JP4744595B2 - 内視鏡外科手術器具 - Google Patents

Description

本発明は、患者の体腔内で治療を行う際に使用する内視鏡外科手術器具に関する。

従来、内視鏡下で外科手術を行う際には、体腔内を観察する硬性の内視鏡を挿入する専用のポートを体壁に設けていた。内視鏡下の外科手術においては、一つの決められたポートから硬性内視鏡を挿入するので、体腔内での視野変更はポートを支点にして硬性の内視鏡を傾けることで行われており、観察可能な視野が限られていた。ここで、多方向から観察するためには、視点の数だけ内視鏡を体腔に挿入する必要があるので、患者への侵襲が拡大する。また、術中の内視鏡操作はスコピストによって行われており、術者の意思がスコピストに伝わり難いという問題があった。また、術中に内視鏡によって提供される観察像は術者本位の画像であるので、助手はオリエンテーションが取り難かった。

このような課題を解決する従来の技術としては、処置具を挿通可能なガイドシャフトに撮像装置を固定し、撮像装置をガイドシャフトからオフセットさせた器具がある（例えば、特許文献１参照）。トラカールを介してガイドシャフトを体腔内に挿入すると、内視鏡専用のポートが不要になる。撮像装置をガイドシャフトからオフセットさせているので、ガイドシャフトの軸線方向とは異なった角度から観察が可能になる。さらに、ガイドシャフトを傾けることで撮像装置の観察視野を変更できる。また、この種の器具は、手術で使用する全ての処置ポートで使用可能であるので、処置ポート以外の侵襲を増やすことなく複数の視点が得られる。また、助手専用の視野が得られるので、ハンドアイコーディネーションが得られる。
米国特許第６６４８８１６号明細書

このように、従来の器具では、撮像装置の視野は常に処置具の先端に向けられているが、実際の手術では、縫合などのように狭い範囲で細かい作業を行う場合には、作業中に処置をするため、ガイドシャフトに挿通させた鉗子を傾斜させるとガイドシャフトに固定された撮像装置も同様に傾斜する。撮像装置が傾斜すると観察像が動いてしまうので、作業し難くなることがあった。また、処置具の先端部を処置部分に残したままで、観察視野外に存在する別の対象部位、例えば視野外の臓器の牽引状態などを確認できなかった。また、特許文献１に開示されている器具は、処置具の挿入方向の軸線と撮像装置の撮像視野の方向を示す軸線とのなす角度が予め決められており、作業中に変更できない。このため、作業状況によっては、作業部位が死角になることがあり、最適な視野を提供し続けることは困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、治療の間に最適な視野が得られるようにすることを主な目的とする。

請求項１に係る発明は、生体の体壁を貫通して体腔内に手術器具を誘導する中空のガイド部材に撮像装置を設けた内視鏡外科手術器具において、前記ガイド部材が体壁を通る部分を支点として体壁に対して傾いた場合に、前記ガイド部材の傾き変化量を検出する検出装置と、傾き変化量から前記ガイド部材の傾斜に伴って移動する前記撮像装置の移動量を演算して前記ガイド部材を傾ける前後で前記撮像装置からの観察像が維持されるように補正する補正装置とを有することを特徴とする内視鏡外科手術器具とした。
この内視鏡外科手術器具は、ガイド部材に対して撮像装置が相対的に移動自在に構成されており、補正装置の制御によってガイド部材を傾斜させた後でも、傾斜前の観察像が得られるようにする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内視鏡外科手術器具において、前記ガイド部材を傾斜させる前後で前記撮像装置の位置と光軸方向が略一致するように前記撮像装置の移動量を演算する演算部と、前記演算部の演算結果に応じて前記撮像装置を移動させる駆動装置とを有することを特徴とする。
この内視鏡外科手術器具は、例えば、演算部で撮像装置の位置や旋回量を移動量として演算し、駆動装置で撮像装置を移動させる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内視鏡外科手術器具において、前記駆動装置は、一端部が前記ガイド部材に回動自在に取り付けられ、他端部が前記撮像装置に回動自在に取り付けられて、一端部から他端部に至るまでの長さを伸縮可能な連結部材を有することを特徴とする。
この内視鏡外科手術器具は、ガイド部材に対して連結部材を回動させると共に、連結部材の長さを変化させて撮像装置の位置を調整する。さらに、撮像装置を連結部材に対して回動させることで、撮像装置の視野方向を調整する。

請求項４に係る発明は、請求項２に記載の内視鏡外科手術器具において、前記駆動装置は、一端部が前記ガイド部材に回動自在に取り付けられ、他端部が前記撮像装置に固定され、一端部から他端部に至るまでの長さを伸縮可能な連結部材を有し、前記補正装置は、前記撮像装置で撮像される画像の表示範囲を前記撮像装置の位置が変化する前後で略一致するように変化させる画像処理部を有することを特徴とする。
この内視鏡外科手術器具は、ガイド部材に対して連結部材を回動させると共に、連結部材の長さを変化させて撮像装置の位置を調整する。さらに、撮像装置から取り込んだ画像を画像処理して表示範囲を変更し、表示装置に表示する観察像をガイド部材の傾斜の前後で維持させる。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載の内視鏡外科手術器具において、前記ガイド部材を傾斜させる前後で前記撮像装置の光軸方向が略一致するように前記撮像装置の移動量を演算する演算部と、前記演算部の演算結果に応じて前記撮像装置を移動させ、かつ前記撮像装置の視野角を変化させる駆動装置とを有することを特徴とする。
この内視鏡外科手術器具は、演算部で撮像装置の位置を演算して、駆動装置で撮像装置を移動させる。さらに、駆動装置を駆動させて、撮像装置の視野を変化させ、ガイド部材の傾斜の前後で維持させる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の内視鏡外科手術器具において、前記駆動装置は、一端部が前記ガイド部材に固定され、他端部が前記撮像装置に回動自在に取り付けられて、一端部から他端部に至るまでの長さを伸縮可能な連結部材を有し、前記補正装置は、前記ガイド部材の傾斜に伴って撮像装置が移動する前後で前記撮像装置の光軸が略一致するように前記連結部材を駆動させ、かつ前記撮像装置の視野角を変更させることで前記撮像装置の移動の前後で観察像が維持されるように構成したことを特徴とする。
この内視鏡外科手術器具は、連結部材の長さを変化させて撮像装置の位置を調整する。さらに、撮像装置を連結部材に対して回動させると共に視野角を変更して撮像装置の視野方向を調整する。

請求項７に係る発明は、請求項５に記載の内視鏡外科手術器具において、前記駆動装置は、一端部が前記ガイド部材に固定され、他端部に前記撮像装置が固定され、一端部から他端部に至るまでの長さを伸縮可能な連結部材を有し、前記補正装置は、前記ガイド部材の傾斜に伴って撮像装置が移動する前後で前記撮像装置の光軸が略一致するように前記連結部材を駆動させ、かつ前記撮像装置の視野角と、前記撮像装置で取得した画像の表示範囲を変更することで前記撮像装置の移動の前後で観察像が維持されるように構成したことを特徴とする。
この内視鏡外科手術器具は、連結部材の長さを変化させて撮像装置の位置を調整する。撮像装置の視野角を変更して撮像装置の視野方向を調整する。さらに、撮像装置から取り込んだ画像を画像処理して表示範囲を変更し、表示装置に表示する観察像をガイド部材の傾斜の前後で維持させる。

請求項８に係る発明は、請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の内視鏡外科手術器具において、検出装置は、加速度センサであることを特徴とする。
この内視鏡外科手術器具は、加速度センサの出力が傾き変化量によって異なることに着目したもので、加速度センサの出力の変化量に応じて撮像装置の位置を制御する。

請求項９に係る発明は、請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の内視鏡外科手術器具において、検出装置は、前記撮像装置の視野内の任意の点の移動量により算出するように構成したことを特徴とする。
この内視鏡外科手術器具は、ガイド部材を傾斜させると、撮像装置で撮像してる画像中の所定箇所が移動するので、その移動量を演算することでガイド部材の傾き変化量を算出する。

本発明によれば、撮像装置で取得して術者に提供される観察像が補正装置の処理によってガイド部材を傾斜させる前後で維持されるので、作業中の観察像のブレを防止できる。さらに、作業部位が死角になり難くなる。これらのことから、体腔内での作業が容易になる。

第一の実施形態に係る内視鏡外科手術器具の概略構成を示す図である。 ガイド部材を傾斜させる前後で撮像装置の位置を略一致させるときの撮像装置の移動量を演算する過程を説明するための図である。 図２を局所的な座標系で表示した図である。 撮像装置の視野内の点がガイド部材の傾斜によって移動する様子を説明する図である。 ガイド部材を傾斜させたときに、撮像装置の光軸方向が略一致するように撮像装置を旋回させる旋回量を演算する過程を説明するための図である。 第二の実施形態に係る内視鏡外科手術器具の概略構成を示す図である。 ガイド部材を傾斜させた後で、観察像が略一致させた状態を示す図である。 第三の実施形態に係る内視鏡外科手術器具の概略構成を示す図である。 ガイド部材を傾斜させる前後で撮像装置の移動量を演算する過程を説明するための図である。 ガイド部材を傾斜させたときに、撮像装置の光軸方向が略一致するように撮像装置の視野角及びピントを調整する過程を説明するための図である。 硬性鏡を併用した場合の観察像の表示例である。 検出装置として加速度センサを用いた構成を示す図である。

符号の説明

１ 内視鏡外科手術器具
３ プロセッサー（補正装置、検出装置）
３ａ 信号処理装置（演算部）
３ｅ 画像処理部
４ 表示装置
１０ 中空シャフト（ガイド部材）
１１ 連結部材（駆動装置）
１４，１４ａ，１４ｂ 撮像装置
４０ 光学ズーム機構（駆動装置）
５０ 加速度センサ（検出装置）

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、各実施の形態で同一の構成要素には同じ符号を付してある。また、重複する説明は省略する。

（第一の実施形態）
図１は、本発明の全体図を示す。内視鏡外科手術器具１は、内視鏡外科手術用トラカール２と、補正装置であるプロセッサー３と、表示装置４と、手術器具である処置具５とを含んで構成される。なお、プロセッサー３は、後述するように内視鏡外科手術用トラカール２の傾斜角度を検出する検出装置としても機能する。

内視鏡外科手術用トラカール２は、体壁Ｗ１を貫通する中空シャフト１０を有するガイド部材である。中空シャフト１０の基端部１０ａは、拡径されている。この基端部１０ａは、体外で使用される部分であり、術者からみて近位端となる。体内に挿入される中空シャフト１０の先端部（遠位端）１０ｂには、連結部材１１が連結ピン１２で取り付けられている。連結部材１１は、不図示のモータによって連結ピン１２回りに回動自在である。連結部材１１は、連結ピン１２側の本体部１１ａと、本体部１１ａに摺動自在に挿入されたスライダ１１ｂとを有する入れ子式構造になっている。連結部材１１は、本体部１１ａに対するスライダ１１ｂの突出量を制御することで、連結部材１１の長さ（伸縮量）を変化できる駆動装置である。連結部材１１の伸縮量の制御には、例えば、不図示のモータを使用できる。本体部１１ａから突出するスライダ１１ｂの先端部には、連結ピン１３によって観察デバイスである撮像装置１４が回動自在に取り付けられている。

撮像装置１４は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）や、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの画像撮影素子を有し、出力信号が有線又は無線によってプロセッサー３に入力される。撮像装置１４には、さらに照明装置として発光ダイオード又はライドガイドケーブルを設けても良い。撮像装置１４は、モーター(図示せず)により連結ピン１３回りに回動自在である。なお、連結ピン１２回りに連結部材１１を回動させる構成に代えて、中空シャフト１０に対して連結部材１１が湾曲する構成でも良い。

プロセッサー３は、撮像装置１４からの信号を処理する演算部である信号処理装置３ａと、連結部材１１の突出量、連結ピン１２を軸とした連結部材１１の回転量、及び連結ピン１３を軸にした撮像装置１４の回転量を演算する制御回路３ｂと、連結部材１１を回動させるモータなどを実際に駆動させる駆動装置である駆動回路３ｃとを有する。信号処理装置３ａは、中空シャフト１０が体壁Ｗ１を通る部分の略中心を支点Ｏとして傾いた場合に、中空シャフト１０の傾き量を観察視野内の任意の点Ｂの移動量から算出する傾き検出部３ｄを有している。制御回路３ｂは、傾き検出部３ｄで算出された傾き量を用いて、中空シャフト１０を傾ける前後で撮像装置１４が略同一位置になる連結部材１１の旋回量と伸縮量を演算する。さらに、制御回路３ｂは、任意の点を略同一方向から撮像する撮像装置１４の旋回量を演算した後、駆動回路３ｃに信号を送る。駆動回路３ｃは、連結部材１１を旋回及び伸縮させると共に、撮像装置１４を旋回させる。

処置具５は、術者が操作する操作部２１から、硬質の挿入部２２が延びており、内視鏡外科手術用トラカール２に交換自在に挿入される。挿入部２２の先端部には、処置部２３が設けられている。この実施形態における処置具５は、処置部２３が一対の把持部材２４を開閉自在に備える把持鉗子である。処置具５は、把持鉗子に限定されず、他の処置具でも良い。操作部２１は、一対の把持部材２４を開閉させるハンドル２５，２６を有する。さらに、連結部材１１を旋回伸縮させるモータと、撮像装置１４を旋回させるモータと、撮像装置１４の視野角変更とを操作する操作デバイス２７が設けられており、撮像装置１４の視野を自在に操作できる。操作デバイス２７としては、ボタンや、スイッチなどがあげられる。

この実施形態の作用について説明する。
術者は、内視鏡外科手術用トラカール２を体腔Ｗ２内に挿入するときに、操作デバイス２７を操作して、中空シャフト１０と連結部材１１と撮像装置１４とを同軸上に配置する。このとき、制御回路３ｂは、操作デバイス２７からの信号を受けて、中空シャフト１０、連結部材１１、及び撮像装置１４が同軸上に並ぶ回動角度を演算し、駆動回路３ｃでモータを駆動させる。内視鏡外科手術用トラカール２が略一直線状になることで、処置ポートの径を従来よりも大幅に太くすることなく、体内に挿入することが可能になる。

体腔Ｗ２内の画像は、内視鏡外科手術用トラカール２の撮像装置１４が取得する。このため、硬性鏡挿入用のポートが不要になる。複数の処置具を使用するときには、複数の処置ポートが使用されるので、これら処置ポートのそれぞれに内視鏡外科手術用トラカール２を挿入すると、多視点からの観察が可能になる。さらに、内視鏡外科手術用トラカール２を助手用ポートに挿入すると、助手専用の視点を得ら、助手のハンドアイコーディネーションが取り易くなる。なお、１つの内視鏡外科手術用トラカール２に複数の撮像装置１４を設けると、より広範囲な観察と多視点からの観察とが可能となる。

中空シャフト１０が体壁Ｗ１を支点Ｏとして傾いた場合は、傾き検出部３ｄは、観察視野中の任意の点Ｂの移動量から中空シャフト１０の傾き量を算出する。以下に、傾き量の算出手順を説明する。図２及び図３は、傾き量の算出手法を模式的に示した説明図である。図２において、中空シャフト１０を傾ける前の撮像装置１４の位置をＡ１とし、このときの光軸上のピント位置をＣとする。中空シャフト１０を角度α（＝∠Ａ１ＯＡ２）だけ傾け、連結部材１１の旋回伸縮や撮像装置１４の旋回は実施しないと、撮像装置１４の位置は、支点Ｏを中心とする円弧上を移動する。このときの撮像装置１４の位置をＡ２とし、光軸上のピント位置をＤとする。図３には、ベクトルＯＡ１をＸ軸にとり、Ｏを原点としＸ軸に垂直する軸をＹ軸にした局所座標系が採用されている。

支点Ｏと撮像装置１４の位置Ａ１を結ぶ線分と、位置Ａ１と撮像装置１４の光軸上のピント位置Ｃを結ぶ線分とがなす角度βは既知量であり、撮像装置１４を傾ける前後で変化しない。つまり、β＝∠ＯＡ１Ｃ＝∠ＯＡ２Ｄになる。
ここで、観察視野（撮像範囲）内の任意の点Ｂにおいて、撮像装置１４を傾ける前の光軸からの視野角をθ１（＝∠ＢＡ１Ｃ）とする。任意の点Ｂにおいて撮像装置１４を傾けた後（図３における点Ｂ´）の光軸からの視野角をθ２（＝∠Ｂ´Ａ２Ｄ）とする。

任意の点Ｂの座標を（ＸＢ，ＹＢ）とすると、点ＢのＹ座標であるＹＢは、以下の２通りの式のそれぞれから算出できる。

ただし、Ｔ＝π−β−θ１、Ｓ＝π−β−θ２。

ここで、点Ｂの座標（ＸＢ，ＹＢ）は、撮像装置１４のピント位置Ｃを検出すれば、ピント位置Ｃの座標とピント位置Ｃからの距離及び方向によって画像処理等によって算出できるので、既知の値として取り扱える。さらに、任意の点Ｂの撮像装置１４を傾ける前の光軸からの視野角θ１も既知となる。したがって、視野角θ２が与えられれば、これら２式から中空シャフト１０の傾き変化量αが得られる。

つまり、中空シャフト１０を傾けると、図４に矢印で示すように、表示装置４の表示画面４ａ上で点Ｂに相当する像が移動するので、画面表示された任意の点Ｂの移動量及び移動方向により、光軸からの視野角の増加量を検出し、制御回路３ｂがθ２を算出する。そして上記関係式を用いてαについて解き、傾き量を求める。よって、傾き変化量αは、任意の点Ｂの移動量及び移動方向から求めることができる。

傾き検出部３ｄが傾き変化量αを算出したら、制御回路３ｂは、傾き変化量αに基づいて撮像装置１４の位置が中空シャフト１０を傾ける前後で略同一になるように連結部材１１の旋回量と伸縮量とを演算する。さらに、制御回路３ｂは、点Ｂを略同一方向から撮像するような撮像装置１４の旋回量を演算し、演算結果を駆動回路３ｃに送る。駆動回路３ｃは、演算結果に応じて連結部材１１を旋回伸縮させ、撮像装置１４を旋回させる。

図５には、連結部材１１の旋回量及び伸縮量と、撮像装置１４の旋回量の算出手法が模式的に示されている。図５は、図３と同一の局所座標系を採用している。中空シャフト１０を傾ける前の連結部材１１の連結ピン１２（旋回部）の位置をＣ１、傾けた後の位置をＣ２とする。なお、支点Ｏから位置Ｃ１までの距離は既知量でＮである。支点Ｏと位置Ｃ１（又は位置Ｃ２）とを結ぶ線分と、位置Ｃ１（又は位置Ｃ２）と撮像装置１４の位置Ａ１（又は位置Ａ２）とを結ぶ線分のなす角β１は、β１＝∠ＯＣ１Ａ１＝∠ＯＣ２Ａ２で既知量である。連結部材１１に対する視野方向φ（φ＝∠Ｃ１Ａ１Ｃ＝∠Ｃ２Ａ２Ｄ）は、体腔Ｗ２に挿入した後で、中空シャフト１０を傾斜させる前にプロセッサー３で制御された値であって既知量である。同様に、支点Ｏと撮像装置１４を傾ける前の位置Ａ１とを結ぶ線分と、中空シャフト１０の軸線とのなす角γ（γ＝∠Ａ１ＯＣ１）は、中空シャフト１０を傾斜させる前の既知量である。さらに、内視鏡外科手術用トラカール２を傾ける前の連結部材１１の長さＭ１（線分Ｃ１Ａ１の長さ）は、中空シャフト１０を傾斜させる前の既知量である。

中空シャフト１０を傾ける前後で視野が一致するように連結部材１１を移動させると、連結部材１１の長さや旋回角度が変化する。このときの連結部材１１の長さをＭ２とする。同様に、中空シャフト１０と連結部材１１とのなす角（旋回角度）をβ２とする。この場合に、Ｍ２、β２は、以下のように表せる。

連結部材１１の旋回量は、β１−β２で算出される。連結部材１１の伸縮量は、Ｍ２−Ｍ１で算出される。撮像装置１４の旋回量は、α−β１十β２で算出される。これらの値は、中空シャフト１０の傾き変化量αを変化量とする関係式から得られ、中空シャフト１０の傾き変化量αが分かれば、任意の点を略同―方向から略同一位置に撮像し、表示装置４に表示させるように撮像装置１４の位置を制御できる。
よって、中空シャフト１０が体壁Ｗ１を支点Ｏとして傾いた場合にも、撮像装置１４は殆ど影響を受けず、観察像を維持した状態観（観察像が略一致した状態）を保てる。また、処置具５の操作デバイス２７によって、独立して視野変更が可能であるので、使用者は処置具５から手を放すこと無く視野変更操作ができる。

本実施形態では、撮像装置１４をトラカール（中空シャフト１０）に回動自在に設け、体腔Ｗ２内に挿入するときには撮像装置１４を中空シャフト１０の挿入軸に略平行に配置するようにしたので、処置ポートの径を大幅に太くすることなく体腔Ｗ２内に挿入できる。さらに従来必須とされていた内視鏡用ポートが不要になるので患者への侵襲が縮小され、早期回復が実現される。中空シャフト１０に撮像装置１４を設けることで、処置ポート以外の侵襲を増やさずに体腔Ｗ２内に複数の視点を得ることができる。死角が減って対象部位の形状把握が容易になる。安全な処置が実現されるので、手術時間を短縮できる。助手専用の視点を設けることが可能になるので、助手のハンドアイコーディネーションが取り易くなる。そのため、術者と助手の連携が容易になり手術時間を短縮できる。

さらに、この内視鏡外科手術器具１を使用すると、処置ポートを通して観察が可能な範囲に制限が無くなる。内視鏡外科手術器具１に操作デバイス２７を設けたので、撮像装置１４の視点と視野の変更を内視鏡外科手術用トラカール２の使用者が処置具５の操作から手を放さずに自由に観察視野を変更できる。よって、従来のようなスコピストとの連携が不要となり、かつ、処置に最も適した視野を得られる。手術時間を短縮できると共に、安全な処置を実現できる。操作デバイス２７を操作することで、処置具の動きとは独立して視野変更が可能であるので、例えば処置具５の先端部を動かすことができない状態においても、処置部分以外の範囲を観察可能になり、より安全な処置を行えるようになる。
また、内視鏡外科手術用トラカール２が体壁Ｗ１を支点として傾いた場合においても、観察像がずれることは無い。縫合などの小さい範囲における細かい処置をする場合に、操作性が向上して安全な処置、及び手術時間の短縮化を実現できる。

（第二の実施形態）
図６及び図７は、本実施形態の装置構成を示す。
図６に示すように、内視鏡外科手術器具１は、駆動装置を構成する連結部材１１に固定された撮像装置１４ａを有する。撮像装置１４ａは、視野角を変更可能な光学系と、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）や、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの画像撮影素子を有し、その出力信号は有線又は無線によってプロセッサー３に入力される。撮像装置１４ａの視野角（画角）ψ１は、撮像範囲２９に相当する視野角（画角）ψ２に対して十分に広い。プロセッサー３は、画像処理部３ｅを有し、観察装置１４ａで取得した画像の表示範囲を画像処理（デジタルズーム機能）によって任意に変更可能に構成されている。なお、表示範囲の変更は、操作デバイス２７（図１参照）によって行うことができる。

この実施形態の作用について説明する。
最初に、撮像装置１４ａを広角の視野角ψ１で使用したときの最大の撮像範囲２９を表示装置４に表示させる。図７に示すように、内視鏡外科手術用トラカール２が支点Ｏを中心にして傾き変化量αだけ傾いた場合に、撮像範囲２９内の任意の対象表示部Ａを表示させたいときには、術者は、表示装置４に表示される領域を観察しながら操作デバイス２７（図６参照）を用いて観察視野の視野方向変更とズーム変更を行う。これによって、撮像装置１４ａで取得され、表示装置４に表示される画像の表示範囲は、画角ψ２１に相当する画像に変化する。つまり、撮像装置１４ａの視野角を変化させた場合と同様の結果になり、表示装置４には、対象表示部Ａの画像が表示される。

よって、中空シャフト１０が体壁Ｗ１を支点Ｏとして傾いた場合にも、撮像装置１４ａは殆ど影響を受けず、観察像を維持した状態観（観察像が略一致した状態）を保てる。また、処置具５の操作デバイス２７によって、独立して視野変更が可能であるので、使用者は処置具５から手を放すこと無く視野変更操作ができる。

本実施形態では、撮像装置１４ａの表示範囲を調整することで、内視鏡外科手術用トラカール２を傾斜させる前後で殆ど変化しない表示画面が得られるようにしたので、機械的な補正手段が不要になる。したがって、装置構成を簡略化できる。その他の効果は、第一の実施形態と同様である。

ここで、この実施形態では、内視鏡外科手術用トラカール２が連結部材１１の軸線と中空シャフト１０の軸線とで定義される平面内で２次元的な移動をした場合には、撮像装置１４ａの光軸が一致する。これに対して、内視鏡外科手術用トラカール２を３次元的に移動させる場合には、連結部材１１に湾曲・収縮機能を設けると共に、撮像装置１４ａを回動させる機構を設けてプロセッサー３の処理によって撮像装置１４ａの位置を調整すれば撮像装置１４ａの光軸を一致させることができる。

なお、この実施形態に係る内視鏡外科手術用トラカール２では、術者が手動で撮像装置１４ａの表示範囲を調整するように構成されているが、プロセッサー３の処理によって自動的に撮像装置１４ａの表示範囲を一致するようにしても良い。この場合には、制御回路３ｂが連結部材１１の突出量、連結部材１１の回転量、撮像装置１４ａの回転量等を演算し、駆動信号を生成してモータなどを駆動させ、第１の実施形態と同様にして撮像装置１４ａの位置を移動させる。
また、手動による撮像装置１４ａの表示範囲の調整と、自動処理による撮像装置１４ａの撮像位置の調整とを切り替え可能に構成しても良い。切り替え用のスイッチやボタンを術者が操作し易い場所に設けると、処置の効率をさらに向上させることができる。

（第三の実施形態）
図８〜図１０は、本実施形態の内視鏡システムの構成を示す。
図８に全体構成を示すように、内視鏡外科手術器具１は、内視鏡外科手術用トラカール３２と、プロセッサー３と、表示装置４と、処置具５とを有する。

内視鏡外科手術用トラカール３２は、中空シャフト１０を有する。中空シャフト１０の基端部１０ａは、拡径されている。基端部１０ａは、体外で使用される部分であり、術者からみて近位端となる。体内に挿入される先端部（遠位端）には、駆動装置を構成する連結部材１１が取り付けられている。連結部材１１は、基端部３３が中空シャフト１０に固定された本体部１１ａと、本体部１１ａに摺動自在に挿入されたスライダ１１ｂとからなる入れ子式構造を有する。連結部材１１は、本体部１１ａからのスライダ１１ｂの突出量を制御することで、連結部材１１の長さ（伸縮量）を変化できる。連結部材１１の伸縮量の制御には、例えば、不図示のモータを使用できる。本体部１１ａから突出するスライダ１１ｂの先端部には、連結ピン１３によって撮像装置１４ｂが取り付けられている。撮像装置１４ｂは、モーター(図示せず)により連結ピン１３回りに回動自在で、内部の光学系で視野角を変更する光学ズーム機能４０（駆動装置）を有する。

プロセッサー３は、撮像装置１４からの信号を処理する演算部である信号処理装置３ａと、駆動量等を演算する制御回路３ｂと、モータなどを実際に駆動させる駆動装置である駆動回路３ｃとを有する。信号処理装置３ａは、中空シャフト１０が体壁Ｗ１を通る部分の略中心を支点Ｏとして傾いた場合に、中空シャフト１０の傾き量を観察視野内の任意の点Ｂの移動量から算出する傾き検出部３ｄを有している。制御回路３ｂは、傾き検出部３ｄで算出された傾き量を用いて、中空シャフト１０を傾ける前後で撮像装置１４ｂが略同一の光軸上に配置されるように連結部材１１の伸縮量を演算する。さらに、制御回路３ｂは、観察像が維持される視野角を演算する。駆動回路３ｃは、制御回路３ｂからの情報を受け取って連結部材１１を伸縮させ、撮像装置１４ｂを旋回させると共に光学ズーム機構４０を駆動させて視野角を変更する。

この実施形態の作用について説明する。
術者は、操作デバイス２７を操作して、中空シャフト１０と連結部材１１と撮像装置１４ｂとを同軸上に配置してから内視鏡外科手術用トラカール２を体腔Ｗ２内に挿入する。挿入後には、プロセッサー３の制御によって撮像装置１４ｂが所定位置に配置される。

中空シャフト１０が体壁Ｗ１を支点Ｏとして傾いた場合は、第一の実施形態と同様の手法で傾き検出部３ｄが中空シャフト１０の傾き変化量αを任意の点Ｂの移動量から算出する。
次に、制御回路３ｂは、傾き変化量αから撮像装置１４ｂを傾ける前の光軸の位置に略一致するように連結部材１１の伸縮量を演算する。さらに、任意の点Ｂを同―方向から撮像するように撮像装置１４ｂの旋回量を演算する。これらの演算結果は、駆動回路３ｃに送られる。駆動回路３ｃは、中空シャフト１０の伸縮と撮像装置１４ｂの旋回を駆動させる。また、制御回路３ｂは、観察像が維持されるように視野角を演算し、信号処置装置３ａによって視野角が変更される。

図９は、連結部材１１の伸縮量と撮像装置１４ｂの旋回量の算出手法を示した説明図である。図９では、図５と同一の座標系が採用されている。中空シャフト１０を傾ける前の連結部材１１の基端部３３の位置をＣ１、傾けた後の基端部３３の位置をＣ３とする。
支点Ｏと連結部材１１の基端部３３の位置Ｃ１（又は位置Ｃ３）を結ぶ線分と、位置Ｃ１（又は位置Ｃ３）と撮像装置１４ｂの位置Ａ１（又は位置Ａ２）とを結ぶ線分のなす角β１（β１＝∠ＯＣ１Ａ１＝∠ＯＣ２Ａ２）は既知量である。同様に、連結部材１１に対する視野方向φ（φ＝∠Ｃ１Ａ１Ｃ＝∠Ｃ２Ａ２Ｄ）は、既知量である。

さらに、中空シャフト１０を傾ける前後では、連結部材１１の長さＭ１（＝線分Ｃ１Ａ１＝線分Ｃ３Ａ２）は、変化しないので既知量である。
ここで、中空シャフト１０を傾けた後で、連結部材１１を伸縮させ、撮像装置１４ｂの光軸の位置を一致させるためには、線分Ｃ３Ａ２に相当する連結部材１１の長さを、中空シャフト１０を傾ける前の光軸ｎ１まで伸ばせば良い。このときの連結部材１１の長さをＭ３（＝Ｃ３Ａ３）とすると、交点Ａ３の座標（ＸＡ３，ＹＡ３）のうち、Ｙ座標は以下の２通りの式でそれぞれ算出することができる。

連結部材１１の伸縮量は、Ｍ３−Ｍ１で表せる。撮像装置１４ｂの旋回量は、αで表せる。これらの値は、中空シャフト１０の傾き変化量αを変化量とする関係式となり、中空シャフト１０の傾き変化量αが得られれば、撮像装置１４ｂを傾ける前の光軸上に撮像装置１４ｂを移動させ、同―方向から任意の点を撮像することが可能になる。

次に、図１０に視野角変更量の算出手法を模式的に示す。撮像装置１４ｂを傾ける前の視野角をψ１とし、撮像装置１４ｂを傾ける前のピント距離をＰ１とする。中空シャフト１０を傾斜させた後に連結部材１１を伸縮させ、中空シャフト１０を傾斜させる前の撮像装置１４ｂを光軸上に一致するように傾斜後の撮像装置１４を旋回させた位置をＡ３とし、位置Ａ３において観察像が同じになるように調整したときの視野角をψ３とする。視野角ψ３で観察像が維持されるピント距離をＰ３とすると、Ａ３の位置は既に算出されているので、φ３、Ｐ３は以下のように表される。

そして、視野角変更量は、ψ３−ψ１から演算される。このように演算される視野角変更量に応じて撮像装置１４ｂの位置を制御すると、体壁Ｗ１に挿入された部分を支点Ｏとして中空シャフト１０を傾けた場合にも、撮像装置１４ｂは影響を受けず、観察像を維持した状態（観察像が略一致した状態）を保つことができる。また、処置具５の操作デバイス２７により独立して視野変更が可能であるので、使用者は処置具５から手を放すことなく視野変更操作が可能である。このように、撮像装置１４ｂの視点と視野は、本装置の使用者によって操作されるのでスコピストが不要となる。

本実施形態では、第一の実施形態の効果の他に連結部材を旋回させる手段が不要であるため、体腔内での本発明の構成が単純になる。

ここで、図６に示すようにプロセッサー３に画像処理部３ｅを持たせてデジタルズーム可能に構成しても良い。この場合には、画像表示範囲を変更するように画像処理部３ｅでデジタルズームを行うことで、中空シャフト１０を傾斜させる前後で観察像を維持（略一致）させる。前述した効果と同様の効果が得られる。

なお、本発明は、前記した各実施形態に限定されずに広く応用できる。
例えば、図１１に示すように、表示装置４に表示される硬性鏡による全体画像４ｂに、撮像装置１４で撮影した画像４ｃをスーパーインポーズしても良い。撮像装置１４を従来の硬性鏡に対して補助的に使用することで、異なる視野や倍率で観察像が得られるので、医療行為が簡単になる。
傾き量を検出する検出装置として、センサを使用しても良い。センサとしては、例えば、図１２に示すように中空シャフト１０に取り付けた加速度センサ５０があげられる。この場合、図１に示すプロセッサー３の傾き検出部３ｄは、中空シャフト１０の傾きに対応して変化する加速度センサ５０の出力の重力方向の変化量を検出し、中空シャフト１０の傾きを検出する。

この発明に係る内視鏡外科手術器具は、患者の体腔に挿入して医療行為を実施する際に用いることが可能である。

Claims (9)

1. 生体の体壁を貫通して体腔内に手術器具を誘導する中空のガイド部材に撮像装置を設けた内視鏡外科手術器具において、前記ガイド部材が体壁を通る部分を支点として体壁に対して傾いた場合に、前記ガイド部材の傾き変化量を検出する検出装置と、傾き変化量から前記ガイド部材の傾斜に伴って移動する前記撮像装置の移動量を演算して前記ガイド部材を傾ける前後で前記撮像装置からの観察像が維持されるように補正する補正装置とを有することを特徴とする内視鏡外科手術器具。
2. 請求項１に記載の内視鏡外科手術器具において、
   前記ガイド部材を傾斜させる前後で前記撮像装置の位置と光軸方向が略一致するように前記撮像装置の移動量を演算する演算部と、前記演算部の演算結果に応じて前記撮像装置を移動させる駆動装置とを有することを特徴とする内視鏡外科手術器具。
3. 請求項２に記載の内視鏡外科手術器具において、
   前記駆動装置は、一端部が前記ガイド部材に回動自在に取り付けられ、他端部が前記撮像装置に回動自在に取り付けられて、一端部から他端部に至るまでの長さを伸縮可能な連結部材を有することを特徴とする内視鏡外科手術器具。
4. 請求項２に記載の内視鏡外科手術器具において、
   前記駆動装置は、一端部が前記ガイド部材に回動自在に取り付けられ、他端部が前記撮像装置に固定され、一端部から他端部に至るまでの長さを伸縮可能な連結部材を有し、
   前記補正装置は、前記撮像装置で撮像される画像の表示範囲を前記撮像装置の位置が変化する前後で略一致するように変化させる画像処理部を有することを特徴とする内視鏡外科手術器具。
5. 請求項１に記載の内視鏡外科手術器具において、
   前記ガイド部材を傾斜させる前後で前記撮像装置の光軸方向が略一致するように前記撮像装置の移動量を演算する演算部と、前記演算部の演算結果に応じて前記撮像装置を移動させ、かつ前記撮像装置の視野角を変化させる駆動装置とを有することを特徴とする内視鏡外科手術器具。
6. 請求項５に記載の内視鏡外科手術器具において、
   前記駆動装置は、一端部が前記ガイド部材に固定され、他端部が前記撮像装置に回動自在に取り付けられて、一端部から他端部に至るまでの長さを伸縮可能な連結部材を有し、前記補正装置は、前記ガイド部材の傾斜に伴って撮像装置が移動する前後で前記撮像装置の光軸が略一致するように前記連結部材を駆動させ、かつ前記撮像装置の視野角を変更させることで前記撮像装置の移動の前後で観察像が維持されるように構成したことを特徴とする内視鏡外科手術器具。
7. 請求項５に記載の内視鏡外科手術器具において、
   前記駆動装置は、一端部が前記ガイド部材に固定され、他端部に前記撮像装置が固定され、一端部から他端部に至るまでの長さを伸縮可能な連結部材を有し、前記補正装置は、前記ガイド部材の傾斜に伴って撮像装置が移動する前後で前記撮像装置の光軸が略一致するように前記連結部材を駆動させ、かつ前記撮像装置の視野角と、前記撮像装置で取得した画像の表示範囲を変更することで前記撮像装置の移動の前後で観察像が維持されるように構成したことを特徴とする内視鏡外科手術器具。
8. 請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の内視鏡外科手術器具において、
   検出装置は、加速度センサであることを特徴とする内視鏡外科手術器具。
9. 請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の内視鏡外科手術器具において、
   検出装置は、前記撮像装置の視野内の任意の点の移動量により算出するように構成したことを特徴とする内視鏡外科手術器具。

Images