特許 6799319 接触検出器具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6799319

(24)【登録日】2020年11月25日

(45)【発行日】2020年12月16日

(54)【発明の名称】接触検出器具

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/08 20060101AFI20201207BHJP

   A61B 8/12 20060101ALI20201207BHJP

【ＦＩ】

   A61B8/08

   A61B8/12

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-239540(P2016-239540)

(22)【出願日】2016年12月9日

(65)【公開番号】特開2018-93973(P2018-93973A)

(43)【公開日】2018年6月21日

【審査請求日】2019年11月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】304021277

【氏名又は名称】国立大学法人 名古屋工業大学

(72)【発明者】

【氏名】田中 由浩

(72)【発明者】

【氏名】リ ホアン ヒエップ

(72)【発明者】

【氏名】福田 智弘

(72)【発明者】

【氏名】佐野 明人

【審査官】 宮川 哲伸

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／０３１５０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−１５６７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０２０８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０６４７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２２４５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００７７９７４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ８／００ − ８／１５

Ａ６１Ｂ １／００ − １／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

音通路管と可動音通路管が摺動面を介して接続され、前記音通路管の他方にスピーカとマイクロフォンと、前記可動音通路管の他方に音通路端面と、前記可動音通路管に空洞及び弾性体を有するセンサと、を備え、前記音通路管の中心線と前記摺動面との交点を通り、
前記摺動面に垂直な軸に対して、前記摺動面内の摺動面音通路が回転対称であることを特徴とする接触検出器具。

【請求項2】

音通路管と可動音通路管が摺動面を有するオフセット音通路管を介して接続され、前記オフセット音通路管の中心線と前記摺動面との交点を通り、前記摺動面に垂直な軸に対して、前記摺動面内の摺動面音通路が回転対称であることを特徴とする請求項１に記載する接触検出器具。

【請求項3】

音通路管と可動音通路管が摺動面を介して接続され、前記音通路管の他方にスピーカとマイクロフォンと、前記可動音通路管の他方に音通路端面と、前記可動音通路管に空洞及び弾性体を有するセンサと、を備え、前記摺動面内の摺動面音通路が円形状であることを特徴とする接触検出器具。

【請求項4】

音通路管と可動音通路管が摺動面を有するオフセット音通路管を介して接続され、前記オフセット音通路管の中心線と前記摺動面との交点を通り、前記摺動面に垂直な軸に対して、前記摺動面内の摺動面音通路が円形状であることことを特徴とする請求項３に記載する接触検出器具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生体等の表面に開けられた穴から生体等内に挿入されて生体内の臓器と接触し、接触対象の臓器の状態に応じた信号を出力する接触検出器具に関するものであり、例えば、腹腔鏡下手術に用いられて好適である。

【背景技術】

【0002】

従来、生体の表面に開けられた穴から生体内に接触検出器具が挿入され、当該接触検出器具が生体内の臓器に接触したとき、当該接触検出器具から接触対象の臓器の状態に応じた信号が出力される技術が知られている。

【0003】

例えば、非特許文献１では、鉗子の先端に高分子圧電体の一種であるＰＶＤＦフィルムが取り付けられた接触検出器具が開示されている。この接触検出器具では、ＰＶＤＦフィルムが臓器に接触した際に受ける押圧力に応じたセンサ信号が、接触検出器具から出力される。

【0004】

上記のような接触検出器具は、生体内で電気信号が発生するので、生体安全性の点で問題がある。よって、発明者らは特許文献１において、電気的要素を用いない棒状の鉗子を生体の表面に開けられた穴から生体内に挿入されて生体内の臓器と接触し、反射音を用いたセンサ信号による接触対象の臓器の状態に応じた信号を出力する接触検出器具を提案した。

【0005】

しかし、この接触検出器具は可動部を有しない１本の棒状のため診断の際、人間の指のように関節で折り曲げて触診すること、または従来の鉗子のように把持する機能を有していない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】ＷＯ２０１６／０３１５０３

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】田中由浩、長井孝憲、藤原道隆、佐野明人、“双方向性を組み込んだ腹腔鏡下手術用触覚センサシステム”、日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会’１３ 講演論文集、２０１３年、２Ａ２−Ｂ０２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の課題は、反射音を用いたる接触検出器具において、可動部を有することにより折り曲げて対象物に接触し、その状態に応じた信号を出力する機能を有する接触検出器具を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

発明１は、音通路管と可動音通路管が摺動面を介して接続され、音通路管の他方にスピーカとマイクロフォンと、可動音通路管の他方に音通路端面と、可動音通路管に空洞及び弾性体を有するセンサと、を備え、音通路管の中心線と摺動面との交点を通り、摺動面に垂直な軸に対して、摺動面内の摺動面音通路が回転対称であることを特徴とする接触検出器具である。
発明２は、音通路管と可動音通路管が摺動面を有するオフセット音通路管を介して接続され、オフセット音通路管の中心線と摺動面との交点を通り、摺動面に垂直な軸に対して、摺動面内の摺動面音通路が回転対称であることを特徴とする発明１に記載する接触検出器具である。
発明３は、音通路管と可動音通路管が摺動面を介して接続され、音通路管の他方にスピーカとマイクロフォンと、可動音通路管の他方に音通路端面と、可動音通路管に空洞及び弾性体を有するセンサと、を備え、摺動面内の摺動面音通路が円形状であることを特徴とする接触検出器具である。
発明４は、音通路管と可動音通路管が摺動面を有するオフセット音通路管を介して接続され、オフセット音通路管の中心線と摺動面との交点を通り、摺動面に垂直な軸に対して、摺動面内の摺動面音通路が円形状であることことを特徴とする発明３に記載する接触検出器具である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、可動音通路管を可動させても反射音を用いたる接触検出が可能である。よって、可動音通路管に空洞及び弾性体を有するセンサをつけて折り曲げることで、センサを対象物に容易に接触させることができる。例えば生体の臓器に挿入して対象部位に折り曲げて的確に接触させることができる。よって、反射音を用いたセンサの信号による接触対象の状態（臓器のしこり有無等）に応じた信号を出力する接触検出器具を提供できる。更に、把持機能を有する鉗子の可動する把持部にセンサをつけることにより、対象物を把持した状態で、接触対象の状態に応じた信号を出力する接触検出器具を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】反射音を用いた接触検出の原理を示す模式図。

【図2】接触検出による硬さ検出の原理を示す模式図。

【図3】鉗子型の接触検出器を示す。

【図4】第１実施形態の１次元可動の接触検出器具を示す模式図。

【図5】第２実施形態の２次元可動の接触検出器具を示す模式図。

【図6】第３実施形態の３次元可動の接触検出器具を示す模式図。

【図7】第４実施形態のオフセット可動の接触検出器具を示す模式図。

【図8】第５実施形態の把持部を有する接触検出器具を示す全体図。

【図9】把持部を示す矢視図。

【図10】把持部を示す。（ａ）平面図、（ｂ）正面図。

【図11】把持部のセンサ部の出力測定を示す全体図。

【図12】センサ部の出力を測定結果。

【図13】従来例の把持部を有する鉗子。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

【0013】

（原理）
本実施形態におけるセンシングシステムの構成は以上の通りである。次に、本実施形態のセンシングシステムにおける検出原理について、図１を参照して説明する。

【0014】

図１では、本実施形態の音通路１３（２３）を有する音通路管１１（２１）を模式的に円筒形状のパイプで表している。開口している音通路端面１７よりパイプ内にスピーカ３から音６１を入力すると、音は閉塞面である音通路端面２７で反射する振幅の小さい音６３となる。このとき、パイプ側面のセンサ５１（空洞５３、これを覆う膜状の弾性体５５からなる）が測定物７１の突起７３によって変形して空洞側へ押し込まれると、パイプ内への突出部が発生して音の通路が狭まり、一部の音６７が突出部（検出部となる）で反射する。したがって、パイプ内の重音６５（入力音６１、反射音６３、反射音６７の和）をマイクロフォン５で計測すれば、パイプの変形に関する情報（変形量と変形位置）を得ることができる。この際、固有の値である音通路の全長Ｌと音通路端面１７からセンサ部５１までの音通路長さＬｓを解析に用いる。

【0015】

ここで、図１で音通路管をパイプ形状で示したが、断面形状は円形に限らず、三角形等の多角形でもよく、これらの組み合わせでも良い。音の伝播は粗密波だからである。図１では音の伝播を便宜上サイン波で示した。

【0016】

図２は、接触検出による硬さ検出の原理を示す模式図である。音通路２３を円筒状に曲げながらセンサ５１内部に配置することで、検出部で得られる変形位置を円周方向へ変換することができる。このとき、センサ５１を均一かつ柔軟な対象物７１へ押し付けると、円周方向の変形位置は、センサ５１と対象物７１との接触面積７５の端部を示すこととなる。したがって、検出部の変形量と円周方向の変形位置の時間変化が、対象物７１の硬さに対応して異なることから、硬さ検出が可能となる。

【0017】

発明者らは、特許文献１にて、図３に示すように上述の原理を適用した生体に挿入して使用する棒状の鉗子（接触検出器具）を提案した。これは内視鏡による手術において、新たに医師の手の触覚情報が入手できるので、初期癌の診断等に活用が期待されている。
図３（ａ）に棒状の鉗子本体１１１の形状を示す。一方の端部にスピーカ等の収納部１０３、他方の端部にセンサ１５１を配置している。図３（ｂ）にセンサ１５１の構造を示す。音通路１１３に空隙１５３を設け、空隙１５３が膜状の弾性体１５５でカバーされている。この鉗子は、生体の挿入部位に電気的要素を有していないので感電防止等の処理が不要であり、シンプルな構造で安全である。よって、鉗子の減菌等も容易であり、使い捨ての対応も可能である。

【0018】

しかし、この接触検出器具は可動部を有しない１本の棒状のため診断の際、人間の指のように関節で折り曲げて触診することができない。また、図１３に示す鉗子１８１のように把持する機能を有していない問題がある。本発明は、音通路管を２以上に分け、音通路管１３に対して可動する可動音通路管２３を設けることを特徴とする。これにより、人間の指のように関節で折り曲げて触診する接触検出機器や把持機能を有する鉗子の把持部に触診機能を有する接触検出機器を提案する。

【0019】

（第１実施形態：１次元可動）
第１実施形態の１次元可動の接触検出器具の模式図を図４に示す。音通路管１１は、内部に音通路１３及び音通路管１１の中心線１５を有する。可動音通路管２１は、内部に可動音通路２３及び可動音通路管２１の中心線２５を有する。音通路管１１と可動音通路管２１は摺動面３１を介して面接触して摺動自在に可動接続されている。即ち、音通路１３の中心線１５と摺動面３１との交点３５を通り、摺動面３１に垂直な軸３７に対して、可動音通路管２１は回転運動する。よって、１次元の可動である。また、交点３５において、音通路１３の中心線１５と可動音通路２３の中心線２５は交わる。よって、軸３７と可動音通路２３の中心線２５は一致する。摺動面３１の断面Ａ−Ａにおいて、軸３７に対して、摺動面音通路３３は回転対称である。よって、摺動面音通路３３は円形状でも良い。

【0020】

軸３７に対して摺動面音通路３３が回転対称であることで、可動音通路管２１が回転運動しても、音通路管１１の中心線１５の長さ（音通路端面１７）から交点３５までの長さ）と可動音通路管２１の中心線２５の長さ（音通路端面２7から交点３５までの長さ）の和である音通路の全長Ｌの長さは変化しない。同様に、通路端面１７からセンサ部５１までの音通路長さＬｓ（図示せず）も変化しない。よって、可動音通路管２１を１次元可動させても、反射音を用いた接触検出が可能である。

【0021】

第１実施形態は、細い管路に可動音通路管２１を差し込み回転可動させて、内壁の状況を検査する場合等に使用される。

【0022】

（第２実施形態：２次元可動）
第２実施形態の２次元可動の接触検出器具の模式図を図５に示す。音通路管１１は、内部に音通路１３及び音通路管１１の中心線１５を有する。可動音通路管２１は、内部に可動音通路２３及び可動音通路管２１の中心線２５を有する。音通路管１１と可動音通路管２１は摺動面３１を介して面接触して摺動自在に可動接続されている。即ち、音通路１３の中心線１５と摺動面３１との交点３５を通り、摺動面３１に垂直な軸３７に対して、可動音通路管２１は回転運動するここで、軸３７に対して、可動音通路管２１の中心線２５は直交する。よって、可動音通路管２１可動音通路管２１の軌跡は、交点３５を中心点とする円形状となる２次元の可動である。センサ５１も円運動を行う。破線の可動音通路管２１は回転時を示す。また、交点３５において、音通路１３の中心線１５と可動音通路２３の中心線２５は交わらず交点３５ａとなる。摺動面３１の断面Ｂ−Ｂにおいて、軸３７に対して、摺動面音通路３３は回転対称である。よって、摺動面音通路３３は円形状でも良い。

【0023】

回転軸３５に対して摺動面音通路３３が回転対称であることで、可動音通路管２１が２次元の回転円運動をしても、音通路管１１の中心線１５の長さ（音通路端面１７から中心線２５との交点３５ａまでの長さ）と可動音通路管２１の中心線２５の長さ（音通路端面２7から中心線１５との交点３５ａまでの長さ）の和である音通路の全長Ｌの長さは変化しない。同様に、通路端面１７からセンサ部５１までの音通路長さＬｓ（図示せず）も変化しない。よって、可動音通路管２１を２次元可動させても、反射音を用いた接触検出が可能である。

【0024】

第２実施形態は、可動音通路管２１が回転円可動するので、センサ５１の検出面を大きく移動させることができる。また、センサ５１を押しつけさせて硬さの計測もできる。

【0025】

（第３実施形態：３次元可動）
第３実施形態の３次元可動の接触検出器具の模式図を図６に示す。音通路管１１は、内部に音通路１３及び音通路管１１の中心線１５を有する。可動音通路管２１は、内部に可動音通路２３及び可動音通路管２１の中心線２５を有する。音通路管１１と可動音通路管２１は摺動面３１を介して面接触して摺動自在に可動接続されている。即ち、音通路１３の中心線１５と摺動面３１との交点３５を通り、摺動面３１に垂直な軸３７に対して、可動音通路管２１は交点３５を頂点とする円錐形状のすり鉢状の回転運動をする。ここで、軸３７に対して、可動音通路管２１の中心線２５は角度αを有して交差するので、可動音通路管２１の軌跡は、頂角２αの円錐形状となる。よって、可動音通路管２１は３次元の可動であり、センサ５１もすり鉢状の回転運動を行う。破線の可動音通路管２１は回転時を示す。また、交点３５において、音通路１３の中心線１５と可動音通路２３の中心線２５は交わる。摺動面３１の断面Ｃ−Ｃにおいて、軸３７に対して、摺動面音通路３３は回転対称である。よって、摺動面音通路３３は円形状でも良い。

【0026】

軸３７に対して摺動面音通路３３が回転対称であることで、可動音通路管２１が３次元の回転運動をしても、音通路管１１の中心線１５の長さ（音通路端面１７から交点３５（中心線２５との交点までの長さ））と可動音通路管２１の中心線２５の長さ（音通路端面２7から交点３５（中心線１５との交点までの長さ））の和である音通路の全長Ｌの長さは変化しない。同様に、通路端面１７からセンサ部５１までの音通路長さＬｓ（図示せず）も変化しない。よって、可動音通路管２１を３次元可動させても、反射音を用いた接触検出が可能である。

【0027】

第３実施形態は、可動音通路管２１が回転円可動するので、センサ５１の検出面を大きく移動させることができる。また、センサ５１を押しつけさせて硬さの計測もできる。

【0028】

（第４実施形態：オフセット可動）
第４実施形態のオフセット可動の接触検出器具の模式図を図７に示す。音通路管１１は、内部に音通路１３及び音通路管１１の中心線１５を有する。可動音通路管２１は、内部に可動音通路２３及び可動音通路管２１の中心線２５を有する。音通路管１１（中心線１５）と可動音通路管２１（中心線２５）はオフセット音通路管４１（中心線４５）を介して接続されている。オフセット音通路管４１は、摺動面３１を介して２分割されている。２分割されたオフセット音通路管４１は、面接触して摺動自在に可動接続されている。即ち、音通路１３の中心線１５とオフセット音通路管４１の交差面４７との交点４７ａと、可動音通路２３の中心線２５とオフセット音通路管４１の交差面４９との交点４９ａとを結ぶ線が、オフセット音通路管４１の中心線４５となる。また、交点４７ａと交点４９ａの距離がオフセット長ｈとなる。摺動面３１と中心線４５の交点３５を通り、摺動面３１に垂直な線が軸３７になる。この場合、中心線４５と軸３７は一致する。可動音通路管２１は軸３７に対して２次元の回転運動を行う。ここで、可動音通路管２１の中心線２５は、音通路管１１の中心線１５に対して、オフセット長ｈだけオフセットされている。破線の可動音通路管２１は回転時を示す。摺動面３１の断面Ｄ−Ｄにおいて、軸３７に対して、摺動面音通路３３は回転対称である。よって、摺動面音通路３３は円形状でも良い。

【0029】

軸３７に対して摺動面音通路３３が回転対称であることで、可動音通路管２１が２次元の回転運動をしても、オフセット長ｈの距離は一定である。音通路管１１の中心線１５の長さ（音通路端面１７から交点４７ａ）と可動音通路管２１の中心線２５の長さ（音通路端面２7から交点４９ａ）とオフセット長ｈの和である音通路の全長Ｌの長さは変化しない。同様に、通路端面１７からセンサ部５１までの音通路長さＬｓ（図示せず）も変化しない。よって、可動音通路管２１をオフセットして可動させても、反射音を用いた接触検出が可能である。

【0030】

第４実施形態は、可動音通路管２１が回転円可動するので、センサ５１の検出面を大きく移動させることができる。また、センサ５１を押しつけさせて硬さの計測もできる。これを適用したのが第５実施形態の把持機能を有する接触検出器具である。

【0031】

（第５実施形態：把持機能）
第５実施形態の把持機能を有する接触検出器具の模式図を図８、９、１０に示す。図８は，第５実施形態の把持部を有する接触検出器具８１を示す全体図である。

【0032】

図９は、把持部８５，８６を示す矢視図である。

【0033】

図１０は、把持部８５，８６を示す（ａ）平面図、（ｂ）正面図である。図１０（ｂ）において、把持鉗子８１の外部ケース８２の断面Ｅ−Ｅは、３重の管構造となっている。外部ケース８２の内部に、棒８３が摺動可能に挿入されている。また、棒８３の内部に音通路管１１が挿入され固定されている。棒８３を外部ケース８２に対して回転（回転２）させることにより把持部８５、８６は回転する。また、棒８３を外部ケース８２に対して左右方向（図１０（ｂ）において）に動かすことで、把持部８５、８６の開閉（回転１）をすることができる。

【0034】

（実験確認）
図１１は、第５実施形態の接触検出器具の把持部のセンサ部の出力測定を示す全体図を示す。把持部を固定し、センサ部へ圧子を押し付けた際のセンサ出力（振幅）を記録した。
押し込み変位は ０ ｍｍから１．７５ ｍｍまで、０．２５ ｍｍ刻みで与えた。

【0035】

図１２は、センサ部の出力の測定結果を示す。押し込み変位に伴って、振幅が増加することが確認できた。

【0036】

以上、本実施形態によれば、可動音通路管２１を可動させても反射音を用いたる接触検出が可能である。よって、可動音通路管２１に空洞５３及び弾性体５５を有するセンサ５１をつけて折り曲げることで、センサ５１を対象物に容易に接触させることができる。例えば生体の臓器に挿入して対象部位に折り曲げて的確に接触させることができる。よって、反射音を用いたセンサ５１の信号による接触対象の状態（臓器のしこり有無等）に応じた信号を出力する接触検出器具１を提供できる。更に、把持機能を有する鉗子の可動する把持部にセンサ５１をつけることにより、対象物を把持した状態で、接触対象の状態に応じた信号を出力する接触検出器具（把持鉗子８１）を提供できる。

【産業上の利用可能性】

【0037】

本発明の接触検出器具１によれば、生体等の表面に開けられた穴から生体等内に挿入された可動音通路管が人間の指のように可動するので、生体内の臓器と的確に接触し、接触対象の臓器の状態に応じた信号を出力するので、臓器の状況（しこりの有無等）を正確に把握できる。また、把持部を有する接触検出器具（把持鉗子８１）にも適用できる。これらの接触検出器具１、８１は、腹腔鏡下手術に用いられて好適である。また、これらの接触検出器具１，８１は、生体の挿入部位に電気的要素を有していないので感電防止等の処理が不要でありシンプルな構造で安全である。よって、接触検出器具１，８１の減菌等も容易であり、使い捨ての対応も可能である。また、接触検出器具１，８１は、生体のみならず気体や液体を収納する容器の内壁の検査にも適用できる。即ち、容器に小さな穴を設け接触検出器具１，８１を挿入するだけで容器内部の触覚情報を検出できる。たとえば、容器の劣化状況等を判断することに利用できる。

【符号の説明】

【0038】

１ 接触検出機器
３ スピーカ
５ マイクロフォン
１１ 音通路管
１３ 音通路
１５ 中心線（音通路管）
１７ 音通路端面（開口面、スピーカ等接続）
２１ 可動音通路管
２３ 可動音通路
２５ 中心線（可動音通路管）
２７ 音通路端面（可動音通路の閉塞面）
３１ 摺動面
３３ 摺動面音通路
３５ 交点（音通路管又はオフセット音通路管の中心線と摺動面の交点）
３７ 軸（交点を通り摺動面に垂直な回転軸）
４１ オフセット音通通路管
４３ オフセット音通路
４５ 中心線（オフセット音通路管）
５１ センサ
５３ 空洞
５５ 弾性体
６１、６３ 音波波形（２７に反射）
６５、６７ 音波波形（７３に反射）
７１ 測定物
７３ 突起（測定物）
７５ 接触面
８１ 把持鉗子
８２ 外部ケース
８３ 棒
８５ 把持部（センサ有）
８６ 把持部（センサ無）
８８ レバー（把持部開閉）
８９ レバー（把持部回転）
Ｌ 音通路の全長
Ｌｓ センサ部までの音通路長さ
ｈ オフセット長

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】