JP6150579B2

JP6150579B2 - 挿入装置

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Inventors: 良東條; 潤羽根; 藤田　浩正; 浩正藤田
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Filing date: 2013-03-26
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Description

本発明は、挿入装置に関する。

所定の被挿入体に挿入される挿入部を含む挿入装置の１つとして、例えば内視鏡装置が知られている。例えば、特許文献１の内視鏡装置は、フレキシブルな曲がり検出用光ファイバがほぼ全長にわたって配置された挿入部を有している。曲がり検出用光ファイバは、複数の曲がり検出部を有し、曲げられた角度の大きさに対応して曲がり検出部への光の伝達量を変化させるように構成されている。このような特許文献１の内視鏡装置は、曲がり検出用光ファイバに配置された曲がり検出部の出力から光ファイバの屈曲状態を検出し、検出した屈曲状態を挿入部の屈曲状態として表示部に表示させている。

特開２００３−０５２６１４号公報

特許文献１は、挿入部の形状を表示することについては提案している。しかしながら、形状が分かったとしても、内視鏡装置を使用している空間内における挿入部の位置が分かるとは限らない。

本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものであり、挿入部の形状と位置を操作者が認識可能な挿入装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一態様の挿入装置は、連続的に可動するように構成され、被挿入体に挿入される挿入部と、前記被挿入体の外部に配置された基準部と、連続的に可動する可動部を有し、前記挿入部と前記基準部とを接続する接続部材と、前記接続部材の可動量を検出することによって前記基準部を基準とした前記接続部材の形状を検出する第１の形状センサと、前記挿入部の可動量を検出することによって前記基準部を基準とした前記挿入部の形状を検出する第２の形状センサと、前記基準部と前記被挿入体との相対位置に関連する被挿入体位置情報が入力される被挿入体位置情報入力部と、前記第１の形状センサで検出された前記接続部材の形状と、前記第２の形状センサで検出された前記挿入部の形状と、前記被挿入体位置情報とを用いて、前記被挿入体を基準とした前記挿入部の位置及び形状を演算する演算部と、を具備する。
前記の目的を達成するために、本発明の一態様の挿入装置は、可動しない硬性部であって、被挿入体に挿入される挿入部と、前記被挿入体の外部に配置された基準部と、連続的に可動する可動部を有し、前記挿入部と前記基準部とを接続する接続部材と、前記接続部材の可動量を検出することによって前記基準部を基準とした前記接続部材の形状を検出する第１の形状センサと、前記挿入部の形状情報を記憶する硬性部形状記憶部と、を具備する。
前記の目的を達成するために、本発明の一態様の挿入装置は、被挿入体に挿入される挿入部と、前記被挿入体の外部に配置された基準部と、連続的に可動する可動部と、前記可動部に接続された硬性部とを有し、前記挿入部と前記基準部とを接続する接続部材と、前記可動部の形状を前記接続部材の形状として検出する第１の形状センサと、前記接続部材の硬性部の形状情報を記憶する硬性部形状記憶部と、前記挿入部の可動量を検出することによって前記基準部を基準とした前記挿入部の形状を検出する第２の形状センサと、前記第１の形状センサで検出された前記接続部材の形状と、前記接続部材の硬性部の形状情報と、前記第２の形状センサで検出された前記挿入部の形状とを用いて、前記基準部を基準とした前記挿入部の位置及び形状と、前記被挿入体を基準とした前記挿入部の位置及び形状の少なくとも一方を演算する演算部と、を具備する。

本発明によれば、挿入部の形状と位置を操作者が認識可能な挿入装置を提供することができる。

本発明の各実施形態に係る挿入装置の全体構成を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る挿入装置の一例としての軟性内視鏡の構成を示す図である。湾曲検出部を示した図である。光ファイバの内視鏡への取り付け構造を示す図である。挿入部の形状の情報の表示例を示す図である。第１の形状センサと第２の形状センサを１つにした変形例の軟性内視鏡の構成を示す図である。図７（ａ）は挿入部の形状の画像とともに被挿入体の内部の画像を表示させる場合の表示例を示す図であり、図７（ｂ）は被挿入体の基準位置を決定できるようにした場合の表示例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る挿入装置の一例としての被挿入体位置検出器としてアンテナとコイルを用いた軟性内視鏡の構成を示す図である。複数のコイルを配置する場合の配置例を示す図である。被挿入体位置検出用形状センサを用いる変形例の軟性内視鏡の構成を示す図である。挿入装置の別の例としての硬性内視鏡の構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の各実施形態に係る挿入装置の全体構成を示す図である。ここで、図１は、挿入装置として軟性内視鏡を例示している。しかしながら、本実施形態に係る挿入装置は、軟性内視鏡に限らず、硬性内視鏡、カテーテル、処置具等、被挿入体に挿入される挿入部を有する挿入装置であればよい。

挿入装置１００は、本体１０２と、ラック１０４と、表示部１０６と、内視鏡とを有している。図１に示すように、本体１０２は、ラック１０４に載せられており、挿入装置１００の使用中において被挿入体Ｐとの相対位置を維持するように構成されている。また、表示部１０６もラック１０４に載せられている。さらに、本体１０２と表示部１０６とは図示しない接続ケーブルを介して通信できるように接続されている。

また、内視鏡は、本体１０２に接続されている。ここで、本実施形態における「内視鏡」は、接続ケーブル１０８と、操作部１１０と、挿入部１１２とを有するものであって、本体１０２は含まないものである。挿入装置１００の使用時において、操作者Ｏは、操作部１１０及び挿入部１１２を把持しつつ、内視鏡を操作する。一方、挿入装置１００の被挿入体（例えば患者）Ｐは、挿入装置１００の使用中に動くことがないようにベッドＢに寝かされている。操作者Ｏは、被挿入体Ｐにおける挿入部１１２の入口Ｐｏ、例えば口から挿入部１１２を挿入させ、被挿入体Ｐの内部を観察する。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る挿入装置１００の一例としての軟性内視鏡の構成を示す図である。以下では、本体１０２、内視鏡の順で説明する。
［本体］
本体１０２は、被挿入体位置情報入力部１０２１と、演算部１０２２と、硬性部形状記憶部１０２３とを有している。さらに、本体１０２は、後で詳しく説明する２種類の形状センサのための受発光部２０２及び２０６を有している。本体１０２は、内視鏡の挿入部１１２の形状や位置を検出するための基準位置を演算するための基準部である。このため、内視鏡の操作中には、本体１０２は、被挿入体Ｐとの相対位置を維持するように構成されている。例えば、被挿入体ＰがベッドＢに寝かされている場合には、本体１０２は移動しないようにラック１０４に載せられる。
被挿入体位置情報入力部１０２１は、被挿入体基準位置入力部１１０ｂからの信号を、被挿入体基準位置対応付け情報として取り込んで演算部１０２２に入力する。演算部１０２２は、基準位置を基準とした挿入部１１２の形状及び位置を演算する。硬性部形状記憶部１０２３は、内視鏡の硬性部である操作部１１０の形状情報を記憶している。硬性部形状記憶部１０２３は、フラッシュメモリやハードディスクドライブ等の周知の記憶媒体である。

［内視鏡］
前述したように、内視鏡は、接続ケーブル１０８と、操作部１１０と、挿入部１１２とを有している。さらに、内視鏡は、第１の形状センサ２０４、第２の形状センサ２０８ａ及び２０８ｂを有している。これらの第１の形状センサ２０４と、第２の形状センサ２０８ａ及び２０８ｂは、接続ケーブル１０８、操作部１１０、挿入部１１２の内部を通るように設けられている。

接続ケーブル１０８は、本体１０２と操作部１１０とを電気的に及び光学的に接続する接続部材である。この接続ケーブル１０８は、操作部１１０及び挿入部１１２を移動させることができるような可動部となっている。具体的には、接続ケーブル１０８は、軟性部材で構成され、連続的に形状を変化させることができる。一方で、本体１０２と接続ケーブル１０８との間の接続部は、位置が固定でかつ接続ケーブル１０８の長手方向に沿う軸周りに回転しないように固定されている。ここで、接続ケーブル１０８の可動部としての構成として、例えばボールジョイントを用いた多関節機構を用いてもよい。

接続ケーブル１０８とともに接続部材として機能する操作部１１０は、湾曲操作レバー１１０ａと、被挿入体基準位置入力部１１０ｂとを有している。ここで、操作部１１０は、接続ケーブル１０８とは異なり、可動しないように構成されている。
湾曲操作レバー１１０ａは、操作者Ｏが挿入部１１２の先端の湾曲形状を操作するための操作レバーである。操作者Ｏは、湾曲操作レバー１１０ａを操作することで、挿入部１１２の先端を湾曲させることができる。

被挿入体基準位置入力部１１０ｂは、例えば操作者Ｏによって操作されるスイッチである。被挿入体基準位置入力部１１０ｂは、被挿入体Ｐに予め設定される基準位置に挿入部１１２の先端が到達したときに操作者Ｏによって押される。被挿入体基準位置入力部１１０ｂが押されると、その旨を示す信号が本体１０２の被挿入体位置情報入力部１０２１に入力される。ここで、基準位置は、例えば被挿入体Ｐの開口部（例えば口）の入口Ｐｏであるが、これに限るものではない。基準位置は、操作者Ｏが任意に決めてかまわない。ただし、基準位置は、被挿入体Ｐの開口部の入口や被挿入体Ｐの内部に存在する分岐点等、操作者が認識し易い位置に設定することが好ましい。

挿入部１１２は、接続ケーブルと同様、可動に構成されている。そして、挿入部１１２は、その先端に撮像部１１２ａを有している。撮像部１１２ａは、被挿入体Ｐの内部を撮像し、被挿入体Ｐの内部の像に応じた電気信号（撮像信号）を出力する。

第１の形状センサ２０４と、第２の形状センサ２０８ａ及び２０８ｂとは、例えば光ファイバ湾曲形状センサである。光ファイバ湾曲形状センサは、各部に湾曲検出部が配置された光ファイバを有している。

図３は、１箇所分の湾曲検出部を示した図である。図３（ａ）に示すように、光ファイバ３０２は、湾曲検出部を配置する部分のコアが露出されるようにクラッドが除去されている。そして、露出したコアの部分に湾曲検出部３０４としての光吸収部材が塗布されている。ここで、湾曲検出部３０４を配置する位置は、少なくとも、挿入部１１２と接続ケーブル１０８といった形状が変化する軟性部の位置とする。操作部１１０のような硬性部は形状が変化しないため、湾曲検出部３０４を配置しなくてよい。言い換えれば、第２の形状センサ２０８ａは、湾曲検出部３０４が配置されていなくてもよい。

このような構成において、発光部２０２ａ及び２０６ａの発光によって光ファイバ３０２内を導光される光は、一部が光ファイバ３０２の湾曲状態（可動状態）に応じて湾曲検出部３０４としての光吸収部材で吸収され、一部が光ファイバ３０２の内部で反射されて受光部２０２ｂ及び２０６ｂで受光される。図３は、光ファイバ３０２内を導光される光と湾曲状態との関係を示した図である。図３（ａ）は、光ファイバ３０２が図面上方向に湾曲することにより、光の吸収量が少ない、即ち光の伝達量が大きくなっている状態を示している。また、図３（ｂ）は、光ファイバ３０２の湾曲が殆どなく、光の伝達量が中程度となっている状態を示している。さらに、図３（ｃ）は、光ファイバ３０２が図面上方向に湾曲することにより、光の吸収量が大きい、即ち光の伝達量が小さくなっている状態を示している。このような光ファイバ３０２の湾曲状態と光の伝達量との関係より、受光部２０２ｂ及び２０６ｂの出力から光ファイバ３０２の形状を検出することが可能である。

なお、光ファイバ３０２の湾曲状態と光の伝達量との関係は、湾曲検出部３０４をどのように配置するかに依存するものであり、必ずしも図３で示した関係になるとは限らない。

図４は、光ファイバ３０２の内視鏡への取り付け構造を示す図である。図４の例において、光ファイバ３０２は、挿入部１１２の内部に複数束ねられて配置されている。図４に示すＸ軸方向の湾曲とＹ軸方向の湾曲とをそれぞれ検出するために、Ｘ軸方向の湾曲を検出する湾曲検出部３０４とＹ軸方向の湾曲を検出する湾曲検出部３０４とが対となるように２本の光ファイバ３０２が配置されている。さらに、対となっている湾曲検出部３０４が挿入部１１２の長手方向（挿入方向）に並んで配置されるように、複数の光ファイバ３０２が配置されている。また、湾曲検出部３０４は、挿入部１１２の先端の近傍まで形状が検出できるように長手方向に並ぶように配置される。

また、挿入部１１２の内部には、挿入部１１２から被挿入体Ｐの内部を照明するための光を導光する照明用ファイバ３０６及び撮像部１１２ａで得られた撮像信号を本体１０２の演算部１０２２に伝送するための配線３０８も配置されている。

図４は、１本の光ファイバ３０２につき１個の湾曲検出部３０４を設けた例を示している。これに対し、１本の光ファイバ３０２つき複数個の湾曲検出部３０４を設けてもかまわない。例えば、異なる波長特性を持った光吸収部材を各湾曲検出部３０４の形成位置に塗布することで、各湾曲検出部３０４は、各々で異なる波長に対する光量を変化させる。

ここで、湾曲検出部３０４の検出範囲について説明する。図４で示した湾曲検出部３０４は、湾曲検出部３０４それ自体の湾曲を検出している。しかしながら、実際には、形状センサを組み込んでいる挿入部１１２や接続ケーブル１０８の構造や材質に起因して、湾曲検出部（例えば、形状センサの長手方向に２ｍｍの長さを持つ）３０４だけが湾曲するようなことはない。通常、内視鏡に用いられる形状センサは、長手方向にある程度の範囲（例えば６０ｍｍ）をもって湾曲する。したがって、実際の湾曲検出部３０４は、それが存在している位置のみではなく、ある程度の範囲（例えば挿入方向と抜去方向に各３０ｍｍずつ、合わせて６０ｍｍ）を持つ湾曲を検出していると考えることができる。

なお、湾曲検出部３０４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よくなるが、光ファイバ３０２の本数が増えたり、形状センサが複雑な構成となったりしまう。そのため、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。

次に、挿入装置１００の動作を説明する。
操作者Ｏは、操作部１１０及び挿入部１１２を持って挿入部１１２を被挿入体Ｐの入口Ｐｏから挿入する。操作者は、挿入部１１２の先端が被挿入体Ｐの入口Ｐｏに到達した時点で被挿入体基準位置入力部１１０ｂを押す。被挿入体基準位置入力部１１０ｂが押されると、被挿入体基準位置入力部１１０ｂが押されたタイミングを示す信号が被挿入体位置情報入力部１０２１に入力される。被挿入体位置情報入力部１０２１は、被挿入体基準位置入力部１１０ｂからの信号を、被挿入体基準位置対応付け情報として取り込んで演算部１０２２に入力する。

演算部１０２２は、被挿入体基準位置入力部１１０ｂが押された時点の挿入部１１２の先端の位置である被挿入体Ｐの入口Ｐｏの位置を、被挿入体の基準位置とするように対応付けるための演算を行う。このために、演算部１０２２は、第１の形状センサ２０４で検出された光伝達量と第２の形状センサ２０８ａ及び２０８ｂ（実際には第２の形状検査２０８ｂ）が検出した光伝達量とを基に挿入部１１２の形状を演算する。この演算に先立って、形状センサの光ファイバ３０２の光伝達量の変化Δlｆと湾曲検出部３０４の湾曲量φｆとの関係式を求めておく。ここでは説明を簡単化するために、光伝達量の変化Δlｆと湾曲検出部３０４の湾曲量φｆとの関係が以下の関数で表されるものとする。
φｆ＝f（Δlｆ）
この式により光伝達量から各湾曲検出部３０４の湾曲量を演算する。第１の形状センサ２０４の各湾曲検出部３０４の湾曲量から、基準部である本体１０２を基準とした接続ケーブル１０８の形状が演算される。一方、第２の形状センサ２０８ｂの各湾曲検出部３０４の湾曲量から、基準部である本体１０２を基準とした挿入部１１２の形状が演算される。

前述したように、硬性部形状記憶部１０２３には、操作部１１０の形状情報が記憶されている。操作部１１０は硬性部であって形状が変化しない。したがって、形状情報は、固定情報とすることができる。演算部１０２２は、硬性部形状記憶部１０２３に記憶されている操作部１１０の形状情報を読み出し、接続ケーブル１０８の形状、操作部１１０の形状、及び挿入部１１２の形状をつなぎ合わせて内視鏡の全体としての形状を演算する。また、演算部１０２２は、基準部である本体１０２に対する内視鏡の形状から、本体１０２に対する挿入部１１２の先端の位置及び方向も演算する。

挿入部１１２の先端の位置と基準位置との対応付けの後、演算部１０２２は、被挿入体Ｐの入口Ｐｏを基準とした挿入部１１２の形状の情報を表示部１０６へ出力する。表示部１０６は、例えば図５に示すように、基準位置４０２からの挿入部１１２の形状を示す画像４０４を表示する。ここで、本実施形態は、基準位置を被挿入体Ｐの入口Ｐｏとしている。前述したように、基準位置は操作者Ｏが任意に決めてもよい。基準位置が入口Ｐｏでない場合も、操作者Ｏが被挿入体基準位置入力部１１０ｂを押した時の挿入部１１２の先端の位置が基準位置である。また、表示部１０６における基準位置４０２を変更できるようにしてもよい。例えば画面上にカーソルを設け、操作者Ｏが画面内のカーソルで指定した位置を表示上の基準位置４０２とするようにしてもよい。

また、本実施形態の挿入部１１２の先端の位置と基準位置との対応付けは、内視鏡を使用している間に被挿入体Ｐがほぼ動かないことを想定している。基準部である本体１０２に対して被挿入体Ｐが動くと、被挿入体Ｐの入口Ｐｏの座標が被挿入体基準位置入力部１１０ｂを押した時に対してずれる。このため、被挿入体Ｐの入口Ｐｏに対する挿入部１１２の位置も誤差が生じる。ただし、内視鏡の操作支援に問題が無い範囲で誤差が生じる、即ち被挿入体Ｐが動くのはかまわない。

以上説明したように、本実施形態によれば、基準部である本体１０２からの接続ケーブル１０８の形状を第１の形状センサ２０４及び第２の形状センサ２０８ｂを用いて検出することで、基準部に対する挿入部１１２の形状と位置とを検出できる。これにより、操作者Ｏは、挿入部１１２が内視鏡を使用している空間のどの位置にどのような形状であるのかを認識することができる。したがって、操作性が向上する。

また、形状センサとして光ファイバ湾曲形状センサを用いることで、内視鏡のように管上でかつ内部の空間が少ないような機器であっても組み込むことができる。さらに、内視鏡の軟性部である接続ケーブル１０８と挿入部１１２との形状をそれぞれ検出できるように湾曲検出部３０４を配置することで、接続ケーブル１０８や挿入部１１２が湾曲しても、基準部である本体１０２に対する挿入部１１２の形状や先端位置を検出することができる。また、硬性部である操作部１１０の形状を検出しないようにすることで、湾曲検出部３０４の点数を減らすことができる。これにより、光ファイバ３０２の本数も減らすことができる。

また、本実施形態では、被挿入体基準位置入力部をスイッチとしている。この場合、操作者Ｏが被挿入体Ｐの基準位置である入口Ｐｏに挿入部１１２の先端が到達した時にスイッチを押すだけで、演算部１０２２は被挿入体Ｐの基準位置を識別することが可能である。

さらに、本実施形態では、基準位置である被挿入体Ｐの入口Ｐｏを基準とした挿入部１１２の形状や位置を演算することができる。これにより、操作者Ｏは、例えば被挿入体Ｐの入口Ｐｏを基準とした挿入部１１２の形状を見ながら操作部１１０を操作することができる。したがって、操作者Ｏは、被挿入体Ｐの位置とは関係なく置かれている基準部である本体１０２を基準とした挿入部１１２の形状を見ながら操作するよりも操作がし易い。

また、操作者Ｏは被挿入体Ｐの開口部の入口Ｐｏであれば直接見ることができるので、位置を認識し易い。したがって、基準位置を被挿入体Ｐの入口Ｐｏとすることで操作性をより向上させることができる。

＜第１の実施形態の変形例＞
前述した第１の実施形態では、操作者Ｏが被挿入体基準位置入力部１１０ｂであるスイッチを押すことで、挿入部１１２の先端が被挿入体Ｐの入口Ｐｏに到達したことを演算部１０２２が判断できるようにしている。しかしながら、挿入部１１２の先端が被挿入体Ｐの入口Ｐｏに到達したことを演算部１０２２において判断するための手法は、操作者Ｏのスイッチ操作に限るものではない。例えば、撮像部１１２ａによる撮像によって得られた画像を解析することで、挿入部１１２の先端が被挿入体Ｐの入口Ｐｏに到達したと判断できるようにしてもかまわない。画像解析を用いた判断としては、例えば被挿入体Ｐの入口Ｐｏの特有の形状や色から判断する手法がある。その他に、フリッカの有無（フリッカが発生している場合には挿入部１１２の先端（即ち撮像部１１２ａ）が被挿入体Ｐの外にあると判断し、フリッカが無くなった時点で挿入部１１２の先端が被挿入体Ｐの入口Ｐｏに到達したと判断する）や、直線形状の有無（被挿入体が人体であれば、内部には直線形状がほぼ存在しない。したがって、画像に直線形状が多く存在している場合には被挿入体Ｐの外で、直線形状が存在しなくなった時点で被挿入体Ｐの入口Ｐｏに到達したと判断する）から判断してもよい。

また、図２は、第１の形状センサと第２の形状センサとを別体のセンサとしたが、図６に示すような１つの形状センサ２１０としてもかまわない。この場合であっても、操作部１１０の位置には湾曲検出部３０４が配置されなくてよい。

また、表示部１０６には挿入部１１２の形状のみを表示させる例を示したが、図７（ａ）に示すように、挿入部１１２の形状の画像４０４とともに被挿入体Ｐの内部の画像４０６を表示させるようにしてもよい。ここで、被挿入体Ｐの内部の画像は、例えば、Ｘ線撮影装置やＣＴ装置によって取得できる。

また、操作者Ｏが、被挿入体Ｐの基準位置を任意の位置に決定できるようにしてもよい。この位置決めは、例えば図７（ｂ）に示すように表示部１０６に被挿入体Ｐの内部の胃や膀胱といった空間を有する形状における入口４０８の位置を画像上で選択することで行う。そして、操作者Ｏは、挿入部１１２の先端が先に選択した空間の入口に到達したときに、被挿入体基準位置入力部１１０ｂを押す。この後の動作は、前述した第１の実施形態と同様である。これにより、操作者Ｏは、任意の位置を基準位置に選ぶことができる。したがって、内視鏡の操作性をより向上させることができる。なお、図７（ｂ）は、図７（ａ）との違いをわかりやすくするために、基準位置に挿入される前（入口の画像４０８よりも左側）の挿入部１１２の形状を表示させるようにしていないが、表示させるようにしてもかまわない。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。本発明の第２の実施形態は、被挿入体Ｐの位置を直接的に検出するための被挿入体位置検出器を有している点が第１の実施形態と異なる。図８の例の被挿入体位置検出器は、アンテナ１１４とコイル１１６とを有している。コイル１１６は、被挿入体Ｐの基準位置（例えば入口近傍）に設置され、磁界を発生させる。アンテナ１１４は、基準部である本体１０２に設置され、コイル１１６が発生した磁界の変化を検出する。以下、第１の実施形態と異なる箇所を中心にさらに説明する。
［コイル］
磁界発信部としてのコイル１１６は、被挿入体Ｐに取り付けられ、電流が流れることで磁界を発生させる。このコイル１１６は、本体１０２に電気的に接続されて本体１０２からの電流を受けて駆動されるか、内部にバッテリを搭載することによってコードレスで駆動される。コイル１１６の被挿入体Ｐに対する設置位置は、演算部１０２２に事前に記憶させておくものとする。これにより、コイル１１６の位置を基準位置として演算部１０２２が認識できる。コイル１１６の設置位置は、内視鏡の使用中以外のタイミングであれば変更してもかまわない。この場合、演算部１０２２に記憶させる設置位置の情報も更新する。操作者Ｏがこの情報を更新できるようにしてもよい。

また、図８は、コイル１１６を１つ設置した例を示したている。実際には、異なる位置に複数のコイル１１６が設置されてもかまわない。異なる位置に複数のコイル１１６を設置することで、被挿入体Ｐの位置の検出精度を向上させることができる。

また、コイル１１６が発生する磁界は、コイル１１６が中心軸回りに回転しても変化しない。そこで、例えば図９に示すように、被挿入体Ｐの１箇所につき複数の異なる向きのコイル１１６ａ及び１１６ｂを設置するようにしてもよい。例えば、コイル１１６ａの中心軸とコイル１１６ｂの中心軸とが互いに直交するように配置する。これにより、被挿入体Ｐがコイルの中心軸回りに回転するような動きをしても、基準位置の検出をすることができる。
ここで、１箇所について複数のコイルを設置する場合、それぞれのコイルが発生した磁界を区別する必要がある。このための手法としては、例えば時間で分離する手法が考えられる。このためには、コイル１１６ａとコイル１１６ｂとが順番に磁界を発生させるようにする。

［アンテナ］
磁界受信部としてのアンテナ１１４は、本体１０２との位置関係が変化しないように固定されている。また、アンテナ１１４は、被挿入体位置情報入力部１０２１へ接続されており、コイルが発生した磁界の強度や向きを示す信号を被挿入体位置情報入力部１０２１へ出力する。被挿入体位置情報入力部１０２１は、アンテナ１１４からの信号を、被挿入体基準位置対応付け情報として取り込んで演算部１０２２に入力する。本実施形態における演算部１０２２は、アンテナ１１４と本体１０２との位置関係を示す情報を記憶しており、被挿入体位置情報入力部１０２１からの信号とアンテナ１１４及び本体１０２の位置関係を示す情報とに基づいて被挿入体Ｐの入口Ｐｏの位置を識別する。

ここで、本実施形態では、アンテナ１１４が、本体１０２との位置関係が変化しないように固定されているとしている。しかしながら、アンテナ１１４は常に固定されている必要はない。即ち、アンテナ１１４と本体１０２との位置関係が既知であるか、アンテナ１１４と本体１０２との位置関係が検出できれば、アンテナ１１４の位置は変更されてもよい。例えば、アンテナ１１４の位置を演算部１０２２に入力できるようにすれば、アンテナ１１４の位置が変更されてもよい。

さらに、図８の例は、被挿入体Ｐにコイル１１６を配置され、本体１０２にアンテナ１１４を配置している。これとは逆に、被挿入体Ｐにアンテナ１１４を配置し、本体１０２にコイル１１６を配置してもかまわない。

以上説明したように、本実施形態によれば、被挿入体Ｐの位置を直接的に検出する被挿入体位置検出器を持たせるようにしている。これにより、第１の実施形態と同様の効果に加えて、被挿入体が動いたとしても、演算部１０２２によって演算される被挿入体Ｐを基準とした挿入部１１２の形状や位置がずれることがない。

＜第２の実施形態の変形例＞
前述した第２の実施形態は、被挿入体位置検出器の例として磁界を用いる構成を示している。この他に、電界や音波を用いる構成としてもかまわない。例えば、電界を用いる構成であれば、被挿入体Ｐと本体１０２の一方に電波発信部を設置し、他方に電波受信部を設置する。音波を用いる構成であれば、被挿入体Ｐと本体１０２の一方に音波発信部を設置し、他方に音波受信部を設置する。

さらに、被挿入体位置検出器として形状センサ（以下、被挿入体位置検出用形状センサ）を用いる構成も考えられる。図１０は、被挿入体位置検出用形状センサを用いる軟性内視鏡の構成を示す図である。被挿入体位置検出用形状センサ２１８は、各部に湾曲検出部３０４が配置された被挿入体位置検出用接続部材としての光ファイバを有している。この光ファイバは、一方の端部が本体１０２に設けられた受発光部２１６に接続されている。この光ファイバの一方の端部は、位置が固定でかつ長手方向に沿う軸回りに回転しないように本体１０２に接続されている。そして、光ファイバの他方の端部（以下、被挿入体位置検出用形状センサの先端）は、演算部１０２２に事前に記憶されている被挿入体Ｐの場所、例えば被挿入体の入口Ｐｏの付近に取り付ける。ここで、被挿入体位置検出用形状センサの先端は、被挿入体Ｐに対して位置と向きが変わらないように固定される。

このような構成において、演算部１０２２は、挿入部１１２の先端の位置及び向きを演算するのと同様にして、本体１０２に対する被挿入体位置検出用形状センサの先端の位置と向きを演算する。これにより、被挿入体位置検出用形状センサの先端の位置及び向きを、本体１０２に対する被挿入体Ｐの位置と向き（姿勢）として演算することができる。

ここで、コイルとアンテナを用いた被挿入体Ｐの位置検出の場合、磁界の到達範囲やアンテナの受信できる方向に規制されて被挿入体Ｐの位置の検出範囲が狭くなる場合がある。これに対し、被挿入体位置検出用形状センサを用いた場合にはアンテナの設置が不要である。したがって、被挿入体位置検出用形状センサが届く範囲であれば被挿入体の位置を検出できる。

＜その他の変形例＞
前述した各実施形態及びその変形例では、挿入装置１００の例として軟性内視鏡を示している。硬性内視鏡への適用例を、図１１を参照して説明する。硬性内視鏡の場合、挿入部１１２の形状が変化しない。したがって、第２の形状センサを設置する必要はない。その代わりに、硬性部形状記憶部１０２３には、操作部１１０の形状情報に加えて、挿入部１１２の形状情報（長さの情報、操作部１１０に対する挿入部１１０の取り付け方向の情報、挿入部１１２に対する撮像部１１２ａの開口部１１２ｂの方向等）を記憶させておく。演算部１０２２は、硬性部形状記憶部１０２３に記憶されている操作部１１０と挿入部１１２の形状情報をそれぞれ読み出す。そして、演算部１０２２は、第１の形状センサ２０４で検出した基準部である本体１０２からの接続ケーブル１０８の形状と、硬性部形状記憶部１０２３に記憶された操作部１１０の形状、挿入部１１２の形状をつなぎ合わせて内視鏡の全体としての形状を演算する。これにより、操作者Ｏは、挿入部１１２が被挿入体Ｐにどの程度挿入されているかがわかる。したがって、操作性が向上する。

また、硬性内視鏡の場合、図１１に示すように、撮像部１１２ａのための開口部１１２ｂが斜めに形成されている場合がある。この場合、挿入部１１２の挿入方向に沿う軸周りの回転によって、開口部１１２ｂの向き、即ち観察している場所を異ならせることができる。本変形例では、第１の形状センサ２０４により、接続ケーブル１０８の操作部１１０の側の端部の向きを検出できるので、被挿入体Ｐに対する操作部１１０の回転方向、即ち挿入部１１２の先端の回転方向も検出できる。そして、開口部１１２ｂの方向も、挿入部１１２の形状情報として記憶されている。したがって、被挿入体Ｐにする開口部１１２ｂの向きも検出でき、操作者Ｏは被挿入体Ｐに対してどの方向を観察しているのかを知ることができる。

ここで、図１１は、第１の実施形態に対応した例を示している。しかしながら、図１１と同様の技術は、第１の実施形態の変形例並びに第２の実施形態及びその変形例にも適用され得る。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

１００…挿入装置、１０２…本体、１０４…ラック、１０６…表示部、１０８…接続ケーブル、１１０…操作部、１１０ａ…湾曲操作レバー、１１０ｂ…被挿入体基準位置入力部、１１２…挿入部、１１２ａ…撮像部、１１２ｂ…開口部、１１４…アンテナ、１１６…コイル、２０２，２０６，２１６…受発光部、２０４…第１の形状センサ、２０８ａ，２０８ｂ…第２の形状センサ、２１０…形状センサ、２１８…被挿入体位置検出用形状センサ、３０２…光ファイバ、３０４…湾曲検出部、３０６…照明用ファイバ、３０８…配線、１０２１…被挿入体位置情報入力部、１０２２…演算部、１０２３…硬性部形状記憶部

Claims

連続的に可動するように構成され、被挿入体に挿入される挿入部と、
前記被挿入体の外部に配置された基準部と、
連続的に可動する可動部を有し、前記挿入部と前記基準部とを接続する接続部材と、
前記接続部材の可動量を検出することによって前記基準部を基準とした前記接続部材の形状を検出する第１の形状センサと、
前記挿入部の可動量を検出することによって前記基準部を基準とした前記挿入部の形状を検出する第２の形状センサと、
前記基準部と前記被挿入体との相対位置に関連する被挿入体位置情報が入力される被挿入体位置情報入力部と、
前記第１の形状センサで検出された前記接続部材の形状と、前記第２の形状センサで検出された前記挿入部の形状と、前記被挿入体位置情報とを用いて、前記被挿入体を基準とした前記挿入部の位置及び形状を演算する演算部と、
を具備する挿入装置。
前記第２の形状センサは、
発光部と、
前記発光部からの光を導光し、該導光する光の光学特性を前記挿入部の湾曲形状に応じて変化させる光ファイバと、
前記光ファイバによって導光された光を受光する受光部と、
を有する光ファイバ湾曲形状センサである、請求項１に記載の挿入装置。
可動しない硬性部であって、被挿入体に挿入される挿入部と、
前記被挿入体の外部に配置された基準部と、
連続的に可動する可動部を有し、前記挿入部と前記基準部とを接続する接続部材と、
前記接続部材の可動量を検出することによって前記基準部を基準とした前記接続部材の形状を検出する第１の形状センサと、
前記挿入部の形状情報を記憶する硬性部形状記憶部と、
を具備する挿入装置。
前記基準部と前記被挿入体との相対位置に関連する被挿入体位置情報が入力される被挿入体位置情報入力部と、
前記第１の形状センサで検出された前記接続部材の形状と、前記硬性部形状記憶部に記憶された前記挿入部の形状情報と、前記被挿入体位置情報とを用いて、前記被挿入体を基準とした前記挿入部の位置及び形状を演算する演算部と、
をさらに具備する、請求項３に記載の挿入装置。
前記被挿入体位置情報は、前記挿入部の先端の位置から前記被挿入体に設定された基準位置を演算するための対応付け情報であり、
前記演算部は、前記対応付け情報に従って前記基準位置を演算する、請求項１又は４に記載の挿入装置。
前記対応付け情報は、前記挿入部の先端が前記基準位置に到達したタイミングを示す情報であり、
前記演算部は、前記挿入部の先端が前記基準位置に到達したタイミングにおいて演算した、前記接続部材の形状と前記挿入部の形状から前記基準位置を演算する、請求項５に記載の挿入装置。
前記被挿入体位置情報入力部は、前記挿入部の先端が前記基準位置に到達したタイミングで操作者によって操作される被挿入体基準位置入力部から入力された信号を前記演算部に入力する、請求項６に記載の挿入装置。
前記挿入装置は撮像部を有し、
前記対応付け情報は、前記撮像部による撮像によって得られた画像であり、
前記演算部は、前記撮像部による撮像によって得られた画像から、前記挿入部の先端が前記基準位置に到達したタイミングを判断する、請求項５又は６に記載の挿入装置。
前記基準位置は、前記被挿入体の開口部の入口である、請求項５乃至８の何れか１項に記載の挿入装置。
前記被挿入体位置情報は、前記基準部と前記被挿入体に設定された基準位置との相対位置を検出する被挿入体位置検出器から入力される前記基準部と前記基準位置との相対位置の情報である、請求項１又は４に記載の挿入装置。
前記被挿入体位置検出器は、
磁界、電界、音波の少なくとも一つを発する発信部と、
前記発信部が発した磁界、電界、音波を受ける受信部と、
を有し、
前記発信部と前記受信部の一方は、前記被挿入体に設置され、
前記発信部と前記受信部の他方は、少なくとも前記挿入部の使用中には前記基準部との相対位置を維持するように設置され、
前記受信部が受けた磁界、電界、音波の変化から、前記基準部と前記被挿入体との相対位置を演算する、請求項１０に記載の挿入装置。
前記被挿入体位置検出器は、前記基準部から前記被挿入体までを接続する被挿入体位置検出用接続部材を有し、該被挿入体位置検出用接続部材の湾曲を検出することによって前被挿入体位置検出用接続部材の形状を検出する被挿入体位置検出用形状センサであり、
前記演算部は、前記被挿入体位置検出用形状センサで検出された前記被挿入体位置検出用接続部材の形状から、前記基準部に対する前記被挿入体の位置を演算する、請求項１０に記載の挿入装置。
前記被挿入体位置検出用形状センサは、
発光部と、
前記発光部からの光を導光し、該導光する光の光学特性を前記挿入部の湾曲形状に応じて変化させる光ファイバと、
前記光ファイバによって導光された光を受光する受光部と、
を有する光ファイバ湾曲形状センサである、請求項１２に記載の挿入装置。
被挿入体に挿入される挿入部と、
前記被挿入体の外部に配置された基準部と、
連続的に可動する可動部と、前記可動部に接続された硬性部とを有し、前記挿入部と前記基準部とを接続する接続部材と、
前記可動部の形状を前記接続部材の形状として検出する第１の形状センサと、
前記接続部材の硬性部の形状情報を記憶する硬性部形状記憶部と、
前記挿入部の可動量を検出することによって前記基準部を基準とした前記挿入部の形状を検出する第２の形状センサと、
前記第１の形状センサで検出された前記接続部材の形状と、前記接続部材の硬性部の形状情報と、前記第２の形状センサで検出された前記挿入部の形状とを用いて、前記基準部を基準とした前記挿入部の位置及び形状と、前記被挿入体を基準とした前記挿入部の位置及び形状の少なくとも一方を演算する演算部と、
を具備する挿入装置。
前記第１の形状センサは、
発光部と、
前記発光部からの光を導光し、該導光する光の光学特性を前記挿入部の湾曲形状に応じて変化させる光ファイバと、
前記光ファイバによって導光された光を受光する受光部と、
を有する光ファイバ湾曲形状センサである、請求項１乃至１４の何れか１項に記載の挿入装置。