JP4052504B2

JP4052504B2 - 生体組織の弾力特性測定装置

Info

Publication number: JP4052504B2
Application number: JP2002020178A
Authority: JP
Inventors: 定夫尾股
Original assignee: Nihon University
Current assignee: Nihon University
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: WO2003063698A1; JP2003220038A; US7648470B2; US20050256387A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体組織の弾力特性測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
婦人の出産後、または加齢が進むにつれ、尿道を支えていた筋肉が伸びきって、その弾性が低下し、ちょっとした衝撃で失禁を起こしやすくなる。そのため、例えば骨盤に支え穴を設けて、その穴を利用し、尿道周辺の筋肉を吊り上げ、尿道を支える筋肉の弾性を回復させる手術が行われる。適切な手術のためには、尿道を取り囲む筋肉の弾力特性の評価が必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
尿道は膣のごく近傍にあるので、膣の管部内部の生体組織につきその弾性を把握することで、尿道を取り囲む筋肉の弾力特性の評価を行える。しかし、尿道を取り囲む筋肉の機能の一つは、尿道を適度の弾力で拡張させ、また収縮させることであるので、応力とひずみの単純な比であらわされる生体組織の弾性係数ではその弾力特性、例えば粘弾性特性の十分な評価ができない。また、膣はその径が約１５ｍｍ程度あるので、管部に探触子を挿通することは可能であるが、膣の管部を取り囲み、尿道を支える筋肉について、上述の弾力特性を測定できる適切な探触子および測定方法がない。したがって、尿道付近の筋肉についての弾性低下の程度や、弾性を回復させるための支え穴への筋肉の吊り上げ程度は、術者の手による触診等、経験に頼る診断により判断されているのが現状である。
【０００４】
本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、生体の管部に挿通し、管部内側の生体組織の弾力特性を定量的に測定できる、生体組織の弾力特性測定装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明に係る生体組織の弾力特性測定装置は、生体の管部に挿通し、管部内側の組織の弾力特性を測定する生体組織の弾力特性測定装置であって、探触子を保持し、生体の管部に挿通する探触子基部と、探触子基部の外側に配置される管状のスリーブと、探触子基部の外周にバネによって取付けられ、生体の管部内側の生体組織に近接配置され、生体組織に対し押付け戻し駆動される探触子と、探触子に設けられ、押付け戻し駆動されるときの生体組織からの反力から、生体組織に与える応力を検出する応力検出センサと、探触子基部に対する応力検出センサの変位量を検出する変位量検出センサと、を備え、探触子基部とスリーブとの間の相対運動によってバネが押付け戻されることによって、探触子の全体をスリーブの内部に収納し、また探触子をスリーブの内部から出して生体組織に押付け戻し、押付け戻されるときの応力−変位量特性から生体の弾力特性を測定することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る生体組織の弾力特性測定装置は、生体の管部に挿通し、管部内側の組織の弾力特性を測定する生体組織の弾力特性測定装置であって、探触子を保持し、生体の管部に挿通する探触子基部と、探触子基部の外側に配置される管状のスリーブと、探触子基部の外周にバネによって取付けられ、生体の管部内側の生体組織に近接配置され、生体組織に対し押付け戻し駆動される探触子と、探触子に設けられ、生体の硬さに関する信号を出す硬さセンサ部と、硬さセンサ部からの信号に基づき生体の硬さを検出する硬さ検出手段と、探触子基部に対する硬さセンサ部の変位量を検出する変位量検出センサと、を備え、探触子基部とスリーブとの間の相対運動によってバネが押付け戻されることによって、探触子の全体をスリーブの内部に収納し、また探触子をスリーブの内部から出して生体組織に押付け戻し、押付け戻されるときの硬さ特性から生体の弾力特性を測定することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る生体組織の弾力特性測定装置において、前記硬さセンサ部は、振動子と、振動検出センサとが設けられ、振動子に接続される入力端子と、振動検出センサに接続される出力端子を備え、前記硬さ検出手段は、前記硬さセンサ部の出力端子に入力端が接続される増幅器と、増幅器の出力端と前記硬さセンサ部の入力端子との間に設けられ、前記振動子への入力波形と振動検出センサからの出力波形に位相差が生じるときは、周波数を変化させて前記位相差をゼロにシフトする位相シフト回路と、を備え、硬さセンサ部と生体組織を含む閉ループの共振状態を維持しつつ、生体組織の硬さが変化することで生ずる前記周波数変化から、生体組織の硬さを検出することが好ましい。
【０００９】
本発明に係る生体組織の弾力特性測定装置は、探触子を保持し、生体の管部に挿通する探触子基部と、探触子基部に取付けられ、生体の管部内側の生体組織に近接配置され、生体組織に対し押付け戻し駆動される探触子を備える。そして、生体組織に対し探触子を押付け戻すときの、生体組織への圧力である接触圧、すなわち応力について、そのヒステリシスを応力検出センサで検出し、また、変位量検出センサで、探触子基部に対する応力検出センサの変位量、すなわち生体組織の拡張、収縮の変位量のヒステリシスも検出する。これらのヒステリシスのデータから、生体組織の応力−変位量特性のヒステリシスを評価し、生体の弾力特性、例えば粘弾性特性を定量的に測定することができる。
【００１０】
また、本発明に係る生体組織の弾力特性測定装置は、探触子を保持し、生体の管部に挿通する探触子基部と、探触子基部に取付けられ、生体の管部内側の生体組織に近接配置され、生体組織に対し押付け戻し駆動される探触子を備える。そして、生体組織に対し探触子を押付け戻すときの、生体組織の硬さのヒステリシスを、探触子に設けられた硬さセンサ部の信号に基づいて硬さ検出手段で検出し、また、変位量検出センサで、探触子基部に対する硬さセンサ部の変位量、すなわち生体組織の拡張、収縮の変位量のヒステリシスも検出する。これらのヒステリシスのデータから、生体組織の硬さ−変位量特性のヒステリシスを評価できる。硬さは、応力とひずみの比である弾性係数に密接に関係するので、そのヒステリシスの評価から、生体の弾力特性を定量的に測定することができる。
【００１１】
探触子の押付け戻し駆動は、板ばねとモータ機構のほか、流体圧による膨張収縮自在のバルーンを用いて行うことができる。
【００１２】
また、本発明に係る生体組織の弾力特性測定装置において、前記硬さセンサ部の出力端子に入力端が接続される増幅器と、増幅器の出力端と前記硬さセンサ部の入力端子との間に設けられ、前記振動子への入力波形と振動検出センサからの出力波形に位相差が生じるときは、周波数を変化させて前記位相差をゼロにシフトする位相シフト回路とを備える。このような構成で、硬さセンサ部と生体組織を含む閉ループの共振状態維持のもとで、生体組織の硬さが変化することで生ずる前記周波数変化から、生体組織の硬さを定量的に検出することができ、硬さのヒステリシスの定量的評価につき信頼性が高まる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。図１は、弾力特性測定装置１が、生体の管部３に挿通されている状態を示した図である。弾力特性測定装置１は、数ｍｍ角または直径数ｍｍの長棒状の探触子基部５と、探触子基部５に取付けられ、管部３の内側の生体組織に先端が接触し、生体組織に対し押付け戻し駆動される探触子７を備える。探触子基部５の外側に、探触子基部５の外形より一回り大きな内径を有し、探触子基部５の長手軸方向に移動自在のスリーブ９が設けられる。
【００１４】
探触子７は、探触子基部５の外周に取付けられた板ばね１５の先端に、応力検出基台１７を備えた略半球状のプラスチック製の接触ボール１９が取付けられ、応力検出基台１７に応力検出センサ２１が貼り付けられる。また、板バネ１５の応力検出基台１７が取付けられる側と反対側と、それに対向する探触子基部５の表面とに、一対の変位量検出センサ２３が配置される。応力検出センサ２１、変位量検出センサ２３は、それぞれ信号線で応力算出部２５、変位量算出部２７と接続され、応力算出部２５、変位量算出部２７の出力は、弾性特性算出部２９に接続される。探触子７は、探触子基部５の外周に対称な配置で四個設けられる。
【００１５】
図２は、探触子基部５と、その外側に配置されたスリーブ９とが、軸方向に相対的に移動するときの、探触子７の動きを説明する図である。スリーブ９が、探触子基部５に対し、例えば図２において左側に移動すると、スリーブ９のパイプ状の内側が、探触子７の板ばね１５に押し当てられ、さらに左側に移動するにつれ、板ばね１５を探触子基部５側に押付けるように働く。したがって、探触子７の先端の接触ボール１９は、スリーブ９が左側に移動するにつれ下向きに動き、スリーブ９が右側に移動するときは上側に動く。このように、スリーブ９と探触子基部５との間の相対運動により、探触子７の先端の接触ボール１９を、生体組織に対し、押付け戻し駆動をさせることができる。スリーブ９と探触子基部５との間の相対運動は、図示されていない小型モータにより行うことができる。また、簡単な測定においては、術者の手による操作によってスリーブ９と探触子基部５との相対的移動を行うこともできる。
【００１６】
スリーブ９の左側の移動により、接触ボール１９を含み探触子７全体をスリーブ９の内部に収納することもできる。この場合は、複雑な機構の探触子７をスリーブ９の内部に収納した状態で、生体の弾力特性測定装置１を生体の管部における所定の測定部位まで挿通でき、挿通がスムーズに行える。そして、所定の測定部位において、スリーブ９を移動させることにより、管部内部で四個の探触子７を傘状に開き、すぼめることができる。探触子の数は、四個の他に、例えば一個、二個、三個、六個等他の数でも良い。
【００１７】
生体組織に対し押付け戻し駆動される探触子は、上述の板ばね構造のほかに、流体圧により膨脹伸縮自在のバルーンを用いることができる。図３にバルーン１１を探触子基部５に取付けた場合を示す。バルーン１１は、ポンプ１３に接続され、ポンプ１３の圧力を調整することで、生体組織に対し押付け戻し駆動されることができる。
【００１８】
図４は、探触子７の先端部分につき詳細に示した図である。探触子７の先端部は、板ばね１５の先端の、生体組織に対向する一方側の面上に、応力検出基台１７を備えた略半球状のプラスチック製の接触ボール１９が接着により取付けられ、応力検出基台１７に、応力検出センサ２１が配置される。応力検出センサ２１は、ひずみゲージで、接着により、応力検出基台１７にしっかり貼り付けられる。また、板バネ１５の応力検出基台１７が取付けられる側と反対側に受光素子が設けられ、またそれに対向して探触子基部５の表面に発光素子が設けられ、この一対の発光素子と受光素子とで、変位量検出センサ２３を構成する。応力検出センサ２１、変位量検出センサ２３は、それぞれ信号線で応力算出部２５、変位量算出部２７と接続される。応力検出基台１７と接触ボール１９とは、同じ材料で構成するほか、別々の材料を用いこれらを積層構造で形成してもよい。変位量検出センサは、一対の発光素子と受光素子のほか、一対の磁石と磁気センサ等、他の小型の近接センサを用いることもできる。
【００１９】
上記構成の作用について説明する。探触子基部５の外周に対称に配置された四個の探触子７を、傘状にすぼめた状態で、探触子基部５を生体の管部、例えば患者の膣に挿通する。そして、生体組織の弾力特性を測定したい箇所において、スリーブ９を探触子基部５に対し、図１において徐々に右側に移動し、探触子７を傘状に開く。そのことで、接触ボール１９が、生体組織側に動き、管部内部の生体組織に押付けられる。その後、スリーブ９を探触子基部５に対し、徐々に左側に戻し、探触子７をすぼめる。その押付け戻し駆動の時々刻々の生体組織からの反力Ｆは、接触ボール１９が設けられた応力検出基台１７に設けられた応力検出センサ２１により検出される。応力検出センサ２１がひずみゲージの場合は、抵抗値変化の信号となって、信号線により、応力算出部２５に送られ、そこで演算処理され、応力に換算される。
【００２０】
一方、探触子基部５に対する接触ボールの距離の変化、すなわち接触ボールが生体組織に対し、押付け戻し駆動された相対的な変位量は、変位量検出センサ２３で検出される。すなわち、探触子基部５に対する接触ボールの距離が変化すると、発光素子と受光素子との間の距離が変化し、その距離に応じて、受光量変化の信号となって、信号線により変位量算出部２７に送られ、そこで演算処理され、変位量が求められる。
【００２１】
このようにして、生体組織に探触子が押付け戻し駆動の状態下で、応力Ｆと、変位量Ｘが対応して得ることができる。そこで、生体組織の所定の測定箇所で、探触子基部５の位置は固定し、図１の場合では、スリーブ９を探触子基部５に対し徐々に右側に移動させ、つぎに再び左側に徐々に戻す。このことで、接触ボールは生体組織に対し最初押付けられ、次に戻される。すなわち、このときの応力Ｆと、変位量Ｘの変化を対応付けることで、生体組織の弾力特性のヒステリシスを評価できる。図５に、所定の測定箇所において、探触子７を押付け戻し駆動したときの、生体組織の応力Ｆと変位量Ｘの変化を、縦軸に応力Ｆ、横軸に変位量Ｘとして示した例を示す。このように、弾力特性のヒステリシス曲線が得られるので、この曲線を用いて、生体組織の弾力特性が定量的に測定、評価できる。例えば、ヒステリシス曲線で囲まれた面積の大きさ等から、生体組織の粘弾性特性が定量的に評価できる。
【００２２】
図６は、生体の管部の異なる三点における弾力特性の測定例を示す図である。探触子基部５の管部に挿通する深さを変えた三点Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれにおいて、探触子７を管部内側の生体組織に押付け戻し駆動し、そのときの応力Ｆ、変位量Ｘのヒステリシス特性を求め、縦軸に応力Ｆ、横軸に変位量Ｘをとり、比較したものである。例えば、点Ａにおけるヒステリシス特性と、点Ｂ，Ｃにおけるヒステリシス曲線を比べると、点Ａにおける曲線のほうがヒステリシス曲線で囲まれた面積が小さく、より弾力に富むことが定量的に評価できることがわかる。
【００２３】
上述のように、生体組織の応力とひずみとをそれぞれ測定し、その結果から、応力−ひずみ特性のヒステリシスを評価することで、生体組織の弾力特性の測定、評価を行うことができる。一方、硬さは、応力とひずみの比である弾性係数に密接に関係するので、硬さのヒステリシスの評価からも、生体の弾力特性を定量的に測定することができる。
【００２４】
図７は、本発明の生体組織の弾性特性測定装置に係る、別の実施の形態における、硬さ検出の部分のブロック図である。硬さセンサ部４１は、探触子７の先端に、振動子４３と、振動検出センサ４５とが設けられ、振動子４３に接続される入力端子４７と、振動検出センサ４５に接続される出力端子４９を備える。また、硬さ検出手段５１は、硬さセンサ部４１の出力端子４９に入力端が接続される増幅器５３と、増幅器５３の出力端と硬さセンサ部４１の入力端子４７との間に設けられ、振動子４３への入力波形と振動検出センサ４５からの出力波形に位相差が生じるときは、周波数を変化させて前記位相差をゼロにシフトする位相シフト回路５５とを備える。かかる機能を持つ位相シフト回路の内容については、特開平９−１４５６９１号公報に詳しく述べられている。
【００２５】
このような構成で、硬さセンサ部４１と生体組織を含む閉ループの共振状態を維持しつつ、生体組織の硬さが変化することで生ずる周波数変化を、周波数偏差検出部５７で検出し、硬さ変換器５９により硬さに変換する。このようにして検出される生体の硬さを用い、探触子７を押付け戻し駆動することで、そのヒステリシス特性を定量的に得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係る生体組織の弾力特性測定装置は、生体の管部に挿通し、管部内側の生体組織の弾力特性を定量的に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の、弾力特性測定装置が、生体の管部に挿通されている状態を示した図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の、弾力特性測定装置において、探触子基部と、その外側に配置されたスリーブとが、軸方向に相対的に移動するときの、探触子の動きを説明する図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の、弾力特性測定装置において、探触子としてバルーンを探触子基部に取付けたものを示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の、弾力特性測定装置において、探触子の先端部分につき詳細に示した図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の、弾力特性測定装置を用い、所定の測定箇所において、探触子を押付け戻し駆動したときの、生体組織の応力Ｆと変位量Ｘの変化を、縦軸に応力Ｆ、横軸に変位量Ｘとして示した図である。
【図６】本発明に係る実施の形態の、弾力特性測定装置を用いた、生体の管部の異なる三点における弾力特性の測定例を示す図である。
【図７】本発明に係る他の実施の形態の、弾力特性測定装置における、硬さ検出の部分のブロック図である。
【符号の説明】
１弾力特性測定装置、３生体の管部、５探触子基部、７探触子、９スリーブ、１１バルーン、１３ポンプ、１５板バネ、１７応力検出基台、１９接触ボール、２１応力検出センサ、２３変位量検出センサ、２５応力算出部、２７変位量算出部、２９弾性特性算出部、４１硬さセンサ部、４３振動子、４５振動検出センサ、４７入力端子、４９出力端子、５１硬さ検出手段、５３増幅器、５５位相シフト回路、５７周波数偏差検出部、５９硬さ変換器。

Claims

生体の管部に挿通し、管部内側の組織の弾力特性を測定する生体組織の弾力特性測定装置であって、
探触子を保持し、生体の管部に挿通する探触子基部と、
探触子基部の外側に配置される管状のスリーブと、
探触子基部の外周にバネによって取付けられ、生体の管部内側の生体組織に近接配置され、生体組織に対し押付け戻し駆動される探触子と、
探触子に設けられ、押付け戻し駆動されるときの生体組織からの反力から、生体組織に与える応力を検出する応力検出センサと、
探触子基部に対する応力検出センサの変位量を検出する変位量検出センサと、
を備え、
探触子基部とスリーブとの間の相対運動によってバネが押付け戻されることによって、探触子の全体をスリーブの内部に収納し、また探触子をスリーブの内部から出して生体組織に押付け戻し、押付け戻されるときの応力−変位量特性から生体の弾力特性を測定することを特徴とする生体組織の弾力特性測定装置。
生体の管部に挿通し、管部内側の組織の弾力特性を測定する生体組織の弾力特性測定装置であって、
探触子を保持し、生体の管部に挿通する探触子基部と、
探触子基部の外側に配置される管状のスリーブと、
探触子基部の外周にバネによって取付けられ、生体の管部内側の生体組織に近接配置され、生体組織に対し押付け戻し駆動される探触子と、
探触子に設けられ、生体の硬さに関する信号を出す硬さセンサ部と、
硬さセンサ部からの信号に基づき生体の硬さを検出する硬さ検出手段と、
探触子基部に対する硬さセンサ部の変位量を検出する変位量検出センサと、
を備え、
探触子基部とスリーブとの間の相対運動によってバネが押付け戻されることによって、探触子の全体をスリーブの内部に収納し、また探触子をスリーブの内部から出して生体組織に押付け戻し、押付け戻されるときの硬さ特性から生体の弾力特性を測定することを特徴とする生体組織の弾力特性測定装置。
請求項２に記載の生体組織の弾力特性測定装置において、
前記硬さセンサ部は、
振動子と、振動検出センサとが設けられ、振動子に接続される入力端子と、振動検出センサに接続される出力端子を備え、
前記硬さ検出手段は、
前記硬さセンサ部の出力端子に入力端が接続される増幅器と、
増幅器の出力端と前記硬さセンサ部の入力端子との間に設けられ、前記振動子への入力波形と振動検出センサからの出力波形に位相差が生じるときは、周波数を変化させて前記位相差をゼロにシフトする位相シフト回路と、を備え、硬さセンサ部と生体組織を含む閉ループの共振状態を維持しつつ、生体組織の硬さが変化することで生ずる前記周波数変化から、生体組織の硬さを検出することを特徴とする生体組織の弾力特性測定装置。