JP5190869B2

JP5190869B2 - 計測装置

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Publication number: JP5190869B2
Application number: JP2007314747A
Authority: JP
Inventors: 英雄藤本; 明人佐野; 佳孝永野
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2007-12-05
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2027-12-05
Also published as: JP2009139179A

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、貫通孔は線状体に圧縮力が作用していないとき、貫通孔の内部において線状体が所定の方向に湾曲し、線状体に圧縮力が作用するとき、線状体に圧縮力が作用していないときと比べて線状体が所定の方向へさらに湾曲するように形成され、さらに、貫通孔に光を照射する発光部と、貫通孔を通過した光を受光する複数個の受光素子を含む受光部と、受光部における受光素子の受光量に基づく画像データを用いて、所定演算を行なうことにより、線状体の湾曲度合いを検出する画像処理部と、線状体に圧縮力が作用していないときに画像処理部により検出された湾曲度合いに基づき、線状体の曲げ剛性を検出する曲げ剛性検出手段と、画像処理部により検出された湾曲度合いと、曲げ剛性検出手段により検出された曲げ剛性とに基づき、線状体に作用する圧縮力を検出する圧縮力検出手段とを備える。

好ましくは、曲げ剛性検出手段に対し、線状体に圧縮力が作用していない状態であることを通知する手段をさらに備える。

好ましくは、貫通孔の内壁の一部には弾性体が埋め込まれて、弾性体は、線状体に圧縮力が作用していないときに線状体が真直ぐに戻ろうとする復元力によって変形する。

好ましくは、弾性体はシリコーンゴムからなる。
好ましくは、圧縮力検出手段は、画像処理部により検出された湾曲度合いと、曲げ剛性検出手段により検出される曲げ剛性に依存する所定のパラメータとに基づき、線状体に作用する圧縮力を検出する。

好ましくは、検出された線状体に作用する圧縮力を外部に出力する。
この発明の他の局面に従うと、上述の計測装置を備える医療装置が提供される。

この発明の他の局面に従うと、上述の計測装置を備える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可能となる。

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、透明の樹脂材料からなる計測装置本体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。同じ大きさの圧縮力を作用させたとき、この湾曲度合い（湾曲の程度）は線状体１に固有の値を指し、より具体的には線状体１に固有の曲げ剛性によって定まる。

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。

図４は、図２の断面図において、線状体１に圧縮力が作用し、計測装置本体２の内部において線状体１が湾曲している状態を示す図である。

図４を参照して、線状体１に長手軸方向の圧縮力Ｐが作用するとき、貫通孔３の内部の幅広部６において所定の方向へ、すなわち幅広部６において線状体１が沿っていない壁側へ向かって線状体１が湾曲する。同一線状体１の場合において、湾曲度合いは湾曲の山の高さｈに比例する。高さｈは、圧縮力Ｐ＝０であるときに線状体１の湾曲の山の高さを基準として示される。ここでは圧縮力Ｐについては０＜Ｐ１＜Ｐ２の関係を示し、山の高さｈについては（圧縮力Ｐ１が作用するときの山の高さｈ１）＜（圧縮力Ｐ２が作用するときの山の高さｈ２）の関係を示す。

図５は、図２の断面図において、貫通孔３内の線状体１の通路に弾性体６１を設けることにより、線状体１に作用する圧縮力Ｐがゼロのときにおいても、線状体１の湾曲度合いが線状体１の曲げ剛性によって異なることを示している。図５において、線状体１に作用する圧縮力Ｐがゼロであるときに、線状体１が計測装置本体２の中央付近で貫通孔３の内壁と接触しないような状態において、さらに、線状体１の湾曲度合いを拘束する貫通孔３の内壁は弾性体６１が埋込まれることにより形成される。線状体１は湾曲されているので、真直ぐに戻ろうとする復元力ＲＳが作用する。この復元力ＲＳは、貫通孔３の内壁の線状体１との接触部に作用する。この接触部は弾性体６１で形成されるために、復元力ＲＳは弾性体６１を変形させることになる。この変形の程度は、線状体１の復元力ＲＳが大きいほど、すなわち線状体１の曲げ剛性が大きいほど大きくなる。ここで、貫通孔３の拘束部５においては弾性体６１によって、線状体１が支持されるので、結局のところ、線状体１に作用する圧縮力Ｐがゼロのときの線状体１の湾曲度合いは、線状体１に固有の曲げ剛性によって決まることになる。

なお、弾性体６１としては、線状体１との摩擦が少なく人体に対して無害なシリコーンゴムなどが望ましい。

図６には、各実施の形態に係る線状体１の曲げ剛性ＥＩと、線状体１に作用する圧縮力Ｐがゼロであるときの湾曲度合いＨの相関関係がグラフを用いて模式的に示される。前述したように湾曲度合いＨは山の高さｈにより指示される。図６のグラフは、横軸に曲げ剛性ＥＩが取られ、縦軸に湾曲度合いＨが取られて、両者は１対１の関係を有することが示される。図６のグラフが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６に示す圧縮力Ｐがゼロのときの線状体１の湾曲度合いＨと線状体１の曲げ剛性ＥＩの関係を示すデータを、線状体１に圧縮力が作用しないときに測定（検出）された湾曲度合いＨに基づき検索することによって、当該湾曲度合いＨに対応する曲げ剛性ＥＩを推測（検出）することができる。

図７には各実施の形態に係る計測装置１０１の機能構成が概略的に示される。図８には各実施の形態に係る曲げ剛性毎の圧縮力Ｐと湾曲度合いＨとの相関関係がグラフにて示される。図８のグラフが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８では、線状体１の曲げ剛性ＥＩ毎に、すなわち曲げ剛性ＥＩ１およびＥＩ２のそれぞれ毎に、湾曲度合いＨ（山の高さｈ）と圧縮力Ｐが１対１で対応することが示される。

したがって、図６の相関関係に基づき推定した線状体１の曲げ剛性ＥＩに基づき、当該曲げ剛性ＥＩに対応する図８の圧縮力Ｐと湾曲度合いＨとの関係を示すデータを検索することによって、当該曲げ剛性ＥＩを有する線状体１について測定（検出）された湾曲度合いＨであるときの圧縮力Ｐを、すなわち線状体１に作用している圧縮力Ｐを推測（検出）することができる。

図７を参照して計測装置１０１は、線状体１に作用する圧縮力Ｐを検出するための処理部３０、処理部３０に接続されて術者により操作される入力部１６、および処理部３０に接続されたラインセンサ１１を有する。入力部１６は、術者による操作に応じた信号を処理部３０に出力する。入力部１６はスイッチ１２６を有する。スイッチ１２６は、術者が線状体１を計測装置本体２の貫通孔３に挿入した後、線状体１に力を加えない状態で操作される。これにより、線状体１に作用する圧縮力Ｐがゼロであることを通知するための信号５２が処理部３０に出力される。ラインセンサ１１は線状体１の湾曲部の画像を示す画像信号５０を処理部３０に出力する。出力部１５は画像表示部、音声出力部およびプリンタ部などからなり、処理部３０により検出された圧縮力Ｐを指す信号５４を入力し、入力した信号５４に基づき圧縮力Ｐを画像、音声または印字などにより出力する。

処理部３０は画像処理部１２、曲げ剛性変換部１３および圧縮力変換部１４を含む。画像処理部１２は画像信号５０を入力し、入力した画像信号５０に基づき画像処理を行ない、処理結果に基づき線状体１の湾曲度合いＨを指すデータ５１を出力する。曲げ剛性変換部１３は入力部１６から信号５２を入力すると、応じて画像処理部１２から入力するデータ５１に基づき図６に示した相関関係のデータを検索して、対応する曲げ剛性ＥＩを検知する。圧縮力変換部１４は、曲げ剛性変換部１３から出力された曲げ剛性ＥＩを指すデータ５３と、このとき画像処理部１２から出力される湾曲度合いＨを指すデータ５１とを入力し、入力したこれらデータに基づき図８の相関関係のデータを検索して、対応する圧縮力Ｐを検知する。検知された圧縮力Ｐを指す信号５４は出力部１５に与えられる。

図９と図１０には本実施の形態における計測装置本体２におけるアレイセンサ１１とその周辺部の取り付け状態が示される。図３に示したように、入出力ポート４および幅広部６では、線状体１の長手軸方向に垂直な断面における貫通孔３の断面形状は、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１の湾曲方向を規定するとともに、線状体１に長手軸方向の圧縮力Ｐが作用したときに線状体１が湾曲する位置を定めている。

図４に示したように、線状体１に長手軸方向の圧縮力Ｐが作用すると、貫通孔３の内部の幅広部６において線状体１が沿っていない壁側へ向かって、線状体１が湾曲する。この湾曲する位置においては、図９に示すように湾曲の山の高さｈを検出するための光学式のラインセンサ１１が埋設される。

図１０には、図９のラインセンサ１１にかかるＸ−Ｘ線による断面を示す。図１０に示すように、ラインセンサ１１は線状体１の湾曲の山の高さｈの方向に１次元に配列された複数の受光素子１４を有する。貫通孔３の幅広部６を介してラインセンサ１１の反対側に光源であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）８と、幅広部６を介してラインセンサ１１と同じ側に結像用のレンズ１０が計測装置本体２に埋設されている。アレイセンサ１１およびレンズ１０と、ＬＥＤ８とは、貫通孔３を挟んで対向する位置に配置される。ＬＥＤ８は、幅広部６およびレンズ１０を介してラインセンサ１１に向けて照明光を出射する。

ＬＥＤ８から出射された照明光は、線状体１のない領域ではレンズ１０を介してラインセンサ１１に入射するが、線状体１のある部分では線状体１で遮られてラインセンサ１１に入射しない。換言すると、ラインセンサ１１に線状体１の影ができる。照明光が入射した受光素子１４では受光量に応じた大きな光電流が発生し、線状体１の影に位置する受光素子１４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１４の光電流を検出することにより、幅広部６内における湾曲している線状体１の山の高さｈを指す画像を示す画像信号５０を検出することができる。

図１１は、図１０において幅広部６を詳細に示した図である。
図１２には、各実施の形態に係る処理部３０の機能を搭載するコンピュータの構成が示される。当該コンピュータは計測装置１０１に備えられる。図１２を参照して処理部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１、各種のデータおよびプログラムを格納するためのメモリ３２、画像信号５０および信号５２を入力し、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換などし、ＣＰＵ３１に出力するための入力Ｉ／Ｆ（インターフェイスの略）３３、ＣＰＵ３１から出力された圧縮力Ｐのデータを入力し、Ｄ／Ａ（Digital/Analog）変換処理して信号５４として出力部１５に与える出力Ｉ／Ｆ３４を備える。

図１３を参照し、メモリ３２は領域Ｅ１およびＥ２を有する。領域Ｅ１には、図６の相関関係を指すデータを有する曲げ剛性変換テーブル３７が予め格納される。領域Ｅ２には、曲げ剛性変換テーブル３７を検索することによって検出され得る異なる曲げ剛性ＥＩのそれぞれに関連して図８の相関関係を指すデータを有する圧縮変換テーブル３８が予め格納される。曲げ剛性変換テーブル３７には、線状体１の作用する圧縮力Ｐがゼロであるときに検出される湾曲度合いＨのデータそれぞれに対応して、曲げ剛性ＥＩのデータが格納される。

領域Ｅ２には、複数の圧縮力変換テーブル３８が格納されており、曲げ剛性ＥＩに基づき領域Ｅ２を検索することによって、当該曲げ剛性ＥＩに関連付けられた圧縮変換テーブル３８を特定（検出）検出することができる。圧縮変換テーブル３８のそれぞれには、関連付けされた曲げ剛性ＥＩを有する線状体１について検出される湾曲度合いＨのそれぞれに対応して、当該湾曲度合いＨであるときの線状体１の長手軸方向に作用する圧縮力Ｐのデータが格納される。

図１４には、本実施の形態に係る線状体１に作用する圧縮力Ｐを検出するための処理フローチャートが示される。このフローチャートは、予めプログラムとして、メモリ３２に格納されており、ＣＰＵ３１がメモリ３２から当該プログラムの各命令コードを読出し実行することにより、図１４の処理手順が実現される。

図１４の処理フローチャートは、術者が線状体１を貫通孔３に挿入した状態で圧縮力Ｐを作用させない（圧縮力Ｐはゼロ）ときに、術者がスイッチ１２６を操作したことに応じて出力される信号５２をＣＰＵ３１が入力したことに応じて開始される。また、ＣＰＵ３１は、信号５２を入力したことに応答して、ＬＥＤ８を制御して、アレイセンサ１１の方向に光照射を行なわせる。

処理が開始されると、まず、ＣＰＵ３１は、入力Ｉ／Ｆ３３から画像信号５０を入力する（ステップＳ３）。

続いて、ＣＰＵ３１は、メモリ３２に格納された画像処理のための処理プログラムに従い、画像信号５０の入力Ｉ／Ｆ３３から出力されるデジタルのデータを２値化処理などして、画像データに変換する（ステップＳ５）。

次にＣＰＵ３１は、画像データに基づき山の高さｈを検出する。ここで山の高さｈと湾曲度合いＨは前述のように比例の関係を有するので、比例の関係式に従い、検出した山の高さｈに対応する湾曲度合いＨを算出する。これにより、圧縮力Ｐがゼロであるときの湾曲度合いＨを検出する（ステップＳ７）。そして、ＣＰＵ３１は、検出された湾曲度合いＨに基づき、メモリ３２の領域Ｅ１の曲げ剛性変換テーブル３７を検索し、対応する曲げ剛性ＥＩの値を読出す（検出する）（ステップＳ９）。検出された曲げ剛性ＥＩの値を指すデータはメモリ３０の所定領域に格納される。

そして、術者は計測装置本体２の入力ポート４側において線状体１に挿入力を加えるので、線状体１には挿入力の増加に従い線状体１の長手軸方向に作用する圧縮力Ｐ（＞０）が増加する。

このとき、湾曲度合いＨが検出される（ステップＳ１１）。具体的には、ＣＰＵ３１は、入力Ｉ／Ｆ３３から入力した画像信号５０のデータに基づき、ステップＳ７と同様の手順で画像データを処理し湾曲度合いＨを検出する。そして、検出した湾曲度合いＨに基づき、このとき作用している圧縮力Ｐを検出する。具体的には、前述のステップＳ９で検出された曲げ剛性ＥＩのデータをメモリ３２の所定領域から読出し、読出した曲げ剛性ＥＩのデータに基づきメモリ３２の領域Ｅ２を検索する（ステップＳ１３）。この結果、当該曲げ剛性ＥＩに関連付けられた圧縮力変換テーブル３８を一意に特定（検出）することができる。続いて、ＣＰＵ３１は、特定された圧縮力変換テーブル３８をステップＳ１１で検出された湾曲度合いＨに基づき検索し、当該湾曲度合いＨに対応する圧縮力Ｐを圧縮力変換テーブル３８から読出す（検出する）（ステップＳ１５）。

ＣＰＵ３１は、検出した圧縮力Ｐを出力Ｉ／Ｆ３４を介して、圧縮力Ｐを示す信号５４として出力部１５に与える（ステップＳ１７）。これにより、出力部１５においては、検出された圧縮力Ｐが画像、音声、印字などの各種態様により出力される。

続いてＣＰＵ３１は、術者により、入力部１６を介して、終了の指示信号が与えられたか否かを検出する（ステップＳ１９）。終了の指示信号が入力Ｉ／Ｆ３３を介して与えられないことを検出すると（ステップＳ１９でＮＯ）、ステップＳ１１の処理に戻り、以降の処理を同様に繰り返す。一方、終了指示が与えられたことを検出すると（ステップＳ１９でＹＥＳ）、ＬＥＤ８を消灯し一連の処理は終了する。

ここでは、スイッチ１２６の操作に応答して圧縮力Ｐの検出処理が開始されるので、例えば使用する線状体１に製品バラツキがあって、線状体１毎に曲げ剛性ＥＩの値が微妙に異なっていたとしても、線状体１を使用する直前にスイッチ１２６を操作することでキャリブレーションできる。

ここでは、図６および図８の相関関係を指す曲げ剛性変換テーブル３７および圧縮力変換テーブル３８のデータは、実測をもとに予め作成するか、数値解析を使用して作成しておく。また、圧縮力Ｐを検出する過程において、曲げ剛性ＥＩを直接使用せずに、圧縮力Ｐがゼロのときの線状体１の湾曲度合いＨなど、曲げ剛性ＥＩに依存している他のパラメータを用いることもできる。

また、ここでは図６および図８の相関関係を指す曲げ剛性変換テーブル３７および圧縮力変換テーブル３８を予め準備したが、図６および図８のグラフを示す関数式を予め求めておいて、この関数式と検出した湾曲度合いＨおよび曲げ剛性ＥＩの値とを用いて、圧縮力Ｐを演算して検出するようにしてもよい。この場合には、曲げ剛性変換テーブル３７および圧縮力変換テーブル３８を格納するためのメモリ容量を削減することができる。

本実施の形態によれば、線状体１に圧縮力を測定するための感圧センサを特別に取り付ける必要はないので、今まで使用してきた医療用線状体をそのまま使用することできる。

（実施の形態２）
図１５は、本発明の実施の形態２に係る計測装置１０１の圧縮力Ｐの出力方法の例を示す模式図である。図１５において、計測装置本体２の電圧出力で指示される線状体１に作用する圧縮力Ｐの信号５４は、出力部１５に相当する表示器１８、表示装置１９および比較器２０を接続するスピーカ２１にそれぞれ与えられる。表示器１８は入力した信号５４を、圧縮力Ｐを指す数値に変換して表示し、表示装置１９は入力する信号５４に基づき時間履歴を伴って圧縮力Ｐをグラフ状に表示する。また、信号５４の電圧レベルが予め決定された所定のしきい値以上を指すか否かを比較器２０を用いて検出し、すなわち線状体１に作用する圧縮力Ｐが所定のしきい値以上を指すか否かを検出し、検出結果に基づきスピーカ２１の出力音を変更させる。

スピーカ２１は比較器２０から与えられる検出結果に基づき出力する音を変化させる。たとえば、比較器２０の検出結果が、圧縮力Ｐは所定のしきい値以上を指すことを指示する場合には、スピーカ２１は警告音を鳴らす。線状体１に作用する圧縮力Ｐが所定のしきい値以上となることは、ランプの点灯などの視覚効果の変化によっても示すことができる。また、スピーカ２１とランプを併用してもよい。さらに、複数のしきい値を予め決定しておき、各しきい値に対応して、スピーカ２１の音やランプの色を変更することもできる。しきい値の前後で視覚効果あるいは音響効果を急激に変更すると、術者の注意を確実に喚起することができるので効果的である。たとえば、しきい値の前後でランプの発光色を変更する、または警告音の音色・音量・音程（断続音と連続音、低音と高音など）を変更する、などの対応が考えられる。

図１５では、計測装置本体２と、表示器１８と表示装置１９と比較器２０を有するスピーカ２１とは、ケーブルで接続されているが、ケーブルに代替して赤外線や他の電磁波を用いた無線通信などの他の信号転送手段を使用することもできる。

図１５の構成によって、術者が外部において指先で把持した線状体１の挿入抵抗の力覚情報を定量化して表示することができる。さらに、データとして記録してもよい。具体的には、紙に記されるグラフや数値などの印刷物として、またはハードディスクやメモリなどを設けて、これら記録媒体に電子的データとして記録することもできる。したがって熟練した術者の手技を定量的に経験の少ない者へ伝授することができる。また、線状体１に作用する圧縮力Ｐが予め定められたしきい値以上となったことは、警告音やランプの点灯によって術者が確実に認識することができる。したがって、管に過大な荷重が作用するのを防止することができる。

（実施の形態３）
次に、上述の計測装置１０１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１０１が、他の医療機器に組み込まれて使用される例を示す。

図１６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１６を参照して、Ｙコネクタ（医療装置）２００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２００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等、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。

線状体１に作用する長手軸方向の圧縮力Ｐの増加を計測することにより、圧縮力Ｐの反力すなわち線状体１が体内の管に作用する荷重を計測することができる。すなわち、医療器具の先端が管の内壁に接触することを検知することができ、体内の管に過大な荷重が作用することを防止できる。

また、計測装置１０１がＹコネクタ２００に組み込まれているため、Ｙコネクタ２００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）
本実施の形態４では、上述の計測装置１０１を実際の治療や検査に使用する例を説明する。図１７は、本実施の形態４に係る脳動脈瘤の塞栓手術に計測装置１０１を適用した例を示す図である。

図１７の場合の線状体１は、カテーテル１２０を脳動脈瘤に誘導するデリバリーワイヤ１２２として提供されている。デリバリーワイヤ１２２の先端には、塞栓用の白金コイル１２１が設けられている。計測装置１０１の計測装置本体２は、医療器具のＹコネクタ２００内に組み込まれている。Ｙコネクタ２００の出力ポートはカテーテル１２０に接続され、Ｙコネクタ２００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１２３に接続され、他方の入力ポートからデリバリーワイヤ１２２が挿入される。

デリバリーワイヤ１２２の先端は、術者１２４の手元操作により、患者１２５の血管内を進行し、脳動脈瘤まで誘導される。術者１２４は、白金コイル１２１を操作して脳動脈瘤の塞栓手術を行なう。デリバリーワイヤ１２２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１２８で撮影され、映像モニタ（図示せず）に表示される。また、計測装置１０１の図７または図１２に示した処理部３０は、ケーブル２７を介して制御ボックス１１０に接続される。制御ボックス１１０は処理部３０から出力される圧縮力Ｐを指す信号５４を入力して、データ処理して、圧縮力表示装置１１２に圧縮力Ｐを指す画像（数値・圧縮力Ｐの計時変化を指すグラフなど）を表示する。また、手術中の記録として、検出される圧縮力Ｐを制御ボックス１１０内部の記録媒体に逐次記録するようにしてもよい。

この適用例では、手術中におけるデリバリーワイヤ１２２である線状体１の圧縮力Ｐを高精度で計測することができ、線状体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術者の手技を定量的に検出して外部に視覚的に提示することができ、若手医師の早期育成に役立てることができる。

（実施の形態５）
図１８には、本発明の実施の形態５に係る訓練装置の構成が示される。図１８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）１５１と、カテーテル１５２と、シミュレータ１５４と、ケーブル１５６と、表示装置１５７とを備える。

カテーテル１５２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１５１が挿入される。

ガイドワイヤ１５１を把持する術者１５３がガイドワイヤ１５１をシミュレータ１５４の内部へ進めるためにガイドワイヤ１５１に圧縮力Ｐをかけると、その圧縮力Ｐが計測装置１０１により検出されて表示装置１５７によって表示される。

シミュレータ１５４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部１５５に表示する。医療装置の訓練を行なっている術者１５３はシミュレータ１５４の表示部１５５の表示画像を見ながらガイドワイヤ１５１を操作する。シミュレータ１５４は、挿入されたガイドワイヤ１５１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１５１に作用する圧縮力Ｐは、表示装置１５７に表示されるとともに、ケーブル１５６を介してシミュレータ１５４にも伝達される。シミュレータ１５４は、伝達された圧縮力Ｐに基づいてガイドワイヤ１５１の挿入抵抗を変更する。

なお、図１８では計測装置１０１およびシミュレータ１５４が分離されているが、計測装置１０１およびシミュレータ１５４が一体化される構成であってもよい。また、表示装置１５７の代わりにシミュレータ１５４の表示部１５５に表示する模擬透視画像にガイドワイヤ１５１に作用する圧縮力Ｐ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して提示することができ、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。また、手術中の記録として、透視画像とともに、術者の操作を記録することができる。

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。図２の断面図において、線状体に作用する圧縮力と、計測装置本体の内部における線状体の湾曲部の山の高さとの関係を示す図である。図２の断面図において、線状体の曲げ剛性と、計測装置本体の内部における線状体の湾曲度合いとの関係を示す図である。各実施の形態に係る線状体に圧縮力が作用していない場合の曲げ剛性と湾曲度合いとの関係を示す図である。各実施の形態に係る計測装置の制御部の機能構成を示す図である。各実施の形態に係る曲げ剛性毎の圧縮力と湾曲度合いの関係を示す図である。各実施の形態に係る計測装置本体におけるラインセンサの取り付け態様を示す図である。図９のラインセンサにかかるＸ−Ｘ線による断面を示す図である。図１０の幅広部６を詳細に示した図である。本実施の形態に係る処理部の機能を搭載するコンピュータの構成図である。図１２のメモリの内容例を示す図である。各実施の形態に係る圧縮力を検出するための処理フローチャートである。実施の形態２に係る計測装置の圧縮力の出力方法の例を示す模式図である。実施の形態３に係るＹコネクタの構成を示す図である。実施の形態４に係る脳動脈瘤の塞栓手術に計測装置を適用した例を示す図である。実施の形態５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、４入出力ポート、５拘束部、６幅広部、８ＬＥＤ、１１ラインセンサ、１２画像処理部、１３曲げ剛性変換部、１４圧縮力変換部、１５出力部、１６入力部、３０処理部、３７曲げ剛性変換テーブル、３８圧縮力変換テーブル、１２６スイッチ、ＥＩ曲げ剛性、Ｈ湾曲度合い、Ｐ圧縮力。

Claims

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、
前記貫通孔は
前記線状体に前記圧縮力が作用していないとき、前記貫通孔の内部において前記線状体が前記所定の方向に湾曲し、前記線状体に前記圧縮力が作用するとき、前記線状体に前記圧縮力が作用していないときと比べて前記線状体が前記所定の方向へさらに湾曲するように形成され、さらに、
前記貫通孔に光を照射する発光部と、
前記貫通孔を通過した光を受光する複数個の受光素子を含む受光部と、
前記受光部における受光素子の受光量に基づく画像データを用いて、所定演算を行なうことにより、前記線状体の湾曲度合いを検出する画像処理部と、
前記線状体に前記圧縮力が作用していないときに前記画像処理部により検出された前記湾曲度合いに基づき、前記線状体の曲げ剛性を検出する曲げ剛性検出手段と、
前記画像処理部により検出された湾曲度合いと、前記曲げ剛性検出手段により検出された前記曲げ剛性とに基づき、前記線状体に作用する前記圧縮力を検出する圧縮力検出手段とを備える計測装置。
前記曲げ剛性検出手段に対し、前記線状体に前記圧縮力が作用していない状態であることを通知する手段をさらに備える、請求項１または２に記載の計測装置。
前記貫通孔の内壁の一部には弾性体が埋め込まれて、
前記弾性体は、前記線状体に前記圧縮力が作用していないときに当該線状体が真直ぐに戻ろうとする復元力によって変形する、請求項１または２に記載の計測装置。
前記弾性体はシリコーンゴムからなる、請求項３に記載の計測装置。
前記圧縮力検出手段は、前記画像処理部により検出された湾曲度合いと、前記曲げ剛性検出手段により検出される前記曲げ剛性に依存する所定のパラメータとに基づき、前記線状体に作用する前記圧縮力を検出する、請求項１から４のいずれかに記載の計測装置。
検出された前記線状体に作用する前記圧縮力を外部に出力する、請求項１から５のいずれかに記載の計測装置。
請求項１から６のいずれかに記載の計測装置を備える医療装置。
請求項１から６のいずれかに記載の計測装置を備える訓練装置。