JP4864248B2 - 可撓性内視鏡装置 - Google Patents
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Description
【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可撓性内視鏡装置は、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、複数の曲がり検出用光ファイバーの中の一部に折損等が発生しても、挿入部可撓管の屈曲状態を大きな誤差なく検出、表示することができる可撓性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、本発明の可撓性内視鏡装置は、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が形成された複数のフレキシブルな曲がり検出用光ファイバーの複数の曲がり検出部が挿入部可撓管の軸線方向に間隔をあけて並んで配置されて、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する屈曲状態検出手段が設けられ、屈曲状態検出手段からの出力信号にもとづいて挿入部可撓管の屈曲状態がモニター画面に表示されるように構成された可撓性内視鏡装置において、屈曲状態検出手段において、各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量の検出値にしきい値を設定し、しきい値から外れた光伝達量が検出された曲がり検出用光ファイバーに設けられている曲がり検出部付近の屈曲状態は、その前後に位置する曲がり検出部の屈曲状態から近似的に設定するようにしたものである。
【0010】
なお、屈曲状態検出手段において、しきい値から外れた光伝達量が検出された曲がり検出用光ファイバーに形成されている曲がり検出部の屈曲状態として、その曲がり検出部の前後の曲がり検出部における屈曲状態の略平均値が与えられるようにしてもよい。
【0011】
また、曲がり検出部は、曲がり検出用光ファイバーの途中に光吸収部が所定の方向にだけ形成されたものであってもよい。
そして、曲がり検出用光ファイバーが、挿入部可撓管の外皮に沿って配置されていてもよく、或いは、曲がり検出用光ファイバーが、挿入部可撓管内に挿通配置されていてもよい。
【0012】
また、屈曲状態検出手段において、しきい値から外れた光伝達量が検出された曲がり検出用光ファイバーの位置が、モニター画面上に識別できるように表示してもよい。
【0013】
【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2は可撓性内視鏡装置の全体構成を示しており、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の先端付近の部分は、操作部2に配置された操作ノブ3を回転操作することによって任意の方向に屈曲する湾曲部1aになっている。
【0014】
挿入部可撓管1の先端には、観察窓等が配置された先端部本体4が連結されており、先端部本体4に内蔵された固体撮像素子(図示せず)で撮像された内視鏡観察像の映像信号が、操作部2から延出する映像信号線6により外部のビデオプロセッサ7に送られ、内視鏡観察画像が観察画像用モニター8に表示される。
【0015】
挿入部可撓管1には、操作部2の前面の延長方向(即ち、観察画面における上方向)の位置に、後述する複数の曲がり検出用光ファイバーが配置されたフレキシブルな合成樹脂製の帯状部材20が取り付けられていて、その基端部が光信号入出力装置30に接続されている。
【0016】
また、光信号入出力装置30の信号出力線がコンピュータ40に接続され、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。42は、コンピュータ40に接続されたスピーカである。
【0017】
図3は、挿入部可撓管1の先端付近を示しており、先端部本体4の先端面に観察窓11、照明窓12、処置具突出口13等が配置され、照明窓12から放射された照明光により照明された被写体が、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の撮像面に結像する。
【0018】
帯状部材20は、挿入部可撓管1の「上方向」の外表面に密着して挿入部可撓管1の軸線と平行方向に配置されていて、例えばその外側から挿入部可撓管1と共に熱収縮チューブによって包み込まれて押圧固定されている。
【0019】
ただし、挿入部可撓管1に対する帯状部材20の固定は、接着その他どのような手段を用いても差し支えない。また、帯状部材20を挿入部可撓管1内に挿通配置してもよく、或いは挿入部可撓管1内に挿通配置されている内蔵物に曲がり検出用光ファイバー21を取り付けて帯状部材20を省いても差し支えない。
【0020】
図3に示されるように、複数の曲がり検出用光ファイバー21は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る。そして、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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
したがって、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。
【0031】
そこで本実施例の可撓性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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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コンピュータ40に送られる。
【0035】
このように構成された可撓性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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
ただし、複数配置されている曲がり検出用光ファイバー21の中に折損が発生して、その曲がり検出用光ファイバー21からフォトダイオード33への光入力がなくなると、その曲がり検出用光ファイバー21に設けられた曲がり検出部22における屈曲状態が誤って検出される。
【0043】
図12は、その状態を例示しており、挿入部可撓管1に配置された帯状部材20の途中に並んでいる曲がり検出部22(221 ,222 ,223 )の中の中間の曲がり検出部222 からの光出力がなくなると、破線で示されるように、その曲がり検出部222 の位置では挿入部可撓管1が急激に屈曲しているかのように検出されてしまう。
【0044】
そこで、本発明においては、挿入部可撓管1の屈曲状態を検出するためのソフトウェアに「曲がり検出用光ファイバー21の光伝達量の検出値のしきい値」を設定し、そのしきい値から外れた光伝達量が検出された曲がり検出用光ファイバー21に設けられている曲がり検出部222 付近の屈曲状態は、その前後に位置する曲がり検出部221 ,223 の屈曲状態から近似的に設定するようにしている。
【0045】
この実施例においては、そのようなしきい値から外れた光出力が得られる曲がり検出部222 の屈曲角度θ2 を、その前後に位置する曲がり検出部221 ,223 の屈曲角度の平均値(即ち、θ2 =(θ1 +θ3 )/2)にしている。
【0046】
その結果、図12に実線で示されるように、しきい値から外れた光出力に係わる曲がり検出部22の前後に位置する曲がり検出部221 ,223 の間において挿入部可撓管1の屈曲状態が急激に変化していない限り、図12に実線で示されるように、挿入部可撓管1の屈曲状態がほとんど誤差なく検出されたのと同じ状態が得られる。
【0047】
ただし、しきい値から外れた光出力が得られる曲がり検出部222 の屈曲状態の近似設定においては、その曲がり検出部222 が存在しないものとする処理をしても上記とほとんど変わらない結果が得られる。
【0048】
あるいは、しきい値から外れた光出力に係わる曲がり検出部222 の前後において、各々複数の曲がり検出部221 …,223 …の屈曲状態を検出し、それらの状態を基にして、しきい値から外れた光出力が得られる検出部222 の屈曲状態を設定しても差し支えない。
【0049】
図1は、上述のような挿入部可撓管1の屈曲状態の画像1′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。
【0050】
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)。
【0051】
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)。
【0052】
次いで、各曲がり検出用光ファイバー21からの検出信号Vn (n=1,2,3,…)を入力し(S4)、その検出信号Vn (n=1,2,3,…)を予め設定されたしきい値と比較する(S5)。
【0053】
そして、検出信号Vn (n=1,2,3,…)がしきい値より大きければその検出信号Vn 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て(S6)、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(S9)。
【0054】
S5において検出信号Vn (n=1,2,3,…)がしきい値より大きくない場合には、例えばしきい値から外れた光出力が得られる曲がり検出部222 の屈曲角度θ2 を、その前後に位置する曲がり検出部221 ,223 の屈曲角度の平均値に近似設定する(S7)。
【0055】
そして、しきい値から外れた光出力が検出された旨の警告を、例えばスピーカ42から警報として出力してS9に進む。ただし、警告は挿入状態表示用モニター41等に表示するようにしてもよい。
【0056】
その場合、しきい値から外れた光伝達量が検出された曲がり検出用光ファイバー21の位置を、挿入部可撓管1の屈曲状態が表示されるモニター画面の中で識別できるように色を変えて表示するようにしてもよい。
【0057】
そのようにして、三次元座標上における各曲がり検出部22の位置が算出されたら、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(S10)、終了指示が入力されるまでS2〜S10を繰り返す(S11)。
【0058】
なお、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、「上方向」だけでなく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。
【0059】
また、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。
【0060】
【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としてしきい値から外れた光伝達量が検出されたときは、その曲がり検出用光ファイバーに設けられている曲がり検出部の付近の屈曲状態が、その前後に位置する曲がり検出部の屈曲状態から近似的に設定されるので、曲がり検出用光ファイバーの中の一部に折損等が発生しても、挿入部可撓管の屈曲状態を大きな誤差なく検出、表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明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2】本発明の実施例の可撓性内視鏡装置の全体構成(挿入部案内部材を除く)の略示図である。
【図3】本発明の実施例の可撓性内視鏡装置の挿入部可撓管の先端付近の斜視図である。
【図4】本発明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】本発明の実施例の可撓性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】本発明の実施例の曲がり検出用光ファイバーに折損等が発生した場合の屈曲状態設定を説明する略示図である。
【符号の説明】
1 挿入部可撓管
1′ 挿入部可撓管の屈曲状態の画像
20 帯状部材
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
40 コンピュータ(屈曲状態検出手段)
41 挿入状態表示用モニター
50 挿入部案内部材
50′ 挿入部案内部材の画像
Claims (6)
- 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が形成された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複数の曲がり検出部が挿入部可撓管の軸線方向に間隔をあけて並んで配置されて、上記各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量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する屈曲状態検出手段が設けられ、上記屈曲状態検出手段からの出力信号にもとづいて上記挿入部可撓管の屈曲状態がモニター画面に表示されるように構成された可撓性内視鏡装置において、
上記屈曲状態検出手段において、上記各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量の検出値にしきい値を設定し、上記しきい値より小さな光伝達量が検出された曲がり検出用光ファイバーに設けられている曲がり検出部付近の屈曲状態は、その前後に位置する曲がり検出部の屈曲状態から近似的に設定するようにしたことを特徴とする可撓性内視鏡装置。 - 上記屈曲状態検出手段において、上記しきい値より小さな光伝達量が検出された曲がり検出用光ファイバーに形成されている曲がり検出部の屈曲状態として、その曲がり検出部の前後の曲がり検出部における屈曲状態の略平均値が与えられる請求項1記載の可撓性内視鏡装置。
- 上記曲がり検出部は、上記曲がり検出用光ファイバーの途中に光吸収部が所定の方向にだけ形成されたものである請求項1記載の可撓性内視鏡装置。
- 上記曲がり検出用光ファイバーが、上記挿入部可撓管の外皮に沿って配置されている請求項1又は2記載の可撓性内視鏡装置。
- 上記曲がり検出用光ファイバーが、上記挿入部可撓管内に挿通配置されている請求項1又は2記載の可撓性内視鏡装置。
- 上記屈曲状態検出手段において、上記しきい値より小さな光伝達量が検出された曲がり検出用光ファイバーの位置が、上記モニター画面上に識別できるように表示される請求項1又は2記載の可撓性内視鏡装置。
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