JP6172630B2 - 力呈示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、術者が挿入部材を生体管に挿入する際の力を測定して体験者に呈示する力呈示装置に関する。
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管にガイドワイヤー又はカテーテルなどの線状体を挿入して、血管狭窄部の治療などを行う術式が行われている。術者は管又は線状体の状態を撮影した画像により確認するのと同時に、線状体が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。しかしながら、術者が直接手に感じている力覚情報を他の術者が直接感じることができなかった。特許文献1は、血管モデルを利用したカテーテル挿入の練習を行うカテーテル操作シミュレータを開示する。この方式は、カテーテル挿入時の挿入量又は回転量、触圧などの客観的な情報を得ることができるため、熟練者のデータと比較しながら非熟練者の訓練を行うことができる。
特開2000−10467号公報
しかしながら、特許文献1は触圧をグラフなどで視覚的に表示することが可能であるが、熟練者が直接手に感じている力を非熟練者の手で感じることができない。
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、体外から測定した力情報に基づき、挿入部材から生体管にかかる力を個別に推定して、体験者に提示するための、力呈示装置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1つの態様によれば、術者が生体管に挿入部材を挿入するときの、前記挿入部材が前記生体管の各箇所に個別に加える力を、前記生体管の外部から時系列に検出する力測定部と、
前記力測定部により測定した力に基づいて、体験者に伝達する力を決定する決定部と、
前記決定部により決定した力を、前記体験者に伝達する呈示部と、
前記力測定部での時系列の検出結果の情報に基づき、前記呈示部が前記体験者に伝達する力の強弱及び前記力の強弱の切り替えのタイミングを制御する力伝達制御部とを備え、
前記力測定部は、
前記挿入部材が前記生体管全体に加える力を前記生体管の外部から検出する力検出部と、
前記力検出部で検出した力に基づいて、前記挿入部材が前記生体管に加える力を個別に測定する時点を算出する時点算出部と、
前記挿入部材が前記生体管に加える力を個別に算出するための個別力算出部とを備え、
前記時点算出部は、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変位判定用閾値以上である時点を設定し、
前記個別力算出部は、測定時点での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における前記力の情報を減じた値を、前記測定時点までに設定した時点の数で除した値を各々の時点での個別力に加算する力呈示装置を提供する。
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。
本発明の前記態様の力呈示装置によれば、生体管に挿入部材を挿入する際にかかる力を合算値に加えて、個々の接触部毎に測定できるようになる。さらに、操作している術者以外の体験者に、力測定装置で検出した力覚を呈示することで、操作している術者以外の体験者の手に直接力を感じることが可能となる。
本発明の第1実施形態における力呈示システムの構成の概要を示す図 本発明の第1実施形態における力呈示システムの詳細構成を示すブロック図 本発明の第1実施形態における力呈示装置の詳細構成を示すブロック図 本発明の第1実施形態における力測定装置の構成の概要を示す図 本発明の第1実施形態における力測定装置の構成の概要を示す図 本発明の第1実施形態における力測定装置の構成の概要を示す図 本発明の第1実施形態における力測定装置のたわみ量と力の対応表を示す図 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 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 本発明の第1実施形態における挿入長検出部の一例を説明する図 本発明の第1実施形態における測定情報データベースに関する図 本発明の第1実施形態における通知部の一例を説明する図 本発明の第1実施形態における決定部における決定方法を説明する図 本発明の第1実施形態におけるカテーテル挿入時の力を示すグラフ 本発明の第1実施形態におけるカテーテル挿入時の力を示すグラフ 本発明の第1実施形態における力呈示装置の一例を説明する図 本発明の第1実施形態における力呈示装置の一例を説明する図 本発明の第1実施形態における力呈示システムのフローチャート 本発明の第1実施形態における力測定装置のフローチャート 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と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 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 本発明の第2実施形態における力呈示システムの詳細構成を示すブロック図 本発明の第2実施形態における測定情報データベースに関する図 本発明の第2実施形態における決定部における決定方法を説明する図 本発明の第2実施形態における力呈示システムのフローチャート 本発明の第3実施形態における力呈示システムの構成の概要を示す図 本発明の第3実施形態における通知部の一例を説明する図 本発明の第3実施形態における力呈示システムの詳細構成を示すブロック図 本発明の第3実施形態における制御情報データベースに関する図 本発明の第3実施形態における力呈示システムのフローチャート 本発明の第4実施形態における力呈示システムの構成の概要を示す図 本発明の第4実施形態における力呈示システムの詳細構成を示すブロック図 本発明の第4実施形態における症例データベースに関する図 本発明の第4実施形態における力呈示システムの詳細構成を示すブロック図 本発明の第4実施形態における力呈示システムのフローチャート 本発明の第4実施形態における力呈示システムのフローチャート 本発明の第4実施形態における症例データベースに関する図 本発明の第1実施形態における力測定装置の閾値のデータに関する図
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、術者が生体管に挿入部材を挿入するときの、前記挿入部材が前記生体管の各箇所に個別に加える力を、前記生体管の外部から時系列に検出する力測定部と、
前記力測定部により測定した力に基づいて、体験者に伝達する力を決定する決定部と、
前記決定部により決定した力を、前記体験者に伝達する呈示部と、
前記力測定部での時系列の検出結果の情報に基づき、前記呈示部が前記体験者に伝達する力の強弱及び前記力の強弱の切り替えのタイミングを制御する力伝達制御部とを備える力呈示装置を提供する。
本構成によって、実際に挿入部材を生体管に挿入している術者とは異なる体験者に挿入部材が生体管にかかる力を呈示することができる。
本発明の第2態様によれば、前記力測定部は、
前記挿入部材が前記生体管全体に加える力を前記生体管の外部から検出する力検出部と、
前記力検出部で検出した力に基づいて、前記挿入部材が前記生体管に加える力を個別に測定する時点を算出する時点算出部と、
前記挿入部材が前記生体管に加える力を個別に算出するための個別力算出部とを備え、
前記時点算出部は、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変位判定用閾値以上である時点を設定し、
前記個別力算出部は、測定時点での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における前記力の情報を減じた値を、前記測定時点までに設定した時点の数で除した値を各々の時点での個別力に加算する第1の態様に記載の力呈示装置を提供する。
本構成によって、前記生体管の外部から測定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、前記決定部は、
(i)前記生体管に個別に加わる力が所定の個別力判定用閾値未満の場合は、前記挿入部材が前記生体管全体に加わる力を呈示するよう決定し、
(ii)前記生体管に個別に加わる力が前記所定の個別力判定用閾値以上の場合は、前記生体管に個別にかかる力が前記所定の個別力判定用閾値以上の中で前記個別力判定用閾値との差が最も大きい前記生体管に個別に加わる力を呈示するよう決定する第1又は2の態様に記載の力呈示装置を提供する。
本構成によって、実際に生体管に挿入部材を挿入している術者とは異なる体験者に挿入部材が生体管にかかる力の中から適切な値を呈示することができる。
本発明の第4態様によれば、前記決定部は、
(i)前記術者の操作時の挿入速度が所定の挿入速度用閾値未満の場合は、前記挿入部材が前記生体管全体に加わる力を呈示するよう決定し、
(ii)前記挿入速度が前記所定の挿入速度用閾値以上の場合は、前記生体管に個別に加わる力が前記所定の挿入速度用閾値以上の中で前記所定の挿入速度用閾値との差が最も大きい前記生体管に個別に加わる力を呈示するよう決定する第1又は2の態様に記載の力呈示装置を提供する。
本構成によって、実際に生体管に挿入部材を挿入している術者とは異なる体験者に挿入部材が生体管にかかる力の中から適切な値を呈示することができる。
本発明の第5態様によれば、前記決定部は、
(i)前記生体管に個別に加わる力が所定の感度調整用閾値未満の場合は、前記挿入部材が前記生体管全体に加わる力の感度を、前記力測定部で測定中の測定値の感度よりも下げるように呈示するよう決定し、
(ii)前記生体管に個別に加わる力が前記所定の感度調整用閾値以上の場合は、前記挿入部材が前記生体管全体に加わる力の感度を、前記力測定部で測定中の測定値の感度よりも上げるように呈示するよう決定する第1又は2の態様に記載の力呈示装置を提供する。
本構成によって、実際に生体管に挿入部材を挿入している術者とは異なる体験者に挿入部材が生体管にかかる力の中から適切な値を呈示することができる。
本発明の第6態様によれば、前記決定部は、
(i)前記術者の操作時の挿入速度が所定の挿入速度用閾値未満の場合は、前記挿入部材が前記生体管に加わる力の感度を、前記力測定部で測定中の測定値の感度よりもを下げるように呈示するよう決定し、
(ii)前記挿入速度が前記所定の挿入速度用閾値以上の場合は、前記挿入部材が前記生体管に加わる力の感度を、前記力測定部で測定中の測定値の感度よりも上げるように呈示するよう決定する第1の態様に記載の力呈示装置を提供する。
本構成によって、実際に生体管に挿入部材を挿入している術者とは異なる体験者に挿入部材が生体管にかかる力の中から適切な値を呈示することができる。
本発明の第7態様によれば、前記個別力算出部で算出した個々の力情報が所定の負荷判定用閾値以上の場合は、前記生体管もしくは前記挿入部材に負荷をかけていると判定する力判定部を備える第1の態様に記載の力呈示装置を提供する。
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8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の情報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通知部とをさらに備える第1〜7のいずれか1つの態様に記載の力呈示装置を提供する。
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ことを画像と共に表示することができる。
本発明の第9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の情報を音声又は画像で前記術者に知らせる出力部を備える第1の態様に記載の力呈示装置を提供する。
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ことを音声又は画像で術者に知らせることができる。
本発明の第10態様によれば、前記決定部は、前記力判定部で判定した判定結果の情報に基づいて、呈示すべき情報を決定するとともに、
前記決定部で決定した呈示情報に基づいて、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、
前記決定部で決定した呈示情報を、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通知部とをさらに備える第1〜8のいずれか1つの態様に記載の力呈示装置を提供する。
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11態様によれば、術者が生体管に挿入部材を挿入するときの、前記挿入部材が前記生体管の各箇所に個別に加える力を、前記生体管の外部から時系列に検出する力測定部と、
前記力測定部により測定した力に基づいて、体験者に伝達する力を決定する決定部と、
前記決定部により決定した力を、前記体験者に伝達する呈示部と、
前記力測定部での時系列の検出結果の情報に基づき、前記呈示部が前記体験者に伝達する力の強弱及び前記力の強弱の切り替えのタイミングを制御する力伝達制御部と、
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、
前記術者の操作時に前記力測定部で測定した前記挿入部材が前記生体管全体に加わる力又は前記生体管に個別に加わる力と、前記生体管もしくは前記挿入部材を前記撮像装置で撮像した画像とを対にして記憶する症例データ記憶部とを備え、
前記決定部は、前記症例データ記憶部で記憶した力に基づいて、前記体験者に伝達する力を決定する、力呈示装置を提供する。
本構成によって、術者が挿入した際の生体管にかかる力を記憶することで、術者がいないときでも体験者は力を感じることができる。
本発明の第12態様によれば、術者が生体管に挿入部材を挿入するときの、前記挿入部材が前記生体管の各箇所に個別に加える力を、前記生体管の外部から時系列に力測定部で検出し、
前記力測定部により測定した力に基づいて、体験者に伝達する力を決定部で決定し、
前記決定部により決定した力を、前記体験者に呈示部で伝達するとともに、
前記力測定部での時系列の検出結果の情報に基づき、前記呈示部が前記体験者に伝達する力の強弱及び前記力の強弱の切り替えのタイミングを力伝達制御部で制御する、力呈示方法を提供する。
本構成によって、実際に挿入部材を生体管に挿入している術者とは異なる体験者に挿入部材が生体管にかかる力を呈示することができる。
本発明の第13態様によれば、コンピュータに、
術者が生体管に挿入部材を挿入するときの、前記挿入部材が前記生体管の各箇所に個別に加える力を、前記生体管の外部から時系列に検出する力測定部により測定した力に基づいて、体験者に伝達する力を決定する決定部と、
前記決定部により決定した力を、前記体験者に伝達する呈示部と、
前記力測定部での時系列の検出結果の情報に基づき、前記呈示部が前記体験者に伝達する力の強弱及び前記力の強弱の切り替えのタイミングを制御する力伝達制御部と、
として機能させるための力呈示プログラムを提供する。
本構成によって、実際に挿入部材を生体管に挿入している術者とは異なる体験者に挿入部材が生体管にかかる力を呈示することができる。
以下、図面を参照して本発明における第1実施形態を詳細に説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態における力呈示システム(力呈示装置の一例)100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6aが、柔軟物挿入部材の一例としての線状体であるガイドワイヤー2a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2a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6aはトルクデバイスを把持してガイドワイヤー2aの挿入操作を行なう。
《撮像装置5》
術者6aがガイドワイヤー2aを挿入している間、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2aを体外から撮像し、モニタ8aに、X線撮像装置5で撮像した画像を表示する。撮像装置5で撮像した結果の情報は、通知部8(モニタ8a)に表示するとともに、撮像装置5から、データベース入出力部14を介して、タイマー36を利用して、所定時間毎(例えば、4msec毎)に測定情報データベース9に記憶される。
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。撮像装置制御部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。
力測定部の一例としての力測定装置1は、トルクデバイス39の先端に配置され、術者6aがガイドワイヤー2aを挿入している際に、ガイドワイヤー2a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2a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かつ時系列に測定し、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6aは、モニタ8aに表示されたX線画像又はスピーカー8bからの警告音、力測定装置1からの警告などを確認しながら、ガイドワイヤー2aの挿入を行う。
呈示部18は、力測定装置1により測定した力を、体験者6bに伝達する。体験者6bは、術者6aが実際に手に感じている力を呈示部18により体験用(呈示用)ガイドワイヤー(以下、「呈示ワイヤー」と称する。)2bを介して直接感じることができる。
なお、体験者6bは、呈示部18により力を感じることはできるが、呈示部18を使用してのガイドワイヤー2aの血管3への挿入はできない。
また、入力IF(インターフェース)7は、力測定装置1の検出の開始、及び、終了、並びに、呈示部18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により力測定の開始指令を受けて、力測定制御部200により、力測定装置1での力の測定動作処理を開始する一方、入力IF7により力測定の終了指令を受けて、力測定制御部200により、力測定装置1での力の測定動作処理を終了する。なお、力測定制御部200は、力測定の開始及び終了指令に基づき、撮像装置制御部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は力呈示システム100の構成を示す。
第1実施形態の力呈示システム100は、力測定装置1と、決定部27と、呈示部18とを備える。
呈示部18は、図3に示すように、力伝達制御部21と、周辺装置23と、力伝達機構26とを備える。周辺装置23は、入出力IF24とモータドライバ25とを備える。詳しくは後述する。
−力測定装置1−
力測定装置1は、力検出部13と、測定情報データベース9と、タイマー36と、データベース入出力部14と、基準点算出部10と、個別力算出部11と、力判定部12と、通知部8とを備える。
《力検出部13》
力検出部13は、ガイドワイヤー2a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に作用する力を検出する。一例として、力検出部13は、ガイドワイヤー2の挿入方向の力とその回転方向の力とを測定する6軸力センサで構成され、図4Aに示すように、トルクデバイス39の先端に配置される。
術者6aはトルクデバイス39を把持してガイドワイヤー2aを操作し、ガイドワイヤー2a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での力を合算値として時系列に測定する。
例えば、図4Aのように各蛇行部3aあるいは分岐部3bのそれぞれにおいて、P1、P2、P3、P4の力が発生した場合、力検出部13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Pt(この例では、P1+P2+P3+P4=Pt)を測定する。
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で時系列に検出され、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から測定情報データベース9に記憶する。この力Ptは、ガイドワイヤー2aが血管全体に加える力である。
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軸との2軸を測定可能な力センサとしたり、又は、ガイドワイヤー2の挿入方向のみ検出可能な1軸の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の固定部37と第2の固定部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6a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で測定し、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、所定の時間(例えば、4msec毎)の経過後にデータベース入出力部14及び呈示部18を実行させるための指令信号を出す。
《データベース入出力部14》
データベース入出力部14は、測定情報データベース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、時点算出部の一例として機能するものである。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とを有する。
挿入長検出部15は、術者6aがガイドワイヤー2aを血管3に送り出した挿入長を検出する。一例として、図4Aに示すように、挿入長検出部15は、体外で術者6aが操作するトルクデバイス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。トルクデバイスの位置を距離センサ15aで測定して、測定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。
距離センサは、一例として、図5に示す3軸の磁気式位置測定センサで構成されている。磁気式位置測定センサでは、トルクデバイス39の上部(図5のPP1の位置)に磁力測定部29を装着し、磁界発生源28により磁界を発生させて、トルクデバイス39の位置P1を検出する。
なお、第1実施形態では挿入長検出部15を磁気式としたが、トルクデバイス39にマーカを配置し、カメラを用いてトルクデバイス39の位置を検出する方式、又は、赤外線センサで検知する方式でも良い。
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2a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。
挿入長検出部15は、ガイドワイヤー2aが体内に挿入された長さを、タイマー36を利用して所定の時間毎(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、測定情報データベース9に記憶する。
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測定するための基準となる点(個別力測定用の時点)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により測定情報データベース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2a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。
《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個別力P1、P2、P3、P4を算出し、データベース入出力部14に出力し、測定情報データベース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。
《測定情報データベース9》
測定情報データベース9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により各基準点における個別の力に関する情報とを算出し、基準点と対にして、データベース入出力部14により、測定情報データベース9に格納する。測定情報はデータベース入出力部14により、測定情報データベース9に対して入出力される。
図6は、測定情報データベース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2a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)(又は、感度調整用閾値)(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。個別力算出部11により算出した力が所定の第2閾値未満であると判定される場合は、負荷がかかっていないと判定する。判定結果の情報は、個別力算出部11により算出した力と共に、通知部8及び決定部27に出力される。
《通知部8》
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の情報を術者6a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、通知部8の一例としての図7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、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6aに警告を行う。
−決定部27−
決定部27は、力検出部13により検出した力と、個別力算出部11により算出した基準点毎にかかる各個別力と、力判定部12により判定した結果の情報とに基づいて、呈示部18に呈示する力に関する情報(呈示情報)を決定する。
決定部27による決定方法は、一例として、図8に示すような2種類のいずれかの決定方法とする。
図8のID「1」に示す「負荷がかかっている場合は個別力を呈示」する方法について説明する。
力判定部12により血管3に負荷がかかっていないと判定された場合に、決定部27は、力検出部13により検出した力を、呈示部18に呈示するよう通知する。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は、決定部27は、力判定部12により血管3に負荷がかかっていると判定した各力のうち、所定の第2閾値との差が最も大きい力を、呈示部18に呈示するよう通知する。
次に、図8のID「2」に示す「負荷がかかっている場合は感度を上げて呈示」する方法について説明する。
力判定部12により血管3に負荷がかかっていないと判定された場合には、決定部27は、力検出部13により検出した力を呈示部18に呈示するよう通知する。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は、決定部27は、力判定部12により判定した各力のうち、所定の第2閾値との差が最も大きい力が体験者6bへ力が伝わりやすくなるように、後述する方法で感度が強くなるよう変更して呈示部18で呈示するよう通知する。
感度の変更方法の一例について説明する。
図9Aは、個別力算出部11で算出した力と時間との関係を示すグラフである。図9Bは、呈示部18に伝達する力と時間との関係を示すグラフであって、感度を強くするように補正した力を実線及び黒丸で示し、補正前の力を破線及び白丸で示す。
個別力算出部11で取得された力情報(例えば、図9Aおよび図9Bの力情報(fa1)の時点から次の基準点(図9Aおよび図9Bの力情報(fa2)までの時点)の間を「力補正区間」として算出する。この区間の力情報の値を一定倍(例えば1.2倍など)することで感度の変更を行う。補正後の力情報は、図9Bの力情報(fb1、fb2)となる。これは、感度を大きくする例である。
逆に、感度を小さくする場合には、図9Bを図9Aとするようにすればよい。具体的には、力補正区間の力情報の値を一定倍(例えば(1/1.2)倍など)することで感度の変更を行う。補正前の力情報は図9Bの力情報(fb1、fb2)であるのに対して、補正後の力情報は図9Aの力情報(fa1、fa2)となる。
なお、図8に示す決定方法は、フラグ欄に「1」が記載されている方法を採用することとし、決定方法を変更する場合は、入力IF7を使って、採用したい決定方法のフラグ欄に「1」を入力し、採用しない決定方法のフラグ欄に「0」を入力することで、決定方法を変更することができる。
また、血管3に作用する負荷に応じて呈示する力を決定したが、力もしくは個別力算出部11で算出した基準点毎にかかる各個別力のうち、どの力を呈示するかの呈示情報を、術者6aもしくは体験者6bが、入力IF7の一例であるボタンにより、力か個別力のどちらを提示するかを指定したり、通知部に表示された部位をタッチすることで、タッチした部位の個別力を呈示するなどの指定方法で指定しても良い。
また、血管3に負荷がかかっていると力判定部12で判定される場合は、力判定部12で判定した各力のうち、所定の第2閾値との差が最も大きい力を呈示するとしたが、血管3に負荷がかかっていると力判定部12で判定される場合は、最も最後に算出した基準点、すなわちガイドワイヤー2a先端もしくは先端付近の個別力を呈示するようにしても良い。
−呈示部18−
呈示部18は、先に述べたように図3に示す構成であって、力測定装置1で検出した力を、決定部27で決定された通知方法に基づいて、体験者6bに力を呈示する装置である。
《力伝達制御部21》
力伝達制御部21は、決定部27により決定された力情報を提示部18を介して体験者6bの手に伝達するよう制御する。このとき、力呈示部18が呈示する力の強弱及びタイミングを力伝達制御部21で制御することができる。力を発生させる方向については、後述する力呈示部18の力伝達機構26の挿入方向と挿入方向軸回りの回転との2軸である。力伝達制御部21により制御して力を呈示するための位置情報もしくは力情報は、力伝達制御部21から、タイマー36を利用して所定時間毎(例えば、1msec毎)に入出力IF24へ出力する。
《周辺装置23》
周辺装置23は、力伝達機構26と力伝達制御部21との間の情報を伝達する。入出力IF24は、力伝達制御部21からの位置情報もしくは力情報を、タイマー36を利用して、所定時間毎(例えば、1msec毎)に、モータドライバ25に出力する。モータドライバ25は、入出力IF24からの位置情報もしくは力情報に追従するように力伝達機構26の下記するモータをそれぞれ駆動する。
《力伝達機構26》
力伝達機構26は、力伝達制御部21から出力された力情報を体験者6bに呈示するための機構であり、力伝達制御部21で出力した位置情報もしくは力情報に追従するように動作する。具体例として、図10Aに示すように、呈示ワイヤー挿入方向の回転と呈示ワイヤー挿入方向とは垂直方向の回転との2軸で構成される。より具体的には、上側ローラ(第1ローラ)33aと下側ローラ(第2ローラ)33bとで呈示ワイヤー2b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、呈示ワイヤー2b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25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3のローラ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25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、呈示ワイヤー2bの動作を制御することが可能となる。このような図10Aの構成とすることで、体験者6bは、呈示ワイヤー2bを直接把持した状態で、力の呈示を行うことが可能となる。
なお、力伝達機構26は、図10Aの機構に代えて、図10Bに示すように、呈示ワイヤー挿入方向の回転と呈示ワイヤー挿入方向とは垂直方向の回転との2軸制御可能なアーム(ジョグスティック)34を有するアーム型の力伝達機構としても良い。
(力呈示システム100の呈示動作ステップ)
次に、第1実施形態の力呈示システム100の呈示動作ステップについて説明する。図11は力呈示システム100全体を示すフローチャートであり、図11のステップS201の力測定を行う力測定装置1のフローチャートを図12に示す。
ここでは、図13の(B)〜図13の(E)に示すような、術者6aが蛇行のある血管3にガイドワイヤー2aを挿入する作業をしている時に、体験者6bに血管3にかかる負荷を呈示する例について説明する。
図13の(A)及び図14(図14は図13の(A)を拡大したグラフ)は、図13の(B)〜図13の(E)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。
入力IF7により力測定および力呈示の開始指令を受けて、力測定制御部200を介して、力測定装置1での力の測定を開始する。
(ステップS200)
まず、図11のステップS200では、入力IF7により力測定および力呈示の終了指令があった場合は、力測定制御部200を介して、力呈示システム100での力測定及び呈示部18における力呈示を終了する。力測定および力呈示の終了指令がない場合は、呈示動作処理は次のステップS201へ進む。
(ステップS201)
次に、ステップS201において、力測定装置1は、術者6aがガイドワイヤー2aを挿入している際に、ガイドワイヤー2a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2aが血管3の蛇行部3a又は分岐部3bに接触したときの摩擦力を個別に測定する。その後、呈示動作処理はステップS202に進む。
ここで、ステップS201の力測定装置1の動作について、図12のフローチャートを用いて説明する。
まず、挿入長検出部15により、ガイドワイヤー2aが血管3に挿入された挿入長を検出する(ステップS2)。
次いで、基準点設定部16において、挿入長検出部15で検出した挿入長が「0」であるか否かを判定する(ステップS3)。挿入長検出部15で検出した検出した挿入長は、挿入長が「0」であると基準点設定部16で判定した場合、力測定動作処理はステップS4に進む。ステップS4では、図13の(B)に示すように挿入を開始する時点を、その時点を最初の基準点とし、基準点設定部16により基準点を設定する(図13の(A)の時点「t」)。さらに、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を介して測定情報データベース9に記憶する(図6の時点tの基準点の欄を「1」とする)。その後、力測定動作処理はステップS5へ進む。
一方、ステップS3で挿入長が「0」ではないと基準点設定部16で判定した場合は、力測定動作処理はステップS5へ進む。
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2a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、データベース入出力部14を介して測定情報データベース9に記憶する。上述したように、力検出部13で検出した力は、各蛇行部3a又は分岐部3bでの力が合算して測定される。そこで、ステップS6以降で、基準点を基準点算出部10で算出し、各基準での個別力を基準点算出部10で算出することで、それぞれの蛇行部3aなどでの力を基準点算出部10で算出するようにしている。以下、順に説明する。
ステップS5の後のステップS6以降で、次の基準点を基準点算出部10の基準点設定部16で算出する。挿入長が所定の長さ(例えば、1mm)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で算出する。具体的には、図14にて、挿入長が所定の長さ分(p=p01−p)増加する時点t01での力の変位Δf01=f01−fを基準点設定部16で算出する。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)。この例のように、直前の基準点が時点(t)が最初の基準点であると基準点設定部16で判定した場合には、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14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、基準点設定部16により、時点t01を次の基準点と設定しない。基準点として設定しない場合は、力測定動作処理はステップS7に進む。
ステップS7では、力判定部12にて、負荷があるかどうかを判定する。すなわち、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力判定部12で判定する。ステップS7にて、力の変位Δf01が所定の第2閾値以上であると力判定部12で判定した場合は、力測定動作処理はステップS8に進む。
ステップS8では、通知部8において、モニタ8a又はスピーカー8bなどにより、術者6aなどに警告を通知して、力測定動作処理を終了する。
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ているが、例えば、図13の(E)に示すように、ガイドワイヤー2aの先端が血管3に接触して詰まり、ガイドワイヤー2aを体外から血管3に向かって押し操作をしても、挿入量が変化しないケースがある。この場合は、すなわち、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、力測定動作処理を終了する。
次に、力測定を再び開始して、ステップS2〜ステップS5を経て、ステップS6で、図14にて、挿入長p01から所定の長さ分(p)増加した挿入長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14の例では、力の変位Δf02が所定の第1閾値未満であると基準点設定部16で判定し、基準点設定部16により、時点t02を次の基準点と設定せずに、力測定動作処理はステップS7、又は、ステップS7及びS8に進み、力測定動作処理を終了する。順次、力測定を開始して、時点t03、t04、・・、t07と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14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、力測定を開始して、ステップS2〜ステップS5を経て、ステップS6で、挿入長が所定の長さ分(p=p−p08)増加する時点tでの力の変位Δf10=f−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14の例では、時点t08から時点t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で判定し、力測定動作処理はステップS9に進む。
ステップS9では、時点tを次の基準点と基準点設定部16で設定する。その後、力測定動作処理はステップS10に進む。
ステップS10では、ステップS9で設定した基準点が、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、データベース入出力部14を介して測定情報データベース9に記憶される(図6の時点tの基準点の欄を「1」とする)。このとき、図13の(C)に示すように、時点tの基準点において、ガイドワイヤー2aが血管3の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14の時点tの基準点の個別力を例に説明する。時点tの基準点での力fから直前の基準点tでの力fを減じた値Δf(=f−f)をこれまで設定した基準点の数(この例では、時点t、tの基準点の「2」だが、時点tの基準点での力f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tの基準点での個別力と設定する。なお、時点tの基準点での力f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tの基準点での個別力fr1=Δf/1となる。なお、最初の時点tの基準点での個別力fr0は時点tの基準点での力fとなる。個別力算出部11で算出した個別力fr0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、データベース入出力部14を介して測定情報データベース9に記憶する(この例では図6の時点t、tで、個別力fr0、fr1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、先ほど求めた時点tの基準点での個別力fr0と時点tの基準点での個別力fr1とのそれぞれについて、第2閾値2(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、力測定動作処理はステップS12に進む。
ステップS12において、通知部8において、モニタ8a又はスピーカー8bなどにより、術者6aなどへ警告を通知して、力の測定動作処理を終了する。なお、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、力測定動作処理を終了する。
なお、第1閾値、第2閾値、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6a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14にて、基準点t、tに続き、基準点t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。図14の例で、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(p=p−p17)増加する時点tでの力の変位Δf20=f−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tなので時点tの基準点での力の変位Δf10=f−f08と力の変位Δf20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14の例では、力の変位Δf10と力の変位f20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t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、データベース入出力部14を介して測定情報データベース9に記憶する(図6の時点tの基準点の欄を「1」とする)。図13の(D)に示すように、時点tの基準点において、ガイドワイヤー2aが血管3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、先ほどと同様、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14の時点t、tの基準点の個別力を例に説明する。時点tの基準点での力fから直前の時点tの基準点での力fを減じた値Δf(=f−f)を、これまで設定した基準点の数(この例では、時点tの基準点を除くと、時点t、tの基準点があるので、基準点数は「2」である。)で割った値を、基準点tでの個別力と設定する。この例では、時点tの基準点での個別力fr2は、fr2=Δf/2となる。最初の時点tの基準点での個別力fr0は時点tの基準点での力fとなる。さらに、時点tの基準点での個別力fr1(new)は、先ほど算出した個別力(fr1(old)とする)にΔf/2を加算した値、すなわち、fr1(new)=fr1(old)+Δf/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、データベース入出力部14を介して測定情報データベース9に記憶する(この例では、図6の時点t、t、t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、先ほど求めた基準点tの個別力fr0と、基準点tでの個別力fr1と、基準点t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、通知部8のモニタ8a又はスピーカー8bなどで術者6aへ警告を通知し、測定動作処理を終了する(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、測定動作処理を終了する。
以上が、図11のステップS201の力測定動作の説明である。
(ステップS202)
次に、決定部27(図11のステップS202)では、力検出部13で検出した力と、個別力算出部11で算出した基準点毎にかかる各力と、力判定部12で判定した血管負荷との判定結果の情報より、呈示部18へ呈示する力に関する情報を決定する。その後、呈示動作処理はステップS202に進む。
(ステップS203)
ステップS203では、ステップS202で決定された力情報が呈示部18の力伝達制御部21に出力され、力伝達機構26で体験者6bに呈示する力の強弱及びタイミングを力伝達制御部21で制御しつつ、力伝達機構26により体験者6bの手に力情報が伝達される。その後、呈示動作処理はステップS200に戻る。
ここで、強弱及びタイミングを制御するとき、力(力の合算値すなわち合算力)から個別力に切り替える際には、大きな力から小さな力に急に切り替わるため、除々に切り替えるように呈示する力を修正して制御したり、切り替えるタイミングを急に切り替えるのではなく、ある一定時間(例えば10msec)をかけて切り替えるように制御する。以上の制御により、急に切り替わることで体験者6bが呈示ワイヤー2bを支えることができなくなったり、想定しているよりも大きな力として感じることを防ぐことができる。
なお、決定部27により、負荷に応じて、呈示する力を決定し、呈示部18により力を呈示する際に、力検出部13で検出した力から、個別力算出部11で算出した基準点毎にかかる各力に切り替えるタイミングで、スピーカー8bにより切り替わったことがわかるように音で知らせるようにしても良い。
《第1実施形態の効果》
以上のように、術者6aによりガイドワイヤー2aが血管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への負荷を推定し、通知部8により、モニタ8aなどに検出された力又は負荷の有無を表示することができる。さらに決定部27により血管3の負荷に応じて、体験者6bに力を直接呈示することができる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態は、挿入速度に応じて力呈示方法を変更する例である。
第1実施形態の場合と同様に、図1に示すように、術者6aがガイドワイヤー2aを血管3に挿入したときの力を測定し、体験者6bに力を呈示する例について説明する。
本発明の第2実施形態における力測定装置1Bは、力検出部13と、タイマー36と、個別力算出部11と、力判定部12と、通知部8と、呈示部18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。
図15は第2実施形態における力呈示システム装置100Bの構成図である。なお、力測定制御部200など第1実施形態と共通する部分は省略している。
《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とを有する。基準点設定部16は第1実施形態と同様の機能であるため、説明を省略する。挿入長検出部15は、第1実施形態と同様の方式で挿入量を検出し、個別力算出部11及び挿入速度検出部20へ出力し、さらに、タイマー36を利用して、所定時間毎(例えば、4msec毎)にデータベース入出力部14を介して測定情報データベース9に記録する。
《挿入速度検出部20》
挿入速度検出部20はガイドワイヤー2aの挿入速度を算出する。時刻と共に記録された測定情報データベース9の挿入長とその時刻とにより、ガイドワイヤー2aの挿入速度を挿入速度検出部20で算出する。具体的には、時刻tでの挿入長p、時刻tでの挿入長pとすると、速度s=(p−p)/(t−t)として挿入速度検出部20で算出する。挿入速度検出部20で算出された挿入速度は、挿入速度検出部20からデータベース入出力部14を介して、タイマー36を利用して、時刻と共に測定情報データベース9に格納する。
《測定情報データベース9》
測定情報データベース9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、挿入速度検出部20で検出した速度とを、タイマー36を利用して、時刻と共に格納する。
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、測定情報データベース9に格納する。
測定情報データベース9に格納される又は格納された測定情報は、データベース入出力部14により入出力される。
図16は、測定情報データベース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2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2実施形態では、ガイドワイヤー2aの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2aの挿入長を示す。なお、第2実施形態はメートル(m)単位系で示す。
(4)「挿入速度」の欄は、挿入速度検出部20により検出したガイドワイヤー2aの挿入速度を示す。なお、第2実施形態はメートルパーミリ秒(m/msec)単位系で示す。
(5)「基準点」の欄は、基準点算出部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。
(6)「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2実施形態ではガイドワイヤー2aの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。
《データベース入出力部14》
データベース入出力部14は、測定情報データベース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、挿入速度検出部20とのデータの入出力を行う。
《決定部27》
決定部27は、力検出部13で検出した力と、個別力算出部11で算出した基準点毎にかかる各個別力と、挿入速度検出部20で検出した挿入速度とに基づいて、呈示部18へ呈示する力に関する情報を決定する。
決定部27による決定方法は一例として図17に示すような2種類のいずれかの決定方法とする。
まず、図17のID「1」に示す「挿入速度が閾値以上の場合は個別力を呈示」する方法について説明する。
挿入速度検出部20で検出した挿入速度が所定の第4閾値(挿入速度用閾値)未満(例えば、0.004m/s未満)であると決定部27で判定した場合は、決定部27は、力検出部13で検出した力を呈示部18へ呈示するよう通知する。
挿入速度検出部20で検出した挿入速度が所定の第4閾値以上(例えば、0.004m/s以上)であると決定部27で判定した場合は、決定部27は、力判定部12で判定した各力のうち、所定の第4閾値との差が最も大きい力を呈示部18で呈示するよう通知する。
次に、図17のID「2」に示す「挿入速度が閾値以上の場合は感度を上げて呈示」する方法について説明する。
挿入速度検出部20で検出した挿入速度が所定の第4閾値未満(例えば、0.004m/s未満)であると決定部27で判定した場合は、決定部27は、力検出部13で検出した力を呈示部18へ呈示するよう通知する。挿入速度検出部20で検出した挿入速度が所定の閾値以上(例えば、0.004m/s以上)であると決定部27で判定した場合は、決定部27は、力判定部12で判定した各力のうち、所定の第4閾値との差が最も大きい力についてより体験者6bへ力が伝わりやすくなるように後述する方法で感度が強くなるよう変更して呈示部18で呈示するよう通知する。感度の強さは、第1実施形態と同様の方法で行う。
(力呈示システム100Bの呈示動作ステップ)
次に、第2実施形態の力呈示システム100Bの呈示動作ステップについて説明する。図18は、第2実施形態の呈示部1Bのフローチャートである。
入力IF7により力測定および力呈示の開始指令を受けて、力測定制御部200を介して、力測定装置1Bでの力の測定を開始する。
(ステップS300)
まず、図18のステップS300では、入力IF7により力測定および力呈示の終了指令があった場合は、力測定制御部200を介して、力呈示システム100Bでの力測定及び呈示部18における力呈示を終了する。力測定および力呈示の終了指令がない場合は、呈示動作処理は次のステップS301へ進む。
(ステップS301)
次に、ステップS301において、力測定装置1Bは、術者6aがガイドワイヤー2aを挿入している際に、ガイドワイヤー2a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2aが血管3の蛇行部3a又は分岐部3bに接触したときの摩擦力を個別に測定する。測定方法は、第1実施形態と同様なので省略する。さらに、ガイドワイヤー2aが血管3に接触するとき、力測定装置1Bと力検出部13と挿入速度検出部20とより、力情報および挿入速度を出力する。その後、呈示動作処理はステップS302に進む。
(ステップS302)
次に、決定部27(ステップS302)では、力検出部13で検出した力と、個別力算出部11で算出した基準点毎にかかる各個別力と、挿入速度とに基づき、呈示部18へ呈示する力に関する情報を決定する。なお、通常、血管3の内径が太い箇所又は蛇行が少ない箇所では、術者6aによるガイドワイヤー2aの挿入作業がそれほど難しくないため、ガイドワイヤー2aの挿入速度は速くなる。一方、血管3の内径が細い箇所、又は、蛇行の多い箇所、又は、瘤など疾患のある箇所では、ガイドワイヤー2aの挿入に注意を要するため、術者6aによるガイドワイヤー2aの挿入速度は遅くなる。従って、挿入速度が遅いときのほうが速いときより、血管3にかかる力を注意深く感知する必要があり、さらに、ガイドワイヤー2aの先端の力など実際に手技をしている箇所を注意深く感知する必要がある。よって、決定部27は、挿入速度の速い箇所では合算力又は力の感度を弱く呈示し、挿入速度の遅い箇所は、挿入速度の速い箇所よりも、個別力又は力の感度を強くするように呈示するように、呈示部18へ呈示する力に関する情報を決定する。その後、呈示動作処理はステップS303に進む。
(ステップS303)
ステップS303では、ステップS302で決定された力情報が呈示部18の力伝達制御部21に出力され、体験者6bの手に力情報が伝達される。その後、呈示動作処理はステップS300に戻る。
《第2実施形態の効果》
以上のように、決定部27によりガイドワイヤー2aの挿入速度に応じて、体験者6bに力を直接呈示することができるため、術者6aがガイドワイヤー2aを速く挿入しており、それほど注意していない箇所は合算力又は力の感度を弱く呈示し、術者6aがガイドワイヤー2aの挿入速度を遅くしてガイドワイヤー2aを注意深く挿入している箇所は、個別力又は力の感度を強くして呈示することができる。
(第3実施形態)
図19は、第1実施形態の装置に加えて、術者6aがガイドワイヤー2aを挿入している間、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2aを体外から撮像し、撮像装置制御部41を介して、モニタ8aで、図20に示すように、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20の左画面A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2aの先端部位を表示し、もう一方の画面(図20の右画面Bを参照)には、体験者6bに伝達した力の部位まで第2X線撮像装置5bを移動するよう制御して、その部位を表示する。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。撮像装置制御部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。第1及び第2X線撮像装置5a,5bで撮像した結果の情報は、通知部8(モニタ8a)に表示するとともに、第1及び第2X線撮像装置5a,5bから、データベース入出力部14を介して、タイマー36を利用して、所定時間毎(例えば、4msec毎)に測定情報データベース9に記憶される。
図21は力呈示システム100Cの構成を示す。すなわち、図21は、第3実施形態の力測定装置1Cと、撮像装置制御部41と、第1及び第2X線撮像装置5a,5bと、制御情報データベース43との構成を示す図である。決定部27以外の力測定装置1Cは、第1実施形態と同様なので説明を省略する。
《決定部27》
決定部27は、第1実施形態と同様の方法で、力検出部13で検出した力と、個別力算出部11で算出した基準点毎にかかる各個別力と、力判定部12で判定した結果の情報とに基づいて、呈示部18へ呈示する力に関する情報(呈示情報)を決定する。決定部27により呈示する力に関する情報は、呈示部18へ出力するとともに、撮像装置制御部41へ出力する。
《第1及び第2X線撮像装置5a,5b》
第1及び第2X線撮像装置5a,5bは人体4の体外からX線を照射して、体内の血管又はガイドワイヤー2aを撮像する。第1及び第2X線撮像装置5a,5bで撮像した結果の情報は、第1及び第2X線撮像装置5a,5bから通知部8(モニタ8a)に表示する。一例として図20のモニタ8aに示すように2画面で表示し、一方の画面(図19のA8及び図20のAを参照)はガイドワイヤー2aの先端を表示し、もう一方の画面(図19のB8及び図20のBを参照)には決定部27で決定した力がかかっている部位の画像を表示する。表示される情報は、力検出部13もしくは個別力算出部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、例えば、モニタ8aに内蔵された画像処理部8cで表示する。
《制御情報データベース43》
制御情報データベース43は、図22の「X線撮像装置の位置」の欄に示すように、撮像装置制御部41で取得した位置を、データベース入出力部14を介し、タイマー36を利用して、所定時間毎に測定情報データベース9の情報と共に記録する。
《データベース入出力部14》
データベース入出力部14は、測定情報データベース9と、制御情報データベース43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、撮像装置制御部41とのデータの入出力を行う。
《撮像装置制御部41》
撮像装置制御部41は、決定部27で決定した呈示情報に基づいて、第1及び第2X線撮像装置5a,5bの位置を制御したり、現在(測定時点で)の撮像装置の位置を取得する。
具体的には、術者6aがガイドワイヤー2aの挿入作業に応じて、第1X線撮像装置5aを術者6a又は放射線技師が手動でガイドワイヤー2a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測定装置1Cで個々の力を測定する。撮像装置制御部41は、移動させた第1X線撮像装置5aの位置を測定情報データベース9の情報と共に制御情報データベース43に記録する。さらに決定部27で決定した呈示情報をモニタ8aで表示するために、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2aの先端を撮影するよう術者6aが移動するため、ここでは制御しない。第2X線撮像装置5bは、決定部27で決定した呈示情報に関する部位を撮像するために、撮像装置制御部41で駆動制御を行う。
決定部27は、体験者6bに呈示する情報を決定するため、第2X線撮像装置5bは、体験者6bに呈示された力に関する情報と関係する部位を撮像して、モニタ8aで表示させる。
具体的には、図22において、決定部27にて個別力fr1の力を呈示するよう決定した場合、個別力fr1の力の情報に関する部位を第2X線撮像装置5bで撮像してモニタ8aで表示する場合を例に説明する。まず、個別力「fr1」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に基づいて決定部27で算出する。
具体的には、制御情報データベース43のうち、個別力「fr1」での第2X線撮像装置5bの位置を算出する。図22の例では、個別力「fr1」での第2X線撮像装置5bの撮像すべき位置は「px6」となる。次に、第2X線撮像装置5bの実際の撮像位置が撮像すべき位置「px6」となるように撮像装置制御部41で駆動制御を行い、第2X線撮像装置5bを移動させて撮像を行う。
(力呈示システム100Cの呈示動作ステップ)
第3実施形態における力呈示システム100Cの呈示動作ステップを図23のフローチャートを用いて説明する。
(ステップS400)
まず、入力IF7により力測定および力呈示の開始指令を受けて、力測定制御部200により、力測定装置1Cでの力の測定を開始する。図23のステップS400では、入力IF7により力測定および力呈示の終了指令があった場合は、力測定制御部200により、力呈示システム100Cでの力測定及び呈示部18における力呈示を終了する。力測定および力呈示の終了指令がない場合は、呈示動作処理は次のステップS401およびS402へ進む。
(ステップS401)
次に、ステップS401において、力測定装置1Cは、術者6aがガイドワイヤー2aを挿入している際に、ガイドワイヤー2a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2aが血管3の蛇行部3a又は分岐部3bに接触したときの摩擦力を個別に測定する。測定方法は第1実施形態と同様なので省略する。その後、呈示動作処理はステップS403に進む。
(ステップS402)
さらに、ステップS401と同時に、撮像装置制御部41は、術者6aが第1X線撮像装置5a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、呈示動作処理はステップS403に進む。
(ステップS403)
次に、決定部27において、力検出部13で検出した力と、個別力算出部11で算出した基準点毎にかかる各個別力と、力判定部12で判定した結果の情報とに基づき、呈示部18へ呈示する力に関する情報(呈示情報)を決定する(ステップS403)。その後、呈示動作処理はステップS404とS405に進む。
(ステップS404)
ステップ404では、ステップS403で呈示するよう決定された力情報に基づいて、力伝達装置18に出力され体験者6bの手に伝達する。その後、呈示動作処理はステップS400に戻る。
(ステップS405)
さらに、ステップS404と同時に、撮像装置制御部41により、決定部27で決定した呈示情報に基づいて、第2X線撮像装置5bを制御する(ステップS405)。その後、呈示動作処理はステップS400に戻る。
《第3実施形態の効果》
以上のように、ガイドワイヤー2a先端のX線画像に加えて、体験者6bに呈示した力がかかっている箇所のX線画像をモニタ8aに同時に表示することが可能なる。よって、体験者6bは、より容易に、体験している箇所を理解することができる。
(第4実施形態)
図24及び図25は第4実施形態の力呈示システム100Dの構成を示し、力測定装置1Dと、症例データベース42と、撮像装置5と、呈示部18とを備えて構成される。決定部27以外の力測定装置1Dは、第1実施形態と同様なので説明を省略する。第4実施形態では、まず、第1〜第3実施形態のいずれかの力呈示システム100〜100Cと同様に、術者6aがガイドワイヤー2aを挿入する作業を行い、ガイドワイヤー挿入作業と共に呈示情報をデータベースに記憶しておく。その後、後日、術者6aのガイドワイヤー挿入作業が無い状態で、体験者6bが、データベースに記憶されたガイドワイヤー挿入作業の情報を再生して呈示動作を体験することができる。この点が、第1〜第3実施形態と大きく異なる点である。よって、ガイドワイヤー挿入作業と共に呈示情報を取得する処理は、第1〜第3実施形態のいずれかの力呈示システム100〜100Cの処理と同じであるため、大部分の説明は省略して、異なる点を中心に説明する。
《撮像装置5(5a,5b)》
第1〜第3実施形態のいずれかの力呈示システム100〜100Cと同様に、撮像装置5(5a,5b)は、人体4の体外からX線を照射して、体内の血管3又はガイドワイヤー2aを撮像する。第1〜第3実施形態のいずれかの力呈示システム100〜100Cで撮像装置5で撮像した結果の情報は、通知部8(モニタ8a)に表示するとともに、撮像装置5(5a,5b)から、データベース入出力部14を介して、タイマー36を利用して、所定時間毎(例えば、4msec毎)に測定情報データベース9に記憶すると同時に、症例データベース42にも記憶される。 《症例データベース42》
症例データベース42は、症例データ記憶部の一例として機能し、図26の「X線画像」の欄に示すように、撮像装置5(5a,5b)で撮影したX線画像もしくはX線映像を指すIDを測定情報データベース9の情報と共に記録する。IDの一例としてX線画像又はX線映像のファイル名(例えば、x1,x2,....)など一意に識別できるIDとする。
《データベース入出力部14》
データベース入出力部14は、測定情報データベース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、撮像装置5(5a,5b)とのデータの入出力を行う。
−呈示部18−
呈示部18は、第1実施形態などと同様に、決定部27から出力された呈示情報に基づいて、体験者6bに力を呈示する。さらに図24及び図27に示すように、後日、ガイドワイヤー挿入作業無しで、呈示動作のみを行わせるときに、呈示情報が予め記憶された症例データベース42を使って、決定部27により呈示する情報を力呈示装置18に出力し、力呈示装置18で体験者6bに力を呈示することができる。このことにより、稀な症例のケース又は症例の少ないケースについて、体験者6bとしての医学生などの教育のために、オフラインで訓練することができるようになる。
(力呈示システム100Dの呈示動作取得ステップ)
第4実施形態における力呈示システム100Dの呈示動作ステップを図28のフローチャートを用いて説明する。
(ステップS500)
入力IF7により力測定および力呈示の開始指令を受けて、力測定制御部200を介して、力測定装置1Dでの力の測定を開始する。図28のステップS500では、入力IF7により力測定および力呈示の終了指令があった場合は、力測定制御部200を介して、力呈示システム100Dでの力測定及び呈示部18における力呈示を終了する。力測定および力呈示の終了指令がない場合は、呈示動作処理は次のステップS501およびS502へ進む。
次に、ステップS501において、力測定装置1Dは、術者6aがガイドワイヤー2aを挿入している際に、ガイドワイヤー2a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2aが血管3の蛇行部3a又は分岐部3bに接触したときの摩擦力を個別に測定する。測定方法は、第1実施形態と同様なので省略する。その後、呈示動作処理はステップS503に進む。
(ステップS502)
さらに、ステップS501と同時に、X線撮像装置5で撮像したX線画像を症例データベース42に記録する。なお、ステップS501の力の情報とステップS502の画像の情報とは、タイマー36の指令により同期をとることとする。その後、呈示動作処理はステップS503に進む。
(ステップS503)
次に、決定部27において、力検出部13で検出した力と、個別力算出部11で算出した基準点毎にかかる各個別力と、力判定部12で判定した結果の情報とに基づき、呈示部18へ呈示する力に関する情報を決定する。その後、呈示動作処理はステップS504に進む。
(ステップS504)
決定部27において決定された、呈示部18へ呈示する力に関する情報を、データベース入出力部14を介して、症例データベース42に記憶する。その後、呈示動作処理はステップS500に戻る。
(力呈示システム100Dの呈示動作体験ステップ)
前記したように、症例データベース42に呈示情報を記憶させて取得したのち、後日、体験者6bが呈示動作を体験したいときに、呈示情報が、症例データベース42から決定部27を介して力伝達装置18に出力され、X線画像と同期して、体験者6bの手に伝達される。図29は、図24及び図27に示すように、既に記憶した症例データベース4を使って決定部27により通知する情報を決定し、体験者6bに力を呈示する場合のフローチャートである。
(ステップS600)
入力IF7により力呈示の開始指令を受けて、力測定制御部200を介して、力測定装置1Dでの力の測定を開始する。図29のステップS600では、入力IF7により力呈示の終了指令があった場合は、力測定制御部200を介して、力呈示システム100Dでの呈示部18における力呈示を終了する。力呈示の終了指令がない場合は、呈示動作処理は次のステップS601へ進む。
(ステップS601)
次に、ステップS601において、決定部27により、既に記録している症例データベース42の読み出しを行う。その後、呈示動作処理はステップS602に進む。
(ステップS602)
次に、決定部27において、力検出部13で検出した力と、個別力算出部11で算出した基準点毎にかかる各個別力と、力判定部12で判定した結果の情報とに基づき、呈示部18へ呈示する力に関する情報を決定する。その後、呈示動作処理はステップS603に進む。すなわち、ここでは、体験を行うごとに、呈示情報を決定している。一例として、症例データベース42には、呈示情報を記憶しておき、体験者に応じて、感度のみ変更可能としてもよい。
(ステップS603)
ステップ603では、ステップS602で呈示するよう決定部27で決定された力情報が、決定部27から力伝達装置18に出力され、タイマー36(データベース入出力部14)による、モニタ8aでのX線画像の表示と同期して、体験者6bの手に伝達する。その後、呈示動作処理はステップS600に戻る。
なお、症例データベース42と決定部27とに基づいて、呈示部18により力を呈示する際に、症例データベース42に、呈示情報の優先度を呈示情報と共に予め記録しておき、優先度の高い呈示情報のみを決定部27で選択して呈示部18で呈示するようにしても良い。具体的には、図30に示す症例データベース42において、「優先度」欄に優先度を記録する。例えば、優先度が「1」の呈示情報は決定部27で優先的に呈示するようにし、優先度が「2」の呈示情報を決定部27で呈示しないようにする。これにより、例えば、あまり難しくない手技の部分、又は、術者6aが試行錯誤したり又は準備するなど、体験者6bが訓練するのに不向きな箇所は優先度を下げて症例データベース42に記憶させて、体験者6bに呈示しないようにしても良い。また、逆に、体験者6bがカテーテルメーカの人の場合には、カテーテルの付属部材の動作(例えば、ステント挿入又はバルーン膨張)などを行う部分のみ、力伝達するように優先度を設けてもよい。このように優先度を設けることで、体験者6bは効率的に訓練を受ける(体験する)ことが可能となる。
《第4実施形態の効果》
以上のように、術者6aの挿入時の力およびX線画像を症例データベース42に記録しておくことで、術者6aがいなくても、症例データベース42を使って体験者6bが術者6aの力を感じながらX線画像と同期して確認することが可能となる。
《各実施形態の変形例》
なお、第1〜第4実施形態において、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閾値又は第3閾値又は第4閾値)を設けているが、図31に示すように、挿入長に応じて、閾値を変更しても良い。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。これにより、例えば、足の付け根の血管3からガイドワイヤー2aを挿入する場合、ガイドワイヤー2a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2a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。
また、第1〜第4実施形態において、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で各基準点の力から、直前の基準点における力の情報を減じ、減じて求めた値を、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、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。
さらに、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ている。が、均等に加えるのではなく、ガイドワイヤー2a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2a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により自動的に基準点を算出しているが、例えば血管3の蛇行部3aを通過した時点又は分岐部3bを通過した時点を基準点としたり、術者6aが基準点を設定しても良い。
また、各実施形態では、決定部27により力を所定倍に変更して呈示部18で体験者6bに呈示しているが、体験者6bの熟練度合いに応じて、一定倍の倍率を変更しても良い。例えば多くの手術を経験するなど熟練度合いが上がってきた場合は一定倍の数字を低く設定することで、術者6aが感じている力と同等の力を体験者6bに呈示することが可能となる。
さらに、各実施形態では、挿入方向のみを説明しているが、挿入方向回りの回転方向についても同様の方法で測定することができる。
また、各実施形態では、一例として、術者6aは、カテーテル挿入の手技を行うことを認められた医師で、体験者6bは、カテーテル挿入の手技を行うことを認められた医師、又は、研修医、医学生などの学生、カテーテルメーカ又は企業の一般人などを含む。
また、各実施形態では、カテーテル挿入を例に説明したが、線状体を管に挿入する際に、線状体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4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4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。
前記各力呈示装置の一部又は全部は、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呈示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、コンピュータに、
術者が生体管に挿入部材を挿入するときの、前記挿入部材が前記生体管の各箇所に個別に加える力を、前記生体管の外部から時系列に検出する力測定部により測定した力に基づいて、体験者に伝達する力を決定する決定部と、
前記決定部により決定した力を、前記体験者に伝達する呈示部と、
前記力測定部での時系列の検出結果の情報に基づき、前記呈示部が前記体験者に伝達する力の強弱及び前記力の強弱の切り替えのタイミングを制御する力伝達制御部と、
として機能させるための力呈示プログラムである。
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、上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。
本発明は、術者が挿入部材を生体管に挿入する際の力を測定して体験者に呈示する、力呈示装置として有用である。



1,1B,1C,1D 力測定装置
2a ガイドワイヤー
2b 体験用ガイドワイヤー
3 血管
4 人体
5 X線撮像装置
5a 第1X線撮像装置
5b 第2X線撮像装置
5g X線発生部
5h X線検出部
6a 術者
6b 体験者
7 入力IF
8 通知部
8a モニタ
8b スピーカー
9 測定情報データベース
10 基準点算出部
11 個別力算出部
12 力判定部
13 力検出部
14 データベース入出力部
15 挿入長検出部
15a 距離センサ
15b 挿入長検出部用演算部
15c カメラ
15d 画像認識部
15e 挿入長検出部用第2演算部
16 基準点設定部
18 呈示部
19 症例データベース
20 挿入速度検出部
21 力伝達制御部
23 周辺装置
24 入出力IF
25 モータードライバ
26 力伝達機構
27 決定部
28 磁界発生源
29 磁力測定部
33a 第1ローラ
33b 第21ローラ
33c 第3ローラ
33d モータ
33e エンコーダ
33f モータドライバ
33g モータ
33h エンコーダ
36 タイマー
37 第1の固定部
38 第2の固定部
39 トルクデバイス
41 撮像装置制御部
42 症例データベース
43 制御情報データベース
100,100B,100C,100D 力呈示システム

Claims (9)

  1. 術者が生体管に挿入部材を挿入するときの、前記挿入部材が前記生体管の各箇所に個別に加える力を、前記生体管の外部から時系列に検出する力測定部と、
    前記力測定部により測定した力に基づいて、体験者に伝達する力を決定する決定部と、
    前記決定部により決定した力を、前記体験者に伝達する呈示部と、
    前記力測定部での時系列の検出結果の情報に基づき、前記呈示部が前記体験者に伝達する力の強弱及び前記力の強弱の切り替えのタイミングを制御する力伝達制御部とを備え
    前記力測定部は、
    前記挿入部材が前記生体管全体に加える力を前記生体管の外部から検出する力検出部と、
    前記力検出部で検出した力に基づいて、前記挿入部材が前記生体管に加える力を個別に測定する時点を算出する時点算出部と、
    前記挿入部材が前記生体管に加える力を個別に算出するための個別力算出部とを備え、
    前記時点算出部は、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変位判定用閾値以上である時点を設定し、
    前記個別力算出部は、測定時点での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における前記力の情報を減じた値を、前記測定時点までに設定した時点の数で除した値を各々の時点での個別力に加算する力呈示装置。
  2. 前記決定部は、
    (i)前記生体管に個別に加わる力が所定の個別力判定用閾値未満の場合は、前記挿入部材が前記生体管全体に加わる力を呈示するよう決定し、
    (ii)前記生体管に個別に加わる力が前記所定の個別力判定用閾値以上の場合は、前記生体管に個別にかかる力が前記所定の個別力判定用閾値以上の中で前記個別力判定用閾値との差が最も大きい前記生体管に個別に加わる力を呈示するよう決定する請求項1に記載の力呈示装置。
  3. 前記決定部は、
    (i)前記術者の操作時の挿入速度が所定の挿入速度用閾値未満の場合は、前記挿入部材が前記生体管全体に加わる力を呈示するよう決定し、
    (ii)前記挿入速度が前記所定の挿入速度用閾値以上の場合は、前記生体管に個別に加わる力が前記所定の挿入速度用閾値以上の中で前記所定の挿入速度用閾値との差が最も大きい前記生体管に個別に加わる力を呈示するよう決定する請求項1に記載の力呈示装置。
  4. 前記決定部は、
    (i)前記生体管に個別に加わる力が所定の感度調整用閾値未満の場合は、前記挿入部材が前記生体管全体に加わる力の感度を、前記力測定部で測定中の測定値の感度よりも下げるように呈示するよう決定し、
    (ii)前記生体管に個別に加わる力が前記所定の感度調整用閾値以上の場合は、前記挿入部材が前記生体管全体に加わる力の感度を、前記力測定部で測定中の測定値の感度よりも上げるように呈示するよう決定する請求項1に記載の力呈示装置。
  5. 前記決定部は、
    (i)前記術者の操作時の挿入速度が所定の挿入速度用閾値未満の場合は、前記挿入部材が前記生体管に加わる力の感度を、前記力測定部で測定中の測定値の感度よりもを下げるように呈示するよう決定し、
    (ii)前記挿入速度が前記所定の挿入速度用閾値以上の場合は、前記挿入部材が前記生体管に加わる力の感度を、前記力測定部で測定中の測定値の感度よりも上げるように呈示するよう決定する請求項1に記載の力呈示装置。
  6. 前記個別力算出部で算出した個々の力情報が所定の負荷判定用閾値以上の場合は、前記生体管もしくは前記挿入部材に負荷をかけていると判定する力判定部を備える請求項1に記載の力呈示装置。
  7. 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の情報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通知部とをさらに備える請求項6に記載の力呈示装置。
  8. 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の情報を音声又は画像で前記術者に知らせる出力部を備える請求項に記載の力呈示装置。
  9. 前記決定部は、前記力判定部で判定した判定結果の情報に基づいて、呈示すべき情報を決定するとともに、
    前記決定部で決定した呈示情報に基づいて、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、
    前記決定部で決定した呈示情報を、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通知部とをさらに備える請求項に記載の力呈示装置。
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