JP2006136663A - 内視鏡形状検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡の形状を検出すると共に、体腔内の異物を磁力により吸着移動させる。
【解決手段】内視鏡形状検出装置のソースコイル駆動回路部は、正弦波を発生させる発振器１１０と、所定の直流電流を供給する直流源１１２と、発振器１１０の出力と直流源１１２の出力を切り替えて出力するスイッチ部１１３と、スイッチ部１１３の出力を増幅し例えば先端の３つのソースコイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃに供給するアンプ１１１とからなる第１のコイル駆動部１１４ａを有する。
【選択図】図８

Description

本発明は磁界発生素子と磁界検出素子とを用いて内視鏡の挿入形状等を検出して表示する内視鏡形状検出装置に関する。

近年、磁界発生素子と磁界検出素子とを用いて体内等に挿入された内視鏡の形状等を検出し、表示手段により表示を行う内視鏡形状検出装置が用いられるようになった。

例えば、特開２００３−２４５２４３号公報や特開２００３−４７５８６号公報等には、磁界を用いて内視鏡形状を検出し、検出した内視鏡形状を表示する装置が開示されている。そして、体内に挿入される内視鏡の挿入部内のチャンネルに、所定の間隔で配置した複数の磁界発生素子を有するプローブを挿入し、これら複数の磁界発生素子を駆動してその周囲に磁界を発生させ、体外に配置した磁界検出素子により各磁界発生素子の３次元位置を検出して、各磁界発生素子を連続的に結ぶ曲線を生成して、モデル化した挿入部の３次元的な画像を表示手段で表示する。

術者等はその画像を観察することにより、体内に挿入された挿入部の先端部の位置や挿入形状等を把握でき、目的とする部位までの挿入作業等を円滑に行えるようにしている。
特開２００３−２４５２４３号公報 特開２００３−４７５８６号公報

しかしながら、従来の内視鏡形状検出装置では、複数のソースコイルを有する形状検出用プローブを内視鏡の挿入チャンネルに挿入させて挿入形状を検出しているため、例えば内視鏡の観察下で体腔内に異物を発見し回収する場合には、一旦挿入チャンネルから形状検出用プローブを引き抜き、改めて挿入チャンネルに把持具等の鉗子を挿通しなければならないといった問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、内視鏡の形状を検出すると共に、体腔内の異物を磁力により吸着移動させることのできる内視鏡形状検出装置を提供することを目的としている。

本発明の内視鏡形状検出装置は、
被検体に挿入される内視鏡の挿入部の内部に複数の磁界発生素子を配置し、被検体の外部に複数の磁界検出素子を配置して、前記挿入部の内部に配置された前記磁界発生素子の各位置を前記磁界検出素子の位置を基準に用いて検出する検出手段と、
前記検出手段を制御すると共に、前記検出手段の検出結果に基づき、内視鏡挿入部の形状を推定する形状推定手段と
を有する内視鏡形状検出装置において、
前記磁界発生素子から交流磁界を発生させる交流信号を生成する交流信号生成手段と、
前記磁界発生素子から直流磁界を発生させる直流信号を生成する直流信号生成手段と、
前記交流信号生成手段の出力と前記直流信号生成手段の出力とを切り替えて所定の磁界発生素子に供給する出力切り替え手段と
を備えて構成される。

本発明によれば、内視鏡の形状を検出すると共に、体腔内の異物を磁力により吸着移動させることができるという効果がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について述べる。

図１ないし図１７は本発明の実施例１に係わり、図１は内視鏡システムの構成を示す構成図、図２は図１のコイルユニットに内蔵されたコイルの配置例を示す図、図３は図１の内視鏡形状検出装置の構成を示す構成図、図４は図３の受信ブロック及び制御ブロックの構成を示す図、図５は図３の受信ブロックの詳細な構成を示す図、図６は図４の２ポートメモリ等の動作を示すタイミング図、図７は図１のプローブの構成を示す図、図８は図４のソースコイル駆動回路部の第１のコイル駆動部の構成を示す図、図９は図４のソースコイル駆動回路部の第２のコイル駆動部の構成を示す図、図１０は図３の内視鏡形状検出装置の作用を示すフローチャート、図１１は図３の内視鏡形状検出装置の作用を説明する第１の図、図１２は図３の内視鏡形状検出装置の作用を説明する第２の図、図１３は図３の内視鏡形状検出装置の作用を説明する第３の図、図１４は図３の内視鏡形状検出装置の作用を説明する第４の図、図１５は図３の内視鏡形状検出装置の作用を説明する第５の図、図１６は図４のソースコイル駆動回路部の第１のコイル駆動部の変形例の構成を示す図、図１７は図１のソースコイルの配置の変形例を示す図である。

図１に示すように、本実施例における内視鏡システム１は、内視鏡検査を行う内視鏡装置２と、内視鏡検査の補助に用いられる内視鏡形状検出装置３とを備え、この内視鏡形状検出装置３は、ベッド４に横たわる患者５の体腔内に内視鏡６の挿入部７を挿入し、内視鏡検査を行う際の挿入補助手段として使用される。

内視鏡６は、可撓性を有する細長の挿入部７の後端に湾曲操作ノブを設けた操作部８が形成され、この操作部８からユニバーサルコード９が延出され、ビデオイメージングシステム（またはビデオプロセッサ）１０に接続されている。

この内視鏡６は、ライトガイドが挿通されビデオプロセッサ１０内の光源部からの照明光を伝送し、挿入部７の先端に設けた照明窓から伝送した照明光を出射し、患者等を照明する。照明された患部等の被写体は照明窓に隣接して設けられた観察窓に取り付けた対物レンズにより、その結像位置に配置された撮像素子（ＣＣＤ）に像を結び、この撮像素子は光電変換する。

光電変換された信号はビデオプロセッサ１０内の映像信号処理部により信号処理されて標準的な映像信号が生成され、ビデオプロセッサ１０に接続された画像観察用モニタ１１に表示される。

この内視鏡６には鉗子チャンネル１２が設けてあり、この鉗子チャンネル１２の挿入口１２ａから例えば１６個の磁界発生素子（またはソースコイル）１４ａ、１４ｂ、…、１４ｐ（以下、符号１４ｉで代表する）を有する挿入形状検出プローブ（以下、単にプローブと記す）１５が挿通されることにより、挿入部７内にソースコイル１４ｉが設置される。

このプローブ１５の後端から延出されたソースケーブル１６は、その後端のコネクタ１６ａが内視鏡形状検出装置３の装置本体としての検出装置（装置本体とも記す）２１に着脱自在に接続される。そして、検出装置２１側から高周波信号伝達手段としてソースケーブル１６を介して磁界発生手段となるソースコイル１４ｉに高周波信号（駆動信号）を印加することにより、ソースコイル１４ｉは磁界を伴う電磁波を周囲に放射する。

また、患者５が横たわるベッド４の付近に配置されるこの検出装置２１には、（センス）コイルユニット２３が設けられ、このコイルユニット２３内には複数の磁界検出素子（センスコイル）が配置されている（より具体的に説明すると、図２に示すように例えば中心のＺ座標が第１のＺ座標である例えばＸ軸に向いたセンスコイル２２ａ−１、２２ａ−２、２２ａ−３、２２ａ−４と、中心のＺ座標が第１のＺ座標と異なる第２のＺ座標であるＹ軸に向いたセンスコイル２２ｂ−１、２２ｂ−２、２２ｂ−３、２２ｂ−４と、中心のＺ座標が第１及び第２のＺ座標と異なる第３のＺ座標であるＺ軸に向いたセンスコイル２２ｃ−１、２２ｃ−２、２２ｃ−３、２２ｃ−４の１２個のセンスコイル（以下、符号２２ｊで代表する）が配置されている）。

センスコイル２２ｊは、コイルユニット２３からの図示しないケーブルを介して検出装置２１に接続されている。この検出装置２１には使用者が装置を操作するための操作パネル２４が設けられている。また、この検出装置２１には検出した内視鏡挿入部の形状（以下、内視鏡モデルと記す）を表示する表示手段として例えば液晶モニタ２５がその上部に配置されている。

なお、センスコイルを１２個、ソースコイルを１６個としたが、これに限らず、形状検出が可能な複数のセンスコイル及びソースコイルを設ければよい。

内視鏡形状検出装置３は、図３に示すように、ソースコイル１４ｉを駆動する送信ブロック２６と、コイルユニット２３内のセンスコイル２２ｊが受信した信号を受信する受信ブロック２７と、受信ブロック２７で検出した信号を信号処理する制御ブロック２８とから構成される。

図４に示すように、内視鏡６の挿入部７内のチャンネルに設置されるプローブ１５には、上述したように、磁界を生成するための１６個のソースコイル１４ｉが所定の間隔で配置されており、これらソースコイル１４ｉは、送信ブロック２６を構成する１６個の互いに異なる周波数の駆動信号を生成するソースコイル駆動回路３１に接続されている。

ソースコイル駆動回路部３１は、各ソースコイル１４ｉをそれぞれ異なる周波数の正弦波の駆動信号で駆動し、それぞれの駆動周波数はソースコイル駆動回路部３１内部の図示しない駆動周波数設定データ格納手段或いは駆動周波数設定データ記憶手段に格納された駆動周波数設定データ（駆動周波数データとも記す）により設定される。この駆動周波数データは、制御ブロック２８において内視鏡形状の算出処理等を行う形状推定手段であるＣＰＵ（中央処理ユニット）３２によりＰＩＯ（パラレル入出力回路）３３を介してソースコイル駆動回路部３１内の駆動周波数データ格納手段（図示せず）に格納される。

一方、コイルユニット２３内の１２個のセンスコイル２２ｊは、受信ブロック２７を構成するセンスコイル信号増幅回路部３４に接続されている。

センスコイル信号増幅回路部３４では、図５に示すようにセンスコイル２２ｊを構成する１２個の単心コイル２２ｋがそれぞれ増幅回路３５ｋに接続されて１２系統の処理系が設けられており、各単心コイル２２ｋで検出された微小な信号が増幅回路３５ｋにより増幅されフィルタ回路３６ｋでソースコイル群が発生する複数周波数が通過する帯域をもち不要成分を除去して出力バッファ３７ｋに出力された後、ＡＤＣ（アナログ・デジタル・コンバータ）３８ｋで制御ブロック２８が読み込み可能なデジタル信号に変換される。
なお、受信ブロック２７は、センスコイル信号増幅回路部３４及びＡＤＣ３８ｋより構成され、センスコイル信号増幅回路部３４は増幅回路３５ｋ、フィルタ回路３６ｋ及び出力バッファ３７ｋより構成される。

図４に戻り、このセンスコイル信号増幅回路部３４の１２系統の出力は、１２個の前記ＡＤＣ３８ｋに伝送され、制御ブロック２８内の数値データ書き込み手段である制御信号発生回路部４０から供給されるクロックにより所定のサンプリング周期のデジタルデータに変換される。このデジタルデータは、制御信号発生回路部４０からの制御信号によってローカルデータバス４１を介してデータ出力手段である２ポートメモリ４２に書き込まれる。

なお、２ポートメモリ４２は、図５に示すように、機能的には、ローカルコントローラ４２ａ、第１のＲＡＭ４２ｂ、第２のＲＡＭ４２ｃ及びバススイッチ４２ｄよりなり、図６に示すようなタイミングにより、ローカルコントローラ４２ａからのＡ／Ｄ変換開始信号によりＡＤＣ３８ｋがＡ／Ｄ変換を開始し、ローカルコントローラ４２ａからの切り換え信号によりバススイッチ４２ｄがＲＡＭ４２ｂ、４２ｃを切り換えながら第１ＲＡＭ４２ｂ、４２ｃを交互に読み出しメモリ及び書き込みメモリとして用い、書き込み信号により、電源投入後は、常時データの取り込みを行っている。

再び、図４に戻り、ＣＰＵ３２は、制御信号発生回路部４０からの制御信号により２ポートメモリ４２に書き込まれたデジタルデータをローカルデータバス４３、ＰＣＩコントローラ４４及びＰＣＩバス４５（図５参照）からなる内部バス４６を介して読みだし、メインメモリ４７を用い、デジタルデータに対して周波数抽出処理（高速フーリエ変換：ＦＦＴ）を行い、各ソースコイル１４ｉの駆動周波数に対応する周波数成分の磁界検出情報に分離抽出し、分離した磁界検出情報の各デジタルデータから内視鏡６の挿入部７内に設けられた各ソースコイル１４ｉの空間位置座標を算出する。

また、算出された位置座標データから内視鏡６の挿入部７の挿入状態を推定し、内視鏡モデルを形成する表示データを生成し、ビデオＲＡＭ４８に出力する。このビデオＲＡＭ４８に書き込まれているデータをビデオ信号発生回路４９が読みだし、アナログのビデオ信号に変換して液晶モニタ２５へと出力する。液晶モニタ２５は、このアナログのビデオ信号を入力すると、表示画面上に内視鏡６の挿入部７の内視鏡モデルを表示する。

ＣＰＵ３２において、各ソースコイル１４ｉに対応した磁界検出情報、すなわち、各センスコイル２２ｊを構成する単心コイル２２ｋに発生する起電力（正弦波信号の振幅値）と位相情報が算出される。なお、位相情報は、起電力の極性±を示す。

また、本実施例では、図１に示すように、検出装置２１には、体内に挿入された挿入部７の位置を確認したりする為に、体外での位置を表示させるための体外マーカ５７と、患者５の腹部などに取り付ける等して、患者５の体位が変化しても（患者５の）特定の方向から常に内視鏡モデルを表示させるため等に使用する基準プレート５８を検出装置２１に接続して使用することもできる。

体外マーカ５７は内部に１つのソースコイルが収納されており、この体外マーカ５７のケーブル５９の基端のコネクタ５９ａは検出装置２１に着脱自在で接続される。

そして、このコネクタ５９ａを接続することにより、プローブ１５内のソースコイルの場合と同様に体外マーカ５７のソースコイルも駆動され、コイルユニット２３で検出された体外マーカ５７のソースコイルの位置も内視鏡モデルと同様にモニタ２５に表示される。

また、基準プレート５８は、そのディスク形状部分の内部にその面上に例えば３個のソースコイルが配置され、これら３個のソースコイルに接続されたケーブル６０の基端のコネクタ６０ａは検出装置２１に着脱自在で接続される。

これらの３個のソースコイルの位置検出により、それらが配置されている面が決定される。そして、その面に垂直な方向から挿入部７を見た場合に観察される内視鏡モデルとなるように内視鏡モデルの描画を行うのに使用される。

また、図４に示すように本実施の形態では、検出装置２１にはプローブ１５のコネクタ１６ａ、体外マーカ５７のコネクタ５９ａ、基準プレート５８のコネクタ６０ａがそれぞれ接続されるコネクタ受け２１ａ、２１ｂ、２１ｃが設けてあり、各コネクタ受け２１ａ、２１ｂ、２１ｃはソースコイル駆動回路３１に接続される。

図７に示すように、プローブ１５は、外装を構成する外装シース７０と、中空な複数、例えば１６個のソースコイル１４ｉと、これらソースコイル１４ｉが接着固定される細長な芯線７３と、それぞれのソースコイル１４ｉに対して直列に配置されるパイプ形状の内側シース７４とで主に構成されている。つまり、前記ソースコイル１４ｉ及び内側シース７４は、ソースコイル１４ａ、内側シース７４、ソースコイル１４ｂ、…の順で交互に直列に配置されている。

内視鏡形状検出装置３のソースコイル駆動回路部３１は、図８及び図９に示すように、正弦波を発生させる発振器１１０と、所定の直流電流を供給する直流源１１２と、発振器１１０の出力と直流源１１２の出力を切り替えて出力するスイッチ部１１３と、スイッチ部１１３の出力を増幅し例えば先端の３つのソースコイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃに供給するアンプ１１１とからなる第１のコイル駆動部１１４ａ（図８）及び、正弦波を発生させる発振器１１０と、該正弦波を増幅し先端の例えば３つを除くその他の１１個のソースコイル１４ｄ，１４ｅ，…，１４ｐに交流磁界を発生（駆動）させるアンプ１１１とからなる第２のコイル駆動部１１４ｂ（図９）とを、それぞれソースコイル１４ｉに応じて有して構成される。

スイッチ部１１３は、ＰＩＯ３３を介したＣＰＵ３２からの直流／交流切替信号により制御される。直流／交流切替信号を「直流」側にすることより、ソースコイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃに直流電流を流すことでソースコイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃを電磁石として作用させることができる。また、直流／交流切替信号を「交流」側にすることより、ソースコイル１４ｄ，１４ｅ，…，１４ｐと同様に形状検出用に磁界を伴う電磁波を周囲に放射させることができる。

なお、コイル駆動部１１４ａにより電磁石として作用させるソースコイルは、先端の３つのソースコイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃに限らず、任意のソースコイルを電磁石として作用させるために全てのソースコイルをコイル駆動部１１４ａにより駆動するようにしても良いし、先端の３つのソースコイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃとは異なるソースコイルを電磁石として作用させるように構成しても良い。

次にこのように構成された本実施例の作用について説明する。

図１０に示すように、ステップＳ１にてプローブ１５をチャンネル内に配置した内視鏡６が図１１に示すように腸管１００内に挿入され、内視鏡形状検出装置３による挿入支援が開始されると、ステップＳ２にてＣＰＵ３２は直流／交流切替信号を「交流」側に設定する。そして、ステップＳ３にてソースコイル１４ｉ（ｉ＝ａ〜ｐ）を駆動して内視鏡形状を検出して、図１２に示すように液晶モニタ２５に内視鏡形状を表示する。このとき、図示はしないが、画像観察用モニタ１１には内視鏡６で撮像した観察画像が表示される。

術者は、液晶モニタ２５に表示された内視鏡形状を参照して腸管１００内への挿入を続行して検査を続ける。

そして、図１３に示すように、術者が画像観察用モニタ１１にて例えば腸管１００内に金属異物１２０を発見し、回収または排泄可能な位置に移動する必要があると判断した場合には、図１４に示すように、プローブ１５を内視鏡６の先端より突出させ、プローブ１５の先端部分を金属異物１２０近傍に位置させた後、操作部８に設けられている図示しない操作スイッチ等を操作することで、切替制御信号がビデオプロセッサ１５を介して内視鏡形状検出装置３のＣＰＵ３２に伝送される（図４参照）。

そこで、ステップＳ４にてＣＰＵ３２は切替制御信号の発生を監視し、切替制御信号を検知すると、ステップＳ５にて形状検出を一旦終了し、ステップＳ６にてＣＰＵ３２は直流／交流切替信号を「直流」側に設定し、図１４に示すように、先端の３つのソースコイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃを電磁石として作用させる。この磁力により、図１５に示すように、金属異物１２０がソースコイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃに吸着し、この状態でプローブ１５を移動させることで金属異物１２０の回収または排泄可能な位置への移動を行う。

そして、ステップＳ７にて形状検出が終了するまで、ステップＳ２〜Ｓ６の処理を繰り返す。

このように本実施例では、内視鏡形状を検出する際は、直流／交流切替信号を「交流」側に設定することで、全てのソースコイル１４ｉより磁界を伴う電磁波を周囲に放射し、また、体腔内の異物を回収／移動させるときには、直流／交流切替信号を「直流」側に設定することで、所望のソースコイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃを電磁石として作用させることができる。すなわち、内視鏡の形状を検出すると共に、体腔内の異物を磁力により吸着移動させることが可能となる。

なお、コイル駆動部１１４ａは、発振器１１０と直流源１１２の出力を切り替えて出力する構成としたが、ソースコイル駆動回路部３１の回路電源を用いる場合には、図１６に示すように、回路電源とアンプ１１を介した発振器１１０の出力をスイッチ部１１３で切り替えてソースコイル１４ａａ，１４ｂ，１４ｃに供給するようにしても良い。

また、電磁石駆動するソースコイル１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、本実施例では他のソースコイルと同様に略等間隔で配置したが、これに限らず、図１７に示すように、電磁石駆動するソースコイルの配置間隔を他のソースコイルの配置間隔より密に配置してもよく、この場合には電磁石駆動した際に、より強力な磁力により金属異物を保持することが可能となる。

さらに、直流源は、磁力による保持力を発生するものであればよいので、交流電流を全波整流したもの、半波整流したもの、倍電圧整流したもの、また、連続的な同極性のパルス状のもの、などでも可能である。

本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本発明の実施例１に係る内視鏡システムの構成を示す構成図 図１のコイルユニットに内蔵されたコイルの配置例を示す図 図１の内視鏡形状検出装置の構成を示す構成図 図３の受信ブロック及び制御ブロックの構成を示す図 図３の受信ブロックの詳細な構成を示す図 図４の２ポートメモリ等の動作を示すタイミング図 図１のプローブの構成を示す図 図４のソースコイル駆動回路部の第１のコイル駆動部の構成を示す図 図４のソースコイル駆動回路部の第２のコイル駆動部の構成を示す図 図３の内視鏡形状検出装置の作用を示すフローチャート 図３の内視鏡形状検出装置の作用を説明する第１の図 図３の内視鏡形状検出装置の作用を説明する第２の図 図３の内視鏡形状検出装置の作用を説明する第３の図 図３の内視鏡形状検出装置の作用を説明する第４の図 図３の内視鏡形状検出装置の作用を説明する第５の図 図４のソースコイル駆動回路部の第１のコイル駆動部の変形例の構成を示す図 図１のソースコイルの配置の変形例を示す図

符号の説明

１…内視鏡システム
２…内視鏡装置
３…内視鏡形状検出装置
４…ベッド
５…患者
６…内視鏡
７…挿入部
８…操作部
１０…ビデオプロセッサ
１２…鉗子チャンネル
１４ｉ…ソースコイル
１５…プローブ
１６…ケーブル
２１…検出装置
２３…コイルユニット
２２ｊ…センスコイル
２４…操作パネル
２６…送信ブロック
２７…受信ブロック
２８…制御ブロック
３１…ソースコイル駆動回路
３２…ＣＰＵ
４２…２ポートメモリ
４２ａ…ローカルコントローラ
４２ｂ…第１のＲＡＭ
４２ｃ…第２のＲＡＭ
４２ｄ…バススイッチ
１１０…発振器
１１１…アンプ
１１２…直流源
１１３…スイッチ部
１１４ａ…第１のコイル駆動部
１１４ｂ…第２のコイル駆動部
代理人 弁理士 伊藤 進

Claims (2)

1. 被検体に挿入される内視鏡の挿入部の内部に複数の磁界発生素子を配置し、被検体の外部に複数の磁界検出素子を配置して、前記挿入部の内部に配置された前記磁界発生素子の各位置を前記磁界検出素子の位置を基準に用いて検出する検出手段と、
   前記検出手段を制御すると共に、前記検出手段の検出結果に基づき、内視鏡挿入部の形状を推定する形状推定手段と
   を有する内視鏡形状検出装置において、
   前記磁界発生素子から交流磁界を発生させる交流信号を生成する交流信号生成手段と、
   前記磁界発生素子から直流磁界を発生させる直流信号を生成する直流信号生成手段と、
   前記交流信号生成手段の出力と前記直流信号生成手段の出力とを切り替えて所定の磁界発生素子に供給する出力切り替え手段と
   を備えたことを特徴とする内視鏡形状検出装置。
2. 前記出力切り替え手段が供給する前記所定の磁界発生素子は、前記挿入分先端に配置される所定数の磁界発生素子である
   ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡形状検出装置。

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