| 【発明の名称】 |
内視鏡の先端部位置検出装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】大原 健一
【氏名】橋山 俊之
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 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開口部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体内挿入部側開口部へ挿通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；上記体内挿入部の外側から上記チャンネルの体内操作部側開口に回転を防止した状態で挿入可能な位置センサ固定部材；上記位置センサプローブの先端部と位置センサ固定部材とを固定する固定手段；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位置センサの位置情報を出力する位置センサ制御装置；を有す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２】 請求項１記載の検出装置において、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、位置センサ固定部材は、この鉗子チャンネル内への挿入部と、鉗子チャンネルの体内挿入部側開口部の非円形断面部に係合する非円形断面部とを備えている内視鏡の先端部位置検出装置。
【請求項３】 請求項１または２記載の検出装置において、上記位置センサプローブの先端部と位置センサ固定部材との固定手段は、ねじである内視鏡の先端部位置検出装置。
【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項記載の検出装置において、チャンネルの体外操作部側開口には、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５】 請求項４記載の検出装置において、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６】 請求項４記載の検出装置において、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から離れ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。
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【発明の詳細な説明】【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開口部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、チャンネルに体外操作部側開口部から体内挿入部側開口部へ挿通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；体内挿入部の外側から上記チャンネルの体内操作部側開口に回転を防止した状態で挿入可能な位置センサ固定部材；位置センサプローブの先端部と位置センサ固定部材とを固定する固定手段；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位置センサの位置情報を出力する位置センサ制御装置；を有することを特徴としている。
【０００８】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、体内挿入部側開口部に起上台を有する鉗子チャンネルを有する内視鏡の場合、位置センサ固定部材は、この鉗子チャンネル内への挿入部と、鉗子チャンネルの体内挿入部側開口部の非円形断面部に係合する非円形断面部とを備えるのが実際的である。そして、位置センサプローブの先端部と位置センサ固定部材との固定手段は、最も簡単にはねじを用いることができる。
【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から離れ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。
【００１０】
【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。
【００１１】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。
【００１２】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は巻線の軸線方向が直交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は巻線の軸線方向が一方向に向く一つの一軸コイルとして構成される。
【００１３】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。
【００１４】図４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、雄ねじ部２０ｃを有する先端硬質材２０ｄ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適当な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一つの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として巻線方向の軸線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。
【００１５】図５、図６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、この鉗子チャンネル３３の体内操作部１１側の開口部に、位置センサプローブ２１の先端硬質材２０ｄに固定される位置センサ固定部材２６を設け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。
【００１６】位置センサ固定部材２６は、鉗子チャンネル３３内に挿入される円形断面部（または小径部）２６ａと、鉗子チャンネル３３の開口部の非円形断面部に回転不能に挿入される非円形断面部２６ｂとを備えている。円形断面部２６ａは、位置センサプローブ２１先端部の雄ねじ部２０ｃに螺合される雌ねじ部２６ｃを有し、非円形断面部２６ｂは、起上台３４に形成した溝３４ａに係合する山形断面部２６ｄを含んでいる。
【００１７】以上の位置センサプローブ２１と位置センサ固定部材２６を結合するには、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、その先端（先端硬質材２０ｄ）を鉗子チャンネル３３の体内挿入部１１側の開口部から突出させる。この突出状態において、位置センサ固定部材２６の雌ねじ部２６ｃを雄ねじ部２０ｃに螺合させて固定し、固定した後、今度は位置センサプローブ２１を鉗子チャンネル３３内に引き込んで、円形断面部２６ａを鉗子チャンネル３３に嵌め、非円形断面部２６ｂを鉗子チャンネル３３の開口部の非円形断面部に嵌める。このときには、山形断面部２６ｄは、起上台３４の溝３４ａに同時に嵌まる。よって、位置センサプローブ２１の回転が阻止される。以上の作業は、勿論、体内挿入部１１を体内へ挿入する前に行うものであり、特別の困難はない。
【００１８】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７及び図８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。
【００１９】図７の実施形態では、鉗子チャンネル３３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、先端部に位置センサ固定部材２６を固定して鉗子チャンネル３３に挿通した位置センサプローブ２１を、口金４０、ねじ筒４１、及び緩めた筒状螺合キャップ４２に挿通し、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。
【００２０】図８の実施形態では、鉗子チャンネル３３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７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７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、この実施形態では、ばね掛け筒４４と筒状摺動キャップ４５との間に、コイルばね４８が張設されている。この実施形態では、先端部に位置センサ固定部材２６を固定して鉗子チャンネル３３に挿通した位置センサプローブ２１を、口金４０、ねじ筒４４、筒状摺動キャップ４５及び緩めた筒状螺合キャップ４６に挿通する。次に、筒状摺動キャップ４５をコイルばね４８を圧縮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の圧縮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へ加えていた押込力を開放すると、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から引き抜かれる方向に移動付勢されるから、位置センサ固定部材２６を鉗子チャンネル３３に引き込み、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。
【００２１】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側での位置センサプローブ２１と位置センサ固定部材２６との結合作業と同様に、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。
【００２２】以上のように、超音波内視鏡１０のチャンネル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。
【００２３】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。
【００２４】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。
【００２５】
【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。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００５２７
【氏名又は名称】旭光学工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月２２日（１９９９．１１．２２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３２８６
【弁理士】
【氏名又は名称】三浦 邦夫
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１４５６３０（Ｐ２００１−１４５６３０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月２９日（２００１．５．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３３１９１９ |
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