(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023040283
(43)【公開日】2023-03-22
(54)【発明の名称】ロボット支援による細長い医療機器の動作
(51)【国際特許分類】
A61B 34/35 20160101AFI20230314BHJP
A61B 34/37 20160101ALI20230314BHJP
A61M 25/082 20060101ALI20230314BHJP
【ＦＩ】
A61B34/35
A61B34/37
A61M25/082 500
【審査請求】有
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023006315
(22)【出願日】2023-01-19
(62)【分割の表示】P 2021514510の分割
【原出願日】2019-09-18
(31)【優先権主張番号】62/733,429
(32)【優先日】2018-09-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/803,899
(32)【優先日】2019-02-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】510292504
【氏名又は名称】コリンダス、インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110003317
【氏名又は名称】弁理士法人山口・竹本知的財産事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100075166
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 巖
(74)【代理人】
【識別番号】100133167
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100169627
【弁理士】
【氏名又は名称】竹本 美奈
(72)【発明者】
【氏名】ステパナウスカス，ジャレド
(72)【発明者】
【氏名】ブラッカー，スティーブン ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】ドレイク，ケイトリン
(72)【発明者】
【氏名】バーグマン，ペル
(72)【発明者】
【氏名】リ，サンジュン
(72)【発明者】
【氏名】コッテンステッテ，ニコラス
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ガイドワイヤ及び／又はカテーテルのような細長い医療機器を自動的に動作させるロボットシステム及び方法を提供する。
【解決手段】一つの例示的なシステム７００は、第１の細長い医療機器及び第２の細長い医療機器を有する装置、及び該装置に連結されたコントローラを含む。コントローラは、第１の細長い医療機器の線状変位の量及び方向を特定し、第１の細長い医療機器の特定された変位に応じて、第２の細長い医療機器を線状変位させ、第２の細長い医療機器の線状変位は、第１の細長い医療機器の線状変位と実質的に等しい量で、第１の細長い医療機器の変位の方向とは反対の方向である。コントローラは、（ａ）第１の細長い医療機器又は（ｂ）第２の細長い医療機器のいずれかの線状変位の少なくとも１つのパラメータを、第１の細長い医療機器の特定された変位に応じて変更するように構成される。
【選択図】図７
【解決手段】一つの例示的なシステム７００は、第１の細長い医療機器及び第２の細長い医療機器を有する装置、及び該装置に連結されたコントローラを含む。コントローラは、第１の細長い医療機器の線状変位の量及び方向を特定し、第１の細長い医療機器の特定された変位に応じて、第２の細長い医療機器を線状変位させ、第２の細長い医療機器の線状変位は、第１の細長い医療機器の線状変位と実質的に等しい量で、第１の細長い医療機器の変位の方向とは反対の方向である。コントローラは、（ａ）第１の細長い医療機器又は（ｂ）第２の細長い医療機器のいずれかの線状変位の少なくとも１つのパラメータを、第１の細長い医療機器の特定された変位に応じて変更するように構成される。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の細長い医療機器及び第２の細長い医療機器を有する装置と、該装置に接続されたコントローラとを備えたシステムであって、
前記コントローラは、
前記第１の細長い医療機器の線状変位の量及び方向を特定し、
前記第１の細長い医療機器の該特定された変位に応答じて、前記第２の細長い医療機器を線状変位させ、この第２の細長い医療機器の線状変位が、前記第１の細長い医療機器の前記線状変位と実質的に等しい量で、前記第１の細長い医療機器の前記変位の方向と反対の方向である、ように構成され、
前記コントローラはさらに、（ａ）前記第１の細長い医療機器又は（ｂ）前記第２の細長い医療機器のいずれかの前記線状変位の少なくとも１つのパラメータを変更するように構成される、システム。
前記コントローラは、
前記第１の細長い医療機器の線状変位の量及び方向を特定し、
前記第１の細長い医療機器の該特定された変位に応答じて、前記第２の細長い医療機器を線状変位させ、この第２の細長い医療機器の線状変位が、前記第１の細長い医療機器の前記線状変位と実質的に等しい量で、前記第１の細長い医療機器の前記変位の方向と反対の方向である、ように構成され、
前記コントローラはさらに、（ａ）前記第１の細長い医療機器又は（ｂ）前記第２の細長い医療機器のいずれかの前記線状変位の少なくとも１つのパラメータを変更するように構成される、システム。
【請求項2】
前記少なくとも１つのパラメータの変更は、前記第２の細長い医療機器の前記変位の量を制限することを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記コントローラは、前記第２の細長い医療機器の前記線状変位の牽引力喪失の特定に応じて前記少なくとも１つのパラメータを変更する、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記少なくとも１つのパラメータは、前記第１の細長い医療機器の前記変位の量又は速度を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記第１の細長い医療機器がカテーテルであり、前記第２の細長い医療機器がガイドワイヤである、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記第１の細長い医療機器の前記線状変位と前記第２の細長い医療機器の前記線状変位とが実質的に同時である、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記コントローラは、前記第２の細長い医療機器の予期せぬ動作を識別し、
前記コントローラは、前記第２の細長い医療機器の前記予期せぬ動作を識別したときに、前記第１の細長い医療機器又は前記第２の細長い医療機器の前記少なくとも１つのパラメータの変更を中止する、請求項１に記載のシステム。
前記コントローラは、前記第２の細長い医療機器の前記予期せぬ動作を識別したときに、前記第１の細長い医療機器又は前記第２の細長い医療機器の前記少なくとも１つのパラメータの変更を中止する、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
前記コントローラは、センサからの入力による前記第２の細長い医療機器の動作の検出に基づいて、前記第２の細長い医療機器の有無を検出する、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記コントローラは、前記第２の細長い医療機器の不在を検出したときに、前記第１の細長い医療機器又は前記第２の細長い医療機器の前記少なくとも１つのパラメータの変更を中止する、請求項８に記載のシステム。
【請求項10】
前記コントローラは、前記第２の細長い医療機器の前記線状変位が前記第１の細長い医療機器の前記特定された変位の第１の閾値内にあるとき、前記第２の細長い医療機器の前記線状変位を終了させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
前記コントローラは、前記第２の細長い医療機器の前記線状変位が前記第１の細長い医療機器の前記決定された変位の第２の閾値より大きいときに、前記第２の細長い医療機器の前記線状変位を再開し、前記第２の閾値が前記第１の閾値より大きい、請求項１０に記載のシステム。
【請求項12】
１つ以上の別の細長い医療機器をさらに含み、該別の細長い医療機器の挙動が前記第２の細長い医療機器と同様に拘束される、請求項１に記載のシステム。
【請求項13】
少なくとも１つの細長い医療機器を有する細長い医療機器装置と、該細長い医療機器装置に接続されたコントロールステーションとを備えたシステムであって、
前記コントロールステーションは、ユーザコマンドに応じて、前記細長い医療機器の近位部分の所定の動作パターンを実行するコントロールモジュールを含み、
前記所定の動作パターンは、前記細長い医療機器の縦軸を中心とする前記細長い医療機器の振動であり、
補助コマンドが前記振動の振幅を変更する、システム
前記コントロールステーションは、ユーザコマンドに応じて、前記細長い医療機器の近位部分の所定の動作パターンを実行するコントロールモジュールを含み、
前記所定の動作パターンは、前記細長い医療機器の縦軸を中心とする前記細長い医療機器の振動であり、
補助コマンドが前記振動の振幅を変更する、システム
【請求項14】
前記補助コマンドは、前記振幅を減少又は増加させることによって、前記振動の振幅を変更する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項15】
前記補助コマンドは、前記振幅を偏らせることによって、前記振動の振幅を変更する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項16】
前記偏らせるときに、前記振動の中心位置を移動させることを含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項17】
前記補助コマンドは、前記コントロールモジュール又はオペレータ入力機器のいずれかから受信される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項18】
前記細長い医療機器の前記振動は、血管を通って前進するときに第１の振幅を有し、障害物を通過するときに第２の振幅を有する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項19】
前記所定の動作パターンは、前記細長い医療機器の前記線状変位時にのみ起動される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項20】
前記コントロールモジュールは、前記線状変位が止められ又は反転され又は押されるときに、前記細長い医療機器の前記振動を中止する、請求項１９に記載のシステム。
【請求項21】
前記振動の少なくとも１つのパラメータが設定可能であり、該パラメータは、周波数、振幅、又は回転速度である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項22】
少なくとも１つの細長い医療機器を有する細長い医療機器装置と、コントロールステーションとを備えたシステムであって、
前記コントロールステーションは、前記細長い医療機器の線状変位のユーザコマンドに応答して、前記細長い医療機器の近位部分の動作パターンを実行するコントロールモジュールを含み、
前記動作パターンは、前記細長い医療機器の縦軸を中心とする前記細長い医療機器の継続した一方向の回転を伴う線状変位であり、
前記動作パターンは、前進線状変位で起動され、後進線状変位で中止される、システム。
前記コントロールステーションは、前記細長い医療機器の線状変位のユーザコマンドに応答して、前記細長い医療機器の近位部分の動作パターンを実行するコントロールモジュールを含み、
前記動作パターンは、前記細長い医療機器の縦軸を中心とする前記細長い医療機器の継続した一方向の回転を伴う線状変位であり、
前記動作パターンは、前進線状変位で起動され、後進線状変位で中止される、システム。
【請求項23】
補助コマンドにより、前記動作パターンの回転速度を変更することができる、請求項２２に記載のシステム。
【請求項24】
少なくとも１つの細長い医療機器を有する細長い医療機器装置と、コントロールステーションとを備えたシステムであって、
前記コントロールステーションは、ユーザコマンドに応じて、前記細長い医療機器の近位部分の所定の動作パターンを実行するコントロールモジュールを含み、
前記所定の動作パターンは、前記細長い医療機器の線状振動であり、該線状振動は、前記細長い医療機器の交互前進後進線状動作を含み、
前記動作パターンは、前進線状変位で起動され、後進線状変位で中止される、システム。
前記コントロールステーションは、ユーザコマンドに応じて、前記細長い医療機器の近位部分の所定の動作パターンを実行するコントロールモジュールを含み、
前記所定の動作パターンは、前記細長い医療機器の線状振動であり、該線状振動は、前記細長い医療機器の交互前進後進線状動作を含み、
前記動作パターンは、前進線状変位で起動され、後進線状変位で中止される、システム。
【請求項25】
第１の細長い医療機器及び第２の細長い医療機器を有する装置と、該装置に接続されたコントローラとを備えたシステムであって、
前記コントローラは、
前記第１の細長い医療機器の動作のコマンドを受信し、
前記第１の細長い医療機器を作動させ、
前記第１の細長い医療機器の動作を検出し、
前記第１の細長い医療機器の検出された線状変位に応じて、前記第２の細長い医療機器の動作を前記第１の細長い医療機器の前記動作に同期させるように構成される、システム。
前記コントローラは、
前記第１の細長い医療機器の動作のコマンドを受信し、
前記第１の細長い医療機器を作動させ、
前記第１の細長い医療機器の動作を検出し、
前記第１の細長い医療機器の検出された線状変位に応じて、前記第２の細長い医療機器の動作を前記第１の細長い医療機器の前記動作に同期させるように構成される、システム。
【請求項26】
前記第１の細長い医療機器の前記動作及び前記第２の細長い医療機器の前記同期した動作は、結果として前進線状変位を生じる小刻みの交互前進後進線状動作を含む、請求項２５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１８年９月１９日出願の米国仮出願Ｎｏ．６２／７３３，４２９「ROBOTIC ASSISTED MOVEMENTS OF PERCUTANEOUS DEVICES」と、２０１９年２月１１日出願の米国仮出願Ｎｏ．６２／８０３，８９９「PROXIMAL DEVICE FIXATION WITH SINGLE FAULT」の優先権及び利益を主張するものであり、これら出願の全ては本明細書に援用される。
本願は、２０１８年９月１９日出願の米国仮出願Ｎｏ．６２／７３３，４２９「ROBOTIC ASSISTED MOVEMENTS OF PERCUTANEOUS DEVICES」と、２０１９年２月１１日出願の米国仮出願Ｎｏ．６２／８０３，８９９「PROXIMAL DEVICE FIXATION WITH SINGLE FAULT」の優先権及び利益を主張するものであり、これら出願の全ては本明細書に援用される。
【0002】
［技術分野］
本発明は、概して言うとカテーテル処置システムの分野に関し、具体的には、ガイドワイヤ及び／又はカテーテルのような細長い医療機器を自動的に動作させるロボットシステム及び方法に関する。
本発明は、概して言うとカテーテル処置システムの分野に関し、具体的には、ガイドワイヤ及び／又はカテーテルのような細長い医療機器を自動的に動作させるロボットシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0003】
カテーテル（及び他の細長い医療機器）は、神経介入手術、経皮冠動脈インターベンション（ＰＣＩ）及び末梢血管インターベンション（ＰＶＩ）としても知られる神経血管インターベンション（ＮＶＩ）を含む、様々な血管系の疾患に対する診断及び治療のために、多くの低侵襲医療処置に使用可能である。これらの処置は、通常、血管系を通してガイドワイヤをナビゲートし、そしてガイドワイヤを介してワーキングカテーテルを前進させ、治療を行うことを含む。カテーテル処置は、基準経皮的技法を用い、シース又はガイドカテーテルで、動脈や静脈などの適切な血管に経路を得ることから始まる。次いで、シース又はガイドカテーテルは、診断ガイドワイヤを通して、ＮＶＩでは内頸動脈、ＰＣＩでは冠動脈口、ＰＶＩでは浅大腿動脈など、主要な位置まで進められる。続いて、血管系に適したガイドワイヤを、シース又はガイドカテーテルを通して、血管系内の標的位置までナビゲートする。曲がりくねった解剖学的構造のような特定の状況では、ガイドワイヤを通してサポートカテーテル又はマイクロカテーテルを挿入し、ガイドワイヤのナビゲーションを補助する。医者（オペレータ）は、撮像システム（例えば、透視鏡）を使用して造影剤注入を伴う影像を取得し、ロードマップとして使用する固定フレームを選択してガイドワイヤ又はカテーテルを病変部などの標的位置へナビゲートすることができる。医者がガイドワイヤ又はカテーテル機器を配送する間にコントラスト強調画像も得られるので、医者は、機器が標的位置へ正しい経路に沿って移動していることを確認することができる。透視法を用いて解剖学的構造を観察しながら、医者は、ガイドワイヤ又はカテーテルの近位端を操作して、遠位先端を適切な血管に向け、側枝に前進しないようにする。
【0004】
例えばＮＶＩ、ＰＣＩ、ＰＶＩなどのカテーテル処置を行う際に、医者を補助するために使用することのできるロボットカテーテル処置システムが開発されている。神経血管インターベンション（ＮＶＩ）カテーテル処置の例に、動脈瘤のコイル塞栓術、動静脈奇形の液体塞栓術、及び急性虚血性脳卒中の状況における大血管閉塞の機械的血栓除去術が含まれる。ＮＶＩにおいて、医者は、ロボットシステムを用い、神経血管ガイドワイヤとマイクロカテーテルを操作して病変部への接触を得て、正常血流を回復させる治療を行う。到達経路はシース又はガイドカテーテルによってつくられるが、より末端の区域についてや、マイクロカテーテル及びガイドワイヤの適切な支持を提供するために、中間カテーテルを必要とすることもある。ガイドワイヤの遠位先端部は、病変の種類と治療に応じて、病変部の中か又は病変部の先へナビゲートされる。動脈瘤の治療では、マイクロカテーテルを病変部内に進め、ガイドワイヤを取り出し、マイクロカテーテルを通して数個のコイルを動脈瘤内に展開して動脈瘤の塞栓に使用する。動静脈奇形の治療では、液体塞栓がマイクロカテーテルを利用して奇形に注射される。血管閉塞を治療する機械的血栓除去術は、吸引又はステント回収器の使用のいずれかを通して実施される。吸引は、マイクロカテーテルを通して直接行うか、又は、より大きな口径の吸引カテーテルを用いて行う。吸引カテーテルが病変部に達すると、負圧をかけてカテーテルを通し血栓を除去する。あるいは、血栓は、マイクロカテーテルを通してステント回収器を配置することによって除去することができる。ステント回収器に血栓を取り込み、該ステント回収器及びマイクロカテーテルをガイドカテーテル内に引き込むことによって血栓が回収される。
【0005】
ＰＣＩの場合、医者はロボットシステムを使用し、心臓ガイドワイヤを操作して病変部接触を得て、治療を行い正常な血流を回復させる。到達経路は、ガイドカテーテルを冠動脈口に配置することでつくられる。ガイドワイヤの遠位先端部は、病変部の先へナビゲートされ、複雑な解剖学的構造の場合はマイクロカテーテルがガイドワイヤを適切に支持するために使用される。血流は、ステント又はバルーンを病変部に送達して展開させることによって回復される。病変部は、病変部の事前拡張のためにバルーンを送達するか、あるいは、例えばレーザ又は回転式アテレクトミーカテーテルとガイドワイヤを通したバルーンを用いてアテレクトミーを行うことによる、ステント装着前の準備を要する場合がある。画像診断及び生理学的測定を、撮像カテーテル又はＦＦＲ測定を用いることにより、適切な治療法を決定するために実施してもよい。
【0006】
ＰＶＩの場合、医者はロボットシステムを用いて、治療を行いＮＶＩと同様の技術で血流を回復させる。ガイドワイヤの遠位先端部を病変部の先へナビゲートし、マイクロカテーテルを用いて複雑な解剖学的構造に対するガイドワイヤの適切な支持を提供することができる。血流は、ステント又はバルーンを病変部に送達して展開することによって回復させる。ＰＣＩと同様に、病変部の準備、画像診断もまた使用することができる。
【発明の概要】
【0007】
一態様に係るシステムは、第１の細長い医療機器と第２の細長い医療機器とを有する装置と、該装置に接続されたコントローラとを備える。そのコントローラは、第１の細長い医療機器の線状変位の量及び方向を特定し、この第１の細長い医療機器の特定された変位に応じて、第２の細長い医療機器を線状変位させるように、構成される。このときの第２の細長い医療機器の線状変位は、第１の細長い医療機器の線状変位と実質的に等しい量であり且つ第１の細長い医療機器の変位の方向とは反対の方向である。コントローラは、（ａ）第１の細長い医療機器又は（ｂ）第２の細長い医療機器のいずれかの線状変位の少なくとも１つのパラメータを変更するようにさらに構成される。
【0008】
一例において、その少なくとも１つのパラメータの変更は、第２の細長い医療機器の変位の量を制限することを含む。コントローラは、第２の細長い医療機器の線状変位に関係する牽引力喪失の特定に応答して、少なくとも１つのパラメータを変更する。
【0009】
一例において、少なくとも１つのパラメータは、第１の細長い医療機器の変位の量又は速度を含む。一態様において、第１の細長い医療機器はカテーテルであり、第２の細長い医療機器はガイドワイヤである。
【0010】
一例において、第１の細長い医療機器の線状運動と第２の細長い医療機器の線状運動とは実質的に同時に起こる。
【0011】
一例において、コントローラは、第２の細長い医療機器の予期せぬ動作を識別し、この場合にコントローラは、第２の細長い医療機器の予期せぬ動作を識別したときに、第１の細長い医療機器又は第２の細長い医療機器の少なくとも１つのパラメータの変更を中止する。
【0012】
一例において、コントローラは、センサからの入力による第２の細長い医療機器の動作の検出に基づいて、第２の細長い医療機器の有無を検出する。コントローラは、第２の細長い医療機器の不在を検出したときに、第１の細長い医療機器又は第２の細長い医療機器の少なくとも１つのパラメータの変更を中止する。
【0013】
一例において、コントローラは、第２の細長い医療機器の線状変位が第１の細長い医療機器の特定された変位の第１の閾値を越えなければ、第２の細長い医療機器の線状変位を終了させる。コントローラは、第２の細長い医療機器の線状変位が第１の細長い医療機器の特定された変位の第２の閾値を越えるときに、第２の細長い医療機器の線状変位を再開する。第２の閾値は第１の閾値よりも大きい。
【0014】
一例において、システムは、さらに、第２の細長い医療機器と同様に挙動が制限される１つ以上の別の細長い医療機器を含む。
【0015】
一態様に係るシステムは、少なくとも１つの細長い医療機器を有する細長い医療機器装置と、該細長い医療機器装置に接続されたコントロールステーションとを備える。コントロールステーションは、ユーザコマンドに応答して細長い医療機器の近位部分の所定の動作パターンを実行するコントロールモジュールを含む。所定の動作パターンは、細長い医療機器の縦軸を中心とする細長い医療機器の振動である。補助コマンドが振動の振幅を変更する。
【0016】
一例において、補助コマンドは、振幅を減少又は増加させることで振動の振幅を変更する。
【0017】
一例において、補助コマンドは、振幅を偏らせることで振動の振幅を変更する。偏りの生成は、振動の中心位置を動かすことを含む。
【0018】
一例において、補助コマンドは、コントロールモジュール又はオペレータ入力デバイスのいずれかから受信される。
【0019】
一例において、細長い医療機器の振動は、血管を通って前進するときに第１の振幅を有し、障害物を通り過ぎるときに第２の振幅を有する。
【0020】
一例において、所定の動作パターンは、細長い医療機器の線状動作時にのみ起動される。コントロールモジュールは、線状動作が止められるとき又は反転されるとき又は押される（小突かれる）ときに、細長い医療機器の振動を中止する。
【0021】
一例において、振動の少なくとも１つのパラメータが設定可能であり、該パラメータは、周波数、振幅、又は回転速度である。
【0022】
一態様に係るシステムは、少なくとも１つの細長い医療機器を有する細長い医療機器装置とコントロールステーションとを備える。コントロールステーションは、細長い医療機器の線状変位に関するユーザーコマンドに応答して細長い医療機器の近位部分の動作パターンを実行するためのコントロールモジュールを含む。動作パターンは、細長い医療機器の縦軸を中心とした細長い医療機器の一方向への継続回転を伴う線状変位である。動作パターンは、前進線状変位で起動され、後進線状変位で中止される。
【0023】
一例において、補助コマンドで動作パターンの回転速度を変更することができる。
【0024】
一態様に係るシステムは、少なくとも１つの細長い医療機器を有する細長い医療機器装置とコントロールステーションとを備える。コントロールステーションは、ユーザコマンドに応答して細長い医療機器の近位部分の所定の動作パターンを実行するコントロールモジュールを含む。所定の動作パターンは、細長い医療機器の線状振動であり、この線状振動は、細長い医療機器の交互前進後進（往復）線状移動を含む。動作パターンは、前進線状変位で起動され、後進線状変位で中止される。
【0025】
一態様に係るシステムは、第１の細長い医療機器及び第２の細長い医療機器を有する装置と、該装置に接続されたコントローラとを備える。そのコントローラは、第１の細長い医療機器の動作に関するコマンドを受信し、第１の細長い医療機器を作動させ、第１の細長い医療機器の動作を検出し、検出された細長い医療機器の線状変位に応じて、第２の細長い医療機器の動作を第１の細長い医療機器の動作に同期させるように、構成される。
【0026】
一例において、第１の細長い医療機器の動作及び第２の細長い医療機器の同期動作は、結果として前進線状変位を伴う小刻みの交互前進後進線状動作を含む。
【図面の簡単な説明】
【0027】
本発明は、類似部分に参照番号を付してある次の図面と併せた以下の詳細な説明からより完全に理解される。
【図1】一実施形態に係るカテーテル式処置システムを例示する斜視図。
【図2】一実施形態に係るカテーテル式処置システムを例示する概略ブロック図。
【図3】一実施形態に係るカテーテル式処置システムのロボット駆動装置の斜視図。
【図4A】～
【図4B】カテーテル式処置システムにおける細長い医療機器（ＥＭＤ）のロボット動作に関し、ここではウィグル（小刻み動作）と呼ぶ例示モードを説明する図。
【図5】カテーテル式処置システムにおけるＥＭＤのロボット動作に関し、ここではドリル（穿孔動作）と呼ぶ例示モードを説明する図。
【図6】カテーテル式処置システムにおけるＥＭＤのロボット動作に関し、ここではジャックハンマー（削岩動作）と呼ぶ例示モードの各位相を説明する図。
【図7】カテーテル式処置システムにおけるＥＭＤのロボット動作に関し、ここではアクティブデバイス固定（ＡＤＦ）と呼ぶ例示モードを説明する図。
【図9】カテーテル式処置システムにおける２つ以上のＥＭＤの同期ロボット動作に関する例示モードを説明する図。
【図16A】～
【図16D】アクティブデバイス固定に関するアルゴリズム図の一例。
【図17】グラフィカルユーザインタフェースを例示する図。
【発明を実施するための形態】
【0028】
図１は、一実施形態に係るカテーテル式処置システムを例示する斜視図である。図１に示すカテーテル式処置システム１０は、カテーテル式医療処置、例えば、ＳＴＥＭＩなどの経皮冠動脈インターベンション（ＰＣＩ）、神経血管インターベンション（ＮＶＩ）（急性脳主幹動脈閉塞（ＥＬＶＯ）の処置などの）、重症虚血肢（ＣＬＩ）などの末梢血管インターベンション（ＰＶＩ）といった経皮インターベンション処置、を実施するために使用される。カテーテル式医療処置には診断カテーテル処置が含まれ、この処置では、１つ以上のカテーテル（又は他の細長い医療機器（ＥＭＤ））が患者の疾患の診断を補助するために使用される。例えば、カテーテル式診断処置の一実施形態においては、造影剤がカテーテルを通して１つ以上の動脈に注入され、患者の血管系の画像が撮像される。カテーテル式医療処置には、カテーテル式治療処置（血管形成術、ステント配置、末梢血管疾患治療、血塊除去、動静脈奇形治療、動脈瘤治療など）も含まれ、この処置では、カテーテル（又は他の細長い医療機器）が疾患を治療するために使用される。治療処置は、例えば、血管内超音波法（ＩＶＵＳ）、光干渉断層撮影法（ＯＣＴ）、冠血流予備量比法（ＦＦＲ）など、付属機器５４（図２に示す）を用いて強化され得る。ただし、所定の経皮インターベンション機器又は部品（各種のガイドワイヤ、各種のカテーテルなど）を、実施すべき処置の種類に従って選択可能であることは、当業者には当然理解される。カテーテル式処置システム１０は、処置に使用される所定の経皮インターベンション機器を収容するために若干の調節をして、あらゆる数のカテーテル式医療処置を実施することができる。
【0029】
カテーテル式処置システム１０は、とりわけ、ベッドサイドユニット２０及びコントロールステーション２６を含む。カテーテル式処置システム１０の主要なビルディングブロックの全体像を図２に示し、以下に詳述する。ベッドサイドユニット２０は、患者に隣接して置かれるロボット駆動装置２４及び位置決めシステム２２（ロボットアーム、多関節アーム、ホルダなど）を有する。ベッドサイドユニット２０は、コントロール部及びディスプレイ部４６（図２に示す）も有する。コントロール部及びディスプレイ部は、例えば、ロボット駆動装置２４のハウジングに設置することができる。患者１２はテーブル１８上に支えられる。通例、ロボット駆動装置２４は、（図２に示す）適切な経皮インターベンション機器又は他の付属品４８（例えば、ガイドワイヤ、種々のカテーテル、バルーンカテーテル、ステント配置システム、ステント回収器、塞栓コイル、液体塞栓、吸引ポンプ、造影剤、医薬など）を備え、コントロールステーション２６にあるコントロール部など種々のコントロール部を操作することによって、ユーザがロボットシステムによりカテーテル式医療処置を実行できるようにする。ベッドサイドユニット２０、特にロボット駆動装置２４は、ここに説明する機能をベッドサイドユニット２０に提供するためにあらゆる数の及び／又は組み合せのコンポーネントを含み得る。ロボット駆動装置２４は、レール６０（図３に示す）に取り付けられた複数の機器モジュール３２を含む。機器モジュール３２の各々は、カテーテルやガイドワイヤなどの細長い医療機器を駆動するために使用される。例えば、ロボット駆動装置２４は、患者１２の動脈内に配置された診断カテーテルに及びガイドカテーテルにガイドワイヤを自動的に送り込むために使用される。ＥＭＤなどの１つ以上の機器は、例えば導入器及び導入器シースを用いて、挿入位置１６で患者の体内（例えば血管）に入っていく。
【0030】
ベッドサイドユニット２０は、コントロールステーション２６と通信しており、コントロールステーション２６のユーザ入力によって生成される信号がベッドサイドユニット２０へ送信され、ベッドサイドユニット２０の様々な機能が制御される。図２を参照して後述するように、コントロールステーション２６は、コントロールコンピューティングシステム３４（図２に示す）を含むか、又は、コントロールコンピューティングシステム３４を介してベッドサイドユニット２０と接続される。ベッドサイドユニット２０はまた、フィードバック信号（装填、速度、動作条件、警告信号、エラーコードなど）をコントロールステーション２６かコントロールコンピューティングシステム３４（図２に示す）、又はその両方に提供する。コントロールコンピューティングシステムとカテーテル式処置システム１０の種々のコンポーネントとの間の通信は、コンポーネント間の通信を可能にする無線接続、有線接続、又は他のあらゆる手段であり得る通信リンクを介して提供される。コントロールステーション２６又は他の類似のコントロールシステムは、ローカルサイト（例えば図２に示すローカルコントロールステーション３８）又はリモートサイト（例えば図２に示すリモートコントロールステーション及びコンピューティングシステム４２）のいずれかに配置される。カテーテル式処置システム１０は、ローカルサイトのコントロールステーションによって、リモートサイトのコントロールステーションによって、又は同時にローカルコントロールステーションとリモートコントロールステーションの両方によって、操作される。ローカルサイトでは、オペレータとコントロールステーション２６が、患者１２及びベッドサイドユニット２０と同じ部屋か隣接する部屋にある。ここで使用されているのは、ローカルサイトが、ベッドサイドシステム２０及び患者１２（被験者）の場所であり、リモートサイトが、オペレータ（例えば医者）及びベッドサイドシステム２０を遠隔制御するために使用されるコントロールステーション２６の場所である。リモートサイトのコントロールステーション２６（及びコントロールコンピューティングシステム）とローカルサイトのベッドサイドユニット２０及び／又はコントロールコンピューティングシステムとは、通信システム及びサービス３６（図２に示す）を使用して、例えばインターネットを通じて、通信する。一つの実施形態において、リモートサイトとローカル（患者）サイトとは、例えば、同じビル内の複数の部屋、同じ都市内の複数の建物、複数の都市内の複数の建物、又は、リモートサイトがローカルサイトのベッドサイドユニット２０又は患者１２と物理的接触をもたない別の場所、といったように、互いに離れている。
【0031】
コントロールステーション２６は、通例として、カテーテル式処置システム１０の各種コンポーネント又はシステムを作動させるためのユーザ入力を受信するように構成された１つ以上の入力モジュール２８を含む。図示の実施形態でコントロールステーション２６は、ユーザがベッドサイドユニット２０を制御してカテーテル式医療処置を実施することを可能にする。例えば、入力モジュール２８は、ベッドサイドユニット２０に、ロボット駆動装置２４に接続された種々の経皮インターベンション機器（例えば細長い医療機器）を使用して種々のタスクを実行させるように構成される（例えば、ガイドワイヤを前進、後退又は回転させる、カテーテルを前進、後退又は回転させる、カテーテルに位置したバルーンを膨張又は収縮させる、ステントを位置決めする及び／又は展開する、ステント回収器を位置決めする及び／又は展開する、コイルを位置決めする及び／又は展開する、カテーテルに造影剤を注入する、カテーテルに液体塞栓を注入する、カテーテルに医薬又は塩水を注入する、カテーテルで吸引する、カテーテル式医療処置の一部として実行され得る他のあらゆる機能を実行する、など）。ロボット駆動装置２４は、経皮インターベンション機器を含むベッドサイドユニット２０のコンポーネントの動作（例えば、軸方向及び回転方向の動作）を生じさせるための様々な駆動機構を含む。
【0032】
一実施形態において、入力モジュール２８は、タッチスクリーン、１つ以上のジョイスティック、スクロールホイール、及び／又はボタンを含む。入力モジュール２８に加えて、コントロールステーション２６は、音声コマンドなどのためのフットスイッチやマイクロホンなどの別のユーザコントロール部４４（図２に示す）も使用することができる。入力モジュール２８は、ガイドワイヤ及び１つ以上のカテーテル又はマイクロカテーテルなどの、種々のコンポーネント及び経皮インターベンション機器を前進、後進、又は回転させるように構成される。ボタン類は、例えば、非常停止ボタン、倍率ボタン、機器選択ボタン、及び自動動作ボタンを含む。非常停止ボタンが押されるとリレーがトリガされて、ベッドサイドユニット２０への電力供給が遮断される。速度制御モードにあるとき、倍率ボタンは、入力モジュール２８の操作に応じて、関連するコンポーネントの移動に関する速度を増減させるように作用する。位置制御モードにあるときは、倍率ボタンは、入力距離と出力指令距離との間のマッピングを変更する。機器選択ボタンは、ロボット駆動装置２４に装填された経皮インターベンション機器のどれを入力モジュール２８によって制御するか、ユーザが選択することを可能にする。自動動作ボタンは、ユーザからの直接のコマンドなしでカテーテル式処置システム１０が経皮インターベンション機器に行うアルゴリズム動作を可能とするために使用される。一つの実施形態において、入力モジュール２８は、タッチスクリーンに表示される１つ以上のコントロール部又はアイコン（図示せず）を含み、これらの起動が、カテーテル式処置システム１０のコンポーネントを作動させる。入力モジュール２８はまた、バルーンを膨張又は収縮させ及び／又はステントを展開するように構成されるバルーン又はステントコントロール部を含む。モジュールの各々は、専用のコントロール部がある特定のコンポーネントを制御するのに適した１つ以上のボタン、スクロールホイール、ジョイスティック、タッチスクリーンなどを含む。さらに、タッチスクリーンは、入力モジュール２８の各コンポーネントに関連する又はカテーテル式処置システム１０の各コンポーネントに関連する、１つ以上のアイコン（図示せず）を表示することができる。
【0033】
コントロールステーション２６は、ディスプレイ部３０を含む。別の実施形態でコントロールステーション２６は、２つ以上のディスプレイ部３０を含む。ディスプレイ部３０は、コントロールステーション２６にいるユーザに情報又は患者固有データを表示するように構成される。ディスプレイ部３０は、例えば、画像データ（Ｘ線画像、ＭＲＩ画像、ＣＴ画像、超音波画像など）、血流力学（血行動態）データ（血圧、心拍数など）、患者記録情報（医療履歴、年齢、体重など）、病変又は治療評価データ（ＩＶＵＳ、ＯＣＴ、ＦＦＲなど）を表示するように構成される。また、ディスプレイ部３０は、処置固有の情報（処置チェックリスト、勧告、処置にかかる時間、カテーテル位置又はガイドワイヤ位置、送り込む医薬又は造影剤の容量など）を表示するようにも構成され得る。さらに、ディスプレイ部３０は、コントロールコンピューティングシステム３４（図２に示す）と連携する機能を提供するために情報を表示するようにも構成される。ディスプレイ部３０は、システムのユーザ入力機能の一部を提供するために、タッチスクリーン機能を含む。
【0034】
カテーテル式処置システム１０は、撮像システム１４も含む。撮像システム１４は、カテーテル式医療処置と連携した使用される医療撮像システム（非デジタルＸ線、デジタルＸ線、ＣＴ、ＭＲＩ、超音波など）である。一つの実施形態において、撮像システム１４は、コントロールステーション２６と通信するデジタルＸ線撮像装置である。一つの実施形態において、撮像システム１４はＣアーム（図１に示すような）を含み、このＣアームにより撮像システム１４は、患者１２に対して様々な角度位置（例えば、矢状面（sagittal）視、尾側（caudal）視、前後（anterior-posterior）視など）で画像を得るために、患者１２の周囲を部分的に又は全体的に回転できる。
【0035】
撮像システム１４は、所定の処置で患者１２の適切な部位のＸ線画像を撮るように構成され得る。例えば、撮像システム１４は、神経血管状態を診断するために頭部の１つ以上のＸ線画像を撮るように構成される。撮像システム１４はまた、カテーテル式医療処置で１つ以上のＸ線画像を撮り（例えばリアルタイム画像）、ガイドワイヤ、ガイドカテーテル、マイクロカテーテル、ステント回収器、コイル、ステント、バルーンなどを処置中に適切に位置決めできるようにコントロールステーション２６のユーザを補助するように構成される。１つ以上の画像がディスプレイ部３０に表示される。具体的には、ユーザが、例えば、ガイドカテーテル又はガイドワイヤを適切な位置に正確に移動させられるように、ディスプレイ部３０に画像が表示される。
【0036】
図２を参照すると、一実施形態に係るカテーテル式処置システム１０のブロック図が示されている。カテーテル式処置システム１０は、コントロールコンピューティングシステム３４を含む。コントロールコンピューティングシステム３４は、物理的には、例えば、コントロールステーション２６（図１に示す）の一部であり得る。コントロールコンピューティングシステム３４は、通常、ここに説明する種々の機能をもつカテーテル式処置システム１０を提供するのに適した電子制御ユニットである。一例としてコントロールコンピューティングシステム３４は、組み込みシステム、専用回路、ここに説明する機能をプログラムした汎用システムなどである。コントロールコンピューティングシステム３４は、ベッドサイドユニット２０、通信システム及びサービス３６（インターネット、ファイアウォール、クラウドサービス、セッションマネージャ、病院ネットワークなど）、ローカルコントロールステーション３８、別の通信システム４０（テレプレゼンスシステムなど）、リモートコントロールステーション及びコンピューティングシステム４２、及び患者センサ５６（心電図（ＥＣＧ）装置、脳電図（ＥＥＧ）装置、血圧モニタ、温度モニタ、心拍数モニタ、呼吸モニタなど）と、通信する。また、コントロールコンピューティングシステム３４は、撮像システム１４、患者テーブル１８、別の医療システム５０、造影剤注入システム５２、及び付属機器５４（ＩＶＴＪＳ、ＯＣＴ、ＦＦＲなど）と、通信する。ベッドサイドユニット２０は、ロボット駆動装置２４、位置決めシステム２２（ロボットアーム、多関節アーム、ホルダなど）を含み、別のコントロール部及びディスプレイ部４６も含み得る。上述のように、コントロール部及びディスプレイ部４６はロボット駆動装置２４のハウジングに配置することができる。インターベンション機器及び付属品４８（ガイドワイヤ、カテーテルなど）はベッドサイドユニット２０と接続する。一実施形態において、インターベンション機器及び付属品４８は、付属機器５４、すなわちＩＶＴＪＳシステム、ＯＣＴシステム、ＦＦＲシステムなど、と接続する特殊装置（ＩＶＴＪＳカテーテル、ＯＣＴカテーテル、ＦＦＦＲワイヤ、造影剤用診断カテーテルなど）を含む。
【0037】
一実施形態において、コントロールコンピューティングシステム３４は、カテーテル式処置システム１０を使用して医療処置を実行することができるように、入力モジュール２８（ローカルコントロールステーション３８又はリモートコントロールステーション４２などのコントロールステーション２６（図１に示す）など）とのユーザ相互作用に基づいて及び／又はコントロールコンピューティングシステム３４の利用可能な情報に基づいて、制御信号を生成するように構成される。ローカルコントロールステーション３８は、１つ以上のディスプレイ部３０、１つ以上の入力モジュール２８、及び別のユーザコントロール部４４を含む。リモートコントロールステーション及びコンピューティングシステム４２は、ローカルコントロールステーション３８と同様のコンポーネントを含む。リモート４２とローカル３８のコントロールステーションは、必要な機能に応じ異なるものとして専用にあつらえることもできる。別のユーザコントロール部４４は、１つ以上の足入力機器を含み得る。足入力機器は、ユーザが撮像システム１４の機能を選択できるように構成される。その機能は、Ｘ線のオン／オフ、種々の保存画像のスクロールなどである。別の実施形態において、足入力機器は、入力モジュール２８に含まれるスクロールホイールにどの装置をマッピングするかユーザが選択できるように構成される。別の通信システム４０（音声会議、映像会議、テレプレゼンスなど）を採用して、オペレータが患者、血管造影スタッフ又はベッドサイド近くの機器と相互作用するときの補助をすることができる。
【0038】
カテーテル式処置システム１０は、明確には示していないあらゆる他のシステム及び／又は機器を含むように接続又は構成され得る。例えば、カテーテル式処置システム１０は、画像処理エンジン、データストレージ及びアーカイブシステム、自動バルーン及び／又はステント膨張システム、医薬注入システム、医薬追跡及び／又はログシステム、ユーザログ、暗号化システム、カテーテル式処置システム１０への接触又はその使用を制限するシステムなどを含んでいてもよい。
【0039】
説明したとおり、コントロールコンピューティングシステム３４は、ロボット駆動装置２４、位置決めシステム２２、及び別のコントロール部及びディスプレイ部４４を含んだベッドサイドユニット２０と通信し、経皮インターベンション機器（ガイドワイヤ、カテーテルなど）を駆動するために使用されるモータ及び駆動機構の動作を制御するためにベッドサイドユニット２０へ制御信号を提供する。各種の駆動機構は、ロボット駆動装置２４（図１及び図２に示す）の一部として設けられる。図３は、一実施形態に係るカテーテル処置システムのロボット駆動装置の斜視図である。図３において、ロボット駆動装置２４は、リニアレール６０に連結された複数の機器モジュール３２を含む。各機器モジュール３２は、レール６０に摺動可能に取り付けられたステージ６２を介してレール６０に連結されている。機器モジュール３２は、オフセットブラケット７８などのコネクタを用いてステージ６２へ接続される。違う実施形態では、デバイスモジュール３２はステージ６２に直接取り付けられる。各ステージ６２は、レール６０に沿って直線的に移動するように独立して作動させることができる。したがって、各ステージ６２（及びステージ６２に連結された対応する機器モジュール３２）は、互いに対し及びレール６０に対し、個々に動作する。各ステージ６２を作動させるために駆動機構が使用される。図３に示す実施形態において、駆動機構は、ステージ６２のそれぞれに連結された独立ステージ変位モータ６４と、例えば送りネジのステージ駆動機構７６とを含む。図３において、ステージ６２及び機器モジュール３２は直列駆動構成である。
【0040】
各機器モジュール３２は、駆動モジュール６８と、駆動モジュール６８に搭載され連結されたカセット６６とを含む。図３では、各カセット６６が、垂直の方に駆動モジュール６８へ搭載されて示されている。他の実施形態において、カセット６６は、他の取り付け方で駆動モジュール６８に搭載される。カセット６６は無菌であり、細長い医療機器（図示せず）を収容して支持するように構成されている。さらに、駆動モジュール６８に連結されたカセット６６は、例えば回転のような少なくとも１つの追加自由度を細長い医療機器に提供するメカニズムを含む。駆動モジュール６８は、その追加自由度を提供するカセット６６のメカニズムに電力インターフェースを提供するために、少なくとも１つの連結器を含む。各カセット６６は、細長い医療機器の座屈を防止する機器支持体７９も収容する。ロボット駆動装置２４は、デバイス支持体７９、遠位拘束アーム７０、及び支持アーム７７に接続された機器支持接続部７２を含む。加えて、導入器インターフェース支持体（リディレクタ）７４を、機器支持接続部７２及び細長い医療機器（例えば導入器シース）に接続してもよい。ロボット駆動装置２４のこの構造は、単一のレールにアクチュエータを合体させることにより、ロボット駆動装置２４の大きさ及び重量を減少させるという利点を有する。
【0041】
カテーテル式医療処置には、心臓、脳又は末梢血管系で実施される診断用カテーテル処置が含まれ、この処置においては、患者の疾患の診断を補助するために１つ以上のカテーテルが使用される。例えば、一つの例では、造影剤がカテーテルを通して１つ以上の冠動脈に注入され、患者の心臓の画像が取得される。カテーテルを利用した医療処置には、心臓、脳又は抹消血管系で行われるカテーテルを利用した治療処置（血管形成術、ステント配置、抹消血管病変治療、血塊除去、動静脈奇形治療、動脈瘤治療など）が含まれる。所定の経皮インターベンション機器又はコンポーネント（各種ガイドワイヤ、各種カテーテルなど）が、実施されるべき処置の種類に従って選択され得ることは、当業者には当然理解される。
【0042】
ここで使用される場合、方向の遠位は患者に向かう方向であり、方向の近位は患者から離れる方向である。例えば、ガイドカテーテルなどの細長い医療機器（ＥＭＤ）の遠位端は患者に挿入される端部を指し、ＥＭＤの近位端は上述したベッドサイドユニット２０に連結される端部を指す。単語の上及び上側は、重力方向から離れるおおよその方向を指し、単語の下及び下側は、おおよそ重力の方向を指す。単語の前は、ユーザに面する、多関節アームから離れているロボット機構の側面を指す。単語の後は、多関節アームに近い方のロボット機構の側面を指す。単語の内向きは、機構の内側部分を指す。単語の外向きは、機構の外側部分を指す。
【0043】
処置の実施にあたり、ガイドカテーテル、ガイドワイヤ及び／又はワーキングカテーテルなどの細長い医療機器が患者に挿入される。インターベンション処置の一例では、ガイドカテーテルが、導入器を通して患者の大腿動脈に挿入され、そして、患者の心臓の冠動脈口に近接して位置決めされる。ガイドカテーテルは、機器モジュール３２内でその縦軸に沿った線状位置を維持する。経皮冠動脈インターベンション（ＰＣＩ）のような医療処置では、ガイドワイヤ及びバルーンステントカテーテルなどの他の細長い医療機器を患者へ入れるために、ガイドカテーテルが使用され、例えば探査診断を行うか、又は患者の血管系内の狭窄を処置する。ガイドカテーテルの遠位端は、患者の心臓の心門内に配置される。ロボット駆動装置２４は、ガイドワイヤ及び／又はバルーンステントカテーテルなどのワーキングカテーテルを患者の内と外において駆動する。ガイドワイヤ及びワーキングカテーテルは、ロボット機構の遠位端と患者との間のガイドカテーテル内で駆動される。
【0044】
ここで細長い医療機器（ＥＭＤ）とも呼ぶ経皮機器の線状動作は、ＥＭＤの縦軸に沿った動作である。ＥＭＤの縦軸は、ＥＭＤの近位端からＥＭＤの遠位端まで延伸する経路として定義される。ＥＭＤがより剛性である場合、ＥＭＤの全体は、ＥＭＤの近位端、ＥＭＤの遠位端、及びこれらの間のＥＭＤの全体が直線上にあるように、置かれる。この場合、ＥＭＤの縦軸は直線によって定義され得る。しかしながら、ＥＭＤが可撓性であってロボット駆動機構内か非線状の血管系経路のいずれかを通って動く場合、ＥＭＤのある部分は、ＥＭＤの近位端及びＥＭＤの遠位端によって画定される直線には沿っていないことになる。しかし、ロボット駆動装置又は血管系の非直線部分を移動しているＥＭＤの中央部分は、それでもＥＭＤの縦軸にあるといえる。すなわち線状運動は、ＥＭＤの縦軸に沿ったＥＭＤの動作である。近位端から離れる、患者内の方向へのＥＭＤの動作は、前進又は前方の線状運動であり、遠位端から離れる、患者外へのＥＭＤの動作は、後進又は後方の線状運動である。
【0045】
ＥＭＤの回転動作は、縦軸を中心としたＥＭＤの回転として定義される。ＥＭＤの時計回りの回転動作は、駆動機構の位置におけるＥＭＤの縦軸を中心としたＥＭＤの時計回りの回転である。
【0046】
一例において、第１のユーザコントローラ又はユーザ入力が、ＥＭＤを動作させるための命令を提供する。一実施形態において、第１の又は主要なユーザコントローラは、多数の動作の大きさの命令を提供するジョイスティックである。一実施形態において、中央のニュートラル位置から前方又は後方へ旋回軸により移動可能であることにより、ＥＭＤを前方又は後方の位置へそれぞれ移動させる命令が提供される。一実施形態において、線状不感帯が、前進又は後進コマンドが提供されないジョイスティックの位置として定義される。一つ例では、ジョイスティックを３°前後に動かしても、ＥＭＤの動作は一切ない。一実施形態において、縦軸を中心とするジョイスティックの回転が、ＥＭＤへ回転命令を提供する。ジョイスティックの時計回りの回転がＥＭＤの時計回りの回転をもたらし、ジョイスティックの反時計回りの回転がＥＭＤの反時計回りの回転をもたらす。ただし、ＥＭＤの回転を提供する命令は、一実施形態では、いずれの方向にも３°の回転不感帯を越えてジョイスティックが回転させられた場合にのみ発生する。回転不感帯は３°未満であってもよいのはもちろんである。一実施形態では回転不感帯が２°であり、別の実施形態では回転不感帯が３°を上回る。
【0047】
オペレータは、複数の別々の血管系処置に関し、ここに説明されるロボットシステムを利用してＥＭＤを駆動する。血管系処置には、中でも特に、病変部交差、血管ナビゲーション、病変部測定、病変評価、病変部前処置、自己拡張ステント展開、ガイドカテーテル操作時の機器安定化などが含まれる。
【0048】
種々のユーザ入力機器が、オペレータによるシステム１０の１つ、複数、又は全てのＥＭＤの動作制御を可能にする。例えば、オペレータは、ガイドカテーテル、マイクロカテーテル、ガイドワイヤ、又は他のＥＭＤの動作を、個々に又は一緒に制御することができる。例示のカテーテル式処置システムを使用する処置の有効性を促進するために、ここに説明する種々の例は、処置中の補助のためにロボット動作の１つ以上のモードをオペラータが選択することを可能にする。当該ロボット動作のモードは、別途のオペレータ入力がロボット駆動装置にあってもなくても、所定の反復動作を含む動作パターンを実行させることができる。ここで使用する「パターン」はシーケンスのことであり、例えば動作のシーケンスやコマンドのシーケンスを指す。動作は、いくつかの例において、所定のデフォルト値で有効にすることができ、デフォルト値は、さらなるオペレータ入力で変更することができる。種々の動作が図４～図９を参照して以下に説明される。特定の処置に使用されるＥＭＤのいずれか又は全てに適用される動作がある一方、所定のタイプのＥＭＤのみに有用である動作もある。
【0049】
以下に説明する図面において、様々な動作パターンが、ＥＭＤの遠位端、又は患者に挿入されるＥＭＤの端部、で説明されている。様々な例において、所望の動作パターンは、アクチュエータ（例えば駆動モータ又は駆動タイヤ）を通してＥＭＤの近位部分で実行される。換言すれば、駆動モータが作動すると、ＥＭＤの近位部分における所望の動作がＥＭＤの遠位端に伝わる。遠位端における正確な動作は、例えば、ＥＭＤの従順性、血管壁に対する摩擦、血管系の蛇行、又は病変部に直面する抵抗などの様々な要因によって、近位部分における動作と一致したり一致しなかったりする。不整合を補償すると共に近位部分で動作を入力又は調節して、遠位端における所望の動作をより正確に達成することが可能なロボット動作もある。例えば、遠位端における所望の動作の量は、近位端において行われる動作に適用する係数によって調整（拡大／縮小）できる。この係数は、処置、機器特性、特定の血管系又は他のパラメータに従うリアルタイム撮像、実験、又は履歴データに基づいて判断できる。係数又は調整は、オペレータ又はコントロールコンピューティングシステムによって適用される。
【0050】
図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、ＥＭＤシステムにおけるロボット動作のモードが例示されている。図４Ａ及び図４Ｂは、図１～図３を参照して上述した例示システムにおいて使用されるＥＭＤの装置１００を例示する。この実施形態に係るＥＭＤの装置１００は、第１のＥＭＤ１１０と第２のＥＭＤ１２０とを含む。図４Ａ及び図４Ｂは、ＥＭＤ１１０，１２０の遠位部分を示す。２つのＥＭＤは同軸に配置され、第１のＥＭＤ１１０の中に第２のＥＭＤ１２０が配置されている。こ例で第１のＥＭＤ１１０は、第２のＥＭＤ１２０を収容すると共に第２のＥＭＤ１２０が第１のＥＭＤ１１０の中で相対的に動作（例えば回転及び／又は変位）することを可能にする、内腔を有する。当業者であれば勿論、２個より多いＥＭＤが提供されて同軸上に配置され、１つより多いＥＭＤが他のＥＭＤの内腔に収容される例もあることを理解できる。
【0051】
オペレータによってモードが選択されると、ロボット駆動装置２４は、１つ以上のＥＭＤ１１０，１２０を所定の動作パターンに入らせる。図４Ａ及び図４Ｂに示す例では、１つのＥＭＤ（例えばガイドワイヤ）が所定の動作パターンに入る。別の例では、複数のＥＭＤが別々の時間（例えば一度に１つのＥＭＤ）で動作パターンに入る。図４Ａ及び図４Ｂに示されるロボット動作のモードは、ここではウィグルモードと呼ぶ。ウィグルモードは、縦軸を中心としたＥＭＤの振動回転を特徴とする。一例において、ウィグルモードが起動されると、ＥＭＤ（図４Ａ及び図４Ｂに示されている例では第２のＥＭＤ１２０）は、縦軸１２５を中心とする回転振動に入る。別の例では、ＥＭＤ１２０は、ユーザがＥＭＤ１２０に前進線状変位で進行するように指令したときにのみ回転振動する。この例においてガイドワイヤとして描かれているＥＭＤ１２０は、図４Ａの断面図Ａ－Ａに示されているように、時計回りと反時計回りに交互に回転する。ＥＭＤの振動は、振幅及び／又は周波数などの各種パラメータによって特徴付けられる。図４Ａに図示されるように、振幅は、図４Ａにおいて基準平面１３０によって表される中心位置に対する回転の範囲１４０によって示される。種々の例において、オペレータは、振幅、回転速度、周波数又はサイクル時間などの振動パラメータを設定することができる。
【0052】
所望の結果を達成するために又は所定の目的のために、振動の各種パラメータを予め決めたパターンに設定することができる。例えば、振動の振幅は、約６０°～約１８０°、好ましくは約９０°～約１５０°、より好ましくは約１２５°に設定される。サイクル時間（例えば、１つの振動を完了するまでの時間）又は振動周波数は、所望の結果を達成するために予め決めたパターンに同様に設定される。一例において、ＥＭＤの振動は、１秒間に９００度の回転速度で行われる。
【0053】
上述のように、種々のロボット動作が種々のＥＭＤに対して実施される。上述のウィグルモードは、例えば、ナビゲーション又は血管を通し前進させるために、ガイドワイヤに関し実施することができる。ウィグルモードは、病変部のような障害物を乗り越える目的でガイドワイヤに関し複数のパラメータで実行することができる。この例において振動の振幅は、より大きなレベルに設定される。例えば、病変部交差の目的のための振動の振幅は、約１８０°～約９００°、好ましくは約３６０°～約７２０°に設定することができる。これらのパラメータを伴うモードは「スピン」モードと呼ぶことができ、オペレータが選択することができる。
【0054】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、補助コマンドを使用して、ＥＭＤの振動の所定の特性を変更することができる。図４Ａ及び図４Ｂに示す例では、補助コマンドは、ジョイスティック１５０などのユーザ入力機器から受信される。図４Ａは、ジョイスティック１５０からの回転入力がない状態での振動の中心位置を表す平面１３０に対する振動を図示した。図４Ａのジョイスティックは、図４Ａ中にジョイスティック上の矢印及びＥＭＤ１２０の傍の矢印１７０で示されているように、ＥＭＤ１２０の前進線状変位を生じさせる前進入力で示されている。振動は、ジョイスティック１５０からのコマンドを通して変更することができる。
【0055】
これに関連して、ジョイスティック１５０からの入力は、振動の中心位置を斜めにしたり、向きを変えたりすることができる。例えば、図４Ｂに示すように、振動の中心位置は、ジョイスティックを回転させることによって動かすことができる。ジョイスティックを時計回りに回転させると、図４Ｂに例示されているように、中心位置１３０を新しい中心位置１３０’へ時計回りに動かせる。
【0056】
上述のように、振動の他のパラメータ、例えば振幅、周波数、回転速度又はサイクル時間は、オペレータによって変更することができる。例えば、振動の振幅は、ジョイスティック又はグラフィカルユーザインタフェースなどの別の入力機器を使用してユーザ入力により変更することができる。ジョイスティックの場合、振幅は、ジョイスティックを時計回りに回転させることによって増加させたり、ジョイスティックを反時計回りに回転させることによって減少させたりすることができる。この例において、振幅が予め決めたモードで１２５°に設定されている場合、ジョイスティックを時計回りに回転させることにより、振幅を例えば１５０°などのより高い値まで増加させることができる。同様に、ジョイスティックを反時計回りに回転させると、振幅が９０°などの低い値まで減少する。
【0057】
図４Ａ及び図４Ｂは、ジョイスティック１５０などのオペレータ入力機器から受信される補助コマンドを示している。他の例で補助コマンドは、図２を参照して上述したコントロールコンピューティングシステム３４などのコントローラ又はコントロールモジュールから受信される。コントロールモジュールは、別のユーザ入力に応答して、又は、検出されたパラメータ、例えば、ＥＭＤの動作又はＥＭＤの遠位部分の動作に対する抵抗、に応答して、補助コマンドを生成することができる。
【0058】
上述のように、ウィグルモードの所定の動作パターンは、ナビゲーションを目的として実行される場合がある。この例において、所定の動作は、ＥＭＤ（例えばガイドワイヤ）の前進線状動作を伴う。すなわち、モードが有効の間、ＥＭＤが前進線状動作しているときにのみ振動が起動される。一例において、前進線状動作が予め決めた時間（例えば１秒）停止したときは、回転振動は中止される。前進線状動作でない間は回転振動は起動されない。すなわち、線状動作が反転されたり、押されたりすると、回転振動は中止され得る。これに関して、「押す」とは、オペレータからの入力に応じて実行されるＥＭＤの別個の（ばらばらの）動作（回転又は線状）を指す。
【0059】
図５を参照すると、ＥＭＤシステムにおけるロボット動作に関する別のモードが例示されている。図５は、図４Ａ及び図４Ｂを参照して上述したＥＭＤの装置１００の例を示す。この実施形態に係るＥＭＤの装置１００は、断面図Ａ－Ａに例示されているように、同軸に配置された第１のＥＭＤ１１０及び第２のＥＭＤ１２０を含む。
【0060】
図５は、ここでドリルモードと呼ぶモードに関連する所定の動作パターンを示す図である。ドリルモードがオペレータによって選択されると、ロボット駆動装置２４は、１つ以上のＥＭＤ１１０，１２０を、矢印１７０によって示されるＥＭＤの前進線状動作と組み合わせて、矢印１６０によって示されるように、その縦軸１２５を中心とした少なくとも１つのＥＭＤの継続した一方向の回転を特徴とする所定の動作パターンに入れる。この例において、ＥＭＤ（例えば第２のＥＭＤ１２０又はガイドワイヤ）は一方向にスピンする。回転方向は、時計回り又は反時計回りとすることができる。ＥＭＤ１２０の一方向回転１６０は、回転速度によって特徴付けることができる。回転速度は、予め決めた動作パターンの一部として設定することができる。例えば、回転速度は、毎秒約１回転～約１０回転、好ましくは毎秒約２．５回転に設定する。一例において、オペレータは、別の値を入力することによって回転速度を設定することができる。
【0061】
上述のように、種々のロボット動作が種々のＥＭＤに対して実施される。図５に示すドリルモードは、病変部などの障害物を乗り越えるためにガイドワイヤに関して実行することができる。
【0062】
図４Ａ及び図４Ｂを参照して上述したウィグルモードと同様に、図５のドリルモードが有効になっている状態で、前進線状動作が所定時間停止したときは、継続的一方向の回転は中止される。すなわち、ドリルモードの起動中に、ＥＭＤが前進線状動作していない間は回転が止められる。線状動作が反転したり揺さぶられたりする場合には、一方向回転の同様の中止が実行される。一例において、ドリルモード時の回転速度を増減させるために補助入力を使用することができる。例えば、オペレータは、回転速度を増加させるためにジョイスティックを前方に動かし、回転速度を減少させるために後方に動かす。
【0063】
図６を参照すると、ＥＭＤシステムにおけるロボット動作に関する別のモードの様々なフェーズが例示されている。図６は、図４Ａ、図４Ｂ及び図５を参照して上述したＥＭＤの装置１００の例を示している。一実施形態に係るＥＭＤの装置１００は、同軸に配置された第１のＥＭＤ１１０及び第２のＥＭＤ１２０を含む。
【0064】
図６は、ここでジャックハンマーモードと呼ぶモードに関連する所定の動作パターンを示す。ジャックハンマーモードがオペレータによって選択されると、ロボット駆動装置２４は、１つ以上のＥＭＤ１１０，１２０を、ＥＭＤ１１０，１２０の線状振動によって特徴付けられる予め決めた動作パターンに入れる。図６に示す例は、第２のＥＭＤ１２０（例えばガイドワイヤ）が線状発振しているように示されている。ジャックハンマーモードは、ガイドワイヤが病変部などの障害物を乗り越えることを促進すべく、オペレータによって使用される。
【0065】
図６に図示されるように、線状振動は、細長い医療機器の交互前進後進線状動作を含む。図６は、ＥＭＤ１２０の位置（ａ）から位置（ｂ）への前進線状動作、これに続くＥＭＤ１２０の位置（ｂ）から位置（ｃ）への後進線状動作を示す。この動作パターンは、ＥＭＤ１２０の位置（ｃ）から位置（ｄ）への動作と共に、サイクルを繰り返して継続する。
【0066】
図６に示されるジャックハンマーモードは、細長い医療機器の交互前進後進線状動作を実行し、結果としてＥＭＤ１２０が前進線状動作する。そして、例えば、ＥＭＤ１２０が病変部を通り過ぎる又は乗り越えることを可能にする。この例において、交互にくる前進線状動作は、交互にくる後進線状動作に比べて少なくともわずかに大きい。したがって、図６に示すように、振動サイクルの開始時に、ＥＭＤ１２０は位置（ａ）にあり、振動サイクルの完了時（及び次の振動サイクルの開始時）に、ＥＭＤ１２０は位置（ｃ）にあり、これは位置（ａ）より前方である。すなわち、累積する前進線状動作が、ＥＭＤ１２０が例えば病変部を通り過ぎる又は乗り越えることを可能にする。
【0067】
上述し、図６の例に示すように、ジャックハンマーモードは、第２のＥＭＤ１２０、すなわちガイドワイヤで使用される。他の例では、同様の動作パターンが、マイクロカテーテル（又は第１のＥＭＤ１１０）などの他のＥＭＤで使用される。
【0068】
図４Ａ、図４Ｂ、及び図５を参照して上述したウィグルモード及びドリルモードと同様に、図６のジャックハンマーモードが有効である状態で、前進線状動作の入力が止められると、ジャックハンマーモードを特徴付ける交互前進後進線状動作は中止される。一例において、ジャックハンマーモードは、前進線状動作の入力が所定時間止められたときに中止される。すなわち、ジャックハンマーモードが起動されているときに、ＥＭＤが前進線状動作しない間は、線状振動は中止される。線状振動が反転されたり揺さぶられたりする場合は、同様の中止を実行することができる。
【0069】
図７を参照すると、ＥＭＤシステムにおけるロボット動作の別のモードが例示されている。図７に示されるモードは、アクティブデバイス固定（ＡＤＦ）と呼ぶ。ＡＤＦは、ＥＭＤ７２０の機器モジュールが別のＥＭＤ７１０の機器モジュール７４０に結合されるロボットシステム７００などの装置において少なくとも２つのＥＭＤが処置に使用されるシステムで起動される。図７の例では、ロボットシステム７００を使用し、患者７０２の血管系７０４にＥＭＤを挿入することによって、患者７０２に処置を実施する。
【0070】
図７のロボットシステム７００は、マイクロカテーテル７１０などの第１のＥＭＤと、ガイドワイヤ７２０である第２のＥＭＤとを含む。ガイドカテーテル７３０などの第３のＥＭＤが設置されており、これを通してマイクロカテーテル７１０及びガイドワイヤ７２０を変位させられる。マイクロカテーテル７１０は機器モジュール７４０の相応の線状変位を通して線状変位し、機器モジュール７４０は、機器支持体又は支持トラック７５０を含み、これを通ってＥＭＤ７１０，７２０が次の機器モジュールへ同軸で供給される。
【0071】
図７に示される装置において、機器モジュールが線状に変位し、マイクロカテーテル７１０の線状変位を駆動する。機器モジュール７４０の変位は、ガイドワイヤ７２０の線状変位も駆動する。ガイドカテーテル７３０は、別の対応するデバイスモジュール（図７には示されていない）によって線状変位させることができる。マイクロカテーテル７１０、ガイドワイヤ７２０、及びガイドカテーテル７３０は、同軸編成である。すなわち、図７に図示されるように、患者７０２内で、３つのＥＭＤ７１０，７２０，７３０は頸動脈などの通路を通し同軸に配置される。
【0072】
オペレータは、患者７０２内で他のＥＭＤを静止したままにしておいて１つのＥＭＤを再配置したい場合がある。例えば、オペレータは、ガイドワイヤ７２０の位置を維持しながら、マイクロカテーテル７１０を図７Ｂに示される位置へ線状変位させたいと思うことがある。図７は、ＥＭＤ７１０，７２０，７３０の遠位部分の位置を示す。当業者であれば、上述のように、制御されるのはＥＭＤの近位端であることを当然理解できる。
【0073】
ＡＤＦモードを有効にすると、オペレータは、図７Ｂに例示されているように、機器モジュール７４０を距離Δｄだけ前方へ変位させることによって、マイクロカテーテル７１０を線状変位させることができる。一例において、エンコーダによる動作の測定が、量と方向の判定を行うために使用される。ＡＤＦモードは、ガイドワイヤ７２０の反対方向への相応の動作を生じさせ、その結果、図７に図示されるように、ガイドワイヤ７２０の近位端の位置が患者７０２に対して実質的に静止したままになる。
【0074】
機器モジュール７４０に対するガイドワイヤ７２０の動作は、駆動タイヤ７４２を使用することで実行され、ガイドワイヤ７２０の線状動作は、補助エンコーダタイヤ７４４に接続された対応するエンコーダを用いて測定することができる。図７Ｂに示すように、駆動タイヤ７４２は、機器モジュール７４０に対するガイドワイヤ７２０の後方への変位を生じさせる。一方、マイクロカテーテルが引っ込められる（後進）場合、駆動タイヤ７４２は、機器モジュール７４０に対するガイドワイヤ７２０の前方への変位を生じさせる。ガイドワイヤ７２０の動作による補助エンコーダタイヤ７４４の回転は、図２を参照して上述したコントロールコンピューティングシステム３４のような中央制御装置に提供される。
【0075】
第１のＥＭＤ７１０の特定された変位に応じ、ＡＤＦモードが有効の状態で、コントロールコンピューティングシステム３４は、マイクロカテーテル７１０の線状変位（図７の例ではΔｄ）と実質的に等しい量で且つ機器モジュール７４０に対するマイクロカテーテル７１０の変位の方向とは反対の方向に、ガイドワイヤ７２０の線状変位を生じさせる。
【0076】
図８を参照すると、閉ループオペレーションを使用したＡＤＦモードの実行の方法８００がフローチャートで示されている。図８の例によれば、プロセスは、オペレータによる指令に従う第１のＥＭＤ（例えばマイクロカテーテル７１０）の動作で始まる（ブロック８０２）。このコマンドに応答して、マイクロカテーテル７１０が機器モジュール７４０によって駆動される（ブロック８０４）。マイクロカテーテル７１０の動作は、例えば、マイクロカテーテル７１０の位置を追跡するエンコーダからの指示値に基づいて、検出（又は特定）される（ブロック８０６）。
【0077】
マイクロカテーテル７１０の動作の特定に基づいて、反対方向への第２のＥＭＤ（例えばガイドワイヤ７２０）の相応の動作が指令される（ブロック８０８）。第２のＥＭＤ７２０の指令された動作は、例えば駆動タイヤ７４２によるガイドワイヤ７２０の駆動により行われる（ブロック８１０）。ガイドワイヤ７２０の移動は、例えば、補助エンコーダタイヤ７４４又はシステム７００内に設けられた他のセンサに結合されたエンコーダによって検出される（ブロック８１２）。
【0078】
図８の例では、閉ループオペレーションにおいてセーフガードを提供するために、各種のセーフ機能が提供されている。セーフガードは、センサ（例えばエンコーダ）又は駆動タイヤ７４２の故障又は欠陥に起因する過補正又は誤補正を防止する。
【0079】
これに関し、ブロック８１４において、コントロールコンピューティングシステムは、ガイドワイヤ７２０の所望の動作（例えば、マイクロカテーテル７１０の動作に応じた動作）が完了したか否かを判断し、これは、予定した目標位置に到達したガイドワイヤ７２０により示される。この例において、コントロールコンピューティングシステムは、関連するエンコーダ７４２によって測定される動作量を使用する。関連するエンコーダによって測定される動作量がガイドワイヤ７２０の所望の動作量と実質的に等しくなれば、ブロック８１４で動作が完了したとみなされ、プロセスはブロック８１６に移る。ブロック８１６では、マイクロカテーテル７１０の測定された動作（ブロック８０２）と、エンコーダによるガイドワイヤ７２０の測定された動作との間の差が、誤差として計算される。誤差が閾値（例えば０．５ｍｍ）を下回る場合、プロセスは完了したとみなされ、第１のＥＭＤ７１０の新たな指令された動作のためにブロック８０２へ戻る。一例において、ブロック８１６で特定された誤差が以前の誤差に加えられ、閾値と比較された誤差は累積閾値である。
【0080】
ブロック８１８においてガイドワイヤ７２０の位置が第１の誤差閾値内であれば、ガイドワイヤ７２０の補償動作が完了していると判断することができる。第１の閾値は、マイクロカテーテル７１０の位置変化とガイドワイヤ７２０の等しく反対の位置変化との間の差である。例えば、互いの動作の差が０．５ｍｍ以内であれば、その動作は完了とみなすことができる。この第１の閾値がなければ、ガイドワイヤ７２０は位置誤差を修正するために動作を続け、振動し得る。オペレータは、患者の解剖学的構造にＥＭＤを位置決めする際にこの振動を好ましくないと思う。場合によって、ガイドワイヤ７２０の補償動作は、位置誤差が第１の閾値よりも大きい第２の閾値を上回る場合に再実行することができる。例えば、位置誤差が、１．０ｍｍの第２の閾値を上回らない限り、補償動作は再実行されない。別の例では、補償動作は、（例えば、ジョイスティックを作動させるユーザからの）さらなるコマンド入力によって再実行されてもよい。
【0081】
ブロック８１４に戻ると、ガイドワイヤ７２０の動作が、マイクロカテーテル７１０の動作に応じて指令された動作を完了していない場合、プロセスは、検出されたガイドワイヤ７２０の動作が、指令されたガイドワイヤ７２０のタイヤによる動作の量と不一致かどうかを判断する。これは、駆動タイヤの指令された動作の量が、検出されたエンコーダタイヤの動作と一致しない場合に発生する。この場合、ＡＤＦモードは、不一致がセンサ（エンコーダタイヤ）の故障に起因するのであれば、ガイドワイヤ７２０の過剰な変位を防止するために、駆動タイヤによる駆動の量を制限する。
【0082】
他の例では、エンコーダ７３４からの入力は、駆動タイヤ７４２とガイドワイヤ７２０との間のスリップ又は牽引力喪失の結果としてガイドワイヤ７２０の動作がマイクロカテーテル７１０の動作に追いつかないことを示し得る。ガイドワイヤ７２０の動作がマイクロカテーテル７１０の動作に追いつかなくなると、ガイドワイヤの近位位置が維持されるように、マイクロカテーテル７１０の動作を遅くしたり、停止させてもよい。
【0083】
図７及び図８の例において、第１のＥＭＤ７１０及び第２のＥＭＤ７２０の線状運動は、実質的に同時に行われる。ただし当業者であれば、プロセッサのタイミング又は測定の周波数が動作のタイミングの最小限のオフセットをもたらし得ることを当然理解できる。
【0084】
一例において、エンコーダからのデータは、ＥＭＤ７１０，７２０の予期せぬ動作を示し得る。動作は、例えば、所定の速度又は閾値を超える場合、又は、指令された動作に対応しない場合、意図されていないものと判断される。この場合の動作は予期せぬものと認識することができ、ＥＭＤ７１０，７２０の基準位置は、いずれかのＥＭＤの指令された変位の速度又は量に何ら変更を加えることなく調整することができる。
【0085】
補助エンコーダタイヤ７４４に接続されたエンコーダからのデータを使用して、第２のＥＭＤ７２０の有無を検出することができる。例えば、ガイドワイヤ７２０の動作が駆動タイヤ７４２の動作を通じて指令されると、補助エンコーダタイヤ７４４からの信号を使用してガイドワイヤの有無が示される。補助エンコーダタイヤ７４４が、指令された動作に対応するガイドワイヤ７２０の所定の閾値（例えば０．１ｍｍ）を超える動作を示す場合、ガイドワイヤ７２０の存在を確認することができる。一方、駆動タイヤ７４２の指令された動作に応じる動作が補助エンコーダタイヤ７４４により検出されない場合、ガイドワイヤ７２０の不在を検出又は特定することができる。別の例において、第２のＥＭＤ７２０は、その存在が最初に検出されるまで、コントロールコンピューティングシステムによって存在しないと仮定することができる。
【0086】
当業者であれば、ＥＭＤの数が２個より多くてもよいことを当然理解する。例えば、上述の例では、（ガイドワイヤ７２０に加えて）１つ以上の別のＥＭＤを、マイクロカテーテルの動作に応じて変位させることができる。例えば、マイクロカテーテルの動作に応じて変位させるＥＭＤは、ガイドワイヤ、バルーン又はステントカテーテル、及び使用可能な別のＥＭＤを含む。一例において、１つ以上の別のＥＭＤが含まれ、各々の挙動が第２のＥＭＤと同様に制約される。例えば、ガイドカテーテルを動作させる場合、複数のＥＭＤがガイドカテーテルの動作と等しく反対方向に動作する。１つのシステムにおいて、ガイドカテーテル及びガイドワイヤ及び第３のＥＭＤは、３つの機器のすべてを一緒に動作させる共通基盤に配置される。ガイドワイヤ及び第３のＥＭＤの患者に対する位置を維持するために、ガイドワイヤ及び第３のＥＭＤは、ガイドカテーテルの動作と等しく反対の、基盤の動作に対し反対方向に動作する。複数のＥＭＤ装置が存在する場合、ガイドカテーテルに対して反対方向に維持されていない機器は、ガイドカテーテルの動作を拘束するＥＭＤである。他の方法では、ガイドカテーテルは、他のＥＭＤのほとんどを遅らせるＥＭＤによって制約（減速又は停止）される。他のＥＭＤは、ガイドカテーテルの動作を追跡し続ける。その結果、すべてのＥＭＤは、ガイドカテーテルにより動く距離と実質的に等しく反対の距離を動くことになる。
【0087】
図９を参照すると、ＥＭＤシステムにおけるロボット動作のための別のモードが例示されている。少なくとも２つのＥＭＤが個別の駆動モジュールによって駆動される場合の２つ以上のＥＭＤの動作を同期させるために、図７及び図８を参照して上述した閉ループオペレーションを使用することができる。図９に示す例において、ＥＭＤ１１０，１２０は、図６を参照して上述したジャックハンマーモードで同期して動作する。
【0088】
図９に図示されているように、ジャックハンマーモードに関連した線状振動は、２つのＥＭＤ１１０，１２０の交互前進後進線状動作を含む。図９は、ＥＭＤ１１０，１２０の位置（ａ）から位置（ｂ）への前進線状動作を各々Δｄ１の量で示し、これに続くＥＭＤ１１０，１２０の位置（ｂ）から位置（ｃ）への後進線状動作を各々Δｄ２の量で示す。上述したように、前進線状動作（Δｄ１）の量は、後進線状動作（Δｄ２）の量よりも大きい。動作パターンは、それぞれΔｄ１だけの位置（ｃ）から位置（ｄ）へのＥＭＤ１１０，１２０の動作から始まってサイクルを繰り返して継続する。
【0089】
第１のＥＭＤ１１０及び第２のＥＭＤ１２０の動作の同期は、エンコーダなどのセンサからの入力を使用して一方のＥＭＤの動作を検出又は特定し、該センサからの情報を使用して他方のＥＭＤを駆動する閉ループシステムにより達成される。例えば、コマンドが第１のＥＭＤ１１０の駆動を生じさせる。コマンドは、コントローラ又はオペレータ入力から受信される。図７を参照して上述した補助エンコーダタイヤ７４４などのエンコーダタイヤを、第１のＥＭＤ１１０の動作を測定するために使用することができる。第１のＥＭＤ１１０の測定された動作に応じて、コントローラは、第２のＥＭＤ１２０を第１のＥＭＤ１１０と同じ量と同じ方向で変位するように駆動する。
【0090】
図１０を参照すると、図４Ａ及び図４Ｂを参照して上述したスピンモードと呼ぶウィグルモードの一例に対応する状態マシン図が示されている。図１０の例は、主ユーザ入力及びガイドワイヤ機器の線状駆動装置及び回転駆動装置にコマンドがどのように提供されるかを示している。スピンモードが選択されると、ガイドワイヤが前進駆動されている間に回転駆動機構がガイドワイヤの回転振動を提供する。図１０を参照すると、選択例としてスピンモードが選択された場合、４つの別々のコマンド状態が存在する。第一に、主ユーザ入力からの指令がないNo GWL COMMAND（GWL：ガイドワイヤ線状）の状態で、コントローラは、回転又は線状動作をガイドワイヤに提供する回転駆動機構又は線状駆動機構に、自動命令を与えない。この状態にいて、オペレータは、ユーザ入力の回転動作によりガイドワイヤ（ＧＷ）に回転動作を与えることができる。第二に、オペレータが主ユーザインタフェースを介しコマンドを与えてガイドワイヤを線状前進方向へ動作させるときのGW FORWARD MOTOR COMMANDの状態で、回転駆動装置が自動的にガイドワイヤに回転振動動作を提供する。また、GW FORWARD MOTOR COMMANDの状態では、主ユーザ入力に対する回転入力はいずれも無視されることになり、回転駆動装置からガイドワイヤへ別の回転運動が付与されることはない。主ユーザインターフェースがジョイスティックであるこのGW FORWARD MOTOR COMMANDの状態において、オペレータがジョイスティックを回転させると、これは回転駆動機構に時計回り（ＣＷ）及び反時計回り（ＣＣＷ）の回転命令を提供することになるが、このジョイスティックの回転が、ガイドワイヤの自動振動の他にガイドワイヤを回転させるコントローラから回転駆動機構への命令をもたらすことはない。ユーザが主ユーザ入力を介して線状後進コマンドをＧＷ後進モータに与える、第三のコマンド状態において、ガイドワイヤ回転駆動装置は、ユーザがガイドワイヤを回転させる命令をさらに与えない限り、ガイドワイヤにいかなる回転動作も与えない。主ユーザ入力がジョイスティックの後方へのジョイスティック動作である場合、ガイドワイヤを患者方向の逆方向又は引き抜く方向に動作させるように線状駆動装置に命令を与えるが、このときに、ガイドワイヤに回転振動動作を与える回転駆動装置への指令は提供されない。しかしながら、この第三の状態において、ジョイスティックのＣＷ又はＣＣＷ動作のいずれかの回転により、コントローラは、回転駆動装置にＣＷ又はＣＣＷ方向のいずれかにガイドワイヤを回転させる命令を与える。この第三の状態において別の見方で説明すると、主入力の後進動作は、基本作動状態と同じ挙動をする。オペレータが主ユーザ入力メカニズムを通して線状前進命令を提供すると、振動サイクル中の位置が保存され、線状前進方向の主ユーザ入力のオペレータ操作が再度続くと、停止したところからサイクルを再開する。一実施形態において、サイクル内の位置が保存されず、オペレータが停止させ、主ユーザ入力を介して線状前進運動を開始するたびに新たに開始する。
【0091】
一例では、各種の状態において上述したように発生する自動回転振動は、各サイクルで、まず３６０°ＣＷ回転で９００°／秒及び３６０°ＣＣＷ回転で９００°／秒を含み、その後、サイクルは、電気機械式回転駆動機構の物理的制限によって要求されるもの以外の方向変化間の休止なく、繰り返される。もちろん、他の速度及び回転量も考えられる。一例では、速度は９００°／秒より小さいか９００ ｄｅｇ／ｓｅｃより大きいかの間である。
【0092】
第四のGW FORWARD MOTOR COMMAND（DISCRETE）の状態では、ここでは個別（分離）前進動作のジョグボタンを選択することによって別々の動作モードが選択されているが、回転駆動機構に回転動作指示が提供されない。ユーザが第２のユーザインターフェースを介してスピン動作アルゴリズムを非選択にすると、主ユーザ入力の操作は、自動交互回転動作のない基本的標準命令に戻る。
【0093】
主ユーザ入力がジョイスティックであって、コントローラ及びスピン動作技術が第２のユーザ入力で選択される場合、回転駆動機構は、主コントローラを使用してＥＭＤの前進動作中に継続するＧＷの回転振動を提供する。しかし、ＧＷが前進している間にオペレータが主ユーザ入力（ジョイスティックなど）の回転を意図する場合、システムは回転振動以外の別の回転を提供しない。一実施形態において、振動速度は、軸方向動作の移動の単位あたりの回転度であり、又は、振動速度と線状速度との間の他の何らかの非線形関係である。
【0094】
一例において、主ユーザ入力の線状不感帯には、振動回転動作があてられていない。すなわち、線状不感帯が主ユーザ入力の２°～３°の動きである場合、主ユーザ入力が線状不感帯を越えて動かされるまで自動回転振動は発生しない。一例において、線状不感帯の他の線状動作命令のない主ユーザ入力の回転により、回転駆動装置はガイドワイヤに回転動作をもたらす。
【0095】
図１１を参照すると、図４Ａ及び図４Ｂを参照して上述したウィグルモードの別の例に対応した状態マシン図が提供される。図１１に示されている例は、回転振動中の主ユーザ入力による回転入力が他よりも一方向へ大きな回転動作をもたらすことを除いて、特定されている４つの状態についての図１０の例と同じ機能を有している。一例として、主ユーザ入力はジョイスティックであり、ユーザが次の両方を提供している。ジョイスティックをユーザから概ね離れる方向に動かして線状駆動機構に線状前進命令を提供し、同時にジョイスティックを時計方向に回転させることで回転駆動機構が、交互に、ガイドワイヤをＣＷ方向及びＣＣＷ方向に回転させ、各サイクル中、ＣＷ回転度はＣＣＷ回転度よりも大きい。ジョイスティックのニュートラル位置からより離してオペレータがジョイスティックを回転させると、ＣＷとＣＣＷの回転の比率が大きくなる。同様に、オペレータがジョイスティックを前方にも動かしながらジョイスティックをＣＣＷ回転させると、回転駆動装置は、上述のようにガイドワイヤを正味のＣＣＷ方向に回転させる。
【0096】
図１２を参照すると、図５を参照して上述したドリルモードの一例に対応して、状態マシン図が提供される。ドリルモードが選択されると、４つの別々のコマンド状態がある。第一に、主ユーザインタフェースからのガイドワイヤ線状コマンドがないNo GWL COMMAND（GWL：ガイドワイヤ線状）の状態において、ジョイスティックなどの主ユーザインタフェースのＣＷ及びＣＣＷ操作又は動作により、通常のＣＷ及びＣＣＷ回転コマンドを提供することができる。すなわち、ガイドワイヤのＣＷ又はＣＣＷ回転に関する主ユーザインタフェースからの命令は、コントローラを介して、ＣＷ又はＣＣＷ方向にガイドワイヤを回転させる回転駆動機構に命令を与える。第二に、GW FORWARD MOTOR COMMANDの状態において、オペレータが主ユーザインタフェースにより、ガイドワイヤを線状前進方向に動作させる指令を与えると、回転駆動装置は自動的にＣＷ回転運動をガイドワイヤに与える。また、GW FORWARD MOTOR COMMANDの状態において、主ユーザ入力に対する回転入力はいずれも無視されることになり、回転駆動装置からガイドワイヤに別の回転動作は付与されないことになる。主ユーザインタフェースがジョイスティックであって、オペレータがジョイスティックを回転させようと意図した場合、これは、第二のGW FORWARD MOTOR COMMANDの状態において回転駆動機構にＣＷ及びＣＣＷ回転指令を与えることになるが、当該ジョイスティックの回転により、ガイドワイヤの自動ＣＷ回転に加えてガイドワイヤを回転させる指令がコントローラから回転駆動機構に与えられることはない。ユーザが主ユーザ入力を介して線状後進動作指令を与える第三のGW REVERSE MOTOR COMMANDの状態において、ガイドワイヤ回転駆動装置がガイドワイヤに自動回転動作を与えることはない。しかしながら、この状態において、ユーザが、主ユーザ入力の操作によってガイドワイヤを回転させる命令も与える場合、ＧＷは、基本の通常作動状態におけるように回転される。主ユーザ入力がジョイスティックの後方へのジョイスティック動作である場合、ガイドワイヤに回転運動作を付与する命令を回転駆動装置に与えずに、ガイドワイヤを患者方向の反対又は引き抜く方向にガイドワイヤを動作させる命令を線状駆動装置に与える。しかしながら、この第三の状態において、ジョイスティックのＣＷ又はＣＣＷ動作のいずれかの回転は、コントローラが、ガイドワイヤをＣＷ又はＣＣＷ方向に回転させるように回転駆動装置に命令を与える結果となる。この第三の状態において別の言い方をすると、主入力の後進動作は基本作動状態と同じ挙動を生む。
【0097】
一例において、各種の状態において上述したように発生する自動回転動作は、９００ °／秒ＣＷ回転である。もちろん、他の速度及び回転速度も考えられる。一実施形態において速度は９００°／秒よりも大きく、一実施形態において速度は９００°／秒よりも小さいが、ゼロ°／秒よりは大きい。
【0098】
別々の（分離した）前進のジョグボタンを選択することによって個別の動作モードが選択されている第四のGW FORWARD MOTOR COMMAND (DISCRETE)の状態において、回転駆動機構に回転動作命令は提供されない。ユーザがドリルモードを非選択にすると、主ユーザ入力の操作は、自動回転動作のない基本の標準命令に戻る。
【0099】
一実施形態において、回転の速度は、軸方向動作の移動の単位あたりの回転度であるか、回転速度と線状速度との間の他の何らかの非線形関係である。
【0100】
一例において、ドリルモードである間、主ユーザ入力の線状不感帯でＣＷ回転動作は提供されない。つまり、線状不感帯が主ユーザ入力の２°～３°の動作である場合、主ユーザ入力が線状不感帯を超えて移動するまで、自動ＣＷ回転は発生しない。一実施形態において、線状不感帯を除いて、線状動作命令のない主ユーザ入力の回転により、回転駆動装置はガイドワイヤに回転動作をもたらすことになる。
【0101】
図１３を参照すると、図６を参照して上述したジャックハンマーモードの例に対応する状態マシン図が図示されている。図１３の例では、ジャックハンマーモードがガイドワイヤに適用される。ガイドワイヤ（ＧＷ）のジャックハンマーモードを選択した場合、ＧＷの動作に影響を与える状態が多数ある。NO GWL COMMANDの状態（ガイドワイヤ線状動作コマンドなし）において、ユーザ入力は通常の回転作動を提供する。これは、オペレータがユーザ入力の操作によりＧＷをＣＷ又はＣＣＷで回転させるものである。GW FORWARD MOTOR COMMAND (JOYSTICK)の状態において、ＧＷ線状駆動機構は、前進動作を後進動作よりも大きくして、ＧＷを前進後進方向のサイクルで自動的に動作させる。この状態において、オペレータは、ユーザインタフェースの操作により（ユーザインタフェースがジョイスティックである場合のＣＷ又はＣＣＷ方向のジョイスティック回転により）、ＧＷにＣＷ又はＣＣＷ方向を与えることもできる。GW REVERSE MOTOR COMMANDの状態において、この状態ではオペレータがユーザインタフェースを操作してＧＷを引き抜くか又はＧＷに後進動作を与えるが、ＧＷの自動の周期的線状動作（前進及び後進）はないことになる。揺さぶり又は個別動作ボタン又は入力に基づくGW FORWARD MOTOR COMMANDの状態において、ＧＷ線状駆動機構はＧＷに自動の周期的線状動作を与えない。一実施形態において、自動の周期的動作は、１２ｍｍ／秒で１．５ｍｍ前進及び１２ｍｍ／秒で１ｍｍ後進であり、前進と後進動作間の休止は、方向を切り替えるためにＧＷ線状駆動機構に必要な滞留期間である。一実施形態において、滞留期間はオペレータが認識することができない。もちろん、他の距離及び速度も考えられ、０ｍｍより大きく且つそれぞれ１．５ｍｍ及び１ｍｍより小さい又はそれぞれ１．５ｍｍ及び１ｍｍ以上とすることができる。同様に、速度は、ゼロより大きくて１２ｍｍ／秒より小さくてもよく、又は１２ｍｍ／秒以上であってもよい。ジャックハンマー動作技術は、本明細書に援用される米国特許９，２２０，５６８に記載されている。一実施形態において、後進動作が前進動作よりも大きい。
【0102】
図１４を参照すると、図６を参照して上述したジャックハンマーモードの別の例に対応する状態マシン図が図示されている。図１４の例では、ジャックハンマーモードはバルーン又はステントカテーテルに適用され、ここでは点打とも呼ぶ。図１４の例示モードが選択されると、バルーンカテーテル又はステントカテーテル（ここでは個々でもまとめてでも「ＢＳＣ」と呼ぶ）の動作に影響を及ぼす多くの状態が存在する。ＢＳＣには、他の細長い医療機器も含まれ得る。図１４に示されているモードは、図１３のモードに類似しているが、ＢＳＣの回転駆動装置がないので、回転の態様は関係ない。
【0103】
図１５を参照すると、図７及び図８を参照して上述したＡＤＦモードの一例に対応する状態マシン図が示されている。ＡＤＦモードの一例では、１つ又は２つの線状駆動機構の協調制御が提供される。これら線状駆動機構は、同様の基盤にあり、基盤が線状方向に動作するときにＧＣと一緒に線状動作する。ＡＤＦモードにより、ガイドワイヤ及び／又はＢＳＣの線状駆動機構が、地面又は患者に対してＧＣを移動させながら、地面又は患者に対してＧＷ及びＢＳＣの固定位置を維持する。一実施形態において、ＡＤＦ動作アルゴリズムが選択され有効にされると、システムは、一定距離の前進及び後進でガイドワイヤとカテーテルを自動的に移動させることによって、ガイドワイヤとカテーテルが装填されているかどうかを検出し、ガイドワイヤとカテーテルがそれぞれの線状駆動機構に装填されているかどうかを位置センサを介してチェックする。一実施形態において、この前進及び後進動作は摂動と呼ばれ、ガイドワイヤを０．１ｍｍ前進させ、次いで同じ距離を後進させる。ただし、１ｍｍや０．０１ｍｍなど０．１ｍｍより大きい又は小さい他の距離も考えられる。距離は、処置リスクプロファイルへの影響を最小限に抑えるのと同時にセンサによって検出もされるように選択される。一実施形態において、機器検出システムは、光学センサ、機械センサ、及び磁気センサのような能動機器検出器である。第一のGW AND BSC NOT LOADEDの状態において、この状態は、ガイドカテーテルの縦軸に沿ってガイドカテーテルを前進又は後進動作させるためにユーザ入力を介してオペレータから与えられる命令がない、ＧＣ線状コマンドが与えられていない状態であるが、ＧＷ及びＢＳＣ線状駆動機構は、ＧＷ及びＢＳＣをそれぞれ、ガイドカテーテルの動作に対して等しく反対方向に移動させる。一例として、ガイドカテーテルを前方へ１ｃｍ動作させると、ガイドワイヤ及びＢＳＣ駆動機構はガイドワイヤとＢＳＣを後方へ１ｃｍ動作させる。これは、ＧＷ及びＢＳＣがそれぞれの線状駆動機構内で検出されない場合でも実行される。この機器検出機能により、２つ以上の固定機器の場合のそのうちの１つのみが装填されている場合に、ＡＤＦをうまく使用することができる。全ての固定された機器駆動モジュールに対して閉ループ制御が常に有効であった場合、機器が装填されていないとき、システムは、装填されていない機器を固定することができないために、全ての機器の全ての動作を防ぐ可能性がある。加えて、機器検出機能は、センサがガイドワイヤ及びＢＳＣの存在を検出しなかった場合、フェイルセーフ機構も提供する。このモードの一実施形態において、ＧＷ及びＢＳＣ牽引通知は抑制される。牽引通知は、センサがコントローラにより意図された速度で動作するＧＷ及びＢＳＣを検出しない場合に、警告を提供する。
【0104】
ユーザが、主ユーザ入力又は特定のガイドカテーテルユーザ入力のいずれかを通して、基盤全体、したがってＢＳＣの線状駆動機構及びガイドワイヤの線状駆動機構を動作させることによってガイドカテーテルを線状動作させる入力を提供すると、ガイドワイヤの線状駆動機構及び及びＢＳＣの線状駆動機構に、ガイドカテーテルの動作と等しい距離だけ反対方向にガイドワイヤ及びカテーテルを線状動作させるためのコマンドが自動的に与えられる。一実施形態において、ガイドカテーテルの第１の方向の動作は、ガイドワイヤ及びＢＳＣの第１の方向とは反対の方向への動作と同時に行われる。一実施形態において、ガイドカテーテルの動作命令をユーザ入力が提供するときのガイドワイヤ及びＢＳＣに反対方向の動作を提供するコマンドは、ガイドカテーテルのユーザ入力が不感帯を越えた場合にのみ発生する。
【0105】
ガイドワイヤが装填されているとして検出され、ＢＳＣが装填されていないとして検出される、GW LOADEDの状態において、ガイドカテーテルを線状動作させるコマンドがなければ、ガイドワイヤもＢＳＣも動作しない。しかし、ＧＣユーザ入力が動作又は起動されてガイドカテーテルを線状動作させる場合、ガイドワイヤ線状駆動機構にコマンドが自動的に与えられ、固定の位置を維持するガイドワイヤ線状駆動機構による動作の必要量がガイドカテーテル線状駆動機構に与えられる動作の量と異なる場合であっても、ガイドワイヤの位置を固定位置に維持するのに等しい量、逆方向に動作する。このようにして、閉ループ制御が提供される。これとは対照的に、このコマンド状態では、ＢＳＣの線状駆動機構は、ガイドカテーテルの線状駆動装置によって提供される動作と等しい量で反対方向に動作する。
【0106】
GW AND BSC LOADEDの状態において、ガイドワイヤ線状駆動機構及びＢＳＣ線状駆動機構の両方が、ガイドワイヤ及びＢＳＣをそれぞれ、ガイドカテーテルの動作の反対方向に動作させ、ＧＷ及びＢＳＣが患者及び／又は地面に対して固定位置に留まるように、動作量が設定される。このように、ＧＷ及びＢＳＣの両方に対して閉ループ制御が提供される。
【0107】
一実施形態において、ＧＷ及びＢＳＣを動作させる閉ループシステムで、タイヤに連結されたエンコーダなどのセンサを使用して、ＧＷ及びＢＳＣの位置がＧＣの動作と等しく反対方向で適切に動作したか否かを判断する。エンコーダが、ＧＷ及び／又はＢＳＣがＧＣの位置変化と適切に等しくて反対方向に満たない位置にあるというフィードバックを提供した場合、ＧＷ及びＢＳＣが適切な等しく反対方向の相対位置に戻るまで、ＧＣの動作を減速するためにＧＣ線状駆動機構へコマンドが自動的に送られる。一例として、ガイドカテーテルユーザ入力がガイドカテーテルに対し前進１０単位の動作を命令し、エンコーダが、ＧＷが反対方向に動作したが８単位の距離しか動作していないことを示している場合、ＧＷ及び／又はＢＳＣがＧＣの等しく反対方向の距離を同期して動作するまで、ＧＣ線状駆動機構は自動的に減速される。ＧＷ及び／又はＢＳＣが同期状態になると、ＧＣ線状駆動装置は、当初に意図されたその動作速度まで加速されて戻る。一実施形態において、ＧＷ及び／又はＢＳＣにおいて滑りが検出されると、ＧＷ及び／又はＢＳＣ駆動機構は、ＧＷ及び／又はＢＳＣがＧＣと同期状態になるまで、ＧＷ及びＢＳＣ線状動作の速度を増加させる。一実施形態において、ＧＣは減速され、必要に応じてＧＷ及び／又はＢＳＣは同時に加速される。同期状態は、ＧＣの移動中、ＧＷ及びＢＳＣが地面及び／又は患者に対して固定された位置に留まるものである。
【0108】
一実施形態において、ＧＷ及び／又はＢＳＣの動作は、固定された等しく反対方向の量ではなく、ＧＣの速度とは異なる速度である。
【0109】
一実施形態において、補助エンコーダが、ＡＤＦ動作技術においてＧＷ及び／又はＢＳＣ機器を固定するための閉ループ制御システムを提供するために使用される。
【0110】
一実施形態において、ＡＤＦ動作技術は、ＧＷ及び／又はＢＳＣの空間的固定が制御則に従って不可能である場合、ＧＣの動作を停止する。
【0111】
一実施形態において、補助エンコーダは、補助エンコーダの動作を検出することによって機器がＧＷ線状駆動装置及び／又はＢＳＣ線状駆動装置に装填されているかどうかを検出する。動作が検出されない場合は、機器が装填されていないとみなされる。この実施形態では、線状駆動機構に装填された機器があるか否かについての判断は行われず、機器又は機器の動作に関する最初のコマンドによってのみチェックされる。装填として検出される機器がない場合、補助エンコーダ故障の単純欠陥から保護する固定のために開ループ制御が使用される。
【0112】
一実施形態において、ユーザは、ＧＷ及び／又はＢＳＣに関してユーザ入力を手動で操作することによって、ＡＤＦ動作技術で手動調節を提供することができる。ＧＷ及び／又はＢＳＣを線状動作させるユーザによる命令は、自動動作を補完する。一実施形態において、ＡＤＦ動作技術でＧＷ及びＢＳＣを線状動作させるためのオペレータ命令は、ユーザが独立したＧＷ又はＢＳＣ線状動作命令を提供するのをやめるまで、ＡＤＦ動作技術を一時的に中止する。
【0113】
図１６Ａ～図１６Ｄを参照すると、一実施形態において、アクティブデバイス固定（ＡＤＦ）動作は、地面又は患者に対する機器位置、機器慣性位置を固定することからなる。各機器の慣性位置は、ＧＣが変位するのと同じ方向に変位すると仮定される。したがって、機器の位置を維持するために、ＡＤＦが有効になるとその位置はＧＣの方向と反対の方向に動作する必要がある。 ＧＣの位置ｘＧＣ（ｔ）（ｘ＿ＧＣ＿ｔと表記）は、コマンド速度ｖＧＣ（ｔ）（ｖ＿ＧＣ＿ｔ と表記）の積分である。この関係はＧＣインテグレータモデルで捉えられる。
【0114】
ＧＷの位置ｘＧＷ（ｔ）（ｘ＿ＧＷ＿ｔと表記）は、調整（拡大／縮小）されたＧＷコマンド速度ｖＧＷ（ｔ）（ｖ＿ＧＷ＿ｔと表記）の積分であり、実数ｋＧＷ（ｋ＿ＧＷと表記）で調整される。
【0115】
したがって、０＜ｋＧＷ＜１であるこの物理モデルですべりを捉えることができる。ｋＧＷがゼロの場合に完全なＧＷスリップが発生する。結果としてＧＷの慣性位置ｘＧＷｔ（ｘ＿ＧＷｉ（ｔ）と表記する）は、ｘＣＭ／（ｔ）とＧＣ位置ｘＧＣ（ｔ）の和である。同様に、ＢＳＣの物理モデルは以下の通りである。
【0116】
ＢＳＣへのコマンド速度ｖＢＳＣはｖ＿ＢＳＣ（ｔ）と表記され、対応する位置ｘＢＳＣはｘ＿ＢＳＣ（ｔ）と表記される。結果としてＢＳＣの慣性位置ｘＢＳａ（ｘ＿ＢＳＣｉ（ｔ）と表記する）は、ｘＢＳｃ（Ｊ）とＧＣ位置ｘＧＣ（ｔ）の和である。
【0117】
ＡＤＦ動作技術の一実施形態では、ＧＷ及びＢＳＣの慣性位置を固定するように作用し、ユーザがジョイスティック（ＪＳ）コマンドでＧＣ運動から独立してＧＷ及びＢＳＣを動作させることを可能にし、ＧＷのスリップが過剰であって補正運動がキャッチアップする必要がある場合にＧＣの前進（ＦＷＤ）及び後進（ＲＥＶ）運動を減少させる。
【0118】
一実施形態において、ＧＷ及びＢＳＣの慣性位置は、ＧＣの負のコマンド速度でそれぞれに沿ってＧＷ及びＢＳＣに供給すること、そして、ＧＷ及びＢＳＣの速度を、ＧＣの位置（ｄｘ＿ＧＣ＿ｔ）の負の変化を含むそれらの対応するフィードバック項（ｅ＿ＢＳＣ＿ｔ、ｅ＿ＧＷ＿ｔ）に比例して調節することによる。ここで、ｅ＿ＢＳＣ＿ｔは（ｒ＿ＢＳＣ＿ｔ－ｘ＿ＢＳＣ＿ｔ）に等しく、そのｒ＿ＢＳＣ＿ｔは、制限されたＢＳＣジョイスティック速度とＡＤＦフィードバック項ｄｘ＿ＧＣ（ｔ）との和の積分である。ｄｘ＿ＧＣ（ｔ）は初期ＧＣ位置ｘ＿ＧＣ（０）マイナス現在のＧＣ位置ｘ＿ＧＣ（ｔ）に等しい。
＊＊＊ここで、ｅ＿ＧＷ＿ｔは（ｒ＿ＧＷ＿ｔ－ｘ＿ＧＷ＿ｔ）に等しく、ｒ＿ＧＷ＿ｔは、制限されたＧＷジョイスティック速度とＡＤＦフィードバック項ｄｘ＿ＧＣ（ｔ）との和の積分である。
＊＊＊ここで、ｅ＿ＧＷ＿ｔは（ｒ＿ＧＷ＿ｔ－ｘ＿ＧＷ＿ｔ）に等しく、ｒ＿ＧＷ＿ｔは、制限されたＧＷジョイスティック速度とＡＤＦフィードバック項ｄｘ＿ＧＣ（ｔ）との和の積分である。
【0119】
ＡＤＦ技術の一実施形態において、ユーザは、ＧＷ及びＢＳＣそれぞれの速度コマンドの積分である基準項を含めることによって、ＧＣ運動から独立してＧＷ及びＢＳＣを動作させることができる。ＧＣの前進及び後進運動は、ＧＷ及びＢＳＣ機器のスリップ（関数y＝ｆｃｎ（ｅ＿ＧＷ＿ｔ、ｅ＿ＢＳＣ＿ｔ））に起因してフィードバックエラーが増えると減少する。
【0120】
図１６を参照すると、ＧＷ及びＢＳＣコントロール部の．９及び．９５の項は、１つのシミュレーションにおけるＧＷ及びＢＳＣのスリップを表す。別の言い方をすると、．９はＧＷの１０パーセントスリップを表し、．９５はＢＳＣの５パーセントスリップを表す。．９と．９５は、それぞれＧＷとＢＳＣのスリップを検出するエンコーダからコントロールシステムに供給される。ＧＷ及びＢＳＣの実際のスリップ率は、ＡＤＦ技術の作動中にエンコーダ又は他のセンサを使用して特定される。
【0121】
アクティブデバイス固定は、ＧＷ及びＢＳＣが機械クランプ機器を使用して地面及び／又は患者に対して固定される別の実施形態において達成され得る。クランプ機器は、ＧＣ動作中に機器を選択的に固定する。一実施形態において、ＧＷ及びＢＳＣは、ＧＣの動作中に相対位置を維持するように動作するロボットアームのような動的機器で、地面に対して固定される。一実施形態において、ＧＷ又はＢＳＣの動作がセンサ及び／又は撮像システムによるなどで検出される場合、ＧＣの動作は自動的に止められる。
【0122】
図１６を参照すると、ｍａｘ｛０，１－｜ｅ＿ｄｅｖｉｃｅ｜＿ｉｎｆ／ｅ＿ｍａｘ｝と表されるシステムは、ＧＷ又はＢＳＣのフィードバックエラー時に、以下のようにコマンド速度をＧＣに制限する：
ここで、ｅｄｅｖｉｃｅはＧＷ又はＢＳＣどちらかの誤差の上限である。機器のスリップによりＧＣの運動が有界であることを保証するために、最終的なＧＣ速度は下げられる。ｖＧＣ－ＳＥＴ（ｔ）はユーザＧＣジョイスティック（ユーザ入力）速度設定ポイントを表す。ｅｍａｘはＧＣとＧＷ又はＢＳＣのポジション間の最大許容トラッキングエラーである。
【0123】
例示の方法３００及び４００のステップのコンピュータ実行可能命令は、コンピュータ可読媒体の形態において格納される。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータなどの情報のストレージとしてあらゆる方法又は技術で実施される、揮発性及び不揮発性、リムーバブル及び非リムーバブルの媒体を含む。コンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又は他のメモリ技術、コンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、又は他の光学ストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ、又は他の磁気ストレージデバイス、又は、所望の命令を記憶するために使用することができ、且つインターネット又は他のコンピュータネットワーク形式のアクセスを含む、システム１０（図１に示す）によってアクセスすることができるあらゆる他の媒体を含むが、これらに限定されない。
【0124】
図１７を参照すると、ＧＷに関して一定速度プルバック動作技術が選択されている。一実施形態において、一定速度の値が多数の選択肢から選択されるか、或いはキーボードなどのユーザ機器を介して特定の速度が入力される。このような主ユーザインターフェースのオペレータによる後進方向の動作において、ＧＷは一定速度で引き抜かれる。一実施形態において、定速動作技術は後進方向にのみ作用し、すなわち、後進方向は、後進方向における主ユーザインターフェースの動作位置の範囲にかかわらず、一定速度である。主ユーザインターフェースの前進方向への動作は、主インターフェースの動作の範囲に比例するか、あるいはこれに従う。
【0125】
一実施形態において、一定速度動作技術は、前進方向のＧＷの一定速度も可能にする。一実施形態において、ターボ入力ボタンが、一定速度をより速い速度まで増加させることを可能にする。一実施形態において、増加した一定速度は、ユーザがターボボタンを保持している間のみとなる。一実施形態において、一定速度の増加は、ターボボタンが押されると有効となって維持され、ターボボタンがオフされるまで有効に維持されることになる。一実施形態において、増加した一定速度は、所定の時間及び／又はＧＷの線状移動の所定の距離において、効果を維持する。
【0126】
図示されていないが、押し込み性オーバーライド入力は、機器前進動作中に初期押し込み力制限に達した場合にのみ、増加した押し込み力を可能にする。このモードでは、モータ電流が、行き詰まる（所定の制限を超える）まで前進運動のトルクを増加させる。一実施形態において、当該力は処置全体に対して増加するか、又は初期力制限に達した後の限られた時間の間で力の増加が可能である。一実施形態において、ユーザは、押し込み性オーバライド機能を選択しないことによって、より低い所定の、又は選択された力の限界に戻すことができる。
【0127】
一実施形態において、技術（ＡＤＦ、ウィグル、ジャックハンマー）は、カテーテル式処置システムにおける各ＥＭＤに対して独立して選択することができる。例えば、ガイドカテーテルにはＡＤＦを、ガイドワイヤにはウィグルを、ＢＳＣには点打を選択することができる。一実施形態において、複数の技術を同時に使用することができる。一実施形態において、特定の技術が選択されると、他の互換性のない技術は全て選択のためにもはや利用できなくなる。一実施形態において、選択に利用可能な可動技術は、画像及び／又は血流力学データなどの他の患者データに基づくが、これに限定されない。一実施形態において、画像データの処理に基づく選択に際して、特定の技術が自動的に強調表示されて推奨される。
【0128】
ここに記載した説明は、最良の形態を含めて発明を開示するために、及び、当業者が発明をなし使用することを可能にするために、例を用いている。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者の想到可能な他の例を含む。このような他の例は、特許請求の範囲の文字通りの記載と異ならない構造的要素を有している場合、又は、特許請求の範囲の文字通りの記載とは異なる構造的要素を有している場合、又は特許請求の範囲の文字通りの記載とあまり違わない等価の構造的要素を有している場合でも、特許請求の範囲に含まれるとして意図されている。あらゆるプロセス又は方法のステップの順序及び並びは、代替の実施形態に従って変更され又は再配列され得る。
【0129】
本発明の思想から逸脱することなく、本発明に多くの他の変更及び修正を加えることができる。これら及び他の変更の範囲は特許請求の範囲から明らかになる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図16D】
【図17】
【手続補正書】
【提出日】2023-02-17
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つの細長い医療機器を有する細長い医療機器装置と、該細長い医療機器装置に接続されたコントロールステーションとを備えたシステムであって、
前記コントロールステーションは、ユーザコマンドに応じて、前記細長い医療機器の近位部分の所定の動作パターンを実行するコントロールモジュールを含み、
前記所定の動作パターンは、前記細長い医療機器の縦軸を中心とする前記細長い医療機器の振動であり、
補助コマンドが前記振動の振幅を変更する、システム
前記コントロールステーションは、ユーザコマンドに応じて、前記細長い医療機器の近位部分の所定の動作パターンを実行するコントロールモジュールを含み、
前記所定の動作パターンは、前記細長い医療機器の縦軸を中心とする前記細長い医療機器の振動であり、
補助コマンドが前記振動の振幅を変更する、システム
【請求項2】
前記補助コマンドは、前記振幅を減少又は増加させることによって、前記振動の振幅を変更する、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記補助コマンドは、前記振幅を偏らせることによって、前記振動の振幅を変更する、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記偏らせるときに、前記振動の中心位置を移動させることを含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項5】
前記補助コマンドは、前記コントロールモジュール又はオペレータ入力機器のいずれかから受信される、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記細長い医療機器の前記振動は、血管を通って前進するときに第１の振幅を有し、障害物を通過するときに第２の振幅を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記所定の動作パターンは、前記細長い医療機器の線状変位時にのみ起動される、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
前記コントロールモジュールは、前記線状変位が止められ又は反転され又は押されるときに、前記細長い医療機器の前記振動を中止する、請求項７に記載のシステム。
【請求項9】
前記振動の少なくとも１つのパラメータが設定可能であり、該パラメータは、周波数、振幅、又は回転速度である、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
少なくとも１つの細長い医療機器を有する細長い医療機器装置と、コントロールステーションとを備えたシステムであって、
前記コントロールステーションは、前記細長い医療機器の線状変位のユーザコマンドに応答して、前記細長い医療機器の近位部分の動作パターンを実行するコントロールモジュールを含み、
前記動作パターンは、前記細長い医療機器の縦軸を中心とする前記細長い医療機器の継続した一方向の回転を伴う線状変位であり、
前記動作パターンは、前進線状変位で起動され、後進線状変位で中止される、システム。
前記コントロールステーションは、前記細長い医療機器の線状変位のユーザコマンドに応答して、前記細長い医療機器の近位部分の動作パターンを実行するコントロールモジュールを含み、
前記動作パターンは、前記細長い医療機器の縦軸を中心とする前記細長い医療機器の継続した一方向の回転を伴う線状変位であり、
前記動作パターンは、前進線状変位で起動され、後進線状変位で中止される、システム。
【請求項11】
補助コマンドにより、前記動作パターンの回転速度を変更することができる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項12】
少なくとも１つの細長い医療機器を有する細長い医療機器装置と、コントロールステーションとを備えたシステムであって、
前記コントロールステーションは、ユーザコマンドに応じて、前記細長い医療機器の近位部分の所定の動作パターンを実行するコントロールモジュールを含み、
前記所定の動作パターンは、前記細長い医療機器の線状振動であり、該線状振動は、前記細長い医療機器の交互前進後進線状動作を含み、
前記所定の動作パターンは、前進線状変位で起動され、後進線状変位で中止される、システム。
前記コントロールステーションは、ユーザコマンドに応じて、前記細長い医療機器の近位部分の所定の動作パターンを実行するコントロールモジュールを含み、
前記所定の動作パターンは、前記細長い医療機器の線状振動であり、該線状振動は、前記細長い医療機器の交互前進後進線状動作を含み、
前記所定の動作パターンは、前進線状変位で起動され、後進線状変位で中止される、システム。
【請求項13】
第１の細長い医療機器及び第２の細長い医療機器を有する装置と、該装置に接続されたコントローラとを備えたシステムであって、
前記コントローラは、
前記第１の細長い医療機器の動作のコマンドを受信し、
前記第１の細長い医療機器を作動させ、
前記第１の細長い医療機器の動作を検出し、
前記第１の細長い医療機器の検出された線状変位に応じて、前記第２の細長い医療機器の動作を前記第１の細長い医療機器の前記動作に同期させるように構成される、システム。
前記コントローラは、
前記第１の細長い医療機器の動作のコマンドを受信し、
前記第１の細長い医療機器を作動させ、
前記第１の細長い医療機器の動作を検出し、
前記第１の細長い医療機器の検出された線状変位に応じて、前記第２の細長い医療機器の動作を前記第１の細長い医療機器の前記動作に同期させるように構成される、システム。
【請求項14】
前記第１の細長い医療機器の前記動作及び前記第２の細長い医療機器の前記同期した動作は、結果として前進線状変位を生じる小刻みの交互前進後進線状動作を含む、請求項１３に記載のシステム。
【外国語明細書】