JP5481280B2 - 内視鏡の形状検出プローブ - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡の挿入部の形状検出プローブに関する。

一般に、患者の体腔内に細径で長尺の挿入部を挿入することにより、対象部位を観察及び撮像を行うことができる内視鏡が広く用いられている。特に大腸内視鏡検査や小腸内視鏡検査においては、柔軟性に富み複雑に湾曲蛇行する腸管を傷つけることなく操作部を進行させることができるように、体腔内において挿入部の位置を把握するための形状検出装置が用いられる。

特許文献１には、このような形状検出装置が提案されている。特許文献１では、磁界を発生するコイルを所定間隔で芯線に沿って配設した形状検出プローブが、内視鏡の挿入部内に該挿入部の長手方向に沿って設けられている。形状検出プローブ内の各コイルには、信号線がそれぞれ接続されている。信号線は、各コイルから内視鏡基端まで延出しており、芯線を螺旋状に巻回している。内視鏡とビデオプロセッサが接続されると、信号線はビデオプロセッサ側の信号線と電気的に接続される。

特許文献１では、形状検出プローブの各コイルに信号線を介して電流を流すことにより、各コイルに磁界を発生させる。各コイルにて発生した磁界の出力は、体外の磁界検出装置によって検出される。検出された各コイルの磁界の出力に基づいて、各コイルの位置及び各コイルの相対的な配置を特定する。さらに、各コイルが設けられている位置における内視鏡の挿入部の曲率を求めることにより、内視鏡の挿入部全体の形状を検出する。

あるいは、体外の磁界発生装置により発生した磁界を各コイルにより検出させることもできる。この場合、内視鏡の挿入部が体腔内を移動する際に、各コイルを貫く磁束が変化することにより、各コイルに誘導起電力が発生し、各コイルに接続されている信号線に電流が流れる。そして、各コイルにおいて発生した電流を検出することにより、各コイルの位置及び各コイルの相対的な配置を特定する。したがって、各コイルに電流を流した場合と同様に、各コイルが設けられている位置における内視鏡の挿入部の曲率を求めることにより、内視鏡の挿入部全体の形状を検出することができる。

特許文献１に開示されている形状検出プローブでは、コイル、信号線、芯線が可撓性を有する管状のチューブによって被覆されている。そして、チューブは、コイル外周に密着して被覆する第１被覆部と、芯線及び信号線を被覆する第２被覆部とを有する。第２被覆部の外径は、第１被覆部よりも小径に構成されている。第１被覆部と第２被覆部とが交互に並んでチューブを構成している。

特許第３７９１７６４号

内視鏡の挿入部を大腸や小腸などの多数の屈曲部を有する管状の消化器に挿し通す際には、さまざまな湾曲動作を組み合わせて挿入部の可撓管を蛇行させる。このため、挿入部内に配設された種々の配線や照明光を導光するファイバなどの内蔵物は、湾曲動作により任意の方向に捻れたり他の内蔵物に挟み込まれたりする。各内蔵物の中立軸はそれぞれ異なるため、挿入部が湾曲すると各内蔵物は引っ張りや圧縮を受ける。したがって、従来の形状検出プローブのように長手方向に凹凸があると、例えば、他の内蔵物に挟み込まれた状態で引っ張りを受けた場合に、プローブ内のコイルが他の内蔵物に引っ掛かった状態になる。このため、コイルに負荷が集中し、プローブの破損やコイルを挟み込んでいる他の内蔵物の破損を引き起こす可能性がある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、内視鏡が任意の方向に湾曲を繰り返す場合でも、他の内蔵物に引っ掛かることなく耐久性の高い形状検出プローブを提供することである。

本発明の一実施形態による形状検出プローブは、形状検出プローブの長手方向に沿って所定の間隔にて設けられる複数のコイルと、各コイルから形状検出プローブの基端側に延びる信号線と、を有する形状検出部と、形状検出部を全周にわたって被覆する第１の外装部材とを備え、第１の外装部材が、可撓性を有するチューブと、該チューブの先端に嵌め込まれた先端部材と、を備え、チューブの内径は、形状検出部の最外径よりも大きく、形状検出部は、その先端が先端部材に固定され、形状検出部の外周とチューブの内周との間に所定のクリアランスを有するように支持されている。

好ましくは、チューブと形状検出部との間に、形状検出部を全周にわたって被覆する可撓性を有する第２の外装部材が設けられ、第２の外装部材の外周とチューブの内周との間に所定のクリアランスを有する。これにより、内視鏡の湾曲に応じたコイルの移動が他の内蔵物に阻害されないようにしつつ、第２の外装部材がもたらす折れ止め効果によって、形状検出チューブの耐久性を向上させることができる。

さらに好ましくは、第１の外装部材の内視鏡の湾曲部に対応する外周面に、第１の外装部材の剛性を高める補強部材が設けられている。これにより、内視鏡を湾曲させた際の形状検出チューブの座屈防止効果を期待することができる。

本発明の形状検出プローブによれば、内視鏡内の他の内蔵物により引っ張りや圧縮を受けた場合でも、形状検出プローブ内のコイルの移動が阻害されないようにしつつ、プローブ自体の耐久性を向上させることができる。

図１は、本発明の実施形態における形状検出プローブを備える内視鏡システムを示す概略図である。 図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態における形状検出プローブの概略を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における形状検出プローブの先端部の拡大正面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態における形状検出プローブの概略断面図である。 図４は、本発明の第１の実施形態における内視鏡の操作部の部分断面図である。 図５は、本発明の第２の実施形態における形状検出プローブの概略断面図である。 図６は、本発明の第３の実施形態における形状検出プローブの概略断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における形状検出プローブについて説明する。なお、複数の図にまたがって同じ部材を示す場合は同じ番号を付すこととする。また、内視鏡において、先端部側を先端側とし、基部側を基端側とする。

図１に、本発明の実施形態における形状検出プローブを備える内視鏡システム１００の概略図を示す。内視鏡システム１００は、内視鏡１、ビデオプロセッサ２、コントローラ３、モニタ４、システムカート５、ジェネレータ６を備える。内視鏡１は、先端部８、湾曲部９、可撓管２９からなる挿入部７を有する。湾曲部９は、挿入部７の基端に連結された操作部１０に回動自在に設けられたアングルノブ１１によって屈曲自在に構成されている。湾曲部９の屈曲機構は、一般的な内視鏡に組み込まれている機構であり、アングルノブ１１の回動操作に連動した操作ワイヤの牽引によって湾曲部９を屈曲させる。さらに、湾曲部９の先端には、硬質性を有する樹脂によって外装された先端部８が設けられている。操作部１０の操作による屈曲動作に応じて先端部８の方向が変わることにより、内視鏡１による撮像領域が変更される。操作部１０は、ユニバーサルケーブル１２及び基部１３を介してビデオプロセッサ２に接続されている。また、基部１３は、ケーブル１４を介してコントローラ３に接続されている。さらにビデオプロセッサ２はモニタ４に接続されている。

システムカート５には可動式のアーム１５が設けられている。アーム１５の先端にはジェネレータ６が取り付けられている。ジェネレータ６は、ケーブル１６によりコントローラ３と接続されている。コントローラ３は、高周波電源回路を有し、ケーブル１６を介してジェネレータ６に高周波電流を供給する。ジェネレータ６は、供給される高周波電流によって磁界を発生する。ジェネレータ６から発生した磁界は、内視鏡１内の形状検出プローブ３９の各コイル４０によって検出される。内視鏡１の湾曲動作に応じて各コイルを貫く磁束が変化することにより、各コイルに誘導起電力が発生し、各コイルに接続されている信号線に電流が流れる。各コイルに発生した電流は、コントローラ３の信号処理回路に送られる。信号処理回路は、各コイルにおいて発生した電流を検出することにより、各コイルの位置及び各コイルの相対的な配置を特定する。そして、各コイルが設けられている位置における内視鏡の曲率を求めることにより、内視鏡１の形状を検出することができる。なお、形状検出プローブ３９の詳細については後述する。

図２（ａ）及び（ｂ）は、内視鏡１の挿入部７の概略の構成を示す図である。湾曲部９では、金属製の円環部材である湾曲駒２０が長手方向に湾曲自在に複数連結されている。そして、湾曲駒２０の外周面の全域にわたって、金属製の極細径の糸を編んで形成された金属ブレード２１が被せられている。さらに、金属ブレード２１の全周にわたって、生体適合性を有する絶縁性の樹脂材からなる長尺な中空円筒形状の被覆部材２２が被せられている。挿入部７は、絶縁部材からなる可撓管２９を有している。可撓管２９内には、内視鏡１の内蔵物が挿し通されている。

図２（ｂ）は、内視鏡１の先端部８の拡大正面図である。先端部８の正面には、対物光学系２３、照明光学系２４，２５、送水ノズル２６、送気ノズル２７、鉗子口２８が設けられている。照明光学系２４，２５は、先端部８に伝搬された照明光を観察対象部位に進行させる。対物光学系２３は、観察対象部位からの照明光の反射光を撮像素子の受光面に進行させる。送水ノズル２６と送気ノズル２７は、送気によって患者の管腔を広げて視野を確保したり、体液や出血などで対物レンズ表面が汚れて電子内視鏡の観察性能が低下した場合に、水を噴射してレンズ表面の汚れを除去し、空気を送って対物レンズ表面の水滴を飛ばすことで視界を回復したり、対象物の表面に空気を吹き付けてきれいにしたりする際に使用する。術者は、操作部１０の送水ボタン又は送気ボタンを操作することにより、所望の流体や気体を、それぞれ送水チャンネル３６や送気チャンネル３７を通じて送水ノズル２６や送気ノズル２７に送る。鉗子口２８は、処置具を用いて生検や治療を行ったり、体液や血液、送水ノズル２６から噴射した水等を吸い出したりする際に使用する。術者は、処置具を、操作部１０の鉗子挿入口から挿入し、鉗子チャンネル３８を経由して鉗子口２８から出没させる。なお、実際は先端部８の正面には現れないが、先端部８の正面から見たときの形状検出プローブ３９の位置を点線の円で示す。図に示すように、形状検出プローブ３９は、内視鏡１の挿入部７において、長手方向に垂直な断面の中心Ｏから偏心した位置に設けられている。

ビデオプロセッサ２の光源部は、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプなどの高輝度ランプを備えており、照明光としての白色光を発生する。また、光源部は、光源の光を集光する集光レンズ、光源からの白色光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光に順次色分解するためのカラーフィルタ、画像信号をフレームメモリに書き込む際のタイミングパルスや垂直同期信号に同期してカラーフィルタが回転するようにカラーフィルタの速度と位相を制御するためのカラーフィルタ回転制御回路、照明光の光量を調整するための光量絞り、光量絞りを制御する回路等を有し、面順次方式にて照明光を生成する。なお、撮像方式は、面順次方式の代わりに同時方式の撮像方式を採用してもよい。すなわち、光源の白色光をそのままライトガイドに集光して伝搬させて観察対象部位に照射し、撮像素子上にオンチップ化された補色フィルタによって補色信号を分離し、この補色信号をＲ，Ｇ，Ｂの原色信号に変換して、この原色信号を色差マトリクスによって色差信号を得ることができる。

内視鏡１において、光ファイバ３４，３５が、基部１３からユニバーサルケーブル１２、操作部１０、挿入部７に挿し通され、先端部８まで延在している。したがって、光源部から出射された照明光は、光ファイバ３４，３５により基部１３を経由して内視鏡１内を伝搬される。先端部８に伝搬された照明光は、照明光学系２４，２５から出射されて対象部位に進行する。対象部位により反射された戻り光は、対物光学系２３により撮像素子の受光面に進行して対象部位の像を結ぶ。撮像素子に受光された光は光電変換されて画像信号に変換された後、撮像素子ケーブル３３により基部１３を経由してビデオプロセッサ２の画像信号処理回路に送られる。

ビデオプロセッサ２の画像信号処理回路は、入力された信号に、クランプ、ニー、γ補正、補間処理などの種々の信号処理を施した後、処理した信号をデジタル信号列に変換して画像メモリに出力する。画像メモリは、入力された画像信号をフレーム単位でバッファリングする。映像信号処理回路は、画像メモリから所定のタイミングで掃き出された画像信号を映像信号出力回路に送る。映像信号出力回路は、画像信号をＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternating Line）などの所定の規格に準拠した映像信号に変換して、モニタ４に出力する。これにより、対象部位のカラー画像がモニタ４に表示される。

図３は、本発明の第１の実施形態における形状検出プローブ３９の概略を示す断面図である。形状検出プローブ３９内には、複数のコイル４０が所定の間隔にて形状検出プローブ３９の長手方向に沿って設けられている。コイル４０は、銅線などの線材を螺旋状に巻いた巻線４０ａと巻線４０ａを被覆する中空円筒形状の長尺の保護管４０ｂとからなる。各コイル４０からは、被覆細線の信号線４１が延出している。信号線４１は、各コイル４０から基部１３まで延びている。したがって、挿入部７内において、コイル間の信号線４１の本数は、基端側ほど多くなっている。なお、各コイル４０は、信号線４１によって互いの距離が保持されているため、コイル間距離は近接することなく保たれる。先端のコイル４０は、形状検出プローブ３９の先端部材４３の基端側に形成された凹部に嵌め込まれて固定されている。また、先端部材４３は、先端側の大径部４３ａと、大径部４３ａの外径よりも径が小さい小径部４３ｂとにより構成されている。小径部４３ｂは、外径が略一様のチューブ４４に嵌め込まれている。チューブ４４は、例えばＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）などの摩擦係数が小さく耐久性に優れ可撓性を有する樹脂により形成されるのが好適である。これら先端部材４３とチューブ４４とが、形状検出プローブ３９における外装部材４６を構成している。

図３に示すように、各コイル４０と信号線４１とが、形状検出部４５を構成しており、形状検出部４５は外装部材４６のチューブ４４によって全周にわたって被覆されている。そして、外装部材４６の内径は、形状検出部４５の最外径よりも大きい。すなわち、形状検出部４５とチューブ４４の間にはクリアランスが設けられている。したがって、内視鏡１の挿入部７を任意の方向に繰り返し湾曲させた場合において、形状検出プローブ３９が他の内蔵物に挟み込まれても、チューブ４４が各コイルを進退自在に保護する。このため、形状検出プローブ３９が他の内蔵物によって引っ張りや圧縮を受けても、従来のようにコイル４０が設けられている太径部に他の内蔵物が引っ掛かることがない。すなわち、形状検出プローブ３９は、引っ張りや圧縮に合わせて内視鏡１の挿入部７の長手方向に移動することができる。

図４は、内視鏡１の操作部１０の概略を示す部分断面図である。なお、断面図においては、説明に必要な部材のみを示している。形状検出プローブ３９は、操作部１０内の口金体５０に連結されている。口金体５０は、操作部１０の金属製のフレーム５１に固定されている。形状検出プローブ３９のチューブ４４の基端は、口金体５０の先端と嵌め合わされている。口金体５０より基端側にはコイルを設ける必要はないため、口金体５０の基端からは、信号線４１のみが延出している。信号線４１は、操作部１０からユニバーサルケーブル１２内を経由して基部１３まで延びている。信号線４１は、ビデオプロセッサ２と電気的に接続されている。

図５は、本発明の第２の実施形態における形状検出プローブ６９の概略を示す断面図である。図５に示す以外の部材については、第１の実施形態と同じであるため、図示及び説明を省略する。形状検出プローブ６９内には、複数のコイル６０が所定の間隔にて形状検出プローブ６９の長手方向に沿って設けられている。コイル６０は、第１の実施形態と同様、巻線６０ａと巻線６０ａを被覆する保護管６０ｂとからなる。各コイル６０からは、被覆細線の信号線６１が延出しており、内視鏡１の基端側に延びている。信号線６１は、各コイル６０から基部１３まで延びている。

図５に示すように、第１の実施形態と同様に、各コイル６０と信号線６１とが、形状検出部６６を構成している。また、先端部材６３とチューブ６４とが、外装部材６７を構成している。先端のコイル６０は、形状検出プローブ６９の先端部材６３の基端側に形成された凹部に嵌め込まれて固定されている。また、先端部材６３は、先端側の大径部６３ａと、大径部６３ａの外径よりも径が小さい小径部６３ｂとにより構成されている。小径部６３ｂは、外径が略一様のチューブ６４に嵌め込まれている。チューブ６４は、例えばＰＴＦＥなどの摩擦係数が小さく耐久性に優れ可撓性を有する樹脂により形成される。

図５に示すように、本実施形態においては、チューブ６４の内周側に別のチューブ６５が形状検出プローブ６９の長手方向に設けられている。チューブ６５は、熱収縮ゴムチューブやシリコンゴムチューブなどを用いて、コイル６０及び信号線６１を被覆することで形成される。また、別の外装部材であるチューブ６５は、コイル６０の外周に密着して被覆する第１被覆部６５ａと、信号線６１を被覆する第２被覆部６５ｂとを有する。第２被覆部６５ｂの外径は、第１被覆部６５ａよりも小径に構成されている。第１被覆部６５ａと第２被覆部６５ｂとが交互に並んでチューブ６５を構成している。チューブ６５の先端部は、先端のコイル６０の外周を被覆した状態で先端部材６３に当て付けられている。チューブ６５を設けることにより、第１の実施形態に比べて、各コイル６０のコイル間距離をより安定して保持することができる。

チューブ６４とチューブ６５との間にはクリアランスが設けられている。したがって、第１の実施形態と同様に、形状検出プローブ６９が他の内蔵物に挟み込まれても、チューブ６４がチューブ６５を進退自在に保護する。このため、形状検出プローブ６９が他の内蔵物によって引っ張りや圧縮を受けても、従来のようにコイル６０が設けられている太径部に他の内蔵物が引っ掛かることがない。よって、形状検出プローブ６９は、引っ張りや圧縮に合わせて内視鏡１の挿入部７の長手方向に移動することができる。また、チューブ６４，６５によってコイル６０及び信号線６１が保護されているため、形状検出プローブ６９の折れ止め効果による耐久性の向上を期待することができる。

図６は、本発明の第３の実施形態における形状検出プローブ７９の概略を示す断面図である。図６に示す以外の部材については、第１の実施形態と同じであるため、図示及び説明を省略する。図に示すように、第１の実施例と同様に、各コイル７０と信号線７１とが、形状検出部７２を構成している。コイル７０は、第１の実施形態と同様、巻線７０ａと巻線７０ａを被覆する保護管７０ｂとからなる。また、先端部材７３とチューブ７４とが、外装部材７５を構成している。本実施形態においては、形状検出プローブ７９の外枠を構成するチューブ７４の先端部に、長手方向に沿って螺旋状の溝７６がチューブ７４の外周面に形成されている。螺旋状の溝７６には、細径の金属線からなるコイルばね（補強部材）７７が嵌め込まれている。さらに溝７６には、コイルばね７７を覆うように接着剤７８が塗布されている。コイルばね７７は、チューブ７４の長手方向に伸縮自在に設けられており、チューブ７４の剛性を高める。なお、ここで説明しない形状検出プローブ７９のその他の構成要素は、第２の実施形態と同じである。したがって、本実施形態においては、第２の実施形態と同様に形状検出プローブ７９の耐久性の向上をもたらすだけでなく、内視鏡１内の他の内蔵物に挟み込まれた際の形状検出プローブ７９の座屈をより効果的に防ぐことができる。内視鏡１の湾曲部９において湾曲が頻繁に発生するため、螺旋状の溝７６、コイルばね７７、接着剤７８は、内視鏡１の湾曲部９にまたがる範囲に形成されているのが好適である。

以上が本発明の実施形態に関する説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲においてさまざまな変形が可能である。上記の説明では、ジェネレータから発生した磁界を形状検出プローブのコイルにより検出する構成としている。しかし、形状検出プローブの各コイルに電流を流すことによって発生する磁界を、体外の磁界検出手段によって検出して各コイルの位置を特定することもできる。この場合、ジェネレータを磁界検出手段に、またコントローラを磁界検出装置に置き換えれば、形状検出プローブの構成を変更することなく、患者の体腔内に挿入された内視鏡の形状検出を行うことができる。

また、第２及び第３の実施形態では、コイル及び信号線を被覆するチューブに第１被覆部と第２被覆部とを設けているが、これらの被覆部を設けず長尺の円筒形状のチューブを採用しても、形状検出チューブの折れ止め効果を達成することができる。さらに、第１の実施形態のチューブに、第３の実施形態におけるコイルばねを設ける構成としてもよい。また、第３の実施形態の溝及びコイルばねの代わりにチューブ７４の先端部に金属製の細線を編んで形成された金属ブレードを補強部材として接着または埋め込みしても同様の折れ止め効果が得られる。そして、上記の説明では、形状検出部は、コイルと信号線により構成されているが、さらにナイロン（登録商標）やアラミドなどの耐久性と可撓性を有する繊維からなる細径の芯線を用いて、各コイルを芯線に接着剤などによって固定する構成としてもよい。

１ 内視鏡
７ 挿入部
９ 湾曲部
３９，６９，７９ 形状検出プローブ
４０，６０，７０ コイル
４１，６１，７１ 信号線
４４，６４，６５，７４ チューブ
４５，６６，７３ 形状検出部
４６，６７，７５ 外装部材
７７ コイルばね（補強部材）

Claims (3)

1. 内視鏡の形状検出プローブにおいて、
   前記形状検出プローブの長手方向に沿って所定の間隔にて設けられる複数のコイルと、各コイルから該形状検出プローブの基端側に延びる信号線と、を有する形状検出部と、
   前記形状検出部を全周にわたって被覆する第１の外装部材と、を備え、
   前記第１の外装部材が、可撓性を有するチューブと、該チューブの先端に嵌め込まれた先端部材と、を備え、
   前記チューブの内径は、前記形状検出部の最外径よりも大きく、
   前記形状検出部は、その先端が前記先端部材に固定され、該形状検出部の外周と前記チューブの内周との間に所定のクリアランスを有するように支持されている、
   ことを特徴とする内視鏡の形状検出プローブ。
2. 前記チューブと前記形状検出部との間に、該形状検出部を全周にわたって被覆する可撓性を有する第２の外装部材が設けられ、
   前記第２の外装部材の外周と前記チューブの内周との間に所定のクリアランスを有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡の形状検出プローブ。
3. 前記第１の外装部材の前記内視鏡の湾曲部に対応する外周面に、該第１の外装部材の剛性を高める補強部材が設けられている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内視鏡の形状検出プローブ。

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