JP6419219B2 - 可撓管挿入装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体内に挿入される挿入部を備えた可撓管挿入装置に関する。

可撓性の細長い挿入部を備えた可撓管挿入装置、例えば内視鏡装置において、挿入部に硬度可変機構を設けて曲がりくねった被検体内への挿入性を向上させることが知られている。例えば、特許文献１には、挿入部を長手方向に沿って複数のセグメントに分け、セグメント毎に硬度可変機構として形状記憶合金アクチュエータを配置した内視鏡装置が開示されている。また、各セグメントには圧力センサが設けられている。この内視鏡装置では、挿入部が被検体（例えば大腸）内に挿入されたとき、挿入部のあるセグメントが外部から（例えば腸壁によって）押圧されると、そのセグメントの圧力センサが押圧を感知してそのセグメントの形状記憶合金アクチュエータを動作させ、そのセグメントの硬度を低くする。

特許第３７５２３２８号公報

特許文献１に記載の内視鏡装置では、挿入部のセグメント間の接続部（境界）には硬度可変機構が設けられていないため、例えば、隣り合うセグメントを硬くしてもセグメント間の接続部は軟らかいままである。このため、挿入部が外力を受けた際、セグメント間の接続部において硬度が不連続となり、挿入部がＶ字形に折れ曲がってしまい、挿入性を低下させうる。

そこで、本発明は、被検体への挿入性を高め操作性を向上させることができる可撓管挿入装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態は、被検体に挿入される管状の挿入部と、前記挿入部の軸方向にとった連続する複数のセグメントを対象とし、前記挿入部の曲げ剛性を前記セグメント単位で変更する剛性可変部と、前記複数のセグメントのうち少なくとも一対の隣接するセグメント間にまたがって配置され、前記剛性可変部による前記一対のセグメント間の曲げ剛性の変更に伴って前記一対のセグメント間の曲げ剛性が前記一対のセグメントの曲げ剛性と連続となるように、前記一対のセグメント間の曲げ剛性を変更する剛性接続部と、を具備し、前記剛性可変部は、複数の硬度可変素子を含み、前記剛性接続部は、２つの硬度可変素子が前記一対のセグメント間の境界でオーバーラップして配置されることにより構成される、可撓管挿入装置である。

本発明によれば、被検体への挿入性を高め操作性を向上させることができる可撓管挿入装置を提供することができる。

図１は、内視鏡装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、内視鏡装置の主要な構成を概略的に示すブロック図である。 図３は、可撓管部の構成の一例を概略的に示す図である。 図４は、硬度可変素子の構成を概略的に示す図である。 図５は、硬度可変素子の電圧−曲げ剛性特性を示す図である。 図６は、第１の実施形態における可撓管部の構成の一例を概略的に示す図である。 図７は、第１の実施形態における可撓管部の構成の他の例を概略的に示す図である。 図８は、第２の実施形態における可撓管部の構成の一例を概略的に示す図である。 図９は、第２の実施形態における可撓管部の構成の他の例を概略的に示す図である。

図１は、可撓管挿入装置である内視鏡装置１の構成を概略的に示す図である。図２は、内視鏡装置１の主要な構成を概略的に示すブロック図である。内視鏡装置１は、内視鏡１０と、光源装置２０と、制御装置３０と、表示装置４０と、アンテナ５０とにより構成されている。

内視鏡１０は、被検体に挿入される管状の細長い挿入部１１と、挿入部１１の基端側に設けられた操作部１４とを有している。内視鏡１０は、例えば大腸内視鏡である。挿入部１１は、先端硬質部１２と、先端硬質部１２の基端側に設けられた可撓管部１３とを有している。先端硬質部１２には、不図示の照明光学系（照明窓）、観察光学系（観察窓）、撮像素子等が内蔵されている。可撓管部１３は、可撓性を有する細長い部分であり、後述する複数のセグメントにより構成されている。また、可撓管部１３には、可撓管部１３の状態（湾曲形状や歪み）の検出に用いるための複数のソースコイル１５が設けられている（図３参照）。操作部１４には、内視鏡１０の湾曲操作や撮影操作を含む各種操作のために用いられるアングルノブ１７、スイッチ１８等が設けられている。可撓管部１３の先端側は、アングルノブ１７を操作することにより任意の方向に湾曲される。

光源装置２０は、内視鏡１０の操作部１４の基端側から延びたユニバーサルコード１６を介して内視鏡１０に接続されている。ユニバーサルコード１６は、上述の照明光学系に接続されたライトガイド（光ファイバ）、上述の撮像素子に接続された電気ケーブル等を含む。光源装置２０は、前記ライトガイドを介して、先端硬質部１２の照明窓から照射する光を供給する。

制御装置３０は、ＣＰＵなどを含む機器によって構成されている。制御装置３０は、図２に示されるように、画像処理部３２を含む表示制御部３１と、交流信号出力部３３と、状態算出部３４と、硬度可変制御部３５と、スタック判断部３６とを有している。表示制御部３１は、ケーブル６１を介してユニバーサルコード１６内の前記電気ケーブルに、従って内視鏡１０（先端硬質部１２の撮像素子）に接続されている。表示制御部３１はまた、ケーブル６２を介して表示装置４０に接続されている。交流信号出力部３３は、不図示のケーブルを介して各ソースコイル１５に接続されている。状態算出部３４は、ケーブル６３を介してアンテナ５０に接続されている。硬度可変制御部３５は、不図示のケーブルを介して後述する硬度可変素子７０に接続されている。

アンテナ５０は、内視鏡１０が挿入される被検体の周囲に配置されている。アンテナ５０は、可撓管部１３に設けられたソースコイル１５により発生した磁界を検出する。そして、アンテナ５０は、検出信号をケーブル６３を介して制御装置３０（状態算出部３４）に出力する。

図３を参照して、可撓管部１３の構成についてさらに説明する。図３は、可撓管部１３の構成の一例を概略的に示す図である。可撓管部１３には、磁界を発生する磁界発生素子としての複数のソースコイル１５が挿入部１１の長手方向（軸方向）に間隔を空けて配置されている。ソースコイル１５は、フェライトやパーマロイ等の磁性体に導線を巻回することにより構成されている。便宜上、可撓管部１３はその軸方向にとった複数のセグメント（可撓管部１３を長手方向に均等に区切る仮想的な単位）からなっているとする。例えば、図３には、可撓管部１３の５つのセグメント１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅが示され、各セグメントにソースコイル１５が１つずつ配置されている。各セグメントに設けられたソースコイル１５は、それぞれ、発生した磁界に基づいてアンテナ５０及び制御装置３０（状態算出部３４）が各セグメントの状態を検出することができるように配置されている。なお、ソースコイル１５の配置はこれに限らず、一部のセグメントにのみ配置されていてもよい。

可撓管部１３には、複数の硬度可変素子（硬度可変アクチュエータ）７０が設けられている。各硬度可変素子７０は、それらが設けられた複数のセグメントを対象として可撓管部１３の曲げ剛性（硬度）をセグメント単位で変更する剛性可変部である。図４は、硬度可変素子７０の構成を概略的に示す図である。硬度可変素子７０は、金属線により構成されたコイルパイプ７１と、コイルパイプ７１内に封入された導電性高分子人工筋肉（Electroacive Polymer Artificial Muscle：ＥＰＡＭ）７２と、コイルパイプ７１の両端に設けられた電極７３とを有している。硬度可変素子７０は、図２に示されるように、硬度可変制御部３５に接続されており、コイルパイプ７１内のＥＰＡＭ７２には、硬度可変制御部３５から電極７３により電圧が印加できるようになっている。ＥＰＡＭ７２は電圧を印加することにより伸縮し、その硬度が変化するアクチュエータである。硬度可変素子７０は、コイルパイプ７１の中心軸が可撓管部１３の中心軸に一致するか平行となるようにして可撓管部１３に内蔵されている。硬度可変素子７０（ＥＰＡＭ７２）は、可撓管部１３を構成する部材の剛性よりも大きな剛性を有している。

硬度可変素子７０の電極７３（ＥＰＡＭ７２）には、不図示のケーブルを介して硬度可変制御部３５から電圧が印加される。電圧が印加されると、ＥＰＡＭ７３はコイルパイプ７１の中心軸を中心としてその径を拡張しようとする。しかしながら、ＥＰＡＭ７３はコイルパイプ７１でその周囲を囲まれているため、径の拡張が規制されている。このため、硬度可変素子７０は、図５に示されるように、印加される電圧値が高くなるほど、曲げ剛性（硬度）が高くなる。すなわち、硬度可変素子７０の硬度を変化させることにより、硬度可変素子７０が内蔵された可撓管部１３の曲げ剛性も変化する。

次に、内視鏡装置１の動作について説明する。
内視鏡１０の挿入部１１は、ユーザによって被検体内に（肛門から直腸、結腸（腸管）に）挿入される。このとき、挿入部１１は、被検体の形状に追従して湾曲しながら被検体内を進行する。制御装置３０の表示制御部３１は、ユーザの操作部１４への入力操作に基づいて、ユニバーサルコード１６の電気ケーブル等を介して挿入部１１の先端硬質部１２の撮像素子の動作を制御し、撮像素子から出力される撮像信号を取得する。表示制御部３１は、画像処理部３２により、取得した撮像信号に基づいて被検体の内部の画像を作成する。そして、表示制御部３１は、ケーブル６２を介して表示装置４０の動作を制御し、作成された画像を表示装置４０に表示させる。

挿入中、交流信号出力部３３が、ケーブル６１等を介して各ソースコイル１５に交流信号を順次印加する。各ソースコイル１５はその周囲に磁界を発生し、すなわちソースコイル１５から、ソースコイル１５の位置に関する情報が出力される。アンテナ５０は、ソースコイル１５の出力に基づいて各ソースコイル１５の位置を検出して検出信号を状態算出部３４に出力する。状態算出部３４は、アンテナ５０からの検出信号に基づいて、可撓管部１３（挿入部１１）の状態（例えば３次元形状）を推定する。推定された状態の情報は、表示制御部３１に伝達され、推定された状態に対応したコンピュータグラフィック画像が生成される。そして、表示制御部３１は、生成した画像を表示装置４０に表示させる。また、状態算出部３４は、推定した可撓管部１３の状態に基づいて、各セグメントの状態を示す状態量（例えば各セグメントの曲げ角度）を算出する。

スタック判断部３６は、状態算出部３４が算出した各セグメントの状態量を取得する。そして、スタック判断部３６は、取得した状態量から、各セグメントがスタックしている（すなわち、セグメントがＶ字形に折れ曲がっていることにより可撓管部１３のスムーズな挿入（進行）が妨げられている）かどうかを判断する。スタックしているセグメントがあると判断した場合には、スタック判断部３６から硬度可変制御部３５に制御信号が伝達されて、そのセグメントに設けられた硬度可変素子７０の硬度を低くする。これにより、そのセグメントは軟らかくなり、Ｖ字形の折れ曲がりが解消される。そして、大腸の深部へのさらなる挿入が容易となる。

スタック判断部３６による判断は、挿入時にリアルタイムで常時行ってもよいし、挿入中に患者が腸壁の押圧による痛みを感じたときにユーザが不図示の入力装置へ入力することによる手動操作で行ってもよい。

また、スタック判断部３６は、取得した状態量から略直線状のセグメントがあるかどうかを判断して、略直線状のセグメントに設けられた硬度可変素子７０の硬度を高くする制御信号を硬度可変制御部３５に伝達してもよい。これにより、略直線状の部分において可撓管部１３に曲がりが生じて腸壁にぶつかるのを防ぎ、挿入性を高める。

このように、内視鏡装置１では、被検体内における可撓管部１３の状態に応じて硬度可変素子７０を駆動させて挿入部１１（可撓管部１３）の曲げ剛性をセグメント単位で変更しながら、可撓管部１３が曲がりくねった大腸の深部にスムーズに挿入される。

［第１の実施形態］
図６並びに図７を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
図６は、第１の実施形態における可撓管部１３の構成の一例を概略的に示す図である。図６以降では、可撓管部１３は大腸１００に挿入された状態で示され、また、ソースコイル１５は省略されている。図６では、可撓管部１３の各セグメント１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅに１つずつ配置された硬度可変素子７０に加えて、２つの連続した（隣り合う）セグメント（例えばセグメント１３ａと１３ｂ、セグメント１３ｂと１３ｃ、セグメント１３ｃと１３ｄ、セグメント１３ｄと１３ｅ）にまたがって配置された硬度可変素子７０ａが設けられている。硬度可変素子７０ａは、セグメント間の接続部に配置され、セグメント間の曲げ剛性がセグメントの曲げ剛性と連続的になる（セグメント間の曲げ剛性が急激に変化しない）ようにセグメント間の曲げ剛性を変更するための剛性接続部である。硬度可変素子７０ａの構成及び動作原理は、硬度可変素子７０と同様である。硬度可変素子７０の長手方向の長さはセグメント長よりも短く、また、硬度可変素子７０ａの長手方向の長さは隣り合うセグメントに設けられた硬度可変素子７０間の長さ以上である。

硬度可変素子７０は、セグメント間の接続部（境界）には配置されていないが、硬度可変素子７０ａは、少なくともセグメント間の接続部に配置されている。言い換えれば、硬度可変素子は、可撓管部１３の長手方向において欠落個所なく配置されている。例えば、図６では、硬度可変素子７０ａは、可撓管部１３の長手方向において硬度可変素子７０が配置されていない範囲に必ず配置され、その一部が長手方向において硬度可変素子７０とオーバーラップして配置されている。

図７は、第１の実施形態における可撓管部１３の構成の他の例を概略的に示す図である。図７では、３つの連続したセグメント（例えばセグメント１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）にまたがって配置された硬度可変素子７０ｂと、これとは異なる３つの連続したセグメント（例えばセグメント１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、セグメント１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ）にまたがって配置された硬度可変素子７０ｃとが設けられている。硬度可変素子７０ｂ、７０ｃは、セグメント間の接続部においてオーバーラップして配置されている剛性接続部であり、セグメント間の曲げ剛性がセグメントの曲げ剛性と連続的になるようにセグメント間の曲げ剛性を変更する。硬度可変素子７０ｂ、７０ｃの構成及び動作原理もまた、硬度可変素子７０と同様である。硬度可変素子７０ｂ、７０ｃは、互い違いになっており、可撓管部１３の長手方向において欠落個所なく配置されている。図７では、硬度可変素子７０ｂ、７０ｃは長手方向の長さが同じであるが、これに限定されず、可撓管部１３の長手方向において硬度可変素子７０ｂが配置されていない範囲に硬度可変素子７０ｃが必ず配置されていればよい。

例えば、図３に示されるように、各セグメントにセグメント長よりも短い硬度可変素子７０のみを配置すると、挿入部１１のセグメント間の接続部には硬度可変素子が存在しない。このため、例えば硬度可変制御部３５が隣り合う２つのセグメントの硬度可変素子７０にこれらの硬度を高くする制御信号を伝達しても、２つのセグメント間の接続部は軟らかいままである。従って、軟らかいままの接続部が腸壁等に接触して外力（抗力）を受けた場合、セグメント間の接続部が硬度の不連続部となり（剛性境界が発生し）、可撓管部１３がＶ字形に折れ曲がり、挿入性が低下しうる。また、屈曲した可撓管部１３が腸壁にぶつかって腸壁を押圧すると、患者はかなりの苦痛を受ける。

本実施形態では、可撓管部１３の長手方向においてセグメント間の接続部にも空白個所なく硬度可変素子（剛性接続部）が配置されており、セグメント境界における可撓管部１３の曲げ剛性も硬度可変素子により調整可能である。例えば図６において隣り合う２つのセグメントの硬度を高くする場合、隣り合う２つのセグメントの硬度可変素子７０のみならず、これらセグメントにまたがって配置された硬度可変素子７０ａの硬度も同様に高くする。従って、セグメント境界においても、腸壁等から外力を受けた際にＶ字形の屈曲あるいは座屈が生じない。

このように、セグメント境界にも硬度可変素子が配置されていることにより、セグメント間の接続部において剛性境界が発生せず、可撓管部１３の長手方向において曲げ剛性が不連続となることはない。従って、セグメント境界においても、外力を受けた際にＶ字形の曲がりが生じず、挿入性が高く操作性が向上した可撓管挿入装置が提供されることができる。

また、本実施形態によれば、例えば大腸への挿入時において、可撓管部１３の屈曲による直腸−Ｓ字結腸曲、左結腸曲、右結腸曲などの大腸屈曲部における腸管への負荷を低減することでき、挿入性が向上すると共に患者の苦痛を低減することができる。

なお、図６並びに図７に示される硬度可変素子の配置や長手方向の長さは例示であり、硬度可変素子が可撓管部１３の長手方向において欠落個所なく配置されていれば他の配置や長さであってもよい。

［第２の実施形態］
図８並びに図９を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。
図８は、第２の実施形態における可撓管部１３の構成の一例を概略的に示す図である。図８では、可撓管部１３のセグメント１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅには、剛性可変部として１つの長尺な硬度可変素子７０ｄが配置されている。硬度可変素子７０ｄの構成は硬度可変素子７０と同様である。硬度可変素子７０ｄは、セグメント１３ａからセグメント１３ｅにわたって延びている１つの連続した部材であり、それ自身が複数のセグメント境界にまたがって配置されている剛性接続部でもある。つまり、本実施形態では、硬度可変素子７０ｄが、セグメント間の曲げ剛性がセグメントの曲げ剛性と連続的になるようにセグメント間の曲げ剛性を変更する。

また、各セグメント１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅには、各セグメントにおいて硬度可変素子７０ｄを部分的に硬化又は軟化させるための電圧印加部８０が設けられている。電圧印加部８０は、不図示のケーブルにより制御装置３０に接続されており、制御装置３０からの制御信号に基づいてその電圧印加部８０のセグメントに対応する硬度可変素子７０ｄの部分の硬度を変更させる硬度可変制御部として機能する。

電圧印加部８０から電圧が印加されると、その電圧印加部８０に対応するセグメントの範囲において硬度可変素子７０ｄの曲げ剛性が変更される。硬度可変素子７０ｄは複数のセグメントにわたって延びている連続部材であるため、あるセグメントの電圧印加部８０から印加された電圧により硬度可変素子７０ｄの一部の硬度が変更されてもセグメント境界における曲げ剛性は連続しており、曲げ剛性が不連続になることはない。

図９は、第２の実施形態における可撓管部１３の構成の他の例を概略的に示す図である。図９では、図８と同様の１つの長尺な連続部材である硬度可変素子７０ｄと、各セグメント１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅに１つずつ配置された電圧印加部８０ａと、２つの連続した（隣り合う）セグメント（例えばセグメント１３ａと１３ｂ、セグメント１３ｂと１３ｃ、セグメント１３ｃと１３ｄ、セグメント１３ｄと１３ｅ）にまたがって配置された電圧印加部８０ｂとが設けられている。電圧印加部８０ａ、８０ｂの構成及び動作原理は、電圧印加部８０と同様である。図９では、電圧印加部８０ａ、８０ｂは、可撓管部１３の長手方向において欠落個所なく配置されている。このように、電圧印加部８０ａ、８０ｂは、長手方向においてオーバーラップして配置されてもよい。このような配置によっても、長手方向における電圧印加部８０ａ、８０ｂの欠落個所がなくなり、曲げ剛性が不連続になることはない。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、外力を受けた際にセグメント境界にＶ字形の屈曲あるいは座屈が生じず、挿入性を高め操作性を向上させることができる可撓管挿入装置が提供されることができる。

なお、図８並びに図９に示される硬度可変素子及び電圧印加部の配置は例示であり、硬度可変素子の硬度が可撓管部１３の長手方向において連続であるようになっていれば他の配置であってもよい。

また、硬度可変素子７０ｄに代わって、形状記憶合金（超弾性合金）硬度可変アクチュエータを用いてもよい。この場合には、電圧印加部８０に代わって、ヒーターを用いて加熱することにより形状記憶合金（超弾性合金）硬度可変アクチュエータの曲げ剛性を変更すればよい。

ここまで、医療用の内視鏡１０を備えた内視鏡装置１を挙げて本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は内視鏡装置に限定されるものではなく、可撓性の挿入部を有する可撓管挿入装置を含む。

また、剛性接続部として、剛性可変部となる硬度可変素子とは異なる硬度可変素子（図６並びに図７）、剛性可変部と剛性接続部とを兼ねた硬度可変素子（図８並びに図９）を挙げたが、これ以外にも、可撓管部１３を構成する部材の剛性よりも大きな剛性を有する部材を剛性接続部として用いることが可能である。

以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内でさまざまな改良及び変更が可能である。

１…内視鏡装置、１０…内視鏡、１１…挿入部、１２…先端硬質部、１３…可撓管部、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ…セグメント、１４…操作部、１５…ソースコイル、１６…ユニバーサルコード、２０…光源装置、３０…制御装置、３１…表示制御部、３２…画像処理部、３３…交流信号出力部、３４…状態算出部、３５…硬度可変制御部、３６…スタック判断部、４０…表示装置、５０…アンテナ、７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ…硬度可変素子、７１…コイルパイプ、７２…導電性高分子人工筋肉（ＥＰＡＭ）、７３…電極、８０、８０ａ、８０ｂ…電圧印加部、１００…大腸。

Claims (3)

1. 被検体に挿入される管状の挿入部と、
   前記挿入部の軸方向にとった連続する複数のセグメントを対象とし、前記挿入部の曲げ剛性を前記セグメント単位で変更する剛性可変部と、
   前記複数のセグメントのうち少なくとも一対の隣接するセグメント間にまたがって配置され、前記剛性可変部による前記一対のセグメント間の曲げ剛性の変更に伴って前記一対のセグメント間の曲げ剛性が前記一対のセグメントの曲げ剛性と連続となるように、前記一対のセグメント間の曲げ剛性を変更する剛性接続部と、
   を具備し、
   前記剛性可変部は、複数の硬度可変素子を含み、
   前記剛性接続部は、２つの硬度可変素子が前記一対のセグメント間の境界でオーバーラップして配置されることにより構成される、可撓管挿入装置。
2. 前記剛性接続部は、前記挿入部の剛性よりも大きな剛性を有する部材であることを特徴とする請求項１に記載の可撓管挿入装置。
3. 前記剛性接続部は、前記剛性可変部を構成する部材であることを特徴とする請求項２に記載の可撓管挿入装置。

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