WO2017163652A1 - 内視鏡形状把握システム - Google Patents

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WO2017163652A1
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coil
magnetic field
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external device
endoscope
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暁元 片山
克哉 丹内
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Hoya株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for detecting the position of an insertion portion and displaying the shape in order to grasp the shape of the endoscope insertion portion.
  • the three-dimensional position information of the insertion portion inserted into the body is acquired using the source coil that generates the magnetic field and the sense coil that detects the magnetic field, and the shape of the insertion portion is grasped.
  • the system is known. For example, a sense in which a plurality of source coils are arranged at predetermined intervals along the longitudinal direction of an insertion shape detection probe inserted into an endoscope insertion portion, and a magnetic field generated by these source coils is arranged around the subject.
  • a system that detects a coil and calculates a three-dimensional shape of an insertion portion from three-dimensional position information of a source coil to generate and display a three-dimensional image of the insertion portion viewed from a predetermined viewpoint.
  • Patent Document 1 when a part of the 3D image of the insertion unit protrudes from the display screen, a method of adjusting the display position of the 3D image and rendering the image in a predetermined region has been proposed ( Patent Document 1).
  • This invention makes it a subject to always be able to grasp
  • An endoscope shape grasping system includes a plurality of first coils arranged along a longitudinal direction of an insertion portion of an endoscope scope, an external device including a second coil, and a first coil or a second coil.
  • Position information detecting means for detecting a magnetic field generated by one coil by the other coil and detecting three-dimensional position information of one coil, and a three-dimensional image showing the shape of the insertion portion based on these position information Generated by the three-dimensional image generation means, the posture acquisition means for acquiring the posture change of the external device from when the external device is placed at an appropriate position, and the three-dimensional image generation means based on the posture change.
  • Correction means for correcting the three-dimensional image to a three-dimensional image obtained when the external device is placed at an appropriate position.
  • the endoscope shape grasping system may be provided with a posture sensor that detects the posture of the external device, or may be provided with an input unit for inputting the posture of the external device.
  • the acquired posture may be an angle of attack of an external device.
  • the present invention in the endoscope shape grasping system, it is possible to always easily grasp the shape of the endoscope insertion portion.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an endoscope shape grasping system according to an embodiment of the present invention.
  • the endoscope shape grasping system 10 includes an electronic endoscope device 11 and a three-dimensional position measuring device 12 connected to the electronic endoscope device 11.
  • the electronic endoscope device 11 is, for example, a lower digestive organ endoscope, and displays an electronic scope main body 13, a processor device 14 that processes an image signal from the electronic scope main body 13, and an image processed by the processor device 14.
  • the processor device 14 of the present embodiment also includes a light source (not shown) used for illumination for endoscopic observation.
  • the electronic scope body 13 includes an insertion portion 16 to be inserted into the body, an operation portion 17 to which the proximal end side of the insertion portion 16 is connected, and the operation portion 17 to the processor device 14 electrically and optically via a universal cord.
  • the connector part 18 connected with is provided.
  • the insertion portion 16 is made of a flexible tube, and an image sensor 19 is disposed at the tip thereof. Light from the light source of the processor device 14 is transmitted from the distal end of the insertion portion 16 through a light guide (not shown), and is irradiated as illumination light. An image photographed by the image sensor 19 is subjected to predetermined signal processing by the processor device 14 and then output to the monitor device 15 to be displayed as an endoscopic image.
  • a bending portion that can be bent by an operation of an operation lever or an operation knob (not shown) provided in the operation portion 17 is provided in the vicinity of the distal end portion of the insertion portion 16 over a predetermined length. The practitioner can operate the operation lever of the operation unit 17 while viewing the endoscopic image of the monitor device 15 to point the distal end of the insertion unit 16 in various directions.
  • the three-dimensional position measuring device 12 of the present embodiment is a magnetic field type position measuring device, and a plurality of first coils 20 constituting a part of the three-dimensional position measuring device 12 are arranged in the insertion portion 16 along the longitudinal direction thereof. Is done.
  • the three-dimensional position measurement device 12 is connected to the signal processing unit 22 that receives signals from each of the first coils 20 in addition to the plurality of first coils 20 provided in the insertion unit 16, and is connected to the same.
  • a magnetic field generator (external device) 23 that generates a magnetic field by a second coil (not shown), and three-dimensional position information of the first coil is acquired based on a signal from the first coil 20.
  • a monitor 24 that graphically displays the three-dimensional shape of the insertion unit 16.
  • the first coil 20 is, for example, a coil wound around an iron core, and the three-dimensional position of each first coil 20 with respect to the magnetic field generator 23 is the distortion of the magnetic field generated by the magnetic field generator 23, and Calculation is performed in the signal processing unit 22 based on the signal of the first coil 20 arranged in the same magnetic field.
  • the signal processing unit 22 generates a three-dimensional image of the insertion unit 16 viewed from a predetermined viewpoint based on the calculation result, and outputs the three-dimensional image to the monitor 24.
  • the signal from the first coil 20 is sent to the signal processing unit 22 through a signal line that is detachably connected to a relay circuit 25 provided in the connector unit 18, for example.
  • the magnetic field generator 23 of the present embodiment includes an attitude sensor 26 for detecting the attitude.
  • the posture sensor 26 is, for example, a gyro sensor or a tilt sensor, and detects signals such as a change in posture from the initial position of the magnetic field generator 23 or a tilt (attack angle) with respect to the vertical direction, and the signal is sent to the signal processing unit 22. Sent. Based on the signal from the attitude sensor 26, the signal processing unit 22 rotates the generated three-dimensional image of the insertion unit 16, for example, and corrects it to a corresponding three-dimensional image when the magnetic field generator 23 is placed at an appropriate position. To do.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the positional relationship between the patient P and the magnetic field generator 23 when the magnetic field generator 23 is placed at an appropriate position and a treatment is performed.
  • FIG. 2A is a view seen from the top of the patient P
  • FIG. 2B is a view seen from the right side of FIG. Note that the appropriate position shown in FIG. 2 is an example, and other arrangements may be appropriate positions.
  • the patient P lies sideways on the medical bed 27, and the magnetic field generator 23 is held by the gantry 28 so as to face the abdomen of the patient P. Since the three-dimensional coordinates of the first coil 20 obtained by the three-dimensional position measuring device 12 are based on the distance from the magnetic field generator 23, when the patient P and the magnetic field generator 23 are arranged as shown in FIG. The depth direction of the three-dimensional coordinates of the coil 20 coincides with the front-rear direction of the patient P. Since the insertion portion 16 inserted into the body is arranged along the large intestine, in the arrangement of FIG. 2, the three-dimensional image of the insertion portion 16 based on the signal from the first coil 20 is planar with respect to the front of the abdomen. It is easy to grasp the shape of the spread (see FIG. 4B).
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a positional relationship between the patient P and the magnetic field generator 23 when a procedure is performed without the magnetic field generator 23 being placed at an appropriate position.
  • FIG. 3A is a view seen from the top of the patient P
  • FIG. 3B is a view seen from the right side of FIG. 4A and 4B
  • a three-dimensional image of the insertion portion 16 obtained from the coordinates of the first coil 20 detected in the state of FIG. 3 is displayed without correction of the present embodiment.
  • the magnetic field generator 23 is held on the gantry 28 so that its posture can be adjusted. In the state of FIG. 3, as shown in FIG. 3 (a), the magnetic field generator 23 is obliquely above the abdomen of the patient P, and FIG. ), The magnetic field generator 23 applies a magnetic field from the foot side of the patient P.
  • the user When the attitude sensor 26 is a gyro sensor, the user first arranges the magnetic field generator 23 in an appropriate position and an appropriate attitude as shown in FIG. Thereafter, for example, the power source and a predetermined switch are operated to start the attitude detection process of the magnetic field generator 23. That is, based on the signal from the gyro sensor, the signal processor 22 calculates the subsequent attitude change of the magnetic field generator 23.
  • the posture may include the amount of movement in the horizontal and vertical directions in addition to the yaw angle, pitch angle, and low angle. However, when only simple correction is performed, only the yaw angle (attack angle) may be detected. Good.
  • the magnetic field generator 23 is arranged at a location deviated from the appropriate position, and the magnetic field is applied to the patient P from a direction different from that in FIG. 2.
  • the generated three-dimensional image of the insertion unit 16 is obtained by obliquely inserting the insertion unit 16 arranged in a plane in the abdominal width direction along the large intestine, as shown in FIG. The image you see. Therefore, it is difficult for the practitioner to check the state of the insertion portion 16 as compared to the image from the appropriate orientation in FIG.
  • the coordinates are converted and corrected to a three-dimensional image (FIG. 4B) obtained when the magnetic field generator 23 is arranged at the appropriate position in FIG.
  • the shape of the endoscope insertion portion is always easily achieved by detecting the attitude of the magnetic field generation device and performing coordinate conversion of the three-dimensional image of the insertion portion in accordance with this.
  • a three-dimensional image that can be grasped can be generated.
  • an electronic endoscope has been described as an example, but the present invention can also be applied to an endoscope using an image guide fiber or the like.
  • a plurality of first coils are arranged along the insertion portion of the electronic scope.
  • a plurality of first coils may be provided in a probe-like instrument, and the instrument may be mounted from the forceps opening.
  • the 1st coil provided in an insertion part can be directly connected to a signal processing part without going through a connector part, and can make a 3D position measuring device independent of an endoscope.
  • the magnetic field is generated by the second coil of the external device arranged outside the patient's body, and the same magnetic field is detected by the first coil arranged inside the patient's body. It is good also as a structure which generate
  • the orientation sensor is used to automatically rotate the three-dimensional image of the insertion section.
  • a magnetic field generator is provided with an inclinometer or the like, and the value of the inclinometer read by the user is obtained. It is good also as a structure which inputs into a signal processing part and coordinate-transforms based on this input value. Moreover, it is good also as a structure rotated until it becomes an image from an appropriate direction by a user's switch operation.

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Abstract

内視鏡スコープの挿入部長手方向に沿って配置される複数の第１コイルと、第２コイルを備える外部装置と、第１コイルまたは第２コイルの一方のコイルで発生される磁場を他方のコイルで検知し、前記一方のコイルの３次元的な位置情報を検出する位置情報検出手段と、位置情報に基づき挿入部の形状を示す３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、外部装置の姿勢を取得する姿勢取得手段と、姿勢に基づき前記３次元画像が描画される向きを変更する補正手段とを備える内視鏡形状把握システム。

Description

内視鏡形状把握システム
　本発明は、内視鏡挿入部の形状を把握するために挿入部の位置を検出しその形状を表示する装置に関する。
　内視鏡を用いた施術において、磁場を発生するソースコイルと当該磁場を検出するセンスコイルを用いて体内に挿入した挿入部の３次元的な位置情報を取得し、挿入部の形状を把握するシステムが知られている。例えば、内視鏡挿入部に挿入される挿入形状検出用プローブの長手方向に沿って所定間隔で複数のソースコイルを配置し、これらのソースコイルで発生される磁界を被験者の周辺に配置したセンスコイルで検出するとともにソースコイルの３次元的な位置情報から挿入部の３次元形状を算出して所定の視点から見た挿入部の３次元画像を生成・表示するシステムが知られている。また同システムにおいて、表示画面から挿入部の３次元画像の一部がはみ出してしまう場合に、３次元画像の表示位置を調整し、同画像を所定領域内に描出する方法も提案されている（特許文献１）。
特開２００６－２４７２９２号公報
　一方、特許文献１の構成に対して、挿入部にセンスコイルを配置し、被験者の周辺にソースコイルを配置する構成も知られている。しかし、何れの構成においても施術室のレイアウトや使用される他の器具等の位置関係から、被験者と周辺に配置されるセンスコイルあるいはソースコイルの配置を常に適正に設定することは困難である。そのため内視鏡使用時に被験者の周辺に配置される側の装置を適正な向きや位置に配置できないこともあり、その場合生成される挿入部の３次元画像は、必ずしもその形状を把握し易い方向からの画像とはならない。
　本発明は、内視鏡形状把握システムにおいて、内視鏡挿入部の形状を常に容易に把握できるようにすることを課題としている。
　本発明の内視鏡形状把握システムは、内視鏡スコープの挿入部長手方向に沿って配置される複数の第１コイルと、第２コイルを備える外部装置と、第１コイルまたは第２コイルの一方のコイルで発生される磁場を他方のコイルで検知し、一方のコイルの３次元的な位置情報を検出する位置情報検出手段と、これらの位置情報に基づき挿入部の形状を示す３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、外部装置が適正な位置に配置されたときからの外部装置の姿勢変化を取得する姿勢取得手段と、この姿勢変化に基づき、３次元画像生成手段により生成される３次元画像を、外部装置が適正な位置に配置されたときに得られる３次元画像に補正する補正手段とを備えることを特徴としている。
　内視鏡形状把握システムは、外部装置の姿勢を検出する姿勢センサを備えてもよく、あるいは外部装置の姿勢を入力するための入力手段を備えてもよい。取得される姿勢は、外部装置の付迎角であってもよい。
　本発明によれば、内視鏡形状把握システムにおいて、内視鏡挿入部の形状を常に容易に把握できるようにすることができる。
本発明の一実施形態である内視鏡形状把握システムの構成を示すブロック図である。 磁場発生装置が適正位置に配置されて施術が行われるときの患者Ｐと磁場発生装置の位置関係を示す模式図である。 磁場発生装置が適正位置に配置されないで施術が行われるときの患者Ｐと磁場発生装置の位置関係を示す模式図である。 補正前の挿入部の３次元画像と補正後の挿入部の３次元画像を例示する模式図である。
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態である内視鏡形状把握システムの構成を示すブロック図である。
　本実施形態の内視鏡形状把握システム１０は、電子内視鏡装置１１とこれに接続される３次元位置測定装置１２とから構成される。電子内視鏡装置１１は、例えば下部消化器内視鏡であり、電子スコープ本体１３と、電子スコープ本体１３からの画像信号を処理するプロセッサ装置１４と、プロセッサ装置１４で処理された画像を表示するモニタ装置１５とを備える。なお、本実施形態のプロセッサ装置１４は、内視鏡観察の照明に用いられる光源（不図示）も備える。
　電子スコープ本体１３は、体内に挿入される挿入部１６と、挿入部１６の基端側が接続される操作部１７と、ユニバーサルコードを介して操作部１７を電気的、光学的にプロセッサ装置１４へと接続するコネクタ部１８を備える。挿入部１６は可撓管からなり、その先端には撮像素子１９が配置される。挿入部１６の先端からは、ライトガイド（不図示）を介してプロセッサ装置１４の光源からの光が伝送され、照明光として照射される。撮像素子１９で撮影された画像は、プロセッサ装置１４で所定の信号処理が施された後、モニタ装置１５に出力され内視鏡画像として表示される。
　また挿入部１６の先端部近傍には所定の長さに亘り、操作部１７に設けられた操作レバーあるいは操作ノブ（不図示）の操作により湾曲可能な湾曲部が設けられる。施術者はモニタ装置１５の内視鏡画像を見ながら操作部１７の操作レバーを操作して挿入部１６の先端を様々な方向に向けることができる。
　本実施形態の３次元位置測定装置１２は磁場式の位置測定装置であり、挿入部１６には、３次元位置測定装置１２の一部をなす第１コイル２０がその長手方向に沿って複数配置される。３次元位置測定装置１２は、挿入部１６に設けられる複数の第１コイル２０の他、第１コイル２０の各々からの信号を受信する信号処理部２２と、信号処理部２２に接続され、同装置からの制御信号に基づき、第２コイル（不図示）により磁場を発生させる磁場発生装置（外部装置）２３と、第１コイル２０の信号に基づいて第１コイルの３次元位置情報を取得し挿入部１６の３次元的な形状をグラフィック表示するモニタ２４とを備える。
　第１コイル２０は、例えば鉄心周りにコイルを巻いたものであり、第１コイル２０の各々の磁場発生装置２３に対する３次元的な位置は、磁場発生装置２３で生成される磁場の歪みと、同磁場内に配置される第１コイル２０の信号に基づき信号処理部２２において計算される。信号処理部２２は、この計算結果に基づき所定の視点から見た挿入部１６の３次元画像を生成し、モニタ２４に出力する。なお、第１コイル２０からの信号は、例えばコネクタ部１８に設けられた中継回路２５に着脱自在に接続される信号線を介して信号処理部２２に送られる。
　また、本実施形態の磁場発生装置２３は、その姿勢を検出するための姿勢センサ２６を備える。姿勢センサ２６は、例えばジャイロセンサや傾斜センサであり、磁場発生装置２３の初期位置からの姿勢の変化、あるいは鉛直方向に対する傾き（付迎角）などの信号が検出され、信号処理部２２へと送られる。信号処理部２２は、姿勢センサ２６からの信号に基づき、生成される挿入部１６の３次元画像を例えば回転し、磁場発生装置２３が適正位置に配置されたときに相当する３次元画像に補正する。
　図２は、磁場発生装置２３が適正位置に配置されて施術が行われるときの患者Ｐと磁場発生装置２３の位置関係を示す模式図である。図２（ａ）は、患者Ｐの頭頂部側から見た図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の右側から見た図である。なお、図２に示される適正位置は一例であり、他の配置が適正位置であってもよい。
　図２に示されるように、患者Ｐは診療ベッド２７の上に横向きに横たわり、磁場発生装置２３は、患者Ｐの腹部に正対するように架台２８によって保持される。３次元位置測定装置１２で得られる第１コイル２０の３次元座標は、磁場発生装置２３からの距離に基づくため、患者Ｐと磁場発生装置２３が図２のように配置されると、第１コイル２０の３次元座標の奥行方向は、患者Ｐの前後方向と一致する。また体内に挿入された挿入部１６は大腸に沿って配置されるので、図２の配置では、第１コイル２０からの信号に基づく挿入部１６の３次元画像は腹部正面に対して平面的に広がりその形状が把握し易い（図４（ｂ）参照）。
　一方、図３は、磁場発生装置２３が適正位置に配置されないで施術が行われるときの患者Ｐと磁場発生装置２３の位置関係を示す模式図である。図３（ａ）は、患者Ｐの頭頂部側から見た図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の右側から見た図である。なお、図４（ａ）、図４（ｂ）に、図３の状態で検出される第１コイル２０の座標から得られる挿入部１６の３次元画像を本実施形態の補正なしで表示した場合と、図２の適正な状態で検出される第１コイル２０の座標から得られる挿入部１６の３次元画像を表示した場合を模式的に例示する。
　磁場発生装置２３は、その姿勢を調整可能に架台２８に保持され、図３の状態では、図３（ａ）に示されるように、患者Ｐの腹部に斜めに上方、かつ、図３（ｂ）に示されるように、磁場発生装置２３は患者Ｐの足側から磁場を当てている。
　姿勢センサ２６がジャイロセンサの場合、ユーザは初めに図２のように磁場発生装置２３を適正な位置、かつ適正な姿勢で配置する。その後、例えば電源や所定スイッチを操作して磁場発生装置２３の姿勢検出処理を開始する。すなわち、ジャイロセンサからの信号に基づき、その後の磁場発生装置２３の姿勢変化を信号処理部２２において算出する。姿勢としてはヨー角、ピッチ角、ロー角に加え水平垂直方向への移動量を含んでいてもよいが、単純な補正のみ行う場合は、ヨー角（付迎角）のみを検出する構成としてもよい。
　図３のように、磁場発生装置２３を適正位置からずれた場所に配置し、図２とは異なる方向から磁場を患者Ｐに当てて、図２の状態のときと同じ処理で挿入部１６の３次元画像を描くと、生成される挿入部１６の３次元画像は、図４（ａ）に示されるように、大腸に沿って腹部幅方向に平面的に配置される挿入部１６を斜めから見た画像となる。そのため、図４（ｂ）の適正な向きからの画像に比べ、施術者にとって挿入部１６の状態を確認し難い画像となる。
　本実施形態では、信号処理部２２が姿勢センサ２６から得られる磁場発生装置２３の姿勢変化の値に基づき、図３の姿勢において得られる挿入部１６の３次元画像（図４（ａ））を座標変換し、磁場発生装置２３が図２の適正な位置に配置されたときに得られる３次元画像（図４（ｂ））に補正してモニタ２４に表示する。
　以上のように、本実施形態によれば、磁場発生装置の姿勢を検知し、これに合わせて挿入部の３次元画像の座標変換を行うことで、内視鏡挿入部の形状を常に容易に把握できる３次元画像を生成できる。
　本実施形態では電子内視鏡を例に説明を行なったが、本発明はイメージガイドファイバなどを用いた内視鏡にも適用できる。また本実施形態では電子スコープの挿入部に沿って複数の第１コイルを配置したが、例えばプローブ状の器具に複数の第１コイルを設け、同器具を鉗子口から装着する構成としてもよい。その場合、挿入部に設けられる第１コイルは、コネクタ部を介することなく信号処理部に直接接続され、３次元位置測定装置を内視鏡から独立した構成とすることができる。また、本実施形態では、患者の体外に配置される外部装置の第２コイルで磁場を発生し、患者の体内に配置される第１コイルで同磁場を検出したが、第１コイルで磁場を発生し、第２コイルで磁場を検出する構成としてもよい。
　本実施形態では姿勢センサを用いて、自動的に挿入部の３次元画像を回転させたが、姿勢センサの代わりに例えば磁場発生装置に傾斜計等を設け、ユーザが読み取った傾斜計の値を信号処理部に入力し、この入力値に基づき座標変換する構成としてもよい。また、ユーザのスイッチ操作により、適正な方向からの画像となるまで回転させる構成としてもよい。
　１０　内視鏡形状把握システム
　１１　電子内視鏡装置
　１２　３次元位置測定装置
　１３　電子スコープ本体
　１６　挿入部
　１９　撮像素子
　２０　第１コイル
　２２　信号処理部
　２３　磁場発生装置（外部装置）
　２４　モニタ
　２６　姿勢センサ

Claims (4)

  1. 　内視鏡スコープの挿入部長手方向に沿って配置される複数の第１コイルと、
    　第２コイルを備える外部装置と、
    　前記第１コイルまたは前記第２コイルの一方のコイルで発生される磁場を他方のコイルで検知し、前記一方のコイルの３次元的な位置情報を検出する位置情報検出手段と、
    　前記位置情報に基づき前記挿入部の形状を示す３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、
    　前記外部装置が適正な位置に配置されたときからの前記外部装置の姿勢変化を取得する姿勢取得手段と、
    　前記姿勢変化に基づき、前記３次元画像生成手段により生成される３次元画像を、前記外部装置が前記適正な位置に配置されたときに得られる３次元画像に補正する補正手段と
    　を備えることを特徴とする内視鏡形状把握システム。
  2. 　前記外部装置の姿勢を検出する姿勢センサを備えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡形状把握システム。
  3. 　前記外部装置の姿勢を入力するための入力手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡形状把握システム。
  4. 　前記姿勢が前記外部装置の付迎角であることを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の内視鏡形状把握システム。
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