WO2015163210A1 - 内視鏡装置 - Google Patents

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WO2015163210A1
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light
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detection
endoscope apparatus
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PCT/JP2015/061571
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久保井　徹
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オリンパス株式会社
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    • A61B2034/2061—Tracking techniques using shape-sensors, e.g. fiber shape sensors with Bragg gratings

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope apparatus including a curved shape detection sensor that detects a curved shape of a distal end insertion tube of an endoscope.
  • a bending shape detection sensor is incorporated in the tip insertion tube to detect the bending shape (bending angle, bending direction) of the tip insertion tube. ing.
  • a curved shape detection sensor is provided with one or more detected parts for detecting the curved shape.
  • the curved shape of the distal end insertion tube is detected by detecting the amount of change in the detected light at the detected portion by the light detecting portion.
  • Patent Document 1 discloses an endoscope apparatus including a light guide including a plurality of optical fibers, a plurality of curvature detection fibers, a filter, and a light receiving element.
  • a plurality of curvature detection fibers are arranged on the outer peripheral surface of the light guide passing through the insertion tube of the endoscope.
  • the light guide and the curvature detection fiber extend to the tip along the insertion tube.
  • the filter covers the exit end of the light guide and the entrance end of the curvature detection fiber.
  • One detected portion is provided in a predetermined direction at a predetermined position of each curvature detection fiber.
  • the light emitted from the light source to the incident end of the light guide is guided from the light emitting end of the light guide to the incident end of each curvature detection fiber via a filter. Part of the guided light is lost when it passes through the detected part in the curvature detection fiber, and the light that has passed without loss is guided toward the exit end of each curvature detection fiber. Then, based on the amount of light received from the exit end of the curvature detection fiber, the light receiving element detects the curved shape of the curvature detection fiber in the detected portion.
  • a plurality of curvature detection fibers are attached so as to surround the outer peripheral surface of the light guide.
  • the light guide and the curvature detection fiber built in the insertion tube also bend following the curve. Therefore, it is possible to detect the curved shape of the insertion tube by detecting the curved shape of the curvature detection fiber in the detected portion.
  • the light guide is formed of a plurality of optical fibers, the light guide can be flexibly bent and at the same time, twisting may occur.
  • the light guide since an endoscope is usually a medical device that is repeatedly used, the light guide is inserted into another built-in object in the insertion tube (for example, a channel tube for inserting a treatment instrument, an image sensor, etc.) while the bending operation is repeated.
  • the light guide may be twisted when it comes into contact with the connected electric cable, air supply or water supply tube, or is pressed by such a built-in object.
  • the curvature detection fiber held by the light guide is also twisted.
  • the direction of the detected portion provided in the curvature detection fiber is deviated from a desired direction. If the direction of the detected part deviates from the desired direction, the amount of light detected in the detected part also changes, and it may be difficult to accurately detect the curved shape.
  • an object of the present invention is to provide an endoscope apparatus that can detect a curved shape of an insertion tube with higher accuracy.
  • One embodiment of the present invention includes an endoscope having a flexible insertion tube, an optical fiber that propagates detection light, and a detected portion provided in at least a part of the optical fiber, A curved shape detection sensor for detecting a curved shape of the insertion tube based on a change in characteristics of the detection light that has passed through the detected portion according to a change in the curved shape of the optical fiber when the optical fiber is bent; And a part of the optical fiber or a part of the guide member through which the optical fiber is inserted is held by a constituent member having a large torsional rigidity among the constituent members constituting the insertion tube. Endoscopic device.
  • an endoscope apparatus that can detect the curved shape of the insertion tube with higher accuracy.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the principle of a curved shape detection sensor.
  • FIG. 2 is a sectional view in the radial direction of the optical fiber for detection light.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an overall configuration of an endoscope apparatus including an endoscope to which a curved shape detection sensor is attached.
  • FIG. 4 is a radial cross-sectional view of the distal end insertion tube (free curved portion) of the endoscope apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view in the axial direction of the distal end insertion tube of the endoscope apparatus according to the first embodiment.
  • 6 is a partial radial cross-sectional view of the inside of the distal end insertion tube taken along line BB in FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a radial cross-sectional view of the distal insertion tube of the endoscope apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view in the axial direction of the distal insertion tube of the endoscope apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a radial cross-sectional view of the distal insertion tube of the endoscope apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a radial cross-sectional view of the distal insertion tube of the endoscope apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the principle of the sensor 101.
  • the sensor 101 includes a light source 102, an optical fiber 103, and a light detection unit 105.
  • the optical fiber 103 is connected to the light source 102 and the light detection unit 105.
  • the light source 102 is, for example, an LED light source or a laser light source, and emits detection light having a desired wavelength characteristic.
  • the optical fiber 103 propagates detection light emitted from the light source 102.
  • the light detection unit 105 detects the detection light guided through the optical fiber 103.
  • the optical fiber 103 includes a detection light optical fiber 103a, a light supply optical fiber 103b, and a light receiving optical fiber 103c that are branched in three directions by a coupling portion (optical coupler) 106. That is, in the optical fiber 103, the light supplying optical fiber 103b and the light receiving optical fiber 103c, which are two light guide members, are connected to the detection light optical fiber 103a, which is a single light guide member, by the coupling unit 106. It is formed by.
  • the proximal end of the light supply optical fiber 103 b is connected to the light source 102.
  • a reflection portion 107 that reflects the propagated light is provided at the tip of the detection light optical fiber 103a.
  • the reflection unit 107 is, for example, a mirror.
  • the base end of the light receiving optical fiber 103 c is connected to the light detection unit 105.
  • the light supply optical fiber 103 b propagates the light emitted from the light source 102 and guides it to the coupling unit 106.
  • the coupling unit 106 guides most of the light incident from the light supply optical fiber 103b to the detection light optical fiber 103a, and at least part of the light reflected by the reflection unit 107 is a light receiving optical fiber.
  • the light is guided to 103c.
  • the light detection unit 105 receives light from the light receiving optical fiber 103c.
  • the light detection unit 105 photoelectrically converts the received detection light and outputs an electrical signal indicating the detected light amount.
  • FIG. 2 is a sectional view in the radial direction of the optical fiber 103a for detection light.
  • the detection light optical fiber 103 a includes a core 108, a clad 109 that covers the outer peripheral surface of the core 108, and a coating 110 that covers the outer peripheral surface of the clad 109.
  • the detection light optical fiber 103 a is provided with at least one detected portion 104.
  • the detected portion 104 is provided only on a part of the outer periphery of the detection light optical fiber 103a, and changes the characteristic of the detection light passing through the detection light fiber 103a in accordance with the change in the curved shape of the detection light optical fiber 103a.
  • the detected portion 104 includes a light opening 112 from which a part of the coating 110 and the clad 109 is removed and the core 108 is exposed, and a light characteristic conversion member 113 formed in the light opening 112.
  • the core 108 does not necessarily have to be exposed as the light opening 112, and the core 108 may not be exposed as long as the light passing through the detection light optical fiber 103 a reaches the light opening 112.
  • the light characteristic conversion member 113 is a member that converts the characteristics (light quantity, wavelength, etc.) of the light guided through the detection light optical fiber 103a.
  • the light characteristic conversion member 113 is a light guide loss member (light absorber) or a wavelength conversion member ( Phosphor). In the following description, it is assumed that the light characteristic conversion member is a light guide loss member.
  • the light supplied from the light source 102 is guided through the detection light optical fiber 103a as described above.
  • the detection light optical fiber 103a When light enters the light characteristic conversion member 113 of the detected portion 104, a part of the light is supplied. Loss of the light to be guided is generated by being absorbed by the light characteristic conversion member 113.
  • the light guide loss amount varies depending on the bending amount of the detection light optical fiber 103a.
  • the optical characteristic conversion member 113 Even if the optical fiber 103a for detection light is in a straight line state, a certain amount of light is lost by the optical characteristic conversion member 113 according to the width, length, etc. of the light aperture 112. If the optical characteristic conversion member 113 is disposed outside the relatively large radius of curvature in the curved state of the detection light optical fiber 103a with reference to the light loss amount in the straight line state, the light guide loss amount as a reference More light guide loss occurs. Further, if the optical property conversion member 113 is disposed on the inner side having a relatively small radius of curvature in the curved state of the detection light optical fiber 103a, a light guide loss amount smaller than the reference light guide loss amount is generated.
  • the change in the light guide loss amount is reflected in the detected light amount received by the light detection unit 105, that is, the output signal of the light detection unit 105. Therefore, the curved shape at the position of the detected portion 104 of the sensor 101, that is, the position where the light characteristic conversion member 113 is provided, is obtained from the output signal of the light detecting portion 105.
  • An optical fiber 103a for detection light of the sensor 101 is integrated with a long flexible bending body, which is an object to be measured, along a flexible distal end insertion tube 11 of an endoscope 10 described later in this embodiment. It is attached to.
  • the sensor 101 is mounted at an appropriate position of the tip insertion tube by aligning the desired detection position of the tip insertion tube 11 with the detected portion 104 of the sensor 101.
  • the detection light optical fiber 103a bends following the flexible operation of the distal end insertion tube 11, and the sensor 101 detects the curved shape of the distal end insertion tube 11 as described above.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an overall configuration of the endoscope apparatus 1.
  • the endoscope apparatus 1 includes an endoscope 10 in which at least a detection light optical fiber 103 a of a sensor 101 is incorporated, and an apparatus main body 30.
  • the apparatus main body 30 includes a control device 31, a shape detection device 32, a video processor 33, and a display device 34.
  • the control device 31 controls predetermined functions of the peripheral device connected to the endoscope 10, the shape detection device 32, and the video processor 33.
  • the endoscope apparatus 1 includes each component of the sensor 101 shown in FIG.
  • the endoscope 10 includes a flexible distal end insertion tube 11 to be inserted into an inserted body, and an operation unit 12 provided on the proximal end side of the distal end insertion tube 11.
  • a cord portion 13 extends from the operation portion 12.
  • the endoscope 10 is detachably connected to the apparatus main body 30 via the cord portion 13 and communicates with the apparatus main body 30.
  • the operation unit 12 is provided with an operation dial 14 for inputting an operation for bending the distal end insertion tube 11 (bending portion 16 described later) in at least two specific directions (for example, the vertical direction) with a desired curvature.
  • the cord portion 13 houses a first member 25, a second member 26, and the like which will be described later.
  • the endoscope apparatus 1 includes a sensor 101, and an optical fiber 103a for detection light of the sensor 101 is disposed inside the distal end insertion tube 11 of the endoscope 10.
  • the sensor 101 detects the characteristics of the detection light that has passed through the detection unit 104 (detection units 104b and 104c to be described later) according to the change in the bending shape of the optical fiber 103a for detection light (this embodiment). Then, the curved shape of the distal end insertion tube 11 is detected based on the change in the light amount.
  • the shape detection device 32 is connected to the light detection unit 105 of the sensor 101.
  • the shape detection device 32 receives the output signal from the light detection unit 105 and calculates the curved shape of the distal end insertion tube 11 based on this output signal.
  • the calculated curved shape is transmitted from the shape detection device 32 to the display device 34 and displayed on the display device 34.
  • the video processor 33 performs image processing on an electrical signal acquired from the electrical signal wiring connected to the imaging element (not shown) at the distal end of the endoscope via the cord unit 13 and the control device 31.
  • the display device 34 displays an image inside the insertion object processed by the video processor 33.
  • FIG. 4 is a radial cross-sectional view of the distal end insertion tube 11 (free curved portion 20) in the first embodiment.
  • FIG. 5 is an axial sectional view of the distal end insertion tube 11 in the first embodiment.
  • the distal end insertion tube 11 is an elongated cylindrical member on the distal end side of the endoscope. As shown in FIG. 5, the distal end insertion tube 11 includes a rigid distal end portion 15 and a curved portion 16 provided with a plurality of pieces 16 a that are members having a cylindrical outer shell (cylindrical outer shell constituent member). And a serpentine tube 17.
  • the top 16a is made of a metal such as stainless steel.
  • tops 16a are continuously connected in the axial direction at the bending portion 16 with the front end portion 15 as the front end side, and further, on the proximal end side of the bending portion 16 where the tops 16a are arranged, a free direction is provided.
  • the snake tube 17 that is curved is connected.
  • the outer peripheral surfaces of the bending portion 16 (top 16a) and the snake tube 17 are covered with a flexible coating 18.
  • the bending portion 16 includes an operation bending portion 19 on the distal end side that bends only in two directions of up and down (UP / DOWN, hereinafter referred to as UD), and up and down and left and right (RIGHT / LEFT, hereinafter).
  • UD up and down
  • RIGHT / LEFT up and down and left and right
  • RL free-curved portion 20 on the base end side which is curved in four directions (referred to as RL) (which is curved in a 360 ° free direction when combined). That is, in the operation bending portion 19, the top 16a is bent in the UD direction with respect to the UD bending axis A ud (see FIG.
  • the top 16a is UD with respect to the UD bending axis A ud .
  • the RL direction with respect to the RL curve axis A rl (also see FIG. 4) that is perpendicular to the direction and the UD curve axis A ud .
  • the plurality of pieces 16 a are connected to each other by the rivet 21 on the UD bending axis A ud , that is, the plurality of pieces 16 a have the UD bending axis A ud . It is connected so as to rotate about the center.
  • the plurality of tops 16a rotate on each other on the RL bending axis A rl that is shifted by 90 ° from the axis center. It is connected to move.
  • tips of an upward bending operation wire 22u and a downward bending operation wire 22d are fixed to the distal end portion 15 of the distal insertion tube 11.
  • These operation wires 22u and 22d are inserted through the concave portions 23u and 23d of the top 16a in the bending portion 16, respectively, and their base ends are connected to the operation dial 14 of the operation portion 12.
  • the bending portion 16 of the distal end insertion tube 11 bends upward when the operator rotates the operation dial 14 to retract the operation wire 22u and downward when the operation wire 22d is retracted.
  • the UD curved axis A ud and the RL curved axis A rl are rotational axes defined by the rivet 21 and exist for each of the plurality of rivets 21 that connect the tops 16a.
  • Each of these rivets 21 is parallel, and the virtual central axis of curvature when viewed from the entire distal end insertion tube 11 is also parallel to the rivet 21.
  • the rivet 21 that defines the bending direction does not exist, and for example, a top 16a having a structure that defines a bending direction by processing a groove in a pipe material may be used.
  • Such a virtual bending center axis is set in a direction substantially orthogonal to the operation wires 22u and 22d in any structure.
  • a channel tube 24, one or more first members 25, a second member 26, and a third member 27 are disposed in the distal end insertion tube 11 in the longitudinal direction. It is extended.
  • the first member 25, the second member 26, and the third member 27 are a light guide, an image guide, an electric signal wiring from the imaging device, an electric power supply wiring, an air supply pipe, a water supply pipe, an operation wire, etc., respectively. It is a member selected from.
  • the channel tube 24 is a cylindrical tube for passing a treatment tool such as an ultrasonic probe or forceps.
  • the light guide has a distal end connected to an illumination optical system (not shown) built in the distal end portion 15 and a proximal end connected to a light source (not shown) via the cord portion 13.
  • the electrical signal wiring has a distal end connected to an imaging element (not shown) built in the distal end portion 15 and a proximal end connected to the control device 31 via the cord portion 13.
  • the detection light optical fiber 103 a of the sensor 101 is held on the outer peripheral surface of the channel tube 24 by an adhesive 28 so as to be bent together with the channel tube 24.
  • the bonding position of the detection light optical fiber 103a with respect to the channel tube 24 in the axial direction is a detected portion 104 (detected portions 104b and 104c described later) of the detection light optical fiber 103a in the radial direction. It is one place directly under.
  • the bonding position may be in the vicinity of the tip of the optical fiber 103a for detection light, but it is preferable that the bonding position is only one in order to reduce the number of places where bending stress is generated by bonding.
  • an adhesive agent has elasticity (for example, silicone adhesive agent).
  • the joining is not limited to adhesion, and may be fusion.
  • the constituent member that holds the detection light optical fiber 103a is not limited to the channel tube 24, and the operation wires 22u and 22d, the first member 25, and the second member 26 that are curved in the distal end insertion tube 11.
  • the third member 27 may be used.
  • the diameter of the channel tube 24 is the largest among the built-in components of the distal end insertion tube 11, the torsional rigidity is larger than other built-in products.
  • the built-in object to which the detection-light optical fiber 103a is attached is twisted, the position of the detected portion 104 is shifted and the detection accuracy of the curved shape is lowered. Larger torsional rigidity is desirable.
  • the channel tube 24 having the largest torsional rigidity among the constituent members constituting the distal end insertion tube 11 is employed as the sensor holding member, and one of the detection light optical fibers 103a is used. The portion is held by the channel tube 24.
  • the outer diameter of the channel tube 24 is larger than 1 ⁇ 2 of the inner diameter of the top 16a, and the torsional rigidity of the channel tube 24 is larger than the torsional rigidity of the optical fiber 103a for detection light. It is preferable that the torsional rigidity has twice or more strength.
  • FIG. 6 shows the detected portion 104b (the light opening 112b and the light characteristic conversion member 113b) and the detected portion 104c (the light opening 112c and the light characteristic conversion) in the free curved portion 20 along the line BB in FIG. It is sectional drawing containing the member 113c). Since the free bending portion 20 bends in the UD direction and the RL direction, the free bending portion 20 is provided with the detected portion 104b in a direction corresponding to the UD direction, that is, a position orthogonal to the UD bending axis A ud. The detected portion 104c is provided in a direction corresponding to the RL direction, that is, at a position orthogonal to the RL bending axis Arl .
  • the detected parts 104b and 104c are provided at positions orthogonal to each other corresponding to the UD direction and the RL direction. Since the free bending portion 20 of the bending portion 16 is bent in the UD direction and the RL direction, in order for the detection light optical fiber 103a to detect the bending shape of the distal end insertion tube 11 in the range of the free bending portion 20, the free bending portion Two detected parts 104b and 104c orthogonal to each other as shown in FIG. Even when two detected parts 104b and 104c are provided in directions orthogonal to each other, as described above, the amount of light passing through the detected light optical fiber 104a and passing through the detected parts 104b and 104c is reduced. The change is detected by the light detection unit 105, and the shape detection device 32 calculates the curved shape of the distal insertion tube 11 based on this detection.
  • the light openings 112b and 112c constituting the detected parts 104b and 104c are filled with light characteristic conversion members 113b and 113c that absorb light of different wavelengths, respectively.
  • the optical characteristic conversion members 113b and 113c absorb light amounts of specific different wavelengths (wavelength ranges) that guide the detection light optical fiber 103a. Due to the different light characteristic conversion members 113b and 113c being provided in the respective light openings 112b and 112c, the light detection unit 105 is caused by a change in light amount due to the bending in the UD direction and the bending in the RL direction in the free bending portion 20. It is possible to identify and detect a change in the amount of light to be detected.
  • the bending axis of the operation bending portion 19 that can be operated by the operation wires 22u and 22d that is, the bending axis in the direction of bending by the operation of the operation wires 22u and 22d is defined as the main bending axis.
  • the main bending axis is the UD bending axis A ud .
  • the bending axis with the larger bending angle becomes the main bending axis.
  • the top insertion tube 11 of the endoscope can be bent by continuously arranging the top 16a that can be rotated about the rivet 21 as a central axis.
  • the pipe material may be deformable by being deformed.
  • a member between adjacent slits of the pipe material plays a role corresponding to the top 16a.
  • the virtual axis orthogonal to the central axis of the pipe material from the opening direction side of the slit plays a role corresponding to the rivet 21 at the point where the virtual center line of the slit and the central axis of the pipe material intersect.
  • the detection light optical fiber 103 a is also curved following the distal end insertion tube 11.
  • other built-in members for example, the first member 25, the second member 26, and the third member 27
  • the channel tube 24 is difficult to twist because the outer diameter of the channel tube 24 is larger (thicker) than other components and the torsional rigidity is larger than that of other components. Therefore, the optical fiber 103a for detection light held in the channel tube 24 is also difficult to twist.
  • the detection light optical fiber 103a is attached to the channel tube 24 having higher torsional rigidity than other built-in members constituting the distal end insertion tube 11, and is difficult to twist.
  • 104c are difficult to shift due to the influence of twisting of the optical fiber 103a for detection light. Therefore, the curved shape of the distal end insertion tube 11 can be detected with high accuracy without lowering the accuracy of detecting the curved shape (curvature and direction) by the sensor 101.
  • the detection directions of the light openings 112b and 112c are set in accordance with the UD curve axis A ud and the RL curve axis A rl , that is, to be orthogonal to these curve axes.
  • the curved shape in these detection directions can be detected with high sensitivity.
  • a plurality of sensor bulges 41 as guide members of the detection light optical fiber 103a are provided on each piece 16a provided on the bending portion 16 in the distal end insertion tube 11.
  • Each sensor bulge 41 is a substantially semicircular arc-shaped member that swells radially inward from the inner surface of the top 16a.
  • the sensor bulge 41 has an inner diameter larger than the outer diameter of the detection light optical fiber 103a.
  • the detection light optical fiber 103 a is inserted into the sensor bulge 41 and is held by the top 16 a via the sensor bulge 41.
  • the optical fiber 103a for detection light is only the sensor bulge 41 of one desired piece 16a, that is, only one of the plurality of pieces 16a, between the outer surface of the optical fiber 103a for detection light and the inner surface of the sensor bulge 41.
  • the adhesive is filled and held together with the top 16a so as to be able to be bent.
  • One piece 16a to be bonded is positioned in the vicinity of the detected portion 104 of the detection light optical fiber 103a in order to maintain the position and orientation of the detected portion 104 (detected portions 104b and 104c). Set to top.
  • the optical fiber 103a for detection light is slidable in the axial direction with respect to a sensor bulge other than the bonded sensor bulge.
  • the optical fiber 103a for detection light may be held by the distal end insertion tube 11 by bonding the distal end thereof to the distal end portion 15 or the like.
  • the detection light optical fiber 103a is held so as to be slidable in the axial direction with respect to the sensor bulges 41 of all the tops 16a.
  • the diameter of the top 16a is the largest (thick) among the constituent members constituting the distal end insertion tube 11 (that is, larger than the built-in member (such as the channel tube 24) constituting the distal end insertion tube 11).
  • the top 16a is usually made of a metal that is difficult to twist, such as stainless steel.
  • the rigidity of the plurality of connected pieces 16a as a whole is slightly reduced due to the play of the rivet 21, the influence of the play is very small. Further, when the adjacent tops 16a come into contact with each other when the distal end insertion tube 11 is bent, the tops 16a cannot be twisted any further. For this reason, the rigidity of the connected piece 16a as a whole is also sufficiently secured in practice, and is less likely to twist.
  • the sensor bulge 41 guides the sliding in the axial direction of the detection light optical fiber 103a in order to eliminate the difference in length generated between the inner side and the outer side of the bending when the detection light optical fiber 103a is bent. It plays a role as a guide member. By this guide, the optical fiber 103a for detection light becomes more difficult to twist. In addition, the risk of contact and interference with other built-in objects is reduced.
  • the detection light optical fiber 103a is inserted into the sensor bulge 41, the detection light optical fiber 103a is protected by the sensor bulge 41, and other built-in members in the distal end insertion tube 11 (for example, the first bulge It becomes difficult to interfere with the member 25, the second member 26, and the third member 27). Accordingly, the detection light optical fiber 103a is less likely to be twisted.
  • the top 16a is made of a metal that is difficult to twist as described above, and has a very high rigidity. Therefore, if the detection light optical fiber 103a is bonded to the frame 16a and held within the axial length where the plurality of pieces 16a are arranged, the bonding strength of the detection light optical fiber 103a to the distal end insertion tube 11 is increased. In addition, the reliability of the detection accuracy of the curved state is improved.
  • FIGS. 9 and 10 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
  • the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and only portions different from those in the second embodiment will be described.
  • a cylindrical sensor coil 42 as a guide member of the detection light optical fiber 103a is disposed on the outer peripheral surface of the detection light optical fiber 103a. That is, the detection light optical fiber 103a is inserted into the sensor coil 42 so as to be slidable in the axial direction.
  • the sensor coil 42 has an inner diameter larger than the outer diameter of the detection light optical fiber 103a.
  • the length of the sensor coil 42 is slightly shorter than the distal end insertion tube 11 (or the channel tube 24).
  • the sensor coil 42 is held along the channel tube 24 with the base end side slightly starting from the distal end of the channel tube 24. That is, the tip of the detection light optical fiber 103a is held so as to slightly protrude from the tip of the sensor coil 42 in the axial direction.
  • the leading end portion of the protruding detection light optical fiber 103a is held on the channel tube 24 by adhesion (or fusion).
  • the sensor coil 42 is held by adhesion (or fusion) to the channel tube 24 only at one place (one point) in the vicinity of the detected portion 104 of the detection light optical fiber 103a.
  • One point to be bonded is a point located in the vicinity of the detected portion 104 of the optical fiber 103a for detection light in order to maintain the position and orientation of the detected portion 104.
  • it may be bonded at other locations, for example, it may be held by bonding at other positions such as the tip of the sensor coil 42.
  • the sensor coil 42 is, for example, a coil spring, and has elasticity equal to or greater than that of the channel tube 24.
  • the sensor coil 42 may be bonded to the channel tube 24 with an elastic adhesive, for example.
  • the entire length of the sensor coil 42 may be adhered, or the sensor coil 42 may be adhered in a dotted manner, that is, a plurality of adhesion portions may be interspersed.
  • the sensor coil 42 should just be curved following the curve of the front-end
  • the length of the sensor coil 42 in the axial direction may be shorter than that of the channel tube 24 and cover the detection light optical fiber 103a in a desired range (for example, the operation bending portion 19 or the free bending portion 20).
  • the sensor coil 42 may be held by one or more pieces 16a in the distal end insertion tube 11. In this case, it is only necessary to adhere to at least one desired piece 16a among the plurality of pieces 16a, but it may be attached to any two or more pieces 16a including all the pieces 16a.
  • the adhesive may not be an elastic adhesive, and may be a hard adhesive such as an epoxy adhesive.
  • the sensor coil 42 is held by adhesion or the like at one location (one point) of the channel tube 24 or the top 16a. For this reason, the sensor coil 42 is not subjected to bending stress even when the distal end insertion tube 11 is curved, except at the bonded position.
  • the distal end insertion tube 11 when the distal end insertion tube 11 is bent, its constituent members are similarly bent.
  • the sensor coil 42 when the distal end insertion tube 11 is bent in the UP direction, the sensor coil 42 is bent inward so that it is subjected to compressive bending stress at the bonded position, and when it is bent in the DOWN direction, it is pulled outward and pulled at the bonded position.
  • the sensor coil 42 can be expanded and contracted in the same manner as the channel tube 24.
  • Detecting light optical fiber 103a itself is flexible but does not expand or contract. However, since the sensor coil 42 is held at only one point with respect to the channel tube 24 or the top 16a, the optical fiber 103a for detection light slides in the sensor coil 42 in the axial direction when the distal end insertion tube 11 is bent. To do. Therefore, even if the distal end insertion tube 11 is bent, no bending stress is generated in the detection light optical fiber 103a.
  • the detection light optical fiber 103a is enclosed in the sensor coil 42, other built-in members (for example, the first member 25, the second member 26, and the third member 27) in the distal end insertion tube 11 are used. ). Accordingly, the detection light optical fiber 103a is less likely to be twisted. Further, buckling of the detection light optical fiber 103a is less likely to occur.
  • an endoscope apparatus that can detect the curved shape of the distal end insertion tube 11 more accurately than in the first and second embodiments.
  • Optical display device 41 ... Sensor bulge (guide member), 42 ... sensor coil (guide member), 101 ... curved shape detection sensor, 102 ... light source, 103 ... optical fiber, 103a ... optical fiber for detection light, 103b ... optical fiber for light supply, 103c Optical fibers for light reception, 104, 104b, 104c ... detected portion, 105 ... light detecting portion, 106 ... coupling portion (optical coupler), 107 ... reflecting portion, 108 ... core, 109 ... cladding, 110 ... coating, 112, 112b , 112c... Optical apertures, 113, 113b, 113c.

Abstract

挿入管の湾曲形状をより精度良く検出可能な内視鏡装置を提供する。 可撓性の挿入管を有する内視鏡と、検出光を伝搬する光ファイバと、光ファイバの少なくとも一部に設けられた被検出部とを有し、光ファイバの湾曲時に光ファイバの湾曲形状の変化に応じて被検出部を経た検出光の特性が変化することに基づいて挿入管の湾曲形状を検出する湾曲形状検出センサと、を具備する内視鏡装置である。光ファイバの一部、又は光ファイバが挿通されるガイド部材の一部が、挿入管を構成している構成部材の中でねじり剛性の大きい構成部材に保持されている。

Description

内視鏡装置
　本発明は、内視鏡の先端挿入管の湾曲形状を検出する湾曲形状検出センサを備えた内視鏡装置に関する。
　被挿入体に挿入される細長い先端挿入管を備えた内視鏡において、先端挿入管に湾曲形状検出センサを組み込んで先端挿入管の湾曲形状（湾曲角度、湾曲方向）を検出することが知られている。このような湾曲形状検出センサには、湾曲形状を検出するための１以上の被検出部が設けられている。このようなセンサでは、被検出部での検出光の変化量を光検出部で検出することにより、先端挿入管の湾曲形状が検出される。
　例えば、特許文献１には、複数の光ファイバからなるライトガイドと、複数の曲率検出ファイバと、フィルタと、受光素子とを有する内視鏡装置が開示されている。この内視鏡装置では、内視鏡の挿入管内を通っているライトガイドの外周面に複数の曲率検出ファイバが配置されている。ライトガイド及び曲率検出ファイバは、挿入管に沿って先端まで延びている。フィルタは、ライトガイドの出射端と曲率検出ファイバの入射端とを覆っている。また、各曲率検出ファイバの所定の位置の所定の向きに１つの被検出部（光損失部）が設けられている。
　この内視鏡装置では、光源からライトガイドの入射端に出射された光がライトガイドの出射端からフィルタを介して各曲率検出ファイバの入射端に導光される。導光された光の一部は曲率検出ファイバにおいて被検出部を通過したときに損失し、損失せずに通過した光は各曲率検出ファイバの出射端に向かって導光される。そして、曲率検出ファイバの出射端から受光した受光量に基づいて、受光素子が被検出部における曲率検出ファイバの湾曲形状を検出する。
特開２００７－４４４０２号公報
　特許文献１に記載の内視鏡装置では、ライトガイドの外周面を取り囲むようにして複数の曲率検出ファイバが取り付けられている。この内視鏡装置において挿入管を湾曲させると、挿入管に内蔵されたライトガイド及び曲率検出ファイバもその湾曲に倣って湾曲する。従って、被検出部における曲率検出ファイバの湾曲形状を検出することにより挿入管の湾曲形状を検出することが可能である。
　しかしながら、特許文献１に記載の内視鏡装置では、ライトガイドが複数の光ファイバによって形成されているので、ライトガイドがフレキシブルに湾曲可能であると同時に、ねじれが発生する可能性がある。例えば、内視鏡は、通常、繰り返し使用する医療機器であるから、湾曲動作を繰り返すうちにライトガイドが挿入管内の他の内蔵物（例えば、処置具を挿通するためのチャンネルチューブ、イメージセンサに接続された電気ケーブル、送気あるいは送水用のチューブ等）と接触したりこのような内蔵物に押圧されたりして、ライトガイドにねじれが発生する可能性がある。
　ライトガイドにねじれが発生すると、ライトガイドに保持された曲率検出ファイバにもねじれが発生する。曲率検出ファイバにねじれが発生すると、曲率検出ファイバに設けられた被検出部の向きが所望の向きからずれてしまう。被検出部の向きが所望の向きからずれると、被検出部における検出光量にも変化が生じるため、湾曲形状を正確に検出することが困難になりうる。
　そこで、本発明は、挿入管の湾曲形状をより精度良く検出可能な内視鏡装置を提供することを目的とする。
　本発明の一実施形態は、可撓性の挿入管を有する内視鏡と、検出光を伝搬する光ファイバと、前記光ファイバの少なくとも一部に設けられた被検出部とを有し、前記光ファイバの湾曲時に前記光ファイバの湾曲形状の変化に応じて前記被検出部を経た前記検出光の特性が変化することに基づいて前記挿入管の湾曲形状を検出する湾曲形状検出センサと、を具備し、前記光ファイバの一部、又は前記光ファイバが挿通されるガイド部材の一部が、前記挿入管を構成している構成部材の中でねじり剛性の大きい構成部材に保持されている内視鏡装置である。
　本発明によれば、挿入管の湾曲形状をより精度良く検出可能な内視鏡装置を提供することができる。
図１は、湾曲形状検出センサの原理を説明するための概略図である。 図２は、検出光用光ファイバの径方向の断面図である。 図３は、湾曲形状検出センサが装着された内視鏡を含む内視鏡装置の全体構成を示す図である。 図４は、第１の実施形態における内視鏡装置の先端挿入管（自由湾曲部分）の径方向の断面図である。 図５は、第１の実施形態における内視鏡装置の先端挿入管の軸方向の断面図である。 図６は、図５のＢ－Ｂ線に沿った、先端挿入管内の一部の径方向の断面図である。 図７は、第２の実施形態における内視鏡装置の先端挿入管の径方向の断面図である。 図８は、第２の実施形態における内視鏡装置の先端挿入管の軸方向の断面図である。 図９は、第３の実施形態における内視鏡装置の先端挿入管の径方向の断面図である。 図１０は、第３の実施形態における内視鏡装置の先端挿入管の径方向の断面図である。
　［第１の実施形態］　
　（湾曲形状検出センサ）　
　まず、湾曲形状検出センサ（以下では単にセンサと称する）１０１の構成及び動作について説明する。　
　図１は、センサ１０１の原理を説明するための概略図である。センサ１０１は、光源１０２と、光ファイバ１０３と、光検出部１０５とを有している。光ファイバ１０３は、光源１０２及び光検出部１０５に接続されている。光源１０２は、例えば、ＬＥＤ光源又はレーザ光源であり、所望の波長特性を有する検出光を出射する。光ファイバ１０３は、光源１０２から出射された検出光を伝搬する。光検出部１０５は、光ファイバ１０３を導光された検出光を検出する。
　光ファイバ１０３は、結合部（光カプラ）１０６で３方に分岐された、検出光用光ファイバ１０３ａと、光供給用光ファイバ１０３ｂと、受光用光ファイバ１０３ｃとにより構成されている。つまり、光ファイバ１０３は、結合部１０６によって、２本の導光路部材である光供給用光ファイバ１０３ｂ及び受光用光ファイバ１０３ｃを１本の導光路部材である検出光用光ファイバ１０３ａに接続することにより形成されている。光供給用光ファイバ１０３ｂの基端は、光源１０２に接続されている。また、検出光用光ファイバ１０３ａの先端には、伝搬された光を反射する反射部１０７が設けられている。反射部１０７は、例えば、鏡である。受光用光ファイバ１０３ｃの基端は、光検出部１０５に接続されている。
　光供給用光ファイバ１０３ｂは、光源１０２から出射された光を伝搬して結合部１０６に導光する。そして、結合部１０６は、光供給用光ファイバ１０３ｂから入射した光の大部分を検出光用光ファイバ１０３ａに導光して、反射部１０７で反射された光の少なくとも一部を受光用光ファイバ１０３ｃに導光する。さらに、受光用光ファイバ１０３ｃからの光を光検出部１０５が受光する。光検出部１０５は、受光した検出光を光電変換し、検出光量を示す電気信号を出力する。
　図２は、検出光用光ファイバ１０３ａの径方向の断面図である。検出光用光ファイバ１０３ａは、コア１０８と、コア１０８の外周面を覆っているクラッド１０９と、クラッド１０９の外周面を覆っている被覆１１０とを有している。また、検出光用光ファイバ１０３ａには、少なくとも１つの被検出部１０４が設けられている。被検出部１０４は、検出光用光ファイバ１０３ａの外周の一部にのみ設けられており、これを通過する検出光の特性を検出光用光ファイバ１０３ａの湾曲形状の変化に応じて変化させる。
　被検出部１０４は、被覆１１０及びクラッド１０９の一部を除去してコア１０８が露出された光開口部１１２と、光開口部１１２に形成された光特性変換部材１１３とを有している。なお、光開口部１１２として必ずしもコア１０８を露出させる必要はなく、検出光用光ファイバ１０３ａを通る光が光開口部１１２に到達しさえすればコア１０８を露出させなくてもよい。光特性変換部材１１３は、検出光用光ファイバ１０３ａを導光された光の特性（光量、波長など）を変換させる部材であり、例えば、導光損失部材（光吸収体）又は波長変換部材（蛍光体）などである。以下の説明では、光特性変換部材は導光損失部材であるとする。
　センサ１０１において、光源１０２から供給された光は上述のようにして検出光用光ファイバ１０３ａを導光するが、被検出部１０４の光特性変換部材１１３に光が入射するとその光の一部が光特性変換部材１１３に吸収されることにより導光する光の損失が生じる。この導光損失量は、検出光用光ファイバ１０３ａの湾曲量によって変化する。
　例えば、検出光用光ファイバ１０３ａが直線状態であっても、光開口部１１２の幅、長さなどに従い、ある程度の光量が光特性変換部材１１３で損失される。この直線状態での光の損失量を基準として、検出光用光ファイバ１０３ａの湾曲状態において光特性変換部材１１３が曲率半径の比較的大きい外側に配置されていれば、基準とした導光損失量よりも多い導光損失量が生じる。また、検出光用光ファイバ１０３ａの湾曲状態において光特性変換部材１１３が曲率半径の比較的小さい内側に配置されていれば、基準とした導光損失量よりも少ない導光損失量が生じる。
　この導光損失量の変化は、光検出部１０５で受光される検出光量、即ち光検出部１０５の出力信号に反映される。従って、光検出部１０５の出力信号によって、センサ１０１の被検出部１０４の位置、即ち光特性変換部材１１３が設けられた位置における湾曲形状が求められる。
　センサ１０１の検出光用光ファイバ１０３ａは、被測定物である長尺な可撓湾曲体に、本実施形態では後述する内視鏡１０の可撓性の先端挿入管１１に沿わせて一体的に装着される。装着する際には、先端挿入管１１の所望の検出位置をセンサ１０１の被検出部１０４と位置合わせすることにより、センサ１０１が先端挿入管の適正な位置に装着される。そして、検出光用光ファイバ１０３ａが先端挿入管１１のフレキシブルな動作に追従して湾曲し、センサ１０１が上述のようにして先端挿入管１１の湾曲形状を検出する。
　（内視鏡装置の構成）　
　図３は、内視鏡装置１の全体構成を示す図である。内視鏡装置１は、センサ１０１の少なくとも検出光用光ファイバ１０３ａが内部に組み込まれた内視鏡１０と、装置本体３０とを有している。装置本体３０は、制御装置３１と、形状検出装置３２と、ビデオプロセッサ３３と、表示装置３４とを有している。制御装置３１は、内視鏡１０、形状検出装置３２及びビデオプロセッサ３３を始めとしてこれに接続される周辺装置の所定の機能を制御する。図３にはセンサ１０１は示されていないが、内視鏡装置１は、図１に示されるセンサ１０１の各構成部を含んでいる。
　内視鏡１０は、被挿入体に挿入される可撓性の先端挿入管１１と、先端挿入管１１の基端側に設けられた操作部１２とを有している。操作部１２からは、コード部１３が延びている。内視鏡１０は、コード部１３を介して装置本体３０に着脱可能に接続され、装置本体３０と通信する。操作部１２には、先端挿入管１１（後述する湾曲部１６）を少なくとも特定の２方向（例えば上下方向）に所望の曲率で湾曲させるための操作を入力する操作ダイヤル１４が設けられている。コード部１３は、後述する第１の部材２５、第２の部材２６等を収容している。
　内視鏡装置１は、センサ１０１を有しており、内視鏡１０の先端挿入管１１の内部にセンサ１０１の検出光用光ファイバ１０３ａが配置されている。センサ１０１は、上述したように、検出光用光ファイバ１０３ａの湾曲時にその湾曲形状の変化に応じて被検出部１０４（後述する被検出部１０４ｂ、１０４ｃ）を経た検出光の特性（本実施形態では光量）が変化することに基づいて先端挿入管１１の湾曲形状を検出する。
　形状検出装置３２は、センサ１０１の光検出部１０５に接続されている。形状検出装置３２は、光検出部１０５からの出力信号を受信し、この出力信号に基づいて先端挿入管１１の湾曲形状を算出する。算出された湾曲形状は、形状検出装置３２から表示装置３４に送信されて、表示装置３４に表示される。　
　ビデオプロセッサ３３は、内視鏡先端の不図示の撮像素子に接続された電気信号用配線からコード部１３、制御装置３１を介して取得される電気信号を画像処理する。表示装置３４は、ビデオプロセッサ３３により処理された被挿入体内の画像を表示する。
　図４は、第１の実施形態における先端挿入管１１（自由湾曲部分２０）の径方向の断面図である。図５は、第１の実施形態における先端挿入管１１の軸方向の断面図である。先端挿入管１１は、内視鏡先端側の細長い筒状部材である。先端挿入管１１は、図５に示されるように、硬質な先端部１５と、筒状の外殻を有する部材（筒状外殻構成部材）である複数のコマ１６ａが設けられた湾曲部１６と、蛇管１７とを有している。コマ１６ａは、ステンレス鋼等の金属でできている。これらコマ１６ａは、先端部１５を先端側として湾曲部１６において軸方向に連続して連結されており、さらに、これらコマ１６ａが配置されている湾曲部１６の基端側には、自由な方向に湾曲する蛇管１７が連結されている。湾曲部１６（コマ１６ａ）及び蛇管１７の外周面は、可撓性の被覆１８によって覆われている。
　湾曲部１６は、図５に示されるように、上下（ＵＰ／ＤＯＷＮ、以下ではＵＤと称する）の２方向にのみ湾曲する先端側の操作湾曲部分１９と、上下及び左右（ＲＩＧＨＴ／ＬＥＦＴ、以下ではＲＬと称する）の４方向に湾曲する（組み合わせれば３６０°自由な方向に湾曲する）基端側の自由湾曲部分２０とに分けられる。即ち、操作湾曲部分１９では、コマ１６ａがＵＤ湾曲軸Ａｕｄ（図４参照）に対してＵＤ方向に湾曲し、また、自由湾曲部分２０では、コマ１６ａがＵＤ湾曲軸Ａｕｄに対してＵＤ方向かつＵＤ湾曲軸Ａｕｄに直交するＲＬ湾曲軸Ａｒｌ（同様に図４参照）に対してＲＬ方向に湾曲する。
　操作湾曲部分１９の範囲では、図４に示されるように、複数のコマ１６ａがＵＤ湾曲軸Ａｕｄ上でリベット２１によって互いに連結されており、即ち、複数のコマ１６ａがＵＤ湾曲軸Ａｕｄを中心に回動するように連結されている。また、自由湾曲部分２０の範囲では、ＵＤ湾曲軸Ａｕｄに加えて、９０°だけ軸中心に対してずれて配置されるＲＬ湾曲軸Ａｒｌ上においても同様に、複数のコマ１６ａが互いに回動するように連結されている。
　先端挿入管１１の先端部１５には、図５に示されるように、上方向の湾曲用の操作ワイヤ２２ｕ及び下方向の湾曲用の操作ワイヤ２２ｄの先端が固定されている。これら操作ワイヤ２２ｕ、２２ｄは、湾曲部１６においてコマ１６ａの凹部２３ｕ、２３ｄにそれぞれ挿通され、その基端は、操作部１２の操作ダイヤル１４に連結されている。これにより、先端挿入管１１の湾曲部１６は、操作者が操作ダイヤル１４を回転させて操作ワイヤ２２ｕが引き込まれれば上方向に、操作ワイヤ２２ｄが引き込まれれば下方向に、それぞれ湾曲する。
　ＵＤ湾曲軸Ａｕｄ及びＲＬ湾曲軸Ａｒｌは、リベット２１で規定される回動軸であって、コマ１６ａを連結する複数のリベット２１ごとに存在する。これらリベット２１のそれぞれが平行であり、また、先端挿入管１１全体で見た場合の仮想の湾曲中心軸もリベット２１に平行である。なお、湾曲方向を規定するリベット２１が存在せずに、例えばパイプ材に溝を加工して湾曲方向を規定するような構造のコマ１６ａとしてもよく、そのような構造であっても仮想の湾曲中心軸がある。このような仮想の湾曲中心軸は、いずれの構造においても、操作ワイヤ２２ｕ、２２ｄに対して略直交する方向に設定される。
　先端挿入管１１の内部には、図４に示されるように、チャンネルチューブ２４と、１又は複数の第１の部材２５と、第２の部材２６と、第３の部材２７とが長手方向に延設されている。第１の部材２５、第２の部材２６及び第３の部材２７は、それぞれ、ライトガイド、イメージガイド、撮像素子からの電気信号用配線、電力供給用配線、送気管、送水管、操作ワイヤ等から選択された部材である。チャンネルチューブ２４は、例えば超音波プローブ又は鉗子等の処置具を通すための円筒状のチューブである。例えば、ライトガイドは、その先端が先端部１５に内蔵された不図示の照明光学系に接続され、その基端がコード部１３を介して不図示の光源に接続される。例えば、電気信号用配線は、その先端が先端部１５に内蔵された不図示の撮像素子に接続され、その基端がコード部１３を介して制御装置３１に接続される。
　センサ１０１の検出光用光ファイバ１０３ａは、図４並びに図５に示されるように、チャンネルチューブ２４の外周面に、接着剤２８によって、チャンネルチューブ２４と共に湾曲可能に接合して保持されている。軸方向におけるチャンネルチューブ２４に対する検出光用光ファイバ１０３ａの接着位置は、図５に示されるように、径方向における検出光用光ファイバ１０３ａの被検出部１０４（後述する被検出部１０４ｂ、１０４ｃ）の直下の一箇所である。接着位置は検出光用光ファイバ１０３ａの先端近傍等であってもよいが、接着により曲げ応力が発生する箇所を少なくするために、一箇所のみであることが好ましい。また、被検出部１０４の近傍を接着する場合には、接着剤が弾性を有することが好ましい（例えばシリコーン接着剤）。なお、接合は接着に限らず、融着であってもよい。
　なお、検出光用光ファイバ１０３ａを保持する構成部材はチャンネルチューブ２４に限定されるものではなく、先端挿入管１１内で湾曲する操作ワイヤ２２ｕ、２２ｄ、第１の部材２５、第２の部材２６、第３の部材２７等であってもよい。しかしながら、チャンネルチューブ２４の直径は先端挿入管１１の内蔵物において最も大きいため、他の内蔵物よりもねじり剛性が大きい。また、検出光用光ファイバ１０３ａを取り付ける内蔵物にねじれが発生すると被検出部１０４の位置がずれて湾曲形状の検出精度が低下してしまうため、検出光用光ファイバ１０３ａが取り付けられる内蔵物のねじり剛性は大きいほうが望ましい。以上のことから、本実施形態では、先端挿入管１１を構成している構成部材の中でねじり剛性の最も大きいチャンネルチューブ２４をセンサ保持部材として採用しており、検出光用光ファイバ１０３ａの一部がチャンネルチューブ２４に保持されている。
　上述の観点から、チャンネルチューブ２４の外径は、コマ１６ａの内径の１／２よりも大きく、また、チャンネルチューブ２４のねじり剛性は、検出光用光ファイバ１０３ａのねじり剛性よりも大きく、例えば、ねじり剛性に関して２倍以上の強度を有していることが好ましい。
　図６は、図５のＢ－Ｂ線に沿った、自由湾曲部分２０における被検出部１０４ｂ（光開口部１１２ｂ及び光特性変換部材１１３ｂ）及び被検出部１０４ｃ（光開口部１１２ｃ及び光特性変換部材１１３ｃ）を含む断面図である。自由湾曲部分２０はＵＤ方向及びＲＬ方向に湾曲するため、自由湾曲部分２０には、ＵＤ方向に対応する方向に、即ちＵＤ湾曲軸Ａｕｄに直交する位置に被検出部１０４ｂが設けられ、さらに、ＲＬ方向に対応する方向に、即ちＲＬ湾曲軸Ａｒｌに直交する位置に被検出部１０４ｃが設けられている。このように、被検出部１０４ｂ、１０４ｃは、ＵＤ方向及びＲＬ方向に対応して互いに直交する位置に設けられている。湾曲部１６の自由湾曲部分２０はＵＤ方向及びＲＬ方向に湾曲するため、検出光用光ファイバ１０３ａが自由湾曲部分２０の範囲において先端挿入管１１の湾曲形状を検出するためには、自由湾曲部分２０の範囲に図６に示されるような互いに直交する２つの被検出部１０４ｂ、１０４ｃが配置される。互いに直交する向きに２つの被検出部１０４ｂ、１０４ｃが設けられている場合であっても、上述したようにして、検出光用光ファイバ１０４ａを導光し被検出部１０４ｂ、１０４ｃを経た光量の変化が光検出部１０５で検出され、この検出に基づいて形状検出装置３２が先端挿入管１１の湾曲形状を算出する。
　被検出部１０４ｂ、１０４ｃを構成する光開口部１１２ｂ、１１２ｃには、それぞれ異なる波長の光を吸収する光特性変換部材１１３ｂ、１１３ｃが充填されている。光特性変換部材１１３ｂ、１１３ｃは、検出光用光ファイバ１０３ａを導光する特定の異なる波長（波長域）の光量を吸収する。各光開口部１１２ｂ、１１２ｃに異なる光特性変換部材１１３ｂ、１１３ｃが設けられていることにより、光検出部１０５が自由湾曲部分２０におけるＵＤ方向の湾曲に起因する光量変化とＲＬ方向の湾曲に起因する光量変化とを識別して検出することが可能である。
　なお、操作ワイヤ２２ｕ、２２ｄにより操作可能な操作湾曲部分１９の湾曲軸、即ち操作ワイヤ２２ｕ、２２ｄの操作によって湾曲する方向の湾曲軸を主たる湾曲軸と定義する。本実施形態において、主たる湾曲軸はＵＤ湾曲軸Ａｕｄである。例えば、操作湾曲部分１９に複数の湾曲軸が存在する場合には、より湾曲角度が大きい方の湾曲軸が主たる湾曲軸となる。
　また、本実施形態では、リベット２１を中心軸として回動可能なコマ１６ａを連続的に配置することにより、内視鏡の先端挿入管１１を湾曲可能にしているが、例えば、スリットを加工したパイプ材が変形することにより湾曲可能な構造であってもよい。この場合、パイプ材の互いに平行な隣接するスリット間の部材がコマ１６ａに相当する役割を果たす。また、スリットの仮想の中心線とパイプ材の中心軸が交わる点において、スリットの開口方向側からパイプ材の中心軸と直交する仮想の軸が、リベット２１に相当する役割を果たす。
　（作用・効果）　
　操作者が操作ダイヤル１４で操作ワイヤ２２ｕ、２２ｄを操作することにより、又は先端挿入管１１が例えば被挿入体に接触し外力を受けることにより、先端挿入管１１が湾曲すると、先端挿入管１１内の検出光用光ファイバ１０３ａも先端挿入管１１に倣って湾曲する。このとき、先端挿入管１１を構成している他の内蔵部材（例えば、第１の部材２５、第２の部材２６、第３の部材２７）がチャンネルチューブ２４に接触してチャンネルチューブ２４を押圧しても、チャンネルチューブ２４の外径が他の構成部材よりも大きく（太く）ねじり剛性が他の構成部材と比較して大きいため、チャンネルチューブ２４はねじれにくい。従って、チャンネルチューブ２４に保持された検出光用光ファイバ１０３ａもねじれにくい。
　本実施形態によれば、検出光用光ファイバ１０３ａが先端挿入管１１を構成している他の内蔵部材よりもねじり剛性の大きいチャンネルチューブ２４に取り付けられており、ねじれにくいため、被検出部１０４ｂ、１０４ｃの向きが検出光用光ファイバ１０３ａのねじれの影響によりずれにくい。従って、センサ１０１による湾曲形状（曲率及び方向）の検出精度が低下することなく、先端挿入管１１の湾曲形状を精度良く検出することができる。
　また、本実施形態によれば、ＵＤ湾曲軸ＡｕｄとＲＬ湾曲軸Ａｒｌとに合わせて、つまりこれら湾曲軸に直交するように光開口部１１２ｂ、１１２ｃの検出方向を設定しているため、これら検出方向における湾曲形状を高感度に検出することができる。
　このように、本実施形態によれば、先端挿入管１１の湾曲形状を精度良く検出可能な内視鏡装置を提供することができる。
　［第２の実施形態］　
　本発明の第２の実施形態について、図７並びに図８を参照して説明する。以下では、第１の実施形態と同様の構成部材には同様の参照符号を付してその説明は省略し、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。
　（構成）
　本実施形態では、先端挿入管１１内の湾曲部１６に設けられた各コマ１６ａには、検出光用光ファイバ１０３ａのガイド部材としての複数のセンサバルジ４１が設けられている。各センサバルジ４１は、コマ１６ａの内面から径方向内側に膨らんだ略半円弧状の部材である。センサバルジ４１は、検出光用光ファイバ１０３ａの外径よりも大きな内径を有する。検出光用光ファイバ１０３ａはセンサバルジ４１に挿通されて、センサバルジ４１を介してコマ１６ａに保持される。
　検出光用光ファイバ１０３ａは、所望の１つのコマ１６ａのセンサバルジ４１のみで、つまり、複数のコマ１６ａのうちの１つのみで、検出光用光ファイバ１０３ａの外面とセンサバルジ４１の内面との間に充填された接着剤２８によってコマ１６ａと共に湾曲可能に接合して保持されている。接着される１つのコマ１６ａは、被検出部１０４（被検出部１０４ｂ、１０４ｃ）の位置及び向き合わせを維持するために、検出光用光ファイバ１０３ａの被検出部１０４の近傍に位置しているコマとする。検出光用光ファイバ１０３ａは、接着されたセンサバルジ以外のセンサバルジに対して軸方向に摺動可能である。
　なお、検出光用光ファイバ１０３ａは、その先端を先端部１５に接着等されることにより先端挿入管１１に保持されてもよい。その場合には、検出光用光ファイバ１０３ａが全てのコマ１６ａのセンサバルジ４１に対して軸方向に摺動可能に保持されるものとする。
　（作用・効果）　
　コマ１６ａの直径は、先端挿入管１１を構成している構成部材の中で最も大きい（太い）（即ち、先端挿入管１１を構成している内蔵部材（チャンネルチューブ２４等）よりも大きい）。また、コマ１６ａは、通常、ステンレス鋼等のねじれにくい金属でできている。連結された複数のコマ１６ａ全体の剛性は、リベット２１のがた等で若干低下するものの、がたによる影響は非常に小さい。また、先端挿入管１１が湾曲する際に隣接するコマ１６ａが互いに当接すると、コマ１６ａはそれ以上ねじれることは不可能である。このため、連結されたコマ１６ａ全体の剛性も実用上十分に確保され、よりねじれにくい。
　また、センサバルジ４１は、検出光用光ファイバ１０３ａが湾曲したときに曲げの内側と外側とで生じる長さの差を解消するために、検出光用光ファイバ１０３ａの軸方向の摺動をガイドするガイド部材としての役割を果たす。このガイドにより、検出光用光ファイバ１０３ａがよりねじれにくくなる。また、他の内蔵物と接触して干渉するリスクが低減する。
　さらに、検出光用光ファイバ１０３ａがセンサバルジ４１に挿通されているため、検出光用光ファイバ１０３ａがセンサバルジ４１に保護されることとなり、先端挿入管１１内の他の内蔵部材（例えば、第１の部材２５、第２の部材２６、第３の部材２７）と干渉しにくくなる。従って、検出光用光ファイバ１０３ａのねじれが発生しにくくなる。
　また、コマ１６ａは、上述したようにねじれにくい金属でできており、非常に高剛性である。従って、複数のコマ１６ａが配置されている軸方向の長さ内で検出光用光ファイバ１０３ａをコマ１６ａに接着して保持すれば、先端挿入管１１に対する検出光用光ファイバ１０３ａの接着強度が増し、湾曲状態の検出精度の信頼性が向上する。
　このように、本実施形態によっても、先端挿入管１１の湾曲形状をより正確に検出可能な内視鏡装置を提供することができる。
　［第３の実施形態］　
　本発明の第３の実施形態について、図９並びに図１０を参照して説明する。以下では、第２の実施形態と同様の構成部材には同様の参照符号を付してその説明は省略し、第２の実施形態と異なる部分のみを説明する。
　（構成）　
　本実施形態では、検出光用光ファイバ１０３ａの外周面には、検出光用光ファイバ１０３ａのガイド部材としての筒状のセンサコイル４２が配置されている。つまり、検出光用光ファイバ１０３ａは、軸方向に摺動可能にセンサコイル４２に挿通されている。センサコイル４２は、検出光用光ファイバ１０３ａの外径よりも大きな内径を有する。
　センサコイル４２の長さは、先端挿入管１１（又はチャンネルチューブ２４）よりも若干短い。センサコイル４２は、チャンネルチューブ２４の先端よりも若干基端側を始点として、チャンネルチューブ２４に沿って保持されている。つまり、検出光用光ファイバ１０３ａの先端は、センサコイル４２の先端から軸方向にわずかに飛び出ているように保持されている。飛び出した検出光用光ファイバ１０３ａの先端部分は、チャンネルチューブ２４に接着（又は融着）により保持されている。
　また、センサコイル４２は、検出光用光ファイバ１０３ａの被検出部１０４の近傍で、一箇所（１点）でのみチャンネルチューブ２４に接着（又は融着）により保持されている。接着される１点は、被検出部１０４の位置及び向き合わせを維持するために、検出光用光ファイバ１０３ａの被検出部１０４の近傍に位置している点とする。しかしながら、これ以外の箇所で接着等してもよく、例えば、センサコイル４２の先端など他の位置で接着により保持されても構わない。
　センサコイル４２は、例えば、コイルばねであり、チャンネルチューブ２４と同等以上の伸縮性を有している。センサコイル４２は、例えば、弾性接着剤でチャンネルチューブ２４に接着されていてもよい。センサコイル４２は、その全長を接着されていても、点付けでとびとびに接着されていても、即ち、複数の接着箇所が点在していてもよい。また、センサコイル４２は、先端挿入管１１の湾曲に追従して湾曲するものであればよく、例えば、フッ素樹脂のチューブであってもよい。
　センサコイル４２の軸方向の長さは、チャンネルチューブ２４よりも短く、所望の範囲（例えば、操作湾曲部分１９あるいは自由湾曲部分２０）において検出光用光ファイバ１０３ａを覆うものであってもよい。
　なお、センサコイル４２は、先端挿入管１１内の１以上のコマ１６ａに保持されていてもよい。この場合、複数のコマ１６ａのうちの少なくとも１つの所望のコマ１６ａに接着されていればよいが、全てのコマ１６ａを含む任意の２以上のコマ１６ａに接着されていてもよい。また、センサコイル４２をコマ１６ａに接着する場合、接着剤は弾性接着剤でなくてもよく、例えば、エポキシ接着剤のような硬い接着剤であってもよい。
　（作用・効果）
　本実施形態では、センサコイル４２がチャンネルチューブ２４又はコマ１６ａの一箇所（１点）での接着等により保持されている。このため、接着された箇所以外では、先端挿入管１１が湾曲してもセンサコイル４２は曲げ応力を受けない。
　また、先端挿入管１１が湾曲するとその構成部材も同様に湾曲する。例えば、先端挿入管１１がＵＰ方向に湾曲した場合、センサコイル４２は内側に曲がるため接着された箇所において圧縮曲げ応力を受け、ＤＯＷＮ方向に湾曲した場合、外側に曲がるため接着された箇所において引張り曲げ応力を受けるが、いずれの場合であってもセンサコイル４２はチャンネルチューブ２４と同等に伸縮可能である。
　検出光用光ファイバ１０３ａ自体は可撓性を有するものの伸縮しない。しかしながら、センサコイル４２がチャンネルチューブ２４又はコマ１６ａに対して１点のみで保持されていることにより、先端挿入管１１の湾曲時に検出光用光ファイバ１０３ａがセンサコイル４２内を軸方向に摺動する。従って、先端挿入管１１が湾曲しても検出光用光ファイバ１０３ａには曲げ応力が発生しない。
　さらに、検出光用光ファイバ１０３ａがセンサコイル４２に内封されているため、先端挿入管１１内の他の内蔵部材（例えば、第１の部材２５、第２の部材２６、第３の部材２７）と干渉しにくくなる。従って、検出光用光ファイバ１０３ａのねじれが発生しにくくなる。また、検出光用光ファイバ１０３ａの座屈等も発生しにくくなる。
　このように、本実施形態によれば、先端挿入管１１の湾曲形状を第１及び第２の実施形態よりもさらに正確に検出可能な内視鏡装置を提供することができる。
　以上、本発明のさまざまな実施形態について説明してきたが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内でさまざまな改良及び変更が可能である。
　１…内視鏡装置、１０…内視鏡、１１…先端挿入管、１２…操作部、１３…コード部、１４…操作ダイヤル、１５…先端部、１６…湾曲部、１６ａ…コマ（筒状外殻構成部材）、１７…蛇管、１８…被覆、１９…操作湾曲部分、２０…自由湾曲部分、２１…リベット、２２ｕ，２２ｄ…操作ワイヤ、２３…凹部、２４…チャンネルチューブ、２５…第１の部材、２６…第２の部材、２７…第３の部材、２８…接着剤、３０…装置本体、３１…制御装置、３２…形状検出装置、３３…ビデオプロセッサ、３４…表示装置、４１…センサバルジ（ガイド部材）、４２…センサコイル（ガイド部材）、１０１…湾曲形状検出センサ、１０２…光源、１０３…光ファイバ、１０３ａ…検出光用光ファイバ、１０３ｂ…光供給用光ファイバ、１０３ｃ…受光用光ファイバ、１０４，１０４ｂ，１０４ｃ…被検出部、１０５…光検出部、１０６…結合部（光カプラ）、１０７…反射部、１０８…コア、１０９…クラッド、１１０…被覆、１１２，１１２ｂ，１１２ｃ…光開口部、１１３，１１３ｂ，１１３ｃ…光特性変換部材。

Claims (10)

  1. 　可撓性の挿入管を有する内視鏡と、
    　検出光を伝搬する光ファイバと、前記光ファイバの少なくとも一部に設けられた被検出部とを有し、前記光ファイバの湾曲時に前記光ファイバの湾曲形状の変化に応じて前記被検出部を経た前記検出光の特性が変化することに基づいて前記挿入管の湾曲形状を検出する湾曲形状検出センサと、を具備し、
    　前記光ファイバの一部、又は前記光ファイバが挿通されるガイド部材の一部が、前記挿入管を構成している構成部材の中でねじり剛性の大きい構成部材に保持されていることを特徴とする内視鏡装置。
  2. 　前記ねじり剛性の大きい構成部材の直径は、前記挿入管を構成している他の構成部材の直径と比較して大きいことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  3. 　前記光ファイバの一部又は前記ガイド部材の一部を保持する構成部材は、チャンネルチューブであることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
  4. 　前記光ファイバの一部又は前記ガイド部材の一部を保持する構成部材は、前記挿入管を湾曲可能に形成する複数の筒状外殻構成部材を有していることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
  5. 　前記光ファイバの一部又は前記ガイド部材の一部は、前記複数の筒状外殻構成部材の１つにのみ固定して保持され、他の筒状外殻構成部材に対して軸方向に摺動可能であることを特徴とする請求項４に記載の内視鏡装置。
  6. 　前記１つの筒状外殻構成部材は、前記被検出部の近傍に位置していることを特徴とする請求項５に記載の内視鏡装置。
  7. 　前記ガイド部材は、前記チャンネルチューブに１点で固定して保持され、前記光ファイバは前記ガイド部材内を軸方向に摺動可能であることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡装置。
  8. 　前記ガイド部材を固定して保持する１点は、前記被検出部の近傍に位置していることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡装置。
  9. 　前記ねじり剛性の大きい構成部材は、前記光ファイバの２倍以上のねじり剛性を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  10. 　前記ねじり剛性の大きい構成部材は、筒状外殻構成部材、チャンネルチューブ、ライトガイド、イメージガイド、電気信号用配線、電力供給用配線、送気管、送水管、操作ワイヤから選択されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
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