JP2001061793A - 硬度センサ機構付きカテーテル及び硬度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】管内や体腔内の病変部の硬さ（硬度）を低侵襲
で定量的に測定することができる硬度センサ機構付きカ
テーテルを提供する。 【解決手段】カテーテルチューブ２に対して病変部等の
被検出体に接触するピストン３をカテーテルチューブ２
の長手方向に往復移動自在に設け、ピストン３の変位に
基づく圧力を伝達するシリコーンゲル１３を設ける。シ
リコーンゲル１３に対して、所定の振動を付与する振動
体１１を設け、シリコーンゲル１３に印加される圧力を
検出する圧力センサ５を設ける。カテーテルチューブ２
を管内等に入れて、被検出体である病変部等に対してピ
ストン３を接触させると、ピストン３が接触した病変部
等の被検出体の硬さに応じて、ピストン３の動きが制限
される。ピストン３の変位の制限により、シリコーンゲ
ル１３に振動体１１から印加された振動に基づく圧力が
増加し、その増加した圧力を圧力センサ５が検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、体内に挿入される
カテーテルチューブの先端にセンサ部を備えた硬度セン
サ機構付きカテーテル及び硬度検出装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、体内挿入式の医療器具の一種
としてカテーテルが知られている。カテーテルを構成す
る直径数mm以下のカテーテルチューブは、人体内にある
各種の管（例えば血管、消化管等）や、体腔等の中に挿
入されるようになっている。カテーテルチューブの先端
は体内の所望の部位まで誘導され、その部位において計
測行為（例えば血圧の測定等）や治療行為（例えば血管
の拡張等）を行う。このようにカテーテルを利用して、
血圧等の計測を行うことはなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記管内や
体腔内の病変部の硬さ（硬度）を低侵襲で定量的に測定
することについて医療現場からの要望がなされている
が、これに適したセンサは未だ提案されていない。

【０００４】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、管内や体腔内の病変部の硬さ（硬
度）を低侵襲で定量的に測定することができる硬度セン
サ機構付きカテーテル及び硬度検出装置を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、カテーテルに対して
変位自在に設けられ、カテーテル外の被検出体に接触す
る接触部位を有する受圧部と、前記受圧部に対して接触
するように配置され、受圧部の変位時にそのときの変位
に基づく圧力を伝達する圧力伝達媒体と、前記圧力伝達
媒体に対して、所定の振動を付与する振動付与手段と、
前記圧力伝達媒体に接触するように配置され、前記圧力
伝達媒体に印加される圧力を検出する感圧手段とを備え
た硬度センサ機構付きカテーテルを要旨とするものであ
る。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１において、前
記受圧部、圧力伝達媒体、振動付与手段は、カテーテル
の先端部に設けた硬度センサ機構付きカテーテルを要旨
とするものである。

【０００７】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
において、前記振動付与手段は、前記圧力伝達媒体の密
封空間を仕切る仕切壁を兼用しているものである。請求
項４の発明は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１
項に記載の硬度センサ機構付きカテーテルを使用した硬
度検出装置であって、前記振動付与手段に対して所定の
振動指令値を出力する振動指令値出力手段を備えるとと
もに、前記感圧手段から出力された感圧信号と、前記振
動指令値とに基づいて受圧部が接触した被検出体の硬度
を算出する算出手段を備えた硬度検出装置を要旨とする
ものである。

【０００８】（作用）請求項１に記載の発明によれば、
振動付与手段は、圧力伝達媒体に対して、所定の振動を
付与しておく。被検出体に受圧部が非接触の状態では、
振動付与手段よる振動により、受圧部がその変位自在の
範囲内で移動する。そして、カテーテルを管内等に入れ
て、被検出体である病変部等に対して受圧部を接触させ
ると、受圧部が接触した病変部等の被検出体の硬さに応
じて、受圧部の動きは制限される。受圧部の変位の制限
によって、圧力伝達媒体に振動付与手段から印加された
振動に基づく圧力が増加し、その増加した圧力を感圧手
段が検出する。この増加した圧力は被検出体の硬度に比
例する。

【０００９】請求項２の発明の発明によれば、請求項１
の作用に加えて、受圧部、圧力伝達媒体、振動付与手段
を、カテーテルの先端部に設けていることにより、カテ
ーテルを体の管内等に挿入する際、同先端部にて、病変
部等の被検出体の硬度を定量的に測定する。

【００１０】請求項３の発明によれば、請求項１又は請
求項２の作用に加えて、振動付与手段が圧力伝達媒体の
密封空間を仕切る仕切壁を兼用していると、他の部材に
よって、仕切る必要がなくなり、その分、部材点数が少
なくなり、低コストになる。

【００１１】請求項４の発明によれば、振動指令値出力
手段は、硬度センサ機構付きカテーテルの振動付与手段
に対して所定の振動指令値を出力する。又、算出手段
は、硬度センサ機構付きカテーテルの感圧手段から出力
された感圧信号と、振動指令値とに基づいて受圧部が接
触した被検出体の硬度を算出する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を血管用カテーテル
を備えた硬度検出装置ＫＳに具体化した一実施の形態を
図１〜図４に基づき詳細に説明する。

【００１３】この血管用カテーテル１は、血管に挿入さ
れるカテーテルチューブ（本実施形態ではポリ塩化ビニ
ル製，直径１．６ｍｍ）２と、それを体外にて操作する
ためにチューブ２の基端部に設けられる操作手段とを備
える。操作手段は、例えばチューブ２内に挿入された複
数本のワイヤと、それらを操作するワイヤ操作部とによ
って構成されている。

【００１４】カテーテルチューブ２の先端側開口部に
は、受圧部としてのピストン３がカテーテルチューブ２
の長手方向に沿って往復移動可能に嵌合され、図示しな
い抜け止め機構により、抜け止めされている。また、ピ
ストン３とカテーテルチューブ２との接合部位は弾性封
止材４によって封止されている。前記ピストン３の先端
面は被検出体と接触する接触部位となる。

【００１５】カテーテルチューブ２の先端内壁面には感
圧手段としての半導体式圧力センサチップからなる圧力
センサ５が載置された台座６が固定されている。前記台
座６の上面と圧力センサ５の下面との間には、図１に示
すように背圧室７が形成されてもよい。また、かかる背
圧室７は、台座６に形成される図示しない背圧孔を介し
て相対圧領域（後記する空間１２とは隔絶されたカテー
テルチューブ２の基端側空間に連通する領域）に連通さ
れていてもよい。

【００１６】図１に示すように、圧力センサ５は中央に
肉薄部分を有しており、その肉薄部分の上面には歪みゲ
ージ８が形成されている。圧力センサ５の上面に形成さ
れた図示しないボンディングパッドと、図示しないフラ
ットケーブルの中継タブ９とは、ボンディングワイヤ１
０を介して電気的に接続されている。前記フラットケー
ブルは、カテーテルチューブ２内を通り抜けてチューブ
２の基端部まで到っている。

【００１７】図１に示すように前記台座６とカテーテル
チューブ２の内壁面間には、圧力隔壁を兼用する振動付
与手段としての振動体１１が設けられ、同振動体１１に
よりピストン３と、カテーテルチューブ２の先端内壁
面、台座６とにて囲まれる媒体収容空間１２が密閉され
ている。又、同媒体収容空間１２内には圧力伝達媒体と
してのシリコーンゲル１３が充填されている。なお、前
記振動体１１はシリコーンゲル１３のチューブ２基端側
への流動を阻止する役割を果たしている。前記振動体１
１は、本実施形態では、ＰＺＴ（ジルコン・チタン酸
鉛：チタン酸鉛，ジルコン酸鉛の固溶体からなるセラミ
ックス）から形成されている。同振動体１１の空間１２
側とカテーテルチューブ２の基端側側面には、それぞれ
薄膜電極１１ａが固定されている。同薄膜電極１１ａ
は、前記中継タブ９の配線に接続されており、同薄膜電
極１１ａに対して所定周波数の交番電圧（駆動信号）を
印加することにより、振動体１１はカテーテルチューブ
２の長手方向に所定周波数にて振動する。

【００１８】カテーテルチューブ２に組付られた、各部
材のうち外部に露出しているものは、生体適合性材料に
よって形成されていることが望ましい。よって、本実施
形態では、ピストン３をＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエ
チレン）製にし、さらに弾性封止材４をシリコーンゴム
製にしている。

【００１９】次に、本実施形態の硬度検出装置の電気的
構成を図３を参照して説明する。同図に示すように、振
動体（本実施形態でアクチュエータを構成している。）
１１は、制御手段、振動指令値出力手段及び算出手段と
してのＣＰＵ（中央演算処理装置）２０に接続されてい
る。同ＣＰＵ２０は、硬度算出プログラム及び振動体１
１を駆動するための制御プログラム等を格納した図示し
ないメモリを備えている。ＣＰＵ２０は、前記制御プロ
グラムに従い振動体１１の振動指令値を算出して振動体
１１に出力し振動体１１を振動する。又、圧力センサ５
は前記ＣＰＵ２０に感圧信号を入力する。ＣＰＵ２０は
同感圧信号と、振動体１１を駆動する前記駆動信号（振
動指令値）とをパラメータとし、ピストン３が触れた被
検出体の硬度を前記硬度算出プログラムに従って算出す
る。そして、ＣＰＵ２０は、その算出結果である硬度を
ディスプレイ２１に出力し、同ディスプレイ２１はその
硬度を表示する。

【００２０】次に、上記の血管用カテーテル１を備えた
硬度検出装置ＫＳの作用について説明する。まず、ピス
トン３に被検出体が被検出体に接触していない状態で、
硬度検出装置ＫＳのＣＰＵ２０は、制御プログラムに従
い振動体１１の振動指令値を算出して振動体１１に出力
し、振動体１１を所定の周波数で振動させる。図４は、
アクチュエータである振動体１１が振動したときの変位
を示している。

【００２１】このように振動体１１を所定周波数で振動
させた状態で、カテーテルチューブ２を、例えば、血管
内に挿入し、血管の内部の病変部（血栓や腫瘍など）に
対して、ピストン３の先端部を同部位に押し付ける。

【００２２】すると、ピストン３に作用する圧力も、そ
れに伴って増加する。このとき、媒体収容空間１２内に
充填されているシリコーンゲル１３の圧力が増加し、そ
の結果として圧力センサ５の肉薄部分に加わる圧力も増
加する。

【００２３】図５は、前記のように被検出体である病変
部に対してピストン３を所定の押圧力で押圧した場合で
あって、アクチュエータである振動体１１が振動してい
るとき、その振動によってシリコーンゲル１３に印加さ
れた圧力変化を圧力センサ５の検出信号（電圧）で示し
ている。この検出信号（電圧）は、０（Ｖ）からｂだけ
オフセットしたところで、振幅ａを有した波形として得
られる。ここで、ｂはカテーテルチューブ２を介してピ
ストン３を被検出体に対して押圧している力（押圧力）
に比例する部分であり、押圧力が増加するとオフセット
量ｂも比例して増加し、押圧力が減少すると、オフセッ
ト量ｂもそれに比例して減少する。

【００２４】又、振幅ａは被検出体の硬度に応じて変わ
る部分であり、被検出体の硬度が硬いほど、振幅ａは増
加し、被検出体の硬度が柔らかいほど、振幅ａは減少す
る。これは、図２（ａ）に示すように、被検出体３０の
硬度が硬いほど、ピストン３の変位ができる範囲が制限
され、その分、振動体１１に起因した振動によって、シ
リコーンゲル１３に伝達される圧力が増加するためであ
る。又、図２（ｂ）に示すように、被検出体３０の硬度
が柔らかいほど、ピストン３の変位できる範囲が広が
り、その分、振動体１１に起因した振動によって、シリ
コーンゲル１３に伝達される圧力が減少するためであ
る。

【００２５】前記ＣＰＵ２０のメモリ（図示しない）に
格納された硬度算出プログラムには、上記振幅ａと、オ
フセット量ｂをパラメータとした硬度Ｈを算出するため
の演算式が格納されており、演算式は下記の式で表され
る。

【００２６】Ｈ＝ｆ（ａ．ｇ（ｂ））でなお、ｇ（ｂ）
はオフセット量ｂを変数とした場合の、押圧力換算式で
ある。上記各式は、予め実験等によって得られている。

【００２７】なお、前記式の代わりに、振幅ａ，オフセ
ット量ｂ、硬度Ｈからなる三次元マップを実験等により
予め作成して、これをメモリに格納していて、硬度Ｈの
算出時に、これを使用してもよい。

【００２８】ＣＰＵ２０は、上記のように圧力センサ５
からの検出信号を入力すると、その出力波形に基づい
て、振幅ａ及びオフセット量ｂを求め、さらに、上記押
圧力換算式、及び演算式を求めて、硬度Ｈを算出する。
あるいは、振幅ａ及びオフセット量ｂを求めた後、上記
三次元マップを参照して、硬度Ｈを算出する。

【００２９】この後、ＣＰＵ２０は、求められた硬度Ｈ
に対応した表示信号をディスプレイ２１に出力し、ディ
スプレイ２１はこの表示信号に基づいて硬度Ｈを表示す
る。さて、本実施形態において特徴的な作用効果を以下
に列挙する。

【００３０】（イ） カテーテルチューブ２に対して病
変部等の被検出体に接触するピストン３をカテーテルチ
ューブ２の長手方向に往復移動自在に設け、同ピストン
３の変位に基づく圧力を伝達するシリコーンゲル１３
（圧力伝達媒体）を設けた。そして、シリコーンゲル１
３に対して、所定の振動を付与する振動体１１（振動付
与手段）を設け、シリコーンゲル１３に印加される圧力
を検出する圧力センサ５（感圧手段）を設けた。

【００３１】この結果、病変部等の被検出体にピストン
３が非接触の状態では、振動体１１による振動により、
ピストン３が往復移動自在の範囲内で移動する。そし
て、カテーテルチューブ２を管内等に入れて、被検出体
である病変部等に対してピストン３を接触させると、ピ
ストン３が接触した病変部等の被検出体の硬さに応じ
て、ピストン３の動きが制限される。ピストン３の変位
の制限によって、シリコーンゲル１３に振動体１１から
印加された振動に基づく圧力が増加し、その増加した圧
力を圧力センサ５が検出することになる。

【００３２】従って、この圧力センサ５から出力された
信号に基づいて、被検出体の硬度を検知することができ
る。又、カテーテルチューブ２という細い管内に硬度検
出のためのセンサ部が構成されているため、血管内にと
どまらず、他の管内や、体腔内においても、病変部等の
硬さを測定したい部位に対して容易に接近して、測定す
ることができる。

【００３３】（ロ） 本実施形態によれば、ピストン
３、シリコーンゲル１３、振動体１１を、カテーテルチ
ューブ２の先端部に設けた。この結果、カテーテルチュ
ーブ２を体の管内等に挿入する際、同先端部にて、病変
部等の被検出体の硬度を定量的に測定することができ
る。

【００３４】（ハ） 本実施形態によれば、シリコーン
ゲル１３が流動性を有し、カテーテルチューブ２内の媒
体収容空間１２（室内空間、密封空間）内に密封配置さ
れていると、ピストン３で被検出体から受圧した圧力及
び振動体１１から付与された振動による圧力は、流動性
のシリコーンゲル１３を介して、圧力センサ５に容易に
伝達することができる。

【００３５】（ニ） 本実施形態によれば、振動体１１
がシリコーンゲル１３の媒体収容空間１２を仕切る仕切
壁を兼用していると、他の部材によって、仕切る必要が
なくなり、その分、部材点数が少なくなり、低コストに
することができる。

【００３６】（ホ） 本実施形態の硬度検出装置ＫＳに
よれば、ＣＰＵ２０（振動指令値出力手段）は、カテー
テルチューブ２内の振動体１１に対して所定の振動指令
値を出力するようにした。そして、ＣＰＵ２０（算出手
段）は、カテーテルチューブ２内の圧力センサ５から出
力された感圧信号と、前記振動指令値とに基づいてピス
トン３が接触した被検出体の硬度を算出するようにし
た。

【００３７】この結果、カテーテルチューブ２を被検出
体である病変部に対して押圧接触するだけで、簡単に被
検出体の硬度を測定することができる。なお、本発明の
実施形態は上記の実施形態に限定されることはなく、例
えば次のように変更することが可能である。

【００３８】（１） 図６に示すように、前記実施形態
の構成中、弾性封止材４の代わりに、ピストン３の基端
部に略筒状をなす可撓性を有する蛇腹部３１を設け、同
蛇腹部３１の先端をカテーテルチューブ２の先端内部に
対して密嵌固定してもよい。そして、蛇腹部３１、ピス
トン３及びカテーテルチューブ２、振動体１１等で囲ま
れる媒体収容空間１２内にシリコーンゲル１３を充填す
るものとする。こうすることによっても上記実施形態と
同様にピストン３をカテーテルチューブ２の長手方向に
往復変位自在にすることができる。

【００３９】（２） 圧力伝達媒体としてのシリコーン
ゲル１３に代えて、シリコーン以外のゲル状物質を選択
してもよく、さらにはシリコーンオイル等のような流動
性のある物質を使用してもよい。なお、いわゆる媒体に
「おどり」現象が起こりにくいということを鑑みると、
シリコーンゲル１３のような流動性のあるゲル状物質を
選択することがより好ましい。

【００４０】（３） 振動体１１として、ＰＺＴの代わ
りに、隔壁体を兼用するとともに、内部にガス室を有す
るダイアフラムを使用してもよい。ガス室に対してガス
の充填、排出を繰り替え返すことによってダイアフラム
に所定の振動を付与し、この振動によって、媒体収容空
間１２に対して圧力を付与することができる。

【００４１】なお、ダイアフラムは、必ずしも、圧力隔
壁を兼用する必要はない。圧力隔壁は別途設ける一方
で、ダイアフラムを媒体収容空間内に収容した状態とし
ても、媒体収容空間内の圧力伝達媒体に対して振動に伴
う圧力を付与することができる。

【００４２】この場合、ダイアフラムの膨張収縮を行う
ためのガス圧の増減のための手段（この手段は、図３の
アクチュエータに相当する、例えば、ポンプ等）を駆動
する駆動電流値が振動指令値となる。すなわち、駆動電
流値によって、ポンプが駆動されて、その駆動量によっ
てダイアフラムの振動量が決定されるため、この駆動電
流値と、ポンプの駆動量の関係（特性）を予め試験等に
よって、得ておけば、上記実施形態と同様に被検出体の
硬度を測定することができる。

【００４３】（４） 又、振動体１１として、ＰＺＴの
代わりに、双方向性形状記憶合金からなる圧力隔壁とし
ても良い。この場合、双方向性形状記憶合金は、温度が
高くなると、一方側の側面が、例えば中央部が突状に湾
曲変形するように、かつ、温度が低くなると、その一方
側側面の中央部が凹状に湾曲変形するようにしておく。
そして、双方向性形状記憶合金からなる圧力隔壁に対し
て近接配置したヒータ（加熱手段）を設け、同ヒータを
オンオフすることによって、上記２つの変形状態が可能
に温度を交互に変化させ、圧力伝達媒体に対して振動を
付与する。この場合、ヒータは図３のアクチュエータに
相当する。

【００４４】そして、ヒータをオンオフするための駆動
電流値が振動指令値となる。すなわち、駆動電流値によ
って、ヒータが加熱され、その加熱によって双方向性形
状記憶合金の振動量が決定されるため、この駆動電流値
と、双方向性形状記憶合金の振動量の関係（特性）を予
め試験等によって、得ておけば、上記実施形態と同様に
被検出体の硬度を測定することができる。

【００４５】（５） 前記実施形態では、血管用カテー
テル１としたが、他のカテーテルに具体化してもよい。
ここで、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほか
に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を
その効果とともに以下に列挙する。

【００４６】（１） 請求項１乃至請求項３のいずれか
１項において、振動付与手段は、ＰＺＴから構成されて
いることを特徴とする硬度センサ機構付きカテーテル。 （２） 上記（１）の技術的思想の硬度センサ機構付き
カテーテルを使用する硬度検出装置であって、請求項４
に記載の硬度検出装置。、 上記（１）、（２）の技術的思想によれば、ＰＺＴはそ
の側面に対して交番電圧を印加するだけで、容易に振動
するため、簡単な構成によって、硬度センサ機構付きカ
テーテル又は、硬度検出装置が得られる。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１乃至請求
項４に記載の発明によれば、内や体腔内の病変部の硬さ
（硬度）を低侵襲で定量的に測定することができる効果
を奏する。

【００４８】請求項２に記載の発明によれば、カテーテ
ルを体の管内等に挿入する際、同先端部にて、病変部等
の被検出体の硬度を定量的に測定することができる。請
求項３に記載の発明によれば、振動付与手段が圧力伝達
媒体の密封空間を仕切る仕切壁を兼用していると、他の
部材によって、仕切る必要がなくなり、その分、部材点
数が少なくなり、低コストにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した血管用カテーテルを示す断
面図。

【図２】（ａ）は硬度が大きい被検出体にカテーテルチ
ューブが当接した状態を示す説明図、（ｂ）は硬度が小
さい被検出体にカテーテルチューブが当接した状態を示
す説明図。

【図３】硬度検出装置の電気的構成を示す電気ブロック
図。

【図４】振動体の変位を示す波形図。

【図５】圧力センサの出力信号の波形図。

【図６】他の実施形態のカテーテルの先端部分を示す断
面図。

【符号の説明】 １…センサ機構付きカテーテル、２…カテーテルチュー
ブ、５…圧力センサ（感圧手段）、１１…振動体（振動
付与手段）、１３…シリコーンゲル（圧力伝達媒体）、
２０…ＣＰＵ（振動指令値出力手段、算出手段）、ＫＳ
…硬度検出装置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カテーテルに対して変位自在に設けら
   れ、カテーテル外の被検出体に接触する接触部位を有す
   る受圧部と、 前記受圧部に対して接触するように配置され、受圧部の
   変位時にそのときの変位に基づく圧力を伝達する圧力伝
   達媒体と、 前記圧力伝達媒体に対して、所定の振動を付与する振動
   付与手段と、 前記圧力伝達媒体に接触するように配置され、前記圧力
   伝達媒体に印加される圧力を検出する感圧手段とを備え
   た硬度センサ機構付きカテーテル。
2. 【請求項２】 前記受圧部、圧力伝達媒体、振動付与手
   段は、カテーテルの先端部に設けたことを特徴とする請
   求項１に記載の硬度センサ機構付きカテーテル。
3. 【請求項３】 前記振動付与手段は、前記圧力伝達媒体
   の密封空間を仕切る仕切壁を兼用している請求項１又は
   請求項２に記載の硬度センサ機構付きカテーテル。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のうちいずれか１
   項に記載の硬度センサ機構付きカテーテルを使用した硬
   度検出装置であって、 前記振動付与手段に対して所定の振動指令値を出力する
   振動指令値出力手段を備えるとともに、前記感圧手段か
   ら出力された感圧信号と、前記振動指令値とに基づいて
   受圧部が接触した被検出体の硬度を算出する算出手段を
   備えた硬度検出装置。