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技術 可撓性超音波内視鏡装置

出願人 ペンタックス株式会社学校法人慈恵大学
発明者 鈴木直樹炭山和毅橋山俊之大原健一高見敏榎本貴之
出願日 2001年5月31日 (19年5ヶ月経過) 出願番号 2001-163621
公開日 2002年12月10日 (17年11ヶ月経過) 公開番号 2002-355245
状態 特許登録済
技術分野 孔内観察装置 内視鏡 内視鏡 超音波診断装置 超音波診断装置
主要キーワード 各球状部材 光吸収部分 検出用光ファイバー 曲がり角度 略示断面図 球状部材 正面断面 磁界発生部材
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年12月10日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (12)

課題

体内に挿入されたフレキシブル挿入部可撓管の屈曲状態とその変化を、放射線被爆なしに継続的に検出、表示することができる可撓性超音波内視鏡装置を提供すること。

解決手段

曲げられた角度の大きさに対応して光の伝達量が変化する曲がり検出部22を有する複数のフレキシブルな曲がり検出用光ファイバー21を、それらの曲がり検出部22がフレキシブル基板15の長手方向に位置をずらして配列されるように、超音波プローブ14用の信号を伝送するためのフレキシブル基板15に取り付け、各曲がり検出用光ファイバー21の光伝達量から各曲がり検出部22が位置する部分におけるフレキシブル基板15の屈曲状態を検出して、それを挿入部可撓管1の屈曲状態としてモニター画面41に表示するようにした。

概要

背景

胃腸内等に挿入される可撓性超音波内視鏡は、胃腸等の内壁に沿って自由に屈曲するフレキシブル挿入部可撓管を有しており、挿入部可撓管の屈曲状態を体外から把握するのは困難である。

そのため、挿入部可撓管が胃腸に対してどのような挿入状態にあるのかや、得られている超音波断層像がどの方向のものであるのか等を正しく判断することができない場合が少なくない。

そこで、X線透視を行えば挿入部可撓管の屈曲状態を透視することができるが、X線照射は厚い鉛壁等で囲まれた特別の室内で行う必要があるだけでなく、連続的なX線透視は放射線被爆の問題があり、人体に非常に悪い影響を与える恐れがある。

そこで、内視鏡の挿入部可撓管の先端に磁界発生部材を取り付け、その磁界発生部材の位置を人体外に配置された磁気センサーにより検出して、体内にある挿入部の先端の位置をモニター画面に表示するようにしたものがある(特許第2959723号)。

概要

体内に挿入されたフレキシブルな挿入部可撓管の屈曲状態とその変化を、放射線被爆なしに継続的に検出、表示することができる可撓性超音波内視鏡装置を提供すること。

曲げられた角度の大きさに対応して光の伝達量が変化する曲がり検出部22を有する複数のフレキシブルな曲がり検出用光ファイバー21を、それらの曲がり検出部22がフレキシブル基板15の長手方向に位置をずらして配列されるように、超音波プローブ14用の信号を伝送するためのフレキシブル基板15に取り付け、各曲がり検出用光ファイバー21の光伝達量から各曲がり検出部22が位置する部分におけるフレキシブル基板15の屈曲状態を検出して、それを挿入部可撓管1の屈曲状態としてモニター画面41に表示するようにした。

目的

そこで本発明は、体内に挿入されたフレキシブルな挿入部可撓管の屈曲状態とその変化を、放射線被爆なしに継続的に検出、表示することができる可撓性超音波内視鏡装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

挿入部可撓管の先端部分に連結された先端部本体に、超音波信号を発受信する超音波プローブ光学観察を行うための観察窓とが併設されて、上記超音波プローブに入出力される電気信号伝送する配線が施されたフレキシブル基板が上記挿入部可撓管内に挿通配置された可撓性超音波内視鏡装置において、曲げられた角度の大きさに対応して光の伝達量が変化する曲がり検出部を有する複数のフレキシブルな曲がり検出用光ファイバーを、それらの曲がり検出部が上記フレキシブル基板の長手方向に位置をずらして配列されるように上記フレキシブル基板に取り付け、上記各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量から各曲がり検出部が位置する部分におけるフレキシブル基板の屈曲状態を検出して、それを上記挿入部可撓管の屈曲状態としてモニター画面に表示するようにしたことを特徴とする可撓性超音波内視鏡装置。

請求項2

上記曲がり検出部は、上記曲がり検出用光ファイバーの途中に光吸収部が所定の方向にだけ形成されたものである請求項1記載の可撓性超音波内視鏡装置。

請求項3

上記フレキシブル基板として、上記挿入部可撓管の軸線に対して垂直な断面上において90°向きが相違する一対のフレキシブル基板が配置されていて、上記各フレキシブル基板に上記曲がり検出用光ファイバーが取り付けられている請求項1又は2記載の可撓性超音波内視鏡装置。

請求項4

上記フレキシブル基板の表裏両面に上記曲がり検出用光ファイバーが取り付けられている請求項1又は2記載の可撓性超音波内視鏡装置。

技術分野

0001

この発明は、超音波信号を発受信する超音波プローブ光学観察を行うための観察窓とが挿入部の先端に併設された可撓性超音波内視鏡装置に関する。

背景技術

0002

胃腸内等に挿入される可撓性超音波内視鏡は、胃腸等の内壁に沿って自由に屈曲するフレキシブル挿入部可撓管を有しており、挿入部可撓管の屈曲状態を体外から把握するのは困難である。

0003

そのため、挿入部可撓管が胃腸に対してどのような挿入状態にあるのかや、得られている超音波断層像がどの方向のものであるのか等を正しく判断することができない場合が少なくない。

0004

そこで、X線透視を行えば挿入部可撓管の屈曲状態を透視することができるが、X線照射は厚い鉛壁等で囲まれた特別の室内で行う必要があるだけでなく、連続的なX線透視は放射線被爆の問題があり、人体に非常に悪い影響を与える恐れがある。

0005

そこで、内視鏡の挿入部可撓管の先端に磁界発生部材を取り付け、その磁界発生部材の位置を人体外に配置された磁気センサーにより検出して、体内にある挿入部の先端の位置をモニター画面に表示するようにしたものがある(特許第2959723号)。

発明が解決しようとする課題

0006

しかし、上述のように挿入部の先端に取り付けられた磁界発生部材の位置を検出する装置では、挿入部先端の位置が分かるだけで挿入部可撓管の屈曲状態は分からず、しかもそのような装置では外来ノイズの影響を受け易く、良好な状態で位置検出を継続できない場合が少なくない。

0007

そこで本発明は、体内に挿入されたフレキシブルな挿入部可撓管の屈曲状態とその変化を、放射線被爆なしに継続的に検出、表示することができる可撓性超音波内視鏡装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上記の目的を達成するため、本発明の可撓性超音波内視鏡装置は、挿入部可撓管の先端部分に連結された先端部本体に、超音波信号を発受信する超音波プローブと光学観察を行うための観察窓とが併設されて、超音波プローブに入出力される電気信号伝送する配線が施されたフレキシブル基板が挿入部可撓管内に挿通配置された可撓性超音波内視鏡装置において、曲げられた角度の大きさに対応して光の伝達量が変化する曲がり検出部を有する複数のフレキシブルな曲がり検出用光ファイバーを、それらの曲がり検出部がフレキシブル基板の長手方向に位置をずらして配列されるようにフレキシブル基板に取り付け、各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量から各曲がり検出部が位置する部分におけるフレキシブル基板の屈曲状態を検出して、それを挿入部可撓管の屈曲状態としてモニター画面に表示するようにしたものである。

0009

なお、曲がり検出部は、曲がり検出用光ファイバーの途中に光吸収部が所定の方向にだけ形成されたものであってもよい。そして、フレキシブル基板として、挿入部可撓管の軸線に対して垂直な断面上において90°向きが相違する一対のフレキシブル基板が配置されていて、各フレキシブル基板に曲がり検出用光ファイバーが取り付けられていてもよく、或いは、フレキシブル基板の表裏両面に曲がり検出用光ファイバーが取り付けられていてもよい。

発明を実施するための最良の形態

0010

図面を参照して本発明の実施例を説明する。図2は可撓性超音波内視鏡装置の全体構成を示しており、基端が操作部2に連結された挿入部可撓管1の先端付近の部分は、操作部2に配置された操作ノブ3を回転操作することによって任意の方向に屈曲する湾曲部1aになっている。

0011

挿入部可撓管1の先端には、観察窓と超音波プローブ等が配置された先端部本体4が連結されており、先端部本体4に内蔵された固体撮像素子(図示せず)で撮像された内視鏡観察像映像信号が、操作部2から延出する映像信号線6により外部のビデオプロセッサ7に送られ、内視鏡観察画像観察画像モニター8に表示される。

0012

また、超音波プローブに入出力される信号は、プローブ用信号線15′を通って超音波信号処理装置9により処理され、断層画像用モニター10に超音波断層像が表示される。

0013

さらに、後述する曲がり検出用光ファイバー21の端部が接続された光信号入出力装置30の信号出力線コンピュータ40に接続され、そのコンピュータ40には、ブラウン管又は液晶等を用いて画像表示を行う挿入状態表示用モニター41が接続されている。

0014

図3は可撓性超音波内視鏡装置の挿入部の先端部本体4付近を示しており、観察窓11の内側に配置された観察用対物光学系17による被写体の投影位置に固体撮像素子18の撮像面が配置され、後方に延出する映像信号線6が挿入部可撓管1内に引き通されている。13は処置具突出口である。

0015

先端部本体4の先側半部を囲む環状に形成された超音波プローブ14からは、先端部本体4の軸線と垂直方向に超音波信号が発受信されて、例えば軸線周り300°程度の範囲のラジアル走査が行われる。

0016

超音波プローブ14に入出力される電気信号を伝送するプローブ用信号線15′は、帯状のフレキシブル基板15に配線されており、そのフレキシブル基板15が挿入部可撓管1内に全長にわたって挿通配置されている。

0017

図1は、挿入部可撓管1の先端部分の斜視図であり、部分的に湾曲部1aの断面が略示されている。12は、観察窓11を通して観察される被写体を照明する照明光射出するための照明窓である。

0018

この実施例においては、フレキシブル基板15は二個設けられていて、その一方は光学観察画面における上方向(即ち、図2に示される操作部2の前面側の延長方向)に面する向きに配置され、もう一方は、それと90°相違する(挿入部可撓管1の軸線に対して垂直な断面上において90°相違する)向きに配置されている。

0019

各フレキシブル基板15には、挿入部可撓管1内のほぼ全長に複数の曲がり検出用光ファイバー21が取り付けられていて、フレキシブル基板15と曲がり検出用光ファイバー21とを全体にわたって囲むように柔軟な保護被覆16が施されている。

0020

各曲がり検出用光ファイバー21は順に位置を変えて滑らかに曲げ戻され、その曲げ戻し部の近傍に曲がり検出部22が形成されており、曲がり検出部22は、フレキシブル基板15の長手方向(即ち、挿入部可撓管1の軸線方向)に例えば数センチメートル程度の間隔をあけて、例えば5〜30個程度配置されている。

0021

曲がり検出部22は、プラスチック製のコアクラッド被覆された曲がり検出用光ファイバー21の途中の部分に、光吸収部分が所定の方向(例えば上方向又は下方向)にだけ形成されたものであり、曲がり検出部22が曲げられた程度に対応して光の伝達量が変化するので、それを検出することによって曲がり検出部22が配置された部分の曲がり角度を検出することができる。

0022

その原理については米国特許第5633494号等に記載されている通りであるが、以下に簡単に説明をする。図4において、21aと21bは、一本の曲がり検出用光ファイバー21のコアとクラッドであり、曲がり検出部22には、コア21a内を通過してきた光をコア21a内に全反射せずに吸収してしまう光吸収部22aが、クラッド21bの特定方向(ここでは「下方向」)の部分に形成されている。

0023

すると、図5に示されるように、曲がり検出用光ファイバー21が上方向に曲げられると、コア21a内を通る光のうち光吸収部22aにあたる光の量(面積)が増えるので、曲がり検出用光ファイバー21の光伝達量が減少する。

0024

逆に、図6に示されるように、曲がり検出用光ファイバー21が下方向に曲げられると、コア21a内を通る光のうち光吸収部22aにあたる光の量(面積)が減少するので、曲がり検出用光ファイバー21の光伝達量が増加する。

0025

このような、光吸収部22aにおける曲がり検出用光ファイバー21の曲がり量と光伝達量とは一定の関係(例えば一次関数的関係)になるので、曲がり検出用光ファイバー21の光伝達量を検出することにより、光吸収部22aが形成されている曲がり検出部22部分の曲がり角度を検出することができる。

0026

したがって、挿入部可撓管1の軸線方向に間隔をあけて複数の曲がり検出部22が配列されている場合には、各曲がり検出部22間の間隔と検出された各曲がり検出部22の曲がり角度から、挿入部可撓管1全体の上下方向の屈曲状態を検出することができる。

0027

そして、図7の(A)に略示されるように、可撓性のある帯状部材20に、上述のような曲がり検出部22に対して左右に位置をずらして第2の曲がり検出部22′を配置して、二つの曲がり検出部22,22′の光伝達量を比較すれば、左右方向に捩れがない場合には双方の光伝達量に差がなく、左右方向の捩じれ量に応じて双方の光伝達量の差が大きくなる。

0028

その結果、各曲がり検出部22,22′の光伝達量を計測してその計測値を比較することにより、曲がり検出部22,22′が配置された部分の左右方向の捩れ量を検出することができる。

0029

したがって、各曲がり検出部22,22′における光伝達量を検出、比較することにより帯状部材20全体の三次元の屈曲状態(即ち、挿入部可撓管1の屈曲状態)を検出することができる。この原理は、米国特許第6127672号等に記載されている通りである。

0030

また、図7の(B)に示されるように、曲がり検出部22を一列に配置した二つの帯状部材20′,20″を直角の位置関係に配置しても、同様にして三次元の屈曲状態を検出することができる。

0031

本発明においては、このような曲がり検出部22が形成された曲がり検出用光ファイバー21がフレキシブル基板15に取り付けられているが、曲がり検出用光ファイバー21をフレキシブル基板15に直接取り付けてもよく、或いは図7に示されるように、曲がり検出用光ファイバー21が配置された帯状部材20(又は20′,20″)をフレキシブル基板15に取り付けてもよい。

0032

図8は、光信号入出力装置30を示しており、一つの発光ダイオード31からの射出光が全部の曲がり検出用光ファイバー21に入射される。32は、発光ダイオード31の駆動回路である。

0033

そして、各曲がり検出用光ファイバー21の射出端毎に、光の強度レベル電圧レベルに変換して出力するフォトダイオード33が配置されていて、各フォトダイオード33からの出力が、アンプ34で増幅されてからアナログデジタル変換器35によりデジタル信号化されてコンピュータ40に送られる。

0034

このように構成された可撓性超音波内視鏡装置の挿入部可撓管1が体内に挿入される際には、図9に示されるように、挿入部案内部材50が体内への入口部分(例えば口又は肛門)に取り付けられて、挿入部可撓管1はその挿入部案内部材50内を通される。

0035

そこで、挿入部案内部材50に挿入部可撓管1の挿入長(即ち、挿入部案内部材50に対する通過長)Lを検出するためのエンコーダ60等が設けられていて、エンコーダ60からの出力信号がコンピュータ40に送られるようになっている。

0036

図10は、そのような挿入部案内部材50の一例を示しており、圧縮コイルスプリング52によって付勢された複数の回転自在な球状部材51が、挿入部可撓管1を周囲から挟み付ける状態に配置されている。

0037

したがって、各球状部材51は挿入部可撓管1の挿入長Lに比例して回転し、球状部材51のうちの一つに、挿入部可撓管1の挿入長Lに比例する数のパルスを出力するエンコーダ60が連結されている。

0038

ただし、挿入部案内部材50における挿入部可撓管1の挿入長Lの検出は、例えば特開昭56−97429号や特開昭60−217326号等に記載されているように、挿入部可撓管1の表面からの光反射等を利用してもよく、その他の手段によっても差し支えない。

0039

このようにして、図9に示されるように、コンピュータ40には光信号入出力装置30とエンコーダ60から挿入部可撓管1の屈曲状態検出信号と挿入長検出信号が入力し、挿入部案内部材50の画像50′と、挿入部可撓管1の屈曲状態を示す画像1′が挿入状態表示用モニター41に表示される。

0040

このとき、挿入部案内部材50の画像50′の表示位置を挿入状態表示用モニター41上において固定し、それより前方に挿入された部分の挿入部可撓管1の屈曲状態を示す画像1′を、挿入部可撓管1の変化に合わせてリアルタイムで変化させることにより、体内における挿入部可撓管1の状態を容易に把握することができる。

0041

図11は、そのような画像を挿入状態表示用モニター41に表示させるためのコンピュータ40のソフトウェアの内容の概略を示すフロー図であり、図中のSはステップを示す。

0042

挿入状態表示用モニター41に正確な屈曲状態を表示させるためには、まず挿入部可撓管1を体内に挿入する前に、実際に用いられる内視鏡の挿入部可撓管1の屈曲角度と曲がり検出用光ファイバー21から得られる検出信号とを対比させるキャリブレーションを行っておくことが好ましい(S1)。

0043

そして、挿入部可撓管1を体内に挿入したら、エンコーダ60から挿入部可撓管1の挿入長Lの検出信号を入力して(S2)、挿入部案内部材50が挿入部可撓管1のどの位置にあるかを算出する(S3)。

0044

次いで、各曲がり検出用光ファイバー21からの検出信号V1 …を入力して(S4)、その検出信号V1 …をキャリブレーションデータに基づいて曲がり角度に変換し(S5)、各曲がり検出部22部分の曲がり角度から、三次元座標上における各曲がり検出部22の位置を算出する(S6)。

0045

そして、挿入状態表示用モニター41において挿入部案内部材50の画像50′の位置を動かさないようにして、各曲がり検出部22の位置を滑らかに結んで表示することにより挿入部可撓管1の屈曲状態が表示され(S7)、S2へ戻ってS2〜S7を繰り返す。

0046

このような表示を行う際、挿入状態表示用モニター41における表示は二次元画像であるが、各曲がり検出部22の位置についての三次元データが得られているので、「上方向」だけでなく任意の回転方向における挿入部可撓管1の屈曲状態を表示させることができる。

0047

なお、挿入部案内部材50の球状部材51から挿入部可撓管1の軸線周りの回転方向を検出して、挿入部可撓管1の軸線周りの回転量に対応して挿入状態表示用モニター41の表示像を回転させれば、挿入状態表示用モニター41に患者の身体の向きが固定されたかのごとく画像表示させることができる。

0048

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば一枚のフレキシブル基板15の表裏両面に、曲がり検出部22の位置が表裏において左右にずれるように曲がり検出用光ファイバー21を取り付けて、図7の(A)に示されるような屈曲状態検出を行うようにしてもよい。

発明の効果

0049

本発明によれば、複数のフレキシブルな曲がり検出用光ファイバーに形成された曲がり検出部において曲げられた角度の大きさに対応して光の伝達量が変化し、各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量から各曲がり検出部が位置する部分におけるフレキシブル基板の屈曲状態が検出されるので、体内に挿入された内視鏡挿入可撓管の屈曲状態を放射線被爆なしに継続的に検出、表示することができ、曲がり検出用光ファイバーが挿入部可撓管内に挿通配置されたフレキシブル基板に取り付けられているのでスペース効率がよく、挿入部可撓管の外径をほとんど太くする必要がないので、超音波内視鏡を挿入される人に与える苦痛が小さくて済む優れた効果を有する。

図面の簡単な説明

0050

図1本発明の実施例の可撓性超音波内視鏡装置の挿入部の先端部分の一部を断面で略示する斜視図である。
図2本発明の実施例の可撓性超音波内視鏡装置の全体構成の略示図である。
図3本発明の実施例の可撓性超音波内視鏡装置の挿入部の先端部分の側面断面図である。
図4本発明の実施例に用いられる曲がり検出用光ファイバーの曲がり検出部の略示断面図である。
図5本発明の実施例に用いられる曲がり検出用光ファイバーの曲がり検出部が屈曲した状態の略示断面図である。
図6本発明の実施例に用いられる曲がり検出用光ファイバーの曲がり検出部が逆方向に屈曲した状態の略示断面図である。
図7本発明の実施例に用いられる曲がり検出用光ファイバーによる三次元の屈曲状態検出の原理を説明するための略示図である。
図8本発明の実施例の光信号入出力装置の回路図である。
図9本発明の実施例の可撓性超音波内視鏡装置の使用状態の全体構成を示す略示図である。
図10本発明の実施例の挿入部案内部材の正面断面図である。
図11本発明の実施例のコンピュータのソフトウェアの内容を略示するフロー図である。

--

0051

1挿入部可撓管
1′ 挿入部可撓管の屈曲状態の画像
4 先端部本体
処置具挿通チャンネル
11観察窓
14超音波プローブ
15フレキシブル基板
20帯状部材
21 曲がり検出用光ファイバー
22 曲がり検出部
30光信号入出力装置
40コンピュータ
41挿入状態表示用モニター
50挿入部案内部材
50′ 挿入部案内部材の画像
60 エンコーダ

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