JP3920603B2 - 可撓性内視鏡装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、胃腸内等を観察するための可撓性内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
胃腸内等に挿入される可撓性内視鏡装置は、胃腸等の内壁に沿って自由に屈曲するフレキシブルな挿入部可撓管を有しており、挿入部可撓管の屈曲状態を体外から把握するのは困難である。
【０００３】
そのため、挿入部可撓管が胃腸に対してどのような挿入状態にあるのか判断がつかなくなったり、次の挿脱操作をどのようにすればよいか判断できなくなってしまう場合がある。
【０００４】
そこで、Ｘ線透視を行えば挿入部可撓管の屈曲状態を透視することができるが、Ｘ線照射は厚い鉛壁等で囲まれた特別の室内で行う必要があるだけでなく、連続的なＸ線透視は放射線被爆の問題があり、人体に非常に悪い影響を与える恐れがある。
【０００５】
そこで、内視鏡の挿入部の先端に磁界発生部材を取り付け、その磁界発生部材の位置を人体外に配置された磁気センサーにより検出して、体内にある挿入部の先端の位置をモニター画面に表示するようにしたものがある（特許第２９５９７２３号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように挿入部の先端に取り付けられた磁界発生部材の位置を検出する装置では、挿入部先端の位置が分かるだけで挿入部可撓管の屈曲状態は分からず、しかもそのような装置では外来ノイズの影響を受け易く、良好な状態で位置検出を継続できない場合が少なくない。
【０００７】
そこで、本発明の発明者等は、曲げられた角度の大きさに対応して光の伝達量が変化する曲がり検出部を有する複数のフレキシブルな曲がり検出用光ファイバーを挿入部可撓管に取り付け、各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量から各曲がり検出部が位置する部分における挿入部可撓管の屈曲状態を検出して、その屈曲状態をモニター画面に表示するようにした可撓性内視鏡装置を発明して先に特許出願してある（特願２００１−５３７１５）。
【０００８】
本発明はその改良発明であり、挿入部可撓管の屈曲状態を効率よくしかも高精度に検出することができる可撓性内視鏡装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の可撓性内視鏡装置は、曲げられた角度の大きさに対応して光の伝達量が変化する曲がり検出部を有する複数のフレキシブルな曲がり検出用光ファイバーの複数の曲がり検出部が挿入部可撓管の軸線方向に間隔をあけて並んで配置され、各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量から各曲がり検出部が位置する部分における挿入部可撓管の屈曲状態を検出して、挿入部可撓管の屈曲状態をモニター画面に表示するようにした可撓性内視鏡装置において、挿入部可撓管の軸線方向に間隔をあけて並んで配置された各曲がり検出部間の間隔を、挿入部可撓管の基端寄りの部分に比べて先端寄りの部分において狭くしたものである。
【００１０】
なお、曲がり検出部は、曲がり検出用光ファイバーの途中に光吸収部が所定の方向にだけ形成されたものであってもよい。
そして、曲がり検出用光ファイバーが、挿入部可撓管の外皮に沿って配置されていてもよく、或いは挿入部可撓管内に挿通配置されていてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図２は可撓性内視鏡装置の全体構成を示しており、操作部２の下端に挿入部可撓管１の基端が連結され、挿入部可撓管１の先端付近の部分は、操作部２に配置された操作ノブ３を回転操作することによって任意の方向に屈曲する湾曲部１ａになっている。
【００１２】
挿入部可撓管１の先端には、観察窓等が配置された先端部本体４が連結されており、先端部本体４に内蔵された固体撮像素子（図示せず）で撮像された内視鏡観察像の映像信号が、操作部２から延出する映像信号線６により外部のビデオプロセッサ７に送られ、内視鏡観察画像が観察画像用モニター８に表示される。
【００１３】
挿入部可撓管１には、操作部２の前面の延長方向（即ち、観察画面における上方向）の位置に、後述する複数の曲がり検出用光ファイバーが配置されたフレキシブルな合成樹脂製の帯状部材２０が取り付けられていて、その基端部が光信号入出力装置３０に接続されている。
【００１４】
また、光信号入出力装置３０の信号出力線がコンピュータ４０に接続され、そのコンピュータ４０には、ブラウン管又は液晶等を用いて画像表示を行う挿入状態表示用モニター４１が接続されている。
【００１５】
図３は、挿入部可撓管１の先端付近を示しており、先端部本体４の先端面に観察窓１１、照明窓１２、処置具突出口１３等が配置され、照明窓１２から放射された照明光により照明された被写体が、観察窓１１内に配置された対物光学系（図示せず）により固体撮像素子の撮像面に結像する。
【００１６】
帯状部材２０は、挿入部可撓管１の「上方向」の外表面に密着して挿入部可撓管１の軸線と平行方向に配置されていて、例えばその外側から挿入部可撓管１と共に熱収縮チューブによって包み込まれて押圧固定されている。
【００１７】
ただし、挿入部可撓管１に対する帯状部材２０の固定は、接着その他どのような手段を用いても差し支えない。また、帯状部材２０を挿入部可撓管１内に挿通配置してもよく、挿入部可撓管１内に挿通配置されている内蔵物に曲がり検出用光ファイバー２１を取り付け、帯状部材２０を省いても差し支えない。
【００１８】
図３に示されるように、複数の曲がり検出用光ファイバー２１は順に位置を変えて滑らかなＵ字状に後方に曲げ戻されている。そして、各曲がり検出用光ファイバー２１の曲げ戻し部の近傍に曲がり検出部２２が形成されている。
【００１９】
曲がり検出部２２は、挿入部可撓管１の軸線方向に例えば数センチメートル程度の間隔をあけて、挿入部可撓管１の全長にわたって例えば１０〜５０個程度配置されている。
【００２０】
ただし、図１に略示されるように、各曲がり検出部２２間の間隔は、使用時に比較的大きな曲率半径でしか屈曲されない挿入部可撓管１の基端寄りの部分の間隔Ｌ１に比べて、しばしば小さな曲率半径で屈曲される先端寄りの部分（特に湾曲部１ａ）の間隔Ｌ２の方が狭く設定されている。即ち、Ｌ１＞Ｌ２である。
【００２１】
曲がり検出部２２は、プラスチック製のコアにクラッドが被覆された曲がり検出用光ファイバー２１の途中の部分に、光吸収部分が所定の方向（例えば上方向又は下方向）にだけ形成されたものであり、曲がり検出部２２が曲げられた程度に対応して光の伝達量が変化するので、それを検出することによって曲がり検出部２２が配置された部分の曲がり角度を検出することができる。
【００２２】
その原理については米国特許第５６３３４９４号等に記載されている通りであるが、以下に簡単に説明をする。
図４において、２１ａと２１ｂは、一本の曲がり検出用光ファイバー２１のコアとクラッドであり、曲がり検出部２２には、コア２１ａ内を通過してきた光をコア２１ａ内に全反射せずに吸収してしまう光吸収部２２ａが、クラッド２１ｂの特定方向（ここでは「下方向」）の部分に形成されている。
【００２３】
すると、図５に示されるように、曲がり検出用光ファイバー２１が上方向に曲げられると、コア２１ａ内を通る光のうち光吸収部２２ａにあたる光の量（面積）が増えるので、曲がり検出用光ファイバー２１の光伝達量が減少する。
【００２４】
逆に、図６に示されるように、曲がり検出用光ファイバー２１が下方向に曲げられると、コア２１ａ内を通る光のうち光吸収部２２ａにあたる光の量（面積）が減少するので、曲がり検出用光ファイバー２１の光伝達量が増加する。
【００２５】
このような、光吸収部２２ａにおける曲がり検出用光ファイバー２１の曲がり量と光伝達量とは一定の関係（例えば一次関数的関係）になるので、曲がり検出用光ファイバー２１の光伝達量を検出することにより、光吸収部２２ａが形成されている曲がり検出部２２部分の曲がり角度を検出することができる。
【００２６】
したがって、挿入部可撓管１の軸線方向に間隔をあけて複数の曲がり検出部２２が配列されている場合には、各曲がり検出部２２間の間隔と検出された各曲がり検出部２２の曲がり角度から、挿入部可撓管１全体の上下方向の屈曲状態を検出することができる。
【００２７】
そして、図７に略示されるように、上述のような曲がり検出部２２と並列にさらに第２の曲がり検出部２２′を配置して、横に並んだ二つの曲がり検出部２２，２２′の光伝達量を比較すれば、左右方向に捩れがない場合には双方の光伝達量に差がなく、左右方向の捩じれ量に応じて双方の光伝達量の差が大きくなる。
【００２８】
したがって、各曲がり検出部２２，２２′の光伝達量を計測してその計測値を比較することにより、曲がり検出部２２，２２′が配置された部分の左右方向の捩れ量を検出することができる。この原理は、米国特許第６１２７６７２号等に記載されている通りである。
【００２９】
したがって、複数の曲がり検出部２２を挿入部可撓管１の軸線方向に所定の間隔で配置すると共に、それと並列に第２の複数の曲がり検出部２２′を配置して、各曲がり検出部２２，２２′における光伝達量を検出、比較することにより挿入部可撓管１全体の三次元の屈曲状態を検出することができる。
【００３０】
そこで本実施例の可撓性内視鏡装置においては、図８に示されるように、帯状部材２０の長手方向に一定の間隔で曲がり検出部２２が位置するように、複数の曲がり検出用光ファイバー２１を帯状部材２０の表面側に取り付けると共に、表側の各曲がり検出部２２の横に第２の曲がり検出部２２′が並ぶように、帯状部材２０の裏面側に第２の複数の曲がり検出用光ファイバー２１′が取り付けられている。
【００３１】
また、光吸収部２２ａが形成されていないシンプルなリファレンス用光ファイバー２１Ｒを少なくとも一本配置して、各曲がり検出用光ファイバー２１の光伝達量をリファレンス用光ファイバー２１Ｒの光伝達量と比較することにより、曲がり検出用光ファイバー２１の光伝達量に対する温度や経時劣化等の影響を除くことができる。
【００３２】
図９は、光信号入出力装置３０を示しており、一つの発光ダイオード３１からの射出光が全部の光ファイバー２１，２１′，２１Ｒに入射される。３２は、発光ダイオード３１の駆動回路である。
【００３３】
そして、各光ファイバー２１，２１′，２１Ｒの射出端毎に、光の強度レベルを電圧レベルに変換して出力するフォトダイオード３３が配置されていて、各フォトダイオード３３からの出力が、アンプ３４で増幅されてからアナログ／デジタル変換器３５によりデジタル信号化されてコンピュータ４０に送られる。
【００３４】
このように構成された可撓性内視鏡装置の挿入部可撓管１が体内に挿入される際には、図１０に示されるように、挿入部案内部材５０が体内への入口部分（例えば口又は肛門）に取り付けられて、挿入部可撓管１はその挿入部案内部材５０内を通される。
【００３５】
そこで、挿入部案内部材５０に挿入部可撓管１の挿入長（即ち、挿入部案内部材５０に対する通過長）Ｌを検出するためのエンコーダ６０等が設けられていて、エンコーダ６０からの出力信号がコンピュータ４０に送られるようになっている。
【００３６】
図１１は、そのような挿入部案内部材５０の一例を示しており、圧縮コイルスプリング５２によって付勢された複数の回転自在な球状部材５１が、挿入部可撓管１を周囲から挟み付ける状態に配置されている。
【００３７】
したがって、各球状部材５１は挿入部可撓管１の挿入長Ｌに比例して回転し、球状部材５１のうちの一つに、挿入部可撓管１の挿入長Ｌに比例する数のパルスを出力するエンコーダ６０が連結されている。
【００３８】
ただし、挿入部案内部材５０における挿入部可撓管１の挿入長Ｌの検出は、例えば特開昭５６−９７４２９号や特開昭６０−２１７３２６号等に記載されているように、挿入部可撓管１の表面からの光反射等を利用してもよく、その他の手段によっても差し支えない。
【００３９】
このようにして、図１０に示されるように、コンピュータ４０には光信号入出力装置３０とエンコーダ６０から挿入部可撓管１の屈曲状態検出信号と挿入長検出信号が入力し、挿入部案内部材５０の画像５０′と、挿入部可撓管１の屈曲状態を示す画像１′が挿入状態表示用モニター４１に表示される。
【００４０】
このとき、挿入部案内部材５０の画像５０′の表示位置を挿入状態表示用モニター４１上において固定し、それより前方に挿入された部分の挿入部可撓管１の屈曲状態を示す画像１′を、挿入部可撓管１の変化に合わせてリアルタイムで変化させることにより、体内における挿入部可撓管１の状態を容易に把握することができる。
【００４１】
そして、このような可撓性内視鏡装置において、使用中にしばしば小さな曲率半径で屈曲される挿入部可撓管１の先端寄りの部分の間隔Ｌ２が狭く設定されているので、その部分では曲がり検出を高精度に行うことができ、使用中に比較的大きな曲率半径でしか屈曲されない挿入部可撓管１の基端寄りの部分の間隔Ｌ１は広く設定されているので、その部分では検出箇所が少なくなって効率のよい装置構成にすることができる。
【００４２】
図１２は、そのような挿入部可撓管１の屈曲状態の画像１′を挿入状態表示用モニター４１に表示させるためのコンピュータ４０のソフトウェアの内容の概略を示すフロー図であり、図中のＳはステップを示す。
【００４３】
挿入状態表示用モニター４１に正確な屈曲状態を表示させるためには、まず挿入部可撓管１を体内に挿入する前に、実際に用いられる内視鏡の挿入部可撓管１の屈曲角度と曲がり検出用光ファイバー２１から得られる検出信号とを対比させるキャリブレーションを行っておくことが好ましい（Ｓ１）。
【００４４】
そして、挿入部可撓管１を体内に挿入したら、エンコーダ６０から挿入部可撓管１の挿入長Ｌの検出信号を入力して（Ｓ２）、挿入部案内部材５０が挿入部可撓管１のどの位置にあるかを算出する（Ｓ３）。
【００４５】
次いで、各曲がり検出用光ファイバー２１からの検出信号Ｖ₁ …を入力して（Ｓ４）、その検出信号Ｖ₁ …をキャリブレーションデータに基づいて曲がり角度に変換し（Ｓ５）、各曲がり検出部２２部分の曲がり角度から、三次元座標上における各曲がり検出部２２の位置を算出する（Ｓ６）。
【００４６】
そして、挿入状態表示用モニター４１において挿入部案内部材５０の像５０′の位置を動かさないようにして、各曲がり検出部２２の位置を滑らかに結んで表示することにより挿入部可撓管１の屈曲状態が表示され（Ｓ７）、Ｓ２へ戻ってＳ２〜Ｓ７を繰り返す。
【００４７】
このような表示を行う際、挿入状態表示用モニター４１における表示は二次元画像であるが、各曲がり検出部２２の位置についての三次元データが得られているので、「上方向」だけでなく任意の回転方向における挿入部可撓管１の屈曲状態を表示させることができる。
【００４８】
なお、挿入部案内部材５０の球状部材５１から挿入部可撓管１の軸線周りの回転方向を検出して、挿入部可撓管１の軸線周りの回転量に対応して挿入状態表示用モニター４１の表示像を回転させれば、挿入状態表示用モニター４１に患者の身体の向きが固定されたかのごとく画像表示させることができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、挿入部可撓管の軸線方向に間隔をあけて並んで配置された各曲がり検出部間の間隔を、挿入部可撓管の基端寄りの部分に比べて先端寄りの部分において狭くしたことにより、使用中にしばしば小さな曲率半径で屈曲される挿入部可撓管の先端寄りの部分では曲がり検出を高精度に行うことができ、使用中に比較的大きな曲率半径でしか屈曲されない挿入部可撓管の基端寄りの部分では検出箇所が少なくなって効率のよい装置構成にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の可撓性内視鏡装置の挿入部可撓管における曲がり検出部の配置状態を示す略示図である。
【図２】本発明の実施例の可撓性内視鏡装置の全体構成（挿入部案内部材を除く）の略示図である。
【図３】本発明の実施例の可撓性内視鏡装置の挿入部可撓管の先端付近の斜視図である。
【図４】本発明の実施例に用いられる曲がり検出用光ファイバーの曲がり検出部の略示断面図である。
【図５】本発明の実施例に用いられる曲がり検出用光ファイバーの曲がり検出部が屈曲した状態の略示断面図である。
【図６】本発明の実施例に用いられる曲がり検出用光ファイバーの曲がり検出部が逆方向に屈曲した状態の略示断面図である。
【図７】本発明の実施例に用いられる曲がり検出用光ファイバーによる三次元の屈曲状態検出の原理を説明するための略示図である。
【図８】本発明の実施例の曲がり検出用光ファイバーが取り付けられた帯状部材の平面図である。
【図９】本発明の実施例の光信号入出力装置の回路図である。
【図１０】本発明の実施例の可撓性内視鏡装置の使用状態の全体構成を示す略示図である。
【図１１】本発明の実施例の挿入部案内部材の正面断面図である。
【図１２】本発明の実施例のコンピュータのソフトウェアの内容を略示するフロー図である。
【符号の説明】
１ 挿入部可撓管
１′ 挿入部可撓管の屈曲状態の画像
２０ 帯状部材
２１，２１′ 曲がり検出用光ファイバー
２２，２２′ 曲がり検出部
３０ 光信号入出力装置
４０ コンピュータ
４１ 挿入状態表示用モニター
５０ 挿入部案内部材
５０′ 挿入部案内部材の画像
Ｌ１ 挿入部可撓管の基端寄りの部分における曲がり検出部間の間隔
Ｌ２ 挿入部可撓管の先端寄りの部分における曲がり検出部間の間隔

Claims (5)

1. 曲げられた角度の大きさに対応して光の伝達量が変化する曲がり検出部を有する複数のフレキシブルな曲がり検出用光ファイバーの上記複数の曲がり検出部が上記挿入部可撓管の軸線方向に間隔をあけて並んで配置され、上記各曲がり検出用光ファイバーの光伝達量から上記各曲がり検出部が位置する部分における上記挿入部可撓管の屈曲状態を検出して、上記挿入部可撓管の屈曲状態をモニター画面に表示するようにした可撓性内視鏡装置において、
   上記挿入部可撓管の軸線方向に間隔をあけて並んで配置された各曲がり検出部間の間隔を、上記挿入部可撓管の基端寄りの部分に比べて先端寄りの部分において狭くすると共に、
   上記挿入部可撓管が通過する挿入部案内部材と、上記挿入部案内部材に対する上記挿入部可撓管の通過長さを検出するための挿入長検出手段とを設けて、上記挿入部可撓管の屈曲状態と共に上記挿入部可撓管に対する上記挿入部案内部材の位置が上記モニター画面に表示されるようにしたことを特徴とする可撓性内視鏡装置。
2. 上記曲がり検出部は、上記曲がり検出用光ファイバーの途中に光吸収部が所定の方向にだけ形成されたものである請求項１記載の可撓性内視鏡装置。
3. 上記曲がり検出用光ファイバーが、上記挿入部可撓管の外皮に沿って配置されている請求項１又は２記載の可撓性内視鏡装置。
4. 上記曲がり検出用光ファイバーが、上記挿入部可撓管内に挿通配置されている請求項１又は２記載の可撓性内視鏡装置。
5. 上記モニター画面に、上記挿入部案内部材が動かない状態に表示される請求項１ないし４のいずれかの項に記載の可撓性内視鏡装置。

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