JP4759654B2 - 医療機器 - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態を説明するに先立って、まず、当該実施の形態の参考となる例について説明する。
以下、図面を参照して本発明の第1の参考例の医療機器1について説明する。
図1は、本第1の参考例の医療機器を使用している状態を説明するための図であり、図2は、本第1の参考例の医療機器の構成を示す図である。
λB=2×n×d
ここで、nはコア部4Aの屈折率である。
ただし、rij(i=1、2、3 : j=1、2、3)は3次元座標系XYZ1から3次元座標系XYZ2への回転(3次元座標系XYZ2のZ軸と向き(vx1、vy1、vz1)から回転行列を算出)、tx、ty、tzは平行移動(位置(x1、y1、z1)と同じ)を表す。
座標算出部9Cは同様に全ての3つのFBGセンサ部3の中心位置SをXYZ1座標系に変換し、変換された座標を接続することにより光ファイバセンサ2の3次元形状、すなわち、光ファイバセンサ2が固定された挿入部12の3次元形状を算出する。
以下、図11から図15を用いて、医療機器1の算出部9Aの処理について、さらに説明する。図11から図15は、本参考例の医療機器の算出部の処理を説明するための図である。
(式3)
ただし、任意の平面の式を、「ax+by+cz+p=0」とする。
(式4)
次に、図11に示すように、座標系設定部9Dは、n個のFBGセンサ部3の位置S1〜Snから平面Hへの垂線が、平面Hと交差する点H1〜Hnを算出する。そして、図12に示すように、座標系設定部9Dは、平面H上の点H1〜Hnの重心CG(Center of Gravity)と、分布方向RAとを算出する。
また、算出部9Aは、挿入部12の形状を時系列的に記憶する図示しない記憶手段を有し、過去に算出された平面Hの法線方向Pおよび重心CGから、平均的な法線方向および重心を算出し、第2の3次元座標系XYZkを設定してもよい。
以下、図面を参照して本発明の第2の参考例の医療機器1Bについて説明する。医療機器1Bの構成および動作は、第1の参考例の医療機器1と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
次に本願発明の実施の形態について説明する。
図19は、本実施の形態の医療機器を使用している状態を説明するための図であり、図20は、本実施の形態の医療機器の構成を示す図である。
(式6)
そして、3次元座標系XYZ1での座標を(Xs、Ys、Zs)とすると、変換後の基準3次元座標系XYZkでの座標(Xw、Yw、Zw)は、以下の(式7)で変換される
(式7)
また、n回目の変換行列を、Tnn−1、位置座標を(Xs、Ys、Zs)とすると以下の(式8)のように変換される。
そして、形状算出部9Fは、変換された基準3次元座標系XYZkでの座標を接続し補間処理等を行うことにより光ファイバセンサ2の3次元形状、すなわち、光ファイバセンサ2が配設された挿入部12の形状を算出する。
以下、図面を参照して本発明の第3の参考例の医療機器1Dについて説明する。医療機器1Dの構成および動作は、本発明の実施の形態の医療機器1Cと類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図25は、第3の参考例の医療機器を使用している状態を説明するための図であり、図26は、第3の参考例の医療機器の構成を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の第4の参考例の医療機器1Eについて説明する。医療機器1Eの構成および動作は、第1の参考例の医療機器1Dと類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図27は、第4の参考例の医療機器を使用している状態を説明するための図であり、図28は、第4の参考例の医療機器の構成を示す図である。
医療機器1Eは上記方法により、第1のプローブである光ファイバセンサ2に形成されたFBGセンサ部3の座標を上記変換行列により、被検者11と固定された関係にある基準3次元座標系XYZkに座標変換し、挿入部12の形状を表示することができる。
図30は、第4の参考例の変形例の医療機器の、モニタの表示画面を示している。
以下、図面を参照して本発明の第5の参考例の医療機器1Fについて説明する。医療機器1Fの構成および動作は、第4の参考例の医療機器1Eと類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図31は、第5の参考例の医療機器を使用している状態を説明するための図であり、図32は、第5の参考例の医療機器の構成を示す図である。
ところで、近年、内視鏡は、医療分野及び工業用分野において広く利用されている。医療分野において用いられる内視鏡は、細長い挿入部を体腔内に挿入することによって、体腔内の臓器を観察したり、必要に応じて内視鏡が具備する処置具の挿通チャンネル内に挿入した処置具を用いて各種処置をしたりすることができる。
本参考例においては、撮像ユニット243やLG262から付与される熱による光ファイバ210の変形を、フォルダ244、保護部材270により低減させると示したが、これに限らず、フォルダ244を熱伝導率の低い材料から形成することと保護部材270を設けることとのいずれか一方のみによっても、本参考例よりも効果は落ちるが、撮像ユニット243やLG262から付与される熱による光ファイバ210の変形を従来よりも低減させることができる。
上述した本構成においては、光ファイバ210を用いることにより、内視鏡201の挿入部202の形状を検出する場合を例に挙げて示したが、これに限らず、被検部位に挿入される挿入部を有するものであって、挿入部に光ファイバを挿通できるものであれば、上述した挿入部の形状検出構成を、内視鏡以外の他の器具、例えば内視鏡挿入部内に形成された管空に挿入可能なプローブの挿入部に適用しても本参考例と同様の効果を得ることができる。
ところで、特開2004−251779号公報に開示された光ファイバの先端側は、内視鏡の挿入部の先端側の内部、具体的には、内部に設けられた先端硬質部に対しフォルダ等を介して固定されることにより、挿入部内に挿通されている。
図47は、本参考例を示す内視鏡の挿入部の先端側の内部の構成の概略を示す部分断面図、図48は、図47の光ファイバの先端側を固定する固定部材を拡大して光ファイバとともに示す部分断面図である。
図49は、本参考例を示す内視鏡の挿入部の先端側の内部の構成を、概略的に示す部分断面図である。
上述した第1〜第2参考例および本願発明の実施の形態においては、光ファイバ210の先端210sから出射した通過光Mが、再度光ファイバ210の先端210sに入光しないように、フォルダ244の対向面244tに鏡面膜271が形成されている、またはフォルダ244の対向面244tにプリズム273が設けられている、あるいは、フォルダ284の対向面284tに反射ミラー281が設けられていると示した。
ところで、一般的に、光ファイバは細径に形成されており、また、光ファイバが挿入部に挿通された構成においては、光ファイバはチューブ等により被覆されて保護されているのみであることから、挿入部に対し繰り返しの曲げ応力が付与されてしまうと、光ファイバにも繰り返し曲げ応力が付与され、劣化に伴い光ファイバが折れてしまうといった問題があった。さらに、挿入部に対し急激な曲げ応力が付与されると、光ファイバが折れてしまうといった問題があった。
図55は、本参考例における形状検出装置の異常歪み量検出方法を示したフローチャートである。
上述した第1及び第2参考例においては、光ファイバ210を用いることにより、内視鏡201の挿入部202の形状を検出する場合を例に挙げて示したが、これに限らず、被検部位に挿入される挿入部を有するものであって、挿入部に光ファイバを挿通できるものであれば、上述した挿入部の形状検出構成を、内視鏡以外の他の器具、例えばプローブ等に適用しても本参考例と同様の効果を得ることができる。
(1)被検体の内部に挿入する挿入体に配設し、前記挿入体の歪みを検出する歪み検出部を複数形成した歪み検出手段と、
前記歪み検出手段の検出結果に基づき、所定の位置を原点とする第1の3次元座標系にて、それぞれの前記歪み検出部の第1の3次元座標を算出する座標算出手段と、
前記それぞれの歪み検出部の前記第1の3次元座標を基に、第2の座標系を設定する座標系設定手段と、
前記それぞれの歪み検出部の前記第1の3次元座標を、前記座標系設定手段により設定された第2の3次元座標系における第2の3次元座標に変換する座標変換手段と、
前記座標変換手段により変換された第2の3次元座標に基づき、前記挿入体の2次元形状を算出する形状算出手段と、
を有することを特徴とする医療機器。
前記それぞれの歪み検出部との距離の2乗和が最小である平面を算出し、
前記それぞれの歪み検出部の前記平面上への投影点の、重心位置、分布方向、および前記平面の法線方向に基づいて前記第2の3次元座標系を設定することを特徴とする付記1に記載の医療機器。
前記座標系設定手段は、
前記重力検出手段により得られた前記重力方向を法線とする平面を算出し、
それぞれの前記歪み検出部の前記平面上への投影点の、重心位置、分布方向、および前記重力方向に基づいて前記座標系設定を設定することを特徴とする付記1に記載の医療機器。
前記光ファイバセンサからの反射光の波長シフト量から、前記ファイバブラッググレーティングセンサ部の歪みを測定することを特徴とする付記1から付記6のいずれか1項に記載の医療機器。
前記歪み検出手段の検出結果に基づき、任意の座標系にて、それぞれの前記歪み検出部の第1の座標を算出する座標算出手段と、
所定の基準点を原点とする基準座標系を設定する基準座標系設定手段と、
前記座標算出手段により算出された前記任意の座標系上の前記第1の座標を、前記基準座標系設定手段により設定された基準座標系上の第2の座標に変換する座標変換手段と、
前記それぞれの歪み検出部の前記第2の座標を基に、前記挿入体の形状を算出する形状算出手段と、
を有することを特徴とする医療機器。
前記基準点が前記移動センサの初期位置であることを特徴とする付記9に記載の医療機器。
前記挿入体が、磁界センサが配設された操作部を有する内視鏡の挿入部であり、
前記基準点が前記磁界発生手段の位置であることを特徴とする付記9に記載の医療機器。
少なくとも3個の前記歪み検出部が配設されたマーカ部を端部に有する、複数の前記歪み検出部が配設された第2のセンサプローブと、
前記第1のセンサプローブの基端部側の端部と、前記マーカ部が配設された前記端部とは異なる前記第2のセンサプローブの端部とが接続される本体部とを有し、
前記基準点が、前記マーカ部に配設された3個の前記歪み検出部が含まれる平面上にあることを特徴とする付記9に記載の医療機器。
1個以上の前記歪み検出部が配設されたマーカ部を端部に有する、複数の前記歪み検出部が配設された第2のセンサプローブと、
前記第1のセンサプローブの基端部側の端部と、前記マーカ部が配設された前記端部とは異なる前記第2のセンサプローブの端部とが接続される本体部と、
前記それぞれの歪み検出部の座標を基に、前記挿入部の形状を算出する形状算出手段と、
前記前記挿入部の形状と、前記マーカ部の位置とを表示する表示手段とを有することを特徴とする医療機器。
前記光ファイバセンサからの反射光の波長シフト量から、前記挿入体の歪みを測定することを特徴とする付記17に記載の医療機器。
前記挿入部内に挿通された光ファイバと、
前記光ファイバに対し形成されたファイバブラッググレーティングと、
前記挿入部内に設けられた発熱部材と、
前記挿入部内に設けられた、前記発熱部材から放熱された熱が前記光ファイバに付与されることによって前記ファイバブラッググレーティングに発生する歪みの量を低減させる低減部材と、
を具備していることを特徴とする内視鏡。
前記支持部材は、前記ファイバブラッググレーティングを避けた位置を支持することを特徴とする付記22に記載の内視鏡。
前記保護部材は、前記ファイバブラッググレーティングを避けた位置に被覆されていることを特徴とする付記25に記載の内視鏡。
少なくとも前記挿入部の形状を検出する形状検出装置と、
を具備したことを特徴とする内視鏡の形状検出システム。
少なくとも前記挿入部内に挿通された前記光ファイバ内に光を入光させる光入光部と、
前記光入光部から前記光ファイバ内に入光した前記光の、前記ファイバブラッググレーティングからの反射光を検出する検出器と、
前記検出器によって検出された前記反射光から、前記ファイバブラッググレーティングの歪み量を測定する歪み量測定部と、
前記歪み量測定部によって測定された前記歪み量により、少なくとも挿入部の形状を算出する形状算出部と、
を具備していることを特徴とする付記29に記載の内視鏡の形状検出システム。
前記挿入部内に挿通された光ファイバと、
前記光ファイバに対し形成されたファイバブラッググレーティングと、
前記挿入部内に設けられた発熱部材と、
前記挿入部内に設けられた、前記発熱部材から放熱された熱が前記光ファイバに付与されることによって前記ファイバブラッググレーティングに発生する歪みの量を低減させる低減部材と、
を具備していることを特徴とするプローブ。
前記支持部材は、前記ファイバブラッググレーティングを避けた位置を支持することを特徴とする付記34に記載のプローブ。
前記保護部材は、前記ファイバブラッググレーティングを避けた位置に被覆されていることを特徴とする付記37に記載のプローブ。
少なくとも前記挿入部の形状を検出する形状検出装置と、
を具備したことを特徴とするプローブの形状検出システム。
少なくとも前記挿入部内に挿通された前記光ファイバ内に光を入光させる光入光部と、
前記光入光部から前記光ファイバ内に入光した前記光の、前記ファイバブラッググレーティングからの反射光を検出する検出器と、
前記検出器によって検出された前記反射光から、前記ファイバブラッググレーティングの歪み量を測定する歪み量測定部と、
前記歪み量測定部によって測定された前記歪み量により、少なくとも挿入部の形状を算出する形状算出部と、
を具備していることを特徴とする付記39に記載のプローブの形状検出システム。
少なくとも前記挿入部内に挿通された光ファイバ内に光を入光させる光入光部と、
前記光入光部から前記光ファイバ内に入光した前記光の、前記光ファイバに形成されたファイバブラッググレーティングからの反射光を検出する検出器と、
前記検出器によって検出された前記反射光から、前記ファイバブラッググレーティングの歪み量を測定する歪み量測定部と、
前記歪み量測定部によって測定された前記歪み量を、記録部に記録されている内視鏡情報に基づいて補正する歪み量補正部と、
を具備していることを特徴とする内視鏡の形状検出装置。
前記被検部位に挿入される前記挿入部を具備する前記内視鏡と、
を具備したことを特徴とする内視鏡の形状検出システム。
前記挿入部内に挿通された光ファイバと、
前記光ファイバに対し形成されたファイバブラッググレーティングと、
前記光ファイバの前記挿入部の挿入方向の先端を、前記挿入部の前記挿入方向の先端側の内部に固定する固定部材と、
前記固定部材に設けられた、前記ファイバブラッググレーティングを通過して前記光ファイバの前記先端から出射された光を、該光を出射した前記光ファイバ外へと導く導光部と、
を具備していることを特徴とする内視鏡。
前記固定部材における前記導光部に導かれた前記光の出射口は、前記撮像ユニットよりも前記挿入方向後端側に位置していることを特徴とする付記48または49に記載の内視鏡。
前記導光部は、前記対向位置が鏡面加工されることにより前記対向面に形成された鏡面膜から構成されていることを特徴とする付記48〜50のいずれか1項に記載の内視鏡。
前記導光部は、前記固定部材の前記両光ファイバの前記各先端に対向する対向面に設けられた、一方の前記光ファイバの前記先端から出射された光を、他方の前記光ファイバの前記先端へと導光する反射ミラーであることを特徴とする付記48〜50のいずれか1項に記載の内視鏡。
前記挿入部の形状を検出する形状検出装置と、
を具備したことを特徴とする内視鏡の形状検出システム。
前記挿入部内に挿通された前記光ファイバ内に前記光を入光させる光入光部と、
前記光入光部から前記光ファイバ内に入光した前記光の、前記ファイバブラッググレーティングからの反射光を検出する検出器と、
前記検出器によって検出された前記反射光から、前記ファイバブラッググレーティングの歪み量を測定する歪み量測定部と、
前記歪み量測定部によって測定された前記歪み量により、前記挿入部の形状を算出する形状算出部と、
を具備していることを特徴とする付記54に記載の内視鏡の形状検出システム。
前記挿入部内に挿通された光ファイバと、
前記光ファイバに対し形成されたファイバブラッググレーティングと、
前記光ファイバの前記挿入部の挿入方向の先端を、前記挿入部の前記挿入方向の先端側の内部に固定する固定部材と、
前記固定部材に設けられた、前記ファイバブラッググレーティングを通過して前記光ファイバの前記先端から出射された光を、該光を出射した前記光ファイバ外へと導く導光部と、
を具備していることを特徴とするプローブ。
前記挿入部の形状を検出する形状検出装置と、
を具備したことを特徴とするプローブの形状検出システム。
前記挿入部内に挿通された前記光ファイバ内に前記光を入光させる光入光部と、
前記光入光部から前記光ファイバ内に入光した前記光の、前記ファイバブラッググレーティングからの反射光を検出する検出器と、
前記検出器によって検出された前記反射光から、前記ファイバブラッググレーティングの歪み量を測定する歪み量測定部と、
前記歪み量測定部によって測定された前記歪み量により、前記挿入部の形状を算出する形状算出部と、
を具備していることを特徴とする付記58に記載のプローブの形状検出システム。
前記光入光部から前記光ファイバ内に入光した前記光の、前記光ファイバに形成された前記ファイバブラッググレーティングからの反射光を検出する検出器と、
前記検出器によって検出された前記反射光から、前記ファイバブラッググレーティングの歪み量を測定する歪み量測定部と、
前記歪み量測定部によって測定された前記歪み量が、第1の歪み量を超過したかを判定するとともに、超過した場合は、超過回数をカウントする判定部と、
前記超過回数が設定回数以上となった場合、警告を発する警告部と、
を具備したことを特徴とする光ファイバ歪検出装置。
前記挿入部を有する医療器具と、
を具備したことを特徴とする医療器具の形状検出システム。
前記光ファイバ内に光入光部から光を入光させるステップと、
前記光入光部から前記光ファイバ内に入光した前記光の、前記光ファイバに形成された前記ファイバブラッググレーティングからの反射光を、検出器により検出するステップと、
前記検出器によって検出された前記反射光から、前記ファイバブラッググレーティングの歪み量を、歪み量測定部により測定するステップと、
前記歪み量測定部によって測定された前記歪み量が、第1の歪み量を超過したかを、判定部により判定するとともに、超過した場合は、前記判定部が超過回数をカウントするステップと、
前記超過回数が設定回数以上となった場合、警告部が警告を発するステップと、
を具備したことを特徴とする光ファイバ歪検出方法。
Claims (7)
- 移動センサが配設された操作部と、
被検体の内部に挿入する、前記操作部と連接された挿入体と、
前記挿入体に配設され、前記挿入体の歪みを検出する複数の歪み検出部が形成されている歪み検出手段と、
前記複数の歪み検出部のうち、いずれか1つの前記歪み検出部を基準点とし、前記基準点と前記歪み検出部との相対関係で規定される第1の座標系にて、それぞれの前記歪み検出部の第1の3次元座標を算出する座標算出手段と、
前記移動センサの初期位置である基準点および軸方向を有する第2の座標系を、設定する基準座標系設定手段と、
前記基準座標系設定部で設定された基準点と、前記第1の座標系において設定された基準点と、の相対的な位置関係にもとづき、前記それぞれの歪み検出部の前記第1の3次元座標を、前記座標系設定手段により設定された前記第2の3次元座標系における第2の3次元座標に変換する座標変換手段と、
前記座標変換部により変換された前記第2の座標にもとづく前記挿入体の形状を表示する表示部と、 を有することを特徴とする医療機器。 - 前記挿入体が、内視鏡の挿入部であることを特徴とする、請求項1に記載の医療機器。
- 前記歪み検出手段が、所定の間隔で、それぞれ3個以上の前記歪み検出部が形成されているプローブであり、前記3個以上の前記歪み検出部の中心点を前記歪み検出部の位置とすることを特徴とする請求項1に記載の医療機器。
- 前記歪み検出手段が、軸方向の同位置に前記歪み検出部であるファイバブラッググレーティングセンサ部が形成されている3本以上の光ファイバセンサを有するプローブであり、
前記挿入体に設けられ、前記光ファイバセンサに光を入光させる光入光部と、
前記光入光部から前記光ファイバセンサ内に入光した前記光の、前記光ファイバに形成された前記ファイバブラッググレーティングセンサ部からの反射光を検出する検出器と、
前記検出器によって検出された前記光ファイバセンサからの反射光の波長シフト量に基づいて、前記ファイバブラッググレーティングセンサ部の歪みを測定する歪み量測定部と、
を更に具備することを特徴とする請求項1に記載の医療機器。 - 前記光入光部から入射されて前記ファイバブラッググレーティングセンサ部を通過して前記光ファイバセンサの前記先端から出射された光が、前記光ファイバセンサの先端に入射されることを防止する入射防止手段を更に備えたことを特徴とする請求項4に記載の医療機器。
- 前記挿入体内部に設けられた発熱部材と、
前記挿入体内部に設けられ、前記発熱部材から放熱された熱が前記光ファイバセンサに付与されることによって前記ファイバブラッググレーティングセンサ部に発生する歪みの量を低減させる低減部材と、
を更に備えたことを特徴とする請求項4に記載の医療機器。 - 前記歪み量測定部によって測定された前記ファイバブラッググレーティングセンサの歪み量が、第1の歪み量を超過したかを判定する判定部と、
前記ファイバブラッググレーティングセンサの歪み量が前記第1の歪み量を超過した場合に、超過回数をカウントするカウント部と、
前記超過回数が設定回数以上となった場合、警告を発する警告部と、
を更に具備することを特徴とする請求項4に記載の医療機器。
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