CN102469914B - 内窥镜装置以及弯曲驱动控制方法 - Google Patents

Abstract

内窥镜装置具有：插入部，其在前端侧设有弯曲部；弯曲驱动部，其以电气方式对弯曲部进行弯曲驱动；插入形状检测部，其检测插入部的前端侧的插入形状；以及弯曲控制部，其根据插入部的前端侧的屈曲信息，估计包含被插入到屈曲的管状体腔内的状态下的插入部的前端侧在内的屈曲的屈曲平面，利用估计出的屈曲平面的信息，进行对弯曲部进行弯曲驱动的控制。

Description

内窥镜装置以及弯曲驱动控制方法

技术领域

本发明涉及以电气方式对内窥镜的弯曲部进行弯曲驱动的内窥镜装置以及弯曲驱动控制方法。

背景技术

在插入部的前端侧设置摄像单元和弯曲自如的弯曲部的内窥镜被广泛用于体腔内的检查和诊断等。

并且，在将插入部顺畅地插入大肠等复杂屈曲的体腔内的情况下，有时需要熟练的技术。例如，大肠内的横行结肠由于挠曲而难以在原来的状态下插入深部侧的肝弯曲侧，因此，一般进行所谓的撩起，该撩起是去除横行结肠的翘曲而使其直线化的插入技法。

但是，难以从内窥镜图像中得知是横行结肠朝哪个方向延伸的面等，所以难以决定应该弯曲的方向，并且难以进行顺畅的插入。

另一方面，例如在日本特开2006-116289号公报中公开了如下的内窥镜装置：为了容易地使插入部顺畅地插入，除了通过设置在插入部的前端部的摄像单元而得到的摄像图像以外，还利用根据在插入部的长度方向上配置的位置检测线圈的位置检测而计算出的插入部的前端侧的插入形状（屈曲形状）的信息。

但是，仅利用上述公报的现有例的插入形状，无法进行如下的弯曲控制：向去除例如大肠内的横行结肠中的翘曲的适当方向撩起，使得高精度地进行弯曲驱动。

因此，优选根据插入部的前端侧的插入形状，以向去除横行结肠中的翘曲的方向撩起的方式进行弯曲驱动等，向适当方向高精度地对弯曲部进行弯曲驱动。该情况下，不需要上述现有例中的内窥镜图像，能够对弯曲部进行弯曲驱动，是更加有效的。

本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于，提供如下的内窥镜装置以及弯曲驱动控制方法：能够根据插入部的前端侧屈曲的插入形状，向适当方向高精度地对弯曲部进行弯曲驱动。

发明内容

用于解决课题的手段

本发明的内窥镜装置的特征在于，该内窥镜装置具有：插入部，其在前端侧设有弯曲自如的弯曲部；弯曲驱动部，其以电气方式对所述弯曲部进行弯曲驱动；插入形状检测部，其检测所述插入部的前端侧的插入形状；以及弯曲控制部，其根据所述插入形状检测部所检测的所述插入部的前端侧的屈曲信息，估计包含被插入到屈曲的管状体腔内的状态下的所述插入部的前端侧在内的屈曲的屈曲平面，利用估计出的屈曲平面的信息，进行对所述弯曲部进行弯曲驱动的控制。

本发明的弯曲驱动控制方法的特征在于，该弯曲驱动控制方法具有以下步骤：屈曲平面估计步骤，估计屈曲平面，该屈曲平面包含在设有弯曲自如的弯曲部的插入部的前端侧沿着管状体腔内屈曲的屈曲形状插入时的所述插入部的前端侧；假想平面设定步骤，在所述插入部的前端附近设定将所述插入部的前端侧的轴方向作为法线方向的假想平面；以及弯曲驱动方向决定步骤，根据所述屈曲平面与所述假想平面的交叉线，决定对所述弯曲部进行弯曲驱动的弯曲驱动方向。

附图说明

图1是示出本发明的第1实施方式的内窥镜装置的整体结构的图。

图2是示出内窥镜和弯曲控制装置的结构的图。

图3是示出将插入部插入大肠内时的处理顺序的流程图。

图4是示出决定规定区域的情况下的弯曲驱动方向的处理顺序的流程图。

图5是示出插入部经由大肠内的脾弯曲而插入到横行结肠侧的状态的说明图。

图6是示出在图5的状态下估计屈曲平面等的处理顺序的流程图。

图7A是示出针对通过主成分分析在屈曲平面上设定的5个点而计算出的第1主成分方向和第2主成分方向的图。

图7B是示出针对通过主成分分析在屈曲平面上设定的5个点而与第1主成分方向和第2主成分方向垂直的第3主成分方向的图。

图8是示出在滑轮角的坐标系上从当前的弯曲位置起对弯曲部进行弯曲驱动的方向的说明图。

图9示出本发明的第2实施方式的弯曲控制装置的结构。

图10是对第2弯曲部进行弯曲驱动时的说明图。

图11是示出第2实施方式的弯曲驱动处理的顺序的流程图。

图12是将第2实施方式的插入部的前端侧插入大肠内部时的说明图。

图13示出本发明的第3实施方式的弯曲控制装置的结构。

图14是示出第3实施方式的弯曲驱动处理的顺序的流程图。

图15是将第3实施方式的插入部的前端侧插入大肠内部时的说明图。

图16示出本发明的第4实施方式的弯曲控制装置的结构。

图17是对第1和第2弯曲部进行弯曲驱动时的说明图。

图18是将第4实施方式的插入部的前端侧插入大肠内部时的说明图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。

（第1实施方式）

如图1所示，本发明的第1实施方式的内窥镜装置1具有：内窥镜2，其被插入体腔内等；光源部3，其对该内窥镜2供给照明光；信号处理部4，其对内置于内窥镜2中的摄像单元进行信号处理；以及视频处理器6，其内置有对内窥镜2的弯曲部进行弯曲控制的弯曲控制部5等。

该内窥镜装置1还具有：传感线圈单元7，其进行设置于内窥镜2中的位置检测用的源线圈的位置检测；插入形状检测装置8，其根据来自该传感线圈单元7的检测信号检测内窥镜2的插入部11的插入形状并生成其图像；以及监视器10A和10B，它们分别显示摄像单元拍摄的内窥镜图像和基于插入形状检测装置8的插入形状检测图像。

内窥镜2具有：被插入体腔内的细长的插入部11、设置在该插入部11的后端的操作部12、以及从该操作部12延伸出的通用软线13，该通用软线13的后端的连接器14以装卸自如的方式与视频处理器6连接。

并且，插入部11具有：设置在其前端的硬质的前端部15；弯曲部16，其与该前端部15的后端相邻且弯曲自如地设置；以及长条的具有挠性的挠性管部17，其从该弯曲部16的后端延伸到操作部12的前端。

在操作部12中设有：作为弯曲指示操作单元的弯曲用操纵杆18，其对所述弯曲部16进行弯曲方向和弯曲角度的指示操作；模式选择开关19，其进行自动弯曲（自动插入）模式和手动弯曲（手动插入）模式的选择；以及镜体开关20，其进行静态图像的显示指示等。

另外，在选择了自动弯曲模式的情况下，弯曲控制部5自动决定弯曲部16的弯曲驱动方向，手术操作者仅进行向深部侧推入插入部11的作业。在选择了手动弯曲模式的情况下，手术操作者操作操纵杆18进行弯曲部16的弯曲驱动方向的指示操作，弯曲控制部5将依据指示操作的弯曲驱动方向决定为针对弯曲部16的弯曲驱动方向。然后，手术操作者进行向深部侧推入插入部11的作业。

在该内窥镜2的插入部11内等贯穿插入有传送照明光的光导21，该光导21的后端从连接器14突出而成为入射端面。

内置于光源部3中的灯22的照明光经由光圈23和聚光透镜24入射到该入射端面。另外，灯22通过由灯驱动电路25供给的灯驱动电源而点亮，产生照明光。

并且，光圈23由光圈控制电路26控制供照明光通过的开口量（光圈量）。

由光导21传送的照明光从固定于插入部11的前端部15上的光导前端面，进一步经由安装在照明窗上的照明透镜27（参照图2）向外部射出，对体腔内的患部等被摄体进行照明。

如图2所示，在前端部15（与照明窗相邻地）设有观察窗，在该观察窗上安装有摄像单元31。

该摄像单元31具有：物镜32，其安装在未图示的透镜框上，对被摄体的光学像进行成像；以及作为摄像元件的电荷耦合元件（简记为CCD）33，其摄像面配置在该物镜32的成像位置。

而且，与CCD33连接的电缆贯穿插入在插入部11内等，如图1所示，其后端侧经由连接器14的电接点与构成信号处理部4的CCD驱动电路36和影像处理电路37连接。

CCD驱动电路36产生CCD驱动信号，将该CCD驱动信号施加给CCD33。CCD33通过CCD驱动信号的施加对成像在摄像面上的光学像进行光电转换，作为CCD输出信号输出。

该CCD输出信号被输入到影像处理电路37，影像处理电路37生成将CCD33的摄像面的光学像显示为内窥镜图像的影像信号，将其输出到监视器10A，从而在监视器10A的显示画面上显示内窥镜图像。

另外，CCD33被配置成与插入部11内的弯曲部16的弯曲方向具有规定关系。具体而言，设CCD33的摄像面的上方向为弯曲部16的上下左右的弯曲方向中的上方向。

并且，影像信号被输入到光圈控制电路26，该光圈控制电路26以规定周期对该影像信号的亮度信号成分进行积分等，计算平均明亮度。将从该平均明亮度的信号中减去与适当明亮度相当的基准值而得到的差分信号作为光圈控制信号，对光圈23的开口量进行调整。然后，进行自动调光使得通过光圈23的照明光量成为基准值。

并且，影像处理电路37具有通过图像处理来检测内窥镜图像中有无暗部的暗部检测电路37a。该暗部检测电路37a进行的有无暗部的检测（判定）信息被发送到弯曲控制部5。

在选择了自动弯曲插入部11的自动弯曲模式的情况下，弯曲控制部5通常将暗部作为插入时的目标位置，按照使前端部15朝向（指向）暗部方向的方式，对弯曲部16的弯曲驱动方向和弯曲量（弯曲角）进行控制。

并且，在手动插入模式中，手术操作者将暗部作为插入时的目标位置，按照使前端部15朝向暗部方向的方式，操作操纵杆18来设定弯曲部16的弯曲驱动方向和弯曲量（弯曲角）。

在插入部11内设有未图示的处置器械用通道，该处置器械用通道的后端侧与设置在操作部12的前端附近的处置器械插入口39连通。

并且，与插入部11的前端部15的后端相邻地设有弯曲部16，设置在视频处理器6的内部的弯曲控制部5构成为进行图2所示的电动方式的弯曲驱动机构50的控制。通过图2的弯曲驱动机构50和弯曲控制部5构成弯曲控制装置40。

构成弯曲部16的多个弯曲块51被连接成在弯曲部16的长度方向上分别相邻的部分通过铆钉52而转动自如。

各弯曲块51的弯曲方向由设置铆钉52的位置来确定，铆钉52交替或按照适当周期配置在左右位置和上下位置，除了上下方向和左右方向以外，弯曲部16还能够向任意方向弯曲。

另外，在图2中，仅简化示出向上下方向弯曲的铆钉52。并且，在插入部11内贯穿插入有向上下方向和左右方向弯曲的角度线（弯曲线）53u、53d和53l、53r，这些角度线53u、53d和53l、53r的前端固定在前端部15上。

并且，角度线53u、53d和53l、53r的后端固定于配置在操作部12内的上下弯曲用滑轮54a和左右弯曲用滑轮54b上。

滑轮54a、54b通过电动马达55a、55b而正反自如地旋转，该电动马达55a、55b构成以电气方式对弯曲部16进行弯曲驱动的弯曲驱动单元。通过马达驱动部56的马达驱动信号对电动马达55a、55b进行驱动。马达驱动部56由弯曲控制部5控制。

另外，在图1中，示出在视频处理器6的内部设置弯曲控制部5的结构例，但是，也可以在操作部12内部等内窥镜2的内部设置弯曲控制部5。

由马达驱动部56的马达驱动信号驱动的电动马达55a、55b使滑轮54a、54b旋转，通过滑轮54a、54b的旋转来牵引角度线53u、53d、53l、53r，对弯曲部16进行弯曲驱动。

在使滑轮54a、54b旋转的情况下，对应于滑轮54a、54b的旋转角来确定角度线53u、53d、53l、53r的牵引量，并且弯曲部16对应于牵引量而弯曲。因此，通过检测电动马达55a、55b或滑轮54a、54b的旋转角或角度线53u、53d、53l、53r的牵引量（移动量），能够检测弯曲部16的弯曲角。

在本实施方式中，例如采用如下结构：通过安装在电动马达55a、55b的轴部的旋转编码器（以下简记为编码器）57a、57b，借助滑轮54a、54b的旋转角来检测弯曲部16的弯曲角。

即，根据编码器57a、57b的输出信号，能够检测滑轮54a、54b的旋转角，换言之，能够检测与滑轮54a、54b的旋转角对应的弯曲部16的弯曲角。因此，编码器57a、57b形成对弯曲部16的弯曲形状进行检测的弯曲形状检测单元。

基于编码器57a、57b的输出信号的滑轮角或弯曲角的检测信号（检测值）被输入到马达驱动部56。经由弯曲控制部5对该马达驱动部56输入作为弯曲指示操作单元的操纵杆18的弯曲驱动方向和弯曲角的指示值。

然后，该马达驱动部56对电动马达55a、55b进行旋转驱动，使得编码器57a、57b的检测值追随指示值（与其一致）。

弯曲控制部5对马达驱动部56赋予弯曲指示操作单元的指示值，马达驱动部56对电动马达55a、55b进行旋转驱动，使得弯曲角的检测值成为指示值，从而使弯曲部16弯曲到所指示的规定弯曲角度。

手术操作者通过设置在操作部12上的操纵杆18进行向上下、左右的任意弯曲方向倾动的操作，由此，倾动的方向成为弯曲驱动方向的指示值，并且其倾动角成为弯曲角的指示值。

手术操作者通过进行使操纵杆18向上下、左右的任意方向倾动的指示操作，上下方向操纵杆马达58a和左右方向操纵杆马达58b对应于倾动的方向进行旋转。

编码器59a、59b检测该旋转角，编码器59a、59b的检测信号作为弯曲驱动方向和弯曲角的指示值被输入到弯曲控制部5。另外，操纵杆马达58a、58b由弯曲控制部5控制，并且，编码器59a、59b的检测信号也被输入到弯曲控制部5。

然后，弯曲控制部5对马达驱动部56输出作为编码器59a、59b的检测信号的弯曲驱动方向和弯曲角的指示值，控制其动作。

并且，在插入部11内，沿着其长度方向例如以规定间隔配置有源线圈41，如图1所示，与源线圈41连接的信号线经由连接器14的电接点与设于视频处理器6内的源线圈驱动电路43连接。

该源线圈驱动电路43经由信号线对各源线圈41依次施加交流的驱动信号，在各源线圈41的周围产生交流磁场。

并且，如图1所示，在插入有插入部11的未图示的患者所躺的床的周边部等规定位置配置有由多个传感线圈44构成的传感线圈单元7，通过多个传感线圈44，检测由配置于插入部11内的源线圈41产生的磁场。

然后，传感线圈44的检测信号由插入形状检测装置8内的放大器45放大后，被输入到源线圈位置计算电路46，通过该源线圈位置计算电路46，根据由传感线圈44检测到的信号中的振幅值和相位值计算各源线圈41的位置。

由该源线圈位置计算电路46计算出的位置信息被输入到插入形状计算电路47。该插入形状计算电路47根据将计算出的各源线圈41的位置连接起来而得到的形状，检测被插入到体腔内的插入部11的（屈曲的屈曲形状等的）插入形状，对检测到的插入形状进行建模，生成插入形状图像信号。

即，插入形状计算电路47具有插入形状检测部47a的功能，该插入形状检测部47a至少检测包含插入部11的前端侧的屈曲形状的情况在内的插入形状。

由插入形状计算电路47生成的插入形状图像信号被输入到监视器10B中，在其显示画面上显示插入部11的前端侧屈曲时等的插入形状图像。

并且，通过弯曲控制部5取得由插入形状计算电路47计算出的包含插入部11的前端侧的屈曲形状的情况在内的插入形状的坐标信息。如后所述，弯曲控制部5在进行对弯曲部16弯曲驱动的控制的情况下，特别利用插入部11的前端侧屈曲状态下的（作为插入形状的坐标信息的）屈曲坐标的信息。

另外，如图2所示，在前端部15内安装有源线圈41，源线圈位置计算电路46根据安装在前端部15上的多个源线圈41的位置，除了计算前端部15的位置以外，还计算前端部15的周方向中的上下、左右等方向中的特定方向。在前端部15内，多个源线圈41以偏离直线的配置关系配置，使得能够检测前端部15的周方向。

通过前端部15内的多个源线圈41的配置，除了能够检测前端部15的位置和长度方向（也称为前端部方向）以外，还能够检测前端部15的绕轴的基准方位。

在该前端部15内在固定状态下配置有CCD33，还能够检测其摄像面的上方向（这与从弯曲的下方向朝向上方向的钟表的12点方向一致）。即，源线圈位置计算电路46具有检测前端部15的位置及其基准方位的位置/方位检测部46a的功能。另外，位置/方位检测部46a具有检测弯曲部16的基准方位的方位检测单元的功能。

而且，源线圈位置计算电路46对弯曲控制部5输出前端部15的位置和基准方位的信息。

弯曲控制部5例如由CPU5a构成，CPU5a利用所输入的前端部15的位置和基准方位的信息，进行对弯曲部16弯曲驱动的控制。

并且，本实施方式的弯曲控制部5判定体腔内的前端部15的位置是否到达规定区域。为了进行该判定，弯曲控制部5根据从前端部15被放置在体腔内的插入口位置的位置到被插入体腔内部的前端部15的位置的插入形状，检测插入长度。

例如，通过预先存储前端部15被放置在肛门位置时的配置在前端部15内部的源线圈41的位置，能够检测前端部15被插入大肠内部的插入长度。

并且，在本实施方式中，为了顺畅地插入到作为管状体腔内的大肠内的横行结肠的深部侧，作为弯曲控制单元的弯曲控制部5估计适于进行撩起的平面（后述的屈曲平面），进行对弯曲部16弯曲驱动的控制。

更具体而言，构成弯曲控制部5的CPU5a具有屈曲平面估计部5b的功能，该屈曲平面估计部5b估计（生成）经由脾弯曲而插入挠曲的横行结肠内的插入部11中的弯曲部16或挠性管部17部分屈曲的平面，作为屈曲平面。并且，CPU5a具有假想平面设定部5c的功能，该假想平面设定部5c在前端部15的位置临时设定将该前端部15的前端部方向作为法线方向的假想平面，以便沿着上述屈曲平面（更广义地讲为与屈曲平面平行的平面）决定使弯曲部16弯曲的弯曲方向。

并且，CPU5a具有角度计算部5d的功能，该角度计算部5d进行如下处理：如后所述求出上述屈曲平面与该假想平面的交叉线，并且将前端部15或弯曲部16的特定弯曲方向作为基准方位，计算该基准方位与交叉线所成的角度。而且，CPU5a具有弯曲驱动方向决定部5e的功能，该弯曲驱动方向决定部5e将沿着该交叉线的方向决定为弯曲驱动方向。

接着，参照图3的流程图说明本实施方式的作用。

当接通图1所示的内窥镜装置1的电源后，内窥镜装置1的各部动作。如图3的步骤S1所示，手术操作者将内窥镜2的插入部11的前端侧从肛门插入作为进行内窥镜检查的检查对象的大肠内。

当开始向大肠内部插入后，如步骤S2所示，弯曲控制部5的CPU5a取得基于插入形状检测装置8的插入部11的插入形状的信息。并且，在接着的步骤S3中，CPU5a取得弯曲部16的弯曲坐标的信息。

并且，在接着的步骤S4中，CPU5a取得基于暗部检测电路37a的来自内窥镜图像的暗部的信息。然后，如步骤S5所示，将暗部的位置作为插入目标方向，将插入部11的前端侧插入大肠的深部侧。

并且，如步骤S6所示，CPU5a监视插入长度，判定前端部15是否通过作为规定区域的脾弯曲而到达横行结肠内。该情况下，大肠中的脾弯曲的部位急剧屈曲，所以不仅是插入长度，CPU5a还可以监视弯曲部16的弯曲角度的信息，利用有无规定角度以上的弯曲的信息，判定是否到达规定区域。

CPU5a在判定为未到达规定区域的情况下，返回步骤S2的处理，重复进行步骤S2～S6的处理。

另一方面，在前端部15通过脾弯曲而到达横行结肠内的情况下（即，成为插入部11的前端侧在脾弯曲处屈曲的状态的情况下），CPU5a进行步骤S7的弯曲驱动方向决定处理，在接着的步骤S8中，决定所决定的弯曲驱动方向中的弯曲驱动目标位置，进行对弯曲部16弯曲驱动的控制。即，在插入部11的前端侧到达规定区域的情况下，CPU5a通过在后述的图4和图6中说明的弯曲驱动控制方法，进行对弯曲部16弯曲驱动的控制。

在接着的步骤S9中，在将弯曲部16弯曲驱动到弯曲驱动目标位置的状态下，将前端部侧插入横行结肠的深部侧。

然后，前端部15经由肝弯曲而被插入到上行结肠或盲肠附近，结束插入该插入部11的技法。然后，手术操作者例如一般拔出插入部11一边进行内窥镜检查。

图4示出步骤S7的弯曲驱动方向决定处理的顺序。根据以下说明可知，实质的弯曲驱动方向决定处理是由图4中的框F包围的步骤S16-S18。而且，步骤S16-S18是对弯曲部16进行弯曲驱动的驱动控制方法的主要处理顺序。

当弯曲驱动方向决定处理开始后，在最初的步骤S11中，CPU5a取得基于插入形状检测装置8的插入部11的插入形状的信息。并且，在接着的步骤S12中，CPU5a取得弯曲部16的弯曲坐标的信息。

另外，步骤S11和S12是与图3的步骤S2和S3相同的处理，在插入部11的前端侧的状态不变化或者变化量较小的情况下，也可以沿用步骤S2和S3的信息。

在接着的步骤S13中，CPU5a判定是否是自动弯曲模式。在不是自动弯曲模式（即，是手动弯曲模式）的情况下，在步骤S14中，CPU5a针对操纵杆18的弯曲指示，经由编码器59a、59b取得与该弯曲指示对应的信息。

然后，在接着的步骤S15中，CPU5a依据操纵杆18的弯曲指示来决定弯曲驱动方向，进入步骤S19的处理。

另一方面，在步骤S13中判定结果为选择了自动弯曲模式的情况下，进入构成作为自动弯曲驱动处理的一个形式的实质弯曲驱动方向决定处理的步骤S16的处理，在该步骤S16中，CPU5a进行屈曲平面的估计（生成）处理。

如后所述，在估计出该屈曲平面后，在接着的步骤S17中，CPU5a进行假想平面的生成（设定）处理。进而，在接着的步骤S18中，CPU5a进行基于屈曲平面与假想平面的交叉线的弯曲驱动方向的决定处理，进入接着的步骤S19的弯曲驱动目标位置的决定处理。

接着，参照图5和图6说明上述弯曲驱动方向决定处理中的估计屈曲平面等的详细处理顺序。图5示出内窥镜2的插入部11的前端侧经由作为规定区域的大肠61中的脾弯曲62而被插入到横行结肠63侧的状态。

这样，在插入部11的前端侧被插入规定区域内的状态下，如图6的步骤S21所示，弯曲控制部5的CPU5a确定（插入部11的前端侧的弯曲部16或挠性管部17的）插入形状部分的位置信息中的曲率半径最小的位置P3。

如图5所示，插入部11的屈曲角度在（急剧屈曲的）脾弯曲62的部分中最大，所以通过确定曲率半径最小的位置P3，能够确定脾弯曲62内侧的屈曲的插入部11中的基准位置。

在接着的步骤S22中，CPU5a将屈曲的插入部11的插入形状部分中的曲率半径最小的位置P3作为基准位置，取得在该位置P3的前后（即，关于插入部11的长度方向的前后）以适当间隔相邻的2个点的位置P1、P2和P4、P5的坐标，取得合计5个点的坐标。另外，图5的O表示坐标系的原点。

该情况下，也可以利用在插入部11的长度方向上以规定间隔配置的源线圈41的坐标。另外，5个点是一个代表例，不限于该数量。

在接着的步骤S23中，CPU5a对所取得的5个点的位置P1～P5的坐标实施主成分分析（PCA），估计（导出）与5个点的坐标分布对应的作为相互正交的坐标轴的第1主成分方向Pc1、第2主成分方向Pc2、第3主成分方向Pc3。

该情况下，第1主成分方向Pc1为插入部11上的5个点的坐标数据的分散情况（方差）最大的方向，第2主成分方向Pc2为与该第1主成分方向Pc1正交且方差次大的方向。而且，第3主成分方向Pc3为与第1主成分方向Pc1和第2主成分方向Pc2（包含第1主成分方向Pc1和第2主成分方向Pc2的平面）正交的方向。

图7A示出估计出的第1主成分方向Pc1和第2主成分方向Pc2，包含该第1主成分方向Pc1和第2主成分方向Pc2的平面为估计出的屈曲平面64。

并且，图7B示出估计出的第3主成分方向Pc3，该第3主成分方向Pc3为与插入部11的前端侧部分在脾弯曲62处屈曲的状态下的该屈曲的屈曲平面64垂直的法线方向。换言之，不是仅估计屈曲平面64，还估计与其垂直的法线方向，由此，能够估计精度更高的屈曲平面64。

因此，步骤S21～S23成为估计屈曲平面64的屈曲平面估计处理。

在接着的步骤S24中，CPU5a调查旋转方向（屈曲方向），该旋转方向是指从估计出的屈曲平面64中的插入部11的基端侧朝向前端侧沿着插入部11的屈曲形状进行追踪时的屈曲的插入部11在脾弯曲62处、（相对于与该屈曲平面64垂直的轴）向顺时针方向（右旋方向）或逆时针方向（左旋方向）的任意一个方向旋转（屈曲）。然后，CPU5a将该旋转方向的相反方向设定为弯曲驱动方向的目标方向。

作为该情况下的旋转方向或相反的旋转方向，通过2个矢量的外积的符号，区别右旋/左旋。具体而言，沿着插入部11的插入形状，通过以隔着脾弯曲62的方式设定在其基端侧的第1矢量与设定在前端侧的第2矢量的外积的符号，设为弯曲驱动方向的目标方向。通过矢量的外积处理，进行弯曲驱动方向的目标方向的设定（估计）。

当设图5的屈曲的插入形状的情况为左旋时，设其相反的右旋方向为弯曲驱动方向的目标方向。

在接着的步骤S25中，CPU5a进行图4的步骤S17的假想平面的设定。因此，CPU5a在前端部15的位置（在图5中为C0）设定将前端部方向（在图5中为矢量V）作为法线方向的假想平面65。

该情况下，将弯曲的上方向（与CCD33的摄像面的上方向一致，在图5中为矢量R）等基准方位设定为假想平面65的基准方向。换言之，使假想平面65中的基准方向与基准方位一致，或者对应为规定关系。

在接着的步骤S26中，CPU5a计算该假想平面65与（实施主成分分析而估计出的）屈曲平面64的交叉线L。

在图5的左侧示出与（弯曲部16或摄像面的）上下、左右方向对应的状态下的假想平面65中的交叉线L。

在接着的步骤S27中，CPU5a计算（估计）交叉线L与左右方向所成的角度θ，作为弯曲驱动方向。

在这样计算为弯曲驱动方向后的接着的步骤S28中，CPU5a从当前的弯曲位置起向角度θ的方向对弯曲部16进行弯曲驱动，由此，针对松弛状态下的横行结肠63，能够高精度地进行适当的撩起。然后结束图6的处理。

图8示出基于滑轮角的坐标系中的弯曲部16的当前的弯曲位置（弯曲驱动位置）W等。CPU5a借助马达驱动部56对电动马达55a、55b进行驱动控制，电动马达55a、55b从当前的弯曲位置W起向上述角度θ的方向对弯曲部16进行弯曲驱动，通过前端部15侧进行撩起。

通过前端部15侧使上述松弛状态下的横行结肠63撩起，由此，能够将横行结肠63设定为近似直线的状态，手术操作者容易顺畅地将插入部11插入。

根据具有这种作用的本实施方式，利用插入部11的前端侧经由脾弯曲62在横行结肠63侧屈曲并插入松弛状态下的横行结肠63的屈曲形状的信息，能够高精度地估计记载该屈曲形状的屈曲平面64。

而且，在估计出的该屈曲平面64上向屈曲方向的相反方向对弯曲部16进行弯曲驱动，能够高精度地进行将横行结肠63设定为近似直线的状态的撩起，容易顺畅地将插入部11插入。

另外，不限于在屈曲平面64上对弯曲部16进行弯曲驱动的情况，也可以沿着与屈曲平面64平行的平面对弯曲部16进行弯曲驱动。

并且，本实施方式不限于在将插入部11的前端侧从脾弯曲62插入到横行结肠63侧时进行撩起的情况，也可以应用于插入到其他部位的情况。并且，本实施方式中的估计屈曲平面64的方法等能够广泛应用于将插入部11插入到屈曲的管状体腔内的情况。

（第2实施方式）

接着，说明本发明的第2实施方式。在第1实施方式中，在内窥镜2的插入部11中，在前端部15的后端设有一个弯曲部16。

与此相对，本实施方式的内窥镜2B是如下的2级弯曲内窥镜：其插入部11设置有相当于第1实施方式中的弯曲部16的第1弯曲部16A，在该第1弯曲部16A的后端还设置有第2弯曲部16B。

图9示出第2实施方式的弯曲控制装置40B周边部的结构。

第1弯曲部16A和第2弯曲部16B经由用于分别对第1弯曲部16A和第2弯曲部16B进行弯曲驱动的角度线53A（53A代表图2所示的53u、53d、53l、53r）、53B（53B采用与53A相同的结构）而分别与第1弯曲驱动机构50A、第2弯曲驱动机构50B连接。

并且，第1弯曲驱动机构50A、第2弯曲驱动机构50B分别与由CPU5a构成的弯曲控制部5连接，CPU5a控制第1弯曲驱动机构50A、第2弯曲驱动机构50B的动作。

在第1弯曲驱动机构50A、第2弯曲驱动机构50B中分别设有操纵杆18a、18b。另外，在本实施方式中，操纵杆18b不是必不可少的。

并且，在弯曲控制部5上连接有插入模式选择开关19。

另外，第1弯曲部16A中的上下、左右的弯曲方向与第2弯曲部16B中的上下、左右的弯曲方向稍微错开安装，以避免在插入部11内贯穿插入的两个角度线53A、53B产生干扰。

并且，由于因与肠管壁面接触而产生的外力，第1弯曲部16A和第2弯曲部16B被动弯曲（屈曲），所以有时根据与第1弯曲部16A的弯曲角对应的滑轮的旋转角和与第2弯曲部16B的弯曲角对应的滑轮的旋转角而检测到的弯曲驱动方向与实际的弯曲驱动方向错开。

在本实施方式中，具有如下功能：对第2弯曲部16B的弯曲驱动进行控制，使其从属于第1弯曲部16A的弯曲驱动的控制状态。

换言之，在本实施方式中，具有如下功能：进行根据第1弯曲部16A的弯曲驱动方向决定针对第2弯曲部16B的弯曲驱动方向的弯曲驱动控制。

因此，例如，CPU5a具有设定部71的功能，该设定部71将第1弯曲部16A的可弯曲驱动范围中的该第1弯曲部16A弯曲驱动范围设定为第1弯曲驱动范围。

手术操作者通过操作其设定开关71a，设定部71将第1弯曲驱动范围设定为所指示的值。

然后，在该第1弯曲部16A到达该第1弯曲驱动范围的边界（简记为弯曲边界）的情况下，弯曲控制部5进行控制，以便对第2弯曲部16B进行弯曲驱动。

图10示出被设定为第1弯曲部16A的可弯曲驱动范围的弯曲边界72以及第1弯曲部16A中的当前的弯曲位置到达弯曲边界72的状况。另外，弯曲边界72内侧的斜线所示的区域为设定部71所设定的第1弯曲驱动范围73。

作为本实施方式中的弯曲控制部5对第2弯曲部16B进行弯曲驱动的弯曲驱动方向，与第1实施方式同样，与第1弯曲部16A所构成的平面平行地移动，或者在与第1弯曲部16A的弯曲驱动方向相同的方向上移动（该情况下，如上所述稍微错开）。

其他结构与第1实施方式大致相同。

图11示出本实施方式的自动弯曲模式下的弯曲驱动处理的顺序。当弯曲驱动处理开始后，在最初的步骤S31中，与第1实施方式同样，CPU5a将针对第1弯曲部16A的弯曲驱动方向决定为第1弯曲驱动方向。

然后，CPU5a控制第1弯曲驱动机构50A，第1弯曲驱动机构50A在第1弯曲驱动方向上对第1弯曲部16A进行弯曲驱动。

在接着的步骤S32中，CPU5a监视第1弯曲部16A进行弯曲驱动的弯曲驱动范围，判定该弯曲驱动范围是否在第1弯曲驱动范围73以外、即是否超出弯曲边界72。

在符合该判定结果的情况下，在接着的步骤S33中，CPU5a在弯曲边界72保持第1弯曲部16A，将针对第2弯曲部16B的弯曲驱动方向决定为第2弯曲驱动方向。

然后，CPU5a控制第2弯曲驱动机构50B，第2弯曲驱动机构50B在第2弯曲驱动方向上对第2弯曲部16B进行弯曲驱动。然后结束图11的处理。并且，在不符合步骤S32的判定结果的情况下，也结束图11的处理。

图12示出将本实施方式的内窥镜2B的插入部11插入大肠61内部时的动作说明图。另外，从脾弯曲62向横行结肠63侧插入时的动作与第1实施方式大致相同，所以对与第1实施方式时的脾弯曲62周边部不同的部位进行说明。

图12（A）的状态示出将第1弯曲部16A从直肠附近插入S状结肠67侧的状况，示出在第1弯曲驱动方向上对第1弯曲部16A进行弯曲驱动使其到达第1弯曲驱动范围73的弯曲边界72的状态。

然后，在CPU5a决定了超出该弯曲边界72的第1弯曲驱动方向的情况下，在使第1弯曲部16A保持该弯曲边界72的弯曲驱动状态的状态下，对第2弯曲部16B进行弯曲驱动。

该情况下，插入部11的前端侧如图12（B）所示，容易顺畅地插入。另外，如本实施方式那样，如果不限制第1弯曲部16A的弯曲驱动范围，则如图12（C）所示，第1弯曲部16A的弯曲角（以较小的曲率半径）过大屈曲，有时难以顺畅地插入。而且，本实施方式能够消除这种情况。

其他作用效果与第1实施方式相同。这样，除了第1实施方式的效果以外，本实施方式还能够消除第1弯曲部16A过度弯曲而难以插入的情况。

（第3实施方式）

接着，说明本发明的第3实施方式。图13示出本实施方式的弯曲控制装置40C的结构。该弯曲控制装置40C构成为，在图9所示的第2实施方式的弯曲控制装置40B中还设置有弯曲起动开关74。而且，去除设定部71和设定开关71a。

在第2实施方式中，弯曲控制部5进行如下控制：在第1弯曲部16A超出弯曲边界72的情况下，在将第1弯曲部16A保持在弯曲边界72的状态下，对第2弯曲部16B进行弯曲驱动。

在本实施方式中，仅在弯曲起动开关74被接通的期间内，弯曲控制部5进行在针对第1弯曲部16A的第1弯曲驱动方向上对第2弯曲部16B进行弯曲驱动的控制。

另外，也可以代替弯曲起动开关74而构成为根据能够以模拟量指示输入的操作杆等的操作，调整针对第2弯曲部16B的弯曲驱动量。

接着，参照图14说明本实施方式的自动弯曲模式下的弯曲驱动处理。

当弯曲驱动处理开始后，在最初的步骤S41中，与第1实施方式同样，CPU5a将针对第1弯曲部16A的弯曲驱动方向决定为第1弯曲驱动方向。

然后，CPU5a控制第1弯曲驱动机构50A，第1弯曲驱动机构50A在第1弯曲驱动方向上对第1弯曲部16A进行弯曲驱动。

在接着的步骤S42中，CPU5a判定弯曲起动开关是否被接通。在弯曲起动开关被接通的情况下，在接着的步骤S43中，CPU5a使第1弯曲部16A保持弯曲起动开关被接通之前的弯曲驱动状态，将自此开始的针对第1弯曲部16A的弯曲驱动方向决定为针对第2弯曲部16B的第2弯曲驱动方向。

然后，CPU5a控制第2弯曲驱动机构50B，第2弯曲驱动机构50B在第2弯曲驱动方向上对第2弯曲部16B进行弯曲驱动。然后结束图14的处理。并且，在不符合步骤S42的判定结果的情况下，也结束图14的处理。

本实施方式具有与第2实施方式类似的效果。在本实施方式中，在手术操作者对第1弯曲部16A进行了弯曲驱动的情况下，在仅该第1弯曲部16A弯曲时的曲率半径过小的情况下，接通弯曲起动开关，由此，能够以曲率半径不会过小的方式进行弯曲驱动。除此之外，具有与第1实施方式相同的效果。

另外，作为本实施方式的第1变形例，也可以构成为具有第2实施方式和第3实施方式的功能。例如，在图13的结构中，设置设定部71和设定开关71a，并且设置用于选择（切换）第2实施方式和第3实施方式的功能的选择开关即可。

该情况下，具有第2实施方式和第3实施方式的作用效果。

并且，作为第2变形例，也可以在弯曲起动开关74被接通的情况下，在维持前端部15的前端部方向的状态下，从第1弯曲部16A的弯曲驱动状态迁移到第2弯曲部16B的弯曲驱动状态。

该情况下，弯曲控制部5的CPU5a进行如下控制：为了维持前端部15的前端部方向，使第1弯曲部16A返回中立位置（没有弯曲的位置），同时使第2弯曲部16B（在可弯曲的最大角度的范围内）弯曲。

图15示出第2变形例的动作说明图。图15（A）示出弯曲起动开关74被接通时的弯曲状态。在该状态下，仅对第1弯曲部16A进行弯曲驱动。在图15（A）中，前端部15的前端部方向例如为右方向。

弯曲控制部5的CPU5a经过图15（B）所示的中途阶段而成为图15（C）所示的弯曲状态，结束该第2变形例的动作。根据本变形例，能够在维持前端部15的前端部方向的状态下变更弯曲部16A、16B的弯曲状态。

（第4实施方式）

接着，说明本发明的第4实施方式。图16示出本实施方式的弯曲控制装置40D的结构。

该弯曲控制装置40D在图13的结构中还具有调整部75，该调整部75调整（设定）同时对第1弯曲部16A和第2弯曲部16B进行弯曲驱动时的驱动比率。另外，调整部75由CPU5a的处理功能实现。并且，能够通过开关75a的选择操作来选择驱动比率。

在本实施方式中，在弯曲起动开关74断开的情况下，进行与第3实施方式相同的动作。另一方面，在弯曲起动开关74接通的情况下，由CPU5a实现的调整部75按照由开关75a选择的驱动比率同时对第1弯曲部16A和第2弯曲部16B进行弯曲驱动。

另外，基于开关75a的驱动比率被设定为默认值为1的驱动比率。

手术操作者能够通过调整部75调整对第1弯曲部16A和第2弯曲部16B进行弯曲驱动时的驱动比率的指示值。

图17示出本实施方式的弯曲控制部5的CPU5a的控制内容的说明图。

图17示出针对第1弯曲部16A和第2弯曲部16B的当前的第1弯曲位置W1和当前的第2弯曲位置W2。在该状态下，当弯曲起动开关74被接通时，CPU5a将连接当前的第1弯曲位置W1和当前的第2弯曲位置W2的线上的例如中央位置，决定为作为目标弯曲位置的目标第1弯曲位置Wt1和目标第2弯曲位置Wt2。另外，这里说明将驱动比率设为1的情况。

然后，CPU5a进行分别在目标第1弯曲位置Wt1和目标第2弯曲位置Wt2对第1弯曲部16A和第2弯曲部16B进行弯曲驱动的控制。另外，当通过开关75a变更驱动比率时，能够变更目标第1弯曲位置Wt1和目标第2弯曲位置Wt2。

对第1弯曲部16A和第2弯曲部16B的弯曲形状进行说明时，如图18（A）和图18（B）所示。

例如如图18（A）所示，在仅对第1弯曲部16A进行弯曲驱动的情况下，有时过度地对第1弯曲部16A进行弯曲驱动。在该状态下，难以插入S状结肠67的深部侧。

在这种情况下，通过接通弯曲起动开关74，如成为作为相同目标弯曲位置的弯曲半径（屈曲半径）的图18（B）所示，能够对第1弯曲部16A和第2弯曲部16B进行弯曲驱动。

当设定为图18（B）所示的状态时，成为容易插入S状结肠67的深部侧的状态。

这样，根据本实施方式，能够同时对第1弯曲部16A和第2弯曲部16B进行弯曲驱动，能够可变地设定此时的驱动比率，所以与日本特开2006-116289号公报中仅对第1弯曲部16A进行弯曲驱动的情况相比，能够进行适于插入部位的弯曲驱动。

并且，对上述实施方式进行部分组合等而构成的实施方式等也属于本发明。

本申请以2009年9月30日在日本申请的日本特愿2009-228025号为优先权主张的基础进行申请，上述公开内容被引用到本申请说明书、权利要求书、附图中。

Claims (10)

1.一种内窥镜装置，其特征在于，该内窥镜装置具有：

插入部，其在前端侧设有弯曲自如的弯曲部；

弯曲驱动部，其以电气方式对所述弯曲部进行弯曲驱动；

插入形状检测部，其检测所述插入部的前端侧的插入形状；以及

弯曲控制部，其根据所述插入形状检测部所检测的所述插入部的前端侧的屈曲信息，估计包含被插入到屈曲的管状体腔内的状态下的所述插入部的前端侧在内的屈曲的屈曲平面，利用估计出的屈曲平面的信息，进行对所述弯曲部进行弯曲驱动的控制，

所述弯曲控制部利用所述屈曲平面的信息，进行以沿着所述屈曲平面的方式对所述弯曲部进行弯曲驱动的控制。

2.根据权利要求1所述的内窥镜装置，其特征在于，

该内窥镜装置还具有方位检测部，该方位检测部检测所述弯曲部的规定弯曲方向作为基准方位，其中，将所述弯曲部弯曲的上、下、左或右方向作为所述规定弯曲方向，

所述弯曲控制部根据估计出的所述屈曲平面的信息和所述基准方位的信息，进行以沿着所述屈曲平面的方式对所述弯曲部进行弯曲驱动的控制。

3.根据权利要求2所述的内窥镜装置，其特征在于，

所述弯曲控制部还在所述插入部的前端附近设定以所述插入部的轴方向作为法线方向的假想平面，计算该假想平面与所述屈曲平面的交叉线，并且计算该交叉线与所述基准方位所成的角度。

4.根据权利要求3所述的内窥镜装置，其特征在于，

所述弯曲控制部将从所述弯曲部的当前的弯曲位置起的所述角度的方向决定为对所述弯曲部进行弯曲驱动的弯曲驱动方向，进行在所述角度的方向上对所述弯曲部进行弯曲驱动的控制。

5.根据权利要求4所述的内窥镜装置，其特征在于，

所述弯曲控制部在所述屈曲平面中的所述插入部的前端侧屈曲的屈曲方向的相反方向上，对所述弯曲部进行弯曲驱动。

6.根据权利要求1所述的内窥镜装置，其特征在于，

所述弯曲控制部对包含所述屈曲平面的所述插入部的前端侧中沿着该插入部的长度方向取得的多个坐标实施主成分分析，估计所述屈曲平面。

7.根据权利要求2所述的内窥镜装置，其特征在于，

所述弯曲控制部对包含所述屈曲平面的所述插入部的前端侧中沿着该插入部的长度方向取得的多个坐标实施主成分分析，估计所述屈曲平面。

8.根据权利要求7所述的内窥镜装置，其特征在于，

所述弯曲控制部在所述屈曲平面中的所述插入部的前端侧屈曲的屈曲方向的相反方向上，对所述弯曲部进行弯曲驱动。

9.根据权利要求6所述的内窥镜装置，其特征在于，

在所述插入部的前端侧，在所述弯曲部的基端设有第2弯曲部。

10.根据权利要求9所述的内窥镜装置，其特征在于，

所述弯曲控制部进行如下控制：以追随所述弯曲部的弯曲驱动的控制状态的方式对所述第2弯曲部进行弯曲驱动。