JP4905691B2 - Apparatus for measuring compressive force of flexible linear body - Google Patents
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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。 The present invention relates to a force measuring device, and more particularly to a measuring device for compressive force acting on a flexible linear body.
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。 A linear body having flexibility has been put into practical use as a linear medical instrument inserted into a body tube. For example, a guidewire or catheter inserted into a body tube such as a blood vessel, ureter, bronchi, digestive tract, or lymphatic vessel, or a wire with an embolic coil at the tip for embolizing an aneurysm is known. It has been. These linear bodies are inserted into a tube in the body and guided to the target site by an operation from outside the body.
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)。
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。 However, a device provided with a pressure sensor at the tip of a linear body is difficult to realize, especially for an extremely fine linear body. For example, in the case of a guide wire inserted into a cerebral blood vessel, the diameter is about 0.35 mm, and it is difficult to provide a small pressure sensor at the tip of such an ultrathin linear body. Further, it is more difficult to insert the wiring into the linear body in order to extract the pressure sensor signal to the outside.
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。 Further, when the tube into which the linear body is inserted is bent or the diameter of the tube is small, the insertion resistance of the linear body is affected by friction with the tube. Therefore, the output of the pressure sensor provided at the tip of the linear body may not always match the force sense when the operator inserts. Therefore, even when using a device that provides a pressure sensor at the tip of a linear body, based on the force information of the insertion resistance of the linear body gripped by the operator with a fingertip outside, that is, depending on the operator's intuition. The operation of the linear body will be performed. In addition, since the operator's sense of force can be known only by the operator, it is difficult to quantify the skill of the skilled operator and to convey it to an inexperienced operator.
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。 Furthermore, it is uneconomical to prepare linear bodies having various materials for adapting to different applications and to provide a pressure sensor for each of them, resulting in an increase in manufacturing cost.
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。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a linear body having various materials that can detect the presence of an obstacle inside the pipe outside the pipe when operating the linear body inserted into the pipe. It is to provide a measuring device that can be applied.
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。 A measuring apparatus according to the present invention is a measuring apparatus that measures a compressive force in a longitudinal axis direction acting on a flexible linear body, and includes a main body in which a through-hole through which the linear body passes is formed. In the middle of the through hole, a space is formed in which the linear body can be bent in a predetermined direction when a compressive force acts on the linear body. Further, the through hole is configured such that a plurality of paths having different path lengths penetrating the space are formed in the linear body. The measuring device further includes a bending sensor that detects the degree of bending, and a conversion circuit that converts the detected degree of bending into a compressive force that acts on the linear body.
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。 In this case, the bending sensor detects the degree of bending of the linear body when the tip of the linear body contacts the obstacle and the longitudinal compression force acts on the linear body. The detected bending degree of the linear body is set to a longitudinal compressive force acting on the linear body based on the correlation between the predetermined linear body bending degree and the compressive force acting on the linear body. Convert. Therefore, it is possible to detect the presence of an obstacle ahead of the linear body in the traveling direction from the increase in compressive force. At this time, a measuring device is provided at a position for operating the linear body outside the tube into which the linear body is inserted, and the longitudinal compressive force acting on the linear body is measured. The compression force acting on the linear body can be quantitatively measured even for an extremely thin linear body that is difficult to provide.
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。 The through hole is configured such that a plurality of paths of linear bodies in the space are formed. The paths of the plurality of linear bodies are formed so that the path lengths of the linear bodies that penetrate the space are different. If the longer path is used for a rigid (ie, a large Young's modulus) linear body with little change in shape against the compression force, the degree of curvature of the linear body against the compression force acting on the linear body is increased. Therefore, it is possible to improve the measurement accuracy of the compression force. In addition, if a shorter path is used for a flexible linear body that is likely to buckle when a compressive force in the longitudinal axis direction is applied (that is, a Young's modulus is small), the length of the linear body can be curved. Since the buckling load of the linear body can be increased by shortening the length, the range in which the compressive force can be accurately measured without the linear body buckling can be expanded. Therefore, it is possible to provide a measuring device capable of measuring the compressive force in the longitudinal axis direction acting on the linear body regardless of the Young's modulus of the linear body. It is economical because it can be applied to the body.
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。 Preferably, the measuring apparatus is formed with a plurality of inlets for inserting the linear body into the through hole and guiding the linear body to each of the plurality of paths. In this case, if an appropriate entrance is selected according to the hardness (Young's modulus) of the linear body and the linear body is inserted into the through hole, the path length of the linear body penetrating the space is appropriate. Selected. Therefore, the compressive force in the longitudinal axis direction acting on the linear body can be accurately measured.
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。 Preferably, the measurement device includes a presence detection sensor that detects the presence or absence of a linear body at the entrance of the through hole. In this case, since the presence detection sensor can detect whether or not the linear body is inserted into the through hole, it can be externally determined whether or not the linear body is inserted into the through hole from an appropriate entrance to the linear body. Judgment can be made.
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。 Preferably, the presence detection sensor is a photoelectric sensor. In this case, the presence or absence of the linear body is detected by utilizing the fact that the light emitted from the light projecting unit is blocked by the linear body inserted into the through hole and the amount of light received by the light receiving unit changes. Can do.
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。 Preferably, the measuring device is used by being incorporated in a medical device. For example, when used by being incorporated in a Y connector, a linear body can be operated from an input port of the Y connector, and a drug can be injected from another input port.
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。 Preferably, the measuring device is used by being attached to a training simulator for simulating a human body. In this case, the skill of the skilled operator can be quantified, and a quantitative technique can be transmitted to an operator with little experience. Therefore, it is possible to improve the procedure of an operator with little experience at an early stage.
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。 As described above, this measuring apparatus can detect the presence of an obstacle inside the pipe outside the pipe when operating the linear body inserted into the pipe. Moreover, this measuring device can be applied to a linear body having various materials.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(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。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the appearance of the main body of the measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this measuring device includes a measuring device
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。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of the measuring device main body taken along the line II-II shown in FIG. As shown in FIG. 2, the
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。
Further, in the middle of the through-hole 3 (that is, inside the measuring device
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。
The measuring device
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
The direction in which the rigid
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。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the curvature of the rigid
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。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the overall configuration of the measuring apparatus. As shown in FIG. 5, the
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。
By detecting the position of the light receiving element that reduces the amount of light received by the
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。
Since the rigid
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。
Here, the restraining portion is a portion that restrains the movement of the
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。
On the other hand, in the case of a soft linear body that has a small Young's modulus (for example, 90 GPa) and is easily bent, the path length through which the flexible linear body penetrates the
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θ1(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θ2(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。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a measuring apparatus when a flexible linear body is used. As shown in FIG. 6, when the flexible
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。
As shown in FIG. 6, when the compressive force in the longitudinal axis direction acts on the soft
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。
Thus, if the path length of the flexible
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。
In addition, since the Young's modulus is different between the soft
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。
As described above, in this measuring apparatus, the
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。
Further, the
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。
With such a configuration, when the Young's modulus of the
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。
In the description of the first embodiment, the
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。 In addition, since the through-holes may be configured so that a plurality of linear body paths having different path lengths through the space in the linear body are formed, the linear body is inserted into the through-hole. It is not always necessary to have multiple entrances. For example, a measuring device in which one entrance is formed, and a measuring device including a movable switching unit for guiding a linear body to one of a plurality of paths inside the measuring device main body can be considered. . However, it is considered that the productivity, reliability, and maintainability of the measuring device are all reduced by providing the movable part. Therefore, as described in the first embodiment, a measuring device in which a linear body is inserted into a through-hole and a plurality of inlets for guiding each of a plurality of paths is formed is advantageous.
(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。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating the internal structure of the measurement apparatus main body according to the second embodiment. The measurement apparatus according to the second embodiment and the measurement apparatus according to the first embodiment described above basically have the same configuration. However, in the second embodiment, as shown in FIG. 7,
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。
In order to accurately measure the compressive force in the longitudinal axis direction acting on the
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。
For example, the
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。
As the
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。
Note that the
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。
Below, the example which puts the measuring device of this invention into practical use is shown. FIG. 8 is a schematic diagram showing an example in which the measurement device main body is used by being incorporated in a Y connector. According to FIG. 8, a measuring device for measuring a compressive force in a longitudinal axis direction acting on a linear body, which is a linear medical instrument inserted into a body tube, is used by being incorporated in another medical device. An example is shown. As shown in FIG. 8, the
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。
The
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。
By measuring the increase in the longitudinal compressive force acting on a linear medical instrument inserted into a body tube, the load acting on the body tube as a reaction force of the compressive force is measured. can do. That is, since it can detect that the front-end | tip of a medical device contacts the inner wall of a pipe | tube, it can prevent that an excessive load acts on the pipe | tube in a body. In addition, since the measuring device of the present invention is incorporated in the
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。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example in which a measurement device is attached to a training simulator that simulates a human body. As shown in FIG. 9, the
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。
As shown in FIG. 9, the measurement device
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。 As a result, the skill of the skilled operator can be quantified, and a quantitative technique can be transmitted to an operator with little experience. Therefore, it is possible to improve the procedure of an operator with little experience at an early stage.
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。
In the description so far, the measurement apparatus
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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
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。 The measuring device of the present invention can be applied particularly advantageously to a measuring device for compressive force acting on a flexible linear body such as a linear medical instrument inserted into a body tube.
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。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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。 A measuring device that measures a compressive force in a longitudinal direction acting on a linear body having flexibility,
A main body in which a through-hole through which the linear body passes is formed,
In the middle of the through hole, a space is formed in which the linear body can bend in a predetermined direction when the compressive force acts on the linear body,
The through-hole is configured so that a plurality of paths are formed in which the path length of the linear body penetrating the space is different, and
A bending sensor for detecting the degree of bending;
A measuring apparatus comprising: a conversion circuit that converts the degree of curvature detected to the compressive force acting on the linear body.
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