JP6424270B2 - ファイバセンサ - Google Patents
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Description
図1に示すように、本発明の第1実施形態に係るファイバセンサを組み込んだ内視鏡システムは、本体10、内視鏡12(即ち、本実施形態において、内視鏡12は本体10を含まないものを指す。)及び表示部14を有している。内視鏡12は、観察対象物である被検体(例えば体腔(管腔))内における患部や病変部等を撮像する。本体10は、内視鏡12の撮像結果を画像処理する。表示部14は、本体10と接続し、内視鏡12により撮像され、本体10によって画像処理された観察画像を表示する。本体10は、内視鏡12とは別体であり、内視鏡12の接続ケーブル20が接続する筐体部である。
操作湾曲部22は、前述したように、複数個の節輪が挿入部16の長手方向に沿って連結されることにより、構成されている。具体的には、図9に示すように、節輪である筒状の硬質部材60が複数個、湾曲機構62で連結されている。湾曲機構62は、例えば、リベットにより、前後の硬質部材60を回動可能なように連結している。なお、図9は、説明を簡単にするために、1平面上での湾曲が可能な操作湾曲部22の構造の例を示している。例えば、湾曲機構62を挿入方向に沿う軸周りに90度回転して設けるような組合せ構造とすることにより、挿入方向に対してあらゆる方向へ湾曲することが可能な操作湾曲部22を構成することができる。
挿入部16の曲がり易さは、通常、挿入部16の直径Φと関係し、直径Φが太いと曲がり難く、細いと曲がり易い。そこで、変曲点の間隔は、図8に示すように、挿入部16の直径Φの10倍以上とし、想定変曲点の数を決定する。
操作湾曲部22は、操作部18に設けられた湾曲操作ノブ26の操作により湾曲が可能である。通常、操作による操作湾曲部22の形状は、図11に示すように、円弧に近い形状となる。すなわち、操作湾曲部22の長手方向で湾曲量の変化が少ない。そのため、1個の被検出部32でも湾曲量を検出可能である。一方、外部の力によって変形し、操作湾曲部22の長手方向で湾曲量が大きく変化する場合もある。そのような場合においても、一定の長手方向の範囲は、操作湾曲部22の構造に起因して湾曲量の変化が少ない。そこで、湾曲量の変化が少ない範囲を以下の(1)式により求めて、外力が加わった場合の形状に対する想定変曲点の数を決定する。
ただし、θ1≧π/2である。
挿入部16が大腸の形状等、ある程度形が決まっている被検体に挿入される場合には、その形状に基づいて想定変曲点の数を決定しても良い。例えば、図12に示すように、大腸68では、湾曲量が大きくなる部位70が5箇所存在するので、想定変曲点の数も5とする。
図13は、ファイバセンサ28の被検出部32について検出した状態つまり湾曲量に基づいて演算部38が形状を算出する範囲である形状算出範囲CRを示した図である。通常、形状算出範囲CRは、隣り合う想定変曲点で囲まれる範囲で設定すると、精度良く形状を算出できるため、望ましい。
上記第3の決定方法では、被検出部32の数が無駄に多くならないように上限を決めているが、被検出部32の数が少なくならないように下限を決めることもできる。
ただし、θ2≦πである。
ただし、θ3≦π/2である。
本第2実施形態では、挿入部16が長手方向に異なる構造を有する場合の被検出部32の配置方法について説明する。
挿入部16において、図21に示すように、長手方向で湾曲に対する硬さが異なる構造を持つものが知られている。先端側が軟らかい軟構造部76、基端側が硬い硬構造部78となっている。このような構造の挿入部16では、軟構造部76の軟らかい範囲では、挿入部16の長手方向で湾曲量が大きく異なる形状になり易いため、硬構造部78の硬い範囲よりも軟構造部76の軟らかい範囲で被検出部32を密に配置する。
Claims (16)
- 少なくとも一部が湾曲可能な検出対象物に敷設され、前記検出対象物の前記少なくとも一部である検出対象範囲に前記検出対象物の長手方向に沿って配置され、前記検出対象範囲の状態を検出するための、1つ又は複数の被検出部を有する、少なくとも一本の光ファイバからなり、前記少なくとも一本の光ファイバ内を導光した光を検出することで、前記検出対象物の前記検出対象範囲の状態を検出可能なファイバセンサであって、
前記検出対象物の前記検出対象範囲が取り得る形状又は前記検出対象範囲において検出可能な状態から想定する、前記検出対象範囲の形状の変曲点を想定変曲点とすると、前記少なくとも1本の光ファイバは、前記想定変曲点の数+1個以上の前記被検出部を有し、
前記想定変曲点の数は、前記検出対象物の湾曲形状の自由度を制限する、機能的または構造的な制限に基づいて決定し、
前記想定変曲点の間隔は、当該間隔をL 1 、前記検出対象物の前記検出対象範囲の最大湾曲時の曲率半径をr 1 、前記最大湾曲時の前記想定変曲点の間隔が作る弧の中心角をθ 1 とすると、
L 1 =r 1 ・θ 1
であり、
この時、
θ 1 ≧π/2
である、ことを特徴とするファイバセンサ。 - 前記検出対象範囲における前記検出対象物の構造は、
複数の硬質部材と、
前記複数の硬質部材からなる前記検出対象物の範囲を湾曲させる湾曲機構と、
からなり、
前記想定変曲点の間隔は、前記硬質部材の10倍以上とする、ことを特徴とする請求項1に記載のファイバセンサ。 - 前記検出対象物は、長尺な管状形状を有し、
前記想定変曲点の間隔は、前記検出対象範囲における前記検出対象物の直径の10倍以上とする、ことを特徴とする請求項1に記載のファイバセンサ。 - 前記検出対象物の前記検出対象範囲は、被検体に挿入される挿入部を有し、
前記想定変曲点の数は、前記被検体の構造に基づいて決定する、ことを特徴とする請求項1に記載のファイバセンサ。 - 前記検出対象範囲における前記検出対象物は、前記長手方向に異なる構造を有し、
前記複数の被検出部は、前記検出対象範囲における前記検出対象物の前記構造に基づいて、密または粗に配置される、ことを特徴とする請求項1に記載のファイバセンサ。 - 前記検出対象範囲における前記検出対象物の構造は、
複数の第1の硬質部材と、
前記長手方向の長さが前記第1の硬質部材よりも短い、複数の第2の硬質部材と、
前記複数の第1の硬質部材からなる前記検出対象物の範囲を湾曲させる第1の湾曲機構と、
前記複数の第2の硬質部材からなる前記検出対象物の範囲を湾曲させる第2の湾曲機構と、
からなり、
前記複数の被検出部は、前記複数の第1の硬質部材で構成される前記検出対象物の範囲より、前記複数の第2の硬質部材で構成される前記検出対象物の範囲で、密に配置される、ことを特徴とする請求項5に記載のファイバセンサ。 - 前記検出対象範囲における前記検出対象物の構造は、湾曲に対する硬さが前記長手方向に異なり、
前記複数の被検出部は、前記湾曲に対する硬さが硬い前記検出対象物の範囲よりも、軟らかい範囲に、密に配置される、ことを特徴とする請求項5に記載のファイバセンサ。 - 前記検出対象範囲における前記検出対象物の湾曲に対する硬さは、
前記検出対象物の硬さを判断する一定範囲の一方の端部で支える支点に対する、前記一定範囲の他方の端部である力点に、一定の力を加えた時に、
前記支点での、前記検出対象物の前記長手方向に沿う軸と、前記力点での、前記検出対象物の前記長手方向に沿う軸と、がなす角に基づいて判断する、ことを特徴とする請求項7に記載のファイバセンサ。 - 前記複数の被検出部は、隣同士の前記想定変曲点に囲まれる範囲、または、想定変曲点と前記検出対象範囲の端部とに囲まれる範囲、の前記長手方向の略中心に配置される、ことを特徴とする請求項1に記載のファイバセンサ。
- 前記検出対象範囲における前記検出対象物の前記長手方向に隣り合う前記被検出部の各中心の間隔である被検出部間隔は、該被検出部間隔をL2、前記検出対象物の前記検出対象範囲の最大湾曲時の曲率半径をr2、前記最大湾曲時の前記被検出部間隔が作る弧の中心角をθ2とすると、
L2=r2・θ2
であり、
この時
θ2≦π
である、ことを特徴とする請求項1に記載のファイバセンサ。 - 前記複数の被検出部の内の少なくとも1つは、その1つの被検出部を前記長手方向に複数に分割した複数の分割被検出部として配置する、ことを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載のファイバセンサ。
- 前記複数の分割被検出部の内側の端部同士の間隔である分割被検出部間隔、または、前記複数の分割被検出部について検出した前記状態に基づいて前記検出対象物の前記検出対象範囲の形状を算出する範囲である形状算出範囲の端と、前記複数の分割被検出部の前記形状算出範囲の端側の端部と、の間隔である分割被検出部間隔は、当該分割被検出部間隔をL3、前記検出対象物の前記検出対象範囲の最大湾曲時の曲率半径をr3、前記最大湾曲時の前記分割被検出部間隔が作る弧の中心角をθ3とすると、
L3=r3・θ3
であり、
この時
θ3≦π/2
となるように、前記複数の分割被検出部の分割数と配置とを決定する、ことを特徴とする請求項11に記載のファイバセンサ。 - 前記複数の分割被検出部は、隣り合う分割被検出部の内側の端部同士の間隔が略均等になるように配置される、ことを特徴とする請求項11または12に記載のファイバセンサ。
- 前記少なくとも1本の光ファイバの内、1本の光ファイバは、第1の被検出部と、前記第1の被検出部と異なる方向の状態を検出するための第2の被検出部と、を有し、
前記第1及び第2の被検出部の少なくとも一方は、前記長手方向に複数に分割された分割被検出部として構成され、
前記第1及び第2の被検出部の少なくとも一方の前記分割被検出部は、少なくとも一部が、前記長手方向に他方の被検出部を挟むように配置される、ことを特徴とする請求項11に記載のファイバセンサ。 - 前記複数の被検出部のそれぞれの前記長手方向の長さは、前記複数の被検出部について検出した前記状態に基づいて前記検出対象物の前記検出対象範囲の形状を算出する範囲である形状算出範囲の1/8以上である、ことを特徴とする請求項1または11に記載のファイバセンサ。
- 前記検出対象物は、被検体の内表面を観察するための内視鏡挿入部である、ことを特徴とする請求項1乃至15の何れか1項に記載のファイバセンサ。
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