WO2018225538A1

WO2018225538A1 - 医療機器駆動装置及び力情報の算出方法

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Publication number: WO2018225538A1
Application number: PCT/JP2018/020144
Authority: WO
Inventors: 伸牧; 知樹櫨田
Original assignee: テルモ株式会社
Priority date: 2017-06-05
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2018-12-13
Also published as: JPWO2018225538A1; JP7019693B2; US20200108226A1; US11786701B2

Abstract

血管内に長尺状の医療機器２３を挿入するための医療機器駆動装置１０であって、長尺状の医療機器の微細な移動を可能にする副駆動部３０と、長尺状の医療機器の長距離移動を可能にする主駆動部４０と、を有し、副駆動部は、副駆動部本体３３と、この副駆動部本体に対して移動可能な副可動部３６と、を備え、長尺状の医療機器に加わる微細な力情報は、副可動部の加速度情報に基づいて算出されることを特徴とする医療機器駆動装置１０。

Description

医療機器駆動装置及び力情報の算出方法

　本発明は、例えば、生体の血管内等に挿入されるカテーテル等に使用するガイドワイヤ等の医療機器を遠隔操作するための医療機器駆動装置及び力情報の算出方法に関する。

　従来、患者の血管内にカテーテル等を挿入して、血管内の狭窄部等を治療する「血管内治療」が行われている。
　この「血管内治療」では、医師等が、カテーテルを挿入するために、カテーテルに先行し、カテーテルをガイドするために血管内に挿入されるガイドワイヤ等を操作する必要がある。
　このガイドワイヤを操作するには、医師等が挿入された状態をＸ線で透視し、画像で挿入状態を視認しながら施術を行う必要がある。

　しかし、この施術方法は、患者の近傍で施術する必要があるため、医師等がＸ線によって被曝するおそれがある。
　そこで、医師等が患者に直接ではなく、遠隔操作可能なロボットを用いてガイドワイヤ等の挿入を行う提案がなされている（例えば、特許文献１）。

米国特許公開公報２０１５ー１９６８号公報

　しかし、遠隔操作可能なロボットを使用する場合、医師等が直接、手で操作する際に感じる僅かな力の情報を取得し難い。このため、例えば、ガイドワイヤ等の先端が血管内壁の病変部に当接し、ガイドワイヤ等の先端が前進できない事態が発生したとしても、その事態の発生を把握することが出来ない場合がある。
　その事態に気付かずにガイドワイヤ等を前進させ続けることにより、ガイドワイヤ等がたわんで、最終的には突然跳ねて血管壁を突き破る等の事態が発生するおそれがあった。

　本開示は、血管内で発生する微細な力の変化等を精度良く検知することができる医療機器駆動装置及び力情報の算出方法を提供することを目的とする。

　本開示の第１の態様としての医療機器駆動装置は、血管内に長尺状の医療機器を挿入するための医療機器駆動装置であって、前記長尺状の医療機器の移動を可能にする主駆動部と、前期長尺状の医療機器の前記駆動部よりも短い距離の移動を可能とし、副駆動部本体と、前記副駆動部本体に対して移動可能な副可動部と、を備える副駆動部と、前記副可動部の加速度情報を取得するためのセンサと、を有し、前記長尺状の医療機器に加わる力情報は、前記副可動部の加速度情報に基づいて算出されることを特徴とする。

　前記構成によれば、副可動部の移動の加速度情報で、血管からの微細な力を検知できるので、血管内で発生する力の変化等を精度良く検知することができる。
　ガイドワイヤ等の長尺状の医療機器を血管内の目標部分近傍まで移動させるといった長距離移動を行う際には、主駆動部で移動させることができるので、長尺状の医療機器を効率的に移動させることができる。
　一方、例えば、主駆動部で移動された後は、副可動部の副駆動部本体に対する移動の加速度情報により、血管内で医療機器に加わる僅かな力変化を検知可能なので、医療機器の効率的移動と微細な力変化の検知という相矛盾した要請を同時に達成することができる。
　すなわち、例えば、長尺状の医療機器を長距離移動させるという大きな力は、主駆動部が担い、一方、長尺状の医療機器に加わる微細な力情報の検出は、主駆動部では検知が困難であるため、副駆動部が担うことで、上述の相矛盾した要請を同時に達成することができる構成となっている。
　前記構成によれば、副可動部の移動の速度の変化情報で、血管からの微細な力を検知できるので、例えば、「力センサ」等の特別なセンサを設けることなく、血管内で発生する力の変化等を精度良く検知することができる。
　さらに、特別な例えば、「力センサ」等の配置が不要であるため、同時にコストも下げることができる。

　本開示の一実施形態としての医療機器駆動装置は、前記長尺状の医療機器の目標加速度情報を入力可能な入力部を有し、前記入力部に入力された前記長尺状の医療機器の前記目標加速度情報に基づいて、前記副可動部の目標加速度情報が求められ、長尺状の医療機器に加わる力情報は、前記副可動部の前記目標加速度情報と前記副可動部の実際の前記加速度情報との差によって算出されることを特徴とする。

　前記構成によれば、長尺状の医療機器に加わる力情報は、副可動部の加速度情報等の目標加速度情報と副可動部の実際の加速度情報等の加速度情報との差によって算出されるので、例えば、力センサ等の特別なセンサ等を用いることなく、精度良く長尺状の医療機器に加わる力情報を検知することができる。

　本開示の一実施形態としての医療機器駆動装置において、前記主駆動部は、主駆動部本体と、前記主駆動部本体に対して移動可能な主可動部と、を備え、前記主可動部の移動に伴って前記副駆動部本体が移動することを特徴とする。

　前記構成によれば、主可動部の移動で、副駆動部本体も移動されると共に医療機器も移動させられるので、効率的に副駆動部本体を移動させることができる。

　本開示の一実施形態としての医療機器駆動装置において、前記センサは、前記主可動部の加速度情報を取得するための第１のセンサと、前記副可動部の前記副駆動部本体に対する相対加速度情報を取得するための第２のセンサと、を有し、前記副可動部の前記加速度情報は、前記主可動部の前記加速度情報と、前記副可動部の前記相対加速度情報と、に基づいて算出されることを特徴とする。

　前記構成によれば、副可動部の加速度情報は、主可動部の加速度情報と、副可動部の相対加速度情報に基づいて算出されるので、特別な位置センサ等を副可動部に対して配置し、副可動部の絶対位置情報を取得しなくても、副可動部の加速度情報を取得することができ、コストを抑えることができる。

　本開示の一実施形態としての医療機器駆動装置において、前記第１のセンサは、前記主可動部の絶対位置情報を取得する第１の位置センサであり、前記第２のセンサは、前記副可動部の前記副駆動部本体に対する相対位置情報を取得する第２の位置センサであり、前記主可動部の前記加速度情報は、前記主可動部の前記絶対位置情報から算出され、前記副可動部の前記相対加速度情報は、前記副可動部の前記相対位置情報から算出されることを特徴とする。

　本開示の一実施形態としての医療機器駆動装置は、前記長尺状の医療機器の目標加速度情報を入力可能な入力部を有し、前記入力部に入力された前記長尺状の医療機器の前記目標加速度情報に基づいて、前記副可動部の目標加速度情報が算出され、前記副可動部の前記目標加速度情報に基づいて、前記主可動部の目標加速度情報および前記副可動部の前記副駆動部本体に対する目標相対加速度情報が決定されることを特徴とする。

　前記構成によれば、副可動部の目標加速度情報に基づいて、主可動部の目標加速度情報および副可動部の副駆動部本体に対する目標相対加速度情報が決定されるので、副可動部と主可動部とのそれぞれを個別に制御することができる。

　本開示の一実施形態としての医療機器駆動装置は、前記目標加速度情報の決定において、前記副可動部の前記副駆動部本体に対する相対位置が一定の範囲内となるように、前記主可動部の前記目標加速度情報及び前記副可動部の前記目標相対加速度情報が決定されることを特徴とする。

　前記構成によれば、副可動部の副駆動部本体に対する相対位置が一定の範囲内となるように、主可動部の目標加速度情報及び副可動部の目標相対加速度情報が決定されるので、血管内で医療機器に加わる僅かな力変化を精度良く検知することができる。

　本開示の一実施形態としての医療機器駆動装置において、前記長尺状の医療機器に加わる力情報は、前記副可動部の前記目標相対加速度情報と前記副可動部の前記相対加速度情報との差、及び、前記主可動部の前記目標加速度情報と前記主可動部の前記加速度情報との差、に基づいて算出されることを特徴とする。

　本開示の一実施形態としての医療機器駆動装置は、前記入力部に長尺状の医療機器の前記目標加速度情報を入力するための操作部を有し、前記算出された前記長尺状の医療機器に加わる力情報を前記操作部に反映させることを特徴とする。

　前記構成によれば、操作部を操作する操作者が、血管などから長尺状の医療機器に加わる力を感じることができるので、操作し易い装置となる。

　本開示の一実施形態としての医療機器駆動装置は、前記算出された前記長尺状の医療機器に加わる力情報が所定の値を超えた際に、その旨を報知することを特徴とする。

　前記構成によれば、医療機器駆動装置の操作者が、異常の有無を知ることができるので、より信頼性が高い装置となる。

　本開示の一実施形態としての医療機器駆動装置は、前記算出された前記長尺状の医療機器に加わる力情報が所定の値を超えた際に、前記副可動部の移動を停止することを特徴とする。

　前記構成によれば、長尺状の医療機器に加わる力情報が所定の値を超えた際に、副可動部の移動を停止するので、より安全で信頼性が高い装置となる。

　本開示の第２の態様としての力情報の算出方法は、長尺状の医療機器に加わる力情報を算出するための力情報の算出方法であって、前記長尺状の医療機器の目標加速度情報を取得する工程と、前記長尺状の医療機器の前記目標加速度情報に基づいて、前記長尺状の医療機器を駆動させる工程と、前記長尺状の医療機器の実際の加速度情報を取得する工程と、前記実際の加速度情報と前記目標加速度情報との差によって前記長尺状の医療機器に加わる前記力情報を算出する工程と、を有することを特徴とする。

　本開示によれば、血管内で発生する力の変化等を精度良く検知することができる医療機器駆動装置及び力情報の算出方法を提供することができる。

本発明の医療機器駆動装置である例えば、ガイドワイヤ駆動装置を備える医療機器居装置である例えば、ガイドワイヤ駆動システムを示す概略図である。図１のガイドワイヤ駆動装置の主な機械的構成を示す概略図である。図２のＶＣＭを立体的に示した概略図である。図１のガイドワイヤ駆動装置の主な構成を示す概略ブロック図である。第１記憶部の主な構成を示す概略ブロック図である。第２記憶部の主な構成を示す概略ブロック図である。第３記憶部の主な構成を示す概略ブロック図である。第４記憶部の主な構成を示す概略ブロック図である。第５記憶部の主な構成を示す概略ブロック図である。主可動部の加速度情報である「主可動部加速度情報」を取得する工程を示す概略フローチャートである。微細可動部の微細駆動部本体に対する相対加速度情報である「微細可動部相対加速度情報」を取得する工程を示す概略フローチャートである。図１のガイドワイヤ駆動装置を有するガイドワイヤ駆動装置システムの主な動作例を示す概略フローチャートである。図１のガイドワイヤ駆動装置を有するガイドワイヤ駆動装置システムの主な動作例を示す他の概略フローチャートである。

　以下、この発明の好適な実施の形態を、添付図面等を参照しながら、詳細に説明する。
　尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載ない限り、これらの態様に限られない。

　図１は、本発明の医療機器駆動装置である例えば、ガイドワイヤ駆動装置１０を備える医療機器装置である例えば、ガイドワイヤ駆動システム１を示す概略図である。
　図１に示すように、ガイドワイヤ駆動システム１は、患者の生体である例えば、血管内に挿入し配置するためのバルーンカテーテル２を有している。

　このバルーンカテーテル２は、その先端に、造影剤の注入によって拡張するバルーン２１が配置される構成となっている。
　具体的には、患者の血管内の狭窄部（病変部）でバルーン２１を拡張させることで狭窄部を押し広げて治療可能な構成となっている。

　本実施の形態のバルーンカテーテル２は、例えば、冠動脈の狭窄部を広げるために使用されるＰＴＣＡ（Ｐｅｒｃｕｔａｎｅｏｕｓ　Ｔｒａｎｓｌｕｍｉｎａｌ　Ｃｏｒｏｎａｒｙ　Ａｎｇｉｏｐｌａｓｔｙ：経皮的冠動脈内腔拡張術）拡張用バルーンカテーテルである。
　本実施の形態のバルーンカテーテル２は、例えば、他の血管、胆管、気管、食道、その他の消化管、尿道、耳鼻内腔、その他の臓器等の生体器官に形成された狭窄部の治療及び改善を目的として使用されるものとして構成することができる。

　バルーンカテーテル２は、図１に示すように、生体管腔内に挿入可能な可撓性を備える長尺状のシャフト２２を有し、このシャフト２２の先端に上述の拡張及び収縮が可能なバルーン２１が配置されている。
　シャフト２２の基端側には、バルーンカテーテル２が他の装置と接続するためのハブ２４が配置されている。
　シャフト２２には、長尺状の医療機器である例えば、ガイドワイヤ２３が導出される開口部２５も形成されている。

　このガイドワイヤ２３は、バルーン２１に先行して血管内に挿入され、後から続くバルーン２１を病変部まで案内する役割等を果たす構成となっている。
　このため、ガイドワイヤ２３は、図１の開口部２５から挿入され、バルーン２１の先端から突き抜けるように配置される。

　本実施の形態では、図１に示すように、このガイドワイヤ２３を患者の血管内に挿入する役割を果たすガイドワイヤ駆動装置１０を備えている。
　具体的には、患者の血管内に挿入されたガイドワイヤ２３は、図示しないＸ線撮像装置で撮像され、その映像が図１のディスプレイ１２に表示される。
　ガイドワイヤ駆動装置１０は、操作者である医師等が、入力部である例えば、図１に示す「ジョイスティック１１」の操作部である例えば、ハンドル１１ａを倒すように移動（揺動）させることで、その駆動がコントロールされる。

　したがって、医師等は、患者から離れて、ディスプレイ１２を視認しながら、ジョイスティック１１のハンドル１１ａを操作することで、ガイドワイヤ２３を患者の血管内に挿入させることができる。
　このため、医師等は、Ｘ線による被曝を回避することができる構成となっている。

　図２は、図１のガイドワイヤ駆動装置１０の主な機械的構成を示す概略図である。
　図２に示すように、ガイドワイヤ駆動装置１０は、図１のガイドワイヤ２３を取り付ける支持部である例えば、ワイヤ取付部１３を有している。
　そして、このワイヤ取付部１３は、副駆動部の一例である微細駆動部に接続されている。具体的には、微細駆動部である例えば、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）３０の微細可動部３６に接続されている。
　この微細可動部３６が、副可動部の一例となっている。
　ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）３０は、磁場を媒体として電気エネルギーを運動エネルギーに変換するモータで、本実施の形態では、例えば、磁場の中でコイルが動くタイプとなっている。

　ＶＣＭ３０は、微細可動部３６を軽量とすることができ、電気的応答に優れ、高速な運動が可能であると共に、通電電流にほぼ比例した推力発生が可能なため、精密な制御が可能なモータとなっている。

　このため、本実施の形態では、図２のＶＣＭ３０は、血管内におけるガイドワイヤ２３に対する微細な力、例えば、外力（反力等）を精度良く検知することができる。

　ＶＣＭ３０は、具体的には、以下のような構成となっている。
　図３は、図２のＶＣＭ３０を立体的に示した概略図である。
　図２及び図３の示すように、ＶＣＭ３０は、副駆動部本体である例えば、微細駆動部本体（ハウジング）３３を有し、微細駆動部本体３３は、アウターヨーク３３ａとインナーヨーク３３ｂを備えている。
　このアウターヨーク３３ａの内側には、磁石３２が配置されている。
　この磁石３２に対向してコイル３４が配置され、このコイル３４は、微細可動部３６に形成されている。

　微細可動部３６には、図２に示すように、ワイヤ取付部１３が接続されている。
　このため、ＶＣＭ３０が通電すると、微細可動部３６が微細駆動部本体３３の磁場の変化により微細駆動部本体３３に対して相対的に移動し、例えば、図３の矢印Ｘの先端方向に移動する構成となっている。
　ＶＣＭ３０は、ガイドワイヤ２３が血管壁等に当接し、力を加えられ、その力で、微細可動部３６が微細駆動部本体３３から図３の矢印Ｘの先端に移動する力を上回るときは、微細可動部３６が、逆に、図３の矢印Ｘの基端方向に移動する構成ともなっている。

　したがって、本実施の形態では、ＶＣＭ３０は、ガイドワイヤ２３の微細な移動を可能にすると共に、ガイドワイヤ２３に力が加わったときは、その力が微細であっても精密に反応して、微細可動部３６が移動する構成となっている。

　このように、本実施の形態のＶＣＭ３０の微細可動部３６は、ガイドワイヤ２３に対する力に精度良く反応する必要があることから、所定位置に配置されるように電流等が調整されている。
　例えば、図２で示す微細駆動部本体３３の基準点（ｂ）に、微細可動部３６の基準となる部分（基準部）、例えば、微細可動部３６の基端側が位置し、若しくは、その基準点ｂの所定の範囲（例えば、図２の微細可動部３６の移動方向の所定範囲）内に位置するように制御されることになる。

　図２に示すように、ガイドワイヤ駆動装置１０は、主駆動部である例えば、リニアモータ４０を有している。
　リニアモータ４０は、図２に示すように主駆動部本体（ハウジング）４１を有し、この主駆動部本体４１には、一直線に配列された磁石４２が配列されている。
　そして、この磁石４２と対向するように配置されたコイル４３は、主可動部４４側に配置されている。
　このため、通電することで、主可動部４４が磁石４２に沿って移動する構成となっている。

　図２に示すように、主可動部４４には、取り付け軸４５が接続されると共に、取り付け軸４５の先端側には、ＶＣＭ３０の微細駆動部本体３３が接続されている。

　すなわち、主可動部４４は、取り付け軸４５を介して微細駆動部本体３３と接続されており、リニアモータ４０が駆動して、主可動部４４が、図２の先端側方向に向かって移動することによりＶＣＭ３０も先端側（ガイドワイヤ２３側）に移動する構成となっている。

　本実施の形態では、リニアモータ４０は、ＶＣＭ３０では困難な、ガイドワイヤ２３の長い移動、例えば、血管内へガイドワイヤ２３を挿入し、目標部位までガイドワイヤ２３を進める場合などに使用される。
　そして、目標部位における血管からの微細な力を測定する場合には、ＶＣＭ３０を使用する構成となっている。
　特に、ＶＣＭ３０の微細可動部３６には、ワイヤ取付部１３を介して、ガイドワイヤ２３が接続されているためＶＣＭ３０は、ガイドワイヤ２３からの微細な力等を検知し易い構成となっている。
　すなわち、長尺状のガイドワイヤ２３を長距離移動させるという大きな力は、リニアモータ４０が担い、一方、長尺状のガイドワイヤ２３に加わる微細な力情報の検出は、リニアモータ４０では検知が困難であるためＶＣＭ３０が担うことで、上述の相矛盾した要請を同時に達成することができる構成となっている。

　ところで、図１に示すガイドワイヤ駆動装置１０等は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等を有し、これらは、バスを介して接続されている。

　図４は、図１のガイドワイヤ駆動装置１０の主な構成を示す概略ブロック図である。
　図４に示すように、ガイドワイヤ駆動装置１０は、「駆動制御部５１」を有し、駆動制御部５１は、ジョイスティック１１やディスプレイ１２等と通信するための「通信装置５２」、「計時装置５３」、「情報入力装置５４」や図２に示すリニアモータ４０、ＶＣＭ３０等を制御する構成となっている。

　駆動制御部５１は、図４に示す「第１記憶部６０」、「第２記憶部７０」、「第３記憶部８０」、「第４記憶部９０」、「第５記憶部１００」及び「第６記憶部１１０」を制御する。
　図５乃至図１０は、それぞれ「第１記憶部６０」、「第２記憶部７０」、「第３記憶部８０」、「第４記憶部９０」、「第５記憶部１００」及び「第６記憶部１１０」の主な構成を示す概略ブロック図である。これらの内容は後述する。

　図４に示すようにリニアモータ４０の主可動部４４のコイル４３部分には、第１の位置センサである例えば、「磁気センサ４７」が配置され、後述するように主可動部４４の絶対位置情報を取得する際に用いられる。
　そして、ＶＣＭ３０には、ホール素子を介して微細可動部３６の位置を検出する第２の位置センサである例えば、位置検出センサ３５が形成され、後述するように、微細可動部３６の微細駆動部本体３３に対する相対位置情報を取得する際に用いられる。

　この相対位置情報により、図２の微細可動部３６の基準である基端側が、微細駆動部本体３３の基準点（ｂ）と一致し、又は、基準点（ｂ）の所定の範囲内に配置されているか否かを判断することができる。

　すなわち、本実施の形態では、「磁気センサ４７」で、主可動部４４の絶対位置情報を取得し、この位置情報に基づき主可動部４４の速度情報を取得し、さらに、速度情報から主可動部４４の加速度情報を取得する構成となっている。

　図１０は、主可動部４４の加速度情報である「主可動部加速度情報」を取得する工程を示す概略フローチャートである。
　以下、同フローチャートを用いて、主可動部４４の主可動部加速度情報を取得する工程を説明する。

　図１０のステップ（以下「ＳＴ」とする。）１では、図５の「主可動部位置取得部（プログラム）６１」が動作し、リニアモータ４０の主可動部４４の移動を磁気センサ４７からの信号で検知し、主可動部４４の位置情報を把握する。
　そして、主可動部４４の位置情報として図６の「主可動部位置記憶部６２」に記憶する。
　これにより、図２の主可動部４４の移動の位置情報を取得することができる。

　次いで、ＳＴ２へ進む。ＳＴ２では、主可動部４４の速度情報を生成する。
　すなわち、図５の「主可動部速度生成部（プログラム）６３」が動作し、図５の「主可動部位置記憶部６２」の主可動部４４の「位置情報」に基づいて、時刻毎の主可動部４４の速度情報である「主可動部速度情報」を生成し、図５の「主可動部速度記憶部６４」に記憶する。

　すなわち、位置情報と時刻情報とに基づき、主可動部４４の「速度情報」を生成して記憶する。

　次いで、ＳＴ３へ進む。ＳＴ３では、主可動部４４の加速度情報を生成する。
　具体的には、図５の「主可動部加速度生成部（プログラム）６５」が動作し、図５の「主可動部速度記憶部６４」を参照する。
　そして、時刻情報を基準に、現在時刻の直前の主可動部速度情報と現在時刻の主可動部速度情報とに基づいて、現在時刻の主可動部４４の加速度情報である「主可動部加速度情報」を生成し、図５の「主可動部加速度記憶部６６」に記憶する。

　本実施の形態では、このようにして、図２のリニアモータ４０の主可動部４４の「加速度情報」を取得することができる。

　ところで、本実施の形態では、「位置検出センサ３５」で微細可動部３６の微細駆動部本体３３に対する相対位置情報を取得し、この相対位置情報に基づき、微細可動部３６の相対速度情報を取得し、さらに、相対速度情報から微細可動部３６の相対加速度情報を取得する構成ともなっている。

　図１１は、微細可動部３６の微細駆動部本体３３に対する相対加速度情報である「微細可動部相対加速度情報」を取得する工程を示す概略フローチャートである。
　以下、同フローチャートを用いて、微細可動部３６の微細駆動部本体３３に対する「微細可動部相対加速度情報」を取得する工程を説明する。

　先ず、ＳＴ１１では、図６の「微細可動部相対位置取得部（プログラム）７１」が動作し、ＶＣＭ３０の微細可動部３６の移動を位置検出センサ３５で取得する。
　そして、微細可動部３６の基準となる部分（基準部）、例えば、微細可動部３６の基端側と、微細駆動部本体３３の基準点（ｂ）と、の相対位置情報を把握する。
　そして、微細可動部３６の相対位置情報として、図６の「微細可動部相対位置記憶部７２」に記憶させる。

　次いで、ＳＴ１２へ進む。ＳＴ１２では、図６の「微細可動部相対速度生成部（プログラム）７３」が動作し、図６の「微細可動部相対位置記憶部７２」の微細可動部３６の「位置情報」に基づいて、時刻毎の微細可動部の相対速度情報である「微細可動部相対速度情報」を生成し、図６の「微細可動部相対速度記憶部７４」に記憶する。

　すなわち、微細可動部３６の微細駆動部本体３３に対する相対位置と時刻情報とに基づき、微細可動部３６の微細駆動部本体３３に対する「相対速度」を生成し、記憶する。

　次いで、ＳＴ１３へ進む。ＳＴ１３では、微細可動部３６の微細駆動部本体３３に対する相対加速度情報を生成する。
　具体的には、図６の「微細可動部相対加速度生成部（プログラム）７５」が動作し、図６の「微細可動部相対速度記憶部７４」を参照する。
　そして、時刻情報を基準に、現在時刻の直前の微細可動部相対速度情報と、現在時刻の微細可動部相対速度情報と、に基づいて、現在時刻の微細可動部３６の相対加速度情報である「微細可動部相対加速度情報」を生成し、図６の「微細可動部相対加速度記憶部７６」に記憶する。

　本実施の形態では、このようにして、図２のＶＣＭ３０の微細可動部３６の微細駆動部本体３３に対する「相対加速度情報」を取得することができる。

　図１２及び図１３は、図１のガイドワイヤ駆動装置１０を有するガイドワイヤ駆動システム１の主な動作例を示す概略フローチャートである。
　以下、これらのフローチャートに沿って説明すると共に、図１乃至図９等の構成等についても説明する。
　先ず、図１２のＳＴ２１では、医師等の操作者が図１のガイドワイヤ駆動システム１のガイドワイヤ駆動装置１０の操作を開始する。
　具体的には、操作者は、ガイドワイヤ２３をカテーテルに先行して血管内に挿入させる。
　このとき、図示しないＸ線撮像装置でＸ線を患者に照射し、Ｘ線透視で、該当部位をディスプレイ１２に表示させながら行う。
　したがって、操作者はＸ線による被曝を避けながらガイドワイヤ駆動装置１０の操作を開始することができる。

　次いで、ＳＴ２２へ進む。ＳＴ２では、操作者は図１のジョイスティック１１のハンドル１１ａを倒す等して操作する。
　このハンドル１１ａの傾倒度合いで、図１のガイドワイヤ２３の移動における目標加速度が決定される。
　具体的には、図７の「目標加速度生成部（プログラム）８１」が動作し、ガイドワイヤ２３の目標加速度から、微細可動部３６の絶対座標（位置）における目標加速度が計算され、図７の「微細可動部目標加速度記憶部８２」に記憶される。
　ここで、微細可動部３６の絶対座標（位置）における目標加速度は、図２の微細可動部３６の先端側（ワイヤ取付部１３側）の絶対座標（位置）における加速度を示す。
　このため、微細可動部３６の絶対座標（位置）における加速度により、微細可動部３６とワイヤ取付部１３を介して接続されているガイドワイヤ２３の移動に関する加速度が制御される。

　本実施の形態では、ガイドワイヤ２３の目標加速度から微細可動部３６の絶対座標（位置）における目標加速度を計算したが、本発明はこれに限らず、ガイドワイヤ２３の目標加速度を微細可動部３６の絶対座標（位置）における目標加速度としても構わない。

　次いで、ＳＴ２３へ進む。ＳＴ２３では、微細可動部３６の基準部（微細可動部３６の基端側）と微細駆動部本体３３の基準点（ｂ）との相対位置情報を取得する。
　すなわち、微細可動部３６の基準部と微細駆動部本体３３の基準点（ｂ）とのズレ情報を取得する。

　次いで、ＳＴ２４では、図７の「微細可動部目標加速度記憶部８２」に記憶されている「微細可動部３６の絶対位置における目標加速度情報」から主可動部４４の絶対位置における目標加速度である「主可動部目標加速度」及び微細可動部３６の微細駆動部本体３３に対する目標相対加速度である「微細可動部目標相対加速度」を決定する。
　そして、これら「主可動部目標加速度」及び「微細可動部目標相対加速度」は、それぞれ、図７の「主可動部目標加速度記憶部８３」及び「微細可動部目標相対加速度記憶部８４」に記憶する。

　この決定に際して、微細可動部３６の基準部が微細駆動部本体３３の基準点（ｂ）からズレている場合は、そのズレを解消するように「主可動部目標加速度」及び「微細可動部目標相対加速度」への分配率を調整する。

　次いで、図１２のＳＴ２５及びＳＴ２６へ進む。
　ＳＴ２５では、図２の主可動部４４が、図７の「主可動部目標加速度記憶部８３」の「主可動部目標加速度情報」となるための力（電力）を算出し、リニアモータ４０に電力を供給する。
　これにより、リニアモータ４０が駆動し、主可動部４４が主駆動部本体４１に対して移動する。
　ＳＴ２６では、「微細可動部３６」が図６の「微細可動部目標相対加速度記憶部８４」の「微細可動部目標相対加速度情報」となるための力（電力）を算出し、ＶＣＭ３０に電力を供給する。
　これにより、ＶＣＭ３０が駆動し、微細可動部３６が微細駆動部本体３３に対して移動する。

　ＳＴ２５の後、ＳＴ２７へ進み、ＳＴ２６の後、ＳＴ２７へ進む。これらは同時に実行されても構わない。
　ＳＴ２７では、リニアモータ４０に対して「主可動部目標加速度」となるための力（電力）を付与する直前からの「主可動部加速度情報」を図５の「主可動部加速度記憶部６６」から取得し、記憶する。
　ＳＴ２８では、ＶＣＭ３０に対して「微細可動部目標相対加速度」となるための力（電力）を付与する直前からの「微細可動部相対加速度情報」を図６の「微細可動部相対加速度記憶部７６」から取得し、記憶する。

　ここまでの工程で、図２のリニアモータ４０の主可動部４４の加速度情報と、ＶＣＭ３０の微細可動部３６の微細駆動部本体３３に対する相対加速度情報とを取得したため、以下の工程で、微細可動部３６の絶対位置における加速度情報を生成し、ガイドワイヤ２３の加速度情報を推測する。

　すなわち、ＳＴ２９では、図７の「微細可動部加速度生成部（プログラム）８５」が動作し、図５の「主可動部加速度記憶部６６」と図６の「微細可動部相対加速度記憶部７６」を参照する。
　そして、主可動部４４の加速度情報と、微細可動部３６の微細駆動部本体３３に対する相対加速度情報と、に基づき、微細可動部の絶対位置における加速度情報である微細可動部加速度情報を生成し、図７の「微細可動部加速度記憶部８６」に記憶する。

　すなわち、図２に示すように、ガイドワイヤ２３の加速度は、微細可動部３６の絶対位置における加速度から推測されると共に、微細可動部３６の絶対位置における加速度は、リニアモータ４０の主可動部４４の加速度と、ＶＣＭ３０の微細可動部３６の微細駆動部本体３３に対する相対加速度から求められる。
　このため、本工程では、かかる演算を実行し、微細可動部３６の絶対位置における加速度情報（微細可動部加速度情報）を取得する。
　このように、本実施の形態では、ガイドワイヤ２３を接続しているワイヤ取付部１３等の絶対位置情報を用いるための別個の位置センサ等を配置することなく、その加速度情報を得ることができるので、コストを抑えることができる。

　本実施の形態では、リニアモータ４０の主可動部４４の加速度とＶＣＭ３０の微細可動部３６の相対加速度から微細可動部３６の絶対位置における加速度を求めたが、これに限らず、微細可動部３６の絶対位置情報を取得する位置センサを別に配置しても構わない。
　この位置センサは、微細可動部３６の端部等を検知してもよいし、微細可動部３６と接続されているワイヤ取付部１３の端部等の位置を検知してもよい。
　このような、別個の位置センサで検知した絶対位置情報に基づき、微細可動部３６またはワイヤ取付部１３の加速度情報を求め、これを、ガイドワイヤ２３の加速度としても構わない。
　この場合、精度の高い、加速度情報を取得することができる。

　また、本実施の形態では、主可動部４４及び微細可動部３６の位置は、それぞれ磁気センサ４７及び位置検出センサ３５で検出し、速度及び加速度を求めたが、本発明はこれに限らず、磁気センサ４７及び位置検出センサ３５の代わりに、速度センサ又は加速度センサを用いても構わない。
　本実施の形態では、微細可動部３６の絶対位置の加速度は、主可動部４４及び微細可動部３６の加速度から求めたが、本発明はこれに限らず、微細可動部３６の絶対位置を検出する位置センサ、速度を検出する速度センサ及び加速度を検出する加速度センサを配置し、直接、微細可動部３６の絶対位置における加速度を求めても構わない。

　次いで、ＳＴ３０へ進む。ＳＴ３０では、ＳＴ２９で取得した微細可動部３６の絶対位置における加速度情報を微細可動部３６の目標加速度情報と比較し、加速度差情報を生成する。

　具体的には、図８の「目標加速度比較部（プログラム）９１」が動作し、図７の「微細可動部目標加速度記憶部８２」の微細可動部３６の絶対位置における目標加速度情報と、図７の「微細可動部加速度記憶部８６」の微細可動部加速度情報を比較し、その「加速度差情報」を生成し、図８の「加速度差記憶部９２」に記憶する。

　本実施の形態では、「主可動部加速度情報」及び「微細可動部相対加速度情報」から「微細可動部加速度情報」を生成し、「微細可動部加速度情報」と「微細可動部目標加速度情報」とを比較し、「加速度差情報」を取得したが、本発明は、これに限らず、「主可動部加速度情報」と「主可動部目標加速度情報」とを比較して生成した「主可動部加速度差情報」と、「微細可動部相対加速度情報」と「微細可動部目標相対加速度情報」とを比較して生成した「微細可動部相対加速度差情報」と、を足し合わせる構成としても構わない。

　すなわち、微細可動部加速度情報が、微細可動部目標加速度情報より小さいときは、ガイドワイヤ２３に血管等から微細な力が働いているため、何らかの異常が発生している可能性がある。
　一方、微細可動部加速度情報が、微細可動部目標加速度情報より大きいときは、ガイドワイヤ２３が血管側に引っ張られる力が働いているため、同様に何らかの異常が発生している可能性がある。
　そこで、本実施の形態では、力センサ等を使用することなく、以下の工程で、その外力を求める。

　具体的には、ＳＴ３１へ進む。ＳＴ３１では、図８の「外力生成部（プログラム）９５」が動作し、図８の「外力演算式記憶部９４」を参照する。
　この「外力演算式記憶部９４」には、外力演算用の式である、例えば、「ｍ（質量）×ａ（加速度）＝外力（Ｆ）」が記憶されている。
　すなわち、力（Ｆ）は、質量（ｍ）に加速度（ａ）を乗じることで、求められることが記憶されている。

　そこで、本工程では、図８の「質量記憶部９３」から必要な部品等の質量（ｍ）情報を取得し、図８の「加速度差記憶部９２」から「加速度差情報」を取得する。
　そして、上述の式を用いて演算し、「外力情報（Ｆ）」を求め、図９の「外力記憶部９６」に記憶する。

　すなわち、このようにして求められた力（Ｆ）が、血管等からガイドワイヤ２３に影響を与えた力（例えば、加わった力（外力））に相当する。
　このように、本実施の形態によれば、力を検知する力センサ等を特別に配置することなく、血管内等でガイドワイヤ２３に加わる力（Ｆ）を正確に把握することができる。
　本実施の形態では、ＶＣＭ３０の微細可動部３６の動きで、力（Ｆ）を把握するため、極めて微細な力の変化も検知することができる。

　本実施の形態のガイドワイヤ駆動システム１のガイドワイヤ駆動装置１０では、ガイドワイヤ２３が血管内の比較的長い距離を移動するときは、比較的大きな力を有するリニアモータ４０で移動させるため、迅速にガイドワイヤ２３を目的箇所まで移動させることができる。
　一方、血管内等における異常等が発生し、ガイドワイヤ２３に加わった微細な外力は、ＶＣＭ３０の微細可動部３６の動きで精度良く検知することができる。

　したがって、本実施の形態のガイドワイヤ駆動装置１０は、長尺状のガイドワイヤ２３を長距離移動させるという大きな力は、リニアモータ４０が担い、一方、長尺状のガイドワイヤ２３に加わる微細な力情報の検出は、リニアモータ４０では検知が困難であるため、ＶＣＭ３０の微細可動部３６が担うことで、上述の相矛盾した要請を同時に達成することができる構成となっている。

　ところで、ＳＴ３１で外力（Ｆ）を演算した後、ＳＴ３２へ進む。ＳＴ３２では、図９の「ジョイスティック負荷変更処理部（プログラム）１０１」が動作し、図８の「外力記憶部９６」の外力（Ｆ）に基づき、ハンドル１１ａの動作の際の負荷を強くする。

　このようにハンドル１１ａの動作の際の負荷を強くすることで、ハンドル１１ａを操作する操作者が、血管からガイドワイヤ２３に加わる力を感じることができるので、異常等の発生を把握し易い装置となる。

　次いで、ＳＴ３３へ進む。ＳＴ３３では、図９の「外力（Ｆ）警告情報生成部（プログラム）１０２」が動作し、図９の「外力（Ｆ）警告情報記憶部１０３」を参照する。
　この「外力（Ｆ）警告情報記憶部１０３」には、警告すべき外力（Ｆ）の値情報等が記憶されている。
　したがって、本工程では、図８の「外力記憶部９６」の外力（Ｆ）が、警告すべき外力（Ｆ）の値を超えているか否かを判断する。
　そして、超えているときは、ＳＴ３４で、「警告」をディスプレイ１２に表示する。

　このように、ディスプレイ１２に「警告」を表示することで、操作者に注意を促すことができる。

　上述の外力（Ｆ）の値が、所定以上となった場合に、ガイドワイヤ駆動装置１０を強制的に停止させる構成としても構わない。
　この場合は、より安全で信頼性が高いガイドワイヤ駆動装置１０となる。

　ＳＴ３４に続き、ＳＴ３５で、停止信号が入力されなければ、同様の工程を繰り返す。

　ところで、本発明は、上述の実施の形態に限定されない。
　本実施の形態では、ＳＴ３３で、所定値を超えているか否かで、警告すべきか否かを判断したが、本発明はこれに限らず、外力（Ｆ）の傾きが急に上昇したか否かで判断しても構わない。

　本実施の形態では、ＳＴ２２で「警報」を表示したが、本発明はこれに限らず、「ガイドワイヤ駆動装置１０」がガイドワイヤ２３を血管から抜き取る方向に１０ｍｍ程度強制的に退避させても良い。

　さらに、本実施の形態では、ＶＣＭ３０の微細可動部３６の基準（基端側）が、常に微細駆動部本体３３の基準点（ｂ）に維持されるように制御する例を示したが、本発明はこれに限らず、リニアモータ４０でガイドワイヤ２３を血管内の目標部位近傍に近づくまでは、ＶＣＭ３０の微細可動部３６の位置は制御せず、目標部位近傍に近づいて初めて、ＶＣＭ３０の微細可動部３６の基準（基端側）が微細駆動部本体３３の基準点（ｂ）に維持するように制御するように構成しても構わない。

　本実施の形態では、副駆動部として、ＶＣＭ３０を用いる例を示したが、本発明は、これにかぎらず、空圧シリンダを用いた直動機構や、可動部の質量を小さくし、摩擦も小さくしたリニアモータでも構わない。
　さらに、主駆動部として、リニアモータ４０を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、送りねじとモータを組み合わせた直動機構でも構わない。

　１・・・ガイドワイヤ駆動システム、２・・・バルーンカテーテル、１０・・・ガイドワイヤ駆動装置、１１・・・ジョイスティック（入力部）、１１ａ・・・ハンドル（操作部）、１２・・・ディスプレイ、１３・・・ワイヤ取付部、２１・・・バルーン、２２・・・シャフト、２３・・・ガイドワイヤ、２４・・・ハブ、２５・・・開口部、３０・・・ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、３２、４２・・・磁石、３３・・・微細駆動部本体、３３ａ・・・アウターヨーク、３３ｂ・・・インナーヨーク、３４・・・コイル、３５・・・位置検出センサ、３６・・・微細可動部、４０・・・リニアモータ、４１・・・主駆動部本体、４３・・・コイル、４４・・・主可動部、４５・・・取り付け軸、４７・・・磁気センサ、５１・・・駆動制御部、５２・・・通信装置、５３・・・計時装置、５４・・・情報入力装置、６０・・・第１記憶部、６１・・・主可動部位置取得部（プログラム）、６２・・・主可動部位置記憶部、６３・・・主可動部速度生成部（プログラム）、６４・・・主可動部速度記憶部、６５・・・主可動部加速度生成部（プログラム）、６６・・・主可動部加速度記憶部、７０・・・第２記憶部、７１・・・微細可動部相対位置取得部（プログラム）、７２・・・微細可動部相対位置記憶部、７３・・・微細可動部相対速度生成部（プログラム）、７４・・・微細可動部相対速度記憶部、７５・・・微細可動部相対加速度生成部（プログラム）、７６・・・微細可動部相対加速度記憶部、８０・・・第３記憶部、８１・・・目標加速度生成部（プログラム）、８２・・・微細可動部目標加速度記憶部、８３・・・主可動部目標加速度記憶部、８４・・・微細可動部目標相対加速度記憶部、８５・・・微細可動部加速度生成部（プログラム）、８６・・・微細可動部加速度記憶部、９０・・・第４記憶部、９１・・・目標加速度比較部（プログラム）、９２・・・加速度差記憶部、９３・・・質量記憶部、９４・・・外力演算式記憶部、９５・・・外力生成部（プログラム）、９６・・・外力記憶部、１００・・・第５記憶部、１０１・・・ジョイスティック負荷変更処理部（プログラム）、１０２・・・外力（Ｆ）警告情報生成部（プログラム）、１０３・・・外力（Ｆ）警告情報記憶部

Claims

　血管内に長尺状の医療機器を挿入するための医療機器駆動装置であって、
　前記長尺状の医療機器の移動を可能にする主駆動部と、
　前期長尺状の医療機器の前記駆動部よりも短い距離の移動を可能とし、副駆動部本体と、前記副駆動部本体に対して移動可能な副可動部と、を備える副駆動部と、
　前記副可動部の加速度情報を取得するためのセンサと、を有し、
　前記長尺状の医療機器に加わる力情報は、前記副可動部の加速度情報に基づいて算出されることを特徴とする医療機器駆動装置。
　前記長尺状の医療機器の目標加速度情報を入力可能な入力部を有し、
　前記入力部に入力された前記長尺状の医療機器の前記目標加速度情報に基づいて、前記副可動部の目標加速度情報が求められ、
　長尺状の医療機器に加わる力情報は、前記副可動部の前記目標加速度情報と前記副可動部の実際の前記加速度情報との差によって算出されることを特徴とする請求項１に記載の医療機器駆動装置。
　前記主駆動部は、主駆動部本体と、前記主駆動部本体に対して移動可能な主可動部と、を備え、
　前記主可動部の移動に伴って前記副駆動部本体が移動することを特徴とする請求項１に記載の医療機器駆動装置。
　前記センサは、前記主可動部の加速度情報を取得するための第１のセンサと、前記副可動部の前記副駆動部本体に対する相対加速度情報を取得するための第２のセンサと、を有し、
　前記副可動部の前記加速度情報は、前記主可動部の前記加速度情報と、前記副可動部の前記相対加速度情報と、に基づいて算出されることを特徴とする請求項３に記載の医療機器駆動装置。
　前記第１のセンサは、前記主可動部の絶対位置情報を取得する第１の位置センサであり、
　前記第２のセンサは、前記副可動部の前記副駆動部本体に対する相対位置情報を取得する第２の位置センサであり、
　前記主可動部の前記加速度情報は、前記主可動部の前記絶対位置情報から算出され、
　前記副可動部の前記相対加速度情報は、前記副可動部の前記相対位置情報から算出されることを特徴とする請求項４に記載の医療機器駆動装置。
　前記長尺状の医療機器の目標加速度情報を入力可能な入力部を有し、
　前記入力部に入力された前記長尺状の医療機器の前記目標加速度情報に基づいて、前記副可動部の目標加速度情報が算出され、
　前記副可動部の前記目標加速度情報に基づいて、前記主可動部の目標加速度情報および前記副可動部の前記副駆動部本体に対する目標相対加速度情報が決定されることを特徴とする請求項５に記載の医療機器駆動装置。
　前記目標加速度情報の決定において、前記副可動部の前記副駆動部本体に対する相対位置が一定の範囲内となるように、前記主可動部の前記目標加速度情報及び前記副可動部の前記目標相対加速度情報が決定されることを特徴とする請求項６に記載の医療機器駆動装置。
　前記長尺状の医療機器に加わる力情報は、前記副可動部の前記目標相対加速度情報と前記副可動部の前記相対加速度情報との差、及び、前記主可動部の前記目標加速度情報と前記主可動部の前記加速度情報との差、に基づいて算出されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の医療機器駆動装置。
　前記入力部に長尺状の医療機器の前記目標加速度情報を入力するための操作部を有し、
　前記算出された前記長尺状の医療機器に加わる力情報を前記操作部に反映させることを特徴とする請求項３、請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の医療機器駆動装置。
　前記算出された前記長尺状の医療機器に加わる力情報が所定の値を超えた際に、その旨を報知することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の医療機器駆動装置。
　前記算出された前記長尺状の医療機器に加わる力情報が所定の値を超えた際に、前記副可動部の移動を停止することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の医療機器駆動装置。
　長尺状の医療機器に加わる力情報を算出するための力情報の算出方法であって、
　前記長尺状の医療機器の目標加速度情報を取得する工程と、
　前記長尺状の医療機器の前記目標加速度情報に基づいて、前記長尺状の医療機器を駆動させる工程と、
　前記長尺状の医療機器の実際の加速度情報を取得する工程と、
　前記実際の加速度情報と前記目標加速度情報との差によって前記長尺状の医療機器に加わる前記力情報を算出する工程と、を有することを特徴とする力情報の算出方法。