JP5118455B2 - 内視装置 - Google Patents

Description

本発明は内視装置に関し、特に操作の支援技術に関する。

内視装置は、内視鏡等とも称され、食道等の体腔内に挿入されて体内組織を光学的に観察するものである。その先端部にはカメラ、光ファイバ端部、その他の画像取得手段が設けられている。挿入時においては、内視画像を観察しつつ挿入部を挿入する操作がなされる。内視画像は、一般に、先端部前方を表すものであり、その視野範囲は限られているから、先端部と周囲の組織との位置関係までを十分に特定できない場合も多い。安全に挿入操作を行うため、及び、位置決めを適切に行うためには、画像として必ずしも把握できない、周囲組織との位置関係を特定することが望まれる。

特許文献１には、超音波内視鏡装置が開示されている。この文献には超音波走査面が被検体表面に対して垂直になるように挿入部先端を調節する手段が記載されており、また、その傾きを色で表示することが記載されている。特許文献２には、超音波診断装置が開示されており、前方の対象物までの距離を測定することが記載されている。

特開平８−１１７２３３号公報 特開２００７−８２６２４号公報

以上のように、挿入操作の安全、あるいは、先端部の適正な位置決めのためには、先端部周囲における組織の位置（そこまでの距離）を実時間で把握することが望まれるが、従来技術は必ずしもそのような要望を十分に満たすものではない。

本発明の目的は、内視画像の観察と同時に周囲組織の位置を把握できる内視装置を提供することにある。

本発明は、体内に挿入される先端部を有する内視装置において、前記先端部は、前方視野を有し、目視観察される画像を得るための内視部と、前記先端部の周囲に存在する生体組織までの距離を測定する周囲距離測定部と、を有する、ことを特徴とする内視装置に関するものである。

上記構成によれば、先端部に内視部に加えて周囲距離測定部が設けられているので、周囲距離測定部によって測定された周囲組織までの距離を表す情報を操作者に提供することができる。よって、例えば挿入時において、内視画像を見ながら挿入操作を行う際、更に上記の情報を認識することによって、安全性を高められ、あるいは、先端部の適正な位置決めを行える。

望ましくは、前記周囲距離測定部は、前記内視部の周囲にリング状に配置された複数の距離センサを含む。距離の測定は超音波その他によって行い得る。望ましくは、前記複数の距離センサは、それら全体として周囲視野を有し、それぞれが超音波センサで構成される。内視部の前方視野中心軸を基準として、それに交差する複数の方位において距離計測が行われるのが望ましい。斜め前方に距離計測が行われて、視覚的に観察可能な内視部の前方視野から外れる周囲が距離計測対象となるのが望ましい。全周囲にわたって距離計測が行われてもよいし、代表される複数の方位において距離計測が行われてもよい。

望ましくは、前記内視部で得られた前方画像を形成する前方画像形成部と、前記周囲距離測定部の測定結果を表す距離画像を形成する距離画像形成部と、を含み、前記前方画像及び前記距離画像が一緒に表示される。この構成によれば前方画像の視覚的な観察と同時に距離画像を観察して先端部と周囲組織との位置関係を把握できる。視線をほとんど動かすことなくそのような位置関係を把握できるように画像配列を設定するのが望ましい。望ましくは、前記前方画像を中央として、その周囲に各方位ごとの距離を視覚的に表現した前記距離画像が表示される。この構成によれば、前方視野の座標系上において、各方位について組織までの距離を直感的に認識できる。すなわち、各方位を誤り無く認識できるので、挿入時、引き抜き時あるいは位置調整時において操作性を向上できる。

以上説明したように、本発明によれば、内視画像の観察と同時に周囲組織の位置を把握できる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明の好適な実施形態が示されており、図１は内視装置の要部構成を示す概念図である。この内視装置は生体における食道等に挿入され、例えば胃の内部における壁面を視覚的に観察するための装置である。もちろん、他の体腔内に挿入される内視鏡その他の装置に対しても本発明を適用可能である。

図１において、本体１０内には送受信部及び画像処理部等が設けられている。本体１０に対してケーブル１２を介して操作部１４が接続されている。操作部１４には図示されていない複数のダイヤルが設けられ、それらの操作によって関節機構を駆動し、以下に説明する先端部１８を所望の方向へ傾けること等を行える。操作部１４には、挿入管１６が接続されており、その挿入管１６の先端には、先端部１８が設けられている。例えば、この先端部１８が口から食道を介して胃の内部まで導かれる。なお、挿入管１６に設けられている複数の関節機構については図示省略されている。

図１には、先端部１８が符号２０で示す部分拡大図として表されている。先端部１８はケース内に内視部としてのカメラを備えており、そのカメラは先端面をなす窓２２を介して前方視野範囲内における像を撮像する。その画像情報は電気信号として上記の本体１０へ伝送される。内視部としては電気的なカメラの他、光ファイバの端面等によるものであってもよい。いずれにしても視覚的に観察するための画像が取得されればよい。本実施形態においては、先端部１８における中心軸と上記の前方視野の中心軸とが一致している。

先端部１８の前端部分には、先端面上の円形の窓２２を取り囲むようにテーパー面（斜面）が形成されており、そのリング状のテーパー面には円環状に配列された複数の振動素子２６が設けられている。複数の振動素子２６はリング状の振動素子アレイ２４を構成するものである。各振動素子２６は単振動子であり、それは距離センサとして機能するものである。各振動素子の前面には必要に応じて整合層や音響レンズが配置され、各振動素子の背面側には必要に応じてバッキングが配置される。図示されるように、各振動素子にて形成される超音波ビームの中心軸は上述した前方視野の中心軸に対して一定の交差角度をもって設定されており、その交差角度は本実施形態において例えば６０度である。その交差角度が９０度であってもよいが、このように斜め前方へ傾斜したビーム方位を設定することにより、より前方側への距離計測を重視することができる。交差角度は例えば４５度〜９０度の範囲内に設定されるのが望ましい。挿入時においてはカメラによって撮像された画像が観察され、同時にその前方視野の周囲における組織との位置関係を特定できる距離情報が計測され、その情報が画像として表示されるのが望ましい。これについては後に詳述する。振動素子アレイ２４は本実施形において８個の振動素子２６によって構成されているが、より少ない数、例えば４つの振動素子によって振動素子アレイ２４を構成することもでき、また、より多くの数、例えば１６個の振動素子によって振動素子アレイ２４を構成することも可能である。各振動素子間における超音波の干渉が問題となるような場合には、電子的に各振動素子を順番に選択して時分割で距離計測を行うようにしてもよい。その場合には、受信部の構成を簡略化できるという利点がある。図１においては、各振動素子２６が比較的大きなものとして描かれているが、実際にはかなり小型の振動素子を配置するだけで距離計測を行うことができるので先端部１８の肥大化を防止できる。テーパー面２３が斜面として存在しているため、結果として挿入時における患者への苦痛を緩和でき、あるいは操作性を向上できるという利点もある。

図２には、信号処理原理が示されている。（Ａ）には以下に説明するカラーマップが表されており、（Ｂ）には送信信号及び受信信号が示されている。まず（Ｂ）について説明すると、１番上に示されているのは送信同期信号であり、これは送信トリガあるいは送信パルスに相当するものである。各振動素子に対してこの例では同時に送信パルスとして電気信号が与えられている。これによって各方位に超音波パルスが生じることになる。各超音波パルスは組織表面で大きな反射を生じさせ、その反射波がそれぞれの振動素子において観測されることになる。その受信信号が（Ｂ）において受信信号Ａ〜Ｈで示されている。超音波の伝藩速度は基本的に一定であるため、反射波の到達時間から距離を演算することが可能である。

本実施形態においては、各振動素子において観測された距離を画像情報として、特に色付け画像情報として表示する為にカラーコーディーング処理が行われており、その変換を表すのがカラーマップである。すなわち、距離がもっとも短い近接した状態にある時には、当該方位について赤が割り当てられ、もっとも遠い状態にある場合には緑が割り当てられ、その両者間が色相の変化として表現される。具体的には、赤、オレンジ、黄色、黄緑、緑といった色配列がグラディエーションのように与えられ、これによってカラーマップが構成される。このようなカラーマップを実際に画像上に表示するのが望ましい。

図３には、表示例が示されており、符号４４は表示された画像を表している。中央に示されているのが内視画像４６であり、これは上述したカメラによって撮像された前方視野に相当する画像である。その周囲にはリング状に８個のセグメントが存在し、各セグメントは８つの方位に対応し、各セグメントに与えられた色が各方位における組織までの距離を表している。ここで各セグメントはａ〜ｈで特定されており、それぞれに対しては距離に応じた色付けがなされている。このような円環状配列を用いれば、内視画像４６を基準とする座標系上において各方位の距離を分かり易く表現することができ、方位及び距離を誤りなく直感的に迅速に認識できるという利点がある。

図４には、本実施形態に係る内視装置の要部構成がブロック図として示されている。先端部１８内には、上述したようにカメラ３０の他に振動素子アレイ２４を構成する複数の振動素子２６が配置されている。複数の振動素子２６に対しては複数の送受信回路３２が接続されている。各送受信回路３２は送信器及び受信器として機能するものである。複数の送受信回路３２の後段には複数の距離演算部３４が設けられ、各距離演算部３４は送信パルスから反射波が得られるまでの時間をカウントし、そのカウント値から距離を演算している。その演算結果、すなわち距離情報はカラー変換部３８へ送られている。

カラー変換部３８は複数の距離情報を視覚的に表すためのグラフィック画像を生成しており、本実施形態においては８つのセグメントからなるリング状のセグメントアレイが生成されている。各セグメントには距離に応じた色相が割り当てられ、すなわち各セグメントには距離に応じた着色が施される。そのような距離情報を表すグラフィック画像は合成部４０に送られる。合成部４０はカメラ３０からの画像情報により、内視画像を生成する機能を有しており、それに加えて内視画像に上述したグラフィック画像を合成して表示画像を構成する機能を有している。その表示画像は表示部４２に表示される。

したがって、操作者は、その先端部を体腔内に挿入する際に表示部４２に表示された内視画像に加えてグラフィック画像としての距離情報を認識することができ、挿入操作時における安全性を極めて高めることが可能である。また先端部の位置決めにあたっても各方位毎の距離情報を認識できるため、その位置決めを適正に行えるという利点がある。本実施形態に係る画像表示によれば、上述したような挿入時における利点の他、先端部の位置決め時や引き抜き時においても利点を得ることが可能である。上述した実施形態においては距離を色相によって表現したが、距離の大小を輝度の大小、数値表示、伸び縮みするグラフィック要素等によって表現することも可能である。また実際に内視画像を使って診断や治療を行う際にはカラー表示されているグラフィックが目障りであれば、それを消去させるようにしてもよい。

なお、符号３６に示す電子回路部分については、本実施形態においては各振動素子２６毎に送受信回路３２や距離演算部３４を設けていたが、そのような電子回路部分３６を単一の送受信回路３２及び単一の距離演算部３４で構成し、時分割によって各振動素子２６を選択するようにしてもよい。

本発明に係る内視装置の好適な実施形態を示す概念図である。 カラーマップと複数の受信信号とを表す説明図である。 画像表示例を説明するための図である。 図１に示した装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 本体、１４ 操作部、１６ 挿入管、１８ 先端部、２２ 窓、 ２４ 振動素子アレイ。

Claims (2)

1. 体内に挿入される先端部を有する内視装置において、
   前記先端部は、
   前記先端部の先端面に設けられ、前方視野を有し、目視観察される画像を得るための内視部と、
   前記前方視野の周囲に存在する生体組織までの距離を測定する周囲距離測定部と、
   を有し、
   前記先端部は、前記内視部を取り囲むように設けられ前方に傾斜したリング状のテーパー面を有し、
   前記周囲距離測定部は、前記テーパー面上においてリング状に配置された複数の距離センサとしての複数の超音波センサを含み、
   前記複数の超音波センサで形成される複数の超音波ビームが前記前方視野の周囲である斜め前方へ向くように形成される、
   ことを特徴とする内視装置。
2. 請求項１記載の内視装置において、
   前記内視部で得られた前方画像を形成する前方画像形成部と、
   前記周囲距離測定部の測定結果を表す画像として各方位ごとに距離を視覚的に表現した距離画像を形成する距離画像形成部と、
   前記前方画像を中央としてその周囲に前記距離画像を表示する手段と、
   を含むことを特徴とする内視装置。

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