JPWO2019159363A1 - 可撓管挿入装置、可撓管の挿入制御装置、および、可撓管の挿入制御方法 - Google Patents

Abstract

可撓管挿入装置（１０）は、対象の管路に挿入される可撓管（２４ｃ）と、可撓管の形状を算出する形状算出システム（９０）と、形状算出システムによって算出された前記可撓管の形状の情報に基づいて、可撓管における２つの湾曲部の形成を検出する湾曲検出回路（１１０）と、２つの湾曲部の三次元位置関係を算出する位置関係算出回路（１４０）と、三次元位置関係に基づいて可撓管の各部の剛性を制御する剛性制御システム（８０）とを備えている。

Description

本発明は、対象の管路に挿入される可撓管を有する可撓管挿入装置に関する。

可撓管挿入装置のひとつとして、内視鏡を有する内視鏡装置がある。内視鏡は、対象の管路に挿入される柔軟で細長い挿入部を有している。挿入部は、撮像素子を先端部に有している。挿入部はまた、可撓管からなる軟性管を含んでいる。また、内視鏡のひとつとして、大腸への挿入を意図して設計された大腸内視鏡がある。

大腸は、肛門側から直腸・結腸・盲腸に大別され、さらに、結腸は、直腸側からＳ状結腸・下行結腸・横行結腸・上行結腸に区分される。一般に、Ｓ状結腸や横行結腸は腹部内で固定されておらず、容易に動く。このような腸管内に内視鏡の挿入部が挿入されると、挿入部は腸壁に沿って曲がりながら腸管内を進む。

大腸に挿入された挿入部は、特にＳ状結腸において、軟性管がループ形状を呈することがある。挿入部をさらに奥へ進入させる場合、操作者は、軟性管にループを形成させながら、挿入部を下行結腸深部まで進行させることがある。

国際公開第２０１６／１５１８４６号は、ループが形成された挿入部の挿入性を向上させる技術として、ループの湾曲部の先端側の部分の剛性を高くする技法を開示している。

また、国際公開第２０１６／１９９３０５号は、ループが形成された挿入部の挿入性を向上させる別の技術として、過去の挿入パターンに基づいて挿入部の各部の剛性を変化させるとともに、挿入部の挿入に伴う管路の形状の変化に応じて各部の剛性を制御する技法を開示している。

国際公開第２０１６／１５１８４６号と国際公開第２０１６／１９９３０５号のいずれも、挿入部の形状に合わせて各部の剛性を変化させることを開示しているが、挿入部のループ形状に応じて挿入部の各部の剛性を制御することについては教示も示唆もしていない。

本発明は、軟性管にループが形成された挿入部の挿入性が向上された可撓管挿入装置を提供する。

可撓管挿入装置は、対象の管路に挿入される可撓管と、前記可撓管の形状を算出する形状算出システムと、前記形状算出システムによって算出された前記可撓管の形状の情報に基づいて、前記可撓管における２つの湾曲部の形成を検出する湾曲検出回路と、前記２つの湾曲部の三次元位置関係を算出する位置関係算出回路と、前記三次元位置関係に基づいて前記可撓管の各部の剛性を制御する剛性制御システムとを備えている。

図１は、実施形態に係る可撓管挿入装置を示している。 図２は、図１に示された可撓管挿入装置の機能ブロックを示している。 図３は、図２に示された剛性制御システムの構成例における剛性可変装置と剛性制御回路を示している。 図４は、図２に示された剛性制御システムの別の構成例における剛性可変装置を示している。 図５は、図２に示された剛性制御システムの別の構成例に係る剛性制御システムを示している。 図６は、図２に示された剛性制御システムの別の構成例における剛性可変装置の基本構成を示している。 図７は、図２に示された剛性制御システムの別の構成例における剛性可変装置と剛性制御回路を模式的に示している。 図８は、図２に示された形状算出システムの構成例に係る形状算出システムを模式的に示している。 図９は、図２に示された形状算出システムの形状センサの別の構成例を示している。 図１０は、図９に示されたファイバセンサを含む形状算出システムの構成を示している。 図１１Ａは、図１０に示された形状算出システムを説明するための図であり、光導通部材の曲がりの内側に湾曲センサがくるように光導通部材が曲げられたときの光の伝達を概略的に示している。 図１１Ｂは、図１０に示された形状算出システムを説明するための図であり、光導通部材が曲げられていないときの光の伝達を概略的に示している。 図１１Ｃは、図１０に示された形状算出システムを説明するための図であり、光導通部材の曲がりの外側に湾曲センサがくるように光導通部材が曲げられたときの光の伝達を概略的に示している。 図１２は、大腸に挿入された挿入部を示している。 図１３は、２つの湾曲部が形成された挿入部を示している。 図１４は、先端側仮想平面と基端側仮想平面の斜視図である。 図１５は、先端側仮想平面と基端側仮想平面の側面図である。 図１６は、基端側仮想平面によって定められるＸｂＹｂＺｂ座標系における、軟性管のループ形状の３つのパターンのひとつであるＡパターンのループ形状の軟性管を示している。 図１７は、基端側仮想平面によって定められるＸｂＹｂＺｂ座標系における、軟性管のループ形状の別のパターンであるＢパターンのループ形状の軟性管を示している。 図１８は、基端側仮想平面によって定められるＸｂＹｂＺｂ座標系における、軟性管のループ形状のまた別のパターンであるＣパターンのループ形状の軟性管を示している。 図１９は、剛性可変装置の剛性Ｋと、手元側における同じ挿入操作に対して剛性可変装置が設けられた軟性管の部分が先に進もうとする力Ｆとの関係を示すグラフである。 図２０は、図２に示された可撓管挿入装置における挿入部の挿入支援動作における処理のフローチャートを示している。 図２１は、図２に示された位置関係算出回路の構成例を示している。 図２２は、大腸に挿入された挿入部の各部の曲率半径を示すグラフである。 図２３は、２つの仮想平面の交差角の大きさと、剛性可変装置の制御目標値との関係を示すグラフである。 図２４は、アンテナによって定められるＸＹＺ座標系における、挿入部が呈するループ形状のＡパターンを示している。 図２５は、アンテナによって定められるＸＹＺ座標系における、挿入部が呈するループ形状のＢパターンを示している。 図２６は、アンテナによって定められるＸＹＺ座標系における、挿入部が呈するループ形状のＣパターンを示している。 図２７は、軟性管のループ形状のパターンと、高剛性化部分に位置する剛性可変装置の制御目標値との関係を示すグラフである。

ここでは、本実施形態に係る可撓管挿入装置について、医療用内視鏡に適用した例を説明する。医療用内視鏡は、例えば、上部消化管内視鏡、大腸内視鏡、超音波内視鏡、膀胱鏡、腎盂鏡であってよい。本実施形態に係る可撓管挿入装置は、医療用内視鏡に限らず、可撓管を操作して挿入や処置などの操作を行う機器に汎用的に適用できる。そのような機器としては、例えば、カテーテルや医療用マニピュレータなどがある。さらには、本実施形態に係る可撓管挿入装置は、工業用内視鏡であってもよい。

［可撓管挿入装置１０］
図１は、本実施形態に係る可撓管挿入装置１０を示している。可撓管挿入装置１０は、内視鏡２０と、内視鏡２０が接続される挿入制御装置３０と、挿入制御装置３０に接続される表示装置４０と、挿入制御装置３０に接続される入力装置５０を有している。

内視鏡２０は、観察対象の管路に挿入される細長い挿入部２４と、挿入部２４の基端部に連結された操作部２２と、操作部２２から延びたユニバーサルコード２６とを有している。

挿入部２４は、硬質に構成された硬質先端部２４ａと、硬質先端部２４ａの基端側に連結された能動湾曲部２４ｂと、能動湾曲部２４ｂの基端側に連結された可撓管である軟性管２４ｃを有している。硬質先端部２４ａは、例えば、観察対象を照明する照明光を射出する照明光射出ユニットと、観察対象を撮像する撮像素子を内蔵されている。能動湾曲部２４ｂは、操作部２２を操作することによって、所望の方向に湾曲し得る。つまり、能動湾曲部２４ｂは、能動的に湾曲可能に構成されている。軟性管２４ｃは、受動的に湾曲可能に構成されている。例えば、軟性管２４ｃは、観察対象の管路に挿入されたときに、管路の形状に倣って湾曲する。

操作部２２は、軟性管２４ｃの基端側に連結された折れ止め部２２ａと、折れ止め部２２ａの基端側に連結された把持部２２ｂとを有している。折れ止め部２２ａには、挿入部２４内に延びている挿通チャンネルにつながる処置具挿通口２２ｃが設けられている。把持部２２ｂは、能動湾曲部２４ｂを湾曲操作するための湾曲操作ダイヤル２２ｄと、送気や送水や吸引や撮影等をおこなうための複数のスイッチ２２ｅを有している。

内視鏡２０は、ユニバーサルコード２６によって挿入制御装置３０に接続される。ユニバーサルコード２６は、挿入制御装置３０に着脱可能な接続部２８を有している。接続部２８は、内視鏡２０と挿入制御装置３０の間で送受信されるデータのインターフェースとして機能する。

表示装置４０は、内視鏡２０による観察画像等の各種情報を表示する機器である。表示装置４０は、ケーブル４２を介して挿入制御装置３０に接続されている。表示装置４０は、これに限らないが、例えば液晶ディスプレイで構成されてよい。

入力装置５０は、例えば、キーボードなどの一般的な入力用機器である。入力装置５０は、ケーブル５２を介して挿入制御装置３０に接続されている。入力装置５０には、内視鏡２０を動作させるための各種指令などが入力される。入力装置５０は、挿入制御装置３０に設けられた操作パネルで構成されてもよい。あるいは、入力装置５０は、表示装置４０の表示画面を構成するタッチパネルで構成されてもよい。

挿入制御装置３０は、内視鏡２０を制御する機能と、入力装置５０を介して種々の情報を取得する機能と、種々の情報を表示装置４０に出力する機能を有している。挿入制御装置３０は、例えば、コンピュータを含んでいる。つまり、挿入制御装置３０は、予めプログラムされたソフトウェアに従って動作するプロセッサと、ソフトウェアや必要な情報を記憶しておく記憶装置とを含んでいる。挿入制御装置３０内の後述する種々の回路（たとえば、画像処理回路７６、剛性制御回路８６、形状算出回路９６等）は、プロセッサと記憶装置との組み合わせによって構成される。あるいは、挿入制御装置３０内の種々の回路は、専用の回路や複数の汎用の回路を組み合わせて構成されてもよい。

図２は、図１に示された可撓管挿入装置１０の機能ブロックを示している。図２に示されるように、可撓管挿入装置１０は、観察対象を照明するための照明システム６０と、観察対象を撮像するための撮像システム７０を有している。

照明システム６０は、観察対象を照明するための光を射出する光源装置６２と、光源装置６２から射出された光を導光する導光部材６４と、導光部材６４によって導光された光を内視鏡２０の外に射出する光射出ユニット６６とを有している。

光源装置６２は、挿入制御装置３０の内部に配置されている。導光部材６４は、内視鏡２０の内部を延びている。詳しくは、導光部材６４は、挿入制御装置３０に着脱可能な接続部２８から、ユニバーサルコード２６と操作部２２と挿入部２４の内部を通り、硬質先端部２４ａまで延びている。導光部材６４は、例えば、単線の光ファイバで構成されてよく、あるいは、複数の光ファイバが束ねられたバンドルファイバで構成されてよい。光射出ユニット６６は、硬質先端部２４ａに配置されており、導光部材６４と光学的に接続されている。

言い換えれば、光源装置６２は、内視鏡２０と協働して、詳しくは内視鏡２０内の導光部材６４および光射出ユニット６６と協働して、照明システム６０を構成している。

光源装置６２から射出された光は、導光部材６４に入射する。導光部材６４に入射した光は、導光部材６４によって導光され、光射出ユニット６６に入射する。光射出ユニット６６に入射した光は、光射出ユニット６６によって、内視鏡２０の外に射出される。内視鏡２０の外に射出された光は、例えば、観察対象に照射される。観察対象に照射された光は、例えば、観察対象によって反射されたり散乱されたりする。

撮像システム７０は、照明システム６０によって照明された観察対象の光学像を取得する撮像素子７２と、撮像素子７２によって取得された観察対象の光学像の画像信号を処理する画像処理回路７６とを有している。撮像素子７２は、硬質先端部２４ａに設置されている。画像処理回路７６は、挿入制御装置３０の内部に配置されている。撮像素子７２は、例えば撮像ケーブル７４によって、画像処理回路７６と電気的に接続されている。

撮像素子７２によって取得された観察対象の光学像の画像信号は画像処理回路７６に供給される。画像処理回路７６は、供給された画像信号に対して必要な画像処理を行い、画像処理された画像信号を表示装置４０に供給する。表示装置４０は、供給された画像信号に従って画像を表示する。

ここでは、便宜上、挿入制御装置３０が光源装置６２と画像処理回路７６を含んでいるとして説明しているが、挿入制御装置３０が必ずしも光源装置６２と画像処理回路７６を含んでいる必要はない。光源装置６２と画像処理回路７６は挿入制御装置３０とは別体に構成されてもよい。

可撓管挿入装置１０はまた、挿入部２４の軟性管２４ｃの各部の剛性を制御する剛性制御システム８０と、挿入部２４の形状を算出する形状算出システム９０とを有している。

剛性制御システム８０は、複数の剛性可変装置８２と、複数の剛性可変装置８２を独立に制御する剛性制御回路８６とを有している。複数の剛性可変装置８２は、挿入部２４の長手軸に沿って軟性管２４ｃに並べて設けられている。各剛性可変装置８２は、その剛性可変装置８２が設けられた軟性管２４ｃの部分の剛性を変更することが可能に構成されている。剛性制御システム８０の詳細は後述する。

形状算出システム９０は、挿入部２４の各部の形状情報を取得する形状センサ９２と、形状センサ９２によって取得された挿入部２４の各部の形状情報に基づいて挿入部２４の全体の形状を算出する形状算出回路９６とを有している。形状算出システム９０の詳細は後述する。

挿入制御装置３０は、軟性管２４ｃにおける２つの湾曲部の形成を検出する湾曲検出回路１１０と、２つの湾曲部の三次元位置関係を算出する位置関係算出回路１４０とを備えている。湾曲検出回路１１０と位置関係算出回路１４０の詳細は後述する。

〔剛性制御システムの構成例１〕
図３は、剛性制御システム８０の構成例における剛性可変装置２１０と剛性制御回路２５０を示している。図３に示されるように、剛性可変装置２１０は、異なる剛性状態を取り得ることにより軟性管２４ｃに異なる剛性を提供する機能を有しており、第一の相と第二の相の間で相が移り変わり得る形状記憶部材２２０と、形状記憶部材２２０に第一の相と第二の相の間の相の移り変わりを引き起こさせる複数の誘起部材２３０を備えている。

形状記憶部材２２０は、第一の相にあるときは、外力に従って容易に変形し得る軟質状態を取り、すなわち低い弾性係数を示し、したがって、軟性管２４ｃに比較的低い剛性を提供する。また、形状記憶部材２２０は、第二の相にあるときは、外力に抗してあらかじめ記憶している記憶形状を取る傾向を示す硬質状態を取り、すなわち高い弾性係数を示し、したがって、軟性管２４ｃに比較的高い剛性を提供する。

各誘起部材２３０は、熱を発する性能を有している。形状記憶部材２２０は、誘起部材２３０の加熱に対して、第一の相から第二の相に相が移り変わる性質を有している。

形状記憶部材２２０は細長く、複数の誘起部材２３０は、形状記憶部材２２０の長手軸に沿って間隔を置いて配置されている。

形状記憶部材２２０は、例えば形状記憶合金から構成されていてよい。形状記憶合金は、これに限らないが、例えばＮｉＴｉを含む合金であってよい。また、形状記憶部材２２０は、これに限らず、形状記憶ポリマー、形状記憶ゲル、形状記憶セラミックなど、他の材料から構成されていてもよい。

誘起部材２３０は、例えばヒーターで構成されていてよい。つまり、誘起部材２３０は、それを通って流れる電流の供給に対して熱を発する性質を有していてよい。誘起部材２３０は、例えば電熱線、つまり電気抵抗の大きい導電性部材であってよい。また、誘起部材２３０は、熱を発する性能を有していればよく、ヒーターに限らず、撮像素子、ライトガイド、そのほかの素子や部材等で構成されていてもよい。さらには、誘起部材２３０は、化学反応によって熱を発する構造体で構成されていてもよい。

形状記憶部材２２０は、導電性材料から構成されていてよい。例えば、形状記憶部材２２０の周囲には絶縁膜２４２が設けられている。絶縁膜２４２は、形状記憶部材２２０と誘起部材２３０の間の短絡を防止する働きをする。

誘起部材２３０は、導電性材料から構成されていてよい。例えば、誘起部材２３０の周囲には絶縁膜２４４が設けられている。絶縁膜２４４は、形状記憶部材２２０と誘起部材２３０の間の短絡と、誘起部材２３０の隣接する部分間の短絡を防止する働きをする。

剛性制御回路２５０は、複数の誘起部材２３０をそれぞれ駆動する複数の駆動回路２５２を含んでいる。各駆動回路２５２は、電源２５４とスイッチ２５６を含んでいる。各駆動回路２５２は、対応の誘起部材２３０の両端に電気的に接続されている。各駆動回路２５２は、スイッチ２５６のオンすなわち閉じ動作に応じて、対応の誘起部材２３０に電流を供給し、また、スイッチ２５６のオフすなわち開き動作に応じて、対応の誘起部材２３０に対する電流の供給を停止する。誘起部材２３０は、電流の供給に応じて熱を発する。

形状記憶部材２２０は、ワイヤ状であってよい。誘起部材２３０は、形状記憶部材２２０の近くに配されている。誘起部材２３０は、コイル状であってよく、形状記憶部材２２０は、コイル状の誘起部材２３０の内側を通って延びていてよい。

駆動回路２５２のスイッチ２５６がオフ状態にあるとき、形状記憶部材２２０は、弾性係数が低い軟質状態である第一の相にある。第一の相では、形状記憶部材２２０は、外力に従って容易に変形する状態にある。

駆動回路２５２のスイッチ２５６がオン状態に切り換えられると、誘起部材２３０に電流が流れ、誘起部材２３０が熱を発する。その結果、形状記憶部材２２０は、弾性係数が高い硬質状態である第二の相に移り変わる。この第二の相では、形状記憶部材２２０は記憶形状を取る傾向を示す。

形状記憶部材２２０が第一の相にあるとき、剛性可変装置２１０は、比較的低い剛性を軟性管２４ｃに提供し、軟性管２４ｃに作用する外力すなわち形状記憶部材２２０を変形させ得る力に従って容易に変形する。

また、形状記憶部材２２０が第二の相にあるとき、剛性可変装置２１０は、比較的高い剛性を軟性管２４ｃに提供し、軟性管２４ｃに作用する外力すなわち形状記憶部材２２０を変形させ得る力に抗して記憶形状に戻る傾向を示す。

例えば、各誘起部材２３０の近くに位置している形状記憶部材２２０の部分の相が剛性制御回路２５０によって第一の相と第二の相の間で切り換えられることによって、軟性管２４ｃの剛性が切り換えられる。複数の誘起部材２３０に対する電流の供給は剛性制御回路２５０によって独立に切り換えられることにより、形状記憶部材２２０の複数の部分の相が独立して切り換えられ、したがって、軟性管２４ｃの複数の部分の剛性が独立して切り換えられる。これにより、剛性可変装置２１０は、所望の複雑な剛性分布を軟性管２４ｃに提供することが可能である。

〔剛性制御システムの構成例２〕
図４は、剛性制御システム８０の別の構成例における剛性可変装置３１０を示している。図４は、高剛性状態から低剛性状態への剛性可変装置３１０の剛性の切り替えの様子を示している。図４において、高剛性状態にある剛性可変装置３１０が上側に描かれ、低剛性状態にある剛性可変装置３１０が下側に描かれている。

剛性可変装置３１０は、装着対象である軟性管２４ｃに異なる剛性を提供するための装置である。剛性可変装置３１０は、第１の長手部材３２０と、第２の長手部材３３０を備えている。第２の長手部材３３０は、第１の長手部材３２０に沿って隣接して配置されている。例えば、第１の長手部材３２０は外管で構成され、第２の長手部材３３０は、外管の内部に配置された芯部材で構成されている。例えば、外管は、軸に垂直な断面形状が環形状であり、芯部材は、軸に垂直な断面の外周が円形状である。この場合、どの方向の曲がりに対しても安定した曲げ剛性を提供する。

第１の長手部材３２０は、複数の高曲げ剛性部３２２と複数の低曲げ剛性部３２４を備えている。例えば、第１の長手部材３２０は、６つの高曲げ剛性部３２２と５つの低曲げ剛性部３２４を備えている。高曲げ剛性部３２２と低曲げ剛性部３２４は、第１の長手部材３２０の軸に沿って連続して交互に並んで配置されている。高曲げ剛性部３２２は、低曲げ剛性部３２４の曲げ剛性よりも高い曲げ剛性を有している。このため、第１の長手部材３２０は、低曲げ剛性部３２４の部分では比較的曲がりやすく、高曲げ剛性部３２２の部分では比較的曲がりにくい。

第２の長手部材３３０は、複数の非曲がり規制部３３２と複数の曲がり規制部３３４を備えている。例えば、第２の長手部材３３０は、６つの非曲がり規制部３３２と５つの曲がり規制部３３４を備えている。非曲がり規制部３３２と曲がり規制部３３４は、第２の長手部材３３０の軸に沿って連続して交互に並んで配置されている。曲がり規制部３３４は、非曲がり規制部３３２の曲げ剛性よりも高い曲げ剛性を有している。このため、第２の長手部材３３０は、非曲がり規制部３３２の部分では比較的曲がりやすく、曲がり規制部３３４の部分では比較的曲がりにくい。例えば、非曲がり規制部３３２は、比較的径の細い細径部で構成され、曲がり規制部３３４は、比較的径の太い太径部で構成される。曲がり規制部３３４は、例えば、端部から反対側の端部までの太さが一定である。

この剛性可変装置３１０では、第１の長手部材３２０に対する第２の長手部材３３０の相対位置が変更されることによって、低曲げ剛性部３２４における本剛性可変装置の曲げ剛性が、相対的に高い状態である高剛性状態と、相対的に低い状態である低剛性状態との間で切り替え可能である。

高剛性状態から低剛性状態への切り替えは、第１の長手部材３２０の軸に沿った第１の長手部材３２０に対する第２の長手部材３３０の相対移動によっておこなわれる。

高剛性状態では、第１の長手部材３２０の低曲げ剛性部３２４を含む範囲に第２の長手部材３３０の曲がり規制部３３４が配置されている。曲がり規制部３３４は、第１の長手部材３２０の低曲げ剛性部３２４の曲がりを規制する。このように、第２の長手部材３３０が、第１の長手部材３２０の曲がりを規制することによって、剛性可変装置３１０が高剛性状態すなわち硬い状態となる。

また、低剛性状態では、第１の長手部材３２０の低曲げ剛性部３２４を含む範囲に第２の長手部材３３０の非曲がり規制部３３２が配置されている。非曲がり規制部３３２は、曲がり規制部３３４と比較して、第１の長手部材３２０の低曲げ剛性部３２４の曲がりを規制する程度が低い。このため、剛性可変装置３１０は、低曲げ剛性部３２４の部分で曲がりやすい低剛性状態すなわち柔らかい状態となる。

また別の見方によれば、第１の長手部材３２０は、高剛性状態において、曲がり規制部３３４によって曲がりが規制される被規制部３４２を有している。被規制部３４２は、第１の長手部材３２０の第１の高曲げ剛性部３２２の一部３４４と、第１の高曲げ剛性部３２２に隣接する低曲げ剛性部３２４と、低曲げ剛性部３２４を第１の高曲げ剛性部３２２とで挟む第２の高曲げ剛性部３２２の一部３４６とを含んでいる。言い換えれば、被規制部３４２は、低曲げ剛性部３２４と、低曲げ剛性部３２４の一方の側たとえば図４の左側に位置する高曲げ剛性部３２２の一部３４４と、低曲げ剛性部３２４の他方の側たとえば図４の右側に位置する高曲げ剛性部３２２の一部３４６とを含んでいる。被規制部３４２の長さすなわち第１の長手部材３２０の軸に沿った被規制部３４２の寸法は、曲がり規制部３３４の長さすなわち第２の長手部材３３０の軸に沿った寸法に等しい。

被規制部３４２に対応する位置に曲がり規制部３３４があるとき、曲がり規制部３３４は低曲げ剛性部３２４の曲がりを規制する。これに対して、被規制部３４２に対応する位置に非曲がり規制部３３２があるとき、非曲がり規制部３３２は、被規制部３４２に対応する位置に曲がり規制部３３４があるときよりも少なく低曲げ剛性部３２４の曲がりを規制する。したがって、被規制部３４２に対応する位置に曲がり規制部３３４があるときには、被規制部３４２に対応する位置に非曲がり規制部３３２があるときよりも、被規制部３４２の領域における剛性可変装置３１０の曲げ剛性が高まる。

第１の長手部材３２０と第２の長手部材３３０の曲がり規制部３３４の間には隙間がある。この場合、高剛性状態において、被規制部３４２の曲がりの大きさが、特定の曲がりの大きさである規制発生点以上となったときに、曲がり規制部３３４が被規制部３４２の曲がりの拡大を規制し、被規制部３４２の部分の剛性可変装置３１０の曲げ剛性を高める。その結果、剛性可変装置３１０の曲げ剛性は、曲がり始めは低いままだが、曲がりが一定以上大きくなり、隙間が埋まったときに急激に剛性が高まる。

このように、第１の長手部材３２０と第２の長手部材３３０の相対移動によって、剛性可変装置３１０の剛性を、高剛性すなわち硬い状態と低剛性すなわち柔らかい状態の間で切り替えることができる。

低剛性状態では、第１の長手部材３２０は、低曲げ剛性部３２４において曲がりやすい。これに対して、高剛性状態では、第１の長手部材３２０は、低曲げ剛性部３２４においても曲がりにくい。したがって、剛性可変装置３１０における低剛性状態と高剛性状態の切り替えは、関節をロックまたはロック解除する動きと言える。

〔剛性制御システムの構成例３〕
図５は、剛性制御システム８０の別の構成例に係る剛性制御システム４１０を示している。図５に示すように、剛性制御システム４１０は、軟性管２４ｃに装着される剛性可変装置４２０と、剛性可変装置４２０を制御する制御装置４８０とを有している。形状記憶部材４４２において、高剛性状態（硬質状態）である部位（被加熱部４４２ａ）が黒塗りで示されている。

剛性可変装置４２０は、軟性管２４ｃに異なる剛性を提供し、軟性管２４ｃの剛性を変更する。剛性可変装置４２０は、第１の長手部材４３０と、第１の長手部材４３０に沿って配置される第２の長手部材４４０と、誘起体４５０とを有している。例えば、第１の長手部材４３０は外筒であり、第２の長手部材４４０は第１の長手部材４３０の内部に配置された芯部材である。例えば、外筒の長手軸に垂直な外筒の断面形状は環形状であり、芯部材の長手軸に垂直な芯部材の断面の外周は円形状である。この場合、剛性可変装置４２０は、どの方向の曲がりに対しても安定した曲げ剛性を提供する。

第１の長手部材４３０は、相対的に曲げ剛性が高い少なくとも１つの高曲げ剛性部４３２と、相対的に曲げ剛性が低い少なくとも１つの低曲げ剛性部４３４とを有している。つまり高曲げ剛性部４３２の曲げ剛性は高く、低曲げ剛性部４３４の曲げ剛性は高曲げ剛性部４３２の曲げ剛性よりも低くなっている。第１の長手部材４３０は、高曲げ剛性部４３２と低曲げ剛性部４３４とを支持する筒状の１つの外側支持部材４３６をさらに有している。外側支持部材４３６の曲げ剛性は、高曲げ剛性部４３２の曲げ剛性よりも低くなっている。このため、第１の長手部材４３０は、低曲げ剛性部４３４では比較的曲がりやすく、高曲げ剛性部４３２では比較的曲がりにくい。

高曲げ剛性部４３２と低曲げ剛性部４３４と外側支持部材４３６とは、互いに対して別体である。高曲げ剛性部４３２は、例えば、金属製のパイプといった筒部材で構成されている。低曲げ剛性部４３４は、例えば、疎巻きコイルといったコイル部材で構成されている。外側支持部材４３６は、例えば、密着巻きコイルといったコイル部材で構成されている。高曲げ剛性部４３２は高い曲げ剛性を有する筒状の硬質部であり、低曲げ剛性部４３４と外側支持部材４３６とは低い曲げ剛性を有する筒状の軟質部である。

外側支持部材４３６は、高曲げ剛性部４３２と低曲げ剛性部４３４との内側に配置されている。外側支持部材４３６の外周面は、高曲げ剛性部４３２の内周面に接着によって固定されている。高曲げ剛性部４３２同士は、第１の長手部材４３０の長手軸方向において互いに間隔を置いて配置されている。低曲げ剛性部４３４は、第１の長手部材４３０の長手軸方向における高曲げ剛性部４３２同士の間の各スペースに配置されている。したがって、複数の高曲げ剛性部４３２と複数の低曲げ剛性部４３４とは、第１の長手部材４３０の長手軸方向において交互に配置されている。低曲げ剛性部４３４の端部は、端部に隣り合う高曲げ剛性部４３２の端部に固定されている。低曲げ剛性部４３４は、高曲げ剛性部４３２同士の間のスペースにおいて、外側支持部材４３６を巻回している。

外側支持部材４３６は、剛性可変装置４２０の全長に渡って延びている。外側支持部材４３６は、螺旋状に配置されている。例えば、外側支持部材４３６は、高曲げ剛性部４３２と低曲げ剛性部４３４とに対する芯材として機能する。

第２の長手部材４４０は、剛性可変装置４２０の全長に渡って延びている。第２の長手部材４４０は、外側支持部材４３６の内部に配置されている。第２の長手部材４４０の外周面は外側支持部材４３６の内周面とは接触しておらず、スペースが外側支持部材４３６と第２の長手部材４４０との間に形成されている。

第２の長手部材４４０は、第１の相と第２の相との間で相が熱によって移り変わり得る形状記憶部材４４２を少なくとも有している。形状記憶部材４４２の相が第１の相にあるときは、形状記憶部材４４２は、外力に従って容易に変形し得る低剛性状態を取り、低い弾性係数を示す。したがって、形状記憶部材４４２の相が第１の相にあるときは、形状記憶部材４４２は軟性管２４ｃに比較的低い剛性を提供する。第１の相において、剛性可変装置４２０と軟性管２４ｃとは、例えば、外力によって容易に撓むことが可能となる。

また、形状記憶部材４４２の相が第２の相にあるときは、形状記憶部材４４２は、低剛性状態よりも高い剛性を有する高剛性状態を取り、高い弾性係数を示す。したがって、形状記憶部材４４２の相が第２の相にあるときは、形状記憶部材４４２は、外力に抗してあらかじめ記憶している記憶形状を取る傾向を示す高剛性状態を取り、軟性管２４ｃに比較的高い剛性を提供する。記憶形状は、例えば直線状であってよい。第２の相において、剛性可変装置４２０と軟性管２４ｃとは、例えば、略直線状態を維持可能となる、または外力によって第１の相に比べて緩やかに撓むことが可能となる。

形状記憶部材４４２の曲げ剛性は、形状記憶部材４４２の相が第１の相のとき、高曲げ剛性部４３２の曲げ剛性よりも低く、低曲げ剛性部４３４の曲げ剛性と同一か低い。形状記憶部材４４２の曲げ剛性は、形状記憶部材４４２の相が第２の相のとき、高曲げ剛性部４３２の曲げ剛性と同一または低く、低曲げ剛性部４３４の曲げ剛性よりも高い。

低曲げ剛性部４３４は、導電性材料で構成されている。低曲げ剛性部４３４は、例えば、電熱線、つまり電気抵抗の大きい導電性部材で構成されてよい。例えば、低曲げ剛性部４３４の周囲には図示しない絶縁膜が設けられている。絶縁膜は、低曲げ剛性部４３４と外側支持部材４３６との間の短絡と、高曲げ剛性部４３２と低曲げ剛性部４３４との短絡とを防止する。

例えば、外側支持部材４３６の周囲には、図示しない絶縁膜が設けられている。絶縁膜は、低曲げ剛性部４３４と外側支持部材４３６との間の短絡と、高曲げ剛性部４３２と外側支持部材４３６との間の短絡と、外側支持部材４３６と形状記憶部材４４２との間の短絡とを防止する。

誘起体４５０は、制御装置４８０から電流の供給を受けて熱を発する性能を有している。誘起体４５０は、この熱を、誘起体４５０の周辺に配置された形状記憶部材４４２の一部位に伝える。そして、誘起体４５０は、この一部位において、第１の相と第２の相との間で形状記憶部材４４２の相の移り変わりを引き起こさせる。誘起体４５０は、第２の長手部材４４０の長手軸方向における第２の長手部材４４０の一部位の剛性を変更させる。

制御装置４８０は、各低曲げ剛性部４３４をそれぞれ独立に駆動する駆動部４８２を有している。駆動部４８２は、１つの電源と１つのスイッチとを有している。駆動部４８２は、配線部４８４を介して低曲げ剛性部４３４に電気的に接続されている。駆動部４８２は、それぞれ、スイッチのオン動作に応じて、配線部４８４を介して低曲げ剛性部４３４に電流を供給し、また、スイッチのオフ動作に応じて、低曲げ剛性部４３４に対する電流の供給を停止する。

低曲げ剛性部４３４は、制御装置４８０から電流の供給を受けて熱を発する性能を有している。低曲げ剛性部４３４の発熱量は、電流の供給量に依存する。低曲げ剛性部４３４は、熱によって形状記憶部材４４２に第１の相と第２の相の間の相の移り変わりを引き起こさせる誘起体４５０として機能する。詳細には、低曲げ剛性部４３４は、外側支持部材４３６を介して形状記憶部材４４２を加熱する加熱部であるコイルヒータとして機能する。形状記憶部材４４２は、誘起体４５０として機能する低曲げ剛性部４３４から発生した熱によって、第１の相から第２の相に形状記憶部材４４２の相が移り変わる性質を有している。

剛性制御システム４１０は、初期状態では、駆動部４８２は低曲げ剛性部４３４に電流を供給しておらず、低曲げ剛性部４３４は熱を発生しておらず、形状記憶部材４４２と軟性管２４ｃとは全長に渡って低剛性状態である。

駆動部４８２は、スイッチのオン動作に応じて、配線部４８４を介して低曲げ剛性部４３４に電流を供給する。低曲げ剛性部４３４は、電流の供給に応じて熱を発生する。熱は、低曲げ剛性部４３４から形状記憶部材４４２に間接的に伝達される。熱の伝達によって、形状記憶部材４４２の被加熱部４４２ａの温度は上がる。被加熱部４４２ａの相は加熱によって第１の相から第２の相に切り替わり、被加熱部４４２ａは低剛性状態から高剛性状態に切り替わる。これによって、軟性管２４ｃは、部分的に低剛性状態から高剛性状態に切り替わる。高剛性状態である軟性管２４ｃの部位は、軟性管２４ｃに作用する外力すなわち形状記憶部材４４２を変形させ得る力に対抗して、略直線状態を維持する。

駆動部４８２は、スイッチのオフ動作に応じて、低曲げ剛性部４３４に対する電流の供給を停止する。すると、被加熱部４４２ａの温度は自然冷却によって下がり、被加熱部４４２ａの相は第２の相から第１の相に切り替わり、被加熱部４４２ａの剛性は下がる。そして、被加熱部４４２ａが位置する軟性管２４ｃの部位の剛性も下がる。したがって、軟性管２４ｃは、外力によって容易に撓むことが可能となる。

このように例えば低曲げ剛性部４３４によって形状記憶部材４４２の一部位の相が第１の相と第２の相の間で切り換えられることによって、軟性管２４ｃの一部位の剛性が切り換えられる。

〔剛性制御システムの構成例４〕
図６は、剛性制御システム８０の別の構成例に係る剛性可変装置５１０の基本構成を示している。図６の上段には、曲げ剛性が低い状態にある剛性可変装置５１０が示され、図６の下段には、曲げ剛性が高い状態にある剛性可変装置５１０が示されている。

剛性可変装置５１０は、可撓性を有するコイルパイプ５１４たとえば密着コイルと、コイルパイプ５１４の内部に延びている芯線５１２と、コイルパイプ５１４の両側に配置され、芯線５１２に固定された一対の固定部材５２０，５２２を備えている。

コイルパイプ５１４と固定部材５２０の間にはワッシャ５１６が配置されている。コイルパイプ５１４と固定部材５２２の間にはワッシャ５１８が配置されている。ワッシャ５１６，５１８は、芯線５１２に沿ったコイルパイプ５１４の移動を規制する働きする。ワッシャ５１６，５１８は、コイルパイプ５１４が芯線５１２から抜け落ちることを防止し、また、固定部材５２０，５２２がコイルパイプ５１４に食い込むことを防止する。

剛性可変装置５１０はまた、コイルパイプ５１４と固定部材５２０，５２２の間の隙間を調整する調整機構を有している。調整機構は、一対の固定部材５２０，５２２を互いに遠ざける方向に一対の固定部材５２０，５２２の少なくとも一方を引っ張る引っ張り機構で構成されている。この引っ張り機構は、ナット５３２と、ナット５３２に螺合しているリードスクリュー５３４と、リードスクリュー５３４に固定された筒体５３６と、筒体５３６に固定された蓋５３８と、リードスクリュー５３４を回転させるモーター５４０を有している。

芯線５１２は、ナット５３２とリードスクリュー５３４を貫通して延びている。固定部材５２２は、筒体５３６の内部に収容されている。モーター５４０は、それ自体が回転しないように、さらに、軸方向に移動可能に支持されている。モーター５４０によってナット５３２に対してリードスクリュー５３４を回転させることによって、リードスクリュー５３４は芯線５１２の軸に沿って移動可能となっている。

図６の上段に示された状態では、リードスクリュー５３４と固定部材５２２の間に隙間がある。この状態では、芯線５１２はコイルパイプ５１４に沿って移動可能となっている。この状態は、コイルパイプ５１４が曲げられたときに芯線５１２に引っ張り応力がかからないため、曲げ剛性が低い状態である。曲げ剛性が低い状態にある剛性可変装置５１０は、これが装着された軟性管２４ｃに低い剛性を提供する。

これに対して、図６の下段に示された状態では、リードスクリュー５３４と固定部材５２２の間に隙間がない。この状態では、芯線５１２はコイルパイプ５１４に対して移動不能となっている。また、リードスクリュー５３４が固定部材５２２を押圧しており、芯線５１２には引っ張り応力がかかっている。この状態は、コイルパイプ５１４が曲げられたときに芯線５１２に引っ張り応力がさらにかかるため、曲げ剛性が高い状態である。曲げ剛性が高い状態にある剛性可変装置５１０は、これが装着された軟性管２４ｃに高い剛性を提供する。

〔剛性制御システムの構成例５〕
図７は、剛性制御システム８０の別の構成例に係る剛性可変装置６１０と剛性制御回路６６０を模式的に示している。図７に示すように、剛性可変装置６１０は、コイルパイプ６１２と、コイルパイプ６１２内に封入された導電性高分子人工筋肉６１４と、コイルパイプ６１２の両端に設けられた一対の電極６１６とを備えている。剛性可変装置６１０は、コイルパイプ６１２の中心軸Ａｘが軟性管２４ｃの中心軸に一致又は平行となるように、軟性管２４ｃに内蔵される。

剛性可変装置６１０の電極６１６は、剛性制御回路６６０と電気的に接続されている。剛性制御回路６６０は、電極６１６を介して導電性高分子人工筋肉６１４に電圧を印加する。導電性高分子人工筋肉６１４は、電圧が印加されることにより、コイルパイプ６１２の中心軸Ａｘを中心に径を拡張しようとするが、コイルパイプ６１２によって導電性高分子人工筋肉６１４の径の拡張は規制されている。このため、剛性可変装置６１０は、印加される電圧値が高くなるほど、曲げ剛性が高まる。すなわち、剛性可変装置６１０の剛性を変化させることによって、剛性可変装置６１０が内蔵された軟性管２４ｃの曲げ剛性も変化する。

〔形状算出システムの構成例１〕
形状算出システム９０の構成例について説明する。図８は、本構成例に係る形状算出システム７００を模式的に示している。形状算出システム７００は、挿入部２４の長手軸に沿って間隔を置いて内蔵された多数の位置センサ７１０を有している。位置センサ７１０は、磁気式、超音波式、光学式等のものが知られている。例えば、位置センサ７１０は、磁気コイルによって構成される。磁気コイルは、磁界を生成する磁界生成素子である。

図８は、位置センサ７１０が磁気コイルによって構成された例を示している。形状算出システム９０は、位置センサ７１０からの信号、すなわち、磁界生成素子によって生成された磁界を受信するアンテナ７３０を有している。アンテナ７３０は、内視鏡２０とは別体であり、内視鏡２０の挿入部２４が挿入される観察対象の周囲に固定される。アンテナ７３０は、形状算出回路７５０に接続されている。

位置センサ７１０とアンテナ７３０は、図２に示された形状算出システム９０の形状センサ９２に相当する。また、形状算出回路７５０は、図２に示された形状算出システム９０の形状算出回路９６に相当する。

形状算出回路７５０は、アンテナ７３０によって受信された信号すなわち磁界の情報に基づいて、アンテナに基づいて定められる座標空間における複数の位置センサ７１０の位置を算出する。形状算出回路７５０はさらに、複数の位置センサ７１０の位置の情報に基づいて、例えば、複数の位置センサ７１０の位置の座標を補間することによって、挿入部２４の湾曲形状を算出する。形状算出回路７５０は、必要であれば、多数の位置センサ７１０を内蔵した挿入部２４の各部の曲率を算出する曲率算出回路７５２を有している。

したがって、形状算出システム７００は、所定の基準点に対する挿入部２４の各部の空間的位置すなわち三次元位置を把握することが可能である。

〔形状算出システムの構成例２〕
図９は、形状算出システム９０の形状センサ９２の別の構成例を示している。この構成例では、形状センサ９２は、挿入部２４の長手軸に沿って設けられたファイバセンサ８２０を有している。

図１０は、ファイバセンサ８２０を含む形状算出システム８００の構成を示している。形状算出システム８００は、挿入部８２４に組み込まれるファイバセンサ８２０と、ファイバセンサ８２０に光を供給する光源８１０と、ファイバセンサ８２０を通過した光を検出する光検出器８３０と、光源８１０からの光をファイバセンサ８２０に導くとともにファイバセンサ８２０からの光を光検出器８３０に導く光分岐部８５０と、光分岐部８５０に接続された反射防止部材８６０と、ファイバセンサ８２０の形状を算出する形状算出回路８７０を有している。

ファイバセンサ８２０は、光分岐部８５０に接続された光導通部材ＬＧ_２と、光導通部材ＬＧ_２に設けられた複数の湾曲センサＤＰ_ｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）と、光導通部材ＬＧ_２の端部に設けられた反射部材８４０とを有している。

各湾曲センサＤＰ_ｉは、光導通部材ＬＧ_２によって導光される光の光量を低減する物質で構成されている。複数の湾曲センサＤＰ_ｉは、それぞれ、異なる波長の光を低減する機能を有している。つまり、異なる湾曲センサＤＰ_ｉは、互いに異なる吸光特性を有している。各湾曲センサＤＰ_ｉは、例えば、曲がりの方向とその曲率に応じて、その各湾曲センサＤＰ_ｉを通過する光に対する光吸収率が変化する光吸収体で構成されている。光導通部材ＬＧ_２は、光ファイバで構成されており、可撓性を有している。ファイバセンサ８２０は、複数の湾曲センサＤＰ_ｉが設けられた光ファイバを有するファイバセンサで構成されている。

反射部材８４０は、光分岐部８５０から光導通部材ＬＧ_２によって導かれた光を、光分岐部８５０の方向に戻すように反射する機能を有している。

光源８１０は、光導通部材ＬＧ_１を介して光分岐部８５０と光学的に接続されている。光検出器８３０は、光導通部材ＬＧ_４を介して光分岐部８５０と光学的に接続されている。反射防止部材８６０は、光導通部材ＬＧ_３を介して光分岐部８５０と光学的に接続されている。光導通部材ＬＧ_１，ＬＧ_３，ＬＧ_４は、例えば、光ファイバで構成されており、可撓性を有している。

光源８１０は、ファイバセンサ８２０に光を供給する機能を有している。光源８１０は、例えば、ランプ、ＬＥＤ、レーザダイオードなどの一般的に知られた発光素子を有している。

光分岐部８５０は、光源８１０からの光をファイバセンサ８２０に導くとともにファイバセンサ８２０からの光を光検出器８３０に導く。光分岐部８５０は、光カプラやハーフミラー等を有している。例えば、光分岐部８５０は、光導通部材ＬＧ_１を通して入力される光源８１０から射出された光を分割して、２本の光導通部材ＬＧ_２，ＬＧ_３に導く。光分岐部８５０はまた、光導通部材ＬＧ_２を通して入力される反射部材８４０からの反射光を、光導通部材ＬＧ_４を通して光検出器８３０に導く。

光検出器８３０は、ファイバセンサ８２０を通過した光を検出する機能を有している。光検出器８３０は、受光した光の光量を波長ごとに検出する機能、すなわち分光して検出する機能を有している。光検出器８３０は、所定の波長領域の光の光量を検出し、検出情報を出力する。ここで、検出情報とは、所定の波長領域における特定の波長とその波長の光の光量との関係を表す情報である。

ファイバセンサ８２０と光源８１０と光検出器８３０と光分岐部８５０と反射防止部材８６０と光導通部材ＬＧ_１，ＬＧ_２，ＬＧ_３，ＬＧ_４は、図２に示された形状算出システム９０の形状センサ９２に相当する。また、形状算出回路８７０は、図２に示された形状算出システム９０の形状算出回路９６に相当する。

光導通部材ＬＧ_２によって導光される検出光は湾曲センサＤＰ_ｉにおいて損失される。その導光損失量は、図１１Ａないし図１１Ｃに示されるように、光導通部材ＬＧ_２の曲がりの方向と量に応じて変化する。

例えば、図１１Ａに示されるように光導通部材ＬＧ_２の曲がりの内側に湾曲センサＤＰ_ｉがくるように光導通部材ＬＧ_２が曲げられた場合、図１１Ｂに示されるように光導通部材ＬＧ_２が曲げられていない場合と比較して導光損失量は小さくなる。また導光損失量は、光導通部材ＬＧ_２の曲がり量すなわち曲率に応じて小さくなる。

これとは逆に、図１１Ｃに示されるように光導通部材ＬＧ_２の曲がりの外側に湾曲センサＤＰ_ｉがくるように光導通部材ＬＧ_２が曲げられた場合、図１１Ｂに示されるように光導通部材ＬＧ_２が曲げられていない場合と比較して導光損失量は大きくなる。また導光損失量は、光導通部材ＬＧ_２の曲がり量すなわち曲率に応じて大きくなる。

この導光損失量の変化は、光検出器８３０によって受光される検出光の量に反映される。すなわち、光検出器８３０からの検出情報に反映される。したがって、光検出器８３０からの検出情報を監視することによって、光導通部材ＬＧ_２の曲がりの方向と量を把握することができる。

図１０において、光源８１０から射出された光は、光導通部材ＬＧ_１によって導光され、光分岐部８５０に入射する。光分岐部８５０は、入力した光を分割して、２本の光導通部材ＬＧ_２，ＬＧ_３にそれぞれ出力する。

光導通部材ＬＧ_３によって導光された光は、光導通部材ＬＧ_３の端部に設けられた反射防止部材８６０によって例えば吸収される。

光導通部材ＬＧ_２によって導光された光は、光導通部材ＬＧ_２の端部に設けられた反射部材８４０によって反射された後、再び光導通部材ＬＧ_２によって導光されて光分岐部８５０に戻る。光導通部材ＬＧ_２によって導光される光は、導光される間、湾曲センサＤＰ_ｉによって、湾曲センサＤＰ_ｉに対応する波長成分が損失される。

光分岐部８５０は、戻って来た光を分割して、一部を光導通部材ＬＧ_４に出力する。光導通部材ＬＧ_４に出力された光は、光導通部材ＬＧ_４によって導光されて光検出器８３０に入射する。光検出器８３０が受光する光は、湾曲センサＤＰ_ｉを通過した光であり、湾曲センサＤＰ_ｉの曲率に依存して変化する。

形状算出回路８７０は、光検出器８３０からの検出情報に基づいて、ファイバセンサ８２０の光導通部材ＬＧ_２の形状を算出する。

形状算出回路８７０は、記憶部８７２と、光量演算部８７４と、曲率演算部８７８とを有している。

記憶部８７２は、複数の湾曲センサＤＰ_ｉの各々についての形状と波長と光量との関係を表す光量算出関係を記憶している。記憶部８７２はまた、複数の湾曲センサＤＰ_ｉの各々の位置の情報等、形状算出回路８７０が行う演算に必要な各種情報を記憶している。

光量演算部８７４は、光検出器８３０からの検出情報から光量情報を算出し、算出した光量情報を曲率演算部８７８へ送信する。

曲率演算部８７８は、記憶部８７２から光量算出関係を読み出し、読み出した光量算出関係に基づいて各湾曲センサＤＰ_ｉに対応する波長と光量との関係である光量算出値を算出する。曲率演算部８７８はさらに、算出した光量算出値と、光量演算部８７４から供給される光量情報とに基づいて、複数の湾曲センサＤＰ_ｉの各々の曲率を算出する。

形状算出回路８７０は、記憶部８７２から各湾曲センサＤＰ_ｉの位置の情報を読み出し、読み出した位置の情報と曲率演算部８７８によって算出された各湾曲センサＤＰ_ｉの曲率とに基づいて、複数の湾曲センサＤＰ_ｉが設けられている光導通部材ＬＧ_２の形状情報を算出する。形状算出回路８７０は、算出した光導通部材ＬＧ_２の形状情報を、光導通部材ＬＧ_２を含むファイバセンサ８２０が組み込まれた挿入部２４の湾曲形状の情報として出力する。

したがって、形状算出システム８００は、挿入部２４の特定個所の三次元位置と方向を基準にして、挿入部２４の各部の三次元位置を把握することが可能である。すなわち、形状算出システム８００は、所定の基準位置に対する挿入部２４の特定個所の三次元位置と方向を検出することにより、所定の基準位置に対する挿入部２４の各部の三次元位置を把握することが可能である。

〔挿入支援動作〕
次に、可撓管挿入装置１０における挿入部２４の挿入支援動作について説明する。以下では、内視鏡２０は大腸内視鏡であるとして、観察対象の管路は患者の大腸であるとして説明する。剛性制御システム８０において、初期状態では、すべての剛性可変装置８２が軟質状態に制御される。このため、軟性管２４ｃは、最も湾曲し易い状態にある。

内視鏡２０の挿入部２４は、肛門から大腸内に挿入される。大腸内に挿入された挿入部２４は、操作者による押し操作によって、肛門から直腸へ、続いて結腸へと押し進められる。大腸内を押し進められる挿入部２４は、軟性管２４ｃが大腸の屈曲形状に追従して湾曲しながら、大腸内を進行する。

撮像システム７０の画像処理回路は、内視鏡２０の挿入部２４の硬質先端部２４ａに設けられた撮像素子７２によって取得された画像信号を処理し、大腸内壁の光学像を表示装置４０に表示させる。

大腸内に挿入された挿入部２４は、特にＳ状結腸において、αループ、γループ、Ｎループなどの様々なループ形状を呈することがある。挿入部２４をさらに奥へ進行させる場合、操作者は、Ｓ状結腸において軟性管２４ｃにループを形成させながら、硬質先端部２４ａを下行結腸深部まで進行させることがある。挿入部２４を進行させるときに、軟性管２４ｃの剛性を部分的に適度に高めると、挿入部２４の挿入性が向上し、弱い押し込み力量で挿入部２４を進行させることができるようになり、操作者への負担や患者への負担が小さくなる。

図１２は、大腸１９０に挿入された挿入部２４を示している。詳しくは、図１２は、硬質先端部２４ａがＳ状結腸１９４を通過して下行結腸１９６に到達した挿入部２４を示している。図１２に示されるように、Ｓ状結腸１９４において、軟性管２４ｃには、通常、２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂが形成される。湾曲部２４ｃａは、軟性管２４ｃの先端側に位置する湾曲部であり、湾曲部２４ｃｂは、軟性管２４ｃの基端側に位置する湾曲部である。以下では、便宜上、適宜、湾曲部２４ｃａを先端側湾曲部２４ｃａと称し、湾曲部２４ｃｂを基端側湾曲部２４ｃｂと称する。湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂは、通常、向きが互いに異なる。湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの三次元形状の違いにより、軟性管２４ｃは、様々なループ形状を呈する。

本発明者らは、様々な実験を伴う研究を通して、先端側湾曲部２４ｃａと基端側湾曲部２４ｃｂの三次元位置関係が、挿入部２４ｃの剛性と挿入部２４の進行との関係に影響を与えることを見出した。先端側湾曲部２４ｃａと基端側湾曲部２４ｃｂの三次元位置関係は、例えば、三次元空間における先端側湾曲部２４ｃａの向きと基端側湾曲部２４ｃｂの向きとの関係で論じることができる。先端側湾曲部２４ｃａの向きと基端側湾曲部２４ｃｂの向きとの関係は、また、先端側湾曲部２４ｃａを通る仮想平面と基端側湾曲部２４ｃｂを通る仮想平面との交差角で論じることができる。

図１３は、２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂが形成された挿入部２４を示している。図１３はまた、湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂをそれぞれ通る仮想平面Ｐａ，Ｐｂを示している。以下では、便宜上、適宜、先端側湾曲部２４ｃａを通る仮想平面を先端側仮想平面Ｐａと称し、基端側湾曲部２４ｃｂを通る仮想平面を基端側仮想平面Ｐｂと称する。図１３において、先端側仮想平面Ｐａと基端側仮想平面Ｐｂは、それぞれ、ＸａＹａＺａ座標系とＸｂＹｂＺｂ座標系を定めている。

湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂは、例えば、曲率がしきい値を上回っている軟性管２４ｃの範囲内の部分である。湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂは、それぞれ、曲率極大点Ｍａ，Ｍｂを有している。曲率極大点Ｍａ，Ｍｂは、曲率が極大値をとる軟性管２４ｃの中心軸上の点である。

ここで、便宜上、径ベクトルＲａ，Ｒｂと接線ベクトルＴａ，Ｔｂと法線ベクトルＮａ，Ｎｂを以下のように定義する。径ベクトルＲａ，Ｒｂは、それぞれ、湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの曲率中心Ｃａ，Ｃｂから曲率極大点Ｍａ，Ｍｂに向かうベクトルである。さらに、径ベクトルＲａ，Ｒｂの単位ベクトルを径単位ベクトルＲａｕ，Ｒｂｕとする。接線ベクトルＴａ，Ｔｂは、それぞれ、曲率極大点Ｍａ，Ｍｂにおける接線に平行な単位ベクトルである。接線ベクトルＴａ，Ｔｂは、曲率極大点Ｍａ，Ｍｂを始点としている。接線ベクトルＴａ，Ｔｂは、曲率極大点Ｍａ，Ｍｂにおいて、挿入部２４の基端側から先端側へ向かう方向を有している。法線ベクトルＮａ，Ｎｂは、それぞれ、径単位ベクトルＲａｕ，Ｒｂｕと接線ベクトルＴａ，Ｔｂの外積で定義される。

仮想平面Ｐａ，Ｐｂは、それぞれ、径単位ベクトルＲａｕ，Ｒｂｕと接線ベクトルＴａ，Ｔｂが張る平面で規定される。法線ベクトルＮａ，Ｎｂは、それぞれ、仮想平面Ｐａ，Ｐｂに立てた法線に平行である。法線ベクトルＮａ，Ｎｂは、また、湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの向きに対応した方向を有する。

図１４は、先端側仮想平面Ｐａと基端側仮想平面Ｐｂの斜視図である。また、図１５は、先端側仮想平面Ｐａと基端側仮想平面Ｐｂの側面図である。図１４と図１５は、先端側仮想平面Ｐａと基端側仮想平面Ｐｂの交差角θを示している。交差角θは、２つの法線ベクトルＮａ，Ｎｂの成す角度で定義される。交差角θは、法線ベクトルＮａ，Ｎｂの一方を基準として、±１８０度の範囲内の値をとる。以下では、交差角θは、法線ベクトルＮｂを基準として考察する。

例えば、ＸｂＹｂ平面に投影した挿入部２４の形状において、２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂが逆の向きに湾曲していれば、２つの法線ベクトルＮａ，Ｎｂは逆の符号をとる。ここで、２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂが逆の向きに湾曲しているとは、簡単に言えば、挿入部２４の形状がいわゆるＳ字状であることに対応している。別の言い方をすれば、２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂが逆の向きに湾曲しているとは、湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの曲率中心Ｃａ，Ｃｂが、２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの間の軟性管２４ｃの中心軸上の一点における接線を基準にして、例えば、２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの変曲点Ｉにおける接線を基準にして、互いに逆の側に位置しているに対応している。

この場合、三次元空間において、２つの仮想平面Ｐａ，Ｐｂの交差角θは、−１８０度＜θ＜−９０度または９０度＜θ＜１８０度の値をとる。

反対に、ＸｂＹｂ平面に投影した挿入部２４の形状において、２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂが同じ向きに湾曲していれば、２つの法線ベクトルＮａ，Ｎｂは同じ符号をとる。ここで、２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂが同じ向きに湾曲しているとは、湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの曲率中心Ｃａ，Ｃｂが、２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの間の軟性管２４ｃの中心軸上の一点における接線を基準にして、例えば、２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの変曲点Ｉにおける接線を基準にして、同じ側に位置しているに対応している。

この場合、三次元空間において、２つの仮想平面Ｐａ，Ｐｂの交差角θは、−９０度＜θ＜９０度の値をとる。

軟性管２４ｃのループ形状は、大きく、３つのパターンに分けられる。以下、３つのパターンを、便宜上、ＡパターンとＢパターンとＣパターンと称する。

図１６は、軟性管２４ｃのループ形状の３つのパターンのひとつであるＡパターンのループ形状の軟性管２４ｃを示している。軟性管２４ｃは、基端側仮想平面Ｐｂによって定められるＸｂＹｂＺｂ座標系を基準にして描かれている。詳しくは、軟性管２４ｃは、ＸｂＹｂＺｂ座標系の２本の座標軸によって定められる座標平面を紙面に平行にして描かれている。Ａパターンのループ形状は、いわゆるαループに対応した形状である。Ａパターンのループ形状の軟性管２４ｃでは、２つの仮想平面Ｐａ，Ｐｂの交差角θは、−９０度＜θ＜９０度である。

図１７は、軟性管２４ｃのループ形状の別のパターンであるＢパターンのループ形状の軟性管２４ｃを示している。軟性管２４ｃは、図１６と同様、ＸｂＹｂＺｂ座標系を基準にして描かれている。Ｂパターンのループ形状の軟性管２４ｃでは、２つの仮想平面Ｐａ，Ｐｂの交差角θは、ほぼ−９０度またはほぼ９０度である。

図１８は、軟性管２４ｃのループ形状のまた別のパターンであるＣパターンのループ形状の軟性管２４ｃを示している。軟性管２４ｃは、図１６と同様、ＸｂＹｂＺｂ座標系を基準にして描かれている。Ｃパターンのループ形状は、いわゆるＮループに対応した形状である。Ｃパターンのループ形状の軟性管２４ｃでは、２つの仮想平面Ｐａ，Ｐｂの交差角θは、−１８０度＜θ＜−９０度または９０度＜θ＜１８０度である。

本発明者らは、実験を通じて、挿入部２４の一部分が、同じ剛性を有していても、ループ形状の違いに依存して、先に進もうとする力が変わることを見いだした。図１９は、剛性可変装置８２の剛性Ｋと、手元側における同じ挿入操作に対して剛性可変装置８２が設けられた軟性管２４ｃの部分が先に進もうとする力Ｆとの関係を示すグラフである。ＬＡは、Ａパターンの一例のループ形状の挿入部２４における剛性Ｋに対する力Ｆの関係を示している。ＬＢは、Ｂパターンのループ形状の挿入部２４における剛性Ｋに対する力Ｆの関係を示している。ＬＣは、Ｃパターンの一例のループ形状の挿入部２４における剛性Ｋに対する力Ｆの関係を示している。

図１９から、同じ剛性に対して、Ｂパターンのループ形状の挿入部２４の方が、Ａパターンのループ形状の挿入部２４の方よりも、先に進もうと力Ｆが大きく、Ｃパターンのループ形状の挿入部２４の方が、Ｂパターンのループ形状の挿入部２４の方よりも、先に進もうと力Ｆが大きいことが分かる。

別の言い方をすれば、Ｃパターンのループ形状の挿入部２４において、Ａパターンのループ形状において適正な力Ｆを与える剛性値に剛性可変装置８２を制御すると、先に進もうとする力Ｆが過剰になることがある。そのような事態は、大腸１９０の腸壁へ過剰な負荷を与える恐れがある。

従って、先に進もうと力Ｆを適正にするためには、挿入部２４のループ形状に応じて剛性Ｋを制御することが肝要であることが分かる。

本実施形態に係る可撓管挿入装置１０は、挿入部２４のループ形状に応じて挿入部２４の挿入を支援する挿入支援動作をおこなう。

図２０は、可撓管挿入装置１０における挿入部２４の挿入支援動作における処理のフローチャートを示している。図２０の処理は、湾曲検出回路１１０と位置関係算出回路１４０が主体となって行なわれる。図２０のフローチャートは、可撓管挿入装置１０の挿入支援動作機能が起動された直後から、可撓管挿入装置１０の挿入支援動作機能が停止されるまでを表している。挿入支援動作機能の起動と停止は、例えば、操作部２２のスイッチ２２ｅによって行なわれる。

可撓管挿入装置１０の挿入支援動作機能が起動された後、形状算出システム９０は、挿入部２４の形状の監視を始める。ステップＳ１において、形状算出回路９６は、挿入部２４の形状の算出し、挿入部２４の形状の情報を出力する。形状算出システム９０による挿入部２４の形状の算出は、挿入支援動作機能が停止されるまで続けられる。挿入部２４の形状の情報は、例えば、表示装置４０に表示される。

また、湾曲検出回路１１０は、軟性管２４ｃにおける２つの湾曲部の形成の監視を始める。ステップＳ２において、湾曲検出回路１１０は、軟性管２４ｃにおける２つの湾曲部の形成を検出する。

湾曲検出回路１１０は、形状算出回路９６から挿入部２４の形状の情報を取得し、取得した情報に基づいて、軟性管２４ｃにおける２つの湾曲部の形成を検出する。例えば、湾曲検出回路１１０は、形状算出回路９６から軟性管２４ｃの各部の曲率の情報を取得し、各部の曲率を湾曲部検出のしきい値と比較し、曲率がしきい値を上回っている範囲を湾曲部と判断し、湾曲部と判断された個所の個数を数えることにより、２つの湾曲部の形成の検出を行なう。湾曲検出回路１１０は、検出した２つの湾曲部の情報たとえば位置情報を位置関係算出回路１４０へ出力する。軟性管２４ｃにおける２つの湾曲部の形成が検出されなかった場合は、挿入支援動作機能の停止を判定するステップＳ５の処理へ進む。

ステップＳ２において、軟性管２４ｃにおける２つの湾曲部の形成が検出された場合は、ステップＳ３において、位置関係算出回路１４０は、軟性管２４ｃにおける２つの湾曲部の形成の検出を受けて、２つの湾曲部の三次元位置関係を算出する。以下では、２つの湾曲部は、図１３に示された２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂであるとする。三次元位置関係は、前述したように、例えば、２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂをそれぞれ通る２つの仮想平面Ｐａ，Ｐｂの交差角θである。位置関係算出回路１４０はさらに、剛性を高める軟性管２４ｃの部分と、その部分に提供する剛性の大きさとを算出する。

図２１は、位置関係算出回路１４０の構成例を示している。図２１に示されるように、位置関係算出回路１４０は、仮想平面算出回路１４２と、交差角算出回路１４４と、高剛性化部分算出回路１４６と、記憶装置１４８とを有している。

仮想平面算出回路１４２と交差角算出回路１４４と高剛性化部分算出回路１４６は、例えば、プロセッサと記憶装置との組み合わせによって構成される。あるいは、仮想平面算出回路１４２と交差角算出回路１４４と高剛性化部分算出回路１４６は、専用の回路や複数の汎用の回路を組み合わせて構成されてもよい。

仮想平面算出回路１４２は、湾曲検出回路１１０から位置関係算出回路１４０に入力される２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの情報たとえば位置情報に基づいて、それぞれの仮想平面Ｐａ，Ｐｂを算出する。

交差角算出回路１４４は、仮想平面算出回路１４２によって算出された２つの仮想平面Ｐａ，Ｐｂの情報に基づいて、２つの仮想平面Ｐａ，Ｐｂの交差角θを算出する。

高剛性化部分算出回路１４６は、湾曲検出回路１１０から位置関係算出回路１４０に入力される２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの情報たとえば位置情報に基づいて、剛性を高める軟性管２４ｃの部分を算出する。以下では、剛性を高める軟性管２４ｃの部分を、便宜上、単に高剛性化部分と称する。

図２２は、大腸１９０に挿入された挿入部２４の各部の曲率半径Ｒを示すグラフである。図２２において、縦軸は曲率半径Ｒを表し、横軸は、挿入部２４の先端からの長さを表している。図２２に示されるように、曲率半径Ｒは、湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの曲率極大点Ｍａ，Ｍｂにおいて、極小値をとる。

高剛性化部分算出回路１４６は、曲率極大点Ｍａ，Ｍｂよりも先端側に位置している湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの部分の少なくとも一部を高剛性化部分として算出する。例えば、高剛性化部分算出回路１４６は、曲率極大点Ｍａ，Ｍｂよりも先端側に位置している湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの部分を高剛性化部分として算出する。

例えば、高剛性化部分算出回路１４６は、２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの情報たとえば位置情報に基づいて、湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの各部の曲率半径を算出する。高剛性化部分算出回路１４６は、湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの各部の曲率半径を高剛性化部分決定のしきい値Ｒｔｈと比較する。

しきい値Ｒｔｈは、例えば、前述した湾曲部検出のしきい値に対応する値である。しきい値Ｒｔｈは、必ずしも、湾曲部検出のしきい値に対応する値である必要はなく、湾曲部検出のしきい値に対応する値と異なる値であってもよい。

比較の結果、高剛性化部分算出回路１４６は、曲率半径がしきい値Ｒｔｈを下回っている長さ範囲Ｌａ，Ｌｂに対応する湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの部分を高剛性化部分として算出する。

ここでは、湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの各部の曲率半径に基づいて高剛性化部分を算出する例を説明したが、曲率半径に代えて、湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの各部の曲率に基づいて高剛性化部分を算出してもよい。

高剛性化部分算出回路１４６はさらに、交差角算出回路１４４によって算出された２つの仮想平面Ｐａ，Ｐｂの交差角θに基づいて、高剛性化部分に提供する剛性の大きさを算出する。高剛性化部分に与える剛性の大きさは、高剛性化部分に位置する剛性可変装置８２の剛性の制御目標値である。

図２３は、２つの仮想平面Ｐａ，Ｐｂの交差角θの大きさ（すなわちθの絶対値）と、剛性可変装置８２の制御目標値Ｊとの関係を示すグラフである。図２３において、直線Ｌ１は、交差角θの大きさと制御目標値Ｊの関係式の一例を示している。また、直線Ｌ２は、最大の効果を与える交差角θの大きさと制御目標値Ｊの関係式の一例を示している。

高剛性化部分算出回路１４６は、２つの仮想平面Ｐａ，Ｐｂの交差角θの大きさに基づいて、例えば図２３の直線Ｌ１に従って、高剛性化部分に位置する剛性可変装置８２の剛性の制御目標値を算出する。

記憶装置１４８は、高剛性化部分算出回路１４６によって算出された、高剛性化部分の情報たとえば位置情報と、高剛性化部分に位置する剛性可変装置８２の制御目標値とを記憶する。

ステップＳ４において、剛性制御システム８０は、湾曲検出回路１１０内の記憶装置１４８に記憶されている情報に基づいて、高剛性化部分の剛性を制御する。具体的には、剛性制御回路８６は、湾曲検出回路１１０内の記憶装置１４８から高剛性化部分の情報と制御目標値の情報を読み出し、読み出した高剛性化部分の情報と制御目標値の情報に基づいて、高剛性化部分に対応する剛性可変装置８２の剛性を制御目標値に変更する。

ステップＳ２において、２つの湾曲部の形成が検出されなかった場合、ステップＳ５において、可撓管挿入装置１０の挿入支援動作機能の停止が指示されたか否かが判定される。この判定は、例えば、挿入制御装置３０が行なう。挿入支援動作機能の停止の指示の判定は、例えば、操作部２２のスイッチ２２ｅの操作に基づいて行なわれる。ステップＳ５において、可撓管挿入装置１０の挿入支援動作機能の停止が指示されていないと判定された場合は、処理はステップＳ１に戻る。反対に、ステップＳ５において、可撓管挿入装置１０の挿入支援動作機能の停止が指示されたと判定された場合は、挿入制御装置３０は、可撓管挿入装置１０の挿入支援動作機能を停止させる。

これまでの説明から分かるように、可撓管挿入装置１０においては、軟性管２４ｃにおける２つの湾曲部の形成が湾曲検出回路１１０によって検出された場合に、２つの湾曲部の三次元的形状に基づいて、湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの一部、例えば、曲率極大点Ｍａ，Ｍｂよりも先端側に位置している湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの部分の少なくとも一部の剛性が剛性制御システム８０によって制御される。このため、ループが形成された挿入部２４の挿入性が高められる。

〔変形例〕
本変形例では、軟性管２４ｃの形状に基づいて、仮想平面Ｐａ，Ｐｂの交差角θを算出する代わりに、軟性管２４ｃの各部の三次元位置情報に基づいて、２つの湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの三次元位置関係を算出する。

図２４は、軟性管２４ｃのループ形状の３つのパターンのひとつであるＡパターンのループ形状の軟性管２４ｃを示している。軟性管２４ｃは、アンテナ７３０によって定められるＸＹＺ座標系を基準にして描かれている。詳しくは、軟性管２４ｃは、ＸＹＺ座標系の２本の座標軸によって定められる座標平面を紙面に平行にして描かれている。Ａパターンのループ形状は、いわゆるαループに対応した形状である。Ａパターンのループ形状では、ＸＹ平面上において、先端側湾曲部２４ｃａの先端側の端部が、基端側先端側湾曲部２４ｃｂが描くループの内側に位置している。

図２５は、軟性管２４ｃのループ形状の別のパターンであるＢパターンのループ形状の軟性管２４ｃを示している。軟性管２４ｃは、図２４と同様、ＸＹＺ座標系を基準にして描かれている。Ｂパターンのループ形状では、ＸＹ平面上において、先端側湾曲部２４ｃａの先端側の端部が、基端側先端側湾曲部２４ｃｂが描くループにほぼ重なっている。

図２６は、軟性管２４ｃのループ形状のまた別のパターンであるＣパターンのループ形状の軟性管２４ｃを示している。軟性管２４ｃは、図２４と同様、ＸＹＺ座標系を基準にして描かれている。Ｃパターンのループ形状では、ＸＹ平面上において、先端側湾曲部２４ｃａの先端側の端部が、基端側先端側湾曲部２４ｃｂが描くループの外側に位置している。

位置関係算出回路１４０は、形状算出回路９６から、ＸＹＺ座標系における軟性管２４ｃの各部の三次元位置情報すなわち磁気コイルの三次元位置情報を取得し、取得した情報に基づいて、軟性管２４ｃのループ形状のパターンを解析する。位置関係算出回路１４０はさらに、軟性管２４ｃのループの程度を解析する。位置関係算出回路１４０は、解析した軟性管２４ｃのループ形状のパターンに基づいて、高剛性化部分に位置する剛性可変装置８２の剛性の制御目標値を算出する。

軟性管２４ｃのループの程度は、例えば、Ａパターンのループ形状においては、ループの横幅である。例えば、Ａパターンのループ形状においては、ループの幅すなわち湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの重なり具合である。また、Ｃパターンのループ形状においては、軟性管２４ｃのループの程度は、湾曲部２４ｃａ，２４ｃｂの離れ具合である。言い換えれば、軟性管２４ｃのループの程度は、先端側湾曲部２４ｃａの基端と基端側湾曲部２４ｃｂの先端の位置関係である。

図２７は、軟性管２４ｃのループ形状のパターンと、高剛性化部分に位置する剛性可変装置８２の制御目標値との関係を示すグラフである。位置関係算出回路１４０は、例えば図２３の直線Ｌ３に従って、高剛性化部分に位置する剛性可変装置８２の剛性の制御目標値Ｊを算出する。

なお、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記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における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。

本発明は、対象の管路に挿入される可撓管を有する可撓管挿入装置、可撓管の挿入制御装置、および、可撓管の挿入制御方法に関する。

本発明は、軟性管にループが形成された挿入部の挿入性が向上された可撓管挿入装置、可撓管の挿入制御装置、および、可撓管の挿入制御方法を提供する。

可撓管挿入装置は、対象の管路に挿入される可撓管と、前記可撓管の形状を算出する形状算出システムと、前記形状算出システムによって算出された前記可撓管の形状の情報に基づいて、前記可撓管における２つの湾曲部の形成を検出する湾曲検出部と、前記２つの湾曲部の三次元位置関係を算出する位置関係算出部と、前記三次元位置関係に基づいて前記可撓管の剛性を制御する剛性制御システムとを備えている。
挿入制御装置は、対象の管路に挿入される可撓管の形状を算出する形状算出システムと、前記形状算出システムによって算出された前記可撓管の前記形状の情報に基づいて、前記可撓管における、第１の湾曲部と、前記第１の湾曲部よりも前記可撓管の基端側に位置する第２の湾曲部の形成を検出する湾曲検出部と、前記第１の湾曲部を通る第１の仮想平面と前記第２の湾曲部を通る第２の仮想平面との交差角で表現可能な三次元位置関係を算出する位置関係算出部と、前記三次元位置関係に基づいて前記可撓管の剛性を制御する剛性制御システムとを備えている。
可撓管の挿入制御方法は、対象の管路に挿入される可撓管の形状を取得することと、前記可撓管の前記形状の情報に基づいて、前記可撓管における、第１の湾曲部と、前記第１の湾曲部よりも前記可撓管の基端側に位置する第２の湾曲部の形成を検出することと、前記第１の湾曲部を通る第１の仮想平面と前記第２の湾曲部を通る第２の仮想平面との交差角で表現可能な三次元位置関係を算出することと、前記三次元位置関係に基づいて前記可撓管の剛性を制御することとを備えている。

図８は、位置センサ７１０が磁気コイルによって構成された例を示している。形状算出システム７００は、位置センサ７１０からの信号、すなわち、磁界生成素子によって生成された磁界を受信するアンテナ７３０を有している。アンテナ７３０は、内視鏡２０とは別体であり、内視鏡２０の挿入部２４が挿入される観察対象の周囲に固定される。アンテナ７３０は、形状算出回路７５０に接続されている。

形状算出回路７５０は、アンテナ７３０によって受信された信号すなわち磁界の情報に基づいて、アンテナ７３０に基づいて定められる座標空間における複数の位置センサ７１０の位置を算出する。形状算出回路７５０はさらに、複数の位置センサ７１０の位置の情報に基づいて、例えば、複数の位置センサ７１０の位置の座標を補間することによって、挿入部２４の湾曲形状を算出する。形状算出回路７５０は、必要であれば、多数の位置センサ７１０を内蔵した挿入部２４の各部の曲率を算出する曲率算出回路７５２を有している。

図１０は、ファイバセンサ８２０を含む形状算出システム８００の構成を示している。形状算出システム８００は、挿入部２４に組み込まれるファイバセンサ８２０と、ファイバセンサ８２０に光を供給する光源８１０と、ファイバセンサ８２０を通過した光を検出する光検出器８３０と、光源８１０からの光をファイバセンサ８２０に導くとともにファイバセンサ８２０からの光を光検出器８３０に導く光分岐部８５０と、光分岐部８５０に接続された反射防止部材８６０と、ファイバセンサ８２０の形状を算出する形状算出回路８７０を有している。

形状算出回路８７０は、記憶装置８７２と、光量演算回路８７４と、曲率演算回路８７８とを有している。

記憶装置８７２は、複数の湾曲センサＤＰ_ｉの各々についての形状と波長と光量との関係を表す光量算出関係を記憶している。記憶装置８７２はまた、複数の湾曲センサＤＰ_ｉの各々の位置の情報等、形状算出回路８７０が行う演算に必要な各種情報を記憶している。

光量演算回路８７４は、光検出器８３０からの検出情報から光量情報を算出し、算出した光量情報を曲率演算回路８７８へ送信する。

曲率演算回路８７８は、記憶装置８７２から光量算出関係を読み出し、読み出した光量算出関係に基づいて各湾曲センサＤＰ_ｉに対応する波長と光量との関係である光量算出値を算出する。曲率演算回路８７８はさらに、算出した光量算出値と、光量演算回路８７４から供給される光量情報とに基づいて、複数の湾曲センサＤＰ_ｉの各々の曲率を算出する。

形状算出回路８７０は、記憶装置８７２から各湾曲センサＤＰ_ｉの位置の情報を読み出し、読み出した位置の情報と曲率演算回路８７８によって算出された各湾曲センサＤＰ_ｉの曲率とに基づいて、複数の湾曲センサＤＰ_ｉが設けられている光導通部材ＬＧ_２の形状情報を算出する。形状算出回路８７０は、算出した光導通部材ＬＧ_２の形状情報を、光導通部材ＬＧ_２を含むファイバセンサ８２０が組み込まれた挿入部２４の湾曲形状の情報として出力する。

図１９から、同じ剛性に対して、Ｂパターンのループ形状の挿入部２４の方が、Ａパターンのループ形状の挿入部２４の方よりも、先に進もうとする力Ｆが大きく、Ｃパターンのループ形状の挿入部２４の方が、Ｂパターンのループ形状の挿入部２４の方よりも、先に進もうとする力Ｆが大きいことが分かる。

従って、先に進もうとする力Ｆを適正にするためには、挿入部２４のループ形状に応じて剛性Ｋを制御することが肝要であることが分かる。

ステップＳ４において、剛性制御システム８０は、位置関係算出回路１４０内の記憶装置１４８に記憶されている情報に基づいて、高剛性化部分の剛性を制御する。具体的には、剛性制御回路８６は、位置関係算出回路１４０内の記憶装置１４８から高剛性化部分の情報と制御目標値の情報を読み出し、読み出した高剛性化部分の情報と制御目標値の情報に基づいて、高剛性化部分に対応する剛性可変装置８２の剛性を制御目標値に変更する。

図２４は、軟性管２４ｃのループ形状の３つのパターンのひとつであるＡパターンのループ形状の軟性管２４ｃを示している。軟性管２４ｃは、アンテナ７３０によって定められるＸＹＺ座標系を基準にして描かれている。詳しくは、軟性管２４ｃは、ＸＹＺ座標系の２本の座標軸によって定められる座標平面を紙面に平行にして描かれている。Ａパターンのループ形状は、いわゆるαループに対応した形状である。Ａパターンのループ形状では、ＸＹ平面上において、先端側湾曲部２４ｃａの先端側の端部が、基端側湾曲部２４ｃｂが描くループの内側に位置している。

図２５は、軟性管２４ｃのループ形状の別のパターンであるＢパターンのループ形状の軟性管２４ｃを示している。軟性管２４ｃは、図２４と同様、ＸＹＺ座標系を基準にして描かれている。Ｂパターンのループ形状では、ＸＹ平面上において、先端側湾曲部２４ｃａの先端側の端部が、基端側湾曲部２４ｃｂが描くループにほぼ重なっている。

図２６は、軟性管２４ｃのループ形状のまた別のパターンであるＣパターンのループ形状の軟性管２４ｃを示している。軟性管２４ｃは、図２４と同様、ＸＹＺ座標系を基準にして描かれている。Ｃパターンのループ形状では、ＸＹ平面上において、先端側湾曲部２４ｃａの先端側の端部が、基端側湾曲部２４ｃｂが描くループの外側に位置している。

Claims (12)

1. 対象の管路に挿入される可撓管と、
   前記可撓管の形状を算出する形状算出システムと、
   前記形状算出システムによって算出された前記可撓管の形状の情報に基づいて、前記可撓管における２つの湾曲部の形成を検出する湾曲検出回路と、
   前記２つの湾曲部の三次元位置関係を算出する位置関係算出回路と、
   前記三次元位置関係に基づいて前記可撓管の各部の剛性を制御する剛性制御システムとを備える、可撓管挿入装置。
2. 前記２つの湾曲部は、第１の湾曲部と、前記第１の湾曲部よりも前記可撓管の基端側に位置する第２の湾曲部であり、
   前記三次元位置関係は、前記第１の湾曲部を通る第１の仮想平面と前記第２の湾曲部を通る第２の仮想平面との交差角である、請求項１に記載の可撓管挿入装置。
3. 前記剛性制御システムは、前記交差角が小さいほど、前記第１の湾曲部の先端側部分の剛性を前記第１の湾曲部の基端側部分の剛性よりも高める、請求項２に記載の可撓管挿入装置。
4. 前記剛性制御システムは、前記交差角が小さいほど、前記第２の湾曲部の先端側部分の剛性を前記第２の湾曲部の基端側部分の剛性よりも高める、請求項２に記載の可撓管挿入装置。
5. 前記剛性制御システムは、前記交差角が小さいほど、前記第１の湾曲部の先端側部分の剛性を前記第１の湾曲部の基端側部分の剛性よりも高めるとともに前記第２の湾曲部の先端側部分の剛性を前記第２の湾曲部の基端側部分の剛性よりも高める、請求項２に記載の可撓管挿入装置。
6. 前記先端側部分は、曲率が極大値をとる前記第１の湾曲部の個所よりも先端側に位置する部分であり、前記基端側部分は、曲率が極大をとる前記第２の湾曲部の個所よりも基端側に位置する部分である、請求項３ないし５のいずれかひとつに記載の可撓管挿入装置。
7. 前記位置関係算出回路は、前記第１の仮想平面と前記第２の仮想平面とを算出する仮想平面算出回路と、前記交差角を算出する交差角算出回路とを有している、請求項６に記載の可撓管挿入装置。
8. 前記形状算出システムは、前記可撓管の各部の形状情報を取得する形状センサと、前記形状センサによって取得された前記可撓管の各部の形状情報に基づいて前記可撓管の全体の形状を算出する形状算出回路を備えている、請求項１ないし７のいずれかひとつに記載の可撓管挿入装置。
9. 前記形状センサは、磁界を生成する複数の磁気コイルを有し、前記複数の磁気コイルは、前記可撓管の長手軸に沿って並べて前記可撓管に設けられており、
   前記形状算出システムは、各コイルによって生成された磁界を受信するアンテナを有し、前記アンテナは、前記対象の外部に固定されており、
   前記形状算出回路は、前記アンテナによって受信された磁界の情報に基づいて、前記アンテナに基づいて定められる座標空間における前記複数の磁気コイルの位置を算出し、前記複数の磁気コイルの位置に基づいて前記可撓管の全体の形状を算出し、
   前記位置関係算出回路は、前記可撓管の全体の形状の情報に基づいて、前記２つの湾曲部の位置を算出し、前記２つの湾曲部の位置に基づいて、前記三次元位置関係を算出する、請求項８に記載の可撓管挿入装置。
10. 前記形状センサは、前記可撓管の長手軸に沿って並べて配置された複数の湾曲センサを有し、各湾曲センサは、その湾曲センサが設けられた前記可撓管の部分の湾曲を検出し、
    前記形状算出回路は、各湾曲センサによって検出される湾曲の情報に基づいて、前記可撓管の各部の曲率を算出し、前記曲率に基づいて前記可撓管の全体の形状を算出し、
    前記位置関係算出回路は、前記可撓管の全体の形状の情報に基づいて、前記２つの湾曲部の位置を算出し、前記２つの湾曲部の位置に基づいて、前記三次元位置関係を算出する、請求項８に記載の可撓管挿入装置。
11. 前記剛性制御システムは、複数の剛性可変装置と、前記複数の剛性可変装置を独立に制御する剛性制御回路とを備え、前記複数の剛性可変装置は、前記可撓管の長手軸に沿って並べて前記可撓管に設けられており、各剛性可変装置は、その剛性可変装置が設けられた前記可撓管の部分の剛性を変更することが可能である、請求項１ないし７のいずれかひとつに記載の可撓管挿入装置。
12. 対象の管路に挿入される可撓管の形状を算出する形状算出システムと、
    前記形状算出システムによって算出された前記可撓管の前記形状の情報に基づいて、前記可撓管における２つの湾曲部の形成を検出する湾曲検出回路と、
    前記２つの湾曲部の三次元位置関係を算出する位置関係算出回路と、
    前記三次元位置関係に基づいて前記可撓管の各部の剛性を制御する剛性制御システムとを備える、挿入制御装置。

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