JPH09149939A - 体内挿入用医療器具のセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】先端に加わる荷重の方向を検知することができ
るセンサ機能を備えた体内挿入用医療器具を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】力センサ１３のベース１４には、ｙ軸方向
に沿って配置された片持梁１５と、ｘ軸方向に沿って配
置された片持梁１６とが固定されている。片持梁１５，
１６はその先端１５ｃ，１６ｃがキャップ１７に形成さ
れた溝１７ａ，１７ｂに挿入されている。キャップ１７
は、溝１７ｂに挿入された片持梁１６に沿ってｘ軸方向
に移動し片持梁１５を撓ませ、溝１７ａに挿入された片
持梁１５に沿ってｙ軸方向に移動し片持梁１６を撓ませ
る。片持梁１５には拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４が形成さ
れ片持梁１５の撓みに応じた検出信号Ｖｘを出力し、、
片持梁１６には拡散歪みゲージＲ５〜Ｒ８が形成され片
持梁１６の撓みに応じた検出信号Ｖｙを出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は体内挿入用医療器具
のセンサに係り、詳しくはカテーテル等の体内挿入用医
療器具の先端に備えられ、その先端に加わる荷重を検出
する力センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、カテーテル等の体内挿入用医療器
具においては、人体外部からの操作によって体内にある
各種の管、例えば血管等の中に挿入されたチューブの先
端を体内の所望の部位まで誘導する。そして、その部位
において計測行為（例えば血圧の測定等）や治療行為
（例えば血管の拡張等）を行うことができるようになっ
ている。

【０００３】ところで、体内にある管は必ずしも直線的
ではなく、部分的に屈曲していたり分岐している場合が
多い。しかも、管の径は必ずしも一定ではなく、管自体
が細くなっていたり、内部にある障害物（例えば血栓）
によって管が細くなっていることがある。そのため、手
元の操作によって先端を屈曲させ、管が屈曲した部分に
沿って曲げたり、分岐した管内に先端を誘導させること
ができるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
カテーテルでは、管が屈曲した部分や管が分岐した部分
においてその先端に荷重が加わっていることを手応えに
より検知できるものの、その荷重がいずれの方向から加
わっているかを検知することができなかった。そのた
め、オペレータはカテーテル先端を屈曲させるための操
作を自分の勘のみに頼らざるを得なかったので、先端を
所望の部位まで誘導するのには熟練を要していた。

【０００５】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、先端に加わる荷重を検
知することができる体内挿入用医療器具のセンサを提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、チューブ先端に加わる荷
重を検出するための体内挿入用医療器具のセンサであっ
て、チューブ内に配置されたベースと、前記ベースの先
端に取着された片持梁と、前記片持梁の先端に配置さ
れ、先端に加わる荷重によって移動し、前記片持梁を撓
ませる伝達部材とを備えたことを要旨とする。

【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の体内挿入用医療器具のセンサにおいて、前記片持梁
は、チューブの中心軸線上において直交する方向に沿っ
て配置されたことを要旨とする。

【０００８】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の体内挿入用医療器具のセンサにおいて、前記伝
達部材には、中心軸線上において直交する溝が形成さ
れ、当該溝には前記片持梁先端が挿入され、伝達部材
は、先端に加わる荷重の方向に沿って配置された片持梁
に沿って移動し、その移動方向と直交する方向に沿って
配置された片持梁を撓ませるようにしたことを要旨とす
る。

【０００９】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
うちのいずれか１項に記載の体内挿入用医療器具のセン
サにおいて、前記片持梁及び伝達部材は、可とう性を有
するカバーに被覆されたことを要旨とする。

【００１０】従って、請求項１に記載の発明によれば、
チューブ先端に加わる荷重を検出するための体内挿入用
医療器具ののセンサであって、チューブ内に配置された
ベース先端には片持梁が取着され、その片持梁は、先端
に配置され荷重によって移動する伝達部材によって撓
み、その撓みによって荷重が検出される。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、片持梁は
チューブの中心軸線上において直交する方向に沿って配
置され、先端に加わる荷重が検出される。請求項３に記
載の発明によれば、伝達部材には、中心軸線上において
直交する溝が形成され、その溝には片持梁先端が挿入さ
れ、伝達部材は、先端に加わる荷重の方向に沿って配置
された片持梁に沿って移動し、その移動方向と直交する
方向に沿って配置された片持梁が撓ませられ、荷重が検
出される。

【００１２】請求項４に記載の発明によれば、片持梁及
び伝達部材は、可とう性を有するカバーに被覆される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を血管用カテーテル
１１に具体化した一実施の形態を図１〜図３に従って説
明する。

【００１４】この血管用カテーテル１１は、血管内に挿
入されるシリコンゴムよりなるカテーテルチューブ１２
と、それを体外にて操作するために当該チューブ１２の
基端部に設けられた操作手段とによって成り立ってい
る。操作手段は、例えばチューブ１２内に配設された複
数本のワイヤと、それらを操作するワイヤ操作部とによ
って構成されている。そして、そのワイヤ操作部を操作
することによってワイヤを介してチューブ１２先端を屈
曲させ、分岐した血管内にチューブ１２を誘導すること
ができるようになっている。

【００１５】また、チューブ１２の基端部には、チュー
ブ１２の先端付近に設けられた拡張用バルーンにエアを
供給するためのエアコンプレッサ等が設けられている。
コンプレッサには送気管が接続され、この送気管はチュ
ーブ１２内に挿通されている。そして、バルーンにエア
を供給することによって、狭窄した血管を内面側から拡
張させることができるようになっている。

【００１６】図１に示すように、チューブ１２の先端に
は、力センサ１３が設けられている。力センサ１３は、
チューブ１２の先端に加わる荷重の大きさ及び方向を検
知し、その検知した荷重に対応した検出信号を出力する
ようになっている。荷重は血管が屈曲した部分や分岐し
た部分により加わる荷重であって、その部分の屈曲した
方向や分岐した方向に対応した方向からチューブ１２の
先端に加わる。従って、カテーテル１１の操作者は、こ
の検出信号によって分岐した血管や血栓等の方向を検知
することができるので、自分の勘に頼ることなくカテー
テル１１先端を所望の位置まで誘導することができる。

【００１７】図２に示すように、力センサ１３は、ベー
ス１４、片持梁１５，１６、キャップ１７により構成さ
れている。ベース１４は略円柱状に形成され、その外径
はチューブ１２の内径と一致している。ベース１４は、
チューブ１２の先端から所定位置に固定されている。

【００１８】片持梁１５，１６は例えばシリコンよりな
る剛性体であって、それぞれ下方に開口した略コ字状に
形成されている。片持梁１５，１６は、下端がベース１
４の上面に形成された凹部１４ａ〜１４ｄにそれぞれ挿
入され固定されている。カテーテル１１の軸線Ｃ１をｚ
軸方向とした場合、凹部１４ａ，１４ｂはｙ軸方向に沿
って形成され、凹部１４ｃ，１４ｄはｘ軸方向に沿って
形成されている。従って、その下端が凹部１４ａ，１４
ｂに挿入された片持梁１５はｙ軸に沿って配置され、片
持梁１６はｘ軸に沿って配置されている。

【００１９】片持梁１５のｘ軸方向に面した一方の側面
には、拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４が所定位置に形成さ
れ、それら拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４を電気的に接続す
るためのパターン（図示せず）が形成されている。片持
梁１５の他方の側面には、拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４に
対応した位置に凹部が形成され、その凹部によって薄肉
部１５ａ，１５ｂが形成されている。

【００２０】また、片持梁１５の一方の側面には基板１
８が取着されている。基板１８は、フレキシブル基板で
あって、その上面に配線パターン１８ａが形成されてい
る。基板１８は、ベース１４の切欠部１４ｅの一方の側
面１４ｆに取着されている。基板１８の配線パターン１
８ａは、片持梁１５の一方の側面に形成されたパターン
及びワイヤＷを介して拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４と電気
的に接続されている。基板１８は、チューブ１２内に配
設された図示しないケーブルの一端と接続され、ケーブ
ルの他端には計測器が接続されている。

【００２１】片持梁１６のｙ軸方向に面した一方の側面
には、拡散歪みゲージＲ５〜Ｒ８が所定位置に形成さ
れ、それら拡散歪みゲージＲ５〜Ｒ８を電気的に接続す
るためのパターン（図示せず）が形成されている。片持
梁１６の他方の側面には、拡散歪みゲージＲ５〜Ｒ８に
対応した位置に凹部が形成され、その凹部によって薄肉
部１６ａ，１６ｂが形成されている。

【００２２】また、片持梁１６の一方の側面には基板１
９が取着されている。基板１９は、フレキシブル基板で
あって、その上面に配線パターン１９ａが形成されてい
る。基板１９は、ベース１４の切欠部１４ｅの他方の側
面１４ｇに取着されている。基板１９の配線パターン１
９ａは、片持梁１６の一方の側面に形成されたパターン
及びワイヤＷを介して拡散歪みゲージＲ５〜Ｒ８と電気
的に接続されている。基板１９は、チューブ１２内に配
設された図示しないケーブルの一端と接続され、ケーブ
ルの他端には計測器が接続されている。

【００２３】片持梁１５，１６の先端部１５ｃ，１６ｃ
には、キャップ１７が取着されている。キャップ１７
は、円柱状に形成され、その外径がチューブ１２の内径
と一致している。キャップ１７の先端は半球状に形成さ
れ、その先端をカバー２０により被覆されている。カバ
ー２０は、チューブ１２と同じ材質であるシリコンゴム
よりなり、可とう性を有する。

【００２４】尚、本実施の形態では、カバー２０は、チ
ューブ１２を先端まで延出してキャップ１７を被覆する
とともに、当該力センサ１３を封止している。そのた
め、カテーテル１１はその表面に凹凸がない。血管用カ
テーテルにおいて、その表面に凹凸があるとその凹凸の
部分に血栓を生じる場合がある。しかし、本実施の形態
のカテーテル１１では、その表面に凹凸がないので、血
栓が生じるような箇所は存在しない。そのため、血管内
に挿入するカテーテル１１として好適である。

【００２５】キャップ１７の基端部（図２において下端
部）には、溝１７ａ，１７ｂが形成されている。溝１７
ａはｙ軸方向に沿って形成され、その溝１７ａにはｙ軸
方向に沿って配置された片持梁１５が挿入されている。
溝１７ｂはｘ軸方向に沿って形成され、その溝１７ｂに
はｘ軸方向に沿って配置された片持梁１６が挿入されて
いる。溝１７ａ，１７ｂは、それぞれ片持梁１５，１６
の上面と当接する深さに形成されている。また、溝１７
ａ，１７ｂは、それぞれに挿入された片持梁１５，１６
に添ってキャップ１７が移動可能な大きさに形成されて
いる。

【００２６】キャップ１７は、カテーテル１１先端に加
わる荷重によって移動し、そのキャップ１７の移動量は
加わる荷重の大きさに対応している。このとき、荷重の
加わる方向、例えばｘ軸方向から荷重が加わった場合、
その荷重によってキャップ１７はｘ軸方向に沿って形成
された溝１７ｂに挿入された片持梁１６に沿って移動
し、その片持梁１６と直交して配置された片持梁１５を
撓ませる。また、ｙ軸方向から荷重が加わった場合、そ
の荷重によってキャップ１７はｙ軸方向に沿って形成さ
れた溝１７ａに挿入された片持梁１５に沿って移動し、
その片持梁１５と直交して配置された片持梁１６を撓ま
せる。

【００２７】即ち、キャップ１７は、カテーテル１１先
端に加わる荷重の方向に沿って配置された片持梁１５，
１６に沿って移動し、その荷重の方向と直交する方向に
配置された片持梁１５，１６を撓ませる。そして、それ
ら片持梁１５，１６の撓みは、キャップの移動量、即
ち、荷重の大きさに対応している。

【００２８】カテーテル１１先端にｘ軸方向からの荷重
が加わった場合、片持梁１５は荷重により移動するキャ
ップ１７によってその上端が薄肉部１５ａ，１５ｂの部
分から撓む。すると、拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４には薄
肉部１５ａ，１５ｂの撓みに応じた応力がそれぞれ加わ
る。

【００２９】拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４は、薄肉部１５
ａ，１５ｂの撓みによる引っ張り又は圧縮応力を受ける
ように形成されている。例えば、片持梁１５の先端部１
５ｃが−ｘ方向に撓んだ場合、拡散歪みゲージＲ１，Ｒ
４は引っ張り応力を受け、拡散歪みゲージＲ２，Ｒ３は
圧縮応力を受ける。逆に片持梁１５の先端部１５ｃがｘ
方向に撓んだ場合、拡散歪みゲージＲ１，Ｒ４は圧縮応
力を受け、拡散歪みゲージＲ２，Ｒ３は引っ張り応力を
受ける。

【００３０】拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４は、予め同じ抵
抗値に設定されている。拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４は、
引っ張り応力を受けるとそれぞれの抵抗値が上昇し、圧
縮応力を受けるとそれぞれの抵抗値が低下する。また、
拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４の抵抗値の変化量は、薄肉部
１５ａ，１５ｂの撓み量、即ち、片持梁１５に加わる荷
重の大きさに対応している。従って、これら拡散歪みゲ
ージＲ１〜Ｒ４の抵抗値の変化量を検出することによ
り、片持梁１５に加わる荷重の大きさと方向を検出する
ことができる。

【００３１】同様に、片持梁１６のｙ軸方向に面した一
方の側面には拡散歪みゲージＲ５〜Ｒ８が形成され、他
方の側面に形成された凹部によって薄肉部１６ａ，１６
ｂが形成されている。そして、片持梁１６にｙ軸方向の
荷重が加わると、その片持梁１６は薄肉部１６ａ，１６
ｂから撓み、その撓みによる応力によって拡散歪みゲー
ジＲ５〜Ｒ８の抵抗値が変化する。これら拡散歪みゲー
ジＲ５〜Ｒ８の抵抗値の変化量を検出することにより、
片持梁１５と同様に、片持梁１６に加わる荷重の大きさ
と方向を検出することができる。

【００３２】図３（ａ）に示すように、片持梁１５に形
成された拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４はブリッジ接続され
ている。拡散歪みゲージＲ１，Ｒ２間のノードには、電
源電圧Ｖccが供給され、拡散歪みゲージＲ３，Ｒ４間の
ノードは接地されている。そして、拡散歪みゲージＲ
１，Ｒ４間のノードと、拡散歪みゲージＲ２，Ｒ３間の
ノードとの間から検出電圧Ｖｘを出力するようになって
いる。

【００３３】また、図３（ｂ）に示すように、片持梁１
６に形成された拡散歪みゲージＲ５〜Ｒ８はブリッジ接
続されている。拡散歪みゲージＲ５，Ｒ６間のノードに
は電源電圧Ｖccが供給され、拡散歪みゲージＲ７，Ｒ８
間のノードは接地されている。そして、拡散歪みゲージ
Ｒ５，Ｒ８間のノードと、拡散歪みゲージＲ６，Ｒ７間
のノードとの間から検出電圧Ｖｙを出力するようになっ
ている。

【００３４】上記の力センサ１３を内蔵したチューブ１
２の先端にｘ軸方向の荷重が加わると、キャップ１７は
その荷重によってｘ軸方向に形成された溝１７ｂに挿入
された片持梁１６に沿って移動し、片持梁１５を撓ませ
る。その片持梁１５の撓みによって、拡散歪みゲージＲ
１〜Ｒ４の抵抗値は増加又は減少する。例えば片持梁１
５の撓みに応じて、拡散歪みゲージＲ１，Ｒ３の抵抗値
は増加し、拡散歪みゲージＲ２，Ｒ４の抵抗値は減少す
る。すると、各拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４の抵抗値の変
化に応じた検出信号Ｖｘが出力される。このとき、ｘ軸
方向に沿って配置された片持梁１６は、撓まないので、
検出信号Ｖｙは出力されず０（ゼロ）となる。その結
果、ｘ軸の検出信号Ｖｘに対するｙ軸の検出信号Ｖｙの
比は大きい、即ち他軸感度比は良くなる。

【００３５】また、チューブ１２の先端にｙ軸方向の荷
重が加わると、キャップ１７はその荷重によってｘ軸方
向に形成された溝１７ａに挿入された片持梁１５に沿っ
て移動し、片持梁１６を撓ませる。その片持梁１６の撓
みによって、拡散歪みゲージＲ５〜Ｒ８の抵抗値は増加
又は減少する。例えば片持梁１６の撓みに応じて、拡散
歪みゲージＲ５，Ｒ７の抵抗値は増加し、拡散歪みゲー
ジＲ６，Ｒ８の抵抗値は減少する。すると、各拡散歪み
ゲージＲ５〜Ｒ８の抵抗値の変化に応じた検出信号Ｖｙ
が出力される。このとき、ｙ軸方向に沿って配置された
片持梁１５は、撓まないので、検出信号Ｖｘは出力され
ず０（ゼロ）となる。その結果、ｙ軸の検出信号Ｖｙに
対するｘ軸の検出信号Ｖｘの比は大きい、即ち他軸感度
比は良くなる。

【００３６】上記したように、本実施の形態によれば、
以下の効果を奏する。 （１）血管用のカテーテル１１のカテーテルチューブ１
２先端に力センサ１３を設けたので、血管の分岐した部
分や屈曲した部分による荷重の方向及び大きさを検出す
ることができる。そして、その荷重が減少する方向にカ
テーテル１１先端を向ければよいので、その先端を容易
に所望の部位まで誘導することができる。

【００３７】（２）片持梁１５，１６をそれぞれｘ軸，
ｙ軸に沿って配置するとともに、キャップ１７にｘ軸，
ｙ軸に沿って溝１７ａ，１７ｂを形成し、それらの溝１
７ａ，１７ｂにそれぞれ片持梁１５，１６の先端１５
ｃ，１６ｃを挿入する。そして、カテーテル１１の先端
に荷重が加わると、キャップ１７は荷重が加わる軸方向
に沿って配置された片持梁１５，１６に沿って移動し、
その片持梁１５，１６と直交するように配置された片持
梁１６，１５を撓ませるようにした。その結果、荷重が
加わる軸方向に沿って配置された片持梁１５，１６は撓
まず、検出信号が出力されないので、ｘ軸ｙ軸それぞれ
において、他軸感度比を良くすることができる。

【００３８】（３）力センサ１３をチューブ１２と同じ
材質のカバー２０によって被覆し、カテーテル１１の表
面に凹凸がなく、血栓が生じるような箇所は存在しない
ので、血管内に挿入するカテーテル１１として好適であ
る。

【００３９】尚、本発明は以下のように変更してもよ
く、その場合にも同様の作用及び効果が得られる。 （１）上記実施の形態では、キャップ１７を略半球のド
ーム状に形成したが、任意の形状にしてもよく、例えば
多面体を略半分にカットした形状や、円柱状に形成して
もよい。

【００４０】（２）上記実施の形態では、カバー２０に
シリコンゴムを用いたが、外力により容易に変形する程
度の弾性を有するものであれば何でもよく、例えばポリ
イミド、ポリウレタン等を用いて実施してもよい。

【００４１】（３）上記実施の形態では、片持梁１５，
１６の側面に拡散歪みゲージＲ１〜Ｒ４，Ｒ５〜Ｒ８を
それぞれ形成してカテーテル１１の先端に加わる荷重を
検出するようにしたが、片持梁１５，１６の側面にバル
クの歪みゲージを取着し荷重を検出するようにしてもよ
い。

【００４２】（４）上記実施の形態では、片持梁１５，
１６と基板１８，１９とをワイヤＷによりそれぞれ接続
したが、バンプ等の方法により片持梁１５，１６と基板
１８，１９とをそれぞれ接続するようにしてもよい。

【００４３】（５）上記実施の形態では、体内挿入用医
療器具として血管に挿入されるカテーテル１１に具体化
したが、その他の医療器具、例えば大腸、小腸、十二指
腸、その他の消化管、尿道、輸卵管、リンパ管、胆管、
膣、耳道、鼻孔、食道、気管支等に挿入される医療器具
に具体化して実施してもよい。また、本発明の力センサ
１３は、カテーテル１１等の外部操作式の医療器具のみ
ならず、マイクロマシン技術を応用した自走式の医療器
具の先端に設けてもよい。勿論、医療器具は人間用に限
定されず動物用であってもよい。

【００４４】以上、この発明の各実施の形態について説
明したが、各実施の形態から把握できる請求項以外の技
術思想について、以下にそれらの効果とともに記載す
る。 （イ）前記カバー２０は、チューブ１２を延長するとと
もに、先端を閉塞して形成した請求項４に記載の体内挿
入用医療器具のセンサ。この構成によれば、カバーを容
易に作成することが可能になると共に、力センサを容易
に被覆することが可能となる。

【００４５】（ロ）前記片持梁は単結晶シリコンよりな
り、それらの側面には拡散歪みゲージが形成された請求
項１〜４のうちいずれか１項に記載の体内挿入用医療器
具のセンサ。この構成によれば、先端に加わる荷重を容
易に検出可能となる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、先
端に加わる荷重の方向を検知することが可能なセンサ機
能を備えた体内挿入用医療器具を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施の形態のカテーテルの先端を示す概略
斜視図。

【図２】 力センサの分解斜視図。

【図３】 (a) はｘ軸の歪みゲージの接続を示す回路
図、(b) はｙ軸の歪みゲージの接続を示す回路図。

【符号の説明】

１１…体内挿入用医療器具としての血管用カテーテル、
１２…カテーテルチューブ、１３…力センサ、１４…ベ
ース、１５，１６…片持梁、１５ａ，１５ｂ，１６ａ，
１６ｂ…薄肉部、１７…伝達部材としてのキャップ、１
７ａ，１７ｂ…溝、２０…カバー、Ｒ１〜Ｒ８…拡散歪
みゲージ、Ｃ１…中心軸線。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チューブ（１２）先端に加わる荷重を検
   出するための体内挿入用医療器具のセンサであって、 チューブ（１２）内に配置されたベース（１４）と、 前記ベース（１４）の先端に取着された片持梁（１５，
   １６）と、 前記片持梁（１５，１６）の先端に配置され、先端に加
   わる荷重によって移動し、前記片持梁（１５，１６）を
   撓ませる伝達部材（１７）とを備えた体内挿入用医療器
   具のセンサ。
2. 【請求項２】 前記片持梁（１５，１６）は、チューブ
   の中心軸線（Ｃ１）上において直交する方向に沿って配
   置された請求項１に記載の体内挿入用医療器具のセン
   サ。
3. 【請求項３】 前記伝達部材（１７）には、中心軸線
   （Ｃ１）上において直交する溝（１７ａ，１７ｂ）が形
   成され、当該溝（１７ａ，１７ｂ）には前記片持梁（１
   ５，１６）先端（１５ｃ，１６ｃ）が挿入され、伝達部
   材（１７）は、先端に加わる荷重の方向に沿って配置さ
   れた片持梁（１５，１６）に沿って移動し、その移動方
   向と直交する方向に沿って配置された片持梁（１６，１
   ５）を撓ませるようにした請求項１又は２に記載の体内
   挿入用医療器具のセンサ。
4. 【請求項４】 前記片持梁（１５，１６）及び伝達部材
   （１７）は、可とう性を有するカバー（２０）に被覆さ
   れた請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の体内挿
   入用医療器具のセンサ。