JP3691627B2

JP3691627B2 - 硬さ測定装置

Info

Publication number: JP3691627B2
Application number: JP07568397A
Authority: JP
Inventors: 昭夫内山
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: JPH10267817A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波振動子の共振周波数の変化量を検出して対象物の硬さを測定する硬さ測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
対象物に接触する接触子を有する超音波振動子を共振させ、前記接触子が対象物に接触したときの共振状態の変化を検出し、共振状態の変化量から対象物の硬さを求める硬さ測定装置がある。例えば、特願平７−２４１８７３号明細書は、センサプローブ本体内に接触部材を有する振動子と自励発振回路とを配置し、周波数カウンタなどの、振動子の共振状態の変化を計測するための手段を別のユニットに配置した構成を開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超音波振動子を収納しているセンサプローブには大きさや構造の異なる各種のプローブが存在する。したがって、同じ対象物に接触したときでもセンサプローブの種類によって異なる共振状態の変化量が検出されるので表示出力が一致せず、複数のセンサ間での互換性がないという問題があった。
【０００４】
本発明の硬さ測定装置はこのような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、構造や大きさの異なる複数のセンサを１つの本体で使用するときに表示出力が一致するように調整可能な硬さ測定装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の硬さ測定装置は、対象物に接触する接触子を有する超音波振動子と、この超音波振動子を共振させて、前記接触子が対象物に接触したときの共振状態の変化を検出する状態検出手段とを具備して、前記超音波振動子の共振状態の変化量から対象物の硬さを算出する本体部と前記本体部により算出された結果を表示する表示部と、を有する硬さ測定装置において、前記超音波振動子と共に共振回路を構成し、前記超音波振動子と着脱自在に構成された回路手段と、前記超音波振動子と共に構成されて、複数の超音波振動子を一つの前記本体部で使用するときに前記表示部による表示出力が一致するように前記超音波振動子を識別する識別手段と、を具備する。
【０００６】
すなわち、本発明の硬さ測定装置は、対象物に接触する接触子を有する超音波振動子を共振させ、前記接触子が対象物に接触したときの共振状態の変化を検出して前記超音波振動子の共振状態の変化量から対象物の硬さを算出する本体部と前記本体部により算出された結果を表示する表示部とを有し、前記超音波振動子と共に共振回路を構成する回路手段を、前記超音波振動子と着脱自在に構成し、複数の超音波振動子を一つの前記本体部で使用するときに前記表示部による表示出力が一致するように前記超音波振動子を識別する識別手段を前記超音波振動子と共に構成するようにする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る硬さ測定装置の全体構成を示す図である。図１において、センサカテーテル（センサプローブ）５０は、図示せぬ対象物に接触する接触子１ａを有する超音波振動子（以下、単に振動子と呼ぶ）１と、この超音波振動子１に接続されたケーブル２と、このケーブル２の先端に設けられたコネクタ３ｂとを具備する。このコネクタ３ｂ内には振動子１を識別する識別手段４が設けられている。
【０００８】
本体５には、センサカテーテル（センサプローブ）５０からの計測データを増幅するアンプ６と、所定の周波数特性を有するフィルタ７とが回路手段として着脱自在に設けられており、これらは振動子１と共に共振回路を構成している。また、センサカテーテル（センサプローブ）５０のコネクタ３ｂ内の識別手段４は本体５のフィルタ７に接続されている。さらに、アンプ６とフィルタ７との接続点には周波数カウンタ８を介して演算部９が接続されている。演算部９には、内視鏡１０と、ＣＲＴやＬＣＤなどの表示部１１と、測定開始用スイッチ１２とが接続されている。ここで、周波数カウンタ８の代わりに電圧計などを用いてもよい。
【０００９】
なお、上記したように、識別手段４が本体５のフィルタ７に接続された構成は、後述する第１、第２実施形態において、フィルタ７の特性を調整するときに用いられる。また、（１）の点線で示すように、識別手段４がアンプ６に接続された構成は、後述する第１、第２実施形態において、アンプ６のゲインを変化させるときに用いられる。また、（２）の点線で示すように、識別手段４が演算部９に接続された構成は、後述する第３実施形態に対応する構成である。
【００１０】
上記した構成において、測定開始用スイッチ１２が押されて測定が開始されると振動子１が共振し、この状態で接触子１ａを対象物に接触させると共振状態が変化する。このときの変化量を計測データとして取得して周波数カウンタ８によりカウントして演算部９に入力する。演算部９は計測データと内視鏡１０により得られた画像データとを合成して表示部１１に表示させる。
【００１１】
図２は、本発明の実施形態において、複数のセンサを１つの本体に接続して使用するときの互換性について説明するための図である。図２において、本体５側のコネクタ３ａにはセンサカテーテル５０ａのコネクタ３ｂが結合されている。
センサカテーテル５０ａはその先端に至るまで小さな径を有していて内視鏡の鉗子チャンネルに挿通可能であり、患者の体内組織に接触させてその硬さを計測するのに用いられる。また、本体５のコネクタ３ａにはセンサカテーテル５０ａの代わりに、先端がセンサカテーテル５０ａよりも大きな径を有するセンサプローブ５０ｂを結合することができる。センサプローブ５０ｂは、内視鏡外科手術において、体内組織をなぞることによって組織の外側から組織の硬さを計測するのに用いられる。
【００１２】
このように、本実施形態では構造や大きさの異なる複数のセンサを１つの本体で使用するときに表示出力が一致するように調整することによって、複数のセンサ間で互換性をもたせることを意図している。
【００１３】
図３は本発明の第１実施形態を実現するための構成を示す図である。以下の説明ではセンサカテーテル５０ａについて述べるがセンサプローブ５０ｂについても同様である。センサカテーテル５０ａ側の振動子１と共に共振回路を構成する回路手段としてのアンプ６及びフィルタ７が本体５側に振動子１と着脱自在に構成される。さらにセンサカテーテル５０ａ側には、共振回路の構成要素としてのフィルタ７の特性を調整して表示部１１での表示出力が同一になるように、識別手段としての調整用抵抗（受動素子）４ａ、４ｂが振動子１と共に配置されている。
【００１４】
センサカテーテル５０ａ側の調整用抵抗４ａ、４ｂはそれぞれ、構造や大きさの異なる２つの振動子１の特性に対応した抵抗値を有しており、本体５側のフィルタ７に接続されたときに、フィルタ６の特性を使用するセンサカテーテル５０ａに合致したものに調整することができる。ここで、調整用抵抗４ａ、４ｂの抵抗値はセンサカテーテル５０ａの組立時に各振動子の特性に合わせて決定され、その後は当該振動子に合致した調整用抵抗となる。調整用抵抗はここではセンサカテーテル５０ａのコネクタ３ｂの中に組み込まれるが、センサカテーテル側であればその他の場所でもよい。
【００１５】
上記した第１実施形態によれば、構造や大きさの異なる複数のセンサを１つの本体で使用するときに各センサごとにフィルタ６の特性を調整でき、これによって表示出力を一致させることができる。このことより、フィルタ７の特性をセンサごとに調整する必要がなくなる。さらに、フィルタ７を本体１側に配置したので、センサカテーテルを小型化できる。
【００１６】
なお、フィルタ６の特性を調整する代わりに、アンプ６のゲインを変化させるようにしてもよい。
図４は本発明の第２実施形態を実現するための構成を示す図である。上記した第１実施形態は調整用抵抗によってアナログ的にフィルタの特性を調整したが、第２実施形態ではデジタル的にフィルタの特性を調整することを意図している。
すなわち、組立時に識別手段としての複数のディップスイッチ（ディップＳＷ群）４ｃを個々に各振動子の特性に合わせて設定しておき、接続時にデジタル信号によりフィルタ７の特性の調整を行なって検出部１３（図１の周波数カウンタ８に対応）での検出結果が同じになるようにする。その他の構成については第１実施形態の構成と同様である。
【００１７】
第２実施形態も上記した第１実施形態と同様な効果が得られるが、それに加えて、第１実施形態では本体５の内部からセンサカテーテル５０ａ側のコネクタ３ｂまでアナログ信号を伝送する必要があるのに対して、第２実施形態ではデジタル信号を用いているのでノイズに強く、かつ、特性変化が小さいという効果がある。かつ、組立時の設定が容易である。なお、第２実施形態ではディップスイッチを用いたがこれに限定されず、ＲＯＭなどを用いてもよく、デジタル信号を発生できる手段であれば何でも良い。ＲＯＭに置き換える場合は、ＲＯＭの信号１〜Ｎにディップスイッチ１〜ＮのＯＮ、ＯＦＦに対応して、High、Low を割り当てておけば図４と同様の動作が可能になる。
【００１８】
なお、フィルタ６の特性を調整する代わりに、アンプ６のゲインを変化させるようにしてもよい。
図５は本発明の第３実施形態の構成を示す図である。第３実施形態では上記した第１及び第２の実施形態のようにフィルタ７の特性を調整して表示出力を同じにするのではなく、識別手段４としてのＲＯＭ４ｄをセンサカテーテル側に設けておいて、検出部１３（図１の周波数カウンタ８に対応）で検出されたセンサ出力を、ＲＯＭ４ｄに記憶されているデータに基づいて図１の演算部９内に設けられた変換部１４で変換するようにする。
【００１９】
すなわち、変換部１４は周波数変化量と硬さ表示値を対応付ける複数の変換テーブルを具備し、ＲＯＭ４ｄに記憶されている振動子１の種類に対応する選択情報に基づいて、複数の変換テーブルを切り替えるようにする。あるいは複数の変換式を切り替えるようにしてもよい。あるいは１つの変換式の係数を複数設けておいて切り替えるようにしてもよい。これによって、各カテーテル間のセンサ出力値の差を吸収することができ、同一の表示出力を得ることができる。
【００２０】
上記した変換式としては、例えばｆ（ｘ）＝ａ₀ ＋ａ₁ ｘ＋ａ₂ ｘ² ＋ａ₃ ｘ³ ＋…（ａ₀ 、ａ₁ 、ａ₂ 、ａ₃ …は係数）を用い、ｘに周波数の変化量を当てはめて、ｆ（ｘ）を硬さ情報として求めるようにする。また、変換テーブルとしては、Ｆ１（ｘ₁ ≦ｘ＜ｘ₂ の場合）、Ｆ２（ｘ₂ ≦ｘ＜ｘ₃ の場合）、Ｆ３（ｘ₃ ≦ｘ＜ｘ₄ の場合）のように、周波数変化ｘの範囲に対応させて所定の値Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を記憶するようにすればよい。変換式を用いる場合は正確な出力が得られる反面、計算時間を要する。したがって、正確さよりも計算の速さを優先する場合には変換テーブルを用いるようにすればよい。
【００２１】
なお、上記した第３実施形態では変換部１４が複数の変換テーブルを持つようにしたが、代わりにＲＯＭ４ｄが変換テーブルを持つようにしてもよい。
上記した第３実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、調整する部分にアナログの部分がないすべてデジタル化した信号に対して変換を行なうので、変換の安定性がある。
【００２２】
図６は上記した第１〜第３実施形態におけるフィルタ７の回路構成を示す図である。図６に示すようにこの回路には各種のトリマ抵抗が用いられているが、これらのトリマ抵抗の値を適当に設定することによってフィルタ７の特性を調整することができる。図６において、オペアンプ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃとその周辺回路は多重帰還型のバンドパスフィルタを構成している。
【００２３】
抵抗Ｒ３はアンプのゲインを調整するために用いる。抵抗Ｒ９、Ｒ１１はそれぞれバンドパスフィルタのバンドパス周波数を調整するために用いる。抵抗Ｒ１３はバンドパスフィルタのＱ値の調整に用いる。抵抗Ｒ１５は出力インピーダンス調整用、抵抗Ｒ１７は入力インピーダンス調整用である。
【００２４】
なお、上記した図１に示すセンサプローブ５０の先端子１ａの先端は中心角が１８０°未満の球面を有しているが、このような形状の場合は、接触子１ａを対象物の組織に接触させて横方向に走査するときに組織を押してしまったり、たぐってしまう場合がある。したがってこの場合はたぐることによる硬さが検出されてしまい、組織の硬さについての正確なデータが得られないという欠点がある。
【００２５】
そこで、図７の振動子１の断面図に示すように、先端子１ａの先端１ａ′を中心角が１８０°以上の球面形状にする。このような形状を有する先端子を組織に当てたときに、プローブ自体を回転させつつ走査すると、組織にしわがよらずに組織の硬さを正確に検出することができる。また、球面形状なので先端子をどのような角度で組織に接触させてもよい利点がある。また、回転させなくとも組織の硬さを検出できるが、ある組織の内部に他の固い組織がある場合などは回転させたときの周波数変化によって固い組織の位置を検出することができる。
【００２６】
なお、上記した実施形態では調整手段として抵抗やスイッチなどの受動素子を用いたが、能動素子を用いてもよい。
上記した具体的実施形態には、以下の構成を有する発明が含まれている。
（１）
対象物に接触する接触子を有する超音波振動子と、この超音波振動子を共振させて、前記接触子が対象物に接触したときの共振状態の変化を検出する状態検出手段とを具備して、前記接触子の共振状態の変化量から対象物の硬さを求める硬さ測定装置において、
前記超音波振動子と共振回路を構成し、前記超音波振動子と着脱自在に構成された回路手段と、
前記超音波振動子と共に構成され、前記超音波振動子を識別する識別手段と、
を具備したことを特徴とする硬さ測定装置。
（２）
（１）において、前記共振回路のゲインを変化させること、前記回路手段の入力インピーダンスを変化させること、前記回路手段の出力インピーダンスを変化させることのうち、少なくとも１つを変化させることによって、前記共振回路の状態を変化させることを特徴とする。
（３）
（１）において、前記回路手段は内部にバンドパスフィルタを有することを特徴とする。
（４）
（３）において、前記共振回路のゲインを変化させること、前記回路手段の入力インピーダンスを変化させること、前記回路手段の出力インピーダンスを変化させること、前記バンドパスフィルタのバンドパス周波数を変化させること、前記バンドパスフィルタのＱ値を変化させること、前記バンドパスフィルタの特性を変化させることのうち、少なくとも１つを変化させることによって、前記共振回路の状態を変化させることを特徴とする。
（５）
（１）において、前記変換手段が複数の変換テーブルを有し、この複数の変換テーブルを切り替えること、前記変換手段が複数の変換式を有し、この複数の変換式を切り替えること、前記変換手段が変換式を有し、この変換式の係数を切り替えることのうち、少なくとも１つを行なうことによって、を特徴とする。
（６）
（１）において、前記識別手段は、受動素子、スイッチ、あるいはＲＯＭのいずれか１つであることを特徴とする。
（７）
（６）において、前記受動素子は抵抗であることを特徴とする。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、構造や大きさの異なる複数のセンサを１つの本体で使用するときに表示出力が一致するように調整可能な硬さ測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る硬さ測定装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態において、複数のセンサを１つの本体に接続して使用するときの互換性について説明するための図である。
【図３】本発明の第１実施形態を実現するための回路構成を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態を実現するための回路構成を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態を実現するための回路構成を示す図である。
【図６】フィルタの回路構成を示す図である。
【図７】改善された接触子先端を有する振動子の断面構造を示す図である。
【符号の説明】
１…超音波振動子、１ａ…接触子、２…ケーブル、３…コネクタ、４…識別手段、４ａ、４ｂ…調整用抵抗、５…本体、６…アンプ、７…フィルタ、８…周波数カウンタ、９…演算部、１０…内視鏡、１１…表示部、１２…スイッチ、５０…カテーテル（プローブ）。

Claims

対象物に接触する接触子を有する超音波振動子と、
この超音波振動子を共振させて、前記接触子が対象物に接触したときの共振状態の変化を検出する状態検出手段とを具備して、前記超音波振動子の共振状態の変化量から対象物の硬さを算出する本体部と前記本体部により算出された結果を表示する表示部と、を有する硬さ測定装置において、
前記超音波振動子と共に共振回路を構成し、前記超音波振動子と着脱自在に構成された回路手段と、
前記超音波振動子と共に構成されて、複数の超音波振動子を一つの前記本体部で使用するときに前記表示部による表示出力が一致するように前記超音波振動子を識別する識別手段と、
を具備したことを特徴とする硬さ測定装置。