JP2018161287A - Endoscope and medical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スコープ(内視鏡)を備えた内視鏡装置、あるいはカテーテル、ステントなど体内に挿入される医療器具に関し、特に、内視鏡、医療器具の体内挿入時の位置検出に関する。 The present invention relates to an endoscope apparatus provided with a scope (endoscope), or a medical instrument inserted into a body such as a catheter or a stent, and particularly relates to position detection when the endoscope or medical instrument is inserted into the body.
内視鏡装置では、可撓性のある内視鏡挿入部を体内に挿入して消化器官など観察部位を観察し、必要に応じて処置、手術を行う。大腸、小腸のような管腔形状は複雑に曲がりくねった形状であるため、オペレータ(術者)にとって挿入部形状および先端部位置を把握することが難しい。そのため、操作容易化という観点から、内視鏡挿入部形状を検出する内視鏡操作支援システムが利用される(例えば、特許文献1参照)。 In an endoscope apparatus, a flexible endoscope insertion portion is inserted into the body, an observation site such as a digestive organ is observed, and treatment and surgery are performed as necessary. Since the lumen shape such as the large intestine and the small intestine is a complicated and winding shape, it is difficult for the operator (operator) to grasp the insertion portion shape and the distal end portion position. Therefore, an endoscope operation support system that detects an endoscope insertion portion shape is used from the viewpoint of facilitating operation (see, for example, Patent Document 1).
そこでは、内視鏡挿入部の先端部に複数のコイルを配置し、磁場発生装置を診療ベッド傍など所定位置に設置する。磁場発生装置のアンテナから交流磁界を発信させると、内視鏡挿入部のコイルに誘導電流が生じ、磁気検出信号(電流信号)が発生する。 There, a plurality of coils are arranged at the distal end portion of the endoscope insertion portion, and the magnetic field generator is installed at a predetermined position such as near the medical bed. When an alternating magnetic field is transmitted from the antenna of the magnetic field generator, an induced current is generated in the coil of the endoscope insertion portion, and a magnetic detection signal (current signal) is generated.
そして、磁気検出信号の振幅、位相情報などに基づいてコイルの相対位置を検出することにより、体内における内視鏡挿入部の位置、形状がモニタに表示される。位置センサとして用いられるコイルは、透磁率の高い材質で成形されたコアの周囲に銅線を巻くコイルで構成される(例えば、特許文献2参照)。 Then, by detecting the relative position of the coil based on the amplitude and phase information of the magnetic detection signal, the position and shape of the endoscope insertion portion in the body are displayed on the monitor. A coil used as a position sensor is composed of a coil in which a copper wire is wound around a core formed of a material having high magnetic permeability (see, for example, Patent Document 2).
内視鏡挿入部には金属部品が使用されており、加工時の応力変化などによって組成が変化し、磁性体になる場合がある。コイルの周囲に磁性体が存在すると、コイル軸方向に沿っていない不必要な磁界を発生させ、コイルに生じる誘導電流にノイズを生じさせる。その結果、誤ったコイルの相対位置、すなわち内視鏡位置を演算することになる。 Metal parts are used in the endoscope insertion portion, and the composition may change due to a change in stress during processing, resulting in a magnetic body. If a magnetic body exists around the coil, an unnecessary magnetic field not along the coil axis direction is generated, and noise is generated in the induced current generated in the coil. As a result, an incorrect relative position of the coil, that is, an endoscope position is calculated.
したがって、不必要な磁界発生によるノイズの影響を防ぐように、コイルを構成することが求められる。 Therefore, it is required to configure the coil so as to prevent the influence of noise due to unnecessary magnetic field generation.
本発明の内視鏡は、少なくとも1つのコイルと、コイルのコイル軸方向周りを覆う高透磁率の筒状カバー部材とを備える。例えば、コイルは、空気より透磁率の高い棒状のコアの周囲に巻き線を巻いたコイルで構成することが可能である。一方、本発明のプロセッサは、内視鏡のコイルから送られてくる電流信号を増幅処理して内視鏡位置を演算するプロセッサであり、例えば、複数の磁場発生コイルを備えた磁場発生装置に対し、複数の磁場発生コイルを時系列的に順次駆動する時分割パルス信号を出力する。 The endoscope of the present invention includes at least one coil and a high-permeability cylindrical cover member that covers around the coil axis direction of the coil. For example, the coil can be configured by a coil in which a winding is wound around a rod-shaped core having a higher permeability than air. On the other hand, the processor of the present invention is a processor that calculates an endoscope position by amplifying a current signal sent from an endoscope coil. On the other hand, a time division pulse signal for sequentially driving a plurality of magnetic field generating coils in time series is output.
少なくともコイル軸に垂直な方向に沿った磁力線に起因するノイズが生じないように、カバー部材は、コイル軸方向に沿って延びるように構成することができる。また、カバー部材は、コイルを全体的に覆うように構成することができる。カバー部材は、コアと同じ素材によって成形してもよい。また、カバー部材とコイルとの間に、絶縁材が介在させてもよい。 The cover member can be configured to extend along the coil axis direction so that noise due to magnetic field lines along a direction perpendicular to the coil axis does not occur. Further, the cover member can be configured to cover the coil as a whole. The cover member may be formed of the same material as the core. An insulating material may be interposed between the cover member and the coil.
本発明の他の態様における内視鏡システムは、少なくとも1つのコイルと、コイルのコイル軸方向周りを覆う高透磁率の筒状カバー部材とを設けた内視鏡と、複数の磁場発生コイルを備えた磁場発生装置と、複数の磁場発生コイルを時系列的に順次駆動する時分割パルス信号を出力し、内視鏡から送られてくる磁気検出信号を増幅処理して内視鏡位置を演算するプロセッサとを備える。 An endoscope system according to another aspect of the present invention includes an endoscope provided with at least one coil and a high-permeability cylindrical cover member that covers around the coil axial direction of the coil, and a plurality of magnetic field generating coils. Equipped with a magnetic field generator and a time-division pulse signal that sequentially drives multiple magnetic field generating coils in time series, and amplifies the magnetic detection signal sent from the endoscope to calculate the endoscope position Processor.
本発明の他の態様における医療器具は、少なくとも1つのコイルと、コイルのコイル軸方向周りを覆う高透磁率の筒状カバー部材とを備える。 A medical instrument according to another aspect of the present invention includes at least one coil and a high-permeability cylindrical cover member that covers around the coil axis direction of the coil.
このように本発明によれば、内視鏡の位置を適切に検出することができる。 Thus, according to the present invention, the position of the endoscope can be detected appropriately.
以下では、図面を参照して本実施形態である内視鏡システムについて説明する。 Below, the endoscope system which is this embodiment is demonstrated with reference to drawings.
図1は、本実施形態における内視鏡システムのブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram of an endoscope system according to this embodiment.
内視鏡システムは、ビデオスコープ10と、ビデオスコープ10が着脱自在に接続されるプロセッサ20とを備え、患部の観察、処置などを行う場合、ビデオスコープ10の挿入部10Mが体内に挿入される。プロセッサ20には、観察画像を表示するモニタ60と、磁場発生装置40が接続されている。
The endoscope system includes a
プロセッサ20内に設けられた光源部(図示せず)から放射される光は、ビデオスコープ10内に設けられたライトガイドによってビデオスコープ10の先端部10Tに導かれ、先端部10Tから被写体に向けて照射される。被写体からの反射光は、先端部10Tに設けられた撮像素子(図示せず)に結像し、これによって被写体像が形成される。プロセッサ20の信号処理回路30は、撮像素子から読み出される1フィールド/フレーム分の画素信号に基づいてカラー画像信号を生成する。これによって、観察画像がモニタ60に表示される。
Light emitted from a light source unit (not shown) provided in the processor 20 is guided to the
信号処理回路30は、画像信号処理を実行するとともに、プロセッサ20の動作全体を制御し、FPGAなどによって構成されている。信号処理回路30は、あらかじめROMなどに格納された動作制御プログラムに基づいて制御信号をプロセッサ20内の各回路へ出力する。
The
ビデオスコープ10の挿入部10Mには、複数のインダクションコイル(以下では、磁気検出コイルという)50が所定間隔離れて配置されており、ここでは、2つの磁気検出コイル501、502が図示されている。磁気検出コイル501、502は、ここではコイル軸方向が互いに異なるように配置されている。
In the
一方、磁場発生装置40においても、複数のインダクションコイル(以下、磁場発生コイルという)40が配置されている。ここでは、n個の磁場発生コイル401、402、・・・40nが互いに所定間隔離れ、コイル軸方向が互いに異なるように配置されている。信号処理回路30は、コイル駆動部26(261〜26n)を経由して、時分割パルス信号を磁場発生装置40に出力する。
On the other hand, also in the
磁場発生装置40による磁場発生によって磁気検出コイル50に誘導電流が生じると、電流信号はプロセッサ20内の増幅器22(221、222)において増幅処理され、A/D変換器24(241、242)によってA/D変換処理される。信号処理回路30は、入力された信号に基づいてセンサコイル501、502の相対位置を演算する。そして、体内における挿入部10Mの形状を現わす3D画像を生成し、モニタ60内に観察画像と共に表示する。なお、内視鏡装置のプロセッサ20とは別に位置検出、形状表示用の専用プロセッサ、及び専用モニタを設けてもよい。
When an induced current is generated in the
図2は、磁場発生装置40への駆動信号とそれに伴う磁気検出コイル50の出力信号を時系列的に示した図である。プロセッサ20から磁場発生装置40へ時分割パルス信号が出されることにより、磁場発生装置40の各コイルは時系列的に駆動される。なお、図2では、磁場発生コイル401〜40nを、「Coil1〜Coiln」と表している。
FIG. 2 is a diagram showing in time series the drive signal to the
内視鏡作業中、スコープ挿入部10Mの体内での位置は移動し、これに伴って磁気検出コイル501、502の位置が変化する。そのため、磁場発生装置40の磁場発生コイル401〜40nそれぞれに対するセンサコイル501〜502の相対位置が変化し、磁気検出コイル501〜502に生じる電流信号も変化する。図2には、センサコイル501に発生する電流信号のパターンが図示されている。
During the endoscopic operation, the position of the
一方、上述したように、磁場発生コイル401〜40nはその固定位置およびコイル軸方向が互いに異なるように配置されていることから、磁気検出コイル501、502に生じる電流信号の波形は、スコープ挿入部10Mの位置変動だけでなく、磁場発生コイル401〜40nそれぞれとの相対的位置関係によって相違する。ただし、相対的位置関係には、相対的距離とコイル軸方向相対角度が含まれる。
On the other hand, as described above, since the magnetic field generating
磁場発生コイル401〜40nの(コイル軸方向を含めた)位置は、センサコイル501、502の相対的位置がその出力信号波形によって一義的に決定されるように定められている。したがって、時分割パルス信号に対して磁気検出コイル501、502に生じる電流信号によって、磁気検出コイル501、502の相対的位置が求められる。
The positions of the magnetic field generating
図3は、磁気検出コイル501の概略的断面図である。磁気検出コイル502も同様の構成になっている。なお、図1では、磁気検出コイル501の構成を概略的に描いており、図3と異なる。
Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a
磁気検出コイル501は、高透磁率であって断面円状の棒状(柱状)のコア70を備え、コア70の周囲に銅線80を巻いたインダクションコイルとして構成されており、銅線80はコア70の略全体に巻かれている。コア70は、ここではフェライトで成形されており、図示しない支持部材によって固定されている。
コア70の周囲、すなわち磁気検出コイル501の周囲には、筒状のカバー部材90がコイル軸方向Xの周りを覆うように配置されている。コア70に対して同軸配置されたカバー部材90は、その両端が開口し、コイル軸方向Xに沿って延びており、コア70の銅線80が巻かれた範囲、すなわちコア70の略全体を囲む軸方向長さをもつ。
Around the
カバー部材90は、高透磁率の高い材質で成形されており、ここではコア70と同じフェライトで成形されている。カバー部材90の内面90Iには、接着剤などの絶縁材85が塗布されており、カバー部材90は絶縁材85介してコイル501に取り付けられている。
The
このようなカバー部材90を設けることにより、以下述べるように、コイル軸方向以外の磁場発生に対して電流信号が発生するのを防ぐことができる。
By providing such a
磁気検出コイル501周辺に設けられたステンレスなどの金属部材は、加工、組み立て時の応力などによって組成変化し、磁性体に変化することがある。このセンサコイル50周囲に存在する磁性体は、磁場発生装置40によって発生する磁場によって、コア軸方向Xとは異なる方向に対して不必要な磁場(磁力線)を生じさせる。
Metal member such as stainless provided in the
磁気検出コイル501は、コイル軸方向Xを貫く磁力線に対して感度が高い一方、コア軸方向Xに垂直な方向(以下、軸方向Yとする)に対しては感度が低い。従って、上述したように、磁気検出コイル501、502では、磁場発生コイル401〜40nとの相対的位置関係に基づく誘導電流が生じるので、その位置、コア軸方向によって電流信号の出力レベル差は大きくなる。さらに、磁気検出コイル501、502の位置(磁気発生コイルからの距離)によって出力レベルが非常に小さくなるため、プロセッサ20内の増幅器22の増幅率を高める必要がある。
この高増幅率ため、コイル501が軸方向Yに対して感度が低くても、センサコイル501周囲の磁性体によって生じる磁力線によって電流信号にノイズが生じる。特に、軸方向Yに沿った磁力線によるノイズが、影響を及ぼす。このノイズはセンサコイル501からの出力信号のSN比を低下させ、センサコイル501の相対的位置が誤って演算されることになる。
Therefore high gain, even a
しかしながら本実施形態では、コイル501を覆うようにカバー部材90を設けることにより、コイル軸方向X以外の方向、特に軸方向Yに対して磁力線が通りにくくなる。すなわち、カバー部材90が磁気シールドとして機能する。その結果、コア軸方向Xに沿った磁力線に対してコイル501に電流信号が生じることとなり、コイル501の相対位置を適正に算出することができる。
However, in the present embodiment, by providing the
一方、カバー部材90がコア70と同軸的に配置されているため、コイル軸方向Xに沿った磁力線に対する感度が増加し、磁気検出コイル50の正確な位置検出に寄与する。特に、カバー部材90がコア70と同じフェライトで構成されているため、磁束を集めやすくなる、すなわちインダクタンスを大きくすることができる。
On the other hand, since the
このように本実施形態によれば、複数の磁気検出コイル501、502がビデオスコープ10の挿入部10Mに配置される一方、複数の磁場発生コイル401〜40nを備えた磁場発生装置40から磁場が発生し、磁気検出コイル501、502から誘導電流が発生する。磁気検出コイル501は、コア70に銅線80を巻いたインダクションコイルとして構成されるとともに、コア70の周囲には両端が開口した筒状のカバー部材90が配置される。
As described above, according to the present embodiment, a plurality of magnetic detection coils 50 1 and 50 2 are arranged in the
なお、絶縁材85を介さずにカバー部材90を位置固定してもよい。一方、カバー部材90を、コア70とは異なる非磁性体で構成してもよく、空気より透磁率の高いフェライト以外の素材によって成形すればよい。あるいは磁気検出コイル50を空芯コイルで構成してもよい。
The position of the
スコープ以外の非侵襲医療機器、あるいは侵襲的な医療器具にも適用可能である。例えば、カテーテル、ステント、マーカーなどの位置検出に利用可能である。 The present invention can also be applied to non-invasive medical devices other than scopes or invasive medical devices. For example, it can be used for detecting the position of a catheter, stent, marker, or the like.
10 ビデオスコープ
20 プロセッサ
40 磁場発生装置
40n 磁場発生コイル
50 磁気検出コイル(コイル)
70 コア
80 銅線(巻き線)
90 カバー部材
DESCRIPTION OF
70
90 Cover member
Claims (10)
前記コイルのコイル軸方向の周りを覆う高透磁率の筒状カバー部材と
を備えたことを特徴とする内視鏡。 At least one coil;
An endoscope comprising: a high-permeability cylindrical cover member that covers the coil in the coil axis direction.
複数の磁場発生コイルを備えた磁場発生装置と、
前記複数の磁場発生コイルを時系列的に順次駆動する時分割パルス信号を出力し、前記内視鏡から送られてくる磁気検出信号を増幅処理して内視鏡位置を演算するプロセッサと
を備えたことを特徴とする内視鏡システム。 An endoscope provided with at least one coil and a high-permeability cylindrical cover member that covers around the coil axis direction of the coil;
A magnetic field generator comprising a plurality of magnetic field generating coils;
A processor that outputs a time-division pulse signal that sequentially drives the plurality of magnetic field generating coils in time series, amplifies a magnetic detection signal sent from the endoscope, and calculates an endoscope position; An endoscope system characterized by that.
前記コイルのコイル軸方向周りを覆う高透磁率の筒状カバー部材と
を備えたことを特徴とする体内挿入可能な医療器具。
At least one coil;
A medical device that can be inserted into the body, comprising: a cylindrical cover member having a high magnetic permeability that covers the coil in the axial direction.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017060373A JP2018161287A (en) | 2017-03-27 | 2017-03-27 | Endoscope and medical device |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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- 2017-03-27 JP JP2017060373A patent/JP2018161287A/en active Pending
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