JP2007130174A

JP2007130174A - 内視鏡挿入部形状把握システム

Info

Publication number: JP2007130174A
Application number: JP2005325225A
Authority: JP
Inventors: Hideo Sugimoto; 秀夫杉本
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2007-05-31
Also published as: US7871370B2; US20070106115A1; DE102006052884A1

Abstract

【課題】体内に挿入された内視鏡挿入部の形状、位置、大きさを視覚的に正確に把握可能にする。
【解決手段】交流磁界を発生する磁場発生器は設ける。磁場発生器により生成された交流磁場を検知するコイルＳ１〜Ｓ９を内視鏡挿入部１２の中心軸に沿って所定距離ごとに、中心軸に対し互い違いに配置する。コイルＳ１〜Ｓ９で検知された信号から、コイルＳ１〜Ｓ９の３次元空間上の位置を算出する。コイルＳ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９の位置を用いて、挿入部１２の第１の輪郭線を描く。コイルＳ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８の位置を用いて、挿入部１２の第２の輪郭線を描く。
【選択図】図５

Description

本発明は、挿入時の内視鏡挿入部の位置を検出するとともに、その形状を表示する装置に関する。

術者にとって、体内に挿入された内視鏡挿入部の形状の把握することは有用である。特に体腔内への挿入が困難な下部内視鏡の使用において、内視鏡挿入部の形状の把握は極めて有用である。これらのことから内視鏡挿入部の形状把握システムとして様々なものが提案されている。

内視鏡挿入部の形状を表示するシステムとして、交流磁界を用いるものが知られている。これは、挿入部の長手方向に沿って多数のコイルを所定間隔で配置し、交流磁界とコイルとの間の電磁誘導作用を利用して各コイルの３次元空間内の位置および方位を検出するものである。内視鏡挿入部の形状は、コイルが配置された測定点の位置データに３次元スプライン曲線等を適用して再現され、モニタに表示される。

しかし、挿入部は実際には一定の太さを有する可撓管であるため、曲線や折線を用いた単純な表示では、挿入部の形状を把握し難いという問題がある。これらのことから、挿入部は実際の形状に合わせて管状に描かれる（特許文献１）。
特許第２７９３８８１号公報

しかし、一般に磁気センサ（コイル）は、挿入部の中心軸に沿って配列されていないので、検出された磁気センサの位置から管状の挿入部を再現表示すると、その位置がずれると言う問題がある。これは特に、磁気センサが位置のみの検出に用いられ、角度の検出ができない場合に問題となる。

本発明は、体内に挿入された内視鏡挿入部の形状、位置、大きさを視覚的に正確に把握可能な内視鏡挿入部形状把握システムを提供することを目的としている。

本発明の内視鏡挿入部形状把握システムは、可撓性を有する内視鏡挿入部の形状を把握するための内視鏡挿入部形状把握システムであって、挿入部の軸方向に沿って所定間隔で挿入部の複数の位置を検出する位置検出手段と、この位置に基づいて挿入部の中心軸の位置、あるいは挿入部の輪郭線を特定する算出手段とを備えたことを特徴としている。

位置検出手段は、複数の位置を検出するための複数のセンサを備え、センサは例えば中心軸を中心に互い違い配置される。

位置検出手段は、例えば交流磁界を用いる。このとき、位置検出手段は、例えば交流磁界を発生する磁場発生器を備え、上記複数のセンサは交流磁界を検知するコイルであり、コイルからの信号に基づき上記位置が算出される。

また内視鏡挿入部形状把握システムは、算出手段により特定された挿入部の中心軸の位置、あるいは挿入部の輪郭線を用いて、挿入部の形状を管状に再現する画像再現手段を備える。更に内視鏡挿入部形状把握システムは、位置検出手段により検出された複数の位置に基づいて、挿入部の太さを算出する挿入部太さ算出手段を備えることが好ましい。

また位置検出手段は、複数の位置を検出するための複数のセンサを備え、センサは中心軸に沿って配置される。

以上のように、本発明によれば、体内に挿入された内視鏡挿入部の形状、位置、大きさを視覚的に正確に把握可能な内視鏡挿入部形状把握システムを提供できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である内視鏡挿入部形状把握システムが適用される内視鏡の概観図であり、本実施形態では、内視鏡として電子内視鏡が採用される。

電子内視鏡１０は、術者が把持・操作するための操作部１１１を備える。操作部１１１には、挿入部１２及びライトガイドケーブル１３がそれぞれ連結され、ライトガイドケーブル１３の先端にはコネクタ１３Ａが設けられる。コネクタ１３Ａは、例えば光源と映像信号処理回路が一体的に収容されてなるプロセッサ装置（図示せず）に着脱自在に装着され、電子内視鏡１０のコネクタ１３Ａ及びライトガイドケーブル１３等を通してプロセッサ装置の光源部から照明光が体腔内に供給され、電子内視鏡１０からの画像信号がプロセッサ装置の映像信号処理回路に供給される。

挿入部１２は、軟性部１２Ａと、湾曲部１２Ｂと、先端部１２Ｃとから構成される。軟性部１２Ａは、自由に屈曲される可撓管であり、挿入部１２の大部分を占め、操作部１１１に直接接続される。湾曲部１２Ｂは、先端部１２Ｃと軟性部１２Ａとの間を結ぶ区間に設けられ、操作部１１１に設けられたアングルノブ１１Ａの回転操作に連動して先端部１２Ｃの向きが例えば約１８０°回転されるまで湾曲可能である。なお、先端部１２Ｃには、後述するように、撮像光学系や撮像素子、また照明光学系等が搭載される。

図２は、挿入部１２に設けられる複数の磁気センサ用コイルの挿入部１２内における配置を模式的に示す図であり、図３は、挿入部１２の位置を検出・表示する挿入部形状把握システムの電気的構成を示すブロック図である。なお図２、図３には、５つの磁気センサ用コイルが例示されている。

図２に示されるように、コイルＳ１〜Ｓ５は、挿入部１２の中心軸に沿って所定の間隔で配置され、更に中心軸に対して互い違いに配置される。すなわち、本実施形態では、コイル（磁気センサ）Ｓ１〜Ｓ５は、検出される各コイルＳ１〜Ｓ５の位置から挿入部１２の中心軸の位置を特定できるような配置、あるいは挿入部の輪郭線を特定できる配置とされる。

図３に示される挿入部形状把握システムにおいて、コイル（磁気センサ）Ｓ１〜Ｓ５および磁場発生器３１以外の構成は、例えば操作部１１１や、図示しないプロセッサ装置内に設けられる。コイルＳ１〜Ｓ５は、それぞれ各コイルに対応するアンプ１１〜１５に接続され、アンプ１１〜１５はそれぞれ各アンプに対応するＡ／Ｄ変換器１６〜２０に接続される。また、Ａ／Ｄ変換器１６〜２０は、それぞれ各Ａ／Ｄ変換器に対応するレジスタ２１〜２５に接続され、レジスタ２１〜２５はセレクタ２６に接続される。

すなわち、各コイルＳ１〜Ｓ５において検出された信号はアンプ１１〜１５において、所定のゲインで増幅されるとともに、Ａ／Ｄ変換器１６〜２０においてそれぞれデジタル信号に変換され、レジスタ２１〜２５にそれぞれ一時的に保持される。セレクタ２６は、タイミングコントローラ２７によるタイミング制御に基づいて、レジスタ２１〜２５の信号を択一的に選択し、所定のタイミングでコイルＳ１からコイルＳ５の順番で順次メモリ２８へと出力する。

メモリ２８には、ある時点に検出されたコイルＳ１〜Ｓ５の一組のデータが格納され、このデータは、画像表示制御部２９へ送られる。画像表示制御部２９では、コイルＳ１〜Ｓ５の位置が算出されるとともに、算出されたコイルＳ１〜Ｓ５の位置に基づいて、挿入部１２の管形状をコイルＳ１〜Ｓ５に対して適正な配置で描く画像データが作成され、画像表示装置３０へと出力される。すなわち、画像表示装置３０には、挿入部１２の管形状が適切に表示される。

なお、コイルＳ１〜Ｓ５の位置は、従来周知のように、磁場発生器３１により生成される交流磁場によるコイルＳ１〜Ｓ５の電磁誘導作用を検知することにより検出される。磁場発生器３１は、例えば直交座標系ＸＹＺの各座標軸ＸＹＺに対応した方向に時系列的に交流磁場を発生し、磁場発生器３１の駆動は、駆動回路ＸＹＺ３２により制御され、駆動回路ＸＹＺ３２はタイミングコントローラ２７により制御される。

図４は、磁場発生器３１の磁界発生のタイミングおよび、コイル（センサ）で検出された信号取得のタイミングを例示するタイミングチャートである。なお、図４には、２サイクルに関わるデータ取得のみが示される。

図４に示されるように、まず磁場発生器３１においてＸ軸方向に関して磁界が生成され、各コイルＳ１〜Ｓ５において信号が検知され、レジスタ２１〜２５にＸ軸に関わる各コイルＳ１〜Ｓ５の信号データが一時的に保持される。その後、セレクタ２６を介して、各レジスタ２１〜２５に保持されたＸ軸に関わるデータがメモリ２８に格納される。

次に磁場発生器３１においてＹ軸方向に関して磁界が生成され、各コイルＳ１〜Ｓ５において信号が検知され、レジスタ２１〜２５にＹ軸に関わる各コイルＳ１〜Ｓ５の信号データが一時的に保持される。その後、セレクタ２６を介して、各レジスタ２１〜２５に保持されたＹ軸に関わるデータがメモリ２８に格納される。その後同様に、Ｚ軸方向に関して磁界が生成され、Ｚ軸に関わるデータがメモリ２８に格納される。

以上により、コイルＳ１〜Ｓ５のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に関わる信号データがメモリ２８に格納され、これに基づいて第１サイクルにおける各コイルＳ１〜Ｓ５の３次元空間上の位置が特定される。同様に、第２サイクルでも、コイルＳ１〜Ｓ５のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に関わる信号データがメモリ２８に格納され、これに基づいて第２サイクルにおける各コイルＳ１〜Ｓ５の３次元空間上の位置が特定され、コイルＳ１〜Ｓ５の位置が、リアルタイムに検出される。

図５に、ある時点（サイクル）において特定されたコイル（磁気センサ）の位置に基づいて作成された、挿入部１２の管状の画像表示例を示す。なお、図５には、９個のコイル（磁気センサ）Ｓ１〜Ｓ９が例示されている。

本実施形態では、コイルが挿入部１２の先端から挿入部１２の軸に沿って交互に配置されているので、例えば先端部１２Ｃから奇数番目のコイルの位置から挿入部１２の一方の輪郭線を求め、偶数番目のコイルの位置から挿入部１２の他方の輪郭線を求める。これにより、挿入部１２は、一定の太さの管として表示され、各コイルに対し管の中心軸は略正しい位置に描かれる。

また、例えばコイルＳ１に対するコイルＳ２の位置、コイルＳ３に対するコイルＳ２およびＳ４の位置を比較することにより、挿入部１２の実際の太さを算出することができるので、描かれる管の太さを算出された管の太さに合わせることも可能である。

以上のように、本実施形態によれば、画像表示装置には、実際の太さに対応して管状に挿入部が表示されるので、術者は、体内に挿入された内視鏡挿入部の形状、位置、大きさを視覚的に正確に把握することが可能である。

なお、本実施形態では、奇数番目、偶数番目のコイルを用いて２つの輪郭線を求めたが、例えば、各コイルの位置から、挿入部１２の中心軸の補間曲線を算出し、これと挿入部１２の太さから管の形状を描くことも可能である。

また、本実施形態では、多数の磁気センサ用のコイルを互い違いに配置したが、上述したように、コイルの配置は、挿入部の中心軸の位置を特定できるような配置、あるいは挿入部の輪郭線を特定できる配置であればよく、例えば、コイルは図６に示されるように挿入部先端から中心軸に沿って配置されてもよく、この場合、挿入部の管状の画像表示は図７のようになる。また更にコイルを中心軸に沿って螺旋状に配置することも可能である。また、特定の方向に対してコイルの位置が偏っている場合には、その偏りの分を考慮して、中心軸あるいは輪郭線の位置を特定することも可能である。なお、中心軸あるいは輪郭線の特定に未定定数法や最小自乗法などを用いることも可能である。

本実施形態では、外部に設置された磁場発生器により生成された交流磁界を挿入部に設けられたセンサ用のコイルを用いて検出したが、磁界発生用のコイルを挿入部に設け、これを外部に設置されたセンサで検出する構成としてもよい。

本発明の一実施形態である内視鏡挿入部形状把握システムが適用される内視鏡の概観図である。挿入部に設けられたコイルの配置を模式的に示す図である。本実施形態の挿入部形状把握システムの電気的な構成を示すブロック図である。磁界発生のタイミングおよび、コイル（センサ）で検出された信号取得のタイミングを例示するタイミングチャートである。コイル（センサ）の位置に基づいて作成された、挿入部の管状の画像表示例を模式的に示す。挿入部の中心軸に沿ってコイルが設けられた変形例を模式的に示す図である。コイル（センサ）の位置に基づいて作成された、変形例における挿入部の管状の画像表示例を模式的に示す。

符号の説明

１０（電子）内視鏡
１２挿入部
１２Ａ軟性部
１２Ｂ湾曲部
１２Ｃ先端部
２９画像表示制御部
３０画像表示装置
３１磁場発生器
３２駆動回路ＸＹＺ
Ｓ１〜Ｓ５センサ（コイル）

Claims

可撓性を有する内視鏡挿入部の形状を把握するための内視鏡挿入部形状把握システムであって、
前記挿入部の軸方向に沿って所定間隔で前記挿入部の複数の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置に基づいて前記挿入部の中心軸の位置、あるいは前記挿入部の輪郭線を特定する算出手段と
を備えることを特徴とする内視鏡挿入部形状把握システム。
前記位置検出手段が、前記複数の位置を検出するための複数のセンサを備え、前記センサが前記中心軸を中心に互い違い配置されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
前記位置検出手段が、交流磁界を用いることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
前記位置検出手段が、交流磁界を発生する磁場発生器を備え、前記複数のセンサが前記交流磁界を検知するコイルであり、前記コイルからの信号に基づき前記位置を算出することを特徴とする請求項３に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
前記算出手段により特定された前記挿入部の中心軸の位置、あるいは前記挿入部の輪郭線を用いて、前記挿入部の形状を管状に再現する画像再現手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
前記位置検出手段により検出された前記複数の位置に基づいて、前記挿入部の太さを算出する挿入部太さ算出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
前記位置検出手段が、前記複数の位置を検出するための複数のセンサを備え、前記センサが前記中心軸に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。