WO2012132725A1

WO2012132725A1 - 自己推進装置

Info

Publication number: WO2012132725A1
Application number: PCT/JP2012/055044
Authority: WO
Inventors: 貴行仲村; 毅芦田; 真一山川; 大田　恭義; ブランティンガムアラン
Original assignee: 富士フイルム株式会社
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2012-10-04
Also published as: US20140046133A1

Abstract

　自己推進装置は、ドライブユニットと、これに装着されるトロイドユニットとを備える。トロイドユニットは、トロイド状をした走行部材と、この走行部材の内部に位置するローラ支持筒とを有する。前記走行部材には、剛性を高くした３つの帯状部分が形成されている。ドライブユニットは、内視鏡の挿入部に装着される内筒と、内筒に保持された外筒とを有する。前記ローラ支持筒の内面と、外筒の外面は、ほぼ三角形をしている。外筒の各平面部の前側と後側とに、駆動ホイールが配置されている。ローラ支持筒の各平面部には、各駆動ホイールを前後から挟むように２個の従動ローラが配置されている。この駆動ホイールと２個の従動ローラは、走行部材の帯状部分を挟持して、走行部材を循環移動させる。

Description

自己推進装置

　本発明は、内視鏡の挿入部に取り付けられ、大腸等の消化管内で挿入部を進退させるための自己推進装置に関する。

　大腸の内視鏡検査では、大腸が体内で曲がりくねった構造であること、体腔に固定されていない部分があることなどから、内視鏡の大腸への挿入は非常に難しい。そのため、大腸への挿入手技の習得には多くの経験を必要とし、挿入手技が未熟である場合には、患者に大きな苦痛を与えることになる。

　大腸の中で特に内視鏡の挿入が難しいと言われている部位は、いわゆるＳ状結腸と横行結腸である。この理由は、Ｓ状結腸や横行結腸は、その他の部位とは異なり体腔内に固定されていないため、自身の長さの範囲内で形状変化することや、内視鏡挿入時の接触力により変形するからである。このため、内視鏡の挿入時に腸管への接触を少しでも減らすように、Ｓ状結腸や横行結腸を直線化することを可能とする多くの手技が提案されている。また、近年では、挿入手技が未熟なものでも、内視鏡を容易に挿入することができるように、腸管内で内視鏡を推進させる自己推進装置（内視鏡挿入補助具とも呼ばれている）が提案されている（例えば、特表２００９－５１３２５０号公報参照）。

　前記自己推進装置は、内視鏡挿入部に嵌合するハウジングと、内視鏡の軸線を中心にして、ハウジングの周囲を取り囲むように取り付けられたトロイド状の走行部材（ドーナツ状の袋）と、この走行部材をキャタピラのように循環回転させて内視鏡を推進又は後退させる駆動部とから構成されている。この走行部材は、柔軟な材料で形成され、腸管の内壁と接触して駆動力を発生する。この走行部材には、周方向の捻れが生じたり、移動方向に引っ張られたりといった腸壁からの力を受けるため、高い剛性、かつ耐久性のある構造となっていることが要請されている。特に、駆動ホイールと従動ローラに挟持されて移動力が付与されるため、挟持された部分が劣化し易く、耐久性に乏しいという問題がある。

　本発明の目的は、走行部材の捻れ防止と、駆動ホイールと従動ローラに挟持される部分の強度アップとを図り、走行部材の剛性及び耐久性を向上させた自己推進装置を提供することである。

　上記目的を達成するために、本発明の自己推進装置は、トロイドユニットとドライブユニットとを備えている。前記トロイドユニットは、帯状部分が形成された走行部材と、ローラ支持筒と、複数の従動ローラとを有する。前記走行部材は、内部空間を有するトロイド状に形成され、循環移動が可能である。前記帯状部分は、循環移動の方向に沿って前記走行部材に形成され、前記走行部材の剛性を強くする。前記ローラ支持筒は、前記走行部材の前記内部空間に配置され、第１平面部及び第１コーナー部が交互に内面に形成されている。前記従動ローラは、前記各第１平面に取り付けられ、前記走行部材の内面上で前記帯状部分を押圧する。前記ドライブユニットは、内筒と、この内筒に支持された外筒と、駆動ホイールとを備える。前記内筒は、内視鏡の挿入部に装着される。前記外筒は、前記内筒の外周面を覆った状態で前記内筒に支持され、且つ前記ローラ支持筒の各第１平面部と対向する第２平面部と、前記ローラ支持筒の前記第１コーナー部と対向する第２コーナー部とが交互に外面に形成されている。前記駆動ホイールは、前記トロイドユニットの従動ローラとの間で前記帯状部分を挟持して、前記走行部材を循環移動させる。

　前記走行部材は少なくとも１枚の主シートでトロイド状に形成され、前記帯状部分には、少なくとも１枚の補強シートが前記主シートに接合されていることが望ましい。また、前記補強シートは、ナイロンなどの樹脂製メッシュシートであることが望ましい。

　前記第１及び第２平面部と、前記第１及び第２コーナー部は、それぞれ３個ずつとし、また各コーナー部を円弧状とすることで、前記ローラ支持筒の内面と前記外筒の外面とをほぼ三角形にすることが望ましい。

　前記ローラ支持筒と前記外筒との間に、前記走行部材の通路を形成することが望ましい。この通路内に前記従動ローラの一部と前記駆動ホイールの一部が入り込んでいる。

　前記ドライブユニットは、前記内筒と外筒を同軸的に支持するための前蓋と後蓋とを有することが望ましい。前記前蓋と前記外筒とを一体に形成したり、あるいは前記後蓋と前記内筒とを一体に形成したりすることが望ましい。

　前記ドライブユニットに、前記駆動ローラに回転力を付与する駆動部を設けることが望ましい。この駆動部は、前記駆動ローラと係合するウォームギヤと、前記ウォームギヤを回転させる駆動ギヤとから構成されている。前記駆動ギヤは、前記外筒の第２コーナー部の内側に配置されることが望ましい。この駆動ギヤは、前記内視鏡の外部に設けられた駆動源からトルクワイヤによって回転力が与えられる。

　本発明では、従動ローラと移動ホイールとで挟持される走行部材の一部に、強度アップのための帯状部分を設けたから、剛性の向上によって走行部材が走行中に捻れることがなく、また耐久性を向上させることができる。

図１は、本発明の自己推進装置を装着した内視鏡の模式図である。図２は、自己推進装置の外観を示す斜視図である。図３は、自己推進装置の挿入方向に垂直な断面構造を示す概略図である。図４は、自己推進装置の構造を示す分解斜視図である。図５は、自己推進装置の挿入方向に沿って切断した説明的断面図である。図６は、トロイド状の走行部材に加工される前の走行部材用シートを示す斜視図である。図７は、走行部材用シートを分解した斜視図である。図８は、走行部材用シートの拡大断面図である。図９は、筒状に加工した走行部材用シートの説明図である。図１０は、前蓋と後蓋を外筒と内筒にそれぞれ一体に形成した実施形態を示す分解斜視図である。図１１は、図１０に示す実施形態を自己推進装置の挿入方向に沿った切断した説明的断面図である。

　図１に示されるように、電子内視鏡（以下、単に内視鏡という）１０は、超小型固体撮像素子（ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等）を備え、観察部位を撮像する。この内視鏡１０は、例えば大腸等の消化管内に挿入される挿入部１１と、内視鏡１０の把持及び挿入部１１の操作をするための操作部１２と、この操作部１２を、周知のプロセッサ装置及び光源装置（いずれも図示せず）に接続するユニバーサルコード１３とから構成される。ユニバーサルコード１３には、送気・送水チャンネルと、撮像信号出力用ケーブル及びライトガイドとが組み込まれている。また、操作部１２は、アングルノブ１４と操作ボタン１５とを備えている。

　アングルノブ１４を回転操作すると、挿入部１１の先端部１６の向きが変更される。操作ボタン１５は、送気・送水や吸引等の各種操作の際に用いられる。挿入部１１は、可撓性を有する棒状体であり、その先端部１６には、観察窓１７、照明窓１８、送気・送水ノズル１９等が設けられている（図２参照）。この先端部１６には、自己推進装置２０が着脱自在に取り付けられている。自己推進装置２０は、消化管内で挿入部１１の前進または後退を補助する。

　自己推進装置２０は、動力源２１によって駆動される。動力源２１には、自己推進装置２０に回転トルクを伝達するためのトルクワイヤ２２（図５参照）が連結されており、このトルクワイヤ２２はほぼ全長に亘って保護シース２３の内部に挿通されている。動力源２１の駆動により、トルクワイヤ２２は保護シース２３内で回動する。動力源２１は、操作コントローラ（図示せず）に接続されている。この操作コントローラは、自己推進装置２０の前進・後進・停止の指示を入力するためのボタンと、自己推進装置２０の移動速度を変更するための速度変更ボタン等を有する。

　また、挿入部１１のほぼ全長にオーバーチューブ２４が外嵌されており、保護シース２３はオーバーチューブ２４と挿入部１１との間に挿通されている。オーバーチューブ２４は、挿入部１１の軸線２５の方向に伸縮自在な蛇腹構造となっている。

　図２に示されるように、自己推進装置２０は、ドライブユニット４０が、トロイド状（ドーナツ状の袋）に形成された走行部材３０の中央空間に挿入されている。なお、この走行部材３０は、回転部材又は循環部材と称することも可能である。走行部材３０の内径側がドライブユニット４０に接触して、内視鏡１０の軸線２５の方向に押し出され、そして消化管の内壁に接触する外径部分が挿入方向とは反対の矢印２８の方向に移動することで、走行部材３０全体が循環移動する。これによって、内視鏡１０は、消化管の内壁に対して相対的に前進する。走行部材３０は、伸縮性と柔軟性を有する材料、例えば、生体適合性プラスチック又はゴムにより形成される。

　図３～図５に示されるように、自己推進装置２０は、トロイドユニット３４とドライブユニット４０とからなる。トロイドユニット３４は、トロイド状の走行部材３０と、ローラ支持筒３５とを備えている。走行部材３０には、剛性の強い帯状部分３３が前記挿入部１１の推進方向に沿って設けられている。ローラ支持筒３５の内面４５には、複数例えば３個の平面部３６と、３つのコーナー部３７とが形成され、ほぼ三角形をしている。各平面部３６には、走行部材３０の帯状部分３３を押圧する従動ローラ５６が取り付けられている。各コーナー部３７は、隣り合う２個の平面部３６の間に位置している。従動ローラ５６は、中央に溝５７が形成されている。

　ドライブユニット４０は、内筒３２と外筒３１とを備えている。この内筒３２には、挿入部１１の先端部１６が着脱自在に挿通される装着孔４６が設けられている。外筒３１は、内筒３２で支持されるとともに、内筒３２の外周面を覆っている。この外筒３１の外面４１は、ほぼ三角形をしており、トロイドユニット３４の平面部３６と対向する位置に設けられた３つの平面部４２と、トロイドユニット３４のコーナー部３７と対向する位置に設けられた３つのコーナー部４３とが形成されている。

　外筒３１とローラ支持筒３５との間に、走行部材３０が移動可能に配置される通路３８が形成されている。内筒３２と外筒３１の前端と後端には、前蓋４７と後蓋４８とが取り付けられ、内筒３２が外筒３１を同軸的に保持している。この後蓋４８は、その前側部分は外筒３１に嵌合するようにほぼ三角形をしているが、後側部分は円筒形のオーバーチューブ２４に嵌合するように円形をしている。

　外筒３１の３つの平面部４２には、駆動ホイール５５が軸線２５の方向に沿ってそれぞれ２ヶ所に取り付けられる。駆動ホイール５５は、いわゆるウォームホイールであり、円筒面にはウォームギヤ５２と噛合するはす歯ギヤが形成されている。駆動ホイール５５は、はす歯ギヤの先端部分が平面部４２の両面からそれぞれ突出するように取り付けられ、平面部４２の内側でウォームギヤ５２と噛合し、外側で走行部材３０の帯状部分３３と噛合する。この帯状部分３３は、駆動ホイール５５と、ローラ支持筒３５の平面部３６に設けられた従動ローラ５６との間で挟持されて軸線２５の方向に送られ、それにより走行部材３０が循環移動される。

　１つの駆動ホイール５５の前後に２個の従動ローラ５６が配置され、これらの従動ローラ５６はローラ支持筒３５に回転自在に支持されている。この２個の従動ローラ５６は、帯状部分３３を駆動ホイール５５に向けて押し付け、結果的に２個の従動ローラ５６と駆動ホイール５５との間で帯状部分３３を挟持する。帯状部分３３は、１つの駆動ホイール５５と２つの従動ローラ５６との間で湾曲し、駆動ホイール５５によって移動方向に送り出される。帯状部分３３は、剛性を高くしてあるため、常に駆動ホイール５５と従動ローラ５６の間に挟まれていても、耐久性上の問題はない。

　ドライブユニット４０には、駆動ホイール５５に回転力を付与する駆動部５０が設けられる。駆動部５０は、内筒３２に外嵌されて回転自在に保持されるギヤ軸（ギヤ筒）５１と、後蓋４８に回転自在に保持される駆動ギヤ５４とから構成される。ギヤ軸５１は、２ヶ所にウォームギヤ５２が形成され、一端側に平ギヤ５３が形成されている。駆動ギヤ５４は、外筒３１のコーナー部４３と内筒３２との間に配置され、前記平ギヤ５３と噛合する。トルクワイヤ２２は、蓋４８に形成されたワイヤ挿通孔５９に挿通され、その先端に駆動ギヤ５４が連結されている。トルクワイヤ２２の回転は、駆動ギヤ５４を介してギヤ軸５１に伝達される。

　図６～図８に示されるように、走行部材３０に加工されるための走行部材用シート８０は、一方の面にリブ８４が３本形成されたポリウレタンシート８１と、ラックギヤ８５を中央に有する３枚のポリウレタンシート８２と、３枚のナイロンメッシュシート８３から構成されている。リブ８４とラックギヤ８５が、走行部材用シート８０の表裏に位置するように、ポリウレタンシート８１とポリウレタンシート８２とでナイロンメッシュシート８３を挟持する。次に、３枚のポリウレタンシート８２と３枚のナイロンメッシュシート８３の中心をリブ８４に合わせてから、それぞれ接着あるいは熱融着によって一体化する。また、金型を用いて、ナイロンメッシュシートを内装した一体成形でもよい。

　前記ポリウレタンシート８１は主シートであり、伸縮性と柔軟性とを有する。ナイロンメッシュシート８３は補強シートであり、この補強シートを主シートに接合することで、帯状部分３３が構成される。この実施形態の帯状部分３３は、ポリウレタンシート８１、ポリウレタンシート８２、ナイロンメッシュシート８３による３重構成である。なお、主シート及び補強シートは、複数のシートを接合した多層構成でもよい。また、主シートの厚みを大きくして、帯状部分としてもよい。

　ナイロンメッシュシート８３は非常に強靭な性質を有するので、剛性や耐久性に優れている。ナイロンメッシュシート８３は、メッシュが長手方向に沿って方眼に形成されたナイロンメッシュリボンを切断したものである。また、ポリウレタンシート８１のリブ８４は、従動ローラ５６の中央に形成された溝５７に係合して、走行部材３０が捩れずに真っ直ぐ循環移動するために設けられている。ポリウレタンシート８１は、厚さを薄くした接合用のり代部８６を備える。なお、走行部材用シート８０を構成する各シートは、前述した素材の他に、内視鏡の用途に応じて、適宜な性能を有する樹脂シートを用いることができる。

　ラックギヤ８５は、駆動ホイール５５に形成されたはす歯ギヤと噛合するために設けられ、ポリウレタンシート８２の長手方向に対して、はす歯ギヤと同じの傾き、例えば１３．２°で形成されている。また、ラックギヤ８５が形成された面は、走行部材３０に加工されたときに大腸の内壁と接触する外側の表面になるので、ラックギヤ８５の歯先がポリウレタンシート８２の表面から突出していない。

　図９に示されるように、走行部材用シート８０は、ラックギヤ８５を内側にしてポリウレタンシート８１のリブ８４に平行な両端部分を貼り合わせて、筒状に形成する。リブ８４を従動ローラ５６の中央に形成された溝５７の位置に合わせながら、筒状に形成された走行部材用シート８０をローラ支持筒３５の中に挿通させる。次に、ローラ支持筒３５を包むようにその両端部を１８０°折り返し、ローラ支持筒３５の外側で貼り合わせてトロイド状の袋を形成する。このとき、リブ８４の両端に生成された同じ形状の凸部８７と凹部８８とが嵌合される。

　図５に示されるように、例えば、大腸内で自己推進装置２０を前進させる場合には、ドライブユニット４０の後方に設けられた駆動ホイール５５と従動ローラ５６によって、帯状部分３３の後端側が引っ張られる（矢印２６の方向）。これとともに、ドライブユニット４０の前方に設けられた駆動ホイール５５と従動ローラ５６によって、帯状部分３３の前端側が前方に押し出される（矢印２７）。押し出された走行部材３０は前端側で外側に広がり、１８０°ターンして外側に折り返され、大腸内壁と接触する。

　一方、帯状部分３３のうち挿入方向に関して後端側となる部分が引っ張られることで、大腸内壁と接触していたトロイドの外側部分が、１８０°ターンしてトロイドの内側に折り返される。このように、走行部材３０は、外側が抜き出し方向（矢印２８）、内側が挿入方向（矢印２７）に循環移動することで、自己推進装置２０が前進し、内視鏡１０の先端部１６が大腸内壁に対して相対的に前進する。自己推進装置２０を挿入方向に対して後退させる場合には、走行部材３０が逆方向に循環移動される。

　走行部材３０は、剛性のある帯状部分が駆動ホイール５５と従動ローラ５６とに挟持されて移動されるから、走行部材３０が捻れることがない。

　前記実施形態では、内筒３２と外筒３１の前端と後端には、前蓋４７と後蓋４８とが取り付けられ、内筒３２が外筒３１を同軸的に保持している。図１０及び図１１に示す実施形態では、前蓋４７が外筒３１と一体に、また後蓋４８が内筒３２と一体に形成されている。こうすると、部品数が少なくなり、また組立が簡単となる。

　なお、上記実施形態では、ローラ支持筒３５の内面４５と外筒３１の外面４１の断面形状がほぼ三角形であるが、四角形、五角形等の多角形でもよい。しかし、角数を多くすると外形が円に近づいて、変形する効果が減少してしまうので、三角形がより好ましい。

Claims

　内部空間を有するトロイド状に形成された循環移動可能な走行部材と、前記循環移動の方向に沿って前記走行部材に形成された剛性の強い帯状部分と、記走行部材の前記内部空間に配置され、第１平面部及び第１コーナー部が交互に内面に形成されたローラ支持筒と、前記各第１平面に取り付けられ、前記走行部材の内面上で前記帯状部分を押圧する従動ローラとを有するトロイドユニットと、
　内視鏡の挿入部に装着可能な内筒と、前記内筒の外周面を覆った状態で前記内筒に支持され、且つ前記ローラ支持筒の各第１平面部と対向する第２平面部と、前記ローラ支持筒の前記第１コーナー部と対向する第２コーナー部とが交互に外面に形成された外筒と、前記トロイドユニットの従動ローラとの間で前記帯状部分を挟持して、前記走行部材を循環移動させる駆動ホイールとを有するドライブユニットと、
　を備える自己推進装置。
　前記走行部材は少なくとも１枚の主シートでトロイド状に形成され、前記帯状部分には、少なくとも１枚の補強シートが前記主シートに接合されている請求の範囲第１項記載の自己推進装置。
　前記補強シートは、樹脂メッシュシートである請求の範囲第２項記載の自己推進装置。
　前記第１及び第２平面部と、前記第１及び第２コーナー部はそれぞれ３個ずつであり、また前記各コーナー部は円弧状であり、それにより前記ローラ支持筒の内面と前記外筒の外面がほぼ三角形をなしている請求の範囲第１項記載の自己推進装置。
　前記ローラ支持筒と前記外筒との間に、前記走行部材が移動可能な通路が形成され、この通路内に前記従動ローラの一部と前記駆動ホイールの一部がそれぞれ入り込んでいる請求の範囲第１項記載の自己推進装置。
　前記ドライブユニットは、前記内筒と外筒とを同軸的に支持する前蓋及び後蓋を有する請求の範囲第１項記載の自己推進装置。
　前記前蓋と前記外筒とが一体に形成されている請求の範囲第６項記載の自己推進装置。
　前記後蓋と前記内筒とが一体に形成されている請求の範囲第６項記載の自己推進装置。
　前記ドライブユニットは、前記駆動ローラに回転力を付与する駆動部を有している請求の範囲第１項記載の自己推進装置。
　前記駆動部は、前記駆動ローラと係合するウォームギヤと、前記ウォームギヤを回転させる駆動ギヤとを有している請求の範囲第９項記載の自己推進装置。
　前記駆動ギヤは、前記外筒の前記第２コーナー部の内側に配置されている請求の範囲第１０項記載の自己推進装置。
　前記駆動ギヤは、前記内視鏡の外部に設けられた駆動源からトルクワイヤによって回転力が与えられている請求の範囲第１０項記載の自己推進装置。