JP2006314782A - 内視鏡検査シミュレーション・システム - Google Patents

Abstract

【課題】可変剛性をシミュレートできる内視鏡シミュレーション・システムを提供する。
【解決手段】システムは、現実の内視鏡では内視鏡の挿入部分の剛性を調節する機構に接続されるようなカラーを有するダミー内視鏡１を有する。カラーの位置を感知するために、位置センサを設ける。制御装置２６が、シミュレーションで使用するためにカラーの位置をシミュレートした挿入部分の剛性を表す値に変換する。
【選択図】図１

Description

本発明は内視鏡検査シミュレーション・システムに関する。

内視鏡検査シミュレーション・システムは、シミュレーション装置に挿入されるダミー内視鏡を有する。この装置は、ダミー器具の長手方向運動および回転運度を検出し、結腸のソフトウェア・モデルに対して検出した位置に基づいて、力フィードバックを器具に提供するセンサを有する。ソフトウェア・モデルは、検出された位置に基づいて、現実の内視鏡を通して見られるような結腸の内側のシミュレーション表示をオペレータにも提供する。内視鏡の取っ手は１対の制御ノブを有し、これは現実の内視鏡では、角形成として知られるプロセス中に内視鏡の先端を左／右および上／下方向それぞれに動作させることができる。シミュレータでは、これらのノブの位置を検出し、これは内視鏡の端部の位置に影響するので、これもシミュレーションでは考慮に入れる。

上述したようなシミュレータの以前の開示は、英国特許第ＧＢ２２５２６５６号で提供されている。

現実の内視鏡の分野で最近の開発は、可変剛性の内視鏡であって、これについては、例えば米国特許第ＵＳ５，８１０，７１５号、第ＵＳ５，８８５，２０８号、第ＵＳ５，９７６，０７４号および第ＵＳ６，２０３，４９４号に記載されている。

可変剛性機構は、内視鏡の挿入管に沿って延在するコイルの内側のワイヤに接続された内視鏡取っ手上の回転可能なカラーの形態をとる。カラーの回転がワイヤの張力を変更し、それによって挿入管の剛性特徴を変化させる。この方法で剛性特徴を変化させる機能は、特に結腸のような複雑な形状の器官をナビゲートする場合に、使用者にとって非常に有益である。

今日まで、この可変剛性をシミュレートできる内視鏡のシミュレーション・システムはない。

本発明によると、内視鏡シミュレーション・システムが提供され、これは現実の内視鏡では内視鏡の挿入部分の剛性を調節する機構に接続されるような手動調節式カラーを有するダミー内視鏡、カラーの位置を感知する位置センサ、シミュレーションで使用するためにカラーの位置をシミュレートした挿入部分の剛性を表す値に変換する制御装置を有する。

このようなシステムは、内視鏡挿入管の可変剛性をシミュレートする能力を提供する。これによって被訓練者は剛性の変化を含む複雑な内視鏡検査技術を練習し、このような措置を現実の患者で試みる前に、可変剛性によって与えられる可能性に習熟することができる。また、シミュレータは、通常はオペレータが可変剛性シミュレーションを十分に利用する必要がある状況をオペレータに提示し、それによって装置のこの態様を特に訓練の目標にするように設定することができる。

さらに、現実の内視鏡では剛性を調節する機構に接続されたカラーを使用することにより、内視鏡は、現実の器具の見かけおよび感触を可能な限り保持するように設計される。

位置センサは、カラーに直接取り付けた回転センサでよい。しかし、カラーの内部機構の動作を転送する機構を、カラーと位置センサの間に設けることが好ましい。これによって、センサをカラーから隔置し、カラーの近傍には器具の見かけおよび感触を損なうような追加の嵩張った構成要素が必要ないことを保証することができる。カラーを回転すると、内部機構が直線運動し、これによって棒が直線運動する。棒は、カラーから近位方向に延在することが好ましい。この位置で、棒およびセンサは、他の構成要素を邪魔したり、取っ手の嵩を増加させたりすることなく、取っ手の中に極めて容易に収容することができる。

位置センサおよびいかなる動作変換装置も、内視鏡の取っ手の中に収納することが好ましい。これも、器具が現実的な見かけおよび感触を確実に維持するために実行される。

シミュレーション中に使用者が内視鏡の挿入管の実際の剛性を変更できるように、内視鏡の挿入管の剛性を調節する機構にカラーを接続しておくことが可能である。しかし、シミュレーション中に内視鏡の実際の剛性を調節するという大きい必要性はない。したがって、カラーは、ダミー内視鏡の挿入部分の実際の剛性特徴を変更しない。これは、ダミー内視鏡の挿入部分の動作によって引き起こされる感知機構の動作をなくすことによって、感知機構の正確さを改善する。

可変剛性の効果は単に、実際の挿入管ではなくシミュレーションにて考慮に入れられる。これは、ダミー内視鏡とシミュレートされた器官との相互作用を支配するソフトウェアの計算、シミュレートされた器官とダミー内視鏡のディスプレイへの表示、および挿入管へ与えられる力フィードバックとして現れる。

ディスプレイが提供される場合、システムは、挿入管についてシミュレートされた剛性に対応する値を表示する手段も有することが好ましい。これは、使用者が挿入管の剛性を容易に見ることができるので、有用な訓練道具である。

現実の内視鏡では、剛性は特定の範囲内で連続的に変動可能であるが、センサは幾つかの別個の位置（例えば４カ所）を感知するように構成することが好ましい。４つの別個の状態は、可変剛性を有する現実の挿入管の感触を十分に近似することが判明している。これは、ダミー内視鏡も単純化し、２ビットのデータのみで剛性値を表せることを確実にする。

次に、本発明によるシステムの例を、添付図面に関して説明する。

図１は、シミュレータ全体の略図である。シミュレータはダミー内視鏡１を有し、これは現実の内視鏡に基づき、シミュレータでの使用に適するのに必要な最低の程度まで改造されている。器具は取っ手２、挿入管３および供給管（ｕｍｂｉｌｉｃａｌ）４を有する。現実の器具では、挿入管３を患者に挿入し、供給管４は、データ、光、空気および水を挿入管との間で伝達するために設けられる。

角形成（ａｎｇｕｌａｔｉｏｎ）として知られる内視鏡先端の動作は、１対のノブ５によって実行される。現実の器具では、ワイヤがこれらのノブから挿入管の遠位端に延在し、したがってノブの運動が内視鏡の先端に伝達される。一方のノブが上／下運動を提供し、他方が左／右運動を提供する。ダミー内視鏡１では、ケーブルが供給管４を通って経路指示されて（ｒｅｒｏｕｔｅｄ ｄｏｗｎ）、その動作がセンサ６によって感知され、ノブ５への力フィードバックは、力フィードバック・モータ７によって提供される。これは国際特許第ＷＯ０３／０５８５８３号に記載されている。

内視鏡の直線および回転位置を感知するためにセンサ９を設けた力フィードバック・ユニット８に、挿入管３を挿入し、力フィードバックは、独自の直線および回転力フィードバックを提供する力フィードバック・ユニット１０によって提供される。これは国際特許第ＷＯ０３／０５０７８３号に記載されている。

２次器具１１を内視鏡取っ手の通路１２に挿入し、ほぼ挿入管３の端部まで通す。挿入の程度をセンサ１３で感知し、力フィードバックは、例えば空気圧スリーブ１４で提供する。２次器具１１は外側スリーブ１５、およびこの外側スリーブ１５に対して相対的に動作可能である取っ手１７を有する。現実の器具では、取っ手１７はケーブルに接続し、ケーブルの遠位端に道具がある。挿入管へと必要な程度まで挿入すると、道具は挿入管３の遠位端から突出する。取っ手１７の動作は、直線電位計１８で感知され、力フィードバックは摩擦ブレーキ１９で提供される。

様々なセンサからの信号は全て、シミュレーションを制御する制御装置２６へと伝達される。制御装置は、結腸のソフトウェア・モデルを記憶し、センサからの情報とともにこれを使用して、必要なレベルの力フィードバックを様々な力フィードバック装置へと生成する。また、制御装置２６は挿入管３および制御ノブ５の計算された位置から、内視鏡で見られる画像を決定し、これを画面２７に表示する。２次器具１１が、挿入管３の遠位端から出るのに十分な程度まで挿入されたことをセンサ１３が検出すると、２次器具の端部にある道具も画面２７に表示される。道具の実際の状態は、直線電位計１８が測定した通りのスリーブ１５内の取っ手１７の相対的位置によって決定され、これが表示画像に組み込まれる。

次に、図２から図４に関して可変剛性シミュレータについて説明する。

図２は、取っ手２の一部の斜視図である。これは、米国特許第ＵＳ５，８１０，７１５号、第ＵＳ５，８８５，２０８号、第ＵＳ５，９７６，０７４号、および第ＵＳ６，２０３，４９４号で開示されているような可変剛性の制御を提供するカラー３０を有する。事実上、現実の内視鏡ではカラー３０が回転し、それによって挿入管３に沿って移動するワイヤのコイル内の張力を調節し、挿入管の剛性を変更する。

ダミー内視鏡では、ワイヤのコイルを設けても良いが、この場合はカラー３０に接続していないことが好ましい。

摺動棒３３がカラー内で構成要素３２に接続され、カラーの回転運動を直線運動に変換する。棒３３は、器具内で近位方向に、つまり挿入管３ではなく取っ手２に向かって延在する。

摺動棒３３の反対端には摺動バー３４がある。摺動バー３４はＰＣＢ３７に隣接して位置決めされる。ＰＣＢ３７は第一３８および第二３９のスロット付き視覚センサを有し、これは摺動バー３４が通る通路を画定する。

図４は、４つの異なる剛性設定に対応する４つの異なる状態信号を提供するために、オリフィス３５、３６が視覚センサ３８、３９と協働する方法を示す。現実の内視鏡のカラー３０に０から３の番号を付け、オペレータに現在の剛性設定の表示を提供する。この配置構成は、内視鏡の４つの設定で反映される。視覚センサは、視覚センサに対するオリフィスの位置に応じて、以下の論理状態を採用する。

視覚センサ３８、３９の状態が制御装置２６に伝達される。これは、伝達された信号に基づいて挿入管の剛性を判断し、これをシミュレーション全体に組み込む。剛性は、ダミー内視鏡とシミュレートした器官との相互作用を計算する際の係数である。これは、画面２７に表示される画像の性質、および力フィードバック・モータ７および力フィードバック・ユニット１０を介して伝達される力にも影響を及ぼす。

画面２７は、上述した剛性設定に対応する数字も表示するように配置構成してよい。

医療用シミュレータ全体の略図である。 内視鏡取っ手の一部の斜視図である。 感知機構の組立分解斜視図である。 感知機構の動作を示す略図である。

符号の説明

１ ダミー内視鏡
２、１７ 取っ手
３ 挿入管
４ 供給管４
５ ノブ
６、９ センサ
７ 力フィードバック・モータ
８、１０ 力フィードバック・ユニット
１１ ２次器具
１２ 通路
１３ 挿入管
１４ 空気圧スリーブ
１５ 外側スリーブ
１８ 直線電位計
１９ 摩擦ブレーキ
２６ 制御装置
２７ 画面
３０ カラー
３２ 構成要素
３３ 棒
３４ 摺動バー
３５、３６ オリフィス
３７ ＰＣＢ
３８、３９ 視覚センサ

Claims (6)

1. 内視鏡シミュレーション・システムであって、現実の内視鏡では内視鏡の挿入部分の剛性を調節する機構に接続されるような手動調節式カラーを有するダミー内視鏡、カラーの位置を感知する位置センサ、シミュレーションで使用するためにカラーの位置をシミュレートした挿入部分の剛性を表す値に変換する制御装置を有するシステム。
2. さらに、カラーから近位方向に延在し、カラーが回転すると直線運動するように配置構成された棒を有し、位置センサが、棒の運動を感知するように配置構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 位置センサおよび棒が内視鏡の取っ手内に収容される、請求項２に記載のシステム。
4. カラーが、内視鏡の挿入管の剛性を調節する機構に接続されない、前記請求項いずれか１項に記載のシステム。
5. さらに、ディスプレイ、および挿入管のシミュレートした剛性に対応する値をディスプレイに表示する手段を有する、前記請求項いずれか１項に記載のシステム。
6. センサが幾つかの別個の位置を感知するように校正される、前記請求項いずれか１項に記載のシステム。

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