JP4963067B2 - Compressive force measuring device - Google Patents
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Description
この発明は圧縮力計測装置に関し、特に、可撓性を有する線状体に作用する長手軸方向の圧縮力を計測する圧縮力計測装置に関する。 The present invention relates to a compressive force measuring device, and more particularly, to a compressive force measuring device that measures a compressive force in a longitudinal direction acting on a flexible linear body.
可撓性を有する線状体は、体内の管の中へ挿入される線状の医療器具として実用化されている。たとえば、血管、尿管、気管支、消化管あるいはリンパ管などの体内にある管に挿入されるガイドワイヤやカテーテル、また、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などが知られている。このような線状体は、体内の管の中へ挿入され、体外からの操作によって目的部位まで誘導される。 A linear body having flexibility has been put into practical use as a linear medical instrument inserted into a body tube. For example, guide wires and catheters that are inserted into vessels such as blood vessels, ureters, bronchi, gastrointestinal tracts, and lymphatic vessels, and wires that have an embolic coil at the tip for embolizing aneurysms are known. It has been. Such a linear body is inserted into a tube in the body and is guided to a target site by an operation from outside the body.
線状体が挿入される管は必ずしも直線状ではなく、部分的に屈曲や分岐をしている場合が多い。また、管の径は必ずしも一定ではなく、管自体が細くなっていたり、血管内に生じる血栓などの管内部にある障害物によって管の径が細くなっていたりする場合がある。しかし、従来の線状体では、線状体の進行方向前方の状況を検知する手段がなく、線状体の操作を操作者の勘に頼らざるを得ず、体外からの誘導操作には熟練が必要であった。そこで、線状体の進行方向前方における障害物の存在を検知するため、線状体の先端に圧力センサを設ける方法が考えられた(たとえば特許文献1参照)。
しかしながら、細い線状体の先端に圧力センサを設けることは困難である。たとえば脳血管に挿入するガイドワイヤの直径は0.35mm程度であり、このような極細の線状体の先端に小型の圧力センサを設けることは困難である。また、圧力センサの信号を外部に取り出すための信号線を線状体中に挿通することは、さらに困難である。 However, it is difficult to provide a pressure sensor at the tip of a thin linear body. For example, the diameter of the guide wire inserted into the cerebral blood vessel is about 0.35 mm, and it is difficult to provide a small pressure sensor at the tip of such an extremely thin linear body. Further, it is further difficult to insert a signal line for taking out the signal of the pressure sensor into the linear body.
また、線状体が挿入される管が屈曲している場合や、管の径が細くなっている場合には、線状体の挿入抵抗は、先端の抵抗だけでなく、管との摩擦の影響を受ける。したがって、線状体の先端に設けた圧力センサの検出結果と、操作者の挿入時の力覚とが必ずしも一致しない場合がある。したがって、線状体の先端に圧力センサを設けた場合においても、操作者が外部において指先で把持した線状体の挿入抵抗の力覚情報に基づいて、すなわち操作者の勘に頼って、線状体の操作を実施することになる。また、操作者の力覚は操作者しか知ることができないため、熟練操作者の手技を定量化して経験の少ない操作者へ伝授することは困難である。 In addition, when the tube into which the linear body is inserted is bent or the diameter of the tube is thin, the insertion resistance of the linear body is not only the resistance at the tip but also the friction with the tube. to be influenced. Therefore, the detection result of the pressure sensor provided at the tip of the linear body may not always match the force sense at the time of insertion by the operator. Therefore, even when the pressure sensor is provided at the tip of the linear body, the wire is based on the force information of the insertion resistance of the linear body gripped by the operator with the fingertip, that is, depending on the intuition of the operator. The operation of the object will be performed. In addition, since the operator's sense of force can be known only by the operator, it is difficult to quantify the skill of the skilled operator and convey it to an operator with little experience.
それゆえに、この発明の主たる目的は、極細の線状体の挿入抵抗を計測することができ、熟練操作者の手技を定量化して経験の少ない操作者へ伝授することが可能な高精度の圧縮力計測装置を提供することである。 Therefore, the main object of the present invention is to measure the insertion resistance of an extremely fine linear body, and to quantify the skill of a skilled operator and to convey it to a less experienced operator. It is to provide a force measuring device.
この発明に係る圧縮力計測装置は、可撓性を有する線状体に作用する長手軸方向の圧縮力に応じた信号を出力するセンサを含む本体と、本体に組み込まれ、センサの出力信号を圧縮力に変換するための情報を記憶する記憶素子と、センサの出力信号と記憶素子に記憶された情報とに基づいて圧縮力を求める演算手段とを備えたものである。本体には線状体が貫通する貫通孔が形成され、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、センサは、線状体の湾曲の度合いを検出し、検出結果を示す信号を圧縮力に応じた信号として出力する。 A compressive force measuring device according to the present invention includes a main body including a sensor that outputs a signal corresponding to a compressive force in a longitudinal axis direction acting on a flexible linear body, and is incorporated in the main body, and outputs an output signal of the sensor. The apparatus includes a storage element that stores information to be converted into a compression force, and a calculation unit that obtains the compression force based on an output signal of the sensor and information stored in the storage element. A through-hole through which the linear body passes is formed in the main body, and when a compressive force acts on the linear body, the linear body is curved in a predetermined direction inside the through-hole, and the sensor is curved of the linear body. And a signal indicating the detection result is output as a signal corresponding to the compression force.
また好ましくは、記憶素子は半導体メモリである。
また好ましくは、情報は、記憶素子の外部から電気信号を用いて書き込まれる。
Preferably, the memory element is a semiconductor memory.
Preferably, the information is written from the outside of the memory element using an electrical signal.
また好ましくは、記憶素子は、さらに、本体の製品情報および使用情報のうちの少なくともいずれか一方を記憶する。 Preferably, the storage element further stores at least one of product information and usage information of the main body.
また好ましくは、圧縮力計測装置は、線状体を体内に挿入する医療機器に組み込まれて使用される。 Preferably, the compressive force measuring device is used by being incorporated in a medical device for inserting a linear body into the body.
また好ましくは、圧縮力計測装置は、線状体の操作を訓練するための訓練用シミュレータに取り付けられて使用される。 Preferably, the compressive force measuring device is used by being attached to a training simulator for training the operation of the linear body.
この発明に係る圧縮力計測装置では、可撓性を有する線状体に作用する長手軸方向の圧縮力に応じた信号を出力するセンサを含む本体と、本体に組み込まれ、センサの出力信号を圧縮力に変換するための情報を記憶する記憶素子と、センサの出力信号と記憶素子に記憶された情報とに基づいて圧縮力を求める演算手段とが設けられる。本体には線状体が貫通する貫通孔が形成され、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、センサは、線状体の湾曲の度合いを検出し、検出結果を示す信号を圧縮力に応じた信号として出力する。したがって、線状体に作用する長手軸方向の圧縮力を計測するので、体外で計測することが可能であり、極細の線状体の挿入抵抗を検出することができる。また、線状体の先端に圧力センサを設けた場合に比べ、操作者の挿入時の力覚に近い検出結果を得ることができ、熟練操作者の手技を定量化して経験の少ない操作者へ伝授することができる。また、センサの出力信号を圧縮力に変換するための情報を記憶する記憶素子を設けたので、本体の機械精度が低い場合でも圧縮力を高精度で計測することができる。 In the compressive force measuring device according to the present invention, a main body including a sensor that outputs a signal corresponding to the compressive force in the longitudinal axis direction that acts on the linear body having flexibility, and an output signal of the sensor is incorporated in the main body. A storage element that stores information for converting into a compression force, and a calculation unit that obtains the compression force based on an output signal of the sensor and information stored in the storage element are provided. A through-hole through which the linear body passes is formed in the main body, and when a compressive force acts on the linear body, the linear body is curved in a predetermined direction inside the through-hole, and the sensor is curved of the linear body. And a signal indicating the detection result is output as a signal corresponding to the compression force. Therefore, since the compressive force in the longitudinal axis direction acting on the linear body is measured, it can be measured outside the body, and the insertion resistance of the extremely thin linear body can be detected. In addition, compared to the case where a pressure sensor is provided at the tip of the linear body, it is possible to obtain a detection result close to a force sense at the time of insertion of the operator, quantifying the skill of the skilled operator, and to an operator with little experience Can be taught. Further, since the storage element for storing information for converting the output signal of the sensor into the compression force is provided, the compression force can be measured with high accuracy even when the mechanical accuracy of the main body is low.
図1は、この発明の一実施の形態による圧縮力計測装置の本体1の外観を示す図であり、図2は図1のII−II線断面図であり、図3は図1のIII−III線断面図である。図1〜図3において、この圧縮力計測装置の本体1には、可撓性を有する線状体2が挿通される貫通孔3が形成されている。線状体2の一方端が操作者の手で操作され、線状体2の他方端が人体の管に挿入される。
1 is an external view of a
貫通孔3の両端の開口部の各々には、線状体2を挿抜し易くするために、テーパ状の入出力ポート4が形成されている。入出力ポート4の奥の拘束部5では、貫通孔3の直径は線状体2の直径よりもわずかに大きく、たとえば線状体2の直径の105%〜120%である。したがって、線状体2は、拘束部5においては長手軸方向以外の方向に移動することはできない。
A tapered input / output port 4 is formed in each of the openings at both ends of the through
本体1は、線状体2に長手軸方向の圧縮力が作用するときに、貫通孔3の内部における線状体2の湾曲方向を規定する。すなわち、貫通孔3は、2つの拘束部5の間で曲がっており、線状体2は一方の壁に沿って曲がりながら貫通孔3を貫通している。また貫通孔3は、2つの拘束部5の間で、線状体2が沿っていない壁側に広がって空間6を形成している。したがって、空間6では、紙面と平行方向への線状体2の動作は貫通孔3によって制限されない。
The
一方、入出力ポート4および空間6では、紙面と垂直方向の貫通孔3の高さは線状体2の直径よりもわずかに大きく、たとえば線状体2の直径の105%〜120%であり、紙面と垂直方向への線状体2の動作は貫通孔3によって制限されている。すなわち、入出力ポート4および空間6では、線状体2の長手軸方向に垂直な断面における貫通孔3の断面形状は、図3に示すように、長方形状である。このようにして、貫通孔3の内部における線状体2の湾曲方向を規定するとともに、線状体2に長手軸方向の圧縮力が作用したときに線状体2が湾曲する位置を定めている。
On the other hand, in the input / output port 4 and the
図2に示すように、線状体2に長手軸方向の圧縮力Fが作用すると、貫通孔3の内部の空間6において所定の方向へ、すなわち空間6において線状体2が沿っていない壁側へ向かって、線状体2が湾曲する。線状体2の湾曲に伴い、湾曲の山の高さh、すなわち線状体2が沿っていた壁面から線状体2までの距離が増加する。本体1には、湾曲の山の高さhを検出するための光学式のラインセンサ7が埋設されている。
As shown in FIG. 2, when a compressive force F in the longitudinal axis direction is applied to the
ラインセンサ7は、図4に示すように、線状体2の湾曲の高さhの方向に配列された複数の受光素子7aを有するアレイセンサである。貫通孔3の空間6を介してラインセンサ7の反対側に光源器8が本体1に埋設されている。光源器8は、空間6を介してラインセンサ7に照明光を出射する。
As shown in FIG. 4, the
光源器8から出射された照明光は、線状体2のない領域ではラインセンサ7に入射するが、線状体2のある部分では線状体2で遮られてラインセンサ7に入射しない。換言すると、ラインセンサ7に線状体2の影ができる。照明光が入射した受光素子7aでは大きな光電流が発生し、線状体2の影に位置する受光素子7aでは光電流はほとんど発生しない。したがって、各受光素子7aの光電流を検出することにより、線状体2の空間6内の位置すなわち線状体2の湾曲の高さhを求めることができる。
The illumination light emitted from the
ただし、線状体2の湾曲の高さhの検出精度は、貫通孔3の幾何構造の機械的精度や、ラインセンサ7の取り付け精度の影響を受けてしまう。線状体2の湾曲の高さhの検出精度を高めるためには、貫通孔3の幾何構造の機械的精度や、ラインセンサ7の取り付け精度を高めればよいが、それにも限界があるし、製造コストや組立コストが高くなる。
However, the detection accuracy of the bending height h of the
そこで本実施の形態では、本体1毎に、線状体2に与えられる圧縮力Fと線状体2の湾曲の高さhとの関係を予め調べておき、線状体2の湾曲の高さhを線状体2に与えられた圧縮力Fに変換するための変換表を作成する。また図4に示すように、本体1にフラッシュメモリのような半導体メモリ9を組み込み、その半導体メモリ9にその本体1用の変換表を格納する。半導体メモリ9への変換表の格納(書込み)は、半導体メモリ9を本体2に組み込む前に行なってもよいし、半導体メモリ9を本体2に組み込んだ後に行なってもよい。半導体メモリ9への変換表の格納は、半導体メモリ9の外部から電気信号を用いて行なうことができる。半導体メモリ9としては、シリアル通信でアクセスできるものが、配線数が少なくて済み、好適である。
Therefore, in the present embodiment, for each
変換表は、図5に示すように、計測範囲をカバーする複数点の圧縮力F1,F2,…と、それらに対応する線状体2の湾曲の高さh1,h2,…とで構成される。たとえば、圧縮力F1,F2,…は偶数アドレスに順次書き込まれ、高さh1,h2,…は奇数アドレスに順次書き込まれる。圧縮力F1,F2,…の間の圧縮力Fおよび高さh1,h2,…の間の高さhは、線形補間される。半導体メモリ9の残りのアドレスには、当該本体2の製品番号、シリアル番号、製造年月日、製造部などの製品情報や、使用日時などの使用情報を記録する。
As shown in FIG. 5, the conversion table is composed of a plurality of compressive forces F1, F2,... Covering the measurement range, and the bending heights h1, h2,. The For example, the compression forces F1, F2,... Are sequentially written to even addresses, and the heights h1, h2,. The compression force F between the compression forces F1, F2,... And the height h between the heights h1, h2,. In the remaining address of the
本体1のラインセンサ7および半導体メモリ9は、たとえばコネクタ(図示せず)を介して制御ボックス10内の圧縮力信号発生部11に接続される。圧縮力信号発生部11は、たとえばマイクロコンピュータで構成される。圧縮力信号発生部11は、各受光素子7aの光電流を検出することにより、線状体2の湾曲の高さhを求め、半導体メモリ9に格納された変換表を参照してその高さhに対する圧縮力を求め、その圧縮力を示す圧縮力信号を圧縮力表示装置12に出力する。圧縮力表示装置12は、圧縮力信号に従って、圧縮力の計測値をレベルメータ、グラフなどで表示する。
The
次に、この圧縮力計測装置の使用方法について簡単に説明する。熟練した医師が線状体2を用いて手術を行なう際、医師は、線状体2の先端部およびその周辺のX線透視画像を映像モニタ(図示せず)で観察し、かつ圧縮力表示装置12で表示される圧縮力を見ながら、線状体2を指先で操作する。このとき、線状体2の圧縮力を定量的に精度よく検知できるので、体内の管を線状体2で傷付けるのを回避することができる。また、熟練した医師は、圧縮力を用いて経験の浅い医師に手技を定量的に伝授する。
Next, the usage method of this compressive force measuring device is demonstrated easily. When a skilled doctor performs an operation using the
この実施の形態では、線状体2に作用する長手軸方向の圧縮力を計測するので、体外で計測することが可能であり、極細の線状体の挿入抵抗を検出することができる。また、線状体2の先端に圧力センサを設けた場合に比べ、操作者の挿入時の力覚に近い検出結果を得ることができる。また、熟練操作者の手技を定量化して経験の少ない操作者へ伝授することができる。
In this embodiment, since the compressive force in the longitudinal axis direction acting on the
また、線状体2の湾曲の高さhを線状体2に与えられた圧縮力Fに変換するための変換表を半導体メモリ9に格納したので、本体1の機械精度が低い場合でも圧縮力を高精度で計測することができる。したがって、本体1の機械精度を高める必要がないので、本体1の製造コストの低減化を図ることができる。なお、本体1が医療器具に使用され、衛生上の問題で使い捨てされる場合は、本体1を交換すると変換表も一緒に交換され、使い勝手がよい。
In addition, since the conversion table for converting the bending height h of the
なお、この実施の形態では、圧縮力表示装置12によって圧縮力の計測値を視覚化して表示したが、圧縮力の計測値をたとえばスピーカによって聴覚化してもよい。たとえば、圧縮力のレベルに応じて音声を大きくしたり、高くするとよい。
In this embodiment, the measured value of the compressive force is visualized and displayed by the compressive
また図6は、この実施の形態の変更例を示すブロック図である。図6において、この変更例では、制御ボックス10内に半導体メモリ13が設けられる。この半導体メモリ13には、基準となる本体2において線状体2の湾曲の高さhを線状体2に与えられた圧縮力Fに変換するための基準変換表が格納される。一方、本体2の半導体メモリ9には、基準となる本体2における線状体2の湾曲の高さhに対する当該本体2における高さhのずれ量Δhが記憶される。圧縮信号発生部11は、ラインセンサ7を用いて検出した高さhをずれ量Δhを用いて補正し、補正後の高さhに対する圧縮力Fを半導体メモリ13内の変換表を参照して求める。この変更例でも、圧縮力を精度よく計測することができる。
FIG. 6 is a block diagram showing a modification of this embodiment. In FIG. 6, in this modified example, a
また図7は、この線状体操作記録システムを脳動脈瘤の塞栓手術に適用した例を示す図である。この場合の線状体2はカテーテル20を脳動脈瘤に誘導するデリバリーワイヤである。線状体2の先端には、塞栓用の白金コイル21が設けられている。圧縮力計測装置の本体1は、医療器具のYコネクタ22内に組み込まれている。Yコネクタ22の出力ポートはカテーテル20に接続され、Yコネクタ22の2つの入力ポートの一方は生理食塩水や薬剤を注入するための液体注入器23に接続され、他方の入力ポートから線状体2が挿入される。
FIG. 7 is a diagram showing an example in which this linear body operation recording system is applied to an embolization operation for a cerebral aneurysm. The
線状体2の先端は、術者24の手元操作により、患者25の血管内を進行し、脳動脈瘤まで誘導される。術者24は、白金コイル21を操作して脳動脈瘤の塞栓手術を行なう。線状体2の先端が血管内を進行して行く様子や塞栓手術の様子のX線透視画像は、X線透視装置26で撮影され、映像モニタ(図示せず)に表示される。また、Yコネクタ22内の本体2のラインセンサ7および半導体メモリ9は、ケーブル27を介して制御ボックス10に接続される。制御ボックス10内の圧縮力信号発生部11で生成された圧縮力信号は、圧縮力表示装置12によって視覚化される。
The distal end of the
この適用例では、手術中における線状体2の圧縮力を高精度で計測することができ、線状体2で血管を傷付けることなく、脳動脈瘤の塞栓手術を行なうことができる。また、たとえばベテランの医師の手技を定量的に把握することができ、若手医師の早期育成に役立てることができる。
In this application example, the compression force of the
また図8は、この圧縮力計測装置を、人体を模擬する訓練用シミュレータ30に適用した例を示す図である。図8において、訓練用シミュレータ30は、線状体2が挿入されている人体の管のX線透視画像と同等の模擬透視画像を映像モニタ31に表示する。この場合の線状体2は、カテーテル32を脳動脈瘤に誘導するガイドワイヤである。訓練用シミュレータ30は、挿入された線状体2に対して、挿入抵抗を変化させる。本体1はケーブル33を介してシュミレータ30内の制御ボックス10に接続される。操作時の抵抗力、すなわち圧縮力計測装置によって計測される圧縮力は、シュミレータ30に設けられた圧縮力表示装置12に表示されるとともに、シミュレータ30にも与えられる。シミュレータ30は、圧縮力の計測値に応じて線状体2の挿入抵抗を変化させる。
FIG. 8 is a diagram showing an example in which the compressive force measuring device is applied to a
訓練している術者34は、映像モニタ31に表示された模擬透視画像と、圧縮力表示装置12にたとえば数字で表示された圧縮力を見ながら線状体2を操作する。これにより、術者34の訓練や評価が行なわれる。この適用例では、圧縮力を定量化し、経験の少ない操作者の手技を早期に向上させることができる。
The trained
なお、図8では、圧縮力計測装置の本体1とシミュレータ30が分離されているが、本体1をシミュレータ30内に組み込んでもよい。また、圧縮力表示装置12を除去し、映像モニタ31が模擬透視画像と圧縮力を表示するようにしてもよい。
In FIG. 8, the
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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 本体、2 線状体、3 貫通孔、4 入出力ポート、5 拘束部、6 空間、7 ラインセンサ、7a 受光素子、8 光源器、9,13 半導体メモリ、10 制御ボックス、11 圧縮力信号発生部、12 圧縮力表示装置、20,32 カテーテル、21 白金コイル、22 Yコネクタ、23 液体注入器、24,34 術者、25 患者、26 X線透視装置、27,33 ケーブル、30 訓練用シュミレータ、31 映像モニタ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記本体に組み込まれ、前記センサの出力信号を前記圧縮力に変換するための情報を記憶する記憶素子と、
前記センサの出力信号と前記記憶素子に記憶された情報とに基づいて前記圧縮力を求める演算手段とを備え、
前記本体には前記線状体が貫通する貫通孔が形成され、
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、
前記センサは、前記線状体の湾曲の度合いを検出し、検出結果を示す信号を前記圧縮力に応じた信号として出力する、圧縮力計測装置。 A main body including a sensor that outputs a signal corresponding to a compressive force in the longitudinal direction acting on a linear body having flexibility;
A storage element that is incorporated in the main body and stores information for converting the output signal of the sensor into the compression force;
A calculation means for obtaining the compression force based on an output signal of the sensor and information stored in the storage element ;
A through hole through which the linear body passes is formed in the main body,
When the compressive force acts on the linear body, the linear body is curved in a predetermined direction inside the through hole,
The said sensor detects the degree of curvature of the said linear body, and outputs the signal which shows a detection result as a signal according to the said compression force .
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