WO2020174591A1 - 可撓管挿入装置 - Google Patents

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WO2020174591A1
WO2020174591A1 PCT/JP2019/007384 JP2019007384W WO2020174591A1 WO 2020174591 A1 WO2020174591 A1 WO 2020174591A1 JP 2019007384 W JP2019007384 W JP 2019007384W WO 2020174591 A1 WO2020174591 A1 WO 2020174591A1
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restraint
bending
flexible tube
varying
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PCT/JP2019/007384
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周至 中村
高橋　毅
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オリンパス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a flexible tube insertion device, and more particularly to a flexible tube insertion device in which a flexible variable elongated insertion portion is internally provided with a variable rigidity mechanism.
  • a technique of inserting a flexible elongated insertion portion into a deep portion inside a subject is widely known.
  • an endoscope having an elongated insertion portion is used inside the subject.
  • a technique for capturing an image of a subject is widely known.
  • the insertion part of this type of endoscope is configured by arranging a distal end hard part, a bending part, and a flexible part (flexible tube part) in order from the distal end.
  • the operator operates the endoscope while gripping the flexible portion (flexible tube portion) and pushing the insertion portion into the body cavity.
  • the bending portion is bent in a desired direction by operating an operation knob provided on the section.
  • the endoscope insertion part as described above is inserted into the subject, the bending part or the flexible part (flexible tube part) is further pushed in a bent state.
  • the body cavity wall of the subject may be unduly loaded depending on the amount of force to be pushed in, and the body cavity may be stretched more than necessary.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-7434 discloses a technique for improving the insertability by dividing the insertion portion into longitudinal segments, detecting the shape of each segment, and changing the rigidity according to the shape. Has been done.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2003-180622 discloses a technique that includes a rigidity variable mechanism (hardness variable mechanism) and controls the rigidity variable mechanism to improve the insertability of the insertion portion.
  • This stiffness varying mechanism (hardness varying mechanism) is formed by a hardness varying wire and a hardness varying coil, and the tip of the hardness varying wire is firmly fixed by brazing or the like, while the end on the proximal side is fixed. The movement is restricted by the coil stopper.
  • the rigidity variable mechanism (hardness variable mechanism) disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-180622 can adjust the magnitude of the bending reaction force of the insertion portion only by controlling the rigidity variable mechanism. Can not. Therefore, there is a problem that it is difficult to finely control the magnitude of the bending reaction force of the insertion portion.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and in a flexible tube insertion device having a rigidity varying mechanism internally provided in the insertion portion, the magnitude of the bending reaction force of the insertion portion is finely controlled to improve the insertability.
  • An object of the present invention is to provide a flexible tube insertion device that can be improved accurately.
  • a flexible tube insertion device includes an insertion section that is inserted into a duct to be inserted, a rigidity variable section that is disposed inside the insertion section, and that can change rigidity, and a rigidity variable section.
  • a restraint portion that restrains a constrained portion that constitutes a part of the restraint portion with respect to the insertion portion; Thus, it is possible to change the bending rigidity of the rigidity varying portion including the restraining portion.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an endoscope system including a flexible tube insertion device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of an endoscope system including the flexible tube insertion device of the first embodiment.
  • FIG. 3 is an enlarged view of an essential part showing the vicinity of the distal end portion of the insertion portion including the flexible tube insertion device of the first embodiment.
  • FIG. 4 is an enlarged view of an essential part showing the flexible tube insertion device of the first embodiment shown in FIG. 3 in a further enlarged manner.
  • FIG. 5 is a diagram showing the positional relationship of the rigidity varying portion in the insertion portion in the flexible tube insertion device of the first embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an endoscope system including a flexible tube insertion device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of an endoscope system including the flexible tube insertion device of the first
  • FIG. 6 is a side sectional view showing a schematic configuration of the flexible tube insertion device of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a figure explaining the control method of the restraint part in the flexible tube insertion apparatus of 1st Embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a target value calculation map for setting a target value of the bending rigidity of the constrained portion in the flexible tube insertion device of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a propulsive force (reaction force) generated in the rigidity varying portion in the insertion portion, and is a diagram showing a positional relationship of the rigidity varying portion in the insertion portion.
  • FIG. 10 is a side sectional view showing a schematic configuration of the flexible tube insertion device of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a figure explaining the control method of the restraint part in the flexible tube insertion apparatus of 1st Embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a target value calculation map
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a propulsive force (reaction force) generated in the rigidity varying portion of the insertion portion.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a propulsive force (reaction force) generated in the rigidity varying portion in the insertion portion, and is a diagram showing the relationship between the position of the rigidity varying portion in the insertion portion and the reaction force.
  • FIG. 12 is a diagram showing a model for explaining a propulsive force (reaction force) generated in the rigidity varying portion of the insertion portion.
  • FIG. 13 is a diagram showing a positional relationship of the rigidity varying portion in the insertion portion in the flexible tube insertion device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a target value calculation map for setting a target value of the bending rigidity of the constrained portion in the flexible tube insertion device of the second embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of a target value calculation map for setting a target value of the bending rigidity of the constrained portion in the flexible tube insertion device of the third embodiment.
  • FIG. 18 is a side sectional view showing a schematic configuration of a flexible tube insertion device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a side sectional view showing a schematic configuration of the flexible tube insertion device of the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is an enlarged perspective view of an essential part showing an intermediate restraint part in the flexible tube insertion device of the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is an enlarged view of essential parts showing an example in which the flexible tube insertion device of the sixth embodiment has three intermediate restraint portions.
  • FIG. 22 is an enlarged view of a main part showing an example in which the flexible tube insertion device of the sixth embodiment has two intermediate restraint parts.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an endoscope system including a flexible tube insertion device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a flexible tube insertion device of the first embodiment. It is a block diagram which shows the electric constitution of the endoscope system containing.
  • endoscope system 1 of the embodiment described below is assumed to be an endoscope system including a so-called colonoscope that is inserted into the intestinal tract of a subject.
  • an endoscope system 1 includes, for example, an endoscope 10, a light source device 20, a main body device 30, an insertion shape detection device 40, an input device 50, and a display device. 60, and is comprised.
  • the endoscope 10 includes an insertion section 11 to be inserted into a subject, an operation section 12 provided on the proximal end side of the insertion section 11, and a universal cord 13 extended from the operation section 12. Is configured. Further, the endoscope 10 is configured to be detachably connected to the light source device 20 via a scope connector 13A provided at the end of the universal cord 13.
  • the endoscope 10 is configured to be detachably connected to the main body device 30 via an electric connector 14A provided at an end of the electric cable 14 extending from the scope connector 13A.
  • a light guide (not shown) for transmitting the illumination light supplied from the light source device 20 is provided inside the insertion section 11, the operation section 12, and the universal cord 13.
  • the insertion part 11 is configured to have flexibility and an elongated shape. Further, the insertion portion 11 is configured by providing a hard tip portion 11A, a bending portion 11B formed to be bendable, and a flexible long flexible tube portion 11C in this order from the tip side. There is.
  • a plurality of source coils that generate a magnetic field according to a coil drive signal supplied from the main body device 30 are arranged in the longitudinal direction of the insertion portion 11.
  • a source coil group 113 (see FIGS. 2 and 3 and the like) arranged along the predetermined intervals is provided.
  • the front end 11A is provided with an illumination window (not shown) for emitting the illumination light transmitted by the light guide provided inside the insertion portion 11 to the subject.
  • the tip portion 11A performs an operation according to the image pickup control signal supplied from the main body device 30, and also picks up an image of a subject illuminated by the illumination light emitted through the illumination window and outputs the image pickup signal.
  • the image pickup unit 111 (see FIG. 2) configured as described above is provided.
  • the image pickup unit 111 is configured to include an image sensor such as a CMOS image sensor or a CCD image sensor.
  • the bending portion 11B is configured to be bendable according to the operation of the angle knob 121 provided on the operation unit 12.
  • the rigidity variable range corresponding to a predetermined range from the base end of the bending portion 11B to the tip end of the flexible tube portion 11C is inside the rigidity variable range according to the control of the main body device 30.
  • a rigidity variable portion 112 configured to change the bending rigidity in a variable range is provided along the longitudinal direction of the insertion portion 11. The specific configuration and the like of the rigidity varying unit 112 will be described in detail later.
  • rigidity bending rigidity
  • rigidity variable range may be provided in at least a part of the insertion portion 11.
  • the operation unit 12 is configured to have a shape that a user can hold and operate. Further, the operation knob 12 is configured to be able to perform an operation for bending the bending portion 11B in four directions of up, down, left, and right (UDLR) intersecting with the longitudinal axis of the insertion portion 11, and the angle knob 121. Is provided. Further, the operation unit 12 is provided with one or more scope switches 122 capable of giving an instruction according to an input operation by the user.
  • UDLR up, down, left, and right
  • the light source device 20 is configured to have, for example, one or more LEDs or one or more lamps as a light source.
  • the light source device 20 is configured to generate illumination light for illuminating the inside of the subject into which the insertion portion 11 is inserted and to supply the illumination light to the endoscope 10. Further, the light source device 20 is configured so that the light amount of the illumination light can be changed according to the system control signal supplied from the main body device 30.
  • the main body device 30 is configured to be detachably connected to the insertion shape detection device 40 via the cable 15. Further, the main body device 30 is configured to be detachably connected to the input device 50 via the cable 16. Further, the main body device 30 is configured to be detachably connected to the display device 60 via the cable 17.
  • the main body device 30 is configured to perform an operation according to an instruction from the input device 50 and the scope switch 122. Further, the main body device 30 generates an endoscopic image based on the image pickup signal output from the endoscope 10, and performs an operation for displaying the generated endoscopic image on the display device 60. It is configured. Further, the main body device 30 is configured to generate and output various control signals for controlling the operations of the endoscope 10 and the light source device 20.
  • the main body device 30 is configured to control the drive state of the rigidity varying unit 112 based on the insert shape information (described later) output from the insert shape detecting device 40 (see FIG. 2).
  • the drive control of the variable stiffness section 112 will be described in detail later.
  • the insertion shape detection device 40 detects a magnetic field emitted from the source coil group 113 provided in the insertion section 11, and positions of each of the plurality of source coils included in the source coil group 113 based on the intensity of the detected magnetic field. Is configured to get.
  • the insertion shape detecting device 40 calculates the insertion shape of the insertion portion 11 based on the positions of the plurality of source coils acquired as described above, and also generates the insertion shape information indicating the calculated insertion shape. It is configured to output to the main body device 30.
  • the input device 50 is configured to include one or more input interfaces operated by a user, such as a mouse, a keyboard, a touch panel, or the like.
  • the input device 50 is also configured to be able to output an instruction according to a user operation to the main body device 30.
  • the display device 60 is configured to include, for example, a liquid crystal monitor. Further, the display device 60 is configured to be able to display an endoscopic image or the like output from the main body device 30 on the screen.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of an endoscope system including the flexible tube insertion device of the first embodiment.
  • the main body device 30 has an image processing unit 301, a rigidity control unit 302, and a control unit 303, and also has a constraint condition control unit 305 and a bending direction detection unit 306. Has been done.
  • the image processing unit 301 generates an endoscopic image by performing a predetermined process on an image pickup signal output from the endoscope 10 in accordance with a system control signal output from the control unit 303, and also generates the endoscopic image.
  • the endoscopic image is output to the display device 60.
  • the rigidity control unit 302 Under the control of the control unit 303, the rigidity control unit 302 performs an operation for controlling the driving state of the rigidity varying unit 112 based on the insertion shape information output from the insertion shape information acquisition unit 402 in the insertion shape detection device 40. Is configured to do.
  • the rigidity variable unit 112 is first subjected to variable rigidity control by the rigidity control unit 302 described above.
  • the constrained portion 112a forming a part of the stiffness varying portion 112 has its bending rigidity controlled by the restraint portion 115 under the control of the restraint condition control portion 305, the restraint portion 115 is concerned.
  • the “apparent bending rigidity” relating to the rigidity varying portion 112 including the restraint portion 115 is controlled.
  • the "apparent bending rigidity" will be described later in detail.
  • control unit 303 is configured to generate and output an imaging control signal for controlling the imaging operation of the imaging unit 111.
  • the control unit 303 is also configured to generate and output a coil drive signal for driving each source coil included in the source coil group 113.
  • control unit 303 generates a system control signal for performing an operation according to an instruction from the input device 50 and the scope switch 122, and the generated system control signal of the light source device 20 and the image processing unit 301. It is configured to output to at least one of them.
  • control unit 303 controls the operations of the rigidity control unit 302, the constraint condition control unit 305, and the bending direction detection unit 306.
  • the bending direction detection unit 306 receives information from the insertion shape information acquisition unit 402 of the insertion shape detection device 40 (insertion shape information indicating the insertion shape that has calculated the insertion shape of the insertion unit 11). Upon reception, the bending direction of the insertion portion 11 (for example, the flexible tube portion 11C) is obtained, and information on the bending direction is sent to the constraint condition control unit 305.
  • the restraint condition control unit 305 sets the restrained portion 112a that forms a part of the rigidity varying unit 112 according to the bending direction information of the insertion unit 11 detected by the bending direction detection unit 306. It is characterized in that the constraint condition relating to the constraint unit 115 for constraint is controlled.
  • each unit of the main body device 30 may be configured as an individual electronic circuit, or may be configured as a circuit block in an integrated circuit such as FPGA (Field Programmable Gate Array). Further, in the present embodiment, for example, the main body device 30 may be configured to include one or more processors (CPU and the like).
  • the insertion shape detection device 40 is configured to include a reception antenna 401 and an insertion shape information acquisition unit 402.
  • the receiving antenna 401 is configured to have a plurality of coils for three-dimensionally detecting a magnetic field emitted from each of a plurality of source coils included in the source coil group 113. Further, the receiving antenna 401 detects a magnetic field emitted from each of the plurality of source coils included in the source coil group 113, generates a magnetic field detection signal according to the intensity of the detected magnetic field, and insert shape information acquisition unit 402. It is configured to output to.
  • the insertion shape information acquisition unit 402 is configured to acquire the position of each of the plurality of source coils included in the source coil group 113 based on the magnetic field detection signal output from the reception antenna 401.
  • the insertion shape information acquisition unit 402 calculates the insertion shape of the insertion unit 11 based on the positions of each of the plurality of source coils acquired as described above, and also generates insertion shape information indicating the calculated insertion shape. Output to the rigidity control unit 302 and the bending direction detection unit 306.
  • the insertion shape information acquisition unit 402 uses, as the position of each of the plurality of source coils included in the source coil group 113, for example, a predetermined position (anus or the like) of the subject into which the insertion unit 11 is inserted. Alternatively, a plurality of three-dimensional coordinate values in the spatial coordinate system virtually set as the reference point are acquired.
  • the insertion shape information acquisition unit 402 performs, as processing for calculating the insertion shape of the insertion unit 11, for example, interpolation processing for interpolating a plurality of three-dimensional coordinate values acquired as described above.
  • each part of the insertion shape detection device 40 may be configured as an electronic circuit, or configured as a circuit block in an integrated circuit such as an FPGA (Field Programmable Gate Array). May be. Further, in the present embodiment, for example, the insertion shape detection device 40 may be configured to include one or more processors (CPU and the like).
  • the rigidity varying portion 112 is configured as an actuator having a coil heater and a shape memory member (not shown), for example, within a predetermined range from the base end portion of the bending portion 11B to the tip end portion of the flexible tube portion 11C. Are provided along the longitudinal direction of the insertion portion 11.
  • the rigidity varying unit 112 is configured as a rod-shaped actuator having the same cross-section orthogonal to the longitudinal direction.
  • the rigidity varying unit 112 is subjected to variable control of rigidity by the rigidity control unit 302, and the constrained portion 112a forming a part of the rigidity varying unit 112 receives the control of the constraint condition control unit 305.
  • the bending rigidity is controlled by the restraint portion 115, that is, the "apparent bending rigidity" of the stiffness varying portion 112 including the restraint portion 115 is controlled by the restraint portion 115.
  • the rigidity varying unit 112 is configured as an actuator having a coil heater and a shape memory member (not shown) as described above.
  • the coil heater has a coil having a high thermal conductivity, such as a nichrome wire, for example. It is formed by winding in a circular shape, and is configured to generate heat under the control of the rigidity control unit 302.
  • the shape memory member in the variable rigidity portion 112 is formed as an elongated member containing a shape memory alloy such as nickel titanium, and is arranged in a state of being inserted into the internal space of the coil heater.
  • the shape memory member is configured so that its elasticity can be changed according to the heat generated from the coil heater.
  • the shape memory member when the shape memory member is heated to a temperature TN or higher at least higher than room temperature by heat generated from a coil heater, the shape memory member returns to a linear shape corresponding to a shape stored in advance. It is configured to be in a highly elastic state having a restoring force of.
  • the shape memory member is restored so as to return to the linear shape corresponding to the shape stored in advance when the shape memory member is not heated to the temperature TN or higher due to, for example, the heat not being emitted from the coil heater. It is configured to be in a low elasticity state having no force.
  • the rigidity control unit 302 has a drive circuit, a memory, and a control circuit, which are not shown.
  • the drive circuit controls the coil heater according to the control of the control circuit.
  • Predetermined rigidity control information is stored in the memory.
  • the rigidity control information including information indicating the variable rigidity range of the insertion section 11 and information indicating a threshold value corresponding to a predetermined parameter calculated for controlling the variable rigidity section 112 is stored.
  • the control circuit controls the drive circuit based on the rigidity control information read from the memory and the insertion shape information output from the insertion shape information acquisition unit 402.
  • the rigidity control unit 302 in the main body device 30 causes, for example, the bending rigidity in the rigidity variable range of the insertion unit 11 from the central portion to both ends of the rigidity variable range.
  • the operation for sequentially increasing along the direction is performed.
  • the stiffness varying unit 112 includes a restraint unit 115 under the control of the restraint condition control unit 305 under the control of the control unit 303, and the restraint unit 112 a that is a part of the stiffness varying unit 112. Bending stiffness is controlled. That is, the restraint portion 115 controls the “apparent bending rigidity” of the rigidity varying portion 112 including the restraint portion 115.
  • the bending rigidity which is a mechanical property of the rigidity varying unit 112
  • the constraint section 115 under the control of the constraint condition control section 305 changes the bending rigidity (apparent bending rigidity) of the rigidity varying section 112 including the restriction section 115.
  • the bending rigidity of the rigidity varying portion 112 including the restraint portion 115 is defined as “apparent bending rigidity” in the present embodiment.
  • the rigidity varying portion 112 is changed.
  • the propulsive force (reaction force) of the inserted portion provided is variably controlled.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a propulsive force (reaction force) generated in the rigidity varying portion in the insertion portion, and a diagram showing a positional relationship of the rigidity varying portion in the insertion portion.
  • variable stiffness section is firmly fixed (completely constrained) to the insertion section at this "offset position".
  • the variable rigidity portion is positioned inside the insertion portion (see FIG. 10).
  • the position of R in) is arranged.
  • the rigidity variable portion is arranged at the outer position inside the insertion portion (the outer R position in FIG. 10).
  • R x T 1 cos ⁇ 0 +(T 1 ⁇ T 0 ) ⁇ cos( ⁇ 0 + ⁇ 1 )/Lsin ⁇ 1 ⁇ (3)
  • R y T 1 sin ⁇ 0 +(T 1 ⁇ T 0 ) ⁇ sin( ⁇ 0 + ⁇ 1 )/L sin ⁇ 1 ...(4)
  • F y R y Is.
  • the invention of the present application is directed to the tip end portion of the insertion portion 11 (in the present embodiment, the rigidity variable portion 112 disposed in the range from the base end portion of the bending portion 11B to the tip end portion of the flexible tube portion 11C).
  • the bending rigidity of the distal end portion corresponding to the constrained portion 112a
  • a means for appropriately controlling the propulsive force of the insertion portion 11 is provided.
  • FIG. 3 is an enlarged view of an essential part showing the vicinity of the distal end portion of the insertion portion including the flexible tube insertion device of the first embodiment
  • FIG. 4 shows the flexible tube insertion device of the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged view of an essential part further enlarged
  • FIG. 5 is a view showing a positional relationship of the rigidity varying portion in the insertion portion in the flexible tube insertion device of the first embodiment
  • FIG. 6 is the first embodiment.
  • FIG. 3 is a side sectional view showing a schematic configuration of the flexible tube insertion device of FIG.
  • FIG. 3 shows the rigidity variable portion 112 provided inside the flexible tube portion 11C of the insertion portion 11 with the outer skin removed
  • FIG. 4 shows the flexible portion 112 shown in FIG. It is the figure which expanded and showed the front end side in the flexible tube part 11C.
  • the stiffness varying portion 112 is configured as an actuator having a coil heater and a shape memory member (not shown) as described above, and is flexible from the base end portion of the bending portion 11B as shown in FIGS. 3 and 4. It is provided along the longitudinal direction of the insertion part 11 in a predetermined range extending to the tip part of the tube part 11C. As shown in FIGS. 3 and 4, a source coil group 113 is provided inside the distal end portion 11A, the bending portion 11B, and the flexible tube portion 11C along the longitudinal direction of the insertion portion 11.
  • the rigidity varying unit 112 is subjected to variable rigidity control by the rigidity control unit 302, and is controlled by the constraint unit 115 under the control of the control unit 303 by the constraint condition control unit 305.
  • the "apparent bending stiffness" is controlled.
  • FIG. 6 is a side sectional view showing a schematic configuration of the flexible tube insertion device of the first embodiment
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a method of controlling the restraint portion in the flexible tube insertion device of the first embodiment
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a target value calculation map for setting a target value of the bending rigidity of the constrained portion in the flexible tube insertion device of the first embodiment.
  • variable rigidity portion 112 is configured as a rod-shaped actuator having the same cross-section orthogonal to the longitudinal direction, and as shown in FIG.
  • the engaging portion 115 engages with the restraint portion 115 at the tip portion of the flexible tube portion 11C in the insertion portion 11 and at the boundary portion with the base end portion of the bending portion 11B.
  • the restraint portion 115 is composed of a plurality of plate-shaped members formed of a shape memory alloy. All of the plurality of restraint portions 115 are arranged at positions facing the outer peripheral surface of the restrained portion 112a which is an end point of the rigidity varying portion 112.
  • the plurality of restraint portions 115 are such that the expansion and contraction directions thereof are along the normal line direction of the outer peripheral surface of the constrained portion 112a facing each other, and are at equal intervals in the circumferential direction of the outer peripheral surface. Further, for example, they are arranged in four directions at 90° intervals in the circumferential direction.
  • each of the plurality of restraint portions 115 is arranged such that one end surface 115a in the expansion/contraction direction abuts the outer peripheral surface of the restrained portion 112a facing each other.
  • the constrained portion 112a which is the end point of the stiffness varying portion 112, is sandwiched and constrained by a plurality of constraining portions 115 (for example, four constraining portions 115).
  • All of the plurality of restraint units 115 are connected to the restraint condition control unit 305, and a voltage according to the restraint condition obtained by the restraint condition control unit 305 is applied. That is, the expansion and contraction of the plurality of constraint units 115 is controlled according to the voltage applied from the constraint condition control unit 305.
  • the pressing force (restraining force) received from the one end surface 115a that abuts on the outer peripheral surface of the restrained portion 112 also changes. There is.
  • the bending rigidity of the constrained portion 112a By changing the “pressing force” generated on the outer peripheral surface of the constrained portion 112a, the bending rigidity of the constrained portion 112a also changes. Then, the bending rigidity of the constrained portion 112a, which is the end point of the rigidity varying portion 112 extending in the longitudinal direction, changes, and as a result, the rigidity of the rigidity varying portion 112 itself also changes.
  • the source coil group 113 provided in the insertion unit 11 is inserted.
  • the magnetic field generated from the magnetic field is detected, and the insertion shape of the insertion portion 11 is calculated based on the position of each of the plurality of source coils included in the source coil group 113 based on the strength of the detected magnetic field.
  • the insert shape information acquisition unit 402 generates insert shape information indicating the calculated insert shape and outputs it to the main body device 30.
  • the bending direction detection unit 306 in the main body device 30 receives information from the insertion shape information acquisition unit 402 in the insertion shape detection device 40 (the insertion shape obtained by calculating the insertion shape of the insertion unit 11).
  • the bending direction of the insertion portion 11 for example, the flexible tube portion 11C is obtained.
  • the bending direction detection unit 306 based on the information on the bending direction of the insertion unit 11 obtained by the insertion shape information acquisition unit 402 and the information of the predetermined target value calculation map 307, the constrained portion 112a. Calculate the target value of bending stiffness.
  • the bending direction detection unit 306 functions as a target value calculation unit 308 that calculates a target value of the bending rigidity value of the restrained portion 112a.
  • the target value calculation section 308 in the bending direction detection section 306 calculates the rigidity target value based on the target value calculation map shown in FIG. Then, the result is sent to the constraint condition control unit 305.
  • the restraint condition control unit 305 calculates the “restraint condition” based on the rigidity target value and controls the restraint unit 115. Specifically, the constraint condition control unit 305 calculates a voltage to be applied to the constraint unit 115 made of a shape memory alloy based on the rigidity target value, and applies the voltage to the constraint unit 115.
  • the restraint unit 115 is displaced into a predetermined shape by the voltage applied from the restraint condition control unit 305.
  • the "displacement force" corresponding to the target value is applied to the restrained portion 112a due to the shape displacement of the restraint portion 115, whereby the restraining force of the restrained portion 112a by the restraint portion 115 also increases.
  • the rigidity near the distal end portion of the insertion portion 11 increases, the rigidity near the distal end portion of the insertion portion 11 (range from the proximal end portion of the bending portion 11B to the distal end portion of the flexible tube portion 11C) also increases, Further, by appropriately setting the target value calculation map, in the case of the colonoscope as in the present embodiment, it is possible to suppress the variation in the force applied to the intestinal wall of the large intestine and the propulsive force of the distal end of the insertion portion. it can.
  • the load on the intestinal wall of the large intestine can be made uniform and the propulsive force of the insertion section 11 can be kept constant regardless of the bending direction of the insertion section 11. Therefore, the insertability of the insertion portion 11 can be improved while reducing the burden on the subject.
  • the magnetic sensor system is adopted as the insertion shape detecting device 40 in the present embodiment, the invention is not limited to this, and the insertion shape detecting device may adopt a shape sensor and an insertion amount sensor, or an ultrasonic method. , An optical system, a system using an acceleration sensor, and the like. That is, any position that can detect the position or the relative position of the insertion portion 11 with respect to the subject or with respect to a place where the subject is placed, such as a room, may be used.
  • the above-described insertion amount sensor may include a rotation amount (twist amount) sensor as needed.
  • a rotation amount (twist amount) sensor By detecting the rotation amount (twisting amount) of the insertion portion inserted into the subject (patient), the relative position with respect to the subject (patient) can be obtained more accurately.
  • the constrained portion 112a depends on the arrangement position of the rigidity varying portion 112 inside the insertion portion, specifically, the distance from the central axis of the insertion portion 11a. It is characterized in that the target value relating to the bending rigidity of is set appropriately.
  • FIG. 13 is a diagram showing a positional relationship of the rigidity varying portion in the insertion portion in the flexible tube insertion device of the second embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a flexible tube insertion device of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a target value calculation map for setting a target value of the bending rigidity of the constrained portion in FIG.
  • the second embodiment is characterized in that a bending stiffness target value calculation map for the restrained portion 112a is set according to the displacement of the "predetermined radius r".
  • the constrained portion 112a of the rigidity varying portion 112 in the insertion portion 11 according to the arrangement position (distance from the central axis of the insertion portion). It is possible to appropriately set the target value of the bending rigidity of the.
  • the rigidity varying portion 112 is arranged in any bending direction of the insertion portion 11 according to the arrangement position of the rigidity varying portion 112 in the insertion portion. It is characterized in that the target value relating to the bending rigidity of the restrained portion 112a is appropriately set according to whether or not the restrained portion 112a is bent.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of a target value calculation map for setting a target value of the bending rigidity of the constrained portion in the flexible tube insertion device of the third embodiment.
  • the third embodiment is characterized in that a bending stiffness target value calculation map for the restrained portion 112a is set according to the "curving direction" in which the stiffness varying portion 112 is arranged. To do.
  • the rigidity variable portion 112 is arranged in the U direction of the insertion portion 11 and the rigidity variable portion 112 is arranged in the R direction.
  • the corresponding bending stiffness target value calculation maps are set.
  • the target value of the bending rigidity of the constrained portion 112a is set in accordance with the "curving direction" in which the rigidity varying portion 112 is arranged in the insertion portion 11. It can be set appropriately.
  • the constrained portion which is an end point of the stiffness varying portion, is constrained by the constraining portion made of a shape memory alloy, and the bending rigidity of the constrained portion is controlled.
  • the restraint portion that restrains the restrained portion that is the end point of the rigidity varying portion is different.
  • FIG. 18 is a side sectional view showing a schematic configuration of a flexible tube insertion device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • variable rigidity section 412 is configured as an actuator having a coil heater (not shown) and a shape memory member, similarly to the variable rigidity section 112 in the first embodiment. It is provided along the longitudinal direction of the insertion portion 11 in a predetermined range from the base end portion of the bending portion 11B to the tip end portion of the flexible tube portion 11C.
  • the rigidity variable unit 412 is subjected to variable rigidity control by the rigidity control unit 302, and under the control of the control unit 303, the restriction unit controlled by the restriction condition control unit 305.
  • the bending rigidity is controlled by 415.
  • the constraining portion 415 is configured as a ring-shaped balloon that circumferentially covers the outer peripheral surface of the constrained portion 412a that is an end point of the rigidity varying portion 412. Further, the inner peripheral surface of the ring-shaped restraining portion 415 is arranged so as to contact the outer peripheral surface of the facing restrained portion 412a.
  • the constrained portion 412a which is the end point of the rigidity varying portion 412, is constrained by the inner peripheral surface of the ring-shaped constraining portion 415.
  • the size of the restraint portion 415 is changed depending on the magnitude of the air pressure applied to the inside thereof, that is, the internal volume is changed. For example, when the air pressure applied to the inside is large, the inner volume increases and the outer shape also expands, while when the air pressure applied to the inside is small, the inner volume decreases and the outer shape also shrinks.
  • the restraint unit 415 is connected to the restraint condition control unit 305 similarly to the first embodiment, and the air pressure according to the restraint condition obtained by the restraint condition control unit 305 is applied. That is, the restraint portion 415 has its inner volume controlled according to the air pressure applied from the restraint condition control portion 305, and the expansion/contraction of its outer shape is controlled.
  • the pressing force (restraining force) received by the restrained portion 412a from the inner peripheral surface of the restraint portion 415 also changes.
  • the bending rigidity of the constrained portion 412a also changes, as in the first embodiment.
  • the bending rigidity of the constrained portion 412a which is the end point of the rigidity varying portion 412 extending in the longitudinal direction, changes, and as a result, the rigidity of the rigidity varying portion 412 itself also changes.
  • variable rigidity portion 412 is held by a part of the flexible tube portion 11C in the vicinity of the restrained portion 412a with which the restraining portion 415 contacts, but the restraining portion 415 is held. Since the variable rigidity portion 412 is slightly displaced along with the expansion and contraction, a slight gap 411a is formed between the holding portion of the flexible tube portion 11C and the opposite end portion of the variable rigidity portion 412.
  • the rigidity control of the rigidity varying unit 412 by the restriction unit 415 under the control of the restriction condition control unit 305 is the same as the rigidity control in the first embodiment described above (for example, (See FIGS. 7 and 8), although detailed description is omitted here, also in the fourth embodiment, the constraint condition control unit 305 sets the “restraint” based on the same stiffness target value as in the first embodiment. The condition is calculated to control the restraint unit 415.
  • the restraint part 415 is displaced into a predetermined shape by the air pressure applied from the restraint condition control part 305, while the constrained part 412a is given a “pressing force” corresponding to the target value due to the shape displacement of the restraint part 415.
  • the restraint force of the restrained portion 412a by the restraint portion 415 is increased, and the bending rigidity of the restrained portion 412a is also increased.
  • the bending rigidity of the constrained portion 412a which is the end point of the rigidity varying portion 412, increases, so that the “apparent bending rigidity” of the rigidity varying portion 412 itself also increases.
  • the "apparent bending rigidity" of the rigidity varying portion 412 increases, so that the rigidity near the distal end portion of the insertion portion 11 (range from the proximal end portion of the bending portion 11B to the distal end portion of the flexible tube portion 11C) also increases.
  • the target value calculation map in the case of the colonoscope as in the present embodiment, the variation in the force applied to the intestinal wall of the large intestine and the propulsive force of the distal end of the insertion portion can be prevented. Can be suppressed.
  • the load on the intestinal wall of the large intestine can be made uniform and the insertion portion 11 can be propelled independently of the bending direction of the insertion portion 11.
  • the force can be kept constant, which can reduce the load on the subject and improve the insertability of the insertion portion 11.
  • the constrained portion which is an end point of the stiffness varying portion, is constrained by the constraining portion made of a shape memory alloy, and the bending rigidity of the constrained portion is controlled.
  • the constraining portion that constrains the constrained portion that is the end point of the rigidity varying portion is different.
  • FIG. 19 is a side sectional view showing a schematic configuration of a flexible tube insertion device of the fifth embodiment of the present invention.
  • the rigidity varying portion 512 is configured as an actuator having a coil heater (not shown) and a shape memory member, like the rigidity varying portion 112 in the first embodiment. It is provided along the longitudinal direction of the insertion portion 11 in a predetermined range from the base end portion of the bending portion 11B to the tip end portion of the flexible tube portion 11C.
  • the rigidity variable unit 512 is subjected to variable rigidity control by the rigidity control unit 302, and under the control of the control unit 303, the restriction unit controlled by the restriction condition control unit 305.
  • the bending rigidity is controlled by 515 (the elastic layer 515A and the traction means 515B).
  • the constrained portion 512a which is the end point of the rigidity varying portion 512, is formed in a shape in which the end surface thereof has a substantially spherical surface.
  • the constrained portion 512a contacts the concave portion formed at the distal end portion of the flexible tube portion 11C at the boundary portion between the bending portion 11B of the insertion portion 11 and the flexible tube portion 11C with an elastic layer 515A described later interposed therebetween. It is arranged so as to contact.
  • the restraint portion 515 includes the elastic layer 515A attached to the concave portion in the concave portion formed at the distal end of the flexible tube portion 11C, and the restrained portion with the elastic layer 515A sandwiched therebetween. And a pulling means 515B that pulls the portion 512a in the distal direction.
  • the to-be-constrained portion 512a which is the end point of the variable rigidity portion 512, is pulled by the elastic layer 515A sandwiching the elastic layer 515A in the concave portion formed at the distal end portion of the flexible tube portion 11C.
  • the elastic layer 515A in the restraint portion 515 is pressed.
  • the constrained portion 512a is constrained by the pressed elastic layer 515A.
  • the pressing force of the restrained portion 512a against the elastic layer 515A in the restraining portion 515 is displaced by the pulling force of the pulling means 515B.
  • the pressing force of the restrained portion 512a against the elastic layer 515A in the restraining portion 515 is displaced by the pulling force of the pulling means 515B.
  • the pressing force of the restrained portion 512a against the elastic layer 515A in the restraining portion 515 is displaced by the pulling force of the pulling means 515B.
  • the pressing force of the restrained portion 512a against the elastic layer 515A in the restraining portion 515 is displaced by the pulling force of the pulling means 515B.
  • the pulling means 515B in the restraint unit 515 is connected to the restraint condition control unit 305 similarly to the first embodiment, and the pulling force is controlled according to the restraint condition obtained by the restraint condition control unit 305. ing.
  • the pressing force (restraining force) that the restrained portion 512a receives from the elastic layer 515A also changes.
  • the bending rigidity of the restrained portion 512a also changes, as in the first embodiment. Then, the bending rigidity of the constrained portion 512a, which is the end point of the rigidity varying portion 512 extending in the longitudinal direction, changes, and as a result, the "apparent bending rigidity" of the rigidity varying portion 512 itself also changes. ..
  • the rigidity control of the rigidity varying unit 512 by the traction means 515B (restriction unit 515) under the control of the restriction condition control unit 305 is the same as the rigidity control in the above-described first embodiment. Since there are some (for example, refer to FIG. 7 and FIG. 8), detailed description thereof will be omitted here, but in the fifth embodiment, the constraint condition control unit 305 has the same rigidity target value as that of the first embodiment.
  • the "restriction condition" is calculated based on the above, and the traction means 515B (restriction unit 515) is controlled.
  • the bending rigidity of the constrained portion 512a which is the end point of the rigidity varying portion 512, increases, so that the “apparent bending rigidity” of the rigidity varying portion 512 itself also increases.
  • the "apparent bending rigidity" of the rigidity varying portion 512 increases, so that the rigidity in the vicinity of the distal end portion of the insertion portion 11 (the range from the proximal end portion of the bending portion 11B to the distal end portion of the flexible tube portion 11C) also increases.
  • the target value calculation map in the case of the colonoscope as in the present embodiment, the variation in the force applied to the intestinal wall of the large intestine and the propulsive force of the distal end of the insertion portion can be prevented. Can be suppressed.
  • the load on the intestinal wall of the large intestine can be made uniform and the insertion portion 11 can be propelled independently of the bending direction of the insertion portion 11.
  • the force can be kept constant, whereby the load on the subject can be reduced and the insertability of the insertion portion 11 can be improved.
  • the restrained portion that is the end point of the stiffness varying portion is restrained by the restraint portion at one place, and the bending rigidity of the restrained portion is controlled.
  • the flexible tube insertion device of the sixth embodiment is characterized in that an intermediate restraint portion is provided at a position other than the end points of the rigidity varying portion.
  • FIG. 20 is an enlarged perspective view of an essential part showing an intermediate restraint part in the flexible tube insertion device of the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is an enlarged view of a main part showing an example of three intermediate restraint parts in the flexible tube insertion device of the sixth embodiment
  • FIG. 22 is an intermediate view of the flexible tube insertion device of the sixth embodiment. It is a principal part enlarged view which showed the example with two restraint parts.
  • the intermediate restraint portions 616A, 616B, 616C are configured by a small-diameter annular member fixed to the inner peripheral surface of the insertion portion 11, as indicated by reference numeral 616 in FIG.
  • the rigidity varying portion 112 is insertable movably in the axial direction in the inner diameter portion of the intermediate restraint portion 616 formed by the annular member, and also in the radial direction within the range of the inner diameter of the annular member. It is freely movable.
  • the intermediate restraint portion 616 allows a very slight radial movement of the rigidity varying portion 112 within the range of the inner diameter of the small-diameter annular member, while the radial movement of the inner diameter portion of the insertion portion 11 is allowed. Fulfill the function of regulating.
  • FIG. 21 shows an example (intermediate restraint portions 616A, 616B, 616C) in which the intermediate restraint portion 616 is arranged at three places in the intermediate portion of the rigidity variable portion 112, and the example shown in FIG.
  • An example (intermediate restraint portions 616A and 616B) in which the intermediate restraint portion 616 is provided at two places in the intermediate portion of the stiffness varying portion 112 is shown.
  • the bending rigidity of the rigidity varying portion 112 when the bending rigidity of the rigidity varying portion 112 itself is controlled by controlling the bending rigidity of the constrained portion 112a which is the end point of the rigidity varying portion 112, the rigidity varying portion 112 that is rigid is inserted. It is possible to prevent the portion 11 from being inadvertently moved in the radial direction, to make the effect of controlling the bending rigidity of the rigidity varying portion 112 more reliable, and to further improve the insertability of the insertion portion 11. You can

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Abstract

挿入対象の管路に挿入される挿入部１１と、挿入部１１の内部に配置され、剛性を変更可能な剛性可変部１１２と、剛性可変部１１２の一部を構成する被拘束部１１２ａを挿入部１１に対して拘束する拘束部１１５と、を備え、拘束部１１５は、挿入部１１の湾曲方向に基づいて拘束条件制御部３０５に制御され、当該拘束部１１５を含む前記剛性可変部１１２に係る曲げ剛性を変更可能とする。

Description

可撓管挿入装置
　本発明は、可撓管挿入装置に関し、可撓性を有する細長な挿入部に剛性可変機構を内設した可撓管挿入装置に関する。
　従来、可撓性を有する細長な挿入部を被検体内の深部へ挿入する技術は広く知られており、例えば医療分野においては、細長な挿入部を有する内視鏡を用い当該被検体の内部の被写体を撮像する技術が広く知られている。
　この種内視鏡の挿入部は、一般的に、先端から順に、先端硬質部、湾曲部、軟性部（可撓管部）が配設されて構成されている。また、当該内視鏡挿入部を被検体である体腔内へ挿入する際、術者は軟性部（可撓管部）を把持して当該挿入部を体腔内に押し込みながら、内視鏡の操作部に配設される操作ノブを操作することにより湾曲部を所望の方向へ湾曲させるようになっている。
　ここで、上述の如き内視鏡挿入部を被検体内に挿入する際、湾曲部または軟性部（可撓管部）が屈曲された状態でさらに押込まれたとする。この場合、押し込まれる力量によっては被検体の体腔壁に無理な負荷がかかり、体腔が必要以上に延伸してしまう虞がある。
　このような事情に鑑み、従来、内視鏡挿入部の挿入性能を向上させる技術が提案されている。例えば、日本国特開２０１６－７４３４号公報においては、挿入部を長手方向のセグメントに分け、セグメント毎の形状を検出し、形状に応じて剛性を変化させることで挿入性を向上させる技術について示されている。
　また、日本国特開２００３-１８０６２２号公報においては、剛性可変機構（硬度可変機構）を備え、当該剛性可変機構を制御することで挿入部の挿入性を向上させる技術について示されている。この剛性可変機構（硬度可変機構）は、硬度可変用ワイヤと硬度変更用コイルとによって形成され、その硬度可変用ワイヤの先端は、ロウ付け等で強固に固定され、一方、手元側の端部は、コイルストッパによって移動が規制されるようになっている。
　しかしながら、この日本国特開２００３-１８０６２２号公報において開示された剛性可変機構（硬度可変機構）は、当該剛性可変機構を制御することによってしか挿入部の曲げ反力の大きさを調整することができない。そのため、挿入部の曲げ反力の大きさを細やかに制御することが難しいという課題があった。
　本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、挿入部に剛性可変機構を内設した可撓管挿入装置において、挿入部の曲げ反力の大きさを細やかに制御し、挿入性を的確に向上することができる可撓管挿入装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様の可撓管挿入装置は、挿入対象の管路に挿入される挿入部と、前記挿入部の内部に配置され、剛性を変更可能な剛性可変部と、前記剛性可変部の一部を構成する被拘束部を、前記挿入部に対して拘束する拘束部と、を備え、前記拘束部は、前記被拘束部を前記挿入部に対して拘束する拘束条件が変更されることで、当該拘束部を含む前記剛性可変部に係る曲げ剛性を変更可能とする。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る可撓管挿入装置を含む内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 図２は、第１の実施形態の可撓管挿入装置を含む内視鏡システムの電気的な構成を示すブロック図である。 図３は、第１の実施形態の可撓管挿入装置を含む挿入部先端部付近を示した要部拡大図である。 図４は、図３に示す第１の実施形態の可撓管挿入装置をさらに拡大して示した要部拡大図である。 図５は、第１の実施形態の可撓管挿入装置において挿入部内における剛性可変部の位置関係を示した図である。 図６は、第１の実施形態の可撓管挿入装置の概略構成を示した側断面図である。 図７は、第１の実施形態の可撓管挿入装置において拘束部の制御方法を説明する図である。 図８は、第１の実施形態の可撓管挿入装置において被拘束部に係る曲げ剛性の目標値を設定するための目標値算出マップの一例を示した図である。 図９は、挿入部における剛性可変部に生じる推進力（反力）を説明する図であって、挿入部内における剛性可変部の位置関係を示した図である。 図１０は、挿入部における剛性可変部に生じる推進力（反力）を説明するための図である。 図１１は、挿入部における剛性可変部に生じる推進力（反力）を説明するための図であって、剛性可変部の挿入部内における位置と反力の関係を示した図である。 図１２は、挿入部における剛性可変部に生じる推進力（反力）を説明するためのモデルを示した図である。 図１３は、本発明の第２の実施形態の可撓管挿入装置において挿入部内における剛性可変部の位置関係を示した図である。 図１４は、第２の実施形態の可撓管挿入装置において被拘束部に係る曲げ剛性の目標値を設定するための目標値算出マップの一例を示した図である。 図１５は、本発明の第３の実施形態の可撓管挿入装置において挿入部内における剛性可変部の位置関係（θ＝０）を示した図である。 図１６は、第３の実施形態の可撓管挿入装置において挿入部内における剛性可変部の位置関係（θ＝９０）を示した図である。 図１７は、第３の実施形態の可撓管挿入装置において被拘束部に係る曲げ剛性の目標値を設定するための目標値算出マップの一例を示した図である。 図１８は、本発明の第４の実施形態の可撓管挿入装置の概略構成を示した側断面図である。 図１９は、本発明の第５の実施形態の可撓管挿入装置の概略構成を示した側断面図である。 図２０は、本発明の第６の実施形態の可撓管挿入装置における中間拘束部を示した要部拡大斜視図である。 図２１は、第６の実施形態の可撓管挿入装置において中間拘束部が３つの例を示した要部拡大図である。 図２２は、第６の実施形態の可撓管挿入装置において中間拘束部が２つの例を示した要部拡大図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
　＜第１の実施形態＞
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る可撓管挿入装置を含む内視鏡システムの構成を示すブロック図であり、図２は、第１の実施形態の可撓管挿入装置を含む内視鏡システムの電気的な構成を示すブロック図である。
　なお、以下に示す実施形態の内視鏡システム１は、被検体の腸管に挿入する、いわゆる大腸内視鏡を含む内視鏡システムを想定する。
　図１に示すように本実施形態に係る内視鏡システム１は、例えば、内視鏡１０と、光源装置２０と、本体装置３０と、挿入形状検出装置４０と、入力装置５０と、表示装置６０と、を有して構成されている。
　内視鏡１０は、被検体内に挿入される挿入部１１と、挿入部１１の基端側に設けられた操作部１２と、操作部１２から延設されたユニバーサルコード１３と、を有して構成されている。また、内視鏡１０は、ユニバーサルコード１３の端部に設けられているスコープコネクタ１３Ａを介し、光源装置２０に対して着脱自在に接続されるように構成されている。
　さらに内視鏡１０は、スコープコネクタ１３Ａから延出した電気ケーブル１４の端部に設けられている電気コネクタ１４Ａを介し、本体装置３０に対して着脱自在に接続されるように構成されている。また、挿入部１１、操作部１２及びユニバーサルコード１３の内部には、光源装置２０から供給される照明光を伝送するためのライトガイド（不図示）が設けられている。
　挿入部１１は、可撓性及び細長形状を有して構成されている。また、挿入部１１は、硬質の先端部１１Ａと、湾曲自在に形成された湾曲部１１Ｂと、可撓性を有する長尺な可撓管部１１Ｃと、を先端側から順に設けて構成されている。
　ここで、先端部１１Ａ、湾曲部１１Ｂ及び可撓管部１１Ｃの内部には、本体装置３０から供給されるコイル駆動信号に応じた磁界を発生する複数のソースコイルを挿入部１１の長手方向に沿って所定の間隔で配置したソースコイル群１１３（図２、図３等参照）が設けられている。
　先端部１１Ａには、挿入部１１の内部に設けられたライトガイドにより伝送された照明光を被写体へ出射するための照明窓（不図示）が設けられている。また、先端部１１Ａには、本体装置３０から供給される撮像制御信号に応じた動作を行うとともに、照明窓を経て出射される照明光により照明された被写体を撮像して撮像信号を出力するように構成された撮像部１１１（図２参照）が設けられている。撮像部１１１は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤイメージセンサ等のイメージセンサを有して構成されている。
　湾曲部１１Ｂは、操作部１２に設けられたアングルノブ１２１の操作に応じて湾曲することができるように構成されている。
　また、詳しくは後述するが、湾曲部１１Ｂの基端部から可撓管部１１Ｃの先端部にかけての所定の範囲に相当する剛性可変範囲の内部には、本体装置３０の制御に応じて当該剛性可変範囲の曲げ剛性を変化させることができるように構成された剛性可変部１１２が、挿入部１１の長手方向に沿って設けられている。剛性可変部１１２の具体的な構成等については、後に詳述する。
　なお、以降においては、説明の便宜上、「曲げ剛性」を単に「剛性」として適宜略記するものとする。また、本実施形態においては、前述の剛性可変範囲が挿入部１１の少なくとも一部の範囲に設けられていればよい。
　操作部１２は、ユーザが把持して操作することが可能な形状を具備して構成されている。また、操作部１２には、挿入部１１の長手軸に対して交差する上下左右（ＵＤＬＲ）の４方向に湾曲部１１Ｂを湾曲させるための操作を行うことができるように構成されたアングルノブ１２１が設けられている。また、操作部１２には、ユーザの入力操作に応じた指示を行うことが可能な１つ以上のスコープスイッチ１２２が設けられている。
　光源装置２０は、例えば、１つ以上のＬＥＤまたは１つ以上のランプを光源として有して構成されている。また、光源装置２０は、挿入部１１が挿入される被検体内を照明するための照明光を発生するとともに、当該照明光を内視鏡１０へ供給することができるように構成されている。また、光源装置２０は、本体装置３０から供給されるシステム制御信号に応じて照明光の光量を変化させることができるように構成されている。
　本体装置３０は、ケーブル１５を介し、挿入形状検出装置４０に対して着脱自在に接続されるように構成されている。また、本体装置３０は、ケーブル１６を介し、入力装置５０に対して着脱自在に接続されるように構成されている。さらに本体装置３０は、ケーブル１７を介し、表示装置６０に対して着脱自在に接続されるように構成されている。
　また、本体装置３０は、入力装置５０及びスコープスイッチ１２２からの指示に応じた動作を行うように構成されている。また、本体装置３０は、内視鏡１０から出力される撮像信号に基づいて内視鏡画像を生成するとともに、当該生成した内視鏡画像を表示装置６０に表示させるための動作を行うように構成されている。さらに、本体装置３０は、内視鏡１０及び光源装置２０の動作を制御するための様々な制御信号を生成して出力するように構成されている。
　本実施形態において本体装置３０は、挿入形状検出装置４０から出力される挿入形状情報（後述）等に基づき、剛性可変部１１２の駆動状態を制御するように構成されている（図２参照）。なお、剛性可変部１１２の駆動制御については後に詳述する。
　挿入形状検出装置４０は、挿入部１１に設けられたソースコイル群１１３から発せられる磁界を検出するとともに、当該検出した磁界の強度に基づいてソースコイル群１１３に含まれる複数のソースコイル各々の位置を取得するように構成されている。
　また、挿入形状検出装置４０は、前述のように取得した複数のソースコイル各々の位置に基づいて挿入部１１の挿入形状を算出するとともに、当該算出した挿入形状を示す挿入形状情報を生成して本体装置３０へ出力するように構成されている。
　入力装置５０は、例えば、マウス、キーボードまたはタッチパネル等のような、ユーザにより操作される１つ以上の入力インターフェースを有して構成されている。また、入力装置５０は、ユーザの操作に応じた指示を本体装置３０へ出力することができるように構成されている。
　表示装置６０は、例えば、液晶モニタ等を有して構成されている。また、表示装置６０は、本体装置３０から出力される内視鏡画像等を画面上に表示することができるように構成されている。
　＜本体装置３０の内部構成＞
　次に、本実施形態における本体装置３０の内部構成について、図２を参照して説明する。
　図２は、第１の実施形態の可撓管挿入装置を含む内視鏡システムの電気的な構成を示すブロック図である。
　本実施形態において本体装置３０は、図２に示すように、画像処理部３０１、剛性制御部３０２、および制御部３０３を有すると共に、拘束条件制御部３０５および湾曲方向検出部３０６を有して構成されている。
　画像処理部３０１は、制御部３０３から出力されるシステム制御信号に応じ、内視鏡１０から出力される撮像信号に対して所定の処理を施すことにより内視鏡画像を生成するとともに、当該生成した内視鏡画像を表示装置６０へ出力するように構成されている。
　剛性制御部３０２は、制御部３０３の制御下に、挿入形状検出装置４０における挿入形状情報取得部４０２から出力される挿入形状情報に基づき、剛性可変部１１２の駆動状態を制御するための動作を行うように構成されている。
　なお、詳しくは後述するが、本実施形態においては、剛性可変部１１２はまず、上述した剛性制御部３０２により剛性の可変制御がなされる。一方で、当該剛性可変部１１２の一部を構成する被拘束部１１２ａが、拘束条件制御部３０５の制御を受けた拘束部１１５によってその曲げ剛性が制御されることから、この拘束部１１５により当該拘束部１１５を含んだ剛性可変部１１２に係る「みかけの曲げ剛性」が制御されることとなる。なお、当該「みかけの曲げ剛性」については、後に詳述する。
　図２に戻って、制御部３０３は、撮像部１１１の撮像動作を制御するための撮像制御信号を生成して出力するように構成されている。また、制御部３０３は、ソースコイル群１１３に含まれる各ソースコイルを駆動させるためのコイル駆動信号を生成して出力するように構成されている。
　また、制御部３０３は、入力装置５０及びスコープスイッチ１２２からの指示に応じた動作を行わせるためのシステム制御信号を生成するとともに、当該生成したシステム制御信号を光源装置２０及び画像処理部３０１のうちの少なくとも一方へ出力するように構成されている。
　さらに制御部３０３は、剛性制御部３０２、拘束条件制御部３０５および湾曲方向検出部３０６の動作を制御するようになっている。
　湾曲方向検出部３０６は、制御部３０３の制御下に、挿入形状検出装置４０における挿入形状情報取得部４０２からの情報（挿入部１１の挿入形状を算出出した挿入形状を示す挿入形状情報）を受けて、挿入部１１（例えば、可撓管部１１Ｃ）の湾曲方向を求め、当該湾曲方向の情報を拘束条件制御部３０５に対して送出する。
　拘束条件制御部３０５は、制御部３０３の制御下に、湾曲方向検出部３０６において検出した挿入部１１の湾曲方向の情報に応じて、剛性可変部１１２の一部を構成する被拘束部１１２ａを拘束する拘束部１１５に係る拘束条件を制御することを特徴とする。
　この剛性可変部１１２の一部を構成する被拘束部１１２ａ、および、拘束部１１５に係る拘束条件の詳細については後述する。
　なお本実施形態において本体装置３０の各部は、個々の電子回路として構成されていてもよく、または、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）等の集積回路における回路ブロックとして構成されていてもよい。また、本実施形態においては、例えば、本体装置３０が１つ以上のプロセッサ（ＣＰＵ等）を具備して構成されていてもよい。
　挿入形状検出装置４０は、図２に示すように、受信アンテナ４０１と、挿入形状情報取得部４０２と、を有して構成されている。
　受信アンテナ４０１は、例えば、ソースコイル群１１３に含まれる複数のソースコイル各々から発せられる磁界を３次元的に検出するための複数のコイルを有して構成されている。また、受信アンテナ４０１は、ソースコイル群１１３に含まれる複数のソースコイル各々から発せられる磁界を検出するとともに、当該検出した磁界の強度に応じた磁界検出信号を生成して挿入形状情報取得部４０２へ出力するように構成されている。
　挿入形状情報取得部４０２は、受信アンテナ４０１から出力される磁界検出信号に基づき、ソースコイル群１１３に含まれる複数のソースコイル各々の位置を取得するように構成されている。
　また、挿入形状情報取得部４０２は、前述のように取得した複数のソースコイル各々の位置に基づいて挿入部１１の挿入形状を算出するとともに、当該算出した挿入形状を示す挿入形状情報を生成して剛性制御部３０２および湾曲方向検出部３０６に対して出力するように構成されている。
　具体的には、挿入形状情報取得部４０２は、ソースコイル群１１３に含まれる複数のソースコイル各々の位置として、例えば、挿入部１１が挿入される被検体の所定の位置（肛門等）が原点または基準点となるように仮想的に設定された空間座標系における複数の３次元座標値を取得する。
　また、挿入形状情報取得部４０２は、挿入部１１の挿入形状を算出するための処理として、例えば、前述のように取得した複数の３次元座標値を補間するための補間処理を行う。
　なお、本実施形態においては、挿入形状検出装置４０の各部についても、電子回路として構成されるものであってもよく、または、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）等の集積回路における回路ブロックとして構成されていてもよい。また、本実施形態においては、例えば、挿入形状検出装置４０が１つ以上のプロセッサ（ＣＰＵ等）を具備して構成されていてもよい。
　＜剛性可変部１１２の構成＞
　次に、剛性可変部１１２の構成について説明する。
　本実施形態において剛性可変部１１２は、例えば、図示しないコイルヒータと形状記憶部材とを有するアクチュエータとして構成され、湾曲部１１Ｂの基端部から可撓管部１１Ｃの先端部にかけての所定の範囲において、挿入部１１の長手方向に沿って設けられている。なお、本実施形態において剛性可変部１１２は、長手方向に直交する断面が同一形状を呈する棒状のアクチュエータとして構成される。
　上述したように剛性可変部１１２は、剛性制御部３０２により剛性の可変制御がなされると共に、当該剛性可変部１１２の一部を構成する被拘束部１１２ａが、拘束条件制御部３０５の制御を受けた拘束部１１５によってその曲げ剛性が制御され、すなわち、拘束部１１５により当該拘束部１１５を含んだ剛性可変部１１２に係る「みかけの曲げ剛性」が制御されるようになっている。
　＜剛性制御部３０２による剛性可変部１１２の制御＞
　そこでまずは、剛性制御部３０２による剛性可変部１１２に係る剛性制御について説明する。
　剛性可変部１１２は、上述したように図示しないコイルヒータと形状記憶部材とを有するアクチュエータとして構成されるが、前記コイルヒータは、例えば、ニクロム線等のような熱伝導率の高い巻線を円筒状に巻回することにより形成され、剛性制御部３０２の制御に応じて発熱するように構成されている。
　一方、剛性可変部１１２における前記形状記憶部材は、例えば、ニッケルチタン等の形状記憶合金を含む細長の部材として形成され、前記コイルヒータの内部空間に挿通された状態で配置されている。当該形状記憶部材は、コイルヒータから発せられる熱に応じて弾性を変化させることができるように構成されている。
　具体的には、当該形状記憶部材は、例えば、コイルヒータから発せられる熱により、少なくとも常温よりも高い温度ＴＮ以上に加熱された場合に、予め記憶された形状に相当する直線形状に復帰するための復元力を有する高弾性状態になるように構成されている。
　また、形状記憶部材は、例えば、コイルヒータから熱が発せられていない等の要因により、温度ＴＮ以上に加熱されていない場合に、予め記憶された形状に相当する直線形状に復帰するための復元力を有しない低弾性状態になるように構成されている。
　剛性制御部３０２は、図示しない駆動回路、メモリおよび制御回路を有して構成されている。駆動回路は、当該制御回路の制御に応じてコイルヒータを制御する。メモリには、所定の剛性制御情報が格納されている。例えば、挿入部１１における剛性可変範囲を示す情報、および、剛性可変部１１２の制御用に算出される所定のパラメータに対応する閾値を示す情報を含む剛性制御情報が格納されている。制御回路は、メモリから読み込んだ剛性制御情報と、挿入形状情報取得部４０２から出力される挿入形状情報と、に基づき駆動回路を制御する。
　このように本実施形態の剛性可変部１１２は、まず、本体装置３０における剛性制御部３０２により、例えば、挿入部１１における剛性可変範囲の曲げ剛性を当該剛性可変範囲の中央部から両端部に至る方向に沿って順次増加させるための動作を行うようになっている。
　本実施形態の剛性可変部１１２は、一方で、制御部３０３の制御下に、拘束条件制御部３０５の制御を受けた拘束部１１５によって、剛性可変部１１２の一部である被拘束部１１２ａにおける曲げ剛性が制御されるようになっている。すなわち、拘束部１１５により当該拘束部１１５を含んだ剛性可変部１１２に係る「みかけの曲げ剛性」が制御されることを特徴とするものである。
　＜挿入部における剛性可変部に生じる推進力（反力）＞
　上述したように本実施形態において剛性可変部１１２は、まず、剛性制御部３０２の制御により当該剛性可変部１１２に係る機械的性質である曲げ剛性が制御される。一方で、拘束条件制御部３０５の制御を受けた拘束部１１５により、当該拘束部１１５を含んだ剛性可変部１１２の曲げ剛性（みかけの曲げ剛性）が変更される。
　ここで、当該拘束部１１５を含んだ剛性可変部１１２の曲げ剛性を、本実施形態においては「みかけの曲げ剛性」と定義する。
　さらに、上述したように、当該拘束部１１５および剛性可変部１１２（当然に剛性可変部１１２ａを含む）全体に係る曲げ剛性（みかけの曲げ剛性）が変更されることにより、当該剛性可変部１１２が配設される挿入部の推進力（反力）が可変制御されることとなる。
　ここで、本実施形態における拘束部１１５による剛性可変部１１２に係る「みかけの曲げ剛性」の制御を説明するに先立って、挿入部の湾曲方向と剛性可変部に生じる推進力（反力）の関係について、図９～図１２を参照して説明する。
　図９は、挿入部における剛性可変部に生じる推進力（反力）を説明する図であって、挿入部内における剛性可変部の位置関係を示した図である。
　一般に、挿入部内に配設される剛性可変部は、挿入部の長手方向に直交する断面において所定の湾曲方向、例えば図９に示すように略Ｕ方向（Ｕ方向から僅かな角度θ＝α離れた方向）に向けて中心軸から半径ｒほど離間した「オフセット位置」に配置される。
　今、剛性可変部がこの「オフセット位置」において挿入部に対して強固に固定（完全拘束）しているとする。このように挿入部に対して強固に固定（完全拘束）されている条件において挿入部の可撓管部をＵ方向に湾曲させた場合、剛性可変部は挿入部内部の内側の位置（図１０における内Ｒの位置）に配置される。一方、挿入部の可撓管部を反対の下方向（Ｄ方向）に湾曲させた場合、剛性可変部は挿入部内部の外側の位置（図１０における外Ｒの位置）に配置されることになる。
　ここで、この内Ｒ（Ｕ方向への湾曲）と外Ｒ（Ｄ方向への湾曲）とにおける、それぞれの曲げ反力（＝推進力）を比較すると、Ｕ方向への湾曲の方が大きいことが分かる（図１１参照）。すなわち、挿入部内に配設される剛性可変部が、挿入部の長手方向に直交する断面において所定の湾曲方向にオフセットして配置される場合（上述したように従来の内視鏡挿入部においては一般的である）、挿入部の湾曲方向によって、当該挿入部（剛性可変部）に対して生じる反力（＝推進力）はばらつくことがわかる。
　一方で、挿入部の先端部分の硬度を増すと挿入部（剛性可変部）の推進力を高めることができる理由について、図１２に示すモデルを参照して説明する。
　図１２に示すモデルにおいて、
・Ｔ０、Ｔ１：回転部のトルク
・Ｋ０，Ｋ１：回転バネ剛性（Ｋ０＝Ｋ１）
・θ０、θ１：回転角
・Ｌ：リンク長
・Ｆｘ：リンクが壁に与える力
・Ｆｙ：推進力
・Ｒｘ：Ｆｘの反力
・Ｒｙ：Ｆｙの反力
とすると、トルクの釣り合いは以下に示す各式で表現できる。
　Ｔ０＝Ｋ０θ０＝Ｒｘ・Ｌsinθ０－ＲｙＬcosθ０＋Ｔ１・・(1)
　Ｔ１＝Ｋ１θ１＝Ｒｘ・Ｌsin(θ０＋θ１)－ＲｙＬcos(θ０＋θ１)・・(2)
　(1)(2)式からＲｘ，Ｒｙについて解くと、以下の(3)(4)式を得る。
　Ｒｘ＝Ｔ１cosθ０＋（Ｔ１－Ｔ０）・cos(θ０＋θ１)／Ｌsinθ１・・(3)
　Ｒｙ＝Ｔ１sinθ０＋（Ｔ１－Ｔ０）・sin(θ０＋θ１)／Ｌsinθ１・・(4)
　ここに、作用反作用の法則から、
　Ｆｘ＝Ｒｘ＝Ｆ１
　Ｆｙ＝Ｒｙ
　である。
　(3)(4)式に、
　Ｔ０＝Ｋ０θ０
　Ｔ１＝Ｋ１θ１
　を代入すると、以下の(5)式を得る。
　Ｒｙ＝Ｋ１θ１(sinθ０＋sin(θ０＋θ１))－Ｋ０θ０・sin(θ０＋θ１)／Ｌsinθ１・・(5)
　これらから、推進力Ｆｙ(＝Ｒｙ)を高めるには、(5)式から、
　Ｋ１＞Ｋ０
　であればよいことがわかる。
　本願発明は、これらの知見に鑑み、挿入部１１の先端部分（本実施形態においては、湾曲部１１Ｂの基端部から可撓管部１１Ｃの先端部にかけての範囲に配置した剛性可変部１１２の先端部分（被拘束部１１２ａ）に相当）の曲げ剛性を制御することで、挿入部１１の推進力を適切に制御する手段を提供するものである。
　＜拘束部１１５による剛性可変部１１２の制御＞
　以下、本実施形態における上述した拘束部１１５による剛性可変部１１２の「みかけの曲げ剛性」の制御について詳しく説明する。
　図３は、第１の実施形態の可撓管挿入装置を含む挿入部先端部付近を示した要部拡大図、図４は、図３に示す第１の実施形態の可撓管挿入装置をさらに拡大して示した要部拡大図、図５は、第１の実施形態の可撓管挿入装置において挿入部内における剛性可変部の位置関係を示した図、図６は、第１の実施形態の可撓管挿入装置の概略構成を示した側断面図である。
　なお、図３は、挿入部１１における可撓管部１１Ｃの先端側において、外皮部分を取り除いて内部に配設された剛性可変部１１２を示しており、図４は、図３に示す当該可撓管部１１Ｃにおける先端側を拡大して示した図である。
　本実施形態において剛性可変部１１２は、上述したように図示しないコイルヒータと形状記憶部材とを有するアクチュエータとして構成され、図３、図４に示すように、湾曲部１１Ｂの基端部から可撓管部１１Ｃの先端部にかけての所定の範囲において、挿入部１１の長手方向に沿って設けられている。なお図３、図４に示すように、先端部１１Ａ、湾曲部１１Ｂ及び可撓管部１１Ｃの内部には、ソースコイル群１１３が挿入部１１の長手方向に沿って設けられている。
　また剛性可変部１１２は、図５に示すように、挿入部１１の長手方向に直交する断面において略Ｕ方向（Ｕ方向から僅かな角度θ＝α離れた方向）に向けて中心軸から半径ｒほど離間した「オフセット位置」に配置される。
　ここで、上述したように剛性可変部１１２は、剛性制御部３０２により剛性の可変制御がなされると共に、制御部３０３の制御下に、拘束条件制御部３０５の制御を受けた拘束部１１５によってその「みかけの曲げ剛性」が制御されるようになっている。
　以下、拘束部１１５および当該拘束部１１５によって曲げ剛性が制御される剛性可変部１１２における「被拘束部１１２ａ」について説明する。
　図６は、第１の実施形態の可撓管挿入装置の概略構成を示した側断面図、図７は、第１の実施形態の可撓管挿入装置において拘束部の制御方法を説明する図、また、図８は、第１の実施形態の可撓管挿入装置において被拘束部に係る曲げ剛性の目標値を設定するための目標値算出マップの一例を示した図である。
　本実施形態において剛性可変部１１２は、長手方向に直交する断面が同一形状を呈する棒状のアクチュエータとして構成され、図６に示すように、剛性可変部１１２の最先端部である被拘束部１１２ａは、挿入部１１における可撓管部１１Ｃの先端部であって湾曲部１１Ｂの基端部との境界部分において、拘束部１１５と係合する。
　拘束部１１５は、形状記憶合金により形成された複数の板状部材により構成される。これら複数の拘束部１１５は、いずれも剛性可変部１１２の端点である被拘束部１１２ａの外周面に対向する位置に配設される。
　またこれら複数の拘束部１１５は、それぞれその伸縮方向が、対向する被拘束部１１２ａの外周面の法線方向に沿った状態であって、かつ、当該外周面の周方向に等間隔となるように、例えば、当該周方向に９０度間隔の４方向に配設される。
　さらに、これら複数の拘束部１１５は、いずれもそれぞれ伸縮方向の一端面１１５ａが、対向する被拘束部１１２ａの外周面に当接するように配設されている。
　すなわち、剛性可変部１１２の端点である被拘束部１１２ａは、複数の拘束部１１５（例えば、４つの拘束部１１５）により挟まれて拘束されるようになっている。
　また前記複数の拘束部１１５は、いずれも拘束条件制御部３０５に接続され、当該拘束条件制御部３０５において求められた拘束条件に応じた電圧が印加されるようになっている。すなわち、複数の拘束部１１５は、拘束条件制御部３０５から印加される電圧に応じてその伸縮が制御される。
　そして、拘束条件制御部３０５の制御を受けた複数の拘束部１１５の伸縮により、被拘束部１１２の外周面に当接する前記一端面１１５ａから受ける押圧力（拘束力）も変化するようになっている。
　この被拘束部１１２ａの外周面に生じる「押圧力」が変化することにより、当該被拘束部１１２ａにおける曲げ剛性も変化する。そして、長手方向に延設された剛性可変部１１２の端点である被拘束部１１２ａの曲げ剛性が変化することにより、結果として剛性可変部１１２自体の剛性も変化することになる。
　＜第１の実施形態の作用＞
　次に、本実施形態において、拘束条件制御部３０５の制御を受けた拘束部１１５による剛性可変部１１２の剛性制御について、図７および図８を参照して説明する。
　図７に示すように、本実施形態においては、まず挿入形状検出装置４０における挿入形状情報取得部４０２（図７においては形状センサ４０２と記す）において、挿入部１１に設けられたソースコイル群１１３から発せられる磁界を検出し、当該検出した磁界の強度に基づいてソースコイル群１１３に含まれる複数のソースコイル各々の位置に基づいて挿入部１１の挿入形状を算出する。
　挿入形状情報取得部４０２は、当該算出した挿入形状を示す挿入形状情報を生成して本体装置３０へ出力する。ここで本体装置３０において湾曲方向検出部３０６は、制御部３０３の制御下に、挿入形状検出装置４０における挿入形状情報取得部４０２からの情報（挿入部１１の挿入形状を算出出した挿入形状を示す挿入形状情報）を受けて、挿入部１１（例えば、可撓管部１１Ｃ）の湾曲方向を求める。
　このとき湾曲方向検出部３０６は、挿入形状情報取得部４０２において求められた挿入部１１の湾曲方向の情報と、予め定められた目標値算出マップ３０７の情報とに基づいて、被拘束部１１２ａの曲げ剛性値の目標値を算出する。なお、このとき、湾曲方向検出部３０６は、被拘束部１１２ａの曲げ剛性値の目標値を算出する目標値算出部３０８としての機能を果たす。
　いま、例えば、挿入部１１が右方向（Ｒ方向）に湾曲したとすると、湾曲方向検出部３０６における目標値算出部３０８は、図８に示す目標値算出マップに基づいて、剛性目標値を算出し、当該結果を拘束条件制御部３０５に対して送出する。
　この後、拘束条件制御部３０５は、前記剛性目標値に基づいて「拘束条件」を算出して拘束部１１５を制御する。具体的に拘束条件制御部３０５は、当該剛性目標値に基づいて、形状記憶合金により構成された拘束部１１５に印加する電圧を算出し、拘束部１１５に当該電圧を印加する。
　拘束部１１５は、拘束条件制御部３０５から印加された電圧により所定の形状に変位する。一方、拘束部１１５の形状変位により被拘束部１１２ａには当該目標値に対応する「押圧力」が付勢され、これにより、拘束部１１５による被拘束部１１２ａの拘束力も増すことになる。
　このように剛性可変部１１２の端点である被拘束部１１２ａの曲げ剛性が増すことにより、剛性可変部１１２自体の「みかけの曲げ剛性」も増すことになる。
　そして、剛性可変部１１２の曲げ剛性が増すことにより、挿入部１１の先端部付近（湾曲部１１Ｂの基端部から可撓管部１１Ｃの先端部にかけての範囲）の剛性も増すことになり、また、目標値算出マップを適正に設定することで、本実施形態の如き大腸内視鏡の場合、大腸の腸壁に与える力、および、挿入部先端部の推進力のバラツキを抑制することができる。
　換言すると、本実施形態によると、挿入部１１の湾曲方向に依らず、大腸の腸壁に対する負荷を均一にすることができると共に、挿入部１１の推進力を一定に保つことができ、これにより、被検体への負担を軽減しつつ挿入部１１の挿入性を向上することができる。
　なお、本実施形態においては挿入形状検出装置４０として磁気センサ方式を採用したが、これに限らず、挿入形状検出装置は、形状センサおよび挿入量センサを採用してもよく、また、超音波方式、光学式、加速度センサを用いた方式などであってよい。すなわち、被検体に対する、または、被検体が置かれた室内などの場所に対する挿入部１１の位置もしくは相対位置を検出できるものであればよい。
　具体的には、例えば、上述した挿入量センサとしては、必要に応じて回転量（ねじれ量）センサを含むものであってもよい。被検体（患者）に挿入した挿入部の回転量（ねじれ量）を検出することで、被検体（患者）との相対位置をより的確に求めることができる。
　＜第２の実施形態＞
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
　本第２の実施形態の可撓管挿入装置は、剛性可変部１１２の挿入部内の配置位置に応じて、具体的には、挿入部１１の中心軸からの離間距離に応じて被拘束部１１２ａの曲げ剛性に係る目標値を適切に設定することを特徴とする。
　その他の構成は第１の実施形態と同様であるので、ここでは第１の実施形態との差異のみの説明にとどめ、共通する部分の説明については省略する。
　図１３は、本発明の第２の実施形態の可撓管挿入装置において挿入部内における剛性可変部の位置関係を示した図であり、図１４は、第２の実施形態の可撓管挿入装置において被拘束部に係る曲げ剛性の目標値を設定するための目標値算出マップの一例を示した図である。
　上述した第１の実施形態において剛性可変部１１２は、挿入部１１の長手方向に直交する断面において略Ｕ方向（Ｕ方向から僅かな角度θ＝α離れた方向）に向けて中心軸から「所定の半径ｒ」ほど離間した「オフセット位置」に配置される場合のみを考慮した。
　しかしながら、この「所定の半径ｒ」が変位すると、挿入部の湾曲に伴う当該挿入部に加わる反力（＝推進力）も変位することから、被拘束部１１２ａに係る曲げ剛性の目標値も併せて変更することが望ましい。
　本第２の実施形態は係る事情に鑑みて、被拘束部１１２ａに係る曲げ剛性の目標値算出マップを前記「所定の半径ｒ」の変位に応じて設定したことを特徴とする。
　具体的に本第２の実施形態は、図１３、図１４に示すように、剛性可変部１１２が挿入部１１の中心軸から半径ｒ＝ａまたはｂ（ａ＞ｂ）ほど離間した位置にそれぞれ対応した曲げ剛性の目標値算出マップを設定する。
　このように本第２の実施形態の可撓管挿入装置によると、挿入部１１内において剛性可変部１１２の配置位置（挿入部の中心軸からの離間距離）に応じて、その被拘束部１１２ａの曲げ剛性の目標値を適切に設定することができる。
　＜第３の実施形態＞
　次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
　本第３の実施形態の可撓管挿入装置は、剛性可変部１１２の挿入部内の配置位置に応じて、具体的には、剛性可変部１１２が挿入部１１のいずれの湾曲方向に向けて配置されているかに応じて被拘束部１１２ａの曲げ剛性に係る目標値を適切に設定することを特徴とする。
　その他の構成は第１の実施形態と同様であるので、ここでは第１の実施形態との差異のみの説明にとどめ、共通する部分の説明については省略する。
　図１５は、本発明の第３の実施形態の可撓管挿入装置において挿入部内における剛性可変部の位置関係（θ＝０）を示した図、図１６は、第３の実施形態の可撓管挿入装置において挿入部内における剛性可変部の位置関係（θ＝９０）を示した図である。また、図１７は、第３の実施形態の可撓管挿入装置において被拘束部に係る曲げ剛性の目標値を設定するための目標値算出マップの一例を示した図である。
　上述した第１の実施形態において剛性可変部１１２は、挿入部１１の長手方向に直交する断面において略Ｕ方向（Ｕ方向から僅かな角度θ＝α離れた方向）に向けて中心軸から「所定の半径ｒ」ほど離間した「オフセット位置」に配置される場合のみを考慮した。
　しかしながら、剛性可変部１１２が、挿入部１１のいずれの「湾曲方向」に配置されるかによって挿入部の湾曲に伴う当該挿入部に加わる反力（＝推進力）も変位することから、剛性可変部１１２が配置される「湾曲方向」に応じて被拘束部１１２ａに係る曲げ剛性の目標値も変更することが望ましい。
　本第３の実施形態は係る事情に鑑みて、被拘束部１１２ａに係る曲げ剛性の目標値算出マップを、剛性可変部１１２が配置される前記「湾曲方向」に応じて設定したことを特徴とする。
　具体的に本第３の実施形態は、図１５、図１６、図１７に示すように、剛性可変部１１２が挿入部１１のＵ方向に配置される場合、および、Ｒ方向に配置される場合それぞれ対応した曲げ剛性の目標値算出マップを設定する。
　このように本第３の実施形態の可撓管挿入装置によると、挿入部１１内において剛性可変部１１２が配置される「湾曲方向」に応じてその被拘束部１１２ａの曲げ剛性の目標値を適切に設定することができる。
　＜第４の実施形態＞
　次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
　上述した第１の実施形態の可撓管挿入装置においては、形状記憶合金により構成された拘束部によって剛性可変部の端点である被拘束部が拘束され、当該被拘束部の曲げ剛性を制御するものとしたが、本第４の実施形態の可撓管挿入装置は、剛性可変部の端点である被拘束部を拘束する拘束部を異にするものである。
　その他の構成は第１の実施形態と同様であるので、ここでは第１の実施形態との差異のみの説明にとどめ、共通する部分の説明については省略する。
　図１８は、本発明の第４の実施形態の可撓管挿入装置の概略構成を示した側断面図である。
　図１８に示すように、本第４の実施形態において剛性可変部４１２は、第１の実施形態における剛性可変部１１２と同様に、図示しないコイルヒータと形状記憶部材とを有するアクチュエータとして構成され、湾曲部１１Ｂの基端部から可撓管部１１Ｃの先端部にかけての所定の範囲において、挿入部１１の長手方向に沿って設けられている。
　また剛性可変部４１２は、第１の実施形態と同様に、挿入部１１の長手方向に直交する断面において略Ｕ方向（Ｕ方向から僅かな角度θ＝α離れた方向）に向けて中心軸から半径ｒほど離間した「オフセット位置」に配置される（図５参照）。
　さらに剛性可変部４１２は、第１の実施形態と同様に、剛性制御部３０２により剛性の可変制御がなされると共に、制御部３０３の制御下に、拘束条件制御部３０５の制御を受けた拘束部４１５によってその曲げ剛性が制御されるようになっている。
　本第４の実施形態において拘束部４１５は、剛性可変部４１２における端点である被拘束部４１２ａの外周面を周方向に覆うリング形状を呈するバルーンとして構成される。また、このリング形状の拘束部４１５の内周面は、対向する被拘束部４１２ａの外周面と当接するように配設されている。
　すなわち、本第４の実施形態において、剛性可変部４１２の端点である被拘束部４１２ａは、リング形状の拘束部４１５の内周面により拘束されるようになっている。
　また拘束部４１５は、その内部に印加される空気圧の大小によりその大きさが変位する、すなわち、内容積が変位するようになっている。例えば、内部に印加される空気圧が大きいと内容積が増え、外形も拡大し、一方、内部に印加される空気圧が小さいと内容積が減り、外形も縮小する。
　さらに拘束部４１５は、第１の実施形態と同様に拘束条件制御部３０５に接続され、当該拘束条件制御部３０５において求められた拘束条件に応じた前記空気圧が印加されるようになっている。すなわち、拘束部４１５は、拘束条件制御部３０５から印加される空気圧に応じてその内容積が制御され、その外形の拡縮が制御される。
　そして、拘束条件制御部３０５の制御を受けた拘束部４１５の拡縮により、被拘束部４１２ａが拘束部４１５の内周面から受ける押圧力（拘束力）も変化する。
　この被拘束部４１２ａの外周面に生じる「押圧力」が変化することにより、第１の実施形態と同様に、当該被拘束部４１２ａにおける曲げ剛性も変化する。そして、長手方向に延設された剛性可変部４１２の端点である被拘束部４１２ａの曲げ剛性が変化することにより、結果として剛性可変部４１２自体の剛性も変化することになる。
　なお、第４の実施形態においては、拘束部４１５が当接する被拘束部４１２ａの近傍において、当該剛性可変部４１２の端部が可撓管部１１Ｃの一部に保持されるが、拘束部４１５の拡縮に伴って剛性可変部４１２が若干変位するため、可撓管部１１Ｃの保持部と対向する剛性可変部４１２の端部との間には、わずかなすき間４１１ａが形成されている。
　＜第４の実施形態の作用＞
　本第４の実施形態において、拘束条件制御部３０５の制御を受けた拘束部４１５による剛性可変部４１２の剛性制御については、上述した第１の実施形態における剛性制御と同様であるので（例えば、図７および図８参照）、ここでの詳しい説明は省略するが、本第４の実施形態においても、拘束条件制御部３０５は、第１の実施形態と同様の剛性目標値に基づいて「拘束条件」を算出して拘束部４１５を制御する。
　拘束部４１５は、拘束条件制御部３０５から印加された空気圧により所定の形状に変位し、一方、拘束部４１５の形状変位により被拘束部４１２ａには当該目標値に対応する「押圧力」が付勢され、これにより、拘束部４１５による被拘束部４１２ａの拘束力も増すことになり、被拘束部４１２ａに係る曲げ剛性も増すことになる。
　このように第４の実施形態においても、剛性可変部４１２の端点である被拘束部４１２ａの曲げ剛性が増すことにより、剛性可変部４１２自体の「みかけの曲げ剛性」も増すことになる。
　そして、剛性可変部４１２の「みかけの曲げ剛性」が増すことにより、挿入部１１の先端部付近（湾曲部１１Ｂの基端部から可撓管部１１Ｃの先端部にかけての範囲）の剛性も増すことになり、また、目標値算出マップを適正に設定することで、本実施形態の如き大腸内視鏡の場合、大腸の腸壁に与える力、および、挿入部先端部の推進力のバラツキを抑制することができる。
　すなわち、本第４の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、挿入部１１の湾曲方向に依らず、大腸の腸壁に対する負荷を均一にすることができると共に、挿入部１１の推進力を一定に保つことができ、これにより、被検体への負担を軽減しつつ挿入部１１の挿入性を向上することができる。
　＜第５の実施形態＞
　次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
　上述した第１の実施形態の可撓管挿入装置においては、形状記憶合金により構成された拘束部によって剛性可変部の端点である被拘束部が拘束され、当該被拘束部の曲げ剛性を制御するものとしたが、本第５の実施形態の可撓管挿入装置は、剛性可変部の端点である被拘束部を拘束する拘束部を異にするものである。
　その他の構成は第１の実施形態と同様であるので、ここでは第１の実施形態との差異のみの説明にとどめ、共通する部分の説明については省略する。
　図１９は、本発明の第５の実施形態の可撓管挿入装置の概略構成を示した側断面図である。
　図１９に示すように、本第５の実施形態において剛性可変部５１２は、第１の実施形態における剛性可変部１１２と同様に、図示しないコイルヒータと形状記憶部材とを有するアクチュエータとして構成され、湾曲部１１Ｂの基端部から可撓管部１１Ｃの先端部にかけての所定の範囲において、挿入部１１の長手方向に沿って設けられている。
　また剛性可変部５１２は、第１の実施形態と同様に、挿入部１１の長手方向に直交する断面において略Ｕ方向（Ｕ方向から僅かな角度θ＝α離れた方向）に向けて中心軸から半径ｒほど離間した「オフセット位置」に配置される（図５参照）。
　さらに剛性可変部５１２は、第１の実施形態と同様に、剛性制御部３０２により剛性の可変制御がなされると共に、制御部３０３の制御下に、拘束条件制御部３０５の制御を受けた拘束部５１５（弾性層５１５Ａおよび牽引手段５１５Ｂ）によってその曲げ剛性が制御されるようになっている。
　本第５の実施形態において剛性可変部５１２の端点である被拘束部５１２ａは、その端面が略球面を呈する形状に形成される。この被拘束部５１２ａは、挿入部１１の湾曲部１１Ｂと可撓管部１１Ｃとの境界部分において、当該可撓管部１１Ｃの先端部に形成された凹部に、後述する弾性層５１５Ａを介し当接するように配設される。
　一方、本第５の実施形態において拘束部５１５は、可撓管部１１Ｃの先端部に形成された前記凹部に凹面に貼設された弾性層５１５Ａと、当該弾性層５１５Ａを挟んで前記被拘束部５１２ａを先端方向に牽引する牽引手段５１５Ｂと、で構成される。
　すなわち、本第５の実施形態においては、剛性可変部５１２の端点である被拘束部５１２ａは、可撓管部１１Ｃの先端部に形成された前記凹部において、前記弾性層５１５Ａを挟んで前記牽引手段５１５Ｂによって先端方向に牽引されることで、拘束部５１５における弾性層５１５Ａに押圧される。被拘束部５１２ａは、押圧された前記弾性層５１５Ａにより拘束されるようになっている。
　また拘束部５１５における弾性層５１５Ａへの被拘束部５１２ａの押圧力は、牽引手段５１５Ｂの牽引力によりその大きさが変位する。例えば、牽引手段５１５Ｂの牽引力が大きいと当該押圧力は強まり、また、牽引手段５１５Ｂの牽引力が小さいと当該押圧力は弱まる。
　さらに拘束部５１５における牽引手段５１５Ｂは、第１の実施形態と同様に拘束条件制御部３０５に接続され、当該拘束条件制御部３０５において求められた拘束条件に応じて牽引力が制御されるようになっている。
　そして、拘束条件制御部３０５の制御を受けた牽引手段５１５Ｂの牽引力の大小により、被拘束部５１２ａが弾性層５１５Ａから受ける押圧力（拘束力）も変化する。
　この被拘束部５１２ａの弾性層５１５Ａに対する当接面に生じる「押圧力」が変化することにより、第１の実施形態と同様に、当該被拘束部５１２ａにおける曲げ剛性も変化する。そして、長手方向に延設された剛性可変部５１２の端点である被拘束部５１２ａの曲げ剛性が変化することにより、結果として剛性可変部５１２自体の「みかけの曲げ剛性」も変化することになる。
　＜第５の実施形態の作用＞
　本第５の実施形態において、拘束条件制御部３０５の制御を受けた牽引手段５１５Ｂ（拘束部５１５）による剛性可変部５１２の剛性制御については、上述した第１の実施形態における剛性制御と同様であるので（例えば、図７および図８参照）、ここでの詳しい説明は省略するが、本第５の実施形態においても、拘束条件制御部３０５は、第１の実施形態と同様の剛性目標値に基づいて「拘束条件」を算出して牽引手段５１５Ｂ（拘束部５１５）を制御する。
　牽引手段５１５Ｂの牽引力の変位により被拘束部５１２ａには当該目標値に対応する「押圧力」が付勢され、これにより、弾性層５１５Ａ（拘束部５１５）による被拘束部５１２ａの拘束力も増すことになり、被拘束部５１２ａに係る曲げ剛性も増すことになる。
　このように第５の実施形態においても、剛性可変部５１２の端点である被拘束部５１２ａの曲げ剛性が増すことにより、剛性可変部５１２自体の「みかけの曲げ剛性」も増すことになる。
　そして、剛性可変部５１２の「みかけの曲げ剛性」が増すことにより、挿入部１１の先端部付近（湾曲部１１Ｂの基端部から可撓管部１１Ｃの先端部にかけての範囲）の剛性も増すことになり、また、目標値算出マップを適正に設定することで、本実施形態の如き大腸内視鏡の場合、大腸の腸壁に与える力、および、挿入部先端部の推進力のバラツキを抑制することができる。
　すなわち、本第５の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、挿入部１１の湾曲方向に依らず、大腸の腸壁に対する負荷を均一にすることができると共に、挿入部１１の推進力を一定に保つことができ、これにより、被検体への負担を軽減しつつ挿入部１１の
挿入性を向上することができる。
　＜第６の実施形態＞
　次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
　上述した第１～第５の実施形態の可撓管挿入装置においては、一か所の拘束部により剛性可変部の端点である被拘束部が拘束され、当該被拘束部の曲げ剛性を制御するものとしたが、本第６の実施形態の可撓管挿入装置は、当該剛性可変部の端点以外の箇所において、中間拘束部を設けたことを特徴とするものである。
　その他の構成は第１の実施形態と同様であるので、ここでは第１の実施形態との差異のみの説明にとどめ、共通する部分の説明については省略する。
　図２０は、本発明の第６の実施形態の可撓管挿入装置における中間拘束部を示した要部拡大斜視図である。また、図２１は、第６の実施形態の可撓管挿入装置において中間拘束部が３つの例を示した要部拡大図、図２２は、第６の実施形態の可撓管挿入装置において中間拘束部が２つの例を示した要部拡大図である。
　本第６の実施形態においては、挿入部１１内の長手方向に延設された剛性可変部１１２の中間部において、例えば、図２１に示すように、剛性可変部１１２の３箇所の中間部において、それぞれ、当該剛性可変部１１２の径方向の移動を規制する中間拘束部６１６Ａ、６１６Ｂ、６１６Ｃを設ける。
　これら中間拘束部６１６Ａ、６１６Ｂ、６１６Ｃは、具体的には、図２０における符号６１６で示すように、挿入部１１の内周面に固設された小径の円環部材により構成される。前記剛性可変部１１２は、円環部材により構成された中間拘束部６１６の内径部において軸方向に移動自在に挿入可能となっており、また、当該円環部材の内径の範囲において径方向にも移動自在となっている。
　すなわち、当該中間拘束部６１６は、その小径の円環部材の内径の範囲において剛性可変部１１２の径方向への極僅かな移動を許容する一方で、挿入部１１の内径部における径方向の移動を規制する機能を果たす。
　図２１に示す例は、当該中間拘束部６１６が、剛性可変部１１２における中間部において３箇所配設する例（中間拘束部６１６Ａ、６１６Ｂ、６１６Ｃ）を示し、また、図２２に示す例は、当該中間拘束部６１６が、剛性可変部１１２における中間部において２箇所配設する例（中間拘束部６１６Ａ、６１６Ｂ）をそれぞれ示す。
　なお、上述したように、第６の実施形態においては、中間拘束部６１６を３箇所または２箇所配設する例を示したが、これに限らず、１箇所または４箇所以上設けるものであってもよいことは勿論である。
　この第６の実施形態によると、剛性可変部１１２の端点である被拘束部１１２ａにおける曲げ剛性制御により当該剛性可変部１１２自体の曲げ剛性を制御する際、硬直化する剛性可変部１１２が、挿入部１１の径方向に不用意に移動してしまうことを防止することができ、剛性可変部１１２の曲げ剛性制御の効果をより確実なものとし、ひいては挿入部１１の挿入性をより向上することができる。
　本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

Claims (5)

  1. 　挿入対象の管路に挿入される挿入部と、
    　前記挿入部の内部に配置され、剛性を変更可能な剛性可変部と、
    　前記剛性可変部の一部を構成する被拘束部を、前記挿入部に対して拘束する拘束部と、
    　を備え、
    　前記拘束部は、前記被拘束部を前記挿入部に対して拘束する拘束条件が変更されることで、当該拘束部を含む前記剛性可変部に係る曲げ剛性を変更可能とする
    　ことを特徴とする可撓管挿入装置。
  2. 　前記挿入部の湾曲方向を検出する湾曲方向検出部と、
    　前記湾曲方向検出部において検出した前記挿入部の湾曲方向に基づき前記拘束部に係る前記拘束条件を制御する拘束条件制御部と、
    　をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の可撓管挿入装置。
  3. 　前記拘束条件は、前記被拘束部と当接する前記拘束部に係る形状の変位であって、
    　前記拘束部は、前記拘束条件制御部により制御された前記拘束条件に応じて、当該拘束部が前記被拘束部に印加する押圧力を変化させ当該拘束部を含む前記剛性可変部に係る曲げ剛性を変更する
    　ことを特徴とする請求項２に記載の可撓管挿入装置。
  4. 　前記拘束条件は、前記被拘束部と当接する前記被拘束部に係る曲げ剛性の変位であって、
    　前記拘束部は、前記拘束条件制御部により制御された前記拘束条件に応じて、当該被拘束部に係る曲げ剛性が変位されることにより前記被拘束部に印加する押圧力を変化させ当該拘束部を含む前記剛性可変部に係る曲げ剛性を変更する
    　ことを特徴とする請求項２に記載の可撓管挿入装置。
  5. 　前記剛性可変部は、前記挿入部の前記中心軸方向に沿って、前記挿入部の中心軸上から外れた第１の位置に配置され、
    　前記拘束条件制御部は、前記挿入部の湾曲方向が前記中心軸から前記第１の位置に近づく方向であるときに、前記挿入部の湾曲方向が前記第１の位置から遠ざかる方向であるときよりも、前記剛性可変部における前記被拘束部の剛性が低くなるように前記拘束条件の制御を行う
    　ことを特徴とする請求項１－４のいずれか１項に記載の可撓管挿入装置。
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