JPH0591972A - 湾曲表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】可撓性部材の湾曲状態をＸ線照射によらないで
３次元的に表示する。 【構成】湾曲表示装置１は、第１の光ファイバー２と第
２の光ファイバー３とを可撓性部材４に沿って配置し、
光源６からの光を第１の光ファイバー２および第２の光
ファイバー３の各入口１２から導入したときに、導入さ
れた光を第１の光ファイバー２および第２の光ファイバ
ー３の出口１３において光検出器５で電気信号に変換す
るように構成してあるとともに、第１の光ファイバー２
は複数の光ファイバー対で構成しさらに各光ファイバー
対は２本の光ファイバーエレメントで構成してあり、前
記光ファイバーエレメントには接続部を形成してあり、
上述の電気信号を用いて各接続部での光ファイバーエレ
メントの軸線傾斜角を演算部１４で算定することによっ
て、可撓性部材４の湾曲状態をモニター１５に表示でき
るように構成してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、可撓性部材の湾曲を
表示する湾曲表示装置に係り、特に内視鏡の挿入部の湾
曲状態を表示する湾曲表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大腸検査等を行う場合、最近では、内視
鏡が広く用いられている。

【０００３】内視鏡を用いる際には、体腔壁の穿孔等に
よって患者に非常な苦痛を与えることがないように、可
撓性を有する挿入部を患者の体腔に沿って慎重に挿入し
ていかねばならない。

【０００４】このため、内視鏡は、挿入部の湾曲状態を
リアルタイムにモニター等に表示可能に構成してあるの
が好ましい。

【０００５】従来は、Ｘ線不透過部を形成した挿入部に
Ｘ線を照射することによって、挿入部の湾曲状態をモニ
ターに表示していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなＸ
線照射のための装置は大型であるので、このＸ線照射装
置を検査室に備えるには広いスペースが必要になるとと
もに、検査の際、Ｘ線照射装置の操作も行わねばならな
いので、術者の負担が増えるという問題を生ずる。

【０００７】また、内視鏡にＸ線が繰り返し照射される
と、内視鏡を構成する材料特性を劣化させる場合もあ
る。

【０００８】さらに、頻繁にＸ線照射を行うと被爆量が
増大するので、患者のみならず術者にも有害となるおそ
れがあるとともに、Ｘ線照射を行う分検査時間が長くな
るので、患者に与える心理的苦痛が大きくなるという問
題も生じてくる。

【０００９】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、内視鏡の挿入部等の可撓性部材の湾曲状態
を、Ｘ線照射によらないで表示可能な湾曲表示装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の湾曲表示装置は請求項１に記載したように
第１の光ファイバーと第２の光ファイバーとを可撓性部
材に沿って配置し、光源からの光を前記第１の光ファイ
バーおよび第２の光ファイバーの各入口から導入したと
きに、導入された光を前記第１の光ファイバーおよび第
２の光ファイバーの出口において光検出器で電気信号に
変換するように構成してあるとともに、前記第１の光フ
ァイバーは複数の光ファイバー対で構成しさらに各光フ
ァイバー対は２本の光ファイバーエレメントで構成して
あり、前記光ファイバーエレメントには、異なる対では
互いに異なる位置になるように同じ対ではほぼ同じ位置
になるように接続部を形成してあり、前記光ファイバー
対は、前記光ファイバーエレメントに設けた各接続部
が、互いに直交する２方向の軸線傾斜角に応じた開き角
を形成するように配置してあり、前記電気信号を用いて
前記各接続部での前記光ファイバーエレメントの軸線傾
斜角を演算部で算定することによって、前記可撓性部材
の湾曲状態をモニターに表示できるように構成してあ
る。

【００１１】

【作用】請求項１に記載したように、光ファイバー対
は、光ファイバーエレメントに設けた各接続部が、互い
に直交する２方向の軸線傾斜角に応じた開き角を形成す
るように配置してあるので、可撓性部材全体の湾曲状態
をＸ線照射によらないで３次元的に表示することができ
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の湾曲表示装置について、添付
図面を参照して説明する。

【００１３】図１は、本発明の湾曲表示装置の実施例を
示すものである。

【００１４】湾曲表示装置１は、図１(a) に示すよう
に、第１の光ファイバー２と第２の光ファイバー３とを
可撓性部材としての内視鏡の挿入部４に沿って配置して
ある。

【００１５】また、湾曲表示装置１は、光源６からの光
を第１の光ファイバー２および第２の光ファイバー３の
各入口１２から導入したときに、導入された光を第１の
光ファイバー２および第２の光ファイバー３の出口１３
において光検出器５で電気信号に変換するように構成し
てある。

【００１６】光源６は、例えば白色光を発するＸｅラン
プがよい。

【００１７】光検出器５は、第１の光ファイバー２およ
び第２の光ファイバー３の合計本数と少なくとも同数の
チャネルを持っていて、第１の光ファイバー２および第
２の光ファイバー３から出てきた光を出口１３で検出
し、検出された光量に比例した電気信号を発生させるよ
うになっており、例えばフォトダイオードアレイやＣＣ
Ｄで構成するのがよい。

【００１８】次に図２を参照して、第１の光ファイバー
２は、例えばｎ対の光ファイバー対２ａで構成してあ
り、さらに各光ファイバー対２ａは２本の光ファイバー
エレメント２ｂで構成してある。

【００１９】光ファイバーエレメント２ｂには、異なる
対では互いに異なる位置になるように同じ対ではほぼ同
じ位置になるように接続部７を形成してある。

【００２０】一方、第２の光ファイバー３は１本の光フ
ァイバーエレメント３ｂで構成してあり、接続部７を設
けていない。

【００２１】図２でわかるように、例えば、１番目の光
ファイバー対２ａには、挿入部４の開始端８（図１）か
らＬ₁ のところに接続部７を設けてあり、ｎ番目の光フ
ァイバー対２ａには、挿入部４の開始端８（図１）から
Ｌ_n のところに接続部７を設けてある。

【００２２】第１の光ファイバー２は、挿入部４内で往
復させる図１のような構成とした場合には、挿入部４の
長さＬのほぼ２倍の長さ２Ｌが必要になるが、図２には
往路に相当する部分のみを示し、接続部を設けない復路
に相当する部分は省略してある。

【００２３】図３は、接続部７の構成を示したものであ
る。

【００２４】接続部７は、光ファイバーエレメント２ｂ
の両端２１，２２が紙面に直交する軸線回りに開き角θ
₀ を形成するように両端２１，２２に傾斜を付けて突き
合わせ、弾性材料でできた円筒部材２３を両端２１，２
２付近で接着することによって、光ファイバーエレメン
ト２ｂが軸線方向の力を受けても両端２１，２２が離れ
ないように構成してある。

【００２５】円筒部材２３を構成する弾性材料は、挿入
部４の湾曲に応じて、光ファイバーエレメント２ｂが接
続部７において自由に折れ曲がることができるような程
度の剛性にする。

【００２６】接続部７は、さらに、光ファイバーエレメ
ント２ｂが所定の方向にのみ軸線が傾斜する、言い換え
れば折れ曲がるように、金属等の案内部材９で円筒部材
２３付近を囲ってある。

【００２７】図３に示す例では、光ファイバーエレメン
ト２ｂは、図３の上下方向にのみ折れ曲がることができ
るようになっている。

【００２８】図４は、接続部７における光ファイバーエ
レメント２ｂの折れ曲がりの状態を示したものである。

【００２９】ここで、接続部７における光ファイバーエ
レメント２ｂの長手方向軸線の傾斜角度を軸線傾斜角ｒ
と定義する。

【００３０】図４(a) は、軸線傾斜角ｒが０のときに開
き角θがθ₀ となり、図４(b) は、軸線傾斜角ｒがｒ₁
のときに開き角θが０となり、図４(c) では、軸線傾斜
角ｒがｒ₂ のときに開き角θがθ₁ となることを示す。

【００３１】すなわち、光ファイバーエレメント２ｂが
上方に折れ曲がる場合のｒを正とすれば、接続部７は、
光ファイバーエレメント２ｂが軸線傾斜角−ｒ₁ からｒ
₂ まで折れ曲がるにつれて、開き角が０からθ₀ を経て
θ₁ まで変化するように構成してある。

【００３２】光ファイバー対２ａの取付け状態を図５に
示す。

【００３３】光ファイバー対２ａは全部でｎ対あるが、
図面の都合上、１対のみ示してある。

【００３４】光ファイバー対２ａは、光ファイバーエレ
メント２ｂに設けた各接続部７が、互いに直交する２方
向の軸線傾斜角に応じた開き角を形成するように配置し
てある。

【００３５】光ファイバー対２ａを構成する２本の光フ
ァイバーエレメント２ｂは、図１の挿入部４の外面を構
成する外皮ゴムおよび金属メッシュのさらに内側に配置
されたフレックス１０（図５では、上述の外皮ゴムおよ
び金属メッシュを省略した）に取り付けてあり、光ファ
イバーエレメント２ｂとフレックス１０との交差部１１
は、フレックス１０の湾曲にしたがって光ファイバーエ
レメント２ｂが折れ曲がるように構成してある。

【００３６】また、図５(b) の左側の光ファイバーエレ
メント２ｂは、図３(b) の接続部７を９０度回転させて
配置してあり、図５(b) の上側の光ファイバーエレメン
ト２ｂは、図３(b) の接続部７の向きと同様に配置して
ある。

【００３７】したがって、図５(b) の左側の光ファイバ
ーエレメント２ｂに設けた接続部７は水平方向に折れ曲
がるようになっており、もう一方の接続部７は上下方向
に折れ曲がるようになっている。

【００３８】湾曲表示装置１は、このような接続部７を
通過してきた光を光検出器５で電気信号に変換し、この
電気信号を用いて、図１(b) に示すように各接続部７で
の光ファイバーエレメント２ｂの軸線傾斜角を演算部１
４で算定することによって、挿入部４の湾曲状態をモニ
ター１５に表示できるように構成してある。

【００３９】次に、本実施例の湾曲表示装置１を用い
て、内視鏡の挿入部４の湾曲状態を知る手順を説明す
る。

【００４０】内視鏡の挿入部４を患者の体腔に挿入しな
がら、光源６を作動させて、挿入部４の開始端８の付近
に設けた第１の光ファイバー２および第２の光ファイバ
ー３の入口から光を導入する。

【００４１】第１の光ファイバー２に導入された光は、
接続部７を経て挿入部４の先端まで伝わり、今度は逆方
向に伝わって開始端８に戻り光検出器５に到達する。

【００４２】一方、第２の光ファイバー３に導入された
光も同様に、第２の光ファイバー３内を伝達して光検出
器５に到達するが、この経路の途中には、上述したよう
に、接続部７が存在しない。

【００４３】次に、光検出器５は、第１の光ファイバー
２を構成するｎ対の光ファイバー対２ａの各光ファイバ
ーエレメント２ｂから出た光を、Ｉ₁ ，Ｉ₂ として電気
信号に変換するとともに、第２の光ファイバー３からの
光をＩ₀ として電気信号に変換し、これらのＩ₁ ，Ｉ₂
およびＩ₀ を演算部１４に送る。

【００４４】ここで、電流値Ｉ₁ は、図５(b) の左側に
ある光ファイバーエレメント２ｂから出た光強度を変換
した電気信号、Ｉ₂ は、上側にある光ファイバーエレメ
ント２ｂから出た光強度を変換した電気信号に対応する
ものとする。

【００４５】接続部７は、上述したように、図５(b) の
水平方向、上下方向に各々折れ曲がり可能で、各方向の
折れ曲がりの程度、すなわち各方向の軸線傾斜角に対応
した開き角θを形成するように配置してあるので、挿入
部４が、例えば図５(b) の上下方向に湾曲して軸線が−
ｒ₁ 傾斜した場合には、接続部７は、図５(b) の上側だ
けが折れ曲がり左側は折れ曲がらないので、Ｉ₁ は、開
き角がθ₀ （軸線傾斜角が零）に相当する電流値を出力
し、Ｉ₂ は、開き角が零に相当する電流値を出力する。

【００４６】同様に、挿入部４が例えば図５(b) の水平
方向に湾曲して軸線がｒ₂ 傾斜した場合には、接続部７
は図５(b) の左側だけが折れ曲がり上側は折れ曲がらな
いので、Ｉ₁ は、開き角がθ₁ に相当する電流値を出力
し、Ｉ₂ は、θ₀ （軸線傾斜角が零）に相当する電流値
を出力する。

【００４７】挿入部４が図５(b) の斜め方向に湾曲した
場合には、各接続部７は、各々、水平方向、上下方向の
軸線傾斜角に対応する開き角を形成し、Ｉ₁ ，Ｉ₂ はこ
れらの開き角に相当する電流値を出力する。

【００４８】演算部１４は、電流値Ｉ₁ ，Ｉ₂ およびＩ
₀ から、以下のように軸線傾斜角ｒを評価する。

【００４９】すなわち、光ファイバーエレメント２ｂを
伝達してきた光は、図３に示す接続部７のところにくる
と、その接続部７の開き角θに応じて光が漏れて光強度
が低下する。

【００５０】この光強度の低下は、光検出器５で検出さ
れる電気信号の電流値によって知ることができる。

【００５１】したがって、軸線傾斜角ｒを変数として、
上述の電流値の低下の度合いを伝達光量損失関数として
予め理論あるいは実験で評価しておけば、光強度に対応
する電流値Ｉを検出することにより、逆に軸線傾斜角ｒ
を求めることができる。

【００５２】伝達光量損失関数の例を図６に示す。

【００５３】この関数は、横軸に軸線傾斜角ｒ、縦軸に
伝達光量損失Ｉ_S ／Ｉをとったものである。

【００５４】ここで、Ｉ_S は、接続部７を設けた光ファ
イバーエレメント２ｂから出た光を光検出器５で変換し
たときの電流値であり、Ｉは、接続部７を設けない光フ
ァイバーエレメント３ｂから出た光を光検出器５で変換
したときの電流値を示す。

【００５５】この関数からわかるように、ｒ＝ｒ₁ すな
わち、図４(b) で示すように開き角θが零のときには、
電流値はほとんど低下せず、ｒが大きくなるにつれて開
き角θも大きくなるので、開いた部分から光が漏れて光
強度が低下し、電流値の低下の程度も大きくなることを
示している。

【００５６】演算部１４は、この伝達光量損失関数をテ
ーブルとしてメモリー（図示せず）に記憶しておき、Ｉ
₁ ，Ｉ₂ およびＩ₀ が入力されたときに、Ｉ₁ ／Ｉ₀ お
よびＩ₂ ／Ｉ₀ を計算する。

【００５７】次いで、伝達光量損失関数をメモリーから
ロードし、これらのＩ₁ ／Ｉ₀ およびＩ₂ ／Ｉ₀ に対応
する軸線傾斜角ｒ₁ , ｒ₂ を評価する。

【００５８】光ファイバー対２ａはｎ対あるので、この
手順をｎ回繰り返すことによって、異なるｎ箇所におけ
る光ファイバー対２ａの２方向の軸線傾斜角を評価す
る。

【００５９】次いで、ｎ箇所での２方向の軸線傾斜角ｒ
₁ , ｒ₂ および各接続部７の位置Ｌ1 , ・・・Ｌn を用
いて各接続部７の空間座標を計算する。

【００６０】空間座標を計算するには、例えばまず、１
番目の接続部７の座標位置を原点とし、ここから１番目
の接続部７での軸線傾斜角ｒ₁ , ｒ₂ の方向に距離Ｌ1
だけ伸ばし、次いで、その終点で、２番目の接続部７で
の軸線傾斜角ｒ₁ , ｒ₂ の方向に距離（Ｌ2 −Ｌ1 ）だ
け伸ばす。

【００６１】ｒ₁ , ｒ₂ が両方とも零でない場合、すな
わち、挿入部４が図５(b) で斜め方向に湾曲している場
合は両者を合成した方向に距離を伸ばすことになる。

【００６２】上述の手順をｎ番目の接続部７まで順次繰
り返すことによって、ｎ箇所ある接続部７の空間座標位
置をすべて特定する。

【００６３】次いで、得られた空間座標に基づいて挿入
部４の湾曲状態を示す画像データを作成し、モニター１
５に三次元的に表示すれば、内視鏡の挿入部４の全体を
立体的に観察することができる。

【００６４】ここで、接続部７の個数を増やして座標評
価点を多くすることにより、表示された立体画像を、実
際の挿入部４の湾曲状態にもっと近付けることができ
る。

【００６５】なお、本実施例では、第１および第２の光
ファイバー２、３を、開始端８と先端部分との間で往復
させる構成としたが、第１および第２の光ファイバー
２、３を挿入部４に沿ってその長さ分だけ配置し、小型
の光源６を挿入部４の先端部分に設けるとともに、この
先端部分から開始端８に向かって第１および第２の光フ
ァイバー２、３に光を伝達させるような構成にすれば、
第１の光ファイバー２および第２の光ファイバー３の長
さを挿入部４の長さＬにすることができる。

【００６６】また、接続部７の遠い側の端２２に反射鏡
（図示せず）を設けておき、光ファイバーエレメント２
ｂを伝達してきた光が反射鏡で反射するような構成にし
ておけば、開き角θに応じて反射強度も変化させること
ができるので、本実施例の構成と同様の作用を得ること
ができ、この場合は、光ファイバーエレメント２ｂの長
さを挿入部４の長さＬ以下にすることができる。

【００６７】また、本実施例では、第１の光ファイバー
２および第２の光ファイバー３を用いたが、接続部７以
外での伝達光量の損失を無視できる場合には、軸線傾斜
角ｒを変数として、出口１３での光強度の変換電流値を
入口１２での光強度の変換電流値で除した伝達光量関数
を予め求めておけば、Ｉ₁ 、Ｉ₂ を、入口に設けた光検
知器（図示せず）での変換電流値で除し、この除した値
を上述の伝達光量関数に適用することにより、軸線傾斜
角ｒ₁ , ｒ₂ を求めることができるので、第２の光ファ
イバー３は不要である。

【００６８】さらに、本実施例では、図５(b) に示した
ように、光ファイバー対２ａの光ファイバーエレメント
２ｂは、直角の円弧をなすようにフレックス１０の内周
に固定したが、フレックス１０の湾曲に応じて上述した
各方向に折れ曲がり可能であれば、光ファイバーエレメ
ント２ｂは、フレックス１０のどこに固定してもよい。
したがって、両者を隣接させて配置してもよいし直径方
向で向かい合うように配置してもよい。

【００６９】したがって、合計（２ｎ＋１）本の光ファ
イバーエレメントを挿入部４内のフレックス１０に対し
てどのように配置するかは任意である。

【００７０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の湾曲表示装
置は、第１の光ファイバーと第２の光ファイバーとを可
撓性部材に沿って配置し、光源からの光を前記第１の光
ファイバーおよび第２の光ファイバーの各入口から導入
したときに、導入された光を前記第１の光ファイバーお
よび第２の光ファイバーの出口において光検出器で電気
信号に変換するように構成してあるとともに、前記第１
の光ファイバーは複数の光ファイバー対で構成しさらに
各光ファイバー対は２本の光ファイバーエレメントで構
成してあり、前記光ファイバーエレメントには、異なる
対では互いに異なる位置になるように同じ対ではほぼ同
じ位置になるように接続部を形成してあり、前記光ファ
イバー対は、前記光ファイバーエレメントに設けた各接
続部が、互いに直交する２方向の軸線傾斜角に応じた開
き角を形成するように配置してあり、前記電気信号を用
いて前記各接続部での前記光ファイバーエレメントの軸
線傾斜角を演算部で算定することによって、前記可撓性
部材の湾曲状態をモニターに表示できるように構成した
ことにより、可撓性部材全体の湾曲状態をＸ線照射によ
らないで３次元的に表示することができる。

【００７１】さらに、Ｘ線照射装置の設備が不要になる
ため、検査室として広いスペースを確保する必要がなく
なる。

【００７２】また、例えば内視鏡等の検査装置にＸ線が
繰り返し照射されることによる検査体の特性の劣化を回
避することができる。

【００７３】さらに、Ｘ線を照射する必要がないので、
患者のみならず術者に対しても安全を確保することがで
きるとともに、Ｘ線照射中に患者に心理的苦痛を与える
こともない。

【００７４】また本発明の湾曲表示装置は、内視鏡の挿
入部に限定されるものではなく、肉眼観察不可能な可撓
性部材の湾曲状態を知りたい場合に広く適用可能であ
り、あるいは肉眼観察できる場合でも可撓性部材の湾曲
状態を空間座標で特定したい場合にも適用できる。

【００７５】例えば、超音波センサーを備えた検査アー
ムの湾曲状態あるいは先端に設けた超音波センサーの位
置を空間座標で特定したい場合にも本発明の湾曲表示装
置を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の湾曲表示装置の実施例を示す概略斜視
図およびブロック図。

【図２】第１の光ファイバー２および第２の光ファイバ
ー３を接続部７の位置とともに示した略図。

【図３】(a) は接続部７の側面図、(b) は(a) のＡ−Ａ
線に沿う横断面図。

【図４】第１の光ファイバー２の軸線傾斜角ｒと接続部
７の開き角θとの関係を示した図。

【図５】(a) は第１の光ファイバー２の取り付け状態を
示した図、(b) はＢ−Ｂ線に沿う横断面図。

【図６】光量伝達損失関数の一例を示したグラフ。

【符号の説明】

１ 湾曲表示装置 ２ 第１の光ファイバー ２ａ 光ファイバー対 ２ｂ 光ファイバーエレメント ３ 第２の光ファイバー ４ 挿入部 ５ 光検出器 ６ 光源 ７ 接続部 ８ 開始端 ９ 案内部材 １０ フレックス １１ 交差部 １２ 入口 １３ 出口 １４ 演算部 １５ モニター ２１ 光ファイバーエレメントの一方の傾斜端 ２２ 光ファイバーエレメントの他方の傾斜端

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｍ 8626−5Ｃ Ｕ 8626−5Ｃ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の光ファイバーと第２の光ファイバ
   ーとを可撓性部材に沿って配置し、光源からの光を前記
   第１の光ファイバーおよび第２の光ファイバーの各入口
   から導入したときに、導入された光を前記第１の光ファ
   イバーおよび第２の光ファイバーの出口において光検出
   器で電気信号に変換するように構成してあるとともに、
   前記第１の光ファイバーは複数の光ファイバー対で構成
   しさらに各光ファイバー対は２本の光ファイバーエレメ
   ントで構成してあり、前記光ファイバーエレメントに
   は、異なる対では互いに異なる位置になるように同じ対
   ではほぼ同じ位置になるように接続部を形成してあり、
   前記光ファイバー対は、前記光ファイバーエレメントに
   設けた各接続部が、互いに直交する２方向の軸線傾斜角
   に応じた開き角を形成するように配置してあり、前記電
   気信号を用いて前記各接続部での前記光ファイバーエレ
   メントの軸線傾斜角を演算部で算定することによって、
   前記可撓性部材の湾曲状態をモニターに表示できるよう
   に構成したことを特徴とする湾曲表示装置。