JP4878513B2 - 可撓性線状体の圧縮力計測装置および方法 - Google Patents

Description

この発明は、力の計測装置および方法に関し、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方法に関する。

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。

線状体が挿入される管は必ずしも直線状ではなく、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く、管自体が細くなっていたり、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っ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く、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（たとえば特許文献１参照）。
特開平１０−２６３０８９号公報

しかしながら、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。たとえば脳血管に挿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挿通するのは、さらなる困難を要する。

また、線状体が挿入される管が屈曲している場合や、管の径が細くなっている場合には、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、操作者の挿入時の力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挿入抵抗の力覚情報に基づいて、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、操作者の力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い操作者へ伝授するのは困難である。

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。

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、装置および方法を提供することである。

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。

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、圧縮力の増加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。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や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。

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。

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い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。

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。

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。

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いを検出する演算部とを含む。

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いて線状体の湾曲度合いを検出する画像処理部とを含む。

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から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。

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、コイ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、またはコイ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。

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。

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。

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。

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、操作者の力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。

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Ｙ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。

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。

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。

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、圧縮力の増加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。

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、圧縮力の増加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。

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。

（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、この計測装置は、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。

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ＩＩＩ−ＩＩＩ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挿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。

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。

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。

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。

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、この計測装置は、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。

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をさらに挿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において線状体１が沿っていない壁側へ向かって、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の湾曲度合いからの変換によって得られる圧縮力を出力する。

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い。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。

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。

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。

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。

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。

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ヤやカテーテル、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。

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。

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。い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もできる。

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い。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、スピーカ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が、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。

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の挿入抵抗の力覚情報を定量化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ができる。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。

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２３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。ガイドワイヤ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加えるとき、人体２５の管に挿入抵抗があると、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。

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、線状の医療器具が挿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は分離されているが、計測装置本体２がシミュレータ２６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。

これにより、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。

（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。

具体的には、図１２において、この計測装置は、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とを備え、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。

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、出力することができる。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。

（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。

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。

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。

（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。

図１５を参照して、この計測装置は、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。

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。

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Ｌ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。したがって、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。

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。

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。

図１６を参照して、この計測装置は、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。

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。

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。

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。

（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。

図１７を参照して、この計測装置は、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、ピンホール５８と、受光素子（受光器）５９と、演算部６０とを含む。

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。

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およびコリメートレンズ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。

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い。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図１８を参照して、この計測装置は、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。

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。

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Ｘ１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ができる。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。

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。

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ができる。

（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。

図１９を参照して、この計測装置は、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。

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。

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におい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。

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。

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。

（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。

図２０を参照して、この計測装置は、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。

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。

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８２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。

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８２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。

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。

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。

（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。

図２１を参照して、この計測装置は、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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

図２２を参照して、この計測装置は、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。

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。

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。

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。

（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。

図２３を参照して、この計測装置は、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、ストッパ１１３と、バネ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。

バネ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。

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。

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。

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、ストッパ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１１６と、光学式センサ１１７とを含む。

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１１６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。

なお、可動部位置検出部１１５は、磁気式であってもよい。この場合、エンコーダ１１６は、磁極Ｎ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。

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、ストッパ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。

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。

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。

（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。

図２６を参照して、この計測装置は、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。

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。

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。

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。

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く、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。

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。

（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。

図２７および図２８を参照して、この計測装置は、計測装置本体２と、変位センサ１３１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１３２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。

実施の形態１〜１２に係る計測装置では、線状体１が湾曲していく方向に変位センサが配置されていたが、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。

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。

（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。

図２９を参照して、この計測装置は、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。

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。

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。

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。

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。

図３０を参照して、この計測装置は、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。

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。

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。

（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。

図３１を参照して、この計測装置は、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。

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。

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。

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、記憶している相関関係を用いて圧縮力Ｐに変換する。

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。

図３２を参照して、この計測装置は、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。

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。

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、記憶している相関関係を用いて圧縮力Ｐに変換する。

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特許請求の範囲によって示され、特許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。

この発明の計測装置および方法は、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方法に、特に有利に適用され得る。

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１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面を示す断面図である。 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。 計測装置の全体構成を示す模式図である。 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。 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。 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。 計測装置の出力方法の例を示す模式図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 接触式センサの構成を示す模式図である。 接触式センサの構成の他の例を示す模式図である。 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。 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２７のＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩ線による断面を示す断面図である。 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。 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。 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。 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、２２ ガイドワイヤ、２３ カテーテル、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、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 ストッパ、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 変位センサ、１３２ 測定部、１３３ 検出回路、１４２ 測定部、１４３ 検出回路。

Claims (16)

1. 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、
   前記線状体が貫通する貫通孔が形成される本体を備え、
   前記線状体に前記圧縮力が作用するとき、前記貫通孔の内部において前記線状体が所定の方向へ湾曲し、さらに、
   前記湾曲の度合いを検出するセンサと、
   検出される前記湾曲度合いを、前記線状体に作用する前記圧縮力へ変換する、変換回路とを備えることを特徴とする、計測装置。
2. 前記線状体は、体内の管の中へ挿入される線状の医療器具であることを特徴とする、請求項１に記載の計測装置。
3. 前記センサは、光を発する光源器と、前記光源器が発する光を受ける受光器とを含み、前記光源器が発する光量に対する前記受光器が受ける光量を用いて前記線状体の前記湾曲度合いを検出する、光学式のセンサであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の計測装置。
4. 前記センサは、光を発する光源器と、前記光源器が発する光を受ける受光器とを含み、前記光源器が発する光を前記線状体が遮って、前記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、前記線状体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ことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の計測装置。
5. 前記センサは、
   検出電極と、
   前記検出電極および前記線状体間に発生する静電容量に基づいて前記線状体の湾曲度合いを検出する容量検出回路とを含む請求項１記載の計測装置。
6. 前記センサは、
   光源器と、
   前記光源器からの光を前記線状体に照射する対物レンズと、
   前記対物レンズを移動させる移動部と、
   前記対物レンズの位置を検出する対物レンズ位置検出部と、
   前記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、
   前記検出された対物レンズの位置、および前記受光器からの電気信号に基づいて前記線状体の湾曲度合いを検出する演算部とを含む請求項１記載の計測装置。
7. 前記センサは、
   前記線状体に光を照射する光源器と、
   前記線状体において反射した光を受光して前記線状体を撮影し、前記撮影した線状体の像に基づいて前記線状体の湾曲度合いを検出する画像処理部とを含む請求項１記載の計測装置。
8. 前記センサは、
   前記線状体に超音波を出力し、かつ前記線状体において反射した超音波を受ける圧電素子と、
   前記圧電素子が超音波を前記線状体に出力してから前記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、前記検出した時間に基づいて前記線状体の湾曲度合いを検出する時間差検出部とを含む請求項１記載の計測装置。
9. 前記線状体は導体または磁性体であり、
   前記センサは、さらに、
   コイルと、
   前記コイルに電圧を供給する電圧供給回路と、
   前記コイルに流れる電流波形の振幅、または前記コイルに供給される電圧波形と前記コイル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の湾曲度合いを検出する波形検出回路とを含む請求項１記載の計測装置。
10. 前記線状体は磁性体であり、
    前記センサは、さらに、
    磁石と、
    前記磁石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の湾曲度合いを検出する磁気検出部とを含む請求項１記載の計測装置。
11. 前記センサは、さらに、
    前記線状体に結合される可動部と、
    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の湾曲度合いを検出する可動部位置検出部とを含む請求項１記載の計測装置。
12. 前記計測装置は、
    前記センサを複数個備え、
    前記変換回路は、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、前記線状体に作用する前記圧縮力へ変換する請求項１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と、
    前記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とを特徴とする、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の計測装置。
14. 医療機器に組み込まれて使用されることを特徴とする、請求項１から請求項１３のいずれかに記載の計測装置。
15. 人体を模擬する訓練用シミュレータに取付けられて使用されることを特徴とする、請求項１から請求項１４のいずれかに記載の計測装置。
16. 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、
    前記線状体に前記圧縮力が作用するとき、前記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、前記線状体に作用する前記圧縮力へ変換する工程とを備えることを特徴とする、計測方法。

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