JP6461333B2

JP6461333B2 - 可撓管挿入装置、及び可撓管挿入装置の作動方法

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Description

本発明は、被検体内に挿入される挿入部を備えた可撓管挿入装置、及び可撓管挿入装置の作動方法に関する。

大腸は、肛門側から直腸・結腸・盲腸に大別され、さらに、結腸は、直腸側からＳ状結腸・下行結腸・横行結腸・上行結腸に区分される。一般に、Ｓ状結腸や横行結腸は腹部内で固定されておらず、容易に動く。このような腸管内に可撓管挿入装置（例えば内視鏡装置）の柔軟で細長い挿入部が挿入されると、挿入部は腸壁に沿って曲がり、腸管内を進行する。しかしながら、挿入部が手元側からさらに押し込まれると、柔軟な挿入部が腸内で力の加わる方向とは異なる方向に撓み、挿入部の先端が進行しにくくなるという問題があった。これに対して、挿入部自体の曲げ剛性を高くする、もしくはオーバーチューブ（スライディングチューブ）などの挿入部とは異なる部材を挿入部に装着して挿入部の曲げ剛性を高くすることで挿入したい方向に対して力を伝えやすくする技術が知られている。

しかしながら、挿入部全体の曲げ剛性を一様に変えてしまうと、腸管内での挿入部の湾曲状態に合わせた剛性変更を得ることはできない。それ故、挿入部が例えばＳ状結腸で行き詰まってＳ状結腸を過剰に伸ばしてしまうなどして患者に苦痛を与えうる。このような挿入部は深部への挿入には不都合である。

そこで、特許文献１には、挿入部の細長い可撓管部を長手方向に複数の範囲に分け、その各範囲における軟性度合いが異なる内視鏡が開示されている。この内視鏡では、可撓管部の各範囲における軟性度合いが異なることにより、挿入時の患者の苦痛を低減させることができ、挿入性が向上する。

特公昭６１−３７９３１号公報

特許文献１に記載の可撓管部では、可撓管部の曲げ剛性が部分的に異なる部分が存在している。しかしながら、この可撓管部は、可撓管部の曲げ剛性を挿入時の被検体の実際の湾曲状態に応じて変えるものではない。例えば、大腸内視鏡を含む可撓管挿入装置では、可撓管部の曲げ剛性が部分的に異なる部分が存在していることによりその一部で挿入性が向上したとしても、容易に動きうる結腸などのさまざまな湾曲状態には対応することができない。このため、このような可撓管部であっても、患者への苦痛なく大腸の深部にスムーズに挿入するのは困難でありうる。

挿入時の可撓管部の湾曲状態に応じてその曲げ剛性を変更するために、例えば、可撓管部にその湾曲状態を検出するためのセンサを配置して湾曲状態を検出することが考えられる。しかしながら、可撓管部にセンサを配置すると、可撓管部が大径化してしまう。径が大きいと挿入しづらく、また、患者にかかる負担が大きくなる。このため、可撓管部の大径化は避けられるべきである。とりわけ、大腸に挿入される可撓管部の径は小さいことが望ましい。

そこで、本発明は、可撓管部の湾曲状態をセンサ等で検出しなくても、可撓管部の湾曲状態を撮影された画像で判断し、その湾曲状態に応じて可撓管部の曲げ剛性を適切に変更することにより挿入性が良好で、かつ小径な可撓管部を備えた可撓管挿入装置、及び可撓管挿入装置の作動方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態は、先端の湾曲部と、前記湾曲部の基端側に設けられた可撓管部とを備え、被検体に挿入される挿入部と、前記可撓管部の長手軸方向にとった複数のセグメントにそれぞれ設けられ、前記可撓管部の曲げ剛性を前記セグメント単位で変更する複数の剛性可変部と、前記剛性可変部による前記可撓管部の曲げ剛性の変更を制御する剛性可変制御部と、前記湾曲部に設けられ、前記湾曲部の前方方向を撮影する撮像部と、前記撮像部での撮影によって取得される画像に基づいて、前記湾曲部の前方方向における空洞の存在を検出する空洞検出部と、前記剛性可変部の曲げ剛性を変更する時間を設定する時間設定部と、を具備する可撓管挿入装置である。前記剛性可変制御部は、前記空洞検出部が空洞の存在を略前方方向として検出したときに、前記長手軸方向に沿って、前記可撓管部の基端側に向かって、曲げ剛性値の大きい剛性可変部と曲げ剛性値の小さい剛性可変部とが交互になり、かつ、前記時間設定部で設定された時間毎に、隣り合う剛性可変部の曲げ剛性の大小を切り替えるように、前記剛性可変部の曲げ剛性の変更を制御する。

本発明によれば、可撓管部の湾曲状態をセンサ等で検出しなくても、可撓管部の湾曲状態を撮影された画像で判断し、その湾曲状態に応じて可撓管部の曲げ剛性を適切に変更することにより挿入性が良好で、かつ小径な可撓管部を備えた可撓管挿入装置、及び可撓管挿入装置の作動方法を提供することができる。

図１は、第１の実施形態における内視鏡装置の構成を概略的に示す図である。図２は、湾曲部及び可撓管部を概略的に示す拡大図である。図３は、剛性可変部の構成の一例を概略的に示す図である。図４は、剛性可変部の電圧−曲げ剛性特性を示す図である。図５は、第１の実施形態において挿入部を大腸に挿入している（湾曲部の先端面が腸壁を向いている）状態の一例を概略的に示す図である。図６は、第１の実施形態において挿入部を大腸に挿入している（湾曲部の先端面が管腔を向いている）状態の一例を概略的に示す図である。図７は、図５に示される状態において内視鏡装置で得られる画像の一例を示す図である。図８は、図６に示される状態において内視鏡装置で得られる画像の一例を示す図である。図９は、第１の実施形態における剛性可変制御を説明するためのブロック図である。図１０は、第１の実施形態における剛性可変制御を説明するためのフローチャートである。図１１は、図７に示される内視鏡画像における管腔検出範囲の一例を示す図である。図１２は、図８に示される内視鏡画像における管腔検出範囲の一例を示す図である。図１３は、図１１に示される内視鏡画像における画像Ｘ中心軸（画素）と輝度値との関係の一例を示すグラフである。図１４は、図１２に示される内視鏡画像における画像Ｘ中心軸（画素）と輝度値との関係の一例を示すグラフである。図１５は、第１の実施形態において挿入部を大腸に挿入している（湾曲部が腸管に沿って略直線状となり、可撓管部が腸管に沿って湾曲している）状態の一例を概略的に示す図である。図１６は、変形例における剛性可変制御を説明するためのフローチャートである。図１７は、変形例において前方に管腔があることを検出するためのフローチャートである。図１８は、変形例において前方に管腔がないことを検出するためのフローチャートである。図１９は、第２の実施形態において挿入部を大腸に挿入している（湾曲部が腸管に沿って略直線状となり、可撓管部が腸管に沿って湾曲している）状態の一例を概略的に示す図である。図２０は、第３の実施形態における剛性可変制御を説明するためのブロック図である。図２１は、第３の実施形態における剛性可変部の曲げ剛性の周期的な切替を説明するための図である。図２２は、第４の実施形態における内視鏡装置の構成を概略的に示す図である。図２３は、第４の実施形態における剛性可変部の曲げ剛性の周期的な切替を説明するための図である。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について、図１乃至図１５を参照して説明する。
図１は、可撓管挿入装置である内視鏡装置１の構成を概略的に示す図である。内視鏡装置１は、内視鏡１０と、光源装置２０と、制御装置３０と、表示装置４０とを有している。

内視鏡１０は、被検体に挿入される管状の挿入部１１と、挿入部１１の基端側に設けられた操作部１４とを有している。内視鏡１０は、例えば大腸内視鏡である。すなわち、被検体は大腸（腸管）である。

挿入部１１は、先端の湾曲部１２と、湾曲部１２の基端側に設けられた可撓管部１３とを有している。湾曲部１２には、図２に示されるように、照明部１５、被検体を撮影する観察光学系（図２には示されない）と撮像素子（例えばＣＣＤ）とを含む撮像部１６等が内蔵されている。本実施形態では、これらは挿入部１１の長手方向（軸方向）に沿って配置されている（直視鏡）。可撓管部１３は、湾曲自在な細長い蛇管であり、可撓性を有している。

操作部１４は、図１に示されるように、内視鏡１０においてユーザに把持される部分である。操作部１４は、湾曲操作部であるアングルノブ１７を有している。アングルノブ１７は、挿入部１１の長手方向に挿通された少なくとも１本の牽引部材であるアングルワイヤ１８（図１には示されない）によって湾曲部１２に連結されている。図２には、挿入部１１の内部を湾曲部１２から可撓管部１３にわたってその内面に沿って延びている１本のアングルワイヤ１８が示されている。アングルワイヤ１８の先端は、湾曲部１２に固定されている。湾曲部１２は、ユーザがアングルノブ１７を回転させることによりこれに連結されたアングルワイヤ１８が移動して所望の方向に湾曲する。

図２は、湾曲部１２及び可撓管部１３を概略的に示す拡大図である。可撓管部１３は、便宜上、その長手軸方向にとった連続する複数のセグメント（可撓管部１３を長手方向に均等に区切る仮想的な単位）からなっているとする。図２には、可撓管部１３のセグメント１３_１、１３_２、１３_３、・・・、１３_ｎが示されている。これらセグメントの各々には、剛性可変部６０が設けられている。剛性可変部６０は、可撓管部１３の曲げ剛性（硬度）をセグメント単位で変更可能な硬度可変アクチュエータである。

再び図１を参照して、内視鏡１０は、操作部１４の基端側から延びたユニバーサルコード５１を介して光源装置２０に接続されている。ユニバーサルコード５１は、照明部１５に接続されたライトガイド（光ファイバ）、撮像部１６に接続された電気ケーブル、剛性可変部制御信号ケーブル等を含む。光源装置２０は、前記ライトガイドを介して、湾曲部１２の先端面１９の照明部１５の照明窓から照射する光を供給する。

制御装置３０は、ＣＰＵなどを含む機器によって構成されている。制御装置３０は、画像処理部３２を含む表示制御部３１と、輝度算出部３４及び管腔判断部３５を含む管腔検出部３３と、剛性可変制御部３６とを有している。表示制御部３１は、ケーブル５２を介してユニバーサルコード５１内の前記電気ケーブルに、したがって内視鏡１０（湾曲部１２内の撮像部１６）に接続されている。表示制御部３１はまた、ケーブル５３を介して表示装置４０に接続されている。剛性可変制御部３６は、ケーブル５２及びユニバーサルコード５１に含まれる剛性可変部制御信号ケーブルによって剛性可変部６０に接続されている。

図３は、剛性可変部６０の構成の一例を概略的に示す図である。剛性可変部６０は、金属線により構成されたコイルパイプ６１と、コイルパイプ６１内に封入された導電性高分子人工筋肉（Electroactive Polymer Artificial Muscle：ＥＰＡＭ）６２と、コイルパイプ６１の両端に設けられた電極６３とを有している。剛性可変部６０は、剛性可変制御部３６に接続されており、したがって、コイルパイプ６１内のＥＰＡＭ６２には、剛性可変制御部３６から電極６３により電圧が印加できるようになっている。ＥＰＡＭ６２は印加される電圧に応じて伸縮し、その硬度が変化するアクチュエータである。剛性可変部６０は、コイルパイプ６１の中心軸が可撓管部１３の中心軸に一致するか平行となるようにして可撓管部１３に内蔵されている。

剛性可変部６０の電極６３（ＥＰＡＭ６２）には、ケーブル５２及びユニバーサルコード５１内の電気ケーブルを介して剛性可変制御部３６から剛性可変部制御信号である電圧が印加される。電圧が印加されると、ＥＰＡＭ６２はコイルパイプ６１の中心軸を中心としてその径を拡張しようとする。しかしながら、ＥＰＡＭ６２はコイルパイプ６１でその周囲を囲まれているため、径の拡張が規制されている。このため、剛性可変部６０は、図４に示されるように、印加される電圧値が高くなるほど、曲げ剛性（硬度）が高くなる。すなわち、剛性可変制御部３６が剛性可変部６０への印加電圧を変更することにより剛性可変部６０の硬度が変化し、剛性可変部６０が内蔵された可撓管部１３の曲げ剛性も変化する。

なお、剛性可変部６０の上述の構成は一例である。剛性可変部６０はＥＰＡＭ６２を用いたものに限定されず、剛性可変制御部３６からの剛性可変部制御信号に応答して曲げ剛性が変更されるものであれば、他の構成であってもよい。

次に、内視鏡装置１の動作（大腸内視鏡検査）について説明する。
なお、挿入開始時には、可撓管部１３は所定の曲げ剛性値（硬さ）を有しており、その硬さは剛性可変部６０の最小曲げ剛性値でも最大曲げ剛性値でもないものとする。つまり、可撓管部１３の各セグメントは、剛性可変制御部３６からの剛性可変部制御信号に基づいて剛性可変部６０の曲げ剛性を変更することにより、挿入開始時の状態から硬くすることも軟らかくすることも可能である。

内視鏡１０の挿入部１１は、ユーザによって被検体である腸管内に（肛門から直腸、結腸に）挿入される。挿入部１１は、腸管の形状に追従して湾曲しながら腸管内を進行する。湾曲部１２の先端面の観察光学系で得られた観察対象の光学像は、撮像部１６で電気信号に変換される。電気信号は、制御装置３０の表示制御部３１に出力される。表示制御部３１は、画像処理部３２によって、出力された電気信号に基づいて観察対象の画像信号を生成する。そして、表示制御部３１は、生成された画像信号に基づいて腸管内の画像（内視鏡画像）を表示装置４０に表示させる。ユーザは、内視鏡画像で管腔方向を確認しながら、挿入部１１を進行させる。

図５並びに図６は、挿入部１１を大腸に挿入している状態の一例を概略的に示す図である。挿入部１１の先端の湾曲部１２は、はじめは略直線状の状態で腸管１００内の略直線状部分を進行する。そして、腸管１００内の湾曲部分１０１（例えばＳ状結腸）にさしかかると、湾曲部１２は、図５に示されるように、ユーザによるアングルノブ１７の操作を受けてその湾曲形状に沿って湾曲しながら進行する。図５に示される状態では、湾曲部１２の先端面１９は腸壁を向いている。言い換えれば、先端面１９の前方中心（内視鏡視野Ｆ１の中心）に管腔Ｌ（図７参照）が位置していない。したがって、図５に示される状態において内視鏡装置１で得られる画像（内視鏡画像）では、図７に示されるように、その中心領域に管腔Ｌが写し出されておらず、中心領域外に管腔Ｌが写し出されている。画像の中心領域には、先端面１９の前方方向にある腸壁が捉えられている。

湾曲部１２が腸管１００内をさらに進行すると、図６に示されるように、可撓管部１３が湾曲部分１０１にさしかかり始める。このとき、湾曲部１２の先端部分は湾曲部分１０１を既に通過しており、ユーザによるアングルノブ１７の操作を受けて湾曲部１２の先端面１９は管腔Ｌ（図８参照）を向いている。言い換えれば、先端面１９の前方中心（内視鏡視野Ｆ２の中心）に管腔Ｌが位置しており、先端面１９は管腔Ｌに沿った方向に略直交している。したがって、図６に示される状態において得られる内視鏡画像では、図８に示されるように、その中心領域に管腔Ｌが写し出されている。

このように、内視鏡画像においてその中心領域に管腔Ｌがあることは、湾曲部１２の先端部分が略直線状となっており、湾曲部１２の基端側に連なる可撓管部１３が湾曲部分１０１を通過しようとしている（湾曲部分１０１付近に位置している）ことを、すなわち可撓管部１３の曲げ剛性を変更すべきであることを意味する。

以上のことから、本実施形態では、挿入時に内視鏡装置１で取得される被検体内の画像に基づいて、空洞である管腔Ｌが湾曲部１２のほぼ前方方向にあるか否か（空洞の存在）を管腔検出部（空洞検出部）３３で検出し、これに基づいて剛性可変制御部３６が可撓管部１３の曲げ剛性を変更するための剛性可変部制御信号を剛性可変部６０に送信する。以下、本実施形態における可撓管部１３の剛性可変制御について説明する。

図９は、第１の実施形態における剛性可変制御を説明するためのブロック図である。図１０は、第１の実施形態における剛性可変制御を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１１において、内視鏡装置１は、大腸への挿入中、撮像部１６で腸管内を撮影する。そして、次のステップＳ１２において、撮像部１６で得られた電気信号に基づいて、表示制御部３１の画像処理部３２が画像処理を行い、腸管１００内の内視鏡画像を生成する。生成された画像（画像信号）は、図９に示されるように、管腔検出部３３の輝度算出部３４に出力される。

ステップＳ１３において、輝度算出部３４は、出力された画像信号から輝度値（明るさ）を算出する。輝度算出部３４は、例えば、図１１並びに図１２に示されるように、内視鏡画像の画面Ｘ中心軸及び画面Ｙ中心軸における輝度値を算出する。なお、図１１並びに図１２に示される内視鏡画像において、前方方向の管腔検出範囲をＤとする。管腔検出範囲Ｄは、内視鏡画像の中心から所定の範囲（画像中心範囲）であり、例えば、画像中心を中心とした所定の半径の円に含まれる範囲である。図１３並びに図１４は、それぞれ、図１１並びに図１２における画面Ｘ中心軸（画素）と輝度値との関係の一例を示すグラフである。

図１１に示されるように、湾曲部１２の先端面１９と腸壁とが近い（先端面１９が腸壁を向いている）と腸壁の明るい内視鏡画像が得られ、これから算出される管腔検出範囲Ｄ内の画素の輝度値は比較的高い（図１３）。また、図１２に示されるように、先端面１９と腸壁とが離れている（先端面１９が管腔を向いている）と腸管の奥へと続く管腔が暗くなっている内視鏡画像が得られ、これから算出される管腔検出範囲Ｄ内の画素の輝度値は比較的低い（図１４）。

ステップＳ１４において、管腔検出部３３の管腔判断部３５は、輝度算出部３４で算出された輝度値に基づいて、管腔Ｌが湾曲部１２の先端面１９の前方（管腔検出範囲Ｄ）にあるか否かを判断する。例えば、図１３並びに図１４に示されるように、画像Ｘ中心軸上の画素に対して管腔検出範囲Ｄ外で最も高い輝度値Ｋ１と管腔検出範囲Ｄ内の平均輝度値Ｋ２とから、管腔判断部３５が、平均輝度値Ｋ２が最大輝度値Ｋ１よりも２倍以上低いか、すなわち、Ｋ１／Ｋ２＞２であるか否かを判断する。このように、管腔判断部３５は、例えば、管腔検出範囲Ｄ内の中心の水平方向の平均輝度が管腔検出範囲外の水平方向の最大輝度の１／２未満であるか否かを判断する。

図１４に示されるように、Ｋ１／Ｋ２＞２であれば（Ｙｅｓ）、管腔判断部３５は、先端面１９の前方に管腔Ｌが観察されている、すなわち、先端面１９の前方方向に管腔Ｌがあると判断する。したがって、剛性可変制御ステップである次のステップＳ１５に進む。
図１３に示されるように、Ｋ１／Ｋ２≦２であれば（Ｎｏ）、管腔判断部３５は、先端面１９の前方方向に管腔Ｌがないと判断する。したがって、ステップＳ１１に戻り、再び、撮像部１６で腸管１００内を撮像する。

なお、管腔検出範囲Ｄの設定の仕方、輝度値Ｋ１、Ｋ２に基づく管腔検出範囲Ｄ内の管腔Ｌの有無の判断の仕方はこれに限定されない。管腔判断部３５は、管腔検出範囲Ｄ内の中心の垂直方向（画像Ｙ中心軸上の画素）の平均輝度値を用いて管腔Ｌの有無を判断してもよいし、管腔検出範囲Ｄ内の輝度値のみを用いて管腔Ｌの有無を判断してもよい。例えば、管腔判断部３５は、管腔検出範囲Ｄ内の中心の水平方向の平均輝度値Ｋ２が閾値未満であるときに先端面１９の前方方向に管腔Ｌがあると判断し、閾値以上であるときに先端面１９の前方方向に管腔Ｌがないと判断する。

ステップＳ１５において、剛性可変制御部３６は、可撓管部１３の各セグメントにそれぞれ配置された剛性可変部６０の曲げ剛性を変更するための剛性可変部制御信号を剛性可変部６０に送信する。曲げ剛性を変更する剛性可変部６０を含むセグメントは、可撓管部１３において湾曲部１２の直後のセグメントを含む１以上のセグメントであることが好ましい。

剛性可変制御部３６は、例えば、可撓管部１３において湾曲部１２の近傍（直後）の１以上の剛性可変部６０の曲げ剛性値が小さくなる（セグメントが軟らかくなる）ように、剛性可変部６０の曲げ剛性を制御するための剛性可変部制御信号を剛性可変部６０に送信する。図１５に示される一例では、可撓管部１３において湾曲部１２に最も近いセグメント１３_１からセグメント１３_４までの４つのセグメントにそれぞれ設けられた剛性可変部６０の曲げ剛性値が小さくされる。図１５では、曲げ剛性値が小さくされる剛性可変部６０が網掛けで示されている。なお、曲げ剛性を変更するセグメントの数はこれに限定されるものではなく、セグメント及び剛性可変部６０の軸方向の長さ、湾曲部分１０１の一般的な長さ等に応じて適宜設定される。

例えば、可撓管部１３全体の曲げ剛性が一様に高いと可撓管部１３が湾曲部分１０１においてうまく曲がらず、湾曲部分１０１において腸壁を伸展させうる。これでは患者に苦痛を与えてしまう。また、種々の検討から、手元側（基端側）の可撓管部１３が軟らかいと押し込んだ際に可撓管部１３を曲げる力が小さくなること、基端側よりも先端側の曲げ剛性が高いほうが先端側に力がより伝わりやすいことがわかっている。このため、例えば、剛性可変制御部３６は、湾曲部分１０１付近の可撓管部１３（例えばセグメント１３_１〜１３_４）の曲げ剛性値を小さくするための制御信号を対応する剛性可変部６０に送信する。これにより、湾曲部分１０１付近の可撓管部１３のセグメントは軟らかくなり、湾曲部分１０１の湾曲形状に沿って曲がりやすくなる。また、可撓管部１３の先端側のセグメントよりも基端側のセグメントが硬いため、挿入部１１を進行方向に押し込む力が伝わりやすくなる。

あるいは、剛性可変制御部３６は、湾曲部１２の近傍（直後）の１以上の剛性可変部６０の曲げ剛性が大きくなる（セグメントが硬くなる）ように、剛性可変部６０の曲げ剛性を制御するための剛性可変部制御信号を剛性可変部６０に送信してもよい。

ステップＳ１６において、剛性可変部６０の曲げ剛性が変更され、剛性可変制御を終了する。

本実施形態では、可撓管部１３の湾曲形状を検出するためのセンサが可撓管部１３に配置されていないため、挿入時の可撓管部１３の湾曲形状そのものは把握することができない。しかしながら、本実施形態では、湾曲部１２に内蔵された撮像部１６での撮影によって取得される画像に基づいて湾曲部１２の先端面１９の前方方向の管腔Ｌを検出する管腔検出部３３が設けられている。したがって、管腔検出部３３により検出される先端面１９の前方方向の管腔Ｌの有無により、湾曲部１２が腸管１００内において湾曲部分１０１に位置しているのか、あるいは直線状部分に位置しているのかを把握することができる。

そして、管腔検出部３３の検出結果に基づいて、剛性可変制御部３６が、可撓管部１３の各セグメントに設けられた剛性可変部６０の曲げ剛性を変更するための剛性可変部制御信号を剛性可変部６０に送信する。例えば、管腔検出部３３の管腔判断部３５が湾曲部１２の先端面１９の前方に管腔Ｌがないと判断したときには、湾曲部１２が湾曲しており、湾曲部１２に連なる可撓管部１３は略直線状であると考えられるため、剛性可変制御部３６は剛性可変部制御信号を送信しない。一方、管腔判断部３５が先端面１９の前方に管腔Ｌがあると判断したときには、湾曲部１２は略直線状となっており、湾曲部１２に連なる可撓管部１３が腸管１００内の湾曲部分１０１を通過していると考えられるため、剛性可変制御部３６が剛性可変部制御信号を送信して剛性可変部６０の曲げ剛性を変更する。

このように、本実施形態では、可撓管部１３の湾曲形状を直接的に取得することはできないが、その直前にある湾曲部１２に設けられた撮像部１６で取得される内視鏡画像に基づいて湾曲部１２の湾曲状態を把握することで、これをトリガーにして、可撓管部１３が湾曲部分１０１を通過している、すなわち可撓管部１３の曲げ剛性が変更されるべきであると管腔検出部３３の管腔判断部３５が判断することができる。

そして、剛性可変制御部３６は、管腔検出部３３の検出結果に基づいて、湾曲部分１０１を通過している可撓管部１３の少なくとも１つのセグメントに設けられた剛性可変部６０の曲げ剛性を変更するように、剛性可変部６０の曲げ剛性を制御する。これにより、例えば、湾曲部分１０１付近に位置している可撓管部１３のセグメントを湾曲部分１０１の湾曲形状に沿いやすくし、挿入しやすくすることができる。

本実施形態によれば、可撓管部１３にその湾曲形状を取得するためのセンサを配置していないため、可撓管部１３を大径化しなくて済む。このため、可撓管部１３が小径で挿入しやすい可撓管挿入装置を提供することができる。また、本実施形態では、可撓管部１３のみならず、湾曲部１２にもその湾曲形状を取得するためのセンサを配置していない。このため、湾曲部１２も大径化しなくて済み、湾曲部１２も小径で挿入しやすい可撓管挿入装置を提供することができる。

本実施形態によれば、可撓管部１３にセンサを配置しなくても、内視鏡装置１で取得される内視鏡画像に基づいて湾曲部１２の湾曲状態を把握し、これに基づいて可撓管部１３の湾曲状態を把握することにより、被検体の湾曲形状に追従して可撓管部１３の曲げ剛性を変更可能な、すなわち挿入性が向上した可撓管挿入装置を提供することができる。また、これにより、患者に苦痛を与えにくい可撓管挿入装置を提供することができる。

なお、以上の説明では、湾曲部１２に内蔵された既存の撮像部１６を利用して湾曲部１２の前方方向の管腔Ｌが検出されているが、管腔（空洞）を検出する方法はこれに限定されるものではなく、これ以外の検出方法が用いられてもよい。例えば、湾曲部１２に光学式又は超音波式などの距離センサを設けて、湾曲部１２の先端面１９と先端面１９の前方にある腸壁との距離を算出する。そして、管腔判断部３５が、算出した距離が所定の距離以上であれば先端面１９が管腔Ｌを向いている、すなわち前方に管腔Ｌがあると判断し、所定の距離未満であれば先端面１９が腸壁を向いている、すなわち前方に管腔Ｌがないと判断することにより、管腔Ｌを検出することができる。

また、本実施形態では大腸内視鏡を取り上げ、空洞として腸管内の管腔を挙げたが、空洞は当然ながら管腔に限定されるものではなく、さまざまな空洞に適用可能である。

［変形例］
第１の実施形態の変形例について説明する。
上述したように、挿入部１１は、はじめは略直線状の状態で腸管１００内の略直線状部分を進行する。このとき、内視鏡装置１で得られる内視鏡画像においてその中心領域には管腔Ｌが存在する。また、図５乃至図８を参照して説明したように、内視鏡画像においてその中心領域に管腔Ｌが写し出されていなかった後に、その中心領域に管腔Ｌが写し出されていることは、湾曲部１２の先端部分が略直線状となっており、湾曲部１２の基端側に連なる可撓管部１３が湾曲部分１０１を通過しようとしている（湾曲部分１０１付近に位置している）ことを、すなわち可撓管部１３の曲げ剛性を変更すべきであることを意味する。

以上のことから、変形例では、挿入時に内視鏡装置１で取得される被検体内の画像に基づいて、管腔Ｌが湾曲部１２のほぼ前方方向にあることを確認した後であって、管腔Ｌが湾曲部１２のほぼ前方方向にないことを管腔検出部３３で検出した後、管腔Ｌが湾曲部１２のほぼ前方方向にあることを管腔検出部３３で検出し、これに基づいて剛性可変制御部３６が可撓管部１３の曲げ剛性を変更するための剛性可変部制御信号を剛性可変部６０に送信する。

図１６乃至図１８は、変形例における剛性可変制御を説明するためのフローチャートである。ステップＳ２１において、内視鏡装置１は、管腔が湾曲部１２の先端面１９の前方（画面中心範囲）にあることを検出する。具体的には、図１７に示されるように、内視鏡装置１は、ステップＳ２１１において、大腸への挿入中、撮像部１６で腸管内を撮影する。そして、次のステップＳ２１２において、撮像部１６で得られた電気信号に基づいて、表示制御部３１の画像処理部３２が画像処理を行い、腸管１００内の内視鏡画像を生成する。生成された画像（画像信号）は、管腔検出部３３の輝度算出部３４に出力される。そして、ステップＳ２１３において、輝度算出部３４は、出力された画像信号から輝度値を算出する。そして、ステップＳ２１４において、管腔検出部３３の管腔判断部３５が、算出された輝度値に基づいて、管腔Ｌが湾曲部１２の先端面１９の前方（管腔検出範囲Ｄ）にあるか否かを判断する。管腔Ｌがないと判断した場合（Ｎｏ）、ステップＳ２１１に戻り、再び、撮像部１６で腸管１００内を撮像する。管腔Ｌがあると判断した場合（Ｙｅｓ）、図１６のフローに戻り、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２において、内視鏡装置１は、管腔が湾曲部１２の先端面１９の前方（画面中心範囲）にないことを検出する。具体的には、図１８に示されるように、内視鏡装置１は、ステップＳ２２１〜Ｓ２２３において、ステップＳ２１１〜Ｓ２１３と同様に、撮像部１６による撮影、表示制御部３１の画像処理部３２による内視鏡画像の生成、輝度算出部３４による輝度値の算出をする。そして、ステップＳ２２４において、管腔検出部３３の管腔判断部３５が、算出された輝度値に基づいて、管腔Ｌが湾曲部１２の先端面１９の前方（管腔検出範囲Ｄ）にあるか否かを判断する。管腔Ｌがあると判断した場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ２２１に戻り、再び、撮像部１６で腸管１００内を撮影する。管腔Ｌがないと判断した場合（Ｎｏ）、図１６のフローに戻り、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３において、内視鏡装置１は、管腔が湾曲部１２の先端面１９の前方（画面中心範囲）にあることを検出する。ステップＳ２３は、ステップＳ２１と同様であるため、その説明は省略する。

ステップＳ２３の後、ステップＳ２４において、剛性可変制御部３６は、可撓管部１３の各セグメントにそれぞれ配置された剛性可変部６０の曲げ剛性を変更するための剛性可変部制御信号を剛性可変部６０に送信する。そして、次のステップＳ２５において、剛性可変部６０の曲げ剛性が変更され、剛性可変制御を終了する。

本変形例によれば、第１の実施形態よりも確実に湾曲部１２の湾曲状態、すなわち、湾曲部１２が腸管１００内において湾曲部分１０１に位置しているのか、あるいは直線状部分に位置しているのかを把握して適切な曲げ剛性変更をすることができる。

あるいは、さらなる変形例として、アングルノブ１７の操作量に基づいて湾曲部１２の湾曲状態を把握するための形状取得部を設けてもよい。形状取得部は、例えば、その回転軸がアングルノブ１７の回転軸に取り付けられたロータリーエンコーダである。形状取得部により取得される湾曲状態と第１の実施形態の管腔検出とを組み合わせることにより、湾曲部１２の湾曲状態をより確実に把握して適切な曲げ剛性変更をすることができる。

以下、本発明の第２乃至第４の実施形態について説明する。以下では、第１の実施形態と同様の構成及び動作についてはその説明を省略し、第１の実施形態と異なる点について説明する。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態について、図１９を参照して説明する。
図１９は、第２の実施形態において挿入部１１を大腸に挿入している状態の一例を概略的に示す図である。図１９は、第１の実施形態における図１５に代わる図である。

第２の実施形態では、図１０に示される剛性可変制御のフローのうち、ステップＳ１５の剛性可変制御における具体的な制御のみが第１の実施形態と異なっている。第２の実施形態では、ステップＳ１５において、剛性可変制御部３６が、湾曲部１２の近傍（直後）の可撓管部１３において、挿入部１１の軸方向に沿って、可撓管部１３の基端側に向かって曲げ剛性値が小さい剛性可変部６０と曲げ剛性値が大きい剛性可変部６０とが交互になるように、剛性可変部６０の曲げ剛性を制御するための剛性可変部制御信号を剛性可変部６０に送信する。

図１９に示される一例では、可撓管部１３において湾曲部１２に最も近いセグメント１３_１を硬く（対応する剛性可変部６０の曲げ剛性値を大きく）、その隣のセグメント１３_２を軟らかく（対応する剛性可変部６０の曲げ剛性値を小さく）、その隣のセグメント１３_３を硬く、その隣のセグメント１３_４を軟らかくするように、これら４つのセグメント１３_１〜１３_４にそれぞれ設けられた剛性可変部６０の曲げ剛性が変更される。図１９では、曲げ剛性値が大きくされる剛性可変部６０が黒塗りで示され、曲げ剛性値が小さくされる剛性可変部６０が網掛けで示されている。このように、湾曲部分１０１付近に位置される可撓管部１３には、硬いセグメントと軟らかいセグメントとが交互に設定される。本実施形態においても、曲げ剛性を変更するセグメントの数はこれに限定されるものではなく、適宜設定される。

なお、図１９に示される一例では、可撓管部１３のセグメント１３_１に設けられた剛性可変部６０の曲げ剛性値を大きく設定し、剛性可変制御部３６が硬いセグメントと軟らかいセグメントとが交互になるように曲げ剛性を制御しているが、セグメント１３_１に設けられた剛性可変部６０の曲げ剛性値を小さく設定し、軟らかいセグメントと硬いセグメントとが交互になるように制御してもよい。

本実施形態によれば、挿入部１１の軸方向に沿って交互に、可撓管部１３の複数のセグメントが硬い状態と軟らかい状態となるように、剛性可変制御部３６がそれぞれの剛性可変部６０の曲げ剛性を制御するための剛性可変部制御信号を剛性可変部６０に送信する。このような剛性可変制御によっても、可撓管部１３の挿入時の湾曲状態に適した挿入性を有する可撓管挿入装置を得ることができる。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態について、図２０並びに図２１を参照して説明する。
図２０は、第３の実施形態における剛性可変制御を説明するためのブロック図である。第３の実施形態では、制御装置３０は、表示制御部３１、管腔検出部３３及び剛性可変制御部３６に加えて、時間設定部３７を有している。時間設定部３７には、例えば、不図示の入力部から剛性可変部６０の曲げ剛性値を変更する時間Ｔ（硬い／軟らかいを切り替える周期Ｓ）が入力される。この時間Ｔは、ユーザによって適宜設定されてもよいし、使用する内視鏡１０に対応して予め設定されていてもよい。

第３の実施形態では、図１０に示される剛性可変制御のフローのうち、ステップＳ１５の剛性可変制御における具体的な制御のみが第１の実施形態と異なっている。第３の実施形態では、ステップＳ１５において、剛性可変制御部３６が時間設定部３７に設定された時間Ｔ（周期Ｓ）を読み出す。そして、剛性可変制御部３６が、第２の実施形態と同様に、可撓管部１３の基端側に向かって曲げ剛性値が小さい剛性可変部６０と曲げ剛性値が大きい剛性可変部６０とが交互になるように、剛性可変部６０の曲げ剛性を変更するための剛性可変部制御信号を剛性可変部６０に送信する。これにより、可撓管部１３には、例えば図２１の上側に示されるように、曲げ剛性値の小さい剛性可変部６０を有する軟らかいセグメント１３_１、１３_３と、曲げ剛性値の大きい剛性可変部６０を有する硬いセグメント１３_２、１３_４とが交互に設定される。

剛性可変制御部３６は、さらに、隣り合う剛性可変部６０の曲げ剛性値の大小を時間Ｔ（周期Ｓ）で周期的に切り替えるために、剛性可変部６０の曲げ剛性を変更するための剛性可変部制御信号を剛性可変部６０に送信する。これにより、時間Ｔ後には、可撓管部１３には、例えば図２１の下側に示されるように、曲げ剛性値の大きい剛性可変部６０を有する硬いセグメント１３_１、１３_３と、曲げ剛性値の小さい剛性可変部６０を有する軟らかいセグメント１３_２、１３_４とが交互に設定される。このように、剛性可変制御部３６は、時間設定部３７で設定された時間Ｔ毎に、隣り合う剛性可変部６０の曲げ剛性の大小を自動的に切り替える。

もちろん、可撓管部１３のセグメント１３_１、１３_３とセグメント１３_２、１３_４の曲げ剛性値のはじめの大小関係は逆であってもよいし、曲げ剛性を変更するセグメントの数もこれに限定されない。

本実施形態によれば、挿入部１１の軸方向に沿って交互に、可撓管部１３の複数のセグメントが硬い状態と軟らかい状態とに設定され、さらに、硬い状態と軟らかい状態とが所定の設定時間で自動的に周期的に切り替えられる。このような剛性可変制御をすることにより、あるタイミングでは可撓管部１３のあるセグメントの曲げ剛性が湾曲部分１０１を通過するのに適さないときでも、次に曲げ剛性が切り替わったタイミングではそのセグメントの曲げ剛性が湾曲部分１０１を通過するのに適した曲げ剛性となる。したがって、このような切替によりユーザが可撓管部１３を進行させやすくなり、挿入性が向上することができる。

また、このような周期的な切替により、挿入部１１を進行させたときに手元側の力が先端に伝わりやすくなる。さらに、大腸への負担も低減され、挿入にかかる時間も短縮される。このように、本実施形態では、腸管内の複雑な湾曲形状に対応した、挿入性に優れた可撓管挿入装置をすることができる。

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態について、図２２並びに図２３を参照して説明する。
図２２は、第４の実施形態における内視鏡装置１ａの構成を概略的に示す図である。内視鏡装置１ａでは、挿入部１１の先端の湾曲部１２に先端速度検出部７０が設けられている。先端速度検出部７０は、例えば、時間に対する速度変化の割合を検知する既知の加速度センサである。先端速度検出部７０は、例えば湾曲部１２の先端部分に内蔵されている。

制御装置３０は、第３の実施形態と同様に時間設定部３７を有している。しかしながら、本実施形態における時間設定部３７は、第３の実施形態とは異なり、ケーブル５２及びユニバーサルコード５１に含まれる先端速度検出信号ケーブルによって先端速度検出部７０に接続されている。時間設定部３７には、先端速度検出部７０が検出した湾曲部１２の速度情報が出力される。時間設定部３７は、出力された速度情報に基づいて、剛性可変部６０の曲げ剛性を周期的に変更する時間Ｔ（硬い／軟らかいを切り替える周期Ｓ）を設定する。すなわち、本実施形態では、時間Ｔ（周期Ｓ）は、先端速度検出部７０から出力された湾曲部１２の速度情報に基づいて時間設定部３７で算出される。

周期Ｓの算出方法の一例を説明する。図２３に示されるように、可撓管部１３の各セグメントにおける剛性可変部６０の長手方向の長さをＬ１とする。先端速度検出部７０によって検出された湾曲部１２の速度がＶであるとき、時間設定部３７は、Ｓ＝Ｌ１／Ｖとして周期Ｓを算出し設定する。

第４の実施形態では、図１０に示される剛性可変制御のフローのうち、ステップＳ１５の剛性可変制御における具体的な制御のみが第１の実施形態と異なっており、その制御は第３の実施形態と同様である。すなわち、第４の実施形態では、ステップＳ１５において、剛性可変制御部３６が時間設定部３７に設定された時間Ｔ（周期Ｓ）を読み出す。そして、剛性可変制御部３６が、可撓管部１３の基端側に向かって曲げ剛性値が小さい剛性可変部６０と曲げ剛性値が大きい剛性可変部６０とが交互になるように、剛性可変部６０の曲げ剛性を変更するための剛性可変部制御信号を剛性可変部６０に送信する。これにより、可撓管部１３には、例えば図２３の上側に示されるように、曲げ剛性値の小さい剛性可変部６０を有する軟らかいセグメント１３_１、１３_３と、曲げ剛性値の大きい剛性可変部６０を有する硬いセグメント１３_２、１３_４とが交互に設定される。

剛性可変制御部３６は、さらに、隣り合う剛性可変部６０の曲げ剛性値の大小を、先端速度検出部７０からの速度情報に基づいて時間設定部３７で算出した時間Ｔ（周期Ｓ）で周期的に切り替えるために、剛性可変部６０の曲げ剛性を変更するための剛性可変部制御信号を剛性可変部６０に送信する。これにより、時間Ｔ後には、可撓管部１３には、例えば図２３の下側に示されるように、曲げ剛性値の大きい剛性可変部６０を有する硬いセグメント１３_１、１３_３と、曲げ剛性値の小さい剛性可変部６０を有する軟らかいセグメント１３_２、１３_４とが交互に設定される。

本実施形態では、湾曲部１２に先端速度検出部７０が設けられ、先端速度検出部７０が検出した湾曲部１２の速度に基づいて時間設定部３７が曲げ剛性を変更する周期Ｓを算出している。このように、剛性可変部６０の曲げ剛性を湾曲部１２の速度に基づいて変更することで、湾曲部１２の動きに合わせて曲げ剛性を変更することができる。これにより、挿入性がより良好な可撓管挿入装置を提供することができる。

以上、本発明の各実施形態を説明してきたが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内でさまざまな改良及び変更が可能である。例えば、可撓管挿入装置は内視鏡装置１に限定されず、本発明の範囲には、可撓性の挿入部を有する挿入装置が広く包含される。

１，１ａ…内視鏡装置、１０…内視鏡、１１…挿入部、１２…湾曲部、１３…可撓管部、１３_１〜１３_ｎ…セグメント、１４…操作部、１５…照明部、１６…撮像部、１７…アングルノブ、１８…アングルワイヤ、１９…先端面、２０…光源装置、３０…制御装置、３１…表示制御部、３２…画像処理部、３３…管腔検出部、３４…輝度算出部、３５…管腔判断部、３６…剛性可変制御部、３７…時間設定部、４０…表示装置、５１…ユニバーサルコード、５２，５３…ケーブル、６０…剛性可変部、６１…コイルパイプ、６２…導電性高分子人工筋肉（ＥＰＡＭ）、６３…電極、７０…先端速度検出部、１００…腸管、１０１…湾曲部分、Ｄ…前方方向の管腔検出範囲、Ｆ１，Ｆ２…内視鏡視野、Ｌ…管腔。

Claims

先端の湾曲部と、前記湾曲部の基端側に設けられた可撓管部とを備え、被検体に挿入される挿入部と、
前記可撓管部の長手軸方向にとった複数のセグメントにそれぞれ設けられ、前記可撓管部の曲げ剛性を前記セグメント単位で変更する複数の剛性可変部と、
前記剛性可変部による前記可撓管部の曲げ剛性の変更を制御する剛性可変制御部と、
前記湾曲部に設けられ、前記湾曲部の前方方向を撮影する撮像部と、
前記撮像部での撮影によって取得される画像に基づいて、前記湾曲部の前方方向における空洞の存在を検出する空洞検出部と、
前記剛性可変部の曲げ剛性を変更する時間を設定する時間設定部と、を具備し、
前記剛性可変制御部は、前記空洞検出部が空洞の存在を略前方方向として検出したときに、前記長手軸方向に沿って、前記可撓管部の基端側に向かって、曲げ剛性値の大きい剛性可変部と曲げ剛性値の小さい剛性可変部とが交互になり、かつ、前記時間設定部で設定された時間毎に、隣り合う剛性可変部の曲げ剛性の大小を切り替えるように、前記剛性可変部の曲げ剛性の変更を制御する、可撓管挿入装置。
前記空洞検出部は、前記画像の輝度を算出し、前記画像における空洞検出範囲内の中心の水平方向の平均輝度が前記空洞検出範囲外の水平方向の最大輝度の１／２未満であるときに空洞の存在を検出したと判断する、請求項１に記載の可撓管挿入装置。
前記空洞検出部は、前記画像の輝度を算出し、前記画像における空洞検出範囲内の中心の水平方向の平均輝度が閾値未満であるときに空洞の存在を検出したと判断する、請求項１に記載の可撓管挿入装置。
前記湾曲部は、前記湾曲部の速度を検出する先端速度検出部を有し、
前記時間設定部は、前記先端速度検出部によって検出された速度に基づいて前記時間を算出する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の可撓管挿入装置。
先端の湾曲部と、前記湾曲部の基端側に設けられた可撓管部とを備え、被検体に挿入される挿入部と、
前記可撓管部の長手軸方向にとった複数のセグメントにそれぞれ設けられ、前記可撓管部の曲げ剛性を前記セグメント単位で変更する複数の剛性可変部と、
前記剛性可変部による前記可撓管部の曲げ剛性の変更を制御する剛性可変制御部と、
前記湾曲部に設けられ、前記湾曲部の前方方向を撮影する撮像部と、
前記撮像部での撮影によって取得される画像に基づいて、前記湾曲部の前方方向における空洞の存在を検出する空洞検出部と、
前記剛性可変部の曲げ剛性を変更する時間を設定する時間設定部とを有する可撓管挿入装置の作動方法であって、
前記剛性可変制御部により、前記空洞検出部が空洞の存在を略前方方向として検出したときに、前記長手軸方向に沿って、前記可撓管部の基端側に向かって、曲げ剛性値の大きい剛性可変部と曲げ剛性値の小さい剛性可変部とが交互になり、かつ、前記時間設定部で設定された時間毎に、隣り合う剛性可変部の曲げ剛性の大小を切り替えるように、前記剛性可変部の曲げ剛性の変更を制御することを含む、可撓管挿入装置の作動方法。