专利名称：柔性线状体的压缩力计测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及力的计测装置，特别涉及作用在具有柔性的线状体上的压 縮力的计测装置。
背景技术：
具有柔性的线状体作为插入体内的管道中的线状医疗器械已投入实际 应用。例如已知有插入血管、输尿管、支气管、消化道或淋巴管等位于体
内的管道中的导丝(guide wire)和导管，或前端附有用于栓塞动脉瘤的栓 塞用线圈的导丝等。将这些线状体插入体内的管道中，通过从体外进行的 操作将这些线状体诱导至目标部位。
线状体所插入的管道不一定是直线状，多为局部弯曲或分支的管道。 此外，管道的直径不一定是固定的，存在管道自身变细、或因血管内生成 的血栓等位于管道内部的障碍物而导致管道的直径变细的情况。然而，以 往的线状体中，没有可对线状体的行进方向前方的状况进行检测的方法， 线状体的操作不得不依靠操作者的感觉，从体外进行的诱导操作必须要熟 练。因此，作为对线状体的行进方向前方的障碍物的存在进行检测的装置， 日本专利特开平10 — 263089号公报(专利文献l)揭示了一种在线状体的前 端设置有压力传感器的装置。
专利文献l:日本专利特开平10 — 263089号公报
发明的公开
发明所要解决的技术问题
然而，在线状体的前端设置有压力传感器的装置特别是对于极细的线 状体来说难以实现。例如插入脑血管的导丝，其直径为0.35mm左右，在如 此极细的线状体的前端设置小型的压力传感器是很困难的。此外，为了将压力传感器的信号取出至外部，需在线状体中插入配线，给人们带来更大 的困难。
此外，在线状体所插入的管道呈弯曲状、或管道的直径变细的情况下， 线状体的插入阻力受到其与管道的摩擦的影响。所以，设置于线状体前端 的压力传感器的输出不一定与操作者在插入时的力觉一致。因此，即使是 使用在线状体的前端设置有压力传感器的装置时，操作者也是基于在外部 用指尖把持着的线状体的插入阻力的力觉信息、即依靠操作者的感觉来进 行线状体的操作。而且，除操作者外，无人能知晓操作者的力觉，因此难 以将熟练操作者的手艺定量化并传授给经验较少的操作者。
另外，准备用于适应不同用途的具有多种材质的线状体、然后分别设 置压力传感器是不经济的，会导致制造成本的增加。
因此，本发明的主要目的是提供一种计测装置，在对插入管道中的线
状体进行操作时，该计测装置可在管道外部检测管道内部的障碍物的存在， 且可用于具有多种材质的线状体。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的计测装置用于计测作用在具有柔性的线状体上的长轴方向的 压縮力，该计测装置包括本体，该本体上形成有供线状体贯穿的贯通孔， 当长轴方向的压縮力作用于线状体时，线状体在贯通孔的内部朝规定的方 向弯曲。此外，还包括用于检测线状体的弯曲程度的传感器。此外，还包 括变换电路，该变换电路用于将由传感器检测出的线状体的弯曲程度变换 成作用在线状体上的长轴方向的压縮力。而且，在贯通孔的内壁上以沿贯 通孔贯穿本体的形态形成有槽。
此时，在贯通孔的内壁上形成有槽，该槽具有比贯通孔的直径大的宽 度及深度。在前端附有用于栓塞动脉瘤的线圈的导丝中，前端的线圈由于 很柔软，因此被收纳于鞘中，而鞘比导丝粗。所以，将前端附有用于栓塞 动脉瘤的线圈的导丝插入血管内时，通过使用形成有只有收纳有线圈的鞘 才能通过的槽的计测装置，可对作用在导丝上的长轴方向的压縮力进行计 测。在计测装置的内部，导丝在长轴方向以外的方向上的移动被限制，因 此可保持计测精度，此外，可提供无需在将鞘取出的状态下将导丝插入计测装置的贯通孔、使用简便的计测装置。
较好的是在线状体发生弯曲的贯通孔的内部沿着位于线状体的弯曲的 内侧的贯通孔的内壁形成槽。此外，以如下形态形成贯通孔在线状体发 生弯曲的贯通孔的内部，位于线状体的弯曲的外侧的贯通孔的内壁远离位 于线状体的弯曲的内侧的贯通孔的内壁，其距离超过槽的宽度与线状体的 直径的总和，从而形成空间。
此时，在线状体发生弯曲的贯通孔的内部的空间内，沿着位于线状体 的弯曲的内侧的贯通孔的内壁形成槽，所述贯通孔的内壁是当长轴方向的 压縮力作用于线状体、线状体发生弯曲时与伴随弯曲发生的线状体的移动 无关的位置。由此，可防止槽与线状体的弯曲发生干涉而使压縮力的计测 精度下降。
此外，较好的是以如下形态形成贯通孔在其两端部具有用于对线状 体在长轴方向以外的方向上的移动进行限制的约束部，并且当使线状体贯 穿贯通孔、且不对线状体施加重力以外的外力时，在本体的供线状体贯穿 的出入口的外部，线状体与约束部平行。此时，为使计测精度不下降，通 过线状体与约束部的平行来规定必需的约束部的长度。由此，可将约束部 的长度控制在最小限度，实现计测装置的小型化。
此外，在贯通孔的内壁上沿贯通孔形成有贯穿本体的槽时，约束部的 与延伸方向垂直的截面的尺寸与槽的截面尺寸相同。此时，如果约束部的 长度不足，则线状体在约束部内也可在长轴方向以外的方向上移动，导致 计测精度下降。因此，即使在形成有槽的情况下，通过利用线状体与约束 部的平行来规定约束部的长度，可防止计测精度的下降。
此外，较好的是以如下形态形成贯通孔在线状体发生弯曲的贯通孔 的内部，位于线状体的弯曲的外侧的贯通孔的内壁远离位于线状体的弯曲 的内侧的贯通孔的内壁，从而形成空间。此外，以如下形态形成贯通孔 位于线状体的弯曲的外侧的贯通孔的内壁呈向贯通孔的内侧凸出的曲面形 状。此时，在线状体发生弯曲的贯通孔内部的空间内，当长轴方向的压縮 力作用于线状体、线状体发生弯曲时，线状体沿着位于线状体的弯曲的外 侧的贯通孔的内壁发生弯曲，因此可防止线状体在空间内部发生压曲。由此，可在大范围内以高精度对作用在线状体上的长轴方向的压縮力进行计
此外，较好的是以如下形态形成贯通孔当长轴方向的压縮力作用于 线状体、线状体发生弯曲时，线状体的一部分从位于线状体的弯曲的外侧 的贯通孔的内壁分离。此外，以如下形态形成贯通孔随着压缩力的增大, 线状体从内壁分离的点、即接点间的距离减小。此时，即使是压曲负荷较 小的线状体，也可在不发生压曲的情况下以高精度对作用在线状体上的长 轴方向的压縮力进行计测。由此，可提供不论线状体的压曲负荷的大小如 何、均可对作用在线状体上的长轴方向的压缩力进行计测的计测装置，由 于可对具有多种材质的线状体使用同一计测装置，因此十分经济。
此外，较好的是以如下形态形成贯通孔在其两端部具有用于对线状 体在长轴方向以外的方向上的移动进行限制的约束部，并且约束部的延长 线所成的角度为30。以上50°以下。此时，通过规定约束部的延长线所成 的角度，在将线状体插入计测装置时可容易地使线状体贯穿。
此外，较好的是以如下形态形成贯通孔约束部的延长线与上述延长 线上的位于线状体的弯曲的外侧的贯通孔的内壁的切线所成的角度为100 °以上130°以下。此时，通过规定约束部的延长线与上述延长线上的位于 线状体的弯曲的外侧的贯通孔的内壁的切线所成的角度，在将线状体插入 计测装置时可容易地使线状体贯穿。
此外，较好的是将上述计测装置组装在医疗设备上使用。例如，组装
在Y连接器上使用时，可从Y连接器的一个输入端口操作线状体，从另一
个输入端口注入药剂。
此外，较好的是将上述计测装置安装在模拟人体的训练用模拟器上使 用。此时，可将熟练操作者的手艺定量化，将定量的手艺传授给经验较少 的操作者。因此，可快速提高经验较少的操作者的手艺。
发明效果
综上所述，本发明提供一种使用简便的计测装置，利用该计测装置， 可在不降低计测精度的情况下对作用在例如前端附有用于栓塞动脉瘤的线 圈的导丝之类的具有比线状体粗的鞘的线状体上的长轴方向的压縮力进行计测。此外，可将约束部的长度控制在最小限度，实现计测装置的小型化。 本发明还提供一种不论线状体的压曲负荷的大小如何、均可对作用在线状 体上的长轴方向的压縮力进行计测的计测装置，由于可对具有多种材质的 线状体使用同一计测装置，因此十分经济。
附图的简单说明
图1是表示本发明一实施方式的计测装置的本体的外观的示意图。
图2是表示图1所示的计测装置的本体的内部构造的截面示意图。 图3是表示前端附有用于栓塞动脉瘤的线圈的导丝的构造的示意图。 图4是表示计测装置中贯穿有鞘的状态的截面示意图。 图5是表示计测装置中贯穿有线状体的状态的截面示意图。 图6是表示使压縮力作用于线状体的状态的截面示意图。 图7是表示用于对使线状体贯穿计测装置时线状体的弯曲程度进行检 测的光学系统的截面示意图。
图8是表示在使压縮力作用于线状体的同时使R方向或L方向的力作
用于线状体的状态的截面示意图。
图9是表示约束部较短的计测装置的截面示意图。
图10是表示约束部较短的计测装置中的压縮力的计测误差的主要原 因的截面示意图。
图11是表示使压縮力作用于不同种类的线状体的状态的截面示意图。 图12是表示作用在线状体上的压縮力与接点间的距离之间的关系的 图表。
图13是表示贯通孔的约束部所成的合适角度的截面示意图。
图14是表示贯通孔的约束部与内壁所成的合适角度的截面示意图。
图15是表示组装在Y连接器上使用的例子的示意图。
图16是表示安装在模拟人体的训练用模拟器上使用的例子的示意图。
符号说明
1、 la、 lb线状体，2 计测装置本体，3 贯通孔，4输入输出端 口， 5、 6 约束部，7、 8、 9 内壁，10 凹部，11空间，12 槽，13 线圈，14、 14a、 14b 输送用导丝(delivery wire) ， 15 鞘，16 线传感器
(line sensor), 17 透镜，18 Y连接器，19 输入端口 ， 20 另一个输
入端口， 21 输出端口， 22 可视化器械，23 导丝，24 导管，25 操 作者，26模拟器，27模拟透视图像，28电缆。
实施发明的最佳方式
下面，基于附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下附图中， 对同一或相当的部分标以同一符号标记，不再重复对其进行说明。
图1是表示本发明一实施方式的计测装置的本体的外观的示意图。图 l中，该计测装置包括计测装置本体2，计测装置本体2上形成有供具有柔 性的线状体1贯穿的贯通孔3。
图2是表示沿图l所示的II一II线剖切的截面上的计测装置本体的内 部构造的截面示意图。图2中，为了扩大供线状体1贯穿的出入口、提高 插入性，在贯通孔3的出入口形成锥形的输入输出端口 4。贯通孔3形成为 如下形态在其两端部具有用于对线状体1在长轴方向以外的方向上的移 动进行限制的约束部5、 6。
当长轴方向的压縮力作用于线状体1时，计测装置本体2规定贯通孔 3内部的线状体1的弯曲方向。即，贯通孔3在约束部5、 6之间弯曲，如 果线状体1贯穿贯通孔3，则会成为弯曲形状。此外，贯通孔3形成为如下 形态在其内部，内壁8、 9远离内壁7，其距离超过后述的槽12的宽度和 线状体1的直径的总和，从而形成空间11。在空间11中，对线状体1在平 行于纸面的方向上的动作不进行约束。在空间11中，贯通孔3的与纸面垂 直的方向上的高度比线状体1的直径稍大(例如线状体1的直径的105% 120%)，对线状体l在与纸面垂直的方向上的动作进行约束。BP，在空间 11中，与线状体1的长轴方向垂直的截面上的贯通孔3的截面形状为长方 形。藉此，可规定贯通孔3内部的线状体1的弯曲方向，将线状体l定位， 使得长轴方向的压縮力作用于线状体1时线状体1的弯曲的峰的高度、即 从内壁7到线状体1的距离固定。
另外，以如下形态形成槽12:使其沿贯通孔3的内壁7贯穿计测装置本体2。槽12形成为如下形态具有比线状体1的直径大的直径，即具有 比线状体1的直径大的宽度及深度。
下面，作为可利用图l及图2所示的计测装置来计测长轴方向的压縮 力的线状体的例子，对动脉瘤栓塞用的导丝的构造进行说明。图3是表示 前端附有用于栓塞动脉瘤的线圈的导丝的构造的示意图。图3中，动脉瘤
的线圈栓塞用的导丝可分为用于栓塞动脉瘤的线圈13和在将导丝插入血管 时供手把持的输送用导丝14(此时，输送用导丝14相当于线状体1)。前端 的线圈13是用于栓塞动脉瘤的线圈，因此被制造成非常柔软、在没有约束 时以规定的直径巻起的形态。因此，在使用前将其收纳于鞘15中，从而对 其进行约束，使其不巻起。鞘15具有比输送用导丝14的直径大的直径。
下面，对将本发明的计测装置用于动脉瘤栓塞用导丝的例子进行说明。 图4是表示计测装置中贯穿有鞘的状态的截面示意图。图5是表示计测装 置中贯穿有线状体的状态的截面示意图。在动脉瘤栓塞用的导丝经由导管 插入人体内时，在将鞘15和导管的端部彼此接合的基础上操作输送用导丝 14，使线圈13向导管内移动。在此，如图2所示，约束部5、 6的与延伸 方向垂直的截面的尺寸形成为与槽12的截面尺寸相同。藉此，如图4所示， 可将计测装置本体2内部的约束部6、槽12及约束部5作为通路，使具有 比输送用导丝14的直径大的直径的鞘15贯穿计测装置本体2。然后，如果 确认线圈13已完全移动至导管内，然后将鞘15从计测装置本体2内拔出， 则如图5所示，在计测装置本体2的内部仅留下输送用导丝14。输送用导 丝14的直径小于鞘15的直径，可在贯通孔3的空间11内移动。因此，图 5中，输送用导丝14未被收纳于槽12中，在空间ll内呈弯曲状态。
这样一来，在空间11中，除槽12以外的部分在与纸面垂直的方向上 的高度比线状体1 (即输送用导丝14)的直径稍大，对线状体1在与纸面垂 直的方向上的动作进行约束。由此，可将长轴方向的压縮力作用于线状体1 时线状体1的弯曲的峰的高度固定。因此，可在不降低作用在线状体l上 的压縮力的计测精度的情况下使鞘15通过计测装置本体2。
此外，图2中，槽12沿贯通孔3的内壁7形成。g卩，在空间11中， 当长轴方向的压縮力作用于线状体1使其弯曲时，线状体1向弯曲的外侧移动，因此，槽12形成在与伴随弯曲发生的线状体1的移动无关的位置上。 由此，可防止槽12与线状体1的弯曲发生干涉而使压縮力的计测精度下降。
在贯通孔3内未形成有槽12的计测装置中，如果做成使鞘15能够通 过贯通孔3，则由于鞘15的直径大于输送用导丝14的直径，因此在空间 11内无法充分地对输送用导丝14(线状体l)在与纸面垂直的方向上的动作 进行约束。因此，当长轴方向的压縮力作用于线状体1时，线状体l的弯 曲的峰的高度不定，压缩力的计测精度下降。为防止该计测精度下降，必 须使鞘15不通过贯通孔13。 g卩，必须采用在将动脉瘤的线圈栓塞用的导丝 从计测装置本体2中取出的状态下将鞘15与导管的端部彼此接合、使线圈 13移动至导管内、然后将导管与计测装置本体2连接的方法，使用不便。 与此相对，通过使用在贯通孔3内形成有槽12的计测装置本体2，可在安 装有鞘15的状态下将导丝插入计测装置的贯通孔3，因此可提供使用简便 的计测装置。
下面，对长轴方向的压縮力作用于线状体时计测装置的具体动作进行 说明。图6是表示使压縮力作用于线状体的状态的截面示意图。图6中， 当压縮力作用于输送用导丝14(线状体1)时，输送用导丝14在贯通孔3的 空间ll内发生弯曲，随着压缩力的增加，弯曲的峰的高度、即从内壁7到 线状体l的距离增加。例如，使压縮力pl作用时，输送用导丝14如输送 用导丝14a般弯曲，与压縮力未作用于输送用导丝14的状态相比，弯曲的 峰的高度增加hl。同样地，使大于pl的压縮力p2作用时，输送用导丝14 如输送用导丝14b般弯曲，与压縮力未作用于输送用导丝14的状态相比， 弯曲的峰的高度增加h2。由此，可利用传感器来检测弯曲的峰的高度、即 弯曲的程度。然后，基于预先确定好的弯曲的峰的高度与作用在输送用导 丝14(线状体l)上的压縮力的相关关系，利用未图示的变换电路将弯曲程 度变换成作用在输送用导丝14(线状体l)上的压縮力，藉此可计测压缩力。
图7是表示沿图2所示的VII — VII线剖切的截面上的、用于对使线状 体贯穿计测装置时线状体的弯曲程度进行检测的光学系统的截面示意图。 作为检测弯曲程度的传感器，可使用例如线传感器16(具有多个接收光的光 接收元件、多个光接收元件配置成一列的一维光学式阵列传感器)。当线传感器16接收到配置于隔着空间11与线传感器16相对的位置上的未图示的光源器所发出的光时，某个光接收元件的上方存在输送用导丝14，输送用导丝14将光源器发出的光遮蔽，因此该光接收元件接收到的光量减小。通
过检测该光接收元件的位置，可确定输送用导丝14的位置，检测出输送用导丝14的弯曲的峰的高度、即弯曲的程度。为了使输送用导丝14的像适当地成像于线传感器16，也可在本光学系统中设置透镜、狭缝或用于遮蔽外来光的滤光器等光学要素。例如在图7中，在空间11与线传感器16之间配置有例如自聚焦(R)透镜之类的透镜17。
另外，如上所述，使收纳有线圈13的鞘15贯穿计测装置本体2时，槽12为通路。图7中，纸面的上下方向表示槽12的宽度，纸面的左右方向表示槽12的深度。g口，槽12中，线状体1在贯通孔3内部发生弯曲的方向上的尺寸是槽12的宽度，与线状体1在贯通孔3内部发生弯曲的方向大致正交的方向上的尺寸表示槽12的高度。空间ll形成为如下形态内壁8、 9远离内壁7，其距离超过槽12的宽度与输送用导丝14(线状体1)的直径的总和。当长轴方向的压縮力作用于输送用导丝14时，输送用导丝M可向其弯曲的外侧、即图7的上方方向移动。在空间11中，输送用导丝14在图7的左右方向上的动作被约束，因此可对长轴方向的压縮力作用于输送用导丝14时空间11内的输送用导丝14的位置进行定位。此外，图7中揭示了鞘15在槽12内在长轴方向以外的方向上的移动被限制，因此无法向空间11移动的样子。
但是，在操作线状体1时，不一定是沿着线状体1的长轴方向施加力。图8是表示在使压縮力作用于线状体的同时使R方向或L方向上的力作用于线状体的状态的截面示意图。图8中，认为操作者25在操作线状体1时，一边朝例如R方向或L方向弯曲线状体1一边施加力。在如图2所示地沿贯通孔3形成槽12的计测装置中，约束部5、 6的与延伸方向垂直的截面的尺寸形成为与槽12的截面尺寸相同。此时，在将线状体1贯穿贯通孔3时，即使一边使线状体1在与纸面垂直的方向上弯曲一边进行操作，由于线状体l在空间11内被约束，因此影响较小。但是，当一边使线状体l朝图8所示的R方向或L方向之类的相对于纸面水平的方向弯曲一边操作线状体1时，线状体1可能会在贯通孔3内部的约束部5、 6的延伸方向的端
部的4处(Sla、 S2a、 Slb、 S2b)发生点接触。此时，使压縮力作用于线状体1时线状体1的弯曲程度不完全恒定，导致计测精度下降。因此，必须采用可将朝R方向或L方向的弯曲对压縮力的计测精度造成的影响尽可能降低的构造。
艮口，在约束部5、 6中，需要确定约束部5、 6的延伸方向长度L，使约束部5、 6与线状体1平行。图9是表示约束部较短的计测装置的截面示意图。图IO是表示约束部较短的计测装置中的压縮力的计测误差的主要原因的截面示意图。图9中，约束部5、 6的延伸方向长度为不足够的长度L。，线状体l在贯通孔3内部的4处(Sla、 S2a、 Slb、 S2b)发生点接触。因此，约束部5、 6与线状体1不平行，而是形成了角度e 。此时，如图IO所示，如果使力作用于线状体l，使线状体1朝L方向弯曲，则因计测装置本体2外部的线状体1朝L方向的移动而导致线状体1在空间11内发生弯曲，线状体1的位置在空间11的中央部发生偏移，偏移量为Ah。因此，线状体l的弯曲的峰的高度的误差增大，压縮力的计测精度下降。
因此，将贯通孔3形成为如下形态当使线状体1贯穿贯通孔3、且不对线状体施加重力以外的外力时，在计测装置本体2的供线状体1贯穿的出入口的外部，约束部的长度为L，使线状体1与约束部5、 6平行。为测定线状体1与约束部5、 6的平行，沿着约束部5、 6处的贯通孔3的中心线安放直尺，在计测装置本体2的出入口的外部的适当位置计测线状体1与直尺的偏移量。该偏移量是从直尺沿直角方向到线状体1的距离。利用该偏移量J以及计测装置本体2的出入口与计测点的距离K，通过反正切函数求出角度e 。 B卩，通过e 二acrtan(J/K)求出角度s 。利用求得的角度e来判定线状体1与约束部5、 6是否平行。
更具体地说，例如使用杨氏模量130GPa、直径O. OM英寸(O. 356mra)、长度180cm的线状体。在计测装置本体2的出入口与计测点的距离K=10cm的条件下计测偏移量J，从而求出角度e 。如果角度s为T以下，则判定为线状体1与约束部5、 6平行。由此，可制成以线状体1与约束部5、 6平行的形态形成贯通孔3的计测装置。另外，即使是在贯通孔3的内壁上沿贯通孔3以贯穿计测装置本体2的形态形成槽12时，通过由线状体1与
约束部5、 6的平行来规定约束部5、 6的长度，也可防止作用在线状体l上的长轴方向的压縮力的计测精度的下降。
此外，在无需考虑使用前端附有用于栓塞动脉瘤的线圈的导丝的情况下，无需在贯通孔3的内壁上形成槽。此时，通过将约束部5、 6处的贯通孔3的直径设为比线状体1的直径稍大(例如线状体1的直径的105%以上120%以下)，且将约束部5、 6的长度L设为线状体1的直径的数倍以上，可在约束部5、 6处对线状体1在长轴方向以外的方向上的动作进行约束。此时，通过上述方法来确定能使角度e在1°以下的约束部5、 6的长度L的最小值，从而制成以使约束部5、 6具有确定好的长度L的形态形成贯通孔3的计测装置。藉此，可在不降低压縮力的计测精度的情况下实现计测装置的小型化。
下面，就对于具有多种材质的线状体使用同一计测装置时最合适的贯通孔的形状进行说明。图11是表示使压縮力作用于不同种类的线状体的状态的截面示意图。图12是表示作用在线状体上的压縮力与接点间的距离之间的关系的图。在此，接点是使长轴方向的压縮力作用于线状体l、线状体l发生弯曲时，线状体1从贯通孔3的内壁8及内壁9分离的点。即，接点间的距离W表示线状体1与内壁8相接的点和线状体1与内壁9相接的点之间的距离。
直径大致相同的不同种类的线状体l可插入同一计测装置中。此时，不同种类的线状体1的杨氏模量有可能不同。不同种类的线状体中，如果杨氏模量不同，则由相同的压縮力所引起的挠曲不同。即，杨氏模量小、挠曲大的线状体1容易发生压曲，因此必须减小接点间的距离W，使其不会发生压曲。另一方面，对于杨氏模量大、挠曲小的线状体l，为了以足够的精度来计测压缩力，必须增大接点间的距离W。
因此，贯通孔3形成为如下形态空间11的内壁8及内壁9呈向贯通孔3的内侧凸出的曲面形状。图11中，以与约束部5处的贯通孔3的内壁相接的形态形成了曲率半径为rl、曲率半径的中心为cl的内壁8的曲面部分。此外，以与上述曲率半径rl的曲面部分相接的形态形成了曲率半径为r2、曲率半径的中心为c2的曲面形状。内壁8及内壁9的形状不限于上述形状，只要是向贯通孔3的内侧凸出、与约束部5处的贯通孔3的内壁相接的曲面形状即可。
在此，考虑使相等的压縮力作用于杨氏模量不同的2种线状体的情况。图12中，如果杨氏模量较大，则得到图12的实线所示的压縮力P与接点间的距离W之间的关系，例如，作用压缩力pl时的接点间的距离W为wl。而如果杨氏模量较小，则得到图12的虚线所示的关系，作用相同的压縮力pl时的接点间的距离W变得更小，线状体的弯曲程度变得更大。此时，在空间11中，线状体沿着位于线状体1的弯曲的外侧的贯通孔3的内壁8及内壁9弯曲，因此可防止线状体l在空间11内部发生压曲。即，当长轴方向的压縮力作用于杨氏模量较小的线状体时，线状体在空间11内在不发生压曲的情况下发生弯曲，因此可检测出线状体的弯曲程度。通过将检测出的弯曲程度变换成作用在线状体上的长轴方向的压缩力，可计测作用在线状体上的压縮力。藉此，不论杨氏模量的大小如何，均可用同一计测装置在大范围内以高精度对作用在线状体上的长轴方向的压縮力进行计测。
此外，图11中，在空间11的内壁8和内壁9之间形成有凹部10。藉此，能以高精度对更大范围内的压縮力进行计测。SP，通过检测空间ll内的线状体1的弯曲的峰的高度，可计测作用在线状体l上的压縮力，因此，只要位于空间11内的线状体1的弯曲的峰的顶点、即位于空间11内的线状体1中离内壁7最远的点没有与空间11的内壁接触，即可计测作用在线状体l上的压縮力。因此，通过形成凹部IO，为使线状体l的弯曲的峰的顶点与空间11的内壁接触，就必须作用更大的长轴方向的压縮力。因此，可扩大压縮力的计测范围。
此外，空间11成形为由向贯通孔3的内侧凸出的曲面形状的内壁8、9与凹部10组合而成的形状。藉由该空间11的形状，当压縮力作用于线状体l、线状体l在空间11内发生弯曲时，线状体1的一部分(相当于图11中的接点间的距离wl或w2的部分)从位于线状体1的弯曲的外侧的贯通孔3的内壁(内壁8及内壁9)分离。另外，随着压縮力的增大，线状体l从内壁分离的点、即接点间的距离减小。即，压縮力P与接点间的距离W之间的关系如图12所示。例如，使压縮力pl作用于具有图12中以实线表示的
压縮力P与接点间的距离W之间的关系的线状体时，线状体如线状体la般 弯曲，此时接点间的距离为wl。此外，使大于pl的压縮力p2作用于线状 体时，线状体如线状体lb般弯曲，此时接点间的距离为比wl小的w2。
藉由上述空间11的构造，在线状体1发生弯曲的贯通孔3内部的空间 11中，当长轴方向的压縮力作用于线状体1、线状体l发生弯曲时，线状 体1可沿着位于线状体1的弯曲的外侧的贯通孔3的内壁(内壁8及内壁9) 弯曲。此外，线状体1的一部分能够以从内壁8及内壁9分离的形态弯曲。 此外，随着压縮力的增大，线状体l从内壁分离的点、即接点间的距离减 小。由此，可防止线状体1在空间11内部发生压曲，因此即使是压曲负荷 较小的线状体，也可在不发生压曲的情况下以高精度检测出线状体的弯曲 程度。通过将检测出的弯曲程度变换成作用在线状体上的长轴方向的压縮 力，可计测作用在线状体上的压縮力。另外，对于杨氏模量不同的多种线 状体，预先计测压縮力与弯曲程度的相关关系，将该相关关系存储在变换 电路中，根据所使用的线状体来选择使用哪种相关关系。藉此，可提供不 论线状体1的压曲负荷的大小如何、均可对作用在线状体1上的长轴方向 的压縮力进行计测的计测装置，可将同一计测装置用于具有多种材质的线 状体l，因此十分经济。
为了在将线状体1插入计测装置本体2时能使线状体1容易地贯穿， 还对贯通孔3的形状进行规定。图13是表示贯通孔的约束部所成的合适角 度的截面示意图。图M是表示贯通孔的约束部与内壁所成的合适角度的截 面示意图。图13中，贯通孔3形成为如下形态在其两端部具有用于对线 状体1在长轴方向以外的方向上的移动进行限制的约束部5、 6;将图13 中以虚线表示的约束部5的延长线(即约束部5的中心线的延长线)与约束 部6的延长线(即约束部6的中心线的延长线)所成的角度记作a 。此外， 将图14中以虚线表示的约束部6的延长线与位于线状体1的弯曲的外侧的 贯通孔3的内壁、即内壁8上的位于约束部6的延长线上的点的切线所成
的角度记作e。下面对a、 P的范围及其原因进行说明。
a + e《160。…(A)Q + 3 =180°是表示位于线状体1的弯曲的外侧的贯通孔3的内壁、
例如内壁8位于约束部5的延长线上的状态。此时，由于线状体l的弯曲
的外侧没有空间，因此，长轴方向的压縮力作用于线状体1时线状体1的 位移大致为零。因此，无法检测出与压縮力相对应的线状体1的弯曲程度，
作为计测装置不成立。所以，留出20°的余地，设定a+e《160。。 P》100°…(B)
采用杨氏模量130GPa、直径O. 014英寸(0. 356mm)的线状体，通过实 验来确定P的范围。P =90°是表示线状体1以直角的角度与位于线状体1 的弯曲的外侧的贯通孔3的内壁接触的状态，如果P在9(T以下，则无法 将线状体1引导到贯通孔3内。所以，考虑到线状体与内壁的摩擦，设定 e》ioo° 。较好的是设定e》110。，如果这样设定，则可更容易地将线 状体1贯穿贯通孔3。
30°《a《50°…(C)
用杨氏模量130GPa、直径0. 014英寸(0. 356mm)的线状体及杨氏模量 90GPa、直径O. 012英寸(0. 305mm)的线状体，通过实验来确定a的范围。 如果增大a ，则线状体1与位于线状体1的弯曲的外侧的贯通孔3的内壁 接触的点上的摩擦力变得不能忽略，压縮力的计测精度下降。另一方面， 如果减小a ，则使压縮力作用于线状体1时的弯曲程度变小，计测装置对 压縮力的灵敏度下降。因此，设定3(T《a《5(T 。
a为35。以下时，摩 擦力的降低较小，而a为45。以上时，摩擦力的增大变得显著，因此较好 的是设定35°《a《45° 。
由上述(A)、 (B)、 (C)式，可推导出如下关系。
30°《a《50°
100°《0《130°
因此，通过规定约束部5的延长线与约束部6的延长线所成的角度a ， 并规定约束部6的延长线与位于线状体1的弯曲的外侧的贯通孔3的内壁、
即内壁8上的位于约束部6的延长线上的点的切线所成的角度e ，在将线
状体插入计测装置时可容易地使线状体贯穿。
下面，作为实际应用本发明的计测装置的例子，揭示如下例子将用于计测作用在插入体内的管道中的线状医疗器械、即线状体上的长轴方向 的压縮力的计测装置，组装在其它医疗设备上使用。图15是表示将计测装 置本体组装在Y连接器上使用的例子的示意图。图15中，Y连接器18包括 输入端口 19、另一个输入端口 20和输出端口 21。计测装置本体2组装在Y 连接器18内部的、将输入端口 19与输出端口 21连通的通路上。线状体l 是线状的医疗器械，例如插入血管或输尿管等体内的管道中的导丝或导管， 以及前端附有用于栓塞动脉瘤的线圈的导丝等，该线状体1通过从输入端 口 19侧进行的操作被诱导至体内的目标部位。
藉此，通过对作用在插入体内的管道中的线状医疗器械上的长轴方向 的压縮力的增加进行计测，可计测作为压縮力的反作用力的、医疗器械作 用在体内的管道上的负荷。即，可检测医疗器械的前端与管道内壁的接触。 因此，可防止过大的负荷作用于体内的管道。此外，本发明的计测装置组 装在Y连接器18上，因此可从Y连接器的输入端口 19对线状医疗器械进 行操作，从另一个输入端口 20注入药剂。例如，可从另一个输入端口20 注入用于减小与导管或导丝的摩擦的生理盐水。此外，例如可在将插入血 管中的导管从人体外部诱导至目标部位后，从另一个输入端口 20注入血管 造影剂，从而将血管造影剂注入至体内的目标部位。
图16是表示安装在模拟人体的训练用模拟器上使用的例子的示意图。 图16中，模拟器26显示的是与线状医疗器械所插入的人体的管道的透视 图像相同的模拟透视图像27。计测装置本体2上连接有导管24，导管24 中具有将计测装置本体2的贯通孔3贯穿的导丝23。正在训练的操作者25 一边看着模拟透视图像27 —边操作导丝23。模拟器26使所插入的导丝23 的插入阻力变化。当把持导丝23的操作者25沿长轴方向对导丝23施加力 时，如果存在插入阻力，则导丝23在长轴方向上受到压縮力的作用。操作 时的阻力、即由计测装置所计测的作用在导丝23上的压縮力被显示在可视 化器械22上，并同时通过电缆28传递至模拟器26，从而有助于改变模拟 器26内部的导丝23的插入阻力。图16中，计测装置本体2与模拟器26 分离，但计测装置本体2也可与模拟器26组装为一体。此外，也可不具有 可视化器械22，而是在模拟器26的模拟透视图像27中显示作用在导丝23上的压縮力。
藉此，可将熟练操作者的手艺定量化，将定量的手艺传授给经验较少 的操作者。因此，可快速提高经验较少的操作者的手艺。
另外，上述说明中，列举了线传感器作为用于检测线状体的弯曲程度 的传感器，但即使用在平面上以例如矩阵状排列配置多个光接收元件而成 的二维的阵列传感器来代替线传感器之类的一维的阵列传感器，也可进行
线状体的弯曲程度的检测。而且，由于只要能检测出线状体的弯曲程度即 可，因此也可使用例如用于检测弯曲的峰的高度的非接触的距离传感器、 或用于检测线状体的位置的位置传感器等。
应了解，本次所揭示的实施方式中，所有的点均为示例，而非限定性 的描述。本发明的范围不是通过上述说明、而是通过权利要求来揭示的， 包括与权利要求相同的意思以及范围内的所有改变。
工业上利用的可能性
本发明的计测装置特别适用于作用在插入体内的管道中的线状医疗器 械等具有柔性的线状体上的压縮力的计测装置。
权利要求
1. 一种计测装置，用于计测作用在具有柔性的线状体(1)上的长轴方向的压缩力，其特征在于，包括本体(2)，该本体(2)上形成有供所述线状体(1)贯穿的贯通孔(3)，当所述压缩力作用于所述线状体(1)时，所述线状体(1)在所述贯通孔(3)的内部朝规定的方向弯曲，所述计测装置还包括用于检测所述弯曲的程度的传感器(16)；以及变换电路，该变换电路用于将检测出的所述弯曲的程度变换成作用在所述线状体(1)上的所述压缩力，在所述贯通孔(3)的内壁(7)上以沿所述贯通孔(3)贯穿所述本体(2)的形态形成有槽(12)。
2. 如权利要求l所述的计测装置，其特征在于， 在所述线状体(1)发生弯曲的所述贯通孔(3)的内部，沿着位于所述线状体(1)的弯曲的内侧的所述贯通孔(3)的所述内壁(7)形成有所述槽(12)， 所述贯通孔(3)形成为如下形态在所述线状体(l)发生弯曲的所述贯 通孔(3)的内部，位于所述线状体(1)的弯曲的外侧的所述贯通孔(3)的所述 内壁(8、 9)远离位于所述线状体(1)的弯曲的内侧的所述贯通孔(3)的所述 内壁(7)，其距离超过所述槽(12)的宽度与所述线状体(1)的直径的总和， 从而形成空间(ll)。
3. 如权利要求l所述的计测装置，其特征在于，组装在医疗器械(18) 上使用。
4. 如权利要求l所述的计测装置，其特征在于，安装在模拟人体的训 练用模拟器(26)上使用。
5. —种计测装置，用于计测作用在具有柔性的线状体(l)上的长轴方 向的压縮力，其特征在于，包括本体(2)，该本体(2)上形成有供所述线状体(1)贯穿的贯通孔(3)， 当所述压縮力作用于所述线状体(l)时，所述线状体(l)在所述贯通孔(3)的内部朝规定的方向弯曲， 所述计测装置还包括用于检测所述弯曲的程度的传感器(16);以及变换电路，该变换电路用于将检测出的所述弯曲的程度变换成作用在 所述线状体(l)上的所述压縮力，所述贯通孔(3)形成为如下形态在所述贯通孔(3)的两端部具有用于对所述线状体(l)在所述长轴方向以外的方向上的移动进行限制的约束部 (5、 6)，所述贯通孔(3)形成为如下形态当使所述线状体(l)贯穿所述贯通孔(3)、且不对所述线状体(l)施加重力以外的外力时，在所述本体(2)的供所 述线状体(1)贯穿的出入口(4)的外部，所述线状体(1)与所述约束部(5、 6) 平行。
6. 如权利要求5所述的计测装置，其特征在于，在所述贯通孔(3)的 内壁(7)上以沿所述贯通孔(3)贯穿所述本体(2)的形态形成有槽(12)。
7. —种计测装置，用于计测作用在具有柔性的线状体(l)上的长轴方 向的压縮力，其特征在于，包括本体(2)，该本体(2)上形成有供所述线状体(1)贯穿的贯通孔(3)， 当所述压缩力作用于所述线状体(l)时，所述线状体(l)在所述贯通孔 (3)的内部朝规定的方向弯曲， 所述计测装置还包括用于检测所述弯曲的程度的传感器(16);以及变换电路，该变换电路用于将检测出的所述弯曲的程度变换成作用在 所述线状体(1)上的所述压縮力，所述贯通孔(3)形成为如下形态在所述线状体(l)发生弯曲的所述贯通孔(3)的内部，位于所述线状体(1)的弯曲的外侧的所述贯通孔(3)的内壁 (8、 9)远离位于所述线状体(1)的弯曲的内侧的所述贯通孔(3)的所述内壁 (7)，从而形成空间(ll)，所述贯通孔(3)形成为如下形态位于所述线状体(l)的弯曲的外侧的 所述贯通孔(3)的所述内壁(8、 9)呈向所述贯通孔(3)的内侧凸出的曲面形状。
8. 如权利要求7所述的计测装置，其特征在于，所述贯通孔(3)形成为如下形态当所述压縮力作用于所述线状体(l)、 所述线状体(1)发生弯曲时，所述线状体(1)的一部分从位于所述线状体(1)的弯曲的外侧的所述贯通孔(3)的所述内壁(8、 9)分离，所述贯通孔(3)形成为如下形态随着所述压縮力的增大，所述线状体(1)从所述内壁(8、 9)分离的点、即接点间的距离(W)减小。
9. 如权利要求7所述的计测装置，其特征在于，所述贯通孔(3)形成为如下形态在所述贯通孔(3)的两端部具有用于对所述线状体(l)在所述长轴方向以外的方向上的移动进行限制的约束部(5、 6)，所述贯通孔(3)形成为如下形态所述约束部(5、 6)的延长线所成的角 度(a)为30。以上50°以下。
10. 如权利要求7所述的计测装置，其特征在于， 所述贯通孔(3)形成为如下形态在所述贯通孔(3)的两端部具有用于对所述线状体(l)在所述长轴方向以外的方向上的移动进行限制的约束部 (5、 6)，所述贯通孔(3)形成为如下形态所述约束部(5、 6)的延长线与所述延 长线上的位于所述线状体(1)的弯曲的外侧的所述贯通孔(3)的所述内壁 (8、 9)的切线所成的角度(P)为100°以上130°以下。
全文摘要
本发明提供一种计测装置(2)，在对插入管道中的线状体进行操作时，该计测装置(2)可在管道外部检测管道内部的障碍物的存在。本发明提供一种使用简便的计测装置(2)，利用该计测装置(2)，可在不降低计测精度的情况下对作用在前端附有用于栓塞动脉瘤的线圈的导丝之类的具有比线状体粗的鞘的线状体上的长轴方向的压缩力进行计测。此外，可将约束部(5、6)的长度控制在最小限度，实现计测装置(2)的小型化。本发明还提供一种不论线状体的压曲负荷的大小如何、均可对作用在线状体上的长轴方向的压缩力进行计测的计测装置(2)，由于可对具有多种材质的线状体使用同一计测装置(2)，因此十分经济。
文档编号A61M25/01GK101512312SQ200780032540
公开日2009年8月19日 申请日期2007年8月30日 优先权日2006年9月5日
发明者佐野明人, 永野佳孝, 藤本英雄 申请人:国立大学法人名古屋工业大学;Ntn株式会社