JPH08322809A - 触覚センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は短時間で、しかも比較的精度よく測定
対象の広範囲な面に対しての硬さ変化の情報を得ること
ができる硬さセンサを提供することを目的とするもので
ある。 【構成】本発明は、少なくとも１つ以上の超音波振動子
を含み、生体組織に接触させる測定用接触部を有した触
覚センサ用プローブ１と、前記測定用接触部を生体組織
に接触させたときの超音波振動子９の共振特性の変化を
検出しこれを生体組織の硬さの情報とするための検出回
路２２と、前記測定用接触部が接触する生体組織部位２
６の表面で前記超音波振動子９が作用する領域が２次元
的にならしめることを特徴とする触覚センサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体などの物体に接触
させてその接触部分における硬さを検知する触覚センサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の触覚センサの従来技術として、
まず、特開平２−２９０５２９号公報に開示された硬さ
センサがある。この硬さセンサは物体に接触させる振動
板上に圧電素子を設け、この圧電素子には発信回路と、
物体に接触したときに生じる共振周波数の変化を検出す
る検出回路を接続してなり、検出回路からの出力により
物体の硬さを計測するものである。

【０００３】また、特公昭４０−２７２３６号公報では
柔軟度測定装置が提案されている。この装置は超音波発
振器よりの電気エネルギーを圧電素子を介して超音波振
動エネルギーに変換し、この超音波振動エネルギーを金
属針に与える一方、金属針の先端の超音波振動に対する
機械的負荷の変化を、前記圧電素子における音響インピ
ーダンスの変化として取り出して、金属針の先端が当た
る物体の柔軟度を測定するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらの従来例におい
ては測定場所が点または非常に狭い面であり、いずれの
場合も広がりを持った面内においての硬さを知るもので
はない。また、このような測定装置を用いて広がりを持
った面内においての硬さ情報を得ようとする場合には圧
電振動子を含むセンシング部分を手で動かす必要がある
が、その際に測定対象物体に対する押圧力量が大きく変
動する。押圧力量が大きく変化すれば当然に押圧された
部分の硬さも変化して同一条件としての情報が得にくく
なる。

【０００５】さらに言えば、特に対象物体が生体である
場合、本来柔軟な組織が多く、シビアな測定、つまり均
一な押圧で広範な面内における圧電素子の移動が実際上
困難である。接触面積の小さいセンサ先端を、ある範囲
に渡って均一な力量で移動させることはかなりの熟練を
要する。しかも、慎重な操作と多大な時間を要する割に
正確な測定結果を得にくいものである。

【０００６】本発明は前記課題に着目してなされたもの
で、その目的とするところは短時間で、しかも比較的精
度よく測定対象の広範囲な面に対しての硬さ変化の情報
を得ることができる硬さセンサを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決する手段および作用】本発明は、少なくと
も１つ以上の超音波振動子を含み、生体組織に接触させ
る測定用接触部を有した触覚センサプローブと、 前記
測定用接触部を生体組織に接触させたときの超音波振動
子の共振特性の変化を検出しこれを生体組織の硬さの情
報とするための検出手段と、 前記測定用接触部が接触
する生体組織の表面で前記超音波振動子が作用する領域
が２次元的にならしめる駆動手段を具備したことを特徴
とする触覚センサである。超音波振動子を２次元的に走
査可能な手段により走査することで広範囲にわたり共振
特性の変化を測定できる。

【０００８】

【実施例】

＜第１の実施例＞図１及び図２を参照して、本発明の第
１の実施例を説明する。 （目的）この実施例の目的は主に短時間に広範囲な面に
対して硬さの変化の情報を得ることと、人体に対して低
侵襲な状態で体腔内に挿通でき、体腔内臓器に対して直
接に接触させて硬さ変化の情報が得られるようにするこ
とにある。 （構成）図１は触覚センサのシステムの概要を示す。本
システムは生体に接触させる触覚センサ用プローブ１及
びプローブ制御部２を備える。プローブ１は生体に接触
させる先端部３と、先端部３の向きを変えることを許容
する弾性湾曲部４と、これに続く挿入管５と、この挿入
管５の基端に設けた駆動部６と、操作時に必要な把持部
７とを備え、さらにプローブ１の把持部７には前記プロ
ーブ制御部２との信号をやり取りするケーブル８が接続
されている。プローブ１における先端部３の側面部分に
はこれに納められた超音波振動子９を有するセンサ部１
０が設けられている。超音波振動子９には信号線１１が
接続されている。

【０００９】プローブ１は直列に連結した先端部３、弾
性湾曲部４、及び挿入管５の部材の外径が略同径であ
り、これらの部分は図２で示すように、トラカール等の
外套管１２を介して体腔内に挿入され得るものである。
先端部３及び弾性湾曲部４は軸受け部１３を介して挿入
管５に対して回動自在に固定されている。挿入管５は駆
動部６のケース１４に固定されている。

【００１０】ケース１４内には駆動力伝達軸１５を連結
した回転駆動源１６が配設されている。駆動力伝達軸１
５は挿入管５に挿通され、その駆動力伝達軸１５の先端
は前記湾曲部４に固定されている。駆動力伝達軸１５内
には前記信号線１１が配設されている。先端部３と弾性
湾曲部４は駆動力伝達軸１５を介して回転駆動源１６に
より操作されて挿入管５を中心として回転する手段、つ
まり前記センサ部１０が測定用接触部となって、これが
接触する生体組織の表面で前記超音波振動子９が作用す
る領域が２次元的にならしめる駆動手段を構成する。

【００１１】駆動部６内には駆動力伝達軸１５の回転情
報を得るためのエンコーダ１７、信号線１１を通じての
センサ部１０との電気信号を中継するスリップリング１
８が設けられている。

【００１２】一方、本システムにおいてのプローブ制御
部２は大きく次のように分けられる。つまり、プローブ
１の先端部３内に収められたセンサ部１０に超音波駆動
信号を送るための超音波駆動ユニット２１と、センサ部
１０にて検知される共振周波数を測定する周波数カウン
トユニット２２と、この周波数カウントユニット２２で
測定された周波数変化、またはそれに対応した生体組織
部位の硬さの表示をする表示ユニット２３と、先端部３
の走査を行うために回転駆動源１６を制御する走査制御
ユニット２４とである。 （作用・効果）このプローブ１を使用する場合、図２で
示すように予め体腔壁２５に穿刺した外套管１２を通じ
て体腔内へプローブ１の先端部３を挿入し、弾性湾曲部
４を屈曲させて挿入管５に対して先端部３が略直角な状
態にし、センサ部１０が体腔内の生体組織部位２６の表
面に接触させる。駆動力伝達軸１５を通じて回転駆動源
１６の回転力を先端部３と弾性湾曲部４に伝えると、そ
の屈曲状態を保持しながら先端部３と弾性湾曲部４は挿
入管５を中心として矢印で示す如く回転する。つまり、
弾性湾曲部４の弾性により先端部３はそのセンサ部１０
が生体組織部位２６の表面に常に接触させたまま移動す
ることにより、そのセンサ部１０は生体組織部位２６の
表面を円環状に走査する。このときのセンサ部１０にて
検知される共振周波数を周波数カウントユニット２２で
測定する。周波数変化は一般に柔らかい物質程、空中で
の周波数に対する変化量が大きくなる特性がある。そこ
で、その周波数の変化によりそれに対応した生体組織部
位の硬さを測定する。

【００１３】つまり、前記センサ部１０が測定用接触部
となって、これが接触する生体組織の表面で前記超音波
振動子９が作用する領域が２次元的にならしめるように
駆動される。このことにより生体組織部位の広い範囲に
わたって硬さ変化の情報が得られる。さらに、エンコー
ダ１７により硬さ情報と順次操作される位置の情報を関
連づけることも可能であり、このようにすれば、広い範
囲にわたっての各位置の硬さ情報を個別的に得ることが
できる。

【００１４】また、プローブ１はトラカール等の外套管
１２を介して挿入可能であるので、被検者に対する侵襲
が少なく、それでいて体腔内では挿入管５に対して先端
部３を屈曲させた上でその先端部３を回転できるので、
その外套管１２の外径に比しても広い範囲の硬さ測定が
効率よくできる。さらに体腔内に挿入することで、目的
部位に対してより直接的にセンサ部１０を当てがうこと
が可能となった。加えて、弾性湾曲部４によりセンサ部
１０が常に適当な圧力にて付勢されており、また接触圧
力が安定し、硬さ測定の精度を高めることができる。 ＜第２の実施例＞図３を参照して、本発明の第２の実施
例を説明する。 （目的）この実施例の目的は主に簡単な構成により短時
間で、しかも比較的精度よく広範囲な面に対して硬さ変
化の情報が得られ、また安価なシステムを提供できるよ
うにすることにある。 （構成）この実施例のプローブ３０はハウジング３１を
備える。ハウジング３１の前面開口部には例えばシリコ
ンゴム等の弾性のある膜体３２が張設されている。ハウ
ジング３１の内部には超音波振動子３３と振動伝搬体３
４からユニット化されたセンサユニット部３６が設けら
れている。振動伝搬体３４は先端部３７がその先端に僅
かな丸みのある円錐形に形成されている。ハウジング３
１の内部にはボールネジ３８が前記膜体３２の表面と平
行に配置され、ハウジング３１の片側にはボールネジ３
８を駆動するステッピングモータ３９が設けられてい
る。ステッピングモータ３９によるボールネジ３８の回
転情報はエンコーダ４０により得られるようになってい
る。

【００１５】ユニット化されたセンサユニット部３６は
ボールネジ３８に支持され、ボールネジ３８の回転によ
って図面上の水平方向、つまり膜体３２の表面に沿った
方向に移動可能である。つまり、生体組織の表面で前記
超音波振動子が作用する領域が２次元的にならしめる駆
動手段を構成している。センサユニット部３６の振動伝
搬体３４の先端部３７はこの移動中において膜体３２の
内面に滑らかに接するように設けられている。超音波振
動子３３についての信号の送受はコイル状に巻かれてい
る伸縮性信号ケーブル４１によって行われる。

【００１６】この信号ケーブル４１はステッピングモー
タ３９への駆動信号ケーブル４２と共に前述したような
プローブ制御部に導かれている。プローブ制御部にはセ
ンサユニット部３６に超音波駆動信号を送るための超音
波駆動ユニットと、センサユニット部３６にて検知され
る共振周波数を測定する周波数カウントユニットと、こ
の周波数カウントユニットで測定された周波数変化を表
示する表示ユニットと、センサユニット部３６の走査を
行うために回転駆動源としてのステッピングモータ３９
を制御する走査制御ユニット等が設けられている。ま
た、エンコーダ４０によって得たボールネジ３８の回転
情報もそのプローブ制御部に伝送されるようになってい
る。 （作用・効果）この実施例のプローブ３０を使用する場
合、図３で示すように予め生体組織部位４４の表面に膜
体３２を当てがう。そして、プローブ制御部に指令を与
えてステッピングモータ３９を駆動し、ボールネジ３８
を回転してセンサユニット部３６を膜体３２に沿って移
動させる。センサユニット部３６における振動伝搬体３
４の先端部３７は膜体３２の内面に滑らかに接するよう
に移動し、膜体３２を介して生体組織部位４４の表面に
押し当たり直線的に移動して２次元的な走査を行う。こ
のことにより広い範囲にわたっての硬さ変化の情報が得
られる。さらに、エンコーダ４０により、硬さ情報と位
置情報を関連づけることも可能であり、このようにすれ
ば、広い範囲にわたっての各位置の硬さ情報を個別的に
得ることができる。

【００１７】この実施例によれば、単一の超音波振動子
を機械的に走査しながら硬さ情報を得る方法をとってい
るので、超音波振動子の固体差の補正をする必要がな
い。したがって、周波数変化を測定する場合の精度がよ
い。

【００１８】また、配線も少なく構造が簡単なため、安
価なプローブが実現できる。さらに、プローブ制御部内
の回路も簡略化されるので、システムとしても安価にな
る。加えて、水平走査幅に合わせて成形されているハウ
ジングに対して膜体が張ってあるので、被検物に対して
本プローブを当てがう事で、走査範囲内を均一に押圧す
ることが可能であり、測定精度が向上する。

【００１９】なお、この実施例のプローブは体腔内に導
入して使用するように比較的小型に構成して体腔内の生
体組織の硬さの測定にも使用することが可能である。 ＜第３の実施例＞図４を参照して、本発明の第３の実施
例を説明する。 （目的）この実施例の目的は主に簡単な構成により短時
間で、しかも比較的精度よく広範囲な面に対して硬さ変
化の情報が得られるシステムを提供し、さらに、安価で
かつ故障のしにくいプローブを提供できるようにするこ
とにある。 （構成）この実施例のプローブ５０はハウジング５１を
備える。ハウジング５１の前面開口部には例えばシリコ
ンゴム等の弾性のある膜体５２が張設されている。ハウ
ジング５１の内部には超音波振動子５３と振動伝搬体５
４からユニット化された同一構成のセンサユニット部５
６が複数個、並べて固定的に配設されている。センサユ
ニット部５６の振動伝搬体５４は先端部５７がその先端
に僅かな丸みのある円錐形に形成されている。複数個の
センサユニット部５６は振動伝搬体５４の先端部５７が
膜体５２の内表面に当たるように一列で、かつ互いに平
行で密接する状態で隣接して配置されている。つまり、
生体組織の表面で前記超音波振動子５３が作用する領域
が２次元的にならしめる駆動手段を構成している。

【００２０】超音波振動子５３への信号の供給はケーブ
ル部５８を介して前述したようなプローブ制御部に導か
れている。プローブ制御部には各センサユニット部５６
に超音波駆動信号を送るための超音波駆動ユニットと、
各センサユニット部５６にて検知される共振周波数をそ
れぞれ測定する周波数カウントユニットと、この周波数
カウントユニットで測定された周波数変化を表示する表
示ユニット等が設けられている。なお、超音波駆動ユニ
ットは超音波振動子５３の数だけ内蔵するか、もしくは
駆動信号切り替え回路を用いて駆動ユニットの数を超音
波振動子５３の数より減らしてもよい。 （作用・効果）この実施例のプローブ５０を使用する場
合、その膜体５２を生体組織部位の表面に当てがう。そ
して、プローブ制御部に指令を与えて各センサユニット
部５６の超音波振動子５３を駆動し、各センサユニット
部５６にて検知される共振周波数を測定する。この共振
周波数の違いから硬さ変化の情報が得られる。各センサ
ユニット部５６がライン状に２次元的に配置されてお
り、このため、広い範囲にわたっての硬さ変化の情報が
得られる。また、広い範囲にわたって各センサユニット
部５６に対応した各位置の硬さ情報をそれぞれ個別的に
得ることができる。

【００２１】複数のセンサユニット部５６の超音波振動
子５３がほぼ同時に駆動できるので、非常に短時間に測
定が行える。したがって、被検者に対する時間的制約が
少なくて済む。ハウジング５１及び膜体５２がある程度
の面積を持っているので、均一な押圧が得られ、硬さの
測定精度が向上する。プローブ５０自身が機械的に動く
要素を持っていないため、一旦、組立てると故障しにく
い。 ＜第４の実施例＞図５及び図６を参照して、本発明の第
４の実施例を説明する。 （目的）この実施例の目的は短時間で、しかも比較的精
度よく広範囲な面に対して硬さ変化の情報が得られるシ
ステムを提供することにある。 （構成）この実施例のプローブ６０はハンドル６１を備
えた本体６２に対して回転自在なドラム６３を備える。
ドラム６３にはスリップリング６４を有する。ドラム６
３はその円筒状のハウジング６５の一部に同じく例えば
シリコンゴム等の弾性のある円筒状の膜体６６を張り、
この中に複数のセンサユニット部６７を放射状に配置し
たものである。センサユニット部６７は前記第３の実施
例と同様、超音波振動子６８と振動伝搬体６９からユニ
ット化された同一構成のものであり、その振動伝搬体６
９の先端部７０を外側に向けて膜体６６の内面に当てる
ようにする。ドラム６３に複数のセンサユニット部６７
を組み込むことにより生体組織の表面で前記超音波振動
子６８が作用する領域が２次元的にならしめる駆動手段
を構成している。複数のセンサユニット部６７はドラム
６３の回転中心を中心とする放射状に等間隔で配置され
ているが、センサユニット部６７の数を増やし、これら
を密に配置するため、その中心側基部を隣接側部７１を
細く狭めて密に突き合わせている。

【００２２】超音波振動子６８に接続されたケーブル部
７２はドラム６３の円筒中心に向かって束ねられ、図５
で示すスリップリング６４に接続され、ハンドル６１内
に挿通されたケーブル部７２と電気的に接続されてい
る。ケーブル部７２はハンドル６１の端面から導出さ
れ、前述したようなプローブ制御部に接続される。

【００２３】プローブ制御部には各センサユニット部６
７に超音波駆動信号を送るための超音波駆動ユニット
と、各センサユニット部６７にて検知される共振周波数
を測定する周波数カウントユニットと、この周波数カウ
ントユニットで測定された周波数変化を表示する表示ユ
ニット等が設けられている。なお、超音波駆動ユニット
は超音波振動子６８の数だけ内蔵するか、もしくは駆動
信号切り替え回路を用いて駆動ユニットの数をセンサユ
ニット部６７の数より減らしてもよい。 （作用・効果）この実施例のプローブ６０を使用する場
合、そのドラム６３を生体組織部位の表面に当てがって
転がす。そして、各センサユニット部６７の超音波振動
子６８を駆動し、各センサユニット部６７にて検知され
る共振周波数を測定する。この共振周波数の違いから硬
さ変化の情報が得られる。各センサユニット部６７が回
転するドラム６３に放射状に配されており、生体組織部
位の表面に当てがって転がすことによって広い範囲にわ
たっての硬さ変化の情報が得られる。また、広い範囲に
わたって各センサユニット部６７に対応した各位置の硬
さ情報をそれぞれ得ることができる。

【００２４】ハンドル６１を持ってドラム６３を転がす
ことによって単一のセンサユニット部６７を点接触させ
ることなく、常にハウジング６５を含めた広い面で対象
物を押さえながら硬さ測定が２次元的に測定することが
可能となり、しかも、ドラム６３を転動させるので、押
付け圧がバラつきにくく、精度よく硬さの変化の情報が
得られる。 ＜変形例＞前述した第３、第４の実施例においてセンサ
ユニット部は一列に並べて配置したが、センサユニット
部を複数列に配置してもよい。このようにすれば、測定
部位に対して、一度に多くのセンサユニット部を対向可
能となるため、広い範囲をより短時間に測定を行なうこ
とができる。

【００２５】図７及び図８を参照して、触覚センサシス
テムの他の例を説明する。 （構成）図７はこの例に係る触覚センサシステムの概略
的な構成を示しており、これには内視鏡８１内を通じて
体腔内に導入される触覚センサプローブ８２とプローブ
制御部８３とを備えている。

【００２６】触覚センサプローブ８２は長尺で可撓性の
挿入部８４を備えてなり、その挿入部８４の先端部８５
には図８で示すようなセンサユニット部が組み込まれて
いる。つまり、先端部８５には円筒状の超音波振動子８
６が挿入部８４の長軸に対して同軸的に配置した状態で
設けられ、さらに超音波振動子８６は先端カバー８７に
よって密着した状態で同軸的に覆われている。先端カバ
ー８７の外周側面は例えば管腔状の臓器に接触させる接
触部８８を形成している。円筒状の超音波振動子８６は
図８（ｂ）で示すようにその中心軸に対して径方向ｘの
振動を行うように分極されている。そして、自励発振に
よって超音波振動子８６と接触部８８が一体となって共
振周波数による径方向ｘの向きの振動を行うようになっ
ている。

【００２７】超音波振動子８６の電極には信号線８９が
接続されている。この信号線８９は挿入部８４の内部を
通じてその手元側に導かれた後、信号ケーブル９１を通
じてプローブ制御部８３に接続される。また、触覚セン
サプローブ８２の手元部には発振動作を操作する動作ス
イッチ９２が設けられている。術者はその動作スイッチ
９２を任意に操作することができるようになっている。

【００２８】前記プローブ制御部８３には超音波振動子
８６を共振周波数で振動させるための信号を発振する発
振回路９３が設けられている。発振回路９３には周波数
検出回路９４と電圧検出回路９５が接続されており、共
振周波数の変化や機械的インピーダンスの変化をモニタ
する手段を構成している。 （作用）この触覚センサシステムを使用して管腔状臓器
の硬さを測定し、病変部の位置を同定しようとする場合
には次のように行われる。まず、予め体腔内に挿入した
内視鏡８１のチャンネルを通じて触覚センサプローブ８
２を誘導し、内視鏡８１の観察下で、触覚センサプロー
ブ８２の先端部８５を患者９７の管腔状臓器９８内に挿
入する。図８（ａ）はその状態の様子を示している。

【００２９】そして、先端部８５の接触部８８を管腔状
臓器９８の内面に接触させながらその臓器９８内を移動
させる。ここで、術者が動作スイッチ９２を操作して発
振回路９３を動作させると、超音波振動子８６と接触部
８８が発振回路９３からの信号によって一体的に共振周
波数による振動を行う。接触部８８の臓器９８への接触
によって臓器９８の硬さに応じて機械的インピーダンス
が変化し、接触部８８の共振周波数は変化するが、発振
回路９３が自励発振を行うために共振周波数の変化に追
随した発振を行うことができる。この際の共振周波数の
変化は周波数検出回路９４によってモニターされ、また
電圧変化は電圧検出回路９５によってモニターされ、こ
れらの少なくとも一方の情報によって臓器９８の硬さの
変化情報として得ることができる。例えば、臓器９８の
粘膜下に局在する病変部９９の位置を硬さの変化情報に
よって同定することができる。 （効果）この実施例の触覚センサプローブ８２によれ
ば、触覚センサプローブ８２の挿入方向に対して垂直方
向の硬さ特性を周波数や電圧の変化として測定するた
め、管腔状臓器９８の粘膜下の例えば腫瘍等の病変部９
９の存在の判断のために、優れた操作性を発揮すること
ができる。

【００３０】図９及び図１０を参照して、触覚センサシ
ステムの例を説明する。 （構成）図９はこの例に係る触覚センサシステムの概略
的な構成を示しており、これにはトラカール外套管１０
１を通じて体腔内に導入される触覚センサプローブ１０
２とプローブ制御部１０３とを備えている。これとは別
に、トラカール外套管１０４を通じて体腔内に導入され
る硬性鏡１０５が用意されている。

【００３１】触覚センサプローブ１０２は長尺の硬性の
挿入部１０６を備えてなり、その挿入部１０６の先端部
１０７には図１０で示すようなセンサユニット部が組み
込まれている。つまり、先端部１０７には円筒状の超音
波振動子１０８が挿入部１０６の長軸に対して同軸的に
配置した状態で設けられている。超音波振動子１０８は
先端部１０７の中心軸方向ｘに振動するように分極され
ている。さらに超音波振動子１０８はその先端に触覚用
接触部を兼ねた振動角度変換素子１０９を有している。
振動角度変換素子１０９では超音波振動子１０８より受
けた振動を内部で反射させ、中心軸方向ｘと特定の角度
を持つ斜め前方へその振動方向を変換する。振動角度変
換素子１０９の先端部分はカバー１１１の孔１１２から
突出し、その最先端部分は僅かに丸みが付けられた接触
部１１３を形成している。

【００３２】超音波振動子１０８の電極には信号線１１
４が接続されている。この信号線１１４は挿入部１０６
の内部を通じてその手元側に導かれた後、信号ケーブル
１１５を通じてプローブ制御部１０３に接続される。ま
た、触覚センサプローブ１０２の手元部には発振動作を
操作する動作スイッチ１１６が設けられている。術者は
その動作スイッチ１１６を任意に操作することができる
ようになっている。

【００３３】前記プローブ制御部１０３には超音波振動
子１０８を共振周波数で振動させるための信号を発振す
る発振回路９３が設けられている。この発振回路９３に
は周波数検出回路９４と電圧検出回路９５が接続されて
おり、共振周波数の変化や機械的インピーダンスの変化
をモニタする手段を構成している。 （作用）この触覚センサシステムを使用して腹腔内臓器
の硬さを測定し、病変部の位置を同定しようとする場合
には次のようになる。トラカール外套管１０１を通じて
触覚センサプローブ１０２を腹腔内に挿入し、硬性鏡１
０５の観察下で、斜めに突き出した振動角度変換素子１
０９の先端にある接触部１１３を臓器１２１の表面に接
触させながらその臓器１２１の表面上を移動させる。こ
の際、術者が動作スイッチ１１６を操作することにより
発振回路９３を動作させる。接触部１１３のある振動角
度変換素子１０９と超音波振動子１０８は発振回路９３
からの信号によって一体的に共振周波数による振動を行
う。接触部１１３の先端部は触覚センサプローブ１０２
の軸に対して斜め前方に突出して振動している。このた
め、触覚センサプローブ１０２の斜め前方にある臓器１
２１へのアプローチが容易にできる。自励発振によって
超音波振動子１０８と振動角度変換素子１０９は一体と
なって共振周波数による振動を行う。また、図１０で示
すように接触部１１３ではその接触表面に垂直なｘ方向
の縦振動が行われる。そして、この接触部１１３の、臓
器１２１への接触によって臓器１２１の硬さに応じて機
械的インピーダンスが変化し、接触部１１３の共振周波
数は変化するが、発振回路９３が自励発振を行うために
共振周波数の変化に追随した発振を行う。共振周波数の
変化は周波数変化検出回路９４によってモニターされ、
また電圧変化は電圧検出回路９５によってモニターさ
れ、これらの少なくとも一方のものを臓器１２１の硬さ
の変化情報として得ることができる。硬さの変化によっ
て例えば、臓器１２１の内部に局在する病変部１２２の
位置を同定することができる。 （効果）触覚センサプローブ１０２の斜め前方の臓器１
２１に対して硬さ測定ができるために、それの操作性を
向上させることができる。

【００３４】図１１及び図１２を参照して、触覚センサ
プローブの例を説明する。 （構成）この例における触覚センサプローブ１３１はそ
の体腔内挿入部１３２の先端部近傍の上下両側面部分に
それぞれ薄い膜状のエネルギ閉込め型振動子１３３が配
置されている。このエネルギ閉込め型振動子１３３の数
は一つでも複数個でもよいし、また、エネルギ閉込め型
振動子１３３を１つの管状のものとして形成してもよい
ものである。

【００３５】エネルギ閉込め型振動子１３３は膜厚方向
に振動するが、触覚センサプローブ１３１の軸に対して
垂直方向に振動するように取り付けられており、外部に
対しては接触部１３４となるポリウレタン、シリコンな
どの樹脂膜によって外部に対して気密的に覆われてい
る。

【００３６】このエネルギ閉込め型振動子１３３は図１
２に示すように構成されている。すなわち、セラミック
等の圧電素子材の円弧状薄板１３５の両面に電極１３６
を形成してなり、円弧状薄板１３５はその膜厚方向に分
極されている。また、この超音波振動子１３３と接触部
１３４は一体となって共振周波数による自励発振が行わ
れ、触覚センサプローブ１３１の径方向ｘへ振動する。
エネルギ閉込め型振動子１３３は例えば半導体製造技術
を利用して形成できる。

【００３７】エネルギ閉込め型振動子１３３の電極１３
６には信号線１３７が接続されている。この信号線１３
７は前述したようなプローブ制御部に接続される。ま
た、触覚センサプローブ１３１の手元部には発振動作を
操作する動作スイッチ（図示し内。）が設けられてい
る。術者はその動作スイッチを任意に操作することがで
きるようになっている。

【００３８】前記プローブ制御部にはエネルギ閉込め型
振動子１３３を共振周波数で振動させるための信号を発
振する発振回路が設けられている。この発振回路には周
波数検出回路と電圧検出回路が接続されており、共振周
波数の変化や機械的インピーダンスの変化をモニタする
手段を構成している。 （作用）この触覚センサプローブ１３１は経内視鏡的に
管腔状臓器内に挿入し、その接触部１３４を臓器の内面
に接触させながらその臓器内を移動させる。この際、術
者が動作スイッチを操作することにより発振回路を動作
させる。超音波振動子１３３と接触部１３４は発振回路
からの信号によって一体的に共振周波数による振動を行
う。接触部１３４の臓器への接触によってその臓器の硬
さに応じて機械的インピーダンスが変化し、接触部１３
４の共振周波数は変化するが、発振回路が自励発振を行
うために共振周波数の変化に追随した発振を行うことが
できる。共振周波数の変化は周波数検出回路によってモ
ニターされ、また電圧変化は電圧検出回路によってモニ
ターされ、これらの少なくとも一方のものを臓器の硬さ
の変化情報として得ることができる。これから、例えば
臓器の粘膜下に局在する病変部の位置を同定することが
できる。 （効果）この実施例の触覚センサプローブ１３１によれ
ば、その挿入方向に対して垂直方向の硬さ特性を周波数
や電圧の変化として測定するため、管腔状臓器の粘膜下
の例えば腫瘍等の病変部の存在の判断のために、優れた
操作性を発揮することができる。 ［付記］ １．少なくとも１つ以上の超音波振動子を含み、生体組
織に接触させる測定用接触部を有した触覚センサプロー
ブと、 前記測定用接触部を生体組織に接触させたとき
の超音波振動子の共振特性の変化を検出しこれを生体組
織の硬さの情報とするための検出手段と、 前記測定用
接触部が接触する生体組織の表面で前記超音波振動子が
作用する領域が２次元的にならしめる駆動手段を具備し
たことを特徴とする触覚センサ。 ２．前記駆動手段が、複数の超音波振動子を備え、同時
に駆動するものであることを特徴とする付記第１項に記
載の触覚センサ。 ３．前記駆動手段が、複数の超音波振動子を備え、これ
らの超音波振動子を電気的に切り替えて駆動するもので
あることを特徴とする付記第１項に記載の触覚センサ。 ４．前記駆動手段が、１つの超音波振動子を機械的に走
査するものであることを特徴とする付記第１項に記載の
触覚センサ。 ５．前記駆動手段が、複数の超音波振動子を機械的に走
査するものであることを特徴とする付記第１項に記載の
触覚センサ。 ６．複数の超音波振動子を備え、これらの超音波振動子
が直線状に配されていることを特徴とする付記第１項に
記載の触覚センサ。 ７．複数の超音波振動子を備え、これらの超音波振動子
が円環状に配されていることを特徴とする付記第１項に
記載の触覚センサ。 ８．複数の超音波振動子を備え、これらの超音波振動子
がマトリクス状に配置されていることを特徴とする付記
第１項に記載の触覚センサ。 ９．前記駆動手段が、体腔内に挿通可能なプローブの挿
入部に弾性湾曲部を設け、この弾性湾曲部の先端側に設
けられた超音波振動子を含む測定用接触部を湾曲させた
状態で挿入部の中心軸回りに回動させるものであること
を特徴とする付記第１項に記載の触覚センサ。 １０．少なくとも１つ以上の超音波振動子を含み、生体
組織に接触させる測定用接触部を有した触覚センサプロ
ーブと、前記測定用接触部を生体組織に接触させたとき
の超音波振動子の共振特性の変化を検出しこれを生体組
織の硬さの情報とするための検出回路とを備えた触覚セ
ンサにおいて、測定部における超音波振動の振動の方向
が触覚センサプローブの中心軸と平行ではないことを特
徴とする触覚センサ。 １１．上記超音波振動子が円筒形状であり、その径方向
に分極していることを特徴とする付記第１０項に記載の
触覚センサ。 １２．上記超音波振動子と測定部との間に振動方向変換
部材が配置されていることを特徴とする付記第１０項に
記載の触覚センサ。 １３．上記超音波振動子がエネルギ閉込み型振動子であ
ることを特徴とする付記第１０項に記載の触覚センサ。 １４．上記エネルギ閉込め型振動子がプローブの側面に
取り付けられていることを特徴とする付記第１３項に記
載の触覚センサ。 （付記第１０〜１４の従来例と問題点）超音波振動する
プローブを生体組織に接触させ、プローブの共振周波数
の変化を検知することによって生体組織の硬さを測定す
る触覚センサが提案されている。このような触覚センサ
は、皮膚の弾性度を測定したり、内視鏡下に使用するこ
とによって、体腔内の粘膜下に局在する腫瘍の位置を同
定するために用いられている。しかしながら、従来の触
覚センサでは、測定部と一体となった軸方向に振動する
超音波振動子がプローブの先端部の軸上に配置されてい
るため、プローブの軸方向に測定物を接触させる必要が
あった。このため、プローブの側方や、斜め前方に存在
する生体組織の触覚を測定することが困難であり、操作
性が非常に悪いという問題があった。

【００３９】付記第１０〜１４は触覚センサのプローブ
の挿入方向にかかわらず、さまざまな方向に位置する生
体組織の触覚が測定することのできる操作性の良い触覚
センサを提供するものである。この構成のものによれ
ば、測定部における超音波振動の振動の方向がプローブ
の中心軸と平行ではないために、プローブ軸の斜め前方
や、側面にある生体組織に対して測定部における超音波
振動が生体表面に対して垂直方向に入力しやすく、操作
性の良い触覚センサとすることができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
音波の周波数変化により硬さ測定を行なうものにおい
て、短時間で、しかも精度よく広範囲な面に対して硬さ
の変化の情報が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係る触覚センサのシステムの概
要を示す説明図。

【図２】同じく、その触覚センサ用プローブの使用状態
の説明図。

【図３】第２の実施例に係る触覚センサ用プローブの説
明図。

【図４】第３の実施例に係る触覚センサ用プローブの説
明図。

【図５】第４の実施例に係る触覚センサ用プローブの斜
視図。

【図６】同じく、その触覚センサ用プローブの横断面
図。

【図７】触覚センサのシステムの概要を示す説明図。

【図８】同じく、その触覚センサ用プローブの説明図。

【図９】他の触覚センサのシステムの概要を示す説明
図。

【図１０】同じく、その触覚センサ用プローブの説明
図。

【図１１】さらに他の触覚センサの説明図。

【図１２】同じく、そのエネルギ閉込め型振動子の斜視
図。

【符号の説明】

１…触覚センサ用プローブ、２…プローブ制御部、３…
先端部、４…弾性湾曲部、５…挿入管、６…駆動部、９
…超音波振動子、１０…センサ部、１１…信号線、１４
…ケース、１５…駆動力伝達軸、１６…回転駆動源、１
７…エンコーダ、１８…スリップリング、２１…超音波
駆動ユニット、２２…周波数カウントユニット、２４…
走査制御ユニット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１つ以上の超音波振動子を含
   み、生体組織に接触させる測定用接触部を有した触覚セ
   ンサプローブと、 前記測定用接触部を生体組織に接触させたときの超音波
   振動子の共振特性の変化を検出しこれを生体組織の硬さ
   の情報とするための検出手段と、 前記測定用接触部が接触する生体組織の表面で前記超音
   波振動子が作用する領域が２次元的にならしめる駆動手
   段を具備したことを特徴とする触覚センサ。