JP4714570B2 - 内視鏡形状検出プローブ - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡観察時のスコープの挿入形状を検知する、形状検出プローブに関する。

医療用の内視鏡観察においては、スコープの先端が被写体である体内組織に接触して損傷を与えないように、体内組織の形状に応じてスコープを適切に挿入することが必要である。

このため、Ｘ線を被検体に透過させて生成したＸ線透視画像において、スコープの挿入形状を確認しつつ内視鏡観察を行なう内視鏡検査システムが知られている（例えば特許文献１）。また、磁性を帯びた内視鏡観察用の挿入部（スコープ）を用い、磁場の変化を検出して体内での挿入部の形状を検知する内視鏡挿入状態検出装置も知られている（例えば特許文献２）。

一方、側面に光吸収部を設けた光ファイバを複数本束ねた、光学式の形状検出プローブが知られている（例えば特許文献３）。
特許第３３７３０５５号公報（段落［００６１］〜［００６８］、図１等参照） 特許第２７９３８８１号公報（第３欄第２４行目〜第５欄第１７行目、図１〜３等参照） 米国特許第６，５６３，１０７号明細書（第１５、１６欄、ＦＩＧ．１２〜１５等参照）

Ｘ線の被爆は、許容量を超えると人体に悪影響を及ぼす恐れがある。一方、磁気を用いて挿入部の形状を検知する場合、被検体が磁気の及ぶ範囲から外れると検出できず、もしくは検出精度が低下する。

一方、光学式の形状検出プローブを活用して内視鏡の挿入状態を検知することが考えられるが、光ファイバが複数本束ねられているため、径の太い形状検出プローブを挿入可能な内視鏡は限られてしまう。また、径の太い内視鏡の使用は、被験者に苦痛を与える恐れがあるため、内視鏡の細径化が進んでおり、これに伴い鉗子口の径も細くなっている。従って、形状検出プローブを細径化し、使用可能な鉗子口の径に適応しない限り、内視鏡の挿入状態検知に適用できないという問題がある。

そして、細径化のため、形状検出プローブに用いる光ファイバの本数を減らした場合、内視鏡の挿入部の形状検出精度が低下する。

本発明は、細径化され、なおかつ形状検出精度の高い内視鏡形状検出プローブを実現することを目的とする。

本発明のファイババンドルは、内視鏡のスコープと一体的に曲折し、スコープの形状を検出するために使用される内視鏡形状検出プローブであって、互いに異なる波長成分を有する検出光を伝達する光供給用ファイバと、光供給用ファイバの出射端に設けられ、互いに異なる波長成分を同一の反射率で反射する反射部材と、反射された検出光の反射光を伝達する曲率検出用ファイバと、曲率検出用ファイバに設けられ、反射光が有する互いに異なる波長成分それぞれの強度もしくは波長のいずれかを変調する光変調部とを備える。そして、内視鏡形状検出プローブは、光変調部よる変調の前後における波長成分それぞれの強度もしくは波長と、光変調部と曲率検出用ファイバの出射端との距離に基づいて、スコープの形状を検出可能にすることを特徴とする。

光変調部は、例えば、反射光の一部を吸収する。曲率検出用ファイバにおいては、出射端からの距離が等しい位置に複数の光変調部が設けられていることが好ましい。また、光変調部は、１本の曲率検出用ファイバにおいて検出光が有する波長成分の数と同じ数だけ設けられていることが好ましい。

内視鏡形状検出プローブにおいては、例えば、光変調部が光供給用ファイバの出射端側ほど短い間隔で設けられている。また、曲率検出用ファイバは、光供給用ファイバの周囲に配置されていることが望ましい。

光変調部は、例えば、反射光の波長成分を互いに異なるようにそれぞれ変調させる。

内視鏡形状検出プローブは、検出光を出射する光源と、光変調部によって変調された後の波長成分それぞれの強度もしくは波長を検出する光検出手段とをさらに備えていることが好ましい。

本発明の内視鏡形状検出システムは、内視鏡のスコープの形状を検出する内視鏡形状検出システムである。内視鏡形状検出システムは、互いに異なる波長成分を有する検出光を出射する光源と、検出光を伝達する光供給用ファイバと、光供給用ファイバの出射端に設けられ、互いに異なる波長成分を同一の反射率で反射する反射部材と、反射された検出光の反射光を伝達する曲率検出用ファイバと、曲率検出用ファイバに設けられ、反射光が有する互いに異なる波長成分それぞれの強度もしくは波長のいずれかを変調する光変調部とを有し、スコープと一体的に曲折するファイババンドルと、光変調部によって変調された後の波長成分それぞれの強度もしくは波長を検出する光検出手段と、光変調部による変調の前後における波長成分それぞれの強度もしくは波長と、光変調部と曲率検出用ファイバの出射端との距離とに基づいて、スコープの形状を検出する形状検出装置と、検出されたスコープの形状を示す画像を表示する画像表示装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、細径化され、なおかつ形状検出精度の高い内視鏡形状検出プローブを実現できる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態における内視鏡形状検出システムを示す図である。図２は、本実施形態における内視鏡形状検出プローブを示す図である。

内視鏡形状検出システム５０には、内視鏡形状検出プローブ１０、画像処理装置６０（形状検出装置）およびモニタ７０（画像表示装置）が設けられている。内視鏡形状検出プローブ１０は、ファイババンドル２０、受光モジュール３０、コネクタ４０を含む。ファイババンドル２０は、受光モジュール３０に接続され、受光モジュール３０は、ケーブル３２を介してコネクタ４０に接続されている。

内視鏡形状検出システム５０は、内視鏡装置のスコープ８０の先端に設けられ、被験者の体内等に挿入される挿入部８２の形状を検出するために用いられる。すなわちまず、ファイババンドル２０が、挿入部８２と一体的に曲がるように鉗子チャンネル８４からスコープ８０内に挿入され、ファイババンドル２０の曲率を示す信号が画像処理装置６０に送られる。画像処理装置６０においては、受信した信号に基づいて、ファイババンドル２０の形状が検出され、検出された形状を示す画像が形成される。形成されたファイババンドル２０の形状を示す画像は、図１に例示するように、モニタ７０上に表示される。

ファイババンドル２０の形状が検出されると、ファイババンドル２０とともに曲がっている挿入部８２の形状も検出されることとなる。このように、内視鏡形状検出システム５０においては、ファイババンドル２０の曲率に基づいて挿入部８２の形状を検出する。従って、ファイババンドル２０は、複数箇所において曲率の検出が可能であるように設計されている。以下に、ファイババンドル２０の曲率、形状を検出する手法について説明する。

図３は、ファイババンドル２０の透視図である。図４は、曲率検出用ファイバに設けられた、曲率検出のための光損失部を示す図である。図５は、光損失部における曲率検出用ファイバの長手方向に垂直な断面図であり、図６は、光損失部におけるファイババンドル２０の長手方向に垂直な断面図である。

ファイババンドル２０には、挿入部８２と一体的に曲折する光ファイバであって、互いに平行に接する光供給用ファイバ２１と複数の曲率検出用ファイバ２２とが設けられている。光供給用ファイバ２１と曲率検出用ファイバ２２においては、中心部にコアが設けられ、コアの周辺にクラッドが被膜されている（いずれも図示せず）。このため、光供給用ファイバ２１と曲率検出用ファイバ２２においては、内部を通過する光がコアとクラッドの界面において全反射されることにより光量が実質的に損失されることなく、入射端から出射端まで伝達される。

光供給用ファイバ２１には、コネクタ４０内に設けられた光源（図示せず）から出射された曲率検出のための光である検出光が入射する。検出光は、光供給用ファイバ２１によってファイババンドル２０の先端まで伝達される。ファイババンドル２０の先端部、すなわち光供給用ファイバ２１の出射端にはミラー（図示せず）が設けられており、ミラーによって反射された検出光の反射光が、曲率検出用ファイバ２２に入射する。反射光は、モジュール３０内の受光素子（図示せず）によって受光される。

全ての曲率検出用ファイバ２２の表面付近には、反射光の一部を吸収する複数の光損失部２５（光変調部）が設けられている（図４参照）。光損失部２５による反射光の吸収量は、後述するように、光損失部２５が設けられた箇所におけるファイババンドル２０の曲率に応じて異なる。このため、光損失部２５を通過する前後の反射光の強度に基づいて、ファイババンドル２０の曲率が算出される。

この曲率演算を容易にするため、光損失部２５は、例えば、曲がっておらず、直線状であるときのファイババンドル２０に垂直な平面上にあって、ファイババンドル２０の中心を原点Ｏとする座標系のＸ軸、Ｙ軸と平行な直線上に一対設けられる（図４のＩ―Ｉ線およびII―II線による断面参照）。

以下に、光損失部２５の形成につき、説明する。まず、曲率検出用ファイバ２２のクラッド２７の一部を欠損させる。生じた欠損部のコア２６に接する領域等において、所定の波長の光を吸収するコート材料２８を塗布する（図５参照）。そしてさらに、ファイババンドル２０のシース（図示せず）との接着に用いられる接着剤を欠損部に充填させ、光損失部２５が形成される。

こうして形成された曲率検出用ファイバ２２において、コア２６内を全反射して進行してきた検出光の反射光の一部は、コート材料２８の層に入射する。ここで、入射した反射光の一部の波長成分が吸収された後に、反射光は曲率検出用ファイバ２２外へ射出される。

光損失部２５は、先述の座標系におけるＸ軸に平行な直線（例えば直線Ｘ₁、直線Ｘ₂）、もしくはＹ軸に平行な直線（例えばＹ軸と直線Ｙ₁）上に設けられることが好ましいが、図６に示されたファイババンドル２０におけるいくつかの曲率検出用ファイバ２２のように、光損失部２５の配置はこれには限定されない。

また、光損失部２５は、Ｘ軸、Ｙ軸に平行な直線上に設けられていない場合においても、後述する曲率検出の演算を容易にするため、曲率検出用ファイバ２２における２つの光損失部２５と、その曲率検出用ファイバ２２の中心点Ｏ’とが成す角度が垂直であるように設けられていることが好ましい（図６参照）。

なお説明の便宜上、図６においては、全ての光損失部２５が同一の断面にあるように、すなわち、ファイババンドル２０における同じ位置に全ての光損失部２５があるように図示されているが、実際には、光損失部２５は、ファイババンドル２０において様々な位置に配置される（図４等参照）。

図７は、ファイババンドル２０の中心を通り、長さ方向に延びる平面で切断したファイババンドル２０の断面図である。図８は、光損失部２５にわずかな反射光のみが入射するように曲がった状態の曲率検出用ファイバ２２を示す図である。図９は、光損失部２５に多くの反射光が入射するように曲がった状態の曲率検出用ファイバ２２を示す図である。

ファイババンドル２０の表面、すなわち曲率検出用ファイバ２２の外側は、シース２４で覆われている。シース２４は、ミラー２３（反射部材）が設けられたファイババンドル２０の先端部を含め、ファイババンドル２０の全表面を覆っていることから、検出光とその反射光が外部に漏れることが防止される。

曲率検出用ファイバ２２は、先述のように光損失部２５においてシース２４と接着されている他、モジュール３０側の出射端２２Ｏ、およびミラー２３近傍の入射端２２Ｉのいずれにおいてもシース２４と接着されている。そして、いずれの曲率検出用ファイバ２２も光供給用ファイバ２１に接している（図３、６参照）ことから、光供給用ファイバ２１と曲率検出用ファイバ２２とは一体的に曲折する。

なお、ミラー２３による検出光の反射においては、検出光の入射領域がミラー２３の中心部にあり、その周辺部に反射光を拡散させて各曲率検出用ファイバ２２に均等に反射光を入射させる方が、その逆に、ミラー２３の周辺部に入射領域があって反射光を中心部に向かって拡散させるよりも容易である。このため、曲率検出用ファイバ２２は、光供給用ファイバ２１の周辺に配置されている（図３、６参照）。

モジュール３０側から光供給用ファイバ２１に検出光が入射し、ミラー２３によって検出光が反射されると、反射光Ｌが曲率検出用ファイバ２２の入射端２２Ｉに入射する。ここで例えば、光損失部２５が曲率検出用ファイバ２２の上方に設けられており、光損失部２５が谷底にあるように曲率検出用ファイバ２２が折れ曲がると、反射光Ｌは、光損失部２５にほとんど入射しない（図８参照）。

一方、光損失部２５が曲率検出用ファイバ２２の上方に設けられており、曲率検出用ファイバ２２が光損失部２５を頂点とする山形に折れ曲がると、反射光Ｌの大半が光損失部２５に入射する（図９参照）。以上のことから、光損失部２５が設けられた位置における曲率検出用ファイバ２２の曲率、すなわちファイババンドル２０の曲率は、光損失部２５を通過した後の反射光Ｌの強度を検出することにより、算出可能である。

図１０は、本実施形態におけるモジュール３０とコネクタ４０のブロック図である。

コネクタ４０には一般回路４１が設けられており、一般回路４１には、電源４２と光源４４とが含まれる。コネクタ４０が画像処理装置６０に接続されると、画像処理装置６０を介して電源４２に電力が供給され、さらに電源４２から光源４４に電力が供給される。そして光源４４は、２つの異なる波長域を有するレーザ光を検出光として出射する。

光源４４から出射された検出光は、光供給用ファイバ２１の入射端２１Ｉに入射する。そして、ミラー２３の反射によって曲率検出用ファイバ２２に入射し、伝達された検出光の反射光Ｌは、曲率検出用ファイバ２２の出射端２２Ｏより出射される。ミラー２３は、検出光の有する互いに異なる波長成分をいずれも同じ反射率で反射する。

２つの出射端２２Ｏから出射された反射光Ｌは、第１および第２ダイクロイックミラー３３ａ、３３ｂによって、それぞれ２つの波長成分に分解され、第１〜第４受光素子３５ａ〜３５ｄによって受光される。ここでは、図面を簡略化するために２本の曲率検出用ファイバ２２のみが示されているが、実際には、図３、図６に示されたように、例えば６本の曲率検出用ファイバ２２が用いられる。そして、曲率検出用ファイバ２２の数に応じて、ダイクロイックミラー、受光素子、後述するＡ／Ｄコンバータ等の数は調整される。

コネクタ４０には、患者回路５１とＤＣ／ＤＣコンバータ５３が設けられており、ＤＣ／ＤＣコンバータ５３は、一般回路４１と患者回路５１とに接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５３は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、一般回路４１に供給されている電力に基づいて、電気的絶縁を維持しながら患者回路５１に電力を発生させる。こうして患者回路５１において生じた電力が供給されることにより、第１〜第４受光素子３５ａ〜３５ｄは駆動する。なお、安全のために、患者回路５１に発生させる電力は、一般回路４１に供給される電力より低くなるように調整される。

第１〜第４受光素子３５ａ〜３５ｄは、例えばフォトダイオードであって、受光量を検知する。すなわち、受光した反射光Ｌの波長成分ごとの受光量に応じた電気信号が曲率信号として出力される。第１〜第４受光素子３５ａ〜３５ｄにおいて生成された曲率信号は、第１〜第４Ａ／Ｄコンバータ４５ａ〜４５ｄにそれぞれ送られる。各曲率信号は、第１〜第４Ａ／Ｄコンバータ４５ａ〜４５ｄにおいて、アナログ信号からデジタル信号に変換される。

デジタル信号に変換された曲率信号は、パラレル／シリアル変換回路４９に送られる。曲率信号は、パラレル／シリアル変換回路４９においてパラレル信号からシリアル信号に変換される。シリアル信号に変換された曲率信号は、フォトカプラ（ＰＣ）４３に送られる。曲率信号は、フォトカプラ４３によってさらに一般回路４１に送られた後、画像処理装置６０に送られる。

画像処理装置６０においては、反射光Ｌの波長成分ごとの曲率信号に基づいて、各光損失部２５における曲率が算出される。なおここで、１本の曲率検出用ファイバ２２には一対の光損失部２５が設けられており、それぞれの光欠損部に塗布されているコート材料２８が吸収する光の波長は、使用される２つの検出光の波長にそれぞれ対応させるべく、互いに異なる。このため、画像処理装置６０においては、光損失部２５ごとに曲率検出用ファイバ２２の曲率が求められる。

さらに、画像処理装置６０には、各光損失部２５と曲率検出用ファイバ２２の出射端２２Ｏとの距離を示す情報が予め入力されている。従って、画像処理装置６０において、光損失部２５の位置と、その位置におけるＸ方向およびＹ方向についての曲率とに基づいて、そのときのファイババンドル２０の形状が検出される。そして、検出されたファイババンドル２０の形状を示す画像信号が、画像処理装置６０からモニタ７０に送信され、ファイババンドル２０の形状、すなわちスコープ８０の挿入部８２の形状がモニタ７０上に表示される。

なお、図７においては、曲率検出用ファイバ２２の出射端２２Ｏはモジュール３０の表面に接するように示されているが、より正確には、曲率検出用ファイバ２２の出射端２２Ｏはモジュール３０内にある。そして、説明の便宜上、図１０においては、モジュール３０の表面から２つの出射端２２Ｏまでの距離は異なるが、実際にはこの距離は等しく、複数の曲率検出用ファイバ２２の長さはいずれも等しい。

図１１は、コネクタ４０に設けられた光源の出射面を示す図である。図１２は、光源４４から出射された検出光の波長と強度とを示す図である。

光源４４には、第１〜第４電極５４〜５７が設けられている。そして、第１、第２電極５４、５５からの電力供給により、第１発光部５８から所定の波長を有する第１のレーザ光（検出光）が、図１１の紙面上方に向かって出射される。同様に、第３、第４電極５６、５７からの電力供給により、第２発光部５９から、第１のレーザ光とは波長の異なる第２のレーザ光が出射される。なおここでは、第１のレーザ光の波長は４０５（ｎｍ）であり、第２のレーザ光の波長は６５０（ｎｍ）である（図１２参照）。

図１３は、ファイババンドル２０の中心を通り長さ方向に延びる平面で切断した、曲がった状態のファイババンドル２０の断面図である。図１４は、ファイババンドル２０の真直ぐな領域に設けられた光損失部２５を通過したときの反射光の吸収を示す図である。図１５は、ファイババンドル２０の曲がった領域に設けられた光損失部２５を通過したときの反射光の吸収を示す図である。

以下、２本の曲率検出用ファイバ２２ａ、２２ｂを例に、光源４４から出射された検出光の反射光Ｌの吸収につき説明する。第１曲率検出用ファイバ２２ａには、第１および第２光損失部２５ａ、２５ｂが、第２曲率検出用ファイバ２２ｂには、第３および第４光損失部２５ｃ、２５ｄがそれぞれ設けられている。第１、第３光損失部２５ａ、２５ｃは、第１のレーザ光による４０５（ｎｍ）前後の波長成分のみを選択的に吸収し、第２、第４光損失部２５ｂ、２５ｄは、第２のレーザ光による６５０（ｎｍ）前後の波長成分のみをを吸収する。

第１および第２のレーザ光による波長成分を有する検出光がミラー２３によって反射されると、第１および第２のレーザ光による波長成分を同じ割合で含み、強度が等しい第１および第２の反射光Ｌ₁、Ｌ₂がそれぞれ第１および第２曲率検出用ファイバ２２ａ、２２ｂに入射する。以下に、図１４を参照して、第１曲率検出用ファイバ２２ａにおける第１の反射光Ｌ₁の吸収につき説明する。

第１光損失部２５ａが設けられた領域においては、第１曲率検出用ファイバ２２ａは曲がっておらず真直ぐに伸びているため、第１の反射光Ｌ₁に含まれる４０５（ｎｍ）を中心とした波長成分の強度は低下せず、ミラー２３から第１曲率検出用ファイバ２２ａに入射したときの強度が維持される。

次に、第２光損失部２５ｂがある領域においては、第１曲率検出用ファイバ２２ａは曲がっているものの、その曲率の方向が、第２光損失部２５ｂが検出対象とする曲率の方向と異なっているため、第２光損失部２５ｂによっても６５０（ｎｍ）を中心とした波長成分は吸収されない。すなわちここでは、例えば、第２光損失部２５ｂが先述の座標系（図６参照）におけるＸ軸方向の曲率を検出するものであるのに対し、第１曲率検出用ファイバ２２ａが、Ｙ軸方向にのみ曲がっている。

続いて図１５を参照し、第２曲率検出用ファイバ２２ｂにおける光の吸収につき説明する。第３光損失部２５ｃが設けられた領域においては、第２曲率検出用ファイバ２２ｂは曲がっていないため、第２の反射光Ｌ₂に含まれる４０５（ｎｍ）を中心とした波長成分の強度は低下せず、第２曲率検出用ファイバ２２ｂへの入射時の強度に保たれる。

一方、第４光損失部２５ｄがある領域においては、第２曲率検出用ファイバ２２ｂは、第４光損失部２５ｄが曲率の検出対象とする方向に曲がっている。このため、第４光損失部２５ｄにより、第２曲率検出用ファイバ２２ｂの曲率に応じた分だけ６５０（ｎｍ）前後の波長成分が吸収される。

これらの図１３〜１５においては、便宜上、光損失部２５が曲率検出の対象としている方向にのみ、曲率検出用ファイバ２２が曲がっている場合と、光損失部２５が曲率検出の対象としてない方向にのみ、曲率検出用ファイバ２２が曲がっている場合を示している。しかしながら、曲率検出用ファイバ２２のある位置における曲率は、通常、互いに直交するＸ方向の成分とＹ方向の成分とをいずれも含む。このため、曲率検出用ファイバ２２の曲率は、後述するように、Ｘ方向とＹ方向などの二方向の曲率の検出結果を総合して算出される。

このように、曲率検出用ファイバ２２のある位置における二方向の曲率について演算する必要があるため、光損失部２５は、例えば、図１３における第１および第３光損失部２５ａ、２５ｃもしくは第２および第４光損失部２５ｂ、２５ｄのように、曲率検出用ファイバ２２における同じ位置、すなわち、曲率検出用ファイバ２２の出射端２２Ｏからの距離が等しい位置に一対ずつ設けられている。以下においては、ファイババンドル２０において一対の光損失部２５が設けられた点を検出点という。

そして、第１〜第４光損失部２５ａ〜２５ｄの配置は、図１３の例示に限定されず、例えば、第１曲率検出用ファイバ２２ａにおいて第１および第２光損失部２５ａ、２５ｂを同じ位置に設け、第２曲率検出用ファイバ２２ｂにおいて、第３および第４光損失部２５ｃ、２５ｄを同じ位置に、なおかつ第１、第２光損失部２５ａ、２５ｂとは異なる位置に設けても良い。いずれの場合においても、モジュール３０内に設けられた第１〜第４受光素子３５ａ〜３５ｄによって、第１〜第４光損失部２５ａ〜２５ｄのいずれによってどれだけ光が吸収され、強度が低下したかが特定可能であるため、曲率検出用ファイバ２２の形状検出につき問題は生じない。

図１６は、検出されたファイババンドル２０の形状を例示する図である。図１７は、ファイババンドル２０の検出点における曲率の算出方法を示す図である。

ファイババンドル２０には、第１〜第６検出点Ｐ₁〜Ｐ₆が等間隔で設けられている。以下のように、画像処理装置６０においては、各検出点Ｐ₁〜Ｐ₆における曲率と、予め定められている曲率検出用ファイバ２２の出射端２２Ｏから各検出点Ｐ₁〜Ｐ₆までの距離に基づいて、ファイババンドル２０の形状が描画される。なお、ファイババンドル２０の形状は、曲がっておらず真直ぐな状態のファイババンドル２０が伸びる方向をＺ軸とし、先述のＸＹ座標系におけるＸ軸、Ｙ軸（図６参照）とＺ軸とで規定される３次元座標に基づいて算出される。

まず、モジュール３０に最も近い、３次元座標の原点とする第１検出点Ｐ₁における曲率が算出される。ここで、各検出点における曲率とは、ファイババンドル２０が各検出点において伸びる方向のＸ−Ｙ平面に対する傾きである。従って、第１検出点Ｐ₁での曲率θ₁は、Ｘ軸方向の曲率、すなわち第１検出点Ｐ₁においてファイババンドル２０が伸びる方向のＹ−Ｚ平面に対する傾きと、Ｙ軸方向の曲率、すなわちＹ−Ｚ平面に対する傾きとから算出される（図１７参照）。ここで先述のように、Ｘ軸方向の曲率およびＹ軸方向の曲率は、一対の光損失部２５による反射光Ｌの吸収量に基づいて算出される。なお、図１７においては、図１７の紙面がＸ−Ｙ平面を示している。

第１検出点Ｐ₁と第２検出点Ｐ₂との距離ａ、すなわち曲率検出用ファイバ２２の出射端２２Ｏから第１検出点Ｐ₁までの距離と曲率検出用ファイバ出射端２２Ｏから第２検出点Ｐ₂までの距離との差は所定の値であり、画像処理装置６０に予め入力されている。従って、曲率θ₁と距離ａとに基づいて、第２検出点Ｐ₂の３次元座標における位置が特定される。例えば、第２検出点Ｐ₂のＸ座標Ｘ₂は、Ｘ₂＝ａ×ｃｏｓθ₁であり、Ｙ座標Ｙ₂は、Ｙ₂＝ａ×ｓｉｎθ₁である。

以下、第３〜第６検出点Ｐ₃〜Ｐ₆についても同様に、３次元座標と曲率θとが算出される。そして、最終的に、第１〜第６検出点Ｐ₁〜Ｐ₆の座標位置と曲率θとに基づいて、互いに隣り合う検出点同士をなめらかに結ぶファイババンドル２０の形状が検出、描画される。従って、各検出点間の領域におけるファイババンドル２０の形状は近似計算によることから、形状検出の精度を高めるためには、検出点、もしくは光損失部２５を多く設ける必要がある。

本実施形態のファイババンドル２０においては、波長域の異なる第１および第２のレーザ光が供給され、光損失部２５が、これらのいずれか一方の波長成分を選択的に吸収することから、１本の曲率検出用ファイバ２２において複数の光損失部２５を設けることができる。このため、曲率検出用ファイバごとに１つだけ光損失部を設ける従来の形状検出プローブのファイババンドルに比べ、高い形状検出精度を保ったままでの細径化が可能である。

なお、本実施形態のように、各検出点間の距離が等しいと演算処理が容易であるという利点があるものの、ミラー２３に近いファイババンドル２０の先端２０Ｔ側ほど、すなわち光供給用ファイバ２１の出射端ほど、検出点同士の間隔が短くなっていても良い。これは、スコープ８０の挿入部８２は、挿入が容易であるように先端側ほど曲がり易く設計されていることから、ファイババンドル２０において、先端２０Ｔに近い領域ほど曲率の検出精度が高いことが好ましいからである。

以上のように本実施形態によれば、互いに異なる複数の波長成分を含む検出光を出射可能な光源４４を設け、さらに、いずれかの波長成分のみを選択的に吸収する複数の光損失部２５を曲率検出用ファイバ２２に配置することにより、内視鏡形状検出プローブ１０のファイババンドル２０は、細径化され、なおかつ高い形状検出精度を有する。

次に、第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。図１８は、第２の実施形態におけるモジュール３０とコネクタ４０のブロック図である。図１９は、本実施形態での光損失部におけるファイババンドル２０の長手方向に垂直な断面図である。

本実施形態においては、光源４４は、４つの互いに異なる波長域を有するレーザ光を検出光として出射する。このため、モジュール３０内の構造は、第１の実施形態に比べ複雑である。すなわち、１本の曲率検出用ファイバ２２によって伝達された反射光Ｌを４つの波長成分に分解することが必要とされるため、２本の曲率検出用ファイバ２２に対して、第１〜第６ダイクロイックミラー３３ａ〜３３ｆ、第１〜第８受光素子３５ａ〜３５ｈ、および第１〜第８Ａ／Ｄコンバータ４５ａ〜４５ｈが必要とされる。

そして、４つの異なる波長成分を有するレーザ光が各曲率検出用ファイバ２２に入射されることから、本実施形態では、１本の曲率検出用ファイバ２２につき４つの光損失部２５が設けられている（図１９参照）。これは、曲率検出用ファイバ２２ごとに、光源４４が出射可能なレーザ光の数と同数まで光損失部２５を設けることにより、ファイババンドル２０の形状検出の精度を高め、また、細径化を最大限まで可能にするためである。そして各光損失部２５は、第１の実施形態と同様に、各光損失部２５に塗布されているコート材料２８が吸収する光の波長はいずれも異なっており、４つの検出光の波長成分のうち、互いに異なるいずれか一つの波長成分のみを選択的に吸収する。従って、光損失部２５ごとに曲率が算出可能である。

なお、図１９においては、対応する図６と同様に、全ての光損失部２５が同一の断面にあるように示されているが、実際には、光損失部２５は、ファイババンドル２０において様々な位置に配置される。

図２０は、本実施形態における、光源４４から出射された検出光の波長と強度とを示す図である。図２１は、本実施形態における、ファイババンドル２０の中心を通り長さ方向に延びる平面で切断した、曲がった状態のファイババンドル２０の断面図である。図２２は、本実施形態における、ファイババンドル２０に設けられた光損失部２５を通過したときの反射光の吸収を示す図である。

光源４４は、波長λ₁〜λ₄を中心とした波長域をそれぞれ有する第１〜第４のレーザ光から成る検出光を出射する。そして、第１曲率検出用ファイバ２２ａには、第１〜第４光損失部２５ａ〜２５ｄが、第２曲率検出用ファイバ２２ｂには、第５〜第８光損失部２５ｅ〜２５ｈが、それぞれ設けられている（図２１参照）。第１、第５光損失部２５ａ、２５ｅは、波長領域がλ₁前後のレーザ光、すなわち第１のレーザ光による波長成分を選択的に吸収する。同様に、第２、第６光損失部２５ｂ、２５ｆは第２のレーザ光による波長成分、第３、第７光損失部２５ｃ、２５ｇは第３のレーザ光による波長成分、そして第４、第８光損失部２５ｄ、２５ｈは第４のレーザ光による波長成分をそれぞれ選択的に吸収する。

第１〜第４のレーザ光を同じ割合で含み、強度が等しい第１および第２の反射光Ｌ₁、Ｌ₂がそれぞれ第１および第２曲率検出用ファイバ２２ａ、２２ｂに入射する。このとき、第１曲率検出用ファイバ２２ａは、第１〜第４光損失部２５ａ〜２５ｄが設けられている領域において曲がっていない。このため、第１の反射光Ｌ₁は、入射したときの強度のまま第１曲率検出用ファイバ２２ａを通過する。

一方、第２曲率検出用ファイバ２２ｂにおける光の吸収につき説明する。第５および第６光損失部２５ｅ、２５ｆが設けられた領域においては第２曲率検出用ファイバ２２ｂが真直ぐであるため、これらの光損失部によって吸収可能な波長λ₁、λ₂を中心とした波長成分は吸収されない。

しかし、第７および第８光損失部２５ｇ、２５ｈが設けられた領域において、第２曲率検出用ファイバ２２ｂは曲がっている。ここでは、第２曲率検出用ファイバ２２ｂは、第７光損失部２５ｇが曲率の検出対象とする方向に曲がっている。このため、第７光損失部２５ｇによって波長λ₃を有する第３のレーザ光が吸収される（図２２参照）。そして、第７光損失部２５ｇと対を成し、同じ光検出点を形成する第８光損失部２５ｈは、第７光損失部２５ｇの検出対象とする方向に直交する方向の曲率を検出するためのものであるため、図示するような曲率によっては、第４のレーザ光を吸収しない。

以上のように本実施形態によれば、第１の実施形態よりも多い４つの互いに異なる波長成分を有するレーザ光を出射可能な光源４４を用いることにより、曲率検出用ファイバ２２に設けることのできる光損失部および光検出点の数が増す。すなわち、１本の曲率検出用ファイバ２２において４つの光損失部２５、２箇所の光検出点を設けることができる。よって、第１の実施形態における内視鏡形状検出プローブ１０、ファイババンドル２０よりもさらに精度の高い形状検出が可能である。

また、本実施形態によれば、さらなる細径化も可能である。例えば、第１の実施形態と同程度の検出精度を得るべく６箇所の光検出点をファイババンドル２０全体で設ける場合には、それぞれ２箇所の光検出点を有する３本の曲率検出用ファイバ２２のみが必要となり、ファイババンドル２０の径をより小さくできる。

内視鏡形状検出プローブ１０、およびファイババンドル２０等の構成は、いずれの実施形態にも限定されない。例えば、３つの異なる波長成分を含む検出光を出射可能な光源４４を設け、検出光のいずれかの波長成分を選択的に吸収する３つの光損失部２５を有する曲率検出用ファイバ２２ｃを使用しても良い（第１および第２の実施形態における曲率検出用ファイバ２２の断面とともに曲率検出用ファイバ２２ｃの断面を示す図２３参照）。

また、例えば、特定の波長域の光を吸収するコート材料２８を用いた光損失部２５の代わりに、光源４４が出射する検出光に含まれる波長成分のいずれか１つを選択的に吸収し、吸収前の波長成分とは異なる波長成分の光を放出する物質で形成される光変調部を用いても良い。この場合、１本の曲率検出用ファイバ２２において、光変調部は、検出光に含まれる波長成分の数と同じ数だけ設けられ、互いに異なる波長成分のいずれかを選択的に吸収し、互いに異なる波長成分から成る反射光を放出する。

このような物質として、例えば、吸収した光よりも長い波長の光を放出する蛍光物質が使用可能である。この場合、光検出点における曲率は、光変調部を通過した後の反射光Ｌの波長域がどれだけ変化したかによって検出される。

さらに、光源４４の代わりに、フィルタ等を用いて互いに重ならない波長域を有する光を出射する光源装置を用いても良い。また、波長合成により異なる波長域の光を出射する白色光源であっても良い。

光損失部２５は、検出精度の向上とファイババンドル２０の細径化とを最大限可能にするため、１本の曲率検出用ファイバ２２においては、光源４４が出射する検出光の数と同じ数まで設けられることが好ましいが、検出光の数より少なくても良い。

第１の実施形態における内視鏡形状検出システムを示す図である。 第１の実施形態における内視鏡形状検出プローブを示す図である。 ファイババンドルの透視図である。 曲率検出用ファイバに設けられた、曲率検出のための光損失部を示す図である。 光損失部における曲率検出用ファイバの長手方向に垂直な断面図である。 光損失部におけるファイババンドルの長手方向に垂直な断面図である。 ファイババンドルの中心を通り、長さ方向に延びる平面で切断したファイババンドルの断面図である。 光損失部にわずかな反射光のみが入射するように曲がった状態の曲率検出用ファイバを示す図である。 光損失部に多くの反射光が入射するように曲がった状態の曲率検出用ファイバを示す図である。 第１の実施形態におけるモジュールとコネクタのブロック図である。 コネクタに設けられた光源の出射面を示す図である。 光源から出射された検出光の波長と強度とを示す図である。 ファイババンドルの中心を通り長さ方向に延びる平面で切断した、曲がった状態のファイババンドルの断面図である。 ファイババンドルの真直ぐな領域に設けられた光損失部を通過したときの反射光の吸収を示す図である。 ファイババンドルの曲がった領域に設けられた光損失部を通過したときの反射光の吸収を示す図である。 検出されたファイババンドルの形状を例示する図である。 ファイババンドルの検出点における曲率の算出方法を示す図である。 第２の実施形態におけるモジュールとコネクタのブロック図である。 第２の実施形態での光損失部におけるファイババンドルの長手方向に垂直な断面図である 第２の実施形態における、光源から出射された検出光の波長と強度とを示す図である。 第２の実施形態における、ファイババンドルの中心を通り長さ方向に延びる平面で切断した、曲がった状態のファイババンドルの断面図である。 第２の実施形態における、ファイババンドルに設けられた光損失部を通過したときの反射光の吸収を示す図である。 第１および第２の実施形態における曲率検出用ファイバの断面とともに３つの光損失部を有する曲率検出用ファイバの断面を示す図である。

符号の説明

１０ 内視鏡形状検出プローブ
２０ ファイババンドル
２１ 光供給用ファイバ
２２ 曲率検出用ファイバ
２３ ミラー（反射部材）
２５ 光損失部（光変調部）
３５ａ〜３５ｄ 第１〜第４受光素子（光検出手段）
４４ 光源
５０ 内視鏡形状検出システム
６０ 画像処理装置（形状検出装置）
７０ モニタ（画像表示装置）

Claims (9)

1. 内視鏡のスコープと一体的に曲折し、前記スコープの形状を検出するために使用される内視鏡形状検出プローブであって、
   互いに異なる波長成分を有する検出光を伝達する光供給用ファイバと、
   前記光供給用ファイバの出射端に設けられ、互いに異なる前記波長成分を同一の反射率で反射する反射部材と、
   反射された前記検出光の反射光を伝達する曲率検出用ファイバと、
   前記曲率検出用ファイバに設けられ、前記反射光が有する互いに異なる前記波長成分それぞれの強度もしくは波長のいずれかを変調する光変調部とを備え、
   前記光変調部による変調の前後における前記波長成分それぞれの強度もしくは波長と、前記光変調部と前記曲率検出用ファイバの出射端との距離とに基づいて、前記スコープの形状を検出可能にすることを特徴とする内視鏡形状検出プローブ。
2. 前記光変調部が、前記反射光の一部を吸収することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡形状検出プローブ。
3. 前記曲率検出用ファイバの出射端からの距離が等しい位置に複数の前記光変調部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡形状検出プローブ。
4. 前記光変調部が、１本の前記曲率検出用ファイバにおいて、前記検出光が有する前記波長成分の数と同じ数だけ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡形状検出プローブ。
5. 前記光変調部が、前記光供給用ファイバの出射端側ほど短い間隔で設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡形状検出プローブ。
6. 前記曲率検出用ファイバが、前記光供給用ファイバの周囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡形状検出プローブ。
7. 前記光変調部が、前記波長成分を互いに異なるようにそれぞれ変調させることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡形状検出プローブ。
8. 前記検出光を出射する光源と、前記光変調部によって変調された後の前記波長成分それぞれの強度もしくは波長を検出する光検出手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡形状検出プローブ。
9. 内視鏡のスコープの形状を検出する内視鏡形状検出システムであって、
   互いに異なる波長成分を有する検出光を出射する光源と、
   前記検出光を伝達する光供給用ファイバと、前記光供給用ファイバの出射端に設けられ、互いに異なる前記波長成分を同一の反射率で反射する反射部材と、反射された前記検出光の反射光を伝達する曲率検出用ファイバと、前記曲率検出用ファイバに設けられ、前記反射光が有する互いに異なる前記波長成分それぞれの強度もしくは波長のいずれかを変調する光変調部とを有し、前記スコープと一体的に曲折するファイババンドルと、
   前記光変調部によって変調された後の前記波長成分それぞれの強度もしくは波長を検出する光検出手段と、
   前記光変調部による変調の前後における前記波長成分それぞれの強度もしくは波長と、前記光変調部と前記曲率検出用ファイバの出射端との距離とに基づいて、前記スコープの形状を検出する形状検出装置と、
   検出された前記スコープの形状を示す画像を表示する画像表示装置とを備えることを特徴とする内視鏡形状検出システム。
   
   

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