JP4905691B2 - 可撓性線状体の圧縮力計測装置 - Google Patents

Description

この発明は、力の計測装置に関し、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、消化管もしく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、または、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、管の中へ挿入される線状体を操作するときに、管内部における障害物の存在を管外部において検知できる、かつ種々の材質を有する線状体に適用できる、計測装置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る。貫通孔の途中に、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し得る空間が形成される。また、線状体において上記空間を貫通する経路長さが異なる複数の経路が形成されるように、貫通孔は構成されている。計測装置はさらに、湾曲の度合いを検出する湾曲センサと、検出される湾曲の度合いを線状体に作用する圧縮力へ変換する変換回路とを備える。

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の線状体が湾曲する度合いを、湾曲センサで検出する。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。したがって、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計測装置を設け、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。

貫通孔は、空間における線状体の経路が複数形成されるように構成されている。上記複数の線状体の経路は、空間を貫通する線状体の経路長さが異なるように形成されている。圧縮力に対する形状変化が少ない硬性の（すなわちヤング率の大きい）線状体には、より長い方の経路を用いれば、線状体に作用する圧縮力に対する線状体の湾曲度合いをより大きくすることができるので、圧縮力の計測精度を向上させることができる。また長手軸方向の圧縮力が加えられたときに座屈しやすい軟性の（すなわちヤング率の小さい）線状体には、より短いほうの経路を用いれば、線状体が湾曲し得る長さをより短くして線状体の座屈荷重を増大させることができるので、線状体が座屈することなく圧縮力を精度よく計測できる範囲を広げることができる。よって、線状体のヤング率の大小によらず線状体に作用する長手軸方向の圧縮力を計測可能な計測装置を提供することができ、同一の計測装置を種々の材質を有する線状体に適用できるので、経済的である。

好ましくは、計測装置には、線状体を貫通孔に挿入するとともに複数の経路のそれぞれに案内する、入口が複数形成されている。この場合は、線状体の硬さ（ヤング率）の大小に応じて適切な入口を選択して線状体を貫通孔に挿入すれば、空間を貫通する線状体の経路長さが適切に選択される。よって、線状体に作用する長手軸方向の圧縮力を精度よく計測することができる。

また好ましくは、計測装置は、貫通孔の入口に、線状体の有無を検出する存在検知センサを備える。この場合は、貫通孔に線状体が挿入されているか否かを存在検知センサによって検知できるので、線状体に対して適切な入口から貫通孔に線状体が挿入されているかを外部から判断することができる。

また好ましくは、存在検知センサは、光電センサである。この場合は、投光部から発射された光が貫通孔に挿入された線状体によって遮られ、受光部が受光する光量が変化することを利用して、線状体の有無を検知することができる。

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。

以上のように、この計測装置では、管の中へ挿入される線状体を操作するときに、管内部における障害物の存在を管外部において検知することができる。またこの計測装置は、種々の材質を有する線状体に適用することができる。

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返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の計測装置の本体の外観を示す模式図である。図１に示すように、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。線状体１を貫通孔３に挿入する入口は２箇所形成されている。つまり、第１の入力ポート４および第２の入力ポート５のいずれかから線状体１を貫通孔３へ挿入する。挿入された線状体１は出力ポート６から計測装置本体２の外部へ出る。

図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線による断面における、計測装置本体の内部の構造を示す断面模式図である。図２に示すように、第１の入力ポート４、第２の入力ポート５および出力ポート６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、テーパ状に形成されている。貫通孔３は、その両端部において線状体１の長手軸方向以外への移動を規制する拘束部７〜９を有するように形成される。計測装置本体２の内部の拘束部７〜９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７〜９において、長手軸方向以外への動作を拘束される。

また貫通孔３の途中（すなわち、貫通孔３の端部に形成されている拘束部７〜９よりも計測装置本体２の内部側）においては、貫通孔３の内壁が屈曲して、貫通孔３の断面積が広がった空間１０が形成されている。空間１０では、線状体１の所定の方向の動作を拘束しないようになっている。つまり、空間１０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い（たとえば線状体１の直径の１０５％〜１２０％）。図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面における計測装置本体の断面模式図である図３に示すように、空間１０における貫通孔３の断面形状は、矩形状である。よって線状体１は、貫通孔３の矩形状の断面の短辺方向（すなわち、図２における紙面と垂直方向であって、図３における横方向）において動作を拘束される。一方、貫通孔３の矩形状の断面の長辺方向（すなわち、図２における紙面と平行方向であって、図３における縦方向）における線状体１の動作は拘束されず、線状体１は上記長辺方向に移動し得る。なお、貫通孔３の空間１０における断面形状は矩形状に限られるものではなく、空間１０において線状体１が移動し得る方向が規定されるような形状であればどのような形状でもよい。

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、拘束部７および拘束部９、拘束部８および拘束部９はいずれも平行に形成されておらず、拘束部７、８は拘束部９に対して所定の角度を有しているために、線状体１が貫通孔３を貫通すると湾曲形状となる。たとえば図２に示すように、第１の入力ポート４から挿入され拘束部７、拘束部９を経て出力ポート６から外部へ出る硬性線状体１ａは、空間１０において湾曲形状となり貫通孔３を貫通している。

図２に示すように、空間１０はその断面において、硬性線状体１ａの湾曲形状の内側に対向する内壁側（すなわち拘束部７と拘束部９とを直線状に結ぶ側であって、図２に示す空間１０の下側）を底辺とした略三角形状となるように、形成されている。第２の入力ポート５は拘束部８を通して、上記底辺に対し傾斜した辺を形成する内壁において、空間１０へ連通している。

貫通孔３の内部（すなわち空間１０）において硬性線状体１ａが移動し得る方向が規定されている（つまり硬性線状体１ａは、貫通孔３の矩形状の断面の短辺方向において動作を拘束されている）ので、硬性線状体１ａに長手軸方向の圧縮力が作用するとき、硬性線状体１ａはその湾曲形状の外側へ向かって移動する。つまり、硬性線状体１ａは空間１０においてさらに湾曲し、硬性線状体１ａの湾曲度合いが大きくなる。そして、所定の圧縮力に対し硬性線状体１ａの湾曲度合い（湾曲の山の高さ）が一意的に定まるように、硬性線状体１ａは位置決めされる。

図４は、硬性線状体１ａに圧縮力が作用するときの、計測装置本体２の内部における硬性線状体１ａの湾曲を示す断面模式図である。図４に示すように、硬性線状体１ａに長手軸方向の圧縮力Ｆが作用するとき、硬性線状体１ａはその湾曲形状の外側へ向かって移動し、硬性線状体１ａは一層湾曲している。硬性線状体１ａの湾曲に伴い、湾曲の山の高さｈ、すなわち空間１０における貫通孔３の屈曲していない側の内壁から硬性線状体１ａ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、湾曲センサとしての光学式のラインセンサ１１（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）を備え、硬性線状体１ａの湾曲度合いを検出する。

図５は、計測装置の全体構成を示す模式図である。図５に示すように、ラインセンサ１１は、光を発する光源器１２（たとえば赤外線ＬＥＤなど）と、空間１０の光源器１２に対向する位置に配置され光源器１２が発する光を受ける受光器１３（たとえばフォトトランジスタなど）とを含む。つまり、光源器１２と受光器１３とは、線状体１を挟んで対向するように空間１０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。また計測装置は、光源器１２を発光させる点灯回路１４を備える。光源器１２が発する光を受光器１３が受けるとき、一次元に配列された受光素子のうちのある受光素子の上に硬性線状体１ａがあり、光源器１２が発する光を硬性線状体１ａが遮って、当該受光素子が受ける光量が小さくなる。計測装置は、受光器１３において受光する光量が小さくなっている受光素子の位置によって検出される、硬性線状体１ａの湾曲の山の高さｈ（湾曲度合い）を、硬性線状体１ａに作用する長手軸方向の圧縮力へ変換する、変換回路１５を備える。計測装置本体２において、光源器１２から受光器１３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。

光源器１２が発する光を受ける光量が小さくなる受光素子の位置を検出することにより、ラインセンサ１１と硬性線状体１ａとの交点の位置を検出することができる。この交点の位置によって硬性線状体１ａの湾曲の山の高さｈ（湾曲度合い）を検出することができる。そして、予め決定された硬性線状体１ａの湾曲度合いと硬性線状体１ａに作用する圧縮力との相関関係を、変換回路１５にインプットしておき、変換回路１５において硬性線状体１ａの湾曲度合いを硬性線状体１ａに作用する圧縮力へ変換することで、硬性線状体１ａへ作用する圧縮力を計測することができる。なお、硬性線状体１ａの像を受光器１３へ適切に結像させるために、レンズやスリットまた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。

硬性線状体１ａはヤング率が大きく（たとえば１３０ＧＰａ）曲がりにくいために、圧縮力に対する形状変化が小さい。そのため、本発明の計測装置において良好な計測精度を得るためには、硬性線状体１ａに圧縮力が作用するときに硬性線状体１ａが湾曲し得る、空間１０を貫通する硬性線状体１ａの経路長さを大きくし、圧縮力が作用したときの硬性線状体１ａの湾曲度合いをより大きくする必要がある。よって図２に示すように、硬性線状体１ａは、第１の入力ポート４から挿入され拘束部７、拘束部９を経て出力ポート６から外部へ出るように貫通孔３を貫通し、空間１０を貫通する経路長さはｗ１となっている。

ここで拘束部とは、貫通孔３における、線状体１の長手軸方向以外への移動を拘束する部分である。図２および図４に示すように、貫通孔３を貫通する硬性線状体１ａに長手軸方向の圧縮力Ｆが作用するときに硬性線状体１ａは湾曲するが、そのときの硬性線状体１ａの湾曲し得る長さは、拘束部７と拘束部９とにおいて硬性線状体１ａがその長手軸方向以外への動作を拘束されていることによって、決定される。つまり経路長さｗ１とは、硬性線状体１ａに長手軸方向の圧縮力Ｆが作用するときに、拘束部７および拘束部９によって拘束されているために硬性線状体１ａが湾曲する方向に移動しない部分の、両端となる点を結ぶ距離である。換言すると、経路長さｗ１とは、拘束部７において硬性線状体１ａの長手軸方向以外への動作を拘束している部分の計測装置本体２内部側（空間１０側）の端となる点と、拘束部９において硬性線状体１ａの長手軸方向以外への動作を拘束している部分の計測装置本体２内部側（空間１０側）の端となる点とを結ぶ距離である。

一方、ヤング率が小さく（たとえば９０ＧＰａ）曲がりやすい軟性の線状体の場合、軟性線状体が空間１０を貫通する経路長さが大きくなり、軟性線状体が湾曲し得る長さを長くすると、座屈しやすくなる。線状体が座屈すると圧縮力を正確に計測することができず、計測装置として成立しない。そのため、空間１０を貫通する軟性線状体の経路長さを小さくし、軟性線状体が座屈しない適当な長さとする必要がある。

図６は、軟性線状体を使用する場合の計測装置の断面模式図である。図６に示すように、軟性線状体１ｂを使用する場合には、軟性線状体１ｂは第２の入力ポート５から貫通孔３へ挿入される。第２の入力ポート５は拘束部８を通じて、略三角形状の空間１０の屈曲した内壁へ連通している。出力ポート６から計測装置本体２の内部へ向かって延びる方向（拘束部９の延在方向）に対する、第１の入力ポート４から計測装置本体２の内部へ向かって延びる方向（拘束部７の延在方向）が成す鋭角の角度θ_１（図１０参照）は、上記拘束部９の延在方向に対する第２の入力ポート５から計測装置本体２の内部へ向かって延びる方向（拘束部８の延在方向）が成す鋭角の角度θ_２（図１０参照）よりも、大となるように、計測装置本体２は形成されている。第２の入力ポート５から挿入された軟性線状体１ｂは、拘束部８、拘束部９を経て出力ポート６から計測装置本体２の外部へ出るように貫通孔３を貫通する。そして、軟性線状体１ｂにおいて空間１０を貫通する経路長さ（すなわち、軟性線状体１ｂが湾曲し得る長さ）は、ｗ１よりも小さいｗ２となっている。なお、図１０は、拘束部の延在方向がなす角度を示す模式図である。

図６に示すように、貫通孔３を貫通する軟性線状体１ｂに長手軸方向の圧縮力が作用するときの軟性線状体１ｂの湾曲し得る長さは、拘束部７と拘束部９とにおいて硬性線状体１ａがその長手軸方向以外への動作を拘束されていることによって、決定される。つまり経路長さｗ２とは、軟性線状体１ｂに長手軸方向の圧縮力が作用するときに、拘束部８および拘束部９によって拘束されているために軟性線状体１ｂが湾曲する方向に移動しない部分の、両端となる点を結ぶ距離である。

このように軟性線状体１ｂの経路長さをｗ２にすれば、ヤング率の小さい軟性線状体１ｂを座屈させることなく、軟性線状体１ｂに作用する長手軸方向の圧縮力を精度よく計測することができる。

なお、軟性線状体１ｂと硬性線状体１ａとではヤング率が異なるため、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。このように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それぞれの相関関係を予め計測し、これらの相関関係を変換回路１５に記憶しておけばよい。そして計測装置は、図５に示す選択器１６を備え、選択器１６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れば、同一の計測装置を種々の材質（すなわちヤング率）を有する線状体１に適用することができる。

以上説明したように、この計測装置においては、線状体１が貫通する貫通孔３の途中に、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が所定の方向へ湾曲し得る空間１０が形成される。図２に示すように、第１の入力ポート４から貫通孔３へ挿入され、拘束部７、９を通って貫通孔３を貫通する硬性線状体１ａの、空間１０を貫通する経路長さはｗ１である。また図６に示すように、第２の入力ポート５から貫通孔３へ挿入され、拘束部８、９を通って貫通孔３を貫通する軟性線状体１ｂの、空間１０を貫通する経路長さはｗ２である。つまり、貫通孔３は、線状体１における空間１０を貫通する経路長さが異なるような、複数の線状体１の経路が形成されるように、構成されている。

また、第１の入力ポート４から貫通孔３に挿入される線状体１は、拘束部７、９を通り、線状体１が空間１０を貫通する長さがｗ１となるような経路へ案内される。一方、第２の入力ポート５から貫通孔３に挿入される線状体１は、拘束部８、９を通り、線状体１が空間１０を貫通する長さがｗ２となるような経路へ案内される。つまり、計測装置本体２には複数の入口としての第１の入力ポート４および第２の入力ポート５が形成されており、それぞれの入口から線状体１を貫通孔３へ挿入することによって、線状体１が貫通孔３を貫通するときに通る複数の経路のうちの特定の一経路が選択される。線状体１が選択された特定の一経路に案内されることにより、線状体が空間を貫通する経路長さが決定されることになる。

このような構成によって、線状体１のヤング率が大きい場合には線状体１が空間１０を貫通する経路長さが大きくなるような入口を適切に選択し、線状体１のヤング率が小さい場合には上記経路長さが小さくなるような入口を適切に選択することができる。したがって、線状体１のヤング率の大小によらず線状体１に作用する長手軸方向の圧縮力を精度よく計測可能な計測装置を提供することができ、同一の計測装置を種々の材質（すなわちヤング率）を有する線状体１に適用できるので、経済的である。

なお、実施の形態１の説明においては、線状体１の湾曲の度合いを検出する湾曲センサとして光学式のラインセンサ１１を用いたが、湾曲センサはどのような形式のものであってもよい。たとえば線状体１の湾曲の山の高さ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。

また、線状体における空間を貫通する経路長さが異なるような複数の線状体の経路が形成されるように、貫通孔が構成されていればよいので、線状体を貫通孔に挿入する入口は必ず複数必要とは限らない。たとえば、一つの入口が形成されている計測装置であって、計測装置本体の内部において線状体を複数の経路のいずれかに案内するための可動式切替部を備えるような計測装置が考えられる。ただし、可動部を備えることによって計測装置の生産性、信頼性およびメンテナンス性はいずれも低下すると考えられる。したがって、実施の形態１において説明したような、線状体を貫通孔に挿入するとともに複数の経路のそれぞれに案内する入口が複数形成されている計測装置が有利である。

（実施の形態２）
図７は、実施の形態２の計測装置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、図７に示すように、複数の入口としての第１の入力ポート４および第２の入力ポート５に、線状体１の有無を検出する存在検知センサ２１、２２がそれぞれ備えられている点で、実施の形態１とは異なっている。

線状体１に作用する長手軸方向の圧縮力を精度よく計測するためには、線状体１の材質と選択される入力ポートとは適切に組み合わせられる必要がある。図７に示すように、第１の入力ポート４および第２の入力ポート５に、線状体１の有無を検出する存在検知センサ２１、２２を設ければ、どの入力ポートに線状体１が挿入されているのかを知ることができる。

たとえば、湾曲センサによって検出される線状体１の湾曲度合いを線状体１に作用する圧縮力へ変換するための、図５に示す変換回路１５に、使用している線状体１を選択するスイッチを設けることができる。そして、線状体１が挿入されている入力ポートを存在検知センサ２１、２２で検知し、検知した結果を変換回路１５のＣＰＵへ入力することができる。上記スイッチにより選択された線状体１と、線状体が挿入されている入力ポートとを照合すれば、使用している線状体１に対して適切な入口（入力ポート）から貫通孔３に線状体１が挿入されているかを、計測装置本体２の外部から判断することができる。適切な入口が使用されていなければ、ランプなどの視覚化器具やスピーカなどの聴覚化器具などによって警告信号を発して、操作者に認識させることが可能である。

存在検知センサ２１、２２として、たとえば、可視光線、赤外線などの光を投光部から信号光として発射し、検出物体によって反射する光を受光部で検出することによって、または、検出物体によって遮光される光量の変化を受光部で検出することによって、出力信号を得る、光電センサを使用することができる。たとえば、投光部としての照明と受光部としてのフォトトランジスタを、第１の入力ポート４および第２の入力ポート５における内壁の対向する両側に配置できる。この場合、線状体１が挿入されると遮光されるので光量が変化し、当該光量の変化をフォトトランジスタで検出すれば、線状体１が挿入されていることを検知することができる。

なお、存在検知センサ２１、２２は光電センサに限られるものではなく、たとえば、近接センサや、接触式または非接触式の変位センサを用いても構わない。

以下に、本発明の計測装置を実用化する例を示す。図８は、計測装置本体が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。図８によって、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に示すように、Ｙコネクタ３０は、第１の入力ポート３１と、第２の入力ポート３２と、他の入力ポート３３と、出力ポート３４とを備える。計測装置本体２は、Ｙコネクタ３０の内部の、第１の入力ポート３１および第２の入力ポート３２と出力ポート３４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る。線状体１は、第１の入力ポート３１または第２の入力ポート３２からＹコネクタ３０に挿入され、第１の入力ポート３１または第２の入力ポート３２側からの操作によって体内の目的部位まで誘導される。

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。つまり、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ので、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３０に組み込まれているので、Ｙコネクタ３０の第１の入力ポート３１または第２の入力ポート３２から線状の医療器具を操作し、また他の入力ポート３３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３３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３３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。

図９は、人体を模擬する訓練用シミュレータに計測装置を取付けて使用する例を示す模式図である。図９に示すように、シミュレータ４１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４２を表示する。計測装置本体２にカテーテル４６が接続され、カテーテル４６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４５がある。訓練している操作者４４は、模擬透視画像４２を見ながらガイドワイヤ４５を操作する。シミュレータ４１は、挿入されたガイドワイヤ４５に対して、挿入抵抗を変化させる。ガイドワイヤ４５を把持する操作者４４が、ガイドワイヤ４５に長手軸方向に力を加えるとき、挿入抵抗があると、ガイドワイヤ４５には長手軸方向に圧縮力が作用する。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４５に作用する圧縮力は、表示装置４７に表示されるとともに、ケーブル４３を通してシミュレータ４１にも伝えられ、シミュレータ４１内部でのガイドワイヤ４５の挿入抵抗変更に寄与している。

図９に示すように、計測装置本体２とシミュレータ４１は分離されているが、計測装置本体２がシミュレータ４１と一体に組み込まれてもよい。また、表示装置４７を備える代わりに、シミュレータ４１の模擬透視画像４２に、ガイドワイヤ４５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。

なお、これまでの説明においては、計測装置本体２には、線状体１を貫通孔３に挿入する入口として、２箇所の入口、すなわち第１の入力ポート４および第２の入力ポート５が形成されている例を挙げたが、３箇所以上の入口を計測装置本体２に形成してもよい。この場合、線状体１のヤング率に対応した、線状体１の空間１０を貫通する経路長さを、より精密に選択することができるので、線状体１に作用する長手軸方向の圧縮力をさらに精度よく計測可能である。

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に、特に有利に適用され得る。

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に示すＩＩ−ＩＩ線による断面における、計測装置本体の内部の構造を示す断面模式図である。 図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面における計測装置本体の断面模式図である。 硬性線状体に圧縮力が作用するときの、計測装置本体の内部における硬性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。 軟性線状体を使用する場合の計測装置の断面模式図である。 実施の形態２の計測装置本体の内部の構造を示す断面模式図である。 計測装置本体が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。 人体を模擬する訓練用シミュレータに計測装置を取付けて使用する例を示す模式図である。 拘束部の延在方向がなす角度を示す模式図である。

符号の説明

１ 線状体、１ａ 硬性線状体、１ｂ 軟性線状体、２ 計測装置本体、３ 貫通孔、４ 第１の入力ポート、５ 第２の入力ポート、６ 出力ポート、７，８，９ 拘束部、１０ 空間、１１ ラインセンサ、１２ 光源器、１３ 受光器、１４ 点灯回路、１５ 変換回路、１６ 選択器、２１，２２ 存在感知センサ、３０ Ｙコネクタ、３１ 第１の入力ポート、３２ 第２の入力ポート、３３ 他の入力ポート、３４ 出力ポート、４１ シミュレータ、４２ 模擬透視画像、４３ ケーブル、４４ 操作者、４５ ガイドワイヤ、４６ カテーテル、４７ 表示装置。

Claims (6)

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、
   前記貫通孔の途中に、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し得る空間が形成され、
   前記空間を貫通する前記線状体の経路長さが異なる、複数の経路が形成されるように、前記貫通孔は構成されており、さらに、
   前記湾曲の度合いを検出する湾曲センサと、
   検出される前記湾曲の度合いを、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、計測装置。
2. 前記線状体を前記貫通孔に挿入するとともに前記複数の経路のそれぞれに案内する、入口が複数形成されている、請求項１に記載の計測装置。
3. 前記入口に、前記線状体の有無を検出する存在検知センサを備える、請求項２に記載の計測装置。
4. 前記存在検知センサは、光電センサである、請求項３に記載の計測装置。
5. 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４のいずれかに記載の計測装置。
6. 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５のいずれかに記載の計測装置。

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