特許 7036309 可動性評価システム

(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】

(24)【登録日】2022-03-07

(45)【発行日】2022-03-15

(54)【発明の名称】可動性評価システム

(51)【国際特許分類】

   A61B 10/00 20060101AFI20220308BHJP

【ＦＩ】

A61B10/00 J

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2017135735

(22)【出願日】2017-07-11

(65)【公開番号】P2018122077

(43)【公開日】2018-08-09

【審査請求日】2020-07-02

(31)【優先権主張番号】P 2017016331

(32)【優先日】2017-01-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 展示による公開、最先日：平成２９年０１月１９日、日本機械学会 第２９回バイオエンジニアリング講演会（他２件） 刊行物による公開、平成２９年０１月１８日、第２９回バイオエンジニアリング講演会 講演論文集

(73)【特許権者】

【識別番号】504133110

【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学

(73)【特許権者】

【識別番号】899000079

【氏名又は名称】学校法人慶應義塾

(73)【特許権者】

【識別番号】502254796

【氏名又は名称】有限会社メカノトランスフォーマ

(73)【特許権者】

【識別番号】597173037

【氏名又は名称】株式会社リーデンス

(73)【特許権者】

【識別番号】594204446

【氏名又は名称】第一医科株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002516

【氏名又は名称】特許業務法人白坂

(72)【発明者】

【氏名】小池 卓二

(72)【発明者】

【氏名】高桑 加以

(72)【発明者】

【氏名】入江 優花

(72)【発明者】

【氏名】神崎 晶

(72)【発明者】

【氏名】徐 世傑

(72)【発明者】

【氏名】肥後 武展

(72)【発明者】

【氏名】林 正晃

【審査官】門田 宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１２１０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】高桑加以 外４名，耳小骨可動性の定量的評価に向けた耳科探針用アタッチメントの開発，日本機械学会２０１６年度年次大会講演論文集，日本，一般社団法人日本機械学会，2016年09月10日，S0220106

【文献】竹田泰三 外４名，蝸牛マイクロフォン電位（ＣＭ）遅発反応 －その特性と分析法－，耳鼻咽喉科臨床，1993年，第８６巻第７号，第１０２５～１０３２頁

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／００

Ａ６１Ｂ ５／１１

Ａ６１Ｂ ５／１２

Ａ６１Ｂ １０／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

耳小骨の可動性を評価する可動性評価システムであって、
前記耳小骨に接触し、振動を与える加振装置と、
前記加振装置を振動させるアクチュエータと、
前記加振装置を前記耳小骨に接触させたときに前記アクチュエータにかかる反力を測定し、前記測定結果に基づき、電圧を出力する力センサと、
を含む計測プローブと、
前記計測プローブから出力された前記電圧に基づき、ＦＦＴ解析をして、所定の周波数成分値を求める解析部と、
前記所定の周波数成分値に基づき、前記耳小骨の可動性を評価する評価部と、
前記評価結果を出力する出力部と、
を備え、
前記加振装置は細長い棒状の探針であり、前記探針は、その重心付近と端部の２点において、固定支点と前記力センサにより取り外し可能に支持され、
前記力センサは、横ぶれ防止機構部を備える圧電センサを含み、
前記横ぶれ防止機構部は、前記探針の前記端部が接触するマグネット部の上部の中央に前記探針の長手方向と直交する向きに半円柱状の突起部分を形成するとともに前記半円柱状の突起部分の両サイドに前記半円柱状の突起部分より高さを高くした左右ブレ防止の突起部分を形成して前記探針の前記端部を支持する探針受けを形成し前記マグネット部の磁力により前記探針の前記端部を支持している
ことを特徴とする可動性評価システム。

【請求項2】

前記アクチュエータは、前記探針の重心付近の支点を中心として一定振幅の振動を与え、
前記力センサは、前記圧電センサおよびチャージアンプを含み、前記圧電センサは前記アクチュエータが前記探針に与えている力を前記探針により加えられることで電荷信号を発生させ、前記チャージアンプは、前記発生した電荷信号を電圧に変換して出力し、
前記解析部は、ＡＤコンバータを含み、前記ＡＤコンバータで前記電圧をデジタル信号の電圧情報に変換し、前記電圧情報をＦＦＴ解析すること、
を特徴とする請求項１に記載の可動性評価システム。

【請求項3】

前記探針は、重心付近に窪みが形成され、
前記支点は、前記窪みに嵌めて支持するための、球状に形成されたマグネットを備えること、
を特徴とする請求項２に記載の可動性評価システム。

【請求項4】

前記計測プローブは、
前記探針に弾性的に接する弾性体を備えること
を特徴とする請求項２または３に記載の可動性評価システム。

【請求項5】

前記アクチュエータは、５Ｈｚ以上で前記探針に振動させ、
前記所定の周波数成分値は、前記電圧情報における各波形の５Ｈｚ以上の周波数成分の値であること、
を特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の可動性評価システム。

【請求項6】

前記可動性評価システムは、
蝸牛窓または蝸牛窓近傍に設置し、前記加振装置により前記耳小骨に振動を与えているときの蝸牛マイクロホン電位を検出する電極と、
前記検出した蝸牛マイクロホン電位を増幅させ、計測する増幅器と、
を備え、
前記出力部は、前記計測した蝸牛マイクロホン電位を表示すること、
を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の可動性評価システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、可動性評価システムに関し、特に耳小骨の可動性を定量化する可動性評価システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、耳科手術に関して、中耳疾患に対する診断および治療において、術者が探針により耳小骨を押し動かすことで、耳小骨の可動性を確認する方法が存在する。

【0003】

具体的には、中耳は、外耳道に入射された音波を鼓膜の振動に変換し、その機械的振動を耳小骨連鎖によって、内耳蝸牛へ効率よく伝達する役割を果たしている器官であり、耳小骨連鎖は、ツチ骨、キヌタ骨、アブミ骨からなり、靱帯および筋腱によって鼓室内に振動しやすいよう保持されている。これらの靱帯および筋腱が加齢や病変により固着してしまうと、伝音難聴が生じ、中耳疾患となる。

【0004】

そこで、聴力を回復させるため、外科手術により当該固着を直接取り除き、耳小骨の可動性を正常な状態に復元する必要があるが、術式決定に重要な固着部位の特定と、その程度の判断は術者が探針を用いて押し動かす方法により行われていた。
しかしながら、そのような方法では、明確な基準がなく、術者の経験に依存するところが大きかった。

【0005】

特許文献１には、耳小骨可動性を定量的に評価する方法として、鼓膜形成術において耳小骨連鎖の可動性を評価する微細手術用器具のための光学式力検出要素であって、光ファイバ測定技術を用いて微細手術用機器またはツールの先端部と診察または治療されるべき組織または臓器との間の、３次元の接触力を検出しモニタリングする方法によって、構造体のｚ方向軸において当該軸に垂直なｘ－ｙ方向においてよりも５～２０倍高い感度を有する光学式力検出要素を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１３－１６０７５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１記載の発明では、耳小骨の可動性の評価結果を情報処理装置に備えられたディスプレイに表示するにあたって、３次元の接触力を検出し情報処理する必要があるため、処理負荷が高く、効率の面で問題がある。また、構造体に固定された光ファイバを用いるため、例えば、衛生面を考慮して、または、光ファイバに不具合が生じた場合などにおいて、測定機器を取り替える必要がある際に、コストの面および交換可能性に問題があり、使い勝手が必ずしも十分でなかった。また、光ファイバの品質を確保するにあたって、光ファイバは破損や汚れ（コンタミネーション）に弱いため、取扱いには慎重にならざるを得ず、使い勝手が必ずしも十分ではなかった。

【0008】

そこで、本発明は、耳小骨の可動性を定量的に評価するにあたって、使い勝手の良い可動性評価システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る可動性評価システムは、耳小骨の可動性を評価する可動性評価システムであって、耳小骨に接触し、振動を与える加振装置と、加振装置を振動させるアクチュエータと、加振装置を耳小骨に接触させたときにアクチュエータにかかる反力を測定し、当該測定結果に基づき、電圧を出力する力センサとを含む計測プローブと、計測プローブから出力された電圧に基づき、ＦＦＴ解析をして、所定の周波数成分値を求める解析部と、所定の周波数成分値に基づき、耳小骨の可動性を評価する評価部と評価結果を出力する出力部とを備える。

【0010】

さらに、本発明に係る可動性評価システムにおいて、加振装置は細長い棒状の探針であり、当該探針はその重心付近と端部の２点において、固定支点と力センサにより取り外し可能に支持され、アクチュエータは、探針の重心付近の支点を中心として一定振幅の振動を与え、力センサは、圧電センサおよびチャージアンプを含み、当該圧電センサはアクチュエータが探針に与えている力を探針により加えられることで電荷信号を発生させ、チャージアンプは、当該発生した電荷信号を電圧に変換して出力し、解析部は、ＡＤコンバータを含み、当該ＡＤコンバータで電圧をデジタル信号の電圧情報に変換し、当該電圧情報をＦＦＴ解析してもよい。

【0011】

さらに、本発明に係る可動性評価システムにおいて、探針は、重心付近に窪みが形成され、支点は、窪みに嵌めて支持するための、球状に形成されたマグネットを備えてもよい。

【0012】

さらに、本発明に係る可動性評価システムにおいて、計測プローブは、探針に弾性的に接する弾性体を備えてもよい。

【0013】

さらに、本発明に係る可動性評価システムにおいて、アクチュエータは、５Ｈｚ以上で探針を振動させ、所定の周波数成分値は、電圧情報における各波形の５Ｈｚ以上の周波数成分の値であってもよい。

【0014】

さらに、本発明に係る可動性評価システムは、蝸牛窓または蝸牛窓近傍に設置し、加振装置により耳小骨に振動を与えているときの蝸牛マイクロホン電位を検出する電極と、検出した蝸牛マイクロホン電位を増幅させ、計測する増幅器とを備え、出力部は、計測した蝸牛マイクロホン電位を表示してもよい。

【0015】

本発明に係る可動性評価方法は、耳小骨の可動性を評価する可動性評価方法であって、アクチュエータにより振動させた探針の先端を耳小骨に接触させることにより耳小骨に振動を与える加振ステップと、探針の先端を耳小骨に接触させたときのアクチュエータにかかる反力を測定し、当該測定結果に基づき、電圧を出力する電圧測定ステップと、計測プローブから出力された電圧に基づき、ＦＦＴ解析をして、所定の周波数成分値を求める解析ステップと、所定の周波数成分値に基づき、耳小骨の可動性を評価する評価ステップと、評価結果を出力する出力ステップとを備える。

【0016】

本発明に係る可動性評価システムは、耳小骨の可動性を評価する可動性評価システムであって、耳小骨に接触し、振動を与える加振装置と、加振装置を振動させるアクチュエータと、加振装置を耳小骨に接触させたときにアクチュエータにかかる反力を測定し、当該測定結果に基づき、電圧を出力する力センサとを含む計測プローブと、計測プローブから出力された電圧に基づき、ＦＦＴ解析をして、所定の周波数成分値を求める解析部と、所定の周波数成分値に基づき、前記耳小骨の可動性を評価する評価部と、評価結果を出力する出力部とを備える可動性評価システムである。これらの構成により、耳小骨の可動性を定量的に評価するにあたって、所定の周波数成分値を求めることができるため、ハンドピースとして用いたときの手振れの影響を低減できる可動性評価システムを提供でき、使い勝手を向上できる。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る可動性評価システムは、耳小骨の可動性を定量化するにあたって、使い勝手を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係る可動性評価システムの構成を示すシステム図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る可動性評価システムの機能構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る計測プローブの内部構造の概念を示す概念図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る計測プローブの分解斜視図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る計測プローブの斜視図である。

【図6】（ａ）本発明の一実施形態に係る計測プローブの平面図である。（ｂ）本発明の一実施形態に係る計測プローブの側面図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る計測プローブの断面図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る可動性評価システムが実行する処理を示すフローチャートである。

【図9】本発明の一実施形態に係る力センサの斜視図である。

【図10】本発明の一実施形態に係る探針及び支点金具の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0020】

（可動性評価システム７００の構成）
図１は、可動性評価システム７００の構成の一例を示すシステム図である。

【0021】

図１に示すように、可動性評価システム７００は、計測プローブ１００、情報処理装置３００、表示装置４００（４００ａ、４００ｂ）、増幅器５００、電極６００を含んで構成される。なお、図１において、説明を簡単にするために、表示装置４００を、表示装置４００ａ、４００ｂの２台示しているが、１台でもよくまた、２台以上存在してもよい。なお、以下においては、特に区別の必要がない場合に、表示装置を総称して、表示装置４００と記載する。また、可動性評価システム７００において、表示装置４００と後述する情報処理装置３００の音声出力部３４０を、耳小骨の可動性の評価結果および蝸牛マイクロホン電位の計測結果を出力（表示、音声出力等）するものとして総称して出力部と記載する。出力部は、評価部の評価結果を出力する。

【0022】

計測プローブ１００は、耳小骨に接触し、振動を与える加振装置と、加振装置を振動させるアクチュエータと、加振装置を耳小骨に接触させたときにアクチュエータにかかる反力を測定し、当該測定結果に基づき、電圧を出力する力センサとを含んで構成される。

【0023】

計測プローブ１００は、一例として、後述するように、加振装置は細長い棒状の探針であり、当該探針はその重心付近と端部の２点において、固定支点と力センサにより支持され、アクチュエータは、当該探針の重心付近の支点を中心として一定振幅の振動を与え、力センサは、圧電センサおよびチャージアンプを含み、当該圧電センサは当該アクチュエータが当該探針に与えている力を当該探針により加えられることで電荷信号を発生させ、当該チャージアンプは、当該発生した電荷信号を電圧に変換して出力してもよい。

【0024】

情報処理装置３００は、具体的には、例えば、計測プローブ１００、表示装置４００、増幅器５００等と有線または無線により接続し、これらの周辺装置および周辺機器からの情報処理要求を受けて情報処理を行い。当該処理の結果を提供するサーバ等のコンピュータ機器であればよく、また、計測プローブ１００専用のハードウェア機器でもよい。

【0025】

表示装置４００は、情報処理装置３００に接続され、情報処理装置３００から出力された表示情報を画面表示させるディスプレイ装置であれば、どの様な装置でもよい。表示装置４００は、例えば、情報処理装置３００が評価した耳小骨の可動性の評価結果を表示する。表示装置４００は、一例として、電極６００および増幅器５００によって、計測された蝸牛マイクロホン電位を表示してもよい。

【0026】

増幅器５００は、電極６００が計測した蝸牛マイクロホン電位等の微弱信号を増幅させる差動増幅器等のアンプ機器であればよい。

【0027】

電極６００は、蝸牛窓または蝸牛窓近傍に設置でき、蝸牛マイクロホン電位（ＣＭ）を計測できる銀電極であればよい。

【0028】

図１に示すように、可動性評価システム７００は、一例として、計測プローブ１００の先端を振動させ、計測対象である耳小骨８００に接触させたときに計測プローブ１００にかかる反力を電圧として情報処理装置３００に伝達し、情報処理装置３００は、伝達された電圧に基づき、耳小骨の可動性を評価する。可動性評価システム７００は、当該評価結果を、図１に示すように表示装置４００ｂにグラフ等を用いて表示してもよいし、情報処理装置３００の音声出力機能によって音声で通知してもよい。このように耳小骨の可動性の評価結果を視覚化することで、術者が術前および術中に、耳小骨の可動性を定量的な評価を確認することができ、術式の決定等を効率良く行うことができる。このような構成によれば、耳小骨可動性を数値と共にグラフ等により画面表示し、必要に応じて音声により術者に通知することにより、術中でも容易に耳小骨の可動性、すなわち、耳小骨の固着状態を診断することができる。

【0029】

図１に示すように、可動性評価システム７００は、一例として、蝸牛窓または蝸牛窓近傍に設置し、加振装置により耳小骨に振動を与えているときの蝸牛マイクロホン電位を検出する電極と、検出した蝸牛マイクロホン電位を増幅させ、計測する増幅器とを備え、出力部は、計測した蝸牛マイクロホン電位を表示してもよい。

【0030】

可動性評価システム７００は、より具体的には、図１に示すように、一例として、蝸牛窓８０１に電極６００を設置し、計測プローブ１００を鼓膜、耳小骨８００または耳小骨の替わりに挿入した人工耳小骨等に接触させ振動を与え、当該振動を与えたときに生じる蝸牛マイクロホン電位を計測してもよい。また、このとき、蝸牛マイクロホン電位を計測する際に耳小骨に与える振動は、１２５～２０００Ｈｚ程度の可聴周波数で振動させてもよい。可動性評価システム７００は、当該計測した蝸牛マイクロホン電位をグラフに描画等して表示してもよい。

【0031】

このように蝸牛マイクロホン電位を計測および表示することで、中耳の伝音特性を評価することできる。また、このように蝸牛マイクロホン電位を視覚化することで、例えば、術中に一度中耳の伝音特性を評価して、処置前後に再度中耳の伝音特性を評価することで、蝸牛マイクロホン電位の振幅が十分大きくなったことを確認し、中耳の伝音特性に問題がないことを評価して手術を終了することができ、再手術のリスクを軽減することができる。

【0032】

（情報処理装置３００の構成）
以下、情報処理装置３００の構成について詳細に説明する。

【0033】

図２は、情報処理装置３００の機能構成の例を示すブロック図である。一例として、図２に示すように、情報処理装置３００は、通信部３１０と、Ｉ／Ｏ部３２０と、制御部３３０と、音声出力部３４０、記憶部３５０等を含んで構成される。

【0034】

通信部３１０は、ネットワークを介して、制御部３３０の制御に従い、周辺装置および他の情報処理装置と通信（各種メッセージの送受信等）を実行する機能を有する。具体的には、例えば、通信部３１０は、ネットワークを介して、制御部３３０の制御に従い、各部から伝達されたメッセージを他の装置へ送信し、他の装置からメッセージを受信し、当該受信したメッセージを他の部に伝達する。当該通信は有線、無線のいずれでもよく、また、互いの通信が実行できるのであれば、どのような通信プロトコルを用いてもよい。さらに、当該通信は、セキュリティを確保するために、暗号化処理を施してもよい。ここでいう「メッセージ」には、テキスト、画像（写真、イラスト）、音声、動画等およびこれらに付帯する情報（テキスト、画像、音声、動画に付帯する日付および位置等に関する情報）が含まれる。

【0035】

Ｉ／Ｏ部３２０は、制御部３３０の制御に従い、他の機器、他の装置または媒体と、無線または有線による接続する機能を有する。Ｉ／Ｏ部３２０は、具体的には、ＷｉＦｉ（Wireless Fidelity）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、電源コネクタ、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）等の接続装置をいう。

【0036】

制御部３３０は、各部を制御する機能を有するプロセッサである。制御部３３０は、解析部（不図示）および評価部（不図示）を含んで構成される。制御部３３０は、具体的には、例えば、記憶部３５０に記憶されているプログラム等から出力された命令を受信し、当該命令に基づいて、各部を動作させるよう制御してもよい。また、制御部３３０は、例えば、耳小骨の可動性の評価結果、蝸牛マイクロホン電位の計測結果に基づいて、表示装置４００に表示する表示情報を生成してもよい。

【0037】

解析部は、計測プローブ１００から出力された電圧に基づき、ＦＦＴ解析をして、所定の周波数成分値を求める。ここでいう「ＦＦＴ解析」とは、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform）による解析をいい、周波数ごとの成分値を解析して求めることができる。解析部は、具体的には、例えば、ＡＤコンバータを含み、計測プローブ１００から出力された電圧を、当該ＡＤコンバータがデジタル信号の電圧情報に変換し、当該電圧情報をＦＦＴ解析してもよい。ＡＤコンバータは、情報処理装置３００に内蔵するＡＤ変換回路を用いてもよいし、外付けのＡＤ変換器を用いてもよい。

【0038】

本発明に係る可動性評価システムにおいて、計測プローブ１００は、術中に術者が手で保持して計測するハンドピースとして用いることを想定しており、そのとき、手振れによる影響を考慮する必要がある。計測プローブ１００から出力された電圧に及ぼす手振れの影響を低減するために、一例として、当該所定の周波数成分値を５Ｈｚ以上としてもよい。また、さらに好ましくは、可聴域を考慮して、計測プローブ１００が耳小骨に与える振動の加振周波数を可聴域の下限である２０Ｈｚとしてもよい。このとき、解析部は、アクチュエータ１１６が探針１０３に与える振動の加振周波数（アクチュエータ１１６への入力周波数）と等しい電圧情報の成分値を、当該所定の周波数成分値として求めてもよい。具体的には、例えば、解析部において、アクチュエータの加振周波数を２０Ｈｚとした場合、電圧情報における各波形の２０Ｈｚの周波数成分の値を、当該所定の周波数成分値として求めてよい。これにより、可聴域まで周波数をあげると蝸牛障害等を引き起こす可能性があるが、可聴域まで周波数をあげることなく手振れの影響を低減することができる。換言すれば、解析部によるＦＦＴ解析によって、計測プローブ１００が出力する電圧から手振れの影響を除外できるため、計測プローブ１００を術者が手で保持した状態で計測可能であり、術中に簡便に計測できる。

【0039】

ここで、本発明に係る可動性評価システムのＦＦＴ解析に関して、図３に示すようにアブミ骨１２２とそれを支える靱帯１２１を模した校正器の可動性を、計測プローブ１００によって計測した場合の結果を用いて説明する。当該校正器を計測プローブ１００によって計測した結果、当該校正器の可動性が低下する（ばね定数が大きくなる）と、ＦＦＴ解析の結果の２０Ｈｚ成分が増加する。当該増加量により、耳小骨の可動性を定量化する。５Ｈｚ以下に見られる周波数成分は手振れによるものであるが、２０Ｈｚ成分とは明確に区別可能であるため、計測プローブ１００を用いて手持ち計測でも、本発明に係る可動性評価システムは、手振れによる影響をほとんど受けずに耳小骨可動性の評価が可能である。

【0040】

評価部は、所定の周波数成分値に基づき、耳小骨の可動性（コンプライアンス）を評価する。具体的には、例えば、評価部は、計測プローブ１００が耳小骨に与える回転振動等の振動の加振周波数と等しい（アクチュエータ１１６への入力周波数と等しい）２０Ｈｚ成分値に基づき、耳小骨の固着度合を評価する。評価部は、例えば、当該２０Ｈｚ成分値のコンプライアンスが、正常耳の耳小骨および靱帯からなる系のばね定数の逆数（コンプライアンス）の範囲内であれば、正常と評価し、範囲外であれば、異常（耳小骨が固着している）と評価してもよい。これにより、耳小骨が振動しにくくなっていることを定量的に示すことができる。

【0041】

一例として、耳小骨の可動性（コンプライアンス）Ｃは、アクチュエータ１１６が耳小骨に与える変位をＤ［単位：ｍ］と、アクチュエータ１１６が耳小骨に当該変位を与えた際の反力をＰ［単位：Ｎ］とを用いて、次の式（１）により求めることができる。

【0042】

【数1】

【0043】

音声出力部３４０は、制御部３３０の制御に従い、音声を出力する機能を有する。音声出力部３４０は、評価結果を通知する。音声出力部３４０は、情報処理装置３００に内蔵されたスピーカであってもよいし、外付けの音声出力デバイスであってもよい。

【0044】

記憶部３５０は、制御部３３０の制御に従い、情報処理装置３００が動作するうえで必要とする各種プログラム、データおよびパラメータを記憶する機能を有する。記憶部３５０、具体的には、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭで構成される主記憶装置、不揮発性メモリ等で構成される補助記憶装置、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリ等各種の記録媒体によって構成される。記憶部３５０は、例えば、制御部３３０の制御に従い、計測プローブ１００から出力された電圧を、ＡＤコンバータ（不図示）を介してデジタル信号に変換したデジタル信号の電圧情報として記憶してもよい。

【0045】

（計測プローブ１００の構成）
（実施形態１）
以下、計測プローブ１００の構成の一実施形態（実施形態１）について詳細に説明する。
図３は、実施形態１に係る計測プローブ１００の内部構造の概念の一例を示す概念図である。実施形態１は、本発明に係る計測プローブ１００の原理を構成する態様の形態である。

【0046】

計測プローブは、耳小骨反力を計測する。図３に示すように、計測プローブ１００は、一例として、探針１０３およびアタッチメント１２０を含んで構成される。また、アタッチメント１２０は、一例として、アクチュエータ１１６、圧電センサ１１７、ひずみゲージ１１８、探針用固定用磁石１１９を含んで構成される。図３は、探針１０３をアタッチメント１２０に取り付けた状態を示す。図３において、説明のため、耳小骨を構成するアブミ骨１２２と靱帯１２１をモデル化して記載する。

【0047】

探針１０３は、具体的には、耳科用探針を用いてもよい。このように、実際に耳科手術等で使用している探針を用いることで、術者が違和感なく耳小骨反力を計測することができる。アクチュエータ１１６は、具体的には、探針を駆動するための変位拡大機構付き圧電アクチュエータ等を用いればいい。圧電センサ１１７は、具体的には、圧電センサ（ピエゾ式圧電セラミックス）等を用いればよい。

【0048】

探針１０３は、その重心付近と端部の２点において、それぞれ固定支点と圧電センサ１１７により取り外し可能に支持されており、当該支持部分には、探針固定用磁石１１９を用いる。このように、探針１０３をアタッチメント１２０に取り付ける構成とすることにより、探針１０３の脱着が容易となり、例えば探針１０３のみ交換したり滅菌処理を施したりすることができるため、衛生面を向上させることができる。

【0049】

計測プローブ１００は、具体的には、例えば、探針１０３先端の側部を耳小骨に当てアクチュエータ１１６により重心付近の支点を中心として一定振幅の回転振動等の振動を探針１０３に与え、圧電センサ１１７により、アクチュエータ１１６が与えている力（すなわち探針１０３からの反力）を測定し、電圧を出力する。このような構成とすることで、アクチュエータ１１６による探針１０３の動きが、術者が通常計測時に行う動きと類似しているため、違和感なく耳小骨反力を計測することができる。

【0050】

計測プローブ１００は、より具体的には、例えば、アクチュエータ１１６により、探針１０３を２０Ｈｚで振動させ、探針先端を計測対象の耳小骨を構成するアブミ骨１２２に接触させたときに、アクチュエータ１１６にかかる反力を圧電センサ１１７で測定して、電圧を出力する。ここで、当該出力した電圧は、耳小骨へ与える変位は蝸牛の保護の観点からすると可能な限り微小であったほうがよいため、計測プローブ１００のアクチュエータ１１６が与える変位を４０μm以下とし、実際の手術手技と同程度にし、チャージアンプ等（不図示）を用いて増幅して、当該測定した反力に比例した電圧を出力する。なお、アクチュエータ１１６の変位は、ひずみゲージ１１８により計測する。

【0051】

（実施形態２）
以下、計測プローブ１００の構成の一実施形態（実施形態２）について詳細に説明する。

【0052】

図４は、計測プローブ１００の構成の一例を示す分解斜視図である。
実施形態２に係る計測プローブ１００の構成は、図４に示すように、一例として、上カバー１０１、下カバーＢ１０２、探針１０３、ロック用ツマミ１０４、コードブッシュ１０５、下カバーＡ１０６、板バネ１０７（１０７ａ、１０７ｂ）、タッピングネジ１０８（１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄ、１０８ｅ、１０８ｆ、１０８ｇ、１０８ｈ）、支点用金具１０９、Ｅリング１１０、アクチュエータ１１６、チャージアンプ１１２、コード１１３、１２３、アクチュエータ用ホルダ１１４、標準ネジ１１５（１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ）、圧電センサ１１７、支点用金具固定ピン１１１、を含んで構成される。実施形態２に係る計測プローブ１００の構成において、アタッチメントは、支点用金具１０９、アクチュエータ１１６、圧電センサ１１７を含んで構成される。

【0053】

探針１０３は、細長い棒状で形成されている。探針１０３は、具体的には、耳科用探針等を用いればよく、固定支点として支点用金具１０９と、アクチュエータ１１６に取り付けられる圧電センサ１１７とに載置することでこれらの部品に支持され取り付けられる。これにより、通常術中に用いられる耳科用探針である探針１０３を、支点用金具１０９と、アクチュエータ１１６に取り付けられる圧電センサ１１７とに載置する（すなわち、探針１０３をアタッチメントに取り付ける）だけでよく、簡易に取り付けられて、定量的な耳小骨反力を計測することができ、使い勝手のよい計測プローブを提供することができる。また、探針１０３の先端は直接耳小骨に触れるため、このように簡易な取り付けであれば、探針１０３の交換もしやすく衛生面の向上を図ることもできる。

【0054】

また、探針１０３は、重心付近に窪み（凹状の部分）が形成されてもよい。探針１０３は、具体的には、例えば、図１０に示すように、支点金具１０９等で支持するために、その重心付近に球状又は円形状等の凹状の掘り込み部分を設けてもよく、また、逆に、凸状の突起部分を設けてもよい。この様な構成とすることで、支持部材（支点金具１０９等）に対して座りよく設置でき、また、回転方向にブレが生じることを防ぐことができる。また、探針１０３を計測プローブ１００から取り外して使用する際にも、術者の持ち手の位置決めのためのしるしにもなり、術者が手で探針１０３を持つ際に、目視で確認しなくとも簡単に探針１０３の重心の付近の位置が特定できるため、使い勝手のよい探針を提供することができる。

【0055】

支点用金具１０９と探針１０３の取り付けについて、一例として、支点用金具１０９の支点が計測プローブ１００の長手方向に山形状を形成し、探針１０３の短手方向に、凹部（例えば、探針１０３の長さが１６０ｍｍで、支点用金具１０９から圧電センサ１１７の計測点（探針１０３がアクチュエータ１１６に取り付けられる圧電センサ１１７に載置されて、計測される点）まで５５ｍｍの場合、幅１．１ｍｍ、深さ０．６ｍｍの矩形状の溝など）を設け、一方、支点用金具１０９には凸部（例えば、上記探針１０３の溝に対して、幅１．０ｍ、高さ０．６ｍｍの矩形状の出っ張りなど）を設け、当該凹凸部を嵌め合わせることで取り付けてもよい。さらに、探針１０３を支点用金具１０９に載置した時に、探針１０３が長手方向に対して水平時には、探針１０３の凹部と支点用金具１０９の凸部の間の両側にクリアランス（例えば、片側０．０５ｍｍの隙間）ができるように探針１０３を支点用金具１０９に配置してもよい。このような構成により、アクチュエータ１１６により探針１０３に回転振動が与えられ、探針１０３が傾いた際（例えば支点用金具１０９が探針１０３を支える支点（回転中心）を中心に傾き１°で傾いた時など）に、探針１０３は支点用金具１０９と干渉し、当該干渉により、探針１０３の先端が短手方向にそって、上下に精度よく動くことができ（例えば、上記傾き１°で傾いた際には、ｔａｎ１°×１０５ｍｍ＝約１．８ｍｍ動くことができる）、かつ、探針１０３の取り外し取り付けを容易とすることができる。

【0056】

また、支点用金具１０９と探針１０３の取り付けの別の一例について、図１０を用いて説明する。図１０は、支点用金具１０９及び探針１０３の取付方法の一例を説明する支点用金具１０９及び探針１０３の図６（ａ）のＸ－Ｘ’線断面図の一部である。支点用金具１０９は、図１０に示すように、球状に形成したマグネット部１３６と、マグネット部１３６を嵌め込んで支持する土台部１３５を含んで構成してもよい。また、探針１０３は、図１０に示すように、一部に、マグネット部１３６を嵌め込むようにＳＲ形状の掘り込み加工を設けてもよい。マグネット部１３６には、例えば、上から薄板状のアルミウムを被せて形成してもよい。この様な構成とすることで、探針１０３は、球状のマグネット１３６によって点支持で支持されるため、探針１０３がアクチュエータ１１６により回転振動を与えられた際に並進運動方向にブレが生じず回転方向に柔軟に動くことができ、かつ、探針１０３の計測プローブ１００からの取り外しと計測プローブ１００への取り付けを容易とすることができる。さらに、この様な構成とすることで、マグネット１３６の磁力で探針１０３を支点用金具１０９に固定することができるため、探針１０３の計測プローブ１００からの脱落を防止することができる。

【0057】

計測プローブ１００は、探針１０３に弾性的に接する弾性体を備えてもよい。当該弾性体は、探針１０３に接して弾性抵抗力を付与するものであればどの様なものでもよく、例えば、板バネなどが考えられる。本例では、一例として、板バネ１０７を使用した例として説明する。板バネ１０７は、探針１０３に弾性的に接して、弾性抵抗力を付与してもよい。具体的には、板バネ１０７ａ、１０７ｂは、図４に示すように、タッピングネジ１０８ａ、１０８ｂによって上カバー１０１にネジ留めされており、上カバー１０１を下カバーＢ１０２にセットした際に、探針１０３に接するように取り付けられていてもよい。このような構成とすることで、探針１０３の慣性項を打ち消すことができ、精度よく耳小骨反力を計測することができる。また、このような構成とすることにより、板バネ１０７は交換可能となるため、使い勝手のよい計測プローブを提供することができる。

【0058】

支点用金具１０９は、探針１０３の固定支点として、図４に示すように、支点用金具固定ピン１１１により下カバーＡ１０６にピン留めされて取り付けられていてもよい。

【0059】

また、支点用金具１０９は、図１０に示すように、球状に形成したマグネット１３６と、マグネット１３６の重心付近の窪みに嵌め込んで支持する土台１３５を含んで構成してもよい。

【0060】

圧電センサ１１７は、探針１０３とアクチュエータ１１６に挟み込まれるように配置され、回転振動する探針１０３によってアクチュエータ１１６にかかる反力を測定する。測定した反力はチャージアンプ１１２に伝達され、チャージアンプ１１２が当該反力を電圧に変換して出力する。圧電センサ１１７は、具体的には、アクチュエータ１１６が探針１０３に与えている力が探針１０３により加えられることで電荷信号を発生させる。このとき、チャージアンプ１１２は、当該発生した電荷信号を電圧に変換して出力する。圧電センサ１１７は、具体的には、圧電センサ（ピエゾ式圧電セラミックス）、積層圧電センサ等を用いればよい。

【0061】

また、圧電センサ１１７は、一例として、探針１０３を点支持ではなく、面又は線で支持してもよい。圧電センサ１１７が探針１０３を線で接触して支持する例について図９を用いて説明する。図９は、圧電センサ１１７の一例を示す斜視図である。圧電センサ１１７は、図９に示すように、圧電センサ１１７は、横ぶれ防止機構部１３１、マグネット部１３２、センサ本体部１３３、センサ保持部１３４、を含んで構成してもよい。

【0062】

横ぶれ防止機構部１３１は、探針１０３の横ぶれを防止するための部材である。横ぶれ防止機構部１３１は、例えば、略円板状の部材であり、その上部には、略中央に、凹状の両サイドの高さを高くした探針受けを形成（言い換えれば、中央サイドに半円柱状の突起部分を、両サイドに中央サイドの突起部分より高さを高くした左右ブレ防止の突起部分を形成）してもよい。この様な構成により、マグネット部１３２の磁力によって、取り外し可能かつ拘束力をもって支持しつつ、両サイドに形成された突起部分の傾斜面により、探針１０３の芯を自動的にマグネット部１３２に対して揃え、探針１０３の横ぶれを防止することができる。さらに、この様な構成により、線接触で支持されるため、センサの応答が点接触より向上させることができ、精度よく探針１０３から加えられる力を測定することができる。横ぶれ防止機構部１３１の材質は、軽量で一定の剛性があればどのような材質でもよく、例えばステンレス等を用い考えられる。

【0063】

マグネット部１３２は、探針１０３を、磁力によって取り外し可能かつ拘束力をもって横ぶれ防止機構部１３１の凹状の探針受けに支持させる部材である。マグネット部１３２の材質は、探針１０３を、磁力によって、取り外し可能かつ拘束力を与えるものであれば、どの様な材質でもよく、例えば、ネオジム磁石等を用いることが考えられる。

【0064】

センサ本体部１３３は、圧電センサ１１７のセンサ本体である。センサ本体部１３３は、圧電効果を有する圧電素子を有し、探針１０３により加えられる力を電荷信号に変換して出力する。

【0065】

センサ保持部１３４は、センサ本体部１３３を保持（接着）する部材である。また、センサ保持部１３４は、１以上の丸溝（図９の例では、４か所ある丸溝）を設けて、センサ本体部１３３からの信号線（コード）を保持してもよい。

【0066】

また、圧電センサ１１７は、一例として、横ぶれ防止機構部１３１及びマグネット部１３２とセンサ本体部１３３の間に非導電性の部材を挟んで構成してもよい。この様な構成により、力センサ１１７のセンサ本体部１３３と横ぶれ防止機構部１３１を介した探針１０３との間に絶縁領域を設けることができ、耳小骨８００周辺は電気的に非常にセンシティブであるため、より安全に、計測プローブ１００の探針１０３を用いて耳小骨に接触させることができる。

【0067】

アクチュエータ１１６は、図４に示すように、アクチュエータ用ホルダ１１４に格納されて、標準ネジ１１５によりアクチュエータ用ホルダ１１４にネジ留めされることで取り付けられている。アクチュエータ１１６は、具体的には、例えば、変位拡大機構付き圧電アクチュエータ等を用いればよい。

【0068】

チャージアンプ１１２は、アクチュエータ用ホルダ１１４にタッピングネジ１０８ｃによりネジ留めされて取り付けられており、アクチュエータ用ホルダ１１４はタッピングネジ１０８ｄ、１０８ｅ、１０８ｆにより下カバーＡ１０６にネジ留めされて取り付けられている。

【0069】

チャージアンプ１１２は、コード１１３、１２３が接続されており、コード１１３、１２３は、コードブッシュ１０５を通って外部の装置（情報処理装置３００等）と接続する。なお、コードブッシュ１０５は、例えば六角ナット固定リブ等の固定手段を用いて、下カバーＡ１０６に取り付けてもよい。この様な構成とすることで、コードブッシュ１０５の取り付けが容易となる。また、チャージアンプ１１２は、（１）アナログ演算及び増幅するＯＰアンプ部と（２）アクチュエータに電源を供給するための電源供給部に分離して構成してもよく、それに伴い、コード１１３、１２３は、（１）ＯＰアンプ部に接続しアナログ信号を出力するための線（信号線）と（２）電源供給部に接続しアクチュエータ１１６に電源を供給するための線（電源線）を分離して形成してもよい。この様な構成により、ＯＰアンプ部は、ノイズを拾ってしまう関係上、力センサ１１７の近傍に設ける必要があるが、それ以外の部分（電源供給部）については計測プローブ１００の外に設けることで、計測プローブ１００のハンドピース化において、よりコンパクトにすることができる。また、この様な構成により、信号線と電源線を分けたことで出力した信号に対する誘導ノイズの影響を低減することもできる。

【0070】

実施形態２に係る計測プローブ１００は、図４に示すように、上記のとおり各部品が取り付けられた状態で、上カバー１０１と下カバーＢ１０２を取り付け、下カバーＢ１０２と下カバーＡ１０６を取り付け、ロック用ツマミ１０４をＥリング１１０によりＥリング留めによって取り付けられて使用される。なお、上カバー１０１は、図４に示すように、短手方向の一部と下カバーＢ１０２の一部が折りたたみのヒンジ機構を形成し、上カバー１０１は下カバーＢ１０２に一部が取り付けられた状態で回動し、下カバーＢ１０２に対し上カバー１０１を開閉することが可能としてもよい。このような構成にすることによりタッピングネジ１０８ａ、１０８ｂによりネジ留めされている板バネ１０７ａ、１０７ｂが交換可能となり、使い勝手のよい計測プローブを提供することができる。上カバー１０１の一部を下カバーＢ１０２の一部に取り付ける際のヒンジ機構の一例として、ヒンジ機構を形成し、回動する上カバー１０１の一部に山形状の凸部を設け、一方、当該一部に対応する下カバーＢ１０２の一部に谷形状の凹部を設け、当該凹凸部が嵌めこんだ状態で上カバー１０１の回動を固定するように形成してもよい。

【0071】

計測プローブ１００は、図４に示すように、加振装置は細長い棒状の探針１０３であり、探針１０３はその重心付近と端部の２点において、固定支点と力センサにより支持され、アクチュエータ１１６は、探針１０３の重心付近の支点を中心として一定振幅の回転振動等の振動を与え、力センサは、圧電センサ１１７およびチャージアンプ１１２を含み、圧電センサ１１７はアクチュエータが探針１０３に与えている力を探針１０３により加えられることで電荷信号を発生させ、チャージアンプ１１２は、当該発生した電荷信号を電圧に変換して出力してもよい。このような構成とすることで、定量的な耳小骨反力を計測することを可能とし、耳小骨固着耳の処置前後の可動性の改善度を定量化することができ、術後成績の向上および再手術のリスクを低減することができる。

【0072】

図５は、計測プローブ１００の構成の一例を示す斜視図である。
図５は、実施形態２に係る計測プローブ１００が上述のとおり各部品が取り付けられ、使用される状態を示す。図５（ａ）は、実施形態２に係る計測プローブ１００をコードブッシュ１０５側からの斜め視た斜視図であり、図５（ｂ）は、実施形態２に係る計測プローブ１００を探針１０３の先端側からの斜め視た斜視図である。実施形態２に係る計測プローブ１００は、図５に示すように、術者が計測プローブ１００の下カバーＢ１０２と下カバーＡ１０６を手に掴んで保持する際に握りやすいよう、下カバーＢ１０２および下カバーＡ１０６は、人間の手の握る形にそった形状を構成している。このような構成とすることにより、計測プローブ１００をハンドピース化し、使い勝手のよい計測プローブ１００を提供することができる。

【0073】

なお、図５において、説明のためロック用ツマミ１０４を下カバーＢ１０２の両側に取り付けた状態を示しているが、片側のみでロックすることができるよう、ロック用ツマミ１０４を左右のいずれかに設けてもよい。さらに、片側のみにロック用ツマミ１０４を設けた際、もう片方の側には、下カバーＢに対して上カバー１０１をワンタッチで上下に開閉するための開閉用ツマミを設けてもよい。

【0074】

図６（ａ）は、計測プローブ１００の構成の一例を示す平面図である。
図６（ａ）に示すように、術者が計測プローブ１００の下カバーＢ１０２を手に掴んで保持する際に握りやすいよう、下カバーＢ１０２は、人間の手の握る形にそった形状を構成している。このような構成とすることにより、計測プローブ１００をハンドピース化し、使い勝手のよい計測プローブ１００を提供することができる。また、計測プローブ１００は、ハンドピース化して用いることを想定しており、その一例として、図６（ａ）に各部の寸法（単位はｍｍ）を記載しているが、当該寸法の限りでなく、ハンドピースとして人間の手に握り易い寸法であればどのような寸法でもよい。

【0075】

図６（ｂ）は、計測プローブ１００の構成の一例を示す側面図である。
図６（ｂ）に示すように、術者が計測プローブ１００の下カバーＢ１０２と下カバーＡ１０６を手に掴んで保持する際に握りやすいよう、下カバーＢ１０２および下カバーＡ１０６は、人間の手の握る形にそった形状を構成している。このような構成とすることにより、計測プローブ１００をハンドピース化し、使い勝手のよい計測プローブ１００を提供することができる。また、計測プローブ１００は、ハンドピース化して用いることを想定しており、その一例として、図６（ｂ）に各部の寸法（単位はｍｍ）を記載しているが、当該寸法の限りでなく、ハンドピースとして人間の手に握り易い寸法であればどのような寸法でもよい。

【0076】

図７は、計測プローブ１００の構成の一例を示す断面図である。図７は、図６（ａ）のＸ－Ｘ’線断面図である。
図７に示すように、探針１０３は板バネ１０７ａ、１０７ｂが上方（術者が計測プローブ１００を使用時において、接地面に対して上の方向をいう）から接している。また、探針１０３は、その重心付近と端部の２点において支持されるよう、探針１０３の重心付近に位置する支点用金具１０９と圧電センサ１１７の２点によって支持されて取り付けられている。圧電センサ１１７は、探針１０３の端部が上方下方に上下することによる加わる力によって、アクチュエータ１１６が探針１０３に与えている力を加えられることで電荷信号を発生させる。このような構成により、アクチュエータ１１６は、探針１０３に、その重心付近の支点を中心とした一定振幅の回転振動等の振動を与えることができる。

【0077】

（可動性評価システム７００が実行する処理）
図８は、可動性評価システム７００が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

【0078】

可動性評価システム７００は、加振装置を回転振動させる（ステップＳ１０）。可動性評価システム７００は、より具体的には、アクチュエータ１１６により回転振動させた探針１０３の先端を耳小骨に接触させることにより耳小骨に振動を与える（ステップＳ１０）。

【0079】

可動性評価システム７００は、可動性を評価する場合（ステップＳ１１の「可動性を評価する」の場合）、探針１０３の先端を耳小骨に接触させたときのアクチュエータ１１６にかかる反力を測定する（ステップＳ１２）。可動性評価システム７００は、当該測定結果に基づき、電圧を出力する（ステップＳ１３）。可動性評価システム７００は電圧情報の周波数を解析する（ステップＳ１４）。可動性評価システム７００は、より具体的には、計測プローブから出力された電圧に基づき、ＦＦＴ解析をして、所定の周波数成分値を求める（ステップＳ１４）。可動性評価システム７００は、所定の周波数成分値に基づき、耳小骨の可動性を評価する（ステップＳ１５）。

【0080】

可動性評価システム７００は、電位を計測する場合（ステップＳ１１の「電位を計測する」の場合）、蝸牛マイクロホン電位を計測する（ステップＳ１６）。

【0081】

可動性評価システム７００は、これらの計測および評価結果を出力する（ステップＳ１７）。

【0082】

（その他）
本発明に係る可動性評価システムについて、耳小骨の可動性を評価する実施形態を取りあげているが、それに限らず、微細空間における生体の一部の硬化状態等を評価する場合においても用いることができる。例えば、内視鏡により胃壁を振動させて周辺領域のがんの有無を検出する場合にも用いることができる。

【符号の説明】

【0083】

１００ 計測プローブ
３００ 情報処理装置
４００ 表示装置
５００ 増幅器
６００ 電極
７００ 可動性評価システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】