JP6789723B2 - 内視鏡形状検出用位置センサ - Google Patents

Description

本発明は、器官などの観察対象を撮像し、処置などを行う内視鏡装置に関し、特に、内視鏡挿入部の形状検出に使用される位置センサに関する。

内視鏡装置では、可撓性のある内視鏡挿入部を体内に挿入して消化器官など観察部位を撮像し、必要に応じて処置などを行う。大腸、小腸などの管腔形状は複雑に曲がりくねった形状であり、オペレータにとって挿入状態での挿入部形状を把握することが難しい。そのため、操作時の安全性を確保する観点から、内視鏡挿入部形状を検出する内視鏡操作支援システムが提案されている。

そこでは、複数のコイルが内視鏡挿入部先端側に配置されており、外部の受信アンテナがコイルから発信される磁界を検出し、その検出信号に基づいてコイル位置を算出する。このコイル位置から内視鏡挿入部先端形状を推定し、専用モニタに内視鏡先端部形状を３次元表示する。外部に磁界発生装置を設け、内視鏡挿入部先端側に配置されたコイルで磁界を検知することも可能である。

また、コイル内蔵のマーカー（以下、患者マーカーという）が、シート等を介して、体表面の特定位置（例えば肛門近傍など）に設置、固定される。患者マーカーから発信される磁気によって患者マーカー位置を算出することにより、患者マーカー位置を基準位置として体内での内視鏡先端部の位置を把握することができる（特許文献１参照）。

特開２０００−０７９１２９号公報

内視鏡先端部の体内位置をより詳細に検出したい場合、患者マーカーとは異なるコイル内蔵の位置センサが使用される。看護師などの補助作業者（介助者）は、処置、手術状況に応じて、位置センサを保持しながら体表面の特定位置周辺まで運び、探るように動かしながら位置センサの位置を専用モニタによって確認する。位置センサを当てる箇所は処置内容、手術内容によって様々であり、また、手術中にも異なる個所に位置センサを当てる状況が生じることになり、位置センサを動かす範囲は広い。

そのため、位置センサと内視鏡形状検出装置とを接続させる信号ケーブルは、柔軟性、屈曲性をもたせる必要がある。一方、信号ケーブル内の信号線が通常の電線であるとコイルの作用に影響を与え、誤った位置が算出されてしまう。これを防ぐため、絶縁性の優れたエナメル線などが信号ケーブル内に配置される。しかしながら、エナメル線のような電線は強度が弱く、作業補助者が位置センサを大きくその位置を移動させるときに断線する恐れがある。

したがって、位置センサを動かしたときに断線するのを防ぐ強度を持たせるとともに、信号ケーブルがコイルに影響を与えず、位置センサの位置を正確に検出することが求められる。

本発明の位置センサは、内視鏡形状検出装置に接続可能な位置センサであって、硬性のセンサ本体と、センサ本体内に設けられるコイルと、コイルと内視鏡形状検出装置とを接続する電線とを備え、電線が、コイルと接続するマグネットワイヤと、マグネットワイヤと接続する絶縁電線とを有し、マグネットワイヤと絶縁電線とが、センサ本体内で接続している。例えば、センサ本体から延びる信号ケーブルが、絶縁電線を覆う。

例えば、マグネットワイヤがエナメル線であり、絶縁電線は絶縁性素材で被覆された銅線で構成できる。１対のエナメル線、１対の銅線で構成し、一方のエナメル線と銅線との電線軸方向に沿った接続位置が、他方のエナメル線と銅線の接続位置と異なるようにすることができる。また、１対のエナメル線を、撚対線状に形成することも可能である。例えばエナメル線が、銅線に半田付けされている。また、エナメル線と銅線との接続部分を、保護チューブで覆うことも可能である。

本発明の他の態様における内視鏡形状検出装置は、コイルを内蔵した位置センサと接続される内視鏡形状検出装置であって、位置センサの信号ケーブル内で延びる絶縁電線と接続するケーブル接続口と、コイルからの信号が入力される回路を有する基板と、ケーブル接続口と基板とを接続するマグネットワイヤとを備える。

このように本発明によれば、内視鏡作業中、コイルを内蔵した位置センサを自在に動かすことができる。

本実施形態である内視鏡システムのブロック図である。 位置センサの概略的断面図である。 エナメル線と銅線との接続部分を拡大して示した概略的構成図である。

以下では、図面を参照して本実施形態である内視鏡システムについて説明する。

図１は、本実施形態である内視鏡システムのブロック図である。

内視鏡システムは、その挿入部分が体内へ挿入されるビデオスコープ１０と、プロセッサ３０とを備え、ビデオスコープ１０はプロセッサ３０に着脱自在に接続される。プロセッサ３０には、観察画像表示用のモニタ８０が接続されている。さらに内視鏡システムは、磁界発生装置（ＦＧＵ）４０と、内視鏡形状検出装置（ＮＣＵ）５０とを備え、ＮＣＵ５０には、内視鏡形状を３次元表示する専用モニタ９０が接続されている。

ビデオスコープ１０は、湾曲部１０Ｍ、先端部（硬性部）１０Ｔを含む挿入部１０Ｉを備え、医師などのオペレータによって挿入部１０Ｉが体内に挿入される。プロセッサ３０内の光源（図示せず）から放射された光はビデオスコープ１０内のライトガイド（図示せず）を通って器官内壁などの被写体に照射される。

被写体からの反射光は先端部１０Ｔ内のイメージセンサ（図示せず）に結像し、被写体像がイメージセンサに形成される。１フィールド／フレーム分の画素信号が所定時間間隔でプロセッサ３０へ送信され、画素信号に対する画像処理がプロセッサ３０内部の画像処理回路（図示せず）で実行される。生成された画像信号がモニタ８０に出力されることによって、カラー観察画像がモニタ８０に表示される。

オペレータは、特定の器官（例えば大腸）に挿入部１０Ｉを挿入させて処置を行う場合、ＮＣＵ５０を使って挿入部１０Ｉ（特に先端側部分１０Ｋ）の形状を確認しながらビデオスコープ１０を操作することができる。ＮＣＵ５０と接続するＦＧＵ４０が磁界を発生させると、挿入部先端側部分１０Ｋを含めて挿入部１０Ｉに所定間隔で配置された複数のセンサコイル（図示せず）が磁界を検知し、プロセッサ３０を介してコイルに生じた電流（信号）をＮＣＵ５０へ送信する。

ＮＣＵ５０は、送られてきた電流信号に基づいて各センサコイルの位置を算出し、挿入部先端側部分１０Ｋの形状を検出する。そしてＮＣＵ５０は、３次元画像処理によって、挿入部１０Ｉの３次元画像を専用モニタ９０に表示する。

内視鏡形状検出を行う場合、患者にシート（図示せず）をかぶせた状態で複数の患者マーカー６０が使用される（図１では１つのみ表示）。センサコイル内蔵の患者マーカー６０は、シートを介して体表面の特定位置に固定され、ＮＣＵ５０と接続される。患者マーカー６０が磁界を検知することによって、ＮＣＵ５０は患者マーカー６０の位置を検出し、専用モニタ９０に患者マーカー６０の位置を示す。

さらに、大腸など複雑に屈曲している器官内で内視鏡先端部１０Ｔの体内位置を正確に把握する場合、作業補助者が、位置センサ７０を保持しながらスコープ先端部１０Ｔがあると推測される体表面付近に移動させ、その周辺を探るように位置センサ７０を動かす。位置センサ７０が磁界を検知し、ＮＣＵ５０は位置センサ７０の位置を専用モニタ９０に表示する。

位置センサ７０は、信号ケーブル７２を通じてＮＣＵ５０と接続されており、信号ケーブル７２は、作業補助者が患者の様々な箇所へ位置センサ７０を運べるように、適度な長さと柔軟性、屈曲性を持っている。その一方、信号ケーブル７２は位置センサ７０が動いているときに破断しないように十分な強度を持つ。以下、これについて詳述する。

図２は、位置センサの概略的断面図である。

位置センサ７０は、硬性のセンサ本体７１に信号ケーブル７２が接続された構成であり、軟性部７７がセンサ本体７１の先端部反対側に連設されている。センサ本体７１は、長手方向に沿って延在するグリップ部７１Ａと、コイル７６を収容する先端部７１Ｂとを備え、センサ本体７１内部には、その軸方向に沿って中空部７９が形成されている。作業補助者は、自身の手もしくは図示しないクリッパによってグリップ部７１Ａを保持しながら、位置センサ７０を患者の特定位置まで移動させ、動かす。

コイル７６に生じる電流は、コイル７６から信号ケーブル７２の端部にまで渡って延びる電線７３を流れていく。電線７３は、コイル７６と接続するエナメル線７３Ｂと、信号ケーブル７２の端部まで延びるビニル被覆電線７３Ａとを備え、センサ本体７１内にビニル被覆電線７３Ａとエナメル線７３Ｂとの接続部分７４を設けている。そして、保護チューブ７５が接続部分７４を覆うように構成されている。

マグネットワイヤの一種であるエナメル線７３Ｂは、例えばポリウレタンなどの絶縁材料を銅線表面に焼き付けたエナメル線であり、ビニル被覆電線７３Ａは、例えば耐熱ビニルで被覆された撚り銅線によって構成されている。

ビニル被覆電線７３Ａは信号ケーブル７２内全体に渡って覆われる形で延びており、内視鏡形状検出装置５０の接続口５０Ａと接続している。一方、内視鏡形状検出装置５０内には、患者マーカー６０、位置センサ７０から送られてくる電流信号に基づいてマーカーとセンサ位置を算出する電子回路を備えた基板（図示せず）が組み込まれている。この基板と接続口５０Ａとを繋ぐ電線は、図示しないエナメル線（以下、装置内エナメル線という）によって構成されている。すなわち、接続口５０Ａによってビニル被覆電線７３Ａと装置内エナメル線とが接続される。

図３は、エナメル線と銅線との接続部分を拡大して示した概略的構成図である。

エナメル線７３Ｂは、１対のエナメル線７３Ｂ１、７３Ｂ２によって構成されており、それに応じてビニル被覆電線７３Ａも１対のビニル被覆電線７３Ａ１、７３Ａ２によって構成されている。１対のエナメル線７３Ｂ１、７３Ｂ２は、撚対線状に形成されており、互いに向かい合いながら捻じれた状態でセンサ本体７１の長手軸方向に延びている。

エナメル線７３Ｂとビニル被覆電線７３Ａとは半田付けされることにより接続されている。詳述すると、エナメル線７３Ｂ１は、ビニル被覆電線７３Ａ１の絶縁材料が取り除かれた状態で銅線７９Ａ１と半田付けにより接続されており、エナメル線７３Ｂ２とビニル被覆電線７３Ａ２の銅線７９Ａ２も同様に半田付けにより接続されている。

また、エナメル線７３Ｂとビニル被覆電線７３Ａの長手軸方向に沿った接続位置については、エナメル線７３Ｂ１とビニル被覆電線７３Ａ１の銅線７９Ａ１の接続位置が、エナメル線７３Ｂ２とビニル被覆電線７３Ａ２の銅線７９Ａ２の接続位置と電線軸方向、すなわちセンサ本体７１の長手方向に沿ってずれている。

このように、センサ本体７１の長手方向に接続位置がずれていることにより、接続部分７４の電気的な短絡を防止することができる。保護チューブ７５は、耐熱性の高い樹脂材で構成されており、エナメル線７３Ｂ１、７３Ｂ２とビニル被覆電線７３Ａ１、７３Ａ２の絶縁部両方を覆っている。このように保護チューブ７５で接続部分７４を覆うことにより銅線７９Ａ１、７９Ａ２がむき出しになることがないため銅線へのノイズの混入を防止することができる。なお、保護チューブ７５は熱収縮チューブで構成してもよい。

このように、コイル７６に接続する電線をエナメル線７３Ｂとし、センサ本体７１内部から信号ケーブル７２の端部までの電線を、ビニル被覆電線７３Ａとすることにより、位置センサ７０を使用しているときの断線を防ぐことができる。

すなわち、エナメル線７３Ｂのように引張強度に弱い電線が信号ケーブル７２からコイルまで全体に渡って延びる構成でないため、作業補助者が位置センサ７０を広範囲に渡ってランダム、不規則に動かしても、ビニル被覆電線７３Ａが十分な引張強度を持っているため、断線を防ぐ。また、エナメル線７３Ｂとビニル被覆電線７３Ａとの接続部分７４を硬性であるセンサ本体７１内に設けているため、信号ケーブル７２が引っ張られたり曲げられたりしたときに、信号ケーブル７２から接続部分７４へ力が直接影響をうけない。特に、接続部分７４において１対のエナメル線を向かい合うように捻じれさせ、１対のエナメル線と１対の銅線との接続位置を電線軸方向に沿ってずらしているため、破断しにくい。

一方で、コイル７６に接続されるエナメル線７３Ｂは、マグネットワイヤとして電気エネルギーと磁気エネルギーとの交換に用いられる電線であり、コイル７６の作用に影響を与えない。また、ビニル被覆電線７３Ａのコイル７６への影響はわずかであり、その抵抗による電流値の増加分あるいは減少分をあらかじめ補正値として求めることで、位置センサ７０の正確な位置が算出される。

さらに、ＮＣＵ５０では、接続口５０Ａによってビニル被覆電線７３Ａと装置内エナメル線とを接続する。これにより、装置内基板においてノイズが電線に生じるのを防ぎ、正確な位置センサ７０の位置を求めることができる。

このように本実施形態によれば、コイル７６を硬性のセンサ本体７１に内蔵した位置センサ７０において、コイル７６と接続するエナメル線７３Ｂと、ビニル被覆電線７３Ａによって構成される電線７３を通じて、磁界検知によりコイル７６に生じる電流信号をＮＣＵ（内視鏡形状検出装置）５０に送る。エナメル線７３Ｂとビニル被覆電線７３Ａとの接続部分７４は、センサ本体７１内に設けられている。

エナメル線以外のマグネットワイヤを使用してもよく、ビニル被覆電線以外の絶縁性樹脂などで銅線を被覆した絶縁電線を使用してもよい。また、位置センサ内のコイルから磁界を発生させ、外部の受信アンテナで磁界を検知するように構成してもよい。さらには、患者マーカーに対しても同様に電線を構成にすることが可能であり、位置センサの１つとして構成することができる。

１０ ビデオスコープ
３０ プロセッサ
５０ 内視鏡形状検出装置（ＮＣＵ）
７０ 位置センサ
７１ センサ本体
７２ 信号ケーブル
７３ 電線
７３Ａ ビニル被覆電線（絶縁電線）
７３Ｂ エナメル線（マグネットワイヤ）
７４ 接続部分
７６ コイル
７９Ａ１ 銅線
７９Ａ２ 銅線

Claims (7)

1. 内視鏡形状検出装置に接続可能であって、内視鏡先端部の位置を患者体表面側から検出可能な位置センサであって、
   硬性のセンサ本体と、
   前記センサ本体内に設けられるコイルと、
   前記コイルと前記内視鏡形状検出装置とを接続する電線とを備え、
   前記電線が、前記コイルと接続するマグネットワイヤと、前記マグネットワイヤと接続する絶縁電線とを有し、
   前記マグネットワイヤと前記絶縁電線とが、前記センサ本体内に形成された空間で接続していることを特徴とする位置センサ。
2. 前記マグネットワイヤがエナメル線を有し、前記絶縁電線が銅線を有することを特徴とする請求項１に記載の位置センサ。
3. 前記エナメル線が１対のエナメル線であって、前記銅線が１対の銅線であって、
   一方のエナメル線と銅線との電線軸方向に沿った接続位置が、他方のエナメル線と銅線の接続位置と異なることを特徴とする請求項２に記載の位置センサ。
4. 前記１対のエナメル線が、撚対線状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の位置センサ。
5. 前記エナメル線が、前記銅線に半田付けされていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の位置センサ。
6. 前記エナメル線と前記銅線との接続部分が、保護チューブで覆われていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の位置センサ。
7. 前記センサ本体から延びる信号ケーブルが、前記絶縁電線を覆うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の位置センサ。

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