JPH09149940A - 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を目的とする。 【解決手段】力センサ１３のシャフト１４は四角柱状に
形成され、その先端にはキャップ１８が取着されてい
る。キャップ１８は、チューブ１２の先端に加わる荷重
をシャフト１４の先端部１４ｂに伝達する。シャフト１
４の基端部１４ａには、リング１９，２０が設けられ、
そのリング１９，２０によってシャフト１４がチューブ
１２の軸線Ｃ１上に保持されている。シャフト１４に
は、所定の位置に括れ部１４ｃが形成され、その括れ部
１４ｃを跨ぐ梁として歪みゲージ１５，１６が取着され
ている。

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、体内挿入用医療器具の先
端に設けられ、その先端に加わる荷重を検出するための
センサであって、前記医療器具のチューブ中心軸線に沿
って配置され、前記先端に加わる荷重によって中心軸線
に対して撓む可とう部材と、前記可とう部材の側面に中
心軸線に対して直交する軸方向にそれぞれ配置され、前
記可とう部材の撓みを感知し、その感知結果を出力する
感知手段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、前記可とう部
材には括れ部が形成され、前記感知手段は前記可とう部
材の括れ部を跨ぐによう前記可とう部材の基端部と先端
部とに取着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、前記可
とう部材及び感知手段は、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。

【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、前記可とう部材の基端部にはリングが挿着
され、そのリングによって前記可とう部材がチューブの
中心軸線上に配置されたことを要旨とする。

【００１０】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４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、前記感知手段はフレキシブル基板に取着さ
れ、当該基板を折り曲げて前記可とう部材側面に取着さ
れたことを要旨とする。

【００１１】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５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、前記可とう部材は、中心軸線に沿って配置
されたシャフトと、前記シャフトの先端に取着され、先
端に加わる荷重を前記シャフトに伝達するキャップとか
ら構成されたことを要旨とする。

【００１２】従って、請求項１に記載の発明によれば、
医療器具のチューブ中心軸線に沿って可とう部材が配置
され、その可とう部材は先端に加わる荷重によって中心
軸線に対して撓む。可とう部材の側面には中心軸線に対
して直交する軸方向にそれぞれ感知手段が配置され、そ
の感知手段によって可とう部材の撓みが感知されて先端
に加わる荷重が検出される。

【００１３】請求項２に記載の発明によれば、可とう部
材には括れ部が形成され、感知手段は可とう部材の括れ
部を跨ぐによう可とう部材の基端部と先端部とに取着さ
れ、先端に加わる荷重により撓む可とう部材の撓みが感
知され先端に加わる荷重が検出される。

【００１４】請求項３に記載の発明によれば、可とう部
材及び感知手段は、可とう性を有するカバーに被覆され
る。請求項４に記載の発明によれば、可とう部材の基端
部にはリングが挿着され、そのリングによって可とう部
材がチューブの中心軸線上に配置される。

【００１５】請求項５に記載の発明によれば、感知手段
はフレキシブル基板に取着され、その基板が折り曲げら
れて可とう部材側面に取着される。請求項６に記載の発
明によれば、可とう部材は、中心軸線に沿って配置され
たシャフトと、シャフトの先端にはキャップが取着さ
れ、先端に加わる荷重がキャップを介してシャフトに伝
達されシャフトが撓む。

【００１６】

【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。

【００１７】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
基端部にもう得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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】力センサ１３は、シャフト１４、歪みゲー
ジ１５，１６、基板１７、キャップ１８、及び、リング
１９，２０により構成されている。シャフト１４は四角
柱状に形成されている。シャフト１４の先端にはキャッ
プ１８が取着されている。シャフト１４の基端部１４ａ
には、リング１９，２０が設けられ、そのリング１９，
２０は、チューブ１２内の所定位置に固定されて力セン
サ１３がカテーテル１１先端に配置されている。

【００２１】図３に示すように、キャップ１８は、チュ
ーブ１２の先端内面形状と一致する略半球状に形成さ
れ、シャフト１４に対応する凹部１８ａが形成され、そ
の凹部１８ａにシャフト１４の先端が挿入され固定され
ている。そして、チューブ１２の先端に加わる荷重は、
キャップ１８を介してシャフト１４の先端部１４ｂに伝
達される。

【００２２】リング１９，２０は、それぞれチューブ１
２の内径に一致する外形を有する円板状に形成され、チ
ューブ１２内の所定位置に固定されている。また、リン
グ１９，２０の中心にはシャフト１４に対応した四角形
の連通孔１９ａ，２０ａがそれぞれ形成されている。シ
ャフト１４は、リング１９，２０の連通孔１９ａ，２０
ａに挿通され、リング１９，２０によってシャフト１４
がチューブ１２の軸線Ｃ１上に保持されている。

【００２３】シャフト１４には、その先端（図１におい
て上端）から所定の位置に括れ部１４ｃが形成されてい
る。括れ部１４ｃは、断面円形状に形成され、その括れ
部１４ｃによってシャフト１４の先端部１４ｂが基端部
１４ａに対して任意の方向に曲がりやすくなっている。
また、シャフト１４の基端部１４ａは、チューブ１２内
に固定されたリング１９，２０に挿通されている。従っ
て、チューブ１２の先端に荷重が加わると、その荷重に
応じてシャフト１４が撓む。

【００２４】シャフト１４には、基板１７が取着されて
いる。基板１７は、フレキシブル基板であって、その表
面には配線パターン１７ａが形成されている。基板１７
は２つに折り曲げられ、シャフト１４基端部１４ａの隣
合う２つの側面１４ｄ，１４ｅに渡って取着されてい
る。基板１７には歪みゲージ１５，１６が取着され、基
板１７に形成された配線パターン１７ａとワイヤＷによ
って電気的に接続されている。

【００２５】歪みゲージ１５，１６はバルク型であっ
て、シャフト１４の側面１４ｄ，１４ｅにそれぞれ配置
固定されている。また、歪みゲージ１５，１６は、シャ
フト１４の括れ部１４ｃを跨ぐ梁となるように固着され
ている。即ち、歪みゲージ１５，１６の基端部１５ａ，
１６ａはシャフト１４の基端部１４ａに固着され、先端
部１５ｂ，１６ｂはシャフト１４の先端部１６ｂに固着
されている。そして、チューブ１２の先端に加わる荷重
によってシャフト１４が撓むと、歪みゲージ１５，１６
にはシャフト１４の撓みによる応力が加わる。歪みゲー
ジ１５，１６は、その加わる応力を電気信号に変換し出
力する。即ち、歪みゲージ１５，１６は、チューブ１２
の先端に加わる荷重を検知し、その検知した応力に応じ
た電気信号を検出信号として出力するようになってい
る。

【００２６】尚、本実施の形態では、図１において、歪
みゲージ１５が取着された側面１４ｄに垂直な方向をｘ
軸方向、歪みゲージ１６が取着された側面１４ｅに垂直
な方向をｙ軸方向とする。そして、チューブ１２の先端
に対して荷重が加わると、その荷重はキャップ１８を介
してシャフト１４に伝達され、シャフト１４は括れ部１
４ｃから撓む。

【００２７】このとき、側面１４ｄに取着された歪みゲ
ージ１５は、加わった荷重の成分のうちｘ軸方向の成分
に応じた応力を受け、その応力に応じた電気信号を検出
信号として出力する。また、側面１４ｅに取着された歪
みゲージ１６は、加わった荷重のうちｙ軸方向の成分に
応じた応力を受け、その応力に応じた電気信号を検出信
号として出力する。

【００２８】即ち、血管の分岐した部分などによってチ
ューブ１２の先端に加わる荷重は、歪みゲージ１５，１
６が取着された側面１４ｄ，１４ｅにそれぞれ垂直な成
分に分解され、それぞれの成分が歪みゲージ１５，１６
によって検出される。その結果、任意の方向から加わる
荷重の方向を検出することができる。そして、操作者
は、検出した荷重に応じた方向、詳しくは荷重が減少す
るような方向にワイヤを操作してチューブ１２先端を向
ければよく、容易にカテーテル１１先端を任意の部位に
誘導することができる。

【００２９】図３に示すように、リング１９には、連通
孔１９ａの内側面に歪みゲージ１５，１６に対応する凹
部１９ｂ，１９ｃが形成されている。また、リング２０
には、連通孔２０ａの内側面に基板１７に対応する凹部
２０ｂが形成されている。そして、リング１９，２０
は、ワイヤＷの前後に配設され、そのリング１９，２０
によってワイヤＷが保護されている。

【００３０】上記のように構成された力センサ１３は、
図１に示すように、カバー２１に被覆されている。カバ
ー２１は、可倒性を有する材質であって、例えばチュー
ブ１２と同一の材質であるシリコンゴムにより形成され
ている。尚、本実施の形態では、カバー２１はチューブ
１２の先端をドーム状に閉塞して形成され、そのカバー
２１内に力センサ１３が挿入固定されている。

【００３１】血管内に挿入されるカテーテルの表面に凹
凸がある場合、その凹凸の部分に血栓が生じる場合があ
る。しかし、本実施の形態では、力センサ１３はカバー
２１によって被覆されており、血管内には露出していな
いので、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。

【００３２】また、上記のように構成された力センサ１
３において、図２に示すように、歪みゲージ１５，１６
は、基板１７が平面上に置かれた状態でその基板１７に
取着される。そして、基板１７は、歪みゲージ１５，１
６が取着された状態で２つに折り曲げられ、シャフト１
４に取着される。

【００３３】各歪みゲージ１５，１６を直接シャフト１
４の側面１４ｄ，１４ｅに取着する場合、歪みゲージ１
５，１６を互いに平行に取着固定することは難しく、ま
た、各歪みゲージ１５，１６を軸線Ｃ１方向に沿って同
じ位置に取着することは難しい。歪みゲージ１５，１６
が互いに平行でないと、同じ大きさの荷重がｘ方向、ｙ
方向にそれぞれ加わった場合、各歪みゲージ１５，１６
はそれぞれ受ける応力が異なるので、検出信号の大きさ
が異なる。また、両歪みゲージ１５，１６が軸線Ｃ１方
向に沿って同じ位置に取着されていない場合、同様に各
歪みゲージ１５，１６は受ける応力が異なるので、それ
ぞれ出力される検出信号の大きさが異なる。同じ大きさ
の荷重による検出信号の大きさが異なると、それぞれに
対して補正を加える必要があり、回路構成等が面倒であ
る。

【００３４】しかしながら、本実施の形態の方法に力セ
ンサ１３では、平面上に置かれた基板１７に歪みゲージ
１５，１６を取着するので、各歪みゲージ１５，１６を
互いに平行にかつ先端が同じ位置に取着固定することは
容易である。そして、両歪みゲージ１５，１６を基板１
７に取着した状態で、その基板１７と両歪みゲージ１
５，１６とをシャフト１４に取着固定するので、両歪み
ゲージ１５，１６は互いに平行となり、それらの位置は
シャフト１４の先端から同じ位置となる。その結果、各
軸方向に同じ大きさの荷重が加わった場合、両歪みゲー
ジ１５，１６から出力される検出信号の大きさが同じに
なるので、補正の必要がなく簡単な構成でチューブ１２
の先端に加わる荷重を検出することができる。

【００３５】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。

【００３６】（２）歪みゲージ１５，１６は、平面状態
にある基板１７に取着された後、シャフト１４の側面１
４ｄ，１４ｅにそれぞれ固着されるので、両歪みゲージ
１５，１６は互いに平行に取着されると共に、シャフト
１４の先端からの位置は同じとなる。その結果、歪みゲ
ージ１５，１６をシャフト１４の側面１４ｄ，１４ｅに
直接取着する場合に比べて、同じ大きさの荷重が加わっ
た時に歪みゲージ１５，１６から出力される検出信号の
大きさが同じとなるので、補正が必要なく、簡単な構成
で荷重を検出することができる。

【００３７】（３）力センサ１３をチューブ１２と同じ
材質のカバー２１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。

【００３８】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１８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。また、キャップ１８をリング状に形成し、シャ
フト１４の先端に取着するようにしてもよい。

【００３９】（２）上記実施の形態では、シャフト１４
の先端にキャップ１８を取着したが、シャフト１４の先
端を拡径してドーム状に形成し、キャップ１８を省略す
る構成としてもよい。

【００４０】（３）上記実施の形態では、カバー２１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】（４）上記実施の形態では、歪みゲージ１
５，１６と基板１７とをワイヤＷにより接続したが、バ
ンプ等の方法により歪みゲージ１５，１６と基板１７と
を接続するようにしてもよい。

【００４２】（５）上記実施の形態では、短冊状のバル
クの拡散歪みゲージ１５，１６を用いてカテーテル１１
の先端に加わる荷重の大きさ及び方向を検知するように
したが、単結晶シリコンよりなるシリコン基板の上面に
拡散歪みゲージを形成し、そのシリコン基板を短冊状に
形成したものをシャフト１４に取着してカテーテル１１
に加わる荷重を検知するようにしてもよい。又は、シリ
コン基板の上面に薄膜による歪みゲージを取着し、カテ
ーテル１１に加わる荷重を検知するようにしてもよい。

【００４３】（６）上記実施の形態では、シャフト１４
を四角柱状に形成したが、歪みゲージ１５，１６を容易
に取着可能な面を有する形状であればどのようなもので
ものよく、例えば八角柱状等の任意の柱状に形成しても
よい。

【００４４】（７）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。

【００４５】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）前記感知手段は、歪みゲージ１５，１６である請
求項１〜６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。この構成により、シャフト１４の撓み
により、先端に加わる荷重を容易に検出可能となる。

【００４６】（ロ）前記カバー２１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３〜
６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。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。

【００４７】（ハ）前記リング１９には、感知手段１
５，１６と基板１７とに対応する凹部１９ｂ，１９ｃが
形成され、その凹部１９ｂ，１９ｃによって感知手段１
５，１６が位置決めされた請求項４〜６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。この構成
によれば、感知手段１５，１５の周方向の位置決めが容
易となる。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、先
端に加わる荷重を検知することが可能な体内挿入用医療
器具のセンサ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
側面図。

【図２】 基板及びセンサを示す概略斜視図。

【図３】 力センサの分解斜視図。

【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、１４…可とう部材としての
シャフト、１５，１６…感知手段としての歪みゲージ、
１８…可とう部材としてのキャップ、１９，２０…リン
グ、２１…カバー、Ｃ１…中心軸線。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 体内挿入用医療器具（１１）の先端に設
   けられ、その先端に加わる荷重を検出するためのセンサ
   であって、 前記医療器具（１１）のチューブ（１２）中心軸線（Ｃ
   １）に沿って配置され、前記先端に加わる荷重によって
   中心軸線（Ｃ１）に対して撓む可とう部材（１４，１
   ８）と、 前記可とう部材（１４）の側面（１４ｄ，１４ｅ）に中
   心軸線（Ｃ１）に対して直交する軸（ｘ，ｙ）方向にそ
   れぞれ配置され、前記可とう部材（１４，１８）の撓み
   を感知し、その感知結果を出力する感知手段（１５，１
   ６）とを備えた体内挿入用医療器具のセンサ。
2. 【請求項２】 前記可とう部材（１４）には括れ部（１
   ４ｃ）が形成され、前記感知手段（１５，１６）は前記
   括れ部（１４ｃ）を跨ぐによう前記可とう部材（１４）
   の基端部（１４ａ）と先端部（１４ｂ）とに取着された
   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】 前記可とう部材（１４，１８）及び感知
   手段（１５，１６）は、可とう性を有するカバー（２
   １）に被覆された請求項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】 前記可とう部材（１４，１８）の基端部
   （１４ａ）にはリング（１９，２０）が挿着され、その
   リング（１９，２０）によって前記可とう部材（１４）
   がチューブ（１２）の中心軸線（Ｃ１）上に配置された
   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。
5. 【請求項５】 前記感知手段（１５，１６）はフレキシ
   ブル基板（１７）に取着され、当該基板（１７）を折り
   曲げて前記可とう部材（１４，１８）側面（１４ｄ，１
   ４ｅ）に取着された請求項１〜４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。
6. 【請求項６】 前記可とう部材は、 中心軸線（Ｃ１）に沿って配置されたシャフト（１４）
   と、 前記シャフト（１４）の先端に取着され、先端に加わる
   荷重を前記シャフト（１４）に伝達するキャップ（１
   ８）とから構成された請求項１〜５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。