JP2005503882A - 操縦可能なセグメント化内視鏡および挿入法 - Google Patents
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Abstract
操縦可能な内視鏡（１００）は、選択的に操縦可能な遠位部分（１０４）および自動的に制御される近位部分（１０６）を備える、細長本体（１０２）を有する。内視鏡本体は、患者に挿入され、そして選択的に操縦可能な遠位部分（１０４）が、この患者の体内の所望の経路を選択するために使用される。内視鏡本体が前進する場合、電子運動コントローラが（１４０）、自動的に制御される近位部分（１０６）を操作して、選択的に操縦可能な遠位部分（１０４）の選択された湾曲を呈するようにする。別の所望の経路が、選択的に操縦可能な遠位部分で選択され、そして内視鏡本体が再度前進される。内視鏡本体がさらに前進するにつれて、選択された湾曲は、内視鏡本体に沿って近位に伝わり、そして内視鏡本体が近位に引き抜かれる場合、選択された湾曲が内視鏡本体に沿って遠位に伝わる。これにより、この内視鏡本体が、曲がりくねった湾曲を通り抜けることを可能にする。
Description
【技術分野】
【０００１】
（他の出願の引用）
本願は、２００１年２月２０日に出願された、米国特許出願番号０９／７９０，２０４号、「Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ Ｅｎｄｓｃｏｐｅ ａｎｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ」の一部継続出願であり、米国仮特許出願第６０／１９４，１４０号（２０００年４月３日出願）に対する優先権を主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、一般的に、内視鏡および内視鏡的医療手段に関する。より具体的には、本発明は、結腸鏡による検査および処置のように、蛇行した経路に沿った可撓性内視鏡の挿入を容易にするための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
内視鏡は、患者の身体の内部を可視化するための医療装置である。内視鏡は、異なる種々の診断手順および介入手順（結腸鏡検査、気管支鏡検査、胸腔鏡検査、腹腔鏡検査およびビデオ内視鏡検査を含む）のために使用され得る。
【０００４】
結腸鏡検査は、医療手順であり、この手順において、可撓性内視鏡または結腸鏡は、結腸の診断検査および／または外科的処置のために患者の結腸内に挿入される。標準的な結腸鏡は、典型的には１３５〜１８５ｃｍの長さおよび１２〜１９ｍｍの直径であり、器具の先端部に配置される光ファイバー画像束またはミニチュアカメラ、照射ファイバー、ガス注入または洗浄のために使用され得る１つまたは２つの装置チャネル、空気チャネルおよび水チャネル、ならびに減圧チャネルを備える。この結腸鏡は、患者の肛門を介して挿入され、そして結腸を通して前進させられ、結腸、回盲弁および末端回腸の部分の直接的な目視検査を可能にする。結腸鏡の挿入は、結腸が蛇行性かつ回旋性の経路であるという事実によって複雑なものとされる。結腸鏡の多くの操作は、しばしば、結腸を通して結腸鏡を前進させることを必要とし、このことは、この手順をより困難で時間のかかるものとし、そして腸管の穿孔のような厄介な問題の可能性を付加する。操縦可能な結腸鏡が発明され、結腸の湾曲部を通る正確な経路の選択を容易にした。しかし、結腸鏡がさらに結腸内に挿入される場合、選択された経路に沿って結腸鏡を前進させることはより困難となる。各角において、結腸の壁は、結腸鏡中の湾曲を支持しなければならない。この結腸鏡は、各角の外側に沿って結腸の粘膜表面にこすれる。各角に発生する結腸鏡の摩擦およびあそびは、結腸鏡を前進させ、引っ込ませるのをより困難にする。さらに、結腸の壁に対する力は、摩擦の発生に伴って増加する。極度の曲がりの場合、結腸を通る道の全てを結腸鏡が前進することは不可能となり得る。
【０００５】
身体の内部構造の、医療検査または処置のための操縦可能な内視鏡、カテーテルおよび挿入デバイスは、以下の米国特許に記載され、これらの開示は、その全体が本明細書中で参考として援用される：第４，７５３，２２３号；第５，３３７，７３２号；第５，６６２，５８７号；第４，５４３，０９０号；第５，３８３，８５２号；第５，４８７，７５７号および第５，３３７，７３３号。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の要旨）
前述の議論を踏まえて、本発明は、患者の身体を通る蛇行状経路を通り抜けるための操縦可能な内視鏡の形態をとる。この操縦可能な内視鏡は、異なる種々の診断手順および介入手順（結腸鏡検査、上気道内視鏡検査（ｕｐｐｅｒ ｅｎｄｏｓｃｏｐｙ）、胸腔鏡検査、腹腔鏡検査およびビデオ内視鏡検査を含む）のために使用され得る。この操縦可能な内視鏡は、特に、結腸鏡手順を実施する際に遭遇する蛇行した湾曲の通り抜けに非常に適している。
【０００７】
この操縦可能な内視鏡は、手動または選択的に操縦可能な遠位部分および自動的に制御される近位部分を備える細長本体を有する。この選択的に操縦可能な遠位部分は、選択的に操縦され得るかまたは任意の方向に最大１８０°まで折れ曲がることが可能である。光ファイバー画像束および１つ以上の照射ファイバーは、その本体を通って近位端から遠位端へと延びる。あるいは、この内視鏡は、ＣＣＤカメラのようなミニチュア型のビデオカメラを備えるビデオ内視鏡として構成され得、これは、伝送ケーブルによってかもしくはワイヤレス伝送によって、また代替的にはＣＭＯＳ画像技術の使用を通して、画像をビデオモニタに伝送する。必要に応じて、この内視鏡は、ガス注入または洗浄のためにも使用され得る１つまたは２つの装置チャネル、空気チャネルおよび水チャネル、ならびに減圧チャネルを備え得る。
【０００８】
細長本体に取りつけられる近位ハンドルは、直接見るためおよび／またはビデオカメラに接続するための接眼レンズ、照明源への接続、ならびに器具チャネルに接続される１つ以上のルアーロック継ぎ手を供える。このハンドルは、選択的に操縦可能な遠位部分を所望の方向に選択的に操縦するかまたは曲げるための操縦コントロールに接続され、また自動的に制御される内視鏡の近位部分を制御するための電子式運動コントローラに接続される。軸方向運動変換器は、内視鏡本体が前進され引っ込められる場合に、内視鏡本体の軸方向の動きを測定するために提供される。必要に応じて、この内視鏡は、内視鏡を自動的に前進および引っ込めるため、または内視鏡を自動的に前進および受動的に引っ込めるための、モータまたは線形アクチュエータを備え得る。
【０００９】
内視鏡の好ましい実施形態は、複数の独立して制御可能なセグメントを有する、セグメント化内視鏡実施形態を含む。このセグメントは、個々にモータがつけられ、継手によって相互接続され得る。個々の隣接セグメントの各々は、２つの独立した軸の周りを旋回可能であり得、患者に内視鏡が挿入されている間の動きの範囲を提供する。
【００１０】
述べられたような特定の実施形態は、個々のモーター（例えば、小型ブラシ付きＤＣモーター）を有し得、個々のセグメントそれぞれを動かす。さらに、各セグメントは、好ましくは、その中を通る管腔を規定する骨格セグメントを有し、連続的な管腔が内視鏡器具全体を通過し、アクセスチャネルを提供し、そのアクセスチャネルを通して、ワイヤ、光ファイバー、空気チャネルおよび／または水チャネル、種々の内視鏡道具、または任意の種々のデバイスおよびワイヤは経路が定められ得る。この全体のアセンブリ（すなわち、モータ、骨格、ケーブルなど）は、生体適合性材料（例えば、ポリマー）中に包まれるかまたは被覆され得、このポリマーはまた、患者の中に内視鏡を挿入し前進させる間の摩擦抵抗を最小にするために潤滑性であることが好ましい。この生体適合性の被覆は、モータおよび骨格アセンブリを露出させるために内視鏡本体から除去可能であり得、構成要素への直接的なアクセスを可能にする。このことはまた、患者に使用した後に、その被覆を容易に置き換えそして処分することを可能にし得る。
【００１１】
本発明の方法は、天然の開口を通してかまたは切開を通してのいずれかで、患者の体内に内視鏡本体の遠位末端を挿入する工程、および選択的に操縦可能な遠位部分を操縦して所望の経路を選択する工程を包含する。内視鏡本体が患者の体内にさらに前進されるかまたは挿入される場合、この電子式運動コントローラは、その本体の自動的に制御される近位部分を操作して選択的に操縦可能な遠位部分の選択された湾曲を呈する。このプロセスは、選択的に操縦可能な遠位部分で別の所望の経路を選択し、再び内視鏡本体を前進させることによって繰り返される。内視鏡本体がさらに前進される場合、この選択された湾曲は、この内視鏡本体に近位に沿って広がる。同様に、この内視鏡本体が近位に引っ込められる場合、選択された湾曲は、自動的にかまたは受動的にかのいずれかで内視鏡本体に沿って遠位に広がる。これは、内視鏡本体に１種の蛇行性運動を付与し、それによって内視鏡本体が体内の器管を通るかまたはその周りおよび間の所望の経路に沿って蛇行した湾曲を通過するのを可能にする。
【００１２】
この方法は、結腸鏡または他の内視鏡手段（例えば、気管支鏡検査、胸腔鏡検査、腹腔鏡検査およびビデオ内視鏡検査）を実施するために使用され得る。さらに、本発明の装置および方法は、他の型の器具（例えば、外科的器具、カテーテルまたは導入器）を体内の所望の経路に沿って挿入するために使用され得る。
【００１３】
（発明の詳細な説明）
図１は、患者の結腸Ｃの結腸鏡検査のために使用される先行技術の結腸鏡５００を示す。結腸鏡５００は、近位ハンドル５０６および操縦可能な遠位部分５０４を有する細長本体５０２を有する。結腸鏡５００の本体５０２は、潤滑され、そして患者の肛門Ａを介して結腸Ｃに挿入されている。誘導のために操縦可能な遠位部分５０４を使用して、結腸鏡５００の本体５０２は、患者の結腸Ｃ内の数回の曲がりを通って上行結腸Ｇへと巧みに作動されている。代表的には、これは、結腸Ｃの曲がりを通して進めるために、近位端から結腸鏡５００を押し、引っ張りそして回転させることによる、かなりの量の操縦を含む。操縦可能な遠位部分５０４が通過した後、結腸Ｃの壁は、結腸鏡５００が進むとき、結腸鏡５００の可撓性本体５０２における湾曲を維持する。結腸鏡が挿入されるにつれて、結腸鏡５００の本体５０２に沿って、特に結腸Ｃの各曲がりにおいて、摩擦が発生する。摩擦のため、使用者が結腸鏡５００を進めることを試みる場合、本体５０２’は、各湾曲において外向きに移動し、結腸Ｃの壁を押す傾向があり、これは、摩擦を増加させ、そして結腸鏡５００を進ませるのを困難にすることによってこの問題を悪化させる。他方、結腸鏡５００が引き抜かれる場合、本体５０２”は、各湾曲において内向きに移動する傾向があり、結腸鏡５００が進んだ場合に発生するゆるみを取る（ｔａｋｉｎｇ ｕｐ）。患者の結腸Ｃが非常に蛇行している場合、本体５０２の遠位端は、使用者の操縦に対して非応答性になり得、結果として、結腸鏡５００をさらに進めることが不可能になり得る。使用者に提示することの困難性に加えて、患者の結腸の蛇行はまた、合併症（例えば、腸の穿孔）の危険を増加する。
【００１４】
図２は、本発明の操縦可能な内視鏡１００の第１の実施形態を示す。内視鏡１００は、手動でまたは選択的に操縦可能な遠位部分１０４および自動制御近位部分１０６を有する細長本体１０２を有する。選択的に操縦可能な遠位部分１０４は、任意の方向に、完全に１８０°の曲げまで選択的に操縦され得るかまたは曲げられ得る。光ファイバー画像化バンドル１１２および１つ以上の照射ファイバー１１４が、本体１０２を通って、近位端１１０から遠位端１０８に延びる。あるいは、内視鏡１００は、内視鏡本体１０２の遠位端１０８に配置される小型ビデオカメラ（例えば、ＣＣＤカメラ）を備えるビデオ内視鏡として構成され得る。ビデオカメラからの画像は、伝送ケーブルまたはワイヤレス伝送によってビデオモニタに伝送され得、ここで、画像は、リアルタイムで見られ得るか、またはアナログ記録媒体（例えば、磁気テープ）またはデジタル記録媒体（例えば、コンパクトディスク、デジタルテープなど）に、記録デバイスによって記録され得る。必要に応じて、内視鏡１００の本体１０２は、１つまたは２つの機器チャネル１１６、１１８を備え得、これらはまた、吸入または洗浄、空気および水のチャネル、および減圧チャネルのために使用され得る。内視鏡１００の本体１０２は、種々のチャネルをインタクト（無傷）に維持しながら、折れることもよれることもなく、小さな直径の湾曲の周りで曲がり得るように、高度に可撓性である。結腸鏡としての使用のために構成される場合、内視鏡１００の本体１０２は、代表的に、１３５〜１８５ｃｍの長さおよび約１２〜１３ｍｍの直径である。内視鏡１００は、他の医療適用および産業適用のために種々の他のサイズおよび構成で作製され得る。
【００１５】
近位ハンドル１２０は、細長本体１０２の近位端１１０に接続される。ハンドル１２０は、直接見るためおよび／またはビデオカメラ１２６もしくは記録デバイス１２７に接続するために、光るファイバー画像化バンドル１１２に接続される接眼レンズ１２４を備える。ハンドル１２０は、照射ファイバー１１４に接続されるかまたは照射ファイバー１１４と連続した照射ケーブル１３４によって照射供給源１２８に接続される。ハンドル１２０上の第１のルアー（ｌｕｅｒ）ロックフィッティング１３０および第２のルアーロッキングフィッティング１３２は、機器チャネル１１６、１１８に接続される。
【００１６】
ハンドル１２０は、コントローラケーブル１３６によって電子運動コントローラ１４０に接続される。操縦制御１２２は、第２ケーブル１３Ｍによって、電子運動コントローラ１４０に接続される。操縦制御１２２によって、使用者は、本体１０２の選択的に操縦可能な遠位部分１０４を所望の方向に選択的に操縦または曲げることが可能である。操縦制御１２２は、示されるようにジョイスティックコントローラであり得るか、または他の公知の操縦制御機構であり得る。電子運動コントローラ１４０は、本体１０２の自動制御近位部分１０６の運動を制御する。電子運動コントローラ１４０は、マイクロコンピューターで実行する運動制御プログラムを使用して、またはアプリケーション特異的な運動コントローラを使用して実行され得る。あるいは、電子運動コントローラ１４０は、ニューラルネットワークコントローラを使用して実施され得る。
【００１７】
軸方向運動変換器１５０は、内視鏡本体が前進しそして引き抜かれるときに、内視鏡本体１０２の軸方向運動を測定するために提供される。軸方向運動変換器１５０は、多くの可能な構成で作製され得る。例として、図２の軸方向運動変換器１５０は、内視鏡１００の本体１０２を取り囲むリング１５２として構成される。軸方向運動変換器１５０は、参照の固定点（例えば、外科テーブルまたは患者身体上の内視鏡１００のための挿入点）に取り付けられる。内視鏡１００の本体１０２が、軸方向運動変換器１５０を通って滑る場合、これは、参照の固定点に対する内視鏡本体１０２の軸方向位置を示すシグナルを生成し、そして遠隔測定によってまたはケーブル（図示せず）によって、電子運動コントローラ１４０にシグナルを送る。軸方向運動変換器１５０は、内視鏡本体１０２の軸方向位置を測定するために、光学手段、電子手段または機械的手段を使用し得る。軸方向運動変換器１５０のため他の可能な構成は、以下に記載される。
【００１８】
図３は、本発明の内視鏡１００の第２の実施形態を示す。図２の実施形態におけるように、内視鏡１００は、選択的に操縦可能な遠位部分１０４および自動制御近位部分１０６を有する細長本体１０２を有する。操縦制御１２２は、内視鏡１００の選択的に操縦可能な遠位部分１０４を選択的に操縦するための形態または１つもしくは２つのダイヤルで、近位ハンドル１２０に一体化される。必要に応じて、電子運動コントローラ１４０は、小型化され、同様に、近位ハンドル１２０に一体化され得る。この実施形態において、軸方向運動変換器１５０は、参照の固定点（例えば、外科テーブル）に取り付け可能なベース１５４を用いて構成される。第１のローラ１５６および第２のローラ１５８は、内視鏡本体１０２の外部に接続する。マルチターン電位差計１６０または他の運動変換器が、第１のローラ１５６に接続されて、内視鏡本体１０２の軸方向運動を測定し、そして軸方向位置を示すシグナルを生成する。
【００１９】
内視鏡１００は、軸方向運動変換器１５０の遠位の本体１０２を握ることによって、使用者によって手動で進められ得るかまたは引き抜かれ得る。あるいは、第１ローラ１５６および／または第２ローラ１５８は、内視鏡１００の本体１０２を自動的に進めそして引き抜くために、少なくとも１つのモーター（例えば、モーター１６２）に接続され得る。
【００２０】
図４は、本発明の内視鏡１００の第３の実施形態を示し、これは、内視鏡１００を構成しそして含むために細長ハウジング１７０を使用する。ハウジング１７０は、内視鏡１００の本体１０２を導くために、線形トラック１７４を有するベース１７２を有する。ハウジング１７０は、線形トラック１７４に一体化した線形運動変換器として構成される軸方向運動変換器１５０’を有し得る。あるいは、ハウジング１７０は、図２または３の軸方向運動変換器１５０と同様に構成された軸方向運動変換器１５０”を有し得る。内視鏡１００は、ハウジング１７０に対して遠位の本体１０２を握ることによって、使用者によって手動で進められ得るかまたは引き抜かれ得る。あるいは、ハウジング１７０は、内視鏡１００の本体１０２を自動的に進めるかまたは引き抜くためにモータ１７６または他の線形運動アクチュエータを備え得る。別の代替の構成において、図３とともに上記したものと同様の摩擦ホイールを有するモータは、軸方向運動変換器１５０”に一体化され得る。
【００２１】
図５は、本発明の内視鏡１００の第４の実施形態を示し、これは、内視鏡１００を構成しそして含むためにロータリーハウジング１８０を使用する。ハウジング１８０は、内視鏡１００の本体１０２を導くために回転ドラム１８４を有するベース１８２を有する。ハウジング１８０は、回転ドラム１８４の旋回軸１８６に接続される電位差計として構成される軸方向運動変換器１５０’’’を有し得る。あるいは、ハウジング１８０は、図２または３の軸方向運動変換器１５０と同様に構成された軸方向運動変換器１５０’’を有し得る。内視鏡１００は、ハウジング１８０に対して遠位の本体１０２を握ることによって、使用者によって手動で進められ得るかまたは引き抜かれ得る。あるいは、ハウジング１８０は、内視鏡１００の本体１０２を自動的に進めるかまたは引き抜くために回転ドラム１８４に接続されたモータ１８８を備え得る。別の代替の構成において、図３とともに上記したものと同様の摩擦ホイールを有するモータは、軸方向運動変換器１５０”に一体化され得る。
【００２２】
図６は、ニュートラルまたは真っ直ぐな位置での内視鏡１００の本体１０２のセクションのワイヤフレームモデルを示す。内視鏡本体１０２の内部構造の大部分は、明瞭さのためにこの図では除外した。内視鏡本体１０２は、セクション１、２、３．．．１０などに分割される。各セクションの形状は、ａ軸、ｂ軸、ｃ軸およびｄ軸に沿って４つの長さ測定値によって規定される。例えば、セクション１の形状は、４つの長さ測定値ｌ１ａ、ｌ１ｂ、ｌ１ｃ、ｌ１ｄによって規定され、そしてセクション２の形状は、４つの長さ測定値ｌ２ａ、ｌ２ｂ、ｌ２ｃ、ｌ２ｄによって規定される。好ましくは、長さ測定値の各々は、線形アクチュエーター（図示せず）によって個々に制御される。線形アクチュエータは、いくつかの異なる操作原理のうちの１つを使用し得る。例えば、線形アクチュエータの各々は、自己加熱ＮｉＴｉ合金線形アクチュエータまたは電気流動プラスチックアクチュエーター、または他の公知の機械的アクチュエータ、空気的アクチュエータ、液圧的アクチュエータ、もしくは電気機械的アクチュエータであり得る。各セクションの形状は、ａ軸、ｂ軸、ｃ軸およびｄ軸に沿って４つの長さの測定値を変化させるために線形アクチュエータを使用して変更され得る。好ましくは、長さ測定値は、所望の方向に内視鏡本体１０２を選択的に曲げるために、相補的な対で変更され得る。例えば、内視鏡１０２をａ軸の方向に曲げるために、測定値ｌ１ａ、ｌ２ａ、ｌ３ａ．．．ｌ１０ａは、短くされ、そして測定値ｌ１ｂ、ｌ２ｂ、ｌ３ｂ．．．ｌ１０ｂは、等しい量で長くされる。これらの測定値が変更される量は、得られる湾曲の半径を決定する。
【００２３】
内視鏡本体１０２の選択的に操縦可能な遠位部分１０４において、各セクションのａ軸、ｂ軸、ｃ軸およびｄ軸の測定値を制御する線形アクチュエータは、操縦制御１２２を介して使用者によって選択的に制御される。従って、ａ軸、ｂ軸、ｃ軸およびｄ軸の測定の適切な制御によって、内視鏡本体１０２の選択的に操縦可能な遠位部分１０４は、任意の方向に完全に１８０°まで選択的に操縦され得るかまたは曲げられ得る。
【００２４】
しかし、自動制御近位部分１０６において、各セクションのａ方向測定値、ｂ方向測定値、ｃ方向測定値、およびｄ方向測定値は、電子運動コントローラ１４０によって自動制御され、これは、内視鏡本体１０２の形状を制御するための湾曲伝播法（ｃｕｒｖｅ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）を使用する。湾曲伝播法をどのように操作するかを説明するために、図７は、患者の結腸Ｃ内の湾曲を通る、図６に示される内視鏡本体１０２の自動制御近位部分１０６の一部のワイヤフレームモデルを示す。簡単にするために、２次元曲線の例を示し、ａ軸およびｂ軸のみが考慮される。３次元曲線において、ａ軸、ｂ軸、ｃ軸およびｄ軸の４つ全てが、利用される。
【００２５】
図７において、内視鏡本体１０２は、結腸Ｃ内の湾曲を通って巧みに操作され、選択的に操縦可能な遠位部分１０４の利益を有し（この手順のこの一部は、以下にさらに詳細に説明される）、ここで、自動制御近位部分１０６は、湾曲内にある。セクション１および２は、結腸Ｃの比較的真っ直ぐな部分にある（従って、ｌ１ａ＝ｌ１ｂ、およびｌ２ａ＝ｌ２ｂ）。しかし、セクション３〜７は、Ｓ字型湾曲セクションであるので、ｌ３ａ＜ｌ３ｂ、ｌ４ａ＜ｌ４ｂおよびｌ５ａ＜ｌ５ｂであるが、ｌ６ａ＞ｌ６ｂ、ｌ７ａ＞ｌ７ｂおよびｌ８ａ＞ｌ８ｂである。内視鏡本体１０２が１単位だけ遠位に進む場合、セクション１は、１’とマークされた位置に移動し、セクション２は、セクション１によって以前に占められていた位置に移動し、セクション３は、セクション２によって以前に占められていた位置に移動する。軸方向運動変換器１５０は、参照の固定点に対する内視鏡本体１０２の軸方向位置を示すシグナルを生成し、そして電子運動コントローラ１４０にこのシグナルを送り、電子運動コントローラ１４０の制御下で、内視鏡本体１０２が１単位進むたびに、自動制御近位部分１０６の各セクションは、今ある空間を以前に占めていたセクションの形状を呈するようにシグナルを送る。従って、内視鏡本体１０２は、１’とマークされた位置に進んだ場合、ｌ１ａ＝ｌ１ｂ、ｌ２ａ＝ｌ２ｂ、ｌ３ａ＝ｌ３ｂ、ｌ４ａ＜ｌ４ｂ、ｌ５ａ＜ｌ５ｂ、ｌ６ａ＜ｌ６ｂ、Ｌ７ａ＞ｌ７ｂおよびｌ８ａ＞ｌ８ｂ、およびｌ９ａ＞ｌ９ｂであり、内視鏡本体１０２が１”とマークされた位置に進んだ場合、ｌ１ａ＝ｌ１ｂ、ｌ２ａ＝ｌ２ｂ、ｌ３ａ＝ｌ３ｂ、ｌ４ａ＝ｌ４ｂ、ｌ５ａ＜ｌ５ｂ、ｌ６ａ＜ｌ６ｂ、Ｌ７ａ＜ｌ７ｂ、ｌ８ａ＞ｌ８ｂ、ｌ９ａ＞ｌ９ｂ、およびｌ１０ａ＞ｌ１０ｂである。従って、Ｓ字型湾曲は、内視鏡本体１０２の自動制御近位部分１０６の長さに沿って近位に伝わる。Ｓ字型湾曲は、内視鏡本体１０２が遠位に進むにつれて、空間に固定されて見える。
【００２６】
同様に、内視鏡本体１０２が近位に引き抜かれる場合、内視鏡本体１０２が１単位だけ近位に移動するたびに、自動制御近位部分１０６の各セクションは、今ある空間を以前に占めていたセクションの形状を呈するようにシグナルを送る。Ｓ字型湾曲は、内視鏡本体１０２の自動制御近位部分１０６の長さに沿って遠位に伝わり、そしてＳ字型湾曲は、内視鏡本体１０２が近位に引き抜かれるにつれて、空間に固定されて見える。
【００２７】
内視鏡本体１０２が進むかまたは引き抜かれる場合はいつも、軸方向運動変換器１５０は、位置の変化を検出し、そして電子運動コントローラ１４０は、空間的に固定された位置に湾曲を維持するために、内視鏡本体１０２の自動制御近位部分１０６に沿って近位にまたは遠位に選択された曲線を伝わる。これによって、内視鏡本体１０２は、結腸Ｃの壁に不必要に力を加えることなしに、蛇行した湾曲を通って移動し得る。
【００２８】
図８は、継手１９４によって相互接続された複数のセグメント１９２を有する、代替の内視鏡本体実施形態１９０の代表的な部分を示す。この実施形態において、隣接するセグメント１９２は、少なくとも一自由度を有し、好ましくは、複数の自由度を有し、好ましくは、ここで示されるように約二軸を有する継手１９４によって互いに移動し得るかまたは曲がり得る。図９にさらに示されるように、２つのセグメント１９２が２つの独立した軸の周りで、継手１９４の周りを回転し得る、実施形態１９０の部分的な概略表示１９６が示される。運動の範囲は、角度αおよびβによって、球面軸１９８に対して記載され得る。
【００２９】
上で言及されるように、このようなセグメント化本体は、種々の方法によって起動され得る。好ましい方法は、各個々のセグメント上に個々に取り付けられた電気機械式モータを使用してこのセグメントを互いに対して移動させることを包含する。図１０は、電動式セグメント化継手を有する、好ましい実施形態２００を示す。各セグメント１９２は、好ましくは、骨格セグメント２０２から構成され、このセグメントはまた、好ましくは、アクセスチャネルを提供するために、そこを通る少なくとも１つの管腔を規定しており、このアクセスチャネルを通って、ワイヤ、光ファイバー、空気および／もしくは水チャネル、種々の内視鏡ツール、または任意の種々のデバイスおよびワイヤが、経路決定され得る。この骨格セグメントは、種々の材料から製造され得、これらは、好ましくは、生体適合性であり、かつ種々のツールおよび他の構成要素（例えば、ステンレス鋼）を支持するのに十分な強度を提供する。記載のほとんどは個々のセグメント１９２に対するものであるが、セグメント１９２の各々は、遠位先端部に配置されたセグメント（または最初のいくつかのセグメント）を除いて、好ましくは同一であり、そして以下の記載は、少なくとも大多数のセグメント１９２を容易に適用する。
【００３０】
所望の結果および用途に依存して、単一のモータ、または複数のモータが、少なくとも大多数のセグメントに取り付けられ得る。単一のモータをセグメント上に有する実施形態が、図１０に例示されており、ここで、個々のモータ２０４は、好ましくは、骨格２０２に取り付けられており、そして十分に小さく、快適な相対的に小さい直径を提供するように十分に小型であり、かつ外傷なしに患者に挿入されるように十分小さい。モータ２０４（これは、小型ブラシ付ＤＣモータとして本明細書中で示される）は、セグメント１９２に隣接して起動させるために使用され得、そして他のモータと独立して制御され得る。小型ブラシ付きＤＣモータを除いた、種々のモータ（例えば、ＡＣモータ、リニアモーターなど）もまた、使用され得る。各モータ２０４はまた、好ましくは、ハウジング内に、電気機械式モーターアセンブリＥＭそれ自体だけでなく、ギアレダクションステージＧＲ、および位置エンコーダＰＥも備える。電気機械式モーターアセンブリＥＭに取り付けられたギアレダクションステージＧＲは、高速で低トルクの操作条件を、より有用な低速で高トルクの出力に変化させることによって、その最適速度およびトルク範囲内での、モータ２０４の使用を可能にする。位置エンコーダＰＥは、従来型のエンコーダであり得、モータ２０４の出力シャフトの角回転運動のトラックを保つことによって、制御コンピューターがセグメント継手１９４の位置を読み出すのを可能にする。
【００３１】
各モータ２０４は、そのモータ２０４の端部から延びて、セグメント１９２を起動させるための電力の伝達を提供する、回転可能なシャフトを有する。このシャフトについて、スプール２０６は、このスプール２０６の周りにさらに巻かれたケーブル２０８の第一の端部で、回転式で取り付けられ得る。次いで、このケーブル２０８は、スプール２０６からケーブルガイド２１０において規定されるチャネル２１２を通り、（図１１Ａ〜図１１Ｂにより詳細に示されるように）開口部２１４を通って出てケーブルアンカー２１６まで、経路決定され得、このケーブルアンカーに、ケーブル２０８の第二の端部は、好ましくは、例えば、圧着および／またははんだ付けによって、取り付けられる。ケーブルガイド２１０は、スプール２０６の周りに巻きつけられたケーブル２０８を捕捉する役目を果たす。ケーブルアンカー２１６は、自在継手旋回軸（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｊｏｉｎｔ ｐｉｖｏｔ）２２０を隔てて、ピン２１８を介して隣接セグメント１９２に取り付けられており、かつこのセグメント１９２に取り付けるためにそこを通る孔を規定する円形部分およびケーブル２０８の第二の端部に取り付けるためにこのアンカー２１６から突出したエキステンションを有する、従来型の電子式環状コネクタ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｒｉｎｇ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）と同様に成形され得る。ケーブル２０８は、広範な種々のフィラメント、ストランド、ワイヤ、鎖、編織物などからなり得、これらのいずれかは、広範な種々の生体適合性材料（例えば、金属（ステンレス鋼）、ポリマー（例えば、プラスチックおよびナイロン）など）から製造され得る。
【００３２】
操作の際に、モータ２０４が第一の方向（例えば、時計回り）にシャフトを回転させるように操作される場合、スプール２０６は、それに従って回転し、そしてケーブル２０８は、隣接するセグメント１９２を、対応する方向に引き込み、トルクを伝達して、続いて第一の軸に沿ってこのセグメントを起動させる。モータ２０４が、第一の方向と反対の第二の方向（例えば、反時計回り）にシャフトを回転させるように操作される場合、スプール２０６は、それに従って再度回転し、そしてケーブル２０８は、隣接するセグメント１９２を、対応する反対方向に引き込み、続いてトルクを伝達して、その反対の方向にこのセグメントを起動させる。
【００３３】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、それぞれ、図１０で示される実施形態からの、２つの隣接したセグメントおよび個々のセグメントの分解等尺アセンブリ図を示す。図１１Ａで見られるように、骨格２０２は、管腔２２１とともに示され、この管腔は、上記のように、作動（ｗｏｒｋｉｎｇ）チャネルを提供するために使用され得る。ケーブルガイド２１０およびケーブル２０８が貫通するための開口部２１４で規定されるチャネル２１２もまた、示される。隣接セグメントを相互接続する際およびセグメント間の必要な自由度を提供するために、好ましい接合方法は、自在継手旋回軸２２０の使用を包含する。しかし、自在継手旋回軸２２０を使用する以外の、他の実施形態は、種々の接合方法（例えば、２つのセグメントのそれぞれの中心で、これら２つのセグメントを接合するために使用される、可撓性管、隣接して間隔を空けられ得る一連の一自由度継手、など）を使用し得る。この特定の実施形態は、自在継手旋回軸２２０の使用を記載する。他のセグメントに隣接した骨格２０２の末端にて、一対の自在ヨーク部材（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｙｏｋｅ ｍｅｍｂｅｒ）２２４が、一対の対応するピン開口部２２６とともに形成され得る。自在継手旋回軸２２０が、一方のセグメント上で第一の対のヨーク部材２２４に接続される場合、隣接したセグメントからの対応する対のヨーク部材２２４もまた、継手旋回軸２２０に取り付けられ得る。
【００３４】
図１１Ｂにおいてさらに見られるように、自在継手旋回軸２２０は、この実施形態において、対応するヨーク部材２２４を旋回可能に受容するための、対向する２セットの受容孔２２８を有する円柱環として示される。この受容孔２２８は、９０°間隔にて、離れて間隔を空けているように示されているが、他のバリエーションにおいて、受容孔は、所望の自由度および用途に依存した他の角度にて、離れて間隔を空けていてもよい。駆動シャフト２０５を露出しているモータ２０４から解除されたスプール２０６の分解したアセンブリもまた、示される。モータ２０４が骨格２０２から移動されると、溝２３０が、骨格２０２内に形成されることが明らかである。この溝２３０は、骨格２０２内で陥没し得、好ましくは、モータ２０４の半径と一致して、骨格２０２に隣接してモータ２０４を位置付けるのを補助するだけでなく、構築されたセグメントの全体の直径を減少させるのも補助する。モータ２０４は、種々の方法（例えば、接着、クランプ、バンド、機械的ファスナーなど）によって、骨格２０２に取り付けられ得る。セグメント直径をさらに減少させるのを補助することが示される場合、ノッチ部分２３２がまた、ケーブルガイド２１０に形成され得る。
【００３５】
患者に挿入する前に、内視鏡２００は、保管のためおよび使用中に、図５の回転式ハウジング１８０内の回転ドラム１８４に巻かれ得る。ここで、この内視鏡は、必要に応じて、診断チェックが自動的に行われるように構成され得る。内視鏡２００がドラム１８４に巻かれる場合、隣接セグメント１９２は、このドラム１８４の直径およびこの内視鏡２００が位置付けられ得る保管ユニットの初期構成によって最初に決定されるように、互いに対して所定の角度を有する。挿入前の診断チェックの間、コンピューターは、各隣接セグメント１９２の間の角度を自動的に感知または測定するように構成され得る。これら隣接セグメント１９２のいずれかが、所定の受容可能な角度範囲外の相対的な測定角度を示す場合、このことは、セグメント１９２が適所からはずれており、内視鏡２００の使用中での起こり得る問題点であることを示し得る。従って、コンピューターは、続いて、警報または視覚警報を鳴らし得、そしてまた、セグメント１９２の各々をニュートラル位置に位置付けて、さらなる使用を自動的に防止し得るかまたは患者への任意の外傷を防止し得る。
【００３６】
図１２〜１７は、患者の結腸の結腸鏡検査のために用いられる本発明の内視鏡１００を示す。図１２において、内視鏡本体１０２は、潤滑され、そして肛門Ａを通して患者の結腸Ｃに挿入される。内視鏡本体１０２の遠位端１０８は、接眼鏡１２４を介してかまたはビデオモニタ上で観察されるように、直腸Ｒを通して、結腸Ｃの第一の湾曲部（ｔｕｒｎ）に到達するまで前進される。この湾曲部をうまく曲がるために、内視鏡本体１０２の選択的に操縦可能な遠位部分１０４は、操縦コントロール１２２を介して、ユーザによってＳ字状結腸Ｓに向けて手動で操縦される。操縦コントロール１２２から選択的に操縦可能な遠位部分１０４までの制御信号は、電子式運動コントローラ１４０によってモニタリングされる。内視鏡本体１０２の遠位端１０８をＳ字状結腸Ｓに前進させるために、選択的に操縦可能な遠位部分１０４の補正湾曲が選択される場合、この湾曲は、参照として電子式運動コントローラ１４０のメモリに記録される。この工程は、手動様式で実行され得る。この工程において、ユーザは、キーボードコマンドまたはボイスコマンドを使用して電子式運動コントローラ１４０に命令を下し、選択された湾曲を記録する。あるいは、この工程は、自動様式で実行され得る。この工程において、ユーザは、内視鏡本体１０２を遠位に前進させることによって所望の湾曲が選択される電子式運動コントローラ１４０に信号を送る。このようにして、結腸または経路の三次元マップが作成され得、そしてさらなる適用のために保存され得る。
【００３７】
手動様式で操作されようと自動様式で操作されようとも、一旦、所望の湾曲が、選択的に操縦可能な遠位部分１０４で選択されると、内視鏡本体１０２は遠位に前進され、そしてその選択された湾曲は、上記のように、電子式運動コントローラ１４０によって、内視鏡本体１０２の自動的に制御される近位部分１０６に沿って近位に伝えられる。内視鏡本体１０２がＳ字状結腸Ｓを通って遠位に前進される間、この湾曲は、空間内で固定されたままである。特に蛇行状の結腸において、選択的に操縦可能な遠位部分１０４は、複数の湾曲を介して、Ｓ字状結腸Ｓを横断するように操縦されなければならないかもしれない。
【００３８】
図１３に例示されるように、ユーザは、結腸Ｃ内の粘膜表面または任意の他の形を検査または処置するために、任意の地点で内視鏡１００を停止させ得る。選択的に操縦可能な遠位部分１０４は、結腸Ｃの内側を検査するために、任意の方向に操縦され得る。ユーザがＳ字状結腸Ｓの検査を完了した場合、選択的に操縦可能な遠位部分１０４は、下行結腸Ｄに向けた上位方向に操縦される。一旦、所望の湾曲が、選択的に操縦可能な遠位部分１０４で選択されると、内視鏡１０２は下行結腸Ｄに遠位に前進され、そして第二の湾曲および第一の湾曲は、図１４に示されるように、内視鏡本体１０２の自動的に制御される近位部分１０６に沿って近位に伝えられる。
【００３９】
ユーザが、内視鏡本体１０２によってとられた経路を修正または補正する必要があることを決定した場合はいつでも、内視鏡１００は、近位に引き戻され、そして電子式運動コントローラ１４０は、以前に選択された湾曲を消去するように命令を下され得る。これは、キーボードコマンドもしくはボイスコマンドによって手動で行われ得るか、または電子式運動コントローラ１４０をプログラム化して、内視鏡１０２が特定の距離引き戻された場合に修正モードを開始することによって自動的に行われ得る。この修正湾曲または補正湾曲は、選択的に操縦可能な遠位部分１０４を使用して選択され、そして内視鏡本体１０２は、以前に記載したように前進される。
【００４０】
内視鏡本体１０２は、結腸の左曲（左結腸曲）Ｆｌに到達するまで、下行結腸Ｄを通して前進される。ここで、多くの場合において、内視鏡本体１０２は、ほぼ１８０°のＵ字状湾曲を通り抜けなければならない。前述の通り、所望の湾曲は、選択的に操縦可能な遠位部分１０４を使用して選択され、そして内視鏡本体１０２は、図１５に示されるように、横行結腸Ｔを通って遠位に前進される。以前に選択された湾曲の各々は、内視鏡本体１０２の自動的に制御される近位部分１０６に沿って近位に伝えられる。同じ手順が、結腸の右曲（右結腸曲）Ｆｒにおいても続き、内視鏡本体１０２の遠位端１０８は、図１６に示されるように、上行結腸Ｇを通って盲端Ｅまで前進される。この盲端Ｅ、回盲弁Ｖおよび回腸Ｉの末端部分は、内視鏡本体１０２の選択的に操縦可能な遠位部分１０４を使用して、この観点から検査され得る。
【００４１】
図１７は、結腸Ｃを通して引き戻される内視鏡１００を示す。内視鏡１００が引き戻される場合、内視鏡本体１０２は、上記のように、自動的に制御される近位部分１０６に沿って遠位に湾曲を伝えることによって、以前に選択された湾曲に従う。内視鏡本体１０２の選択的に操縦可能な遠位部分１０４を使用して結腸Ｃ内の粘膜表面または任意の他の形を検査または処置するために、任意の地点で、ユーザは、内視鏡１００を停止させ得る。任意の所定時間、内視鏡１００は、所望の距離だけ引き戻され得るかまたは逆方向に駆動（ｂａｃｋ−ｄｒｉｖｅ）され得る。
【００４２】
本発明に従う実施形態の１つの好ましい方法において、電子式運動コントローラ１４０は、電子メモリを備える。この電子メモリ内に、内視鏡本体１０２が操作された患者の結腸または他の解剖学的構造の三次元数学モデルが作成される。この三次元モデルは、オペレータによって注釈を付され、目的の解剖学な目印の位置、病変、ポリープ、生検サンプルおよび他の特徴が記録され得る。この患者の解剖学的構造の三次元モデルを使用して、その後の手順において、内視鏡本体１０２の再挿入が容易になり得る。さらに、注釈を使用して、目的の特徴の位置を迅速に探し出すことができる。例えば、この三次元モデルは、生検サンプルを診査用内視鏡の間に採取した位置で注釈を付され得る。この生検サンプル部位は、追跡手順において再度確実に位置付けられて、潜在的な疾患プロセスの進行が追跡され得、そして／またはその部位における治療手順が実施され得る。
【００４３】
本発明の方法の１つの特定の好ましいバージョンにおいて、電子式運動コントローラ１４０は、電子メモリの三次元モデルに基づいてプログラム化され得、その結果、内視鏡本体１０２は、適切な形状を自動的に想定して、患者の解剖学的構造を通って前進する際の所望の経路を追従する。内視鏡本体１０２を自動的に前進および後退させるように構成される操縦可能な内視鏡１００の実施形態において、図３、４および５とともに上記されるように、内視鏡本体１０２は、患者の解剖学的構造を通って、電子メモリの三次元モデルに基づいて以前に注目した病変部位または目的の他の地点まで自動的に前進されるように命令を下され得る。
【００４４】
画像化ソフトウエアは、操縦可能な内視鏡１００を使用して得られた患者の解剖学的構造の三次元モデルを、コンピューターモニターなどによって考察することを可能にする。これは、この三次元モデルと他の画像化様式（例えば、蛍光透視検査、Ｘ線透視法、超音波検査法、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、コンピューター連動断層撮影（ＣＴスキャン）、電子線断層撮影法または仮想結腸鏡検査法）との間での比較を容易にする。逆に、これらの他の画像化様式からの画像を使用して、近似の経路または軌跡をマッピングし、内視鏡本体１０２の挿入を容易にし得る。さらに、他の画像様式からの画像を使用して、操縦可能な内視鏡１００を用いて疑わしい病変を位置付けるのを容易にし得る。例えば、結腸のバリウム造影Ｘ線写真を使用して得られた画像を使用して、近似の経路をマッピングし、内視鏡本体１０２を患者の結腸に挿入するのを容易にし得る。Ｘ線写真上で見られる、任意の疑わしい病変の位置および深さが注目され得、その結果、内視鏡本体１０２が迅速かつ確実にその病変の近傍に導かれ得る。
【００４５】
三次元情報（例えば、二平面（ｂｉｐｌａｎａｒ）蛍光透視法、ＣＴまたはＭＲＩ）を提供する画像化様式は、電子式運動コントローラ１４０をプログラムして、その結果、内視鏡本体１０２が、適切な形状を自動的に呈し、患者の解剖学的構造を通って内視鏡本体が進むにつれて所望の経路をたどるために使用され得る。内視鏡本体１０２を自動的に前進させ、そして引き込むように構成される、操縦可能な内視鏡１００の実施形態では、内視鏡本体１０２は、三次元画像化情報によって決定されたような所望の経路に沿って患者の解剖学的構造を通って自動的に前進するように命令され得る。同様に、内視鏡本体１０２は、画像上に示される疑われる病巣部位または他の目的の点まで自動的に前進するように命令され得る。
【００４６】
上記のように、軸方向運動変換器１５０は、多くの可能な構成（例えば図２にリング１５２として示される）で作製され得る。これは、固定された参照点または基準として部分的に機能して、固定された参照点に対する内視鏡本体１０２の軸方向位置の指標のシグナルを生じる。軸方向運動変換器１５０は、光学的、電子的または機械的な方法を用いて、内視鏡本体１０２の軸方向位置を測定し得る。基準２３４の１つの好ましい実施形態を、患者の直腸内に、または患者の肛門Ａに少なくとも隣接して部分的に配置され得る、機器を備えた鏡として図１８〜図２０に模式的に示す。セグメント化内視鏡本体２３８を肛門Ａに挿入する前に、基準２３４の基準チャネル２３６をまず通過させることが好ましい。基準２３４は、以下で考察するように、挿入深さを測定するために必要なエレクトロニクスおよび機械的アセンブリを収容し得、そしてこれはまた、固定された中実基部を提供して、内視鏡本体２３８を肛門Ａまたは本体オリフィスに隣接して同時に配置するのを補助し得、そして基部に安定化を提供し得、そして内視鏡本体２３８をこのオリフィス内に挿入し得る。機器を備えた鏡は、生体適合性材料（例えば、射出成形プラスチック）から構築され得、そして安価なエレクトロニクスを収容し得る。なぜなら、この鏡は好ましくは使い捨てであり得るからである。
【００４７】
内視鏡本体２３８が基準チャネル２３６を通過した場合、挿入深さおよび軸方向位置の１つの好ましい光学的測定方法は、基準２３４上に取り付けられた反射赤外線センサの使用を通しての測定を含み得る。内視鏡本体２３８の外表面は、本体２３８に沿って既知の間隔で配置されたハッチマークまたはいくつかの他の指標もしくは反射マーキングを有し得る。内視鏡本体２３８が肛門Ａおよび基準チャネル２３６を通って前進するかまたは引込むにつれ、光学的センサは、このハッチマークおよび内視鏡本体がそれにそって移動した距離の増分もしくは減少分を読み取りまたは感知し得る。従って、このようなマークを読み取るセンサは、マークが感知された場合に論理的レベル「１」または「オン」として登録される出力、およびマークが感知されない場合には論理的レベル「０」または「オフ」として登録される出力を有し得る。センサ出力上の１から０への遷移の数をカウントまたは追跡することによって、この深さは、それに応じて測定され得る。従って、深さ測定の分解能は、この実施形態において、これらのハッチマークの間に空間を空けることによって、部分的に決定され得る。
【００４８】
この距離をどのように用いてデバイスを前進させ得るかの単純化した表示は、図１８に見られ得る。内視鏡本体２３８は、基準鏡２３４の中間点から測定して、遠位先端部がＬ１の深さに到達するまで前進させられる。この深さにて、ユーザは、先端部を選択的に操縦して、本体がＲ１の曲率半径を形成するように、Ｓ状結腸Ｓに従うことが必要である。一旦、この特徴の位置および深さが遠位先端部によって規定されたら、この深さＬ１に到達する任意の遠位セグメントは、角をうまく通り抜けるように湾曲の正確な組み合わせが達成されるまで、遠位先端セグメントと同じ様式でそれ自体構成するように指令が出され得る。図１９に見られるように、本体２３８がさらに前進すると、これは最終的に、Ｌ１＋Ｌ２の深さにて第２の主な湾曲に到達する。従って、Ｌ１については、前進してＬ１＋Ｌ２の深さに到達する任意のセグメントは、同様に指令が出されて、下行結腸Ｄへと第２の湾曲を最初に通過した場合に、選択的に操縦される遠位先端によって規定されるような曲がりを実行する。さらに、図２０に示すように、本体２３８がさらに前進するにつれて、前進してＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３の深さに到達した任意のその後のセグメントは指令が出されて、それを実行して角をうまく曲がり、横行結腸Ｔに従い、さらにここで、元の曲線は、選択的に操縦可能な遠位先端によって規定される。
【００４９】
図２１は、図８〜１１Ｂに示される型のセグメント化内視鏡デバイスの個々のセグメントを制御して指令を出すために用いられ得る制御システムの１つの実施形態の模式図を示す。見られるように、マスターコントローラ２４８（これは好ましくは、セグメント化内視鏡２４２から離れた位置に存在する）を用いて、内視鏡２４２が患者に挿入２５６されるに従って、深さ測定値を制御および監視し得る。このマスターコントローラ２４８をまた用いて、コミュニケーションチャネル２５２を通して電子通信したままであることによって、継手およびセグメント２４２１〜２４２ｎの各々の起動労力を管理および通信し得る。コミュニケーションチャネル２５２は、電気ワイヤ、光ファイバー、ワイヤレス伝送などを供え得る。この実施形態においてまた見られるように、マスターコントローラ２４８はまた、基準コミュニケーションチャネル２５４を介して基準２４４と通信して、上記に記載のように、基準チャネル２４６を通過するにつれて、内視鏡２４２の挿入深さを測定および追跡し得る。
【００５０】
セグメント化実施形態２４２は、多数の個々のセグメント２４２１〜２４２ｎから構成され得る（セグメント２４２１〜２４２５のみを明確に示す）。各セグメント２４２１〜２４２ｎは好ましくは、それぞれ、各セグメント内に備えられる、それ自体の別個のコントローラ２５０１〜２５０ｎを有する。用いられるコントローラの種類としては、マイクロコントローラが挙げられ得る。コントローラ２５０１〜２５０ｎは、いくつかの機能（例えば、２つの軸αおよびβの各々において各セグメント継手の角度を測定する、上記のように、セグメント２４２１〜２４２ｎ内に含まれるモータを起動させて内視鏡２４２の運動を起動する、そしてマスターコントローラ２４８から出された指令を受け取って操作する）を果たすに役立ち得る。個々のコントローラ２５０１〜２５０ｎを各それぞれのセグメント２４２１〜２４２ｎ中に有することは、指令が出された後にマスターコントローラ２４８から監督することなく、各セグメントが所定の配置についての要求をコントローラレベルで局所的に管理することを可能にする。
【００５１】
従って、図２２に示すように、マスターコントローラアルゴリズム２６０についてのフローチャートの実施形態を用いて、患者への挿入の間に全体的機能を制御し得る。最初の工程２６２の間、全体的システム（例えば、図２１において見られるシステム）は、全ての位置のセンサがゼロにされたところで開始され得る。次いで、マスターコントローラ２４８は待ち状態に入り、ここでこれは、工程２６４に示されるように、本体開口部の近位に位置した基準２４４によって集められた深さ測定値を連続してモニタリングする。一旦運動（すなわち、深さ測定値）が、工程２６４において基準２４４によって検出されると、次いで、マスターコントローラ２４８は、内視鏡本体２４２の動きの方向が前進である（すなわち、挿入される）であるかまたは引き抜きであるかを決定する。工程２６６に示すように、内視鏡本体２４２が挿入され、そして深さが増大すると、現在の深さが工程２６８においてのように増大される；さもなければ、工程２７０においてように、この現在の深さは減少される。一旦深さが決定されると、マスターコントローラ２４８は、工程２７２に示すように、各セグメント２４２１〜２４２ｎに対して個々に通信して個々に起動するように指令を出して、現在深さについて隣接するセグメントに対するその位置を調整または矯正する。その後、このマスターコントローラ２４８は、深さにおける任意の変化をモニタリングし続け、そして示されるように、このプロセスが繰り返される。
【００５２】
各軸αおよびβの方向、ならびに各セグメント２４２１〜２４２ｎの配置および深さを維持するために、データアレイまたは類似のデータ構造は、以下の表１に示されるように、情報を組織化するためにマスターコントローラ２４８によって用いられ得る。深さ指数Ｄ１〜Ｄｎをここで用いて、図２１に見られるように、個々のハッチマークを示し、そしてハッチマーク間の距離は既知の値である。従って、内視鏡２４２がその形状を維持し得る分解能は、深さ指数Ｄ１〜Ｄｎの間の間隔に少なくとも部分的に依存し得る。さらに、指数Ｄ１〜Ｄｎの数および間隔が、特定の適用および必要な用件に応じて決定され得、そして設定され得る。さらなる平滑化アルゴリズムを用い、そして実行して、セグメント２４２１〜２４２ｎの間の徐々の遷移または別個の深さ測定指数Ｄ１〜Ｄｎの間の遷移をさらに作製し得る。
【００５３】
【表１】
図２３は、セグメントコントローラアルゴリズム２８０のフローチャートの実施形態を示す。マスターコントローラ２４８は内視鏡２４２の全体的挿入深さの測定値を管理して全体的形状を決定するが、これはまた、それぞれ、各セグメント２４２１〜２４２ｎにおいて個々のコントローラ２５０１〜２５０ｎと通信し、その結果、システム全体の運動の管理の計算作業は好ましくは分散され得る。
【００５４】
上記で考察したように、個々のコントローラ２５０１〜２５０ｎは、種々の機能（とりわけ、マスターコントローラ２４８からの指令を受け取る、必要に応じて他のコントローラとのコミュニケーションを管理する、個々のセグメント２４２１〜２４２ｎの位置を測定および制御する、そして診断、エラーチェックを行うなどを含む）を果たし得る。各セグメント２４２１〜２４２ｎを制御するためのアルゴリズムは、各セグメントについて好ましくは類似する；リードセグメント２４２１または最初のいくつかのセグメントは、選択的に制御および操縦する内科医の指導下にあるが、それによって所望の湾曲が、たどるべき適切な経路について設定される。
【００５５】
このシステムについての最初の工程２８２は好ましくは、全てのコミュニケーション、アクチュエータ（またはモータ）、位置センサ、および方向付けが開始された場合に最初に生じる。次いで、コントローラ２５０１〜２５０ｎは、工程２８４におけるマスターコントローラ２４８からの何らかのコミュニケーションを受けるのを待ち得る。何のコミュニケーションも受けなければ、コントローラ２５０１〜２５０ｎは好ましくは、指令を待ちながら、メインループに入る。指令を受けた場合、コントローラ２５０１〜２５０ｎの各々は、工程２８６においてのように、診断データを要求し得る。診断データが要求された場合、適切な診断が工程２８８において行われ、そして工程２９０においてのように、結果がマスターコントローラ２４８に送り戻される。工程２８６において何の診断データも要求されないならば、工程２９２におけるコントローラ２５０１〜２５０ｎの各々は、起動または運動がマスターコントローラ２４８によって要求されたか否かを決定し得る。起動も運動も要求されていないならば、関連のセグメントは、指令を受け続け得る；さもなければ、関連のセグメントは、工程２９４においてのようにセグメント軸αに、または工程３００においてのようにセグメント軸βに影響を与える指令が出されたか否かを決定する。セグメント軸αが変更されるべき場合、工程２９６において、指令がα軸ＰＩＤコントローラへと（または上位の制御スキームへと）送られ、そして適切なアクチュエータは、続いて、工程２９８においてのように、起動させられて、α軸におけるセグメントの動作をもたらす。同様に、セグメント軸βが、単独でまたはα軸と一緒にのいずれかで変更されるべき場合、工程３０２において指令がβ軸ＰＩＤコントローラ（または上位制御スキーム）へと送られ、そして適切なアクチュエータは、続いて、工程３０４に示すように、起動させられ、β軸におけるセグメントの動作がもたらされる。一旦適切な指令が達成されると、コントローラ２５０１〜２５０ｎは、メインループに再度入って、何らかのさらなる指令を待つ。
【００５６】
本発明の内視鏡は、結腸鏡としての使用が記載されてきたが、この内視鏡は、多数の他の医療用用途および産業用用途について構成され得る。さらに、本発明はまた、曲がりくねった本体カニューレを通して操縦するために本発明の原理を用いる、カテーテル、カニューレ、外科用機器または導入器外装として構成され得る。
【００５７】
腹腔鏡検査手順または胸腔鏡検査手順に特に適用可能である方法のバリエーションにおいて、操縦可能な内視鏡１００は、患者の体腔内の器官の周辺および器官の間の所望の経路に沿って選択的に操作され得る。内視鏡１００の遠位端１０８は、天然の開口部を通して、外科的切開部を通して、または外科的カニューレ、導入器もしくはトロカールを通して、患者の体腔内へと挿入される。選択的に操縦可能な遠位部分１０４は、患者の体腔を探索して調べるため、ならびに患者の器官の周辺および器官の間の経路を選択するために用いられ得る。電子式運動コントローラ１４０を用いて、内視鏡本体１０２の自動的に制御される近位部分１０６を制御して、選択された経路をたどり得、そして必要に応じて、電子式運動コントローラ１４０の電子的記憶中の三次元モデルを用いて所望の位置に戻り得る。
【００５８】
操縦可能な内視鏡の測定および追跡の非接触方法を含むさらなるバリエーションは、図２４〜図２６に見られる。このバリエーションは、衛星航法システム（ＧＰＳ）において用いられるスキームと類似のスキームを用いた磁気検出技術または患者に対して外部のナビゲーションシステムもしくはナビゲーションデバイスを介した内視鏡の追跡のために、センサベースのシステムまたはトランスポンダ（例えば、コイルまたは磁気センサ）に関連して用いられ得る。磁気センサが用いられ得るが、コイルが好ましい。これは、同時に用いられるべきいくつかの異なるコイルの使用を可能にし得る、異なる周波数でのそれらの共振能力ならびに独特の「シグナチャー」を有する能力による。図２４において見られるように、内視鏡本体２３８は、患者へと肛門Ａを介して挿入され得る。内視鏡本体２３８上に位置するのは、所定の位置（例えば、選択的に操縦可能な遠位先端）に配置され得るトランスポンダ３１０〜３１８である。
【００５９】
内視鏡２３８が下行Ｄおよび横行結腸Ｔを通って前進するにつれて、トランスポンダは、外部ナビゲーションユニット３２０によって検出され得、外部ナビゲーションユニット３２０は、患者内での内視鏡２３８の位置を示すディスプレイ３２２を備え得る。図２６において見られるように、内視鏡２３８が患者内でさらに前進するにつれて、ナビゲーションユニット３２０は、対応する動きをそれに応じて示し得る。ナビゲーションユニット３２０の使用は、デバイス（例えば、内視鏡２３８）をナビゲートする非接触方法を表し、そして患者内の異なる位置を、解剖学的ランドマーク（例えば、肛門Ａまたは回盲弁）と比較して測定および位置決めするために用いられ得る。さらに、このような実施形態は、単独で、または上記で考察した基準鏡２３４機器との組み合わせで用いられ得る。
【００６０】
ナビゲーションユニット３２０の使用はまた、結腸以外の身体内の空間において上記のように、腹腔鏡検査手順または胸腔鏡検査手順に特に適用可能であり得る。例えば、内視鏡２３８はまた、上記で考察される身体の開口部のいずれかを通して患者の体腔内の器官の付近および器官の間の所望の経路に沿って選択的に操縦され得る。体腔を通して操縦されるとはいえ、内視鏡２３８は、内視鏡２３８の位置が、上記で考察されるように、所定の参照点（例えば、基準）に対して、または解剖学的ランドマークに対して、電子的にマークおよび示され得ながらも、外部に配置されたナビゲーションユニット３２０によって先導および追跡され得る。
【００６１】
本発明を例示的な実施形態および発明を実施するための最良の形態に関して本明細書中に記載してきたが、種々の実施形態、適用およびバリエーションの多くの改変、改善およびサブコンビネーションが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明に対してなされ得ることが当業者に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、患者の結腸の結腸鏡検査用に使用されている先行技術の結腸鏡を示す。
【図２】図２は、本発明の操縦可能な内視鏡の第１の実施形態を示す。
【図３】図３は、本発明の操縦可能な内視鏡の第２の実施形態を示す。
【図４】図４は、本発明の操縦可能な内視鏡の第３の実施形態を示す。
【図５】図５は、本発明の操縦可能な内視鏡の第４の実施形態を示す。
【図６】図６は、中立位置または直線位置における内視鏡の本体の部分のワイヤフレームモデルを示す。
【図７】図７は、患者の結腸中の湾曲を通過する、図６に示される内視鏡本体のワイヤフレームモデルを示す。
【図８】図８は、継手によって相互接続される複数のセグメントを有する代替の内視鏡本体実施形態の代表的な部分を示す。
【図９】図９は、図８の実施形態の部分該略図を示し、２つの独立した軸のまわりを旋回可能な２つのセグメントを示している。
【図１０】図１０は、モータが取り付けられたセグメント継手を有する、好ましい内視鏡実施形態を示す。
【図１１】図１１Ａおよび１１Ｂは、それぞれ、２つの隣接セグメントおよび個々のセグメントの組立分解等角図を示し、これらは、図１０に示した実施形態のものである。
【図１２】図１２は、患者の結腸の結腸鏡検査のために使用されている本発明の内視鏡を示す。
【図１３】図１３は、患者の結腸の結腸鏡検査のために使用されている本発明の内視鏡を示す。
【図１４】図１４は、患者の結腸の結腸鏡検査のために使用されている本発明の内視鏡を示す。
【図１５】図１５は、患者の結腸の結腸鏡検査のために使用されている本発明の内視鏡を示す。
【図１６】図１６は、患者の結腸の結腸鏡検査のために使用されている本発明の内視鏡を示す。
【図１７】図１７は、患者の結腸の結腸鏡検査のために使用されている本発明の内視鏡を示す。
【図１８】図１８は、基準が患者内に進められる距離を測定しながら、患者の結腸を通して前進されている内視鏡を示す。
【図１９】図１９は、基準が患者内に進められる距離を測定しながら、患者の結腸を通して前進されている内視鏡を示す。
【図２０】図２０は、基準が患者内に進められる距離を測定しながら、患者の結腸を通して前進されている内視鏡を示す。
【図２１】図２１は、図８〜１１Ｂに示される型のセグメント内視鏡デバイスの個々のセグメントをコントロールおよび制御するために使用され得るコントロールシステムの１つの実施形態の概略図を示す。
【図２２】図２２は、患者内への内視鏡挿入の間、全体の機能を制御するために使用され得るマスターコントローラアルゴリズムについてのフローチャート実施形態を示す。
【図２３】図２３は、セグメントコントローラアルゴリズムのフローチャート実施形態を示す。
【図２４】図２４は、衛星航法システムのような外部の操作システムを使用して測定し、内視鏡を追跡する、非接触方法を示す。
【図２５】図２５は、衛星航法システムのような外部の操作システムを使用して測定し、内視鏡を追跡する、非接触方法を示す。
【図２６】図２６は、衛星航法システムのような外部の操作システムを使用して測定し、内視鏡を追跡する、非接触方法を示す。
【０００１】
（他の出願の引用）
本願は、２００１年２月２０日に出願された、米国特許出願番号０９／７９０，２０４号、「Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ Ｅｎｄｓｃｏｐｅ ａｎｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ」の一部継続出願であり、米国仮特許出願第６０／１９４，１４０号（２０００年４月３日出願）に対する優先権を主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、一般的に、内視鏡および内視鏡的医療手段に関する。より具体的には、本発明は、結腸鏡による検査および処置のように、蛇行した経路に沿った可撓性内視鏡の挿入を容易にするための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
内視鏡は、患者の身体の内部を可視化するための医療装置である。内視鏡は、異なる種々の診断手順および介入手順（結腸鏡検査、気管支鏡検査、胸腔鏡検査、腹腔鏡検査およびビデオ内視鏡検査を含む）のために使用され得る。
【０００４】
結腸鏡検査は、医療手順であり、この手順において、可撓性内視鏡または結腸鏡は、結腸の診断検査および／または外科的処置のために患者の結腸内に挿入される。標準的な結腸鏡は、典型的には１３５〜１８５ｃｍの長さおよび１２〜１９ｍｍの直径であり、器具の先端部に配置される光ファイバー画像束またはミニチュアカメラ、照射ファイバー、ガス注入または洗浄のために使用され得る１つまたは２つの装置チャネル、空気チャネルおよび水チャネル、ならびに減圧チャネルを備える。この結腸鏡は、患者の肛門を介して挿入され、そして結腸を通して前進させられ、結腸、回盲弁および末端回腸の部分の直接的な目視検査を可能にする。結腸鏡の挿入は、結腸が蛇行性かつ回旋性の経路であるという事実によって複雑なものとされる。結腸鏡の多くの操作は、しばしば、結腸を通して結腸鏡を前進させることを必要とし、このことは、この手順をより困難で時間のかかるものとし、そして腸管の穿孔のような厄介な問題の可能性を付加する。操縦可能な結腸鏡が発明され、結腸の湾曲部を通る正確な経路の選択を容易にした。しかし、結腸鏡がさらに結腸内に挿入される場合、選択された経路に沿って結腸鏡を前進させることはより困難となる。各角において、結腸の壁は、結腸鏡中の湾曲を支持しなければならない。この結腸鏡は、各角の外側に沿って結腸の粘膜表面にこすれる。各角に発生する結腸鏡の摩擦およびあそびは、結腸鏡を前進させ、引っ込ませるのをより困難にする。さらに、結腸の壁に対する力は、摩擦の発生に伴って増加する。極度の曲がりの場合、結腸を通る道の全てを結腸鏡が前進することは不可能となり得る。
【０００５】
身体の内部構造の、医療検査または処置のための操縦可能な内視鏡、カテーテルおよび挿入デバイスは、以下の米国特許に記載され、これらの開示は、その全体が本明細書中で参考として援用される：第４，７５３，２２３号；第５，３３７，７３２号；第５，６６２，５８７号；第４，５４３，０９０号；第５，３８３，８５２号；第５，４８７，７５７号および第５，３３７，７３３号。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の要旨）
前述の議論を踏まえて、本発明は、患者の身体を通る蛇行状経路を通り抜けるための操縦可能な内視鏡の形態をとる。この操縦可能な内視鏡は、異なる種々の診断手順および介入手順（結腸鏡検査、上気道内視鏡検査（ｕｐｐｅｒ ｅｎｄｏｓｃｏｐｙ）、胸腔鏡検査、腹腔鏡検査およびビデオ内視鏡検査を含む）のために使用され得る。この操縦可能な内視鏡は、特に、結腸鏡手順を実施する際に遭遇する蛇行した湾曲の通り抜けに非常に適している。
【０００７】
この操縦可能な内視鏡は、手動または選択的に操縦可能な遠位部分および自動的に制御される近位部分を備える細長本体を有する。この選択的に操縦可能な遠位部分は、選択的に操縦され得るかまたは任意の方向に最大１８０°まで折れ曲がることが可能である。光ファイバー画像束および１つ以上の照射ファイバーは、その本体を通って近位端から遠位端へと延びる。あるいは、この内視鏡は、ＣＣＤカメラのようなミニチュア型のビデオカメラを備えるビデオ内視鏡として構成され得、これは、伝送ケーブルによってかもしくはワイヤレス伝送によって、また代替的にはＣＭＯＳ画像技術の使用を通して、画像をビデオモニタに伝送する。必要に応じて、この内視鏡は、ガス注入または洗浄のためにも使用され得る１つまたは２つの装置チャネル、空気チャネルおよび水チャネル、ならびに減圧チャネルを備え得る。
【０００８】
細長本体に取りつけられる近位ハンドルは、直接見るためおよび／またはビデオカメラに接続するための接眼レンズ、照明源への接続、ならびに器具チャネルに接続される１つ以上のルアーロック継ぎ手を供える。このハンドルは、選択的に操縦可能な遠位部分を所望の方向に選択的に操縦するかまたは曲げるための操縦コントロールに接続され、また自動的に制御される内視鏡の近位部分を制御するための電子式運動コントローラに接続される。軸方向運動変換器は、内視鏡本体が前進され引っ込められる場合に、内視鏡本体の軸方向の動きを測定するために提供される。必要に応じて、この内視鏡は、内視鏡を自動的に前進および引っ込めるため、または内視鏡を自動的に前進および受動的に引っ込めるための、モータまたは線形アクチュエータを備え得る。
【０００９】
内視鏡の好ましい実施形態は、複数の独立して制御可能なセグメントを有する、セグメント化内視鏡実施形態を含む。このセグメントは、個々にモータがつけられ、継手によって相互接続され得る。個々の隣接セグメントの各々は、２つの独立した軸の周りを旋回可能であり得、患者に内視鏡が挿入されている間の動きの範囲を提供する。
【００１０】
述べられたような特定の実施形態は、個々のモーター（例えば、小型ブラシ付きＤＣモーター）を有し得、個々のセグメントそれぞれを動かす。さらに、各セグメントは、好ましくは、その中を通る管腔を規定する骨格セグメントを有し、連続的な管腔が内視鏡器具全体を通過し、アクセスチャネルを提供し、そのアクセスチャネルを通して、ワイヤ、光ファイバー、空気チャネルおよび／または水チャネル、種々の内視鏡道具、または任意の種々のデバイスおよびワイヤは経路が定められ得る。この全体のアセンブリ（すなわち、モータ、骨格、ケーブルなど）は、生体適合性材料（例えば、ポリマー）中に包まれるかまたは被覆され得、このポリマーはまた、患者の中に内視鏡を挿入し前進させる間の摩擦抵抗を最小にするために潤滑性であることが好ましい。この生体適合性の被覆は、モータおよび骨格アセンブリを露出させるために内視鏡本体から除去可能であり得、構成要素への直接的なアクセスを可能にする。このことはまた、患者に使用した後に、その被覆を容易に置き換えそして処分することを可能にし得る。
【００１１】
本発明の方法は、天然の開口を通してかまたは切開を通してのいずれかで、患者の体内に内視鏡本体の遠位末端を挿入する工程、および選択的に操縦可能な遠位部分を操縦して所望の経路を選択する工程を包含する。内視鏡本体が患者の体内にさらに前進されるかまたは挿入される場合、この電子式運動コントローラは、その本体の自動的に制御される近位部分を操作して選択的に操縦可能な遠位部分の選択された湾曲を呈する。このプロセスは、選択的に操縦可能な遠位部分で別の所望の経路を選択し、再び内視鏡本体を前進させることによって繰り返される。内視鏡本体がさらに前進される場合、この選択された湾曲は、この内視鏡本体に近位に沿って広がる。同様に、この内視鏡本体が近位に引っ込められる場合、選択された湾曲は、自動的にかまたは受動的にかのいずれかで内視鏡本体に沿って遠位に広がる。これは、内視鏡本体に１種の蛇行性運動を付与し、それによって内視鏡本体が体内の器管を通るかまたはその周りおよび間の所望の経路に沿って蛇行した湾曲を通過するのを可能にする。
【００１２】
この方法は、結腸鏡または他の内視鏡手段（例えば、気管支鏡検査、胸腔鏡検査、腹腔鏡検査およびビデオ内視鏡検査）を実施するために使用され得る。さらに、本発明の装置および方法は、他の型の器具（例えば、外科的器具、カテーテルまたは導入器）を体内の所望の経路に沿って挿入するために使用され得る。
【００１３】
（発明の詳細な説明）
図１は、患者の結腸Ｃの結腸鏡検査のために使用される先行技術の結腸鏡５００を示す。結腸鏡５００は、近位ハンドル５０６および操縦可能な遠位部分５０４を有する細長本体５０２を有する。結腸鏡５００の本体５０２は、潤滑され、そして患者の肛門Ａを介して結腸Ｃに挿入されている。誘導のために操縦可能な遠位部分５０４を使用して、結腸鏡５００の本体５０２は、患者の結腸Ｃ内の数回の曲がりを通って上行結腸Ｇへと巧みに作動されている。代表的には、これは、結腸Ｃの曲がりを通して進めるために、近位端から結腸鏡５００を押し、引っ張りそして回転させることによる、かなりの量の操縦を含む。操縦可能な遠位部分５０４が通過した後、結腸Ｃの壁は、結腸鏡５００が進むとき、結腸鏡５００の可撓性本体５０２における湾曲を維持する。結腸鏡が挿入されるにつれて、結腸鏡５００の本体５０２に沿って、特に結腸Ｃの各曲がりにおいて、摩擦が発生する。摩擦のため、使用者が結腸鏡５００を進めることを試みる場合、本体５０２’は、各湾曲において外向きに移動し、結腸Ｃの壁を押す傾向があり、これは、摩擦を増加させ、そして結腸鏡５００を進ませるのを困難にすることによってこの問題を悪化させる。他方、結腸鏡５００が引き抜かれる場合、本体５０２”は、各湾曲において内向きに移動する傾向があり、結腸鏡５００が進んだ場合に発生するゆるみを取る（ｔａｋｉｎｇ ｕｐ）。患者の結腸Ｃが非常に蛇行している場合、本体５０２の遠位端は、使用者の操縦に対して非応答性になり得、結果として、結腸鏡５００をさらに進めることが不可能になり得る。使用者に提示することの困難性に加えて、患者の結腸の蛇行はまた、合併症（例えば、腸の穿孔）の危険を増加する。
【００１４】
図２は、本発明の操縦可能な内視鏡１００の第１の実施形態を示す。内視鏡１００は、手動でまたは選択的に操縦可能な遠位部分１０４および自動制御近位部分１０６を有する細長本体１０２を有する。選択的に操縦可能な遠位部分１０４は、任意の方向に、完全に１８０°の曲げまで選択的に操縦され得るかまたは曲げられ得る。光ファイバー画像化バンドル１１２および１つ以上の照射ファイバー１１４が、本体１０２を通って、近位端１１０から遠位端１０８に延びる。あるいは、内視鏡１００は、内視鏡本体１０２の遠位端１０８に配置される小型ビデオカメラ（例えば、ＣＣＤカメラ）を備えるビデオ内視鏡として構成され得る。ビデオカメラからの画像は、伝送ケーブルまたはワイヤレス伝送によってビデオモニタに伝送され得、ここで、画像は、リアルタイムで見られ得るか、またはアナログ記録媒体（例えば、磁気テープ）またはデジタル記録媒体（例えば、コンパクトディスク、デジタルテープなど）に、記録デバイスによって記録され得る。必要に応じて、内視鏡１００の本体１０２は、１つまたは２つの機器チャネル１１６、１１８を備え得、これらはまた、吸入または洗浄、空気および水のチャネル、および減圧チャネルのために使用され得る。内視鏡１００の本体１０２は、種々のチャネルをインタクト（無傷）に維持しながら、折れることもよれることもなく、小さな直径の湾曲の周りで曲がり得るように、高度に可撓性である。結腸鏡としての使用のために構成される場合、内視鏡１００の本体１０２は、代表的に、１３５〜１８５ｃｍの長さおよび約１２〜１３ｍｍの直径である。内視鏡１００は、他の医療適用および産業適用のために種々の他のサイズおよび構成で作製され得る。
【００１５】
近位ハンドル１２０は、細長本体１０２の近位端１１０に接続される。ハンドル１２０は、直接見るためおよび／またはビデオカメラ１２６もしくは記録デバイス１２７に接続するために、光るファイバー画像化バンドル１１２に接続される接眼レンズ１２４を備える。ハンドル１２０は、照射ファイバー１１４に接続されるかまたは照射ファイバー１１４と連続した照射ケーブル１３４によって照射供給源１２８に接続される。ハンドル１２０上の第１のルアー（ｌｕｅｒ）ロックフィッティング１３０および第２のルアーロッキングフィッティング１３２は、機器チャネル１１６、１１８に接続される。
【００１６】
ハンドル１２０は、コントローラケーブル１３６によって電子運動コントローラ１４０に接続される。操縦制御１２２は、第２ケーブル１３Ｍによって、電子運動コントローラ１４０に接続される。操縦制御１２２によって、使用者は、本体１０２の選択的に操縦可能な遠位部分１０４を所望の方向に選択的に操縦または曲げることが可能である。操縦制御１２２は、示されるようにジョイスティックコントローラであり得るか、または他の公知の操縦制御機構であり得る。電子運動コントローラ１４０は、本体１０２の自動制御近位部分１０６の運動を制御する。電子運動コントローラ１４０は、マイクロコンピューターで実行する運動制御プログラムを使用して、またはアプリケーション特異的な運動コントローラを使用して実行され得る。あるいは、電子運動コントローラ１４０は、ニューラルネットワークコントローラを使用して実施され得る。
【００１７】
軸方向運動変換器１５０は、内視鏡本体が前進しそして引き抜かれるときに、内視鏡本体１０２の軸方向運動を測定するために提供される。軸方向運動変換器１５０は、多くの可能な構成で作製され得る。例として、図２の軸方向運動変換器１５０は、内視鏡１００の本体１０２を取り囲むリング１５２として構成される。軸方向運動変換器１５０は、参照の固定点（例えば、外科テーブルまたは患者身体上の内視鏡１００のための挿入点）に取り付けられる。内視鏡１００の本体１０２が、軸方向運動変換器１５０を通って滑る場合、これは、参照の固定点に対する内視鏡本体１０２の軸方向位置を示すシグナルを生成し、そして遠隔測定によってまたはケーブル（図示せず）によって、電子運動コントローラ１４０にシグナルを送る。軸方向運動変換器１５０は、内視鏡本体１０２の軸方向位置を測定するために、光学手段、電子手段または機械的手段を使用し得る。軸方向運動変換器１５０のため他の可能な構成は、以下に記載される。
【００１８】
図３は、本発明の内視鏡１００の第２の実施形態を示す。図２の実施形態におけるように、内視鏡１００は、選択的に操縦可能な遠位部分１０４および自動制御近位部分１０６を有する細長本体１０２を有する。操縦制御１２２は、内視鏡１００の選択的に操縦可能な遠位部分１０４を選択的に操縦するための形態または１つもしくは２つのダイヤルで、近位ハンドル１２０に一体化される。必要に応じて、電子運動コントローラ１４０は、小型化され、同様に、近位ハンドル１２０に一体化され得る。この実施形態において、軸方向運動変換器１５０は、参照の固定点（例えば、外科テーブル）に取り付け可能なベース１５４を用いて構成される。第１のローラ１５６および第２のローラ１５８は、内視鏡本体１０２の外部に接続する。マルチターン電位差計１６０または他の運動変換器が、第１のローラ１５６に接続されて、内視鏡本体１０２の軸方向運動を測定し、そして軸方向位置を示すシグナルを生成する。
【００１９】
内視鏡１００は、軸方向運動変換器１５０の遠位の本体１０２を握ることによって、使用者によって手動で進められ得るかまたは引き抜かれ得る。あるいは、第１ローラ１５６および／または第２ローラ１５８は、内視鏡１００の本体１０２を自動的に進めそして引き抜くために、少なくとも１つのモーター（例えば、モーター１６２）に接続され得る。
【００２０】
図４は、本発明の内視鏡１００の第３の実施形態を示し、これは、内視鏡１００を構成しそして含むために細長ハウジング１７０を使用する。ハウジング１７０は、内視鏡１００の本体１０２を導くために、線形トラック１７４を有するベース１７２を有する。ハウジング１７０は、線形トラック１７４に一体化した線形運動変換器として構成される軸方向運動変換器１５０’を有し得る。あるいは、ハウジング１７０は、図２または３の軸方向運動変換器１５０と同様に構成された軸方向運動変換器１５０”を有し得る。内視鏡１００は、ハウジング１７０に対して遠位の本体１０２を握ることによって、使用者によって手動で進められ得るかまたは引き抜かれ得る。あるいは、ハウジング１７０は、内視鏡１００の本体１０２を自動的に進めるかまたは引き抜くためにモータ１７６または他の線形運動アクチュエータを備え得る。別の代替の構成において、図３とともに上記したものと同様の摩擦ホイールを有するモータは、軸方向運動変換器１５０”に一体化され得る。
【００２１】
図５は、本発明の内視鏡１００の第４の実施形態を示し、これは、内視鏡１００を構成しそして含むためにロータリーハウジング１８０を使用する。ハウジング１８０は、内視鏡１００の本体１０２を導くために回転ドラム１８４を有するベース１８２を有する。ハウジング１８０は、回転ドラム１８４の旋回軸１８６に接続される電位差計として構成される軸方向運動変換器１５０’’’を有し得る。あるいは、ハウジング１８０は、図２または３の軸方向運動変換器１５０と同様に構成された軸方向運動変換器１５０’’を有し得る。内視鏡１００は、ハウジング１８０に対して遠位の本体１０２を握ることによって、使用者によって手動で進められ得るかまたは引き抜かれ得る。あるいは、ハウジング１８０は、内視鏡１００の本体１０２を自動的に進めるかまたは引き抜くために回転ドラム１８４に接続されたモータ１８８を備え得る。別の代替の構成において、図３とともに上記したものと同様の摩擦ホイールを有するモータは、軸方向運動変換器１５０”に一体化され得る。
【００２２】
図６は、ニュートラルまたは真っ直ぐな位置での内視鏡１００の本体１０２のセクションのワイヤフレームモデルを示す。内視鏡本体１０２の内部構造の大部分は、明瞭さのためにこの図では除外した。内視鏡本体１０２は、セクション１、２、３．．．１０などに分割される。各セクションの形状は、ａ軸、ｂ軸、ｃ軸およびｄ軸に沿って４つの長さ測定値によって規定される。例えば、セクション１の形状は、４つの長さ測定値ｌ１ａ、ｌ１ｂ、ｌ１ｃ、ｌ１ｄによって規定され、そしてセクション２の形状は、４つの長さ測定値ｌ２ａ、ｌ２ｂ、ｌ２ｃ、ｌ２ｄによって規定される。好ましくは、長さ測定値の各々は、線形アクチュエーター（図示せず）によって個々に制御される。線形アクチュエータは、いくつかの異なる操作原理のうちの１つを使用し得る。例えば、線形アクチュエータの各々は、自己加熱ＮｉＴｉ合金線形アクチュエータまたは電気流動プラスチックアクチュエーター、または他の公知の機械的アクチュエータ、空気的アクチュエータ、液圧的アクチュエータ、もしくは電気機械的アクチュエータであり得る。各セクションの形状は、ａ軸、ｂ軸、ｃ軸およびｄ軸に沿って４つの長さの測定値を変化させるために線形アクチュエータを使用して変更され得る。好ましくは、長さ測定値は、所望の方向に内視鏡本体１０２を選択的に曲げるために、相補的な対で変更され得る。例えば、内視鏡１０２をａ軸の方向に曲げるために、測定値ｌ１ａ、ｌ２ａ、ｌ３ａ．．．ｌ１０ａは、短くされ、そして測定値ｌ１ｂ、ｌ２ｂ、ｌ３ｂ．．．ｌ１０ｂは、等しい量で長くされる。これらの測定値が変更される量は、得られる湾曲の半径を決定する。
【００２３】
内視鏡本体１０２の選択的に操縦可能な遠位部分１０４において、各セクションのａ軸、ｂ軸、ｃ軸およびｄ軸の測定値を制御する線形アクチュエータは、操縦制御１２２を介して使用者によって選択的に制御される。従って、ａ軸、ｂ軸、ｃ軸およびｄ軸の測定の適切な制御によって、内視鏡本体１０２の選択的に操縦可能な遠位部分１０４は、任意の方向に完全に１８０°まで選択的に操縦され得るかまたは曲げられ得る。
【００２４】
しかし、自動制御近位部分１０６において、各セクションのａ方向測定値、ｂ方向測定値、ｃ方向測定値、およびｄ方向測定値は、電子運動コントローラ１４０によって自動制御され、これは、内視鏡本体１０２の形状を制御するための湾曲伝播法（ｃｕｒｖｅ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）を使用する。湾曲伝播法をどのように操作するかを説明するために、図７は、患者の結腸Ｃ内の湾曲を通る、図６に示される内視鏡本体１０２の自動制御近位部分１０６の一部のワイヤフレームモデルを示す。簡単にするために、２次元曲線の例を示し、ａ軸およびｂ軸のみが考慮される。３次元曲線において、ａ軸、ｂ軸、ｃ軸およびｄ軸の４つ全てが、利用される。
【００２５】
図７において、内視鏡本体１０２は、結腸Ｃ内の湾曲を通って巧みに操作され、選択的に操縦可能な遠位部分１０４の利益を有し（この手順のこの一部は、以下にさらに詳細に説明される）、ここで、自動制御近位部分１０６は、湾曲内にある。セクション１および２は、結腸Ｃの比較的真っ直ぐな部分にある（従って、ｌ１ａ＝ｌ１ｂ、およびｌ２ａ＝ｌ２ｂ）。しかし、セクション３〜７は、Ｓ字型湾曲セクションであるので、ｌ３ａ＜ｌ３ｂ、ｌ４ａ＜ｌ４ｂおよびｌ５ａ＜ｌ５ｂであるが、ｌ６ａ＞ｌ６ｂ、ｌ７ａ＞ｌ７ｂおよびｌ８ａ＞ｌ８ｂである。内視鏡本体１０２が１単位だけ遠位に進む場合、セクション１は、１’とマークされた位置に移動し、セクション２は、セクション１によって以前に占められていた位置に移動し、セクション３は、セクション２によって以前に占められていた位置に移動する。軸方向運動変換器１５０は、参照の固定点に対する内視鏡本体１０２の軸方向位置を示すシグナルを生成し、そして電子運動コントローラ１４０にこのシグナルを送り、電子運動コントローラ１４０の制御下で、内視鏡本体１０２が１単位進むたびに、自動制御近位部分１０６の各セクションは、今ある空間を以前に占めていたセクションの形状を呈するようにシグナルを送る。従って、内視鏡本体１０２は、１’とマークされた位置に進んだ場合、ｌ１ａ＝ｌ１ｂ、ｌ２ａ＝ｌ２ｂ、ｌ３ａ＝ｌ３ｂ、ｌ４ａ＜ｌ４ｂ、ｌ５ａ＜ｌ５ｂ、ｌ６ａ＜ｌ６ｂ、Ｌ７ａ＞ｌ７ｂおよびｌ８ａ＞ｌ８ｂ、およびｌ９ａ＞ｌ９ｂであり、内視鏡本体１０２が１”とマークされた位置に進んだ場合、ｌ１ａ＝ｌ１ｂ、ｌ２ａ＝ｌ２ｂ、ｌ３ａ＝ｌ３ｂ、ｌ４ａ＝ｌ４ｂ、ｌ５ａ＜ｌ５ｂ、ｌ６ａ＜ｌ６ｂ、Ｌ７ａ＜ｌ７ｂ、ｌ８ａ＞ｌ８ｂ、ｌ９ａ＞ｌ９ｂ、およびｌ１０ａ＞ｌ１０ｂである。従って、Ｓ字型湾曲は、内視鏡本体１０２の自動制御近位部分１０６の長さに沿って近位に伝わる。Ｓ字型湾曲は、内視鏡本体１０２が遠位に進むにつれて、空間に固定されて見える。
【００２６】
同様に、内視鏡本体１０２が近位に引き抜かれる場合、内視鏡本体１０２が１単位だけ近位に移動するたびに、自動制御近位部分１０６の各セクションは、今ある空間を以前に占めていたセクションの形状を呈するようにシグナルを送る。Ｓ字型湾曲は、内視鏡本体１０２の自動制御近位部分１０６の長さに沿って遠位に伝わり、そしてＳ字型湾曲は、内視鏡本体１０２が近位に引き抜かれるにつれて、空間に固定されて見える。
【００２７】
内視鏡本体１０２が進むかまたは引き抜かれる場合はいつも、軸方向運動変換器１５０は、位置の変化を検出し、そして電子運動コントローラ１４０は、空間的に固定された位置に湾曲を維持するために、内視鏡本体１０２の自動制御近位部分１０６に沿って近位にまたは遠位に選択された曲線を伝わる。これによって、内視鏡本体１０２は、結腸Ｃの壁に不必要に力を加えることなしに、蛇行した湾曲を通って移動し得る。
【００２８】
図８は、継手１９４によって相互接続された複数のセグメント１９２を有する、代替の内視鏡本体実施形態１９０の代表的な部分を示す。この実施形態において、隣接するセグメント１９２は、少なくとも一自由度を有し、好ましくは、複数の自由度を有し、好ましくは、ここで示されるように約二軸を有する継手１９４によって互いに移動し得るかまたは曲がり得る。図９にさらに示されるように、２つのセグメント１９２が２つの独立した軸の周りで、継手１９４の周りを回転し得る、実施形態１９０の部分的な概略表示１９６が示される。運動の範囲は、角度αおよびβによって、球面軸１９８に対して記載され得る。
【００２９】
上で言及されるように、このようなセグメント化本体は、種々の方法によって起動され得る。好ましい方法は、各個々のセグメント上に個々に取り付けられた電気機械式モータを使用してこのセグメントを互いに対して移動させることを包含する。図１０は、電動式セグメント化継手を有する、好ましい実施形態２００を示す。各セグメント１９２は、好ましくは、骨格セグメント２０２から構成され、このセグメントはまた、好ましくは、アクセスチャネルを提供するために、そこを通る少なくとも１つの管腔を規定しており、このアクセスチャネルを通って、ワイヤ、光ファイバー、空気および／もしくは水チャネル、種々の内視鏡ツール、または任意の種々のデバイスおよびワイヤが、経路決定され得る。この骨格セグメントは、種々の材料から製造され得、これらは、好ましくは、生体適合性であり、かつ種々のツールおよび他の構成要素（例えば、ステンレス鋼）を支持するのに十分な強度を提供する。記載のほとんどは個々のセグメント１９２に対するものであるが、セグメント１９２の各々は、遠位先端部に配置されたセグメント（または最初のいくつかのセグメント）を除いて、好ましくは同一であり、そして以下の記載は、少なくとも大多数のセグメント１９２を容易に適用する。
【００３０】
所望の結果および用途に依存して、単一のモータ、または複数のモータが、少なくとも大多数のセグメントに取り付けられ得る。単一のモータをセグメント上に有する実施形態が、図１０に例示されており、ここで、個々のモータ２０４は、好ましくは、骨格２０２に取り付けられており、そして十分に小さく、快適な相対的に小さい直径を提供するように十分に小型であり、かつ外傷なしに患者に挿入されるように十分小さい。モータ２０４（これは、小型ブラシ付ＤＣモータとして本明細書中で示される）は、セグメント１９２に隣接して起動させるために使用され得、そして他のモータと独立して制御され得る。小型ブラシ付きＤＣモータを除いた、種々のモータ（例えば、ＡＣモータ、リニアモーターなど）もまた、使用され得る。各モータ２０４はまた、好ましくは、ハウジング内に、電気機械式モーターアセンブリＥＭそれ自体だけでなく、ギアレダクションステージＧＲ、および位置エンコーダＰＥも備える。電気機械式モーターアセンブリＥＭに取り付けられたギアレダクションステージＧＲは、高速で低トルクの操作条件を、より有用な低速で高トルクの出力に変化させることによって、その最適速度およびトルク範囲内での、モータ２０４の使用を可能にする。位置エンコーダＰＥは、従来型のエンコーダであり得、モータ２０４の出力シャフトの角回転運動のトラックを保つことによって、制御コンピューターがセグメント継手１９４の位置を読み出すのを可能にする。
【００３１】
各モータ２０４は、そのモータ２０４の端部から延びて、セグメント１９２を起動させるための電力の伝達を提供する、回転可能なシャフトを有する。このシャフトについて、スプール２０６は、このスプール２０６の周りにさらに巻かれたケーブル２０８の第一の端部で、回転式で取り付けられ得る。次いで、このケーブル２０８は、スプール２０６からケーブルガイド２１０において規定されるチャネル２１２を通り、（図１１Ａ〜図１１Ｂにより詳細に示されるように）開口部２１４を通って出てケーブルアンカー２１６まで、経路決定され得、このケーブルアンカーに、ケーブル２０８の第二の端部は、好ましくは、例えば、圧着および／またははんだ付けによって、取り付けられる。ケーブルガイド２１０は、スプール２０６の周りに巻きつけられたケーブル２０８を捕捉する役目を果たす。ケーブルアンカー２１６は、自在継手旋回軸（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｊｏｉｎｔ ｐｉｖｏｔ）２２０を隔てて、ピン２１８を介して隣接セグメント１９２に取り付けられており、かつこのセグメント１９２に取り付けるためにそこを通る孔を規定する円形部分およびケーブル２０８の第二の端部に取り付けるためにこのアンカー２１６から突出したエキステンションを有する、従来型の電子式環状コネクタ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｒｉｎｇ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）と同様に成形され得る。ケーブル２０８は、広範な種々のフィラメント、ストランド、ワイヤ、鎖、編織物などからなり得、これらのいずれかは、広範な種々の生体適合性材料（例えば、金属（ステンレス鋼）、ポリマー（例えば、プラスチックおよびナイロン）など）から製造され得る。
【００３２】
操作の際に、モータ２０４が第一の方向（例えば、時計回り）にシャフトを回転させるように操作される場合、スプール２０６は、それに従って回転し、そしてケーブル２０８は、隣接するセグメント１９２を、対応する方向に引き込み、トルクを伝達して、続いて第一の軸に沿ってこのセグメントを起動させる。モータ２０４が、第一の方向と反対の第二の方向（例えば、反時計回り）にシャフトを回転させるように操作される場合、スプール２０６は、それに従って再度回転し、そしてケーブル２０８は、隣接するセグメント１９２を、対応する反対方向に引き込み、続いてトルクを伝達して、その反対の方向にこのセグメントを起動させる。
【００３３】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、それぞれ、図１０で示される実施形態からの、２つの隣接したセグメントおよび個々のセグメントの分解等尺アセンブリ図を示す。図１１Ａで見られるように、骨格２０２は、管腔２２１とともに示され、この管腔は、上記のように、作動（ｗｏｒｋｉｎｇ）チャネルを提供するために使用され得る。ケーブルガイド２１０およびケーブル２０８が貫通するための開口部２１４で規定されるチャネル２１２もまた、示される。隣接セグメントを相互接続する際およびセグメント間の必要な自由度を提供するために、好ましい接合方法は、自在継手旋回軸２２０の使用を包含する。しかし、自在継手旋回軸２２０を使用する以外の、他の実施形態は、種々の接合方法（例えば、２つのセグメントのそれぞれの中心で、これら２つのセグメントを接合するために使用される、可撓性管、隣接して間隔を空けられ得る一連の一自由度継手、など）を使用し得る。この特定の実施形態は、自在継手旋回軸２２０の使用を記載する。他のセグメントに隣接した骨格２０２の末端にて、一対の自在ヨーク部材（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｙｏｋｅ ｍｅｍｂｅｒ）２２４が、一対の対応するピン開口部２２６とともに形成され得る。自在継手旋回軸２２０が、一方のセグメント上で第一の対のヨーク部材２２４に接続される場合、隣接したセグメントからの対応する対のヨーク部材２２４もまた、継手旋回軸２２０に取り付けられ得る。
【００３４】
図１１Ｂにおいてさらに見られるように、自在継手旋回軸２２０は、この実施形態において、対応するヨーク部材２２４を旋回可能に受容するための、対向する２セットの受容孔２２８を有する円柱環として示される。この受容孔２２８は、９０°間隔にて、離れて間隔を空けているように示されているが、他のバリエーションにおいて、受容孔は、所望の自由度および用途に依存した他の角度にて、離れて間隔を空けていてもよい。駆動シャフト２０５を露出しているモータ２０４から解除されたスプール２０６の分解したアセンブリもまた、示される。モータ２０４が骨格２０２から移動されると、溝２３０が、骨格２０２内に形成されることが明らかである。この溝２３０は、骨格２０２内で陥没し得、好ましくは、モータ２０４の半径と一致して、骨格２０２に隣接してモータ２０４を位置付けるのを補助するだけでなく、構築されたセグメントの全体の直径を減少させるのも補助する。モータ２０４は、種々の方法（例えば、接着、クランプ、バンド、機械的ファスナーなど）によって、骨格２０２に取り付けられ得る。セグメント直径をさらに減少させるのを補助することが示される場合、ノッチ部分２３２がまた、ケーブルガイド２１０に形成され得る。
【００３５】
患者に挿入する前に、内視鏡２００は、保管のためおよび使用中に、図５の回転式ハウジング１８０内の回転ドラム１８４に巻かれ得る。ここで、この内視鏡は、必要に応じて、診断チェックが自動的に行われるように構成され得る。内視鏡２００がドラム１８４に巻かれる場合、隣接セグメント１９２は、このドラム１８４の直径およびこの内視鏡２００が位置付けられ得る保管ユニットの初期構成によって最初に決定されるように、互いに対して所定の角度を有する。挿入前の診断チェックの間、コンピューターは、各隣接セグメント１９２の間の角度を自動的に感知または測定するように構成され得る。これら隣接セグメント１９２のいずれかが、所定の受容可能な角度範囲外の相対的な測定角度を示す場合、このことは、セグメント１９２が適所からはずれており、内視鏡２００の使用中での起こり得る問題点であることを示し得る。従って、コンピューターは、続いて、警報または視覚警報を鳴らし得、そしてまた、セグメント１９２の各々をニュートラル位置に位置付けて、さらなる使用を自動的に防止し得るかまたは患者への任意の外傷を防止し得る。
【００３６】
図１２〜１７は、患者の結腸の結腸鏡検査のために用いられる本発明の内視鏡１００を示す。図１２において、内視鏡本体１０２は、潤滑され、そして肛門Ａを通して患者の結腸Ｃに挿入される。内視鏡本体１０２の遠位端１０８は、接眼鏡１２４を介してかまたはビデオモニタ上で観察されるように、直腸Ｒを通して、結腸Ｃの第一の湾曲部（ｔｕｒｎ）に到達するまで前進される。この湾曲部をうまく曲がるために、内視鏡本体１０２の選択的に操縦可能な遠位部分１０４は、操縦コントロール１２２を介して、ユーザによってＳ字状結腸Ｓに向けて手動で操縦される。操縦コントロール１２２から選択的に操縦可能な遠位部分１０４までの制御信号は、電子式運動コントローラ１４０によってモニタリングされる。内視鏡本体１０２の遠位端１０８をＳ字状結腸Ｓに前進させるために、選択的に操縦可能な遠位部分１０４の補正湾曲が選択される場合、この湾曲は、参照として電子式運動コントローラ１４０のメモリに記録される。この工程は、手動様式で実行され得る。この工程において、ユーザは、キーボードコマンドまたはボイスコマンドを使用して電子式運動コントローラ１４０に命令を下し、選択された湾曲を記録する。あるいは、この工程は、自動様式で実行され得る。この工程において、ユーザは、内視鏡本体１０２を遠位に前進させることによって所望の湾曲が選択される電子式運動コントローラ１４０に信号を送る。このようにして、結腸または経路の三次元マップが作成され得、そしてさらなる適用のために保存され得る。
【００３７】
手動様式で操作されようと自動様式で操作されようとも、一旦、所望の湾曲が、選択的に操縦可能な遠位部分１０４で選択されると、内視鏡本体１０２は遠位に前進され、そしてその選択された湾曲は、上記のように、電子式運動コントローラ１４０によって、内視鏡本体１０２の自動的に制御される近位部分１０６に沿って近位に伝えられる。内視鏡本体１０２がＳ字状結腸Ｓを通って遠位に前進される間、この湾曲は、空間内で固定されたままである。特に蛇行状の結腸において、選択的に操縦可能な遠位部分１０４は、複数の湾曲を介して、Ｓ字状結腸Ｓを横断するように操縦されなければならないかもしれない。
【００３８】
図１３に例示されるように、ユーザは、結腸Ｃ内の粘膜表面または任意の他の形を検査または処置するために、任意の地点で内視鏡１００を停止させ得る。選択的に操縦可能な遠位部分１０４は、結腸Ｃの内側を検査するために、任意の方向に操縦され得る。ユーザがＳ字状結腸Ｓの検査を完了した場合、選択的に操縦可能な遠位部分１０４は、下行結腸Ｄに向けた上位方向に操縦される。一旦、所望の湾曲が、選択的に操縦可能な遠位部分１０４で選択されると、内視鏡１０２は下行結腸Ｄに遠位に前進され、そして第二の湾曲および第一の湾曲は、図１４に示されるように、内視鏡本体１０２の自動的に制御される近位部分１０６に沿って近位に伝えられる。
【００３９】
ユーザが、内視鏡本体１０２によってとられた経路を修正または補正する必要があることを決定した場合はいつでも、内視鏡１００は、近位に引き戻され、そして電子式運動コントローラ１４０は、以前に選択された湾曲を消去するように命令を下され得る。これは、キーボードコマンドもしくはボイスコマンドによって手動で行われ得るか、または電子式運動コントローラ１４０をプログラム化して、内視鏡１０２が特定の距離引き戻された場合に修正モードを開始することによって自動的に行われ得る。この修正湾曲または補正湾曲は、選択的に操縦可能な遠位部分１０４を使用して選択され、そして内視鏡本体１０２は、以前に記載したように前進される。
【００４０】
内視鏡本体１０２は、結腸の左曲（左結腸曲）Ｆｌに到達するまで、下行結腸Ｄを通して前進される。ここで、多くの場合において、内視鏡本体１０２は、ほぼ１８０°のＵ字状湾曲を通り抜けなければならない。前述の通り、所望の湾曲は、選択的に操縦可能な遠位部分１０４を使用して選択され、そして内視鏡本体１０２は、図１５に示されるように、横行結腸Ｔを通って遠位に前進される。以前に選択された湾曲の各々は、内視鏡本体１０２の自動的に制御される近位部分１０６に沿って近位に伝えられる。同じ手順が、結腸の右曲（右結腸曲）Ｆｒにおいても続き、内視鏡本体１０２の遠位端１０８は、図１６に示されるように、上行結腸Ｇを通って盲端Ｅまで前進される。この盲端Ｅ、回盲弁Ｖおよび回腸Ｉの末端部分は、内視鏡本体１０２の選択的に操縦可能な遠位部分１０４を使用して、この観点から検査され得る。
【００４１】
図１７は、結腸Ｃを通して引き戻される内視鏡１００を示す。内視鏡１００が引き戻される場合、内視鏡本体１０２は、上記のように、自動的に制御される近位部分１０６に沿って遠位に湾曲を伝えることによって、以前に選択された湾曲に従う。内視鏡本体１０２の選択的に操縦可能な遠位部分１０４を使用して結腸Ｃ内の粘膜表面または任意の他の形を検査または処置するために、任意の地点で、ユーザは、内視鏡１００を停止させ得る。任意の所定時間、内視鏡１００は、所望の距離だけ引き戻され得るかまたは逆方向に駆動（ｂａｃｋ−ｄｒｉｖｅ）され得る。
【００４２】
本発明に従う実施形態の１つの好ましい方法において、電子式運動コントローラ１４０は、電子メモリを備える。この電子メモリ内に、内視鏡本体１０２が操作された患者の結腸または他の解剖学的構造の三次元数学モデルが作成される。この三次元モデルは、オペレータによって注釈を付され、目的の解剖学な目印の位置、病変、ポリープ、生検サンプルおよび他の特徴が記録され得る。この患者の解剖学的構造の三次元モデルを使用して、その後の手順において、内視鏡本体１０２の再挿入が容易になり得る。さらに、注釈を使用して、目的の特徴の位置を迅速に探し出すことができる。例えば、この三次元モデルは、生検サンプルを診査用内視鏡の間に採取した位置で注釈を付され得る。この生検サンプル部位は、追跡手順において再度確実に位置付けられて、潜在的な疾患プロセスの進行が追跡され得、そして／またはその部位における治療手順が実施され得る。
【００４３】
本発明の方法の１つの特定の好ましいバージョンにおいて、電子式運動コントローラ１４０は、電子メモリの三次元モデルに基づいてプログラム化され得、その結果、内視鏡本体１０２は、適切な形状を自動的に想定して、患者の解剖学的構造を通って前進する際の所望の経路を追従する。内視鏡本体１０２を自動的に前進および後退させるように構成される操縦可能な内視鏡１００の実施形態において、図３、４および５とともに上記されるように、内視鏡本体１０２は、患者の解剖学的構造を通って、電子メモリの三次元モデルに基づいて以前に注目した病変部位または目的の他の地点まで自動的に前進されるように命令を下され得る。
【００４４】
画像化ソフトウエアは、操縦可能な内視鏡１００を使用して得られた患者の解剖学的構造の三次元モデルを、コンピューターモニターなどによって考察することを可能にする。これは、この三次元モデルと他の画像化様式（例えば、蛍光透視検査、Ｘ線透視法、超音波検査法、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、コンピューター連動断層撮影（ＣＴスキャン）、電子線断層撮影法または仮想結腸鏡検査法）との間での比較を容易にする。逆に、これらの他の画像化様式からの画像を使用して、近似の経路または軌跡をマッピングし、内視鏡本体１０２の挿入を容易にし得る。さらに、他の画像様式からの画像を使用して、操縦可能な内視鏡１００を用いて疑わしい病変を位置付けるのを容易にし得る。例えば、結腸のバリウム造影Ｘ線写真を使用して得られた画像を使用して、近似の経路をマッピングし、内視鏡本体１０２を患者の結腸に挿入するのを容易にし得る。Ｘ線写真上で見られる、任意の疑わしい病変の位置および深さが注目され得、その結果、内視鏡本体１０２が迅速かつ確実にその病変の近傍に導かれ得る。
【００４５】
三次元情報（例えば、二平面（ｂｉｐｌａｎａｒ）蛍光透視法、ＣＴまたはＭＲＩ）を提供する画像化様式は、電子式運動コントローラ１４０をプログラムして、その結果、内視鏡本体１０２が、適切な形状を自動的に呈し、患者の解剖学的構造を通って内視鏡本体が進むにつれて所望の経路をたどるために使用され得る。内視鏡本体１０２を自動的に前進させ、そして引き込むように構成される、操縦可能な内視鏡１００の実施形態では、内視鏡本体１０２は、三次元画像化情報によって決定されたような所望の経路に沿って患者の解剖学的構造を通って自動的に前進するように命令され得る。同様に、内視鏡本体１０２は、画像上に示される疑われる病巣部位または他の目的の点まで自動的に前進するように命令され得る。
【００４６】
上記のように、軸方向運動変換器１５０は、多くの可能な構成（例えば図２にリング１５２として示される）で作製され得る。これは、固定された参照点または基準として部分的に機能して、固定された参照点に対する内視鏡本体１０２の軸方向位置の指標のシグナルを生じる。軸方向運動変換器１５０は、光学的、電子的または機械的な方法を用いて、内視鏡本体１０２の軸方向位置を測定し得る。基準２３４の１つの好ましい実施形態を、患者の直腸内に、または患者の肛門Ａに少なくとも隣接して部分的に配置され得る、機器を備えた鏡として図１８〜図２０に模式的に示す。セグメント化内視鏡本体２３８を肛門Ａに挿入する前に、基準２３４の基準チャネル２３６をまず通過させることが好ましい。基準２３４は、以下で考察するように、挿入深さを測定するために必要なエレクトロニクスおよび機械的アセンブリを収容し得、そしてこれはまた、固定された中実基部を提供して、内視鏡本体２３８を肛門Ａまたは本体オリフィスに隣接して同時に配置するのを補助し得、そして基部に安定化を提供し得、そして内視鏡本体２３８をこのオリフィス内に挿入し得る。機器を備えた鏡は、生体適合性材料（例えば、射出成形プラスチック）から構築され得、そして安価なエレクトロニクスを収容し得る。なぜなら、この鏡は好ましくは使い捨てであり得るからである。
【００４７】
内視鏡本体２３８が基準チャネル２３６を通過した場合、挿入深さおよび軸方向位置の１つの好ましい光学的測定方法は、基準２３４上に取り付けられた反射赤外線センサの使用を通しての測定を含み得る。内視鏡本体２３８の外表面は、本体２３８に沿って既知の間隔で配置されたハッチマークまたはいくつかの他の指標もしくは反射マーキングを有し得る。内視鏡本体２３８が肛門Ａおよび基準チャネル２３６を通って前進するかまたは引込むにつれ、光学的センサは、このハッチマークおよび内視鏡本体がそれにそって移動した距離の増分もしくは減少分を読み取りまたは感知し得る。従って、このようなマークを読み取るセンサは、マークが感知された場合に論理的レベル「１」または「オン」として登録される出力、およびマークが感知されない場合には論理的レベル「０」または「オフ」として登録される出力を有し得る。センサ出力上の１から０への遷移の数をカウントまたは追跡することによって、この深さは、それに応じて測定され得る。従って、深さ測定の分解能は、この実施形態において、これらのハッチマークの間に空間を空けることによって、部分的に決定され得る。
【００４８】
この距離をどのように用いてデバイスを前進させ得るかの単純化した表示は、図１８に見られ得る。内視鏡本体２３８は、基準鏡２３４の中間点から測定して、遠位先端部がＬ１の深さに到達するまで前進させられる。この深さにて、ユーザは、先端部を選択的に操縦して、本体がＲ１の曲率半径を形成するように、Ｓ状結腸Ｓに従うことが必要である。一旦、この特徴の位置および深さが遠位先端部によって規定されたら、この深さＬ１に到達する任意の遠位セグメントは、角をうまく通り抜けるように湾曲の正確な組み合わせが達成されるまで、遠位先端セグメントと同じ様式でそれ自体構成するように指令が出され得る。図１９に見られるように、本体２３８がさらに前進すると、これは最終的に、Ｌ１＋Ｌ２の深さにて第２の主な湾曲に到達する。従って、Ｌ１については、前進してＬ１＋Ｌ２の深さに到達する任意のセグメントは、同様に指令が出されて、下行結腸Ｄへと第２の湾曲を最初に通過した場合に、選択的に操縦される遠位先端によって規定されるような曲がりを実行する。さらに、図２０に示すように、本体２３８がさらに前進するにつれて、前進してＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３の深さに到達した任意のその後のセグメントは指令が出されて、それを実行して角をうまく曲がり、横行結腸Ｔに従い、さらにここで、元の曲線は、選択的に操縦可能な遠位先端によって規定される。
【００４９】
図２１は、図８〜１１Ｂに示される型のセグメント化内視鏡デバイスの個々のセグメントを制御して指令を出すために用いられ得る制御システムの１つの実施形態の模式図を示す。見られるように、マスターコントローラ２４８（これは好ましくは、セグメント化内視鏡２４２から離れた位置に存在する）を用いて、内視鏡２４２が患者に挿入２５６されるに従って、深さ測定値を制御および監視し得る。このマスターコントローラ２４８をまた用いて、コミュニケーションチャネル２５２を通して電子通信したままであることによって、継手およびセグメント２４２１〜２４２ｎの各々の起動労力を管理および通信し得る。コミュニケーションチャネル２５２は、電気ワイヤ、光ファイバー、ワイヤレス伝送などを供え得る。この実施形態においてまた見られるように、マスターコントローラ２４８はまた、基準コミュニケーションチャネル２５４を介して基準２４４と通信して、上記に記載のように、基準チャネル２４６を通過するにつれて、内視鏡２４２の挿入深さを測定および追跡し得る。
【００５０】
セグメント化実施形態２４２は、多数の個々のセグメント２４２１〜２４２ｎから構成され得る（セグメント２４２１〜２４２５のみを明確に示す）。各セグメント２４２１〜２４２ｎは好ましくは、それぞれ、各セグメント内に備えられる、それ自体の別個のコントローラ２５０１〜２５０ｎを有する。用いられるコントローラの種類としては、マイクロコントローラが挙げられ得る。コントローラ２５０１〜２５０ｎは、いくつかの機能（例えば、２つの軸αおよびβの各々において各セグメント継手の角度を測定する、上記のように、セグメント２４２１〜２４２ｎ内に含まれるモータを起動させて内視鏡２４２の運動を起動する、そしてマスターコントローラ２４８から出された指令を受け取って操作する）を果たすに役立ち得る。個々のコントローラ２５０１〜２５０ｎを各それぞれのセグメント２４２１〜２４２ｎ中に有することは、指令が出された後にマスターコントローラ２４８から監督することなく、各セグメントが所定の配置についての要求をコントローラレベルで局所的に管理することを可能にする。
【００５１】
従って、図２２に示すように、マスターコントローラアルゴリズム２６０についてのフローチャートの実施形態を用いて、患者への挿入の間に全体的機能を制御し得る。最初の工程２６２の間、全体的システム（例えば、図２１において見られるシステム）は、全ての位置のセンサがゼロにされたところで開始され得る。次いで、マスターコントローラ２４８は待ち状態に入り、ここでこれは、工程２６４に示されるように、本体開口部の近位に位置した基準２４４によって集められた深さ測定値を連続してモニタリングする。一旦運動（すなわち、深さ測定値）が、工程２６４において基準２４４によって検出されると、次いで、マスターコントローラ２４８は、内視鏡本体２４２の動きの方向が前進である（すなわち、挿入される）であるかまたは引き抜きであるかを決定する。工程２６６に示すように、内視鏡本体２４２が挿入され、そして深さが増大すると、現在の深さが工程２６８においてのように増大される；さもなければ、工程２７０においてように、この現在の深さは減少される。一旦深さが決定されると、マスターコントローラ２４８は、工程２７２に示すように、各セグメント２４２１〜２４２ｎに対して個々に通信して個々に起動するように指令を出して、現在深さについて隣接するセグメントに対するその位置を調整または矯正する。その後、このマスターコントローラ２４８は、深さにおける任意の変化をモニタリングし続け、そして示されるように、このプロセスが繰り返される。
【００５２】
各軸αおよびβの方向、ならびに各セグメント２４２１〜２４２ｎの配置および深さを維持するために、データアレイまたは類似のデータ構造は、以下の表１に示されるように、情報を組織化するためにマスターコントローラ２４８によって用いられ得る。深さ指数Ｄ１〜Ｄｎをここで用いて、図２１に見られるように、個々のハッチマークを示し、そしてハッチマーク間の距離は既知の値である。従って、内視鏡２４２がその形状を維持し得る分解能は、深さ指数Ｄ１〜Ｄｎの間の間隔に少なくとも部分的に依存し得る。さらに、指数Ｄ１〜Ｄｎの数および間隔が、特定の適用および必要な用件に応じて決定され得、そして設定され得る。さらなる平滑化アルゴリズムを用い、そして実行して、セグメント２４２１〜２４２ｎの間の徐々の遷移または別個の深さ測定指数Ｄ１〜Ｄｎの間の遷移をさらに作製し得る。
【００５３】
【表１】
【００５４】
上記で考察したように、個々のコントローラ２５０１〜２５０ｎは、種々の機能（とりわけ、マスターコントローラ２４８からの指令を受け取る、必要に応じて他のコントローラとのコミュニケーションを管理する、個々のセグメント２４２１〜２４２ｎの位置を測定および制御する、そして診断、エラーチェックを行うなどを含む）を果たし得る。各セグメント２４２１〜２４２ｎを制御するためのアルゴリズムは、各セグメントについて好ましくは類似する；リードセグメント２４２１または最初のいくつかのセグメントは、選択的に制御および操縦する内科医の指導下にあるが、それによって所望の湾曲が、たどるべき適切な経路について設定される。
【００５５】
このシステムについての最初の工程２８２は好ましくは、全てのコミュニケーション、アクチュエータ（またはモータ）、位置センサ、および方向付けが開始された場合に最初に生じる。次いで、コントローラ２５０１〜２５０ｎは、工程２８４におけるマスターコントローラ２４８からの何らかのコミュニケーションを受けるのを待ち得る。何のコミュニケーションも受けなければ、コントローラ２５０１〜２５０ｎは好ましくは、指令を待ちながら、メインループに入る。指令を受けた場合、コントローラ２５０１〜２５０ｎの各々は、工程２８６においてのように、診断データを要求し得る。診断データが要求された場合、適切な診断が工程２８８において行われ、そして工程２９０においてのように、結果がマスターコントローラ２４８に送り戻される。工程２８６において何の診断データも要求されないならば、工程２９２におけるコントローラ２５０１〜２５０ｎの各々は、起動または運動がマスターコントローラ２４８によって要求されたか否かを決定し得る。起動も運動も要求されていないならば、関連のセグメントは、指令を受け続け得る；さもなければ、関連のセグメントは、工程２９４においてのようにセグメント軸αに、または工程３００においてのようにセグメント軸βに影響を与える指令が出されたか否かを決定する。セグメント軸αが変更されるべき場合、工程２９６において、指令がα軸ＰＩＤコントローラへと（または上位の制御スキームへと）送られ、そして適切なアクチュエータは、続いて、工程２９８においてのように、起動させられて、α軸におけるセグメントの動作をもたらす。同様に、セグメント軸βが、単独でまたはα軸と一緒にのいずれかで変更されるべき場合、工程３０２において指令がβ軸ＰＩＤコントローラ（または上位制御スキーム）へと送られ、そして適切なアクチュエータは、続いて、工程３０４に示すように、起動させられ、β軸におけるセグメントの動作がもたらされる。一旦適切な指令が達成されると、コントローラ２５０１〜２５０ｎは、メインループに再度入って、何らかのさらなる指令を待つ。
【００５６】
本発明の内視鏡は、結腸鏡としての使用が記載されてきたが、この内視鏡は、多数の他の医療用用途および産業用用途について構成され得る。さらに、本発明はまた、曲がりくねった本体カニューレを通して操縦するために本発明の原理を用いる、カテーテル、カニューレ、外科用機器または導入器外装として構成され得る。
【００５７】
腹腔鏡検査手順または胸腔鏡検査手順に特に適用可能である方法のバリエーションにおいて、操縦可能な内視鏡１００は、患者の体腔内の器官の周辺および器官の間の所望の経路に沿って選択的に操作され得る。内視鏡１００の遠位端１０８は、天然の開口部を通して、外科的切開部を通して、または外科的カニューレ、導入器もしくはトロカールを通して、患者の体腔内へと挿入される。選択的に操縦可能な遠位部分１０４は、患者の体腔を探索して調べるため、ならびに患者の器官の周辺および器官の間の経路を選択するために用いられ得る。電子式運動コントローラ１４０を用いて、内視鏡本体１０２の自動的に制御される近位部分１０６を制御して、選択された経路をたどり得、そして必要に応じて、電子式運動コントローラ１４０の電子的記憶中の三次元モデルを用いて所望の位置に戻り得る。
【００５８】
操縦可能な内視鏡の測定および追跡の非接触方法を含むさらなるバリエーションは、図２４〜図２６に見られる。このバリエーションは、衛星航法システム（ＧＰＳ）において用いられるスキームと類似のスキームを用いた磁気検出技術または患者に対して外部のナビゲーションシステムもしくはナビゲーションデバイスを介した内視鏡の追跡のために、センサベースのシステムまたはトランスポンダ（例えば、コイルまたは磁気センサ）に関連して用いられ得る。磁気センサが用いられ得るが、コイルが好ましい。これは、同時に用いられるべきいくつかの異なるコイルの使用を可能にし得る、異なる周波数でのそれらの共振能力ならびに独特の「シグナチャー」を有する能力による。図２４において見られるように、内視鏡本体２３８は、患者へと肛門Ａを介して挿入され得る。内視鏡本体２３８上に位置するのは、所定の位置（例えば、選択的に操縦可能な遠位先端）に配置され得るトランスポンダ３１０〜３１８である。
【００５９】
内視鏡２３８が下行Ｄおよび横行結腸Ｔを通って前進するにつれて、トランスポンダは、外部ナビゲーションユニット３２０によって検出され得、外部ナビゲーションユニット３２０は、患者内での内視鏡２３８の位置を示すディスプレイ３２２を備え得る。図２６において見られるように、内視鏡２３８が患者内でさらに前進するにつれて、ナビゲーションユニット３２０は、対応する動きをそれに応じて示し得る。ナビゲーションユニット３２０の使用は、デバイス（例えば、内視鏡２３８）をナビゲートする非接触方法を表し、そして患者内の異なる位置を、解剖学的ランドマーク（例えば、肛門Ａまたは回盲弁）と比較して測定および位置決めするために用いられ得る。さらに、このような実施形態は、単独で、または上記で考察した基準鏡２３４機器との組み合わせで用いられ得る。
【００６０】
ナビゲーションユニット３２０の使用はまた、結腸以外の身体内の空間において上記のように、腹腔鏡検査手順または胸腔鏡検査手順に特に適用可能であり得る。例えば、内視鏡２３８はまた、上記で考察される身体の開口部のいずれかを通して患者の体腔内の器官の付近および器官の間の所望の経路に沿って選択的に操縦され得る。体腔を通して操縦されるとはいえ、内視鏡２３８は、内視鏡２３８の位置が、上記で考察されるように、所定の参照点（例えば、基準）に対して、または解剖学的ランドマークに対して、電子的にマークおよび示され得ながらも、外部に配置されたナビゲーションユニット３２０によって先導および追跡され得る。
【００６１】
本発明を例示的な実施形態および発明を実施するための最良の形態に関して本明細書中に記載してきたが、種々の実施形態、適用およびバリエーションの多くの改変、改善およびサブコンビネーションが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明に対してなされ得ることが当業者に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、患者の結腸の結腸鏡検査用に使用されている先行技術の結腸鏡を示す。
【図２】図２は、本発明の操縦可能な内視鏡の第１の実施形態を示す。
【図３】図３は、本発明の操縦可能な内視鏡の第２の実施形態を示す。
【図４】図４は、本発明の操縦可能な内視鏡の第３の実施形態を示す。
【図５】図５は、本発明の操縦可能な内視鏡の第４の実施形態を示す。
【図６】図６は、中立位置または直線位置における内視鏡の本体の部分のワイヤフレームモデルを示す。
【図７】図７は、患者の結腸中の湾曲を通過する、図６に示される内視鏡本体のワイヤフレームモデルを示す。
【図８】図８は、継手によって相互接続される複数のセグメントを有する代替の内視鏡本体実施形態の代表的な部分を示す。
【図９】図９は、図８の実施形態の部分該略図を示し、２つの独立した軸のまわりを旋回可能な２つのセグメントを示している。
【図１０】図１０は、モータが取り付けられたセグメント継手を有する、好ましい内視鏡実施形態を示す。
【図１１】図１１Ａおよび１１Ｂは、それぞれ、２つの隣接セグメントおよび個々のセグメントの組立分解等角図を示し、これらは、図１０に示した実施形態のものである。
【図１２】図１２は、患者の結腸の結腸鏡検査のために使用されている本発明の内視鏡を示す。
【図１３】図１３は、患者の結腸の結腸鏡検査のために使用されている本発明の内視鏡を示す。
【図１４】図１４は、患者の結腸の結腸鏡検査のために使用されている本発明の内視鏡を示す。
【図１５】図１５は、患者の結腸の結腸鏡検査のために使用されている本発明の内視鏡を示す。
【図１６】図１６は、患者の結腸の結腸鏡検査のために使用されている本発明の内視鏡を示す。
【図１７】図１７は、患者の結腸の結腸鏡検査のために使用されている本発明の内視鏡を示す。
【図１８】図１８は、基準が患者内に進められる距離を測定しながら、患者の結腸を通して前進されている内視鏡を示す。
【図１９】図１９は、基準が患者内に進められる距離を測定しながら、患者の結腸を通して前進されている内視鏡を示す。
【図２０】図２０は、基準が患者内に進められる距離を測定しながら、患者の結腸を通して前進されている内視鏡を示す。
【図２１】図２１は、図８〜１１Ｂに示される型のセグメント内視鏡デバイスの個々のセグメントをコントロールおよび制御するために使用され得るコントロールシステムの１つの実施形態の概略図を示す。
【図２２】図２２は、患者内への内視鏡挿入の間、全体の機能を制御するために使用され得るマスターコントローラアルゴリズムについてのフローチャート実施形態を示す。
【図２３】図２３は、セグメントコントローラアルゴリズムのフローチャート実施形態を示す。
【図２４】図２４は、衛星航法システムのような外部の操作システムを使用して測定し、内視鏡を追跡する、非接触方法を示す。
【図２５】図２５は、衛星航法システムのような外部の操作システムを使用して測定し、内視鏡を追跡する、非接触方法を示す。
【図２６】図２６は、衛星航法システムのような外部の操作システムを使用して測定し、内視鏡を追跡する、非接触方法を示す。
Claims (66)
- 体腔への挿入のための装置であって、以下：
細長本体であって、近位端および選択的に操縦可能な遠位端を有し、そして該近位端と該遠位端との間に少なくとも１つの管腔を規定しており、該細長本体は、継手を介して相互接続された複数のセグメントを備える、細長本体；ならびに
少なくとも１つのモータであって、該モータは、隣接するセグメントを起動するために、少なくとも大部分のセグメントの各々に取り付けられており、そして各モータは、独立して制御可能である、モータ、
を備え、ここで、該遠位端が選択された湾曲を呈する場合、該複数のセグメントは、各モータが該隣接するセグメントを選択的に起動することによって、該細長本体に沿って、該選択された湾曲を伝えるように構成されている、装置。 - 前記セグメントの各々が、少なくとも１つの管腔を規定する骨格セグメントをさらに備え、該骨格セグメントは、前記隣接するセグメントの第一の端部または第二の端部に旋回可能に取り付けられるように構成されている、請求項１に記載の装置。
- 前記継手の各々が、前記セグメントを旋回可能に相互接続するように構成されている、請求項１に記載の装置。
- 前記継手が、自在継手、可撓性管、複数の一自由度継手、およびこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される、請求項３に記載の装置。
- 前記継手の各々が、少なくとも２の自由度を有するように構成されている、請求項１に記載の装置。
- 前記モータが、空気圧モータ、液圧モータ、および電気機械式モータからなる群より選択される型のモータを含む、請求項１に記載の装置。
- 前記モータが、さらに、以下：
前記隣接するセグメントを起動するための回転可能な出力シャフトを有する、電気機械式モータ；
該電気機械式モータに取り付けられた、ギアレダクションステージ；および
該出力シャフトの角運動を感知するために、該電気機械式モータと電気通信している、位置エンコーダ、
を備える、請求項１に記載の装置。 - 複数のケーブルをさらに備え、各ケーブルが、第一端部および第二端部を有し、該第一端部は、前記出力シャフトに取り付けられており、そして該第二の端部は、前記隣接するセグメントに取り付けられており、その結果、第一の方向での該出力シャフトの回転が、該ケーブルを介して第一の方向で、該隣接するセグメントを起動し、そして第二の方向での該出力シャフトの回転が、該ケーブルを介して第二の方向で、該隣接するセグメントを起動する、請求項７に記載の装置。
- 前記ケーブルが、フィラメント、ストランド、ワイヤ、鎖、および編組物からなる群より選択される、請求項８に記載の装置。
- 前記ケーブルが、ステンレス鋼、ポリマー、プラスチック、およびナイロンからなる群より選択される生体適合性材料で構成される、請求項８に記載の装置。
- 前記セグメントの各々に配置可能なマイクロコントローラをさらに備え、該マイクロコントローラは、前記隣接するセグメントの相対位置を感知するため、および前記モータを選択的に制御するためのものである、請求項１に記載の装置。
- 前記マイクロコントローラが、前記細長本体から離れて位置するマスターコントローラと通信している、請求項１１に記載の装置。
- 前記マイクロコントローラが、前記マスターコントローラと電気通信している、請求項１２に記載の装置。
- 前記マイクロコントローラが、前記マスターコントローラと光通信している、請求項１２に記載の装置。
- 体腔に装置を挿入するためのシステムであって、以下：
細長本体であって、近位端および選択的に操縦可能な遠位端を有し、そして該近位端と該遠位端との間に管腔を規定しており、該細長本体は、継手を介して相互接続された複数のセグメントを備える、細長本体；
少なくとも１つのモータであって、該モータは、隣接するセグメントを起動するために、少なくとも大部分のセグメントの各々に取り付けられており、そして各モータは、独立して制御可能であり、そして該遠位端が選択された湾曲を呈する場合、各モータが該隣接するセグメントを選択的に起動することによって、該選択された湾曲が該細長本体に沿って伝わり得る、モータ；ならびに
該セグメントの各々と通信するマスターコントローラであって、該マスターコントローラは、該選択された湾曲が該細長本体に沿って伝わる場合に、各モータを選択的に制御して、該隣接するセグメントの相対位置を変化させる、マスターコントローラ、
を備える、システム。 - 深さ参照デバイスをさらに備え、該深さ参照デバイスは、前記細長本体が前進された距離または前記体腔から引き抜かれた距離を測定するためのセンサを有する、請求項１５に記載のシステム。
- 前記センサが、非接触方法または接触方法によって、前記距離を測定する、請求項１６に記載のシステム。
- 前記センサが、光学センサ、赤外線センサ、および電磁センサからなる群より選択される非接触センサを備える、請求項１７に記載のシステム。
- 前記センサが、軸方向運動変換器、ローラ、および摩擦ホイールからなる群より選択される接触センサを備える、請求項１７に記載のシステム。
- 前記選択された湾曲を選択するための、前記操縦可能な遠位端と通信する操縦コントローラをさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
- 前記操縦コントローラが、ジョイスティックおよび制御ホイールからなる群より選択されるコントローラを備える、請求項２０に記載のシステム。
- 画像化システムをさらに備え、該画像化システムは、前記細長本体の前記遠位端から前記近位端へと画像を伝達するためのものである、請求項１５に記載のシステム。
- 前記画像化システムが、前記細長本体の前記遠位端から前記近位端へと延びる光ファイバー画像化束を備える、請求項２２に記載のシステム。
- 前記画像化システムが、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラを備える、請求項２２に記載のシステム。
- 前記細長本体上に、光源を提供するための少なくとも１つの照射源をさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
- 前記照射源が、前記細長本体の前記遠位端から前記近位端へと延びる、少なくとも１つの照射ファイバーを備える、請求項２５に記載のシステム。
- 前記細長本体と通信した、該細長本体の前記遠位端からの画像を記録するための記録デバイスをさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
- 前記細長本体が、患者の身体への挿入のための内視鏡として構成されている、請求項１５に記載のシステム。
- 前記細長本体が、患者の結腸への挿入のための結腸鏡として構成されている、請求項１５に記載のシステム。
- 選択された経路に沿って装置を前進させる方法であって、以下：
近位端および選択的に操縦可能な遠位端を有する細長本体を提供する工程であって、該細長本体は、継手を介して相互接続された複数のセグメント、および隣接するセグメントを起動するためにセグメントの少なくとも大部分の各々に取り付けられた、少なくとも１つのモータを備え、各モータは、独立して制御可能である、工程、
所望の経路に沿った第一の選択された湾曲を呈するように、該遠位端を選択的に操縦する工程；ならびに
該遠位端の該第一の選択された湾曲を呈するように器具の該近位端を制御しながら、該細長本体を遠位に前進させる工程、
を包含する、方法。 - 前記器具を遠位に前進させながら、前記細長本体の深さ変化を測定する工程をさらに包含する、請求項３０に記載の方法。
- 前記深さ変化によって、現在深さを増加させる工程をさらに包含する、請求項３１に記載の方法。
- 前記細長本体を前進させながら、各セグメントと通信して、各セグメントの位置を調節する工程をさらに包含する、請求項３２に記載の方法。
- 前記遠位端の前記第一の選択された湾曲を呈するように、前記器具の前記近位端を制御しながら、該細長本体を近位に進める工程をさらに包含する、請求項３０に記載の方法。
- 前記器具を近位に進めながら、前記細長本体の深さ変化を測定する工程をさらに包含する、請求項３４に記載の方法。
- 前記深さ変化によって、現在深さを減らす工程をさらに包含する、請求項３５に記載の方法。
- 前記細長本体を前進させながら、各セグメントと通信して、各セグメントの位置を調節する工程をさらに包含する、請求項３６に記載の方法。
- 前記細長本体を遠位に前進させながら、第一のセグメント上の少なくとも第一のモータを起動して、該第一のセグメントを起動する工程をさらに包含する、請求項３０に記載の方法。
- 前記細長本体を遠位に前進させながら、第二のセグメント上の少なくとも第二のモータを起動して、該第二のセグメントを起動する工程をさらに包含する、請求項３８に記載の方法。
- 前記遠位端を選択的に操縦する前に、前記セグメントの各々の間の角度を測定する工程、および該測定された角度を、予め決定された角度の範囲と比較する工程をさらに包含する、請求項３０に記載の方法。
- 前記予め決定された角度の範囲内にない前記測定された角度の指示を、ユーザに示す工程をさらに包含する、請求項４０に記載の方法。
- 前記測定された角度が前記予め決定された角度の範囲内にないことが示された場合に、前記セグメントの各々を互いに対してニュートラル位置に配置する工程をさらに包含する、請求項４０に記載の方法。
- 体腔内での装置の位置を決定するためのシステムであって、以下：
細長本体であって、近位端および選択的に操縦可能な遠位端を有し、そして該近位端と該遠位端との間に管腔を規定しており、該細長本体は、継手を介して相互接続された複数のセグメントを備える、細長本体；
少なくとも１つのモータであって、該モータは、隣接するセグメントを起動するために、少なくとも大部分のセグメントの各々に取り付けられており、そして各モータは、独立して制御可能であり、そして該遠位端が選択された湾曲を呈する場合、各モータが該隣接するセグメントを選択的に起動することによって、該選択された湾曲が該細長本体に沿って伝わり得る、モータ；ならびに
該本体に沿って配置された、少なくとも１つのトランスポンダであって、外部ナビゲーション検出器によって検出可能である、トランスポンダ、
を備える、システム。 - 前記トランスポンダが、予め決定された共鳴周波数を有するコイルを備える、請求項４３に記載のシステム。
- 前記トランスポンダが、磁石を備える、請求項４３に記載のシステム。
- 前記トランスポンダが、前記細長本体の前記遠位端に配置されている、請求項４３に記載のシステム。
- 前記細長本体に沿って、予め決定された位置で配置された、複数のさらなるトランスポンダをさらに備える、請求項４３に記載のシステム。
- 前記外部ナビゲーション検出器が、前記体腔内での前記センサの位置を遠隔決定するためのグローバル位置決めデバイスを備える、請求項４３に記載のシステム。
- 装置であって、以下：
選択的に操縦可能な遠位部分および自動的に制御可能な近位部分を有する、細長器具本体であって、該選択的に操縦可能な遠位部分は、所望の経路に沿って選択された湾曲を選択的に呈するように構成されており、そして該自動的に制御可能な近位部分は、該細長器具本体が遠位に前進するにつれて、該細長器具本体の近位部分に沿って近位に、該選択された湾曲を伝えるように構成されている、細長器具、
を備える、装置。 - 前記細長器具本体が近位に引き抜かれるにつれて、前記自動的に制御可能な近位部分が、前記選択された湾曲を、該細長器具本体の該近位部分に沿って遠位に伝えるようにさらに構成されている、請求項４９に記載の装置。
- 前記細長器具本体の遠位端から近位端へと画像を伝達するための、画像化システムをさらに備える、請求項４９に記載の装置。
- 前記画像化システムが、前記細長器具本体の前記遠位端から前記近位端へと延びる光ファイバー画像化束を備える、請求項５１に記載の装置。
- 前記細長器具本体が、患者の身体への挿入のための内視鏡として構成されている、請求項５１に記載の装置。
- 前記細長器具本体が、患者の結腸への挿入のための結腸鏡として構成されている、請求項５１に記載の装置。
- 電子運動コントローラをさらに備え、該電子運動コントローラは、前記細長器具本体の前記近位部分に沿って近位または遠位に、前記選択された湾曲を伝えるように、前記自動的に制御可能な近位部分を制御するためのものである、請求項４９に記載の装置。
- 前記細長器具本体の軸方向運動を測定するための、軸方向運動変換器をさらに備える、請求項５５に記載の装置。
- 前記細長器具本体の軸方向運動を測定するための、軸方向運動変換器をさらに備える、請求項４９に記載の装置。
- 装置であって、以下：
複数の制御可能なセクションを有する細長器具本体であって、第一セクション、第二セクション、および第三セクションを備え、各セクションが、１単位の長さに相当する、細長器具本体；ならびに
電子運動コントローラであって、該電子運動コントローラは、該細長器具本体が初期位置にある場合に、該第一のセクション、該第二のセクション、および該第三のセクションの各々を、選択された湾曲の第一の部分、第二の部分、および第三の部分を呈するように制御するために構成されており、そして該細長器具が該初期位置からおよそ１単位の長さの距離だけ遠位に前進する場合、該選択された湾曲の該第一の部分を呈するように該第二のセクションを制御し、そして該選択された湾曲の該第二の部分を呈するように該第三のセクションを制御するように構成されている、電子運動コントローラ、
を備える、装置。 - 前記細長器具が、前記初期位置からおよそ１単位の長さの距離で近位に引き抜かれる場合に、前記選択された湾曲の前記第二の部分を呈するように前記第一のセクションを制御し、そして該選択された湾曲の前記第三の部分を呈するように前記第二のセクションを制御するように、前記電子運動コントローラがさらに構成されている、請求項５８に記載の装置。
- 前記細長器具本体が、選択的に操縦可能な遠位部分をさらに備える、請求項５８に記載の装置。
- 前記細長器具本体の軸方向運動を測定するための、軸方向運動変換器をさらに備える、請求項５８に記載の装置。
- 前記細長器具本体の遠位端から近位端へと画像を伝達するための、画像化システムをさらに備える、請求項５８に記載の装置。
- 前記画像化システムが、前記細長器具本体の前記遠位端から前記近位端へと延びる光ファイバー画像化束を備える、請求項６２に記載の装置。
- 前記細長器具本体の遠位端からビデオモニタへと画像を伝達するための、画像化システムをさらに備える、請求項５８に記載の装置。
- 前記細長器具本体が、患者の身体への挿入のための内視鏡として構成されている、請求項５８に記載の装置。
- 前記細長器具本体が、患者の結腸への挿入のための結腸鏡として構成されている、請求項５８に記載の装置。
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