JP2003038493A - 可撓性超音波内視鏡装置 - Google Patents
可撓性超音波内視鏡装置Info
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- A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
- A61B1/005—Flexible endoscopes
- A61B1/009—Flexible endoscopes with bending or curvature detection of the insertion part
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Abstract
(57)【要約】
【課題】コンベックスタイプ等の超音波プローブを用い
て三次元の超音波断層像を高精度に構築することがで
き、血管の走行状態と穿刺針の突出状態等をリアルタイ
ムで確認しながら穿刺処置等を安全に行うことができる
可撓性超音波内視鏡装置を提供すること。 【解決手段】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２２が挿入部１に分散配置
されて複数の曲がり検出部２２から得られる検出値に基
づいて超音波プローブ６の位置と姿勢を検出するプロー
ブ位置・姿勢検出手段４０，９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データをプローブ位置
・姿勢検出手段４０，９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を構築する三次元像構築
手段９を設けた。
て三次元の超音波断層像を高精度に構築することがで
き、血管の走行状態と穿刺針の突出状態等をリアルタイ
ムで確認しながら穿刺処置等を安全に行うことができる
可撓性超音波内視鏡装置を提供すること。 【解決手段】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２２が挿入部１に分散配置
されて複数の曲がり検出部２２から得られる検出値に基
づいて超音波プローブ６の位置と姿勢を検出するプロー
ブ位置・姿勢検出手段４０，９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データをプローブ位置
・姿勢検出手段４０，９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を構築する三次元像構築
手段９を設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、体内に挿入され
て超音波断層像と光学観察像とを得ることができる可撓
性超音波内視鏡装置に関する。
て超音波断層像と光学観察像とを得ることができる可撓
性超音波内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】いわゆるコンベックスタイプの超音波プ
ローブが用いられた超音波内視鏡においては、超音波プ
ローブから発受信される超音波信号が挿入部の先端の軸
線を含む平面上で走査される。
ローブが用いられた超音波内視鏡においては、超音波プ
ローブから発受信される超音波信号が挿入部の先端の軸
線を含む平面上で走査される。
【０００３】したがって、挿入部の先端部分から突出さ
れる穿刺針等のような処置具類を超音波信号の走査面に
沿って突出させるのが容易であり、穿刺針の突出状態を
超音波断層像によりリアルタイムで確認しながら穿刺処
置を行うことができるので安全性が高い。
れる穿刺針等のような処置具類を超音波信号の走査面に
沿って突出させるのが容易であり、穿刺針の突出状態を
超音波断層像によりリアルタイムで確認しながら穿刺処
置を行うことができるので安全性が高い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、穿刺針が通さ
れる付近の血管は必ずしも超音波走査面上を走行してい
るわけではなく、超音波断層画面上では血管が小さな粒
状にしか表示されないので、超音波断層画面上で血管の
走行状態を確認することはできない。
れる付近の血管は必ずしも超音波走査面上を走行してい
るわけではなく、超音波断層画面上では血管が小さな粒
状にしか表示されないので、超音波断層画面上で血管の
走行状態を確認することはできない。
【０００５】そこで、例えば特開平６−２６１９００号
公報に記載された発明等のように、三次元の超音波断層
像を構築すれば血管の走行状態を立体的に確認すること
ができる。
公報に記載された発明等のように、三次元の超音波断層
像を構築すれば血管の走行状態を立体的に確認すること
ができる。
【０００６】しかし、特開平６−２６１９００号公報に
記載された発明の超音波内視鏡は、挿入部の先端の軸線
周り方向に超音波を発受信走査するいわゆるラジアル走
査を行うものなので、三次元の超音波断層像の構築が比
較的容易である反面、挿入部の先端から超音波走査面上
に処置具を突出させることが極めて困難である。そのた
め、処置具の突出状態をリアルタイムで確認することが
できず、誤って血管を刺して出血事故を起こすおそれが
ある。
記載された発明の超音波内視鏡は、挿入部の先端の軸線
周り方向に超音波を発受信走査するいわゆるラジアル走
査を行うものなので、三次元の超音波断層像の構築が比
較的容易である反面、挿入部の先端から超音波走査面上
に処置具を突出させることが極めて困難である。そのた
め、処置具の突出状態をリアルタイムで確認することが
できず、誤って血管を刺して出血事故を起こすおそれが
ある。
【０００７】また、特開平６−２６１９００号公報に記
載された発明の超音波内視鏡は、超音波プローブ付近に
配置された磁気センサーによって超音波プローブの位置
と姿勢を検出するものなので、姿勢検出精度が低く、構
築された三次元の超音波断層像の方向性についての誤差
が大きい。
載された発明の超音波内視鏡は、超音波プローブ付近に
配置された磁気センサーによって超音波プローブの位置
と姿勢を検出するものなので、姿勢検出精度が低く、構
築された三次元の超音波断層像の方向性についての誤差
が大きい。
【０００８】そこで本発明は、コンベックスタイプ等の
超音波プローブを用いて三次元の超音波断層像を高精度
に構築することができ、血管の走行状態と穿刺針の突出
状態等をリアルタイムで確認しながら穿刺処置等を安全
に行うことができる可撓性超音波内視鏡装置を提供する
ことを目的とする。
超音波プローブを用いて三次元の超音波断層像を高精度
に構築することができ、血管の走行状態と穿刺針の突出
状態等をリアルタイムで確認しながら穿刺処置等を安全
に行うことができる可撓性超音波内視鏡装置を提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の可撓性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た可撓性超音波内視鏡装
置において、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を設け
たものである。
め、本発明の可撓性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た可撓性超音波内視鏡装
置において、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を設け
たものである。
【００１０】なお、超音波プローブが超音波信号を挿入
部の先端の軸線を含む平面上に発受信走査し、その走査
面上に挿入部の先端から処置具類が突出されるようにす
るとよい。
部の先端の軸線を含む平面上に発受信走査し、その走査
面上に挿入部の先端から処置具類が突出されるようにす
るとよい。
【００１１】また、超音波プローブによって得られる二
次元の超音波断層像を表示する二次元断層像表示手段
と、三次元像構築手段によって得られる三次元像を表示
する三次元断層像表示手段とが併設されているとよい。
次元の超音波断層像を表示する二次元断層像表示手段
と、三次元像構築手段によって得られる三次元像を表示
する三次元断層像表示手段とが併設されているとよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の実施例を
説明する。図１は可撓性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。
説明する。図１は可撓性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。
【００１３】挿入部可撓管１の先端に連結された先端部
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。Ｖ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。
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。Ｖ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。
【００１４】図２は、先端部本体４部分を示しており、
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４a（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。
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４a（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。
【００１５】超音波プローブ６は、先端部本体４の軸線
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。
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。
【００１６】そして、超音波信号の走査面上に処置具１
００が突出されるように処置具突出口４aの位置と向き
が設定され、観察窓５も観察光軸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。
００が突出されるように処置具突出口４aの位置と向き
が設定され、観察窓５も観察光軸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。
【００１７】このような超音波プローブ６により、目標
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。
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。
【００１８】この実施例の可撓性超音波内視鏡装置は、
そのよ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。
そのよ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。
【００１９】図１に戻って、観察窓５内に配置された図
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７に送られて、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、
観察窓５を通して得られる光学観察像が、図３に示され
るように観察像表示装置７０に表示される。
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７に送られて、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、
観察窓５を通して得られる光学観察像が、図３に示され
るように観察像表示装置７０に表示される。
【００２０】超音波プローブ６への入出力信号は、外部
の超音波信号処理装置８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、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３に示されるよう
に断層像表示装置８０に表示される。
の超音波信号処理装置８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、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３に示されるよう
に断層像表示装置８０に表示される。
【００２１】挿入部可撓管１には、後述する複数の曲が
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。
【００２２】図４に示されるように、帯状部材２０に取
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。
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。
【００２３】曲がり検出部２２は、挿入部可撓管１の軸
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。
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。
【００２４】曲がり検出部２２は、プラスチック製のコ
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。
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。
【００２５】その原理については米国特許第５６３３４
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５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。
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５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。
【００２６】すると、図６に示されるように、曲がり検
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。
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。
【００２７】逆に、図７に示されるように、曲がり検出
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。
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。
【００２８】このような、光吸収部２２ａにおける曲が
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。
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。
【００２９】したがって、挿入部可撓管１の軸線方向に
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。
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。
【００３０】そして、図８の（Ａ）に略示されるよう
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。
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。
【００３１】その結果、各曲がり検出部２２，２２′の
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。
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。
【００３２】したがって、各曲がり検出部２２，２２′
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。
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。
【００３３】また、図８の（Ｂ）に示されるように、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。
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。
【００３４】本発明の第１の実施例においては、図８の
（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。
（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。
【００３５】図９は帯状部材２０に対する曲がり検出用
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。
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。
【００３６】また、光吸収部２２ａが形成されていない
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。
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。
【００３７】図１０は、帯状部材２０の基端が接続され
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。
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。
【００３８】そして、各光ファイバー２１，２１′，２
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９に送られる。
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９に送られる。
【００３９】図１に戻って、挿入部可撓管１が挿入され
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。
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。
【００４０】挿入量／回転角度検出部４０は、例えば特
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。
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。
【００４１】そして、光信号入出力装置３０から出力さ
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９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、その像が図３に示されるように三次元像表示装
置９０に表示される。
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９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、その像が図３に示されるように三次元像表示装
置９０に表示される。
【００４２】そのような超音波プローブ６の位置と姿勢
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。
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。
【００４３】ｎ番目のセンサ対（即ち、曲がり検出部２
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１１に定義したねじれ角度を Ｔ 図１２に定義した曲げ角度を Ｂ とすると、以下の式が成り立つ。
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１１に定義したねじれ角度を Ｔ 図１２に定義した曲げ角度を Ｂ とすると、以下の式が成り立つ。
【００４４】
（ａn or ｂn ）×Ｔ＋（ｃn or ｄn ）×Ｂ＝Ｖ1n --（１）
（ａn or ｂn ）×Ｔ＋（ｃn or ｄn ）×Ｂ＝Ｖ2n --（２）
式（１）（２）においてａn とｂn 、ｃn とｄn のどち
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。
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。
【００４５】図１１における（Ｘ0 ，Ｙ0 ，Ｚ0 ）は元
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１２における（Ｘ2 ，Ｙ2 ，
Ｚ2）はＢ回転後の回転座標系である。
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１２における（Ｘ2 ，Ｙ2 ，
Ｚ2）はＢ回転後の回転座標系である。
【００４６】そして、図１１及び図１２において、（Ｘ
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。
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。
【００４７】
【数１】
【００４８】また、図１３において、二点間のセンサ距
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。
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。
【００４９】二点間の空間直線距離Ｄは
Ｄ＝３６０×Ｌ×sin （Ｂ／２）／（π×Ｂ） --（４）
であるから、各センサ対におけるねじりと曲がりの値を
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。
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。
【００５０】図１４は超音波プローブ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。
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。
【００５１】内視鏡の挿入基準位置である挿入量／回転
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。
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。
【００５２】それを三次元画像にするためには、挿入量
／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。
／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。
【００５３】仮に手元で回転させた成分が先端部まで正
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。
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。
【００５４】なお、図８の（Ｂ）に示されるように、一
対の曲がり検出部２２，２２′を直交して配置してもよ
い（第２の実施例）。図１５はそのような帯状部材２
０′，２０″が挿入部可撓管１に組み込まれた状態を示
している。
対の曲がり検出部２２，２２′を直交して配置してもよ
い（第２の実施例）。図１５はそのような帯状部材２
０′，２０″が挿入部可撓管１に組み込まれた状態を示
している。
【００５５】この場合、ｎ番目のセンサ対の各曲げ角度
と出力電圧の関係は、 Ｘ方向に曲げたときのＸセンサ比例定数を ｅn Ｘ方向に曲げたときのＹセンサ比例定数を ｆn Ｙ方向に曲げたときのＸセンサ比例定数を ｇn Ｙ方向に曲げたときのＹセンサ比例定数を ｈn Ｘ方向の曲げ角度要素を θx Ｙ方向の曲げ角度要素を θy Ｘセンサの電圧変化を Ｖｘn Ｙセンサの電圧変化を Ｖｙn とすると、以下の式が成り立つ。
と出力電圧の関係は、 Ｘ方向に曲げたときのＸセンサ比例定数を ｅn Ｘ方向に曲げたときのＹセンサ比例定数を ｆn Ｙ方向に曲げたときのＸセンサ比例定数を ｇn Ｙ方向に曲げたときのＹセンサ比例定数を ｈn Ｘ方向の曲げ角度要素を θx Ｙ方向の曲げ角度要素を θy Ｘセンサの電圧変化を Ｖｘn Ｙセンサの電圧変化を Ｖｙn とすると、以下の式が成り立つ。
【００５６】
θx ＝ｅn ×Ｖｘn ＋ ｆn ×Ｖｙn --（５）
θy ＝ｇn ×Ｖｘn ＋ ｈn ×Ｖｙn --（６）
である。
【００５７】Ｘ，Ｙが完全に直交した理想状態におい
て、Ｘ方向へ曲げたときはＹセンサの電圧変化成分は無
視できるはずであるが、実際のセンサ組込み状態ではバ
ラツキが生じることが想定され、Ｘ，Ｙ成分が双方に及
ぼす影響を無視できないと考えられる。各比例定数は内
視鏡ごとに固有の値となり、予めキャリブレーションに
て取得する。
て、Ｘ方向へ曲げたときはＹセンサの電圧変化成分は無
視できるはずであるが、実際のセンサ組込み状態ではバ
ラツキが生じることが想定され、Ｘ，Ｙ成分が双方に及
ぼす影響を無視できないと考えられる。各比例定数は内
視鏡ごとに固有の値となり、予めキャリブレーションに
て取得する。
【００５８】図１６において、内視鏡の挿入方向をｚ軸
上にとると、センサＳn のベクトルがｙ−ｚ平面となす
角度がθxであり、ｘ−ｚ平面となす角度がθyであるの
で、Ｓn の位置座標（ｘn ，ｙn ，ｚn ）は ｘn ＝Ｌ sinθx --（７） ｙn ＝Ｌ sinθy --（８） ｚn ＝Ｌ｛ (cosθx)2 −(sinθy)2 ｝1/2 ＝Ｌ｛ (cosθy)2 −(sinθx)2 ｝1/2 --（９） となるので超音波プローブ６の位置座標を特定すること
ができる。
上にとると、センサＳn のベクトルがｙ−ｚ平面となす
角度がθxであり、ｘ−ｚ平面となす角度がθyであるの
で、Ｓn の位置座標（ｘn ，ｙn ，ｚn ）は ｘn ＝Ｌ sinθx --（７） ｙn ＝Ｌ sinθy --（８） ｚn ＝Ｌ｛ (cosθx)2 −(sinθy)2 ｝1/2 ＝Ｌ｛ (cosθy)2 −(sinθx)2 ｝1/2 --（９） となるので超音波プローブ６の位置座標を特定すること
ができる。
【００５９】このようにして、図１に示される観察像表
示装置７０と断層像表示装置８０と三次元像表示装置９
０に、図３に示されるように、観察窓５からの光学観察
像と、超音波プローブ６による二次元の超音波断層像
と、帯状部材２０及び挿入量／回転角度検出部４０から
の検出値を組み合わせて二次元の超音波断層像を処理し
て得られた三次元像とが同時に観察される。
示装置７０と断層像表示装置８０と三次元像表示装置９
０に、図３に示されるように、観察窓５からの光学観察
像と、超音波プローブ６による二次元の超音波断層像
と、帯状部材２０及び挿入量／回転角度検出部４０から
の検出値を組み合わせて二次元の超音波断層像を処理し
て得られた三次元像とが同時に観察される。
【００６０】したがって、三次元像によって血管の走行
状態を確認しながら、二次元の超音波断層像で処置具１
００による穿刺状態をリアルタイムで確認して、血管を
突き刺さないように安全に穿刺処置を行うことができ
る。
状態を確認しながら、二次元の超音波断層像で処置具１
００による穿刺状態をリアルタイムで確認して、血管を
突き刺さないように安全に穿刺処置を行うことができ
る。
【００６１】
【発明の効果】本発明によれば、超音波プローブから得
られる二次元の断層像データを、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を設けたことに
より、コンベックスタイプ等の超音波プローブを用いて
三次元の超音波断層像を高精度に構築することができ、
血管の走行状態等をリアルタイムで確認しながら穿刺処
置等を安全に行うことができる。
られる二次元の断層像データを、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を設けたことに
より、コンベックスタイプ等の超音波プローブを用いて
三次元の超音波断層像を高精度に構築することができ、
血管の走行状態等をリアルタイムで確認しながら穿刺処
置等を安全に行うことができる。
【図１】本発明の実施例の可撓性超音波内視鏡装置の全
体構成図である。
体構成図である。
【図２】本発明の実施例の可撓性超音波内視鏡装置の挿
入部先端部分の斜視図である。
入部先端部分の斜視図である。
【図３】本発明の実施例の可撓性超音波内視鏡装置によ
って同時に得られる表示画面の略示図である。
って同時に得られる表示画面の略示図である。
【図４】本発明の実施例の可撓性超音波内視鏡装置の挿
入部可撓管の部分斜視図である。
入部可撓管の部分斜視図である。
【図５】本発明の実施例に用いられる曲がり検出用光フ
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の略示断面図である。
【図６】本発明の実施例に用いられる曲がり検出用光フ
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屈曲した状態の略示断面図で
ある。
【図７】本発明の実施例に用いられる曲がり検出用光フ
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。
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。
【図８】本発明の実施例に用いられる曲がり検出用光フ
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。
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。
【図９】本発明の実施例の曲がり検出用光ファイバーが
取り付けられた帯状部材の平面図である。
取り付けられた帯状部材の平面図である。
【図１０】本発明の実施例の光信号入出力装置の回路図
である。
である。
【図１１】本発明の実施例のコンピュータにおいて行わ
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。
【図１２】本発明の実施例のコンピュータにおいて行わ
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。
【図１３】本発明の実施例のコンピュータにおいて行わ
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。
【図１４】本発明の実施例の二次元の超音波断層像を例
示する略示図である。
示する略示図である。
【図１５】本発明の第２の実施例の挿入部可撓管の部分
断面図である。
断面図である。
【図１６】本発明の第２の実施例のコンピュータにおい
て行われる演算の内容を説明する座標図である。
て行われる演算の内容を説明する座標図である。
１ 挿入部可撓管
４ 先端部本体
５ 観察窓
６ 超音波プローブ
９ コンピュータ（三次元像構築手段）
２０ 帯状部材
２１，２１′ 曲がり検出用光ファイバー
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
７０ 観察像表示装置
８０ 断層像表示装置
９０ 三次元像表示装置
フロントページの続き
(72)発明者 炭山 和毅
東京都港区西新橋三丁目25番８号 学校法
人慈恵大学内
(72)発明者 小泉 直史
神奈川県秦野市本町三丁目３番14号
(72)発明者 橋山 俊之
東京都板橋区前野町２丁目36番９号 旭光
学工業株式会社内
(72)発明者 大原 健一
東京都板橋区前野町２丁目36番９号 旭光
学工業株式会社内
(72)発明者 樽本 哲也
東京都板橋区前野町２丁目36番９号 旭光
学工業株式会社内
(72)発明者 松下 実
東京都板橋区前野町２丁目36番９号 旭光
学工業株式会社内
Ｆターム(参考） 4C301 AA01 BB13 BB22 BB26 EE11
EE19 FF05 FF17 GA20 GB02
GB06 GD06 GD10 JA03 KK11
KK17 KK18
Claims (3)
- 【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
た可撓性超音波内視鏡装置において、 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を設けたことを特徴とする
可撓性超音波内視鏡装置。 - 【請求項２】上記超音波プローブが超音波信号を上記挿
入部の先端の軸線を含む平面上に発受信走査し、その走
査面上に上記挿入部の先端から処置具類が突出される請
求項１記載の可撓性超音波内視鏡装置。 - 【請求項３】上記超音波プローブによって得られる二次
元の超音波断層像を表示する二次元断層像表示手段と、
上記三次元像構築手段によって得られる三次元像を表示
する三次元断層像表示手段とが併設されている請求項１
又は２記載の可撓性超音波内視鏡装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001229503A JP3943353B2 (ja) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | 可撓性超音波内視鏡装置 |
| US10/150,927 US6846286B2 (en) | 2001-05-22 | 2002-05-21 | Endoscope system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001229503A JP3943353B2 (ja) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | 可撓性超音波内視鏡装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003038493A true JP2003038493A (ja) | 2003-02-12 |
| JP3943353B2 JP3943353B2 (ja) | 2007-07-11 |
Family
ID=19061842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001229503A Expired - Fee Related JP3943353B2 (ja) | 2001-05-22 | 2001-07-30 | 可撓性超音波内視鏡装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3943353B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006095307A (ja) * | 2004-09-27 | 2006-04-13 | Siemens Medical Solutions Usa Inc | イメージングプレーンの位置を決定するためのシステム、被検体内のイメージングプレーンの位置決め装置、位置情報をイメージングのために用いる装置 |
| JP2006305357A (ja) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Biosense Webster Inc | 超音波データと事前取得イメージの重ね合わせ |
| JP2013518656A (ja) * | 2010-02-09 | 2013-05-23 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 光位置検知を使用した撮像及び治療のための装置、システム並びに方法 |
| JP2014518119A (ja) * | 2011-07-01 | 2014-07-28 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 超音波ビームフォーマの対象姿勢に基づく初期化 |
| JP2016514615A (ja) * | 2013-04-12 | 2016-05-23 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | 冠血流予備量比シミュレーションに対する形状感知超音波プローブ |
-
2001
- 2001-07-30 JP JP2001229503A patent/JP3943353B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| JP2006305357A (ja) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Biosense Webster Inc | 超音波データと事前取得イメージの重ね合わせ |
| US10143398B2 (en) | 2005-04-26 | 2018-12-04 | Biosense Webster, Inc. | Registration of ultrasound data with pre-acquired image |
| JP2013518656A (ja) * | 2010-02-09 | 2013-05-23 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 光位置検知を使用した撮像及び治療のための装置、システム並びに方法 |
| US10194831B2 (en) | 2010-02-09 | 2019-02-05 | Koninklijke Philips N.V. | Apparatus, system and method for imaging and treatment using optical position sensing |
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