JP2003038492A - 超音波内視鏡装置 - Google Patents
超音波内視鏡装置Info
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Abstract
を観察しているのかを正確に把握することができて、よ
り正確な診断をすることができる超音波内視鏡装置を提
供すること。 【解決手段】超音波断層像を得るための超音波信号を発
受信する超音波プローブ6と光学観察像を得るための観
察窓5とがフレキシブルな挿入部の先端部分に併設され
ると共に、超音波プローブ6の位置と姿勢を検出するプ
ローブ位置・姿勢検出手段21,40と、超音波プロー
ブ6から得られる二次元の超音波断層像U2データをプ
ローブ位置・姿勢検出手段21,40から得られる超音
波プローブ6の位置と姿勢のデータと組み合わせること
により三次元化して超音波断層像の三次元像U3を構築
する三次元像構築手段90とが設けられた超音波内視鏡
装置において、三次元像U3中に、同時に表示される二
次元の超音波断層像U2の断層位置を表示した。
Description
て超音波断層像と光学観察像とを得ることができる超音
波内視鏡装置に関する。
得るための超音波信号を発受信する超音波プローブと光
学観察像を得るための観察窓とがフレキシブルな挿入部
の先端部分に併設されたものである。
勢を検出するプローブ位置・姿勢検出手段を設け、超音
波プローブから得られる二次元の超音波断層像データを
プローブ位置・姿勢検出手段から得られる超音波プロー
ブの位置と姿勢のデータと組み合わせることにより三次
元化して超音波断層像の三次元像を構築することができ
るようにしたものがある(例えば、特開平6−2619
00号公報)。
像は立体的なものであるが故に各部分の精密な断層の像
を把握するのには不向きであり、各部の精密な像は二次
元の超音波断層像によって表示される。
は断層面の状態を得ることができるものの、それが臓器
のどの部分にあたるものなのかを把握することができな
いので、病変等が見つかってもその位置を正確に確定す
ることができない。
臓器のどの部分の断層を観察しているのかを正確に把握
することができて、より正確な診断をすることができる
超音波内視鏡装置を提供することを目的とする。
め、本発明の超音波内視鏡装置は、超音波断層像を得る
ための超音波信号を発受信する超音波プローブと光学観
察像を得るための観察窓とがフレキシブルな挿入部の先
端部分に併設されると共に、超音波プローブの位置と姿
勢を検出するプローブ位置・姿勢検出手段と、超音波プ
ローブから得られる二次元の超音波断層像データをプロ
ーブ位置・姿勢検出手段から得られる超音波プローブの
位置と姿勢のデータと組み合わせることにより三次元化
して超音波断層像の三次元像を構築する三次元像構築手
段とが設けられた超音波内視鏡装置において、三次元像
中に、同時に表示される二次元の超音波断層像の断層位
置を表示したものである。
波断層像として示される断層の輪郭又は面が視覚的に周
囲と異なるように表示するとよく、二次元の超音波断層
像と三次元像とが同じ表示装置に表示されるようにして
もよい。
げられた角度の大きさに対応して光の伝達量が変化する
曲がり検出部が形成された複数のフレキシブルな曲がり
検出用光ファイバーの各曲がり検出部が挿入部に分散配
置されて、複数の曲がり検出部から得られる検出値に基
づいて超音波プローブの位置と姿勢を検出するものであ
ってもよい。
説明する。図2は超音波内視鏡装置の全体構成を示して
おり、操作部2の一端に挿入部可撓管1の基端が連結さ
れ、挿入部可撓管1の先端付近の部分は、操作部2に配
置された操作ノブ3を回転操作することによって任意の
方向に屈曲する湾曲部1aになっている。
本体4には、光学観察像を得るための観察窓5と超音波
断層像を得るための超音波信号を発受信する超音波プロ
ーブ6とが配置されている。Vaは観察窓5から外方に
向かう観察光軸、Uは超音波走査範囲である。
超音波プローブ6の直後に配置された観察窓5と並ん
で、処置具100が突出される処置具突出口7(処置具
挿通チャンネルの出口)が配置されており、例えば穿刺
針等のような処置具100の先端部分が、斜め前方に向
かって突出される。
4xを含む平面上で扇状に走査するように超音波信号を
側方に向けて発受信するコンベックスタイプのものであ
る。Uがその超音波走査範囲である。
00が突出されるように処置具突出口7の位置と向きが
設定され、観察窓5も前述の観察光軸Vaが超音波信号
の走査面にほぼ沿うように位置と向きが設定されてい
る。
とする臓器の超音波走査範囲Uに位置する部分の二次元
の超音波断層像U2が得られ、先端部本体4をその軸線
4x周りに回転させることにより、その臓器の異なる位
置の二次元の超音波断層像U2が順に得られるので、そ
れらを合成することにより超音波断層像の三次元像U3
を得ることができる。
うな超音波断層像の三次元像U3を、二次元の超音波断
層像U2及び光学観察像と同時に観察できるようにした
ものであり、以下にそのための構成等について詳述す
る。
示されていない対物光学系によって固体撮像素子の撮像
面に投影された観察像の撮像信号が、外部のビデオプロ
セッサ70に送られる。
において、撮像信号処理部71、ビデオ信号処理部72
及び観察像表示回路73等で信号処理されて画像合成ユ
ニット11を経由して表示装置12に送られ、観察窓5
を通して得られる光学観察像が表示装置12に表示され
る。
たシステム制御部であり、ビデオプロセッサ70内の各
部の動作の連携等を制御すると共に、操作部2に配置さ
れた画像切換ボタン10a,10bからの入力信号にし
たがって、画像合成ユニット11に画像切換信号を出力
する。
の超音波信号処理装置80の超音波信号入出力部81に
入出力されて、超音波信号処理部82及び断層像表示回
路83等で信号処理されて画像合成ユニット11を経由
して表示装置12に送られ、超音波プローブ6によって
得られる二次元の超音波断層像U2が図4に示されるよ
うに表示装置12に表示される。
り検出用光ファイバーが配置されたフレキシブルな合成
樹脂製の帯状部材20が、例えば操作部2の後面の延長
方向(即ち、観察画面における下方向)の位置に取り付
けられていて、その基端部が光信号入出力装置30に接
続されている。
り付けられた複数の曲がり検出用光ファイバー21は順
に位置を変えて滑らかなU字状に後方に曲げ戻されてい
る。そして、各曲がり検出用光ファイバー21の曲げ戻
し部の近傍に曲がり検出部22が形成されている。
線方向に例えば数センチメートル程度の間隔をあけて、
挿入部可撓管1の全長にわたって例えば5〜30個程度
が分散配置されている。
アにクラッドが被覆された曲がり検出用光ファイバー2
1の途中の部分に、光吸収部分が所定の方向(例えば上
方向又は下方向)にだけ形成されたものであり、曲がり
検出部22が曲げられた程度に対応して光の伝達量が変
化するので、それを検出することによって曲がり検出部
22が配置された部分の曲がり角度を検出することがで
きる。
94号等に記載されている通りであるが、以下に簡単に
説明をする。図7において、21aと21bは、一本の
曲がり検出用光ファイバー21のコアとクラッドであ
り、曲がり検出部22には、コア21a内を通過してき
た光をコア21a内に全反射せずに吸収してしまう光吸
収部22aが、クラッド21bの特定方向(ここでは
「下方向」)の部分に形成されている。
出用光ファイバー21が上方向に曲げられると、コア2
1a内を通る光のうち光吸収部22aにあたる光の量
(面積)が増えるので、曲がり検出用光ファイバー21
の光伝達量が減少する。
用光ファイバー21が下方向に曲げられると、コア21
a内を通る光のうち光吸収部22aにあたる光の量(面
積)が減少するので、曲がり検出用光ファイバー21の
光伝達量が増加する。
り検出用光ファイバー21の曲がり量と光伝達量とは一
定の関係(例えば一次関数的関係)になるので、曲がり
検出用光ファイバー21の光伝達量を検出することによ
り、光吸収部22aが形成されている曲がり検出部22
部分の曲がり角度を検出することができる。
間隔をあけて複数の曲がり検出部22が配列されている
場合には、各曲がり検出部22間の間隔と検出された各
曲がり検出部22の曲がり角度から、挿入部可撓管1全
体の上下方向の屈曲状態を検出することができる。
に、可撓性のある帯状部材20に、上述のような曲がり
検出部22に対して左右に位置をずらして第2の曲がり
検出部22′を配置して、二つの曲がり検出部22,2
2′の光伝達量を比較すれば、左右方向に捩れがない場
合には双方の光伝達量に差がなく、左右方向の捩れ量に
応じて双方の光伝達量の差が大きくなる。
光伝達量を計測してその計測値を比較することにより、
曲がり検出部22,22′が配置された部分の左右方向
の捩れ量を検出することができる。
における光伝達量を検出、比較することにより帯状部材
20全体の三次元の屈曲状態(即ち、挿入部可撓管1の
屈曲状態)を検出することができる。この原理は、米国
特許第6127672号等に記載されている通りであ
る。
各々に複数の曲がり検出部22が一列に配置された二つ
の帯状部材20′,20″を直角の位置関係に配置して
も、同様にして三次元の屈曲状態を検出することができ
る。
(A)に示されるような帯状部材20が挿入部可撓管1
に取り付けられており、曲がり検出用光ファイバー21
を挿入部可撓管1に直接取り付けてもよいし、挿入部可
撓管1内の内蔵物等に曲がり検出用光ファイバー21を
取り付けても差し支えない。
用光ファイバー21,21′の取り付け状態を示してお
り、帯状部材20の長手方向に一定の間隔で曲がり検出
部22が位置するように、複数の曲がり検出用光ファイ
バー21を帯状部材20の表面側に取り付けると共に、
表側の各曲がり検出部22の横に第2の曲がり検出部2
2′が並ぶように、帯状部材20の裏面側に第2の複数
の曲がり検出用光ファイバー21′が取り付けられてい
る。
シンプルなリファレンス用光ファイバー21Rを少なく
とも一本配置して、各曲がり検出用光ファイバー21の
光伝達量をリファレンス用光ファイバー21Rの光伝達
量と比較することにより、曲がり検出用光ファイバー2
1の光伝達量に対する温度や経時劣化等の影響を除くこ
とができる。
た光信号入出力装置30を示しており、一つの発光ダイ
オード31からの射出光が全部の光ファイバー21,2
1′,21Rに入射される。32は、発光ダイオード3
1の駆動回路である。
1Rの射出端毎に、光の強度レベルを電圧レベルに変換
して出力するフォトダイオード33が配置されていて、
各フォトダイオード33からの出力が、アンプ34で増
幅されてからアナログ/デジタル変換器35によりデジ
タル信号化されてコンピュータ90に送られる。
る患者の体内の入口部分(例えば口又は肛門)には、い
わゆるマウスピース等に挿入量/回転角度検出部40が
取り付けられ、挿入部可撓管1はその挿入量/回転角度
検出部40内を通される。
開昭56−97429号や特開昭60−217326号
等に記載されているように、挿入部可撓管1の表面に形
成された反射マークからの反射光の変化等から、挿入部
可撓管1の挿入長さと軸線周りの回転角度を検出するも
のであり、そのデジタルの検出信号がエンコーダ出力装
置41から出力される。
れる挿入部可撓管1の三次元の屈曲状態の検出信号と、
エンコーダ出力装置41から出力される挿入部可撓管1
の挿入長と回転角度の検出信号が、コンピュータ90に
入力されて、超音波プローブ6の位置と姿勢が算出さ
れ、そのデータと超音波信号処理部82から出力される
二次元の超音波断層像U2とが合成されて三次元像U3
が構築される。
11を経由して表示装置12に送られ、図5に示される
ように、三次元像U3が二次元の超音波断層像U2と共
に表示装置12に表示される。
の算出は、例えば次のようにして行われる。一枚の帯状
部材20の表面と裏面に配置された曲がり検出部22,
22′は、曲がる方向によって出力電圧の変化が相反す
るように曲がり検出部22,22′の位置が設定されて
いる。曲げのない状態をゼロ電圧として規格化すると出
力電圧の正負符号で曲がった方向を判別することができ
る。
2,22′)の曲げ角度、捩れ角度、出力電圧の関係
は、 右にねじったときの比例定数を an 左にねじったときの比例定数を bn 上に曲げたときの比例定数を cn 下に曲げたときの比例定数を dn センサ対の出力電圧を V1n ,V2n 図13に定義したねじれ角度を T 図14に定義した曲げ角度を B とすると、以下の式が成り立つ。
らの値を使うかは電圧V1n ,V2n の符号および電圧値
の変化により一意に決まる。
の座標系であり、(X1 ,Y1 ,Z 1 )はT回転後の回
転座標系である。また、図14における(X2 ,Y2 ,
Z2)はB回転後の回転座標系である。
0 ,Y0 ,Z0 )座標をY軸を中心にT回転した後、X
軸を中心にB回転した後の回転座標系(X2 ,Y2 ,Z
2 )は、次の関係式で表すことができる。
離は角度Bを用いて算出することができる。二点間の帯
状部材20は円弧Lを描いていると見ることができるの
で、角度BはセンサSn とSn+1の接線がなす角度に他
ならない。
内視鏡挿入部基準位置から先端部にかけて積算し、セン
サ間隔を(4)式を用いて算出し、(3)式の座標変換
を連続することによって基準座標系に対する先端部(即
ち、超音波プローブ6)の位置座標を算出することがで
きる。
る二次元の超音波断層像である。P1,P2は超音波プ
ローブ6による走査の始点と終点位置に対応し、P3,
P4は深さに対応しており、画面倍率を設定すると一義
的に距離が決まる。即ち、二次元の超音波断層像を表示
するグラフィックメモリアドレスと被検体の位置関係は
相関性を持って決まる。
角度検出部40から先端部の座標位置は曲がり検出部2
2からの検出値によって知ることができ、超音波プロー
ブ6が走査する画像は二次元座標系で全てのピクセル位
置が分かっているので、これを合成することによって一
つの平面上の全ての画像は、挿入基準座標系で表現する
ことができる。
/回転角度検出部40において挿入部可撓管1の回転角
Rを検出する。その軸線方向をZ軸とすると、Z軸を中
心としたR回転座標系に変換することができる。
しく伝わらない場合でも、曲がり検出用光ファイバー2
1は途中でねじれ角度成分として検出するので先端部の
位置座標をほぼ正しく検出することができる。
/回転角度検出部40からの検出値を二次元の超音波断
層像と組み合わせて処理して三次元像U3を構築し、そ
れを表示装置12に表示、観察することができる。
表示装置12に表示される三次元像U3中に、その時に
表示されている二次元の超音波断層像U2の断層の輪郭
又は面が視覚的に周囲と異なるように表示される。
像U3を構築するためにコンピュータ90で実行される
ソフトウェアの内容を示すフロー図であり、Sは処理ス
テップを示す。
の傾斜角度係数を入力する(S1)。そして、基準座標
に対する超音波プローブ6の位置座標を取得し(S
2)、その位置座標における超音波断層画像を斜視係数
をかけて演算して、三次元像U3の一枚Upを演算し
(S3)、それをメモリ変数として一時格納する(S
4)。
かを検出し(S5)、動いた場合には、前回の超音波断
層画像をVRAMの前の位置に書き込んで(S6)、今
回取得した超音波断層画像をバッファメモリUqにコピ
ーし(S7)、そのUqの超音波断層画像にハイライト
処理を施して、その断層画像だけを周囲より明るい像に
する(S8)。
波断層画像をVRAMに書き込んで表示させ(S9)、
次回の超音波断層画像との位置比較のためにその位置座
標Pを座標変数Qに格納して(S10)、S2から繰り
返す。
いていなかった場合には、その超音波断層画像にハイラ
イト処理を施して周囲より明るい像にして(S11)、
VRAMに書き込んで表示させ(S12)、S2から繰
り返す。
表示装置12に二次元の超音波断層像U2と同時に表示
される三次元像U3中に、同時に表示されている二次元
の超音波断層像U2の断層面が周囲より明るく表示され
る。
2には光学観察像Vも同時表示され、表示装置12への
画像の表示状態の切換は、操作部2に配置された第1の
画像切換ボタン10aをプッシュ操作することにより、
例えば、光学観察像V→二次元の超音波断層像U2→三
次元像U3→光学観察像Vのようにトグル式に変えら
れ、第2の画像切換ボタン10bをプッシュすることに
より、一画面表示→二画面表示→三画面表示→一画面表
示のように変えることができる。
2が臓器のどの部分の断層を観察しているのかを三次元
像U3上で正確に把握して、患部の正確な診断をするこ
とができる。
のではなく、例えばビデオプロセッサ70の処理回路
と、超音波信号処理装置80の処理回路と、コンピュー
タ90の処理回路とは、その一部又は全部を一体化して
もよい。
像中に、同時に表示される二次元像の断層位置を表示し
たことにより、二次元の超音波断層像が臓器のどの部分
の断層を観察しているのかを正確に把握することができ
るので、超音波断層像によってより正確な診断をするこ
とができる。
画面表示)の略示図である。
図である。
端部分の斜視図である。
画面表示)の略示図である。
画面表示)の略示図である。
撓管の部分斜視図である。
ァイバーの曲がり検出部の略示断面図である。
ァイバーの曲がり検出部が屈曲した状態の略示断面図で
ある。
ァイバーの曲がり検出部が逆方向に屈曲した状態の略示
断面図である。
ファイバーによる三次元の屈曲状態検出の原理を説明す
るための略示図である。
が取り付けられた帯状部材の平面図である。
である。
れる演算の内容を説明する座標図である。
れる演算の内容を説明する座標図である。
れる演算の内容を説明する座標図である。
示する略示図である。
されるソフトウェアの内容を示すフロー図である。
置・姿勢検出手段) 22,22′ 曲がり検出部 30 光信号入出力装置 40 挿入量/回転角度検出部(プローブ位置・姿勢検
出手段) 80 超音波信号処理装置 90 コンピュータ(三次元像構築手段) U2 二次元の超音波断層像 U3 三次元像 V 光学観察像
7)
Claims (4)
- 【請求項1】超音波断層像を得るための超音波信号を発
受信する超音波プローブと光学観察像を得るための観察
窓とがフレキシブルな挿入部の先端部分に併設されると
共に、 上記超音波プローブの位置と姿勢を検出するプローブ位
置・姿勢検出手段と、上記超音波プローブから得られる
二次元の超音波断層像データを上記プローブ位置・姿勢
検出手段から得られる上記超音波プローブの位置と姿勢
のデータと組み合わせることにより三次元化して上記超
音波断層像の三次元像を構築する三次元像構築手段とが
設けられた超音波内視鏡装置において、 上記三次元像中に、同時に表示される上記二次元の超音
波断層像の断層位置を表示したことを特徴とする超音波
内視鏡装置。 - 【請求項2】上記三次元像中において、上記二次元の超
音波断層像として示される断層の輪郭又は面が視覚的に
周囲と異なるように表示される請求項1記載の超音波内
視鏡装置。 - 【請求項3】上記二次元の超音波断層像と上記三次元像
とが同じ表示装置に表示される請求項1又は2記載の超
音波内視鏡装置。 - 【請求項4】上記プローブ位置・姿勢検出手段が、曲げ
られた角度の大きさに対応して光の伝達量が変化する曲
がり検出部が形成された複数のフレキシブルな曲がり検
出用光ファイバーの上記各曲がり検出部が上記挿入部に
分散配置されて、上記複数の曲がり検出部から得られる
検出値に基づいて上記超音波プローブの位置と姿勢を検
出するものである請求項1、2又は3記載の超音波内視
鏡装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001229075A JP2003038492A (ja) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | 超音波内視鏡装置 |
US10/150,927 US6846286B2 (en) | 2001-05-22 | 2002-05-21 | Endoscope system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001229075A JP2003038492A (ja) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | 超音波内視鏡装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=19061475
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001229075A Pending JP2003038492A (ja) | 2001-05-22 | 2001-07-30 | 超音波内視鏡装置 |
Country Status (1)
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