JP4454747B2

JP4454747B2 - 内視鏡挿入形状検出装置

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Publication number: JP4454747B2
Application number: JP36334199A
Authority: JP
Inventors: 潤長谷川; 靖宏吉沢; 克己平川; 道雄佐藤; 健川端; 康夫平田; 俊成前田; 克哉鈴木; 征治山口; 勇中嶋
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2019-12-21
Also published as: JP2001169998A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光漏洩部を設けた光伝達ファイバを用いて内視鏡挿入形状を検出する内視鏡形状検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内視鏡は医療用分野及び工業用分野で広く用いられるようになった。この内視鏡は特に挿入部が軟性のものは、屈曲した体腔内に挿入することにより、切開することなく体腔内深部の臓器を診断したり、必要に応じてチャンネル内に処置具を挿通してポリープ等を切除するなどの治療処置を行うことができる。
【０００３】
この場合、例えば肛門側から下部消化管内を検査する場合のように、屈曲した体腔内に挿入部を円滑に挿入するためにはある程度の熟練を必要とする場合がある。
【０００４】
つまり、挿入作業を行っている場合、管路の屈曲に応じて挿入部に設けた湾曲部を湾曲させる等の作業が円滑な挿入を行うのに必要になり、そのためには挿入部の先端位置等が、体腔内のどの位置にあるかとか、現在の挿入部の屈曲状態等を知ることができると便利である。
【０００５】
このため、例えば特開平６−１０２４５８号公報に開示された内視鏡装置がある。この従来例では、挿入部の長手方向に光ファイバの所定長さ単位毎に湾曲検出部を配置して、所定長さ部分の湾曲状態を光の透過率を検出して、挿入部の湾曲状態を検出できるようにしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例は光ファイバの所定長さ単位毎に湾曲検出部を配置しなければならないことと、各湾曲検出部が複雑になる問題点があった。また、このように光ファイバの所定長さ単位毎に湾曲検出部を配置しなければならないため、挿入形状検出のセンサ部分の構造が複雑になり、コストアップしたり、挿入部内に組み込んだ場合、挿入部が太くなり易い。
【０００７】
（発明の目的）
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、湾曲検出用センサの構成が簡単にでき、かつ挿入部内に配置した場合にも殆ど太くする事無く配置でき、挿入形状を検出できる内視鏡挿入形状検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
内視鏡挿入形状を検出する内視鏡挿入形状検出装置において、
外面を加工することにより、湾曲時に光が漏れやすく形成された光漏洩部が形成された光伝達ファイバと、
前記光伝達ファイバの前記光漏洩部が複数配置された挿入部と、
前記光伝達ファイバで伝達される光の伝送量を測定する測定手段と、
前記測定手段の測定結果と、湾曲挿入部に対する前記光漏洩部の配置位置情報とに基づき前記挿入部の湾曲形状を推定する形状推定手段と、
前記形状推定手段で推定された湾曲形状を表示する表示手段と、
を具備したことにより、光漏洩部を設けた非常に細くできる光伝達ファイバで伝達される光の伝送量を測定することで、光漏洩部部分での湾曲量を検出できるようにしているので湾曲量を検出する曲げ検出センサの構成が簡単であると共に、挿入部内に配置した場合にも挿入部を殆ど太くしなくて済み、かつ曲げ検出センサの出力からの内視鏡挿入形状推定の処理系も簡単な構成で実現できるようにしている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１ないし図１１は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は第１の実施の形態を備えた内視鏡システムの全体構成を示し、図２は内視鏡の概略の構成とそのチャンネル内に形状検出用のプローブを挿通した状態を示し、図３はプローブの構成を示し、図４はプローブ内部に設けた形状検出用光ファイバと形状検出装置本体との構成を示し、図５は形状検出に用いる光ファイバの基本的な構成を示し、図６は曲げ検出の測定原理を示し、図７は図５とは異なる構成で形状検出に用いる光ファイバの基本的な構成を示し、図８は対にして形状検出用光ファイバを構成した具体例を示し、図９は図８のものをループ状にしたものを示し、図１０は双葉形状にした形状検出用光ファイバにより、その形状検出用光ファイバを設けた平面の曲げ及び捩れを検出する様子を示し、図１１は本実施の形態による挿入形状を算出するための各曲げセンサ位置を算出する原理説明図を示す。
【００１０】
図１に示すように内視鏡システム１は内視鏡６を用いて検査等を行う内視鏡装置２と、この内視鏡装置２と共に使用され、内視鏡６の挿入部７の形状を検出する第１の実施の形態の内視鏡形状検出装置３とから構成される。
内視鏡装置２は内視鏡６とこの内視鏡６に照明光を供給する光源装置１１と、内視鏡６の撮像手段に対する信号処理を行うビデオプロセッサ１４と、このビデオプロセッサ１４から出力される映像信号を表示するモニタ１９とから構成される。
【００１１】
また、内視鏡挿入形状検出装置３は内視鏡７内に設置される挿入形状測定用プローブ２５と、このプローブ２５が接続され、挿入形状測定用の光源部及び光検出部等と形状検出（測定）のための信号処理等を行う形状検出装置本体（形状検出プロセッサ）２７と、この形状検出装置本体２７からの形状画像を表示する形状表示用モニタ２８とから構成される。
【００１２】
（内視鏡検査用）ベッド４には、被検体としての患者５が載置され、この患者５の体腔内には内視鏡６の挿入部７が挿入される。
この内視鏡６は細長で可撓性を有する挿入部７とその後端に形成された太幅の操作部８と、この操作部８の側部から延出されたユニバーサルケーブル９とを有し、このユニバーサルケーブル９の末端にはコネクタ１０が設けてあり、このコネクタ１０は光源装置１１に着脱自在で接続できる。
【００１３】
このコネクタ１０からさらに信号ケーブル１２が延出され、この信号ケーブル１２の末端に設けた信号用コネクタ１３はビデオプロセッサ１４に着脱自在で接続される。
【００１４】
挿入部７には図２に示すように照明光を伝送するライトガイド１５が挿通され、このライトガイド１５はさらに操作部８から延出された（図１の）ユニバーサルケーブル９内を挿通され、末端のコネクタ１０に至る。このコネクタ１０の端面には光源装置１１内の図示しないランプから照明光が供給され、このライトガイド１５のよって伝送され、挿入部７の先端部１６の照明窓に取り付けられた先端面から（伝送した）照明光を前方に出射する。
【００１５】
この照明窓から出射された照明光により照明された体腔内の内壁或は患部等の被写体は先端部１６の照明窓に隣接して形成された観察窓に取り付けた対物レンズ１７によってその焦点面に配置された固体撮像素子としてのＣＣＤ１８に像を結ぶ。
【００１６】
このＣＣＤ１８はビデオプロセッサ１４内の図示しないＣＣＤドライブ回路から出力されるＣＣＤドライブ信号が印加されることにより、（ＣＣＤ１８で）光電変換された画像信号が読み出され、挿入部７内等を挿通された信号線を経てビデオプロセッサ１４内の信号処理回路で信号処理されて標準的な映像信号に変換され、カラーモニタ１９に出力され、対物レンズ１７でＣＣＤ１８の光電変換面に結像した内視鏡像をカラー表示する。
【００１７】
また、操作部８には湾曲操作ノブ２１が設けてあり、このノブ２１を回動する操作を行うことにより挿入部７の先端付近に形成した湾曲自在の湾曲部を湾曲できるようにして屈曲した体腔内経路にもその屈曲に沿うように先端側を湾曲させることによりスムーズに挿入できるようにしている。
【００１８】
また、図２に示すようにこの内視鏡６の挿入部７内には中空のチャンネル２２が形成されており、このチャンネル２２の基端側の図１に示す挿入口２３から鉗子等の処置具を挿通することにより、処置具の先端側を挿入部７の先端面のチャンネル出口から突出させて患部等に対して生検とか治療処置等を行うことができる。
【００１９】
また、このチャンネル２２に（体腔内に挿入された挿入部７の）形状検出のためのプローブ２５を挿入し、このプローブ２５の先端をチャンネル２２内の所定の位置に設定することができる。
【００２０】
このプローブ２５の後端側は挿入口２３から外部に延出され、その後端のコネクタ２６を形状検出装置本体２７に着脱自在で接続することができる。この形状検出装置本体２７で挿入形状に対応する挿入形状画像を生成し、形状表示用モニタ２８に出力することにより、形状表示用モニタ２８の表示面には検出（測定）された挿入部７の挿入形状が表示される。
【００２１】
図２はチャンネル２２内にプローブ２５を固定した場合のプローブ２５の先端側の１例を示す。プローブ２５の先端は例えば挿入部７の先端部１６の内腔に、例えば先端面が面一となるように固定されている。
また、図３はプローブ２５の概略の構造を示す。
【００２２】
図３に示すようにこのプローブ２５は、例えば可撓性を有する円筒チューブ３１の外周面に、その長手方向（軸方向）に沿って多数の形状検出用光ファイバ対３２−１，３２−１′；３２−２，３２−２′；３２−３，３２−３′，…の先端が所定間隔ずらして接着剤等で固定されており、これらは可撓性を有する保護チューブ３３で覆われている。
【００２３】
各光ファイバ対３２−ｉ，３２−ｉ′は非常に細いので、図３に示すように多数の光ファイバ対３２−１，３２−１′；３２−２，３２−２′；３２−３，３２−３′，…を設けても非常に細い形状検出用センサを構成でき、これを設けたプローブ２５も非常に細くできる。
【００２４】
図４に示すように各形状検出用光ファイバ対３２−ｉ，３２−ｉ′（ｉ＝１，２，３，…，ｎ）はそれぞれ１本のファイバ３４−ｉ，３４−ｉ′を双葉形状等の対称な形状が形成されるようにループ形状に折り曲げられ、例えばループ形状部分に光漏洩部３５がそれぞれ形成され、光を伝送した場合に屈曲される量に応じて光が漏れることにより、伝送された光出力の値（つまり光漏洩部３５の漏れ光の値）から屈曲量を検出できる曲げセンサを形成している。
【００２５】
なお、プローブ２５の長手方向にライン状に配置される光ファイバ対３２−１，３２−１′；３２−２，３２−２′；…；３２−ｎ，３２−ｎ′を図４では紙面の上下方向にずらして図示している。
そして、各ファイバ３４−ｉ，３４−ｉ′の折り曲げられた一方の端部には光源部３６のＬＥＤ等の光源３７からの照明光が集光レンズ３８を介して供給され、かつ各ファイバ３４−ｉ，３４−ｉ′の折り曲げられた他方の端部側に設けた光検出部３９を形成する光検出素子４０−ｉ，４０−ｉ′で伝送した光量を受光（測定）することにより、屈曲した量に対応した光信号を検出するようにしている。
【００２６】
後述（図１０参照）するように形状検出用光ファイバ対３２−ｉ，３２−ｉ′をある面上に設けることにより、その面に直交する方向の曲げ角とその面の捩れ角とを光検出素子４０−ｉ，４０−ｉ′の出力値から検出することができるようにしている。
【００２７】
この光検出素子４０−ｉ，４０−ｉ′の出力信号は形状検出部（形状推定部）４１に入力され、後述するように長手方向に配置した光漏洩部３５（或いは曲げセンサ）での湾曲量が推定され、かつ１つの光漏洩部３５（或いは曲げセンサ）を基準とした座標系で他の光漏洩部３５（或いは曲げセンサ）を表すように変換マトリックスで変換処理を施すことにより、（挿入部７内に配置された）各光漏洩部３５を連結した全体の屈曲形状（つまりプローブ２５の挿入形状或いはこのプローブ２５が挿通固定された）挿入部７の挿入形状検出（推定）の処理を行う。
【００２８】
そして、検出（推定）した挿入形状のデータを形状画像生成部４２に出力し、挿入形状のモデル画像を生成し、さらに映像信号生成部４３により、モデル画像の映像信号に変換して、形状表示用モニタ２８に出力し、挿入形状を表示するようにしている。
【００２９】
本実施の形態では、形状検出のセンサとなる部分を光漏洩部３５を設けた非常に細くできるファイバ（例えば数１０ミクロン程度）で構成できると共に、その両端の一方から光を入射させ、他端に伝送された光を検出することにより、各光漏洩部３５付近の屈曲を検出できるようにしているので、挿入形状のセンサ部分の構造が簡単にできると共に、センサ部分の出力から挿入形状を検出（推定）して表示する処理系も簡単な構成で実現できるようにしている。
【００３０】
また、本実施の形態ではセンサを構成するファイバ部分をプローブ２５によりチャンネル２２内に挿通して内視鏡６の挿入部７内に配置し、挿入検出のための光を供給する光源部３６と伝送した光を検出する光検出部３９等を挿入部７の外部に設けているので、チャンネル２２を有する内視鏡６に広く使用できると共に、その挿入部を７太くすることなく、挿入形状を検出して表示できるようにしている。
【００３１】
次に本実施の形態による形状検出の原理を説明する。
上記光漏洩部３５が設けられた各ファイバ３４−ｉ（３４−ｉ′）の構成は例えばＵＳパテント５，３２１，２５７号に記載されている。本実施の形態では例えば図５に示すように各ファイバ３４−ｉを構成する屈折率が大きいコア部５１とこのコア部５１を覆う屈折率が小さいクラッド部５２におけるクラッド部５２の一部分を削り取り、例えばクラッド部５２の屈折率より大きい屈折率の置換部材５３等で置換して形成した光漏洩部３５を備えている。
【００３２】
例えば、クラッド部５２の場合にはその屈折率が小さいことにより、クラッド部５２への大きな入射角以外の場合には全反射してコア部５１での光伝達を行えるようになるが、より大きな屈折率の部材に置換した場合には、クラッド部５２の場合には全反射するような（小さな）入射角の場合でも、全反射しないで、置換部材５３側に入射してその外部に漏れるようになる。
また、クラッド部５２の屈折率より大きい屈折率の置換部材５３の他に吸収部材で置換したものでも良い。
【００３３】
そして、図６（Ａ）に示すようにファイバ３４−ｉの一端に光源５４から光を入射させ、他端側で伝送された光を光検出器５５で検出して、伝送された光量に比例した光検出器５５の出力Ａと図６（Ｂ）に示すように置換部材５３（光漏洩部３５）付近での曲げ大きさθとは、図６（Ｃ）に示すように光検出器５５の出力Ａは曲げの大きさθが大きい程、小さくなる傾向の特性を示し、曲げの大きさθが極端に大きい場合を除き、殆ど比例関係を示す。
【００３４】
この特性は、ファイバ３４−ｉが屈曲されるとコア部５１の屈折率とクラッド部５２の屈折率との差より、コア部５１の屈折率と置換部材５３の屈折率との差が小さいため、置換部材５３（光漏洩部３５）部分では屈曲された場合に全反射されないで置換部材５３（光漏洩部３５）側により漏れ易くなり、外部に漏れる光量の割合が大きくなるので（伝送光量を検出することにより）曲げセンサとして利用することができる。
【００３５】
比例関係の場合及び比例関係からずれる場合を含めて曲げの大きさθは光検出器５５の出力Ａから
θ＝ｆ（Ａ）
と表すことができる。
【００３６】
また、図７に示すように、ファイバ３４−ｉのコア部５１を覆うクラッド部５２を削り取った切り欠き部５６を設けて光漏洩部３５を形成したものでも同様の作用効果を得ることができる。
また、上述の説明では、ファイバ３４−ｉは１本のファイバで構成されていると説明したが、図８に示すように、２本のファイバ対５９ａ，５９ｂで構成しても良い。
【００３７】
つまり、特性の揃ったファイバ対５９ａ，５９ｂにおける曲げセンサに使用する一方のファイバ５９ａには光漏洩部３５を設け、他方のファイバ５９ｂは光漏洩部３５を設けてない通常のファイバとして用い、１つの光源５４で一端から光を入射し、他端から伝送された光を、２つの特性が揃った光検出器５５ａ，５５ｂで検出し、例えば差動アンプ６０を通した差動出力を検出することによって、光の曲げによる成分をより正確に検出することが可能となり、安定して曲げの大きさθを検出できる曲げセンサを形成できる。
【００３８】
この場合には、各ファイバ５９ａがその長さに比例して伝送ロスが発生しても、殆ど同じ特性のファイバ５９ｂの光出力との差動成分を抽出することにより、長さに起因する伝送ロス成分をほぼ消去でき、長さにあまり左右されることなく曲げの大きさθを検出することができる。
【００３９】
また、図８に示すものを図９（Ａ）に示すように、ループ形状にしてさらに曲げを検出する光漏洩部３５を２箇所設けて曲げセンサ６１ａを形成するようにしてもよい。このようにすると、１箇所の場合よりも曲げの検出感度を向上できる。図９（Ａ）に示す曲げセンサ６１ａを図９（Ｂ）に示すように或る平面αに取り付けた場合、この曲げセンサ６１ａの出力から平面αに直交する方向の曲げの大きさθを検出することができる。
【００４０】
また、図１０（Ａ）に示すように２つの曲げセンサ６１ａ、６１ａ′を２つ組み合わせて１つの曲げセンサＳ１とすると、各曲げセンサ６１ａ、６１ａ′における光検出器（或いはさらに差動アンプを通した）出力をＡ、Ｂとすると、２つの曲げセンサ６１ａ，６１ａ′が取り付けられた平面αに対して図１０（Ｂ）に示すその平面αに垂直方向の曲げの大きさθ（曲率）と図１０（Ｃ）に示すねじれの大きさφは、次のような式で表すことができる。
【００４１】
θ＝ｆ（Ａ、Ｂ）
φ＝ｇ（Ａ、Ｂ）
となり、２つの曲げセンサ６１ａ，６１ａ′の出力の関数として表すことができる。その具体例としては、例えば出力Ａ、Ｂの平均値から平面αに垂直方向の曲げの大きさθを検出でき、また出力Ａ、Ｂの差動出力値から平面αの捩れの大きさφを検出できる。
【００４２】
次に、２つの曲げセンサ６１ａ，６１ａ′を組み合わせた曲げセンサＳ１，Ｓ２，…をテープ上にその長手方向に複数配置し、第１番目の曲げセンサＳ１（の光漏洩部３５が設けられた曲げ検出部の中心位置）を基準の座標系とした場合の各曲げセンサＳｉの３次元位置を求める方法を説明する。
【００４３】
図１１（Ａ）に示すように、第１番目の曲げセンサＳ１を基準とした座標系Ｏ₁−Ｘ₁Ｙ₁Ｚ₁（Ｏ−ＸＹＺ₁ と略記）に第１番目の曲げセンサＳ１を配置し、この第１番目の曲げセンサＳ１から距離ｄ_l の位置に第２番目の曲げセンサＳ２が配置されているとする。第１番目の曲げセンサＳ１によって得られる曲げとねじれの大きさを
θ₁ ＝ｆ（Ａ₁ ，Ｂ₁ ）
φ₁ ＝ｆ（Ａ₁ ，Ｂ₁ ）
とし、第２番目の曲げセンサＳ２によって得られる曲げとねじれの大きさを
θ₂ ＝ｆ（Ａ₂ ，Ｂ₂ ）
φ₂ ＝ｆ（Ａ₂ ，Ｂ₂ ）
とする。両曲げセンサＳ１、Ｓ２間を円弧で近似できると仮定とすると、第１番目の曲げセンサＳ１から第２番目の曲げセンサＳ２へのベクトルＶ₁ は次のような式（１行４列のマトリックス）で表すことができる。
【００４４】
Ｖ₁ ＝［Ｖx₁ Ｖy₁ Ｖz₁ １］
ここで、１以外の各成分は
Ｖx₁＝ｄ₁ ｃｏｓ（θ₁ ／２）
Ｖy₁＝ｄ₁ ｃｏｓ（φ₁ ）ｓｉｎ（θ₁ ／２）
Ｖz₁＝ｄ₁ ｓｉｎ（φ₁ ）ｓｉｎ（θ₁ ／２）
となる。但し、ｄ₁ は第１番目の曲げセンサＳ１から第２番目の曲げセンサＳ２への距離である。
【００４５】
同様に、第２番目の曲げセンサＳ２を基準とした座標系Ｏ₂−Ｘ₂Ｙ₂Ｚ₂（Ｏ−ＸＹＺ₂ と略記）を考え、この第２番目の曲げセンサＳ２から距離ｄ₂ の位置に第３番目の曲げセンサＳ３が配置されているとする。
【００４６】
そして第２番目の曲げセンサＳ２から第３番目の曲げセンサＳ３へのベクトルＶ₂ は上記の場合と同様に
Ｖ₂ ＝［Ｖx₂ Ｖy₂ Ｖz₂ １］
Ｖx₂＝ｄ₂ ｃｏｓ（θ₂ ／２）
Ｖy₂＝ｄ₂ ｃｏｓ（φ₂ ）ｓｉｎ（θ₂ ／２）
Ｖz2＝ｄ₂ ｓｉｎ（φ2 ）ｓｉｎ（θ₂ ／２）
となる。但し、ｄ₂ は第２番目の曲げセンサＳ２から第３番目の曲げセンサＳ３への距離である。
【００４７】
ベクトルＶ₂ は、第２番目の曲げセンサＳ２を基準とした座標系Ｏ−ＸＹＺ₂で表される為、第１番目の座標系Ｏ−ＸＹＺ1に変換するためには次の変換マトリックスＴ₁ が必要になる。
【００４８】
【数１】

変換マトリックスＴ₁ の変換マトリックス内の要素Ｒ_1-OP（O＝０，１，２、P＝０，１，２）は第１番目の座標系を基準としたときの第２番目の座標系の回転のパラメータを表し、ベクトルＶ₁ より求められる。
この変換マトリックスＴ₁ により第３番目の曲げセンサＳ３の位置Ｖ′₂ は次のようになる。
【００４９】
Ｖ′₂ ＝Ｔ₁ Ｖ₂
従って、第１番目の曲げセンサＳ１を基準とした座標系Ｏ−ＸＹＺ₁ での第ｎ番目の曲げセンサＳｎの位置Ｖ′_n-1 は
Ｖ′_n-1＝Ｔ₁ Ｔ₂ …Ｔ_n-1 Ｖ_n-1
となる。
【００５０】
このようにして挿入部内に配置される各曲げセンサＳ２，Ｓ３，…（の曲げセンサ中心）の３次元位置を基準とした例えば第１番目の曲げセンサＳ１の座標系で表すことができる。
従って、各センサの配置情報から挿入部７の挿入形状を推定することができる。
【００５１】
もっとも、上述の説明からも明らかなように挿入形状を検出する場合に、複数の曲げセンサを挿入部７内に配置する場合、挿入部７の長手方向にライン状に配置されるようにすることが望ましい。
【００５２】
上記説明では、第１番目の曲げセンサＳ１を基準とした座標系に変換したが、他のセンサの位置を基準にして（その座標系に変換して）各センサの位置を求めるようにしても良い。その場合にはその他のセンサの位置を基準した挿入形状が求められる。
【００５３】
例えば図３に示すように（それぞれ光漏洩部３５を設けた）ファイバ対３２−１，３２−１′；３２−２，３２−２′；…；３２−ｎ，３２−ｎ′を曲げセンサＳ１，Ｓ２，…，Ｓｎとして、曲げセンサＳ１を最初の基準位置として挿入形状を表示させても良いし、これより後方側の曲げセンサを基準位置として挿入形状を表示させるようにしても良い。
【００５４】
また、図１に示すように挿入部７を患者５の肛門の位置から挿入した場合、例えば挿入部７の外面に基準の位置のマーク或いは目盛を付けてそのマークが肛門の位置になった場合にその位置の内側の（前記マークに対応する基準の）曲げセンサを基準位置として他の曲げセンサの３次元位置を算出して挿入形状を表示させるようにしても良い。
【００５５】
本実施の形態によれば、光漏洩部３５を設けた非常に細いファイバにより、その光漏洩部３５部分でのねじれを含む湾曲角を光伝送出力から検出できるので、挿入形状の検出センサ部分を非常に小型にできまたその構成が簡単であるので挿入部内に配置することが容易であると共に、光伝送出力からの挿入形状の推定算出手段の構成も簡単にできる。
【００５６】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態を図１２を参照して説明する。第１の実施の形態では、チャンネル２２内に形状検出用のプローブ２５を挿通してチャンネル２２内に固定して内視鏡挿入形状を検出して、表示するようにしたが、本実施の形態では、内視鏡の挿入部内に挿入形状検出用の曲げセンサを組み込んで、挿入形状を３次元的に検出できるようにしたものである。
【００５７】
図１２（Ａ）に示すように断面が（例えば半径ｒの）円筒面の一部としたテープ状基材６５の表面にその長手方向に上述の曲げセンサＳ１，Ｓ２，…，Ｓｎを接着剤等で固定して形成した形状検出部６６を備えた形状検出用テープ状部材６７を図１２（Ｂ）に示すように内視鏡の挿入部（より具体的には軟性部７ａ）を構成する（金属帯を螺旋状に巻いた）フレックス６８と、その外側を覆うブレード（網管）６９との間に組み込むようにする。
【００５８】
通常、内視鏡の軟性部７ａは、金属帯を内径が一定となるように螺旋状に巻いたフレックス６８の外側に、金属線または樹脂線を編み状に編み込んだブレード（網管）６９を被せ、ブレード６９の外側を樹脂製の外被７０で覆うようにしている。
【００５９】
本実施の形態ではフレックス６８とブレード６９との間に形状検出用テープ状部材６７の形状検出部６６を配置し、樹脂製の外被７０で被覆した構成にしている。
【００６０】
この場合、テープ状基材６５の曲率半径ｒをフレックス６８の外表面の半径と殆ど一致させるようにして、組み込み易くすると共に、真っ直ぐにした状態では曲げさせる力が加わらないようにしている。
【００６１】
なお、形状検出用テープ状部材６７を構成するテープ状基材６５の後端はファイバに光を供給する光源部と、ファイバーによって伝送された光を検知する光検出部とを備えた形状検出プロセッサ２７（図４参照）に接続される。
【００６２】
また、この変形例として、図１２（Ｃ）に示すようにブレード６９とその外側を覆う外被７０との間に形状検出用テープ状部材６７を組み込むようにしても良い。
【００６３】
図１２（Ｂ）或いは図１２（Ｃ）のように軟性部７ａ内に形状検出用テープ状部材６７をその軟性部７ａの径を殆ど太くすることなく組み込むことができ、これを組み込むことで、挿入部を体腔内等に挿入した時の内視鏡の軟性部７ａの挿入形状を３次元的に検出して表示することができ、円滑な挿入を行うことが可能な挿入性の良い内視鏡を提供或いは実現できる。
【００６４】
なお、図１２（Ｂ）或いは図１２（Ｃ）において、形状検出用テープ状部材６７を複数組み込むようにしても良い。例えば、図１２（Ｂ）に示す形状検出用テープ状部材６７と対向する側にも形状検出用テープ状部材６７を組み込んだり、図１２（Ｂ）に示す形状検出用テープ状部材６７の他に、軟性部７ａの中心軸の回りに９０度回転した部分に沿って形状検出用テープ状部材６７を組み込むようにしても良い。
このように複数組組み込むようにすると、挿入部の中心軸の屈曲状態をより精度良く検出することができる。
【００６５】
（第３の実施の形態）
図１３は本発明の第３の実施の形態における軟性部７ａ（の軟性管）の一部を示す。第２の実施の形態では多数の曲げセンサＳ１，Ｓ２，…をテープ状基材に取り付けたものを軟性部内に組み込むようにしたが、本実施の形態では個別の曲げセンサＳ１，Ｓ２，…を軟性部７ａ内に組み込むようにしたものである。
【００６６】
図１３に示すように例えばブレード６９の外表面には光漏洩部を設けた曲げセンサＳ１，Ｓ２の先端の曲げセンサ部７１をそれぞれ接着固定したセンサテープ７２により接着固定され、曲げセンサ部７１から延びる光伝達ファイバ部７３は例えばブレード６９の編み角に沿って螺旋状等にして後方側に延出され、その後端は形状検出プロセッサ２７（図１２参照）に接続されるようにしている。
【００６７】
これらの曲げセンサＳ１，Ｓ２，…を取り付けたブレード６９の表面を樹脂製の外被７０で覆うようにしている。
なお、図１３ではブレード６９の外表面に曲げセンサＳ１，Ｓ２，…を取付けているが、ブレード６９の内側表面に設けるようにしても良い。
【００６８】
また、図１４（Ａ）は変形例における軟性部７ａの一部を示す。この変形例では図１３におけるセンサテープ７２を用いないで、個々のセンサＳ１，Ｓ２，…を光伝達ファイバ部７３をブレード６９に編み込むようにして取り付けている。つまり、各センサＳＩ（Ｉ＝１，２，…）構成する曲げセンサ部７１から光伝達ファイバ部７３を交差させたように２本で後方側に延出し、その際、各光伝達ファイバ部７３をブレード６９に編み込むようにしている。
【００６９】
これらの曲げセンサを取り付けたブレード６９の表面は樹脂製の外被７０で覆うようにしている。なお、図１４（Ｂ）は例えば曲げセンサＳ１を示し、この曲げセンサＳ１は光漏洩部を設けた曲げセンサ部７１と、この曲げセンサ部７１の基端から分岐して延出される光伝達ファイバ部７３とから構成さる。
【００７０】
本実施の形態（及びその変形例）によれば、形状検出用の曲げセンサを内視鏡の軟性部７ａに組み込むことにより、挿入の操作等が容易となる操作性の良い内視鏡を提供する事が出来る。
【００７１】
また、形状検出用の曲げセンサをブレード６９などの表面に組み込む等することにより、その曲げセンサの耐性を向上させることが出来、耐久性の良い３次元形状検出センサを組み込んだ内視鏡を提供できる。
【００７２】
（第４の実施の形態）
図１５は本発明の第４の実施の形態における形状検出用センサを示す。本実施の形態も図１２（Ａ）に示す形状検出用テープ状部材６７を挿入部の軟性部内に、例えばフレックス内部に螺旋状に巻いて円筒形状にして組み込むようにしたものである。
【００７３】
そして、この場合の円筒の外半径Ｒがフレックスの内半径と一致しすようにして組み込むようにしている。この形状検出用テープ状部材６７の後端側は形状検出プロセッサ２７に接続される。
本実施の形態の作用及び効果は図１２の場合と殆ど同様である。
【００７４】
（第５の実施の形態）
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は本発明の第５の実施の形態における形状検出用センサを示す。
第４の実施の形態と類似して、形状検出用テープ状部材を螺旋状にして軟性部内に組み込むものであるが、本実施の形態では２つの形状検出用テープ状部材７５Ａ，７５Ｂを隣接するように配置して螺旋状に巻き付けて軟性部の例えばフレックス６８（図１６（Ａ）の２点鎖線参照）の内周面に組み込むようにしている。
【００７５】
そして、形状検出用テープ状部材７５Ａ及び７５Ｂにそれぞれ設けた曲げセンサＳａ−ＩとＳｂ−Ｉとが長手方向に並ぶように各曲げセンサＳａ−ＩとＳｂ−Ｉを所定の間隔で取り付けている。
【００７６】
また、本実施の形態では曲げセンサＳａ−Ｉ，Ｓｂ−Ｉは双葉形状の対にしたセンサＳ１ではなく、図１６（Ｃ）に示すようにそれらを分解した一方（或いは他方）のセンサを所定間隔ずらして取付けたものが採用され、螺旋状に巻回した状態では図１６（Ａ）に示すように中心軸に対して対向するその反対側に対となる曲げセンサが位置するようにして対向する２つのセンサで（図１６（Ｂ）に示すように）双葉形状の対にしたセンサＳＩが構成されるようにしている。
【００７７】
そして、対向するセンサ同士で、クロスしたセンサを形成し両者の出力により、その断面部分がどれだけ、どの方向に湾曲しているかを検出することが可能にしている。
本実施の形態によれば、曲げセンサの密度を高くでき、検出精度を向上できる。
【００７８】
（第６の実施の形態）
図１７は本発明の第６の実施の形態における内視鏡７６Ａを示す。この内視鏡７６Ａは例えば図１の内視鏡６において、チャンネル２２内に形状検出プローブ２５を挿通して設けるのでなく、形状検出用センサを内蔵したものである。また、本実施の形態では光検出器を内視鏡の先端部に設けることにより、（光漏洩部を設けた）光ファイバの折り返しを無くした構成にしている。
【００７９】
挿入部７内には形状検出するための光ファイバ束７７が挿通され、この光ファイバ束７７の後端側は例えば挿入部７の後端付近で外部に延出され、形状検出用光源装置７８に接続され、形状検出用光源装置７８の内部の光源からこの光ファイバ束７７の後端には形状検出の光が供給される。
挿入部７内に挿通された光ファイバ束７７の先端は先端部１６まで延出され、伝送した光を先端部１６内に設けた光検出部７９で受光するようにしている。
【００８０】
また、先端部１６には図１８（Ａ）に示すようにライトガイド１５の先端側が固定され、その先端の照明窓に取り付けた照明レンズ１５ａを経て照明光を出射し、体腔内の患部等の被写体を照明する。
【００８１】
照明窓に隣接する観察窓には対物レンズ１７が取り付けられ、その結像位置に配置したＣＣＤ１８に被写体像を結像する。このＣＣＤ１８は例えば基板８１と電気的に接続され、ＣＣＤ１８と基板８１（に実装された図示しない）アンプなどは信号ケーブル８２と接続され、外部の図示しないビデオプロセッサに撮像信号を伝送する。
【００８２】
また、この基板８１には光検出部７９が取り付けられ、図１８（Ｂ）に示すように光ファイバ束７７を構成する対のファイバ７７ａ，７７ａ′；７７ｂ，７７ｂ′；…；７７ｎ，７７ｎで伝送した光をフォトダイオード等の光検出素子７９ａ，７９ａ′；７９ｂ，７９ｂ′；…；７９ｎ，７９ｎ′で受光するようにしている。
【００８３】
これら光検出素子７９ａ，７９ａ′；７９ｂ，７９ｂ′；…；７９ｎ，７９ｎ′で受光した信号は信号ケーブル８２と共に一本化されて外部の図示しないビデオプロセッサに設けた端子から形状検出プロセッサ側に出力される。
また、光ファイバ束７７は例えば挿入部７の軟性部内では図１８（Ｃ）に示すようにブレード６９と外被７０との間に挿通されている。
【００８４】
なお、対となるファイバ７７ｉ，７７ｉ′ではその一方にはその途中に光漏洩部が設けてあり、光漏洩部での曲げ検出する機能を持つ。この場合、ファイバ７７ａ，７７ａ′は先端付近に光漏洩部が設けてあり、異なるファイバ７７ｋ，７７ｋ′毎に光漏洩部が設けてある位置が異なり、各光漏洩部での曲げ検出により、挿入部７の長手方向における挿入形状の検出が可能となるようにしている。
本実施の形態によれば、光ファイバ束７７は実際には十分に細くできるので、挿入形状を検出できる細径の挿入部７を持つ内視鏡７６Ａを実現できる。
【００８５】
（第７の実施の形態）
図１９は本発明の第７の実施の形態における内視鏡７６Ｂを示す。この内視鏡７６Ｂは図１７の内視鏡７６Ａにおいて、光ファイバ束７７の後端は挿入部７の後端付近に配置され、半導体レーザ８４からのレーザ光が供給されるようにしている。
【００８６】
図２０（Ｂ）に示すように軟性部７ａの外被７０は外筒８５に接続され、この外筒８５内側に半導体レーザ８４を取り付けている。
【００８７】
そして、図２０（Ｃ）に示すように半導体レーザ８４を構成するｎ個のレーザ素子８４ａ，８４ｂ，…，８４ｎからそれぞれ対となるファイバ７７ａ，７７ａ′；７７ｂ，７７ｂ′；…；７７ｎ，７７ｎの後端にレーザ光を供給し、伝送した光をその先端で検出するようにしている。なお、図２０（Ｂ）では簡単化のため、ファイバ７７ｉ，７７ｉ′を７７ｉｉ′で示している。
【００８８】
また、光ファイバ束７７の先端は先端部１６内に固定され、図２０（Ａ）に示すように（図１８（Ａ）の場合とほぼ同様に）光検出部７９で受光するようにしている。
【００８９】
本実施の形態によれば、光ファイバ束７７は実際には十分に細くできるので、挿入形状を検出できる細径の挿入部７を持つ内視鏡７６Ｂを実現できる。
なお、半導体レーザ８４を操作部８内に配置するようにしても良い。
【００９０】
（第８の実施の形態）
図２１は本発明の第８の実施の形態における内視鏡７６Ｃを示す。この内視鏡７６Ｃは例えば図１７の内視鏡７６Ａにおいて、光ファイバ束７７の後端側をライトガイドファイバ１５と一体化するようにまとめて内視鏡７６Ｃの外部に延出し、光源装置８６に接続し、光源装置８６から照明光を供給する。
【００９１】
ライトガイド１５に供給された照明光は照明に用いられ、光ファイバ束７７に供給された照明光は光検出器７９で検出することにより、曲げ検出に利用され、各光漏洩部での曲げ検出により、挿入形状が検出される。
換言すると、ライトガイド１５の一部を分岐して形状検出の光ファイバ束７７を形成している。その他は図１７の場合と同様の構成である。
【００９２】
本実施の形態は図１７の実施の形態の場合と同様な作用効果を有すると共に、図１７の場合における光ファイバ束７７をライトガイド１５と別体で引き出す必要が不要となるメリットがある。
【００９３】
（第９の実施の形態）
図２２は本発明の第９の実施の形態における内視鏡７６Ｄを示す。この内視鏡７６Ｄでは光漏洩部を設けたファイバによる形状検出用センサと、磁気を利用して位置検出を行う位置検出用コイルとを備えた形状検出用センサを備えたものである。
【００９４】
より具体的には図２３に示すように形状検出用の断面が円筒形状の可撓性のチューブ８８内に所定位置を境にしてその先端側にテープ状のセンサＳ１、Ｓ２を配置し、後方側には位置検出用コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，…を配置して形成した形状検出用センサ８７Ａを、このチューブ８８の所定位置が湾曲部７ｂと軟性部７ａとの境界位置となるように挿入部７内に設置するようにしている。
【００９５】
なお、例えばコイルＬ１は他のコイルＬ２，Ｌ３，…等と直交する向きに配置して、テープ状のセンサＳ１、Ｓ２の軸方向を検出できるようにしている。
つまり、コイルＬ２，Ｌ３，…の巻線の軸方向は例えば挿入部７の軸方向（長さ方向）であり、この方向を軸とした回転を検出できないが、コイルＬ１の巻線の軸方向を例えば挿入部７の軸と直交する方向にしてこの回転を検出できるようにしている。
【００９６】
このように設置することにより、挿入部７における湾曲部７ｂのように金属製の湾曲駒を連結配置したような部分ではそれにより影響を受けないセンサＳ１、Ｓ２でその挿入形状を検出し、金属部材の少ない軟性部７ａ内ではコイルＬ２，Ｌ３，…等を用いて位置検出を行えるようにしている。
【００９７】
なお、コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，…は各両端に接続された図示しない信号線が磁気発生用のドライブ回路に接続され、コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，…は例えば一定間隔でドライブ信号（交流信号）が印加されて、印加されたコイルの周囲に磁場（磁界）を発生し、例えば図１におけるベッド４の４隅等の既知の位置に設けた磁気検出用コイルでその磁場により誘起した信号を検出することにより、磁場を発生したコイルの位置を検出することにより、各コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，…の３次元位置を算出する手段を形成している。
【００９８】
本実施の形態によれば、コイルを用いて形状検出する場合における湾曲部７ｂのように金属製の部材により磁気による検出精度が低下する部分を光を利用した曲げセンサを用いることにより、その金属製の部材による影響を受けることなく、高精度の位置検出、形状検出ができる。
【００９９】
（第１０の実施の形態）
図２４は本発明の第１０の実施の形態における内視鏡７６Ｅを示す。図２３の形状検出センサ８７Ａでは所定位置を境界として、その先端側と後端側とに分離したようにテープ状のセンサＳ１、Ｓ２とコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，…とを配置ていたが、本実施の形態の内視鏡７６Ｅでは図２５に示すように一部の部分で重複するようにしてその先端側と後端側とにテープ状のセンサＳ１、Ｓ２，Ｓ３，…とコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，…とを配置して形状検出センサ８７Ｂを形成している。ただし、コイルＬ１はコイルＬ２，Ｌ３，…と同一の向きのコイルである。テープ状のセンサで得られる形状とコイルにより得られる形状の合成は重複部分の形状の同一性により形状の合成を行う。
【０１００】
本実施の形態においても、コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，…は軟性部７ａより後方側に配置するようにしている。その他は第９の実施の形態と同様である。
本実施の形態によれば、第９の実施の形態の作用効果を有する。
【０１０１】
（第１１の実施の形態）
図２６（Ａ）は本発明の第１１の実施の形態における湾曲部の一部を示す。本実施の形態では、湾曲部はリベット９１で湾曲自在に連結される隣接する湾曲駒９２，９２の間に光ファイバによる曲げセンサ９３を配置し、曲げセンサ９３を接着用テープ９４で固定したものでる。
【０１０２】
図２６（Ｂ）は図２６（Ａ）の一部を拡大して示している。隣接する湾曲駒９２，９２には湾曲していない状態で、真っ直ぐにして先端を半円形に曲げ、例えば先端付近に光漏洩部３５を設けた曲げセンサ９３が湾曲駒９２，９２の例えば内周面にそれぞれテープ９４で接着固定されるようにしている。
【０１０３】
なお、光漏洩部３５を設ける位置は図２６（Ｂ）に示す位置以外でも良い。また、曲げセンサ９３を湾曲駒９２，９２の外周面に接着するようにしても良い。また、曲げセンサ９３は湾曲駒９２，９２の例えば内周面における１箇所だけでなく、４箇所に沿って設けるようにしても良い。
本実施の形態のように曲げセンサ９３を設けることにより、湾曲部の湾曲により湾曲方向を正確に検出することができる。
【０１０４】
（第１２の実施の形態）
次に本発明の第１２の実施の形態を図２７を参照して説明する。本実施の形態では、図２７に示すように内視鏡の挿入部の適当な位置に曲げセンサを４つ配置し、内視鏡の挿入部の形状を検出する。
【０１０５】
曲げセンサＳ_j1、Ｓ_j2、Ｓ_j3、Ｓ_j4の出力をＡ_j1、Ａ_j2、Ａ_j3、Ａ_j4とすると、各センサの位置の曲げの大きさは、
θ_j1 ＝ｆ（Ａ_j1 ）
θ_j2 ＝ｆ（Ａ_j2 ）
θ_j3 ＝ｆ（Ａ_j3 ）
θ_j4 ＝ｆ（Ａ_j4 ）
となる。曲げセンサＳ_j1とセンサＳ_j3、曲げセンサＳ_j2とセンサＳ_j4の曲げの大きさの平均値をθ₁₃、θ₂₄とし、各値はＺ軸回転とＹ軸回転に対応する。
【０１０６】
このとき、図２８より（隣接する）次の曲げセンサへのベクトルＶ_j は
Ｖ_j ＝［Ｖx_j Ｖy_j Ｖz_j １］
Ｖx_j＝ｄ_j ｃｏｓ（θ₂₄）ｃｏｓ（θ₁₃）
Ｖy_j＝ｄ_j ｃｏｓ（θ₂₄）ｓｉｎ（θ₁₃）
Ｖz_j＝ｄ_j ｓｉｎ（φ₂₄ ）
となる。
また、変換マトリックスＴ_j は次のようになる。
【０１０７】
【数２】

但し、変換マトリックスＴ_j の要素Ｒ_j-OP（O＝０，１，２、P＝０，１，２）は第ｊ番目の座標系を基準としたときの第ｊ＋１番目の座標系への回転のパラメータを表し、ベクトルＶ_j より求められる。
【０１０８】
各曲げセンサ間のベクトルＶ_j と変換マトリックスＴ_j が得られると、第１の実施の形態で記載したように適当な曲げセンサの位置を基準とした座標系で各他の曲げセンサの位置を算出することができる。
【０１０９】
（第１３の実施の形態）
次に本発明の第１３の実施の形態を図２９を参照して説明する。本実施の形態の内視鏡７６Ｆは、図２１に示す内視鏡７６Ｃにおいて、光ファイバ束７７の先端面に伝送した光を検出する光検出器７９の代わりに電荷結合素子（ＣＣＤと略記）９６が配置され、光ファイバ束７７を構成する各光ファイバ対を例えば正方格子状等に整列させた状態でＣＣＤ９６で受光するようにしている。
【０１１０】
つまり、ＣＣＤ９６の各画素は整列された各光ファイバの先端面に対向して、各光ファイバの先端面から出射される光を受光するようにしている（結像レンズを介挿してＣＣＤ９６に結像させても良い）。
【０１１１】
そして、このＣＣＤ９６は信号ケーブル（図示略）と接続され、対物レンズ１７の結像位置に配置されたＣＣＤ１８に接続された信号ケーブルと共に、挿入部７内を挿通され、操作部８からさらにユニバーサルケーブル９内を挿通され、図１に示すビデオプロセッサ１４に入力される。
【０１１２】
ＣＣＤ９６はＣＣＤドライバにより一定の周期のＣＣＤドライブ信号が印加され、読み出されたＣＣＤ出力信号は図４の形状検出部４１に入力され、光ファイバ束７７における各光ファイバ対の先端面に対応する画素の出力信号から光検出素子で受光した場合のように湾曲角を検出（推定）する。
その他は図２１の場合と同様の構成である。
【０１１３】
本実施の形態によれば、光検出器７９を採用した場合に比べて光検出器７９に接続する信号線の本数を削減できる。
なお、ＣＣＤ９６としては２次元的に撮像するものに限定されるものでなく、ライン状ＣＣＤでも良い。
【０１１４】
また、ＣＣＤ１８の周辺画素を利用して、光ファイバ束７７の先端面を受光するようにしても良い。このようにすると、光検出手段を新たに設けることなく、ＣＣＤ１８を利用でき、しかも信号ケーブルも新たに設けることなく済む。
【０１１５】
なお、上述した各実施の形態等を部分的等で組み合わせて構成される実施の形態等も本発明に属する。
例えば、図４の光検出部３９の光検出素子４０−１，…，４０−ｎ′の代わりにライン状ＣＣＤ等を採用しても良い。
【０１１６】
［付記］
１．外面を加工することにより、湾曲時に光が漏れやすく形成された光漏洩部が形成された光伝達ファイバと、
前記光伝達ファイバの前記光漏洩部が複数配置された挿入部と、
前記光伝達ファイバで伝達される光の伝送量を測定する測定手段と、
前記測定手段の測定結果と、湾曲挿入部に対する前記光漏洩部の配置位置情報とに基づき前記挿入部の湾曲形状を推定する形状推定手段と、
前記形状推定手段で推定された湾曲形状を表示する表示手段と、
を具備したことを特徴とする挿入形状検出装置。
【０１１７】
２．外面を加工することにより、湾曲時に光が漏れやすく形成された光漏洩部が形成された光伝達ファイバと、
被検体内に挿入される挿入部を有する内視鏡と、
前記挿入部に形成され、湾曲機能を有する湾曲部と、
前記湾曲部内に設けられ、該湾曲部の湾曲機能を補助する複数の湾曲駒と、
前記複数の湾曲駒の間に前記光伝達ファイバの前記光漏洩部を配置させる光漏洩部固定手段と、
前記光伝達ファイバで伝達される光の伝送量を測定する測定手段と、
前記測定手段の測定結果と、前記挿入部に対する前記光漏洩部の配置位置情報とに基づき前記挿入部の湾曲形状を推定する形状推定手段と、
前記形状推定手段で推定された湾曲形状を表示する表示手段と、
を具備したことを特徴とする挿入形状検出装置。
【０１１８】
３．外面を加工することにより、湾曲時に光が漏れやすく形成された光漏洩部が形成された光伝達ファイバと、
被検体内に挿入される挿入部を有する内視鏡と、
前記挿入部に形成され、湾曲機能を有する湾曲部と、
前記湾曲部内に前記光伝達ファイバの前記光漏洩部を配置させる光漏洩部固定手段と、
前記光伝達ファイバで伝達される光の伝達量を測定する測定手段と、
前記測定手段の測定結果と、前記挿入部に対する前記光漏洩部の配置位置情報とに基づき前記湾曲部の湾曲形状を測定する第１の形状推定手段と、
前記湾曲部より基端側の前記挿入部に配置されたコイル手段と、
前記手段との間で磁界を送受する磁界送受手段と、
前記磁界送受手段で送受された磁界の強度を検出する磁界強度検出手段と、
前記磁界強度検出手段で検出された磁界強度に基づき、前記挿入部の湾曲形状を推定する第２の形状推定手段と、
前記第１の形状推定手段で推定された第１の湾曲形状と、前記第２の形状推定手段で推定された第２の湾曲形状とを合成する合成手段と、
前記合成手段で合成された合成結果に基づき、前記挿入部の湾曲形状を表示する表示手段と、
を具備したことを特徴とする内視鏡挿入形状検出装置。
【０１１９】
４．前記測定手段は光伝達ファイバの一端に光を入射させる光源と、前記光伝達ファイバの他端に伝送された光を検出（測定）する光検出手段とからなる付記１の内視鏡挿入形状検出装置。
５．前記測定手段は内視鏡の外部に配置される付記１の内視鏡挿入形状検出装置。６．前記光漏洩部を設けた光伝達ファイバはプローブを介して内視鏡の挿入部内に着脱自在に配置可能である付記１の内視鏡挿入形状検出装置。
７．前記光漏洩部を設けた光伝達ファイバは内視鏡の挿入部を構成する軟性管内に組み込まれる付記１の内視鏡挿入形状検出装置。
【０１２０】
８．前記光検出手段は内視鏡の挿入部の先端部に配置される付記４の内視鏡挿入形状検出装置。
９．前記挿入部の先端部に配置される光検出手段は固体撮像素子である付記８の内視鏡挿入形状検出装置。
【０１２１】
１０．内視鏡の挿入部の長手方向に配置され、外面を加工することにより、湾曲時に光が漏れやすく形成された光漏洩部が形成された光伝達ファイバで形成した複数の曲げセンサと、
前記各曲げセンサの出力を測定する測定手段と、
前記曲げセンサの出力から前記曲げセンサが配置された挿入部の湾曲の方向を求める手段と、
前記曲げセンサ間の距離と前記湾曲の方向から内視鏡の挿入部の形状を推定する手段と、
前記挿入部の形状を表示する手段とからなる内視鏡挿入形状検出装置。
【０１２２】
１１．前記曲げセンサの光漏洩部は、光伝達ファイバの所定の部分のクラッド部を欠損させるか、クラッド部を欠損させた部分にクラッド部より大きい屈折率等の置換部材を埋め込んで、光漏洩部が湾曲された場合にその湾曲量に応じて伝送する光を漏洩させるものである付記４の内視鏡挿入形状検出装置。
【０１２３】
１２．曲げセンサは光漏洩部を設けた光伝達ファイバと、光漏洩部を設けてない光伝達ファイバを対にして挿入部の所定の場所に配置し、対にした光伝達ファイバで伝送した光出力から曲げの大きさを検出する付記１０の内視鏡挿入形状検出装置。
【０１２４】
１２．内視鏡の挿入部に複数の磁界を発生するコイルと体腔外の既知の位置に配置された前記磁界を検出する複数のコイルと、、
前記検出された磁界の大きさから前記磁界を発生するコイルの実空間上の位置を推定する手段と、
内視鏡の挿入部に複数配置され、外面を加工することにより、湾曲時に光が漏れやすく形成された光漏洩部が形成された光伝達ファイバで形成した曲げセンサと、
前記曲げセンサの出力から前記曲げセンサが実装された位置の湾曲の方向を求める手段と、
前記挿入部に配置されたコイルと曲げセンサとの位置関係から内視鏡の挿入部の形状を推定する手段と、
前記挿入部の形状を表示する手段からなる内視鏡挿入形状検出装置。
【０１２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光漏洩部を設けた非常に細くできる光伝達ファイバで伝達される光の伝送量を測定することで、光漏洩部部分での湾曲量を検出できるようにしているので湾曲量を検出する曲げ検出センサの構成が簡単であると共に、挿入部内に配置した場合にも挿入部を殆ど太くしなくて済み、かつ曲げ検出センサの出力からの挿入形状推定の処理系も簡単な構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を備えた内視鏡システムの全体構成図。
【図２】チャンネル内に形状検出用のプローブを挿通した内視鏡の概略を示す図。
【図３】プローブの構成を示す断面図。
【図４】プローブ内部に設けた形状検出用光ファイバと形状検出装置本体との構成を示す図。
【図５】形状検出に用いる光ファイバの基本的な構成を示す斜視図。
【図６】曲げ検出の測定原理を示す図。
【図７】図５とは異なる構成で形状検出に用いる光ファイバの基本的な構成を示す斜視図。
【図８】対にして形状検出用光ファイバを構成した具体例を示す図。
【図９】図８のものをループ状にしたものを示す図。
【図１０】双葉形状にした形状検出用光ファイバにより、その形状検出用光ファイバを設けた平面の曲げ及び捩れを検出する様子を示す図。
【図１１】本実施の形態による挿入形状推定の曲げセンサ位置推定の原理説明図。
【図１２】本発明の第２の実施の形態における挿入形状検出用テープ状部材及びこれを組み込んだ軟性部の構造を示す図。
【図１３】本発明の第３の実施の形態における曲げセンサを組み込んだ軟性部の構造を示す図。
【図１４】第３の実施の形態の変形例における曲げセンサを組み込んだ軟性部の構造等を示す図。
【図１５】本発明の第４の実施の形態における挿入形状検出用テープ状部材を螺旋状にした構造を示す図。
【図１６】本発明の第５の実施の形態におけるブレード内側に螺旋状にして組み込まれる挿入形状検出用センサ等を示す図。
【図１７】本発明の第６の実施の形態における内視鏡の概略の構成を示す図。
【図１８】図１７の各部の構成を示す図。
【図１９】本発明の第７の実施の形態における内視鏡の概略の構成を示す図。
【図２０】図１９の各部の構成を示す図。
【図２１】本発明の第８の実施の形態における内視鏡の概略の構成を示す図。
【図２２】本発明の第９の実施の形態における内視鏡を示す図。
【図２３】湾曲部内と軟性部内に設けた形状検出用センサを示す図。
【図２４】本発明の第１０の実施の形態における内視鏡を示す図。
【図２５】湾曲部内と軟性部内に設けた形状検出用センサを示す図。
【図２６】本発明の第１１の実施の形態における湾曲部を示す図。
【図２７】本発明の第１２の実施の形態における挿入部の内周面に曲げセンサを４つ設けた様子を示す図。
【図２８】図２７の場合における曲げセンサ位置推定の原理説明図。
【図２９】本発明の第１３の実施の形態における内視鏡の概略の構成を示す図。
【符号の説明】
１…内視鏡システム
２…内視鏡装置
３…内視鏡挿入形状検出装置
４…ベッド
５…患者
６…内視鏡
７…挿入部
１１…光源装置
１４…ビデオプロセッサ
１５…ライトガイド
１６…先端部
１８…ＣＣＤ
２２…チャンネル
２３…挿入口
２５…（挿入形状検出用）プローブ
２６…コネクタ
２７…形状検出装置本体（形状検出プロセッサ）
２８…形状表示用モニタ
３１…円筒チューブ
３２−１，３２−１′；…；３２−ｎ，３２−ｎ′…（形状検出用）光ファイバ対
３３…保護チューブ
３４−１，３４−１′，…，３４−ｎ，３４−ｎ′…（形状検出用）光ファイバ
３５…光漏洩部
３６…光源部
３７…光源
３９…光検出部
４０−１，４０−１′，…，４０−ｎ，４０−ｎ′…光検出素子
４１…形状検出部
４２…形状画像生成部
４３…映像信号生成部

Claims

内視鏡挿入形状を検出する内視鏡挿入形状検出装置において、
外面を加工することにより、湾曲時に光が漏れやすく形成された光漏洩部が形成された光伝達ファイバと、
前記光伝達ファイバの前記光漏洩部が複数配置された挿入部と、
前記光伝達ファイバで伝達される光の伝送量を測定する測定手段と、
前記測定手段の測定結果と、湾曲挿入部に対する前記光漏洩部の配置位置情報とに基づき前記挿入部の湾曲形状を推定する形状推定手段と、
前記形状推定手段で推定された湾曲形状を表示する表示手段と、
を具備したことを特徴とする内視鏡挿入形状検出装置。
外面を加工することにより、湾曲時に光が漏れやすく形成された光漏洩部が形成された光伝達ファイバと、
被検体内に挿入される挿入部を有する内視鏡と、
前記挿入部に形成され、湾曲機能を有する湾曲部と、
前記湾曲部内に設けられ、該湾曲部の湾曲機能を補助する複数の湾曲駒と、
前記複数の湾曲駒の間に前記光伝達ファイバの前記光漏洩部を配置させる光漏洩部固定手段と、
前記光伝達ファイバで伝達される光の伝送量を測定する測定手段と、
前記測定手段の測定結果と、前記挿入部に対する前記光漏洩部の配置位置情報とに基づき前記挿入部の湾曲形状を推定する形状推定手段と、
前記形状推定手段で推定された湾曲形状を表示する表示手段と、
を具備したことを特徴とする内視鏡挿入形状検出装置。
外面を加工することにより、湾曲時に光が漏れやすく形成された光漏洩部が形成された光伝達ファイバと、
被検体内に挿入される挿入部を有する内視鏡と、
前記挿入部に形成され、湾曲機能を有する湾曲部と、
前記湾曲部内に前記光伝達ファイバの前記光漏洩部を配置させる光漏洩部固定手段と、
前記光伝達ファイバで伝達される光の伝達量を測定する測定手段と、
前記測定手段の測定結果と、前記挿入部に対する前記光漏洩部の配置位置情報とに基づき前記湾曲部の湾曲形状を測定する第１の形状推定手段と、
前記湾曲部より基端側の前記挿入部に配置されたコイル手段と、
前記手段との間で磁界を送受する磁界送受手段と、
前記磁界送受手段で送受された磁界の強度を検出する磁界強度検出手段と、
前記磁界強度検出手段で検出された磁界強度に基づき、前記挿入部の湾曲形状を推定する第２の形状推定手段と、
前記第１の形状推定手段で推定された第１の湾曲形状と、前記第２の形状推定手段で推定された第２の湾曲形状とを合成する合成手段と、
前記合成手段で合成された合成結果に基づき、前記挿入部の湾曲形状を表示する表示手段と、
を具備したことを特徴とする内視鏡挿入形状検出装置。