JP6061602B2 - 挿入部及び挿入部材を有する挿入システム - Google Patents

Description

本発明は、物体・構造物・人体等の対象物に挿入する挿入部と、挿入部の挿入チャンネルに挿入して適用する挿入部材を有し、挿入部には、挿入部材の挿入量及び回転量を算出するための情報を検出する検出器が設けられた挿入システム、および、システムの構成要素である挿入部、挿入部材に関する。

一般的に、挿入部、例えば内視鏡及び挿入部材、例えば処置具を備えた挿入システムは、被挿入体に挿入し、挿入部と、少なくとも処置具等の挿入部材を挿入する挿入口と、挿入部を湾曲操作するための操作部と、を有している。挿入部には、挿入口から先端まで貫通し、挿入部材を挿通するためのチャンネルが設けられている。
挿入部材は、例えば、ケーブル状部材の先端に把持部材若しくは切断部材を有する部材である。

例えば、特許文献１に開示される可撓性を有する挿入部材は、挿入口側の基端部に先端の方向を調整するための回転操作部材を有している。回転操作部は、挿入部材のケーブルの外周部と摩擦係合しているために、基端部で挿入部材の先端の方向を調整することができる。

特開２０１０−２２６１９号公報

特許文献１において、被挿入体の内部へ挿入時に、画像若しくは操作者による挿入したときの感覚で挿入部材の先端部の位置及び方向を正確に把握することは、操作者にとって困難である。

本発明の目的は、挿入部材の位置及び方向を正確に把握するために、挿入部材の挿入量、回転量、先端の位置や形状等の操作支援情報を検出する挿入システムを提供することである。

上記課題を解決するために、本実施形態の一態様に係る挿入システムは、少なくとも把持部と被検体に挿入される挿入部位と該挿入部位の基端から先端まで貫通する挿入チャンネルを有する挿入部と、前記挿入チャンネルに挿入される挿入部材と、前記挿入部に設置され、挿入された前記挿入部材の長手方向に沿った挿入方向の挿入量、及び、当該挿入方向に沿う前記挿入部材の中心軸の周りに回転する回転量の少なくとも一方を算出するための情報を検出する第１の状態検出器と、前記第１の状態検出器の検出結果から操作支援情報を算出する算出部と、を備え、さらに、前記挿入チャンネルは、挿入口の端面に前記挿入部材の回転基準位置となる第１のマークが形成され、前記挿入部材は、前記挿入チャンネルに挿入する際に、前記第１のマークに方向及び位置を合わせて、回転基準位置に当該挿入部材を配置するための外周面の長手方向に沿って形成された第２のマークを有する。

前述した一態様で、挿入部材の位置及び方向を正確に把握するための挿入部材の挿入量、回転量、先端の位置や形状等の操作支援情報を検出できる挿入システムが提供される。

本発明の挿入システムは、挿入部材の先端部の位置及び方向を正確に把握するために、挿入部材の挿入量、回転量、位置及び形状等の操作支援情報を検出できるという効果を奏する。

図１は、第１の実施形態の挿入システムの全体図である。 図２は、第１の実施形態の挿入チャンネルの挿入口の斜視図である。 図３は、第１の実施形態の状態検出器の概要図である。 図４は、第１の実施形態の光学パターン検出器のパターンマッチングの概念図である。 図５は、第１の実施形態の挿入システムの概要図である。 図６（ａ）は、第１の実施形態の挿入部材の先端部の斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の断面Ａ−Ａの断面図である。 図７は、第１の実施形態の算出部と記憶部とが一体化された可撓性挿入システムの概要図である。 図８は、第１の実施形態の第１の変形例の挿入システムの概要図である。 図９は、第１の実施形態の第１の変形例の状態検出器の斜視図である。 図１０は、第１の実施形態の第２の変形例の回転基準位置検出器の斜視図である。 図１１は、第２の実施形態の挿入システムの概要図である。 図１２は、第２の実施形態の状態検出器の斜視図である。 図１３は、第２の実施形態の可撓性挿入部の先端部の斜視図である。 図１４は、第２の実施形態の挿入部材及び可撓性挿入部の光特性変換部の検出範囲を示す概念図である。 図１５は、可撓性挿入部の先端部が硬質部材である場合の第２の実施形態の挿入部材及び可撓性挿入部の光特性変換部の検出範囲を示す概念図である。 図１６は、第２の実施形態に係る硬性の挿入システムの概要図である。 図１７は、第２の実施形態の第１の変形例の挿入システムの概要図である。 図１８は、第２の実施形態の第２の変形例の可撓性挿入部の回転基準位置検出器の斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１に示すように、第１の実施形態の可撓性を有する挿入システム１は、少なくとも、可撓性挿入部２と、可撓性挿入部２の内部を挿通される挿入部材１０と、後述する操作支援情報を算出する算出部４０と、処置された検出データを表示する表示部５０と、挿入部材１０の屈曲状態を光学的に検出する形状センサ（第１の形状センサ）６０と、光源部６１と、受光部６３とを有している。ここで、挿入システム１は、例えば、内視鏡システムである。例えば、可撓性挿入部２は、軟性内視鏡であり、挿入部材１０は、処置具若しくはカテーテルなどである。

以下で、挿入部材の長手方向に対して、水平に交わる方向に従う軸をｘ軸８１、鉛直に交わる方向に従う軸をｙ軸８２とする。また、長手方向に従う軸をｚ軸８３とする。以下で、操作支援情報は、例えば、挿入部材１０若しくは可撓性挿入部２の挿入量、回転量、姿勢、先端の位置若しくは形状、先端部の向き等の操作する際に操作性を向上させる情報とする。また、以下で、回転量は、可撓性挿入部２若しくは挿入する方向に沿う挿入部材１０の中心軸の周りに回転する量とする。

本実施形態における挿入システム１は、可撓性を有する、例えば、軟性内視鏡、若しくは、可撓性を有しない、例えば、硬性内視鏡のいずれにも容易に適用することができる。
可撓性挿入部２は、少なくとも、可撓性を有する挿入部位３と、挿入部位３の先端に設置された硬質部材からなる先端部位４と、挿入部位３及び先端部位４の方向を操作するための操作部５と、把持するための把持部６と、挿入部材１０を挿入する開口を有する挿入口７と、挿入部材１０の状態を検出する状態検出器（第１の状態検出器）２０と、検出された情報を補正するための情報が記録された記憶部３０と、を有している。なお、本実施例では先端部位４は硬質部材からなる構成で説明するが、必ずしも硬質部材である必要はない。

挿入部位３は、少なくとも挿入口７から先端部位４の先端まで連通する挿入チャンネル８を有する。挿入部位３で、挿入口７の端部を基端、先端部位４の端部を先端と称する。尚、挿入部位３は、さらに図示しない対象物を観察するための観察部、例えば、撮像カメラ等を有していても良い。
ここで、挿入部材１０の状態は、例えば、検出開始位置から挿入部材１０の先端までの長さである挿入量及び挿入部材１０の挿入時の初期状態からの回転量等である。尚、挿入部材１０の状態を検出する状態検出器は、第１の状態検出器と称する。

図２を参照して、挿入部材１０の回転の基準点の規定方法について説明する。
図２に示すように、挿入方向から見た挿入口７の開口面には、挿入部材１０の挿入方向を規定するための第１のマーク７１が形成される。ここで、後述で詳細に説明する挿入部材１０の表面の一部分にも、第２のマーク７２が形成される。これらの第１のマーク７１と第２のマーク７２とを合わせることによって、挿入時に、挿入部材１０の挿入方向が、規定できる。以下で、この挿入時に、第１のマーク７１と第２のマーク７２とを合わせて、挿入された挿入部材１０の挿入方向を、第１の回転の原点（第１の回転基準位置）とする。

図３を参照して状態検出器２０について説明する。
状態検出器２０は、挿入チャンネル８の側面に形成された開口に検出面が設置され、挿入部材１０の表面（外周面）を検知できる。従って、状態検出器２０は、挿入部材１０の挿入量及び回転量等を算出するための情報を検出することができる。

図３に示すように、状態検出器２０は、少なくとも、光を挿入部材１０に向けて照射する光源部２１と、光源光を集光する投光レンズ２２と、挿入部材１０の表面で反射した反射光を集光する受光レンズ２３と、受光レンズ２３を通過した光を検出する光学パターン検出器２４と、を有している。

状態検出用光源部２１は、光束を挿入部材１０の外周面へ向けて照射し、外周面で反射した反射光の一部が光学パターン検出器２４に入射するように配置されている。また、状態検出用光源２１から射出された光を効率よく挿入部材１０の外周面へ照射するために、状態検出用光源部２１と挿入部材１０との間に投光レンズ２２が設置されている。以下で、状態検出用光源部２１から照射された光、若しくは光束を光源光と称する。
例えば、状態検出用光源部２１は、光源光としてコヒーレント光を射出する光源であり、ＬＥＤ若しくはレーザ光源である。本実施形態で光源部３０１は、レーザ光源として説明する。

コヒーレント光は、位相相関があることから、照射する物体が微小な凹凸であっても、反射光に明確な位相差を生じさせことができる。例えば、光沢のあるような平滑な表面に照射した場合でも、コヒーレント光を使用することによって、平滑な表面の鮮明な画像データが取得できる。即ち、コヒーレント光を使用することによって、挿入部１２の外周面の情報が鮮明な光学パターンとして取得できる。光学パターンは、例えば、スペックルパターンである。

光学パターン検出器２４は、挿入部材１０の外周面で反射した光源光が光学パターン検出器２４の受光面へ合焦するように、挿入部材１０との間に受光レンズ２３が配置されている。
光学パターン検出器２４は、例えば、複数の受光素子が、マトリックス状に配列された撮像デバイスを有している。撮像デバイスは、例えば、ＣＣＤ若しくはＣ−ＭＯＳイメージセンサ等である。

光学パターン検出器２４は、少なくとも、曲率を有する滑らかな表面の情報を画像データとして連続的に撮像し、処理する機能と、検出可能範囲に挿入部材１０の先端が進入したことを検知する機能と、検出範囲内で検出開始位置を任意に決定できる（検出開始位置補正）機能と、を有している。即ち、光学パターン検出器２４は、挿入部材１０の先端が検出可能範囲に進入した際に撮像を開始し、挿入部材１０の外周面の所定の範囲を連続的に撮像し、画像処理し、画像データとして外周面の光学パターンを出力する機能を有する。尚、光学パターン検出器２４は、外周面の形状によって処理できるものが制限されるわけではない。例えば、光学パターン検出器２４は、凹凸を有する平面であっても、平面の情報を画像データとして処理できる。例えば、光学パターン検出器２４は、検出可能範囲に挿入部材１０の先端が挿入された時間ｔ_０とし、任意の検出時間ｔ_１、ｔ_２…ｔ_ｎ…で連続的に画像データを撮像できる。

光学パターン検出器２４は、撮像した複数の画像データにおいて、画像内の一部に存在する任意の基準パターンを選定し、所定の時間経過後の複数の画像データ内の任意の画像データから基準パターンと一致する光学パターンを検出し、画像内におけるこれらの光学パターン間の変位量を算出する、所謂、パターンマッチング機能を有する。ここで、検出する光学パターンの範囲は、調整できる。

図４を参照して、光学パターン検出器２４の各方向変位量の算出方法について説明する。
図４に示すように、光学パターン検出器２４は、任意の時間ｔ_ｎ−１に撮像された画像データ５１の画像内に存在する任意に選択された基準パターンαと、この時間ｔ_ｎ−１から任意の時間経過後の時間ｔ_ｎに撮像された画像データ５２の画像内の一部に存在する基準パターンαと、一致する光学パターンα´と、の画像データ上の変位を比較し、回転方向であるｘ軸８１方向及び挿入方向であるｚ軸８３方向の各々の変位量を算出する。従って、光学パターン検出器２４は、任意の連続した時間の基準パターンの変位量を積算できる。算出された画像上の変位量は、算出部４０へ出力される。

図５を参照して、挿入部材１０について説明する。
挿入部材１０は、把持される基端部１１と、ケーブル状部材１２と、先端に設置された把持若しくは切除などをするための先端部材１３と、挿入部材に設けられた形状センサ６０、例えば、反射式の光ファイバセンサと、前述したように挿入方向を規定するためにケーブル状部材１２の上面に形成された第２のマーク７２と、を有している。

ケーブル状部材１２は、光ファイバ６２と、基端部１１で先端部材１３を操作するための操作ワイヤ１４と、被覆部材１５と、で構成されている。
先端部材１３は、操作ワイヤ１４を介して基端部１１の操作に従動するように構成されている。先端部材１３は、例えば、被検体１２０の内部の所望の位置で、対象物を把持若しくは切除する機能を有する。

図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、挿入部材１０の形状を検出する形状センサ６０（第１の形状センサ）は、光を射出する形状センサ用光源部６１と、形状センサ用光源部６１から射出された光を各々導光する光ファイバの束である光ファイバ束６２と、複数の導光された光を受光した光量を光ファイバ毎に個々に検出できる形状センサ用受光部６３と、を有している。光ファイバ束６２は、少なくともコアと、コアを包囲するクラッドと、で構成されている。形状センサ６０は、挿入部材１０の屈曲状態を検出する。尚、クラッドの外周に被覆材を有しても構わない。

光ファイバ束６２は、光を導入路・導出路に分岐する結合部（図示せず）で三方に分岐されて、それぞれに延伸してＹ形状を成す、光供給用光ファイバ束部６４、検出用光ファイバ束部６５及び受光用光ファイバ束部６６で構成される。

光供給用光ファイバ束部６４は、光ファイバ用光源部６１からの射出光を結合部（図示せず）へ導光する。検出用光ファイバ束部６５は、先端部に反射部６７を有し、導光してきた光を結合部（図示せず）へ反射する。受光用光ファイバ束部６６は、結合部（図示せず）で分岐された反射部６７からの反射光を形状センサ用受光部６３へ導光する。形状センサ用受光部６３は、算出部４０とケーブル等で接続されている。

検出用光ファイバ束部６５は、ケーブル状部材１２の内部に設置されている。また、検出用光ファイバ束部６５は、個々の所定の位置に光特性変換部１０１を有している。ここで、所定の位置とは、屈曲を検出する位置であり、例えば、長手方向ではケーブル状部材の先端部の屈曲する位置である。

検出用光ファイバ束部６５は、ｘ軸８１方向及びｙ軸８２方向の２方向の湾曲を検出するために、少なくとも２つで１組のセンサとして適用される。即ち、長手方向において１箇所の所定の位置には、Ｘ軸８１方向に開口する光特性変換部１０１を有す検出用光ファイバ部６５ａと、Ｙ軸８２方向に開口する光特性変換部材１０１を有する検出用光ファイバ部６５ｂと、が設置されている。

光特性変換部１０１は、コアを導光する光の特性を変換する機能を有する。光特性変換部１０１は、例えば、導光損失部若しくは波長変換部である。例えば、導光損失部ならば、光吸収体であり、波長変換部ならば、蛍光体等が挙げられる。尚、光特性変換部１０１は、コアを導光する光が漏れ出るように形成された開口でも構わない。

光特性変換部１０１は、湾曲方向を把握するために設置位置で変換される光量に差異が生じるように形成されている。尚、複数の光特性変換部１０１は、各々、湾曲方向を正確に把握可能であれば、変換によって生じる光量が同一でも構わない。例えば、複数の光特性変換部１０１は、ケーブル状部材１２において、開口方向の数が上下左右の方向で異なるように形成されていても良い。
形状センサ用受光部６３は、光ファイバ束６２を導光してきた光量を算出部４０に出力する。

記憶部３０は、例えば、把持部６の内部に設置されており、少なくとも算出部４０に接続されている。記憶部３０は、複数の種類の可撓性挿入部２の補正値を記録する機能を有する。ここで、補正値とは、例えば、状態検出器２０の検出開始位置から挿入部位３の先端までの距離であり、実際に、挿入部材１０が挿入部位３から被検体１２０の内部で挿入されている量（正味挿入量）を算出するために必要な値である。尚、記憶部３０は、算出部４０内に含まれて一体化した構成でもよい。

算出部４０は、検出された挿入量及び回転量を算出するための情報を補正し、所望の操作支援情報を算出する機能を有する。ここで、所望の操作支援情報とは、操作支援情報が任意に取得できる情報を決定できることを示している。例えば、所望の操作支援情報は、状態検出器２０の検出位置から挿入部材１０の先端までの距離を挿入量である。また、その際の挿入部材１０の形状である。

さらに例えば、所望の操作支援情報は、挿入部位３の先端から挿入部位１０の先端までの距離を挿入量とし、その際の挿入部位３の形状であっても良い。尚、算出部４０は、先端に限らず所望の部分の位置及び形状を算出できる。例えば、挿入部材１０の被検体１２０内に挿入された部分で、任意の部分の位置及び形状を算出できる。

算出部４０で前述した画像データ上の基準パターンの変位量から挿入量と回転量とを算出過程において、事前に画像データ上の基準パターンの変位量から挿入量と回転量とに変換する各方向の係数が求められている。これら各方向の係数、及び、前述した記憶部３０に記憶された各種挿入部位３の補正値を考慮した各係数ａ_ｆ、ｂ_ｆを掛けることによって挿入量ｍ_ｆ０と回転量θ_ｆ０とが算出される。ここで、挿入量ｍ_ｆ０は、可撓性挿入部２に対する状態検出器２０の検出開始位置からの挿入量であり、回転量θ_ｆ０は、前述した第１及び第２のマーク７１、７２を併せた第１の回転基準位置を基準とする可撓性挿入部２に対する挿入部材１０の回転量である。

また、事前に状態検出器２０で求められた検出開始位置と挿入部位３の先端との距離である補正値Ｌ_ｆと挿入部材１０の挿入量ｍ_ｆ０との差から、挿入部位３の先端から挿入部材１０の先端部までの距離である挿入量ｍ_ｆ１（正味挿入量）が算出される。
また、事前に、形状センサ６０で検出された光量の変化量と湾曲量との関係を示す式が求められている。従って、形状センサ６０の光量から挿入部材の湾曲量が算出される。

算出された結果は、所望の方向の算出結果を選択的に出力できる。挿入量の計算式である式１と、回転量の計算式である式２と、挿入部位３の先端からの挿入量ｍ_ｆ１の計算式である式３と、挿入部材１０の湾曲部の湾曲量Φ_ｆの計算式である式４とを以下に示す。即ち、算出部４０は、前述した処理を繰り返し、任意の連続した検出時間の各座標の変位量を積算していくことによって、任意の検出時間から所望の検出時間までの挿入部１２の挿入量と回転量とを算出している。

ここで、時間ｔ_ｎ−１から時間ｔ_ｎまでの挿入量：ｍ_ｆ０、時間ｔ_ｎ−１から時間ｔ_ｎの画像データの一致したパターンのｚ軸８３の方向の座標差：Δｚ、挿入量変換係数：ａ_ｆとする。

ここで、時間ｔ_ｎ−１から時間ｔ_ｎまでの回転量：θ_ｆ０、時間ｔ_ｎ−１と時間ｔ_ｎの画像データの一致したパターンのｘ軸８１の方向の座標差：Δｘ、回転量変換係数：ｂ_ｆとする。

算出された挿入量ｍ_ｆ０は、状態検出器２０が、検出を開始した時間ｔ_０から任意の時間ｔ_ｎまでの移動量である。正味挿入量ｍ_ｆ１は、算出された挿入量ｍ_ｆ０と補正値Ｌ_ｆとの差によって算出される。

ここで、挿入部材挿入量の補正値：Ｌ_ｆ、時間ｔ_ｎ−１から時間ｔ_ｎまでの挿入量：ｍ_ｆ０、正味挿入量：ｍ_ｆ１とする。
また、算出部４０は、挿入部材１０の湾曲部の湾曲量Φ_ｆも算出できる。湾曲検出部の湾曲量φ_ｆは、形状センサ６０の光伝達量の変化Δｌ_ｆを用いて算出される。

ここで、挿入部材１０の湾曲部の湾曲量：Φ_ｆ、光伝達量の変化：Δｌ_ｆとする。
本実施形態では、挿入部位３が被検体１２０の内部の所望の位置に挿入された後に、挿入口７から挿入チャンネル８を通して、被検体１２０内部へ挿入される。

挿入部材１０の先端が、光学パターン検出器２４の検出器可能範囲に進入した際に、挿入量の検出が開始されると、状態検出用光源部２１から光源光が挿入部材１０の外周面へ照射される。照射された光源光は、外周面で反射し、反射光の一部が光学パターン検出器２４に入射する。

光学パターン検出器２４は、検出開始時間ｔ_０から任意の時間間隔で光学パターンを撮像し、画像データとして出力する。このとき、任意の検出時間ｔ_１、ｔ_２・・・ｔ_ｎ・・・で、連続的に複数の画像データが取得される。また、光学パターン検出器２４は、取得された複数の画像データから、任意の検出時間に撮像された画像データの画像内に存在する少なくとも１つの基準パターンを決定し、この検出時間から所定の時間経過後の複数の画像データの画像内から基準パターンと一致する光学パターンを検出する。また、変位量演算部３０３は、画像内のこれら光学パターンの変位から、回転方向であるｘ軸８１と、挿入方向であるｚ軸８３と、に従う各方向の変位量を算出する。

同様に、任意の時刻間、例えば、時間ｔ_１と時間ｔ_２、時間ｔ_２と時間ｔ_３、・・・時間ｔ_ｎ−１と時間ｔ_ｎと、のように、各々の時刻間の各変位量の演算処理が行われる。そして、基準パターンの連続した時刻間での変位量が積算され、例えば、検出を開始した検出時間ｔ_０の位置から検出を終了した時間ｔ_ｎの位置までの挿入部材１０の移動量と回転量とが算出される。尚、挿入部材１０の移動量及び回転量は、任意の時間の間隔での量も算出できる。
光学パターン検出器２４における検出開始位置の情報及び算出された各方向の変位量は、算出部４０に送信される。
このとき、記録部３０は、記録された検出に適用された検出器２０の設置位置から挿入部位３の先端までの距離の情報を算出部４０へ送信する。

挿入部位３の先端から延出した挿入部材１０が屈曲した場合、所定の位置に設置された光特性変換部１０１によって、形状センサ用受光部６３で受光する光量（光伝達量）が変化する。この光伝達量は、算出部４０へ送信される。
算出部４０は、検出器２０、記憶部３０及び形状センサ６０から送信された情報を受信し、これらの情報から挿入部材１０の操作支援情報を算出する。
表示部５０は、算出部４０で算出された操作支援情報を表示する。

本実施形態によれば、状態検出器２０をチャンネルの近傍に設置することで、可撓性挿入部２に対する挿入部材１０の挿入量及び回転量を算出できる。表示部５０で画像による確認に加えて、挿入部材１０の挿入量及び回転量を定量的に確認できるため、挿入部材１０の操作性が向上する。
把持部６のチャンネル８の近傍に設置されるために、状態検出器２０が、挿入部位３の径を変更することなく設置される。このため、挿入部位３及び挿入部材１０が、被検体１２０に容易に挿入できる。
また、状態検出器２０は、可撓性挿入部２の内部で比較的にスペースが広い把持部６に設置されるために、状態検出器２０の大きさの制限が緩和される。また、把持部６の挿入チャンネル８の近傍に設置されているために、状態検出器２０が容易に設置できる。
算出部４０が操作支援情報を算出することによって、操作支援情報に基づいて操作できるので、操作性が向上する。即ち、挿入部材３の撮像カメラの撮像可能範囲以外の挿入部材１０の操作支援情報を得られるために、操作性が向上することができる。

記憶部３０に複数の可撓性挿入部２の挿入部材３の補正値が記憶されているために、状態検出器２０は、複数の可撓性挿入部２の操作支援情報を取得することに対して汎用的に適用できる。
可撓性挿入部２は、前述したように挿入チャンネル８の挿入口７の端面に第１のマーク７１を有し、挿入部材１０の、ケーブル状部材１２の外周面に長手方向に沿って形成された第２のマーク７２と併せることによって、容易に挿入部材１０を回転基準位置に合わせることができる。
状態検出器２０で光学パターン検出器２４は、光学パターンマッチングにより挿入方向（Ｚ軸８３方向）及び回転方向（Ｘ軸８１方向）の変位量を同時に検出できるために、１つの検出器で２方向の変位量を検出できる。

尚、本実施形態では、状態検出器２０は、光学パターン検出器２４で各方向の変位量を検出するとしたが、さらに、画像データ内の基準パターンの各方向の変位量から挿入部材１０の挿入量及び回転量を算出するために適した情報を算出、若しくは、に変換する機能を有する計算部を有していても良い。

図７に示すように、記憶部３０は、算出部４０に組み込まれているも良い。算出部４０は、内部に備えられた記憶部３０、及び状態検出器２０からの挿入部材１０の先端の位置及び挿入部材の形状の情報から操作支援情報を算出する。

図８を参照して第１の実施形態の第１の変形例について説明する。
第１の変形例の挿入システム１は、第１の実施形態の挿入システム１とほぼ同等の構成であるが、状態検出器（第１の状態検出器）１３０の構成が異なる。従って、本実施形態と同等の構成には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図９を参照して状態検出器１３０について説明する。
状態検出器１３０は、挿入口７の先端部に着脱自在に設置される。尚、状態検出器１３０は、挿入口７の先端部に固定されていても良い。

状態検出器１３０は、状態検出器２０とほぼ同等の構成であるが、挿入チャンネル８の挿入口７の開口方向に設置されている。また、状態検出器１３０は、挿入部材１０が挿通される孔（開口）１３１と、第２のマーク７２と併せて回転基準を規定する第１のマーク７１と、記憶部３０に可撓性挿入部２の情報を入力する入力部８０と、検出の基準時間を設定するスイッチ１４０と、を有する。状態検出器１３０は、孔１３１と挿入チャンネル８の挿入口７の開口とが同軸上に配置されるように設置されている。

スイッチ１４０は、押圧された挿入部材１０の挿入位置を基準として挿入量及び回転量を算出するための情報の検出を開始する信号を状態検出器１３０に送信する機能を有する。例えば、図８に示されるように、挿入部材１０が被検体１２０の内部で分岐部分に差し掛かったことを挿入部２に設けられた撮像カメラ、Ｘ線若しくはＣＴ画像（図示せず）で確認した際に、スイッチ１４０を押圧し、押圧された時点の挿入部材１０の挿入位置を基準とした挿入量及び回転量を算出するための情報の検出（第１の検出、第２の検出・・・、第ｎの検出）が開始される。ここで、ｎは、スイッチ１４０を押圧した回数を示している。以下で、スイッチ１４０を押圧することによって開始された検出を第ｎの検出と称する。

入力部８０は、記憶部３０に新たに記録する情報を入力する機能を有する。
スイッチ１４０は、例えば、光学パターン検出器２４及び状態検出用光源２１に接続されている。
第１のマーク７１は、状態検出器１３０の挿入口側の端面に形成されている。
本実施形態の第１の変形例では、状態検出器１３０の設置位置及び可撓性挿入部２との情報が、入力部８０から記録部３０に追加的に入力される。

挿入部材１０は、第１のマーク７１と第２のマーク７２とを併せて、回転基準位置を合わせて挿通チャンネル８に挿入され、被検体１２０の内部へ挿入される。挿入部材１０が被検体１２０の所望の位置に到達した際に、スイッチ１４０を押圧されることによって、第ｎの検出が開始される。この第ｎの検出は、異なる挿入部材１０の挿入位置を基準とする検出と同時に実行される。

第ｎの検出で検出された回転量及び挿入量は、算出部４０に送信され、スイッチ１４０が押圧された時点の挿入部材１０の挿入位置を基準とした操作支援情報として表示部５０に出力される。このとき、出力される第ｎの検出結果は、１つ若しくは複数の結果が選択されて出力される。

本実施形態の第１の変形例によれば、状態検出器１３０は、挿入口７の先端部に着脱可能に設置されているために、取り外し及び設置が容易である。また、入力部８０により可撓性挿入部２の情報を記憶部３０に追加的に入力できるために、状態検出器１３０は、可撓性挿入部２の種類によらず汎用的に適用できる。

次に、第１の実施形態の第２の変形例について説明する。
第２の変形例の挿入システム１は、第１の実施形態の第１の変形例と挿入システム１をほぼ同等の構成であるが、回転量検出器１５０及び挿入部材１０の外周表面に回転の指標となる光学的指標（第１の回転指標）７５を有する。従って、本実施形態の第１の変形例と同等の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１０を参照して本実施形態の第２の変形例について説明する。
本実施形態の第２の変形例の挿入部材１０ｂは、先端部の外周面に光学的指標７５を有している。光学的指標７５は、例えば、挿入部材１０ｂの円周に沿って並設された長さの異なる複数の線である。尚、光学的指標７５は、線でなくても挿入部材１０ｂの回転量を判別できれば、形状の異なる模様でも良い。

回転基準位置検出器（第１の回転基準位置検出器）１５０は、状態検出器１３０の挿入口の開口方向に着脱可能に設置されている。回転基準位置検出器１５０は、状態検出器１３０の孔１３１と同軸上に配置され、挿入部材１０を挿入する孔（開口）１５１が形成されている。
回転基準位置検出器１５０は、例えば、受光素子を有し、挿入時に挿入部材１０の光学的指標７５を検知し、検知した形状（線の長さ）の位置を回転基準位置に規定する機能を有する。

算出部４０は、回転基準位置検出器１５０で規定した回転基準位置と状態検出器１３０の検出結果（変位量若しくは回転量）と、から可撓性挿入部２に対する挿入部材１０の実質的な回転量を算出する機能をさらに有する。本実施形態の第２の変形例では、挿入部材１０が回転基準位置検出器１５０に挿入された際に、光学的指標７５が回転基準位置検出器１５０によって検出される。このとき、光学的指標７５の線の長さを検知し、検知した線の長さの位置を回転基準位置に規定する。回転基準位置検出器１５０で規定された回転基準位置の情報は、算出部４０に送信される。算出部４０は、回転基準位置検出器１５０で規定された回転基準位置と、挿入部状態検出器１３０の検出結果とから挿入部材１０ｂの回転量を算出する。算出された結果は、表示部５０に送信され表示される。

第２の変形例によれば、位置合わせをすることなく挿入部材１０の回転基準位置からの回転量を算出できるために、容易に挿入部材１０を挿入することができる。また、機械的に回転基準位置に規定し、挿入部材１０の回転量が算出されるために、より正確な操作支援情報が取得できる。

尚、第２の変形例において、状態検出器１３０は、回転基準位置検出器１５０に統合されていても良い。例えば、状態検出器１３０が、光学的指標７５によって挿入部材１０ｂの挿入時の回転基準位置からの回転量を検出できる機能を有していても良い。

尚、前述した実施形態において、光ファイバ束６２は、所定の位置に光特性変換部１０１が形成された単数の光ファイバでも良い。例えば、光特性変換部１０１は、特定の光の波長範囲のみを変換する。この光特性変換部１０１が、挿入部材１０の屈曲（変形）を検出したい幾つかの位置に設置されることによって、単数の光ファイバでも複数の位置の屈曲を判別できる。また、形状センサ６０は、光ファイバセンサでなくとも、形状が検出できれば他のセンサでも構わない。

また、前述した実施形態において。状態検出器２０と形状センサ６０とを有する可撓性挿入部２の例を示したが、可撓性挿入部２は、状態検出器２０のみ有し、挿入量のみを検出する構成でも良い。
さらに尚、前述した実施形態において、状態検出器２０が、挿入部材１０の挿入量及び回転量を算出するための情報を検出するとしたが、それぞれ、挿入部材の挿入量を検出する挿入センサと、挿入部材の回転量を検出する回転センサとを具備する構成でも良い。

さらに尚、前述した実施形態において、挿入部材１０は、組織などを把持したり、切除するための部材としたが、挿入チャンネル８に挿入可能なケーブル状の部材であれば、例えば、観察若しくはセンシングのみを行う部材であったり、カテーテルのような処置を行わない部材であっても良い。

［第２の実施形態］
第２の実施形態の挿入システム１は、第１の実施形態の挿入システム１とほぼ同等の構成であるが、状態検出器１６０をさらに有し、また、可撓性挿入部２の構成、が異なる。従って、第１の実施形態の構成要素と同等の構成には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１１を参照して、第２の実施形態の可撓性を有する挿入システム１について説明する。
本実施形態の挿入システム１は、第１の実施形態の挿入システム１とほぼ同等の構成であるが、挿入部位３の挿入量及び回転量を算出するための情報を検出する状態検出器１６０をさらに有する。また、可撓性挿入部２は、挿入部位３の屈曲状態を検出するための光ファイバセンサである形状センサ６０ｂ（第２の形状センサ）が設置されている。
ここで、形状センサ６０ｂは、形状センサ６０とほぼ同等の構成であるが、形状センサ６０と区別するために参照符号を変えてある。

図１２を参照して、状態検出器（第２の状態検出器）１６０について説明する。
状態検出器１６０は、第１の実施形態の変形例１の状態検出器１３０とほぼ同等の構成要素であるが、大きさ及び設置位置などが異なる。

状態検出器１６０は、例えば、被検体１２０の入口の近傍に設置される。また、状態検出器１６０は、挿入部位３を挿通可能な径の孔（開口）１３２を有し、挿入口の側面に挿入部位３の回転の基準（第２の回転基準位置）を規定する第３のマーク７３を有している。ここで、状態検出器１６０は被検体１２０に設置されるため、第３のマーク７３すなわち第２の回転基準位置に対する挿入部位３の回転量は、実質的に被検体１２０に対する挿入部位３の回転量である。状態検出器１６０は、孔１３２に挿入部位３が挿通された際に、状態検出器１３０と同様に挿入量及び回転量を算出するための情報を検出する機能を有する。検出された結果は、算出部４０へ送信される。以下で、挿入部位３の状態（姿勢）を検出する状態検出器は、第２の状態検出器と称する。

図１３を参照して可撓性挿入部２の挿入部位３について説明する。
可撓性挿入部２は、さらに、挿入部３の挿入チャンネル８に並設するように、挿入部３の内部に形状センサ６０ｂの検出用光ファイバ束６５ｂが配置されている。また、可撓性挿入部２は、検出用光ファイバ束６５ｂ以外に、対象物に照明光を照射する照明装置９１や、対象物を撮像する撮像装置９２等が配置されていても良い。
検出用光ファイバ６５ｂは、挿入部位３の所定の位置に光特性変換部１０１が形成されている。光特性変換部１０１で、変換された光量は、形状センサ用受光部６３で受光される。

図１４を参照して、光特性変換部１０１の検出範囲Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５について説明する。
光特性変換部１０１の検出範囲Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５は、形状センサ６０と形状センサ６０ｂとの少なくとも１つの光特性変換部１０１の検出範囲Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３と、Ｄ４，Ｄ５が重複するように設置されている。例えば、光特性変換部１０１の検出範囲が挿入部材１０の光特性変換部１０１ｃと挿入部位３の光特性変換部１０１ｄとで重複する範囲ＯＲ１がある。このために、形状センサ６０及び形状センサ６０ｂによって、挿入部位３及び挿入部材１０の形状が連続した形状として検出できる。ここで、形状センサ６０及び形状センサ６０ｂの光特性変換部１０１の検出範囲について説明する。

各光特性変換部１０１は、光特性変換部１０１自体の湾曲を検出しているが、実際には、形状センサ６０及び形状センサ６０ｂを組み込んでいる挿入部位３及び挿入部材１０の構成や材質に起因して、例えば、長手方向に３ｍｍの長さを有する光特性変換部１０１だけが湾曲するようなことはなく、長手方向にある程度の範囲、例えば６０ｍｍの範囲をもって湾曲する。従って、光特性変換部１０１は実質的にある程度の範囲、例えば、光特性変換部１０１の中心から先端側及び後端側の各々へ３０ｍｍずつの検出範囲を有する。なお、光特性変換部１０１の検出範囲を広く設定すると形状検出の精度が悪くなる。一方、検出範囲を狭くすると精度は向上するが、所望の検出を行うために必要な光ファイバの本数が増加し、形状センサ６０及び形状センサ６０ｂの構成が複雑化する。このために、形状を検出するのに問題無い範囲で広く設定することが好ましい。

尚、特性変換部１０１の検出範囲Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８，Ｄ９に先端部位４が含まれる場合には、先端部位４が屈曲しないために、光特性変換部１０１の検出範囲Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８，Ｄ９は、実際の検出範囲で重複するように設置されていなくとも良い。この場合、先端部位４の両端部に設置された各々の光特性変換部１０１の検出範囲が、硬質部材の範囲と重複していれば、挿入部位３及び挿入部材１０は連続した形状として算出できる。例えば、図１５に示すように、挿入部材１０の光特性変換部１０１ｇの検出範囲Ｄ７と挿入部位３の光特性変換部１０１ｈの検出範囲Ｄ８とが、各々、先端部位４の範囲を含んでいれば、先端部位４の範囲は屈曲しないので、実質的に検出範囲が硬質部４の範囲ＯＲ２で重複しているように振舞う。

本実施形態では、光源部６１は、さらに、形状センサ６０と形状センサ６０ｂとに個々に区別して光を照射する機能を有する。形状センサ用受光部６３は、さらに、挿入部１０からの光量と挿入部位３からの光量とを個々に区別して受光する機能を有する。形状センサ用受光部６３で受光された光伝達量は、算出部４０へ送信される。尚、形状センサ用光源部６１及び形状センサ用受光部６３は、形状センサ６０と形状センサ６０ｂとで別々に設置されていても良い。

また、挿入部位３は、挿入位置を視認するための第４のマーク７４が外周表面に直線状に形成されている。
算出部４０は、さらに、挿入部位３の先端の位置及び挿入部位３の形状を算出し、所望の挿入部位３の操作支援情報を算出する機能を有する。また、算出部４０は、挿入部材１０の先端の位置及び挿入部材１０の形状に可撓性挿入部２の各部分の仕様データ、例えば、挿入部位３の寸法等を加減し、挿入部位３及び挿入部１０の操作支援情報をさらに正確に算出する機能を有しても良い。ここで、所望の挿入部位３の操作支援情報とは、状態検出器１６０の検出開始位置、及び／若しくは、被検体の挿入口を基準とする操作支援情報である。

本実施形態の算出部４０は、第１の実施形態と同様に、各方向の係数を考慮した各係数ａ_ｓ、ｂ_ｓを掛けることによって挿入量ｍ_ｓ０と回転量θ_ｓ０とが算出される。ここで、回転量θ_ｓ０は、前述した第３及び第４のマーク７３、７４を併せた第２の回転基準位置を基準として回転量が算出される。

また、事前に状態検出器１６０の設置位置と被検体１２０の挿入口との距離である可撓性挿入部の挿入量補正値Ｌｓが求められている。従って、補正値Ｌ_ｓと挿入部材１０の挿入量ｍ_ｓ０との差から、被検体１２０の挿入口からの挿入部位３の先端の挿入量ｍ_ｓ１（正味挿入量）が算出される。

また、事前に、形状センサ６０ｂで検出された光量の変化量と挿入部位３の屈曲量との関係を示す式が求められている。従って、形状センサ６０ｂの光量から挿入部材の屈曲量が算出される。
算出された結果から所望の方向の算出結果が選択的に出力できる。挿入量の計算式である式５と、回転量の計算式である式６と、被検体１２０の挿入口からの挿入量ｍ_ｓ１の計算式である式７と、挿入部位３の屈曲部の屈曲量Φ_ｓの計算式である式８とを以下に示す。即ち、算出部４０は、前述した処理を繰り返し、任意の連続した検出時間の各座標の変位量を積算していくことによって、任意の検出時間から所望の検出時間までの挿入部位３の挿入量と回転量とを算出している。

ここで、時間ｔ_ｎ−１から時間ｔ_ｎまでの挿入量：ｍ_ｓ０、時間ｔ_ｎ−１から時間ｔ_ｎの画像データの一致したパターンのｚ軸８３の方向の座標差：Δｚ、挿入量変換係数：ａ_ｓとする。

ここで、時間ｔ_ｎ−１から時間ｔ_ｎまでの回転量：θ_ｓ０、時間ｔ_ｎ−１と時間ｔ_ｎの画像データの一致したパターンのｘ軸８１の方向の座標差：Δｘ、回転量変換係数：ｂ_ｓとする。

算出された挿入量ｍ_ｓ０は、状態検出器１６０が、検出を開始した時間ｔ_０から任意の時間ｔ_ｎまでの移動量である。挿入部位３の正味挿入量ｍ_ｓ１は、算出された挿入量ｍ_ｓ０と補正値Ｌ_ｓとの差によって算出される。

ここで、挿入部材挿入量の補正値：Ｌ_ｓ、時間ｔ_ｎ−１から時間ｔ_ｎまでの挿入量：ｍ_ｓ０、正味挿入量：ｍ_ｓ１とする。

また、算出部４０は、挿入部位３の屈曲部の屈曲量Φ_ｓも算出できる。屈曲検出部の屈曲量φｓは、形状センサ６０ｂの光伝達量の変化Δｌ_ｓを用いて算出される。

ここで、挿入部位３の屈曲部の湾曲量：Φ_ｓ、光伝達量の変化：Δｌ_ｓとする。

本実施形態では、挿入部位３が被検体１２０の近傍に設置された状態検出器１６０を挿通して、被検体１２０の内部へ挿入される。
挿入部位３が状態検出器１６０へ挿入された際に、第１の実施形態の検出器２０と同様に検出が開始される。検出された検出開始位置の情報、検出された挿入量及び回転量を算出するための情報は、算出部４０に送信される。
挿入部位３の先端が屈曲した場合、所定の検出位置に設置された光特性変換部１０１によって、形状センサ用受光部６３で受光する光伝達量が変化する。この光伝達量は、算出部４０へ挿入部材１０と挿入部位３とで区別されて送信される。

算出部４０は、状態検出器２０、記憶部３０、形状センサ６０及び形状センサ６０ｂからの情報から、挿入部材１０及び挿入部位３の操作支援情報を算出する。
表示部５０は、算出部４０で算出された操作支援情報を表示する。

本実施形態によれば、挿入システム１は、状態検出器１６０を有することで、被検体１２０に対する挿入部位３の挿入量及び回転量を算出できる。
また、状態検出器１６０は、第３のマーク７３を有しているために、挿入部位３の外周に形成された第４のマーク７４と合わせることで、容易に挿入位置を視認して合わせることができる。

可撓性挿入部２が形状センサ６０ｂを有しているために、可撓性挿入部２の形状を検出できる。また、可撓性挿入部２及び挿入部材１０の光特性変換部１０１の検出範囲が重複するように、光特性変換部１０１が設置されているために、可撓性挿入部２及び挿入部材１０との形状を連続した形状として検出できる。すなわち、被挿検体の挿入口からの挿入部材１０の形状や先端の位置を検出できる。

尚、本実施形態で算出部４０は、被検体１２０の挿入口からの挿入部材１０及び挿入部位３の先端部の位置と、被検体１２０内での形状とを算出するとしたが、被検体１２０に対する挿入部材１０の挿入量と、挿入部材１０に対する挿入部位３の挿入量から、被検体１２０に対する挿入部位３の挿入量を算出する機能を有しても良い。

また、回転量に関しても同様に、回転基準位置に対する回転量は、第１の回転基準位置に対する挿入部材１０の回転量と、第２の回転基準位置対する挿入部位３の回転量と、から第２の回転基準位置に対する挿入部材１０の回転量を算出する機能を有していても良い。

さらに尚、本実施形態で可撓性挿入部２の挿入部位３は、可撓性を有する装置であるとしたが、図１６に示すように、硬性の挿入部位を有する硬性挿入部位でも良い。この場合、形状センサ６０ｂを設ける必要性はく、被検体１２０に対する硬性挿入部の挿入量、回転量と、硬性挿入部に対する挿入部材１０の形状から、被検体１２０に対する挿入部材１０の形状を算出する。このように、挿入部位が硬性であれば、挿入部の形状を検出する必要がなくなり、被検体１２０に対する挿入部材１０の形状の算出が容易になる。

また、可撓性挿入部２も、形状センサ６０の検出範囲が、被検体の挿入口から挿入部位３の先端まで検出可能であれば、形状センサ６０ｂは必要なく、被検体１２０に対する挿入部位３の挿入量、回転量と、挿入部位３に対する挿入部材１０の挿入量、回転量と、挿入部材１０の形状から、被検体１２０に対する挿入部位３の形状や、被検体１２０に対する挿入部材１０の形状を算出してもよい。
なお、図１６において、挿入部材１０を挿入する挿入チャネルの入口部分が曲がっているが、真っ直ぐな形状としても差し支えない。
さらに尚、本実施形態で挿入部材１０及び挿入部位３を連続した形状として検出する必要性がなければ、挿入部材１０及び挿入部位３の光特性変換部１０１は。検出範囲が重複するように設置されなくても良い。

第２の実施形態の第１の変形例について説明する。
第２の実施形態の第１の変形例の挿入システム１は、第２の実施形態の挿入システム１とほぼ同等の構成であるが、挿入部位３の屈曲状態を磁気的に検出する状態検出装置１７０を有する構成が異なる。従って、第２の実施形態の挿入システム１と同等の構成には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１７を参照して本実施形態の状態検出器（第２の状態検出器）１７０の説明をする。
この状態検出器１７０は、挿入部位３の先端近傍の内部に設置され、磁界を発する発信器１７１と、被検体１２０の外部に設置された受信器１７２とを有する。

発信器１７１は、例えば、コイル状の部材であり、電流を流すことによって磁界を発生させられるように構成されている。
受信器１７２は、発信器１７１の磁界の強さ及び方向を検知し、受信機１７２に対する挿入部位３の先端の位置と方向を検出する機能を有する。ここでの方向とは、挿入部材１０が挿入部位３の先端から出る方向のことである。受信器１７２は、例えば、アンテナである。受信器１７２で検出された挿入部位３の先端の位置及び方向の情報は、算出部４０へ送信される。

一方、図示しないが、例えば入力手段により受信機１７２に対する被検体１２０の位置及び姿勢を入力する。または、被検体１２０の位置を検出するコイルが被検体１２０に設置されており、受信機１７２に対する被検体１２０の位置及び姿勢を検出する。受信機１７２に対する被検体１２０の位置及び姿勢の情報は算出部４０へ入力または送信される。

算出部４０は、受信器１７２から送信された受信機１７２に対する挿入部位３の先端の位置及び方向と、受信機１７２に対する被検体１２０の位置及び姿勢から、被検体１２０に対する挿入部位３の先端の位置と方向である操作支援情報を算出する機能を有する。さらに、算出した被検体１２０に対する挿入部位３の先端の位置と方向と、挿入部材１０の挿入量、回転量から、被検体１２０に対する挿入部位３の先端の位置からの挿入部材１０の挿入量、回転量である操作支援情報を算出する機能を有する。さらに、被検体１２０に対する挿入部位３の先端の位置と方向と、挿入部材１０の挿入量、回転量と、挿入部材１０の形状から、被検体１２０に対する挿入部材１０の形状である操作支援情報を算出する機能を有する。

第１の変形例によれば、状態検出器１７０によって直接の挿入部位３の先端部の位置と方向を検出できる。このため、検出誤差が低減される。また、挿入部位３が長くなったとしても、検出誤差が生じ難い。
尚、第１の変形例では、状態検出器１７０は、磁気的に検出する検出器としたが、加速度センサでも良い。

第２の実施形態の第２の変形例について説明する。
第２の変形例の挿入システム１は、第２の実施形態若しくは第２の実施形態の第１の変形例の構成とほぼ同等であるが、挿入部位３の回転基準位置を検出する回転基準位置検出器（第２の回転基準位置検出器）１８０を有する構成が異なる。

図１８を参照して第２の変形例の挿入システム１は、挿入部位３の回転基準位置を検出する回転基準位置検出器１８０をさらに有し、挿入部位３の外周面に回転位置を示す光学的指標（第２の回転指標）７６を有する。
回転基準位置検出器１８０は、回転基準位置検出器１５０とほぼ同等の構成であるが、大きさ及び設置位置等がことなる。状態検出器１３０の挿入口７に密着して着脱可能に設置されている。回転基準位置検出装置１５０は、挿入部位３が挿通される孔（開口）１５１が形成され、挿入された挿入部位３の光学的指標７６を検知し、検知した形状、例えば、線の長さの位置を回転基準位置と規定する機能を有する。
算出部４０は、回転基準位置検出器１８０で規定した回転基準位置と、状態検出器１６０の検出結果（変位量若しくは回転量）と、から挿入部位３ｂの絶対的な回転量を算出する機能をさらに有する。

第２の変形例によれば、回転基準位置を合わせることなく挿入部位３ｂの回転基準位置からの回転量を算出できるために、容易に挿入部位３ｂを挿入することができる。また、機械的に回転基準位置に規定し、挿入部位３ｂの回転量が算出されるために、より正確な操作支援情報が取得できる。

尚、変形例２において、状態検出器１６０が、回転基準位置検出器１８０の機能を有しても良い。即ち、状態検出器１６０が、光学的指標７６を検知する機能を有していてもよい。
尚、算出部４０が算出する操作支援情報は、挿入部材１０の挿入量の補正値と、状態検出器１５０で検出した挿入部材１０の挿入量と、回転量と、回転基準位置検出器１５０で検出した挿入部材１０の回転方向の基準位置と、形状センサ６０で検出した挿入部材１０の形状と、挿入部位３の挿入量の補正値と、状態検出器１７０で検出した挿入部位３の挿入量と、回転量と、状態検出器１７０で検出した挿入部位３の回転方向の回転基準位置と、形状センサ６０ｂで検出した挿入部位３の形状と、状態検出器１７０で検出した挿入部位３の先端部の位置と方向と、の少なくとも１つに基づいて操作支援情報を得られれば、これらのいずれの組合せによって算出してもよい。

以上説明した本発明の各実施形態は、以下の付記に記載する要旨を含んでいる。
［１］少なくとも把持部と、被検体に挿入される挿入部位と、該挿入部位の基端から先端まで貫通する挿入チャンネルと、前記挿入部に設置され、挿入された前記挿入部材の長手方向に沿った挿入方向の挿入量及び当該挿入方向に沿った当該挿入部材の軸周りに回転する回転量の少なくとも一方を検出する第１の状態検出器と、を有する挿入部。
［２］所定の位置に設置された少なくとも１つの光特性変換部を有する、少なくとも１つの光ファイバセンサを備えた屈曲状態を検出する第２の形状センサを有する（１）の挿入部。
［３］前記挿入部は、前記複数の光ファイバセンサを有し、当該複数の光ファイバセンサは、２方向への屈曲を検出するために２つで１組のセンサとして適用される（ａ）の挿入部。
［４］内視鏡である（１）（２）（３）の可撓性挿入部。
以上の［１］〜［４］のような構成により、単体としての可撓性挿入部、例えば単体としての内視鏡として、従来と同じように操作支援情報を算出しない内視鏡としても使うことができる。また、算出部を組み合わせることで、挿入チャンネルに挿入される挿入部材の挿入量と挿入方向に沿った当該挿入部材の軸周りに回転する回転量の少なくとも一方を算出して操作性を向上することもできる。また、形状センサを有する挿入部材と、挿入部の挿入量若しくは挿入方向に沿った当該挿入部材の軸周りに回転する回転量を検出する状態検出器とを、組み合わせて適用することにより、被検体に対する挿入部の挿入量、挿入方向に沿った当該挿入部材の軸周りに回転する回転量、及び／若しくは、被検体に対する挿入部材の湾曲形状などの操作支援情報を算出することもできるようになる。
［５］所定の位置に設置された少なくとも１つの光特性変換部を有する、少なくとも１つの光ファイバセンサを備えた屈曲状態を検出する第１の形状センサを有する挿入部材。
［６］前記挿入部材は、前記複数の光ファイバセンサを有し、当該複数の光ファイバセンサは、２方向への屈曲を検出するために２つで１組のセンサとして適用される（３）の挿入部材。
［７］処置具である（５）及び（６）の挿入部材。
以上の［５］〜［７］のような構成により、単体としての挿入部材、例えば処置具として、従来と同じように操作支援情報を算出しない処置具としても使うことができる。また、算出部を組み合わせることで、処置具の湾曲形状を算出し、操作性を向上することもできる。また、第１の状態検出器と、第２の形状センサを有する挿入部と、挿入部の挿入量及び挿入部材の挿入方向に沿った当該挿入部材の中心軸の周りに回転する回転量を検出する状態検出器とを組み合わせて適用することにより、被検体に対する挿入部材の挿入量、回転量、及び／若しくは、被検体に対する挿入部材の湾曲形状などの操作支援情報を算出することもできるようになる。
［８］前記可撓性挿入部と、当該可撓性挿入部の挿入チャンネルに挿入される前記挿入部材と、当該挿入された挿入部材を検出する当該第１の状態検出器と、前記被検体に設置され、前記可撓性挿入部の挿入量、及び、前記挿入部の挿入方向に沿った当該挿入部材の中心軸の周りに回転する回転量の少なくとも一方を検出する第２の状態検出器と、前記第１の形状センサと、前記第２の形状センサの少なくとも一つの検出結果から操作支援情報を算出する算出部と、を有することを特徴とする挿入システム。
［９］内視鏡システムである（８）の挿入システム。以上の［８］、［９］のような構成により、実施形態に示したように、操作支援情報を算出し操作性を向上することができる。

１…挿入システム、２…可撓性挿入部、３…挿入部位、４…先端部位、５…操作部、６…把持部、７…挿入口、８…挿入チャンネル、１０…挿入部材、１１…基端部、１２…ケーブル状部材、１３…先端部材、１４…操作ワイヤ、１５…被覆部材、２０、１３０…状態検出器、２１…状態検出用光源部、２２…投光レンズ、２３…受光レンズ、２４…光学パターン検出器、３０…記憶部、４０…算出部、５０…表示部、６０…挿入部材形状センサ、６１…形状センサ用光源部、６２，６２ｂ…光ファイバ束、６３…形状センサ用受光部、６４，６４ｂ…光供給用光ファイバ束、６５、６５ａ、６５ｂ…検出用光ファイバ束、６６、６６ｂ…受光用光ファイバ束、６７…反射部、７１…第１のマーク、７２…第２のマーク、７３…第３のマーク、７４…第４のマーク、７５、７６…光学的指標、８０…入力部、８１…ｘ軸、８２…ｙ軸、８３…ｚ軸、１０１、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ、１０１ｅ、１０１ｆ、１０１ｇ、１０１ｈ、１０１ｉ…光特性変換部、１２０…被検体、１３１、１５１…孔、１４０…スイッチ、１６０…可撓性挿入部状態検出器、α…基準パターン、α’…基準パターンと一致する光学パターン、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９…光学特性変換部の検出範囲、ＯＲ１…重複する検出範囲、ＯＲ２…硬質部材のある場合の重複する検出範囲。

Claims (22)

1. 少なくとも把持部と被検体に挿入される挿入部位と該挿入部位の基端から先端まで貫通する挿入チャンネルを有する挿入部と、
   前記挿入チャンネルに挿入される挿入部材と、
   前記挿入部に設置され、挿入された前記挿入部材の長手方向に沿った挿入方向の挿入量、及び、当該挿入方向に沿う前記挿入部材の中心軸の周りに回転する回転量の少なくとも一方を算出するための情報を検出する第１の状態検出器と、
   前記第１の状態検出器の検出結果から操作支援情報を算出する算出部と、
   を備え、さらに、
   前記挿入チャンネルは、挿入口の端面に前記挿入部材の回転基準位置となる第１のマークが形成され、前記挿入部材は、前記挿入チャンネルに挿入する際に、前記第１のマークに方向及び位置を合わせて、回転基準位置に当該挿入部材を配置するための外周面の長手方向に沿って形成された第２のマークを有する挿入システム。
2. 少なくとも把持部と被検体に挿入される挿入部位と該挿入部位の基端から先端まで貫通する挿入チャンネルとを有する挿入部と、
   前記挿入チャンネルに挿入される挿入部材と、
   前記挿入部に設置され、挿入された前記挿入部材の長手方向に沿った挿入方向の挿入量、及び、当該挿入方向に沿う前記挿入部材の中心軸の周りに回転する回転量の少なくとも一方を算出するための情報を検出する第１の状態検出器と、
   前記第１の状態検出器の検出結果から操作支援情報を算出する算出部と、
   を備え、さらに、
   前記挿入部材は、回転の方向及び量を示す第１の回転指標を有し、前記挿入チャンネルの近傍に、当該第１の回転指標を検知し、検知した当該第１の回転指標から前記挿入部材の回転基準位置を規定する第１の回転基準位置検出器を有する挿入システム。
3. 前記第１の状態検出器は、挿入された前記挿入部材の長手方向に沿った挿入方向の挿入量及び、当該挿入方向に沿う前記挿入部材の中心軸周りに回転する回転量の少なくとも一方を算出するための前記情報から、当該挿入量及び当該回転量の少なくとも１つを該第１の状態検出器内にて算出する請求項１若しくは２に記載の挿入システム。
4. 前記第１の状態検出器は、前記把持部の内部で前記挿入チャンネルに並設して設置される請求項１乃至請求項３のうちの何れか１つに記載の挿入システム。
5. 前記算出部は、前記第１の状態検出器の検出位置から前記挿入部の先端までの長さである挿入量補正値と、前記挿入部材の挿入量と、から前記挿入部の先端から前記挿入部材の先端までの長さである前記挿入部材の正味挿入量を算出する、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の挿入システム。
6. 前記第１の状態検出器は、前記挿入チャンネルと当該第１の状態検出器との開口が同軸上に配置されるように設置される請求項１乃至４のいずれか１つに記載の挿入システム。
7. 前記第１の回転基準位置検出器は、前記第１の状態検出器と当該第１の回転基準位置検出器との開口が同軸上に配置されるように設置される請求項２に記載の挿入システム。
8. 前記挿入部材は可撓性を有し、前記挿入部材に設置され前記挿入部材の屈曲状態を検出する第１の形状センサを有する請求項１乃至４のいずれか１つに記載の挿入システム。
9. 前記第１の形状センサは、光源と、該光源からの光を導光し、少なくとも１つの光の特性を変換する光特性変換部を有する導光路部材と、導光路部材の光の特性の変化を検知する受光部と、を有する請求項８に記載の挿入システム。
10. 前記第１の状態検出器は、事前に決定された検出開始位置から前記挿入部材の先端までの挿入量と当該挿入方向に沿う前記挿入部材の中心軸の周りに回転する回転量との少なくとも一方を算出するための情報を検出し、前記算出部は、前記挿入部の先端から前記挿入部材の先端までの長さである挿入量と、挿入口の端面に前記挿入部材の回転基準位置となる第１のマークからの回転量の少なくとも一方と、前記第１の形状センサによって検出された屈曲状態とから、前記挿入部材の先端位置、形状の少なくとも１つを算出する請求項８若しくは請求項９に記載の挿入システム。
11. 被検体の挿入口の端部から前記挿入部の先端までの長さである挿入量と、前記挿入部の挿入方向の中心軸の周りに回転する回転量との少なくとも一方を算出するための情報を検出する第２の状態検出器を有する、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の挿入システム。
12. 前記第２の状態検出器は、前記被検体の検出開始位置から前記挿入部の先端までの長さである前記挿入部の挿入量を算出するための情報を検出し、前記第１の状態検出器は、検出開始位置から前記挿入部材の挿入量を算出可能な情報を検出し、前記算出部は、前記挿入部の前記被検体に対する挿入量と、前記挿入部材の前記挿入部に対する挿入量と、から前記被検体に対する前記挿入部材の正味挿入量を算出する請求項１１に記載の挿入システム。
13. 前記第２の状態検出器は、前記被検体に対する前記挿入部の回転量を算出するための情報を検出し、前記第２の状態検出器は、前記挿入部に対する前記挿入部材の回転量を算出可能な情報を検出し、前記算出部は、前記挿入部の前記被検体の回転基準位置に対する回転量と、前記挿入部材の前記挿入部の回転基準位置に対する回転量と、から前記被検体に対する前記挿入部材の回転量を算出する請求項１１若しくは１２に記載の挿入システム。
14. 前記挿入部材は可撓性を有し、前記挿入部材に設置され前記挿入部材の屈曲状態を検出する第１の形状センサを有し、前記第２の状態検出器は、前記被検体に対する前記被検体の検出開始位置から前記挿入部の先端までの長さである前記挿入部の挿入量及び挿入方向に沿う前記挿入部の中心軸の周りに回転する回転量の少なくとも一方を算出するための情報を検出し、前記第１の状態検出器は、前記第２の状態検出器に対する前記挿入部材の挿入量及び当該挿入方向に沿う前記挿入部材の中心軸の周りに回転する回転量の少なくとも一方を算出するための情報を検出し、前記算出部は、前記第１の状態検出器で検出した前記挿入部材の挿入量及び回転量の少なくとも一方と、前記第２の状態検出器で検出した前記挿入部の被検体に対する挿入量及び回転量の少なくとも一方と、前記第１の形状センサが検出した前記挿入部材の屈曲状態と、から前記被検体に対する前記挿入部材の先端の位置及び当該挿入部材の形状の少なくとも１つを算出する請求項１１に記載の挿入システム。
15. 前記第１の形状センサは、前記被検体の挿入口から前記挿入部材の先端までの形状を検出可能である請求項１４に記載の挿入システム。
16. 少なくとも把持部と被検体に挿入される挿入部位と該挿入部位の基端から先端まで貫通する挿入チャンネルとを有する挿入部と、
    前記挿入チャンネルに挿入される挿入部材と、
    前記挿入部に設置され、挿入された前記挿入部材の長手方向に沿った挿入方向の挿入量、及び、当該挿入方向に沿う前記挿入部材の中心軸の周りに回転する回転量の少なくとも一方を算出するための情報を検出する第１の状態検出器と、
    前記第１の状態検出器の検出結果から操作支援情報を算出する算出部と、
    被検体の挿入口の端部から前記挿入部の先端までの長さである挿入量と、前記挿入部の挿入方向の中心軸の周りに回転する回転量との少なくとも一方を算出するための情報を検出する第２の状態検出器と、
    を備え、さらに、
    前記第２の状態検出器は、挿入口の端面に前記挿入部の回転基準位置を示す第３のマークを有し、前記挿入部は、前記挿入チャンネルに挿入する際に、前記第３のマークに方向及び位置を合わせて、回転基準位置に当該挿入部を配置するための外周面の長手方向に沿って形成された第４のマークを有する挿入システム。
17. 少なくとも把持部と被検体に挿入される挿入部位と該挿入部位の基端から先端まで貫通する挿入チャンネルとを有する挿入部と、
    前記挿入チャンネルに挿入される挿入部材と、
    前記挿入部に設置され、挿入された前記挿入部材の長手方向に沿った挿入方向の挿入量、及び、当該挿入方向に沿う前記挿入部材の中心軸の周りに回転する回転量の少なくとも一方を算出するための情報を検出する第１の状態検出器と、
    前記第１の状態検出器の検出結果から操作支援情報を算出する算出部と、
    被検体の挿入口の端部から前記挿入部の先端までの長さである挿入量と、前記挿入部の挿入方向の中心軸の周りに回転する回転量との少なくとも一方を算出するための情報を検出する第２の状態検出器と、
    を備え、さらに、
    前記挿入部は、回転方向及び回転量を示す第２の回転指標を有し、前記第２の回転指標を検知し、検知した当該第２の回転指標から前記挿入部の回転基準位置を規定する第２の回転基準位置検出器をさらに有する挿入システム。
18. 前記挿入部は可撓性を有し、前記挿入部の内部に前記挿入部の屈曲状態を検出する第２の形状センサを有し、前記第２の形状センサは、光源と、光源からの光を導光し、少なくとも１つの光の特性を変換する光特性変換部を有する導光路部材と、導光路部材の光の特性の変化を検知する受光部と、を有する、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の挿入システム。
19. 前記挿入部材は可撓性を有し、前記挿入部材に設置され前記挿入部材の屈曲状態を検出する第１の形状センサと、被検体の挿入口の端部から前記挿入部の先端までの長さである挿入量と、挿入方向に沿う前記挿入部の中心軸の周りに回転する回転量の少なくとも一方を算出するための情報を検出する第２の状態検出器を有し、前記第１の状態検出器は、前記挿入部に対する前記挿入部材の挿入量と回転量の少なくとも一方を算出するための情報を検出し、前記第１の形状センサの検出範囲は、前記第２の形状センサの検出範囲と少なくとも一部が重複し、
    前記算出部は、前記第１の状態検出器が検出した前記挿入部材の挿入量及び挿入方向に沿う前記挿入部材の中心軸の周りに回転する回転量の少なくとも一方と、前記第２の状態検出器が検出した被検体に対する前記挿入部の挿入量及び挿入方向に沿う前記挿入部の中心軸の周りに回転する回転量の少なくとも一方と、前記第２の形状センサが検出した前記挿入部の屈曲状態と、前記第１の形状センサが検出した前記挿入部材の屈曲状態と、から前記被検体に対する前記挿入部材の先端の位置及び当該挿入部材の形状の少なくとも１つ
    を算出する、請求項１８に記載の挿入システム。
20. 前記挿入部の先端に配置され、前記被検体に対する前記挿入部の、少なくとも先端の位置と方向とを検出する、先端位置検出器を有する、請求項１、２、３、８のいずれか１つに記載の挿入システム。
21. 任意の位置から検出を開始する検出開始位置に関連する情報を入力する入力部を有し、前記算出部は、前記入力部によって入力された検出開始位置から前記挿入部及び前記挿入部材の少なくとも１つの前記操作支援情報を算出する、請求項１、２、３、８、１１、１８のいずれか１つに記載の挿入システム。
22. 前記挿入部は、内視鏡である、請求項１乃至２１のいずれか１つに記載の挿入システム。

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