(57)【要約】      （修正有）【課題】遠位端の方向を測定する。【解決手段】医療処置を行う装置は反対側の遠位端と近位端とを有する侵襲性プローブを含む。プローブは、エネルギー界を送信するよう配置した送信機と、エネルギー界を受信するよう配置した受信機とを含み、送信機と受信機とはプローブの両端に配置する。制御ユニットは受信機が受信したエネルギー界に応じて近位端に対する遠位端の方向を判定することができる。【選択図】図１
2006081900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠位端と近位端とを有するプローブを使用する処置を行う方法であって、
遠位端と近位端との間のエネルギー界の無線伝送によって近位端に対する遠位端の方向を判定するステップと、
方向に応じて処置の局面を制御するステップとを含む方法。
【請求項２】
方向を判定するステップが、近位端内の送信機からエネルギー界を送信し遠位端内の受信機を使用してエネルギー界を感知するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
方向を判定するステップが、遠位端内の送信機からエネルギー界を送信し近位端内の受信機を使用してエネルギー界を感知するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
エネルギー界が電磁界を含む、請求項１〜３の何れかに記載の方法。
【請求項５】
プローブが近位端のハンドルを備え、方向を判定するステップが、ハンドルに対する遠位端の方向を発見するステップを含む、請求項１〜４の何れかに記載の方法。
【請求項６】
医療処置を行う装置であって、
反対側の遠位端と近位端とを有する侵襲性プローブであって、エネルギー界を送信するよう配置した送信機と、エネルギー界を受信するよう配置した受信機とを備え、送信機と受信機とをプローブの両端に配置した侵襲性プローブと、
受信機が受信したエネルギー界に応じて近位端に対する遠位端の方向を判定することができる制御ユニットとを備える装置。
【請求項７】
送信機がプローブの近位端内に配置され、受信機が遠位端内に配置される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
送信機がプローブの遠位端内に配置され、受信機が近位端内に配置される、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
エネルギー界が電磁界を含む、請求項６〜８の何れかに記載の装置。
【請求項１０】
プローブの遠位端が患者の身体内に挿入することができ、遠位端に近い身体内の範囲の画像を取得するよう配置した撮像組立体を備え、
制御ユニットが方向に応じて画像を回転させることができる、請求項６〜９の何れかに記載の装置。
【請求項１１】
近位端に対する遠位端の方向が第１の方向であり、侵襲性プローブが、所定の基準系に対するプローブの近位端の第２の方向を判定することができる方向センサを備え、制御ユニットが、所定の基準系に対する画像を方向付けるように第１及び第２の方向に応じて画像を回転させることができる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
プローブが近位端のハンドルを備え、制御ユニットがハンドルに対する遠位端の方向を判定することができる、請求項６〜１１の何れかに記載の装置。
【請求項１３】
内視鏡検査法のための装置であって、
内視鏡であって、
遠位端と近位端とを有する挿入チューブと、
遠位端に近い対象の画像を取得する、挿入チューブの遠位端内の撮像組立体と、
挿入チューブの近位端に固定したハンドルと、
一方をハンドル内に配置しもう一方を挿入チューブの遠位端内に配置した、界送信機と界受信機とを備える内視鏡と、
撮像組立体が取得した画像を表示するディスプレイと、
エネルギー界を送信するため界送信機を駆動するよう結合し、界送信機が送信したエネルギー界に応じて界受信機から信号を受信するよう結合し、信号に基づいてハンドルに対する挿入チューブの遠位端の方向を判定し方向に応じて画像を回転させることができる制御ユニットとを備える装置。
【請求項１４】
遠位端を有する内視鏡を使用して体腔を撮像する方法であって、
内視鏡の遠位端を体腔内に挿入するステップと、
複数のそれぞれの視角で体腔の内部表面の範囲の画像を取得するよう体腔内の内視鏡の遠位端を操作するステップと、
画像を取得しながら視角のそれぞれの方向を測定するステップと、
測定した方向に応じて内視鏡が撮像した内部表面の範囲をマップするステップとを含む方法。
【請求項１５】
内視鏡撮像システムであって、
内視鏡であって、
遠位端を有し、体腔内に挿入することができる挿入チューブと、
複数のそれぞれの視角で体腔の内部表面の範囲の画像を取得する、挿入チューブの遠位端内の撮像組立体と、
画像の視角の方向を示す信号を生成することができる方向センサとを備える内視鏡と、
画像及び信号を受信し、それぞれの視角に応じて画像を結合することによって内部表面の範囲をマップするよう結合した制御ユニットとを備える内視鏡測定システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
可撓性内視鏡を使用した内視鏡処置の際、内視鏡の形状は通常、内視鏡が通過しなければならない身体通路の制約と操作員による内視鏡の操縦によって変形する。その結果、操作員は内視鏡の遠位端の実際の方向を判定するのが困難なことがあり、ひいては内視鏡画像中に見える対象の位置を患者の身体内の対象の実際の位置に正しく関連付けられなくなることがある。
【０００２】
こうした問題に対応して、内視鏡の方向を測定し、その後内視鏡画像を光学的、機械的または電子的に回転させて方向を補償する方法が提案された。この目的のための例示的方法は、これらの開示を引用によって本出願の記載に援用する米国特許第６，４７８，７４３号、米国特許第５，５４５，１２０号、米国特許第６，４７１，６３７号、米国特許第６，０９７，４２３号、米国特許出願第２００２／０１６１２８０号、及び米国特許第６，６６３，５５９号で説明されている。内視鏡またはカテーテルといった侵襲性プローブの方向の測定は、プローブを使用して身体内で実行される他の種類の処置を制御する際に使用してもよい。
【０００３】
侵襲性プローブの方向を判定する当業技術分野で周知の方法では、プローブの遠位端の方向（及び位置）は一般に、プローブ自体とは離れた外部基準系に対して測定する。例えば、プローブ内の磁気センサを使用して、患者の身体外の既知の位置に配置した１組の磁界発生器に対するプローブの方向を判定してもよい。
【０００４】
それと対照的に、本発明のいくつかの実施形態では、遠位端と近位端との間のエネルギー界の無線伝送によって、プローブの遠位端の方向をプローブ自体の近位端に対して測定する。外部基準系に対してではなく、近位端に対してプローブの遠位端の方向を測定することによって、基準系を定義するための外部測定器具の必要が回避される。そして、測定したプローブの遠位端の相対方向を使用して、内視鏡処置の局面を制御する。例えば、プローブが取得した内視鏡画像を回転して方向を補償してもよい。プローブの近位端は身体外に位置しているので、操作員は近位端の方向を知っており、遠位端の相対方向はその目的のために十分である。また、プローブの近位端の絶対方向を外部基準系に対して測定した後、相対測定と絶対測定とを結合することによって、外部系中の遠位端の方向を計算してもよい。
【０００５】
本発明のいくつかの実施形態では、体腔の内部表面の撮像走査を追跡する際プローブの遠位端の測定した方向を使用する。システム制御装置は、内視鏡が撮像した表面の範囲を追跡しマップする。マップを図表によって内視鏡の操作員に提示し、操作員は撮像されていない範囲を確認しそれに応じて内視鏡を操縦することができる。また、制御装置は、表面全体または表面の望ましい範囲を撮像するよう内視鏡を自動的に操縦してもよい。上記で説明した相対測定技術を使用するか、また、代替的に、方向追跡の何らかの他の適切な方法を使用して、遠位端の方向をこの目的のために測定してもよい。
【０００６】
すなわち、本発明の実施形態によれば、遠位端と近位端とを有する侵襲性プローブを使用する医療処置を行う方法であって、
遠位端と近位端との間のエネルギー界の無線伝送によって近位端に対する遠位端の方向を判定するステップと、
方向に応じて処置の局面を制御するステップとを含む方法が提供される。
【０００７】
方向を判定するステップは、近位端内の送信機からエネルギー界を送信し遠位端内の受信機を使用してエネルギー界を感知するステップ、または遠位端内の送信機からエネルギー界を送信し近位端内の受信機を使用してエネルギー界を感知するステップを含んでもよい。開示する実施形態では、エネルギー界は電磁界を含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、本方法は、プローブの遠位端を患者の身体内に挿入するステップと、遠位端の近くで身体内の範囲の画像を取得するステップとを含み、その際局面を制御するステップは、方向に応じて画像を回転させるステップを含む。１つの実施形態では、近位端に対する遠位端の方向を判定するステップは、第１の方向を発見するステップを含み、画像を回転させるステップは、所定の基準系に対するプローブの近位端の第２の方向を発見するステップと、所定の基準系に対して画像を方向付けるように第１及び第２の方向に応じて画像を回転させるステップとを含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、プローブはその近位端のハンドルを含み、方向を判定するステップは、ハンドルに対する遠位端の方向を発見するステップを含む。
【００１０】
また、本発明の実施形態によれば、医療処置を行う装置であって、
反対側の遠位端と近位端とを有する侵襲性プローブであって、エネルギー界を送信するよう配置した送信機と、エネルギー界を受信するよう配置した受信機とを含み、送信機と受信機とをプローブの両端に配置した侵襲性プローブと、
受信機が受信したエネルギー界に応じて近位端に対する遠位端の方向を判定することができる制御ユニットとを含む装置が提供される。
【００１１】
さらに、本発明の実施形態によれば、内視鏡検査法のための装置であって、
内視鏡であって、
遠位端と近位端とを有する挿入チューブと、
遠位端に近い対象の画像を取得する、挿入チューブの遠位端内の撮像組立体と、
挿入チューブの近位端に固定したハンドルと、
一方をハンドル内に配置しもう一方を挿入チューブの遠位端内に配置した、界送信機と界受信機とを含む内視鏡と、
撮像組立体が取得した画像を表示するディスプレイと、
エネルギー界を送信するため界送信機を駆動するよう結合し、界送信機が送信したエネルギー界に応じて界受信機から信号を受信するよう結合し、信号に基づいてハンドルに対する挿入チューブの遠位端の方向を判定し方向に応じて画像を回転させることができる制御ユニットとを含む装置が提供される。
【００１２】
さらに、本発明の実施形態によれば、遠位端を有する内視鏡を使用して体腔を撮像する方法であって、
内視鏡の遠位端を体腔内に挿入するステップと、
複数のそれぞれの視角で体腔の内部表面の範囲の画像を取得するよう体腔内の内視鏡の遠位端を操作するステップと、
画像を取得しながら視角の方向を測定するステップと、
測定した方向に応じて内視鏡が撮像した内部表面の範囲をマップするステップとを含む方法が提供される。
【００１３】
さらに、本発明の実施形態によれば、内視鏡撮像システムであって、
内視鏡であって、
遠位端を有し、体腔内に挿入することができる挿入チューブと、
複数のそれぞれの視角で体腔の内部表面の範囲の画像を取得する、挿入チューブの遠位端内の撮像組立体と、
画像の視角の方向を示す信号を生成するよう配置した方向センサとを含む内視鏡と、
画像及び信号を受信し、それぞれの視角に応じて画像を結合することによって内部表面の範囲をマップするよう結合した制御ユニットとを含む内視鏡測定システムが提供される。
【００１４】
本発明は、図面と共になされる実施形態の以下の詳細な説明からさらに完全に理解されるだろう。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態による内視鏡用システム２０の概略図解である。この例では、システム２０は、患者２７の肺２６の気管支鏡検査のために使用する。他の実施形態では、特に膀胱鏡検査、腎臓鏡検査及び胃腸内視鏡検査といった内視鏡検査の他の分野、及び最小侵襲手術で同様のシステムを使用してもよい。システム２０は内視鏡２２を備え、内視鏡２２は挿入チューブ２４を備える。通常医師である操作員３６は、内視鏡２２の近位端のハンドル３４上の制御装置（図示せず）を使用して挿入チューブを操作する。すなわち、操作員は挿入チューブの遠位端２８を肺２６の気管支通路といった体腔内に前進させ、肺の中で遠位端を操る。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態による内視鏡２２の概略断面図である。挿入チューブ２４の遠位端２８は、肺２６内の遠位端の範囲内の画像を取得する撮像組立体３０を備える。撮像組立体は通常、センサ上の遠位端２８外の領域の画像を形成する対物光学素子を備えた画像センサを備える。また、通常、内視鏡２２は、他の機能要素と共に、遠位端外の領域を照明する光源を備える。内視鏡２２の画像センサ及び他の撮像関連要素は簡潔にするため図面から省略されているが、こうした要素は当業技術分野で周知である。例えば、この種の内視鏡撮像要素は、その開示を引用によって本出願の記載に援用する、ＰＣＴ公報第ＷＯ０３／０９８９１３号で説明されている。また、光学画像は遠位端２８から、光ファイバ束のような中継光学素子を介して、内視鏡の近位端の画像センサに伝達してもよい。
【００１７】
撮像組立体３０が生成したビデオ信号はケーブル４０を介してコンソール４２に伝達し、コンソール４２は信号を処理してディスプレイ４４（図１）上に画像４６を生成する。以下説明するように、コンソールは遠位端２８の方向角に応じて画像４６を回転させてもよい。
【００１８】
図２に示すように、内視鏡２２は、遠位端２８内の遠位界変換器３２と、ハンドル３４内の挿入チューブ２４の近位端の近位界変換器３８とを備える。この実施形態では、変換器３２及び３８は、適切なコアの上に電気的コイルを巻くことによって製造した磁界変換器であると想定する。通常、変換器３８は界送信機の役目を果たし、変換器３２は界受信機の役目を果たす。別言すれば、コンソール４２はケーブル４０を介して変換器３８を通る電流を駆動して磁界を生成し、この磁界は変換器３２内を流れる電流を生じる。また、変換器３２が送信機の役目を果たし、変換器３８が受信機の役目を果たしてもよい。どちらの場合でも、受信機を流れる電流は変換器３２及び３８の間の距離及び変換器の相対方向に比例する。
【００１９】
コンソール４２は受信変換器内を流れる電流を測定し電流の値を使用して変換器３８に対する変換器３２の方向角を判定し、ハンドル３４に対する遠位端２８の方向を判定する。方向を明確に測定するため、変換器３８は空間的に別個の磁界を生成する複数のコイルを備えることが望ましい。例えば、図２に示すように、変換器３８は直交する軸上に巻かれた３つのコイルを備えてもよい。変換器３８が送信機の役目を果たしていると想定すると、コンソール４２は通常、異なる送信機コイルの磁界によって変換器３２内に生成される電流が時間、周波数または位相領域多重化に基づいてコンソールが区別できるように選択した波形によってコイルを駆動する。例えば、この種の位置感知システムは、その開示を引用によって本出願の記載に援用する米国特許第６，４８４，１１８号で説明されている。
【００２０】
通常、変換器３２が備えるコイルは１つだけであり、遠位端２８内で変換器が必要とする空間を最小化し、ひいては挿入チューブ２４の直径を最小化している。また、精度を向上するため、変換器３２は複数のコイルを備えてもよい。例えば、その開示を引用によって本出願に記載に援用する米国特許出願公報第２００２／００６５４５５Ａ１号で説明されているように、変換器３２は３つの相互に直交するコイルを備えてもよい。さらにまた、受信変換器はホール効果変換器または他の種類のアンテナを備えてもよい。また、当業技術分野で周知の、他の種類の磁界送信機及び受信機を使用してもよい。
【００２１】
別の実施形態では、変換器３２及び３８は別の種類のエネルギー界を送信及び受信する。例えば、変換器は超音波界を送信及び受信してもよい。この場合、コンソール４２は受信した超音波信号の強度及び／または位相を使用してハンドル３４に対する遠位端２８の方向を判定してもよい。
【００２２】
また、必要に応じて、内視鏡２２はハンドル３４内に方向センサ５０を備えてもよい。センサ５０は、外部基準系内のハンドル３４の方向を示す信号を生成する。例えば、センサ５０は、加速度計またはジャイロスコープといった慣性センサを備えてもよい。コンソール４２はこのセンサの出力を使用して、地球の重力場に対するハンドル３４、及び内視鏡処置の開始時の初期位置及び方向に対するハンドルの感知ムーブメントの方向を判定してもよい。また、センサ５０を使用して、患者２７の身体外の外部基準系内に固定した１つかそれ以上の基準変換器（図示せず）に対するハンドル３４の方向を判定してもよい。例えば、センサ５０は磁気、光または超音波エネルギーを基準変換器から受信してもよく、こうしたエネルギーを基準変換器に送信してもよい。基準変換器は、壁、天井または患者２７が横になっている台といった内視鏡処置が行われる室内の物体に固定してもよい。また、基準変換器を患者２７または操作員３６に固定し、ハンドルの方向が患者または操作員に対して判定されるようにしてもよい。何れの場合でも、コンソール４２はセンサ５０または基準変換器（センサ５０が送信機として構成されている場合）から受信したエネルギー信号を処理し、ハンドル３４の方向を判定する。
【００２３】
図３は、本発明の実施形態による内視鏡２２の遠位端２８の測定した方向に基づいて画像４６を回転させる方法の概略を例示するフローチャートである。外部基準系に対する遠位端２８の実際の方向角を判定するため、ハンドル方向測定ステップ６０で、まずこの外部基準系に対するハンドル３４の絶対方向角を測定する。通常、前に説明したように、センサ５０を使用してハンドル方向を測定する。先端方向測定ステップ６２で、変換器３２及び３８を使用して、ハンドル３４に対する遠位端２８の方向を測定する。ステップ６２はステップ６０の前、後またはそれと同時に行ってもよく、これらのステップは通常ある内視鏡処置の過程で頻繁に繰り返される。
【００２４】
ステップ６０及び６２で測定した方向角に基づいて、方向計算ステップ６４で、コンソール４２は外部基準系内の遠位端２８の方向を計算する。通常、遠位端の方向は、ステップ６０及び６２で判定したハンドル及び遠位端の方向のベクトル加法によって判定する。また、ステップ６０及び６４は省略してもよく、ステップ６２で発見した相対方向をその後のステップで使用してもよい。
【００２５】
画像回転ステップ６６で、コンソール４２は画像４６を回転させ、遠位端２８の方向を補償する。一般にこの目的のためには遠位端２８の方向角を数度の精度で測定すれば十分である。通常、コンソールは、画像が患者２７と同じ方向を向くように、すなわち、画像中の右及び左方向が患者の身体内の右及び左方向に正しく対応するように画像を回転させる。一般に作業員が最も関心を持っているのは左右方向なので、内視鏡の空間的方向を表す三次元ベクトルは単に患者の前額面に投影してもよく、画像をそれに応じて回転してもよい。代替的または追加的に、内視鏡の画像平面が前額面に平行でない場合、画像を変換して画像の歪み（フォアショートニング等）を補正してもよい。さらに、代替的または追加的に、当業技術分野で周知のほかの画像回転方法及び基準を適用してもよい。
【００２６】
図４は、本発明の実施形態によるディスプレイ４４に示される図表マップ７０の概略表示である。この実施形態は、例えば、膀胱のような体腔の内部表面の撮像に特に有用である。こうした適用業務では、操作員３６は通常内視鏡２２の遠位端２８を体腔内に挿入した後、ある範囲の角度にわたって遠位端を偏向させ、表面の異なる範囲を撮像する。こうした状況では、操作員は自分が表面のどの範囲を走査したか、及び見落とした範囲が存在するか否かを正確に知ることは困難である。
【００２７】
マップ７０は内視鏡２２が走査した範囲及び走査しなかった範囲を視覚化する際の助けとなる。この例では、体腔の内部表面は球の内部として表され、後部の半球７２と前部の半球７４とに分割されている。通常、操作員３６はボタンを押すかまたは何らかの他の入力をコンソール４２に与え、撮像走査の開始を示す。するとコンソール４２は体腔内の遠位端２８の方向を追跡し、それに応じて、各々撮像済みの表面の範囲を表すマーク７６をマップ７０に追加する。カーソル７８を使用して、マップ７０上の内視鏡の遠位端の現在の方向を示してもよい。このマップを使用して、操作員は内視鏡２２の遠位端を操縦し、内部表面上の全ての対象範囲を撮像し、撮像していない範囲を識別する。
【００２８】
コンソール４２は、上記で説明した相対方向感知方法を使用して、遠位端２８を追跡しマップ７０を生成してもよい。また、他の方向感知方法を使用して内視鏡の遠位端を追跡しマップを生成してもよい。例えば、コンソールは、遠位端を偏向させる際使用する内視鏡２２のハンドル３４内の制御ノブまたはプーリー（図示せず）の回転を感知することによって遠位端２８の方向を判定してもよい。同様に、外部基準系に対する磁気及び超音波測定といった、当業技術分野で周知の他の方向感知方法を使用してもよい。さらに、コンソール４２は、マップ７０の情報に基づいて、体腔の内部表面全体を走査するか、または体腔内の所定の対象範囲を走査するように、遠位端２８の方向を自動的に制御するようプログラムしてもよい。
【００２９】
また、図４で例示した方法は、硬性内視鏡を含む他の種類の内視鏡と共に使用してもよい。もちろん、この後者の場合、内視鏡の遠位端を偏向させることはないが、回転させてもよく、内視鏡の視角は、上記の背景の節で引用したいくつかの特許で説明されたもののような当業技術分野で周知の方法を使用して変化させてもよい。例えば、前に言及した慣性測定方法のような何らかの適切な方法を使用して内視鏡の方向及び視角を測定してもよい。
【００３０】
上記で説明した実施形態は内視鏡撮像における本発明のある特定の適用業務に関するが、本発明の原理はカテーテルのような他の種類の可撓性プローブの方向を測定する際にも使用してよい。方向測定は、内視鏡画像の方向を補正するだけでなく、可撓性侵襲性プローブを使用する他の種類の診断及び治療処置を制御する際にも使用してよい。すなわち、上記で説明した実施形態は例として記載したものであり、本発明は上記で特に示し説明したものに制限されないことが認識されるだろう。むしろ、本発明の範囲は、上記の説明を読む際当業者が想起し得るものでありかつ先行技術で開示されていない、上記で説明した様々な特徴の組み合わせ及び下位の組み合わせの両方、及びその変形及び修正を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態による内視鏡用システムの概略図解である。
【００３２】
【図２】本発明の実施形態による内視鏡の概略断面図である。
【００３３】
【図３】本発明の実施形態による内視鏡の遠位端の測定した方向に基づいて画像を回転させる方法の概略を例示するフローチャートである。
【００３４】
【図４】本発明の実施形態によるディスプレイに示される図表マップの概略表示である。
【図１】
2006081900.tif 000003
【図２】
2006081900.tif 000004
【図３】
2006081900.tif 000005
【図４】
2006081900.tif 000006
【外国語明細書】
2006081900000001.pdf