどのように中心的に位置合わせされるか、および／または（３）管状要素２２０の横方向の相対的な位置合わせ、および／または（４）別の管状要素に対する１つの管状要素の入れ子式配置または横方向への変位、および／または（５）管状要素２２０の回転方向の相対的な位置合わせ、および／または（６）テンドン２２２のストローク、を制御するように構成される。

管状要素２２０の軸方向の相対的な位置合わせの制御は、一方が他方の中にぴったり合うかどうかに依存する。例えば、最も内側の管状要素の外壁とその外側の管状要素の内壁との間の公差が無視できる場合、最も内側の管状要素が「中心からずれている」量は無視できる。あるいは、管状要素の直径間の差が断面において等しく卵形であるべきである場合、共通の回転軸から離して管状要素の軸方向の相対的な位置合わせをするために、より大きな公差が存在する。

管状要素２２０の横方向の相対的な位置合わせを制御することは、上記の公差にあまり依存しない。一方の管状要素が他方の管状要素に対して「摺動」できる限り、一方の管状要素が他方の管状要素に対して伸長または収縮し得る長さは、かなり容易に制御可能である。

管状要素２２０の回転方向の相対的な位置合わせを制御することで、経路提供ガイド２１０の遠位部分の剛性の微調整が可能となり、ガイドワイヤが平面外に（３次元で）移動することが可能となる。

管状要素２２０の回転方向の相対的な位置合わせを制御することは、管状要素の外側／内側の幾何学形状が異なる際において関連する。例えば、最も内側の管状要素が、その長さに沿って均一な円形断面を有し、均一な壁厚を有し、全体を通して同じ材料から構成される場合、および、その外側管状要素が、その長さに沿って、最も内側の管状要素を収容するのに十分な大きさの均一な円形断面を有し、均一な壁厚を有し、全体を通して同じ材料から構成される場合、それらの管状要素における回転方向の相対的な位置合わせは、任意の１つの管状要素の回転によって影響されない。それらの管状要素は、互いの回転条件に関して効果的な特徴を有さない。

しかしながら、１つの管状要素が回転対称性を有さない特徴の組を有する場合、１つの管状要素が別の管状要素に対してどれだけ回転するかは、それらの管状要素における関係に影響を及ぼす。

例示的な実施形態では、少なくとも１つの管状要素２２０は、経路提供ガイド２１０の近位部分ＮＢＰの剛性が経路提供ガイド２２０の遠位部分ＢＰの剛性よりも大きいことを可能にする剛性特徴部を有する。

管状要素２２０は、内側チャネルを有する内側管状要素２２４と、その長さの少なくとも一部に沿って剛性特徴部２３２を有する中間管状要素２２６と、その長さの少なくとも一部に沿って剛性特徴部２３４を有する外側管状要素２２８とを備えることができる。

管状要素２２４、２２６、２２８は、それぞれ、ガイドワイヤが内側管状要素２２４の内側チャネル内で回転方向および横方向に変位可能であり、内側管状要素２２４が中間管状要素２２６内で回転方向および横方向に変位可能であり、中間管状要素２２６が外側管状要素２２８内で回転方向および横方向に変位可能であるように、適切な断面寸法を有する。

中間管状要素２２６は、近位端から遠位端に画定された長さを有し、剛性特徴部２３２は、中間管状要素２２６の中間位置（ＳＢの近位端）から始まり、中間管状要素２２６の遠位端（ＳＡの遠位端）まで延在するノッチの組２４２を含み得る。

外側管状要素２２８は、近位端から遠位端に画定される長さを有し、剛性特徴部２３４は、外側管状要素２２８の中間位置（ＳＣの近位端）から始まり、外側管状要素２２８の遠位端（ＳＡの遠位端）まで延びるノッチの組２４４を含み得る。

示されるような外側管状要素２２８のノッチの組２４４の長さは、中間管状要素２２６のノッチの組２４２の長さよりも大きいが、ノッチの組の長さは変化し得る。

外側管状要素２２８のノッチの組２４４は、好ましくは、中間管状要素２２６のノッチの組２４２と位相差を有しており、これにより中間管状要素２２６が外側管状要素２２８の内／外で操作により回転可能かつ横方向に変位可能となる。ノッチの組の位相差は、１８０°であることが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。

ノッチの組２４２、２４４のいずれか、または両方は、様々なノッチ形状／パターン、例えば、中間管状要素２２６および外側管状要素２２８の一方向の非対称ノッチ継手を形成することができる。

テンドン２２２を制御することによる、管状要素２２４、２２６、２２８の入れ子式伸縮、剛性特徴部２３２、２３４の回転方向の相対的な位置合わせ、およびシステム２００の全体的な変位によって、ガイドワイヤが到達する範囲、およびガイドワイヤが弓状経路、例えば、血管系で誘導される能力の両方が画定される。システム２００は、概して、経路提供ガイド２１０の部分的な剛性を変更することによって、本発明の蛇行能力を具現化する。

当業者であれば、本発明は、２つ以上のテンドンおよび３つ以上の管状要素を含むことができ、追加の構成要素によって、蛇行経路を辿る範囲および能力を拡張することができることを理解するであろう。

さらに、管状要素のいずれもが、互いに同様の断面プロファイルを有することができないか、または、管状要素のいくつかが、もしくは、管状要素のすべてが、互いに同様の断面プロファイルを有することができ、実際、単一の管状要素でさえも、その長さに沿って均一な断面である必要はないことが、当業者によって理解されるであろう。複数の管状要素は、互いの内部／外部で摺動することができ、互いの内部または外部で回転することができ、１つの管状要素と別の管状要素とで異なる断面形状を有し、単一の管状要素の長さにわたって異なる断面形状および／または寸法を有する。

経路提供ガイド２１０の部分ＳＣの剛性は、経路提供ガイド２１０の部分ＳＢの剛性よりも大きい。経路提供ガイド２１０の部分ＳＢの剛性は、経路提供ガイド２１０の部分ＳＡの剛性よりも大きい。

経路提供ガイド２１０の各部分の剛性は、管状要素２２０の軸方向の相対的な位置合わせ、管状要素２２０の横方向の相対的な位置合わせ、管状要素２２６および管状要素２２８の回転方向の相対的な位置合わせ、ならびにテンドン２２２のストロークによって制御可能であり、ここで、経路提供ガイド２１０の部分ＳＣは、同軸上に位置合わせされた、内側管状要素２２４の第１の部分、中間管状要素２２６の第１の部分（ノッチの組を有さない）、および外側管状要素２２８の第１の部分（ノッチの組２４４を有する）を含む経路提供ガイドの長さの部分である。

経路提供ガイド２１０の部分ＳＢは、同軸上に位置合わせされた、内側管状要素２２４の第２の部分、中間管状要素２２６の第２の部分（ノッチの組２４２を有する）、および外側管状要素２２８の第２の部分（ノッチの組２４４を有する）を含む経路提供ガイド２１０の長さに相当する部分であり、内側管状要素２２４の第１の部分および第２の部分は、内側管状要素２２４の全長を含む。

経路提供ガイド２１０の部分ＢＰは、同軸上に位置合わせされた、中間管状要素２２６の第３の部分（ノッチの組２４２を有する）および外側管状要素２２８の第３の部分（ノッチの組２４４を有する）を含む経路提供ガイド２１０の長さに相当する部分である。

同軸の管状要素２２０により、本発明では、ガイドワイヤに必要とされるコンパクトな空間内において、制限されたＤｏＦを伴う「リーダ追従」動作が実行可能となる。例示的な実施形態では、内側管状要素２２４は、ステンレス鋼で作られ、内側チャネルを有する均一な円筒形断面を有する。例示的な実施形態では、中間管状要素２２６および外側管状要素２２８は、各々の管の長さの少なくとも一部に沿って微細加工されたノッチパターンを有するニチノール製の管である。

管状要素の各々は、互いの中でそれぞれ摺動することができるように適切な寸法を有する。中間管状要素および外側管状要素上におけるノッチの衝突／干渉を回避するために、ノッチには１８０°の位相差が設けられている。テンドン２２２は、内側管状要素２２４を通り、中間管状要素２２６の遠位端に接続されている。

各管状要素およびノッチパターンの相対位置に応じて、ＳＡでは、中間管状要素上のノッチパターンにより、断面二次モーメントが減少し、中立軸線がノッチのない側にシフトされる。これにより、このセグメントにおけるテンドンの追従性およびモーメントアームが増加する。しかしながら、ＳＢでは、ステンレス鋼製の内側管状要素を導入することにより、組み合わせられた構造の断面二次モーメントが増加し、剛性が有意的に増加し、このセグメントにおけるモーメントアームが減少する。最後に、外側管状要素２２８のみが、ＳＣにおけるノッチパターンを保持するため、このセグメントにおける剛性が増加する。

したがって、本発明は、示されるように、剛性が変化する３つのセグメントを有し、内側管状要素２２４の相対位置に応じて、屈曲部分ＢＰ（すなわち、ＳＡ）および非屈曲部分ＮＢＰ（すなわち、ＳＢおよびＳＣ）に大きく分類することができる。

図２を参照すると、制御部／作動モジュール３００は、経路提供ガイド２１０を駆動する。テンドン２２２ならびに内側管状要素２２４および外側管状要素２２８は、駆動装置３０２、３０４、３１２にそれぞれ接続されている。例示的な実施形態では、これらの駆動装置はリニアモータである。

当業者であれば、モータだけでなく、本発明の全ての要素が、特定の使用様式のために選択され得ることを理解するであろう。例えば、本発明が磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）環境において使用される場合、モータ、管状要素、およびテンドンには、ＭＲＩ環境において有害となる材料を回避すべきである。

選択される構成要素の種別を選択することによって、本発明の適応性がさらに高まる。リニアモータを使用することができるが、圧電モータ、ラックアンドピニオンを含む他の多くの変位機構も使用することができる。さらに、ステンレス鋼が内側管状要素に有用であったが、本明細書に開示される有益な可撓性／剛性を本発明に提供するために、他の材料を使用することができる。さらに、ニチノールは、中間管状要素および外側管状要素に対して有用であるが、ノッチのような堅い特性を具現化する、十分な弾性を有しており、しかも堅い他の材料は公知である。

中間管状要素２２６は、制御部／作動モジュール３００自体に固定され得るか、または中間管状要素２２６の回転を付与し得る駆動部３０８／ギア３１４アセンブリによって回転駆動され得る。当業者であれば、動作において考慮すべき事項は、中間管状要素２２６と外側管状要素２２８との相対回転であることを理解するであろう。したがって、代替的な構成においては、外側管状要素２２８は、決まった回転をする中間管状要素２２６とともに回転制御され得るか、または要素２２６、２２８の両方が回転制御され得る。

示されるように、作動モジュールは、５つの制御変数、すなわち、Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３、Ｘ_４、およびψを有し、それらの制御変数は、それぞれ、テンドンのストローク、内側要素と管状要素との相対距離、外側管状要素の変位、作動モジュールの変位、および中間管状要素の回転に対応する。

制御変数が与えられると、本発明では、Ｘ_１およびＸ_２により経路提供ガイド２１０（屈曲セグメントＡ）の遠位部分の曲率および弧長がそれぞれ制御されるので、幾何学的制約内において、任意の弧の形状を形成することができる（図４Ａ参照）。したがって、屈曲セグメントＡは、Ｘ_１およびＸ_２を制御すること、ならびに作動モジュールに変位Ｘ_４を供給することによって、曲率および弧長の関数である血管系の湾曲経路をたどることができる。これにより、血管壁からの受動的な支持なしに、湾曲経路（図４Ｂ参照）に沿った誘導中の追従リーダ動作が可能となる。

外側管状要素２２８は、湾曲した中間管状要素２２６（図４Ｃ参照）に沿ってスライドし、さらに進むことができる。中間管状要素２２６によって、湾曲経路の位置における曲率を保持しながら、外側管状要素２２８が、導入器シースとして適切な位置に到達するための安定した通路が提供される。次に、最終目標位置に到達するまで、この手順全体を次の湾曲経路で繰り返すことができる。したがって、本発明では、ガイドワイヤを交換することなく、蛇行した脈管構造内へガイドワイヤを容易に挿入することが可能となり、それによって、処置時間が大幅に短縮されることになる。

本発明のプロトタイプは、図５Ｂに示すように構成され、組み立てられた。中間管状要素２２６および外側管状要素２２８は、高い屈曲能力を有するように超弾性ニチノールを使用して作製され、それらのノッチパターンは、フェムト秒レーザ（ＷＳ－Ｆｌｅｘ Ｕｌｔｒａ－Ｓｈｏｒｔ Ｐｕｌｓｅ Ｌａｓｅｒ Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ、Ｏｐｔｅｃ社、フラムリー（ベルギー））を用いて加工された。テンドン２２２はまた、管状要素への挿入を容易にし、かつ取り付けを容易にするために、ニチノールで作製された。最後に、内側管状要素２２４は、中間管状要素および外側管状要素よりも高い剛性を有するため、ステンレス鋼製である。外側管状要素２２８、内側管状要素２２４、およびテンドン２２２は、リニアモータ（Ｍａｘｏｎ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｍｏｔｏｒｓ社、マサチューセッツ州（米国）、分解能：約２．８μｍ）に接続され、直線運動を行い、各々の表面上を摺動する（図５Ｂ参照）。モータのストロークにより、テンドンの変位Ｘ_１およびＳＡの弧長Ｘ_２が制御され、それによって、ＳＡのいくつかの弧長において可変の曲率が達成される（図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ参照）。作動ステージ３００全体は、リニアガイドを用いてベースステージ上に設置され、（Ｘ_４を制御するために）ベースリニアモータ３０６によって作動する。テンドン２２２は、その張力を測定するために小型の力覚センサに接続される。プロトタイプにおいて使用される図５Ａに示される管状要素の寸法は、表Ｉに要約される。

試験された実施形態では、システムは、生体外での実現可能性試験のために、従来のガイドワイヤの長さよりも短い長さ（ｌ_０）で製作された。

テンドンのストロークＸ_１と、所望の曲率κと、ＳＡの弧長Ｘ_２との関係を導出し、ガイドワイヤの屈曲部分ＢＰの静的モデルと、非屈曲部分ＮＢＰにおける結合モデルとを導出するために、継手にノッチ深さｄ、ノッチ幅ｈ、およびｎ個のノッチを有する単一のノッチ付き管状要素（管）の場合を考える（図７参照）。さらにｒ_ｏおよびｒ_ｉは、それぞれ、管の外側半径および内側半径であり、レーザ微細加工によって、ノッチにおいて面積Ａ_ｏ－Ａ_ｉの断面が形成される（図７（挿入図）参照）。

この断面は、領域における面積

から面積

を引いたものとして表され、

は、レーザ微細加工によって作成された中心角である。継手における運動性を導出するために、継手の中立軸の式が最初に確立される必要がある。図７に見られるように、継手の中立軸は、ノッチパターンにより、ｙ軸に沿って管の中心軸から離れるようにシフトされる。面積Ａ_ｏを有する外側円形領域に対するこの軸の位置は、

として与えられ、面積Ａ_ｉを有する内側円形領域に対しては、

として与えられる。最後に、面積Ａ_ｏ－Ａ_ｉを有するノッチ断面などの複合構造の中立軸は、以下の式で与えられる。

したがって、本発明の管の中立軸の位置は、以下の式で与えられる（下付き文字「ｊ」は、外側管状要素、中間管状要素、または内側管状要素を指す）。

領域Ａ_ｏ－Ａ_ｉのノッチ付きセグメントの断面二次モーメントは、以下の式で与えられる。

ここで、平行軸線の定理および式（２）から、管の中立軸線を中心としたノッチ付きセグメントの断面二次モーメントは、以下の式によって与えられる。

所望の曲率κおよび継手の長さＸ_２が与えられると、必要な屈曲角度はθ＝κＸ_２によって与えられる。管の様々な長さおよび半径に沿ったロボットの屈曲部分の概略図が、図８に示されている。テンドンの直径はｔ_ｄとして示される。この直線構成におけるテンドンの初期長さは、

によって与えられる。ここで、

は、内側管と中間ノッチ継手とのオフセットである。これは、継手が曲がり始める長さであり、したがって、任意の段階でテンドンの任意の緩みを排除するために重要である。

ガイドワイヤの屈曲セグメントＳＡがある曲率κまで屈曲すると、中間管の内側壁は、中心「Ｏ」を有する角度θの弧を形成する（図９参照）。その結果、中間管を通るテンドンの経路は２つの部分に分割される。図９において線分ＡＢによって示されるテンドンの直線部分は、内側管の内壁から延び、線ＡＢが点「Ａ」において屈曲曲線に接するように、点「Ａ」において中間管の屈曲部分と交差する。

図９において円弧ＡＣによって示される第２の部分は、中間管と共に曲がり、半径ｒ_ｃｕｒを有する中間管の内壁に沿って延びる。さらに、

（式（２）において導出され、以下の参照において

と略記される）は、中間管の中心座標系における中間管のノッチ付きセクションの中立軸の位置である。幾何学的形状から、テンドンの直線部分ΔＯＡＢによって形成される三角形は、直角三角形であり、

および

である。さらに、δ＝１/κは中間継手の曲率半径であり、ｒ_ｔ＝ｔ_ｄ／２＝０．０３８ｍｍはテンドンの断面の半径である。

テンドンの直線部分の長さは、

として与えられる。辺ＯＡと辺ＯＢとの間の内角θ_ｓｔｒはθ_ｓｔｒ＝ａｒｃｃｏｓ（ｒ_ｃｕｒ／ｒ_ｓｔｒ）で与えられ、テンドンの湾曲部分の長さはＬ_ｃｕｒ＝ｒ_ｃｕｒ（θ－θ_ｓｔｒ）である。最後に、κとＸ_２の目標幾何形状の組合せに必要なテンドンの変位は、ΔＬ^ｋｉｎ（κ，Ｘ_２）＝Ｌ_ｉ（Ｘ_２）－（Ｌ_ｓｔｒ＋Ｌ_ｃｕｒ）で与えられる。さらに、モータストロークＸ_１は、κとＸ_２の任意の組合せに対するテンドンの伸長によって主に支配される。したがって、伸長を表す項は、以下のように運動学モデルに追加される。

ここで、加えられたテンドンの張力はＦ_ｔであり、Ｌ_{ｔｏｔａｌ}＝３３７．２ｍｍは、ロボットの先端からアクチュエータまでのテンドン全体の「伸長していない」元の長さである。Ｅ_ｔ＝５３．９６５ＧＰａは、オーステナイト相におけるニチノール製テンドンのヤング率であり、実験に基づき導出された値である（図１０参照）。使用される運動学モデルを試験するために、κ－Ｘ_１は、いくつかの継手長さ（Ｘ_２）の値について評価される（図１１参照）。

各々の実験について、テンドンの張力Ｆ_ｔを用いてテンドンの伸長を評価し、説明する。エンコーダからのモータストロークのデータを、それぞれの場合のグラウンドトゥルースとして用いた。最後に、各々のケースについて、運動学の項目ΔＬ^ｋｉｎもプロットした。いずれのケースにおいても、テンドンの伸長により、継手における運動学が支配される。さらに、式（５）は、特にＸ_２の大きな値（Ｘ_２＝｛３７．４５ｍｍ，３２．４５ｍｍ，２７．４５ｍｍ｝（図１１）、ＲＭＳＥ＝０．０３２４ｍｍ）について、継手における運動学を正確に予測する。より低いＸ_２値（Ｘ_２＝１７．４５ｍｍ（図１１）、ＲＭＳＥ＝０．１３３１ｍｍ）でのモデルからのより高い偏差は、継手長さが減少するにつれて継手が堅くなるため、より高い摩擦損失に起因すると考えられる。

理想的には、設計目標は、Ｘ_１というテンドンのストロークが、屈曲セグメントＡ（図２および図３のＳＡを参照）において曲率κをもたらす一方で、非屈曲セグメントＢおよびＣ（図２および図３のＳＢおよびＳＣを参照）は、いかなる変形もしないことである。しかしながら、非屈曲セグメント内の同軸管の配置およびセグメント間の結合により、これらのセグメントも少しは変形する。

ＳＡおよび継手のノッチ深さおよび非屈曲セグメントに対する結合効果に関連する結合モデルのための静力学モデルが開発され、検証される。ＳＡ（図１２の挿入図を参照）は、中間管の内壁に沿って配置されたテンドンによって作動される中間管および外側のノッチ付き管で構成される。テンドンは、中間管の遠位の先端に接続されているので、モーメント（ΔＭ＝Ｆ_ｔΔｙ_ｎ）が、構造の全体に加えられる。ここで、モーメントアームΔｙ_ｎは、セグメントｎにおけるテンドンと中間管の中立軸との間における変位である（図１２のＳＡ、ＳＢ、およびＳＣを参照）。さらに、テンドンが作動することにより、中間管が変位し、外側管に接触する（図１２のＳＢの断面を参照）。テンドンの張力のモーメントアーム

は、依然として一定である。ノッチ付きの管（中間管または外側管）のいずれかにおける屈曲は、管に沿ったすべてのノッチにおける屈曲セグメントの蓄積によって生じると考えられる。

各々の継手において、ノッチの数が多い（中間管および外側管について、それぞれ９５個および１６０個）ので、管における単一のノッチ付きの要素について、屈曲要素によって成される曲率は無視することができる（継手における１８０°の屈曲に対して２°以下）。さらに、総屈曲角度は、全てのノッチにわたって均一に分布されると仮定されるが、２つのノッチの間の長さｃのセグメント（図７参照）は、全く屈曲しない。

特定のセグメント内における均一なノッチの間隔（β＝ｈ／（ｈ＋ｃ））を仮定することは、個々のノッチの幅の、継手における個々のノッチ付きセクションおよびノッチなしセクションの合計に対する比を示すように定義される。ノッチ付きセクションおよびノッチなしセクションは、特定の継手セグメントに対して均一に繰り返される。中間管および外側管は、同じｃの値で設計されたことに留意されたい。オイラービーム方程式を、ＳＡのκ－Ｆ_ｔの関係に適用することで、以下の式が得られる。

２つの管は互いに結合されておらず、互いの上を摺動することができるので、結果として生じる曲率κは、上記の式における慣性項の和によって生じる。式（６）において、ＳＡに対する各々の管の断面二次モーメント

は、式（４）で定義される。ここで、ｊ＝｛ｏｕｔ，ｍｉｄ｝である。ＳＢに関しては、テンドンは、もはや中間管の内壁に位置せず、（図１２の断面図に見られるように）内側管の内側に位置する。これによって、加えられたテンドンの張力のモーメントアームが、

に減少する。

さらに、ＳＢにおいて内側管を追加することは、静力学モデルにおける慣性項を追加することになる（図１２参照）。

内側管は３０４ステンレス鋼製であり、したがって、メーカーのデータシートから、Ｅ_ｉｎｎ＝２００ＧＰａと仮定される。さらに、内側管にはノッチがないため、式（４）から、

が成り立つ。テンドンの張力Ｆ_ｔは、ロボットの長さ全体にわたって一定であるので、式（６）から得られるＦ_ｔの値を式（７）に代入することで、ＳＡおよびＳＢ（すなわちκおよびκs_２）の曲率間における以下の結合比を得ることができる。

ＳＢと同様に、ＳＣは３つの管の全てから構成される。しかしながら、重要な違いは、このセグメントでは、中間管にノッチが設けられていないことである（図１２参照）。加えられたテンドンの張力のモーメントアームは

に低減され、ＳＡとＳＣと間の結合関係は以下の式で与えられる。

ここで、

は、ノッチのない中間管の慣性モーメントであり、式（４）で定義される。式（８）および式（９）から、屈曲セグメントと非屈曲セグメントと間の結合比は、セグメントの断面の幾何形状のみに依存する（それらのセグメントの相対長さには依存しない）ことは明らかである。したがって、（ｄ_ｍｉｄ，ｄ_ｏｕｔ）は、結合に影響を及ぼし得るただ２つのパラメータである。結合比の和、

は、最適化のためのコスト関数として用いられる。

図１３は、（ｄ_ｍｉｄ,ｄ_ｏｕｔ）とκ_ｔｏｔとの関係を示す。パラメータ（ｄ_ｍｉｄ，ｄ_ｏｕｔ）は、それらが対応する外径のパーセンテージとして示される。微細加工されたノッチの深さが増加すると、セグメント間の結合の程度が減少する。しかしながら、結合の程度の減少によるセグメントの分離は、ロボットの先端部の剛性を犠牲にして達成される。

（ｄ_ｍｉｄ，ｄ_ｏｕｔ）の様々な値に対応する３つのサンプルを微細加工した（図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃを参照）。想定されたように、最も高い結合は「Ｇ１」（図１５Ａ）において見出され、対して「Ｇ２」においては無視できる結合が見出された。継手「Ｇ１」は、脈管構造内で誘導されるために十分に剛性を有するが、高度に結合されている一方で、サンプル「Ｇ２」は、極めて柔軟であり、血管の壁との最小限の相互作用で大きな曲率が必要とされる場合にのみ使用することができる。結果として、継手「Ｇ３」（図１５Ｃ）が、最小の結合および高い剛性で高い曲率を達成するのに最も可能性の高い候補として選択された。

次に、サンプル「Ｇ３」について、ＳＡの静力学モデルを検証した（式（６）を参照）。発明のプロトタイプは、ガイドワイヤがκ－Ｆ_ｔ関係を得るために、いくつかの曲率を達することができるように作動された（図１４参照）。第１に、ＳＡ（Ｘ_２＝｛３７．４５ｍｍ，３２．４５ｍｍ，２７．４５ｍｍ，２２．４５ｍｍ，１７．４５ｍｍ｝）の様々な曲率および弧長に対して、κ－Ｆ_ｔ関係が一定のままであり、線形適合（ＲＭＳＥ＝０．０６４Ｎ）によって、この幾何形状に対して近似され得ることに留意されたい。この線形近似および式（６）を用いて、サンプル「Ｇ３」の幾何学的形状から

の値を知ることにより、アセンブリの弾性率Ｅ＝７７．３ＧＰａを推定することができ、これはオーステナイト相における超弾性ニチノールの有効値の範囲内にある。

式（５）および式（６）から、κとＸ_１との間の直接的な関係は、与えられたＸ_２を用いて、以下のように導出される。

したがって、κは、力学的な情報を必要とせずに、Ｘ_１によって直接制御することができる。

式（１０）および血管の幾何学的情報を示すＧ＝[δ，θ，ａ_１，ａ_２]^Ｔ（図１６参照）に基づいて、変数（すなわち、Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３、Ｘ_４）は、血管系の特定の経路に従うように制御される。血管系のＧは、蛍光透視法またはＭＲＩなどの非侵襲的撮像観察を使用することによって識別されることができ、曲線は、一定の曲率を有すると仮定される。

血管の中心線に沿った経路変数の形態における介入距離ｓは、Ｇを有する運動学的／静的モデルに供給され、ｎ番目の線形アクチュエータの基準Ｘ_{ｒｅｆ．ｎ}（ｎ＝１，２，３，４）を生成する。したがって、各々の血管のセクション（すなわち、図１６のＰ１、Ｐ２、またはＰ３）におけるｓに従って、Ｘ_ｒｅｆ＝[Ｘ_{ｒｅｆ．１}，Ｘ_{ｒｅｆ．２}，Ｘ_{ｒｅｆ．３}，Ｘ_{ｒｅｆ．４}]^Ｔは以下のようになる。

図１７Ａおよび図１７Ｂは、自由空間（ここで、ａ_１およびａ_２はゼロであると仮定される）において提案された制御スキームを使用することによって、様々な曲率を有する所与の基準湾曲経路に従う先端のｘ－ｙ座標を示し、単一の追跡施行においてＥＭトラッカから選定されたものである。低曲率の経路（平均Ｌ^２距離＝４．５３ｍｍ）では比較的小さい誤差が生じるが、高曲率を有する経路（平均Ｌ^２距離＝１４．６６ｍｍ）では誤差が著しく増加する。これは主に、ＳＡの座標をシフトさせるＳＢおよびＳＣの結合から生じると考えられる。しかしながら、このロボットは、制約された空間内で作動されるように意図されており、結合に起因するこの問題は、脈管構造のような制約された空間内では補償され得ることに留意されたい。

本発明を検証するために、０．０８ｍｍ^－１～０．０１５ｍｍ^－１の範囲の曲率を有する小児頸動脈、大動脈弓、および大動脈分岐部を複製する血管ファントムモデルを、様々な経路で３Ｄ印刷した（図１８Ａから図１８Ｄ参照)。ガイドワイヤは、線形通路（式（１１）のｓ∈Ｐ１）内に送り込まれ、分岐部（式（１１）のｓ∈Ｐ２）において所与の基準経路に従うように一定の曲率の湾曲形状を形成する。

ロボットの遠位先端が湾曲経路の端部に到達すると、外側管は、湾曲した中間管（式（１１）のｓ∈Ｐ３）上を摺動し、さらに前進する（図１９Ａから図１９Ｄ参照)。これにより、中間管がイントロデューサシースとして次の動作点に到達するための安定した通路が提供される。全ての手順が、次の曲線経路において繰り返される。

このように、本発明のガイドワイヤの介入および誘導機能について、血管ファントムモデルにおける様々な曲率を有する分岐部において実証に成功した。この特徴により、ガイドワイヤの置換を伴わない現在の臨床診療におけるガイドワイヤに共通する捩れおよび破損の問題が防止され、最小侵襲性様式でＣＶＤを治療するための安定的かつ迅速な介入プロセスが提供される。

本発明は、同軸管（例示的な実施形態では３つ）およびテンドン（例示的な実施形態では１つ）を使用して設計される、同軸上に位置合わせされた操縦可能なガイドワイヤロボットである。屈曲弧長および曲率を独立して制御することにより、ロボットが、固有の追従リーダ動作によって、種々の長さおよび屈曲角度の血管曲率に追従することが可能となる。

ロボットの運動学的モデルおよび静的モデルを導出し、本発明を制御するために、これらのモデルに基づいて制御アルゴリズムを提案した。ロボットのこのプロトタイプは、商業的に使用されるガイドワイヤに適合する直径を有する。本発明の性能は、自由空間における血管ファントムモデルを用いて評価した。ロボットは、様々な高曲率の血管構造を正常に通過した。本発明はまた、蛍光透視誘導下において、血管剛性特性および拍動性血流システムを伴う、３次元ファントム血管系において誘導可能であり得る。

開示された技術の特定の実施形態を、現在最も実用的な実施形態であると考えられるものに関連して説明してきたが、開示された技術は、開示された実施形態に限定されるべきではなく、逆に、添付の特許請求の範囲内に含まれる様々な修正形態および等価な構成を包含することが意図されていることを理解されたい。本明細書では特定の用語が使用されているが、それらは一般的かつ説明的な意味でのみ使用されており、限定を目的としたものではない。

本明細書では、ベストモードを含む開示された技術の特定の実施形態を開示するために、また、任意のデバイスまたはシステムを作製および使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実行することを含む、開示された技術の特定の実施形態を当業者が実施することを可能にするために、実施例を用いる。開示された技術の特定の実施形態の特許性のある範囲は、特許請求の範囲において定義され、当業者が想到する他の実施例を含み得る。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であることが意図される。

Claims (22)

1. 操縦可能なガイドワイヤシステムであって、
   近位部分と遠位部分とを備える経路提供ガイドであって、ガイドワイヤの遠位端を目標位置に配するように構成された経路提供ガイドと、
   前記経路提供ガイドに動作可能に接続された制御部と、を備え、
   前記経路提供ガイドおよび前記制御部は、協働して、
   前記経路提供ガイドの前記遠位部分の曲率と、
   前記経路提供ガイドの前記遠位部分の弧長と、を同時にかつ独立して制御するように構成されている、システム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記制御部は自動制御部であり、
   当該システムはロボット操縦可能なガイドワイヤシステムである、システム。
3. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記制御部は手動で操作可能な制御部であり、
   当該システムは手動で操縦可能なガイドワイヤシステムである、システム。
4. 請求項１に記載のシステムであって、
   前記経路提供ガイドは、
   複数の入れ子式要素の入れ子式伸縮構成と、
   前記複数の入れ子式要素のうちの１つに接続されたテンドンと、を備え、
   前記制御部は、
   前記複数の入れ子式要素の軸方向の相対的な位置合わせを制御することと、
   前記複数の入れ子式要素の横方向の相対的な位置合わせを制御することと、
   前記複数の入れ子式要素の回転方向の相対的な位置合わせを制御することと、
   前記テンドンのストロークを制御することと、
   のうちの１つまたは複数を行うように構成される、システム。
5. 請求項４に記載のシステムであって、
   前記経路提供ガイドは、当該経路提供ガイドの長さに沿って可変剛性プロファイルを有する、システム。
6. 請求項５に記載のシステムであって、
   前記可変剛性プロファイルは、前記経路提供ガイドの長さに沿って連続的に可変である、システム。
7. 請求項５に記載のシステムであって、
   前記可変剛性プロファイルは、前記経路提供ガイドの長さに沿って離散的に可変であり、当該経路提供ガイドの１つまたは複数の部分に沿って、当該１つまたは複数の部分は、当該１つまたは複数の部分の長さに沿って実質的に同じ剛性を有する、システム。
8. ロボット操縦可能なガイドワイヤシステムであって、
   経路提供ガイドと、
   前記経路提供ガイドに動作可能に接続された制御部と、を備え、
   前記経路提供ガイドは、
   同軸上に位置合わせされた複数の管状要素と、
   前記複数の管状要素のうちの１つに接続されたテンドンと、を備え、
   前記経路提供ガイドは、近位部分と遠位部分とを備え、ガイドワイヤの遠位端を目標位置に配するように構成され、
   前記制御部は、
   前記複数の管状要素の軸方向の相対的な位置合わせを制御することと、
   前記複数の管状要素の横方向の相対的な位置合わせを制御することと、
   前記複数の管状要素の回転方向の相対的な位置合わせを制御することと、
   前記テンドンのストロークを制御することと、
   のうちの１つまたは複数を行うように構成され、
   前記経路提供ガイドおよび前記制御部は、協働して、
   前記経路提供ガイドの前記遠位部分の曲率と、
   前記経路提供ガイドの前記遠位部分の弧長と、を同時にかつ独立して制御するように構成されている、システム。
9. 請求項８に記載のシステムであって、
   前記同軸上に位置合わせされた複数の管状要素は、
   内側チャネルを有する内側管状要素と、
   中間管状要素であって、その長さの少なくとも一部に沿って剛性特徴部を有する中間管状要素と、
   外側管状要素であって、その長さの少なくとも一部に沿って剛性特徴部を有する外側管状要素と、を備え、
   前記複数の管状要素は、それぞれ、
   ガイドワイヤが前記内側管状要素の前記内側チャネル内で回転方向および横方向に変位可能であり、
   前記内側管状要素が前記中間管状要素内で回転方向および横方向に変位可能であり、
   前記中間管状要素が前記外側管状要素内で回転方向および横方向に変位可能である ような適切な断面寸法を有する、システム。
10. 請求項９に記載のシステムであって、
    前記中間管状要素は、近位端から遠位端に画定される長さを有し、前記剛性特徴部は、当該中間管状要素の中間位置から始まり当該中間管状要素の前記遠位端まで延在するノッチの組を備え、
    前記外側管状要素は、近位端から遠位端に画定される長さを有し、前記剛性特徴部は、当該外側管状要素の中間位置から始まり当該外側管状要素の前記遠位端まで延在するノッチの組を備え、
    前記外側管状要素のノッチの組は、前記中間管状要素のノッチの組と位相差を有しており、それにより当該中間管状要素が当該外側管状要素内で操作により回転可能かつ横方向に変位可能である、システム。
11. 請求項１０に記載のシステムであって、
    前記両ノッチの組は、前記中間管状要素および前記外側管状要素における一方向の非対称なノッチ継手を形成し、
    前記両ノッチの組の位相差は１８０°である、システム。
12. 請求項１０に記載のシステムであって、
    前記経路提供ガイドは、中間部分をさらに有し、
    前記経路提供ガイドの近位部分の剛性は、その中間部分の剛性よりも大きく、
    前記経路提供ガイドの中間部分の剛性は、その遠位部分の剛性よりも大きい、システム。
13. 請求項１１に記載のシステムであって、
    前記経路提供ガイドの各部分の剛性は、前記複数の管状要素の軸方向の相対的な位置合わせ、横方向の相対的な位置合わせ、および回転方向の相対的な位置合わせ、ならびに前記テンドンのストロークによって制御可能であり、
    前記経路提供ガイドの近位部分は、同軸上に位置合わせされた、前記内側管状要素の第１の部分と、ノッチの組を有さない前記中間管状要素の第１の部分と、ノッチの組を有する前記外側管状要素の第１の部分とを含む前記経路提供ガイドの長さに相当する部分であり、
    前記経路提供ガイドの中間部分は、同軸上に位置合わせされた、前記内側管状要素の第２の部分と、ノッチの組を有する前記中間管状要素の第２の部分と、ノッチの組を有する前記外側管状要素の第２の部分とを含む前記経路提供ガイドの長さに相当する部分であり、当該内側管状要素の前記第１の部分および前記第２の部分は、当該内側管状要素の全長を含み、
    前記経路提供ガイドの遠位部分は、同軸上に位置合わせされた、ノッチの組を有する前記中間管状要素の第３の部分と、ノッチの組を有する前記外側管状要素の第３の部分とを含む前記経路提供ガイドの長さに相当する部分であるように構成されている、システム。
14. ロボット操縦可能なガイドワイヤシステムであって、
    少なくとも３つの管状要素、すなわち
    内側チャネルを有する内側管状要素と、
    前記中間管状要素の長さの少なくとも一部に沿って剛性特徴部を有する第１の中間管状要素と、
    外側管状要素であって、その長さの少なくとも一部に沿って剛性特徴部を有する外側管状要素と
    を含む経路提供ガイドと、
    前記経路提供ガイドに動作可能に接続された制御モジュールと、を備え、
    前記制御モジュールは、
    前記第１の中間管状要素に対する前記内側管状要素の相対位置を横方向に変位させ、
    前記外側中間管状要素に対する前記第１の中間管状要素の相対位置を回転方向に変位させ、
    前記第１の中間管状要素に対する前記外側管状要素の相対位置を横方向に変位させるように構成され、
    前記少なくとも３つの管状要素の変位のうちの１つまたは複数は、前記経路提供ガイドの長さに沿って剛性域をもたらし、近位域は中間域よりも高い剛性を有し、当該中間域は遠位域よりも高い剛性を有し、
    ガイドワイヤは、操作により、経路提供ガイドの長さを横断し、かつ、当該経路提供ガイドの中間域および遠位域の可変可撓性および弧長によって、目標位置に誘導されるように構成されている、システム。
15. ガイドワイヤの先端を、蛇行した経路に沿って目標位置まで操作する方法であって、
    前記ガイドウェイの先端が出るように構成された遠位部分を有する経路提供ガイドを通して当該ガイドワイヤを送り込む工程と、
    前記蛇行した経路に沿って、
    前記経路提供ガイドの遠位部分の曲率と、
    前記経路提供ガイドの遠位部分の弧長と、
    を同時にかつ独立して制御する工程と、を含む方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、
    前記経路提供ガイドは、
    同軸上に位置合わせされた複数の管状要素と、
    前記複数の管状要素のうちの１つに接続されたテンドンと、
    を備え、
    前記同時にかつ独立して制御する工程は、
    前記複数の管状要素の軸方向の相対的な位置合わせを制御する工程と、
    前記複数の管状要素の横方向の相対的な位置合わせを制御する工程と、
    前記複数の管状要素の回転方向の相対的な位置合わせを制御する工程と、
    前記テンドンのストロークを制御する工程と、
    のうちの１つまたは複数を含む、方法。
17. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記経路提供ガイドは、その長さに沿って可変剛性プロファイルを有する、方法。
18. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記同軸上に位置合わせされた複数の管状要素は、
    内側チャネルを有する内側管状要素と、
    中間管状要素であって、その長さの少なくとも一部に沿って剛性特徴部を有する中間管状要素と、
    外側管状要素であって、その長さの少なくとも一部に沿って剛性特徴部を有する外側管状要素と、を備え、
    前記複数の管状要素は、それぞれ、
    前記ガイドワイヤが前記内側管状要素の前記内側チャネル内で回転方向および横方向に変位可能であり、
    前記内側管状要素が前記中間管状要素内で回転方向および横方向に変位可能であり、
    前記中間管状要素が前記外側管状要素内で回転方向および横方向に変位可能であるような適切な断面寸法を有する、方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、
    前記中間管状要素は、近位端から遠位端に画定される長さを有し、前記剛性特徴部は、当該中間管状要素の中間位置から始まり遠位端まで延在するノッチの組を備え、
    前記外側管状要素は、近位端から遠位端に画定される長さを有し、前記剛性特徴部は、当該外側管状要素の中間位置から始まり遠位端まで延在するノッチの組を備え、
    前記外側管状要素のノッチの組の長さは、前記中間管状要素のノッチの組の長さよりも長く、
    前記外側管状要素のノッチの組は、前記中間管状要素のノッチの組と位相差を有しており、それにより当該中間管状要素が当該外側管状要素内で操作により回転可能かつ横方向に変位可能である、方法。
20. 請求項１９に記載の方法であって、
    前記両ノッチの組は、前記中間管状要素および前記外側管状要素における一方向の非対称なノッチ継手を形成し、
    前記両ノッチの組の位相差は１８０°である、方法。
21. 請求項２０に記載の方法であって、
    前記経路提供ガイドは、中間部分をさらに有し、
    前記経路提供ガイドの近位部分の剛性は、その中間部分の剛性よりも大きく、
    前記経路提供ガイドの中間部分の剛性は、その遠位部分の剛性よりも大きい、方法。
22. 請求項２１に記載の方法であって、
    前記経路提供ガイドの各部分の剛性は、前記複数の管状要素の軸方向の相対的な位置合わせ、横方向の相対的な位置合わせ、および回転方向の相対的な位置合わせ、ならびに前記テンドンのストロークによって制御可能であり、
    前記経路提供ガイドの近位部分は、同軸上に位置合わせされた、前記内側管状要素の第１の部分と、ノッチの組を有さない前記中間管状要素の第１の部分と、ノッチの組を有する外側管状要素の第１の部分とを含む前記経路提供ガイドの長さに相当する部分であり、
    前記経路提供ガイドの中間部分は、同軸上に位置合わせされた、前記内側管状要素の第２の部分と、ノッチの組を有する前記中間管状要素の第２の部分と、ノッチの組を有する前記外側管状要素の第２の部分とを含む前記経路提供ガイドの長さに相当する部分であり、当該内側管状要素の前記第１の部分および前記第２の部分は、当該内側管状要素の全長を含み、
    前記経路提供ガイドの遠位部分は、同軸上に位置合わせされた、ノッチの組を有する前記中間管状要素の第３の部分と、ノッチの組を有する前記外側管状要素の第３の部分とを含む前記経路提供ガイドの長さに相当する部分であるように構成されている、方法。

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