JP7452902B2

JP7452902B2 - 力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置

Info

Publication number: JP7452902B2
Application number: JP2022552667A
Authority: JP
Inventors: ▲海▼云 ▲デン▼
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Biomedical Robot Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Biomedical Robot Co Ltd
Priority date: 2021-08-10
Filing date: 2022-06-29
Publication date: 2024-03-19
Anticipated expiration: 2042-06-29
Also published as: US20240206998A1; EP4154838A4; CN113749781A; CN113749781B; EP4154838A1; JP2023539964A; WO2023016120A1

Description

本出願は、２０２１年０８月１０日に出願された、「力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置」と題する中国特許出願第２０２１１０９１２５５７．２号、および２０２１年０８月３１日に出願された、「力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置」と題する中国特許出願第２０２１１１０１００５９．５の優先権を主張し、これら２つの中国特許出願の内容の全ては参照により本出願に組み込まれる。

本発明は、医療機器ロボットの分野の装置に関し、特に力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置に関する。

インターベンション治療は、現代のハイテク技術を利用した低侵襲治療として、医療用画像機器の誘導の下で、特殊なカテーテルやガイドワイヤなどの精密機械を体内に導入し、体内の病的状態を診断して局所的に治療するものである。

インターベンション治療は、デジタル技術を駆使して医師の視野を広げ、カテーテルやガイドワイヤを利用して医師の両手を伸ばす治療法であり、その切開部（穿刺点）は米粒ほどの大きさで、ヒトの組織を切らずに、腫瘍、血管腫、各種の出血など、これまで治療できなかった病気や外科的治療が必要な病気、または内科治療効果が不十分な病気を多く治療することが可能である。インターベンション治療は、非侵襲的で、創傷が小さく、回復が速く、効果が高いという特徴がある。今後の医療の発展動向である。

血管インターベンション手術では、医師が長時間のＸ線照射を浴びなければならないため、遠隔操作を行うマスター・スレーブ型の血管インターベンション手術支援ロボットが開発された。マスター・スレーブ型の血管インターベンション手術支援ロボットは、強い放射線環境下でも動作でき、医師は放射線環境外のマスター側からスレーブ側を制御すればよい。

手術支援ロボットによってガイドワイヤ（やカテーテル）の出入りや回転を行うには、対応する伝動機構で駆動する必要があるが、既存の手術支援ロボットの伝動機構は、力検出機能がないため、ガイドワイヤやカテーテルが人体内を移動する際の抵抗を医師がマスター側で感じることができず、臨場感が弱いため、無理に操作して患者に危害を与える恐れがある。

これに基づき、従来の技術の欠点を解消するために、力検出機能付きの新しいインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置を提供する必要がある。

力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置であって、それは、インターベンション手術支援ロボットのスレーブ側に取り付けられ、ガイドワイヤカテーテルのクランプと駆動を実現するために使用され、かつ、内枠と、転がり機構と、第１の力検出モジュールと、を含み、前記転がり機構は、内枠に取り付けられ、対向して設置された２つのクランプ群と、駆動アセンブリと、を含み、駆動アセンブリは、２つのクランプ群を第１の方向に近づけたり離したりしてガイドワイヤカテーテルをクランプまたはアンクランプするように駆動し、第１の力検出モジュールは、内枠の底部に取り付けられ、前記２つのクランプ群がガイドワイヤカテーテルをクランプした場合、第１の力検出モジュールは、第１の方向に垂直なガイドワイヤカテーテルの前進方向での送込抵抗を検出するために使用される。

さらに、第１の力検出装置と協働して送込抵抗を検出する補助モジュールをさらに含む。

さらに、前記補助モジュールは、スライドレールと、スライドレールにスライド可能に設置されたスライドブロックと、を含み、前記スライドブロックは、内枠の底部に固定され、前記スライドレールの設置方向は、ガイドワイヤカテーテルの進行方向と平行である。

さらに、ガイドワイヤカテーテルに対する２つのクランプ群のクランプ力を検出するための第２の力検出モジュールをさらに含む。

さらに、前記第１の力検出モジュールは、前記内枠の底部に取り付けられた第１の力測定センサと、固定台と、第１の力測定センサと固定台との間に位置する弾性部材と、を含む。

さらに、前記弾性部材は、ガイドワイヤカテーテルの進行方向に延び、両端がそれぞれ第１の力測定センサと固定台との間に当てられた圧縮バネである。

さらに、前記第１の力測定センサ、圧縮バネは、固定台の内部に位置する。

さらに、前記駆動アセンブリは、２つの第１のボトムブラケットと、２つの第１のボトムブラケットを第１の方向に移動するように駆動する駆動装置と、を含み、前記２つのクランプ群は、それぞれ前記２つの第１のボトムブラケットに取り付けられる。

さらに、前記駆動アセンブリは、２つの第１のボトムブラケットに同時に接続された第１の連動ホイールをさらに含み、２つの前記第１のボトムブラケットは対向して設置され、前記第１の連動ホイールは、２つの前記第１のボトムブラケットの間に配置される。

さらに、２つの前記第１のボトムブラケットの内側にはいずれも係止歯が設けられ、前記第１の連動ホイールの外面には係止歯が設けられ、前記第１の連動ホイールは、係止歯によって２つの前記クランプ群の第１のボトムブラケットに同時に係合される。

さらに、前記第２の力検出モジュールは、前記２つの第１のボトムブラケットの一方に取り付けられた第２の力測定センサと、駆動装置および第２の力測定センサを第１の方向で接続する接続板と、を含み、前記２つのクランプ群がガイドワイヤカテーテルのアンクランプ状態にある場合、前記接続板は前記第２の力測定センサに所定の圧力を発生させ、前記２つのクランプ群がガイドワイヤカテーテルをクランプした場合、前記第１のボトムブラケットは、第２の力測定センサの変位を駆動して所定の圧力を変化させ、ガイドワイヤカテーテルに対する２つのクランプ群のクランプ力を測定する。

さらに、第２の力測定センサが取り付けられた第１のボトムブラケットにはストッパーが設けられ、前記ストッパーの駆動装置と反対側には組立溝が設けられ、前記第２の力測定センサは、組立溝内に設けられ、かつ組立溝から突出し、前記接続板の前記第１のボトムブラケットに近い側には、開口が設けられ、前記開口は、ストッパーおよび第２の力測定センサに嵌設される。

さらに、前記第２の力測定センサは、圧力センサである。

さらに、前記内枠には、２組のベアリングが設けられ、前記駆動アセンブリの２つの第１のボトムブラケットは、２組のベアリングにそれぞれ取り付けられ、各前記第１のボトムブラケットは、対応する組のベアリングで第１の方向に摺動可能である。

さらに、前記駆動装置は、電磁駆動装置である。

さらに、前記駆動装置はフレームを含み、前記フレームは、転がり機構を外部から隔離するように、前記内枠および前記転がり機構の外側に嵌設される。

要約すると、本発明に係る力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置では、第１の力検出モジュールと第２の力検出モジュールとを設置することにより、前記第１の力検出モジュールおよび第２の力検出モジュールは、ガイドワイヤカテーテルが受けたクランプ力の大きさおよびガイドワイヤカテーテルが患者の体内に侵入する際に受けた抵抗をそれぞれ第１の方向、第２の方向で収集し、これらの情報をシステムコントローラーがマスター側にフィードバックすることで、医師は抵抗情報をタイムリーに把握し、臨場感を高め、手術の安全性を向上させることができ、実用性が高く、強い普及意義を有する。

本発明に係る力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置の構造を示す模式図である。図１に示す力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置からフレームを取り外した状態を示す斜視図である。図１に示す力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置からフレームを取り外した状態を示す正面図である。図２に示す力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置からフレームと内枠とを取り外した構造を示す模式図である。

発明の目的、技術的解決手段および利点をより明確に理解するために、以下は図面および実施例と合わせて、発明をさらに詳細に説明する。ここで記載された具体的な実施例は、発明を解釈するためのものに過ぎず、発明を限定するものではないことを理解すべきである。

図１－図４に示すように、本発明は、力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置を提供し、それは、インターベンション手術支援ロボットのスレーブ側に取り付けられ、細長い医療機器（ガイドワイヤまたはカテーテル）１００がクランプまたはアンクランプされる操作を行うように駆動するものである。

前記力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置は、フレーム１０と、内枠２０と、転がり機構と、を含み、前記転がり機構は、内枠２０に取り付けられ、前記フレーム１０は、転がり機構を外部から隔離するように、内枠２０および転がり機構の外側に嵌設される。前記転がり機構は、対向して設置された２つのクランプ群３０と、第１の駆動アセンブリ４０と、を含み、第１の駆動アセンブリ４０は、２つのクランプ群３０を第１の方向に近づけたり離したりするように駆動し、前記第１の駆動アセンブリ４０が２つのクランプ群３０を第１の方向に近づけるように駆動する時、２つのクランプ群３０は、ガイドワイヤカテーテルをクランプする。

前記第１の駆動アセンブリ４０は、前記内枠２０に取り付けられた２つの第１のボトムブラケット４３と、２つの第１のボトムブラケット４３に同時に接続された第１の連動ホイール４２と、２つの第１のボトムブラケット４３を第１の方向に移動するように駆動する駆動装置４１と、を含む。２つの前記第１のボトムブラケット４３は、対向して設置される。前記第１の連動ホイール４２は、前記２つの第１のボトムブラケット４３の間に配置され、前記２つの第１のボトムブラケット４３を第１の方向に沿って互いに同期して近づけたり離したりする。前記２つの第１のボトムブラケット４３の内側にはいずれも係止歯が設けられ、前記第１の連動ホイール４２の外面には係止歯が設けられ、前記第１の連動ホイール４２は、係止歯によって前記第１の駆動アセンブリ４０の第１のボトムブラケット４３に同時に係合される。第１の連動ホイール４２の作用により、前記駆動装置４１は、２つの第１のボトムブラケット４３を第１の方向に互いに逆移動するように同時に駆動する。２つのクランプ群３０を第１の方向に近づけたり離したりするように駆動することで、２つのクランプ群３０はクランプ動作またはアンクランプ動作を実行する。本実施例において、前記駆動装置４１は電磁駆動装置である。

前記内枠２０には、２組のベアリング２１が設けられ、前記第１の駆動アセンブリ４０の２つの第１のボトムブラケット４３は、２組のベアリング２１にそれぞれ取り付けられ、かつ各前記第１のボトムブラケット４３は、対応する組のベアリング２１で第１の方向に摺動する。

前記力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置は、第２の力検出モジュール６０と、第１の力検出モジュール５０と、をさらに含み、前記第２の力検出モジュール６０は、前記２つの第１のボトムブラケット４３の一方に取り付けられた第２の力測定センサと、駆動装置４１および第２の力測定センサを第１の方向で接続する接続板６１と、を含み、前記２つのクランプ群３０がガイドワイヤカテーテルのアンクランプ状態にある場合、前記接続板６１は前記第２の力測定センサに所定の圧力を発生させ、前記２つのクランプ群３０がガイドワイヤカテーテルをクランプした場合、前記第１のボトムブラケット４３は、第２の力測定センサの変位を駆動して所定の圧力を変化させ、ガイドワイヤカテーテルに対する２つのクランプ群３０のクランプ力を測定する。前記第１のボトムブラケット４３にはストッパー４３１が設けられ、前記ストッパー４３１の駆動装置４１と反対側には組立溝が設けられ、前記第２の力測定センサは、組立溝内に設けられ、かつ組立溝から突出し、前記接続板６１の前記第１のボトムブラケット４３に近い側には、開口が設けられ、前記開口は、ストッパー４３１および第２の力測定センサに嵌設される。本実施例において、第２の力測定センサは圧力測定センサである。

前記２つのクランプ群３０がガイドワイヤカテーテルをクランプした場合、前記２つの第１のボトムブラケット４３は、第２の力測定センサの変位を駆動して所定の圧力を変化させる。システムコントローラーはこの圧力変化の情報を記録して医師が操作するマスター側にフィードバックすることで、医師の臨場感を高める。

前記力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置は、補助モジュール７０をさらに含み、前記補助モジュール７０は、第１の力検出モジュール５０と協働して力検出を行うために使用され、スライドレール７１とスライドブロック７２とを含み、前記第１の力検出モジュール５０は、内枠２０の底部に固定された第１の力測定センサ５２と、弾性部材５３と、固定台５１と、を含み、前記固定台５１は、駆動装置を支持するための支持板（図示せず）に固定され、前記スライドブロック７２は、内枠２０の底部に固定され、前記スライドレール７１は、駆動装置を支持するための支持板（図示せず）に取り付けられ、その設置方向が細長い医療機器１００の送込方向と一致し、前記スライドブロック７２は、スライドレール７１と協働して取り付けられ、第１の方向に垂直な第２の方向（すなわち細長い医療機器１００の送込方向）での送込抵抗が変化した場合、スライドブロック７２は、スライドレール７１で第１の方向に垂直な第２の方向に僅かに摺動可能である。前記弾性部材５３は、ガイドワイヤカテーテルの進行方向に延び、両端がそれぞれ第１の力測定センサ５２と固定台５１との間に当てられた圧縮バネである。前記第１の力測定センサ５２および弾性部材５３は、いずれも固定台５１の内部に設けられ、かつ第１の力測定センサ５２は、内枠２０の底部に固着され、前記第１の力測定センサ５２および弾性部材５３は、固定台５１の内部で第２の方向と同じ方向に設けられ、前記弾性部材５３の両端は、それぞれ第１の力測定センサ５２と固定台５１との間に当てられる。第２の方向へのガイドワイヤまたはカテーテルの送込時には、ガイドワイヤまたはカテーテルが受けた送込抵抗によって、２つのクランプ群３０および内枠２０はスライドレール７１に沿って僅かに移動し、移動中、それに応じて第１の力測定センサ５２の位置も変化し、弾性部材５３は第１の力測定センサ５２への押圧力を変化させ、さらに第１の力測定センサ５２が検出する圧力も変化させ、システムコントローラーは、この圧力変化の情報を記録して医師が操作するマスター側にフィードバックする。

要約すると、本発明に係る力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置では、第１の力検出モジュール５０と第２の力検出モジュール６０とを設置することにより、前記第１の力検出モジュール５０および第２の力検出モジュール６０は、ガイドワイヤカテーテルが受けたクランプ力の大きさおよびガイドワイヤカテーテルが患者の体内に侵入する際に受けた抵抗をそれぞれ第１の方向、第２の方向で収集し、これらの情報をシステムコントローラーがマスター側にフィードバックすることで、医師は抵抗情報をタイムリーに把握し、臨場感を高め、手術の安全性を向上させることができ、実用性が高く、強い普及意義を有する。

以上の実施例は、本発明の一実施形態のみを説明したものであり、より具体的かつ詳細に説明されているが、本発明の特許範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。当業者であれば、本発明の構想から逸脱することなく、いくつかの変形および改良をなすことが可能であり、それらはいずれも本発明の保護範囲に含まれることを指摘すべきである。したがって、本発明の特許の保護範囲は、添付された特許請求の範囲に準ずるべきである。

１０フレーム、２０内枠、２１ベアリング、３０クランプ群、４０駆動アセンブリ、４１駆動装置、４２第１の連動ホイール、４３第１のボトムブラケット、５０第１の力検出モジュール、５１固定台、５２第１の力測定センサ、５３弾性部材、６０第２の力検出モジュール、６１接続板、７０補助モジュール、７１スライドレール、７２スライドブロック、１００ガイドワイヤカテーテル、４３１ストッパー

Claims

インターベンション手術支援ロボットのスレーブ側に取り付けられ、ガイドワイヤカテーテルのクランプと駆動を実現するための力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置であって、内枠と、転がり機構と、第１の力検出モジュールと、を含み、前記転がり機構は、前記内枠に取り付けられ、対向して設置された２つのクランプ群と、駆動アセンブリと、を含み、前記駆動アセンブリは、前記２つのクランプ群を第１の方向に近づけたり離したりして前記ガイドワイヤカテーテルをクランプまたはアンクランプするように駆動し、前記第１の力検出モジュールは、前記内枠の底部に取り付けられ、前記２つのクランプ群が前記ガイドワイヤカテーテルをクランプした場合、前記第１の力検出モジュールは、前記第１の方向に垂直な前記ガイドワイヤカテーテルの前進方向での送込抵抗を検出するために使用され、且つ、
前記ガイドワイヤカテーテルに対する前記２つのクランプ群のクランプ力を検出するための第２の力検出モジュールをさらに含み、
前記駆動アセンブリは、２つの第１のボトムブラケットと、前記２つの第１のボトムブラケットを第１の方向に移動するように駆動する駆動装置と、を含み、前記２つのクランプ群は、前記２つの第１のボトムブラケットに取り付けられ、
前記第２の力検出モジュールは、前記２つの第１のボトムブラケットの一方に取り付けられた第２の力測定センサと、前記駆動装置および前記第２の力測定センサを第１の方向で接続する接続板と、を含み、前記２つのクランプ群が前記ガイドワイヤカテーテルのアンクランプ状態にある場合、前記接続板は前記第２の力測定センサに所定の圧力を発生させ、前記２つのクランプ群が前記ガイドワイヤカテーテルをクランプした場合、前記第１のボトムブラケットは、前記第２の力測定センサの変位を駆動して所定の圧力を変化させ、前記ガイドワイヤカテーテルに対する前記２つのクランプ群のクランプ力を測定することを特徴とする、力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置。
第１の力検出装置と協働して前記送込抵抗を検出する補助モジュールをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置。
前記補助モジュールは、スライドレールと、前記スライドレールにスライド可能に設置されたスライドブロックと、を含み、前記スライドブロックは、前記内枠の底部に固定され、前記スライドレールの設置方向は、前記ガイドワイヤカテーテルの進行方向と平行であることを特徴とする、請求項２に記載の力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置。
前記第１の力検出モジュールは、前記内枠の底部に取り付けられた第１の力測定センサと、固定台と、前記第１の力測定センサと前記固定台との間に位置する弾性部材と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置。
前記弾性部材は、前記ガイドワイヤカテーテルの進行方向に延び、両端がそれぞれ前記第１の力測定センサと前記固定台との間に当てられた圧縮バネであることを特徴とする、請求項４に記載の力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置。
前記第１の力測定センサ、圧縮バネは、前記固定台の内部に位置することを特徴とする、請求項４に記載の力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置。
前記駆動アセンブリは、２つの前記第１のボトムブラケットに同時に接続された第１の連動ホイールをさらに含み、２つの前記第１のボトムブラケットは対向して設置され、前記第１の連動ホイールは、２つの前記第１のボトムブラケットの間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置。
２つの前記第１のボトムブラケットの内側にはいずれも係止歯が設けられ、前記第１の連動ホイールの外面には係止歯が設けられ、前記第１の連動ホイールは、係止歯によって２つの前記クランプ群の前記第１のボトムブラケットに同時に係合されることを特徴とする、請求項７に記載の力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置。
前記第２の力測定センサが取り付けられた前記第１のボトムブラケットにはストッパーが設けられ、前記ストッパーの前記駆動装置と反対側には組立溝が設けられ、前記第２の力測定センサは、前記組立溝内に設けられ、かつ前記組立溝から突出し、前記接続板の前記第１のボトムブラケットに近い側には、開口が設けられ、前記開口は、前記ストッパーおよび前記第２の力測定センサに嵌設されることを特徴とする、請求項１に記載の力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置。
前記第２の力測定センサは、圧力測定センサであることを特徴とする、請求項１に記載の力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置。
前記内枠には、２組のベアリングが設けられ、前記駆動アセンブリの前記２つの第１のボトムブラケットは、前記２組のベアリングにそれぞれ取り付けられ、各前記第１のボトムブラケットは、対応する組のベアリングで前記第１の方向に摺動可能であることを特徴とする、請求項１に記載の力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置。
前記駆動装置は、電磁駆動装置であることを特徴とする、請求項１に記載の力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置。
フレームをさらに含み、前記フレームは、前記転がり機構を外部から隔離するように、前記内枠および前記転がり機構の外側に嵌設されることを特徴とする、請求項１に記載の力検出機能付きのインターベンション手術支援ロボットのスレーブ側のガイドワイヤカテーテル駆動装置。