JP5190867B2 - 計測装置 - Google Patents

Description

この発明は計測装置に関し、特に、可撓性を有する線状体に作用する圧縮力の計測装置に関する。

可撓性を有する線状体は、体内挿入式の医療器具として実用化されている。たとえば、血管および尿管等の管に挿入するガイドワイヤおよびカテーテルが知られている。また、動脈瘤を塞栓するために、先端に塞栓用のコイルがついたワイヤが知られている。体内挿入式の医療器具を操作する際には、これらの線状体を人体の管に挿入し、人体外部から操作して目的部位まで誘導する。体内にある管は直線状ではなく、屈曲および分岐しており、外部からの誘導操作に熟練が必要である。特に操作の際に過度の荷重が人体の管に作用すると、人体の管を損傷する恐れがある。

このような問題点を解決するために、たとえば、特許文献１のカテーテルは、カテーテルチューブの先端に設けられたセンサ部の触圧をセンサ部の備える感圧センサによって検知する構成を有する。
特開平１０−２６３０８９号公報

しかしながら、特許文献１のようにカテーテルチューブの先端に感圧センサをつけるのは困難であり、特に極細のガイドワイヤについては実現性に困難を伴う。細いガイドワイヤ、特に脳血管に入れるガイドワイヤの場合、その直径は０．３５ｍｍくらいであり、先端部に小型の感圧センサを取り付けることは、困難を極める。また、人体外部に感圧センサの検出信号を導出するために、ガイドワイヤの中に配線を通すのは、さらなる困難を要する。

また、塞栓用のコイルがついたワイヤの場合は、ワイヤの先端に白金のコイルが付いており、コイルは塞栓時にワイヤより離脱される。したがって、コイル部分に小型の感圧センサを取り付けるのは、ほとんど不可能である。

また、従来技術には、先端の感圧センサの検出出力と術者のワイヤ挿入時の力覚がかならずしも一致しない。なぜならば、人体の管は屈曲しているために、管へのガイドワイヤや塞栓コイル用ワイヤなどの医療用線状体の挿入抵抗は、管との摩擦などの影響を受けているからである。そのため、術者は、画面に映し出される人体の透視画像による視覚情報と、人体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とを基に、医療用線状体の管への挿入操作を実施している。

また、上述の課題に付随する課題として、先端の感圧センサの検出出力と術者の挿入時の力覚がかならずしも一致しないために、術者の力覚は線状体を挿入している術者しか知ることができない。その結果、経験の少ない術者へ定量的な手技の伝授ができない。

さらに、手術の目的に合わせて、使用する線状体の種類は異なるために、さまざまな手術に適応した感圧センサ付き線状体を用意することは、不経済であり、製造コストの増大をまねく。

それゆえに、本発明の目的は、医療器具等を簡易な構成で実現し、かつ操作の複雑化を防ぐことが可能な計測装置を提供することである。

この発明のある局面に従うと、可撓性を有する線状体に作用する圧縮力を計測する計測装置は、線状体が貫通する貫通孔が形成される本体を備え、線状体に圧縮力が作用するとき、貫通孔の入口側と出口側との間において線状体が所定の方向へ湾曲し、さらに、貫通孔の入口側における、線状体の通過量を検出する入口通過量検出部と、貫通孔の出口側における、線状体の通過量を検出する出口通過量検出部と、入口通過量検出部により検出した線状体の通過量と、出口通過量検出部により検出した線状体の通過量との差を、圧縮力に変換する圧縮力変換部と、を備える。

好ましくは、入口通過量検出部は、入口側において線状体の進行に連動して回転する入口回転体部と、入口回転体部の回転量を検出する入口回転量検出部と、を含み、入口側における通過量は、入口回転量検出部が検出した回転量により指示されて、出口通過量検出部は、出口側において線状体の進行に連動して回転する出口回転体部と、出口回転体部の回転量を検出する出口回転量検出部と、を含み、出口側における通過量は、出口回転量検出部が検出した回転量により指示される。

好ましくは、入口回転体および出口回転体それぞれには磁石が取り付けられて、入口回転量検出部および出口回転量検出部のそれぞれは、入口回転体および出口回転体それぞれの、回転に連動した磁石の磁力線の向きの変化を検出する。

好ましくは、入口回転体および出口回転体それぞれは、照射される光を反射する反射部と非反射部とを有し、入口回転量検出部および出口回転量検出部のそれぞれは、入口回転体および出口回転体それぞれの、回転に連動した反射光を受光する受光部を有し、受光部による反射光の受光量の変化を検出する。

好ましくは、線状体に対し圧縮力が作用していない状態であることを、圧縮力変換部に指示する指示部をさらに備える。

好ましくは、検出された線状体の通過量を外部に出力する。
好ましくは、検出された圧縮力を外部に出力する。

この発明の他の局面では、上述の計測装置を備える医療装置、または訓練装置が提供される。

本発明によれば、医療器具等を簡易な構成で実現し、かつ操作の複雑化を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
本実施の形態では、人体に挿入されつつある医療用線状体に作用する圧縮力を測定するために、当該線状体の先端に加えられる圧力を測定するのではなく、人体の外側にある線状体の手元操作部において、線状体に作用している圧縮力を測定する。

図１は、本発明の各実施の形態に係る計測装置の本体の構成を示す外観図である。
図１を参照して、計測装置１０１は、計測装置本体２を備え、計測装置本体２には可撓性を有する線状体１が貫通する貫通孔３が形成される。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線による断面を示し、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面を示す。

図２を参照して、貫通孔３は、線状体１が貫通する出入口を大きくして挿入性を向上させるために、出入口にテーパ状の入出力ポート４を形成する。計測装置本体２の内部の拘束部５において、貫通孔３の直径は線状体１の直径よりもわずかに大きい。また、線状体１の長手軸方向に沿った貫通孔３の長さは線状体１の直径の数倍以上である。したがって、線状体１は、拘束部５において長手軸方向以外への動作を拘束される。

貫通孔３は、線状体１に長手軸方向の圧縮力が作用していないとき、貫通孔３の内部において線状体１が所定の方向に湾曲し、線状体１に圧縮力が作用するとき、線状体１に長手軸方向の圧縮力が作用していないときと比べて線状体１が所定の方向へさらに湾曲するように形成される。このような構成により、線状体１に作用する長手軸方向の圧縮力が非常に小さい場合でも、正確に圧縮力を検出することができる。より詳細には、貫通孔３は、２つの拘束部５の間で曲がっており、線状体１は一方の壁に沿って曲がりながら貫通孔３を貫通する。また、貫通孔３は、２つの拘束部５の間で、線状体１が沿っていない壁側が広がって幅広部６を形成している。

幅広部６は、紙面と平行方向における線状体１の動作を拘束しないように形成されている。なお、入出力ポート４および幅広部６において、紙面と垂直方向の貫通孔３の高さは線状体１の直径よりもわずかに大きく、線状体１に対して紙面と垂直方向の動作を拘束している。すなわち、入出力ポート４および幅広部６において、線状体１の長手軸方向に垂直な断面における貫通孔３の断面の形状は、長方形である。このような構成により、貫通孔３の内部における線状体１の湾曲方向を規定し、線状体１に長手軸方向の圧縮力が作用するときの線状体１の湾曲部の位置を決定している。

さらに、計測装置本体２は、入力ポート４側の拘束部５において当該拘束部５を通過する線状体１を両側から挟むような２つ回転体７Ａと７Ｂからなる回転体部７が設けられ、また出力ポート４の拘束部５において当該拘束部５を通過する線状体１を両側から挟むような２つの回転体８Ａと８Ｂからなる回転体部８が設けられる。ここでは、線状体１が人体の管に挿入される場合においては、線状体１は図２の紙面左側の貫通孔３から挿入されて右側の貫通穴３の方に向かい進行すると想定する。また、回転体７Ａ、７Ｂ、８Ａおよび８Ｂは形、サイズ、材質などは同じ条件からなると想定する。

ここで、回転体に挟まれた線状体１が外部の術者の操作に従い貫通孔３を図面左側から右側に向かい挿入されると、線状体１に長手軸方向の圧縮力が作用する。この挿入時には回転体部７の２つの回転体と線状体１の接触面、ならびに回転体部８の２つの回転体と線状体１の接触面それぞれに生じる摩擦によって回転体部７および８の各回転体はいずれも矢印で示すような反時計回りに（線状体１の進行方向に一致する方向に）回転する。計測装置本体２は、回転体部７と８に関連して、回転体の回転量を検出するための回転センサ（後述する）を備える。

図４には線状体１に作用する長手軸方向の圧縮力（以下、単に圧縮力という）Ｐと線状体１の湾曲の程度が模式的に示され、図５には、各実施の形態に係る線状体１に作用する圧縮力Ｐと回転体部７と回転体部８間の線状体１の長さＷの相関関係が２次元グラフを用いて模式的に示される。図５の２次元グラフは、横軸に圧縮力Ｐが取られ、縦軸に長さＷが取られている。図５に示す相関関係のデータは、予め実験などにより求めておくことができる。図５からわかるように、線状体１に圧縮力Ｐが作用していない場合には長さＷはＷ０を有し、外部から術者の操作により線状体１に作用する圧縮力Ｐが増加するに従い長さＷが増加していく様子が示される。

図４を参照して、線状体１に圧縮力Ｐを作用させると線状体１は幅広部６において湾曲し、作用する圧縮力Ｐの増加に従い湾曲度が増加する（ここで、Ｐ０＜Ｐ１＜Ｐ２の関係を有する）。したがって、検出した長さＷに従い湾曲度合いを検出することができる。図４に示されるように線状体１の幅広部６における湾曲度が増加するに従い長さＷは増加する。ここで、線状体１に圧縮力Ｐを作用させると線状体１は貫通孔３内を進行し、この進行に連動して回転体部７と８の回転体は回転するので、回転体部７と８に関連して設けられた２つ回転センサによって検出された回転量に基づき回転体部７と８それぞれを通過した線状体１の通過量が検出される。検出した線状体１の通過量の差異が、すなわち長さＷを指し、且つ線状体１の幅広部６における湾曲度合いを指す。回転体部７と８の回転量に基づき検出した湾曲度合いに基づき、線状体１に作用する圧縮力Ｐを検出（推定）する。

また、回転センサによって検出される回転量に従い、線状体１を挿入した長さや挿入速度を検出することができる。

圧縮力Ｐの検出手順を説明する。図５を参照して、圧縮力Ｐがゼロ（Ｐ＝０）のときに長さＷが所定長さＷ０とすると、線状体１に圧縮力Ｐ（＝Ｐ１）が作用すると線状体１は幅広部６において湾曲するので、線状体の長さＷは所定長さＷ０よりも長くなり長さＷ１となる（Ｗ０＜Ｗ１）。さらに線状体１に圧縮力Ｐ（＝Ｐ２作用させると、線状体１の長さＷは長くなり長さＷ２（Ｗ１＜Ｗ２）となる。したがって、線状体１の長さＷを計測し、計測した長さＷに基づき線状体１に作用している圧縮力Ｐを検出することができる。

ここで、回転体部７の回転体の回転量をＸａ、回転体部８の回転体の回転量をＸｂとする。線状体１に圧縮力Ｐが作用しないとき（圧縮力Ｐ＝０である時）の回転量の差Ｄｘ０=Ｘｂ−Ｘａとすれば、貫通孔３に線状体１を挿入し圧縮力Ｐが作用しているときの、線状体１の長さＷは、Ｗ=Ｘｂ−Ｘａ−Ｄｘ０＋Ｗ０（式１）に従い算出される。図５の相関関係を、この算出した長さＷの値に従い検索することで、当該長さＷに対応する圧縮力Ｐの値を検出（推定）することができる。

なお、線状体１は人体へ挿入されることを考慮して、計測装置本体２の内部空間は生理食塩水で満たされるから、回転量を検出する回転センサには、光学式または磁気式が適している。光学式または磁気式の回転センサの回転検出部は計測装置本体２において回転体と非接触態様で設けることができるので、生理食塩水が回転検出部に接触することがなく衛生的である。さらに、回転摩擦が少ないために、貫通孔３への線状体１の挿入するに際に、術者は挿入力を微小に制御する動作が阻害されることはない。

望ましくは、線状体１の長手軸方向に延びる線と回転体部７と８の各回転体の回転軸の長手軸方向に延びる線とは直交し、且つ回転体の回転軸を弾性体で支持することで、線状体１の移動に合わせて回転体が正確に回転するようにしておく。

図６（Ａ）と（Ｂ）には、各実施の形態に係る磁気式回転センサ７１１の構成の一例が、たとえば回転体７Ａに関連して設けられた状態で示される。ここで回転体７Ａに設けた磁気式回転センサ７１１と同様の機能・構成を有する磁気式回転センサが回転体８Ａに設けられると想定する。磁気式回転センサ７１１は、磁石７１Ｂと検出部７１Ｃとからなる。

図６（Ａ）を参照して、円板形状の回転体７Ａの中心の回転軸７１は回転体７Ａ自身の回転に連動して同一方向に回転する。回転軸７１の回転体７Ａの円板と平行な露出面には、回転軸７１と同心円状に回転するように磁石７１Ｂが取付けられる。磁石７１Ｂは、上記の露出面と相似の形状を有する。

図６（Ｂ）を参照して磁石７１Ｂは、磁気検出部７１Ｃのセンサ上面に対してＳ極およびＮ極を平行とするように回転軸７１に配置される。磁石７１Ｂは回転軸７１（回転体７Ａ）の回転に連動して回転する。したがって、磁気検出部７１Ｃは、磁石７１Ｂの回転（移動）に連動した磁気検出部７１Ｃのセンサ上面に対する破線矢印で示される磁力線の向きの変化を読取る（検出する）。検出信号は、電圧信号として後述の圧縮力検出部３０に出力される。したがって、磁気検出部７１Ｃの検出信号に基づき回転体７Ａの回転量を検知することができる。

図７には、各実施の形態に係る光学式回転センサ７１２の構成の一例が、たとえば回転体７Ａに関連して設けられた状態で示される。ここで回転体７Ａに設けた光学式回転センサ７１２と同様の機能・構成を有する光学式回転センサが回転体８Ａに設けられると想定する。図７を参照し、光学式回転センサ７１２は複数のシート７１Ｄと光検出部７１Ｅを備える。複数のシート７１Ｄは光の反射機能を有し、回転軸７１の回転体７Ａの円板と平行な露出面において、回転軸７１の中心に同心円状に所定間隔で予め貼り付けられている。したがって、露出面においては軸７１の中心を同心円状に、シート７１Ｄが貼られた反射領域と貼られていない非反射領域が放射状に交互に設けられる。

光検出部７１Ｅは、光照射方向は固定であり軸７１の露出面に対し光を照射する発光部と、シート７１Ｄの反射光を受光し、受光レベルに応じたレベルの受光信号を出力する受光部を含む。発光部に対する発光の指示信号は後述の圧縮力検出部３０によって与えられ、受光部によって検出される受光信号（電圧信号）は、圧縮力検出部３０に出力される。

図７では回転体７Ａが回転すると軸７１が連動して回転する。この回転に連動して軸７１の露出面が回転する。これによって、露出面において発光部からの光を受ける領域には、回転に連動してシート７１Ｄが貼られた反射領域と貼られていない非反射領域が交互に位置することになる。したがって、受光部は、パルス状の反射光（ＯＮとＯＦＦの受光レベルの繰返し）を受光することになるので、このパルス信号の“１”（ＯＮ）の数をカウントすることによって、軸７１の回転量、すなわち回転体７Ａの回転量を検出することができる。

なお、図６と図７では回転体７Ａ（８Ａ）に回転センサを設けたが、他方の回転体７Ｂ（８Ｂ）に設けるようにしてもよい。

図８には本実施の形態に係る計測装置１０１の圧縮力Ｐを検出するための機能構成が示される。図８を参照して計測装置１０１は、使用する線状体１の種類を選択的に指示するために操作される線状体選択器４２、回転体部７に設けられる回転センサ７７、回転体部８に設けられる回転センサ８８、線状体１に貫通孔３へ挿入するための挿入力が加えられていない（圧縮力Ｐが作用していない）ことを指示するために操作されるスイッチ４１、および他の各部からの出力を入力して、入力データを所定処理して線状体１に作用する圧縮力Ｐを算出（検出）する圧縮力検出部３０を備える。検出された圧縮力Ｐは外部の出力部（画面・プリンタ・音声出力部など）を介して外部に報知される。スイッチ４１は、線状体１を貫通孔３に挿入後、術者が線状体１に圧縮力を加えていないときに押せばよい。

図９には、図８に示す圧縮力検出部３０の内部構成の一例が、周辺部とともに示される。図９を参照して圧縮力検出部３０は、回転センサ７７および回転センサ８８からのセンサ出力を入力する入力Ｉ／Ｆ（インタフェースの略）３１、マイクロコンピュータからなる制御部３２、制御部３２の出力を入力し、外部に出力するための出力Ｉ／Ｆ３３を備える。制御部３２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３５およびメモリ３６を有する。出力Ｉ／Ｆ３３には、外部の出力部５０が接続され、入力Ｉ／Ｆ３１には、外部の回転センサ７７および８８が接続されるとともに、スイッチ４１および線状体選択器４２を含む術者が外部操作可能な入力部４０が接続される。出力部５０は画像出力部、音声出力部、プリンタなどからなり、圧縮力検出部３０によって検出した圧縮力Ｐを入力して外部に出力する。

入力Ｉ／Ｆ３１は、回転センサ７７および８８からの入力する回転体の回転量を指す電圧信号（アナログ信号）を、デジタル信号に変換して出力するためのＡ／Ｄ（Analog／Digital）変換部３４を含む。Ａ／Ｄ変換部３４によって出力される回転センサの出力信号は回転体の回転量を指し、制御部３２に与えられる。このように、回転センサ７７および８８、ならびにＡ／Ｄ変換部３４により、回転量エンコーダが構成される。また、入力Ｉ／Ｆ３１は、入力部４０から入力したスイッチ４１による指示信号および線状体選択器４２による選択信号などの各種信号を入力し、制御部３２に与える。

出力Ｉ／Ｆ３３は、制御部３２から出力された回転センサ７７および８８を制御するための信号を、回転センサ７７と８８に与える。

図１０を参照して、メモリ３６は、領域Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３およびＥ４を備える。領域Ｅ０にはカウンタＣ７とＣ８の値が格納され、領域Ｅ１には圧縮力変換テーブルＰＴＢが格納され、領域Ｅ２には線状体１に作用する圧縮力Ｐが０であるときの回転体部７と８の回転量の差を指す回転差Ｄｘ０のデータが格納され、領域Ｅ３には、線状体１に作用する圧縮力Ｐが０であるときの長さＷ０のデータが格納され、領域Ｅ４には回転量変換テーブルＲＴＢのデータが格納される。

カウンタＣ７とＣ８それぞれは、回転センサ７７および８８それぞれに対応して設けられて、対応する回転センサの出力に基づき、ＣＰＵ３５は当該回転センサが設けられた回転体部の回転量をカウントするために用いる。たとえば、磁気式回転センサの場合には前述した磁力線の向きの変化の回数をカウントするために用いられる。光学式回転センサの場合は前述したパルス信号の“１”（ＯＮ）の数をカウントするために用いられる。

回転差Ｄｘ０および長さＷ０のデータは、実験などにより予め検出されてメモリ３６に格納される。圧縮力変換テーブルＰＴＢは、図５の相関関係を示すように長さＷのデータのそれぞれに対応して圧縮力Ｐのデータが格納される。回転量変換テーブルＲＴＢは、カウンタ（Ｃ７とＣ８）のカウント値のそれぞれに対応して、回転体部７および８それぞれの回転量のデータが格納される。圧縮力変換テーブルＰＴＢおよび回転量変換テーブルＲＴＢのデータは、予め実験などにより検出されて各テーブルに格納される。

図１１を参照して、適用される線状体の種類が固定（１種類）である場合の圧縮力Ｐの検出手順について説明する。図１１に示すフローチャートに従うプログラムは、予めメモリ３６の所定の記憶領域に格納されており、ＣＰＵ３５が、このプログラムの各命令を読出し実行することにより、図１１に示される処理手順が実現される。スイッチ４１による入力操作の信号を入力すると、これに応じてＣＰＵ３５は図１１のフローチャートの処理を実行開始する。その後は、入力部４０を介して処理終了の指示が入力されるまでは、当該フローチャートに従う処理が繰返される。

まず、図１１の処理が開始されると、ＣＰＵ３５は、入力Ｉ／Ｆ３１を介して、回転センサ７７および８８より、センサの検出出力を入力する（ステップＳ３）。入力する検出出力に基づきカウンタＣ７とＣ８を用いた回転量のカウント動作が行なわれる。

続いて、ＣＰＵ３５はカウンタＣ７とＣ８のカウント値のそれぞれに基づき回転量変換テーブルＲＴＢを検索して、カウンタＣ７とＣ８のカウント値に対応する回転量ＸａとＸｂのデータを読出す（ステップＳ５）。そして、読出した回転体部７と８それぞれの回転量ＸａとＸｂのデータを用いて長さＷのデータを検出する（ステップＳ７）。具体的には、前述の（式１）に、現在の回転量ＸａおよびＸｂ、メモリ６から読出した回転差Ｄｘ０および長さＷ０のデータを当てはめて長さＷを算出する。

次に、検出した長さＷに基づき圧縮力Ｐを検出する（ステップＳ９）。具体的には、ＣＰＵ３５は長さＷのデータに基づき圧縮力変換テーブルＰＴＢを検索して対応する圧縮力Ｐのデータを読出す。

検出した圧縮力Ｐのデータは、出力Ｉ／Ｆ３３を介して出力部５０により出力される（ステップＳ１１）。

ＣＰＵ３５は入力部４０から終了指示の信号を入力するか否かを検知する（ステップＳ１３）。終了指示を入力したことを検知すると処理は終了するが、検知しない間は（ステップＳ１３でＮＯ）、ステップＳ３の処理に戻り、移行の処理を同様に行なう。

（実施の形態２）
実施の形態１では、適用される線状体１の種類が１種類である場合を想定したが、本実施の形態２では、複数種類の線状体１のうちから使用する種類の線状体１を切替える構成を有する。

本実施の形態２においては、術者は線状体選択器４２により使用する種類の線状体１を選択的に指定する。たとえば、一回の手術においては径・弾性力・材質など各種の条件・属性が異なる複数の線状体１を使用するが、線状体１は種類が異なれば曲げ剛性が異なるために、同一圧縮力Ｐが作用する場合であっても湾曲度合いは異なることになる。そこで、種類の異なるガイドワイヤなどの線状体１を使用する場合には、図１２のように、使用する線状体１の種類毎に、図５の相関関係を示すような回転体部間の長さＷと圧縮力Ｐのデータを格納した圧縮力変換テーブルＰＴＢを、予めメモリ３６に記憶しておく必要がある。

図１２を参照してメモリ３６には、図１０と同様に領域Ｅ０〜Ｅ４が設けられる。領域Ｅ０には、カウンタＣ７とＣ８の値が格納される。領域Ｅ１には、用いられ得る線状体１の種類のそれぞれに対応して、圧縮力変換テーブルＰＴＢｉ（ｉ＝１、２、３、…、ｎ）のデータが格納される。同様に領域Ｅ２には、適用され得る線状体１の種類のそれぞれに対応して、回転差ＤＸｉ（ｉ＝１、２、３、…、ｎ）のデータが格納される。領域Ｅ３においても、同様に適用される線状体１の種類のそれぞれに対応して、長さＷ０ｉ（ｉ＝１、２、３、…、ｎ）のデータが格納される。領域Ｅ４には、図１０と同様に回転量変換テーブルＲＴＢのデータが格納される。

図１３には、適用される線状体の種類が複数である場合に、適用する線状体の種類を選択し、その選択に基づいて圧縮力Ｐを検出するための手順が示される。図１３に従うフローチャートも、図１２と同様に予めプログラムとしてメモリ３６に格納され、ＣＰＵ３５によってメモリ３６から当該プログラムの各命令が読出されて実行されることによって図１３の手順が実現される。

スイッチ４１から入力操作の信号を入力すると、これに応じてＣＰＵ３５は図１３のフローチャートの処理を実行開始する。その後は、入力部４０を介して処理終了の指示が入力されるまでは、当該フローチャートに従う処理が繰返される。

図１３の各ステップのうち図１２のステップと同一符号が当てられるステップ（Ｓ３、Ｓ５、Ｓ１１、Ｓ１３）の処理は、図１２で説明したものと同じなので説明は簡単に行なう。

まず、図１３の処理が開始されると、ＣＰＵ３５は、術者が入力部４０の線状体選択器４２を操作して選択的に指定している線状体１の種類を、入力Ｉ／Ｆ３１を経由して入力し、入力した線状体１の種類を指すデータをメモリ３６の所定領域に記憶しておく（ステップＳ１）。

続いて、入力Ｉ／Ｆ３１を介して回転センサ７７および８８の出力を入力する（ステップＳ３）。そして、入力したセンサ出力に基づき、回転量変換テーブルＲＴＢを検索して、対応する回転量ＸａとＸｂを読出す（ステップＳ５）。

その後、（式１）を用いて長さＷを検出する（ステップＳ７ａ）。ここでは、（式１）に当てはめる変数である長さＷ０および回転差Ｄｘは、使用する線状体１の種類に対応するデータを選択して用いる。具体的には、ＣＰＵ３５は、ステップＳ１でメモリ３６の所定領域に格納した線状体の種類を読出し、読出した種類に基づき、メモリ３６の領域Ｅ２とＥ３を検索して、対応する回転差Ｄｘｉと長さＷ０ｉのデータをそれぞれ読出す。この読出された回転差Ｄｘｉと長さＷ０ｉのデータと、ステップＳ５で検出された回転量ＸａとＸｂのデータを（式１）に当てはめて、長さＷを算出する。

続いて、ＣＰＵ３５は、ステップＳ１でメモリ３６の所定領域に格納した線状体の種類を読出し、読出した種類に基づき、メモリ３６の領域Ｅ１を検索して対応の圧縮力変換テーブルＰＴＢｉを選択する（ステップＳ８）。

続いて、選択された圧縮力変換テーブルＰＴＢｉをステップＳ７で検出した長さＷに基づき検索して、対応する圧縮力Ｐを読出す。これにより圧縮力Ｐが検出される（ステップＳ９ａ）。

続いて、検出された圧縮力Ｐを、出力Ｉ／Ｆ３３を介して出力部５０に出力する（ステップＳ１１）。

（実施の形態３）
次に、本発明の計測装置を実用化する例として、体内の管の中へ挿入される線状の医療器具である線状体１に作用する長手軸方向の圧縮力Ｐを計測する計測装置が、他の医療機器に組み込まれて使用される例を示す。

図１４は、本発明の実施の形態３に係るＹコネクタの構成を示す図である。図１４を参照して、Ｙコネクタ（医療装置）６０は、計測装置１０１と、入力ポート４５および４６と、出力ポート４７とを備える。

計測装置１０１は、Ｙコネクタ６０の内部の、入力ポート４５と出力ポート４７とを連通する通路に組み込まれている。線状体１は、たとえば、血管および尿管等の体内の管に挿入されるガイドワイヤおよびカテーテル、ならびに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、線状の医療器具である。線状体１は、入力ポート４５側からの操作によって体内の目的部位まで誘導される。

図１４では、計測装置１０１がＹコネクタ６０に組み込まれているため、Ｙコネクタ６０の入力ポート４５から線状体１を操作し、入力ポート４６から薬剤を注入することができる。たとえば、カテーテルとガイドワイヤとの摩擦を低減するための生理食塩水を入力ポート４６から注入することができる。また、血管の中に挿入したカテーテルを人体外部から目的部位まで誘導した後に、入力ポート４６から血管造影剤を注入して、血管造影剤を体内の目的部位に注入することができる。

（実施の形態４）
図１５は、実施の形態４に係る計測装置１０１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１はカテーテル５２によって脳動脈瘤に誘導されるデリバリーワイヤである。線状体１の先端には、塞栓用の白金コイル２１が設けられている。計測装置１０１は、医療器具のＹコネクタ６０内に組み込まれている。Ｙコネクタ６０の出力ポートはカテーテル５２に接続され、Ｙコネクタ６０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１が挿入される。

線状体１の先端は、術者５３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５３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１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内の図示のない映像カメラで撮影され、図示のない映像モニタに表示される。また、Ｙコネクタ６０内の計測装置１０１で検出された圧縮力Ｐの出力信号は、制御ボックス９１を経由して図示のない変調器で音声信号に変換されてスピーカ９３を介して音声出力される。

また、ディスプレイ９２には白金コイル２１の計測装置本体２を介した体内への挿入量を表示してもよい。この挿入量は、線状体１の貫通孔３の通過量に相当するので、回転体部７または回転体部８について検出された回転量ＸａまたはＸｂを所定の計算式に従い処理することで算出することができる。

または、各回転量のデータそれぞれに対応した挿入量のデータを格納したテーブルを予め準備してメモリ３６に格納して、ＣＰＵ３５が回転量ＸａまたはＸｂのデータに基づき当該テーブルを検索して対応する挿入量（挿入した長さ）データを読出すことで、挿入量を検出することができる。計測装置１０１が検出した通過量に相当する挿入量のデータは制御ボックス９１を経由して画像データに変換されてディスプレイ９２に表示される。

なお、挿入量のデータは、外部コンピュータである制御ボックス９１にて検出されてもよい。つまり、計測装置１から検出した回転量ＸａまたはＸｂのデータを制御ボックス９１に転送し、制御ボックス９１にて所定の計算式に従う演算によって挿入量を算出する、またはテーブル検索による挿入量の読出しがされることで、挿入量が検出されてもよい。ディスプレイ９２には、通過量に相当する挿入量が、例えば時間経過に従う変化を指すトレンドグラフとして表示される。

なお、スピーカ９３でなくてもランプでもよく、それらを併用してもよい。また、複数の閾値を予め用意しておき、各閾値と圧縮力Ｐとの比較結果に基づき、スピーカ９３の音や、ランプの色を変えるとしてもよい。また、図１５では、圧縮力Ｐの提示装置と計測装置１０１はケーブルで接続されているが、ケーブルではなく、赤外線や無線通信などの、他の信号転送手段も使用することができる。

（実施の形態５）
図１６は、本発明の第５の実施の形態に係る訓練装置の構成を示す図である。図１６を参照して、訓練装置は、計測装置１０１と、ガイドワイヤ（線状体１に相当する）５１と、カテーテル５２と、シミュレータ５４と、表示装置５５と、ケーブル５６と、提示装置５７とを備える。

カテーテル５２は、計測装置１０１に接続され、計測装置１０１を通過したガイドワイヤ５１が挿入される。

ガイドワイヤ５１を把持する術者５３がガイドワイヤ５１をシミュレータ５４の内部へ進めるためにガイドワイヤ５１に圧縮力Ｐをかけると、その圧縮力Ｐが計測装置１０１により検出されて提示装置５７によって表示される。

シミュレータ５４は、人体を模擬するものであり、人体の管の透視画像と同等のものを表示装置５５に表示する。医療装置の訓練を行なっている術者５３はシミュレータ５４による表示装置５５の表示画像を見ながらガイドワイヤ５１を操作する。シミュレータ５４は、挿入されたガイドワイヤ５１に対する挿入抵抗を変化させる。操作時の抵抗力すなわち、計測装置１０１で計測されるガイドワイヤ５１に作用する圧縮力Ｐは、提示装置５７に表示されるとともに、ケーブル５６を介してシミュレータ５４にも伝達される。シミュレータ５４は、伝達された圧縮力Ｐに基づいてガイドワイヤ５１の挿入抵抗を変更する。

なお、図１６では計測装置１０１およびシミュレータ５４が分離されているが、計測装置１０１およびシミュレータ５４が一体化される構成であってもよい。また、提示装置５７の代わりにシミュレータ５４の表示する模擬透視画像にガイドワイヤ５１に作用する圧縮力を追加表示する構成であってもよい。

このような構成により、熟練術者の操作を定量化することができ、経験の少ない術者の手技を早期に向上させることができる。

上述の各実施の形態によれば、医師である術者が医療用線状体１を操作する状態において線状体１に作用する圧縮力Ｐをリアルタイムに検出して外部に出力するので、術者は出力内容を確認しながら操作することで、誤操作を回避できて、医療事故の防止が可能となる。

また、上述のように圧縮力Ｐをリアルタイムに検出して外部に出力することによって、熟練術者の線状体１の操作を定量化して提示することができ、経験の少ない術者は、この出力を確認することで手技を早期に向上させることが可能となる。

また、手術中の記録として、術者の線状体１の圧縮力Ｐまたは線状体１の挿入量および挿入速度を記録することができるようになる。

また、線状体１に作用する圧縮力Ｐまたは挿入量などは計測装置１０１を用いることで検出することができるので、今まで使用してきた各種の医療用線状体に改良を加えることなく、そのまま使用して圧縮力Ｐまたは挿入量を検出することができる。

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。

本発明の各実施の形態に係る計測装置の本体の構成を示す外観図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線による断面を示す断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面を示す断面図である。 本発明の各実施の形態に係る線状体に作用する圧縮力と線状体の湾曲の程度を模式的に示す図である。 本発明の各実施の形態に係る線状体に作用する圧縮力と回転体部間の線状体の長さの相関関係を模式的に示す図である。 （Ａ）と（Ｂ）は、本発明の各実施の形態に係る磁気式回転センサの構成の一例を示す図である。 本発明の各実施の形態に係る光学式回転センサの構成の一例を示す図である。 本実施の各実施の形態に係る計測装置の圧縮力を検出するための機能構成を示す図である。 図８に示す圧縮力検出部の内部構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るメモリの内容の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る圧縮力の検出手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るメモリの内容の一例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る圧縮力の検出手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係るＹコネクタの構成を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る計測装置を脳動脈瘤の塞栓手術に適用した例を示す図である。 本発明の第５の実施の形態に係る訓練装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ 線状体、２ 計測装置本体、３ 貫通孔、６ 幅広部、７，８ 回転体部、３０ 圧縮力検出部、４１ スイッチ、４２ 線状体選択器、７７，８８ 回転センサ、１０１ 計測装置、ＰＴＢ 圧縮力変換テーブル、ＲＴＢ 回転量変換テーブル、Ｗ 長さ、Ｐ 圧縮力。

Claims (9)

1. 可撓性を有する線状体に作用する圧縮力を計測する計測装置であって、
   前記線状体が貫通する貫通孔が形成される本体を備え、
   前記線状体に前記圧縮力が作用するとき、前記貫通孔の入口側と出口側との間において前記線状体が所定の方向へ湾曲し、さらに、
   前記貫通孔の前記入口側における、前記線状体の通過量を検出する入口通過量検出部と、
   前記貫通孔の前記出口側における、前記線状体の通過量を検出する出口通過量検出部と、
   前記入口通過量検出部により検出した前記線状体の前記通過量と、前記出口通過量検出部により検出した前記線状体の前記通過量との差を、前記圧縮力に変換する圧縮力変換部と、を備える、計測装置。
2. 前記入口通過量検出部は、
   前記入口側において前記線状体の進行に連動して回転する入口回転体部と、
   前記入口回転体部の回転量を検出する入口回転量検出部と、を含み、
   前記入口側における前記通過量は、前記入口回転量検出部が検出した前記回転量により指示されて、
   前記出口通過量検出部は、
   前記出口側において前記線状体の進行に連動して回転する出口回転体部と、
   前記出口回転体部の回転量を検出する出口回転量検出部と、を含み、
   前記出口側における前記通過量は、前記出口回転量検出部が検出した前記回転量により指示される、請求項１に記載の計測装置。
3. 前記入口回転体および前記出口回転体それぞれには磁石が取り付けられて、
   前記入口回転量検出部および前記出口回転量検出部のそれぞれは、前記入口回転体および前記出口回転体それぞれの、回転に連動した前記磁石の磁力線の向きの変化を検出する、請求項２に記載の計測装置。
4. 前記入口回転体および前記出口回転体それぞれは、照射される光を反射する反射部と非反射部とを有し、
   前記入口回転量検出部および前記出口回転量検出部のそれぞれは、
   前記入口回転体および前記出口回転体それぞれの、回転に連動した反射光を受光する受光部を有し、前記受光部による前記反射光の受光量の変化を検出する、請求項２に記載の計測装置。
5. 前記線状体に対し前記圧縮力が作用していない状態であることを、前記圧縮力変換部に指示する指示部をさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載の計測装置。
6. 検出された前記線状体の通過量を外部に出力する、請求項１から５のいずれかに記載の計測装置。
7. 検出された前記圧縮力を外部に出力する、請求項１から６のいずれかに記載の計測装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の計測装置を備える医療装置。
9. 請求項１から７のいずれかに記載の計測装置を備える訓練装置。

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