JP6837774B2 - カテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システム - Google Patents

Description

本発明は、カテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システムに関する。さらに詳しくは、遠隔操作が可能なマスタースレーブ型のカテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システムに関する。

特許文献１には、内視鏡下手術用の手術ロボットに関する器具マニピュレータ、およびロボット手術システムについて開示されている。このロボット手術システムは、医師がマスターコントローラを操作し、これに追随する手術用マニピュレータを動作させるマスタースレーブ型の遠隔操作が可能な手術ロボットである。遠隔操作が可能であることにより、患者や医師の移動の負担を軽減できるというメリットがある。

外科手術の一つに血管内治療がある。この血管内治療とは、血管内に挿入した医療機器によって行われる治療全般を言い、種々の目的や形態を持ったカテーテル（医療用に用いられる中空の柔らかい管）を血管内に導入することで治療を行う。カテーテルを目的の箇所に導入する際は、例えば脚のつけ根の部分にある血管からガイドワイヤを先行させ、そのガイドワイヤに嵌装されたカテーテルを血管内に挿入する。ガイドワイヤを目的の場所に移動させる際に、医師はＸ線撮影されている画像を確認し、かつ、手元のガイドワイヤから伝わる感触によりガイドワイヤを進める。

カテーテルを用いた血管内治療は、低侵襲治療であり患者に負担をかけないという点では優れているものの、ガイドワイヤの挿入時にＸ線による撮影が必要であることから、Ｘ線による医師の被爆が問題となっていた。これに対し、特許文献１に記載のマスタースレーブ型の手術ロボットを適用しようという研究がおこなわれている。非特許文献１には、ガイドワイヤを挿入するガイドワイヤ挿入システムで必要となる、ガイドワイヤからの力信号を測定する方法が開示されている。

特許文献１に開示の方法は、患者である被施術者側からの情報は、映像によるもののみであるため、施術者の触覚により得られる情報が必要となる、カテーテル等の挿入システムにそのまま用いることはできない。また、非特許文献１では、マスタースレーブ型のガイドワイヤ挿入システムのスレーブ側での力測定の方法が開示されているが、カテーテル、またはガイドワイヤのみで採用される力測定の方法が開示されているにすぎない。

特開２０１５−２１１８６５号公報

李他１名、「遠隔操作におけるカテーテルスレーブ側にかかる力測定システムの開発」、第３２回日本ロボット学会学術講演会（２０１４年９月４日〜６日）

本発明は上記事情に鑑み、ガイドワイヤとカテーテルを、それぞれ独立して操作することが可能な、マスタースレーブ型のカテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システムを提供することを目的とする。

第１発明のカテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システムは、カテーテル、および該カテーテル用のガイドワイヤを挿入する手術のためのシステムであって、施術者が直接操作するマスター側操作装置と、該マスター側操作装置の動作に追随して動作し、被施術者に前記ガイドワイヤを挿入するスレーブ側送り装置と、が備えられ、前記スレーブ側送り装置には、前記ガイドワイヤ挿入時に、前記ガイドワイヤに加えられる反力を検知する力検知センサが備えられ、前記スレーブ側送り装置は、前記ガイドワイヤを挿入するガイドワイヤ送り装置と、前記カテーテルを挿入するカテーテル送り装置と、を含んで構成されており、前記力検知センサは、前記ガイドワイヤに沿う力伝達部材に設けられたひずみゲージによって前記ガイドワイヤに加えられている反力を検知し、かつ、前記ガイドワイヤの回転機構よりも被施術者側に設けられており、前記ガイドワイヤおよび前記カテーテルの少なくともいずれかを、前記ガイドワイヤの挿抜方向に固定する位置決めリングを有し、該位置決めリングは、前記力伝達部材に対して、２つのスラストベアリングに挟まれることにより、前記ガイドワイヤの挿抜方向に固定されるとともに、前記ガイドワイヤを中心として回転可能であることを特徴とする。
第２発明のカテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システムは、第１発明において、前記ガイドワイヤ送り装置、または前記カテーテル送り装置の少なくともいずれか一方には、前記ガイドワイヤ、または前記カテーテルを把持するためのロックブロックが設けられており、該ロックブロックの外周のテーパ面が締め付けられることにより、該ロックブロックが前記ガイドワイヤまたは前記カテーテルを固定することを特徴とする。
第３発明のカテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システムは、第２発明において、前記ロックブロックは、電磁クラッチにより前記テーパ面が締め付けられることを特徴とする。

第１発明によれば、スレーブ側送り装置が、ガイドワイヤを挿入するガイドワイヤ送り装置と、カテーテルを挿入するカテーテル送り装置とを含んで構成されていることにより、ガイドワイヤとカテーテルを、独立して操作することができ、ガイドワイヤとカテーテルを連携して挿入することができる。
また、力検知センサが、ガイドワイヤの回転機構よりも被施術者側に設けられていることにより、ガイドワイヤからの反力を精度よく検出することができる。
第２発明によれば、ロックブロックの外周のテーパ面が締め付けられ、ガイドワイヤ等を固定することにより、ロックブロックの締め付け力が過大にガイドワイヤ等に付加されるのを防止できる。
第３発明によれば、ロックブロックは、電磁クラッチによりテーパ面が締め付けられることにより、テーパ面締め付けの時間が短くなり、施術時間を短くすることができる。

本発明の実施形態に係るカテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システムを構成するスレーブ側送り装置の全体斜視図である。 本発明の実施形態に係るカテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システムの模式図である。 図１のスレーブ側送り装置を構成するガイドワイヤ送り装置の内部斜視図である。 図１のスレーブ側送り装置を構成するガイドワイヤ送り装置の断面図である。 図３のガイドワイヤ送り装置の反力測定機構等の部分構成図である。 図３のガイドワイヤ送り装置の回転機構の部分構成図である。 図３のガイドワイヤ送り装置のロックブロック部分の部分断面図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図２には本発明の実施形態に係るカテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システム１０の模式図を示す。本カテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システム１０は、医者である施術者Ｄのマスター側と、患者である被施術者Ｐのスレーブ側の双方に専用の装置が設けられ、マスター側とスレーブ側とをインターネット等で接続することにより、それぞれを離れて設置することができる。

マスター側には、施術者が直接操作するマスター側操作装置１１が設けられている。このマスター側操作装置１１は、医者である施術者Ｄが直接操作する装置である。カテーテル用のガイドワイヤの挿入には、ガイドワイヤをその軸方向に送る直動操作と、ガイドワイヤを回転させる回転操作とが必要になるが、この２つの操作について、マスター側操作装置１１は、施術者Ｄがどのような操作を行ったかを検知することができる。マスター側には、このマスター側操作装置１１からの検出値を取り込んだり、保存したりするマスター側制御部１３が設けられている。

スレーブ側には、ガイドワイヤを患者である被施術者Ｐに挿入するスレーブ側送り装置１２が備えられている。このスレーブ側送り装置１２は、ガイドワイヤの挿入に必要な、ガイドワイヤの直動操作と回転操作の２つの操作を行うことができる。スレーブ側には、さらにスレーブ側送り装置１２に指令を出すスレーブ側制御部１４が設けられている。

マスター側制御部１３とスレーブ側制御部１４とは、インターネット等により通信を行うことができ、これにより、マスター側操作装置１１の動作に追随して、スレーブ側送り装置１２が動作するようになる。そして、施術者Ｄは、被施術者ＰのＸ線画像を見ながら、マスター側操作装置１１を操作して、マスター側と離れた位置にあるスレーブ側のスレーブ送り装置１２を操作して、ガイドワイヤの挿入を行う。マスター側とスレーブ側とを離れて設置することにより、施術者ＤのＸ線による被ばくをなくすることができるとともに、患者の移動の負担を軽減できる。

図１には、本発明の実施形態に係るカテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システム１０を構成するスレーブ側送り装置１２の全体斜視図を示す。本実施形態に係るカテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システム１０は、スレーブ側送り装置１２に、ガイドワイヤ２１を挿入するためのガイドワイヤ送り装置１７と、カテーテル２２を挿入するカテーテル送り装置１６とを含んで構成されている。本実施形態では、被施術者Ｐに近い側に、ガイドワイヤ送り装置１７が設けられ、その後ろ側にカテーテル送り装置１６が設けられている。なお、本明細書では、特にことわりのない限り、被施術者Ｐに近い側を前側、被施術者Ｐから遠い側を後ろ側として表記する。また、カテーテル送り装置１６の構成と、ガイドワイヤ送り装置１７の構成とは、ほぼ同じであるので、ガイドワイヤ送り装置１７について構成を説明し、説明が同じ部分については、カテーテル送り装置１６の説明を省略する。

ガイドワイヤ送り装置１７は、ガイドワイヤ２１を被施術者Ｐに挿入する装置であり、ガイドワイヤ２１の直動操作と回転操作を行うことができる。また、施術者Ｄにガイドワイヤ２１を挿入した時の反力を検出する機構を備える。ガイドワイヤ送り装置１７は、回転操作や、反力を検出する機構を内部に備えた筐体２６と、この筐体２６を直動させて、ガイドワイヤ２１の直動操作を行う送り装置２４とを備えている。

送り装置２４は、ステッピングモータ、ボールねじ、リニアガイド等を含んで構成されており、スレーブ側制御部１４からの指令により、筐体２６をガイドワイヤ２１の軸方向に直線的に動作させる。すなわちガイドワイヤ２１の直動操作を行うことができる。

スレーブ側送り装置１２が、ガイドワイヤ２１を挿入するガイドワイヤ送り装置１７と、カテーテル２２を挿入するカテーテル送り装置１６とを含んで構成されていることにより、ガイドワイヤ２１とカテーテル２２を、独立して操作することができ、ガイドワイヤ２１とカテーテル２２を協調して挿入することができる。すなわち、カテーテル２２とガイドワイヤ２１の操作機構を直列または並列に配置して制御することにより、ガイドワイヤ２１とカテーテル２２が相互に独立して同時に動作可能とした。すなわち、一方が静止していて、他方が直進あるいは回転することや、一方が戻る方向に直進あるいは回転しながら、他方が進む方向に直進あるいは回転することなどを自由に設定することができる。これによりガイドワイヤ２１とカテーテル２２とが連携して挿入等を可能とする。本発明は実際の臨床応用において、施術者（医者）の操作を忠実に再現及び追従させることができ、遠隔的にカテーテル挿入手術が可能となった。

図３は、ガイドワイヤ送り装置１７の筐体２６内の内部構造の斜視図であり、図４はガイドワイヤ送り装置１７の筐体２６内の断面図である。また、図５は、ガイドワイヤ送り装置１７を構成する反力測定機構２８等の分解斜視図であり、図６はガイドワイヤ送り装置１７を構成する回転機構２７の分解斜視図である。筐体２６内の構成、すなわち図３、４に示されている機構により、ガイドワイヤ送り装置１７は、ガイドワイヤ２１の回転操作と、ガイドワイヤ２１の反力の検出を行う。なお、図３から図６は、紙面の左側が、被施術者Ｐに近い側、すなわち前側となる。

図４に示すように、ガイドワイヤ送り装置１７の筐体２６内は、ガイドワイヤ２１の回転操作を行う回転機構２７と、ガイドワイヤ２１からの反力を検出する反力測定機構２８と、ガイドワイヤ２１を把持する把持機構２９と、この把持機構２９の把持力を発生させるための把持力発生機構３０と、を含んで構成されている。

回転機構２７は、モータサポータ３２に固定された回転力発生モータ３１により、ガイドワイヤ２１の回転操作を行う。図３、４、６に示すように、回転力発生モータ３１は、ガイドワイヤ２１の回転操作を行うための回転力を、カップリング３３、ボールスプライン軸３４、第１ボールスプラインナット３５、ナットサポータ３６、回転力用駆動ギア３７を通じて、回転機構２７の上に位置する把持機構２９の回転力用被動ギア５１に伝達する。このとき、この回転動作は、回転力発生モータ３１内のベアリングと、第２ボールスプラインナット３９によりガイドされている。なお、回転力発生モータ３１は、減速機付のサーボモータである。

回転力用駆動ギア３７、ナットサポータ３６、第１ボールスプラインナット３５、および回転力用駆動ギア３７を固定しているスナップリング３８は、一体として直動動作を行う。この際、ボールスプライン軸３４、および第２ボールスプラインナット３９により、直動動作はガイドされている。

反力測定機構２８は、ガイドワイヤ２１からの反力を力検知センサ５０で測定する機構であり、図３から５に示すように、ガイドワイヤ２１の回転機構２７を含む他の機構よりも被施術者Ｐに近い側に設置されている。力検知センサ５０はひずみゲージから構成されているとともに、反力測定機構用ブラケット５０ａにより筐体２６に固定されている。ガイドワイヤ２１は、固定部材４３により、ガイド軸部５２ａと、位置決めリング４２に固定されている。位置決めリング４２の前側には、第１スラストベアリング４１と先端プレート４０が設けられ、後側には第２スラストベアリング４４と後端プレート４５が設けられ、スプリングワシャ４８を挟んで、複数のボルト４７、および回り止めナット４６により固定されている。この構成により、ガイドワイヤ２１と固定されている位置決めリング４２は、後端プレート４５等に対して、ガイドワイヤ２１を中心に回転自在となる。

後端プレート４５には、２本のスライダ４６ｂが固定され、反力測定機構用ブラケット５０ａに固定されている２本のスライドレール４６ａに対して、ガイドワイヤ２１の軸心方向に直動可能となっている。さらに後端プレート４５には、力伝達部材４９が取付けられており、この力伝達部材４９のひずみを測定することにより、ガイドワイヤ２１の軸心方向の反力を測定することができる。

力検知センサ５０が、ガイドワイヤ２１の回転機構２７よりも被施術者Ｐ側に設けられていることにより、ガイドワイヤ２１からの反力を精度よく検出することができる。

把持機構２９は、ガイドワイヤ２１を把持するための機構である。図３から５に示すように、把持機構２９の前側には、ガイド軸部５２ａを直動方向に案内する第３ボールスプラインナット５２が設けられ、この第３ボールスプラインナット５２の外周は、筐体２６と一体化されている第３ＢＳ用ブラケット５２ｂに固定されている。なおガイド軸部５２ａは、把持機構２９を構成する回転力用被動ギア５１の一部である。

回転力用被動ギア５１の中心には、ロックブロック５３を後方から挿入することができる。ロックブロック５３は、図７に示すように、前側が細くなっているテーパ面が設けられており、また、軸方向に沿った、複数のスリットが設けられている。回転力用被動ギア５１の中心に設けられている中心孔は、このロックブロック５３を挿入することができるように、後ろ側に向けて径が大きくなっている。ロックブロック５３が、後述する把持力発生機構３０からの、前側に向けての押圧力を、連結軸５５から受けることにより、ロックブロック５３の前側の径が小さくなり、この部分でガイドワイヤ２１を固定することができる。

ロックブロック５３の外周のテーパ面が締め付けられ、ガイドワイヤ２１を固定することにより、ロックブロック５３の締め付け力が過大にガイドワイヤ２１に付加されるのを防止できる。

把持力発生機構３０は、ガイドワイヤ２１に対する把持力を発生するための機構である。電磁クラッチ６４は電磁クラッチ用ブラケット６５ａにより筐体２６と結合されており、電磁クラッ６４が通電されると、電磁クラッチ６４の内側が外側に対して相対的に前側に動作する。電磁クラッチ６４の前側が動作することで、連結軸５５と、ロックブロック５３が前側に向けて押されることで回転力用被動ギア５１とガイドワイヤ２１とが一体として動作するようになる。また連結軸５５と電磁クラッチ６４との間には、ガイドワイヤ２１の軸方向の動作を許容する第４ボールスプラインナット６０と第４ボールスプライン軸５８とが設けられているとともに、ガイドワイヤ２１の回転操作のトルクリミット部５９が設けられている。

ロックブロック５３は、電磁クラッチ６４によりテーパ面が締め付けられることにより、テーパ面締め付けの時間が短くなり、施術時間を短くすることができる。

本実施形態に係るガイドワイヤ送り装置１７の構成は上に示すとおりであるが、カテーテル送り装置１６についても同じ構成である。ただしカテーテル送り装置１６においては、ロックブロック５３によるカテーテル１６への接触圧を小さくするようにする。なお、ガイドワイヤ送り装置１７の構成と、カテーテル送り装置１６の構成については、独立して制御を行うことが可能であれば異なった構成にすることも可能である。

また、本実施形態に係るスレーブ側送り装置１２ではガイドワイヤ送り装置１７の筐体２６と、カテーテル送り装置１６の筐体２５とを、ガイドワイヤ２１の軸方向に直列に並べる構成としたが、これらを構成する筐体２５、２６を並列に並べることも可能である。

１０ カテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システム
１１ マスター側操作装置
１２ スレーブ側送り装置
１６ カテーテル送り装置
１７ ガイドワイヤ送り装置
２１ ガイドワイヤ
２２ カテーテル
２７ 回転機構
５０ 力検知センサ
５３ ロックブロック
６４ 電磁クラッチ
Ｄ 施術者
Ｐ 被施術者

Claims (3)

1. カテーテル、および該カテーテル用のガイドワイヤを挿入する手術のためのシステムであって、
   施術者が直接操作するマスター側操作装置と、該マスター側操作装置の動作に追随して動作し、被施術者に前記ガイドワイヤを挿入するスレーブ側送り装置と、が備えられ、
   前記スレーブ側送り装置には、前記ガイドワイヤ挿入時に、前記ガイドワイヤに加えられる反力を検知する力検知センサが備えられ、
   前記スレーブ側送り装置は、前記ガイドワイヤを挿入するガイドワイヤ送り装置と、前記カテーテルを挿入するカテーテル送り装置と、を含んで構成されており、
   前記力検知センサは、前記ガイドワイヤに沿う力伝達部材に設けられたひずみゲージによって前記ガイドワイヤに加えられている反力を検知し、かつ、前記ガイドワイヤの回転機構よりも被施術者側に設けられており、
   前記ガイドワイヤおよび前記カテーテルの少なくともいずれかを、前記ガイドワイヤの挿抜方向に固定する位置決めリングを有し、
   該位置決めリングは、前記力伝達部材に対して、２つのスラストベアリングに挟まれることにより、前記ガイドワイヤの挿抜方向に固定されるとともに、前記ガイドワイヤを中心として回転可能である、
   ことを特徴とするカテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システム。
2. 前記ガイドワイヤ送り装置、または前記カテーテル送り装置の少なくともいずれか一方には、
   前記ガイドワイヤ、または前記カテーテルを把持するためのロックブロックが設けられており、
   該ロックブロックの外周のテーパ面が締め付けられることにより、該ロックブロックが前記ガイドワイヤまたは前記カテーテルを固定する、
   ことを特徴とする請求項１記載のカテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システム。
3. 前記ロックブロックは、
   電磁クラッチにより前記テーパ面が締め付けられる、
   ことを特徴とする請求項２記載のカテーテルおよびガイドワイヤ連携挿入システム。