JP2008173395A - Endoscope system and method of detecting shape of insertion part of endoscope used therein - Google Patents

Endoscope system and method of detecting shape of insertion part of endoscope used therein Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive endoscope system having excellent assembling property, detecting the three-dimensional shape of an insertion part by obtaining the information on the distortion from Fiber Bragg Grating without using an optical coupler and capable of being miniaturized; and a method of detecting the shape of the insertion part of the endoscope used therein. <P>SOLUTION: The endoscope system 1 comprises the insertion part 5 to be inserted into the space to be examined; an optical fiber 12 inserted into the insertion part 5 to constitute an FBG sensor λ in which a plurality of Bragg grating parts 42 are formed; a light source device 23 for introducing incident light into one end of the optical fiber 12; a detection part 26 for receiving the incident light transmitted inside the optical fiber 12, transmitting the Bragg grating parts 42 and emitted from the other end of the optical fiber 12 as transmitted light; and a control device 3 for computing the Bragg wavelength defect information and the quantity of deviation of the Bragg wavelength in the transmitted light and detecting the quantity of distortion of the optical fiber 12. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、内視鏡の挿入部を体腔内又は検査対象物内に挿入した状態で、その曲がり形状を検出して、挿入部の三次元的な立体形状を表示部に表示させることのできる内視鏡システム及びそれに用いられる内視鏡挿入部形状検出方法に関する。   The present invention, for example, detects the bending shape in a state where the insertion portion of the endoscope is inserted into the body cavity or the inspection object, and displays the three-dimensional shape of the insertion portion on the display portion. The present invention relates to an endoscope system that can be used and an endoscope insertion portion shape detection method used therefor.

従来より、医療用具として内視鏡は、幅広く利用されている。内視鏡は、細長の挿入部を体腔内に挿入することにより、体腔内臓器などを観察したり、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種治療処置ができる。また、工業分野においても、内視鏡は、細長の挿入部を挿入することにより、ボイラ、タービン、エンジン、化学プラント等の内部の傷や腐蝕などを観察したり検査することができる。   Conventionally, endoscopes have been widely used as medical tools. The endoscope can perform various therapeutic treatments by observing organs in the body cavity by inserting an elongated insertion portion into the body cavity or using a treatment tool inserted into the treatment tool channel as necessary. Also in the industrial field, endoscopes can observe and inspect internal scratches and corrosion of boilers, turbines, engines, chemical plants, etc. by inserting elongated insertion portions.

このような内視鏡は、挿入部の先端側に湾曲自在な湾曲部を備えている。内視鏡は、湾曲操作ノブが操作されることにより湾曲部が上下または左右方向に湾曲動作される。そして、内視鏡は、入り組んだ体腔内管路、例えば大腸などのように360°のループを描く管腔に挿入される際、湾曲操作ノブの操作により湾曲部が湾曲動作されると共に、捻り操作が行われて挿入部が観察目的部位に向けて挿入されていく。   Such an endoscope includes a bendable bending portion on the distal end side of the insertion portion. In the endoscope, the bending portion is bent up and down or left and right by operating the bending operation knob. When the endoscope is inserted into a complicated body cavity duct, for example, a lumen that draws a loop of 360 °, such as the large intestine, the bending portion is bent by the operation of the bending operation knob and twisted. The operation is performed, and the insertion portion is inserted toward the observation target site.

しかしながら、内視鏡操作は、複雑に入り組んだ大腸内の深部まで挿入部を短時間でスムーズに挿入することができるようになるまでに熟練を要する。経験の浅い術者においては、挿入部を大腸内の深部まで挿入していく際に、挿入方向を見失うことによって手間取ったり、腸の走行状態を大きく変化させてしまったりする虞れがあった。   However, the endoscope operation requires skill until it becomes possible to smoothly insert the insertion portion in a short time up to the complicated deep part of the large intestine. For an inexperienced operator, when inserting the insertion portion deep into the large intestine, there is a risk of losing sight of the insertion direction, or drastically changing the running state of the intestine.

このため、従来から、挿入部の挿入性を向上させるための提案が各種なされている。例えば、特許文献1には、挿入部の体腔内への挿入状態での形状を立体的に把握できるようにした装置が開示されている。   For this reason, various proposals have conventionally been made to improve the insertability of the insertion portion. For example, Patent Document 1 discloses a device that can three-dimensionally grasp the shape of the insertion portion when inserted into a body cavity.

この特許文献1に記載の装置では、2本の光ファイバを対として、これら2本の光ファイバの端面を斜めに切断して、相互に所定の開き角となるように接続したものを用い、この光ファイバ端面の開き角を演算することによっても曲がり状態を検出するように構成している。   In the apparatus described in Patent Document 1, two optical fibers are used as a pair, end faces of these two optical fibers are cut obliquely, and connected so as to have a predetermined opening angle with each other. The bending state is also detected by calculating the opening angle of the end face of the optical fiber.

ところが、特許文献1に記載の装置では、接合した光ファイバ対を用いる場合、挿入部において、ある一カ所の断面位置での曲がりを検出するために、4本の光ファイバが必要となり、長さ方向に接合部の位置を違えてそれぞれ4本の光ファイバ対を配置しなければならない。したがって、挿入部の長さ方向における距離分解機能を高くしようとすると、つまり、検出カ所の断面位置多くする場合には、極めて多数の光ファイバ対を設けなければならなくなる。   However, in the apparatus described in Patent Document 1, when a pair of bonded optical fibers is used, four optical fibers are required to detect bending at a certain cross-sectional position in the insertion portion, and the length is long. Four pairs of optical fibers must be arranged in each direction with different positions of the joints. Therefore, if it is intended to increase the distance resolution function in the length direction of the insertion portion, that is, when the cross-sectional position of the detection location is increased, a very large number of optical fiber pairs must be provided.

そこで、このような問題点に鑑み、簡単且つコンパクトな構成で、長尺可撓部材の三次元形状を検出できるようにした長尺可撓部材の三次元形状検出装置が特許文献2によって開示されている。   Therefore, in view of such problems, Patent Document 2 discloses a three-dimensional shape detection device for a long flexible member that can detect the three-dimensional shape of the long flexible member with a simple and compact configuration. ing.

この特許文献2に記載の三次元検出装置では、2本のファイバブラッググレーティングを対として、このファイバブラッググレーティング対を2組、センサケーブルに設け、光源部によってセンサケーブルのファイバブラッググレーティングに信号光を出射した場合に、信号処理部によって、各ファイバブラッググレーティングからの反射回析光を受光して、この反射回析光の波長と基準となる反射回析光の波長とを比較して、ファイバブラッググレーティングの歪み測定することによって、長尺可撓部材の三次元的な形状を検出するようにしている。   In the three-dimensional detection apparatus described in Patent Document 2, two pairs of fiber Bragg gratings are provided on a sensor cable, and signal light is transmitted to the fiber Bragg grating of the sensor cable by a light source unit. When emitted, the signal processing unit receives the reflected diffraction light from each fiber Bragg grating, and compares the wavelength of this reflected diffraction light with the wavelength of the reference reflected diffraction light to determine the fiber Bragg wavelength. By measuring the distortion of the grating, the three-dimensional shape of the long flexible member is detected.

また、光ファイバにファイバブラッググレーティングを備えた関連技術しては、例えば、特許文献3に示すように、少なくとも1つのファイバブラッググレーティングを光ファイバに設け、この光ファイバをカテーテルに挿入して、ファイバブラッググレーティングの物理的性質の変化から、カテーテルの曲げ角度を導出するようにした光ファイバ・ナビゲーションシステムに関する技術が開示されている。
特開平5−91972号公報 特開2004−251779号公報 特表2003−515104号公報
Further, as a related technique in which a fiber Bragg grating is provided in an optical fiber, for example, as shown in Patent Document 3, at least one fiber Bragg grating is provided in an optical fiber, the optical fiber is inserted into a catheter, and the fiber A technique related to an optical fiber navigation system in which a bending angle of a catheter is derived from a change in physical properties of the Bragg grating is disclosed.
JP-A-5-91972 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-251779 Special table 2003-515104 gazette

しかしながら、前記従来の特許文献2に記載の三次元装置では、ファイバブラッググレーティングを用いて長尺可撓部材である挿入部の湾曲形状などの三次元的形状を検出するための手段を備えているが、前記ファイバブラッググレーティングの反射光を検出するためには、光源部からの入射光と反射光を分離するためのビームスプリッタ等の光カプラーや分光器が必要となってしまう。   However, the conventional three-dimensional device described in Patent Document 2 includes means for detecting a three-dimensional shape such as a curved shape of an insertion portion which is a long flexible member using a fiber Bragg grating. However, in order to detect the reflected light of the fiber Bragg grating, an optical coupler such as a beam splitter or a spectroscope for separating the incident light from the light source unit and the reflected light is required.

このため、この光カプラーは高価であり、また、高精度な光学部材であるため、その位置出し調整等が難しい。したがって、このような高価な光カプラーや分光器を用いているので、装置全体のコストが高価になってしまい、また装置が大型化になったり、装置の組立性についても困難であるといった問題点があった。   For this reason, this optical coupler is expensive, and since it is a highly accurate optical member, its positioning adjustment is difficult. Therefore, since such an expensive optical coupler or spectroscope is used, the cost of the entire apparatus becomes high, the apparatus becomes large, and the assembly of the apparatus is difficult. was there.

また、前記特許文献3に記載のシステムでは、少なくとも1つのファイバブラッググレーティングを光ファイバに設けているが、この光ファイバはあくまでカテーテル内に設けられたもので、前記問題点を解消するための構成要素については何等開示も示唆もされていない。   Further, in the system described in Patent Document 3, at least one fiber Bragg grating is provided in the optical fiber. However, this optical fiber is provided in the catheter to the last, and a configuration for solving the above problems. There is no disclosure or suggestion about the elements.

そこで、本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、光カプラーを用いずにファイバブラッググレーティングからの歪み情報を得て、挿入部の立体形状を検出することのできる安価で且つ小型化が可能で組立性の優れた内視鏡システム及びそれに用いられる内視鏡挿入部形状検出方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to obtain distortion information from the fiber Bragg grating without using an optical coupler and to detect the three-dimensional shape of the insertion portion at a low cost and downsizing. It is an object of the present invention to provide an endoscope system capable of being assembled and excellent in assemblability and an endoscope insertion portion shape detection method used therefor.

本発明の内視鏡システムは、検査対象空間内に挿入される挿入部と、前記挿入部内に挿通され、複数のブラッグ格子部が形成されたファイバブラッググレーティングと、前記ファイバブラッググレーティングの一端に入射光を入射する光源部と、前記入射光が前記ファイバブラッググレーティング内で伝送されて前記ブラッグ格子部を透過し、前記ファイバブラッググレーティングの他端から透過光として出射され、その透過光を受光する検出部と、前記透過光におけるブラック波長欠陥情報及びそのブラック波長の偏移量を求め、前記ファイバブラッググレーティングの歪み量を検出する制御部と、を有している。   An endoscope system according to the present invention includes an insertion portion that is inserted into a space to be examined, a fiber Bragg grating that is inserted into the insertion portion and has a plurality of Bragg grating portions, and is incident on one end of the fiber Bragg grating A light source unit for entering light, and a detection for transmitting the incident light transmitted through the fiber Bragg grating, passing through the Bragg grating unit, being emitted as transmitted light from the other end of the fiber Bragg grating, and receiving the transmitted light And a control unit for obtaining black wavelength defect information in the transmitted light and a shift amount of the black wavelength, and detecting a distortion amount of the fiber Bragg grating.

また、本発明の内視鏡システムに用いられる内視鏡挿入部形状検出方法は、複数のブラッグ格子部を含み、検査対象空間内に挿入される挿入部内に挿通されたファイバブラッググレーティングの一端に、光源部によって入射光を入射する手順と、前記入射光が前記ファイバブラッググレーティング内で伝送されて前記ブラッグ格子部を透過し、前記ファイバブラッググレーティングの他端から透過光として出射され、その透過光を、検出部によって受光する手順と、前記透過光におけるブラック波長欠陥情報及びそのブラック波長の偏移量を求め、前記ファイバブラッググレーティングの歪み量を、制御部によって検出する手順と、を含んだことを特徴とする。   In addition, an endoscope insertion portion shape detection method used in the endoscope system of the present invention includes a plurality of Bragg grating portions and is attached to one end of a fiber Bragg grating inserted into an insertion portion that is inserted into a space to be inspected. The incident light is incident on the light source unit, and the incident light is transmitted through the fiber Bragg grating, passes through the Bragg grating unit, and is emitted as transmitted light from the other end of the fiber Bragg grating. And a procedure for detecting black wavelength defect information in the transmitted light and a deviation amount of the black wavelength, and detecting a distortion amount of the fiber Bragg grating by the control unit. It is characterized by.

本発明によれば、光カプラーを用いずにファイバブラッググレーティングからの歪み情報を得て、挿入部の立体形状を検出することのできる安価で且つ小型化が可能で組立性の優れた内視鏡システム及びそれに用いられる内視鏡挿入部形状検出方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to obtain distortion information from a fiber Bragg grating without using an optical coupler and detect a three-dimensional shape of an insertion portion. A system and an endoscope insertion portion shape detection method used therefor can be provided.

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施例)
図1から図9は本発明の内視鏡システムの一実施例に係り、図1は本実施例の内視鏡システム全体の構成を示すシステム構成図である。
(Example)
1 to 9 relate to an embodiment of an endoscope system of the present invention, and FIG. 1 is a system configuration diagram showing a configuration of the entire endoscope system of this embodiment.

図1に示すように、本実施例に係る内視鏡システム1は、挿入部5の先端部9内に撮像手段(例えばCCD18、図2参照))を備え、例えば操作部6内に挿入部5の湾曲部10を湾曲させるための駆動部(具体的にはモータ)14を備えた電子内視鏡(以下、単に内視鏡)2と、内視鏡2に着脱自在に接続され、この内視鏡2に入射光を供給する光源装置23、及び内視鏡2の撮像手段を制御すると共に、この撮像手段から得られた信号を処理して標準的な映像信号を出力する信号処理部とを備えた制御装置3と、制御装置3の信号処理部で信号処理して得られた映像信号に基づく内視鏡画像等の画像を表示するモニタ4と、を有している。
尚、制御装置3に、図示しないプリンタ、ビデオディスク、或いは画像記録装置等を電気的にそれぞれ接続可能なコネクタ部を設けても良い。
As shown in FIG. 1, the endoscope system 1 according to the present embodiment includes an imaging means (for example, CCD 18, see FIG. 2) in the distal end portion 9 of the insertion portion 5. 5 is an electronic endoscope (hereinafter simply referred to as an endoscope) 2 provided with a drive unit (specifically, a motor) 14 for bending the bending portion 10, and is detachably connected to the endoscope 2. A light source device 23 that supplies incident light to the endoscope 2 and a signal processing unit that controls an imaging unit of the endoscope 2 and processes a signal obtained from the imaging unit to output a standard video signal And a monitor 4 for displaying an image such as an endoscopic image based on a video signal obtained by signal processing by a signal processing unit of the control device 3.
The control device 3 may be provided with a connector portion that can electrically connect a printer, a video disk, an image recording device, or the like (not shown).

内視鏡2は、観察対象部位へ挿入する細長の挿入部5と、この挿入部5の基端部に連設され、ビデオスイッチや湾曲操作スイッチ等の操作ノブ13を有する操作部6と、この操作部6の側面より延設され、撮像手段に接続する信号ケーブルや後述する光ファイバ12等を内蔵したユニバーサルコード7と、このユニバーサルコード7の端部に設けられ、前記制御装置3に着脱自在に接続されるコネクタ部8と、を有している。   The endoscope 2 includes an elongated insertion portion 5 to be inserted into a site to be observed, an operation portion 6 which is connected to a proximal end portion of the insertion portion 5 and has an operation knob 13 such as a video switch or a bending operation switch, A universal cord 7 extending from the side surface of the operation unit 6 and incorporating a signal cable connected to the imaging means, an optical fiber 12 to be described later, and the like, and provided at the end of the universal cord 7, is attached to and detached from the control device 3. And a connector portion 8 that is freely connected.

挿入部5は、先端側に設けられた先端部9と、この先端部9の手元側に設けられた湾曲自在の湾曲部10と、この湾曲部10の手元側に設けられ、軟性の管状の部材より形成される長尺で可撓性を有する可撓管部11とが連設されることで構成されている。
また、挿入部5内には、後述するがファイバブラッググレーティングを構成する光ファイバ12が挿通されている。
The insertion portion 5 is provided with a distal end portion 9 provided on the distal end side, a bendable bending portion 10 provided on the proximal side of the distal end portion 9, and a proximal side of the bending portion 10. A long and flexible flexible tube portion 11 formed of a member is provided in series.
Moreover, although it mentions later, the optical fiber 12 which comprises a fiber Bragg grating is penetrated in the insertion part 5. As shown in FIG.

先端部9は、撮像手段として、例えばCCD(Charge Coupled Device)18 等のイメージセンサ、又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補性金属酸化膜半導体)等のイメージセンサを有している。   The distal end portion 9 has an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) 18 or an image sensor such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) as an imaging means.

また、先端部9は、CCD18を駆動するための回路基板等が組み込まれた撮像部、体腔内等の観察対象部位を照明するための照明光を照射する例えばLED18A、及びこのLED18AのLED駆動線39等を内蔵して構成されている。   Further, the tip 9 is an imaging unit in which a circuit board for driving the CCD 18 is incorporated, an LED 18A for irradiating illumination light for illuminating an observation target site such as a body cavity, and the LED drive line of the LED 18A. 39 etc. are built in.

湾曲部10は、操作部6の操作ノブ13の操作によって駆動部であるモータ14が駆動されることによって湾曲するようになっている。尚、湾曲部10の湾曲動作は、モータ14等の電動駆動手段を用いずに、手動操作によって湾曲させても良い。   The bending portion 10 is bent when the motor 14 as the driving portion is driven by the operation of the operation knob 13 of the operation portion 6. Note that the bending operation of the bending portion 10 may be bent by a manual operation without using the electric drive means such as the motor 14.

操作ノブ13は、例えばジョイスティック等で構成される。この操作ノブ13は、図示しない信号線を介して制御装置3内のコントローラ(図示せず)に電気的に接続され、この操作ノブ13を操作することによって湾曲部10を湾曲動作させるための操作信号を図示しないコントローラに出力する。そして、図示しないコントローラは、供給された操作信号に基づきモータ14を制御することで、湾曲部10が所望の方向へと湾曲するようになっている。   The operation knob 13 is composed of, for example, a joystick. The operation knob 13 is electrically connected to a controller (not shown) in the control device 3 via a signal line (not shown), and an operation for bending the bending portion 10 by operating the operation knob 13. The signal is output to a controller (not shown). A controller (not shown) controls the motor 14 based on the supplied operation signal, so that the bending portion 10 is bent in a desired direction.

内視鏡2のユニバーサルコード7のコネクタ部8は、制御装置3に設けられたコネクタ部16に着脱自在に接続される。
コネクタ部8は、CCD18に電気的に接続された駆動信号線21、22及びLED駆動線39(図2参照)を制御装置3と電気的に接続するためのコネクタ8aと、後述する、内視鏡2の挿入部5内及びユニバーサルコード7内に挿入される光ファイバ12を制御装置3と光学的に接続するための光コネクタ8bとを有している。
A connector portion 8 of the universal cord 7 of the endoscope 2 is detachably connected to a connector portion 16 provided in the control device 3.
The connector unit 8 includes a connector 8a for electrically connecting the drive signal lines 21 and 22 and the LED drive line 39 (see FIG. 2) electrically connected to the CCD 18 to the control device 3, and an internal view described later. An optical connector 8b for optically connecting the optical fiber 12 inserted into the insertion portion 5 of the mirror 2 and the universal cord 7 to the control device 3 is provided.

これに対して、制御装置3のコネクタ部16は、前記コネクタ8aと制御装置3内の対応する信号処理部とを電気的に接続するためのコネクタ16aと、前記光コネクタ8bと制御装置3内の後述する光源装置23及び検出部26とを光学的に接続するための光コネクタ16bとを有している。   In contrast, the connector unit 16 of the control device 3 includes a connector 16a for electrically connecting the connector 8a and a corresponding signal processing unit in the control device 3, and the optical connector 8b and the control device 3 in the control device 3. The optical connector 16b for optically connecting the light source device 23 and the detection unit 26 described later.

制御装置3の上部には、例えばLCD等のモニタ4が設けられている。このモニタ4は、例えば、CCD18により撮像されて制御装置3の信号処理部で信号処理して得られた映像信号(Video信号)に基づく内視鏡画像4Bと、後述する光ファイバ12のファイバブラッググレーティングより検出されて、制御装置3の信号処理部で信号処理して得られた形状CG信号に基づく挿入部5の湾曲形状画像4Cとを左右に合成して画面4Aに表示する。   A monitor 4 such as an LCD is provided above the control device 3. The monitor 4 includes, for example, an endoscopic image 4B based on a video signal (Video signal) captured by the CCD 18 and processed by a signal processing unit of the control device 3, and a fiber Bragg of an optical fiber 12 to be described later. The curved shape image 4C of the insertion unit 5 based on the shape CG signal detected by the grating and processed by the signal processing unit of the control device 3 is combined with the left and right and displayed on the screen 4A.

このことにより、術者は、内視鏡画像4Bを見ながら観察・処置を行うことができ、また、挿入部5の湾曲形状画像4Cを見ることにより、挿入部5の進退操作を円滑に行うことができる。尚、モニタ4は、手術中のあらゆるデータを選択的に表示することが可能である。   Accordingly, the surgeon can perform observation and treatment while viewing the endoscope image 4B, and smoothly perform the forward / backward operation of the insertion portion 5 by viewing the curved shape image 4C of the insertion portion 5. be able to. The monitor 4 can selectively display any data during the operation.

また、制御装置3の前面側の操作パネルには、例えば、電源ボタン、モニタスイッチ、光源装置23の電源ボタン等の操作スイッチ19が設けられている。   The operation panel 19 on the front side of the control device 3 is provided with operation switches 19 such as a power button, a monitor switch, and a power button of the light source device 23, for example.

次に、本実施例の内視鏡システム1の特徴となる主要部の構成について、図2から図8を参照しながら説明する。
図2は本実施例の内視鏡システムの主要部を含むシステム全体の電気的な構成を示すブロック図である。
図2に示すように、内視鏡2の挿入部5及びユニバーサルコード7内部には、複数のファイバブラッググレーティング(Fiber Bragg Gratingで、以降、FBGセンサと称す)λ1、λ2、λ3、…λn(nは整数) を配置した光ファイバ12が挿通されている。
Next, the configuration of the main part, which is a feature of the endoscope system 1 of the present embodiment, will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a block diagram showing the electrical configuration of the entire system including the main part of the endoscope system of the present embodiment.
As shown in FIG. 2, a plurality of fiber Bragg gratings (hereinafter referred to as FBG sensors) λ1, λ2, λ3,... Λn (inside the insertion portion 5 and the universal cord 7 of the endoscope 2) The optical fiber 12 in which n is an integer) is inserted.

また、内視鏡2の挿入部5及びユニバーサルコード7内部には、先端部9内のCCD18の入出力端子にそれぞれ接続されるドライブバッファ19A及び撮像信号バッファ20からの駆動信号線21、22と、先端部9内のLED18AからのLED駆動線39とが挿通されている。
尚、先端部9の先端面には、CCD18の撮像範囲をカバーするカバーレンズ17と、LED18AよりLED照明光を照射する照明レンズ18aとが設けられている。
Further, inside the insertion portion 5 and the universal cord 7 of the endoscope 2, drive signal lines 21 and 22 from the drive buffer 19 </ b> A and the imaging signal buffer 20 connected to the input / output terminals of the CCD 18 in the distal end portion 9, respectively. The LED drive line 39 from the LED 18A in the distal end portion 9 is inserted.
A cover lens 17 that covers the imaging range of the CCD 18 and an illumination lens 18a that emits LED illumination light from the LED 18A are provided on the distal end surface of the distal end portion 9.

光ファイバ12の各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnは、入射光の波長を変化させて前記入射光の反射光及び透過光を得るとともに、各特定波長に対応するブラッグ格子部42(図4参照)をそれぞれ有している。尚、この光ファイバ12の構成及びFBGセンサによる検出原理については後述する。   Each of the FBG sensors λ1, λ2, λ3,... Λn of the optical fiber 12 obtains reflected light and transmitted light of the incident light by changing the wavelength of the incident light, and also includes a Bragg grating portion 42 (see FIG. 4). The configuration of the optical fiber 12 and the detection principle by the FBG sensor will be described later.

光ファイバ12の手元側の入射端(具体的には光コネクタ8b)には、後述する制御装置3内の光源装置23により入射光40が入射されて、この光ファイバ12上に直線的に配置された各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnを透過する。   Incident light 40 is incident on an incident end (specifically, optical connector 8 b) of the optical fiber 12 by a light source device 23 in the control device 3 to be described later, and is linearly arranged on the optical fiber 12. Each of the FBG sensors λ1, λ2, λ3,.

各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnを透過した光は、透過光41として、光コネクタ8bを介して制御装置3内の検出部26に到達するようになっている。
例えば、挿入部5が湾曲したことにより歪みストレスが生じると、各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnは、その歪み量を透過光41の各波長欠落偏移に変換する特性を有している。そして、この波長欠落情報(ブラッグ波長欠落情報ともいう)を有する透過光41が制御装置3内の検出部26に供給され、この検出部26によって波長欠落情報が検出されるようになっている。
尚、制御部を構成する制御装置3の具体的な構成については、後述する。
The light transmitted through each of the FBG sensors λ1, λ2, λ3,... Λn reaches the detection unit 26 in the control device 3 through the optical connector 8b as transmitted light 41.
For example, when distortion stress occurs due to the bending of the insertion portion 5, each of the FBG sensors λ 1, λ 2, λ 3,... Λn has a characteristic of converting the amount of distortion into each wavelength missing shift of the transmitted light 41. Yes. Then, transmitted light 41 having this wavelength missing information (also referred to as Bragg wavelength missing information) is supplied to the detection unit 26 in the control device 3, and the wavelength missing information is detected by this detection unit 26.
In addition, the specific structure of the control apparatus 3 which comprises a control part is mentioned later.

ここで、光ファイバ12の具体的な構成、及び内視鏡挿入部形状検出方法を行うためのFBGセンサλによる検出原理について、図3から図8を参照しながら説明する。
図3は光ファイバを内部に挿通して配置された挿入部の構成を示す一部破断した斜視図、図4から図6は光ファイバとFBGセンサの構成及び原理を説明するもので、図4はFBGセンサを有する光ファイバの構成及び原理を説明するための説明図、図5は光ファイバに供給される入射光の光強度−波長特性を示すスペクトル分布グラフ、図6は光ファイバが出力する透過光の光強度−波長特性を示すスペクトル分布グラフ、図7及び図8は光ファイバの透過光のスペクトル偏移の状態と変化からの偏移量の判定を説明するもので、図7は透過光のスペクトル偏移を示す光強度−波長特性のスペクトル分布グラフ、図8は透過スペクトルの偏移量を検出し欠落波長を判定する方法を説明するための特性図、である。
Here, a specific configuration of the optical fiber 12 and a detection principle by the FBG sensor λ for performing the endoscope insertion portion shape detection method will be described with reference to FIGS. 3 to 8.
3 is a partially broken perspective view showing the configuration of the insertion portion disposed through the optical fiber, and FIGS. 4 to 6 illustrate the configuration and principle of the optical fiber and the FBG sensor. Is an explanatory diagram for explaining the configuration and principle of an optical fiber having an FBG sensor, FIG. 5 is a spectral distribution graph showing the light intensity-wavelength characteristics of incident light supplied to the optical fiber, and FIG. 6 is an output from the optical fiber. FIG. 7 and FIG. 8 explain the state of the spectral shift of the transmitted light through the optical fiber and the determination of the shift amount from the change. FIG. FIG. 8 is a characteristic diagram for explaining a method of determining a missing wavelength by detecting a shift amount of a transmission spectrum, and FIG. 8 is a spectrum distribution graph of light intensity-wavelength characteristics showing spectral shift of light.

図3に示すように、光ファイバ12は、1本の光ファイバ12が挿入部5の手元側から挿入部5の先端側で折り返して挿入部5の手元側まで挿入されている。   As shown in FIG. 3, the optical fiber 12 is inserted from the proximal side of the insertion portion 5 to the distal end side of the insertion portion 5 and inserted to the proximal side of the insertion portion 5.

そして、光ファイバ12に設けられた各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnは、光ファイバ12の挿入部5の先端側で折り返してなる折り返し部分、つまり、先端部9と湾曲部10との境界部分までの長手方向、又は前記境界部分から挿入部5の手元側までの長手方向に所定間隔毎に配置されている。
すなわち、光ファイバ12は、1本で、挿入部5の手元側から前記境界部分までの入射光側部と、前記境界部分から挿入部5の手元側までの透過光側部とを備えている。尚、各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnは、光ファイバ12の入射光側部と、透過孔側部との少なくとも一方に設ければ良い。
Each of the FBG sensors λ 1, λ 2, λ 3,. It arrange | positions for every predetermined space | interval in the longitudinal direction to a boundary part, or the longitudinal direction from the said boundary part to the hand side of the insertion part 5. FIG.
That is, the single optical fiber 12 includes an incident light side portion from the proximal side of the insertion portion 5 to the boundary portion, and a transmitted light side portion from the boundary portion to the proximal side of the insertion portion 5. . Each of the FBG sensors λ1, λ2, λ3,... Λn may be provided on at least one of the incident light side portion and the transmission hole side portion of the optical fiber 12.

そして、本実施例では、このような光ファイバ12は、図3に示すように、挿入部5のUP方向の検出用と、挿入部5のDOWN方向検出用として、それそれ2本設けられており、これらの光ファイバ12は、挿入部5内の上下方向に対向配置されるようになっている。   In this embodiment, as shown in FIG. 3, two optical fibers 12 are provided for detecting the UP direction of the insertion portion 5 and for detecting the DOWN direction of the insertion portion 5, respectively. These optical fibers 12 are arranged so as to face each other in the vertical direction in the insertion portion 5.

この場合、UP方向用の光ファイバ12には、ブラッグ格子部42を有する複数のFBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnが設けられ、またDOWN方向用の光ファイバ12には、ブラッグ格子43を有する複数のFBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnが設けられている。   In this case, the optical fiber 12 for the UP direction is provided with a plurality of FBG sensors λ1, λ2, λ3,... Λn having the Bragg grating portion 42, and the Bragg grating 43 is provided for the optical fiber 12 for the DOWN direction. A plurality of FBG sensors λ1, λ2, λ3,... Λn are provided.

UP方向用の光ファイバ12は、手元側からUP用入射光40aが入射され、そして、入射光側部、透過光側部を介してUP用透過光41aを制御装置3に供給する。同時に、DOWN方向用の光ファイバ12は、手元側からDOWN用入射光40bが入射され、そして、入射光側部、透過光側部を介してDOWN用透過光41bを制御装置3に供給するようになっている。   The UP-direction optical fiber 12 receives the UP incident light 40a from the hand side, and supplies the UP transmitted light 41a to the control device 3 through the incident light side portion and the transmitted light side portion. At the same time, the DOWN direction optical fiber 12 receives the DOWN incident light 40b from the hand side, and supplies the DOWN transmitted light 41b to the control device 3 via the incident light side portion and the transmitted light side portion. It has become.

尚、光ファイバ12の挿入部5の先端側の折り返し部分は、先端部9と湾曲部10との境界部分に配置することが望ましいが、これに限定されるものではない。   The folded portion on the distal end side of the insertion portion 5 of the optical fiber 12 is preferably disposed at the boundary portion between the distal end portion 9 and the bending portion 10, but is not limited to this.

また、本実施例では、図3に示すように、挿入部5のUP方向とDOWN方向との2方向の検出方向について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば挿入部5のUP、DOWN、LEFT、REGHTの4方向の検出を行う場合には、4本の光ファイバ12(ファイバブラッググレーティング)を挿入部5内の上下左右方向に配置して構成すれば良い。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the two detection directions of the UP direction and the DOWN direction of the insertion unit 5 have been described. However, the present invention is not limited to this. When detecting in four directions, DOWN, LEFT, and REGHT, four optical fibers 12 (fiber Bragg gratings) may be arranged in the vertical and horizontal directions in the insertion portion 5.

このような光ファイバ12の具体的な構成が図4に示されている。
図4に示すように、光ファイバ12は、クラッド部12Bと、このクラッド部12B内部に配されるコア部12Aとを有して構成される。そして、この光ファイバ12に設けられたFBGセンサλは、シングルモード光ファイバの光が伝播するコア部12Aにおいて、軸方向に屈折率を周期的に変化させてブラッグ格子部42を形成している。
尚、ブラッグ格子部42の格子間隔は、例えば約0.4〜0.5ミクロン程度であり、センサ長は約数mm〜数十mm程度の大きさで構成されている。
また、本実施例では、複数のブラッグ格子部42は、ファイバブラッググレーティングを構成する光ファイバ12の基端側から先端側に向かうにつれて徐々に密になるように配置しても良い。このことにより、より精度良くFBGセンサλの歪み量の検出を行うことが可能となる。
A specific configuration of such an optical fiber 12 is shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the optical fiber 12 includes a clad portion 12B and a core portion 12A arranged inside the clad portion 12B. The FBG sensor λ provided in the optical fiber 12 forms a Bragg grating portion 42 by periodically changing the refractive index in the axial direction in the core portion 12A through which the light of the single mode optical fiber propagates. .
Note that the lattice interval of the Bragg grating portion 42 is, for example, about 0.4 to 0.5 microns, and the sensor length is configured to be about several mm to several tens of mm.
In the present embodiment, the plurality of Bragg grating portions 42 may be arranged so as to gradually become denser from the proximal end side to the distal end side of the optical fiber 12 constituting the fiber Bragg grating. This makes it possible to detect the distortion amount of the FBG sensor λ with higher accuracy.

FBGセンサλに入射光40が入射されると、ブラッグ格子部42では、FBG格子間隔とFBGセンサλでの屈折率(透過率)に対応した特定ピーク波長のブラッグ波長成分のみが反射される。
ここで、例えば、FBGセンサλがゆがんだ場合(歪んだ場合)には、図4に示すように、ゆがみがない状態で反射してくるブラック波長に対して△λmずれた波長成分を有する光40xが反射光となる。
このことにより、この光ファイバ12の透過光41は、特定ピーク波長のブラッグ波長成分のみが欠落した情報として伝送されることになる。
When the incident light 40 is incident on the FBG sensor λ, the Bragg grating portion 42 reflects only the Bragg wavelength component having a specific peak wavelength corresponding to the FBG grating interval and the refractive index (transmittance) at the FBG sensor λ.
Here, for example, when the FBG sensor λ is distorted (distorted), as shown in FIG. 4, light having a wavelength component shifted by Δλm with respect to the black wavelength reflected without distortion. 40x is reflected light.
As a result, the transmitted light 41 of the optical fiber 12 is transmitted as information in which only the Bragg wavelength component of the specific peak wavelength is missing.

尚、FGB格子間隔とFGBセンサλの屈折率(透過率)は、FBGセンサλの歪みと温度に依存して変化する。このため、FBGセンサλを用いて、歪み情報(歪み量)を高精度に検出する場合には、温度偏移情報を分離することが必要である。   Note that the FGB lattice spacing and the refractive index (transmittance) of the FGB sensor λ vary depending on the strain and temperature of the FBG sensor λ. Therefore, when the strain information (strain amount) is detected with high accuracy using the FBG sensor λ, it is necessary to separate the temperature shift information.

そこで、本実施例の内視鏡システム1では、FBGセンサλを用いて、歪み情報(歪み量)を検出する場合に、温度偏移情報を分離することで、高精度な検出処理を行うことが可能である。   Therefore, in the endoscope system 1 of the present embodiment, when detecting strain information (amount of strain) using the FBG sensor λ, high-precision detection processing is performed by separating temperature shift information. Is possible.

具体的には、光ファイバ12が本来有している温度検出機能を用いて光ファイバ12に設けられた複数のFBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnの温度(位置も含む)を検出し、そして、この検出結果から温度変化による温度変化量を求め、この温度変化量に基づいて、検出されたFBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnの各ブラッグ格子部42に加わる歪み量を補正することで、高精度な挿入部5の湾曲形状の検出を可能にしている。   Specifically, the temperature (including the position) of the plurality of FBG sensors λ1, λ2, λ3,... Λn provided in the optical fiber 12 is detected using the temperature detection function that the optical fiber 12 originally has, Then, a temperature change amount due to a temperature change is obtained from the detection result, and a distortion amount applied to each Bragg grating portion 42 of the detected FBG sensors λ1, λ2, λ3,... Λn is corrected based on the temperature change amount. Thus, it is possible to detect the curved shape of the insertion portion 5 with high accuracy.

尚、光ファイバ12本来の温度検出機能を用いずに、例えば光ファイバ12の透過光側部(先端部9と湾曲部10との境界部分から挿入部5の手元側までの部分)において、前記FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnの対応する各位置に、それぞれの温度を検出する複数の温度センサを設けて構成しても良い。   In addition, without using the original temperature detection function of the optical fiber 12, for example, in the transmitted light side portion of the optical fiber 12 (the portion from the boundary portion between the distal end portion 9 and the bending portion 10 to the proximal side of the insertion portion 5), A plurality of temperature sensors for detecting the respective temperatures may be provided at corresponding positions of the FBG sensors λ1, λ2, λ3,.

以上、説明したように、このようなFGBセンサλは、機械的な歪み量を光りの波長偏移として検出することが可能であり、さらに、波長多重が可能である。したがって、複数の異なった特定ピーク波長に対応するFBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnを同一の光ファイバ12上に配置すれば、1本の光ファイバ12の伝送路で複数の部位での歪み情報(歪み量)を特定波長の偏移として検出することができるようになる。   As described above, such an FGB sensor λ can detect the amount of mechanical distortion as a wavelength shift of light, and can perform wavelength multiplexing. Therefore, if the FBG sensors λ1, λ2, λ3,... Λn corresponding to a plurality of different specific peak wavelengths are arranged on the same optical fiber 12, distortion at a plurality of parts in the transmission path of one optical fiber 12 Information (distortion amount) can be detected as a shift of a specific wavelength.

このような光ファイバ12には、制御装置3内の光源装置23を介して、図5に示すようなスペクトル分布を有する入射光が供給される。このような入射光を出射するためには、例えば、自然放出(ASE:Amplified Spontaneous Emission)特性を有する広帯域光源を用いるか、又は離散的にFBGセンサλのブラッグ格子部42のブラッグ波長成分に対応する狭帯域レーザ光を発振し操作する発振器を用いても良い。
尚、前記入射光は、光ファイバ12に設けられたFGBセンサλの歪み応答周波数(波長)をカバーし安定度の高いものが望ましい。
Incident light having a spectral distribution as shown in FIG. 5 is supplied to the optical fiber 12 through the light source device 23 in the control device 3. In order to emit such incident light, for example, a broadband light source having ASE (Amplified Spontaneous Emission) characteristics is used, or discretely corresponding to the Bragg wavelength component of the Bragg grating portion 42 of the FBG sensor λ. It is also possible to use an oscillator that oscillates and operates a narrow-band laser beam.
The incident light preferably covers the strain response frequency (wavelength) of the FGB sensor λ provided in the optical fiber 12 and has high stability.

本実施例において、光ファイバ12を透過する透過光は、FBGセンサλのブラッグ格子部42おいて特定ピーク波長のブラッグ波長成分のみが欠落した情報として伝送されるが、FBGセンサλの歪み量が加わりブラッグ格子間隔が変化することになる。
このような場合には、透過光は、図6に示すように、特定ピーク波長のブラッグ波長成分がΔλmだけ波長シフトしたものとなる。
In this embodiment, the transmitted light that passes through the optical fiber 12 is transmitted as information in which only the Bragg wavelength component of the specific peak wavelength is missing in the Bragg grating portion 42 of the FBG sensor λ. In addition, the Bragg lattice spacing will change.
In such a case, as shown in FIG. 6, the transmitted light has a Bragg wavelength component with a specific peak wavelength shifted by Δλm.

図7には、光ファイバの透過光のスペクトル偏移の状態と変化からの偏移量の判定を説明する、透過光のスペクトル偏移を示す光強度−波長特性のスペクトル分布グラフが示されている。   FIG. 7 shows a spectrum distribution graph of the light intensity-wavelength characteristic indicating the spectral shift of the transmitted light, explaining the state of the spectral shift of the transmitted light through the optical fiber and the determination of the shift amount from the change. Yes.

本実施例では、FBGセンサλに対して歪みが生じていない場合、光ファイバ12の透過光は、図7に示すように、特定ピーク波長λm部分で欠落したスペクトル分布となる。すなわち、透過光は、特定ピーク波長のブラッグ波長成分100を備えたものとなる。   In this embodiment, when the FBG sensor λ is not distorted, the transmitted light of the optical fiber 12 has a spectrum distribution that is missing at the specific peak wavelength λm portion as shown in FIG. That is, the transmitted light has a Bragg wavelength component 100 having a specific peak wavelength.

これに対して、FBGセンサλに対して歪み量が生じた場合、光ファイバ12の透過光は、図7に示すように、特定ピーク波長のブラッグ波長成分100がΔλmだけ波長シフトしたブラッグ波長成分101を備えたものとなる。このブラッグ波長成分101は、例えば、λm±Δλmの波長シフト領域にて波長シフトされることになり、波長が欠落した部分である。   On the other hand, when distortion occurs in the FBG sensor λ, the transmitted light of the optical fiber 12 has a Bragg wavelength component in which the Bragg wavelength component 100 of the specific peak wavelength is shifted by Δλm as shown in FIG. 101 is provided. For example, the Bragg wavelength component 101 is wavelength-shifted in a wavelength shift region of λm ± Δλm, and is a portion where the wavelength is missing.

そして、本実施例では、このような光ファイバ12からの透過光から、透過光スペクトルの偏移量を検出し欠落情報の判定を行う。図8はこのような欠落情報の判定方法を説明するためのもの特性図である。   In this embodiment, the amount of deviation of the transmitted light spectrum is detected from the transmitted light from such an optical fiber 12 to determine missing information. FIG. 8 is a characteristic diagram for explaining a method for determining such missing information.

FBGセンサλの歪み量を高精度に検出するためには、光ファイバ12からの透過光から、特定ピーク波長が欠落した部分を正確に検出する必要がある。つまり、これは透過光での欠落波長部は有限のスペクトル帯域幅を有していることを考慮して波長を測定し判定することが必要である。   In order to detect the distortion amount of the FBG sensor λ with high accuracy, it is necessary to accurately detect a portion where the specific peak wavelength is missing from the transmitted light from the optical fiber 12. That is, it is necessary to measure and determine the wavelength in consideration of the fact that the missing wavelength portion in the transmitted light has a finite spectral bandwidth.

そこで、本実施例では、例えば図8に示すような、半値波長の考え方を用いて透過光の特定欠落ピーク値と欠落波長幅を検出する判定方法を実施している。   Therefore, in this embodiment, for example, a determination method for detecting a specific missing peak value and a missing wavelength width of transmitted light using a half-value wavelength concept as shown in FIG. 8 is performed.

例えば、図8において、欠落波長部の最小波長97をΔλminとし、欠落波長部の最大波長98をΔλmax、そして、欠落波長部の半値波長幅99をwとすると、
欠落波長部の最小波長Δλminは、欠陥エンベロープ104の半値を取って規定し、同様に欠落波長部の最大波長Δλmaxも、欠陥エンベロープ104の半値を取って規定する。
For example, in FIG. 8, when the minimum wavelength 97 of the missing wavelength portion is Δλmin, the maximum wavelength 98 of the missing wavelength portion is Δλmax, and the half-value wavelength width 99 of the missing wavelength portion is w,
The minimum wavelength Δλmin of the missing wavelength portion is defined by taking the half value of the defect envelope 104, and similarly, the maximum wavelength Δλmax of the missing wavelength portion is defined by taking the half value of the defect envelope 104.

この場合、欠落波長部の半値波長幅wは、
w=Δλmin−Δλmax …(式1)
として定義し、
また、欠陥エンベロープ104の中心波長102は、
λcent=(Δλmax+Δλmin)/2 …(式2)
として定義する。
In this case, the half-value wavelength width w of the missing wavelength portion is
w = Δλmin−Δλmax (Formula 1)
Defined as
The center wavelength 102 of the defect envelope 104 is
λcent = (Δλmax + Δλmin) / 2 (Expression 2)
Define as

尚、本実施例では、前記中心波長λcent、前記半値波長幅w、前記最小波長Δλmin、及び前記最大波長Δmaxのどれか少なくとも1つか、又はこれらを組み合わせて特定波長の偏移判定を行う。
また、特定波長の偏移検出方法としては、欠陥エンベロープ104の予測交点や近似曲線を算出し、この算出結果を基に特定波長ピークを推定する方法を用いても良い。
このことにより、光ファイバ12からの透過光から、高精度に、特定ピーク波長103が欠落した部分を正確に検出することが可能となる。
このような特定波長の偏移判定は、後述する検出部26によって行われるようになっている。
In this embodiment, the shift determination of a specific wavelength is performed by using at least one of the center wavelength λcent, the half-value wavelength width w, the minimum wavelength Δλmin, and the maximum wavelength Δmax, or a combination thereof.
Further, as a method for detecting the shift of the specific wavelength, a method of calculating a predicted intersection or approximate curve of the defect envelope 104 and estimating the specific wavelength peak based on the calculation result may be used.
This makes it possible to accurately detect a portion where the specific peak wavelength 103 is missing from the transmitted light from the optical fiber 12 with high accuracy.
Such shift determination of a specific wavelength is performed by the detection unit 26 described later.

次に、図1に戻り、前記検出部26を有する制御装置3の具体的な構成、及びこの制御装置3により制御される内視鏡挿入部形状検出方法について説明する。
図1に示すように、制御装置3は、光源装置23と、光源素子24と、光源制御部25と、信号処理部を構成する、検出部26、制御装置3全体を制御するCPU27、映像処理部27A、カメラコントロールユニット(以下、CCUと称す)28、及び重畳部35と、を有している。
Next, returning to FIG. 1, a specific configuration of the control device 3 having the detection unit 26 and an endoscope insertion portion shape detection method controlled by the control device 3 will be described.
As illustrated in FIG. 1, the control device 3 includes a light source device 23, a light source element 24, a light source control unit 25, a signal processing unit, a detection unit 26, a CPU 27 that controls the entire control device 3, and video processing. A unit 27A, a camera control unit (hereinafter referred to as CCU) 28, and a superimposing unit 35.

前記したように、光ファイバ12の手元側の入射端(具体的には光コネクタ8b)には、制御装置3内の光源装置23により入射光40が入射されて、この光ファイバ12上に直線的に配置された各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnを透過する。   As described above, the incident light 40 is incident on the incident side (specifically, the optical connector 8 b) of the optical fiber 12 by the light source device 23 in the control device 3, and the optical fiber 12 is linearly incident on the optical fiber 12. Are transmitted through the FBG sensors λ1, λ2, λ3,.

そして、各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnを透過した光は、透過光41として、光コネクタ8bを介して制御装置3内の検出部26に到達する。   And the light which permeate | transmitted each FBG sensor (lambda) 1, (lambda) 2, (lambda) 3 ... (lambda) n reaches | attains the detection part 26 in the control apparatus 3 via the optical connector 8b as the transmitted light 41. FIG.

例えば、挿入部5が湾曲したことにより歪みストレスが生じると、各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnは、前記したように、その歪み量を透過光41の各欠落波長変位に変換し、この波長欠落情報を有する透過光41を制御装置3内の検出部26に供給する。   For example, when distortion stress occurs due to the bending of the insertion portion 5, each FBG sensor λ1, λ2, λ3,... Λn converts the distortion amount into each missing wavelength displacement of the transmitted light 41 as described above. The transmitted light 41 having this wavelength loss information is supplied to the detection unit 26 in the control device 3.

そして、検出部26は、前記したような方法を用いて、透過光の波長欠落情報を検出することになる。   And the detection part 26 will detect the wavelength missing information of transmitted light using the above-mentioned methods.

光源装置23は、ランプ、LED、レーザなどの光源素子24を用いて、光ファイバ12に入射光を供給するもので、広帯域スペクトラムを発生する光源、又は狭帯域レーザを走査する光源部である。   The light source device 23 supplies incident light to the optical fiber 12 using a light source element 24 such as a lamp, LED, or laser, and is a light source that generates a broadband spectrum or a light source unit that scans a narrow band laser.

例えば、光源装置23は、C+Lバンドではトータル光出力+13dBm、光スペクトラム密度−13dBm/nm(波長範囲:1530nm〜1605nm)の高光出力が可能で、Sバンドではトータル光出力+6dBm、光スペクトラム密度−25dBm/nm以上(波長範囲:1450nm〜1510nm)の高光出力が可能なものが望ましい。 尚、このような光源装置23に限定されることはなく、常に安定した入射光40を光ファイバ12に供給できるものであれば良い。   For example, the light source device 23 is capable of high light output of total light output +13 dBm and light spectrum density -13 dBm / nm (wavelength range: 1530 nm to 1605 nm) in the C + L band, and total light output +6 dBm and light spectrum density -25 dBm in the S band. / Nm or higher (wavelength range: 1450 nm to 1510 nm) is desirable. Note that the light source device 23 is not limited to the light source device 23 as long as it can always supply the stable incident light 40 to the optical fiber 12.

光源制御部25は、光源装置23の光源波長(周波数)を常に安定化させるように制御している。具体的には、光源制御部25は、光源装置23の光源波長(周波数)を、f±Δfとするような制御信号30を供給して光源装置23を制御する。   The light source control unit 25 performs control so that the light source wavelength (frequency) of the light source device 23 is always stabilized. Specifically, the light source control unit 25 controls the light source device 23 by supplying a control signal 30 that sets the light source wavelength (frequency) of the light source device 23 to f ± Δf.

また、検出部26は、前記したように光ファイバ12からの透過光から、特定波長欠落情報(ブラック波長欠陥情報)を検出し、その特定波長欠落情報(周波数)をfded信号31として光源制御部25に出力すると共に、その特定波長欠落情報(周波数)をFded検出信号32としてCPU27に出力する。   Further, the detection unit 26 detects specific wavelength missing information (black wavelength defect information) from the transmitted light from the optical fiber 12 as described above, and uses the specific wavelength missing information (frequency) as the fded signal 31 to be a light source control unit. 25, and the specific wavelength missing information (frequency) is output to the CPU 27 as an Fded detection signal 32.

光源制御部25は、供給されたfded信号31に基づいて、光源装置23を制御することになる。この場合、CPU27は、光源制御部25にFref設定信号34等の制御信号を供給して、入射光の波長(周波数)を設定すると共に、検出部26からの特定波長欠落情報(Fded信号31)をモニタし、各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnに生じた歪み量を演算する。   The light source control unit 25 controls the light source device 23 based on the supplied fded signal 31. In this case, the CPU 27 supplies a control signal such as the Fref setting signal 34 to the light source control unit 25 to set the wavelength (frequency) of the incident light, and the specific wavelength missing information (Fded signal 31) from the detection unit 26. , And the amount of distortion generated in each FBG sensor λ1, λ2, λ3,.

すなわち、CPU27は、検出部26により受信された透過光を用いて、各FBGセンサλのブラッグ格子部42の特定周波数欠陥波長(ブラック波長欠陥情報)及びブラック波長の偏移量を求め、この求めた各ブラック格子部42の特定周波数欠陥波長(ブラック波長欠陥情報)及びブラック波長の偏移量に基づいて、光ファイバ12内の各ブラッグ格子部42に加わる歪み量を検出するように演算処理を行う。   That is, the CPU 27 obtains the specific frequency defect wavelength (black wavelength defect information) and the black wavelength shift amount of the Bragg grating part 42 of each FBG sensor λ using the transmitted light received by the detection part 26, and obtains this finding. Further, based on the specific frequency defect wavelength (black wavelength defect information) of each black grating part 42 and the shift amount of the black wavelength, an arithmetic processing is performed so as to detect the distortion amount applied to each Bragg grating part 42 in the optical fiber 12. Do.

さらに、CPU27は、各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnの各ブラッグ格子部42の歪み量から挿入部5又は湾曲部10に生じた三次元的な形状情報を算出し、形状CG情報として映像処理部27Aに出力する。   Further, the CPU 27 calculates three-dimensional shape information generated in the insertion portion 5 or the bending portion 10 from the distortion amount of each Bragg grating portion 42 of each FBG sensor λ1, λ2, λ3,. The video is output to the video processing unit 27A.

この映像処理部27Aは、供給された形状情報CG信号に基づいて、挿入部5の立体形状をモニタ4に表示するための映像信号である形状CG信号37に変換して重畳部35に供給される。   Based on the supplied shape information CG signal, the video processing unit 27A converts the three-dimensional shape of the insertion unit 5 into a shape CG signal 37 which is a video signal for displaying on the monitor 4, and is supplied to the superimposing unit 35. The

一方、この重畳部35には、CCD18による撮像された撮像信号がCCU28によって映像信号処理された映像信号(Video信号)36が供給されている。   On the other hand, the superimposing unit 35 is supplied with a video signal (Video signal) 36 in which an image signal processed by the CCD 18 is processed by the CCU 28.

重畳部35は、例えば乗算器であって、供給された映像信号(Video信号)36に形状CG信号37を重畳して合成映像信号(CG/Video信号)38を生成しモニタ4に出力する。   The superimposing unit 35 is, for example, a multiplier, and superimposes the shape CG signal 37 on the supplied video signal (Video signal) 36 to generate a composite video signal (CG / Video signal) 38 and output it to the monitor 4.

こうして、モニタ4の画面4Aには、合成映像信号(CG/Video信号)に基づく合成映像、すなわち、映像信号(Video信号)36に基づく内視鏡画像4Bと、形状CG信号37に基づく挿入部5の湾曲形状画像4Cとが左右に合成された合成映像が表示される。   Thus, on the screen 4 A of the monitor 4, a composite video based on the composite video signal (CG / Video signal), that is, an endoscopic image 4 B based on the video signal (Video signal) 36 and an insertion unit based on the shape CG signal 37. A composite image in which the curved shape image 4C of 5 is combined on the left and right is displayed.

このときのモニタ4の画面4Aの表示例が、図9に示されている。
例えば、図9に示すように、モニタ4の画面4Aの左側には、内視鏡画像4Bが表示され、画面4Aの右側には、湾曲形状画像4Cが表示される。
この場合、内視鏡画像4Bは、通常の被検体のライブ画像であるが、湾曲形状画像4Cは、例えば、被検体内における挿入分5のx、y、z方向に対応した三次元形状と、この三次元形状において被検体内における挿入部5の先端部9位置と、三次元形状において挿入部5内の光ファイバ12に設けられた各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnの位置と、三次元形状の先端分9に対して上下左右の方向指示を指示するためのマーカ表示部45と、各FBGセンサλ1、λ2、λ3、…λnの位置を示す三次元座標データを表示した三次元座標データ表示部46とが表示される。
A display example of the screen 4A of the monitor 4 at this time is shown in FIG.
For example, as shown in FIG. 9, an endoscope image 4B is displayed on the left side of the screen 4A of the monitor 4, and a curved image 4C is displayed on the right side of the screen 4A.
In this case, the endoscopic image 4B is a live image of a normal subject, but the curved shape image 4C has, for example, a three-dimensional shape corresponding to the x, y, and z directions of the inserted portion 5 in the subject. In this three-dimensional shape, the position of the distal end portion 9 of the insertion portion 5 in the subject, and the positions of the respective FBG sensors λ1, λ2, λ3,... Λn provided in the optical fiber 12 in the insertion portion 5 in the three-dimensional shape A tertiary display displaying a marker display unit 45 for instructing a direction indication in the vertical and horizontal directions with respect to the tip portion 9 of the three-dimensional shape, and three-dimensional coordinate data indicating the positions of the FBG sensors λ1, λ2, λ3,. The original coordinate data display unit 46 is displayed.

このことにより、術者は、内視鏡画像4Bを見ながら観察・処置を行うことができ、また、挿入部5の湾曲形状画像4Cを見ることにより、どのような状態で内視鏡2の挿入部5が被検体内で配置されいるのかが一目で認識することができるので、検査対象部位の特定や、挿入部5の進退操作を円滑に行うことができる。   Thus, the surgeon can perform observation and treatment while viewing the endoscope image 4B. In addition, the operator can view the curved shape image 4C of the insertion portion 5 in any state. Since it is possible to recognize at a glance whether the insertion part 5 is arranged in the subject, it is possible to specify the examination site and to smoothly move the insertion part 5 back and forth.

従って、本実施例によれば、従来技術で用いられた高価な光カプラーを用いずにファイバブラッググレーティングからの歪み情報を得て、挿入部5の立体形状、湾曲形状を検出することができるので、安価な挿入部5の立体形状を検出可能な内視鏡システム及びそれに用いられる内視鏡挿入部形状検出方法の提供が可能となる。   Therefore, according to the present embodiment, distortion information from the fiber Bragg grating can be obtained without using the expensive optical coupler used in the prior art, and the three-dimensional shape and the curved shape of the insertion portion 5 can be detected. An inexpensive endoscope system capable of detecting the three-dimensional shape of the insertion portion 5 and an endoscope insertion portion shape detection method used therefor can be provided.

また、高価な光カプラーを用いないため、内視鏡システムの小型化、及び組立性を向上することができるといった効果も得られる。   In addition, since an expensive optical coupler is not used, it is possible to obtain an effect of reducing the size and assembling of the endoscope system.

さらに、モニタ4に内視鏡画像4Bと湾曲形状画像4Cとを、例えば2画面表示することができるので、術者は、内視鏡画像4Bを見ながら観察・処置を行うことができ、また、挿入部5の湾曲形状画像4Cを見ることにより、どのような状態で内視鏡2の挿入部5が被検体内で配置されいるのかが一目で認識することができるので、検査対象部位の特定や、挿入部5の進退操作を円滑に行うことができる。よって、内視鏡2の操作性向上に大きく寄与する。   Further, since the endoscope image 4B and the curved shape image 4C can be displayed on the monitor 4 in, for example, two screens, the operator can perform observation and treatment while viewing the endoscope image 4B. By looking at the curved shape image 4C of the insertion portion 5, it is possible to recognize at a glance in what state the insertion portion 5 of the endoscope 2 is arranged in the subject. The identification and the advance / retreat operation of the insertion portion 5 can be performed smoothly. Therefore, it greatly contributes to improving the operability of the endoscope 2.

尚、本実施例においては、湾曲形状画像4Cの表示例として、モニタ4の画面4A上に内視鏡画像4Bと2画面表示した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、必要に応じて適宜切り替えて表示するようにしても良い。   In this embodiment, the case where the endoscope image 4B and the two-screen display are displayed on the screen 4A of the monitor 4 as a display example of the curved shape image 4C has been described. However, the present invention is not limited to this and is necessary. The display may be switched as appropriate according to the situation.

また、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々変形実施可能である。
Further, the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

本発明の内視鏡システムの一実施例の内視鏡システム全体の構成を示すシステム構成図。The system block diagram which shows the structure of the whole endoscope system of one Example of the endoscope system of this invention. 本実施例の内視鏡システムの主要部を含むシステム全体の電気的な構成を示すブロック図。The block diagram which shows the electrical structure of the whole system containing the principal part of the endoscope system of a present Example. 光ファイバを内部に挿通して配置された挿入部の構成を示す一部破断した斜視図。The perspective view which fractured | ruptured partially which shows the structure of the insertion part arrange | positioned by inserting an optical fiber inside. FBGセンサを有する光ファイバの構成及び原理を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the structure and principle of an optical fiber which has a FBG sensor. 光ファイバに供給される入射光の光強度−波長特性を示すスペクトル分布グラフ。The spectrum distribution graph which shows the light intensity-wavelength characteristic of the incident light supplied to an optical fiber. 光ファイバが出力する透過光の光強度−波長特性を示すスペクトル分布グラフ。The spectrum distribution graph which shows the light intensity-wavelength characteristic of the transmitted light which an optical fiber outputs. 透過光のスペクトル偏移を示す光強度−波長特性のスペクトル分布グラフ。The spectral distribution graph of the light intensity-wavelength characteristic showing the spectral shift of transmitted light. 透過スペクトルの偏移量を検出し欠落波長を判定する方法を説明するための特性図。The characteristic view for demonstrating the method of detecting the deviation | shift amount of a transmission spectrum and determining a missing wavelength. 内視鏡画像と湾曲形状画像とを2画面表示した場合のモニタの画面表示例を示す図。The figure which shows the example of a screen display of a monitor at the time of displaying an endoscopic image and a curved shape image on 2 screens.

符号の説明Explanation of symbols

1…内視鏡システム、
2…内視鏡、
3…制御装置、
4…モニタ、
4A…画面、
4B…内視鏡画像、
4C…湾曲形状画像、
5…挿入部、
6…操作部、
7…ユニバーサルコード、
8…コネクタ部、
8a…コネクタ、
8b…光コネクタ、
9…先端部、
10…湾曲部、
11…可撓管部、
12A…コア部、
12B…クラッド部、
12C…ブラッグ格子部、
12…光ファイバ、
13…操作ノブ、
14…モータ、
16a…コネクタ、
16…コネクタ部、
16b…光コネクタ、
19…操作スイッチ、
23…光源装置、
24…光源素子、
25…光源制御部、
26…検出部、
27A…映像処理部、
33…光源制御部、
35…重畳部、
40…入射光、
41…透過光、
42、43…ブラッグ格子部、
100…ブラッグ波長成分、
102…中心波長、
103…特定ピーク波長、
104…欠陥エンベロープ、
w…半値波長幅、
Δmax…最大波長、
Δλmax…最大波長、
Δλmin…最小波長、
λ…FBGセンサ、
λcent…中心波長、
λm…特定ピーク波長。
1 ... endoscope system,
2. Endoscope,
3 ... Control device,
4 ... Monitor,
4A ... screen,
4B ... Endoscopic image,
4C ... curved shape image,
5 ... Insertion part,
6 ... operation part,
7 ... Universal code,
8 ... Connector part,
8a ... Connector,
8b: optical connector,
9 ... the tip,
10: curved part,
11 ... Flexible tube part,
12A ... Core part,
12B ... clad part,
12C ... Bragg lattice part,
12: optical fiber,
13 ... Control knob,
14 ... motor,
16a ... Connector,
16 ... Connector part,
16b: optical connector,
19: Operation switch,
23 ... Light source device,
24. Light source element,
25 ... Light source control unit,
26: detection unit,
27A ... Video processing unit,
33 ... Light source control unit,
35 ... Superimposition part,
40: Incident light,
41 ... transmitted light,
42, 43 ... Bragg lattice part,
100: Bragg wavelength component,
102 ... Center wavelength,
103 ... specific peak wavelength,
104 ... Defect envelope,
w: Half-value wavelength width,
Δmax: maximum wavelength,
Δλmax: Maximum wavelength,
Δλmin: minimum wavelength,
λ ... FBG sensor,
λcent ... center wavelength,
λm: Specific peak wavelength.

Claims (10)

検査対象空間内に挿入される挿入部と、
前記挿入部内に挿通され、複数のブラッグ格子部が形成されたファイバブラッググレーティングと、
前記ファイバブラッググレーティングの一端に入射光を入射する光源部と、
前記入射光が前記ファイバブラッググレーティング内で伝送されて前記ブラッグ格子部を透過し、前記ファイバブラッググレーティングの他端から透過光として出射され、その透過光を受光する検出部と、
前記透過光におけるブラック波長欠陥情報及びそのブラック波長の偏移量を求め、前記ファイバブラッググレーティングの歪み量を検出する制御部と、
を具備したことを特徴とする内視鏡システム。
An insertion portion to be inserted into the inspection target space;
A fiber Bragg grating inserted into the insertion portion and formed with a plurality of Bragg grating portions;
A light source unit that makes incident light incident on one end of the fiber Bragg grating;
The incident light is transmitted in the fiber Bragg grating and transmitted through the Bragg grating part, and is emitted as transmitted light from the other end of the fiber Bragg grating, and a detection part that receives the transmitted light;
The black wavelength defect information in the transmitted light and the amount of deviation of the black wavelength are obtained, and a control unit that detects the distortion amount of the fiber Bragg grating,
An endoscope system comprising:
少なくとも1本の前記ファイバブラッググレーティングは、前記挿入部内の基端側から前記挿入部内の先端側まで挿通され、さらに前記先端側で折り返されて前記基端側まで挿通されたことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡システム。   The at least one fiber Bragg grating is inserted from a proximal end side in the insertion portion to a distal end side in the insertion portion, and is further folded back at the distal end side and inserted to the proximal end side. The endoscope system according to Item 1. 前記ファイバブラッググレーティングが折り返される部分は、前記挿入部の先端部と湾曲部との境界に配置されたことを特徴とする請求項2に記載の内視鏡システム。   The endoscope system according to claim 2, wherein a portion where the fiber Bragg grating is folded is disposed at a boundary between a distal end portion and a bending portion of the insertion portion. 前記複数のブラッグ格子部は、前記ファイバブラッググレーティングの基端側から前記先端側に向かうにつれて徐々に密になるように配置されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の内視鏡システム。   The plurality of Bragg grating portions are arranged so as to gradually become denser from the proximal end side to the distal end side of the fiber Bragg grating. Endoscope system according to one. 前記光源部は、
広帯域スペクトラムを発生する光源、又は狭帯域レーザを走査するものであることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡システム。
The light source unit is
The endoscope system according to claim 1, wherein the endoscope system scans a light source that generates a broadband spectrum or a narrow-band laser.
前記制御部による前記ブラッグ波長欠陥情報の検出は、前記透過光の欠陥スペクトルの光強度の半値を用いて検出することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1つに記載の内視鏡システム。   The detection of the Bragg wavelength defect information by the control unit is performed using a half value of the light intensity of the defect spectrum of the transmitted light. Endoscopic system. 前記ファイバブラッググレーティングの歪み量に基づいて前記挿入部の立体形状を生成する信号処理部と、
前記挿入部で観察した観察画像を表示する表示部とをさらに備え、
前記制御部は、前記観察画像と前記立体形状とを2画面表示するように制御することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1つに記載の内視鏡装置。
A signal processing unit for generating a three-dimensional shape of the insertion unit based on a strain amount of the fiber Bragg grating;
A display unit that displays an observation image observed by the insertion unit;
The endoscope apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the control unit controls the observation image and the three-dimensional shape to be displayed on two screens.
前記制御部は、前記挿入部の先端部を基準とした上下方向を示すマーカーをさらに表示部に表示させるように制御することを特徴とする請求項7に記載の内視鏡システム。   The endoscope system according to claim 7, wherein the control unit controls the display unit to further display a marker indicating a vertical direction with respect to a distal end portion of the insertion unit. 前記制御部、前記信号処理部、前記検出部及び前記光源部を内部に収容する本体と、前記挿入部の手元側から延設され、前記ファイバブラッググレーティング及び前記挿入部内の信号線が挿入されるユニバーサルコードとを着脱自在に接続するコネクタ部を有し、
前記コネクタ部は、前記入射光を前記ファイバブラッググレーティングに入射できると同時に、前記ファイバブラッググレーティングからの透過光を受光できるように、前記光源部及び前記検出部と前記ファイバブラッググレーティングとが着脱自在に接続可能な光コネクタ部を有していることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1つに記載の内視鏡システム。
A main body that accommodates the control unit, the signal processing unit, the detection unit, and the light source unit therein, and is extended from the proximal side of the insertion unit, and the fiber Bragg grating and the signal line in the insertion unit are inserted therein. It has a connector part that detachably connects to the universal cord,
The connector part is detachable from the light source part, the detection part, and the fiber Bragg grating so that the incident light can be incident on the fiber Bragg grating and at the same time, the transmitted light from the fiber Bragg grating can be received. The endoscope system according to any one of claims 1 to 8, further comprising a connectable optical connector portion.
複数のブラッグ格子部を含み、検査対象空間内に挿入される挿入部内に挿通されたファイバブラッググレーティングの一端に、光源部によって入射光を入射する手順と、
前記入射光が前記ファイバブラッググレーティング内で伝送されて前記ブラッグ格子部を透過し、前記ファイバブラッググレーティングの他端から透過光として出射され、その透過光を、検出部によって受光する手順と、
前記透過光におけるブラック波長欠陥情報及びそのブラック波長の偏移量を求め、前記ファイバブラッググレーティングの歪み量を、制御部によって検出する手順と、
を含んだことを特徴とする内視鏡システムに用いられる内視鏡挿入部形状検出方法。
A procedure including incident light by a light source unit at one end of a fiber Bragg grating including a plurality of Bragg grating units and inserted into an insertion unit that is inserted into a space to be inspected;
The incident light is transmitted in the fiber Bragg grating and passes through the Bragg grating part, and is emitted as transmitted light from the other end of the fiber Bragg grating, and the transmitted light is received by the detection part,
Obtaining black wavelength defect information in the transmitted light and the amount of deviation of the black wavelength, and detecting the amount of distortion of the fiber Bragg grating by the control unit;
An endoscope insertion portion shape detection method for use in an endoscope system, comprising:
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