JP4406133B2

JP4406133B2 - 内視鏡の先端部位置検出装置

Info

Publication number: JP4406133B2
Application number: JP33191799A
Authority: JP
Inventors: 健一大原; 俊之橋山
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2019-11-22
Also published as: JP2001145629A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、内視鏡の先端部位置を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
例えば、超音波内視鏡では、体内挿入部の先端部に超音波プローブが設けられており、この超音波プローブ内の超音波送受信手段は、被検部に向けて超音波を発振する発振機能と、被検部で反射した超音波信号（エコー信号）の受信機能を備えている。この超音波内視鏡では、超音波プローブをスパイラルスキャンさせながら受信された超音波信号に適当な信号処理を施すことにより、被検部の三次元画像を構築できることが知られている。
【０００３】
しかし、超音波プローブをスパイラルスキャンするには、専用の超音波プローブと駆動装置を必要とし、ラジアルスキャンを行う汎用の超音波プローブで三次元画像を得ることはできなかった。このため既に、特開平６−２６１９００号公報は、汎用の超音波プローブと駆動装置で実質的なスパイラルスキャンを行うため、被験者（患者）の周囲に位置に固有な磁場を発生させる磁場発生器を配置する一方、内視鏡の先端部の超音波プローブの近くにこの磁場発生器との相対的位置座標及び傾斜を特定するための位置センサを配置した超音波内視鏡を提案している。ラジアルスキャンを行いながら、超音波プローブを体腔内で移動させその位置情報を得れば、事実上のスパイラルスキャンを行うことができる。しかし、この超音波内視鏡は、画像処理装置を含め、超音波プローブ、位置センサ、磁場発生器を含むシステム全体を一体不可欠にしているため、高価であるという問題があった。
【０００４】
一方、通常の内視鏡においては、ファイバタイプであると電子タイプであるとを問わず、対物光学系による像をそのまま観察しており、対物光学系の体内における位置情報は、超音波内視鏡に比べれば、現在のところ重要度が低い。しかし、例えば、最初にＣＴスキャンやＭＲＩスキャンで人体の管腔の３次元データを作ることは十分可能であり、仮に、内視鏡先端部の位置情報が得られれば、管腔の３次元データと位置情報と結合したより正確な体腔内の被験者情報を得ることができる。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、超音波内視鏡を含む既存の内視鏡に適用可能であり、内視鏡の先端部の位置情報を得ることができる内視鏡の先端部位置検出装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、超音波内視鏡、通常の内視鏡を問わず、内視鏡に備えられる、体外操作部と体内挿入部とを連絡するチャンネルを利用して、位置センサを体内挿入部先端に挿入し、被験者（人体）の外部に磁場発生器を設置すれば、磁場発生器と位置センサによる位置検知システムを既存の内視鏡設備に事後的に構築することが可能であるとの着眼に基づいて完成されたものである。
【０００７】
本発明による内視鏡の先端部位置検出装置は、体内挿入部；この体内挿入部に連結され、該体内挿入部を体外で操作する体外操作部；及びこの体内挿入部側の通路と体外操作部側の開口部とを連結するチャンネル；を有する内視鏡に用いる内視鏡の先端部位置検出装置であって、上記チャンネルに体外操作部側開口部から挿脱可能な位置センサプローブ；この位置センサプローブの先端部に設けられた位置センサ；この位置センサプローブ先端部の体内挿入部側通路内における相対回転を阻止する相対回転防止手段；上記位置センサと対をなして体外に設置される、位置に固有な磁場を発生させる磁場発生器；及び上記位置センサの出力から、磁場発生器により作られる位置に固有な磁場内における該センサの位置情報を出力する位置センサ制御装置；を有し、上記相対回転防止手段は、位置センサプローブ先端部に形成した非円形断面先端部と、チャンネルの体内挿入部の通路に形成した、上記非円形断面先端部が係合する非円形断面穴とから構成されていることを特徴としている。
【０００８】
相対回転防止手段の非円形断面先端部は、例えば、位置センサプローブ先端部の外面に形成した、先端部を丸めた楕円錐状または長円錐状先端部とすることができる。
【０００９】
本発明の内視鏡先端部位置検出装置は、チャンネルを有する内視鏡であれば種類を問わずに適用できるが、体内挿入部先端に超音波プローブを有する超音波内視鏡の場合、チャンネルは、この超音波プローブのバルーンに連なる吸引チャンネルを利用することができる。あるいは、通常の内視鏡であれば、体内挿入部側開口部に起上台を有する鉗子チャンネルを利用することができる。鉗子チャンネル利用の場合、相対回転防止手段は、位置センサプローブ先端部に形成した非円形断面先端部と、起上台に形成した、この非円形断面先端部が係合する溝部とで構成できる。
【００１０】
本発明の内視鏡先端部位置検出装置は、チャンネルの体外操作部側開口部に、挿入した位置センサプローブの軸方向移動を阻止する軸方向移動防止手段を設けることが好ましい。この軸方向移動防止手段は、例えば、体外操作部側開口部にねじ螺合させた筒状螺合キャップと、この筒状螺合キャップを締め込んだとき変形して位置センサプローブ外周面に弾接するＯリングとによって構成することができる。あるいは、体外操作部側開口部に軸方向に移動可能に支持した筒状摺動キャップと、この筒状摺動キャップに螺合させた筒状螺合キャップと、この筒状螺合キャップを締め込んだとき変形して位置センサプローブ外面に弾接するＯリングと、筒状摺動キャップを体外操作部側開口部に接近する方向に付勢するばね手段とによって構成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図示実施形態は、超音波内視鏡に本発明を適用した例である。図１は、内視鏡の先端部位置検出装置の全体の系統を示すもので、超音波内視鏡１０は、可撓性の体内挿入部１１と、この体内挿入部１１を体外で操作する操作部１２とを有し、体内挿入部１１の先端部には超音波プローブ１３と対物レンズ（図示せず）が設けられている。操作部１２には、対物レンズによって結像された体腔内の像を観察する眼視光学系１４（図２、図３）が備えられ、また、超音波診断装置１５に接続して超音波診断画像を伝達するための超音波コネクター１６、及び光源プロセッサ２４に接続して体内挿入部１１の先端部に照明光を与えるライトガイドコネクター１７（図２、図３）が接続されている。
【００１２】
超音波診断装置１５は、超音波プローブ１３内に備えられている超音波送受信手段を駆動するものであり、超音波送受信手段は、超音波診断装置１５からの電気パルス信号を受けて被検部に向けて超音波パルスを発振し、被検部で反射した超音波パルス信号を受信する。この超音波パルス信号は電気的な超音波エコー信号に変換される。超音波診断装置１５は、超音波エコー信号を受け取ってデジタル化する信号処理部と、このデジタル信号を画像信号として記憶する記憶装置その他の超音波内視鏡として必要な信号処理回路及び記憶装置を備えており、記憶された画像信号は、要求に応じ、表示装置２５に表示される。以上は、超音波内視鏡１０であり、周知である。
【００１３】
本実施形態は、以上の既存の超音波内視鏡１０に対して事後的に構築できる内視鏡の先端部位置検出装置を提案するものである。図１の二点鎖線より上方に描いた、先端部に位置センサ（磁気センサ）２０を有する位置センサプローブ２１、磁場発生器２２及び位置センサ制御装置２３及びマイコン１８、表示装置１９が本実施形態で新たに加えた主たる要素である。磁場発生器２２は、位置センサ制御装置２３の制御信号を受けて、被検者である人体の周囲に、位置に固有な磁場を発生させるものであり、位置センサプローブ２１は、その先端部の位置センサ２０が磁場内に位置することで、位置センサ２０自身の磁場発生器２２に対する位置情報をこの磁場に対応する電流として、位置センサ制御装置２３に出力する。位置センサ制御装置２３は、マイコン１８に接続されており、この位置情報をデジタル化して、磁場発生器２２に対する空間中の位置座標及び磁場発生器２２に対する傾きを表すオイラー角としてマイコン１８に与える。磁場発生器２２は直交三方向に向く位置に固有の磁場を発生させるものであり、位置センサ２０は巻線の軸線が三方向に向く三軸コイルからなるものである。磁場発生器２２が三つ使用される場合には、位置センサ２０は巻線の軸線が一方向に向く一つの一軸コイルとして構成される。
【００１４】
位置センサプローブ２１は、超音波内視鏡１０に備えられているいずれかのチャンネルに挿入して使用される。このチャンネルは、既存のチャンネル、例えばこの超音波プローブのバルーンに連なる吸引チャンネルや、起上台を備えた鉗子チャンネルを使用できる他、超音波内視鏡１０に専用のチャンネルを設けてもよい。
【００１５】
図４、図５は、位置センサプローブ２１の例を示している。位置センサプローブ２１は、全体として上述のようなチャンネルに挿入可能な径に形成されており、柔軟なチューブ材２１ａの中に、軸部に位置する可撓性で腰のある芯材２１ｂと、位置センサ２０に連なる信号線２０ａとを挿入したもので、位置センサプローブ２１（芯材２１ｂ）の先端部には、先端部を丸めた硬質材からなる楕円錐状または長円錐状先端部２０ｂが固定されている。芯材２１ｂは、位置センサプローブ２１に後方から押込力を与えたときにチャンネルへの挿入を可能にする硬さと可撓性を有する非磁性材料、例えばステンレス線、樹脂製線材、超弾性線材等から構成する。磁性材料は磁場発生器２２による磁場に影響を与えるため好ましくない。位置センサ２０は、図示例では、巻線の軸線方向が一つの直線方向に向くコイルを想定しており、従って信号線２０ａは、１セットであるが、位置センサ２０として巻線の軸線方向が直交三方向に向く三組のコイルを使用する場合には、３セットが挿入される。
【００１６】
図６、図７は、超音波内視鏡１０のバルーン吸引チャンネル３０を位置センサプローブ２１のチャンネルとして利用し、その先端部の通路内に、位置センサプローブ２１の回転防止機構を形成した実施形態を示している。バルーン吸引チャンネル３０は、超音波プローブ１３を覆うバルーン内に連通するチャンネルで、バルーン内の液体（脱気水）を吸引する際に使用するチャンネルである。このバルーン吸引チャンネル３０の先端部には、位置センサプローブ２１の形状に対応する非円形断面の回り止め穴３１が形成されている。操作部１２側の開口部から位置センサプローブ２１をバルーン吸引チャンネル３０に挿入していくと、やがて楕円錐状または長円錐状先端部２０ｂが回り止め穴３１に当接し、そのまま押圧力を加えると、回り止め穴３１にガイドされつつ位置センサプローブ２１が回転して回り止め穴３１に嵌まり、位置センサプローブ２１の回転が防止される。勿論、回り止め穴３１と位置センサプローブ２１の向きを合わせるために、位置センサプローブ２１に回転を与えてもよい。
【００１７】
図８、図９は、超音波内視鏡１０の起上台付き鉗子チャンネル３３を位置センサプローブ２１のチャンネルとして利用し、その先端部の起上台３４により、位置センサプローブ２１の回転防止機構を形成した実施形態を示している。鉗子チャンネル３３は、各種の鉗子を挿入するためのチャンネルで、その先端部に軸３５で回動可能に起上台３４が枢着されている。起上台３４には、操作ワイヤ３６の先端部が結合されており、操作ワイヤ３６の後端部は、操作部１２の起上台操作部３７（図３）に導かれている。起上台３４には、位置センサプローブ２１の先端部を丸めた硬質材からなる楕円錐状または長円錐状先端部２０ｂに対応する溝３４ａが形成されている。先端部２０ｂは、単なる非断面形状であっても、溝３４ａとの関係で回り止めを図ることができる。この実施形態では、操作部１２側の開口部から鉗子チャンネル３３内に位置センサプローブ２１を挿入し、その位置センサプローブ２１の先端部（位置センサ２０）が鉗子チャンネル３３の体内挿入部１１側の開口部に臨んだ状態で、起上台操作部３７により起上台３４を起上させれば、起上台３４の溝３４ａと鉗子チャンネル３３の内壁面との間に位置センサプローブ２１の先端部（楕円錐状または長円錐状先端部２０ｂ）を挟んで回り止めを図ることができる。
【００１８】
以上の図６、図７の実施形態、図８、図９の実施形態ともに、位置センサプローブ２１の先端部のチャンネルへの挿入固定（回り止め）は、体内挿入部１１を体内へ挿入する前に行うことができるから、特別の困難はない。
【００１９】
以上のようにして超音波内視鏡１０のチャンネルに挿通した位置センサプローブ２１は、操作部１２側において軸方向に移動しないように保持することが望ましい。図１０及び図１１は、それぞれ、位置センサプローブ２１の軸方向移動防止手段の実施形態を示している。
【００２０】
図１０の実施形態では、鉗子チャンネル３３（またはバルーン吸引チャンネル３０）の操作部１２側の端部には、口金４０が固定されており、この口金４０に、ねじ筒４１が固定されている。ねじ筒４１には、筒状螺合キャップ４２が螺合されており、この筒状螺合キャップ４２の内方フランジとねじ筒４１の端面との間に、Ｏリング４３が挟着されている。Ｏリング４３は、自由状態ではその内径内で位置センサプローブ２１を自由に移動させることができるが、圧縮されると位置センサプローブ２１との相対移動が阻止される径に形成されている。従って、筒状螺合キャップ４２を緩めた状態で、位置センサプローブ２１を筒状螺合キャップ４２、ねじ筒４１、口金４０から鉗子チャンネル３３（バルーン吸引チャンネル３０）内に挿通してその先端部の回り止めを施し、その状態で、筒状螺合キャップ４２を締め込み、Ｏリング４３を圧縮変形させることで、位置センサプローブ２１を鉗子チャンネル３３（またはバルーン吸引チャンネル３０）の開口部に固定し、その軸方向移動を防止することができる。
【００２１】
図１１の実施形態では、鉗子チャンネル３３（またはバルーン吸引チャンネル３０）の操作部１２側の端部には、同様に口金４０が固定されており、この口金４０には、ばね掛け筒４４が固定されている。このばね掛け筒４４には、軸方向に移動可能に筒状摺動キャップ４５が嵌められており、この筒状摺動キャップ４５には、図１０の実施形態の筒状螺合キャップ４２と同様の螺合キャップ４６が螺合されている。この螺合キャップ４６の内方フランジと筒状摺動キャップ４５の端面との間には、図１０の実施形態のＯリング４３と同じＯリング４３が挟着されている。そして、ばね掛け筒４４と筒状摺動キャップ４５との間に、筒状摺動キャップ４５をばね掛け筒４４の方向に移動付勢するコイルばね４８が張設されている。この実施形態では、螺合キャップ４６を緩めた状態で位置センサプローブ２１を螺合キャップ４６、筒状摺動キャップ４５、ばね掛け筒４４、口金４０から鉗子チャンネル３３（バルーン吸引チャンネル３０）内に挿通してその先端部の回り止めを施す。次に、筒状摺動キャップ４５をコイルばね４８を伸ばしながら位置センサプローブ２１に対して相対移動させ、そのコイルばね４８の伸張状態で螺合キャップ４６を締め込むとＯリング４３が圧縮変形して筒状摺動キャップ４５に固定される。筒状摺動キャップ４５へ加えていた引張力を開放すると、位置センサプローブ２１はコイルばね４８の力により鉗子チャンネル３３（バルーン吸引チャンネル３０）内に挿入される方向に移動付勢されるから、より確実に位置センサプローブ２１の軸方向移動を防止することができる。
【００２２】
以上の位置センサプローブ２１の操作部１２側での軸方向移動防止手段の操作は、体内挿入部１１側での回転防止手段と同様に、体内挿入部１１を体内へ挿入する前に行うことができるから、特別の困難はない。
【００２３】
以上のように、超音波内視鏡１０のチャンネル３０（３３）に位置センサプローブ２１を挿入固定し、図１の接続を完了した装置は、超音波診断装置１５により超音波プローブ１３を制御して超音波走査を行うことにより体腔内の断層像を得、同時に、体内挿入部１１先端に位置する位置センサ２０によって、該位置センサ２０の磁場発生器２２との相対的位置座標及び傾斜を特定する位置情報を得ることができる。このようにして得た複数枚の断層像の画像情報は、超音波診断装置１５を介してマイコン１８に入力され、位置情報は、位置センサ制御装置２３を介してマイコン１８に入力され、マイコン１８が必要な画像処理を施して、これを記憶し、さらに三次元画像情報を表示装置１９に表示することができる。
【００２４】
そして、位置センサ２０と磁場発生器２２とを用いた内視鏡先端部の位置情報を得ることが不要な使用態様では、位置センサプローブ２１を超音波内視鏡１０のチャンネル３０または３３から抜き取り、磁場発生器２２と位置センサ制御装置２３、マイコン１８及び表示装置１９を超音波診断装置１５から外すことにより（図１の二点鎖線より上方の要素を除去することにより）、通常の電子式コンベックス型超音波内視鏡として使用することができる。
【００２５】
以上の実施形態は、超音波内視鏡に本発明を適用したものであるが、本発明は、体外の操作部と体内挿入部とを結ぶチャンネルを有する内視鏡であれば、すべての内視鏡に適用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、体外の操作部と体内挿入部とを結ぶチャンネルを有する内視鏡であれば、超音波内視鏡を含む既存の内視鏡に適用して、内視鏡の先端部の位置情報を得ることができ、安価な位置情報検出装置を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内視鏡の先端部位置検出装置を超音波内視鏡に適用した一実施形態を示す系統接続図である。
【図２】超音波内視鏡の正面図である。
【図３】同超音波内視鏡の管路図である。
【図４】位置センサプローブの一実施形態を示す断面図である。
【図５】図４のV矢視図である。
【図６】超音波内視鏡のバルーン吸引チャンネルを位置センサプローブの挿通チャンネルとする実施形態を示す、体内挿入部側の回転防止手段部分を断面とした正面図である。
【図７】図６のVII‐VII線に沿う断面図である。
【図８】超音波内視鏡の起上台を有する鉗子チャンネルを位置センサプローブの挿通チャンネルとする実施形態を示す、体内挿入部側の回転防止手段を断面とした正面図である。
【図９】図８のIX‐IX線に沿う断面図である。
【図１０】位置センサプローブとその挿通チャンネルの体外操作部側開口部近傍に設けた軸方向移動防止手段の断面図である。
【図１１】同軸方向移動防止手段の別の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０超音波内視鏡
１１体内挿入部
１２体外操作部
１３超音波プローブ
１５超音波診断装置
１６超音波コネクター
１７ライトガイドコネクター
１８マイコン
１９表示装置
２０位置センサ（磁気センサ）
２０ａ信号線
２０ｂ楕円錐状または長円錐状先端部
２１位置センサプローブ
２１ａチューブ材
２１ｂ芯材
２２磁場発生器
２３位置センサ制御装置
２４光源プロセッサ
２５表示装置
３０バルーン吸引チャンネル
３１回り止め穴（非円形断面穴）
３３鉗子チャンネル
３４起上台
３６操作ワイヤ
４０口金
４１ねじ筒
４２筒状螺合キャップ
４３Ｏリング
４４ばね掛け筒
４５筒状摺動キャップ
４６螺合キャップ
４８コイルばね

Claims

体内挿入部；
この体内挿入部に連結され、該体内挿入部を体外で操作する体外操作部；及び
この体内挿入部側の通路と体外操作部側の開口部とを連結するチャンネル；を有する内視鏡に用いる内視鏡の先端部位置検出装置であって、
上記チャンネルに体外操作部側開口部から挿脱可能な位置センサプローブ；
この位置センサプローブの先端部に設けられた位置センサ；
この位置センサプローブ先端部の体内挿入部側通路内における相対回転を阻止する相対回転防止手段；
上記位置センサと対をなして体外に設置される、位置に固有な磁場を発生させる磁場発生器；及び
上記位置センサの出力から、磁場発生器により作られる位置に固有な磁場内における該センサの位置情報を出力する位置センサ制御装置；を有し、
上記相対回転防止手段は、位置センサプローブ先端部に形成した非円形断面先端部と、チャンネルの体内挿入部の通路に形成した、上記非円形断面先端部が係合する非円形断面穴とから構成されていることを特徴とする内視鏡の先端部位置検出装置。
請求項１記載の内視鏡の先端部位置検出装置において、
内視鏡は体内挿入部先端に超音波プローブを有する超音波内視鏡であり、チャンネルは、この超音波プローブのバルーンに連なる吸引チャンネルである内視鏡の先端部位置検出装置。
請求項１記載の内視鏡の先端部位置検出装置において、
チャンネルは、体内挿入部側開口部に起上台を有する鉗子チャンネルであり、上記相対回転防止手段の非円形断面穴は、上記起上台に形成した、上記非円形断面先端部が係合する溝部である内視鏡の先端部位置検出装置。
請求項１ないし３のいずれか１項記載の内視鏡の先端部位置検出装置において、
チャンネルの体外操作部側開口部には、挿入した位置センサプローブの軸方向移動を阻止する軸方向移動防止手段が設けられている内視鏡の先端部位置検出装置。
請求項４記載の内視鏡の先端部位置検出装置において、
軸方向移動防止手段は、体外操作部側開口部にねじ螺合させた筒状螺合キャップと、この筒状螺合キャップを締め込んだとき変形して位置センサプローブ外周面に弾接するＯリングとを有する内視鏡の先端部位置検出装置。
請求項４記載の内視鏡の先端部位置検出装置において、
軸方向移動防止手段は、体外操作部側開口部に軸方向に移動可能に支持した筒状摺動キャップと、この筒状摺動キャップに螺合させた筒状螺合キャップと、この筒状螺合キャップを締め込んだとき変形して位置センサプローブ外面に弾接するＯリングと、上記筒状摺動キャップを体外操作部側開口部に接近する方向に付勢するばね手段とを有する内視鏡の先端部位置検出装置。
請求項１ないし６のいずれか１項記載の内視鏡の先端部位置検出装置において、
上記相対回転防止手段の非円形断面先端部は、上記位置センサプローブ先端部の外面に形成した、先端部を丸めた楕円錐状または長円錐状先端部である内視鏡の先端部位置検出装置。