(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
挿入部可撓管の先端部分に連結された先端部本体に、超音波信号を発受信する超音波プローブと光学観察を行うための観察窓とが併設されて、上記超音波プローブに入出力される電気信号を伝送する配線が施されたフレキシブル基板が上記挿入部可撓管内に挿通配置された可撓性超音波内視鏡装置において、
曲げられた角度の大きさに対応して光の伝達量が変化する曲がり検出部を有する複数のフレキシブルな曲がり検出用光ファイバーを、それらの曲がり検出部が上記フレキシブル基板の長手方向に位置をずらして配列されるように上記フレキシブル基板に取り付け、上記各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量から各曲がり検出部が位置する部分におけるフレキシブル基板の屈曲状態を検出して、それを上記挿入部可撓管の屈曲状態としてモニター画面に表示するようにしたことを特徴とする可撓性超音波内視鏡装置。
【請求項２】
上記曲がり検出部は、上記曲がり検出用光ファイバーの途中に光吸収部が所定の方向にだけ形成されたものである請求項１記載の可撓性超音波内視鏡装置。
【請求項３】
上記フレキシブル基板として、上記挿入部可撓管の軸線に対して垂直な断面上において９０°向きが相違する一対のフレキシブル基板が配置されていて、上記各フレキシブル基板に上記曲がり検出用光ファイバーが取り付けられている請求項１又は２記載の可撓性超音波内視鏡装置。
【請求項４】
上記フレキシブル基板の表裏両面に上記曲がり検出用光ファイバーが取り付けられている請求項１又は２記載の可撓性超音波内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波信号を発受信する超音波プローブと光学観察を行うための観察窓とが挿入部の先端に併設された可撓性超音波内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
胃腸内等に挿入される可撓性超音波内視鏡は、胃腸等の内壁に沿って自由に屈曲するフレキシブルな挿入部可撓管を有しており、挿入部可撓管の屈曲状態を体外から把握するのは困難である。
【０００３】
そのため、挿入部可撓管が胃腸に対してどのような挿入状態にあるのかや、得られている超音波断層像がどの方向のものであるのか等を正しく判断することができない場合が少なくない。
【０００４】
そこで、Ｘ線透視を行えば挿入部可撓管の屈曲状態を透視することができるが、Ｘ線照射は厚い鉛壁等で囲まれた特別の室内で行う必要があるだけでなく、連続的なＸ線透視は放射線被爆の問題があり、人体に非常に悪い影響を与える恐れがある。
【０００５】
そこで、内視鏡の挿入部可撓管の先端に磁界発生部材を取り付け、その磁界発生部材の位置を人体外に配置された磁気センサーにより検出して、体内にある挿入部の先端の位置をモニター画面に表示するようにしたものがある（特許第２９５９７２３号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように挿入部の先端に取り付けられた磁界発生部材の位置を検出する装置では、挿入部先端の位置が分かるだけで挿入部可撓管の屈曲状態は分からず、しかもそのような装置では外来ノイズの影響を受け易く、良好な状態で位置検出を継続できない場合が少なくない。
【０００７】
そこで本発明は、体内に挿入されたフレキシブルな挿入部可撓管の屈曲状態とその変化を、放射線被爆なしに継続的に検出、表示することができる可撓性超音波内視鏡装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の可撓性超音波内視鏡装置は、挿入部可撓管の先端部分に連結された先端部本体に、超音波信号を発受信する超音波プローブと光学観察を行うための観察窓とが併設されて、超音波プローブに入出力される電気信号を伝送する配線が施されたフレキシブル基板が挿入部可撓管内に挿通配置された可撓性超音波内視鏡装置において、曲げられた角度の大きさに対応して光の伝達量が変化する曲がり検出部を有する複数のフレキシブルな曲がり検出用光ファイバーを、それらの曲がり検出部がフレキシブル基板の長手方向に位置をずらして配列されるようにフレキシブル基板に取り付け、各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量から各曲がり検出部が位置する部分におけるフレキシブル基板の屈曲状態を検出して、それを挿入部可撓管の屈曲状態としてモニター画面に表示するようにしたものである。
【０００９】
なお、曲がり検出部は、曲がり検出用光ファイバーの途中に光吸収部が所定の方向にだけ形成されたものであってもよい。
そして、フレキシブル基板として、挿入部可撓管の軸線に対して垂直な断面上において９０°向きが相違する一対のフレキシブル基板が配置されていて、各フレキシブル基板に曲がり検出用光ファイバーが取り付けられていてもよく、或いは、フレキシブル基板の表裏両面に曲がり検出用光ファイバーが取り付けられていてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図２は可撓性超音波内視鏡装置の全体構成を示しており、基端が操作部２に連結された挿入部可撓管１の先端付近の部分は、操作部２に配置された操作ノブ３を回転操作することによって任意の方向に屈曲する湾曲部１ａになっている。
【００１１】
挿入部可撓管１の先端には、観察窓と超音波プローブ等が配置された先端部本体４が連結されており、先端部本体４に内蔵された固体撮像素子（図示せず）で撮像された内視鏡観察像の映像信号が、操作部２から延出する映像信号線６により外部のビデオプロセッサ７に送られ、内視鏡観察画像が観察画像用モニター８に表示される。
【００１２】
また、超音波プローブに入出力される信号は、プローブ用信号線１５′を通って超音波信号処理装置９により処理され、断層画像用モニター１０に超音波断層像が表示される。
【００１３】
さらに、後述する曲がり検出用光ファイバー２１の端部が接続された光信号入出力装置３０の信号出力線がコンピュータ４０に接続され、そのコンピュータ４０には、ブラウン管又は液晶等を用いて画像表示を行う挿入状態表示用モニター４１が接続されている。
【００１４】
図３は可撓性超音波内視鏡装置の挿入部の先端部本体４付近を示しており、観察窓１１の内側に配置された観察用対物光学系１７による被写体の投影位置に固体撮像素子１８の撮像面が配置され、後方に延出する映像信号線６が挿入部可撓管１内に引き通されている。１３は処置具突出口である。
【００１５】
先端部本体４の先側半部を囲む環状に形成された超音波プローブ１４からは、先端部本体４の軸線と垂直方向に超音波信号が発受信されて、例えば軸線周り３００°程度の範囲のラジアル走査が行われる。
【００１６】
超音波プローブ１４に入出力される電気信号を伝送するプローブ用信号線１５′は、帯状のフレキシブル基板１５に配線されており、そのフレキシブル基板１５が挿入部可撓管１内に全長にわたって挿通配置されている。
【００１７】
図１は、挿入部可撓管１の先端部分の斜視図であり、部分的に湾曲部１ａの断面が略示されている。１２は、観察窓１１を通して観察される被写体を照明する照明光を射出するための照明窓である。
【００１８】
この実施例においては、フレキシブル基板１５は二個設けられていて、その一方は光学観察画面における上方向（即ち、図２に示される操作部２の前面側の延長方向）に面する向きに配置され、もう一方は、それと９０°相違する（挿入部可撓管１の軸線に対して垂直な断面上において９０°相違する）向きに配置されている。
【００１９】
各フレキシブル基板１５には、挿入部可撓管１内のほぼ全長に複数の曲がり検出用光ファイバー２１が取り付けられていて、フレキシブル基板１５と曲がり検出用光ファイバー２１とを全体にわたって囲むように柔軟な保護被覆１６が施されている。
【００２０】
各曲がり検出用光ファイバー２１は順に位置を変えて滑らかに曲げ戻され、その曲げ戻し部の近傍に曲がり検出部２２が形成されており、曲がり検出部２２は、フレキシブル基板１５の長手方向（即ち、挿入部可撓管１の軸線方向）に例えば数センチメートル程度の間隔をあけて、例えば５〜３０個程度配置されている。
【００２１】
曲がり検出部２２は、プラスチック製のコアにクラッドが被覆された曲がり検出用光ファイバー２１の途中の部分に、光吸収部分が所定の方向（例えば上方向又は下方向）にだけ形成されたものであり、曲がり検出部２２が曲げられた程度に対応して光の伝達量が変化するので、それを検出することによって曲がり検出部２２が配置された部分の曲がり角度を検出することができる。
【００２２】
その原理については米国特許第５６３３４９４号等に記載されている通りであるが、以下に簡単に説明をする。
図４において、２１ａと２１ｂは、一本の曲がり検出用光ファイバー２１のコアとクラッドであり、曲がり検出部２２には、コア２１ａ内を通過してきた光をコア２１ａ内に全反射せずに吸収してしまう光吸収部２２ａが、クラッド２１ｂの特定方向（ここでは「下方向」）の部分に形成されている。
【００２３】
すると、図５に示されるように、曲がり検出用光ファイバー２１が上方向に曲げられると、コア２１ａ内を通る光のうち光吸収部２２ａにあたる光の量（面積）が増えるので、曲がり検出用光ファイバー２１の光伝達量が減少する。
【００２４】
逆に、図６に示されるように、曲がり検出用光ファイバー２１が下方向に曲げられると、コア２１ａ内を通る光のうち光吸収部２２ａにあたる光の量（面積）が減少するので、曲がり検出用光ファイバー２１の光伝達量が増加する。
【００２５】
このような、光吸収部２２ａにおける曲がり検出用光ファイバー２１の曲がり量と光伝達量とは一定の関係（例えば一次関数的関係）になるので、曲がり検出用光ファイバー２１の光伝達量を検出することにより、光吸収部２２ａが形成されている曲がり検出部２２部分の曲がり角度を検出することができる。
【００２６】
したがって、挿入部可撓管１の軸線方向に間隔をあけて複数の曲がり検出部２２が配列されている場合には、各曲がり検出部２２間の間隔と検出された各曲がり検出部２２の曲がり角度から、挿入部可撓管１全体の上下方向の屈曲状態を検出することができる。
【００２７】
そして、図７の（Ａ）に略示されるように、可撓性のある帯状部材２０に、上述のような曲がり検出部２２に対して左右に位置をずらして第２の曲がり検出部２２′を配置して、二つの曲がり検出部２２，２２′の光伝達量を比較すれば、左右方向に捩れがない場合には双方の光伝達量に差がなく、左右方向の捩じれ量に応じて双方の光伝達量の差が大きくなる。
【００２８】
その結果、各曲がり検出部２２，２２′の光伝達量を計測してその計測値を比較することにより、曲がり検出部２２，２２′が配置された部分の左右方向の捩れ量を検出することができる。
【００２９】
したがって、各曲がり検出部２２，２２′における光伝達量を検出、比較することにより帯状部材２０全体の三次元の屈曲状態（即ち、挿入部可撓管１の屈曲状態）を検出することができる。この原理は、米国特許第６１２７６７２号等に記載されている通りである。
【００３０】
また、図７の（Ｂ）に示されるように、曲がり検出部２２を一列に配置した二つの帯状部材２０′，２０″を直角の位置関係に配置しても、同様にして三次元の屈曲状態を検出することができる。
【００３１】
本発明においては、このような曲がり検出部２２が形成された曲がり検出用光ファイバー２１がフレキシブル基板１５に取り付けられているが、曲がり検出用光ファイバー２１をフレキシブル基板１５に直接取り付けてもよく、或いは図７に示されるように、曲がり検出用光ファイバー２１が配置された帯状部材２０（又は２０′，２０″）をフレキシブル基板１５に取り付けてもよい。
【００３２】
図８は、光信号入出力装置３０を示しており、一つの発光ダイオード３１からの射出光が全部の曲がり検出用光ファイバー２１に入射される。３２は、発光ダイオード３１の駆動回路である。
【００３３】
そして、各曲がり検出用光ファイバー２１の射出端毎に、光の強度レベルを電圧レベルに変換して出力するフォトダイオード３３が配置されていて、各フォトダイオード３３からの出力が、アンプ３４で増幅されてからアナログ／デジタル変換器３５によりデジタル信号化されてコンピュータ４０に送られる。
【００３４】
このように構成された可撓性超音波内視鏡装置の挿入部可撓管１が体内に挿入される際には、図９に示されるように、挿入部案内部材５０が体内への入口部分（例えば口又は肛門）に取り付けられて、挿入部可撓管１はその挿入部案内部材５０内を通される。
【００３５】
そこで、挿入部案内部材５０に挿入部可撓管１の挿入長（即ち、挿入部案内部材５０に対する通過長）Ｌを検出するためのエンコーダ６０等が設けられていて、エンコーダ６０からの出力信号がコンピュータ４０に送られるようになっている。
【００３６】
図１０は、そのような挿入部案内部材５０の一例を示しており、圧縮コイルスプリング５２によって付勢された複数の回転自在な球状部材５１が、挿入部可撓管１を周囲から挟み付ける状態に配置されている。
【００３７】
したがって、各球状部材５１は挿入部可撓管１の挿入長Ｌに比例して回転し、球状部材５１のうちの一つに、挿入部可撓管１の挿入長Ｌに比例する数のパルスを出力するエンコーダ６０が連結されている。
【００３８】
ただし、挿入部案内部材５０における挿入部可撓管１の挿入長Ｌの検出は、例えば特開昭５６−９７４２９号や特開昭６０−２１７３２６号等に記載されているように、挿入部可撓管１の表面からの光反射等を利用してもよく、その他の手段によっても差し支えない。
【００３９】
このようにして、図９に示されるように、コンピュータ４０には光信号入出力装置３０とエンコーダ６０から挿入部可撓管１の屈曲状態検出信号と挿入長検出信号が入力し、挿入部案内部材５０の画像５０′と、挿入部可撓管１の屈曲状態を示す画像１′が挿入状態表示用モニター４１に表示される。
【００４０】
このとき、挿入部案内部材５０の画像５０′の表示位置を挿入状態表示用モニター４１上において固定し、それより前方に挿入された部分の挿入部可撓管１の屈曲状態を示す画像１′を、挿入部可撓管１の変化に合わせてリアルタイムで変化させることにより、体内における挿入部可撓管１の状態を容易に把握することができる。
【００４１】
図１１は、そのような画像を挿入状態表示用モニター４１に表示させるためのコンピュータ４０のソフトウェアの内容の概略を示すフロー図であり、図中のＳはステップを示す。
【００４２】
挿入状態表示用モニター４１に正確な屈曲状態を表示させるためには、まず挿入部可撓管１を体内に挿入する前に、実際に用いられる内視鏡の挿入部可撓管１の屈曲角度と曲がり検出用光ファイバー２１から得られる検出信号とを対比させるキャリブレーションを行っておくことが好ましい（Ｓ１）。
【００４３】
そして、挿入部可撓管１を体内に挿入したら、エンコーダ６０から挿入部可撓管１の挿入長Ｌの検出信号を入力して（Ｓ２）、挿入部案内部材５０が挿入部可撓管１のどの位置にあるかを算出する（Ｓ３）。
【００４４】
次いで、各曲がり検出用光ファイバー２１からの検出信号Ｖ1 …を入力して（Ｓ４）、その検出信号Ｖ1 …をキャリブレーションデータに基づいて曲がり角度に変換し（Ｓ５）、各曲がり検出部２２部分の曲がり角度から、三次元座標上における各曲がり検出部２２の位置を算出する（Ｓ６）。
【００４５】
そして、挿入状態表示用モニター４１において挿入部案内部材５０の画像５０′の位置を動かさないようにして、各曲がり検出部２２の位置を滑らかに結んで表示することにより挿入部可撓管１の屈曲状態が表示され（Ｓ７）、Ｓ２へ戻ってＳ２〜Ｓ７を繰り返す。
【００４６】
このような表示を行う際、挿入状態表示用モニター４１における表示は二次元画像であるが、各曲がり検出部２２の位置についての三次元データが得られているので、「上方向」だけでなく任意の回転方向における挿入部可撓管１の屈曲状態を表示させることができる。
【００４７】
なお、挿入部案内部材５０の球状部材５１から挿入部可撓管１の軸線周りの回転方向を検出して、挿入部可撓管１の軸線周りの回転量に対応して挿入状態表示用モニター４１の表示像を回転させれば、挿入状態表示用モニター４１に患者の身体の向きが固定されたかのごとく画像表示させることができる。
【００４８】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば一枚のフレキシブル基板１５の表裏両面に、曲がり検出部２２の位置が表裏において左右にずれるように曲がり検出用光ファイバー２１を取り付けて、図７の（Ａ）に示されるような屈曲状態検出を行うようにしてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のフレキシブルな曲がり検出用光ファイバーに形成された曲がり検出部において曲げられた角度の大きさに対応して光の伝達量が変化し、各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量から各曲がり検出部が位置する部分におけるフレキシブル基板の屈曲状態が検出されるので、体内に挿入された内視鏡挿入部可撓管の屈曲状態を放射線被爆なしに継続的に検出、表示することができ、曲がり検出用光ファイバーが挿入部可撓管内に挿通配置されたフレキシブル基板に取り付けられているのでスペース効率がよく、挿入部可撓管の外径をほとんど太くする必要がないので、超音波内視鏡を挿入される人に与える苦痛が小さくて済む優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の可撓性超音波内視鏡装置の挿入部の先端部分の一部を断面で略示する斜視図である。
【図２】本発明の実施例の可撓性超音波内視鏡装置の全体構成の略示図である。
【図３】本発明の実施例の可撓性超音波内視鏡装置の挿入部の先端部分の側面断面図である。
【図４】本発明の実施例に用いられる曲がり検出用光ファイバーの曲がり検出部の略示断面図である。
【図５】本発明の実施例に用いられる曲がり検出用光ファイバーの曲がり検出部が屈曲した状態の略示断面図である。
【図６】本発明の実施例に用いられる曲がり検出用光ファイバーの曲がり検出部が逆方向に屈曲した状態の略示断面図である。
【図７】本発明の実施例に用いられる曲がり検出用光ファイバーによる三次元の屈曲状態検出の原理を説明するための略示図である。
【図８】本発明の実施例の光信号入出力装置の回路図である。
【図９】本発明の実施例の可撓性超音波内視鏡装置の使用状態の全体構成を示す略示図である。
【図１０】本発明の実施例の挿入部案内部材の正面断面図である。
【図１１】本発明の実施例のコンピュータのソフトウェアの内容を略示するフロー図である。
【符号の説明】
１  挿入部可撓管
１′  挿入部可撓管の屈曲状態の画像
４  先端部本体
５  処置具挿通チャンネル
１１  観察窓
１４  超音波プローブ
１５  フレキシブル基板
２０  帯状部材
２１  曲がり検出用光ファイバー
２２  曲がり検出部
３０  光信号入出力装置
４０  コンピュータ
４１  挿入状態表示用モニター
５０  挿入部案内部材
５０′  挿入部案内部材の画像
６０  エンコーダ
【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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【図６】
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【図７】
0003845270.tif 000008
【図８】
0003845270.tif 000009
【図９】
0003845270.tif 000010
【図１０】
0003845270.tif 000011
【図１１】
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