WO2014156863A1 - 挿入装置 - Google Patents

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WO2014156863A1
WO2014156863A1 PCT/JP2014/057484 JP2014057484W WO2014156863A1 WO 2014156863 A1 WO2014156863 A1 WO 2014156863A1 JP 2014057484 W JP2014057484 W JP 2014057484W WO 2014156863 A1 WO2014156863 A1 WO 2014156863A1
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shape
unit
insertion device
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optical fiber
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良 東條
潤 羽根
藤田　浩正
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オリンパス株式会社
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    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2061—Tracking techniques using shape-sensors, e.g. fiber shape sensors with Bragg gratings

Definitions

  • the present invention relates to an insertion device.
  • an endoscope apparatus is known as one of insertion apparatuses including an insertion portion to be inserted into a predetermined inserted body.
  • an endoscope apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-052614 has an insertion portion in which a flexible bending detection optical fiber is disposed over almost the entire length.
  • the bending detection optical fiber includes a plurality of bending detection units, and is configured to change the amount of light transmitted to the bending detection unit in accordance with the angle of the bent angle.
  • Such an endoscope apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-052614 detects the bending state of an optical fiber from the output of a bending detection unit arranged in the bending detection optical fiber, and the detected bending state is inserted into an insertion unit. Is displayed on the display unit as a bent state.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2003-052614 proposes to display the shape of the insertion portion. However, even if the shape is known, the position of the insertion portion in the space where the endoscope apparatus is used is not always known.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an insertion device in which an operator can recognize the shape and position of an insertion portion.
  • an insertion device includes an insertion portion that is inserted into an inserted body, a reference portion that is disposed outside the inserted body, and a movable body that is continuously movable.
  • a first member that detects a shape of the connecting member with reference to the reference portion by detecting a movable amount of the connecting member; and a connection member that connects the insertion portion and the reference portion.
  • a sensor that detects a shape of the connecting member with reference to the reference portion by detecting a movable amount of the connecting member.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an insertion device according to each embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a flexible endoscope as an example of the insertion device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a first diagram illustrating a curvature detection unit.
  • FIG. 3B is a second diagram illustrating the curvature detection unit.
  • FIG. 3C is a third diagram illustrating the curvature detection unit.
  • FIG. 4 is a diagram showing a structure for attaching an optical fiber to an endoscope.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a display example of information on the shape of the insertion portion.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an insertion device according to each embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a flexible endoscope as an example of the insertion device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a first diagram illustrating
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a modified flexible endoscope in which the first shape sensor and the second shape sensor are combined.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating a display example in a case where an image inside the insertion target is displayed together with an image of the shape of the insertion portion.
  • FIG. 7B is a diagram illustrating a display example when the reference position of the insertion target can be determined.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a flexible endoscope using an antenna and a coil as an inserted object position detector as an example of an insertion apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an arrangement example when a plurality of coils are arranged.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a modified flexible endoscope using a shape sensor for detecting the position of an inserted body.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a rigid endoscope as another example of the insertion device.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an insertion device according to each embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 illustrates a flexible endoscope as the insertion device.
  • the insertion device according to the present embodiment is not limited to a flexible endoscope, and may be any insertion device that has an insertion portion that is inserted into an inserted body, such as a rigid endoscope, a catheter, and a treatment instrument.
  • the insertion device 100 includes a main body 102, a rack 104, a display unit 106, and an endoscope. As shown in FIG. 1, the main body 102 is placed on a rack 104 and is configured to maintain a relative position with respect to the inserted body P during use of the insertion device 100.
  • the display unit 106 is also placed on the rack 104. Furthermore, the main body 102 and the display unit 106 are connected so as to be able to communicate via a connection cable (not shown).
  • the endoscope is connected to the main body 102.
  • the “endoscope” in the present embodiment includes the connection cable 108, the operation unit 110, and the insertion unit 112, and does not include the main body 102.
  • the operator O operates the endoscope while holding the operation unit 110 and the insertion unit 112.
  • an insertion target (for example, a patient) P of the insertion device 100 is laid on the bed B so as not to move while the insertion device 100 is in use.
  • the operator O inserts the insertion portion 112 from the entrance Po of the insertion portion 112 in the insertion target P, for example, the mouth, and observes the inside of the insertion target P.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a flexible endoscope as an example of the insertion device 100 according to the first embodiment of the present invention. Below, it demonstrates in order of the main body 102 and an endoscope.
  • the main body 102 includes an inserted body position information input unit 1021, a calculation unit 1022, and a rigid part shape storage unit 1023. Furthermore, the main body 102 has light emitting / receiving sections 202 and 206 for two types of shape sensors, which will be described in detail later.
  • the main body 102 is a reference portion for calculating a reference position for detecting the shape and position of the insertion portion 112 of the endoscope. For this reason, the main body 102 is configured to maintain a relative position with the inserted body P during the operation of the endoscope. For example, when the insertion object P is laid on the bed B, the main body 102 is placed on the rack 104 so as not to move.
  • the inserted object position information input unit 1021 takes in the signal from the inserted object reference position input unit 110b as the inserted object reference position association information and inputs it to the calculation unit 1022.
  • the calculation unit 1022 calculates the shape and position of the insertion unit 112 with reference to the reference position.
  • the rigid part shape storage unit 1023 stores shape information of the operation unit 110 that is a rigid part of the endoscope.
  • the rigid part shape storage unit 1023 is a known storage medium such as a flash memory or a hard disk drive.
  • the endoscope includes the connection cable 108, the operation unit 110, and the insertion unit 112. Furthermore, the endoscope has a first shape sensor 204 and second shape sensors 208a and 208b.
  • the first shape sensor 204 is provided so as to pass through the connection cable 108.
  • the second shape sensors 208 a and 208 b are provided so as to pass through the connection cable 108, the operation unit 110, and the insertion unit 112.
  • connection cable 108 is a connection member that electrically and optically connects the main body 102 and the operation unit 110.
  • the connection cable 108 is a movable part that can move the operation part 110 and the insertion part 112.
  • the connection cable 108 is made of a soft member and can continuously change its shape.
  • the connection portion between the main body 102 and the connection cable 108 is fixed so that the position is fixed and it does not rotate around an axis along the longitudinal direction of the connection cable 108.
  • a configuration of the connecting cable 108 as a movable portion for example, a multi-joint mechanism using a ball joint may be used.
  • the operation unit 110 that functions as a connection member together with the connection cable 108 includes a bending operation lever 110a and an inserted object reference position input unit 110b.
  • the operation unit 110 is configured not to move.
  • the bending operation lever 110 a is an operation lever for the operator O to operate the bending shape of the distal end of the insertion portion 112. The operator O can bend the distal end of the insertion portion 112 by operating the bending operation lever 110a.
  • the inserted object reference position input unit 110b is a switch operated by the operator O, for example.
  • the inserted object reference position input unit 110b is pushed by the operator O when the distal end of the insertion part 112 reaches a reference position set in advance in the inserted object P.
  • the reference position is, for example, the entrance Po of the opening (for example, the mouth) of the insertion object P, but is not limited thereto.
  • the reference position may be arbitrarily determined by the operator O. However, it is preferable to set the reference position at a position that is easy for the operator to recognize, such as an entrance of the opening of the inserted body P or a branch point existing inside the inserted body P.
  • the insertion part 112 is configured to be movable like the connection cable. And the insertion part 112 has the imaging part 112a in the front-end
  • the imaging unit 112a images the inside of the insertion object P and outputs an electrical signal (imaging signal) corresponding to the image inside the insertion object P.
  • the first shape sensor 204 and the second shape sensors 208a and 208b are, for example, optical fiber bending shape sensors.
  • the optical fiber bending shape sensor has an optical fiber in which a bending detecting unit is arranged in each part.
  • FIG. 3A to FIG. 3C are diagrams showing a curvature detection unit for one place.
  • the clad of the optical fiber 302 is removed so that the core of the portion where the curvature detection unit is disposed is exposed.
  • the light absorption member as the curvature detection part 304 is apply
  • the position where the bending detection unit 304 is arranged is at least a position of a flexible part whose shape changes, such as the insertion unit 112 and the connection cable 108. Since the shape of the hard part such as the operation part 110 does not change, the curvature detection part 304 need not be arranged. In other words, the curvature detector 304 may not be disposed in the second shape sensor 208a.
  • a part of the light guided in the optical fiber 302 by the light emission of the light emitting units 202a and 206a is a light absorbing member as the curvature detecting unit 304 according to the curved state (movable state) of the optical fiber 302.
  • the other part is reflected inside the optical fiber 302 and guided to the tip, for example, reflected by the reflecting portion provided at the tip, returned to the optical fiber 302, and received by the light receiving portions 202b and 206b.
  • the FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the light guided through the optical fiber 302 and the curved state.
  • FIG. 3A shows a state in which the amount of light absorption is small, that is, the amount of light transmission is large, because the optical fiber 302 is bent upward in the drawing.
  • FIG. 3B shows a state in which the optical fiber 302 is hardly bent and the amount of transmitted light is moderate.
  • FIG. 3C shows a state in which the amount of light absorption is large, that is, the amount of light transmission is small, because the optical fiber 302 is bent upward in the drawing. From the relationship between the bending state of the optical fiber 302 and the amount of light transmitted, the shape of the optical fiber 302 can be detected from the outputs of the light receiving units 202b and 206b.
  • the relationship between the bending state of the optical fiber 302 and the amount of transmitted light depends on how the bending detection unit 304 is arranged, and does not necessarily have the relationship shown in FIGS. 3A to 3C. Absent.
  • FIG. 4 is a view showing a structure for attaching the optical fiber 302 to the endoscope.
  • a plurality of optical fibers 302 are arranged inside the insertion portion 112.
  • a curvature detection unit 304 that detects the curvature in the X-axis direction
  • a curvature detection unit 304 that detects the curvature in the Y-axis direction
  • Two optical fibers 302 are arranged in pairs.
  • a plurality of optical fibers 302 are arranged such that the pair of curvature detection units 304 are arranged in the longitudinal direction (insertion direction) of the insertion unit 112.
  • the curvature detection unit 304 is arranged to be aligned in the longitudinal direction so that the shape can be detected up to the vicinity of the distal end of the insertion unit 112.
  • an imaging fiber obtained by the illumination fiber 306 and the imaging unit 112 a that guides light for illuminating the inside of the insertion object P from the insertion unit 112 and the imaging unit 112 a are used as the calculation unit of the main body 102.
  • a wiring 308 for transmitting to 1022 is also arranged.
  • FIG. 4 shows an example in which one bending detection unit 304 is provided for one optical fiber 302.
  • a plurality of curvature detection units 304 with one optical fiber 302 may be provided.
  • each curvature detection unit 304 changes the amount of light for a different wavelength.
  • the curvature detection unit 304 shown in FIG. 4 detects the curvature of the curvature detection unit 304 itself.
  • the curvature detection portion 304 for example, having a length of 2 mm in the longitudinal direction of the shape sensor
  • a shape sensor used in an endoscope is curved with a certain range (for example, 60 mm) in the longitudinal direction.
  • the actual curvature detection unit 304 detects not only the position where it exists but also a curvature having a certain range (for example, 30 mm in each of the insertion direction and the removal direction, and 60 mm in total). be able to.
  • the detection range of the curvature detection unit 304 is set wide, the accuracy of shape detection deteriorates.
  • the detection range is narrowed, the accuracy is improved, but the number of optical fibers 302 is increased, and the shape sensor is complicated. Therefore, it is preferable to set a wide range within a range where there is no problem in detecting the shape.
  • the operator O has the operation unit 110 and the insertion unit 112 and inserts the insertion unit 112 from the entrance Po of the insertion target P.
  • the operator presses the insertion target reference position input unit 110b when the distal end of the insertion unit 112 reaches the entrance Po of the insertion target P.
  • a signal indicating the timing at which the inserted object reference position input unit 110b is pressed is input to the inserted object position information input unit 1021.
  • the inserted object position information input unit 1021 takes in the signal from the inserted object reference position input unit 110b as the inserted object reference position association information and inputs it to the calculation unit 1022.
  • the calculation unit 1022 associates the position of the inlet Po of the inserted body P, which is the position of the distal end of the insertion section 112 when the inserted body reference position input unit 110b is pressed, as the reference position of the inserted body. For the operation. For this purpose, the calculation unit 1022 calculates the light transmission amount detected by the first shape sensor 204 and the light transmission amount detected by the second shape sensors 208a and 208b (actually the second shape sensor 208b). Based on this, the shape of the insertion portion 112 is calculated. Prior to this calculation, a relational expression between the change ⁇ lf in the light transmission amount of the optical fiber 302 of the shape sensor and the bending amount ⁇ f of the bending detecting unit 304 is obtained.
  • ⁇ f f ( ⁇ lf)
  • the bending amount of each bending detection unit 304 is calculated from the light transmission amount by this equation. From the bending amount of each bending detection unit 304 of the first shape sensor 204, the shape of the connection cable 108 with respect to the main body 102 as the reference unit is calculated. On the other hand, the shape of the insertion portion 112 with respect to the main body 102 as the reference portion is calculated from the amount of bending of each bending detection portion 304 of the second shape sensor 208b.
  • the rigid part shape storage unit 1023 stores the shape information of the operation unit 110.
  • the operation part 110 is a hard part and its shape does not change. Therefore, the shape information can be fixed information.
  • the calculation unit 1022 reads out the shape information of the operation unit 110 stored in the rigid part shape storage unit 1023, and connects the shape of the connection cable 108, the shape of the operation unit 110, and the shape of the insertion unit 112 to obtain an endoscope. The shape of the whole is calculated.
  • the calculation unit 1022 also calculates the position and direction of the distal end of the insertion unit 112 with respect to the main body 102 from the shape of the endoscope with respect to the main body 102 that is the reference unit.
  • the calculation unit 1022 After associating the position of the distal end of the insertion unit 112 with the reference position, the calculation unit 1022 outputs information on the shape of the insertion unit 112 with respect to the entrance Po of the inserted body P to the display unit 106.
  • the display unit 106 displays an image 404 indicating the shape of the insertion unit 112 from the reference position 402, for example, as shown in FIG.
  • the reference position is the entrance Po of the inserted body P.
  • the operator O may arbitrarily determine the reference position. Even when the reference position is not the entrance Po, the position of the distal end of the insertion portion 112 when the operator O pushes the insertion target reference position input portion 110b is the reference position.
  • the reference position 402 on the display unit 106 may be changed. For example, a cursor may be provided on the screen, and the position designated by the operator O with the cursor on the screen may be used as the reference position 402 on the display.
  • the association between the position of the distal end of the insertion portion 112 and the reference position in the present embodiment assumes that the inserted body P does not substantially move while using the endoscope.
  • the coordinates of the entrance Po of the inserted body P are deviated from when the inserted body reference position input section 110b is pushed.
  • an error also occurs in the position of the insertion portion 112 with respect to the inlet Po of the insertion object P.
  • the shape of the insertion portion 112 with respect to the reference portion can be determined.
  • the position can be detected.
  • the operator O can recognize what shape the insertion unit 112 is in which position in the space where the endoscope is used. Therefore, the operability is improved.
  • an optical fiber curved shape sensor as the shape sensor, it is possible to incorporate even a device such as an endoscope that has a small space inside the tube. Furthermore, even if the connection cable 108 or the insertion portion 112 is bent, the reference is provided even if the connection cable 108 or the insertion portion 112 is bent by arranging the bending detection portion 304 so that the shapes of the connection cable 108 and the insertion portion 112, which are soft portions of the endoscope, can be detected. It is possible to detect the shape and tip position of the insertion portion 112 with respect to the main body 102 which is a portion. In addition, by not detecting the shape of the operation unit 110 that is a rigid portion, the number of the curvature detection unit 304 can be reduced. Thereby, the number of optical fibers 302 can also be reduced.
  • the inserted object reference position input unit is a switch.
  • the operator O2 can identify the reference position of the insertion object P only by pressing the switch when the operator O reaches the entrance Po that is the reference position of the insertion object P and the distal end of the insertion part 112 is reached. Is possible.
  • the shape and position of the insertion portion 112 can be calculated with reference to the entrance Po of the inserted body P that is the reference position.
  • the operator O can operate the operation part 110, seeing the shape of the insertion part 112 on the basis of the entrance Po of the to-be-inserted body P, for example. Therefore, the operator O is easier to operate than the operator O while viewing the shape of the insertion portion 112 with reference to the main body 102 that is a reference portion placed regardless of the position of the inserted object P.
  • the operability can be further improved by setting the reference position as the entrance Po of the inserted body P.
  • the calculation unit 1022 indicates that the operator O has pushed the switch that is the insertion target reference position input unit 110b, so that the distal end of the insertion unit 112 has reached the entrance Po of the insertion target P. Can be judged.
  • the method for determining in the computing unit 1022 that the distal end of the insertion portion 112 has reached the entrance Po of the inserted body P is not limited to the switch operation of the operator O. For example, it may be possible to determine that the distal end of the insertion unit 112 has reached the entrance Po of the inserted body P by analyzing an image obtained by imaging by the imaging unit 112a.
  • the insertion portion 112 As a determination using image analysis, for example, there is a method of determining from the shape and color peculiar to the entrance Po of the insertion object P. In addition, the presence or absence of flicker (if flicker has occurred, it is determined that the distal end of the insertion portion 112 (that is, the imaging portion 112a) is outside the inserted body P, and when the flicker disappears, the insertion portion 112 It is determined that the tip has reached the entrance Po of the inserted body P), and whether there is a linear shape (if the inserted body is a human body, there is almost no linear shape inside. Therefore, there are many linear shapes in the image) If it exists, it may be determined from the fact that it has reached the entrance Po of the inserted body P when the linear shape no longer exists outside the inserted body P).
  • the first shape sensor and the second shape sensor are separate sensors. However, a single shape sensor 210 as shown in FIG. 6 may be used. Even in this case, the curvature detection unit 304 may not be disposed at the position of the operation unit 110.
  • the image 406 inside the to-be-inserted body P is displayed with the image 404 of the shape of the insertion part 112. You may do it.
  • the image inside the insertion object P can be acquired by, for example, an X-ray imaging apparatus or a CT apparatus.
  • the operator O may be able to determine the reference position of the inserted body P at an arbitrary position. This positioning is performed, for example, by selecting the position of the entrance 408 in a shape having a space such as a stomach or a bladder inside the inserted body P on the display unit 106 as shown in FIG. 7B on the image. Then, the operator O pushes the insertion target reference position input unit 110b when the distal end of the insertion unit 112 reaches the entrance of the previously selected space. The subsequent operation is the same as that of the first embodiment described above. Thereby, the operator O can select an arbitrary position as a reference position. Therefore, the operability of the endoscope can be further improved. Note that FIG. 7B does not display the shape of the insertion portion 112 before insertion at the reference position (left side of the entrance image 408) in order to make the difference from FIG. 7A easier to understand. It does not matter if you let them.
  • the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that an inserted body position detector for directly detecting the position of the inserted body P is provided.
  • the inserted object position detector in the example of FIG. 8 includes an antenna 114 and a coil 116.
  • the coil 116 is installed at a reference position (for example, in the vicinity of the entrance) of the insertion object P and generates a magnetic field.
  • the antenna 114 is installed in the main body 102 which is a reference part, and detects a change in the magnetic field generated by the coil 116.
  • the coil 116 as a magnetic field transmission part is attached to the insertion object P, and generates a magnetic field when a current flows.
  • the coil 116 is electrically connected to the main body 102 and is driven by receiving a current from the main body 102, or is driven cordlessly by mounting a battery therein.
  • the installation position of the coil 116 with respect to the insertion object P is stored in advance in the calculation unit 1022.
  • the calculation unit 1022 can recognize the position of the coil 116 as the reference position.
  • the installation position of the coil 116 may be changed at any timing other than when the endoscope is in use. In this case, the installation position information stored in the calculation unit 1022 is also updated.
  • the operator O may be able to update this information.
  • FIG. 8 shows an example in which one coil 116 is installed.
  • a plurality of coils 116 may be installed at different positions. By installing the plurality of coils 116 at different positions, the detection accuracy of the position of the inserted body P can be improved.
  • the magnetic field generated by the coil 116 does not change even when the coil 116 rotates around the central axis. Therefore, for example, as shown in FIG. 9, a plurality of coils 116 a and 116 b having different orientations may be installed at one place of the inserted body P. For example, it arrange
  • the coil 116a and the coil 116b are made to generate a magnetic field in order.
  • An antenna 114 serving as a magnetic field receiver is fixed so that the positional relationship with the main body 102 does not change.
  • the antenna 114 is connected to the inserted object position information input unit 1021, and outputs a signal indicating the strength and direction of the magnetic field generated by the coil to the inserted object position information input unit 1021.
  • the inserted object position information input unit 1021 takes the signal from the antenna 114 as the inserted object reference position association information and inputs it to the calculation unit 1022.
  • the calculation unit 1022 in the present embodiment stores information indicating the positional relationship between the antenna 114 and the main body 102, and information indicating the positional relationship between the signal from the inserted object position information input unit 1021 and the antenna 114 and the main body 102. Based on the above, the position of the entrance Po of the insertion object P is identified.
  • the antenna 114 is fixed so that the positional relationship with the main body 102 does not change.
  • the antenna 114 need not always be fixed. If the positional relationship between the antenna 114 and the main body 102 is known or the positional relationship between the antenna 114 and the main body 102 can be detected, the position of the antenna 114 may be changed. For example, the position of the antenna 114 may be changed if the position of the antenna 114 can be input to the calculation unit 1022.
  • the coil 116 is arranged on the inserted body P, and the antenna 114 is arranged on the main body 102.
  • the antenna 114 may be disposed on the inserted body P and the coil 116 may be disposed on the main body 102.
  • the inserted object position detector that directly detects the position of the inserted object P is provided.
  • the shape and position of the insertion section 112 based on the inserted body P calculated by the calculation section 1022 are shifted. There is no.
  • the second embodiment described above shows a configuration using a magnetic field as an example of the insertion object position detector.
  • a configuration using an electric field or a sound wave may be used.
  • a radio wave transmission unit is installed on one of the inserted body P and the main body 102, and a radio wave reception unit is installed on the other side. If it is the structure using a sound wave, a sound wave transmission part will be installed in one of the to-be-inserted body P and the main body 102, and a sound wave reception part will be installed in the other.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a flexible endoscope that uses a shape sensor for detecting the position of an inserted body.
  • the inserted body position detecting shape sensor 218 has an optical fiber as an inserted body position detecting connecting member in which a curvature detecting unit 304 is disposed in each part.
  • One end of the optical fiber is connected to a light emitting / receiving unit 216 provided in the main body 102.
  • One end of the optical fiber is connected to the main body 102 so that the position is fixed and the optical fiber does not rotate around an axis along the longitudinal direction.
  • the other end of the optical fiber (hereinafter referred to as the tip of the inserted body position detecting shape sensor) is the location of the inserted body P stored in advance in the calculation unit 1022, for example, the entrance Po of the inserted body. Install in the vicinity.
  • the distal end of the inserted body position detecting shape sensor is fixed to the inserted body P so that its position and orientation do not change.
  • the computing unit 1022 computes the position and orientation of the distal end of the shape sensor for detecting the position of the inserted body relative to the main body 102 in the same manner as computing the position and orientation of the distal end of the insertion unit 112. Thereby, the position and orientation of the tip of the inserted body position detecting shape sensor can be calculated as the position and orientation (posture) of the inserted body P with respect to the main body 102.
  • the detection range of the position of the inserted object P may be narrowed by being restricted by the reach range of the magnetic field and the direction in which the antenna can be received.
  • the shape sensor for detecting the position of the inserted object it is not necessary to install an antenna. Therefore, the position of the inserted body can be detected as long as the shape sensor for detecting the position of the inserted body reaches.
  • the rigid portion shape storage unit 1023 includes the shape information of the insertion unit 112 (length information, information on the mounting direction of the insertion unit 112 with respect to the operation unit 110, the insertion unit The direction of the opening 112b of the imaging unit 112a with respect to 112, etc.) is stored.
  • the calculation unit 1022 reads the shape information of the operation unit 110 and the insertion unit 112 stored in the rigid part shape storage unit 1023, respectively. Then, the calculation unit 1022 includes the shape of the connection cable 108 from the main body 102 that is the reference portion detected by the first shape sensor 204, the shape of the operation unit 110 stored in the rigid portion shape storage unit 1023, and the insertion unit 112. Are combined to calculate the overall shape of the endoscope. Thereby, the operator O knows how much the insertion part 112 is inserted in the to-be-inserted body P. FIG. Therefore, the operability is improved.
  • an opening 112b for the imaging unit 112a may be formed obliquely.
  • the direction of the opening 112b that is, the observation location can be varied by rotating the insertion portion 112 around the axis along the insertion direction.
  • the first shape sensor 204 can detect the orientation of the end of the connection cable 108 on the side of the operation unit 110, so that the rotation direction of the operation unit 110 relative to the insertion object P, that is, the distal end of the insertion unit 112.
  • the direction of rotation can also be detected.
  • the direction of the opening 112b is also stored as shape information of the insertion portion 112. Therefore, the direction of the opening 112b to be inserted P can also be detected, and the operator O can know which direction is being observed with respect to the insert P.
  • FIG. 11 shows an example corresponding to the first embodiment.
  • the same technique as that of FIG. 11 can be applied to the modification of the first embodiment, the second embodiment, and the modification thereof.

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Abstract

　挿入装置は、被挿入体(P)に挿入される挿入部(112)と、被挿入体Ｐの外部に配置された基準部である本体(102)と、連続的に可動する可動部を有し、挿入部(112)と本体(102)とを接続する接続ケーブル(108)と、接続ケーブル(108)の湾曲量を検出することによって本体(102)を基準としたケーブルの形状を検出する第１の形状センサ(204)とを備えている。

Description

挿入装置
　本発明は、挿入装置に関する。
　所定の被挿入体に挿入される挿入部を含む挿入装置の１つとして、例えば内視鏡装置が知られている。例えば、日本国特開２００３－０５２６１４号公報の内視鏡装置は、フレキシブルな曲がり検出用光ファイバがほぼ全長にわたって配置された挿入部を有している。曲がり検出用光ファイバは、複数の曲がり検出部を有し、曲げられた角度の大きさに対応して曲がり検出部への光の伝達量を変化させるように構成されている。このような日本国特開２００３－０５２６１４号公報の内視鏡装置は、曲がり検出用光ファイバに配置された曲がり検出部の出力から光ファイバの屈曲状態を検出し、検出した屈曲状態を挿入部の屈曲状態として表示部に表示させている。
　日本国特開２００３－０５２６１４号公報は、挿入部の形状を表示することについては提案している。しかしながら、形状が分かったとしても、内視鏡装置を使用している空間内における挿入部の位置が分かるとは限らない。
　本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものであり、挿入部の形状と位置を操作者が認識可能な挿入装置を提供することを目的とする。
　前記の目的を達成するために、本発明の一態様の挿入装置は、被挿入体に挿入される挿入部と、前記被挿入体の外部に配置された基準部と、連続的に可動する可動部を有し、前記挿入部と前記基準部とを接続する接続部材と、前記接続部材の可動量を検出することによって前記基準部を基準とした前記接続部材の形状を検出する第１の形状センサとを具備する。
　本発明によれば、挿入部の形状と位置を操作者が認識可能な挿入装置を提供することができる。
図１は、本発明の各実施形態に係る挿入装置の全体構成を示す図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る挿入装置の一例としての軟性内視鏡の構成を示す図である。 図３Ａは、湾曲検出部を示した第１図である。 図３Ｂは、湾曲検出部を示した第２図である。 図３Ｃは、湾曲検出部を示した第３図である。 図４は、光ファイバの内視鏡への取り付け構造を示す図である。 図５は、挿入部の形状の情報の表示例を示す図である。 図６は、第１の形状センサと第２の形状センサを１つにした変形例の軟性内視鏡の構成を示す図である。 図７Ａは、挿入部の形状の画像とともに被挿入体の内部の画像を表示させる場合の表示例を示す図である。 図７Ｂは、被挿入体の基準位置を決定できるようにした場合の表示例を示す図である。 図８は、本発明の第２の実施形態に係る挿入装置の一例としての被挿入体位置検出器としてアンテナとコイルを用いた軟性内視鏡の構成を示す図である。 図９は、複数のコイルを配置する場合の配置例を示す図である。 図１０は、被挿入体位置検出用形状センサを用いる変形例の軟性内視鏡の構成を示す図である。 図１１は、挿入装置の別の例としての硬性内視鏡の構成を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。　
　図１は、本発明の各実施形態に係る挿入装置の全体構成を示す図である。ここで、図１は、挿入装置として軟性内視鏡を例示している。しかしながら、本実施形態に係る挿入装置は、軟性内視鏡に限らず、硬性内視鏡、カテーテル、処置具等、被挿入体に挿入される挿入部を有する挿入装置であればよい。
　挿入装置１００は、本体１０２と、ラック１０４と、表示部１０６と、内視鏡とを有している。図１に示すように、本体１０２は、ラック１０４に載せられており、挿入装置１００の使用中において被挿入体Ｐとの相対位置を維持するように構成されている。また、表示部１０６もラック１０４に載せられている。さらに、本体１０２と表示部１０６とは図示しない接続ケーブルを介して通信できるように接続されている。
　また、内視鏡は、本体１０２に接続されている。ここで、本実施形態における「内視鏡」は、接続ケーブル１０８と、操作部１１０と、挿入部１１２とを有するものであって、本体１０２は含まないものである。挿入装置１００の使用時において、操作者Ｏは、操作部１１０及び挿入部１１２を把持しつつ、内視鏡を操作する。一方、挿入装置１００の被挿入体（例えば患者）Ｐは、挿入装置１００の使用中に動くことがないようにベッドＢに寝かされている。操作者Ｏは、被挿入体Ｐにおける挿入部１１２の入口Ｐｏ、例えば口から挿入部１１２を挿入させ、被挿入体Ｐの内部を観察する。
　＜第１の実施形態＞　
　第１の実施形態について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る挿入装置１００の一例としての軟性内視鏡の構成を示す図である。以下では、本体１０２、内視鏡の順で説明する。
［本体］　
　本体１０２は、被挿入体位置情報入力部１０２１と、演算部１０２２と、硬性部形状記憶部１０２３とを有している。さらに、本体１０２は、後で詳しく説明する２種類の形状センサのための受発光部２０２及び２０６を有している。本体１０２は、内視鏡の挿入部１１２の形状や位置を検出するための基準位置を演算するための基準部である。このため、内視鏡の操作中には、本体１０２は、被挿入体Ｐとの相対位置を維持するように構成されている。例えば、被挿入体ＰがベッドＢに寝かされている場合には、本体１０２は移動しないようにラック１０４に載せられる。　
　被挿入体位置情報入力部１０２１は、被挿入体基準位置入力部１１０ｂからの信号を、被挿入体基準位置対応付け情報として取り込んで演算部１０２２に入力する。演算部１０２２は、基準位置を基準とした挿入部１１２の形状及び位置を演算する。硬性部形状記憶部１０２３は、内視鏡の硬性部である操作部１１０の形状情報を記憶している。硬性部形状記憶部１０２３は、フラッシュメモリやハードディスクドライブ等の周知の記憶媒体である。
［内視鏡］　
　前述したように、内視鏡は、接続ケーブル１０８と、操作部１１０と、挿入部１１２とを有している。さらに、内視鏡は、第１の形状センサ２０４、第２の形状センサ２０８ａ及び２０８ｂを有している。第１の形状センサ２０４は、接続ケーブル１０８の内部を通るように設けられている。第２の形状センサ２０８ａ及び２０８ｂは、接続ケーブル１０８、操作部１１０、挿入部１１２の内部を通るように設けられている。
　接続ケーブル１０８は、本体１０２と操作部１１０とを電気的に及び光学的に接続する接続部材である。この接続ケーブル１０８は、操作部１１０及び挿入部１１２を移動させることができるような可動部となっている。具体的には、接続ケーブル１０８は、軟性部材で構成され、連続的に形状を変化させることができる。一方で、本体１０２と接続ケーブル１０８との間の接続部は、位置が固定でかつ接続ケーブル１０８の長手方向に沿う軸周りに回転しないように固定されている。ここで、接続ケーブル１０８の可動部としての構成として、例えばボールジョイントを用いた多関節機構を用いてもよい。
　接続ケーブル１０８とともに接続部材として機能する操作部１１０は、湾曲操作レバー１１０ａと、被挿入体基準位置入力部１１０ｂとを有している。ここで、操作部１１０は、接続ケーブル１０８とは異なり、可動しないように構成されている。　
　湾曲操作レバー１１０ａは、操作者Ｏが挿入部１１２の先端の湾曲形状を操作するための操作レバーである。操作者Ｏは、湾曲操作レバー１１０ａを操作することで、挿入部１１２の先端を湾曲させることができる。
　被挿入体基準位置入力部１１０ｂは、例えば操作者Ｏによって操作されるスイッチである。被挿入体基準位置入力部１１０ｂは、被挿入体Ｐに予め設定される基準位置に挿入部１１２の先端が到達したときに操作者Ｏによって押される。被挿入体基準位置入力部１１０ｂが押されると、その旨を示す信号が本体１０２の被挿入体位置情報入力部１０２１に入力される。ここで、基準位置は、例えば被挿入体Ｐの開口部（例えば口）の入口Ｐｏであるが、これに限るものではない。基準位置は、操作者Ｏが任意に決めてかまわない。ただし、基準位置は、被挿入体Ｐの開口部の入口や被挿入体Ｐの内部に存在する分岐点等、操作者が認識し易い位置に設定することが好ましい。
　挿入部１１２は、接続ケーブルと同様、可動に構成されている。そして、挿入部１１２は、その先端に撮像部１１２ａを有している。撮像部１１２ａは、被挿入体Ｐの内部を撮像し、被挿入体Ｐの内部の像に応じた電気信号（撮像信号）を出力する。
　第１の形状センサ２０４と、第２の形状センサ２０８ａ及び２０８ｂとは、例えば光ファイバ湾曲形状センサである。光ファイバ湾曲形状センサは、各部に湾曲検出部が配置された光ファイバを有している。
　図３Ａ－図３Ｃは、１箇所分の湾曲検出部を示した図である。図３Ａ－図３Ｃに示すように、湾曲検出部を配置する部分のコアが露出されるように光ファイバ３０２のクラッドが除去されている。そして、露出したコアの部分に湾曲検出部３０４としての光吸収部材が塗布されている。ここで、湾曲検出部３０４を配置する位置は、少なくとも、挿入部１１２と接続ケーブル１０８といった形状が変化する軟性部の位置とする。操作部１１０のような硬性部は形状が変化しないため、湾曲検出部３０４を配置しなくてよい。言い換えれば、第２の形状センサ２０８ａには、湾曲検出部３０４が配置されていなくてもよい。
　このような構成において、発光部２０２ａ及び２０６ａの発光によって光ファイバ３０２内を導光される光の一部は光ファイバ３０２の湾曲状態（可動状態）に応じて湾曲検出部３０４としての光吸収部材で吸収され、別の一部は光ファイバ３０２の内部で反射されて先端へ導光され、例えば先端に設けられた反射部で反射されて光ファイバ３０２に戻され受光部２０２ｂ及び２０６ｂで受光される。図３は、光ファイバ３０２内を導光される光と湾曲状態との関係を示した図である。図３Ａは、光ファイバ３０２が図面上方向に湾曲することにより、光の吸収量が少ない、即ち光の伝達量が大きくなっている状態を示している。また、図３Ｂは、光ファイバ３０２の湾曲が殆どなく、光の伝達量が中程度となっている状態を示している。さらに、図３Ｃは、光ファイバ３０２が図面上方向に湾曲することにより、光の吸収量が大きい、即ち光の伝達量が小さくなっている状態を示している。このような光ファイバ３０２の湾曲状態と光の伝達量との関係より、受光部２０２ｂ及び２０６ｂの出力から光ファイバ３０２の形状を検出することが可能である。
　なお、光ファイバ３０２の湾曲状態と光の伝達量との関係は、湾曲検出部３０４をどのように配置するかに依存するものであり、必ずしも図３Ａ－図３Ｃで示した関係になるとは限らない。
　図４は、光ファイバ３０２の内視鏡への取り付け構造を示す図である。図４の例において、光ファイバ３０２は、挿入部１１２の内部に複数束ねられて配置されている。図４に示すＸ軸方向の湾曲とＹ軸方向の湾曲とをそれぞれ検出するために、Ｘ軸方向の湾曲を検出する湾曲検出部３０４とＹ軸方向の湾曲を検出する湾曲検出部３０４とが対となるように２本の光ファイバ３０２が配置されている。さらに、対となっている湾曲検出部３０４が挿入部１１２の長手方向（挿入方向）に並んで配置されるように、複数の光ファイバ３０２が配置されている。また、湾曲検出部３０４は、挿入部１１２の先端の近傍まで形状が検出できるように長手方向に並ぶように配置される。
　また、挿入部１１２の内部には、挿入部１１２から被挿入体Ｐの内部を照明するための光を導光する照明用ファイバ３０６及び撮像部１１２ａで得られた撮像信号を本体１０２の演算部１０２２に伝送するための配線３０８も配置されている。
　図４は、１本の光ファイバ３０２につき１個の湾曲検出部３０４を設けた例を示している。これに対し、１本の光ファイバ３０２つき複数個の湾曲検出部３０４を設けてもかまわない。例えば、異なる波長特性を持った光吸収部材を各湾曲検出部３０４の形成位置に塗布することで、各湾曲検出部３０４は、各々で異なる波長に対する光量を変化させる。
　ここで、湾曲検出部３０４の検出範囲について説明する。図４で示した湾曲検出部３０４は、湾曲検出部３０４それ自体の湾曲を検出している。しかしながら、実際には、形状センサを組み込んでいる挿入部１１２や接続ケーブル１０８の構造や材質に起因して、湾曲検出部（例えば、形状センサの長手方向に２ｍｍの長さを持つ）３０４だけが湾曲するようなことはない。通常、内視鏡に用いられる形状センサは、長手方向にある程度の範囲（例えば６０ｍｍ）をもって湾曲する。したがって、実際の湾曲検出部３０４は、それが存在している位置のみではなく、ある程度の範囲（例えば挿入方向と抜去方向に各３０ｍｍずつ、合わせて６０ｍｍ）を持つ湾曲を検出していると考えることができる。
　なお、湾曲検出部３０４の検出範囲を広く設定すると形状検出の精度が悪くなる。一方、検出範囲を狭くすると精度はよくなるが、光ファイバ３０２の本数が増えたり、形状センサが複雑な構成となったりしまう。そのため、形状を検出するのに問題無い範囲で広く設定することが好ましい。
　次に、挿入装置１００の動作を説明する。　
　操作者Ｏは、操作部１１０及び挿入部１１２を持って挿入部１１２を被挿入体Ｐの入口Ｐｏから挿入する。操作者は、挿入部１１２の先端が被挿入体Ｐの入口Ｐｏに到達した時点で被挿入体基準位置入力部１１０ｂを押す。被挿入体基準位置入力部１１０ｂが押されると、被挿入体基準位置入力部１１０ｂが押されたタイミングを示す信号が被挿入体位置情報入力部１０２１に入力される。被挿入体位置情報入力部１０２１は、被挿入体基準位置入力部１１０ｂからの信号を、被挿入体基準位置対応付け情報として取り込んで演算部１０２２に入力する。
　演算部１０２２は、被挿入体基準位置入力部１１０ｂが押された時点の挿入部１１２の先端の位置である被挿入体Ｐの入口Ｐｏの位置を、被挿入体の基準位置とするように対応付けるための演算を行う。このために、演算部１０２２は、第１の形状センサ２０４で検出された光伝達量と第２の形状センサ２０８ａ及び２０８ｂ（実際には第２の形状センサ２０８ｂ）が検出した光伝達量とを基に挿入部１１２の形状を演算する。この演算に先立って、形状センサの光ファイバ３０２の光伝達量の変化Δlｆと湾曲検出部３０４の湾曲量φｆとの関係式を求めておく。ここでは説明を簡単化するために、光伝達量の変化Δlｆと湾曲検出部３０４の湾曲量φｆとの関係が以下の関数で表されるものとする。　
　　　φｆ＝f（Δlｆ）
　この式により光伝達量から各湾曲検出部３０４の湾曲量を演算する。第１の形状センサ２０４の各湾曲検出部３０４の湾曲量から、基準部である本体１０２を基準とした接続ケーブル１０８の形状が演算される。一方、第２の形状センサ２０８ｂの各湾曲検出部３０４の湾曲量から、基準部である本体１０２を基準とした挿入部１１２の形状が演算される。
　前述したように、硬性部形状記憶部１０２３には、操作部１１０の形状情報が記憶されている。操作部１１０は硬性部であって形状が変化しない。したがって、形状情報は、固定情報とすることができる。演算部１０２２は、硬性部形状記憶部１０２３に記憶されている操作部１１０の形状情報を読み出し、接続ケーブル１０８の形状、操作部１１０の形状、及び挿入部１１２の形状をつなぎ合わせて内視鏡の全体としての形状を演算する。また、演算部１０２２は、基準部である本体１０２に対する内視鏡の形状から、本体１０２に対する挿入部１１２の先端の位置及び方向も演算する。
　挿入部１１２の先端の位置と基準位置との対応付けの後、演算部１０２２は、被挿入体Ｐの入口Ｐｏを基準とした挿入部１１２の形状の情報を表示部１０６へ出力する。表示部１０６は、例えば図５に示すように、基準位置４０２からの挿入部１１２の形状を示す画像４０４を表示する。ここで、本実施形態は、基準位置を被挿入体Ｐの入口Ｐｏとしている。前述したように、基準位置は操作者Ｏが任意に決めてもよい。基準位置が入口Ｐｏでない場合も、操作者Ｏが被挿入体基準位置入力部１１０ｂを押した時の挿入部１１２の先端の位置が基準位置である。また、表示部１０６における基準位置４０２を変更できるようにしてもよい。例えば画面上にカーソルを設け、操作者Ｏが画面内のカーソルで指定した位置を表示上の基準位置４０２とするようにしてもよい。
　また、本実施形態の挿入部１１２の先端の位置と基準位置との対応付けは、内視鏡を使用している間に被挿入体Ｐがほぼ動かないことを想定している。基準部である本体１０２に対して被挿入体Ｐが動くと、被挿入体Ｐの入口Ｐｏの座標が被挿入体基準位置入力部１１０ｂを押した時に対してずれる。このため、被挿入体Ｐの入口Ｐｏに対する挿入部１１２の位置も誤差が生じる。ただし、内視鏡の操作支援に問題が無い範囲で誤差が生じる、即ち被挿入体Ｐが動くのはかまわない。
　以上説明したように、本実施形態によれば、基準部である本体１０２からの接続ケーブル１０８の形状を第１の形状センサ２０４を用いて検出することで、基準部に対する挿入部１１２の形状と位置とを検出できる。これにより、操作者Ｏは、挿入部１１２が内視鏡を使用している空間のどの位置にどのような形状であるのかを認識することができる。したがって、操作性が向上する。
　また、形状センサとして光ファイバ湾曲形状センサを用いることで、内視鏡のように管上でかつ内部の空間が少ないような機器であっても組み込むことができる。さらに、内視鏡の軟性部である接続ケーブル１０８と挿入部１１２との形状をそれぞれ検出できるように湾曲検出部３０４を配置することで、接続ケーブル１０８や挿入部１１２が湾曲しても、基準部である本体１０２に対する挿入部１１２の形状や先端位置を検出することができる。また、硬性部である操作部１１０の形状を検出しないようにすることで、湾曲検出部３０４の点数を減らすことができる。これにより、光ファイバ３０２の本数も減らすことができる。
　また、本実施形態では、被挿入体基準位置入力部をスイッチとしている。この場合、操作者Ｏが被挿入体Ｐの基準位置である入口Ｐｏに挿入部１１２の先端が到達した時にスイッチを押すだけで、演算部１０２２は被挿入体Ｐの基準位置を識別することが可能である。
　さらに、本実施形態では、基準位置である被挿入体Ｐの入口Ｐｏを基準とした挿入部１１２の形状や位置を演算することができる。これにより、操作者Ｏは、例えば被挿入体Ｐの入口Ｐｏを基準とした挿入部１１２の形状を見ながら操作部１１０を操作することができる。したがって、操作者Ｏは、被挿入体Ｐの位置とは関係なく置かれている基準部である本体１０２を基準とした挿入部１１２の形状を見ながら操作するよりも操作がし易い。
　また、操作者Ｏは被挿入体Ｐの開口部の入口Ｐｏであれば直接見ることができるので、位置を認識し易い。したがって、基準位置を被挿入体Ｐの入口Ｐｏとすることで操作性をより向上させることができる。
　＜第１の実施形態の変形例＞　
　前述した第１の実施形態では、操作者Ｏが被挿入体基準位置入力部１１０ｂであるスイッチを押すことで、挿入部１１２の先端が被挿入体Ｐの入口Ｐｏに到達したことを演算部１０２２が判断できるようにしている。しかしながら、挿入部１１２の先端が被挿入体Ｐの入口Ｐｏに到達したことを演算部１０２２において判断するための手法は、操作者Ｏのスイッチ操作に限るものではない。例えば、撮像部１１２ａによる撮像によって得られた画像を解析することで、挿入部１１２の先端が被挿入体Ｐの入口Ｐｏに到達したと判断できるようにしてもかまわない。画像解析を用いた判断としては、例えば被挿入体Ｐの入口Ｐｏの特有の形状や色から判断する手法がある。その他に、フリッカの有無（フリッカが発生している場合には挿入部１１２の先端（即ち撮像部１１２ａ）が被挿入体Ｐの外にあると判断し、フリッカが無くなった時点で挿入部１１２の先端が被挿入体Ｐの入口Ｐｏに到達したと判断する）や、直線形状の有無（被挿入体が人体であれば、内部には直線形状がほぼ存在しない。したがって、画像に直線形状が多く存在している場合には被挿入体Ｐの外で、直線形状が存在しなくなった時点で被挿入体Ｐの入口Ｐｏに到達したと判断する）から判断してもよい。
　また、図２は、第１の形状センサと第２の形状センサとを別体のセンサとしたが、図６に示すような１つの形状センサ２１０としてもかまわない。この場合であっても、操作部１１０の位置には湾曲検出部３０４が配置されなくてよい。
　また、表示部１０６には挿入部１１２の形状のみを表示させる例を示したが、図７Ａに示すように、挿入部１１２の形状の画像４０４とともに被挿入体Ｐの内部の画像４０６を表示させるようにしてもよい。ここで、被挿入体Ｐの内部の画像は、例えば、Ｘ線撮影装置やＣＴ装置によって取得できる。
　また、操作者Ｏが、被挿入体Ｐの基準位置を任意の位置に決定できるようにしてもよい。この位置決めは、例えば図７Ｂに示すように表示部１０６に被挿入体Ｐの内部の胃や膀胱といった空間を有する形状における入口４０８の位置を画像上で選択することで行う。そして、操作者Ｏは、挿入部１１２の先端が先に選択した空間の入口に到達したときに、被挿入体基準位置入力部１１０ｂを押す。この後の動作は、前述した第１の実施形態と同様である。これにより、操作者Ｏは、任意の位置を基準位置に選ぶことができる。したがって、内視鏡の操作性をより向上させることができる。なお、図７Ｂは、図７Ａとの違いをわかりやすくするために、基準位置に挿入される前（入口の画像４０８よりも左側）の挿入部１１２の形状を表示させるようにしていないが、表示させるようにしてもかまわない。
　＜第２の実施形態＞
　次に、本発明の第２の実施形態を説明する。本発明の第２の実施形態は、被挿入体Ｐの位置を直接的に検出するための被挿入体位置検出器を有している点が第１の実施形態と異なる。図８の例の被挿入体位置検出器は、アンテナ１１４とコイル１１６とを有している。コイル１１６は、被挿入体Ｐの基準位置（例えば入口近傍）に設置され、磁界を発生させる。アンテナ１１４は、基準部である本体１０２に設置され、コイル１１６が発生した磁界の変化を検出する。以下、第１の実施形態と異なる箇所を中心にさらに説明する。
［コイル］
　磁界発信部としてのコイル１１６は、被挿入体Ｐに取り付けられ、電流が流れることで磁界を発生させる。このコイル１１６は、本体１０２に電気的に接続されて本体１０２からの電流を受けて駆動されるか、内部にバッテリを搭載することによってコードレスで駆動される。コイル１１６の被挿入体Ｐに対する設置位置は、演算部１０２２に事前に記憶させておくものとする。これにより、コイル１１６の位置を基準位置として演算部１０２２が認識できる。コイル１１６の設置位置は、内視鏡の使用中以外のタイミングであれば変更してもかまわない。この場合、演算部１０２２に記憶させる設置位置の情報も更新する。操作者Ｏがこの情報を更新できるようにしてもよい。
　また、図８は、コイル１１６を１つ設置した例を示している。実際には、異なる位置に複数のコイル１１６が設置されてもかまわない。異なる位置に複数のコイル１１６を設置することで、被挿入体Ｐの位置の検出精度を向上させることができる。
　また、コイル１１６が発生する磁界は、コイル１１６が中心軸回りに回転しても変化しない。そこで、例えば図９に示すように、被挿入体Ｐの１箇所につき複数の異なる向きのコイル１１６ａ及び１１６ｂを設置するようにしてもよい。例えば、コイル１１６ａの中心軸とコイル１１６ｂの中心軸とが互いに直交するように配置する。これにより、被挿入体Ｐがコイルの中心軸回りに回転するような動きをしても、基準位置の検出をすることができる。
　ここで、１箇所について複数のコイルを設置する場合、それぞれのコイルが発生した磁界を区別する必要がある。このための手法としては、例えば時間で分離する手法が考えられる。このためには、コイル１１６ａとコイル１１６ｂとが順番に磁界を発生させるようにする。
［アンテナ］
　磁界受信部としてのアンテナ１１４は、本体１０２との位置関係が変化しないように固定されている。また、アンテナ１１４は、被挿入体位置情報入力部１０２１へ接続されており、コイルが発生した磁界の強度や向きを示す信号を被挿入体位置情報入力部１０２１へ出力する。被挿入体位置情報入力部１０２１は、アンテナ１１４からの信号を、被挿入体基準位置対応付け情報として取り込んで演算部１０２２に入力する。本実施形態における演算部１０２２は、アンテナ１１４と本体１０２との位置関係を示す情報を記憶しており、被挿入体位置情報入力部１０２１からの信号とアンテナ１１４及び本体１０２の位置関係を示す情報とに基づいて被挿入体Ｐの入口Ｐｏの位置を識別する。
　ここで、本実施形態では、アンテナ１１４が、本体１０２との位置関係が変化しないように固定されているとしている。しかしながら、アンテナ１１４は常に固定されている必要はない。アンテナ１１４と本体１０２との位置関係が既知であるか、アンテナ１１４と本体１０２との位置関係が検出できれば、アンテナ１１４の位置は変更されてもよい。例えば、アンテナ１１４の位置を演算部１０２２に入力できるようにすれば、アンテナ１１４の位置が変更されてもよい。
　さらに、図８の例は、被挿入体Ｐにコイル１１６を配置され、本体１０２にアンテナ１１４を配置している。これとは逆に、被挿入体Ｐにアンテナ１１４を配置し、本体１０２にコイル１１６を配置してもかまわない。
　以上説明したように、本実施形態によれば、被挿入体Ｐの位置を直接的に検出する被挿入体位置検出器を持たせるようにしている。これにより、第１の実施形態と同様の効果に加えて、被挿入体が動いたとしても、演算部１０２２によって演算される被挿入体Ｐを基準とした挿入部１１２の形状や位置がずれることがない。
　＜第２の実施形態の変形例＞　
　前述した第２の実施形態は、被挿入体位置検出器の例として磁界を用いる構成を示している。この他に、電界や音波を用いる構成としてもかまわない。例えば、電界を用いる構成であれば、被挿入体Ｐと本体１０２の一方に電波発信部を設置し、他方に電波受信部を設置する。音波を用いる構成であれば、被挿入体Ｐと本体１０２の一方に音波発信部を設置し、他方に音波受信部を設置する。
　さらに、被挿入体位置検出器として形状センサ（以下、被挿入体位置検出用形状センサ）を用いる構成も考えられる。図１０は、被挿入体位置検出用形状センサを用いる軟性内視鏡の構成を示す図である。被挿入体位置検出用形状センサ２１８は、各部に湾曲検出部３０４が配置された被挿入体位置検出用接続部材としての光ファイバを有している。この光ファイバは、一方の端部が本体１０２に設けられた受発光部２１６に接続されている。この光ファイバの一方の端部は、位置が固定でかつ長手方向に沿う軸回りに回転しないように本体１０２に接続されている。そして、光ファイバの他方の端部（以下、被挿入体位置検出用形状センサの先端）は、演算部１０２２に事前に記憶されている被挿入体Ｐの場所、例えば被挿入体の入口Ｐｏの付近に取り付ける。ここで、被挿入体位置検出用形状センサの先端は、被挿入体Ｐに対して位置と向きが変わらないように固定される。
　このような構成において、演算部１０２２は、挿入部１１２の先端の位置及び向きを演算するのと同様にして、本体１０２に対する被挿入体位置検出用形状センサの先端の位置と向きを演算する。これにより、被挿入体位置検出用形状センサの先端の位置及び向きを、本体１０２に対する被挿入体Ｐの位置と向き（姿勢）として演算することができる。
　ここで、コイルとアンテナを用いた被挿入体Ｐの位置検出の場合、磁界の到達範囲やアンテナの受信できる方向に規制されて被挿入体Ｐの位置の検出範囲が狭くなる場合がある。これに対し、被挿入体位置検出用形状センサを用いた場合にはアンテナの設置が不要である。したがって、被挿入体位置検出用形状センサが届く範囲であれば被挿入体の位置を検出できる。
　＜その他の変形例＞　
　前述した各実施形態及びその変形例では、挿入装置１００の例として軟性内視鏡を示している。硬性内視鏡への適用例を、図１１を参照して説明する。硬性内視鏡の場合、挿入部１１２の形状が変化しない。したがって、第２の形状センサを設置する必要はない。その代わりに、硬性部形状記憶部１０２３には、操作部１１０の形状情報に加えて、挿入部１１２の形状情報（長さの情報、操作部１１０に対する挿入部１１２の取り付け方向の情報、挿入部１１２に対する撮像部１１２ａの開口部１１２ｂの方向等）を記憶させておく。演算部１０２２は、硬性部形状記憶部１０２３に記憶されている操作部１１０と挿入部１１２の形状情報をそれぞれ読み出す。そして、演算部１０２２は、第１の形状センサ２０４で検出した基準部である本体１０２からの接続ケーブル１０８の形状と、硬性部形状記憶部１０２３に記憶された操作部１１０の形状、挿入部１１２の形状をつなぎ合わせて内視鏡の全体としての形状を演算する。これにより、操作者Ｏは、挿入部１１２が被挿入体Ｐにどの程度挿入されているかがわかる。したがって、操作性が向上する。
　また、硬性内視鏡の場合、図１１に示すように、撮像部１１２ａのための開口部１１２ｂが斜めに形成されている場合がある。この場合、挿入部１１２の挿入方向に沿う軸周りの回転によって、開口部１１２ｂの向き、即ち観察している場所を異ならせることができる。本変形例では、第１の形状センサ２０４により、接続ケーブル１０８の操作部１１０の側の端部の向きを検出できるので、被挿入体Ｐに対する操作部１１０の回転方向、即ち挿入部１１２の先端の回転方向も検出できる。そして、開口部１１２ｂの方向も、挿入部１１２の形状情報として記憶されている。したがって、被挿入体Ｐにする開口部１１２ｂの向きも検出でき、操作者Ｏは被挿入体Ｐに対してどの方向を観察しているのかを知ることができる。
　ここで、図１１は、第１の実施形態に対応した例を示している。しかしながら、図１１と同様の技術は、第１の実施形態の変形例並びに第２の実施形態及びその変形例にも適用され得る。
　以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

Claims (17)

  1. 　被挿入体に挿入される挿入部と、
    　前記被挿入体の外部に配置された基準部と、
    　連続的に可動する可動部を有し、前記挿入部と前記基準部とを接続する接続部材と、
    　前記接続部材の可動量を検出することによって前記基準部を基準とした前記接続部材の形状を検出する第１の形状センサと、
    　を具備する挿入装置。
  2. 　前記挿入部は、連続的に可動するように構成され、
    　前記挿入部の可動量を検出することによって前記基準部を基準とした前記挿入部の形状を検出する第２の形状センサをさらに具備する請求項１に記載の挿入装置。
  3. 　前記基準部と前記被挿入体との相対位置に関連する被挿入体位置情報が入力される被挿入体位置情報入力部と、
    　前記第１の形状センサで検出された前記接続部材の形状と、前記第２の形状センサで検出された前記挿入部の形状と、前記被挿入体位置情報とを用いて、前記被挿入体における前記挿入部の形状を演算する演算部と、
    　をさらに具備する請求項２に記載の挿入装置。
  4. 　前記第２の形状センサは、
    　発光部と、
    　前記発光部からの光を導光し、該導光する光の光学特性を前記挿入部の湾曲形状に応じて変化させる光ファイバと、
    　前記光ファイバによって導光された光を受光する受光部と、
    　を有する光ファイバ湾曲形状センサである請求項２に記載の挿入装置。
  5. 　前記挿入部は、可動しない硬性部であり、
    　前記挿入部の形状情報を記憶する硬性部形状記憶部をさらに具備する請求項１に記載の挿入装置。
  6. 　前記基準部と前記被挿入体との相対位置に関連する被挿入体位置情報が入力される被挿入体位置情報入力部と、
    　前記第１の形状センサで検出された前記接続部材の形状と、前記硬性部形状記憶部に記憶された前記挿入部の形状情報と、前記被挿入体位置情報とを用いて、前記被挿入体における前記挿入部の形状を演算する演算部と、
    　をさらに具備する請求項５に記載の挿入装置。
  7. 　前記被挿入体位置情報は、前記挿入部の先端の位置から前記被挿入体に設定された基準位置を演算するための対応付け情報であり、
    　前記演算部は、前記対応付け情報に従って前記基準位置を演算する請求項３に記載の挿入装置。
  8. 　前記対応付け情報は、前記挿入部の先端が前記基準位置に到達したタイミングを示す情報であり、
    　前記演算部は、前記挿入部の先端が前記基準位置に到達したタイミングにおいて演算した、前記接続部材の形状と前記挿入部の形状から前記基準位置を演算する請求項７に記載の挿入装置。
  9. 　前記被挿入体位置情報入力部は、前記挿入部の先端が前記基準位置に到達したタイミングで操作者によって操作される被挿入体基準位置入力部から入力された信号を前記演算部に入力する請求項８に記載の挿入装置。
  10. 　前記挿入装置は撮像部を有し、
    　前記対応付け情報は、前記撮像部による撮像によって得られた画像であり、
    　前記演算部は、前記撮像部による撮像によって得られた画像から、前記挿入部の先端が前記基準位置に到達したタイミングを判断する請求項７に記載の挿入装置。
  11. 　前記基準位置は、前記被挿入体の開口部の入口である請求項７に記載の挿入装置。
  12. 　前記被挿入体位置情報は、前記基準部と前記被挿入体に設定された基準位置との相対位置を検出する被挿入体位置検出器から入力される前記基準部と前記基準位置との相対位置の情報である請求項３に記載の挿入装置。
  13. 　前記被挿入体位置検出器は、
    　磁界、電界、音波の少なくとも一つを発する発信部と、
    　前記発信部が発した磁界、電界、音波を受ける受信部と、
    　を有し、
    　前記発信部と前記受信部の一方は、前記被挿入体に設置され、
    　前記発信部と前記受信部の他方は、少なくとも前記挿入部の使用中には前記基準部との相対位置を維持するように設置され、
    　前記受信部が受けた磁界、電界、音波の変化から、前記基準部と前記被挿入体との相対位置を演算する請求項１２に記載の挿入装置。
  14. 　前記被挿入体位置検出器は、前記基準部から前記被挿入体までを接続する被挿入体位置検出用接続部材を有し、該被挿入体位置検出用接続部材の湾曲を検出することによって前被挿入体位置検出用接続部材の形状を検出する被挿入体位置検出用形状センサであり、
    　前記演算部は、前記被挿入体位置検出用形状センサで検出された前記被挿入体位置検出用接続部材の形状から、前記基準部に対する前記被挿入体の位置を演算する請求項１２に記載の挿入装置。
  15. 　前記被挿入体位置検出用形状センサは、
    　発光部と、
    　前記発光部からの光を導光し、該導光する光の光学特性を前記挿入部の湾曲形状に応じて変化させる光ファイバと、
    　前記光ファイバによって導光された光を受光する受光部と、
    　を有する光ファイバ湾曲形状センサである請求項１４に記載の挿入装置。
  16. 　前記接続部材は、前記可動部に接続された硬性部をさらに有し、
    　前記挿入装置は、前記接続部材の硬性部の形状情報を記憶する硬性部形状記憶部をさらに具備し、
    　前記第１の形状センサは、少なくとも前記可動部の形状を前記接続部材の形状として検出し、
    　前記演算部は、さらに前記接続部材の硬性部の形状情報を用いて、前記基準部を基準とした前記挿入部の形状と、前記被挿入体における前記挿入部の形状の少なくとも一方を演算する演算部を有する請求項３記載の挿入装置。
  17. 　前記第１の形状センサは、
    　発光部と、
    　前記発光部からの光を導光し、該導光する光の光学特性を前記挿入部の湾曲形状に応じて変化させる光ファイバと、
    　前記光ファイバによって導光された光を受光する受光部と、
    　を有する光ファイバ湾曲形状センサである請求項１に記載の挿入装置。
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