WO2007111182A1 - 可撓性線状体の圧縮力計測装置および計測方法 - Google Patents

可撓性線状体の圧縮力計測装置および計測方法 Download PDF

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Akihito Sano
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Abstract

　この計測装置では、線状体（１）の先端が障害物に接触し線状体（１）に長手軸方向の圧縮力（Ｐ）が作用するとき、線状体（１）が湾曲する度合いをセンサで検出できる。そして、検出される線状体（１）の湾曲度合いを、予め決定された湾曲度合いと圧縮力との相関関係に基づき、線状体（１）に作用する長手軸方向の圧縮力（Ｐ）に変換することにより、圧縮力の増加から線状体（１）の進行方向前方における障害物の存在を検知することができる。さらに、同一の計測装置を種々の形状や材質を有する線状体（１）に適用できるので、経済的である。

Description

明 細 書
可撓性線状体の圧縮力計測装置および計測方法
技術分野
[0001] この発明は、計測装置および計測方法に関し、特に、可撓性を有する線状体に作 用する圧縮力の計測装置および計測方法に関する。
背景技術
[0002] 可撓性を有する線状体は、体内の管の中へ挿入される線状の医療器具として実用 化されている。たとえば、血管、尿管、気管支、消化管あるいはリンパ管などの体内に ある管に挿入されるガイドワイヤやカテーテル、また、動脈瘤を塞栓するための塞栓 用コイルが先端に付いたワイヤなどが知られている。これらの線状体を体内の管の中 へ挿入し、体外からの操作によって目的部位まで誘導する。
[0003] 線状体が挿入される管は必ずしも直線状ではなぐ部分的に屈曲や分岐をしてい る場合が多い。また、管の径は必ずしも一定ではなぐ管自体が細くなつていたり、血 管内に生じる血栓などの管内部にある障害物によって管の径が細くなつていたりする 場合がある。しかし、従来の線状体では、線状体の進行方向前方の状況を検知する 手段がなぐ線状体の操作を操作者の勘に頼らざるを得ず、体外からの誘導操作に は熟練が必要であった。そこで、線状体の進行方向前方における障害物の存在を検 知する装置として、線状体の先端に圧力センサを設ける装置が開示されている（たと えば特開平 10— 263089号公報 (特許文献 1)参照）。
特許文献 1 :特開平 10— 263089号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] し力、しながら、線状体の先端に圧力センサを設ける装置は、特に極細の線状体に ついては実現性に困難を伴う。たとえば脳血管に揷入するガイドワイヤの場合、その 直径は 0. 35mm程度であり、このような極細の線状体の先端に小型の圧力センサを 設けることは困難である。また、圧力センサの信号を外部に取り出すために、線状体 の中に配線を揷通するのは、さらなる困難を要する。 [0005] また、線状体が挿入される管が屈曲している場合や、管の径が細くなつている場合 には、線状体の挿入抵抗は、管との摩擦の影響を受ける。よって、線状体の先端に 設ける圧力センサの出力と、操作者の挿入時のカ覚とが必ずしも一致しない場合が ある。したがって、線状体の先端に圧力センサを設ける装置を用いる場合においても 、操作者が外部において指先で把持した線状体の揷入抵抗のカ覚情報に基づいて
、すなわち操作者の勘に頼って、線状体の操作を実施することになる。その上、操作 者のカ覚は操作者しか知ることができないため、熟練操作者の手技を定量化し経験 の少なレ、操作者へ伝授するのは困難である。
[0006] さらに、異なる用途に適応するための種々の形状や材質を有する線状体を用意し、 それぞれに圧力センサを設けることは、不経済であり、製造コストの増大を招く。
[0007] それゆえに、この発明の主たる目的は、線状体の進行方向前方における障害物の 存在を検知できる、かつ種々の形状や材質を有する線状体に適用できる、計測装置 および計測方法を提供することである。
課題を解決するための手段
[0008] この発明に係る計測装置は、可撓性を有する線状体に作用する長手軸方向の圧 縮力を計測する計測装置であって、線状体が貫通する貫通孔が形成される本体を 備え、線状体に長手軸方向の圧縮力が作用するとき、貫通孔の内部において線状 体が所定の方向へ湾曲する。また、線状体の湾曲の度合いを検出するセンサを備え る。さらに、センサによって検出される線状体の湾曲度合いを、線状体に作用する長 手軸方向の圧縮力へ変換する、変換回路を備える。
[0009] この場合は、線状体の先端が障害物に接触し線状体に長手軸方向の圧縮力が作 用するとき、線状体が湾曲する度合いをセンサで検出できる。そして、検出される線 状体の湾曲度合いを、予め決定された線状体の湾曲度合いと線状体に作用する圧 縮力との相関関係に基づき、線状体に作用する長手軸方向の圧縮力に変換すること により、圧縮力の増力 Qから線状体の進行方向前方における障害物の存在を検知する こと力 Sできる。このとき、線状体が挿入される管の外部にある線状体の操作を行なう位 置にセンサを設け、線状体に作用する長手軸方向の圧縮力を計測するので、先端 に圧力センサを設けることが困難な極細の線状体についても、線状体に作用する圧 縮力を定量的に計測することができる。さらに、同一の計測装置を種々の形状ゃ材 質を有する線状体に適用できるので、これまで使用してきた線状体をそのまま使用す ることができ、経済的である。
[0010] 好ましくは、上記線状体は、体内の管の中へ挿入される線状の医療器具である。こ の場合は、線状体の先端が管の内壁に接触することを、線状体に作用する長手軸方 向の圧縮力の増加を計測することによって、検知することができる。したがって、体内 の管に過大な荷重が作用することを防止することができる。
[0011] また好ましくは、上記センサは、光を発する光源器と、光源器が発する光を受ける 受光器とを含む、光学式のセンサである。そして、光源器が発する光量に対する受光 器が受ける光量を用レ、て線状体の湾曲度合いを検出する。この場合は、線状体の湾 曲度合いをより確実に検出でき、それを変換することにより線状体に作用する圧縮力 をより確実に計測することができる。
[0012] また好ましくは、上記センサは、光を発する光源器と、光源器が発する光を受ける 受光器とを含む、光学式のアレイセンサである。そして、光源器が発する光を線状体 が遮って、受光器が受ける光量が小さくなる位置を検出することによって、線状体の 湾曲度合いを検出する。この場合は、線状体の湾曲度合いをより確実に検出でき、 それを変換することにより線状体に作用する圧縮力をより確実に計測することができ る。
[0013] また好ましくは、センサは、検出電極と、検出電極および線状体間に発生する静電 容量に基づいて線状体の湾曲度合いを検出する容量検出回路とを含む。
[0014] また好ましくは、センサは、光源器と、光源器からの光を線状体に照射する対物レ ンズと、対物レンズを移動させる移動部と、対物レンズの位置を検出する対物レンズ 位置検出部と、線状体において反射した光を受光して電気信号に変換する受光器と 、検出された対物レンズの位置、および受光器からの電気信号に基づいて線状体の 湾曲度合レ、を検出する演算部とを含む。
[0015] また好ましくは、センサは、線状体に光を照射する光源器と、線状体において反射 した光を受光して線状体を撮影し、撮影した線状体の像に基づレ、て線状体の湾曲度 合いを検出する画像処理部とを含む。 [0016] また好ましくは、センサは、線状体に超音波を出力し、かつ線状体において反射し た超音波を受ける圧電素子と、圧電素子が超音波を線状体に出力して力 線状体に おいて反射した超音波を受けるまでの時間を検出し、検出した時間に基づいて線状 体の湾曲度合いを検出する時間差検出部とを含む。
[0017] また好ましくは、線状体は導体または磁性体であり、センサは、さらに、コイルと、コ ィルに電圧を供給する電圧供給回路と、コイルに流れる電流波形の振幅、またはコィ ルに供給される電圧波形とコイルに流れる電流波形との位相差を検出し、検出結果 に基づいて線状体の湾曲度合いを検出する波形検出回路とを含む。
[0018] また好ましくは、線状体は磁性体であり、センサは、さらに、磁石と、磁石からの磁束 を検出し、検出結果に基づいて線状体の湾曲度合いを検出する磁気検出部とを含 む。
[0019] また好ましくは、センサは、さらに、線状体に結合される可動部と、可動部の位置を 検出し、検出結果に基づいて線状体の湾曲度合いを検出する可動部位置検出部と を含む。
[0020] また好ましくは、計測装置は、センサを複数個備え、変換回路は、複数個のセンサ において検出される湾曲度合いを、線状体に作用する圧縮力へ変換する。
[0021] また好ましくは、上記計測装置は、センサの出力を表示する視覚化器具と、センサ の出力の変化を音声に変換する聴覚化器具との、少なくともいずれか一方を備える。 この場合は、操作者のカ覚を定量化して表示でき、さらに記録することができるので、 熟練操作者の手技を定量的に経験の少ない操作者へ伝授することができる。また、 線状体に作用する圧縮力が予め定められたしきい値以上となるときに、操作者が確 実に認識することができる。
[0022] また好ましくは、上記計測装置は、医療機器に組み込まれて使用される。たとえば γコネクタに組み込まれて使用される場合は、 Yコネクタの入力ポートから線状体を操 作し、また他の入力ポートから薬剤を注入することができる。
[0023] また好ましくは、上記計測装置は、人体を模擬する訓練用シミュレータに取り付けら れて使用される。この場合は、熟練操作者の手技を定量化し、経験の少ない操作者 へ定量的な手技の伝授をすることができる。したがって、経験の少ない操作者の手技 を早期に向上させることができる。
[0024] この発明に係る計測方法は、可撓性を有する線状体に作用する長手軸方向の圧 縮力を計測する計測方法であって、線状体に圧縮力が作用するとき、線状体が所定 の方向へ湾曲する度合いをセンサによって検出する工程を備える。また、予め決定さ れた線状体の湾曲度合いと線状体に作用する圧縮力との相関関係に基づき、検出 する工程において検出される線状体の湾曲度合いを、線状体に作用する圧縮力へ 変換する工程を備える。
[0025] この場合は、線状体の先端が障害物に接触し線状体に長手軸方向の圧縮力が作 用するとき、線状体が湾曲する度合いをセンサで検出できる。そして、検出される線 状体の湾曲度合いを、予め決定された線状体の湾曲度合いと線状体に作用する圧 縮力との相関関係に基づき、線状体に作用する長手軸方向の圧縮力に変換すること により、圧縮力の増カロから線状体の進行方向前方における障害物の存在を検知する こと力 Sできる。 発明の効果
[0026] 以上のように、この発明に係る計測装置では、線状体の先端が障害物に接触し線 状体に長手軸方向の圧縮力が作用するとき、線状体が湾曲する度合いをセンサで 検出できる。そして、検出される線状体の湾曲度合いを、線状体に作用する長手軸 方向の圧縮力に変換することにより、圧縮力の増カロから線状体の進行方向前方にお ける障害物の存在を検知することができる。さらに、同一の計測装置を種々の形状や 材質を有する線状体に適用できるので、経済的である。
図面の簡単な説明
[0027] [図 1]この発明の実施の形態 1の計測装置の本体の外観を示す模式図である。
[図 2]図 1に示す計測装置の本体の内部の構造を示す断面模式図である。
[図 3]図 1の III III線による断面を示す断面図である。
[図 4]線状体に圧縮力が作用するときの、計測装置内部における線状体の湾曲を示 す断面模式図である。
[図 5]計測装置の全体構成を示す模式図である。
[図 6]線状体に作用する圧縮力の計測方法を示す流れ図である。 園 7]ガイドワイヤに作用する圧縮力に対するフォトトランジスタの出力の計測例を示 すグラフである。
園 8] Yコネクタに組み込まれて使用される例を示す模式図である。
園 9]計測装置の出力方法の例を示す模式図である。
[図 10]計測装置を人体の管の中へ挿入される線状の医療器具に使用する例を示す 模式図である。
園 11]計測装置を人体を模擬する訓練用シミュレータに取り付けて使用する例を示 す模式図である。
園 12]この発明の実施の形態 2の計測装置の全体構成を示す模式図である。
園 13]図 12に示す計測装置の本体の内部の構造を示す断面模式図である。
[図 14]この発明の実施の形態 3の計測装置の本体の内部の構造を示す断面模式図 である。
園 15]本発明の一実施の形態である実施の形態 4の、計測装置の構成を示す模式 図である。
園 16]本発明の一実施の形態である実施の形態 4の、変位センサとして静電容量式 センサを備える計測装置の構成を示す模式図である。
園 17]本発明の一実施の形態である実施の形態 5の、計測装置の構成を示す模式 図である。
園 18]本発明の一実施の形態である実施の形態 6の、計測装置の構成を示す模式 図である。
園 19]本発明の一実施の形態である実施の形態 7の、計測装置の構成を示す模式 図である。
園 20]本発明の一実施の形態である実施の形態 8の、計測装置の構成を示す模式 図である。
園 21]本発明の一実施の形態である実施の形態 9の、計測装置の構成を示す模式 図である。
園 22]本発明の一実施の形態である実施の形態 10の、計測装置の構成を示す模式 図である。 [図 23]本発明の一実施の形態である実施の形態 11の、計測装置の構成を示す模式 図である。
[図 24]接触式センサの構成を示す模式図である。
[図 25]接触式センサの構成の他の例を示す模式図である。
[図 26]本発明の一実施の形態である実施の形態 12の、計測装置の構成を示す模式 図である。
[図 27]本発明の一実施の形態である実施の形態 13の、計測装置の構成を示す模式 図である。
[図 28]図 27の XXVIII— XXVIII線による断面を示す断面図である。
[図 29]本発明の一実施の形態である実施の形態 14の、計測装置の構成を示す断面 図である。
[図 30]本発明の一実施の形態である実施の形態 15の、計測装置の構成を示す模式 図である。
[図 31]本発明の一実施の形態である実施の形態 16の、計測装置の構成を示す模式 図である。
[図 32]本発明の一実施の形態である実施の形態 17の、計測装置の構成を示す模式 図である。
符号の説明
1 線状体、 2 計測装置本体、 3 貫通孔、 4 入出力ポート、 5 拘束部、 6 空間、 7 センサ、 8 光源器、 9 受光器、 10 点灯回路、 11 増幅回路、 12, 161 , 162 変換回路、 13 選択器、 14 Yコネクタ、 15 入力ポート、 16 他の入力ポート、 17 出力ポート、 18 視覚化器具、 19 視覚化器具、 20 聴覚化器具、 21 スピーカ、 2 2 ガイドワイヤ、 23 力テーテノレ、 24 術者、 25 人体、 26 シミュレータ、 27 模擬 透視画像、 28 ケーブル、 29 光源器、 30 受光器、 31 圧縮力出力装置、 41 変 位センサ、 42 静電容量式センサ、 43 検出電極、 44 ガード電極、 45 容量検出 回路、 32, 51, 61 光学式センサ、 52, 62 半導体レーザ（光源器）、 53 ハーフミ ラー、 54 コリメートレンズ、 55 対物レンズ、 56 音叉（移動部）、 57 音叉位置検出 部（対物レンズ位置検出部）、 58 ピンホール、 59 受光素子（受光器）、 60 演算部 、 63 投光レンズ、 64 受光レンズ、 65 画像処理部、 71 超音波式センサ、 72 時 間差検出部、 73 圧電素子、 81 渦電流式センサ、 82 検出コイル、 83 電圧供給 回路、 84 波形検出回路、 91 磁気式センサ、 92 検出コイル、 93 電圧供給回路 、 94 波形検出回路、 101 磁気式センサ、 102 ホールセンサ (磁気検出部）、 103 増幅回路、 104 永久磁石、 111 接触式センサ、 112 プーリ（滑車）、 113 ストツ パ、 114 バネ、 115 可動部位置検出部、 116 エンコーダ、 117 光学式センサ、 118 抵抗体、 119 導体、 120 抵抗値検出部、 121 接触式センサ、 122 リング 、 123 接続部、 124 可動部位置検出部、 131， 141, 151-153 変位センサ、 1 32 測定部、 133 検出回路、 142 測定部、 143 検出回路、 201〜217 計測装 置。
発明を実施するための最良の形態
[0029] 以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面におい て同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰り返さない。
[0030] (実施の形態 1)
図 1は、本発明の一実施の形態である実施の形態 1の計測装置の本体の外観を示 す模式図である。図 1において、計測装置 201は、計測装置本体 2を備え、計測装置 本体 2には可撓性を有する線状体 1が貫通する貫通孔 3が形成される。
[0031] 図 2は、図 1に示す計測装置の本体の内部の構造を示す断面模式図である。図 3 は、図 1の ΠΙ_ΠΙ線による断面を示す断面図である。図 2において、貫通孔 3は、線 状体 1が貫通する出入口を大きくして揷入性を向上させるために、出入口にテーパ 状の入出力ポート 4を形成する。計測装置本体 2の内部の拘束部 5において、貫通 孔 3の直径は線状体 1の直径よりもわずかに大きく（たとえば線状体 1の直径の 105 %〜120%)、かつ、貫通孔 3の線状体 1の長手軸方向に沿った長さは線状体 1の直 径の数倍以上である。よって線状体 1は、拘束部 5において、長手軸方向以外への 動作を拘束される。
[0032] 計測装置本体 2は、線状体 1に長手軸方向の圧縮力が作用するときに、貫通孔 3の 内部における線状体 1の湾曲方向を規定する。すなわち、貫通孔 3は、 2つの拘束部 5の間で曲がっており、線状体 1は一方の壁に沿って曲がりながら貫通孔 3を貫通し ている。また貫通孔 3は、 2つの拘束部 5の間で、線状体 1が沿っていない壁側が広 がって空間 6を形成している。
[0033] 空間 6では、線状体 1が紙面と平行方向の動作を拘束しないようになっている。なお 、入出力ポート 4および空間 6において、貫通孔 3の紙面と垂直方向の高さは線状体 1の直径よりもわずかに大きく（たとえば線状体 1の直径の 105。/。〜： 120。/。）、線状体 1に対して紙面と垂直方向の動作を拘束している。すなわち、入出力ポート 4および 空間 6において、線状体 1の長手軸方向に垂直な断面における貫通孔 3の断面形状 は、長方形状である。これらによって、貫通孔 3の内部における線状体 1の湾曲方向 を規定し、線状体 1に長手軸方向の圧縮力が作用するときの線状体 1の湾曲部を位 置決めしている。
[0034] 図 4は、線状体 1に圧縮力が作用するときの、計測装置本体 2の内部における線状 体 1の湾曲を示す断面模式図である。図 4において、線状体 1に長手軸方向の圧縮 力 Pが作用するとき、貫通孔 3の内部の空間 6において所定の方向へ、すなわち空間 6において線状体 1が沿っていない壁側へ向かって、線状体 1は湾曲する。線状体 1 の湾曲に伴い、湾曲の山の高さ h、すなわち線状体 1が沿っていた壁面から線状体 1 までの距離が増加する。計測装置本体 2は、湾曲の山の高さ方向に光学式のセンサ 7を備え、線状体 1の湾曲度合いを検出する。センサ 7は、光を発する光源器 8 (たと えば赤外線 LEDなど）と、空間 6の光源器 8に対向する位置に配置され光源器 8が発 する光を受ける受光器 9 (たとえばフォトトランジスタなど）とを含む。光源器 8と受光器 9とは、図 4に示すように、貫通孔 3の長方形状の断面における長手方向に、線状体 1 を挟んで対向するように配置されている。 hが小さいときは、受光器 9の近傍に線状体 1があるため、受光器 9において線状体 1が大きな光を遮る像となり、受光器 9が受け る光量が小さくなる。線状体 1に圧縮力 Pが作用して湾曲し、 hが大きくなると、線状体 1が受光器 9から離れるために、受光器 9が受ける光量が大きくなる。よって、光源器 8が発する光量に対する受光器 9が受ける光量を用いて、線状体 1の湾曲の山の高 さ h、すなわち線状体 1の湾曲度合いを検出することができる。
[0035] 次に、計測装置の具体的な動作を示す。図 5は、計測装置の全体構成を示す模式 図である。図 5において、計測装置 201は、計測装置本体 2のほかに、光源器 8を発 光させる点灯回路 10と、受光器 9の出力を増幅する増幅回路 11とを備える。また、光 源器 8が発する光量に対する受光器 9が受ける光量によって検出される線状体 1の 湾曲度合いを、線状体 1に作用する長手軸方向の圧縮力へ変換する、変換回路 12 をも備える。計測装置本体 2において、光源器 8から受光器 9までの光路は、検出に 使用する光が透過する材料で構成されている。
[0036] 図 6は、線状体 1に作用する圧縮力の計測方法を示す流れ図である。図 6を参照し ながら、線状体 1を管の中に挿入し管外部から操作するとき、線状体 1の先端が管の 内壁に接触することによって、線状体 1に作用する圧縮力を計測する方法について 説明する。まず工程（S10)において、管の中に挿入され管外部から操作される線状 体 1の先端が、管の内壁に接触する。次に工程（S20)において、線状体 1をさらに揷 入するために管外部から長手軸方向に力を加えるとき、線状体 1の先端は管の内壁 に接触しているので、線状体 1の動作が拘束される。そのため線状体 1の長手軸方向 に圧縮力が作用する。次に工程（S30)において、圧縮力の作用によって、貫通孔 3 の内部の空間 6におレ、て線状体 1が沿ってレ、なレ、壁側へ向かって、線状体 1が湾曲 する。次に工程（S40)において、線状体 1の湾曲度合いをセンサ 7によって、光源器 8が発する光量に対する受光器 9が受ける光量を用いて、検出する。次に工程（S50 )において、予め決定された線状体 1の湾曲度合いと線状体 1に作用する圧縮力との 相関関係に基づき、線状体 1の湾曲度合いを線状体 1に作用する圧縮力へ変換する 。次に工程（S60)において、線状体 1の湾曲度合レ、からの変換によって得られる圧 縮力を出力する。
[0037] 図 7は、工程（S50)において用いる線状体 1の湾曲度合いと線状体 1に作用する 圧縮力との相関関係の計測例である。すなわち、線状体 1としてガイドワイヤを用い 受光器 9としてフォトトランジスタを用いるときの、ガイドワイヤに作用する長手軸方向 の圧縮力に対するフォトトランジスタの出力の計測例を示すグラフである。図 7におい て、横軸は、ガイドワイヤに作用する長手軸方向の圧縮力を示す。また縦軸は、ガイ ドワイヤに作用する圧縮力に対するフォトトランジスタが受ける光量を、フォトトランジ スタによって変換した、電圧出力を示す。線状体 1に圧縮力が作用していないとき、 線状体 1は貫通孔 3の一方の壁に沿って湾曲している。このとき、受光器 9の受光面 において線状体 1が影になるために、受光器 9は光源器 8が発する光を多く受光する ことができなレ、。よってフォトトランジスタの出力が小さくなる。これにより、線状体 1の 湾曲の山の高さ hが 0に近い、すなわち線状体 1に圧縮力が作用していないことが示 される。
[0038] 線状体 1に圧縮力が作用して湾曲度合いが大きくなると、湾曲の山の高さ hが大きく なる。このとき、受光器 9の受光面における光を遮る線状体 1の像が小さくなる。すな わち、線状体 1の周囲から回り込んで受光器 9の受光面に到達する光量が増加する 。そのため光源器 8が発する光を受光器 9が受ける光量が増加する。よってフォトトラ ンジスタの出力が大きくなる。これにより、線状体 1の湾曲の山の高さ hが大きい、すな わち線状体 1に圧縮力が作用していることが示される。
[0039] 図 7に示すガイドワイヤに作用する圧縮力とフォトトランジスタの出力との相関関係 を予め計測し、変換回路 12に記憶しておく。そして、フォトトランジスタの出力を増幅 回路 11で増幅し、変換回路 12に記憶した上記相関関係を用いて圧縮力に変換する 。したがって、線状体 1に作用する長手軸方向の圧縮力を計測することができる。
[0040] これにより、線状体 1の先端が、線状体 1が挿入される管の内壁などの障害物に接 触し、線状体 1に長手軸方向の圧縮力が作用するとき、線状体 1が湾曲する度合い をセンサ 7により検出できる。そして、検出される線状体 1の湾曲度合いを、変換回路 12により線状体 1に作用する長手軸方向の圧縮力に変換する。よって、線状体 1に 作用する圧縮力が増加することから、線状体 1の進行方向前方における障害物の存 在を検知することができる。またこのとき、線状体 1が挿入される管の外部にある線状 体 1の操作を行なう位置にセンサ 7を設け、線状体 1に作用する長手軸方向の圧縮 力を計測するので、先端に圧力センサを設けることが困難な極細の線状体 1につい ても、圧縮力を定量的に計測することができる。
[0041] また、線状体 1の形状や、材質すなわちヤング率が異なると、同一の圧縮力が作用 するときの線状体 1の湾曲度合いが異なる。したがって、形状や材質の異なる複数の 線状体 1を使用する場合においては、使用する線状体 1の湾曲度合いと線状体 1に 作用する長手軸方向の圧縮力との相関関係を予め計測し、これらの相関関係を変換 回路 12に記憶しておく。そして計測装置は、図 5に示す選択器 13をも備え、選択器 13によって、使用する線状体 1に合わせてどの相関関係を使用するのか選択する。 これにより、同一の計測装置を種々の形状や材質を有する線状体 1に適用できるの で、これまでに種々の異なる用途に使用していた線状体 1をそのまま使用することが でき、経済的である。
[0042] 次に、本発明の計測装置を実用化する例として、体内の管の中へ挿入される線状 の医療器具である線状体に作用する長手軸方向の圧縮力を計測する計測装置が、 他の医療機器に組み込まれて使用される例を示す。図 8は、計測装置本体 2が Yコ ネクタ 14に組み込まれて使用される例を示す模式図である。図 8において、 Yコネク タ 14は、入力ポート 15と他の入力ポート 16と出力ポート 17とを備える。計測装置 2は 、 Yコネクタ 14の内部の、入力ポート 15と出力ポート 17とを連通する通路に組み込ま れている。線状体 1は、たとえば、血管や尿管などの体内の管に挿入されるガイドワイ ャゃカテーテル、動脈瘤を塞栓するための塞栓用コイルが先端に付いたワイヤなど の、線状の医療器具であり、入力ポート 15側からの操作によって体内の目的部位ま で誘導される。
[0043] これにより、体内の管の中へ挿入される線状の医療器具に作用する長手軸方向の 圧縮力の増加を計測することによって、圧縮力の反力として、医療器具が体内の管 に作用する荷重を計測することができる。すなわち、医療器具の先端が管の内壁に 接触することを検知することができる。したがって、体内の管に過大な荷重が作用す ることを防止することができる。また、本発明の計測装置が Yコネクタ 14に組み込まれ ているので、 Yコネクタ 14の入力ポート 15から線状の医療器具を操作し、また他の入 力ポート 16から薬剤を注入することができる。たとえば、カテーテルとガイドワイヤとの 摩擦を低減するための生理食塩水を他の入力ポート 16から注入することができる。ま たたとえば、血管の中に挿入したカテーテルを人体外部から目的部位まで誘導した 後に、他の入力ポート 16から血管造影剤を注入して、血管造影剤を体内の目的部 位に注入することができる。
[0044] 次に、本発明の計測装置によって得られる圧縮力を出力する方法について説明す る。レ、くつかの方法があるが、代表的な方法としては、センサ 7によって検出される出 力を変換した圧縮力を、数値やメータ表示あるいはグラフ表示する視覚化器具や、 センサの出力の変化を音声に変換する聴覚化器具が挙げられる。計測装置は、視 覚化器具と聴覚化器具とのいずれか一方を備えることができ、また併用して備えるこ とちできる。
[0045] 図 9は、計測装置の出力方法の例を示す模式図である。図 9において、センサ 7の 電圧出力を線状体 1に作用する圧縮力に変換した数値を表示する視覚化器具 18、 時間履歴を伴って圧縮力をグラフ状に表示する視覚化器具 19が例示されている。ま た、図 9において、センサの電圧出力が予め決定されてある所定のしきい値以上の 場合、すなわち線状体 1に作用する圧縮力が所定のしきい値以上の場合に、音響効 果を変化させる、すなわち警告音をスピーカ 21から鳴らす聴覚化器具 20が例示され ている。線状体 1に作用する圧縮力が所定のしきい値以上となることは、ランプの点 灯などの視覚効果の変化によっても示すことができる。また、スピーカとランプを併用 してもよレ、。さらに、複数のしきい値を予め決定しておき、各しきい値に対応して、スピ 一力の音やランプの色を変更することもできる。しきい値の前後で視覚効果あるいは 音響効果を急激に変更すると、操作者の注意を確実に喚起することができるので効 果的である。たとえば、しきい値の前後でランプの発光色を変更する、または警告音 の音色（断続音と連続音、低音と高音など）を変更する、などの対応が考えられる。図 9において、計測装置本体 2と、視覚化器具 18と視覚化器具 19と聴覚化器具 20とは 、ケーブルで接続されている力 赤外線や他の電磁波を用いた無線通信などの他の 信号転送手段を使用することもできる。
[0046] これにより、操作者が外部において指先で把持した線状体 1の挿入抵抗のカ覚情 報を定量ィ匕して表示することができる。さらに、データとして記録、たとえば紙に記さ れるグラフや数値などの印刷物として、またはハードディスクやメモリなどに電子的デ ータとして記録することができる。したがって熟練操作者の手技を定量的に経験の少 ない操作者へ伝授することができる。また、線状体 1に作用する圧縮力が予め定めら れたしきい値以上となるときに、警告音やランプの点灯によって操作者が確実に認識 すること力 sできる。したがって、管に過大な荷重が作用することを防止することができ る。
[0047] 次に、本発明の計測装置を、治療や検査などの実際の医療行為において使用す る例を説明する。図 10は、計測装置を人体の管の中へ挿入される線状の医療器具 に使用する例を示す模式図である。図 10において、計測装置本体 2にカテーテル 2
3が接続され、カテーテル 23の中には、計測装置本体 2の貫通孔 3を貫通するガイド ワイヤ 22がある。またカテーテル 23は、人体 25の管の中に挿入されている。ガイドヮ ィャ 22を把持する術者 24が、ガイドワイヤ 22を体内へ進めるためにガイドワイヤ 22 に長手軸方向に力をカ卩えるとき、人体 25の管に揷入抵抗があると、ガイドワイヤ 22に は長手軸方向に圧縮力が作用する。そしてその圧縮力が、視覚化器具 18によって 表示される。
[0048] 図 11は、計測装置を人体を模擬する訓練用シミュレータに取り付けて使用する例 を示す模式図である。図 11において、シミュレータ 26は、線状の医療器具が揷入さ れる人体の管の透視画像と同等の、模擬透視画像 27を表示する。訓練している術 者 24は、模擬透視画像 27を見ながらガイドワイヤ 22を操作する。シミュレータ 26は、 挿入されたガイドワイヤ 22に対して、挿入抵抗を変化させる。操作時の抵抗力、すな わち計測装置によって計測されるガイドワイヤ 22に作用する圧縮力は、視覚化器具 18に表示されるとともに、ケーブル 28を通してシミュレータ 26にも伝えられ、シミュレ ータ 26内部でのガイドワイヤ 22の挿入抵抗変更に寄与している。図 11において、計 測装置本体 2とシミュレータ 26は分離されている力 計測装置本体 2がシミュレータ 2 6と一体に組み込まれてもよい。また、視覚化器具 18を備える代わりに、シミュレータ 26の模擬透視画像 27に、ガイドワイヤ 22に作用する圧縮力を表示しても良い。
[0049] これにより、熟練操作者の手技を定量化し、経験の少なレ、操作者へ定量的な手技 の伝授をすることができる。したがって、経験の少ない操作者の手技を早期に向上さ せること力 Sできる。
[0050] (実施の形態 2)
図 12は、本発明の一実施の形態である実施の形態 2の、計測装置の全体構成を 示す模式図である。図 13は、図 12に示す計測装置の本体の内部の構造を示す断 面模式図である。実施の形態 2の計測装置と、上述した実施の形態 1の計測装置と は、基本的に同様の構成を備えている。しかし、実施の形態 2では、センサが図 12に 示すような構成となっている点で実施の形態 1とは異なっている。 [0051] 具体的には、図 12において、計測装置 202は、センサ 7の代わりに光学式センサ 3 2を備える。光学式センサ 32は、光を発する光源器 29と、光源器 29が発する光を受 ける受光器 30とを含み、受光器 30はラインセンサ、すなわち光を受ける受光素子を 複数有し、複数の受光素子が一列に配置される、 1次元の光学式のアレイセンサで ある。図 13において、受光器 30は、計測装置本体 2の内部の空間 6において、線状 体 1に長手軸方向の圧縮力を作用するときに線状体 1が湾曲して形成する湾曲の山 の高さ方向に配置されている。つまり、図示しない光源器 29と受光器 30とは、線状 体 1を挟んで対向するように、 2つの拘束部 5の間に形成される空間 6を挟んで配置さ れるとともに、線状体 1の長手軸方向と交差する方向に沿って、かつ線状体 1に長手 軸方向の圧縮力を作用させるときに線状体 1が湾曲する方向と同じ方向に配置され ている。
[0052] 次に、実施の形態 2の計測装置の動作について説明する。実施の形態 2の計測装 置と、上述した実施の形態 1の計測装置とは、基本的に同様に動作する。しかし、実 施の形態 2の計測装置では、光源器 29が発する光を受光器 30が受けるとき、受光 器 30のラインセンサにおいて、ある受光素子の上に線状体 1があり、光源器 29が発 する光を線状体 1が遮ることによってその受光素子が受ける光量が小さくなる。その 受光素子の位置を検出することにより、線状体 1の位置を検出し、線状体 1の湾曲度 合いを検出することができる。すなわち、図 12に示す圧縮力出力装置 31は、受光器 30の各受光素子の出力から、線状体 1の湾曲度合いを検出することができる。そして 、予め決定された線状体 1の湾曲度合いと線状体 1に作用する圧縮力との相関関係 に基づき、線状体 1の湾曲度合いを線状体 1へ作用する圧縮力へ変換し、出力する こと力 Sできる。なお、線状体 1の像を受光器 30へ適切に結像させるために、レンズや スリットあるいは外光を遮断するフィルタなどの光学的要素を、本光学系に設置しても よい。
[0053] (実施の形態 3)
図 14は、本発明の一実施の形態である実施の形態 3の、計測装置の本体の内部 の構造を示す断面模式図である。実施の形態 3の計測装置 203と、上述した実施の 形態 2の計測装置とは、基本的に同様の構成を備えている。しかし、実施の形態 3で は、受光器 30が図 14に示すような配置となっている点で実施の形態 2とは異なって いる。具体的には、図 14において、 2つの拘束部 5の間で曲がっている貫通孔 3の空 間 6において、一方の拘束部 5の延長上に、受光器 30のラインセンサが配置されて いる。つまり、図示しない光源器 29と受光器 30とは、線状体 1を挟んで対向するよう に、 2つの拘束部 5の間に形成される空間 6を挟んで配置されるとともに、一方の拘束 部 5における貫通孔 3の延びる方向に沿って配置されている。
[0054] 次に、実施の形態 3の計測装置の動作について説明する。実施の形態 3の計測装 置と、上述した実施の形態 2の計測装置とは、基本的に同様に動作する。しかし、実 施の形態 3の計測装置では、光源器 29が発する光を受光器 30が受けるとき、受光 器 30のラインセンサにおいて、ある受光素子の上に線状体 1があり、光源器 29が発 する光を線状体 1が遮ることによってその受光素子が受ける光量が小さくなる。その 受光素子の位置を検出することにより、受光器 30のラインセンサと線状体 1との交点 の位置 Xを検出することができる。この交点の位置によって線状体 1の湾曲度合いを 検出することができ、予め決定された線状体 1の湾曲度合いと線状体 1に作用する圧 縮力との相関関係に基づき、線状体 1へ作用する圧縮力を計測することができる。
[0055] これまでの説明においては、光学式のセンサについて、光源器に対向する位置に 配置される受光器が透過光を受ける検出方法で述べているが、光源器と受光器とを 並べて配置し、かつ光源器と対向する位置に光源器が発する光を反射するミラーな どの反射体を設置してもよい。この場合、光源器が発する光のうち反射体が反射する 反射光を受光器で受けることにより、同様に線状体の湾曲度合いを検出できる。また 、ラインセンサのような 1次元のアレイセンサの代わりに、平面上に複数の受光素子を たとえばマトリクス状に並べて配置してなる 2次元のアレイセンサを用いても、線状体 の湾曲度合いの検出が可能である。さらに、線状体の湾曲度合いを検出できればよ いのであるから、たとえば湾曲の山の高さ hを検出する非接触の距離センサ、または 線状体の位置を検出する位置センサなどを使用することもできる。
[0056] (実施の形態 4)
図 15は、本発明の一実施の形態である実施の形態 4の、計測装置の構成を示す 模式図である。 [0057] 図 15を参照して、計測装置 204Aは、計測装置本体 2と、変位センサ 41と、変換回 路 12とを備える。
[0058] 線状体 1に圧縮力 Pが作用すると、線状体 1は湾曲し、湾曲の山の高さ hが増加す る。線状体 1が湾曲する方向に変位センサ 41が配置されている。
[0059] 変位センサ 41は、変位センサ 41と線状体 1の湾曲部との距離 Lを検出する。距離し を検出することは、湾曲部の高さすなわち湾曲の山の高さ hを計測することと等価で ある。変換回路 12は、線状体 1に作用する長手軸方向の圧縮力 Pと距離 Lすなわち 線状体 1の湾曲度合いとの相関関係を予め計測した結果を記憶する。変換回路 12 は、検出された距離 Lを、記憶している相関関係を用いて圧縮力 Pに変換する。した 力 Sつて、線状体 1に作用する長手軸方向の圧縮力 Pを計測することができる。
[0060] 本発明の実施の形態に係る計測装置では、変位センサ 41として以下で説明する 種々のセンサを使用することで、使用環境および仕様等に適切に対応することがで きる。
[0061] 図 16は、本発明の一実施の形態である実施の形態 4の、変位センサとして静電容 量式センサを備える計測装置の構成を示す模式図である。
[0062] 図 16を参照して、計測装置 204Bは、計測装置本体 2と、静電容量式センサ 42と、 変換回路 12とを備える。静電容量式センサ 42は、検出電極 43と、ガード電極 44と、 容量検出回路 45とを含む。
[0063] 容量検出回路 45は、検出電極 43と線状体 1間の距離の変位を静電容量の変化と して検出する。すなわち、検出電極 43および線状体 1間の距離 Lに応じて検出電極 43および線状体 1間に発生する静電容量が変化する。容量検出回路 45は、検出電 極 43および線状体 1間の静電容量を検出し、検出した静電容量に基づいて線状体 1の湾曲度合いを検出する。ガード電極 44は、検出電極 43および線状体 1間の電界 を保護するために設けられる。
[0064] 変換回路 12は、線状体 1に作用する長手軸方向の圧縮力 Pと静電容量との相関関 係を予め計測した結果を記憶する。そして、変換回路 12は、容量検出回路 45が検 出した静電容量を、圧縮力 Pを示す電気信号に変換して出力する。
[0065] このような構成により、高分解能または高い周波数応答が要求される計測装置に対 応すること力 sできる。また、光学式のセンサとは異なり、線状体 1が透明体であっても 圧縮力 Pを正確に計測することができる。
[0066] (実施の形態 5)
図 17は、本発明の一実施の形態である実施の形態 5の、計測装置の構成を示す 模式図である。
[0067] 図 17を参照して、計測装置 205は、計測装置本体 2と、光学式センサ 51と、変換回 路 12とを備える。光学式センサ 51は、半導体レーザ (光源器） 52と、ハーフミラー 53 と、コリメートレンズ 54と、対物レンズ 55と、音叉（移動部） 56と、音叉位置検出部（対 物レンズ位置検出部） 57と、ピンホーノレ 58と、受光素子（受光器） 59と、演算部 60と を含む。
[0068] 半導体レーザ 52はレーザ光を出力する。半導体レーザ 52から出力されたレーザ光 は、ハーフミラー 53を通過してコリメートレンズ 54に照射される。コリメートレンズ 54は 、照射されたレーザ光を平行光に変換して対物レンズ 55に照射する。対物レンズ 55 は、照射された平行光を屈折させて線状体 1に照射する。
[0069] 対物レンズ 55から照射されたレーザ光が線状体 1の表面において焦点を結んでい る場合には、線状体 1において反射したレーザ光の一部が対物レンズ 55およびコリメ 一トレンズ 54を通過してハーフミラー 53に照射される。ここで、線状体 1において反 射したレーザ光のうち、主にコリメートレンズ 54からの平行光の方向の光軸 Aに対し てほぼ垂直な線状体面において反射した光が対物レンズ 55に照射される。ハーフミ ラー 53は、照射されたレーザ光を受光素子 59側に屈折させ、ピンホール 58を介して 受光素子 59に照射する。
[0070] 対物レンズ 55から照射されたレーザ光が線状体 1の表面において焦点を結んでい ない場合には、対物レンズ 55に照射される線状体 1からの反射光は少なレ、。また、ピ ンホール 58があるために、線状体 1から受光素子 59に到達するレーザ光はほとんど 存在しない。
[0071] 対物レンズ 55は、音叉 56に結合されており、音叉 56の振動に応じて光軸 A方向に 振動する。対物レンズ 55が光軸 A方向に移動すると、対物レンズ 55からのレーザ光 の焦点位置が光軸 A方向において移動する。 [0072] 受光素子 59は、ピンホール 58を通過したレーザ光を電気信号に変換する。ここで 、受光素子 59は、受光量に応じたレベルを有する電気信号を生成する。
[0073] 音叉位置検出部 57は、音叉 56の位置すなわち対物レンズ 55の位置を検出し、検 出結果を表わす対物レンズ位置信号を出力する。
[0074] 対物レンズ 55から照射されたレーザ光が線状体 1の表面において焦点を結んでい る場合、受光素子 59が受光する光量が最大となる。したがって、演算部 60は、受光 素子 59が受光する光量が最大となるときの、対物レンズ位置信号が表わす対物レン ズ 55の位置に基づいて、線状体 1の反射面の位置すなわち線状体 1の湾曲度合い を検出する。
[0075] 変換回路 12は、線状体 1に作用する長手軸方向の圧縮力 Pと対物レンズ位置信号 との相関関係を予め計測した結果を記憶する。そして、変換回路 12は、演算部 60が 検出した線状体 1の湾曲度合いを、圧縮力 Pを示す電気信号に変換して出力する。
[0076] このような構成により、高分解能が要求される計測装置に対応することができる。
(実施の形態 6)
図 18は、本発明の一実施の形態である実施の形態 6の、計測装置の構成を示す 模式図である。
[0077] 図 18を参照して、計測装置 206は、計測装置本体 2と、光学式センサ 61と、変換回 路 12とを備える。光学式センサ 61は、半導体レーザ (光源器） 62と、投光レンズ 63と 、受光レンズ 64と、画像処理部 65とを含む。
[0078] 半導体レーザ 62はレーザ光を出力する。投光レンズ 63は、半導体レーザ 62から 出力されたレーザ光を線状体 1に照射する。受光用レンズ 64は、線状体 1において 反射したレーザ光を画像処理部 65に照射する。
[0079] 画像処理部 65は、受光用レンズ 64から照射されたレーザ光に基づいて線状体 1を 撮影する。ここで、線状体 1が XIから X2の位置へ移動すると、受光レンズ 64から見 た反射光の反射角度が異なるために、画像処理部 65が撮影する像が移動する。し たがって、画像処理部 65は、線状体 1の像に基づいて線状体 1の湾曲度合いを検出 すること力 Sできる。たとえば、画像処理部 65は、線状体 1の像の重心位置を検出して 線状体 1の湾曲度合いを検出する。また、画像処理部 65がラインセンサである場合 には、線状体 1の像の位置変化に基づいて線状体 1の湾曲度合いを検出する。
[0080] 変換回路 12は、画像処理部 65の検出した線状体 1の湾曲度合いを、圧縮力 Pを 示す電気信号に変換して出力する。
[0081] このような構成により、高分解能または高い周波数応答が要求される計測装置に対 応すること力 Sできる。
[0082] (実施の形態 7)
図 19は、本発明の一実施の形態である実施の形態 7の、計測装置の構成を示す 模式図である。
[0083] 図 19を参照して、計測装置 207は、計測装置本体 2と、超音波式センサ 71と、変換 回路 12とを備える。超音波式センサ 71は、時間差検出部 72と、圧電素子 73とを含 む。
[0084] 圧電素子 73は、図示しない電源回路または時間差検出部 72から供給された交流 電圧に基づいてパルス状の超音波を線状体 1に出力する。また、圧電素子 73は、線 状体 1において反射した超音波を受ける。圧電素子 73は、超音波送信用の圧電素 子と超音波受信用の圧電素子とを含む構成であってもよいし、あるいは、超音波送 信および超音波受信兼用の圧電素子であってもよい。
[0085] 時間差検出部 72は、圧電素子 73がパルス状の超音波を線状体 1に出力してから 線状体 1におレ、て反射したパルス状の超音波を受けるまでの時間を検出し、検出し た時間に基づいて圧電素子 73と線状体 1の湾曲部との距離 Lすなわち線状体 1の湾 曲度合いを検出する。
[0086] 変換回路 12は、時間差検出部 72の検出した線状体 1の湾曲度合いを、圧縮力 P を示す電気信号に変換して出力する。
[0087] このような構成により、光学式のセンサとは異なり、線状体 1が透明体であっても圧 縮力 Pを正確に計測することができる。
[0088] (実施の形態 8)
図 20は、本発明の一実施の形態である実施の形態 8の、計測装置の構成を示す 模式図である。
[0089] 図 20を参照して、計測装置 208は、計測装置本体 2と、渦電流式センサ 81と、変換 回路 12とを備える。渦電流式センサ 81は、検出コイル 82と、電圧供給回路 83と、波 形検出回路 84とを含む。本実施の形態では、線状体 1は導体である。
[0090] 検出コイル 82には、電圧供給回路 83から供給される高周波電圧に基づいて高周 波電流が流れる。そうすると、検出コイル 82によって高周波磁界が発生する。ここで、 線状体 1は導体であるため、線状体 1および検出コイル 82が接近すると、電磁誘導 作用によって線状体 1の表面に渦電流が流れ、検出コイル 82のインダクタンスが変 化する。線状体 1の表面に発生する渦電流は、検出コイル 82から発生する磁束の流 れを妨げる方向の磁束を発生する。
[0091] 検出コイル 82のインダクタンスが変化すると、検出コイル 82に流れる電流波形が変 化する。より詳細には、検出コイル 82に流れる電流波形の振幅、および検出コイル 8 2に供給される電圧波形と検出コイル 82に流れる電流波形との位相差が変化する。
[0092] 波形検出回路 84は、検出コイル 82に流れる電流波形の振幅、または検出コイル 8 2に供給される電圧波形と検出コイル 82に流れる電流波形との位相差を検出し、検 出結果に基づいて線状体 1の湾曲度合いを検出する。
[0093] 変換回路 12は、波形検出回路 84の検出した線状体 1の湾曲度合いを、圧縮力 P を示す電気信号に変換して出力する。
[0094] このような構成により、高分解能または高い周波数応答が要求される計測装置に対 応すること力 Sできる。また、光学式のセンサとは異なり、計測装置が水中および油中 等の劣悪な環境で使用される場合でも圧縮力 Pを正確に計測することができる。
[0095] (実施の形態 9)
図 21は、本発明の一実施の形態である実施の形態 9の、計測装置の構成を示す 模式図である。
[0096] 図 21を参照して、計測装置 209は、計測装置本体 2と、磁気式センサ 91と、変換回 路 12とを備える。磁気式センサ 91は、検出コイル 92と、電圧供給回路 93と、波形検 出回路 94とを含む。本実施の形態では、線状体 1は磁性体である。
[0097] 検出コイル 92には、電圧供給回路 93から供給される低周波電圧に基づいて低周 波電流が流れる。そうすると、検出コイル 92によって低周波磁界が発生する。ここで、 線状体 1は磁性体であるため、線状体 1および検出コイル 92の距離すなわち線状体 1の湾曲度合いに応じて検出コイル 92の磁気抵抗が変化する。
[0098] 検出コイル 92の磁気抵抗が変化すると、検出コイル 92に流れる電流波形が変化 する。より詳細には、検出コイル 92に流れる電流波形の振幅、および検出コイル 92 に供給される電圧波形と検出コイル 92に流れる電流波形との位相差が変化する。た とえば、線状体 1および検出コイル 92が近くなると磁束が通りやすくなり、検出コイル 92の磁気抵抗が小さくなる。そうすると、検出コイル 92のインダクタンスが大きくなる ため、検出コイル 92に流れる電流波形の振幅が小さくなり、また、検出コイル 92に供 給される電圧波形と検出コイル 92に流れる電流波形との位相差が大きくなる。
[0099] 波形検出回路 94は、検出コイル 92に流れる電流波形の振幅、または検出コイル 9 2に供給される電圧波形と検出コイル 92に流れる電流波形との位相差を検出し、検 出結果に基づいて線状体 1の湾曲度合いを検出する。
[0100] 変換回路 12は、波形検出回路 94の検出した線状体 1の湾曲度合いを、圧縮力 P を示す電気信号に変換して出力する。
[0101] このような構成により、光学式のセンサとは異なり、計測装置が水中および油中等 の劣悪な環境で使用される場合でも圧縮力 Pを正確に計測することができる。
[0102] (実施の形態 10)
図 22は、本発明の一実施の形態である実施の形態 10の、計測装置の構成を示す 模式図である。
[0103] 図 22を参照して、計測装置 210は、計測装置本体 2と、磁気式センサ 101と、変換 回路 12とを備える。磁気式センサ 101は、ホールセンサ（磁気検出部） 102と、増幅 回路 103と、永久磁石 104とを含む。本実施の形態では、線状体 1は磁性体である。 なお、ホールセンサの代わりに MRセンサ等の他の磁気式センサを使用することも可 能である。また、永久磁石 104の代わりに電磁石を使用することも可能である。
[0104] ホールセンサ 102は、永久磁石 104によって発生する磁束を検出する。線状体 1の 湾曲度合いに応じて永久磁石 104からの磁束が変化する。したがって、ホールセン サ 102は、検出した永久磁石 104からの磁束に基づいて、線状体 1の湾曲度合いを 検出する。増幅回路 103は、ホールセンサ 102の検出結果を表わす信号を増幅して 変換回路 12に出力する。 [0105] 変換回路 12は、ホールセンサ 102の検出した線状体 1の湾曲度合いを、圧縮力 P を示す電気信号に変換して出力する。
[0106] このような構成により、高い周波数応答が要求される計測装置に対応することがで きる。また、光学式のセンサとは異なり、計測装置が水中および油中等の劣悪な環境 で使用される場合でも圧縮力 Pを正確に計測することができる。
[0107] (実施の形態 11)
図 23は、本発明の一実施の形態である実施の形態 11の、計測装置の構成を示す 模式図である。
[0108] 図 23を参照して、計測装置 211は、計測装置本体 2と、接触式センサ 111と、変換 回路 12とを備える。接触式センサ 111は、プーリ（滑車） 112と、ストツバ 113と、パネ 114と、可動部位置検出部 115とを含む。プーリ（滑車） 112と、ストッパ 113とは、可 動部を構成する。
[0109] パネ 114は、ストッパ 113を介してプーリ 112を線状体 1に常に押し当てることにより 、可動部を線状体 1と結合させる。線状体 1が移動すると、プーリ 112が回転するため 、可動部と線状体 1との摩擦を防ぐことができる。なお、プーリの代わりにテフロン (登 録商標）等をコーティングした低摩擦材でもよい。
[0110] 可動部位置検出部 115は、可動部の位置を検出し、検出結果に基づいて線状体 1 の湾曲度合いを検出する。
[0111] 変換回路 12は、可動部位置検出部 115の検出した線状体 1の湾曲度合いを、圧 縮力 Pを示す電気信号に変換して出力する。
[0112] 図 24は、接触式センサの構成を示す模式図である。
図 24を参照して、接触式センサ 111は、プーリ（滑車） 112と、ストッノ 113と、バネ 114と、可動部位置検出部 115とを含む。可動部位置検出部 115は、エンコーダ 11 6と、光学式センサ 117とを含む。
[0113] エンコーダ 116は、反射率が異なる複数個のガラス等の物質が可動部の移動方向 に配置されて構成される。光学式センサ 117は、可動部に光を照射し、エンコーダ 1 16において反射された光に基づいて可動部の位置を検出し、検出結果に基づいて 線状体 1の湾曲度合いを検出する。たとえば、エンコーダ 116において、光学式セン サ 117に向かって光を反射する物質と反射しない物質とが可動部の移動方向に交 互に配置される場合には、可動部の移動方向におけるエンコーダ 116の各物質間の 距離を 1周期とすると、可動部の移動方向において π /4間隔で 2個の光学式セン サ 117が配置される。このような構成により、可動部の移動方向を検出することができ る。
[0114] なお、可動部位置検出部 115は、磁気式であってもよレ、。この場合、エンコーダ 11 6は、磁極 Νおよび磁極 Sの物質が可動部の移動方向に交互に配置されて構成され る。光学式センサ 117の代わりに配置される磁気式センサ 117は、所定位置におけ るエンコーダ 116の磁極に基づいて可動部の位置を検出する。また、可動部位置検 出部 115は、差動トランス型であってもよい。
[0115] 図 25は、接触式センサの構成の他の例を示す模式図である。
図 25を参照して、接触式センサ 111は、プーリ（滑車） 112と、ストッノ 113と、バネ 114と、可動部位置検出部 115とを含む。可動部位置検出部 115は、抵抗体 118と 、導体 119と、抵抗値検出部 120とを含む。
[0116] 導体 119は、ストッパ 113に取り付けられ、可動部とともに移動する。
抵抗値検出部 120は、抵抗体 118の抵抗値を検出し、検出結果に基づいて可動 部の位置を検出し、検出結果に基づいて線状体 1の湾曲度合いを検出する。
[0117] 以上のような構成により、高分解能または高い周波数応答が要求される計測装置 に対応することができる。また、光学式のセンサとは異なり、線状体 1が透明体であつ ても圧縮力 Ρを正確に計測することができる。また、光学式のセンサとは異なり、計測 装置が水中および油中等の劣悪な環境で使用される場合でも圧縮力 Ρを正確に計 測すること力 Sできる。
[0118] (実施の形態 12)
図 26は、本発明の一実施の形態である実施の形態 12の、計測装置の構成を示す 模式図である。
[0119] 図 26を参照して、計測装置 212は、計測装置本体 2と、接触式センサ 121と、変換 回路 12とを備える。接触式センサ 121は、リング 122と、接続部 123と、可動部位置 検出部 124とを含む。リング 122と、接続部 123とは、可動部を構成する。 [0120] 線状体 1は、リング 122を貫通している。リング 122すなわち可動部は、線状体 1の 湾曲にともなって移動する。
[0121] 可動部位置検出部 124は、可動部の位置を検出し、検出結果に基づいて線状体 1 の湾曲度合いを検出する。
[0122] 変換回路 12は、可動部位置検出部 124の検出した線状体 1の湾曲度合いを、圧 縮力 Pを示す電気信号に変換して出力する。
[0123] 可動部位置検出部 124は、光学式、磁気式、抵抗式および差動トランス型のいず れであってもよぐこれらの方式に対応する可動部位置検出部 124の構成は、実施 の形態 11と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
[0124] このような構成により、高い周波数応答が要求される計測装置に対応することがで きる。また、光学式のセンサとは異なり、線状体 1が透明体であっても圧縮力 Pを正確 に計測することができる。また、光学式のセンサとは異なり、計測装置が水中および 油中等の劣悪な環境で使用される場合でも圧縮力 Pを正確に計測することができる。
[0125] (実施の形態 13)
図 27は、本発明の一実施の形態である実施の形態 13の、計測装置の構成を示す 模式図である。図 28は、図 27の XXVIII— XXVIII線による断面を示す断面図である
[0126] 図 27および図 28を参照して、計測装置 213は、計測装置本体 2と、変位センサ 13 1と、変換回路 12とを備える。変位センサ 131は、測定部 132と、検出回路 133とを 含む。変位センサ 131は、図 16に示す静電容量式センサ 42、図 20に示す渦電流式 センサ 81または図 21に示す磁気式センサ 91に相当する。より詳細には、測定部 13 2は、検出電極 43、検出コイル 82または検出コイル 92に相当する。検出回路 133は 、容量検出回路 45、波形検出回路 84または波形検出回路 94に相当する。
[0127] 実施の形態 1〜 12に係る計測装置では、線状体 1が湾曲してレ、く方向に変位セン サが配置されていた力 本実施の形態では、変位センサ 131は線状体 1の湾曲方向 に対してほぼ垂直な方向に配置される。
[0128] このような構成でも、変位センサ 131は線状体 1の湾曲度合いを検出することができ る。 [0129] (実施の形態 14)
図 29は、本発明の一実施の形態である実施の形態 14の、計測装置の構成を示す 断面図である。
[0130] 図 29を参照して、計測装置 214は、計測装置本体 2と、変位センサ 141と、変換回 路 12とを備える。変位センサ 141は、測定部 142と、検出回路 143とを含む。
[0131] 測定部 142は、図 28に示す測定部 132を複数個、アレイ状に配置したものである。
[0132] 検出回路 143は、複数個の測定部 142の測定結果に所定の演算を行ない、線状 体 1の湾曲度合いを検出する。
[0133] その他の構成および動作は実施の形態 13に係る計測装置と同様であるため、ここ では詳細な説明を繰り返さない。
[0134] このような構成により、圧縮力 Pをより高精度に計測することができる。
(実施の形態 15)
図 30は、本発明の一実施の形態である実施の形態 15の、計測装置の構成を示す 模式図である。
[0135] 図 30を参照して、計測装置 215は、計測装置本体 2と、変位センサ 151と、変換回 路 12とを備える。
[0136] 本実施の形態では、変位センサ 151は線状体 1の湾曲方向と反対方向に配置され る。変位センサ 151は、変位センサ 151と線状体 1の湾曲部との距離 Dを検出する。 距離 Dを検出することは、湾曲部の高さ hを計測することと等価である。
[0137] 変換回路 12は、線状体 1に作用する長手軸方向の圧縮力 Pと距離 Dすなわち線状 体 1の湾曲度合いとの相関関係を予め計測した結果を記憶する。変換回路 12は、検 出された距離 Lを、記憶している相関関係を用いて圧縮力 Pに変換する。
[0138] (実施の形態 16)
図 31は、本発明の一実施の形態である実施の形態 16の、計測装置の構成を示す 模式図である。
[0139] 図 31を参照して、計測装置 216は、計測装置本体 2と、変位センサ 41と、変位セン サ 151と、変換回路 161とを備える。
[0140] 変位センサ 41は、線状体 1の湾曲方向に配置される。変位センサ 41は、変位セン サ 41と湾曲部との距離 Lを検出する。
[0141] 変位センサ 151は線状体 1の湾曲方向と反対方向に配置される。変位センサ 151 は、変位センサ 151と湾曲部との距離 Dを検出する。
[0142] 変換回路 161は、線状体 1に作用する長手軸方向の圧縮力 Pと距離 Lおよび距離
Dとの相関関係を予め計測した結果を記憶する。変換回路 161は、検出された距離
Lおよび Dを、記憶してレ、る相関関係を用いて圧縮力 Pに変換する。
[0143] このような構成により、圧縮力 Pをより高精度に計測することができる。
(実施の形態 17)
図 32は、本発明の一実施の形態である実施の形態 17の、計測装置の構成を示す 模式図である。
[0144] 図 32を参照して、計測装置 217は、計測装置本体 2と、変位センサ 152および 153 と、変換回路 162とを備える。
[0145] 変位センサ 152および 153は、線状体 1の湾曲方向に配置される。変位センサ 152 および 153は、湾曲部との距離 L1および L2をそれぞれ検出する。
[0146] 変換回路 162は、線状体 1に作用する長手軸方向の圧縮力 Pと距離 L1および距離
L2との相関関係を予め計測した結果を記憶する。変換回路 162は、検出された距離
L1および L2を、記憶してレ、る相関関係を用レ、て圧縮力 Pに変換する。
[0147] このような構成により、圧縮力 Pをより高精度に計測することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと 考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって 示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが 意図される。
産業上の利用可能性
[0148] この発明の計測装置および計測方法は、体内の管の中へ挿入される線状の医療 器具などの、可撓性を有する線状体に作用する圧縮力の計測装置および計測方法 に、特に有利に適用され得る。

Claims

請求の範囲
[1] 可撓性を有する線状体（1)に作用する長手軸方向の圧縮力を計測する計測装置（ 201〜217)であって、
前記線状体（1)が貫通する貫通孔（3)が形成される本体 (2)を備え、
前記線状体（1)に前記圧縮力が作用するとき、前記貫通孔（3)の内部において前 記線状体（1)が所定の方向へ湾曲し、さらに、
前記湾曲の度合レヽを検出するセンサ（7, 32, 41, 42, 51 , 61 , 71, 81 , 91 , 101 , 111 , 121, 131 , 141 , 151)と、
検出される前記湾曲度合いを、前記線状体（1)に作用する前記圧縮力へ変換する 、変換回路（12, 161， 162)とを備える計測装置。
[2] 前記線状体（1)は、体内の管の中へ挿入される線状の医療器具である、請求の範 囲第 1項記載の計測装置。
[3] 前記センサ（7， 32)は、光を発する光源器（8， 29)と、前記光源器（8， 29)が発す る光を受ける受光器（9， 30)とを含み、前記光源器（8, 29)が発する光量に対する 前記受光器（9, 30)が受ける光量を用いて前記線状体（1)の前記湾曲度合レ、を検 出する、光学式のセンサである、請求の範囲第 1項記載の計測装置。
[4] 前記センサ（32)は、光を発する光源器（29)と、前記光源器（29)が発する光を受 ける受光器（30)とを含み、前記光源器（29)が発する光を前記線状体（1)が遮って 、前記受光器 (30)が受ける光量が小さくなる位置を検出することによって、前記線状 体（1)の前記湾曲度合いを検出する、光学式のアレイセンサである、請求の範囲第 1 項記載の計測装置。
[5] 前記センサ (42)は、
検出電極（43)と、
前記検出電極 (43)および前記線状体（1)間に発生する静電容量に基づいて前記 線状体（1)の湾曲度合いを検出する容量検出回路 (45)とを含む、請求の範囲第 1 項記載の計測装置。
[6] 前記センサ（51)は、
光源器（52)と、 前記光源器（52)からの光を前記線状体（1)に照射する対物レンズ（55)と、 前記対物レンズ（55)を移動させる移動部（56)と、
前記対物レンズ（55)の位置を検出する対物レンズ位置検出部（57)と、 前記線状体（1)において反射した光を受光して電気信号に変換する受光器（59) と、
前記検出された対物レンズ（55)の位置、および前記受光器（59)からの電気信号 に基づいて前記線状体（1)の湾曲度合いを検出する演算部（60)とを含む、請求の 範囲第 1項記載の計測装置。
前記センサ（61)は、
前記線状体 (1)に光を照射する光源器 (62)と、
前記線状体（1)において反射した光を受光して前記線状体（1)を撮影し、前記撮 影した線状体（1)の像に基づいて前記線状体（1)の湾曲度合いを検出する画像処 理部 (65)とを含む、請求の範囲第 1項記載の計測装置。
前記センサ（71)は、
前記線状体（1)に超音波を出力し、かつ前記線状体（1)において反射した超音波 を受ける圧電素子（73)と、
前記圧電素子（73)が超音波を前記線状体（1)に出力してから前記線状体（1)に おいて反射した超音波を受けるまでの時間を検出し、前記検出した時間に基づいて 前記線状体（1)の湾曲度合いを検出する時間差検出部（72)とを含む、請求の範囲 第 1項記載の計測装置。
前記線状体（1)は導体または磁性体であり、
前記センサは（81 , 91)、さらに、
コィノレ（82， 92)と、
前記コイル (82， 92)に電圧を供給する電圧供給回路（83, 93)と、
前記コイル (82， 92)に流れる電流波形の振幅、または前記コイル（82, 92)に供 給される電圧波形と前記コイル（82, 92)に流れる電流波形との位相差を検出し、前 記検出結果に基づいて前記線状体（1)の湾曲度合いを検出する波形検出回路 (84 , 94)とを含む、請求の範囲第 1項記載の計測装置。 [10] 前記線状体（1)は磁性体であり、
前記センサ（101)は、さらに、
磁石（104)と、
前記磁石（104)からの磁束を検出し、前記検出結果に基づいて前記線状体（1)の 湾曲度合いを検出する磁気検出部（102)とを含む、請求の範囲第 1項記載の計測 装置。
[11] 前記センサ（111， 121)は、さらに、
前記線状体（1)に結合される可動部（112, 113， 122, 123)と、
前記可動部の位置を検出し、前記検出結果に基づいて前記線状体（1)の湾曲度 合いを検出する可動部位置検出部（115, 124)とを含む、請求の範囲第 1項記載の 計測装置。
[12] 前記計測装置（216, 217)は、
前記センサ（41, 151〜153)を複数個備え、
前記変換回路（161 , 162)は、前記複数個のセンサにおいて検出される前記湾曲 度合いを、前記線状体（1)に作用する前記圧縮力へ変換する、請求の範囲第 1項記 載の計測装置。
[13] 前記センサの出力を表示する視覚化器具（18, 19)と、
前記出力の変化を音声に変換する聴覚化器具 (20)との、少なくともいずれか一方 を備える、請求の範囲第 1項記載の計測装置。
[14] 前記計測装置は、医療機器（14)に組み込まれて使用される、請求の範囲第 1項記 載の計測装置。
[15] 前記計測装置は、人体を模擬する訓練用シミュレータ（26)に取付けられて使用さ れる、請求の範囲第 1項記載の計測装置。
[16] 可撓性を有する線状体（1)に作用する長手軸方向の圧縮力を計測する計測方法 であって、
前記線状体（ 1 )に前記圧縮力が作用するとき、前記線状体（ 1 )が所定の方向へ湾 曲する度合レヽをセンサ（7, 32, 41 , 42, 51， 61， 71 , 81 , 91， 101 , 111 , 121, 1 31 , 141, 151)によって検出する工程と、 前記検出する工程において検出される前記湾曲度合いを、予め決定された前記湾 曲度合いと前記圧縮力との相関関係に基づき、前記線状体（1 )に作用する前記圧 縮力へ変換する工程とを含む計測方法。
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