JP3992342B2 - In vivo insertion device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体内挿入具の先端部の生体との触覚情報を得ることができる生体内挿入用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、生体内挿入具等の体内挿入具には内視鏡による視覚情報など様々な機能を具備したものはある。しかし、先端部が血管内壁や臓器等の体内組織に接触したかどうかの触覚情報は生体内挿入具（例えば、カテーテル）等を伝わってくる感触を頼りに操作者が判断しているのが現状である。そのため、カテーテル等の先端部で血管内壁や臓器等を穿孔したり損傷したりする問題が見られる。
このような問題を解決するものとして、特開平６−１９００５０号公報、特開平６−１４２０３１号公報のように先端部にセンサ部を設けたものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平６−１９００５０号公報のものでは、生体内挿入具の先端部にかかる生体内挿入具の軸線に沿った力情報のみしか検出できない。また、特開平６−１４２０３１号公報のものでは、生体内挿入具の曲がり具合である生体内挿入具の側面が受ける力しか検出できない。よって、特開平６−１９００５０号公報、および特開平６−１４２０３１号公報のものでは、生体内に挿入する際最も必要な生体内挿入具の先端部の突き当たる力と突き当たっている方向、すなわち先端部が受ける力のベクトル情報が得られないため、生体組織との正確な接触状況の把握ができない。
本発明の目的は、上記のような問題点を解消し、生体内に挿入する際最も必要な生体内挿入具の先端部の突き当たる力と突き当たっている方向、すなわち先端部が受ける力のベクトル情報を得ることができる生体内挿入用装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するものは、生体内挿入具本体と、該生体内挿入具の先端部側面に設けられ、かつ等角度に配置された少なくとも４つのセンサ部と、該それぞれのセンサ部の表面側および裏面側に設けられた歪みゲージとを備えた生体内挿入具と、該生体内挿入具の少なくとも８つの歪みゲージと電気的に接続される少なくとも１つのブリッジ回路と、該ブリッジ回路からの出力信号を用いて生体内挿入具の先端部の接触状態を演算するための演算機能とを有する演算装置を備える生体内挿入用装置であって、前記演算装置は、それぞれのセンサ部の２つの歪みゲージをブリッジ回路の隣り合う配置とすることにより得ることが可能な少なくとも４つの出力信号のうちの少なくとも２つの出力信号と、それぞれのセンサ部の２つの歪みゲージをブリッジ回路の向かい合う配置とすることにより得ることが可能な４つの出力信号のうちの少なくとも２つの出力信号とを利用して生体内挿入具の先端部の応力ベクトル状態を演算する演算機能を備える生体内挿入用装置である。
【０００８】
そして、前記演算装置は、それぞれのセンサ部の２つの歪みゲージをブリッジ回路の隣り合う配置とすることにより得ることが可能な少なくとも４つの出力信号のうちの少なくとも３つの出力信号と、それぞれのセンサ部の２つの歪みゲージをブリッジ回路の向かい合う配置とすることにより得ることが可能な少なくとも４つの出力信号のうちの少なくとも３つの出力信号とを利用して生体内挿入具の先端部の応力ベクトル状態を演算する演算機能を備えていることが好ましい。さらに、前記演算装置は、それぞれのセンサ部の２つの歪みゲージをブリッジ回路の隣り合う配置とすることにより得ることが可能な少なくとも４つの出力信号と、それぞれのセンサ部の２つの歪みゲージをブリッジ回路の向かい合う配置とすることにより得ることが可能な少なくとも４つの出力信号を利用して生体内挿入具の先端部の応力ベクトル状態を演算する演算機能を備えていることが好ましい。
【０００９】
また、前記演算装置は、少なくとも１つのブリッジ回路と、それぞれの歪みゲージと前記ブリッジ回路とを電気的に接続する複数の切替スイッチと、それぞれのセンサ部に設けられた２つの歪みゲージが前記ブリッジ回路の向かい合う配置となるように、また、それぞれのセンサ部に設けられた２つの歪みゲージが前記ブリッジ回路の隣り合う配置となるように前記切替スイッチを制御するスイッチ制御機能と、前記ブリッジ回路より出力される信号を用いて生体内挿入具の先端部の応力ベクトル状態を演算する演算機能とを備えていることが好ましい。さらに、前記演算装置は、２つのブリッジ回路を備え、第１のブリッジ回路は、それぞれのセンサ部に設けられた２つの歪みゲージがブリッジ回路の向かい合う配置となるように構成されており、第２のブリッジ回路は、それぞれのセンサ部に設けられた２つの歪みゲージがブリッジ回路の隣り合う配置となるように構成されているものであってもよい。
【００１０】
そして、前記生体内挿入具は、それぞれの歪みゲージと電気的に接続され、生体内挿入具本体の基端側に延びるリード線と該リード線と固定された生体内挿入具側コネクタを備え、前記演算装置は、該生体内挿入具側コネクタを着脱自在に取付可能な演算装置側コネクタを備えていることが好ましい。さらに、前記演算装置は、前記演算機能により演算された生体内挿入具の先端部の応力ベクトル状態を表示装置に表示させるデータに変換する画像データ作成機能を備えていることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の生体内挿入用装置を図面に示す実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の生体内挿入用装置に使用される生体内挿入具の外観図である。図２は、生体内挿入具の部分省略断面図である。図３は、生体内挿入具の先端部を説明するための説明図である。図４は、センサ部を説明するための説明図である。図５は、本発明の生体内挿入用装置の実施例のブロック図である。図６は、図５に示した生体内挿入用装置に用いられるブリッジ回路を示す配線図である。図７は、Ｘ軸方向の歪み信号を得るときのブリッジ回路を示す図である。図８は、Ｙ軸方向の歪み信号を得るときのブリッジ回路を示す図である。図９は、Ｚ軸方向の歪み信号を得るときのブリッジ回路を示す図である。図１０は、生体内での生体内挿入具の先端部の状態を説明するための説明図である。図１１は、本発明の生体内挿入用装置の演算装置の他の例を示すブロック図である。図１２は、図１１に示した生体内挿入用装置に用いられるブリッジ回路を示す配線図である。
【００１２】
本発明の生体内挿入用装置１（第１実施例）は、生体内挿入具本体１１と、生体内挿入具本体１１の先端部側面に設けられ、かつ等角度に配置された４つの歪みゲージ３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａとを備えた生体内挿入具１０と、生体内挿入具１０の４つの歪みゲージと電気的に接続される少なくとも１つのブリッジ回路５０と、ブリッジ回路からの出力信号を用いて生体内挿入具１０の先端部の接触状態を演算するための演算機能とを有する演算装置４０を備える。演算装置４０は、向かい合う２組の歪みゲージをブリッジ回路５０ｂの隣り合う配置とすることにより得られる２つの出力信号と、向かい合う任意の組の歪みゲージをブリッジ回路５０ａの向かい合う配置とすることにより得られる１つの出力信号とを利用して、生体内挿入具１０の先端部の応力ベクトル状態を演算する演算機能を備えている。
【００１３】
この実施例の生体内挿入用装置１は、生体内挿入具１０としてカテーテルを用いている。そして、生体内挿入用装置１は、図５に示すように、カテーテル１０と、演算装置４０と表示装置６０（ディスプレイ）を備えている。
【００１４】
この実施例のカテーテル１０は、柔軟先端部と、この柔軟先端部に等角度に配置された４つのセンサ部３１，３２，３３，３４を備えており、センサ部はそれぞれ歪みゲージを備えている。
【００１５】
生体内挿入具本体であるカテーテル１０は、生体内挿入具本体であるカテーテル本体１１とその基端に固着されたハブ１２からなり、カテーテル１０の先端は開口しており、ハブ１２の基端も開口しており、先端より基端まで貫通したルーメン２５を備える。カテーテル１０は、カテーテルハブに一端が接続され他端がカテーテル（生体挿入具）側コネクタ１３に接続されたコード１４を備える。また、コード内には、一端が歪みゲージに接続され、他端がカテーテル側コネクタ１３に接続された複数（具体的には８本）のリード線１５を備える。カテーテル側コネクタ１３は、装置側コネクタ４８に着脱可能かつ電気的に接続可能となっている。
【００１６】
カテーテル１０は、例えば、心臓または脳内血管造影用カテーテル、心臓または脳内血管用内薬剤投与カテーテル、脳血管等に塞栓術をほどこすための塞栓術用カテーテルなどの血管内挿入用カテーテルとして使用される。この実施例のカテーテル１０は、本発明のカテーテルを心臓内血管造影用カテーテルに応用した実施例である。なお、カテーテル以外の生体挿入具としては、ガイドワイヤ、内視鏡用チューブ、気管内チューブなどが考えられる。
【００１７】
この実施例では、カテーテル１０の先端は、血管壁の損傷の防止、さらにカテーテルの操作性向上のために、角のない曲面となっている。そして、先端部は、合成樹脂により形成されているため、十分な柔軟性を有している。
【００１８】
カテーテルは、柔軟な先端側チューブとこの基端に剛性の高い基端側チューブを接続固定したもの、剛性の高い基端側チューブの表面に柔軟な合成樹脂を被覆するとともに、柔軟な合成樹脂を基端側チューブより突出させて先端側チューブを形成させたものなどどのような構成でもよい。
【００１９】
この実施例のカテーテル１０は、図１および図２に示すように、短い高柔軟性チューブ２１とこのチューブ２１の基端に接続された柔軟性先端側チューブ２２と、さらにこの先端側チューブ２２の基端に接続された剛性の高い基端側チューブ２３を備えている。そして、高柔軟性チューブ２１の外面には、図２および図３に示すように、それぞれ歪みゲージを備える４つのセンサ部３１，３２，３３，３４が等角度に配置され固定されている。高柔軟性チューブ２１は歪み伝達部を形成している。
【００２０】
それぞれの歪みゲージ３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａにはリード線１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが接続されており、これらリード線１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、高柔軟性チューブ２１、先端側チューブ２２および基端側チューブ２３の外面にほぼ等角度となるように配置されており、チューブのトルク伝達用補強体としても機能している。
【００２１】
そして、歪みゲージを備えるセンサ部３１，３２，３３，３４およびリード線１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、カテーテルの外面層を形成する樹脂被膜２４により被覆され、外面に露出しないように構成されている。なお、高柔軟性チューブ２１の外面には、４つのセンサ部収納用湾曲凹部を備え、この湾曲凹部に対応した湾曲状に形成された歪みゲージが固定されている。固定は、接着剤を用いて行ってもよく、上述したカテーテルの外面層を形成する樹脂被膜２４によって行ってもよい。
【００２２】
センサ部は個々に形成したものを高柔軟性チューブ２１の先端部に複数個貼り付けたもの、また、シート上の基材に複数個（例えば、４つ）の歪みゲージを形成し４つのセンサ部を有するものを高柔軟性チューブ２１の先端部に貼り付けたもの、チューブ上の基材に複数個（例えば、４つ）の歪みゲージを形成し４つのセンサ部を有するものとしたものを高柔軟性チューブ２１の先端部に貼り付けたものなどいずれでもよい。
【００２３】
センサ部３１，３２，３３，３４としては、図４に示すように基材３０の片面に金属薄膜の抵抗体である歪みゲージ３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａが図のようなミアンダリングパターンに形成されたものが使用される。なお、センサ部３２，３３，３４についても同様である。なお、基材３０としては、外力に対して容易に変形可能な可撓性もしくは弾性材料が使用される。
【００２４】
歪みゲージ３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａは、一般的には半導体の拡散抵抗体や金属薄膜抵抗体が用いられる。抵抗体に力が加わると弾性歪みがかかり、抵抗率自体や抵抗体の長さが変わるため、変形に応じて抵抗値が変化する。このような性質により力や圧力の測定に利用されている。歪みゲージの材料としては、ＳｉのＰ型及びＮ型の拡散を施したもの、Ｃｕ／Ｎｉ系の合金であるアドバンスやコンスタンタン、Ｎｉ／Ｃｒ系の合金などがある。それぞれの材質の抵抗温度係数から考えて、温度特性の小さいアドバンス（Ｃｕ：５４％，Ｎｉ：４６％）が好適である。
【００２５】
歪みゲージの形成方法としては、基材表面に上記のアドバンスのような材質の薄膜を真空蒸着やＣＶＤ、スパッタリングによって形成し、フォトリソグラフィー技術によりミアンダリングパターンにマスキングし、不必要な部分をエッチングしパターンを形成する。この時に、抵抗体自体の温度係数はある程度素材によるが、基材と抵抗体のように異なる熱膨張係数のものが貼り合わさっていると抵抗体には見かけ上の温度係数が生じる。薄膜や基材の膜厚や素材を組み合わせることにより、見かけ上の温度係数を小さくすることが、測定精度を高める上で好ましい。そして、耐湿性等の耐環境性を高めるためと、生体に対しての漏れ電流及び耐電圧性の確保のため両面に絶縁膜をコーティングすることが好ましい。絶縁膜としては、シリコーンやポリウレタン、ポリイミド等が使用される。
【００２６】
そして、この実施例のカテーテルでは、センサ部３１，３２，３３，３４は等角度に配置されているため、歪みゲージ３１ａと３２ａは向かいあっており、同様に、歪みゲージ３３ａと３４ａも向かい合っている。また、歪みゲージ３１ａと３３ａは隣り合っており、同様に、歪みゲージ３２ａと３４ａも隣り合っている。
【００２７】
そして、センサ部３１と３２（歪みゲージ３１ａと３２ａ）は、図３に示すカテーテル本体１１（高柔軟性チューブ２１）の軸方向であるＺ軸と直交するＸ軸と交差するカテーテル本体１１（高柔軟性チューブ２１）の外面に位置している。また、センサ部３３と３４（歪みゲージ３３ａと３４ａは）、図３に示すカテーテル本体１１（高柔軟性チューブ２１）の軸方向であるＺ軸およびこれと直交するＸ軸の両者と直交するＹ軸と交差するカテーテル本体１１（高柔軟性チューブ２１）の外面に位置している。言い換えれば、センサ部３１，３２は図３のＸ軸上に、センサ部３３，３４は、Ｙ軸上に配置されている。
【００２８】
また、センサ部３１，３２，３３，３４は、高柔軟性チューブ２１の先端より若干基端側となる位置に、具体的には、０．１〜５ｍｍ、好ましくは、０．５〜３ｍｍ先端より後端側となる位置に配置されている。このように、センサ部（歪みゲージ）をカテーテルの先端より若干基端側とすることにより、カテーテルの先端の柔軟性を確保することができる。
【００２９】
なお、高柔軟性チューブ２１としては、長さは、１〜１５ｍｍ、より好ましくは、３〜１０ｍｍ、外径が、０．４〜３．０ｍｍ、好ましくは、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度であり、肉厚２５〜２００μｍ、より好ましくは、５０〜１００μｍのものである。
【００３０】
先端側チューブ２２としては、長さは、５０〜１０００ｍｍ、より好ましくは、１００〜５００ｍｍ、外径が、０．４〜３．０ｍｍ、好ましくは、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度であり、肉厚２５〜２００μｍ、より好ましくは、５０〜１００μｍのものである。
【００３１】
基端側チューブ２３としては、長さは、５０〜２０００ｍｍ、より好ましくは、１００〜１７００ｍｍ、基端側チューブ２３の外径は、０．４〜７．０ｍｍ、好ましくは、０．５〜６．０ｍｍ程度であり、肉厚は、１０〜２００μｍ、より好ましくは、５０〜１００μｍのものである。先端部３４ａの長さとしては、３〜５００ｍｍ、より好ましくは、５〜３００ｍｍ、外径が、０．５〜６．０ｍｍ、より好ましくは、０．７〜５．０ｍｍ、肉厚が３０〜１００μｍである。
【００３２】
高柔軟性チューブ２１、先端側チューブ２２および樹脂被膜２４の形成材料としては、熱可塑性樹脂が望ましく、ポリエチレンエラストマー、ポリプロピレンエラストマー、ポリブテンエラストマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体などのポリオレフィン系エラストマー、軟質ポリ塩化ビニル、軟質フッ素系樹脂、軟質メタクリル樹脂、軟質ポリフェニレンオキサイド、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、スチレン系エラストマーなどの熱可塑性エラストマー系の材料が使用できる。またこれらの樹脂をベースとしたポリマーアロイあるいはポリマーブレンドを用いてもよい。なお、高柔軟性チューブ２１の形成材料としては、先端側チューブ２２の形成材料より柔軟なもの、言い換えれば可撓性の高いものが選択される。なお、高柔軟性チューブ２１と先端側チューブ２２の接続を容易にすることおよび接合強度を高いものとするために、高柔軟性チューブを形成する高柔軟性樹脂と先端側チューブ２２を形成する柔軟性樹脂は、相溶性が良いことが好ましい。相溶性が良いとは、熱力学的な相互溶解性が良好であることを示すものであり、言い換えれば、硬化後両者間において分離しないことを示すものである。
【００３３】
基端側チューブ２３の形成材料としては、熱可塑性樹脂が望ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、エチレン−酢酸ビニル共重合体などのオレフィン系樹脂もしくはそれらのポリオレフィン系エラストマー、フッ素系樹脂もしくは軟質フッ素樹脂、メタクリル樹脂、ポリフェニレンオキサイド、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミドもしくはポリアミド系エラストマー、ポリカーボネート、ポリアセタール、スチレン系樹脂もしくはスチレン系エラストマー、熱可塑性ポリイミドなどが使用できる。またこれらの樹脂をベースとしたポリマーアロイあるいはポリマーブレンドを用いることも可能である。
【００３４】
なお、先端側チューブ２２と基端側チューブ２３の接続を容易にすることおよび接合強度を高いものとするために、先端側チューブ２２を形成する柔軟性樹脂と基端側チューブ２３を形成する樹脂は、相溶性が良いことが好ましい。相溶性が良いとは、熱力学的な相互溶解性が良好であることを示すものであり、言い換えれば、硬化後両者間において分離しないことを示すものである。
【００３５】
樹脂の組み合わせとしては、すべての樹脂を系統が同じものとすることが望ましい。例えば、柔軟性樹脂としてポリエーテルポリアミドブロック共重合体を高柔軟性樹脂としてそのポリエーテルポリアミドブロック共重合体より柔軟性の高いポリエーテルポリアミドブロック共重合体を選択し、基端側チューブ用樹脂としてはナイロン１２を選択し、３者をポリアミド系樹脂とすること、また、柔軟性樹脂としてポリオレフィン系エラストマー（例えば、ポリエチレンエラストマー）を高柔軟性樹脂としてそのポリオレフィン系エラストマーより柔軟性の高いポリオレフィン系エラストマー（例えば、ポリエチレンエラストマー）を選択し、基端側チューブ用樹脂としてはポリオレフィンを選択し、３者ポリオレフィン系樹脂とすること、また、高柔軟性樹脂としてポリエステル系エラストマー（例えば、ソフトセグメントとハードセグメントを備えソフトセグメント部分が多いポリエステルエラストマー）を、柔軟性樹脂としてポリエステル系エラストマー（例えば、ソフトセグメントとハードセグメントを備えソフトセグメント部分が上記高柔軟性樹脂より少ないポリエステルエラストマー）を選択し、基端側チューブ用樹脂としてはポリエステル（例えば、ポリエチレンテレフタレートもしくは柔軟性樹脂より硬いポリエステル系エラストマー）を選択し、３者をポリエステル系樹脂とすること、柔軟性樹脂として可塑化塩化ビニル樹脂を高柔軟性樹脂としてその可塑化塩化ビニル樹脂より柔軟性の高い高可塑化塩化ビニル樹脂を選択し、基端側チューブ用樹脂としては低可塑化塩化ビニル樹脂を選択し、３者を塩化ビニル系樹脂とすることなどが考えられる。
【００３６】
次に、演算装置４０について説明する。
演算装置４０は、少なくとも１つのブリッジ回路５０と、歪みゲージ３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａとブリッジ回路５０ａ，５０ｂとを電気的に接続する複数の切替スイッチ４１，４２，４３，４４と、向かい合う組の歪みゲージ（３１ａと３２ａおよび３３ａと３４ａ）がブリッジ回路の向かい合う配置となるように、また、向かい合う組の歪みゲージ（３１ａと３２ａおよび３３ａと３４ａ）がブリッジ回路の隣り合う配置となるように切替スイッチを制御するスイッチ制御機能と、ブリッジ回路５０より出力される信号を用いてカテーテル１０の先端部の応力ベクトル状態を演算する演算機能と、演算機能により演算されたカテーテル１０の先端部の応力ベクトル状態を表示装置に表示させるデータに変換する画像データ作成機能を備えている。
【００３７】
この実施例の演算装置４０は、図５に示すように、２つのブリッジ回路５０ａ，５０ｂを備え、第１のブリッジ回路５０ａは、向かい合う組の歪みゲージ３１ａ（Ｒ１）と３２ａ（Ｒ２）または３３ａ（Ｒ３）と３４ａ（Ｒ４）がブリッジ回路５０ａの向かい合う配置となるように構成されている。また、第２のブリッジ回路５０ｂは、向かい合う組の歪みゲージ３１ａ（Ｒ１）と３２ａ（Ｒ２）または３３ａ（Ｒ３）と３４ａ（Ｒ４）がブリッジ回路の隣り合う配置となるように構成されている。
【００３８】
そして、演算装置４０は、切替スイッチ４１，４２，４３，４４の切替のためのスイッチコントローラ４５と、スイッチコントローラ４５の制御およびブリッジ回路５０ａ，５０ｂより出力される信号を用いてカテーテル１０の先端部の応力ベクトル状態を演算する演算機能を備えた制御および演算処理部４６と、制御および演算処理部４６より出力されるデータを用いてカテーテル１０の先端部の応力ベクトル状態を表示装置に表示させるデータに変換するディスプレイコントローラ４７と、カテーテル側コネクタを着脱自在に取付可能な演算装置側コネクタ４８と、ブリッジ回路のための電圧源５１を備えている。
【００３９】
この演算装置４０では、ブリッジ回路に所定の組み合わせの歪みゲージを接続することにより、カテーテルの先端部の状態、図３のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれにおける歪みに関連する信号を得ることができるように構成されている。
【００４０】
まず、Ｘ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合には、Ｘ軸上に配置されている歪みゲージ３１ａ（Ｒ１），３２ａ（Ｒ２）がブリッジ回路５０ｂに接続され、ブリッジ回路の隣り合う抵抗となる。具体的には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ４１を作動させ歪みゲージ３１ａ（Ｒ１）をブリッジ回路５０ｂのａ２，ｂ２に、また切替スイッチ４２を作動させ歪みゲージ３２ａ（Ｒ２）をブリッジ回路５０ｂのｃ，ｄに接続させる。この状態が、図７に示す状態であり、得られる出力信号ｅ１は、制御および演算処理部４６に入力される。
【００４１】
次に、Ｙ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合には、Ｙ軸上に配置されている歪みゲージ３３ａ（Ｒ３），３４ａ（Ｒ４）がブリッジ回路５０ｂに接続され、ブリッジ回路の隣り合う抵抗となる。具体的には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ４３を作動させ歪みゲージ３３ａ（Ｒ３）をブリッジ回路５０ｂのａ２，ｂ２に、また切替スイッチ４４を作動させ歪みゲージ３４ａ（Ｒ４）をブリッジ回路５０ｂのｃ，ｄに接続させる。この状態が、図８に示す状態であり、得られる出力信号ｅ２は、制御および演算処理部４６に入力される。
【００４２】
次に、Ｚ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合には、歪みゲージ３１ａ（Ｒ１）と３２ａ（Ｒ２）もしくは３３ａ（Ｒ３）と３４ａ（Ｒ４）がブリッジ回路５０ａに接続され、ブリッジ回路の向かい合う抵抗となる。具体的には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ４１を作動させ歪みゲージ３１ａ（Ｒ１）をブリッジ回路５０ａのａ１，ｂ１に、また切替スイッチ４２を作動させ歪みゲージ３２ａ（Ｒ２）をブリッジ回路５０ａのｅ，ｆに接続させる。この状態が、図９に示す状態であり、得られる出力信号ｅ３は、制御および演算処理部４６に入力される。
【００４３】
なお、Ｚ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合には、歪みゲージ３３ａ（Ｒ３），３４ａ（Ｒ４）をブリッジ回路５０ｂに接続してもよい。この場合には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ４３を作動させ歪みゲージ３３ａ（Ｒ３）をブリッジ回路５０ａのａ１，ｂ１に、また切替スイッチ４４を作動させ歪みゲージ３４ａ（Ｒ４）をブリッジ回路５０ａのｅ，ｆに接続させる。そして、得られる出力信号ｅ３は、制御および演算処理部４６に入力される。そして、Ｚ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合に、上記のＺ軸の関する２つの信号を利用することが好ましい。つまり、向かい合う２組の歪みゲージを用いて得られる２つの出力信号を用いることにより、正確なＺ軸の歪みを測定でき、ひいては正確なカテーテル１０の先端部の応力ベクトル状態を測定できる。なお、図６ないし図９におけるＥは、ブリッジ電源であり、Ｒａは固定抵抗である。
【００４４】
そして、Ｘ軸に関する出力信号ｅ１、Ｙ軸に関する出力信号ｅ２、Ｚ軸に関する出力信号ｅ３は、制御および演算処理部４６に入力され、デジタル変換された後、処理部内のベクトル演算回路にて、Ｘ軸上の曲げ応力とＹ軸上の曲げ応力とＺ軸上の圧縮応力とをベクトル合成され、先端部にかかる３軸の触覚情報が演算される。
【００４５】
そして、演算処理部４６において演算された３軸ベクトル値は、ディスプレイコントローラに入力され、ディスプレイコントローラは画像信号を作成し、表示器に出力する。これにより、表示器には、カテーテル１０の先端部の応力ベクトル状態が表示される。
【００４６】
次に、この実施例の生体内挿入用装置の作用について説明する。
まず、図１０にカテーテル１０が体内５５の管腔内（例えば、血管，消化器官）に挿入され、カテーテル先端部が内壁面に接触し、力Ｆ５６がかかっている状態を示す。先端部には、４つのセンサ部が配置されているため、力Ｆ５６によりセンサ部が変形し、先端にかかる曲げ応力５６ａと管の長手方向にかかる圧縮応力５６ｂが検出される。作用・反作用の法則により先端部にかかる力と同等の力が内壁面を押す力としてかかっている。その力により、粘弾性の性質を持つ生体組織は変形し先端との接触状態が複雑となる。そのため、３軸の触覚情報を得ることで、従来のような曲げ応力のみ圧縮応力のみ、あるいは方向性のはっきりしない検出手段や触覚センサのない状態と比べ、生体との接触状況を正確に捉える事が出来る。さらに、その接触状況を操作者に伝えることにより、過大な力が生体組織にかかる危険を警告するとともに未然に防ぐことが可能となる。
【００４７】
なお、上記説明では、演算装置４０は、２つのブリッジ回路を備えるものであったが、これに限られるものではなく、例えば、図１１および図１２に示すように、１つのブリッジ回路のみを備えるものとしてもよい。この実施例の演算装置４０ａは、ブリッジ回路に予め組み込まれている固定抵抗Ｒａと同じ抵抗Ｒａ１とこのＲａ１のための切替スイッチ６５を備えている。
【００４８】
まず、Ｘ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合には、Ｘ軸上に配置されている歪みゲージ３１ａ（Ｒ１），３２ａ（Ｒ２）がブリッジ回路５０に接続され、ブリッジ回路の隣り合う抵抗となり、Ｒａ１がブリッジ回路の固定抵抗Ｒａと隣り合うように接続される。具体的には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ４１を作動させ歪みゲージ３１ａ（Ｒ１）をブリッジ回路５０のａ，ｂに、また切替スイッチ４２を作動させ歪みゲージ３２ａ（Ｒ２）をブリッジ回路５０のｃ，ｄに、また切替スイッチ６５を作動させ抵抗Ｒａ１をブリッジ回路５０のｅ，ｆに接続させる。それ以外の結線については、当然ながら電気的に接続されていない状態にする。この状態は図７に示す状態である（ただし、ＲａはＲａ１となる）。そして、得られる出力信号は、制御および演算処理部４６に入力される。
【００４９】
次に、Ｙ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合には、Ｙ軸上に配置されている歪みゲージ３３ａ（Ｒ３），３４ａ（Ｒ４）がブリッジ回路５０に接続され、ブリッジ回路の隣り合う抵抗となり、Ｒａ１がブリッジ回路の固定抵抗Ｒａと隣り合うように接続される。具体的には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ４３を作動させ歪みゲージ３３ａ（Ｒ３）をブリッジ回路５０のａ，ｂに、また切替スイッチ４４を作動させ歪みゲージ３４ａ（Ｒ４）をブリッジ回路５０のｃ，ｄに、また切替スイッチ６５を作動させ抵抗Ｒａ１をブリッジ回路５０のｅ，ｆに接続させる。そして、得られる出力信号は、制御および演算処理部４６に入力される。この状態は図８に示す状態となる（ただし、ＲａはＲａ１となる）。
【００５０】
次に、Ｚ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合には、歪みゲージ３１ａ（Ｒ１）と３２ａ（Ｒ２）（もしくは３３ａ（Ｒ３）と３４ａ（Ｒ４））がブリッジ回路５０に接続され、ブリッジ回路の隣り合う抵抗となり、Ｒａ１がブリッジ回路の固定抵抗Ｒａと向かい合うように接続される。具体的には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ４１を作動させ歪みゲージ３１ａ（Ｒ１）をブリッジ回路５０のａ，ｂに、また切替スイッチ４２を作動させ歪みゲージ３２ａ（Ｒ２）をブリッジ回路５０ａのｅ，ｆに、また切替スイッチ６５を作動させ抵抗Ｒａ１をブリッジ回路５０のｃ，ｄに接続させる。そして、得られる出力信号は、制御および演算処理部４６に入力される。この状態は図９に示す状態となる（ただし、ＲａはＲａ１となる）。
【００５１】
なお、Ｚ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合には、歪みゲージ３３ａ（Ｒ３）と３４ａ（Ｒ４）をブリッジ回路５０に接続してもよい。この場合には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ４３を作動させ歪みゲージ３３ａ（Ｒ３）をブリッジ回路５０のａ，ｂに、また切替スイッチ４４を作動させ歪みゲージ３４ａ（Ｒ４）をブリッジ回路５０のｅ，ｆに、また切替スイッチ６５を作動させ抵抗Ｒａ１をブリッジ回路５０のｃ，ｄに接続させる。そして、得られる出力信号は、制御および演算処理部４６に入力される。
【００５２】
次に、図１３ないし図１６に示す本発明の生体内挿入用装置の他の実施例を説明する。
この実施例の生体内挿入用装置７０（第２実施例）は、生体内挿入具本体１１と生体内挿入具本体１１の先端部側面に設けられ、かつ等角度に配置された４つのセンサ部８１，８２，８３，８４とそれぞれのセンサ部の表面側および裏面側に設けられた歪みゲージとを備えた生体内挿入具９０と、生体内挿入具９０の８つの歪みゲージと電気的に接続される少なくとも１つのブリッジ回路と、ブリッジ回路からの出力信号を用いて生体内挿入具９０の先端部の接触状態を演算するための演算機能とを有する演算装置７９を備える。
【００５３】
演算装置７９は、それぞれのセンサ部の２つの歪みゲージをブリッジ回路の隣り合う配置とすることにより得ることが可能な４つの出力信号のうちの少なくとも２つの出力信号と、それぞれのセンサ部の２つの歪みゲージをブリッジ回路の向かい合う配置とすることにより得ることが可能な４つの出力信号のうちの少なくとも２つの出力信号とを利用して生体内挿入具９０の先端部の応力ベクトル状態を演算する演算機能を備えている。
【００５４】
この生体内挿入用装置７０の基本構成は、上述した生体内挿入用装置１と同じであり、相違は、上述した実施例のものでは、センサ部の表面もしくは裏面に歪みゲージが形成されており、合計４つの歪みゲージを有していたが、この実施例の生体内挿入用装置７０では、センサ部の表面および裏面にそれぞれ歪みゲージが形成されており、合計８つの歪みゲージを有する点およびそれに付随し切替スイッチが４つ増加した点のみである。そこで、相違点を中心に説明する。
なお、歪みゲージがセンサ部の両面に形成されている以外、生体内挿入具９０（カテーテル）は上述した実施例と同じであり、歪みゲージ、センサ部、生体内挿入具９０（カテーテル）の構造、形成材料などは上述したものと同じである。
【００５５】
図１３は、生体内挿入具の先端部を説明するための説明図である。図１４は、センサ部の説明図である。図１５は、生体内挿入用装置のブロック図である。図１６は、図１５に示した生体内挿入用装置に用いられるブリッジ回路を示す配線図である。図１７は、本発明の生体内挿入用装置の演算装置の他の例を示すブロック図である。図１８は、図１７に示した生体内挿入用装置に用いられるブリッジ回路を示す配線図である。図１９は、Ｘ軸方向の歪み信号を得るときのブリッジ回路を示す図である。図２０は、Ｙ軸方向の歪み信号を得るときのブリッジ回路を示す図である。図２１は、Ｚ軸方向の歪み信号を得るときのブリッジ回路を示す図である。
【００５６】
本発明の生体内挿入用装置７０は、上述した実施例と同様に、生体挿入具としてカテーテルが用いられている。そして、生体内挿入用装置７０は、図１５に示すように、カテーテル９０と、演算装置７９と表示装置６０（ディスプレイ）を備えている。
【００５７】
カテーテル９０は、例えば、心臓または脳内血管造影用カテーテル、心臓または脳内血管用内薬剤投与カテーテル、脳血管等に塞栓術をほどこすための塞栓術用カテーテルなどの血管内挿入用カテーテルとして使用される。この実施例のカテーテル９０は、本発明のカテーテルを心臓内血管造影用カテーテルに応用した実施例である。なお、カテーテル以外の生体挿入具としては、ガイドワイヤ、内視鏡用チューブ、気管内チューブなどが考えられる。
【００５８】
この実施例のカテーテルは、柔軟先端部と、この柔軟先端部に等角度に配置された４つのセンサ部８１，８２，８３，８４を備えており、センサ部はそれぞれ２つの歪みゲージを備えている。
【００５９】
カテーテル９０は、図１および図２に示すものと同様に、生体内挿入具本体１１であるカテーテル本体１１とその基端に固着されたハブ１２からなり、カテーテル９０の先端は開口しており、ハブ１２の基端も開口しており、先端より基端まで貫通したルーメン２５を備える。カテーテル９０は、カテーテルハブに一端が接続され他端がカテーテル（生体内挿入具）側コネクタ１３に接続されたコード１４を備える。また、コード内には、一端が歪みゲージに接続され、他端がカテーテル側コネクタに接続された複数（具体的には１６本）のリード線１５を備える。カテーテル側コネクタ１３は、装置側コネクタ４８に着脱可能かつ電気的に接続可能となっている。
【００６０】
この実施例のカテーテルは、図１および図２に示した実施例のものと同様に（図１および図２を参照する）、短い高柔軟性チューブ２１とこのチューブ２１の基端に接続された柔軟性先端側チューブ２２と、さらにこの先端側チューブ２２の基端に接続された剛性の高い基端側チューブ２３を備えている。そして、高柔軟性チューブ２１の外面には、図１３に示すように、歪みゲージを備える４つのセンサ部８１，８２，８３，８４が等角度に配置され固定されている。そして、高柔軟性チューブ２１は歪み伝達部を形成している。
【００６１】
それぞれの歪みゲージにはリード線が接続されており、これらリード線は、高柔軟性チューブ２１、先端側チューブ２２および基端側チューブ２３の外面にほぼ等角度（４５度間隔）となるように配置されており、チューブのトルク伝達用補強体としても機能している。
【００６２】
センサ部８１，８２，８３，８４としては、図１４に示すように基材の両面に金属薄膜の抵抗体である歪みゲージ８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂ，８４ａ，８４ｂが図のようなミアンダリングパターンに形成されたものが使用される。なお、基材８５としては、外力に対して容易に変形可能な可撓性もしくは弾性材料が使用される。両面に歪みゲージを形成するには、第１の実施例で示した片面に形成する場合と同様に、裏面にも回路パターンを形成する。その時に両面パターニング技術を用いて、表面と裏面のゲージ位置を合わせ込む。裏面のパターンエッチングの際には表面は全体にマスクをし回路パターンを保護する。また、両面パターニングをせずに表面だけにパターンを形成した、歪みゲージをダイボンダー等で位置出しを行い、貼り合わせる事も可能である。
【００６３】
そして、この実施例のカテーテルでは、センサ部８１，８２，８３，８４は等角度に配置されているため、歪みゲージ８１ａと８２ａ、８１ｂと８２ｂは向かい合っており、同様に、歪みゲージ８３ａと８４ａ、８３ｂと８４ｂも向かい合っている。また、歪みゲージ８１ａと８３ａ、８１ｂと８３ｂは隣り合っており、同様に、歪みゲージ８２ａと８４ａ、８２ｂと８４ｂも隣り合っている。
【００６４】
そして、センサ部８１と８２（歪みゲージ８１ａと８２ａ、８１ｂと８２ｂ）は、図１３に示すカテーテル本体１１（高柔軟性チューブ２１）の軸方向であるＺ軸と直交するＸ軸と交差するカテーテル本体１１（高柔軟性チューブ２１）の外面に位置している。また、センサ部８３と８４（歪みゲージ８３ａと８４ａ、８３ｂと８４ｂ）は、図１３に示すカテーテル本体１１（高柔軟性チューブ２１）の軸方向であるＺ軸、これと直交するＸ軸の両者と直交するＹ軸と交差するカテーテル本体１１（高柔軟性チューブ２１）の外面に位置している。言い換えれば、センサ部８１，８２は、図１３のＸ軸上に、センサ部８３，８４は、Ｙ軸上に配置されている。また、センサ部８１，８２，８３，８４は、高柔軟性チューブ２１の先端より若干基端側となる位置に、具体的には、０．１〜５ｍｍ、好ましくは、０．５〜３ｍｍ先端より後端側となる位置に配置されている。このように、センサ部（歪みゲージ）をカテーテルの先端より若干基端側とすることにより、カテーテルの先端の柔軟性を確保することができる。
【００６５】
次に、演算装置７９について説明する。
演算装置７９は、少なくとも１つのブリッジ回路８０と、歪みゲージ８１ａ，８２ａ，８３ａ，８４ａ、８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ，８４ｂとブリッジ回路とを電気的に接続する複数の切替スイッチ７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７，７８と、それぞれのセンサ部の歪みゲージ（８１ａと８１ｂ、８２ａと８２ｂ、８３ａと８３ｂ、８４ａと８４ｂ）がブリッジ回路の向かい合う配置となるように、また、それぞれのセンサ部の歪みゲージ（８１ａと８１ｂ、８２ａと８２ｂ、８３ａと８３ｂ、８４ａと８４ｂ）がブリッジ回路の隣り合う配置となるように切替スイッチを制御するスイッチ制御機能４５と、ブリッジ回路８０より出力される信号を用いてカテーテル９０の先端部の応力ベクトル状態を演算する演算機能と、演算機能により演算されたカテーテル９０の先端部の応力ベクトル状態を表示装置に表示させるデータに変換する画像データ作成機能を備えている。
【００６６】
この実施例の演算装置７９は、２つのブリッジ回路８０ａ，８０ｂを備え、第１のブリッジ回路８０ａは、それぞれのセンサ部の歪みゲージ（８１ａと８１ｂ、８２ａと８２ｂ、８３ａと８３ｂ、８４ａと８４ｂ）がブリッジ回路８０ａの向かい合う配置となるように構成されている。また、第２のブリッジ回路８０ｂは、それぞれのセンサ部の歪みゲージ（８１ａと８１ｂ、８２ａと８２ｂ、８３ａと８３ｂ、８４ａと８４ｂ）がブリッジ回路の隣り合う配置となるように構成されている。
【００６７】
そして、演算装置７９は、切替スイッチ７１，７２，７３，７４、７５，７６，７７，７８の切替のためのスイッチコントローラ４５と、スイッチコントローラ４５の制御およびブリッジ回路８０ａ，８０ｂより出力される信号を用いてカテーテル９０の先端部の応力ベクトル状態を演算する演算機能を備えた制御および演算処理部４６と、制御および演算処理部４６より出力されるデータを用いてカテーテル９０の先端部の応力ベクトル状態を表示装置に表示させるデータに変換するディスプレイコントローラ４７と、カテーテル側コネクタ１３を着脱自在に取付可能な演算装置側コネクタ４８と、ブリッジ回路のための電圧源５１を備えている。
【００６８】
この演算装置７９では、ブリッジ回路に所定の組み合わせの歪みゲージを接続することにより、カテーテルの先端部の状態、図１３のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれにおける歪みに関連する信号を得ることができるように構成されている。
【００６９】
まず、Ｘ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合には、Ｘ軸上に配置されているセンサ部８１の歪みゲージ８１ａ（Ｒ１），８１ｂ（Ｒ２）もしくはセンサ部８２の歪みゲージ８２ａ（Ｒ３），８２ｂ（Ｒ４）がブリッジ回路８０ｂに接続され、ブリッジ回路８０ｂの隣り合う抵抗となる。具体的には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ７１を作動させセンサ部８１の歪みゲージ８１ａ（Ｒ１）をブリッジ回路８０ｂのａ２，ｂ２に、また切替スイッチ７２を作動させセンサ部８１の歪みゲージ８１ｂ（Ｒ２）をブリッジ回路８０ｂのｃ，ｄに接続させる。この状態が、図１９に示す状態であり、得られる出力信号ｅ１は、制御および演算処理部４６に入力される。また、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ７３を作動させセンサ部８２の歪みゲージ８２ａ（Ｒ３）をブリッジ回路８０ｂのａ２，ｂ２に、また切替スイッチ７４を作動させ歪みゲージ８２ｂ（Ｒ４）をブリッジ回路８０ｂのｃ，ｄに接続させる。この状態が、図１９に括弧で示す状態であり、得られる出力信号ｅ１は、制御および演算処理部４６に入力される。Ｘ軸上にある一方のセンサ部のみを用いてもよいがこのように、Ｘ軸上の２つのセンサ部から得られる２つの信号を用いることにより、正確なＸ軸上の歪みを測定でき、複数の接触点の測定が可能となる。
【００７０】
次に、Ｙ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合には、Ｙ軸上に配置されているセンサ部８３の歪みゲージ８３ａ（Ｒ５），８３ｂ（Ｒ６）もしくはセンサ部８４の歪みゲージ８４ａ（Ｒ７），８４ｂ（Ｒ８）がブリッジ回路８０ｂに接続され、ブリッジ回路８０ｂの隣り合う抵抗となる。具体的には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ７５を作動させセンサ部８３の歪みゲージ８３ａ（Ｒ５）をブリッジ回路８０ｂのａ２，ｂ２に、また切替スイッチ７６を作動させセンサ部８３の歪みゲージ８３ｂ（Ｒ６）をブリッジ回路８０ｂのｃ，ｄに接続させる。この状態が、図２０に示す状態であり、得られる出力信号ｅ２は、制御および演算処理部４６に入力される。また、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ７７を作動させセンサ部８４の歪みゲージ８４ａ（Ｒ７）をブリッジ回路８０ｂのａ２，ｂ２に、また切替スイッチ７８を作動させ歪みゲージ８４ｂ（Ｒ８）をブリッジ回路８０ｂのｃ，ｄに接続させる。この状態が、図２０に括弧で示す状態であり、得られる出力信号ｅ２は、制御および演算処理部４６に入力される。Ｙ軸上にある一方のセンサ部のみを用いてもよいがこのように、Ｙ軸上の２つのセンサ部から得られる２つの信号を用いることにより、正確なＹ軸上の歪みを測定でき、複数の接触点の測定が可能となる。
【００７１】
次に、Ｚ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合には、すべてのセンサ部はＺ軸上に配置されているのでいずれのセンサ部を用いてもよいができる限り正確なカテーテル先端部全体のＺ軸方向の歪みを検知するためには、すべてのセンサ部を用いることが好ましい。このようにすることにより、４カ所でのＺ軸方向の歪み（圧縮歪み）が測定できるため、正確なカテーテルの先端部の変形状態を把握することができる。なお、Ｚ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合には、少なくとも２以上のセンサ部を用いて検知信号を得ることが必要であるものと考える。
【００７２】
Ｚ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合には、センサ部８１の歪みゲージ８１ａ（Ｒ１）と８１ｂ（Ｒ２）、センサ部８２の歪みゲージ８２ａ（Ｒ３）と８２ｂ（Ｒ４）、センサ部８３の歪みゲージ８３ａ（Ｒ５）と８３ｂ（Ｒ６）、センサ部８４の歪みゲージ８４ａ（Ｒ７）と８４ｂ（Ｒ８）のいずれかの組み合わせがブリッジ回路８０ａに接続され、ブリッジ回路の向かい合う抵抗となる。具体的には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ７１を作動させ歪みゲージ８１ａ（Ｒ１）をブリッジ回路８０ａのａ１，ｂ１に、また切替スイッチ７２を作動させ歪みゲージ８１ｂ（Ｒ２）をブリッジ回路８０ａのｅ，ｆに接続させる。この状態が、図２１に示す状態であり、得られる出力信号ｅ３は、制御および演算処理部４６に入力される。
【００７３】
なお、Ｚ軸における歪みに関する信号（電気情報）は、上述したように他のセンサ部を用いても得ることができる。センサ部８２の歪みゲージ８２ａ（Ｒ３），８２ｂ（Ｒ４）を用いる場合には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ７３を作動させ歪みゲージ８２ａ（Ｒ３）をブリッジ回路８０ａのａ１，ｂ１に、また切替スイッチ７４を作動させ歪みゲージ８２ｂ（Ｒ４）をブリッジ回路８０ａのｅ，ｆに接続させる。同様に、センサ部８３の歪みゲージ８３ａ（Ｒ５），８３ｂ（Ｒ６）を用いる場合には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ７５を作動させ歪みゲージ８３ａ（Ｒ５）をブリッジ回路８０ａのａ１，ｂ１に、また切替スイッチ７６を作動させ歪みゲージ８３ｂ（Ｒ６）をブリッジ回路８０ａのｅ，ｆに接続させる。同様に、センサ部８４の歪みゲージ８４ａ（Ｒ７），８４ｂ（Ｒ８）を用いる場合には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ７７を作動させ歪みゲージ８４ａ（Ｒ７）をブリッジ回路８０ａのａ１，ｂ１に、また切替スイッチ７８を作動させ歪みゲージ８４ｂ（Ｒ８）をブリッジ回路８０ａのｅ，ｆに接続させる。これらの状態が、図２１に括弧で示す状態であり、得られる出力信号ｅ３は、制御および演算処理部４６に入力される。なお、図１６ないし図２１におけるＥは、ブリッジ電源であり、Ｒａは固定抵抗である。
【００７４】
そして、Ｘ軸に関する出力信号ｅ１、Ｙ軸に関する出力信号ｅ２、Ｚ軸に関する出力信号ｅ３は、制御および演算処理部４６に入力され、デジタル変換された後、処理部内のベクトル演算回路にて、Ｘ軸上の曲げ応力とＹ軸上の曲げ応力とＺ軸上の圧縮応力とがベクトル合成され、先端部にかかる３軸の触覚情報が演算される。
【００７５】
そして、演算処理部４６において演算された３軸ベクトル値は、ディスプレイコントローラに入力され、ディスプレイコントローラは画像信号を作成し、表示器に出力する。これにより、表示器には、カテーテル９０の先端部の応力ベクトル状態が表示される。
【００７６】
この実施例の生体内挿入用装置の作用について説明する。
図２２に示すように、例えば、血管９１の狭窄部位９３等に体内挿入具９０の先端が挿入される時、臓器と臓器の間を押し入っていくような時、さらには、尿道等の狭い管腔内を押し入っていくときなどは、体内挿入具９０の先端部９２に周囲から力Ｆ９４及び９５等が加わり、複数の接触点を持つことになる。第２実施例で示した触覚センサ（生体挿入部の先端部）では、先端部に取り付けた複数のセンサ部の個々で曲げ応力と圧縮応力を検出できるため、生体内挿入具９０を締め付ける力や挿入抵抗などを検出するときに、先端部に複数の方向から力がかかった状態でも、それぞれの生体組織との接触点での正確な触覚情報をも検出することができる。また、センサ数をブリッジ回路の組み方により、第１の実施例のようにも検出することもできる。
【００７７】
なお、上記説明では、演算装置７９は、２つのブリッジ回路を備えているが、これに限られるものではなく、例えば、図１７および図１８に示すように、１つのブリッジ回路を備えるものとしてもよい。この実施例の演算装置７９ａは、ブリッジ回路に予め組み込まれている固定抵抗Ｒａと同じ抵抗Ｒａ１とこのＲａ１のための切替スイッチ６５を備えている。
【００７８】
Ｘ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合には、Ｘ軸上に配置されているセンサ部８１の歪みゲージ８１ａ（Ｒ１），８１ｂ（Ｒ２）もしくはセンサ部８２の歪みゲージ８２ａ（Ｒ３），８２ｂ（Ｒ４）がブリッジ回路８０に接続され、ブリッジ回路８０の隣り合う抵抗となり、ブリッジ回路の固定抵抗Ｒａの隣り合う位置には、Ｒａと同じ抵抗Ｒａ１が接続される。具体的には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ７１を作動させセンサ部８１の歪みゲージ８１ａ（Ｒ１）をブリッジ回路８０ｂのａ２，ｂ２に、また切替スイッチ７２を作動させセンサ部８１の歪みゲージ８１ｂ（Ｒ２）をブリッジ回路８０ｂのｃ，ｄに、切替スイッチ６５を作動させ抵抗Ｒａ１をブリッジ回路８０のｅ，ｆに接続させ、得られる出力信号は、制御および演算処理部４６に入力される。同様に、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ７３を作動させセンサ部８２の歪みゲージ８２ａ（Ｒ３）をブリッジ回路８０のａ，ｂに、また切替スイッチ７４を作動させ歪みゲージ８２ｂ（Ｒ４）をブリッジ回路８０ｂのｃ，ｄに接続させ、また、切替スイッチ６５を作動させ抵抗Ｒａ１をブリッジ回路８０のｅ，ｆに接続させる。これらの状態は、図１９に示す状態と同じになり、得られる出力信号ｅ１は、制御および演算処理部４６に入力される。
【００７９】
次に、Ｙ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ７５を作動させセンサ部８３の歪みゲージ８３ａ（Ｒ５）をブリッジ回路８０のａ，ｂに、また切替スイッチ７６を作動させセンサ部８３の歪みゲージ８３ｂ（Ｒ６）をブリッジ回路８０のｃ，ｄに、また切替スイッチ６５を作動させ抵抗Ｒａ１をブリッジ回路８０のｅ，ｆに接続させる。同様に、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、センサ部８４の歪みゲージ８４ａ（Ｒ７）をブリッジ回路８０のａ，ｂに、また切替スイッチ７８を作動させ歪みゲージ８４ｂ（Ｒ８）をブリッジ回路８０のｃ，ｄに、また切替スイッチ６５を作動させ抵抗Ｒａ１をブリッジ回路８０のｅ，ｆに接続させる。これら状態は、図２０と同じになり、得られる出力信号ｅ２は、制御および演算処理部４６に入力される。
【００８０】
Ｚ軸における歪みに関する信号（電気情報）を得る場合には、センサ部８１の歪みゲージ８１ａ（Ｒ１）と８１ｂ（Ｒ２）、センサ部８２の歪みゲージ８２ａ（Ｒ３）と８２ｂ（Ｒ４）、センサ部８３の歪みゲージ８３ａ（Ｒ５）と８３ｂ（Ｒ６）、センサ部８４の歪みゲージ８４ａ（Ｒ７）と８４ｂ（Ｒ８）のいずれかの組み合わせがブリッジ回路８０に接続され、ブリッジ回路の向かい合う抵抗となり、ブリッジ回路の固定抵抗Ｒａの向かい合う位置には、Ｒａと同じ抵抗Ｒａ１が接続される。
【００８１】
具体的には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ７１を作動させ歪みゲージ８１ａ（Ｒ１）をブリッジ回路８０のａ，ｂに、また切替スイッチ７２を作動させ歪みゲージ８１ｂ（Ｒ２）をブリッジ回路８０のｅ，ｆに、また切替スイッチ６５を作動させ抵抗Ｒａ１をブリッジ回路８０のｃ，ｄに接続させる。同様に、センサ部８２の歪みゲージ８２ａ（Ｒ３），８２ｂ（Ｒ４）を用いる場合には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ７５を作動させ歪みゲージ８２ａ（Ｒ３）をブリッジ回路８０のａ，ｂに、また切替スイッチ７６を作動させ歪みゲージ８２ｂ（Ｒ４）をブリッジ回路８０のｅ，ｆに、また切替スイッチ６５を作動させ抵抗Ｒａ１をブリッジ回路８０のｃ，ｄに接続させる。また、同様に、センサ部８３の歪みゲージ８３ａ（Ｒ５），８３ｂ（Ｒ６）を用いる場合には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ７５を作動させ歪みゲージ８３ａ（Ｒ５）をブリッジ回路８０のａ，ｂに、また切替スイッチ７６を作動させ歪みゲージ８３ｂ（Ｒ６）をブリッジ回路８０のｅ，ｆに、また切替スイッチ６５を作動させ抵抗Ｒａ１をブリッジ回路８０のｃ，ｄに接続させる。さらに、同様に、センサ部８４の歪みゲージ８４ａ（Ｒ７），８４ｂ（Ｒ８）を用いる場合には、制御および演算処理部４６からの信号に基づきスイッチコントローラ４５は、切替スイッチ７７を作動させ歪みゲージ８４ａ（Ｒ７）をブリッジ回路８０のａ，ｂに、また切替スイッチ７８を作動させ歪みゲージ８４ｂ（Ｒ８）をブリッジ回路８０のｅ，ｆに、また切替スイッチ６５を作動させ抵抗Ｒａ１をブリッジ回路８０のｃ，ｄに接続させる。これらの状態は、図２１に示す状態と同じであり、得られる出力信号ｅ３は、制御および演算処理部４６に入力される。
【００８２】
そして、Ｘ軸に関する出力信号ｅ１、Ｙ軸に関する出力信号ｅ２、Ｚ軸に関する出力信号ｅ３は、制御および演算処理部４６に入力され、デジタル変換された後、処理部内のベクトル演算回路にて、Ｘ軸上の曲げ応力とＹ軸上の曲げ応力とＺ軸上の圧縮応力とをベクトル合成することにより、先端部にかかる３軸の触覚情報が演算される。
【００８３】
次に、図２３に示す本発明の生体内挿入用装置の実施例について説明する。
図２３は、本発明の生体内挿入用装置の他の実施例の生体内挿入具先端部の概略図である。図２４は、この実施例の生体内挿入用装置の動作原理図を示すブロック図である。
【００８４】
この実施例の生体内挿入用装置では、センサ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄとブリッジ回路を用いて得られた信号は、演算処理回路１０２内で触覚情報に変化され、この情報は生体内挿入具１００の先端部の湾曲制御回路１０４にフィードバックされる。そして、湾曲制御回路１０４は湾曲機構１０５を自動制御する。そして、演算処理回路１０２により演算された触覚情報は触覚情報表示データ作成回路１０３により表示データに変換されモニタ１０７に表示される。また、湾曲制御回路１０４により演算された湾曲情報は湾曲情報表示データ作成回路１０６により表示データに変換されモニタ１０７に表示される。
【００８５】
生体内挿入具１００の先端部には、形状記憶合金（ＳＭＡ）等のアクチュエーター１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄが取り付けられており、通電による発熱等により、アクチュエーターの温度を変化させ相変態を起こさせることにより湾曲制御可能なものとなっている。形状記憶合金は記憶可能な形状が１種類もしくは２種類なため複数個湾曲部に取り付け、演算処理回路１０２で検出した接触情報を元に、制御回路１０４によりそれぞれのアクチュエーターのヒーター電源電圧を決定する事で、どの方向にも湾曲制御可能となる。先端部に力がかかっていないときには、ヒーター電源をオフにし湾曲動作を行わない。
【００８６】
形状記憶合金アクチュエーターの材質は、例えば単位体積あたりの発生力の大きなＮｉ／Ｔｉなどがある。変態点は、Ｎｉ／Ｔｉとの組成比及びアニール温度により決定されるため、生体環境に影響を与えない程度の温度範囲に変態点を制御する必要がある。他のアクチュエーターとしては、例えば圧電素子を使用したものやバイメタル効果を用いたもの、磁歪効果を用いたもの等が考えられる。
【００８７】
上記構成の作用を図２５を用いて説明する。湾曲機構１０５により、先端部にかかる歪みをゼロにする方向へ湾曲部１０８を湾曲動作させることにより、生体組織に過大な力がかかる前に回避し、生体挿入具１００を目的の方向へ正しく導くことができるため、挿入作業の作業性を向上させる事ができる。
【００８８】
また、図２５に示すような、例えば生体挿入具１００を血管等の管腔内１１０に挿入していき分岐点１１１にさしかかった時や、また管腔内ではなくある程度の広い空間を持っている腹腔内などに挿入し作業をするときには、術者による選択が必要になってくるケースが生じる。そこで、湾曲機構１０５を制御回路１０４を介さずに手動制御に切り替えることで、術者が湾曲部を動作させ先端部の触覚情報と現在の湾曲状態をモニター１０７で確認しながら、安全に目的部位まで挿入動作を行うことが可能となる。
【００８９】
生体挿入具としては、心臓または脳内血管造影用カテーテル、心臓または脳内血管用内薬剤投与カテーテル、脳血管等に塞栓術をほどこすための塞栓術用カテーテルなどの血管内挿入用カテーテル、中空のガイドワイヤ、内視鏡用チューブ、気管内チューブなどが考えられる。
【００９０】
次に、図２６に示す本発明の生体内挿入用装置の実施例について説明する。
図２６は、本発明の生体内挿入用装置の他の実施例の生体内挿入具の先端部の概略図である。これは、カテーテル又は内視鏡などの生体内挿入具１２１の一つのチャンネルに、上述した実施例のような先端部の機構（３軸の触覚センサ）１２３を備える探触子１２２を設けたものであり、探触子１２２はバネ等のスライド機構（図示していない）により、探触子に力がかかるとカテーテルのチャンネル内に押し込まれる構造となっている。
【００９１】
触覚センサ１２３は、上述した実施例と同じでもよく、また、カテーテル等とは異なりチャンネルを設けなくても良いため、曲げ応力は第１、２の実施例で示した構成で検出し、Ｚ軸の力は先端面に別の歪みゲージを設ける事によって検出してもよい。この構造は、内部にチャンネルを設ける必要のないガイドワイヤー等に関しても同様である。探触子１２２の先端部は生体を傷つける事のないように、半円形の形状をしたポリウレタンやシリコーンが適当である。
【００９２】
この装置の作用を説明する。
探触子を図２６に示すように生体組織１２４に押しあてる事で、探触子が生体組織に接触してから押し込む時の変位と探触子にかかる力の関係より、接触している生体組織の硬さ等の情報を得ることが可能である。押し込む時の変位が一定であれば、対象物が柔らかければ先端部にかかる力は小さく、逆に硬ければ先端部にかかる力は大きくなる。そして、曲げ応力がかからないように押し当てることで、生体組織に対して垂直に押し込むことも可能となる。これにより、この組織内部にある例えば腫瘍１２５等の硬さの異なる異常組織の存在を検出する事が可能となる。
【００９３】
生体挿入具としては、心臓または脳内血管造影用カテーテル、心臓または脳内血管用内薬剤投与カテーテル、脳血管等に塞栓術をほどこすための塞栓術用カテーテルなどの血管内挿入用カテーテル、中空のガイドワイヤ、内視鏡用チューブ、気管内チューブなどが考えられる。
【００９４】
また、この組織上をスキャンして探索するときには、曲げ応力が探触子にはかかる。異物の付近に探触子が近づくと曲げ応力が大きくなるため、必ずしも探触子が異物上に当たらなくても、どの方向に異物があるか検出する事が可能である。尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施出来ることは勿論である。
【００９５】
【発明の効果】
本発明の生体内挿入用装置は、生体内挿入具本体と、該生体内挿入具本体の先端部側面に設けられ、かつ等角度に配置された４つの歪みゲージとを備えた生体内挿入具と、該生体内挿入具の４つの歪みゲージと電気的に接続される少なくとも１つのブリッジ回路と、該ブリッジ回路からの出力信号を用いて生体内挿入具の先端部の接触状態を演算するための演算機能とを有する演算装置を備える生体内挿入用装置であって、前記演算装置は、向かい合う２組の歪みゲージをブリッジ回路の隣り合う配置とすることにより得られる２つの出力信号と、向かい合う任意の組の歪みゲージをブリッジ回路の向かい合う配置とすることにより得られる１つの出力信号とを利用して、生体内挿入具の先端部の応力ベクトル状態を演算する演算機能を備えている。
【００９６】
このため、本発明の生体内挿入用装置では、生体内挿入具の先端部の状態が３軸で検出されるため、体内組織との接触状況、生体内挿入具の先端部の突き当たる力と突き当たっている方向、すなわち先端部が受ける力のベクトル情報を正確に把握することができ、生体内挿入具の生体内への挿入作業容易になるとともに、生体内壁に損傷を与えることが極めて少ない生体内への挿入を可能とする。
【００９７】
また、本発明の生体内挿入用装置は、生体内挿入具本体と、該生体内挿入具の先端部側面に設けられ、かつ等角度に配置された少なくとも４つのセンサ部と、該それぞれのセンサ部の表面側および裏面側に設けられた歪みゲージとを備えた生体内挿入具と、該生体内挿入具の少なくとも８つの歪みゲージと電気的に接続される少なくとも１つのブリッジ回路と、該ブリッジ回路からの出力信号を用いて生体内挿入具の先端部の接触状態を演算するための演算機能とを有する演算装置を備える生体内挿入用装置であって、前記演算装置は、それぞれのセンサ部の２つの歪みゲージをブリッジ回路の隣り合う配置とすることにより得ることが可能な少なくとも４つの出力信号のうちの少なくとも２つの出力信号と、それぞれのセンサ部の２つの歪みゲージをブリッジ回路の向かい合う配置とすることにより得ることが可能な少なくとも４つの出力信号のうちの少なくとも２つの出力信号とを利用して生体内挿入具の先端部の応力ベクトル状態を演算する演算機能を備えている。
【００９８】
このため、本発明の生体内挿入用装置では、生体内挿入具の先端部の状態が３軸で検出されるため、体内組織との接触状況、生体内挿入具の先端部の突き当たる力と突き当たっている方向、すなわち先端部が受ける力のベクトル情報を正確に把握することができ、生体内挿入具の生体内への挿入作業が容易になるとともに、生体内壁に損傷を与えることが極めて少ない生体内への挿入を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の生体内挿入用装置に使用される生体内挿入具の外観図である。
【図２】図２は、生体内挿入具の部分省略断面図である。
【図３】図３は、生体内挿入具の先端部を説明するための説明図である。
【図４】図４は、センサ部を説明するための説明図である。
【図５】図５は、本発明の生体内挿入用装置の実施例のブロック図である。
【図６】図６は、図５に示した生体内挿入用装置に用いられるブリッジ回路を示す配線図である。
【図７】図７は、Ｘ軸方向の歪み信号を得るときのブリッジ回路を示す図である。
【図８】図８は、Ｙ軸方向の歪み信号を得るときのブリッジ回路を示す図である。
【図９】図９は、Ｚ軸方向の歪み信号を得るときのブリッジ回路を示す図である。
【図１０】図１０は、生体内での生体内挿入具の先端部の状態を説明するための説明図である。
【図１１】図１１は、本発明の生体内挿入用装置の演算装置の他の例を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、図１１に示した生体内挿入用装置に用いられるブリッジ回路を示す配線図である。
【図１３】図１３は、本発明の他の実施例の生体内挿入用装置に使用される生体内挿入具の先端部を説明するための説明図である。
【図１４】図１４は、図１３に示した生体内挿入具のセンサ部の説明図である。
【図１５】図１５は、本発明の生体内挿入用装置の演算装置のブロック図である。
【図１６】図１６は、図１５に示した生体内挿入用装置に用いられるブリッジ回路を示す配線図である。
【図１７】図１７は、本発明の生体内挿入用装置の演算装置の他の例を示すブロック図である。
【図１８】図１８は、図１７に示した生体内挿入用装置に用いられるブリッジ回路を示す配線図である。
【図１９】図１９は、Ｘ軸方向の歪み信号を得るときのブリッジ回路を示す図である。
【図２０】図２０は、Ｙ軸方向の歪み信号を得るときのブリッジ回路を示す図である。
【図２１】図２１は、Ｚ軸方向の歪み信号を得るときのブリッジ回路を示す図である。
【図２２】図２２は、生体内での生体内挿入具の先端部の状態を説明するための説明図である。
【図２３】図２３は、本発明の他の実施例の生体内挿入用装置に使用される生体内挿入具の先端部を説明するための説明図である。
【図２４】図２４は、本発明の他の実施例の生体内挿入用装置の原理を説明するための説明図である。
【図２５】図２５は、生体内での生体内挿入具の先端部の状態を説明するための説明図である。
【図２６】図２６は、本発明の他の実施例の生体内挿入用装置に使用される生体内挿入具の先端部を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ 生体内挿入用装置
１０ 生体内挿入具
１１ 生体内挿入具本体
３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ 歪みゲージ
５０，５０ａ，５０ｂ ブリッジ回路
４０ 演算装置
６０ 表示装置（ディスプレイ）
３１，３２，３３，３４ センサ部
４１，４２，４３，４４ 切替スイッチ
４５ スイッチコントローラ
４６ 制御および演算処理部
４７ ディスプレイコントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an in-vivo insertion device capable of obtaining tactile information with a living body at a distal end portion of an in-vivo insertion tool.
[0002]
[Prior art]
Currently, some in-vivo insertion tools such as in-vivo insertion tools have various functions such as visual information by an endoscope. However, the tactile information on whether or not the tip has contacted a body tissue such as an inner wall of a blood vessel or an organ is currently determined by the operator based on the touch transmitted through the in-vivo insertion tool (for example, a catheter). It is. Therefore, there is a problem that the inner wall or organ of the blood vessel is perforated or damaged at the distal end portion of the catheter or the like.
In order to solve such a problem, there has been proposed one provided with a sensor portion at the tip as disclosed in JP-A-6-190050 and JP-A-6-142031.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, Japanese Patent Laid-Open No. 6-190050 can detect only force information along the axis of the in-vivo insertion tool applied to the distal end portion of the in-vivo insertion tool. Moreover, in the thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 6-142031, only the force which the side surface of the in-vivo insertion tool which is a bending condition of the in-vivo insertion tool receives can be detected. Therefore, in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-190050 and 6-142031, the direction in which the distal end of the in-vivo insertion tool that is most necessary for the insertion into the living body strikes, that is, the distal end. Since the vector information of the force applied to the body cannot be obtained, it is impossible to accurately grasp the state of contact with the living tissue.
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and the vector information of the direction in which the distal end of the in-vivo insertion tool that is most necessary for insertion into the living body and the abutting direction, that is, the force that the distal end receives An in-vivo insertion device capable of obtaining the above is provided.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  What achieves the above-described object is that the main body of the in-vivo insertion tool, at least four sensor units provided on the side surface of the distal end portion of the in-vivo insertion tool and arranged at an equal angle, and the surface side of each sensor unit And a strain gauge provided on the back surface side, at least one bridge circuit electrically connected to at least eight strain gauges of the in vivo insert tool, and an output from the bridge circuit An in-vivo insertion device including an arithmetic device having a calculation function for calculating a contact state of a distal end portion of the in-vivo insertion tool using a signal, wherein the arithmetic device includes two distortions of each sensor unit. At least two of the at least four output signals that can be obtained by arranging the gauges adjacent to each other in the bridge circuit, and the two strain gauges of each sensor unit A raw function having a calculation function for calculating the stress vector state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool using at least two of the four output signals that can be obtained by arranging the bridge circuits facing each other. A device for insertion into the body.
[0008]
The arithmetic unit includes at least three output signals out of at least four output signals that can be obtained by arranging two strain gauges of each sensor unit adjacent to each other in the bridge circuit, and each sensor. Stress vector state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool using at least three output signals of at least four output signals that can be obtained by arranging two strain gauges of the section facing each other in the bridge circuit It is preferable to have a calculation function for calculating. Further, the arithmetic unit bridges at least four output signals that can be obtained by arranging two strain gauges of each sensor unit adjacent to each other in a bridge circuit, and two strain gauges of each sensor unit. It is preferable to have a calculation function for calculating the stress vector state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool using at least four output signals that can be obtained by arranging the circuits so as to face each other.
[0009]
The arithmetic unit includes at least one bridge circuit, a plurality of changeover switches for electrically connecting the respective strain gauges and the bridge circuit, and two strain gauges provided in the respective sensor units. From the bridge circuit, a switch control function for controlling the changeover switch so that two strain gauges provided in each sensor unit are arranged adjacent to each other so that the circuits face each other. It is preferable to have a calculation function for calculating the stress vector state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool using the output signal. Furthermore, the arithmetic unit includes two bridge circuits, and the first bridge circuit is configured such that two strain gauges provided in the respective sensor units are arranged so that the bridge circuits face each other. The bridge circuit may be configured such that two strain gauges provided in each sensor unit are arranged adjacent to each other.
[0010]
The in-vivo insertion tool includes a lead wire electrically connected to each strain gauge and extending to the proximal end side of the in-vivo insertion tool body, and an in-vivo insertion device-side connector fixed to the lead wire, The arithmetic device preferably includes an arithmetic device-side connector to which the in-vivo insertion tool-side connector can be detachably attached. Furthermore, it is preferable that the calculation device has an image data creation function for converting the stress vector state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool calculated by the calculation function into data to be displayed on the display device.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The in vivo insertion device of the present invention will be described with reference to the embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 is an external view of an in-vivo insertion tool used in the in-vivo insertion device of the present invention. FIG. 2 is a partially omitted cross-sectional view of the in-vivo insertion tool. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the distal end portion of the in-vivo insertion tool. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the sensor unit. FIG. 5 is a block diagram of an embodiment of the in vivo insertion device of the present invention. FIG. 6 is a wiring diagram showing a bridge circuit used in the in-vivo insertion device shown in FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating a bridge circuit for obtaining a distortion signal in the X-axis direction. FIG. 8 is a diagram illustrating a bridge circuit when a distortion signal in the Y-axis direction is obtained. FIG. 9 is a diagram illustrating a bridge circuit when a distortion signal in the Z-axis direction is obtained. FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool in a living body. FIG. 11 is a block diagram showing another example of the arithmetic unit of the in vivo insertion apparatus of the present invention. FIG. 12 is a wiring diagram showing a bridge circuit used in the in-vivo insertion device shown in FIG.
[0012]
The in-vivo insertion device 1 of the present invention (first embodiment) includes an in-vivo insertion tool body 11 and four strain gauges provided on the side surface of the distal end portion of the in-vivo insertion tool body 11 and arranged at equal angles. In-vivo insertion tool 10 provided with 31a, 32a, 33a, 34a, at least one bridge circuit 50 electrically connected to the four strain gauges of in-vivo insertion tool 10, and an output signal from the bridge circuit And a calculation device 40 having a calculation function for calculating the contact state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool 10. The arithmetic unit 40 is obtained by arranging two output signals obtained by arranging two sets of opposing strain gauges adjacent to each other in the bridge circuit 50b, and arranging an arbitrary set of opposing strain gauges opposite each other in the bridge circuit 50a. A calculation function for calculating the stress vector state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool 10 using one output signal is provided.
[0013]
The in-vivo insertion device 1 of this embodiment uses a catheter as the in-vivo insertion tool 10. The in-vivo insertion device 1 includes a catheter 10, a calculation device 40, and a display device 60 (display) as shown in FIG.
[0014]
The catheter 10 of this embodiment includes a flexible distal end portion and four sensor portions 31, 32, 33, and 34 disposed at equal angles on the flexible distal end portion, and each sensor portion includes a strain gauge. .
[0015]
A catheter 10 which is an in-vivo insertion tool main body includes a catheter main body 11 which is an in-vivo insertion tool main body and a hub 12 fixed to the proximal end thereof. The distal end of the catheter 10 is opened. The lumen 25 is open and penetrates from the distal end to the proximal end. The catheter 10 includes a cord 14 having one end connected to a catheter hub and the other end connected to a catheter (biological insertion tool) side connector 13. The cord includes a plurality (specifically, eight) of lead wires 15 having one end connected to the strain gauge and the other end connected to the catheter side connector 13. The catheter side connector 13 is detachably and electrically connectable to the apparatus side connector 48.
[0016]
The catheter 10 is used as an intravascular insertion catheter such as a heart or intracerebral angiographic catheter, an intravascular drug administration catheter for the heart or intracerebral blood vessel, or an embolization catheter for embolizing the cerebral blood vessel or the like. Is done. The catheter 10 of this embodiment is an embodiment in which the catheter of the present invention is applied to a catheter for intracardiac angiography. In addition, as a living body insertion tool other than a catheter, a guide wire, an endoscope tube, an endotracheal tube, and the like are conceivable.
[0017]
In this embodiment, the distal end of the catheter 10 has a curved surface with no corners in order to prevent damage to the blood vessel wall and improve the operability of the catheter. And since the front-end | tip part is formed with the synthetic resin, it has sufficient softness | flexibility.
[0018]
The catheter has a flexible distal tube and a rigid proximal tube connected to the proximal end. The surface of the rigid proximal tube is covered with a flexible synthetic resin, and a flexible synthetic resin is applied to the catheter. Any configuration may be used, such as a tube that protrudes from the proximal tube to form a distal tube.
[0019]
  As shown in FIGS. 1 and 2, the catheter 10 of this embodiment includes a short highly flexible tube 21, a flexible distal end tube 22 connected to the proximal end of the tube 21, and a distal end side tube 22. A rigid proximal tube 23 connected to the proximal end is provided. And as shown in FIG.2 and FIG.3, the four sensor parts 31, 32, 33, 34 each provided with a strain gauge are arrange | positioned and fixed to the outer surface of the highly flexible tube 21 at equal angles. The highly flexible tube 21 forms a strain transmission part.
[0020]
Lead wires 15a, 15b, 15c, and 15d are connected to the respective strain gauges 31a, 32a, 33a, and 34a. These lead wires 15a, 15b, 15c, and 15d are connected to the highly flexible tube 21 and the distal end side tube 22, respectively. And it arrange | positions so that it may become substantially equiangular on the outer surface of the base end side tube 23, and it functions also as a reinforcement body for torque transmission of a tube.
[0021]
The sensor units 31, 32, 33, and 34 including the strain gauges and the lead wires 15a, 15b, 15c, and 15d are covered with a resin film 24 that forms an outer surface layer of the catheter, and are configured not to be exposed to the outer surface. Yes. The outer surface of the highly flexible tube 21 is provided with four curved concave portions for accommodating the sensor portion, and a strain gauge formed in a curved shape corresponding to the curved concave portions is fixed. Fixing may be performed by using an adhesive, or may be performed by the resin film 24 that forms the outer surface layer of the catheter described above.
[0022]
The sensor unit is formed by attaching a plurality of individually formed sensors to the tip of the highly flexible tube 21. Also, a plurality of (for example, four) strain gauges are formed on the base material on the sheet, and four sensors are formed. A member having a portion attached to the tip of the highly flexible tube 21, and a plurality of (for example, four) strain gauges formed on a base material on the tube and having four sensor portions. Any of those attached to the tip of the highly flexible tube 21 may be used.
[0023]
As the sensor portions 31, 32, 33, 34, as shown in FIG. 4, strain gauges 31a, 32a, 33a, 34a, which are metal thin film resistors, are formed in a meandering pattern as shown in FIG. Is used. The same applies to the sensor units 32, 33, and 34. As the base material 30, a flexible or elastic material that can be easily deformed by an external force is used.
[0024]
As the strain gauges 31a, 32a, 33a, and 34a, generally, a semiconductor diffusion resistor or a metal thin film resistor is used. When force is applied to the resistor, elastic strain is applied, and the resistivity itself and the length of the resistor change, so that the resistance value changes according to the deformation. Due to these properties, it is used for measuring force and pressure. Examples of the strain gauge material include Si diffused P-type and N-type, Cu / Ni-based advance and constantan, and Ni / Cr-based alloy. Considering the resistance temperature coefficient of each material, advance (Cu: 54%, Ni: 46%) having a small temperature characteristic is preferable.
[0025]
A strain gauge is formed by forming a thin film of the above-mentioned material on the substrate surface by vacuum deposition, CVD, or sputtering, masking it to a meandering pattern by photolithography, and etching unnecessary portions. Form a pattern. At this time, the temperature coefficient of the resistor itself depends on the material to some extent, but when the materials having different thermal expansion coefficients such as the base material and the resistor are bonded together, an apparent temperature coefficient is generated in the resistor. In order to increase the measurement accuracy, it is preferable to reduce the apparent temperature coefficient by combining the film thickness and materials of the thin film and the substrate. And it is preferable to coat an insulating film on both surfaces in order to improve environmental resistance, such as moisture resistance, and to ensure the leakage current and voltage resistance with respect to a living body. As the insulating film, silicone, polyurethane, polyimide, or the like is used.
[0026]
In the catheter of this embodiment, since the sensor portions 31, 32, 33, and 34 are arranged at equal angles, the strain gauges 31a and 32a face each other, and similarly, the strain gauges 33a and 34a face each other. Yes. Further, the strain gauges 31a and 33a are adjacent to each other, and similarly, the strain gauges 32a and 34a are also adjacent to each other.
[0027]
And the sensor parts 31 and 32 (strain gauges 31a and 32a) are the catheter main bodies 11 (high) which cross | intersect the X axis | shaft orthogonal to the Z axis | shaft which is the axial direction of the catheter main body 11 (highly flexible tube 21) shown in FIG. Located on the outer surface of the flexible tube 21). Further, the sensor parts 33 and 34 (the strain gauges 33a and 34a), the Y axis orthogonal to both the Z axis which is the axial direction of the catheter body 11 (highly flexible tube 21) shown in FIG. 3 and the X axis orthogonal thereto. It is located on the outer surface of the catheter body 11 (highly flexible tube 21) that intersects the axis. In other words, the sensor units 31 and 32 are arranged on the X axis in FIG. 3, and the sensor units 33 and 34 are arranged on the Y axis.
[0028]
Further, the sensor portions 31, 32, 33, and 34 are located at positions slightly proximal to the distal end of the highly flexible tube 21, specifically 0.1 to 5 mm, preferably 0.5 to 3 mm distal end. It is arrange | positioned in the position used as the back end side. Thus, the flexibility of the distal end of the catheter can be ensured by making the sensor portion (strain gauge) slightly proximal to the distal end of the catheter.
[0029]
The highly flexible tube 21 has a length of 1 to 15 mm, more preferably 3 to 10 mm, and an outer diameter of 0.4 to 3.0 mm, preferably about 0.5 to 1.5 mm. And having a wall thickness of 25 to 200 μm, more preferably 50 to 100 μm.
[0030]
The distal side tube 22 has a length of 50 to 1000 mm, more preferably 100 to 500 mm, and an outer diameter of 0.4 to 3.0 mm, preferably about 0.5 mm to 1.5 mm. The thickness is 25 to 200 μm, more preferably 50 to 100 μm.
[0031]
The proximal end tube 23 has a length of 50 to 2000 mm, more preferably 100 to 1700 mm, and the proximal end tube 23 has an outer diameter of 0.4 to 7.0 mm, preferably 0.5 to 6 mm. The thickness is about 10 to 200 μm, more preferably 50 to 100 μm. The length of the tip 34a is 3 to 500 mm, more preferably 5 to 300 mm, the outer diameter is 0.5 to 6.0 mm, more preferably 0.7 to 5.0 mm, and the wall thickness is 30 to 30 mm. 100 μm.
[0032]
As a material for forming the highly flexible tube 21, the distal end side tube 22 and the resin coating 24, a thermoplastic resin is desirable. Polyolefin elastomer such as polyethylene elastomer, polypropylene elastomer, polybutene elastomer, ethylene-vinyl acetate copolymer, soft poly Thermoplastic elastomer materials such as vinyl chloride, soft fluororesin, soft methacrylic resin, soft polyphenylene oxide, polyurethane elastomer, polyester elastomer, polyamide elastomer, and styrene elastomer can be used. Further, polymer alloys or polymer blends based on these resins may be used. In addition, as a forming material of the highly flexible tube 21, a material softer than the forming material of the distal end side tube 22, in other words, a highly flexible material is selected. In order to facilitate the connection between the high flexibility tube 21 and the distal end side tube 22 and to increase the bonding strength, the high flexibility resin forming the high flexibility tube and the flexibility forming the distal end side tube 22 are used. The compatible resin is preferably good in compatibility. Good compatibility indicates that the thermodynamic mutual solubility is good, in other words, does not separate between the two after curing.
[0033]
As a material for forming the proximal end side tube 23, a thermoplastic resin is desirable, and an olefin resin such as polyethylene, polypropylene, polybutene, ethylene-vinyl acetate copolymer, or a polyolefin elastomer thereof, a fluorine resin or a soft fluorine resin, Methacrylic resin, polyphenylene oxide, modified polyphenylene ether, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyurethane elastomer, polyester elastomer, polyamide or polyamide elastomer, polycarbonate, polyacetal, styrene resin or styrene elastomer, thermoplastic polyimide, etc. can be used . It is also possible to use polymer alloys or polymer blends based on these resins.
[0034]
In order to facilitate the connection between the distal end side tube 22 and the proximal end side tube 23 and to increase the bonding strength, the flexible resin that forms the distal end side tube 22 and the resin that forms the proximal end side tube 23 are used. Is preferably compatible. Good compatibility indicates that the thermodynamic mutual solubility is good, in other words, does not separate between the two after curing.
[0035]
  As a combination of resins, it is desirable that all resins have the same system. For example, a polyether polyamide block copolymer is selected as a flexible resin, and a polyether polyamide block copolymer having a higher flexibility than the polyether polyamide block copolymer is selected as a highly flexible resin. Chooses nylon 12 and the three are polyamide resins, and a polyolefin elastomer (for example, polyethylene elastomer) as a flexible resin is a highly flexible resin. (For example, polyethylene elastomer), polyolefin is selected as the resin for the proximal end tube, and a three-part polyolefin resin is used, and a polyester elastomer (for example, soft segment and the like is used as a highly flexible resin). Select a polyester elastomer with a soft segment and a large number of soft segments, and select a polyester-based elastomer (for example, a polyester elastomer with a soft segment and a hard segment and fewer soft segments than the above-mentioned high-flexibility resin) as the flexible resin. Polyester (for example, polyester terephthalate or polyester elastomer harder than flexible resin) is selected as the resin for the side tube, and the three are polyester-based resins, and plasticized vinyl chloride resin is a highly flexible resin as the flexible resin. Select a highly plasticized vinyl chloride resin that is more flexible than the plasticized vinyl chloride resin, select a low plasticized vinyl chloride resin as the proximal tube resin, and use the three as vinyl chloride resins. Can be considered
[0036]
Next, the arithmetic unit 40 will be described.
The arithmetic unit 40 includes at least one bridge circuit 50 and a plurality of change-over switches 41, 42, 43, 44 that electrically connect the strain gauges 31a, 32a, 33a, 34a and the bridge circuits 50a, 50b. So that the strain gauges (31a and 32a and 33a and 34a) of the bridge circuit face each other, and the pair of strain gauges (31a and 32a and 33a and 34a) face each other in the bridge circuit. A switch control function for controlling the changeover switch, a calculation function for calculating the stress vector state at the distal end portion of the catheter 10 using a signal output from the bridge circuit 50, and a stress at the distal end portion of the catheter 10 calculated by the calculation function Image data creation function to convert vector state into data to be displayed on display device Eteiru.
[0037]
As shown in FIG. 5, the arithmetic device 40 of this embodiment includes two bridge circuits 50a and 50b, and the first bridge circuit 50a has a pair of opposing strain gauges 31a (R1) and 32a (R2) or 33a. (R3) and 34a (R4) are arranged so that the bridge circuit 50a faces each other. The second bridge circuit 50b is configured such that the pair of opposing strain gauges 31a (R1) and 32a (R2) or 33a (R3) and 34a (R4) are adjacent to each other.
[0038]
The arithmetic device 40 uses the switch controller 45 for switching the changeover switches 41, 42, 43, and 44, and the control of the switch controller 45 and the signal output from the bridge circuits 50a and 50b. The control and calculation processing unit 46 having a calculation function for calculating the stress vector state and data for displaying the stress vector state of the distal end portion of the catheter 10 on the display device using data output from the control and calculation processing unit 46 A display controller 47 for converting the data into the computer, a computing device side connector 48 to which the catheter side connector can be detachably attached, and a voltage source 51 for the bridge circuit.
[0039]
In this arithmetic device 40, a strain gauge of a predetermined combination is connected to the bridge circuit to obtain signals related to the state of the distal end portion of the catheter and the strains in the X axis, Y axis, and Z axis in FIG. It is configured to be able to.
[0040]
First, in order to obtain a signal (electrical information) related to strain on the X axis, strain gauges 31a (R1) and 32a (R2) arranged on the X axis are connected to the bridge circuit 50b and adjacent to the bridge circuit. It becomes resistance. Specifically, based on a signal from the control and arithmetic processing unit 46, the switch controller 45 operates the changeover switch 41, operates the strain gauge 31a (R1) to a2 and b2 of the bridge circuit 50b, and operates the changeover switch 42. The strain gauge 32a (R2) is connected to c and d of the bridge circuit 50b. This state is the state shown in FIG. 7, and the obtained output signal e <b> 1 is input to the control and arithmetic processing unit 46.
[0041]
Next, when obtaining a signal (electrical information) related to strain on the Y-axis, strain gauges 33a (R3) and 34a (R4) arranged on the Y-axis are connected to the bridge circuit 50b and adjacent to the bridge circuit. It becomes the resistance that fits. Specifically, based on a signal from the control and arithmetic processing unit 46, the switch controller 45 operates the switch 43 to operate the strain gauge 33a (R3) at a2 and b2 of the bridge circuit 50b and the switch 44. The strain gauge 34a (R4) is connected to c and d of the bridge circuit 50b. This state is the state shown in FIG. 8, and the output signal e2 obtained is input to the control and arithmetic processing unit 46.
[0042]
Next, in order to obtain a signal (electrical information) related to strain in the Z axis, the strain gauges 31a (R1) and 32a (R2) or 33a (R3) and 34a (R4) are connected to the bridge circuit 50a, and the bridge circuit It becomes resistance of facing each other. Specifically, based on a signal from the control and arithmetic processing unit 46, the switch controller 45 operates the changeover switch 41 to operate the strain gauge 31a (R1) to a1 and b1 of the bridge circuit 50a and the changeover switch 42. The strain gauge 32a (R2) is connected to e and f of the bridge circuit 50a. This state is the state shown in FIG. 9, and the output signal e <b> 3 obtained is input to the control and arithmetic processing unit 46.
[0043]
In addition, when obtaining the signal (electrical information) regarding the distortion in the Z axis, the strain gauges 33a (R3) and 34a (R4) may be connected to the bridge circuit 50b. In this case, based on the signal from the control and arithmetic processing unit 46, the switch controller 45 operates the change-over switch 43 to operate the strain gauge 33a (R3) at a1 and b1 of the bridge circuit 50a and the change-over switch 44. The strain gauge 34a (R4) is connected to e and f of the bridge circuit 50a. The obtained output signal e3 is input to the control and arithmetic processing unit 46. When obtaining a signal (electrical information) relating to distortion in the Z axis, it is preferable to use the two signals relating to the Z axis. That is, by using two output signals obtained by using two pairs of strain gauges facing each other, accurate Z-axis strain can be measured, and thus the accurate stress vector state of the distal end portion of the catheter 10 can be measured. 6 to 9, E is a bridge power supply, and Ra is a fixed resistor.
[0044]
Then, the output signal e1 related to the X axis, the output signal e2 related to the Y axis, and the output signal e3 related to the Z axis are input to the control and arithmetic processing unit 46, and after being digitally converted, in the vector arithmetic circuit in the processing unit, The bending stress on the axis, the bending stress on the Y axis, and the compressive stress on the Z axis are vector-combined to calculate the triaxial tactile information on the tip.
[0045]
Then, the three-axis vector value calculated by the calculation processing unit 46 is input to the display controller, and the display controller creates an image signal and outputs it to the display. Thereby, the stress vector state of the distal end portion of the catheter 10 is displayed on the display.
[0046]
Next, the operation of the in vivo insertion apparatus of this embodiment will be described.
First, FIG. 10 shows a state where the catheter 10 is inserted into a lumen (for example, blood vessel, digestive organ) of the body 55, the distal end portion of the catheter is in contact with the inner wall surface, and a force F56 is applied. Since the four sensor portions are arranged at the distal end portion, the sensor portion is deformed by the force F56, and a bending stress 56a applied to the distal end and a compressive stress 56b applied to the longitudinal direction of the tube are detected. Due to the law of action and reaction, a force equivalent to the force applied to the tip is applied as the force pushing the inner wall surface. Due to the force, the living tissue having viscoelastic properties is deformed and the contact state with the tip becomes complicated. Therefore, by obtaining three-axis tactile information, it is possible to accurately grasp the contact state with the living body as compared with the conventional state in which only the bending stress is only the compressive stress or the detection means and the tactile sensor are not clearly directed. I can do it. Furthermore, by telling the operator of the contact state, it is possible to warn and prevent the danger that excessive force is applied to the living tissue.
[0047]
In the above description, the arithmetic device 40 includes two bridge circuits. However, the present invention is not limited to this. For example, as illustrated in FIGS. 11 and 12, the arithmetic device 40 includes only one bridge circuit. It may be a thing. The arithmetic device 40a of this embodiment includes a resistor Ra1 that is the same as the fixed resistor Ra that is incorporated in advance in the bridge circuit, and a changeover switch 65 for the Ra1.
[0048]
First, when obtaining a signal (electrical information) related to strain on the X axis, strain gauges 31a (R1) and 32a (R2) arranged on the X axis are connected to the bridge circuit 50 and adjacent to the bridge circuit. It becomes a resistor, and Ra1 is connected so as to be adjacent to the fixed resistor Ra of the bridge circuit. Specifically, based on a signal from the control and arithmetic processing unit 46, the switch controller 45 operates the changeover switch 41 to operate the strain gauge 31a (R1) to a and b of the bridge circuit 50 and the changeover switch 42. The strain gauge 32a (R2) is connected to c and d of the bridge circuit 50, and the changeover switch 65 is operated to connect the resistor Ra1 to e and f of the bridge circuit 50. Of course, other connections are not electrically connected. This state is the state shown in FIG. 7 (where Ra is Ra1). The obtained output signal is input to the control and arithmetic processing unit 46.
[0049]
Next, when obtaining a signal (electrical information) related to strain on the Y axis, strain gauges 33a (R3) and 34a (R4) arranged on the Y axis are connected to the bridge circuit 50 and adjacent to the bridge circuit. The resistors R1 and Ra1 are connected so as to be adjacent to the fixed resistor Ra of the bridge circuit. Specifically, based on a signal from the control and arithmetic processing unit 46, the switch controller 45 operates the switch 43 to operate the strain gauge 33a (R3) to a and b of the bridge circuit 50 and the switch 44. The strain gauge 34a (R4) is connected to c and d of the bridge circuit 50, and the changeover switch 65 is operated to connect the resistor Ra1 to e and f of the bridge circuit 50. The obtained output signal is input to the control and arithmetic processing unit 46. This state is the state shown in FIG. 8 (where Ra is Ra1).
[0050]
  Next, when obtaining a signal (electrical information) relating to strain in the Z axis, the strain gauges 31a (R1) and 32a (R2) (or 33a (R3) and 34a (R4)) are connected to the bridge circuit 50, The adjacent resistors of the bridge circuit are connected, and Ra1 is connected to face the fixed resistor Ra of the bridge circuit. Specifically, based on a signal from the control and arithmetic processing unit 46, the switch controller 45 operates the changeover switch 41 to operate the strain gauge 31a (R1) to a and b of the bridge circuit 50 and the changeover switch 42. The strain gauge 32a (R2) is connected to e and f of the bridge circuit 50a, and the changeover switch 65 is operated to connect the resistor Ra1 to c and d of the bridge circuit 50. The obtained output signal is input to the control and arithmetic processing unit 46. This state is the state shown in FIG. 9 (where Ra is Ra1).
[0051]
Note that when obtaining a signal (electrical information) related to the strain in the Z-axis, the strain gauges 33 a (R 3) and 34 a (R 4) may be connected to the bridge circuit 50. In this case, based on a signal from the control and arithmetic processing unit 46, the switch controller 45 operates the switch 43 to operate the strain gauge 33a (R3) to a and b of the bridge circuit 50 and to operate the switch 44. The strain gauge 34a (R4) is connected to e and f of the bridge circuit 50, and the changeover switch 65 is operated to connect the resistor Ra1 to c and d of the bridge circuit 50. The obtained output signal is input to the control and arithmetic processing unit 46.
[0052]
Next, another embodiment of the in vivo insertion device of the present invention shown in FIGS. 13 to 16 will be described.
The in-vivo insertion device 70 (second embodiment) of this embodiment is provided with four sensor units provided on the side surface of the distal end portion of the in-vivo insertion tool body 11 and the in-vivo insertion tool body 11 and arranged at equal angles. 81, 82, 83, 84 and in vivo insertion tool 90 provided with strain gauges provided on the front surface side and back surface side of each sensor unit, and eight strain gauges of in vivo insertion tool 90 are electrically connected. And an arithmetic device 79 having an arithmetic function for calculating a contact state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool 90 using an output signal from the bridge circuit.
[0053]
The arithmetic unit 79 includes at least two output signals out of four output signals that can be obtained by arranging two strain gauges of each sensor unit adjacent to each other in the bridge circuit, and 2 of each sensor unit. The stress vector state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool 90 is calculated using at least two of the four output signals that can be obtained by arranging the two strain gauges so as to face each other in the bridge circuit. Arithmetic function is provided.
[0054]
The basic configuration of the in-vivo insertion device 70 is the same as that of the in-vivo insertion device 1 described above. The difference is that the strain gauge is formed on the front surface or the back surface of the sensor unit in the above-described embodiment. In the in-vivo insertion device 70 of this embodiment, the strain gauges are formed on the front surface and the back surface of the sensor unit, respectively, and there are a total of eight strain gauges. The only difference is that the number of changeover switches increased by four. Therefore, the difference will be mainly described.
The in-vivo insertion tool 90 (catheter) is the same as the above-described embodiment except that strain gauges are formed on both surfaces of the sensor unit, and the structure of the strain gauge, the sensor unit, and the in-vivo insertion tool 90 (catheter) is the same. The forming material is the same as described above.
[0055]
FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the distal end portion of the in-vivo insertion tool. FIG. 14 is an explanatory diagram of the sensor unit. FIG. 15 is a block diagram of the in-vivo insertion device. FIG. 16 is a wiring diagram showing a bridge circuit used in the in vivo insertion apparatus shown in FIG. FIG. 17 is a block diagram showing another example of the arithmetic unit of the in vivo insertion apparatus of the present invention. FIG. 18 is a wiring diagram showing a bridge circuit used in the in vivo insertion apparatus shown in FIG. FIG. 19 is a diagram illustrating a bridge circuit when obtaining a distortion signal in the X-axis direction. FIG. 20 is a diagram illustrating a bridge circuit for obtaining a distortion signal in the Y-axis direction. FIG. 21 is a diagram illustrating a bridge circuit for obtaining a distortion signal in the Z-axis direction.
[0056]
In the in vivo insertion apparatus 70 of the present invention, a catheter is used as a living body insertion tool, as in the above-described embodiment. The in-vivo insertion device 70 includes a catheter 90, a calculation device 79, and a display device 60 (display) as shown in FIG.
[0057]
The catheter 90 is used as, for example, a catheter for intravascular insertion such as a catheter for angiography of the heart or brain, an intravascular drug administration catheter for the heart or brain, or an embolization catheter for embolizing the cerebral blood vessel. Is done. The catheter 90 of this embodiment is an embodiment in which the catheter of the present invention is applied to a catheter for intracardiac angiography. In addition, as a living body insertion tool other than a catheter, a guide wire, an endoscope tube, an endotracheal tube, and the like are conceivable.
[0058]
The catheter of this embodiment includes a flexible tip portion and four sensor portions 81, 82, 83, and 84 arranged at equal angles on the flexible tip portion, and each sensor portion includes two strain gauges. Yes.
[0059]
1 and 2, the catheter 90 includes a catheter body 11 that is an in-vivo insertion tool body 11 and a hub 12 fixed to the proximal end thereof, and the distal end of the catheter 90 is open. The proximal end of the hub 12 is also open and includes a lumen 25 penetrating from the distal end to the proximal end. The catheter 90 includes a cord 14 having one end connected to a catheter hub and the other end connected to a catheter (in-vivo insertion tool) side connector 13. Further, the cord includes a plurality (specifically, 16) of lead wires 15 having one end connected to the strain gauge and the other end connected to the catheter side connector. The catheter side connector 13 is detachably and electrically connectable to the apparatus side connector 48.
[0060]
The catheter of this embodiment was connected to a short highly flexible tube 21 and the proximal end of this tube 21 as in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 (see FIGS. 1 and 2). A flexible distal tube 22 and a rigid proximal tube 23 connected to the proximal end of the distal tube 22 are further provided. And as shown in FIG. 13, the four sensor parts 81, 82, 83, 84 provided with a strain gauge are arrange | positioned and fixed to the outer surface of the highly flexible tube 21 at equal angles. And the highly flexible tube 21 forms the distortion transmission part.
[0061]
Lead wires are connected to each strain gauge, and these lead wires are substantially equiangular (at intervals of 45 degrees) on the outer surfaces of the highly flexible tube 21, the distal end side tube 22 and the proximal end side tube 23. It is also arranged and functions as a reinforcing member for torque transmission of the tube.
[0062]
As the sensor portions 81, 82, 83, 84, strain gauges 81a, 81b, 82a, 82b, 83a, 83b, 84a, 84b, which are metal thin film resistors on both surfaces of the substrate, as shown in FIG. Such a meandering pattern is used. As the base material 85, a flexible or elastic material that can be easily deformed by an external force is used. In order to form strain gauges on both sides, a circuit pattern is also formed on the back side as in the case of forming on one side shown in the first embodiment. At that time, using the double-sided patterning technology, the gauge positions on the front and back sides are aligned. When patterning the back surface, the entire surface is masked to protect the circuit pattern. It is also possible to position the strain gauge with a die bonder or the like, which has a pattern formed only on the surface without performing double-side patterning, and bond them together.
[0063]
In the catheter of this embodiment, since the sensor portions 81, 82, 83, 84 are arranged at equal angles, the strain gauges 81a and 82a, 81b and 82b face each other, and similarly, the strain gauges 83a and 84a. 83b and 84b are also facing each other. Further, the strain gauges 81a and 83a, 81b and 83b are adjacent to each other, and similarly, the strain gauges 82a and 84a, and 82b and 84b are also adjacent to each other.
[0064]
The sensor portions 81 and 82 (strain gauges 81a and 82a, 81b and 82b) cross the X axis perpendicular to the Z axis that is the axial direction of the catheter body 11 (highly flexible tube 21) shown in FIG. It is located on the outer surface of the main body 11 (highly flexible tube 21). The sensor parts 83 and 84 (strain gauges 83a and 84a, 83b and 84b) are both Z-axis, which is the axial direction of the catheter main body 11 (highly flexible tube 21) shown in FIG. 13, and X-axis orthogonal thereto. Is located on the outer surface of the catheter body 11 (highly flexible tube 21) intersecting with the Y axis perpendicular to the axis. In other words, the sensor units 81 and 82 are arranged on the X axis in FIG. 13, and the sensor units 83 and 84 are arranged on the Y axis. Further, the sensor portions 81, 82, 83, and 84 are located at positions slightly closer to the proximal end side than the distal end of the highly flexible tube 21, specifically 0.1 to 5 mm, preferably 0.5 to 3 mm distal end. It is arrange | positioned in the position used as the back end side. Thus, the flexibility of the distal end of the catheter can be ensured by making the sensor portion (strain gauge) slightly proximal to the distal end of the catheter.
[0065]
Next, the arithmetic unit 79 will be described.
The arithmetic unit 79 includes a plurality of changeover switches 71, 72, 73, which electrically connect at least one bridge circuit 80, and strain gauges 81a, 82a, 83a, 84a, 81b, 82b, 83b, 84b and the bridge circuit. 74, 75, 76, 77, 78 and the strain gauges (81a and 81b, 82a and 82b, 83a and 83b, 84a and 84b) of the respective sensor units are arranged opposite to each other in the bridge circuit, and Output from the bridge circuit 80 and the switch control function 45 for controlling the changeover switch so that the strain gauges (81a and 81b, 82a and 82b, 83a and 83b, 84a and 84b) of the sensor unit are arranged adjacent to each other in the bridge circuit. A calculation function for calculating the stress vector state of the distal end portion of the catheter 90 using a signal to be used, and a calculation function And an image data generating function of converting the data to be displayed on the display device a more stress vector state of the tip portion of the computed catheter 90.
[0066]
The arithmetic unit 79 of this embodiment includes two bridge circuits 80a and 80b. The first bridge circuit 80a includes strain gauges (81a and 81b, 82a and 82b, 83a and 83b, and 84a and 84b of the respective sensor units. ) Are arranged so that the bridge circuit 80a faces each other. The second bridge circuit 80b is configured such that strain gauges (81a and 81b, 82a and 82b, 83a and 83b, and 84a and 84b) of the respective sensor units are arranged adjacent to each other.
[0067]
The arithmetic unit 79 is a switch controller 45 for switching the changeover switches 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, and a signal output from the control of the switch controller 45 and the bridge circuits 80a, 80b. The control and calculation processing unit 46 having a calculation function for calculating the stress vector state of the distal end portion of the catheter 90 using the control unit, and the stress vector of the distal end portion of the catheter 90 using the data output from the control and calculation processing unit 46 A display controller 47 for converting the state into data to be displayed on the display device, an arithmetic device side connector 48 to which the catheter side connector 13 can be detachably attached, and a voltage source 51 for a bridge circuit are provided.
[0068]
In this arithmetic unit 79, a strain gauge of a predetermined combination is connected to the bridge circuit to obtain a signal related to the state of the distal end of the catheter, the strain in each of the X axis, Y axis, and Z axis in FIG. It is configured to be able to.
[0069]
First, when obtaining a signal (electrical information) relating to strain in the X axis, the strain gauges 81a (R1) and 81b (R2) of the sensor unit 81 arranged on the X axis or the strain gauge 82a ( R3) and 82b (R4) are connected to the bridge circuit 80b and become adjacent resistors of the bridge circuit 80b. Specifically, based on a signal from the control and arithmetic processing unit 46, the switch controller 45 operates the changeover switch 71 to cause the strain gauge 81a (R1) of the sensor unit 81 to a2 and b2 of the bridge circuit 80b, and the changeover switch. 72 is operated to connect the strain gauge 81b (R2) of the sensor unit 81 to c and d of the bridge circuit 80b. This state is the state shown in FIG. 19, and the output signal e1 obtained is input to the control and arithmetic processing unit 46. Further, based on the signal from the control and arithmetic processing unit 46, the switch controller 45 operates the change-over switch 73, operates the strain gauge 82a (R3) of the sensor unit 82 to a2 and b2 of the bridge circuit 80b, and operates the change-over switch 74. The strain gauge 82b (R4) is connected to c and d of the bridge circuit 80b. This state is shown in parentheses in FIG. 19, and the obtained output signal e1 is input to the control and arithmetic processing unit 46. Although only one sensor unit on the X axis may be used, in this way, accurate distortion on the X axis can be measured by using two signals obtained from the two sensor units on the X axis. A plurality of contact points can be measured.
[0070]
Next, when obtaining a signal (electrical information) related to distortion in the Y-axis, the strain gauges 83a (R5) and 83b (R6) of the sensor unit 83 arranged on the Y-axis or the strain gauge 84a of the sensor unit 84. (R7) and 84b (R8) are connected to the bridge circuit 80b and become adjacent resistors of the bridge circuit 80b. Specifically, based on the signal from the control and arithmetic processing unit 46, the switch controller 45 operates the changeover switch 75 to set the strain gauge 83a (R5) of the sensor unit 83 to a2 and b2 of the bridge circuit 80b, and the changeover switch. 76 is operated to connect the strain gauge 83b (R6) of the sensor unit 83 to c and d of the bridge circuit 80b. This state is the state shown in FIG. 20, and the output signal e <b> 2 obtained is input to the control and arithmetic processing unit 46. Further, based on the signal from the control and arithmetic processing unit 46, the switch controller 45 operates the switch 77 to operate the strain gauge 84a (R7) of the sensor unit 84 to a2 and b2 of the bridge circuit 80b and to operate the switch 78. The strain gauge 84b (R8) is connected to c and d of the bridge circuit 80b. This state is a state shown in parentheses in FIG. 20, and the obtained output signal e <b> 2 is input to the control and arithmetic processing unit 46. Although only one sensor unit on the Y axis may be used, in this way, by using two signals obtained from the two sensor units on the Y axis, accurate distortion on the Y axis can be measured, A plurality of contact points can be measured.
[0071]
Next, in order to obtain a signal (electrical information) relating to distortion in the Z axis, any sensor unit may be used because all the sensor units are arranged on the Z axis, but the catheter tip is as accurate as possible. In order to detect the entire distortion in the Z-axis direction, it is preferable to use all the sensor units. By doing in this way, since the distortion (compression distortion) of the Z-axis direction in four places can be measured, the exact deformation | transformation state of the front-end | tip part of a catheter can be grasped | ascertained. In addition, when obtaining the signal (electrical information) regarding the distortion in the Z-axis, it is considered necessary to obtain the detection signal using at least two or more sensor units.
[0072]
In the case of obtaining a signal (electrical information) relating to the strain in the Z axis, the strain gauges 81a (R1) and 81b (R2) of the sensor unit 81, the strain gauges 82a (R3) and 82b (R4) of the sensor unit 82, and the sensor unit One of the 83 strain gauges 83a (R5) and 83b (R6) and one of the strain gauges 84a (R7) and 84b (R8) of the sensor unit 84 is connected to the bridge circuit 80a, and becomes a resistance facing the bridge circuit. Specifically, based on the signal from the control and arithmetic processing unit 46, the switch controller 45 operates the changeover switch 71 to operate the strain gauge 81a (R1) at a1 and b1 of the bridge circuit 80a and the changeover switch 72. The strain gauge 81b (R2) is connected to e and f of the bridge circuit 80a. This state is the state shown in FIG. 21, and the output signal e3 obtained is input to the control and arithmetic processing unit 46.
[0073]
In addition, the signal (electrical information) regarding the distortion in the Z-axis can be obtained using another sensor unit as described above. When the strain gauges 82a (R3) and 82b (R4) of the sensor unit 82 are used, the switch controller 45 operates the changeover switch 73 based on a signal from the control and arithmetic processing unit 46 to set the strain gauge 82a (R3). The changeover switch 74 is operated to a1 and b1 of the bridge circuit 80a, and the strain gauge 82b (R4) is connected to e and f of the bridge circuit 80a. Similarly, when the strain gauges 83a (R5) and 83b (R6) of the sensor unit 83 are used, the switch controller 45 operates the changeover switch 75 on the basis of a signal from the control and arithmetic processing unit 46 to set the strain gauge 83a ( R5) is connected to a1 and b1 of the bridge circuit 80a, and the changeover switch 76 is operated to connect the strain gauge 83b (R6) to e and f of the bridge circuit 80a. Similarly, when the strain gauges 84a (R7) and 84b (R8) of the sensor unit 84 are used, the switch controller 45 operates the changeover switch 77 based on a signal from the control and arithmetic processing unit 46 to set the strain gauge 84a ( R7) is connected to a1 and b1 of the bridge circuit 80a, and the changeover switch 78 is operated to connect the strain gauge 84b (R8) to e and f of the bridge circuit 80a. These states are shown in parentheses in FIG. 21, and the obtained output signal e3 is input to the control and arithmetic processing unit 46. Note that E in FIGS. 16 to 21 is a bridge power supply, and Ra is a fixed resistor.
[0074]
Then, the output signal e1 related to the X axis, the output signal e2 related to the Y axis, and the output signal e3 related to the Z axis are input to the control and arithmetic processing unit 46, and after being digitally converted, in the vector arithmetic circuit in the processing unit, The bending stress on the axis, the bending stress on the Y axis, and the compressive stress on the Z axis are vector-combined to calculate triaxial tactile information on the tip.
[0075]
Then, the three-axis vector value calculated by the calculation processing unit 46 is input to the display controller, and the display controller creates an image signal and outputs it to the display. Thereby, the stress vector state of the distal end portion of the catheter 90 is displayed on the display.
[0076]
The operation of the in vivo insertion apparatus of this embodiment will be described.
As shown in FIG. 22, for example, when the distal end of the body insertion tool 90 is inserted into the stenosis part 93 or the like of the blood vessel 91, when inserting between the organs, and further, a narrow tube such as the urethra When the inside of the cavity is pushed in, for example, forces F94 and 95 are applied to the distal end portion 92 of the body insertion tool 90 from the periphery, and a plurality of contact points are obtained. In the tactile sensor (tip portion of the living body insertion portion) shown in the second embodiment, the bending stress and the compressive stress can be detected by each of the plurality of sensor portions attached to the tip portion. When detecting insertion resistance or the like, accurate tactile information at the contact point with each living tissue can be detected even when force is applied to the tip from a plurality of directions. Also, the number of sensors can be detected as in the first embodiment, depending on how the bridge circuit is assembled.
[0077]
In the above description, the arithmetic unit 79 includes two bridge circuits. However, the present invention is not limited to this. For example, the arithmetic unit 79 may include one bridge circuit as shown in FIGS. Good. The arithmetic device 79a of this embodiment includes the same resistor Ra1 as the fixed resistor Ra that is incorporated in advance in the bridge circuit, and a changeover switch 65 for this Ra1.
[0078]
When obtaining a signal (electrical information) related to strain in the X axis, the strain gauges 81a (R1) and 81b (R2) of the sensor unit 81 arranged on the X axis or the strain gauge 82a (R3) of the sensor unit 82 are used. , 82b (R4) are connected to the bridge circuit 80 and become adjacent resistances of the bridge circuit 80, and the same resistance Ra1 as Ra is connected to the adjacent position of the fixed resistance Ra of the bridge circuit. Specifically, based on a signal from the control and arithmetic processing unit 46, the switch controller 45 operates the changeover switch 71 to cause the strain gauge 81a (R1) of the sensor unit 81 to a2 and b2 of the bridge circuit 80b, and the changeover switch. 72, the strain gauge 81b (R2) of the sensor unit 81 is connected to c and d of the bridge circuit 80b, the changeover switch 65 is operated to connect the resistor Ra1 to e and f of the bridge circuit 80, and the output signal obtained is Input to the control and arithmetic processing unit 46. Similarly, the switch controller 45 operates the changeover switch 73 based on the signal from the control and arithmetic processing unit 46 to set the strain gauge 82a (R3) of the sensor unit 82 to a and b of the bridge circuit 80, and the changeover switch 74. The strain gauge 82b (R4) is operated and connected to c and d of the bridge circuit 80b, and the changeover switch 65 is operated to connect the resistor Ra1 to e and f of the bridge circuit 80. These states are the same as those shown in FIG. 19, and the output signal e 1 obtained is input to the control and arithmetic processing unit 46.
[0079]
Next, when obtaining a signal (electrical information) related to the distortion in the Y-axis, the switch controller 45 operates the changeover switch 75 based on the signal from the control and calculation processing unit 46 to set the strain gauge 83a (R5) of the sensor unit 83. ) For the a and b of the bridge circuit 80, the switch 76 is operated, the strain gauge 83b (R6) of the sensor unit 83 is operated for c and d of the bridge circuit 80, and the switch 65 is operated for the resistor Ra1. Connect to 80 e and f. Similarly, based on a signal from the control and arithmetic processing unit 46, the switch controller 45 operates the strain gauge 84a (R7) of the sensor unit 84 to a and b of the bridge circuit 80 and operates the changeover switch 78 to set the strain gauge 84b ( R8) is connected to c and d of the bridge circuit 80, and the changeover switch 65 is operated to connect the resistor Ra1 to e and f of the bridge circuit 80. These states are the same as those in FIG. 20, and the obtained output signal e2 is input to the control and arithmetic processing unit 46.
[0080]
In the case of obtaining a signal (electrical information) relating to the strain in the Z axis, the strain gauges 81a (R1) and 81b (R2) of the sensor unit 81, the strain gauges 82a (R3) and 82b (R4) of the sensor unit 82, and the sensor unit A combination of any one of the 83 strain gauges 83a (R5) and 83b (R6) and the strain gauges 84a (R7) and 84b (R8) of the sensor unit 84 is connected to the bridge circuit 80 and becomes a resistance facing the bridge circuit. The resistor Ra1 that is the same as Ra is connected to a position where the fixed resistor Ra faces the circuit.
[0081]
Specifically, based on a signal from the control and arithmetic processing unit 46, the switch controller 45 operates the changeover switch 71, operates the strain gauge 81a (R1) to a and b of the bridge circuit 80, and operates the changeover switch 72. The strain gauge 81b (R2) is connected to e and f of the bridge circuit 80, and the changeover switch 65 is operated to connect the resistor Ra1 to c and d of the bridge circuit 80. Similarly, when the strain gauges 82a (R3) and 82b (R4) of the sensor unit 82 are used, the switch controller 45 operates the changeover switch 75 based on a signal from the control and arithmetic processing unit 46 to set the strain gauge 82a ( R3) is operated to a and b of the bridge circuit 80, the changeover switch 76 is operated, the strain gauge 82b (R4) is operated to e and f of the bridge circuit 80, and the changeover switch 65 is operated to connect the resistor Ra1 to c of the bridge circuit 80. , D. Similarly, when the strain gauges 83 a (R 5) and 83 b (R 6) of the sensor unit 83 are used, the switch controller 45 operates the changeover switch 75 based on the signal from the control and arithmetic processing unit 46 to set the strain gauge. 83a (R5) is operated to a and b of the bridge circuit 80, the changeover switch 76 is operated, the strain gauge 83b (R6) is operated to e and f of the bridge circuit 80, and the changeover switch 65 is operated to connect the resistor Ra1 to the bridge circuit 80. To c and d. Similarly, when the strain gauges 84a (R7) and 84b (R8) of the sensor unit 84 are used, the switch controller 45 operates the changeover switch 77 on the basis of the signal from the control and arithmetic processing unit 46, and the strain gauge. 84a (R7) is operated to a and b of the bridge circuit 80, the changeover switch 78 is operated, the strain gauge 84b (R8) is operated to e and f of the bridge circuit 80, and the changeover switch 65 is operated to connect the resistor Ra1 to the bridge circuit 80. To c and d. These states are the same as those shown in FIG. 21, and the obtained output signal e 3 is input to the control and arithmetic processing unit 46.
[0082]
Then, the output signal e1 related to the X axis, the output signal e2 related to the Y axis, and the output signal e3 related to the Z axis are input to the control and arithmetic processing unit 46, and after being digitally converted, in the vector arithmetic circuit in the processing unit, By combining the bending stress on the axis, the bending stress on the Y-axis, and the compressive stress on the Z-axis, triaxial tactile information on the tip is calculated.
[0083]
Next, an embodiment of the in vivo insertion apparatus of the present invention shown in FIG. 23 will be described.
FIG. 23 is a schematic view of the distal end portion of the in-vivo insertion tool of another embodiment of the in-vivo insertion device of the present invention. FIG. 24 is a block diagram showing the principle of operation of the in vivo insertion apparatus of this embodiment.
[0084]
In the in vivo insertion device of this embodiment, signals obtained by using the sensors 101a, 101b, 101c, 101d and the bridge circuit are converted into tactile information in the arithmetic processing circuit 102, and this information is converted into the in vivo insertion tool. This is fed back to the bending control circuit 104 at the tip of 100. Then, the bending control circuit 104 automatically controls the bending mechanism 105. The tactile information calculated by the arithmetic processing circuit 102 is converted into display data by the tactile information display data creating circuit 103 and displayed on the monitor 107. The bending information calculated by the bending control circuit 104 is converted into display data by the bending information display data creation circuit 106 and displayed on the monitor 107.
[0085]
Actuators 105a, 105b, 105c, and 105d such as shape memory alloys (SMA) are attached to the distal end portion of the in-vivo insertion tool 100, and the temperature of the actuator is changed by heat generated by energization to cause phase transformation. Thus, the bending can be controlled. Since the shape memory alloy has one or two memorable shapes, it is attached to a plurality of curved portions, and based on the contact information detected by the arithmetic processing circuit 102, the control circuit 104 determines the heater power supply voltage of each actuator. This makes it possible to control bending in any direction. When no force is applied to the tip, the heater power is turned off and no bending operation is performed.
[0086]
Examples of the material of the shape memory alloy actuator include Ni / Ti having a large generated force per unit volume. Since the transformation point is determined by the composition ratio of Ni / Ti and the annealing temperature, it is necessary to control the transformation point within a temperature range that does not affect the living environment. As other actuators, for example, one using a piezoelectric element, one using a bimetal effect, one using a magnetostriction effect, or the like can be considered.
[0087]
The operation of the above configuration will be described with reference to FIG. By bending the bending portion 108 in a direction in which the distortion applied to the distal end portion becomes zero by the bending mechanism 105, it is avoided before an excessive force is applied to the living tissue, and the living body insertion tool 100 is correctly guided in the target direction. Therefore, the workability of the insertion work can be improved.
[0088]
Further, as shown in FIG. 25, for example, when the living body insertion tool 100 is inserted into the lumen 110 such as a blood vessel and approaches the branch point 111, or has a certain wide space rather than in the lumen. When inserting into the abdominal cavity or the like and performing work, there are cases where selection by the operator is required. Therefore, by switching the bending mechanism 105 to manual control without going through the control circuit 104, the surgeon operates the bending portion and confirms the tactile information of the distal end portion and the current bending state on the monitor 107, and safely It is possible to perform the insertion operation until.
[0089]
As a biological insertion tool, a catheter for intravascular insertion such as an intravascular catheter for cardiac or intracerebral angiography, an intra-medical drug administration catheter for the heart or intracerebral blood vessel, an embolization catheter for embolizing the cerebral blood vessel, etc., hollow Guide wires, endoscope tubes, endotracheal tubes, and the like are conceivable.
[0090]
Next, an embodiment of the in vivo insertion device of the present invention shown in FIG. 26 will be described.
FIG. 26 is a schematic view of the distal end portion of the in-vivo insertion device of another embodiment of the in-vivo insertion device of the present invention. This is a probe provided with a tip mechanism (three-axis tactile sensor) 123 as in the above-described embodiment in one channel of an in-vivo insertion tool 121 such as a catheter or an endoscope. The probe 122 is configured to be pushed into the catheter channel when a force is applied to the probe by a slide mechanism (not shown) such as a spring.
[0091]
The tactile sensor 123 may be the same as in the above-described embodiment, and unlike a catheter or the like, a channel may not be provided. Therefore, the bending stress is detected by the configuration shown in the first and second embodiments, and the Z-axis is detected. This force may be detected by providing another strain gauge on the tip surface. This structure is the same for a guide wire or the like that does not require a channel inside. The tip of the probe 122 is suitably made of polyurethane or silicone having a semicircular shape so as not to damage the living body.
[0092]
The operation of this apparatus will be described.
By pressing the probe against the living tissue 124 as shown in FIG. 26, the contacted living body is related to the relationship between the displacement when the probe is pressed after contacting the living tissue and the force applied to the probe. It is possible to obtain information such as tissue hardness. If the displacement during pressing is constant, the force applied to the tip is small if the object is soft, whereas the force applied to the tip is increased if the object is hard. And it becomes possible to push perpendicularly with respect to a biological tissue by pressing so that bending stress may not be applied. This makes it possible to detect the presence of an abnormal tissue with different hardness, such as a tumor 125, in the tissue.
[0093]
As a biological insertion tool, a catheter for intravascular insertion such as an intravascular catheter for cardiac or intracerebral angiography, an intra-medical drug administration catheter for the heart or intracerebral blood vessel, an embolization catheter for embolizing the cerebral blood vessel, etc., hollow Guide wires, endoscope tubes, endotracheal tubes, and the like are conceivable.
[0094]
Also, when scanning and searching on this tissue, bending stress is applied to the probe. Since the bending stress increases as the probe approaches the foreign object, it is possible to detect in which direction the foreign object exists even if the probe does not necessarily hit the foreign object. In addition, this invention is not limited to the said Example, Of course, various deformation | transformation can be implemented in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0095]
【The invention's effect】
An in-vivo insertion device according to the present invention includes an in-vivo insertion tool body and four strain gauges provided on the side surface of the distal end portion of the in-vivo insertion tool body and arranged at an equal angle. And calculating at least one bridge circuit electrically connected to the four strain gauges of the in-vivo insertion tool and a contact state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool using an output signal from the bridge circuit An in-vivo insertion device comprising an arithmetic device having the above-mentioned arithmetic function, wherein the arithmetic device faces two output signals obtained by arranging two sets of opposing strain gauges adjacent to each other in a bridge circuit An arithmetic function for calculating the stress vector state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool using one output signal obtained by arranging an arbitrary set of strain gauges so as to face each other in the bridge circuit There.
[0096]
For this reason, in the in vivo insertion device of the present invention, since the state of the distal end portion of the in vivo insertion tool is detected by three axes, the state of contact with the body tissue and the abutting force of the distal end portion of the in vivo insertion tool collide with each other. Direction, that is, the vector information of the force received by the tip can be accurately grasped, the insertion of the in-vivo insertion tool into the in-vivo is facilitated, and the in-vivo wall is hardly damaged. Can be inserted into.
[0097]
The in vivo insertion device of the present invention includes an in vivo insertion tool main body, at least four sensor portions provided on the side surface of the distal end portion of the in vivo insertion tool and arranged at equal angles, and the respective sensors. An in-vivo insertion tool including strain gauges provided on the front surface side and the back surface side of the unit, at least one bridge circuit electrically connected to at least eight strain gauges of the in-vivo insertion tool, and the bridge An in vivo insertion device including an arithmetic device having an arithmetic function for calculating a contact state of a distal end portion of an in-vivo insertion tool using an output signal from a circuit, wherein the arithmetic device includes respective sensor units Of the at least two output signals that can be obtained by arranging the two strain gauges adjacent to each other in the bridge circuit, and the two strains of the respective sensor units. Arithmetic function for calculating the stress vector state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool using at least two of the at least four output signals that can be obtained by arranging the gauges to face each other in the bridge circuit It has.
[0098]
For this reason, in the in vivo insertion device of the present invention, since the state of the distal end portion of the in vivo insertion tool is detected by three axes, the state of contact with the body tissue and the abutting force of the distal end portion of the in vivo insertion tool collide with each other. Direction vector, that is, the vector information of the force applied to the tip can be accurately grasped, and the insertion work of the in-vivo insertion tool into the living body becomes easy, and the living body wall is hardly damaged. Allows insertion into the body.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view of an in-vivo insertion tool used in the in-vivo insertion device of the present invention.
FIG. 2 is a partially omitted cross-sectional view of an in-vivo insertion tool.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a distal end portion of the in-vivo insertion tool.
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a sensor unit;
FIG. 5 is a block diagram of an embodiment of the in vivo insertion device of the present invention.
6 is a wiring diagram showing a bridge circuit used in the in-vivo insertion device shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a bridge circuit when a distortion signal in the X-axis direction is obtained.
FIG. 8 is a diagram illustrating a bridge circuit when a distortion signal in the Y-axis direction is obtained.
FIG. 9 is a diagram illustrating a bridge circuit when a distortion signal in the Z-axis direction is obtained.
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a state of a distal end portion of an in-vivo insertion tool in a living body.
FIG. 11 is a block diagram showing another example of the arithmetic device of the in vivo insertion device of the present invention.
12 is a wiring diagram showing a bridge circuit used in the in-vivo insertion device shown in FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining a distal end portion of an in-vivo insertion tool used in an in-vivo insertion device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a sensor unit of the in-vivo insertion tool shown in FIG.
FIG. 15 is a block diagram of an arithmetic device of the in vivo insertion device of the present invention.
16 is a wiring diagram showing a bridge circuit used in the in-vivo insertion device shown in FIG. 15. FIG.
FIG. 17 is a block diagram showing another example of the arithmetic unit of the in vivo insertion device of the present invention.
FIG. 18 is a wiring diagram showing a bridge circuit used in the in vivo insertion device shown in FIG. 17;
FIG. 19 is a diagram illustrating a bridge circuit when a distortion signal in the X-axis direction is obtained.
FIG. 20 is a diagram illustrating a bridge circuit when a distortion signal in the Y-axis direction is obtained.
FIG. 21 is a diagram illustrating a bridge circuit when a distortion signal in the Z-axis direction is obtained.
FIG. 22 is an explanatory diagram for explaining the state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool in a living body.
FIG. 23 is an explanatory diagram for explaining a distal end portion of an in-vivo insertion tool used in an in-vivo insertion device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 24 is an explanatory diagram for explaining the principle of an in vivo insertion device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 25 is an explanatory diagram for explaining the state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool in a living body.
FIG. 26 is an explanatory diagram for explaining a distal end portion of an in-vivo insertion tool used in an in-vivo insertion device according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 In vivo insertion device
10 In vivo insertion tools
11 Body insert body
31a, 32a, 33a, 34a Strain gauge
50, 50a, 50b Bridge circuit
40 arithmetic unit
60 Display device
31, 32, 33, 34 Sensor part
41, 42, 43, 44 changeover switch
45 Switch controller
46 Control and processing unit
47 Display controller

Claims (7)

生体内挿入具本体と、該生体内挿入具の先端部側面に設けられ、かつ等角度に配置された少なくとも４つのセンサ部と、該それぞれのセンサ部の表面側および裏面側に設けられた歪みゲージとを備えた生体内挿入具と、該生体内挿入具の少なくとも８つの歪みゲージと電気的に接続される少なくとも１つのブリッジ回路と、該ブリッジ回路からの出力信号を用いて生体内挿入具の先端部の接触状態を演算するための演算機能とを有する演算装置を備える生体内挿入用装置であって、前記演算装置は、それぞれのセンサ部の２つの歪みゲージをブリッジ回路の隣り合う配置とすることにより得ることが可能な少なくとも４つの出力信号のうちの少なくとも２つの出力信号と、それぞれのセンサ部の２つの歪みゲージをブリッジ回路の向かい合う配置とすることにより得ることが可能な少なくとも４つの出力信号のうちの少なくとも２つの出力信号とを利用して生体内挿入具の先端部の応力ベクトル状態を演算する演算機能を備えることを特徴とする生体内挿入用装置。  In vivo insertion tool main body, at least four sensor parts provided on the side surface of the distal end portion of the in vivo insertion tool and arranged at equal angles, and distortions provided on the front side and the back side of each sensor part An in-vivo insertion device including a gauge, at least one bridge circuit electrically connected to at least eight strain gauges of the in-vivo insertion device, and an in-vivo insertion device using an output signal from the bridge circuit An in vivo insertion device comprising a computing device having a computing function for computing the contact state of the distal end of the sensor, wherein the computing device has two strain gauges in each sensor unit arranged adjacent to each other in a bridge circuit The at least two output signals of at least four output signals that can be obtained by the above and the two strain gauges of the respective sensor units face each other in the bridge circuit And a calculation function for calculating a stress vector state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool using at least two output signals of at least four output signals obtainable by setting An in vivo insertion device. 前記演算装置は、それぞれのセンサ部の２つの歪みゲージをブリッジ回路の隣り合う配置とすることにより得ることが可能な少なくとも４つの出力信号のうちの少なくとも３つの出力信号と、それぞれのセンサ部の２つの歪みゲージをブリッジ回路の向かい合う配置とすることにより得ることが可能な少なくとも４つの出力信号のうちの少なくとも３つの出力信号とを利用して生体内挿入具の先端部の応力ベクトル状態を演算する演算機能を備えている請求項１に記載の生体内挿入用装置。The arithmetic unit includes at least three output signals of at least four output signals that can be obtained by arranging two strain gauges of each sensor unit adjacent to each other in a bridge circuit, and each sensor unit. The stress vector state of the distal end portion of the in-vivo insertion tool is calculated using at least three output signals out of at least four output signals that can be obtained by arranging two strain gauges facing each other in the bridge circuit. The in vivo insertion device according to claim 1 , further comprising an arithmetic function for performing the operation. 前記演算装置は、それぞれのセンサ部の２つの歪みゲージをブリッジ回路の隣り合う配置とすることにより得ることが可能な少なくとも４つの出力信号と、それぞれのセンサ部の２つの歪みゲージをブリッジ回路の隣り合う配置とすることにより得ることが可能な少なくとも４つの出力信号を利用して生体内挿入具の先端部の応力ベクトル状態を演算する演算機能を備えている請求項１に記載の生体内挿入用装置。The arithmetic unit includes at least four output signals that can be obtained by arranging two strain gauges of each sensor unit adjacent to each other in the bridge circuit, and two strain gauges of each sensor unit of the bridge circuit. The in-vivo insertion according to claim 1 , further comprising a calculation function for calculating a stress vector state of a distal end portion of the in-vivo insertion tool using at least four output signals obtainable by arranging adjacent ones. Equipment. 前記演算装置は、少なくとも１つのブリッジ回路と、それぞれの歪みゲージと前記ブリッジ回路とを電気的に接続する複数の切替スイッチと、それぞれのセンサ部に設けられた２つの歪みゲージが前記ブリッジ回路の向かい合う配置となるように、また、それぞれのセンサ部に設けられた２つの歪みゲージが前記ブリッジ回路の隣り合う配置となるように前記切替スイッチを制御するスイッチ制御機能と、前記ブリッジ回路より出力される信号を用いて生体内挿入具の先端部の応力ベクトル状態を演算する演算機能とを備えている請求項１ないし３のいずれかに記載の生体内挿入用装置。The arithmetic unit includes at least one bridge circuit, a plurality of changeover switches that electrically connect each strain gauge and the bridge circuit, and two strain gauges provided in each sensor unit. A switch control function for controlling the changeover switch so that the two strain gauges provided in each sensor unit are arranged adjacent to each other so as to face each other, and output from the bridge circuit The in vivo insertion device according to any one of claims 1 to 3 , further comprising: an arithmetic function that calculates a stress vector state of a distal end portion of the in vivo insertion tool using a signal to be transmitted. 前記演算装置は、２つのブリッジ回路を備え、第１のブリッジ回路は、それぞれのセンサ部に設けられた２つの歪みゲージがブリッジ回路の向かい合う配置となるように構成されており、第２のブリッジ回路は、それぞれのセンサ部に設けられた２つの歪みゲージがブリッジ回路の隣り合う配置となるように構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の生体内挿入用装置。The arithmetic unit includes two bridge circuits, and the first bridge circuit is configured such that two strain gauges provided in the respective sensor units are arranged so that the bridge circuits face each other. The in-vivo insertion device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the circuit is configured such that two strain gauges provided in each sensor unit are arranged adjacent to each other in a bridge circuit. 前記生体内挿入具は、それぞれの歪みゲージと電気的に接続され、生体内挿入具本体の基端側に延びるリード線と該リード線と固定された生体内挿入具側コネクタを備え、前記演算装置は、該生体内挿入具側コネクタを着脱自在に取付可能な演算装置側コネクタを備えている請求項１ないし５のいずれかに記載の生体内挿入用装置。The in-vivo insertion tool includes a lead wire electrically connected to each strain gauge and extending to a proximal end side of the in-vivo insertion tool body, and an in-vivo insertion device-side connector fixed to the lead wire, The in vivo insertion device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the device includes an arithmetic device side connector to which the in vivo insertion tool side connector can be detachably attached. 前記演算装置は、前記演算機能により演算された生体内挿入具の先端部の応力ベクトル状態を表示装置に表示させるデータに変換する画像データ作成機能を備えている請求項１ないし６のいずれかに記載の生体内挿入用装置。The arithmetic unit, to one of said operational functions by claims 1 and an image data generating function of converting the data to be displayed on the display device the stress vector state of the tip portion of the computed vivo insert 6 The in vivo insertion device.
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