JP6234332B2 - 内視鏡装置、作動方法、及び作動プログラム - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の内視鏡装置では、挿入部の軸方向に沿う節(以下、セグメントと記載)毎に、複数の圧力センサ、及び複数の硬度可変機構がそれぞれ設けられている。そして、当該内視鏡装置は、生体内への挿入部の挿入時に、あるセグメントの圧力センサが体腔壁から押圧を受けた場合に、当該セグメントの硬度可変機構を動作させ、当該セグメントの硬度を低くする(当該セグメントを柔らかくする)。
図18A〜図18Cは、従来の内視鏡装置100における課題を説明するための図である。具体的に、図18A〜図18Cは、大腸に挿入された内視鏡装置100における挿入部200に対して当該挿入部200の操作者が先端方向に挿入力量を加えた場合での当該挿入部200の状態を順に図示したものである。
図18Aに示すように、挿入部200が大腸に挿入され、当該挿入部200のあるセグメント211(図18A中、大きく曲がったセグメント210)が大腸における屈曲部の体腔壁WAに当接している場合を想定する。
ここで、セグメント211以外の他のセグメント210の圧力センサは、体腔壁WAから押圧を受けていない。すなわち、他のセグメント210の硬度に変化はない。このため、操作者は、挿入部200に挿入力量を加えると、図18Cに示すように、セグメント211の曲げ量は増大するものの、他のセグメント210の曲げ量は増大せず、鋭角形状となったセグメント211にて体腔壁WAを突き上げてしまう。すなわち、挿入部200に挿入力量を加えても、セグメント211以外の他のセグメント210の形状に変化はなく、当該挿入力量は大腸を伸展させる(体腔壁WAを突き上げる)力に変換されるのみで、先端方向に推進する力がほとんど発生せず、大腸の屈曲部を通過させることができない、という問題がある。また、体腔壁WAを突き上げることによって被験者に苦痛を与えてしまう、という問題がある。
このため、管路への挿入部の挿入時に、あるセグメントが管路の屈曲部に当接した場合には、2つ以上の連設されたセグメントの曲げ剛性が低下し、当該2つ以上の連設されたセグメントの曲げ量が増大するため、挿入部全体が鈍角形状となる。すなわち、挿入部は、管壁に対して鈍角形状で接触することになり、管壁から受ける圧力も小さくなる。したがって、挿入部に挿入力量を加えれば、当該挿入力量は管壁を突き上げる力に変換されずに、挿入部先端を推進する力として有効に利用されることになり、管路の屈曲部を容易に通過させることができる。
以上のことから、本発明に係る内視鏡装置によれば、管路への挿入を容易とし操作性を向上することができる、という効果を奏する。
本発明に係る作動プログラムは、上述した内視鏡装置にて実行される作動プログラムであるため、上述した内視鏡装置と同様の効果を奏する。
〔内視鏡装置の概略構成〕
図1は、本発明の実施の形態1に係る内視鏡装置1の概略構成を示す図である。
内視鏡装置1は、医療分野において用いられ、人等の生体内(例えば、大腸等の管路)を観察する装置である。この内視鏡装置1は、図1に示すように、内視鏡2と、光源装置3と、表示装置4と、アンテナ5と、制御装置6とを備える。
挿入部7は、柔軟で細長形状を有し、生体内に挿入される。この挿入部7は、先端構成部71と、可撓管部72とを備える。
先端構成部71は、挿入部7の先端に位置する部分である。この先端構成部71には、生体内を照明するための照明窓(図示略)、生体内を観察するための観察窓(図示略)、処置具である鉗子等が挿通される開口部(図示略)等が設けられている。
照明窓には、内視鏡2内(操作部8及び挿入部7内)に引き回されたライトガイド(図示略)の一端が接続される。すなわち、ライトガイドの一端から出射された光は、照明窓を介して、生体内に照射される。
撮像部73は、生体内に照射された光(被写体像)を、観察窓を介して集光する観察光学系(図示略)と、当該観察光学系が集光(結像)した被写体像を受光して電気信号に変換するCCD(Charge Coupled Device)又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子(図示略)と、当該撮像素子からの電気信号(アナログ信号)に対して信号処理(A/D変換等)を行って撮像信号を出力する信号処理部(図示略)等を用いて構成される。
なお、可撓管部72の詳細な構成については、後述する。
ここで、ユニバーサルコード9には、上述のライトガイドや、内視鏡2及び制御装置6間で信号(撮像信号や制御信号等)を伝送する信号ケーブルが内蔵されている。
すなわち、光源装置3は、ユニバーサルコード9に内蔵された上述のライトガイドの他端が接続され、当該ライトガイドの他端に生体内を照明するための光を供給する。
アンテナ5は、内視鏡2が挿入される生体の周囲に配置され、可撓管部72に内蔵された後述するソースコイル722(図2参照)により発生した磁界を検出する。そして、アンテナ5は、第2信号ケーブル11を介して制御装置6に接続し、当該検出した検出信号を制御装置6に出力する。
制御装置6は、第3信号ケーブル12を介してユニバーサルコード9に内蔵された信号ケーブルに接続する。また、制御装置6は、第1信号ケーブル10を介して表示装置4に接続する。そして、制御装置6は、CPU(Central Processing Unit)等を含んで構成され、メモリ(図示略)に記録されたプログラム(作動プログラムも含む)にしたがって、内視鏡2及び表示装置4の動作を統括的に制御する。
なお、制御装置6の詳細な構成については、後述する。
図2は、可撓管部72の内部構成を模式的に示す図である。
なお、図2では、可撓管部72内部に引き回されるライトガイド及び信号ケーブルの図示を省略している。
可撓管部72は、図2に示すように、中心軸Ax1に沿って並ぶ複数のセグメント721により構成され、セグメント721毎に、ソースコイル722及び硬度可変素子723がそれぞれ内蔵されている。なお、ソースコイル722及び硬度可変素子723は全てのセグメント721に内蔵されていてもよいし、一部のセグメント721のみに内蔵されてもよい。
すなわち、ソースコイル722は、本発明に係る位置検出部に相当する。
硬度可変素子723は、図3Aに示すように、両端に電極7231がそれぞれ設けられたコイルパイプ7232と、コイルパイプ7232内に封入された導電性高分子人工筋肉7233(以下、EPAM(Electroactive Polymer Artificial Muscle)7233と記載)とを備える。この硬度可変素子723は、コイルパイプ7232の中心軸Ax2(図3A)が挿入部7の中心軸Ax1に一致又は平行となるように可撓管部72に内蔵されている。
そして、硬度可変素子723は、可撓管部72内部に引き回された信号ケーブル(図示略)を介して制御装置6から電極7231(EPAM7233)に電圧が印加される。ここで、EPAM7233は、電圧が印加されることで、コイルパイプ7232の中心軸Ax2を中心に径を拡張しようとするが、コイルパイプ7232により当該径の拡張が規制されている。このため、硬度可変素子723は、図3Bに示すように、印加される電圧値が高くなるほど、硬度(曲げ剛性)が高まることとなる。すなわち、硬度可変素子723の硬度を変化させることで、当該硬度可変素子723が内蔵されたセグメント721の曲げ剛性も変化することとなる。
以上説明した硬度可変素子723は、本発明に係る剛性可変部に相当する。
図4は、制御装置6の構成を示すブロック図である。
制御装置6は、図4に示すように、表示制御部61と、交流信号出力部62と、状態量算出部63と、起点特定部64と、指標値算出部65と、動作制御部66とを備える。
表示制御部61は、第3信号ケーブル12等を介して、撮像部73の動作を制御し、撮像部73から出力される撮像信号を取得する。また、表示制御部61は、当該取得した撮像信号に対して所定の処理を施す。そして、表示制御部61は、第1信号ケーブル10を介して表示装置4の動作を制御し、撮像部73にて撮像された画像を表示装置4に表示させる。また、表示制御部61は、状態量算出部63にて推定された可撓管部72の形状に対応する画像を表示装置4に表示させる。
状態量算出部63は、アンテナ5からの検出信号に基づいて、可撓管部72(挿入部7)の形状(3次元形状)を推定する。そして、状態量算出部63は、当該推定した可撓管部72の形状に基づいて、当該可撓管部72を構成する、対象となるセグメント721の各曲げ角度θ(セグメント721毎の状態をそれぞれ示す各状態量)を算出する。なお、状態量として、基準となる状態からの変化量を示す状態変化量を用いてもよい。
指標値算出部65は、動作制御部66にて設定された所定数の対象セグメント721の各曲げ角度θに基づいて、所定数の対象セグメント721の曲げ剛性をそれぞれ変化させるための各指標値を算出する。
動作制御部66は、曲げ剛性を変化させる対象となるセグメント721(対象セグメント721)として、全てのセグメント721のうち、起点セグメント721から可撓管部72の基端側に向けて連設された所定数(2以上)のセグメント721を設定する。なお、対象セグメント721として、起点セグメント721から可撓管部72の基端側に向けて連設された所定数のセグメント721そのものではなく、起点セグメント721から基端側に向けて連設されたセグメント721のうち、起点セグメント721に隣り合うセグメント721、又は起点セグメント721から所定数のセグメント721だけ離れた一のセグメント721を基準として、当該基準としたセグメント721から基端側に向けて連設された所定数のセグメント721を設定してもよい。
また、動作制御部66は、各硬度可変素子723に初期電圧値(図3B、指標値が「0」に相当)の電圧を印加し、可撓管部72を当該初期電圧値に応じた曲げ剛性に設定する。さらに、動作制御部66は、指標値算出部65にて算出された各指標値に基づいて、第3信号ケーブル12等を介して所定数の対象セグメント721にそれぞれ内蔵された各硬度可変素子723に印加する電圧値を変化させ、当該所定数の対象セグメント721の曲げ剛性をそれぞれ変化させる。
次に、上述した内視鏡装置1の動作(内視鏡装置1の作動方法)について説明する。
図5は、内視鏡装置1の動作を示すフローチャートである。
以下では、制御装置6(交流信号出力部62)から各ソースコイル722に交流信号が順次、印加されているとともに、当該ソースコイル722により発生した磁界がアンテナ5で検出され、アンテナ5から検出信号が制御装置6に出力されているものとする。また、制御装置6(動作制御部66)から各硬度可変素子723に初期電圧値の電圧がそれぞれ印加され、可撓管部72は、当該初期電圧値に応じた曲げ剛性に設定されているものとする。
状態量算出部63は、アンテナ5からの検出信号を入力し、当該検出信号の振幅や位相量に基づいて、対象となるソースコイル722の現状の位置(3次元位置)をそれぞれ算出する。そして、状態量算出部63は、当該算出した各ソースコイル722の位置の間を補間し、可撓管部72の現状の形状(3次元形状)を推定する(ステップS101)。
図6は、曲げ角度θの算出方法を説明するための図である。具体的に、図6は、ステップS101で推定された可撓管部72の形状の一例を示している。
なお、図6では、推定された可撓管部72の全ての形状のうち、先端側の5つのセグメント721のみ(可撓管部72の全てのセグメント721の数は、6つ以上)を図示している。以下では、5つのセグメント721を、先端側から順に、第1〜第5セグメントA〜Eと記載する。また、第1〜第5セグメントA〜Eの各曲げ角度θをそれぞれ曲げ角度θA〜θEと記載する。
なお、図6の例では、曲げ角度θA〜θEは、それぞれ「4°」、「3°」、「3°」、「2°」、及び「0°」として算出されているものとする。
曲げ角度θが第1閾値以上となるセグメント721がないと判断された場合(ステップS103:No)には、内視鏡装置1は、ステップS101に戻る。そして、内視鏡装置1は、再度、可撓管部72の形状を推定する。
一方、曲げ角度θが第1閾値以上となるセグメント721があると判断した場合(ステップS103:Yes)には、起点特定部64は、ステップS102で算出された、対象となるセグメント721のうち、最も大きい曲げ角度θを有するセグメント721(図6の例では、曲げ角度θが最も大きい第1セグメントA)を起点セグメント721として特定する(ステップS104:起点特定ステップ)。最も大きい曲げ角度θを有するセグメント721又はその近傍のセグメントにおいて、スタック状態(先端方向への推進力を失った状態)が予測される。
続いて、指標値算出部65は、所定数の対象セグメント721の各曲げ角度θに基づいて、以下に示すように、所定数の対象セグメント721の曲げ剛性をそれぞれ変化させるための各指標値を算出する(ステップS106)。
具体的に、指標値算出部65は、各指標値を算出する際、所定数の対象セグメント721のうち一の対象セグメント721に隣り合う先端側の対象セグメント721の曲げ角度θに当該一の対象セグメント721の曲げ角度θを加えて、当該一の対象セグメント721の曲げ剛性を変化させるための指標値を算出する。
図6の例では、指標値算出部65は、以下の表1に示すように各指標値を算出する。
図6の例では、第1〜第5セグメントA〜Eにそれぞれ内蔵された各硬度可変素子723に対して、指標値「4」、「7」、「6」、「5」、及び「2」に対応する電圧値の電圧が印加される。このため、起点セグメントである第1セグメントAに隣り合う基端側の第2セグメントBの曲げ剛性(硬度)が最も低くなる。すなわち、上記の例(図6及び表1)では、曲げ角度θ(状態量)が最も大きいセグメント721に隣り合う基端側のセグメント721の曲げ剛性(硬度)が最も低くなる。なお、上記の例では、曲げ角度θが最も大きいセグメント721に隣り合う基端側のセグメント721の曲げ剛性が最も低くなったが、各セグメント721の曲げ角度θの値によっては(例えば、表1で第2セグメントBの曲げ角度θが「3」ではなく「5」の場合)、曲げ角度θが最も大きいセグメント721(当該場合では第2セグメントB)の曲げ剛性が最も低くなる。すなわち、本実施の形態1では、曲げ角度θが最も大きいセグメント721、又は曲げ角度θが最も大きいセグメント721に隣り合う基端側のセグメント721の曲げ剛性を最も低くする構成としている。
図7A〜図7Cは、上記の効果を説明するための図である。具体的に、図7A及び図7Bは、大腸に挿入された挿入部7に対して操作者が先端方向に挿入力量を加えた場合であって、状態量が最も大きいセグメント721の曲げ剛性(硬度)のみを低くした場合での当該挿入部7の状態を順に図示したものである。図7Cは、図7Aに示す状態から、大腸に挿入された挿入部7に対して操作者が先端方向に挿入力量を加えた場合であって、状態量が最も大きいセグメント721に隣り合う基端側のセグメント721の曲げ剛性(硬度)のみを低くした場合での当該挿入部7の状態を図示したものである。
ここで、図7A〜図7Cに記載された「DR」は、操作者が生体内に挿入した挿入部7に対して基端側から先端側に向けて挿入力量を加えた場合に、挿入部7が体腔壁WAから負荷されている抗力を意味するものである。
この場合には、第3セグメントCは、状態量(曲げ角度θ)が最も大きいセグメント721となる。そして、当該第3セグメントCの曲げ剛性のみを低くした場合には、挿入部7は、操作者から挿入部7に加えられる挿入力量(抗力DR)に応じて、第3セグメントCの曲げ量が増大し、その結果、図7Bに示すように、先端部が長さd1だけ先端方向(鉛直方向)に進められる。
すなわち、状態量が最も大きいセグメント721に隣り合う基端側のセグメント721の曲げ剛性を低くすることで、状態量が最も大きいセグメント721の曲げ剛性を低くする場合と比較して、挿入部7の先端をより深く先端方向に進めることができる、という効果がある。
図8A及び図8Bは、本発明の実施の形態1の効果を説明するための図である。具体的に、図8A及び図8Bは、大腸に挿入された挿入部7に対して操作者が先端方向に挿入力量を加えた場合での当該挿入部7の状態を順に図示したものである。
図8Aに示すように、挿入部7が大腸に挿入され、当該挿入部7の第3セグメントC(図8A中、大きく曲がったセグメント721)が大腸における屈曲部の体腔壁WAに当接している場合を想定する。
この場合には、内視鏡装置1は、起点セグメントである第3セグメントCと、当該第3セグメントCから基端側に連設された第4〜第7セグメントD〜Gの曲げ剛性を低下させる。この結果、操作者は、挿入部7に挿入力量を加えると、図8Bに示すように、第3〜第7セグメントC〜Gの曲げ量が増大し、挿入部7全体が鈍角形状となる。すなわち、挿入部7は、体腔壁WAに対して鈍角形状で接触することになり、体腔壁WAから受ける圧力も小さくなる。したがって、挿入部7に挿入力量を加えれば、当該挿入力量は大腸を伸展させる(体腔壁WAを突き上げる)力に変換されずに、挿入部7先端を推進する力として有効に利用されることになり、大腸の屈曲部を容易に通過させることができる。
以上のことから、本実施の形態1に係る内視鏡装置1によれば、管路への挿入を容易とし操作性を向上することができる、という効果を奏する。
このため、大腸の屈曲部から抗力を受けている第3セグメントCより基端側の第4セグメントDから曲がり易くなり、さらに、第3〜第7セグメントC〜Gで曲げ剛性が連続的となり、大腸の屈曲部への負荷による被検者の苦痛を効果的に低減することができる。
このため、全てのセグメント721に対して指標値を算出する必要がなく、制御装置6の処理負荷を軽減することができる。
このため、スタック状態(先端方向への推進力を失った状態)が予測されるセグメント721を的確に特定することができ、このセグメント721を起点として、曲げ剛性を変化させる対象として適切なセグメント721である第3〜第7セグメントC〜Gを特定すると共に、曲げ剛性を最も大きく変化させる第4セグメントDを特定できる。これにより、対象のセグメント721の曲げ剛性を適切に変化させて、大腸の屈曲部を容易に通過させることができる。
このため、スタック状態が予測される起点セグメント721は大腸の体腔壁からの抗力に応じて曲げ角度θが大きくなると考えられることから、対象となるセグメント721の各曲げ角度θを算出することで、スタック状態を良好に予測し、当該スタック状態に陥ることを回避することができる。
なお、曲げ角度を算出する対象となるセグメント721は、可撓管部72を構成する全てのセグメントとしてもよいし、一部の範囲のセグメントとしてもよい。
次に、本発明の実施の形態2について説明する。
以下の説明では、上述した実施の形態1と同様の構成及びステップには同一符号を付し、その詳細な説明は省略又は簡略化する。
本実施の形態2に係る内視鏡装置は、上述した実施の形態1で説明した内視鏡装置1に対して、起点セグメントを特定する方法が異なる。そして、本実施の形態2に係る内視鏡装置は、上述した実施の形態1で説明した内視鏡装置1に対して、制御装置6の一部の機能を変更している。
以下、本実施の形態2に係る内視鏡装置における制御装置の構成について説明する。
図9は、本発明の実施の形態2に係る内視鏡装置1Aにおける制御装置6Aの構成を示すブロック図である。
制御装置6Aは、図9に示すように、上述した実施の形態1で説明した制御装置6(図4)に対して、抵抗力量算出部67及び抵抗力量積算部68が追加されているとともに、起点特定部64の代わりに当該起点特定部64の一部の機能を変更した起点特定部64Aが追加されている。
抵抗力量積算部68は、全てのセグメント721のうち最も基端側のセグメント721から順に、抵抗力量算出部67にて算出された抵抗力量を積算する。
起点特定部64Aは、抵抗力量積算部68にてセグメント721の抵抗力量が1つ積算される毎に、当該積算された積算値を予め設定された第2閾値と比較する。そして、起点特定部64Aは、当該積算値が第2閾値以上となった場合に、抵抗力量積算部68にて最後に積算された抵抗力量を有するセグメント721を起点セグメント721として特定する。
次に、本実施の形態2に係る内視鏡装置1Aの動作(内視鏡装置1Aの作動方法)について説明する。
図10は、内視鏡装置1Aの動作を示すフローチャートである。
本実施の形態2に係る内視鏡装置1Aの動作は、図10に示すように、上述した実施の形態1で説明した内視鏡装置1の動作(図5)に対して、ステップS108〜S111を追加するとともに、ステップS104の代わりにステップS104Aを追加した点が異なるのみである。このため、以下では、ステップS108〜S111,S104Aのみを説明する。
なお、図11A及び図11Bでは、可撓管部72の全てのセグメント721の数は、26個である。以下では、26個のセグメント721を、先端側から順に、第1〜第26セグメントA〜Zと記載する。また、第1〜第26セグメントA〜Zの各曲げ角度θをそれぞれ曲げ角度θA〜θZと記載する。
ここで、図11Aに記載された「DR」は、図7A〜図7Cと同様に、操作者が生体内に挿入した挿入部7に対して基端側から先端側に向けて挿入力量Finを(図11B)加えた場合に、各セグメント721が体腔壁から負荷されている抗力を意味するものである。以下では、第1〜第26セグメントA〜Zに負荷されている抗力DRをそれぞれ抗力DRA〜DRZと記載する。
また、図11A及び図11Bに記載された「FR」は、上述の場合での各セグメント721の体腔壁との摩擦による抵抗力量を意味するものである。以下では、第1〜第26セグメントA〜Zの各抵抗力量をそれぞれ抵抗力量FRA〜FRZと記載する。
具体的に、抵抗力量算出部67は、ステップS108において、以下に示すように、可撓管部72を構成する全てのセグメント721の現状の各抵抗力量を算出する。
先ず、抵抗力量算出部67は、全てのセグメント721に負荷されている現状の各抗力DRを以下の式(1)により算出する。
DR=k・θ ・・・(1)
なお、式(1)において、kは、対応するセグメント721の曲げ弾性係数(N/deg.)であり、当該セグメント721の現状の曲げ剛性(当該セグメント721に印加されている現状の電圧値に対応(図3B))から求められるものである。
図11A及び図11Bの例では、抵抗力量算出部67は、第1〜第26セグメントA〜Zの現状の各曲げ角度θ(θA〜θZ)及び現状の各曲げ弾性係数k(kA〜kZ)を用いて、式(1)により、第1〜第26セグメントA〜Zにそれぞれ負荷されている現状の各抗力DR(DRA〜DRZ)を算出する。
FR=μ・DR
=μ・k・θ ・・・(2)
図11A及び図11Bの例では、抵抗力量算出部67は、式(2)の右辺に第1〜第26セグメントA〜Zの現状の各抗力DR(DRA〜DRZ)を代入して、第1〜第26セグメントA〜Zの現状の各抵抗力量FR(FRA〜FRZ)を算出する。
具体的に、抵抗力量積算部68は、ステップS109において、全てのセグメント721のうち最も基端側のセグメント721(図11A及び図11Bの例では、第26セグメントZ)から順に、ステップS108で算出された抵抗力量FRを積算する。
具体的に、起点特定部64Aは、ステップS110において、ステップS109でセグメント721の抵抗力量FRが1つ積算される毎に、当該積算された積算値FRit(図11B)を予め設定された第2閾値と比較する。そして、起点特定部64Aは、当該積算値が第2閾値以上となったか否かを判断する。
なお、図11Bでは、第26セグメントZ〜第3セグメントCまで抵抗力量FRを積算した場合に、当該積算値FRit(FRZ+FRY+FRX+・・・+FRC)が第2閾値以上となった場合を示している。
具体的に、起点特定部64Aは、ステップS111において、全てのセグメント721(図11A及び図11Bの例では、第1〜第26セグメントA〜Z)の抵抗力量FRを積算したか否かを判断する。
全てのセグメント721の抵抗力量FRを積算していないと判断された場合(ステップS111:No)には、内視鏡装置1Aは、ステップS109に戻る。そして、内視鏡装置1Aは、直前に抵抗力量FRを積算したセグメント721に隣り合う先端側のセグメント721の抵抗力量FRをさらに積算する。
一方、全てのセグメント721の抵抗力量FRを積算したと判断された場合(ステップS111:Yes)、すなわち、全てのセグメント721の抵抗力量FRを積算しても当該積算値が第2閾値未満となる場合には、内視鏡装置1Aは、ステップS101に戻る。そして、内視鏡装置1Aは、再度、可撓管部72の形状を推定する。
具体的に、起点特定部64Aは、ステップS109で最後に積算された抵抗力量FRを有するセグメント721(図11Bの例では、第3セグメントC)を起点セグメント721として特定する。この後、内視鏡装置1Aは、ステップS105に移行する。そして、内視鏡装置1Aは、上述した実施の形態1と同様に、所定数の対象セグメント721(図11Bの例では、第3〜第7セグメントC〜G)を特定する。
本実施の形態2に係る内視鏡装置1Aは、全てのセグメント721のうち最も基端側のセグメント721から順に、抵抗力量FRを積算する。そして、内視鏡装置Aは、積算値が第2閾値以上となった場合に、最後に積算した抵抗力量FRを有するセグメント721を起点セグメントとして特定する。
このため、スタック状態は抵抗力量FRの積算値が所定の閾値を超えた場合に発生すると考えられることから、抵抗力量FRの積算値と第2閾値との比較結果に基づいてスタック状態が予測されるセグメント721を適切に特定し、特定結果に基づいて曲げ剛性を変化させるセグメント721の範囲を更に特定し、当該範囲の複数のセグメント721の曲げ剛性を変化させることによってスタック状態に陥ることを良好に回避することができる。
次に、本発明の実施の形態3について説明する。
以下の説明では、上述した実施の形態1,2と同様の構成及びステップには同一符号を付し、その詳細な説明は省略又は簡略化する。
本実施の形態3に係る内視鏡装置は、上述した実施の形態1,2で説明した内視鏡装置1,1Aに対して、各セグメント721の曲げ剛性を変化させるトリガとなる条件が異なる。そして、本実施の形態3に係る内視鏡装置は、上述した実施の形態1,2で説明した内視鏡装置1,1Aに対して、制御装置6,6Aの一部の機能を変更している。
以下、本実施の形態3に係る内視鏡装置における制御装置の構成について説明する。
図12は、本発明の実施の形態3に係る内視鏡装置1Bにおける制御装置6Bの構成を示すブロック図である。
制御装置6Bは、図12に示すように、上述した実施の形態1で説明した制御装置6(図4)に対して、上述した実施の形態2で説明した抵抗力量算出部67と、総和算出部69と、スタック状態予測部70とが追加されている。
スタック状態予測部70は、総和算出部69にて求められた総和と予め設定された第3閾値とを比較し、挿入部7が先端方向への推進力を失ったスタック状態になるか否かを予測する。
そして、本実施の形態3では、内視鏡装置1Bは、スタック状態になると予測した場合に、各セグメント721の曲げ剛性を変化させる。
次に、本実施の形態3に係る内視鏡装置1Bの動作(内視鏡装置1Bの作動方法)について説明する。
図13は、内視鏡装置1Bの動作を示すフローチャートである。
本実施の形態3に係る内視鏡装置1Bの動作は、図13に示すように、上述した実施の形態1で説明した内視鏡装置1の動作(図5)に対して、上述した実施の形態2で説明したステップS108を追加するとともに、ステップS112,S113を追加した点が異なるのみである。このため、以下では、ステップS112,S113のみを説明する。
具体的に、総和算出部69は、ステップS112において、ステップS108で算出された全てのセグメント721の抵抗力量FRの総和(図11A及び図11Bの例では、FRA+FRB+FRC+・・・+FRZ)を求める。
具体的に、スタック状態予測部70は、ステップS113において、ステップS112で求められた総和と予め設定された第3閾値とを比較し、当該総和が第3閾値以上であるか否かを判断する。
総和が第3閾値未満であると判断した場合(ステップS113:No)には、スタック状態予測部70は、挿入部7が当面スタック状態にならないと予測する。そして、内視鏡装置1Bは、ステップS101に戻り、再度、可撓管部72の形状を推定する。
一方、総和が第3閾値以上であると判断した場合(ステップS113:Yes)には、スタック状態予測部70は、挿入部7がスタック状態になると予測する。そして、内視鏡装置1Bは、ステップS104に移行し、ステップS104〜S107を順次、実行することで、所定数の対象セグメント721の曲げ剛性を変化させる。
次に、本発明の実施の形態4について説明する。
以下の説明では、上述した実施の形態3と同様の構成及びステップには同一符号を付し、その詳細な説明は省略又は簡略化する。
本実施の形態4に係る内視鏡装置は、上述した実施の形態3で説明した内視鏡装置1Bに対して、曲げ剛性を変化させる対象セグメントを全てのセグメント721としている点が異なる。そして、本実施の形態4に係る内視鏡装置は、上述した実施の形態3で説明した内視鏡装置1Bに対して、制御装置6Bの一部の機能を変更している。
以下、本実施の形態4に係る内視鏡装置における制御装置の構成について説明する。
図14は、本発明の実施の形態4に係る内視鏡装置1Cにおける制御装置6Cの構成を示すブロック図である。
制御装置6Cは、図14に示すように、上述した実施の形態3で説明した制御装置6B(図12)に対して、動作制御部66の代わりに当該動作制御部66の一部の機能を変更した動作制御部66Cが追加されている。
動作制御部66Cは、上述した実施の形態3で説明した動作制御部66に対して、曲げ剛性を変化させる対象セグメント721を全てのセグメント721に設定する点が異なる。
次に、本実施の形態4に係る内視鏡装置1Cの動作(内視鏡装置1Cの作動方法)について説明する。
図15は、内視鏡装置1Cの動作を示すフローチャートである。
本実施の形態4に係る内視鏡装置1Cの動作は、図15に示すように、上述した実施の形態3で説明した内視鏡装置1Bの動作(図13)に対して、ステップS105,S106の代わりにステップS105C,S106Cを追加した点が異なるのみである。このため、以下では、ステップS105C,S106Cのみを説明する。
具体的に、動作制御部66Cは、ステップS105Cにおいて、曲げ剛性を変化させる対象セグメント721を全てのセグメント721(図11A及び図11Bの例では、第1〜第26セグメントA〜Z)に設定する。
続いて、指標値算出部65は、ステップS106Cにおいて、上述した実施の形態3で説明したステップS106と同様の方法で、ステップS104で特定された起点セグメント721又は当該起点セグメント721に隣り合う基端側のセグメント721の曲げ剛性が最も低くなる指標値を算出する。或いは、起点セグメント721から所定数のセグメント721分だけ離れたセグメント721の曲げ剛性が最も低くなる指標値を算出する。また、指標値算出部65は、他のセグメント721の曲げ剛性をそれぞれ変化させるための指標値については、当該曲げ剛性を最も低くするセグメント721から離れるに従って、曲げ剛性が高くなるように当該指標値を算出する。この後、内視鏡装置1Cは、ステップS107に移行する。そして、内視鏡装置1Cは、全てのセグメント721を対象とし、曲げ剛性をそれぞれ変化させる。
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態1〜4によってのみ限定されるべきものではない。
図16は、本実施の形態1〜4の変形例を示す図である。
上述した実施の形態1〜4では、本発明に係る剛性可変部として、硬度可変素子723を採用していたが、これに限られず、図16に示す形状記憶合金アクチュエータ723D(以下、SMA(Shape Memory Alloy)アクチュエータ723Dと記載)を採用しても構わない。
SMAアクチュエータ723Dは、図16に示すように、両端にフランジ7234がそれぞれ設けられたコイル7235と、コイル7235の周囲に配置された2つのSMAコイル7236とを備える。このSMAアクチュエータ723Dは、コイル7235の中心軸Ax3(図16)が挿入部7の中心軸Ax1に一致又は平行となるように可撓管部72に内蔵される。
そして、SMAアクチュエータ723Dは、可撓管部72内部に引き回された信号ケーブル(図示略)を介して制御装置6(動作制御部66)により2つのSMAコイル7236が通電加熱される。ここで、2つのSMAコイル7236は、通電加熱されることで、収縮しようとするが、互いに対向配置されているため、当該収縮が規制される。このため、SMAアクチュエータ723Dは、通電される電流値が高くなるほど、硬度(曲げ剛性)が高まることとなる。すなわち、SMAアクチュエータ723Dの硬度を変化させることで、当該SMAアクチュエータ723Dが内蔵されたセグメント721の曲げ剛性も変化することとなる。
上述した実施の形態1〜4では、複数のソースコイル722及びアンテナ5を用い、アンテナ5からの検出信号に基づいて、全てのセグメント721の各曲げ角度θをセグメント721毎の状態量として算出していたが、これに限られない。
例えば、可撓管部72を構成する全てのセグメント721毎に、当該可撓管部72への外部からの圧力を検出して当該圧力を示す圧力情報をそれぞれ出力する静電容量型圧力センサ等の複数の圧力検出部722E(図17A,図17B(図17Aに示した可撓管部72の横断面図))を設ける。例えば、当該圧力検出部722Eを、図17A及び図17Bに示すように、セグメント721毎に、当該セグメント721の周囲に4つ設ける。そして、状態量算出部63は、複数の圧力検出部722Eからそれぞれ出力された複数の圧力情報に基づいて、全てのセグメント毎の外部からの圧力(抗力DRに相当)を上記各状態量として算出する。なお、圧力検出部722Eから出力された圧力情報をそのまま上記状態量として用いてもよく、この場合圧力検出部722Eが状態量算出部63として機能する。
例えば、一のセグメント721の状態量に当該一のセグメント721から先端側に連設される所定数(2つ以上)のセグメント721の各状態量の全てを加えて、当該一のセグメント721に応じた指標値を算出するように構成しても構わない。
さらに、本明細書においてフローチャートを用いて説明した処理のアルゴリズムは、プログラムとして記述することが可能である。このようなプログラムは、コンピュータ内部の記録部に記録してもよいし、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録してもよい。プログラムの記録部又は記録媒体への記録は、コンピュータ又は記録媒体を製品として出荷する際に行ってもよいし、通信ネットワークを介したダウンロードにより行ってもよい。
2 内視鏡
3 光源装置
4 表示装置
5 アンテナ
6,6A〜6C 制御装置
7 挿入部
8 操作部
9 ユニバーサルコード
10 第1信号ケーブル
11 第2信号ケーブル
12 第3信号ケーブル
61 表示制御部
62 交流信号出力部
63 状態量算出部
64,64A 起点特定部
65 指標値算出部
66 動作制御部
67 抵抗力量算出部
68 抵抗力量積算部
69 総和算出部
70 スタック状態予測部
71 先端構成部
72 可撓管部
73 撮像部
100 内視鏡装置
200 挿入部
210,211 セグメント
721 セグメント
722 ソースコイル
722E 圧力検出部
722F 歪み検出部
723 硬度可変素子
723D SMAアクチュエータ
7231 電極
7232 コイルパイプ
7233 EPAM
7234 フランジ
7235 コイル
7236 SMAコイル
A〜Z 第1〜第26セグメント
Ax1〜Ax3 中心軸
DR,DRA〜DRZ 抗力
d1,d2 長さ
FR,FRA〜FRZ 抵抗力量
Fin 挿入力量
FRit 積算値
Ld 距離
WA 体腔壁
θ,θA〜θZ 曲げ角度
Claims (20)
- 軸方向に沿って連設された複数のセグメントを有し、管路に挿入される挿入部と、
前記セグメントの状態を示す状態量を前記セグメント毎に算出する状態量算出部と、
前記セグメント毎に設けられ、当該セグメント毎の曲げ剛性をそれぞれ可変とする複数の剛性可変部と、
前記セグメント毎の前記状態量に基づいて、前記複数のセグメントのうち、前記曲げ剛性を変化させるセグメントの範囲又は前記曲げ剛性を設定する起点となるセグメントを特定する起点特定部と、
前記複数の剛性可変部をそれぞれ動作させ、前記複数のセグメントの曲げ剛性をそれぞれ変化させる動作制御部とを備え、
前記動作制御部は、
前記起点となるセグメントに基づいて前記複数のセグメントのうち前記曲げ剛性を変化させるセグメントの範囲又は前記複数のセグメントの前記曲げ剛性を設定し、当該設定した前記セグメントの範囲又は前記曲げ剛性に基づいて前記複数のセグメントのうち2つ以上の連設されたセグメントの曲げ剛性を低下させる
ことを特徴とする内視鏡装置。 - 前記動作制御部は、
前記起点となるセグメント又は前記起点となるセグメントから所定数のセグメント分だけ離れたセグメントを含む前記セグメントの範囲を設定し、前記範囲のセグメントの曲げ剛性を低下させる
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記動作制御部は、
前記起点となるセグメント又は前記起点となるセグメントから所定数のセグメント分だけ離れたセグメントの曲げ剛性を最も低くする
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記2つ以上のセグメントは、
前記複数のセグメントのうち前記起点となるセグメントから前記挿入部の基端側に向けて連設された所定数のセグメントである
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記動作制御部は、
前記起点となるセグメントに隣り合うセグメントの曲げ剛性を最も低くする
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の内視鏡装置。 - 前記動作制御部は、
前記複数のセグメントのうち一のセグメントの前記状態量が大きいほど、前記一のセグメント又は前記一のセグメントから所定数のセグメント分だけ離れたセグメントの曲げ剛性を低下させる
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記動作制御部は、
前記複数のセグメントのうち一のセグメントの前記状態量に基づく指標値が所定の閾値よりも大きい場合、前記一のセグメント又は前記一のセグメントから所定数のセグメント分だけ離れたセグメントの曲げ剛性を低下させる
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記動作制御部は、
前記2つ以上のセグメントの曲げ剛性をそれぞれ低下させる際、前記2つ以上のセグメントのうち一のセグメントに隣り合う先端側のセグメントの前記状態量に基づいて当該一のセグメントの曲げ剛性を低下させる
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記2つ以上のセグメントの曲げ剛性をそれぞれ変化させるための各指標値を算出する指標値算出部を備え、
前記指標値算出部は、
前記各指標値を算出する際、前記一のセグメントに隣り合う先端側のセグメントの前記状態量に当該一のセグメントの前記状態量を加えて、当該一のセグメントの曲げ剛性を変化させるための前記指標値を算出し、
前記動作制御部は、
前記各指標値に基づいて、前記2つ以上のセグメントの曲げ剛性をそれぞれ変化させる
ことを特徴とする請求項8に記載の内視鏡装置。 - 前記起点特定部は、
前記複数のセグメントのうち前記状態量が最も大きいセグメントを前記起点となるセグメントとして特定する
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記動作制御部は、
前記セグメント毎の前記状態量のうちいずれかの状態量が所定の閾値以上となった場合に、前記剛性可変部を動作させる
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記軸方向に沿って前記挿入部にそれぞれ設けられ、位置情報をそれぞれ出力する複数の位置検出部を備え、
前記状態量算出部は、
前記複数の位置検出部からそれぞれ出力された複数の前記位置情報に基づいて、前記セグメント毎の曲げ角度を前記セグメント毎の前記状態量として算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記セグメント毎の前記状態量に基づいて、前記複数のセグメントの摩擦による抵抗力量をそれぞれ算出する抵抗力量算出部と、
前記複数のセグメントのうち最も基端側の前記セグメントから順に、前記抵抗力量を積算する抵抗力量積算部とを備え、
前記起点特定部は、
前記抵抗力量積算部にて積算された積算値が所定の閾値以上となった場合に、前記抵抗力量積算部にて最後に積算された抵抗力量を有するセグメントを前記起点となるセグメントとして特定する
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記軸方向に沿って前記挿入部にそれぞれ設けられ、前記挿入部への外部からの圧力を検出して当該圧力を示す圧力情報をそれぞれ出力する複数の圧力検出部を備え、
前記状態量算出部は、
前記複数の圧力検出部からそれぞれ出力された複数の前記圧力情報に基づいて、前記セグメント毎の外部からの圧力を前記セグメント毎の前記状態量として算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記軸方向に沿って前記挿入部にそれぞれ設けられ、前記挿入部への外部からの負荷による曲げ歪みを検出して当該曲げ歪みを示す歪み情報をそれぞれ出力する複数の歪み検出部を備え、
前記状態量算出部は、
前記複数の歪み検出部からそれぞれ出力された複数の前記歪み情報に基づいて、外部からの負荷による前記セグメント毎の曲げ歪みを前記セグメント毎の前記状態量として算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記曲げ剛性を変化させる対象は、
前記複数のセグメントの全てである
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記セグメント毎の前記状態量に基づいて、前記挿入部が先端方向への推進力を失ったスタック状態になるか否かを予測するスタック状態予測部を備え、
前記動作制御部は、
前記スタック状態予測部にて前記挿入部が前記スタック状態になると予測された場合に、前記剛性可変部を動作させる
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 - 前記セグメント毎の前記状態量に基づいて、前記複数のセグメントの摩擦による抵抗力量をそれぞれ算出する抵抗力量算出部と、
前記複数のセグメントの全ての前記抵抗力量の総和を求める総和算出部とを備え、
前記スタック状態予測部は、
前記総和が所定の閾値以上となった場合に、前記挿入部が前記スタック状態になると予測する
ことを特徴とする請求項17に記載の内視鏡装置。 - 軸方向に沿って連設された複数のセグメントを有し管路に挿入される挿入部と、前記セグメント毎に設けられ当該セグメント毎の曲げ剛性をそれぞれ可変とする複数の剛性可変部とを備えた内視鏡装置の作動方法であって、
状態量算出部が、前記セグメントの状態を示す状態量を前記セグメント毎に算出する状態量算出ステップと、
起点特定部が、前記セグメント毎の前記状態量に基づいて、前記複数のセグメントのうち、前記曲げ剛性を変化させるセグメントの範囲又は前記曲げ剛性を設定する起点となるセグメントを特定する起点特定ステップと、
動作制御部が、前記起点となるセグメントに基づいて前記複数のセグメントのうち前記曲げ剛性を変化させるセグメントの範囲又は前記複数のセグメントの前記曲げ剛性を設定し、当該設定した前記セグメントの範囲又は前記曲げ剛性に基づいて前記複数のセグメントのうち2つ以上の連設されたセグメントの曲げ剛性を低下させる動作制御ステップとを含む
ことを特徴とする作動方法。 - 請求項19に記載の作動方法を内視鏡装置に実行させる
ことを特徴とする作動プログラム。
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