JP2007202675A - センサならびにそれを備えた医療装置および訓練装置 - Google Patents

Abstract

【課題】医療器具等を簡易な構成で実現し、かつ操作の複雑化を防ぐことが可能なセンサならびにそれを備えた医療装置および訓練装置を提供する。
【解決手段】センサ１００は、ワイヤ状部材１が貫通し、内部においてワイヤ状部材１の湾曲を許容するように形成された貫通穴３０を含むワイヤ通過部２と、ワイヤ状部材１の湾曲部分が貫通穴３０の内壁に作用する力を検出する荷重検出部３２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、センサならびにそれを備えた医療装置および訓練装置に関し、特に、ワイヤ状部材に作用する力を検出するセンサならびにそれを備えた医療装置および訓練装置に関する。

体内挿入式の医療器具として、血管および尿管等の菅に挿入するガイドワイヤおよびカテーテルが知られている。また、動脈瘤を塞栓するために、先端に塞栓用のコイルがついたワイヤが知られている。体内挿入式の医療器具を操作する際には、これらのワイヤ状部材を人体の菅に挿入し、人体外部から操作して目的部位まで誘導する。体内にある菅は直線状ではなく、屈曲および分岐しており、外部からの誘導操作に熟練が必要である。特に操作の際に過度の荷重が人体の管に作用すると、人体の菅を損傷する恐れがある。

このような問題点を解決するために、たとえば、特許文献１には以下のような体内挿入用医療器具のセンサが開示されている。すなわち、チューブ先端に加わる荷重を検出するための体内挿入用医療器具のセンサであって、その上面に圧電素子が形成されたセンサチップと、先端に加わる荷重をセンサチップへ伝達し、その荷重に基づいてセンサチップを撓ませる荷重伝達手段とを備える。

また、特許文献２には以下のようなカテーテルが開示されている。すなわち、カテーテルチューブの先端に設けられたセンサ部の触圧をセンサ部の備える感圧センサによって検知するとともに、その感圧センサからのセンサ出力信号に基づいて進行方向前方における障害物の有無を感知するカテーテルにおいて、センサ出力信号の変化を音声に変換して聴覚化する信号聴覚化手段を備える。
特開平９−１４９９４１号公報 特開平１０−２６３０８９号公報

しかしながら、特許文献１記載のセンサおよび特許文献２記載のカテーテルのようにチューブの先端にセンサを取り付けて使用する構成では、特に極細のガイドワイヤについては実現性に困難を伴う。細いガイドワイヤ、特に脳動脈瘤を脳血管内部から塞栓する治療のために脳血管内に入れるガイドワイヤの場合、ガイドワイヤの直径は約０．３５ｍｍであり、ガイドワイヤの先端部に小型の圧力センサを取り付けることは、困難を極める。また、人体外部に圧力センサの信号を取り出すために、ガイドワイヤの中に配線を通すことはさらに困難である。

また、使用するガイドワイヤ等の種類は手術に応じて異なるために、さまざまな手術に適応したセンサ付きガイドワイヤ等を用意することは、不経済であり、コスト増大を招いてしまう。

また、ガイドワイヤ先端に取り付けた圧力センサの出力と術者の挿入時の力覚とは必ずしも一致しない。これは、人体の菅が屈曲しているために、ガイドワイヤの挿入抵抗が菅との摩擦等の影響を受けるからである。このため、術者は、人体の透視画像による視覚情報と、人体外部において指先で把持したガイドワイヤの挿入抵抗の力覚情報とに基づいてガイドワイヤの挿入操作を実施する必要があり、操作が複雑になってしまう。

それゆえに、本発明の目的は、医療器具等を簡易な構成で実現し、かつ操作の複雑化を防ぐことが可能なセンサならびにそれを備えた医療装置および訓練装置を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるセンサは、ワイヤ状部材が貫通し、内部においてワイヤ状部材の湾曲を許容するように形成された貫通穴を含むワイヤ通過部と、ワイヤ状部材の湾曲部分が貫通穴の内壁に作用する力を検出する荷重検出部とを備える。

好ましくは、貫通穴の入力部分および出力部分は、ワイヤ状部材の貫通方向以外の方向への移動を制限するように形成され、貫通穴の入力部分および出力部分以外の部分において、入力部分および出力部分を結ぶ線から一方向に、入力部分および出力部分と比べて幅の広がった幅広部が形成され、荷重検出部は、幅広部に隣接して配置され、ワイヤ状部材の湾曲部分が幅広部における貫通穴の内壁に作用する力を検出する。

より好ましくは、幅広部における貫通穴の内壁に対面する貫通穴の壁面は、端部よりも中央部が幅広部における貫通穴の内壁に近い。

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる医療装置は、この発明のある局面に係わるセンサを備える。

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる訓練装置は、この発明のある局面に係わるセンサを備える。

本発明によれば、医療器具等を簡易な構成で実現し、かつ操作の複雑化を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第１の実施の形態＞
［構成および基本動作］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るセンサの構成を示す外観図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係るセンサの断面構造を概略的に示す図である。

図１および図２を参照して、センサ１００は、ワイヤ通過部２と、ワイヤ接触部３２とを備える。ワイヤ接触部３２は、荷重検出部４を含む。

ワイヤ通過部２は、ガイドワイヤ１が貫通し、内部においてガイドワイヤ１の湾曲を許容するように形成された貫通穴３０を含む。貫通穴３０は、ガイドワイヤ１が挿入される入力ポート３Ａと、ガイドワイヤ１が抜き出される出力ポート３Ｂとを含む。

入力ポート３Ａおよび出力ポート３Ｂの直径はガイドワイヤ１よりわずかに大きく、ガイドワイヤ１の軸方向の長さは入力ポート３Ａおよび出力ポート３Ｂの直径の数倍以上である。このような構成により、ガイドワイヤ１の貫通方向以外への移動を拘束することができる。

また、入力ポート３Ａは、テーパ形状である。このような構成により、ガイドワイヤ１の挿入が容易となる。

また、貫通穴３０における入力ポート３Ａおよび出力ポート３Ｂ以外の部分の高さは、入力ポート３Ａおよび出力ポート３Ｂの直径とほぼ同じである。貫通穴３０における入力ポート３Ａおよび出力ポート３Ｂ以外の部分において、入力ポート３Ａおよび出力ポート３Ｂを結ぶ線から一方向に、入力ポート３Ａおよび出力ポート３Ｂと比べて幅の広がった幅広部３１が形成される。

荷重検出部４は、幅広部３１に隣接して配置される。また、荷重検出部４は、ガイドワイヤ１の湾曲部分が幅広部３１における貫通穴３０の内壁に作用する力を検出し、検出結果を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する。

図３（ａ）および（ｂ）は、図２に示すセンサを真上から見た図である。
同図（ａ）を参照して、ガイドワイヤ１に圧縮荷重Ｐｘをかけるとき、ガイドワイヤ１の圧縮荷重Ｐｘがオイラーの座屈荷重Ｐｃｒ未満の場合には、ガイドワイヤ１は直線形状を保つ。

ここで、オイラーの座屈荷重Ｐｃｒは、センサ１００の中でガイドワイヤ１が拘束されていない長さＬ、ガイドワイヤ１のヤング率およびガイドワイヤ１の断面形状から計算することができる。

同図（ｂ）を参照して、ガイドワイヤ１の圧縮荷重Ｐｘがオイラーの座屈荷重Ｐｃｒと等しくなると、ガイドワイヤ１は湾曲を始め、Ｐｃｒ以上の荷重を軸方向に伝達することができなくなる。そして、ガイドワイヤ１の圧縮荷重Ｐｘがオイラーの座屈荷重Ｐｃｒ以上になると、ガイドワイヤ１の湾曲部分の中央付近が荷重検出部４に接触する。そうすると、ガイドワイヤ１は、軸方向に対して直角方向の荷重Ｐｙを荷重検出部４に作用しながら、Ｐｃｒ以上の荷重を軸方向に伝達する。

図４は、ガイドワイヤの軸方向の圧縮荷重Ｐｘとセンサ出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示す図である。

荷重検出部４は、荷重Ｐｙに応じて出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。たとえば、荷重検出部４の出力電圧Ｖｏｕｔは荷重Ｐｙに比例する。

同図を参照して、荷重検出部４に作用する力Ｐｙは、Ｐｙ=α（Ｐｘ−Ｐｃｒ）の関係で決定されることがわかる。また、ガイドワイヤ１の圧縮荷重ＰｘがＰｃｒ以上になると、（Ｐｘ−Ｐｃｒ）に比例して荷重Ｐｙが発生していることがわかる。ここで、αはＬ等のセンサの形状によって決まる値である。

図５は、貫通穴の構造を詳細に示す図である。
同図を参照して、貫通穴３０は、ｈ１＞ｈ０を満たすように形成される。すなわち、幅広部３１における貫通穴３０の内壁つまり荷重センサ４に対面する壁面の山の頂点が、荷重センサ４の中心に対応している。さらに言い換えると、荷重検出部４に対面する貫通穴３０の壁面のうち、荷重検出部４の中心に対面する壁面と荷重検出部４との距離が最小となっている。

このような構成により、ガイドワイヤ１を確実に荷重センサ４の方向に湾曲させて荷重検出部４に接触させることができる。

なお、上記のような構成に限定されるものではなく、幅広部３１における貫通穴３０の内壁に対面する貫通穴３０の壁面が、端部よりも中央部が幅広部３１における貫通穴３０の内壁に近い構成であれば、ガイドワイヤ１を確実に荷重センサ４の方向に湾曲させて荷重検出部４に接触させることができる。

ガイドワイヤ１を入力ポート３Ａから挿入すると、ガイドワイヤ１は斜面１９に沿って点線２０で囲まれた領域を進む。そして、ガイドワイヤ１は斜面２１に沿って出力ポート３Ｂに向かう。ガイドワイヤ１が出力ポート３Ｂに入ると、ガイドワイヤ１は最も安定的な形状である斜面１９および斜面２１に沿った形状になる。

図６は、荷重検出部の構成を示す図である。
同図を参照して、荷重検出部４は、板５〜６と、歪ゲージ７と、電圧発生回路８と、ケーブル９とを含む。

歪ゲージ７は、荷重Ｐｙが板５に作用すると板５の曲げモーメントによって歪む。歪ゲージ７は、歪みを検出することにより、荷重Ｐｙを検出する。

また、板６は板５と同じ形状であり、板６には荷重Ｐｙが作用しない。このような構成により、板５の自重および温度ドリフトを補償することができる。

電圧発生回路８は、板５および板６の曲げモーメントから荷重Ｐｙに比例した電圧を発生し、ケーブル９を介して出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する。

なお、荷重センサ４は歪ゲージ７を荷重検出に使用する構成であるとしたが、これに限定するものではない。歪ゲージ７の代わりに他のセンサを使用する構成であってもよい。たとえば、弾性バネおよびギャップセンサを使用する構成であってもよい。ギャップセンサは、たとえば磁気式、静電式および光学式等が容易に想像できる。

ところで、特許文献１記載のカテーテルでは、医療器具等の構成および操作が複雑であるという問題点があった。

しかしながら、本発明の第１の実施の形態に係るセンサでは、貫通穴３０は、ガイドワイヤ１が貫通し、内部においてガイドワイヤ１の湾曲を許容するように形成され、荷重検出部４は、ガイドワイヤ１の湾曲部が貫通穴３０の内壁に作用する力を検出し、検出結果を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する。そして、荷重検出部４の出力電圧Ｖｏｕｔを計測することにより、術者の力覚に相当する、術者の手元付近におけるガイドワイヤ１の軸方向の圧縮荷重Ｐｘを検出することが可能となる。また、ガイドワイヤの先端に圧力センサを取り付ける必要がないため、手術の種類ごとにセンサ付きガイドワイヤ等を用意する必要がない。したがって、本発明の第１の実施の形態に係るセンサでは、医療器具等を簡易な構成で実現し、かつ操作の複雑化を防ぐことができる。

また、前述のようにガイドワイヤ先端に取り付けた圧力センサの出力と術者の挿入時の力覚とが必ずしも一致しないために、術者のガイドワイヤに対する力覚は実際にガイドワイヤを挿入している術者しか知ることができない。したがって、特許文献１記載のカテーテルでは、経験の少ない術者へ定量的な手技の伝授ができないという問題点がある。しかしながら、本発明の第１の実施の形態に係るセンサでは、荷重検出部４の出力電圧Ｖｏｕｔを計測することにより、熟練術者の操作を定量化することができ、経験の少ない術者の手技を早期に向上させることができる。また、手術中の記録として、透視画像とともに、術者の操作を記録することができる。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第２の実施の形態＞
図７は、本発明の第２の実施の形態に係るセンサの構成を示す図である。

同図を参照して、センサ２００は、ワイヤ通過部２と、ワイヤ接触部３２と、提示部１１とを備える。

提示部１１は、センサ２００の出力電圧Ｖｏｕｔをガイドワイヤ１の圧縮荷重Ｐｘに変換して表示する。

なお、センサ２００は、提示部１１の代わりに提示部１２を備える構成であってもよい。提示部１２は、センサ２００の出力電圧Ｖｏｕｔをガイドワイヤ１の圧縮荷重Ｐｘに変換し、時間履歴を伴って圧縮荷重Ｐｘをグラフ表示する。

また、センサ２００は、提示部１１の代わりに提示部１３と、スピーカ１４とを備える構成であってもよい。提示部１３は、センサ２００の出力電圧Ｖｏｕｔが所定の閾値以上の場合、すなわち所定の圧縮荷重以上が検出された場合に、警告音をスピーカ１４から鳴らす。なお、スピーカ１４の代わりにランプでもよく、スピーカおよびランプを併用してもよい。また、複数の閾値を予め用意しておき、閾値ごとにスピーカの音およびランプの色を変えることもできる。

また、同図では、提示部１１およびワイヤ接触部３２はケーブルで接続されているが、これに限定するものではなく、赤外線および無線通信等、他の信号転送手段を使用する構成であってもよい。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第３の実施の形態＞
図８は、本発明の第３の実施の形態に係る医療装置の構成を示す図である。

同図を参照して、医療装置３００は、センサ１００と、Ｙコネクタ１０とを備える。Ｙコネクタ１０は、生理食塩水および血管造影剤等を注入するポート４１を含む。

このように、他のガイドワイヤを用いた医療器具とセンサ１００とを一体化させることは、容易に想像がつくことである。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第４の実施の形態＞
図９は、本発明の第４の実施の形態に係る医療装置の構成を示す図である。同図では、本発明の第４の実施の形態に係る医療装置を実際の治療および検査に使用する様子が示されている。

同図を参照して、医療装置４００は、センサ１００と、提示部１１と、カテーテル１５とを備える。

カテーテル１５は、センサ１００のワイヤ通過部２に接続され、ワイヤ通過部２の出力ポート３Ｂを通過したガイドワイヤ１が挿入される。

ガイドワイヤ１を把持する術者1６がガイドワイヤ１を被術者１７の体内へ進めるためにガイドワイヤ１に圧縮荷重をかけると、その圧縮荷重が提示部１１によって表示される。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第５の実施の形態＞
図１０は、本発明の第５の実施の形態に係る訓練装置の構成を示す図である。

同図を参照して、訓練装置５００は、センサ１００と、提示部１１と、カテーテル１５と、シミュレータ２２と、ケーブル２３とを備える。

シミュレータ２２は、人体を模擬するものであり、人体の菅の透視画像と同等のものを表示する。医療装置の訓練を行なっている術者１６はシミュレータ２２の表示画像を見ながらガイドワイヤ１を操作する。シミュレータ２２は、挿入されたガイドワイヤ１に対する挿入抵抗を変化させる。操作時の抵抗力すなわち、荷重検出部４で検出されるガイドワイヤ１の圧縮荷重は、表示装置１１に表示されるとともに、ケーブル２３を介してシミュレータ２２にも伝達される。シミュレータ２２は、伝達された圧縮荷重に基づいてガイドワイヤ１の挿入抵抗を変更する。

なお、同図では荷重検出部４およびシミュレータ２２が分離されているが、荷重検出部４およびシミュレータ２２が一体化される構成であってもよい。また、提示部１１の代わりにシミュレータ２２の表示する模擬透視画像にガイドワイヤ１の圧縮荷重を追加表示する構成であってもよい。

なお、本発明の実施の形態においては、センサは、ガイドワイヤ１の圧縮荷重を検出する構成であるとしたが、これに限定するものはない。ガイドワイヤに限らず、たとえば、動脈瘤を塞栓するために使用する、先端に塞栓用のコイルのついたワイヤ、およびカテーテル等のワイヤ状部材の圧縮荷重を検出する構成とすることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係るセンサの構成を示す外観図である。 本発明の第１の実施の形態に係るセンサの断面構造を概略的に示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、図２に示すセンサを真上から見た図である。 ガイドワイヤの軸方向の圧縮荷重Ｐｘとセンサ出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示す図である。 貫通穴の構造を詳細に示す図である。 荷重検出部の構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るセンサの構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る医療装置の構成を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る医療装置の構成を示す図である。 本発明の第５の実施の形態に係る訓練装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ ガイドワイヤ、２ ワイヤ通過部、３Ａ 入力ポート、３Ｂ 出力ポート、４ 荷重検出部、５〜６ 板、７ 歪ゲージ、８ 電圧発生回路、９，２３ ケーブル、１０ Ｙコネクタ、１１〜１３ 提示部、１４ スピーカ、１５ カテーテル、１６ 術者、１７ 被術者、１９，２１ 斜面、２２ シミュレータ、２０ 点線、３０ 貫通穴、３２ ワイヤ接触部、４１ ポート、１００，２００ センサ、３００，４００ 医療装置、５００ 訓練装置。

Claims (5)

1. ワイヤ状部材が貫通し、内部において前記ワイヤ状部材の湾曲を許容するように形成された貫通穴を含むワイヤ通過部と、
   前記ワイヤ状部材の湾曲部分が前記貫通穴の内壁に作用する力を検出する荷重検出部とを備えるセンサ。
2. 前記貫通穴の入力部分および出力部分は、前記ワイヤ状部材の貫通方向以外の方向への移動を制限するように形成され、
   前記貫通穴の前記入力部分および前記出力部分以外の部分において、前記入力部分および前記出力部分を結ぶ線から一方向に、前記入力部分および前記出力部分と比べて幅の広がった幅広部が形成され、
   前記荷重検出部は、前記幅広部に隣接して配置され、前記ワイヤ状部材の湾曲部分が前記幅広部における前記貫通穴の内壁に作用する力を検出する請求項１記載のセンサ。
3. 前記幅広部における前記貫通穴の内壁に対面する前記貫通穴の壁面は、端部よりも中央部が前記幅広部における前記貫通穴の内壁に近い請求項２記載のセンサ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のセンサを備える医療装置。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載のセンサを備える訓練装置。

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