(57)【要約】内視鏡は、細長い部材の先端に設けられた撮像プローブと、撮像プローブに機械的に結合された枢支機構と、細長い部材の通路を通って延び、枢支機構に結合される作動アセンブリィとを備える。撮像プローブは、対物レンズと、対物レンズから画像を受入れるように配置された受像器と、目標を照明する光源とを備える。作動機構の作動時に、枢支機構は、撮像プローブを、細長い部材の先端の一点に対して回転させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦軸と細長い部材の基端から先端へ延びる通路とを有する細長い部材、細長い部材の先端に配置された撮像プローブ、撮像プローブに機械的に結合された枢支機構、細長い部材の通路を通って延び枢支機構に結合される作動アセンブリィを備え、作動機構の作動時に、枢支機構が細長い部材の先端の一点に対して撮像プローブを回転させ、前記撮像プローブが対物レンズ、対物レンズからの画像を受け入れるように配置された受像器、および目標を照明するための光源を備える内視鏡。
【請求項２】
枢支機構が、前記点を中心に旋回するアームを備える請求項１の内視鏡。
【請求項３】
作動アセンブリィが、細長い部材の先端に設けられたチェーンと、そのチェーンに結合するスプロケットを備える請求項１又は２の内視鏡。
【請求項４】
作動アセンブリィが押し棒からなる請求項１又は２の内視鏡。
【請求項５】
押し棒のアセンブリィはピニオンとラックとを備え、ラックがピニオンに結合して細長い部材の縦軸に実質的に平行に延びる請求項４の内視鏡。
【請求項６】
作動機構は、細長い部材の基端に配置された回転可能なリングを備える請求項１〜５のいずれか１つの内視鏡。
【請求項７】
作動機構は、細長い部材の基端に配置された回転可能なリングを備え、そのリングはらせん溝に係合するように適合する突出部を押し棒に備え、リングの回転が押し棒の細長い部材の縦軸に沿った動きをひき起こす請求項４〜６のいずれか１つの内視鏡。
【請求項８】
細長い部材は、細長い部材の基端に設けられ流体源に取り付けられる第１開口と、細長い部材の先端に設けられ対物レンズに流体を放出するように配置される第２開口とを有するコンジットを備える請求項１〜７のいずれか１つの内視鏡。
【請求項９】
コンジットは、細長い部材の基端に設けられ空気源に接続される第３開口をさらに備える請求項８の内視鏡。
【請求項１０】
撮像プローブは、送信器と、送信器に電気的に接続される第１電源とをさらに備える請求項１〜９のいずれか１つの内視鏡。
【請求項１１】
縦軸と、細長い部材の基端から先端へ延びる通路とを有する細長い部材、細長い部材の先端に配置された撮像プローブを備え、撮像プローブが対物レンズ、対物レンズからの画像を受け入れるように配置された受像器、受像器に電気的に接続された送信器、目標を照明するための光源および送信器と光源に電力を供給する第１電源を備える内視鏡。
【請求項１２】
送信器からの信号を受けて内視鏡の外部にある受信器へ信号を送信する、細長い部材の基端に設けられたトランシーバをさらに備える請求項１０又は１１の内視鏡。
【請求項１３】
細長い部材の基端に設けられトランシーバに電気的に接続される第２電源をさらに備える請求項１２の内視鏡。
【請求項１４】
撮像プローブは、細長い部材の基端に静止したハンドルに対し細長い部材の縦軸を中心に回転するように構成された請求項１〜１３のいずれか１つの内視鏡。
【請求項１５】
撮像プローブが縦軸を中心に回転している間に右側上画像を維持する信号をカメラ制御ユニットに与えるように構成された角度位置センサをさらに備える請求項１４の内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内視鏡に関し、とくに撮像プローブ付き内視鏡に関する。
【０００２】
この発明は内視鏡に関し、とくに撮像プローブ付きの内視鏡に関する。内視鏡は、小穴を介しての（腹腔鏡／胸部鏡手術のような）手術中に人体（例えば、腔，関節）の部位を検査するために広く用いられている。一般的には、内視鏡は、基端のハンドルから挿入チューブを介して内視鏡の先端の観察チップまで延びる１式の光ファイバーを備えた細長い挿入チューブを有する。外部光源は、内視鏡のハンドル（例えば、ハンドルの側面のピン）に固定されたケーブルを介して光ファイバーへ光を供給する。
【０００３】
目標の光画像は、内視鏡の先端の観察チップに設けられた１つ以上のレンズによって集められ、例えば（電荷結合素子（ＣＣＤ）のような）固体撮像検出器に到達する。ＣＣＤは受け取った光画像を電気信号に変換し、その電気信号はディスプレイ表示用に処理される。
【０００４】
内視鏡には、挿入チューブの縦軸に沿った観察方向（つまり、内視鏡がその方向に沿って光を出射して受け取る方向）を有するものがある。他の内視鏡では、先端の観察端が（例えば、３０度又は７０度において）観察休止軸を与えるように構成されている。
【発明の開示】
【０００５】
この発明は、縦軸と内視鏡の基端から先端へ延びる通路とを有する細長い部材を備える内視鏡を特徴とする。
【０００６】
この発明の第１の観点では、内視鏡は、細長い部材の先端に配置された撮像プローブ、撮像プローブに機械的に結合された枢支機構、細長い部材の通路を通って延び枢支機構に結合される作動アセンブリィを備える。撮像プローブが対物レンズ、対物レンズからの画像を受け入れるように配置された受像器、および目標を照明するための光源を備える。作動機構の作動時に、枢支機構が細長い部材の先端の一点に対して撮像プローブを回転させる。
【０００７】
この発明の実施態様は、次の特徴の１つ以上を有する。内視鏡は、その縦軸を中心に回転できる。枢支機構は、前記点を中心に旋回するアームを備える。交流電源とトランシーバは、内視鏡の先端に設置でき、そこではトランシーバは撮像プローブ内の送信器から信号を受けてその信号を受信器へ中継することができる。作動機構は、細長い部材の先端に設けられるチェーンとスプロケットを備えることができ、そのスプロケットはチェーンに結合される。また、作動機構は押し棒からなることが可能である。作動アセンブリィはまた、ラックとピニオンのアセンブリィの形にすることができる。先端で枢支機構に取り付けられた撮像プローブが回転することによって、外科医は目標対象を観察し、切開点の方へ「ふり変える」ことができる。
【０００８】
作動機構は、細長い部材の基端に配置された回転可能なリングを備えることができる。
【０００９】
細長い部材は、細長い部材の基端に設けられ流体源に取り付けられる第１開口と、細長い部材の先端に設けられ対物レンズに流体を放出するように配置される第２開口とを有するコンジットを備えることができる。流体源に接続されたコンジットを有する内視鏡は、実施態様において好都合であり、その実施態様では、撮像プローブは引き込まれる姿勢まで回転できる。この実施態様では、対物レンズに直接流体を吹きつけることにより、外科手術部位から内視鏡を除去することなしに、対物レンズを洗浄できる。コンジットは、細長い部材の基端に設けられ、例えば、対物レンズを乾燥するために用いる空気源に接続される第３開口をさらに備える。
【００１０】
撮像プローブは、発信器と、発信器に電気的に接続される第１電源とを備えることができる。内視鏡は、送信器からの信号を受けて内視鏡の外部にある受信器へ信号を送信する、細長い部材の基端に設けられたトランシーバを備える。内視鏡は、細長い部材の基端に設けられトランシーバに電気的に接続される第２電源を備えることができる。従来の内視鏡より配線が少ないので、内視鏡は小さく作ることができるか、又は利用可能に作られたスペースによりデザイン上の特徴を備えることができる。
【００１１】
この発明の他の観点において、内視鏡は、細長い部材の先端に配置された撮像プローブを備え、撮像プローブが対物レンズ、対物レンズからの画像を受け入れるように配置された受像器、受像器に電気的に接続された送信器、目標を照明するための光源、および送信器と光源に電力を供給する第１電源を備える。
【００１２】
この発明のこの観点の実施態様は、次の特徴の１つ以上を備えることができる。
撮像プローブに機械的に結合された枢支機構；および細長い部材の通路を通って延びて枢支機構に結合される作動アセンブリィ。作動機構の作動時には、枢支機構は、細長い部材の先端の一点に対して撮像プローブを回転させる。
この観点の他の実施態様は、この発明の第１の観点で述べた実施態様の１つ以上を含む。
【００１３】
送信器および光源が撮像プローブ内に設けられるので、電力と光をそれぞれ供給するのに必要な電気および光ケーブルの数を除去することが可能で、最小限にすることができる。ケーブル数が低減された内視鏡は、操作が容易になる。他の利点は、この発明の第１の観点に関連して上述したものを含む。
【００１４】
この発明の１つ以上の実施態様の詳細は、以下に図面と説明を添えて述べられる。この発明の他の特徴，目的，および効果は、その説明と図面および特許請求の範囲から明らかになる。
【００１５】
詳細な説明
図１Ａと１Ｂを参照すると、患者９９に施される外科的処置に用いられる内視鏡システム１が示されている。内視鏡システムは無線内視鏡を備え、それは観察対象（例えば、患者の腹部内組織）の画像を表す無線周波数信号を制御ユニット３２へ伝達する。制御ユニット３２は、内視鏡１０から無線周波数信号を受信する外部受信器３３と、無線周波数信号を表示モニタ３５に表示するビデオ信号に変換する回路（図示しない）とを備える。制御ユニット３２はまた、プログラムソフトウェアおよび画像のデジタル表現を格納するデータ格納ユニット３７を備える。図１Ｂに示すように、内視鏡１０は、中空の細長いシャフト４１の先端７に設置された撮像プローブ２を備える。細長いシャフト４１は、患者９９の腹部の切開点を通って延び、内視鏡１０の基端でハンドル５に取り付けられている。
【００１６】
図２を参照すると、撮像プローブ２は、中空の細長いシャフト４１の先端７の枢支機構１２の使用により、回転可能である。ハンドル５は、使用者に細長いシャフト４１の先端７を人体内に適当に配置させ、また、作動機構として機能する回転機構１４（以下に詳細に説明する）を収容する。撮像プローブ２は先端７を中心に回転するので、外科医は目標の対象物および周辺領域上に都合よく焦点を合わすことができる。或る実施態様では、外科医は切開点の方へふり返って観察することができる。このように撮像プローブを回転させる能力は、腹腔鏡／胸部鏡の外科処置において、特に都合がよい。
【００１７】
内視鏡１０は、回転機構１４と枢支機構１２との間に延びて、それらと機械的に結合する押し棒６を有する操作アセンブリィ３６を備える。回転機構１４はらせん溝１９を有する内部リング１７を備え、らせん溝１９はほぼ内部リングの長さに沿って、かつ、内視鏡の縦軸７０に沿って延びる。らせん溝１９は、細長いシャフト４１内に形成された水平スロット１６に整合している。内部リング１７は外部隣接リング１８によって囲まれ、リング１８は、外科医によって使用されるハンドル５の回転可能部分を形成し、内視鏡１０の先端で撮像プローブ２を作動させる。外部隣接リング１８は、らせん溝１９と水平スロット１６とを通って延びるピン１５を用いて押し棒６に機械的に結合される。水平スロット１６は、軸７０に沿ったピン１５の動きを制限し、その回転を防止する。らせん溝１９はリング１７の周りにほぼ１３５°走り、ピン１５の直径よりやや大きい幅を有する。調整リング１８の反時計方向（矢印７５）および時計方向（矢印７７）の回転により、押し棒６は軸方向に内視鏡１０の先端方向から離れる方向と近づく方向にそれぞれ移動することができる。押し棒４の軸の移動によって、撮像プローブ２は内視鏡１０の先端で固定点８を中心に旋回することができる。このタイプの回転機構は、米国特許第５,５７５,７５７号に記載され、この特許は引用によってここに組み込まれる。
【００１８】
押し棒６は基端部１３を備え、基端部１３は軸７０に沿って延びて回転機構１４のピン１５に取り付けられる端部を有する。押し棒６はまた、接合部３で基端部１３の反対側の端部に（たとえば、ピンで）枢動可能に接続される先端部を備える。先端部１１もまた、接続点３７で枢支機構１２のアーム４に（例えばピンで）枢動可能に接続される。外部調整リング１８が回されると、枢支機構１２はアーム４を固定点８を中心に回転させる。固定点８は、細長いシャフト４１の先端７に固定され、かつ、アーム４に枢動可能に取り付けられたファスナー（例えば、ねじ又はリベット）であってもよい。接続点３７は固定点８から離れているので、押し棒６の動きは容易である。撮像プローブ２はアーム４に離脱可能に固定されているので、撮像プローブ２は交換や修理のためにアーム４から容易に取りはずされる。
【００１９】
図３Ａ〜３Ｂを参照すると、撮像プローブ２は対物レンズシステム２２，センサ２４（例えば、ＣＣＤ，ＣＭＯＳ撮像素子），バッテリ２８，送信器２６，および照明源２５を備え、これらはすべてハウジング２１内に収容されている。ここで、照明源２５は、撮像プローブ２の露出端の周囲２９に９０°に等間隔を有する４つの発光ダイオード（ＬＥＤ）（例えば、ＬＥＤ２５ａ，ＬＥＤ２５ｂ，ＬＥＤ２５ｃおよびＬＥＤ２５ｄ）を備える。バッテリ２８は送信器２６，照明源２５，およびセンサ２４に電力を供給する。
【００２０】
対物レンズシステム２２は、単一レンズ又は組合わせた複数のレンズのいずれでも構成でき、光がそれを通ってセンサ２４に画像を形成する。対物レンズシステム２２の先端は対物レンズシステムの露出した外面を保護するためにハウジング２１の凹部に設けられ、内視鏡の一般的な視野（例えば、７５°〜１１０°）を有する。操作時には、照明源は、目標対象２３を含む妨害されない照明範囲内の全領域を外に向かって照明する。目標対象２３の画像は対物レンズシステム２２を通ってセンサ２４へ反射され、そこで画像が電気信号に変換される。送信器２６はその電気信号を受けて、それを例えば、無線周波数（ＲＦ）に変換する。受信器３３は無線周波数をうけて、それらをモニタ３５で見えるように処理する。対物レンズシステム２２，センサ２４，バッテリ２８，送信器２６，および照明源２５は、すべてハウジング２１の中に収容されるので、撮像プローブ２は完全自律撮像ユニットを構成する。この形態により、電力や光を供給するために必要な電気的および光学的なケーブルの数を低減することができ、それによって外科医は内視鏡１０を容易に操縦することができる。他の実施態様は、照明の必要性および照明強度の制限に応じて、撮像プローブ２の周囲２９に配置される、さらに多くの又はさらに少ないＬＥＤを有することができる。
【００２１】
図４を参照すると、例えば、導入カニューレ（図示しない）を介しての患者９９への挿入前に、外科医は外部調整リング１８を反時計方向に回して撮像プローブ２を完全に延びきるまで回転させるので、撮像プローブ２は、縦軸７０に対して５°から１０°になる。
【００２２】
図２を参照すると、内視鏡１０が体腔内で目標対象２３の近傍に配置されると、外科医は外部調整リング１８を時計方向に回すことができ、それによって押し棒６を先端７から離れる方向に移動させ、それに対応して撮像プローブ２を目標対象２３から離すように反時計方向７５へ回転させる。撮像プローブ２は、固定点８を中心に約１６０°回ることができる。以下に説明するように、主シャフト４１もまた、軸７０を中心に３６０°回転できる。従って、内視鏡１０の有効視野は、シャフト４１によって生じるわずかの蔭を省いて完全な３６０°の連続角を構成する。
【００２３】
他の実施態様は特許請求の範囲内にある。例えば、他の作動アセンブリィは、固定点に対して撮像プローブを回転させるために用いることができる。例えば、図５を参照すると、ラックとピニオンのアセンブリィ８０は、撮像プローブ８７を回転させるために用いられる。この実施態様では、多数の歯８９を有するラック８３が押し棒８５の先端８８に設けられる。細長いシャフトの先端に枢動可能に接続され撮像プローブ８７を支持するアーム８６に固定されたピニオン８４に、歯８９がかみ合っている。棒８５が押されるか引かれると、ラック８３は軸方向に移動してピニオン８４を回転させ、撮像プローブ８７を移動させる。特に、ラック８３を内視鏡の先端へ移動させることによって撮像プローブ８７が反時計方向７５へ移動し、ラック８３を先端から離れるように移動させることによって撮像プローブ８７が時計方向７７に移動する。
【００２４】
図６を参照すると、他の異なる操作アセンブリィは、チェーンとスプロケットのアセンブリィを、押し棒の代わりに備える。この実施例では、撮像プローブ６５は、スプロケット６０に固定される。スプロケット６０はミニチュアチェーン６１により駆動される。例えば、チェーン６１は内視鏡１０の基端５へ延びる角度制御ケーブル６２の一部になることができ、そこでは制御ノブ（図示しない）に接続された同様のチェーンとスプロケットの装置が使用される。先端６４をとりまくチャネル６３を有することによって、撮像プローブ６５は、スプロケット６０を中心に２７０°以上、又は押し棒アセンブリィの回転のほぼ２倍、回転できる。
【００２５】
図３を再び参照すると共に図７を参照すると、内視鏡５５の他の実施態様において、バッテリパック４２とトランシーバ４３がハンドル４５に配置され、トランシーバ４３がバッテリパック４２から電力を受ける。この実施態様では、トランシーバ４３は送信器２６から画像をうけとり、その画像を外部受信器３３へ中継する。信号は無線で撮像プローブ２から基端５のハンドル４５に送信されるので、ハンドル４５と内視鏡先端の撮像プローブ（図示しない）との間の配線はもはや必要とされない。また、送信器２６とトランシーバ４３との間の距離は比較的短い（約３００ｍｍ）ので、送信器２６へ供給するために必要なバッテリ電力量は、比較的低い。送信器２６に（３〜４ｍ離れた）外部受信器３３へ直接信号を送信させることが必要な場合には、実質的にさらに大きい電力が必要となる。さらに、バッテリへの電力要求を最小にすることによってバッテリそれ自体のサイズおよび撮像プローブ２の全体のサイズが小さくなる。或る実施態様においては、送信器２６とバッテリ２８はシャフト４１の内部に配置され、撮像プローブのサイズをさらに小さくしている。
【００２６】
ハンドル４５はシャフト７１に接続され、シャフト７１はハンドルに対して回転する。シャフト７１は内視鏡の縦軸７０を中心に回転でき、有効視野の範囲は３６０°に近い。しかしながら、センサ２４もシャフト７１と共に回転する。シャフト７１が１８０°（半回転）回転すると、画像の方向が逆転する。或る外科的な用途において画像が逆転することは、モニタ上の画像を見ていずれの端が上であるかを知る場合に、外科医を混乱させることがある。この問題に取り組むために、ハンドル４５は「右側上」を示す指示部材４６（例えば、リブ，溝，ボタン）を有する。シャフト７１は、ハンドル４５に対する、便利な片手操作回転のために用いられる。ピン４７は、角度制御ノブ５０と駆動ギア５１に接続される。ギア５１はラックを駆動するピニオンか、又はチェーン機構を駆動するスプロケットの形であってもよい。
【００２７】
操作時には、ノブ５０は２つの機能を有する。第１の機能では、ノブ５０は時計方向又は反時計方向に回転する。ノブ５０の各回転により撮像センサ（図示しない）が回転する。第２の機能では、ノブ５０に直交する力を加えることによって、外科医がハンドル４５を固定位置に支持していると、シャフト７１が回転する。従って、ハンドル４５の位置は「右側上」の位置に維持され、シャフト７１はハンドル４５に対して回転する。シャフト７１の基端は、ポテンショメータ又は磁気角度センサのような角度位置センサ５２のロータ４８に接続される。角度センサ５２のステータ４９はハンドル４５に固定される。操作中、シャフト４１の「上」位置と現在の位置との間の角度は常に監視される。この情報はカメラ制御ユニットへケーブルを介して又は無線で伝送される。カメラ制御ユニットは回転角度情報を処理してモニタ３５上の画像の各回転を「右側上」の画像方向に保持させる。潜在的なジターを防止するために、画像の回転は、１０°間隔のような不連続な位置で行われる。
【００２８】
上述のように、撮像プローブを旋回することによって、外科医が比較的大きい観察範囲にわたって目標領域を見ることができ、好都合である。図８と９を参照すると、固定点８８を中心に撮像プローブを旋回させる他の利点は、撮像プローブが十分に引き込まれた位置にある、つまり、シャフト８１の方へ「振り返る」ときに、対物レンズ９２が、体腔から撮像プローブを取り出すことなく、都合よく、かつ、効果的に洗浄され乾燥される。シャフト８１内でプッシュアーム９６の上の空気／水コンジット８３が、シャフト８１の一部９５で空気バルブ８５と水バルブ８４に接続され、空気バルブ８５は空気源に接続され、水バルブ８４は水源に接続される。空気／水コンジットは、空気バルブ８５と水バルブ８４から先端８７の開口８６の方へ延びる。撮像プローブ８２が引き込まれた姿勢の位置に到達し、かつ、水バルブ８４が開き、空気バルブ８５が閉じているとき、対物レンズ９２は、レンズ９２への直接の水流を効果的に吹き付けられる。このデザインは、水流が対物レンズ９２に接するように導かれる他のシステムと異なっている。対物レンズ９２へ水を吹き付けた後、水バルブ８４は閉じて空気バルブが開き、空気が対物レンズ９２を乾燥させるために供給される。他の流体が対物レンズ９２を洗浄および乾燥するために、使用されてもよい。
【００２９】
さらに他の実施態様は、次の特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】この発明による内視鏡を含む内視鏡システムを示す。
【図１Ｂ】内視鏡システムの図１Ａの線１Ｂ−１Ｂによって囲まれた範囲の拡大図である。
【図２】図１Ｂの内視鏡の部分的に引き伸ばした姿勢での断面側面図である。
【図３Ａ】図２の内視鏡の先端の撮像プローブ部分を表す。
【図３Ｂ】撮像プローブの端面図である。
【図４】撮像プローブが引き伸ばされた姿勢にある図２の内視鏡の断面図である。
【図５】内視鏡の他の実施態様の先端を示す。
【図６】内視鏡のさらに他の実施態様の先端を示す。
【図７】図２の内視鏡の基端である。
【図８】撮像プローブの対物レンズを洗浄する空気と水のダクトを有する内視鏡のさらに他の実施態様の断面側面図である。
【図９】図８の線９−９に沿った内視鏡の断面端面図である。
【図３Ａ】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004537362.tif 000028
【国際調査報告】
2004537362.tif 000029
2004537362.tif 000030
2004537362.tif 000031
2004537362.tif 000032
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