WO2016157470A1 - 触覚センサ、医療装置及び医療システム - Google Patents

触覚センサ、医療装置及び医療システム Download PDF

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contact member
pressing force
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contacted object
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則尚 三木
卓郎 仲出川
新二 安永
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学校法人慶應義塾
オリンパス株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/165—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in capacitance
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons

Definitions

  • the present invention relates to a tactile sensor, a medical device, and a medical system in which a tip contacts a contacted object and acquires information on the contacted object from a pressing force.
  • Patent Document 1 Conventionally, a tactile sensor that detects that the tip of a long member has contacted a contacted object has been disclosed (see Patent Document 1).
  • the tactile sensor described in Patent Document 1 has a structure in which when a sphere that receives a load from the tip side is loaded, it is elastically compressed to optically detect the displacement of the sphere.
  • Patent Document 1 does not describe anything about obtaining a wide range of information by scanning the surroundings while the tactile sensor makes point contact with a contacted object and then touches the object. If the tactile sensor disclosed in Patent Document 1 is scanned around to acquire a wide range of information, friction between the tactile sensor and the non-contact object increases, and the object to be touched may be damaged.
  • the embodiment according to the present invention reduces the influence on a contacted object, and can smoothly scan while contacting the contacted object, and can acquire a wide range of information, a medical device And providing a medical system.
  • a tactile sensor detects a spherical contact member that can rotate in any direction, a support member that rotatably supports the contact member, and a pressing force that the contact member presses the support member. And a detecting member.
  • a medical device includes: the tactile sensor; and an insertion unit that includes the tactile sensor at a distal end, is rotatably connected within a predetermined angle range by a joint, and can change the orientation of the tactile sensor. And an operation unit to which the insertion unit is attached and which controls the direction of the tactile sensor.
  • the medical system divides the pressing force acquired by scanning the surface of the contacted object with the medical device and the contact member of the tactile sensor in a predetermined two-component direction, A control device that calculates a pressing force distribution in the two-component direction, an image processing device that converts the pressing force distribution calculated by the control unit into an image, and a display device that displays an image converted by the image processing device. It is characterized by providing.
  • the tactile sensor, the medical device, and the medical system of the embodiment according to the present invention it is possible to smoothly scan while contacting the contacted object by reducing the influence on the contacted object, and a wide range of information can be obtained. It can be acquired.
  • the tactile sensor of this embodiment is shown.
  • the top view of the tactile sensor of this embodiment is shown.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 2 of the tactile sensor of the present embodiment.
  • the operation state of the tactile sensor of this embodiment is shown.
  • operation of the tactile sensor of this embodiment is shown.
  • An example of the usage method of the tactile sensor of this embodiment is shown.
  • FIG. 7 shows the relationship between the measurement site and the pressing force when the tactile sensor of this embodiment is scanned as shown in FIG.
  • the medical device using the tactile sensor of this embodiment is shown. It is the schematic which shows an example of the usage method of the medical device using the tactile sensor of this embodiment. It is a figure showing the outline of the medical system of this embodiment.
  • FIG. 1 shows a tactile sensor 10 of the present embodiment.
  • FIG. 2 shows a plan view of the tactile sensor 10 of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the tactile sensor 10 of the present embodiment taken along the line IV-IV in FIG.
  • the tactile sensor 10 includes a case 11 as a support member, a ball 12 as a contact member supported by the case 11, a side capacitor 13 as a detection member built in the side portion 11 a of the case 11, And a bottom capacitor 14 as a detection member built in the bottom 11b.
  • the case 11 has a cylindrical side part 11a, a bottom part 11b that closes an opening at one end of the side part 11a, and a stopper part 11c that closes a part of the opening at the other end of the side part 11a.
  • the side part 11a, the bottom part 11b, and the stopper part 11c may be formed integrally or may be formed by bonding separate members.
  • the case 11 is preferably made of a flexible material such as silicon.
  • the shape of case 11 should just be a shape which can support the ball 12 rotatably.
  • the ball 12 is a spherical member, and it is preferable to use a metal material. Most of the balls 12 are accommodated in a space surrounded by the side 11a, the bottom 11b, and the stopper 11c of the case 11. A part of the ball 12 protrudes from an opening 11d formed by the stopper 11c. The ball 12 is preferably in contact with the side portion 11a and the bottom portion 11b of the case 11. Further, the ball 12 is rotatable in the case 11.
  • the side capacitor 13 is built in the side portion 11a of the case 11 and has a shape curved along the circumferential direction.
  • the tactile sensor 10 of the present embodiment includes four side capacitors 13 built in one circumference of the side portion 11 a of the case 11. Note that the number of the side capacitors 13 is not limited to four, and may be at least one. Further, the side capacitor 13 is preferably incorporated so as to cover the entire lateral periphery of the ball 12.
  • the side capacitor 13 is filled between the outer peripheral side metal plate 13a, the inner peripheral side metal plate 13b installed on the inner peripheral side of the outer peripheral side metal plate 13a, and the outer peripheral side metal plate 13a and the inner peripheral side metal plate 13b.
  • Filling material 13c It is preferable to use a metal such as gallium for the outer peripheral side metal plate 13a and the inner peripheral side metal plate 13b.
  • One end of a copper wire (not shown) is connected to each of the outer peripheral side metal plate 13a and the inner peripheral side metal plate 13b, and the other end of each conducting wire is connected to a positive electrode on one side and a negative electrode on the other side.
  • the filler 13c is preferably a viscous paste such as glycerin.
  • the bottom capacitor 14 is built in the bottom 11 b of the case 11.
  • the bottom capacitor 14 includes an outer metal plate 14a, an inner metal plate 14b installed inside the outer metal plate 14a, and a filler 14c filled between the outer metal plate 14a and the inner metal plate 14b.
  • the outer metal plate 14a and the inner metal plate 14b are preferably made of a metal such as gallium.
  • One end of a copper wire (not shown) is connected to the outer metal plate 14a and the inner metal plate 14b, respectively, and one end of each of the conductive wires is connected to a positive electrode and the other is connected to a negative electrode.
  • the filler 14c is preferably a viscous paste such as glycerin.
  • FIG. 4 shows the operating state of the tactile sensor 10 of the present embodiment.
  • FIG. 5 shows the state of the ball 12 when the tactile sensor 10 of the present embodiment is activated. In FIG. 5, the state in which the ball 12 presses the case 11 is extremely drawn to facilitate understanding of the operating state.
  • the tactile sensor 10 moves the surface of the contacted object T while the ball 12 protruding from the case 11 is in contact with an operator (not shown) as shown in FIG.
  • the ball 12 normally follows without sliding on the contacted object T while rotating in the case 11.
  • the tactile sensor 10 of the present embodiment can smoothly scan while contacting the contacted object by reducing the influence on the contacted object because the ball 12 can rotate within the case 11. A wide range of information can be acquired.
  • the flexible case 11 is bent by being pressed by the ball 11 and presses the inner peripheral side metal plate 13b of the side capacitor 13.
  • the inner metal plate 13b presses the filler 13c, the distance from the inner metal plate 13b to the outer metal plate 13a approaches, and the capacitance increases.
  • FIG. 6 shows an example of how to use the tactile sensor 10 of the present embodiment.
  • the tactile sensor 10 of the present embodiment can detect information on the surface or the inside of the contacted object T by sequentially scanning the surface of the contacted object T. For example, as shown in FIG. 7, first, a predetermined distance is scanned in the X direction, then a distance shorter than the distance in the X direction is moved in the Y direction, and then the predetermined distance in the X direction is scanned again. By repeating this scanning, it is possible to detect information on the surface or inside of a predetermined section of the contacted object T.
  • the scanning method of the tactile sensor 10 is not limited to that shown in FIG. 6, and other methods may be used. For example, first, a predetermined distance is scanned in the Y direction, and then a distance shorter than the distance in the Y direction is set to X. It is also possible to move in the direction and then scan a predetermined distance in the Y direction again.
  • the tactile sensor 10 may scan in a spiral shape or the like.
  • FIG. 7 shows an example in the case where the foreign object F exists inside the contacted object T in the detection by the tactile sensor 10 of the present embodiment.
  • 7A shows a state before the tactile sensor 10 reaches the foreign object F
  • FIG. 7B shows a state immediately before the tactile sensor 10 reaches the foreign object F
  • FIG. Each state after passing through is shown.
  • FIG. 8 shows the relationship between the measurement site and the pressing force when the tactile sensor 10 of this embodiment is scanned as shown in FIG.
  • FIG. 8A shows the pressing force in the direction perpendicular to the foreign matter against the measurement site
  • FIG. 8B shows the pressing force in the direction horizontal to the foreign matter against the measurement site.
  • the graph of FIG. 8 is preferably obtained by measuring the capacitances of the side capacitor 13 and the bottom capacitor 14 of the tactile sensor 10 and converting them into a vertical component and a horizontal component, respectively.
  • the example shown in FIG. 7 is a case where the tactile sensor 10 scans the foreign matter F inside the contacted object T.
  • FIG. 7A when the tactile sensor 10 scans the position A of the contacted object T, as shown in the position A of FIG. 8A and FIG. A predetermined pressing force is applied in the direction.
  • the horizontal pressing force of the tactile sensor 10 gradually increases until the tactile sensor 10 reaches directly above the first end F1 in the vertical cross section of the foreign substance F, as shown in FIG.
  • the resistance force gradually decreases in the region f on the foreign matter F in the vertical section after passing through the first end F1 in the vertical section of F.
  • the pressing force in the horizontal direction of the tactile sensor 10 gradually decreases until reaching just above the second end F2 in the vertical cross section of the foreign matter F, and the second end F2 in the vertical cross section of the foreign matter F. Then, it becomes smaller than the pressing force at the contacted object T before approaching the foreign object F. And if it passes 2nd edge part F2 in the vertical cross section of the foreign material F, the excessive pressing force will return to the pressing force in the to-be-contacted object T before approaching the foreign material F.
  • the tactile sensor 10 of the present embodiment detects the pressing force as shown in FIG. 8A and FIG. 8B and calculates it by a control device or the like described later, so that the inside of the contacted object T It is possible to acquire information such as the shape and size of the foreign matter F.
  • FIG. 9 shows the medical device 1 using the tactile sensor of the present embodiment.
  • the medical device 1 includes a tactile sensor 10, an insertion unit 2, an operation unit 3, and a cable 4.
  • the medical device 1 includes an insertion unit 2 provided with a tactile sensor 10 on the distal end side, and an operation unit 3 on the proximal end side.
  • the insertion portion 2 is a portion that is inserted into a body cavity, and includes a distal end portion 21, a bending portion 22, and a handle portion 23 in order from the distal end side.
  • the operation unit 3 operates the movement of the insertion unit 2 and the like.
  • the cable 4 connects the operation unit 3 to a control device described later.
  • the tip portion 21 is a cylindrical hard portion, and the tactile sensor 10 is provided at the tip. Note that an endoscope having an imaging unit and an illumination unit (not shown) may be incorporated in the hard part.
  • a plurality of substantially cylindrical pieces 22a are coupled by a joint portion (not shown) so as to be rotatable within a predetermined angle range.
  • the top portion 21 is attached to the top portion 22a used on the most distal side of the bending portion 22 via the joint portion 22b. Further, the top part 22a used on the most proximal side of the bending part 22 is connected to the advance / retreat part 23 through the joint part 22b.
  • the handle portion 23 is an elongated and substantially cylindrical member, and is connected to the bending portion 22 via the joint portion 22b on the distal end side and attached to the operation portion 3 on the proximal end side.
  • the structure of the medical device 1 is not limited to this, and various modifications may be made.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of a method of using the medical device 1 using the tactile sensor 10 of the present embodiment.
  • the tactile sensor 10 of this embodiment can be used as a medical device 1 for laparoscopic surgery for operating an organ such as a pancreas or other tissues.
  • tubes called trocars (channels) 5a to 5d are inserted into holes formed in the body wall of the patient K, and various medical instruments are inserted into the patient's body cavity through the trocars 5a to 5d.
  • FIG. 10 shows a state where the treatment tool 6 such as forceps is inserted through the trocar 5a, the endoscope 7 is inserted through the trocar 5b, and the medical device 1 is inserted through the trocar 5d.
  • a tactile sensor 10 is provided at the distal end of the medical device 1 inserted into the body cavity of the patient K through the trocar 5d, and scans the affected area, such as information on the surface of the organ or the presence or absence of a tumor inside the organ. Information can be obtained. Further, the distal end portion of the endoscope 7 inserted into the body cavity of the patient K through the trocar 5b is provided with an imaging unit and a visual field adjustment mechanism so that the affected part or the treatment tool is placed in the visual field. Etc. can be adjusted.
  • a gripping portion or the like is provided at the distal end portion of the treatment instrument 6 inserted into the body cavity of the patient via the trocar 5a, and the practitioner M adjusts the visual field adjustment mechanism of the endoscope 7, and the imaging unit takes an image.
  • the medical device 1 can be operated while viewing a display unit such as a monitor on which the image of the affected part is displayed.
  • FIG. 11 is a diagram showing an outline of the medical system 100 of the present embodiment.
  • the medical system 100 includes the above-described medical device 1, the control device 101, the image processing device 102, and the display device 103.
  • the pressing force at the time of scanning around the affected area detected by the tactile sensor 10 of the medical device 1 is transmitted to the control device 101.
  • the control device 101 divides the pressing force acquired when the contact member 12 of the tactile sensor 10 scans the surface of the contacted object T into predetermined two component directions, and calculates the pressing force distribution in the two component directions.
  • an affected area such as an organ or a tumor inside an organ.
  • the detected value of the pressing force detected by the tactile sensor 10 the shape of an affected part such as an organ obtained from the detected value, or the shape of a tumor or the like inside the organ is converted into an image and displayed on a monitor or the like. You may output to the apparatus 103.
  • the amount of pressing of the tactile sensor 10 with respect to the affected part such as an organ is quantified by the image processing apparatus 102 on the video imaged by the endoscope 7 shown in FIG. 10 to quantify the hardness of the affected part or the tumor. Is possible.
  • the medical system 100 of the present embodiment by using the medical device 10 using the tactile sensor 1 of the present embodiment, it is possible to quantify and obtain information that is close to the palpation by the operator's hand. It becomes.
  • the ball 12 that is spherical and rotatable in any direction, the case 11 that rotatably supports the ball 12, and the pressing force by which the ball 12 presses the case 11 are detected. Since the capacitors 13 and 14 are provided, by reducing the influence on the contacted object T, it is possible to smoothly scan while contacting the contacted object T, and it is possible to acquire a wide range of information. .
  • the case 11 includes a cylindrical side portion 11a, a bottom portion 11b that closes an opening at one end of the side portion 11a, and a part of an opening 11d at the other end of the side portion 11a.
  • the ball 12 is housed in a space surrounded by the side portion 11a, the bottom portion 11b, and the stopper portion 11c, and a part of the ball 12 is formed by the stopper portion 11c. Since it protrudes from the opening 11d, it becomes possible to scan more smoothly while contacting the contacted object T.
  • the capacitors 13 and 14 include the side capacitor 13 built in the side portion 11a and the bottom capacitor 14 built in the bottom portion 11b, and the side capacitor. Since the pressing force with which the ball 12 presses the case 11 is detected from the change in the capacitance of the capacitor 13 and the bottom capacitor 14, it is possible to accurately detect the information on the surface or the inside of the contacted object T.
  • the tactile sensor 10 and the tactile sensor 10 are provided at the tip, and are connected to be rotatable within a predetermined angle range by a joint so that the orientation of the tactile sensor 10 can be changed. Since the insertion portion 2 and the operation portion 3 to which the insertion portion 2 is attached and manipulates the direction of the tactile sensor 10 are provided, the affected area is scanned and information on the surface of the organ or information on the presence or absence of a tumor inside the organ is obtained. It can be acquired.
  • the pressing force acquired by the ball 12 scanning the surface of the contacted object T is divided into predetermined two component directions, and the pressing force distribution in the two component directions is obtained. Since it includes a control device that performs calculation, the image processing device 102 obtains information on the affected area such as an organ or a tumor inside the organ, and the image processing apparatus 102 images the shape of the affected area such as the organ obtained from the information or the shape of the tumor inside the organ. And output to the display device 103 such as a monitor.
  • the endoscope 7 that captures the amount of pressing of the ball 12 with respect to the contacted object T is provided, and the image captured by the endoscope 7 is subjected to image processing by the image processing device 102.
  • the control device 101 quantifies the image-processed image and quantifies the hardness of the foreign matter existing inside the contacted object T, information close to the palpation by the operator's hand can be quantified and acquired. It becomes possible.

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Abstract

【課題】　被接触物体に与える影響を小さくすることで、被接触物体に接触しながら円滑に走査することができ、広範囲の情報を取得することが可能な触覚センサ、医療装置及び医療システムを提供する。 【解決手段】　触覚センサ１は、球状で任意方向に回転可能な接触部材１２と、接触部材１２を回転可能に支持する支持部材１１と、接触部材１２が支持部材１１を押圧する押圧力を検出する検出部材１３，１４と、を備えることを特徴とする。

Description

触覚センサ、医療装置及び医療システム
　本発明は、先端が被接触物体に接触し押圧力から被接触物体の情報を取得する触覚センサ、医療装置及び医療システムに関する。
　従来、長尺部材の先端が被接触物体に接触したことを検出する触覚センサが開示されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された触覚センサは、先端側から荷重を受ける球体に荷重がかかると弾性的に圧縮して、球体の変位を光学的に検出する構造からなる。
特開２０００－１２１４６０号公報
　しかしながら、特許文献１には、触覚センサが、被接触物体に点接触した後、接触したまま周囲を走査することで広範囲の情報を取得することに関して何ら記載されていない。もし、特許文献１に記載の触覚センサを広範囲の情報を取得するために周囲を走査した場合、触覚センサと非接触物体との摩擦等が大きくなり、被接触物体を傷つけてしまうおそれがある。
　本発明にかかる実施形態は、被接触物体に与える影響を小さくすることで、被接触物体に接触しながら円滑に走査することができ、広範囲の情報を取得することが可能な触覚センサ、医療装置及び医療システムを提供することにある。
　本発明のある態様に係る触覚センサは、球状で任意方向に回転可能な接触部材と、前記接触部材を回転可能に支持する支持部材と、前記接触部材が前記支持部材を押圧する押圧力を検出する検出部材と、を備えることを特徴とする。
　本発明のある態様に係る医療装置は、前記触覚センサと、前記触覚センサを先端に設け、関節によって所定の角度範囲内で回転可能に連結され、前記触覚センサの向きを変更可能な挿入部と、前記挿入部が取り付けられ、前記触覚センサの向きを操作する操作部と、を備えることを特徴とする。
　本発明のある態様に係る医療システムは、前記医療装置と、前記触覚センサの前記接触部材が被接触物体の表面を走査することで取得した前記押圧力を、所定の２成分方向に分割し、前記２成分方向の押圧力分布を演算する制御装置と、前記制御部が演算した押圧力分布を画像に変換する画像処理装置と、前記画像処理装置が変換した画像を表示する表示装置と、を備えることを特徴とする。
　本発明にかかる実施形態の触覚センサ、医療装置及び医療システムによれば、被接触物体に与える影響を小さくすることで、被接触物体に接触しながら円滑に走査することができ、広範囲の情報を取得することが可能となる。
本実施形態の触覚センサを示す。 本実施形態の触覚センサの平面図を示す。 本実施形態の触覚センサの図２におけるIV－IV断面の断面図を示す。 本実施形態の触覚センサの作動状態を示す。 本実施形態の触覚センサの作動時のボールの状態を示す。 本実施形態の触覚センサの使用方法の一例を示す。 本実施形態の触覚センサによる検出において、被接触物体の内部に異物が存在する場合の一例を示す。 図７のように本実施形態の触覚センサを走査した場合の計測部位と押圧力の関係を示す。 本実施形態の触覚センサを用いた医療装置を示す。 本実施形態の触覚センサを用いた医療装置の使用方法の一例を示す概略図である。 本実施形態の医療システムの概略を示す図である。
　以下、本実施形態の触覚センサ１０、医療装置１及び医療システム１００について説明する。
　図１は、本実施形態の触覚センサ１０を示す。図２は、本実施形態の触覚センサ１０の平面図を示す。図３は、本実施形態の触覚センサ１０の図２におけるIV－IV断面の断面図を示す。
　触覚センサ１０は、支持部材としてのケース１１と、ケース１１に支持される接触部材としてのボール１２と、ケース１１の側部１１ａに内蔵される検出部材としての側部キャパシタ１３と、ケース１１の底部１１ｂに内蔵される検出部材としての底部キャパシタ１４と、を備える。
　ケース１１は、円筒状の側部１１ａと、側部１１ａの一端の開口を塞ぐ底部１１ｂと、側部１１ａの他端の開口の一部を塞ぐ止め部１１ｃと、を有する。側部１１ａ、底部１１ｂ及び止め部１１ｃは、一体に形成されても別体の部材を接着して形成されてもよい。ケース１１は、可撓性を有するシリコン等の材料を用いることが好ましい。なお、ケース１１の形状は、ボール１２を回転可能に支持できる形状であればよい。
　ボール１２は、球状の部材であって、金属材料を用いることが好ましい。ボール１２のうちの大部分は、ケース１１の側部１１ａ、底部１１ｂ及び止め部１１ｃに囲まれた空間に収納される。そして、ボール１２のうちの一部は、止め部１１ｃによって形成された開口１１ｄから突き出ている。ボール１２は、ケース１１の側部１１ａ及び底部１１ｂに接触していることが好ましい。また、ボール１２は、ケース１１内で回転可能である。
　側部キャパシタ１３は、ケース１１の側部１１ａに内蔵され、周方向に沿って湾曲した形状である。本実施形態の触覚センサ１０は、ケース１１の側部１１ａの１周に４つの側部キャパシタ１３が内蔵されている。なお、側部キャパシタ１３の数は、４つに限らず、少なくとも１つで構成されればよい。また、側部キャパシタ１３は、ボール１２の側方全周を覆うように内蔵されることが好ましい。
　側部キャパシタ１３は、外周側金属板１３ａと、外周側金属板１３ａの内周側に設置される内周側金属板１３ｂと、外周側金属板１３ａと内周側金属板１３ｂの間に満たされる充填材１３ｃと、を有する。外周側金属板１３ａと内周側金属板１３ｂは、ガリウム等の金属を用いることが好ましい。外周側金属板１３ａと内周側金属板１３ｂには、図示しない銅線の一端がそれぞれ接続されており、それぞれの導線の他端は、一方が正、他方が負の電極に接続されている。充填材１３ｃは、グリセリン等の粘液状のペーストを用いることが好ましい。
　底部キャパシタ１４は、ケース１１の底部１１ｂに内蔵されている。底部キャパシタ１４は、外側金属板１４ａと、外側金属板１４ａの内側に設置される内側金属板１４ｂと、外側金属板１４ａと内側金属板１４ｂの間に満たされる充填材１４ｃと、を有する。外側金属板１４ａと内側金属板１４ｂは、ガリウム等の金属を用いることが好ましい。外側金属板１４ａと内側金属板１４ｂには、図示しない銅線の一端がそれぞれ接続されており、それぞれの導線の他端は、一方が正、他方が負の電極に接続されている。充填材１４ｃは、グリセリン等の粘液状のペーストを用いることが好ましい。
　図４は、本実施形態の触覚センサ１０の作動状態を示す。図５は、本実施形態の触覚センサ１０の作動時のボール１２の状態を示す。なお、図５では、作動状態を理解し易くするため、ボール１２がケース１１を押圧する様子を極端に描いている。
　本実施形態の触覚センサ１０は、図示しない操作者によって、図４に示すように、ケース１１から突き出たボール１２を接触させながら被接触物体Ｔの表面を移動する。触覚センサ１０を移動させると、ボール１２は、通常、ケース１１内で回転しながら被接触物体Ｔ上を滑ることなく追従する。
　このように、本実施形態の触覚センサ１０は、ケース１１内でボール１２が回転可能なので、被接触物体に与える影響を小さくすることで、被接触物体に接触しながら円滑に走査することができ、広範囲の情報を取得することが可能となる。
　しかしながら、例えば表面状態又は内部状態等によって、ボール１２と被接触物体Ｔとの抵抗力又は摩擦力等が大きくなると、ボール１２は、ケース１１に対する追従が遅れて、図６の矢印に示すように、ケース１１を押圧する。
　可撓性を有するケース１１は、ボール１１に押圧されることによって撓み、側部キャパシタ１３の内周側金属板１３ｂを押圧する。そして、側部キャパシタ１３は、内周側金属板１３ｂが充填材１３ｃを押圧し、内周側金属板１３ｂから外周側金属板１３ａまでの距離が近づき、静電容量が増加する。
　以上のように、本願実施形態によれば、従来の突起物のようなセンサで平面方向に走査しようとすると、組織の粘性や凹凸によって、引っかかりなどの外力が生じ正確な測定ができない、という問題を解決することが可能である。すなわち、ボール１２によって押圧されたケース１１の方向にある側部キャパシタ１３は、その押圧力に応じて静電容量が増加するので、静電容量を計測することで、被接触物体Ｔによってボール１２が受ける押圧力を計測することができる。ボール１２が受ける押圧力は、被接触物体Ｔの表面又は内部の状態によって変化する。したがって、静電容量を計測することで、被接触物体Ｔの表面又は内部の情報を検出することが可能となる。
　このように、側部キャパシタ１３及び底部キャパシタ１４の静電容量を計測することで、被接触物体Ｔの表面又は内部の情報を的確に検出することが可能となる。
　次に、本実施形態の触覚センサ１０の使用方法について説明する。
　図６は、本実施形態の触覚センサ１０の使用方法の一例を示す。
　本実施形態の触覚センサ１０は、被接触物体Ｔの表面を順に走査することで、被接触物体Ｔの表面又は内部の情報を検出することが可能となる。例えば、図７に示すように、まずＸ方向に所定の距離を走査し、続いてＸ方向の距離より短い距離をＹ方向に移動して、その後再びＸ方向の所定の距離を走査する。この走査を繰り返すことで被接触物体Ｔの所定の区画の表面又は内部の情報を検出することが可能となる。
　なお、触覚センサ１０の走査方法は、図６に示したものに限らず、他の方法でもよい、例えば、まずＹ方向に所定の距離を走査し、続いてＹ方向の距離より短い距離をＸ方向に移動して、その後再びＹ方向の所定の距離を走査してもよい。また触覚センサ１０は、螺旋状等に走査してもよい。
　図７は、本実施形態の触覚センサ１０による検出において、被接触物体Ｔの内部に異物Ｆが存在する場合の一例を示す。図７（ａ）は触覚センサ１０が異物Ｆに到達する前の状態、図７（ｂ）は触覚センサ１０が異物Ｆに到達する直前の状態、図７（ｃ）は触覚センサ１０が異物Ｆを通り過ぎた後の状態をそれぞれ示す。
　図８は、図７のように本実施形態の触覚センサ１０を走査した場合の計測部位と押圧力の関係を示す。図８（ａ）は計測部位に対する異物に鉛直な方向の押圧力を示し、図８（ｂ）は計測部位に対する異物に水平な方向の押圧力を示す。
　なお、図７及び図８は、触覚センサ１０が異物Ｆを含む所定の鉛直断面内で移動する例を示している。また、図８のグラフは、触覚センサ１０側部キャパシタ１３と底部キャパシタ１４の静電容量をそれぞれ計測し、鉛直方向成分と水平方向成分に変換することで求めることが好ましい。
　図７に示す例は、触覚センサ１０が被接触物体Ｔの内部の異物Ｆ上を走査する場合である。図７（ａ）に示すように、触覚センサ１０が被接触物体ＴのＡの位置を走査すると、図８（ａ）及び図８（ｂ）のＡの位置に示すように、鉛直方向及び水平方向に所定の押圧力がかかる。
　図７（ｂ）に示すように、触覚センサ１０が内部に異物Ｆが存在する位置Ｂに近づくと、図８（ａ）及び図８（ｂ）のＢの位置に示すように、鉛直方向及び水平方向の押圧力が増加する。
　触覚センサ１０が異物Ｆの近傍位置Ｂを通り過ぎると、鉛直方向の押圧力は、図８（ａ）に示すように、異物Ｆの鉛直断面内での最高点Ｆ０の直上に到達するまで徐々に増加する。
　触覚センサ１０の水平方向の押圧力は、図８（ｂ）に示すように、触覚センサ１０が異物Ｆの鉛直断面内での第１端部Ｆ１の直上に到達するまで徐々に増加し、異物Ｆの鉛直断面内での第１端部Ｆ１を通り過ぎて鉛直断面内での異物Ｆ上の領域ｆでは抵抗力が徐々に減少していく。
　その後、触覚センサ１０の水平方向の押圧力は、異物Ｆの鉛直断面内での第２端部Ｆ２の直上に到達するまで徐々に減少し、異物Ｆの鉛直断面内での第２端部Ｆ２では、異物Ｆに近づく前の被接触物体Ｔでの押圧力よりも小さくなる。そして、異物Ｆの鉛直断面内での第２端部Ｆ２を通り過ぎると、行きすぎた押圧力が異物Ｆに近づく前の被接触物体Ｔでの押圧力に戻る。
　すなわち、本実施形態の触覚センサ１０は、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示したような押圧力を検出し、後述する制御装置等で演算することで、被接触物体Ｔの内部の異物Ｆの形状及び大きさ等の情報を取得することが可能となる。
　図９は、本実施形態の触覚センサを用いた医療装置１を示す。
　本実施形態の医療装置１は、触覚センサ１０と、挿入部２と、操作部３と、ケーブル４と、を備える。医療装置１は、先端側に触覚センサ１０を設けた挿入部２、基端側に操作部３を備える。挿入部２は、体腔内に挿入される部分であって、先端側から順に、先端部２１と、湾曲部２２と、柄部２３と、を備える。操作部３は、挿入部２の動き等を操作する。ケーブル４は、操作部３を後述する制御装置等へ接続する。
　先端部２１は、円柱状の硬質な部分であって、先端に触覚センサ１０が設けられている。なお、硬質な部分には、図示しない撮像部や照明部を有する内視鏡を内蔵してもよい。湾曲部２２は、略円柱状の複数のコマ部２２ａが図示しない関節部によって所定の角度範囲内で回転可能に連結される。
　湾曲部２２の最も先端側に用いられるコマ部２２ａには、関節部２２ｂを介して先端部２１が取り付けられる。また、湾曲部２２の最も基端側に用いられるコマ部２２ａは、関節部２２ｂを介して進退部２３に連結される。
　柄部２３は、細長い略円柱状の部材であって、先端側で湾曲部２２に関節部２２ｂを介して連結され、基端側で操作部３に取り付けられる。
　なお、医療装置１の構造は、これに限らず、種々の変形を加えてもよい。
　図１０は、本実施形態の触覚センサ１０を用いた医療装置１の使用方法の一例を示す概略図である。
　本実施形態の触覚センサ１０は、医療装置１として膵臓等の臓器又はその他の組織を手術する腹腔鏡手術に用いることができる。腹腔鏡手術では、患者Ｋの体壁に開けた穴にトロッカ（チャネル）５ａ～５ｄと呼ばれる管を差し込み、このトロッカ５ａ～５ｄを介して患者の体腔内に各種医療用器具が挿入される。図１０では、トロッカ５ａに鉗子等の処置具６が挿通され、トロッカ５ｂに内視鏡７が挿通され、トロッカ５ｄに医療装置１が挿通された状態が示されている。
　トロッカ５ｄを介して患者Ｋの体腔内に差し込まれた医療装置１の先端には、触覚センサ１０が設けられており、患部を走査し、臓器の表面の情報又は臓器内部の腫瘍の有無等の情報を取得することが可能となっている。また、トロッカ５ｂを介して患者Ｋの体腔内に差し込まれた内視鏡７の先端部分には、撮像部及び視野調節機構が設けられており、患部又は処置具等を視野に入れるように角度等を調節することが可能になっている。トロッカ５ａを介して患者の体腔内に差し込まれた処置具６の先端部分には把持部等が設けられており、施術者Ｍは内視鏡７の視野調節機構を調節し、撮像部が撮像した患部の映像が表示されたモニタ等の表示部を見ながら医療装置１を操作することが可能となる。
　図１１は、本実施形態の医療システム１００の概略を示す図である。
　本実施形態の医療システム１００は、前述の医療装置１と、制御装置１０１と、画像処理装置１０２と、表示装置１０３と、を備える。
　医療装置１の触覚センサ１０が検出した患部周辺を走査した際の押圧力は、制御装置１０１に送信される。制御装置１０１は、触覚センサ１０の接触部材１２が被接触物体Ｔの表面を走査することで取得した押圧力を、所定の２成分方向に分割し、２成分方向の押圧力分布を演算することで、臓器等の患部又は臓器内部の腫瘍等の情報を取得し、出力することが可能である。また、触覚センサ１０が検出した押圧力の検出値、その検出値から得られる臓器等の患部の形状、又は臓器内部の腫瘍等の形状を画像処理装置１０２が画像に変換し、モニタ等の表示装置１０３に出力してもよい。
　なお、図１０に示した内視鏡７が撮影した映像を画像処理装置１０２によって臓器等の患部に対する触覚センサ１０の押し込み量を定量化して、患部又は腫瘍等の硬さを定量化することも可能である。
　このように本実施形態の医療システム１００によれば、本実施形態の触覚センサ１を用いた医療装置１０を用いることによって、術者の手による触診に近い情報を定量化して取得することが可能となる。
　以上、本実施形態の触覚センサ１によれば、球状で任意方向に回転可能なボール１２と、ボール１２を回転可能に支持するケース１１と、ボール１２がケース１１を押圧する押圧力を検出するキャパシタ１３，１４と、を備えるので、被接触物体Ｔに与える影響を小さくすることで、被接触物体Ｔに接触しながら円滑に走査することができ、広範囲の情報を取得することが可能となる。
　また、本実施形態の触覚センサ１によれば、ケース１１は、円筒状の側部１１ａと、側部１１ａの一端の開口を塞ぐ底部１１ｂと、側部１１ａの他端の開口１１ｄの一部を塞ぐ止め部１１ｃと、を有し、ボール１２は、側部１１ａ、底部１１ｂ及び止め部１１ｃに囲まれた空間に収納され、ボール１２のうちの一部は、止め部１１ｃによって形成された開口１１ｄから突き出ているので、被接触物体Ｔに接触しながらより円滑に走査することが可能となる。
　また、本実施形態の触覚センサ１によれば、キャパシタ１３，１４は、側部１１ａに内蔵される側部キャパシタ１３と、底部１１ｂに内蔵される底部キャパシタ１４と、を有し、側部キャパシタ１３及び底部キャパシタ１４の静電容量の変化からボール１２がケース１１を押圧する押圧力を検出するので、被接触物体Ｔの表面又は内部の情報を的確に検出することが可能となる。
　また、本実施形態の医療装置１によれば、前記触覚センサ１０と、触覚センサ１０を先端に設け、関節によって所定の角度範囲内で回転可能に連結され、触覚センサ１０の向きを変更可能な挿入部２と、挿入部２が取り付けられ、触覚センサ１０の向きを操作する操作部３と、を備えるので、患部を走査し、臓器の表面の情報又は臓器内部の腫瘍の有無等の情報を取得することが可能となる。
　また、本実施形態の医療システム１００によれば、ボール１２が被接触物体Ｔの表面を走査することで取得した押圧力を、所定の２成分方向に分割し、２成分方向の押圧力分布を演算する制御装置を備えるので、臓器等の患部又は臓器内部の腫瘍等の情報を取得し、そこから得られる臓器等の患部の形状、又は臓器内部の腫瘍等の形状を画像処理装置１０２が画像に変換し、モニタ等の表示装置１０３に出力することが可能となる。
　また、本実施形態の医療システム１００によれば、被接触物体Ｔに対するボール１２の押し込み量を撮影する内視鏡７を備え、内視鏡７が撮影した映像を画像処理装置１０２によって画像処理し、画像処理した画像を制御装置１０１が定量化して、被接触物体Ｔの内部に存在する異物の硬さを定量化するので、術者の手による触診に近い情報を定量化して取得することが可能となる。
　なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、当業者であれば、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えても、本発明の範囲を超えないことは理解できよう。従って、本発明の例示的な実施形態は、権利請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。
１…医療装置
２…挿入部
３…操作部
４…ケーブル
５…トロッカ
１０…触覚センサ
１１…ケース（支持部材）
１２…ボール（接触部材）
１３…側部キャパシタ（検出部材）
１４…底部キャパシタ（検出部材）
１００…医療システム
１０１…制御装置
１０２…画像処理装置
１０３…表示装置
Ｔ…非接触物体

Claims (6)

  1. 　球状で任意方向に回転可能な接触部材と、
    　前記接触部材を回転可能に支持する支持部材と、
    　前記接触部材が前記支持部材を押圧する押圧力を検出する検出部材と、
    を備える
    ことを特徴とする触覚センサ。
  2. 　前記支持部材は、
    　　円筒状の側部と、
    　　前記側部の一端の開口を塞ぐ底部と、
    　　前記側部の他端の開口の一部を塞ぐ止め部と、
    を有し、
    　前記接触部材は、前記側部、前記底部及び前記止め部に囲まれた空間に収納され、
    　前記接触部材のうちの一部は、前記止め部によって形成された開口から突き出ている
    請求項１に記載の触覚センサ。
  3. 　前記検出部材は、
    　　前記側部に内蔵される側部キャパシタと、
    　　前記底部に内蔵される底部キャパシタと、
    を有し、
    　前記側部キャパシタ及び前記底部キャパシタの静電容量の変化から前記接触部材が前記支持部材を押圧する押圧力を検出する
    請求項１又は２に記載の触覚センサ。
  4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の触覚センサと、
    　前記触覚センサを先端に設け、関節によって所定の角度範囲内で回転可能に連結され、前記触覚センサの向きを変更可能な挿入部と、
    　前記挿入部が取り付けられ、前記触覚センサの向きを操作する操作部と、
    を備える
    ことを特徴とする医療装置。
  5. 　請求項４に記載の医療装置と、
    　前記触覚センサの前記接触部材が被接触物体の表面を走査することで取得した前記押圧力を、所定の２成分方向に分割し、前記２成分方向の押圧力分布を演算する制御装置と、
    　前記制御部が演算した押圧力分布を画像に変換する画像処理装置と、
    　前記画像処理装置が変換した画像を表示する表示装置と、
    を備える
    ことを特徴とする請求項４に記載の医療システム。
  6. 　前記被接触物体に対する前記接触部材の押し込み量を撮影する内視鏡を備え、
    　前記内視鏡が撮影した映像を前記画像処理装置によって画像処理し、前記画像処理した画像を前記制御装置が定量化して、前記被接触物体の内部に存在する異物の硬さを定量化する
    ことを特徴とする請求項５に記載の医療システム。
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