JP2004261233A - 硬さ計測用カテーテルセンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】構造が簡単で小型化に有利な硬さセンサをカテーテルに適用した硬さ計測用カテーテルセンサを提供する。
【解決手段】血管内等の被測定部の硬さを計測するためのカテーテルセンサは、被測定部へ振動を放射する振動部１１及び反射振動を受波する受波部１２を包含するケーシング１３と、振動部の放射振動と受波部の反射振動との位相の変化に基づき、被測定部の硬さを算出する信号処理部２０とから構成される。そして、ケーシング内は液体１４で満たされている。振動部の放射振動は液体を介して被測定部へ伝達し、被測定部からの反射振動は液体を介して受波部へ伝達する。
【選択図】 図１
【解決手段】血管内等の被測定部の硬さを計測するためのカテーテルセンサは、被測定部へ振動を放射する振動部１１及び反射振動を受波する受波部１２を包含するケーシング１３と、振動部の放射振動と受波部の反射振動との位相の変化に基づき、被測定部の硬さを算出する信号処理部２０とから構成される。そして、ケーシング内は液体１４で満たされている。振動部の放射振動は液体を介して被測定部へ伝達し、被測定部からの反射振動は液体を介して受波部へ伝達する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、細い管状物用のカテーテルセンサに関し、特に、血管内壁等の被測定部の硬さを計測するための硬さ計測用カテーテルセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、硬さを計測するためのセンサは種々のものがあった。物体の硬さを計測する需要は様々なものがあるが、医療分野では、単にファイバスコープ等で血管内等の状態を映像として表示するだけでなく、血管内等のしこりや塊の硬さを測定したいという需要がある。血管内のしこりの硬さが分かれば、触診した場合のようにそのしこりはどういうものなのか等がより鮮明に把握できるためである。
【０００３】
硬さを計測するための硬さセンサであって、振動子を用いてその放射振動と反射振動の位相の変化を基に硬さを計測する装置としては、特開平０９−１４５６９１号公報に開示のセンサがある。これは、体内に挿入して内蔵の硬さを計測すること等も可能であったが、センサ部の構造が複雑で、血管等の内壁の硬さを計測可能なほど小型化するのには不向きであった。
【０００４】
また、国際公開番号ＷＯ０１／８４１３５号公報には、被測定物へ接触せずに被測定物の硬さを計測する装置が開示されている。この測定装置は、主に信号処理側に主眼が置かれており、センサユニットの具体的構造自体は開示されていない。また、血管内等の硬さを測定するためのカテーテル等、小型センサに適用するための構造等の開示もない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０９−１４５６９１号公報
【特許文献２】
国際公開番号ＷＯ０１／８４１３５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の如く、従来の硬さセンサは小型化に不向きな構造であるため、センサを血管内に挿入して血管内壁等のしこりや塊の硬さを測定することが難しかった。特に、１ｍｍ以下程度の細いカテーテルに硬さセンサを適用しようとしても、振動子等の構造が複雑であると微細化が難しく、硬さセンサを内蔵したカテーテルの径を細くするのは困難であった。したがって、血管内の硬さを計測できるような微細なセンサの開発が望まれていた。
【０００７】
本発明は、斯かる実情に鑑み、構造が簡単で小型化に有利な硬さセンサをカテーテルに適用した硬さ計測用カテーテルセンサを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による硬さ計測用カテーテルセンサは、所定の周波数で振動し、被測定部へ振動を放射する振動部と、前記振動部の放射振動が前記被測定部に放射され前記被測定部からの反射振動を受波する受波部と、前記振動部及び受波部を包含するケーシングと、前記振動部の放射振動と前記受波部の反射振動との位相の変化に基づき、被測定部の硬さを算出する信号処理部と、前記ケーシング内に満たされる液体とからなる。前記振動部の放射振動は、前記液体を介して前記被測定部へ伝達し、前記被測定部からの反射振動は、前記液体を介して前記受波部へ伝達する。
【０００９】
ここで、ケーシングには、膨張可能なバルーン部が設けられ、該バルーン部は、前記ケーシング内の前記液体の液圧を上げることで膨張して前記被測定部に接触し、前記振動部からの振動は、前記液体を伝達して前記バルーン部を介して被測定部に到達するようにしても良い。
【００１０】
また、振動部及び受波部は、前記カテーテルセンサの血管内等へ挿入する前記被測定部側とは反対側の端側部であって、血管内等へは挿入されない部分に設けることも可能である。
【００１１】
また、振動部は、カテーテルセンサの長手方向に向けて振動を放射するように構成され、さらに、前記カテーテルセンサは、前記振動部からの振動をカテーテルセンサの長手方向に垂直な方向に反射する反射部を有し、該反射部は、前記ケーシング内に設けられても良い。また、反射部は、カテーテルセンサの長手方向を軸に回転自在に設けられても良い。
【００１２】
さらに、振動部は、カテーテルセンサの長手方向に垂直な方向に向けて振動を放射するように構成されても良い。また、振動部がカテーテルセンサの長手方向を軸に回転自在に設けられても良い。
【００１３】
また、ケーシングが、カテーテルセンサの長手方向を軸に回転自在に設けられるように構成されても良い。
【００１４】
さらに、振動部及び受波部は、１つの振動子からなり、該１つの振動子には、接地端子と前記振動部用の入力端子と前記受波部用の出力端子とが設けられ、前記入力端子と出力端子とは、分割電極で構成される。
【００１５】
またさらに、前記振動部及び受波部は、２つの振動子からなり、一方の振動子には、前記振動部用の入力端子と接地端子とが設けられ、他方の振動子には、前記受波部用の出力端子と接地端子とが設けられるように構成しても良い。
【００１６】
ここで、振動部及び受波部は、圧電セラミック振動子、積層型圧電セラミック振動子、バイモルフ振動子、水晶振動子、ＰＶＤＦ振動子、磁歪素子、ＳＡＷの何れかからなれば良い。また、その形状は、円筒形、円柱形、角柱形の何れかからなれば良い。
【００１７】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。即ち、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサは、構造が簡単であるため小型化に有利であり、非常に微細なカテーテルセンサにも適応可能となる。したがって、微細な血管内の血管内壁等の硬さを測定可能となる。また、反射板やセンサ自体を回転させて測定することにより、指向性を持たせた測定が可能となるため、血管内の硬さ情報を視覚的に表示することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサの概略図であり、血管内にセンサ部１０が挿入されている状態を表わしている。血管内に挿入されたセンサ部１０から、超音波等の振動を腫瘍等の患部である被測定部に向けて放射し、被測定部から反射してきた反射振動をセンサ部１０で受波し、信号処理部２０において、放射振動と反射振動の位相の変化に基づき、被測定部の硬さを測定するものである。
【００１９】
ここで、信号処理部２０は、図２（ａ）に示すように、センサ部１０の入力と出力の間に、位相シフト回路部２１と増幅回路部２２を設けて強制帰還ループとする自励発振回路を構成し、位相シフト回路部２１の出力を周波数測定部２３で測定し、周波数の変化量から放射振動と反射振動の位相の変化量を計測し、被測定部の硬さを算出するものである。信号処理部は、例えば特開平０９−１４５６９１号公報や国際公開番号ＷＯ０１／８４１３５号公報に開示の信号処理部と同様のものを適用可能である。以下に自励発振回路における位相の変化を測定する原理の一例を説明する。図１３は、センサ部１０と信号処理部２０とからなる自励発振回路と、位相シフト回路部２１のそれぞれの周波数特性を合成した総合周波数特性を示す周波数−ゲイン−位相特性曲線図である。横軸は周波数であり、縦軸はそれぞれゲイン、位相である。周波数−ゲイン特性曲線ＴＧは、自励発振回路の周波数特性に位相シフト回路部２１の周波数特性を合成した総合周波数特性である。この周波数−ゲイン特性曲線ＴＧは、図示のように低周波数側の帯域においては周波数の増加と共にゲインが上昇し、共振周波数ｆ０の帯域でゲインが最大になり、高周波数側の帯域でゲインが上昇する山なりの曲線を描く。特性曲線θ１１は、自励発振回路の入力位相と出力位相との差である入出力位相差を示す位相特性である。この自励発振回路では、周波数−ゲイン特性曲線ＴＧのゲイン極大値ＴＧＰを示す共振周波数ｆ０で自励発振回路の入出力位相差が零になる調整がなされる。即ち、自励発振回路において、センサ部１０からの放射振動の共振周波数の出力位相（θ１）と、位相シフト回路部２１の出力であってセンサ部１０へ帰還される入力位相（θ２）との位相差である入出力合成位相差θ１１が零（θ１１＝θ１＋θ２＝０）になるように、位相シフト回路部２１で調整される。これにより、強制帰還ループでは、被測定部の測定時において、出力位相と入力位相との間に位相差が存在する場合には、入出力合成位相差θ１１が零になるまで帰還が繰り返し行われ、入出力合成位相差θ１１が零になった時点で発振が行われる。この結果、自励発振回路の帰還発振がより確実に行われ、帰還発振を促進することが可能となる。
【００２０】
図１４は、センサ部１０と信号処理部２０とからなる自励発振回路と、位相シフト回路部２１のそれぞれの周波数特性を示す周波数−ゲイン−位相特性曲線図である。横軸は周波数であり、縦軸はそれぞれゲイン、位相である。位相シフト回路部２１の周波数−ゲイン特性曲線１３Ｇは、図示のように低周波数側の帯域においては周波数の増加と共にゲインが上昇し、中心周波数ｆ２の帯域でゲインが最大となり、高周波数側の帯域においてはゲインが減少する山なりの曲線を描く。特性曲線θ１３は、位相シフト回路部２１の入出力位相差を示す位相特性である。特性曲線ＭＧは、位相シフト回路部２１を除いた自励発振回路の周波数−ゲイン特性曲線である。周波数−ゲイン特性曲線ＭＧは、中心周波数ｆ１、周波数帯域及びゲイン極大値は異なるが、基本的には位相シフト回路部２１の周波数特性と同様に山なりの曲線を描く。図示のように、信号処理部では、周波数−ゲイン特性曲線ＭＧ、１３Ｇにそれぞれ示されるように、ゲイン極大値Ｐ１が示す自励発振回路の中心周波数ｆ１と、位相シフト回路部２１のゲイン最大値１３ＧＰが示す中心周波数ｆ２とを、意図的にずらした周波数帯域に設定する。例えば、被測定部の硬度係数が高いほどゲインが高くなるように、自励発振回路の中心周波数ｆ１に対して位相シフト回路部２１の中心周波数ｆ２を高い周波数帯域に設定する。
【００２１】
上記のように設定された信号処理部においては、被測定部の硬度に応じて、センサ部１０により受波される被測定部からの反射振動の周波数特性が変化し、これに起因して自励発振回路の周波数、ゲイン、位相、振幅何れもが変化する。即ち、自励発振回路の周波数は、被測定部の硬度に応じ、中心周波数ｆ１から共振周波数ｆ１１まで変化する。図１４に示す例では、周波数は上昇している。また、自励発振回路の周波数−ゲイン特性曲線ＭＧのゲイン極大値は、ゲイン極大値Ｐ１から位相シフト回路部２１の周波数−ゲイン特性曲線１３Ｇに沿って変化する。即ち、図１４に示す例では、自励発振回路の周波数−ゲイン特性曲線ＭＧは、ＭＧ１に、ゲイン極大値Ｐ１は、Ｐ１１に、ゲインＧ１はＧ１１にそれぞれ上昇するように変化する。位相シフト回路部２１では、入出力合成位相差θ１１が零になるように調節しているので、θ１１が零になる帰還発振の安定点に到達するまで周波数はさらに変化し、ゲインもさらに変化する。したがって、周波数−ゲイン特性曲線ＭＧ１はＭＧ２に、共振周波数ｆ１１はｆ１２に変化し、このためゲイン極大値Ｐ１１はＰ１２に、ゲインＧ１１はＧ１２に変化する。自励発振回路の帰還ループは抵抗素子と容量素子を含む回路であるため、入力位相θ１と出力位相θ２との間には、必ずΔθが存在し、位相差Δθに相当する分、自励発振回路の中心周波数ｆ１はｆ１２まで、ゲインＧ１はＧ１２まで、連続的に変化する。図１４に示す例では、上昇方向に変化する。結果的に、自励発振回路において、周波数変化量Δｆが得られると共に、ゲイン変化量ΔＧが得られる。自励発振回路の周波数変化量Δｆ、ゲイン変化量ΔＧがそれぞれ得られた時点で、入出力合成位相差θ１１が零になり、自励発振回路は帰還発振する。そして、このときの周波数変化量Δｆを位相シフト回路部２１から取り出し、これを基に、被測定部の硬さを測定することができるものである。周波数変化量Δｆは、例えば、被測定部が硬物質の場合には、スティフネス効果によりプラス側にシフトする変化量が測定され、軟物質の場合には、質量効果によりマイナス側にシフトする変化量が測定される。上述の例の場合、被測定物の硬度に応じ、放射振動に対する反射振動の位相差が異なるため、周波数変化量Δｆ、位相差Δθが硬さに応じて変化し、これらの変化を拡大して捉えることが可能である。このように、信号処理部は、周波数変化量、即ち、振動部の放射振動と受波部の反射振動との位相の変化量から、予め決定しておく硬さ−変化量の相関関係に基づき、被測定部の硬さを計測するものである。
【００２２】
また、フィードバック回路を用いずに、図２（ｂ）に示すようにセンサ部１０の入力端子と出力端子を、ＤＳＰ２５に接続し、ＤＳＰ２５により放射振動と反射振動の位相差をソフトウェア的に処理して、見かけ上フィードバック回路を構成するようにして被測定部の硬さを算出するものであっても良い。このように、信号処理部２０は、放射振動と反射振動の位相の変化に基づいて被測定部の硬さを算出可能なものであれば、如何なる信号処理を行うものであっても良い。
【００２３】
なお、信号処理部の共振回路の共振周波数ｆ０＝１／（２π√ＬＣ）から、被測定部の測定時のＬやＣの変化量を検出することで、この変化量に基づいて被測定部の硬さを算出するものであっても勿論構わない。
【００２４】
次に、センサ部１０の詳細な構造を以下に具体的に説明する。図３（ａ）は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのセンサ部のみを表わしたものである。センサ部１０は、ケーシング１３に包含された振動部１１と受波部１２とからなり、ケーシング１３内は液体１４で満たされている。液体１４は、生体用カテーテルセンサの場合には、具体的には生理食塩水等である。振動部１１により発生した放射振動が、液体１４を介して被測定部に放射され、被測定部で反射した反射振動が、液体１４を介して受波部１２で受波される。ここで、図３（ａ）に示すセンサの場合、センサ部１０の振動の放射方向は、カテーテルセンサの長手方向に向けられるように構成され、カテーテルセンサの正面にくる被測定部の硬さを計測できるような構造となっている。ケーシング１３の先端部分の振動放射部は、振動を伝達して被測定部へ放射する構造となっているが、ケーシング１３の他の部分は、振動を反射又は吸収するような構造となっている。また、図３（ｂ）に示すように、ケーシング１３の一部に、薄膜等からなる膨張可能なバルーン部１５が設けられていても良い。バルーン部１５は、ケーシング１３内の液体１４の液圧を上げることで図示のように膨らみ、このバルーン部１５が被測定部に接触し、液体１４を介して伝達してきた振動を直接被測定部に伝える構造となる。この場合、カテーテルセンサを血管内に挿入するときはバルーン部１５をしぼめておき、被測定部までカテーテルセンサを挿入した後、測定時に液体１４の液圧を上げてバルーン部１５を膨らませ、被測定部に接触させれば良い。このような構成とすることで、被測定部へより確実に振動を放射することが可能となる。
【００２５】
また、カテーテルセンサの長手方向に垂直な方向の血管内壁等の硬さを計測するために、図４（ａ）に示すように、反射板１６を設けても良い。反射板１６は、振動部１１からの振動をカテーテルセンサの長手方向に垂直な方向に反射するように４５度の角度で設けられることが好ましい。振動部１１からの振動は、液体１４を伝って反射板１６に到達し、反射板１６で直角に曲げられて反射し、ケーシング１３の振動放射部分を介して被測定部に放射される。そして、被測定部からの反射振動は、反射板１６に到達し、直角に曲げられて反射し、液体１４を伝って受波部１２により受波される。なお、図３（ｂ）と同様に、図４（ｂ）に示すようにバルーン部１５を設け、ケーシング１３内の液体１４の液圧を上げることでバルーン部１５を膨らませて、カテーテルセンサの長手方向に垂直な方向の血管内壁にある被測定部に直接接触させて硬さを測定可能なように構成することもできる。
【００２６】
さらに、図５（ａ）に示すように、図４を用いて説明した反射板を利用せずに、振動部１１の放射方向をカテーテルセンサの長手方向に垂直な方向に向けるように構成して、血管内壁等の硬さを計測するようにすることも可能である。この場合も、図５（ｂ）に示すように、バルーン部１５を設けることが可能である。
【００２７】
上記のように構成した硬さ計測用カテーテルセンサでは、血管内の血管内壁の一部の硬さを計測することは可能であるが、センサに指向性がないため、血管内壁の円周上のどの部分に腫瘍があるか等の具体的な位置等は測定できないものである。そこで、以下に測定部に指向性を持たせて血管内壁の円周上すべての部分における硬さを計測可能なカテーテルセンサの構造を説明する。
【００２８】
図６は、図４のカテーテルセンサの反射板１６をカテーテルセンサの長手方向を軸に回転自在に構成したものである。図６（ａ）は、図面において下側に振動を放射するように反射板１６が位置しているところを示している。そして、反射板１６をカテーテルセンサの長手方向を軸に回転させると、図６（ｂ）に示すように、図面において奥側に振動を放射するようになり、さらに回転させると図６（ｃ）に示すように、図面において上側に振動を放射するようになる。そして、図６（ｄ）に示すように、図面において手前側に振動を放射するようなり、さらに回転させると図６（ａ）の状態に戻る。このように、反射板１６をカテーテルセンサの長手方向を軸に回転させると、カテーテルセンサの周辺３６０度すべての血管内壁の硬さを計測することが可能となる。これにより、振動を放射した方向とそのときの血管内壁の硬さが測定できるため、カテーテルの挿入量（長さ・距離等）の情報と組み合わせて血管内の硬さの様子を図７に示すように立体的且つ詳細に表示することが可能となる。例えば硬くなるにしたがって色を赤くしていき、逆に軟らかくなるに従って色を青くしていく等の色分けが可能となるので、一目で血管のどの部分に腫瘍等が存在するのか等の判断が視覚的にできるようになる。これは、血管内壁を内視鏡等で目視するのと異なり、触診を行ったような感覚で診断が可能となるものである。なお、図６では、血管内壁にセンサを接触させて硬さを測定するために、バルーン部１５を有するケーシング１３を示しているが、本発明はこれに限定されず、バルーン部を有さないケーシングであって、非接触で硬さを測定するものであっても構わない。
【００２９】
次に、図５に示すような振動部１１の放射方向をカテーテルセンサの長手方向に垂直な方向に向けるように構成したカテーテルセンサにおいて、振動部１１自体を、カテーテルセンサの長手方向を軸に回転させて、血管内壁の円周上すべての硬さを計測可能なように構成したカテーテルセンサを、図８に示す。図８（ａ）は、図面において下側に振動を放射するような方向に振動部１１が位置しているところを示す。そして、振動部１１に軸着されたワイヤ等を回すことで、カテーテルセンサの長手方向を軸に振動部１１が回転し、図８（ｂ）に示すように、図面において奥側に振動を放射するようになり、さらに回転させると図８（ｃ）に示すように、図面において上側に振動を放射するようになる。そして、さらに図８（ｄ）に示すように、図面において手前側に振動を放射するようになり、さらに回転させると図８（ａ）の状態に戻る。このようにしても、図６の構成のカテーテルセンサと同様に、血管内の硬さの様子を図７に示すように視覚的に表示することが可能となる。
【００３０】
また、図９に示すように、振動部１１は固定したまま、ケーシング１３をカテーテルセンサの長手方向を軸に回転させる構成であっても良い。具体的には、円筒状のケーシング１３の内側面が反射面となっており、振動を外部に伝えないように構成される。そして、振動部１１がカテーテルセンサの長手方向の軸を中心にして配置され、放射状に振動するように構成される。また、ケーシング１３の一部にバルーン部１５を設けておき、ここを通って被測定部に振動が伝わるようにする。なお、バルーン部１５は単なる薄膜であっても構わない。このように構成すれば、ケーシング１３をカテーテルセンサの長手方向を軸に回転させると、図６や図７の構成のカテーテルセンサと同様に、血管内の硬さの様子を図７に示すように視覚的に表示することが可能となる。なお、図９では振動部１１が放射状に振動するように構成された例を示したが、本発明はこれに限定されず、振動部を血管内に挿入される部分とは反対側の端側部に設けて、円錐状等の反射板を用いて、振動部の振動をカテーテルセンサの長手方向に垂直な方向に放射状に反射させる構成であっても良い。
【００３１】
なお、硬さ計測用カテーテルセンサを、さらに細い血管用、例えば０．５ｍｍ以下等のカテーテルセンサに応用する場合、カテーテルの径が小さくなりすぎて、カテーテル内にセンサ部を収容できなくなる場合がある。このような場合でも、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサでは、ケーシング１３内に液体１４が満たされているため、図１０に示すように、被測定部へ到達する部分と振動部及び受波部を構成する振動子との位置を任意に離すことが可能となる。即ち、振動部及び受波部は、カテーテルセンサの血管内等へ挿入する被測定部側とは反対側の端側部であって、血管内等へは挿入されない部分に位置するように構成する。振動子とカテーテル先端を離しても、振動部の振動はケーシング１３内に満たされた液体１４を伝達してカテーテル先端まで到達する。例えば、図１０に示すように反射板１６及びバルーン部１５を有するケーシング１３の場合、振動部１１からの振動は液体１４を伝達して反射板１６まで到達し、反射板１６によりカテーテルセンサの長手方向に垂直な方向に屈折され、液圧を上げることで膨らませたバルーン部１５に到達する。そして、被測定部から反射した反射振動は再度反射板１６により屈折され、液体１４を伝達して受波部１２に受波される。振動部及び受波部は、血管内等には挿入せず、液体が満たされたケーシングからなるカテーテルを挿入するだけで良くなる。したがって、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサは、ケーシング内に振動を伝達するための液体を満たすことができる範囲であれば幾らでもカテーテルの径を細くすることが可能であるため、超微細なカテーテルにおいても適用可能である。
【００３２】
次に、本発明のセンサ部の振動子について、より具体的に説明する。振動子を１つだけ用い、そこに薄膜電極と接地電極を設け、薄膜電極に交流電場を印加し、同じ電極から周波数出力を取り出し、放射振動と反射振動の位相の変化を検出すことも可能である。しかし、この場合、入出力波の位相差を正確に取り出すのが難しくなる。したがって、より好ましくは、以下に説明するような構成とする。
【００３３】
図１１は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのセンサ部に用いられる振動子の構造を示したものである。図１１（ａ）は、単一の振動子を用いた場合の例である。図示のように、振動子に真空蒸着等により薄膜電極を設ける。具体的には、振動子３０には、振動部用の入力端子３１と受波部用の出力端子３２、それに接地端子３３がそれぞれ分割電極として設けられる。入力端子３１に交流電場を印加すると、振動子３０は共振して安定した周波数の振動を続ける。そして、受波部用出力端子３２からは、振動子３０の周波数出力が取り出せる。被測定部から反射してきた反射振動が振動子３０に当たると、出力端子３２から得られる周波数情報に変化が現れるので、このときの放射振動と反射振動の位相の変化量を、被測定部の硬さを計測するのに利用する。
【００３４】
また、図１１（ｂ）に示すように、振動子を２つ用いても良い。この場合、振動部用振動子３０ａには入力端子３１及び接地端子３３を、受波部用振動子３０ｂには出力端子３２及び接地端子３３をそれぞれ設ける。このようにしても、上記と同様に放射振動と反射振動の位相の変化量を取り出すことが可能である。
【００３５】
なお、振動子としては、圧電セラミック振動子、積層型圧電セラミック振動子、バイモルフ振動子、水晶振動子、ＰＶＤＦ振動子、磁歪素子、ＳＡＷ等、種々の素子を利用可能である。さらに、振動子の形状としては、円柱形や、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、円筒形や角柱形等、ケーシングの形状や接地端子の設けやすさ等に応じて種々の形状とすることが可能である。
【００３６】
なお、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサは、上述の図示例にのみ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内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサは、血管内の硬さ計測以外にも、腸内等の硬さ計測にも勿論利用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の硬さ計測用カテーテルセンサによれば、血管内等の非常に微細な部分であってもその内壁の硬さを計測できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサの概略を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサの信号処理部の構成例を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのセンサ部の構成を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのセンサ部の他の構成を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのセンサ部の他の構成を説明するための図である。
【図６】図６は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのセンサ部に設けられた反射板が回転する様子を説明するための図である。
【図７】図７は、指向性を有する本発明の硬さ計測用カテーテルセンサにより血管内の硬さを計測したときの計測結果の一表示例を表わした図である。
【図８】図８は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのセンサ部が回転する様子を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのケーシングが回転する構成を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのセンサ部と被測定部へ到達する部分とを大きく離し、センサ部を血管外の部分に配置した構成のカテーテルセンサを説明するための図である。
【図１１】図１１は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサに利用する振動子の構造を説明するための図である。
【図１２】図１２は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサに利用する振動子の形状を説明するための図である。
【図１３】図１３は、自励発振回路と位相シフト回路部のそれぞれの周波数特性を合成した総合周波数特性を示す周波数−ゲイン−位相特性曲線図である。
【図１４】図１４は、自励発振回路と位相シフト回路部のそれぞれの周波数特性を示す周波数−ゲイン−位相特性曲線図である。
【符号の説明】
１０ センサ部
１１ 振動部
１２ 受波部
１３ ケーシング
１４ 液体
１５ バルーン部
１６ 反射板
２０ 信号処理部
２１ 位相シフト回路部
２２ 増幅回路部
２３ 周波数測定部
２５ ＤＳＰ
３０ 振動子
３１ 入力端子
３２ 出力端子
３３ 接地端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、細い管状物用のカテーテルセンサに関し、特に、血管内壁等の被測定部の硬さを計測するための硬さ計測用カテーテルセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、硬さを計測するためのセンサは種々のものがあった。物体の硬さを計測する需要は様々なものがあるが、医療分野では、単にファイバスコープ等で血管内等の状態を映像として表示するだけでなく、血管内等のしこりや塊の硬さを測定したいという需要がある。血管内のしこりの硬さが分かれば、触診した場合のようにそのしこりはどういうものなのか等がより鮮明に把握できるためである。
【０００３】
硬さを計測するための硬さセンサであって、振動子を用いてその放射振動と反射振動の位相の変化を基に硬さを計測する装置としては、特開平０９−１４５６９１号公報に開示のセンサがある。これは、体内に挿入して内蔵の硬さを計測すること等も可能であったが、センサ部の構造が複雑で、血管等の内壁の硬さを計測可能なほど小型化するのには不向きであった。
【０００４】
また、国際公開番号ＷＯ０１／８４１３５号公報には、被測定物へ接触せずに被測定物の硬さを計測する装置が開示されている。この測定装置は、主に信号処理側に主眼が置かれており、センサユニットの具体的構造自体は開示されていない。また、血管内等の硬さを測定するためのカテーテル等、小型センサに適用するための構造等の開示もない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０９−１４５６９１号公報
【特許文献２】
国際公開番号ＷＯ０１／８４１３５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の如く、従来の硬さセンサは小型化に不向きな構造であるため、センサを血管内に挿入して血管内壁等のしこりや塊の硬さを測定することが難しかった。特に、１ｍｍ以下程度の細いカテーテルに硬さセンサを適用しようとしても、振動子等の構造が複雑であると微細化が難しく、硬さセンサを内蔵したカテーテルの径を細くするのは困難であった。したがって、血管内の硬さを計測できるような微細なセンサの開発が望まれていた。
【０００７】
本発明は、斯かる実情に鑑み、構造が簡単で小型化に有利な硬さセンサをカテーテルに適用した硬さ計測用カテーテルセンサを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による硬さ計測用カテーテルセンサは、所定の周波数で振動し、被測定部へ振動を放射する振動部と、前記振動部の放射振動が前記被測定部に放射され前記被測定部からの反射振動を受波する受波部と、前記振動部及び受波部を包含するケーシングと、前記振動部の放射振動と前記受波部の反射振動との位相の変化に基づき、被測定部の硬さを算出する信号処理部と、前記ケーシング内に満たされる液体とからなる。前記振動部の放射振動は、前記液体を介して前記被測定部へ伝達し、前記被測定部からの反射振動は、前記液体を介して前記受波部へ伝達する。
【０００９】
ここで、ケーシングには、膨張可能なバルーン部が設けられ、該バルーン部は、前記ケーシング内の前記液体の液圧を上げることで膨張して前記被測定部に接触し、前記振動部からの振動は、前記液体を伝達して前記バルーン部を介して被測定部に到達するようにしても良い。
【００１０】
また、振動部及び受波部は、前記カテーテルセンサの血管内等へ挿入する前記被測定部側とは反対側の端側部であって、血管内等へは挿入されない部分に設けることも可能である。
【００１１】
また、振動部は、カテーテルセンサの長手方向に向けて振動を放射するように構成され、さらに、前記カテーテルセンサは、前記振動部からの振動をカテーテルセンサの長手方向に垂直な方向に反射する反射部を有し、該反射部は、前記ケーシング内に設けられても良い。また、反射部は、カテーテルセンサの長手方向を軸に回転自在に設けられても良い。
【００１２】
さらに、振動部は、カテーテルセンサの長手方向に垂直な方向に向けて振動を放射するように構成されても良い。また、振動部がカテーテルセンサの長手方向を軸に回転自在に設けられても良い。
【００１３】
また、ケーシングが、カテーテルセンサの長手方向を軸に回転自在に設けられるように構成されても良い。
【００１４】
さらに、振動部及び受波部は、１つの振動子からなり、該１つの振動子には、接地端子と前記振動部用の入力端子と前記受波部用の出力端子とが設けられ、前記入力端子と出力端子とは、分割電極で構成される。
【００１５】
またさらに、前記振動部及び受波部は、２つの振動子からなり、一方の振動子には、前記振動部用の入力端子と接地端子とが設けられ、他方の振動子には、前記受波部用の出力端子と接地端子とが設けられるように構成しても良い。
【００１６】
ここで、振動部及び受波部は、圧電セラミック振動子、積層型圧電セラミック振動子、バイモルフ振動子、水晶振動子、ＰＶＤＦ振動子、磁歪素子、ＳＡＷの何れかからなれば良い。また、その形状は、円筒形、円柱形、角柱形の何れかからなれば良い。
【００１７】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。即ち、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサは、構造が簡単であるため小型化に有利であり、非常に微細なカテーテルセンサにも適応可能となる。したがって、微細な血管内の血管内壁等の硬さを測定可能となる。また、反射板やセンサ自体を回転させて測定することにより、指向性を持たせた測定が可能となるため、血管内の硬さ情報を視覚的に表示することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサの概略図であり、血管内にセンサ部１０が挿入されている状態を表わしている。血管内に挿入されたセンサ部１０から、超音波等の振動を腫瘍等の患部である被測定部に向けて放射し、被測定部から反射してきた反射振動をセンサ部１０で受波し、信号処理部２０において、放射振動と反射振動の位相の変化に基づき、被測定部の硬さを測定するものである。
【００１９】
ここで、信号処理部２０は、図２（ａ）に示すように、センサ部１０の入力と出力の間に、位相シフト回路部２１と増幅回路部２２を設けて強制帰還ループとする自励発振回路を構成し、位相シフト回路部２１の出力を周波数測定部２３で測定し、周波数の変化量から放射振動と反射振動の位相の変化量を計測し、被測定部の硬さを算出するものである。信号処理部は、例えば特開平０９−１４５６９１号公報や国際公開番号ＷＯ０１／８４１３５号公報に開示の信号処理部と同様のものを適用可能である。以下に自励発振回路における位相の変化を測定する原理の一例を説明する。図１３は、センサ部１０と信号処理部２０とからなる自励発振回路と、位相シフト回路部２１のそれぞれの周波数特性を合成した総合周波数特性を示す周波数−ゲイン−位相特性曲線図である。横軸は周波数であり、縦軸はそれぞれゲイン、位相である。周波数−ゲイン特性曲線ＴＧは、自励発振回路の周波数特性に位相シフト回路部２１の周波数特性を合成した総合周波数特性である。この周波数−ゲイン特性曲線ＴＧは、図示のように低周波数側の帯域においては周波数の増加と共にゲインが上昇し、共振周波数ｆ０の帯域でゲインが最大になり、高周波数側の帯域でゲインが上昇する山なりの曲線を描く。特性曲線θ１１は、自励発振回路の入力位相と出力位相との差である入出力位相差を示す位相特性である。この自励発振回路では、周波数−ゲイン特性曲線ＴＧのゲイン極大値ＴＧＰを示す共振周波数ｆ０で自励発振回路の入出力位相差が零になる調整がなされる。即ち、自励発振回路において、センサ部１０からの放射振動の共振周波数の出力位相（θ１）と、位相シフト回路部２１の出力であってセンサ部１０へ帰還される入力位相（θ２）との位相差である入出力合成位相差θ１１が零（θ１１＝θ１＋θ２＝０）になるように、位相シフト回路部２１で調整される。これにより、強制帰還ループでは、被測定部の測定時において、出力位相と入力位相との間に位相差が存在する場合には、入出力合成位相差θ１１が零になるまで帰還が繰り返し行われ、入出力合成位相差θ１１が零になった時点で発振が行われる。この結果、自励発振回路の帰還発振がより確実に行われ、帰還発振を促進することが可能となる。
【００２０】
図１４は、センサ部１０と信号処理部２０とからなる自励発振回路と、位相シフト回路部２１のそれぞれの周波数特性を示す周波数−ゲイン−位相特性曲線図である。横軸は周波数であり、縦軸はそれぞれゲイン、位相である。位相シフト回路部２１の周波数−ゲイン特性曲線１３Ｇは、図示のように低周波数側の帯域においては周波数の増加と共にゲインが上昇し、中心周波数ｆ２の帯域でゲインが最大となり、高周波数側の帯域においてはゲインが減少する山なりの曲線を描く。特性曲線θ１３は、位相シフト回路部２１の入出力位相差を示す位相特性である。特性曲線ＭＧは、位相シフト回路部２１を除いた自励発振回路の周波数−ゲイン特性曲線である。周波数−ゲイン特性曲線ＭＧは、中心周波数ｆ１、周波数帯域及びゲイン極大値は異なるが、基本的には位相シフト回路部２１の周波数特性と同様に山なりの曲線を描く。図示のように、信号処理部では、周波数−ゲイン特性曲線ＭＧ、１３Ｇにそれぞれ示されるように、ゲイン極大値Ｐ１が示す自励発振回路の中心周波数ｆ１と、位相シフト回路部２１のゲイン最大値１３ＧＰが示す中心周波数ｆ２とを、意図的にずらした周波数帯域に設定する。例えば、被測定部の硬度係数が高いほどゲインが高くなるように、自励発振回路の中心周波数ｆ１に対して位相シフト回路部２１の中心周波数ｆ２を高い周波数帯域に設定する。
【００２１】
上記のように設定された信号処理部においては、被測定部の硬度に応じて、センサ部１０により受波される被測定部からの反射振動の周波数特性が変化し、これに起因して自励発振回路の周波数、ゲイン、位相、振幅何れもが変化する。即ち、自励発振回路の周波数は、被測定部の硬度に応じ、中心周波数ｆ１から共振周波数ｆ１１まで変化する。図１４に示す例では、周波数は上昇している。また、自励発振回路の周波数−ゲイン特性曲線ＭＧのゲイン極大値は、ゲイン極大値Ｐ１から位相シフト回路部２１の周波数−ゲイン特性曲線１３Ｇに沿って変化する。即ち、図１４に示す例では、自励発振回路の周波数−ゲイン特性曲線ＭＧは、ＭＧ１に、ゲイン極大値Ｐ１は、Ｐ１１に、ゲインＧ１はＧ１１にそれぞれ上昇するように変化する。位相シフト回路部２１では、入出力合成位相差θ１１が零になるように調節しているので、θ１１が零になる帰還発振の安定点に到達するまで周波数はさらに変化し、ゲインもさらに変化する。したがって、周波数−ゲイン特性曲線ＭＧ１はＭＧ２に、共振周波数ｆ１１はｆ１２に変化し、このためゲイン極大値Ｐ１１はＰ１２に、ゲインＧ１１はＧ１２に変化する。自励発振回路の帰還ループは抵抗素子と容量素子を含む回路であるため、入力位相θ１と出力位相θ２との間には、必ずΔθが存在し、位相差Δθに相当する分、自励発振回路の中心周波数ｆ１はｆ１２まで、ゲインＧ１はＧ１２まで、連続的に変化する。図１４に示す例では、上昇方向に変化する。結果的に、自励発振回路において、周波数変化量Δｆが得られると共に、ゲイン変化量ΔＧが得られる。自励発振回路の周波数変化量Δｆ、ゲイン変化量ΔＧがそれぞれ得られた時点で、入出力合成位相差θ１１が零になり、自励発振回路は帰還発振する。そして、このときの周波数変化量Δｆを位相シフト回路部２１から取り出し、これを基に、被測定部の硬さを測定することができるものである。周波数変化量Δｆは、例えば、被測定部が硬物質の場合には、スティフネス効果によりプラス側にシフトする変化量が測定され、軟物質の場合には、質量効果によりマイナス側にシフトする変化量が測定される。上述の例の場合、被測定物の硬度に応じ、放射振動に対する反射振動の位相差が異なるため、周波数変化量Δｆ、位相差Δθが硬さに応じて変化し、これらの変化を拡大して捉えることが可能である。このように、信号処理部は、周波数変化量、即ち、振動部の放射振動と受波部の反射振動との位相の変化量から、予め決定しておく硬さ−変化量の相関関係に基づき、被測定部の硬さを計測するものである。
【００２２】
また、フィードバック回路を用いずに、図２（ｂ）に示すようにセンサ部１０の入力端子と出力端子を、ＤＳＰ２５に接続し、ＤＳＰ２５により放射振動と反射振動の位相差をソフトウェア的に処理して、見かけ上フィードバック回路を構成するようにして被測定部の硬さを算出するものであっても良い。このように、信号処理部２０は、放射振動と反射振動の位相の変化に基づいて被測定部の硬さを算出可能なものであれば、如何なる信号処理を行うものであっても良い。
【００２３】
なお、信号処理部の共振回路の共振周波数ｆ０＝１／（２π√ＬＣ）から、被測定部の測定時のＬやＣの変化量を検出することで、この変化量に基づいて被測定部の硬さを算出するものであっても勿論構わない。
【００２４】
次に、センサ部１０の詳細な構造を以下に具体的に説明する。図３（ａ）は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのセンサ部のみを表わしたものである。センサ部１０は、ケーシング１３に包含された振動部１１と受波部１２とからなり、ケーシング１３内は液体１４で満たされている。液体１４は、生体用カテーテルセンサの場合には、具体的には生理食塩水等である。振動部１１により発生した放射振動が、液体１４を介して被測定部に放射され、被測定部で反射した反射振動が、液体１４を介して受波部１２で受波される。ここで、図３（ａ）に示すセンサの場合、センサ部１０の振動の放射方向は、カテーテルセンサの長手方向に向けられるように構成され、カテーテルセンサの正面にくる被測定部の硬さを計測できるような構造となっている。ケーシング１３の先端部分の振動放射部は、振動を伝達して被測定部へ放射する構造となっているが、ケーシング１３の他の部分は、振動を反射又は吸収するような構造となっている。また、図３（ｂ）に示すように、ケーシング１３の一部に、薄膜等からなる膨張可能なバルーン部１５が設けられていても良い。バルーン部１５は、ケーシング１３内の液体１４の液圧を上げることで図示のように膨らみ、このバルーン部１５が被測定部に接触し、液体１４を介して伝達してきた振動を直接被測定部に伝える構造となる。この場合、カテーテルセンサを血管内に挿入するときはバルーン部１５をしぼめておき、被測定部までカテーテルセンサを挿入した後、測定時に液体１４の液圧を上げてバルーン部１５を膨らませ、被測定部に接触させれば良い。このような構成とすることで、被測定部へより確実に振動を放射することが可能となる。
【００２５】
また、カテーテルセンサの長手方向に垂直な方向の血管内壁等の硬さを計測するために、図４（ａ）に示すように、反射板１６を設けても良い。反射板１６は、振動部１１からの振動をカテーテルセンサの長手方向に垂直な方向に反射するように４５度の角度で設けられることが好ましい。振動部１１からの振動は、液体１４を伝って反射板１６に到達し、反射板１６で直角に曲げられて反射し、ケーシング１３の振動放射部分を介して被測定部に放射される。そして、被測定部からの反射振動は、反射板１６に到達し、直角に曲げられて反射し、液体１４を伝って受波部１２により受波される。なお、図３（ｂ）と同様に、図４（ｂ）に示すようにバルーン部１５を設け、ケーシング１３内の液体１４の液圧を上げることでバルーン部１５を膨らませて、カテーテルセンサの長手方向に垂直な方向の血管内壁にある被測定部に直接接触させて硬さを測定可能なように構成することもできる。
【００２６】
さらに、図５（ａ）に示すように、図４を用いて説明した反射板を利用せずに、振動部１１の放射方向をカテーテルセンサの長手方向に垂直な方向に向けるように構成して、血管内壁等の硬さを計測するようにすることも可能である。この場合も、図５（ｂ）に示すように、バルーン部１５を設けることが可能である。
【００２７】
上記のように構成した硬さ計測用カテーテルセンサでは、血管内の血管内壁の一部の硬さを計測することは可能であるが、センサに指向性がないため、血管内壁の円周上のどの部分に腫瘍があるか等の具体的な位置等は測定できないものである。そこで、以下に測定部に指向性を持たせて血管内壁の円周上すべての部分における硬さを計測可能なカテーテルセンサの構造を説明する。
【００２８】
図６は、図４のカテーテルセンサの反射板１６をカテーテルセンサの長手方向を軸に回転自在に構成したものである。図６（ａ）は、図面において下側に振動を放射するように反射板１６が位置しているところを示している。そして、反射板１６をカテーテルセンサの長手方向を軸に回転させると、図６（ｂ）に示すように、図面において奥側に振動を放射するようになり、さらに回転させると図６（ｃ）に示すように、図面において上側に振動を放射するようになる。そして、図６（ｄ）に示すように、図面において手前側に振動を放射するようなり、さらに回転させると図６（ａ）の状態に戻る。このように、反射板１６をカテーテルセンサの長手方向を軸に回転させると、カテーテルセンサの周辺３６０度すべての血管内壁の硬さを計測することが可能となる。これにより、振動を放射した方向とそのときの血管内壁の硬さが測定できるため、カテーテルの挿入量（長さ・距離等）の情報と組み合わせて血管内の硬さの様子を図７に示すように立体的且つ詳細に表示することが可能となる。例えば硬くなるにしたがって色を赤くしていき、逆に軟らかくなるに従って色を青くしていく等の色分けが可能となるので、一目で血管のどの部分に腫瘍等が存在するのか等の判断が視覚的にできるようになる。これは、血管内壁を内視鏡等で目視するのと異なり、触診を行ったような感覚で診断が可能となるものである。なお、図６では、血管内壁にセンサを接触させて硬さを測定するために、バルーン部１５を有するケーシング１３を示しているが、本発明はこれに限定されず、バルーン部を有さないケーシングであって、非接触で硬さを測定するものであっても構わない。
【００２９】
次に、図５に示すような振動部１１の放射方向をカテーテルセンサの長手方向に垂直な方向に向けるように構成したカテーテルセンサにおいて、振動部１１自体を、カテーテルセンサの長手方向を軸に回転させて、血管内壁の円周上すべての硬さを計測可能なように構成したカテーテルセンサを、図８に示す。図８（ａ）は、図面において下側に振動を放射するような方向に振動部１１が位置しているところを示す。そして、振動部１１に軸着されたワイヤ等を回すことで、カテーテルセンサの長手方向を軸に振動部１１が回転し、図８（ｂ）に示すように、図面において奥側に振動を放射するようになり、さらに回転させると図８（ｃ）に示すように、図面において上側に振動を放射するようになる。そして、さらに図８（ｄ）に示すように、図面において手前側に振動を放射するようになり、さらに回転させると図８（ａ）の状態に戻る。このようにしても、図６の構成のカテーテルセンサと同様に、血管内の硬さの様子を図７に示すように視覚的に表示することが可能となる。
【００３０】
また、図９に示すように、振動部１１は固定したまま、ケーシング１３をカテーテルセンサの長手方向を軸に回転させる構成であっても良い。具体的には、円筒状のケーシング１３の内側面が反射面となっており、振動を外部に伝えないように構成される。そして、振動部１１がカテーテルセンサの長手方向の軸を中心にして配置され、放射状に振動するように構成される。また、ケーシング１３の一部にバルーン部１５を設けておき、ここを通って被測定部に振動が伝わるようにする。なお、バルーン部１５は単なる薄膜であっても構わない。このように構成すれば、ケーシング１３をカテーテルセンサの長手方向を軸に回転させると、図６や図７の構成のカテーテルセンサと同様に、血管内の硬さの様子を図７に示すように視覚的に表示することが可能となる。なお、図９では振動部１１が放射状に振動するように構成された例を示したが、本発明はこれに限定されず、振動部を血管内に挿入される部分とは反対側の端側部に設けて、円錐状等の反射板を用いて、振動部の振動をカテーテルセンサの長手方向に垂直な方向に放射状に反射させる構成であっても良い。
【００３１】
なお、硬さ計測用カテーテルセンサを、さらに細い血管用、例えば０．５ｍｍ以下等のカテーテルセンサに応用する場合、カテーテルの径が小さくなりすぎて、カテーテル内にセンサ部を収容できなくなる場合がある。このような場合でも、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサでは、ケーシング１３内に液体１４が満たされているため、図１０に示すように、被測定部へ到達する部分と振動部及び受波部を構成する振動子との位置を任意に離すことが可能となる。即ち、振動部及び受波部は、カテーテルセンサの血管内等へ挿入する被測定部側とは反対側の端側部であって、血管内等へは挿入されない部分に位置するように構成する。振動子とカテーテル先端を離しても、振動部の振動はケーシング１３内に満たされた液体１４を伝達してカテーテル先端まで到達する。例えば、図１０に示すように反射板１６及びバルーン部１５を有するケーシング１３の場合、振動部１１からの振動は液体１４を伝達して反射板１６まで到達し、反射板１６によりカテーテルセンサの長手方向に垂直な方向に屈折され、液圧を上げることで膨らませたバルーン部１５に到達する。そして、被測定部から反射した反射振動は再度反射板１６により屈折され、液体１４を伝達して受波部１２に受波される。振動部及び受波部は、血管内等には挿入せず、液体が満たされたケーシングからなるカテーテルを挿入するだけで良くなる。したがって、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサは、ケーシング内に振動を伝達するための液体を満たすことができる範囲であれば幾らでもカテーテルの径を細くすることが可能であるため、超微細なカテーテルにおいても適用可能である。
【００３２】
次に、本発明のセンサ部の振動子について、より具体的に説明する。振動子を１つだけ用い、そこに薄膜電極と接地電極を設け、薄膜電極に交流電場を印加し、同じ電極から周波数出力を取り出し、放射振動と反射振動の位相の変化を検出すことも可能である。しかし、この場合、入出力波の位相差を正確に取り出すのが難しくなる。したがって、より好ましくは、以下に説明するような構成とする。
【００３３】
図１１は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのセンサ部に用いられる振動子の構造を示したものである。図１１（ａ）は、単一の振動子を用いた場合の例である。図示のように、振動子に真空蒸着等により薄膜電極を設ける。具体的には、振動子３０には、振動部用の入力端子３１と受波部用の出力端子３２、それに接地端子３３がそれぞれ分割電極として設けられる。入力端子３１に交流電場を印加すると、振動子３０は共振して安定した周波数の振動を続ける。そして、受波部用出力端子３２からは、振動子３０の周波数出力が取り出せる。被測定部から反射してきた反射振動が振動子３０に当たると、出力端子３２から得られる周波数情報に変化が現れるので、このときの放射振動と反射振動の位相の変化量を、被測定部の硬さを計測するのに利用する。
【００３４】
また、図１１（ｂ）に示すように、振動子を２つ用いても良い。この場合、振動部用振動子３０ａには入力端子３１及び接地端子３３を、受波部用振動子３０ｂには出力端子３２及び接地端子３３をそれぞれ設ける。このようにしても、上記と同様に放射振動と反射振動の位相の変化量を取り出すことが可能である。
【００３５】
なお、振動子としては、圧電セラミック振動子、積層型圧電セラミック振動子、バイモルフ振動子、水晶振動子、ＰＶＤＦ振動子、磁歪素子、ＳＡＷ等、種々の素子を利用可能である。さらに、振動子の形状としては、円柱形や、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、円筒形や角柱形等、ケーシングの形状や接地端子の設けやすさ等に応じて種々の形状とすることが可能である。
【００３６】
なお、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサは、上述の図示例にのみ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内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサは、血管内の硬さ計測以外にも、腸内等の硬さ計測にも勿論利用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の硬さ計測用カテーテルセンサによれば、血管内等の非常に微細な部分であってもその内壁の硬さを計測できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサの概略を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサの信号処理部の構成例を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのセンサ部の構成を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのセンサ部の他の構成を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのセンサ部の他の構成を説明するための図である。
【図６】図６は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのセンサ部に設けられた反射板が回転する様子を説明するための図である。
【図７】図７は、指向性を有する本発明の硬さ計測用カテーテルセンサにより血管内の硬さを計測したときの計測結果の一表示例を表わした図である。
【図８】図８は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのセンサ部が回転する様子を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのケーシングが回転する構成を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサのセンサ部と被測定部へ到達する部分とを大きく離し、センサ部を血管外の部分に配置した構成のカテーテルセンサを説明するための図である。
【図１１】図１１は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサに利用する振動子の構造を説明するための図である。
【図１２】図１２は、本発明の硬さ計測用カテーテルセンサに利用する振動子の形状を説明するための図である。
【図１３】図１３は、自励発振回路と位相シフト回路部のそれぞれの周波数特性を合成した総合周波数特性を示す周波数−ゲイン−位相特性曲線図である。
【図１４】図１４は、自励発振回路と位相シフト回路部のそれぞれの周波数特性を示す周波数−ゲイン−位相特性曲線図である。
【符号の説明】
１０ センサ部
１１ 振動部
１２ 受波部
１３ ケーシング
１４ 液体
１５ バルーン部
１６ 反射板
２０ 信号処理部
２１ 位相シフト回路部
２２ 増幅回路部
２３ 周波数測定部
２５ ＤＳＰ
３０ 振動子
３１ 入力端子
３２ 出力端子
３３ 接地端子
Claims (14)
- 血管内等の被測定部の硬さを計測するためのカテーテルセンサであって、該センサは、
所定の周波数で振動し、被測定部へ振動を放射する振動部と、
前記振動部の放射振動が前記被測定部に放射され前記被測定部からの反射振動を受波する受波部と、
前記振動部及び受波部を包含するケーシングと、
前記振動部の放射振動と前記受波部の反射振動との位相の変化に基づき、被測定部の硬さを算出する信号処理部と、
前記ケーシング内に満たされる液体と、
からなり、
前記振動部の放射振動は、前記液体を介して前記被測定部へ伝達し、前記被測定部からの反射振動は、前記液体を介して前記受波部へ伝達する、
ことを特徴とする硬さ計測用カテーテルセンサ。 - 請求項１に記載のカテーテルセンサにおいて、前記ケーシングには、膨張可能なバルーン部が設けられ、該バルーン部は、前記ケーシング内の前記液体の液圧を上げることで膨張して前記被測定部に接触し、前記振動部からの振動は、前記液体を伝達して前記バルーン部を介して被測定部に到達することを特徴とする硬さ計測用カテーテルセンサ。
- 請求項１又は請求項２に記載のカテーテルセンサにおいて、前記振動部及び受波部は、前記カテーテルセンサの血管内等へ挿入する前記被測定部側とは反対側の端側部であって、血管内等へは挿入されない部分に位置することを特徴とする硬さ計測用カテーテルセンサ。
- 請求項１乃至請求項３の何れかに記載のカテーテルセンサにおいて、前記振動部は、カテーテルセンサの長手方向に向けて振動を放射するように構成され、さらに、前記カテーテルセンサは、前記振動部からの振動をカテーテルセンサの長手方向に垂直な方向に反射する反射部を有し、該反射部は、前記ケーシング内に設けられることを特徴とする硬さ計測用カテーテルセンサ。
- 請求項４に記載のカテーテルセンサにおいて、前記反射部は、カテーテルセンサの長手方向を軸に回転自在に設けられることを特徴とする硬さ計測用カテーテルセンサ。
- 請求項１又は請求項２に記載のカテーテルセンサにおいて、前記振動部は、カテーテルセンサの長手方向に垂直な方向に向けて振動を放射するように構成されることを特徴とする硬さ計測用カテーテルセンサ。
- 請求項６に記載のカテーテルセンサにおいて、前記振動部は、カテーテルセンサの長手方向を軸に回転自在に設けられることを特徴とする硬さ計測用カテーテルセンサ。
- 請求項４又は請求項６に記載のカテーテルセンサにおいて、前記ケーシングは、カテーテルセンサの長手方向を軸に回転自在に設けられることを特徴とする硬さ計測用カテーテルセンサ。
- 請求項１乃至請求項８の何れかに記載のカテーテルセンサにおいて、前記振動部及び受波部は、１つの振動子からなり、該１つの振動子には、接地端子と前記振動部用の入力端子と前記受波部用の出力端子とが設けられ、前記入力端子と出力端子とは、分割電極で構成されることを特徴とする硬さ計測用カテーテルセンサ。
- 請求項１乃至請求項８の何れかに記載のカテーテルセンサにおいて、前記振動部及び受波部は、２つの振動子からなり、一方の振動子には、前記振動部用の入力端子と接地端子とが設けられ、他方の振動子には、前記受波部用の出力端子と接地端子とが設けられることを特徴とする硬さ計測用カテーテルセンサ。
- 請求項１乃至請求項１０に記載のカテーテルセンサにおいて、前記振動部及び受波部は、圧電セラミック振動子、積層型圧電セラミック振動子、バイモルフ振動子、水晶振動子、ＰＶＤＦ振動子、磁歪素子、ＳＡＷの何れかからなることを特徴とする硬さ計測用カテーテルセンサ。
- 請求項１乃至請求項１１に記載のカテーテルセンサにおいて、前記振動部及び受波部は、円筒形、円柱形、角柱形の何れかからなることを特徴とする硬さ計測用カテーテルセンサ。
- 請求項１乃至請求項１２に記載のカテーテルセンサにおいて、前記信号処理部は、前記振動部と受波部の間に接続される、位相シフト回路部と増幅回路部とを有し、前記振動部と受波部と信号処理部とで自励発振回路を構成し、前記位相シフト回路部は、前記自励発振回路の中心周波数と異なる中心周波数を有し、前記被測定部の測定時に位相の変化に対してゲインを変化させることを特徴とする硬さ計測用カテーテルセンサ。
- 請求項１乃至請求項１２に記載のカテーテルセンサにおいて、前記信号処理部は、前記振動部と受波部の間に接続されるＤＳＰからなることを特徴とする硬さ計測用カテーテルセンサ。
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