JP2005095634A

JP2005095634A - 内視鏡装置

Info

Publication number: JP2005095634A
Application number: JP2004302564A
Authority: JP
Inventors: Kyojiro Nanbu; 恭二郎南部
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2005-04-14

Abstract

【課題】本発明は、一つの被検部を複数の方向から撮影した場合であっても、被検部を抽出して画面の中心に表示させることが可能な内視鏡装置を提供することを目的とする。
【解決手段】被検部を撮影する内視鏡と、被検部の位置を認識する認識手段と、この内視鏡の先端の位置と受光する向きを検出する検出手段と、内視鏡の被検部側先端が移動された時、前記検出手段により検出された内視鏡の先端の位置および受光する向きと、認識手段により認識された被検部の位置とを基に、被検部を中心とした所定の領域の画像情報を前記内視鏡により得られた画像情報から抽出する画像切り出し手段とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡を用いた手術に使用される鉗子、鋏、キューサ、レーザ等が挿入される内視鏡用デバイスおよび、所望の領域の画像情報を抽出することが可能な内視鏡装置に関するものである。

近年、内視鏡により被検体を観察しながら、腫瘍等を削除する手術が多く行われている。このような内視鏡を用いた手術は、内視鏡の鉗子孔に鉗子、鋏、キューサ、レーザ等の手術用の部材を挿入することによって行われている。また、内視鏡を用いた手術では、被検体をより詳しく観察するために複数の方向から観察したいという要望がある。特に、受光系が１つだけの単眼内視鏡で立体的な構造を知るには複数の方向から観察する操作が必須であり、また受光系を左右に二つづつ持つことにより立体的な画像を得ることが可能な立体内視鏡においても、複数の方向から観察した方がより詳しい立体的な構造が判ることから、前記の要望がさらに強いものとなっている。

例えば図１４に示すように、腹壁内を腹部手術用の立体内視鏡、いわゆるラパロスコープを用いて撮影する場合、ラパロスコープ挿入部分の入口が狭く、入口近辺を支点にして回転移動するしかないので、図１４（ａ）に示すように前記入口側からは被検部Ｐを画面上に表示することができるが、図１４（ｂ）に示すように表示領域ｉを越える方向からは被検部Ｐを撮影すると、被検部Ｐを抽出することができず、そのままでは被検部Ｐを画面上に表示させることができない。この場合、被検部Ｐを表示するには表示領域を広くして表示させている。

しかしながら、従来、内視鏡を用いた手術では、内視鏡の鉗子孔に鉗子、鋏、キューサ、レーザ等を挿入することによって行われているが、内視鏡の鉗子孔は通常一つであり、さらに、径が細いため、挿入可能な鉗子、鋏、キューサ、レーザ等の手術用の部材の数が限られるばかりか、動作の自由度が低かった。また、内視鏡を用いた手術では、被検部をより詳しく観察するために複数の方向から観察したいという要望があるが、内視鏡を挿入する部分の入口が狭く平行移動ができない場合、複数の方向から被検部を撮影すると被検部を画面の中心にして表示させることができない。

本発明は、一つの被検部を複数の方向から撮影した場合であっても、被検部を抽出して画面の中心に表示させることが可能な内視鏡装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本願第１の発明は、被検部を撮影する内視鏡と、被検部の位置を認識する認識手段と、この内視鏡の先端の位置と受光する向きを検出する検出手段と、内視鏡の被検部側先端が移動された時、前記検出手段により検出された内視鏡の先端の位置および受光する向きと、認識手段により認識された被検部の位置とを基に、被検部を中心とした所定の領域の画像情報を前記内視鏡により得られた画像情報から抽出する画像切り出し手段とを有することを要旨とする。

本願第１の発明の内視鏡装置にあっては、内視鏡の被検部側先端が移動された時、検出手段により検出された内視鏡の先端の位置および受光する向きと、認識手段により認識された被検部の位置とを基に、被検部を中心とした所定の領域の画像情報を前記内視鏡により得られた画像情報から抽出するようにしているので、一つの被検部を複数の方向から撮影した場合であっても、被検部を抽出して画面の中心に表示させることができる。

また、本願第２の発明は、被検部を撮影する内視鏡と、被検部の位置を認識する認識手段と、この内視鏡の先端の位置と受光する向きを検出する検出手段と、内視鏡の被検部側先端が移動された時、前記検出手段により検出された内視鏡の先端の位置および受光する向きと、認識手段により認識された被検部の位置とを基に、内視鏡の受光する方向を被検部側に移動する受光方向移動手段とを有することを要旨とする。

本願第２の発明の内視鏡装置にあっては、内視鏡の被検部側先端が移動された時、検出手段により検出された内視鏡の先端の位置および受光する向きと、認識手段により認識された被検部の位置とを基に、内視鏡の受光する方向を被検部側に移動するので、一つの被検部を複数の方向から撮影した場合であっても、被検部を抽出して画面の中心に表示させることができる。

本発明は、一つの被検部を複数の方向から撮影した場合であっても、被検部を抽出して画面の中心に表示させることが可能となる。

以下、本発明に係る実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本願第１の発明に係る内視鏡用デバイスの第１の実施形態を示した図である。図１に示すように、内視鏡用デバイス１は、外筒３と、内視鏡用デバイス本体５とから構成されている。外筒３は、図２（ａ）に示すように断面が円環状の円筒であり、内部に内視鏡用デバイス本体５が挿入される。内視鏡用デバイス本体５は、図１に示すように、外筒３に挿入され、外筒３の長手方向と同方向に設けられた５つ貫通孔Ｃ1 〜Ｃ5 を備える円柱状の部材である。この内視鏡用デバイス本体５の外形は、外筒３の内径より若干小さいものとする。また、図２（ｂ）に示すように、貫通孔Ｃ1 〜Ｃ5 の中心軸は、内視鏡用デバイス本体５の中心軸と一致しないよう配置されている。

この内視鏡用デバイス１の貫通孔Ｃ1 には、例えば図３（ａ）に示すように、右側用の受光系７Ｒと左側用の受光系７Ｌとを備える立体内視鏡７が挿入され、貫通孔Ｃ2 には、例えば図３（ａ）に示すように、例えば内部に貫通孔９ａを備える鉗子９が挿入される。この貫通孔９ａには、図３（ｃ）に示すように、鋏等の手術用のデバイス１１が挿入される。

内視鏡用デバイス１の貫通孔Ｃ1 に立体内視鏡７、貫通孔Ｃ2 に鉗子９を挿入したときの長手方向の断面を図４に示す。図４に示すように内視鏡用デバイス１の貫通孔Ｃ1 に挿入された立体内視鏡７は、矢印Ｆ1 に示す貫通孔Ｃ1 内での移動の自由度と、矢印Ｆ2 に示す貫通孔Ｃ1 内での回転の自由度を持つことができる。さらに、内視鏡用デバイス１の貫通孔Ｃ1 に挿入された立体内視鏡７は、内視鏡用デバイス本体５を矢印ｆ2 に示すように回転させることにより、外筒３を動かすことなく、その位置を移動させることができる。

また、内視鏡用デバイス１の貫通孔Ｃ2 〜Ｃ5 の内の一つ、例えばＣ2 に、先端を屈曲することが可能な鉗子９を挿入し、さらに、鉗子９の貫通孔９ａにデバイス１１を挿入した場合のデバイス１１は、矢印ｆ1 に示す貫通孔Ｃ2 内での鉗子９の移動の自由度と、矢印ｆ3 に示す貫通孔Ｃ1 内での鉗子９の回転の自由度と、矢印ｆ4 に示す貫通孔９ａ内でのデバイス１１の移動の自由度と、矢印ｆ5に示す鉗子９の屈曲の自由度と、矢印ｆ6 に示す鉗子９の屈曲した状態での貫通孔９ａ内での回転の自由度と、矢印ｆ7 に示す鉗子９の屈曲した状態での移動の自由度を持つことができる。さらに、内視鏡用デバイス１の貫通孔Ｃ2 に挿入された鉗子９は、内視鏡用デバイス本体５を矢印ｆ2 に示すように回転させることにより、外筒３を動かすことなく、その位置を移動させることができる。

このように、本願第１の発明の第１の実施形態の内視鏡用デバイス１は、外筒３に５つの貫通孔Ｃ1 〜Ｃ5 を備える内視鏡用デバイス本体５を挿入するようにしているので、貫通孔Ｃ1 〜Ｃ5 挿入される立体内視鏡７、鉗子９の動作の自由度を増やすことができる。また、鉗子９の鉗子孔９ａに挿入されるデバイス１１は、さらに自由度が増すことになる。

図５は本願第１の発明に係る内視鏡用デバイスの第２の実施形態を示した図である。尚、図５中、図１〜図３で示したものと同一のものは同一の記号を付して詳細な説明を省略した。図５に示すように、内視鏡用デバイス２０は、外筒３に挿入される内視鏡用デバイス本体５を回転させるモータ２１と、内視鏡用デバイス本体５の貫通孔に挿入される立体内視鏡７を回転させるモータ２３と、モータ２１とモータ２３の回転方向と回転量を制御する回転制御部２５と、回転操作ボタン（図示せず）を備え、この回転操作ボタンの操作に応じた回転命令を回転制御部２５に出力する操作部２７を備える。

尚、内視鏡用デバイス本体５は、その外周に設けられギア２１ａと、モータ２１の回転軸に設けられ、ギア２１ａに噛合されるギア２１ｂを介してモータ２１により回転される。また、立体内視鏡７も同様にギア２３ａと、ギア２３ｂを介してモータ２３により回転される。

内視鏡用デバイス２０では、操作者により操作部２７を用いて図６（ａ）に示す角度ｒだけ内視鏡デバイス本体５を回転させる命令が出された場合、回転制御部２５は、内視鏡デバイス本体５を角度ｒだけ回転させるようにモータ２１を制御するとともに、立体内視鏡７を図６（ｂ）に示す角度−ｒだけ回転させるようにモータ２３を制御する。

これにより、内視鏡用デバイス本体５を回転させても、外周３に対しては立体内視鏡７は回転しないので、立体内視鏡７の右側用受光系７Ｒと左側用受光系７Ｌとが逆転するようなことがない。このため、内視鏡用デバイス本体５を回転させたとき、立体内視鏡７により得られる画像の回転を防止することができる。

このように、本願第１の発明の第２実施形態の内視鏡用デバイス２０では、内視鏡用デバイス本体５の回転に応じて、立体内視鏡７を逆に回転させているので、内視鏡用デバイス本体５を回転させたとき、立体内視鏡７により得られる画像の回転を防止することができる。

図７は本願第２の発明に係る内視鏡装置の一実施形態を示した図である。図７に示すように、内視鏡装置３０は、立体内視鏡３１と、検出手段３３と、撮像部３５と、切り出し制御部３７と、表示部３９とを有する。立体内視鏡３１は、右側用受光系３１Ｒと、左側用受光系３１Ｌと、右側用受光系３１Ｒと左側用受光系３１Ｌのそれぞれに設けられた広角のイメージング範囲を持つレンズ系とを備える。

検出手段３３は、立体内視鏡３１の先端の位置と受光する向きを所定の基準位置を基に検出する。例えば超音波を３つの位置から送信し、この超音波を立体内視鏡３１の先端に設けられた３つの超音波受信部で受信してこれらの受信時間の差から立体内視鏡３１の先端の位置と受光する向きを求める。尚、検出手段３３としては、これに限らず、例えば、立体内視鏡３１を屈曲可能なアームで支持し、このアームの屈曲量と回転量等から立体内視鏡３１の先端の位置と受光する向きを検出するようにしても良い。撮像部３５は、立体内視鏡３１により得られた光学像を電気信号に変換して画像情報を得る。尚、撮像部３５は、高解像度であることが望ましい。

切り出し制御部３７は、モードスイッチ３７ａを備え、モードスイッチ３７ａを押しつつ、立体内視鏡３１を移動させた時、モードスイッチを押した最初の時点で、表示画面の中央にある被検部が立体内視鏡３１移動後も画面の中央近くに来るように画像情報の抽出を行う。

表示部３９は、モニタ（図示せず）を備え、撮像部３５により得られた画像情報をモニタ上に表示する。また、表示部３９は、切り出し制御部３７により抽出された画像情報をモニタ上に表示する。

次に、切り出し制御部３７の画像情報の抽出方法を図８と図９を用いて説明する。立体内視鏡３１を図８に示すように角度αだけ回転させた場合、切り出し制御部３７は、まず、角度αと、立体内視鏡３１の回転の支点からの長さを、検出手段３３により検出された立体内視鏡３１の先端の位置と受光する向きを基に求める。尚、立体内視鏡３１の支点からの長さは、支点が腹壁内入口近辺になることから、表示画面上で腹壁内入口を確認し、このときの立体内視鏡３１の先端の位置と、腹壁内に挿入した後の立体内視鏡３１の先端の位置の差から求めることができる。

角度αと立体内視鏡３１の支点からの長さが既知となると、抽出する画像情報の中心は、立体内視鏡３１の中心軸を被検体Ｐ側に延ばした線Ｂ上のいずれかの位置となることが分かる。このため、抽出する画像情報の中心が線Ｂ上のいずれの位置であるか、即ち、奥行き方向の位置を指定すれば、抽出する画像情報の中心を求めることができる。この奥行き方向の位置の指定は、図９に示すように右側用受光系３１Ｒにより得られた画像情報を立体的に表示した左側用画面と左側用受光系３１Ｌにより得られた画像情報を立体的に表示した右側用画面にそれぞれ表示されたカーソルＡをともに被検部Ｐの中心に移動させることにより行う。

これにより、切り出し制御部３７は、回転させた角度αと、立体内視鏡３１の支点からの長さと、立体内視鏡３１から被検部Ｐまでの距離が分かるので、抽出する画像情報の中心の位置を求めることができる。そして切り出し制御部３７は、この求められた抽出する画像情報の中心位置を中心にして所定の領域の画像情報を抽出して表示部３９に供給する。これにより、表示部３９のモニタ上には、被検部Ｐを中心にした画像が表示される。

例えば、図１０（ａ）に示すように立体内視鏡３１を実線で示した位置から点線で示す位置に回転移動させた場合、被検部Ｐを中心にした画像情報が抽出され、図１０（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示すように被検部Ｐが画面中央に表示される。

次に、切り出し制御部３７の画像情報の抽出方法の他の例を図１１を用いて説明する。まず、被検部Ｐを撮影した画像情報、または必要ならばそれに輪郭強調等の画像処理を加えた画像情報上で特徴的な部分あるいは全体をテンプレート画像として制御部３７に記憶させるとともに、被検部Ｐからのこのテンプレート画像の位置を記憶させておく。この状態でモードスイッチ３７ａが押され、立体内視鏡３１が移動された場合、撮像部３５により変換された画像情報または、前記画像処理を加えた場合は同様に画像処理を加えた画像情報に前記記憶させたテンプレート画像を一致、すなわちテンプレートマッチングさせる。そして、このテンプレートマッチングの際のテンプレート画像の移動量を基に抽出する画像情報の中心位置を求める。そしてこの求められた中心位置を被検部Ｐの中心とした所定の領域の画像情報を前記立体内視鏡３１移動後の画像情報から抽出する。そして、切り出し制御部３７は、抽出された画像情報を表示部３９に供給する。これにより、表示部３９のモニタ上には、被検部Ｐを中心にした画像が表示される。尚、立体内視鏡３１移動中に前記のテンプレートマッチングを行う動作を所定の時間毎に行えば、立体内視鏡３１移動中もそれに追従して被検部Ｐを中心とした所定の領域の画像情報を表示部３９に表示させることができる。

この場合、切り出し制御部３７による画像情報の抽出は、撮像部３５により変換された画像情報を基に行うので、立体内視鏡３１の先端の位置と受光する向きを検出する検出手段３３は不要となる。

このように本願第２の発明の一実施形態の内視鏡装置３０は、検出手段３３により検出された立体内視鏡３１の先端の位置と受光する向きと、表示画像上で指定された被検部Ｐの位置とを基に、被検部Ｐを中心とした所定の領域の画像情報を立体内視鏡３１により得られた画像情報から抽出するようにしているので、一つの被検部Ｐを複数の方向から撮影した場合であっても、被検部Ｐを抽出して画面の中心に表示させることができる。

また、立体内視鏡３１の移動後にテンプレートマッチングした際のテンプレート画像の移動量を基に被検部Ｐを中心とした所定の領域の画像情報を抽出するようにしているので、一つの被検部Ｐを複数の方向から撮影した場合であっても、被検部Ｐを抽出して画面の中心に表示させることができる。

次に、本願第３の発明に係る内視鏡装置の一実施形態を説明する。尚、本願第３の発明に係る内視鏡装置の構成は、図７に示す、本願第２の発明に係る内視鏡装置の一実施形態と同一であるので、図示および詳細な説明を省略した。

前述の本願第２の発明に係る内視鏡装置の一実施形態では、撮像部３５により変換された画像情報から、被検部Ｐを中心とした所定の領域の画像情報を抽出しているが、本願第３の発明に係る内視鏡装置では、立体内視鏡３１の受光系自体を被検部Ｐに向けるようにする。

この場合、使用する立体内視鏡３１は、その先端の向きを変えることが可能な軟性鏡を用い、先端の向き移動させる受光方向移動手段を設けるか、立体内視鏡３１の先端に、屈曲率を変えることが可能な受光方向移動手段を設けるようにする。

例えば、立体内視鏡３１を図８に示すように角度αだけ回転させた場合、角度αと立体内視鏡３１の支点からの長さは、検出手段３３の検出結果を基に求めることができる。このため、被検部Ｐの奥行き方向の位置ｄを前述した方法と同様にして指定すれば、切り出し制御部３７は、角度α，角度Ｙ（Ｙ＝β−α）と、立体内視鏡３１の支点から先端までの長さＬと、被検部Ｐと支点までの長さＬ＋ｄとから、立体内視鏡３１を角度α回転させたとき、被検体Ｐに立体内視鏡３１の先端を向かせるための角度βを求めることができる。この角度βに立体内視鏡３１の先端が向くよう受光方向移動手段は動作する。

また、立体内視鏡３１に硬性鏡を用いた場合のように立体内視鏡３１の先端の向きを変えることができない場合は、図１３に示すように、屈曲率を変えることが可能なプリズム４０を立体内視鏡３１の先端に設けるようにする。このプリズムは、光が通過しない面に蛇腹４０ａを設けたもので、このプリズム４０内に注入する水の量を変えることにより、プリズム４０の角度θを変えるというものである。このように本願第３の発明の一実施形態では、立体内視鏡３１により得られる画像情報自体が、被検部Ｐを中心とした画像情報となる。

尚、前述の本発明の実施の形態では、立体内視鏡３１に適用した場合を例にして説明したが、本発明はこれに限定されること無く、内視鏡、超音波内視鏡等にも適用することができる。

本願第１の発明に用いられる内視鏡用デバイスの実施形態の構成を示す図である。図１に示した内視鏡用デバイスの外筒の断面図（ａ）と、内視鏡用デバイス本体の断面図（ｂ）である。図１に示した貫通孔に挿入される立体内視鏡を示す図（ａ）と、鉗子を示す図（ｂ）と、鉗子に挿入されるデバイスを示した図（ｃ）である。図１に示した内視鏡用デバイスに立体内視鏡と鉗子を挿入したときの内視鏡用デバイスの長手方向の断面図である。本願第１の発明に用いられる内視鏡用デバイスの他の実施形態の構成を示す図である。図５に示した内視鏡用デバイス本体を回転させたときの状態を示す図である。本願第１の発明に係る内視鏡装置の一実施形態の構成を示す図である。画像情報の抽出方法を説明するための図である。被検部の位置を指定する方法を説明するための図である。二つの方向から被検部を撮影する場合を示した図（ａ）と、二つの方向から被検部を撮影した場合に得られる表示画像を示した図（ｂ，ｃ）である。画像情報を抽出する他の方法を説明するための図である。内視鏡を回転させた場合に先端を被検部に向かせる時の角度の求め方を説明するための図である。光の屈曲率を変えることが可能なプリズムを示した図である。ラパロスコープを用いて腹壁内の被検部を二つの方向から撮影する場合の従来例を示す図である。

符号の説明

１内視鏡用デバイス
３外筒
５内視鏡用デバイス本体
７立体内視鏡
９鉗子
１１デバイス
２０内視鏡用デバイス
２１ａ，２１ｂ、２３ａ，２３ｂギア
２１，２３モータ
２５回転制御部
３０内視鏡装置
３１立体内視鏡
３３検出手段
３５撮像部
３７切り出し制御部
３７ａモードスイッチ
３９表示部
Ｐ被検部

Claims

被検部を撮影する内視鏡と、被検部の位置を認識する認識手段と、この内視鏡の先端の位置と受光する向きを検出する検出手段と、内視鏡の被検部側先端が移動された時、前記検出手段により検出された内視鏡の先端の位置および受光する向きと、認識手段により認識された被検部の位置とを基に、被検部を中心とした所定の領域の画像情報を前記内視鏡により得られた画像情報から抽出する画像切り出し手段と、を有することを特徴とする内視鏡装置。
前記認識手段は、前記内視鏡により得られた画像情報を基に三次元表示された画像情報上で操作者により指定された位置を基に被検部の位置を認識することを特徴とする請求項１記載の内視鏡。
被検部を撮影して画像情報を得る内視鏡と、この内視鏡の移動前に得られた画像情報をこの内視鏡移動後に得られた画像情報に一致させ、この一致を行う際の画像情報の移動量を基に被検部を中心とした所定の領域の画像情報を前記内視鏡移動後の画像情報から抽出する画像切り出し手段と、を有することを特徴とする内視鏡装置。
被検部を撮影する内視鏡と、被検部の位置を認識する認識手段と、この内視鏡の先端の位置と受光する向きを検出する検出手段と、内視鏡の被検部側先端が移動された時、前記検出手段により検出された内視鏡の先端の位置および受光する向きと、認識手段により認識された被検部の位置とを基に、内視鏡の受光する方向を被検部側に移動する受光方向移動手段と、を有することを特徴とする内視鏡装置。
前記認識手段は前記内視鏡により得られた画像情報を基に三次元表示された画像上で操作者により指定された位置を基に被検部の位置を認識することを特徴とする請求項４記載の内視鏡装置。