DE112015001434T5

DE112015001434T5 - Biegeformabschätzsystem, rohrförmiges Einführsystem und Abschätzverfahren für die Biegeform eines Biegeelementes

Info

Publication number: DE112015001434T5
Application number: DE112015001434.9T
Authority: DE
Inventors: Jun Hane
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2016-12-29
Also published as: US20160360951A1; WO2015146712A1; CN106132269B; JP2015181643A; CN106132269A

Abstract

Wenn ein vorbestimmter Bereich eines Biegeelementes, welcher ein Einführabschnitt (26) ist, in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt wird, die sich in der Reihenfolge und einer Längsrichtung benachbart zueinander befinden und Abschätzeinheiten sind, von denen jede zumindest Informationen einer Länge, einer Krümmung, einer Form und einer Richtung zum Abschätzen einer Biegeform des Biegeelementes hat, eine Formabschätzeinheit (24) eine Form von jedem der Segmente unter Verwendung von Segmentinformationen abschätzt, die zumindest ein Stück einer Krümmungsinformation in Bezug auf jedes Segment verwendet werden, abschätzt und die Biegeform im vorbestimmten Bereich des Biegeelementes abschätzt, indem die Endabschnitte von jeweiligen zwei benachbarten Segmenten verbunden werden, sodass Tangentenrichtungen von Endabschnitten der Formen der zwei benachbarten Segmente zusammenfallen und Richtungen um die Tangentenrichtungen zusammenfallen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Biegeformabschätzsystem, das eine Biegeform in einem vorbestimmten Bereich eines Biegeelementes abschätzt, und ein Abschätzverfahren für die Biegeform des Biegeelementes.
Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein rohrförmiges Einführsystem zum Ausführen der Beobachtung, indem dieses in ein Lumen eingeführt wird, oder zum Ausführen der Behandlung, wie zum Beispiel Reparatur, therapeutische Behandlung oder Probenahme, wobei das rohrförmige Einführsystem durch ein biegsames Endoskop oder einen Katheter dargestellt wird und das vorstehend beschriebene Biegeformabschätzverfahren auf das rohrförmige Einführsystem angewendet wird. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf ein rohrförmiges Einführsystem, von dem zumindest ein Teil in Längsrichtung eine variable Form hat, wie zum Beispiel ein medizinisches Endoskop (wie z. B. ein Endoskop für den oberen Gastrointestinaltrakt, ein Kolonoskop, ein Ultraschallendoskop usw.), ein Industrieendoskop, ein starres Endoskop mit einem teilweise gebogenen Mechanismus, einen Manipulator (Roboterarm) oder einen Katheter.
Stand der Technik
In Bezug auf eine Vorrichtung, die zum Beispiel ein Endoskop, das in einen Körperhohlraum eingeführt wird, kann, wenn die Vorrichtung einmal in den Körper eingeführt wird, eine Bedienperson, wie zum Beispiel ein Doktor, nicht direkt durch das Auge den Zustand der Vorrichtung bestätigen. Somit werden die Beziehung zwischen der Oben-unten/Rechts-links-Richtung eines Beobachtungsortes oder ein Bild, das die Bedienperson sieht, und die Anordnung eines inneren Organs oder Ähnliches unsicher und in einigen Fällen liegen bei der Bedienperson Fehler in Bezug auf die Richtung des Einführens oder die Richtung des Biegens vor. Außerdem gibt es eine Befürchtung, dass aufgrund des Ausführens einer fehlerhaften Operation durch die Bedienperson oder ohne dass die Bedienperson dessen gewahr ist eine Last auf ein inneres Organ wirkt.
Um sich diesen Problemen zu widmen, wurde eine solche Anstrengung unternommen, dass ein Sensor für den Biegebetrag in einen Einführabschnitt eines Endoskops eingebaut wurde, die Krümmung oder der Biegebetrag des Einführabschnitts des Endoskops an einer Vielzahl an Punkten des Einführabschnitts erfasst wird und die Form des Einführabschnitts erfasst wird, wodurch das Einführen und Betätigen des Einführabschnitts durch die Bedienperson verbessert werden sollen.
Beispielsweise offenbart die japanische Patentanmeldungs-KOKAI-Veröffentlichung Nr. 2007-044412 (worauf sich nachfolgend als Patentdokument 1 bezogen wird) einen Endoskopeinführformerfassungsmessfühler, der den gebogenen Zustand an einer Vielzahl von Erfassungspunkten eines Einführabschnitts eines Endoskops erfasst und die Biegeform des Einführabschnitts aus der Information des erfassten Biegezustandes reproduziert. Genauer gesagt sind in diesem Patentdokument 1 durch die Verwendung der erfassten Winkel, die an den jeweiligen Erfassungspunkten erfasst wurden, die jeweiligen Erfassungspunkte durch gewinkelte Linien auf der Grundlage der Abstände zwischen den jeweiligen Erfassungspunkten verbunden. Dadurch ist die Biegeform des Einführabschnitts gezeigt.
Eine Bedienperson, wie zum Beispiel ein Doktor, führt einen sicheren und einfachen Einführvorgang auf der Grundlage der unterschiedlichen Informationsstücke durch, wie zum Beispiel des Formzustandes des Endoskopeinführabschnitts.
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Jedoch besteht, selbst wenn teilweise Krümmungen oder Biegewinkel und Biegerichtungen an jeweiligen Erfassungspunkten des Einführabschnitts aufgefunden werden, eine Möglichkeit, dass angemessene Wirkungen nicht erhalten werden können, sofern nicht die tatsächliche Biegeform des Einführabschnitts mit einer gewünschten Auflösung und Genauigkeit gefunden wird. In dem Beispiel, das in dem vorstehenden Patentdokument 1 offenbart ist, wird die Endoskopform als eine Kombination von Linien abgeschätzt und ist die Abschätzung der Istform nicht detailliert beschrieben. Die Kombination der Linien drückt grob die Biegeform aus und als ein Ergebnis tritt ein solches Problem auf, dass eine Verschiebung von der Istform des Einführabschnitts auftritt oder die distale Endposition verschoben wird.
Andererseits ist in vielen Fällen die Form des Endoskopeinführabschnitts in Echtzeit bei der Behandlung, wie zum Beispiel der Diagnose, der therapeutischen Behandlung usw., notwendig. Es ist somit notwendig, die Biegeorm auf der Grundlage einfacher Rechenregeln abzuschätzen.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorstehenden Punkte getätigt und die Aufgabe der Erfindung ist das Vorsehen eines Biegeformabschätzsystems und eines Abschätzverfahrens für die Biegeform eines Biegeelementes, die die Biegeform in einem vorbestimmten Bereich des Biegeelementes, wie zum Beispiel einem Endoskopeinführabschnitt, einfach abschätzen kann, und eines rohrförmigen Einführsystems mit einem solchen Abschätzsystem für die Biegeform.
Lösung des Problems
Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Abschätzsystem für die Biegeform mit einer Formabschätzeinheit vorgesehen, wobei, wenn ein vorbestimmter Bereich eines Biegeelementes in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt wird, die in der Reihenfolge in einer Längsrichtung benachbart sind und Abschätzeinheiten sind, von denen jede zumindest die Information einer Länge, einer Krümmung, einer Form und einer Richtung zum Abschätzen einer Biegeform des Biegeelementes hat, schätzt die Formabschätzeinheit eine Form von jedem der Segmente unter Verwendung der Segmentinformation einschließlich zumindest eines Stücks der Krümmungsinformation in Bezug auf jedes Segment ab und schätzt diese die Biegeform in einem vorbestimmten Bereich des Biegeelementes ab, indem die Endabschnitte von jeweiligen zwei benachbarten Segmenten verbunden werden, sodass die Tangentenrichtungen von Endabschnitten der abgeschätzten Formen der zwei benachbarten Segmente zusammenfallen und Richtungen um die Tangentenrichtungen zusammenfallen.
Entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein rohrförmiges Einführsystem mit einem Einfuhrabschnitt mit Flexibilität für das Eingeführtwerden in ein Lumen eines Objektes und für das Ausführen einer vorbestimmten Arbeit, mit dem Biegeformabschätzsystem entsprechend einem Aspekt zum Abschätzen einer Biegeform des Einführabschnitts, wobei der Einführabschnitt das Biegeelement ist, und mit ein Formsensor mit in jedem Segment zumindest einem Messteil zum Erlangen der Segmentinformation von jedem Segment vorgesehen.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Abschätzverfahren für die Biegeform eines Biegeelementes in einem Abschätzsystem für die Biegeform vorgesehen, das konfiguriert ist, sodass ein vorbestimmter Bereich mit Flexibilität bzw. Biegsamkeit des Biegeelements in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt ist, die in einer Längsrichtung in der Reihenfolge benachbart sind, wobei eine Form von jedem der Segmente abgeschätzt wird, indem Segmentinformationen verwendet werden, die zumindest ein Stück der Krümmungsinformation in Bezug auf jedes Element aufweist, und eine Form des Biegeelementes auf der Grundlage von jeder abgeschätzten Segmentform abgeschätzt wird, wobei das Verfahren aufweist: einen Segmentierungsschritt des Segmentierens des vorbestimmten Bereiches des Biegeelementes in eine Vielzahl von Segmenten, die in der Reihenfolge in der Längsrichtung des Biegeelementes benachbart sind, sodass zumindest eines der Vielzahl von Messteilen, die sich entlang der Längsrichtung des Biegeelementes befinden, in jedem der Segmente enthalten ist, einen Segmentierungsinformationserlangungsschritt des Erlangens der Segmentierungsinformation, die die Information ist, die für die Formabschätzung notwendig ist, mit Ausnahme der Krümmungsinformation, wobei die Segmentierungsinformation eine Anordnung und eine Länge von jedem Segment aufweist, einen Segmentinformationserlangungsschritt zum Erlangen der Segmentinformation, die die Krümmungsinformation aufweist, die an der Vielzahl von Messteilen erfasst wird, einen Segmentformabschätzschritt zum Abschätzen einer Segmentform mit zumindest einer Krümmung, einem Biegebetrag, einer Biegerichtung und einer Biegeform von jedem Element auf der Grundlage des Segmentierungsinformation und der Segmentinformation, einen Abschätzschritt für die Form des Biegeelementes zum Verbinden der benachbarten Segmente, deren Segmentformen abgeschätzt wurden, und zum Abschätzen einer Form einer Gesamtheit des vorbestimmten Bereiches des Biegeelementes, und einen Formabschätzendbestimmungsschritt zum Bestätigen, ob die Formabschätzung fortgesetzt wird oder nicht, wobei der Segmentinformationserlangungsschritt, der Segmentformabschätzschritt und der Abschätzschritt für die Form des Biegesegmentes wiederholt werden, wenn die Formabschätzung fortgesetzt wird und wobei die Wiederholung verlassen und die Formerfassung beendet wird, wenn die Formabschätzung beendet ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Biegeformabschätzsystem für die Biegeform und ein Abschätzverfahren für die Biegeform eines Biegeelementes vorzusehen, die die Biegeform in einem vorbestimmten Bereich des Biegeelementes, wie zum Beispiel einem Endoskopeinführabschnitt, einfach abschätzen können, und ein rohrförmiges Einführsystem vorzusehen, das ein solches Biegeformabschätzsystem aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines Endoskopsystems als ein rohrförmiges Einführsystem entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines Sensors im Fall der Verwendung eines Fasersensors darstellt.
3A ist eine Ansicht zum Erläutern eines Erfassungsprinzips des Fasersensors und stellt einen Fall dar, in dem eine optische Faser nicht gebogen ist.
3B ist eine Ansicht zum Erläutern des Erfassungsprinzips des Fasersensors und stellt einen Fall dar, in dem die optische Faser nach oben auf dem Bogen der Zeichnung gebogen ist.
3C ist eine Ansicht zum Erläutern des Erfassungsprinzips des Fasersensors und stellt einen Fall dar, in dem die optische Faser auf dem Bogen der Zeichnung nach unten gebogen ist.
4 ist ein Blockdiagramm eines Abschätzsystems für die Biegeform entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Ansicht, die eine Anordnung von Messteilen für die Richtungserfassung darstellt, und stellt einen Fall dar, in dem zwei Messteile an identischen Positionen der optischen Faser angeordnet sind.
6 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Koordinatensystems für eine Berechnung der Richtungserfassung.
7 ist eine Ansicht, die eine Anordnung der Messteile für die Richtungserfassung darstellt, und stellt einen Fall dar, in dem zwei Messteile geringfügig voneinander entfernt sind und an der optischen Faser angeordnet sind.
8 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Berechnungsverfahrens für die Richtungserfassung und stellt ein Beispiel der Erfassung eines Biegebetrages und einer Biegerichtung dar.
9 ist eine Ansicht, die ein konkretes Beispiel eines Biegens und einer erfassten Form darstellt.
10 ist eine Ansicht zum Beschreiben der Segmentierung und stellt einen Zustand vor der Segmentierung dar.
11 ist eine Ansicht zum Beschreiben der Segmentierung und stellt einen Zustand nach der Segmentierung dar.
12 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der Verbindung der Biegeformen des Segmentes darstellt.
13 ist eine Ansicht, die eine Segmentierung in einem Fall darstellt, in dem eine Segmentgrenze an einem Mittelpunkt zwischen zwei Messteilen eingestellt ist.
14A ist eine Ansicht, die eine Segmentierung in einem Fall darstellt, in dem eine Segmentierungsgrenze an einem Änderungspunkt der Biegecharakteristik eingestellt ist.
14B ist eine vergrößerte Ansicht einer Nähe zur Segmentgrenze in 14A.
15 ist eine Ansicht, die eine Segmentierung in einem Fall darstellt, in dem eine Segmentgrenze an einem Verbindungsabschnitt zu einem starren Körper eingestellt ist.
16 ist eine Ansicht, die eine Segmentierung in einem Fall darstellt, in dem eine Segmentgrenze auf der Grundlage der Biegebeträge bestimmt ist.
17 ist eine Ansicht, die eine Tabelle zum Erläutern der Segmentierung in einem Fall zeigt, in dem eine Segmentgrenze auf der Grundlage eines Verhältnisses des minimalen R bei der Verwendung oder einer Ordnung des minimalen R bei der Verwendung bestimmt wird.
18 ist eine Ansicht, die eine Tabelle zum Erläutern der Segmentierung in einem Fall zeigt, in dem eine Segmentgrenze auf der Grundlage eines Verhältnisses der Biegesteifigkeiten EI oder einer Ordnung der Biegesteifigkeiten EI bestimmt wird.
19 ist eine Ansicht zum Beschreiben der Segmentierung in einem Fall, in dem die Segmentierung umgesetzt wird, sodass eine Vielzahl an Paaren von Messteilen eingeschlossen sind.
20 ist ein Fließbild zum Beschreiben eines Abschätzverfahrens für die Biegeform.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein Ausführungsbeispiel zum Implementieren der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Im Übrigen ist in der nachstehenden Beschreibung, obwohl ein medizinisches Endoskop beispielhaft beschrieben ist, die vorliegende Erfindung im Allgemeinen auf Einführsysteme anwendbar, wenn solche Einführsysteme das Einführen und die Behandlung durch das Betätigen von Einführabschnitten ausführen. Beispielsweise ist die Erfindung auf einen Katheter, einen Manipulator und ein industrielles Endoskop anwendbar, sowie auf ein medizinisches Endoskop (z. B. ein oberes gastrointestinales Endoskop, ein Kolonoskop, ein Ultraschallendoskop, ein Zystoskop, ein Pyeloskop, ein Bronchoskop usw.).
Wie es in 1 dargestellt ist, weist ein Endoskopsystem 10 als ein Rohreinführsystem entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Endoskop 12, eine Bildverarbeitungsvorrichtung (Videoprozessor) 14 und eine Anzeigeeinheit (Monitor) 16 auf. Das Endoskop 12 erlangt ein Bild eines Beobachtungsziels. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 14 führt die Bildverarbeitung für ein Erlangungsresultat des Endoskops 12 aus. Die Anzeigeeinheit 16 ist mit der Bildverarbeitungsvorrichtung 14 verbunden und zeigt ein Beobachtungsbild an, das durch das Endoskop 12 erlangt wurde und bei dem eine Bildverarbeitung durch die Bildverarbeitungsvorrichtung 14 ausgeführt wurde.
Es Endoskopsystem 10 weist ferner eine Lichtquellenvorrichtung 18, eine Licht-Emissions/Erfassungs-Vorrichtung 20, eine Steuervorrichtung 22 und eine Formabschätzeinheit 24 auf. Die Lichtquellenvorrichtung 18 sendet Beleuchtungslicht zum Endoskop 12. Die Licht-Emissions/Erfassungs-Vorrichtung 20 emittiert Licht für die Erfassung eines Formsensors (was später beschrieben wird), was sich von dem Beleuchtungslicht unterscheidet, und erfasst dieses Licht. Die Steuervorrichtung 22 steuert das Endoskopsystem 10. Auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses der Licht-Emissions/Erfassungs-Vorrichtung 20 schätzt die Formabschätzeinheit 24 eine Biegeform in einem vorbestimmten Bereich eines Biegeelementes ab, an dem der Formsensor (der später zu beschreiben ist) befestigt ist. Die Formabschätzeinheit 24 ist mit einer Anzeigeeinheit (nicht gezeigt) über ein Kabel CA verbunden und kann die abgeschätzte Biegeform auf dieser Anzeigeeinheit anzeigen und diese ausgeben. Alternativ dazu ist die Formabschätzeinheit 24 mit einer Netzwerkkommunikationseinheit (nicht gezeigt) über das Kabel CA verbunden und kann diese die abgeschätzte Biegeform zu einer anderen Vorrichtung durch die Netzwerkkommunikationseinheit über ein Netzwerk, wie zum Beispiel ein LNA oder das Internet, übertragen und ausgeben.
Hier ist das Beobachtungsziel zum Beispiel ein beeinflusstes Teil oder ein Verletzungsteil in einem Objekt (z. B. einem Körperhohlraum (Lumen)).
In dem Endoskop 12 sind ein langgestreckter Einfuhrabschnitt 26, der ein Biegeelement ist, und ein Betätigungsabschnitt 28, der mit einem proximalen Endabschnitt des Einführabschnitts 26 gekoppelt ist, vorgesehen. Das Endoskop 12 ist eine rohrförmige Einführvorrichtung, die konfiguriert ist, um den rohrförmigen Einführabschnitt 26 in einen Körperhohlraum einzuführen.
Der Einführabschnitt 26 weist von der Seite des distalen Endes zur Seite des proximalen Endes des Einführabschnitts 26 einen starren Abschnitt 30 am distalen Ende, einen Biegeabschnitt 32, der sich biegt, und einen biegsamen Rohrabschnitt 34 auf. Hier ist ein proximaler Endabschnitt des starren Abschnitts 30 am distalen Ende mit einem distalen Endabschnitt des Biegeabschnitts 32 gekoppelt und ist ein proximaler Endabschnitt des Biegeabschnitts 32 mit einem distalen Endabschnitt des biegsamen Rohrabschnitts 34 gekoppelt.
Der starre Abschnitt 30 am distalen Ende ist ein distaler Endabschnitt des Einführabschnitts 26 und ein distaler Endabschnitt des Endoskops 12 und ist ein starres Element.
Der Biegeabschnitt 32 biegt sich in einer gewünschten Richtung entsprechend einer Betätigung der Biegebetätigungseinheit 36, die an dem Betätigungsabschnitt 28 vorgesehen ist, durch die Bedienperson (einen Arbeiter, wie um Beispiel einem Doktor) des Endoskops 12. Durch die Betätigung des Biegebetätigungsabschnitts 36 biegt die Bedienperson den Biegeabschnitt 32. Durch das Biegen des Biegeabschnitts 32 werden die Position und Richtung des starren Abschnitts 30 am distalen Ende geändert und wird das Beobachtungsziel in einem Beobachtungssichtfeld eingefangen. Beleuchtungslicht von der Lichtquellenvorrichtung 18 wird auf das eingefangene Beobachtungsziel gestrahlt und das Beobachtungsziel wird beleuchtet. Der Biegeabschnitt 32 wird gebildet, indem eine Vielzahl von Knotenringen (nicht gezeigt) entlang einer Längsachsenrichtung des Einführabschnitts 26 gekoppelt wird.
Der biegsame Rohrabschnitt 34 hat eine gewünschte Flexibilität und biegt sich durch äußere Kraft. Der flexible Rohrabschnitt 34 ist ein Rohrelement, das sich von einem Hauptkörperabschnitt 38 (der später zu beschreiben ist) des Betätigungsabschnitts 28 her erstreckt.
Der Betätigungsabschnitt 28 weist den Hauptkörperabschnitt 38, eine Greifeinheit 40 und ein Universalseil 42 auf. Der flexible Rohrabschnitt 34 erstreckt sich von einem distalen Endabschnitt des Hauptkörperabschnitts 38. Die Greifeinheit 40 ist mit einem proximalen Endabschnitt des Hauptkörperabschnitts 38 gekoppelt und wird durch die Bedienperson gegriffen, die das Endoskop 12 bedient. Das Universalseil 42 verbindet die Greifeinheit 40 einerseits und die Bildverarbeitungsvorrichtung 14, die Lichtquellenvorrichtung 18 und die Licht-Emissions/Erfassungs-Vorrichtung 20 andererseits.
Wie es in 1 dargestellt ist, ist die Greifeinheit 40 mit einer Biegebetätigungseinheit 36 zum Betätigen einer Vielzahl von Betätigungsdrähten (nicht gezeigt), um den Biegeabschnitt 32 zu biegen, versehen. Die Biegebetätigungseinheit 36 weist einen Links-rechts-Biegebetätigungsknopf 36LR für die Biegebetätigung des Biegeabschnitts 32 in eine Links-rechts-Richtung, einen Oben-unten-Biegebetätigungsknopf 36UD für die Biegebetätigung des Biegeabschnitts 32 in eine Oben-unten-Richtung und einen Festlegeknopf 36C für das Festlegen der Position des Biegeabschnitts 32, der gebogen ist, auf.
Eine Links-rechts-Biegebetätigungsantriebseinheit (nicht gezeigt), die durch den Links-rechts-Biegebetätigungsknopf 36LR angetrieben wird, ist mit dem Links-rechts-Biegebetätigungsknopf 36LR verbunden. Außerdem ist eine Oben-unten-Biegebetätigungsantriebseinheit (nicht gezeigt), die durch den Oben-unten-Biegebetätigungsknopf 36UD angetrieben wird, mit dem Oben-unten-Biegebetätigungsknopf 36UD verbunden. Die Oben-unten-Biegebetätigungsantriebseinheit und die Links-rechts-Biegebetätigungsantriebseinheit sind zum Beispiel innerhalb der Greifeinheit 40 vorgesehen.
Die Links-rechts-Biegebetätigungsantriebseinheit ist mit einem einzigen Links-rechts-Betätigungsdraht (nicht gezeigt) verbunden, der durch den Betätigungsabschnitt 28, den biegsamen Rohrabschnitt 34 und den Biegeabschnitt 32 eingeführt ist. Beide Enden dieses Links-rechts-Betätigungsdrahtes sind mit dem distalen Endabschnitt des Biegeabschnitts 32 verbunden.
Außerdem ist die Oben-unten-Biegebetätigungsantriebseinheit mit einem einzigen Oben-unten-Betätigungsdraht (nicht gezeigt) verbunden, der durch den Betätigungsabschnitt 28, den biegsamen Rohrabschnitt 34 und den Biegeabschnitt 32 eingeführt ist. Der Oben-unten-Betätigungsdraht und der Links-rechts-Betätigungsdraht sind getrennte Körper und können sich unabhängig voneinander bewegen. Beide Enden des Oben-unten-Betätigungsdrahtes sind mit dem distalen Endabschnitt des Biegeabschnitts 32 verbunden.
Der Links-rechts-Biegebetätigungsknopf 36LR biegt den Biegeabschnitt 32 in Links-rechts-Richtung über die Links-rechts-Biegebetätigungsantriebseinheit und den Links-rechts-Betätigungsdraht. Der Oben-unten-Biegebetätigungsknopf 36UD biegt den Biegeabschnitt 32 in die Oben-unten-Richtung über die Oben-unten-Biegebetätigungsantriebseinheit und den Oben-unten-Betätigungsdraht.
Die Biegebetätigungseinheit 36 (Links-rechts-Biegebetätigungsknopf 36LR und Oben-unten-Biegebetätigungsknopf 36UD), die Links-rechts- Biegebetatigungsantriebseinheit, der Links-rechts-Betätigungsdraht, die Oben-unten-Biegebetätigungsantriebseinheit und der Oben-unten-Betätigungsdraht sind ein Biegebetätigungsmechanismus, der den Biegeabschnitt 32 betätigt, um den Biegeabschnitt 32 zu biegen.
Außerdem weist das Endoskopsystem 10 einen Formsensor auf, der einen Biegezustand (Biegegröße) an einer Vielzahl an Abschnitten in einem vorbestimmten Bereich des Einführabschnitts 26 einschließlich des Biegeabschnitts 32 erfasst.
Hier ist, obwohl der Typ des Formsensors nicht begrenzt ist, ein Fasersensor geeignet, der ein Biegesensor zum Erfassen eines Biegens aus der Krümmung an einem spezifischen Ort unter Verwendung einer optischen Faser ist. Die Gründe sind: (1) dass der Fasersensor einen kleinen Durchmesser hat und in einfacher Weise in das Endoskop eingebaut wird und (2) dass der Fasersensor weniger anfällig in Bezug auf den Einfluss anderer Strukturelemente und dem elektromagnetischen Einfluss ist. Als der Formsensor kann neben dem Fasersensor eine Kombinationsstruktur einer Vielzahl an Verformungssensoren verwendet werden.
In der Zwischenzeit kann, wenn die Krümmung an einem spezifischen Ort aufgefunden werden kann und wenn die Nähe des spezifischen Ortes als die gleiche Krümmung aufweisend angesehen werden kann, das heißt wenn die Krümmung konstant ist, die Biegegröße in einem Bereich einschließlich des spezifischen Ortes aufgefunden werden. Außerdem kann ausgesagt werden, dass die Biegegröße eine mittlere Krümmung in dem Bereich einschließlich des spezifischen Ortes ist. Somit können, obwohl die Krümmung und die Biegegröße in strikter Bedeutung unterschiedlich sind, die Krümmung und Biegegröße als im Wesentlichen äquivalent angesehen werden, wenn diese auf die Erfassungswerte des Formsensors beschränkt sind. Hier wird sich auf die Krümmung oder Biegegröße, die durch den Formsensor erfasst wird, als „Krümmungsinformation” bezogen.
Wie es in 2 dargestellt ist, weist der Fasersensor die Licht-Emissions/Erfassungs-Vorrichtung 20, eine optische Faser 44, ein Messteil 46 und einen Reflexionsabschnitt 48 auf.
Die Licht-Emissions/Erfassungs-Vorrichtung 20 weist eine Lichtquelle 20A, eine Projektionslinse 20B, einen Isolator 20C, einen Reflexionsspiegel 20D, eine Sammellinse 20E, eine Sammellinse 20F und eine Biegegrößenerfassungseinrichtung 20G auf.
Die Lichtquelle 20A ist zum Beispiel eine LED oder Ähnliches und sendet Licht aus. Die Projektionslinse 20B, der Isolator 20C, der Reflexionsspiegel 20D und die Sammellinse 20E befinden sich auf einem optischen Pfad von Licht, das von der Lichtquelle 20A ausgesendet wird. Die Sammellinse 20F und die Biegegrößenerfassungseinrichtung 20G befinden sich auf einem optischen Reflexionspfad des Reflexionsspiegels 20D.
Die Projektionslinse 20B projiziert das Licht, das von der Lichtquelle 20A ausgesendet wird.
Der Isolator 20C lässt Licht aus einer Richtung passieren und blockiert Licht aus der anderen Richtung. Der Isolator 20C lässt Licht, das von der Lichtquelle 20A ausgesendet wurde, passieren, und blockiert Licht von der entgegengesetzten Richtung. Dadurch wird Licht, das durch den Isolator 20C gegangen ist, durch die Sammellinse 20E gesammelt und fällt dieses auf die optische Faser 44 ein.
Die Sammellinse 20E befindet sich zwischen der Lichtquelle 20A und der optischen Faser 44. Die Sammellinse 20E sammelt das Licht, das von der Lichtquelle 20A ausgesendet wurde, auf der optischen Faser 44, sodass dieses Licht auf die optische Faser 44 einfällt.
Die Sammellinse 20F sammelt an der Biegegrößenerfassungseinrichtung 20G das Licht, das durch den Reflexionsabschnitt 48 reflektiert wurde, das durch die optische Faser 44 zurückgeht, das über die Sammellinse 20E geht und das durch den Reflexionsspiegel 20D reflektiert wurde.
Der Reflexionsabschnitt 48 befindet sich im starren Abschnitt 30 am distalen Ende, der am distalen Ende der optischen Faser 44 vorgesehen ist. Der Reflexionsabschnitt 48 reflektiert Licht, das von der optischen Faser 44 ausgesendet wurde, und lässt dieses Licht auf die optische Faser 44 noch einmal einfallen.
Der Reflexionsspiegel 20D lässt Licht von einer Richtung passieren und reflektiert Licht von der anderen Richtung. Genauer gesagt lässt der Reflexionsspiegel 20D das Licht, das von der Lichtquelle 20A ausgesendet wurde und das durch die Projektionslinse 20B und den Isolator 20C gegangen ist, zur Seite der Sammellinse 20E. Außerdem reflektiert der Reflexionsspiegel 20D zurückkehrendes Licht, das von der optischen Faser 44 ausgesendet wurde und durch die Sammellinse 20E geht.
Die Biegegrößenerfassungseinrichtung 20G weist eine Lichtaufnahmeeinrichtung auf, wie zum Beispiel ein Lichtaufnahmeelement. Die Biegegrößenerfassungseinrichtung 20G nimmt einfallendes Licht auf und gibt ein aufgenommenes Lichtsignal entsprechend der Größe des aufgenommenen Lichtes usw. aus. Auf der Grundlage des aufgenommenen Lichtsignals gibt die Biegegrößenerfassungseinrichtung 20G ein Aufnahmelichtsignal entsprechend der Größe des Biegens (Biegegröße) des Biegeabschnitts 32 aus.
Die optische Faser 44 wird von der Licht-Emissions/Erfassungs-Vorrichtung 20 zum starren Abschnitt 30 am distalen Ende über das Universalseil 42, den Betätigungsabschnitt 28, den flexiblen Rohrabschnitt 34 und den Biegeabschnitt 32 eingeführt. Die optische Faser 44 führt das Licht, das von der Lichtquelle 20A ausgesendet wurde und durch die Sammellinse 20E gesammelt wurde, zum starren Abschnitt 30 am distalen Ende des Einführabschnitts 26 über den Betätigungsabschnitt 28, wie es in 2 dargestellt ist. Die optische Faser 44 ist aus einem linienförmigen Element gebildet.
Außerdem ist zumindest ein vorstehend genanntes Messteil 46 an einer Position der optischen Faser 44 vorgesehen, die einem vorbestimmten Bereich des Einführabschnitts 26 entspricht. Wenn die optische Faser 44 entsprechend der Biegung des Einführabschnitts 26 gebogen wird, sendet das Messteil 46 das Licht, das in der optischen Faser 44 geführt wird, zur Außenseite der optischen Faser 44 oder absorbiert dieses dieses Licht, und zwar entsprechend dem Biegezustand der optischen Faser 44.
Die Menge an Licht, die zur Außenseite der optischen Faser 44 ausgesendet wird oder absorbiert wird, entspricht der Biegegröße der optischen Faser 44. Das Messteil 46 wird verarbeitet, sodass eine Leckage von Licht der Größe entsprechend der Biegegröße der optischen Faser 44 nach außerhalb der optischen Faser 44 auftritt, oder sodass dieses Licht absorbiert wird. Anders ausgedrückt dient das Messteil 46 als eine Einheit (Änderungseinheit für die optische Charakteristik), die die optische Charakteristik des Lichtes, das durch die optische Faser 44 geführt wird, zum Beispiel die Lichtmenge, entsprechend dem Biegezustand des Einführabschnitts 26 ändert. Das Messteil 46 befindet sich in zumindest einem vorbestimmten Bereich des Einführabschnitts 26 an einem Ort, wo ein Biegen zu erfassen ist oder nahe diesem Ort und befindet sich insbesondere an dem Biegeabschnitt 32.
Unter Bezugnahme auf die 3A bis 3C wird das Prinzip der Erfassung des Fasersensors weiter erläutert. Der Fasersensor ist angeordnet, sodass die optische Faser 44 entlang des Einführabschnitts 26 vorgesehen ist, und das Messteil 46 an einem spezifischen Ort in einem vorbestimmten Bereich des Einführabschnitts 26 vorgesehen ist. Der Fasersensor ist konfiguriert, um eine Biegegröße aus einer Krümmung der optischen Faser 44 aufzufinden.
Wenn die optische Faser 44 sich aus einem ersten Zustand (geraden Zustand), in dem die optische Faser 44 nicht gebogen ist, wie es in 3A gezeigt ist, zu einem Zustand, in dem die optische Faser 44 gebogen ist, zum Beispiel wie in den 3B oder 3C gezeigt ist, ändert, ändert sich die Lichtmenge, die auf das Messteil 46, das an der optischen Faser 44 vorgesehen ist, einfällt. 3B stellt einen zweiten Zustand dar, in dem die optische Faser 44 gebogen ist, wobei die Seite des Vorsehens des Messteils 46 die Innenseite der Biegung ist. 3C stellt einen dritten Zustand dar, in dem die optische Faser 44 gebogen ist, wobei die Seite des Vorsehens des Messteils 46 die Außenseite der Biegung ist. Wenn der erste bis dritte Zustand verglichen werden, ist die Lichtübertragungsgröße bzw. -menge durch die optische Faser 44 im zweiten Zustand, der in 3B gezeigt ist, die größte und ist die Lichtübertragungsgröße bzw. -menge durch die optische Faser 44 im dritten Zustand, der in 3C gezeigt ist, die kleinste.
Wenn dieser Fasersensor verwendet wird, kann die Formabschätzeinheit 24 die Biegeform in dem vorbestimmten Bereich des Einführabschnitts 26, durch den die optische Faser 44 eingeführt wird, auf der Grundlage von Informationen von diesem Fasersensor und vorherigen Informationen berechnen. Genauer gesagt ist die Information von dem Fasersensor eine Biegegröße, die durch eine Änderung eines Aufnahmelichtsignals angezeigt ist, das von der Biegegrößenerfassungseinrichtung 20G ausgegeben wird, das heißt eine Änderung der optischen Charakteristik, zum Beispiel eine Änderung einer Lichtmenge des Lichtes, das in der optischen Faser 44 durch das Messteil 46 geführt wird, das an der optischen Faser 44 vorgesehen ist. Die vorherige Information ist eine Biegerichtung, die durch die Richtung bekannt ist, in der das Messteil 46 an der optischen Faser 44 vorgesehen ist, und eine Längsrichtungsposition, an der das Messteil 46 an der optischen Faser 44 vorgesehen ist.
Der Fasersensor ist ein Sensor vom Lichtmengenänderungserfassungstyp, bei dem die Lichtmenge, die in der optischen Faser 44 sich bewegt, sich aufgrund der Biegung gemäß Vorbeschreibung ändert. Der Sensor von diesem Typ gibt ein Aufnahmelichtsignal aus, das der Lichtmenge entspricht, die sich entsprechend dem Biegen des Einführabschnitts 26 ändert (dem Biegen der optischen Faser 44), das heißt, der Lichtmenge, die sich in der optischen Faser 44 bewegt. Somit ist dieser Sensor, da das Erfassungssystem mit niedrigen Kosten gebildet werden kann, als Produkt für die Massenproduktion geeignet.
Neben dem Fasersensor von diesem Lichtmengenänderungserfassungstyp ist ein Fasersensor vom sogenannten FBG-Typ bekannt, bei dem ein Gitter an einer optischen Faser ausgebildet ist. Bei diesem Typ kann, obwohl das Erfassungssystem komplex ist und die Kosten zur Erhöhung neigen, das Biegen mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
4 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines Biegeformabschätzsystems 50 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, das im Endoskopsystem 10 montiert ist. Dieses Biegeformabschätzsystem 50 weist die vorstehend beschriebene Formabschätzeinheit 24, einen Formsensor 52, wie den vorstehend beschriebenen Fasersensor, eine Speichereinheit 54 und eine Anzeigeeinheit (Monitor) 55 auf.
Der Formsensor 52 ist konfiguriert, sodass eine Vielzahl von Messteilen 46 in einem vorbestimmten Bereich des Einführabschnitts 46 des Endoskops 12 vorgesehen sind. Die Speichereinheit 54 speichert Segmentinformationen für das virtuelle Unterteilen der optischen Faser 44, an der die Messteile 46 vorgesehen sind, in eine Vielzahl von Segmenten. In der Zwischenzeit wird in der vorliegenden Spezifikation angenommen, dass die Segmente Abschätzeinheiten bedeuten, die virtuell in der Reihenfolge in Längsrichtung in dem vorbestimmten Bereich eines stabförmigen Biegeelementes des Ziels (des Einführabschnitts 46 des Endoskops 12 in diesem Fall) benachbart sind. Der Abschätzbereich hat zumindest Informationen einer Länge, einer Krümmung, einer Form und einer Richtung zum Abschätzen der Biegeform des Biegeelementes. Das Verfahren zum Unterteilen der Segmente wird später beschrieben.
Auf der Grundlage der Segmentierungsinformationen, die in der Speichereinheit 54 gespeichert sind, schätzt die Formabschätzeinheit 24 die Biegeform von jedem der Segmente aus der Krümmungsinformation (Krümmung oder Biegegröße) an der Vielzahl an Messteilen 46 ab, die durch den Formsensor 52 erfasst wurde. Außerdem schätzt durch das Koppeln der abgeschätzten Biegeformen der jeweiligen Segmente die Formabschätzeinheit 24 die Biegeform in dem vorbestimmten Bereich des Einführabschnitts 26 ab, das das Biegeelement ist, an dem die Vielzahl an Messteilen 46 vorgesehen sind, und zeigt diese das Abschätzergebnis auf der Anzeigeeinheit 55 an. In der Zwischenzeit wird die Anzeigeeinheit 55 als ein zweckspezifischer Monitor gebildet, der sich von der Anzeigeeinheit 16 des Endoskopsystems 10 unterscheidet. Die Biegeform in dem vorbestimmten Bereich des Einführabschnitts 26 kann in Nebeneinanderanordnung mit dem Endoskopbeobachtungsbild durch die Anzeigeeinheit 16 des Endoskopsystems 10 dargestellt sein.
5 stellt ein Beispiel dar, bei dem ein Fasersensor, der zum Erfassen einer Biegegröße und einer Biegerichtung in der Lage ist, als Formsensor 54 verwendet wird. Messteile 46A und 46B befinden sich an Positionen, die um 90° um die Achse der optischen Faser 44 verschoben sind.
Der Grund dafür, warum die Messteile sich an Positionen befinden, die um 90° (d. h. orthogonale Positionen) um die Achse der optischen Faser 44 verschoben sind, besteht darin, dass dieses ermöglicht zu erfassen, wie viel die optische Faser 44 in einer x-Achsen-Richtung und einer y-Achsen-Richtung gebogen ist, wenn ein wie in 6 gezeigtes Koordinatensystem verwendet wird. Im Übrigen ist die z-Achse die Längsrichtung der optischen Faser 44, das heißt die Längsrichtung des Einführabschnitts 26. Eine Anordnung, die sich von der von 90° unterscheidet, zum Beispiel eine Anordnung an drei Punkten in Intervallen von 120°, kann angewendet werden. Jedoch werden in der Anordnung an drei Punkten die arithmetischen Operationen an der Biegegröße und Biegerichtung komplex oder sind Messteile 46 von drei oder mehr Richtungen je Punkt notwendig. Somit ist die Zweipunkteanordnung an Positionen, die sich um 90° unterscheiden, wie es in 5 dargestellt ist, die einfachste Konfiguration. Außerdem kann entsprechend dieser Anordnung die Biegecharakteristik der optischen Faser 44 an der gleichen Position in Längsrichtung gemessen werden. Als ein Ergebnis können, wenn ein Ziel (z. B. der Einführabschnitt 26 des Endoskops 12), durch den die optische Faser 44 eingeführt wird, in Segmente unterteilt wird, wie es später beschrieben wird, zwei oder mehr unterschiedliche Biegeerfassungsrichtungen in Bezug auf alle Segmente gemeinsam gestaltet werden. Außerdem kann ein solches Segmentierungsverfahren implementiert werden, dass Messteile 46x, 46y aller unterschiedlichen Richtungen sich an den Mittelpunkten der Segmente befinden, und die Positionen der Erfassung der Krümmungsinformation (Krümmung oder Biegegröße) in allen Segmenten gleich gestaltet werden.
Außerdem ist in jedem der Segmente ein Messteil 46 für das Erfassen des Biegens des Segments einer Biegerichtung zugeordnet. Somit kann eine effiziente Biegeerfassung ohne Redundanz ausgeführt werden.
In der Zwischenzeit kann das Anordnungsverfahren zum Vorsehen der Messteile 46 an unterschiedlichen Positionen um die Achse der optischen Faser 44 unterschiedlich eingestellt werden und kann ein beliebiges Anordnungsverfahren verwendet werden. Zum Beispiel ist es möglich, die Messteile 46 an unterschiedlichen optischen Fasern 44 vorzusehen oder, wie es in 7 dargestellt ist, die Positionen der Messteile 46A und 46B in Längsrichtung der optischen Faser 44 geringfügig zu verschieben.
Durch das geringfügige Verschieben der Positionen der zwei Messteile 46A und 46B in Längsrichtung der optischen Faser 44, wie es in 7 dargestellt ist, wird es möglich, ein Überlappen der zwei Messteile 46A und 46B mit großen Breiten zu verhindern. Ferner ist es möglich, Unzulänglichkeiten bei der Strukturfestigkeit aufgrund des Vorsehens der zwei Messteile 46A und 46B, eine Variation bei der Biegecharakteristik der optischen Faser 44 und eine Verschlechterung bei der Zuverlässigkeit zu vermeiden. Darüber hinaus kann die Biegecharakteristik an im Wesentlichen der gleichen Position in Längsrichtung der optischen Faser 44 gemessen werden. Als ein Ergebnis können, wenn das Ziel (z. B. der Einführabschnitt 26 des Endoskops 12), durch den die optische Faser 44 eingeführt wird, in Segmente unterteilt wird, wie es später beschrieben wird, die zwei oder mehr unterschiedlichen Biegeerfassungsrichtungen in Bezug auf alle Segmente in einfacher Weise gemeinsam gestaltet werden. Außerdem kann ein solches Segmentierungsverfahren implementiert werden, dass die Messteile 46 von allen unterschiedlichen Richtungen sich im Wesentlichen an den Mittelpunkten der Segmente befinden und dass die Positionen der Erfassung der Krümmungsinformation (Krümmung oder Biegegröße) in allen Segmenten gleichmäßig gestaltet sind.
8 stellt ein Beispiel des Erfassens einer Biegegröße und einer Biegerichtung dar. In diesem Beispiel werden die Erfassungsergebnisse der Biegegrößen in der x-Achsen-Richtung und y-Achsen-Richtung verwendet. Dadurch ist, wenn die Biegegrößen in x-Richtung und y-Richtung θx und θy sind, die Biegegröße θ und der Winkel der Biegerichtung zur x-Achse α, Folgendes gegeben: θ = sqrt(θx2 + θy2), und θcosα = θx, θsinα = θy (Gleichung 1).
Dementsprechend erfasst die Formabschätzeinheit 24 die Biegegröße und Biegerichtung, sodass „eine Biegung um θ in einer Biegerichtung auftritt, die um α von der x-Achse rotiert ist”.
Darüber hinaus muss das Verfahren zum Erfassen der Biegegröße und -richtung nicht notwendigerweise immer auf dieses Verfahren beschränkt sein.
Außerdem kann die Krümmung der Biegung statt der Biegegröße verwendet werden. Ein Beispiel für die Berechnung der Biegerichtung und -krümmung zu diesem Zeitpunkt ist gezeigt.
Wenn die Krümmung in x-Richtung und y-Richtung 1/Rx und 1/Ry sind, sind 1/R = sqrt{(1/Rx)2 + (1/Ry)2}, und 1/R·cosα = 1/Rx, 1/R·sinα = 1/Ry (Gleichung 2), wobei angenommen wird, dass „eine Biegung um die Krümmung 1/R in eine Richtung auftritt, die um α von der x-Achse gedreht ist”.
Dementsprechend kann durch die Verwendung des Fasersensors, bei dem Messteile 46A und 46B angeordnet sind, wie es in 5 oder 7 dargestellt ist, als Formsensor 52, der Formsensor 52 erhalten werden, der die Biegeform in einem gewünschten Bereich des Einführabschnitts 26 des Endoskops 12 erfasst.
Die Biegecharakteristiken an den Messteilen 46, die durch den Formsensor 52, wie zum Beispiel den Fasersensor, erfasst wurden, das heißt die Krümmungsinformation (Krümmung oder Biegegröße) am Messteil 46, werden in die Formabschätzeinheit 24 eingegeben. Auf der Grundlage der erfassten Biegecharakteristiken berechnet die Formabschätzeinheit 24 die teilweise Biegeform des Ziels, das heißt die Biegeform der Segmente.
9 stellt ein Beispiel einer konkreten Biegeform dar, die durch den Formsensor 52 erfasst wird.
Wenn die erfasst Krümmung am Messteil 46 1/R ist und die Länge des Erfassungsbereiches (Segmentes) L ist, gilt eine Beziehung „L = Rθ” zwischen dem Radius R, der Länge L und dem Biegewinkel θ (die Einheit von θ ist radian), wenn angenommen wird, dass das Ziel in einer Bogenform gebogen wird. Dementsprechend ist der Biegewinkel θ gegeben als „θ = L/R”.
Auf diese Weise kann durch das Abschätzen der Form des Ziels als eine Bogenform die Form in einfacher Weise abgeschätzt werden, wie es durch die vorstehende Gleichung 1 oder Gleichung 2 gezeigt ist. Bei der Formabschätzung durch das Verbinden von Segmenten, die später beschrieben wird, wenn ein numerischer arithmetischer Prozess ausgeführt wird, können die Position und Richtung des anderen Endes in Bezug auf das eine Ende durch nur die Kombination der Prozesse von Bewegung und Rotation berechnet werden und ist die Verarbeitung einfach.
Im Beispiel von 9 wird die Formabschätzung ausgeführt, indem die Biegeform der Nähe des Messteils 46 als Bogenform angesehen wird, jedoch können andere Formabschätzungen ausgeführt werden. Im Fall eines Bogens sind die Richtung der Biegung und Krümmung unabhängig von den Orten konstant. Jedoch ist zum Beispiel solch eine Form möglich, dass zumindest entweder die Richtung der Biegung oder die Krümmung sich in Abhängigkeit von den Orten ändert. Außerdem ist es möglich, die Form als eine gerade Linie (Liniensegment) anzusehen und den Winkel oder die Richtung zwischen Liniensegmenten an einem Verbindungsteil zur Form der Nähe zur Nachbarschaft zu einem anderen Messteil 46 abzuschätzen. Darüber hinaus ist es möglich, ein Verfahren zu verwenden, bei dem eine Referenztabelle verwendet wird, um die Biegeform aus dem Erfassungsergebnis am Messteil 46 abzuschätzen.
Als Nächstes wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Biegeformabschätzung in 5 weiter entwickelt wird und bei dem die Biegeformerfassung in einem optischen Fasersensor ausgeführt wird, bei dem das Messteil 46 an einer Vielzahl an Orten vorgesehen ist.
Beschreibung von Segmenten
10 stellt ein Beispiel der Verwendung eines Fasersensors dar, der eine Biegeerfassung an einer Vielzahl an Orten ausführen kann.
Sechs Messteile 46A1, 46B1, 46A2, 46B2, 46A3 und 46B3 insgesamt befinden sich an einer optischen Faser 44, sodass zwei Messteile sich an zwei Orten befinden, die um 90° um die Achse der optischen Faser 44 verschoben sind, und dieses Paar befindet sich an drei Orten in Längsrichtung. In der Zwischenzeit kann, selbst wenn die Anzahl der Messteile 46 gleich ist, eine Vielzahl an optischen Fasern 44 verwendet werden oder können die Positionen der Messteile 46 variieren. Auf diese Weise kann das Verfahren zur Anordnung der Messteile 46 unterschiedlich eingestellt werden und kann ein beliebiges Verfahren zur Anordnung verwendet werden.
Im Übrigen wird angenommen, dass die Biegerichtung um die Achse der optischen Faser 44 in dem Zustand definiert ist, in dem die Längsachsenrichtung der optischen Faser gerade ist, wie es in 10 dargestellt ist. Das Gleiche gilt für die Biegerichtung des Ziels.
Hier werden Betrachtungen in Bezug auf allgemeine Fälle einschließlich Formsensoren, die sich vom Fasersensor unterscheiden, getätigt. Die Längsrichtung, die eine Richtung der geraden Linie in geradem Zustand des Ziels, von dem die Biegeform abzuschätzen ist, wie es in 6 gezeigt ist, ist als z-Achse eingestellt. Eine zur z-Achse senkrechte Richtung ist als x-Achse eingestellt und eine Richtung, die zur z-Achse und x-Achse senkrecht ist, ist als y-Achse eingestellt. In Bezug auf das Koordinatensystem (xyz-Achsen) an einem beliebigen Punkt auf dem Ziel ist die Längsrichtung immer als die z-Achse selbst zur Zeit des Biegens eingestellt und werden die x-Achse und y-Achse nur durch den Einfluss der Rotation durch Biegen beeinflusst. Genauer gesagt wird angenommen, dass das Messteil 46x, das sich in der x-Achsen-Richtung im geraden Zustand befindet, noch in der x-Achsen-Richtung ist, selbst wenn das Ziel gebogen ist. Zum Beispiel ist, wenn die x-Achsen-Richtung des Ziels oder die optische Faser 44 markiert ist, die markierte Richtung die x-Achsen-Richtung, selbst wenn das Ziel gebogen ist. Es wird angenommen, dass die Biegerichtung zur Zeit des Biegens aus der x-Achsen-Richtung und y-Achsen-Richtung im geraden Zustand oder zur Zeit des Biegens des Ziels beurteilt wird. Insbesondere wird, wenn die Biegerichtungen zwischen Segmenten verglichen werden, dieses Verfahren angewendet.
Außerdem können die Richtungen der x-Achse und y-Achse zufällig auf einer Punkt-für-Punkt-Basis auf dem Ziel eingestellt werden. Jedoch ist die Bequemlichkeit hoch, wenn die Richtungen der x-Achse und y-Achse an allen Punkten auf dem Ziel gleich sind, wenn das Ziel in dem geraden Zustand ist, und in diesem Beispiel wird ebenfalls angenommen, dass die Richtungen der x-Achse und y-Achse an allen Punkten auf dem Ziel gleich sind.
Um die Biegerichtung zu berechnen, müssen die Messteile 46x und 46y für das Erfassen der Krümmungsinformation (Krümmung und Biegegröße) in zwei oder mehr unterschiedlicher Richtungen, die senkrecht zur z-Achse sind, allen Segmenten entsprechen. In diesem Beispiel befinden sich die Messteile 46x und 46y in Richtungen, die um 90° verschoben sind.
Um das Beispiel der Biegerichtung an einem Ort anzuwenden, wie es in 5 oder 7 und 6 und 8 und ebenfalls in 9 dargestellt ist, und zwar auf das Beispiel von 10, wird ein Beispiel beschrieben, bei dem das Ziel (z. B. der Einführabschnitt 26 des Endoskops 12), durch den die optische Faser 44 eingeführt wird, im drei Segmente 56 (56-1, 56-2, 56-3) unterteilt ist, wie es in 11 dargestellt ist.
In 11 weisen die Segmente 56-1, 56-2 und 56-3 jeweils Messteile 46A1 und 46B1, Messteile 46A2 und 46B2 und Messteile 46A3 und 46B3 in Richtungen auf, die sich um 90° unterscheiden. Auf der Grundlage der Krümmungen der Messteile 46A1, 46B1, 46A2, 46B2, 46A3 und 46B3 können die Biegegrößen und Biegeformen der jeweiligen Segmente 56-1, 56-2 und 56-3 berechnet werden, wie es in 6, 8 und 9 dargestellt ist.
Durch das Verbinden der berechneten Biegegrößen und Biegeformen der jeweiligen Segmente 56-1, 56-2 und 56-3 kann die Biegeform im gesamten effektiven Erfassungsbereich, der der vorstehend beschriebene vorbestimmte Bereich ist, abgeschätzt werden.
Die Bedingungen zu einer Zeit der Verbindung sind die folgenden drei:

1) Die Segmente werden kontinuierlich an Verbindungsteilen zwischen den Segmenten verbunden,
2) Die Richtungen (Tangentialrichtungen) der jeweiligen Segmentendabschnitte fallen an den Verbindungsteilen zwischen den Segmenten zusammen, und
3) Die Segmente sind an den Verbindungsteilen zwischen den Segmenten ohne Verdrehung oder Rotation der Segmente 56 verbunden.

In Bezug auf die vorstehenden Bedingungen wird angenommen, dass in 6 nicht nur die z-Achsen-Richtung, sondern ebenfalls die x-Achsen-Richtung und y-Achsen-Richtung in Bedingung (2) an den verbundenen Endabschnitten zusammengeführt werden, sodass die x-Achsen-Richtung und y-Achsen-Richtung um die z-Achsen-Richtung zur Zeit der Verbindung der Segmente 56 nicht verschoben werden können.
12 stellt ein Beispiel der Verbindung der zwei Segmente 56 (ein n-tes Segment 56n und ein (n + 1)-tes Segment 56n + 1) entsprechend diesem Verbindungsverfahren dar. Aus Gründen der Einfachheit wird ein Beispiel einer Biegung in der gleichen Ebene dargestellt. An drei Verbindungspunkten 58 sind die x-Achse und z-Achse des Koordinatensystems xyz gezeigt. In diesem Beispiel ist an allen Verbindungspunkten 58 die Richtung einer y-Achse eine Aufwärtsrichtung auf dem Bogen der Zeichnung.
In Bezug auf das n-te Segment 56n sind die Positionen der Verbindungspunkte 58 an beiden Enden Pn und Pn + 1, ist die Länge Ln, ist der Krümmungsradius Rn, ist die Biegegröße (Biegewinkel) θn und ist der Mittelpunkt der Krümmung Cn. Zu dieser Zeit ist an der Position Pn und der Position Pn + 1 die Richtung zur Position Cn hin senkrecht zur Tangente des Segmentes 56n.
In ähnlicher Weise gilt in Bezug auf das (n + 1)-te Segment 56n + 1: die Positionen der Verbindungspunkte 58 an beiden Enden sind Pn + 1 und Pn + 2, die Länge ist Ln + 1, der Krümmungsradius ist Rn + 1, die Biegegröße (Biegewinkel) ist θn + 1 und der Krümmungsmittelpunkt ist Cn + 1. Zu dieser Zeit ist an der Position Pn + 1 und der Position Pn + 2 die Richtung zur Position Cn + 1 hin senkrecht zur Tangente des Segmentes 56n + 1.
Von den drei Verbindungszuständen aus Zustand (1) ist die Position Pn + 1 den zwei Segmenten 56n und 56n + 1 gemeinsam. Außerdem fallen aus der Bedingung (2) die Tangentenrichtungen der zwei Segmente 56n und 56n + 1 an der Position Pn + 1 zusammen. Ferner sind aus der Bedingung (3) die Segmente ohne Verdrehung (ohne Rotationsverschiebung um die Tangentenrichtung) verbunden, das heißt, dass die Richtungen um die Tangentenrichtung zusammenfallen.
In der Zwischenzeit wird, wenn die Biegerichtungen der zwei Segmente 56n und 56n + 1 voneinander verschieden sind, die Biegeform eine dreidimensionale Struktur und fallen die Positionen Pn, Pn + 1 und Pn + 2 nicht in die gleiche Ebene. Außerdem sind die Position Pn + 1, die Position Cn und die Position Cn + 1 angeordnet, sodass diese nicht auf der gleichen Geraden liegen.
Auf diese Weise wird der Sensor 52, wie zum Beispiel der Fasersensor, der die Krümmung oder Biegewinkel an unterschiedlichen Orten von sich selbst erfassen kann, verwendet, wobei zumindest ein Teil davon in Segmente 56 unterteilt ist, wird die Biegeform vor jedem Segment 56 als eine Bogenform berechnet und werden die jeweiligen Segmente 56 verbunden, um die Biegeform von zumindest einem Teil des Formsensors 52 zu berechnen. Dadurch kann die Biegeform des Formsensors 52 in einfacher Weise aufgefunden werden. Als ein Ergebnis kann, wenn eine Position, die eine Referenz wird, in dem Bereich vorgesehen ist, in dem die Biegeform verstanden wird, eine Position oder ein Abstand von dieser Referenz aufgefunden werden.
Insbesondere wird es in Bezug auf jedes Segment 56 durch die Verwendung der Krümmungsinformation (Krümmung oder Biegegröße) in zwei unterschiedliche Richtungen, wie zum Beispiel die x-Richtung und y-Richtung in 6, möglich, nicht nur die Biegegröße von jedem Segment 56 zu erfassen, sondern ebenfalls die Biegerichtung. Somit ist es ebenfalls möglich, eine dreidimensionale Biegeform zu erfassen. In diesem Fall kann, wenn zwei unterschiedliche Richtungen Orthogonalrichtungen sind, die Biegegröße von jedem Segment 56 durch einfache mathematische Ausdrücke berechnet werden, wie die vorstehend beschriebene Gleichungen (1) und (2). Insbesondere wird, wie es in 11 gezeigt ist, wenn die jeweiligen Segmente 56-1, 56-2 und 56-3 die Messteile 46A1, 46B1, 46A2, 46B2, 46A3 und 46B3, die in zwei Orthogonalrichtungen vorgesehen sind, der Sensor, der die Krümmungsinformation (Krümmung oder Biegegröße) von jedem Segment 56-1, 56-2 und 56-3 direkt misst, zusammengebaut und kann die genaue Formerfassung ausgeführt werden, ohne dass die Biegegröße usw. abgeschätzt wird.
In Bezug auf den vorbestimmten Bereich dieses segmentierten Biegeelementes (Einführabschnitt 26), führt die Formabschätzeinheit 24, die in 1 gezeigt ist, ebenfalls die Verbindung der abgeschätzten Biegeformen der jeweiligen Segmente 56 und die Abschätzung der Biegeform in dem vorbestimmten Bereich des Biegeelementes aus.
Erläuterung der Segmentierung
Vorstehend wurde die Beschreibung des Verfahrens des Abschätzens der Biegerichtung und der Krümmung von jedem der Segmente 56 vorgenommen, in die das Biegeelement segmentiert wurde. Wenn der Formsensor 52 in dem Biegeelement des rohrförmigen Einführsystems eingebaut wird, wie dem Einführabschnitt 26 des momentanen Endoskops 12, ist es notwendig, das Verfahren der Segmentierung entsprechend der Art und Weise der Biegung des Biegeelementes zu bestimmen.
Die Aufgabe der Segmentierung ist es, die Einheit zum Kalkulieren der Biegeform (Krümmung und Biegerichtung) klarzustellen.
Segmentierungsgrenze am Mittelpunkt
13 stellt ein Verfahren zum Bestimmen einer Grenze zwischen Segmenten 56 dar.
Es wird angenommen, dass es zwei benachbarte Segmente 56-1 und 56-2 gibt und dass ein Abstand L zwischen dem Messteil 46A1, 46B1 und dem Messteil 46A2, 4682 existiert. Zu diesem Zeitpunkt wird die Segmentgrenze 60, die eine Grenze zwischen den Segmenten 56-1 und 56-2 ist, als ein Mittelpunkt eingestellt, der sich mit einem Abstand von L/2 von dem Messteil 46A, 46B1 und von dem Messteil 46A2, 46B2 befindet.
Außerdem kann, wie es in 10 gezeigt ist, in Bezug auf das Teil, an dem das Messteil 46 am nächsten zum Ende vorhanden ist, die Grenze des Segmentes 56 bis zum Endabschnitt des Sensors eingestellt werden. Ferner kann zum Beispiel im Fasersensor, wenn die optische Faser ohne Messteil 46 sich über eine große Länge erstreckt, die Segmentgrenze 60 an der gleichen Länge wie die Länge von dem Messteil 46 zur Segmentgrenze 60 an der entgegengesetzten Seite vorgesehen sein. Ein Bereich ohne Messteil 46 über diese Segmentgrenze 60 hinaus liegt außerhalb des Formerfassungsbereiches des Formsensors 52.
Auf diese Weise ist der Mittelpunkt zwischen den Messteilen 46 der Nachbarsegmente 56 als die Segmentgrenze 60 eingestellt. Dadurch ist das Verfahren zum Bestimmen der Segmentgrenze 60 sehr einfach, wobei es nicht der Erwähnung bedarf, nicht nur in dem Fall, in dem die Biegecharakteristiken des Biegeelementes, das das Messziel der Biegeform ist, im Wesentlichen konstant unabhängig von Orten in Längsrichtung sind, sondern auch in dem Fall, in dem die Biegecharakteristiken sich in Abhängigkeit von der Nutzungsbedingung ändern, und in dem Fall, in dem die Biegecharakteristiken für sich unklar sind. Außerdem kann unter der Annahme, dass jedes der Segmente 56 in gleicher Weise biegbar ist, die Biegeform von jedem Segment 56 mit im Wesentlichen der gleichen Erfassungssensitivität und dem gleichen Erfassungsbereich gemessen werden.
Große Änderung (1) der Biegecharakteristiken an der Segmentgrenze: aktive und passive Biegungen
Hier wird eine Beschreibung des Verfahrens zum Bestimmen der Grenze der Segmente 56 in einem Teil vorgenommen, wo die Biegecharakteristiken sich an der Segmentgrenze 60 stark ändern.
14A stellt ein Bild des Einführabschnitts 26 des Endoskops 12 dar. Die linke Seite in der Figur ist eine distale Endseite des Einführabschnitts 26 und ist ein aktiver Biegeabschnitt 62, wie der Biegeabschnitt 32, der durch die Biegebetätigungseinheit 36 betätigbar ist. Die rechte Seite ist ein passiver Biegeabschnitt 64, wie zum Beispiel der flexible Rohrabschnitt 34, der durch äußere Kraft gebogen wird, die von der Bedienperson oder von einem Lumen aufgenommen wird. Der aktive Biegeabschnitt 62 und der passive Biegeabschnitt 64 haben unterschiedliche Charakteristiken. Der aktive Biegeabschnitt 62 ist insbesondere einfach biegbar zumindest in eine Richtung.
Ein Teil, wo sich die Biegecharakteristiken stark unterscheiden, ist als zweite Grenze 60s eingestellt. Wenn die zweite Segmentgrenze 60s sich an einer Position befindet, die sich von einer Segmentgrenze 60m unterscheidet, die durch den Mittelpunkt zwischen den Messteilen 46 der Nachbarsegmente bestimmt ist, wie es in 13 dargestellt ist, ist die zweite Segmentgrenze 60s vorzugsweise ausgewählt, wie es in 14B gezeigt ist, und ist diese als momentane Segmentgrenze 60 eingestellt.
Außerdem sind in dem aktiven Biegeabschnitt 62 Segmente 56-1, 56-2 und 56-3, die fein und im Wesentlichen in der Breite gleich sind, in Längsrichtung angeordnet. In dem passiven Biegeabschnitt 62 sind Segmente 56-4, 56-5, 56-6 und 56-7, die lang und im Wesentlichen in der Breite gleich sind, in Längsrichtung angeordnet.
Wenn Biegecharakteristiken sich an beiden Seiten des Verbindungsabschnitts stark unterscheiden, an dem solche Abschnitte mit unterschiedlichen Biegecharakteristiken verbunden sind, wird, wenn der Verbindungsabschnitt in einem Segment vorliegt, die Abschätzung der Biegeform komplex. Im umgekehrten Fall können, wenn der Verbindungsabschnitt, der die zweite Segmentgrenze 60s ist, als die Segmentgrenze 60 eingestellt ist, die Segmente 56-1, 56-2 und 56-3 und die Segmente 56-4, 56-5, 56-6 und 56-7 mit im Wesentlichen fixierten Biegecharakteristiken an beiden Seiten des Verbindungsabschnitts angeordnet werden, ist Formabschätzung einfach und kann eine Formabschätzung mit hoher Genauigkeit erwartet werden. Insbesondere können solche Effekte durch die Kombination mit der Anwendung der Segmentgrenze 60 erwartet werden, wodurch der Mittelpunkt zwischen den Messteilen 46 der Nachbarsegmente 56 als eine Segmentgrenze 60c eingestellt wird, wie es in 13 gezeigt ist.
Im Übrigen wird das Biegeelement einschließlich des aktiven Biegeabschnitts 62 und des passiven Biegeabschnitts 64 insbesondere breit angewendet, zum Beispiel im Einführabschnitt 26 des Endoskops 12. Durch die Anwendung eines solchen Segmentierungsverfahrens kann die Form des Einführabschnitts 26 in einfacher Weise mit hoher Genauigkeit abgeschätzt werden und kann somit eine Verbesserung bei Einführen und bei der Bedienbarkeit erwartet werden.
Darüber hinaus kann durch den Zusammenbau und das Verwenden des Fasersensors, bei dem der Durchmesser der optischen Faser 44 ungefähr φ0,1~0,5 (mm), wie es in 1 gezeigt ist, ist, als Formsensor 52 die Formabschätzung ausgeführt werden, ohne dass der Durchmesser des Einführabschnitts 26 im Wesentlichen erhöht ist, der das Biegeelement ist, ohne dass Störungen beeinflussen oder ohne eine externe Antenne usw. Als ein Ergebnis kann die Formabschätzung in dem vorbestimmten Bereich des Biegeelementes ausgeführt werden, ohne dass die Funktionen und Spezifikationen des Endoskops 12 geändert werden.
Große Änderung (2) der Biegecharakteristiken an der Segmentgrenze: Verbindungsabschnitt des starren Körpers
Eine Beschreibung eines weiteren Beispiels des Verfahrens des Bestimmens der Grenze der Segmente in einem Teil, wo die Biegecharakteristiken sich an der Segmentgrenze 60 stark ändern, wird vorgenommen.
In 15 ist die linke Seite ein Biegeabschnitt 66 am distalen Ende und ist die rechte Seite ein proximaler Biegeabschnitt 68. Ein starrer Abschnitt 70 liegt an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Biegeabschnitt 66 am distalen Ende und dem proximalen Biegeabschnitt 68 vor. In dieser Struktur sind in vielen Fällen die Formen der Lumen für das Einführen zwischen der distalen Endseite und der proximalen Seite verschieden, wobei der starre Abschnitt 20 die Grenze ist, und der Zweck der Verwendung unterscheidet sich zwischen der distalen Endseite und der proximalen Seite. Beispielsweise befindet sich die proximale Seite in einem Pfad zum Erreichen eines internen Zielorgans. Wenn die distale Seite in dem Pfad ist, wird das Schalten der Richtung des Einführens ausgeführt, und, wenn die distale Seite an dem Teil des inneren Zielorgans ist, werden genauere Auswahl von Pfaden und Behandlung wie zum Beispiel Beobachtung oder therapeutische Behandlung, ausgeführt. Auf diese Weise sind der Zweck der Verwendung und die Anordnung der Inhalte der Lumen zwischen der Vorderseite und der Hinterseite des Verbindungsabschnitts, der der starre Abschnitt ist, verschieden. Selbst wenn die Biegecharakteristiken der proximalen und distalen Seiten gleich sind, treten Unterschiede bei den Formen in vielen Fällen auf.
Somit sind beide Enden des starren Abschnitts 70, der der Abschnitt ist, an dem die Biegecharakteristiken sich stark unterscheiden, als zweite Segmentgrenze 60s eingestellt. In der Zwischenzeit kann, wenn die Länge des starren Abschnitts 70 sehr klein ist, nur der Mittelpunkt des starren Abschnitts 70 als eine Segmentgrenze 60 eingestellt werden. Im umgekehrten Fall kann, wenn die Länge des starren Abschnitts 70 nicht sehr klein ist, der starre Abschnitt 70 als „starres Segment” als ein Segment 56 bezeichnet werden, das seine Form nicht ändert. Wenn die zweite Segmentgrenze 60s an einer Position, die sich von der Segmentgrenze 60c unterscheidet, die durch den Mittelpunkt zwischen den Messteilen 46 der Nachbarsegmente bestimmt ist, wie es in 13 dargestellt ist, vorhanden ist, wird die zweite Segmentgrenze 60s vorzugsweise ausgewählt und diese als Istsegmentgrenze 60 eingestellt.
Auf diese Weise wird, wenn unterschiedliche Formen zwischen den Vorder- und Hinterseiten des Verbindungsabschnitts, der der starre Abschnitt ist, genommen werden, der Verbindungsabschnitt als Segmentgrenze 60 eingestellt. Dadurch können die Segmente 56-1, 56-2 und 56-3 und Segmente 56-4, 56-5, 56-6, 56-7 und 56-8 mit im Wesentlichen festgelegten Biegecharakteristiken an beiden Seiten des Verbindungsabschnitts angeordnet werden und kann eine Formabschätzung, die einfach ist und eine hohe Genauigkeit hat, erwartet werden. Außerdem können an der Vorder- und Hinterseite des Verbindungsabschnitts solche Effekte durch die Kombination mit der Anwendung der Segmentgrenze 60 erwartet werden, wodurch der Mittelpunkt zwischen den Messteilen 46 der Nachbarsegmente als eine Segmentgrenze 60c eingestellt ist, wie es in 13 gezeigt ist.
Bestimmung der Segmentgrenze durch Biegegröße
In 16 wird, wenn ein Abschnitt mit einer festgelegten Länge, auf dem die Messteile 46 in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind, in drei Segmente 56-1, 56-2 und 56-3 unterteilt ist, die Genauigkeit der Erfassung der Biegeform bestimmt, und zwar wie die Segmentlängen der Segmente 56-1, 56-2 und 56-3 einzustellen sind.
Beispielsweise können die folgenden drei Charakteristiken als konkrete Indizien der Segmentierung genannt werden:

(1) Maximalkrümmung 1/R bei der Verwendung (eine umgekehrte Anzahl eines minimalen Biegeradius R bei der Verwendung),
(2) Maximalkrümmung 1/R, die zu erfassen ist (eine umgekehrte Anzahl eines minimalen Biegeradius R, der zu erfassen ist), und
(3) Biegesteifigkeit EI.

Die Werte dieser Indizes haben in einigen Fällen in Abhängigkeit von Teilen, wo die Segmente 56 vorgesehen sind, stark unterschiedliche Verteilungen. Wenn die Grenze zwischen den Segmenten 56 des Biegeelementes, das das Ziel mit einer Verteilung von unterschiedlichen Biegecharakteristiken ist, zum Beispiel der Einführabschnitt 26 des Endoskops 12, zu bestimmen ist, ist es wünschenswert die Segmentlänge entsprechend den Indizes des Biegeelementes zu bestimmen.
In einem beliebigen Fall werden diese Indizes (1) bis (3) oder die umgekehrten Anzahlen der Indizes (die umgekehrten Anzahlen von (1) und (2) und der Wert des Index (3) an sich ) verwendet und werden die Segmentgrenzen 60 in einer Reihenfolge der Verhältnisse der Werte dieser Indizes oder in einer Reihenfolge der Werte dieser Indizes eingestellt.
Teil 1: Bestimmung der Segmentlänge auf der Grundlage eines minimalen Biegeradius R in Verwendung
In Bezug auf den vorstehenden Index (1), „Maximalkrümmung 1/R bei der Verwendung (eine umgekehrte Anzahl eines minimalen Biegeradius R in der Verwendung)” ist es, wenn die Krümmung 1/R in den Spezifikationen oder in einem Istbiegebereich groß ist, das heißt, wenn der Radius R klein ist, notwendig, die Segmentlänge auf einen kleinen Wert zu setzen. Durch das Einstellen der Segmentlänge im Verhältnis zur Umkehranzahl der Größe des Wertes des Index (1) kann die Segmentierung entsprechend dem Index implementiert werden.
Zum Beispiel ist, wie es in 17 gezeigt ist, wenn die Maximalkrümmungen 1/R bei der Verwendung der Segmente 56-1, 56-2 und 56-3 1/20 mm, 1/10 mm und 1/5 mm sind, das Verhältnis der umgekehrten Anzahlen der Maximalkrümmungen 1/R bei der Verwendung (das minimale R bei der Verwendung) 4:2:1. In 16 gilt, wenn die gesamte Segmentlänge 90 mm ist und der Intervall zwischen den Messteilen 46 30 mm ist, L1a:L2a = 4:2 und L2b:L3b = 2:1. Da L1a + L2a = L2b + L3b = 30 mm gilt L1a = 20 mm, L2a = 10 mm, L2b = 20 mm und L3b = 10 mm. Dieses Ergebnis ist im Feld der Segmentlänge A in 17 gezeigt.
Außerdem kann durch das Einstellen der Segmentlängen in der Reihenfolge der umgekehrten Anzahlen und der Größen der Werte des Index (1) die Segmentierung entsprechend den jeweiligen Indizes in einem gewissen Maß implementiert werden. Im Beispiel von 17 kann eine Kombination von Werten, wie es in der Zeile der Segmentlänge B gezeigt ist, als Zwischenwerte zwischen der einfachen gleichmäßigen Teilung (Dreiteilung) und dem Verhältnis der umgekehrten Anzahlen der Indizes (1) zugeordnet werden.
Teil 2: Bestimmung der Segmentlänge auf der Grundlage des minimalen Biegeradius R, der erfasst werden soll
In gleicher Weise ist es in Bezug auf den vorstehenden Index (2), „Maximalkrümmung 1/R, die zu erfassen ist (umgekehrte Anzahl eines minimalen Biegeradius R, der zu erfassen ist)”, wenn die Krümmung 1/R im Bereich, der zu erfassen ist, groß ist, das heißt, wenn der Radius R klein ist, notwendig, die Segmentlänge auf einen kleinen Wert einzustellen.
Wie in dem Fall des vorstehenden Index (1) kann durch das tatsächliche Einstellen der Segmentlänge im Verhältnis zur Größe der umgekehrten Anzahl des Wertes des Index (2) die Segmentierung entsprechend den jeweiligen Indizes umgesetzt werden. Außerdem kann durch das tatsächliche Einstellen der Segmentlängen in der Reihenfolge der Größen der umgekehrten Anzahlen der Werte der Indizes (1), (2) und (3) die Segmentierung entsprechend den jeweiligen Indizes in gewissem Ausmaß implementiert werden.
Teil 3: Bestimmung der Segmentlänge auf der Grundlage der Biegesteifigkeit EI
In Bezug auf die Biegesteifigkeit EI, die der Index von (3) ist, werden E und I als Erstes erläutert. E ist das Youngsche Modul, das ein Index für die Schwierigkeit beim Biegen ist, was durch die physikalischen Eigenschaften des Materials bestimmt wird. I ist ein geometrisches Moment der Trägheit, das ein Index der Schwierigkeit bei der Verformung eines Körpers in Bezug auf ein Biegemoment ist, das durch die Querschnittsform bestimmt wird. Ein Produkt von EI von E und I wird ein Index der Schwierigkeit beim Biegen durch das Element und die Querschnittsform. Wenn EI klein ist, erhöht sich die Einfachheit beim Biegen und es ist somit notwendig, die Segmentlänge auf einen kleinen Wert einzustellen.
Wie in den Fällen der vorstehenden Indizes von (1) und (2) kann durch das tatsächliche Einstellen der Segmentlängen im Verhältnis zur Größe des Wertes des Index (3) die Segmentierung entsprechend den jeweiligen Indizes implementiert werden.
Beispielsweise wird, wie es in 18 dargestellt ist, wenn die Biegesteifigkeiten EI bei der Verwendung der Segmente 56-1, 56-2 und 56-3 5, 3 und 2[× 10⁸Nm²] sind, das Verhältnis der Steifigkeiten 5:3:2. Zu diesem Zeitpunkt ist in 16, wenn die gesamte Segmentlänge 90 mm ist und der Intervall zwischen den Messteilen 46 30 mm ist, L1a:L2a = 5:3 und L2b:L3b = 3:2. Da L1a + L2a = L2b + L3b = 30 mm ist, gilt L1a = 18,75 mm, L2a = 11,25 mm, L2b = 18 mm und L3b = 12 mm. Dieses Ergebnis ist im Feld der Segmentlänge A in 18 gezeigt.
Außerdem kann, wie es in dem Feld der Segmentlänge B in 18 gezeigt ist, durch das tatsächliche Einstellen der Segmentlängen in der Reihenfolge der Größen der Werte der Indizes (3) der Segmente 56-1, 56-2 und 56-3 die Segmentierung entsprechend der jeweiligen Indizes in einem gewissen Maß implementiert werden.
Auf diese Weise ist in dem Rohrsystem, wie zum Beispiel dem Endoskop 10, bei dem der Formsensor 52, wie zum Beispiel der Fasersensor, der zum Erfassen der Krümmungen oder der Biegewinkel an einer Vielzahl an Orten von sich selbst in der Lage ist, an dem Biegeelement montiert ist, zumindest ein Teil des Rohrsystems in Segmente 56 unterteilt, ist die Biegeform von jedem Segment 56 als eine Bogenform aufgefunden und sind die jeweiligen Segmente 56 verbunden, um die Biegeform von zumindest einem Teil des Formsensors 52 zu berechnen. Dadurch kann die Biegeform in einem vorbestimmten Bereich des Biegeelementes des Rohrsystems, zum Beispiel dem Einführabschnitt 26 des Endoskopsystems 10 einfach aufgefunden werden. Insbesondere in Bezug auf den Fasersensor ist der Durchmesser klein und die Verdrahtung oder Ähnliches unnötig. Somit kann der Fasersensor in geeigneter Weise an dem Rohrsystem montiert werden.
Außerdem ist es in Bezug auf die Segmentierung, damit die Anzahl der Segmente 56 oder Messteile 46 des Formsensors 52 optimiert wird, wünschenswert, die Segmentlänge entsprechend der Einfachheit bei der Biegung oder der Biegegröße des Biegeelementes, zum Beispiel des Einführabschnitts 26 des Endoskops 12, zu bestimmen. Als konkrete Indizes wurden die drei Indizes (1) die Maximalkrümmung 1/R bei der Verwendung, (2) die Maximalkrümmung 1/R, die erfasst werden soll, und (3) die Biegesteifigkeit EI genannt.
In Bezug auf (1) die Maximalkrümmung 1/R bei der Verwendung und (2) die Maximalkrümmung 1/R, die erfasst werden soll, ist die Segmentgrenze 60 auf der Grundlage dieser Indizes eingestellt, sodass der Intervall der Messteile 46 der Segmente 56 solchen Segmentlängen entspricht, dass die Biegegrößen einander gleich oder nahe zueinander werden. Dadurch kann die Erfassungsempfindlichkeit des Formsensors 52 verbessert werden. Wenn die Segmentgrenze 60 entsprechend den Indizes eingestellt ist, wird die optimale Segmentlänge erhalten, wenn kein anderer Faktor vorliegt, der die Segmentlänge beeinflusst. Außerdem wird, wenn die Erfassungsempfindlichkeit in Kombination mit anderen Faktoren bestimmt wird, eine geeignetere Biegeerfassung ermöglicht, indem die Biegegrößen der jeweiligen Segmente 56 auf nahe Werte eingestellt werden.
Außerdem wird in Bezug auf (3) die Biegesteifigkeit EI die Segmentlänge auf der Grundlage dieses Index eingestellt, sodass die Biegegrößen der jeweiligen Segmente 56 einander gleich oder nahe aneinander werden. Dadurch kann die Segmentlänge in Bezug auf die Einfachheit bei der Biegung des Biegeelementes, zum Beispiel des Einführabschnitts 26 des Endoskops 12 optimiert werden.
Wenn die Biegegrößen der Segmente 56 zu einem Zeitpunkt, zu dem das gleiche Biegemoment aufgebracht wird, zusammenfallen, wird die optimale Segmentlänge erhalten, wenn kein anderer Faktor, der die Segmentlänge beeinflusst, vorliegt. Außerdem wird, wenn die Erfassungsempfindlichkeit in Kombination mit anderen Faktoren bestimmt wird, eine geeignetere Biegeerfassung ermöglicht, indem die Biegegrößen der jeweiligen Segmente 56 auf nahe Werte eingestellt werden.
Anzahl der Messteile im Segment
Wenn nicht nur die Biegegröße, sondern auch die Biegerichtung zu erfassen ist, werden Messteile, die sich in zwei oder mehr unterschiedlichen Richtungen befinden, notwendig. Zum Beispiel kann, wie es in 6 gezeigt ist, wenn die Messteile 46x und 46y sich entlang der x-Achse und der y-Achse in Richtungen erstrecken, die um 90° verschoben sind und senkrecht zur Längsrichtung des Biegemechanismus sind, die Anzahl der notwendigen Messteile 46 minimiert werden. Alternativ dazu können Messteile 46 in drei Richtungen in Intervallen von 120° angeordnet werden oder in vier Richtungen in Intervallen von 90°. In diesem Fall können die Biegerichtung und die Krümmungsinformation (Krümmung oder Biegegröße) von jedem Segment 56 auf der Grundlage der Krümmungserfassungswerte der drei oder vier Messteile 46 aufgefunden werden. Durch die Erhöhung der Anzahl der Messteile 46 zum Erfassen der Biegerichtung und der Biegegröße der Segmente kann die Genauigkeit und Stabilität der Erfassung verbessert werden.
Ferner kann, wenn eine Vielzahl von Messteilen 46 für das Erfassen der gleichen Biegerichtung in einem Segment angeordnet ist, der Erfassungswert an einem Messteil 46 verwendet werden oder kann eine Bestimmung vorgenommen werden, indem eine solche Wichtung vorgenommen wird, um umgekehrt proportional zu den Abständen von der Position, die die Biegeform des Segments repräsentiert (der Mittelpunkt in Längsrichtung, wenn die Position nicht speziell bezeichnet ist), zu den jeweiligen Messteilen 46 zu sein.
Ein konkretes Verfahren der Wichtung wird unter Bezugnahme auf 19 beschrieben.
In einem Segment 56-1 sind vier Messteile 46 insgesamt, und zwar Messteile 46A1 und 46A2 für die x-Achsen-Richtung und Messteile 46B1 und 46B2 für die y-Achsen-Richtung. Hier sind die Abstände von den Messteilen 46A1 und 46B1 und den Messteilen 46A2 und 46B2 zu einem Punkt (schwarzer Kreis in der Figur) 72, der das Segment 56-1 darstellt, als L1 und L2 eingestellt, sind die Erfassungswerte an den Messteilen 46A1, 46A2, 46B1 und 46B2 als CA1, CA2, CB1 und CB2 eingestellt, ist der Erfassungswert in der x-Achsen-Richtung als CA eingestellt und ist der Erfassungswert in der y-Achsen-Richtung als CB eingestellt. Zu dieser Zeit werden durch das Ausführen der Wichtung wie nachstehend gezeigt die Erfassungswerte, die angenommen werden, berechnet: CA = L2/(L1 + L2)·CA1 + L1/(L1 + L2)·CA2, und CB = L2/(L1 + L2)·CB1 + L1/(L1 + L2)·CB2.
Segmentanordnung außerhalb des effektiven Erfassungsbereiches Gemäß Vorbeschreibung sind in dem effektiven Erfassungsbereich, der er vorbestimmte Bereich des Biegeelements (z. B. des Einführabschnitts 26 des Endoskops 12), das das Erfassungsziel ist, die Segmente angeordnet, sodass diese zueinander benachbart sind. In diesem effektiven Erfassungsbereich, das heißt dem vorbestimmten Bereich, zum Beispiel in dem Fall des Einführabschnitts 26 des Endoskops 12 ist die Gesamtheit des Biegeabschnitts 32 unverzichtbar, jedoch kann der biegsame Rohrabschnitt 34 nur einen Abschnitt einer beliebigen Länge von der distalen Endseite von diesem aufweisen, der mit dem Biegeabschnitt 32 kontinuierlich ist. Der Grund dafür ist, dass die Gesamtheit des biegsamen Rohrabschnitts 34 nicht in ein Lumen eines Objektes eingeführt ist und dass eine geringe Notwendigkeit besteht, die Biegeform von diesem Teil des flexiblen Rohrabschnitts 34 zu erkennen, der in den Lumen eingeführt ist, mit Ausnahme der Nähe zum Biegeabschnitt 32. Dementsprechend besteht keine Notwendigkeit, das Messteil 46 außerhalb dieses effektiven Erfassungsbereiches vorzusehen, der der vorbestimmte Bereich ist.
Jedoch können selbst an der Außenseite des effektiven Erfassungsbereiches Messteile 46 sparsamer als in dem vorbestimmten Bereich vorgesehen sein, sodass eine grobe Biegeform des Biegeabschnitts in dem Lumen betrachtet werden kann. In diesem Fall ist das Segment 56 nicht immer notwendig. Somit kann an der Außenseite des effektiven Erfassungsbereiches ein gewisser Abstand von anderen Segmenten 56 vorliegen oder kann die Segmentlänge in Längsrichtung des Biegeabschnitts groß sein.
Biegeformabschätzverfahren des Biegeelements
Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Verfahrens zum Abschätzen der Biegeform in dem vorbestimmten Bereich des Biegeelementes vorgenommen (z. B. des Einführabschnitts 26 des Endoskops 12), das das Erfassungsziel ist, und zwar in dem Biegeformabschätzsystem 50, wie es in 4 dargestellt ist.
Das Abschätzverfahren weist die folgenden sieben Schritte auf, wie es in 20 dargestellt ist.
Zu Beginn wird eine Segmentierung implementiert (Schritt S1). Dieser Schritt ist ein Schritt, bei dem ein vorbestimmter Bereich mit Biegsamkeit des Einführabschnitts 26 des Endoskops 12, der das Biegeelement ist, das in einem Lumen eines Objektes eingeführt wird und eine vorbestimmte Arbeit ausführt, in eine Vielzahl von Segmenten 56 segmentiert wird, sodass zumindest eines einer Vielzahl von Messteilen, die sich entlang der Längsrichtung des Biegeelementes befinden, in jedem der jeweiligen Segmente 56 befindet.
Beispielsweise wird diese Segmentierung zum Zeitpunkt der Gestaltung zum Befestigen des Formsensors 52 am Einführabschnitt 26, der das Biegeelement ist, implementiert oder implementiert, während die Charakteristiken des Einführabschnitts 26, das das Biegeelement ist, in dem der Formsensor 52 tatsächlich eingebaut wurde, überprüft werden. Im Falle eines Produktes wird die Segmentierung vor dem Versand aus der Fabrik implementiert.
Da die Segmentierung offline vorgenommen werden kann, kann die Segmentierung durch einen Gestalter ausgeführt werden oder durch einen Computer an dem System oder nicht an dem System ausgeführt werden.
Wenn die Segmentierung, wie es in 11 dargestellt ist, an der Anordnung der Messteile 46 implementiert wird, wie es in 10 dargestellt ist, wird der Mittelpunkt zwischen den Messteilen 46, die den Nachbarsegmenten 56 zugeordnet sind, als sie Segmentgrenze 60 eingestellt, wie es in 13 dargestellt ist. Jedoch wird, wie es in den 14A oder 15 gezeigt ist, an einem Teil, wo die Biegecharakteristiken sich stark ändern, dieser Teil der Änderung vorzugsweise als die Segmentgrenze 60 eingestellt.
Außerdem wird, wie es in den 16 bis 18 dargestellt ist, wenn die Biegecharakteristiken sich von Abschnitt zu Abschnitt unterscheiden, die Segmentgrenze 60 zwischen den Messteilen 46, die den Nachbarsegmenten 56 zugeordnet sind, entsprechend der Einfachheit beim Biegen bestimmt (der Biegegröße in Bezug auf ein vorbestimmtes Biegemoment), der Verteilung der Maximalkrümmung usw.
Die Information, die mit Ausnahme der Kurveninformation, die durch die Segmentierung gehalten wird, für die Formabschätzung notwendig ist, wird in der Speichereinheit 54 als Segmentierungsinformation gespeichert. Die Segmentierungsinformation weist die Anordnung von jedem Segment 56, die die Länge von jedem Segment 56 und so weiter auf.
Anschließend erlangt die Formabschätzeinheit 24 die Segmentierungsinformation aus der Speichereinheit 54 (Schritt S2). Dieser Schritt ist ein Schritt zum Erlangen der Information, die für die Formabschätzung notwendig ist, mit Ausnahme der Kurveninformation, wie der Anordnung und Länge von jedem Segment 56. Dieser Schritt wird zum Beispiel ausgeführt, wenn der Prozess durch das Biegeformabschätzsystem 50 nach dem Einschalten das erste Mal ausgeführt wird. Alternativ dazu wird, wenn dieses Biegeformabschätzsystem 50 auf das Endoskopsystem 10, das das Rohreinführsystem ist, angewendet wird, dieser Schritt im Ansprechen auf die Sollformleseanforderung von der Steuervorrichtung 22 des Endoskopsystems 10 ausgeführt.
Als Nächstes erlangt die Formabschätzeinheit 24 die Segmentinformation, die die Krümmungsinformation (Krümmung oder Biegegröße) aufweist, die durch die Messteile 46 des Formsensors 52 erfasst werden (Schritt S3). Genauer gesagt weist die Segmentinformation erste Krümmungsinformation, die Krümmungskomponenten (1/Rx, 1/Ry) oder Krümmungsgrößenkomponenten (θx, θy) in Bezug auf die vorbestimmten Biegerichtungen (x-Verfahren, Y-Richtung) sind, wie es in 8 gezeigt ist, auf.
Wenn die Form in einem statischen Zustand abgeschätzt wird, ist eine einmalige Segmentinformationserlangung ausreichend. Jedoch müssen, um die Form des Biegeelementes, die sich mit der Zeit ändert, zu messen, die Erlangung und Formabschätzung, die nachstehend gezeigt ist, wiederholt werden.
Als Nächstes führt die Formabschätzeinheit 24 die Formabschätzung von jedem Segment 56 aus (Schritt S4). Dieser Schritt ist ein Schritt zum Abschätzen einer Segmentform einschließlich zumindest einer der Größen Krümmung, Biegegröße, Biegerichtung und Biegeform von jedem Segment 56 auf der Grundlage der Segmentierungsinformation, die in Schritt S2 erlangt wurde, und der ersten Krümmungsinformation, die in Schritt S3 erlangt wurde.
In einem konkreten Beispiel der Abschätzung, wie es in 5 bis 9 und Gleichung (1) und Gleichung (2) gezeigt ist, wird die zweite Krümmungsinformation, die eine Krümmung (1/R), eine Biegegröße (θ) oder eine Biegerichtung (α) von jedem Segment 56 ist, aus der ersten Krümmungsinformation an den Messteilen 46 berechnet. Auf der Grundlage der zweiten Krümmungsinformation wird die Biegeform von jedem Segment, insbesondere die Form in dem Fall, in dem ein Bogen angenommen wird, abgeschätzt.
Als Nächstes führt die Formabschätzeinheit 24 die Formabschätzung des Ziels durch Segmentverbindung aus (Schritt S5). Dieser Schritt ist ein Schritt des Verbindens der Nachbarsegmente 56 auf der Grundlage der Segmentformen, die in Schritt 84 abgeschätzt wurden, und des Abschätzens der Form in einem vorbestimmten Bereich des Biegeelementes, das das Ziel ist, wie dem Einführabschnitt 26 des Biegemechanismus des Endoskops 12 oder Ähnliches.
In diesem Schritt wird die Verbindung, wie dies in 12 dargestellt ist, ausgeführt. Die Verbindung wird entsprechend den folgenden Regeln ausgeführt:

1) Die Segmente werden an Verbindungsteilen zwischen den Segmenten kontinuierlich verbunden,
2) Die Richtungen (Tangentenrichtungen) der jeweiligen Segmentendabschnitte fallen an den Verbindungsteilen zwischen den Segmenten zusammen und
3) Die Segmente werden an den Verbindungsteilen zwischen den Segmenten ohne Verdrehung oder Rotation der Segmente 56 verbunden.

Die Biegeform, die somit verbunden ist, ist eingestellt, um die gebogene Form des vorbestimmten Bereiches des Biegeelementes zu sein, das das Ziel ist.
Anschließend gibt die Formabschätzeinheit 24 zur Anzeigeeinheit 55 die abgeschätzte Biegeform des vorbestimmten Bereiches des Biegeelementes, das das Ziel ist, aus (Schritt S6). Im Übrigen ist der Modus der Anzeige bei der Anzeigeeinheit 55 hier nicht spezifiziert.
Dann bestimmt die Formabschätzeinheit 24, ob die Formabschätzung beendet ist oder nicht (Schritt S7). In diesem Schritt wird bestätigt, ob die Formabschätzung fortgesetzt wird oder nicht. Wenn die Formabschätzung fortgesetzt wird, geht der Prozess zu Schritt S3 zurück und werden Schritt S3 bis Schritt S6 wiederholt. Wenn bestimmt wird, dass die Formabschätzung beendet ist, verlässt der Prozess die Wiederholung von Schritt S3 bis Schritt S6 und wird der Prozess beendet.
In der Zwischenzeit kann, selbst wenn die Formabschätzung beendet ist, zum Beispiel wenn das Biegeformabschätzsystem 50 erneut eingeschaltet wird oder das Programm erneut ausgeführt wird, die Ausführung des Prozesses von Schritt S2 wieder aufgenommen werden.
Durch das Anwenden dieses Verfahrens kann die Formabschätzung in dem vorbestimmten Bereich des Biegeelementes, das das Messziel ist, einfach und effizient ausgeführt werden, ohne dass ein unnötiger Prozess stattfindet.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend auf der Grundlage eines Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt und es ist unnötig zum Ausdruck zu bringen, dass unterschiedliche Modifikationen und Anwendungen vorgenommen werden können, ohne dass vom Geist der Erfindung abgewichen wird.
Beispielsweise kann sich die Anzeigeeinheit 55 nicht in, sondern außerhalb des Biegeformabschätzsystems 50 befinden. Eine solche externe Anzeigeeinheit kann ebenfalls als die Anzeigeeinheit 16 des Endoskopsystems 10 dienen, das das rohrförmige Einführsystem ist, auf das das Biegeformabschätzsystem angewendet wird. Wenn die Anzeigeeinheit 55 innerhalb oder außerhalb des Biegeformabschätzsystems 50 angeordnet ist, wird das Abschätzergebnis von der Formabschätzeinheit 24 zur Anzeigeeinheit 55 direkt ausgegeben. Andererseits kann, wenn die externe Anzeigeeinheit als die Anzeigeeinheit 16 des Endoskopsystems 10 dient, das Abschätzergebnis zur Anzeigeeinheit 16 über die Steuervorrichtung 22 des Endoskopsystems 10 indirekt ausgegeben werden. Dadurch kann ein endoskopisches Beobachtungsbild und die Biegeform im vorbestimmten Bereich des Einführabschnitts 26 nebeneinander angezeigt werden oder geschaltet und angezeigt werden.
Bezugszeichenliste

10: Endoskopsystem
12: Endoskop
14: Bildverarbeitungsvorrichtung
16, 55: Anzeigeeinheit
18: Lichtquellenvorrichtung
20: Licht-Emissions/Erfassungs-Vorrichtung
22: Steuervorrichtung
24: Formabschätzeinheit
26: Einfuhrabschnitt
28: Betätigungsabschnitt
30: starrer Abschnitt am distalen Ende
32: Biegeabschnitt
34: biegsamer Rohrabschnitt
36: Biegebetätigungseinheit
44: optische Faser
46, 46A, 46A1 bis 46A8, 46B, 46B1 bis 46B8, 46x, 46y: Messteil
48: Reflexionsabschnitt
50: Biegeformabschätzsystem
52: Formsensor
54: Speichereinheit
56, 56-1 bis 56-6, 56n: Segment
58: Verbindungspunkt
60, 60c, 60m, 60s: Segmentgrenze
62: aktiver Biegeabschnitt
64: passiver Biegeabschnitt
66: Biegeabschnitt am distalen Ende
68: proximaler Biegeabschnitt
70: starrer Abschnitt
72: Punkt, der das Segment repräsentiert

Zitierquellenliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: japanische Patentanmeldungs-KOKAI-Veröffentlichung Nr. 2007-044412

Claims

Ein Biegeformabschätzsystem, das aufweist: eine Formabschätzeinheit, wobei, wenn ein vorbestimmter Bereich eines Biegeelementes in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt ist, die in der Reihenfolge in einer Längsrichtung benachbart sind und die Abschätzeinheiten sind, von denen jede zumindest eine Information einer Länge, einer Krümmung, einer Form und einer Richtung zum Abschätzen einer Biegeform des Biegeelementes hat, die Biegeformabschätzeinheit: eine Form von jedem der Segmente abschätzt, indem Segmentinformationen verwendet werden, die zumindest ein Stück der Krümmungsinformation in Bezug auf jedes Segment aufweist, und die Biegeform in dem vorbestimmten Bereich des Biegeelementes abschätzt, indem Endabschnitte von jeden zwei benachbarten Segmenten verbunden werden, sodass Tangentenrichtungen von Endabschnitten der abgeschätzten Form der zwei benachbarten Segmente zusammenfallen und Richtungen um die Tangentenrichtungen zusammenfallen.
Das Biegeformabschätzsystem von Anspruch 1, wobei jedes von allen Segmenten mit zwei oder mehr Messteilen zum Erfassen der Krümmungen oder Biegegrößen in voneinander unterschiedlichen Richtungen versehen ist, die senkrecht zur Längsrichtung des Biegeelementes sind, und die Formabschätzeinheit eine der Größen Krümmung, Biegegröße und Biegeform von jedem Segment abschätzt.
Das Biegeformabschätzsystem von Anspruch 2, wobei die unterschiedlichen Richtungen zwei Richtungen sind, die um 90° in einer xy-Ebene, die durch eine x-Achse und eine y-Achse im Messteil definiert sind, sich unterscheiden, und die Messteile zum Erfassen der Krümmungen in den zwei Richtungen einzeln in jedem der Segmente enthalten sind.
Das Biegeformabschätzsystem von Anspruch 2, wobei eine Richtung der Krümmung, die an dem Messteil erfasst wird, die durch die Verwendung einer x-Achse und einer y-Achse im Messteil dargestellt ist, als eine Richtung an einem xy-Koordinatensystem eingestellt ist, und eine Kombination der Richtungen an dem xy-Koordinatensystem, in dem die Richtungen an dem xy-Koordinatensystem in Bezug auf alle Messteile in den Segmenten kombiniert sind, eine Kombination identischer Richtungen in allen Segmenten ist.
Das Biegeformabschätzsystem von Anspruch 2, wobei eine Vielzahl von Messteilen in jedem der Segmente, die die Krümmungen in den unterschiedlichen Richtungen erfassen, Krümmungen in voneinander verschiedenen Richtungen erfassen und die Messteile sich an im Wesentlichen identischer Position in Längsrichtung des Biegeelementes befinden.
Das Biegeformabschätzsystem von Anspruch 1, wobei in Bezug auf die Messteile in jedem Segment, eines oder eine Vielzahl von Messteilen sich alle an im Wesentlichen identischer Position befinden, und eine Grenze zwischen jeden benachbarten Segmenten ein Mittelpunkt in der Längsrichtung zwischen im Wesentlichen identischen Positionen ist, an denen sich die Messteile in den jeweiligen Segmenten befinden.
Das Biegeformabschätzsystem von Anspruch 6, wobei eine Position in Längsrichtung des Biegeelementes, an der sich die Biegecharakteristiken stark ändern, als eine zweite Segmentgrenze eingestellt ist, und wenn die Grenze der Segmente, die der Mittelpunkt zwischen den Messteilen ist, die am nächsten in Längsrichtung an beiden Seiten zu der zweiten Segmentgrenze sind, sich an einer Position befindet, die sich von der zweiten Segmentgrenze in der Längsrichtung unterscheidet, die zweite Segmentgrenze als die Grenze der Segmente statt der Grenze der Segmente, die der Mittelpunkt ist, verwendet wird.
Das Biegeformabschätzsystem von Anspruch 7, wobei das Biegeelement aufweist: einen aktiven Biegeabschnitt, der sich an einer distalen Endseite des Biegeelementes befindet und durch eine Betätigung biegbar ist, und einen passiven Biegeabschnitt, der sich an einer proximalen Seite des Biegeelementes befindet und sich durch Kraft von außen passiv biegt, und wobei eine Verbindungsposition zwischen dem aktiven Biegeabschnitt und dem passiven Biegeabschnitt als die zweite Segmentgrenze eingestellt ist.
Das Biegeformabschätzsystem von Anspruch 7, wobei der vorbestimmte Bereich des Biegeelementes Biegsamkeit hat, ein starrer Abschnitt, der sich nicht biegt, innerhalb des vorbestimmten Bereiches mit Biegsamkeit vorliegt, und beide Enden in Längsrichtung des starren Abschnitts als die zweiten Segmentgrenzen eingestellt sind.
Das Biegeformabschätzsystem von Anspruch 1, wobei wenn ein vorbestimmtes Biegemoment sich am Biegeelement befindet, eine Grenze der zwei benachbarten Segmente an einer Position vorliegt, wo eine Biegegröße von einem Messteil in einem Segment der zwei benachbarten Segmente zu einem Messteil in dem anderen Segment halbiert ist.
Das Biegeformabschätzsystem von Anspruch 1, das ferner aufweist: einen Formsensor mit einer Vielzahl an Messteilen, die sich in jeweiligen Segmenten befinden und konfiguriert sind, um erste Krümmungsinformationen zu erfassen, die Krümmungskomponenten oder Biegegrößenkomponenten in Bezug auf vorbestimmte Biegerichtungen sind, wobei die Formabschätzeinheit aus den ersten Krümmungsinformationen zweite Krümmungsinformationen, die eine Biegerichtung und eine Krümmung oder eine Biegegröße von jedem der Segmente ist, ableitet und eine Biegeform von jedem Segment auf der Grundlage der zweiten Krümmungsinformation abschätzt.
Das Biegeformabschätzsystem nach Anspruch 11, wobei der Formsensor ein Fasersensor ist, der aufweist: zumindest eine optische Faser mit Biegsamkeit, die eine Vielzahl von Messteilen zum Erfassen einer Krümmung und einer Biegerichtung aufweist, eine Lichtquelle zum Zuführen von Erfassungslicht zur optischen Faser, eine optische Erfassungseinrichtung, die in der Lage zum Erfassen von optischen Charakteristiken entsprechend einer Krümmung an jedem der Vielzahl an Messteilen auf der Grundlage von Charakteristiken des Lichtes ist, das über die Vielzahl an Messteile sich bewegt, und eine Biegeberechnungseinrichtung zum Berechnen der Krümmung an jedem der Vielzahl an Messteile, die die Segmentinformation ist, auf der Grundlage der optischen Charakteristiken.
Das Biegeformabschätzsystem von Anspruch 1, wobei die Formabschätzeinheit die Form von jedem Segment unter der Annahme abschätzt, dass die Form von jedem Segment bogenförmig ist.
Ein rohrförmiges Einführsystem, das aufweist: einen Einführabschnitt mit Biegsamkeit, um in ein Lumen eines Objektes eingeführt zu werden und zum Ausführen einer vorbestimmten Arbeit, das Biegeformabschätzsystem von Anspruch 1 zum Abschätzen einer Biegeform des Einführabschnitts, wobei der Einführabschnitt das Biegeelement ist, und einen Formsensor mit in jedem Segment zumindest einem Messteil zum Erlangen der Segmentinformation für jedes Segment.
Das rohrförmige Einführsystem von Anspruch 14, wobei der Einführabschnitt aufweist: an jedem distalen Ende davon einen aktiven Biegeabschnitt, der zu einem Biegevorgang in der Lage ist und eine große Biegegröße hat, und an einer proximalen Seite davon einen passiven Biegeabschnitt, der zum aktiven Endabschnitt benachbart ist, Biegsamkeit aufweist und eine kleinere Biegegröße je Längeneinheit im Vergleich zum aktiven Biegeabschnitt hat, wobei ein Kontaktpunkt zwischen dem aktiven Biegeabschnitt und dem passiven Biegeabschnitt als eine zweite Segmentgrenze eingestellt ist, wobei Segmente, die fein und im Wesentlichen in der Breite gleich sind, in Längsrichtung im aktiven Biegeabschnitt angeordnet sind, und Segmente, die länger als die Segmente des aktiven Biegeabschnitts sind und im Wesentlichen in der Breite gleich sind, in der Längsrichtung im passiven Biegeabschnitt angeordnet sind.
Ein Biegeformabschätzverfahren eines Biegeelementes in einem Biegeformabschätzsystem, das konfiguriert ist, sodass ein vorbestimmter Bereich mit Biegsamkeit des Biegeelementes in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt ist, die sich in der Reihenfolge in einer Längsrichtung benachbart zueinander befinden, eine Form von jedem der Segmente unter Verwendung von Segmentinformationen abgeschätzt wird, die zumindest ein Stück der Krümmungsinformation in Bezug auf jedes Segment aufweisen, und eine Form des Biegeelementes auf der Grundlage von jeder abgeschätzten Segmentform abgeschätzt wird, wobei das Verfahren aufweist: einen Segmentierungsschritt des Segmentierens des vorbestimmten Bereiches des Biegeelementes in eine Vielzahl von Segmenten, die sich in der Reihenfolge in einer Längsrichtung des Biegeelementes benachbart zueinander befinden, sodass zumindest eines einer Vielzahl von Messteilen, die sich entlang der Längsrichtung des Biegeelementes befinden, in jedem der Segmente enthalten ist, einen Segmentierungsinformationserlangungsschritt zum Erlangen von Segmentierungsinformationen, die Informationen sind, die für die Formabschätzung notwendig sind und anders als die Krümmungsinformationen sind, wobei die Segmentierungsinformationen eine Lage und eine Länge von jedem Segment aufweisen, einen Segmentinformationserlangungsschritt zum Erlangen der Segmentinformationen, die die Krümmungsinformationen aufweist, die an der Vielzahl an Messteilen erfasst wurden, einen Segmentformabschätzschritt zum Abschätzen einer Segmentform einschließlich zumindest einer der Größen Krümmung, Biegegröße, Biegerichtung und Biegeform von jedem Segment auf der Grundlage der Segmentierungsinformation und der Segmentinformation, einen Biegeelementformabschätzschritt zum Verbinden von benachbarten Segmenten, deren Segmentformen abgeschätzt wurden, und Abschätzen einer Form einer Gesamtheit des vorbestimmten Bereiches des Biegeelementes und einen Formabschätzendbestimmungsschritt zum Bestätigen, ob die Formabschätzung fortgesetzt wird oder nicht, zum Wiederholen des Segmentinformationserlangungsschrittes, des Segmentformabschätzschrittes und des Biegeelementformabschätzschrittes, wenn die Formabschätzung fortgesetzt wird, und Verlassen der Wiederholung und Beenden der Formabschätzung, wenn die Formabschätzung beendet wird.