JPH10123037A - 触覚センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】測定対象物に接触させてその硬さを測定する触
覚センサにおいて、その接触ぶと測定対象物との接触圧
や接触角のばらつきによる測定データのばらつきを解消
する。 【解決手段】接触センサ２の接触子９の周囲にフード部
材１０を設け、フード部材１０を測定対象物に当て、接
触子９と測定対象物との接触状態を安定させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動するプ
ローブを対象物に接触させ、プローブの共振周波数の変
化あるいは電圧の変化を検出することにより、対象物の
硬さを測定する触覚センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、振動子を含み対象物に接触さ
せる対物機械的振動系を、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
ときの自励発振回路の発振周波数の変化あるいは電圧の
変化を検出して、対象物が負荷されたときの対物機械的
振動系のインピーダンスの変化から対象物の硬さ情報を
測定する触覚センサが知られている。

【０００３】例えば、特公昭４０−２７２３６号公報に
は、超音波発振器より電気音響変換器を介して、金属針
に超音波振動エネルギーを与え、前記針の先端における
超音波振動に対する機械的負荷の変化を前記電気音響変
換器の音響インピーダンスの変化として取り出し、前記
音響インピーダンスの変化を測定することにより、前記
針の先端における物質、特に生体組織の柔軟度を測定す
る装置が記載されている。

【０００４】また、特開平１−１８９５８３号公報及び
特開平２−２９０５２９号公報には超音波振動子を自励
発振回路の帰還ループに入れ、物体が超音波振動子に接
触した際に生ずる発振周波数の変化や電圧の変化を検出
して、接触した物体の硬さを測定するものが記載されて
いる。上述の文献に記載された触覚センサは、(1) 硬さ
を定量的に測定できる、(2)電気的な測定なので測定時
間が短い、(3) 非破壊的な測定ができる、等の長所を有
するために、皮膚の弾性度の測定や、工業用ロボットの
触覚センサに用いることが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の触覚センサにお
いては、検出されるインピーダンスの変化は、対象物に
直接接触する電気音響変換器である対物接触振動子、あ
るいは電気音響変換器の振動を仲介して対象物に導く振
動伝達部材である接触子が対象物と接触するときの負荷
や押当て角度等に強く影響される。このため、正確な硬
さの測定のためには操作の熟練が要求され、特に対象物
が生体組織やゴム材料などのような柔らかい物の場合に
は測定データのばらつきが大きく、再現性のよい安定し
た測定を行うことはかなり困難であった。

【０００６】本発明は、このような従来技術の欠点を解
決するためになされたものであり、生体組織等の柔らか
い対象物の硬さを容易かつ安定して測定することができ
る触覚センサを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る触
覚センサは、測定対象物に接触する接触部を有し電気音
響変換器を含む機械的振動系と、前記機械的振動系の接
触部の周辺部に設けられた固定部材とを有することを特
徴とするものである。請求項２の発明に係る触覚センサ
では、その固定部材を機械的振動系の接触部に対して可
動式としたものである。本発明では、対象物に機械的振
動系を押し当てる場合に、その接触部の周辺部に設けら
れた固定部材が対象物に当接せしめられることにより、
対象物を安定して保持しながら接触部を対象物に押し当
てることができ、押し当て加重のばらつき、押し当て角
度のばらつき等押し当て方の影響を最小限に抑えること
ができる。このため、容易に安定した硬さ測定を行うこ
とができる。固定部材を可動式とした場合によれば、測
定対象物に接触させる測定条件の設定が変形可能であ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を説明する。図１ないし図３は本発明の第１の
実施形態に係り、図１は本実施形態に係る触覚センサと
硬さ測定系からなる硬さ計測システムを示すブロック
図、図２は本実施形態に係る触覚センサの先端部の内部
構造を示す断面図、図３は本実施形態に係る触覚センサ
の先端部の外観を示す外観図である。

【０００９】図１に示すように、硬さ計測システム１
は、本発明に係る触覚センサ２と、この触覚センサ２を
駆動し触覚センサ２の信号を検出して硬さを計測する硬
さ測定系３からなる。

【００１０】触覚センサ２は、操作者が把持し操作する
ためのカテーテル４を外筒として有する。カテーテル４
の先端部にはケーシング５が配置され、ケーシング５内
には対象物に印加する振動を発生する振動部６と、この
振動部６の振動の態様を検出するための検出部７とを備
えた円筒形状の電気音響変換器８が設けられている。電
気音響変換器８の先端部には、外形がドーム形状をなし
た接触子９が接着されており、この接触子９の半球状先
端部分を対象物に接触させることにより、電気音響変換
器８で発生した振動が対象物に加えられるようになって
いる。

【００１１】接触子９の外周には、先端方向に向けて開
口した筒状のフード部材１０が取り付けられている。接
触子９の先端はそのフード部材１０の先端開口から突き
出している。

【００１２】電気音響変換器８及び接触子９は、ゴム製
のＯリング等の弾性部材１１によりケーシング５に保持
されている。ケーシング５と、電気音響変換器８及び接
触子９との間にはそれぞれ弾性部材１１が介在するの
で、発生した機械的振動がケーシング５に伝達するのを
防止することができる。ここで、弾性部材１１を電気音
響変換器８及び接触子９の一体的な機械的振動の節部に
設けると、機械的な振動を妨げないので好適である。ま
た、弾性部材１１は一体化された電気音響変換器８及び
接触子９を支持できればよいので、必ずしも接触子９の
位置に設ける必要はなく、その重量バランスにより電気
音響変換器８の部分のみに設けてもよい。

【００１３】検出部７の出力信号は、信号線１２を介し
て硬さ測定系３に伝送され、その硬さ測定系３のアンプ
回路１３により増幅され、フィルタ回路１４に入力され
る。フィルタ回路１４は、たとえば前記電気音響変換器
８と接触子９の基本振動周波数を中心周波数とし、その
前後に１０％程度の比帯域幅を有するバンドパスフィル
タであり、検出部７の出力から雑音を除くとともに、電
気音響変換器８が不所望な高次モードで振動するのを防
止する。

【００１４】フィルタ回路１４の出力は、電力増幅器１
５により増幅され、駆動線１６を介して振動部６に供給
される。振動部６の振動は再び検出部７にて検出され
る。以上の経路は、電気音響変換器８の振動検出出力
が、電気音響変換器８の駆動電力に対して正帰還される
ように接続されており、これにより、振動部６、検出部
７、アンプ回路１３、フィルタ回路１４及び電力増幅器
１５が自励発振の閉ループを形成する。そして、電気音
響変換器８及び接触子９からなる機械的振動系は、前記
閉ループのループゲインが最大になるような周波数に
て、一体的に機械的共振振動を行う。

【００１５】一方、フィルタ回路１４の出力端は、計測
部としての電圧測定手段１７及び周波数測定手段１８に
接続されており、動作中の自励発振回路の電圧及び周波
数を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及び周波数測定手段１８はこの自励発
振回路の閉ループ内ならどこに設けてもよい。

【００１６】次に、図２を参照しながら、本実施の形態
に係る触覚センサ２の詳細な内部構造について説明す
る。ケーシング５内に設けられ、弾性部材１１により支
持された電気音響変換器８は、円筒形状に成形・焼結さ
れたＰＺＴ等の圧電セラミクスでできている。また、こ
の電気音響変換器８は、円筒の径方向に分極処理がなさ
れている。円筒の内周面には全面に金属膜からなる接地
電極１９が設けられており、この接地電極１９には接地
線２０がはんだ付けされている。そして、接地線２０の
他端は、前記硬さ測定系３のグラウンドレベルに接地さ
れている。

【００１７】電気音響変換器８の円筒外周面には、先端
から後端に向けてその円筒部の全長の約３／４程度の長
さにわたって、金属膜からなる駆動電極２１が設けられ
ており、これには、前述した駆動線１６を介して電力増
幅器１５が接続されている。そして、この駆動電極２１
で覆われた電気音響変換器８の部分が前記振動部６を形
成する。

【００１８】電気音響変換器８の円筒外周面において、
前記駆動電極２１より後端側外周面には、前記駆動電極
２１との間に絶縁のためのスペース２２を空けて、金属
膜からなる検出電極２３が設けられる。この検出電極２
３は、信号線１２を介してアンプ回路１３に接続されて
いる。そして、この検出電極２３で覆われた電気音響変
換器８の部分が前記検出部７を形成する。

【００１９】また、ドーム形状の接触子９の基端部に
は、電気音響変換器８の円筒内径よりも若干小さい外径
を有する円柱状の突出部２４が一体に設けられている。
この突出部２４を電気音響変換器８の円筒部内周に密に
挿入してさらに両者を接着することにより、接触子９と
電気音響変換器８との音響的結合を強固なものとしてい
る。

【００２０】次に、図２及び図３を参照しながら、接触
子９の外周に設けられたフード部材１０の構造について
説明する。上述のごとく、フード部材１０は接触子９の
先端部を露出させ、その外周を覆うようにして設けられ
ている。フード部材１０の頂部には略半円形の切り欠き
部２５が設けられており、フード部材１０の頂部を構成
する円環部が対象物に当接しても、フード部材１０と対
象物の間には間隙が生ずるように構成してある。

【００２１】次に、本実施の形態に係る触覚センサ２の
作用を述べる。測定者は、カテーテル４を操作して、対
象物に対して共振振動している接触子９の先端部を接触
させる。このとき、フード部材１０も頂部の円環部に
て、加圧しながら対象物に接触する。

【００２２】また、対象物表面が生体組織等であって表
面が液体で濡れている場合には、切り欠き部２５による
間隙から液体が排出される。また、切り欠き部２５を設
けたから対象物表面の周囲においてフード部材１０の頂
部の円環部が対象物に当たるときの組織を引張る力の逃
げとなり、対象物表面に負担をかけない。

【００２３】このような構成を有する触覚センサ２によ
れば、測定の対象物が生体組織やゴム等の柔らかい物体
であっても、フード部材１０がその対象物の測定部位周
辺に当たり抑えるので、測定部位自体の変形を極力小さ
くすることができ、また接触子９の先端部が測定部位か
ら滑ることを防止できる。

【００２４】さらに、フード部材１０は対象物にその頂
部の円環部にて、いわば面接触するので、接触子９の測
定部位への当接圧力や当接角度を均質にすることがで
き、安定した硬さ測定を行うことができる。

【００２５】加えて、接触子９とフード部材１０とが対
象物に接触している状態で、切り欠き部２５による間隙
から液体を排出することができるので、測定部位上の液
体層の存在による測定誤差を小さくすることができる。

【００２６】なお、前記の説明において、電気音響変換
器８の材料に圧電セラミクスを用いるとしたが、電気音
響変換機能を有する材料であればこれを他のものに置き
換えることができることはいうまでもない。たとえば、
ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の高分子圧電材
料、水晶振動子、電歪材料あるいは磁歪材料を用いるこ
とができる。

【００２７】また、電気音響変換器８の振動部６と検出
部７を、一体的に成形・焼結した圧電セラミクスに付け
る電極を分離することにより形成したが、別個の圧電セ
ラミクスにて振動部６と検出部７とを作成し、その後両
者を接着するなどして音響的結合をとるようにしてもよ
い。

【００２８】図４は、本発明の第２の実施の形態に係る
触覚センサ２６の先端構造を示す一部破断した外形図で
ある。なお、第１の実施の形態と同じ部材については、
同一の符号を付して説明を省略する。

【００２９】先端がテーパ状に形成された接触子２７
が、その基端部に設けられた突出部２４にて電気音響変
換器８に挿入接着されている。この接触子２７の周囲に
はフード部材２８が設けられており、このフード部材２
８はその先端外周がテーパ状に形成されており、その傾
斜側面には貫通穴２９が内外に貫通して開けられてい
る。貫通穴２９は必要に応じ単数または複数設けること
ができる。

【００３０】このように構成された本実施の形態に係る
触覚センサ２６は、接触子２７及びフード部材２８が対
象物に当接した状態で、フード部材２８の頂部の開口、
フード部材２８の傾斜側面の内面と接触子２７のテーパ
状の斜面との隙間および貫通穴２９を経由して、対象物
から生ずる液体を排出することができる。

【００３１】本実施の形態に係る触覚センサ２６によれ
ば、液体排出のための貫通穴２９をフード部材２８の側
壁に設けることができるので、対象物へのフード部材２
８の当接面をエッジ等のないフラットな円環形状にする
ことができ、生体組織等の対象物を傷つけるおそれがな
い。

【００３２】図５は、本発明の第３の実施の形態に係る
触覚センサ３０の先端構造を示す断面図である。本実施
の形態に係る触覚センサ３０は、シリコンゴム等の弾性
材料によって作られたフード部材３１を有する。そし
て、このフード部材３１の内周面には突起部３２を形成
して接触子９を支持する構造としている。その他の構成
は、第１の実施の形態と同様であるから説明を省略す
る。

【００３３】本実施の形態に係る触覚センサ３０によれ
ば、フード部材３１が対象物に接触している状態で、測
定者が誤って過大な力をカテーテル４に加えても、フー
ド部材３１の変形によりこの力が吸収され対象物を傷つ
けることがない。なお、フード部材３１を作る弾性材料
としては、前記のシリコンゴムの他にフッ素ゴム等の合
成ゴム、あるいはポリウレタン、ポリエチレン等の高分
子樹脂を用いることができる。

【００３４】図６ないし図９を参照して、本発明の第４
の実施の形態を説明する。図６は内視鏡的に使用する場
合の触覚センサと硬さ測定系からなる硬さ計測システム
の概略的な構成の説明図、図７（ａ）はその実施形態に
係る触覚センサの先端部の内部構造を示す断面図、図７
（ｂ）はその実施形態に係る触覚センサを内視鏡に挿通
した状態の内視鏡先端部の斜視図、図８は固定用チュー
ブを装着した触覚センサの手元部の構造を示す断面図、
図９はその実施形態に係る触覚センサの使用手順を示す
説明図である。

【００３５】図６において、３５は内視鏡であり、内視
鏡３５は挿入部３６と操作部３７を備える。操作部３７
にはケーブル３８が接続され、このケーブル３８は内視
鏡用光源３９及び内視鏡用画像プロセッサ４０に接続さ
れている。内視鏡３５の処置具挿通用チャンネル（鉗子
孔）には、センサカテーテル４１を挿入して、内視鏡観
察下で体腔内における生体（測定対象物）の硬さの測定
を行うようになっている。

【００３６】センサカテーテル４１は、内視鏡３５の処
置具挿通用チャンネルに挿入可能な軟性に形成された挿
入部４２を有し、この挿入部４２の先端部には硬さセン
サ部４３が内蔵されている。センサカテーテル４１の挿
入部４２には、硬さセンサ用固定部材として筒状の可撓
性部材、ここでは可撓性のチューブ４４がスライド自在
に被嵌されるようになっている。センサカテーテル４１
の挿入部４２は、これにチューブ４４が被嵌された状態
で、内視鏡３５の操作部３７に設けられた挿入口４６か
らその内視鏡３５の処置具挿通用チャンネルに挿通さ
れ、内視鏡３５の挿入部３６の先端開口４７から突き出
せるようになっている。内視鏡３５は軟性式内視鏡のも
のであり、その先端部４８は湾曲部４９を湾曲操作する
ことによってその位置と向きが変えられるようになって
いる。

【００３７】一方、センサカテーテル４１は、電圧測定
手段や周波数測定手段等の計測部と映像信号処理部を内
蔵した計測部本体５１に接続されている。計測部本体５
１の映像信号処理部はその硬さセンサ部４３の情報をＣ
ＲＴ上に表示可能な映像信号として出力する。そして、
計測部本体５１からの映像信号と内視鏡用画像プロセッ
サ４０からの内視鏡像の映像信号は、スーパーインポー
ズ装置５３にそれぞれ入力され、スーパーインポーズ処
理を行われた上、テレビモニタ５４の画面５５上に内視
鏡像５６と合わせて、硬さ計測データが、例えばグラフ
５７として表示されるようになっている。また、硬さ計
測データはパーソナルコンピュータ５８に入力され、処
理及び記憶されると共に、硬さ計測データのグラフ５７
が表示できる。

【００３８】次に、図７（ａ）を参照しながら、センサ
カテーテル４１の挿入部４２における先端部に内蔵した
硬さセンサ部４３の詳細な内部構造について説明する。
この硬さセンサ部４３は、略筒状のケーシング６１内に
組み込まれた電気音響変換器６２を有してなる。電気音
響変換器６２は円筒形状に成形・焼結されたＰＺＴ等の
圧電セラミクスで作られ、その円筒部の径方向に分極処
理がなされた振動子６３から成る。振動子６３は弾性部
材６４により支持されている。

【００３９】振動子６３の円筒部の周面には金属膜が設
けられ、これを接地電極としている。接地電極には接地
線６５がはんだ付けにより接続されている。接地線６５
の他端は前記硬さ測定系のグラウンドレベルに接地され
る。さらに、振動子６３の周面にはその先端から後端に
向けて、その円筒部の全長の約３／４程度の長さにわた
って金属膜からなる駆動電極６６が設けられ、これには
駆動線６７が接続されている。そして、この駆動電極６
６で覆われた振動子６３の部分が振動部を構成する。ま
た、振動子６３の周面において、前記駆動電極６６より
も後端側部分の外周面には、駆動電極６６との間に絶縁
のためのスペース６８を空けて、金属膜からなる検出電
極６９が設けられている。この検出電極６９は信号線７
０を介して硬さ測定系に接続されている。そして、この
検出電極６９で覆われた振動子６３の部分で検出部を構
成する。

【００４０】電気音響変換器６２の先端部には接触子７
１が結合されている。接触子７１は先端部７２を大径に
形成した接触部とし、その先端面は対象物に当てる球面
状の接触面７３を形成している。接触子７１の基端部分
は振動子６３の円筒部内径よりも若干小さい外径を有す
る円柱状の突出部７４となり、接触子７１と一体に設け
られている。そして、この突出部７４を振動子６３の円
筒部内周に密に挿入して両者を接着することにより、電
気音響変換器６２と接触子７１との音響的結合を強固な
ものとしている。

【００４１】接触子７１の大径な先端部７２と小径の突
出部７４の間の境部分における段差部は、いわゆるアー
ル面７５によって形成され、滑らかに断面半径が変わる
形状に作られている。つまり、接触子７１は電気音響変
換器６２に対する結合部の突出部７４から先端部７２の
接触面７３まで連続的に変わる形状に作られている。こ
のため、電気音響変換器６２から接触子７１の全体的な
振動モードが周波数雑音の少ない振動のものになる。

【００４２】電気音響変換器６２の先端から突き出す接
触子７１の先端側部分における側周面は、ポリウレタン
やシリコンゴム等の弾性材料によって作られた筒状の弾
性部材７６によって覆われている。この弾性部材７６は
前記ケーシング６１と、継手リング７７を介して連結さ
れており、弾性部材７６の外径は前記ケーシング６１と
同じくように形成されている。弾性部材７６は接触子７
１の先端部７２を支持している。弾性部材７６はその基
端筒部分を前記継手リング７７の先端部に嵌合して接着
され、また、弾性部材７６は継手リング７７の外周にね
じ込んで嵌着してもよいものである。

【００４３】接触子７１の先端部７２は、弾性部材７６
の外径より僅かに小さく、先端部７２の接触面７３が極
力大径に形成されている。この接触面７３の球面半径Ｒ
は、接触子７１の先端部７２に結合される結合部材のケ
ーシング６１または弾性部材７６の直径Ｄより大きく形
成してあり、特に、ケーシング６１の直径Ｄより大きく
形成してある。なお、弾性部材７６の外周は先端側が僅
かに小さくなるテーパ状に形成されているが、接触面７
３の球面半径Ｒは、その弾性部材７６の最先端の半径よ
りも大きく形成されている。つまり、接触面７３の球面
半径Ｒは、結合部材の最も小径のものの直径Ｄより大き
く形成してある。

【００４４】図７（ａ）で示すように、センサカテーテ
ル４１の挿入部４２における柔軟部は可撓性チューブ８
１とこれに内装されるコイル芯材８２とからなり、これ
らの先端は硬さセンサ部４３のケーシング６１の基端部
分に連結されている。ケーシング６１の基端部分は、可
撓性チューブ８１とコイル芯材８２を被嵌するために小
径に形成された小径部８３が形成されている。この小径
部８３内には前記の接地線６５、駆動線６７と信号線７
０がまとめて挿通され、この挿通部においてはんだ付け
等で、それらの各線６５、６７、７０が一緒に隙間なく
固定するリード線固定部８４が形成されている。この場
合、駆動線６７と信号線７０はいずれも同軸ケーブルの
芯線を使用し、各同軸ケーブルのシールド線は前記接地
線６５としてある。ここで、各同軸ケーブルのシールド
線の部分はケーシング６１の小径部８３の基端側に突き
抜けるまで範囲でその被覆を剥いてなり、その露出部分
のものを一緒にし、かつ前記駆動線６７と信号線７０と
も纏めて小径部８３に通し、小径部８３の基端部分で纏
めてはんだ付けしてある。

【００４５】図６及び図７（ｂ）で示されるように、セ
ンサカテーテル４１の挿入部４２は硬さセンサ用固定部
材として筒状の可撓性部材、ここではチューブ４４に、
可動自在に挿通されている。チューブ４４を作る材料と
しては軟性または弾性を有するシリコン樹脂、フッ素樹
脂あるいはポリウレタン、ポリエチレン等の高分子樹脂
を用いて作ることができる。また、このチューブ４４は
前記内視鏡３５の処置具挿通用チャンネルにスライド挿
入可能なように形成されている。

【００４６】図８は、センサ固定用チューブ４４に対す
るセンサカテーテル４１の進退位置を調節可能ならしめ
る位置決め機構を示すものである。センサ固定用チュー
ブ４４の手元側端には、筒状のスライド用把持部材８６
が固定的に取着されている。把持部材８６の後端部内に
は、同じく筒状のクランプ部材８７の先端側部分が摺動
自在に嵌合されている。把持部材８６内にはそのクラン
プ部材８７を後方へ付勢する弾性部材としてのコイルバ
ネ８８が設けられている。そして、コイルバネ８８の付
勢力に抗して一定の距離分、把持部材８６内にクランプ
部材８７を押し込めば止まるようになっている。クラン
プ部材８７は、その後端部の外周をテーパ部８９とする
と共に、その後端部分に、スリット９０を設けて、縮径
可能なクランプ部材９１とする。クランプ部材８７に
は、締付けリング９２がねじ込み装着されており、クラ
ンプ部材８７の基端部内面は前記テーパ部８９に合わせ
たテーパ状に形成してある。クランプ部材９１をねじ込
むことにより、そのクランプ部材９１の内孔を縮径し
て、これに挿通したセンサカテーテル４１の挿入部４２
の任意位置を挾持できるようになっている。

【００４７】次に、センサカテーテル４１の使用方法を
説明する。まず、クランプ部材９１で挾持するセンサカ
テーテル４１の部位を定め、その部位をクランプ部材９
１で挾持する。このとき、把持部材８６内にクランクラ
ンプ部材８７を終端まで押し込んだとき、硬さセンサ部
４３の接触面７３の位置がセンサ固定用チューブ４４の
先端に対して所定の位置関係になるようにする。例えば
硬さセンサ部４３の接触面７３の位置が、センサ固定用
チューブ４４の先端に対して僅かに突き出するようにす
る。その突出量を大きく設定すれば対象物９５の表面に
押し当たる力が大きくなる。この両者の関係位置は対象
物９５の性質や測定深部等の測定目的に応じて選定す
る。

【００４８】そこで、テレビモニタ５４の画面５５を観
察しながら内視鏡３５の挿入部３６を患者の体腔９３内
に挿入し、硬さ測定を行いたい対象物をテレビモニタ５
４の画面５５上に表示させる。そして、図９（ａ）で示
すように、センサカテーテル４１を、これに被嵌したセ
ンサ固定用チューブ４４と一緒に内視鏡３５の処置具挿
通用チャンネル９４内に挿入し、それらの先端を内視鏡
先端より突き出させる。ついで、図９（ｂ）で示すよう
に、内視鏡３５で観察しながら、センサカテーテル４１
に被嵌したセンサ固定用チューブ４４のみを前進させ、
対象物９５の表面にそのチューブ４４の先端を接触させ
る。これにより対象物９５にチューブ４４の先端が位置
決め保持させられる。

【００４９】チューブ４４をガイドとして、センサカテ
ーテル４１を前進させ、センサカテーテル４１の硬さセ
ンサ部４３を対象物９５の表面に当てる。このとき、ク
ランプ部材８７が止まり、それ以上の押し込みを規制す
る。そこで、計測動作を行わせれば、硬さセンサ部４３
の共振状態が変化し、計測部本体５１で硬さ情報に変換
され、テレビモニタ５４の画面５５上にスーパーインポ
ーズさせた状態で硬さ計測データのグラフ５７が表示さ
れる。このため、操作者は内視鏡画像を見たまま、その
対象物９５の硬さを知ることができる。

【００５０】また、内視鏡３５の処置具挿通用チャンネ
ル９４内に、センサカテーテル４１を挿入し、内視鏡観
察下において、生体の状況を観察しながら、その生体の
硬さを計測し、その硬さデータを見ることができる。こ
の場合、患者の体腔９３内において、センサカテーテル
４１は、センサ固定用チューブ４４でガイドされ、かつ
保持されるので、センサカテーテル４１の硬さセンサ部
４３が対象物９５の測定表面に安定した一定の状態で当
たり、しかも、当接する角度や加圧量等の測定条件が任
意に定め得ることができる。このために、適切な設定条
件で測定し、正確な測定データが得られる。また、クラ
ンプ部材８７で保持するセンサカテーテル４１の把持位
置を調節できるので、その押当て力の設定を正確に行う
ことができるために、測定条件が定まり、信頼のできる
測定データが得られる。また、測定途中で、押当て力の
設定を変えることにより種々の測定条件での信頼のでき
る複数の測定データが得ることができる。そのコイルバ
ネ８８の反発力から、対象物に対する硬さセンサ部４３
の押付け量を選択する使用も可能である。

【００５１】硬さセンサ部４３の接触子７１における接
触面７３の球面半径Ｒが、ケーシング６１等の結合部の
の直径半径Ｄより大きく形成してあるために、対象物９
５の表面に当たる際、極部的に集中して必要以上に強く
当たり、生体を過度に変形させて測定させてしまうこと
が回避でき、小さな加重で全体的に当たるため、対象物
９５の接触表面の真の硬さを、より正確に測定すること
ができる。特に内視鏡３５での操作や観察で、硬さセン
サ部４３が生体に触ったという程度の認識で安定した所
望の出力が得られる。

【００５２】なお、センサ固定用チューブ４４の先端縁
に例えば３分の１周分の範囲で切り欠き部を設け、対象
物表面が液体で濡れている場合にその切り欠き部を通し
て液体等の排出を行ったり、センサ固定用チューブ４４
の先端頂部が対象物に当たるとき、その組織を引張る力
の逃げとし、対象物表面に負担をかけないようにしても
よい。

【００５３】図１０（ａ）は、接触子７１の変形した硬
さセンサ部４３の例であり、ここでの接触子７１は大径
な先端部７２の先端周縁から小径の突出部７４までの間
が急激な段差もない比較的半径の大きなアール面９６と
して形成し、滑らかに断面半径が、いわゆるラッパ状に
変わる形状に作られている。このため、第４の実施の形
態の場合のアール面７５に比べ、それ以上に電気音響変
換器６２から接触子７１の全体的な振動モードが、より
周波数雑音の少ない振動を行わせることができる。その
他は第４の実施の形態のものと同じである。

【００５４】図１０（ｂ）は、センサ固定用チューブ４
４に対するセンサカテーテル４１の進退位置調節可能な
位置決め機構の変形例であり、センサ固定用チューブ４
４の手元側端に弾性部材からなる筒状の摩擦部材９７を
固着し、摩擦部材９７には、センサカテーテル４１をス
ライド自在に挿通させると共に、その摩擦部材９７の後
端にはセンサカテーテル４１の周面に弾性的に押し当た
って密に接する環状リブ９８を形成している。センサカ
テーテル４１を進退させるとき、その周面に環状リブ９
８が摺接し、また任意位置でセンサカテーテル４１を摩
擦力で保持することができる。センサカテーテル４１の
外周には目盛り９９が付設され、その目盛り９９によ
り、センサ固定用チューブ４４の先端に対するセンサカ
テーテル４１の先端位置が相対的に分るようになってい
る。これによれば、センサ固定用チューブ４４に対して
センサカテーテル４１を押し引きするだけでその位置の
選択及び調整が簡単に行うことができる。

【００５５】図１１及び図１２を参照して、本発明の第
５の実施の形態を説明する。図１１はその触覚センサを
内視鏡に挿通した状態の内視鏡先端部の斜視図、図１２
はその実施形態に係る触覚センサの使用手順を示す説明
図である。硬さセンサ部４３を先端に内蔵してなるセン
サカテーテル４１については前述した第４の実施の形態
と同様である。このセンサカテーテル４１を使用すると
きに用いる内視鏡１００は、挿入部１０１における先端
部１０２に固定部材としての透明な筒状部材からなるフ
ード部材１０３を装着して構成されている。フード部材
１０３は弾性部材によって形成しても良く、また、内視
鏡１００の先端部１０２に対して着脱自在に装着する。
内視鏡１００は軟性式内視鏡のものであり、その挿入部
１０５の先端部１０２は湾曲部１０６を湾曲操作するこ
とによってその位置と向きが変えられるようになってい
る。

【００５６】フード部材１０３は内視鏡１００の先端部
１０２における先端面１０７の周囲を取り囲む。先端面
１０７には一般的な内視鏡と同様、観察窓１１１や照明
窓１１２が設けられ、さらに処置具挿通用チャンネル１
１３の先端開口１１４が形成されている。センサカテー
テル４１は、処置具挿通用チャンネル１１３に挿通され
て先端開口１１４からフード部材１０３の内側に突き出
されるようになっている。

【００５７】次に、この使用方法を説明する。まず、内
視鏡１００の挿入部１０５を患者の体腔内に挿入し、図
１２（ａ）で示すように、硬さ測定を行いたい対象物１
１６を観察しながらその部位に先端部１０２を近付け
る。ついで、図１２（ｂ）で示すように、フード部材１
０３の先端縁を対象物１１６の表面に当てることによ
り、その対象物１１６の表面にフード部材１０３を保持
固定させる。したがって、固定部材としてのフード部材
１０３と同時に内視鏡１００の挿入部１０５における先
端部１０２も固定され、安定した状態に保持される。

【００５８】そして、図９（ｃ）で示すように、内視鏡
１００の処置具挿通用チャンネル１１３内に挿入したセ
ンサカテーテル４１を前進させると、位置決め状態でフ
ード部材１０３の内側に位置する領域の対象物１１６の
表面にセンサカテーテル４１の先端を接触させることが
できる。すると、硬さセンサ部４３はその接触により共
振状態が変化し、その出力を計測部本体で硬さ情報に変
換することができる。

【００５９】以上説明した発明の構成は、以下のように
要約され得る。 ［１群］ （１）測定対象物に接触する接触部を有し電気音響変換
器を含む機械的振動系と、前記機械的振動系の接触部の
周辺部に設けられ前記接触部が接触する測定対象物に当
たり位置決めされる固定部材とを有することを特徴とす
る触覚センサ。

【００６０】（２）（１）記載の触覚センサにおいて、
前記固定部材は前記機械的振動系の接触部との間にて振
動を遮断するように設けられてなることを特徴とする。 （３）（２）記載の触覚センサにおいて、前記固定部材
と前記機械的振動系との間に、弾性部材を介在させるこ
とにより、振動を遮断してなることを特徴とする。 （４）（１）記載の触覚センサにおいて、前記固定部材
は略円筒形状であることを特徴とする。 （５）（１）記載の触覚センサにおいて、前記固定部材
は先端部に切り欠き部を有することを特徴とする。 （６）（１）記載の触覚センサにおいて、前記固定部材
は側面部に貫通穴を有することを特徴とする。 （７）（１）記載の触覚センサにおいて、前記固定部材
は弾性材料からなることを特徴とする。 （８）（１）記載の触覚センサにおいて、前記固定部材
は樹脂材料からなることを特徴とする。 （９）（１）記載の触覚センサにおいて、前記固定部材
は合成ゴム材料からなることを特徴とする。 （１０）（１）記載の触覚センサにおいて、前記電気音
響変換器は、圧電セラミクスからなることを特徴とす
る。 （１１）（１）記載の触覚センサにおいて、前記電気音
響変換器は、磁歪材料からなることを特徴とする。 （１２）（１）記載の触覚センサにおいて、前記電気音
響変換器は、電歪材料からなることを特徴とする。 （１３）（１）記載の触覚センサにおいて、前記電気音
響変換器は、水晶振動子からなることを特徴とする。 （１４）（１）記載の触覚センサにおいて、前記電気音
響変換器は、高分子圧電材料からなることを特徴とす
る。 （１５）（14）記載の高分子圧電材料は、ＰＶＤＦであ
ることを特徴とする。

【００６１】［２群］ （１）測定対象物に接触する接触部を有し電気音響変換
器を含む機械的振動系と、前記機械的振動系の接触部の
周辺部に設けられ前記接触部が接触する測定対象物に当
たり位置決めされると共に前記接触部に対して可動式の
固定部材とを有することを特徴とする触覚センサ。 （２）（１）記載の触覚センサにおいて、機械的振動系
を帰還ループによる自励発振回路によって共振状態で振
動させ、接触部が物体と接触したときの共振状態の変化
情報を得て、物体の硬さ情報とすることを特徴とする。 （３）（１）記載の触覚センサにおいて、前記固定部材
は、前記機械的振動系の接触部との間にて振動を遮断す
るように設けられてなることを特徴とする。

【００６２】（４）（１）記載の触覚センサにおいて、
前記固定部材が、前記機械的振動系の接触部に対しての
位置決め手段を有することを特徴とする。 （５）（１）記載の触覚センサにおいて、前記固定部材
が、前記機械的振動系の部材を囲むチューブ状であるこ
とを特徴とする触覚センサ。 （６）（１）〜（５）記載の触覚センサにおいて、内視
鏡のチャンネル内に挿通可能であることを特徴とする。 （７）（１）記載の触覚センサにおいて、前記機械的振
動系の部材が内視鏡に挿通可能であり、前記固定部材
が、内視鏡の挿入部先端に配置されていることを特徴と
する。 （８）（７）記載の触覚センサにおいて、前記固定部材
が、内視鏡に対し着脱自在であることを特徴とする。 （９）（７）記載の触覚センサにおいて、前記固定部材
が、透明な材質で形成されていることを特徴とする。 （１０）（７）記載の触覚センサにおいて、前記固定部
材は、フード状であることを特徴とする。 （１１）（１０）記載の触覚センサにおいて、前記フー
ド状の固定部材の一部に切欠き、または貫通孔を設けた
ことを特徴とする。 （１２）（１）記載の触覚センサにおいて、機械的振動
系が振動を発する振動子と物体に接触する接触子とから
形成され、前記接触子の物体に接触する先端の接触面
が、触覚センサの外径よりも大きな直径を持つ球面の一
部である形状であることを特徴とする。 （１３）（１）記載の触覚センサにおいて、前記機械的
振動系が振動を発する振動子と物体に接触する接触子と
から形成され、前記接触子の物体に接触する先端の接触
面の外径が、振動子と接続されている結合部の外形より
も大きい形状であることを特徴とする。 （１４）（１３）記載の触覚センサにおいて、接触子の
断面積が結合部から接触面にかけて連続的に変化してい
る形状であることを特徴とする。 （１５）（１３）記載の触覚センサにおいて、接触子の
側面の形状が結合部から接触面にかけてアール面によっ
て滑らかに形成されていることを特徴とする。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、測
定の対象物が生体組織やゴム等の柔らかい物体であって
も、固定部材が測定対象物に当たり位置決め規制させる
ので、機械的振動系の接触部が測定部位から滑ることを
防止し、接触部を安定させて確実に接触させるから測定
条件が定まり、精度の良い安定した硬さ測定が可能であ
る。また、固定部材が測定部位の変形を抑えるために測
定誤差を小さくすることができるとともに、安定した測
定を容易に行うことができる。さらに、固定部材を可動
式とした本発明によれば、測定対象物に接触させる測定
条件の設定が変形可能であり、その変更を正確かつ容易
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施の形態に係る触覚センサと硬さ測定系
からなる硬さ計測システムを示すブロック図。

【図２】第１の実施形態に係る触覚センサの先端部の内
部構造を示す断面図。

【図３】第１の実施形態に係る触覚センサの先端部の外
観を示す外観図。

【図４】第２の実施形態に係る触覚センサの先端構造を
示す一部破断した外形図。

【図５】第３の実施形態に係る触覚センサの先端構造を
示す断面図。

【図６】第４の実施形態に係るものであって、内視鏡的
に使用する場合の触覚センサと硬さ測定系からなる硬さ
計測システムの概略的な構成の説明図。

【図７】（ａ）は第４の実施形態に係る触覚センサの先
端部の内部構造を示す断面図、（ｂ）はその実施形態に
係る触覚センサを内視鏡に挿通した状態の内視鏡先端部
の斜視図。

【図８】第４の実施形態に係る触覚センサにおいての固
定用チューブを装着した触覚センサの手元部の構造を示
す断面図。

【図９】第４の実施形態に係る触覚センサの使用手順を
示す説明図。

【図１０】（ａ）は、第４の実施形態に係る触覚センサ
の接触子の変形例を示すその先端部の内部構造を示す断
面図、（ｂ）は、センサ固定用チューブに対するセンサ
カテーテルの進退位置調節可能な位置決め機構の変形例
を示す断面図。

【図１１】第５の実施の形態に係る触覚センサを内視鏡
に挿通した状態の内視鏡先端部の斜視図。

【図１２】第５の実施の形態に係る触覚センサの使用手
順を示す説明図。

【符号の説明】

２…触覚センサ ８…電気音響変換器 ９…接触子 １０…フード部材 ２６…触覚センサ ２７…接触子 ２８…フード部材（固定部材） ３０…触覚センサ ３１…フード部材（固定部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ // Ａ６１Ｂ 1/00 ３００ Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｚ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定対象物に接触する接触部を有し電気音
   響変換器を含む機械的振動系と、前記機械的振動系の接
   触部の周辺部に設けられた固定部材とを有することを特
   徴とする触覚センサ。
2. 【請求項２】測定対象物に接触する接触部を有し電気音
   響変換器を含む機械的振動系と、前記機械的振動系の接
   触部の周辺部に設けられ前記接触部が接触する測定対象
   物に当たり位置決めされると共に前記接触部に対して可
   動式の固定部材とを有することを特徴とする触覚セン
   サ。