JP2716160B2 - 可撓管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は内視鏡等のように複雑な形状の通路に沿っ
て移動させるために、その形状を自由に屈曲させる可撓
管に関する。

〔従来の技術〕

このような装置の従来例としては、特開昭63−136014
号公報、実開昭59−2344号公報、実開昭58−101601号公
報、特開昭58−25140号公報、及び本願出願人による先
の出願である特願昭63−91093号等がある。

この中で、例えば特開昭63−136014号公報には、内視
鏡の先端に複数のセグメントを設け、各セグメント内に
形状記憶合金（Shape Memory Alloy、以下SMAと称す
る）を内蔵し、SMAを通電加熱することによりSMAの記憶
形状を回復させ、この結果各セグメントを湾曲させる、
いわゆる能動型の内視鏡が開示されている。ここで、各
セグメントへの通電量は次のように制御されている。先
ず、イメージガイドファイバにより得られた挿入管路内
部の像を見ながら、先端セグメントの屈曲角度（ここ
で、角度は方向も含むとする）を手動で入力する。通電
部は、入力された屈曲角度に対応した通電量を先端セグ
メントに与える。挿入部が、１セグメントの距離だけ挿
入されると、通電部は、先端セグメントに与えていた通
電量を２番目のセグメントに与える。先端セグメントの
通電量は手動で入力された屈曲角度に常に対応してい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように従来例では、各セグメントは先端側のセグ
メントと同じ角度、同じ方向にしか湾曲しない。このた
め、大腸等の挿入経路の形状が患者の体位変化や医師の
手による腹部への圧迫動作により変化した場合でも、後
方側のセグメントは経路変更前に対応する形状になろう
とする。つまり、大腸を圧迫することになり、患者へ苦
痛を与えるとともに、挿入が困難になるという問題点が
あった。

この発明は上述した事情に対処すべくなされたもの
で、その目的は通路に沿って移動する可撓管において、
通路の形状が変化しても、その変化に追従するようにそ
の形状を変化し、通路に沿って円滑に移動することがで
きる可撓管を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明は、管路に挿入す
る挿入部に、それぞれが湾曲駆動手段を備えた可撓性の
湾曲部を複数設けた可撓管において、各湾曲部へ印加さ
れる圧力を検出する感圧手段を各湾曲部に設け、検出圧
力に応じて印加圧力を緩和するように前記複数の湾曲部
にそれぞれ備えられた湾曲駆動手段を制御する制御手段
を設けたことを特徴とする。

［作用］ この発明によれば、各湾曲部の屈曲角度は、通常は、
先端側の湾曲部の屈曲角度と等しくなるように制御され
ているが、いずれかの湾曲部へ印加される圧力が所定値
以上になると、当該湾曲部の屈曲角度は補助操作部から
入力された角度、あるいは圧力が所定値以下になるよう
に補助操作部で求めた角度に修正される。

〔実施例〕

以下図面を参照して、この発明による可撓管の実施例
を説明する。ここでは、内視鏡の挿入部を湾曲させる機
構に応用した可撓管を説明する。

第２図は内視鏡の挿入部１の軸方向に沿った断面図で
あり、第３図は挿入部１の半径方向の断面図である。挿
入部１の外周は外被２で覆われ、中央にはチューブ３が
配設される。チューブ３の内部にはコイルスプリング４
が軸方向に沿って配置され、挿入部１の形状を直線状に
保っている。

挿入部１は複数の湾曲部８からなる。各湾曲部８の両
端にはフランジ５が設けられ、隣接する湾曲部８のフラ
ンジどうしは柱６を介して連結されている。各湾曲部８
の中には２つの中間フランジ７が設けられる。中間フラ
ンジ７にはSMAコイル11を挿通するための挿通孔13が設
けられる。

チューブ３の内部には、挿入部１内部に空気流を発生
させて後述のSMAコイル11を冷却するための送気管路
９、イメージガイドファイバ10、図示しないライトガイ
ドファイバ等の内視鏡の構成部品も配設される。

各湾曲部８は６本のSMAコイル11を有し、その両端は
フランジ５に固定される。SMAコイル11は変態点以上の
温度で密巻状態の形状を記憶させてある。これを、変態
点以下の温度で伸長変形させて固定している。従って、
変態点以上の温度に加熱すると、収縮する。SMAの素材
としては、TiNi合金、CuZnAl合金等、各種の材料を適宜
選択している。

第３図に示すように、SMAコイル11はチューブ３を挟
んで両側に３本づつ設けられる。そのため、選択的に片
側の３本のSMAコイル11を変態点以上の温度に加熱する
と、湾曲部８をその方向に屈曲できる。ここで、加熱は
通電によるジュール熱により行われているので、チュー
ブ３の片側の３本のSMAコイル11は端部どうしが適宜互
いに接続され、電気的に直列に接続され、この直列コイ
ルに通電されている。３本の直列接続SMAコイル11の一
端はリード線束12中の接地用の共通リード線に接続され
る。他端はリード線束12中の個別リード線に接続され
る。

第１図は、上述のように構成されたｎ個の湾曲部８か
らなる挿入部１を有する内視鏡システムのブロック図を
示す。挿入部１は大腸15内に挿入され、その先端からフ
ァイバスコープ16により腸壁が観察される。

人体の外側には挿入部１を移動することにより大腸内
に挿入するサーボモータ17と、挿入部１の挿入、屈曲を
制御する制御装置19と、送気管路９を介して挿入部１内
に冷却用空気を送るポンプ18とが設けられる。

制御装置19は各湾曲部８毎の屈曲角を制御する指令部
としてのサーボユニット19 1,19 2,…,19nと、移動速度
を制御するモータサーボユニット20を具備する。サーボ
ユニット19 1,19 2,…,19nはリード線束12を介して対応
する湾曲部８のSMAコイル11と接続され、入出力装置21
を介して与えられるマイクロコンピュータ22からの指令
に基づいてSMAコイル11を通電し、ジュール熱により加
熱する。なお、SMAコイル11の実際の屈曲角を表わす電
気抵抗値がサーボユニット19 1〜19nにフィードバック
される。

各サーボユニット19 1〜19nは第４図に示すように、S
MAコイル11と一定抵抗値の３個の抵抗Ｒとをブリッジ回
路に組み、SMAコイル11の電気抵抗値をフィードバック
して、入出力装置21を介して供給される屈曲角度信号に
加えている。第４図は片側のSMAコイル11についての通
電回路を示し、実際には各サーボユニット19にはこれが
２つづつ設けられる。このため、屈曲指令の角度とSMA
コイル11の電気抵抗値が一致するまで、屈曲指令に応じ
た方向の側のSMAコイル11が通電され、湾曲部８は屈曲
指令に応じた方向に、屈曲指令に応じた角度で屈曲す
る。

第１図の説明に戻り、入出力装置21には先端（＃１）
の湾曲部８の屈曲角度の目標値を設定する先端制御用レ
バー23、挿入動作用レバー24、補助操作部25も接続され
る。

先端制御用レバー23、挿入動作用レバー24は、それぞ
れレバーの操作量に応じた屈曲角度（方向も含む）、挿
入速度を示す指令信号を発生する。

補助操作部25は第５図に示すように、先端制御用レバ
ー23と同様に、ある湾曲部の屈曲角度の目標値を設定す
る湾曲量コントローラ28と、湾曲量コントローラ28から
の指令信号を入出力装置21を介していずれか１つのサー
ボユニット19 1〜19nに選択的に設定するための切換え
スイッチ27からなる。切換えスイッチ27の出力が入出力
装置21を介してマイクロコンピュータ22に供給され、当
該サーボユニット19 1〜19nに供給される指令信号が修
正される。

また、各湾曲部８には、第６図に示すように、SMAコ
イル11の近傍の外周に１対の圧力センサ29が設けられ
る。圧力センサ29は圧力計測部30に接続され、計測圧力
値、及び計測圧力値が設定値以上になったか否かを表示
部31で表示する。

第７図にこの実施例の内視鏡を大腸内に挿入している
様子を示す。挿入部１の先端部32は、大腸の肛門管33、
直腸34、Ｓ字結腸35、下行結腸36、左結腸曲37を経て、
横行結腸38、右結腸曲39、上行結腸40まで挿入されると
する。41は盲腸、42は回腸である。

次に、この実施例の動作を説明する。

ファイバスコープ16で大腸内壁の像を見ながら、先端
制御用レバー23、挿入動作用レバー24を操縦する。これ
らのレバーから手動を与えられる指令は、入出力装置21
を介してマイクロコンピュータ22に入力され、マイクロ
コンピュータ22によって処理された後、再び入出力装置
21を介して各サーボユニット19 1,20に供給される。

ここで、レバー23からの指令はサーボユニット19 1に
与えられ、サーボユニット19 1により先端の湾曲部８の
SMAコイル11が通電加熱される。

SMAコイル11は約70℃の変態点以下の温度では比較的
柔軟で伸びやすい性質を有するが、変態点以上に加熱さ
れると、固くなり記憶している形状に復元する。すなわ
ち、SMAコイル11が通電されない状態では、湾曲部８は
コイルスプリング４の弾性力によって直線状に延びてい
るが、いずれか一方側のSMAコイルに通電すると、ジュ
ール熱によってSMAコイル11は変態点以上の温度に達し
収縮する。その結果、湾曲部８は通電されたSMAコイル1
1の側に屈曲する。このように、どちらのSMAコイル11を
通電するかを決めるのが屈曲方向指令で、通電量を決め
るのが屈曲角度指令である。SMAコイル11はこの相変態
に伴って電気抵抗値が変化するが、第４図に示したよう
に、その抵抗値をフィードバックして通電電流を制御す
ることにより、その屈曲角度は指令された角度と一致す
る。

レバー24からの指令はモータサーボユニット20に与え
られ、その指令信号に基づいてサーボモータ17が駆動さ
れ、挿入部１が指令された速度で挿入される。

初期では、サーボユニット19 2〜19nへは何も指令が
与えられずに、先端以外の湾曲部８は直線状態を保つ。

サーボモータ17の回転により挿入部１が湾曲部８の１
ピッチ分の距離だけ挿入されると、マイクロコンピュー
タ22からシフト指令が発生され、各サーボユニット19 1
〜19n−１へ与えられていた指令が後続のサーボユニッ
ト19 2〜19nにシフトされる。すなわち、先端から２番
目の湾曲部のSMAコイルが、今まで先端の湾曲部のSMAコ
イルに与えられていた通電量で通電される。先端の湾曲
部の屈曲は、常に先端制御用レバー23から入力された指
令に基づいている。

これにより、先端の湾曲部に対する屈曲指令をレバー
23から入力してやれば、後続の湾曲部は、挿入部１の挿
入に同期して、順次同様に屈曲する。従って、挿入部１
は大腸15の屈曲形状に沿って屈曲しながら、挿入され
る。

SMAコイル11への通電を停止すると、SMAコイル11は送
気管路９を通して循環する空気によって冷却され、変態
点以下の温度となり、収縮力を失うので、湾曲部８はコ
イルスプリング４の弾性力により直線状に復元する。

そして、第７図に示すように、先端部32が横行結腸38
まで至った時、下行結腸36が破線で示すような変形を受
けたとする。この場合、前述したシフト指令によれば、
下行結腸36にある挿入部１の各湾曲部８はもとの実線に
対応する形状に自らの形状を合せようとする。このた
め、大腸は圧迫を受け、患者の苦痛につながるととも
に、これ以上の挿入が困難になる。

しかしながら、この実施例においては、第６図の圧力
センサ29により各湾曲部へ加えられる圧力値を検出して
いるので、検出圧力が患者に苦痛を与える圧力である場
合は、表示部31で当該湾曲部の番号と、その圧力値を表
示する。このため、この場合は、術者は挿入動作用レバ
ー24の操作を止めサーボモータ20による挿入を中断し、
補助操作部25の切換えスイッチ27を操作して該当する湾
曲部を選択し、湾曲量コントローラ28を操作して圧力が
正常に戻るように当該湾曲部の屈曲角度を修正する。こ
れにより、マイクロコンピュータ22は当該湾曲部に対応
するサーボユニットへの屈曲角度指令を修正する。他の
サーボユニットへの屈曲角度指令は元のままである。

そして、挿入部１の形状が破線のような形状に一致し
たら、挿入を再開する。もし、印加圧力が患者に苦痛を
与える湾曲部が複数ある場合は、上述の操作を繰返す。
この後、挿入部１が湾曲部８の１ピッチ分の距離だけ挿
入されると、前述の場合と同様にシフト指令が発生さ
れ、各サーボユニットへ与えられていた指令が後述のサ
ーボユニットに自動的にシフトされ、挿入が行われる。

以上説明したようにこの実施例によれば、先端の湾曲
部に対する屈曲指令を与えるだけで、後続の湾曲部は、
挿入部の挿入に同期して、順次同様に屈曲する。そし
て、挿入管路の形状が変化した場合は、術者は挿入を中
断し、補助操作部25を操作してその湾曲部の屈曲角度を
修正することができる。そのため、その後、再び、後続
の湾曲部を先端側の湾曲部と同様に屈曲させ、挿入を行
なうことができる。

第２実施例の主要部のブロック図を第８図に示す。

第２実施例では、圧力計測部30の計測値が比較部43に
入力され、設定された基準圧力レベルと比較され、両者
のレベル差が演算される。このレベル差が通電制御部44
に送られ、圧力計測レベルを設定値以下にするように通
電回路45に指令を与える。通電回路45はこれに対応して
SMAコイル11を通電する。サーボユニット等は第１実施
例と同様である。

第２実施例によれば、補助操作部25を手動で操作する
ことなく、湾曲部への圧力の過大な印加を自動的に解除
することができる。さらに、同時に複数の湾曲部の屈曲
角度を修正することも可能である。

第３実施例の外観を第９図に示す。

ここでは、内視鏡としては、先端にCCD等の固体撮像
素子を内蔵し、観察像を映像信号として得る内視鏡46が
用いられている。内視鏡46はＡケーブル47、Ａコネクタ
48を介して光源装置49に接続される。Ａコネクタ48から
分岐されたＢコネクタ50がCCU（カメラコントロールユ
ニット）51に接続される。さらに、Ｂコネクタ50から分
岐されたＣコネクタ52が挿入制御部53に接続される。挿
入制御部53の上にはTVモニタ54が配置される。挿入制御
部53にはコネクタ55も接続され、Ｂケーブル56を介して
コントローラ57に接続される。さらに、挿入制御部53に
接続されたＣケーブル58の他端は内視鏡46に接続された
挿入量検出部59に接続されている。

第10図にコントローラ57の詳細を示す。コントローラ
57は片手で握ることができるグリッパ60を有し、グリッ
パ60の側面に送気／水スイッチ61、吸引スイッチ62が設
けられている。送気／水スイッチ61、吸引スイッチ62の
表面には、両者のスイッチを指の触感によって区別でき
るように、それぞれ凹部、凸部が設けられている。この
他、湾曲用ジョイスティック63、湾曲方向表示部64、始
動／停止スイッチ65、独立湾曲切替えスイッチ66も設け
られている。独立湾曲切換えスイッチ66は第１実施例の
切換えスイッチ27（第５図）に相当する。

内視鏡46は挿入量検出部59に挿入され、体内に挿入さ
れる。挿入量検出部59は、第１実施例と同様にサーボモ
ータを有し、挿入部の送りと、シフト指令を発生するタ
イミングを得るために挿入量の検出を行う。内視鏡46へ
の照明光の供給は光源装置49から行なわれる。内視鏡46
からの映像信号はCCU51に送られ、TVモニタ54上に画像
として表示される。第１実施例の屈曲制御は挿入制御部
53で行われ、そのための指令はコントローラ57から入力
される。

なお、この発明は上述した実施例に限定されずに種々
変更可能である。例えば、圧力の計測値の表示だけでは
なく、所定値以上になった場合に警告を発生させてもよ
い。また、内視鏡に限定されずに、通路、管路を進行す
るマニュピュレータ等に応用してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、通常は、各湾
曲部は先端側の湾曲部と同じ角度で自動的に屈曲する
が、通路の形状が変化し、いずれかの湾曲部へ加えられ
る圧力が所定値以上になると、当該湾曲部の屈曲角度を
修正できるので、通路の形状が変化しても、その変化に
追従するようにその形状を変化し、通路に沿って円滑に
移動することができる可撓管を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による可撓管の第１実施例としての内
視鏡システムのブロック図、第２図は内視鏡挿入部の軸
方向の断面図、第３図は挿入部の半径方向の断面図、第
４図はサーボユニットの回路図、第５図は補助操作部の
ブロック図、第６図は圧力センサの配置を示す図、第７
図は大腸内に内視鏡が挿入される様子を示す図、第８図
は第２実施例の主要部のブロック図、第９図は第３実施
例の外観を示す図、第10図はコントローラの詳細な斜視
図である。 １……挿入部、８……湾曲部、17……サーボモータ、19
……制御装置、22……マイクロコンピュータ、23……先
端制御用レバー、25……補助操作部、30……圧力計測
部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管路に挿入する挿入部に、それぞれが湾曲
   駆動手段を備えた可撓性の湾曲部を複数設けた可撓管に
   おいて、 各湾曲部へ印加される圧力を検出する感圧手段を各湾曲
   部に設け、検出圧力に応じて印加圧力を緩和するように
   前記複数の湾曲部にそれぞれ備えられた湾曲駆動手段を
   制御する制御手段を設けたことを特徴とする可撓管。