(57)【要約】【課題】  軟性内視鏡が捩れて、軟性内視鏡の先端部が正常な位置と異なった状態になっているのを検出し、軟性内視鏡の先端部を移動させるにダイヤルの操作を誤ることなく操作することのできる内視鏡手術支援システムを提供すること。【解決手段】  軟性内視鏡の本体内部に形成された孔の内視鏡先端部から突出させられ、処置を施すための術具と、カメラと内視鏡先端の方向を制御するワイヤーを備え、軟性内視鏡先端の方向の制御及び先端術具の操作を手元操作手段により行う手術用の軟性内視鏡４を含む内視鏡手術支援システム１００において、軟性内視鏡４の本体壁面に、造影剤５Ａが流れる流路５を軟性内視鏡４本体の長手方向に形成し、形成された流路５を含む軟性内視鏡先端４Ａ近傍の断層画像を撮像し、撮像された断層画像により軟性内視鏡先端４Ａの捩れ状態を検出する捩れ検出手段２０と、検出された軟性内視鏡先端４Ａの捩れ状態により手元操作手段の操作量を補正する手段２１を設けて構成する。【選択図】    図  １
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟性内視鏡の本体内部に形成された孔の内視鏡先端部から突出させられ、処置を施すための術具と、カメラと内視鏡先端の方向を制御するワイヤーを備え、前記軟性内視鏡先端の方向の制御及び先端術具の操作を手元操作手段により行う手術用の軟性内視鏡を含む内視鏡手術支援システムにおいて、
前記軟性内視鏡の本体壁面に、造影剤が流れる流路を該軟性内視鏡本体の長手方向に形成し、該形成された流路を含む軟性内視鏡先端近傍の断層画像を撮像し、該撮像された断層画像により軟性内視鏡先端の捩れ状態を検出する捩れ検出手段と、
前記検出された軟性内視鏡先端の捩れ状態により前記手元操作手段の操作量を補正する手段を設けたことを特徴とする内視鏡手術支援システム。
【請求項２】
前記断層画像は、ＭＲ装置またはＣＴ装置で形成したものである請求項１に記載の内視鏡手術支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟性内視鏡を用いた手術に関するシステムに係り、特に画像診断装置を用いて、軟性内視鏡の先端近傍の位置を検出しながら、モニタで軟性内視鏡の移動操作する方向を支援する内視鏡手術支援システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内視鏡には、軟性内視鏡と硬性内視鏡の２種類があり、これまでの外科手術においては、内視鏡先端の位置決めや内視鏡先端の制御のし易さから硬性内視鏡を用いて手術を行うのが主流であった。
【０００３】
一方、軟性内視鏡は、胃カメラなどを始めとし、経口で管腔臓器に沿って挿入し、管腔臓器の対象患部へ内視鏡先端が到達し、カメラで患部を観察し、検査等に用いられてきた。
【０００４】
近年では、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）の撮像素子の小型化が進み、ＣＣＤの撮像素子の高解像度化によって、軟性内視鏡の細経化が図られ、内視鏡の先端に腫瘍を切除して取り出す術具を挿入できるようになってきている。
【０００５】
このような軟性内視鏡は、体内のいろいろな管腔臓器へ挿入するようになっており、体内の管腔臓器は、曲がりくねっている。このため、軟性内視鏡の内視鏡本体は、柔らかく、曲がる構造を有している。このような軟性内視鏡は、管腔臓器へ挿入するために内視鏡を曲げると、曲率の違いにより、内視鏡を曲げた外側には延びが生じ、内視鏡を曲げた内側には圧縮が生じる。したがって、軟性内視鏡の材料は、ある程度延びることと、ある程度圧縮ができる材料、例えば合成樹脂が用いられている。また、金属などを用いる場合などのように、合成樹脂に比べ、延び、圧縮が小さい材料を用いる場合は、材料をらせん状に巻いて筒状の構造にするなど、構造的に曲げられる工夫が必要となっている。
【０００６】
さらに、軟性内視鏡の内視鏡本体内部には、軟性内視鏡先端の方向を制御するワイヤーを通すための孔や、内視鏡先端で処置を施すために軟性内視鏡本体内部に先端術具を通すための孔など、複数の孔がある。そして、ワイヤーを通す孔には、手術を行う術者の手元で軟性内視鏡先端の方向を制御したり、先端術具を操作するためのダイヤルと接続するワイヤーが通り、ダイヤルと軟性内視鏡先端部はワイヤーによって繋がっている。
【０００７】
このような手術支援装置としては、従来、カメラの操作が容易に確認でき、効率的かつ円滑な医療作業を実現するカメラを用いた手術システムにおける手術支援装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
この特許文献１は、操作指示入力部１０は、内視鏡５０の操作者からの操作指示を受け付け、次に、制御部２０は、操作指示入力部１０より入力された操作指示に基づいてマニピュレータ４０を制御する。ここで、特許文献１は、制御部２０が、操作指示部３０に、例えば、視野の移動、または拡大・縮小などの操作指示を提示させ、これにより、内視鏡５０の操作者を含めた医療スタッフは、カメラの操作指示を操作指示部３０から容易に確認でき、効率的な医療作業を実現でき、制御部２０は、可動範囲を超えた操作指示入力部１０からの操作指示などの状況に応じた警告を、操作指示部３０に提示することで、円滑な医療作業を実現しようというものである。
【特許文献１】特開２００４−１０５５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような従来の軟性内視鏡の場合、軟性内視鏡の先端を患部に挿入し、手元操作手段であるダイヤルを回して、軟性内視鏡の本体内部に形成される孔に装着されるワイヤーで引っ張ることによって、軟性内視鏡先端部を曲げている。このときの軟性内視鏡の先端部の動きは、上下、左右、前後、回転があり、軟性内視鏡の先端部の上下、左右の移動は、上下方向に動かすダイヤルと、左右方向に動かすダイヤルを使って動かしている。一方、軟性内視鏡の先端部の前後、回転のダイヤルはなく、術者が軟性内視鏡本体を手にとって前後に移動し、軟性内視鏡の先端部を前後に移動したり、回転させたりしている。
【００１０】
また、軟性内視鏡の先端部には、ＣＣＤの撮像素子があり、ＣＣＤで受光する画像は、電気信号ケーブルを通って、軟性内視鏡本体の外部にある内視鏡イメージプロセッサへ入力する。内視鏡イメージプロセッサは、ＣＣＤの電気信号をモニタの映像信号に変換する回路があり、モニタへ映像信号を出力する。モニタには、軟性内視鏡の先端部から見た映像が映し出され、術者は、モニタに映し出される映像を見ながら、軟性内視鏡を患部まで移動する。
【００１１】
しかしながら、従来の軟性内視鏡の先端部にあっては、軟性内視鏡の先端部の向きがどのようになっているのか、その捩れ状態が不明な状態である。そのため、軟性内視鏡が捩れていると、軟性内視鏡の先端部が正常な位置と異なった状態になっているのが分からないため、手元のダイヤルを操作して軟性内視鏡の先端部を上方向に移動しようとしたとき、軟性内視鏡の先端部を下方向に移動することがある。同様に、軟性内視鏡の先端部を左方向に移動しようとして手元のダイヤルを操作したら右方向に移動したり、軟性内視鏡の先端部を前方向に移動しようとして手元のダイヤルを操作したら後方向に移動したり、また、軟性内視鏡の先端部を左回転させようとして手元のダイヤルを操作したら右回転してしまったということがあるという問題点を有している。
【００１２】
本発明の目的は、軟性内視鏡が捩れて、軟性内視鏡の先端部が正常な位置と異なった状態になっているのを検出し、軟性内視鏡の先端部を移動させるにダイヤルの操作を誤ることなく操作することのできる内視鏡手術支援システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の内視鏡手術支援システムは、軟性内視鏡の本体内部に形成された孔の内視鏡先端部から突出させられ、処置を施すための術具と、カメラと内視鏡先端の方向を制御するワイヤーを備え、前記軟性内視鏡先端の方向の制御及び先端術具の操作を手元操作手段により行う手術用の軟性内視鏡を含む内視鏡手術支援システムにおいて、前記軟性内視鏡の本体壁面に、造影剤が流れる流路を該軟性内視鏡本体の長手方向に形成し、該形成された流路を含む軟性内視鏡先端近傍の断層画像を撮像し、該撮像された断層画像により軟性内視鏡先端の捩れ状態を検出する捩れ検出手段と、前記検出された軟性内視鏡先端の捩れ状態により前記手元操作手段の操作量を補正する手段を設けて構成したものである。
【００１４】
そして、断層画像は、ＭＲ装置またはＣＴ装置で形成したものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、軟性内視鏡が捩れて、軟性内視鏡の先端部が正常な位置と異なった状態になっているのを検出し、軟性内視鏡の先端部を移動させるにダイヤルの操作を誤ることなく操作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、軟性内視鏡の本体壁面に、軟性内視鏡本体の長手方向に造影剤を注入する流路を形成し、流路内に注入された造影剤によって、軟性内視鏡の先端近傍の断層画像を撮像し、撮像された断層画像に基づいて軟性内視鏡先端の捩れ状態を検出し、ダイヤル操作の補正量を指示して軟性内視鏡先端の操作を正確に行えるようにして実現する。
【実施例１】
【００１７】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。  
図１には内視鏡手術支援システムの全体システム構成図が、図２〜図５には図１に図示の内視鏡の構成図が示されている。
【００１８】
図１において、１００は、内視鏡手術支援システムで、軟性内視鏡を誘導するシステムである。１はＣＴガントリーで、２はＣＴガントリー１に取り付けられるＸ線管で、３はＸ線管２から放射されるＸ線を検出する検出器である。４は軟性内視鏡で、５は軟性内視鏡４の壁面に、軟性内視鏡４の長手方向に形成される造影剤の流路である。この造影剤の流路５は、１本の管路で構成されており、造影剤を挿入する入口と、造影剤を排出する出口を有しており、入口から挿入された造影剤は、流路５を流れ、出口から排出される。この流路５の入口と出口には、開閉弁６，７が設けられている。この開閉弁６には、ポンプ８が接続されており、このポンプ８には、タンク９が接続されている。この開閉弁６からは、ポンプ８の作動によってタンク９から造影剤が流路５に供給されるようになっている。また、開閉弁７には、タンク９が接続されており、この開閉弁７からは、流路５の出口から排出されてくる造影剤がタンク９に戻されるようになっている。この開閉弁６，７と、ポンプ８は、制御装置１０によって制御され、同期して駆動するように制御される。
【００１９】
また、軟性内視鏡４には、回転駆動装置１１と、右駆動装置１２と、上下駆動装置１３と、前後駆動装置１４とが取り付けられている。回転駆動装置１１は、軟性内視鏡４を筒中心軸を中心に、所定角度回転させる装置である。右駆動装置１２は、軟性内視鏡４の先端部を軟性内視鏡４の挿入方向左右に移動させる装置で、真正面に対し、右方向９０度の場合、内視鏡先端正面は、真右横を向き、さらに移動すると、真後へ向かうことになる。上下駆動装置１３は、軟性内視鏡４の先端を上下方向へ移動させる装置で、正確には、上、または下への平行移動するのではなく、後方向へ反り返るように移動するものである。したがって、真正面に対し、上方向９０度の場合、内視鏡先端正面は、真上を向き、さらに移動すると、真後へ向かうことになる。前後駆動装置１４は、軟性内視鏡４を筒方向に沿って移動させるための装置で、軟性内視鏡４は剛体ではないため、軟性内視鏡４の挿入経路にそって、軟性内視鏡４の先端部が移動し、必ずしも軟性内視鏡４の先端が、前後平行に移動するとは限らない。
【００２０】
１５は画像処理装置で、この画像処理装置１５は、ＣＴ装置の場合、ＣＴ装置１内部にある検出器３により検出する患者を透過したX線情報をもとに、患者身体の断層画像や３次元再構成画像を演算する演算装置に相当する。
【００２１】
１６は３Ｄ画像データベース（記憶装置）で、この３Ｄ画像データベース１６は、画像処理装置１５によって演算する断層画像、３次元ボリュームデータを格納する記憶装置で、手術においては、術前、術後の患者の断層画像、術中の断層画像を格納する。
【００２２】
１７はサブトラクション画像演算装置、１８は軟性内視鏡（可撓外筒）４の抽出画像取り込み部、１９はサブトラクション同期装置、２０は軟性内視鏡（可撓外筒）４の捩れ量計測装置、２１は操作入力座標変換演算装置で、回転駆動装置１１と右駆動装置１２と上下駆動装置１３と前後駆動装置１４に入力する座標を捩れに応じた補正値によって補正した座標に変換する装置である。この操作入力座標変換演算装置２１には、軟性内視鏡（可撓外筒）操作方法入力器２２から軟性内視鏡（可撓外筒）４の先端をどのように操作するのかの指令信号が入力される。
【００２３】
軟性内視鏡（可撓外筒）４の抽出画像取り込み部１８からの出力に基づいて、先端位置計測装置２３によって軟性内視鏡（可撓外筒）４の先端の位置の検出を行い、挿入経路抽出部２４において軟性内視鏡（可撓外筒）４の挿入経路の検出を行う。
【００２４】
軟性内視鏡（可撓外筒）抽出演算装置２５では、挿入経路抽出部２４からの出力と軟性内視鏡（可撓外筒）形状データ２６とから、軟性内視鏡（可撓外筒）４の抽出を行う。この軟性内視鏡（可撓外筒）抽出演算装置２５における演算結果は、３Ｄ画像の切り出し装置２７で切り出した臓器画像と重畳画像演算装置２８において重畳され、モニタ画面２９において表示される。
【００２５】
図２には、図１に図示の軟性内視鏡（可撓外筒）４の壁面に、軟性内視鏡４の長手方向に形成される造影剤の流路５の配設状態が示されている。図２から明らかなように、造影剤５Ａを流す流路５は、軟性内視鏡（可撓外筒）４の壁面の長手方向に２本の流路が所定間隔を保持しながら往路配設され、先端部で左右に分かれて軟性内視鏡先端部４Ａを周回し、合流し、１本の流路が復路配設され、造影剤が戻されるようになっている。したがって、流路５を走流する造影剤は、図２（Ｂ）に示す如く、一方向から挿入され、他方向に排出される用になっている。この流路５の入口には、開閉弁６を介してポンプ８が接続され、このポンプ８の駆動によってタンク９から造影剤が送られる。また、流路５の出口には、開閉弁７を介してタンク９が接続され、流路５の出口から排出された造影剤は、タンク９に戻される。この開閉弁６、７とポンプ８は、制御回路１０によって制御されている。
【００２６】
いま、体内に挿入した軟性内視鏡（可撓外筒）４が捩れると、図３に示す如く、軟性内視鏡（可撓外筒）４の捩れに沿って、造影剤５Ａを流す流路５が捩れる。このため、軟性内視鏡（可撓外筒）４の捩れは、造影剤５Ａを流す流路５の捩れを測定することによって、軟性内視鏡４の先端部４Ａを移動させるにダイヤルの操作補正量を算出でき、これによって軟性内視鏡４の先端部４Ａを移動させるにダイヤルの操作を誤ることなく操作することができる。
【００２７】
図４は、造影画像計測による軟性内視鏡（可撓外筒）４の捩れ量、先端位置、操作方法の検出について示されている。図４（Ａ）は、軟性内視鏡（可撓外筒）４が真っ直ぐな状態のときの、軟性内視鏡（可撓外筒）４の流路５の造影剤５Ａの平面図である。この図４（Ａ）は、軟性内視鏡（可撓外筒）４が真っ直ぐな状態であるので、流路５の造影剤５Ａも真っ直ぐな状態となっている。一点鎖線で示す２本の流路５は、挿入往路を示し、実線で示す１本の流路５は、排出復路を示している。
【００２８】
図４（Ｂ）は、軟性内視鏡（可撓外筒）４に捩れが有る場合である。流路５の往路と復路は、合わさった位置から、互いに離れていき、最大に離れた腹の部分で半回転捩れていることが分かる。そして、流路５の往路と復路の間隔は、捩れ量θに比例する。そして、再び流路５の往路と復路が、合わさり、１回転の捩れが生じていることが分かる。
【００２９】
図４（Ｃ）には、軟性内視鏡（可撓外筒）４の挿入経路が示されている。図４（Ｄ）には、軟性内視鏡（可撓外筒）４を挿入した長さから軟性内視鏡（可撓外筒）４の先端の位置を推定する図が示されている。図４（Ｄ）の軟性内視鏡（可撓外筒）４の最上端が造影剤５Ａの戻り位置を示している。
【００３０】
図５は、造影画像計測によって軟性内視鏡（可撓外筒）４に捩れが生じている場合の操作補正について示したものである。図５には、軟性内視鏡（可撓外筒）４に１８０°の捩れが生じている場合が示されている。すなわち、この軟性内視鏡（可撓外筒）４の捩れに対する操作補正は、軟性内視鏡（可撓外筒）４の捩れ量θに合わせて挿入方向と先端の移動方向が一致するように操作入力座標を変換することによって補正する。
【００３１】
この補正は、具体的には、軟性内視鏡（可撓外筒）４の捩れ量θが時計回りに０°（３６０°）のときは、操作入力方向が右の場合はそのまま『右』に、操作入力方向が左の場合はそのまま『左』に、操作入力方向が上の場合はそのまま『上』に、操作入力方向が下の場合はそのまま『下』に操作するので問題はなく、操作入力座標を変換する必要がない。
【００３２】
また、軟性内視鏡（可撓外筒）４の捩れ量θが時計回りに９０°のときは、操作入力方向が右の場合は『上』に、操作入力方向を左に操作した場合は『下』に、操作入力方向を上の場合は『左』に、操作入力方向が下の場合は『右』に操作する必要がある。したがって、この場合、操作入力方向を右に操作した場合に『上』に、操作入力方向を左に操作した場合に『下』に、操作入力方向を上に操作した場合に『左』に、操作入力方向を下に操作した場合に『右』に操作されるように操作入力座標を変換する必要がある。
【００３３】
また、軟性内視鏡（可撓外筒）４の捩れ量θが時計回りに１８０°のときは、操作入力方向が右の場合は『左』に、操作入力方向が左の場合は『右』に、操作入力方向が上の場合は『下』に、操作入力方向が下の場合は『上』に操作する必要がある。したがって、この場合、操作入力方向を右に操作した場合に『左』に、操作入力方向を左に操作した場合に『右』に、操作入力方向を上に操作した場合に『下』に、操作入力方向を下に操作した場合に『上』に操作されるように操作入力座標を変換する必要がある。
【００３４】
さらに、軟性内視鏡（可撓外筒）４の捩れ量θが時計回りに２７０°のときは、操作入力方向が右の場合は『下』に、操作入力方向が左の場合は『上』に、操作入力方向が上の場合は『右』に、操作入力方向が下の場合は『左』に操作する必要がある。したがって、この場合、操作入力方向を右に操作した場合は『下』に、操作入力方向を左に操作した場合は『上』に、操作入力方向を上に操作した場合は『右』に、操作入力方向を下に操作した場合は『左』に操作されるように操作入力座標を変換する必要がある。
【００３５】
このように操作入力座標を捩れ量（角度）θに応じて変換して補正しておくことにより、図５の操作入力方向を矢印Ａに示す方向に移動した場合、軟性内視鏡（可撓外筒）４の先端を、操作入力方向の動作方向矢印Ａと同一の方向に移動させることができる。
【００３６】
ここで、軟性内視鏡（可撓外筒）４の捩れ量θが時計回りに０°（３６０°）のとき（内視鏡本体が真っ直ぐに置かれ、ねじれがない場合）と、軟性内視鏡（可撓外筒）４の捩れ量θが時計回りに９０°のとき（９０度ねじれている場合）の操作について説明する。
【００３７】
まず、軟性内視鏡（可撓外筒）４の捩れ量θが時計回りに０°（３６０°）のとき（内視鏡本体が真っ直ぐに置かれ、ねじれがない場合）について説明する。軟性内視鏡（可撓外筒）４をモニタ２９の画面で中央から左方向へ移動する場合、術者から見てモニタ２９の左側にあるので、左右方向へ操作するダイヤルを回す。左右方向へ操作するダイヤルは、軟性内視鏡４の先端部を左右方向に動かすワイヤーと連結しているので、軟性内視鏡４の先端部は左方向へ移動する。ここではダイヤルを左に回すとする。このように、軟性内視鏡（可撓外筒）４の捩れ量θが時計回りに０°（３６０°）の場合（内視鏡本体が真っ直ぐに置かれ、ねじれがない場合）は、画面で見たときの移動方向と、操作ダイヤルの方向は一致している。
【００３８】
次に、軟性内視鏡（可撓外筒）４の捩れ量θが時計回りに９０°のとき（９０度ねじれている場合）について説明する。軟性内視鏡（可撓外筒）４をモニタ２９の画面で中央から左方向へ移動する場合は、術者から見てモニタ２９の左側にあるので、左右方向へ操作するダイヤルを左に回す。ところが、軟性内視鏡４の先端部は、９０度回転しているので、軟性内視鏡４の先端部の左右は、上下方向に相当し、反時計周りに９０度回転しているので、左右方向へ操作するダイヤルを左に回すと、軟性内視鏡４の先端部は下方向に移動する。このように、軟性内視鏡（可撓外筒）４の捩れ量θが時計回りに９０°の場合（９０度ねじれている場合）は、画面で見たときの移動方向と、操作ダイヤルの方向は一致しなくなる。
【００３９】
そこで、軟性内視鏡４のレンズ表面等に、例えば、十字線を入れ、軟性内視鏡４の本体にねじれがない状態で、左右方向へ操作するダイヤルを動かし、左方向に動く方向にマーカを入れることを考える。この場合、内視鏡が９０度回転すると、マーカも回転して、マーカは下方向に位置してモニタで観察されるので、内視鏡がねじれていることがわかる。
【００４０】
そして、これまで術者は、モニタの画面で中央から左方向へ移動する場合、術者から見てモニタの左側にあったので、左右方向のダイヤルを回せばよかったが、この場合、マーカが示すように、左右のダイヤルを動かすと、モニタでマーカが下側に見えるように、下方向へ移動することが見てわかる。したがって、術者は、左右方向のダイヤルから上下方向のダイヤルを動かすように操作を切り替え、上方向に内視鏡が動くようにダイヤルを回せばよい。このように、術者は、常にマーカの位置を見て意図的に操作を切り替えれば、一応、操作することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例を示す内視鏡手術支援システムの全体システム構成図である。
【図２】図１に図示軟性内視鏡の壁面に長手方向に形成される造影剤の流路を示す図である。
【図３】図２に図示軟性内視鏡が捩れた状態を示す図である。
【図４】図２に図示軟性内視鏡の捩れがない場合、捩れが生じている場合、捩れ量を造影剤の流路で示す図である。
【図５】図２に図示軟性内視鏡の捩れがある場合の操作入力座標の変換補正を行った場合のダイヤルの操作方向と軟性内視鏡の先端部の移動方向とを示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１………………ＣＴガントリー
２………………Ｘ線管
３………………検出器
４………………軟性内視鏡
４Ａ……………軟性内視鏡の先端部
５………………流路
５Ａ……………造影剤
６、７…………開閉弁
８………………ポンプ
９………………タンク
１０……………制御装置
１１……………回転駆動装置
１２……………右駆動装置
１３……………上下駆動装置
１４……………前後駆動装置
２１……………操作入力座標変換演算装置
１００…………内視鏡手術支援システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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