JP2010207292A - 手袋及び手技記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外科手術に臨む執刀医の手技をデータに変換して記録するための手袋と、これを用いた手技記録再生装置を提供する。
【解決手段】手術用手袋は、手に接触する第一層ゴム膜と、前記第一層ゴム膜上の、手指の屈曲箇所に貼付される複数の屈曲センサとを備える。また、手技記録再生装置は、手に接触する第一層ゴム膜と、前記第一層ゴム膜上の、手指の屈曲箇所に貼付される複数の屈曲センサとを備える手袋の、前記複数の屈曲センサに接続され、複数の屈曲センサから得られる電気信号をデータ化するＡ／Ｄ変換部と、時刻情報を発生するリアルタイムクロックと、Ａ／Ｄ変換部から得られるデータを時刻情報と共に所定の記録媒体に記録する記録部と、記録媒体に記録されたデータを前記時刻情報に基づいて再生する再生部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、手袋及び手技記録再生装置に適用して好適な技術に関する。
より詳細には、外科手術に臨む執刀医の手技をデータに変換して記録するための手袋と、これを用いた手技データの記録装置に関する。

医療技術の進歩に伴い、医療技術を明確なデータとして蓄積し、これを活用しようとする動きが高まっている。
医療データを活用する具体例としては、医療行為をデータ化し、成功例と失敗例とで分類し、そのデータの推移を見ることで、ノウハウや手法を確立したり、教育や訓練に用いる等の応用が考えられる。
なお、本発明に一部関係すると思われる先行技術文献を、特許文献１に示す。

特開２００５−１２０５４９号公報

外科手術の現場では、手術室を無菌状態に保つ必要があることと、執刀医の精神的負担の面から、カメラによる動画撮影が嫌われる傾向にある。
従来の技術では、カメラ以外に執刀医の医療行為を観察する手段が確立されておらず、事実上、医療行為のデータ化が実現されていない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、外科手術に臨む執刀医の手技をデータに変換して記録するための手袋と、これを用いた手技記録再生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の手袋は、手に接触する第一層ゴム膜と、第一層ゴム膜上の、手指の屈曲箇所に貼付される複数の屈曲センサとを備える。

また、上記課題を解決するために、本発明の手技記録再生装置は、手に接触する第一層ゴム膜と、第一層ゴム膜上の、手指の屈曲箇所に貼付される複数の屈曲センサとを備える手袋の、複数の屈曲センサに接続され、複数の屈曲センサから得られる電気信号をデータ化するＡ／Ｄ変換部と、時刻情報を発生するリアルタイムクロックと、Ａ／Ｄ変換部から得られるデータを時刻情報と共に所定の記録媒体に記録する記録部と、記録媒体に記録されたデータを時刻情報に基づいて再生する再生部とを備える。

手術用手袋の手指の関節に相当する箇所に、屈曲状態を電気信号に変換するセンサを貼付する。センサの出力信号をデータ化し、無線通信等でパソコン等よりなる記録再生装置に記録する。

本発明により、外科手術に臨む執刀医の手技をデータに変換して記録するための手袋と、これを用いた手技データの記録装置を提供できる。

本実施形態の例である、手術用手袋及び手技記録再生装置の外観図である。 本実施形態の例である、手術用手袋の外観図である。 手術用手袋の一部の断面図である。 送信機のブロック図である。 手技記録再生装置のブロック図である。 再生及びデータ処理部のブロック図である。 表示処理部のブロック図である。 サンプルデータを入力する際の、手の形を示す図である。 表示部に表示される表示画面の一例である。

以下、本発明の実施の形態を、図１〜図９を参照して説明する。

図１は、本実施形態の例である、手術用手袋及び手技記録再生装置の外観図である。
執刀医１０２は、手術に先立って、手術用手袋１０３と送信機１０４を装着する。手術用手袋１０３はブレスレット形状の送信機１０４に接続されている。
送信機１０４は、手術用手袋１０３に埋め込まれているセンサが発する信号をデータに変換し、これを変調した電波を手技記録再生装置１０５に送信する。
手技記録再生装置１０５は、一例としてはノート型パソコンで構成され、受信した電波を復調し、データを時間情報と共に記録する。

図２は、本実施形態の例である、手術用手袋１０３の外観図である。
手術用手袋１０３は、二層構造のゴム手袋で、外側の層と内側の層との間の、手の指等の関節の箇所に、屈曲センサが埋め込まれている。
具体的には、親指第一関節、親指第二関節、
人差し指第一関節、人差し指第二関節、人差し指第三関節、
中指第一関節、中指第二関節、中指第三関節、
薬指第一関節、薬指第二関節、薬指第三関節、
小指第一関節、小指第二関節、小指第三関節、
親指第二関節と人差し指第三関節との間及び手首に、合計１６個の屈曲センサが、ケーブルともいえる骨格形状のフレキシブルプリント基板２０２上に貼付された状態で、手術用手袋１０３の手の甲に相当する箇所に埋め込まれている。以下、これらのセンサをそれぞれ、
親指第一関節センサ２０３、親指第二関節センサ２０４、
人差し指第一関節センサ２０５、人差し指第二関節センサ２０６、人差し指第三関節センサ２０７、
中指第一関節センサ２０８、中指第二関節センサ２０９、中指第三関節センサ２１０、
薬指第一関節センサ２１１、薬指第二関節センサ２１２、薬指第三関節センサ２１３、
小指第一関節センサ２１４、小指第二関節センサ２１５、小指第三関節センサ２１６、
親指人差し指間隔センサ２１７及び手首センサ２１８と呼ぶ。

人差し指第三関節と中指第三関節、中指第三関節と薬指第三関節、薬指第三関節と小指第三関節との間には、フレキシブルプリント基板２０２のベースフィルムで一体的に構成される、間隔を維持するためのステー２１９が設けられている。これは手袋の製造工程の際、センサ基板をばらけ難くし、センサ基板の形状の安定性を向上させるためにある。
親指第二関節と人差し指第三関節の間に設けられている、親指人差し指間隔センサ２１７は、親指が開いた状態で標準状態となる、「く」の字形状の屈曲センサである。この親指人差し指間隔センサ２１７は、親指と人差し指が閉じると屈曲し、その際に電荷を発生する。

親指第一関節センサ２０３から手首センサ２１８を構成する屈曲センサはピエゾフィルムで構成されている。標準の状態から力が加わって屈曲すると、その際の速度に応じた電荷が発生する。電荷の発生によって生じる電圧は、屈曲の加速度を表す。

各センサを接続するフレキシブルプリント基板２０２の一端は、平板形状の端子２２０が設けられている。この端子２２０には、ブレスレット形状の送信機１０４が接続される。
施術者は、送信機１０４を手首に装着した後、手術用手袋１０３を嵌め、端子２２０を送信機１０４のコネクタ口２２１に差し込む。

手術用手袋１０３の製造工程は、二層のゴム手袋を作る間に、フレキシブルプリント基板２０２を手の甲の部分に貼り付ける作業を付加することで実現できる。以下、製造工程の一例を記す。
（１）手型に凝固材を付着させる。
（２）手型をゴムラテックス槽に漬け込む。
ゴムラテックスに用いるゴム材料は、天然ゴム（ＮＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、メタクリル酸エチルグラフト重合体（ＭＧ）等の、従来公知の種々のゴムが挙げられる。
（３）手型をゴムラテックス槽から引き出す。
（４）手型の甲に、センサが配線されたフレキシブルプリント基板２０２を貼り付ける。
（５）手型を加硫剤を含有するゴムラテックス槽に漬け込む。
（６）手型をゴムラテックス槽から引き出す。

上記製造工程のうち、乾燥工程は省略している。手袋を形成する際に、必要に応じて各工程の間に実行される。重要なことは、本実施形態の手術用手袋１０３は、ゴムが二層設けられている、という点である。

上記の製造工程は、特許文献１を一部参照している。勿論、製造工程は上記に限られるものではなく、手袋を製造する際に、ゴムを二層設け、その製造工程の間に、センサが配線されたフレキシブルプリント基板２０２を貼り付ける工程を追加すればよい。

なお、上記（４）の工程は、ゴムが固化する直前の、ゴム自体の粘着力でフレキシブルプリント基板２０２を貼り付けると、フレキシブルプリント基板２０２をゴム手袋に貼り付けるために接着剤を用いる必要がなくなると共に、手袋の薄さを確保する点でも好ましい。
更に、上記（５）の工程は、ゴム手袋の指の部分の薄さを確保するため、手の甲の部分だけをゴムラテックス槽に漬け込んでもよい。

前述の製造工程で判るように、手術用手袋１０３は二層構造である。
図３は、手術用手袋１０３の一部の断面図である。図１のＡ−Ａ’の線で見た状態を示す。
第一層ゴム膜３０２は、前述の製造工程の（２）及び（３）で形成される、ゴムの膜である。
第二層ゴム膜３０３は、前述の製造工程の（５）及び（６）で形成される、ゴムの膜である。
図３を見て判るように、フレキシブルプリント基板２０２と、人差し指第一関節船さ２０５は、第一層ゴム膜３０２と第二層ゴム膜３０３の間に挟まれている。

第一層ゴム膜３０２は、フレキシブルプリント基板２０２が存在することによって生じる、手袋装着者が感じる違和感を軽減するために設けられている。
第二層ゴム膜３０３は、フレキシブルプリント基板２０２が外気に露出することによって生じる、衛生面の懸念を除去するために設けられている。
以上のように、手術用手袋１０３でゴムを二層設ける理由は、夫々の層によって異なる。

周知の如く、手術用手袋１０３は衛生のため、基本的に使い捨てのものである。しかし、上述の製造工程を経てフレキシブルプリント基板２０２が埋め込まれた手術用手袋１０３の、フレキシブルプリント基板２０２を捨てるのはコスト面で好ましくない。そこで、使用後は手術用手袋１０３を製造する業者に引き渡すことが、資源再利用等の点で好ましい。業者は、手術用手袋１０３の、第二層ゴム膜３０３の手の甲の部分を剥ぎ取る等の処理を経て、フレキシブルプリント基板２０２を取り出し、これを再利用する。

図４は、送信機１０４のブロック図である。
親指第一関節センサ２０３から手首センサ２１８を構成する屈曲センサの各々の出力信号は、１６チャンネルのＡ／Ｄ変換器４０２に接続される。Ａ／Ｄ変換器４０２は、屈曲センサの数の分、つまり１６チャンネルのデータを出力する。
時分割多重処理部４０３はマイコンよりなり、Ａ／Ｄ変換器４０２の出力データを、後続の送信部４０４が扱い易いシリアルデータに変換する。
送信部４０４はＢｌｕｅＴｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信によるデータ通信のインターフェースを構成する。時分割多重処理部４０３から得られるシリアルデータに所定の変調処理を施し、後述するパソコンよりなる手技記録再生装置１０５に送信する。

図５は、手技記録再生装置１０５のブロック図である。
近距離無線通信のインターフェースを構成する受信部５０２は、送信機１０４から送信される１６チャンネル分のデータが変調された電波をアンテナ５０３を通じて受信し、復調し、デコードする。
記録部５０４は受信部５０２から出力される１６チャンネル分のデータをファイルシステム５０５に記録する。
ファイルシステム５０５は周知のＯＳより提供される機能であり、ハードディスク等の不揮発性ストレージにデータファイル等を形成し、データの読み書きを実現する。
再生及びデータ処理部５０６は、ファイルシステム５０５に記録されたデータファイルを読み出し、所定のデータ処理を施す。
表示処理部５０７は、再生及びデータ処理部５０６によって再生されたデータを見やすいグラフ形式に変換する。
表示部５０８は、ＬＣＤ等のディスプレイである。

制御部５０９には、キーボード及びマウス等のポインティングデバイスよりなる操作部５１０が接続されている。
制御部５０９は、受信部５０２、記録部５０４、ファイルシステム５０５、再生及びデータ処理部５０６及び表示処理部５０７を制御する。
また、制御部５０９にはリアルタイムクロック５１１が接続されており、記録部５０４によってファイルシステム５０５に記録されるデータに、時間情報を付加する。

図６は、再生及びデータ処理部５０６のブロック図である。
ファイルシステム５０５に格納されているデータファイル６０２から読み出されたセンサのデータは、再生処理部６０３によって読み出される。読み出されたセンサのデータは、積分処理部６０４にて二回積分が行われる。
積分処理部６０４は、手術用手袋１０３に仕込まれた屈曲センサを通じて、指の各関節の屈曲角（屈曲状態）のデータを出力する。つまり、手の状態を再現するデータを生成する。その際、サンプルデータ保持部６０５によって保持されている、「グー」のデータ６０６、「閉じたパー」のデータ６０７及び「開いたパー」のデータ６０８を、初期値として採用する。

図７は、表示処理部５０７のブロック図である。
積分処理部６０４から出力された、指の各関節の屈曲角のデータは、手技シミュレーション処理部７０２とグラフ表示処理部７０３に供給される。
手技シミュレーション処理部７０２は、入力される指の各関節の屈曲角のデータを基に、手の画像データを作成する。
グラフ表示処理部７０３は、入力される指の各関節の屈曲角のデータを基に、グラフを作成する。
画像合成部７０４は、手の画像データとグラフを一画面上に合成したビデオ信号を作成し、表示部５０８に出力する。なお、制御部５０９から与えられる種々の情報も合成する。

図８（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、サンプルデータを入力する際の、手の形を示す図である。
施術者は、手術用手袋１０３を装着した状態で、最初に図７に示す手の状態を実行し、それぞれおよそ５秒程度静止する。手技記録再生装置１０５はこの状態のデータを記録する。
手技記録再生装置１０５は、データの再生に先立ち、制御部５０９でサンプルデータ保持部６０５を制御し、「グー」のデータ６０６、「閉じたパー」のデータ６０７及び「開いたパー」のデータ６０８を、初期値として保存する。

積分処理部６０４では、関節の動きの加速度を示すデータを、関節の角度のデータに変換するため、二回積分を実行する。積分を実行する際、定数項である初期値を与える必要がある。そこで、手を構成する各関節が最も極端な状態の時点のデータ、つまり関節が最も曲がった状態及び最も伸びきった状態のデータを、予め保持しておく。これが、サンプルデータ保持部６０５によって保持される、「グー」のデータ６０６、「閉じたパー」のデータ６０７及び「開いたパー」のデータ６０８である。
「グー」のデータ６０６、「閉じたパー」のデータ６０７及び「開いたパー」のデータ６０８は、手技記録再生装置１０５の図示しないＲＡＭ或はファイルシステム５０５に保持される。

図９は、表示部５０８に表示される表示画面の一例である。
表示画面９０１の左側には、手表示領域９０２が設けられている。手表示領域９０２の中には、手技シミュレーション処理部７０２によって描画された手９０３が表示されている。手の関節の角度は積分処理部６０４の演算によって得られた角度で構成されている。
表示画面９０１の右側には、グラフ表示領域９０４が設けられている。グラフ表示領域９０４の中には、グラフ表示処理部７０３によって描画されたグラフ９０５が表示されている。各々のグラフは、横軸が時間軸であり、縦軸は各々のセンサから得られたデータを基に、積分処理部６０４の演算によって得られた角度を示している。また、グラフ９０５の中心には現在時間を示すカーソル９０６が描かれている。

本実施形態には、以下のような応用例が考えられる。
（１）手指の関節にセンサを埋め込むだけでなく、指先にセンサを埋め込むことも可能である。つまり、指がメス等の器具を掴む際の、握力等を記録する。この情報を記録することで、記録対象者である執刀医１０２或は執刀模擬試験等の被験者がどれだけ施術の際に力を加えているのかが判る。また、力を検出することは、脈拍も混入することから、記録対象者の脈拍を推測することもできる。

（２）手技記録再生装置１０５に記録されるデータは、時間軸上の情報である。この情報をフーリエ変換すると、手指の動作の周波数スペクトルを得ることができる。フーリエ変換を施すことで、施術者或は執刀模擬試験等の被験者がどれだけ緊張しているのかを推測することができる。
更に、前述の（１）に記したように、指先にもセンサを埋め込み、得られた情報をフーリエ変換すると、記録対象者の脈拍に相当する周波数も判別できるので、記録対象者の緊張の度合いをより客観的に推測することが可能になる。

（３）執刀医の、手術用器具の使用状態を同時に記録することで、執刀医の作業内容がより明確に判るようになる。
具体的には、手術用器具にＲＦＩＤタグを貼付し、執刀医の手首にブレスレット形状の通信機を装着させる。通信機は、近接している手術用器具のＲＦＩＤタグと通信を行い、記憶されているＩＤを記録再生装置へ近距離無線インターフェースで送信する。
図９で示した、手技シミュレーション処理部７０２に手術用器具の情報を追加することで、表示画面９０１の手表示領域９０２に、執刀医が使用している手術用器具を含めた描画も可能になる。
つまり、執刀医の手の動作と、執刀医が使用している手術用器具の情報を組み合わせ、所定のシミュレーション演算を実行することで、ビデオカメラを用いずに施術の動作をデータ化し、表示画面上に再現することが可能になる。

本実施形態においては、手術用手袋１０３及び手技記録再生装置１０５を開示した。
従来の手術用手袋１０３に、関節の屈曲状態を検出する屈曲センサを埋め込み、屈曲センサの出力信号を近距離無線通信インターフェースを介して、時間情報と共に記録する。記録されたデータを再生する際、屈曲センサのデータを二回積分して角度情報に変換することで、手指の動きを再現することができる。
上述の通り、本実施形態の手術用手袋１０３及び手技記録再生装置１０５は、ビデオカメラを使わずに外科手術の手技を記録することができる。したがって、執刀医１０２は「見られている」という精神的圧迫感を感じることなく、施術に専念できる。

更に、本実施形態の手術用手袋１０３及び手技記録再生装置１０５を用いて、熟達した執刀医１０２から予め「お手本」となるデータを記録して保存しておき、これを模倣することで、新人外科医等の執刀の訓練にも活用できる。

以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。

１０２…執刀医、１０３…手術用手袋、１０４…送信機、１０５…手技記録再生装置、２０２…フレキシブルプリント基板、２０３…親指第一関節センサ、２０４…親指第二関節センサ、２０５…人差し指第一関節センサ、２０６…人差し指第二関節センサ、２０７…人差し指第三関節センサ、２０８…中指第一関節センサ、２０９…中指第二関節センサ、２１０…中指第三関節センサ、２１１…薬指第一関節センサ、２１２…薬指第二関節センサ、２１３…薬指第三関節センサ、２１４…小指第一関節センサ、２１５…小指第二関節センサ、２１６…小指第三関節センサ、２１７…親指人差し指間隔センサ、２１８…手首センサ、２１９…ステー、２２０…端子、２２１…コネクタ口、３０２…第一層ゴム膜、３０３…第二層ゴム膜、４０２…Ａ／Ｄ変換器、４０３…時分割多重処理部、４０４…送信部、５０２…受信部、５０３…アンテナ、５０４…記録部、５０５…ファイルシステム、５０６…再生及びデータ処理部、５０７…表示処理部、５０８…表示部、５０９…制御部、５１０…操作部、５１１…リアルタイムクロック、６０２…データファイル、６０３…再生処理部、６０４…積分処理部、６０５…サンプルデータ保持部、６０６…「グー」のデータ、６０７…「閉じたパー」のデータ、６０８…「開いたパー」のデータ、７０２…手技シミュレーション処理部、７０３…グラフ表示処理部、７０４…画像合成部、９０１…表示画面、９０２…手表示領域、９０３…手、９０４…グラフ表示領域、９０５…グラフ、９０６…カーソル

Claims (3)

1. 手に接触する第一層ゴム膜と、
   前記第一層ゴム膜上の、手指の屈曲箇所に貼付される複数の屈曲センサと
   を備える手袋。
2. 更に、
   前記複数の屈曲センサから得られる電気信号を伝達するケーブルと、
   前記第一層ゴム膜、前記屈曲センサ及び前記ケーブルを覆う第二層ゴム膜と
   を備える、請求項１記載の手袋。
3. 手に接触する第一層ゴム膜と、前記第一層ゴム膜上の、手指の屈曲箇所に貼付される複数の屈曲センサとを備える手袋の、前記複数の屈曲センサに接続され、前記複数の屈曲センサから得られる電気信号をデータ化するＡ／Ｄ変換部と、
   時刻情報を発生するリアルタイムクロックと、
   前記Ａ／Ｄ変換部から得られるデータを前記時刻情報と共に所定の記録媒体に記録する記録部と、
   前記記録媒体に記録されたデータを前記時刻情報に基づいて再生する再生部と
   を備える手技記録再生装置。

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