CN106455965A - 内窥镜系统、旋转传感器以及套管针 - Google Patents

内窥镜系统、旋转传感器以及套管针 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于，即使使用已有的内窥镜，也与内窥镜的姿势无关地高精度地检测旋转方向，内窥镜系统(1)具有：内窥镜(6)，其在细长的插入部(5)的前端具有拍摄光学系统；套管针(3)，其以贯通患者的体表(A)的方式安装于该体表(A)，具有供插入部(5)贯通的贯通孔(2)；旋转传感器(4)，其设置于该套管针(3)，对以贯通状态配置于贯通孔(2)的插入部(5)绕长度轴的旋转量进行检测；标识，其配置于在向套管针(3)插入时能够由内窥镜(6)的拍摄光学系统拍摄的位置，能够确定贯通孔(2)的周向位置；以及初始角度检测部(7)，其根据拍摄光学系统所取得的图像中的标识，对插入部(5)与贯通孔(2)之间的插入时的相对角度进行检测。

Description

内窥镜系统、旋转传感器以及套管针
技术领域
本发明涉及内窥镜系统、旋转传感器以及套管针。
背景技术
公知有如下的内窥镜：利用重力对插入到体内的内窥镜主体绕轴的旋转方向进行检测，进行不会因内窥镜主体的旋转而使监视器上的像旋转的控制(例如，参照专利文献1。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特许第3504681号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1的内窥镜中，由于需要在内窥镜自身中设置有对重力进行检测的传感器，因此存在无法使用已有的内窥镜对旋转方向进行检测的不良情况。当内窥镜主体的轴以接近铅垂方向的状态被使用的情况下，有时难以检测重力的方向，内窥镜主体的绕轴的旋转方向的检测精度降低。
本发明是鉴于上述的情况而完成的，本发明提供如下的内窥镜系统、旋转传感器以及套管针：即使使用已有的内窥镜，也能够与内窥镜的姿势无关地高精度地检测旋转方向。
用于解决课题的手段
本发明的一方式提供一种内窥镜系统，其具有：内窥镜，其在细长的插入部的前端具有拍摄光学系统；套管针，其以贯通患者的体表的方式安装于该体表，具有供所述插入部贯通的贯通孔；旋转传感器，其设置于该套管针，对以贯通状态配置于所述贯通孔的所述插入部绕长度轴的旋转量进行检测；标识，其配置于在向所述套管针插入时能够由所述内窥镜的拍摄光学系统拍摄的位置，能够确定所述贯通孔的周向位置；以及初始角度检测部，其根据所述拍摄光学系统所取得的图像中的所述标识，对所述插入部与所述贯通孔之间的插入时的相对角度进行检测。
根据本方式，当在患者的体表上开设的孔中配置套管针而将内窥镜的插入部从前端插入于套管针所具有的贯通孔时，设置于套管针的旋转传感器对插入部绕长度轴的旋转量进行检测。并且，通过在将插入部向套管针插入时使设置于插入部的前端的拍摄光学系统进行动作，而取得包含有能够确定贯通孔的周向位置的标识在内的图像，根据所取得的图像中的标识，通过初始角度检测部对插入部与贯通孔之间的插入时的相对角度进行检测。即，能够根据初始角度检测部所检测的插入时的相对角度和在插入后旋转传感器所检测的插入部的旋转量而对内窥镜的插入部绕长度轴的绝对位置进行检测。
在上述方式中，也可以是，所述标识配置于在成为所述旋转传感器检测到所述插入部的旋转量的状态之后被拍摄的位置。
这样，当将插入部向套管针的贯通孔插入时，首先，开始进行旋转传感器对插入部的旋转量的检测，接着，通过包含标识部在内的图像的取得而对插入部与贯通孔之间的相对角度进行检测。由此，在通过旋转传感器检测出插入部的旋转量为某值的时刻，对插入部与贯通孔之间的相对角度进行检测，在该时刻，能够对插入部相对于贯通孔的绕长度轴的绝对位置进行检测。当在最初通过标识的拍摄进行了相对角度的检测之后开始进行旋转传感器对旋转量的检测的情况下，在从相对角度的检测到旋转量的检测的期间产生空白，有时难以进行正确的绝对位置的检测。
在上述方式中，也可以是，所述标识设置于所述周向的1个部位。
这样，只要在拍摄光学系统所取得的图像中包含标识，就能够高精度地检测插入部与贯通孔之间的绕长度轴的相对角度。特别是直视型的内窥镜，在能够一度取得贯通孔的整周范围内的图像的情况下，容易进行相对角度的检测。
在上述方式中，也可以是，所述标识沿着所述插入部向所述贯通孔插入的插入方向设置。
这样，能够在将插入部向贯通孔插入的过程中连续地对标识进行持续检测。由此，能够连续地对插入部与贯通孔之间的插入时的相对角度进行检测并持续更新。
在上述方式中，也可以是，所述标识是能够朝向径向内侧射出光的发光部。
这样，即使不使内窥镜的照明进行动作，也能够通过使从发光部射出的光包含在拍摄光学系统所取得的图像中而对插入部相对于贯通孔的相对角度进行检测。由此，能够防止在使用内窥镜的照明的情况下因光晕等引起的检测精度的降低。相反，在将插入部向套管针的贯通孔插入的情况下，如果不使用内窥镜的照明，则由于通常贯通孔内变成全黑，因此能够明确地检测来自发光部的光，能够提高检测精度。
在上述方式中，也可以是，所述标识是能够透射外部光的窗部。
这样，借助于从窗部向径向内侧渗漏的外部光，即使不使用照明光也能够对插入部与贯通孔之间的相对角度进行检测。
在上述方式中，也可以是，所述内窥镜在所述插入部的前端具有：照明部，其朝向被摄体射出照明光；以及控制部，其对该照明部的开关进行切换，该控制部响应于所述初始角度检测部对所述相对角度的检测而将所述照明部切换成开。
这样，通过将照明部切换成开而取得套管针内的图像，能够确认检测出插入部与贯通孔之间的相对角度的情况。
本发明的另一方式提供一种旋转传感器，该旋转传感器固定于套管针，该套管针以贯通患者的体表的方式安装于该体表，供在前端具有拍摄光学系统的内窥镜的插入部贯通，该旋转传感器具有：插入孔，其供所述插入部贯通；旋转量检测部，其对插入到该插入孔的所述插入部绕长度轴的旋转量进行检测；以及标识，其配置于在向所述插入孔插入时能够由所述拍摄光学系统拍摄的位置，能够确定所述插入孔的周向位置。
根据本方式，通过将旋转传感器固定于贯通体表而安装的套管针且使插入部向插入孔插入，能够对插入部绕长度轴的旋转量进行检测，并且根据在向插入孔插入时内窥镜的拍摄光学系统对标识进行拍摄而取得的图像内的标识，容易对插入部相对于插入孔的相对位置进行检测。由此，能够对插入部相对于插入孔的绕长度轴的绝对位置进行检测。
本发明的另一方式提供一种套管针，其以贯通患者的体表的方式安装于该体表，具有供在前端具有拍摄光学系统的内窥镜的插入部贯通的贯通孔，该套管针具有：旋转传感器，其对以贯通状态配置于所述贯通孔的所述插入部绕长度轴的旋转量进行检测；以及标识，其配置于在向所述贯通孔插入时能够由所述拍摄光学系统拍摄的位置，能够确定所述贯通孔的周向位置。
根据本方式，当将套管针以贯通患者的体表方式安装于该体表并且使内窥镜的插入部从前端插入于贯通孔时，旋转传感器对插入部绕长度轴的旋转量进行检测。并且，能够通过在插入部向贯通孔插入时使设置于插入部的前端的拍摄光学系统进行动作，而取得包含能够确定贯通孔的周向位置的标识在内的图像，根据所取得的图像中的标识对插入部与贯通孔之间的插入时的相对角度进行检测。即，能够根据所检测的插入时的相对角度和在插入后旋转传感器所检测的插入部的旋转量对内窥镜的插入部绕长度轴的绝对位置进行检测。
发明效果
根据本发明，实现如下的效果；即使使用已有的内窥镜，也能够与内窥镜的姿势无关地高精度地检测旋转方向。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式的内窥镜系统的整体结构图。
图2是示出图1的内窥镜系统所具有的套管针和旋转传感器贯通体表而安装的状态的纵剖视图。
图3是局部性地示出图1的内窥镜系统所具有的内窥镜的前端部的立体图。
图4是示出将内窥镜的前端部插入图2的旋转传感器的插入孔的状态的纵剖视图。
图5是示出在图4的状态下内窥镜的拍摄光学系统所取得的图像例的图。
图6是示出图2的套管针的变形例的纵剖视图。
图7是示出图2的套管针的另一变形例的纵剖视图。
图8是示出在使用图7的套管针的情况下内窥镜的拍摄光学系统所取得的图像例的图。
图9是示出图1的内窥镜系统的变形例的整体结构图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的一实施方式的内窥镜系统1和旋转传感器4进行说明。
如图1所示，本实施方式的内窥镜系统1具有：套管针3，其以贯通体表A的方式固定于在患者的体表A贯通的孔中，具有将体表A的内外连通的贯通孔2；旋转传感器4，其设置于该套管针3；内窥镜6，其具有插入到套管针3的贯通孔2的插入部5；图像处理部(初始角度检测部)7，其对内窥镜6所取得的图像G进行处理；以及监视器8，其显示该图像处理部7所处理的图像。
如图2所示，套管针3具有：圆筒部9，其被配置为在体表A的孔中贯通的状态；凸缘部10，其设置于该圆筒部9的一端，在圆筒部9装配为在体表A的孔中贯通的状态下，配置于体外。
本实施方式的旋转传感器4固定于套管针3的凸缘部10，配置于体外。旋转传感器4具有在插入到套管针3的贯通孔2之前供内窥镜6的插入部5贯通的插入孔11，对插入到该插入孔11的插入部5的绕长度轴的旋转量进行检测。在旋转传感器4固定于套管针3的凸缘部10的状态下，旋转传感器4的插入孔11与套管针3的贯通孔2同轴配置。
旋转传感器4例如具有：多个辊12，其从插入孔11内表面向径向内侧突出；以及编码器(旋转量检测部)13，其对该辊12的旋转量进行检测。各辊12具有与插入孔11的轴平行的轴线。由此，当将插入部5插入插入孔11时，辊12与插入部5的外周面接触，而将插入部5沿径向定位于插入孔11，并且当插入部5绕其长度轴旋转时辊12在插入部5的外周面上转动，通过编码器13对其旋转量进行检测。
本实施方式的旋转传感器4在插入孔11的内表面上设置有在与插入孔11的轴平行的方向上延伸的1根线状的标识14。利用与插入孔11的内表面的颜色不同颜色的涂料来描绘标识14或者通过插入孔11的内表面上的刻印而形成标识14。
如图3所示，内窥镜6具备在插入部5的前端面具有前方视野的拍摄光学系统15和照明光学系统(照明部)16。图中，标号17是供处置器具(省略图示)出没的通道。
图像处理部7对拍摄光学系统15所取得的图像G进行处理，而识别图像G内拍摄到的标识14，在拍摄光学系统15所具有的坐标中检测标识14配置在哪个方向。由此，对内窥镜6的插入部5向旋转传感器4的插入孔11插入时的插入部5与插入孔11的相对角度进行检测。
以下，对于这样构成的本实施方式的旋转传感器4和内窥镜系统1的作用进行说明。
要使用本实施方式的内窥镜系统1进行患者的体腔内的观察，需要像图2所示那样将套管针3插入于切开患者的体表A而形成的孔中且固定为贯通状态。在该状态下，在配置于体外的套管针3的凸缘部10上固定有旋转传感器4。
接着，将内窥镜6的拍摄光学系统15切换到开状态，作为能够取得图像G的状态，将插入部5从前端插入于旋转传感器4的插入孔11。并且，当开始将插入部5的前端插入于旋转传感器4的插入孔11时，对插入孔11的内表面进行拍摄，如图5所示，在图像G内拍摄到设置于内表面的标识14。
如图4所示，当将插入部5插入于插入孔11内时，配置在插入孔11内的辊12与插入部5的外周面接触而将插入部5定位于插入孔11，并且能够由编码器13对插入部5绕长度轴的旋转进行检测。
在该时刻，图像处理部7对于所取得的图像G进行图像识别处理，对图像G内拍摄到的标识14的位置进行检测。
例如，在作为插入部5插入时的图像取得图5所示的图像G的情况下，拍摄到绕拍摄光学系统15所具有的坐标的中心向任意方向倾斜的线状的标识14。因此，图像处理部7对该图像G中的标识14的位置进行检测，将标识14绕拍摄光学系统15的坐标的中心的倾斜角度α检测为插入部5插入时的插入部5与插入孔11的相对角度。
即，根据本实施方式的旋转传感器4和内窥镜系统1，能够根据设置于插入孔11的内表面的标识14对内窥镜6的插入部5向插入孔11插入时的插入部5与插入孔11的相对角度进行检测，并且能够根据旋转传感器4的动作对插入部5向插入孔11插入后的插入部5相对于插入孔11的绕长度轴的旋转量进行检测。其结果为，存在如下的优点：能够容易地检测插入部5绕长度轴的绝对(角度)位置。
特别是，由于在内窥镜6中不需要具有用于对重力方向进行检测的水平仪这样的特别的传感器，即使使用已有的内窥镜也能够高精度地检测旋转方向和旋转量。此外，由于并不是基于重力方向的检测，而是使用内窥镜6原本所具有的拍摄功能，因此存在能够与内窥镜6的姿势无关地高精度地检测旋转方向这样的优点。
根据本实施方式的旋转传感器4和内窥镜系统1，由于在插入孔11的内表面上设置有周向上的1个部位的标识14，因此只要在所取得的图像G内拍摄到标识14，就能够高精度地检测插入部5与插入孔11的相对角度。由于标识14形成为在与插入孔11的轴平行的方向上延伸的线状，因此能够在将插入部5插入于插入孔11的过程中的某时间范围内持续地检测出标识14。
即，要使插入部5插入于旋转传感器4的插入孔11而由旋转传感器4对旋转量的检测功能有效，需要使辊12与插入部5的外周面紧贴而将插入部5绕长度轴的旋转正确地转换成辊12的旋转。根据本实施方式，并不是瞬时性地检测标识14，而是在将插入部5插入于插入孔11的过程中的某时间范围内进行检测。因此，当旋转传感器4对旋转量的检测功能变得有效之后，例如通过在最后检测出标识14时将旋转传感器4所检测的旋转量复位成零，能够高精度地检测绝对位置。
另外，在本实施方式中，对于旋转传感器4和具有该旋转传感器4的内窥镜系统1进行了说明，该旋转传感器4在插入孔11内表面上具有标识14，以安装于套管针3的方式被使用，但也可以如图6所示，将标识14设置于套管针3的贯通孔2内表面。并且，也可以采用与旋转传感器4一体化且在插入孔11或者贯通孔2的内表面上设置有标识14的套管针3。
由于通过将标识14设置于套管针3而在插入部5贯通于旋转传感器4之后对标识14进行检测，因此能够在旋转传感器4对旋转量的检测功能变得有效之后对插入部5与贯通孔2的相对角度进行检测，存在能够更可靠地检测绝对位置的优点。
并且，在本实施方式中，通过涂料或者刻印构成标识14，但并不限于此。
例如如图7所示，标识14也可以由玻璃或树脂等光的透射率较高的材质构成的窗部(发光部)18构成，该窗部(发光部)18在套管针3的贯通孔2的周向上的一个部位上以从内表面贯通到配置于体外的外表面的方式进行配置。
这样，外部光透射过窗部18而从贯通孔2内表面向径向内侧射出。由此，在内窥镜6的拍摄光学系统15所取得的图像G中将拍摄到呈直线状发光的标识14。并且，通过采用这样的结构，即使内窥镜6的照明光学系统16不进行动作，也能够将供外部光穿过的较细的直线状的窗部18检测为标识14。
特别是如图8所示，当将插入部5插入时，由于在贯通孔2内变成全黑，因此直线状的窗部18形成的标识14能够更鲜明地拍摄到图像G中，提高检测精度。并且，由于可以使内窥镜6的照明光学系统16不进行动作，因此能够防止像使内窥镜6的照明光学系统16进行动作的情况那样产生如下的问题：强度极高的照明光在贯通孔2的内表面上反射而引起光晕，标识14的检测精度降低等。
并且，也可以取代窗部18，而通过像LED或有机EL那样发光的发光体形成标识14，能够得到相同的效果。
并且，在本实施方式中，也可以如图9所示，内窥镜6具有对照明光学系统(照明部)16进行控制的控制部19。在该情况下，在接受来自旋转传感器4和图像处理部7的信号而开始进行旋转传感器4对插入部5的旋转量的检测并且图像处理部7识别出标识14而检测出插入部5向贯通孔2插入时的插入部5与贯通孔2的绕长度轴的相对角度时，控制部19只要将照明光学系统16切换成开而照射照明光即可。
这样，存在如下优点：能够在插入时的相对角度检测时，停止照明光学系统16的动作，而防止标识14的错误检测，并且可以确认由照明光学系统16进行动作而取得套管针3的贯通孔2内或者体腔内的图像G，由此高精度地识别标识14而对绝对位置进行检测。
并且，在本实施方式中，在周向上的1个部位上配置有线状的标识14，但并不限于此。
例如，标识14的方式可以不是线状而是点状，也可以使多个点在与贯通孔2的轴平行的方向上排列。并且，标识14也可以是线状或者点状以外的图案、文字或者数字。
并且，也可以在周向上隔开间隔地设置多个线状的标识14。在该情况下，也可以使线的间隔或线的宽度全部不同。这样，在未将贯通孔2整体收纳在视野范围内的侧视内窥镜或斜视内窥镜的情况下，只要具有能够同时对2根以上的线进行拍摄的视野范围，就能够对视野朝向周向上的哪个方向进行检测。
并且，也可以使相邻的线的间隔的比率和相邻的线的宽度的比率全部不同。这样，即使在插入部5与贯通孔2之间存在游隙或者观察倍率发生变动，只要具有能够同时对3根以上的线进行拍摄的视野范围，也能够对视野朝向周向上的哪个方向进行检测。
并且，也可以使标识14的颜色在周向上不同。
并且，在通过光源构成标识14的情况下，也可以使光源的闪烁的频率在周向上不同。
标号说明
1：内窥镜系统；2：贯通孔；3：套管针；4：旋转传感器；5：插入部；6：内窥镜；7：图像处理部(初始角度检测部)；11：插入孔；13：编码器(旋转量检测部)；15：摄像光学系统；16：照明光学系统(照明部)；18：窗部(标识、发光部)；19：控制部；A：体表；G：图像。

Claims (9)

1.一种内窥镜系统，其具有：
内窥镜，其在细长的插入部的前端具有拍摄光学系统；
套管针，其以贯通患者的体表的方式安装于该体表，具有供所述插入部贯通的贯通孔；
旋转传感器，其设置于该套管针，对以贯通状态配置于所述贯通孔的所述插入部绕长度轴的旋转量进行检测；
标识，其配置于在向所述套管针插入时能够由所述内窥镜的拍摄光学系统拍摄的位置，能够确定所述贯通孔的周向位置；以及
初始角度检测部，其根据所述拍摄光学系统所取得的图像中的所述标识，对所述插入部相对于所述贯通孔的插入时的相对角度进行检测。
2.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中，
所述标识配置于在成为所述旋转传感器检测到所述插入部的旋转量的状态之后被拍摄的位置。
3.根据权利要求1或2所述的内窥镜系统，其中，
所述标识设置于所述周向上的1个部位。
4.根据权利要求3所述的内窥镜系统，其中，
所述标识沿着所述插入部向所述贯通孔插入的插入方向设置。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的内窥镜系统，其中，
所述标识是能够朝向径向内侧射出光的发光部。
6.根据权利要求5所述的内窥镜系统，其中，
所述标识是能够透射外部光的窗部。
7.根据权利要求5或6所述的内窥镜系统，其中，
所述内窥镜在所述插入部的前端具有：照明部，其朝向被摄体射出照明光；以及控制部，其对该照明部的开关进行切换，
该控制部响应于所述初始角度检测部对所述相对角度的检测而将所述照明部切换成开。
8.一种旋转传感器，其中，该旋转传感器固定于套管针，该套管针以贯通患者的体表的方式安装于该体表，供在前端具有拍摄光学系统的内窥镜的插入部贯通，该旋转传感器具有：
插入孔，其供所述插入部贯通；
旋转量检测部，其对插入到该插入孔的所述插入部绕长度轴的旋转量进行检测；以及
标识，其配置于在插入到所述插入孔中时能够由所述拍摄光学系统拍摄的位置，能够确定所述插入孔的周向位置。
9.一种套管针，其以贯通患者的体表的方式安装于该体表，具有供在前端具有拍摄光学系统的内窥镜的插入部贯通的贯通孔，该套管针具有：
旋转传感器，其对以贯通状态配置于所述贯通孔的所述插入部绕长度轴的旋转量进行检测；以及
标识，其配置于在插入到所述贯通孔中时能够由所述拍摄光学系统拍摄的位置，能够确定所述贯通孔的周向位置。
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