JP5773463B2 - 光ファイバー力感知カテーテル - Google Patents
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Description
ーター、マッピング電極、内視鏡視覚装置(endoscopic vision systems)、および遺伝学
的注入装置(genetic impregnation devices)のような治療用送達システムのような、しかしこれらに限定されない多数のエンドエフェクタのうちの何れかを備えてもよい。例示的システムは、例えば、特許文献3〜7に記載されている。
載されている。前記特許文献は、関節継ぎ手によって連結された一連の強剛な連結子を備えた手術を行なうためのロボットシステムを記載している。前記関節継ぎ手には複数のブラッググレーティングが配置されており、その結果、各継ぎ手の曲角は、例えば干渉計を用いて、ブラッググレーティングによって反射される光の波長の変化を測定することによって光学的に測定され得る。
において測定された波長変化を用いてカテーテルまたは他の医療機器の空間的定位を算出する別の空間的定位システムについて記載している。ブコルツの文献は、ボッセルマンの文献にも記載されているように、歪みセンサーは変形可能なシース内に包み込まれ得ることを開示しているが、曲角の計算は、変形可能なシースの材料特性の特性付けを必要とするとは記載されていない。
実質的に増大しない、カテーテルまたはガイドワイヤーのような、診断および治療装置を提供することが望ましいであろう。装置の先端部に印加される力の計算を可能にし、かつ電磁干渉に実質的に影響されない、カテーテルおよびガイドワイヤーのような診断および治療装置を提供することがさらに望ましい。
(大きさおよび方向)を分解するための装置および方法を開示している。レオの文献は、接触力を感知しないカテーテルによるものと同じプロファイルを本質的に維持し、かつ電磁干渉に実質的に影響を受けない、カテーテルにおける光ファイバーの歪み要素の使用を開示している。レオら付与された特許文献12は、カテーテルのチップ上における力の入射(force incident)を推測するためにファイバブラッググレーティング歪みセンサーの変形を用いる力感知カテーテルシステムを開示している。アービー(Aeby)らに付与された特許文献13は、カテーテルの先端に課される力によって生じる撓みを分離する変形可能な構造を有する三軸力センサーを開示している。前記特許文献において、光ファイバーは照射と変形可能な構造からの反射光の受容との双方を行い、受容した反射光の強度は課された力に従って変化する。レオらに付与された特許文献14は、干渉計の原理を用いて、歪み感知アセンブリの構造的変形を検知して力を推測する光ファイバー接触感知カテーテルを開示している。レオらおよびアービーらに付与された上述の公報は、本出願の譲受人に譲渡され、そこに含まれた明白な定義を除いて、参照により余すところなく本願に援用される。
)を形成してもよい。
ファイバーケーブルのような伝送線路82は、透過放射80をカプラー74に伝え、カプラー74は、透過放射80を、送信/受信線路84を通して、さらに可撓性長尺状カテーテルアセンブリ87内に収容された光ファイバー要素83(図1A)を介して、光ファイバー感知要素90に導く。カテーテルアセンブリ87の光ファイバー要素83および送信/受信線路84は、図1に示すようなコネクター86を介して接続され得る。
さを有し得る。一実施形態において、カテーテルアセンブリ87は、基端側部分87a、中間部分87bおよび先端側部分87cを備える。先端側部分87cは、光ファイバー感知要素90を収容し得るエンドエフェクタ88を備えてもよい。前記カテーテルアセンブリは、用途に応じて、中空構造のもの(すなわち管腔を有する)であってもよいし、または非中空構造のもの(すなわち管腔を有さないもの)であってもよい。
ている。すなわち、示した実施形態における受信器は、干渉計型光ファイバー歪みセンサー90aによる使用のために変調波形89aの周波数の検知、またはファイバブラッググレーティング歪みセンサー90bによる使用のために反射部分89bの中心波長の分解のいずれかを行うように選択されている。受信器76は、入来する反射放射線89をマイクロプロセッサー78によって処理するためにデジタル信号に処理および/または変換する。
光ファイバー力感知アセンブリ92が本発明の実施形態において示されている。この実施形態において、構造部材102は長手軸線110を規定し、かつ外面112を備える。構造部材102は、図3〜図10では基部セグメント118、基端側セグメント120、中央セグメント122、および先端側セグメント124として識別される複数のセグメント116に分割されている。前記セグメント116は、長手軸線110に沿って直列配置で互いに隣接し得る。
として個々に識別される複数の可撓部分128によって架橋され得、よって中立軸線130a,130b,130cとして個々に識別される複数の中立軸線130を規定する。各中立軸線130は、任意の方向の純粋曲げを受けるときに応力がゼロとなる各可撓部分128内における位置をなす。
線148aは、先端150aに対向する間隙136aの境界を画定する先端側セグメント124の表面154aによって範囲を定められる。従って、範囲が定められた光伝搬軸線148に近接したセグメント116の表面154は高度に反射性にされ得る。
opposed)していてもよいが、そうである必要はない。例えば、可撓部分128aは、先
端150aと直径方向に対向し得るなどである。
れるような干渉計型共振器の特性を有する間隙である。同様に、本願に用いられる「間隙干渉計」とは、干渉間隙を用いて干渉パターンを生成する干渉計である。
反射面またはコーティング168は、高反射面154から反射された光の一部を再反射するとともに、歪み感知システム70による検出のために反射光の残部を実質的に透過させる。
な変化をもたらす。平行移動されたモーメントは、可撓部分128b,128cをそれぞれの慣性軸線x−xまわりで撓曲させる。間隙136bを光ファイバー104bの先端150bに近接して閉じさせ、間隙136cを光ファイバー104cの先端150cに近接して開かせる。図11Bの描写において、側方力FLはそれぞれの慣性軸線x−xに対して垂直に作用していないので、可撓部分128bまたは可撓部分128cのいずれも純粋曲げの状態ではないことに留意する。従って、慣性軸線x−xまわりの撓曲の程度は、一般に、慣性軸線x−xに垂直に作用する側方力FLの成分に比例するであろう。
とが理解される。従って、三次元空間における力ベクトルは、これらの純粋な荷重の作用下において光ファイバー力感知アセンブリの応答を検定(calibrate)し、軸線方向成分お
よび側方成分を推測するために様々な応答を重ね合わせることによって分解することができる。
法である。
して結合されている光ファイバー202は、構造部材196のセグメント116間の撓みを制限する復元力または反力をもたらす。圧縮力または緊張力であり得る反力は、光ファイバー202の歪みセンサーを横切る歪みを生じる(光ファイバー力感知アセンブリ192のファブリーペロー歪みセンサー198または光ファイバー力感知アセンブリ208のファイバブラッググレーティング歪みセンサー214)。
な、内視鏡的応用に用途を見出してもよい。
以下の項目は、本願の出願当初における特許請求の範囲に記載の要素である。
(項目1)
脈管または器官を診査または治療するためのカテーテルであって、前記カテーテルは、
基端および先端部を有する可撓性長尺状本体と、
前記先端部に近接して前記可撓性長尺状本体内に配置された光ファイバー力感知アセンブリとを備え、前記光ファイバー力感知アセンブリは、
外面を有し、かつ長手軸線を規定する構造部材を備え、前記構造部材は、
前記長手軸線に沿った直列配置で互いに隣接して複数の間隙を形成する複数のセグメントであって、前記複数の間隙の各々は前記複数のセグメントのうちの隣接するセグメントの間に位置する、複数のセグメントと、
前記複数のセグメントのうちの前記隣接するセグメントが複数の可撓部のうちの1つによって架橋されるように、前記複数のセグメントの間に分散された複数の可撓部であって、前記可撓部の各々は前記構造部材の前記外面の一部を形成する、複数の可撓部と、
前記構造部材と動作可能に接続された複数の光ファイバーとを備える、カテーテル。
(項目2)
前記可撓部の各々は、前記長手軸線とほぼ平行な中立軸線を規定する、項目1に記載のカテーテル。
(項目3)
前記複数の光ファイバーは、前記構造部材の前記外面に動作可能に結合されている、項目1に記載のカテーテル。
(項目4)
前記構造部材の前記外面は、前記長手軸線にほぼ平行な複数の溝を形成し、前記複数の光ファイバーの各々は前記複数の溝のうちの対応する1つに配置されている、項目3に記載のカテーテル。
(項目5)
前記複数の間隙の少なくとも1つは前記長手軸線にほぼ直交する、項目1に記載のカテーテル。
(項目6)
前記構造部材は中空管を備える、項目1に記載のカテーテル。
(項目7)
前記中空管は円筒状である、項目6に記載のカテーテル。
(項目8)
前記複数の光ファイバーは結合材によって前記構造部材と動作可能に接続されている、項目1に記載のカテーテル。
(項目9)
前記構造部材は金属/セラミック複合材、石英および液晶ポリマーのうちから選択される材料を含む、項目1に記載のカテーテル。
(項目10)
前記複数の光ファイバーの各々は、前記複数の間隙のうちの1つに隣接して配置されるとともに、前記複数の間隙のうちの前記1つに隣接したセグメント上に光を放出し、同セグメントから反射される光を収集するために配向された先端を有し、
前記光ファイバーの前記先端と、前記複数の間隙のうちの前記1つに隣接し、かつ前記光ファイバーの前記先端に対向するセグメントとの間の距離は、前記複数の間隙のうちの前記1つに架橋する前記可撓部のうちの1つの撓曲に応答して変化する寸法を有する、項目1に記載のカテーテル。
(項目11)
前記光ファイバーの先端と前記複数の間隙のうちの前記1つに隣接する前記セグメントとが干渉間隙を形成する、項目10に記載のカテーテル。
(項目12)
前記複数の間隙のうちの前記1つに隣接する前記セグメントから反射された光の収集物は、前記複数の間隙のうちの前記1つに架橋する前記可撓部のうちの前記1つの撓曲に応答して強度が変化する、項目10に記載のカテーテル。
(項目13)
前記光ファイバーの前記先端は、前記複数の間隙のうちの前記1つに架橋する対応する可撓部に対して直径方向に対向している、項目10に記載のカテーテル。
(項目14)
前記複数の光ファイバーの各々は、それらの光ファイバーと一体をなす光ファイバー歪みセンサーを備える、項目1に記載のカテーテル。
(項目15)
前記光ファイバー歪みセンサーは、ファイバブラッググレーティング歪みセンサーおよびファブリーペロー歪みセンサーのうちの1つを含む、項目14に記載のカテーテル。
(項目16)
前記光ファイバー歪みセンサーの少なくとも一部は、前記複数の間隙のうちの1つに対応する前記構造部材の軸線方向位置にある、項目14に記載のカテーテル。
(項目17)
長手軸線を規定し、かつ前記長手軸線に沿った直列配置で互いに隣接した複数のセグメントを備える構造部材であって、前記複数のセグメントのうちの隣接したセグメントの各々はそれらの間に間隙を形成し、各間隙は可撓部によって架橋されている、構造部材と、
前記構造部材と動作可能に接続された複数の光ファイバーとを備え、
前記可撓部は前記長手軸線に直交する平面上に断面を規定し、前記断面は面重心を規定し、第1慣性軸線および第2慣性軸線は前記面重心を通過するものとして規定され、前記第2慣性軸線は前記第1慣性軸線に直交し、かつ前記構造部材の前記長手軸線と交差し、前記第2慣性軸線まわりの断面2次モーメントは、前記第1慣性軸線まわりの断面2次モーメントより少なくとも10倍大きい、光ファイバー力感知アセンブリ。
(項目18)
前記第1慣性軸線まわりの断面2次モーメントは前記可撓部の前記断面の最小断面2次モーメントである、項目17に記載の光ファイバー力感知アセンブリ。
(項目19)
前記複数の光ファイバーは前記構造部材と協働して複数の干渉間隙を形成する、項目17に記載の光ファイバー力感知アセンブリ。
(項目20)
前記複数の光ファイバーの各々はファブリーペロー共振器およびファイバブラッググレーティングのうちの1つを備える、項目17に記載の光ファイバー力感知アセンブリ。
(項目21)
前記可撓部の前記断面は弓形を画定する、項目17に記載の光ファイバー力感知アセンブリ。
(項目22)
前記複数のセグメントは、複数の前記間隙および複数の前記可撓部を画定し、前記可撓部は前記長手軸線のまわりにほぼ均等に分布している、項目17に記載の光ファイバー力感知アセンブリ。
(項目23)
前記複数の可撓部の数は3個であり、それらの可撓部は前記長手軸線のまわりに120度の間隔で中心が置かれている、項目22に記載の光ファイバー力感知アセンブリ。
(項目24)
長手軸線を規定する構造部材を提供する工程と、
前記構造部材上に複数のスロットを形成する工程であって、前記スロットは前記長手軸線を横切っており、前記スロットは、前記構造部材の大部分を通って側方方向に延びて複数の可撓部を形成し、前記複数の可撓部の各々は、前記複数の可撓部の他の中立軸線の周
方向位置とは実質的に異なる前記長手軸線まわりの周方向位置に位置する中立軸線を規定する、工程と、
複数の光ファイバーを前記構造部材と動作可能に接続する工程とを有する、光ファイバー力センサーを製造する方法。
(項目25)
前記複数のスロットの各々は、前記長手軸線にほぼ直交する対応する中心面を規定するように形成される、項目24に記載の方法。
(項目26)
前記提供する工程において提供される前記構造部材は中空管状構造物である、項目24に記載の方法。
(項目27)
前記構造部材は円筒状であり、前記複数の可撓部は弓形を画定する断面をそれぞれ有する、項目24に記載の方法。
(項目28)
前記複数の可撓部の各々はほぼ同一寸法である、項目24に記載の方法。
Claims (13)
- 光ファイバー力感知アセンブリ(92)の製造方法において、
長手軸線(110)を規定し、かつ外面(112)を備える構造部材(102)を設ける工程と、
前記構造部材(102)上に複数の間隙(136)を形成する工程であって、前記間隙は前記長手軸線を横切り、
前記間隙は前記構造部材の大部分を通って側方方向に延びることによって複数の可撓部分(128)を画成し、
前記複数の間隙は、前記長手軸線に沿った直列配置で互いに隣接する複数のセグメント(116)を画成し、前記複数の間隙の各々は前記複数のセグメントのうちの隣接するセグメントの間に位置するとともに前記長手軸線に直交する中心面(138)をなし、
前記複数の可撓部分は前記複数のセグメントの間に分散された少なくとも3つの可撓部分を含んでなることによって隣接する前記複数のセグメントは前記複数の可撓部分のうちの1つによって架橋され、各々の前記可撓部分は前記長手軸線と平行な中立軸線(130)をなし、各中立軸線は他の可撓部分の中立軸線とは異なる位置で前記長手軸線の周りに配備される、複数の間隙を形成する工程と、
複数の光ファイバー(104)を前記構造部材に動作可能に結合する工程であって、前記複数の光ファイバーには少なくとも3つの光ファイバーを含み、前記複数の光ファイバーはそれぞれ対応する光伝播軸線148を規定し、それぞれの光伝播軸線は前記複数の可撓部分の対応する1つに対して直径方向に対向している、前記複数の光ファイバーを前記構造部材に動作可能に結合する工程とを備える、方法。 - 前記構造部材上に前記長手軸線とほぼ平行である複数の溝(142)を形成する工程と、
前記複数の光ファイバーのそれぞれを前記複数の溝のうちの対応する1つに配備する工程とをさらに備える、請求項1に記載の方法。 - 前記光ファイバーを前記構造部材に接着剤(170)によって結合する工程をさらに備える、請求項1又は2に記載の方法。
- それぞれの前記可撓部分は、前記構造部材の外面の一部をなす、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法によって製造された光ファイバー力感知アセンブリ。
- それぞれの前記可撓部分は前記長手軸線に直行する平面上で断面を画成し、
前記断面は面重心、及び前記面重心を貫通する第1及び第2の慣性軸線を規定し、前記第2の慣性軸線は前記第1の慣性軸線の法線であるとともに前記構造部材の長手軸線と交差し、前記第2慣性軸線まわりの断面二次モーメントは前記第1慣性軸線まわりの断面二次モーメントよりも少なくとも10倍大きい、請求項4に記載の光ファイバー力感知アセンブリ。 - 前記第1慣性軸線まわりの断面二次モーメントは前記可撓部分の前記断面の最小断面二次モーメントである、請求項4又は5に記載の光ファイバー力感知アセンブリ。
- 前記可撓部分の断面は円形部分を画成し、前記複数の可撓部分は同一の寸法を有し、前記長手軸線のまわりに均一に分配されている、請求項4〜6のいずれか一項に記載の光ファイバー力感知アセンブリ。
- 前記複数の光ファイバーは、前記構造部材の前記外面に動作可能に結合されている、請求項4〜7のいずれか一項に記載の光ファイバー力感知アセンブリ。
- 前記構造部材は中空円筒状管(156,206)を備え、金属/セラミック複合材、石英及び液晶ポリマーからなる群から選択される材料を含んでなる、請求項4〜8のいずれか一項に記載の光ファイバー力感知アセンブリ。
- 前記複数の光ファイバーの各々は、一体に設けられた光ファイバー歪みセンサーを有し、前記光ファイバー光センサーの少なくとも一部は前記構造部材の前記複数の溝に対応する軸方向位置かつ前記長手軸線の前記可撓部分のうちの1つと対抗する周方向位置にあり、前記光ファイバー歪みセンサーはファイバブラッググレーティング歪みセンサー(214)及びファブリーペロー歪みセンサー(198)のうちの1つを含んでなる、請求項5〜9のいずれか一項に記載の光ファイバー力感知アセンブリ。
- 前記複数の光ファイバーの各々は前記構造部材の前記複数の間隙のうちの対応する1つに近接した軸方向位置、かつ前記長手軸線の前記可撓部分のうちの1つと対抗する周方向位置にある先端(150)を有し、先端のそれぞれは、前記複数の間隙のうちの対応する1つに隣接したセグメント上に結合された反射面(154,200b)へと光を発光し、かつ前記反射面から反射される光を収集するために配向されている、請求項4〜9のいずれか一項に記載の光ファイバー力感知アセンブリ。
- 前記反射面は光ファイバー(204)からなる、請求項11に記載の光ファイバー力感知アセンブリ。
- 前記光ファイバーの先端及び前記複数の間隙のうちの1つに近接した前記セグメントは干渉間隙(166)を画成する、請求項11に記載の光ファイバー力感知アセンブリ。
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