まず動く

　注射針を人の肌に刺す実験は不可能である。そこで、スポンジ（目下、人肌に近い材料を物色中）を2軸力変換器の上部にセットしそのスポンジに針を刺すことにした。その時の水平方向と垂直方向の力が測れることを期待し、前回紹介した2軸力変換器を試作した。　今回は、針をスポンジに刺し、そのときの微弱な2方向の力を同時に電子的に測れたので、紹介する。測る原理は、電子体重計と同じである。異なるのは、測る値がkgf（キログラム）のオーダーではなく、ｇ（グラム）オーダーの小さな力である点である。 　写真1は、ひずみ測定器、パソコンに試作2軸力変換器を接続した測定システムを示す。写真のように2軸力変換器上部にセットしたスポンジを注射針で刺すと、その時の水平・垂直力がひずみ測定器で同時に計測されるので、その記録や記憶はノートパソコンでできる。 　写真2は乱雑なOラボでの注射針穿刺の実験風景を示す。2軸力変換器はノートパソコンの陰になって見にくいが、注射器を傾斜させるガイドとしての木箱とその左手のテレビ画面上に写しだされたデータが見える。ここで、実験に使用したテレビの有効利用について述べる。普通、研究室で実験をする場合、実験者は実験がうまく行われているかどうかのデータはパソコン画面で一生懸命に見ている。パソコン画面は小さいので、その様子は共同実験者には見えない。ところが、写真2のようにテレビのRGB端子を使うと、実験中のデータはテレビで拡大してみえるので、実験中のデータは共有できる。このようなことは、大型テレビがない実験室ではできない。自宅だから可能である。 　写真3は、23Gの注射針（数字が大きくなると細くなる）を30°の方向からスポンジを刺した場合の水平力、垂直力データである。垂直力を水平力で割って、そのアークタンジェントをとった穿刺角度も示してある。写真3に示すように得られた穿刺角度の結果は19°と予想角度より小さい。何回実験を繰り返しても小さいので、変形しないキリを使い同様の実験を行った。その結果を写真4に示す。この写真に見るように、30°方向からスポンジに穿刺するとほぼ30°という好ましい結果を得た。 　以上の予備実験の結果、細い注射針は普通に穿刺すると曲がり（反り）、看護師が真っ直ぐ刺入させているにも関わらず、針は曲がって進むことが分かった。注射針の力は、水平方向では約100gf、垂直方向では約20gfと小さい力である。80円で送れる郵便物の封書の重さは25gf以下である。このことを考えると、注射針の穿刺時の垂直力は封書郵便物程度の力であることが分かった。　今後は、針が曲がる（反る）原因を追究すると同時に系統的に種類の異なる針の曲がり具合を計測する予定である。と同時に共同研究者と注射針の挙動（穿刺角度、穿刺速度など）と痛みの関係について追求する。

 写真1：　前後・上下（水平・垂直）2軸力変換器と注射針2軸力測定システム

写真2： 　Ｏラボの注射針穿刺実験風景

写真3：　30°傾斜させた注射針でスポンジを刺した場合の力データ

写真4：　30°傾斜させたキリでスポンジを刺した場合の力データ

 2011.12.18　記

　力がかかると板バネ（起歪材）は曲がる。力を取り除くとその曲がりは元の状態に戻る。このような材料（板バネ）にひずみゲージを貼り、力に比例したひずみが測れるような材料は起歪材とう。起歪材である板バネを利用して2軸の力を測定するための構造につては前回（12/5投稿）説明した。今回は、試作中の2軸力変換器が正常に機能するかの確認を行うための実験方法について述べる。 　写真1は試作した2軸力変換器の概要と注射針を装置にどのように当てるかの様子を示す図である。最初に確認したいのは、2軸力変換器に針を当てたときに正常に力が測定できるかである。写真1の2軸力変換器の上部にセットした固めのスポンジに注射針を刺す。刺した針の力がスポンジを介して2軸力変換器に作用するので、水平方向、垂直方向の起歪材がひずみ、ひずみゲージからひずみが検出できる（ひずみに対応した電気量）。このひずみはひずみ測定器に取り込まれ、力の値に変換するための演算が施される。こうして、2軸力変換器上のスポンジに針を刺すと、水平力、垂直力が連続的に記録される。ここで大切なのは、12月7日に投稿した“力の校正”が実施されていることである。当然、写真1に示した2軸力変換器は水平方向、垂直方向の力の校正は行ってある。 　写真2は、2軸力変換器を評価するために針の角度を決めて2軸力変換器上部のスポンジを刺す様子を示す。実際には、人の手で注射器外筒を押すことになるが、ここでは準備の様子を示している。注射針の角度に対する実験は写真に見るように既知角度だけ傾斜させた板に沿って、注射器を下方に少しずつ移動させて行う。 　写真3は、木に穴を開けるキリを平行に移動させる様子を示す。写真では、キリは金属治具に固定され、それを板にそって移動させやすいように工夫にしてある。スポンジに斜めに注射針を刺すと針は少し曲がる（反る）ことが考えられる。写真3に示したキリによる実験は、反らない丈夫なキリで2軸力変換器に力をかけたなら、予想通りの水平力と垂直力が得られるかどうかを確認するために行った。 　写真4は、注射熟練者が2軸力変換器のスポンジに針を刺している様子を示す。この実験から、看護師が穿刺したときに針先にかかる水平方向、垂直方向の力が分かる。この実験より、普通に針を穿刺するときの垂直力ｆが分かるので、逆に針に力ｆを加えると針先は何mmたわむかを知ることができる。 　以上、写真を示し実験の概要を説明した。あとは、具体的に2軸力変換器をひずみ測定器に接続し、その“出力”をパソコンで観察・測定・記録するだけである。次回、予備実験結果について説明する。

写真1：2軸力変換器の概要図

写真2：傾斜角度を固定して注射針の先端力を2軸力変換器で測る

写真3：傾斜角度を固定してキリの先端力を2軸力変換器で測る

写真4：普通に行う注射針の穿刺実験

 2011.12.17　記