JP2009183641A - 管路内の進行システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な機構を用いて、管路内をスムーズに前進・後進を行うことができる管路内の進行システムを提供する。
【解決手段】先頭のセグメントを前進・後進できる進行装置１０と、その進行装置に連結されされた導中管２０と、その導中管をその軸方向に送り出し／引き込んだりする駆動装置３０とからなり、前記導中管が駆動装置により送り出されても座屈しない強度を備えており、前記先頭のセグメントが、頭部１１と、その頭部を揺動自在に連結する胴部１３と、前記頭部を胴部に対し揺動させる揺動手段とを備えている管路内の進行システム１。
【選択図】図１

Description

本発明は管路内の進行システムに関する。さらに詳しくは、体腔内や配管内で遠隔操作により、あるいは自律的に進行／停止を行い、各種のセンサを患部や修理個所に搬送したり、治療薬などの薬剤や修理個所を補修する補修剤などを搬送して放出させたりするために用いる管路内の進行システムに関する。

特開平１−１４８２３２号公報 特開平７−８４４７号公報 特開２０００−３３０７０号公報 特開２００６−４３４３２号公報

管路内を進行する装置は、湾曲した狭い管路内を上手に進行して目的地へ到達し、その目的地において予定されている作業あるいは仕事をしなければならない。進行装置をどのように進行させるかについては、従来技術がいくつか存在する。特許文献１には内視鏡自動挿入装置が開示されている。図１１に示す内視鏡自動挿入装置１００は、挿入部１０１の後端付近を挿入装置１０２の一対のローラ１０２ａ、１０２ａにより前方に押し出している。また、前記挿入部１０１の先端には湾曲自在な湾曲管部１０３が設けられており、挿入部１０１を押し出す際に、管路の曲がり方向に応じて前記湾曲管部１０３を湾曲させている。

また、特許文献２の内視鏡の自動挿入装置は、先端部分に前後に並ぶ２つのバルーンを備えている。そして後方のバルーンを膨脹させて腸内との係合力を得て、それを足場として前方のバルーンを前進させる。次いで前方のバルーンを膨脹させて、その前進した前方のバルーンが腸内との係合力を得る。そうしたところで、後方のバルーンと共に内視鏡の挿入部を挿入する。そして、再び前方のバルーンのみを前進させるという動作を繰り返すことにより、内視鏡が挿入される。

さらに、特許文献３には、チューブの軸方向に並んで配置された円筒状の駆動ホイールの表面をチューブの後端付近に押圧させ、駆動ホイールの回転運動によりチューブを前進させるものが開示されている。また、特許文献４には先端の進行装置が自走するものが開示されている。

従来の進行装置のような内視鏡には大腸のような湾曲した複雑な管路内に容易に挿入できるように、先端部を管路の形状に沿って湾曲自在にしたものがある。このものは、先端の方向が経路に沿っているので、装置を挿入する際の挿入抵抗が少なくなる。しかし、装置を挿入するための力は、手元から、すなわちチューブの後端から加えられるので、先端部には、湾曲方向に力が伝達されにくい。すなわち、Ｕ字状の管路の場合だと、先端部と後端部とでは、進む方向が逆になり、チューブ（導中管）の軸方向に耐える力（座屈強度）が後端部の力を先端部まで伝達している。また、後端部の力を先端部に効率よく伝達しようとして、チューブの座屈強度を高くすると、一般に可撓性も低くなりがちで、湾曲半径が大きくなる。そのため、湾曲半径が小さな管路に進入させるのが困難な場合もある。

さらに、先端部に湾曲自在な部位があると、先端を湾曲方向に向けることができる。しかし、先端を向けるだけでは、結局、後端部を押し込む際に、先端が管路の内壁にぶつかりながら方向転換するので、内壁に負担がかかる。

そこで、本発明の管路内の進行システムは、簡易な機構を用いて、湾曲半径の小さい管路内でもスムーズに前進・後進を行うことができる進行装置を提供することを技術課題としている。

本発明の管路内の進行システム（請求項１）は、先頭のセグメントと、その先頭のセグメントの後方に配置された後方のセグメントと、それらセグメント同士を伸縮自在に連結する伸縮連結手段とからなる進行装置と、その進行装置に連結されて後方に延び、前記伸縮連結手段を作動させるための信号線が内装された導中管と、その導中管をその軸方向に送り出したり／引き込んだりする駆動装置とからなり、前記導中管が駆動装置により送り出されても座屈しない強度を備えており、前記先頭のセグメントが、頭部と、その頭部を揺動自在に連結する胴部と、前記頭部を胴部に対し揺動させる揺動手段とを備えていることを特徴とする。

このような進行システムにおいては、前記揺動手段が、頭部と胴部を連結するインナーケーブルと、頭部に設けられたインナーケーブル係止部と、胴部に設けられたモータ部とからなり、前記インナーケーブル、頭部のインナーケーブル係止部および胴部のモータ部がそれぞれ、進行方向の軸周りに、等間隔に３つ以上配置され、前記モータ部により、インナーケーブルを引き込み、あるいは、送り出すことにより、前記頭部を胴部に対し首振り駆動するもの（請求項２）が好ましい。

また、前記先頭のセグメントにカメラが搭載されているもの（請求項３）が好ましい。

さらに、前記駆動装置および進行装置のそれぞれの進行・後退の動作を制御する制御手段を備えているもの（請求項４）が好ましい。

また、前記導中管に送液あるいは送気用のチューブが内装されているもの（請求項５）が好ましい。

さらに、前記導中管内のチューブに送液あるいは送気するためのモータを備えたバルブユニットと、そのモータの回転数を制御する制御手段とを備えているもの（請求項６）が好ましい。

また、前記導中管内のチューブに送液あるいは送気するためのピストンおよびシリンダと、そのシリンダ内のピストンの位置を検出する検出器と、その検出器からのピストンの位置情報を取得し、前記バルブユニットのモータを制御する制御手段とを備えているもの（請求項７）が好ましい。

本発明の管路内の進行システム（請求項１）は、セグメント間の間隔を伸縮連結手段によって伸縮させる。その際、駆動装置により導中管が移動しないように支持させることによって、前記先頭のセグメントは前記後方のセグメントに対して、管路の進行方向に前進することができる。また、先頭のセグメントの頭部を胴部に対して揺動させることができるので、湾曲した管路において、頭部を湾曲方向に向けて、そのまま頭部を前進させて湾曲部に入り込ませることができる。その後、頭部を湾曲部に入り込ませた状態で導中管を押し出すことにより、全体としてスムーズに管路に挿入することができる。また、先端のセグメントのみを前進・後退させることができるので、位置の微調整をしたり、導中管の管路内の撓みを取ったりすることができる。さらに、先端のセグメントが前進・後退することができるので、座屈強度の低い導中管を用いることができる。座屈強度が低い導中管は一般に最小湾曲半径も小さいので、さらに複雑に屈曲した管路内での進行が容易になる。また、スムーズに管路に通すことができるので、管路の内壁に余分な力を与えることなく、内壁を傷つけるのを防止することができる。また、管路が柔軟な場合、管路が急角度になっていても頭部を管路の進行方向へ揺動させ、頭部を管路内に引っ掛けた後に、揺動させた状態から直線状態に戻しながら駆動装置により導中管を引き込むことによって、管路の急角度部分を緩い角度あるいは直線状態にすることができ、さらに管路内での進行が容易になる。

このような進行システムにおいて、前記揺動手段が、頭部と胴部を連結するインナーケーブルと、頭部に設けられたインナーケーブル係止部と、胴部に設けられたモータ部とからなり、前記インナーケーブル、頭部のインナーケーブル係止部および胴部のモータ部がそれぞれ、進行方向の軸周りに、等間隔に３つ以上配置され、前記モータ部により、インナーケーブルを引き込み、あるいは、送り出すことにより、前記頭部を胴部に対し首振り駆動する場合（請求項２）は、頭部の首振り動作が確実である。また、インナーケーブルを用いているので、頭部と胴部の距離が離れていても頭部を駆動させることができる。また、先頭のセグメント内でインナーケーブルを操作しているので、導中管の内部にインナーケーブルを通さなくてもよい。そのため、その分だけ、導中管の内部のスペースを有効に使うことができる。

また、前記先頭のセグメントにカメラが搭載されている場合（請求項３）は、先頭のセグメントを前進・後退させたり、頭部を揺動させたりすることができるので、カメラアングルを大きくすることができる。

さらに、前記駆動装置および進行装置のそれぞれの進行・後退の動作を制御する制御手段を備えている場合（請求項４）は、間欠駆動の進行装置の前進・後退時に導中管を送り出すように、進行装置と駆動装置との同期を図ることができる。

また、前記導中管に送液あるいは送気用のチューブが内装されている場合（請求項５）は、管路内の目的地に必要なガスや液体を送ることができる。

さらに、前記導中管内のチューブに送液あるいは送気するためのモータを備えたバルブユニットと、そのモータの回転数を制御する制御手段とを備えている場合（請求項６）は、送液／送気量を確実にすることができる。

また、前記導中管内のチューブに送液あるいは送気するためのピストンおよびシリンダと、そのシリンダ内のピストンの位置を検出する検出器と、その検出器からのピストンの位置情報を取得し、前記バルブユニットのモータを制御する制御手段とを備えている場合（請求項７）は、ピストンから送られる液体や気体の濃度や送られるスピードを変化させることができる。

つぎに図面を参照しながら本発明の管路内の進行システム（以下、進行システムという）の実施形態を説明する。図１は本発明の進行システムの概略図、図２は本発明にかかわる進行装置の実施形態を示す側面図、図３は図２の頭部を示す斜面図、図４ａは図２の揺動セグメントを示す一部切り欠き斜面図、図４ｂは図２の揺動セグメントを示す斜面図、図５は図２の揺動連結部を示す概略斜面図、図６ａは図２の進行セグメントを示す一部切り欠き斜面図、図６ｂは図２の進行セグメントを示す斜面図、図７は図１に示す導中管の一部切り欠き側面図、図８ａは図１に示す駆動装置の概略図、図８ｂは図８ａの駆動装置のローラに導中管が組み付けられた様子を示す概略側面図、図９は図１に示すバルブユニットの概略図、図１０ａは図１に示す手動送気・送液装置の一部切り欠き正面図、図１０ｂは図１０ａの側面図である。

図１に本発明の管路内の進行システム（以下、進行システム）の概略図を示す。その進行システム１は、大腸などの管路内に挿入され、前進および後退を行う進行装置１０と、その進行装置１０の後端から後方に延びる導中管２０と、その導中管２０を押し出したり、引き込んだりすることにより、進行装置１０の前進および後退を補助する駆動装置３０と、進行装置１０の先端から生理食塩水やガスなどを放出させるバルブユニット４０と、進行装置１０、駆動装置３０およびバルブユニット４０を制御する制御装置（制御手段）５０とを備えている。なお、駆動装置３０、バルブユニット４０および制御装置５０は、管路の外部に配置されている。

次に、図２を用いて本進行システム１の進行装置１０を説明する。進行装置１０は、カメラなどを搭載する頭部１１と、その頭部１１を揺動駆動させる揺動セグメント１３と、頭部１１と揺動セグメント（胴部）１３とを揺動自在に連結する揺動連結部１２と、前記頭部１１、揺動連結部１２および揺動セグメント１３を前進または後退させる進行セグメント（伸縮連結手段）１４と、前記頭部１１、揺動セグメント１３および進行セグメント１４に電力を供給させるための電線や通信のための電線のうち、後退時に弛む部分を収容する電線収容部１６とを備えている。

図３に頭部１１の詳細を示す。頭部１１は、円板状のカバー固定部１１ｂと、そのカバー固定部１１ｂにリベット等により固定されるカバー１１ａとを備えている。前記カバー１１ａは内部に空洞が形成された略半球状を呈し、その中心から円周方向へずれた位置に放出口１１ｃが形成されている。その放出口１１ｃには、管路内を洗浄する生理食塩水やガスなどを放出するチューブ１１ｇが接続されている。そのチューブ１１ｇは、カバー１１ａの放出口１１ｃが形成された部分から後方に延びる円筒状のチューブ固定部１１ｈに固定されている。前記チューブ１１ｇの材質としては、フッ素樹脂、ポリプロピレンあるいはポリエチレンを用いるのが好ましい。また、頭部１１の内部で、カバー固定部１１ｂあるいはカバー１１ａには、基板１１ｉ（図２参照）と、その基板１１ｉに接続されたカメラ１１ｄおよび照明装置１１ｅとが設けられている。そして、それらカメラ１１ｄや照明装置１１ｅなどに電力を供給したり、通信したりするための電線１１ｆが接続されており、後方の揺動連結部１２内に延びている。さらに、前記カバー１１ａの周縁付近には、ほぼ等間隔に（１２０度にずらした位置に）３つの端末固定部１１ｊ、１１ｊ、１１ｊが設けられている。その端末固定部１１ｊは、断面が矩形状の筒状に成形されており、後述する揺動セグメント１３から延びる揺動ワイヤ１３ｈの端部が固定される。その揺動ワイヤ１３ｈの先端部は、断面が矩形状の端末部材１３ｉが固定されており、前記頭部１１の端末固定部１１ｊに固定された際に、回転しないように構成されている。

図４に揺動セグメント１３の詳細を示す。揺動セグメント１３は、略円筒状のハウジング１３ｋ内にモータ１３ａと、モータの回転軸１３ｂに取り付けられた減速ギヤ列と、その減速ギヤ列を介してモータ１３ａからの回転が伝達されるメネジ部材１３ｆとが、ハウジング１３ｋの軸周りに等間隔で３つ収納されている。そのハウジング１３ｋは筒状の側周面と、その側周面の前後端を閉じる前後の円板とからなる。前記減速ギヤ列は、モータの回転軸１３ｂに固定されたギヤと噛合う多段のギヤ１３ｃと、そのギヤ１３ｃと噛合う多段の減速ギヤ１３ｄと、その減速ギヤ１３ｄと噛合う最終ギヤ１３ｅとから構成されている。その最終ギヤ１３ｅは、筒状のメネジ部材１３ｆと、そのメネジ部材１３ｆの前方の開口端から外向きに延びるフランジとからなり、そのフランジの側周部分に前記減速ギヤ１３ｄと噛合う歯が形成されている。そして、メネジ部材１３ｆの内周壁にメネジが形成されている。そのメネジ部材１３ｆの内部には、メネジと螺合するオネジが形成された棒状のオネジ部材１３ｇが収容されている。そのオネジ部材１３ｇは、前記頭部１１に連結された揺動ワイヤ１３ｈの後端が連結されている。

前記モータの回転軸１３ｂには、Ｓ極とＮ極とが交互に配置された円盤状のマグネット１３ｊが固定されており、前記揺動セグメント１３には、マグネット１３ｊと対向するようにホール素子１３ｍ（図２参照）が設けられている。そして、そのホール素子１３ｍによりマグネット１３ｊの回転により生じる磁界の変化が検出される。前記制御装置５０（図１参照）は、ホール素子１３ｍの検出値に基づきモータ１３ａの回転量および揺動ワイヤ１３ｈの操作量を算出する。また、ハウジング１３ｋの後端には後述する進行連結部１５（図１参照）が首振り自在に連結されている。さらに、ハウジング１３ｋの周縁付近には軸方向に貫通する電線挿通孔１３ｌが等間隔で３つ形成されている。

図５に揺動連結部１２の詳細を示す。連結揺動部１２は、複数の略六角形状の環状部材１２ａから構成されている。その環状部材１２ａは、薄肉の環状の環状基部１２ｂと、その環状基部１２ｂの内面から内向きに突出したリブ１２ｃとを備えている。その環状基部１２ｂの対向する２辺には、軸心と平行な方向に、一対の連結片１２ｄが前方に延びており、前記連結片１２ｄに対し軸周りに約６０度ずらした２辺から一対の連結片１２ｄが後方に延びている。また、前記連結片１２ｄには、他の環状部材１２ｂの連結片１２ｄと連結するためのリベット１２ｅを挿通するリベット孔１２ｆが設けられている。前記リブ１２ｃには、前記揺動ワイヤ１３ｈを案内するためのワイヤ案内孔１２ｇが、略六角形状の頂点部に相当する位置に等間隔（１２０度の間隔）で３箇所に設けられている。なお、前記環状部材１２ａは環状基部１２ｂの内部にワイヤ案内孔１２ｇを一体化したリブ１２ｃを設けることにより、環状基部１２ｂおよびワイヤ案内孔１２ｇの強度を高めているが、リブ１３ｃを設けることなく、ワイヤ案内孔１２ｇを形成した突片のみを環状基部１２ｂ内に設けてもよい。また、前記チューブ１１ｇや電線１１ｆの案内孔をさらに設けてもよい。

図６に進行セグメント１４の詳細を示す。進行セグメント１４は略円筒状のハウジング１４ａ内にモータ１４ｂと、モータの回転軸１４ｃに取り付けられたギヤ１４ｄとが、ハウジング１４ａの軸方向に対して等間隔に（約１２０度ずらした位置）３つ配置されている。そのハウジング１４ａは筒状の側周面と、その側周面の前後端を閉じる前後の円板から形成されている。前記３つのモータのギヤ１４ｄ、１４ｄ、１４ｄの中央には、それらのギアと噛合うように、最終ギヤ１４ｅが設けられている。その最終ギヤ１４ｅは、筒状を呈しており、その筒状の部材の前方の開口端には外向きに延びるフランジ状の部分が形成され、そのフランジ状の部分の側周部分が前記ギヤ１４ｄと噛合う歯が形成されている。

また、前記最終ギヤ１４ｅの後方に延びる筒状の部分の内周には、メネジ１４ｆが形成されている。そのメネジ１４ｆが形成された筒状の内部には、メネジ１４ｆと螺合するオネジ１５ｂが形成されたロッド１５ａが収納されている。前記モータの回転軸１４ｃのうちの１つには、Ｓ極とＮ極を交互に配置した円盤状のマグネット１４ｇが固定されている。一方、前記進行セグメント１５には、マグネット１４ｇと対向するようにホール素子１４ｊ（図２参照）が設けられている。そして、そのホール素子１４ｊによりマグネット１４ｇの回転により生じる磁界の変化が検出される。前記制御装置５０は、ホール素子１４ｊの検出値に基づきモータ１４ｂの回転量およびロッド１５ａの操作量を算出する。得られた回転量および操作量は制御装置５０（図１参照）に送信される。また、隣り合うモータ１４ｂ、１４ｂと、ハウジング１４ａとの間のスペースに板状のアンプ１４ｉが設けられており、前記電線１１ｆが接続される。

さらに、前記ハウジング１４ａの周縁付近には軸方向に貫通する２つの電線挿通孔１４ｈが形成されている。その電線挿通孔１４ｈは、ハウジング１４ａの前方の面に前記アンプ１４ｉが配置されている部分を避けて２箇所に形成されている。また、後方の面には、電線挿通孔１４ｋが前記アンプ１４ｉに対応する位置に形成されている。前記チューブ１１ｇは電線挿通孔１４ｈを介して、ハウジング１４ａ内を通り、後方の導中管２０へ延びている。一方、前記電線１１ｆはハウジング１４ａの電線挿通孔１４ｈを通り、後端の面から一旦ハウジング１４ａの外に出て、前記電線収容部１６内で湾曲されて反転し、再びアンプ１４ｉと対応する箇所に形成された電線挿通孔１４ｋからハウジング１４ａ内に入る。そして、前記アンプ１４ｉの後端側に接続される。また、前記アンプ１４ｉからは、電線挿通孔１４ｋ、電線収容部１６、導中管２０を通る電線１１ｆが延びており、制御装置５０へ接続される。

前記進行セグメント１４の後端には、柔軟な材料で構成された湾曲可能な電線収容部１６が連結されており、前記進行セグメント１４が前進・後進する際に発生するハウジング１４ａの後端からアンプ１４ｉまで配索される電線１１ｆの弛み分を収納する。また、前記進行セグメント１４は３つのモータ１４ｂで１つの最終ギヤ１４ｅを回転させているので、出力の小さい小型のモータを選択することによって、進行セグメント１４を小型化できる。なお、出力の大きい１つのモータで最終ギヤ１４ｅを回転させてもよい。

図２に戻って、進行セグメント１４のロッド１５ａの先端付近には、マグネット１５ｄが固定されている。このマグネット１５ｄは、揺動セグメント１３と進行セグメント１４の間隔が最も小さくなる位置に達したときに、進行セグメント１４の先端に設けられたホール素子１４ｌ（図２参照）により、その磁界の変化を検出することによって、前記制御装置５０がロッド１５ａの初期位置を認識し、算出したモータ１４ｂの回転量をリセットしている。なお、この方法に限らず、ホール素子１４ｌが検出した磁界の変化によってロッド１５ａの位置を直接検出してもよい。

前記揺動連結部１２、揺動セグメント１３のハウジング１３ｋ、進行セグメント１４のハウジング１４ａの材質は、用いられる管路の内面に応じて選択される。また、管路が人間や動物などの体内である場合には、ステンレス、チタンあるいはセラミックスなどの生体適合性のある材料で形成されるのが好ましく、特にチタンを用いるのが好ましい。さらに、そのような生体適合性のある材料で表面処理をしてもよい。進行セグメント１４のモータ１４ｂに代えて、磁石または水圧、油圧シリンダなどの同様な作用を奏するものを用いてもよい。

次に、図７を用いて導中管２０について説明する。導中管２０は、金属帯片を方向の異なる螺旋状に巻回した二層構造の螺旋管２０ａと、その周囲に金属素線を編んで筒状に形成した網状管２０ｂと、その周囲にポリウレタン等の樹脂材料で形成した外被２０ｃとからなる。しかし、この構成に限らず、螺旋管を一層構造にしたり、網状管を非金属素線で形成してもよい。

図８を用いて駆動装置３０について説明する。駆動装置３０は図８ａに示すようにモータ３１と、そのモータ３１の図示しない回転軸に取り付けられたフルードカップリング３１ｂと、そのフルードカップリング３１ｂに設けられたパルスエンコーダ３１ｃと、回転軸３１ａと、出力ギヤ３１ｄと、その出力ギヤ３１ｄと噛合う、同一ピッチで同一直径の３つのギヤ３２ａ、３２ｂ、３２ｃとを備えている。それらの３つのギヤ３２ａ、３２ｂ、３２ｃは前記回転軸３１ａと平行で、モータ３１の周囲の部分に配置された回転軸３３ａ、３３ｂ、３３ｃに固定されている。それらのうち回転軸３３ａ、３３ｂは、軸支持部材３４（図８ａ参照）により枢支されている。また、回転軸３３ｃは、プレート３６に枢支されており、図示しないバネにより、回転軸３３ｂを回転中心とする周方向（矢印Ｒ）に常時付勢されている。また、それら３つのギヤ３２ａ、３２ｂ、３２ｃの回転の中心は正三角形の頂点付近に配置されている。そして、前記３つのギヤ３２ａ、３２ｂ、３２ｃの先端には外表面に溝３７ａ、３７ｂ、３７ｃが形成されたローラ３５ａ、３５ｂ、３５ｃが固定されている。前記溝３７ａの底部と溝３７ｂの底部との間隔は、導中管２０の外径よりも若干大きくなっており、溝３７ｂの底部と溝３７ｃの底部との間隔は図示しないバネによる矢印Ｒ方向への付勢力により導中管２０の外径よりも小さくなっている。

また、導中管２０をローラの溝３７ａ、３７ｂ、３７ｃの間に組み付ける際には、図８ｂの一点鎖線で示すように、プレート３６、ギヤ３２ｃおよびローラ３５ｃを図示しないバネの付勢力に抗して矢印Ｌ方向に回動させて溝３７ｂの底部と溝３７ｃの底部との間隔を導中管２０の外径より大きくさせ、導中管２０を溝３７ａ、３７ｂ、３７ｃの間に挿入し、その後プレート３６、ギヤ３２ｃおよびローラ３５ｃをバネの復元力で矢印Ｒ方向に回動させることによって、導中管２０とローラ３５ｂ、３５ｃの間に適度な圧縮力をかけ、導中管２０とローラ３５ｂ、３５ｃとが適切な摩擦力で保持されるようにしている。また、ローラ３５ａ、３５ｂ、３５ｃの３点で導中管２０を保持しているので、モータ３１により導中管２０を前進、後退させたときでも導中管２０の直線状態を確実に保持させることができ、進行装置１０の前進、後退時に発生する反力を確実に支持することができる。なお、ローラと導中管との摩擦力が適切になるようにローラの表面にシリコンゴムなどのカバーを被せてもよい。

次に、図９を用いてバルブユニット４０について説明する。バルブユニット４０は、モータ４１と、一端がそのモータの回転軸４１ａとカップリング４４ａを介して接続され、他端がベアリングユニット４４ｂにより、回転自在に支持される回転軸４４と、その回転軸４４の端部に固定され、一体に回転し、その円の周側の一部から凸部が突出しているカム４２とを備えている。そのカム４２には、カムと一体で回転する、Ｎ極とＳ極とがそれぞれ半円状に着磁されたマグネット盤４２ａが設けられている。一方、バルブユニット４０のフレームなどには、マグネット盤４２ａと対向するように、前記マグネット盤４２ａの回転による磁性の変化を検出するホール素子４２ｂが設けられている。

また、前記バルブユニット４０には、図示しない空気ポンプが接続され、空気が供給される給気口４５と、図示しない給液ポンプが接続され、生理食塩水等の液体が供給される給液口４７と、手動送気・送液装置６０が接続される供給口４８と、前記チューブ１１ｇ（図３参照）が接続される手動送気・送液口４９とが形成されている。前記給気口４５は、空気導入用バルブ４９ａと連通している。その空気導入用バルブ４９ａは空気排出用バルブ４９ｂに連通している。前記空気導入用バルブ４９ａの内部には前記カム４２の凸部により押し操作されるバルブロッド４３が通されており、そのバルブロッド４３が押し操作されることにより、空気導入用バルブ４９ａが開状態となる。また、前記給液口４７には、液体導入用バルブ４９ｃが連通している。さらに、前記供給口４８には、バルブ連結用チューブ６２ｄにより後述する手動送気・送液装置６０の注射器６２と連結され、給液用バルブ４９ｄを経て注射器内の液体がチューブ１１ｇへ供給される。

なお、図示していないが、前記各バルブは、円筒状のシリンダと、ボールと、そのボールをバルブの閉方向に付勢するコイルバネと、軟性ゴム製で中央に穴が形成されたボールを受け止めるクッションゴムとからなる。そして、前記シリンダのクッションゴム側には、ボールがバルブの開方向へ移動したときに、空気または液体が流れる流路が複数形成されている。

次に図１０を用いて手動送気・送液装置６０について説明する。前記手動送気・送液装置６０は、送気スイッチ６５が設けられた持ち手６１ａと、その持ち手６１ａの上方に設けられたシリンジ取付部６１ｂとを備えている。そのシリンジ取付部６１ｂにはシリンジ６２ａおよびピストン６２ｂとからなる注射器６２が取り付けられている。シリンジ６２ａの先端には送液口６２ｃが形成されており、バルブ連結用チューブ６２ｄを介してバルブユニット４０の供給口４８に接続されている（図９参照）。また、前記シリンジ取付部６１ｂには注射器６２と並行に空洞部が形成されており、その空洞部には棒状の部材６３がスライド自在に設けられている。その棒状の部材６３の後端部は注射器６２のピストン６２ｂの後端に連結されており、ピストン６２ｂのスライドに伴い、棒状の部材６３もスライドする。棒状の部材６３と空洞部の間にはスプリング６４が配置されており、棒状の部材６３を常に外へ押し出す方向に付勢している。すなわち、ピストン６２ｂをシリンジ６２ａから抜け出す方向に付勢している。また、棒状の部材６３の後端にはマグネット６３ｂが設けられており、注射器６２のピストン６２ｂがシリンジ６２ａの一番奥に押し込まれる位置に達したときにマグネットの磁界の変化を検出するホール素子６３ａが、シリンジ取付部６１ｂに設けられている。

以上から、本装置の作用を説明する。図１に示すように、前記進行装置１０の導中管２０を、駆動装置３０に組み付け、進行装置１０を管路内へ挿入する。この時点では揺動セグメント１３と進行セグメント１４との間隔は一番小さい状態であり、頭部１１、揺動連結部１２、揺動セグメント１３、進行セグメント１４および電線収容部１６は直線状態を呈し、駆動装置３０は停止している。前記制御装置５０により自動挿入の指示を出すと、進行装置１０の頭部１１に取り付けられた照明装置１１ｅ（図３参照）により管路内が照らされ、カメラ１１ｄにより撮影された管路内の画像データが制御装置５０に送信される。前記制御装置５０では、得られた画像データを基に、進行装置１０の進行方向および進行量を決定する。

なお、前記制御手段５０の制御方法としては、例えば、前記制御手段５０は、画像データから得られる色の数値データ（色、明るさなど）から管路の断面形状を演算する。次いで、その断面形状の面積から面積中心を演算し、その面積中心に頭部１１を向かせ、進行方向を決定する。

図２に示すように、決定した進行方向が前進の場合は、ホール素子１４ｊが検知するマグネット１４ｇの回転量が前記進行量に相当する量に達するまで、進行セグメント１４のモータ１４ｄ、１４ｄ、１４ｄへ通電する。マグネット１４ｇの回転量が所定量に達すると、モータ１４ｂ、１４ｂ、１４ｂを先ほどとは逆方向へ回転させ、ホール素子１４ｊがマグネット１５ｄの所定の磁力変化を検出するまでモータ１４ｄ、１４ｄ、１４ｄへ通電する。このモータ１４ｄ、１４ｄ、１４ｄを逆方向へ回転させるとき、前記進行量と、駆動装置３０（図８参照）のパルスエンコーダ３１ｃから得られる導中管２０の進行量とを同期させることで、頭部１１、揺動連結部１２および揺動セグメント１３の位置を変更させることなく、進行セグメント１４、電線収容部１６および導中管２０をロッド１５ａの移動量だけ前進させることができる。このとき、管路内の障害物等により、進行セグメント１４、電線収容部１６および導中管２０が前進するのを阻害された場合は、駆動装置３０のフルードカップリング３１ｂにより、導中管２０の送り出し量が抑制される。

その後、再度カメラ１１ｄにより撮影された管路内の状況から、進行方向および進行量を決定する。決定した進行方向が直進の場合は、前述と同様に進行装置１０を前進させるが、直進でない場合は、進行方向に向かせるための揺動ワイヤ１３ｈの操作量、すなわちメネジ部材１３ｆへのオネジ部材１３ｇの引き込み量（図４参照）に相当するマグネット１３ｊの回転量をホール素子１３ｍが検出するまで揺動セグメント１３のモータ１３ａに通電する。頭部１１が前記進行方向に向いた後に、前述と同様に進行セグメント１４および駆動装置３０（図８参照）の各モータに通電し前進させる。このとき揺動セグメント１３のモータ１３ａへの通電と、進行セグメント１４のモータ１４ｂへの通電を同時に行うことで、頭部１１の進行方向を変えながら、頭部１１、揺動連結部１２および揺動セグメント１３を前進させてもよい。前進終了後、前述と同様に前記揺動セグメント１３のモータ１３ａをさきほどとは逆方向へ回転させ、頭部１１と揺動連結部１２を直線状態へ戻す。

また、先頭のセグメントの頭部１１を揺動セグメント（胴部）１３に対して揺動させることができるので、湾曲した管路において、頭部１１を湾曲方向に向けて、そのまま先端部を前進させて、方向を案内する舵のように、湾曲部に入り込ませることができる。その後、先端部を湾曲部に入り込ませた状態で駆動装置３０によって導中管２０を押し出すので、全体としてスムーズに管路に挿入することができる。また、先端の進行装置１０のみを前進・後退させることができるので、位置の微調整をしたり、導中管２０の管路内の弛みを取ったりすることができる。

さらに、後端部から押し引きするのではなく、先端部のみでも前進・後退することができるので、導中管２０（図７参照）として座屈強度の低いものを用いることができる。導中管２０の座屈強度が低くすることができると、一般に管の最小湾曲半径も小さくなる。そのため、さらに複雑に湾曲した管路内への進行が容易になる。また、本進行システム１によると、スムーズに管路に通すことができるので、管路の内壁に余分な力を与えることなく、内壁を傷つけるのを防止することができる。また、本進行システム１を内視鏡として用いると、経験の少ない医師でも内視鏡を容易に挿入することができる。そして、内視鏡の挿入を自動化することができるので、医師の数が少なくても多数の内視鏡診察が可能である。

図９および図１０に示すように、管路内にて送気を行う際は、手動送気・送液装置６０の送気スイッチ６５を押すことにより、バルブユニット４０のモータ４１へ通電され、モータの回転軸４１ａが回転する。モータの回転軸４１ａの回転により、マグネット盤４２ａが１８０度回転すると、ホール素子４２ｂがマグネット盤４２ａの磁性の変化を検出し、その検出値が制御装置に送信される。そして、制御装置５０によりモータ４１への通電が停止される。このときカム４２の凸部がバルブロッド４３を空気導入用バルブ４９ａの開方向へ押すため、空気導入用バルブ４９ａは開状態となる。そのため、空気は、給気口４５、空気導入用バルブ４９ａ、空気排出用バルブ４９ｂを経て送気・送液口４９から排出される。

一方、送液を行う際は、手動送気・送液装置６０のピストン６２ｂを押すことにより、シリンジ６２ａ内の液体が送液口６２ｃ、バルブ連結用チューブ６２ｄを経て供給口４８へ送られる。次いで、ピストン６２ｂが所定量までシリンジ６２ａへ押し込まれると、マグネット６３ｂの磁性の変化をホール素子６３ａが検出する。すると、図示しない給液ポンプが給液口４７への給液を開始する。ピストン６２ｂはスプリング６４の付勢力によって棒状の部材６３を介して後方へ移動するので、その負圧によって前記給液口４７に供給された液体が液体導入用バルブ４９ｃ、供給口４８、バルブ連結用チューブ６２ｄから送液口６２ｃを経てシリンジ６２ａへ供給される。また、送液後に自動で前記送気操作を行うことにより、空気圧でチューブ１１ｇ内の液体を全て排出させ、チューブ１１ｇ内を常に空の状態にし、次回の送気・送液が確実になるようにしている。

さらに、図１に示すように、前記駆動装置３０には、後述するモータをＯＮ−ＯＦＦしたり、モータの回転数を制御するコンピュータなどからなる制御装置５０が接続される。その制御装置５０には、電源線が接続されており、駆動装置３０に供給する電源の周波数を可変するインバータなどが設けられている。そして、決められた周波数の電源を駆動装置３０のモータ３１（図８参照）に送電し、ローラ３５の回転数を変化させ、導中管２０の送り出しあるいは引き込み速度を変化させている。その制御装置５０は、ＣＰＵ、ハードディスク、メモリなどを備えた公知のパーソナルコンピュータである。その制御装置５０は、頭部１１に設けられたカメラ１１ｄからの映像を受信する。また、その制御装置５０は、いくつかの進行システム１を作動させるプログラムを記憶しており、そのプログラムに沿って誘導することにより、駆動装置３０を作動させ、進行装置１０を前進・後退させることができる。なお、間欠駆動の進行装置１０の前進・後退時に導中管２０をちょうど送り出し／引き込むことができるように、進行装置１０と駆動装置３０との同期を図ることもできる。

前記制御装置５０のディスプレイ上には、進行装置１０の操作画面が表示されている。その操作画面には、１つの円が描かれており、その円の中心を原点とするように、Ｘ−Ｙ座標が表示されている。その円の内部には、点あるいは十字などのマークが表示されており、そのマークの位置が進行装置の頭部１１の向いている方向である。そのマークと前記円の中心を結ぶ直線の長さと、その直線と例えばＹ軸とのなす角度の２つの変数により極座標上の点を表している。前記ディスプレイ上のマークは、マウス、キーボード、スティック状あるいは拳銃型（手動送気・送液装置６０）の操作装置により動かすことができる。さらには、ディスプレイをタッチセンサーの機能があるものにすると、指先やペン状の部材で容易に前記マークを動かすことができる。その場合は、タッチセンサー機能を備えたディスプレイをパソコンなどの本体部分から取り外して用いるようにしてもよい。

前記制御装置５０から出力された極座標の２つの変数をＸ−Ｙ−Ｚの直交座標の点に変換する。そして、得られた前記座標とモータの回転量とを対応させたテーブルを参照し、頭部１１を揺動させるのに必要な回転量を得る。次いで、その回転量だけモータを回転させるべく導中管２０を介して、所定時間だけ電力を供給する。

前記検出されたデータは前記制御装置５０に送信される。その制御装置５０では、得られたピストン６２ｂ（図１０参照）の位置情報によりシリンダ６２ａ内の薬剤などがどの程度送液されたかを記憶したり、適切な量が送液されない場合、あるいは過剰に送液された場合には警告を発するための信号を外部（ＬＡＮ、インターネット回線など）に送信したり、自身の画面上に警告を表示したり、警告音を発したりすることができる。さらに、持ち手６１ａには送気スイッチ６５が設けられており、そのスイッチをＯＮにすることで、制御装置５０を通してバルブユニット４０のモータを作動させることができる。

また、前記カメラ１１ｄの画像データを制御装置５０に送信し、その画像をディスプレイ上に表示して、そのディスプレイ上で、あたかも頭部２０が管路内を進行しているように表すこともできる。その際、前記マークを管路内の画像表示されたディスプレイ上で、操作できると、操作性が向上する。また、ＧＰＳや進行量の積算により、進行装置１０が現在どの位置にあるかを表示させることもできる。

図１は本発明の進行システムの概略図である。 図２は本発明にかかわる進行装置の実施形態を示す側面である。 図３は図２の頭部を示す斜面図である。 図４ａは図２の揺動セグメントを示す一部切り欠き斜面図、図４ｂは図２の揺動セグメントを示す斜面図である。 図５は図２の揺動連結部を示す概略斜面図である。 図６ａは図２の進行セグメントを示す一部切り欠き斜面図、図６ｂは図２の進行セグメントを示す斜面図である。 図７は図１に示す導中管の一部切り欠き側面図である。 図８ａは図１に示す駆動装置の概略図、図８ｂは図８ａの駆動装置のローラに導中管が組み付けられた様子を示す概略側面図である。 図９は図１に示すバルブユニットの概略図である。 図１０ａは図１に示す手動送気・送液装置の一部切り欠き正面図、図１０ｂは図１０ａの側面図である。 図１１は従来の内視鏡自動挿入装置を示す概略図である。

符号の説明

１ 進行システム
１０ 進行装置
１１ 頭部
１１ａ カバー
１１ｂ カバー固定部
１１ｃ 放出口
１１ｄ カメラ
１１ｅ 照明装置
１１ｆ 電線
１１ｇ チューブ
１１ｈ チューブ固定部
１１ｉ 基板
１１ｊ 端末固定部
１２ 揺動連結部
１２ａ 環状部材
１２ｂ 環状基部
１２ｃ リブ
１２ｄ 連結片
１２ｅ リベット
１２ｆ リベット孔
１２ｇ ワイヤ案内孔
１３ 揺動セグメント（胴部）
１３ａ モータ
１３ｂ モータの回転軸
１３ｃ ギヤ
１３ｄ 減速ギヤ
１３ｅ 最終ギヤ
１３ｆ メネジ部材
１３ｇ オネジ部材
１３ｈ 揺動ワイヤ
１３ｉ 端末部材
１３ｊ マグネット
１３ｋ ハウジング
１３ｌ 電線挿通孔
１３ｍ ホール素子
１４ 進行セグメント
１４ａ ハウジング
１４ｂ モータ
１４ｃ モータの回転軸
１４ｄ ギヤ
１４ｅ 最終ギヤ
１４ｆ メネジ
１４ｇ マグネット
１４ｈ 電線挿通孔
１４ｉ アンプ
１４ｊ ホール素子
１４ｋ 電線挿通孔
１４ｌ ホール素子
１５ 進行連結部
１５ａ ロッド
１５ｂ オネジ
１５ｄ マグネット
１６ 電線収容部
２０ 導中管
２０ａ 螺旋管
２０ｂ 網状管
２０ｃ 外被
３０ 駆動装置
３１ モータ
３１ａ 回転軸
３１ｂ フルードカップリング
３１ｃ パルスエンコーダ
３１ｄ 出力ギヤ
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ ギヤ
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ 回転軸
３４ 軸固定部
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ ローラ
３７ａ、３７ｂ、３７ｃ 溝
４０ バルブユニット
４１ モータ
４１ａ モータの回転軸
４２ カム
４２ａ マグネット盤
４２ｂ ホール素子
４３ バルブロッド
４４ 回転軸
４４ａ カップリング
４４ｂ ベアリングユニット
４５ 給気口
４７ 給液口
４８ 供給口
４９ 送気・送液口
４９ａ 空気導入用バルブ
４９ｂ 空気排出用バルブ
４９ｃ 液体導入用バルブ
５０ 制御装置
６０ 手動送気・送液装置
６１ａ 持ち手
６１ｂ シリンジ取付部
６２ 注射器
６２ａ シリンジ
６２ｂ ピストン
６２ｃ 送液口
６２ｄ バルブ連結用チューブ
６３ 棒状の部材
６３ａ ホール素子
６３ｂ マグネット
６４ スプリング
６５ 送気スイッチ

Claims (7)

1. 先頭のセグメントと、
   その先頭のセグメントの後方に配置された後方のセグメントと、
   それらセグメント同士を伸縮自在に連結する伸縮連結手段とからなる進行装置と、
   その進行装置に連結されて後方に延び、前記伸縮連結手段を作動させるための信号線が内装された導中管と、
   その導中管をその軸方向に送り出したり／引き込んだりする駆動装置とからなり、
   前記導中管が駆動装置により送り出されても座屈しない強度を備えており、
   前記先頭のセグメントが、頭部と、その頭部を揺動自在に連結する胴部と、前記頭部を胴部に対し揺動させる揺動手段とを備えている管路内の進行システム。
2. 前記揺動手段が、頭部と胴部を連結するインナーケーブルと、頭部に設けられたインナーケーブル係止部と、胴部に設けられたモータ部とからなり、
   前記インナーケーブル、頭部のインナーケーブル係止部および胴部のモータ部がそれぞれ、進行方向の軸周りに、等間隔に３つ以上配置され、
   前記モータ部により、インナーケーブルを引き込み、あるいは、送り出すことにより、前記頭部を胴部に対し首振り駆動する請求項１記載の管路内の進行システム。
3. 前記先頭のセグメントにカメラが搭載されている請求項２記載の管路内の進行システム。
4. 前記駆動装置および進行装置のそれぞれの進行・後退の動作を制御する制御手段を備えている請求項１、２または３記載の管路内の進行システム。
5. 前記導中管に送液あるいは送気用のチューブが内装されている請求項１、２、３または４記載の管路内の進行システム。
6. 前記導中管内のチューブに送液あるいは送気するためのモータを備えたバルブユニットと、そのモータの回転数を制御する制御手段とを備えている請求項５記載の管路内の進行システム。
7. 前記導中管内のチューブに送液あるいは送気するためのピストンおよびシリンダと、
   そのシリンダ内のピストンの位置を検出する検出器と、
   その検出器からのピストンの位置情報を取得し、前記バルブユニットのモータを制御する制御手段とを備えている請求項６記載の管路内の進行システム。

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