JP4161061B2

JP4161061B2 - カテーテル処置用シミュレーション装置

Info

Publication number: JP4161061B2
Application number: JP10169699A
Authority: JP
Inventors: ジェフリー・マイケル・ウェンドラント; フレデリック・マーシャル・モルガン
Original assignee: Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc
Current assignee: Mitsubishi Electric Research Laboratories Inc
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2019-04-08
Also published as: US6375471B1; JP2000042117A; EP0970714A2; EP0970714A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触感的又は触覚的フィードバックを使用者へ送るシミュレータ装置の分野に関し、詳細には、一組のカテーテル又は同様な筒状の物体の使用について、医師を訓練するために使用されるシミュレータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
「微小侵襲性（ｍｉｎｉｍａｌｌｙ−ｉｎｖａｓｉｖｅ）」外科手法の使用が増加する傾向にあり、この手法は、医療器具が皮膚の比較的小さい穴を通して患者の身体に挿入され、身体の外部から操作される手法を意味する。バルーン血管形成術として知られている微小侵襲外科手法の一例では、同心カテーテルが、患者の身体に挿入され、閉鎖している心臓動脈又は末梢血管などの狭い血管へ誘導される。端部近くにバルーン状の膨張室を有することから「バルーンカテーテル（ｂａｌｌｏｏｎｃａｔｈｅｔｅｒ）」と呼ばれているカテーテルの１つは、血管へ誘導される。バルーン状の室が膨張し、血管を閉鎖領域で伸長させ、これにより狭い流路が拡張される。
【０００３】
現在行われている微小侵襲処置の多くは、比較的新しいため、処置を行うために医師又は他の医療関係者を訓練する必要性が増大している。従来、外科処置の訓練は、動物、死体又は患者について行われている。これら全ての訓練方法には欠陥があり、その欠陥のために、これらの訓練が効果がないものか、場合によっては望ましくないものになっている。動物は、訓練にはよいが高価であり、また倫理上の問題がこれらの使用を制限している。死体も高価である。また、処置は複雑で危険を伴うものであるため、未経験の医師が人間の患者に対して処置を行うことは望ましくない。
【０００４】
他の訓練方法として、シミュレータを使用する方法がある。シミュレータは、訓練されている医師により使用される器具と、相互作用する一組のセンサと、アクチュエータとを有している。また、シミュレータは、シミュレーションされている物理的環境のモデルを持つシミュレーションプログラムを実行するコンピュータも有している。例えば、診断放射線医学のシミュレータは、カテーテル、及びそのカテーテルが挿入され動かされる血管のモデルを有している。シミュレータは、医師により器具に加えられる動き又は力を感知して、シミュレートされた血管内でのシミュレートされたカテーテルの位置を探知する。シミュレーション上で、カテーテルが血管の壁に突き合ったことが示されると、シミュレータは、実際の診断放射線医学処置中に医師により受ける力を模擬する力を器具へ加える装置を駆動する。
【０００５】
一般に、シミュレーションベースの訓練により最大の効果が得られるように、医療処置シミュレータは高度の現実性を有することが望まれる。特に、シミュレータは、医療処置中に器具に働く、広く「触感フィードバック」と呼ばれている力とトルクとの多くの組み合わせを模擬することができることが望ましい。現実的触感フィードバックを行うシミュレータにより、医師は、処置に必要とされる正確な状態で操作するに必要な技能を良く伸ばすことができる。
【０００６】
既知のシミュレータの１つには、オハイオ州、コロンバスのベルテック社により製作されたアクチュエータが使用されている。ベルテックのアクチュエータは、カテーテルの軸回転と移送（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）を感知する、カテーテルと接触したボールを有するマウスのような機構を使用している。また、ベルテックのアクチュエータは、カテーテルに働きかつカテーテル挿入処置中に医師により感じられる摩擦力を、カテーテルに圧力を加えてシミュレートする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ベルテックのシミュレータは欠点を持っている。移送と回転を感知するのに使用されるボールは、カテーテルと直接接触し、カテーテルが操作されると、カテーテルの表面を滑ることがある。この様な滑りは全て、アクチュエータにより送られた位置の情報の正確さを低下させる。また、圧縮だけで発生した触感的フィードバックは、あまり現実的ではない。使用者へ送り返された力は、圧縮器からの滑りと静摩擦とにより発生するので、ベルテックの装置は可変抵抗器のように働く。実際のカテーテル処置において、組織が伸ばされると、動的な弾性のある組織により、カテーテルは活発に押し返される。しかし、ベルテックの装置は、受動的装置であるので、この様な能動的な力をシミュレートすることができない。また、単純な圧縮では、異なる方向へ働く多数の力又はトルクの作用を現実的にシミュレートすることができない。
【０００８】
触感フィードバックに使用される他の既知のアクチュエータ及びアクチュエータ装置も、ベルテック装置に似た特徴を持っており、従って、同様な欠点を有している。
【０００９】
医療訓練の質を改善するために、その訓練に使用されるシミュレートされた医療処置の現実性を改善することが望ましい。特に、医師が患者に対して医療処置を施す前に効果的に訓練することができるように、高精度のセンサと、現実的触感フィードバックを行うことができるアクチュエータとを有する装置が望まれている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明により、細長い物体の移送及び回転の位置が高い正確さで探知されるアクチュエータが開示されている。アクチュエータは、外科シミュレータなどのシミュレータであって、使用者に現実的触感的フィードバックを送るように使用される。
【００１１】
１つの実施の形態において、アクチュエータは、複数のモータと、モータを物体に機械的に結合する機械的インタフェースとを有している。機械的インタフェースは、モータへ送られた駆動信号に応答したモータにより発生した各トルクに応答して、相互に独立した軸方向の力と軸回りのトルクとを物体に加えるように構成されている。この様な機械的インタフェースの１つは、モータの１つに機械的に結合された一対のピンチローラ輪を有する送り台組立体を使用している。ピンチローラ輪は、細長い物体の反対側に配置されており、輪が物体と係合するように、物体に固定されている。ピンチローラ輪が物体と係合すると、モータの駆動による輪の回転により、物体は軸方向へ移送される。
【００１２】
アクチュエータは、独立した軸の力及びトルクを物体に加える能力により、より現実的触感的フィードバックを物体の使用者へ送ることができる。さらに、ピンチローラ輪により、アクチュエータは物体の運動を通して物体をしっかりと掴むことができ、従って、物体の位置が正確に感知される。
【００１３】
他の実施の形態において、アクチュエータは、物体が延びてる中心の穴を取り囲んでいる内側部分をそれぞれ有する第１及び第２軸受を使用している。第１軸受の内側部分は、物体と協働的に構成されており、これにより第１軸受と物体は、物体の縦軸の方向に互いに自由に移動することができ、かつ、第１軸受と物体とは、物体の縦軸を結合回転するように結合されている。第２軸受は、内側部分に加えて外側部分を有し、外側部分と物体とが、物体の縦軸の回りを互いに自由に回転することができ、第２軸受と物体とが、物体の縦軸の方向に自由に結合移動するように相互に結合されるように構成されている。また、アクチュエータは、その駆動のための軸受にそれぞれ結合されたモータと、物体の移送及び回転の位置を示す感知信号を発生するセンサとを有している。
【００１４】
この第２の実施の形態のアクチュエータでは、各モータと物体との間に優れた機械的接続を有しているため、バックラッシュが低減され、正確さが改善されている。この効果は、各軸受と物体との協働的構成から発生している。開示されたアクチュエータにおいては、物体の断面に示すように、各軸受の穴は四角形であり、従って、軸受と物体とは、回転については共に強固に結合されている。開示されたアクチュエータは、各モータと対応する軸受との間に、ベルト又はケーブルの駆動部も使用しており、さらに、各モータと物体との間の機械的結合を改善している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の他の面、特徴及び効果は、以下の詳細な説明に開示されている。
【００１６】
図１に示されているのは、従来技術として知られている心臓又は末梢血管のカテーテル挿入装置である。図において、装置は、内部のワイヤ１０、管状のバルーンカテーテル１２、及び管状の誘導カテーテル１４を有している。バルーンカテーテル１２は、誘導カテーテル１４の対応する端部１８の先に延びる一端に、拡張バルーン１６を有している。ワイヤ１０は、バルーンカテーテル１２の端部２２の先に延びる先端２０を有している。
【００１７】
誘導カテーテル１４には、第１Ｙ字状アダプタ２４が固定されている。バルーンカテーテル１２は、第１Ｙ字状アダプタ２４の１つの脚部を通って延びており、他の脚部には配管２６が取り付けられている。配管２６は、コントラスト及び他の溶液を誘導カテーテル１４へ送る。コントラスト溶液は、カテーテル処置中に使用される画像装置上において、カテーテル挿入されている血管の視認性を高め、医師がカテーテルをうまく誘導するのを可能にする。コントラスト及び他の溶液の注入及び灌流（ｆｌｕｓｈ）は、本技術で知られているように、制御装置２８により制御される。
【００１８】
結合部３０により、膨張器３２とそれに接続された圧力計３４、さらに第２Ｙ字状アダプタ３６が取り付けられている。第２Ｙ字状アダプタ３６の１つの脚部からは、ワイヤ１０の使用者側端部３８が延び、他の脚部からは配管４０が延びている。配管４０は、コントラストと他の溶液とをバルーンカテーテル１２へ供給するために使用されるコントラスト注入灌流装置４２に接続されている。
【００１９】
図１の実施の形態において、ワイヤ１０の端部２０，３８は、僅かに曲げられている。使用者側端部３８の曲げられた部分は、医師がワイヤ１０をその縦軸回りに回転（「軸回転」とも呼ばれる）させることを可能としている。内部又は誘導端部、即ち先端２０の曲げられた部分は、カテーテル処置されている血管への通路内で回転と分岐とによって、ワイヤ１０を操縦することを可能としている。
【００２０】
心臓動脈のバルーン血管形成処置において、手術される心臓動脈の孔に近い大動脈弓にその端部が位置するように、誘導カテーテル１４は、最初に、大腿部の動脈に挿入される。誘導カテーテル１４は、予め挿入された誘導線（図示せず）に沿って滑らすことにより、この位置に到達する。この誘導線は、誘導カテーテル１４が所定の位置に置かれた後取り除かれる。次に、バルーンカテーテル１２とワイヤ１０とは、一緒に、誘導カテーテル１４を通りその端部へ押し込まれる。さらに、ワイヤ１０は、膨張される範囲まで動脈内に操作され、バルーン１６は、ワイヤ１０に沿って所望の位置まで押し込まれる。この位置において、バルーン１６は、動脈の所望の拡張を達成するのに必要なだけ膨張される。
【００２１】
図２はカテーテル処置をシミュレートする外科シミュレーション装置を示す図であり、図１の装置のようなカテーテル装置が使用されている。コントラスト制御装置２８，４２、膨張器３２及び圧力計３４は、シミュレーション装置がこれらの構成要素の有無にかかわらず使用されるので、図２には示されていない。図３及び図４について以降に説明されていることを除き、ワイヤ１０’及びカテーテル１２’，１４’は、図１に示されたワイヤ１０及びカテーテル１２，１４と同様のものである。
【００２２】
細長い物体であるワイヤ１０’及びカテーテル１２’，１４’は、アクチュエータアッセンブリ５０に入り込んでおり、アクチュエータアッセンブリ５０は、後述する２つの異なるアクチュエータ５０−１と５０−２のいずれであってもよい。アクチュエータアッセンブリ５０は、電気的駆動信号５２を電気的な駆動／増幅回路５４から受信し、電気的感知信号５６を回路５４へ送る。回路５４は、ディスプレイ６２を有する作業端末又は同様のコンピュータ６０にバス５８を介して接続されている。
【００２３】
アクチュエータアッセンブリ５０は、シミュレータの使用者により発生した、ワイヤ１０’及びカテーテル１２’，１４’の軸方向の移送と回転とを感知するセンサを内蔵している。回転及び移送の位置情報は、感知信号５６によりバス５８を経て作業端末６０へ送られる。また、アクチュエータアッセンブリ５０は、作業端末６０からバス５８を経て駆動／増幅回路５４へ送られたデータに従って発生した駆動信号５２に応答して、軸の力とトルクとをワイヤ１０’及びカテーテル１２’，１４’に加える。
【００２４】
駆動／増幅回路５４は、ディジタルインタフェースバス５８のコマンド及びデータと、駆動信号５２及び感知信号５６のアナログ値との間の変換を行うため、ディジタル−アナログ変換器、アナログ−ディジタル変換器、及び関係回路を有している。
【００２５】
作業端末６０は、患者の解剖の関係部分とカテーテル処置とをシミュレートするシミュレーションプログラムを実行する。このプログラムには、シミュレートされた血管に沿ったワイヤ１０’及びカテーテル１２’，１４’のシミュレートされた移動を示すディスプレイ６２上の画像表示が含まれている。作業端末６０は、感知信号５６からのデータを使用して、使用者によるワイヤ１０’及びカテーテル１２’，１４’の操作を感知する。また、作業端末６０は、駆動信号５２によりアクチュエータアッセンブリ５０を制御して、能動的な触感又は触覚の感覚を使用者へ送り、カテーテル処置を現実的にシミュレートする。
【００２６】
さらに詳細に説明すると、シミュレーションは、シミュレータへ殆ど完全に挿入された誘導カテーテル１４’により始まる。これは、大動脈弓の上部にある実際のカテーテル１４の上述した位置に相当する。ディスプレイ６２は、大動脈領域のシミュレートされた誘導カテーテルの画像を示す。次に、バルーンカテーテル１２’及びワイヤ１０’が使用者により誘導カテーテルに押し込まれる。そして、これらが誘導カテーテルの離れた側の端に達すると、それらのシミュレートされた対応物がディスプレイに現れる。この位置から、ワイヤ１０’とバルーンカテーテル１２’は個別に操作され、そのシミュレートされた対応物は、それに従ってディスプレイ６２上を移動する。
【００２７】
図３は、図２のシミュレーション操作に使用されるアクチュエータアッセンブリ５０−１の第１の実施の形態を示す。第１及び第２のアクチュエータを含む３つのアクチュエータ７０がハウジング内のベース７２上に配置されている。アクチュエータ７０は箱として示されているが、この表現は図示のためだけであり、アクチュエータ７０の詳細は、以降の図５〜９に示されている。ベース７２の一端では、ワイヤ１０’及びカテーテル１２’，１４’が、スリーブ又はグロメット７４を介してベース７２に入っている。一組の強靱な同心管７６（第２の管），７８（第１の管），８０が、駆動軸８１に沿ってアクチュエータ７０を通り望遠鏡の形で配置されている。図４に示されているように、ワイヤ１０’及びカテーテル１２’，１４’は、対応する継ぎ手８２，８４又は８６により対応する管７６，７８又は８０に接続されている。継ぎ手８２，８４，８６は、テープ片又は、対応する管のそれぞれと各カテーテルとの間の機械的結合を確実にする、より複雑な自動化された機械的器具である。
【００２８】
内側管７６，７８は、アクチュエータ７０の対応する１つのアクチュエータと係合するため、それらの各隣接した外側の管からさらに延びている。内側管７６，７８のそれぞれが対応する外側管７８又は８０から先に延びている量は、他の管の移動を干渉することなく、各管が引っ込んだ位置（図３の右へ向かって）と伸長した位置（図３の左へ向かって）との間を自由に移動することができるように選択される。引っ込んだ位置は、対応する実際のワイヤ１０又はカテーテル１２，１４の患者へ挿入されたときの最初の位置に相当する。伸長した位置は、実際のワイヤ１０又はカテーテル１２，１４が、カテーテル処置された血管の近くへ押し込まれた後の最終位置に相当する。
【００２９】
アクチュエータ７０は、各アクチュエータが移動を通して対応する管７６、７８又は８０と係合し、かつ、他の管の移動の障害にならないように、配置されている。各アクチュエータ７０は、以降にさらに詳細に説明するセンサにより、対応する管７６，７８又は８０の軸上の移送（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）と軸回転とを感知する。センサは、感知信号５６により軸移送と回転の表示を行う。各アクチュエータ７０は、駆動信号５８の対応する信号に応答して、軸上の力とトルクを対応する管７６，７８又は８０へ発生するモータを有している。アクチュエータ７０については、以降にさらに詳細に説明する。
【００３０】
図５はアクチュエータ７０の１つの実施の形態を示す。複数の支持脚台９０は、ベース９２から延びている。一対の支持脚台９０は、駆動軸８１に沿って脚台９０の開口を通って配置された軸部分９６，９８により、送り台組立体９４を支持している。また、軸部分９６，９８には、移送制御輪１０２と回転制御輪１０４とが支持されている。送り台組立体９４及び回転制御輪１０４は、どちらも軸９８に固定されており、従って、回転制御輪１０４の回転により、送り台組立体９４は駆動軸８１回りを回転する。移送制御輪１０２と送り台組立体９４との間の結合については、図６により後述する。
【００３１】
支持脚台９０の他の対は、駆動軸１０６，１０８を駆動軸８１と平行に支持している。各駆動軸１０６，１０８は、支持脚台９０の対応する対の間の空間を通って延びている。駆動輪１１０，１１２は、それぞれ駆動軸１０６，１０８に取り付けられている。駆動輪１１０は移送制御輪１０２と係合し、駆動輪１１２は回転制御輪１０４と係合している。
【００３２】
モータ／センサ組立体１１４，１１６は、それぞれ駆動軸１０６，１０８に機械的に結合されている。組立体１１４内のモータ（移送用モータ）及び組立体１１６内のモータ（回転用モータ）は、駆動信号５２に応答して、対応する駆動軸１０６又は１０８にトルクを加える。これらのモータとしては、直流（ＤＣ）トルクモータが好適である。各組立体１１４，１１６内のセンサは、相互に配置された対応するモータの回転位置を検出する。これらのセンサとしては、従来の回転位置エンコーダ又はその他の適切な装置を用いることができる。センサは、各輪１０２又は１０４の感知された位置を示す感知信号５６を発生する。例えば、感知信号５６は、それぞれ、一連のパルスであり、各パルスは対応するモータの回転量を示す。
【００３３】
組立体１１６内のセンサにより発生した感知信号５６は、アクチュエータ７０内に配置された管の回転位置を示す。組立体１１４内のセンサにより発生した感知信号５６は、後述のように、送り台組立体９４内のギヤの構成により、回転と移送の情報の両方を送る。このように、管の移送位置を得るために、純粋な回転を示す組立体１１４からの感知信号５６は、回転及び移送の両方を示す組立体１１６からの信号から減算される。
【００３４】
図５のアクチュエータ７０の動作中に、管７６，７８又は８０の１つは、駆動軸８１に沿ってアクチュエータ７０を通して配置されている。この管は、使用者により押し込まれ、引っ張られ、回転される。管を引っ張る動き及び押し込む動きにより、輪１０２が回転し、管の回転により、輪１０２，１０４の両方が回転する。輪１０２，１０４の回転は、組立体１１４，１１６内のエンコーダにより検出され、エンコーダにより発生した信号５６の値が対応して変化する。図２の作業端末６０は、回路５４を介して位置の情報を受け取る。実行しているシミュレーションプログラムに従って、作業端末６０は、駆動信号５２を、管へ加えられる所望の力及びトルクに対応する値とする。これらの信号は、組立体１１４，１１６内のモータを駆動する。モータは、所望の力及びトルクを軸１０６，１０８、輪１１０，１１２、輪１０２，１０４を介して加える。
【００３５】
図６〜９は送り台組立体９４の詳細図を示す。図６は送り台組立体９４の正面斜視図、図７は輪１４０，１２２が管７６と係合しているときの送り台組立体９４の正面斜視図、図８はクランプ解除された位置にあるときの送り台組立体９４の背面斜視図、図９はクランプされた位置にあるときの送り台組立体９４の背面斜視図である。
【００３６】
三面（略コ字状）（ｔｈｒｅｅ−ｓｉｄｅｄ）の送り台本体１２０は、軸部分９６，９８、駆動ピンチ輪１２２、支柱１２６により支持されたクランプ部材１２４、相互に係合された輪又はギヤ１２８，１３０、輪１２８と同じ軸に取り付けられたマイタ輪（ｍｉｔｅｒｗｈｅｅｌ）又はギヤ１３２、及び輪１３０と同じ軸に取り付けられたカラー（間筒）１３４を支持する。マイタ輪１３２は、駆動ピンチ輪１２２同じ軸１３８に取り付けられた他のマイタ輪又はギヤ１３６と係合している。アイドルピンチ輪１４０は、クランプ部材（ｃｌａｍｐｍｅｍｂｅｒ）１２４に搭載されている。
【００３７】
軸８１回りの軸部分９８の回転により、送り台９４が軸８１の回りに回転するように、送り台本体１２０は、軸部分９８に固定されている。輪１３０と保持カラー１３４とは、本体１２０に搭載されており、これにより輪１３０が、軸８１回りの本体１２０の回転から独立して、軸８１の回りを回転できるようになっている。輪１２８及びマイタ輪１３２もまた、本体１２０に対し自由に回転するように搭載されている。従って、輪１３０は、軸８１回りの本体１２０の回転から独立して、輪１２８を介してマイタ輪１３２に回転を加える。
【００３８】
アクチュエータ７０の使用が準備された状態で、クランプ部材１２４は、図８に示されたクランプ解除位置へ移動される。管７６，７８又は８０は、駆動軸８１に沿って軸部分９６，９８に挿入される。そして、クランプ部材１２４は、図９に示されたクランプ位置へ移動され、ピンチ輪１２２，１４０が、図７に示すように管と係合する。クランプ部材１２４を本体１２０に固定するのを助けるために、図示はしないが、支柱１２６にねじを切るのが好適である。一対のスプリングを、各支柱１２６上に配置するのが好適である。１つのスプリングは、本体１２０とクランプ部材１２４の間に、他のスプリングは、クランプ部材１２４と支柱１２６に螺着された保持ナットとの間に配置される。クランプ部材１２４は、保持ナットを調節することにより、クランプ位置とクランプ解除位置との間を移動する。
【００３９】
アクチュエータ７０の操作中に、使用者が管を回転すると、送り台組立体９４が軸８１の回りを回転する。この回転は２つの働きをする。この回転は、図５の軸９８、輪１０４，１１２、及び軸１０８を介して、組立体１１６内のエンコーダに伝えられる。また、この回転は、以下の機構により組立体１１４内のエンコーダにも伝えられる。即ち、送り台９４が回転すると、輪１２８は軸８１の回りを回転する。しかし、純粋な回転に関しては、輪１２８は、輪１３０に対し少しも回転しない。従って、輪１３０は、非回転の輪１２８により回転する。輪１３０の回転は、図５の軸９６、輪１０２，１１０、及び軸１０６により組立体１１４内のエンコーダに伝えられる。
【００４０】
使用者が管を軸方向へ移送することにより、ピンチ輪１２２が回転し、続いてマイタ輪１３６，１３２が回転する。この回転は、軸９６と共に、輪１２８，１３０を介して、図５の軸９６、輪１０２，１１０、及び軸１０６に沿って、組立体１１４に伝えられる。
【００４１】
組立体１１４，１１６内のモータにより、軸方向の力及びトルクが管に加えられることにより、触感的フィードバックが使用者に伝えられる。モータのトルクが管へ伝えられる機械的経路は、使用者により発生した動きがエンコーダに伝えられる上述の経路とは逆である。
【００４２】
図１０は３つのアクチュエータ１５０（第２のアクチュエータ），１５２（第１のアクチュエータ），１５４を使用しているアクチュエータアッセンブリ５０−２の第２の実施の形態を示している。アクチュエータ７０のように、アクチュエータ１５０，１５２，１５４は、移送及び回転の両方について感知し駆動する。アクチュエータ１５０，１５２，１５４は、構造が相互にほぼ似ている。各アクチュエータは、大きさが異なり剛性を有する断面四角形（ｓｑｕａｒｅ）の管と係合している。図１０に示された管１５６（第２の管），１５８（第１の管）は、ワイヤ１０’とカテーテル１２’とに取り付けられ、アクチュエータ１５４内の管（図１０に示されていない）は、カテーテル１４’に取り付けられている。各アクチュエータ１５０，１５２，１５４は、対応する管と係合している状態であるので、後述のように、それらの内部構造は若干の相違がある。
【００４３】
図１１は最外周のカテーテル１４’と共に使用されるアクチュエータ１５４を示している。アクチュエータ１５４は、リニアアクチュエータ１６０と回転アクチュエータ１６２とを有している。リニアアクチュエータ１６０は、ほぼＴ字状の送り台１６１と、菅の縦軸の回りの回転を許容しつつ管１６６を把持する第２軸受としての回転軸受１６４とを有している。管１６６は、最外周のカテーテル１４’に取り付けられている。リニアアクチュエータ１６０は、レール１６８に沿って滑り、駆動プーリ１７２とアイドルプーリ１７４との間に延びているケーブル環又はケーブルベルト１７０に取り付けられている。駆動プーリ１７２は、モータ１７６により回転し、その回転位置は、位置エンコーダ又はセンサ１８０により感知される。リニアアクチュエータ１６０がレール１６８に沿って移動すると、管１６６は、回転位置が拘束されずに、その軸に沿って移動する。
【００４４】
回転アクチュエータ１６２は、管１６６が通された四角形の開口を持つ第１軸受としてのリニア軸受１８４を有している。リニア軸受１８４は、管１６６の回転位置を探知し、制御するが、管の縦軸方向への移送は許容する。回転アクチュエータ１６２は、ケーブル環又はベルト１８８により駆動される被駆動プーリ１８６、駆動プーリ１９０、及びモータ１９２へも取り付けられている。回転位置エンコーダ１９４は、駆動プーリ１９０の回転位置を感知する。回転アクチュエータ１６２が回転すると、管１６６もその縦軸に沿って回転するが、その移送位置は拘束されない。図示された実施の形態において、管１６６は、その正方形の断面により回転アクチュエータ１６２と共に回転するように拘束される。他の実施の形態では、アクチュエータ１５０，１５２，１５４内の管は、三角形、六角形、スプラインなど、回転を拘束する他の断面形状を有することができる。
【００４５】
図１０のアクチュエータ１５０，１５２は、軸受１６２，１６４が細管１５６，１５８を収容するように製作されていることを除いて、アクチュエータ１５４とほぼ同様である。また、管１５８は管１６６より十分に細く、その中で独立して回転することができ、同様に、管１５６は管１５８内で回転することができる。ベルト１７０，１８０としては、プーリ１７２，１７４，１８６，１９０の縁の溝に乗っているスチール製のケーブル又はベルトが好適である。また、プーリはスプロッケト状の輪であってもよく、ベルト１７０，１８８は、スプロケット状プーリの歯と係合するチェーン又は表面が波打った他の構造であってもよい。
【００４６】
これまでは、カテーテルなどの細長い物体（ｅｌｏｎｇａｔｅｄｏｂｊｅｃｔ）の使用者に触感フィードバックを行うのに有用な駆動操作を説明した。当業者にとって明らかなように、ここに開示された発明の概念から逸脱することがなければ、上述の方法及び操作の修正・変形は可能である。特に、本装置は、心臓又は末梢血管のカテーテル挿入以外の医療処置、例えば、介入放射線医学（ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌｒａｄｉｏｌｏｇｙ）、泌尿器科、及び他のカテーテル状の処置に使用することができる。従って、本発明は、添付請求の範囲と精神だけに限定されると考えられるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】一組の同心カテーテルを有し心臓又は末梢血管のカテーテル処置に用いられる従来のカテーテル装置を示す概略図である。
【図２】本発明によるアクチュエータアッセンブリを使用しているカテーテル処置シミュレーション装置を示す略ブロック図である。
【図３】図２の装置のためのアクチュエータアッセンブリの第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図４】図３のアクチュエータアッセンブリのカテーテルと対応する管との間の継ぎ手を示す図である。
【図５】図３のアクチュエータアッセンブリのアクチュエータを示す斜視図である。
【図６】図５のアクチュエータの送り台組立体を示す正面斜視図である。
【図７】図３のアクチュエータアッセンブリからの管を保持する図６の送り台組立体を示す正面斜視図である。
【図８】クランプ解除された位置にあるクランプ部材を示す図６の送り台組立体の背面斜視図である。
【図９】クランプされた位置にあるクランプ部材を示す図８の送り台組立体の背面斜視図である。
【図１０】図示されたアクチュエータを有する図２の装置のためのアクチュエータアッセンブリの第２の実施の形態を示す斜視図である。
【図１１】図１０のアクチュエータアッセンブリのアクチュエータを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０’ ワイヤ、１２’，１４’ カテーテル、５０アクチュエータアッセンブリ、５２駆動信号、５４駆動／増幅回路、５６感知信号、７０，１５０，１５２，１５４アクチュエータ、７２ベース、７６，７８，８０管、８１駆動軸、８２，８４，８６継ぎ手、９０支持脚台、９４送り台組立体、９６，９８軸部分、１０２移送制御輪、１０４回転制御輪、８１，１０６，１０８駆動軸、１１４，１１６モータ／センサ組立体、１２２駆動ピンチ輪、１２４クランプ部材、１４０アイドルピンチ輪、１５６，１５８，１６６管、１６４回転軸受、１６８レール、１７６，１９２モータ、１８４リニア軸受。

Claims

細長い管状のカテーテルと上記カテーテル内に挿入されたワイヤとを有するカテーテル装置の使用を訓練するためのカテーテル処置用シミュレーション装置であって、
基端部が上記カテーテルの先端部に接続される第１の管、
上記第１の管内に挿入されていると共に、先端部が上記第１の管から先に伸びており、基端部が上記ワイヤの先端部に接続される第２の管、
上記第１の管に機械的に結合され、上記第１の管の軸方向の移送と軸回りの回転とを感知し感知信号を発生すると共に、供給された駆動信号に応じて相互に独立した軸方向の力と軸回りのトルクとを上記第１の管に加える第１のアクチュエータ、及び
上記第１のアクチュエータに対して間隔をおいて配置され、上記第２の管に機械的に結合され、上記第２の管の軸方向の移送と軸回りの回転とを感知し感知信号を発生すると共に、供給された駆動信号に応じて相互に独立した軸方向の力と軸回りのトルクとを上記第２の管に加える第２のアクチュエータ
を備え、
上記第１及び第２のアクチュエータは、
上記第１又は第２の管のうちの対応する管と共に回転する送り台本体と、
上記送り台本体と一体に回転される回転制御輪と、
上記駆動信号に応じて上記回転制御輪を回転させる回転用モータと、
上記送り台本体に設けられ、上記対応する管の軸方向への移送により回転されると共に、上記対応する管に軸方向の力を加える駆動ピンチ輪と、
上記駆動信号に応じて上記駆動ピンチ輪を回転させる移送用モータと、
上記送り台本体に設けられたクランプ部材と、
上記クランプ部材に搭載されたアイドルピンチ輪と
をそれぞれ有し、
上記クランプ部材は、クランプ解除された位置に動作して、上記アクチュエータからの上記対応する管の挿入と取り出しを許容し、かつクランプ位置に動作して、上記対応する管を上記駆動ピンチ輪と上記アイドルピンチ輪との間に保持することを特徴とするカテーテル処置用シミュレーション装置。
請求項１に記載のカテーテル処置用シミュレーション装置であって、
上記第１及び第２のアクチュエータは、
上記回転用モータ及び上記移送用モータに結合され、結合されたモータの回転位置を示すタイミング感知信号を発生するように動作する２つのセンサ
をそれぞれさらに有していることを特徴とするカテーテル処置用シミュレーション装置。