WO2017183196A1 - 可撓管挿入装置 - Google Patents

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WO2017183196A1
WO2017183196A1 PCT/JP2016/062813 JP2016062813W WO2017183196A1 WO 2017183196 A1 WO2017183196 A1 WO 2017183196A1 JP 2016062813 W JP2016062813 W JP 2016062813W WO 2017183196 A1 WO2017183196 A1 WO 2017183196A1
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WO
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flexible tube
stiffness
amount
shape
calculation unit
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Application number
PCT/JP2016/062813
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English (en)
French (fr)
Inventor
池田　裕一
Original Assignee
オリンパス株式会社
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Publication date
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body
    • A61B1/00071—Insertion part of the endoscope body
    • A61B1/00078—Insertion part of the endoscope body with stiffening means
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B1/00147—Holding or positioning arrangements
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    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/005—Flexible endoscopes
    • A61B1/0051—Flexible endoscopes with controlled bending of insertion part
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    • A61B1/005—Flexible endoscopes
    • A61B1/009—Flexible endoscopes with bending or curvature detection of the insertion part
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00163—Optical arrangements
    • A61B1/00165—Optical arrangements with light-conductive means, e.g. fibre optics
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/0043—Catheters; Hollow probes characterised by structural features
    • A61M25/005—Catheters; Hollow probes characterised by structural features with embedded materials for reinforcement, e.g. wires, coils, braids
    • A61M25/0053—Catheters; Hollow probes characterised by structural features with embedded materials for reinforcement, e.g. wires, coils, braids having a variable stiffness along the longitudinal axis, e.g. by varying the pitch of the coil or braid

Definitions

  • the present invention relates to a flexible tube insertion device that inserts a flexible tube into a duct portion of an inserted object.
  • the flexible tube of the insertion portion of the endoscope apparatus disclosed in Patent Document 1 is divided into a plurality of segments arranged in a line along the central axis direction of the insertion portion.
  • the endoscope apparatus changes the bending stiffness of the flexible tube in a segment unit to a bending stiffness suitable for insertion according to the shape of the flexible tube detected by the shape detection unit.
  • the insertion property of the insertion part to the deep part in the duct part for example, intestinal tract of large intestine
  • a to-be-inserted body for example, large intestine
  • the tubular insertion device disclosed in Patent Document 2 includes operation support information, which is information necessary for insertion of the insertion portion, including shape information regarding the shape of the insertion portion and external force information regarding external force received by the insertion portion. To provide. The operator is supported by the operation support information for the insertion operation of the insertion unit.
  • Patent Document 1 only discloses a change in bending rigidity, and does not disclose a value of the bending rigidity after the change. That is, even when the flexible tube has a changed bending rigidity at the time of the pushing operation, the insertability of the insertion portion into the deep portion in the conduit portion may not be improved.
  • insertion support information is provided, but an appropriate operation method using the insertion support information is not provided.
  • the insertion support information is provided in consideration that the operator is a beginner, but because it is a beginner, the beginner is at a loss as to what kind of insertion operation to perform based on the provided insertion support information. Sometimes. Therefore, if the insertion support information is provided, it cannot be said that the insertion operation is appropriately performed. For this reason, buckling may occur in the insertion portion, or the insertability of the insertion portion into the deep portion in the duct portion may be reduced.
  • the present invention has been made in view of these circumstances, and an object of the present invention is to provide a flexible tube insertion device that can prevent buckling of a flexible tube and can improve insertion into a deep portion in a conduit portion. To do.
  • One aspect of the flexible tube insertion device of the present invention is divided into a plurality of segments arranged in a line along the central axis direction, and a flexible tube to be inserted into an inserted body, and bending of the flexible tube.
  • a rigidity variable unit that varies the rigidity in units of segments
  • a state detection unit that detects state information regarding the state of the flexible tube
  • shape information regarding the shape of the flexible tube is calculated based on the state information.
  • a shape calculation unit, and a stiffness control unit that controls the change in the bending stiffness performed by the stiffness variable unit, wherein the stiffness control unit is calculated by the shape calculation unit at a first time.
  • a flexible tube insertion device that can prevent buckling of the flexible tube and can improve the insertion property into the deep portion in the conduit portion.
  • FIG. 1 is a schematic view of a flexible tube insertion device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship among a segment, a state detection unit, a shape calculation unit, a stiffness control unit, and a stiffness variable unit.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the amount of change in bending rigidity according to the amount of displacement of the second insertion path with respect to the first insertion path, and the target bending rigidity.
  • the flexible tube insertion device (hereinafter referred to as the insertion device 10) includes an endoscope 20 and a control device 80 that controls the endoscope 20.
  • the control device 80 functions as, for example, a stiffness control device that controls the bending stiffness of the flexible tube 35 of the insertion unit 30 disposed in the endoscope 20.
  • the insertion device 10 may include a display device that displays an image captured by the endoscope 20 and a light source device that emits light for observation and imaging by the endoscope 20.
  • the endoscope 20 will be described as a medical flexible endoscope, for example, but is not limited thereto.
  • the endoscope 20 is inserted into a duct portion (for example, the intestinal tract 12 (see FIG. 2) of the large intestine) of an insertion target (for example, a patient) such as an industrial flexible endoscope, a catheter, and a treatment tool. What is necessary is just to have the soft insertion part 30 which is.
  • the insertion part 30 should just have the site
  • the endoscope 20 may be a direct-view type endoscope or a side-view type endoscope.
  • the object to be inserted is not limited to a person, but may be an animal or another structure.
  • the pipe section may be an industrial pipe.
  • the endoscope 20 includes an insertion portion 30, an operation portion 40 that is connected to a proximal end portion of the insertion portion 30 and operates the endoscope 20, and a universal cord 50 that extends from a side surface of the operation portion 40.
  • the universal cord 50 has a connection portion 51 that is detachably attached to the control device 80.
  • the insertion part 30 is tubular, elongated and flexible.
  • the insertion part 30 moves forward and backward in the pipe part with respect to the pipe part.
  • the insertion part 30 can be bent according to the shape of the pipe line part.
  • the insertion portion 30 includes a distal end hard portion 31, a bending portion 33, and a flexible tube 35 in order from the distal end portion of the insertion portion 30 toward the proximal end portion of the insertion portion 30.
  • the distal end hard portion 31 and the bending portion 33 are shorter than the flexible tube 35. For this reason, in the present embodiment, the distal end hard portion 31, the bending portion 33, and the distal end portion of the flexible tube 35 are regarded as the distal end portion of the insertion portion 30.
  • the flexible tube 35 has flexibility and is bent by an external force.
  • the flexible tube 35 of the insertion portion 30 is divided into a plurality of segments 37 arranged in a line along the central axis direction of the insertion portion 30.
  • the segment 37 is assumed to exist over the entire length of the flexible tube 35, for example.
  • the bending rigidity of each segment 37 can be changed independently under the control of the control device 80. Therefore, the bending rigidity of the flexible tube 35 can be partially changed by the bending rigidity of each segment 37 independently controlled by the control device 80.
  • the segment 37 may function as a virtual area that does not exist or may function as an existing structure.
  • the lengths of the segments 37 may be the same as or different from each other. For example, the length of the portion inserted into the inserted body in the insertion unit 30 is determined according to the inserted body. Therefore, a portion to be inserted may be divided into a plurality of segments 37, and a portion that is disposed outside the inserted body and is not inserted into the inserted body may be regarded as one segment 37.
  • the insertion device 10 has a rigidity that can be changed under the control of the control device 80, and has a rigidity variable portion 60 that changes the bending rigidity of the flexible tube 35 according to the rigidity.
  • the stiffness varying unit 60 varies the bending stiffness of the flexible tube 35 in the insertion unit 30 in units of segments 37.
  • the rigidity variable part 60 is demonstrated as what is incorporated in each segment 37, for example, covering the flexible tube 35 full length.
  • the stiffness variable portion 60 may be disposed in a portion of the flexible tube 35 where it is inserted into the duct portion and the bending stiffness needs to be changed. That is, the stiffness variable part 60 may be incorporated only in some segments 37.
  • the location where the variable stiffness portion 60 is provided may function as at least the segment 37.
  • One stiffness variable portion 60 may be built in across the plurality of segments 37.
  • the stiffness variable parts 60 may be arranged in a line along the central axis direction of the insertion part 30, or may be arranged in a plurality of lines.
  • the stiffness variable portions 60 may be provided at the same position so that the stiffness variable portions 60 are adjacent to each other in the circumferential direction of the flexible tube 35 or inserted.
  • the portions 30 may be provided so as to be shifted in the central axis direction.
  • the stiffness variable portion 60 is, for example, a coil pipe formed of a metal wire, and an electroconductive polymer artificial muscle (hereinafter referred to as EPAM) enclosed in the coil pipe.
  • the central axis of the coil pipe is provided so as to coincide with or parallel to the central axis of the insertion portion 30.
  • the coil pipe has electrodes provided at both ends of the coil pipe.
  • Each electrode of the stiffness variable section 60 is connected to the control device 80 via a signal cable built in the endoscope 20 and supplied with power from the control device 80.
  • a voltage is applied to the EPAM through the electrodes, the EPAM tends to expand and contract along the central axis of the coil pipe.
  • the expansion and contraction of EPAM is restricted by the coil pipe.
  • the rigidity of the rigidity variable part 60 changes.
  • the rigidity of the rigidity variable part 60 increases as the value of the applied voltage increases.
  • the bending rigidity of the segment 37 changes accordingly. Electric power is supplied to each electrode independently.
  • the rigidity of each of the rigidity variable portions 60 changes independently, and the bending rigidity of each of the segments 37 also changes independently.
  • the stiffness varying unit 60 changes the bending stiffness of the segment 37 by changing the stiffness of the stiffness varying unit 60, and partially changes the bending stiffness of the flexible tube 35 by changing the stiffness of the segment 37.
  • the stiffness variable portion 60 may use a shape memory alloy instead of EPAM.
  • the insertion device 10 includes a state detection unit 70 that detects state information of the flexible tube 35 regarding the state of the flexible tube 35.
  • the state of the flexible tube 35 indicates the bending state of the flexible tube 35, and is, for example, the amount of bending (the amount of bending) of the flexible tube 35.
  • the state of the flexible tube 35 may include the direction of bending of the flexible tube 35.
  • the state detection unit 70 includes, as an example, a fiber sensor 70 a that uses a loss of light transmission amount due to bending of the optical fiber 73.
  • the fiber sensor 70 a reflects light so that the light source 71 that emits light, one optical fiber 73 that guides light, and the light guided by the optical fiber 73 travels backward through the optical fiber 73.
  • the light source 71 includes, for example, an LED.
  • the light source 71 is separate from the light source of the light source device that emits light for observation and imaging.
  • the optical fiber 73 is built in the endoscope 20 and has flexibility.
  • the optical fiber 73 has a plurality of detected parts (not shown) mounted on the insertion part 30.
  • the plurality of detected parts are arranged at different positions in the longitudinal axis direction of the optical fiber 73.
  • the to-be-detected part should just be arrange
  • FIG. Therefore, in the present embodiment, the detected part is disposed in each segment 37 inside the flexible tube 35.
  • the optical fiber 73 is arranged alongside the stiffness variable portion 60 in the flexible tube 35.
  • the reflecting portion is disposed at the distal end portion of the optical fiber 73 located at the distal end portion of the insertion portion 30.
  • the light receiving unit 77 may include, for example, a spectroscopic element such as a spectroscope or a color filter, and a light receiving element such as a photodiode.
  • the light source 71, the light receiving portion 77, and the base end portion of the optical fiber 73 are optically connected to the light branching portion 79.
  • the optical branching unit 79 includes, for example, an optical coupler or a half mirror. The light branching unit 79 guides the light emitted from the light source 71 to the optical fiber 73, and guides the return light reflected by the reflecting unit and guided by the optical fiber 73 to the light receiving unit 77.
  • light travels in the order of the light source 71, the light branching unit 79, the optical fiber 73, the reflection unit, the optical fiber 73, the light branching unit 79, and the light receiving unit 77.
  • the light source 71, the light receiving unit 77, and the light branching unit 79 are mounted on the control device 80, for example.
  • the optical fiber 73 When the insertion portion 30 is bent, the optical fiber 73 is bent in accordance with the bending. Along with this, a part of the light propagating through the optical fiber 73 is emitted (leaks) to the outside through the detected parts having sensitivity to different wavelengths, for example.
  • the detected portion changes the optical characteristics of the optical fiber 73, for example, the amount of light transmitted by light of a predetermined wavelength. Therefore, when the optical fiber 73 is bent, the light transmission amount of the optical fiber 73 changes according to the bending amount of the optical fiber 73.
  • the optical signal including the information on the change in the light transmission amount is received by the light receiving unit 77.
  • the light receiving unit 77 outputs an optical signal as state information of the flexible tube 35 to a shape calculating unit 81 described later disposed in the control device 80.
  • one detected portion may be arranged in one optical fiber 73.
  • a plurality of optical fibers are arranged.
  • a plurality of detected parts are arranged at the same position in the longitudinal axis direction of the optical fiber or in the vicinity of the optical fiber and at different positions in the direction around the longitudinal axis.
  • the amount of bending and the direction of bending can be detected by combining the detection results of the plurality of detection target parts.
  • the state detection unit 70 is not limited to having the fiber sensor 70a.
  • the state detection unit 70 may include, for example, any of a strain sensor, an acceleration sensor, a gyro sensor, and an element such as a coil.
  • the strain sensor detects, for example, a bending strain due to an external force (pressure) that the flexible tube 35 receives from the outside (for example, a pipe line portion).
  • the acceleration sensor detects the acceleration of the flexible tube 35.
  • the gyro sensor detects the angular velocity of the flexible tube 35.
  • the element generates a magnetic field corresponding to the state of the flexible tube 35 such as the shape of the flexible tube 35.
  • the state detection unit 70 always detects (operates) after a detection start instruction is input to the state detection unit 70 from an input unit (not shown). Note that the detection timing may be performed every time a fixed time elapses, and is not particularly limited.
  • the input unit is a general input device such as a keyboard, a pointing device such as a mouse, a tag reader, a button switch, a slider, and a dial.
  • the input unit is connected to the control device 80.
  • the input unit may be used for the user to input various commands for operating the insertion device 10.
  • the insertion device 10 includes a shape calculation unit 81 and a stiffness control unit 91 that are arranged in the control device 80.
  • the shape calculation unit 81 and the rigidity control unit 91 are configured by a hardware circuit including, for example, an ASIC.
  • the shape calculation unit 81 and the rigidity control unit 91 may be configured by a processor.
  • the shape calculation unit 81 and the stiffness control unit 91 are executed by the processor executing an internal memory or an external memory (not shown) accessible by the processor.
  • the program code for functioning as is stored.
  • the shape calculation unit 81 calculates shape information related to the shape of the flexible tube 35 along the central axis direction of the flexible tube 35 based on the state information.
  • the shape calculation unit 81 calculates shape information at a predetermined time. For example, the shape calculation unit 81 calculates the shape information of the flexible tube 35 from the relationship between the characteristics of the incident light to the optical fiber 73 and the emitted light from the optical fiber 73. Specifically, the shape calculation unit 81 calculates shape information, specifically, the curved shape of the flexible tube 35 at the actually curved portion, based on the state information output from the fiber sensor 70a.
  • the curved shape of the flexible tube 35 includes, for example, the radius of curvature of the flexible tube 35.
  • the shape calculation unit 81 regards the curved shape of the flexible tube 35 calculated every predetermined time as the insertion path of the flexible tube 35 in the insertion process. As described above, the shape calculation unit 81 calculates the insertion path of the flexible tube 35 at a predetermined time based on the state information of the flexible tube 35 detected by the state detection unit 70 at the predetermined time. For this purpose, the shape calculation unit 81 calculates the shape information (insertion path) of each segment 37 based on the state information. Then, the shape calculating unit 81 calculates the shape information of the flexible tube 35 by connecting the shape information of the segments. The shape calculation unit 81 calculates an insertion path for each time.
  • first and second shape information the shape information calculated by the shape calculation unit 81 at the first and second times is referred to as first and second shape information.
  • the second time is a time later than the first time.
  • the insertion paths at the first and second times are referred to as first and second insertion paths C1 and C2 (see FIG. 3).
  • the shape calculation unit 81 also calculates information related to the shape change of the segment 37 between the first time and the second time as the shape information based on the first shape information and the second shape information. Since the shape information indicates the insertion path of the flexible tube 35, the shape change indicates a displacement amount ⁇ e (see FIG. 3) of the second insertion path C2 with respect to the first insertion path C1.
  • the segment 37 is disposed at the tip of the segment 37 and has a front part indicating a front part in the insertion direction of the insertion part 30.
  • the shape calculation unit 81 calculates shape information (insertion paths C1 and C2 and displacement amount ⁇ e in the insertion path) of the front part.
  • the shape calculation unit 81 determines a bending stiffness change amount g according to the calculated insertion path displacement amount ⁇ e, and outputs it to the stiffness control unit 91.
  • the stiffness control unit 91 controls the bending stiffness change performed by the stiffness varying unit 60 based on the bending stiffness change amount g.
  • the appropriate bending rigidity indicates a bending rigidity (G + g (t)) that is a target value. A similar process is performed for each segment 37.
  • curvature radius R of the segment 37a and the bending rigidity G of the segment 37a at the first and second times are referred to as curvature radii R1, R2 and bending rigidity G1, G2.
  • the stiffness control unit 91 is set so that the bending stiffness G2 is higher than the bending stiffness G1.
  • the bending rigidity G is controlled. That is, the rigidity control unit 91 hardens the segment 37a so that the displacement amount ⁇ e becomes 0 and the second insertion path C2 at the second time coincides with the first insertion path C1 at the first time.
  • the rigidity control unit 91 when the radius of curvature R2 greatly changes with the displacement amount + e with respect to the radius of curvature R1, the rigidity control unit 91 is bent so that the bending rigidity G2 is lower than the bending rigidity G1. Stiffness G is controlled. That is, the rigidity control unit 91 softens the segment 37a so that the displacement amount + e becomes 0 and the second insertion path C2 at the second time coincides with the first insertion path C1 at the first time.
  • the initial insertion path C1 (at the first time) is always maintained at any time, in other words, the curvature radius R
  • the shape calculation unit 81 determines the change amount g of the bending stiffness G according to the displacement amount ⁇ e in the calculated insertion paths C1 and C2 so that the displacement amount ⁇ e becomes zero.
  • the change amount g indicates, for example, the change amount of the bending rigidity G2 with respect to the bending rigidity G1. Therefore, for example, the bending stiffness (G + g (t)) that is the target value at the second time is a value obtained by adding the amount of change g to the bending stiffness G1.
  • the shape calculation unit 81 calculates the change amount g from the following equation (1).
  • Formula (1) shows proportional control.
  • T is time and Kp is a constant.
  • the shape calculation unit 81 determines the bending stiffness change amount g from the time displacement of the second insertion path with respect to the first insertion path.
  • the change amount g is determined in proportion to the displacement amount e. Since Kp is a constant, the amount of change g increases as the amount of displacement e increases. That is, there is a problem that it takes time to reach the bending rigidity (G + g (t)), which is the target value, at the second time. However, it is difficult to determine the value of the constant Kp according to the displacement amount e.
  • the shape calculation unit 81 may calculate the amount of change g from the following equation (2).
  • Expression (2) represents PI control in which a time integral term of displacement is added to Expression (1).
  • Ki is a constant.
  • the shape calculation unit 81 determines the bending stiffness change amount g from the time integration with respect to the displacement of the second insertion path with respect to the first insertion path.
  • the expression (2) can be quickly approximated to the target value of bending stiffness (G + g (t)) by increasing the amount of change g as long as the state of displacement as a deviation continues for a long time. Play a role to try.
  • the shape calculation unit 81 may calculate the change amount g from the following equation (3).
  • Equation (3) shows PID control in which a time derivative term of displacement is added to equation (2).
  • the shape calculation unit 81 determines the bending stiffness change amount g from the time derivative with respect to the displacement of the second insertion path with respect to the first insertion path.
  • the time derivative term has a damping effect that tries to suppress a sudden change in bending stiffness proportional to the magnitude of the amount of change g.
  • the amount of change g is determined based on the time displacement, the time integration with respect to the displacement, and the time derivative with respect to the displacement.
  • the shape calculation unit 81 determines a change amount g according to the shape information (displacement amount e), and outputs the determined change amount g to the rigidity control unit 91.
  • the stiffness controller 91 controls the bending stiffness G based on the change amount g.
  • the shape calculation unit 81 calculates the displacement amount ⁇ e at the second time.
  • the shape calculation unit 81 determines a change amount gA corresponding to the displacement amount ⁇ e, and the stiffness control unit 91 controls the bending stiffness G2 to be higher than the bending stiffness G1 based on the change amount gA.
  • the second insertion path C2 is made to coincide with the first insertion path C1. For this reason, the amount of insertion force is used as a propulsive force, and the flexible tube 35 passes through the bent portion 13 without buckling, and does not deviate from the original insertion path C1, and the insertability of the insertion portion 30 is improved. To do.
  • the shape calculation unit 81 calculates the displacement amount + e at the second time.
  • the amount of insertion force is converted into, for example, a force for pushing up the large intestine wall of the large intestine by the bending rigidity G2.
  • the large intestine wall is pushed up, and the insertion portion 30 unintentionally applies an excessive load to the large intestine wall, and the patient feels pain.
  • the shape calculation unit 81 determines the change amount gB corresponding to the displacement amount + e, and the stiffness control unit 91 controls the bending stiffness G2 to be lower than the bending stiffness G1 based on the change amount gB.
  • the two insertion paths C2 are made to coincide with the first insertion path C1. For this reason, even if the amount of insertion force is applied to the insertion portion 30, the amount of insertion force is used as a propulsive force, and the insertion portion 30 propels without applying an excessive load to the large intestine wall. Therefore, the insertion part 30 does not unintentionally give an excessive load to the large intestine wall, and the patient's pain is reduced.
  • the rigidity control unit 91 has a shape at the second time with respect to the first insertion path C1 of the flexible tube 35 in the insertion unit 30 based on the first shape information calculated by the shape calculation unit 81 at the first time.
  • the stiffness variable section for the segment 37 corresponding to the displacement portion of the insertion path Controls the bending stiffness change performed by 60.
  • the changed bending stiffness refers to a bending stiffness that provides a bending stiffness distribution suitable for insertion of the flexible tube 35 to each segment 37 via the stiffness variable portion 60 according to the shape information.
  • the bending stiffness refers to the bending stiffness that provides this stiffness distribution to the flexible tube 35 via the segment 37.
  • the amount of insertion force is not converted into, for example, a force for pushing up the large intestine wall of the large intestine, and is used as a propulsive force for propelling the insertion portion 30.
  • the flexible tube 35 passes through the bent portion 13 without buckling, and does not deviate from the original insertion path, so that the insertability of the insertion portion 30 is improved.
  • the large intestine wall is not pushed up by the amount of insertion force, and the insertion section 30 does not unintentionally give an excessive load to the large intestine wall, thereby reducing patient pain.
  • the rigidity control unit 91 controls the bending rigidity according to the displacement amount ⁇ e of the second insertion path C2 with respect to the first insertion path C1. Therefore, in this embodiment, buckling of the flexible tube 35 can be prevented, insertion into the deep part in the pipe line part can be improved, and insertion can be performed without unintentionally applying excessive load to the wall part of the pipe line part. The load on the body can be reduced.
  • the bending rigidity is controlled in each segment 37. Therefore, in this embodiment, the bending rigidity of the flexible tube 35 can be precisely controlled.
  • the shape calculating unit 81 determines the bending rigidity change amount g according to the displacement amount e.
  • the rigidity control unit 91 controls the target bending rigidity (G + g (t)) based on the bending rigidity change amount g. Therefore, a bending rigidity distribution suitable for insertion of the flexible tube 35 can be obtained, and a safe and simple insertion operation can be performed, and the easy-to-use endoscope 20 can be provided.
  • the shape calculation unit 81 determines the bending rigidity change amount g from the time displacement of the second insertion path C2 with respect to the first insertion path C1. For this reason, the variation
  • the shape calculation unit 81 determines the bending stiffness change amount g from the time integration with respect to the displacement of the second insertion path C2 with respect to the first insertion path C1. For this reason, if the state with the displacement, which is the deviation, continues for a long time, the amount of change g can be increased and the target bending rigidity (G + g (t)) can be quickly brought close to.
  • the shape calculation unit 81 determines the amount of change in bending stiffness from the time derivative with respect to the displacement of the second insertion path C2 with respect to the first insertion path C1. For this reason, overshooting can be prevented and vibration hunting that occurs centering on the target value of bending stiffness (G + g (t)) can be prevented.
  • G + g (t) target value of bending stiffness
  • controllability can be improved by time integration and time differentiation.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment.

Abstract

可撓管挿入装置（１０）は、可撓管（３３）と、剛性可変部（６０）と、状態検出部（７０）と、形状算出部（８１）と、剛性制御部（９１）とを有する。剛性制御部（９１）は、第１時刻にて形状算出部（８１）によって算出された形状情報に基づく可撓管（３３）の第１挿入経路に対する、第２時刻にて形状算出部（８１）によって算出された形状情報に基づく可撓管（３３）の第２挿入経路の変位量に応じて、挿入経路の変位部分に対応する可撓管（３３）のセグメント（３７）に対して剛性可変部（６０）によって実施される可撓管（３３）の曲げ剛性の変更を制御する。

Description

可撓管挿入装置
　本発明は、被挿入体の管路部に可撓管を挿入する可撓管挿入装置に関する。
　例えば特許文献１に開示される内視鏡装置の挿入部の可撓管は、挿入部の中心軸方向に沿って列状に並ぶ複数のセグメントに区切られる。内視鏡装置は、形状検出部によって検出された可撓管の形状に応じて、可撓管の曲げ剛性を挿入に適した曲げ剛性にセグメント単位で変更する。これにより、挿入部が押し込み操作される際に、被挿入体（例えば大腸）の管路部（例えば大腸の腸管）における深部への挿入部の挿入性が向上する。
　例えば特許文献２に開示される管状挿入装置は、挿入部の形状に関する形状情報と、挿入部が受ける外力に関する外力情報とを含む、挿入部の挿入に必要な情報である操作支援情報を操作者に提供する。操作者は、操作支援情報によって、挿入部の挿入操作を支援される。
特開２０１６－７４３４号公報 特開２０１５－１６３６５号公報
　特許文献１は、曲げ剛性の変更を開示しているのみであり、変更後の曲げ剛性の値については開示されていない。つまり押し込み操作時において、可撓管が変更された曲げ剛性を有しても、管路部における深部への挿入部の挿入性は、向上しない虞がある。
　特許文献２では、挿入支援情報が提供されるが、挿入支援情報を用いた適切な操作方法までは提供されない。そもそも挿入支援情報は操作者がビギナーであることを考慮して提供されるが、ビギナーであるがゆえに、ビギナーは提供された挿入支援情報を基にどのような挿入操作を実施するか判断に迷うことがある。したがって、挿入支援情報が提供されれば、挿入操作が適切に実施されるとは、必ずしもいえない。このため挿入部に座屈が発生したり、管路部における深部への挿入部の挿入性が低下する虞が生じる。
　本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、可撓管の座屈を防止でき、管路部における深部への挿入性を向上できる可撓管挿入装置を提供することを目的とする。
　本発明の可撓管挿入装置の一態様は、中心軸方向に沿って列状に並ぶ複数のセグメントに区切られており、被挿入体に挿入される可撓管と、前記可撓管の曲げ剛性を、前記セグメント単位で可変する剛性可変部と、前記可撓管の状態に関する状態情報を検出する状態検出部と、前記状態情報を基に、前記可撓管の形状に関する形状情報を算出する形状算出部と、前記剛性可変部によって実施される前記曲げ剛性の変更を制御する剛性制御部と、を具備し、前記剛性制御部は、第１時刻にて前記形状算出部によって算出された前記形状情報に基づく前記可撓管の第１挿入経路に対する、第２時刻にて前記形状算出部によって算出された前記形状情報に基づく前記可撓管の第２挿入経路の変位量に応じて、挿入経路の変位部分に対応するセグメントに対して前記剛性可変部によって実施される前記曲げ剛性の変更を制御する。
　本発明によれば、可撓管の座屈を防止でき、管路部における深部への挿入性を向上できる可撓管挿入装置を提供できる。
図１は、本発明の一実施形態に係る可撓管挿入装置の概略図である。 図２は、セグメントと状態検出部と形状算出部と剛性制御部と剛性可変部との関係を説明する図である。 図３は、第１挿入経路に対する第２挿入経路の変位量に応じた曲げ剛性の変化量と、目標とする曲げ剛性とを説明する図である。
　以下、図面を参照して本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、一部の図面では図示の明瞭化のために部材の一部の図示を省略する。
　図１に示すように、可撓管挿入装置（以下、挿入装置１０と称する）は、内視鏡２０と、内視鏡２０を制御する制御装置８０とを有する。制御装置８０は、例えば、内視鏡２０に配置される挿入部３０の可撓管３５の曲げ剛性を制御する剛性制御装置として機能する。図示はしないが、挿入装置１０は、内視鏡２０が撮像した画像を表示する表示装置と、内視鏡２０が観察及び撮像するための光を出射する光源装置とを有してもよい。
　内視鏡２０は、例えば、医療用の軟性内視鏡として説明するが、これに限定される必要はない。内視鏡２０は、例えば、工業用の軟性内視鏡、カテーテル、処置具といったように、被挿入体（例えば患者）の管路部（例えば大腸の腸管１２（図２参照））に挿入される軟性の挿入部３０を有していればよい。挿入部３０は、外力によって撓むことが可能な可撓性を有する部位（例えば後述する可撓管３５）を有していればよい。内視鏡２０は、直視型の内視鏡であってもよいし、側視型の内視鏡であってもよい。被挿入体は、例えば、人に限らず、動物、またはほかの構造物であってもよい。管路部は、例えば、工業用のパイプであってもよい。
　内視鏡２０は、挿入部３０と、挿入部３０の基端部に連結され、内視鏡２０を操作する操作部４０と、操作部４０の側面から延出されるユニバーサルコード５０とを有する。ユニバーサルコード５０は、制御装置８０に着脱自在な接続部５１を有する。
　挿入部３０は、管状であり、細長く、柔軟である。挿入部３０は、管路部に対して管路部の内部を進退移動する。挿入部３０は、管路部の形状に従って湾曲可能である。挿入部３０は、挿入部３０の先端部から挿入部３０の基端部に向かって順に、先端硬質部３１と、湾曲部３３と、可撓管３５とを有する。先端硬質部３１と湾曲部３３とは、可撓管３５に比べて短い。このため本実施形態では、先端硬質部３１と、湾曲部３３と、可撓管３５の先端部とは、挿入部３０の先端部とみなすものとする。可撓管３５は、可撓性を有しており、外力によって撓む。
　図２に示すように、挿入部３０の可撓管３５は、挿入部３０の中心軸方向に沿って列状に並ぶ複数のセグメント３７に区切られる。セグメント３７は、例えば、可撓管３５の全長に渡って存在するものとする。各セグメント３７の曲げ剛性は、制御装置８０の制御によって、独立して変更可能である。したがって、可撓管３５の曲げ剛性は、制御装置８０によって独立して制御される各セグメント３７の曲げ剛性によって、部分的に変更可能となる。なおセグメント３７は、実在しない仮想的な領域として機能してもよいし、実在する構造として機能してもよい。セグメント３７それぞれの長さは、互いに同一であってもよいし、異なってもよい。例えば、挿入部３０において被挿入体に挿入される部分の長さは、被挿入体に応じて決まる。したがって、挿入される部分は複数のセグメント３７に区切られ、被挿入体の外部に配置され且つ被挿入体に挿入されない部分は１つのセグメント３７とみなされてもよい。
　挿入装置１０は、制御装置８０の制御によって可変する剛性を有し、剛性によって可撓管３５の曲げ剛性を変更する剛性可変部６０を有する。本実施形態では、剛性可変部６０は、挿入部３０における可撓管３５の曲げ剛性を、セグメント３７単位で可変する。このため、剛性可変部６０は、例えば、各セグメント３７に内蔵され、可撓管３５全長に渡って内蔵されているものとして説明する。なお剛性可変部６０は、可撓管３５において、管路部に挿入され且つ曲げ剛性を変更する必要がある部位に配置されればよい。つまり、剛性可変部６０は、一部のセグメント３７のみに内蔵されてもよい。
　剛性可変部６０が設けられる箇所が、少なくともセグメント３７として機能してもよい。１つの剛性可変部６０が複数のセグメント３７に渡って内蔵されてもよい。剛性可変部６０は、挿入部３０の中心軸方向に沿って、１列に並んでいてもよいし、複数列に並んでいてもよい。剛性可変部６０が複数列に並んでいる場合、剛性可変部６０同士は、剛性可変部６０同士が可撓管３５の周方向において隣り合うように同じ位置に設けられていてもよいし、挿入部３０の中心軸方向においてずれて設けられていてもよい。
　図示はしないが、剛性可変部６０は、例えば、金属線によって形成されるコイルパイプと、コイルパイプの内部に封入された導電性高分子人工筋肉（Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｍｕｓｃｌｅ（以下、ＥＰＡＭと称する）とを有するアクチュエータにより構成される。コイルパイプの中心軸は、挿入部３０の中心軸と一致または平行に設けられる。コイルパイプは、コイルパイプの両端部に設けられた電極を有する。
　剛性可変部６０の電極それぞれは、内視鏡２０に内蔵される信号ケーブルを介して制御装置８０に接続され、制御装置８０から電力を供給される。電圧が電極を介してＥＰＡＭに印加されると、ＥＰＡＭはコイルパイプの中心軸に沿って伸縮しようとする。しかしながら、ＥＰＡＭは、コイルパイプによって伸縮を規制される。これにより、剛性可変部６０の剛性は変化する。なお剛性可変部６０の剛性は、印加される電圧の値が高くなるほど、高まる。剛性可変部６０の剛性が変化すると、これに従ってセグメント３７の曲げ剛性も変化する。また電力は、電極それぞれに独立して供給される。このため、剛性可変部６０それぞれの剛性は独立して変化し、セグメント３７それぞれの曲げ剛性も独立して変化する。このように剛性可変部６０は、剛性可変部６０の剛性変化によってセグメント３７の曲げ剛性を変化させ、セグメント３７の剛性変化によって可撓管３５の曲げ剛性を部分的に変化させる。
　剛性可変部６０は、ＥＰＡＭの代わりに、形状記憶合金を用いてもよい。
　挿入装置１０は、可撓管３５の状態に関する可撓管３５の状態情報を検出する状態検出部７０を有する。本実施形態では、可撓管３５の状態は、可撓管３５の湾曲状態を示し、例えば、可撓管３５の湾曲量（湾曲の大きさ）とする。可撓管３５の状態は、可撓管３５の湾曲の方向を含んでもよい。
　状態検出部７０は、一例として、光ファイバ７３の曲げによる光伝達量の損失を利用したファイバセンサ７０ａを有する。ファイバセンサ７０ａは、光を出射する光源７１と、光を導光する１本の光ファイバ７３と、光ファイバ７３によって導光された光が光ファイバ７３を逆進するように光を反射する図示しない反射部と、反射された光を受光する受光部７７と、光分岐部７９とを有する。光源７１は、例えばＬＥＤ等を有する。光源７１は、観察及び撮像のための光を出射する光源装置の光源とは別体である。光ファイバ７３は、内視鏡２０に内蔵され、可撓性を有する。光ファイバ７３は、挿入部３０に搭載される複数の被検出部（図示せず）を有する。複数の被検出部は、光ファイバ７３の長手軸方向において互いに異なる位置にて、配置される。被検出部は、可撓管３５の曲げ剛性を変更する部位に配置されればよい。したがって、本実施形態では、被検出部は、可撓管３５の内部において各セグメント３７に配置されるものとする。光ファイバ７３は、可撓管３５において、剛性可変部６０に並んで配置される。反射部は、挿入部３０の先端部に位置する光ファイバ７３の先端部に配置される。受光部７７は、例えば、分光器またはカラーフィルタのような分光のための素子と、フォトダイオードのような受光素子とを有してもよい。光源７１と受光部７７と光ファイバ７３の基端部とは、光分岐部７９に光学的に接続される。光分岐部７９は、例えば光カプラまたはハーフミラーを有する。光分岐部７９は、光源７１から出射された光を光ファイバ７３に導き、また、反射部によって反射されて光ファイバ７３によって導かれた戻り光を受光部７７に導く。つまり光は、光源７１、光分岐部７９、光ファイバ７３、反射部、光ファイバ７３、光分岐部７９、受光部７７との順に進行する。光源７１と受光部７７と光分岐部７９とは、例えば、制御装置８０に搭載される。
　挿入部３０が湾曲すると、この湾曲に応じて光ファイバ７３が湾曲する。これに伴い、光ファイバ７３を伝搬する光の一部が例えば互いに異なる波長に感度を有する被検出部を通じて外部に出射する（漏れる）。被検出部は、光ファイバ７３の光学特性、例えば所定の波長の光の光伝達量を変化させるものである。したがって光ファイバ７３が湾曲すると、光ファイバ７３の湾曲量に応じて光ファイバ７３の光伝達量が変化する。この光伝達量の変化の情報を含む光信号は、受光部７７に受光される。受光部７７は、光信号を可撓管３５の状態情報として制御装置８０に配置される後述する形状算出部８１に出力する。
　なお１本の光ファイバ７３に１つの被検出部が配置されてもよく、この場合、複数本の光ファイバが配置される。そして、光ファイバの長手軸方向において同じ位置または近傍の位置、且つ長手軸方向の軸周り方向において互いに異なる位置に、複数の被検出部が配置されるとする。この場合、複数の被検出部の検出結果の組み合わせによって、湾曲量と湾曲の方向とが検出可能となる。
　状態検出部７０は、ファイバセンサ７０ａを有することに限定されない。状態検出部７０は、例えば、歪センサと、加速度センサと、ジャイロセンサと、コイルなどの素子とのいずれかを有してもよい。歪センサは、例えば、可撓管３５が外部（例えば管路部）から受ける外力（圧力）による曲げ歪を検出する。加速度センサは、可撓管３５の加速度を検出する。ジャイロセンサは、可撓管３５の角速度を検出する。素子は、可撓管３５の形状といった可撓管３５の状態に対応して磁界を発生する。
　状態検出部７０は、図示しない入力部から検出開始指示が状態検出部７０に入力された後、常に検出（動作）する。なお検出のタイミングは、一定時間経過毎に実施されていてもよく、特に限定されない。入力部は、一般的な入力用の機器であり、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、タグリーダ、ボタンスイッチ、スライダ、ダイヤルである。入力部は、制御装置８０に接続される。入力部は、ユーザが挿入装置１０を動作させるための各種指令を入力するために用いられてもよい。
　挿入装置１０は、制御装置８０に配置される形状算出部８１と剛性制御部９１とを有する。形状算出部８１と剛性制御部９１とは、例えば、ＡＳＩＣなどを含むハードウエア回路によって構成される。形状算出部８１と剛性制御部９１とは、プロセッサによって構成されても良い。形状算出部８１と剛性制御部９１とがプロセッサで構成される場合、プロセッサがアクセス可能な図示しない内部メモリまたは外部メモリに、プロセッサが実行することで当該プロセッサを形状算出部８１と剛性制御部９１として機能させるためのプログラムコードを記憶させておく。
　形状算出部８１は、状態情報を基に、可撓管３５の中心軸方向に沿った可撓管３５の形状に関する形状情報を算出する。形状算出部８１は、所定の時刻にて、形状情報を算出する。例えば、形状算出部８１は、光ファイバ７３への入射光と光ファイバ７３からの出射光との特性の関係から可撓管３５の形状情報を算出する。詳細には、形状算出部８１は、ファイバセンサ７０ａから出力された状態情報を基に、形状情報、具体的には実際に湾曲している部分の可撓管３５の湾曲形状を算出する。この可撓管３５の湾曲形状は、例えば可撓管３５の曲率半径を含む。形状算出部８１は、所定の時刻ごとに算出された可撓管３５の湾曲形状を、挿入過程における可撓管３５の挿入経路とみなす。このように、形状算出部８１は、所定の時刻にて状態検出部７０によって検出された可撓管３５の状態情報を基に、可撓管３５の挿入経路を所定の時刻にて算出する。このために、形状算出部８１は、状態情報を基に、各セグメント３７の形状情報（挿入経路）を算出する。そして、形状算出部８１は、各セグメントの形状情報をつなぎ合わせて、可撓管３５の形状情報を算出することとなる。形状算出部８１は、時間ごとの挿入経路を算出する。
　ここで第１，２時刻において形状算出部８１によって算出された形状情報を、第１，２形状情報と称する。第２時刻は、第１時刻よりも後の時刻である。第１，２時刻における挿入経路を、第１，２挿入経路Ｃ１，Ｃ２（図３参照）と称する。
　また形状算出部８１は、第１形状情報と第２形状情報とを基に、第１時刻と第２時刻との間におけるセグメント３７の形状変化に関する情報も形状情報として算出する。形状情報は可撓管３５の挿入経路を示すため、形状変化は第１挿入経路Ｃ１に対する第２挿入経路Ｃ２の変位量±ｅ（図３参照）を示す。
　ここで、セグメント３７は、セグメント３７の先端部に配置され、挿入部３０の挿入方向において前方部位を示す前方部位を有するものとする。例えば、形状算出部８１は、前方部位の形状情報（挿入経路Ｃ１，Ｃ２及び挿入経路における変位量±ｅ）を算出する。
　後述するが、形状算出部８１は、算出した挿入経路の変位量±ｅに応じた曲げ剛性の変化量ｇを決定し、剛性制御部９１に出力する。
　剛性制御部９１は、曲げ剛性の変化量ｇを基に剛性可変部６０によって実施される曲げ剛性の変更を制御する。
　ここで、図３を参照して、１つのセグメント３７ａにおいて、変位量±ｅに応じた変化量ｇを決定するプロセスと、変化量ｇを基に適切な曲げ剛性を決定するプロセスを説明する。ここでいう適切な曲げ剛性とは、目標値となる曲げ剛性（Ｇ＋ｇ（ｔ））を示す。なお各セグメント３７に対しても、同様のプロセスが実施される。
　ここで第１，２時刻におけるセグメント３７ａの曲率半径Ｒとセグメント３７ａの曲げ剛性Ｇとを曲率半径Ｒ１，Ｒ２と曲げ剛性Ｇ１，Ｇ２と称する。
　本実施形態では、例えば、曲率半径Ｒ２が曲率半径Ｒ１に対して変位量－ｅにて小さく変化してしまった場合、曲げ剛性Ｇ２が曲げ剛性Ｇ１よりも高くなるように、剛性制御部９１は曲げ剛性Ｇを制御する。つまり、変位量－ｅが０となり、第２時刻における第２挿入経路Ｃ２が第１時刻における第１挿入経路Ｃ１に一致するように、剛性制御部９１は、セグメント３７ａを硬くする。
　本実施形態では、例えば、曲率半径Ｒ２が曲率半径Ｒ１に対して変位量＋ｅにて大きく変化してしまった場合、曲げ剛性Ｇ２が曲げ剛性Ｇ１よりも低くなるように、剛性制御部９１は曲げ剛性Ｇを制御する。つまり、変位量＋ｅが０となり、第２時刻における第２挿入経路Ｃ２が第１時刻における第１挿入経路Ｃ１に一致するように、剛性制御部９１は、セグメント３７ａを柔らかくする。
　このように、剛性制御部９１における曲げ剛性Ｇの制御のために、当初の（第１時刻における）挿入経路Ｃ１がどの時刻であっても常に維持されるように、言い換えると、曲率半径Ｒの変位量±ｅが０になるよう、形状算出部８１は、算出される挿入経路Ｃ１，Ｃ２における変位量±ｅに応じた曲げ剛性Ｇの変化量ｇを決定する。変化量ｇは、例えば、曲げ剛性Ｇ１に対する曲げ剛性Ｇ２の変化量を示す。したがって、例えば、第２時刻において目標値となる曲げ剛性（Ｇ＋ｇ（ｔ））は、曲げ剛性Ｇ１に変化量ｇを加算した値となる。
　形状算出部８１は、以下の式（１）から変化量ｇを算出する。式（１）は比例制御を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ｔは時間であり、Ｋｐは定数である。式（１）において、形状算出部８１は、第１挿入経路に対する第２挿入経路の時間変位から曲げ剛性の変化量ｇを決定する。
　ここで、式（１）では、変化量ｇは、変位量ｅに比例して決定される。Ｋｐが定数であるため、変位量ｅが大きくなるに従って変化量ｇも大きくなる。つまり、第２時刻において曲げ剛性が目標値である曲げ剛性（Ｇ＋ｇ（ｔ））に到達するために、時間がかかるという課題が生じる。しかしながら、変位量ｅに応じて定数Ｋｐの値を決定することも難しい。
　この課題を解決するために、形状算出部８１は、以下の式（２）から変化量ｇを、算出してもよい。式（２）は、式（１）に変位の時間積分項を付加したＰＩ制御を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　Ｋｉは、定数である。式（２）において、形状算出部８１は、第１挿入経路に対する第２挿入経路の変位に対する時間積分から曲げ剛性の変化量ｇを決定する。
　時間積分項の付加によって、式（２）は、偏差である変位のある状態が長い時間続けばそれだけ変化量ｇを大きくして、目標値である曲げ剛性（Ｇ＋ｇ（ｔ））に迅速に近づけようとする役目を果たす。
　ＰＩ制御では、積分時間が小さいほど変位は迅速に矯正される。しかしながら、積分時間が小さいほど曲げ剛性が目標値である曲げ剛性（Ｇ＋ｇ（ｔ））を行き過ぎるオーバーシュートが引き起こされたり、目標値である曲げ剛性（Ｇ＋ｇ（ｔ））を中心に振動ハンチングが起こるという課題がある。
　この課題を解決するために、形状算出部８１は、以下の式（３）から変化量ｇを算出してもよい。式（３）は、式（２）に変位の時間微分項を付加したＰＩＤ制御を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　Ｋｄは、定数である。形状算出部８１は、第１挿入経路に対する第２挿入経路の変位に対する時間微分から曲げ剛性の変化量ｇを決定する。
　変化量ｇが急激に変化した場合、変化量ｇの大きさに比例する曲げ剛性の急激な変化を抑えようとするダンピング効果を、時間微分項は有する。
　このように、変化量ｇは、時間変位と、変位に対する時間積分と、変位に対する時間微分とを基に決定されることが望ましい。
　形状算出部８１は、形状情報（変位量ｅ）に応じた変化量ｇを決定し、決定した変化量ｇを剛性制御部９１に出力する。そして剛性制御部９１は、変化量ｇを基に曲げ剛性Ｇを制御する。
　例えば、第２時刻において形状算出部８１が変位量－ｅを算出したとする。この状態で、挿入力量が挿入部３０に加わると、このときの曲げ剛性Ｇ２によって、挿入力量は、挿入部３０を推進する推進力に変換されず、可撓管３５を座屈させてしまう虞が生じる。したがって、可撓管３５を含む挿入部３０の挿入性が低下する虞が生じる。そこで本実施形態では、形状算出部８１は変位量－ｅに応じた変化量ｇＡを決定し、剛性制御部９１は、変化量ｇＡを基に曲げ剛性Ｇ２を曲げ剛性Ｇ１よりも高く制御し、第２挿入経路Ｃ２を第１挿入経路Ｃ１に一致させる。このため、挿入力量は推進力として利用され、可撓管３５は、座屈することなく屈曲部１３を通過し、また当初の挿入経路Ｃ１から逸脱することはなく、挿入部３０の挿入性は向上する。
　例えば、第２時刻において形状算出部８１が変位量＋ｅを算出したとする。この状態で、挿入力量が挿入部３０に加わると、このときの曲げ剛性Ｇ２によって、挿入力量は、例えば大腸の大腸壁を突き上げる力に変換されてしまう。これにより大腸壁が突き上げられ、挿入部３０は大腸壁に過剰な負荷を意図せずに与えてしまい、患者が苦痛を感じてしまう。そこで本実施形態では、形状算出部８１は変位量＋ｅに応じた変化量ｇＢを決定し、剛性制御部９１は、変化量ｇＢを基に曲げ剛性Ｇ２を曲げ剛性Ｇ１よりも低く制御し、第２挿入経路Ｃ２を第１挿入経路Ｃ１に一致させる。このため、挿入力量が挿入部３０に加わっても挿入力量は推進力として利用され、挿入部３０は、大腸壁に過剰な負荷を与えずに推進する。したがって、挿入部３０は大腸壁に過剰な負荷を意図せずに与えることはなく、患者の苦痛は低減する。
　このように剛性制御部９１は、第１時刻にて形状算出部８１によって算出された第１形状情報に基づく挿入部３０における可撓管３５の第１挿入経路Ｃ１に対する、第２時刻にて形状算出部８１によって算出された第２形状情報に基づく挿入部３０における可撓管３５の第２挿入経路Ｃ２の変位量に応じて、挿入経路の変位部分に対応するセグメント３７に対して剛性可変部６０によって実施される曲げ剛性の変更を制御する。変更後の曲げ剛性は、形状情報に応じて可撓管３５の挿入に適した曲げ剛性分布を、剛性可変部６０を介して各セグメント３７に提供する曲げ剛性をいう。そして、この曲げ剛性は、この剛性分布を、セグメント３７を介して可撓管３５に提供する曲げ剛性をいう。
　したがって、挿入力量が挿入部３０に加わっても、挿入力量は、例えば大腸の大腸壁を突き上げる力に変換されず、挿入部３０を推進させる推進力として利用される。これにより、可撓管３５は座屈することなく屈曲部１３を通過し、また当初の挿入経路から逸脱することはなく、挿入部３０の挿入性は向上する。また挿入力量によって大腸壁が突き上げられることはなく、挿入部３０は大腸壁に過剰な負荷を意図せずに与えることはなく、患者の苦痛は低減する。
　本実施形態では、剛性制御部９１は、第１挿入経路Ｃ１に対する第２挿入経路Ｃ２の変位量±ｅに応じて曲げ剛性を制御する。したがって本実施形態では、可撓管３５の座屈を防止でき、管路部における深部への挿入性を向上でき、管路部の壁部に過剰な負荷を意図せずに与えることなく被挿入体に加わる負荷を低減できる。
　本実施形態では、各セグメント３７において、曲げ剛性を制御する。したがって本実施形態では、可撓管３５の曲げ剛性を精緻に制御できる。
　本実施形態では、形状算出部８１は変位量ｅに応じた曲げ剛性の変化量ｇを決定する。剛性制御部９１は曲げ剛性の変化量ｇを基に目標とする曲げ剛性（Ｇ＋ｇ（ｔ））を制御する。したがって、可撓管３５の挿入に適した曲げ剛性分布を得られることができ、安全で簡単な挿入操作を実施でき、使いやすい内視鏡２０を提供できる。
　本実施形態では、形状算出部８１は、第１挿入経路Ｃ１に対する第２挿入経路Ｃ２の時間変位から曲げ剛性の変化量ｇを決定する。このため、変化量ｇを簡単に決定できる。
　形状算出部８１は、第１挿入経路Ｃ１に対する第２挿入経路Ｃ２の変位に対する時間積分から曲げ剛性の変化量ｇを決定する。このため、偏差である変位のある状態が長い時間続けばそれだけ変化量ｇを大きくして、目標とする曲げ剛性（Ｇ＋ｇ（ｔ））に迅速に近づけることができる。
　形状算出部８１は、第１挿入経路Ｃ１に対する第２挿入経路Ｃ２の変位に対する時間微分から曲げ剛性の変化量を決定する。このため、オーバーシュートが引き起こされることを防止でき、目標値である曲げ剛性（Ｇ＋ｇ（ｔ））を中心に起こる振動ハンチングを防止できる。また変化量ｇが急激に変化した場合、ダンピング効果によって、曲げ剛性Ｇの急激な変化を抑えることができる。
　本実施形態では、時間積分と時間微分とによって、制御性を改善できる。
　本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。

Claims (5)

  1. 　中心軸方向に沿って列状に並ぶ複数のセグメントに区切られており、被挿入体に挿入される可撓管と、
    　前記可撓管の曲げ剛性を、前記セグメント単位で可変する剛性可変部と、
    　前記可撓管の状態に関する状態情報を検出する状態検出部と、
    　前記状態情報を基に、前記可撓管の形状に関する形状情報を算出する形状算出部と、
    　前記剛性可変部によって実施される前記曲げ剛性の変更を制御する剛性制御部と、
    　を具備し、
    　前記剛性制御部は、第１時刻にて前記形状算出部によって算出された前記形状情報に基づく前記可撓管の第１挿入経路に対する、第２時刻にて前記形状算出部によって算出された前記形状情報に基づく前記可撓管の第２挿入経路の変位量に応じて、挿入経路の変位部分に対応するセグメントに対して前記剛性可変部によって実施される前記曲げ剛性の変更を制御する可撓管挿入装置。
  2. 　前記形状算出部は、前記変位量に応じた前記曲げ剛性の変化量を決定し、
    　前記剛性制御部は、前記曲げ剛性の変化量を基に前記曲げ剛性を制御する請求項１に記載の可撓管挿入装置。
  3. 　前記形状算出部は、前記第１挿入経路に対する前記第２挿入経路の時間変位から前記曲げ剛性の変化量を決定する請求項２に記載の可撓管挿入装置。
  4. 　前記形状算出部は、前記第１挿入経路に対する前記第２挿入経路の変位に対する時間積分から前記曲げ剛性の変化量を決定する請求項３に記載の可撓管挿入装置。
  5. 　前記形状算出部は、前記第１挿入経路に対する前記第２挿入経路の変位に対する時間微分から前記曲げ剛性の変化量を決定する請求項４に記載の可撓管挿入装置。
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