(57)【要約】【課題】試料として生体軟組織を用いても、鋭利物による切れ味を物理量で定量的に評価することが可能な、鋭利物の切れ味評価装置及び切れ味評価方法を提供すること。【解決手段】鋭利物支持部材と、互いに離隔した位置に設けられ、試料としての生体軟組織を、張力を付与した状態で把持可能な第１及び第２把持部材と、前記第１把持部材と前記第２把持部材との間で前記生体軟組織に付与される張力を変更可能な張力変更機構と、前記生体軟組織の張力を計測可能な張力計測器と、前記生体軟組織と前記鋭利物との相対位置を変え、前記鋭利物を、前記第１把持部材と前記第２把持部材との間で前記生体軟組織に接触させることが可能な位置可変機構と、前記鋭利物を前記生体軟組織に接触させた状態で、前記生体軟組織から前記鋭利物に作用する荷重を計測可能な荷重計測器と、を備える。【選択図】図１
2016008952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋭利物を支持可能な鋭利物支持部材と、
互いに離隔した位置に設けられ、試料としての生体軟組織を、張力を付与した状態で把持可能な第１及び第２把持部材と、
前記第１把持部材と前記第２把持部材との間の離隔距離を可変し、前記第１把持部材と前記第２把持部材との間で前記生体軟組織に付与される張力を変更可能な張力変更機構と、
前記生体軟組織の張力を計測可能な張力計測器と、
前記第１及び前記第２把持部材に把持された前記生体軟組織と前記鋭利物支持部材に支持された前記鋭利物との相対位置を変え、前記鋭利物を、前記第１把持部材と前記第２把持部材との間で前記生体軟組織に接触させることが可能な位置可変機構と、
前記鋭利物を前記生体軟組織に接触させた状態で、前記生体軟組織から前記鋭利物に作用する荷重を計測可能な荷重計測器と、を備えることを特徴とする、鋭利物の切れ味評価装置。
【請求項２】
前記第１把持部材及び前記第２把持部材は、前記生体軟組織の中央部が空中に浮いた状態で、前記生体軟組織の外縁部を把持可能であることを特徴とする、請求項１に記載の鋭利物の切れ味評価装置。
【請求項３】
前記第１把持部材と前記第２把持部材とは略水平方向に対向して配置されており、
前記荷重計測器は、前記生体軟組織から前記鋭利物に作用する略鉛直方方向の荷重を計測する第１荷重計測器と、前記生体組織から前記鋭利物に作用する略水平方向の荷重を計測する第２荷重計測器と、を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋭利物の切れ味評価装置。
【請求項４】
前記位置可変機構は、鉛直方向及び水平方向において、前記鋭利物と前記生体軟組織との相対位置を変更可能であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の鋭利物の切れ味評価装置。
【請求項５】
試料としての生体軟組織を、互いの離隔距離を変更可能な第１把持部材と第２把持部材とに把持させる把持ステップと、
前記第１把持部材と前記第２把持部材との間の前記離隔距離を変更して、前記第１把持部材と前記第２把持部材との間における前記生体軟組織の張力を所定の張力に設定する張力設定ステップと、
鋭利物を、前記第１把持部材と前記第２把持部材との間で前記生体軟組織に接触させる接触ステップと、
前記生体軟組織から前記鋭利物に作用する荷重を計測する計測ステップと、を含むことを特徴とする鋭利物の切れ味評価方法。
【請求項６】
前記把持ステップでは、前記生体軟組織の外縁部を、前記生体軟組織の中央部が空中に浮いた状態となるように、前記第１把持部材及び前記第２把持部材に把持させることを特徴とする、請求項５に記載の鋭利物の切れ味評価方法。
【請求項７】
前記第１把持部材と前記第２把持部材とは略水平方向に対向して配置されており、
前記計測ステップでは、前記生体軟組織から前記鋭利物に作用する略鉛直方方向の荷重と、前記生体組織から前記鋭利物に作用する略水平方向の荷重と、を計測することを特徴とする、請求項５又は６に記載の鋭利物の切れ味評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋭利物の切れ味評価装置及び切れ味評価方法に関し、特に、生体軟組織に対する鋭利物の切れ味を評価可能な、鋭利物の切れ味評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
刃物の切れ味を評価する切れ味評価装置として、包丁等の刃物の刃先に多数枚の紙を束ねた試料を所定の荷重で押し当てた状態で、試料を刃物の延びる方向（刃先の延在方向）へ一定速度で一往復移動させて、切れた紙の枚数により切れ味を評価する、所謂、本多式切れ味試験機が知られている。この本多式切れ味試験機は、単純な試験法により切れ味の評価を行うことができるため現在も幅広く使用されているが、切れた紙の枚数が評価指標となっているため、切断中の性能（経時的応答）を取得することができない。
【０００３】
これに対して、特許文献１には、刃物を脱着可能に支持する刃物支持部と、刃物支持部に支持された刃物に作用する６軸（互いに直交する３軸の方向と各軸周りの回転方向）の方向の荷重を計測可能な力覚センサと、力覚センサ及び刃物支持部を３次元的に移動させる支持部移動機構としての６軸制御の多関節ロボットと、を備える刃物切れ味評価装置が開示されている。この刃物切れ味評価装置は、試料の切断中に刃物に作用する荷重を計測し、この計測値から使用者が感じる切れ味を評価するものである。
【０００４】
この他に、特許文献２には、刃物の切れ味を含め、刃物を使用して紙や高分子フィルム等のシート状物を切断した場合の切断抵抗力の大小を評価する装置として、シート状物を所定の張力を以て把持させ、切断中のシート状物の張力に関する物理量を検出し、この物理量に基づいて、シート状物の切断抵抗力を評価する装置が開示されている。また更に、特許文献３には、ヒトの生体組織と同様の切開感や感触を有し、手術練習用刃物又は手術用切除具の切れ味を検査するための切れ味検査用シートが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２０５１３８号公報
【特許文献２】特開平１０−２５３４７４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１９７６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した本多式切れ味試験機や、特許文献１、２に開示された切れ味評価装置は、試料として模擬材料ではない生体軟組織を用いることを想定したものではなく、生体軟組織を手術用メス等の鋭利物により切開等する際の切れ味を定量的に評価することはできない。また、特許文献３に開示の切れ味検査用シートについても、この検査用シートを用いて検査する検査人によって主観的な評価が行われるものであり、生体軟組織を鋭利物により切開等する際の切れ味を定量的に評価するために用いられるものではない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、試料として生体軟組織を用いても、鋭利物による切れ味を物理量で定量的に評価することが可能な、鋭利物の切れ味評価装置及び切れ味評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様としての鋭利物の切れ味評価装置は、鋭利物を支持可能な鋭利物支持部材と、互いに離隔した位置に設けられ、試料としての生体軟組織を、張力を付与した状態で把持可能な第１及び第２把持部材と、前記第１把持部材と前記第２把持部材との間の離隔距離を可変し、前記第１把持部材と前記第２把持部材との間で前記生体軟組織に付与される張力を変更可能な張力変更機構と、前記生体軟組織の張力を計測可能な張力計測器と、前記第１及び前記第２把持部材に把持された前記生体軟組織と前記鋭利物支持部材に支持された前記鋭利物との相対位置を変え、前記鋭利物を、前記第１把持部材と前記第２把持部材との間で前記生体軟組織に接触させることが可能な位置可変機構と、前記鋭利物を前記生体軟組織に接触させた状態で、前記生体軟組織から前記鋭利物に作用する荷重を計測可能な荷重計測器と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の１つの実施形態として、前記第１把持部材及び前記第２把持部材は、前記生体軟組織の中央部が空中に浮いた状態で、前記生体軟組織の外縁部を把持可能であることが好ましい。
【００１０】
本発明の１つの実施形態として、前記第１把持部材と前記第２把持部材とは略水平方向に対向して配置されており、前記荷重計測器は、前記生体軟組織から前記鋭利物に作用する略鉛直方方向の荷重を計測する第１荷重計測器と、前記生体組織から前記鋭利物に作用する略水平方向の荷重を計測する第２荷重計測器と、を備えることが好ましい。
【００１１】
本発明の１つの実施形態として、前記位置可変機構は、鉛直方向及び水平方向において、前記鋭利物と前記生体軟組織との相対位置を変更可能であることが好ましい。
【００１２】
本発明の第２の態様としての鋭利物の切れ味評価方法は、試料としての生体軟組織を、互いの離隔距離を変更可能な第１把持部材と第２把持部材とに把持させる把持ステップと、前記第１把持部材と前記第２把持部材との間の前記離隔距離を変更して、前記第１把持部材と前記第２把持部材との間における前記生体軟組織の張力を所定の張力に設定する張力設定ステップと、鋭利物を、前記第１把持部材と前記第２把持部材との間で前記生体軟組織に接触させる接触ステップと、前記生体軟組織から前記鋭利物に作用する荷重を計測する計測ステップと、を含むことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の１つの実施形態として、前記把持ステップでは、前記生体軟組織の外縁部を、前記生体軟組織の中央部が空中に浮いた状態となるように、前記第１把持部材及び前記第２把持部材に把持させることが好ましい。
【００１４】
本発明の１つの実施形態として、前記第１把持部材と前記第２把持部材とは略水平方向に対向して配置されており、前記計測ステップでは、前記生体軟組織から前記鋭利物に作用する略鉛直方方向の荷重と、前記生体組織から前記鋭利物に作用する略水平方向の荷重と、を計測することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る鋭利物の切れ味評価装置及び切れ味評価方法によれば、試料として生体軟組織を用いても、鋭利物による切れ味を物理量で定量的に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の１つの実施形態としての、鋭利物の切れ味評価装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す切れ味評価装置を前後方向の一方向側から見た図である。
【図３】図１、図２に示す切れ味評価装置１において試料として生体軟組織を設置した状態を示した図であり、図３（ａ）〜（ｄ）それぞれは、生体軟組織を押し切りにより切断する際の経時的な変化を示す図である。
【図４】本発明の１つの実施形態としての、鋭利物の切れ味評価方法を示すフローチャート図である。
【図５】図１〜図３に示す切れ味評価装置を用いて行った生体軟組織の押し切り試験の試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る鋭利物の切れ味評価装置及び切れ味評価方法の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。
【００１８】
まず、本発明に係る鋭利物の切れ味評価装置の１つの実施形態について説明する。図１及び図２は、本実施形態としての切れ味評価装置１を示す図である。また、図３は、切れ味評価装置１において試料として生体軟組織Ｘを設置した状態を示しており、図３（ａ）〜（ｄ）では、生体軟組織Ｘを押し切りにより切断する際の経時的な変化を示している。なお、「生体軟組織」とは、皮膚や筋肉など、生体における骨格以外の支持組織を意味する。
【００１９】
図１、図２に示すように、切れ味評価装置１は、鋭利物支持部材２と、把持部材３と、張力変更機構４と、張力計測器５と、位置可変機構６と、荷重計測器７と、を備える。以下、各構成について詳細に説明する。
【００２０】
鋭利物支持部材２は、例えば鋭利物８を挟持する等により、鋭利物８を脱着可能に支持することができるように構成されている。本実施形態では、鋭利物８を装着するための鋭利物支持部材２を万能試験機６０のクロスヘッド６１に固定することにより、この万能試験機６０を後述する位置可変機構６の一部として用いている。なお、１つの鋭利物支持部材２に対して異なる形状や種類の複数の鋭利物８を脱着可能にすることも可能であるが、例えば、万能試験機６０に対して装着される鋭利物支持部材２を変更することにより、鋭利物８の形状や種類等を変更するようにしてもよい。また、鋭利物８とは、例えば手術用メスや包丁などの刃物のみならず、生体軟組織との接触、押圧により生体軟組織に傷等の損傷を引き起こし得るエッジ部や突出部を有する部材を含む意味である。
【００２１】
把持部材３としての第１把持部材３ａ及び第２把持部材３ｂは、互いに離隔した位置に設けられており、試料としての生体軟組織Ｘの両端を、張力を付与した状態で把持することができるように構成されている。図１に示すように、第１把持部材３ａ及び第２把持部材３ｂは、後述する張力変更機構４の固定部材１８に固定され、水平方向において対向するように配置されている。具体的に、第１把持部材３ａ及び第２把持部材３ｂそれぞれは、コの字型形状の把持部９と、この把持部９に固定された棒状部１０と、を備えており、第１把持部材３ａ及び第２把持部材３ｂは、各把持部材３ａ、３ｂにおけるコの字型形状の把持部９が区画している開口（把持部９に区画された溝）１１が、水平方向において互いに対向するように配置されている。
【００２２】
コの字型形状の把持部９は、四角い板状の底板１２と、底板１２の一端側に設けられ、底板１２に対して把持部９の開口側に向かって垂直に突設する矩形板状の第１板部１３と、底板１２の他端側に設けられ、第１板部１３と対向する矩形板状の第２板部１４と、で構成されている。棒状部１０は、把持部９の底板１２における中央部において、底板１２に対して、把持部９の開口側とは反対側に向かって垂直に突出するように固定されている。なお、把持部９及び棒状部１０は鋼製であり、棒状部１０は、把持部９の底板１２の中央部に区画されたねじ孔に螺合するボルト部材により構成することができるが、この構成に限られるものではない。例えば、底板１２に対して棒状部材を溶接等により接合することにより棒状部１０を形成してもよい。
【００２３】
図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、試料としてのシート状の生体軟組織Ｘは、第１把持部材３ａ及び第２把持部材３ｂそれぞれの把持部９において、挟持されることにより把持される。具体的に、把持部９は、対向して配置された第１板部１３及び第２板部１４の間に、これら板部１３、１４の対向方向（本実施形態では鉛直方向）に移動可能な移動部材１５を更に備えており、生体軟組織Ｘは、この移動部材１５と、鉛直方向下側に位置する第２板部１４との間で直接又は別部材を介して挟持されることにより、把持部９に把持される。なお、本実施形態で示す生体軟組織Ｘは、移動部材１５と、第２板部１４との間で、板材１７を介して挟持されている。具体的に、本実施形態の移動部材１５は、外周面にねじ山が形成されたねじ部１６を有するボルトにより構成されており、ボルトの先端と生体軟組織Ｘとの間に板材１７を別途挿入することで、この板材１７と、第２板部１４との間において、生体軟組織Ｘを挟持し、把持するものである。移動部材１５は、ねじ部１６のねじ山が鉛直方向上側の第１板部１３に形成された貫通ねじ孔に螺合した状態で回転することにより、鉛直方向に移動する。これにより、移動部材１５の先端位置を鉛直方向に移動させることができ、薄くて柔軟な生体軟組織Ｘの両端を、移動部材１５の先端と、第２板部１４との間で、板材１７を介して挟持し、拘束することができる。本実施形態の板材１７の下面には、生体軟組織Ｘとの間の摩擦力を高めるため、周期性溝が施されている。なお、図１は、説明の便宜上、移動部材１５及び板材１７が省略されて描かれている。
【００２４】
また、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示すように、本実施形態では、移動部材１５、板材１７、試料としての生体軟組織Ｘ、及び第２板部１４に通し穴を設け、この通し穴に移動部材１５よりも小さいボルト５０を差し込んだ状態としている。このような構成とすることにより、移動部材１５を回転させて試料を固定している際に、試料が一緒に回転しないようにすることができる。
【００２５】
また、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、第１把持部材３ａ及び第２把持部材３ｂは、生体軟組織Ｘの中央部が空中に浮いた状態で、生体軟組織Ｘの両端（外縁部のうち対向する２箇所）を把持している。生体軟組織Ｘをこのように把持することにより、生体軟組織Ｘのうち鋭利物８が接触する中央部は、空中に浮いた状態となるため、例えば置台などの、生体軟組織Ｘを固定するために生体軟組織Ｘの下方に配置される部材の材料特性の影響を受けることなく、生体軟組織Ｘから鋭利物８に負荷される荷重応答のみを計測することができる。
【００２６】
ここで、本実施形態では、移動部材１５と、鉛直方向下側に位置する第２板部１４との間で板材１７を介して生体軟組織Ｘを挟持する構成としているが、この構成に限られるものではなく、移動部材１５と、第１板部１３及び第２板部１４の一方との間で生体軟組織Ｘを挟持する構成であればよく、移動部材１５と鉛直方向上側の第１板部１３との間で生体軟組織Ｘを挟持するように構成してもよい。また、本実施形態の移動部材１５は、ねじ部１６を備えるボルトにより構成されているが、移動部材１５の構成はこの構成に限られるものではない。第１板部１３及び第２板部１４の間で、第１板部１３及び第２板部１４の一方との間の距離を可変する部位を有し、この部位と、第１板部１３及び第２板部１４の一方との間で直接又は別部材を介して生体軟組織Ｘを把持可能な移動部材であればよく、種々の構成により実現することができる。例えば、移動部材１５を、外周面にねじ山が形成されたねじ部と、ねじ部の先端部に、ねじ部に対して回転可能に取り付けられ、ねじ部の軸方向と直交する方向に延在する先端板部と、を備える構成とし、ねじ部のねじ山を、第１板部１３及び第２板部１４の一方に形成された貫通ねじ孔に螺合させた状態で回転させることにより、移動部材１５の先端位置（先端板部の位置）を鉛直方向に移動させ、第１板部１３及び第２板部１４の他方と、先端板部との間で、試料としての生体軟組織Ｘを挟持し、把持するようにしてもよい。更には、移動部材１５を、本実施形態のように、単にねじ部１６を有するボルトのみで構成し、ボルトの先端と、第１板部１３及び第２板部１４の一方との間において、別部材を介在させることなく、生体軟組織Ｘを直接挟持し、把持する構成であってもよい。なお、移動部材１５を、上述したように、ねじ部と先端板部とで構成する場合には、本実施形態の板材１７と同様、先端板部の生体軟組織Ｘと接触する面に周期性溝を施すようにしてもよい。
【００２７】
張力変更機構４は、第１把持部材３ａと第２把持部材３ｂとの間の離隔距離Ｄ（第１把持部材３ａ及び第２把持部材３ｂの把持部９同士の離隔距離）を変更可能に構成されている。離隔距離Ｄを変更することにより、第１把持部材３ａと第２把持部材３ｂとの間で生体軟組織Ｘに付与される張力を任意に変更することができる。具体的に、本実施形態の張力変更機構４は、上述の把持部材３を固定する固定部材１８と、この固定部材１８を、離隔距離Ｄを変更可能なように、水平方向に移動可能に支持する距離調整ユニット１９と、を備える。
【００２８】
本実施形態の固定部材１８は鋼材などで形成されたＬ字型板で構成されており、把持部材３の底板１２と平行するように鉛直方向に延在し、後述する張力計測器５を介して把持部材３が固定される第１板部２０と、水平方向に延在し、距離調整ユニット１９に取り付けられる第２板部２１と、備えている。距離調整ユニット１９は、固定部材１８の第２板部２１が固定されるテーブル２２と、このテーブル２２を、離隔距離Ｄを変更できるよう所定方向に移動可能に支持するテーブル支持部材２３と、を備えている。なお、距離調整ユニット１９のテーブル２２及びテーブル支持部材２３は、炭素鋼等により形成することができる。
【００２９】
本実施形態のテーブル２２は、第２板部２１が固定される平板部２４と、この平板部２４の下面に一体で突設された四角柱状の突出部２５と、を備えている。また、本実施形態のテーブル支持部材２３は、テーブル２２の突出部２５が嵌合する長溝部２６を区画している。そのため、テーブル２２は、突出部２５が長溝部２６に嵌合した状態で突出部２５が長溝部２６を区画する溝壁にガイドされることにより、長溝部２６の長手方向Ａに移動することができる。このような構成とすることにより、第１固定部材１８ａを介して第１把持部材３ａが支持された第１テーブル２２ａと、第２固定部材１８ｂを介して第２把持部材３ｂが支持された第２テーブル２２ｂと、を長溝部２６の長手方向Ａに移動させることが可能となり、第１テーブル２２ａと第２テーブル２２ｂとの間の距離を変えることによって、第１把持部材３ａと第２把持部材３ｂとの間の離隔距離Ｄを変更することができる。
【００３０】
このように、試料としてのシート状の生体軟組織Ｘに対して所定の張力を付与することにより、実際の生体軟組織の状態（所定の張力（自然張力）が組織表面に加わっている状態）を再現することができ、実際の生体軟組織に対する鋭利物８の切れ味評価と同等の評価を行うことが可能になる。
【００３１】
なお、第１テーブル２２ａと第２テーブル２２ｂとの間の距離は、テーブル支持部材２３の外側に設けられたハンドル２７を操作することにより変更することができる。具体的に、本実施形態の距離調整ユニット１９には、上述したテーブル２２及びテーブル支持部材２３の他に、テーブル支持部材２３の外側に位置するハンドル２７と、テーブル２２（本実施形態では第１テーブル２２ａ及び第２テーブル２２ｂ）の突出部２５に形成された貫通ねじ孔又はねじ溝に対して螺合すると共に、ハンドル２７の回転に追従して回転するボルト部材２８と、が設けられている。そのため、使用者がハンドル２７を回転させると、ボルト部材２８が追従して回転し、テーブル２２が長溝部２６の長手方向Ａ（ボルト部材２８の軸方向と同じ方向）に移動する。従って、使用者は、ハンドル２７を回転させることにより、第１テーブル２２ａと第２テーブル２２ｂとの間の距離を調整することができる。
【００３２】
本実施形態では、ボルト部材２８として、１本のねじ軸に右ねじと左ねじの両方を加工したものを使用し、このボルト部材２８を第１テーブル２２ａ及び第２テーブル２２ｂの両方に螺合させている。そのため、ハンドル２７の操作によって、第１テーブル２２ａ及び第２テーブル２２ｂの両方を、長溝部２６の長手方向Ａにおいて、長溝部２６の中央を境にして接近方向及び離れる方向に移動させることができる。但し、第１テーブル２２ａ及び第２テーブル２２ｂをそれぞれ個別に移動させる構成や、いずれか一方のみを移動させるような構成としてもよい。
【００３３】
張力計測器５は、上述した把持部材３により把持された生体軟組織Ｘに付与される張力を計測するものであり、本実施形態の張力計測器５は、把持部材３と固定部材１８との間に介在するように取付けられたロードセルで構成されている。より具体的に、本実施形態の張力計測器５は、第１把持部材３ａの棒状部１０と、第１固定部材１８ａの第１板部２０との間に取り付けられており、棒状部１０の軸線方向（本実施形態では長溝部２６の長手方向Ａと同じ方向）に加わる荷重を計測することができる。そのため、張力計測器５は、第１把持部材３ａと第２把持部材３ｂとに把持されることによって生体軟組織Ｘに付与される張力を計測することができる。
【００３４】
位置可変機構６は、第１把持部材３ａ及び第２把持部材３ｂに把持された生体軟組織Ｘと、鋭利物支持部材２に支持された鋭利物８との相対位置を変更可能な機構であり、位置可変機構６により、鋭利物８を、第１把持部材３ａと第２把持部材３ｂとの間で生体軟組織Ｘに接触させることが可能となる。具体的に、本実施形態の位置可変機構６は、生体軟組織Ｘと鋭利物８との鉛直方向（シート状の生体軟組織Ｘ表面の法線方向）における相対位置を変更する第１位置可変機構２９と、生体軟組織Ｘと鋭利物８との水平方向（シート状の生体軟組織Ｘ表面の接線方向）における相対位置を変更する第２位置可変機構３０と、を備えている。
【００３５】
本実施形態の第１位置可変機構２９は、鋭利物支持部材２が装着された万能試験機６０で構成されている。上述したように、鋭利物支持部材２は、万能試験機６０のクロスヘッド６１に対して、後述する第１荷重計測器４０を介して垂下されるように装着され、鋭利物支持部材２の下方先端部に鋭利物８が装着されている。従って、第１位置可変機構２９では、クロスヘッド６１を鉛直方向に移動し、鋭利物８を鉛直方向に移動させることにより、鋭利物８と、第１把持部材３ａ及び第２把持部材３ｂにより挟持されて鉛直方向の位置が固定された生体軟組織Ｘと、の鉛直方向における相対位置を変えることができる（図２の太線矢印を参照）。
【００３６】
本実施形態の第２位置可変機構３０は、鋼材等で形成されたベース板３１と、このベース板３１上に固定されたスライド装置３２と、このスライド装置３２上に載置され、その上面に上述した距離調整ユニット１９が固定される試料固定台３３と、ベース板３１上であって、スライド装置３２が固定された位置とは異なる位置に固定された電動シリンダ固定台３４と、この電動シリンダ固定台３４上に固定された電動シリンダ３５と、で構成されている。
【００３７】
ベース板３１は、クロスヘッド６１の下方に位置する、万能試験機６０の剛体テーブル６２上に固定される。
【００３８】
スライド装置３２は、ベース板３１上に固定される軌道レール３６と、この軌道レール３６上を摺動して移動するスライダ３７と、を備える。軌道レール３６は、水平方向のうち上述した距離調整ユニット１９における長溝部２６の長手方向Ａと直交する方向Ｂ（以下、「前後方向Ｂ」と記載する。）に延在するガイド部を有しており、スライダ３７は、このガイド部に案内されることにより、前後方向Ｂに直動移動する。なお、後述するように第１位置可変機構２９のみにより試料の押し切りを行う際には、スライダ３７が前後方向Ｂに移動しないように規制するストッパーを設け、後述するように第１位置可変機構２９及び第２位置可変機構３０により試料の引き切りを行う際には、スライダ３７が前後方向Ｂに移動可能なようにストッパーは解除される。このようなスライド装置３２としては、例えば、日本トムソン社製の『クロスローラウェイ』等を使用することができる。
【００３９】
試料固定台３３は、スライド装置３２のスライダ３７に固定される。この試料固定台３３の上面には、上述した距離調整ユニット１９のテーブル支持部材２３が、長溝部２６の長手方向Ａがスライド装置３２のスライダ３７の移動方向（本実施形態では前後方向Ｂ）と直交する方向になるように、固定される。また、試料固定台３３の前後方向Ｂにおける側面には、電動シリンダ３５におけるロッド３８の先端部が当接する位置に後述する第２荷重計測器４１が取り付けられている。
【００４０】
電動シリンダ固定台３４は、ベース板３１上に固定されている。電動シリンダ３５は、この電動シリンダ固定台３４上に固定されるため、電動シリンダ固定台３４の鉛直方向の厚みは、電動シリンダ３５の水平方向に延在するロッド３８の高さ（鉛直方向の位置）と、後述する第２荷重計測器４１の高さとが同じ高さとなるように設計されている。これにより、電動シリンダ３５のロッド３８の先端部を、第２荷重計測器４１に対して確実に当接させることができる。なお、ロッド３８と第２荷重計測器４１の高さを同じにすることができるのであれば、電動シリンダ固定台３４を用いずに、電動シリンダ３５をベース板３１に対して直接固定するようにしてもよい。
【００４１】
電動シリンダ３５は、ロッド３８と、このロッド３８を前後方向Ｂに前進及び後進させるためのモータ３９とを備え、このモータ３９を駆動してロッド３８を前進（伸長）させることにより、ロッド３８の先端部が第２荷重計測器４１を介して試料固定台３３を押圧する。試料固定台３３は、電動シリンダ３５のロッド３８に押圧されることにより、スライダ３７と共に軌道レール３６上を前後方向Ｂに移動する。つまり、試料固定台３３上に固定された距離調整ユニット１９、固定部材１８、張力計測器５、把持部材３（第１把持部材３ａと第２把持部材３ｂ）、及び試料としての生体軟組織Ｘは、試料固定台３３と共に前後方向Ｂに移動する。
【００４２】
一方で、上述した万能試験機６０のクロスヘッド６１は、鉛直方向に移動するが水平方向には移動しない。つまり、鋭利物支持部材２に支持及び固定された鋭利物８は、水平方向には移動しない。そのため、本実施形態の第２位置可変機構３０は、把持部材３に把持された生体軟組織Ｘを電動シリンダ３５によって前後方向Ｂに移動させることにより、鋭利物８と生体軟組織Ｘとの水平方向における相対位置を変えることができる。
【００４３】
なお、本実施形態において、万能試験機６０の剛体テーブル６２、この剛体テーブル６２上に固定されたベース板３１、スライド装置３２、試料固定台３３、距離調整ユニット１９、固定部材１８、張力計測器５、及び把持部材３は、鉛直方向に移動する機構を有さない。そのため、第１把持部材３ａ及び第２把持部材３ｂにより挟持された生体軟組織Ｘの鉛直方向の位置は一定に維持される。
【００４４】
このように、本実施形態の位置可変機構６は、第１位置可変機構２９及び第２位置可変機構３０により、鉛直方向及び水平方向（前後方向Ｂ）において、第１把持部材３ａ及び第２把持部材３ｂに把持された生体軟組織Ｘと、鋭利物支持部材２に支持された鋭利物８との相対位置を変更することができる。
【００４５】
荷重計測器７は、鋭利物８を生体軟組織Ｘに接触させた状態で、生体軟組織Ｘから鋭利物８に作用する荷重を計測するものであり、生体軟組織Ｘから鋭利物８に作用する鉛直方方向の荷重を計測する第１荷重計測器４０と、生体組織Ｘから鋭利物８に作用する水平方向の荷重を計測する第２荷重計測器４１と、を備える。
【００４６】
本実施形態の第１荷重計測器４０は、万能試験機６０のクロスヘッド６１と、鋭利物支持部材２との間に設けられており、鋭利物８に対して鉛直方向に加わる荷重を計測することができる。本実施形態の第２荷重計測器４１は、試料固定台３３の前後方向Ｂの一方側の側面に取り付けられており、鋭利物８を生体軟組織Ｘに接触させた状態で電動シリンダ３５のロッド３８の先端部で第２荷重計測器４１を押圧することにより、生体軟組織Ｘから鋭利物８に対して前後方向Ｂに加わる鉛直方向に加わる荷重を計測することができる。なお、本実施形態の第１荷重計測器４０及び第２荷重計測器４１はいずれもロードセルである。
【００４７】
本実施形態の切れ味評価装置１によれば、試料として生体軟組織Ｘを用いたとしても、生体軟組織Ｘに対する鋭利物８の切れ味を、物理量により定量的に、正確に評価することができる。更に、本実施形態の切れ味評価装置１では、万能試験機６０を位置可変機構６の一部として組み込んだ構成としているため、複数軸について移動可能な多関節ロボットを用いる構成と比較して、位置可変機構６を簡素化かつ低コスト化することができる。また、また更に、本実施形態の切れ味評価装置１によれば、鋭利物支持部材２及び把持部材３を変更するだけで、様々な形状や種類の鋭利物８と生体軟組織Ｘとの組み合わせに対応することができる。なお、切れ味評価装置１は、生体軟組織のみならず、生体軟組織以外の試料についても、当然のことながら、試料に対する鋭利物の切れ味を評価することができるものである。
【００４８】
次に、本発明の１つの実施形態としての、鋭利物の切れ味評価方法について、上述した切れ味評価装置１を用いて説明する。
【００４９】
図４は、本発明の１つの実施形態としての切れ味評価方法を示すフローチャート図である。図４に示すように、この切れ味評価方法は、試料としての生体軟組織Ｘを、互いの離隔距離Ｄを変更可能な第１把持部材３ａと第２把持部材３ｂとに把持させる把持ステップＳ１と、第１把持部材３ａと第２把持部材３ｂとの間の離隔距離Ｄを変更して、第１把持部材３ａと第２把持部材３ｂとの間における生体軟組織Ｘの張力を所定の張力に設定する張力設定ステップＳ２と、鋭利物８を、第１把持部材３ａと第２把持部材３ｂとの間で生体軟組織Ｘに接触させる接触ステップＳ３と、生体軟組織Ｘから鋭利物８に作用する荷重を計測する計測ステップＳ４と、を含むものである。以下、各ステップについて詳細に説明する。
【００５０】
把持ステップＳ１では、シート状の生体軟組織Ｘを、第１把持部材３ａと第２把持部材３ｂとに把持させて、生体軟組織Ｘを拘束する（図３（ａ）等参照）。また、把持ステップＳ１では、生体軟組織Ｘの両端部（生体軟組織Ｘの外縁部のうち対向する２箇所）を、生体軟組織Ｘの中央部が空中に浮いた状態となるように、第１把持部材３ａ及び第２把持部材３ｂに把持させる。なお、把持部材３の詳細は、上述したため、ここでは説明を省略する。
【００５１】
張力設定ステップＳ２では、第１把持部材３ａと第２把持部材３ｂとに把持された生体軟組織Ｘに対して水平方向の所定の張力（初期張力）を付与するように、張力計測器５による計測結果を適宜モニタリングしながら、張力変更機構４により離隔距離Ｄを変更する（図１の太線矢印を参照）。このように、試料としてのシート状の生体軟組織Ｘに対して所定の張力を付与することにより、実際の生体軟組織の状態（所定の張力（自然張力）が組織表面に加わっている状態）を再現することができる。なお、張力変更機構４によれば、生体軟組織Ｘの種類等に応じて、任意の張力を設定することができる。また、張力変更機構４や張力計測器５の詳細は、上述したため、ここでは説明を省略する。
【００５２】
接触ステップＳ３では、位置可変機構６により、鋭利物８と生体軟組織Ｘとを接触させる（図３（ｂ）参照）。具体的に、万能試験機６０のクロスヘッド６１を鉛直方向に降下させることにより、鋭利物８を、第１把持部材３ａと第２把持部材３ｂとの間で生体軟組織Ｘに接触させる（図１のハッチングされた矢印を参照）。電動シリンダ３５を駆動させずに、鋭利物８を鉛直方向に降下させるのみで生体軟組織Ｘに接触、押圧、更には切断するようにすれば、押し切り動作を再現することができる（図３（ｃ）及び（ｄ）参照）。また、鋭利物８と生体軟組織Ｘとが接触している状態で、又は鋭利物８と生体軟組織Ｘとが接触する前から接触後も継続して、万能試験機６０のクロスヘッド６１を鉛直方向に降下させると共に、電動シリンダ３５のロッド３８を押し出して、試料固定台３３を前後方向Ｂに移動させることにより、前後方向Ｂに鋭利物８と生体軟組織Ｘとの相対運動が発生し、引き切り動作を再現することができる（図１の白抜き矢印を参照）。
【００５３】
計測ステップＳ４では、位置可変機構６により、鋭利物８と生体軟組織Ｘとが接触した状態で、鉛直方向及び水平方向の少なくとも一方向において、鋭利物８と生体軟組織Ｘとの相対位置を可変する。これにより、上述の押し切り動作又は引き切り動作を再現し、押し切り動作時又は引き切り動作時において鋭利物８に負荷される荷重を荷重計測器７により計測する。具体的には、生体軟組織Ｘから鋭利物８に対して鉛直方向上方に負荷される荷重（押し切り荷重）は第１荷重計測器４０により計測され、生体軟組織Ｘから鋭利物８に対して水平方向に負荷される荷重（引き切り荷重）は第２荷重計測器４１により計測される。なお、位置可変機構６や荷重計測器７の詳細は、上述したため、ここでは説明を省略する。
【００５４】
上述の切れ味評価方法によれば、押し切り動作時又は引き切り動作時において、荷重計測器７により計測された荷重と、例えば鋭利物８の移動量とを切れ味評価のための物理量として用いることにより、鋭利物８の切れ味を定量的に、かつ経時的に評価することが可能となる。
【００５５】
最後に、生体軟組織Ｘとしてブタ皮膚を用いて、上述した切れ味評価装置１により行った押し切り試験の一例を説明する。この試験では、先端の曲率が大きい刃物と、比較例としての曲率０．２のブレード（鈍器）について、押し切り試験を行った。なお、この試験における試料の初期張力は２０Ｎとした。また、この押し切り試験では、図３（ａ）〜（ｄ）に経時的に示しているものと同様に、鋭利物８としての刃物又はブレードをブタ皮膚と接触するように降下させていき、ブタ皮膚と接触させ、更に押圧していくことにより行った。図５は、この試験における荷重‐変位量の計測結果を示している。また、図５に示す荷重は、第１荷重計測器４０により計測された値（図５では「押し切り力」と表記）と、張力計測器５により計測された値（図５では「張力」と表記）とを示している。更に、図５に示す変位量は、刃物及びブレードのブタ皮膚表面（初期位置）からの鉛直方向への移動距離を示している。
【００５６】
図５に示すように、刃物を用いた場合には、変位量が９．５ｍｍ程度の位置で、ブタ皮膚が完全に切断状態に至ったことがわかる。これに対してブレードを用いた場合には、変位量が１５ｍｍ程度にしても切断されなかったことがわかる。このように、切れ味評価装置１によれば、荷重‐変位量を経時的に取得することができると共に、試料として生体軟組織Ｘを用いても、刃物等の鋭利物８や、ブレードについての切れ味を物理量により定量的に評価することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、鋭利物の切れ味評価装置及び切れ味評価方法に関し、特に、生体軟組織に対する鋭利物の切れ味を評価可能な、鋭利物の切れ味評価装置に関する。
【符号の説明】
【００５８】
１：切れ味評価装置
２：鋭利物支持部材
３：把持部材
３ａ：第１把持部材
３ｂ：第２把持部材
４：張力変更機構
５：張力計測器
６：位置可変機構
７：荷重計測器
８：鋭利物
９：把持部
１０：棒状部
１１：把持部の開口（溝）
１２：把持部の底板
１３：把持部の第１板部
１４：把持部の第２板部
１５：移動部材
１６：移動部材のねじ部
１７：板材
１８：固定部材
１８ａ：第１固定部材
１８ｂ：第２固定部材
１９：距離調整ユニット
２０：固定部材の第１板部
２１：固定部材の第２板部
２２：テーブル
２２ａ：第１テーブル
２２ｂ：第２テーブル
２３：テーブル支持部材
２４：平板部
２５：突出部
２６：長溝部
２７：ハンドル
２８：ボルト部材
２９：第１位置可変機構
３０：第２位置可変機構
３１：ベース板
３２：スライド装置
３３：試料固定台
３４：電動シリンダ固定台
３５：電動シリンダ
３６：軌道レール
３７：スライダ
３８：ロッド
３９：モータ
４０：第１荷重計測器
４１：第２荷重計測器
５０：ボルト
６０：万能試験機
６１：クロスヘッド
６２：剛体テーブル
Ａ：長溝部の長手方向
Ｂ：水平方向のうち長溝部の長手方向と直交する方向（前後方向）
Ｄ：離隔距離
Ｘ：生体軟組織（試料）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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