JP5259340B2 - Medical equipment - Google Patents

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JP5259340B2 JP2008277084A JP2008277084A JP5259340B2 JP 5259340 B2 JP5259340 B2 JP 5259340B2 JP 2008277084 A JP2008277084 A JP 2008277084A JP 2008277084 A JP2008277084 A JP 2008277084A JP 5259340 B2 JP5259340 B2 JP 5259340B2
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/005Flexible endoscopes
    • A61B1/009Flexible endoscopes with bending or curvature detection of the insertion part

Description

本発明は、被検体に挿入する挿入体に配設した複数の検出部を用いて、挿入体の形状、および、ねじれ量を算出する医療機器に関する。   The present invention relates to a medical device that calculates the shape of an insert and the amount of twist using a plurality of detection units arranged in the insert to be inserted into a subject.

被検者の体内に挿入する、例えば内視鏡の挿入部等の形状を確認する方法として、特開平6−261858公報および特開2007−130151には、挿入部に歪みセンサを配設することで、挿入部の形状を確認する方法が開示されている。また、特表2003−515104号公報および特開2004−251779号公報には、光ファイバブラッググレーティング (Fiber Bragg Grating:以下、「FBG」という。) センサを用い、挿入部の歪みを検出することで、挿入部の形状を確認する方法が開示されている。   As a method for confirming the shape of, for example, an insertion portion of an endoscope that is inserted into the body of a subject, Japanese Patent Laid-Open Nos. 6-261858 and 2007-130151, a strain sensor is provided in the insertion portion. And the method of confirming the shape of an insertion part is disclosed. Japanese Patent Application Publication No. 2003-515104 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-251799 disclose that an optical fiber Bragg Grating (hereinafter referred to as “FBG”) sensor is used to detect distortion of an insertion portion. A method for confirming the shape of the insertion portion is disclosed.

ここで、術者が挿入部の基端部をねじれ操作しながら挿入する場合に、挿入部と管腔壁との接触抵抗により、基端部のねじれ操作が先端部まで完全には伝わらず、細長い挿入部に「ねじれ」、言い換えれば、「ひねり」が生じることがある。挿入部の過度の「ねじれ」は、モニタに表示される内視鏡画像の上下左右方向を変化させてしまうだけでなく、挿入されている生体の管腔を変形するおそれもあった。   Here, when the surgeon inserts the proximal end portion of the insertion portion while twisting, due to the contact resistance between the insertion portion and the lumen wall, the twisting operation of the proximal end portion is not completely transmitted to the distal end portion, A “twist”, in other words, a “twist” may occur in the elongated insertion portion. Excessive “twisting” of the insertion part not only changes the vertical and horizontal directions of the endoscopic image displayed on the monitor, but may also deform the lumen of the inserted living body.

なお、特開2003−38492号公報には、手元で回転させた成分が先端部まで正しく伝わらない場合でも、曲がり検出用光ファイバが途中で、ねじれ角度成分として検出するので先端部の位置をほぼ正しく検出できる超音波内視鏡装置が開示されている。しかし、曲がり検出用光ファイバは、曲がりとねじれによる歪をともに検出してしまうために、正確なねじれ角度を検出することは困難であった。
特開平6−261858公報 特開2007−130151 特表2003−515104号公報 特開2004−251779号公報 特開2003−38492号公報
In Japanese Patent Laid-Open No. 2003-38492, even when the component rotated at hand is not correctly transmitted to the tip, the bending detection optical fiber detects the twist angle component in the middle, so that the position of the tip is almost the same. An ultrasonic endoscope apparatus that can detect correctly is disclosed. However, since the bending detection optical fiber detects both bending and distortion caused by twisting, it is difficult to detect an accurate twisting angle.
JP-A-6-261858 JP2007-130151 Special table 2003-515104 gazette Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-251779 JP 2003-38492 A

本発明の医療機器は、挿入体の形状、および、ねじれ量を算出すること、また、ねじれ量を算出することでより正確な形状を推定することを目的とする。   An object of the medical device of the present invention is to calculate the shape of the insert and the amount of twist, and to estimate a more accurate shape by calculating the amount of twist.

上記目的を達成すべく、本発明の医療機器は、被検体の内部に挿入する挿入体に配設され、前記挿入体の曲げ歪みを検出する複数の第1の検出部と、前記挿入体のねじれ歪みを検出する複数の第2の検出部とを有する複合プローブと、前記複数の第1の検出部および前記複数の第2の検出部の検出結果をもとに、前記挿入体の形状、および、ねじれ量を算出する算出部とを具備する。   In order to achieve the above object, a medical device according to the present invention is provided in an insert that is inserted into a subject, and includes a plurality of first detection units that detect bending distortion of the insert, Based on detection results of the plurality of first detection units and the plurality of second detection units, a composite probe having a plurality of second detection units for detecting torsional distortion, the shape of the insert, And a calculation unit for calculating the amount of twist.

本発明は、挿入体の形状、および、ねじれ量を算出する医療機器を提供するものである。   The present invention provides a medical device that calculates the shape of an insert and the amount of twist.

<第1の実施の形態>
以下、図面を参照して本発明の第1の実施の形態の医療機器1について説明する。
図1は、本実施の形態の医療機器を使用する状態を説明するための説明図であり、図2は、本実施の形態の医療機器の説明図である。
<First Embodiment>
Hereinafter, a medical device 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a state in which the medical device of the present embodiment is used, and FIG. 2 is an explanatory diagram of the medical device of the present embodiment.

図1に示した第1の実施の形態の医療機器1は、内視鏡システム10の内視鏡の挿入部12の形状、および、ねじれ量を光ファイバブラッググレーティングセンサ部3を用いて検出する。   The medical device 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 detects the shape and twist amount of the insertion portion 12 of the endoscope of the endoscope system 10 by using the optical fiber Bragg grating sensor unit 3. .

光ファイバブラッググレーティング (Fiber Bragg Grating:以下、「FBG」という。) センサ部3は、光ファイバのコア部に屈折率が変化するグレーティング部を形成したものであり、入射光に対してグレーティング部で所定波長の光を反射する。この特定の波長を、ブラッグ(Bragg)波長という。そして、FBGセンサ部3は、グレーティング部の長手方向に伸び縮みがあると反射光の波長がブラッグ波長から変化するという特性を有している。このため、FBGセンサ部3は、温度計測、または歪計測等に利用されている。   Fiber Bragg Grating (hereinafter referred to as “FBG”) The sensor unit 3 is formed by forming a grating unit whose refractive index changes in the core of the optical fiber. Reflects light of a predetermined wavelength. This specific wavelength is referred to as a Bragg wavelength. And the FBG sensor part 3 has the characteristic that the wavelength of reflected light will change from a Bragg wavelength if there exists expansion-contraction in the longitudinal direction of a grating part. For this reason, the FBG sensor unit 3 is used for temperature measurement, strain measurement, or the like.

同じブラッグ波長を有する複数のFBGセンサ部3を1本の光ファイバに形成した光周波数領域リフレクトメトリ多重(OFDR: Optical Frequency Domain Reflectometry)方式のセンサプローブでは、全反射終端である反射器からの反射光とセンサプローブからの反射光とを干渉させることにより、それぞれのFBGセンサ部3がどの程度変形したか、言い換えれば、その程度の歪みを生じたかを検出することができる。このため、OFDR方式のセンサプローブは、例えば、細長い被検出体の歪み検出センサとして利用されている。   In an optical frequency domain reflectometry multiplex (OFDR) type sensor probe in which a plurality of FBG sensor units 3 having the same Bragg wavelength are formed in one optical fiber, reflection from a reflector which is a total reflection terminal is performed. By causing the light and the reflected light from the sensor probe to interfere with each other, it is possible to detect how much each FBG sensor unit 3 has been deformed, in other words, how much distortion has occurred. For this reason, the OFDR sensor probe is used, for example, as a strain detection sensor for an elongated object to be detected.

内視鏡システム10は、被検体である被検者11の内部に挿入し観察または処置を行う医療器具で細長い挿入体である内視鏡の挿入部12と、挿入部12を操作するための操作部13と、内視鏡システム10全体の制御および画像処理等を行う本体部15と、内視鏡画像等を表示するモニタ14とを有する。   An endoscope system 10 is a medical instrument that is inserted into a subject 11 that is a subject to perform observation or treatment, and an endoscope insertion portion 12 that is an elongated insertion body, and an operation for operating the insertion portion 12. An operation unit 13, a main body unit 15 that performs control and image processing of the entire endoscope system 10, and a monitor 14 that displays an endoscopic image and the like.

挿入部12の内部を挿通するチャンネルの基端部PE(Proximal End)側の操作部13近傍に配設された開口である処置具孔13Aから、チャンネル12A(不図示)内を先端部DE(Distal End)側まで挿通され挿入部12と同じ形状に変形するように配設されている。なお、複合プローブ2の挿入部12への配設は、挿入部12の形状と複合プローブ2の形状とが実用上問題のない程度に一致すれば、緩やかな固定であっても差し支えない。例えば、前述のようにチャンネルに挿通することで緩やかに固定しても良いし、挿入部12に予め組み込んでおいても良い。 From the treatment instrument hole 13A, which is an opening disposed in the vicinity of the operation part 13 on the base end part PE (Proximal End) side of the channel passing through the inside of the insertion part 12, the inside of the channel 12A (not shown) is passed through the distal end part DE (not shown) It is inserted to the (Distal End) side and arranged so as to be deformed into the same shape as the insertion portion 12. The composite probe 2 may be disposed on the insertion portion 12 so long as it is loosely fixed as long as the shape of the insertion portion 12 and the shape of the composite probe 2 coincide with each other to the extent that there is no practical problem. For example, as described above, it may be loosely fixed by being inserted into the channel, or may be incorporated in the insertion portion 12 in advance.

医療機器1の複合プローブ2は、軸方向同位置に、それぞれFBGセンサ部3が形成された3本の第1のセンサプローブ2A、2B、2Cと、3本の第1のセンサプローブ2A、2B、2Cに螺旋状に巻回されたFBGセンサ部3が形成された第2のセンサプローブ2Dとからなる。すなわち、本実施の形態の医療機器1では曲げ歪みを検出する第1の検出部と、ねじれ歪みを検出する第2の検出部とは同じFBGセンサ部3であるが、配置により異なる歪みを検出する。   The composite probe 2 of the medical device 1 includes three first sensor probes 2A, 2B, 2C and three first sensor probes 2A, 2B each having the FBG sensor portion 3 formed at the same position in the axial direction. 2C and the 2nd sensor probe 2D in which the FBG sensor part 3 wound spirally was formed. That is, in the medical device 1 of the present embodiment, the first detection unit that detects bending distortion and the second detection unit that detects torsional distortion are the same FBG sensor unit 3, but different distortions are detected depending on the arrangement. To do.

医療機器1の表示手段は内視鏡システム10のモニタ14が兼用しており、モニタ14は内視鏡画像と同じ画面上に、複合プローブ2の形状、すなわち、挿入部12の形状を表示する表示領域14Aを有する。なお、複合プローブ2はチャンネル12Aに挿入するのではなく、挿入部12に組み込まれていてもよい。   The display unit of the medical device 1 is also used by the monitor 14 of the endoscope system 10, and the monitor 14 displays the shape of the composite probe 2, that is, the shape of the insertion portion 12 on the same screen as the endoscopic image. It has a display area 14A. The composite probe 2 may be incorporated in the insertion portion 12 instead of being inserted into the channel 12A.

最初に、図3を用いて、「ねじれ」について説明する。細長い弾性体の一端を固定し、他端に偶力を加えてある角度だけ回転させたとき、弾性体に現れる変形、である。挿入部12を被検者11の管腔内に挿入中は、術者が基端部PE側を回転しても、管腔壁と挿入部との摩擦により、回転運動が先端部DE側まで完全には伝達されず、挿入部12がひねられた状態となる。   First, “twist” will be described with reference to FIG. When one end of an elongated elastic body is fixed and a couple is applied to the other end and rotated by a certain angle, the deformation appears in the elastic body. While the insertion portion 12 is being inserted into the lumen of the subject 11, even if the operator rotates the proximal end PE side, the rotational movement is caused to the distal end DE side due to friction between the lumen wall and the insertion portion. It is not transmitted completely, and the insertion portion 12 is twisted.

図3に示す、長さL、直径d、半径r、の円筒形の場合、一端B1が固定された状態で、他端B0が角度γだけ回転したときの、ねじれ量は、ねじれ角度γで示すことができる。   In the case of a cylindrical shape having a length L, a diameter d, and a radius r shown in FIG. 3, the twist amount when the other end B0 is rotated by an angle γ with the one end B1 fixed is the twist angle γ. Can show.

そして、図3において、
γ≒0のため、tanγ=γ
よって、B0B1=L×tanγ=γL
一方、B0B1=π×d×(φ/2π)=(d/2)φ
上記2式より、γL=(d/2)φ
従って、γ=(d/2)(φ/L)
ここで、単位長さあたりの、ねじれ角をθとすると、(d/2)=r、(φ/L)=θ
このため、γ=rθ となる。
And in FIG.
Since γ≈0, tan γ = γ
Therefore, B0B1 = L × tan γ = γL
On the other hand, B0B1 = π × d × (φ / 2π) = (d / 2) φ
From the above two formulas, γL = (d / 2) φ
Therefore, γ = (d / 2) (φ / L)
Here, assuming that the twist angle per unit length is θ, (d / 2) = r, (φ / L) = θ
Therefore, γ = rθ.

ねじれの応力は外周で最大となるが、上記式は、円筒の外周に限ったことではなく、円筒の内部空間でも成り立つ。すなわち、挿入部12の内部に配設された複合プローブ2においても成立する。   The torsional stress becomes maximum at the outer periphery, but the above equation is not limited to the outer periphery of the cylinder, but also holds in the inner space of the cylinder. In other words, the composite probe 2 disposed inside the insertion portion 12 is also established.

次に、図4および図5を用いて複合プローブ2について説明する。図4は本実施の形態の医療機器の複合プローブの斜視説明図であり、図5は本実施の形態の医療機器の複合プローブの内部構造の説明図であり、図5(B)は図5(A)のVB―VB線の断面構造図である。   Next, the composite probe 2 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. 4 is a perspective explanatory view of the composite probe of the medical device of the present embodiment, FIG. 5 is an explanatory view of the internal structure of the composite probe of the medical device of the present embodiment, and FIG. It is a cross-section figure of the VB-VB line of (A).

図4に示すように、複合プローブ2は、3本の第1のセンサプローブ2A、2B、2Cが樹脂2Pを介して束ねられた上から第2のセンサプローブ2Dが巻回された構造である。すなわち、図5に示すように、複合プローブ2は、3本の第1のセンサプローブ2A、2B、2Cが、金属ワイヤ2Mの周囲に樹脂2Pを介して束ねられ、その外周部にそって第2のセンサプローブ2Dが巻回されている。複合プローブ2は、可撓性を有する。そして、図2に示したように、それぞれの第1のセンサプローブ2A、2B、2Cには、軸方向の同位置に、それぞれFBGセンサ部3が形成されている。複合プローブ2では、3個のFBGセンサ部3が同位置にあるため、その3個のFBGセンサ部3の配設されている挿入部12の部分の3軸方向の変位を計測することができる。そして、複合プローブ2は、螺旋状の第2のセンサプローブ2Dにより、圧縮および伸張の両方向の、ねじれ歪み、言い換えれば、右回りおよび左回りの両方向の、ねじれ歪みを検出する。   As shown in FIG. 4, the composite probe 2 has a structure in which the first sensor probes 2A, 2B, and 2C are bundled through the resin 2P and the second sensor probe 2D is wound around. . That is, as shown in FIG. 5, in the composite probe 2, three first sensor probes 2A, 2B, and 2C are bundled around the metal wire 2M via the resin 2P, and the first probe along the outer periphery thereof. Two sensor probes 2D are wound. The composite probe 2 has flexibility. As shown in FIG. 2, each of the first sensor probes 2 </ b> A, 2 </ b> B, and 2 </ b> C is formed with an FBG sensor unit 3 at the same position in the axial direction. In the composite probe 2, since the three FBG sensor units 3 are at the same position, the displacement in the three-axis direction of the portion of the insertion unit 12 where the three FBG sensor units 3 are disposed can be measured. . The composite probe 2 detects torsional distortion in both compression and extension directions, in other words, torsional distortion in both the clockwise and counterclockwise directions, by the second sensor probe 2D having a spiral shape.

次に、図6は本実施の形態の医療機器の全体構成を示す全体構成図であり、図7は本実施の形態の医療機器の一部の構成を示す部分構成図である。   Next, FIG. 6 is an overall configuration diagram illustrating an overall configuration of the medical device according to the present embodiment, and FIG. 7 is a partial configuration diagram illustrating a partial configuration of the medical device according to the present embodiment.

図6に示すように、医療機器1は、複合プローブ2と、本体部15内に配設された広帯域光を出射する光源6と、光源6から出射した光を複合プローブ2と、反射手段である反射器5とへ供給するため分割する光分割手段であり、かつ、反射器5から反射した光と複合プローブ2のFBGセンサ部3が反射した光を干渉させる干渉手段でもある光学部品であるカプラ7とを有する。すなわち、光分割手段と前記干渉手段とが、ひとつの光学部品であるカプラ7により構成されている。光スイッチ7Bは、4本のセンサプローブ2A、2B、2C、2Dに、時系列的に順に光を供給する。   As shown in FIG. 6, the medical device 1 includes a composite probe 2, a light source 6 that emits broadband light disposed in the main body portion 15, light emitted from the light source 6 by the composite probe 2, and reflection means. It is an optical component that is a light splitting means for splitting to be supplied to a certain reflector 5 and is also an interference means for causing the light reflected from the reflector 5 to interfere with the light reflected by the FBG sensor portion 3 of the composite probe 2. And a coupler 7. That is, the light splitting means and the interference means are constituted by the coupler 7 which is one optical component. The optical switch 7B supplies light to the four sensor probes 2A, 2B, 2C, and 2D in time series.

また、医療機器1は、カプラ7により干渉光を電気信号に変換し検出する光検出手段である光検出部8と、光検出部8が検出した信号から各FBGセンサ部3の波長シフト量(FBGセンサ部3が存在する部分の変形がないときの波長と、変形があったときの波長との差)を算出し、算出した波長シフト量からFBGセンサ部3の変形量を求め、各FBGセンサ部3の変形量から複合プローブ2の形状、および、ねじれ量を算出する算出手段である算出部9Aと、医療機器1全体の制御する制御部9Bとを有する。   In addition, the medical device 1 includes a light detection unit 8 that is a light detection unit that converts the interference light into an electrical signal by the coupler 7 and detects the signal, and a wavelength shift amount of each FBG sensor unit 3 from the signal detected by the light detection unit 8 ( The difference between the wavelength when there is no deformation of the portion where the FBG sensor unit 3 is present and the wavelength when there is deformation) is calculated, and the deformation amount of the FBG sensor unit 3 is obtained from the calculated wavelength shift amount. The calculation unit 9 </ b> A is a calculation unit that calculates the shape of the composite probe 2 and the amount of twist from the deformation amount of the sensor unit 3, and the control unit 9 </ b> B that controls the entire medical device 1.

そして図7に示すように、医療機器1では、算出部9Aは、座標算出手段である座標算出部9Cと、形状、および、ねじれ量を算出する形状算出手段である形状算出部9Fとを有しており、モニタ14に挿入部12の形状、および、ねじれ量を表示する。なお術者は入力手段である入力部17から挿入部12の形状表示の形態を変化するための操作等を行う。   As shown in FIG. 7, in the medical device 1, the calculation unit 9A includes a coordinate calculation unit 9C that is a coordinate calculation unit, and a shape calculation unit 9F that is a shape calculation unit that calculates a shape and a twist amount. The shape of the insertion portion 12 and the amount of twist are displayed on the monitor 14. The surgeon performs an operation or the like for changing the shape display form of the insertion unit 12 from the input unit 17 serving as an input unit.

ここで、図8および図9を用いてFBGセンサの動作原理について説明する。図8に示すように、FBGセンサ部3は、光ファイバ4の所定の長さ(例えば5mm)にわたってコア部4Aの屈折率が周期的に変化している回折格子(グレーティング)である。ゲルマニウムをドープしたコア部4Aにマスクを介して紫外線を照射することでフォトリフラクティブ効果によりわずかに屈折率が増加する。これを利用して軸方向に周期的に屈折率の高い部分(格子)を形成させたものがFBGセンサ部3である。なお、図8等における、グレーティングの本数およびコア部軸方向に対するグレーティング幅は、構造を理解しやすいように実際のFBGセンサ部とは異なっている。   Here, the operation principle of the FBG sensor will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 8, the FBG sensor unit 3 is a diffraction grating (grating) in which the refractive index of the core unit 4 </ b> A periodically changes over a predetermined length (for example, 5 mm) of the optical fiber 4. By irradiating the core portion 4A doped with germanium with ultraviolet rays through a mask, the refractive index slightly increases due to the photorefractive effect. The FBG sensor unit 3 is obtained by forming a portion (grating) having a high refractive index periodically in the axial direction by utilizing this. In FIG. 8 and the like, the number of gratings and the grating width with respect to the axial direction of the core are different from the actual FBG sensor so that the structure can be easily understood.

そして、図9に示すように、FBGセンサ部3は、回折格子の間隔d、言い換えれば、周期に応じて、入射光のうち、以下の式)で示す所定波長であるブラッグ波長λBの光のみを反射する。
λB=2×n×d
ここで、nはコア部4Aの実効屈折率である。
As shown in FIG. 9, the FBG sensor unit 3 only receives light having a Bragg wavelength λB, which is a predetermined wavelength represented by the following formula among incident light, depending on the interval d of the diffraction grating, in other words, the period. To reflect.
λB = 2 × n × d
Here, n is an effective refractive index of the core portion 4A.

例えば、コア部4Aの実効屈折率nが1.45、ブラッグ波長λBが1550nmの場合には、回折格子の間隔dは0.53μm程度になる。   For example, when the effective refractive index n of the core portion 4A is 1.45 and the Bragg wavelength λB is 1550 nm, the distance d between the diffraction gratings is about 0.53 μm.

図9は、FBGセンサ部の作用を説明するための説明図であり、図9(A)は入射光の波長λに対する光の強度を示した図であり、入射光は所定の波長の幅、すなわち、帯域を有する。そして、図9(B)はFBGセンサ部3により反射された反射光の波長λに対する光の強度を示した図であり、反射光はブラッグ波長λBの光である。図9(C)はFBGセンサ部3を通過した入射光の波長λに対する光の強度を示した図であり、透過光にはFBGセンサ部3で反射したブラッグ波長λB成分が含まれていない。   FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the operation of the FBG sensor unit. FIG. 9A is a diagram showing the intensity of light with respect to the wavelength λ of incident light, and the incident light has a predetermined wavelength width, That is, it has a band. FIG. 9B shows the intensity of light with respect to the wavelength λ of the reflected light reflected by the FBG sensor unit 3, and the reflected light is light with a Bragg wavelength λB. FIG. 9C is a diagram illustrating the intensity of light with respect to the wavelength λ of incident light that has passed through the FBG sensor unit 3, and the transmitted light does not include the Bragg wavelength λB component reflected by the FBG sensor unit 3.

そして、上記の式から明らかなように、FBGセンサ部3が伸びると、回折格子の間隔dも大きくなるため、ブラッグ波長λBは長波長側に移動する。逆に、FBGセンサ部3が縮むと、回折格子の間隔dも小さくなるため、ブラッグ波長λBは短波長側に移動する。このため、FBGセンサ部3は、温度、または外力を検出するセンサとして用いることができ、本実施の形態では、複合プローブ2のたわみ量、すなわち、軸方向への曲げ変形量、または、ねじれ量を検出する。   As apparent from the above formula, when the FBG sensor unit 3 extends, the distance d between the diffraction gratings also increases, so that the Bragg wavelength λB moves to the long wavelength side. On the contrary, when the FBG sensor unit 3 is contracted, the distance d of the diffraction grating is also reduced, so that the Bragg wavelength λB moves to the short wavelength side. For this reason, the FBG sensor unit 3 can be used as a sensor for detecting temperature or external force. In this embodiment, the deflection amount of the composite probe 2, that is, the amount of bending deformation in the axial direction, or the amount of twist. Is detected.

光周波数領域リフレクトメトリ多重(OFDR)方式では、FBGセンサ部3からの反射光と反射器5からの反射光から干渉光を形成することで、1本のセンサプローブに複数のFBGセンサ部3が形成されていても、それぞれのFBGセンサ部3の変形量を検出できる。   In the optical frequency domain reflectometry multiplexing (OFDR) system, interference light is formed from the reflected light from the FBG sensor unit 3 and the reflected light from the reflector 5, so that a plurality of FBG sensor units 3 are formed in one sensor probe. Even if formed, the deformation amount of each FBG sensor unit 3 can be detected.

次に、図10および図11を用いて、算出部9Aが行う処理について説明する。図10は、医療機器の複合プローブ2における座標系を説明するための説明図であり、図11は医療機器の算出部の処理を説明するための説明図である。   Next, processing performed by the calculation unit 9A will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a coordinate system in the composite probe 2 of the medical device, and FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining processing of the calculation unit of the medical device.

図10に示すように、3本の第1のセンサプローブ2A〜2Cに形成されたFBGセンサ部3は、軸方向に対して等間隔、例えば、2cm間隔、に形成され、3本の第1のセンサプローブ2A〜2Cの、3つのFBGセンサ部3が軸方向に対して同位置に存在する状態で前記挿入体に配設されている。なお、図10に示すように、単に「FBGセンサ部3の位置」というときは、軸方向に対して同位置に配置された3個のFBGセンサ部3の中心位置を意味する。   As shown in FIG. 10, the FBG sensor portions 3 formed on the three first sensor probes 2 </ b> A to 2 </ b> C are formed at equal intervals in the axial direction, for example, at an interval of 2 cm. The three FBG sensor portions 3 of the sensor probes 2A to 2C are disposed in the insert in a state where they are present at the same position in the axial direction. As shown in FIG. 10, simply “the position of the FBG sensor unit 3” means the center position of the three FBG sensor units 3 arranged at the same position in the axial direction.

最初に算出部9Aの座標算出部9Cが、FBGセンサ部3の検出結果を基に、いずれかのFBGセンサ部3の位置S、より正確には複合プローブ2の軸方向に対して同位置に配置された3個のFBGセンサ部3の中心位置、を原点とする第1の3次元座標系にて、それぞれのFBGセンサ部3の第1の3次元座標を算出する。   First, the coordinate calculation unit 9C of the calculation unit 9A is based on the detection result of the FBG sensor unit 3 and is positioned at the same position with respect to the position S of any FBG sensor unit 3, more precisely with respect to the axial direction of the composite probe 2. The first three-dimensional coordinates of the respective FBG sensor units 3 are calculated in the first three-dimensional coordinate system having the center position of the three arranged FBG sensor units 3 as the origin.

座標算出部9Cは、例えば、複合プローブ2の最も基端部PE側の位置に形成された3つのFBGセンサ部3A1、3A2、3A3の中心位置S1を原点とした第1の3次元座標系であるXYZ1座標系を設定し、FBGセンサ部3A1、3A2、3A3の変形量から隣の3つのFBGセンサ部3A1、3A2、3A3の中心位置S2(x、y、z)と向き(vx、vy、vz)とを算出部9Aが算出する。 Coordinate calculation section 9C, for example, the most proximal end PE 3 single FBG sensor section formed at a position of the side 3A1 1 of the composite probe 2, 3A2 1, 3A3 first three-dimensional one-center position S1 with the origin set the XYZ1 coordinate system is a coordinate system, the FBG sensor section 3A1 1, 3A2 1, 3A3 1 of the three FBG sensor portion adjacent the deformation amount 3A1 2, 3A2 2, 3A3 2 of the center position S2 (x 2, y 2 , z 2 ) and direction (vx 2 , vy 2 , vz 2 ) are calculated by the calculation unit 9A.

座標算出部9Cは、さらに、算出したFBGセンサ部3A1、3A2、3A3の中心位置S2(x、y、z)と向き(vx、vy、vz)とから、次の3つのFBGセンサ部33A1、3A2、3A3の中心位置S3を基準の原点とした座標系XYZへの変換マトリックスT を、以下の(式1)を用いて算出する。 Coordinate calculation section 9C further, since the FBG sensor section 3A1 2, 3A2 2, 3A3 2 of the center position S2, the calculated (x 2, y 2, z 2) and orientation (vx 2, vy 2, vz 2), a transformation matrix T 1 2 of the following three FBG sensor sections 33A1 3, 3A2 3, 3A3 3 coordinate system XYZ 2 to the center position S3 with the origin criteria is calculated using the following (equation 1).

(式1)

Figure 0005259340
ただし、rij(i=1、2、3 : j=1、2、3)は座標系XYZ1から座標系XYZへの回転(座標系XYZのZ軸と向き(vx、vy、vz)から回転行列を算出)、tx、ty、tzは平行移動(位置(x、y、z)と同じ)を表す。 (Formula 1)
Figure 0005259340
However, r ij (i = 1,2,3: j = 1,2,3) is the Z axis direction of the rotation of the coordinate system XYZ1 to the coordinate system XYZ 2 (coordinate system XYZ 2 (vx 2, vy 2 , vz 2 ) to calculate a rotation matrix), tx, ty, and tz represent translation (same as position (x 2 , y 2 , z 2 )).

同様に、設定された座標系XYZの隣に存在する3つのFBGセンサ部3A1、3A2、3A3の中心位置S3(x、y、z)と向き(vx、vy、vz)とを座標算出部9Cが算出し、変換マトリックスTを算出する。座標算出部9Cは同様の処理を繰り返し、最終的には、先端部DEに最も近接した3つのFBGセンサ部3A1、3A2、3A3の中心位置Sn(x、y、z)と向き(vx、vy、vz)と変換マトリックスT n-1を求める。 Similarly, three FBG sensor sections 3A1 3 present beside the coordinate system XYZ 2, which is set, 3A2 3, 3A3 3 of the center position S3 (x 3, y 3, z 3) and orientation (vx 3, vy 3 , Vz 3 ) is calculated by the coordinate calculation unit 9C to calculate the transformation matrix T. The coordinate calculation section 9C repeating the same processing, ultimately, the tip of the three closest to DE FBG sensor section 3A1 n, 3A2 n, 3A3 n of the center position Sn (x n, y n, z n) and orientation (vx n, vy n, vz n) and obtaining the transformation matrix T n n-1.

そして、座標算出部9Cは変換マトリックスを用いて、各3つのFBGセンサ部3の中心位置Sを、座標系XYZ1に変換する。例えば、3つのFBGセンサ部3A1、3A2、3A3の中心位置Siを基準とした座標系で3つのFBGセンサ部3A1i+1、3A2i+1、3A3i+1の中心位置Si+1(xi+1、yi+1、zi+1)と向き(vxi+1、vyi+1、vzi+1)が算出された場合、XYZ1座標系での(x i+1、y i+1、 i+1)位置は以下の(式2)により算出される。 Then, the coordinate calculation unit 9C converts the center position S of each of the three FBG sensor units 3 into the coordinate system XYZ1 using the conversion matrix. For example, three of the FBG sensor section 3A1 i, 3A2 i, 3A3 i 3 single FBG sensor section the center position Si in the coordinate system as a reference for the 3A1 i + 1, 3A2 i + 1, 3A3 i + 1 of the center position Si + 1 (x i + 1 , y i + 1 , z i + 1 ) and orientation (vx i + 1 , vy i + 1 , vz i + 1 ), the (x w i + 1 , y w i + 1, z w i + 1 ) position in the XYZ1 coordinate system is as follows: (Equation 2).

(式2)

Figure 0005259340
座標算出部9Cは同様にすべての位置の3つのFBGセンサ部3の中心位置SをXYZ1座標系に変換し、形状算出部9Fは変換された座標を接続し補間処理等を行うことにより複合プローブ2の3次元形状、すなわち、複合プローブ2が配設された挿入部12の3次元形状を算出する。 (Formula 2)
Figure 0005259340
Similarly, the coordinate calculation unit 9C converts the center position S of the three FBG sensor units 3 at all positions into the XYZ1 coordinate system, and the shape calculation unit 9F connects the converted coordinates and performs interpolation processing, etc. 2, that is, the three-dimensional shape of the insertion portion 12 in which the composite probe 2 is disposed is calculated.

さらに医療機器1の算出部9Aは、第2のセンサプローブ2Dの変形量から、ねじれ歪みを算出する。第2のセンサプローブ2Dは巻回方向と同じ方向の、ねじれ歪みの場合には、圧縮されるため、ブラッグ波長λBが短波長側にシフトし、巻回方向と逆方向の、ねじれ歪みの場合には、伸張されるため、ブラッグ波長λBが長波長側にシフトする。第2のセンサプローブ2Dは、さらに、挿入部12の曲げ歪みの影響により変形するが、曲げ歪みによる変形量は第1のセンサプローブ2A〜2Cにより算出されている。このため、算出部9Aは、第2のセンサプローブ2Dの変形量から、曲げ歪みによる変形量を除くことで、ねじれ歪みによる変形量のみを算出することができる。   Furthermore, the calculation unit 9A of the medical device 1 calculates torsional distortion from the deformation amount of the second sensor probe 2D. Since the second sensor probe 2D is compressed in the case of torsional distortion in the same direction as the winding direction, the Bragg wavelength λB is shifted to the short wavelength side, and in the case of torsional distortion in the direction opposite to the winding direction. Therefore, the Bragg wavelength λB is shifted to the long wavelength side. The second sensor probe 2D is further deformed by the influence of the bending strain of the insertion portion 12, and the deformation amount due to the bending strain is calculated by the first sensor probes 2A to 2C. Therefore, the calculation unit 9A can calculate only the deformation amount due to torsional distortion by excluding the deformation amount due to bending distortion from the deformation amount of the second sensor probe 2D.

なお、算出部9Aは、ねじれ歪みによる変形量と、ねじれ量γとの関係を実測により算出し、図示しないメモリ部に、数値テーブルまたは計算式として記憶している。   The calculating unit 9A calculates the relationship between the deformation amount due to torsional distortion and the torsional amount γ by actual measurement, and stores it in a memory unit (not shown) as a numerical table or a calculation formula.

本実施の形態の医療機器1は、挿入部12の形状だけでなく、ねじれ量γを算出し、モニタ14に表示する。このため、術者は、ねじれ操作により、挿入部12にねじれが発生しているかを知ることができるため、より適切な操作を行うことができる。   The medical device 1 according to the present embodiment calculates not only the shape of the insertion portion 12 but also the twist amount γ and displays it on the monitor 14. For this reason, the surgeon can know whether or not the insertion portion 12 is twisted by a twisting operation, and thus can perform a more appropriate operation.

また、ねじれ量を加味して、挿入部12の2次元形状を補正しモニタ14に表示することでも術者はより適切な操作を行うことができる。補正は変換マトリックスT n-1にねじれにより回転マトリックスを作用させればよい。 In addition, the surgeon can perform a more appropriate operation by correcting the two-dimensional shape of the insertion portion 12 and displaying it on the monitor 14 in consideration of the amount of twist. The correction may be performed by applying a rotation matrix to the transformation matrix T n n-1 by twisting.

なお、ねじれ量γの表示方法は、モニタ14に基端部PEと先端部DEの間のねじれ角度を数字で表示しても良いし、モニタ14に表示した挿入部12の曲線に重畳して、ねじれ量に応じた色を表示し、どの部分で、どの程度ねじれが発生しているか色で表示してもよい。   The twist amount γ may be displayed by displaying the twist angle between the base end portion PE and the distal end portion DE on the monitor 14 with a number, or superimposing it on the curve of the insertion portion 12 displayed on the monitor 14. Alternatively, the color corresponding to the amount of twist may be displayed, and the color at which part and how much twist is generated may be displayed.

また、医療機器1は、予め入力部17等を介して入力され設定されたねじれ量γの閾値をもとに、算出部9Aが算出したねじれ量γまたはねじれ量の変化量が、閾値を超えた場合には、制御部9Bが警告信号を生成してもよい。医療機器1では、制御部9Bが生成した警告信号により、モニタ14に警告を表示したり、図示しない警告発生手段により警告音または振動等を発生したりするため、術者は管腔を変形するような大きく急激なねじり操作を行うことがない。   Further, the medical device 1 has the twist amount γ or the change amount of the twist amount calculated by the calculation unit 9A exceeding the threshold value based on the threshold value of the twist amount γ input and set in advance via the input unit 17 or the like. In such a case, the control unit 9B may generate a warning signal. In the medical device 1, a warning is displayed on the monitor 14 by a warning signal generated by the control unit 9B, or a warning sound or vibration is generated by a warning generating means (not shown), so the surgeon deforms the lumen. Such a large and rapid twisting operation is not performed.

さらに、医療機器1では、算出部9Aが算出したねじれ量γをもとに、制御部9B等がモニタ14に表示する内視鏡画像を回転し、常に同じ上下左右の関係で表示するようにしてもよい。   Further, in the medical device 1, based on the twist amount γ calculated by the calculation unit 9A, the control unit 9B and the like rotate the endoscopic image displayed on the monitor 14, and always display them in the same vertical and horizontal relationship. May be.

なお、FBGセンサ部3を有するセンサプローブの替わりに、歪みケージ等の歪み検出部を有するセンサプローブを用いて、挿入部12の各部の変形を検出してもよい。   Instead of the sensor probe having the FBG sensor unit 3, a sensor probe having a strain detection unit such as a strain cage may be used to detect deformation of each part of the insertion unit 12.

なお、本実施の形態の医療機器1では、挿入部12の3次元形状を測定するために、3本の第1のセンサプローブ2A、2B、2Cを用いているが、3本以上であればよい。例えば、測定精度向上のため4本の第1のセンサプローブを用いてもよい。さらに、より長い範囲を測定するために、例えば、3の倍数の本数の第1のセンサプローブを用いてもよい。すなわち、3本1組の第1のセンサプローブを複数組用いFBGセンサ部3が形成されている領域をずらして挿入部12長手方向に配設した複合プローブを用いてもよい。   In the medical device 1 of the present embodiment, the three first sensor probes 2A, 2B, and 2C are used to measure the three-dimensional shape of the insertion portion 12, but the number is three or more. Good. For example, four first sensor probes may be used to improve measurement accuracy. Further, in order to measure a longer range, for example, the number of first sensor probes that is a multiple of 3 may be used. That is, a composite probe in which a plurality of sets of three first sensor probes are used and the region where the FBG sensor unit 3 is formed is shifted and disposed in the longitudinal direction of the insertion unit 12 may be used.

さらに、本実施の形態の医療機器1では、波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)方式のセンサプローブを用いることも可能である。   Furthermore, in the medical device 1 of the present embodiment, it is also possible to use a wavelength division multiplexing (WDM) type sensor probe.

<第2の実施の形態>
以下、図面を参照して本発明の第2の実施の形態の医療機器1Bについて説明する。医療機器1Bの構成および動作は、第1の実施の形態の医療機器1と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図12は、第2の実施の形態の医療機器の構成図であり、図13は第2の実施の形態の医療機器の複合プローブの内部構造の説明図であり、図13(B)は図13(A)のXIIIB―XIIIB線の断面構造図である。
<Second Embodiment>
Hereinafter, a medical device 1B according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Since the configuration and operation of the medical device 1B are similar to those of the medical device 1 of the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
FIG. 12 is a configuration diagram of the medical device of the second embodiment, FIG. 13 is an explanatory diagram of the internal structure of the composite probe of the medical device of the second embodiment, and FIG. FIG. 13 is a cross-sectional structure view taken along line XIIIB-XIIIB in FIG.

図12および図13に示すように、本実施の形態の医療機器1Bの複合プローブ62は、メッシュチューブにより構成されているシース61に収納され、一体化された3本の第1のセンサプローブ2A、2B、2Cと、シース61に収納されていない第2のセンサプローブ2Dとからなる。第1のセンサプローブ2A、2B、2C、および、第2のセンサプローブ2Dの、それぞれのFBGセンサ部3は、軸方向同位置に形成されている。   As shown in FIGS. 12 and 13, the composite probe 62 of the medical device 1 </ b> B of the present embodiment is housed in a sheath 61 formed of a mesh tube and integrated with the three first sensor probes 2 </ b> A. 2B, 2C, and the second sensor probe 2D not housed in the sheath 61. The FBG sensor portions 3 of the first sensor probes 2A, 2B, 2C and the second sensor probe 2D are formed at the same position in the axial direction.

第1のセンサプローブ2A、2B、2CのFBGセンサ部3が、曲げ歪みを検出する第1の検出部であり、第2のセンサプローブ2DのFBGセンサ部3が、ねじれ歪みを検出する第2の検出部である。第2のセンサプローブ2DのFBGセンサ部3は、曲げ歪みによっても変形するが、第1の実施の形態の医療機器1で説明したように、算出部9Aは、第2のセンサプローブ2Dの変形量から、曲げ歪みによる変形量を除くことで、ねじれ歪みによる変形量のみを算出することができる。   The FBG sensor unit 3 of the first sensor probes 2A, 2B, and 2C is a first detection unit that detects bending distortion, and the FBG sensor unit 3 of the second sensor probe 2D detects second torsional distortion. It is a detection part. The FBG sensor unit 3 of the second sensor probe 2D is also deformed by bending strain. However, as described in the medical device 1 of the first embodiment, the calculation unit 9A is configured to deform the second sensor probe 2D. By removing the amount of deformation due to bending strain from the amount, only the amount of deformation due to torsional strain can be calculated.

シース61としては、平板のステンレスをらせん状に巻いたライナーチューブを網組み状のSUS線材で被覆したライナーブレードチューブの実施例を示したが、曲げ変形してもねじれ変形しにくい構造であればよい。中空の芯線に左巻き右巻きを数層にわたって巻いた中空状のフレキシブルシャフトでも良い。センサプローブ2A、2B、2Cを接着剤で一体化し、一体化したプローブをシース61の両端のみで固定するという形でも良い。また、複合プローブ62は図4で示した原理により、できるだけ中央部におくことが理想的である。   As the sheath 61, an example of a liner blade tube in which a liner tube in which a flat plate of stainless steel is wound in a spiral shape is covered with a net-like SUS wire is shown. Good. A hollow flexible shaft in which a left-handed and right-handed winding is wound around a hollow core wire over several layers may be used. The sensor probes 2A, 2B, and 2C may be integrated with an adhesive, and the integrated probe may be fixed only at both ends of the sheath 61. Further, the composite probe 62 is ideally placed in the center as much as possible according to the principle shown in FIG.

本実施例の形態の医療機器1Bは、第1の実施の形態の医療機器1が有する効果に加えて、センサプローブ2Dを螺旋状に配する必要がないため、製作が容易となる。また、複合プローブ62の強度も上がるという利点がある。   In addition to the effects of the medical device 1 according to the first embodiment, the medical device 1B according to the present embodiment can be easily manufactured because the sensor probe 2D need not be arranged in a spiral shape. In addition, there is an advantage that the strength of the composite probe 62 is increased.

<第3の実施の形態>
以下、図面を参照して本発明の第3の実施の形態の医療機器1Cについて説明する。医療機器1Cの構成および動作は、第1の実施の形態の医療機器1と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図14は、第3の実施の形態の医療機器の構成図であり、図15、図16および図17は第3の実施の形態の医療機器のねじれ歪みを検出するセンサの説明図である。
<Third Embodiment>
Hereinafter, a medical device 1C according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Since the configuration and operation of the medical device 1C are similar to those of the medical device 1 according to the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
FIG. 14 is a configuration diagram of a medical device according to the third embodiment, and FIGS. 15, 16, and 17 are explanatory diagrams of sensors that detect torsional distortion of the medical device according to the third embodiment.

図14示すように、本実施の形態の医療機器1Cの複合プローブ72は、3本の第1のセンサプローブ2A、2B、2CのFBGセンサ部3が形成されたのと軸方向同位置に、ねじれ歪みを検出する第2の検出部であるセンサ71が配設されている。センサ71は電気的なセンサであり、例えば、ジャイロセンサ71Aおよび加速度センサ71B、または磁界センサ71Cのいずれかである。   As shown in FIG. 14, the composite probe 72 of the medical device 1C of the present embodiment is in the same axial position as the three FBG sensor portions 3 of the first sensor probes 2A, 2B, and 2C formed. A sensor 71 serving as a second detection unit that detects torsional distortion is provided. The sensor 71 is an electrical sensor, and is, for example, one of the gyro sensor 71A and the acceleration sensor 71B, or the magnetic field sensor 71C.

図15に示すように、センサ71としてジャイロセンサ71Aおよび加速度センサ71Bを用いた医療機器1Cでは、それぞれの加速度センサ71Bにより、それぞれのセンサ71が配設されている複合プローブ72の部分の重力方向73を検知することにより、算出部9Aが、複合プローブ72のそれぞれの部分の初期角度θを算出する。 As shown in FIG. 15, in the medical device 1 </ b> C using the gyro sensor 71 </ b> A and the acceleration sensor 71 </ b> B as the sensor 71, the gravity direction of the portion of the composite probe 72 in which each sensor 71 is disposed by each acceleration sensor 71 </ b> B. By detecting 73, the calculation unit 9A calculates the initial angle θ 0 of each part of the composite probe 72.

ここで、加速度センサ71Bの出力をA、重力加速度をgとすると、初期角度θは以下のように算出される。 Here, when the output of the acceleration sensor 71B is A and the gravitational acceleration is g, the initial angle θ 0 is calculated as follows.

0=A−(sinθ)×g
θ=sin−1(A/g)
そして、挿入部12の初期角度θからの回転量をジャイロセンサ71Aが、検出することにより、算出部9Aは、それぞれのセンサ71が配設されている複合プローブ72の部分の回転量を算出する。
0 = A− (sin θ 0 ) × g
θ 0 = sin −1 (A / g)
Then, when the gyro sensor 71A detects the rotation amount from the initial angle θ 0 of the insertion unit 12, the calculation unit 9A calculates the rotation amount of the portion of the composite probe 72 in which each sensor 71 is disposed. To do.

すなわち、図16に示す、ある時点におけるセンサ71が配設されている複合プローブ72の部分の水平面に対する角度θは、以下のように、ジャイロセンサ71Aの出力ωを積分することにより算出される。
θ=∫ωdt+θ
以上の説明と同様の方法で、算出部9Aは、複合プローブ72のそれぞれの場所に配設された、X軸用、Y軸用、Z軸用の3個のジャイロセンサ71A1、71A2、71A3、および3個の加速度センサ71B1、71B2、71B3の出力から、複合プローブ72の軸方向に対する回転角を算出する。さらに、複合プローブ72の複数のセンサ71の角度θから、挿入部12全体のねじれ量γを算出する。
That is, the angle θ with respect to the horizontal plane of the portion of the composite probe 72 where the sensor 71 is disposed at a certain time point shown in FIG. 16 is calculated by integrating the output ω of the gyro sensor 71A as follows.
θ = ∫ωdt + θ 0
In the same manner as described above, the calculation unit 9A includes three gyro sensors 71A1, 71A2, 71A3 for the X axis, the Y axis, and the Z axis, which are disposed at the respective positions of the composite probe 72. And the rotation angle with respect to the axial direction of the composite probe 72 is calculated from the outputs of the three acceleration sensors 71B1, 71B2, 71B3. Further, the twist amount γ of the entire insertion portion 12 is calculated from the angles θ of the plurality of sensors 71 of the composite probe 72.

本実施の形態の医療機器1Cは、第1の実施の形態の医療機器1と同様の奏することができるだけでなく、センサ71は完全に曲げ歪の影響を受けない条件下でねじれ量rを算出することが可能である。   The medical device 1C according to the present embodiment can perform the same operation as the medical device 1 according to the first embodiment, and the sensor 71 calculates the torsion amount r under the condition that the sensor 71 is not completely affected by the bending strain. Is possible.

なお、図17に示すように、センサ71として磁界センサ71Cを用いた医療機器1Dでは、それぞれの磁界センサ71Cが配設されている複合プローブ72の部分の地磁気方向74を検知することにより、算出部9Aが、複合プローブ72のそれぞれの部分の角度θを算出する。すなわち、医療機器1Dでは、MRセンサ、ホール素子またはコイル等を用いた3軸の磁界センサ71Cにより、初期角度θからの回転角度を検出することで、算出部9Aが、ねじれ量γを算出する。 As shown in FIG. 17, in the medical device 1D using the magnetic field sensor 71C as the sensor 71, the calculation is performed by detecting the geomagnetic direction 74 of the portion of the composite probe 72 in which each magnetic field sensor 71C is disposed. The unit 9A calculates the angle θ of each part of the composite probe 72. That is, in the medical device 1D, the calculation unit 9A calculates the twist amount γ by detecting the rotation angle from the initial angle θ 0 by the triaxial magnetic field sensor 71C using an MR sensor, a Hall element, a coil, or the like. To do.

本実施の形態の医療機器1Dは、医療機器1Cと同様の効果を奏することができるだけでなく、センサ71は地磁気ベクトルという絶対的な向きを利用することにより、ねじれ量rをさらに容易に計算することが可能である。   The medical device 1D of the present embodiment can not only achieve the same effect as the medical device 1C, but also the sensor 71 can more easily calculate the torsion amount r by using an absolute direction called a geomagnetic vector. It is possible.

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

第1の実施の形態の医療機器を使用する状態を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the state which uses the medical device of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の医療機器の説明図である。It is explanatory drawing of the medical device of 1st Embodiment. ねじれについて説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating a twist. 第1の実施の形態の医療機器の複合プローブの斜視説明図である。It is an isometric view explanatory drawing of the compound probe of the medical equipment of a 1st embodiment. 第1の実施の形態の医療機器の複合プローブの内部構造の説明図である。It is explanatory drawing of the internal structure of the composite probe of the medical device of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の医療機器の全体構成を示す全体構成図である。It is a whole lineblock diagram showing the whole medical device composition of a 1st embodiment. 第1の実施の形態の医療機器の一部の構成を示す部分構成図である。It is a partial block diagram which shows the structure of a part of medical device of 1st Embodiment. FBGセンサの動作原理について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the principle of operation of a FBG sensor. FBGセンサの動作原理について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the principle of operation of a FBG sensor. 第1の実施の形態の医療機器の複合プローブにおける座標系を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the coordinate system in the composite probe of the medical device of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の医療機器の算出部の処理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the process of the calculation part of the medical device of 1st Embodiment. 第2の実施の形態の医療機器の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the medical device of 2nd Embodiment. 第2の実施の形態の医療機器の複合プローブの内部構造の説明図である。It is explanatory drawing of the internal structure of the composite probe of the medical device of 2nd Embodiment. 第3の実施の形態の医療機器の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the medical device of 3rd Embodiment. 第3の実施の形態の医療機器のねじれ歪みを検出するセンサの説明図である。It is explanatory drawing of the sensor which detects the torsion distortion of the medical device of 3rd Embodiment. 第3の実施の形態の医療機器のねじれ歪みを検出するセンサの説明図である。It is explanatory drawing of the sensor which detects the torsion distortion of the medical device of 3rd Embodiment. 第3の実施の形態の医療機器のねじれ歪みを検出するセンサの説明図である。It is explanatory drawing of the sensor which detects the torsion distortion of the medical device of 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1、1B、1C、1D…医療機器
2、62、72…複合プローブ
2A、2B、2C…第1のセンサプローブ
2D…第2のセンサプローブ
2M…金属ワイヤ
2P…樹脂
3…光ファイバブラッググレーティングセンサ部
4…光ファイバ
4A…コア部
5…反射器
6…光源
7…カプラ
7B…光スイッチ
8…光検出部
9A…算出部
9B…制御部
9C…座標算出部
9F…形状算出部
10…内視鏡システム
11…被検者
12…挿入部
12A…チャンネル
13…操作部
13A…処置具孔
14…モニタ
14A…表示領域
15…本体部
17…入力部
61…シース
71…センサ
71A…ジャイロセンサ
71B…加速度センサ
71C…磁界センサ
73…重力方向
74…地磁気方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1B, 1C, 1D ... Medical equipment 2, 62, 72 ... Composite probe 2A, 2B, 2C ... 1st sensor probe 2D ... 2nd sensor probe 2M ... Metal wire 2P ... Resin 3 ... Optical fiber Bragg grating sensor Unit 4 ... Optical fiber 4A ... Core unit 5 ... Reflector 6 ... Light source 7 ... Coupler 7B ... Optical switch 8 ... Light detection unit 9A ... Calculation unit 9B ... Control unit 9C ... Coordinate calculation unit 9F ... Shape calculation unit 10 ... Internal view Mirror system 11 ... Subject 12 ... Insertion part 12A ... Channel 13 ... Operation part 13A ... Treatment tool hole 14 ... Monitor 14A ... Display area 15 ... Main body part 17 ... Input part 61 ... Sheath 71 ... Sensor 71A ... Gyro sensor 71B ... Acceleration sensor 71C ... Magnetic field sensor 73 ... Gravitational direction 74 ... Geomagnetic direction

Claims (8)

被検体の内部に挿入する挿入体に配設され、前記挿入体の曲げ歪みを検出する複数の第1の検出部が軸方向同位置に各々形成された3本以上のプローブで構成される第1のセンサプローブと、前記第1のセンサプローブに巻回された、前記挿入体のねじれ歪みを検出する複数の第2の検出部が形成された第2のセンサプローブと、からなる複合プローブと、
前記複数の第1の検出部および前記複数の第2の検出部の検出結果をもとに、前記挿入体の形状、および、ねじれ量を算出する算出部と、を具備することを特徴とする医療機器。
A plurality of first detectors , each of which is arranged in the same position in the axial direction , are arranged on an insertion body to be inserted into the subject, and a plurality of first detection portions for detecting bending distortion of the insertion body . A composite probe comprising: one sensor probe; and a second sensor probe wound around the first sensor probe and formed with a plurality of second detection portions that detect torsional distortion of the insert. ,
And a calculation unit that calculates the shape of the insert and the amount of twist based on the detection results of the plurality of first detection units and the plurality of second detection units. Medical equipment.
前記挿入体の曲げ歪みを検出する複数の第1の検出部が軸方向同位置に各々形成された3本以上のプローブで構成されるとともにねじ変形しないシースに収納された第1のセンサプローブと、前記挿入体のねじれ歪みを検出する複数の第2の検出部が形成されるとともに前記シースに収納されていない第2のセンサプローブと、からなる複合プローブと、
前記複数の第1の検出部および前記複数の第2の検出部の検出結果をもとに、前記挿入体の形状、および、ねじれ量を算出する算出部と、を具備することを特徴とする医療機器。
First sensor in which a plurality of first detector for detecting a bending strain of the insert is accommodated while being composed of three or more probes each formed axially same position, the sheath no screws Re deformed A composite probe comprising a probe and a second sensor probe formed with a plurality of second detection parts for detecting torsional distortion of the insert and not housed in the sheath ;
And a calculation unit that calculates the shape of the insert and the amount of twist based on the detection results of the plurality of first detection units and the plurality of second detection units. Medical equipment.
前記シースが、メッシュチューブにより構成されていることを特徴とする請求項2に記載の医療機器。   The medical device according to claim 2, wherein the sheath is configured by a mesh tube. 被検体の内部に挿入する挿入体に配設され、前記挿入体の曲げ歪みを検出する複数の第1の検出部と、前記挿入体のねじれ歪みを検出する複数の第2の検出部とを有する複合プローブと、
前記複数の第1の検出部および前記複数の第2の検出部の検出結果をもとに、前記挿入体の形状、および、ねじれ量を算出する算出部と、を具備し、
前記複合プローブが、前記3本以上の第1のセンサプローブの前記第1の検出部が形成されたのと軸方向同位置に、ジャイロセンサおよび加速度センサ、または磁界センサのいずれかにより構成された前記第2の検出部とを有することを特徴とす医療機器。
A plurality of first detectors that are disposed in an insert that is inserted into the subject and that detect bending distortion of the insert; and a plurality of second detectors that detect torsional distortion of the insert. Having a composite probe;
Based on the detection results of the plurality of first detection units and the plurality of second detection units, the shape of the insert, and a calculation unit for calculating the amount of twist,
The composite probe is configured by one of a gyro sensor and an acceleration sensor, or a magnetic field sensor at the same position in the axial direction as the first detection portion of the three or more first sensor probes is formed. medical instrument you; and a second detector.
前記算出部が、前記第1のセンサプローブの前記複数の軸方向同位置の前記3個以上の前記第1の検出部の中心点を検出部の位置とし、前記形状を算出することを特徴とする請求項から請求項のいずれか1項に記載の医療機器。 The calculation unit calculates the shape by setting the center points of the three or more first detection units at the same position in the axial direction of the first sensor probe as detection unit positions. medical device according to any one of claims 1 to 4 to. 前記第1のセンサプローブおよび前記第2のセンサプローブが、光ファイバに前記第1の検出部または前記第2の検出部であるファイバブラッググレーティングセンサ部が形成されている光ファイバセンサであり、
前記算出部が、前記光ファイバセンサからの反射光の波長シフト量から、前記挿入体の歪み、および、ねじれ量を算出することを特徴とする請求項から請求項のいずれか1項に記載の医療機器。
The first sensor probe and the second sensor probe are optical fiber sensors in which a fiber Bragg grating sensor unit which is the first detection unit or the second detection unit is formed in an optical fiber,
The calculating unit is, the wavelength shift amount of the reflected light from the optical fiber sensor, distortion of the insert, and, from claim 1, characterized in that to calculate the amount of twist in any one of claims 5 The medical device described.
前記挿入体が、内視鏡の挿入部であることを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載の医療機器。 The medical device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the insertion body is an insertion portion of an endoscope. 被検体の内部に挿入する挿入体に配設され、前記挿入体の曲げ歪みを検出する複数の第1の検出部と、前記挿入体のねじれ歪みを検出する複数の第2の検出部とを有する複合プローブと、
前記複数の第1の検出部および前記複数の第2の検出部の検出結果をもとに、前記挿入体の形状、および、ねじれ量を算出する算出部と、
前記ねじれ量の閾値を入力する入力部と
前記算出部が算出した前記ねじれ量またはねじれ量の変化量が、前記閾値を超える場合に、警告信号を生成する制御部と、を有することを特徴とす医療機器。
A plurality of first detectors that are disposed in an insert that is inserted into the subject and that detect bending distortion of the insert; and a plurality of second detectors that detect torsional distortion of the insert. Having a composite probe;
Based on the detection results of the plurality of first detection units and the plurality of second detection units, a calculation unit that calculates the shape of the insert and the amount of twist;
An input unit that inputs a threshold value of the twist amount; and a control unit that generates a warning signal when the twist amount or the change amount of the twist amount calculated by the calculation unit exceeds the threshold value. medical equipment you.
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