JPH0984769A - 医療用触覚センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は対象物の硬さを測定する際の測定精度
を高めることができ、生体組織の硬さの違いを的確に測
定して診断能力を高めることができる医療用触覚センサ
を提供することを最も主要な特徴とする。 【解決手段】機械的振動系１６の振動を検出する振動検
出素子１１を機械的振動系１６の振動の節部近傍に取付
けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は振動する接触要素を
被測定物の生体組織に接触させて被測定物の硬さを測定
する医療用触覚センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、体内の生体組織の硬さを測定す
る医療用触覚センサとして例えば、特公昭４０−２７２
３６号公報、特開平１−１８９５８３号公報、特開平２
−２９０５２９号公報等に示されるように超音波振動す
るプローブを生体組織等の対象物（被測定物）に接触さ
せ、プローブの共振周波数の変化を検知することによっ
て生体組織等の対象物の硬さを測定する測定器が従来よ
り知られている。このような測定器は例えば患者の皮膚
の弾性度を測定したり、或いは内視鏡下で使用すること
によって、体内の粘膜下に局部的に存在する腫瘍の位置
を正しく特定するために用いられている。

【０００３】また、上記従来技術による硬さ測定器で
は、対象物に接触させる対物接触振動子を含む振動系
を、帰還ループによる自励発振回路によって共振させ、
対物接触振動子あるいは対物接触振動子と機械的に結合
された接触子が対象物と接触したときの対象物のインピ
ーダンスを自励発振回路の共振周波数の変化、あるいは
共振時の電圧の変化として捉え、対象物の触覚情報を得
る構成になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
触覚センサにおいては、生体への不要な振動エネルギを
与えないように、振動子の振動エネルギは非常に小さく
設定されているため、検出素子で電圧として測定される
振動の検出信号も非常に小さい。そのため、検出素子で
測定される対象物の触覚情報を電気的に取り出すことは
技術的に非常に困難なものとなる問題がある。

【０００５】また、従来の触覚センサで取り出せる検出
データはノイズが多く、信頼度にかけるので、従来の触
覚センサでは精度の高い測定を行うことは困難であっ
た。特に、患者の体内の生体組織の弾性は骨などの硬質
な一部の生体組織以外ではほとんど同じ硬さであり、極
端に大きな硬さの違いがないので、従来の触覚センサで
生体組織の硬さの違いを測定して診断の一助とすること
は技術的に難しい問題がある。

【０００６】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的は、対象物の硬さを測定する際の測定精度
を高めることができ、生体組織の硬さの違いを的確に測
定して診断能力を高めることができる医療用触覚センサ
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は被測定物の生体
組織に接触される接触要素と、振動を発生させる振動子
と、この振動子と前記接触要素とからなる振動系を共振
周波数で振動させるための発振回路と、前記振動系の振
動の節部近傍に取付けられ、前記振動系の振動を検出す
る振動検出手段と、前記振動系を共振周波数で振動させ
た状態で前記接触要素を前記被測定物に接触させたとき
の前記共振周波数の変化量を検出し、前記被測定物の硬
さの情報を得る硬さ情報検出手段とを具備したものであ
る。

【０００８】振動系の振動の機械的ひずみのもっとも大
きい振動系の振動の節部近傍に振動検出手段を配置した
ことにより、被測定物の硬さの情報検出時に振動検出手
段で検出される電圧が大きく、ノイズに対して強い構造
とし、硬さ情報検出手段で共振周波数の変化量を検出す
る際の電気的ひずみが小さく、結果として精度の高い測
定を行うことができるようにしたものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図１（Ａ），（Ｂ）および図２を参照して説明する。
図１（Ａ）は本実施の形態の医療用触覚センサ全体の概
略構成を示すものである。この医療用触覚センサにはプ
ローブ本体１が設けられている。このプローブ本体１に
は図２に示すように生体内（患者Ｐの体内）に挿入され
る挿入部２と、この挿入部２の基端部に連結され、図示
しない測定者が把持する手元側の把持部３とが設けられ
ている。なお、プローブ本体１の把持部３は医療用触覚
センサの電源１９に接続されている。

【００１０】また、プローブ本体１の挿入部２には略有
底円筒状のケーシング４が設けられている。さらに、こ
のケーシング４の略軸心部には円筒状の振動子５が配設
されている。この振動子５としては圧電セラミックが用
いられる。なお、振動子５としては水晶発振子、磁歪素
子、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）でも良い。

【００１１】また、振動子５は径方向に分極されてい
る。すなわち、図１（Ｂ）に示すようにこの振動子５の
内周面には陽極としての円筒状の第１電極６、外周面に
は陰極としての円筒状の第２電極７がそれぞれ取付けら
れている。そして、振動子５の内外周面の電極６，７間
に時間変動する電圧を印加することにより、振動子５は
径方向と軸方向に同時に変形する機械的振動、いわゆる
呼吸運動を行うようになっている。

【００１２】さらに、振動子５の中心部には振動伝達部
材８が接着されている。この振動伝達部材８の先端側は
軸方向前方に延設されている。そして、この振動伝達部
材８の先端部には患者Ｐの体内の生体組織である被測定
物Ｈに接触される接触子（接触要素）９が接着されてい
る。ここで、接触子９は先端部が閉塞された有底円筒体
によって形成されている。そして、この接触子９の軸心
穴９ａに振動伝達部材８の先端部が挿入された状態で、
接着固定されている。

【００１３】また、プローブ本体１にはケーシング４の
先端部に接触子９を軸心方向に移動自在に保持する保持
穴部４ａが形成されている。そして、接触子９はプロー
ブ本体１の保持穴部４ａの先端開口部から外部側に突出
された状態で保持されている。

【００１４】さらに、ケーシング４の先端部には保持穴
部４ａの内周面にリング状の取付け溝４ｂが形成されて
いる。この取付け溝４ｂにはリング状の弾性部材１０が
嵌着されている。そして、接触子９はこの弾性部材１０
を介してケーシング４の先端部に軸心方向に移動自在に
保持されている。このようにプローブ本体１と接触子９
との間に弾性部材１０が介在するために、機械的な振動
が接触子９からプローブ本体１のケーシング４側に伝達
されることはない。

【００１５】また、振動子５の前端部には検出素子（振
動検出手段）１１が振動子５と同軸的に密着して設置さ
れている。この検出素子１１は振動子５の前方の振動の
節部近傍に配置されている。この検出素子１１の材料と
しては、振動子５と同様に、圧電セラミック、水晶発振
子などが用いられる。

【００１６】さらに、検出素子１１には陽極としての電
極１２が取付けられている。そして、この検出素子１１
は振動子５に協調して振動することによって、振動子５
の振動の振幅、周波数をモニタするためのセンサとして
作用させることができるようになっている。

【００１７】また、検出素子１１の電極１２はアンプ回
路１３に接続されている。さらに、このアンプ回路１３
にはフィルタ回路１４が接続されている。このフィルタ
回路１４は例えばゲイン（信号増幅率）が周波数に対し
て変化する周波数帯域を持つバンドパスフィルタの特性
をもっている。なお、フィルタ回路１４としてはバンド
パスフィルタ以外にも、例えばローパスフィルタ、ハイ
パスフィルタ、ノッチフィルタ、積分回路、微分回路、
ピーキング増幅器など、ゲインが周波数に対して変化す
る周波数帯域を持つ回路であれば良い。さらに、このフ
ィルタ回路１４には振動子５の第１電極６が接続されて
いる。なお、振動子５の第２電極７は接地されている。

【００１８】そして、本実施の形態の医療用触覚センサ
では検出素子１１の出力信号は、アンプ回路１３を経
て、フィルタ回路１４に入力される。さらに、フィルタ
回路１４の出力は、再びプローブ本体１内に戻り、振動
子５に入力され、振動子５の駆動信号になる。すなわ
ち、振動子５、検出素子１１、アンプ回路１３、フィル
タ回路１４にて帰還ループによる自励発振の閉回路１５
が形成されている。この自励発振回路１５によってプロ
ーブ本体１内の振動子５、検出素子１１、振動伝達部材
８、接触子９からなる機械的振動系１６全体を一体的に
機械的な共振状態で振動させるようになっている。この
とき、振動子５の後端部および接触子９の先端部が振動
の腹部となり、検出素子１１の位置が振動の節部となる
定在波振動が発生するように設定されている。

【００１９】また、フィルタ回路１４には硬さ情報検出
手段としての電圧測定手段１７、周波数測定手段１８が
それぞれ接続されている。そして、動作中の自励発信回
路１５の電圧および周波数はフィルタ回路１４からの出
力信号にもとづいて電圧測定手段１７および周波数測定
手段１８によってそれぞれモニタすることができるよう
になっている。なお、電圧測定手段１７、周波数測定手
段１８は、自励発振回路１５に接続されていれば、どの
位置に設けても良い。

【００２０】また、図２中で、２１は本実施の形態の医
療用触覚センサと組合せて使用される内視鏡を示すもの
である。この内視鏡２１には生体内（患者Ｐの体内）に
挿入される挿入部２２と、この挿入部２２の基端部に連
結され、図示しない測定者が把持する手元側の把持部２
３とが設けられている。さらに、把持部２３の後端部に
はカメラヘッド２４が取付けられている。このカメラヘ
ッド２４はＣＣＵ（カメラコントロールユニット）２５
に接続されている。さらに、このＣＣＵ２５にはモニタ
２６が接続されている。

【００２１】次に、上記構成の本実施の形態の医療用触
覚センサの作用について説明する。ここでは、図２に示
すように本実施の形態の医療用触覚センサのプローブ本
体１を内視鏡２１による観察下で使用して患者Ｐの体内
の触診を行う作業を一例として説明する。なお、患者Ｐ
の腹壁部Ｙには２本のトラカール２７，２８が穿刺され
ている。そして、一方のトラカール２７を通して内視鏡
２１の挿入部２２が患者Ｐの腹腔Ｚ内に挿入され、他方
のトラカール２８を通して医療用触覚センサのプローブ
本体１の挿入部２が患者Ｐの腹腔Ｚ内に挿入されてい
る。

【００２２】また、内視鏡２１で得た腹腔Ｚ内の映像
は、カメラヘッド２４によって撮像され、画像信号に変
換される。そして、カメラヘッド２４から出力された画
像信号はＣＣＵ２５で信号処理された後、モニタ２６上
に送られ、このモニタ２６の画面上に内視鏡像が映し出
される。

【００２３】そして、図示しない術者はモニタ２６上の
内視鏡像を見ながら、触覚センサのプローブ本体１を次
のように操作する。すなわち、触覚センサの使用時には
自励発振回路１５によってプローブ本体１内の振動子
５、検出素子１１、振動伝達部材８、接触子９からなる
機械的振動系１６全体を一体的に機械的な共振状態で振
動させる。このとき、動作中の自励発信回路１５の電圧
および周波数はフィルタ回路１４からの出力信号にもと
づいて電圧測定手段１７および周波数測定手段１８によ
ってそれぞれモニタされる。この状態で、測定者はプロ
ーブ本体１を手に持って共振振動している接触子９の先
端を被測定物Ｈに接触させる。

【００２４】このときに電圧測定手段１７および周波数
測定手段１８によってモニタされる自励発信回路１５の
電圧および周波数は被測定物Ｈの硬さに応じて変化す
る。したがって、電圧測定手段１７、周波数測定手段１
８でモニタされる自励発信回路１５の電圧の変化および
共振周波数の変化を読みとることによって、被測定物Ｈ
の硬さを測定することができる。そして、この測定結果
に基いて腹腔Ｚ内の臓器等の生体組織である被測定物Ｈ
の内部の病変部、例えば、腫瘤等の位置を触覚により探
し出す。なお、触覚センサの測定情報は、周波数、電圧
をそのまま読み取ってもよいし、モニタ２６の画面上に
表示される内視鏡像の上に重ねて触覚センサの測定情報
をグラフ表示してもよい。

【００２５】そこで、上記構成の本実施の形態による触
覚センサによれば次の効果を奏する。すなわち、ゲイン
が周波数に対して変化する周波数帯域を持つバンドパス
フィルタの特性をもっているフィルタ回路１４を自励発
振回路１５の中に介設し、フィルタ回路１４を除く自励
発振回路１５の共振周波数を、フィルタ回路１４のゲイ
ンが周波数に対して変化する周波数帯域に設定したの
で、患者Ｐの体内の触診時に被測定物Ｈのわずかな硬
さ、すなわち音響インピーダンスの変化に対しても自励
発振回路１５の周波数変化、電圧の変化を大きくするこ
とができる。そのため、構成が簡単で、安価であるにも
かかわらず、被測定物Ｈのわずかな硬さの変化にも敏感
に反応し、患者Ｐの体内の触診を高精度に行うことがで
きる。

【００２６】さらに、機械的振動系１６の振動の機械的
ひずみのもっとも大きい振動子５の前方の振動の節部近
傍に検出素子１１を配置したので、被測定物Ｈの硬さの
情報検出時に検出素子１１で検出される信号の電圧が大
きく、ノイズに対して強い構造とし、安定した自励発振
を行うことができる。そのため、硬さ情報検出手段とし
ての電圧測定手段１７、周波数測定手段１８で共振周波
数の変化量を検出する際の電気的ひずみが小さく、結果
として精度の高い測定を行うことができる。従って、一
層診断能力の高い触覚センサとすることができる。

【００２７】また、図３は本発明の第２の実施の形態を
示すものである。これは、第１の実施の形態の医療用触
覚センサのプローブ本体１の先端部の構成を次の通り変
更したものである。

【００２８】すなわち、本実施の形態ではプローブ本体
１のケーシング４内に振動子５と検出素子１１とが一体
化された円筒状の振動体３１が形成されている。この振
動体３１の内周面には振動子５および検出素子１１の共
通の陰極となる円筒状の第１電極３２が形成されてい
る。さらに、この振動体３１の外周面には前端部側に検
出素子陽極となる円筒状の第２電極３３、後端部側に振
動子陽極となる円筒状の第３電極３４がそれぞれ形成さ
れている。なお、第２電極３３と第３電極３４との間は
離間され、互いに絶縁されている。ここで、振動体３１
の検出素子陽極となる円筒状の第２電極３３は機械的振
動系１６の振動の機械的ひずみのもっとも大きい振動体
３１の振動子５の前方の振動の節部近傍に配置されてい
る。

【００２９】さらに、振動体３１の筒内には導電体によ
って形成された振動伝達部材３５が挿入されている。こ
の振動伝達部材３５は振動体３１の第１電極３２と導通
されている。なお、第１電極３２の内周面側にねじ山状
の突出部３２ａを突設し、第１電極３２と振動伝達部材
３５との間の導電性を一層確実にする構成にしてもよ
い。この場合、第１電極３２の突出部３２ａはリング状
の突出部、或いは針状の突出部を複数突設してもよい。
さらに、振動伝達部材３５の外周面側に突出部３２ａを
突設してもよい。

【００３０】また、振動体３１の第１電極３２に導通さ
れた振動伝達部材３５の後端には接地用の第１電線３
６、振動体３１の第２電極３３にはアンプ回路１３に接
続された第２電線３７、振動体３１の第３電極３４には
フィルタ回路１４に接続された第３電線３８がそれぞれ
半田付けされて接続されている。

【００３１】さらに、振動体３１の第２電極３３および
第３電極３４の外周面にはフッソ樹脂製などの保護チュ
ーブ３９が装着されている。そして、振動体３１の振動
子５および検出素子１１は３本の電線３６，３７，３８
との各接続部と一体的に保護チューブ３９内に収容さ
れ、この保護チューブ３９によって保護されている。

【００３２】また、振動伝達部材３５の先端側は軸方向
前方に延設されている。この振動伝達部材３５の先端部
には患者Ｐの体内の生体組織である被測定物Ｈに接触さ
れる接触子（接触要素）４０が接着されている。そし
て、この接触子４０の軸心穴４０ａに振動伝達部材３５
の先端部が挿入された状態で、接着固定されている。

【００３３】さらに、接触子４０の外周面にはリング状
の取付け溝４１が形成されている。この取付け溝４１に
はリング状の弾性部材４２が嵌着されている。そして、
接触子４０はこの弾性部材４２を介してケーシング４の
先端部に軸心方向に移動自在に保持されている。

【００３４】そこで、上記構成の本実施の形態による触
覚センサによれば次の効果を奏する。すなわち、振動体
３１の検出素子陽極となる円筒状の第２電極３３を機械
的振動系１６の振動の機械的ひずみのもっとも大きい振
動体３１の振動子５の前方の振動の節部近傍に配置した
ので、第１の実施の形態と同様に被測定物Ｈの硬さの情
報検出時に検出素子１１で検出される信号の電圧が大き
く、ノイズに対して強い構造とし、安定した自励発振を
行うことができる。そのため、硬さ情報検出手段として
の電圧測定手段１７、周波数測定手段１８で共振周波数
の変化量を検出する際の電気的ひずみが小さく、結果と
して精度の高い測定を行うことができ、一層診断能力の
高い触覚センサとすることができる。

【００３５】さらに、本実施の形態では特に、振動子５
と検出素子１１とが一体化された振動体３１を形成し、
この振動体３１の内周面に振動子５および検出素子１１
の共通の陰極となる第１電極３２を形成するとともに、
この振動体３１の外周面に検出素子陽極となる第２電極
３３と、振動子陽極となる第３電極３４をそれぞれ形成
したので、プローブ本体１のケーシング４内における３
本の電線３６，３７，３８のとり回しがよく、組立性の
よい触覚センサとすることができる。

【００３６】また、図４は本発明の第３の実施の形態を
示すものである。これは、第２の実施の形態の医療用触
覚センサのプローブ本体１の先端部の構成をさらに次の
通り変更したものである。

【００３７】すなわち、本実施の形態では第２の実施の
形態の円筒状の振動体３１が円筒形圧電セラミックで形
成されている。さらに、この振動体３１の内周面の円筒
状の第１電極３２の少なくとも一端部、本実施の形態で
は後端部が振動体３１の外周面側に折り返された折り返
し部５１が形成されている。

【００３８】なお、第２電極３３と、第３電極３４との
間、および第３電極３４と第１電極３２の折り返し部５
１との間はそれぞれ離間され、互いに絶縁されている。
また、振動体３１の第１電極３２の折り返し部５１には
接地用の第１電線３６が半田付けされて接続されてい
る。さらに、上記以外の部分は第２の実施の形態と同一
構成になっており、第２の実施の形態と同一部分には同
一符号を付してここではその説明を省略する。

【００３９】そこで、上記構成の本実施の形態による触
覚センサによれば第２の実施の形態と同一の効果が得ら
れる他、本実施の形態では特に振動体３１の内周面の円
筒状の第１電極３２の後端部を振動体３１の外周面側に
折り返した折り返し部５１を形成し、この折り返し部５
１に接地用の第１電線３６を半田付けで接続したので、
振動体３１の外周面側に３本の電線３６，３７，３８の
半田付け接続部を配置することができ、３本の電線３
６，３７，３８の取り付け作業が容易で、組立性のよい
触覚センサとすることができる。

【００４０】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変形実施できることは勿論である。次に、本出願の他の
特徴的な技術事項を下記の通り付記する。

【００４１】記 （付記項１） 振動子と、振動子に接続された測定部と
を含むプローブと、振動子と測定部とからなる振動系を
共振周波数にて振動させるための発振回路と、振動系に
取り付けられ、振動系の振動を検出するための検出素子
と、測定部を生体組織に接触させたときの共振周波数の
変化量を検出し、生体組織の硬さの情報とするための検
出回路からなる触覚センサにおいて、検出素子が振動系
の振動の節部近傍に設けられていることを特徴とする触
覚センサ。

【００４２】（付記項２） 振動子と、振動子の前方に
接続された振動伝達部材と、振動伝達部材の先端に取り
付けられた接触子とからなる振動系と、振動系を共振周
波数にて振動させるための発振回路と、振動系に取り付
けられ、振動系の振動を検出するための検出素子と、測
定部を生体組織に接触させたときの共振周波数の変化量
を検出素子より検出し、生体組織の硬さの情報とするた
めの検出回路からなる触覚センサにおいて、検出素子が
振動子と振動伝達部材の間の振動の節部に設けられてい
ることを特徴とする触覚センサ。

【００４３】（付記項３） 上記振動子と検出素子が圧
電素子であり、一体的に形成されている付記項１の触覚
センサ。 （付記項４） 上記振動子が超音波周波数で振動する超
音波振動子である付記項１の触覚センサ。

【００４４】（付記項５） 上記振動子、検出素子がそ
れぞれ円筒形で外周、内周に電極が形成されており、振
動伝達部材が振動子、検出素子の内腔を貫通し、振動
子、検出素子の内周の電極と導通している付記項１の触
覚センサ。

【００４５】（付記項５の作用） 少なくとも振動子、
検出素子共通の陰電極を振動伝達部材がかねることがで
きるために電線のとり回しがよく組立性のよい触覚セン
サとすることができる。

【００４６】（付記項６） 上記振動子、検出素子がそ
れぞれ一体的に形成された円筒形圧電セラミックで、外
周に振動子用と検出素子用に分割された陽電極と、内周
に振動子、検出素子共通の陰電極が形成されており、陰
電極が円筒形圧電セラミックの少なくとも一方の端面で
外周側に折り返されていることを特徴とする付記項１の
触覚センサ。

【００４７】（付記項５、６の技術が解決しようとする
課題） 従来の触覚センサにおいては、振動子あるいは
検出素子が小さいために、組立時に振動子、検出素子に
電線を取り付ける作業が非常に困難であった。特に振動
子、検出素子に圧電セラミックを用いた場合、不用意な
取り扱いによって、振動子、検出素子を破損してしまう
ことが多く、組立性が悪いものであった。

【００４８】（付記項５、６の目的） 上記課題につい
て鑑み、組立性のよい、構成が容易で安価な触覚センサ
を提供することを目的とする。 （付記項６の作用） 振動子、検出素子のそれぞれの陽
電極、共通の陰電極が全て、円筒形圧電セラミックの外
周にあるため、電線の取り付け作業が容易で組立性のよ
い触覚センサとすることができる。 （付記項５、６の効果） 本技術による触覚センサによ
れば、組立性がよいために、安価な触覚センサを提供す
ることができる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば振動系の振動の機械的ひ
ずみのもっとも大きい振動系の振動の節部近傍に振動検
出手段を配置したので、振動検出手段で検出される信号
の電圧が高いため、ノイズに強く、安定した自励発振を
行うことができ、高い精度の測定ができる。従って、生
体組織の硬さの違いを的確に測定して診断能力の高い触
覚センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態における医療用触
覚センサ全体の概略構成図。

【図２】 第１の実施の形態の医療用触覚センサの使用
状態を示す概略構成図。

【図３】 本発明の第２の実施の形態における医療用触
覚センサの要部構成を示す縦断面図。

【図４】 本発明の第３の実施の形態における医療用触
覚センサの要部構成を示す縦断面図。

【符号の説明】

Ｈ…被測定物、５…振動子、９…接触子（接触要素）、
１１…振動検出素子（振動検出手段）、１５…自励発信
回路、１６…機械的振動系、１７…電圧測定手段（硬さ
情報検出手段）、１８…周波数測定手段（硬さ情報検出
手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の生体組織に接触される接触要
   素と、振動を発生させる振動子と、この振動子と前記接
   触要素とからなる振動系を共振周波数で振動させるため
   の発振回路と、前記振動系の振動の節部近傍に取付けら
   れ、前記振動系の振動を検出する振動検出手段と、前記
   振動系を共振周波数で振動させた状態で前記接触要素を
   前記被測定物に接触させたときの前記共振周波数の変化
   量を検出し、前記被測定物の硬さの情報を得る硬さ情報
   検出手段とを具備したことを特徴とする医療用触覚セン
   サ。