JP2019517846A - 位置情報を提供するセンサを有する内視鏡型機器 - Google Patents

Abstract

内視鏡型機器の長尺の挿入シャフトがヒトもしくは動物の体の内腔もしくは体腔または製造物の内部に挿入されて、長尺の挿入シャフトの一部または長尺の挿入シャフト上もしくは長尺の挿入シャフト内に位置する物体の直接的な視認が妨げられる場合に、長尺の挿入シャフトの一部または物体の位置及び向きを精度よく特定するシステムおよび方法を開示する。

Description

本発明は、検査や診断、治療のため、体腔に挿入される長尺の挿入シャフトを有する機器に関する技術分野のものである。特に、本発明は、体腔内において長尺のシャフトの一部や長尺のシャフトの構成要素の位置や向きを精度よく特定するための方法に関する。

従来の内視鏡を図１に示す。この内視鏡は、全体が４０で示され、吸い込み弁、ロック、スイッチなどを有する把持部または制御部４１が設けられており、スイッチ４２〜４５は例示のために符号を付している。また、内視鏡は、空気吸入口、水吸入口、光ファイバなどの接続に用いられる接続部４６を有し、例示のため光ファイバを４７で示す。挿入管４８は、可撓部４９、関節部５０、遠位端５１の３つの部分からなる。一部の内視鏡は、関節部を有さず、挿入部全体が遠位端を有する可撓管からなる。現代の内視鏡においては、通常、遠位端５１の前面が、固体撮像素子に集光する対物レンズや照射光源、送気や送水、対物レンズの洗浄に用いる空気および／または水の送出口、挿入管を経由して診断器具や手術器具を送り込むために用いる１つ以上のワーキングチャネルの出口を有する。

施術者が可撓性のある挿入管を有する内視鏡、腹腔鏡、カテーテルおよび搬送システムを用いて医療的手技を行う際に直面する問題の１つに、患者の体内にある機器のさまざまな部分の正確な位置を知ることが挙げられる。挿入管が、直線的な形状である状態の可撓性のある挿入管の硬性部分である場合は、内視鏡の長手方向の軸周りにＸ度回転させると、それに伴って遠位端もＸ度回転するため、施術者は可視化手段が向いている方向を把握したり、使用する器具の向きが操作部の向きと同じであると認識したりすることができることから、上記の問題は少なくなりつつあるとはいえ、依然としてさまざまな状況で発生する問題である。ただし、挿入部の可撓部分が、患者の体腔外であれ体腔内であれ、湾曲状態にあったり、可撓性のある挿入シャフトあるいは硬性の挿入シャフトの関節部が動いて挿入部の遠位端が曲がっていたりすると、操作部の回転角度と遠位端の回転角度との間にもはや正確な相関がなくなってしまう。

今日において上記の問題を解決する最も一般的な方法は、機器の可視化手段を用いて、遠位端が体腔内のどの位置にあるかを示す解剖学的構造の位置を特定することである。この解決手段を用いる場合の問題は、視野の一部または全体が付近にある組織に遮られたり、レンズが液体や残渣に覆われたりすることで、可視化手段が部分的あるいは全体的に機能しなくなることが頻繁に発生することである。また、上記の問題を解決する別の方法は、透視診断を用いることである。この方法には、放射線の暴露に伴う潜在的な健康リスクを患者に及ぼすことになるという不利な点がある。

硬性の挿入部または可撓性のある挿入部を有する内視鏡や腹腔鏡の使用者が直面する別の難しさとして、把持部に設けられた種々のレバーやその他の制御部のすべてを操作しながら近くに設置された表示画面に表示される可視化手段からの画像を観察する作業において、施術者が機器の把持部を意図せず動かしたり回したりしてしまい、目的の位置や向きから遠位端を動かしてしまうことが挙げられる。そして、施術者がこの動作にまったく気付かず、重大な結果を招く場合もありうる。

そこで、本発明の目的は、可撓性のある挿入シャフトまたは可動部を有する硬性の挿入シャフトを有する内視鏡医療機器や腹腔鏡医療機器の種々の部分の、機器の他の部分や外界に対する向きに関する正確な位置情報を提供することである。

本発明の別の目的は、硬性の挿入部または可撓性のある挿入部を有する内視鏡や腹腔鏡を用いた施術において、施術者が把持部を持つ手を動かしたり、患者が動いたりしたことを施術者に知らせる手段を提供することである。

本発明のさらに別の目的や有利な点については後述する。

本発明の第１の態様は、内視鏡型機器の長尺の挿入シャフトがヒトもしくは動物の体の内腔もしくは体腔または製造物の内部に挿入されて、前記長尺の挿入シャフトの一部または前記長尺の挿入シャフト上もしくは前記長尺の挿入シャフト内に位置する物体の直接的な視認が妨げられる場合に、前記長尺の挿入シャフトの前記一部または前記物体の前記位置及び前記向きを精度よく特定する方法である。前記方法は、
ａ．１つ以上の回転センサ、位置センサ、動きセンサまたは角度センサを前記機器上の１つ以上の位置に取り付けること、
ｂ．前記センサによって生成されるデジタル信号またはアナログ信号を、有線通信ネットワークまたは無線通信ネットワークを経由して、コントローラまたはマイクロプロセッサに送信することと、
ｃ．前記コントローラまたは前記マイクロプロセッサのソフトウェアおよび／または回路を用いて、前記センサによって生成された前記デジタル信号または前記アナログ信号から動き、向きまたは回転に関する情報を特定することと、
ｄ．動き、向きまたは回転に関する前記情報を、前記コントローラまたは前記マイクロプロセッサから、有線通信ネットワークまたは無線通信ネットワークを経由して、前記操作者に、前記機器の異なる部分の、前記機器の他の部分または前記外界に対する正確な位置情報を提供する音声信号、触角信号および視覚画像を生成するよう構成された表示ユニットに送信すること
を含む。

上記方法の実施形態では、前記センサは、加速度計、デジタルジャイロスコープ、固体磁気コンパス、角度センサおよびＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）タグからなる群から選択される。

上記方法の実施形態では、前記機器は、内視鏡、腹腔鏡、カテーテルおよび搬送システムのいずれかであり、医療的な適用に用いられるように構成されている。

上記方法の実施形態において、前記機器は、ボアスコープまたは内視鏡であり、工業的な適用に用いられるように構成されている。

上記方法の実施形態では、前記センサからの出力信号が、コントローラまたはマイクロプロセッサのソフトウェアおよび／または回路によって、操作者が前記機器を用いた手技を行っているときに意図せず前記機器を動かした場合に前記操作者に警告するための音声信号、視覚信号または触覚信号に変換される。

上記方法の実施形態では、前記センサは、前記機器の把持部に取り付けられている。

上記方法の実施形態では、前記センサからの出力信号が、コントローラまたはマイクロプロセッサのソフトウェアおよび／または回路によって、操作者が前記機器を用いた手技を行っているときに前記患者が動いた場合に前記操作者に警告するための音声信号、視覚信号または触覚信号に変換される。

上記方法の実施形態では、前記センサは、加速度計である。

上記方法の実施形態では、可撓性のある挿入シャフトまたは硬性の挿入シャフトに取り付けられた前記１つ以上のセンサからの出力信号が、コントローラまたはマイクロプロセッサのソフトウェアおよび／または回路によって、前記シャフトが、既知の始点に対して内腔の中または外へ移動したときの前記距離を計測するために処理される。

上記方法の実施形態では、可撓性のある挿入シャフトまたは硬性の挿入シャフトの２つの異なる部分に取り付けられた２つのセンサからの出力信号が、コントローラまたはマイクロプロセッサのソフトウェアおよび／または回路によって、前記２つの部分の間の前記相対角度を計測するために処理される。

上記方法の実施形態では、可撓性のある挿入シャフトまたは硬性の挿入シャフトの前記全長に沿った異なる位置に配置された複数のセンサからの前記出力信号が、コントローラまたはマイクロプロセッサのソフトウェアおよび／または回路によって、前記機器の３次元画像を生成するための前記センサそれぞれの前記位置及び前記向きに関する情報を生成するために処理される。

上記方法の実施形態では、内視鏡の前記挿入シャフトの遠位端上の磁気コンパスからの前記出力信号が、コントローラまたはマイクロプロセッサのソフトウェアおよび／または回路によって、前記患者の体の外表面に磁石を配置することで前記内視鏡を前記体の内腔内または体腔内の位置に向けて案内するために処理される。

本発明の第２の態様は、内視鏡型機器の長尺の挿入シャフトがヒトもしくは動物の体の内腔もしくは体腔または製造物の内部に挿入されて、前記長尺の挿入シャフトの一部または前記長尺の挿入シャフト上もしくは前記長尺の挿入シャフト内に位置する物体の直接的な視認が妨げられる場合に、前記長尺の挿入シャフトの前記一部または前記物体の前記位置及び前記向きを精度よく特定するシステムである。前記システムは、
ａ．前記機器上の１つ以上の位置に取り付けられた１つ以上の回転センサ、位置センサ、動きセンサまたは角度センサと、
ｂ．前記センサによって生成された前記デジタル信号または前記アナログ信号から動き、向きまたは回転に関する情報を特定するソフトウェアおよび／または回路を有するコントローラまたはマイクロプロセッサと、
ｃ．前記操作者に、前記機器の異なる部分の、前記機器の他の部分または前記外界に対する正確な位置情報を提供する音声信号、触角信号および視覚画像を生成するよう構成された表示ユニットと、
ｄ．前記センサからの出力信号を前記コントローラまたは前記マイクロプロセッサに転送し、前記コントローラまたは前記マイクロプロセッサからの前記正確な位置情報を前記表示ユニットに転送する有線通信ネットワークまたは無線通信ネットワークと
を有する。

上記システムの実施形態では、前記センサは、加速度計、デジタルジャイロスコープ、固体磁気コンパス、角度センサおよびＲＦＩＤタグからなる群から選択される。

上記システムの実施形態では、前記機器は、内視鏡、腹腔鏡、カテーテルおよび搬送システムのいずれかであり、医療的な適用に用いられるように構成されている。

上記システムの実施形態では、前記機器は、ボアスコープまたは内視鏡であり、工業的な適用に用いられるように構成されている。

本発明の上記の特徴および有利な点やその他の特徴および有利な点のすべてについては、添付の図面を参照しながら、以下の例示的かつ限定的でない本発明の実施形態の説明によってさらに理解されよう。

図１は、一般的な従来の内視鏡を示す。

本発明が解決する技術的な問題は、機器の長尺の挿入シャフトが、ヒトや動物の体の内腔や体腔、あるいは製造された物体の内部に挿入されて、長尺の挿入シャフトの一部や物体の直接的な視認が妨げられるときに、機器の長尺の挿入シャフトの当該一部の位置および向き、長尺の挿入シャフト上あるいは挿入シャフト内にある物体の位置および向きをいかに精度よく特定するかである。この問題は、さまざまな実施の場において生じる問題である。工業においては、特にエンジンやタービンの内部、成形物や機械加工された部品の内部を検査するのにボアスコープや内視鏡などの機器が用いられる。これらの機器は、建設業界その他さまざまな業界における検査にも用いられる。医療業界においては、検査、診断、治療、薬品やステントなどの物体を体内の特定位置に送るといった目的で、内視鏡、腹腔鏡、カテーテルその他の搬送システムが用いられる。

特に医療的な適用において、本発明が解決する別の技術的な問題は、機器の把持部に設けられたレバーなどを保持したり操作したりする使用者の手が不安定になったことで生じる機器の動きを検知することである。

本発明は、医療用内視鏡について以下に例示する問題に対する解決策を提供する。ただし、ここで説明する解決策は、上記の他の種類の機器や、医療的な適用や工業的な適用において用いられる同様の機器にも採用することができる。

ここで提供する上記の問題に対する解決策は、１つ以上の回転センサ、位置センサ、動きセンサ、あるいは角度センサを内視鏡に取り付けることである。これらのセンサとしては、例えば、加速度計、デジタルジャイロスコープ、固体磁気コンパス、角度センサ、ＲＦＩＤタグなどの三角測量に用いられるセンサが挙げられる。

これらのセンサは、センサの向きに対応するデジタル信号またはアナログ信号を出力する。この信号は、有線通信ネットワークや無線通信ネットワークを用いて、センサの種類に応じて、動きや向き、回転の計算が可能なソフトウェアおよび／または電子回路を有するコントローラまたはマイクロプロセッサに送信される。コントローラまたはマイクロプロセッサからの出力は、表示ユニットに送られ、音声信号が生成されたり、視覚画像が表示されたりし、機器のさまざまな部分についての、内視鏡の他の部分や外界に対する相対的な正確な位置情報が操作者に提供される。

例えば内視鏡の把持部に取り付けられた加速度計からの出力信号など、上記センサの１つのセンサからの出力信号は、手技に集中している操作者に意図せず内視鏡を動かしたことを警告する音声信号や視覚信号、触覚信号に変換できる。同様に、内視鏡のシャフト、例えば遠位端に取り付けられた加速度計の場合は、患者が不意に体を動かしたときに警告することができる。このような実施形態は、可撓性のある内視鏡や腹腔鏡の場合にも硬性の内視鏡や腹腔鏡の場合にも特に実用的かつ有用な追加要素である。

これらのセンサの１つ以上のセンサからの出力信号、例えば可撓性のある内視鏡や腹腔鏡あるいは硬性の内視鏡や腹腔鏡のシャフトに取り付けられた加速度計からの出力信号を処理することで、内腔の内外における既知の始点に対するシャフトの移動距離を計測する
ことができる。この距離は、例えば歯や胃食道接合部、皮膚表面、肛門など患者の組織に対する距離として計測することもでき、患者の周囲に対する距離として計測することもできる。

内視鏡の異なる部分に取り付けられたこれらのセンサのうちの２つのセンサからの出力信号を用いて、その２つの部分の間の相対角度を計測することもできる。例えば、本願の出願人がＧＥＲＤの治療用に開発した、図１に示す内視鏡と同様の内視鏡においては、ステープル機器のステープル収容カートリッジコンポーネントが、患者の食道内において可撓部４９に配置され、当該ステープル機器のアンビルコンポーネントが、患者の胃内において遠位端５１の前面に配置される。そして、カートリッジ上あるいはその近傍に設けられた上記種類のいずれかのセンサからの出力信号と、アンビル上あるいはその近傍に設けられた第２のセンサからの出力信号とを、ステープル機器の上記２つのコンポーネントを適切に協働させるのに役立てることができる。

また、シャフトの全長に沿った異なる位置に配置された複数のセンサからの出力は、プロセッサによって機器の３次元画像に変換することができる。

患者の体の外表面に磁石を配置して体内の内腔や体腔におけるある位置をマークし、例えば遠位端に設けられた磁気コンパスを用いて当該位置に内視鏡を誘導することもでき、当該磁気コンパスを用いて患者の体表面の磁石を追従させることもでき、当該磁気コンパスからの信号を用いて患者の体外で固定された磁石に対する遠位端の位置を特定することもできる。

上記の本発明の実施形態は例示のためのものであり、請求項に記載の範囲を超えることなく種々の変更、調整、改良が可能であることは言うまでもない。

Claims (16)

1. 内視鏡型機器の長尺の挿入シャフトがヒトもしくは動物の体の内腔もしくは体腔または製造物の内部に挿入されて、前記長尺の挿入シャフトの一部または前記長尺の挿入シャフト上もしくは前記長尺の挿入シャフト内に位置する物体の直接的な視認が妨げられる場合に、前記長尺の挿入シャフトの前記一部または前記物体の前記位置及び前記向きを精度よく特定する方法であって、前記方法は、
   ａ．１つ以上の回転センサ、位置センサ、動きセンサまたは角度センサを前記機器上の１つ以上の位置に取り付けること、
   ｂ．前記センサによって生成されるデジタル信号またはアナログ信号を、有線通信ネットワークまたは無線通信ネットワークを経由して、コントローラまたはマイクロプロセッサに送信することと、
   ｃ．前記コントローラまたは前記マイクロプロセッサのソフトウェアおよび／または回路を用いて、前記センサによって生成された前記デジタル信号または前記アナログ信号から動き、向きまたは回転に関する情報を特定することと、
   ｄ．動き、向きまたは回転に関する前記情報を、前記コントローラまたは前記マイクロプロセッサから、有線通信ネットワークまたは無線通信ネットワークを経由して、前記操作者に、前記機器の異なる部分の、前記機器の他の部分または前記外界に対する正確な位置情報を提供する音声信号、触角信号および視覚画像を生成するよう構成された表示ユニットに送信すること
   を含む、ことを特徴とする方法。
2. 前記センサは、加速度計、デジタルジャイロスコープ、固体磁気コンパス、角度センサおよびＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）タグからなる群から選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記機器は、内視鏡、腹腔鏡、カテーテルおよび搬送システムのいずれかであり、医療的な適用に用いられるように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記機器は、ボアスコープまたは内視鏡であり、工業的な適用に用いられるように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記センサからの出力信号が、コントローラまたはマイクロプロセッサのソフトウェアおよび／または回路によって、操作者が前記機器を用いた手技を行っているときに意図せず前記機器を動かした場合に前記操作者に警告するための音声信号、視覚信号または触覚信号に変換される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記センサは、前記機器の把持部に取り付けられている、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記センサからの出力信号が、コントローラまたはマイクロプロセッサのソフトウェアおよび／または回路によって、操作者が前記機器を用いた手技を行っているときに前記患者が動いた場合に前記操作者に警告するための音声信号、視覚信号または触覚信号に変換される、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
8. 前記センサは、加速度計である、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 可撓性のある挿入シャフトまたは硬性の挿入シャフトに取り付けられた前記１つ以上のセンサからの出力信号が、コントローラまたはマイクロプロセッサのソフトウェアおよび／または回路によって、前記シャフトが、既知の始点に対して内腔の中または外へ移動し
   たときの前記距離を計測するために処理される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 可撓性のある挿入シャフトまたは硬性の挿入シャフトの２つの異なる部分に取り付けられた２つのセンサからの出力信号が、コントローラまたはマイクロプロセッサのソフトウェアおよび／または回路によって、前記２つの部分の間の前記相対角度を計測するために処理される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 可撓性のある挿入シャフトまたは硬性の挿入シャフトの前記全長に沿った異なる位置に配置された複数のセンサからの前記出力信号が、コントローラまたはマイクロプロセッサのソフトウェアおよび／または回路によって、前記機器の３次元画像を生成するための前記センサそれぞれの前記位置及び前記向きに関する情報を生成するために処理される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 内視鏡の前記挿入シャフトの遠位端上の磁気コンパスからの前記出力信号が、コントローラまたはマイクロプロセッサのソフトウェアおよび／または回路によって、前記患者の体の外表面に磁石を配置することで前記内視鏡を前記体の内腔内または体腔内の位置に向けて案内するために処理される、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
13. 内視鏡型機器の長尺の挿入シャフトがヒトもしくは動物の体の内腔もしくは体腔または製造物の内部に挿入されて、前記長尺の挿入シャフトの一部または前記長尺の挿入シャフト上もしくは前記長尺の挿入シャフト内に位置する物体の直接的な視認が妨げられる場合に、前記長尺の挿入シャフトの前記一部または前記物体の前記位置及び前記向きを精度よく特定するシステムであって、前記システムは、
    ａ．前記機器上の１つ以上の位置に取り付けられた１つ以上の回転センサ、位置センサ、動きセンサまたは角度センサと、
    ｂ．前記センサによって生成された前記デジタル信号または前記アナログ信号から動き、向きまたは回転に関する情報を特定するソフトウェアおよび／または回路を有するコントローラまたはマイクロプロセッサと、
    ｃ．前記操作者に、前記機器の異なる部分の、前記機器の他の部分または前記外界に対する正確な位置情報を提供する音声信号、触角信号および視覚画像を生成するよう構成された表示ユニットと、
    ｄ．前記センサからの出力信号を前記コントローラまたは前記マイクロプロセッサに転送し、前記コントローラまたは前記マイクロプロセッサからの前記正確な位置情報を前記表示ユニットに転送する有線通信ネットワークまたは無線通信ネットワークと
    を有する、ことを特徴とするシステム。
14. 前記センサは、加速度計、デジタルジャイロスコープ、固体磁気コンパス、角度センサおよびＲＦＩＤタグからなる群から選択される、ことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
15. 前記機器は、内視鏡、腹腔鏡、カテーテルおよび搬送システムのいずれかであり、医療的な適用に用いられるように構成されている、ことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
16. 前記機器は、ボアスコープまたは内視鏡であり、工業的な適用に用いられるように構成されている、ことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。

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