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CN107405045B - 挠性管插入装置 - Google Patents

挠性管插入装置 Download PDF

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CN107405045B
CN107405045B CN201580078269.4A CN201580078269A CN107405045B CN 107405045 B CN107405045 B CN 107405045B CN 201580078269 A CN201580078269 A CN 201580078269A CN 107405045 B CN107405045 B CN 107405045B
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Abstract

一种挠性管插入装置，具备：管状的插入部，被插入被检体；刚性可变部，以在插入部的长轴方向上取的多个段为对象，将插入部的弯曲刚性以段单位变更；刚性可变控制部，控制由刚性可变部进行的插入部的弯曲刚性的变更。刚性可变控制部在插入部的插入时，将沿着插入部的长轴方向的方向变化的区域作为变更弯曲刚性的第一可变区域，控制弯曲刚性，以使在第一可变区域内产生多个不同的刚性区域。

Description

挠性管插入装置
技术领域
本发明涉及具备向被检体内插入的插入部的挠性管插入装置。
背景技术
大肠从肛门侧起大体分为直肠、结肠、盲肠，进而，结肠从直肠侧起被划分为S状结肠、下行结肠、横行结肠、上行结肠。通常，S状结肠及横行结肠在腹部内没有被固定而容易运动。如果向这样的肠管内插入挠性管插入装置(例如内窥镜装置)的柔软而细长的插入部(挠性管部)，则插入部沿着肠壁弯曲，在肠管内行进。但是，如果插入部被从手边侧进一步推入，则柔软的插入部在肠内向与力作用的方向不同的方向挠曲，有插入部的前端不易行进的问题。相对于此，已知有如下的技术：通过使插入部自身的弯曲刚性变高、或者将外套管(滑管)等的与插入部不同的部件装接到插入部上而使插入部的弯曲刚性变高、使得容易对想要插入的方向传递力。
但是，如果将插入部整体的弯曲刚性均匀地改变，则不能得到与肠管内的插入部的弯曲状态匹配的刚性变更。因此，插入部例如在S状结肠中堵塞而使S状结肠过度地伸长等，可能给患者带来痛苦。这样的插入部对于向深部的插入是不适合的。
所以，在专利文献1中，公开了一种将细长的软性管在长度方向上分为多个范围、该各范围中的软性程度不同的内窥镜的软性管。此外，在专利文献2中，公开了一种通过将作为曲率半径局部较小的部分的弯曲容易部有间隔地配置在挠性管上、此外在弯曲容易部间配置曲率半径比弯曲容易部大的部分、在插入时抑制挠性管被向管腔的内壁推压的力的内窥镜用挠性管。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公昭61－37931号公报
专利文献2：日本特许第3927764号
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1、2所记载的挠性管部中，存在挠性管部的弯曲刚性部分性地不同的部分。但是，这些文献中的挠性管部不是将挠性管部的弯曲刚性根据被检体的弯曲状态在适当的部位在适当的时候改变。例如，在包括大肠内窥镜的挠性管插入装置中，即使因存在挠性管部的弯曲刚性部分性地不同的部分而在其一部分中插入性提高，也不能对应于能够容易运动的结肠等的与其时时对应的各种各样的弯曲状态。因此，即使是这样的挠性管部，也难以不给患者带来的痛苦地顺畅地插入到大肠的深部中。
所以，本发明的目的是提供一种能够根据插入部的插入状态(弯曲状态)使其弯曲刚性(硬度)变化的挠性管插入装置。
用来解决课题的手段
本发明的一实施方式是一种内窥镜系统，具备：被规定了长轴的插入部；弯曲部，设置于上述插入部，沿上述长轴被规定有前端侧和基端侧，至少在规定的一方向上弯曲而能够变形为一个圆弧状；前端侧弯曲部，构成上述弯曲部的前端侧；基端侧弯曲部，相对于上述前端侧弯曲部在上述长轴方向连续设置，构成上述弯曲部的基端侧；第一刚性可变部，设置于上述前端侧弯曲部，用于变更上述前端侧弯曲部的刚性；第二刚性可变部，设置于上述基端侧弯曲部，用于变更上述基端侧弯曲部的刚性；以及控制器，用于对刚性进行控制，以使得上述第一刚性可变部的刚性比上述第二刚性可变部的刚性高。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种能够根据插入部的插入状态(弯曲状态)使其弯曲刚性(硬度)变化的挠性管插入装置。
附图说明
图1是概略地表示内窥镜装置的结构的图。
图2是概略地表示挠性管部的放大图。
图3是概略地表示刚性可变部的结构的一例的图。
图4是表示刚性可变部的电压－弯曲刚性特性的图。
图5是用来说明第1实施方式的刚性可变控制的框图。
图6是表示在第1实施方式中被插入在肠管中的插入部(挠性管部)的第一可变区域及第二可变区域的一例的图。
图7是概略地表示S状结肠的弯曲的顶部处的由挠性管部带来的肠壁的伸展的图。
图8是用来说明第2实施方式的刚性可变控制的框图。
图9是表示在第2实施方式中插入在肠管中的插入部(挠性管部)的第一可变区域、第二可变区域及直线区域的一例的图。
图10是用来说明第3实施方式的刚性可变控制的框图。
图11是表示在第3实施方式中在第一可变区域内计算出的弯曲变化点、第五可变区域及第六可变区域的一例的图。
图12是概略地表示第3实施方式的插入部(挠性管部)的弯曲状态的一例的图。
图13是表示插入部的坐标与曲率半径的关系的一例的曲线图。
图14是表示插入部的坐标与曲率半径的一阶微分的关系的一例的曲线图。
图15是概略地表示第3实施方式的变形例1的插入部(挠性管部)的弯曲状态的一例的图。
图16是表示插入部的坐标与曲率半径的关系的另一例的曲线图。
图17是概略地表示第3实施方式的变形例1的插入部(挠性管部)的弯曲状态的另一例的图。
图18是表示插入部的坐标与曲率半径的一阶微分的关系的另一例的曲线图。
图19是表示在第3实施方式的变形例2中在第一可变区域内设定的多个刚性可变区域的一例的图。
具体实施方式
[第1实施方式]
参照图1至图7对本发明的第1实施方式进行说明。
图1是概略地表示作为挠性管插入装置的内窥镜装置1的结构的图。内窥镜装置1具有内窥镜10、光源装置20、控制装置30、显示装置40和形状取得装置50(在图1中没有表示，参照图2)。
内窥镜10具有被向被检体插入的管状的插入部11、和设在插入部11的基端侧的操作部14。内窥镜10例如是大肠内窥镜。插入部11具有前端部12和设在前端部12的基端侧的挠性管部13。在前端部12，内置有未图示的照明光学系统(照明窗)、观察光学系统(观察窗)、摄像元件、以及使前端部弯曲的弯曲部等。挠性管部13是弯曲自如的细长的蛇管，具有挠性。在操作部14中，设有被用于包括内窥镜10的弯曲操作及摄影操作在内的各种操作的角度旋钮15、开关16等。操作部14如图1所示，是在内窥镜10中被用户把持的部分。前端部12的前端侧通过用户操作角度旋钮15而向任意的方向弯曲。
图2是概略地表示挠性管部13的放大图。挠性管部13为了方便而假设由在其长轴方向上取的连续的多个段(将挠性管部13在长度方向上均等地划分的虚拟的单位)构成。在图2中，表示了挠性管部13的段131，132，133，…，13n。在这些段的各段中设有刚性可变部60。刚性可变部60是能够将挠性管部13的弯曲刚性(硬度)以段单位变更的硬度可变致动器。此外，在挠性管部13中，设有形状取得装置50的至少一部分，该形状取得装置50的至少一部分用于实时地计算各段的沿着挠性管部13的长轴的方向，检测沿着长轴的方向的变化。刚性可变部60及形状取得装置50的详细情况后述。
再次参照图1，内窥镜10经由从操作部14的基端侧延伸出的通用塞绳17连接在光源装置20上。通用塞绳17包括连接在上述照明光学系统上的光导引体(光纤)、连接在上述摄像元件上的电缆等。光源装置20经由上述光导引体供给从前端部12的照明窗照射的光。
控制装置30由包括CPU等的设备构成。控制装置30具有包括图像处理部32在内的显示控制部31、第一可变区域计算部33、第一可变区域内刚性可变域计算部34(以下，称作区域内可变域计算部34)和刚性可变控制部35。显示控制部31经由线缆71、随着通用塞绳17内的上述电缆连接在内窥镜10(前端部12的摄像元件)上。显示控制部31还经由线缆72连接在显示装置40上。第一可变区域计算部33连接在形状取得装置50上，此外，刚性可变控制部35连接在刚性可变部60上(参照图5)。
图3是概略地表示刚性可变部60的结构的一例的图。刚性可变部60具有由金属线构成的线圈管61、封入在线圈管61内的导电性高分子人工肌肉(Electroacive PolymerArtificial Muscle：EPAM)62、和设在线圈管61的两端的电极63。刚性可变部60连接在刚性可变控制部35上，因而，在线圈管61内的EPAM62上，能够从刚性可变控制部35用电极63施加电压。EPAM62是通过施加电压而伸缩、其硬度变化的致动器。刚性可变部60使线圈管61的中心轴与挠性管部13的中心轴一致或平行而内置在挠性管部13中。
在刚性可变部60的电极63(EPAM62)上，经由线缆71及通用塞绳17内的电缆被从刚性可变控制部35施加电压。如果被施加电压，则EPAM62要以线圈管61的中心轴为中心扩展其直径。但是，EPAM62由于被线圈管61包围其周围，所以直径的扩展被限制。因此，刚性可变部60如图4所示，被施加的电压值越高则弯曲刚性(硬度)变高。即，通过刚性可变控制部35将向刚性可变部60的施加电压变更，从而刚性可变部60的硬度变化，内置有刚性可变部60的挠性管部13的弯曲刚性也变化。
另外，刚性可变部60的上述结构是一例。刚性可变部60并不限定于使用EPAM62，只要是对来自刚性可变控制部35的控制信号响应而弯曲刚性被变更，也可以是其他的结构。
形状取得装置50是用于至少在挠性管部13配置有刚性可变部60的范围中实时地计算各范围中的沿着挠性管部13的长轴的方向、检测沿着长轴的方向的变化的弯曲传感器。形状取得装置50可以由利用了电磁波的传感(电磁传感器)、利用了超声波的传感(超声波传感器)、利用了光的损失的传感(光纤传感器)、利用了应变的传感(应变传感器)、或利用了X射线吸收材料的传感的某1个或它们的组合而构成。以下，作为一例，对作为磁传感器的形状取得装置50进行说明。
形状取得装置50例如如图2所示，具有安装在挠性管部13内的细长的探头51。在探头51中，设有用来产生磁场的多个源极线圈52。这些源极线圈52例如在挠性管部13的各段131，132，133，…，13n中每段1个地沿着挠性管部13的长轴方向隔开间隔配置。此外，形状取得装置50具有用来检测源极线圈52产生的磁场的未图示的天线。天线配置在内窥镜10被插入的被检体的周围。
探头51连接在控制装置30上，从控制装置30的未图示的交流信号输出部经由线缆71及通用塞绳17内的电缆向源极线圈52施加交流信号。天线检测由源极线圈52产生的磁场，将检测信号向形状取得装置50的未图示的形状计算部输出。形状计算部基于接收到的检测信号计算挠性管部13的弯曲形状。
接着，对内窥镜装置1的动作(大肠内窥镜检查)进行说明。
内窥镜10的插入部11被用户向作为被检体的肠管内(从肛门向直肠、结肠)插入。插入部11一边追随于肠管的形状弯曲一边在肠管内行进。控制装置30基于用户向操作部14的输入操作控制插入部11的前端部12的摄像元件的动作，取得从摄像元件输出的摄像信号。显示控制部31由图像处理部32基于所取得的摄像信号制作大肠的内部的图像。并且，显示控制部31使显示装置40显示制作出的图像。
图5是用来说明第1实施方式的刚性可变控制的框图。形状取得装置50在内窥镜装置1的使用(插入部11向被检体内的插入)中总是被设为导通(ON)，实时地取得关于插入时的挠性管部13的弯曲形状的信息。换言之，形状取得装置50总是计算各段的沿着挠性管部13的长轴方向的方向，检测沿着长轴方向的方向的变化。
例如，在形状取得装置50是上述磁传感器的情况下，控制装置30向各源极线圈52依次施加交流信号。各源极线圈52其周围产生磁场，即从源极线圈52输出关于源极线圈52的位置的信息。天线基于源极线圈52的输出检测各源极线圈52的位置信息，形状计算部接收检测信号。形状计算部在插入中总是接收检测信号，计算肠管100内的挠性管部13的弯曲形状。也可以将计算出的弯曲形状经由显示控制部31显示在显示装置40上。
另外，在插入开始时，挠性管部13具有规定的弯曲刚性值(硬度)，其硬度既可以不是刚性可变部60的最小弯曲刚性值也可以不是最大弯曲刚性值。即，挠性管部13通过基于来自刚性可变控制部35的控制信号变更刚性可变部60的弯曲刚性，从插入开始时的状态既可以变硬也可以变软。
由形状取得装置50计算出的挠性管部13的弯曲形状被向控制装置30的第一可变区域计算部33输出。并且，第一可变区域计算部33基于从形状取得装置50取得的挠性管部13的弯曲形状，计算沿着挠性管部13的长轴方向的方向变化的区域(第一可变区域)A1(参照图6)。
第一可变区域A1是沿着挠性管部13的长轴方向的方向沿着肠管的弯曲形状弯曲的、例如以规定的曲率以上弯曲的区域，是为了使挠性管部13的插入(行进)变容易而应该变更其弯曲刚性(硬度)的区域。由于挠性管部13的弯曲刚性能够由各刚性可变部60以段单位变更，所以第一可变区域A1被以段单位设定。在图6所示的例子中，在第一可变区域A1中包含有挠性管部13的10个段135～1314。
在第一可变区域计算部33计算出第一可变区域A1之后，区域内可变域计算部34计算在第一可变区域A1内应进一步变更弯曲刚性的区域(第二可变区域)A2(参照图6)。第二可变区域A2是在第一可变区域A1之中应设定为不同的弯曲刚性(还应变更弯曲刚性)的区域。第二可变区域A2也还以段单位设定。
第二可变区域A2例如是设第一可变区域A1所包含的段之中的从最基端的段开始数规定的曲率以上的段为起点、设第一可变区域A1所包含的段之中的最前端的段为终点的区域。在图6所示的例子中，在第二可变区域A2中包含有，第一可变区域A1所包含的段135～1314之中的从最基端的段135开始数特别是曲率大的段(规定的曲率以上的段)139到最前端的段1314为止的6个段139～1314。
另外，第一可变区域A1内的第二可变区域A2的计算的方式并不限定于此，只要以使在第一可变区域A1内存在不同的多个刚性区域(不与第一可变区域A1完全一致)的方式设定第二可变区域A2就可以。
在计算出第一可变区域A1及第二可变区域A2后，刚性可变控制部35将用来以段单位控制第一可变区域A1的弯曲刚性的控制信号向刚性可变部60传递。在本实施方式中，控制第二可变区域A2的弯曲刚性，以使第二可变区域A2的弯曲刚性与不包含在第二可变区域A2中的第一可变区域A1(以下称作第三可变区域A3)的弯曲刚性不同。这样，刚性可变控制部35控制插入部11(挠性管部13)的弯曲刚性，以使第一可变区域A1内产生多个不同的刚性区域。
例如，刚性可变控制部35为了使第二可变区域A2的弯曲刚性值变大，将使被施加于第二可变区域A2中所包含的段139～1314的各刚性可变部60的交流信号变大的控制信号向刚性可变部60传递。此外，例如，刚性可变控制部35将使向第三可变区域A3所包含的段135～138的各刚性可变部60施加的交流信号比向第二可变区域A2所包含的段139～1314的各刚性可变部60施加的交流信号小的控制信号向刚性可变部60传递。此外优选的是，第三可变区域A3所包含的段135～138的弯曲刚性值比不包含在第一可变区域A1中的段131～134，1315～13n的弯曲刚性值小。
刚性可变部60基于来自刚性可变控制部35的控制信号，变更第一可变区域A1所包含的各段135～1314的弯曲刚性。在本实施方式中，第二可变区域A2所包含的段139～1314的弯曲刚性值在挠性管部13中被设定得较大，第三可变区域A3所包含的段135～138的弯曲刚性值被设定为最小。由此，第三可变区域A3在肠管内的曲率较大容易伸展的部位处容易弯曲。由于第二可变区域A2被设定得较硬，所以防止当将插入部11从手边侧推入时第二可变区域A2不必要地挠曲或向行进方向(前端侧)的力没有充分地传递。
图5所示的刚性可变控制在内窥镜10的插入部11的插入中被实时地进行。即，基于从形状取得装置50取得的挠性管部13的弯曲形状，反复进行图5所示的刚性可变控制。
例如，当插入部11在大肠内行进时，随着其行进而随时计算第一可变区域A1及第二可变区域A2(第三可变区域A3)，将用来变更这些区域中所包含的各段的弯曲刚性的控制信号从刚性可变控制部35向刚性可变部60随时传递。挠性管部13中的位于图6所示的肠管100的弯曲的顶部101附近的段随着挠性管部13的行进而时时刻刻变化，但由第一可变区域计算部33总是计算(更新)第一可变区域A1。因此，位于弯曲的顶部101附近的段总是第一可变区域A1，此外也是第二可变区域A2，其弯曲刚性值被设定得较大。接着第二可变区域A2的紧接着之后(基端侧)的第三可变区域A3其弯曲刚性值也总是被设定得较小。
此外，即使弯曲的顶部101运动而其形状变化，也追随于其形状变化而计算(更新)第一可变区域A1及第二可变区域A2(第三可变区域A3)。因此，第一可变区域A1及第二可变区域A2中所包含的段的数量不总为一定，而是匹配于肠管100内的弯曲形状计算总为最优的第一可变区域A1及第二可变区域A2，进行各区域的适当的弯曲刚性控制。
例如，在S状结肠中，如图7所示，插入部11的插入方向是与S状结肠的弯曲部分碰抵的方向。用户为了将插入部11向大肠的里侧推进而一边移动手边侧一边推入。但是，如果挠性管部13整体的弯曲刚性较高则挠性管部13不良好地弯曲，挠性管部13使S状结肠的弯曲的顶部(S顶点102)从在图7中用虚线表示的状态向用实线表示的状态如箭头B所示那样伸展。这样，给患者带来痛苦。即使挠性管部13在S顶点102附近良好地行进了，在行进方向上处于S顶点102之前的弯曲部分(SD连接点，SD－J103)附近也可能发生相同的情况。
在本实施方式中，为了减轻因S顶点102的伸展带来的患者的痛苦，刚性可变控制部35控制S顶点102附近的挠性管部13的弯曲刚性。即，在插入中，第一可变区域计算部33及区域内可变域计算部34总是分别计算挠性管部13的第一可变区域A1及第二可变区域A2(第三可变区域A3)，刚性可变控制部35进行这些区域A2、A3的弯曲刚性的实时控制。由此，当将插入部11推进时位于S顶点102附近(S顶点102的跟前侧)的段的弯曲刚性值总是变小，容易沿着S顶点102的弯曲形状弯曲。因而，施加在S顶点102上的力变小，或者变得难以施加将S顶点102过度推压的力，能够抑制S顶点102的伸展。
根据本实施方式，通过匹配于被插入到大肠那样的弯弯曲曲的器官中时的插入部11(挠性管部13)的弯曲形状来变更刚性可变部60的弯曲刚性，从而提高插入部11的插入性。此外，通过在弯曲的第一可变区域A1内设定例如想要使弯曲刚性值最小的区域(例如第三可变区域A3)和想要使弯曲刚性值比其大的区域(例如第二可变区域A2)那样的多个不同弯曲刚性区域，能够防止挠性管部13的不必要的挠曲(例如在图7中用包围虚线表示的部位C)，提供适合于向行进方向的力的传递的插入部11(挠性管部13)。由此，能提供一种插入部11的插入性提高的挠性管插入装置。
此外，内窥镜装置1具有形状取得装置50。因此，控制装置30能够从形状取得装置50总是取得插入部11(挠性管部13)的弯曲形状的信息而实时地进行刚性可变控制。因而，能够一边由形状取得装置50追随于在腹部内能够容易地运动的S状结肠及横行结肠等的复杂变化的肠管形状，一边匹配于其运动而适当变更挠性管部13的弯曲刚性，进一步提高插入性。此外，能够提供一种对于患者而言安全且插入性良好的挠性管插入装置。
以下，对本发明的第2及第3实施方式进行说明。以下，关于与第1实施方式同样的结构及动作省略其说明，对与第1实施方式不同的点进行说明。另外，也可以将第2实施方式与第3实施方式组合。
[第2实施方式]
参照图8及图9对本发明的第2实施方式进行说明。
在第2实施方式中，控制装置30不仅具有包括图像处理部32在内的显示控制部31、第一可变区域计算部33、区域内可变域计算部34及刚性可变控制部35，还具有直线区域计算部36。直线区域计算部36连接在形状取得装置50上。在本实施方式中，由形状取得装置50取得的挠性管部13的弯曲形状被向控制装置30的第一可变区域计算部33和直线区域计算部36输出。
图8是用来说明第2实施方式的刚性可变控制的框图。第一可变区域计算部33在插入中总是(实时地)从形状取得装置50取得关于肠管100内的挠性管部13的弯曲形状的信息。直线区域计算部36也同样，总是从形状取得装置50取得关于挠性管部13的弯曲形状的信息。
第一可变区域计算部33及区域内可变域计算部34与第1实施方式同样，分别计算第一可变区域A1及第二可变区域A2。在本实施方式中，与由第一可变区域计算部33进行的第一可变区域A1的计算及由区域内可变域计算部34进行的第二可变区域A2的计算并行，直线区域计算部36基于从形状取得装置50取得的挠性管部13的弯曲形状，计算挠性管部13成为大致直线状的第四可变区域(直线区域)A41、A42(参照图9)。这里，所谓大致直线状，例如是不到规定的曲率的区域、或者可看作大致直线的区域。直线区域A41、A42也与第一可变区域A1及第二可变区域A2同样以段单位设定。在图9所示的例子中，在直线区域A41中包含有段131～134，在直线区域A42中包含有段1315～13n。
在计算出第一可变区域A1、第二可变区域A2及直线区域A41、A42之后，刚性可变控制部35将用来分别以段单位控制第二可变区域A2、第三可变区域A3及直线区域A41、A42的弯曲刚性的控制信号向刚性可变部60传递。此时，直线区域A41、A42的弯曲刚性值被设定为比在第一可变区域A1内具有最小弯曲刚性值的第三可变区域A3大。即，如果设第一可变区域A1内的最小弯曲刚性值为K，设直线区域A41的弯曲刚性值为K1，设直线区域A42的弯曲刚性值为K2，则是K<K1，K<K2。直线区域A41的弯曲刚性值K1和直线区域A42的弯曲刚性值K2既可以相同，也可以不同，但这些弯曲刚性值K1、K2被设定为比第一可变区域A1内的最小弯曲刚性值大。
刚性可变部60基于来自刚性可变控制部35的控制信号，不仅分别变更第二可变区域A2中所包含的段139～1314的弯曲刚性、第三可变区域A3中所包含的段135～138的弯曲刚性，还变更直线区域A41、A42中所包含的段131～134，1315～13n的弯曲刚性。由此，使直线区域A41、A42中所包含的段131～134，1315～13n变硬。
在插入时，可知插入部11(挠性管部13)在沿着肠管100弯曲的部位以外是大致直线状时，更容易传递向插入方向(前端方向)的力(插入力量)。因而，在本实施方式中，刚性可变控制部35实时地控制对应的刚性可变部60，以使直线区域计算部36计算为大致直线状的挠性管部13的段的弯曲刚性值比第一可变区域A1的弯曲刚性值(最小弯曲刚性值)高。即，在第1实施方式中，仅将包含在第一可变区域A1(第二可变区域A2及第三可变区域A3)中的段的弯曲刚性相对于不包含在第一可变区域A1中的区域变更，而在第2实施方式中，不仅变更第一可变区域A1(第二可变区域A2及第三可变区域A3)中所包含的段的弯曲刚性，而且还将不包含在第一可变区域A1中的直线区域A41、A42中所包含的段的弯曲刚性进行变更。由此，不仅提高关于S顶点102的插入性，而且在将插入部11推入时更容易向其前端方向传递力。此外，能够抑制不弯曲的部位处的插入部11的不必要的挠曲(参照图7所示的包围虚线C)。
根据本实施方式，基于由形状取得装置50取得的插入部11(挠性管部13)的弯曲形状，直线区域计算部36计算挠性管部13的大致直线状的部分，从而刚性可变控制部35不仅是控制沿着插入部11的轴向的方向变化的区域(第一可变区域A1)的弯曲刚性的变更，也控制大致直线状的部分的弯曲刚性的变更。通过使大致直线状的部分变硬，能够有效率地进行插入时的力的传递，能够使插入性提高。
[第3实施方式]
参照图10及图11对本发明的第3实施方式进行说明。
在第3实施方式中，控制装置30不仅具有包括图像处理部32在内的显示控制部31、第一可变区域计算部33、区域内可变域计算部34及刚性可变控制部35，还具有用来计算在第一可变区域A1内弯曲状态变化的点(例如，弯曲的顶点、拐点等)的变化点计算部37。
图10是用来说明第3实施方式的刚性可变控制的框图。第一可变区域计算部33在插入中总是(实时地)从形状取得装置50取得关于肠管100内的挠性管部13的弯曲形状的信息。第一可变区域计算部33基于所取得的挠性管部13的弯曲形状计算第一可变区域A1。
在本实施方式中，在第一可变区域计算部33计算出第一可变区域A1后，变化点计算部37计算在第一可变区域A1内挠性管部13的弯曲形状变化的特征点(弯曲变化点)P1。例如，在图11所示的例子中，将第一可变区域A1中的挠性管部13的弯曲形状在平面上表示，用2次函数等的函数拟合，求出弯曲变化点(例如顶点)P1的位置。另外，包含在第一可变区域A1中的弯曲变化点的数量并不限定于1个，可以包含多个弯曲变化点。弯曲变化点可以是顶点、拐点等，只要是能够作为弯曲形状的变化而计算的点就可以。
在变化点计算部37计算出第一可变区域A1内的弯曲变化点P1之后，区域内可变域计算部34基于第一可变区域A1及弯曲变化点P1的信息，在第一可变区域A1内计算第五可变区域A5和第六可变区域A6。将第五可变区域A5及第六可变区域A6也以段单位设定。在图11所示的例子中，第五可变区域A5是以第一可变区域A1中的包含弯曲变化点P1的段为起点、以第一可变区域A1所包含的段之中的最前端的段为终点的区域。第六可变区域A6是以第一可变区域A1所包含的段之中的最基端的段为起点、以第一可变区域A1中的与包含弯曲变化点P1的段相邻的基端侧的段为终点的区域。这样，区域内可变域计算部34代替第二可变区域A2(及第三可变区域A3)而计算第五可变区域A5和第六可变区域A6。
在区域内可变域计算部34计算出第五可变区域A5及第六可变区域A6后，刚性可变控制部35将用来分别以段单位控制第五可变区域A5及第六可变区域A6的弯曲刚性的控制信号向刚性可变部60传递。在本实施方式中，前端侧的第五可变区域A5的弯曲刚性值被设定得比基端侧的第六可变区域A6的弯曲刚性值大。即，如果设第五可变区域A5的弯曲刚性值为K5，设第六可变区域A6的弯曲刚性值为K6，则是K5>K6。
刚性可变部60基于来自刚性可变控制部35的控制信号，将第五可变区域A5所包含的段的弯曲刚性及第六可变区域A6所包含的段的弯曲刚性分别变更。由此，在第一可变区域A1内，第五可变区域A5变得比第六可变区域A6硬。
第五可变区域A5也可以设定为在第一可变区域A1内看作曲率半径大致相同的范围。在此情况下，第五可变区域A5例如是从第一可变区域A1所包含的段之中的从最前端的段到具有与最前端的段的曲率半径大致相同的曲率半径的段为止的区域，第六可变区域A6是包含在第一可变区域A1中比第五可变区域A5更靠基端侧的段的区域。即，在第一可变区域A1中从前端侧开始曲率半径变化的点是弯曲变化点P1。
同样，第六可变区域A6也可以设定为在第一可变区域A1内曲率半径看作大致相同的范围。在此情况下，第六可变区域A6例如是第一可变区域A1所包含的段之中的从最基端的段到具有与最基端的段的曲率半径大致相同的曲率半径的段的区域，第五可变区域A5是在第一可变区域A1中包含比第六可变区域A6更靠前端侧的段的区域。即，在第一可变区域A1中从基端侧开始曲率半径变化的点是弯曲变化点P1。这样，第五可变区域A5和第六可变区域A6的至少一方可以设定为在第一可变区域A1内包含曲率半径看作大致相同的段的范围。
在图12所示的挠性管部13(插入部11)中，设挠性管部13的曲率半径为r，设沿着挠性管部13的中心轴从基端侧朝向前端侧的坐标为s。在挠性管部13被弯曲时，挠性管部13的基端侧是大致直线状，其曲率半径接近于∞，朝向弯曲变化点而曲率半径变小。此外，如果经过弯曲变化点，则曲率半径再次变大，随着接近于挠性管部13的前端侧而再次成为大致直线状。图13是表示这样的挠性管部13的坐标s与曲率半径r的关系的一例的曲线图。这样，曲率半径r在挠性管部13为直线状的地方接近于∞，朝向弯曲变化点而变小。并且，曲率半径r在弯曲变化点处为最小，再次变大而接近于∞。因而，如图14所示，在第一可变区域A1中，也可以设为第六可变区域是微分dr/ds>0、在第五可变区域A5中是微分dr/ds≦0，来计算弯曲变化点P1。
根据各种研究可知，如果手边侧(基端侧)的挠性管部13较软，则在推入时将挠性管部13弯曲的力变小；与基端侧相比，前端侧的刚性越高，力越容易向前端侧传递。因此，在本实施方式中，通过变化点计算部37计算弯曲变化点P1，区域内可变域计算部34将第一可变区域A1分为包括从弯曲变化点P1到前端侧的段的第五可变区域A5、以及包括比弯曲变化点P1更靠基端侧的段的第六可变区域A6。并且，刚性可变控制部35控制各区域的刚性可变部60，以使基端侧的弯曲刚性值比前端侧的弯曲刚性值低。
根据本实施方式，通过计算至少在第一可变区域A1内以弯曲变化点P1为边界的2个刚性可变区域，将2个刚性可变区域之中的前端侧的刚性可变区域的弯曲刚性设定得较高，从而能够更容易将来自手边侧的推入力量向前端侧传递。此外，由此还能够减小插入时的向肠壁的推入力量，能够提供一种对于患者而言安全且插入性良好的挠性管插入装置。
[第3实施方式：变形例1]
在第3实施方式中，在第五可变区域A5与第六可变区域A6的边界中原样使用弯曲变化点P1，但第五可变区域A5与第六可变区域A6的边界P2并不限定于弯曲变化点P1本身。边界P2也可以由变化点计算部37如以下这样计算。
(计算方法1)
首先，求出弯曲变化点P1。当设图15所示的挠性管部13的曲率半径为r，设沿着挠性管部13的中心轴从基端侧朝向前端侧的坐标为s时，曲率半径为最小的坐标s的位置成为弯曲变化点P1的坐标s(sp1)。图16是表示这样的挠性管部13的坐标s与曲率半径r的关系的一例的曲线图。接着，求出挠性管部13的基端侧的大致直线部分、即曲率半径r大致为无限大的坐标s(sY)。根据弯曲变化点P1的坐标sp1和大致直线部分的坐标sY，边界P2的坐标s(s2)的位置为s2＝(sp1－sY)/2。
(计算方法2)
如图17所示，计算各段中的挠性管部13的长轴方向S2(2维或3维向量)、和基端侧的大致直线状部分的插入方向Y2(2维或3维向量)。接着，计算插入方向Y2相对于长轴方向S2的角度θ。将计算出的角度θ不到45°的地方设为边界P2(2维或3维坐标)。或者，求出弯曲变化点P1。当设挠性管部13的曲率半径为r，设沿着挠性管部13的中心轴从基端侧朝向前端侧的坐标为s时，如图18所示，设是微分dr/ds＝1的坐标s的位置为边界P2。
使用计算方法1或2计算出的第五可变区域A5和第六可变区域A6的边界P2可以处于比弯曲变化点P1更靠基端侧(参照图15及图17)。因而，在第一可变区域A1内，作为硬度比较高的区域的第五可变区域A5的范围变大。如果第五可变区域A5已经抵接在S顶点上，第六可变区域A6被弯曲，则通过使比较大的范围的第五可变区域A5的弯曲刚性值变大，能够进行向行进方向的有效率的力的传递。
这样，能够基于不限于弯曲变化点P1的各种边界P2将第一可变区域A1至少分为第五可变区域A5和第六可变区域A6，在第一可变区域A1内设定多个不同的弯曲刚性。
[第3实施方式：变形例2]
在第3实施方式中，在第一可变区域A1内设定了2个刚性可变区域(第五可变区域A5及第六可变区域A6)，但设定的刚性可变区域的数量并不限定于此。也可以利用在第3实施方式中求出弯曲变化点P1、以及在第3实施方式的变形例1中求出边界P2的考虑方式，在第一可变区域A1内设定3个以上的刚性可变区域。以下，参照图19对由变化点计算部37在第一可变区域A1内设定4个刚性可变区域的例子进行说明。
(4个刚性可变区域的计算方法)
首先，如上述那样计算弯曲变化点P1。接着，使用在变形例1中说明的计算方法1或2计算边界P2。假设边界P2处于比弯曲变化点P1更靠基端侧。进而，在从弯曲变化点P1到第一可变区域A1的前端的范围中，再次使用在变形例1中说明的计算方法1或2计算边界P3。通过以上，在第一可变区域A1内计算弯曲变化点P1及边界P2、P3。
设第一可变区域A1的从最前端的段到包括边界P3的段的区域为第二可变区域A12。设从与包括边界P3的段相邻的基端侧的段到包括弯曲变化点P1的段的区域为第三可变区域A13。设从与包括弯曲变化点P1的段相邻的基端侧的段到包括边界P2的段的区域为第四可变区域A14。设从与包括边界P2的段相邻的基端侧的段到第一可变区域A1的最基端的段的区域为第五可变区域A15。此外，设处于比第一可变区域A1靠前端侧的区域为第六可变区域A16，设处于比第一可变区域A1靠基端侧的区域为第七可变区域A17。
如果设第二～第七可变区域A12～A17的弯曲刚性值分别为K12～K17，则刚性可变控制部35实时地控制各区域的刚性可变部60的弯曲刚性，以使得例如K12>K13<K14>K15、此外K13<K16、进而K15<K17。在比边界P2靠前端侧，由刚性可变控制部35控制各区域的刚性可变部60的弯曲刚性，以使得随着从第二可变区域A12朝向其紧接着之后的第三可变区域A13、即随着曲率变大而硬度变低。此外，从边界P3到边界P2，控制弯曲刚性以使得从前端侧的第三可变区域A13向基端侧的第四可变区域A14而硬度变高。进而，在比弯曲变化点P1靠基端侧，控制弯曲刚性，以使得从第四可变区域A14到第五可变区域A15硬度先变低、从第五可变区域A15到第七可变区域A17硬度再次变高。
另外，各区域的弯曲刚性的设定的方式并不限定于此，但作为基本的考虑方式，使较大弯曲的区域(段)的弯曲刚性值变小(例如，使第三可变区域A13的弯曲刚性值K13在第一可变区域A1内成为最小)。此外，如果2个弯曲的区域相邻，则使这些区域中的行进方向(前端侧)的区域的弯曲刚性值变得更大(例如，第二可变区域A12的弯曲刚性值K12与第三可变区域A13的弯曲刚性值K13的关系，或者第四可变区域A14的弯曲刚性值K14与第五可变区域A15的弯曲刚性值K15的关系)。
经过了S顶点的挠性管部13(例如第三可变区域A13)在肠管内在横向上被推压。在本变形例中，通过使在横向上被推压的挠性管部13的部分变软，能够减小将肠管内推压的力。进而，通过将比第三可变区域A13靠前端侧的第二可变区域A12的弯曲刚性设定得较高，能够提高朝向前端的力量，使得容易传递向行进方向的力。由此，能够提供一种对于患者而言安全、并且插入性良好的挠性管插入装置。
此外，在本变形例中，对于第一可变区域A1设定3个以上(在本变形例中是4个)刚性可变区域，通过刚性可变控制部35控制刚性可变部60以将包含在各区域中的刚性可变部60的弯曲刚性变更，能够在第一可变区域A1内根据其时时的各种弯曲形状适当地进行对应的刚性可变控制。
以上，说明了本发明的各实施方式及变形例，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种的改良及变更。例如，挠性管插入装置并不限定于内窥镜装置1，在本发明的范围中广泛地包含具有挠性的插入部的插入装置。
标号说明
1内窥镜装置；10内窥镜；11插入部；12前端部；13挠性管部；131～13n段；14操作部；15角度旋钮；16开关；17通用塞绳；20光源装置；30控制装置；31显示控制部；32图像处理部；33第一可变区域计算部；34第一可变区域内刚性可变域计算部(区域内可变域计算部)；35刚性可变控制部；36直线区域计算部；37变化点计算部；40显示装置；50形状取得装置；51探头；52源极线圈；60刚性可变部；61线圈管；62导电性高分子人工肌肉(EPAM)；63电极；71；72线缆；100肠管；101弯曲的顶部；102 S顶点；103 SD－J。

Claims (5)

1.一种内窥镜系统，具备：
包含挠性管部的插入部，该插入部被从前端侧向被检体插入，上述挠性管部在长度方向上具有多个段；
刚性可变部，以上述段为单位来变更上述插入部的弯曲刚性；以及
刚性可变控制部，在上述插入部被插入时，将上述挠性管部的沿着长度方向的方向变化而变形为1个弧状的区域作为变更弯曲刚性的第一可变区域，控制由上述刚性可变部进行的上述插入部的弯曲刚性的变更，以使在上述第一可变区域内产生多个不同的刚性区域；
上述刚性可变控制部以如下方式进行控制，即：以上述段为单位来变更第二可变区域及第三可变区域的弯曲刚性，以使上述第二可变区域的弯曲刚性大于上述第三可变区域的弯曲刚性，上述第二可变区域是上述第一可变区域所包含的区域中的不与上述第一可变区域完全一致的区域，上述第三可变区域是上述第一可变区域内的不包含在上述第二可变区域中的区域；
上述第二可变区域位于比上述第三可变区域更靠上述插入部的前端侧。
2.如权利要求1所述的内窥镜系统，
还具备形状取得装置，该形状取得装置实时地检测上述插入部的弯曲形状，
上述刚性可变控制部基于上述形状取得装置所取得的上述插入部的弯曲形状实时地进行上述控制。
3.一种挠性管插入装置，
具备：
管状的插入部，被插入被检体；
刚性可变部，以上述插入部的长轴方向上的多个段为对象，以上述段为单位来变更上述插入部的弯曲刚性；
刚性可变控制部，控制由上述刚性可变部进行的上述插入部的弯曲刚性的变更；
形状取得装置，取得上述插入部的沿着长轴方向的方向；
第一可变区域计算部，基于所取得的上述插入部的沿着长轴方向的方向，计算上述插入部的沿着长轴方向的方向发生变化的区域即第一可变区域；以及
第一可变区域内刚性可变域计算部，计算在上述第一可变区域内使刚性变化的区域；
上述刚性可变控制部在上述插入部被插入时，变更由上述第一可变区域内刚性可变域计算部计算出的使刚性变化的区域的弯曲刚性，来控制弯曲刚性以使在上述第一可变区域内产生多个不同的刚性区域。
4.如权利要求3所述的挠性管插入装置，
还具备直线区域计算部，该直线区域计算部基于所取得的上述插入部的沿着长轴方向的方向来计算上述插入部是大致直线状的直线区域；
上述刚性可变控制部进行控制以将上述直线区域的弯曲刚性进行变更，以使得上述直线区域的弯曲刚性比上述第一可变区域内的最小刚性值大。
5.一种内窥镜的工作方法，
该内窥镜具备：
从前端侧向被检体插入的插入部，包含挠性管部，该挠性管部在长度方向上具有多个段；
刚性可变部，以上述段为单位来变更上述插入部的弯曲刚性；以及
刚性可变控制部，用于对上述刚性可变部进行控制；
上述工作方法包括：上述刚性可变控制部，在上述插入部被插入时，对于上述挠性管部，将上述挠性管部的沿着长度方向的方向变化而变形为1个弧状的区域作为变更弯曲刚性的第一可变区域，控制由上述刚性可变部进行的上述插入部的弯曲刚性的变更，以使在上述第一可变区域内产生多个不同的刚性区域；
上述刚性可变控制部，使第二可变区域的弯曲刚性大于第三可变区域的弯曲刚性，上述第二可变区域是上述第一可变区域所包含的区域中的不与上述第一可变区域完全一致的区域，上述第三可变区域是上述第一可变区域内的不包含在上述第二可变区域中的区域；
上述第二可变区域位于比上述第三可变区域更靠上述插入部的前端侧。
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