JP6064263B2 - 力計測装置及び力計測方法、マスタースレーブ装置、力計測プログラム、並びに、集積電子回路 - Google Patents
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Description
本発明は、生体管に、カテーテル又は内視鏡である挿入部材を挿入する際に、術者の手技をアシストするときに使用する、力計測装置及び力計測方法、マスタースレーブ装置、力計測プログラム、並びに、集積電子回路に関する。
近年、X線透視画像などの画像を見ながら血管などの人体の生体管にガイドワイヤー又はカテーテルなどの線状の挿入部材を挿入して、血管狭窄部の治療などを行う術式が行われている。術者は生体管又は挿入部材の状態を撮影した画像により確認するのと同時に、挿入部材が生体管に接触して発生する挿入抵抗の力覚情報を術者自身が手元で直接感じながら行われるのが一般的である。体外から挿入部材を操作する際に、挿入部材で管を損傷させる場合がある。また、挿入部材が人体の生体管に接触して発生する挿入抵抗の力覚情報は術者のみしか確認できず、さらに数値など定量的に確認することができなかった。
以上の問題点を解決するために、挿入部材のたわみを計測することで人体の外から挿入部材にかかる挿入抵抗力を計測する方式がある(特許文献1を参照)。この方式は、挿入部材にかかる挿入抵抗力を計測することで、これまで術者の勘で確認していた挿入抵抗力を定量的に確認することが可能となる。
しかしながら、特許文献1は挿入部材に直接的にセンサを備えない方法であり、体外から挿入部材の先端が接触する際の力又は、挿入部材の途中が生体管に接触した際の摩擦力などの合計の力覚情報を計測することが可能だが、蛇行の数が多いと摩擦力が増大するため、所定の閾値で生体管への負荷を検出することができない。さらに、体外で計測した力情報は挿入部材の先端が接触する際の力、又は、挿入部材の途中が生体管に接触した際の摩擦力などの合計の力覚情報であるため、挿入部材の先端にかかる力又は各蛇行部を通過するときにかかる力を個別に計測することができない。
本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたものであり、体外から計測した力情報から、挿入部材の先端又は各蛇行部にかかる力を個別に推定することができる、力計測装置及び力計測方法、マスタースレーブ装置、力計測プログラム、並びに、集積電子回路を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第1態様によれば、生体管に、カテーテル又は内視鏡である挿入部材を挿入する際に、前記挿入部材が前記生体管に接触する際の力を計測する力計測装置であって、
前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する力を前記生体管の外部から計測する力検出部と、
前記生体管に前記挿入部材を挿入している最中に、前記力検出部で検出した力の情報から、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を個別に計測する時点又はその時点での挿入長を個別力算出用パラメータとして決定する個別力算出用パラメータ決定部と、
前記個別力算出用パラメータ決定部で決定された前記個別力算出用パラメータとしての前記時点又はその時点での前記挿入長に関する情報と前記力検出部で検出した前記力の情報とから、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を時点毎又は挿入長毎に個別力として個別に算出する個別力算出部とを備え、
前記個別力算出用パラメータ決定部は、前記生体管に前記挿入部材を挿入する際に、所定の挿入長毎に前記力の変位が所定の閾値以上である時点又は挿入長を前記個別力算出用パラメータとして決定し、
前記個別力算出部は、計測時点又はその時点での挿入長で前記力検出部で検出した前記力の情報から直前の前記時点又はその時点での挿入長における前記力の情報を減じた値を、前記計測時点又は前記挿入長までに決定した前記時点又は前記挿入長の数で除した値を各々の時点又は挿入長での個別力に加算する力計測装置を提供する。
前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する力を前記生体管の外部から計測する力検出部と、
前記生体管に前記挿入部材を挿入している最中に、前記力検出部で検出した力の情報から、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を個別に計測する時点又はその時点での挿入長を個別力算出用パラメータとして決定する個別力算出用パラメータ決定部と、
前記個別力算出用パラメータ決定部で決定された前記個別力算出用パラメータとしての前記時点又はその時点での前記挿入長に関する情報と前記力検出部で検出した前記力の情報とから、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を時点毎又は挿入長毎に個別力として個別に算出する個別力算出部とを備え、
前記個別力算出用パラメータ決定部は、前記生体管に前記挿入部材を挿入する際に、所定の挿入長毎に前記力の変位が所定の閾値以上である時点又は挿入長を前記個別力算出用パラメータとして決定し、
前記個別力算出部は、計測時点又はその時点での挿入長で前記力検出部で検出した前記力の情報から直前の前記時点又はその時点での挿入長における前記力の情報を減じた値を、前記計測時点又は前記挿入長までに決定した前記時点又は前記挿入長の数で除した値を各々の時点又は挿入長での個別力に加算する力計測装置を提供する。
これらの概括的かつ特定の態様は、システム、方法、コンピュータプログラム並びにシステム、方法及びコンピュータプログラムの任意の組み合わせにより実現してもよい。
本発明の前記態様にかかる力計測装置及び力計測方法、マスタースレーブ装置、及び力計測プログラム並びに、集積電子回路によれば、管に挿入部材を挿入する際に発生する力を合算値ではなく、個々の接触部毎に計測できるようになる。さらに、力計測装置を利用して、負荷がかかっているときにロボットを停止するなどの操作アシストが可能となる。
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
図1は、本発明の第1実施形態における力計測装置の構成の概要を示す図であり、
図2は、本発明の第1実施形態における力計測装置の詳細構成を示すブロック図であり、
図3は、本発明の第1実施形態における計測情報データベースに関する図であり、
図4Aは、本発明の第1実施形態における力計測装置の構成の概要を示す図であり、
図4Bは、本発明の第1実施形態における力計測装置の構成の概要を示す図であり、
図4Cは、本発明の第1実施形態における力計測装置の構成の概要を示す図であり、
図4Dは、本発明の第1実施形態における力計測装置のたわみ量と力の対応表を示す図であり、
図4Eは、本発明の第1実施形態における挿入長検出部の構成の概要を示す図であり、
図4Fは、本発明の第1実施形態における挿入長検出部のマーク数と挿入量の対応表を示す図であり、
図5は、本発明の第1実施形態における判定結果通知部の一例を説明する図であり、
図6は、本発明の第1実施形態における力計測装置のフローチャートであり、
図7は、本発明の第1実施形態におけるカテーテル挿入動作を説明する説明図であって、(A)はカテーテル挿入時の力と挿入長の関係を示すグラフ、(B)〜(E)はカテーテル挿入動作を説明する図であり、
図8は、本発明の第1実施形態におけるカテーテル挿入時の力と挿入長の関係を示すグラフであり、
図9は、本発明の第1実施形態における力計測装置の閾値のデータに関する図であり、
図10は、本発明の第1実施形態におけるカテーテル挿入作業を説明する説明図であり、
図11は、本発明の第2実施形態における力計測装置の詳細構成を示すブロック図であり、
図12は、本発明の第2実施形態におけるカテーテル挿入動作を説明する説明図であって、(A)はカテーテル挿入時の力と挿入長の関係を示すグラフ、(B)〜(G)はカテーテル挿入動作を説明する図であり、
図13は、本発明の第2実施形態における力計測装置のフローチャートであり、
図14は、本発明の第2実施形態におけるカテーテル挿入時の力と挿入長の関係を示すグラフであり、
図15は、本発明の第2実施形態における計測情報データベースに関する図であり、
図16は、本発明の第2実施形態におけるカテーテル挿入動作を説明する説明図であって、(A)はカテーテル挿入時の力と挿入長の関係を示すグラフ、(B)〜(G)はるカテーテル挿入動作を説明する図であり、
図17は、本発明の第2実施形態におけるカテーテル挿入時の力と挿入長の関係を示すグラフであり、
図18Aは、本発明の第2実施形態における計測情報データベースに関する図であり、
図18Bは、本発明の第2実施形態における計測情報データベースに関する図であり、
図19は、本発明の第3実施形態におけるマスタースレーブ装置の構成の概要を示す図であり、
図20は、本発明の第3実施形態におけるマスタースレーブ装置の詳細構成を示すブロック図であり、
図21は、本発明の第3実施形態におけるマスタースレーブ装置のフローチャートであり、
図22は、本発明の第3実施形態におけるカテーテル挿入作業を説明する図であり、
図23は、本発明の第4実施形態におけるマスタースレーブ装置の詳細構成を示すブロック図であり、
図24は、本発明の第4実施形態におけるマスタースレーブ装置のフローチャートであり、
図25は、本発明の第4実施形態におけるスレーブ動作生成部を説明する図であり、
図26は、本発明の第5実施形態における力計測装置の構成の概要を示す図であり、
図27は、本発明の第5実施形態における力計測装置の詳細構成を示すブロック図であり、
図28は、本発明の第5実施形態における判定結果通知部の一例を説明する図であり、
図29は、本発明の第5実施形態における力判定結果の情報を説明する図であり、
図30は、本発明の第5実施形態における通知情報を説明する図であり、
図31は、本発明の第5実施形態における制御情報データベースに関する図であり、
図32は、本発明の第5実施形態における力計測装置のフローチャートである。
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
本発明の第1態様によれば、生体管に、カテーテル又は内視鏡である挿入部材を挿入する際に、前記挿入部材が前記生体管に接触する際の力を計測する力計測装置であって、
前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する力を前記生体管の外部から計測する力検出部と、
前記生体管に前記挿入部材を挿入している最中に、前記力検出部で検出した力の情報から、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を個別に計測する時点又はその時点での挿入長を個別力算出用パラメータとして決定する個別力算出用パラメータ決定部と、
前記個別力算出用パラメータ決定部で決定された前記個別力算出用パラメータとしての前記時点又はその時点での前記挿入長に関する情報と前記力検出部で検出した前記力の情報とから、前記挿入部材が前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を時点毎又は挿入長毎に個別力として個別に算出する個別力算出部とを備える力計測装置を提供する。
前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する力を前記生体管の外部から計測する力検出部と、
前記生体管に前記挿入部材を挿入している最中に、前記力検出部で検出した力の情報から、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を個別に計測する時点又はその時点での挿入長を個別力算出用パラメータとして決定する個別力算出用パラメータ決定部と、
前記個別力算出用パラメータ決定部で決定された前記個別力算出用パラメータとしての前記時点又はその時点での前記挿入長に関する情報と前記力検出部で検出した前記力の情報とから、前記挿入部材が前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を時点毎又は挿入長毎に個別力として個別に算出する個別力算出部とを備える力計測装置を提供する。
本構成によって、前記生体管の外部から計測した力から個々の接触部毎にかかる力を推定することができる。
本発明の第2態様によれば、前記個別力算出用パラメータ決定部は、前記生体管に前記挿入部材を挿入する際に、所定の挿入長毎に前記力の変位が所定の閾値以上である時点又は挿入長を前記個別力算出用パラメータとして決定し、
前記個別力算出部は、計測時点又はその時点での挿入長で前記力検出部で検出した前記力の情報から直前の前記時点又はその時点での挿入長における前記力の情報を減じた値を、前記計測時点又は前記挿入長までに決定した前記時点又は前記挿入長の数で除した値を各々の時点又は挿入長での個別力に加算する第1の態様に記載の力計測装置を提供する。
前記個別力算出部は、計測時点又はその時点での挿入長で前記力検出部で検出した前記力の情報から直前の前記時点又はその時点での挿入長における前記力の情報を減じた値を、前記計測時点又は前記挿入長までに決定した前記時点又は前記挿入長の数で除した値を各々の時点又は挿入長での個別力に加算する第1の態様に記載の力計測装置を提供する。
本構成によって、前記生体管の外部から計測した力から個々の接触部毎にかかる力を推定することができる。
本発明の第3態様によれば、前記生体管に前記挿入部材を挿入したのち、一旦、部分的に引き戻したのち、再び、前記生体管に前記挿入部材を再挿入する際に、引き戻し開始時点又はその時点での挿入長から再挿入時点又はその時点での挿入長までに既に前記個別力算出用パラメータ決定部で決定した前記時点又は前記挿入長を削除するように修正する修正部をさらに備え、
前記個別力算出部は、前記修正部で修正した時点又は挿入長に基づいて個別力を算出する第1又は2の態様に記載の力計測装置を提供する。
前記個別力算出部は、前記修正部で修正した時点又は挿入長に基づいて個別力を算出する第1又は2の態様に記載の力計測装置を提供する。
本構成によって、前記生体管の外部から計測した力から個々の接触部毎にかかる力を修正することができる。
本発明の第4態様によれば、前記個別力算出部で算出した個々の力の情報のうち所定の閾値以上の力の情報がある場合には、前記生体管もしくは前記挿入部材に負荷が発生していると判定する力判定部をさらに備える第1〜3のいずれか1つの態様に記載の力計測装置を提供する。
本構成によって、前記生体管もしくは前記挿入部材に負荷をかけているかどうかを判定することができる。
本発明の第5態様によれば、前記生体管に前記挿入部材が挿入されている部位の画像を撮像する撮像装置と、
前記個別力算出部で算出した個々の力もしくは前記力判定部で判定した判定結果を前記生体管もしくは前記挿入部材を撮像した画像に付加して表示する判定結果通知部とをさらに備える第1〜4のいずれか1つの態様に記載の力計測装置を提供する。
前記個別力算出部で算出した個々の力もしくは前記力判定部で判定した判定結果を前記生体管もしくは前記挿入部材を撮像した画像に付加して表示する判定結果通知部とをさらに備える第1〜4のいずれか1つの態様に記載の力計測装置を提供する。
本構成によって、前記生体管もしくは前記挿入部材に負荷をかけているかどうかを画像とともに表示することができる。
本発明の第6態様によれば、前記個別力算出部で算出した個々の力もしくは前記力判定部で判定した判定結果を音声又は画像で術者に知らせる出力部を備える第1〜5のいずれか1つの態様に記載の力計測装置を提供する。
本構成によって、前記生体管もしくは前記挿入部材に負荷をかけているかどうかを音声などで確認することができる。
本発明の第7態様によれば、前記力判定部で判定した判定結果に基づいて、通知すべき情報を決定する通知情報決定部と、
前記通知情報決定部で決定した通知情報に基づいて、前記生体管に前記挿入部材が挿入されている部位の画像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置を制御する撮像装置制御部と、
前記通知情報決定部で決定した通知情報を、前記撮像装置制御部の制御の下に前記撮像装置で撮像した画像に付加して表示する判定結果通知部とを備える第1〜4のいずれか1つの態様に記載の力計測装置を提供する。
前記通知情報決定部で決定した通知情報に基づいて、前記生体管に前記挿入部材が挿入されている部位の画像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置を制御する撮像装置制御部と、
前記通知情報決定部で決定した通知情報を、前記撮像装置制御部の制御の下に前記撮像装置で撮像した画像に付加して表示する判定結果通知部とを備える第1〜4のいずれか1つの態様に記載の力計測装置を提供する。
本構成によって、前記生体管もしくは前記挿入部材に負荷がかかっている場合には、前記撮像装置で撮像した画像と共に負荷を確認することができる。
本発明の第8態様によれば、生体管に向けて、カテーテル又は内視鏡である挿入部材を送り出すスレーブ機構と、前記スレーブ機構を人が遠隔により操作するマスター機構とで構成されるマスタースレーブ装置において、
前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する力を前記生体管の外部から計測する力検出部と、
前記生体管に前記挿入部材を挿入している最中に、前記力検出部で検出した力の情報から、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を個別に計測する時点又はその時点での挿入長を個別力算出用パラメータとして決定する個別力算出用パラメータ決定部と、
前記個別力算出用パラメータ決定部で決定された前記個別力算出用パラメータとしての前記時点又はその時点での前記挿入長に関する情報と前記力検出部で検出した前記力の情報とから、前記挿入部材が前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を時点毎又は挿入長毎に個別力として個別に算出する個別力算出部とを備える力計測装置を備えるとともに、
さらに、前記力計測装置で取得した力情報により、前記マスター機構に伝達する力を決定する力伝達箇所決定部と、
前記力伝達箇所決定部にて決定した力に切り替えるときに、前記力がスムーズに切り替わるように力にスムージングをかけて補正する力補正部と、
前記人が前記スレーブ制御部の力情報に基づいて前記マスター機構を操作し、前記マスター機構の操作情報を電気信号に変換するマスター制御部と、
前記スレーブ機構と前記マスター制御部に接続され、前記マスター制御部から送られる前記マスター機構の操作情報を、前記スレーブ機構に伝達する制御信号を出力するとともに、前記力補正部で補正した力情報を前記マスター制御部に伝達するスレーブ制御部とを備えるマスタースレーブ装置を提供する。
前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する力を前記生体管の外部から計測する力検出部と、
前記生体管に前記挿入部材を挿入している最中に、前記力検出部で検出した力の情報から、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を個別に計測する時点又はその時点での挿入長を個別力算出用パラメータとして決定する個別力算出用パラメータ決定部と、
前記個別力算出用パラメータ決定部で決定された前記個別力算出用パラメータとしての前記時点又はその時点での前記挿入長に関する情報と前記力検出部で検出した前記力の情報とから、前記挿入部材が前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を時点毎又は挿入長毎に個別力として個別に算出する個別力算出部とを備える力計測装置を備えるとともに、
さらに、前記力計測装置で取得した力情報により、前記マスター機構に伝達する力を決定する力伝達箇所決定部と、
前記力伝達箇所決定部にて決定した力に切り替えるときに、前記力がスムーズに切り替わるように力にスムージングをかけて補正する力補正部と、
前記人が前記スレーブ制御部の力情報に基づいて前記マスター機構を操作し、前記マスター機構の操作情報を電気信号に変換するマスター制御部と、
前記スレーブ機構と前記マスター制御部に接続され、前記マスター制御部から送られる前記マスター機構の操作情報を、前記スレーブ機構に伝達する制御信号を出力するとともに、前記力補正部で補正した力情報を前記マスター制御部に伝達するスレーブ制御部とを備えるマスタースレーブ装置を提供する。
本構成によって、必要な箇所のみの力をマスター機構に伝達することができる。
本発明の第9態様によれば、前記力計測装置は、前記個別力算出部で算出した個々の力情報のうち所定の閾値以上の力の情報がある場合には、前記生体管もしくは前記挿入部材に負荷が発生していると判定する力判定部をさらに備え、
前記力判定部にて前記力情報が前記所定の閾値以上であると判定された場合に、スレーブ動作を停止するような動作を生成するスレーブ動作生成部をさらに備えて、
前記スレーブ制御部は、前記スレーブ動作生成部で生成した動作に基づいて、前記スレーブ機構を制御する第8の態様に記載のマスタースレーブ装置を提供する。
前記力判定部にて前記力情報が前記所定の閾値以上であると判定された場合に、スレーブ動作を停止するような動作を生成するスレーブ動作生成部をさらに備えて、
前記スレーブ制御部は、前記スレーブ動作生成部で生成した動作に基づいて、前記スレーブ機構を制御する第8の態様に記載のマスタースレーブ装置を提供する。
本構成によって、前記生体管又は前記挿入部材に負荷がかかっている場合は、前記スレーブ機構を停止するよう制御することができる。
本発明の第10態様によれば、前記計測装置で計測された前記力情報の大きさに応じて、前記スレーブを振動させるための振動周期もしくは振動幅もしくはその両方を設定してスレーブの動作を生成するスレーブ動作生成部をさらに備え、
前記スレーブ制御部は、前記スレーブ動作生成部で生成した動作に基づいて、前記スレーブ機構を制御する第8又は9の態様に記載のマスタースレーブ装置を提供する。
前記スレーブ制御部は、前記スレーブ動作生成部で生成した動作に基づいて、前記スレーブ機構を制御する第8又は9の態様に記載のマスタースレーブ装置を提供する。
本構成によって、前記生体管又は前記挿入部材に負荷がかかって、前記挿入部材が前進できない場合に、適切な振動制御をすることで前進させることができる。
本発明の第11態様によれば、生体管に、カテーテル又は内視鏡である挿入部材を挿入する際に、前記挿入部材が前記生体管に接触する際の力を計測する力計測方法であって、
力検出部で、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する力を前記生体管の外部から計測し、
前記生体管に前記挿入部材を挿入している最中に、前記力検出部で検出した力の情報から、前記挿入部材が前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を個別に計測する時点又はその時点での挿入長を個別力算出用パラメータとして個別力算出用パラメータ決定部で決定し、
前記個別力算出用パラメータとして個別力算出用パラメータ決定部で決定された前記個別力算出用パラメータとしての前記時点又はその時点での前記挿入長に関する情報と前記力検出部で検出した前記力の情報とから、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を時点毎又は挿入長毎に個別力として個別力算出部で個別に算出する、力計測方法を提供する。
力検出部で、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する力を前記生体管の外部から計測し、
前記生体管に前記挿入部材を挿入している最中に、前記力検出部で検出した力の情報から、前記挿入部材が前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を個別に計測する時点又はその時点での挿入長を個別力算出用パラメータとして個別力算出用パラメータ決定部で決定し、
前記個別力算出用パラメータとして個別力算出用パラメータ決定部で決定された前記個別力算出用パラメータとしての前記時点又はその時点での前記挿入長に関する情報と前記力検出部で検出した前記力の情報とから、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を時点毎又は挿入長毎に個別力として個別力算出部で個別に算出する、力計測方法を提供する。
本構成によって、前記生体管の外部から計測した力から個々の接触部毎にかかる力を推定することができる。
本発明の第12態様によれば、生体管に、カテーテル又は内視鏡である挿入部材を挿入する際に、前記挿入部材が前記生体管に接触する際の力を計測する力計測プログラムであって、
コンピュータを、
前記生体管に前記挿入部材を挿入している最中に、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する力を前記生体管の外部から計測する力検出部で検出した力の情報から、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を個別に計測する時点又はその時点での挿入長を個別力算出用パラメータとして決定する個別力算出用パラメータ決定部と、
前記個別力算出用パラメータ決定部で決定された前記個別力算出用パラメータとしての前記時点又はその時点での前記挿入長に関する情報と前記力検出部で検出した前記力の情報とから、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を時点毎又は挿入長毎に個別力として個別に算出する個別力算出部と
として機能させるための力計測プログラムを提供する。
コンピュータを、
前記生体管に前記挿入部材を挿入している最中に、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する力を前記生体管の外部から計測する力検出部で検出した力の情報から、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を個別に計測する時点又はその時点での挿入長を個別力算出用パラメータとして決定する個別力算出用パラメータ決定部と、
前記個別力算出用パラメータ決定部で決定された前記個別力算出用パラメータとしての前記時点又はその時点での前記挿入長に関する情報と前記力検出部で検出した前記力の情報とから、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を時点毎又は挿入長毎に個別力として個別に算出する個別力算出部と
として機能させるための力計測プログラムを提供する。
本構成によって、前記生体管の外部から計測した力から個々の接触部毎にかかる力を推定することができる。
本発明の第13態様によれば、生体管に、カテーテル又は内視鏡である挿入部材を挿入する際に、前記挿入部材が前記生体管に接触する際の力を計測する集積電子回路であって、
前記生体管に前記挿入部材を挿入している最中に、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する力を前記生体管の外部から計測する力検出部で検出した力の情報から、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を個別に計測する時点又はその時点での挿入長を個別力算出用パラメータとして決定する個別力算出用パラメータ決定部と、
前記個別力算出用パラメータ決定部で決定された前記個別力算出用パラメータとしての前記時点又はその時点での前記挿入長に関する情報と前記力検出部で検出した前記力の情報とから、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を時点毎又は挿入長毎に個別力として個別に算出する個別力算出部とを備える集積電子回路を提供する。
前記生体管に前記挿入部材を挿入している最中に、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する力を前記生体管の外部から計測する力検出部で検出した力の情報から、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を個別に計測する時点又はその時点での挿入長を個別力算出用パラメータとして決定する個別力算出用パラメータ決定部と、
前記個別力算出用パラメータ決定部で決定された前記個別力算出用パラメータとしての前記時点又はその時点での前記挿入長に関する情報と前記力検出部で検出した前記力の情報とから、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を時点毎又は挿入長毎に個別力として個別に算出する個別力算出部とを備える集積電子回路を提供する。
本構成によって、前記生体管の外部から計測した力から個々の接触部毎にかかる力を推定することができる。
(第1実施形態)
まず、本発明の第1実施形態における力計測装置1の概要について説明する。
まず、本発明の第1実施形態における力計測装置1の概要について説明する。
図1は、人体4の生体管の一例である脳又は心臓などの血管3の患部に向けて、術者6が、挿入部材での一例あるガイドワイヤー2を体外から挿入するカテーテル検査、又は、治療の様子を示す。
ガイドワイヤー2の先端とは反対側の部分は、トルクデバイス39に把持されて固定され、術者6はトルクデバイス39を把持してガイドワイヤー2の挿入操作を行なう。術者6がガイドワイヤー2を血管3に挿入している間、撮像装置の一例としてのX線撮像装置5は、血管3、あるいはガイドワイヤー2を体外から撮像し、モニタ8aは、X線撮像装置5で撮像した画像を表示する。X線撮像装置5は、X線発生部5gと、X線発生部5gに対応するX線検出部5hとを備える。X線発生部5gは、寝台70上の人体4の撮影対象部位に対して放射線(例えばX線)を照射し、X線検出部5hは、人体4を透過したX線画像を検出する。X線検出部5hで検出されたX線画像は、撮像装置制御部の一例としてのX線撮像制御部41を介してモニタ8aに接続されて、モニタ8aにX線画像が表示される。X線撮像制御部41は、X線撮像装置移動部5kを駆動制御して、X線発生部5gとX線検出部5hとを、必要に応じて撮像が必要な部位まで移動させることができる。以下の実施形態でも、同様な構成を採用することかできる。
力計測装置1は、トルクデバイス29の先端に配置され、術者6がガイドワイヤー2を挿入している際に発生する力、例えば、ガイドワイヤー2が血管3に接触したときの接触力、あるいは、ガイドワイヤー2が血管3の蛇行部又は分岐部に接触したときの摩擦力を個別に計測し、血管3に負荷がかかっている場合には、出力部の一例としてのモニタ8a又はスピーカー8bにより警告を通知する。
術者は、モニタ8aに表示されたX線画像、又は、スピーカー8bからの警告などを確認しながら、ガイドワイヤー2の挿入を行う。また、入力IF(インターフェース)7は、力計測装置1の検出の開始、及び、終了を指示するための操作インターフェースで、例えばボタンなどで構成される。入力IF7により力計測の開始指令を受けて、力計測制御部200により、力計測装置1での力の計測動作処理を開始する一方、入力IF7により力計測の終了指令を受けて、力計測制御部200により、力計測装置1での力の計測動作処理を終了する。なお、力計測制御部200は、力計測の開始及び終了指令に基づき、X線撮像制御部41を介してX線撮像装置5の撮像動作の開始及び終了も制御する。
図2は力計測装置1の構成を示す。
第1実施形態の力計測装置1は、少なくとも、力検出部13と、個別力算出用パラメータ決定部又は時点算出部の一例として機能する基準点算出部10と、個別力算出部11とを備えて構成されている。この第1実施形態の力計測装置1では、これらの装置以外に、データベース入出力部14と、計測情報データベース9と、力判定部12と、判定結果通知部8と、タイマー36とを備えている。
《力検出部13》
力検出部13は、挿入部材の一例としてのガイドワイヤー2を生体管の一例としての血管3に挿入している最中(ガイドワイヤー2を血管3に最初に挿入している最中のみならず、その後、挿入し続けるときも含む)にガイドワイヤー2が人体4の外部から血管3に接触したときにガイドワイヤー2に作用(発生)する力を、血管3の外部から検出する。例えば、力検出部13は、ガイドワイヤー2の挿入方向の力を計測する6軸力センサで構成される。図4Aに示すように、トルクデバイス39の先端に配置する。術者6はトルクデバイス39を把持してガイドワイヤー2を操作し、ガイドワイヤー2が血管3の各蛇行部3aあるいは分岐部3bに接触すると、力検出部13は、各蛇行部3a、あるいは分岐部3bでの力が合算して計測する。
力検出部13は、挿入部材の一例としてのガイドワイヤー2を生体管の一例としての血管3に挿入している最中(ガイドワイヤー2を血管3に最初に挿入している最中のみならず、その後、挿入し続けるときも含む)にガイドワイヤー2が人体4の外部から血管3に接触したときにガイドワイヤー2に作用(発生)する力を、血管3の外部から検出する。例えば、力検出部13は、ガイドワイヤー2の挿入方向の力を計測する6軸力センサで構成される。図4Aに示すように、トルクデバイス39の先端に配置する。術者6はトルクデバイス39を把持してガイドワイヤー2を操作し、ガイドワイヤー2が血管3の各蛇行部3aあるいは分岐部3bに接触すると、力検出部13は、各蛇行部3a、あるいは分岐部3bでの力が合算して計測する。
例えば、図4Aのように各蛇行部3aあるいは分岐部3bのそれぞれでP1、P2、P3、P4の力が発生した場合、力検出部13では、各力P1、P2、P3、P4を個別に検出できず、それぞれの力P1、P2、P3、P4の合算値(この例では、P1+P2+P3+P4=Pt)Ptを計測する。力検出部13で検出した力Ptの値は、後述するタイマー36を利用して、ある一定時間毎(例えば、4msec毎)に力検出部13で検出され、検出された力Ptの値は、時刻と共に、後述するデータベース入出力部14に力検出部13から出力され、データベース入出力部14から計測情報データベース9に記憶する。
なお、第1実施形態の力検出部13は、6軸力センサとしているが、ガイドワイヤー2の挿入方向と挿入方向回りの回転方向との2軸を計測可能な力センサとしても良い。また、力検出部13は、トルクデバイス39の先端に配置する構成としているが、例えば、図4Bに示すように第1固定部37と第2固定部38とにガイドワイヤー2を通過させ、図4Cに示すように、術者が力を加えたときに2つの第1及び第2固定部37,38間のたわみ量(図4Cの長さL)をレーザ変位計又はカメラなどの画像認識装置15cで計測し、あらかじめ用意したたわみ量Lと力との関係を示すテーブル(図4Dに図示)を挿入長検出部用第2演算部15eで用いて、挿入長検出部用第2演算部15eでたわみ量に対応する力を算出しても良い。
《タイマー36》
タイマー36は、ある一定時間(例えば、4msec毎)の経過後にデータベース入出力部14を実行させる。
タイマー36は、ある一定時間(例えば、4msec毎)の経過後にデータベース入出力部14を実行させる。
《データベース入出力部14》
データベース入出力部14は、計測情報データベース9と、力検出部13と、基準点算出部10と、個別力算出部11と、力判定部12とのデータの入出力を行う。
データベース入出力部14は、計測情報データベース9と、力検出部13と、基準点算出部10と、個別力算出部11と、力判定部12とのデータの入出力を行う。
《基準点算出部10》
基準点算出部10は、挿入長検出部15と、時点設定部の一例として機能する基準点設定部16とを有して、個別力算出用パラメータとして時点又はその時点での挿入長を決定する。以下は、代表例として、個別力算出用パラメータとして時点を決定し、後述するように、前記決定された個別力算出用パラメータを利用して個別力算出部11で個別力を算出する例について説明する。なお、変形例としては、時点を決定する代わりに、その時点での挿入長を個別力算出用パラメータとして決定し、前記決定された個別力算出用パラメータを利用して個別力算出部11で個別力を算出するようにしてもよい。
基準点算出部10は、挿入長検出部15と、時点設定部の一例として機能する基準点設定部16とを有して、個別力算出用パラメータとして時点又はその時点での挿入長を決定する。以下は、代表例として、個別力算出用パラメータとして時点を決定し、後述するように、前記決定された個別力算出用パラメータを利用して個別力算出部11で個別力を算出する例について説明する。なお、変形例としては、時点を決定する代わりに、その時点での挿入長を個別力算出用パラメータとして決定し、前記決定された個別力算出用パラメータを利用して個別力算出部11で個別力を算出するようにしてもよい。
挿入長検出部15は、例えば、図4Aに示すように体外で術者6が操作するトルクデバス39に配置する。具体的な構成としては、挿入長検出部15は、距離センサ15aと挿入長検出部用演算部15bとで構成する。トルクデバイス39の位置を距離センサ15aで計測して、計測した結果の情報を基にトルクデバイス39の移動前の位置からの移動量を挿入長検出部用第1演算部15bで求め、挿入長として挿入長検出部用第1演算部15bで検出する。
なお、第1実施形態では、挿入長検出部15をトルクデバイス39に配置する構成としているが、これに限られるものではない。例えば、挿入長検出部15の別の例として、図4Eに示すように、ガイドワイヤー2に明暗(例えば白黒)のマークを付加し、マークの数をカメラ15cで撮像して、撮像画像を画像認識部15dで画像認識することで、マークを挿入長検出部用第2演算部15eでカウントし、カウントしたマークと挿入長との関係性を示すテーブル(図4Fに図示)により、挿入長検出部用第2演算部15eで挿入量を検出する方式でも良い。
基準点設定部16は、挿入長検出部15により検出した挿入長が所定の長さ分(例えば、1mm)増加もしくは減少する毎に、力検出部13により検出した力の変位を算出し、直前の基準点までの変位と比較して、所定の第1閾値(基準点設定用閾値)(例えば、0.1N)以上変化していた時点を基準点として設定する。ここで述べた基準点とは、力検出部13で検出した合算の力から個々にかかる力を個別に計測するための基準となる点(個別力計測用の時点)である。
なお、基準点設定部16は、挿入長が0である時点を最初の基準点として設定する。設定した基準点は、基準点設定部16からデータベース入出力部14に出力し、データベース入出力部14により計測情報データベース9に記憶する。
力検出部13により検出した力情報の合算値と挿入長検出部15により検出した挿入長の情報とに基づいて、ガイドワイヤー2が血管3と接触している箇所毎の各力を算出するための基準点を基準点設定部16で設定し、設定した基準点を基準点設定部16からデータベース入出力部14に出力する。
挿入長検出部15は、術者6がガイドワイヤー2を挿入する際に、ガイドワイヤー2が体内に挿入された長さをタイマー36を利用して、ある一定時間毎(例えば、4msec毎)に検出し、時刻と共にデータベース入出力部14に出力し、計測情報データベース9に記憶する。
《個別力算出部11》
個別力算出部11は、データベース入出力部14を介して取得した力検出部13からの情報と基準点算出部10からの情報とを基に、力検出部13により検出した力Ptの合算値から、基準点算出部10により算出した基準点毎にかかる各力P1、P2、P3、P4を算出し、データベース入出力部14に出力する。
個別力算出部11は、データベース入出力部14を介して取得した力検出部13からの情報と基準点算出部10からの情報とを基に、力検出部13により検出した力Ptの合算値から、基準点算出部10により算出した基準点毎にかかる各力P1、P2、P3、P4を算出し、データベース入出力部14に出力する。
具体的には、個別力算出部11は、力検出部13により検出した力の情報(値)から直前の基準点における力の情報(値)を減じた値を、これまで設定した基準点の数で除した値を各々の基準点での個別力に加算して算出する。個別力算出部11で算出した個別力は、個別力算出部11から、基準点と共に、データベース入出力部14に出力する。
《計測情報データベース9》
計測情報データベース9には、力検出部13により検出した力に関する情報と、挿入長検出部15により検出した挿入長とを、タイマー36を利用して時刻と共に、データベース入出力部14により格納する。更に、基準点算出部10により算出した基準点に関する情報と、個別力算出部11により算出した各基準点における個別の力に関する情報とを、基準点と対にして、データベース入出力部14により、計測情報データベース9に格納する。計測情報は、データベース入出力部14により、計測情報データベース9に対して入出力される。
計測情報データベース9には、力検出部13により検出した力に関する情報と、挿入長検出部15により検出した挿入長とを、タイマー36を利用して時刻と共に、データベース入出力部14により格納する。更に、基準点算出部10により算出した基準点に関する情報と、個別力算出部11により算出した各基準点における個別の力に関する情報とを、基準点と対にして、データベース入出力部14により、計測情報データベース9に格納する。計測情報は、データベース入出力部14により、計測情報データベース9に対して入出力される。
図3は、計測情報データベース9の情報内容の一例を示す。
(1)「時刻」の欄は、挿入作業を実施している時刻に関する情報を示す。第1実施形態では、ミリ秒(msec)単位で示す。
(2)「力」の欄は、力検出部13により検出した力の情報を示す。なお、第1実施形態では挿入方向の力はニュートン(N)、挿入方向回転方向の力はニュートンメートル(Nm)と示す。
(3)「挿入長」の欄は、挿入長検出部15により検出したガイドワイヤー2の挿入長を示す。なお、第1実施形態はメートル(m)単位系で示す。
(4)「基準点」の欄は、基準点算出部10により算出した基準点を示す。基準点を設定する場合は該当する時刻欄に「1」を設定し、基準点を設定しない場合には「0」を設定する。
(5)「個別力」の欄は、個別力算出部11により算出した力の情報を示す。なお、第1実施形態では挿入方向の力はニュートン(N)と示し、挿入方向回転方向の力はニュートンメートル(Nm)と示す。
《力判定部12》
力判定部12は、個別力算出部11で算出した情報に基づき、個別力算出部11により算出した力が所定の第2閾値(負荷判定用閾値)(例えば、0.5N)以上の場合、血管3に負荷がかかっていると判定する。判定結果は、個別力算出部11で算出した力と共に、判定結果通知部8に出力される。
力判定部12は、個別力算出部11で算出した情報に基づき、個別力算出部11により算出した力が所定の第2閾値(負荷判定用閾値)(例えば、0.5N)以上の場合、血管3に負荷がかかっていると判定する。判定結果は、個別力算出部11で算出した力と共に、判定結果通知部8に出力される。
《判定結果通知部8》
判定結果通知部8は、力判定部12からの情報を基に、力判定部12により判定された結果を術者6に通知する装置であり、モニタ8a又はスピーカー8bにより構成される。具体的には、判定結果通知部8の一例としての図5のモニタ8aに示すように、個別力算出部11で検出された力P[N]を、X線撮像装置5で撮像されたX線画像と共に表示し、力判定部12で血管3に負荷がかかっていると判定された場合には、「ALERT」などのように警告を表示する。また、力判定部12により血管3に負荷がかかっていると判定された場合、判定結果通知部8の別の例のスピーカー8bにより警告音を鳴らして、術者に警告を行う。
判定結果通知部8は、力判定部12からの情報を基に、力判定部12により判定された結果を術者6に通知する装置であり、モニタ8a又はスピーカー8bにより構成される。具体的には、判定結果通知部8の一例としての図5のモニタ8aに示すように、個別力算出部11で検出された力P[N]を、X線撮像装置5で撮像されたX線画像と共に表示し、力判定部12で血管3に負荷がかかっていると判定された場合には、「ALERT」などのように警告を表示する。また、力判定部12により血管3に負荷がかかっていると判定された場合、判定結果通知部8の別の例のスピーカー8bにより警告音を鳴らして、術者に警告を行う。
次に、第1実施形態の力計測装置1の力計測動作ステップについて説明する。図6は、第1実施形態の力計測装置1のフローチャートである。ここでは、図7の(B)〜(D)に示すような蛇行部3cのある血管3にガイドワイヤー2を挿入する作業を例に説明する。
図7の(A)及び図8(図8は図7の(A)のグラフを拡大したグラフ)は、図7の(B)〜(D)に示す挿入作業中の力検出部13により検出した力と挿入長検出部15により検出した挿入長とを横軸時間としてプロットしたグラフである。
入出力IF7により力計測の開始指令を受けて、力計測制御部200により、力計測装置1での力の計測動作処理を開始する。
まず、ステップS1では、入出力IF7により力計測の終了指令があったか否かを力計測制御部200により判定する。入出力IF7により力計測の終了指令があったと判定した場合は、力計測制御部200により、力計測装置1での力計測動作処理を終了する。入出力IF7からの力計測の終了指令がないと判定した場合は、力計測制御部200により、力計測動作処理は次のステップS2へ進む。
ステップS2において、挿入長検出部15により、ガイドワイヤー2が血管3に挿入された挿入長を検出する。
次いで、ステップS3において、挿入長検出部15での検出結果を基に、基準点設定部16が、挿入長が「0」であるかを判定する。挿入長検出部15で検出した挿入長が「0」であると基準点設定部16で判定する場合には、ステップS4に進む。挿入長検出部15で検出した挿入長が「0」でないと基準点設定部16で判定する場合には、力計測動作処理はステップS5に進む。
ステップS4において、挿入長検出部15で検出した挿入長が「0」であると基準点設定部16で判定する場合には、図7の(B)に示すように挿入を開始する時点を意味し、その時点を最初の基準点として、基準点設定部16により設定する(図7の(A)の時点「t0」を参照)。さらに、基準点設定部16により設定した基準点は、データベース入出力部14に出力して、計測情報データベース9に記憶する(図3の時点t0の基準点の欄を「1」とする。)。その後、力計測動作処理はステップS5に進む。
ステップS5では、力検出部13により、体外からガイドワイヤー2にかかる力を検出する。力検出部13で検出した力の値は、タイマー36を利用して、時刻と共にデータベース入出力部14に出力されて、計測情報データベース9に記憶する。前述したように、力検出部13で検出した力は、血管3の各蛇行部3c又は分岐部での力が合算して力検出部13で計測される。そこで、ステップS6以降で基準点を算出し、各基準での個別力を個別力算出部11で算出することで、それぞれの蛇行部3cなどでの力を個別力算出部11で算出する。
次いで、ステップS6において、次の基準点を、挿入長検出部15と基準点設定部16とで構成される基準点算出部10で算出する。挿入長が所定の長さ(例えば、1mm)分だけ増加もしくは減少することを挿入長検出部15で検出する毎に、力検出部13で検出した力の変位を基準点設定部16で算出する。具体的には、図8にて、挿入長が所定の長さ分(ps=p01−p0)だけ増加する時点t01での力の変位Δf01=f01−f0を基準点設定部16で算出する。ここで、f01は時点t01での力であり、f0は時点t0での力である。以後、力と時点との対応関係は、同様である。時点t01での力の変位Δf01が直前の基準点までの変位と比較して所定の第1閾値(例えば、0.1N)以上変化しているかどうかを基準点設定部16で判定する(ステップS6)。この図8の例のように、直前の基準点(時点t0の基準点)が最初の基準点である場合には、力の変位Δf01が所定の第1閾値(例えば、0.1N)以上であるかどうかを基準点設定部16で判定する。図8の例では、力の変位Δf01が所定の第1閾値(例えば、0.1N)未満であると基準点設定部16で判定し、時点t01を次の基準点と基準点設定部16では設定しない。基準点として基準点設定部16で設定しない場合は、力計測動作処理はステップS7に進む。基準点として基準点設定部16で設定する場合は、力計測動作処理はステップS9に進む。
ステップS7においては、基準点として基準点設定部16で設定しない場合であるため、データベース入出力部14を介して、力判定部12での判定を促す。これにより、力判定部12では、力の変位Δf01が所定の第2閾値(例えば、0.5N)以上であるかどうかを判定する。ステップS7にて、力の変位Δf01が所定の第2閾値以上である場合は、力計測動作処理はステップS8に進む。
ステップS8においては、力判定部12での判定に基づき、判定結果通知部8のモニタ8a又はスピーカー8bなどにより、術者などに警告を通知する。その後、力計測動作処理はステップS1に戻る。
なお、ステップS6にて、挿入長が所定の長さ分増加する毎に力検出部13で検出した力の変位を比較したが、例えば図7の(E)に示すように、ガイドワイヤー2の先端が血管3に接触して詰まり、ガイドワイヤー2を体外から血管3に向かって押し操作をしても、ガイドワイヤー2の挿入量が変化しないケースがある。このような場合、例えば、所定の時間以上、挿入長が変化しない場合には、挿入長が所定の長さ分増加もしくは減少する毎に力検出部13で検出した力の変位を基準点設定部16で比較するのではなく、所定の時間が経過する毎に力検出部13で検出した力の変位を基準点設定部16で比較する。
ステップS7にて、力の変位Δf01が所定の第2閾値(例えば、0.5N)以上でない場合、力計測動作処理はステップS1に戻って、ステップS2、ステップS3、ステップS5を経て、同様に基準点算出を開始する。そして、ステップS6において、図8にて、力P01から所定の長さ分(力Ps)増加した力P02の時点t02での力の変位Δf02=f02−f01を基準点設定部16で算出する。力の変位Δf02が直前の基準点までの変位と比較して所定の第1閾値(例えば、0.1N)以上変化しているかどうかを基準点設定部16で判定する。図8の例では、力の変位Δf02が所定の第1閾値未満であるとし、時点t02を次の基準点と基準点設定部16で設定しない。このとき、先ほどと同様に、力計測動作処理はステップS7、ステップS8を経て、力計測動作処理はステップS1に戻って、ステップS2、ステップS3、ステップS5を経て、同様に基準点算出を開始する。順次、時点t03、t04、・・、t07について基準点が設定できるかどうかを基準点設定部16で算出していく。図8の例で時点t08まで基準点が基準点設定部16で設定できていないとする。次に、挿入長が所定の長さ分(ps=p1−p08)増加する時点t1での力の変位Δf10=f1−f08を基準点設定部16で算出する。力の変位Δf10が直前の基準点までの変位と比較して所定の第1閾値(例えば、0.1N)以上変化しているかどうかを基準点設定部16で判定する(ステップS6)。図8の例では時点t08から時点t1までの力の変位Δf10が所定の第1閾値(例えば、0.1N)以上であると基準点設定部16で判定すると、力計測動作処理はステップS9に進む。
ステップS9においては、時点t1を次の基準点と基準点設定部16で設定する。基準点設定部16で設定した基準点は、後述するデータベース入出力部14に出力され、計測情報データベース9に記憶する(図3の時点t1の基準点の欄を「1」とする。)。このとき、図7の(C)に示すように、時点t1の基準点において、ガイドワイヤー2が血管3壁に接触してたわみが開始した時点となる。
次に、ステップS10にて、個別力算出部11により、各基準点での個別の力を算出する。個別力算出部11は、力検出部13で検出した力の情報から直前の基準点における力の情報を減じた値を、これまで設定した基準点の数で除し、このようにして求めた値を、各々の基準点での個別力に加算して、各基準点での個別の力を算出する。ただし、個別力算出部11において、各基準点での個別力が所定の第3閾値(例えば、0.01N)以下の場合は、基準点の数にカウントせず、さらにカウントしなかった基準点には、算出した力は加算しない。具体的に、図8の時点t1の基準点の個別力を例に説明する。時点t1の基準点での力f1から直前の基準点t0での力f0を減じた値Δf1(=f1−f0)をこれまで設定した基準点の数(この例では、時点t0、t1の基準点の「2」だが、時点t0の基準点での力f0が第3閾値以下なので、基準点数は「1」となる。)で割った値を、時点t1の基準点での個別力と設定する。ここでは、時点t0の基準点での力f0が第3閾値以下なので、基準点の数で除した力の加算は行わない。すなわち、この例では、時点t1の基準点での個別力fr1=Δf1/1となる。なお、最初の基準点t0での個別力fr0は時点t0の基準点での力f0となる。個別力算出部11で算出した個別力は、個別力算出部11からデータベース入出力部14に出力され、計測情報データベース9に記憶する(この例では図3の時点t0、t1の基準点で、個別力fr0、fr1を記憶する。)。
次に、ステップS11において、個別力算出部11により算出した各個別力について、力判定部12にて、負荷判定を行う。具体的には、先に求めた時点t0の基準点の個別力fr0と時点t1の基準点での個別力fr1とのそれぞれについて、第2閾値(例えば、0.5N)以上であるかどうかを力判定部12で判定する。ステップS11にて、いずれか1つでも第2閾値以上であると力判定部12で判定された場合は、力計測動作処理はステップS12に進む。
ステップS12においては、力判定部12での判定に基づき、判定結果通知部8のモニタ8a又はスピーカー8bなどで、術者へ警告を通知する。
ステップS11にて第2閾値(例えば、0.5N)以上でないと力判定部12で判定された場合は、力計測動作処理はステップS1に戻り、次の基準点を算出する。
なお、第1閾値、第2閾値、又は、第3閾値は、患者(人体4)の血管3の種類(血管径又は部位)又は状態により異なる値とし、例えば、事前に作成された複数の閾値から術者が選択するか、キーボード又はボタンなどの入力装置により、術者が、基準点設定部16、力判定部12、又は、個別力算出部11に入力することも可能である。
次に、図8にて、基準点t0、t1に続き、基準点t2を基準点算出部10で算出することを例に説明する。ステップS1に戻り、再度、ステップS2、ステップS3、ステップS5を経て、基準点算出を基準点算出部10で開始する。順次、基準点が設定できるかどうかを基準点設定部16で算出していく。ここで、図8の例において時点t17まで基準点が基準点設定部16で設定できていないとする。挿入長が所定の長さ(例えば、1mm)分(ps=p2−p17)増加する時点t2での力の変位Δf20=f2−f17を基準点設定部16で算出する。力の変位Δf20が直前の基準点までの変位と比較して所定の第1閾値(例えば、0.1N)以上変化しているかどうかを基準点設定部16で判定する(ステップS6)。この例では、直前の基準点が時点t1なので時点t1の基準点での力の変位Δf10=f1−f08と力の変位Δf20との差の絶対値が所定の第1閾値以上であるかどうかを基準点設定部16で判定する(ステップS6)。図8の例では、力の変位Δf10と力の変位Δf20との差の絶対値が所定の第1閾値以上であると基準点設定部16で判定し、時点t2を次の基準点と基準点設定部16で設定する(ステップS9)。基準点設定部16で設定した基準点は、基準点設定部16からデータベース入出力部14に出力され、計測情報データベース9に記憶する(図3の時点t2の基準点の欄を「1」とする。)。図7の(D)に示すように、時点t2の基準点において、ガイドワイヤー2が血管3の壁に接触してたわみが進み、蛇行部3cを通過した時点となる。 次に、ステップS10にて、個別力算出部11により、各基準点での個別の力を算出する。個別力算出部11は、先に述べたように、力検出部13で検出した力の情報から直前の基準点における力の情報を減じた値を、これまで設定した基準点の数で除し、その結果として求められた値を、各々の基準点での個別力に加算して、各基準点での個別の力を算出する。図8の時点t1、t2の基準点の個別力を例に説明する。時点t2の基準点での力f2から直前の基準点t1での力f1を減じた値Δf2(=f2−f1)を、これまで設定した基準点の数(この例では、時点t0の基準点を除くと、基準点は時点t1、t2の基準点であるので、基準点数は「2」である。)で割った値を、基準点t2での個別力と設定する。この例では、時点t2の基準点での個別力fr2は、fr2=Δf2/2となる。最初の基準点t0での個別力fr0は時点t0の基準点での力f0となる。さらに、基準点t1での個別力fr1(new)は、先ほど算出した個別力(fr1(old)とする)にΔf2/2を加算した値、すなわち、fr1(new)=fr1(old)+Δf2/2となる。このようにして個別力算出部11で算出した個別力は、個別力算出部11からデータベース入出力部14に出力され、計測情報データベース9に記憶する(この例では、図3の時点t0、t1、t2の基準点で、個別力fr0、fr1、fr2を記憶する。)。
次に、ステップS11にて、個別力算出部11により算出した各個別力について、力判定部12にて、負荷判定を行う。具体的には、先に求めた基準点t0の個別力fr0と、基準点t1での個別力fr1と、基準点t2での個別力fr2とのそれぞれについて、第2閾値(例えば、0.5N)以上であるかどうかを力判定部12で判定する(ステップS11)。ステップS11にて、前記3つの個別力のうちの1つでも第2閾値(例えば、0.5N)以上であると力判定部12で判定された場合は、判定結果通知部8のモニタ8a又はスピーカー8bなどで術者へ警告を通知する(ステップS12)。ステップS11にて、前記3つの個別力の全てが第2閾値以上でないと力判定部12で判定された場合は、ステップS1に戻り、次の基準点を算出する。
《第1実施形態の効果》
以上のように、基準点算出部10は、力検出部13で検出した力の変位が所定の閾値以上変化した場合、すなわち、術者がガイドワイヤー2を血管3に接触させたり、蛇行部を通過させたりする時点を算出する。さらに、基準点算出部10で算出した基準点を基に、力検出部13で検出した術者の手元の合算の力をそれぞれの基準点での力に個別力算出部11で分配することで、例えば、ガイドワイヤー2を血管3に接触した時点又はある蛇行を通過する時点など個々の血管3への負荷を推定することができるようになる。さらに、個別に算出した個々の力を力判定部12により、負荷判定を行うことで、蛇行部の数によらず、一定の閾値で負荷を検出することができる。
以上のように、基準点算出部10は、力検出部13で検出した力の変位が所定の閾値以上変化した場合、すなわち、術者がガイドワイヤー2を血管3に接触させたり、蛇行部を通過させたりする時点を算出する。さらに、基準点算出部10で算出した基準点を基に、力検出部13で検出した術者の手元の合算の力をそれぞれの基準点での力に個別力算出部11で分配することで、例えば、ガイドワイヤー2を血管3に接触した時点又はある蛇行を通過する時点など個々の血管3への負荷を推定することができるようになる。さらに、個別に算出した個々の力を力判定部12により、負荷判定を行うことで、蛇行部の数によらず、一定の閾値で負荷を検出することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態の力計測装置1Bについて説明する。第2実施形態でも、第1実施形態の場合と同様に、図1に示すように、ガイドワイヤー2を血管3に挿入したときの力計測動作を例に説明する。
次に、本発明の第2実施形態の力計測装置1Bについて説明する。第2実施形態でも、第1実施形態の場合と同様に、図1に示すように、ガイドワイヤー2を血管3に挿入したときの力計測動作を例に説明する。
本発明の第2実施形態における、計測情報データベース9と、データベース入出力部14と、力検出部13と、力判定部12と、判定結果通知部8との基本的な構成は、第1実施形態の場合と同様であるので、共通部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ以下、詳細に説明する。
第1実施形態では、ガイドワイヤー2を血管3へ挿入する作業について説明しているが、第2実施形態では、図10の(A)に示すようにガイドワイヤー2を血管3に挿入する状態から、図10の(B)のようにガイドワイヤー2を体内の血管3から引き抜く操作をしたり、図10の(C)のようにガイドワイヤー2の挿入を停止させる操作をする場合の力計測装置1Bについて説明する。図11は、第2実施形態における力計測装置1Bの構成図である。
《基準点算出部10B》
基準点算出部10Bは、挿入長検出部15と、基準点設定部16と、修正部の一例として機能する基準点修正部17とで構成される。挿入長検出部15と基準点設定部16との動作は、基本的に、第1実施形態と同様である。基準点修正部17は、血管3にガイドワイヤー2を挿入したのち、一旦、部分的に引き戻したのち、再び、欠陥3にガイドワイヤー2を再挿入する際に、引き戻し開始時点から再挿入時点までに既に基準点設定部16で設定した基準点を削除するように修正する。
基準点算出部10Bは、挿入長検出部15と、基準点設定部16と、修正部の一例として機能する基準点修正部17とで構成される。挿入長検出部15と基準点設定部16との動作は、基本的に、第1実施形態と同様である。基準点修正部17は、血管3にガイドワイヤー2を挿入したのち、一旦、部分的に引き戻したのち、再び、欠陥3にガイドワイヤー2を再挿入する際に、引き戻し開始時点から再挿入時点までに既に基準点設定部16で設定した基準点を削除するように修正する。
具体的には、以下のように動作する。
図10の(A)に示すように、術者が挿入を行う場合の挿入長検出部15の動作は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。また、図10の(C)に示すように、術者が挿入を停止した場合の挿入長検出部15の動作も、第1実施形態と同様の方法で基準点を算出する。
一方、図10の(B)に示すように、ガイドワイヤー2を体内の血管3から引き抜く操作をして、挿入長検出部15で検出した挿入長が、直前に検出した挿入長よりも所定量だけ減った場合は、基準点算出に関しては、第1実施形態と同様の方法で基準点設定部16により算出する。そして、基準点設定部16で基準点であると設定する場合には、基準点設定部16からデータベース入出力部14に出力され、計測情報データベース9に基準点を「2」と記憶する。ガイドワイヤー2を体内の血管3に挿入する操作をして、挿入長検出部15で検出した挿入長が増加した場合は、第1実施形態と同様の方法で基準点設定部16により算出し、基準点設定部16で基準点であると設定する場合には、基準点設定部16からデータベース入出力部14に出力され、計測情報データベース9に基準点を「1」と記憶する。
次に、基準点設定部16で設定した基準点が、直前の「2」の基準点の次々の基準点であるかどかを基準点修正部17で判定する。すなわち、ガイドワイヤー2の引き戻しが終了し、ガイドワイヤー2の挿入を再開した時点の次の基準点であるかどうかを、基準点修正部17で検出する。
基準点設定部16で設定した基準点が、直前の「2」の基準点の次々の基準点であると基準点修正部17で判定された場合には、基準点修正部17にて、これまで設定した基準点の修正を行う。この修正は、例えば、引き戻し開始から引き戻し終了までの間に存在する基準点を削除するといった修正である。基準点設定部16で設定した基準点が、直前の「2」の基準点の次々の基準点ではないと基準点修正部17で判定した場合は、第1実施形態と同様に、後述するように、個別力算出部11にて個別力の算出を行う。
基準点修正部17は、ガイドワイヤー2の引き戻しが終了し、ガイドワイヤー2の挿入の再開を開始した時点の挿入量以上となる基準点を、最初の基準点から順に検索する。基準点修正部17は、検索された基準点より後ろの基準点を「1」から「−1」に順次修正し、基準点が「2」を「−2」に修正した時点で、修正を終了する。
《個別力算出部11》
個別力算出部11は、力検出部13で検出した力の合算値から、基準点算出部10Bで算出した基準点毎に個別にかかる力(個別力)を算出し、算出した個別力をデータベース入出力部14に出力し、計測情報データベース9に記憶する。具体的には、個別力算出部11は、力検出部13で検出した力の情報から、直前の基準点における力の情報を減じた値を、これまで設定した基準点の数で除した値を、各々の基準点での個別力に加算して算出する。ただし、基準点の数は、基準点が「−1」、「−2」、「0」となった時点を削減して、個別力算出部11でカウントする、個別力算出部11で算出した個別力は、基準点とともに、データベース入出力部14に出力し、計測情報データベース9に記憶する。
個別力算出部11は、力検出部13で検出した力の合算値から、基準点算出部10Bで算出した基準点毎に個別にかかる力(個別力)を算出し、算出した個別力をデータベース入出力部14に出力し、計測情報データベース9に記憶する。具体的には、個別力算出部11は、力検出部13で検出した力の情報から、直前の基準点における力の情報を減じた値を、これまで設定した基準点の数で除した値を、各々の基準点での個別力に加算して算出する。ただし、基準点の数は、基準点が「−1」、「−2」、「0」となった時点を削減して、個別力算出部11でカウントする、個別力算出部11で算出した個別力は、基準点とともに、データベース入出力部14に出力し、計測情報データベース9に記憶する。
(力計測動作ステップ)
次に、第2実施形態の力計測装置1Bの力計測動作ステップについて、図13のフローチャートを参照しながら説明する。
次に、第2実施形態の力計測装置1Bの力計測動作ステップについて、図13のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、第1実施形態の図7の(A)の時点t3以降に、ガイドワイヤー2の挿入を停止させた場合について説明する。挿入を停止させた場合は、第1実施形態の図13のフローチャートを使う。図12の(A)は、図7の(A)の時点t3以降に挿入を停止させた後、挿入を再開したときの挿入長と力とをプロットしたグラフである。図14は、図12の(A)を拡大したグラフである。また、第2実施形態の計測情報データベース9を図15に示す。
《時点t3、t4の基準点算出》
この第2実施形態でも、第1実施形態と同様の方法、すなわち、図6のステップS1〜ステップS12により最初の基準点t0から時点t2の基準点までは設定されたと仮定し、時点t3、t4の基準点算出について、以下に説明する。
この第2実施形態でも、第1実施形態と同様の方法、すなわち、図6のステップS1〜ステップS12により最初の基準点t0から時点t2の基準点までは設定されたと仮定し、時点t3、t4の基準点算出について、以下に説明する。
第1実施形態と同様に、入出力IF7により力計測の開始指令を受けて、力計測制御部200により、力計測装置1Bでの力の計測動作処理を開始する。
まず、図6のステップS1では、入出力IF7により力計測の終了指令があったか否かを力計測制御部200により判定する。入出力IF7により力計測の終了指令があったと判定した場合は、力計測制御部200により、力計測装置1Bでの力計測動作処理を終了する。入出力IF7からの力計測の終了指令がないと判定した場合は、力計測制御部200により、力計測動作処理は次のステップS2へ進む。
ステップS2において、挿入長検出部15により、ガイドワイヤー2が血管3に挿入された挿入長を検出する。
次いで、ステップS3において、挿入長検出部15での検出結果を基に、基準点設定部16が、挿入長が「0」であるかを判定する。挿入長検出部15で検出した挿入長が「0」であると基準点設定部16で判定する場合には、ステップS4に進む。挿入長検出部15で検出した挿入長が「0」でないと基準点設定部16で判定する場合には、力計測動作処理はステップS5に進む。
ステップS4において、挿入長検出部15で検出した挿入長が「0」であると基準点設定部16で判定する場合には、図12の(B)に示すように挿入を開始する時点を意味し、その時点を最初の基準点として、基準点設定部16により設定する(図12の(A)の時点「t0」を参照)。さらに、基準点設定部16により設定した基準点は、データベース入出力部14に出力して、計測情報データベース9に記憶する(図15の時点t0の基準点の欄を「1」とする。)。その後、力計測動作処理はステップS5に進む。
ステップS5では、力検出部13により、体外からガイドワイヤー2にかかる力を検出する。力検出部13で検出した力の値は、タイマー36を利用して、時刻と共に、データベース入出力部14に出力されて、計測情報データベース9に記憶する。
次いで、ステップS6において、時点t3以降の基準点を基準点算出部10Bで算出する。第1実施形態では、挿入長が所定の長さ分増加もしくは減少する毎に力検出部13で検出した力の変位を基準点設定部16で算出している。第1実施形態でも説明したように、所定の時間以上、挿入長が変化しない場合には、挿入長が所定の長さ分増加する毎に力検出部13で検出した力の変位を基準点設定部16で比較するのではなく、所定の時間が経過する毎に、力検出部13で検出した力の変位を基準点設定部16で比較する。図14において、時点t3以降では、所定の時間経過しても挿入長が変化しないため、所定の時間経過した時点t28と時点t3での力の変位Δf30=f3−f28を基準点設定部16で算出する。力の変位Δf30を直前の基準点までの力の変位と基準点設定部16で比較して、所定の第1閾値以上変化しているかどうかを基準点設定部16で判定する(ステップS6)。図14の例では、直前の基準での力の変位Δf20と力の変位Δf30との差の絶対値が所定の第1閾値以上と基準点設定部16で判定し、力計測動作処理はステップS9に進む。力の変位Δf30を直前の基準点までの力の変位と基準点設定部16で比較して、所定の第1閾値未満であると基準点設定部16で判定すると、力計測動作処理はステップS7に進む。
ステップS9において、時点t4を次の基準点と基準点設定部16で設定する。すなわち、基準点設定部16で設定した基準点は、基準点設定部16からデータベース入出力部14に出力され、計測情報データベース9に記憶する(図15の時点t4の基準点の欄を「1」とする。)。
次に、ステップS10により、第1実施形態と同様に個別力算出11にて各基準点の個別の力を算出し、算出した個別力が個別力算出部11からデータベース入出力部14に出力され、計測情報データベース9に記憶する(この例では、図15の時点t0、t1、t2、t3で、個別力fr0、fr1、fr2、fr3を記憶する。)。
次に、ステップS11にて、第1実施形態と同様に個別力算出部11により算出した各個別力について、力判定部12にて、負荷判定を行う。具体的には、各基準点の個別力のそれぞれについて、第2閾値(例えば、0.5N)以上であるかどうかを力判定部12で判定する。ステップS11にて、各個別力のうち1つでも第2閾値以上であると判定された場合は、判定結果通知部8のモニタ8a又はスピーカー8bなどで術者へ警告を通知する(ステップS12)。その後、力計測動作処理はステップS1に戻り、次の基準点を算出する。ステップS11にて、すべての個別力が第2閾値以上でないと力判定部12で判定された場合は、力計測動作処理はステップS1に戻り、次の基準点を算出する。
《時点t4で挿入を停止》
次に、時点t4で挿入を停止した際の動作について説明する。
次に、時点t4で挿入を停止した際の動作について説明する。
第1実施形態では、ステップS6において、挿入長が所定の長さ分増加もしくは減少する毎に力検出部13で検出した力の変位を基準点設定部16で算出したが、第1実施形態でも説明したように、所定の時間(例えば1秒)以上、挿入長が変化しないと基準点設定部16で判定した場合には、挿入長が所定の長さ分増加する毎に力検出部13で検出した力の変位を基準点設定部16で比較するのではなく、所定の時間が経過する毎に力検出部13で検出した力の変位を基準点設定部16で比較する。図14において、時点t4以降では所定の時間経過しても挿入長が変化しないため、所定の時間経過した時点t37と時点t3での力の変位Δf40=f4−f37を基準点設定部16で算出する。力の変位Δf40が直前の基準点までの変位と基準点設定部16で比較して、所定の第1閾値以上変化しているかどうかを基準点設定部16で判定する(ステップS6)。図14の例では直前の基準での力の変位Δf30と力の変位Δf40との差の絶対値が所定の第1閾値以上と基準点設定部16で判定すると、時点t4を次の基準点と基準点設定部16で設定する(ステップS9)。基準点設定部16で設定した基準点は、基準点設定部16からデータベース入出力部14に出力され、計測情報データベース9に記憶する(図15の時点t4の基準点の欄を「1」とする)。
次に、ステップS10により、第1実施形態と同様に個別力算出11にて各基準点の個別の力を算出し、個別力算出11からデータベース入出力部14に出力され、計測情報データベース9に記憶する(この例では図15の時点t0、t1、t2、t3、t4で、個別力fr0、fr1、fr2、fr3、fr4を記憶)。
次に、ステップS11にて、第1実施形態と同様に個別力算出部11により算出した各個別力について、力判定部12にて、負荷判定を行う。ステップS12も、第1実施形態と同様である。
《時点t5で挿入を再開》
次に、時点t5で挿入を再開した際の動作について説明する。
次に、時点t5で挿入を再開した際の動作について説明する。
時点t5で挿入を再開したときは、これまで設定した基準点の個別力に大きな変化はないため、これまで設定した基準点を利用して時点t5での個別力を個別力算出部11で算出する。個別力算出部11での算出の仕方は、時点t4までと同様であるので、省略する。なお、算出した計測データは図15に示す。
《ガイドワイヤー2を手前に引き戻した場合》
次に、図10の(B)に示すように、ガイドワイヤー2を手前に引き戻した場合を例に説明する。
次に、図10の(B)に示すように、ガイドワイヤー2を手前に引き戻した場合を例に説明する。
図13は、第2実施形態の力計測装置1Bのフローチャートである。図16の(A)は引き戻して再開する際の挿入量と力とのグラフで、図17は図16の(A)を拡大したグラフである。
図17において、最初の基準点t0から時点t3の基準点までは、第1実施形態と同様の方法で基準点及び個別力が設定されているとする。よって、図13におけるステップS51からステップS55までは、図6におけるステップS1からステップS5までと同じであるため、説明は省略する。
図16の(A)及び(F)に示すように、時点t4’でガイドワイヤー2を引き戻すとする。第1実施形態と同様の方法で、挿入長が所定の長さ分増加もしくは減少する毎に力検出部13で検出した力の変位と直前の基準点の力の変位とを基準点設定部16で比較する。そして、所定の第1閾値以上変化していると基準点設定部16で判定した場合は、基準点設定部16で基準点t4’として設定する(ステップS56)。
ステップS56で基準点として基準点設定部16で判定された場合には、次に、挿入長が所定の長さ分増加もしくは減少しているかを挿入長検出部15で判定する(ステップS59)。
ステップS59で挿入長が増加していると挿入長検出部15で判定した場合には、ステップS60にて、挿入長検出部15からデータベース入出力部14に出力され、計測情報データベース9の基準点欄に「1」を設定する。その後、力計測動作処理はステップS62に進む。
一方、ステップS59で挿入長が減少していると挿入長検出部15で判定した場合には、ステップS61にて、挿入長検出部15からデータベース入出力部14に出力され、計測情報データベース9の基準点欄に「2」を設定する。時点t4’では挿入長が減少するので、図18Aに示すように、時点t4’の基準点欄に「2」を設定する。その後、力計測動作処理はステップS62に進む。
次に、ステップS62では、ステップS56で設定した基準点が、直前の「2」の基準点の次々の基準点であるかどうかを基準点修正部17で判定する。すなわち、ガイドワイヤー2の引き戻しが終了し、挿入を再開した時点の次の基準点であるかどうかを基準点修正部17で調べる。
ステップS62において、ステップS56で設定した基準点が、直前の「2」の基準点の次々の基準点であると基準点修正部17で判定した場合は、力計測動作処理はステップS63へ進む。
ステップS62において、ステップS56で設定した基準点が、直前の「2」の基準点の次々の基準点ではないと基準点修正部17で判定した場合は、力計測動作処理はステップS64へ進む。ここでは、先に基準点として設定した時点t4’は、直前の「2」の基準点の次々の基準点ではないので、力計測動作処理はステップS64へ進む。なお、ステップS63へ進む例については、後述する時点t6’の算出時に説明する。
ステップS64では、個別力については基準点の「2」についても「1」と同様に基準点数として個別力算出部11でカウントし、個別力算出部11で個別力を算出する。個別力算出部11で算出した結果は、個別力算出部11からデータベース入出力部14を介して計測情報データベース9に記憶する(図18Aに図示)。
さらに、挿入を再開する時点t5’も同様の方法で個別力算出部11で算出する。すなわち、ステップS59にて、基準点t5’は挿入量が増加すると挿入長検出部15で判定されるため、ステップS60で計測情報データベース9の基準点の欄には「1」を基準点設定部16で設定する。次に、ステップS64で、基準点t5’での個別力を個別力算出部11で算出する。時点t5’での力f5’から直前の基準点t4’の力f4’の力を減じた値Δf5’は、これまで設定した基準点の数(この例では、時点t0を除く、基準点t1、t2、t3、t4’、t5’なので、基準点数は「5」)で割った値fr5’=Δf5’/5を、基準点t5’の個別力として個別力算出部11で算出する。他の基準点での個別力は、個別力算出部11で、個別力fr5をそれぞれの個別力に加算して算出する。個別力算出部11で算出した個別力は、個別力算出部11からデータベース入出力部14に出力され、計測情報データベース9に記憶する(この例では、図18Aの計測情報データベース9に記憶する。)。以後のステップS65とステップS66は、図6のステップS11とステップS12と同様である。
《時点t5’で挿入を再開》
次に、時点t5’で挿入を再開し、次の基準点t6’を算出する動作を説明する。
次に、時点t5’で挿入を再開し、次の基準点t6’を算出する動作を説明する。
次の基準点t6’は第1実施形態と同様の方法で算出する。
すなわち、ステップS59にて、挿入長が増加していると挿入長検出部15で判定されるため、ステップS60で時点t6’の基準点は「1」と基準点設定部16で設定する。
次に、ステップS62にて、ステップS56で設定した基準点が、直前の「2」の基準点の次々の基準点であるかどうかを基準点修正部17で判定する。時点t6‘の直前の「2」の基準点は時点t4’であるため、基準点t6’の次々の基準点であると基準点修正部17で判定し、力計測動作処理はステップS63へ進む。
ステップS63において、基準点修正部17にて、これまで算出した基準点の修正を行う。引き戻しが終了した時点t5’の挿入量以上となる基準点を、時点t0から順に基準点修正部17で検索する。この例では、図17のA17により、時点t2となる。求めた時点t2より後ろの基準点から「2」となる基準点までの基準点を、基準点修正部17で削除する。具体的には、時点t3の基準点欄を「1」から「−1」に、時点t4の基準点欄を「2」から「−2」に修正するように、基準点修正部17からデータベース入出力部14を介して計測情報データベース9の記憶された情報内容を更新する。修正した計測情報データベース9の情報内容を図18Bに示す。基準点修正部17で修正した後は、修正した基準点に基づくステップS64の個別力の算出を個別力算出部11で行う。ここでの個別力は、基準点修正部17で修正した後の基準点を使って、個別力算出部11で算出するが、基準点「−1」及び「−2」のようにマイナスがついた基準点は、基準点「0」と同様の扱いで、個別力算出部11で算出する。すなわち、個別力算出部11において、時点t2までの基準点は、引き戻し前の基準点を使い、時点t2以降は時点t5’で挿入を再開した時点の基準点を使うこととなり、時点t2から時点t5’までの間の基準点は使用しない。
《第2実施形態の効果》
以上のように、ガイドワイヤー2を血管3に向かって押し込んでいるときだけではなく、停止させたり、引き抜いたときも、それぞれの負荷を力判定部12により個別に判定することができるようになる。
以上のように、ガイドワイヤー2を血管3に向かって押し込んでいるときだけではなく、停止させたり、引き抜いたときも、それぞれの負荷を力判定部12により個別に判定することができるようになる。
(第3実施形態)
第3実施形態にかかる力計測装置1Cは、図19に示すように、マスタースレーブ装置100を使ってガイドワイヤー2を血管3に挿入する場合を例に説明する。
第3実施形態にかかる力計測装置1Cは、図19に示すように、マスタースレーブ装置100を使ってガイドワイヤー2を血管3に挿入する場合を例に説明する。
まず、本発明の第3実施におけるマスタースレーブ装置100の概要について説明する。
図19に示すように、術者6の手によるマスターロボット18への指示に従って、脳又は心臓などの人体4の血管3の患部に向けて、挿入部材の一例であるガイドワイヤー2を体外からスレーブロボット19が挿入を行うカテーテル検査又は治療の様子を示す。
術者6がマスターロボット18を操作して、スレーブロボット19でガイドワイヤー2を挿入している間は、人体4の外部からX線撮像装置5により血管3又はガイドワイヤー2を撮像し、撮像した画像はモニタ8aに表示される。
さらに、力計測装置1Cにより、術者6がマスターロボット18を操作してガイドワイヤー2を挿入している際に、ガイドワイヤー2が血管3に接触したときの接触力又はガイドワイヤー2が血管3の蛇行部などに接触したときの摩擦力などを計測し、血管3に負荷がかかっている場合などには、モニタ8a又はスピーカー8bにより警告を通知する。さらに、力計測装置1Cで計測した個々の力は、スレーブロボット19からマスターロボット18へフィードバックすることで、術者6はあたかもガイドワイヤー2を直接把持して操作しているような力覚を術者6の手に感じることができる。さらに、術者6は、モニタ8aに表示されたX線画像と、力計測装置1Cからの警告となどを確認しながら、カテーテル挿入の指示を行うことができる。また、力計測装置1Cの検出の開始及び終了の指示は、マスターロボット18を操作してスレーブロボット19の挿入作業が開始及び終了とそれぞれ連動して行われる。
次に、第3実施形態の力計測装置1Cと、マスターロボット18と、スレーブロボット19との詳細を説明する。図20は、力計測装置1Cと、マスターロボット18と、スレーブロボット19との構成図である。
《マスタースレーブ装置100、マスターロボット18、スレーブロボット19》
マスタースレーブ装置100は、力計測装置1Cとマスターロボット18とスレーブロボット19とを含む装置全体であり、作業を行うにあたり人が遠隔により操作することができる装置である。マスターロボット18は、人が直接触って操作するためのロボットシステムであり、マスター機構26とマスター制御装置22とマスター周辺装置23とを備えて構成されている。スレーブロボット19は、マスターロボット18と離れたところにあり、実際に作業を行うためのロボットシステムであり、スレーブ機構33とスレーブ制御装置27とスレーブ周辺装置32とを備えて構成されている。
マスタースレーブ装置100は、力計測装置1Cとマスターロボット18とスレーブロボット19とを含む装置全体であり、作業を行うにあたり人が遠隔により操作することができる装置である。マスターロボット18は、人が直接触って操作するためのロボットシステムであり、マスター機構26とマスター制御装置22とマスター周辺装置23とを備えて構成されている。スレーブロボット19は、マスターロボット18と離れたところにあり、実際に作業を行うためのロボットシステムであり、スレーブ機構33とスレーブ制御装置27とスレーブ周辺装置32とを備えて構成されている。
《マスター機構26、スレーブ機構33》
マスター機構26は、人(術者)が直接触って操作するロボットであり、人が動かす際のサンプル時間毎の位置情報をセンサ(図示せず)で取得して、マスター入出力IF24に出力する。
マスター機構26は、人(術者)が直接触って操作するロボットであり、人が動かす際のサンプル時間毎の位置情報をセンサ(図示せず)で取得して、マスター入出力IF24に出力する。
スレーブ機構33は、挿入部材の一例であるガイドワイヤー2を血管3へ送り出す作業を行うロボットであり、マスター機構26で取得した位置情報に追従するように動作する。
スレーブ機構33は、一例として、挿入方向と、挿入方向を中心軸にする回転方向との2軸方向に動作する、ローラ式送り出し装置である。スレーブロボット33は、上側ローラ(第1ローラ)33aと下側ローラ(第2ローラ)33bとでガイドワイヤー2などの柔軟物挿入部材を把持し、ローラ33a,33bの動作を制御することによって、ガイドワイヤー2を送り出す。ここで、制御するローラは、上側ローラ33aと下側ローラ33bとのどちらでも可能である。制御するローラには、ロボットアームの関節部と同様に、モータ33dとエンコーダ33eとが配置されて、ロボットアームの場合と同様にモータドライバ33fで制御されている。上側ローラ33aと下側ローラ33bとは、回転可能に図示しない台部で支持されている。さらに、第3のローラ33cを有し、第ローラ33cで上側ローラ33aと下側ローラ33bとで構成される送り出しユニットを、挿入方向を中心軸として、中心軸回りに回転制御することができる。第3ローラ33cには図示しないブラケットが固定され、ブラケットには、上側ローラ33aと下側ローラ33cとが回転可能に支持されている。第3ローラ33cには、ロボットアームの関節部と同様に、モータ33gとエンコーダ33hとが配置されて、ロボットアームの場合と同様にモータドライバ33fで制御されている。第3ローラ33cは、回転可能に図示しない台部で支持されている。このことによって、挿入方向に加えて、挿入方向を中心軸とする回転方向にも、ガイドワイヤー2の動作を制御することが可能となる。
《タイマー40A,40B》
タイマー40A,40Bは、それぞれ、ある一定時間(例えば、1msec毎)の経過後にマスター制御部21もしくはスレーブ制御部28を実行させる。
タイマー40A,40Bは、それぞれ、ある一定時間(例えば、1msec毎)の経過後にマスター制御部21もしくはスレーブ制御部28を実行させる。
《マスター周辺装置23、スレーブ周辺装置32》
マスター周辺装置23は、マスター入出力IF24とマスターモータドライバ25とで構成され、マスター機構26とマスター制御装置22との間の情報を伝達する。
マスター周辺装置23は、マスター入出力IF24とマスターモータドライバ25とで構成され、マスター機構26とマスター制御装置22との間の情報を伝達する。
スレーブ周辺装置32も同様に、スレーブ入出力IF30とスレーブモータドライバ31とで構成され、スレーブ機構33とスレーブ制御装置27との間の情報を伝達する。
マスター入出力IF24は、マスター機構26からの位置情報をマスター制御部21に出力する。また、マスター制御部21からの位置情報をタイマー40Aを利用して、ある一定時間毎(例えば、1msec毎)に、マスターモータドライバ25に出力する。マスターモータドライバ25は、マスター入出力IF24からの位置情報に追従するようにマスター機構26のモータを動かす。
スレーブ入出力IF30は、スレーブ制御部28からの位置情報をスレーブモータドライバ31に出力する。また、スレーブ機構33からの位置情報をタイマー40Bを利用して、ある一定時間毎(例えば、1msec毎)に、スレーブ制御部28に出力する。スレーブモータドライバ31は、スレーブ入出力IF30からの位置情報に追従するようにスレーブ機構33のモータを動かす。
《マスター制御装置22、スレーブ制御装置27》
マスター制御装置22は、タイマー40Aと、力伝達部20と、マスター制御部21とを備えて構成している。マスター制御装置22は、マスター機構26が動いた位置情報をタイマー40Aを利用して、ある一定時間毎(例えば、1msec毎)に、スレーブ制御装置27に出力することと、スレーブ制御装置27から入力される力情報を人(術者)に伝達することの二つの役割を持つ。マスター制御部21は、マスター入出力IF24からのマスター機構26の位置情報をタイマー40Aを利用して、ある一定時間毎(例えば、1msec毎)に、スレーブ制御部28に出力する。また、スレーブ制御部28からの力情報を力伝達部20に出力する。力伝達部20は、スレーブ制御部28からの力情報を術者6の手に伝達する。力を発生させる方向については、マスター機構26の挿入方向と挿入方向軸まわりの回転の2軸である。
マスター制御装置22は、タイマー40Aと、力伝達部20と、マスター制御部21とを備えて構成している。マスター制御装置22は、マスター機構26が動いた位置情報をタイマー40Aを利用して、ある一定時間毎(例えば、1msec毎)に、スレーブ制御装置27に出力することと、スレーブ制御装置27から入力される力情報を人(術者)に伝達することの二つの役割を持つ。マスター制御部21は、マスター入出力IF24からのマスター機構26の位置情報をタイマー40Aを利用して、ある一定時間毎(例えば、1msec毎)に、スレーブ制御部28に出力する。また、スレーブ制御部28からの力情報を力伝達部20に出力する。力伝達部20は、スレーブ制御部28からの力情報を術者6の手に伝達する。力を発生させる方向については、マスター機構26の挿入方向と挿入方向軸まわりの回転の2軸である。
スレーブ制御装置27は、タイマー40Bと、スレーブ制御部28と、力伝達箇所検出部29と、力補正部34とを備えて構成している。スレーブ制御装置27は、スレーブ制御部28によりマスター制御装置22からの位置情報にスレーブ機構33を追従させるように制御することと、力計測装置1Cで取得した力情報をもとに力伝達箇所検出部29にてマスター制御装置22に伝達する力を決定し、決定した力を力補正部34で補正し、補正した力をマスター制御装置22に力情報として出力することの二つの役割を持つ。力計測装置1Cは、図19に示すように、人体(患者)4の体外でスレーブロボット19が配置されている付近に配置する。
《力計測装置1C》
力計測装置1Cは、第1実施形態又は第2実施形態と同等の機能を有する。例えば、力計測装置1Cは、力計測装置1又は力計測装置1B又は後述する実施形態の力計測装置のいずれかで構成することができる。力計測装置1Cからは、力検出部13からの出力値と、個別力算出部11で算出した全ての個別力と、力判定部12での判定結果とが、スレーブ装置27の後述する力伝達箇所決定部29へ出力される。
力計測装置1Cは、第1実施形態又は第2実施形態と同等の機能を有する。例えば、力計測装置1Cは、力計測装置1又は力計測装置1B又は後述する実施形態の力計測装置のいずれかで構成することができる。力計測装置1Cからは、力検出部13からの出力値と、個別力算出部11で算出した全ての個別力と、力判定部12での判定結果とが、スレーブ装置27の後述する力伝達箇所決定部29へ出力される。
《力伝達箇所決定部29》
力伝達箇所決定部29は、内部で保有している決定フラグに基づいて、力装置1Cの個別力算出部11で算出した個々の個別力及び力検出部13の中から、マスター制御装置22へ伝達すべき力を決定する。決定フラグは、力検出部13の力を伝達する場合は「0」を設定し、力計測装置1Cの個々の力のうち、最も最近に決定した基準点の力を現在(計測時点で)の力検出部13の力から減じた値を伝達する場合は「1」を設定する。
力伝達箇所決定部29は、内部で保有している決定フラグに基づいて、力装置1Cの個別力算出部11で算出した個々の個別力及び力検出部13の中から、マスター制御装置22へ伝達すべき力を決定する。決定フラグは、力検出部13の力を伝達する場合は「0」を設定し、力計測装置1Cの個々の力のうち、最も最近に決定した基準点の力を現在(計測時点で)の力検出部13の力から減じた値を伝達する場合は「1」を設定する。
《力補正部34》
力補正部34は、力伝達箇所決定部29にて、決定フラグが切り替わった時点で急に力が変化しないように、切り替え前の力から切り替え後の力に滑らかに切り替わるようにスムージングをかける。
力補正部34は、力伝達箇所決定部29にて、決定フラグが切り替わった時点で急に力が変化しないように、切り替え前の力から切り替え後の力に滑らかに切り替わるようにスムージングをかける。
第3実施形態におけるマスタースレーブ装置100の操作手順を図21のフローチャートを用いて説明する。
図21において、術者6がマスター機構26を直接触り、ガイドワイヤー2を送り出すスレーブ機構33を操作している場合において、ガイドワイヤー2が血管3などに接触するときの手順を説明する。
ステップS201では、ガイドワイヤー2が血管3に接触するとき、力計測装置1Cの力検出部13で力情報を検出し、力検出部13から力伝達箇所決定部29に出力する。力伝達箇所決定部29では、内部で保有している決定フラグが「0」の場合は、力検出部13の力をスレーブ制御部28に伝達するよう決定する。力伝達箇所決定部29では、内部で保有している決定フラグが「1」の場合は、力計測装置1Cの個々の力のうち、最も最近に決定した基準点の力を、現在(計測時点で)の力検出部13の力から減じた値を力伝達箇所決定部29からスレーブ制御部28に伝達するよう決定する。決定フラグが「0」の場合は、力検出部13の力(全ての部位の接触力の合算値)が力伝達箇所決定部29からスレーブ制御部28に伝達されるため、従来の術者6がガイドワイヤー2を直接把持したときと同等の力が力伝達箇所決定部29からスレーブ制御部28に伝達される。決定フラグが「1」の場合は、最も最近に接触した力のみを力伝達箇所決定部29からスレーブ制御部28に伝達することから、この時点までの蛇行の状態又は接触の状態に関係なく、現在(計測時点で)影響のある部分のみの力を力伝達箇所決定部29からスレーブ制御部28に伝達することができる。例えば、図22に示すようにガイドワイヤー先端の力を支点にして、分岐部への向きを変更したい場合は、図22のA22の部分のみの力を感じながら操作をすることができるようになる。
ステップS203では、力伝達箇所決定部29にて、決定フラグが切り替わった時点で急に力が変化しないように、切り替え前から切り替え後の力を滑らかに切り替わるように力補正部34でスムージングをかける。
ステップ204では、スレーブ制御部28に出力された力情報はマスター制御部21に無線又は有線などの通信手段などを介して送られ、力伝達部20へと伝達する。力伝達部20に入力された力情報は術者6の手に伝達する。
《第3実施形態の効果》
術者6のマスターロボット18への指示に従って、脳又は心臓などの人体4の血管3の患部に向けて、挿入部材の一例であるガイドワイヤー2を体外からスレーブロボット19が挿入する場合に、従来の術者6がガイドワイヤー2を直接把持したときと同等の力、もしくは、最も最近に接触した力のみを伝達することを切り替えることが可能となり、前者では、従来の術者6がガイドワイヤー2を直接把持した時の力を感じることができ、後者の場合だと蛇行の状態又は接触の状態に関係なく、現在(計測時点で)影響のある部分のみの力を伝達することができるようになる。
術者6のマスターロボット18への指示に従って、脳又は心臓などの人体4の血管3の患部に向けて、挿入部材の一例であるガイドワイヤー2を体外からスレーブロボット19が挿入する場合に、従来の術者6がガイドワイヤー2を直接把持したときと同等の力、もしくは、最も最近に接触した力のみを伝達することを切り替えることが可能となり、前者では、従来の術者6がガイドワイヤー2を直接把持した時の力を感じることができ、後者の場合だと蛇行の状態又は接触の状態に関係なく、現在(計測時点で)影響のある部分のみの力を伝達することができるようになる。
(第4実施形態)
第4実施形態にかかる力計測装置1Dは、第3実施形態と同様に、図19に示すように、マスタースレーブ装置100Dを使ってガイドワイヤー2を血管3に挿入する場合を例に説明する。第1、2、3実施形態と共通部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ以下、詳細に説明する。力計測装置1Dは、力計測装置1Cと同様に、力計測装置1又は力計測装置1B又は後述する実施形態の力計測装置のいずれかで構成することができる。
第4実施形態にかかる力計測装置1Dは、第3実施形態と同様に、図19に示すように、マスタースレーブ装置100Dを使ってガイドワイヤー2を血管3に挿入する場合を例に説明する。第1、2、3実施形態と共通部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ以下、詳細に説明する。力計測装置1Dは、力計測装置1Cと同様に、力計測装置1又は力計測装置1B又は後述する実施形態の力計測装置のいずれかで構成することができる。
まずは、図19により、第4実施形態におけるマスタースレーブ装置100Dの概要について説明する。
術者6がマスターロボット18を操作して、ガイドワイヤー2を挿入している間は、力計測装置1Dにより、術者6がマスターロボット18を操作してガイドワイヤー2を挿入している際に、ガイドワイヤー2が血管3に接触したときの接触力又はガイドワイヤー2が血管3の蛇行部などに接触したときの摩擦力などを計測し、血管3に負荷がかかっている場合などにはモニタ8a又はスピーカー8bにより警告する事に加えて、スレーブロボット19Dによってスレーブの制御を停止させる。また、ガイドワイヤー2が血管3で詰まり、これ以上ガイドワイヤー2が血管3内を前進できない場合に、スレーブロボット19Dにて、後述する振動動作を加えることで、ガイドワイヤー2の血管3への詰まりを除去し前進させることができる。振動制御は、図25のA25に示すように、スレーブロボット19Dにより、ガイドワイヤー2を血管3に対して少し前進させた後、血管3に対して少し後退させ、この前進及び後退を繰り返すことで、ガイドワイヤー2を血管3に対して振動させる動作である。さらに、術者6は、第3実施形態と同様、モニタ8aに表示されたX線画像と、力計測装置1Dからの警告となどを確認しながら、カテーテル挿入の指示を行うことができる。また、力計測装置1Dの検出の開始及び終了の指示は、マスターロボット18を操作してスレーブロボット19Dの挿入作業が開始及び終了とそれぞれ連動して行われる。
次に、第4実施形態の力計測装置1Dと、マスターロボット18と、スレーブロボット19Dとの詳細を説明する。図23は、力計測装置1D及びマスターロボット18と、スレーブロボット19Dとの構成図である。第3実施形態との共通部分の説明は省略し、異なる部分のみ以下で説明する。
《スレーブ機構33》
スレーブ機構33は、挿入部材の一例であるガイドワイヤー2を血管3へ送り出す作業を行うロボットであり、マスター機構26で取得した位置情報に追従するように動作することに加えて、後述するスレーブ動作生成部35で生成した動作で動作する。なお、図25のスレーブロボット19Dのスレーブ機構33は、図19のスレーブ機構33と同様な構成であり、詳細な図示を省略している。
スレーブ機構33は、挿入部材の一例であるガイドワイヤー2を血管3へ送り出す作業を行うロボットであり、マスター機構26で取得した位置情報に追従するように動作することに加えて、後述するスレーブ動作生成部35で生成した動作で動作する。なお、図25のスレーブロボット19Dのスレーブ機構33は、図19のスレーブ機構33と同様な構成であり、詳細な図示を省略している。
《スレーブ制御装置27D》
スレーブ制御装置27Dは、マスター制御装置22からの位置情報にスレーブ機構33を追従させることと、力計測装置1Dで取得した力情報を基に力伝達箇所検出部29にてマスター制御装置22に伝達する力を決定し、決定した力を力補正部34で補正し、補正した力をマスター制御装置22に力情報として出力することと、スレーブ動作生成部35で生成した動作を基に制御することとの3つの役割を持つ。力計測装置1Dは、図19に示すように、人体4の体外でスレーブロボット19Dが配置されている付近に配置する。
スレーブ制御装置27Dは、マスター制御装置22からの位置情報にスレーブ機構33を追従させることと、力計測装置1Dで取得した力情報を基に力伝達箇所検出部29にてマスター制御装置22に伝達する力を決定し、決定した力を力補正部34で補正し、補正した力をマスター制御装置22に力情報として出力することと、スレーブ動作生成部35で生成した動作を基に制御することとの3つの役割を持つ。力計測装置1Dは、図19に示すように、人体4の体外でスレーブロボット19Dが配置されている付近に配置する。
《スレーブ動作生成部35》
スレーブ動作生成部35は、力計測装置1Dで取得した力情報又は負荷判定結果をもとに、スレーブ動作を停止したり、スレーブを振動させるための動作を生成する。振動制御は、図25のA25に示すように、スレーブロボット19Dにより、ガイドワイヤー2を血管3に対して少し挿入して戻す、少し挿入して戻すを小刻みに繰り返す動作である。具体的には、ある所定の第1時間(例えば、60msec)かけて、ガイドワイヤー2を血管3に対して一定の第1挿入長(例えば、3.6mm)前進させ、ある所定の第2時間(例えば、10msec)かけて、ガイドワイヤー2を血管3に対して一定の第2挿入長(例えば、0.3mm)後退させることを繰り返す。
スレーブ動作生成部35は、力計測装置1Dで取得した力情報又は負荷判定結果をもとに、スレーブ動作を停止したり、スレーブを振動させるための動作を生成する。振動制御は、図25のA25に示すように、スレーブロボット19Dにより、ガイドワイヤー2を血管3に対して少し挿入して戻す、少し挿入して戻すを小刻みに繰り返す動作である。具体的には、ある所定の第1時間(例えば、60msec)かけて、ガイドワイヤー2を血管3に対して一定の第1挿入長(例えば、3.6mm)前進させ、ある所定の第2時間(例えば、10msec)かけて、ガイドワイヤー2を血管3に対して一定の第2挿入長(例えば、0.3mm)後退させることを繰り返す。
力計測装置1Dの力判定部12負荷があると判定された場合には、スレーブ動作を停止するようスレーブ制御部28へ指令を出す。さらに、力計測装置1Dで取得した力の大きさによって、振動制御のパラメータを変更する。例えば、取得した力が大きい場合は、振動制御時の振動周期を大きくしたり(例えば、所定の第1時間を30msec)、振動幅を大きく(例えば、第1挿入長を6mm)する。取得した力が小さい場合は、振動制御時の振動周期(例えば、所定の第1時間を80msec)を小さくしたり、振動幅を小さく(例えば、第1挿入長を2mm)する。
第4実施形態におけるマスタースレーブ装置100Dの操作手順を図24のフローチャートを用いて説明する。
図24において、術者6がマスター機構26を直接触り、ガイドワイヤー2を送り出すスレーブ機構33を操作している場合において、ガイドワイヤー2が血管3などに接触するときのスレーブ機構33の制御手順を説明する。
ステップS301では、ガイドワイヤー2が血管3に接触するとき、力計測装置1Dの力検出部13で力情報を検出し、力検出部13からスレーブ動作生成35に出力する。
ステップS302のスレーブ動作生成部35では、力計測装置1Dの力判定部12で負荷が有ると判定された場合には、スレーブ動作を停止するよう力判定部12からスレーブ制御部28へ指令を出す(ステップS303)。その後、ステップ305に進む。
ステップS302で、力計測装置1Dの力判定部12で負荷が無いと判定された場合には、力計測装置1Dで取得した力の大きさによって、振動制御のパラメータをスレーブ動作生成部35で変更する。例えば、取得した力が大きい場合は、スレーブ動作生成部35において、振動制御時の振動周期を大きくしたり、振動幅を大きくする。取得した力が小さい場合は、スレーブ動作生成部35において、振動制御時の振動周期を小さくしたり、振動幅を小さくする(ステップS304)。その後、ステップ305に進む。
次いで、ステップ305では、スレーブ動作生成部35からの指令により、スレーブ機構33を制御する。
《第4実施形態の効果》
血管3に負荷がかかっている場合などにはモニタ8a又はスピーカー8bにより警告する事に加えて、スレーブロボット19Dによってスレーブの制御を停止させることができる。また、ガイドワイヤー2が血管3へ詰まり、これ以上ガイドワイヤー2が前進できない場合に、スレーブロボット19Dにて、振動動作を加えることで、ガイドワイヤー2の血管3への詰まりを除去し前進させることができる。
血管3に負荷がかかっている場合などにはモニタ8a又はスピーカー8bにより警告する事に加えて、スレーブロボット19Dによってスレーブの制御を停止させることができる。また、ガイドワイヤー2が血管3へ詰まり、これ以上ガイドワイヤー2が前進できない場合に、スレーブロボット19Dにて、振動動作を加えることで、ガイドワイヤー2の血管3への詰まりを除去し前進させることができる。
(第5実施形態)
第5実施形態における力計測装置1Eの概要について説明する。
第5実施形態における力計測装置1Eの概要について説明する。
図26は、脳又は心臓などの血管3の患部に向けて、術者6が、挿入部材の一例であるガイドワイヤー2を人体4の体外から挿入するカテーテル検査、又は治療の様子を示す。
術者6がガイドワイヤー2を血管3に挿入している間、撮像装置の一例としての第1X線撮像装置5a及び第2X線撮像装置5bは、血管3、あるいはガイドワイヤー2を体外から撮像し、X線撮像制御部41を介して、モニタ8aで、それぞれ撮像した画像を2画面で表示する。モニタ8aの一方の画面(図28のA28を参照)には、第1X線撮像装置5aで撮像したガイドワイヤー2の先端部位を表示し、もう一方の画面(図28のB28を参照)には、力計測装置1Eで計測した個々の力を計測し、血管3に負荷がかかっている場合には、その負荷がかかっている部位まで第2X線撮像装置5bを第2X線撮像装置移動部5nで移動するよう制御して、その部位を画像表示する。さらに、負荷がかかっている部位が人体4の全体でのどの部分がわかるような表示も追加して表示してもよい。第1X線撮像装置5a及び第2X線撮像装置5bは、それぞれ、第1実施形態のX線撮像装置5と同様に、X線発生部5gと、X線発生部5gに対応するX線検出部5hとを備える。また、スピーカー8bにより警告を通知する。X線撮像制御部41での制御の下に、第1X線撮像装置5aは第1X線撮像装置移動部5mにより所望の位置まで移動し、第2X線撮像装置5bは第2X線撮像装置移動部5nにより所望の別の位置まで移動する。
術者は、モニタ8aに2画面表示されたX線画像と、力計測装置1Eからの警告となどを確認しながら、カテーテル挿入を行う。
次に、図27は、第4実施形態の力計測装置1Eと、判定結果通知部8と、撮像装置制御部41と、通知情報決定部42と、撮像装置5と、制御情報データベース43との構成図である。力判定部12以外の力計測装置1Eは、第1実施形態の力計測装置1と同様なので説明を省略する。
《力判定部12》
力判定部12は、個別力算出部11により算出した力が所定の第2閾値(例えば、0.5N)以上の場合、血管3に負荷がかかっていると判断する。図29は力判定部12から出力する半径結果に関する情報の一例を示す。図29に示すように、判定結果は、個別力算出部11で算出した力と、判定に使った所定の閾値と、挿入長と、基準点と共に、通知情報決定部42に出力される。
力判定部12は、個別力算出部11により算出した力が所定の第2閾値(例えば、0.5N)以上の場合、血管3に負荷がかかっていると判断する。図29は力判定部12から出力する半径結果に関する情報の一例を示す。図29に示すように、判定結果は、個別力算出部11で算出した力と、判定に使った所定の閾値と、挿入長と、基準点と共に、通知情報決定部42に出力される。
《通知情報決定部42》
通知情報決定部42は、力判定部12で判定した判定結果の情報に基づいて、後述する判定結果通知部8で通知する通知情報を決定する。図30は、力判定部12で出力される判定結果に加えて、通知情報決定部42で決定した通知情報(図30のA30)の一例を示す。通知情報決定部42では、通知すべき情報の優先度の高い順に「1」、「2」、・・と決定し、力判定部12で検出した判定結果の情報と通知情報とを、通知情報決定部42から撮像装置制御部41及び判定結果通知部8へ出力する。通知情報は、一例として、力判定部12で負荷がある、すなわち、「NG」となった箇所のうち、閾値と個別力との差が大きいものから順に通知度を高くなるよう決定する。「NG」が0箇所の場合は、最も挿入長の大きい箇所から順に優先度を高くする。「NG」が1箇所の場合は、「NG」の箇所を最も優先度を高く決定し、残りについては、最も挿入長の大きい箇所から順に優先度を高く決定する。
通知情報決定部42は、力判定部12で判定した判定結果の情報に基づいて、後述する判定結果通知部8で通知する通知情報を決定する。図30は、力判定部12で出力される判定結果に加えて、通知情報決定部42で決定した通知情報(図30のA30)の一例を示す。通知情報決定部42では、通知すべき情報の優先度の高い順に「1」、「2」、・・と決定し、力判定部12で検出した判定結果の情報と通知情報とを、通知情報決定部42から撮像装置制御部41及び判定結果通知部8へ出力する。通知情報は、一例として、力判定部12で負荷がある、すなわち、「NG」となった箇所のうち、閾値と個別力との差が大きいものから順に通知度を高くなるよう決定する。「NG」が0箇所の場合は、最も挿入長の大きい箇所から順に優先度を高くする。「NG」が1箇所の場合は、「NG」の箇所を最も優先度を高く決定し、残りについては、最も挿入長の大きい箇所から順に優先度を高く決定する。
《判定結果通知部8》
判定結果通知部8としては、通知情報決定部42で決定した通知情報から優先度の高い順にモニタ8aに表示する。この例では、図28のモニタ8aに示すように2画面で表示するため、1つ目の画面にはガイドワイヤー2の先端を必ず表示し(図28のA28を参照。)、2つ目の画面のみに優先度のもっとも高い情報を表示する(図28のB28を参照。)。表示される情報は、個別力算出部11で算出された力P[N]と、力判定部12で血管3に負荷がかかっていると判定された場合には、「ALERT」などのように警告がわかるように表示する。なお、この例では、1つ目の画面はガイドワイヤー2の先端を必ず表示するようにしたが、優先度の「1」及び「2」の情報をそれぞれの画面に表示するようにしても良い。さらに、この例では2画面としたが、3画面以上表示するようにしても良い。また、挿入長の情報を力と同様に表示しても良い。ここでは、判定結果通知部8(例えば、モニタ8aに内蔵された画像処理部)により、2つ目の画面には、負荷がかかっている部位の画像に重ねて、「ALERT」などのように警告及び負荷の表示が行われている。
判定結果通知部8としては、通知情報決定部42で決定した通知情報から優先度の高い順にモニタ8aに表示する。この例では、図28のモニタ8aに示すように2画面で表示するため、1つ目の画面にはガイドワイヤー2の先端を必ず表示し(図28のA28を参照。)、2つ目の画面のみに優先度のもっとも高い情報を表示する(図28のB28を参照。)。表示される情報は、個別力算出部11で算出された力P[N]と、力判定部12で血管3に負荷がかかっていると判定された場合には、「ALERT」などのように警告がわかるように表示する。なお、この例では、1つ目の画面はガイドワイヤー2の先端を必ず表示するようにしたが、優先度の「1」及び「2」の情報をそれぞれの画面に表示するようにしても良い。さらに、この例では2画面としたが、3画面以上表示するようにしても良い。また、挿入長の情報を力と同様に表示しても良い。ここでは、判定結果通知部8(例えば、モニタ8aに内蔵された画像処理部)により、2つ目の画面には、負荷がかかっている部位の画像に重ねて、「ALERT」などのように警告及び負荷の表示が行われている。
また、力判定部12により血管3に負荷がかかっていると判定された場合、スピーカー8bにより警告音を鳴らして、術者に警告を行うようにしてもよい。
《制御情報データベース43》
制御情報データベース43は、図31に示すように、撮像装置制御部41内の第1X線撮像装置5a及び第2X線撮像装置5bとの位置の情報を、計測情報データベース9の情報と共に記録する。
制御情報データベース43は、図31に示すように、撮像装置制御部41内の第1X線撮像装置5a及び第2X線撮像装置5bとの位置の情報を、計測情報データベース9の情報と共に記録する。
《撮像装置制御部41》
撮像装置制御部41は、通知情報決定部42で決定した通知情報に基づいて、第1X線撮像装置5a及び第2X線撮像装置5bとの位置をそれぞれ制御したり、第1X線撮像装置5a及び第2X線撮像装置5bとの現在(計測時点で)の撮像装置のそれぞれの位置を取得する。
撮像装置制御部41は、通知情報決定部42で決定した通知情報に基づいて、第1X線撮像装置5a及び第2X線撮像装置5bとの位置をそれぞれ制御したり、第1X線撮像装置5a及び第2X線撮像装置5bとの現在(計測時点で)の撮像装置のそれぞれの位置を取得する。
具体的には、術者6がガイドワイヤー2の挿入作業に応じて、第1X線撮像装置5aを術者6又は放射線技師が手動で又は第1X線撮像装置移動部5mでガイドワイヤー2の先端を撮像できるよう移動させる。挿入作業中は第1実施形態と同様に力計測装置1Eで個々の力を計測する。撮像装置制御部41は、移動させた第1X線撮像装置5aの位置を計測情報データベース9の情報と共に制御情報データベース43に記録する。さらに通知情報決定部42で決定した通知情報を表示するために、第1X線撮像装置5aの制御を行う。第1X線撮像装置5aは、ガイドワイヤー2の先端を撮影するよう術者6が移動するため、ここでは、撮像装置制御部41により移動制御しない。第2X線撮像装置5bは、最も高い優先度の情報を撮像するために、撮像装置制御部41により移動制御を行う。
例えば、図30において、最も優先度の高い挿入長「p1」の情報を第2X線撮像装置5bで撮像して表示する場合を例に説明する。まず、挿入長「p1」での第2X線撮像装置5bの位置を制御情報データベース43に基づいて撮像装置制御部41で算出する。具体的には、制御情報データベース43のうち、挿入長「p1」での第2X線撮像装置5bの位置を撮像装置制御部41で算出する。図31の例では、挿入長「p1」での第2X線撮像装置5bの位置は「px6」となる。次に、第2X線撮像装置5bの位置が「px6」となるように撮像装置制御部41で移動制御を行う。
第5実施形態における手順を図32のフローチャートを用いて説明する。
ステップS401において、個別力算出部11により、ガイドワイヤー2が血管3などに接触するときの個々の負荷を算出する。その後、力計測動作処理はステップS403に進む。
一方、ステップS401と同時に、撮像装置制御部41は、術者6が第2X線撮像装置5bを移動させたときの位置を取得して、制御情報データベース43に記録する(ステップS402)。その後、力計測動作処理はステップS405に進む。
ステップS403では、力判定部12が、個別力算出部11で算出した個別力に基づいて、負荷がかっているかどうかを判定する。
ステップS404では、力判定部12からの判定結果に基づいて、通知情報決定部42により、通知すべき情報を決定する。
ステップS405では、撮像装置制御部41は、通知情報決定部42で決定した通知情報に基づいて、負荷がかかっている部位まで第2X線撮像装置5bを移動制御して、当該部位に対して、第2X線撮像装置5bで撮像を行う。判定結果通知部8のモニタ8aは、撮像装置制御部41により、第2X線撮像装置5bで撮影した情報に加えて、通知情報決定部42で決定した通知情報を表示する。
《第5実施形態の効果》
ガイドワイヤー2の先端のX線画像表示に加えて、負荷がかかっている箇所のX線画像を同時に表示することが可能なる。
ガイドワイヤー2の先端のX線画像表示に加えて、負荷がかかっている箇所のX線画像を同時に表示することが可能なる。
《各実施形態の変形例》
なお、第1実施形態にて、基準点算出部10又は力判定部12で所定の閾値(第1閾値又は第2閾値)を設けたが、図9に示すように、挿入長に応じて、閾値を変更しても良い。例えば、足の付け根の血管3からガイドワイヤー2を挿入する場合、ガイドワイヤー2を挿入するに従って血管3が細くなっていくため、ガイドワイヤー2を挿入したばかりのときは閾値の値を大きくし、ガイドワイヤー2の挿入が進んでくると、血管3が細くなるため、閾値を小さくすることなどが可能となる。さらに、閾値は、治療方法又は患者(人体4)によって個別に修正しても良い。
なお、第1実施形態にて、基準点算出部10又は力判定部12で所定の閾値(第1閾値又は第2閾値)を設けたが、図9に示すように、挿入長に応じて、閾値を変更しても良い。例えば、足の付け根の血管3からガイドワイヤー2を挿入する場合、ガイドワイヤー2を挿入するに従って血管3が細くなっていくため、ガイドワイヤー2を挿入したばかりのときは閾値の値を大きくし、ガイドワイヤー2の挿入が進んでくると、血管3が細くなるため、閾値を小さくすることなどが可能となる。さらに、閾値は、治療方法又は患者(人体4)によって個別に修正しても良い。
また、第1実施形態にて、基準点算出部10は、所定の挿入長毎に力の変位が所定の閾値以上である時点を基準点として算出し、個別力算出部11で各基準点に力を直前の基準点における力の情報を減じた値をこれまで設定した基準点の数で除した値を均等に各々の基準点での個別力に加算して算出している。これとは異なる方法として、所定の時間毎に基準点を設定し、これまで設定した基準点の数で除した値を均等に各々の基準点での個別力に加算する際に、各基準点で力が所定の閾値以上の基準点のみ力を加算する方法でも良い。
また、個別力算出部11は、力検出部13で検出した力の情報から直前の基準点における力の情報を減じた値をこれまで設定した基準点の数で除した値を均等に各々の基準点での個別力に加算して算出したが、均等に加えるのではなく、ガイドワイヤー2の先端の移動量に応じて、加算する値を個別に変更しても良い。例えば、ガイドワイヤー2の先端が挿入量と同様の量だけ移動している場合には、それまでの基準点の個別力は変化しないとし、力検出部13で検出した力の情報から直前の基準点における力の情報を減じた値を新しく追加した基準点での個別力とする。
また、基準点算出部10,10Bにより自動的に基準点を算出したが、例えば血管3の蛇行部を通過した時点又は分岐部を通過した時点を基準点としたり、術者6が基準点を設定しても良い。
さらに、前記各実施形態では、挿入方向のみを説明したが、挿入方向まわりの回転方向についても同様の方法で計測することができる。
また、前記各実施形態では、カテーテル挿入を例に説明したが、挿入部材を管に挿入する際に、挿入部材が管に接触するときの力を個別に算出するものであり、例えば、人体への内視鏡検査又は工業内視鏡などにおいても同様の効果を発揮する。
なお、本発明を第1〜第5実施形態及び変形例に基づいて説明してきたが、本発明は、前記の第1〜第5実施形態及び変形例に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
前記各力計測装置、制御装置、又は、制御部の一部又は全部は、具体的には、マイクロプロセッサ、ROM、RAM、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムである。前記RAM又はハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各部は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
例えば、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをCPU等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。なお、前記実施形態又は変形例における力計測装置を構成する要素の一部又は全部を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、生体管に、カテーテル又は内視鏡である挿入部材を挿入する際に、前記挿入部材が前記生体管に接触する際の力を計測する力計測プログラムであって、
コンピュータを、
前記生体管に前記挿入部材を挿入している最中に、前記挿入部材が前記生体管に挿入している最中に発生する力を前記生体管の外部から計測する力検出部で検出した力の情報から、前記挿入部材が前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を個別に計測する時点又は挿入長を決定する決定部と、
前記決定部で決定された前記時点又は挿入長に関する情報と前記力検出部で検出した前記力の情報とから、前記挿入部材が前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を前記時点又は挿入長毎に個別力として個別に算出する個別力算出部と
として機能させるための力計測プログラムである。
コンピュータを、
前記生体管に前記挿入部材を挿入している最中に、前記挿入部材が前記生体管に挿入している最中に発生する力を前記生体管の外部から計測する力検出部で検出した力の情報から、前記挿入部材が前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を個別に計測する時点又は挿入長を決定する決定部と、
前記決定部で決定された前記時点又は挿入長に関する情報と前記力検出部で検出した前記力の情報とから、前記挿入部材が前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を前記時点又は挿入長毎に個別力として個別に算出する個別力算出部と
として機能させるための力計測プログラムである。
また、このプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体(例えば、CD−ROMなどの光ディスク、磁気ディスク、又は、半導体メモリなど)に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。
また、このプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明の前記態様は、挿入部材を生体管に挿入する際に発生する力を計測する力計測装置及び計測方法、マスタースレーブ装置、力計測プログラム、並びに、集積電子回路として有用である。
本発明は、添付図面を参照しながら実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
本発明は、添付図面を参照しながら実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
Claims (6)
- 生体管に、カテーテル又は内視鏡である挿入部材を挿入する際に、前記挿入部材が前記生体管に接触する際の力を計測する力計測装置であって、
前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する力を前記生体管の外部から計測する力検出部と、
前記生体管に前記挿入部材を挿入している最中に、前記力検出部で検出した力の情報から、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を個別に計測する時点又はその時点での挿入長を個別力算出用パラメータとして決定する個別力算出用パラメータ決定部と、
前記個別力算出用パラメータ決定部で決定された前記個別力算出用パラメータとしての前記時点又はその時点での前記挿入長に関する情報と前記力検出部で検出した前記力の情報とから、前記挿入部材を前記生体管に挿入している最中に発生する前記力を時点毎又は挿入長毎に個別力として個別に算出する個別力算出部とを備え、
前記個別力算出用パラメータ決定部は、前記生体管に前記挿入部材を挿入する際に、所定の挿入長毎に前記力の変位が所定の閾値以上である時点又は挿入長を前記個別力算出用パラメータとして決定し、
前記個別力算出部は、計測時点又はその時点での挿入長で前記力検出部で検出した前記力の情報から直前の前記時点又はその時点での挿入長における前記力の情報を減じた値を、前記計測時点又は前記挿入長までに決定した前記時点又は前記挿入長の数で除した値を各々の時点又は挿入長での個別力に加算する力計測装置。 - 前記生体管に前記挿入部材を挿入したのち、一旦、部分的に引き戻したのち、再び、前記生体管に前記挿入部材を再挿入する際に、引き戻し開始時点又はその時点での挿入長から再挿入時点又はその時点での挿入長までに既に前記個別力算出用パラメータ決定部で決定した前記時点又は前記挿入長を削除するように修正する修正部をさらに備え、
前記個別力算出部は、前記修正部で修正した時点又は挿入長に基づいて個別力を算出する請求項1に記載の力計測装置。 - 前記個別力算出部で算出した個々の力の情報のうち所定の閾値以上の力の情報がある場合には、前記生体管もしくは前記挿入部材に負荷が発生していると判定する力判定部をさらに備える請求項1又は2に記載の力計測装置。
- 前記生体管に前記挿入部材が挿入されている部位の画像を撮像する撮像装置と、
前記個別力算出部で算出した個々の力もしくは前記力判定部で判定した判定結果を前記生体管もしくは前記挿入部材を撮像した画像に付加して表示する判定結果通知部とをさらに備える請求項1〜3のいずれか1つに記載の力計測装置。 - 前記個別力算出部で算出した個々の力もしくは前記力判定部で判定した判定結果を音声又は画像で術者に知らせる出力部を備える請求項1〜4のいずれか1つに記載の力計測装置。
- 前記力判定部で判定した判定結果に基づいて、通知すべき情報を決定する通知情報決定部と、
前記通知情報決定部で決定した通知情報に基づいて、前記生体管に前記挿入部材が挿入されている部位の画像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置を制御する撮像装置制御部と、
前記通知情報決定部で決定した通知情報を、前記撮像装置制御部の制御の下に前記撮像装置で撮像した画像に付加して表示する判定結果通知部とを備える請求項1〜3のいずれか1つに記載の力計測装置。
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