CN103648395A - 转矩测定装置、方法及程序 - Google Patents
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Abstract
由第一角度获取部(430)获取贯穿了***构件(90)的线状体(10)的、靠***构件的入口侧的规定区域(121)中的特征部的旋转角度(θ1),由第二角度获取部(4200)基于***了被试验者的体内的线状体的图像来获取***了被试验者(80)的体内的线状体的弯曲部(1020)的朝向,从而获取线状体的前端处的旋转角度(α),由转矩算出部(460、460a、460b)根据第一角度获取部获取的规定区域的旋转角度与第二角度获取部获取的线状体的前端处的旋转角度之差来算出转矩。
Description
技术领域
本发明涉及对施加于具有柔软性的线状体的转矩进行测定的转矩测定装置、方法及程序。
背景技术
在专利文献1中记载有对线状体9006的弯曲量进行检测的装置。在专利文献1的装置中,在线状体9006的内部具有获取线状体9006的压挤状况的部分。因此,制造成本变大。
另外,在专利文献1记载有对线状体9006的***长度进行测定的***长度检测机构。在专利文献1的线状体9006的表面如图29所示以规定间隔的方式设有标记9021。传感器9022对通过的标记9021的数量进行计数,根据通过的标记9021的数量来获取向患者的体内***的线状体9006的长度。该***长度检测机构为对在传感器9022之前通过的线状体9006的长度进行测定的机构,并不是对线状体9006的两点之间的距离进行测定的机构。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】:日本特开平3-295534号公报
发明内容
本发明鉴于这样的现有技术的问题点而作出,其目的在于,提供获取现在难以获取的、对具有柔软性的线状体施加的转矩的大小的转矩测定装置、方法及程序。
【用于解决课题的方式】
为了实现所述目的,本发明如下构成。
根据本发明的一个方式,提供一种转矩测定装置,其在进行将线状体经由***构件而向被试验者的体内***的作业之际,对向所述线状体施加的转矩进行测定,该线状体设有沿轴向平行的线状的特征部且具有柔软性并在前端具有弯曲部,所述转矩测定装置具备:
第一角度获取部,其获取贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的规定区域中的所述特征部的旋转角度;
第二角度获取部,其基于***了所述被试验者的体内的所述线状体的图像获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述弯曲部的朝向,从而获取所述线状体的前端处的旋转角度;
转矩算出部,其根据所述第一角度获取部获取的所述规定区域的所述旋转角度和所述第二角度获取部获取的所述线状体的前端处的所述旋转角度之差来算出所述转矩,
其中,
所述线状体由位于前端侧且由第一原料形成的第一部和与所述第一部连结且由硬度与所述第一原料不同的第二原料形成的第二部构成,
所述第一角度获取部获取贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的规定区域中的所述第二部的所述特征部的旋转角度,
所述第二角度获取部基于***了所述被试验者的体内的所述线状体的图像获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述第一部的旋转角度,
所述转矩算出部根据所述第一角度获取部获取的所述线状体的所述第二部的所述旋转角度与所述第二角度获取部获取的所述线状体的所述第一部的所述旋转角度之差来算出所述转矩。
这些概括性且特定的方式也可以通过***、方法、计算机程序以及***、方法及计算机程序的任意的组合来实现。
发明效果
根据本发明的所述方式,能够获取对具有柔软性的线状体施加的转矩的大小。
附图说明
本发明的这些方式、其他的目的和特征根据与针对添加附图的优选实施方式相关联的以下记载而明确。在附图中:
图1是表示第一实施方式中的转矩测定装置的结构的图。
图2是表示第一实施方式中的第一线状体的结构的一例的图。
图3是表示第一实施方式中的第一转矩获取部的结构的图。
图4是表示在第一实施方式中拍摄部拍摄到的第一线状体的一例的图。
图5是表示第一实施方式中的位置获取部的位置获取处理流程的流程图。
图6是表示第一实施方式中的角度保持部的数据结构的一例的图。
图7是第一实施方式中的第一线状体的剖视图。
图8是表示第一实施方式中的第一角度获取部的处理流程的流程图。
图9是表示第一实施方式中的第一线状体的结构的一例的图。
图10是表示第一实施方式中的弯曲部的旋转的图。
图11是表示第一实施方式中的第二角度获取部的结构的图。
图12是表示第一实施方式中的立体图像的图。
图13是表示第一实施方式中的立体图像的二进制图像的图。
图14是表示第一实施方式中的位置保持部的数据结构的一例的图。
图15是表示基于第一实施方式中的三角测量来获取三维位置的图。
图16是表示第一实施方式中的三维位置保持部的数据结构的一例的图。
图17是表示第一实施方式中的矢量保持部的数据结构的一例的图。
图18是表示第一实施方式中的旋转角度获取部的处理流程的流程图。
图19是表示第一实施方式中的输出画面生成部生成的画面的图。
图20是表示第一实施方式的处理流程的流程图。
图21是表示第二实施方式中的转矩测定装置的结构的图。
图22是表示第二实施方式中的第二转矩获取部的结构的图。
图23是表示第二实施方式中的第二线状体的结构的一例的图。
图24是表示第二实施方式中的第二转矩获取部的转矩获取处理流程的流程图。
图25是表示第二实施方式的第一变形例中的第三转矩获取部的结构的图。
图26是表示第二实施方式的第一变形例中的***长度L和角度差与转矩的比例常数f(L)的关系的图。
图27是表示第二实施方式的第一变形例中的第三系数保持部所保持的数据的结构的图。
图28是表示第二实施方式的第一变形例中的第三转矩获取部的处理流程的流程图。
图29是表示专利文献1中的转矩测定装置的概要的图。
图30是表示在本发明的第二变形例中两种导丝A、B的比例系数的图。
图31A是表示第二变形例的系数获取装置的结构的图。
图31B是第二变形例的系数获取装置的槽的具体例的剖视图。
图32是在第二变形例的系数获取装置的固定部上固定有作为第一线状体的一例的导管的状态的图。
图33是表示第二变形例的系数获取装置所进行的系数获取处理流程的流程图。
具体实施方式
以下,根据附图对本发明所涉及的实施方式进行详细的说明。
以下,在参考附图对本发明中的实施方式进行详细说明之前,关于本发明的各种方式进行说明。
根据本发明的第一方式,提供一种转矩测定装置,其在进行将线状体经由***构件而向被试验者的体内***的作业之际,对向所述线状体施加的转矩进行测定,该线状体设有沿轴向平行的线状的特征部且具有柔软性并在前端具有弯曲部,所述转矩测定装置具备:
第一角度获取部,其获取贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的规定区域中的所述特征部的旋转角度;
第二角度获取部,其基于***了所述被试验者的体内的所述线状体的图像获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述弯曲部的朝向,从而获取所述线状体的前端处的旋转角度;
转矩算出部,其根据所述第一角度获取部获取的所述规定区域的所述旋转角度和所述第二角度获取部获取的所述线状体的前端处的所述旋转角度之差来算出所述转矩,
其中,
所述线状体由位于前端侧且由第一原料形成的第一部和与所述第一部连结且由硬度与所述第一原料不同的第二原料形成的第二部构成,
所述第一角度获取部获取贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的规定区域中的所述第二部的所述特征部的旋转角度,
所述第二角度获取部基于***了所述被试验者的体内的所述线状体的图像获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述第一部的旋转角度,
所述转矩算出部根据所述第一角度获取部获取的所述线状体的所述第二部的所述旋转角度与所述第二角度获取部获取的所述线状体的所述第一部的所述旋转角度之差来算出所述转矩。
根据本发明的第二方式,提供一种转矩测定装置,其在进行将线状体经由***构件而向被试验者的体内***的作业之际,对向所述线状体施加的转矩进行测定,该线状体设有沿轴向平行的线状的特征部且具有柔软性并在前端具有弯曲部,所述转矩测定装置具备:
第一角度获取部,其获取贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的规定区域中的所述特征部的旋转角度;
第二角度获取部,其基于***了所述被试验者的体内的所述线状体的图像获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述弯曲部的朝向,从而获取所述线状体的前端处的旋转角度;
转矩算出部,其根据所述第一角度获取部获取的所述规定区域的所述旋转角度和所述第二角度获取部获取的所述线状体的前端处的所述旋转角度之差来算出所述转矩,
其中,
所述线状体由位于前端侧且由第一原料形成的第一部和与所述第一部连结且由比所述第一原料硬的第二原料形成的第二部构成,
所述第一角度获取部获取贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的规定区域中的所述第二部的所述特征部的旋转角度,
所述第二角度获取部基于***了所述被试验者的体内的所述线状体的图像获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述第一部的旋转角度,
所述转矩算出部根据所述第一角度获取部获取的所述线状体的所述第二部的所述旋转角度与所述第二角度获取部获取的所述线状体的所述第一部的所述旋转角度之差来算出所述转矩。
根据所述第一及第二方式,能够获取对具有柔软性的线状体施加的转矩的大小。另外,即便具有柔软性的线状体由多种原料构成,也能够获取对线状体施加的转矩的大小。
根据本发明的第三方式,提供一种第一方式所记载的转矩测定装置,其中,
还具备系数获取装置,其根据所述线状体的原料之差来获取所述线状体的比例系数,
所述转矩算出部考虑基于由所述系数获取装置获取的系数而预先生成的所述系数与所述线状体的位置的关系信息来算出所述转矩。
根据所述第三方式,能够对比例系数未知的线状体10a获取比例系数。
根据本发明的第四方式,提供一种第一~第三任一方式所记载的转矩测定装置,其中,
还具备立体图像获取部,其对***了所述被试验者的体内的所述线状体的立体图像进行拍摄,
所述第二角度获取部基于所述立体图像获取部获取的所述立体图像获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述弯曲部的朝向,从而获取所述线状体的所述前端处的所述旋转角度。
根据所述第四方式,能够获取对具有柔软性的线状体施加的转矩的大小。
根据本发明的第五方式,提供一种第一~第四任一方式所记载的转矩测定装置,其中,还具备:
照相机,其对贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的所述规定区域进行拍摄;
位置获取部,其根据由所述照相机拍摄到的图像来获得所述规定区域中的所述特征部的位置,
所述第一角度获取部根据由所述位置获取部获取的所述规定区域中的所述特征部的位置来获取所述规定区域中的所述特征部的所述旋转角度。
根据所述第五方式,能够获取对具有柔软性的线状体施加的转矩的大小。
根据本发明的第六方式,提供一种第一~第五任一方式所记载的转矩测定装置,其中,所述转矩测定装置还具备:
判定部,其判定所述转矩算出部获取的所述转矩是否比规定的值大;
输出部,其在所述判定部判定所述转矩比所述规定的值大时输出警告。
根据所述第六方式,在对具有柔软性的线状体施加的转矩的大小比规定的值大的情况下,操作者接收警告而能够进行使转矩不再继续增大那样的操作等处理。
根据本发明的第七方式,提供一种转矩测定方法,其在进行将线状体经由***构件而向被试验者的体内***的作业之际,对向所述线状体施加的转矩进行测定,该线状体设有沿轴向平行的线状的特征部且具有柔软性并在前端具有弯曲部,其中,包括:
在所述线状体由位于前端侧且由第一原料形成的第一部和与所述第一部连结且由硬度与所述第一原料不同的第二原料形成的第二部构成的情况下,由第一角度获取部来获取贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的规定区域中的所述第二部的所述特征部的旋转角度,
由第二角度获取部基于***了所述被试验者的体内的所述线状体的图像来获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述第一部的朝向,从而获取所述线状体的所述第一部的旋转角度,
由转矩算出部根据所述第一角度获取部获取的所述线状体的所述第二部的所述旋转角度与所述第二角度获取部获取的所述线状体的所述第一部的所述旋转角度之差来算出所述转矩。
根据所述第七方式,能够获取对具有柔软性的线状体施加的转矩的大小。另外,即便具有柔软性的线状体由多种原料构成,也能够获取对线状体施加的转矩的大小。
根据本发明的第八方式,提供一种转矩测定程序,其在进行将线状体经由***构件而向被试验者的体内***的作业之际,对向所述线状体施加的转矩进行测定,该线状体设有沿轴向平行的线状的特征部且具有柔软性并在前端具有弯曲部,其中,
在所述线状体由位于前端侧且由第一原料形成的第一部和与所述第一部连结且由硬度与所述第一原料不同的第二原料形成的第二部构成的情况下,
所述转矩测定程序用于使计算机执行如下的步骤:
由第一角度获取部获取贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的规定区域中的所述第二部的所述特征部的旋转角度的第一角度获取步骤,
由第二角度获取部基于***了所述被试验者的体内的所述线状体的图像来获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述第一部的朝向,从而获取所述线状体的所述第一部中的旋转角度的第二角度获取步骤,
由转矩算出部根据所述第一角度获取部获取的所述线状体的所述第二部的所述旋转角度与所述第二角度获取部获取的所述线状体的所述第一部的所述旋转角度之差来算出所述转矩的转矩算出步骤。
根据所述第八方式,能够获取对具有柔软性的线状体施加的转矩的大小。另外,即便具有柔软性的线状体由多种原料构成,也能够获取对线状体施加的转矩的大小。
<第一实施方式>
图1是表示本发明的第一实施方式的转矩测定装置1的结构的图。为了对第一线状体10的转矩进行测定,转矩测定装置1具备:立体图像获取装置20;拍摄部31;第一转矩获取部40;***长度获取部60。
第一线状体10为具有柔软性且剖面为圆形的细长的构件,为在前端具有弯曲部1020(参考图9)的线状体。具体而言为导管或者导丝等。第一线状体10通过护套90(具有将第一线状体10向体内***的***口的***构件的一例)的***口90a而向被试验者80的血管等生物体管***。护套90对第一线状体10的仅轴向上的移动及绕轴向的旋转运动以外的移动进行限制。即,线状体10的向与轴向正交的半径方向的移动被护套90限制。
图2是从图1的上方向下方的方向观察第一线状体10之际的第一线状体10的放大图。在第一线状体10的表面预先设有与第一线状体10的轴线方向(长边方向)平行的线状的特征部、例如线110。需要说明的是,线110可以为印刷在第一线状体10的外表面上的线、或者也可以为由形成在第一线状体10的外表面上的槽或者突起等高低差形成的线。另外,线110也可以为由点的聚集构成的线。另外,图2中仅仅示出了位于被试验者90的体外部分的第一线状体10,而在体内部分也同样地设有线110。
立体图像获取装置20具备第一及第二X射线产生部23及24和与各X射线产生部对应的第一及第二X射线检测部21及22。第一及第二X射线产生部23及24对于床70上的患者(被试验者的一例)80的拍摄对象部位分别照射放射线(例如X射线),第一及第二X射线检测部21及22分别对穿过了患者80的X射线图像进行检测。
第一及第二X射线产生部23及24各自具有采用高电压而产生X射线的X射线管和通过对X射线的一部分进行遮蔽而控制照射视野的X射线光圈器,从互不相同的角度以交叉的方式向床70上的患者80照射X射线。第一及第二X射线检测部21、22分别接收从第一及第二X射线产生部23及24穿过了患者80的X射线而记录图像信息,并将记录的图像信息向第一转矩获取部40输出。例如,第一及第二X射线检测部21、22分别构成为配置有X射线感应层,将X射线变换为数字数据并输出的FPD(Flat Panel Detector)。第一及第二X射线检测部21、22在被照射X射线时,分别将表示照射出的X射线图像的图像信息向第一转矩获取部40输出。
拍摄部31固定配置在护套90的附近,为对在使第一线状体10相对于护套90的***口90a出入时被护套90约束的第一线状体10的(图1及图2中的)、靠护套90的***口90a的入口侧的外侧附近的位置进行拍摄的装置(例如照相机)。拍摄部31的拍摄范围为图2的例如长方形的规定区域121。从护套90到规定区域121为止的距离d期望较短。例如,在此设为d=0mm。
拍摄部31具体而言为例如由CCD照相机构成的线路传感器,获取规定区域121的各位置处的亮度。在此为了使说明简单,预先以规定区域(长方形的拍摄范围)121相对于护套90的沿着长边方向的中心轴正交的方式配置有拍摄部31。另外,以规定区域121的中心位于护套90的中心轴的延长线上的方式进行配置。
***长度获取部60获取向护套90的***口90a***的第一线状体10的长度。例如,具有与第一线状体10例如导管的表面抵接并与第一线状体10的进退连动而旋转的辊61、测定辊61的旋转角度的编码器62及根据编码器62的旋转角度的值的变化量算出***长度的计算部63。计算部63将计算出的***长度向第一转矩获取部40输出。需要说明的是,***长度获取部60也可以为检测在第一线状体10的表面预先以规定的长度间隔标记的***长度获取用特征点,并根据检测出的***长度获取用特征点的通过数来算出***长度的结构。
第一转矩获取部40根据立体图像获取装置(立体图像获取部)20及拍摄部31获取的图像和***长度获取部60获取的***长度,来获取对第一线状体10施加的转矩的大小。第一转矩获取部40具体而言通过例如计算机来实现。图3是表示第一转矩获取部40的结构的图。以下,对于构成第一转矩获取部40的各部进行说明。
第一转矩获取部40具备:位置获取部410;位置保持部420;第一角度获取部430;第二角度获取部4200;角度保持部440;角度差获取部450;角度差保持部455;第一转矩算出部460;第一系数保持部470;输出画面生成部490;转矩保持部480;判定部4100;输出部52。
位置保持部420对后述的位置获取部410获取的特征部、即线110的绕第一线状体10的轴向的位置进行保持。具体而言,位置保持部420通过例如计算机装置中的寄存器、高速缓冲存储器、RAM、软盘、CD、DVD、SD卡、磁卡、或者IC卡那样的存储机构来实现(以后,名称上标有保持部的部分通过同样的存储机构来实现)。
向位置获取部410输入拍摄部31获取的图像。基于该图像,由位置获取部410将规定区域121中的线110的位置作为特征部获取。例如,位置获取部410在第一线状体10自身的外表面为白且线110为黑的情况下,提取黑的位置。图4是表示在拍摄部31为由15像素构成的线路传感器的情况下所拍摄的图像的图。在此,为了简单化,对以第一线状体10的(作为与轴向垂直的朝向的)宽度整体被该15像素拍摄的方式来配置拍摄部31的情况进行说明。如图4所示,对各像素从上(一端)到下(另一端)依次赋予编号(n=0,1,2,……,14)。在图4的情况下,位置获取部410进行获取作为像素5的编号的“5”的处理。
具体而言,位置获取部410判定所拍摄的图像的各像素的亮度是否在阈值以下,将亮度在阈值以下的像素的编号设为线110的位置。在亮度处于阈值以下的像素存在多个的情况下,将它们的编号的平均值设为线110的位置。第一实施方式的位置获取部410由于像素5为黑色且其他的像素为白色,故获取像素5的编号的值来作为线110的位置。
图5是表示位置获取部410的位置获取处理流程的流程图。以下,对于位置获取部410的处理流程进行说明。
首先,在步骤S3010中,位置获取部410开始位置获取处理。
接着,在步骤S3020中,位置获取部410向变量n代入0,向变量c代入0,向变量sum代入0。在此,变量n为用于选择对像素0到像素14中的哪一个像素进行处理的变量。变量c是对亮度为阈值以下的像素的数量进行计数的变量。变量sum是对亮度为阈值以下的像素的编号的合计进行储存的变量。需要说明的是,变量通过例如计算机装置中的寄存器、高速缓冲存储器、RAM、软盘、光盘、或者磁盘那样的可重写的存储机构来实现。
接着,在步骤S3025中,位置获取部410获取拍摄部31拍摄的图像。
接着,在步骤S3030中,位置获取部410对于获取的图像判定像素n=0的亮度是否为预先确定的阈值以下。例如,像素的亮度取0~255的值,亮度0最暗,亮度255最亮,阈值设为50。作为判定的结果,在像素n=0的亮度为阈值以下的情况下,向步骤S3040分支,除此以外的情况下向步骤S3060分支。
在步骤S3040中,位置获取部410向变量c的值加上1。通过该处理,亮度为阈值以下的像素的计数量增加1。
接着,在步骤S3050中,位置获取部410向变量sum的值加上n。
接着,在步骤S3060中,位置获取部410向变量n的值加上1。通过该处理,处理对象的像素成为下次的像素。
接着,在步骤S3070中,位置获取部410将变量n的值与像素数N(在此由于设想由15像素构成的线路传感器,故N=15)进行比较,在变量n的值为N以上时向步骤S3080分支。在不是这样的情况下,向步骤S3030分支。即,对于全部的像素反复执行从步骤S3030到步骤S3060的处理,在对关于拍摄部31的图像数据的全部的像素进行处理之后向步骤S3080分支。
在步骤S3080中,位置获取部410算出sum/c。该处理为由位置获取部410算出亮度为阈值以下的像素的编号的平均的处理。将算出的平均值设为线110的位置,并储存于位置保持部420。
在步骤S3110中,位置获取部410结束关于拍摄部31的图像数据的一连串的处理。
位置保持部420按照拍摄部31的图像数据来保持位置获取部410获取的特征部、即线110的位置。线110的位置的保持动作具体而言通过例如计算机装置中的寄存器、高速缓冲存储器、RAM、软盘、CD、DVD、SD卡、磁卡、或者IC卡那样的存储部或者机构来实现(以后,名称上标有保持部的部分或者机构通过同样的存储部或者机构来实现。)。
第一角度获取部430采用位置获取部410获取的规定区域121中的线110的位置,来算出规定区域121中的第一线状体10的绕轴向的旋转角度。
角度保持部440分别对后述的第一角度获取部430及第二角度获取部4200获取的特征部及旋转角度获取用特征点的旋转角度θ1、α进行保持。图6是表示角度保持部420的数据结构的一例的图。角度保持部440为保持两个角度的排列,且排列的各要素能够通过标识符进行区别。即,角度保持部420对由第一角度获取部430获取的标识符0的角度信息和由第二角度获取部4200获取的标识符1的角度信息进行保持。在图6中,分别示出了“0.28975(弧度)”(约17度)、“-0.4429(弧度)”(约-25度)的情况。由角度保持部440保持的线110的旋转角度的数据分别向角度差获取部450输入。
在此,采用图7的第一线状体10的剖视图来说明线110的位置与线状体的旋转角度的关系。图7的右端的圆为第一线状体10的剖面形状(圆)的图,图6的左端为拍摄部31的图。拍摄部31有拍摄像素0~14的元件,将其放大而在图7的中央由方形记载。另外,在图7的第一线状体10的剖面形状(圆)的图与像素0~14的图之间,由虚线示出被各像素拍摄的、第一线状体10的外周面的范围的交界。
作为拍摄部31的线路传感器的像素0到像素14,以与第一线状体10的直径方向(t方向)的端部T1到端部T2对应的方式配置。其中,像素7为相对于拍摄部31拍摄到的图像中的第一线状体10的拍摄范围(规定区域)(在此为像素0到像素14)121的中心位置的像素。以后,将像素7称为中心像素310。将被中心像素310拍摄的第一线状体10的表面部分设为中心位置120。半径140为拍摄部31拍摄到的图像中的第一线状体10的半径长度。图7中,半径长度为从中心像素310(像素7)到对第一线状体10的端部T1或者T2进行拍摄的像素0或者14为止的长度,基于14-7=7而成为7像素。
在该图7中,像素5为黑色且其他的像素为白色,故由位置获取部410获取像素5的编号的值作为线110的位置。即,像素5为位置获取部410获取的线110的位置。以下,将像素5称为线位置像素311。距离130为从线位置像素311到中心像素310为止的图像上的距离。在此为7-5=2。
角度θ1表示自中心位置120起的线110的旋转角度。角度θ1基于三角函数的定义而成为:
sinθ1=(距离130)/(半径140) ·····(式1)
基于式1而成为:
θ1=arcsin{(距离130)/(半径140)} ·····(式2)
在此,函数arcsin为sin函数的反函数。图7时成为θ1=arcsin(2/7)。
如此,第一角度获取部430根据由位置保持部420保持的线110的位置的数据和由第一角度获取部430的存储机构或者部分保持的半径的信息,进行算出上述角度θ1的处理。在此,为了简单化,半径140(值为7)预先保持在第一角度获取部430的存储机构或者部分中,以下,采用图8的流程图来说明第一角度获取部430的角度获取处理。在此,存储机构或者部分保持半径140的值“7”。
首先,在步骤S4010中,第一角度获取部430开始角度获取处理。
接着,在步骤S4040中,第一角度获取部430由位置保持部420获取作为位置信息的线位置像素311的位置(线110的位置的数据)。
接着,在步骤S4050中,第一角度获取部430算出从中心像素310到线位置像素311为止的距离。即,由第一角度获取部430算出从中心像素310的像素编号(在此始终为7)减去了在步骤S4040中获取的位置的值而得的值。在此,中心像素310的像素编号(7)预先保持在内置于第一角度获取部430的存储机构或者部分(此处的存储机构或者部分除了前述的存储机构以外,还可以为ROM或者CD-ROM等的非易失性存储器)。图7时基于7-5=2而算出2。
接着,在步骤S4060中,第一角度获取部430根据式2而算出旋转角度θ1。图7时θ1=arcsin(2/7)、即成为“2.8975”。
接着,在步骤S4070中,第一角度获取部430将在前步骤中算出的旋转角度θ1的值储存于角度保持部440。在此,向角度保持部420的标识符0的栏储存数据。
在步骤S4100中,第一角度获取部430结束处理。
第二角度获取部4200基于由立体图像获取装置20对所述被试验者80的体内进行拍摄而获取的立体图像,获取所述被试验者80的体内的、第一线状体10的前端部的弯曲形状的朝向,从而获取第一线状体10的前端部的旋转角度α。在此,为了使说明简单化,对于在第一线状体10预先设有旋转角度获取用特征点151~153的情况下、第一线状体10的朝向获取方法进行说明。
图9是表示第一线状体10的前端部分的图。第一线状体10具有:笔直的柄1010;从柄1010的前端弯曲的弯曲部1020。第一特征点151在弯曲部1020的前端利用含有金的材料而设置在第一线状体10的周向的整个圆周上,第二特征点152设置在弯曲部1020与柄1010的交界部分的第一线状体10的周向的整个圆周上,第三特征点153设置在离开第二特征点152规定的位置(例如10mm)的柄1010的周向的整个圆周的位置处。第二~第三特征点152~153的材料与第一特征点151同样。第一特征点151、第二特征点152、第三特征点153的宽度分别为1mm、3mm、9mm。
第一线状体10的第一~第三特征点151~153的部分包含金,故穿过了X射线的第一~第三特征点151~153以比周边的部分暗的亮度而被观测。
如图12所示,矢量1030为将第二特征点152与第三特征点153连结的矢量。矢量1040为将第二特征点152与第一特征点151连结的矢量。
此时,矢量1030与矢量1040的外积的方向基于外积的定义而设为从纸面背侧朝向表侧的方向。
图10是表示由第一线状体10的旋转引起的弯曲部1020的旋转的状况的图。
在图10中,两个图示出的第一线状体10中的下侧的第一线状体10表示旋转前的第一线状体10的位置。上侧的第一线状体10α表示旋转后的第一线状体10的位置。矢量1050表示旋转前的前述的外积的矢量。第一线状体10α表示使第一线状体10旋转了角度α之后的第一线状体10的位置。矢量1050α表示旋转后的前述的外积的矢量。
在图10中,矢量1060为不改变矢量1050的朝向而使基点向另一位置移动所记载的矢量。
矢量1060α为不改变矢量1050α的朝向而使基点向另一位置移动以成为与矢量1060相同基点的方式所记载的矢量。此时,矢量1060与矢量1060α所成的角度与角度α相等。
第二旋转角度获取部4200获取矢量1050与矢量1050α所成的角度(其与矢量1060与矢量1060α所成的角度α相等)α,从而获取弯曲部1020的旋转角度α。
以下,对于构成第二旋转角度获取部4200的各部进行说明。图11是表示第二角度获取部4200的结构的图。第二角度获取部4200包括:二进制化部4210;二进制图像保持部4220;位置获取部4230;位置保持部4240;三维位置获取部4250;三维位置保持部4260;矢量获取部4270;矢量保持部4280;旋转角度获取部4290。
二进制化部4210对由第一及第二X射线检测部21及22获取的X射线图像分别进行二进制化处理,并分别提取第一~第三特征点151~153的范围。二进制化部4210将提取结果的信息、即由二进制化部4210进行了二进制化的结果的图像向二进制图像保持部4220输出。例如,在第一X射线检测部21获取的图像为图12所示的图像时,由二进制化获取的图像示于图13。在图13中保留第一~第三特征点151~153。
二进制图像保持部4220对由二进制化部4210进行了二进制化的结果的图像进行保持。
位置获取部4230根据保持于二进制图像保持部4220的二进制图像分别获取第一~第三特征点151~153的位置。在保持于二进制图像保持部4220的二进制图像中,将最大的区域设为第三特征点153,将第二大的区域设为第二特征点152,将第三大的区域设为第一特征点151的区域,且将各自区域的中心位置储存在位置保持部4240中。位置获取部4230对于由第一及第二X射线检测部21及22获取的二进制图像这两方分别进行上述的位置获取的处理。
位置保持部4240对由位置获取部4230获取的第一~第三特征点151~153的在图像上的中心位置进行存储。位置保持部4240的数据结构的一例示于图14。
图14示出了图像编号“0”为第一X射线检测部21的图像信息、图像编号“1”为第二X射线检测部22的图像信息的情况。特征点“0”与第一特征点151对应,特征点“1”与第二特征点152对应,特征点“2”与第三特征点153对应。位置保持部4240的数据结构的第一行为对第一X射线检测部21的二进制图像中的第一特征点151的位置进行储存的行。在位置保持部4240的数据结构的第一列中储存有表示在自图12中的原点o的x轴方向的第几个像素上存在第一特征点151的值。在数据结构的第二列中储存有表示在自图12中的原点o的y轴方向的第几个像素上存在第一特征点151的值。同样地,位置保持部4240的数据结构的第二、三行为对第一X射线检测部21的二进制图像中的第二及第三特征点152、153的位置进行储存的行。另外,位置保持部4240的数据结构的第四、五、六行为对第二X射线检测部22的二进制图像中的第一~第三特征点151、152、153的位置进行储存的行。数据结构的各行中存在对x坐标进行储存的列和对y坐标进行储存的列。
三维位置获取部4250根据由位置保持部4240保持的数据来算出第一~第三特征点151~153的三维位置。在立体图像处理中,使用三角测量的原理对放置在不同的位置的两个照相机到对象物体(在此为特征点)T为止的距离进行测定,从而能够获取对象物体(在此为特征点)T的位置。图15是表示由第一实施方式中的三角测量进行的获取三维位置的图。在图15中,T表示观测对象物。O设为三维XYZ坐标的原点。在位置P1,设为沿着矢量V1的方向对观测对象物T进行观测。此时,对象物T存在于实线的某一位置。即,从原点O到对象物T的矢量OT由式3表示。其中,s为未知数。
【数1】
同样地,在位置P2,设为沿着矢量V2的方向对观测对象物T进行观测。此时,对象物T存在于虚线的某一位置。即,从原点O到对象物T的矢量OT由式4表示。其中,ta为未知数。
【数2】
基于式3和式4而成为:
【数3】
式5的各矢量已知时,未知数为s、ta这两个。各矢量为三维故通过解答2元3次方程式来求得s、ta。基于求得的s、ta来算出矢量OT、即
【数4】
三维位置获取部4250由位置信息保持部4240获取第一特征点151的两个照相机中的位置,并利用所述立体图像处理来获取第一特征点151的位置。关于第二及第三特征点152及153也同样地由三维位置获取部4250来进行获取。三维位置获取部4250将获取的第一~第三特征点151~153的三维位置保持于三维位置保持部4260。
三维位置保持部4260对由三维位置获取部4250获取的第一~第三特征点151~153的三维位置进行保持。三维位置保持部4260所保持的数据结构的一例示于图16。
图16的特征点“0”与第一特征点151对应,特征点“1”与第二特征点152对应,特征点“2”与第三特征点153对应。“X”、“Y”、“Z”表示第一特征点151到第三特征点153的X坐标、Y坐标、Z坐标。XYZ坐标的三维位置采用从图1中的原点O向X轴向、Y轴向、Z轴向的位置。单位设为mm(毫米)。
三维位置保持部4260的数据结构的第一行为对第一特征点151的三维位置进行存储的行。同样地,数据结构的第二行、第三行为对第二及第三特征点152、153的三维位置进行存储的行。数据结构的各行由对特征点的X坐标进行储存的列、对Y坐标进行储存的列及对Z坐标进行储存的列构成。
矢量获取部4270根据保持于三维位置保持部4260的第一特征点151~第三特征点153的三维位置来获取图9中的矢量1030和矢量1040。矢量103为从第二特征点152向第三特征点153的矢量。第二特征点152为(x2,y2,z2)且第三特征点153为(x3,y3,z3)时,矢量1030成为(x3-x2,y3-y2,z3-z2)。矢量获取部4270由位置保持部4240获取第一~第三特征点151~153的坐标,从而进行矢量1030的所述计算。另外,矢量1040为从第二特征点152向第一特征点151的矢量。第二特征点152为(x2,y2,z2)且第一特征点151为(x1,y1,z1)时,矢量1040成为(x1-x2,y1-y2,z1-z2)。矢量获取部4270由位置保持部4240获取第一~第三特征点151~153的坐标,从而进行矢量1040的所述计算。
矢量保持部4280对矢量获取部4270获取的矢量1030和矢量1040进行保持。图17是表示矢量保持部4280的数据结构的一例的图。矢量“0”与矢量1030对应,矢量“1”与矢量1040对应。“X”、“Y”、“Z”表示矢量1030、1040的向X坐标、Y坐标、Z坐标方向的分量。各分量为从图1中的原点O向X轴向、Y轴向、Z轴向的方向的分量。单位设为mm(毫米)。
矢量保持部4280的数据结构的第一行对矢量1030进行保持,数据结构的第二行对矢量1040进行保持。数据结构的各行由对X坐标进行保持的列、对Y坐标进行保持的列及对Z坐标进行保持的列构成。
旋转角度获取部4290基于矢量保持部4280所保持的矢量,来获取第一线状体10的弯曲部1020的旋转角度。图18是表示旋转角度获取部4290的旋转角度获取处理流程的流程图。
首先,在步骤S1910中,旋转角度获取部4290开始旋转角度获取处理。
接着,在步骤S1920中,旋转角度获取部4290由矢量保持部4280来获取矢量1030和矢量1040。在此,将矢量1030设为(vx1,vy1,vz1),将矢量1040设为(vx2,vy2,vz2)。
接着,在步骤S1930中,旋转角度获取部4290算出矢量1030和矢量1030的外积矢量V3。在此,由旋转角度获取部4290算出
(vx3,vy3,vz3)=(vx1×vy2-vy1×vx2,vy1×vz2-vz1×vy2,vz1×vx2-vx1×vz2) ·····(式6)。
接着,在步骤S1940中,旋转角度获取部4290算出在前步骤中算出的外积矢量V3和旋转前的外积矢量V4的内积。在此,为了简单化,以旋转前的外积矢量(图10中的矢量1050)预先保持于存储装置的情况进行说明。在此,将旋转前的外积矢量V4设为(vx4,vy4,vz4)。此时,内积成为
vx3×vx4+vy3×vy4+vz3×vz4 ·····(式7)。
接着,在步骤S1950中,旋转角度获取部4290采用内积的公式算出角度α。在将矢量V3和矢量V4的内积设为<V3,V4>、将各自矢量的范数设为|V3|、|V4|时,以下的公式成立。
cosα=<V3,V4>/(|V3||V4|) ·····(式8)
因而成立:
α=arccos(<V3,V4>/(|V3||V4|) ·····(式9)
在此,arccos为余弦的反函数。另外,|V3|、|V4|分别由下式表示:
【数5】
【数6】
综上,
【数7】
旋转角度获取部4290根据式12而算出旋转角度α。
接着,在步骤S1960中,旋转角度获取部4290向角度保持部440的标识符1的栏中写入获取的旋转角度。
接着,在步骤S1970中,旋转角度获取部4290结束处理。
以上为旋转角度获取部4200的说明。
角度差获取部450获取角度保持部440所保持的两个角度之差。即,角度差获取部450由角度保持部440获取标识符0的角度和标识符1的角度,并算出它们之差而将其储存于角度差保持部455。
角度差保持部455对角度差获取部450算出的角度差进行保持。
第一系数保持部470对表示第一线状体10的扭转容易度的系数进行保持。
通常而言,在沿着第一线状体10的轴向以距离L分离的2点的角度差为θ时,对第一线状体10施加的转矩T为:
T=G1×Ip1×θ/L ·····(式13)
该式13表示对第一线状体10施加的转矩T与沿着第一线状体10的轴向以规定距离L分离的2点的角度差θ成比例的情况,并且包含表示第一线状体10的扭转容易度的系数在内。
在此,作为系数的G1为剪切模量,为由第一线状体10的原料决定的值。作为系数的Ip1为截面极惯性矩,为由第一线状体10的形状决定的值。更具体而言,截面极惯性矩为由第一线状体10的半径长度决定的值。作为系数的L为测定了角度差的2点间的距离的值。
第一系数保持部470对上式中的
G1×Ip1 ·····(式14)
进行保持。在以后的说明中,将式14的值设为P0。
此时,式13成为:
T=P0×θ/L ·····(式13-2)
第一转矩算出部460获取第一系数保持部470所保持的式14的值、***长度获取部60获取的***长度L及角度差保持部455所保持的角度差θ,根据式13-2而算出转矩,并将其储存于转矩保持部480。
转矩保持部480对第一转矩算出部460获取的转矩进行保持。
输出画面生成部490由转矩保持部480获取转矩的值,生成在后述的显示部51中显示的画面。图19是输出画面生成部490生成的画面。画面为纵一列横二列的表,左栏显示“转矩”的文字,右栏显示由转矩保持部480获取的转矩的值。
判定部4100对第一转矩算出部460获取并由转矩保持部480保持的转矩是否比规定的值大进行判定。具体而言,判定部4100对转矩保持部480保持的转矩的值的绝对值是否比预先确定的阈值大进行判定。在由判定部4100判定为转矩的值的绝对值比阈值大的情况下,判定部4100向后述的输出部52请求输出。
输出部52进行基于第一转矩获取部40获取的转矩的值的输出。
显示部51作为呈现部的一例来发挥功能,显示输出画面生成部490生成的画面。显示部51具体而言为显示器。
输出部52在存在来自判定部4100的请求的情况下,发出警告音。输出部52具体而言为扬声器。在代替警告音而使警告灯点亮的情况下,也可以由警告灯构成输出部52。
需要说明的是,在此,对于拍摄装置31为线路传感器的情况进行了说明,但也可以为CCD照相机。在这种情况下,首先,在图像处理中提取护套90的端。例如,在图2中将护套90的端形成为蓝色,从图像中提取蓝色的区域。接着,对在图像上提取出的端的右侧的区域(例如,从提取出的端的各像素向右位于第三像素的像素的集合)进行提取。进而在提取出的区域中,提取线110的两端,并将从线110的端到端的范围设为范围(规定区域)121。
另外,也可以由透明构件形成护套90。在这种情况下,范围(规定区域)121无需为护套90的外侧的范围,也可以为护套90的内侧。
另外,在此,为了简单化,对第一线状体10中有一条线110的情况进行了说明,但也可以为具有多条的结构。如果采用这样的结构,即便从拍摄部31移动到无法看见线110的位置,也能够算出转矩。例如,在第一线状体10的表面每90度记载不同的颜色0、颜色1、颜色2、颜色3的线110、111、112、113,在提取出颜色1、2、3的线的情况下,在由角度获取部430获取的角度上分别加上90度、180度、270度。
<第一实施方式的处理流程>
采用图20的流程图说明第一实施方式的转矩获取处理的流程。
首先,在步骤S10010中,转矩测定装置1开始转矩获取处理。
接着,在步骤S10020中,拍摄部31、以及第一及第二X射线检测部21及22分别进行图像的获取。
接着,在步骤S10030中,位置获取部410进行前述的位置获取部410的位置获取处理。即,由位置获取部410来获取拍摄部31拍摄到的图像中的、第一线状体10的线110的位置。
接着,在步骤S10040中,第一角度获取部430进行前述的第一角度获取部430的角度获取处理。即,由第一角度获取部430来获取拍摄部31拍摄到的范围之中的线110的旋转角度。
接着,在步骤S10045中,第二角度获取部4200进行前述的第一角度获取部4200的处理。即,由第二角度获取部4200从X射线检测部21~22拍摄到的图像来获取第一线状体10的前端的弯曲部1020的旋转角度。
接着,在步骤S10050中,角度差获取部450进行前述的角度差获取部450的角度差获取处理。即,由角度差获取部450来获取拍摄部31拍摄到的范围之中的线110的旋转角度与第一线状体10的前端的弯曲部1020的旋转角度之差。
接着,在步骤S10060中,第一转矩算出部460根据前述的转矩保持部480的数据来进行转矩获取处理。即,第一转矩算出部460将角度差获取部450获取的角度差和***长度获取部60获取的***长度乘以规定的常数而得的值设为转矩。
接着,在步骤S10070中,输出画面生成部490进行前述的输出画面生成部490的输出画面生成处理。即,由输出画面生成部490生成显示由第一转矩算出部460获取并由转矩保持部480保持的转矩值的画面。
接着,在步骤S10080中,显示部51进行前述的显示部51的显示处理。即,由显示部51显示输出画面生成部490生成的画面。
接着,在步骤S10110中,判定部4100进行前述的判定部4100的判定处理。即,由判定部4100判定转矩获取部480获取并由转矩保持部480保持的转矩的绝对值是否超过规定的阈值。在由判定部4100判定为转矩的绝对值超过规定的阈值的情况下向步骤S10120分支处理,在除此以外的情况下向步骤S10130分支处理。
在步骤S10120中输出部52发出警告音。
在步骤S10130中转矩测定装置1进行结束判定。在此,判定未图示的结束按钮是否被按压,在按压按钮的情况下向步骤S1040分支处理,除此以外的情况下向步骤S10020分支处理。
在步骤S10140中转矩测定装置1结束转矩测定处理。
需要说明的是,在此,为了简单化,对于预先设有特征点时的第二角度获取部4200进行了说明,但也可以为根据其他的模式匹配的方法而由第二角度获取部4200获取第二角度α的结构。
<导管***作业>
实施手术者(操作者的一例)操作第一线状体10来实施手术。实施手术者从***口2通过第一线状体10而向血管***。图11为作为一例而表示第一线状体10的前端的图。在第一线状体10的前端存在弯曲部1020。实施手术者根据手术实施的状况而为了向血管内或者体腔内***具有弯曲部1020的导管,改变弯曲部1020的朝向。此时,实施手术者通过使手里的第一线状体10旋转,来改变弯曲部1020的朝向。
但是,在弯曲部1020与血管的闭塞部分等接触的情况下,即便使第一线状体10旋转,弯曲部1020也不会旋转、或者与旋转第一线状体10的量相比,弯曲部1020的旋转量少或弯曲部1020不旋转。在这样的情况下等,在第一线状体10产生转矩。实施手术者在通过手感觉到该转矩的同时,或更加强力地旋转第一线状体10、或者决定旋转暂时中断。旋转第一线状体10,会使对血管施加的负载增大,此时,由于会对血管带来损伤,故其判断很重要。
<第一实施方式的效果>
通过采用所述的第一实施方式所涉及的转矩测定装置1,实施手术者能够通过显示部51一边确认对第一线状体10施加的力一边进行作业。另外,通过输出部52输出警告音,在对第一线状体10施加过量的力时,实施手术者马上会注意到,从而能够进行使对第一线状体10施加的力变弱的对应。另外,在有经验的实施手术者进行作业时,使经验浅的实施手术者观察在显示部51中显示的值,由此经验浅的实施手术者能够学习到以怎样程度的转矩来进行作业较好。另外,通过将有经验的实施手术者进行作业之际转矩保持部480所保持的数据和经验浅的实施手术者进行作业之际转矩保持部480所保持的数据进行比较,从而能够分析经验浅的实施手术者的作业的问题点。
<第二实施方式>
在第一实施方式中,对于获取由单一原料(或者与其接近的结构)构成的第一线状体10的转矩的第一转矩获取部40及转矩测定装置1进行了说明。在第二实施方式中,对于获取由多种原料构成的第二线状体10a的转矩的第一转矩获取部40及转矩测定装置1a进行说明。
图21是表示本发明的第二实施方式的转矩测定装置1a的结构的图。转矩测定装置1a代替第一实施方式1中的第一线状体10而使用第二线状体10a,并代替转矩测定装置1的第一转矩获取部40而具备第二转矩获取部40a。其他的部分与第一实施方式同样故省略说明。
第二线状体10a由多种原料构成。例如,第二线状体10a的距前端50mm的部分由柔软的第一原料构成,在此以后的部分由比第一原料硬的第二原料构成。
图22是表示第二转矩获取部40a的结构的图。代替第一实施方式中的第一转矩获取部40中的第一转矩算出部460和第一系数保持部470而分别具备第二转矩算出部460a和第二系数保持部470a。其他的部分与第一实施方式同样故省略说明。
第二系数保持部470a对表示第二线状体10a的扭转容易度的系数进行保持。在第一实施方式1中,对单一原料(或者,可与单一原料近似的原料)的第一线状体10施加的转矩由式13表示,与其相对,在此求出对多种原料的第二线状体10a施加的转矩。
图23是表示第二线状体10a的图。采用图23来说明对第二线状体10a施加的转矩测定的原理。第二线状体10a的前端的弯曲部(参考与图9的参考符号1020相应的部分)的长度相对于整体的长度较短,故在图23中,为了使说明简单化而予以忽视以直线示出。需要说明的是,虽然未具体图示,但第二线状体10a也与第一线状体10同样地,在其表面上形成有与第二线状体10a的轴线方向(长边方向)平行的线状的特征部。第二线状体10a由位于前端侧且由柔软的第一原料形成的第一部1020A和与第一部1020A连结且由比第一原料硬的第二原料形成的第二部1010B构成。第一部1020A的剪切模量为G1,截面极惯性矩为Ip1。另外,第二部1010B的剪切模量为G2,截面极惯性矩为Ip2。
另外,由拍摄部31拍摄的规定区域121在图23中成为位置121P。角度θA为通过第二角度获取部4200获取的第二线状体10a的前端部即第一部1020A的旋转角度。角度θB为通过第一角度获取部430获取的规定区域121中的第二线状体10a的第二部1010B的特征部的旋转角度。角度θX为第一部1020A与第二部1010B的交界线的部分的旋转角度。
对第一部1020A施加的转矩T1为:
T1=G1×Ip1×(θA-θx)/LA ·····(式15)
在式15中,LA为第一部1020A的长度。
另外,对第二部1010B施加的转矩T2为:
T2=G2×Ip2×(θX-θB)/(L-LA) ·····(式16)
在式16中,L为从第二线状体10a的前端到规定区域121为止的长度。即,L为通过***长度获取部60获取的、向护套90的***口90a***的第二线状体10a(例如导管)的长度(***长度)。
在第一部1020A与第二部1010B的交界线部分停止或者等速运动时,T1=T2。因而,在T1=T2=T、θA-θB=θ时成立:
【数8】
在此,第一部1020A和第二部1010B即使实际动作,在停止或者等速运动的情况下也近似,在对第二线状体10a施加的力的算出中,在第二转矩获取部460a中采用式17。
在系数PC1、PC2分别设为式18、式19的值时:
【数9】
【数10】
·····(式19)
通过这些式18、式19,式17成为:
【数11】
第二系数保持部470a对系数PC1、系数PC2、第一部1020A的长度LA的值以及系数P0的值进行保持。
第二转矩算出部460a根据式20算出对第二线状体10a施加的转矩。第二转矩算出部460a所进行的转矩获取处理的流程示于图24。
首先,在步骤S2310中,第二转矩算出部460a开始转矩获取处理。
接着,在步骤S2320中,第二转矩算出部460a由角度差保持部455获取角度差θ。
接着,在步骤S2330中,第二转矩算出部460a由***长度获取部60获取***长度L。
接着,在步骤S2340中,第二转矩算出部460a由第二系数保持部470a获取系数PC1、系数PC2、长度LA、系数P0。
接着,在步骤S2345中,第二转矩算出部460a对长度L是否比长度LA大进行判定。在由第二转矩算出部460a判定为长度L比长度LA大的情况下,向步骤S2350分支处理,在此以外的情况下向步骤S2355分支。
在步骤S2350中,第二转矩算出部460a获取转矩T。即,将在步骤S2320~步骤S2340中获取的角度差θ、***长度L、系数PC1、系数PC2、长度LA代入式20中,从而由第二转矩算出部460a来获取转矩T。
在步骤S2355中,第二转矩算出部460a获取转矩T。即,将在步骤S2320~步骤S2340中获取的角度差θ、***长度L、系数P0代入式13-2中,从而由第二转矩算出部460a来获取转矩T。
在步骤S2360中,第二转矩算出部460a将在步骤S2350或者步骤S2355中获取的转矩T储存于转矩保持部480。
接着,在步骤S2370中,第二转矩算出部460a结束转矩获取处理。
<第二实施方式的效果>
通过采用所述的第二实施方式所涉及的转矩测定装置1a,实施手术者能够通过显示部51一边确认对由多种原料构成的第二线状体1a0施加的力一边进行作业。另外,通过输出部52输出警告音,在对第二线状体10a施加过量的力时,实施手术者马上会注意到,从而能够进行使对第一线状体10施加的力变弱的对应。另外,在有经验的实施手术者进行作业时,使经验浅的实施手术者观察在显示部51中显示的值,由此经验浅的实施手术者能够学习到以怎样程度的转矩来进行作业较好。另外,通过将有经验的实施手术者进行作业之际转矩保持部480所保持的数据和经验浅的实施手术者进行作业之际转矩保持部480所保持的数据进行比较,从而能够分析经验浅的实施手术者的作业的问题点。
需要说明的是,第二系数保持部470a也可以代替对系数PC2、长度L分别保持的结构,而设为对系数PC2与长度LA之积进行保持的结构。
<第一变形例>
在第二实施方式的第一变形例中,代替第二转矩获取装置40a而采用第三转矩获取装置40b。图25是表示第三转矩获取装置40b的结构的图。第三转矩获取装置40b代替第二系数保持部470a和第二转矩算出部460a而采用第三系数保持部470b和第三转矩算出部460b。
第二实施方式中的第二系数保持部470a为对系数P0、系数PC1、系数PC2、长度LA进行保持的结构,与其相对,第一变形例中的第三系数保持部470b对角度差θ与转矩T的比例常数f(L)进行保持。
f(L)=G1×Ip1/L(L≤LA时)
【数12】
(L>LA时)
式13、式20分别可表示为:
T=f(L)×θ(其中,L≤LA) ·····(式13-1)
T=f(L)×θ(其中,L>LA) ·····(式20-1)
图26是表示***长度L和角度差θ与转矩T的比例常数f(L)的关系的图。横轴为***长度L,纵轴为比例常数f(L)。第三系数保持部470b对相对于***长度L的值的比例常数f(L)进行保持。例如,对f(0),f(1),…,f(300)进行保持。图27是以表形式表示第三系数保持部470b所保持的数据的结构的一例的图。在图27的表的第1,2,……,301行中分别保持***长度为0mm,1mm,……,300mm时的比例常数f(L)的值。
第三转矩算出部460b的转矩获取处理的流程图示于图28。除步骤S2340b和步骤S2350b以外的步骤均与图24中的同名的步骤同样,故省略说明。以下,说明步骤S2340b和步骤S2350b。
在步骤S2340b中,第三转矩算出部460b由第三系数保持部470b获取比例常数f(L)。在此,L为由***长度获取部60获取的***长度。例如,在***长度为50mm时获取图27的第51列的比例常数f(L)的值。
在步骤S2350b中,第三转矩算出部460b基于在步骤S2320中获取的角度差θ和在步骤S2340b中获取的比例常数f(L)来算出转矩T。即,利用第三转矩算出部460b将θ×f(L)设为转矩T。
根据如此的第一变形例,能够获取对具有柔软性的、由多种原料构成的线状体施加的转矩的大小。
<第二变形例>
在第二实施方式中,表示线状体10a的扭转容易度的系数(比例系数)为已知作为前提。与其相对,在第二变形例中,关于转矩测定装置具备对于比例系数为未知的线状体10a来获取比例系数的系数获取装置2700的例子进行说明。
在此,如上所述,系数为由第一线状体10的原料决定的值,因系数不同而往往使用场景等也不同。以下,关于系数不同的两种导丝A、B各自的使用例进行说明。
图30是表示两种导丝A、B的比例系数的图。实线为导丝A的比例系数,虚线为导丝B的比例系数。导丝B的前端的柔软部分的长度LB比导丝A的前端的柔软部分的长度LA长。于是,在对***长度L相同(其中L>LA)的导丝A、B施加相同的力时,由于在导丝B中前端的柔软部分的长度LB较长,故导丝B的旋转角变小,而相反导丝A的旋转角变大。
在导丝A中如果不施加较大的转矩,则无法获得较大的旋转角,因此适用于在需要精密的旋转角度调整的场景下进行使用。
导丝B能够以较小的转矩来获得较大的旋转角,故适用于需要较大的旋转角的场景或者实施手术者想要使导丝手法灵活地旋转的场景。另外,可认为导丝B适用于能够进行细微作业的医生。
如此,因系数而导丝的使用方式不同,故在第二变形例中获取系数很重要。
图31A是表示系数获取装置2700的结构的图。图31B是槽2720的具体例的剖视图。在台2710设有供第一线状体10通过的槽2720和使移动台2750移动的轨道2740。槽2720和轨道2740平行设置。在槽2720的一端设有由能够对第一线状体10的一端进行把持并固定的卡盘机构构成的固定部2730。固定部2730能够沿着箭头的方向开闭,从而借助开闭而能够对第一线状体10的一端进行把持释放或者把持固定。
槽2720作为一例如图31B所示,在第一线状体10为圆形剖面的情况下,设为沿着其形状的槽2720,且在其上端侧设有卡止盖2720a,该卡止盖2720a使槽2720的宽度变得狭小,在第一线状体10处于槽2720内被赋予后述的转矩而旋转时,将第一线状体10卡止成不会从槽2720脱离。设为能够通过摄像部2760从卡止盖2720a的间隙对第一线状体10的线110进行摄像。由此,能够更加准确地获取第一线状体10的系数。
另外,作为使移动台2750从台2710的任一端侧朝向另一端地沿着轨道2740自动移动的驱动机构的例子,可以具备作为驱动装置的一例的步进马达2750M和对马达2750M的转速进行检测的编码器2750E而构成。根据如此的结构,通过后述的控制部2733,根据由编码器2750E检测出的转速来对马达2750M进行驱动控制,从而使移动台2750沿着轨道2740移动。需要说明的是,也可以代替利用马达等自动移动的方式,而采用实施手术者借助手动使移动台2750沿着轨道2740移动的方式。在这种情况下,也可以在轨道2740的附近设有刻度,从而能够使实施手术者容易地测定移动台2750的移动距离且能够从IF部2735输入测定值。
图32示出在固定部2730固定作为第一线状体的一例的导管10的状态。在第一线状体10的表面与第一~第二实施方式相同地设有线110。
在槽2720的与固定部2730相反侧的一端配置有马达2731。在马达2731的旋转轴具有能够对第一线状体2730的另一端进行把持并固定的卡盘机构2732。因而,借助旋转轴侧的卡盘机构2732的开闭动作而能够对第一线状体2730的另一端进行把持释放或者把持固定。
在移动台2750的上部固定有拍摄部2760。
拍摄部2760为与第一~第二实施方式中的拍摄部31同等的部分。
系数获取装置2700具备:位置获取部2770;距离获取部2780;第一角度获取部2775;系数算出部2790;控制部2733;IF(接口)部2735。
位置获取部2770根据由编码器2750E检测出的转速和由拍摄部2760拍摄到的图像来获取拍摄到线110的位置。进行与第一~第二实施方式中的位置获取部410相同的处理。
距离获取部2780获取从由固定部2730把持的导管10的一端到移动台2750(例如,摄像部2760的摄像图像的中心)为止的距离。图32中的粗线的长度表示距离获取部2780获取的距离。在此,为了简单化,忽视导管10的实际的前端侧的弯曲部的长度而对弯曲部以外的平坦部的距离Ls进行测定。
第一角度获取部2775基于位置获取部2770获取的线110的位置来算出拍摄部2760的位置处的线状体10的旋转角度θ。为与第一~第二实施方式中的第一角度获取部430同等的处理。
系数算出部2790基于由马达2731对轴2732施加了规定的转矩T时第一角度获取部2770获取的角度θ,通过以下的式21来算出距离Ls中的系数f(Ls)。系数算出部2790将获取的系数f(Ls)写入系数保持部470c中。
f(Ls)=T/θ ·····(式21)
IF(接口)部2735为在实施手术者使移动台2750移动之际用于将移动的完成向控制部2733通知的接口。例如为按钮、开关等。
控制部2733对系数获取装置2700的各部进行控制。
<系数获取装置2700的系数获取处理的流程>
图33是表示系数获取装置2700进行的系数获取处理流程的流程图。
首先,作为前处理,实施手术者将线状体10的两端分别把持固定在固定部2730和轴侧卡盘机构2732上,并使移动台2750向左端(导管前端侧)移动。
在步骤3210中,开始系数获取装置2700的处理。
接着,在步骤3220中,通过控制部2733对马达2731进行驱动控制,使具有卡盘机构2732的旋转轴产生转矩T。基于控制部2733的马达2731的驱动控制能够应用公知的驱动控制,例如,能够根据由马达2731的编码器检测出的转速来进行马达2731的驱动控制。
接着,在步骤3230中,由位置获取部2770来获取线110的位置。
接着,在步骤3240中,通过第一角度获取部2775来算出拍摄部2760的位置处的线状体10的旋转角度(第一角度)θ。
接着,在步骤3250中,通过距离获取部2780来获取从导管10的一端到移动台2750为止的距离Ls。
接着,在步骤3260中,通过系数算出部2790来算出系数f(Ls)并将算出的系数储存于系数保持部470c。
接着,在步骤3270中,通过控制部2733停止马达2731的驱动。
接着,在步骤3280中,实施手术者在使操作台2750例如向图32的右方向移动并使移动停止之后,采用IF部2735将移动的完成向控制部2733通知。
接着,在步骤3290中,控制部2733对距离获取部2780获取的距离Lc是否在规定的值A以上进行判定,在由控制部2733判定为距离Lc在规定的值A以上的情况下,在步骤3300中结束处理。在由控制部2733判定为距离Lc不在规定的值A以上的情况下,返回步骤3220。在此,规定的值A为比从固定部2730到台2710的端为止的距离短的值。
如此,获取比例系数的处理在从导管10的除弯曲部以外的部分的前端侧开始最低限度到进入体内的区域之间进行。比例系数的获取处理不仅仅一次,若实施多次来算出平均值的话,则能够使精度提高。另外,根据获取的比例系数与位置信息,在系数保持部470c等预先生成比例系数与所述线状体的位置的关系信息、具体而言生成图30或者图26那样的曲线图并保持在系数保持部470c中,在第二实施方式等中使用也有效。
需要说明的是,在距导管10的除弯曲部以外的部分的前端侧例如30cm左右的部分中,往往很重视可否良好地弯曲,因此,获取该部分的比例系数、换而言之获取表示导管10的扭转容易度的系数来使用较为有效。通常而言,导管10大多由多种原料、例如由两种原料进行制造,由于原料的不同,比例系数在中途变化,故比例系数的获取在进行细微的作业时对精度带来很大的影响,故获取比例系数很重要。
需要说明的是,马达2731配置在导管的与前端侧相反一侧的基端侧,但并不局限于此,也可以配置在导管的前端侧,从而从导管的前端侧赋予转矩。
<第二变形例的效果>
根据第二变形例,能够对于比例系数未知的线状体10a来获取比例系数。另外,通过采用获取的比例常数,对于比例系数未知的线状体10a而言,也能够在X射线诊断***1来获取转矩。
需要说明的是,基于第一~第二实施方式及第一~第二变形例对于本发明进行了说明,但本发明显然并不局限于所述的第一~第二实施方式及第一~第二变形例。以下的情况也包含在本发明之内。
(1)在第一~第二实施方式的说明中,示出了处理流程的一例,但对于彼此没有依存关系的处理,也可以更换顺序、或并行化执行。
(2)构成第一、第二或第三转矩获取部40、40a或40b的要素的一部分或者全部可以通过由微处理器、ROM、RAM、硬盘单元、显示器单元、键盘及鼠标等构成的计算机***来实现。在其RAM或者硬盘单元中存储有计算机程序。也就是说,微处理器按照计算机程序进行动作,由此各部实现其功能。在此,计算机程序为了实现规定的功能,为由多个表示对于计算机的指令的命令代码组合而构成的程序。
(3)构成第一、第二或第三转矩获取部40、40a或40b的要素的一部分或者全部也可以由一个***LSI(Large Scale Integration:大规模集成电路)构成。***LSI为将多个结构部集成在一个芯片上而制造成的超多功能LSI,具体而言,为包含微处理器、ROM及RAM等而构成的计算机***。在其RAM中存储有计算机程序。也就是说,微处理器按照计算机程序进行动作,由此***LSI实现其功能。
(4)构成第一、第二或第三转矩获取部40、40a或40b的要素的一部分或者全部也可以由相对于各装置能够装卸的IC卡或者单体模块构成。该IC卡或者模块为由微处理器、ROM及RAM等构成的计算机***。该IC卡或者模块也可以包含所述的超多功能LSI。也就是说,微处理器按照计算机程序进行动作,由此该IC卡或者模块实现其功能。该IC卡或者该模块也可以具有耐篡改性。需要说明的是,实现所述第一或者第二实施方式或者第一~第二变形例中的第一、第二或第三转矩获取部40、40a或40b的软件为以下那样的程序。也就是说,该程序为如下的转矩测定程序,在进行将线状体经由***构件而向被试验者的体内***的作业之际,对向所述线状体施加的转矩进行测定的转矩测定程序,其中,该线状体设有沿着轴向平行的线状的特征部且具有柔软性并在前端具有弯曲部,
当所述线状体由位于前端侧且由第一原料形成的第一部和与所述第一部连结且由硬度与所述第一原料不同的第二原料形成的第二部构成时,
所述转矩测定程序用于使计算机执行如下的步骤:
由第一角度获取部获取贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的规定区域中的所述第二部的所述特征部的旋转角度的第一角度获取步骤;
由第二角度获取部基于***了所述被试验者的体内的所述线状体的图像来获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述第一部的朝向,从而获取所述线状体的所述第一部的旋转角度的第二角度获取步骤,
由转矩算出部根据所述第一角度获取部获取的所述线状体的所述第二部的所述旋转角度与所述第二角度获取部获取的所述线状体的所述第一部的所述旋转角度之差来算出所述转矩的转矩算出步骤。
(5)构成第一、第二或第三转矩获取部40、40a或40b的要素的一部分或者全部也可作为获取转矩的方法来实现。另外,本发明也可作为利用这些方法使计算机获取转矩的计算机程序、或者由计算机程序构成的数字信号来实现。
(6)另外,该程序既可以通过从服务器等下载来执行,也可以读出记录在规定的记录介质(例如,CD-ROM等的光盘、磁盘、或者半导体存储器等)的程序来执行。构成第一、第二或第三转矩获取部40、40a或40b的要素的一部分或者全部也可作为将上述的计算机程序或者数字信号记录在计算机可读取的记录介质、例如软盘、硬盘、CD-ROM、MO、DVD、DVD-ROM、DVD-RAM、BD(Blu-ray Disc)或者半导体存储器等来实现。另外,也可作为记录在这些记录介质的数字信号来实现。
(7)构成第一、第二或第三转矩获取部40、40a或40b的要素的一部分或者全部也可作为经由电子通信线路、无线通信线路、有线通信线路、以因特网为代表的网络、或者数据播放等而传送的、上述的计算机程序或者数字信号来实现。
(8)构成第一、第二或第三转矩获取部40、40a或40b的要素的一部分或者全部也可作为具备微处理器和存储器的计算机***来实现。在这种情况下,其存储器存储上述的计算机程序,微处理器按照其计算机程序进行动作。
(9)另外,也可以通过将该计算机程序或者数字信号向记录介质记录并输送,或者将计算机程序或者数字信号经由网络等而输送,从而利用独立的其他的计算机***来实施本发明的处理。
另外,执行该程序的计算机既可以为单数,也可以为多个。即,既可以进行集中处理,也可以进行分散处理。
需要说明的是,作为线状体,在之前的说明中,例示出由位于前端侧且由第一原料形成的第一部和与第一部连结且由比第一原料硬的第二原料形成的第二部构成的例子。但是,也可以有相反的情况,总之,作为线状体,只要为由位于前端侧且由第一原料形成的第一部和与第一部连结且由硬度与第一原料不同的第二原料形成的第二部构成即可。
需要说明的是,通过适当组合所述各种实施方式或者变形例之中的任意的实施方式或者变形例,能够发挥各自所具有的效果。
【工业实用性】
本发明作为测定对具有柔软性的线状体施加的转矩的转矩测定装置、方法及程序有用。另外,作为对线状体施加过量的转矩时进行警告的装置、方法及程序也有用。
本发明在参考附图的同时与优选实施方式相关地进行充分记载,但对于本技术领域人员而言,显然了解各种变形或者修改。那样的变形或者修改只要不超出附加的权利要求书限定的本发明的范围,均应理解为包含在其中。
Claims (8)
1.一种转矩测定装置,其在进行将线状体经由***构件而向被试验者的体内***的作业之际,对向所述线状体施加的转矩进行测定,该线状体设有沿轴向平行的线状的特征部且具有柔软性并在前端具有弯曲部,所述转矩测定装置具备:
第一角度获取部,其获取贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的规定区域中的所述特征部的旋转角度;
第二角度获取部,其基于***了所述被试验者的体内的所述线状体的图像获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述弯曲部的朝向,从而获取所述线状体的前端处的旋转角度;
转矩算出部,其根据所述第一角度获取部获取的所述规定区域的所述旋转角度和所述第二角度获取部获取的所述线状体的前端处的所述旋转角度之差来算出所述转矩,
其中,
所述线状体由位于前端侧且由第一原料形成的第一部和与所述第一部连结且由硬度与所述第一原料不同的第二原料形成的第二部构成,
所述第一角度获取部获取贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的规定区域中的所述第二部的所述特征部的旋转角度,
所述第二角度获取部基于***了所述被试验者的体内的所述线状体的图像获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述第一部的旋转角度,
所述转矩算出部根据所述第一角度获取部获取的所述线状体的所述第二部的所述旋转角度与所述第二角度获取部获取的所述线状体的所述第一部的所述旋转角度之差来算出所述转矩。
2.一种转矩测定装置,其在进行将线状体经由***构件而向被试验者的体内***的作业之际,对向所述线状体施加的转矩进行测定,该线状体设有沿轴向平行的线状的特征部且具有柔软性并在前端具有弯曲部,所述转矩测定装置具备:
第一角度获取部,其获取贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的规定区域中的所述特征部的旋转角度;
第二角度获取部,其基于***了所述被试验者的体内的所述线状体的图像获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述弯曲部的朝向,从而获取所述线状体的前端处的旋转角度;
转矩算出部,其根据所述第一角度获取部获取的所述规定区域的所述旋转角度和所述第二角度获取部获取的所述线状体的前端处的所述旋转角度之差来算出所述转矩,
其中,
所述线状体由位于前端侧且由第一原料形成的第一部和与所述第一部连结且由比所述第一原料硬的第二原料形成的第二部构成,
所述第一角度获取部获取贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的规定区域中的所述第二部的所述特征部的旋转角度,
所述第二角度获取部基于***了所述被试验者的体内的所述线状体的图像获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述第一部的旋转角度,
所述转矩算出部根据所述第一角度获取部获取的所述线状体的所述第二部的所述旋转角度与所述第二角度获取部获取的所述线状体的所述第一部的所述旋转角度之差来算出所述转矩。
3.如权利要求1所述的转矩测定装置,其中,
所述转矩测定装置还具备系数获取装置,其根据所述线状体的原料之差来获取所述线状体的比例系数,
所述转矩算出部考虑基于由所述系数获取装置获取的系数而预先生成的所述系数与所述线状体的位置的关系信息来算出所述转矩。
4.如权利要求1~3中任一项所述的转矩测定装置,其中,
所述转矩测定装置还具备立体图像获取部,其对***了所述被试验者的体内的所述线状体的立体图像进行拍摄,
所述第二角度获取部基于所述立体图像获取部获取的所述立体图像获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述弯曲部的朝向,从而获取所述线状体的所述前端处的所述旋转角度。
5.如权利要求1~3中任一项所述的转矩测定装置,其中,
所述转矩测定装置还具备:
照相机,其对贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的所述规定区域进行拍摄;
位置获取部,其根据由所述照相机拍摄到的图像来获取所述规定区域中的所述特征部的位置,
所述第一角度获取部根据由所述位置获取部获取的所述规定区域中的所述特征部的位置来获取所述规定区域中的所述特征部的所述旋转角度。
6.如权利要求1~3中任一项所述的转矩测定装置,其中,
所述转矩测定装置还具备:
判定部,其判定所述转矩算出部获取的所述转矩是否比规定的值大;
输出部,其在所述判定部判定所述转矩比所述规定的值大时输出警告。
7.一种转矩测定方法,其在进行将线状体经由***构件而向被试验者的体内***的作业之际,对向所述线状体施加的转矩进行测定,该线状体设有沿轴向平行的线状的特征部且具有柔软性并在前端具有弯曲部,其中,包括:
在所述线状体由位于前端侧且由第一原料形成的第一部和与所述第一部连结且由硬度与所述第一原料不同的第二原料形成的第二部构成的情况下,由第一角度获取部来获取贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的规定区域中的所述第二部的所述特征部的旋转角度,
由第二角度获取部基于***了所述被试验者的体内的所述线状体的图像来获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述第一部的朝向,从而获取所述线状体的所述第一部的旋转角度,
由转矩算出部根据所述第一角度获取部获取的所述线状体的所述第二部的所述旋转角度与所述第二角度获取部获取的所述线状体的所述第一部的所述旋转角度之差来算出所述转矩。
8.一种转矩测定程序,其在进行将线状体经由***构件而向被试验者的体内***的作业之际,对向所述线状体施加的转矩进行测定,该线状体设有沿轴向平行的线状的特征部且具有柔软性并在前端具有弯曲部,其中,
在所述线状体由位于前端侧且由第一原料形成的第一部和与所述第一部连结且由硬度与所述第一原料不同的第二原料形成的第二部构成的情况下,
所述转矩测定程序用于使计算机执行如下的步骤:
由第一角度获取部获取贯穿了所述***构件的所述线状体的、靠所述***构件的入口侧的规定区域中的所述第二部的所述特征部的旋转角度的第一角度获取步骤,
由第二角度获取部基于***了所述被试验者的体内的所述线状体的图像来获取***了所述被试验者的体内的所述线状体的所述第一部的朝向,从而获取所述线状体的所述第一部中的旋转角度的第二角度获取步骤,
由转矩算出部根据所述第一角度获取部获取的所述线状体的所述第二部的所述旋转角度与所述第二角度获取部获取的所述线状体的所述第一部的所述旋转角度之差来算出所述转矩的转矩算出步骤。
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