JP4360860B2

JP4360860B2 - 内視鏡の湾曲操作装置

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Publication number: JP4360860B2
Application number: JP2003273246A
Authority: JP
Inventors: 喜則藤井
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: JP2005028018A

Description

この発明は内視鏡の湾曲操作装置に関する。

内視鏡においては一般に、挿入部の先端付近に湾曲部が設けられると共に、挿入部の基端に操作部が連結されていて、操作部に配置された湾曲操作部材を操作することにより挿入部内に挿通配置された操作ワイヤを牽引して湾曲部を屈曲させるようになっている。

そのような内視鏡の湾曲操作装置においては、湾曲部の屈曲角度が大きくなるのにしたがって、湾曲部が元の真っ直ぐな状態に戻ろうとする反発力が大きくなることにより、湾曲部をさらに屈曲させるのに必要な操作ワイヤの牽引力が大きくなる。

そのため、湾曲操作を行うための湾曲操作部材としてレバー状、回転ノブ状或いはピストン状などどのような種類の操作部材が用いられている場合でも、操作者にとって湾曲部を大きな角度で屈曲させるのが操作上の負担になる場合が少なくない。

そこで、操作ワイヤを牽引操作するための湾曲操作部材に正逆回転可能なモータを連結し（安全性を考慮して滑りクラッチを介して連結し）、モータの駆動力で操作ワイヤを牽引して湾曲部を屈曲させるようにしたものがある（例えば、特許文献１）。
実公昭５５−５４４８１号等

湾曲操作を行う操作者は、湾曲部やその先端が体内管腔の壁にぶつかって受ける反力を湾曲操作部材を操作する指先で感じることによって、挿入部の先端部分が体内でどのような状況にあるかを把握している。

したがって、モータの駆動力で操作ワイヤを牽引してしまったのでは、体内壁から受ける反力の知覚という重要な情報が欠落して内視鏡挿入を円滑に行うことができない場合が少なくない。さりとて、湾曲操作部材を単純に手で操作したのでは、前述のように湾曲部を大きな角度で屈曲させるのが負担になってしまう。

そこで本発明は、湾曲部を大きな角度で屈曲させる際でも小さな操作力で楽に湾曲操作を行うことができ、しかも湾曲部が受ける反力が湾曲操作部材を操作する手に知覚されるようにした内視鏡の湾曲操作装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の内視鏡の湾曲操作装置は、挿入部の先端付近に湾曲部が設けられると共に挿入部の基端に操作部が連結され、操作部に配置された湾曲操作部材を操作することにより挿入部内に挿通配置されたワイヤ牽引部材で操作ワイヤを牽引して湾曲部を屈曲させるようにした内視鏡の湾曲操作装置において、湾曲操作部材を操作することによって牽引される操作ワイヤの牽引量を検出するワイヤ牽引量検出センサと、そのワイヤ牽引量検出センサによって検出された操作ワイヤの牽引量に対応して、操作ワイヤを牽引する補助になる牽引補助力をワイヤ牽引部材に付与するアシストモータとを設けたものである。

なお、アシストモータからワイヤ牽引部材に付与される牽引補助力が、湾曲部の屈曲角度を増大させるのに必要な牽引力より常に小さく設定されていれば、湾曲操作の際に湾曲部が受ける反力が操作者の手に知覚される。

また、ワイヤ牽引量検出センサによって検出された操作ワイヤの牽引量が大きくなるのに対応して、アシストモータからワイヤ牽引部材に付与される牽引補助力が大きくなるようにすると、小さな操作力で湾曲部を大きな角度まで屈曲させることができる。

なお、操作ワイヤの牽引量が所定値より小さい領域では、アシストモータからワイヤ牽引部材に牽引補助力を付与する必要性に乏しい。また、ワイヤ牽引量検出センサが、湾曲操作部材によって回転駆動される部材の回転角度を検出することにより、操作ワイヤの牽引量を間接的に検出するようにしてもよい。

本発明によれば、操作ワイヤを牽引するための牽引補助力が操作ワイヤの牽引量に対応してアシストモータからワイヤ牽引部材に付与されるようにしたことにより、湾曲部を大きな角度で屈曲させる際でも小さな操作力で楽に湾曲操作を行うことができ、しかも湾曲部が受ける反力が湾曲操作部材を操作する手に知覚されるので、内視鏡の挿入操作を安全かつ円滑に行うことができる。

ワイヤ牽引部材であるプーリに歯車が形成され、その歯車にアシストモータが直接又は間接的に噛み合って、アシストモータの駆動力がプーリの回転力の補助として付与される。

図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図２は内視鏡を示しており、可撓性の挿入部１の先端付近に連結された湾曲部２の先端には、図示されていない観察窓等が配置された先端部本体３が連結されている。

挿入部１の基端に連結された操作部４には、湾曲部２を遠隔操作によって屈曲させるための湾曲操作部材である上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤと左右方向用湾曲操作ノブ５ＲＬが配置されていて、それらのノブ５ＵＤ，５ＲＬを回転操作することにより、挿入部１内に挿通配置されている操作ワイヤ７Ｕ，７Ｄ（及び７Ｒ，７Ｌ）を選択的に牽引して、湾曲部２を任意の方向に任意の角度だけ屈曲させることができる。

図１は操作部４に配置された湾曲操作装置を示しており、上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤに上下方向用回転軸８ＵＤを介して連結された上下方向用プーリ９ＵＤと、左右方向用湾曲操作ノブ５ＲＬに左右方向用回転軸８ＲＬを介して連結された左右方向用プーリ９ＲＬとが、同軸線の周りに互いに独立して回転することができるように、操作部４内に配置されている固定フレーム１０に支持されている。

上下方向用プーリ９ＵＤには一対の上下方向用操作ワイヤ７Ｕ，７Ｄが巻回され、左右方向用プーリ９ＲＬには一対の左右方向用操作ワイヤ７Ｒ，７Ｌが巻回されていて、各ワイヤ７Ｕ，７Ｄ，７Ｒ，７Ｌの端部はプーリ９ＵＤ，９ＲＬに固定されている。

したがって、上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤを回転操作することにより、一対の上下方向用操作ワイヤ７Ｕ，７Ｄの一方が上下方向用プーリ９ＵＤに巻き取られて牽引され、それと同時に他方が送り出され、左右方向用湾曲操作ノブ５ＲＬを回転操作することにより、一対の左右方向用操作ワイヤ７Ｒ，７Ｌの一方が左右方向用プーリ９ＲＬに巻き取られて牽引され、それと同時に他方が送り出される。

上下方向用プーリ９ＵＤは、図３の平面図にも示されるように、外周部に歯が形成された歯車になっていて、固定軸１５の周りに回転自在な上下方向用中間歯車１３ＵＤを介して、固定フレーム１０に固設された上下方向用アシストモータ１１ＵＤの出力歯車１２ＵＤと間接的に噛み合っている。

したがって、上下方向用プーリ９ＵＤに対して上下方向用アシストモータ１１ＵＤの出力歯車１２ＵＤの駆動力を付与することにより、操作ワイヤ７Ｕ，７Ｄを牽引するための牽引補助力を上下方向用プーリ９ＵＤに付与することができ、上下方向用中間歯車１３ＵＤの回転量は、それと噛み合う上下方向用プーリ９ＵＤの回転量から操作ワイヤ７Ｕ，７Ｄの牽引量として換算することができる。

上下方向用中間歯車１３ＵＤの表面には、固定軸１５を中心とする円弧状の反射部材１６が取り付けられていて、上下方向用中間歯車１３ＵＤが回転した時に反射部材１６に面する位置には、２個の光センサ１４ＵＤａ，１４ＵＤｂが互いの間に間隔をあけて配置されている（固定フレーム１０に対して固定的に配置されている）。

各光センサ１４ＵＤａ，１４ＵＤｂは、各々が発光素子と受光素子を一体的に設けたものであり、反射部材１６からの光反射を検出する。ただし、ニュートラル状態（湾曲部２が真っ直ぐな状態）とその近傍においては、図３に示されるように各光センサ１４ＵＤａ，１４ＵＤｂは反射部材１６に面していない。

したがって、上下方向用中間歯車１３ＵＤが左回りに回転すると、第１の光センサ１４ＵＤａと第２の光センサ１４ＵＤｂがその順に反射部材１６に面し、上下方向用中間歯車１３ＵＤが右回りに回転すると、第１の光センサ１４ＵＤａと第２の光センサ１４ＵＤｂが逆の順に反射部材１６に面して、上下方向用中間歯車１３ＵＤの回転状態（方向及び角度領域）を検出することができる。

左右方向用プーリ９ＲＬに対しても、平面図は省略するが、上下方向用プーリ９ＵＤと同様に、左右方向用アシストモータ１１ＲＬ及びその出力歯車１２ＲＬ、反射部材１６が取り付けられた左右方向用中間歯車１３ＲＬ、及び２個の光センサ１４ＲＬａ，１４ＲＬｂが配置されている。

図４は、上記実施例装置の制御回路のブロック図であり、光センサ１４ＵＤａ，１４ＵＤｂ（及び１４ＲＬａ，１４ＲＬｂ）から出力される検出信号がマイクロプロセッサ等を内蔵する信号処理回路１８に送られ、それに対応して信号処理回路１８からモータ制御回路１９に制御信号が出力されて、上下方向用アシストモータ１１ＵＤ（左右方向用アシストモータ１１ＲＬ）の回転方向と出力が制御される。なお、信号処理回路１８は操作部４内に配置してもよいが、外部のビデオプロセッサ内等に配置しても差し支えない。

図５は、上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤの操作に対して信号処理回路１８において行われる制御処理の内容を示すソフトウェアのフロー図であり、Ｓは処理ステップを示す。なお、左右方向用湾曲操作ノブ５ＲＬの操作に対しても同様の制御処理が行われる。

スタート時（湾曲部２が真っ直ぐなニュートラル状態）においては、２個の光センサ１４ＵＤａ，１４ＵＤｂの検出信号はオフ（即ち、反射部材１６を検出せず）であり、その時の上下方向用アシストモータ１１ＵＤの出力パワーはゼロである。

そして、２個の光センサ１４ＵＤａ，１４ＵＤｂのいずれかがオンになる（即ち、反射部材１６を検出する）までは上下方向用アシストモータ１１ＵＤの出力パワーはゼロのままであり、上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤは操作者の手の力だけで回転操作される。

そのように上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤの回転角度が小さい領域では、湾曲部２の屈曲角度が小さくて湾曲操作に対する反発力も小さいので、操作ワイヤ７Ｕ，７Ｄの牽引力をモータでアシストする必要性はない。

そして、２個の光センサ１４ＵＤａ，１４ＵＤｂの検出信号のいずれかがオンになったら、上下方向用アシストモータ１１ＵＤに電流を供給して、操作ワイヤ７Ｕ，７Ｄを牽引する補助になる牽引補助力を上下方向用プーリ９ＵＤに付与する。

Ｓ１においては、上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤが下方向に少し回転されて第１の光センサ１４ＵＤａだけがオンになったかどうかを判定しており、オンでなければスタートに戻り、第１の光センサ１４ＵＤａだけがオンになった場合には、Ｓ２において上下方向用アシストモータ１１ＵＤを出力が微小程度でｄ方向（即ち、下方向）に駆動する。

それによって、その状態から下方向用操作ワイヤ７Ｄをさらに牽引して湾曲部２の屈曲角度を増大させるのに必要な牽引力より小さな牽引補助力が、上下方向用アシストモータ１１ＵＤから上下方向用プーリ９ＵＤに付与される。

次いで、Ｓ３において、上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤがさらに下方向に回転されて両光センサ１４ＵＤａ，１４ＵＤｂがオンになったかどうかを判定し、共にオンでなければＳ１に戻り、両光センサ１４ＵＤａ，１４ＵＤｂがオンになった場合には、Ｓ４において上下方向用アシストモータ１１ＵＤの出力を小程度に増加させてｄ方向（即ち、下方向）に駆動する。

次いで、Ｓ５において、上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤがさらに下方向に回転されて第１の光センサ１４ＵＤａだけがオフになったかどうかを判定し、オフでなければＳ３に戻り、第１の光センサ１４ＵＤａだけがオフになった場合には、Ｓ６において上下方向用アシストモータ１１ＵＤの出力を中程度に増加させてｄ方向（即ち、下方向）に駆動する。

次いで、Ｓ７において、上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤがさらに下方向に回転されて両光センサ１４ＵＤａ，１４ＵＤｂがオフになったかどうかを判定し、共にオフでなければＳ５に戻り、両光センサ１４ＵＤａ，１４ＵＤｂがオフになった場合には、Ｓ８において上下方向用アシストモータ１１ＵＤの出力を大程度に増加させてｄ方向（即ち、下方向）に駆動する。

次いで、Ｓ９において、上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤがさらに下方向に回転されて第１の光センサ１４ＵＤａだけがオンになったかどうかを判定し、オンでなければＳ７に戻り、第１の光センサ１４ＵＤａだけがオンになった場合には、Ｓ１０において上下方向用アシストモータ１１ＵＤの出力を大程度に維持してＳ９に戻り、上下方向用プーリ９ＵＤに対する牽引補助力の付与を維持する。

一方、ニュートラル状態から上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤが上方向に回転操作された時は、Ｓ１１において、第２の光センサ１４ＵＤｂだけがオンになったかどうかを判定し、オンでなければスタートに戻り、第２の光センサ１４ＵＤｂだけがオンになった場合には、Ｓ１２において上下方向用アシストモータ１１ＵＤを出力が微小程度でｕ方向（即ち、上方向）に駆動する。

それによって、その状態から上方向用操作ワイヤ７Ｕをさらに牽引して湾曲部２の屈曲角度を増大させるのに必要な牽引力より小さな牽引補助力が、上下方向用アシストモータ１１ＵＤから上下方向用プーリ９ＵＤに付与される。

次いで、Ｓ１３において、上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤがさらに上方向に回転されて両光センサ１４ＵＤａ，１４ＵＤｂがオンになったかどうかを判定し、共にオンでなければＳ１１に戻り、両光センサ１４ＵＤａ，１４ＵＤｂがオンになった場合には、Ｓ１４において上下方向用アシストモータ１１ＵＤの出力を小程度に増加させてｕ方向（即ち、上方向）に駆動する。

次いで、Ｓ１５において、上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤがさらに上方向に回転されて第２の光センサ１４ＵＤｂだけがオフになったかどうかを判定し、オフでなければＳ１３に戻り、第２の光センサ１４ＵＤｂだけがオフになった場合には、Ｓ１６において上下方向用アシストモータ１１ＵＤの出力を中程度に増加させてｕ方向（即ち、上方向）に駆動する。

次いで、Ｓ１７において、上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤがさらに上方向に回転されて両光センサ１４ＵＤａ，１４ＵＤｂがオフになったかどうかを判定し、共にオフでなければＳ１５に戻り、両光センサ１４ＵＤａ，１４ＵＤｂがオフになった場合には、Ｓ１８において上下方向用アシストモータ１１ＵＤの出力を大程度に増加させてｕ方向（即ち、上方向）に駆動する。

次いで、Ｓ１９において、上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤがさらに上方向に回転されて第２の光センサ１４ＵＤｂだけがオンになったかどうかを判定し、オンでなければＳ１７に戻り、第２の光センサ１４ＵＤｂだけがオンになった場合には、Ｓ２０において上下方向用アシストモータ１１ＵＤの出力を大程度に維持してＳ１９に戻り、上下方向用プーリ９ＵＤに対する牽引補助力の付与を維持する。

このようにして、上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤが回転操作されると、上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤの回転量（即ち、それによって牽引される操作ワイヤ７Ｕ，７Ｄの牽引量）に対応して、操作ワイヤ７Ｕ，７Ｄを牽引するための牽引補助力が上下方向用アシストモータ１１ＵＤから上下方向用プーリ９ＵＤに付与され、操作者は軽い操作力で湾曲操作を行うことができる。

その際に、操作ワイヤ７Ｕ，７Ｄの牽引量が大きくなれば、それにしたがって牽引補助力が大きくなり、上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤをニュートラル方向に戻せば、それに伴って制御処理が牽引補助力を小さくする方向に戻る。

そして、その牽引補助力は、湾曲部２の屈曲角度を増大させるのに必要な牽引力より常に小さく設定されているので、操作者は湾曲操作を行うのにある程度自分の力で上下方向用湾曲操作ノブ５ＵＤを回転操作する必要があり、湾曲部２が体内壁等にぶつかればそれを指先で知覚することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば、操作ワイヤ７Ｕ，７Ｄ，７Ｒ，７Ｌの牽引量を検出するためのワイヤ牽引量検出センサとしては反射型光センサに限らず、透過型光センサ、磁力センサ、電気的センサ等どのような方式のものを用いてもよく、牽引補助力の制御も操作ワイヤ７Ｕ，７Ｄ，７Ｒ，７Ｌの牽引量に対応して無段階に変化させる等各種の態様をとることができる。

本発明の実施例の内視鏡の湾曲操作装置の側面断面図である。本発明の実施例の内視鏡の全体構成を示す側面図である。本発明の実施例の内視鏡の湾曲操作装置の部分平面図である。本発明の実施例の内視鏡の湾曲操作装置の制御回路のブロック図である。本発明の実施例の内視鏡の湾曲操作装置で行われる制御処理の内容を示すソフトウェアのフロー図である。

符号の説明

１挿入部
２湾曲部
４操作部
５ＵＤ，５ＲＬ湾曲操作ノブ
７Ｕ，７Ｄ，７Ｒ，７Ｌ操作ワイヤ
９ＵＤ，９ＲＬプーリ（ワイヤ牽引部材）
１１ＵＤ，１１ＲＬアシストモータ
１３ＵＤ，１３ＲＬ中間歯車
１４ＵＤａ，１４ＵＤｂ，１４ＲＬａ，１４ＲＬｂ光センサ（ワイヤ牽引量検出センサ）
１６反射部材
１８信号処理回路

Claims

挿入部の先端付近に湾曲部が設けられると共に上記挿入部の基端に操作部が連結され、上記操作部に配置された湾曲操作部材を操作することにより上記挿入部内に挿通配置されたワイヤ牽引部材で操作ワイヤを牽引して上記湾曲部を屈曲させるようにした内視鏡の湾曲操作装置において、
上記湾曲操作部材を操作することによって牽引される上記操作ワイヤの牽引量を検出するワイヤ牽引量検出センサと、そのワイヤ牽引量検出センサによって検出された上記操作ワイヤの牽引量に対応して、上記操作ワイヤを牽引する補助になる牽引補助力を上記ワイヤ牽引部材に付与するアシストモータとを設けたことを特徴とする内視鏡の湾曲操作装置。
上記アシストモータから上記ワイヤ牽引部材に付与される上記牽引補助力が、上記湾曲部の屈曲角度を増大させるのに必要な牽引力より常に小さく設定されている請求項１記載の内視鏡の湾曲操作装置。
上記ワイヤ牽引量検出センサによって検出された上記操作ワイヤの牽引量が大きくなるのに対応して、上記アシストモータから上記ワイヤ牽引部材に付与される上記牽引補助力が大きくなる請求項１又は２記載の内視鏡の湾曲操作装置。
上記操作ワイヤの牽引量が所定値より小さい領域では、上記アシストモータから上記ワイヤ牽引部材に上記牽引補助力が付与されない請求項１、２又は３記載の内視鏡の湾曲操作装置。
上記ワイヤ牽引量検出センサは、上記湾曲操作部材によって回転駆動される部材の回転角度を検出することにより、上記操作ワイヤの牽引量を間接的に検出する請求項１、２、３又は４記載の内視鏡の湾曲操作装置。