JP4694062B2

JP4694062B2 - 可撓性電子内視鏡装置

Info

Publication number: JP4694062B2
Application number: JP2001248716A
Authority: JP
Inventors: 直樹鈴木; 和毅炭山; 敏高見; 哲也樽本; 素子川村; 哲也中村
Original assignee: Hoya Corp; Jikei University School of Medicine
Current assignee: Hoya Corp; Jikei University School of Medicine
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2001-08-20
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2021-08-20
Also published as: JP2003052615A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、胃腸内等を観察するための可撓性電子内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
胃腸内等に挿入される電子内視鏡は、胃腸等の内壁に沿って自由に屈曲するフレキシブルな挿入部可撓管を有しており、挿入部可撓管の屈曲状態を体外から把握するのは困難である。
【０００３】
そのため、挿入部可撓管が胃腸等に対してどのような挿入状態にあるのか判断がつかなくなったり、次の挿脱操作をどのようにすればよいか判断できなくなってしまう場合がある。
【０００４】
そこで、Ｘ線透視を行えば挿入部可撓管の屈曲状態を透視することができるが、Ｘ線照射は厚い鉛壁等で囲まれた特別の室内で行う必要があるだけでなく、連続的なＸ線透視は放射線被爆の問題があり、人体に非常に悪い影響を与える恐れがある。
【０００５】
そこで、内視鏡の挿入部の先端に磁界発生部材を取り付け、その磁界発生部材の位置を人体外に配置された磁気センサーにより検出して、体内にある挿入部の先端の位置をモニター画面に表示するようにしたものがある（特許第２９５９７２３号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように挿入部の先端に取り付けられた磁界発生部材の位置を検出する装置では、挿入部先端の位置が分かるだけで挿入部可撓管の屈曲状態は分からず、しかもそのような装置では外来ノイズの影響を受け易く、良好な状態で位置検出を継続できない場合が少なくない。
【０００７】
そこで、本発明の発明者等は、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を有する複数のフレキシブルな曲がり検出用光ファイバーを挿入部可撓管に取り付け、各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量から各曲がり検出部が位置する部分における挿入部可撓管の屈曲状態を検出して、その屈曲状態をモニター画面に表示するようにした可撓性電子内視鏡装置を発明して先に特許出願してある（特願２００１−５３７１５）。
【０００８】
本発明はその改良発明であり、挿入部可撓管の屈曲状態を検出するための信号伝送部の構成が煩雑にならず、取り扱い易くて誤接続等のおそれのない可撓性電子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、本発明の可撓性電子内視鏡装置は、ビデオプロセッサに接続されるコネクタが設けられた電子内視鏡のフレキシブルな挿入部可撓管に、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を有する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配置され、各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量を電気信号に変換してその大きさから各曲がり検出部が位置する部分における挿入部可撓管の屈曲状態を検出し、その屈曲状態をモニター画面に表示するようにした可撓性電子内視鏡装置において、各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量を電気信号に変換する光電変換手段を電子内視鏡内に配置して、挿入部可撓管の屈曲状態検出に係わる電気信号をコネクタとビデオプロセッサとの間で授受するようにしたものである。
【００１０】
なお、複数の曲がり検出用光ファイバーからパラレルに出力される信号をシリアル化するための信号変換手段が電子内視鏡に配置されていて、その信号変換手段から出力されるシリアル信号がコネクタからビデオプロセッサに送られるようにしてもよい。
【００１１】
【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は電子内視鏡の全体構成を示し、図２はその挿入部可撓管１の先端部分を示している。
【００１２】
操作部２の下端に挿入部可撓管１の基端が連結され、挿入部可撓管１の先端には、図２に示されるように、観察窓１１、照明窓１２、処置具突出口１３等が配置された先端部本体４が連結されている。
【００１３】
そして、図１に示される照明用ライトガイド９から射出された照明光が照明窓１２から被写体に照射され、その像が観察窓１１内に配置された対物光学系（図示せず）により固体撮像素子３の撮像面に結像して内視鏡観察像になる。
【００１４】
挿入部可撓管１には、複数の曲がり検出用光ファイバー２１が配置されたフレキシブルな合成樹脂製の帯状部材２０が取り付けられており、複数の曲がり検出用光ファイバー２１は図２に示されるように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。
【００１５】
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個程度配置されている。
【００１６】
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２１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。
【００１７】
操作部２から延出する連結可撓管５の先端には、信号コネクタ６１とライトガイドコネクタ６２とが平行に突設されたコネクタ６が取り付けられており、固体撮像素子３から出力された撮像信号を処理する撮像信号処理回路６３がコネクタ６に内蔵されている。
【００１８】
また、曲がり検出用光ファイバー２１の両端部が接続された光信号入出力装置３０のうち、少なくとも各曲がり検出用光ファイバー２１に光を入射させる発光ダイオード３１と、各曲がり検出用光ファイバー２１から射出される光を光電変換して電気信号を出力するフォトダイオード３３等がコネクタ６内に配置されている。
【００１９】
信号コネクタ６１は、図３に示されるビデオプロセッサ７のコネクタ受けに接続されるものであって、撮像信号処理回路６３と光信号入出力装置３０とに接続された電気信号線の接点が配置されている。また、ライトガイドコネクタ６２はビデオプロセッサに併設された光源部７１に接続されるものであって、ライトガイド９の入射端部が配置されている。
【００２０】
図３は、電子内視鏡のコネクタ６が接続された状態のビデオプロセッサ７を示しており、全体の処理動作を制御するシステム制御部７６の他に、撮像信号処理回路６３から送られてくる撮像信号を処理して、内視鏡観察像の映像信号を観察画像用モニター８に送り出すための、前段信号処理回路７２、画像メモリ７３、映像信号処理回路７４及びタイミング制御部７５等が設けられている。７７は前面パネルスイッチ、７８はキーボードである。
【００２１】
ビデオプロセッサ７から出力された内視鏡観察像の映像信号は観察画像用モニター８に送られ、前述の観察窓１１を通して得られる内視鏡観察像の画像が観察画像用モニター８に表示される。
【００２２】
一方、光信号入出力装置３０から出力された電気信号はシステム制御部７６を経てコンピュータ４０に送られる。そのコンピュータ４０には、ブラウン管又は液晶等を用いて画像表示を行う挿入状態表示用モニター４１が接続されている。
【００２３】
このような装置を用いることにより、曲がり検出用光ファイバー２１の曲がり検出部２２が配置された部分の曲がり角度をコンピュータ４０において検出することができる。その原理については、米国特許第５６３３４９４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。
【００２４】
図４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。
【００２５】
すると、図５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２１ａ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。
【００２６】
逆に、図６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２１ａ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
そして、図７に略示されるように、上述のような曲がり検出部２２と並列にさらに第２の曲がり検出部２２′を配置して、横に並んだ二つの曲がり検出部２２，２２′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、左右方向の捩じれ量に応じて双方の光伝達量の差が大きくなる。
【００３０】
したがって、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。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。
【００３１】
そこで、複数の曲がり検出部２２を挿入部可撓管１の軸線方向に所定の間隔で配置すると共に、それと並列に第２の複数の曲がり検出部２２′を配置して、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挿入部可撓管１全体の三次元の屈曲状態を検出することができる。
【００３２】
本実施例の可撓性電子内視鏡装置においては、図８に示されるように、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２２′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。
【００３３】
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２１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。
【００３４】
図９は、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２１，２１′，２１Ｒに入射される。３２は、発光ダイオード３１の駆動回路である。
【００３５】
そして、各光ファイバー２１，２１′，２１Ｒ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ビデオプロセッサ７のシステム制御部７６に送られる。
【００３６】
前述のように、このうちの少なくとも発光ダイオード３１とフォトダイオード３３はコネクタ６に内蔵されており、駆動回路３２、アンプ３４及びアナログデジタル変換器３５はコネクタ６とビデオプロセッサ７のどちら側に配置されていてもよい。
【００３７】
このように構成された可撓性電子内視鏡装置の挿入部可撓管１が体内に挿入される際には、図１０に示されるように、挿入部案内部材５０が体内への入口部分（例えば口又は肛門）に取り付けられて、挿入部可撓管１はその挿入部案内部材５０内を通される。
【００３８】
そこで、挿入部案内部材５０に挿入部可撓管１の挿入長（即ち、挿入部案内部材５０に対する通過長）Ｌを検出するためのエンコーダ６０等が設けられていて、エンコーダ６０からの出力信号がコンピュータ４０に送られるようになっている。
【００３９】
図１１は、そのような挿入部案内部材５０の一例を示しており、圧縮コイルスプリング５２によって付勢された複数の回転自在な球状部材５１が、挿入部可撓管１を周囲から挟み付ける状態に配置されている。
【００４０】
したがって、各球状部材５１は挿入部可撓管１の挿入長Ｌに比例して回転し、球状部材５１のうちの一つに、挿入部可撓管１の挿入長Ｌに比例する数のパルスを出力するエンコーダ６０が連結されている。
【００４１】
ただし、挿入部案内部材５０における挿入部可撓管１の挿入長Ｌの検出は、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の表面からの光反射等を利用してもよく、その他の手段によっても差し支えない。
【００４２】
このようにして、図１０に示されるように、コンピュータ４０には光信号入出力装置３０とエンコーダ６０から挿入部可撓管１の屈曲状態検出信号と挿入長検出信号が入力し、挿入部案内部材５０の画像５０′と、挿入部可撓管１の屈曲状態を示す画像１′が挿入状態表示用モニター４１に表示される。
【００４３】
このとき、挿入部案内部材５０の画像５０′の表示位置を挿入状態表示用モニター４１上において固定し、それより前方に挿入された部分の挿入部可撓管１の屈曲状態を示す画像１′を、挿入部可撓管１の変化に合わせてリアルタイムで変化させることにより、体内における挿入部可撓管１の状態を容易に把握することができる。
【００４４】
図１２は、そのような画像を挿入状態表示用モニター４１に表示させるためのコンピュータ４０のソフトウェアの内容の概略を示すフロー図であり、図中のＳはステップを示す。
【００４５】
挿入状態表示用モニター４１に正確な屈曲状態を表示させるためには、まず挿入部可撓管１を体内に挿入する前に、実際に用いられる内視鏡の挿入部可撓管１の屈曲角度と曲がり検出用光ファイバー２１から得られる検出信号とを対比させるキャリブレーションを行っておくことが好ましい（Ｓ１）。
【００４６】
そして、挿入部可撓管１を体内に挿入したら、エンコーダ６０から挿入部可撓管１の挿入長Ｌの検出信号を入力して（Ｓ２）、挿入部案内部材５０が挿入部可撓管１のどの位置にあるかを算出する（Ｓ３）。
【００４７】
次いで、各曲がり検出用光ファイバー２１からの検出信号Ｖ₁…を入力して（Ｓ４）、その検出信号Ｖ₁…をキャリブレーションデータに基づいて曲がり角度に変換し（Ｓ５）、各曲がり検出部２２部分の曲がり角度から、三次元座標上における各曲がり検出部２２の位置を算出する（Ｓ６）。
【００４８】
そして、挿入状態表示用モニター４１において挿入部案内部材５０の像５０′の位置を動かさないようにして、各曲がり検出部２２の位置を滑らかに結んで表示することにより挿入部可撓管１の屈曲状態が表示され（Ｓ７）、Ｓ２へ戻ってＳ２〜Ｓ７を繰り返す。
【００４９】
このような表示を行う際、挿入状態表示用モニター４１における表示は二次元画像であるが、各曲がり検出部２２の位置についての三次元データが得られているので、任意の回転方向における挿入部可撓管１の屈曲状態を表示させることができる。
【００５０】
なお、挿入部案内部材５０の球状部材５１から挿入部可撓管１の軸線周りの回転方向を検出して、挿入部可撓管１の軸線周りの回転量に対応して挿入状態表示用モニター４１の表示像を回転させれば、挿入状態表示用モニター４１に患者の身体の向きが固定されたかのごとく画像表示させることができる。
【００５１】
また、図３に示されるように、挿入部可撓管１が挿入されている臓器の模式図４２を挿入状態表示モニター４１に表示すれば、臓器に対する挿入部可撓管１の屈曲状態を表示して確認することができる。
【００５２】
図１３と図１４は、本発明の第２の実施例の電子内視鏡とビデオプロセッサ７を示しており、複数の曲がり検出用光ファイバー２１からパラレルに出力されてフォトダイオード３３で電気信号化された信号をシリアル化するためのパラレルシリアル信号変換回路３６をコネクタ６内に設けたものである。このようにすることにより、信号コネクタ６１に設ける接点数を大幅に減らすことができる。
【００５３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、第１の実施例においてコンピュータ４０により行われている演算等をビデオプロセッサ７内で行ってもよく、その演算をビデオプロセッサ７における映像信号処理タイミングの隙間（垂直ブランキング期間等）を利用して行えば、映像信号処理のためのハードウェアを利用して演算を行うことができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量を電気信号に変換する光電変換手段を電子内視鏡内に配置して、挿入部可撓管の屈曲状態検出に係わる信号を電子内視鏡のコネクタからビデオプロセッサに送るようにしたことにより、挿入部可撓管の屈曲状態検出に係わる信号伝送部の構成が煩雑にならず、取り扱い易くて誤接続等のおそれもなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の電子内視鏡の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施例の電子内視鏡の挿入部可撓管の先端付近の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施例の可撓性電子内視鏡装置の全体構成（挿入部案内部材を除く）を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１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。
【図５】本発明の第１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。
【図６】本発明の第１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。
【図７】本発明の第１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。
【図８】本発明の第１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。
【図９】本発明の第１の実施例の光信号入出力装置の回路図である。
【図１０】本発明の第１の実施例の可撓性電子内視鏡装置の使用状態の全体構成を示す略示図である。
【図１１】本発明の第１の実施例の挿入部案内部材の正面断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施例のコンピュータのソフトウェアの内容を略示するフロー図である。
【図１３】本発明の第２の実施例の電子内視鏡の構成図である。
【図１４】本発明の第３の実施例の可撓性電子内視鏡装置の全体構成（挿入部案内部材を除く）を示すブロック図である。
【符号の説明】
１挿入部可撓管
６コネクタ
７ビデオプロセッサ
８観察画像用モニター
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
３１発光ダイオード
３２駆動回路
３３フォトダイオード
３６パラレルシリアル信号変換回路
４０コンピュータ
４１挿入状態表示用モニター
６１信号コネクタ

Claims

ビデオプロセッサと、上記ビデオプロセッサに接続されるコネクタが可撓性連結管の先端に設けられた電子内視鏡とを備えた可撓性電子内視鏡装置であって、フレキシブルな挿入部可撓管に、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を有する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配置され、上記各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量を電気信号に変換してその大きさから上記各曲がり検出部が位置する部分における上記挿入部可撓管の屈曲状態を検出し、その屈曲状態をモニター画面に表示するようにした可撓性電子内視鏡装置において、
上記複数の曲がり検出用光ファイバー全部に光を入射させるための発光ダイオードと、上記複数の曲がり検出用光ファイバーの各射出端から出力される光の強度レベルを電気信号に変換して出力するフォトダイオードとが、共に上記コネクタ内のみに配置されていて、上記挿入部可撓管の屈曲状態検出に係わる電気信号が上記コネクタと上記ビデオプロセッサとの間で授受されるようにしたことを特徴とする可撓性電子内視鏡装置。
上記フォトダイオードから上記複数の曲がり検出用光ファイバーの数に対応してパラレルに出力される信号をシリアル化するための信号変換手段が上記コネクタ内に配置されていて、その信号変換手段から出力されるシリアル信号が上記コネクタから上記ビデオプロセッサに送られる請求項１記載の可撓性電子内視鏡装置。