JP2003175040A - 組織の弾性を触覚的に表現する方法 - Google Patents

組織の弾性を触覚的に表現する方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】身体組織の弾性を利用者（医師）に対して特に
具体的に感覚的に表現することを可能にする技術を提案
する。 【解決手段】身体組織の弾性を無接触で測定する方法に
基づいた測定データを、この測定データに関係する触覚
的フィードバック情報を利用者に伝えるマンマシン・イ
ンターフェイス（５）に供給する。このマンマシン・イ
ンターフェイス（５）は利用者に選択された組織範囲に
おけるスタート点を回る相対的仮想運動を可能とする。
これにより、利用者は、外部からの非侵襲性の触診検査
ではできなかったのとは異なり、組織の弾性を「感じ取
る」ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、身体内部の組織の
弾性を触覚的に表現する方法と、身体の内部における組
織の弾性を触覚的に表現する装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】医学の分野では、組織の弾性状態を検出
することが、診断のためにしばしば重要である。その場
合、診断を行う医師にとって、組織の弾性を表示された
データで知るのではなく、むしろ医師がこの弾性を「感
じ取る」、即ち触覚的な印象で検査対象の組織の弾性を
知り得るならば、非常に好都合である。
【０００３】組織の弾性をこのように検出する意義の根
拠は、組織がその異なる状態によって異なる弾性的性質
を持つことがあるためである。特に病理学の場合、健康
な組織と病気の組織との弾性的性質の差は担当医師にと
って重要な診断判別の特徴の１つである。このような弾
性差を検出し或いは分析するために、今日、例えば乳癌
の検査において公知のように、触診が必要である。
【０００４】ところが、医師が直接非侵襲に触診するの
では、身体内部の範囲を検査することができないことは
明らかである。
【０００５】ところで、所謂ＭＲ弾性検査法や超音波弾
性検査法により、身体内部の組織や身体部分の弾性的性
質をその範囲を特定して測定することは、勿論可能であ
る。ＭＲ（磁気共鳴）弾性検査法は、例えば国際特許出
願公開００／７０３６２号明細書に説明されている。超
音波（ＵＳ）弾性検査法の例は、ヨーロッパ特許出願第
０９２０８３３号明細書に挙げられている。
【０００６】米国特許第５３５１６７７号明細書から
は、組織の表面形状及び硬さを示す身体データを内視鏡
で検出し、このデータをモデルに与え、このモデルによ
りこれらの特性を触感によって検出する医療システムが
公知である。
【０００７】米国特許第３７４２９５３号明細書によ
り、センサの物理的変位を増幅しかつ同時に複数範囲に
再現するようにした医療分野における方法が公知であ
る。その場合触覚的検知に所謂「触診ボード」が使用さ
れる。
【０００８】ドイツ特許第４３１８９９３号明細書から
は、同じ手の２本指で掴んで、組織表面の弾力で検出す
る触診内視鏡が公知である。
【０００９】それ故、これらの技術に基づき、深部にあ
る及び／又は非常に小さい身体部分の３次元位置を解像
した弾性的性質を示す測定データを得ることが可能であ
る。
【００１０】他方、最近、力や触覚を利用者にフィード
バックするコンピュータ用の各種の入力装置やナビゲー
ション装置が開発された。力をフィードバックする場
合、通常、力フィードバックと呼び、他方触覚をフィー
ドバックする場合、触覚フィードバックと呼ぶ。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術から出
発し、本発明の課題は、身体の弾性的性質を利用者（医
者）のために特に具体的、感覚的に表現可能な技術を提
供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、請求項１と請求項８の特徴により解決される。そ
の他の請求項は、本発明の中心思想を特に有利な方法で
実現する手段を示す。
【００１３】本発明は、組織弾性の触覚的表現方法を提
案する。この方法では、先ず弾性を求めるべき組織範囲
を選択する。次に、この範囲の弾性を無接触法で測定す
る。なお、この方法として、例えば上述の超音波や磁気
共鳴弾性検査法が使える。最後に測定データをマンマシ
ン・インターフェイスに伝送し、これにより少なくとも
利用者の指に測定データに関係する感覚的フィードバッ
ク情報を伝える。
【００１４】触覚的フィードバック情報を求めるマンマ
シン・インターフェイスは、同時に選択した組織範囲で
の、スタート点を巡る相対的仮想運動の制御も可能にす
る。
【００１５】検査すべき組織を通る仮想断面を選択し、
それによりこの仮想境界層を触覚的に表現することがで
きる。
【００１６】触覚的フィードバック情報は、その粘性が
測定データに応じて制御される媒体に浸漬した指サック
により伝えることができる。
【００１７】測定データに応じ、媒体中の指サックに対
する弾力を調整する。
【００１８】触覚的フィードバック情報は、上記とは異
なって、平面状の薄膜により伝えることもできる。その
場合、薄膜の変形特性を弾性測定値に応じて調整する。
【００１９】薄膜の変形方法は、例えばその下にあり、
薄膜の表面に対し垂直に向いたピンによって調整するこ
とができる。
【００２０】アルゴリズムによりナビゲーションを組織
の（仮想）境界面に制限し、それにより検査を自動的に
境界面の経過を追従するようにもできる。
【００２１】本発明のもう１つの側面に従い、身体内部
の弾性を触覚的に表現する装置を提案する。即ちこの装
置は、組織の弾性を示すデータを導くインターフェイス
を備える。更にこの装置は、触覚的フィードバック情報
を伝える手段として、感覚的な印象を利用者の指に伝達
すべく形成した手段を備える。
【００２２】この装置は、更にまた、（検査すべき組織
における）スタート点の回りに仮想ナビゲーションを制
御する情報を与えるべく、インターフェイスを備える。
【００２３】触覚的フィードバック情報を伝える手段
は、その粘性が制御可能な媒体に浸漬された指サックを
備える。
【００２４】更に、媒体中の指サックの動きに対し弾力
を発生する手段を設けてもよい。
【００２５】触覚的フィードバック情報を伝える手段
は、その変形特性が調整可能な平面状の薄膜を備えるこ
とができる。
【００２６】薄膜の変形特性は、例えばその下にあり、
この薄膜の表面に対しほぼ垂直に向いたピンにより調整
できる。
【００２７】更に、この装置は仮想的なナビゲーション
情報の発生装置にも結合できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明のその他の特徴、利点及び
特性を、添付の図面に関連した実施例について詳しく説
明する。
【００２９】図１を用い、先ず本発明の構成の基本的要
素を説明する。
【００３０】図１において、１は無接触で組織の弾性を
その範囲を明示して測定する装置を示す。先に述べたよ
うに、この種装置として、例えば磁気共鳴や超音波弾性
検査装置が挙げられる。この装置１は弾性測定データ２
を評価・制御ユニット３に伝送する。この評価・制御ユ
ニット３は制御データ４を、一般に利用者に、より詳し
くは利用者の指に測定データ２、４に関連する触覚的フ
ィードバック情報を伝えるマンマシン・インターフェイ
ス５に更に伝送する。
【００３１】このインターフェイス手段５は、フィード
バック情報を伝える他に、仮想のナビゲーション制御デ
ータ６を評価ユニット７に与える。それ故、このインタ
ーフェイス手段５を利用者の手や指による操作に関連
し、評価ユニット７は測定装置１を対応の制御データ８
により、測定範囲を変更させ、それにより弾性の測定・
表示を利用者の求めに応じて行うようにできる。
【００３２】勿論、マンマシン・インターフェイス５に
よるナビゲーションの他に、又はこれに代えて、例えば
図１に示すマウス９等の付加的なナビゲーション制御器
具を設けてもよく、これにより検査のスタート点及び／
又は経過を選択できる。
【００３３】図１に示すシステムは、例えば次のように
作動する。即ち、担当医師は、先ず組織の機械的特性を
分析したいと思う範囲の目標又はスタート点を選択す
る。これは、通常組織構造の境界層となる。
【００３４】次に医師は指、例えば人差し指をマンマシ
ン・インターフェイス５上に置く。
【００３５】最後に、医師は指をインターフェイス５に
接して又はその中で動かし、正に検査すべき組織の機械
的（弾性的）性質を分析する。その際、インターフェイ
ス５は指の各力作用にある対抗力をもって反応する。こ
の対抗力は検査すべき身体組織の機械的（弾性的）性質
に関係する。医師は、それにより、仮想的に自由に用意
された（バーチャル）境界層の機械的（弾性的）性質を
検知できる。
【００３６】インターフェイス５は、それ故、２次元又
は３次元空間におけるスタート点を回る相対的仮想ナビ
ゲーション運動を可能にする。
【００３７】更に、本発明では、アルゴリズムを用意で
きる。このアルゴリズムは、このような実在の又は仮想
の境界層の範囲上又はその中でナビゲーションされる
と、直ちに所定の境界層にナビゲーションを制限する。
それ故、担当医師は、３次元に屈曲することもある複雑
な表面を追従できる。検査は自動的に境界面の経過を追
従するからである。境界面のナビゲーションが所定の間
隔にまで近づくと、このナビゲーションは自動的に境界
層に「ジャンプ」する。
【００３８】図２を参照し、測定データに関係する触覚
的フィードバック情報を伝えるマンマシン・インターフ
ェイス５の第一実施例を説明する。この第一実施例で
は、例えば利用者の人差し指に嵌める指サック１０を用
いる。該指サック１０は、調整可能な粘性を持つ媒体１
１で満たされた容器に収納してある。粘性は、例えば鉄
粉を分散した流体の場合、永久磁界を発生するコイル１
２で調整する。コイル１２には、この場合、図１の評価
・制御ユニット３からの信号４を供給する。
【００３９】指サック１０は、サック内の指の筋肉と平
行にブレーキモータ１３、１４に延びる平行な糸１５を
備える。ブレーキモータ１３、１４のブレーキ力は、同
様にコンピュータ、即ち評価・制御ユニット３で制御す
る。媒体１１の調整可能な粘性とブレーキモータ１３、
１４による調整可能なブレーキ力の組み合わせで、測定
データに関係する対抗力が指サック１０内の指の動きに
対し制御される。
【００４０】糸１５に対するブレーキは、全体として変
位センサ、力センサ及びブレーキモータ１３、１４より
なり、従って、このブレーキは制御可能な対抗力を生ず
る。
【００４１】図３を参照して、測定データに関係する触
覚的フィードバック情報を伝えるマンマシン・インター
フェイス５の第二の実施例を説明する。この実施例で
は、人差し指１７がほぼ平らな薄膜１６の上に置かれ
る。この薄膜１６は、薄膜表面の下に設けられ、薄膜１
６の表面に対し直角方向に向いたピン１８のマトリクス
を覆っている。各ピン１８は力及び距離測定器と、ブレ
ーキ及び復帰力モータ１９とを備えている。このブレー
キ及び復帰力モータ１９は、当該ピン１８にプランジャ
ー２０を介して結合されたブレーキ及び復帰力モータに
より、それ故、ピン１８からなるマトリクスは利用者の
指１７に、検査部位の組織の弾性を示す触覚フィードバ
ック情報を与える。
【００４２】この実施例は、薄膜１６が中央の接触点２
１の回りに、医師が実際の表面検査を行う場合のよう
に、同じ形状、即ち僅かな凹みを生ずるという利点を持
つ。
【００４３】このような器具は、公知のコンピュータマ
ウスに組込める利点を持つ。それ故利用者は、走査ハン
ドにより２次元的に弾性検査を行う部位を選択できる。
【００４４】変更例では、触覚的マンマシン・インター
フェイス５は、ナビゲーションを行う受動ロボットの一
部である。更に異なる実施例では薄膜を延長し、解剖的
検査領域の形状とする。その場合は、仮想断層境界に沿
う指の並進運動を検出する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるシステムの構成を模式的に示す。
【図２】本発明によるマンマシン・インターフェイスの
第一の実施例を示す。
【図３】本発明によるマンマシン・インターフェイスの
第二の実施例を示し、図３ａはその平面、図３ｂはその
側面を示す。
【符号の説明】
１ 組織の弾性の無接触測定装置 ２ 弾性測定データ ３ 評価・制御ユニット ４ 制御データ ５ マンマシン・インターフェイス ６ ナビゲーション制御データ ７ 評価ユニット ８ 制御データ ９ マウス １０ 指サック １１ 媒体 １２ コイル １３、１４ ブレーキモータ １５ 糸 １６ 薄膜 １７ 指 １８ ピン １９ ブレーキ及び復帰力モータ ２０ プランジャー ２１ 中央接触点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C038 VA04 VB13 VC20 4C096 AA18 AB41 AC04 AD19 AD23 DA03 DA21 DC20 DC21 DC28 DC40 FC20 4C301 DD11 DD30 EE20 LL20

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】身体内部の組織の弾性を触覚的に表現する
    ために、 ・弾性を求めるべき身体内部の組織の範囲を選択し、 ・この組織範囲の弾性を無接触法により測定し、 ・この測定データ（２、４）を、この測定データに関係
    する触覚的フィードバック情報を利用者に伝えるマンマ
    シン・インターフェイス（５）に伝送し、 ・このマンマシン・インターフェイスを利用者の指によ
    り操作することによって測定範囲制御データを形成し、
    この測定範囲制御データを測定すべく提供する工程を備
    えた組織の弾性を触覚的に表現する方法。
  2. 【請求項２】組織を通る仮想断面を選択し、その境界層
    の弾性を触覚的に表現することを特徴とする請求項１に
    記載の方法。
  3. 【請求項３】触覚的フィードバック情報を、粘性が測定
    データに関係して制御される媒体（１１）に浸漬した指
    サック（１０）により伝えることを特徴とする請求項１
    又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】測定データに関係して、媒体（１１）中の
    指サック（１０）の動きに対する弾力を形成することを
    特徴とする請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】触覚的フィードバック情報を、変形特性が
    測定データに応じて調整される平面状の薄膜（１６）に
    より伝えることを特徴とする請求項１又は２記載の方
    法。
  6. 【請求項６】薄膜（１６）の変形特性を、薄膜の下にあ
    り、かつその表面に対しほぼ垂直に向いたピン（１８）
    により調整することを特徴とする請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】ナビゲーションを、アルゴリズムにより境
    界面に制限することを特徴とする請求項１から６の１つ
    に記載の方法。
  8. 【請求項８】身体内部の組織の弾性を触覚的に表現する
    ために、組織の弾性を範囲に関係して測定する測定装置
    （１）と、弾性データに関係する触覚的フィードバック
    情報を伝えるべく、利用者の指（１７）に感覚的な印象
    を伝達するよう形成された手段（５）と、測定装置
    （１）とこの手段（５）との間にあり、組織の弾性を示
    すデータ（４）をこの手段（５）に供給するインターフ
    ェイス（３）とを備え、前記手段（５）が利用者の指に
    よる操作を検出し、測定装置（１）に対する測定範囲制
    御データとして提供するように形成されたシステム。
  9. 【請求項９】触覚的フィードバック情報を伝える手段
    が、粘性が制御可能な媒体（１１）に浸漬された指サッ
    ク（１０）を備えることを特徴とする請求項９記載のシ
    ステム。
  10. 【請求項１０】指サック（１０）の動きに対する弾力を
    媒体（１１）に発生させる手段（１３、１４、１５）を
    備えることを特徴とする請求項８記載のシステム。
  11. 【請求項１１】触覚的フィードバック情報の伝達手段
    が、変形特性が調整される平面状の薄膜（１６）を備え
    ることを特徴とする請求項８記載のシステム。
  12. 【請求項１２】薄膜（１６）の変形特性が、該薄膜下に
    あり、かつ薄膜（１６）の表面に対しほぼ垂直に向いた
    ピン（１８）により調整可能であることを特徴とする請
    求項１１記載のシステム。
  13. 【請求項１３】仮想的ナビゲーション情報を発する装置
    に結合されたことを特徴とする請求項８から１２の１つ
    に記載のシステム。
  14. 【請求項１４】ナビゲーションを境界面に制限するアル
    ゴリズムを備えることを特徴とする請求項８から１３の
    １つに記載のシステム。
JP2002225613A 2001-08-06 2002-08-02 組織の弾性を触覚的に表現する方法 Withdrawn JP2003175040A (ja)

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