JP4914735B2 - 処置具の位置制御を行う内視鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡装置の鉗子チャンネルに挿通される処置具及び鉗子等の処置具の位置制御を行う内視鏡システムに関する。

一般に、体腔内の病変等を観察する機器として、内視鏡装置が知られている。この内視鏡装置は、体腔内に挿入される内視鏡の挿入部の先端部分又は、装置本体内に撮像部が設けられ、所望する観察対象を画像としてモニタに表示している。この挿入部は、可撓性を有し、基端側から先端部まで貫通するチャンネル（鉗子チャンネル）が設けられている。必要に応じて鉗子チャンネルの挿入口から鉗子やナイフ（電気メス）等の処置具が挿通され、内視鏡画像を観察しながら、病変等に対して種々の処置を施すことができる。

また近年、術者に対する内視鏡操作の負担を軽減するために、例えば、特許文献１に開示されるような電動化された内視鏡装置が提案されている。また、処置具においても、術者に対する操作の負担を軽減に加えて、手術時間の短縮による患者への負担を軽減するために、例えば、特許文献２に開示される電動化及びロボット化された処置具が提案されている。
特許第３００７７１５号 特開２００３−１２７０７６号公報 特許第３２３６０７０号 特許第３５７１６７５号 特許第３３４７３８５号 特開平９−２６５４７号公報

前述したように、内視鏡の鉗子チャンネルに挿通した処置具により病変等の切除・剥離する手術が行われている。この時、ナイフで切除された粘膜を把持鉗子で引上げることにより、粘膜と筋層の間の視野を確保しながら病変を剥離する場合、剥離された粘膜が大きくなってくるとその重みの増加又は、把持鉗子による引き上げ力量の増加により、内視鏡が重力方向又は把持鉗子による引き上げ方向とは逆方向に動きが発生する。その動きにより電気メスの先端も移動し、処置位置から離れてしまう事態が発生する。

従って、術者は内視鏡又は電気メスを操作して、ナイフの先端を元の処置位置に戻すための移動を行う必要がある。その移動の間は、処置が中断され、その操作も煩雑になっている。また、内視鏡の先端より処置具を延出させて処置を行っている為、特許文献３に開示されるような処置具の先端の動きに対応して、内視鏡を移動させる技術では、このような課題を十分に解決できるとは言えない。

そこで本発明は、処置時に病変部から剥離され把持されている粘膜の荷重増加又は把持鉗子による引き上げ力量の増加による内視鏡先端部の動きを推定し、推定結果から内視鏡の先端部を元の位置へ移動させることで、処置具が処置位置から離れることなく、処置作業を継続することを可能にする処置具の位置制御を行う内視鏡システムを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、体腔内の病変部を観察するための画像を撮像する内視鏡と、前記内視鏡内を連通して先端部から移動可能に延出し、前記病変部に処置を施す第１の処置具と、前記内視鏡内を挿通して先端部から移動可能に延出し、前記第１の処置具により処置された前記病変部の一部を把持する第２の処置具と、前記内視鏡の先端部の動きを検出する動き検出部と、前記動き検出部の検出結果による動き方向と動き量を検出し、前記第１の処置具を動く直前の処置位置に戻すように、前記内視鏡の先端部の湾曲を制御する制御部と、を具備する処置具の位置制御を行う内視鏡システムを提供する。

また、本発明は、体腔内を内視鏡で時系列的に撮像された画像を観察しつつ、前記内視鏡内を連通して先端部から移動可能に延出した第１，第２の処置具で画像内の病変部に処置を施すときの前記第１，第２の処置具の位置を制御する方法であって、前記第１の処置具により前記病変部から剥離された病変部の一部を前記第２の処置具が把持する処置を行い、前記画像に含まれる前記内視鏡の先端部に動きが検出された際には、前記動きによる前記内視鏡の先端部の動き方向と動き量を検出し、前記第１の処置具を動く直前の処置位置に戻すように、前記内視鏡の先端部の湾曲を駆動する内視鏡システムの処置具の位置制御方法を提供する。

本発明によれば、処置時に病変部から剥離され把持されている粘膜の荷重増加又は把持鉗子による引き上げ力量の増加による内視鏡先端部の動きを推定し、推定結果から内視鏡の先端部を元の位置へ移動させることで、処置具が処置位置から離れることなく、処置作業を継続することを可能にする処置具の位置制御を行う内視鏡システム及びその位置制御方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る処置具の位置制御を行う内視鏡システムの全体構成を示す図である。
この内視鏡システムは、大別して、内視鏡装置１と２つの処置具を備える処置具装置２により構成される。本実施形態における処置具は、多関節構造（屈曲、軸方向の回転等）を有するナイフ３１と把持鉗子３４を例として、それぞれの処置具は、２つの入力装置（ジョイスティック）４１，４２のそれぞれの操作に従って、各関節を動作させるマスタスレーブ型の電動処置具である。また、本発明は、挿入部先端に撮像素子を設けた電子内視鏡及び、ファイバースコープで導かれた光像を撮像する内視鏡に適用できるが、以下に説明する実施形態では、電子内視鏡を一例として説明する。

まず、内視鏡装置について説明する。内視鏡装置１は、内視鏡本体３と装置本体４とで構成される。内視鏡本体３は、体腔内に挿入される挿入部３ａと、挿入部３ａの先端側に設けられた湾曲部３ｂを湾曲させる操作部３ｃとで構成される。

挿入部３ａには、基端側に開口された挿入口３ｄから先端部３ｅまで貫通する複数の穴、所謂、鉗子チャンネルの鉗子口５と、観察視野を照明するための照明光を伝搬するライトガイドファイバ６等が設けられている。さらに先端部３ｅには、ＣＣＤ等の撮像素子及び光学系を含む撮像部７が設けられる。撮像部７により撮像された病変等の画像データは、操作部３ｃを通じて、ケーブル（ライトガイドファイバ及び画像信号線及び制御信号線等を含む）３ｇで接続される装置本体４の後述する画像処理部８に送出される。

操作部３ｃは、電動湾曲操作部であり、ジョイステック２２が接続されている。操作者又は術者がジョイステック２２を操作して、湾曲部３ｂを湾曲させて、処置対象となる病変部１２の処置状態を観察視野（又は、撮像視野）内に入れている。この観察視野には、後述する把持鉗子３４やナイフ３１の先端部が含まれている。

操作部３ｃには、屈曲部３ｂに一端が接続される複数のワイヤ２３と、各ワイヤ２３の他端に連結する複数のプーリ２４と、各プーリ２４が回転軸に嵌装された複数のモータ２５と、それぞれのモータ２５を個別に駆動するドライバ２６と、各モータ２５に設けられたエンコーダ２７と、エンコーダ２７が検出した値に基づき、モータドライバ２６を制御する湾曲制御部２８と、を備えている。エンコーダ２７は、回転数に対応した信号を生成し、処置具制御部３５に送出して、モータ２５に対するフィードバック制御を行う。

また、操作部３ｃは、装置本体４との間をケーブル２９で接続される。このケーブル２９には、照明光を送光するライトガイドファイバと画像信号線及び制御信号線等からなる信号線を含んでいる。

さらに、装置本体４は、撮像部７により撮像された画像データに対して種々の画像処理やデータ処理を行う画像処理部８と、ライトガイドファイバを通じて照明光窓６から観察視野に照射する照明光を生成する光源部９と、内視鏡システム全体の制御及び後述する動きに関する処理を行う動き推測部を含む制御部１０と、撮像された画像及びその画像に関するデータ及び装置状態や操作指示等を表示するモニタ１１とで構成される。この制御部１０は、機能の１つとして、後述する動きによる移動位置や移動方向を推測し、元の位置（処置位置）に戻す移動（方向及び距離）を算出するための演算処理を行う動き推測部を備えている。尚、本実施形態では、照明光をライトガイドファイバで送光する構成を示したが、内視鏡装置の先端部３ｅに発光ダイオード等の光源を設けてもよい。

処置具装置２は、病変部１２に処置を施す処置具で、例えば、多関節アーム３２の先端に取り付けられた高周波電気メス等のナイフ３１と、多関節アーム３３の先端に取り付けられてナイフ３１で剥離される粘膜等を把持する把持鉗子３４と、ナイフ３１及び把持鉗子３４をそれぞれに制御する処置具制御部３５と、処置具制御部３５の制御信号に基づきナイフ３１及び把持鉗子３４を駆動する処置具駆動部（ナイフ用モータユニット３６及び鉗子用モータユニット３７）と、ナイフ３１に高周波電源を供給する電源装置３８とで構成される。処置具制御部３５には、術者の手操作によりナイフ３１及び把持鉗子３４の移動や姿勢を指示する入力装置であるジョイスティック４１，４２が接続されている。また、電源装置３８には、術者の足操作によりナイフ３１に供給する高周波電源の印加を指示するためのフットスイッチ５１と、電源装置３８に接続され処置される患者の体表面に貼られる対極板５２とを備えている。

ナイフ３１及び把持鉗子３４は、多関節アーム３２，３３を介して、鉗子チャンネルに挿通され進退可能で軟性な特性を有する処置具挿入部３１ａ，３４ａに連結される。処置具挿入部３１ａ，３４ａの基端側は、それぞれのナイフ用モータユニット３６及び鉗子用モータユニット３７に接続されている。このような構成により、ナイフ３１及び把持鉗子３４は、体腔内で３次元的に移動可能である。本実施形態では、多関節アーム３２，３３は、例えば、複数の関節と短小なロッドを組み合わせた構造を採用している。この多関節以外にも、可動部としては、例えば円柱形状に形成した圧電素子等種々の構成部位を用いることができる。また関節の駆動はワイヤだけでなく、小型モータや磁力を駆動源としても実現可能である。

ナイフ用モータユニット３６は、処置具挿入部３１ａ内を通り多関節アーム３２の各関節に一端が接続されるワイヤ４３と、ワイヤ４３の他端と連結したプーリ４４と、プーリ４４が回転軸に嵌装されたモータ４５とで構成される。同様に、鉗子用モータユニット３７は、処置具挿入部３４ａ内を通り多関節アーム３３の各関節に一端が接続されるワイヤ４６と、ワイヤ４６の他端と連結したプーリ４７と、プーリ４７が回転軸に嵌装されたモータ４８とで構成される。これらのモータ４５，４８、ケーブル４９，５０により処置具制御部３５に接続され、個々に駆動制御される。

この処置具制御部３５は、術者によるジョイスティック４１，４２の操作量に応じて、各モータ４５，４８を駆動させる制御信号をモータドライバ６５に送信し、各モータ４５，４８をそれぞれ回転させる。各モータ４５，４８には、回転数を計測する図示しないエンコーダがそれぞれに取り付けられている。エンコーダは、回転数に対応した信号を生成し、処置具制御部３５に送出して、モータ４５，４８に対するフィードバック制御が行われる。この構成により、モータ４５，４８が回転され、プーリ４４，４７に巻き取られるワイヤ４３，４６の牽引力で、多関節アーム３２，３３の各関節が屈曲される。また、モータユニット３６，３７内に設けられた図示しないアクチュエータにより、処置具挿入部３１ａ，３４ａを進退、回転させることによって、ナイフ３１の回転及び進退、把持鉗子３４の回転、進退及びジョーの開閉を行っている。

処置具制御部３５は、ジョイスティック４１，４２からの指示及び、図示しない操作パネル等の入力部位から機能の制御条件やパラメータを入力する機能制御入力部６１と、各種の演算処理及び各構成部位への指示を行う中央処理部（ＣＰＵ）６２と、画像及び通信データ等を保存するメモリ６３と、モータユニット３６，３７内の各モータ４５，４８を駆動制御するモータドライバ６５で構成される。尚、処置具制御部３５は、モータユニット３６，３７及び装置本体４とそれぞれケーブルで接続され、それぞれに通信を行うための図示しない通信機能（インターフェイス機能）が設けられている。

機能制御入力部６１は、ナイフ３１及び把持鉗子３４の位置（箇所）を固定させる機能のＯＮ／ＯＦＦを行うスイッチ６６と、機能の状態を表示するディスプレイ６７と、内視鏡先端の撮像部７によって撮影された画像を内視鏡本体３から受信するための画像受信部
６４と、受信した画像、ＣＰＵ６２の演算結果及び通信データ等を格納するメモリ６３、を備える。

電源装置３８には、電源の供給状態等を表示するディスプレイ７１と、出力ワット数入カパネル７２と、出力モード選択パネル７３と、電力出力端子７４とが設けられている。電力出力端子７４は、内部に設けられている電源ユニット（図示せず）から出力された高周波電力をナイフ３１にケーブル７５を通じて供給する。このケーブル７５は、前述したワイヤ４３と共に処置具挿入部３１ａに挿通され、ナイフ３１先端の高周波電気メスに接続されている。

また、本実施形態では、内視鏡及び処置具のそれぞれにジョイスティックを設けた構成例を示したが、これらの操作機能を１つのジョイステックに集約して構成してもよい。

このように構成された処置具装置を搭載する内視鏡システムは、図２（ａ）に示すように、ナイフ３１によって切除（剥離）された粘膜１２ａを把持鉗子３４により上方に引き上げて、粘膜１２ａと筋層の間（粘膜下層）を視認しやすくしている。

しかし、粘膜１２ａの剥離が進むと、粘膜の重さが増大又は、把持鉗子３４による引き上げの力量が大きくなり、図２（ｂ）に示すように、最初の処置位置Ａにより内視鏡の先端が重力方向又は、把持鉗子３４の引き上げ方向と逆方向に動いてしまう。そのため、再度、ナイフ３１を処置位置Ａに戻すように、内視鏡の先端を引き上げる。

本実施形態による動き検出部は、主として、画像処理部８と制御部１０により構成され、内視鏡の先端の動き方向と動き量（移動距離）を動き前に撮像された画像と動き後に撮像された画像とによって検出する。

図２（ｃ）に示すように、本実施形態では、動き検出部としての制御部１０によりドライバ２６が検出された動き方向と動き量に基づきフィードバック制御される。この制御により、内視鏡の先端部３ｅが動きに見合う移動、即ちナイフ３１を元の位置（処置位置）に戻すように内視鏡が湾曲される。このような時系列的に隣接する画像から内視鏡の先端部の動き方向とその距離を推定する方法は、公知であり、例えば、特許文献１に開示されている。

図３及び図４に示すフローチャートを参照して、内視鏡先端の動きと元の処置位置へ戻す移動について説明する。
まず、画像処理部８において、撮像される画像（画像データ）Ｆｉの画像数の初期化（ｉ＝０）を行う（ステップＳ１）。撮像部７により撮像された画像Ｆｉを取り込み（ステップＳ２）、歪曲収差補正を施して、メモリ６３に一時的に格納する（ステップＳ３）。

次に、最初に取り込まれた画像Ｆ０か即ち、画像数ｉ＝０か否かを判定する（ステップＳ４）。この判定において、画像Ｆ０であれば（ＹＥＳ）、インクリメント（ｉ＝ｉ＋１）を行い（ステップＳ５）、ステップＳ２に移行して再度、画像Ｆｉを取り込む。一方、最初に取り込まれた画像Ｆ０でなければ（ＮＯ）、処置具であるナイフ３１による処置が行われているか否かを判定する（ステップＳ６）。

このステップＳ６の判定で、ナイフ３１による処置が行われていなければ（ＮＯ）、内視鏡の先端部３ｅは下がっていないと判断し、ステップＳ５に戻り、次の画像の取り込みを行う。一方、ナイフ３１による処置が行われていれば（ＹＥＳ）、内視鏡の先端部３ｅが下がっている可能性があるものと判断し、内視鏡の先端部３ｅの動きを推定する（ステップＳ７）。ここで、図４に示すサブルーチンを参照して、内視鏡先端部の動きについて説明する。

先に取り込んだ画像Ｆｉ-1とその直後に取り込んだ画像Ｆｉにより、即ち、動き前の画像と動き後の画像を用いてシフトマップを作成する（ステップＳ２１）。つまり、時系列的に隣接する画像間の比較により、画像内で定めた対象部位（例えば、病変部１２）に対する内視鏡の動き（並進ベクトル及び回転マトリクスＲ）を推定する。但し、並進ベクトルは単位ベクトルとする。この推定は、例えば、特許文献５に開示されている。本実施形態では、シフトマップを時系列的に隣接する２つの画像から求めたが、時系列的な複数の画像を用いてもよい。

また、並進ベクトルの大きさｋを特許文献６（例えば、第４の実施形態）に開示されている方法を用いて算出し、並進ベクトルＨ＝ｋｈを求める（ステップＳ２２）。並進ベクトルＨの大きさが閾値Ｈthrよりも小さい場合、内視鏡先端は動いていないと判断し、インクリメント（ｉ＝ｉ＋１）を行い（ステップＳ５）、ステップＳ２に移行して再度、画像Ｆｉを取り込む。一方、閾値よりも大きい場合には、内視鏡の先端が動いたものと判断し、ステップＳ１０へ移行する。

次に、図５（ａ），（ｂ）に示すように、内視鏡先端の動き（並進ベクトルＨ、回転マトリクスＲ）から、内視鏡の先端がもとの位置に戻るように内視鏡を湾曲させるための湾曲量を推定する（ステップＳ９）。例えば、内視鏡の先端部の動き前の内視鏡先端を位置Ｐ０（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、内視鏡移動後の座標系による動き前の内視鏡先端の位置Ｐ０（ｘ´，ｙ´，ｚ´）は、次式で表される。

また、内視鏡の湾曲制御によって得られる内視鏡先端の位置Ｐ２を（ｘ"，ｙ"，ｚ"）とすると、

となるように、内視鏡の先端部の上下方向の湾曲量θ０と左右方向の湾曲量θ１を推定する。この推定された湾曲量θ０，θ１に基づき、図５（ｂ）に示すように、位置Ｐ２に戻す（ステップＳ１０）。これらの一連の動作を繰り返して行う。

以上のように、ナイフ３１で処置が行われている間、内視鏡の先端部の動きを撮像した画像を用いて推定する。推定された値から内視鏡の先端部の元の位置（処置位置Ａ：図２（ａ））に戻るための湾曲量を算出でき、この湾曲量を用いて常に処置位置にナイフがあるように移動制御される。さらに、内視鏡先端部３ｅの動きが小さく、ナイフ３１による処置が継続している場合には、動いた位置から処置位置に戻るように移動させるためのナイフ３１及び把持鉗子３４の多関節アームの各関節における屈曲、回転及び進退等の動作量を算出し、各関節を動作させて、ナイフ３１を元の処置位置に戻すように移動させることもできる。

以上説明した本実施形態の処置具装置を搭載する内視鏡システムによれば、体腔内における切除又は剥離された病変部１２を把持する把持鉗子３４における粘膜の重さが増大又は、把持鉗子３４による引き上げの力量の増大による内視鏡先端部３ｅの処置位置からの動きに対して、撮像された内視鏡動き前後の画像から内視鏡先端部３ｅの動きを推定し、その動きからナイフ３１の元に戻す移動を推定することができる。

従って、術者は、内視鏡の先端部の動きによる位置補正のための操作をせずに、ナイフ３１と把持鉗子３４による処置の操作に専念して、病変部を切除や剥離することができる。これにより術者に対する操作負担が容易になり、疲労が軽減でき、且つ処置を移動による中断が無くなるため、処置に掛かる時間が短縮され、患者に対しても苦痛や疲労の軽減が図れる。

次に、第２の実施形態について説明する。
図６は、第２の実施形態に係る処置具の位置制御を行う内視鏡システムの全体構成を示す図である。本実施形態は、前述した第１の実施形態における内視鏡システムの構成に、内視鏡形状観察装置を付加した構成である。本実施形態において、内視鏡形状観察装以外の構成部位は、図１に示す内視鏡システムと同等であり、同じ参照符号を付して、その説明は省略する。

この内視鏡形状観察装置８０は、磁界発生コイルの駆動回路９１、磁界検出コイルの出力の検出回路９２及び位置推定算出回路９３が組み込まれた回路部８１と、モニタ８２と、磁界検出ユニット８３と、磁界発生コイル８４とで構成される。磁界発生コイル８４は、内視鏡本体３の湾曲部３ｂより先端側に少なくとも１つが設けられ、患者（体腔内）の近傍に配置される内視鏡形状観察装置８０と信号線８５で接続される。

磁界発生コイル８４が発生した磁界は、磁界検出ユニット８３内に設けられた複数の磁界検出コイル８６（８６ａ，８６ｂ，…８６ｎ）で検出される。

位置推定部８１は、信号線８５を通じて、磁界検出コイル８６により検出された磁界データを受け、磁界発生コイル８４の位置を推定する。ただし、推定される磁界発生コイル８４の位置は、磁界検出ユニット８３を基準とした座標系の値である。画像が撮影されたときの内視鏡先端の位置は、磁界発生コイル８４との位置関係（設計値）により求められるため、各画像間の内視鏡先端の動き量を算出することができる。尚、位置推定の原理は、内視鏡先端に磁界発生用のコイルを配置し、発生した磁界を体外に配置された複数の検出コイルで検出し、検出された値から磁界発生用コイルの位置と向きを推定する。詳しくは、特許文献４に開示されている。

図７に示すフローチャートを参照して、内視鏡先端の動きと元の処置位置へ戻すための移動について説明する。
まず、内視鏡形状観察装置８０は、回路部８１の駆動回路により、磁界発生コイル８４を駆動させて磁界を発生させる。処置具制御部３５のＣＰＵ６２において、図７に示すフローチャートのプログラムが開始すると、内視鏡の先端部の位置Ｐｉと向きＶｉのｉを初期設定（ｉ＝０）する（ステップＳ３１）。画像処理部８により画像が撮影されると同時に内視鏡形状観察装置８０より磁界発生コイル８４の位置Ｐｉと向きＶｉが推定される（ステップＳ３２）。推定された位置（位置Ｐｉ、向きＶｉ）を一時的にメモリに記憶する（ステップＳ３３）。最初は、ｉ＝０であるため、スタート位置（位置Ｐ０、向きＶ０）が推定される。

次に、最初に取り込まれた位置（位置Ｐ０、向きＶ０）か即ち、ｉ＝０か否かを判定する（ステップＳ３４）。この判定において、位置（位置Ｐ０、向きＶ０）であれば（ＹＥＳ）、インクリメント（ｉ＝ｉ＋１）を行い（ステップＳ３５）、ステップＳ３２に移行して再度、内視鏡の先端部の位置Ｐｉ，Ｖｉを推定し、記憶する。一方、ステップＳ３４の判定において、最初に取り込まれた位置Ｐ０でなければ（ＮＯ）、ナイフ３１による処置が行われているか否かを判定する（ステップＳ３６）。

このステップＳ３６の判定で、ナイフ３１による処置が行われていなければ（ＮＯ）、内視鏡の先端部３ｅは下がっていないと判断し、次の内視鏡の先端部の位置Ｐｉ，Ｖｉを推定するために、ステップＳ３５に移行する。一方、ナイフ３１による処置が行われていると判定されたならば（ＹＥＳ）、内視鏡先端の動き量Ｍを算出する（ステップＳ３７）。この算出は、先に取り込んだ位置（位置Ｐｉ-1、向きＶｉ-1）と、とその直後に取り込んだ位置（位置Ｐｉ、向きＶｉ）との比較により、内視鏡先端の動き量Ｍを算出する。

次に、求められた動き量Ｍが予め設定した動き量の閾値Ｍthrよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３８）。この判定において、動き量Ｍが閾値Ｍthrと同じ又は小さい場合には（ＮＯ）、内視鏡の先端部の動きが元の位置に戻すほど動いていないものと判断する。そして、ナイフ３１による処置を継続すると共に、ステップＳ３５に移行し、次の位置検出を行う。

一方、ステップＳ３８の判定において、動き量Ｍが閾値Ｍthrよりも大きい場合には（ＹＥＳ）、内視鏡の先端部の動きと逆方向に動かして内視鏡の先端部を元の処置位置に戻すための湾曲の制御量を算出する（ステップＳ３９）。次に、この湾曲の制御量に基づき、内視鏡の先端部を湾曲させて、内視鏡の先端部を元の処置位置に戻す移動を行う（ステップＳ４０）。その移動後には、ナイフ３２による処置を継続するか否かを判定する（ステップＳ４１）。この判定で、ナイフ３２による処置を続ける場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ３５に戻る。一方、処置を以降継続しない場合には（ＮＯ）、磁界発生コイル８４の駆動を停止し、位置検出のシーケンスを終了する。

以上説明した第２の実施形態の処置具位置制御装置を搭載する内視鏡システムによれば、内視鏡の動き量（並進ベクトルの大きさ）を正確に算出できるため、ナイフ３１及び把持鉗子３４をより迅速に動き前の処置位置に戻すように移動させることができ、さらに、内視鏡の先端部の動きを検出する際に、閾値を設けることにより、ノイズや計算誤差等による処置具の不要な位置保持動作による振動が防止されて、処置が難しくなることを防止する。

次に、第３の実施形態について説明する。
本実施形態は、前述した第１の実施形態における内視鏡システムと同じ構成であり、内視鏡の湾曲操作前後の把持鉗子の位置を制御するものである。本実施形態において、図１に示す内視鏡システムと同等であり、同じ参照符号を付して、その説明は省略する。

本実施形態は、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、把持鉗子２４により把持される粘膜１２ａは、ナイフ３１により剥離されるに従い、上方向に引き上げられる。その状態で、内視鏡の先端部が動くと、前述した各実施形態のように、ナイフ３１を元の処置位置Ｂに戻すように移動される。この時、把持鉗子２４により把持されている粘膜１２ａも同様に移動する、即ち、引き延ばされることになる。そのため、粘膜１２ａが引き延ばされる程度によっては、剥離された粘膜１２ａが変形する事態が発生し、また病変部が変形したり、これまでのナイフ３１による削剥のラインが歪になる場合がある。

本実施形態では、ナイフ３１を元の処置位置Ｂに戻すための移動の際に、把持鉗子の動きを考慮して、粘膜１２ａに余計な力が加わらないようにする。

内視鏡の先端部が動いた後の把持鉗子の先端位置は、把持鉗子の屈曲、進退、回転を行うモータの回転量から算出され、その位置を（ｘ_ａ´，ｙ_ａ´，ｚ_ａ´）とする。把持鉗子３４による内視鏡先端の動き後の位置座標（ｘ´，ｙ´，ｚ´）と内視鏡を湾曲させた後の内視鏡の先端の位置座標（ｘ"，ｙ"，ｚ"）から、内視鏡先端の動き量は、

となる。内視鏡を湾曲させた場合・把持鉗子は内視鏡と同期して移動する為、湾曲後の把持鉗子の位置（ｘ_ａ´，ｙ_ａ´，ｚ_ａ´）となる。

従って、内視鏡湾曲後の湾曲前の把持鉗子の位置（ｘ_ａ"，ｙ_ａ"，ｚ_ａ"）は、

となる。

把持鉗子３４の座標系が求められることから、逆問題により把持鉗子の各関節の屈曲、進退、即ち、対応するモータ４８（図１に示す）の回転量が求められ、その値を用いてモータ４８を制御し、把持鉗子を移動する。

以上説明したように本実施形態によれば、内視鏡の移動と共に把持鉗子を支持する多関節アームの屈曲及び延出状態を考慮して移動させるため、引き上げている粘膜に余計な力が加わらないようにすることができる。これにより、把持する粘膜を変形させないで剥離させることができる。また、これまでのナイフによる削剥のラインを維持することができる。

第１の実施形態に係る処置具の位置制御を行う内視鏡システムの全体構成を示す図である。 第１の実施形態に係るナイフ及び把持鉗子を用いた処置の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る内視鏡先端の動きと元の処置位置に戻すための移動について説明するためのフローチャートである。 内視鏡先端部の動き推定を説明するためのサブルーチンのフローチャートである。 内視鏡先端部の動きにおけるナイフ及び把持鉗子の移動状態を説明するための図である。 第２の実施形態に係る処置具の位置制御を行う内視鏡システムの全体構成を示す図である。 第２の実施形態に係る内視鏡の先端部の動きと元の処置位置に戻すための移動について説明するためのフローチャートである。 第３の実施形態に係る内視鏡先端の移動について説明するための図である。

符号の説明

１…内視鏡装置、２…処置具装置、３…内視鏡本体、３ａ…挿入部、３ｂ…湾曲部、３ｃ…操作部、３ｄ…挿入口、３ｅ…先端部、３ｇ…ケーブル、４…装置本体、５…鉗子口、６…ライトガイドファイバ、７…撮像部、８…画像処理部、９…光源部、１０…制御部、１１…モニタ、１２…病変部、１２ａ…粘膜、２２，４１，４２…入力装置（ジョイスティック）、２３…ワイヤ、２４…プーリ、２５，４５，４８…モータ、２６…ドライバ、２７…エンコーダ、２８…湾曲制御部、２９…ケーブル、３１…ナイフ、３１ａ，３４ａ…処置具挿入部、３２，３３…多関節アーム、３４…把持鉗子、３５…処置具制御部、３６…ナイフ用モータユニット、３７…鉗子用モータユニット、３８…電源装置、５１…フットスイッチ、５２…対極板、６１…機能制御入力部、６２…中央処理部（ＣＰＵ）、６３…メモリ、６４…画像受信部、６５…モータドライバ、６６…スイッチ、６７，７１…ディスプレイ、７２…出力ワット数入カパネル、７３…出力モード選択パネル、７４…電力出力端子。

Claims (8)

1. 体腔内の病変部を観察するための画像を撮像する内視鏡と、
   前記内視鏡内を挿通して先端部から移動可能に延出し、前記病変部に処置を施す第１の処置具と、
   前記内視鏡内を挿通して先端部から移動可能に延出し、前記第１の処置具により処置された前記病変部の一部を把持する第２の処置具と、
   前記内視鏡の先端部の動きを検出する動き検出部と、
   前記動き検出部の検出結果による動き方向と動き量を検出し、前記第１の処置具を動く直前の処置位置に戻すように、前記内視鏡の先端部の湾曲を制御する制御部と、
   を具備することを特徴とする処置具の位置制御を行う内視鏡システム。
2. 前記第１の処置具と前記第２の処置具は、前記内視鏡内を挿通し前記先端部から進退可能に延出する多関節アームの先端に設けられることを特徴とする請求項１に記載の処置具の位置制御を行う内視鏡システム。
3. 前記動き検出部は、前記内視鏡が撮像した画像処理を行う画像処理部と、
   前記画像処理部により得られた画像データに基づき前記内視鏡の先端部の動き及びその移動位置を推定する動き推測部と、で構成され、
   前記内視鏡が観察するために時系列的に連続して撮像した画像を時間的な前後で順次比較し、比較結果より前記内視鏡の先端部の動き方向と動き量を検出することを特徴とする請求項１に記載の処置具の位置制御を行う内視鏡システム。
4. 前記動き検出部は、
   前記体腔内に挿入される前記内視鏡の先端部内に配置された磁界発生コイルと、
   前記磁界発生コイルが発生させた磁界を検出し、前記磁界発生コイルの位置を座標として、内視鏡先端の位置及び動き量を推定する位置推定部と、で構成されることを特徴とする請求項１に記載の処置具の位置制御を行う内視鏡システム。
5. 前記制御部は、
   前記動き検出部から検出された前記動き量が予め閾値を越えた際に、前記動き方向と動き量に基づき、前記内視鏡の先端部を前記動きと逆方向に移動させることを特徴とする請求項３又は４に記載の処置具の位置制御を行う内視鏡システム。
6. 前記制御部は、
   前記動き検出部の検出結果に基づき、前記内視鏡の先端部を湾曲させる際に、前記病変部を把持する状態の前記第２の処置具が前記動き後の把持位置を維持するように、前記多関節アームの屈曲状態及び延出状態を前記先端部の湾曲に従って駆動させることを特徴とする請求項２に記載の処置具の位置制御を行う内視鏡システム。
7. 前記制御部は、
   前記内視鏡が観察するために時系列的に連続して撮像した画像を時間的な前後で順次比較し、比較結果より前記内視鏡の先端部の動き方向と動き量を検出し、前記内視鏡の先端部に対する湾曲制御量を生成することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
8. 前記制御部は、
   前記体腔内に挿入される前記内視鏡の先端部内に配置された磁界発生コイルから発生された磁界を検出し、前記磁界発生コイルの位置を座標として、内視鏡先端の位置及び動き量を推定し、前記内視鏡の先端部に対する湾曲制御量を生成することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。

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