JP6564402B2 - 血管認識装置 - Google Patents
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Description
本発明の第1の態様は、生体組織にレーザ光を照射する発光部と、前記生体組織によって散乱された前記レーザ光の散乱光を受光する受光部と、該受光部によって受光された前記散乱光の強度を検出する光検出部と、該光検出部によって検出された前記散乱光の強度の時間変化を示す時系列データを解析して該時系列データに含まれる前記散乱光の周波数シフト量を抽出する周波数解析部と、該周波数解析部によって抽出された前記周波数シフト量に基づいて前記生体組織内の血管の特徴を判定する判定部と、前記レーザ光の前記生体組織への照射位置に可視光を照射する可視光照射部と、前記判定部による判定結果に基づいて前記可視光照射部から前記生体組織への前記可視光の照射および停止を制御する制御部とを備え、該制御部が、前記判定部によって前記生体組織に所定の範囲の直径を有する検出対象の血管が存在すると判定されたときに、前記可視光照射部から前記生体組織へ前記可視光を照射させ、前記判定部によって前記生体組織に前記検出対象の血管が存在しないと判定されたときに、前記可視光照射部から前記生体組織への前記可視光の照射を停止させる血管認識装置である。
上記第1の態様においては、前記光検出部によって検出された前記散乱光の強度を時系列に記憶することによって前記時系列データを生成する記憶部を備えていてもよい。
このようにすることで、時系列データを保存しておくことができる。
このようにすることで、レーザ光の照射領域に検出対象の血管が存在するときにのみ、当該照射領域に可視光も照射される。したがって、ユーザは、可視光の照射領域を検出対象の血管が存在する領域であると認識することができる。
このようにすることで、簡単な構成でありながら、レーザ光の照射位置と可視光の照射位置とを正確に一致させることができる。
血流の速さは、血管の直径の2乗に略比例し、フーリエスペクトルの平均周波数、傾きおよびスペクトル幅は、血流の速さと強い相関を有する。したがって、平均周波数、傾きまたはスペクトル幅に基づいて周波数シフト量を正確に算定することができ、判定部による血管の有無および特徴の判定精度を向上することができる。
このようにすることで、血管認識装置を処置具と一体化し、血管認識装置および処置具を一緒に操作することができる。
このようにすることで、高い光密度を有するレーザ光が第1の伝送路から生体組織へ照射され、生体組織の深い位置にも高い強度を有するレーザ光が作用する。これにより、強い散乱光を発生させることができる。また、広範囲の散乱光が第2の伝送路によって受光されるので、散乱光の受光量を増大することができる。
したがって、コアおよび第1クラッドを第1の伝送路として使用し、第1クラッドおよび第2クラッドを第2の伝送路として使用することによって、第1の伝送路と第2の伝送路とが同軸となる。これにより、生体組織内の散乱光の検出領域内にレーザ光の照射領域が配置されるようにするための光学調整を簡単な構成で行うことができ、散乱光の受光量を増大することができる。
上記第2の態様においては、前記作用部が、前記生体組織にエネルギを作用させるエネルギ作用部であり、前記エネルギを発生させるためのエネルギ源を前記エネルギ作用部に供給するエネルギ供給部と、前記判定部による判定結果に基づいて前記エネルギ供給部を制御する制御部とを備えていてもよい。
このようにすることで、生体組織に検出対象の血管が存在するか否かに応じて、エネルギ作用部の動作を切り替えることができる。
このようにすることで、検出対象の血管が存在しないときにのみ選択的にエネルギ作用部から生体組織へエネルギを作用させて処置することができる。
このようにすることで、検出対象の血管が存在しないときには切開モードを用いて、生体組織に検出対象の血管が存在するときには凝固モードを用いて、生体組織を処置することができる。
上記第2の態様においては、前記周波数解析部が、前記時系列データをフーリエ変換することによってフーリエスペクトルを取得し、前記周波数シフト量として、前記フーリエスペクトルの平均周波数、傾きまたはスペクトル幅を抽出してもよい。
以下に、本発明の参考実施形態に係る外科処置装置100について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る外科処置装置100は、図1に示されるように、生体組織Aを処置するエネルギ処置具1と、生体組織A内の血管Bを光学的に検出する血管検出手段と、該血管検出手段による検出結果に基づいてエネルギ処置具1を制御する制御部2とを備えている。
光検出部11は、受光用光ファイバ15から入射された散乱光Sの強度をデジタル値に変換し、該デジタル値を記憶部17へ順次送信する。
記憶部17は、光検出部11から受信したデジタル値を時系列に記憶することによって、散乱光Sの強度の時間変化を示す時系列データを生成する。
生体組織Aには、図2および図3に示されるように、脂肪や、出血によって血管Bから露出した漏出血液のように静止している静的成分と、血管B内を流動する血液中の赤血球Cのように移動している動的成分とが含まれる。静的成分に周波数fのレーザ光Lが照射されたときには、レーザ光Lと同一の周波数fを有する散乱光Sが発生する。これに対し、動的成分に周波数fのレーザ光Lが照射されたときには、ドップラーシフトによって、レーザ光Lの周波数fからシフトした周波数f+Δfを有する散乱光Sが発生する。このときの周波数のシフト量Δfは、動的成分の移動の速さに依存する。
さらに、血管B内の血流の速さは、血管Bの直径(血管の特徴)に略比例することが知られている。
本実施形態に係る外科処置装置100を用いて生体組織Aを処置するには、一対のジョー6,7の間に生体組織Aの処置対象部位を把持する。ジョー6,7間の処置対象部位には、発光部9からレーザ光Lが照射され、生体組織Aによって散乱されながら処置対象部位を透過したレーザ光Lの散乱光Sが受光部10によって受光される。受光された散乱光Sは、光検出部11によって検出され、周波数解析部12において散乱光Sの時系列データが生成される。周波数解析部12においては、時系列データの周波数解析によってドップラースペクトルの平均周波数が抽出され、判定部13によって、平均周波数に基づいて、生体組織Aに所定の範囲の直径を有する検出対象の血管Bが存在するか否かが判定される。
このようにすることで、検出対象の血管Bへのエネルギの作用を確実に回避することができる。
次に、本発明の第1の実施形態に係る外科処置装置200について図7から図9を参照して説明する。
本実施形態においては、参考実施形態と異なる構成について主に説明し、参考実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る外科処置装置200は、発光部9が、レーザ光Lに加えて可視光Vを生体組織Aへ照射可能であり、制御部2が、エネルギ作用部4ではなく、発光部9からの可視光Vの出力と停止とを制御する点で、参考実施形態と主に異なっている。
受光部10は、発光部9の近傍に設けられており、エネルギ作用部4の先端前方からの散乱光Sを受光する。
判定部13は、時系列データの取得を定期的に繰り返し、検出対象の血管Bの有無の判定を定期的に繰り返す。
本実施形態において、エネルギ作用部4は、エネルギ鉗子以外の任意の種類のものであってよい。
本実施形態のその他の構成は、参考実施形態と同一である。
本実施形態に係る外科処置装置200を用いて生体組織Aを処置するには、エネルギ作用部4を生体組織Aの近傍に配置し、発光部9から生体組織Aへレーザ光Lを照射し、図8に示されるように、レーザ光Lを生体組織A上で走査するように、エネルギ作用部4を移動させる。生体組織Aによって散乱されたレーザ光Lの散乱光Sは受光部10によって受光される。以下、第1の実施形態と同様にして、検出対象の血管Bの有無が判定される。
例えば、エネルギ作用部4が、参考実施形態と同様にエネルギ鉗子である場合には、図9に示されるように、下ジョー7の外面に発光部9および受光部10が設けられていてもよい。術者は、下ジョー7の外面を生体組織Aの表面にかざしてレーザ光Lを生体組織Aへ照射することで、検出対象の血管Bの有無を調べることができる。
本実施形態においては、参考実施形態と異なる構成について主に説明し、参考実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る血管認識装置300は、エネルギ処置具1に取り付けて使用されるものであり、図10に示されるように、発光部9および受光部10を保持し、エネルギ処置具1の胴部3に着脱可能な取付部18と、血管検出手段とを備えている。図11Aおよび図11Bは、取付部18を胴部3に取り付けた状態を示している。
スペクトル幅は、例えば、半値幅Wである。ドップラースペクトルのスペクトル幅は、上述したように、血流が速い程、大きくなる。
図14は、生体組織Aに相当する散乱体の表面から3mmの深さに位置する血管において発生した散乱光の強度の散乱体表面における空間分布をシミュレーションした結果を示している。ここで、図14の横軸に示されている距離は、散乱体表面における血管中心の鉛直方向の真上の位置を原点としたときの、散乱体表面上の距離を表している。図15は、図14の分布から求めた、散乱光の積分強度を示している。図15において、縦軸は、散乱光の強度を0mmから十分に大きな距離まで積分して得られた強度を100%として規格化している。
このように、散乱光Sの受光範囲には、適切な大きさが存在する。受光レンズ21を設けることによって、受光用光ファイバ15によって受光される散乱光Sの受光範囲を適切な大きさに定めることができる。
2 制御部
3 胴部
4 エネルギ作用部(作用部)
5 エネルギ供給部
6,7 ジョー
6a,7a 内面
8 レーザ光源
9 発光部(可視光照射部)
10 受光部
11 光検出部
12 周波数解析部
13 判定部
14 照射用光ファイバ(第1の伝送路)
15 受光用光ファイバ(第2の伝送路)
16 可視光源
17 記憶部
18 取付部
18a 嵌合穴
19 シース
20 集光レンズ
21 受光レンズ
100,200 外科処置装置
300 血管認識装置
L レーザ光
S 散乱光
V 可視光
A 生体組織
B 血管
C 赤血球
Claims (14)
- 生体組織にレーザ光を照射する発光部と、
前記生体組織によって散乱された前記レーザ光の散乱光を受光する受光部と、
該受光部によって受光された前記散乱光の強度を検出する光検出部と、
該光検出部によって検出された前記散乱光の強度の時間変化を示す時系列データを解析して該時系列データに含まれる前記散乱光の周波数シフト量を抽出する周波数解析部と、
該周波数解析部によって抽出された前記周波数シフト量に基づいて前記生体組織内の血管の特徴を判定する判定部と、
前記レーザ光の前記生体組織への照射位置に可視光を照射する可視光照射部と、
前記判定部による判定結果に基づいて前記可視光照射部から前記生体組織への前記可視光の照射および停止を制御する制御部とを備え、
該制御部が、前記判定部によって前記生体組織に所定の範囲の直径を有する検出対象の血管が存在すると判定されたときに、前記可視光照射部から前記生体組織へ前記可視光を照射させ、前記判定部によって前記生体組織に前記検出対象の血管が存在しないと判定されたときに、前記可視光照射部から前記生体組織への前記可視光の照射を停止させる血管認識装置。 - 前記周波数解析部が、前記散乱光の強度の時間変化を示す時系列データを解析して該時系列データに含まれる前記レーザ光に対する前記散乱光の周波数シフト量を抽出する請求項1に記載の血管認識装置。
- 前記光検出部によって検出された前記散乱光の強度を時系列に記憶することによって前記時系列データを生成する記憶部を備える請求項1または請求項2に記載の血管認識装置。
- 前記発光部が、前記レーザ光と一緒に前記生体組織に可視光を照射可能であり、前記可視光照射部を兼ねる請求項1から請求項3のいずれかに記載の血管認識装置。
- 前記周波数解析部が、前記時系列データをフーリエ変換することによってフーリエスペクトルを取得し、前記周波数シフト量として、前記フーリエスペクトルの平均周波数、傾きまたはスペクトル幅を抽出する請求項1から請求項4のいずれかに記載の血管認識装置。
- 前記発光部および前記受光部を保持し、処置具に着脱可能な取付部を備える請求項1から請求項5のいずれかに記載の血管認識装置。
- 前記処置具が、細長い胴部と、該胴部の先端に設けられ前記生体組織を処置する作用部とを備え、
前記取付部が、前記処置具の前記胴部に着脱可能である請求項6に記載の血管認識装置。 - 前記発光部および前記受光部が、処置具に一体に設けられる請求項1から請求項5のいずれかに記載の血管認識装置。
- 前記処置具が、細長い胴部と、該胴部の先端に設けられ前記生体組織を処置する作用部とを備え、
前記発光部および前記受光部が、前記作用部が有するジョーの先端部に設けられ、
前記レーザ光が、前記ジョーの先端から胴部の長手方向外方向に射出される請求項8に記載の血管認識装置。 - 前記発光部まで前記レーザ光を伝送する第1の伝送路と、
前記受光部から前記光検出部まで前記散乱光を伝送する、前記第1の伝送路とは異なる第2の伝送路とを備え、
前記第1の伝送路の前記レーザ光の伝送断面積が、前記第2の伝送路の前記散乱光の伝送断面積よりも小さい請求項1から請求項9のいずれかに記載の血管認識装置。 - 前記第1伝送路が照明用光ファイバであり、該照明用光ファイバの先端側に集光レンズが配置される請求項10に記載の血管認識装置。
- 前記第2伝送路が受光用光ファイバであり、該受光用光ファイバの先端側に前記集光レンズよりも長い焦点距離を有する受光レンズが配置される請求項11に記載の血管認識装置。
- 前記発光部まで前記レーザ光を伝送する第1の伝送路と、
前記受光部から前記光検出部まで前記散乱光を伝送する第2の伝送路とを備え、
前記第1の伝送路が、ダブルクラッドファイバのコアおよび第1クラッドであり、
前記第2の伝送路が、前記ダブルクラッドファイバの第1クラッドおよび該第1クラッドよりも半径方向外側の第2クラッドである請求項1から請求項9のいずれかに記載の血管認識装置。 - 前記第1の伝送路が、シングルモードで前記レーザ光を伝送し、
前記第2の伝送路が、マルチモードで前記散乱光を伝送する請求項10または請求項13に記載の血管認識装置。
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