JP6856198B2 - 脳べら - Google Patents

Description

本発明は、脳神経外科手術に用いられる脳べらに関するものである。

脳神経外科手術においては、腫瘍または脳動脈瘤に到達するために、また、十分な術野を得るために、脳べらを用いて脳を圧迫し変位させる、いわゆる圧排を行う。脳は人間の臓器の中で最も多くの血流を受け、酸素を消費する器官である。具体的には、脳は１分間に１００ｇあたり６０ｍｌ以上の血流を受ける。脳血流は動脈から脳実質の毛細血管を経由し静脈に還流されるが、脳への圧排が強いと静脈が閉塞し、圧迫されている領域の脳血流が低下し、脳実質の損傷を招く恐れがある。一般的には、脳圧排時の圧力は２０〜３０ｍｍＨｇを超えない方がよいとされる。脳は非常に虚血耐性が脆弱であり、完全に血流が遮断されると、分単位の短時間で神経細胞壊死に陥る。しかしながら、脳神経外科手術において圧排は必須の手技のため、脳圧排時の脳べらに印加される圧力をモニタリングすることが有効である。

脳圧排時の脳べらに印加される圧力をモニタリングする従来技術として、特許文献１には、脳べらの先端に袋を備える受圧部を装着し、袋の空気圧から脳べらに印加される圧力を測定することが提案されている。また、特許文献２には、フィルム状の感圧センサを脳べらに埋設し、感圧センサにおける抵抗値または静電容量の変化から脳べらに印加される圧力を測定することが提案されている。

特開平０９−３２７４４１号公報 特開２０１２−２１０３９２号公報

ここで、特許文献１に記載の受圧部を用いた場合、脳べらへの受圧部の装着が煩雑であるとともに、脳べらの先端に設けられた袋によって術野が妨げられてしまう。また、手術環境においては様々な電子機器が用いられており、電磁ノイズが発生する場合がある。そのため、特許文献２に記載の感圧センサを用いた場合、電磁ノイズの影響によって脳べらに印加される圧力が精度よく測定できなくなる恐れがある。

そこで、本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであって、術野を妨げることなく、脳べらに印加される圧力を高精度に測定することができる脳べらを提供することを目的とする。

本発明に係る脳べらは、本体と、本体に取り付けられたセンサユニットと、からなり、センサユニットは、剛性を有する支持部材および光ファイバ圧力センサを備え、光ファイバ圧力センサは、受圧部と、光ファイバ部とからなり、支持部材は、表面に凹部を有し、凹部には脳よりも柔らかい弾性材が充填され、受圧部は、受圧面が支持部材の表面と垂直になるように凹部に配置されており、光ファイバ圧力センサは、凹部が脳組織に押されることで、凹部内の弾性材が変形して変化する弾性材の圧力を測定するものである。

以上のように、本発明によれば、センサユニットに光ファイバ圧力センサを備えることで、電磁ノイズの影響を受けることなく、脳べらに印加される圧力を高精度に測定することができる。また、電気を利用するセンサの場合に生じ得る、漏電または感電の心配もなく人体に対して安全に用いることができる。また、光ファイバ圧力センサは小型のため、十分な術野を確保することができる。

本発明の実施の形態における脳べらの斜視図である。 本発明の実施の形態における脳べらの先端部の拡大平面図である。 図２のＡ−Ａ線による脳べらの先端部の断面模式図である。 本発明の実施の形態における光ファイバ圧力センサの構造を示す図である。 光ファイバ圧力センサによる圧力測定システムの概略構成図である。 本発明の実施の形態における脳べらの試験装置の概略構成図である。 （ａ）はフォースゲージにより印加される荷重を示すグラフであり、（ｂ）は光ファイバ圧力センサの出力特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態に係る脳べらおよびセンサユニットについて説明する。本実施の形態の脳べらは、脳神経外科手術において、脳を圧迫して変位させ、保持するために用いられるものである。

図１は、本実施の形態における脳べら１０の斜視図である。図１に示すように、脳べら１０は、本体１と、本体１に取り付けられるセンサユニット２とからなる。本体１は可撓性を有する長尺のプレートであり、生体適合性を有する金属などで形成される。本実施の形態の本体１は、脳を圧迫する側に丸みの付いた先端部を有している。センサユニット２は、脳べら１０に印加される圧力を測定するものであり、本体１の先端部にステリーテープなどで貼着される。なお、本体１の形状およびセンサユニット２の貼着位置は、図１の例に限定されるものではない。本体１は様々な形状であってもよく、センサユニット２の貼着位置は、使用者（術者）がその場で判断し様々な位置とすることができる。

図２は、本実施の形態における脳べら１０の先端部の拡大平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ線による脳べら１０の先端部の断面模式図である。図２および図３に示すように、センサユニット２は、光ファイバ圧力センサ５と、光ファイバ圧力センサ５の先端を支持する支持部材３と、支持部材３と本体１との間に配置される固定シート４とを備える。

支持部材３は、剛性を有する四角形のステンレスプレートである。本実施の形態では、支持部材３としてＳＵＳ３０４が用いられる。なお、ステンレス以外にも、生体適合性および剛性を有し、微細加工が可能な金属、ポリマーまたはセラミックを支持部材３として用いてもよい。支持部材３の幅Ｗ１は例えば３．３ｍｍであり、長さＬ１は例えば３．４ｍｍである。また支持部材３の厚みＴ１は例えば０．５ｍｍである。また、支持部材３の表面には、円柱形状の凹部３１および凹部３１と連通する溝３２が形成される。凹部３１の直径Ｄ１は例えば１．６ｍｍであり、深さＤ２は０．４ｍｍである。凹部３１は、支持部材３の端部から凹部３１の端部までの長さＬ２が０．１ｍｍとなる位置に、エンドミル加工等で形成される。

支持部材３の凹部３１および溝３２には、光ファイバ圧力センサ５が配置される。詳しくは、図３に示すように、光ファイバ圧力センサ５の受圧部５１と、光ファイバ部５２の一部が凹部３１に配置され、光ファイバ部５２の残りの一部が溝３２に配置される。また、光ファイバ圧力センサ５の受圧部５１は、受圧面（先端面）が支持部材３の表面と垂直になるように凹部３１に配置されている。そして、凹部３１には、弾性を有する圧力伝達材３１０が充填される。圧力伝達材３１０は、例えばシリコーンゲル、ポリビニルアルコールハイドロゲル、ポリアクリルアミドゲルまたはポリエチレンオキサイドゲルなどの、生体適合性を有するゲル状物質である。圧力伝達材３１０は、脳と同程度または脳よりも柔らかいものとする。具体的には、圧力伝達材３１０の弾性率は、脳の弾性率と同程度(ヤング率で約１０００Ｐａ±２００Ｐａ)であり、より好ましくはこれより小さい値が望ましい。なお弾性率の下限値としては、特段規定をしないが、センサユニット２の取り扱いなどにより圧力伝達材３１０の形状が崩れない程度のものが必要である。なお、ヤング率の小さいもので形状が保てないようなもの、または液体などを圧力伝達材３１０として用いる場合には、凹部３１に圧力伝達材３１０を充填した後、ダイヤフラムなどで凹部３１を密閉してもよい。本実施の形態では、圧力伝達材３１０としてシリコーン樹脂を凹部３１に充填し、６０℃の恒温槽内で３時間硬化させている。なお、圧力伝達材３１０として、シリコーン樹脂を用いているが、ヤング率などを考慮できれば、これに限定するものではない。

また、溝３２には充填材３２０が充填される。充填材３２０としては、生体適合性を有し、圧力伝達材３１０よりも硬い材質が用いられる。本実施の形態では、充填材３２０として速乾性のエポキシ接着材を用い、光ファイバ部５２の一部を溝３２に固定しているが、生体適合性のある光ファイバ部５２の固定に適した硬い材料であればアクリル接着剤など他の材料でもよい。

固定シート４は、支持部材３よりも大きい四角形のシートである。固定シート４としては、生体適合性および可撓性を有す材質が用いられる。本実施の形態では、固定シート４として、ポリイミドフィルムが用いられる。固定シート４は、厚みＨ３が０．３ｍｍの部分と厚みＨ４が０．５ｍｍの部分とからなる。そして、支持部材３は、固定シート４の厚みＨ３が０．３ｍｍの部分に配置され接着される。そして、固定シート４を本体１に貼着することにより、光ファイバ圧力センサ５および支持部材３が、容易に本体１に取り付けられる。なお、支持部材３および固定シート４の上記各部の寸法は一例であり、これに限定されるものではない。

図４は、本実施の形態における光ファイバ圧力センサ５の構造を示す図である。図４に示すように、光ファイバ圧力センサ５は、受圧部５１と光ファイバ部５２とからなる。光ファイバ部５２は、クラッド径１２５μｍ、コア径５０μｍのグレーデッドインデックスマルチモードの光ファイバ５２１と、光ファイバ５２１の先端に形成されるクロム（Ｃｒ）薄膜のハーフミラー５２２とからなる。受圧部５１は、直径１２０μｍの円筒形状を有するセンサチップであり、光ファイバ部５２の端面に接合される。受圧部５１は、圧力によってたわむダイヤフラム部５１１と、アルミ（Ａｌ）の全反射ミラー５１２と、全反射ミラー５１２を平坦化させて支えるメサ部５１３と、スペーサ部５１４とを備え、ファブリ・ペロー型の干渉計を構成する。

図５は、光ファイバ圧力センサ５による圧力測定システム５００の概略構成図である。図５に示すように、圧力測定システム５００は、脳べら１０に取り付けられる光ファイバ圧力センサ５と、光源５０１と、ファイバ結合器５０２と、分光計５０３と、ＰＣなどの端末装置５０４とからなる。圧力測定システム５００では、光源５０１から光ファイバ圧力センサ５へ白色光が供給される。光ファイバ圧力センサ５に供給された光は、ハーフミラー５２２と全反射ミラー５１２との間で多重反射を行う。ここで、光ファイバ圧力センサ５では、外部からの圧力に応じて受圧面であるダイヤフラム部５１１がたわみ、ハーフミラー５２２と全反射ミラー５１２間の距離（キャビティー長）が変化する。これにより、両ミラーからの反射光の光路差が変化する。光ファイバ圧力センサ５からの反射光は、ファイバ結合器５０２を通って分光計５０３に送られ、分光計５０３によって反射光の光路差の変化を光学的に検知される。そして、端末装置５０４において、分光結果に応じた圧力が算出され、測定結果の表示または警告音の出力などが行われる。

ここで、受圧部５１のダイヤフラム部５１１を支える側面が力を受けると、ダイヤフラム部５１１がたわみ、圧力の測定に誤差が生じてしまう。そこで、本実施の形態では、図３に示すように、受圧部５１だけでなく、光ファイバ部５２の一部も凹部３１に配置することで、ダイヤフラム部５１１を支える側面が力を受けない構成とし、誤差の発生を抑制している。

図２および図３に戻って、本実施の形態の脳べら１０における圧力測定について説明する。本実施の形態では、支持部材３の表面に形成される凹部３１が脳に直接接触する感圧部となる。脳べら１０の先端部によって脳が圧迫されると、支持部材３の凹部３１を脳組織が押し、弾力性を有する圧力伝達材３１０を圧迫する。このとき、圧力伝達材３１０の周囲は凹部３１によって囲まれているため、脳からの圧力は光ファイバ圧力センサ５の受圧面に逃げる。これにより、光ファイバ圧力センサ５のダイヤフラム部５１１がたわみ、たわみに応じた圧力が測定される。すなわち、本実施の形態では、支持部材３に対して脳から垂直方向に印加される圧力が、圧力伝達材３１０から光ファイバ圧力センサ５へ水平方向に伝達されることで、光ファイバ圧力センサ５で脳への圧力を測定することができる。

図６は、本実施の形態における脳べら１０の試験装置の概略構成図である。図６に示すように、脳べら１０を評価するために、脳と同じ硬さであるとされる豆腐Ｔを載物台７００に載置し、フォースゲージ６００を用いて脳べら１０のセンサユニット２を豆腐Ｔに向かって、図６中の矢印Ｂの方向に荷重を加えた。

図７（ａ）は、フォースゲージ６００により印加される荷重を示すグラフであり、図７（ｂ）は光ファイバ圧力センサ５の出力特性を示すグラフである。図７（ａ）および（ｂ）に示すように、フォースゲージ６００によって、３０ｍｍＨｇの荷重を約１０秒間かけた場合、脳べら１０の光ファイバ圧力センサ５によって、印加された圧力に対応する出力結果を得ることができた。

上記のように、本実施の形態の脳べら１０によれば、光ファイバ圧力センサ５を用いて圧力を測定することで、電磁ノイズの影響を受けることなく、精度の高い圧力測定を行うことができる。また、電気を利用するセンサの場合に生じ得る、漏電または感電の心配もない。また、脳べら１０の先端部に取り付けられるセンサユニット２は、厚さ１ｍｍ未満であるため、術野を妨げることがない。また、センサユニット２は、本体１に貼着するだけで良く、また自在に曲げることができるため、術者が違和感を抱かずに容易にセットアップすることができる。また、脳べら１０の本体１は加工の必要がないため、センサユニット２を既存の脳べらに貼着することで、圧力測定が可能となる。また、脳べら１０の滅菌も可能であり、水による影響も受けない。

以上が本発明の実施の形態の説明であるが、本発明は、上記実施の形態の構成に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で様々な変形または組み合わせが可能である。例えば、上記実施の形態では、本体１に一つのセンサユニット２を取り付ける構成としたが、これに限定されるものではなく、複数のセンサユニット２を一つの本体１に取り付けてもよい。これにより、脳べら１０の多点において同時計測ができるようになる。また、センサユニット２において、固定シート４を省略し、支持部材３を直接本体１に貼着してもよい。また、凹部３１の形状は円柱形に限定されるものではなく、多角柱形状としてもよい。ただし、円柱形状にすることで、加工が容易となり、圧力がかかる方向の依存性もないというメリットがある。

また、凹部３１に充填する圧力伝達材３１０は上記のゲル状物質に限定されるものではなく、凹部３１内で圧力を分散できるものであればよく、例えば水などの液体もしくは高流動性または極めて柔らかいゲル状物質であってもよい。この場合は、凹部３１を液体等で満たし、ダイヤフラムなどで凹部３１を密閉する。

１ 本体、２ センサユニット、３ 支持部材、４ 固定シート、５ 光ファイバ圧力センサ、３１ 凹部、３２ 溝、５１ 受圧部、５２ 光ファイバ部、３１０ 圧力伝達材、３２０ 充填材、５００ 圧力測定システム、５０１ 光源、５０２ ファイバ結合器、５０３ 分光計、５０４ 端末装置、５１１ ダイヤフラム部、５１２ 全反射ミラー、５１３ メサ部、５１４ スペーサ部、５２１ 光ファイバ、５２２ ハーフミラー、６００ フォースゲージ、７００ 載物台。

Claims (8)

1. 本体と、
   前記本体に取り付けられたセンサユニットと、からなり、
   前記センサユニットは、剛性を有する支持部材および光ファイバ圧力センサを備え、
   前記光ファイバ圧力センサは、受圧部と、光ファイバ部とからなり、
   前記支持部材は、表面に凹部を有し、
   前記凹部には脳よりも柔らかい弾性材が充填され、
   前記受圧部は、受圧面が前記支持部材の前記表面と垂直になるように前記凹部に配置されており、
   前記光ファイバ圧力センサは、前記凹部が脳組織に押されることで、前記凹部内の前記弾性材が変形して変化する前記弾性材の圧力を測定することを特徴とする脳べら。
2. 前記センサユニットは、前記本体に貼着されることを特徴とする請求項１に記載の脳べら。
3. 複数の前記センサユニットが、前記本体に取り付けられることを特徴とする請求項１または２に記載の脳べら。
4. 前記支持部材は、生体適合性を有する金属、ポリマーまたはセラミックで構成されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の脳べら。
5. 前記弾性材は、シリコーンゲル、ポリビニルアルコールハイドロゲル、ポリアクリルアミドゲル、またはポリエチレンオキサイドゲルであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の脳べら。
6. 前記凹部は、円柱形状であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の脳べら。
7. 前記支持部材は、前記凹部と連通する溝を有し、
   前記受圧部および前記光ファイバ部の一部が前記凹部に配置され、前記光ファイバ部の残りの一部が前記溝に配置され、
   前記溝には、前記弾性材よりも硬い充填材が充填されることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の脳べら。
8. 前記センサユニットは、可撓性を有する固定シートをさらに備え、
   前記固定シートは、前記支持部材と前記本体との間に配置されることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の脳べら。

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