JPH07204278A - 触覚センサおよびそれを取着してなる体内挿入用医療器具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 軟質管状材１の先端縁に形成される少なくと
も１個の突起部２と、該突起部から垂直方向近傍の管状
材側壁部に周方向に沿って形成されるスリット３と、そ
のスリット内に充填される感圧導電性材料４と、上記ス
リット内に設けられ感圧導電性材料を厚み方向に挟む一
対の電極７ａ，７ｂと、この電極に接続されて上記感圧
導電性材料を導通する配線部５と、この配線部に接続さ
れる電流計６および電圧計１１よりなる抵抗測定装置と
を備え、上記突起部が受ける外力によって感圧導電性材
料の抵抗変化を感知する構成としたことを特徴とする。 【効果】 突起部にかかる外力を、感圧導電性材料の抵
抗変化として感知でき、また、その外力の程度を抵抗値
変化量の大きさで感知できる。この触覚センサを体内挿
入用医療器具の先端部に取着したものは、障害物等との
接触状態が感知できるので、安全に体内の目的個所に該
医療器具を挿入することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、触覚センサおよびそれ
を取着してなる体内挿入用医療器具に関し、詳しくは、
他物体や障害物との僅かな接触をも感知できる触覚セン
サおよびその触覚センサをカテーテルや細管用ファイバ
スコープ等の体内挿入用医療器具の先端部に取着した安
全に体内の目的個所に医療器具を挿入することが可能な
体内挿入用医療器具に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、カテーテル等の体内挿入用医療器
具には、視覚機能や作業機能など様々な機能が付与され
ているが、先端部に他物体との接触を感知する機能を付
与したものはないので、例えばカテーテルを血管内に挿
入するとき、先端部に加わる荷重は、人間の手の感覚に
頼っているのが現状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このためカテーテルの
先端部で血管を穿孔したり、損傷を与える等の問題が発
生している。本発明の目的は、上記問題を解消し、カテ
ーテル等の体内挿入用医療器具を体内に挿入するとき、
僅かな衝撃をも感知でき、血管内壁を突き破ったり、損
傷を与えることが防止できる触覚センサを提供すること
である。また、本発明の他の目的は、血管内壁を突き破
ったり、損傷を与えることなく安全に体内の目的個所に
挿入することが可能な体内挿入用医療器具を提供するこ
とである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解消するた
め、本発明者等は触覚センサの構成を検討した結果、感
圧導電性材料をセンサ部に用い、接触抵抗を受けたとき
に該感圧導電性材料の抵抗が変化することを利用するこ
とによって、接触抵抗を感知できることを見出し本発明
を完成した。

【０００５】即ち、本発明の触覚センサは、軟質管状材
の先端縁に形成される少なくとも１個の突起部と、該突
起部から垂直方向近傍の管状材側壁部に周方向に沿って
形成されるスリットと、そのスリット内に充填される感
圧導電性材料と、上記スリット内に設けられ感圧導電性
材料を厚み方向に挟む一対の電極と、この電極に接続さ
れて上記感圧導電性材料を導通する配線部と、この配線
部に接続される抵抗測定装置とを備え、上記突起部が受
ける外力によって感圧導電性材料の抵抗変化を感知する
構成としたことを特徴とするものである。

【０００６】また、本発明の体内挿入用医療器具は、体
内挿入用医療器具の先端部に上記構成の触覚センサを取
着してなるものである。

【０００７】図１は、触覚センサを示す側面図である。
同図において、Ｓは触覚センサで、軟質管状材１の先端
縁には複数の突起部２が形成されている。該突起部から
垂直方向近傍の管状材側壁部には、周方向に沿ってスリ
ット３が形成されている。このスリット３の内部には、
感圧導電性材４が充填され、該感圧導電性材４を厚み方
向に挟む一対の電極７ａ，７ｂが設けられている。この
電極には、配線５が接続され、その配線回路中に電源１
０および電流計６と電圧計１１からなる抵抗測定装置が
接続されている。

【０００８】上記軟質管状材１は、僅かな外力を受けて
もその先端縁部が変形する材質からなり、このような材
料としては、通常、軟質材料として知られている軟質ポ
リウレタン、軟質ポリイミド、軟質シリコンゴム等が例
示される。

【０００９】また、上記触覚センサＳは、通常、体内挿
入用医療器具の先端部に取着して使用されるので、上記
軟質管状材１は、体内挿入用医療器具の外径に略等しい
内径を有するものが使用され、またその厚さは、５０〜
２００μｍ程度であることが好ましい。管状材１の厚さ
が上記範囲内であれば、突起部２にて外力を十分に受け
止めることができる。また、スリット３が形成しやすい
上に、体内挿入用医療器具の径が必要以上に大きくなる
ことがない。

【００１０】触覚センサＳの突起部２は、触覚センサＳ
の接触圧力担体として作用するものである。この突起部
２の大きさ、形状等は特定されるものではなく、軟質管
状材１にかかる荷重（外力）を受け止めることができる
ものであればよい。

【００１１】スリット３は、上記各突起部２から垂直方
向近傍の管状材側壁部に周方向に沿ってそれぞれ形成さ
れる。このスリット３を形成することによって、突起部
２との間に梁状の部分（ビーム）が形成される。

【００１２】上記構成によって、突起部２にかかる外力
によりビームが容易に変形するようになる。なお、図１
に示すように、スリット３は管状材１の周方向に沿って
長く形成されていることが好ましく、さらには、該スリ
ット３の中央部が突起部２の中央から垂直の位置にある
ように形成されていることが好ましい。また、上記スリ
ット３の幅や長さ、あるいはビーム厚さは、軟質管状材
１の大きさ、厚さ、弾性率等に応じて決定される。

【００１３】上記スリット３は管状材１の側壁部を貫通
していてもよく、またその外壁部または内壁部において
閉鎖されていてもよい。本発明では、このスリット３の
内部に感圧導電性材４を充填するので、外壁部または内
壁部において閉鎖されていることが好ましく、特に、本
発明の体内挿入用医療器具がカテーテルである場合、こ
れを血管内へ挿入すると、上記間隙部内部に血栓ができ
る可能性があるが、スリット３が管状材１の外壁におい
て閉鎖されていると、この血栓の形成が防止されるので
好ましい。この場合、スリット３を閉鎖する部分は、前
記ビームの撓みを妨げないよう、十分な柔軟性を有する
ことが好ましい。このようなスリット３の閉鎖部分の態
様としては、管状材１の外壁または内壁と連続して形成
された態様や、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレ
ート等のポリオレフィン、ポリウレタン、ナイロン等の
ポリマーやラテックス等のゴム等よりなるフィルムでス
リット３の外側または内側が覆われた態様等が可能であ
る。なお該閉鎖部分の厚さは１０〜２０μｍ程度が適当
である。

【００１４】上記突起部２およびスリット３は、軟質管
状材１の先端部を、エキシマレーザを用いたアブレーシ
ョン、集束イオンビーム（ＦＩＢ）等の方法によって加
工することにより形成できる。なお、上記突起部２は、
別に作製したものを管状材１の先端部に固定するように
してもよい。

【００１５】上記スリットの内部に充填される感圧導電
性材料としては、圧力を受けることによりその抵抗値が
変化するものであればよく、例えばシリコンゴムを母材
として、その中に金属やカーボン等の導電性粒子を分散
させたものが好適に使用できる。上記感圧導電性材料の
充填には、マイクロシリンジ、マイクロディスペンサに
よる注入等が使用できる。

【００１６】上記突起部２、スリット３および感圧導電
性材４で構成される、図１のＴで示される触覚スイッチ
ユニットは、管状材１の周方向に沿って略等間隔となる
ように２〜６ユニット形成されていることが好ましい。
上記ユニット数が５以上であれば、管状材１の先端にか
かる外力が効率よく感知でき、一方、３以下であれば、
その形成が容易である。

【００１７】上記スリット３の内面部には、上記感圧導
電性材料を厚み方向に挟むように１対の電極７ａ，７ｂ
が設けられ、好ましくはスリット３の内面部の中央にそ
れぞれ設けられる。

【００１８】上記電極７ａ，７ｂの形状としては特に限
定されない。また、上記電極７ａ，７ｂの構成材として
は、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｐｄ等が例示される。

【００１９】上記電極７ａ，７ｂの形成方法としては特
に限定されないが、例えば無電解メッキ法、斜め蒸着
法、レーザＣＶＤ、選択エッチング等の方法によて形成
される。また、配線部の形成方法も特に限定されない
が、例えば、次に示す方法によって形成することが好ま
しい。

【００２０】図２は、上記配線部の形成方法の一例を説
明する模式図である。図２（２）に示すように、軟質管
状体の周面に無電解メッキ法により、導電材料（Ｎｉ）
をメッキする。ついで、図２（３）に示すように、Ｃｒ
（ＣＯ）₆ ガス雰囲気中で、レーザＣＶＤ法によって上
記導電材料（Ｎｉ）層上にＣｒを堆積して、図２（４）
に示す配線部を形成する。ついで、図２（５）に示すよ
うに、Ｃｒが堆積した以外の導電材料（Ｎｉ）を希硝酸
でエッチング除去する。ついで、図２（６）に示すよう
に、上記配線部のＣｒを希塩酸でエッチング除去し、Ｎ
ｉ配線部を形成する。なお、上記の方法では、配線部の
形成に２段階のプロセスを用いたが、レーザＣＶＤ用の
原料を選択することによって、導電性の金属配線を直接
堆積することもできる。

【００２１】触覚センサＳは、上記配線部に抵抗を測定
できる装置、例えば電流計、電圧計からなる抵抗測定装
置等を接続し、電源に接続して使用される。

【００２２】上記触覚センサＳによれば、触覚センサＳ
が血管等に接触して、突起部２に外力が加わると、感圧
導電性材が圧縮変形されて抵抗が変化するようになり、
電流計６、電圧計１１の数値が変化するようになる。し
たがって、上記電流計６、電圧計１１の数値変化を観
察、測定することによって、触覚センサＳが受ける僅か
な外力をも感知できるようになる。また、感圧導電性材
は、押圧される強さに応じてその抵抗が低下するので、
抵抗値変化の大きさによって、触覚センサＳの変形量、
即ち障害物等により受ける圧力の大きさが把握できるよ
うになる。

【００２３】上記触覚センサＳは、図３に示すように、
体内挿入用医療器具Ｍの先端部に取着して使用される。
上記触覚センサＳを体内挿入用医療器具Ｍに取着する際
には、図３に示すように、触覚センサＳの前端縁と体内
挿入用医療器具Ｍの先端面が面一となり、触覚センサＳ
の突起部２の全体が体内挿入用医療器具Ｍの先端面から
突出するように取着することが好ましい。なお、上記触
覚センサＳは、融着法、接着剤法等により体内挿入用医
療器具Ｍに固定されていることが好ましい。また、触覚
センサＳの配線部は、別途配線パターンを施した可撓性
フィルムを装着する方法で、体内挿入用医療器具Ｍに接
続できるが、体内挿入用医療器具Ｍに形成したルーメン
の一本に設けた配線部に、例えばレーザＣＶＤ法によっ
て接続させるようにすることが好ましい。

【００２４】上記触覚センサＳを取着することができる
体内挿入用医療器具Ｍとしては、カテーテル、循環器系
内視鏡（例えば血管内視鏡）、消化器系内視鏡（例えば
大腸鏡）等が例示される。

【００２５】

【作用】上記触覚センサの構成によれば、突起部が外力
を受けると、突起部がスリット側に押圧され、スリット
内に充填されている感圧導電性材料が圧縮変形され、抵
抗が変化するようになる。スリット内には、上記感圧導
電性材料を厚み方向に挟む一対の電極が設けられ、この
電極には上記感圧導電性材料を導通する配線部が接続さ
れ、その配線部には抵抗を測定できる装置を接続してい
るので、上記感圧導電性材料の上記抵抗変化をこの装置
で感知できるようになる。

【００２６】また、感圧導電性材料は、強く圧縮される
ほどその抵抗が小さくなるので、上記計測器の数値変化
の大きさにより、触覚センサが受けた外力の大きさの程
度を把握できるようになる。

【００２７】また、上記体内挿入用医療器具の構成によ
れば、先端部に上記触覚センサを取着しているので、計
測器の抵抗値の変化を観察、測定することによって、体
内挿入用医療器具の先端部が、例えば血管壁等と接触し
たことが、また、その数値の変化量によって、その先端
部が受ける接触圧の大きさの程度を手元で把握できるよ
うになる。

【００２８】

【実施例】以下、実施例を示し本発明をより具体的に説
明する。なお、本発明がこの実施例に限定されないこと
はいうまでもない。 実施例１ （触覚センサの作製）内径φ１．５〜１．６mm、肉厚１
００μｍのポリウレタン製チューブの先端面に、エキシ
マレーザを用いたアブレーションプロセスを施して、高
さ２０μｍ、周方向長さ１００μｍの突起部を、さらに
該突起部から５０μｍ直下のチューブ側面に幅１００μ
ｍ、周方向長さ１０００μｍのチューブ壁部を貫通する
スリットを、それぞれ等間隔に４個ずつ形成した。つい
で、上記各スリット内部に幅方向に対向する１対の電極
を、レーザＣＶＤ法によって形成した。上記スリット内
部に、感圧導電性材料としてシリコンゴム中にカーボン
粒子を分散してなる感圧性導電性ゴムを、マイクロディ
スペンサによって充填した。ついで、上記ポリウレタン
製チューブに無電解メッキを施し、チューブ全体にＮｉ
メッキ層を形成した後、ついで、レーザＣＶＤ法によっ
て、配線部の形成を予定する部位にＣｒを堆積した。こ
の後、希硝酸によりＣｒでマスキングされていない部分
のＮｉをエッチング除去し、ついで希塩酸により上記マ
スキングに用いたＣｒをエッチング除去して、図１に示
すように、スリット３内部の感圧性導電性ゴム４を導通
するＮｉ配線部５を形成した触覚センサを得た。

【００２９】（触覚センサの実装）呼び外径φ１．６mm
のカテーテルの先端部に、上記触覚センサを装着し、融
着法によって固定するとともに、触覚センサの配線部
を、カテーテルに形成したルーメンの一本に設けた配線
部にＮｉを用いてレーザＣＶＤ法によって接続した。上
記カテーテルの配線部は、その末端部から外部に延設し
て電源に接続した。なお、配線回路に電流計および電圧
計を接続して、感圧性導電性ゴムの抵抗値変化を測定で
きるようにした。

【００３０】（触覚センサの評価）上記カテーテルを血
管に挿入するとき、血管内壁貫通時に電流計の数値が大
きく増加した。また、カテーテルを血管内に挿入した
後、血管内壁を移動中に血管内壁に当接したとき、電流
計の数値が僅かに増加した。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の触覚セン
サの突起部に外力がかかると、スリットに充填された感
圧導電性材料の抵抗値が変化するようになり、他物体や
障害物との接触圧を、抵抗値測定器の数値変化として感
知することができる。上記触覚センサを体内挿入用医療
器具の先端部に取着し、これを体内に挿入したのち、目
的個所に医療器具を移動させるときに、抵抗値測定器の
数値変化を測定することによって、障害物等との接触状
態が感知できる。また、抵抗値測定器の数値変化の大き
さによって、触覚センサの変形量、即ち障害物等による
圧力の大きさが感知できる。このように、本発明の触覚
センサを先端部に取着した体内挿入用医療器具を体内で
移動させるときに、障害物等との接触状態が抵抗値測定
器の数値変化として手元で判るので、血管内壁を突き破
ったり、体内組織に損傷を与えたりすることが防止でき
るようになり、安全に体内の目的個所に医療器具を挿入
することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の触覚センサの実施例を示す側面図であ
る。

【図２】配線部の形成方法の例を示す模式図である。

【図３】触覚センサを体内挿入用医療器具に取着した実
施例を示す模式斜視図である。

【符号の説明】

１ 軟質管状材 ２ 突起部 ３ スリット ４ 感圧導電材料 ５ 配線部 ６ 電流計 ７ａ，７ｂ 電極 １０ 電源 １１ 電圧計 Ｓ 触覚センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軟質管状材の先端縁に形成される少なく
   とも１個の突起部と、該突起部から垂直方向近傍の管状
   材側壁部に周方向に沿って形成されるスリットと、その
   スリット内に充填される感圧導電性材料と、上記スリッ
   ト内に設けられ感圧導電性材料を厚み方向に挟む一対の
   電極と、この電極に接続されて上記感圧導電性材料を導
   通する配線部と、この配線部に接続される抵抗測定装置
   とを備え、上記突起部が受ける外力によって感圧導電性
   材料の抵抗変化を感知する構成としたことを特徴とする
   触覚センサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の触覚センサを、先端部に
   取着してなる体内挿入用医療器具。