JP5244526B2 - 医療装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体の管腔内に挿入される内視鏡を有する医療装置に関し、特に、管腔内から流体を吸引する吸引手段と、管腔内に流体を送気する送気手段とを有する医療装置に関する。

内視鏡装置は、生体の被検部に外部から細長の可撓性を有する挿入部を挿入して被検部を観察し必要とする処置を行う。内視鏡の挿入部には送気管路および吸引管路が設けられており、送気管路および吸引管路を介して管腔内に流体を供給したり吸引したりするための吸引装置および送気装置を備えている。

挿入部の先端側には湾曲自在な湾曲部が配設されている。そして、入り組んだ生体内の管路、特に、大腸のようにループを描く管腔に挿入部を挿入するときには、湾曲部の湾曲操作に加えて、管腔内に空気等の流体を供給したり吸引したり操作することで、管腔を適度に膨張または収縮し挿入性を改善することが行われていた。

一方、モータまたは空気圧等による駆動手段により駆動制御される湾曲部を有する内視鏡、が開発されている。
特開２００３−９３３３４号公報 特開平１１−３１８８１０号公報

しかし、管腔を適度の拡張状態に保つために、管腔内に空気等の流体を供給したり吸引したりして、空気量を適切に制御することは、術者にとり容易ではなかった。すなわち、術者は、湾曲部の湾曲操作に加えて、同時に、流体の供給操作または吸引操作を行う必要があり、繁雑であった。

また、自動的に駆動制御される湾曲部を有する内視鏡では自動的に挿入作業を行うことも可能ではあるが、管腔を適度の拡張状態に保つことはできなかった。

本発明は、生体の管腔の内部に内視鏡の挿入部を挿入するときに、管腔を適度の拡張状態に保つ医療装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の一態様の医療装置は、生体の管腔に挿入される挿入部の先端部に、撮像手段と吸引孔と送気孔とを有する内視鏡と、前記吸引孔を介して前記管腔から流体を吸引する吸引手段と、前記送気孔を介して前記管腔に流体を送気する送気手段と、前記管腔の拡張状態を判別する判別手段と、前記判別手段が判別した前記管腔の前記拡張状態に基づき、前記吸引手段および前記送気手段を制御する制御手段と、前記撮像手段が撮像した前記管腔の撮像画像を処理する画像処理手段と、を有し、前記画像処理手段は、前記撮像画像からエッジ画像を抽出し、前記エッジ画像から所定の直線または所定の円を検出し、前記判別手段は、前記画像処理手段の処理結果に基づき、平行する２本の前記直線の間隔が所定の範囲内の場合に前記管腔が拡張不十分状態であると判別し、前記円の内部が所定の輝度以下の場合に前記管腔が拡張過度状態であると判別し、前記制御手段は、前記判別手段が前記管腔が前記拡張不十分状態と判別した場合には前記送気手段を送気動作に、前記判別手段が前記管腔が前記拡張過度状態と判別した場合には前記吸引手段を吸引動作に、制御する。

本発明は、生体の管腔に内視鏡の挿入部を挿入するときに、管腔を適度の拡張状態に保つ医療装置を提供するものである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の医療装置１の使用状態を説明するための構成図であり、図２は、本発明の実施の形態の医療装置１の構成を説明するための構成図である。
図１に示すように、本実施の形態の医療装置１は、患者５の管腔である大腸４（図６参照）に内視鏡３の挿入部１１を挿入するための医療装置である。医療装置１は内視鏡３と本体部２とを有する。内視鏡３の挿入部１１の先端部１１Ａは湾曲部１１Ｃが湾曲動作しながら、患者５の大腸４に肛門から挿入される。内視鏡３の操作部１２から延伸したユニバーサルコード１３は本体部２と接続されている。本体部２は、撮像した画像等を表示するモニタ１５と、大腸４から流体を吸引する吸引手段である吸引部１７と、大腸４に流体を送気する送気手段である送気部１６と、光源装置１８と、画像処理および医療装置１全体の制御等を行う制御装置１９を有している。吸引部１７には吸引瓶１７Ａが、送気部１６には圧力流体が充填されたボンベ１６Ａが、それぞれ接続されている。大腸４内に送気する流体は気体であり、送気部１６が圧縮空気が充填されたボンベ１６Ａを有する場合または送気ポンプを有する場合には、空気である。送気部１６が二酸化炭素が充填されたボンベを有する場合には、大腸４内に送気する流体は、二酸化炭素である。

そして、図２に示すように、先端部１１Ａには、吸引孔３２Ａと、送気孔３３Ａと、撮像手段であるＣＣＤ３１と、大腸４内の圧力を計測する圧力計測部３４とが配設されている。ユニバーサルコード１３および挿入部１１の内部には、吸引孔３２Ａと吸引部１７とをつなぐ吸引管３２と、送気孔３３Ａと送気部１６とをつなぐ送気管３３と、ＣＣＤ３１と本体部２の画像処理部４０とをつなぐ信号線等が配設されている。なお送気管３３または吸引管３２として、挿入部１１内に配設された汎用のチャンネルチューブ等を使用してもよい。先端部１１Ａの方向を上下左右に変化する湾曲部１１Ｃは、湾曲駆動部１１Ｄにより湾曲駆動され、挿入部１１を自動的に大腸４内に挿入する自動挿入もできる。

さらに、本実施の形態の医療装置１では、大腸４の拡張状態を判別する判別手段である判別部４２と、判別部４２が判別した大腸４の拡張状態に基づき、吸引部１７および送気部１６を制御する制御部４１を有している。制御部４１は記憶部４３に予め記憶されている所定の条件に基づいて拡張状態を判別する。なお、圧力計測部３４が大腸４内の圧力を計測しているため、大腸４内が予め定めた許容圧力を超える場合には、制御部４１は、送気部１６の送気動作を停止する。なお、圧力計測部３４は先端部１１Ａではなく、先端部１１Ａの開口部と接続されていれば本体部２に配設されていてもよい。

医療装置１は、制御部４１が大腸４の拡張状態に基づき、吸引部１７および送気部１６を制御し、適度の拡張状態に保つ。このため、術者は湾曲部１１Ｃの湾曲操作に集中することができる。さらに、医療装置１は、大腸４が適度の拡張状態を保つため、湾曲駆動部１１Ｄによる自動挿入を行うことが容易である。

次に、図３から図１０を用いて、医療装置１の動作について、より詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態の医療装置の画像処理部および判別部の処理の流れを説明するためのフローチャートであり、図４および図５は内視鏡画像の例であり、図６は大腸４の拡張状態を説明するための断面模式図であり、図７、図８および図９は画像処理を説明するための説明図であり、図１０は制御部の処理の流れを説明するためのフローチャートである。

以下、図３のフローチャートに従い画像処理部４０および判別部４２の処理の流れを説明する。
＜ステップＳ１０＞ 内視鏡画像取得ステップ
ＣＣＤ３１が撮像した内視鏡画像２０を画像処理部４０が取得する。図４に適切な拡張状態、すなわち、挿入に適した状態の腸管（大腸４）の内視鏡画像２０の例を示す。すなわち、図６（Ａ）に示すように、先端部１１Ａに配設されたＣＣＤ３０が撮像する撮像画像である内視鏡画像２０には、所定の視野３０Ａ内の大腸４内の空間と、大腸壁４Ｂとが含まれている。そして、光源装置１８から先端部１１Ａに導光された光が照明部（不図示）から大腸４内部を照明しているため、大腸４の深部は暗く写っている。ここで、図６に示すように、先端部１１Ａには、吸引管３２と接続された吸引孔３２Ａと、送気管３３と接続された送気孔３３Ａと、照明部と、ＣＣＤ３１とが配設されている。

なお、図５に示した内視鏡画像２０は、図６（Ｄ）に示すように、４Ｂが吸引孔３２Ａに吸着された状態である。この状態は、カラー画像では内視鏡画像２０は、全面が赤くなるため、いわゆる「赤玉」と呼ばれている。

＜ステップＳ１１＞ エッジ抽出ステップ
画像処理部４０は、ステップＳ１０で取得した内視鏡画像２０からエッジ画像２１を抽出する。すなわち、画像処理部４０は、内視鏡画像２０の不連続部分である濃度の変化点を抽出することによりエッジ画像２１を抽出する。

すなわち、図７（Ａ）、図８（Ａ）、図９（Ａ）に示した内視鏡画像２０からは、それぞれ、図７（Ｂ）、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）に示したエッジ画像２１が抽出される。エッジ抽出は公知の手法、例えば、Cannyフィルタ等を用いることができる。

＜ステップＳ１２＞ 円検出ステップ
次に、画像処理部４０は、ステップＳ１１で抽出したエッジ画像２１から、公知の手法、例えば、ハフ（Hough）変換を用いて、円の検出を行う。ここで、検出する円は所定の円、すなわち、予め定めた所定値の範囲の半径を有する大きさの円である。例えば、内視鏡画像２０の幅を１としたとき、画像処理部４０は、半径が、ｒ１＝０．０５以上、ｒ２＝０．３８以下の所定の円を抽出する。内視鏡画像２０が正方形の場合には、もちろん、内視鏡画像２０の高さも１である。なお、所定値は、予め、記憶部４３に記憶されている。

例えば、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）に示したエッジ画像２１からは、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）に示すように、円Ｒ１、円Ｒ２が、それぞれ検出される。図９（Ａ）に示したエッジ画像２１からは、円は検出されない。

＜ステップＳ１３＞ 画像濃淡判断ステップ
内視鏡画像２０では、図９に示すように、ハレーションによりＣＣＤ３０近傍の大腸壁４Ｂの凹凸からも円Ｒ２が検出されることがある。しかし、ハレーションによる円Ｒ２の内部は明るい明部であるのに対して、空気過多により管腔が膨張した場合の内視鏡画像２０から検出される円Ｒ１は内部が暗い暗部であるため、両者は、識別可能である。

このため、ステップＳ１２において所定サイズの円を検出した場合には、判別部４２は、検出した円の内部の画像濃淡値、言い換えれば輝度が、予め記憶部４３に記憶した所定値Ｃ以下の暗部であるかを判断する。黒を０、白を１としたとき、所定値Ｃは例えば０．１５である。例えば、判別部４２は、円内部に含まれる内視鏡画像２０の画素の輝度の平均値をもとに判定する。

図８（Ｃ）に示すように、円の内部の画像濃淡値が、所定値Ｃ以下であった場合（Ｙｅｓ）には、判別部４２は、大腸４の拡張状態が拡張過度状態、言い換えれば、空気過多状態、と判別する。図６（Ｃ）は拡張過度状態の大腸４の断面模式図である。

これに対して、図９（Ｃ）に示すように、円の内部の画像濃淡値が、所定値Ｃを超える場合（Ｎｏ）には、判別部４２は、検出された円は、ハレーションによるもので大腸４の拡張状態とは関係がないと判別する。

なお、図７（Ｃ）、図８（Ｃ）、および図９（Ｃ）においては、画像濃淡値は説明を容易にするために簡略化して表示している。

＜ステップＳ１４＞ 拡張過度状態（空気過多）
判別部４２が拡張過度状態と判別した場合には、制御部４１は吸引部１７を吸引動作に制御する。すると、吸引孔３２Ａを介して大腸４内の空気が排気され、拡張過度状態が解消される。

＜ステップＳ１５＞ 平行直線検出ステップ
画像処理部４０は、内部が暗部の円が内視鏡画像２０から検出されなかった場合には、ステップＳ１１で抽出したエッジ画像２１から、公知の手法、例えば、ハフ（Hough）変換を用いて、直線の検出を行う。ここで、検出する直線は、それぞれが所定の長さＬ以上の平行する直線、すなわち、予め定めた所定値の範囲の平行度を有する２本の直線の組である。ここで、平行度とは、２本の直線の傾きが略同一であることを意味する。

図７（Ｃ）においては、図７（Ｂ）に示すエッジ画像２１から、２本の直線Ｌ１およびＬ２が検出された場合を示している。直線Ｌ１の長さｄ１および直線Ｌ２の長さｄ２は、いずれも、所定の長さＬ、例えば内視鏡画像２０の幅を１としたとき、Ｌ＝０．１８、以上である。

＜ステップＳ１６＞ 間隔判別ステップ
所定の平行直線を検出した場合には、判別部４２は、検出した平行直線の間隔が、予め記憶部４３に記憶した所定値ｗ以下、例えば、ｗ＝０．２８以下であるかを判断する。

図７（Ｃ）に示すように、平行直線Ｌ１およびＬ２の間隔ｗ１が、所定値ｗ以下であった場合（Ｙｅｓ）には、判別部４２は、大腸４の拡張状態が拡張不十分状態、言い換えれば、潰れ過ぎ、と判別する。図６（Ｂ）は拡張不十分状態の大腸４の断面模式図である。

なお、画像処理部４０が行うエッジ抽出処理および円または直線の検出処理は例示したCannyフィルタ法またはハフ変換法に限られるものではなく、公知の各種の特徴抽出法、例えば、Sobel法、Prewitt法、ゼロクロス法等を用いてもよい。

＜ステップＳ１７＞ 拡張不十分状態（潰れ過ぎ）
判別部４２が拡張不十分状態と判別した場合には、制御部４１は送気部１６を送気動作に制御する。すると、送気孔３３Ａを介して大腸４内に空気が供給され、拡張不十分状態が解消される。

＜ステップＳ１８＞ 色調判別ステップ
円および直線が検出されなかった場合には、判別部４２は、いわゆる赤玉状態かどうかを、内視鏡画像２０の色調により判断する。例えば、判別部４２は、記憶部４３に記憶した所定の範囲内であるかどうか、内視鏡画像２０のＣＩＥ色座標のｘおよびｙをもとに以下の式を満たす場合に、赤玉状態であると判別する。

ｙ−（０．３３＋（０．３９−０．３３）／（０．６５−０．５０）×（ｘ−０．５０））＜０．０
＜ステップＳ１９＞ 赤玉状態
判別部４２が赤玉状態と判別した場合には、制御部４１は吸引部１７の吸引動作を停止に制御する。すると、図６（Ｄ）に示すように、吸引孔３２Ａに吸着されていた大腸壁４Ｂが、吸引孔３２Ａから離れるため、赤玉状態が解消される。

＜ステップＳ２０＞ 終了指示
術者からの終了指示があるまで、ステップＳ１０からの処理が繰り返し行われる。

さらに、図１０を用いて、すでに説明した制御部４１の処理の流れについて詳細に説明する。

＜ステップＳ３０、Ｓ３１＞
判別部４２が赤玉状態と判別した場合には、制御部４１は吸引動作を停止するように、吸引部１７を制御する。

＜ステップＳ３２、Ｓ３３＞
判別部４２が拡張不十分状態、すなわち潰れ過ぎと判別した場合には、制御部４１は吸引動作を停止するように吸引部１７を制御すると同時に、送気部１６を送気動作開始するように制御する。

＜ステップＳ３４、Ｓ３５＞
判別部４２が拡張過度状態、すなわち空気過多と判別した場合には、制御部４１は吸引動作を停止するように、吸引部１７を制御すると同時に、送気部１６を送気動作開始するように制御する。

＜ステップＳ３７＞
術者からの終了指示があるまで、ステップＳ３０からの処理が繰り返し行われる。

なお、すでに説明したように、医療装置１は、圧力計測部３４を有しており、大腸４内の圧力を計測しているため、大腸４内が予め定めた許容圧力を超える場合には、制御部４１は、送気部１６の送気動作を停止する。

なお、図３に示したフローチャートでは、画像処理部４０および判別部４２が、順に、空気過多状態、潰れ過ぎ状態、赤玉状態を判別する例を示し、図１０に示したフローチャートでは、画像処理部４０および判別部４２が、順に、赤玉状態、潰れ過ぎ状態、空気過多状態、を判別する例を示したが、判別順序は上記例に限定されるものではなく、適宜選択してよい。

以上の説明のように、本実施の形態の医療装置１は、判別部４２内視鏡画像２０の画像解析結果に基づいて大腸４の拡張状態を判別し、制御部４１が吸引部１７および送気部１６を制御し、大腸４を適度の拡張状態に保つ。このため、術者は湾曲部１１Ｃの湾曲操作に集中することができる。さらに、医療装置１は、大腸４が適度の拡張状態を保つため、湾曲駆動部１１Ｄによる自動挿入を行うことも容易である。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本発明の実施の形態の医療装置の使用状態を説明するための構成図である。 本発明の実施の形態の医療装置の構成を説明するための構成図である。 本発明の実施の形態の医療装置の画像処理部および判別部の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 挿入に適した状態の腸管の内視鏡画像の例である。 赤玉状態の腸管の内視鏡画像の例である。 大腸の拡張状態を説明するための断面模式図であり、図６（Ａ）は適切な拡張状態、図６（Ｂ）は拡張不十分状態、図６（Ｃ）は拡張過度状態、図６（Ｄ）は赤玉状態を示している。 拡張不十分状態の内視鏡画像の画像処理を説明するための説明図である。 拡張過度状態の内視鏡画像の画像処理を説明するための説明図である。 はハレーション状態の内視鏡画像の画像処理を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態の医療装置の制御部の処理の流れを説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１…医療装置
２…本体部
３…内視鏡
４…大腸
４Ｂ…大腸壁
５…患者
１１…挿入部
１１Ａ…先端部
１１Ｃ…湾曲部
１１Ｄ…湾曲駆動部
１２…操作部
１３…ユニバーサルコード
１５…モニタ
１６…送気部
１６Ａ…ボンベ
１７…吸引部
１７Ａ…吸引瓶
１８…光源装置
１９…制御装置
３０Ａ…視野
３１…ＣＣＤ
３２…吸引管
３２Ａ…吸引孔
３３…送気管
３３Ａ…送気孔
３４…圧力計測部
４０…画像処理部
４１…制御部
４２…判別部
４３…記憶部

Claims (4)

1. 生体の管腔に挿入される挿入部の先端部に、撮像手段と吸引孔と送気孔とを有する内視鏡と、
   前記吸引孔を介して前記管腔から流体を吸引する吸引手段と、
   前記送気孔を介して前記管腔に流体を送気する送気手段と、
   前記管腔の拡張状態を判別する判別手段と、
   前記判別手段が判別した前記管腔の前記拡張状態に基づき、前記吸引手段および前記送気手段を制御する制御手段と、
   前記撮像手段が撮像した前記管腔の撮像画像を処理する画像処理手段と、
   を有し、
   前記画像処理手段は、前記撮像画像からエッジ画像を抽出し、前記エッジ画像から所定の直線または所定の円を検出し、
   前記判別手段は、前記画像処理手段の処理結果に基づき、平行する２本の前記直線の間隔が所定の範囲内の場合に前記管腔が拡張不十分状態であると判別し、前記円の内部が所定の輝度以下の場合に前記管腔が拡張過度状態であると判別し、
   前記制御手段は、前記判別手段が前記管腔が前記拡張不十分状態と判別した場合には前記送気手段を送気動作に、前記判別手段が前記管腔が前記拡張過度状態と判別した場合には前記吸引手段を吸引動作に、制御することを特徴とする医療装置。
2. 前記管腔の圧力を計測する圧力計測手段を有し、
   前記圧力計測手段の計測した前記圧力が予め定めた許容圧力を超える場合には、前記制御手段は、前記送気手段の送気動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の医療装置。
3. 前記管腔が大腸であることを特徴とする請求項１または２に記載の医療装置。
4. 前記内視鏡が前記先端部の方向を変化する湾曲部と、
   前記湾曲部を湾曲駆動する湾曲駆動部と、を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の医療装置。