JP2001145597A - 内視鏡の先端部位置検出用プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 既存の内視鏡に適用してその先端部の体腔内
の位置情報を得るための位置検出用プローブを得る。 【構成】 内視鏡の体外操作部側の開口部から体内挿入
部に至るチャンネルに挿脱可能な外径を有する柔軟なチ
ューブ体の先端部に硬質体を設け、軸部に腰のある芯材
を挿通し、先端硬質体の後方のチューブ体と芯材の間に
位置センサを配置したプローブであり、位置センサは、
該位置センサと対をなして体外に設置される磁場発生器
により作られる、位置に固有な磁場内における位置情報
を出力する。

Description

【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
ために使用するプローブに関する。

【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、磁場発生器と組み合わせて、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
端部位置検出用プローブ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用プ
ローブは、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先端部位置検出用プ
ローブであって、チャンネルに挿脱可能な外径を有する
柔軟なチューブ体；このチューブ体の先端部に設けた先
端硬質体；チューブ体の軸部に挿通され先端部がこの先
端硬質体に結合された、該チューブ体に後方から押込力
を与えたときチューブ体のチャンネルへの挿入を可能と
する硬さと柔軟性を備えた芯材；先端硬質体の後方のチ
ューブ体と芯材の間に配置した位置センサ；及びチュー
ブ体内に挿通したこの位置センサへに接続された信号
線；を備えたものであり、位置センサは、該位置センサ
と対をなして体外に設置される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位置情報を出力する。

【０００８】位置センサは、具体的にはコイルが使用で
き、巻線の軸線方向が一方向の一組のコイルまたは巻線
の軸線方向が直交三方向に向く三組のコイルから構成す
ることができる。

【０００９】位置センサプローブのチャンネル内での回
転防止機構を設置する場合に備えて、先端硬質体は非円
形断面とすることが好ましい。例えば、先端部を丸めた
楕円錐状または長円錐状に形成することができる。ある
いは、先端硬質体に、チャンネルの体内挿入部側の開口
部から挿入される位置センサ固定部材との固定手段を備
えてもよい。固定手段は、最も簡単にはねじを用いるこ
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１
０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１
３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
出装置の位置検出用プローブ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、既存の超音波内視鏡１０に対
して事後的に先端部位置検出装置を構築するための要素
であり、位置センサプローブ２１が本発明の対象であ
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２
１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。

【００１４】図４、図５は、位置センサプローブ２１の
第一の実施形態を示している。位置センサプローブ２１
は、上述のようなチャンネルに挿入可能な径に形成され
た柔軟なチューブ材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２
１（芯材２１ｂ）の先端部には、チューブ材２１ａより
硬い材料からなる、非円形断面の硬質材、例えば合成樹
脂材料からなる先端部を丸めた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、
チューブ材２１ａと芯材２１ｂとの間の空間に収納した
もので、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。先端部２０ｂを非円形断面
とするのは、チャンネルに挿通した状態における回転を
防止するためである。

【００１５】図６は、位置センサプローブ２１の別の実
施形態を示している。この実施形態は、図４、図５の実
施形態における楕円錐状または長円錐状先端部２０ｂに
代えて、雄ねじ部２０ｃを有する先端硬質材２０ｄを用
いたものであり、他の部分は、図４、図５の実施形態と
同様である。

【００１６】図７、図８は、図４、図５に示した位置セ
ンサプローブ２１を用い、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
ネルとして利用した上で、該チャンネル３０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３
０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２
１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９、図１０は、図４、図５に示した位置
センサプローブ２１を用い、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た上で、該チャンネル３３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３
４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２０
ｂ）を挟んで回り止めを図ることができる。

【００１８】これに対し、図１１、図１２は、図６の位
置センサプローブ２１を用い、上述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
して利用した上で、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。

【００１９】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）２６
ａ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３
４ａに係合する山形断面部２６ｄを含んでいる。

【００２０】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３
３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。

【００２１】以上の図７、図８の実施形態、図９、図１
０の実施形態、図１１、図１２の実施形態において、位
置センサプローブ２１は、柔軟なチューブ材２１軸部に
芯材２１ｂを有しているため、プローブ２１の後端部を
押してチャンネル３０（３３）に挿入する際の挿入作業
が容易であり、かつ、位置センサ２０は、先端硬質材２
０ｃ、２０ｄの後部のチューブ材と芯材２１ｂとの間の
隙間に保護されているから、挿入作業に際し、損傷を受
けることがない。また、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。

【００２２】なお、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
ことが望ましいが、本発明は、そのような保持機構の有
無、及びその具体例を問わない。

【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１
１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、本発明による内視鏡の
先端位置検出用プローブを、超音波内視鏡に適用したも
のであるが、本発明のプローブは、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、磁
場発生器と組み合わせることにより、すべての内視鏡に
適用することができる。

【００２６】さらに本発明の位置センサプローブ２１の
別の使用態様としては、既に体内挿入部１１が体内に挿
入されている状態において、操作部１２側の開口部から
チャンネル内にプローブ２１を挿入していくことで、磁
場発生器２２による位置に固有の磁場内での位置センサ
２０の位置変化を捕らえ、体内挿入部１１の湾曲の様子
を知ることができる。

【００２７】

【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において、磁場
発生器と組み合わせることにより、内視鏡の先端部の位
置情報を得るための位置検出プローブを提供できる。

【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プローブ
を用いる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】位置センサプローブの別の実施形態を示す断面
図である。

【図７】図４、図５の位置センサプローブを超音波内視
鏡のバルーン吸引チャンネルに挿通した状態を示す、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８】図７のVIII‐VIII線に沿う断面図である。

【図９】図４、図５の位置センサプローブを起上台を有
する鉗子チャンネルに挿通した状態を示す、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１０】図９のX‐X線に沿う断面図である。

【図１１】図６の位置センサプローブを、起上台を有す
る鉗子チャンネルに挿通した状態を示す断面図である。

【図１２】図１１のXII‐XII線に沿う断面図である。

【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（先端硬質材） ２０ｃ 雄ねじ部 ２０ｄ 先端硬質材 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 ２６ 位置センサ固定部材 ２６ａ 円形断面部 ２６ｂ 非円形断面部 ２６ｃ 雌ねじ部 ２６ｄ 山形断面部 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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C061 AA00 BB08 CC00 DD03 HH51 JJ01 JJ06 NN05 WW16 4C301 AA01 BB13 CC01 EE11 FF04 GB06 GD06 JC11 KK16

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【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先端部位置検
   出用プローブであって、 上記チャンネルに挿脱可能な外径を有する柔軟なチュー
   ブ体；このチューブ体の先端部に設けた先端硬質体；上
   記チューブ体の軸部に挿通され先端部がこの先端硬質体
   に結合された、該チューブ体に後方から押込力を与えた
   とき上記チューブ体の上記チャンネルへの挿入を可能と
   する硬さと柔軟性を備えた芯材；上記先端硬質体の後方
   のチューブ体と芯材の間に配置した位置センサ；及び上
   記チューブ体内に挿通したこの位置センサへに接続され
   た信号線；を備え、上記位置センサは、該位置センサと
   対をなして体外に設置される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位置情報を出力するこ
   とを特徴とする内視鏡の先端部位置検出用プローブ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプローブにおいて、位置
   センサはコイルである内視鏡の先端部位置検出用プロー
   ブ。
3. 【請求項３】 請求項２記載のプローブにおいて、コイ
   ルは巻線の軸線方向が直交三方向に向く三組が備えられ
   ている内視鏡の先端部位置検出用プローブ。
4. 【請求項４】 請求項２記載のプローブにおいて、コイ
   ルは一軸方向の一組である内視鏡の先端部位置検出用プ
   ローブ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか１項記載の
   プローブにおいて、先端硬質体は非円形断面をなしてい
   る内視鏡の先端部位置検出用プローブ。
6. 【請求項６】 請求項３または４記載のプローブにおい
   て、先端硬質体は、先端部を丸めた楕円錐状または長円
   錐状をなしている内視鏡の先端部位置検出用プローブ。
7. 【請求項７】 請求項１ないし４のいずれか１項記載の
   プローブにおいて、先端硬質体は、上記チャンネルの体
   内挿入部側の開口部から挿入される位置センサ固定部材
   との固定手段を備えている内視鏡の先端部位置検出用プ
   ローブ。
8. 【請求項８】 請求項７記載のプローブにおいて、固定
   手段は、ねじである内視鏡の先端部位置検出用プロー
   ブ。