管状插入装置制造方法
【专利摘要】管状插入装置包括：管状插入部(1)，在指定部分具有可挠部(3)；多个弯曲传感器(5)，分布于上述可挠部(3)而配置；以及操作辅助信息运算部(100)。上述操作辅助信息运算部(100)通过上述多个弯曲传感器(5)的检测信息的组合运算，提取操作辅助信息，该操作辅助信息至少包括与对上述管状插入部(1)施加的外力有关的第一外力信息。
【专利说明】管状插入装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及具备在指定部分具有可挠部的管状插入部的管状插入装置。
【背景技术】
[0002]在将具有可挠性的圆筒管插入到管腔中的管状插入装置中，已知有使用形状检测用的光纤来检测该圆筒管的形状的结构。例如，通过日本国特开2001 - 169998号公报示出了如下结构，即，在圆筒管的外周面上，使弯曲检测部错开指定间隔地配置有多个形状检测用的光纤，通过将这些光纤沿圆筒管的长边方向连在一起从而将多个弯曲检测点的弯曲量合成，由此能够检测圆筒管整体的形状。
[0003]此外，在将圆筒管插入到管腔中的管状插入装置中，还已知有如下结构，即，在具有可挠性的圆筒管上配置力传感器并检测对圆筒管施加的外力。例如，通过日本国特开平6 - 154153号公报示出了如下结构，即，在圆筒管的外周面上配置多个变形测量器来检测对圆筒管的外周面施加的外力。
[0004]发明的概要
[0005]将圆筒管插入到管腔中的情况下，时常一边使圆筒管与管腔的内壁接触一边进行圆通管的插入操作。为此，在插入的对象即管腔硬而不易弯曲的情况下，在以必要以上的力进行插入操作时，圆筒管的前端可能磨耗?破损。此外，在插入的对象即管腔柔软的情况下，以必要以上的力 进行插入操作时，可能对管腔带来损害。为了避免这种情况，在进行圆筒管的插入操作时，希望知晓对圆筒管施加的外力作为操作辅助信息。
[0006]在上述的日本国特开2001 - 169998号公报中，操作员能够知晓管的形状作为圆筒管的操作辅助信息，但无法知晓对管施加的外力等的信息。与此相对，在上述的日本国特开平6 — 154153号公报中，能够检测对管施加的来自特定方向的外力,但若设想从各个方向对管施加外力，则需要粘贴非常多的变形测量器。其结果是，存在圆筒管的外形变大、或由于安装数量多的布线及传感器而可挠性出现障碍、或者需要庞大的传感器用的布线等的问题。
【发明内容】
[0007]本发明是鉴于上述的点而做出的，目的在于提供一种管状插入装置，在将具有可挠部的管状插入部插入管腔时，能够在几乎不会对管状插入部的大小、硬度带来影响的情况下取得来自全部方向的外力作为操作辅助信息。
[0008]根据本发明的一形态，管状插入装置的特征在于，具备:管状插入部，在指定部分具有可挠部；多个弯曲传感器，分布于上述可挠部而配置；以及操作辅助信息运算部，通过上述多个弯曲传感器的检测信息的组合运算，提取操作辅助信息，该操作辅助信息至少包括与对上述管状插入部施加的外力有关的第一外力信息。
[0009]此外，根据本发明的另一形态，管状插入装置的特征在于，具备:管状插入部，在指定部分具有可挠部；多个弯曲传感器，分布于上述可挠部而配置；弯曲操作部，供操作员操作上述管状插入部的弯曲状态；弯曲操作检测传感器，检测上述弯曲操作部的操作量；以及操作辅助信息运算部，通过将上述弯曲操作检测传感器的检测信息和上述多个弯曲传感器的检测信息组合并运算，由此提取至少包括与对上述管状插入部施加的外力有关的多个外力信息的操作辅助信息，能够选择或者并用这多个外力信息。
[0010]此外，根据本发明的另外一个形态，管状插入装置的特征在于，具备:管状插入部，在指定部分具有可挠部；形状传感器，配置于上述可挠部，检测上述可挠部整体的弯曲状态；以及操作辅助信息运算部，通过对上述管状插入部未施加外力的状态下的上述形状传感器的检测信息和现状的上述形状传感器的检测信息的组合运算，提取操作辅助信息，该操作辅助信息至少包括与对上述管状插入部施加的外力有关的外力信息。
[0011]根据本发明，能够提供在将具有可挠部的管状插入部插入管腔时，能够在几乎不会对管状插入部的大小、硬度带来影响的情况下取得来自全部方向的外力作为操作辅助信息的管状插入装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1A是用于对本发明的第I实施方式的管状插入装置中的外力检测的原理进行说明的图，是对初始状态为笔直的情况即未施加外力的状态进行表示的图。
[0013]图1B 是用于对第I实施方式的管状插入装置中的外力检测的原理进行说明的图，是对初始状态为笔直的情况且从左斜上方施加了外力的状态进行表示的图。
[0014]图1C是用于对第I实施方式的管状插入装置中的外力检测的原理进行说明的图，是对初始状态为笔直的情况且从左正面施加了外力的状态进行表示的图。
[0015]图1D是用于对第I实施方式的管状插入装置中的外力检测的原理进行说明的图，是对初始状态为笔直的情况且从左斜下方施加了外力的状态进行表示的图。
[0016]图1E是用于对第I实施方式的管状插入装置中的外力检测的原理进行说明的图，是对初始状态弯曲的情况且未施加外力的状态进行表示的图。
[0017]图1F是用于对第I实施方式的管状插入装置中的外力检测的原理进行说明的图，是对初始状态弯曲的情况且从左斜上方施加了外力的状态进行表示的图。
[0018]图1G是用于对第I实施方式的管状插入装置中的外力检测的原理进行说明的图，是对初始状态弯曲的情况且从左正面施加了外力的状态进行表示的图。
[0019]图1H是用于对第I实施方式的管状插入装置中的外力检测的原理进行说明的图，是对初始状态弯曲的情况且从右斜下方施加外力的状态进行表示的图。
[0020]图2是对第I实施方式的管状插入装置中的操作辅助信息运算部的结构进行表示的图。
[0021]图3A是表示用于对操作辅助信息运算部的前处理动作的动作流程进行说明的流程图的图。
[0022]图3B是表示用于对操作辅助信息运算部的无外力施加时弯曲数据保存动作的动作流程进行说明的流程图的图。
[0023]图3C是表示用于对操作辅助信息运算部的外力施加时差分弯曲数据保存动作的动作流程进行说明的流程图的图。
[0024]图4是表示用于对操作辅助信息运算部的通常动作的动作流程进行说明的流程图的图。
[0025]图5A是用于对外力的推定方法的另一例进行说明的图，是对I/曲率半径R相对于弯曲检测部的分布例进行表示的图。
[0026]图5B是对外力的推定方法的另一例进行说明的图，是对(R1+R2)/(R3+R4)相对于外力的一例进行表示的图。
[0027]图5C是对外力的推定方法的另一例进行说明的图，是对I/曲率半径R相对于弯曲检测部的分布例进行表示的图。
[0028]图是对外力的推定方法的另一例进行说明的图，是对(R2+R3)/(R1+R4)相对于外力的一例进行表示的图。
[0029]图6是对具有弯曲检测部的弯曲传感器的结构例进行表示的图。
[0030]图7是用于对本发明的第2实施方式的管状插入装置中的外力检测的原理进行说明的图。
[0031]图8是对第2实施方式的管状插入装置中的操作辅助信息运算部的结构进行表示的图。
【具体实施方式】
[0032]以下，参照附 图对用于实施本发明的方式进行说明。
[0033][第I实施方式]
[0034]首先，参照图1A至图1H对本发明的第I实施方式的管状插入装置中的外力检测的原理进行说明。
[0035]在此，对管状插入部I如例如内窥镜那样、相对于长边方向依次从前端起包括前端硬质部2、具有可挠性的弯曲部3、准硬质部4的情况进行说明。管状插入部I由操作员插入到未图示的管腔中。在具有可挠性的可挠部即弯曲部3，在长边方向上以指定的间隔、分布并配置有作为弯曲检测部5的多个弯曲传感器的弯曲检测部5 — 1、5 - 2、5 - 3、5 —
4。或者，也可以配置有对弯曲部3的可挠部整体的弯曲状态进行检测的形状传感器，作为弯曲检测部5。
[0036]图1A示出了未对管状插入部I施加外力而且弯曲部3笔直的情况。将该图1A所示的状态设为初始状态，图1B示出了从图的左斜上方对管状插入部I的前端施加了外力的状态下的管状插入部I样子，图1C是从图的左正面对管状插入部I的前端施加了外力的状态下的管状插入部I的样子，图1D是从图的左斜下方对管状插入部I前端施加了外力的状态下的管状插入部I的样子。
[0037]一般而言，弯曲的分布状态根据弯曲部3的可挠性的分布和外力而各种各样地变化，但如果知晓弯曲部3的可挠性的分布，则其由I)外力的大小和2)外力的朝向、以及没有外力时的弯曲形状来决定。在此，为了简单，对弯曲部3的可挠性的分布均匀的情况进行讨论。在该前提下，图1B的情况下，离前端部近的弯曲检测部5 — I的弯曲量(可以以角度考虑，也可以以曲率考虑)变大。图1C的情况下，弯曲部3的中央附近的弯曲检测部5-2,5-3的弯曲量变大，弯曲部3成为尺蠖状的形状。另外，即使在代替多个弯曲传感器而配置形状传感器的情况下，中央附近的弯曲量变大而变为尺蠖状的形状这一点也是相同的。在图1D的情况下，弯曲部3的中央附近的弯曲检测部5 -1的弯曲量在与图1B的情况相反的方向上变大。
[0038]同样地，将在未对管状插入部I施加外力的状态下弯曲部3从最初就弯曲的情况示于图1E，将在该状态下进一步施加了外力的状态分别示于图1F至图1H。详细予以省略，但与前述的情况同样地、依赖于外力的大小和方向而在弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 — 3、5 —4产生特有的弯曲差。另外，使用形状传感器的情况下，相对于长边方向而产生特有的弯曲差的情况也是相同的。
[0039]因此,与未施加外力时进行比较，并对多个弯曲传感器的弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5-3,5-4的曲率的分布(也包含朝向)进行检测的话，则能够检测对管状插入部I的前端施加的外力的大小和朝向(另外，被施加外力的并不限定于管状插入部I的前端)。另外，使用形状传感器的情况下，通过外力施加时和无外力施加时的形状差能够检测外力的朝向和大小的情况也是相同的。
[0040]接下来，具体地对检测外力的信号处理算法的一例进行说明(另外，本发明并不限定于以下的算法的例子)。
[0041]本实施方式的管状插入装置具备如图2所示的结构的操作辅助信息运算部100。该操作辅助信息运算部100复合弯曲信息运算部110，该复合弯曲信息运算部110包括:各部弯曲运算部101、总弯曲运算部102、无外力施加时弯曲数据保存部103、弯曲参照列表生成部104、外力施加时差分弯曲数据保存部105、差分参照列表生成部106、差分弯曲数据运算部107、外力运算部108以及形状运算部109。
[0042]各部弯曲运算部101的输入与具备各弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 — 3、5 — 4的各弯曲传感器连接，输出被连接于总弯曲运算部102、无外力施加时弯曲数据保存部103、差分弯曲数据运算部107以及形状运算部109。总弯曲运算部102的输出被连接于无外力施加时弯曲数据保存部103、弯曲参照列表生成部104、外力施加时差分弯曲数据保存部105以及差分参照列表生成部106。无外力施加时弯曲数据保存部103的输出被连接于弯曲参照列表生成部104以及外力施加时差分弯曲数据保存部105。弯曲参照列表生成部104的输出被连接于差分弯曲数据运算部107。外力施加时差分弯曲数据保存部105的输出被连接于差分参照列表生成部106。差分参照列表生成部106的输出被连接于外力运算部108。外力运算部108的输出作为外部信息，被输出至操作辅助信息运算部100的外部。形状运算部109的输出作为形状信息，被输出至操作辅助信息运算部100的外部。
[0043]以下，参照图3A至图3C以及图4所示的流程图对各部的动作进行说明。首先，对在无外力施加时弯曲数据保存部103以及外力施加时差分弯曲数据保存部105保存数据的前处理动作进行说明。
[0044]即，在前处理动作中，如图3A所示，首先，实施无外力施加时弯曲数据保存处理，即，在无外力的状态下(方法不限定)按管状插入部I的每个总弯曲角，求出各弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 -3,5-4的曲率，并将其存储于无外力施加时弯曲数据保存部103(步骤Sll)。并且，然后，实施外力施加时差分弯曲数据保存处理，即，从设想的全部方向对管状插入部I的前端(不限定 于此)施加指定的外力Fo,对各弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 — 3、5 - 4的曲率进行测定，进而，取与外力无施加时的曲率数据的差分，并记录于外力施加时差分弯曲数据保存部105中(步骤S12)。
[0045]在上述步骤Sll中实施的无外力施加时弯曲数据保存处理，如图3B所示，首先，在无外力的状态下，通过各部弯曲运算部101实施各部弯曲运算，即，根据从具备各弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 — 3、5 — 4的各弯曲传感器输出的检测信号，来算出各弯曲检测部的曲率町、1?2、1?3、1?4(步骤51认)。接下来，通过总弯曲运算部102实施总弯曲运算，即，基于这些各部的曲率R1、R2、R3、R4和各弯曲检测部的配置间隔，来几何学地求出管状插入部I的总的弯曲角?O(也可以是换算后的曲率)(步骤S11B)。另外，该总的弯曲角?O是在图1E中作为?O而示出的角。之后，与这样求出的总弯曲角?O相对应地、上述算出的弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 -3,5-4的曲率Rl、R2、R3、R4作为曲率数据Rik(1:检测点编号，k:与总弯曲的程度对应的编号)被存储于无外力施加时弯曲数据保存部103 (步骤SI 1C)。然后，判定该无外力施加时弯曲数据保存处理的结束(步骤S11D)，若还未结束，则返回到上述步骤S11A,反复对下一总弯曲角的动作。
[0046] 另外，该步骤SllD的结束判定，可以通过利用未图示的输入部操作员的结束操作的有无来判定，也可以通过对与预先规定的数据个数、角度有关的动作是否结束进行判断来自动地判定。此外，关于上述步骤SllA的各部弯曲运算，可以相应于利用未图示的输入部的操作员的运算开始操作而实施，也可以每隔通过任何的方法能够实施管状插入部I的总弯曲角的变更的、预先规定的时间间隔来实施。
[0047]图2示出了通过任何的方法将管状插入部I的无外力施加时的总弯曲角?O设定为O度、10度、20度、……，并将按每个总弯曲角?O算出的弯曲检测部5 — 1、5 - 2、5 —3、5 — 4的曲率R1、R2、R3、R4作为曲率数据Rik而存储的例子。即，在总弯曲角?O为O度时，将算出的曲率町、1?2、1?3、1?4作为曲率数据1?10、1?20、1?30、1?40而存储；在总弯曲角Θ0为10度时，将算出的曲率R1、R2、R3、R4作为曲率数据R11、R21、R31、R41而存储；在总弯曲角? O为20度时，将算出的曲率Rl、R2、R3、R4作为曲率数据R12、R22、R32、R42而存储。
[0048]此外，上述步骤S12中实施的外力施加时差分弯曲数据保存处理，如图3C所示，首先，在对管状插入部I的前端(不限定于此)施加了指定的方向的外力Fo的状态下，通过各部弯曲运算部101实施各部弯曲运算，即，根据从具备各弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 —
3、5 - 4的各弯曲传感器输出的检测信号，算出各弯曲检测部的曲率Rl、R2、R3、R4(步骤S12A)。接下来，通过总弯曲运算部102实施总弯曲运算，即，基于这些各部的曲率Rl、R2、R3、R4和各弯曲检测部的配置间隔，几何学地求出管状插入部I的总的弯曲角O (也可以是换算后的曲率)(步骤S12B)。另外，该总的弯曲角Θ是在图1F中作为Θ表示的角。并且，进而，通过取与外力无施加时的曲率数据Rik的差分，运算差分弯曲数据ARijk(1:检测点编号，j:外力方向编号，k:与总弯曲的程度对应的编号)(步骤S12C)。并且，该运算出的差分弯曲数据ARijk与上述求出的总弯曲角Θ对应地、记录于外力施加时差分弯曲数据保存部105(步骤S12D)。然后，判定该外力施加时差分弯曲数据保存处理的结束(步骤S12E)，如果还未结束则返回到上述步骤S12A，反复对下一总弯曲角或者施加外力Fo的方向的动作。
[0049]另外，该步骤S12E的结束判定，可以通过利用未图示的输入部的操作员的结束操作的有无来判定，也可以通过对与预先规定的数据个数、角度、外力有关的动作是否结束进行判断来自动地判定。此外，关于上述步骤S12A的各部弯曲运算也是，可以相应于利用未图示的输入部的操作员的运算开始操作而实施，也可以每隔通过任何的方法能够实施管状插入部I的总弯曲角或者施加外力Fo的方向的变更的、预先规定的时间间隔而实施。[0050]图2示出了将管状插入部I的无外力施加时的总弯曲角Θ设定为O度、10度、20度、……，并按每个总弯曲角Θ存储对管状插入部I的前端(不限定于此)施加了改变了方向的外力Fo时的差分弯曲数据ARijk的例子。即，总弯曲角?为O度时，施加了方向I的外力Fo时作为差分弯曲数据Δ Rl 10、ΔR210、ΔR310、Δ R410而存储，施加了方向2的外力Fo时作为差分弯曲数据ΔR120、ΔR220、ΔR320、Δ R420而存储；总弯曲角Θ为10度时，施加了方向1的外力Fo时作为差分弯曲数据ARlll、AR211、AR311、AR411而存储，施加了方向2的外力Fo时作为差分弯曲数据AR121、AR221、AR321、AR421而存储；总弯曲角?为20度时，施加了方向I的外力Fo时作为差分弯曲数据AR112、AR212、AR312、Λ R412而存储，施加了方向2的外力Fo时作为差分弯曲数据AR122、AR222、AR322、AR422 而存储。
[0051]另外，在此，为了简化说明，设为按每个总弯曲角此外按每个施加外力Fo的方向求出并存储差分弯曲数据△ Ri jk，但实际上，希望按每个外力的大小，或者按外力Fo的方向及大小的每个组合，求出并存储差分弯曲数据ARijk。
[0052]如以上说明的前处理动作，至少在用户实际开始使用该管状插入装置前的阶段例如工厂中的制造时或者出厂前的检查时等实施，并事先在无外力施加时弯曲数据保存部103以及外力施加时差分弯曲数据保存部105中保存数据，这是所期望的。但是，存在由该管状插入装置的使用而引起的各部的变质，所以这些数据需要以某定时更新。作为这种定时，考虑例如，该管状插入装置的每次电源开启、每指定次数的电源开启、指定的定期保养时等。
[0053]接下来，对由用户进行的该管状插入装置的使用时的通常动作进行说明。当前，设想用户即操作员操作管状插入部I并将其插入到管腔中。
[0054]如图4所示，首先，确认有无必要实施前述的前处理动作(步骤S111)。这例如通过无外力施加时弯曲数据保存部103以及外力施加时差分弯曲数据保存部105中是否保存有数据、即使保存有数据也要看是否成为前述的某定时来判别。此外，该确认的结果，可以由操作员通过未图示的输入部而输入，也可以由实施操作辅助信息运算部100内的各部的动作控制的未图示的控制部等来自动地取得。如果需要实施前处理动作，则实施如前述那样的前处理动作(步骤S112)。
[0055]如果没必要实施前处理动作，或者是在实施了前处理动作之后，实施各部弯曲运算，即，通过各部弯曲运算部101,根据从具备各弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 — 3、5 — 4的各弯曲传感器输出的检测信号，算出各弯曲检测部的曲率Rl、R2、R3、R4(步骤S113)。接下来，实施总弯曲运算，即，通过总弯曲运算部102，基于这些各部的曲率R1、R2、R3、R4和各弯曲检测部的配置间隔，几何学地求出管状插入部I的当前的总的弯曲角O (步骤S114)。并且,通过弯曲参照列表生成部104，基于这样求出的总弯曲角?，进行无外力施加时的弯曲参照数据Riref的生成(步骤S115)。即，弯曲参照列表生成部104，以通过总弯曲运算部102求出的当前的总弯曲角Θ为基础，从无外力施加时弯曲数据保存部103引用与距该当前的总弯曲角?最近的无外力施加时的总弯曲角?O对应的曲率数据Rik。并且进一步，希望的是，通过相对于当前的总弯曲角?将该引用的曲率数据Rik插值，从而算出与当前的总弯曲角?对应的各弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 -3,5-4的参照弯曲数据Rlref、R2ref、R3ref、R4ref。[0056]然后，通过差分弯曲数据运算部107，实施求出差分弯曲数据ARi的差分弯曲数据运算(步骤SI 16)。即，差分弯曲数据运算部107，使用通过上述各部弯曲运算部101求出的各弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 -3,5-4的曲率Rl、R2、R3、R4、和通过上述弯曲参照列表生成部104而生成的各弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 — 3、5 — 4的无外力施加时的弯曲参照数据Rlref、R2ref、R3ref、R4ref，进行以下的差分运算，求出差分弯曲数据Λ Rl、AR2、AR3、AR4。
[0057]ARl = Rl — Rlref,
[0058]Δ R2 = R2 — R2ref,
[0059]Δ R3 = R3 — R3ref,
[0060]Δ R4 = R4 — R4ref ?
[0061]此外，通过差分参照列表生成部106，进行参照差分数据ARijO的生成(步骤S117)。即，差分参照列表生成部106，以由总弯曲运算部102求出的当前的总弯曲角Θ为基础，从外力施加时差分弯曲数据保存部105引用与距该当前的总弯曲角Θ最近的外力施加时的总弯曲角?对应的差分弯曲数据ARijk。并且进一步，希望的是，通过相对于当前的总弯曲角?将该引用的差分弯曲数据ARijk插值，算出与当前的总弯曲角Θ对应的参照差分数据 Λ Rl j O、Λ R2 j O、Λ R3j θ、Λ R4 j θ。 [0062]然后，通过外力运算部108，使用参照图1说明的原理，运算当前的外力F的朝向和大小(步骤SI 18，步骤SI 19)。
[0063]即，外力运算部108例如选出由上述的差分参照列表生成部106算出的差分值的组(参照差分数据Δ Rl j Θ , Δ R2j Θ , Δ R3j Θ , Δ R4j Θ (j = 1,2,3,……))中的、比率与由差分弯曲数据运算部107提取到的当前的弯曲分布的差分值的组(差分弯曲数据AR1、AR2、AR3、AR4)最接近的组。由此，决定该比率最接近的组的“j ”，并提取与该“j ”对应的外力的方向作为当前的外力的方向。更希望的是，代替上述的比率最接近的组而提取多组比率接近的组，并对与其对应的外力的方向插值，由此提取当前的外力F的方向。
[0064]此外，外力运算部108，通过将由差分弯曲数据运算部107提取到的当前的弯曲分布的差分值的组(差分弯曲数据AR1、AR2、AR3、Δ R4)与由差分参照列表生成部106提供的差分值的组(参照差分数据Λ Rl j ?、Λ R2j O、Δ R3j O、Δ R4j Θ (在该时间点，j确定))的大小的比率施加于在外力施加时差分弯曲数据保存部105中进行数据保存时预先设定的外力Fo，由此推定外力F的大小。例如，只要如
[0065]F = FoXAvr(ARl, AR2, AR3, Δ R4) /Avr (ARlj Θ, Δ R2 j Θ , Δ R3 j Θ , Δ R4 j Θ)
[0066]那样计算即可。在此，Avr (参数1，参数2，......)表示参数1，参数2，......的平
均化运算，考虑单纯平均、均方值、加权平均等。其中，选择哪个平均运算，希望的是根据检测的管状弯曲部3的构造、环境条件等用实验等来确认最恰当的运算方法并事先决定。
[0067]进而，在形状运算部109中，通过考虑各弯曲检测部的配置间隔将各弯曲检测部5 - 1,5 - 2、5 -3,5-4的曲率Rl、R2、R3、R4连在一起，由此算出管状插入部I的整体的形状信息(步骤S120)。
[0068]如以上所述，KE获得操作辅助信息，该操作辅助信息包含与对管状插入部I施加的外力F有关的外力信息(朝向和大小)以及与管状插入部I的形状有关的形状信息。
[0069]然后，判定该通常动作的结束(步骤S121)，如果还未结束则返回到上述步骤S111，并反复求出下一操作辅助信息的动作。
[0070]另外，该步骤S121的结束判定例如通过利用未图示的输入部的操作员的结束操作的有无来判定。或者，特别地，也可以是，该步骤S121的结束判定并不进行，而从步骤S120返回到步骤S111，并通过该管状插入装置的电源关断来结束该通常动作。
[0071]如以上所述，本第I实施方式的管状插入装置，在将在指定部分有作为可挠部的弯曲部3的管状插入部I插入管腔时，以作为操作辅助信息运算部的操作辅助信息运算部100，通过分布并配置于弯曲部3的多个弯曲传感器的检测信息的组合运算、或者通过在对管状插入部I未施加外力的状态下的配置于弯曲部3的形状传感器的检测信息和现状的形状传感器的检测信息的组合运算，提取至少包含与对管状插入部I施加的外力有关的外力信息的操作辅助信息，所以能够在几乎不会对管状插入部I的大小、硬度带来影响的情况下取得来自全部方向的外力作为操作辅助信息。进而，也能够取得管状插入部I的形状作为操作辅助信息。
[0072]另外，作为当前的外力F的朝向和大小的推定方法，也能够采取如下所述的方法。
[0073]图5A示出了关于管状插入部I的状态为图1A至图1D所示的情况的、外力的朝向和大小不同时的各弯曲检测部5 — 1、5 - 2、5 -3,5-4的“I/曲率半径R”的分布例。在此，将各弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 -3,5-4的曲率半径分别设为R1、R2、R3、R4，曲率半径将如图1B那样向上凸的情况设为+(正)，将向下凸的情况设为一(负)。此外，F//表示相对于管状插入部I的前端在管状插入部I的长度方向上施加的力的大小(将朝向的方向设为+)，F丄表示相对于管状插入部I的前端在与长度方向垂直的朝向上施加的力的大小(将从图的上向下施加的方向设为+)。
[0074]为了简单， 考虑无外力施加时的总弯曲角OO= O、弯曲部3的弹性均匀并且等间隔地配置有弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 — 3、5 — 4的情况。在此情况下，将在与长度方向垂直的朝向上施加的力F丄作为参量，各弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 -3,5-4的“I/曲率半径R”的分布例如图5A所示。即，在对前端部施加外力的情况下，相对于管状插入部I越是前端部则曲率(1/R)的绝对值变得越大。例如，在取(R1+R2)/(R3+R4)作为曲率分布的指标时，为如图5B那样。因此，如果知晓(R1+R2)/(R3+R4)，则能够推定在与管状插入部I的长度方向垂直的朝向上施加的力成分即F丄。
[0075]另一方面，将在长度方向上施加的力F//作为参量，各弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 - 3、5 — 4处的“I/曲率半径R”的分布例变为如图5C所示那样。即，在对前端部施加外力的情况下，管状插入部I变为中央部挠曲的形状。因此，例如，在取(R2+R3)/(R1+R4)作为曲率分布的指标时，变为如图那样。因此，如果知晓(R2+R3)/(R1+R4)，则能够推定在管状插入部I的长度方向上施加的力成分即F//。
[0076]归纳以上所述，按无外力施加时的每个总弯曲角?0，关于无外力时和施加了外力时预先调查上述的指标(R1+R2)/(R3+R4)、(R2+R3) / (R1+R4)的值，并预先保存于无外力施加时弯曲数据保存部103以及外力施加时差分弯曲数据保存部105中，由此能够推定外力的成分F丄、F// ( 即，推定外力的朝向和大小)。
[0077]另外，作为具备上述弯曲检测部5 — 1、5 - 2、5 — 3、5 — 4的弯曲传感器，如图6所示，能够使用利用了光纤弯曲损失的纤维弯曲传感器12 - 1、12 - 2、12 - 3、12 — 4。
[0078]即，在各纤维弯曲传感器12 — 1、12 — 2、12 — 3、12 — 4中，光纤6的输入端以分支构造8构成。在该分支的一端，从光源10 - UlO - 2、10 - 3,10 - 4出射的光经由透镜9入射并在光纤6中导光后，被配置于前端的反射镜7所反射，反射后的光再经过光纤6、分支构造8、透镜9，由光检测器11 一 1、11 一 2、11 一 3、11 一 4所检测。在此，在光纤6的导光路的途中，在导光路的外周附近形成有作为弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 — 3、5 — 4发挥功能的光损失部。在光纤6弯曲时，利用光损失部的光损失量根据弯曲程度而不同这一情况来检测弯曲量。
[0079]上述的纤维弯曲传感器，弯曲检测部5 — I至5 — 4在弯曲部3的长边方向上错开而配置。由此，能够使用多个弯曲检测部5 — I至5 — 4的检测结果来检测长边方向的弯曲分布。
[0080]此外，弯曲部3的可挠性的大小有分布的情况下，希望将弯曲检测部5 — I至5 —4的配置间隔、弯曲检测部5 — I至5 — 4的灵敏度设定为最佳。此外，在本发明中，设为也包含代替配置多个弯曲传感器12 — I至12 — 4而弯曲检测部连续地分布的结构。
[0081]在本实施方式中，对利用了光的导光损失的光纤传感器作为弯曲传感器进行了说明，但也能够应用弯曲检测部5 — I至5 — 4使用了光纤光栅的结构等的其他的光纤传感器。进而，在图6中示出了为了检测多点的弯曲而内置了多个光纤形状传感器的结构，但也可以采用(在此未示出具体的结构原理)这些弯曲检测部5—I至5—4集聚于共通的光纤并能够按每个弯曲检测部进行分离检测的结构。
[0082]此外，弯曲传感器不限定于使用了光纤的传感器。例如，也包含分布配置有变形传感器的传感器、分布配置加速度传感器、陀螺仪传感器、无线元件等并检测其位置后变换为弯曲量的传感器等。
[0083][第2实施方式]
[0084]以下，基于附图对本发明的第2实施方式进行详细地说明。另外，对与上述第I实施方式共通的部分，省略其说明。
[0085]本第2实施方式的管状插入装置，如图7所示，为了能够用弯曲操作线(wire)21、22弯曲管状插入部I而具有弯曲操作部40。弯曲操作线21、22通过使弯曲操作旋钮23、24旋转，由此与旋转的卷入侧相连一侧的线被牵拉。在此，弯曲操作线21是左右(LR)方向的弯曲用的弯曲操作线，弯曲操作旋钮23是左右(LR)方向的弯曲操作用的弯曲操作旋钮。弯曲操作线22是上下(UD)方向的弯曲用的弯曲操作线，弯曲操作旋钮24是上下(UD)方向的弯曲操作用的弯曲操作旋钮。该弯曲操作线21、22经由引导辊30而与管状插入部I的前端硬质部2的压铁29连结。由此，能够通过使弯曲操作旋钮23、24旋转来操作管状插入部I的弯曲量。这样，弯曲操作线21、22作为由操作员对管状插入部I的弯曲状态进行操作的弯曲操作部发挥功能。另外，在图7中，示出了将上下(UD)方向和与其垂直的左右(LR)方向作为弯曲方向而分别进行操作的情况的结构，但变得繁杂，因此LR方向的线及检测传感器未图示。
[0086]在此，弯曲操作部 40上，为了检测弯曲操作线21、22的运动即操作量，相对于UD方向和LR方向分别具有以编码器头(encoder head) 25、26以及与其对置的编码器标尺(encoder scale) 27、28构成的弯曲操作检测传感器。另外，编码器标尺27、28固定于弯曲操作线21、22，编码器头25、26固定于弯曲操作部40的框体。由此，在使弯曲操作旋钮23、24旋转时，编码器头25、26检测弯曲操作线21、22的运动，由此能够推定管状插入部I的弯曲部3的总弯曲角。
[0087]接下来，具体地对检测外力的信号处理算法的一例进行说明。另外，对于与第I实施方式共通的部分，省略其说明。
[0088]如图8所示，本实施方式中的操作辅助信息运算部100，除了上述第I实施方式中的结构以外，还具备操作量运算部111、总弯曲推定部112以及外力运算部113。
[0089]操作量运算部111的输入被连接至弯曲操作检测传感器的编码器头25、26，输出被连接至总弯曲推定部112，此外作为形状操作信息被输出至操作辅助信息运算部100的外部。总弯曲推定部112的输出被连接至外力运算部113。该外力运算部113上进一步还连接有上述总弯曲运算部102的输出。外力运算部113的输出作为第二外力信息被输出至操作辅助信息运算部100的外部。另外，外力运算部108的输出作为第一外力信息被输出至操作辅助信息运算部100的外部。即，本第2实施方式中的操作辅助信息运算部100输出多个外力信息。
[0090]操作量运算部111根据编码器头25、26的输出信号，例如能够检测弯曲操作线21、22的牵拉量，并将其作为与管状插入部I的形状操作有关的形状操作信息而输出。
[0091]此外，通过使用该值并预先做出实验式等，由此总弯曲推定部112能够获得推定的总弯曲角?2。弯曲操作部40所意图的弯曲角通过总弯曲推定部112以推定总弯曲角?2来提供，但实际的总弯曲角由于外力而成为与该推定总弯曲角02不同的角度。利用该差分，能够提供外力的方向和大小。具体地，对通过总弯曲运算部102算出的当前的总弯曲角Θ和由总弯曲推定部112获得的推定总弯曲角O 2进行比较，并将该比率施加于在前述的外力施加时差分弯曲数 据保存部105中数据保存时预先设定的外力Fo，由此能够将当前的外力F推定为第二外力信息。
[0092]如以上所述，可获得操作辅助信息，该操作辅助信息包括与对管状插入部I施加的外力F有关的第一外力信息以及第二外力信息、与管状插入部I的形状有关的形状信息、以及与管状插入部I的形状操作有关的形状操作信息。
[0093]另外，上述第一外力信息和第二外力信息能够根据情形而分开使用。例如，为了获得第一外力信息而需要较大的数据库、高功能的运算装置，但在不获得弯曲操作部40的信息的情况下是有效的。另一方面，第二外力信息不需要较大的数据库、高功能的运算装置，所以适于小型的装置，但需要用于取得弯曲操作部40的信息的结构。除此之外，也能够以精度、检测速度等多种观点分开使用或者并用第一外力信息和第二外力信息。这样，本实施方式中的操作辅助信息运算部100作为操作辅助信息运算部发挥功能，该操作辅助信息运算部通过将弯曲操作检测传感器的检测信息和多个弯曲传感器的检测信息组合并运算，由此提取至少包含与对管状插入部I施加的外力有关的多个外力信息的操作辅助信息，能够选择或者并用这多个外力信息。
[0094]以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，在本发明的主旨的范围内当然能够进行各种变形、应用。
[0095]例如，在上述实施方式中，用配置了四个弯曲检测部5 — 1、5 — 2、5 — 3、5 — 4的例子进行了说明，但当然不限定于四个。
[0096]此外，在图1A至图1H中在弯曲部3的长边方向上将多个弯曲检测部5 — I至5 —4配置为上侧一列并检测了纸面方向的外力，但也能够通过在长边方向上配置为横侧一列来检测与纸面垂直的方向的外力，进而也能够构成为分别配置于上侧、横侧从而在纸面方向和垂直方向这二维中检测外力。[0097]此外，图4所示的步骤SI 15、SI 16和步骤SI 17也可以使顺序相反，也可以并行处理。同样地，步骤SI 15~SI 19和步骤S120也可以使顺序相反，也可以并行处理。
[0098]此外，将实现上述操作辅助信息运算部100的功能的软件的程序供给至计算机，该计算机提供执行该程序也能够实现上述功能。
【权利要求】
1.一种管状插入装置，其特征在于，具备: 管状插入部(I)，在指定部分具有可挠部(3)； 多个弯曲传感器(5)，分布于上述可挠部(3)而配置；以及 操作辅助信息运算部(100)，通过上述多个弯曲传感器(5)的检测信息的组合运算，提取操作辅助信息，该操作辅助信息至少包括与对上述管状插入部(I)施加的外力有关的第一外力信息。
2.如权利要求1所述的管状插入装置，其特征在于， 上述操作辅助信息运算部(100)进行如下运算:根据检测信息，提取外力的大小以及/或者方向作为上述第一外力信息，该检测信息基于对上述管状插入部(I)未施加外力的状态和施加了外力的状态下的上述多个弯曲传感器(5)的检测信息的差异。
3.如权利要求2所述的管状插入装置，其特征在于， 上述操作辅助信息运算部(100)具有如下功能:将对上述管状插入部(I)未施加外力的状态的上述多个弯曲传感器(5)的检测信息作为无外力施加时弯曲检测信息而存储，并且参照所存储的该无外力施加时弯曲检测信息，推定对上述管状插入部(I)施加的外力。
4.如权利要求2所述的管状插入装置，其特征在于， 上述操作辅助信息运算部(100)具有如下功能:将对上述管状插入部(I)未施加外力的状态的上述多个弯曲 传感器(5)的检测信息、和对上述管状插入部(I)施加了指定的方向和大小的外力的状态的上述多个弯曲传感器(5)的检测信息作为弯曲检测信息而存储，并且参照所存储的该弯曲检测信息，推定对上述管状插入部(I)施加的外力。
5.如权利要求1所述的管状插入装置，其特征在于， 上述管状插入部(I)的上述可挠部(3)沿着插入方向具有可挠性不同的部位， 与可挠性低的部位相比，上述多个弯曲传感器(5)在可挠性高的部位配置得密、或者弯曲传感器的弯曲检测部连续地配置。
6.如权利要求1所述的管状插入装置，其特征在于， 作为上述操作辅助信息，上述操作辅助信息运算部(100)除了运算上述第一外力信息以外，还通过上述多个弯曲传感器(5)的检测信息的组合运算来运算与上述管状插入部(I)的形状有关的形状信息。
7.如权利要求1所述的管状插入装置，其特征在于，还具备: 弯曲操作部(40)，供操作员操作上述管状插入部⑴的弯曲状态；以及 弯曲操作检测传感器(25、26)，检测上述弯曲操作部(40)的操作量， 作为上述操作辅助信息，上述操作辅助信息运算部(100)除了运算上述第一外力信息以外，还通过将上述弯曲操作检测传感器(25、26)的检测信息和上述多个弯曲传感器(5)的检测信息组合并运算，由此至少提取与对上述管状插入部(I)施加的外力有关的第二外力信息。
8.如权利要求7所述的管状插入装置，其特征在于， 上述操作辅助信息运算部(100)进行如下运算:根据检测信息，提取外力的大小以及/或者方向作为上述第一外力信息，该检测信息基于对上述管状插入部(I)未施加外力的状态和施加了外力的状态下的上述多个弯曲传感器(5)的检测信息的差异。
9.如权利要求8所述的管状插入装置，其特征在于，上述操作辅助信息运算部(100)具有如下功能:将对上述管状插入部(I)未施加外力的状态的上述多个弯曲传感器(5)的检测信息作为无外力施加时弯曲检测信息而存储，并且参照所存储的该无外力施加时弯曲检测信息，推定对上述管状插入部(I)施加的外力。
10.如权利要求8所述的管状插入装置，其特征在于， 上述操作辅助信息运算部(100)具有如下功能:将对上述管状插入部(I)未施加外力的状态的上述多个弯曲传感器(5)的检测信息、和对上述管状插入部(I)施加了指定的方向和大小的外力的状态的上述多个弯曲传感器(5)的检测信息作为弯曲检测信息而存储，并且参照所存储的该弯曲检测信息，推定对上述管状插入部(I)施加的外力。
11.如权利要求7所述的管状插入装置，其特征在于， 上述管状插入部(I)的上述可挠部(3)沿着插入方向具有可挠性不同的部位， 与可挠性低的部位相比，上述多个弯曲传感器(5)在可挠性高的部位配置得密、或者弯曲传感器的弯曲检测部连续地配置。
12.如权利要求7所述的管状插入装置，其特征在于， 作为上述操作辅助信息，上述操作辅助信息运算部(100)除了运算上述第一外力信息及上述第二外力信息以外，还通过上述多个弯曲传感器(5)的检测信息的组合运算来运算与上述管状插入部(I)的形状有关的形状信息。
13.如权利要求12所述的管状插入装置，其特征在于， 作为上述操作辅助信息，上述操作辅助信息运算部(100)除了运算上述第一外力信息、上述第二外力信息以及上述形状信息以外，还通过基于上述弯曲操作检测传感器(25、26)的检测信息的运算来运算与上述管状插入部(I)的形状操作有关的形状操作信息。
14.一种管状插入装置，其特征在于，具备: 管状插入部(I)，在指定部分具有可挠部(3)； 多个弯曲传感器(5)，分布于上述可挠部(3)而配置； 弯曲操作部(40)，供操作员操作上述管状插入部(I)的弯曲状态； 弯曲操作检测传感器(25、26)，检测上述弯曲操作部(40)的操作量；以及操作辅助信息运算部(100)，通过将上述弯曲操作检测传感器(25、26)的检测信息和上述多个弯曲传感器(5)的检测信息组合并运算，由此提取至少包括与对上述管状插入部(I)施加的外力有关的多个外力信息的操作辅助信息，并能够选择或者并用这多个外力信肩、O
15.一种管状插入装置，其特征在于，具备: 管状插入部(I)，在指定部分具有可挠部(3)； 形状传感器，配置于上述可挠部(3)，对上述可挠部整体的弯曲状态进行检测；以及操作辅助信息运算部(100)，通过对上述管状插入部(I)未施加外力的状态下的上述形状传感器的检测信息与现状的上述形状传感器的检测信息的组合运算，提取操作辅助信息，该操作辅助信息至少包括与对上述管状插入部(I)施加的外力有关的外力信息。
【文档编号】A61B1/00GK103906459SQ201280053010
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年10月26日 优先权日:2011年10月31日
【发明者】山本英二, 东条良, 羽根润, 长谷川润 申请人:奥林巴斯株式会社, 奥林巴斯医疗株式会社