(57)【要約】【課題】体腔内に挿入された医療用チューブの先端の磁石の位置を電磁的に検出する装置の検出感度の向上及び磁気センサの小型化を可能にする。【解決手段】患者の体腔内での医療用チューブまたはワイヤの先端に連携された磁化片を検出する装置であり、前記磁化片からの距離が等しくなる点に位置されうる一対の磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂと、この一対の磁気インピーダンス効果素子の感磁出力の差を出力する差出力手段を有し、基板に前記磁気インピーダンス効果素子が搭載されている。【選択図】図１−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の体腔内での医療用チューブまたはワイヤの先端に連携された磁化片を検出する装置であり、前記磁化片からの距離が等しくなる点に位置されうる一対の磁気インピーダンス効果素子と、この一対の磁気インピーダンス効果素子の感磁出力の差を出力する差出力手段を有し、基板に前記磁気インピーダンス効果素子が搭載されていることを特徴とする体腔内挿入具の先端位置検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の体腔内挿入具の先端位置検出装置において、一対の磁気インピーダンス効果素子を搭載する基板と、この一対の磁気インピーダンス効果素子以外の部分を搭載する基板とが別体とされていることを特徴とする体腔内挿入具の先端位置検出装置。
【請求項３】
一対の磁気インピーダンス効果素子の各素子の向きが両素子を結ぶ直線に対し直角方向とされていることを特徴とする請求項１または２記載の体腔内挿入具の先端位置検出装置。
【請求項４】
磁気インピーダンス効果素子の間隔が５〜３０cmとされている請求項１〜３何れか記載の体腔内挿入具の先端位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は体腔内挿入具の先端位置検出装置に関し、例えば体腔内に挿入された栄養補給管の先端位置の検出に使用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
臨床医療では、患者の体腔内に医療用チューブを挿入して治療を行うことがあり、この場合、チューブ先端が所定の箇所に位置しているか否かを確認することが不可欠である。
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。
【０００３】
そこで、医療用チューブの先端に磁石を連結し、この磁石の位置を電磁的に検出することが提案されている。
かかる検出装置として、特許文献１には「患者の体内での医療用チューブに連携された磁石の位置を検出する装置であって、磁石からの第１の距離における第１の静磁界の強さを検知して該第１の静磁界の強さの関数である第１のセンサ出力を出力する手段と、磁石からの第２の距離における第２の静磁界の強さを検知して該第２の静磁界の強さの関数である第２のセンサ出力を出力する手段であって、該第２の距離は該第１の距離よりも大きいものと、該第１のセンサ信号を受信して該第１のセンサ信号の関数である第１の検出信号を出力する手段と、該第２のセンサ信号を受信して該第２のセンサ信号の関数である第２の検出信号を出力する手段と、該第１及び第２の検出信号を受信して該第１の検出信号と該第２の検出信号との差である差信号を出力する手段と、該差信号に対する値を受信して表示し、該医療用チューブの位置を検出するための静磁界強度の勾配を与える手段を備えている装置」が開示されている。
【特許文献１】特許第３５６６２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている体腔内挿入具の先端位置検出装置では、特許文献１の第９頁第２３行〜第２９行に「第１センサと第２センサは第１及び第２距離の差に等しい距離だけ互いに離れている。この幾何学的条件では（例えば、地球磁界強度のような）周囲磁界は第１センサ、第２センサによって感知されても同じ値を示すが、磁石の磁界強度は第１センサによって感知されるか第２センサによって感知されるかによって異なる値を示す。一方のセンサで感知される磁界強度を他方のセンサで感知される磁界強度から差引くことにより、地球の磁界強度の感知を打消しながら、磁石の磁界強度勾配を感知することができる。」との記載から明らかなとおり、何れか一方のセンサが磁石に最接近すると感知出力が最大となり、他方のセンサの感知出力との差である差出力がピーク値を呈し、このときに警報信号を発信させて磁石の位置を検知している。
【０００５】
しかしながら、前記ピーク値は磁石の向きにより変化し、磁石の磁化方向とセンサの感磁方向とが垂直に近づくにつれ、前記ピーク値近傍での変化が緩やかになって感度が低下するという不都合がある。
また、第１センサと第２センサとの間隔を余り短くすると前記ピーク値が減少して感度を担保し難いので、その間隔を相当に広くする必要があり、センサがかなり大きくなって患者の身体表面に沿ってのスムーズな移動が難しいという不都合もある。
【０００６】
本発明の目的は、体腔内に挿入された医療用チューブの先端の磁石の位置を電磁的に検出する装置の検出感度の向上及び磁気センサの小型化を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る体腔内挿入具の先端位置検出装置は、患者の体腔内での医療用チューブまたはワイヤの先端に連携された磁化片を検出する装置であり、前記磁化片からの距離が等しくなる点に位置されうる一対の磁気インピーダンス効果素子と、この一対の磁気インピーダンス効果素子の感磁出力の差を出力する差出力手段を有し、基板に前記磁気インピーダンス効果素子が搭載されていることを特徴とする。
請求項２に係る体腔内挿入具の先端位置検出装置は、請求項１の体腔内挿入具の先端位置検出装置において、一対の磁気インピーダンス効果素子を搭載する基板と、この一対の磁気インピーダンス効果素子以外の部分を搭載する基板とが別体とされていることを特徴とする。
請求項３に係る体腔内挿入具の先端位置検出装置は、請求項１または２の体腔内挿入具の先端位置検出装置において、一対の磁気インピーダンス効果素子の各素子の向きが両素子を結ぶ直線に対し直角方向とされていることを特徴とする。
請求項４に係る体腔内挿入具の先端位置検出装置は、請求項１〜３何れかの体腔内挿入具の先端位置検出装置において、磁気インピーダンス効果素子の間隔が５〜３０cmとされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
磁化片からの距離が等しくなる点に位置される一対の磁気インピーダンス効果素子の磁化片の磁界に対する感磁出力は、その一対の磁気インピーダンス効果素子の差出力であり、一対の磁気インピーダンス素子の感磁方向に対して磁化片の磁化方向が平行方向或いは垂直方向に配置された場合、平行方向で０、垂直方向で最大値若しくは最小値となる。
従って、磁化片の磁化方向を予め特定できている場合、その方向に対して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或いは垂直方向に配置すると、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、差出力が平行方向で０、垂直方向で最大値若しくは最小値に保持され、高い検出感度を保証できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１−１は本発明において使用される体腔内挿入具の先端位置検出装置の一例の回路図を示している。
図１−１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。
【００１０】
図１−１において、２は磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂに高周波励磁電流を加えるための高周波電流源回路、３ａ，３ｂは磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂの軸方向に作用する信号磁界（信号波）で前記高周波励磁電流（搬送波）を変調させた被変調波を復調する検波回路、４は両検波出力を差動増幅して検出出力を得るための演算差動増幅器である。６０は差動増幅器４の出力を各負帰還用巻線６ａ，６ｂに対し負帰還させるための負帰還回路である。５は検出出力端である。７ａ，７ｂはバイアス磁界用巻線である。
【００１１】
磁気インピーダンス効果素子においては、前記した通り励磁電流に基づく円周方向磁束と信号磁界による軸方向磁束との合成により、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らされるために、周方向透磁率μθが変化し、インダクタンスが変動され、この円周方向透磁率μθの高周波表皮効果の表皮深さの変化でインピーダンスが変動される。従って、信号磁界の±により上記合成磁界による周方向ずれφも±φになるが、周方向の磁界の減少倍率cos(±φ)は変わらず、従ってμθの減少度は信号磁界の方向の正負によっては変化されない。従って、信号磁界−出力特性は、図１−２の（イ）のように信号磁界をｘ軸に、出力をｙ軸にとると、ｙ軸に対してほぼ左右対称となる。この信号磁界−出力特性は非線形である。非線形特性では、不安定であり、高感度の測定も困難である。そこで、負帰還用巻線で負帰還をかけて図１−２の（ロ）に示すように出力特性を直線化している。しかし、この出力特性では、信号磁界の極性判別を行ない得ないので、バイアス用巻線７でバイアス磁界をかけ、図１−２の（ハ）に示すように極性判別可能としている。すなわち、図１−２の（ロ）の特性を、図１−２の（ハ）に示すようにバイアス磁界−Ｈｂによりｘ軸のマイナス方向に移動させ、信号磁界の最大検出範囲を単斜め線領域の範囲内−Ｈmax〜＋Ｈmaxに納めている。
【００１２】
図１−３は一対の磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂを短冊状の基板１０００上に搭載したセンサヘッドを示し、両磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂの向きは両素子１ａ，１ｂを結ぶ直線の方向に対し直角方向とされている。両磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂの向きの角度が同じであれば、両素子の向きは前記直角とは異なる角度としてもよい。
【００１３】
上記磁気インピーダンス効果素子１としては、遷移金属と非金属の合金で非金属が１０〜３０原子％組成のもの、特に遷移金属と非金属との合金で非金属量が１０〜３０原子％を占め、遷移金属がＦｅとＣｏで非金属がＢとＳｉであるかまたは遷移金属がＦｅで非金属がＢとＳｉである組成のものを使用することができ、例えば、組成Ｃｏ７０．５Ｂ１５Ｓｉ１０Ｆｅ４．５、長さ２０００μｍ〜６０００μｍ、外径３０μｍ〜５０μｍφのものを使用できる。
磁気インピーダンス効果素子１には、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤの外、アモルファスリボン、アモルファススパッタ膜等も使用できる。
【００１４】
上記において、高周波励磁電流には、例えば連続正弦波、パルス波、三角波等の通常の高周波を使用でき、高周波励磁電流源としては、例えばハートレー発振回路、コルピッツ発振回路、コレクタ同調発振回路、ベース同調発振回路のような通常の発振回路の外、水晶発振器の矩形波出力を直流分カットコンデンサを経て積分回路で積分しこの積分出力の三角波を増幅回路で増幅する三角波発生器、ＣＭＯＳ−ＩＣを発振部として使用した三角波発生器等を使用できる。
【００１５】
上記の検波回路としては、例えば被変調波を演算増幅回路で半波整流しこの半波整流波を並列ＲＣ回路またはＲＣローパスフィルターで処理して半波整流波の包絡線出力を得る構成、被変調波をダイオードで半波整流しこの半波整流波を並列ＲＣ回路またはＲＣローパスフィルターで処理して半波整流波の包絡線出力を得る構成等を使用できる。
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。
【００１６】
前記負帰還用巻線及びバイアス磁界用巻線は磁気インピーダンス効果素子に巻き付けることができる。また、図１−４に示すように磁気インピーダンス効果素子とループ磁気回路を構成する鉄芯に負帰還用巻線及びバイアス磁界用巻線を巻き付けることもできる。  図１−４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１−４の（ロ）は同じく底面図、図１−４の（ハ）は図１−４の（ロ）におけるハ−ハ断面図である。
図１−４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。
【００１７】
図２−１において、Ｍを垂直方向の磁気ダイポルールの磁気モーメントとし、磁気インピーダンス効果素子の中心が磁気ダイポールに対して距離Ｒ、角度φの位置ｏに存在するとすると、磁気ダイポールによる位置ｏでの磁界強度Ｈは、
Ｈ＝Ｍ（１＋３cos２φ）１／２／（４πμ０Ｒ３）
で与えられる。
図２−１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。
【００１８】
図２−２において、一の磁気インピーダンス効果素子、例えば磁気インピーダンス効果素子１ａの位置がｘ＝０に在るとし、その点を中心にその磁気インピーダンス効果素子が左右に動くと、その磁気インピーダンス効果素子１ａの前記式１に基づく感磁界Ｈｍａは曲線ａで与えられ、その変化は（cos２φ＋１）の乗算効果のために相当にシャープである。他方の磁気インピーダンス効果素子１ｂの前記式１に基づく感磁界Ｈｍｂは曲線ｂで与えられる。従って、両磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂの差出力は曲線Ｈｍａｂで与えられ、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、前記差出力は０である。
【００１９】
磁化片の磁化方向が水平方向である場合、図２−３において、一の磁気インピーダンス効果素子、例えば磁気インピーダンス効果素子１ａの位置がＸ＝０に在るとし、その点を中心にその磁気インピーダンス効果素子が左右に動くと、その磁気インピーダンス効果素子１ａの感磁界Ｈｍａ´は曲線ａ´で与えられる。他方の磁気インピーダンス効果素子１ｂの感磁界Ｈｍｂ´は曲線ｂ´で与えられる。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、前記差出力は磁化片の磁極に応じて最大値若しくは最小値となる。
従って、磁化片の磁化方向が予め特定できている場合、その方向に対して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或いは垂直方向に配置すると、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、差出力が平行方向で０、垂直方向で最大値若しくは最小値に保持される。
【００２０】
本発明に係る体腔内挿入具の先端位置検出装置は、先端に磁化片を取付けた医療用チューブを患者の体内に挿入したのち、その磁化片の位置を検出するのに使用される。
磁化片には、永久磁石を用いることが好ましく、その形状は円柱体または棒状とすることが好ましく、その寸法は直径１〜３ｍｍ、長さ４〜６ｍｍとすることが好ましい。磁化の方向は、上半周側をＮ（Ｓ）極、下半周側をＳ（Ｎ）極とするもの、長手方向の一端側をＮ（Ｓ）極、他端側をＳ（Ｎ）極とするものの何れであってもよい。
医療用チューブとしては、栄養管以外に、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を挙げることができ、医療用ワイヤとしては、拡張カテーテルやその他の医療用チューブを案内または配置するためのガイドワイヤを挙げることができる。
【００２１】
図３の（イ）及び（ロ）〔図３の（イ）の右側面図〕は患者の体腔内に挿入した医療用チューブの先端の磁化片の位置を本発明の体腔内挿入具の先端位置検出装置により検出する状態を示している。
図３において、ｐ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栄養管、Ｍは栄養管の先端に取り付けられた管状磁石であり、上半周側がＮ（Ｓ）極に、下半周側がＳ（Ｎ）極になるように磁化されている。
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垂直向きで、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或いは垂直方向に配置すると、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、差出力が平行方向で０、垂直方向で最大値若しくは最小値を検出する。
【００２２】
磁化片の磁化方向が予め特定できている場合、その方向に対して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或いは垂直方向に配置すると、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、差出力が平行方向で０、垂直方向で最大値若しくは最小値検出の高感度性と磁気インピーダンス効果素子自体の高感度性のために、磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂ間の間隔を５〜３０ｃｍとすることにより、前記差出力の０点近傍での急峻変化及び最大値若しくは最小値の絶対値変化の増大を有効に達成できる。
【００２３】
上記において、前記センサヘッドと＋Ｖｃｃ電源、検波回路、差動増幅回路、バイアス回路、負帰還回路、励磁電流源回路等を基板に搭載した駆動部とを分離し、両者の間を可撓性リードで連結している。磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂ、１ａ’，１ｂ’と＋Ｖｃｃ電源、検波回路、差動増幅回路、バイアス回路、負帰還回路、励磁電流源回路等とを共通の基板に搭載することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１−１】本発明に係る体腔内挿入具の先端位置検出装置を示す回路図である。
【図１−２】磁気インピーダンス効果素子の出力特性を示す図面である。
【図１−３】図１−１の体腔内挿入具の先端位置検出装置におけるセンサヘッドを示す図面である。
【図１−４】本発明において使用される鉄芯巻線付き磁気インピーダンス効果ユニットを示す図面である。
【図２−１】磁化片の磁気モーメントにより磁気インピーダンス効果素子に作用する磁界を示す図面である。
【図２−２】磁化方向が垂直な磁化片の磁気モーメントにより磁気インピーダンス効果素子に作用する磁界と両磁気インピーダンス効果素子の差出力を示す図面である。
【図２−３】磁化方向が水平な磁化片の磁気モーメントにより磁気インピーダンス効果素子に作用する磁界と両磁気インピーダンス効果素子の差出力を示す図面である。
【図３】本発明に係る体腔内挿入具の先端位置検出装置の使用状態を示す図面である。
【符号の説明】
【００２５】
１ａ，１ｂ      一対の磁気インピーダンス効果素子
４                差動増幅器
ｐ                医療用チューブ
Ｍ                磁化片
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
2008099714.tif 000005
【図１−４】
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【図２−１】
2008099714.tif 000007
【図２−２】
2008099714.tif 000008
【図２−３】
2008099714.tif 000009
【図３】
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