(57)【要約】本発明は、内視鏡検査動作をシミュレートするための装置を提供する。ダミー内視鏡１がユニット２の中に挿通されており、このユニットは、ダミー計器の位置を監視し、記憶されたソフトウェア・モデルにしたがって力のフィードバックを計器に提供する。内視鏡からの画像をシミュレートする視覚的画像が表示される。患者身体に関する外的状態、例えば患者の配置方向８、身体に加えられる外的圧力９、１０、および透照１１の追加シミュレーションが提供される。
2005505004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡システムの使用において操作者を訓練するために使用するための装置であって、挿通管を有するダミー内視鏡と、挿通管を使用中に受け入れる導管を画定する取付け具と、ダミー内視鏡の操作に応答して取付け具に対する挿通管の縦方向および回転方向の移動を表す信号を出すセンサ手段と、前記の信号に応答して、内視鏡検査処置中に同様な方法で取り扱うときに内視鏡を使用して見ることができるようになる画像をシミュレートする操作者に見える画像を生成するシミュレーション手段とを備え、シミュレーション手段は、対応する触覚的フィードバックを操作者に与えるように取付け具と挿通管との間で作動可能な触覚手段と、ダミー内視鏡が取付け具において操作されている間に患者身体の外的状態のシミュレーションを可能にする操作者インターフェースとを備えている装置。
【請求項２】
操作者インターフェースが、患者身体の外的状態に関する情報を使用者が入力できるようにする入力部である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
外部状態が患者身体の配置方向である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
入力部が取付け具を回転可能にすることによって提供され、取付け具の回転位置方向を測定するためにセンサが設けられている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
取付け具が人間の胴部の外見を模擬するために設計されている、請求項３または４に記載の装置。
【請求項６】
シミュレーション手段が、見える画像と触角フィードバックを変えて、操作者インターフェースから測定された身体の配置方向に応じて重力の影響をシミュレートするための手段を備えた、請求項３から５までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
外的状態が外部圧力に起因する人体の変形である、請求項２に記載の装置。
【請求項８】
操作者インターフェースが１つまたは複数の圧力パッドによって提供される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
操作者インターフェースが、外部状態をシミュレートする信号から使用者がダミー内視鏡の位置を測定することを可能にする、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
操作者インターフェースが、内視鏡上における光の出現を実際に腹部の壁を通して見えるようにシミュレートするために配置された光である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか一項に記載の装置において内視鏡の使用をシミュレートする方法であって、内視鏡の縦方向および回転方向位置を検知すること、検知された位置に基づいて内視鏡に触覚フィードバックを加えること、検知された位置に基づいて見える画像を生成すること、および患者身体の外的状態をシミュレートすることを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡システムの使用において操作者を訓練するために使用するための装置であって、挿通管を有するダミー内視鏡と、挿通管を使用中に受け入れる導管を画定する取付け具と、ダミー内視鏡の操作に応答して取付け具に対する挿通管の縦方向および回転方向の移動を表す信号を出すセンサ手段と、前記の信号に応答して、内視鏡検査動作中に同様な方法で取り扱うときに内視鏡を使用して見ることができるようになる画像をシミュレートする操作者に見える画像を生成するシミュレーション手段とを備え、シミュレーション手段は、対応する触覚的フィードバックを操作者に与えるように取付け具と挿通管との間で作動可能な触覚手段を含む装置に関する。このような装置を以下、記載する種類の、と称することにする。
【背景技術】
【０００２】
記載する種類の１つの装置は、特許文献ＧＢ−Ａ−２２５２６５６に開示されている。この装置は、特定の内視鏡検査処置中に特定の方法で操作されるときにどのように感ずるかをシミュレートすることによって、実際の内視鏡を使用することの経験を操作者に提供するために使用される。こうして、操作者はシミュレーション中に視覚的および触覚的情報を調和する経験を得ることができる。
【０００３】
この装置は、よい基本的訓練を未熟な操作者に提供することができる。しかし、結腸内視術などの処置は、結腸の解剖学的構造が患者ごとに非常に異なることがあり得るので、操作者があらゆる様式の状態に遭遇する可能性がある、高度の熟練を要する仕事である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、さらに進歩した技術においてもっと経験のある操作者を養成するためにシミュレータを使用できるようにするために、内視鏡検査過程のより精巧なモデル化を提供することができるシミュレータが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１態様によれば、記載する種類の装置は、ダミー内視鏡が取付け具において操作されている間に患者身体の外的状態のシミュレーションを可能にする操作者インターフェースを備えている。
【０００６】
内部シミュレーション過程中に患者身体の外的状態をシミュレートできるようにすることによって、本発明は従来の技術では得られなかったある程度のリアリズムを提供する。この装置は、身体内に行われる切開ではなく、既存の体腔入口において実施される内視鏡検査過程をシミュレートするために好ましい。
【０００７】
好ましい一態様では、操作者インターフェースは、患者身体の外的状態に関する情報を使用者が入力できるようにする入力部である。
【０００８】
この外的状態は、例えば患者身体の配置方向であってもよい。結腸内視術では、患者は（左側位として知られる）左側を下にして伏し、内視鏡の挿通を開始するのが結腸内視術者にとっては正規である。いったん内視鏡が脾曲に到達すると、患者を右側位に動かし、これによって脾曲に丸みをつけて内視鏡の通過をさらに容易にする。実際、熟練した結腸内視術者は、ある特定の体位にある患者で内視鏡挿通の困難性を経験している場合に、しばしば患者をさまざまな体位の間で変えることがある。患者身体の配置方向に関する情報を使用者が入力できるようにするインターフェースを備えることによって、患者の配置方向を変えることの効果を模擬すること、およびこの効果が見える画像として表示されることが可能になり、またこれにしたがって触覚手段が反応することを確証する。
【０００９】
入力部は、キーボードまたはマウス入力装置など、どのような形をとることもできる。しかしながら、より高いリアリズムを提供する１つの方法は、入力部が回転可能な取付け具によって備えられ、取付け具の回転配置方向を測定するためのセンサが備えられていることである。この取付け具は、人間の胴部の外見を模擬するために設計することもできる。
【００１０】
その最も簡単な形では、シミュレーション手段は、試験されている空洞が配置方向に応じて変わることはない固定構造であると想定する。しかしながら、結腸内視術の場合には、患者が重力の影響によって回されるので、結腸の形状は大きく変化する。したがって、リアリズムを加えるためには、特に結腸内視術の場合には、シミュレーション手段は、見える画像と触角フィードバックを変えて、操作者インターフェースから測定された身体の配置方向に応じて重力の影響をシミュレートするための手段を備えることが好ましい。こうして、装置が回されている患者をシミュレートするので、操作者が見る画像は実際に見るように変化することになり、したがって触覚フィードバックは調節される。理想的には、見える画像は、連続的に更新されて回される患者の現実の状況をシミュレートするリアルタイム画像となる。
【００１１】
患者配置方向のシミュレーションの代替案または追加として、外部状態を、外的圧力によって生ずる身体の変形にすることもできる。結腸は部分的に非常に移動性であり、結腸内視術中に三次元で移動することができる弾力性の器官であるから、腹部の外側から圧力を加えて結腸と内視鏡との移動を抑制し、内視鏡の先端をさらに結構の中に誘導する助けをすることが、操作者のために役立つこともある。また指の力を用いて、検査が完了したことを一般に意味する盲腸に内視鏡の先端が到達したことを確認することがしばしばある。外部の圧力による身体の変形をシミュレートすることによって、これらの状態をシミュレートすることができる。患者の配置方向に関することと同じく、入力部は、キーボードまたはマウス入力装置など、どのような周知の形をとることもできる。最高のリアリズムは、入力部が解剖学的モデルの中に組み込むこともできる１つまたはそれ以上の圧力パッドであることによって得られる。
【００１２】
外部状態に関する入力のシミュレーションの代替案または追加として、操作者インターフェースは代りに、外部状態をシミュレートする信号から使用者がダミー内視鏡の位置を測定することを可能にすることもできる。これは透照として知られている状態をシミュレートすることを意図するものである。これは、内視鏡が盲腸にまで前進したことを確認する１つの方法である。これは、内視鏡が盲腸の中に完全に挿通された場合には内視鏡からの光が右腸骨窩において腹壁を透照することを可能にすべき内視鏡の先端を、前方に角ばらせることによって行われる。これは、操作者インターフェースが、内視鏡からの光の出現を実際に腹部の壁を通って見えるようにシミュレートするために配置された光である場合に、シミュレートされることが可能である。さらにまた最高のリアリズムは、光が解剖学的モデルの壁を通して見えることによって提供される。
【００１３】
本発明はまた、上述のような装置を使用する方法にも及ぶ。
【実施例】
【００１４】
本発明による方法と装置の一例を、添付の図面を参照して以下に説明する。
【００１５】
訓練装置の多くは特許文献ＧＢ−Ａ−２２５２６５６に記載されているようなものであり、当技術分野では現在よく知られている。したがって、さらに詳細な説明はここでは行わない。
【００１６】
本装置は、挿通管フィードバック制御器２の中に挿通された挿通管を有するダミー内視鏡１から構成されている。フィードバック制御器２は、内視鏡挿通管の直線および角位置を検知するための検知器、ならびにシミュレータ制御ユニット３の制御の下で内視鏡挿通管に力のフィードバックを発生させるための機構を有する。シミュレータ制御ユニット３は、挿通管フィードバック制御器２からの信号を監視して、メモリの中に記憶された結腸のコンピュータ生成モデルに対する内視鏡の位置を測定する。このデータはまた、結腸内部の内視鏡の視覚的表示を提供するために使用され、この視覚的表示は表示装置４の上に表示され、内視鏡挿通管への力のフィードバックによって調整される。信号は、使用者がシステムとインターフェース連結することを可能にする制御パネル５と指針装置６とから受信される。
【００１７】
内視鏡１は角形成フィードバック制御器７を有し、この制御器７は、実際の内視鏡では、ガイド・ワイヤを介して内視鏡の先端に接続された一対のホィールである。ホィールの回転によって内視鏡の先端の配置方向は変わる。シミュレートされた内視鏡では、これらのワイヤは内視鏡の先端に接続されていないので、内視鏡の先端の物理的移動は発生しない。代りに、ワイヤは角形成フィードバック制御器７における位置検知器とフィードバック・モータとに接続されているので、内視鏡先端のシミュレートされた角位置はシミュレータ制御装置によって検知され、したがって、表示された画像と力のフィードバックが発生する。
【００１８】
ここまで説明したように、本装置は特許文献ＧＢ−Ａ−２２５２６５６に開示されているようなものである。システムにさらなる変更を提供することもできる。例えば、内視鏡の中に挿通されるさまざまな計器をシミュレートする機能もあり得る。これは、ダミー計器、位置検知器、およびシミュレータ制御ユニット３のメモリの中に記憶されたソフトウェア・モデルの中で計器を視覚的に表示する手段を必要とする。また、力のフィードバックを計器に提供することも可能である。従来の内視鏡もまた、体腔を広げるために内視鏡に沿って空気をポンプ急送する手段と、体腔から流体を吸い出すための手段とを有する。さらにまた、これを適切な位置検知器とフィードバック機構とによって、これらの機能を制御するさまざまな内視鏡ボタンの上で、またさらにソフトウェアの中にこれらの動作のために余裕を作ることによって、シミュレートすることができる。
【００１９】
本発明によって提供される改善は、患者身体の外的状態のシミュレーションを可能にする操作者インターフェースを提供することである。
【００２０】
この改善は例えば、１つまたは複数の回転検知器８、Ｓ状結腸ループ圧パッド９、右腸骨窩圧力パッド１０、または透照組立体１１の形をとることもできる。これらは、挿通管フィードバック制御器２と共に、図２から５までに詳細に示されている力フィードバック・ユニット１２の中に格納されている。これらの図は装置のカバーのみを示し、本発明に対して新しい構成部分のみを示していることに留意されたい。実際、ダミー内視鏡の位置を検知して力フィードバックを内視鏡に提供するための機構はすべて、このユニットの中に提供されることになる。
【００２１】
回転検出器８は、主フィードバック・ユニットのケーシングを回転可能にすることによって、およびこの回転移動を検知してこの情報をシミュレータ制御ユニット３に送るための検出器を備えることによって、提供することができる。したがって、ソフトウェアは画像を新しい方向付けすることができる。さらに精巧なモデル化を提供するために、ソフトウェアは結腸の位置に対する重力の影響をシミュレートすることができる。ケーシング全体が回転可能であることの代替案として、患者を回すことをシミュレートするために使用者が回す回転可能なつまみをケーシングの上に備えることはさらに便利であり、またはこの回転をキーボードまたはマウス動作でシミュレートすることができる。
【００２２】
Ｓ状結腸ループ圧パッド９と右腸骨窩圧力パッド１０は、同様な構造を有し、Ｓ状結腸ループ圧パッドのみを以下に説明する。右腸骨窩圧力パッド１０はＳ状結腸ループ圧パッド９よりもかなり小さいが、同じ方式で機能動作する。
【００２３】
Ｓ状結腸ループ圧パッド９の覆いは、患者の実際の皮膚／脂肪層をある程度シミュレートするように、発泡層によって裏打ちされたラバー・スキン１３である。この「スキン」の直下に、付加された力の負荷を拡散するために設計されたプランジャがある。プランジャは、直線電位差計１５の１つの要素を変位させるために配置され、この直線電位差計１５は、力が除去されるとプランジャをその元の位置に戻すために負荷がかかるばねである。電位差計はハウジング１６の上に支持されており、ハウジング１６はスペーサ１７を介して、カバーの背部に取り付けられた支持部材１８の上に支持されている。
【００２４】
圧力パッド１３は、Ｓ状結腸の直上における腹部域をシミュレートするように寸法決めされている。パッド１３が押圧されると、シミュレータは直線電位差計１５からの圧力量を測定することができ、Ｓ状結腸の幾何学的形状に対するこの圧力の影響をシミュレートすることができ、この形状は実際には内視鏡ルーピングの量を減少させる効果を有する。
【００２５】
透照組立体１１は本質的に、ハウジング２０の中に取り付けられてシリコン・シート２１によって覆われた超輝度赤ＬＥＤ１９から構成されている。これは、いったん盲腸領域に達すると、内視鏡の先端を、内視鏡によって放射された光が皮膚を通して見える位置に導くことができる、周知の内視鏡検査技法をシミュレートするために設計されている。これは、内視鏡が望みの位置にあることを操作者に対して確認する。いったんソフトウェアが内視鏡先端の位置を検知するためのセンサから、内視鏡が必要な位置にあることを判定すると、明るいＬＥＤ１１を灯すことができる。照明の度合いは、結腸壁に対する先端のシミュレートされた接近と盲腸領域に対するその位置に応じて制御することができる。
【００２６】
平板であるカバーを有するケーシングを示したが、これが人体を表現するように設計されることも可能である。その場合、パッド９および１１と透照組立体１１はシミュレートされた身体の適切な位置に置かれる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】全体的なシステム・レイアウトを示す概略一覧図である。
【図２】本発明について新しい構成部分のみを示す主要フィードバック・ユニットのカバーの下面を示す平面図である。
【図３】図２における線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。
【図４】図２に示すフィードバック・ユニットのカバーの下面を示す斜視図である。
【図５】フィードバック・ユニットのカバーの上面を示す斜視図である。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年5月2日(2003.5.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本発明の第１態様によれば、記載する種類の装置は、１つまたは複数の入力部の形で操作者インターフェースを備えており、使用者が患者身体の外的状態に関する情報を入力することを可能にし、ダミー内視鏡を取付け具の中で操作しながら、見える画像で患者身体の１つまたは複数の外的状態の触覚手段によってシミュレートすることを可能にする。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の第２態様によれば、内視鏡システムの使用において操作者を訓練するために使用するための装置であって、挿通管を有するダミー内視鏡と、挿通管を使用中に受け入れる導管を画定する取付け具と、ダミー内視鏡の操作に応答して取付け具に対する挿通管の縦方向および回転方向の移動を表す信号を出すセンサ手段と、前記の信号に応答して、内視鏡検査動作中に同様な方法で取り扱うときに内視鏡を使用して見ることができるようになる画像をシミュレートする操作者に見える画像を生成するシミュレーション手段とを備え、シミュレーション手段は、対応する触覚的フィードバックを操作者に与えるように取付け具と挿通管との間で作動可能な触覚手段と、ダミー内視鏡を取付け具の中で操作しながら、見える画像で患者身体の１つまたは複数の外的状態の触覚手段によってシミュレートすることを可能にする操作者インターフェースとを含み、操作者インターフェースは、外部状態をシミュレートする信号から使用者がダミー内視鏡の位置を測定することを可能にし、操作者インターフェースは、内視鏡における光の出現を実際に腹部の壁を通って見えるようにシミュレートするために配置された光である、装置が提供される。
これは透照として知られている状態をシミュレートすることを意図するものである。これは、内視鏡が盲腸にまで前進したことを確認する１つの方法である。これは、内視鏡が盲腸の中に完全に挿通された場合には内視鏡からの光が右腸骨窩において腹壁を透照することを可能にすべき内視鏡の先端を、前方に角ばらせることによって行われる。これは、操作者インターフェースが、内視鏡からの光の出現を実際に腹部の壁を通って見えるようにシミュレートするために配置された光であるから、シミュレートされる。さらにまた最高のリアリズムは、光が解剖学的モデルの壁を通して見えることによって提供される。


【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内視鏡システムの使用において操作者を訓練するために使用するための装置であって、挿通管を有するダミー内視鏡と、挿通管を使用中に受け入れる導管を画定する取付け具と、ダミー内視鏡の操作に応答して取付け具に対する挿通管の縦方向および回転方向の移動を表す信号を出すセンサ手段と、前記の信号に応答して、内視鏡検査処置中に同様な方法で取り扱うときに内視鏡を使用して見ることができるようになる画像をシミュレートする操作者に見える画像を生成するシミュレーション手段とを備え、シミュレーション手段は、対応する触覚的フィードバックを操作者に与えるように取付け具と挿通管との間で作動可能な触覚手段と、ダミー内視鏡が取付け具において操作されている間に、患者身体の外的状態に関する情報を入力することを可能にし、見える画像の上での、患者身体の１つまたは複数の外的状態の触覚手段によるシミュレーションを可能にする、１つまたは複数の入力部の形での操作者インターフェースとを含む、装置。
【請求項２】
外部状態が患者身体の配置方向である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
入力部が取付け具を回転可能にすることによって提供され、取付け具の回転位置方向を測定するためにセンサが設けられている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
取付け具が人間の胴部の外見を模擬するために設計されている、請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
シミュレーション手段が、見える画像と触角フィードバックを変えて、操作者インターフェースから測定された身体の配置方向に応じて重力の影響をシミュレートするための手段を備えた、請求項２から４までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
外的状態が外部圧力に起因する人体の変形である、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
操作者インターフェースが１つまたは複数の圧力パッドによって提供される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
内視鏡システムの使用において操作者を訓練するために使用するための装置であって、挿通管を有するダミー内視鏡と、挿通管を使用中に受け入れる導管を画定する取付け具と、ダミー内視鏡の操作に応答して取付け具に対する挿通管の縦方向および回転方向の移動を表す信号を出すセンサ手段と、前記の信号に応答して、内視鏡検査処置中に同様な方法で取り扱うときに内視鏡を使用して見ることができるようになる画像をシミュレートする操作者に見える画像を生成するシミュレーション手段とを備え、シミュレーション手段は、対応する触覚的フィードバックを操作者に与えるように取付け具と挿通管との間で作動可能な触覚手段と、ダミー内視鏡が取付け具において操作されている間に、患者身体の１つまたは複数の外的状態のシミュレーションを可能にする操作者インターフェースとを備え、操作者インターフェースは、外部状態をシミュレートする信号から使用者がダミー内視鏡の位置を測定することを可能にし、操作者インターフェースは、内視鏡上における光の出現を実際に腹部の壁を通して見えるようにシミュレートするために配置された光である、装置。
【請求項９】
前記請求項のいずれか一項に記載の装置において内視鏡の使用をシミュレートする方法であって、内視鏡の縦方向および回転方向位置を検知すること、検知された位置に基づいて内視鏡に触覚フィードバックを加えること、検知された位置に基づいて見える画像を生成すること、および患者身体の外的状態をシミュレートすることを含む方法。
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月17日(2003.9.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の第２態様によれば、内視鏡システムの使用において操作者を訓練するために使用するための装置であって、挿通管を有するダミー内視鏡と、挿通管を使用中に受け入れる導管を画定する取付け具と、ダミー内視鏡の操作に応答して取付け具に対する挿通管の縦方向および回転方向の移動を表す信号を出すセンサ手段と、前記の信号に応答して、内視鏡検査処置中に同様な方法で取り扱うときに内視鏡を使用して見ることができるようになる画像をシミュレートする操作者に見える画像を生成するシミュレーション手段とを備え、シミュレーション手段は、対応する触覚的フィードバックを操作者に与えるように取付け具と挿通管との間で作動可能な触覚手段を備え、操作者インターフェースは、使用者がダミー内視鏡の位置を、内視鏡上における光の出現を実際に腹部の壁を通して見えるようにシミュレートするために配置された光から測定することを可能にする、装置が提供される。
これは透照として知られている状態をシミュレートすることを意図するものである。これは、内視鏡が盲腸にまで前進したことを確認する１つの方法である。これは、内視鏡が盲腸の中に完全に挿通された場合には内視鏡からの光が右腸骨窩において腹壁を透照することを可能にすべき内視鏡の先端を、前方に角ばらせることによって行われる。これは、操作者インターフェースが、内視鏡からの光の出現を実際に腹部の壁を通って見えるようにシミュレートするために配置された光であるから、シミュレートされる。さらにまた最高のリアリズムは、光が解剖学的モデルの壁を通して見えることによって提供される。


【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
内視鏡システムの使用において操作者を訓練するために使用するための装置であって、挿通管を有するダミー内視鏡と、挿通管を使用中に受け入れる導管を画定する取付け具と、ダミー内視鏡の操作に応答して取付け具に対する挿通管の縦方向および回転方向の移動を表す信号を出すセンサ手段と、前記の信号に応答して、内視鏡検査処置中に同様な方法で取り扱うときに内視鏡を使用して見ることができるようになる画像をシミュレートする操作者に見える画像を生成するシミュレーション手段とを備え、シミュレーション手段は、対応する触覚的フィードバックを操作者に与えるように取付け具と挿通管との間で作動可能な触覚手段を備え、操作者インターフェースは、使用者がダミー内視鏡の位置を、内視鏡上における光の出現を実際に腹部の壁を通して見えるようにシミュレートするために配置された光から測定することを可能にする、装置。
【国際調査報告】
2005505004.tif 000020
2005505004.tif 000021