JP4416990B2 - 生体内で装置を操作するためのシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、生体内（in vivo）での診断および／または治療の分野に関する。より特定的には、この発明は生体内でセンシング装置を操作するためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
さまざまな身体系の診断および治療において生体内ツールが用いられる。生体内センシングは、医者が最小限の侵入によって体内の特徴および出来事を安全かつ容易に検出する能力を促進できる。生体内診断および／または治療プロセス（特定の生体内場所に対する手術手順、生検またはサンプリング手順、および送出治療など）は、今日利用可能な小型センサによって促進され得る。小型センサは、温度、ｐＨまたは圧力など、体内腔における生体内状態を検知するために用いられ得る。また、体内腔または空洞の視覚的調査のためにイメージセンサが用いられる。腹腔鏡を用いる手術手順および胃腸病学手順など、体内腔および空洞における医学手順は典型的に、生体内で見ると同時に手順を行なうための視覚またはイメージング手段を通常含む、トロカールまたは内視鏡を通される医学装置によって行なわれる。
【０００３】
今日利用可能な内視鏡は典型的に、管の末端に位置するイメージセンサおよび観察レンズを有する（体内に挿入される）外側管と、体内腔の目的の部位に照明をもたらすための複数の光透過性ファイバと、外側管の内側のチャネルとを含む。チャネルは、空気の挿入、体内腔の通気、水注入、観察レンズの洗浄、吸引のために、および鉗子、ステント、切開または組織除去装置、カテーテルなどの装置を通すために用いられる。外側管は制御体に接続され、その制御体は医者が保持し、またそれは内視鏡およびチャネル機能の活性化および制御のためのボタンおよび滑車を備えてもよい。アンビリカルケーブルは制御体を光源およびビデオプロセッサに接続する。
【０００４】
イメージセンサによって与えられる写角、または内視鏡の先端に位置するあらゆるその他のセンサの体内腔の遠隔または隠れた部分に対するアクセス可能性は、内視鏡先端の操作性に依存する。典型的には、内視鏡先端は移動範囲が限られ得るため、たとえば広い写角は通常、内視鏡先端における観察レンズまたはその他の光学素子の特定的な設計によって達成される。
【０００５】
自律センサは内視鏡がアクセス不可能な体内腔の部分にアクセスし得るが、自律装置は容易に制御されず、内視鏡を用いて行ない得る手順の多くはこのような自律装置によって行なうことができない。
【０００６】
したがって、生体内手順の促進された性能が必要とされる。
【０００７】
【発明の概要】
この発明の実施例は、生体内においてセンシング装置を操作するためのシステムおよび方法を提供する。特定の実施例は、内視鏡ならびに／または操作可能なセンシング装置を有するその他の生体内診断および／もしくは治療ツールを提供することによって、生体内手順の性能を促進してもよい。
【０００８】
この発明の実施例に従ったシステムは、末端および基端を有する管と、管の末端に変更可能に接続され得る生体内センシング装置とを含む。典型的には、その末端が体内腔に挿入されてもよく、一方基端は外部オペレータにアクセス可能であってもよい。管は、たとえば内視鏡検査の分野において公知であるような、ツール、水、空気などを通すためのチャネルを含んでもよい。
【０００９】
この発明の実施例に従うと、センシング装置は当該技術分野において公知のあらゆる好適なセンシング装置であってもよく、少なくとも２つの変更可能なモードにおいて管の末端に接続されてもよい。少なくとも１つの第１のモードにおいて、センシング装置は管の末端に接続されて管の長手軸に沿って連続体を形成してもよい。少なくとも１つの第２のモードにおいて、センシング装置は管の長手軸に沿って連続体を形成しないように管の末端に接続されてもよい。実施例の１つにおいて、第２のモードにおけるセンシング装置は、管の長手軸に対して本質的に平行に、管に横付けにして管の末端に接続される。
【００１０】
いくつかの実施例に従うと、システムは管およびセンシング装置を結合もしくは接続するための、ならびに／または第１のモードから第２のモードへの変更をもたらすための、トラック、ランプまたはリトラクタブルアームまたはばねなどの機構を含んでもよい。
【００１１】
この発明の実施例に従った方法において、この発明に従ったシステムは、センシング装置が第１のモードにおいて管の末端に接続された状態で生体内に挿入される。管はおそらくはセンシング装置に支援されて所望の場所に移動し、その点においてセンシング装置の管の末端への接続が第２のモードに変更される。
【００１２】
この発明は、添付の図面とともに以下の詳細な説明によってより完全に理解されかつ認識されるであろう。
【００１３】
【詳細な説明】
以下の説明において、この発明のさまざまな局面を記載する。説明の目的のために、この発明の完全な理解を提供するために特定の構成および詳細を示す。しかし、この発明はここに提供される特定の詳細なしに実行されてもよいことが当業者に明らかになるであろう。さらに、この発明を不明確にしないために、周知の特徴は省略または簡略化され得る。
【００１４】
実施例の１つにおいて、この発明のシステムは診断および／または治療手順に用いられてもよく、ここではツールまたはツールを挿入するための作業チャネルを含む管が、管の末端に位置決めされかつ管の長手軸に沿って連続体を形成するように接続されたセンシング装置の支援によって、体内腔の所望の場所に誘導される。所望の場所において、管の末端に対するセンシング装置の接続は第２のモードに変更され、ここではたとえばセンシング装置は管に横付けにして位置決めされ、管の長手軸に沿って連続体を形成しない。第１のモードにおいて、管の末端はセンシング装置によって妨げられてもよい。しかし、第２のモードにおいては管の末端はセンシング装置によって妨げられず、管は体内腔にツールを挿入するため、および／または体内腔の通気などのために用いられ得る。さらに、第２のモードにおいて、センシング装置は生体内手順の実行を助け続けてもよい。たとえば、この発明の実施例において、センシング装置はイメージングユニットであってもよく、それはイメージセンサと、光学系と、照明源と、おそらくは受信ユニットに画像データを送信するための送信機とを含んでもよい。この実施例において、第１のモードにおけるイメージングユニットは、体内腔における管の動きを妨げずに管の所望の場所への誘導を助ける。第２のモードにおいて、イメージングユニットは外部オペレータに対して体内腔の視界を提供し、オペレータが管およびその作業チャネルまたはツールを用いて生体内手順を行なうことを助ける。
【００１５】
この発明のシステムの実施例が概略的に例示された図１（Ａ）および１（Ｂ）を参照する。システム１０は管１２と、管の末端１２′において管１２に接続されたセンシング装置１４とを含む。管１２は必要に応じて柔軟であっても硬くてもよい。たとえば、結腸鏡手順およびＧＩ管（胃腸管）の上側部分における手順には、通常柔軟な内視鏡が用いられる。管１２は、特定の要求に従って、公知のカテーテル、内視鏡、針、ステント、腹腔鏡、硬い内視鏡などと同様に設計および製作されてもよい。
【００１６】
センシング装置１４は、あらゆる好適な生体内センシング装置であってもよい。実施例の１つにおいて、センシング装置１４はＧＩ管をイメージングするためのイメージングユニットである。センシング装置１４は、この発明と共通の譲受人に譲渡されかつここに引用により援用される、２０００年１２月２１日に公開された「光学系（An Optical System）」と題する公開番号第ＷＯ００／７６３９１号に記載されるイメージングユニットと類似のものであってもよい。別の実施例においては、センシング装置１４はイダン（Iddan）に対する米国特許第５，６０４，５３１号または２００１年９月１３日に公開された「生体内イメージングのための装置およびシステム（A Device and System for in vivo Imaging）」と題する公開番号第ＷＯ０１／６５９９５号に記載される装置などのカプセル形自律イメージセンサであってもよく、これらは両方ともこの発明と共通の譲受人に譲渡され、ここに引用により援用される。センシング装置１４は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサなどのイメージセンサ、（レンズおよび／または鏡および／またはプリズムを典型的に含む）光学系、ＬＥＤなどの照明源、および画像データを受信ユニットに送信するための（無線または有線）送信機を含んでもよい。任意には、センシング装置１４のこれらの素子はすべて無線であってもよく、たとえばセンシング装置１４に含まれるバッテリによって電力を供給されてもよく、またはセンシング装置１４に対する電線接続を通じて電力を供給されてもよい。電線は特に画像データの有線送信のために用いられてもよい。
【００１７】
図１（Ａ）において、センシング装置１４は、管１２につながれた弾性ワイヤ１６を通じて、管１２の末端１２′に近接して管１２に接続される。ワイヤ１６は緩められ、センシング装置１４は管１２の長手軸（Ｉ）に沿った連続体において管１２に取付けられる。図１（Ｂ）に例示される実施例において、センシング装置１４は後ろの弾性ワイヤ１６を引っ張りながら管１２に沿って前進する。センシング装置１４が管１２を出ると、ランプ１８が管１２の末端１２′の前に降下する。管の末端において管に接続されるランプ１８は、弾性ワイヤ１６を押してセンシング装置１４にランプ１８を上らせ、それを管１２の長手軸に対して本質的に平行に管１２に横付けする。任意には、センシング装置１４はその位置を固定するためにランプ１８または管１２に留められてもよい。この点において弾性ワイヤ１６は教示され、一旦センシング装置１４が管１２に横付けされた位置から解放されると、センシング装置１４を管１２中の初期位置に引き戻す（初期位置はたとえば図１（Ａ）に示される）。弾性ワイヤ１６はまた、ランプ１８をその上昇位置（図示せず）に押してもよい。代替的には、ランプ１８が活動的に上昇することによって弾性ワイヤ１６における圧力を解放し、弾性ワイヤ１６がセンシング装置１４を管１２中の初期位置（図１（Ａ））に引き戻すことを可能にしてもよい。ランプ１８の降下および上昇、ならびに／またはセンシング装置１４の管１２を通る前進の制御は、公知の方法によって達成できる。ランプ１８の制御および／またはセンシング装置１４の移動の制御のために、外部オペレータはばねおよび滑車を用い得る。代替的には、ランプ１８の制御および／またはセンシング装置１４の移動の制御のために受動機構が用いられてもよい。たとえば、ランプ１８は、双安定材料で作られたラッチ、またはランプの降下を可能にするために必要に応じて加熱もしくは冷却される形状記憶ポリマーによって制御されてもよい。同様に、管１２を通るセンシング装置１４の前進は、双安定材料のばねまたは形状記憶ポリマーによって制御されてもよい。
【００１８】
図２（Ａ）および２（Ｂ）に例示される実施例において、センシング装置２４はばね２６を通じて管２２に結合される。典型的には、ばね２６またはあらゆるその他の好適なリトラクタブルもしくは非リトラクタブルアームは、管の外周または（たとえば図１（Ｂ）に例示されるように）その内径において管２２に接続される。たとえば、図２（Ａ）に例示される第１のモードにおいて、システム２０が腹またはＧＩ管もしくはその他の体内腔（血管など）を通って押される際に、センシング装置２４は管２２に固定されることによって管２２の長手軸に沿って管２２と連続体を形成し、ばね２６は延ばされている。第１のモードは体内腔を通るシステム２０の容易な通過を可能にする。
【００１９】
図２（Ｂ）に例示される第２のモードにおいて、センシング装置２４はもはや管２２に固定されていない。ばね２６は反動してセンシング装置２４を引っ張るため、センシング装置は管２２に横付けにして位置決めされる。この第２のモードは、たとえばシステム２０がもう体内腔を通って動かされないときに（すなわち手術またはその他の手順が行なわれる場所において）望ましい。
【００２０】
管２２に対するセンシング装置２４の固定および解放は、たとえば分解性の接着剤を用いたり、または管２２の末端２２′を機械的に離すことによってそのセンシング装置２４に対する保持を解放するなどの、公知の方法によって達成されてもよい。
【００２１】
図３（Ａ）および３（Ｂ）に例示される実施例において、イメージングユニット３４はヒンジ３８を通じて、または任意には前述と同様に、管３２に変更可能に接続される。イメージングユニット３４は２つの観察端部３４′および３４″を含み、その各々は照明源３３′および３３″ならびに２つの光路をそれぞれ含む。（光路は、生体内部位に入射されてそこからＣＭＯＳイメージセンサなどのイメージセンサに送られる光線が辿る経路である。）２つの光路において、送られた光はそれぞれイメージセンサ３５′および３５″に向けられる。イメージングユニット３４は、イメージングユニット３４の電気素子全体に電力を提供し得る電源（図示せず）と、イメージセンサ３５′および３５″から画像信号を送信するための送信機３６およびアンテナ３７とをさらに含む。任意には、観察端部３４′および３４″は前述のＷＯ００／７６３９１号に記載されるような光学ウィンドウを含んでもよい。
【００２２】
たとえば図３（Ａ）に例示される第１のモードにおいて、イメージングユニット３４は管３２に固定されることによって、管３２の長手軸に沿って管３２と連続体を形成する。体内腔の画像はイメージセンサ３５′によって得られてもよく、一方イメージセンサ３５″および照明源３３″は不活性であってもよい。
【００２３】
たとえば図３（Ｂ）に例示される第２のモードにおいて、イメージングユニット３４はもはや管３２に固定されていない。ヒンジ３８はイメージングユニット３４が管３２の外に前進することを可能にする。しかし、一旦イメージングユニット３４が管３２から出ると、それは重力によって下に引っ張られ、管３２に横付けになるか、またはおそらくは管３２に対して本質的に直角に、ヒンジ３８にぶら下がる。イメージングユニット３４の指向性が典型的に変えられることによって、最初は前方を見ていたイメージセンサ３５′が後方または側方を見るようになる。第２のモードにおいて、典型的には前方を見ているイメージセンサ３５″が照明源３３″とともに活性化されてもよい。この第２のモードにおいて、イメージングユニット３４は、ユニットの２つの端部からたとえばＧＩ管などの体内腔の映像を同時に得ることができてもよく、それによって体内腔の広い写角を可能にしてもよい。さらに、管３２は空にされて、たとえば（以下に説明するような）生体内手順を行なうために用いられ得る。
【００２４】
イメージセンサ３５″および３５′によってそれぞれ得られる２つの画像（典型的には前方および後方）は、分離して、または単一の組合わせられた画像として表示できる。実施例の１つにおいて、体内腔からの信号の同時送信のために、分離した送信機および送信のチャネルが各イメージセンサに割当てられてもよい。代替的には、たとえば異なる搬送周波数を用いることなどによって、単一の送信機（送信機３６など）および送信のチャネルにおいていくつかのイメージセンサの出力が組合わされてもよい。単一のチャネルにおける異なるイメージセンサからの情報の組合わせは、毎回異なるイメージセンサからのビットを選択してすべての画像をほぼ同時に送信することによって行なわれても、または画像を順番に送信することによって行なわれてもよい。
【００２５】
実施例の１つに従うと、イメージセンサ３５′および３５″によって得られる２つの画像は、たとえば異なる画像における各像点（ピクセル）を単一の組合わせられた画像の別の点（ピクセル）に割当てるアルゴリズムを適用することによって、受信ユニットに送信される前に単一の画像に組合わされてもよい。しかし、画像を単一画像に組合わせる動作は通常かなりの処理労力および計算リソースを必要とするため、この動作は通常、外部記録／処理装置において（イメージセンサから送信された画像を受取った後に）オフラインで行なわれる。画像の分離は、公知の画像処理法によって、または異なる画像に対してタグを付加することによって、つまりたとえばイメージセンサ３５′から得られた画像に対してあるコードを付加し、イメージセンサ３５″から得られた画像に対して異なるコードを付加することによって、オンラインで行なわれてもよい。
【００２６】
図４（Ａ）および４（Ｂ）に、この発明の別の実施例が概略的に例示される。この実施例において、システム４０はチャネル４８を有する管４２を含み、そのチャネルを通ってアーム４７が延在し、さらに体内腔に水および／または空気および／またはツールを通すためのチャネル４１および４３を含む。アーム４７の末端には、センサ装置４４を保持するための回転可能な保持ユニット４９がある。アーム４７および回転可能な保持ユニット４９はどちらも外部オペレータによって制御可能である。代替的には、センサ装置４４がアーム４７の末端に直接かつ回転可能に接続されることによって保持ユニット４９の必要性をなくしてもよい。
【００２７】
たとえば図４（Ａ）に例示される第１のモードにおいて、チャネル４８、４１および４３の末端開口部は回転可能な保持ユニット４９によって塞がれてもよい。センサ装置４４は管４２の長手軸に沿って管４２と連続体を形成する。たとえば図４（Ｂ）に例示される第２のモードにおいて、アーム４７は外部オペレータによってたとえば前方に押され、回転可能ユニット４９およびそれとともにセンサ装置４４が管４２の末端から離されて、チャネル４８、４３および４１の末端開口部を空ける。これらのチャネルは、生体内手順を行なうために体内腔に水／空気および／またはツールを通すために用い得る。同時に、回転可能ユニット４９が（図４（Ｂ）において矢印によって示されるように）回転されることによって、体内腔の通常はアクセス不可能な部分へのセンサ装置４４のアクセスを可能にしてもよい。たとえば、前述のように回転させ得るイメージセンサによって、体内腔の広い写角が達成できる。
【００２８】
図５は、この発明の実施例に従ったシステムの管のより詳細な概略図を例示する。システム５０は、管５２およびセンサ装置５４を含む。センサ装置５４は前述のような光学ウィンドウ５４′を有するイメージング装置であってもよく、管５２は胃内出血の場合に用いられる内視鏡であってもよい。
【００２９】
管５２は、必要に応じてＧＩ管を洗い流すかまたは通気するための水／空気チャネル５１と、内出血を止めるための帯結紮または焼灼ツールなどのツールをＧＩ管に通すためのツールチャネル５３と、ＧＩ管の内容物を空けるための吸引チャネル５５と、光学ウィンドウ５４′を洗浄するための水ジェットチャネル５７とを含む。管５２はその基端において制御ハンドルに接続されて、内視鏡の分野において公知の態様で動作され得る。
【００３０】
この発明のシステムは、おそらくはシステムのセンサ装置によって支援されて、生体内の場所に容易に誘導され得る。生体内の場所において、センサ装置は前述の実施例のいずれかにおいて説明したようにたとえばシステムの管から離れるように動かすことができ、センサ装置のアクセス可能性および管の経済的な使用を可能にする。
【００３１】
この発明の実施例に従うと、生体内手順を行なうための方法が提供される。生体内手順は、イメージングもしくはサンプリングなどの診断手順、または結紮などの治療手順を含んでもよい。実施例の１つに従うと、前述において例示したようなシステムは、第１のモードにおいて管の末端にセンシング装置が接続された状態で生体内に挿入されてもよい。管はおそらくはセンシング装置によって支援されながら所望の場所に動かされ、その点において管の末端へのセンシング装置の接続が第２のモードに変更される。典型的には、管の末端へのセンシング装置の接続が第２のモードに変更されるときに、管中の作業チャネルが潅注、通気または手術のために用いられてもよい。
【００３２】
前述の実施例のいずれかを好適に組合わせたシステムおよび方法もこの発明に含まれることが当業者に認識されるであろう。さらに、この発明の実施例はイメージセンサに関して記載されたが、温度センシング装置、ｐＨセンサ、圧力センサ、超音波撮像装置などのその他の好適な生体内センシング装置が用いられてもよいことが認識されるであろう。この発明は前述において特定的に示しかつ説明したものに制限されないことが認識されるであろう。この発明の範囲は添付の請求項によってのみ定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例に従ったシステムを例示する概略的な側面図である。
【図２】 この発明の別の実施例に従ったシステムを例示する概略的な側面図である。
【図３】 この発明のさらに別の実施例に従ったシステムを例示する概略的な側面図である。
【図４】 この発明のさらなる実施例に従ったシステムを例示する概略的な側面図である。
【図５】 この発明のさらに別のさらなる実施例に従ったシステムを例示する概略的な側面図である。
【符号の説明】
１０ システム、１２ 管、１４ センシング装置。

Claims (9)

1. 生体内で生体内イメージング装置（３４）を操作するためのシステムであって、前記システムは
   長手軸、末端、および基端を有する管（３２）と；
   ヒンジ（３８）によって前記末端に対して接続されており、複数の変更可能な位置に位置決めされるよう構成される前記生体内イメージング装置（３４）と
   を含み、
   前記生体内イメージング装置（３４）は２つの観察端部（３４’，３４’’）を有し、これら前記観察端部（３４’，３４’’）は２つ以上の撮像装置（３５’，３５’’）と前記撮像装置の各々に対する照明源（３３’，３３’’）とを備え、前記２つ以上の撮像装置（３５’，３５’’）によって前記長手軸に対し前方および後方の２つ以上の映像を前記生体内イメージング装置（３４）が前記複数の変更可能な位置のうちの少なくとも１つにおいて同時に得ることを許容することを特徴とする、システム。
2. 前記生体内イメージング装置（３４）は、２個以上の光学ウィンドウを含む、請求項１記載のシステム。
3. 前記生体内イメージング装置（３４）は、ヒンジ（３８）によって、少なくとも１つの第１モードと、少なくとも１つの第２モードとに変更可能に前記末端に接続され、
   前記第１モードにおいて、前記生体内イメージング装置（３４）は前記末端に接続されて前記長手軸に沿って連続体を形成し、
   前記第２モードにおいて、前記生体内イメージング装置（３４）は前記連続体を形成しないように前記末端に接続される、請求項１記載のシステム。
4. 前記第２モードにおいて、前記生体内イメージング装置（３４）は前記長手軸に対して平行に位置決めされるように前記末端に接続される、請求項３記載のシステム。
5. 前記管（３２）は、少なくとも１つの作業チャネル（４１，４３，４８，５１，５３，５５，５７）を含む、請求項１記載のシステム。
6. 前記第１モードにおいて、前記生体内イメージング装置（３４）は、前記長手軸の方向への前記管（３２）の投影図内に位置する、請求項３記載のシステム。
7. 前記第２モードにおいて、前記生体内イメージング装置（３４）の少なくとも一部は、前記長手軸の方向への前記管（３２）の投影図に対して外部に位置する、請求項３記載のシステム。
8. 前記生体内イメージング装置（３４）によって同時に得られる前記２つ以上の映像は、受信ユニットに送信される前に互いに組合わせて配置されて単一の画像にされる、請求項１記載のシステム。
9. 前記生体内イメージング装置（３４）によって同時に得られる前記２つ以上の映像は、受信ユニットに送信された後に互いに組合わせて配置されて単一の画像にされる、請求項１記載のシステム。

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