JP2008020249A - 計測装置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計測装置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】計測装置１０１は、線状体１が貫通する貫通孔が形成される本体２を備え、線状体１に圧縮力が作用するとき、貫通孔の内部において線状体１が所定の方向へ湾曲し、さらに、貫通孔に光を照射する発光部８と、貫通孔を通過した光を受光する複数個の受光素子を含む受光部１１と、受光部１１における受光素子の受光量に基づいて受光部１１における受光素子の中から複数個の受光素子を選択し、選択した複数個の受光素子の受光量を用いて所定の演算を行なうことにより、線状体１の湾曲度合いを検出する画像処理部１２と、検出された湾曲度合いを、線状体１に作用する圧縮力に変換する変換回路１３とを備える。
【選択図】図５

Description

この発明は、計測装置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、可撓性を有する線状体に作用する圧縮力の計測装置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。

可撓性を有する線状体は、体内挿入式の医療器具として実用化されている。たとえば、血管および尿管等の管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、これらの線状体を人体の管に挿入し、人体外部から操作して目的部位まで誘導する。体内にある管は直線状ではなく、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、人体の管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１０−２６３０８９号公報

しかしながら、特許文献１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、人体の管が屈曲しているために、ガイドワイヤの挿入抵抗が管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計測装置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計測装置は、可撓性を有する線状体に作用する圧縮力を計測する計測装置であって、線状体が貫通する貫通孔が形成される本体を備え、線状体に圧縮力が作用するとき、貫通孔の内部において線状体が所定の方向へ湾曲し、さらに、貫通孔に光を照射する発光部と、貫通孔を通過した光を受光する複数個の受光素子を含む受光部と、受光部における受光素子の受光量に基づいて受光部における受光素子の中から複数個の受光素子を選択し、選択した複数個の受光素子の受光量を用いて所定の演算を行なうことにより、線状体の湾曲度合いを検出する画像処理部と、検出された湾曲度合いを、線状体に作用する圧縮力に変換する変換回路とを備える。

好ましくは、貫通孔は、線状体に圧縮力が作用していないとき、貫通孔の内部において線状体が所定の方向に湾曲し、線状体に圧縮力が作用するとき、線状体に圧縮力が作用していないときと比べて線状体が所定の方向へさらに湾曲するように形成される。

好ましくは、計測装置は、さらに、反射部を備え、発光部は、反射部に光を照射して反射させることにより貫通孔に光を照射する。

より好ましくは、反射部は、線状体の貫通方向と略垂直な方向から貫通孔を視認できる位置に移動可能である。

好ましくは、計測装置は、さらに、受光部における受光素子の受光量に基づいて、発光部が照射する光の光量および受光部における受光素子の感度のうちの少なくともいずれか一方を調整する制御部を備える。

好ましくは、画像処理部は、さらに、受光部における受光素子の受光量に基づいて、貫通孔に線状体が挿入されているか否かを検出する。

好ましくは、計測装置は、さらに、本体における、発光部から受光素子に照射される光を遮る位置に取り付けられるマーカを備え、画像処理部は、さらに、受光部における受光素子の受光量に基づいてマーカの像を認識し、演算結果および認識したマーカの像に基づいて線状体の湾曲度合いを検出する。

より好ましくは、画像処理部は、受光部における受光素子の受光量に基づいて受光部における受光素子の中から複数個の受光素子を選択し、選択した複数個の受光素子の受光量を用いて所定の演算を行なうことにより、マーカの像を認識し、演算結果および認識したマーカの像に基づいて線状体の湾曲度合いを検出する。

好ましくは、発光部は、線状体の貫通方向と略垂直な方向から貫通孔を視認できる位置に移動可能である。

またこの発明のさらに別の局面に係わる計測装置は、可撓性を有する線状体に作用する圧縮力を計測する計測装置であって、線状体が貫通する貫通孔が形成される本体を備え、線状体に圧縮力が作用するとき、貫通孔の内部において線状体が所定の方向へ湾曲し、さらに、貫通孔に光を照射する発光部と、貫通孔を通過した光を受光する複数個の受光素子を含む受光部と、本体における、発光部から受光素子に照射される光を遮る位置に取り付けられるマーカとを備え、受光部における受光素子の受光量に基づいて線状体の像を認識し、かつ受光部における受光素子の受光量に基づいてマーカの像を認識し、認識した線状体の像およびマーカの像に基づいて線状体の湾曲度合いを検出する画像処理部と、検出された湾曲度合いを、線状体に作用する圧縮力に変換する変換回路とを備える。

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医療装置は、この発明のある局面に係わる計測装置を備える。

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計測装置を備える。

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計測装置の本体の構成を示す外観図である。

図１を参照して、計測装置１０１は、計測装置本体２を備え、計測装置本体２には可撓性を有する線状体１が貫通する貫通孔３が形成される。図１は、計測装置１０１が床面に設置された状態を示しており、図示していないが計測装置１０１の床面側に後述する光源８、レンズ１０およびアレイセンサ１１が配置されており、計測装置１０１の天井面側に後述する反射板９が配置されている。また、計測装置本体２は、たとえば透明体であり、光を透過することが可能な物質で形成される。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線による断面を示す断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面を示す断面図である。

図２を参照して、貫通孔３は、線状体１が貫通する出入口を大きくして挿入性を向上させるために、出入口にテーパ状の入出力ポート４を形成する。計測装置本体２の内部の拘束部５において、貫通孔３の直径は線状体１の直径よりもわずかに大きい（たとえば線状体１の直径の１０５％〜１２０％）。また、線状体１の長手軸方向に沿った貫通孔３の長さは線状体１の直径の数倍以上である。したがって、線状体１は、拘束部５において長手軸方向以外への動作を拘束される。

貫通孔３は、線状体１に長手軸方向の圧縮力が作用していないとき、貫通孔３の内部において線状体１が所定の方向に湾曲し、線状体１に圧縮力が作用するとき、線状体１に長手軸方向の圧縮力が作用していないときと比べて線状体１が所定の方向へさらに湾曲するように形成される。このような構成により、線状体１に作用する長手軸方向の圧縮力が非常に小さい場合でも、正確に圧縮力を検出することができる。より詳細には、貫通孔３は、２つの拘束部５の間で曲がっており、線状体１は一方の壁に沿って曲がりながら貫通孔３を貫通する。また、貫通孔３は、２つの拘束部５の間で、線状体１が沿っていない壁側が広がって幅広部６を形成している。

幅広部６は、紙面と平行方向における線状体１の動作を拘束しないように形成されている。なお、入出力ポート４および幅広部６において、紙面と垂直方向の貫通孔３の高さは線状体１の直径よりもわずかに大きく（たとえば線状体１の直径の１０５％〜１２０％）、線状体１に対して紙面と垂直方向の動作を拘束している。すなわち、入出力ポート４および幅広部６において、線状体１の長手軸方向に垂直な断面における貫通孔３の断面の形状は、長方形である。このような構成により、貫通孔３の内部における線状体１の湾曲方向を規定し、線状体１に長手軸方向の圧縮力が作用するときの線状体１の湾曲部の位置を決定している。

図４は、図２の断面図において、線状体１に圧縮力が作用し、計測装置本体２の内部において線状体１が湾曲している状態を示す図である。

図４を参照して、線状体１に長手軸方向の圧縮力Ｐが作用するとき、貫通孔３の内部の幅広部６において所定の方向へ、すなわち幅広部６において線状体１が沿っていない壁側へ向かって線状体１が湾曲する。線状体１の湾曲に伴い、湾曲の山の高さｈ、すなわち線状体１が沿っていた壁面から線状体１までの距離が大きくなる。

図５は、図１に示す設置状態で計測装置１０１を側面方向から見た図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線による断面を示す断面図である。

図５および図６を参照して、計測装置１０１は、計測装置本体２と、光源（発光部）８と、反射板９と、レンズ１０と、アレイセンサ（受光部）１１と、画像処理部１２と、変換部１３とを備える。光源８は、たとえば赤外線ＬＥＤである。レンズ１０は、たとえばセルフォック（登録商標）レンズである。アレイセンサ１１は、たとえば一列に配置された複数個の受光素子を含む、１次元の光学式のアレイセンサである。アレイセンサ１１および光源８と、反射板９とは、貫通孔３を挟んで対向する位置に配置される。

計測装置１０１は、貫通孔３内の線状体１の像を光量変化としてとらえることにより、線状体１の湾曲度合いを検出する。

より詳細には、光源８は、反射板９に光を照射する。反射板９は、光源８から照射された光を反射して貫通孔３に照射する。

なお、貫通孔３に照射される光はムラを極力小さくすることが望ましい。このため、反射板９をたとえば白色として拡散性を高くし、光源８から照射される光のムラを低減することが望ましい。また、光源８自体に均一性が高いものを使用するか、光源８に拡散板を取り付ける構成が望ましい。

アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４は、貫通孔３を通過した光を受光し、受光した光を電気信号に変換して画像処理部１２に出力する。受光素子１４が出力する電気信号は、受光素子１４の受光量を表わす。アレイセンサ１１における複数個の受光素子は、線状体１の湾曲方向に順次配置されている。

画像処理部１２は、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４から受けた電気信号に基づいて、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４の中から複数個の受光素子１４を選択する。そして、画像処理部１２は、選択した複数個の受光素子１４の受光量を用いて所定の演算を行なうことにより、線状体１の湾曲度合いを検出する。

変換部１３は、画像処理部１２が検出した湾曲度合いを、線状体１に作用する圧縮力に変換する。

［動作］
次に、計測装置１０１が線状体１に作用する圧縮力を検出する際の動作について説明する。

図７は、図４において幅広部６を詳細に示した図である。図８は、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４の位置Ｘと出力Ｙ（Ｘ）との関係の一例を示す図である。

図７および図８を参照して、図７において左端に位置する受光素子１４の出力が図８のグラフにおいて位置番号の最も小さい左端の点に対応し、図８において右端に位置する受光素子１４の出力が図８のグラフにおいて位置番号の最も大きい右端の点に対応する。

反射板９において反射された光を線状体１が遮ると受光素子１４の受光量が小さくなる。図８に示す例では、位置番号ｊの受光素子１４が線状体１に最も近いために受光量が最小となり、その出力Ｙ（Ｘ）が最小値Ｙｍｉｎとなる。また、位置番号ｊの受光素子１４の近傍に位置する位置番号ｊ−２，ｊ−１，ｊ＋１の受光素子１４の出力Ｙ（Ｘ）が他の受光素子１４の出力Ｙ（Ｘ）と比べて小さくなっている。

画像処理部１２は、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４の出力Ｙ（Ｘ）の最小値Ｙｍｉｎを検出する。そして、画像処理部１２は、最小値Ｙｍｉｎに所定の閾値Ｔｈを加えた値未満の電気信号を出力する複数個の受光素子１４を選択する。ここでは、画像処理部１２は、位置番号ｊ−２，ｊ−１，ｊ，ｊ＋１の受光素子１４を選択する。そして、画像処理部１２は、位置番号ｊ−２，ｊ−１，ｊ，ｊ＋１の受光素子１４の受光量すなわち出力Ｙ（Ｘ）に以下の式（１）で表わされる演算を行なうことにより、位置番号Ｊを線状体１の湾曲度合いとして算出する。

図８に示す例では、式（１）において、ｘ１にはｊ−２が代入され、ｘ２にはｊ＋１が代入される。

図９は、画像処理部１２が行なう演算の具体例を示す図である。ここでは、アレイセンサ１１における受光素子１４の位置番号が０〜５であり、閾値Ｔｈが６である。

図９を参照して、位置番号０〜５の受光素子１４の出力Ｙ（０）〜Ｙ（５）は、それぞれ２０，１８，１２，１０，１５，２０である。

画像処理部１２は、出力Ｙ（０）〜Ｙ（５）の中から、Ｙ（３）＝１０を最小値Ｙｍｉｎとして検出する。そして、画像処理部１２は、最小値Ｙｍｉｎである１０に閾値Ｔｈである６を加えた１６より小さい電気信号を出力する位置番号２〜４の受光素子１４を選択する。そうすると、式（１）において分母が１１となり、分子が３０となる。したがって、線状体１の湾曲度合いを表わす位置番号Ｊは３０／１１≒２．７３となる。すなわち、画像処理部１２は、選択した複数個の受光素子１４の受光量を用いて式（１）の演算を行なうことにより、アレイセンサ１１の分解能を超える位置番号、すなわち線状体１の湾曲度合いを検出することができる。

変換部１３は、線状体１に作用する長手軸方向の圧縮力Ｐと位置番号Ｊすなわち線状体１の湾曲度合いとの相関関係を予め計測した結果を記憶する。変換部１３は、記憶している相関関係に基づいて、画像処理部１２から受けた位置番号を圧縮力Ｐに変換する。

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計測装置では、線状体１に圧縮力が作用するとき、貫通孔３の内部において線状体１が所定の方向へ湾曲する。そして、画像処理部１２は、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４の受光量に基づいて、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４の中から複数個の受光素子１４を選択する。そして、画像処理部１２は、選択した複数個の受光素子１４の受光量を用いて所定の演算を行なうことにより、線状体１の湾曲度合いを検出する。そして、変換部１３は、画像処理部１２が検出した湾曲度合いを、線状体１に作用する圧縮力に変換する。このような構成により、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の軸方向の圧縮荷重Ｐ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計測装置では、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計測装置では、線状体１に作用する圧縮力Ｐ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。

アレイセンサ１１は、図２等に示すように細長い形状である。図１に示すように計測装置１０１のアレイセンサ１１側の面が床に設置される場合、計測装置１０１を安定して設置するためにはアレイセンサ１１を筐体に収納し、筐体の幅をアレイセンサ１１の幅よりも大きくする必要がある。ここで、本発明の第１の実施の形態に係る計測装置は、反射板９を備え、アレイセンサ１１および光源８と、反射板９とは、貫通孔３を挟んで対向する位置に配置される構成である。このような構成により、アレイセンサ１１を含む筐体に光源８を収納し、アレイセンサ１１と光源８とを床面に対して平行に配置することで、収納効率を高め、計測装置１０１の高さ方向のサイズを小さくすることができる。

なお、計測装置１０１は、反射板９を備えない構成とすることも可能である。この場合、光源８は、貫通孔３における幅広部６に光を直接照射する。

また、本発明の第１の実施の形態に係る計測装置では、画像処理部１２は、複数個の受光素子１４の受光量に式（１）で表わされる演算を行なうことにより、位置番号Ｊを線状体１の湾曲度合いとして算出する構成であるとしたが、これに限定するものではない。画像処理部１２は、受光量の最も小さい受光素子の位置番号をｊとすると、位置番号ｊ±αの受光素子、および位置番号ｊの受光素子の受光量に以下の式（２）で表わされる演算を行なうことにより、位置番号Ｊを線状体１の湾曲度合いとして算出する構成とすることができる。ここで、Ｙｍａｘはアレイセンサ１１における複数個の受光素子１４の出力Ｙ（Ｘ）の最大値である。

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２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る計測装置に対して受光量をフィードバックする構成を追加した計測装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る計測装置と同様である。

図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る計測装置の構成を示す図である。
図１０を参照して、計測装置１０２は、計測装置１０１に対して、さらに制御部１５を備える。

制御部１５は、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４から受けた電気信号の平均値Ｙａｖｅを算出し、平均値Ｙａｖｅが所定値となるように、光源８が照射する光の光量およびアレイセンサ１１の感度のうちの少なくともいずれか一方を調整する。なお、制御部１５は、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４の中から特定の受光素子１４を選択し、選択した受光素子１４の受光量に基づいて上記調整を行なってもよいし、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４から受けた電気信号の最大値または中央値が所定値となるように上記調整を行なってもよい。

光源８は、制御部１５の制御に基づいて、反射板９に照射する光の量を変更する。アレイセンサ１１は、制御部１５の制御に基づいて、受光感度を変更する。たとえば、アレイセンサ１１は、受光素子１４の出力を増幅し、かつ制御部１５から受けた制御信号に基づいて増幅率を変更する増幅器を含む。

図１１は、計測装置１０２が光源８の発光量を調整する際の動作手順を定めたフローチャートである。ここで、ＹｔｐはＹａｖｅの取るべき範囲の上限であり、ＹｔｍはＹａｖｅの取るべき範囲の下限である。

制御部１５は、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４から受けた電気信号の平均値Ｙａｖｅを算出する（Ｓ１およびＳ２）。

制御部１５は、平均値ＹａｖｅがＹｔｍ未満である場合（Ｓ３でＹＥＳ）であって光源８の発光量を増加させることができるとき（Ｓ４でＹＥＳ）には、光源８に制御信号を出力して光源８の発光量を増加させる（Ｓ５）。

一方、制御部１５は、平均値ＹａｖｅがＹｔｍ以上であり（Ｓ３でＮＯ）、かつＹｔｐより大きい場合（Ｓ６でＹＥＳ）であって光源８の発光量を減少させることができるとき（Ｓ７でＹＥＳ）には、光源８に制御信号を出力して光源８の発光量を減少させる（Ｓ８）。

制御部１５は、平均値ＹａｖｅがＹｔｍ以上であり（Ｓ３でＮＯ）、かつＹｔｐ以下である場合（Ｓ６でＮＯ）には、光量調整が正常終了したと判断する（Ｓ９）。

また、制御部１５は、平均値ＹａｖｅがＹｔｍ未満である場合（Ｓ３でＹＥＳ）であって光源８の発光量を増加させることができないとき（Ｓ４でＮＯ）、あるいは、平均値ＹａｖｅがＹｔｐより大きい場合（Ｓ６でＹＥＳ）であって光源８の発光量を減少させることができないとき（Ｓ７でＮＯ）には、光量調整が異常終了したと判断する（Ｓ１０）。

図１２は、計測装置１０２の動作手順を定めたフローチャートである。
制御部１５は、図１１のフローチャートに示す光量調整を行なう（Ｓ１１）。

画像処理部１２は、光量調整が正常終了した場合には（Ｓ１２でＹＥＳ）、線状体１の有無判定を行なう（Ｓ１３）。より詳細には、画像処理部１２は、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４の出力Ｙ（Ｘ）の最小値Ｙｍｉｎを検出する。画像処理部１２は、最小値Ｙｍｉｎおよび平均値Ｙａｖｅの差が所定値以上である場合には貫通孔３に線状体１が挿入されていると判断し、最小値Ｙｍｉｎおよび平均値Ｙａｖｅの差が所定値未満である場合には貫通孔３に線状体１が挿入されていないと判断する。

画像処理部１２は、貫通孔３に線状体１が挿入されていると判断した場合には（Ｓ１４でＹＥＳ）、第１の実施の形態に係る計測装置と同様の方法で、位置番号Ｊを線状体１の湾曲度合いとして算出する（Ｓ１５）。

変換部１３は、画像処理部１２から受けた位置番号Ｊを圧縮力Ｐに変換する（Ｓ１６）。そして、変換部１３は、図示しない表示部に圧縮力Ｐを表わす電気信号を出力することにより、表示部に圧縮力Ｐを表示する（Ｓ１７）。

一方、画像処理部１２は、光量調整が異常終了した場合には（Ｓ１２でＮＯ）、光量調整不能の旨を表示部に表示する（Ｓ１８）。

また、画像処理部１２は、貫通孔３に線状体１が挿入されていないと判断した場合には（Ｓ１４でＮＯ）、計測装置１０２に線状体１が挿入されていない旨を表示部に表示する（Ｓ１９）。

したがって、本発明の第２の実施の形態に係る計測装置では、光源８の発光量およびアレイセンサ１１の感度を最適化することで、アレイセンサ１１が極細の線状体の像を正確に認識することができ、線状体に作用する圧縮力の検出性能を高めることができる。

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３の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る計測装置に対して本体にマーカを取り付けた計測装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る計測装置と同様である。

図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る計測装置の構成を示す図である。
図１３を参照して、計測装置１０３は、計測装置１０１に対して、さらにマーカ１６を備える。

マーカ１６は、計測装置本体２の、反射板９において反射されて受光素子１４に照射される光を遮る位置に取り付けられる。

画像処理部１２は、第１の実施の形態に係る計測装置と同様に、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４から受けた電気信号に基づいて、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４の中から複数個の受光素子１４を選択する。そして、画像処理部１２は、選択した複数個の受光素子１４の受光量を用いて所定の演算を行なう。また、画像処理部１２は、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４から受けた電気信号に基づいてマーカ１６の像を認識する。そして、画像処理部１２は、演算結果および認識したマーカ１６の像に基づいて線状体１の湾曲度合いを検出する。

なお、画像処理部１２は、第１の実施の形態に係る計測装置と同様に式（１）を用いる構成に限定されるものではなく、単にアレイセンサ１１における複数個の受光素子１４から受けた電気信号に基づいて線状体１およびマーカ１６の像を認識し、認識した線状体１の像およびマーカ１６の像に基づいて線状体１の湾曲度合いを検出する構成であってもよい。

図１４は、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４の位置Ｘと出力Ｙ（Ｘ）との関係の一例を示す図である。ここでは、位置番号ｂ１〜ｅ１の範囲Ａが線状体１の湾曲する領域に対応し、位置番号ｂ２〜ｅ２の範囲Ｂがマーカ１６の取り付け領域に対応する。

範囲Ａでは、反射板９において反射された光を線状体１が遮ると受光素子１４の受光量が小さくなる。図１４に示す例では、位置番号ｊの受光素子１４が線状体１に最も近いために受光量が最小となり、その出力Ｙ（Ｘ）が最小値Ｙ１ｍｉｎとなる。また、位置番号ｊの受光素子１４の近傍に位置する位置番号ｊ−２，ｊ−１，ｊ＋１の受光素子１４の出力Ｙ（Ｘ）が他の受光素子１４の出力Ｙ（Ｘ）と比べて小さくなっている。

範囲Ｂでは、反射板９において反射された光をマーカ１６が遮ると受光素子１４の受光量が小さくなる。図１４に示す例では、位置番号ｋの受光素子１４がマーカ１６に最も近いために受光量が最小となり、その出力Ｙ（Ｘ）が最小値Ｙ２ｍｉｎとなる。また、位置番号ｋの受光素子１４の近傍に位置する位置番号ｋ−１，ｋ＋１，ｋ＋２の受光素子１４の出力Ｙ（Ｘ）が他の受光素子１４の出力Ｙ（Ｘ）と比べて小さくなっている。

画像処理部１２は、範囲ＡおよびＢにおいて、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４の出力Ｙ（Ｘ）の最小値Ｙ１ｍｉｎおよびＹ２ｍｉｎをそれぞれ検出する。そして、画像処理部１２は、最小値Ｙ１ｍｉｎに所定の閾値Ｔｈ１を加えた値未満の電気信号を出力する複数個の受光素子１４、および最小値Ｙ２ｍｉｎに所定の閾値Ｔｈ２を加えた値未満の電気信号を出力する複数個の受光素子１４をそれぞれ選択する。ここでは、画像処理部１２は、位置番号ｊ−２，ｊ−１，ｊ，ｊ＋１の受光素子１４、および位置番号ｋ−１，ｋ，ｋ＋１，ｋ＋２の受光素子１４をそれぞれ選択する。そして、画像処理部１２は、選択した受光素子１４の受光量すなわち出力Ｙ（Ｘ）に以下の式で表わされる演算を行なうことにより、位置番号ＪおよびＫを算出し、位置番号Ｊを位置番号Ｋおよび定数ｃｏｎｓｔを用いて補正した結果である位置番号Ｇを線状体１の湾曲度合いとして算出する。

ここで、アレイセンサ１１およびセンサ本体２を組み付ける場合、アレイセンサ１１およびセンサ本体２の組み付け位置に製品間でばらつきが生じる。組みつけ位置のばらつきが生じると、画像処理部１２の算出する位置番号Ｊにばらつきが生じ、製品間で検出性能のばらつきが生じてしまう。そして、アレイセンサ１１およびセンサ本体２は、いくつかの部品を介して組み付けられるため、精度よく組み付けるのは困難である。このような問題点を解決するため、圧縮力Ｐがゼロの場合における位置番号Ｊが製品ごとに同じになるように、変換部１３の、圧縮力Ｐと位置番号Ｊとの相関関係を製品ごとに調整するか、あるいは画像処理部１２の受光量計算においてオフセットを設け、製品ごとにオフセット値を調整することが考えられるが、計測装置の生産時間および生産コストが増大してしまう。

しかしながら、本発明の第３の実施の形態に係る計測装置では、マーカ１６をセンサ本体２に取り付ける。マーカ１６および貫通孔３は、一体的に加工すること、あるいは同時に成型することが可能であるため、マーカ１６および貫通孔３の位置関係の精度は非常に高くなる。そして、画像処理部１２は、マーカ１６の像を基準として線状体１の湾曲度合いを検出するため、製品間で湾曲度合いの検出結果にばらつきが生じることを防ぐことができる。すなわち、所定の圧縮力が線状体１に作用している場合における、画像処理部１２の算出する位置番号Ｊの製品間のばらつきを防ぐことができ、製品間の検出性能のばらつきを防ぐことができる。そして、上記のような相関関係の調整およびオフセット値の調整が不要となり、計測装置の生産時間および生産コストの増大を防ぐことができる。

なお、位置番号Ｋの算出方法は式（３）によるものに限定されるものではなく、たとえば範囲Ｂにおける、アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４のうち、電気信号が最小となる受光素子の位置番号をそのまま位置番号Ｋと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４の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る計測装置に対してアレイセンサの構成を変更した計測装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る計測装置と同様である。

図１５は、本発明の第４の実施の形態に係る計測装置の構成を示す図である。
図１５を参照して、計測装置１０４は、計測装置１０１に対して、アレイセンサ１１の代わりにアレイセンサ（受光部）２１および２２と、セルフォック（登録商標）レンズ１０の代わりにセルフォック（登録商標）レンズ２３および２４とを備える。

アレイセンサ２１および２２は、たとえば一列に配置された複数個の受光素子を含む、１次元の光学式のアレイセンサである。

画像処理部１２は、第１の実施の形態に係る計測装置と同様に、アレイセンサ２１および２２における複数個の受光素子１４から受けた電気信号に基づいて線状体１の湾曲度合いを検出する。

このような構成により、線状体１の湾曲度合いの検出精度を高めることができる。
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る計測装置の変形例の構成を示す図である。

図１６を参照して、計測装置１０５は、計測装置１０１に対して、アレイセンサ１１の代わりにアレイセンサ（受光部）３１と、レンズ１０の代わりにレンズ３２とを備える。

アレイセンサ３１は、たとえば行列状に配置された複数個の受光素子を含む、２次元の光学式のアレイセンサである。レンズ３２は、たとえばセルフォック（登録商標）レンズである。

画像処理部１２は、アレイセンサ３１における複数個の受光素子１４から受けた電気信号に基づいて線状体１の像を認識し、画像処理を用いた特徴抽出およびパターンマッチング等を行なうことにより、線状体１の湾曲度合いを検出する。

図１７は、本発明の第４の実施の形態に係る計測装置が線状体１の湾曲度合いを算出する方法を示す図である。Ｃは、画像処理部１２の認識した線状体１の像である。

図１７を参照して、画像処理部１２は、像Ｃの湾曲部の頂点から横軸方向に距離Ｘ離れた部分における像Ｃと、湾曲部の頂点との縦軸方向の差Ｙを検出することにより、線状体１の湾曲度合いを検出する。

このような構成により、アレイセンサ１１およびセンサ本体２の組み付け位置に製品間でばらつきが生じても、画像処理部１２の算出する位置番号Ｊに製品間でばらつきが生じることを防ぐことができる。なお、図１５に示す計測装置１０４でも、複数個のアレイセンサを使用することから、図１６に示す計測装置１０５と同様に、画像処理部１２の算出する位置番号Ｊにばらつきが生じることを防ぐことができる。

したがって、本発明の第４の実施の形態に係る計測装置では、本発明の第３の実施の形態に係る計測装置のようにマーカ１６を備える必要がなく、構成の簡易化および画像処理部１２の処理の簡易化を図ることができる。

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５の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る計測装置に対して反射板の構成を変更した計測装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る計測装置と同様である。

図１８は、本発明の第５の実施の形態に係る計測装置の構成を示す図である。
図１８を参照して、計測装置１０６は、計測装置１０１に対して、反射板９の代わりに反射板４１と、固定具４２とを備える。アレイセンサ１１および光源８と、反射板４１とは、貫通孔３を挟んで対向する位置に配置される。

反射板４１は、可動式である。より詳細には、反射板４１は、線状体１の貫通方向と略垂直な方向から貫通孔３を視認できる位置に移動可能である。ユーザは、線状体１に作用する圧縮力Ｐを計測する場合、反射板４１を固定具４２の位置に固定する。このような構成により、ユーザは、線状体１を観察しながら貫通孔３に挿入することが可能となり、操作性を向上させることができる。

なお、反射板４１を可動式とするのではなく、たとえば図１６に示す光源８を可動式とする構成であっても同様の効果を奏することができる。

ただし、反射板４１を可動式とする構成は、電気配線の必要な光源８を可動式にする構成と比べて、計測装置の構成の簡易化を図り、かつ光のムラの発生を防ぐことができる望ましい構成である。

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６の実施の形態＞
次に、本発明の計測装置を実用化する例として、体内の管の中へ挿入される線状の医療器具である線状体に作用する長手軸方向の圧縮力を計測する計測装置が、他の医療機器に組み込まれて使用される例を示す。

図１９は、本発明の第６の実施の形態に係るＹコネクタの構成を示す図である。
図１９を参照して、Ｙコネクタ（医療装置）２００は、計測装置１０１と、入力ポート４５および４６と、出力ポート４７とを備える。

計測装置１０１は、Ｙコネクタ２００の内部の、入力ポート４５と出力ポート４７とを連通する通路に組み込まれている。線状体１は、たとえば、血管および尿管等の体内の管に挿入されるガイドワイヤおよびカテーテル、ならびに動脈瘤を塞栓するための塞栓用コイルが先端に付いたワイヤ等、線状の医療器具である。線状体１は、入力ポート４５側からの操作によって体内の目的部位まで誘導される。

線状体１に作用する長手軸方向の圧縮力の増加を計測することにより、圧縮力の反力すなわち線状体１が体内の管に作用する荷重を計測することができる。すなわち、医療器具の先端が管の内壁に接触することを検知することができ、体内の管に過大な荷重が作用することを防ぐことができる。

また、計測装置１０１がＹコネクタ２００に組み込まれているため、Ｙコネクタ２００の入力ポート４５から線状体１を操作し、入力ポート４６から薬剤を注入することができる。たとえば、カテーテルとガイドワイヤとの摩擦を低減するための生理食塩水を入力ポート４６から注入することができる。また、血管の中に挿入したカテーテルを人体外部から目的部位まで誘導した後に、入力ポート４６から血管造影剤を注入して、血管造影剤を体内の目的部位に注入することができる。

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７の実施の形態＞
図２０は、本発明の第７の実施の形態に係る訓練装置の構成を示す図である。

図２０を参照して、訓練装置３００は、計測装置１０１と、ガイドワイヤ（線状体）５１と、カテーテル５２と、シミュレータ５４と、ケーブル５６と、提示部５７とを備える。

カテーテル５２は、計測装置１０１に接続され、計測装置１０１を通過したガイドワイヤ５１が挿入される。

ガイドワイヤ５１を把持する術者５３がガイドワイヤ５１をシミュレータ５４の内部へ進めるためにガイドワイヤ５１に圧縮力をかけると、その圧縮力が提示部５７によって表示される。

シミュレータ５４は、人体を模擬するものであり、人体の管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５３はシミュレータ５４の表示画像を見ながらガイドワイヤ５１を操作する。シミュレータ５４は、挿入されたガイドワイヤ５１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、計測装置１０１で計測されるガイドワイヤ５１に作用する圧縮力は、提示部５７に表示されるとともに、ケーブル５６を介してシミュレータ５４にも伝達される。シミュレータ５４は、伝達された圧縮荷重に基づいてガイドワイヤ５１の挿入抵抗を変更する。

なお、図２０では計測装置１０１およびシミュレータ５４が分離されているが、計測装置１０１およびシミュレータ５４が一体化される構成であってもよい。また、提示部５７の代わりにシミュレータ５４の表示する模擬透視画像にガイドワイヤ５１に作用する圧縮力を追加表示する構成であってもよい。

このような構成により、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。

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計測装置の本体の構成を示す外観図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線による断面を示す断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面を示す断面図である。 図２の断面図において、線状体１に圧縮力が作用し、計測装置本体２の内部において線状体１が湾曲している状態を示す図である。 図１に示す設置状態で計測装置１０１を側面方向から見た図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線による断面を示す断面図である。 図４において幅広部６を詳細に示した図である。 アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４の位置Ｘと出力Ｙ（Ｘ）との関係の一例を示す図である。 画像処理部１２が行なう演算の具体例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る計測装置の構成を示す図である。 計測装置１０２が光源８の発光量を調整する際の動作手順を定めたフローチャートである。 計測装置１０２の動作手順を定めたフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る計測装置の構成を示す図である。 アレイセンサ１１における複数個の受光素子１４の位置Ｘと出力Ｙ（Ｘ）との関係の一例を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る計測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計測装置の変形例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計測装置が線状体１の湾曲度合いを算出する方法を示す図である。 本発明の第５の実施の形態に係る計測装置の構成を示す図である。 本発明の第６の実施の形態に係るＹコネクタの構成を示す図である。 本発明の第７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 線状体、２ 計測装置本体、３ 貫通孔、４ 入出力ポート、５ 拘束部、６ 幅広部、８ 光源（発光部）、９，４１ 反射板、１０，３２ レンズ、１１，２１，２２，３１ アレイセンサ（受光部）、１２ 画像処理部、１３ 変換部、１４ 受光素子、１５ 制御部、１６ マーカ、２３，２４ セルフォック（登録商標）レンズ、４２ 固定具、４５，４６ 入力ポート、４７ 出力ポート、５１ ガイドワイヤ（線状体）、５２ カテーテル、５４ シミュレータ、５６ ケーブル、５７ 提示部、１０１〜１０６ 計測装置、２００ Ｙコネクタ（医療装置）、３００ 訓練装置。

Claims (12)

1. 可撓性を有する線状体に作用する圧縮力を計測する計測装置であって、
   前記線状体が貫通する貫通孔が形成される本体を備え、
   前記線状体に前記圧縮力が作用するとき、前記貫通孔の内部において前記線状体が所定の方向へ湾曲し、さらに、
   前記貫通孔に光を照射する発光部と、
   前記貫通孔を通過した光を受光する複数個の受光素子を含む受光部と、
   前記受光部における受光素子の受光量に基づいて前記受光部における受光素子の中から複数個の受光素子を選択し、前記選択した複数個の受光素子の受光量を用いて所定の演算を行なうことにより、前記線状体の湾曲度合いを検出する画像処理部と、
   前記検出された湾曲度合いを、前記線状体に作用する前記圧縮力に変換する変換回路とを備える計測装置。
2. 前記貫通孔は、前記線状体に前記圧縮力が作用していないとき、前記貫通孔の内部において前記線状体が前記所定の方向に湾曲し、前記線状体に前記圧縮力が作用するとき、前記線状体に前記圧縮力が作用していないときと比べて前記線状体が前記所定の方向へさらに湾曲するように形成される請求項１記載の計測装置。
3. 前記計測装置は、さらに、
   反射部を備え、
   前記発光部は、前記反射部に光を照射して反射させることにより前記貫通孔に光を照射する請求項１記載の計測装置。
4. 前記反射部は、前記線状体の貫通方向と略垂直な方向から前記貫通孔を視認できる位置に移動可能である請求項３記載の計測装置。
5. 前記計測装置は、さらに、
   前記受光部における受光素子の受光量に基づいて、前記発光部が照射する光の光量および前記受光部における受光素子の感度のうちの少なくともいずれか一方を調整する制御部を備える請求項１記載の計測装置。
6. 前記画像処理部は、さらに、前記受光部における受光素子の受光量に基づいて、前記貫通孔に前記線状体が挿入されているか否かを検出する請求項１記載の計測装置。
7. 前記計測装置は、さらに、
   前記本体における、前記発光部から前記受光素子に照射される光を遮る位置に取り付けられるマーカを備え、
   前記画像処理部は、さらに、前記受光部における受光素子の受光量に基づいて前記マーカの像を認識し、前記演算結果および前記認識したマーカの像に基づいて前記線状体の湾曲度合いを検出する請求項１記載の計測装置。
8. 前記画像処理部は、前記受光部における受光素子の受光量に基づいて前記受光部における受光素子の中から複数個の受光素子を選択し、前記選択した複数個の受光素子の受光量を用いて所定の演算を行なうことにより、前記マーカの像を認識し、前記演算結果および前記認識したマーカの像に基づいて前記線状体の湾曲度合いを検出する請求項７記載の計測装置。
9. 前記発光部は、前記線状体の貫通方向と略垂直な方向から前記貫通孔を視認できる位置に移動可能である請求項１記載の計測装置。
10. 可撓性を有する線状体に作用する圧縮力を計測する計測装置であって、
    前記線状体が貫通する貫通孔が形成される本体を備え、
    前記線状体に前記圧縮力が作用するとき、前記貫通孔の内部において前記線状体が所定の方向へ湾曲し、さらに、
    前記貫通孔に光を照射する発光部と、
    前記貫通孔を通過した光を受光する複数個の受光素子を含む受光部と、
    前記本体における、前記発光部から前記受光素子に照射される光を遮る位置に取り付けられるマーカとを備え、
    前記受光部における受光素子の受光量に基づいて前記線状体の像を認識し、かつ前記受光部における受光素子の受光量に基づいて前記マーカの像を認識し、前記認識した前記線状体の像および前記マーカの像に基づいて前記線状体の湾曲度合いを検出する画像処理部と、
    前記検出された湾曲度合いを、前記線状体に作用する前記圧縮力に変換する変換回路とを備える計測装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の計測装置を備える医療装置。
12. 請求項１〜１０のいずれかに記載の計測装置を備える訓練装置。

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