JP5030052B2 - 医療用チューブ - Google Patents
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例えば、栄養管を患者の口または鼻を経て胃に挿入し、この栄養管を通して栄養剤を補給しながら治療を行う場合、栄養管の先端部が食道内でカールアップして胃内に到達していないと、補給栄養剤が患者の肺の中へ吸い出されて死亡事故に発展する危険性があり、栄養管が胃の所定位置に到達していることの確認が不可欠である。
従来、医療用チューブの先端位置の確認は、X線透視により行われていた。
しかし、この処理では、患者をX線設備に移動させる必要があり、患者の負担が大である。
H=M(1+3cos2φ)1/2/(4πμ0R3)
であって、位置に応じ磁界強度Hが変化することを利用している。
医療現場においては、地磁気の外、鉄系構造物の残留磁気に基づく外部磁界や周辺機器から発生する電磁波が存在し、前記の磁気的検出に対しノイズとして作用する。従って、前記磁石の磁気モーメントMを大きくしてS/N比を大きくすることが要求される。
前記医療用チューブの内径は通常3mmであり、医療用チューブの先端部内に挿着される磁石の外径は約3mmとなる。
前記磁石の磁気モーメントは、磁極の強さをm、磁石の長さをlとすると、M=mlで与えられ、磁極の強さmは磁石の断面積S、磁化時での残留磁束Brによって左右され、残留磁束Brは磁石材料によって定まる。
而るに、本発明者等の鋭意実験結果によれば、医療用チューブ(内径3mm)の先端部内に磁石を挿着し、その磁石位置を磁気インピーダンス効果センサにより効果的に検出するには、表面残留磁束密度330mT、材質NiFeB円柱磁石の場合、外径3mmφ、長さ30mmの寸法が必要である。
しかしながら、かかる寸法の磁石を鼻、口、喉等を経て体腔内に挿入することは至難であり、患者に過酷な負担をかけることになる。
請求項2に係る医療用チューブは、請求項1の医療用チューブにおいて、各個の磁石片の形状が柱状であることを特徴とする。
請求項3に係る医療用チューブは、請求項1〜2いずれかの医療用チューブにおいて、 磁石の全長が20〜50mm、外径が1〜5mmとされていることを特徴とする。
(2)体腔内挿入側端部に曲げモーメントが作用すると、磁石片の接触箇所がチューブ自体の曲げ剛性で屈折される。このチューブ自体の曲げ剛性が低いから、前記曲げモーメントが充分に低く抑えられ、充分な可撓性を保持させ得、鼻、口、喉からの医療用チューブの挿入をスムーズに行うことができる。
(3)磁石の全長nlを挿入器官内径よりも大きくすることにより、磁石の向きを常に器官の長手方向に一致させ得、2次元での検出を行えばよく、検出操作や構造を簡易化できる。
図1−1の(イ)は本発明に係る医療用チューブの一実施例を示す側面図、図1−1の(ロ)は図1−1の(イ)におけるロ−ロ断面図である。
図1−1において、aは可撓性チューブであり、透視可能なプラスチックチューブ、例えばポリアミドチューブ、シリコン樹脂チューブ、ポリエチレンチューブ等を使用できる。eはチューブの基端側に取付けられた他部材との接続部である。Bはチューブの先端部内に挿着された磁石であり、複数個の互いに縦列配置された磁石片bが用いられている。cはチューブの磁石挿着部の手前に設けられた側孔であり、例えばチューブ内に流入された栄養液の排出口として使用される。
この医療用チューブは、栄養管の外、尿カテーテル、拡張カテーテル、経鼻胃管、気管内チューブ、胃ポンプ管、直腸管、泌尿器用チューブ等として使用することもできる。
前記チューブの内径は、通常2〜5mmとされる。
医療用チューブの挿入中、医療用チューブの体腔内挿入側端部が鼻、口、喉等の曲がり部位を通過する際、その体腔内挿入側端部に曲げモーメントが作用する。この場合、図1−2に示すように、磁石片b,b間に片開きのギャップが形成され、磁石片端縁のアールに基づくギャップgが磁石片b,b間の屈折角Δθに基づくギャップdΔθ(dは磁石片の直径)に拡大され、それに応じて可撓性チューブが局部的に伸長されるが、可撓性チューブのヤング率が小さいためにその伸びに対する引っ張り応力が小さくて前記曲げモーメントが充分に低く抑えられる。従って、鼻、口、喉等の曲がり部位でも、医療用チューブのスムーズな通過を保障でき、患者に与える苦痛を充分に軽減できる。
前記した局部的な引っ張り応力で磁石片とチューブとの接触界面にすべりが生じると、曲げモーメントが開放されても、すべりが元に戻らず体腔内挿入側端部に曲げが残るので、磁石片とチューブとの接触界面は固定することが望ましく、接着剤で固定したり、図1−3に示すように、磁石片b,bの端縁間のギャップにチューブの樹脂を食い込ませることができる。また、磁石片の外面に溝を設け、この溝にチューブの樹脂を食い込ませることもできる。
上記のようにして、体腔内挿入側端部が鼻、口、喉等の曲がり部位を通過すると、体腔内挿入側端部は直線状に戻り、その後、所定部位に向けての医療用チューブのスムーズな挿入が進行されていく。
また、磁石片は必ずしも柱状に限られず、例えば、複数個の粒状磁石を用いてもよく、複数個の磁石片から構成される磁石の全体形状が柱状であればよい。
前記磁石片の材質には、Feを主成分とし、Ni、Co、Cu、Al、B等を添加したものが使用され、その磁極の強さは飽和磁界のもとでの残留磁束密度Brにより与えられ、断面積をS、磁石片の箇数をn、磁石片の長さをlとすると、磁気モーメントMは
M=SnlBr
で与えられ、ピン状磁石片の箇数nに応じて磁気モーメントMを大きくでき、前記磁石の位置を充分に高いS/N比のもとで検出できる。
ここで磁石の全長は20〜50mm、外径は1〜5mmであることが好ましい。このような全長を有する磁石は患者の挿入器官内径よりも大きいために、磁石の向きを常に器官の長手方向に一致させることができ、二次元での検査を行えばよいために、検出操作や構造を簡易化できる。
図2−1において、1a,1bは一対の磁気インピーダンス効果素子であり、自発磁化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向の磁区が交互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤが使用される。かかる零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス磁性ワイヤに高周波励磁電流を流したときに発生するワイヤ両端間出力電圧中のインダクタンス電圧分は、ワイヤの横断面内に生じる円周方向磁束によって上記の易磁化性の外殻部が円周方向に磁化されることに起因して発生する。従って、周方向透磁率μθは同外殻部の円周方向の磁化に依存する。而るに、この通電中のアモルファスワイヤの軸方向に信号磁界を作用させると、上記通電による円周方向磁束と信号磁界磁束との合成により、上記円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれ、それだけ円周方向への磁化が生じ難くなり、上記周方向透磁率μθが変化し、上記インダクタンス電圧分が変動することになる。この変動現象は磁気インダクタンス効果と称され、これは上記高周波励磁電流(搬送波)が信号磁界(信号波)で変調される現象ということができる。更に、上記通電電流の周波数がMHzオ−ダになると、高周波表皮効果が大きく現れ、表皮深さδ=(2ρ/wμθ)1/2(μθは前記した通り円周方向透磁率、ρは電気抵抗率、wは角周波数をそれぞれ示す)がμθにより変化し、このμθが前記した通り、信号磁界によって変化するので、ワイヤ両端間出力電圧中の抵抗電圧分も信号磁界で変動するようになる。この変動現象は磁気インピーダンス効果と称され、これは上記高周波励磁電流(搬送波)が信号磁界(信号波)で変調される現象ということができる。
また、被変調波(周波数fs)に同調させた周波数fsの方形波を被変調波に乗算して信号波をサンプリングする同調検波を使用することができる。
上記の実施例では、被変調波の復調によって被検出磁界を取り出しているが、これに限定されず、磁気インピーダンス効果素子に作用する信号磁界(信号波)で変調された高周波励磁電流波(搬送波)から信号磁界を検波し得るものであれば、適宜の検波手段を使用できる。
図2−4の(イ)は鉄芯巻線付き磁気インピーダンス効果ユニットの一例を示す側面図、図2−4の(ロ)は同じく底面図、図2−4の(ハ)は図2−4の(ロ)におけるハ−ハ断面図である。
図2−4において、100は基板チップであり、例えばセラミックス板を使用できる。101は基板片の片面に設けた電極であり、磁気インピーダンス効果素子接続用突部102を備えている。この電極は導電ペースト、例えば銀ペーストの印刷・焼付けにより設けることができる。1xは電極101,101の突部102,102間にはんだ付けや溶接により接続した磁気インピーダンス効果素子であり、前記した通り零磁歪乃至負磁歪のアモルファスワイヤ、アモルファスリボン、スパッタ膜等を使用できる。103は鉄やフェライト等からなるC型鉄芯、6xはC型鉄芯に巻装した負帰還用巻線、7xは同じくバイアス磁界用巻線であり、磁気インピーダンス効果素子1xとC型鉄芯103とでループ磁気回路を構成するように、C型鉄芯103の両端を基板片100の他面に接着剤等で固定してある。鉄芯材料としては、残留磁束密度の小さい磁性体であればよく、例えば、パーマロイ、フェライト、鉄、アモルファス磁性合金の他、磁性体粉末混合プラスチック等を挙げることができる。
H=M(1+3cos2φ)1/2/(4πμ0R3)
で与えられる。
図3−1から明らかな通り、この磁界Hの磁気インピーダンス効果素子の軸方向成分Hmは、
Hm=Hcos(φ+θ)=H(cosφcosθ−sinφsinθ)
で与えられ
sinθ=sinφ/(1+3cos2φ)1/2
cosθ=2cosφ/(1+3cos2φ)1/2
の関係があるから
[式1] Hm=M(cos2φ+1)/(4πμ0R3)
で与えられる。
図4において、aは患者の口または鼻から胃にかけて挿入したプラスチック製の医療用チューブ、Bは医療用チューブの先端に取り付けられた磁石である。
Tは基板に前記磁気インピーダンス効果素子1a,1bを搭載したセンサヘッドであり、該センサヘッドを患者の身体表面に平行な向きで、かつヘッドの長手方向をヘッドの移動方向に対し直角に向ける。
磁石の全長が器官の径以上である場合、磁石の方向はその器官の長手方向に限定される事象により、医療用チューブは上記各用途に応じて体腔内挿入中のチューブ先端部の方向範囲が指定される。従ってその向きから磁化片の磁化方向を特定することが可能で、その向きに対して体腔内挿入具の先端位置検出装置の両磁気インピーダンス効果素子1a,1bの感磁方向を平行方向に配置すると、磁化片が両磁気インピーダンス効果素子1a,1b間の中央に位置するとき、差出力が0を検出する。
1a,1b,1x 磁気インピーダンス効果素子
2 高周波電流源回路
3a,3b 検波回路
4 演算差動増幅器
5 検出出力端
6a,6b,6x 負帰還用巻線
7a,7b,7x バイアス磁界用巻線
60 負帰還回路
100 基板チップ
101 電極
102 磁気インピーダンス効果素子接続用突部
103 C型鉄心
1000 基板
a 医療用チューブ
B 磁石
b 磁石片
c 側孔
e 接続部
T センサヘッド
Claims (3)
- 患者の体腔内に挿入され、体腔内挿入側端部内の挿着磁石が体外から電磁的に検出される可撓性のチューブであり、複数個の磁石片が突き合わされて磁石の全体形状が柱状となるように縦列配置され、チューブの長さ方向に磁石の磁極の方向が設定されており、前記各磁石片の端縁にアールが付けられて相互に突き合わされた磁石片の端縁アール面間に谷状ギャップが形成されているとともに、その谷状ギャップにチューブの樹脂が食い込んでいることを特徴とする医療用チューブ。
- 各個の磁石片の形状が柱状であることを特徴とする請求項1記載の医療用チューブ。
- 磁石の全長が20〜50mm、外径が1〜5mmとされていることを特徴とする請求項1〜2いずれかに記載の医療用チューブ。
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