JP3790913B2

JP3790913B2 - Tactile sensor

Info

Publication number: JP3790913B2
Application number: JP28529297A
Authority: JP
Inventors: 裕一池田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2017-10-17
Also published as: JPH11118689A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は触覚センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波振動するプローブを対象物に接触させて、このプローブの共振周波数の変化、あるいは電圧の変化を検知することによって対象物の硬さを測定する触覚センサが従来より知られている。このような触覚センサは、１．硬さを定量的に測定できる、２．電気的な測定であるために測定時間が短い、３．非破壊的な測定ができる、などの利点を生かし、皮膚の弾性度の測定や工業用ロボットの触覚センサとして用いることが提案されている。
【０００３】
従来技術による触覚センサでは、対象物に接触させる対物接触振動子を含む振動子を、帰還ループによる自励発振回路によって共振させ、対物接触振動子あるいは対物接触振動子と機械的に結合された接触子が対象物と接触したときの対象物のインピーダンスを自励発振回路の発振周波数の変化、あるいは電圧の変化として捉え、対象物の硬さ情報とするものである。
このような触覚センサは、特公昭４０−２７２３６号公報、特開平１−１８９５８３号公報、特開平２−２９０５２９号公報などに開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の触覚センサにおいては、対物接触振動子あるいは対物接触振動子と機械的に結合された接触子が対象物と接触したときの対象物のインピーダンスを自励発振回路の発振周波数の変化、あるいは電圧の変化として捉えて対象物の硬さ情報とするものの、対象物が深さ方向に異なった硬さの性質を持つ場合には、触覚センサの振動エネルギによって影響される深さによって、得られる硬さの値が異なるものであり、特定の深さまでの硬さを選択的に測定することはできなかった。さらに、対象物の深さ方向の硬さの分布を捉えることはできなかった。このため、生体組織のように層状に性状が異なる組織構造を持つ場合、深部の硬さを正確に推測することは難しく、医師の経験に頼らざるを得なかった。
【０００５】
本発明の触覚センサ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、深さ方向に異なる硬さの分布を持つ対象物に対して、深さに応じた硬さ情報を得ることによって、生体組織のように層状に性状が異なる組織構造を持つ場合にも深部の硬さを正確に推測して、正確な診断ができる触覚センサを提供することにある。
【０００６】
【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、本発明の第１の態様は、触覚センサであって、振動子と、この振動子に機械的に結合された接触子とを含む機械的振動系と、この機械的振動系を帰還ループによって共振状態で振動させ、前記振動子あるいは、前記振動子と前記接触子とが対象物と接触したときの共振状態の変化情報を得て、これを対象物の硬さ情報とする硬さ検知手段と、前記振動子に入力する振動エネルギを変化させることにより、前記対象物の深さ方向に沿って伝播するエネルギ量を変化させる振動エネルギ可変手段と、前記対象物の各深さにおける硬さを算出する演算手段と、を具備し、前記演算手段は、前記対象物の深さ方向を、前記対象物の表面から前記エネルギの振幅が最大となる前記対象物の一番深い位置まで複数の領域に分割したときに、前記対象物の表面から所定領域までに含まれるすべての領域の硬さの平均値を求め、これを当該所定領域に対応する測定深さにおける硬さとする。
また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記演算手段は、前記複数の領域の各々に対応する測定深さにおける硬さを独立して算出する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。まず、本発明の第１実施形態を説明する。図１（ａ）は、触覚センサを用いて生体組織の硬さ測定を行なうときの一般的な構成を示す図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）においてプローブ３周辺の様子を拡大して示す図である。また、図２は、本発明の第１実施形態の構成を示す図である。
【０００８】
図示しない測定者が内視鏡１にて患者２の体腔内を観察しつつ、内視鏡１のチャンネルを通してカテーテル型の触覚センサのプローブ３を患者２の体腔内に導き、測定すべき対象物としての患部４の生体組織の硬さ測定を行なう。患部４の硬さを測定することによって、例えば癌などの病変の性状を診断することができる。プローブ３先端部に配置されたケーシング６内には、円筒状の振動子５が配置されている。振動子５は径方向に分極されており、内周面と外周面にそれぞれ電極が取り付けられている。内外周面の電極に時間変動する電圧を印加すると、振動子５は機械的振動を行う。振動子５の中心には軸方向前方に延設された接触子７が接着されており、接触子７の先端部は患部４に接触するようになっている。振動子５の端部には、同軸に検出素子８が密着して設置されており、振動子５に協調して振動することによって、振動子５の振動の振幅、周波数をモニタするためのセンサとして作用させることができる。検出素子８からの出力信号は、フィルタ回路９を経てアンプ回路１０に入力される。アンプ回路１０の出力は再びケーシング６内に戻り、振動子５に入力され振動子５の駆動信号になる。すなわち、振動子５、検出素子８、アンプ回路１０、フィルタ回路９にて自励発振の閉回路を形成している。この自励発振回路によって、振動子５、検出素子８、接触子７からなる機械的振動系は、一体的に機械的な共振振動を行う。フィルタ回路９の出力には周波数測定手段１２が接続されていて、動作中の自励発振回路の周波数をモニタすることができる。周波数測定手段１２の代わりに、電圧測定手段または、位相差測定手段を接続してもよい。これらの測定手段は、自励発振回路の中であればどの位置に設けても良い。
【０００９】
また、アンプ回路１０は、振動エネルギ可変手段としてのゲインコントロール回路１４によってその出力電流が制御され、振動子５の振幅を任意に変えることができる。あるいは、ゲインコントロール回路１４によって、アンプ回路１０の出力電圧を制御することによって振動子５の駆動電力を任意に変えても良い。
【００１０】
以下に上記した構成の作用を説明する。測定者はプローブ３を例えば内視鏡１などの補助具を通じて体腔内に導入する。その後プローブ３の操作によって、患部４に対して共振振動している接触子７の先端を接触させる。このとき、弾性体である患部４の接触子７との接触部近傍は、接触子７とともに振動する。患部４の振動によって、機械的振動系の音響インピーダンスが増加するのにともなって、共振周波数が音響インピーダンス、すなわち患部４の振動の影響を受けている部分の硬さに応じて低下する。
【００１１】
本実施形態ではさらに、ゲインコントロール回路１４によってアンプ回路１０の出力電流、すなわち、振動子５の入力電流を高く設定して振動子５の振幅を増大させる。振動子５の振幅の増大によって、患部４の振動の影響をうける領域が深くなり、患部４の深い範囲までの硬さを測定することができる。ゲインコントロール回路１４によってアンプ回路１０の出力電圧を高め、振動子５の駆動電力を増大させて患部４の振動の影響の深さを深くしても良い。また、アンプ回路１０とフィルタ回路９の順序を入れ換えた構成でも良い。
【００１２】
上記した第１実施形態によれば、ゲインコントロール回路１４によって、患部４の測定される深さを変え、深さに応じた硬さの情報を得ることの可能な触覚センサを実現することができる。
【００１３】
以下に、本発明の第２実施形態を説明する。図３は、本発明の第２実施形態の構成を示す図である。プローブ３先端部の構造は、第１実施形態と同一である。検出素子８からの出力信号は、フィルタ回路９を経てアンプ回路１０に入力される。アンプ回路１０の出力は、再びケーシング６内に戻って振動子５に入力され、振動子５の駆動信号になる。第２実施形態においても第１実施形態と同様の自励発振の閉回路を形成し、機械的振動系は、一体的に機械的な共振振動を行う。
【００１４】
フィルタ回路９の出力には周波数測定手段１２が接続されていて、動作中の自励発振回路の周波数をモニタすることができる。周波数測定手段１２の代わりに、電圧測定手段または、位相差測定手段を接続してもよい。これらの測定手段は、自励発振回路の中であればどの位置に設けても良い。
【００１５】
また、フィルタ回路９にはフィルタ周波数コントロール手段１５が接続されており、フィルタ回路９にて通過させることのできる周波数帯を任意に変更することができる。
【００１６】
以下に、上記した構成の作用を説明する。第１実施形態と同様に、プローブ３の操作によって、患部４に対して共振振動している接触子７の先端を接触させる。このとき、弾性体である患部４の接触子７との接触近傍は、接触子７とともに振動する。患部４の振動によって、機械的振動系の音響インピーダンスが増加するのにともなって、共振周波数が音響インピーダンス、すなわち患部４の振動の影響を受けている部分の硬さに応じて低下する。さらに、フィルタ周波数コントロール手段１５によって、フィルタ回路９のフィルタ周波数を変更して機械的振動系の共振のモード、即ち共振周波数を変更する。共振周波数の変更によって、患部４の振動の影響をうける深さが異なるため、患部４の硬さを測定することができる深さを変更することができる。
【００１７】
以下に図４を参照して、上記したフィルタ回路９でのフィルタ周波数と共振周波数の変更についてさらに詳しく説明する。（ａ）は振動子の周波数特性、（ｂ）はｆ１にフィルタ周波数をもつフィルタ回路の周波数特性、（ｃ）はｆ２にフィルタ周波数をもつフィルタ回路の周波数特性を示す図である。
【００１８】
機械的振動系は本来、振動モードに応じた共振周波数を複数持っている。通常の自励発振回路には、フィルタ周波数が固定されたフィルタ回路９があり、特定のモードだけの共振周波数を取り出している。図４（ａ）に示すように、ｆ１、ｆ２、…の周波数に共振モードを持つ機械的振動系に、図４（ｂ）に示すように、ｆ１のフィルタ周波数を持つフィルタ回路９を接続すれば、機械的振動系はｆ１の共振周波数の１次振動モードで共振振動する。次に、フィルタ周波数を図４（ｃ）に示すように機械的振動系の２次モード周波数であるｆ２に変更すれば、共振周波数ｆ２の２次モードで共振振動する。周波数が高いほど振動の伝達距離は短くなり、浅い範囲の硬さを選択的に測定できる。
【００１９】
上記した第２実施形態によれば、共振周波数の変更によって、患部４の測定される深さを変え、深さに応じた硬さの情報を得ることの可能な触覚センサを実現することができる。
【００２０】
以下に、本発明の第３実施形態を説明する。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、第１実施形態の構成に加えて、周波数測定手段１２の出力と、ゲインコントロール回路１４の制御情報とを同時に記録手段１６に入力できるようになっている。記録手段１６には演算手段１７が接続されている。記録手段１６、演算手段１７は一体となった記憶装置付きのコンピュータ１８などによって実現可能である。
【００２１】
以下に上記した構成の作用を説明する。第１実施形態の作用によって硬さを周波数測定手段１２によって測定して周波数情報を得、同時にその時の測定深さをゲインコントロール回路１４の制御情報として周波数情報と共に記録手段１６に記録する。振動子５の振動振幅を変えながら異なる深さで硬さをそれぞれ測定し、初めと同様に、深さ情報と硬さ情報をセットにして記録する。一連の測定を終えた後に、各深さにおける硬さをそれぞれ演算手段１７によって算出する。
【００２２】
図６において、振動振幅が最大のとき、即ち測定深さが最大値Ａにおける硬さの値はａ〜ｄの領域全ての硬さの平均値である。また、測定深さＢにおける硬さの値はｂ〜ｄの領域の硬さの平均である。同様にして得られたＣ、Ｄの深さの硬さの測定値を演算手段１７において比例計算を行い、ａ、ｂ、ｃ、ｄ各深さの層の硬さを独立して算出する。
【００２３】
上記した第３実施形態によれば、第２実施形態の効果の他に、対象物の深さ方向の硬さの分布情報が得られる触覚センサを実現することができる。
以下に、本発明の第４実施形態を説明する。図７は本発明の第４実施形態の構成を示す図である。又、図８は、図７に示すプローブ３の先端部の詳細を示す図である。プローブ３の挿入部先端に配置されたケーシング６内には、円筒状の振動子５が配置されている。振動子５は径方向に分極されており、内周面と外周面にそれぞれ電極が取り付けられている。内外周面の電極に時間変動する電圧を印加すると、振動子５は機械的振動を行う。振動子５の中心には軸方向前方に延設された接触子７がねじにより締結されており（ねじ締結部２０）、自在に着脱可能になっている。接触子７の先端部は患部４に接触する。振動子５の端部には、同軸に検出素子８が密着して設置されており、振動子５に協調して振動することによって、振動子５の振動の振幅、周波数をモニタするためのセンサとして作用させることができる。
【００２４】
検出素子８からの出力信号は、フィルタ回路９を経て、アンプ回路１０に入力される。アンプ回路１０の出力は再びケーシング６内に戻り、振動子５に入力され振動子５の駆動信号になる。すなわち、振動子５、検出素子８、アンプ回路１０、フィルタ回路９にて自励発振の閉回路を形成している。この自励発振回路によって、振動子５、検出素子８、接触子７からなる機械的振動系は、一体的に機械的な共振振動を行う。
【００２５】
フィルタ回路９の出力には周波数測定手段１２が接続されていて、動作中の自励発振回路の周波数をモニタすることができる。周波数測定手段１２の代わりに、電圧測定手段または、位相差測定手段を接続してもよい。これらの測定手段は、自励発振回路の中であればどの位置に設けても良い。
【００２６】
また、図９（ａ）〜９（ｆ）に示すように、交換可能な接触子７には、測定の目的に応じて異なった形状のものを用意することが可能である。接触子７の端面の形状は、曲率の異なる球面の一部（図９（ａ）、（ｂ））、頂角の異なる円錐形状（図９（ｃ）、（ｄ））、端面部の直径の異なる形状（図９（ｅ）、（ｆ））があり、振動子５とのねじ締結によって着脱、交換を行うことができる。
【００２７】
以下に、上記した構成の作用を説明する。測定者はカテーテル状のプローブ３を例えば内視鏡などの補助具を通じて体腔内に導入する。その後プローブ３の操作によって、患部４に対して共振振動している接触子７の先端を接触させる。このとき、弾性体である患部４の接触子７との接触部近傍は、接触子７とともに振動する。患部４の振動によって、機械的振動系の音響インピーダンスが増加するのにともなって、共振周波数が音響インピーダンス、すなわち患部４の振動の影響を受けている部分の硬さに応じて低下する。患部４への超音波振動の伝達範囲は接触子７の形状に負うところが大きい。
【００２８】
図１０に示すように、接触子７の端面の形状が凸面をなすものは、患部４に対して広がりを持った領域に振動を伝播させ（図１０（ａ））、凹面をなすものは、狭い領域にしか振動を伝播させない（図１０（ｂ））。さらに、端面の凹凸の曲率、直径の違いによっても伝播範囲は異なる。触覚センサによって測定される患部４の硬さは、振動が伝播される領域の平均値である。形状の異なる接触子７に交換することによって、１つのプローブによって異なる領域の硬さ測定を行うことができる。
【００２９】
上記した第４実施形態によれば、形状の異なる接触子７を振動子５側から着脱自在に交換可能とすることによって、１つのプローブ３で異なる領域のかたさ測定を行える触覚センサを実現することができる。
【００３０】
以下に、本発明の第５実施形態を説明する。図１１は、本発明の第５実施形態の構成を示す図である。プローブ３は、カテーテル状の挿入部２１を持ち、挿入部２１の先端部に、振動子５、検出素子８、接触子７からなる機械的振動系をもつ。振動子５、検出素子８、接触子７は互いに一体的に結合されている。挿入部２１の手元側にはハウジング１５により保護されて共振回路１６が配置されており、振動子５、検出素子８と挿入部２１内に挿通されたシールド線１７にて電気的に接続されている。挿入部２１とハウジング１５はコネクタ１８によって着脱自在である。シールド線１７と共振回路１６も電気接点１９によって、電気的に着脱可能な構造になっている。図１２に示すように、挿入部２１は接触子７端面の形状が異なる複数のものが準備されており、共通の共振回路１６に接続して使用することが可能である。複数の挿入部２１の接触子７の先端部形状は第４実施形態と同様である。
【００３１】
以下に上記した構成の作用を説明する。第４実施形態と同様に、測定者はカテーテル状の挿入部２１を例えば内視鏡などの補助具を通じて体腔内に導入する。その後挿入部２１の操作によって、患部４に対して共振振動している接触子７の先端を接触させる。このとき、弾性体である患部４の接触子７との接触部近傍は、接触子７とともに振動する。患部４の振動によって、機械的振動系の音響インピーダンスが増加するのにともなって、共振周波数が音響インピーダンス、すなわち患部４の振動の影響を受けている部分の硬さに応じて低下する。測定の目的にともなって、先端部の形状の異なる接触子７を持つ挿入部２１に着脱可能である。
【００３２】
上記した第５実施形態によれば、形状の異なる挿入部２１を共振回路１６側から着脱自在に交換可能とすることによって、１つの共振回路１６で異なる領域の硬さ測定を行える触覚センサを実現することができる。
【００３３】
なお、上記した具体的実施形態は、以下に示す構成の発明を含んでいる。
（１）
振動子と、この振動子に機械的に結合された接触子とを含む機械的振動系と、この機械的振動系を帰還ループによって共振状態で振動させ、前記振動子あるいは、前記振動子と接触子が対象物と接触したときの共振状態の変化情報を得て、これを対象物の硬さ情報とする硬さ検知手段と、
前記振動子の振動エネルギを変化させる振動エネルギ可変手段と、
を具備することを特徴とする触覚センサ。
（２）
振動子と、この振動子に機械的に結合された接触子とを含む機械的振動系と、
この機械的振動系を帰還ループによって共振状態で振動させ、前記振動子あるいは、前記振動子と接触子が対象物と接触したときの共振状態の変化情報を得て、これを対象物の硬さ情報とする硬さ検知手段と、
前記振動子の振動振幅を変化させる振動振幅可変手段と、
を具備することを特徴とする触覚センサ。
（３）
前記振動振幅可変手段が、振動子の駆動電圧可変手段である構成（２）の触覚センサ。
（４）
前記振動振幅可変手段が、振動子の駆動電流可変手段である構成（２）の触覚センサ。
（５）
振動子と、この振動子に機械的に結合された接触子とを含む機械的振動系と、
この機械的振動系を帰還ループによって共振状態で振動させ、前記振動子あるいは、前記振動子と接触子が対象物と接触したときの共振状態の変化情報を得て、これを対象物の硬さ情報とする硬さ検知手段と、
前記振動子の振動周波数を変化させる振動周波数可変手段と、
を具備することを特徴とする触覚センサ。
（６）
前記振動周波数可変手段が、周波数可変バンドパスフィルタである構成（５）の触覚センサ。
（７）
異なる振動エネルギ状態をもつ振動子の共振状態の情報を記録するための記録手段をさらに具備する構成（１）の触覚センサ。
（８）
記録した振動子の複数の共振状態の情報を比較演算するための演算手段をさらに具備する構成（７）の触覚センサ。
（９）
共振状態の情報が、共振周波数、電圧、電流、位相差の情報のいずれかである構成（１）の触覚センサ。
（１）振動子と、この振動子に機械的に結合された接触子とを含む機械的振動系と、
この機械的振動系を帰還ループによって共振状態で振動させ、前記振動子あるいは、前記振動子と接触子が対象物と接触したときの共振状態の変化情報を得て、これを対象物の硬さ情報とする硬さ検知手段と、
を具備し、
前記接触子が振動子から着脱自在であることを特徴とする触覚センサ。
（２）振動子と、この振動子に機械的に結合された接触子とを含む機械的振動系と、
この機械的振動系を帰還ループによって共振状態で振動させ、前記振動子あるいは、前記振動子と接触子が対象物と接触したときの共振状態の変化情報を得て、これを対象物の硬さ情報とする硬さ検知手段と、
を具備し、
前記接触子が、前記振動子と帰還ループとから構成される共振回路から着脱自在であり、形状の異なる接触子と交換可能であることを特徴とする触覚センサ。
（３）
交換可能な複数の接触子の端面の形状が曲率の異なる凸球面の一部によって形成されている構成（２）の触覚センサ。
（４）
交換可能な複数の接触子の端面の形状が曲率の異なる凹球面の一部によって形成されている構成（２）の触覚センサ。
（５）
交換可能な複数の接触子の端面の形状が頂角の異なる円錐面の一部によって形成されている構成（２）の触覚センサ。
（６）
交換可能な複数の接触子の端面の直径は異なっている構成（２）の触覚センサ。
【００３４】
上記した構成（１）〜（９）の従来の技術、発明が解決しようとする課題は、上記した［従来の技術］、［発明が解決しようとする課題］と同様である。
また、構成（１）〜（９）の作用は以下の通りである。
（１）
振動エネルギを大きく（小さく）することによって対象物の深さ方向の触覚センサによる振動の伝達範囲を深く（浅く）し、対象物の深い（浅い）部分までの硬さ情報を得る。
（２）−（４）
振動の振幅を大きく（小さく）することによって振動エネルギを大きく（小さく）し、対象物の深い（浅い）部分までの硬さ情報を得る。
（５）
例えば、生体組織のように対象物内の音速が一様である場合、振動の周波数が高い場合には対象物内の振動の伝播距離は短く、低い場合には伝播距離は長い。共振周波数を周波数可変手段によって低くする（高くする）ことによって、対象物の深さ方向の触覚センサによる振動の伝達範囲を深く（浅く）し、対象物の深い（浅い）部分までの硬さ情報を得る。
（６）
振動子と接触子とからなる機械的振動系にはモードの異なった複数の共振周波数を有している。周波数可変バンドパスフィルタを振動子の駆動回路に設けることによって、望むモードの異なった共振周波数で、振動子を共振させることができる。そこで、共振周波数を周波数可変バンドパスフィルタ手段によって低くする（高くする）ことによって、対象物の深さ方向の触覚センサによる振動の伝達範囲を深く（浅く）し、対象物の深い（浅い）部分までの硬さ情報を得る。
（７）
目的に応じて、対象物の異なった深さの硬さ情報を連続的に記録することによって、どの深さから硬さの変化する領域が存在しているかを把握する。対象物の深さ方向の硬さの分布を把握する。
（８）
表面から異なった深さの硬さを記録し、演算手段によって比較することによって、望む深さ部位での硬さを自動的に把握する。対象物の深さ方向の硬さの分布を把握する。
（９）
共振状態の情報として、共振周波数、電圧、電流、位相差の情報のいずれかを用いる。
【００３５】
上記した構成（１）〜（６）の従来の技術は、構成（１）〜（９）と同様である。また、発明が解決しようとする課題、作用、発明の効果は以下の通りである。
（発明が解決しようとする課題）
（１）〜（６）
しかしながら従来の触覚センサにおいては、対物接触振動子あるいは対物接触振動子と機械的に結合された接触子が対象物と接触したときの対象物のインピーダンスを自励発振回路の発振周波数の変化、あるいは電圧の変化として捉え、対象物の硬さ情報とするものの、測定される対象物の深さ、領域は使用する装置の性能によって一意に決まったものでしかなかった。このため、生体組織のように層状、あるいは２次元的に性状が異なる組織構造、病変を持つ場合、測定の興味対象領域を選択的に推測することは難しく、医師の経験に頼らざるを得なかった。
【００３６】
本発明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、測定対象の異なる深さ、領域に応じた硬さ測定のできる触覚センサを提供することにある。
（作用）
（１）、（３）〜（６）
接触子が共振回路から着脱自在とするとともに、形状の異なる接触子と交換可能な構成とすることによって、１つのプローブによって異なる領域の硬さ測定を行なう。
（２）
挿入部を共振回路から着脱自在なように構成し、形状の異なる接触子を持つ挿入部と交換可能な構成とすることによって、１つの共振回路によって異なる領域の硬さ測定を行なう。
（発明の効果）
（１）〜（６）
形状の異なる先端形状を持つ接触子を共振回路側から着脱自在に交換可能とすることによって、１つの共振回路で異なる深さ、領域のかたさ測定を行える触覚センサを実現することができる。このため、先端形状ごとに共振回路を準備する必要がなく経済的である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、対象物の測定する深さを変え、深さに応じた硬さの情報を得るようにしたので、生体組織のように層状に性状が異なる組織構造を持つ場合にも深部の硬さを正確に推測することができ、これによって正確な診断ができる触覚センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】触覚センサを用いて生体組織の硬さ測定を行なうときの一般的な構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態の構成を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態の構成を示す図である。
【図４】フィルタ回路でのフィルタ周波数と共振周波数の変更について詳しく説明するための図である。
【図５】本発明の第３実施形態の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態の作用を説明するための図である。
【図７】本発明の第４実施形態の構成を示す図である。
【図８】図７に示すプローブの先端部の詳細を示す図である。
【図９】交換可能な接触子の種々の異なった形状を示す図である。
【図１０】接触子の形状による振動の伝播範囲の違いを説明するための図である。
【図１１】本発明の第５実施形態の構成を示す図である。
【図１２】異なる複数の形状の接触子端面を有する挿入部を示す図である。
【符号の説明】
１…内視鏡、
２…患者、
３…プローブ、
４…患部、
５…振動子、
６…ケーシング、
７…接触子、
８…検出素子、
９…フィルタ回路、
１０…アンプ回路、
１２…周波数測定手段、
１４…ゲインコントロール回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tactile sensor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A tactile sensor that measures the hardness of an object by bringing a probe that vibrates ultrasonically into contact with the object and detecting a change in the resonance frequency or voltage of the probe is conventionally known. Such tactile sensors are: 1. Hardness can be measured quantitatively. 2. Short measurement time due to electrical measurement. Taking advantage of non-destructive measurement and the like, it has been proposed to use it as a tactile sensor for skin elasticity measurement or industrial robots.
[0003]
In a tactile sensor according to the prior art, a vibrator including an objective contact vibrator to be brought into contact with an object is resonated by a self-excited oscillation circuit using a feedback loop, and the contact is mechanically coupled to the objective contact vibrator or the objective contact vibrator. The impedance of the object when the child comes into contact with the object is regarded as a change in the oscillation frequency of the self-excited oscillation circuit or a change in voltage, and is used as hardness information of the object.
Such a tactile sensor is disclosed in Japanese Patent Publication No. 40-27236, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-189583, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-290529, and the like.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional tactile sensor, the impedance of the object when the contactor mechanically coupled to the object contact vibrator or the object contact vibrator contacts the object is equal to the oscillation frequency of the self-excited oscillation circuit. If the object has different hardness properties in the depth direction, it can be detected as a change or a change in voltage, but if the object has different hardness properties, it depends on the depth affected by the vibration energy of the tactile sensor. The hardness values obtained were different, and the hardness up to a specific depth could not be selectively measured. Furthermore, the hardness distribution in the depth direction of the object could not be captured. For this reason, when it has the structure | tissue structure from which a property differs in layers like a biological tissue, it is difficult to guess the hardness of a deep part correctly and had to rely on a doctor's experience.
[0005]
The tactile sensor of the present invention has been made paying attention to such a problem, and the object of the tactile sensor is to apply a hardness corresponding to the depth to an object having a different hardness distribution in the depth direction. It is an object of the present invention to provide a tactile sensor capable of accurately estimating the hardness of a deep part and accurately making a diagnosis even when the tissue structure has different tissue structures in layers like a biological tissue.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a tactile sensor that includes a vibrator and a contact member mechanically coupled to the vibrator.systemAnd this mechanical vibration system is vibrated in a resonance state by a feedback loop, and the vibrator or the vibrator and the contactorWhenBy obtaining the change information of the resonance state when the is in contact with the object and using this as the hardness information of the object, the vibration energy input to the vibrator is changed. Change the amount of energy propagating along the depth directionShakeKinetic energy variable means;Calculating means for calculating the hardness at each depth of the object, wherein the calculating means determines the depth direction of the object from the surface of the object so that the amplitude of the energy is maximized. When the object is divided into a plurality of regions up to the deepest position, an average value of the hardness of all the regions included from the surface of the object to the predetermined region is obtained, and this is measured corresponding to the predetermined region. Hardness at depth.
Moreover, the 2nd aspect of this invention is a 1st aspect.The computing means independently calculates the hardness at the measurement depth corresponding to each of the plurality of regions..
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1A is a diagram showing a general configuration when measuring the hardness of a living tissue using a tactile sensor, and FIG. 1B shows a state around the probe 3 in FIG. FIG. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the first embodiment of the present invention.
[0008]
An object to be measured is measured by guiding a probe 3 of a catheter-type tactile sensor through the channel of the endoscope 1 into the body cavity of the patient 2 while a measurer (not shown) observes the body cavity of the patient 2 with the endoscope 1. The hardness of the living tissue of the affected part 4 is measured. By measuring the hardness of the affected part 4, for example, the nature of a lesion such as cancer can be diagnosed. A cylindrical vibrator 5 is disposed in the casing 6 disposed at the tip of the probe 3. The vibrator 5 is polarized in the radial direction, and electrodes are attached to the inner peripheral surface and the outer peripheral surface, respectively. When a time-varying voltage is applied to the electrodes on the inner and outer peripheral surfaces, the vibrator 5 performs mechanical vibration. A contact 7 extending forward in the axial direction is bonded to the center of the vibrator 5, and the tip of the contact 7 comes into contact with the affected part 4. A detection element 8 is closely and coaxially installed at the end of the vibrator 5, and a sensor for monitoring the amplitude and frequency of vibration of the vibrator 5 by vibrating in concert with the vibrator 5. Can act as An output signal from the detection element 8 is input to the amplifier circuit 10 through the filter circuit 9. The output of the amplifier circuit 10 returns again into the casing 6 and is input to the vibrator 5 and becomes a drive signal for the vibrator 5. That is, the vibrator 5, the detection element 8, the amplifier circuit 10, and the filter circuit 9 form a self-excited closed circuit. By this self-excited oscillation circuit, the mechanical vibration system including the vibrator 5, the detection element 8, and the contact 7 integrally performs mechanical resonance vibration. The frequency measuring means 12 is connected to the output of the filter circuit 9 so that the frequency of the self-excited oscillation circuit in operation can be monitored. Instead of the frequency measuring means 12, a voltage measuring means or a phase difference measuring means may be connected. These measuring means may be provided at any position in the self-excited oscillation circuit.
[0009]
Further, the output current of the amplifier circuit 10 is controlled by a gain control circuit 14 as a vibration energy variable means, and the amplitude of the vibrator 5 can be arbitrarily changed. Alternatively, the drive power of the vibrator 5 may be arbitrarily changed by controlling the output voltage of the amplifier circuit 10 by the gain control circuit 14.
[0010]
The operation of the above configuration will be described below. The measurer introduces the probe 3 into the body cavity through an auxiliary tool such as the endoscope 1. Thereafter, by operating the probe 3, the tip of the contact 7 that is in resonance with the affected part 4 is brought into contact. At this time, the vicinity of the contact portion with the contact 7 of the affected part 4 which is an elastic body vibrates together with the contact 7. As the acoustic impedance of the mechanical vibration system increases due to the vibration of the affected part 4, the resonance frequency decreases according to the acoustic impedance, that is, the hardness of the part affected by the vibration of the affected part 4.
[0011]
In the present embodiment, the gain control circuit 14 further sets the output current of the amplifier circuit 10, that is, the input current of the vibrator 5 to be high, thereby increasing the amplitude of the vibrator 5. By increasing the amplitude of the vibrator 5, the region affected by the vibration of the affected part 4 becomes deeper, and the hardness of the affected part 4 up to a deep range can be measured. The gain control circuit 14 may increase the output voltage of the amplifier circuit 10 and increase the driving power of the vibrator 5 to deepen the influence of the vibration of the affected part 4. Moreover, the structure which replaced the order of the amplifier circuit 10 and the filter circuit 9 may be sufficient.
[0012]
According to the first embodiment described above, it is possible to realize a tactile sensor that can change the measured depth of the affected part 4 and obtain hardness information according to the depth by the gain control circuit 14. .
[0013]
The second embodiment of the present invention will be described below. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the second exemplary embodiment of the present invention. The structure of the tip of the probe 3 is the same as in the first embodiment. An output signal from the detection element 8 is input to the amplifier circuit 10 through the filter circuit 9. The output of the amplifier circuit 10 returns to the inside of the casing 6 and is input to the vibrator 5 and becomes a drive signal for the vibrator 5. Also in the second embodiment, a closed circuit of self-excited oscillation similar to that of the first embodiment is formed, and the mechanical vibration system integrally performs mechanical resonance vibration.
[0014]
The frequency measuring means 12 is connected to the output of the filter circuit 9 so that the frequency of the self-excited oscillation circuit in operation can be monitored. Instead of the frequency measuring means 12, a voltage measuring means or a phase difference measuring means may be connected. These measuring means may be provided at any position in the self-excited oscillation circuit.
[0015]
Further, filter frequency control means 15 is connected to the filter circuit 9, and the frequency band that can be passed by the filter circuit 9 can be arbitrarily changed.
[0016]
Below, the effect | action of an above-described structure is demonstrated. As in the first embodiment, the tip of the contact 7 that is in resonance with the affected part 4 is brought into contact with the affected part 4 by operating the probe 3. At this time, the vicinity of contact with the contact 7 of the affected part 4 which is an elastic body vibrates together with the contact 7. As the acoustic impedance of the mechanical vibration system increases due to the vibration of the affected part 4, the resonance frequency decreases according to the acoustic impedance, that is, the hardness of the part affected by the vibration of the affected part 4. Further, the filter frequency control means 15 changes the filter frequency of the filter circuit 9 to change the resonance mode of the mechanical vibration system, that is, the resonance frequency. Since the depth affected by the vibration of the affected part 4 varies depending on the change of the resonance frequency, the depth at which the hardness of the affected part 4 can be measured can be changed.
[0017]
Hereinafter, with reference to FIG. 4, the change of the filter frequency and the resonance frequency in the filter circuit 9 will be described in more detail. (A) is a frequency characteristic of a vibrator, (b) is a frequency characteristic of a filter circuit having a filter frequency at f1, and (c) is a diagram showing a frequency characteristic of a filter circuit having a filter frequency at f2.
[0018]
The mechanical vibration system inherently has a plurality of resonance frequencies corresponding to vibration modes. A normal self-excited oscillation circuit has a filter circuit 9 with a fixed filter frequency, and extracts a resonance frequency only in a specific mode. As shown in FIG. 4A, a filter circuit 9 having a filter frequency of f1 as shown in FIG. 4B is connected to a mechanical vibration system having a resonance mode at frequencies of f1, f2,. For example, the mechanical vibration system resonates in a primary vibration mode having a resonance frequency of f1. Next, if the filter frequency is changed to f2 which is the secondary mode frequency of the mechanical vibration system as shown in FIG. 4C, resonance vibration occurs in the secondary mode of the resonance frequency f2. The higher the frequency, the shorter the transmission distance of vibration, and the shallow range of hardness can be selectively measured.
[0019]
According to the second embodiment described above, it is possible to realize a tactile sensor that can change the measured depth of the affected part 4 and obtain hardness information according to the depth by changing the resonance frequency. .
[0020]
The third embodiment of the present invention will be described below. FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, the output of the frequency measuring means 12 and the control information of the gain control circuit 14 can be simultaneously input to the recording means 16. A computing means 17 is connected to the recording means 16. The recording means 16 and the computing means 17 can be realized by a computer 18 with a storage device integrated therein.
[0021]
The operation of the above configuration will be described below. According to the operation of the first embodiment, the hardness is measured by the frequency measuring means 12 to obtain frequency information, and at the same time, the measurement depth at that time is recorded in the recording means 16 together with the frequency information as control information of the gain control circuit 14. The hardness is measured at different depths while changing the vibration amplitude of the vibrator 5, and the depth information and the hardness information are recorded as a set as in the beginning. After completing a series of measurements, the hardness at each depth is calculated by the computing means 17.
[0022]
In FIG. 6, when the vibration amplitude is maximum, that is, the hardness value when the measurement depth is the maximum value A is the average value of the hardness of all the regions a to d. Further, the hardness value at the measurement depth B is an average of the hardnesses in the regions b to d. Similarly, the measurement values of the hardness of the depths C and D obtained in the same manner are subjected to proportional calculation in the calculation means 17, and the hardnesses of the layers having the depths a, b, c, and d are independently calculated.
[0023]
According to the third embodiment described above, in addition to the effects of the second embodiment, a tactile sensor that can obtain hardness distribution information in the depth direction of the object can be realized.
The fourth embodiment of the present invention will be described below. FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the fourth embodiment of the present invention. FIG. 8 shows details of the tip of the probe 3 shown in FIG. A cylindrical vibrator 5 is disposed in the casing 6 disposed at the distal end of the insertion portion of the probe 3. The vibrator 5 is polarized in the radial direction, and electrodes are attached to the inner peripheral surface and the outer peripheral surface, respectively. When a time-varying voltage is applied to the electrodes on the inner and outer peripheral surfaces, the vibrator 5 performs mechanical vibration. A contact 7 extending forward in the axial direction is fastened to the center of the vibrator 5 with a screw (screw fastening portion 20), and is freely detachable. The tip of the contact 7 comes into contact with the affected part 4. A detection element 8 is closely and coaxially installed at the end of the vibrator 5, and a sensor for monitoring the amplitude and frequency of vibration of the vibrator 5 by vibrating in concert with the vibrator 5. Can act as
[0024]
An output signal from the detection element 8 is input to the amplifier circuit 10 through the filter circuit 9. The output of the amplifier circuit 10 returns again into the casing 6 and is input to the vibrator 5 and becomes a drive signal for the vibrator 5. That is, the vibrator 5, the detection element 8, the amplifier circuit 10, and the filter circuit 9 form a self-excited closed circuit. By this self-excited oscillation circuit, the mechanical vibration system including the vibrator 5, the detection element 8, and the contact 7 integrally performs mechanical resonance vibration.
[0025]
The frequency measuring means 12 is connected to the output of the filter circuit 9 so that the frequency of the self-excited oscillation circuit in operation can be monitored. Instead of the frequency measuring means 12, a voltage measuring means or a phase difference measuring means may be connected. These measuring means may be provided at any position in the self-excited oscillation circuit.
[0026]
Moreover, as shown to Fig.9 (a)-9 (f), the thing of a different shape can be prepared for the exchangeable contactor 7 according to the objective of a measurement. The shape of the end face of the contactor 7 is a part of a spherical surface having different curvatures (FIGS. 9A and 9B), a conical shape having different apex angles (FIGS. 9C and 9D), and a diameter of the end face portion. Are different shapes (FIGS. 9 (e) and 9 (f)) and can be attached / detached / replaced by screw fastening with the vibrator 5.
[0027]
Below, the effect | action of an above-described structure is demonstrated. The measurer introduces the catheter-like probe 3 into the body cavity through an auxiliary tool such as an endoscope. Thereafter, by operating the probe 3, the tip of the contact 7 that is in resonance with the affected part 4 is brought into contact. At this time, the vicinity of the contact portion with the contact 7 of the affected part 4 which is an elastic body vibrates together with the contact 7. As the acoustic impedance of the mechanical vibration system increases due to the vibration of the affected part 4, the resonance frequency decreases according to the acoustic impedance, that is, the hardness of the part affected by the vibration of the affected part 4. The transmission range of the ultrasonic vibration to the affected part 4 is largely dependent on the shape of the contact 7.
[0028]
As shown in FIG. 10, when the shape of the end face of the contactor 7 is a convex surface, the vibration is propagated to a region having a spread with respect to the affected part 4 (FIG. 10 (a)), and the concave surface is The vibration is propagated only in a narrow region (FIG. 10B). Furthermore, the propagation range varies depending on the curvature and diameter of the irregularities on the end face. The hardness of the affected part 4 measured by the tactile sensor is an average value of a region where vibration is propagated. By exchanging the contacts 7 with different shapes, the hardness of different regions can be measured with one probe.
[0029]
According to the fourth embodiment described above, it is possible to realize a tactile sensor that can measure the hardness of different regions with a single probe 3 by allowing the contacts 7 having different shapes to be detachably exchangeable from the vibrator 5 side. Can do.
[0030]
The fifth embodiment of the present invention will be described below. FIG. 11 is a diagram showing a configuration of the fifth exemplary embodiment of the present invention. The probe 3 has a catheter-like insertion portion 21, and has a mechanical vibration system including a vibrator 5, a detection element 8, and a contact 7 at the distal end portion of the insertion portion 21. The vibrator 5, the detection element 8, and the contact 7 are integrally coupled to each other. A resonance circuit 16 is disposed on the proximal side of the insertion portion 21 so as to be protected by the housing 15 and is electrically connected to the vibrator 5 and the detection element 8 by a shield wire 17 inserted into the insertion portion 21. Yes. The insertion portion 21 and the housing 15 are detachable by a connector 18. The shield wire 17 and the resonance circuit 16 are also electrically detachable by an electrical contact 19. As shown in FIG. 12, a plurality of insertion portions 21 having different shapes on the end face of the contact 7 are prepared, and can be used by being connected to a common resonance circuit 16. The tip shape of the contact 7 of the plurality of insertion portions 21 is the same as that in the fourth embodiment.
[0031]
The operation of the above configuration will be described below. As in the fourth embodiment, the measurer introduces the catheter-like insertion portion 21 into the body cavity through an auxiliary tool such as an endoscope. Thereafter, the tip of the contact 7 that is in resonance with the affected part 4 is brought into contact with the affected part 4 by operating the insertion part 21. At this time, the vicinity of the contact portion with the contact 7 of the affected part 4 which is an elastic body vibrates together with the contact 7. As the acoustic impedance of the mechanical vibration system increases due to the vibration of the affected part 4, the resonance frequency decreases according to the acoustic impedance, that is, the hardness of the part affected by the vibration of the affected part 4. With the purpose of measurement, it can be attached to and detached from the insertion portion 21 having the contact 7 having a different tip shape.
[0032]
According to the fifth embodiment described above, a tactile sensor capable of measuring the hardness of different regions with one resonance circuit 16 is realized by enabling the insertion portion 21 having a different shape to be detachably exchanged from the resonance circuit 16 side. can do.
[0033]
Note that the specific embodiment described above includes the invention having the following configuration.
(1)
A mechanical vibration system including a vibrator and a contactor mechanically coupled to the vibrator; and the mechanical vibration system is vibrated in a resonance state by a feedback loop to contact the vibrator or the vibrator. A hardness detecting means for obtaining change information of a resonance state when the child comes into contact with the object, and using this as hardness information of the object;
Vibration energy variable means for changing vibration energy of the vibrator;
A tactile sensor comprising:
(2)
A mechanical vibration system including a vibrator and a contactor mechanically coupled to the vibrator;
This mechanical vibration system is vibrated in a resonance state by a feedback loop to obtain information on a change in resonance state when the vibrator or the vibrator and the contact with the object are in contact with the object. Hardness detection means for information;
Vibration amplitude variable means for changing the vibration amplitude of the vibrator;
A tactile sensor comprising:
(3)
The tactile sensor of the configuration (2), wherein the vibration amplitude varying means is a vibrator driving voltage varying means.
(4)
The tactile sensor according to (2), wherein the vibration amplitude varying means is a vibrator driving current varying means.
(5)
A mechanical vibration system including a vibrator and a contactor mechanically coupled to the vibrator;
This mechanical vibration system is vibrated in a resonance state by a feedback loop to obtain information on a change in resonance state when the vibrator or the vibrator and the contact with the object are in contact with the object. Hardness detection means for information;
Vibration frequency variable means for changing the vibration frequency of the vibrator;
A tactile sensor comprising:
(6)
The tactile sensor according to (5), wherein the vibration frequency varying means is a frequency variable bandpass filter.
(7)
The tactile sensor of the configuration (1) further comprising recording means for recording information on a resonance state of the vibrator having different vibration energy states.
(8)
The tactile sensor according to the configuration (7), further comprising a calculation means for comparing and calculating information on a plurality of resonance states of the recorded vibrator.
(9)
The tactile sensor having the configuration (1) in which the information on the resonance state is any one of information on the resonance frequency, voltage, current, and phase difference.
(1) a mechanical vibration system including a vibrator and a contactor mechanically coupled to the vibrator;
This mechanical vibration system is vibrated in a resonance state by a feedback loop to obtain information on a change in resonance state when the vibrator or the vibrator and the contact with the object are in contact with the object. Hardness detection means for information;
Comprising
A tactile sensor, wherein the contact is detachable from a vibrator.
(2) a mechanical vibration system including a vibrator and a contactor mechanically coupled to the vibrator;
This mechanical vibration system is vibrated in a resonance state by a feedback loop to obtain information on a change in resonance state when the vibrator or the vibrator and the contact with the object are in contact with the object. Hardness detection means for information;
Comprising
A tactile sensor, wherein the contact is detachable from a resonance circuit including the vibrator and a feedback loop, and can be replaced with a contact having a different shape.
(3)
The tactile sensor of the configuration (2), wherein the shape of the end faces of the plurality of interchangeable contacts is formed by a part of a convex spherical surface having a different curvature.
(4)
The tactile sensor of the configuration (2), wherein the shape of the end faces of the plurality of interchangeable contacts is formed by a part of a concave spherical surface having a different curvature.
(5)
The tactile sensor of (2), wherein the shape of the end faces of the plurality of exchangeable contacts is formed by a part of a conical surface having a different apex angle.
(6)
A tactile sensor having a configuration (2) in which the diameters of the end faces of the plurality of interchangeable contacts are different.
[0034]
The problems to be solved by the conventional techniques and inventions of the above-described configurations (1) to (9) are the same as the above [Conventional techniques] and [Problems to be solved by the invention].
Moreover, the effect | action of structure (1)-(9) is as follows.
(1)
By increasing (decreasing) the vibration energy, the vibration transmission range by the tactile sensor in the depth direction of the object is deepened (shallow), and the hardness information up to the deep (shallow) portion of the object is obtained.
(2)-(4)
By increasing (decreasing) the amplitude of vibration, the vibration energy is increased (decreased), and hardness information up to a deep (shallow) portion of the object is obtained.
(5)
For example, when the speed of sound in an object is uniform as in a living tissue, the propagation distance of vibration in the object is short when the frequency of vibration is high, and the propagation distance is long when the frequency is low. By lowering (increasing) the resonance frequency by frequency variable means, the transmission range of vibration by the tactile sensor in the depth direction of the object is deepened (shallow), and the hardness information to the deep (shallow) part of the object Get.
(6)
A mechanical vibration system including a vibrator and a contact has a plurality of resonance frequencies having different modes. By providing the frequency variable band pass filter in the drive circuit of the vibrator, the vibrator can be resonated at a resonance frequency with a different desired mode. Therefore, by lowering (increasing) the resonance frequency by the frequency variable band-pass filter means, the transmission range of vibration by the tactile sensor in the depth direction of the object is deepened (shallow), and the deep (shallow) part of the object Get hardness information up to.
(7)
According to the purpose, by continuously recording hardness information at different depths of the object, it is possible to grasp from which depth the region where the hardness changes exists. Grasp the distribution of hardness in the depth direction of the object.
(8)
The hardness at different depths is recorded from the surface, and the hardness at the desired depth is automatically grasped by comparing with the calculation means. Grasp the distribution of hardness in the depth direction of the object.
(9)
Any of resonance frequency, voltage, current, and phase difference information is used as resonance state information.
[0035]
The conventional techniques of the above configurations (1) to (6) are the same as the configurations (1) to (9). The problems, actions, and effects of the invention to be solved by the invention are as follows.
(Problems to be solved by the invention)
(1) to (6)
However, in the conventional tactile sensor, the impedance of the object when the contactor mechanically connected to the object contact vibrator or the object contact vibrator comes into contact with the object changes the oscillation frequency of the self-excited oscillation circuit, or Although it is regarded as a change in voltage and used as the hardness information of the object, the depth and area of the object to be measured are only uniquely determined by the performance of the device used. For this reason, it is difficult to selectively estimate the region of interest for measurement when the tissue structure or lesion has a layered structure or two-dimensionally different properties such as a biological tissue, and it is necessary to rely on the experience of a doctor. It was.
[0036]
The present invention has been made paying attention to such problems, and an object of the present invention is to provide a tactile sensor capable of measuring hardness according to different depths and regions of a measurement object.
(Function)
(1), (3)-(6)
By making the contact member detachable from the resonance circuit and replacing the contact member with a different shape, the hardness of different regions is measured by one probe.
(2)
By configuring the insertion section so as to be detachable from the resonance circuit and replacing the insertion section with contacts having different shapes, the hardness of different regions is measured by one resonance circuit.
(The invention's effect)
(1) to (6)
By making it possible to detachably replace contacts having different tip shapes from the resonance circuit side, it is possible to realize a tactile sensor that can measure the hardness of different depths and regions with one resonance circuit. For this reason, it is economical because it is not necessary to prepare a resonance circuit for each tip shape.
[0037]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the depth to be measured of the object is changed and the information on the hardness according to the depth is obtained, the deep portion can be obtained even when the tissue structure has a different structure like a living tissue. Thus, it is possible to provide a tactile sensor capable of accurately estimating the hardness of the sensor and thereby making an accurate diagnosis.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a general configuration when measuring the hardness of a living tissue using a tactile sensor.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the first exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a second exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining in detail the change of the filter frequency and the resonance frequency in the filter circuit.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a third exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a fourth exemplary embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing details of the tip of the probe shown in FIG.
FIG. 9 shows various different shapes of interchangeable contacts.
FIG. 10 is a diagram for explaining a difference in vibration propagation range depending on the shape of a contact.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a fifth exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a view showing an insertion portion having contact end surfaces of a plurality of different shapes.
[Explanation of symbols]
1 ... Endoscope,
2 ... patient,
3 ... Probe,
4 ... affected area,
5 ... vibrator,
6 ... casing,
7 ... Contact,
8: Detection element,
9: Filter circuit,
10: Amplifier circuit,
12: Frequency measuring means,
14: Gain control circuit.

Claims

A mechanical vibration system including a vibrator and a contactor mechanically coupled to the vibrator;
The mechanical vibration system of the feedback loop is oscillated at resonance, the transducer or to obtain change information in the resonance state when said contact with the vibrator is in contact with the object, which object Hardness detection means for hardness information;
By varying the vibrational energy to be input to the vibrator, the vibration energy variation means that by changing the amount of energy that propagates along the depth direction of the object,
And calculating means for calculating the hardness at each depth of the object,
When the calculation means divides the depth direction of the object into a plurality of regions from the surface of the object to the deepest position of the object where the amplitude of the energy is maximized, A tactile sensor characterized in that an average value of hardnesses of all regions included from a surface to a predetermined region is obtained and set as a hardness at a measurement depth corresponding to the predetermined region .

The tactile sensor according to claim 1 , wherein the calculation unit independently calculates hardness at a measurement depth corresponding to each of the plurality of regions .