插入装置的制作方法

本发明涉及自行旋转式的插入装置。

背景技术：

通常内窥镜装置等插入装置被插入到管腔内。在这种插入装置中，公知有被称为自行旋转式等的插入装置。在自行旋转式的内窥镜装置中，例如在插入部的外周面上设置有被称为螺旋管等的旋转壳体，该旋转壳体形成有螺旋形状的翅片。当旋转壳体进行旋转时，形成在旋转壳体上的翅片与管腔内壁接触而产生应力。插入部通过该应力在插入方向或拔出方向上自行移动。例如在日本特开2014-064686号公报中公开了与这种自行旋转式的插入装置有关的方案。

技术实现要素：

通常的插入装置具有转矩限制功能，在用于使旋转壳体进行旋转的马达的驱动电流为阈值以上时使马达的旋转停止。这里，通常的插入部装置例如具有构成为沿着管腔内的壁面弯曲自如的弯曲部。在设置有旋转壳体的弯曲部的弯曲变大的状态下，为了使旋转壳体进行旋转而使所需的驱动电流的值增大。在该情况下，以比原本的想要使转矩限制功能进行动作的负荷小的负荷来使转矩限制功能进行动作。

本发明是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于，提供无论弯曲部的弯曲形状如何都能够在施加了一定的负荷时使转矩限制功能进行动作的插入装置。

为了实现上述的目的，本发明的一个方式的插入装置具有：插入部，其构成为弯曲自如；旋转壳体，其在所述插入部的外周面上被设置为能够绕长度轴旋转；马达，其使所述旋转壳体进行旋转；驱动控制部，其向所述马达提供驱动电流而对所述马达的驱动进行控制；转矩限制值保持部，其对作为所述驱动电流的上限值的转矩限制值进行保持；驱动电流检测部，其对所述驱动电流进行检测；以及转矩限制值校正部，其根据对所述插入部的弯曲形状进行检测的弯曲形状检测部所检测出的弯曲形状，对所述转矩限制值保持部所保持的转矩限制值进行校正。

根据本发明，能够提供无论弯曲部的弯曲形状如何都能够在施加了一定的负荷时使转矩限制功能进行动作的插入装置。

附图说明

图1是示出作为本发明的一个实施方式的插入装置的一例的内窥镜系统的结构的概略的图。

图2a是示出基本状态下的弯曲形状的图。

图2b是示出多弯曲状态下的弯曲形状的图。

图3a是示出基本状态的转矩限制设定表的例子的图。

图3b是示出多弯曲状态的转矩限制设定表的例子的图。

图4是旋转控制的流程图。

图5是转矩限制控制的流程图。

图6是转矩限制值的校正控制的流程图。

图7a是示出u字形旋转的插入部的图。

图7b是示出具有环形状的插入部的图。

图8是考虑了未设置螺旋管的部分的弯曲形状的转矩限制设定表。

图9是曲率半径与转矩限制值的直线近似式的例子。

图10是构成为将作为形状检测传感器的upd探针和形状识别装置组合而对插入部的弯曲形状进行检测的内窥镜系统1的结构例。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是示出作为本发明的一个实施方式的插入装置的一例的内窥镜系统的结构的概略的图。如该图所示，内窥镜系统1具有内窥镜100、控制单元200以及旋转操作单元360。

内窥镜100是自行旋转式的内窥镜，其具有插入部110。插入部110为细长形状，其构成为插入到活体内。另外，内窥镜100具有操作部160，该操作部160安装在插入部110上，用于进行内窥镜100的各种操作。操作部160由使用者进行保持。内窥镜100的操作部160和控制单元200通过通用线缆190进行连接。以下，将插入部110的前端的一侧称为前端侧。另外，将插入部110的设置有操作部160的一侧称为基端侧。将从插入部110的前端侧沿着基端侧的方向设为长度方向。

插入部110具有前端硬性部112、弯曲部114以及软管部116。前端硬性部112是插入部110的最前端的部分，具有不会弯曲的结构。

前端硬性部112具有摄像元件120。摄像元件120例如生成基于插入部110的前端侧的被摄体像的图像信号。摄像元件120所生成的图像信号经由穿过插入部110和通用线缆190的图像信号线而传递给控制单元200的图像处理部201。弯曲部114是形成在前端硬性部112的基端侧的部分，构成为根据设置在操作部160上的未图示的操作部件的操作而主动弯曲。软管部116是形成在弯曲部114的基端侧的部分，通过外力而被动弯曲。

在软管部116上安装有旋转部130。另外，在旋转部130的前端侧安装有作为旋转壳体的螺旋管132。旋转部130将内置在操作部160中的马达150的驱动力传递到螺旋管132。另外，螺旋管132例如由橡胶或树脂等软性材料形成为筒形状。在该螺旋管132的外周面上沿着螺旋管132的长度轴设置有螺旋形状的翅片134。另外，螺旋管132也可以构成为能够从旋转部130取下。

另外，在插入部110的内部设置有形状检测传感器118。形状检测传感器118是用于对安装在插入部110上的螺旋管132的弯曲形状进行检测的传感器，该形状检测传感器118被配置成能够对插入部110中的至少设置有螺旋管132的部分的一个部位(优选多个部位)的弯曲形状进行检测。当然，形状检测传感器118也可以被配置成能够对插入部110的整体的弯曲形状进行检测。形状检测传感器118的输出信号经由穿过插入部110和通用线缆190的传感器信号线而传递给控制单元200的弯曲形状检测部204。作为形状检测传感器118，例如使用输出与插入部110的弯曲(应变)对应的信号的应变传感器、通过检测来自内置在插入部中的线圈的磁场来检测形状的upd(插入形状观测装置)、根据光入射到内置在插入部中的光传感器上的入射量来检测形状的传感器等。本实施方式中的形状检测传感器118只要能够对插入部110的形状进行检测，则并不限于特定的构造的传感器。

另外，旋转部130与马达150连接。马达150经由穿过操作部160和通用线缆190的致动器电流信号线而与控制单元200的驱动控制部202连接。

马达150通过使用了旋转操作单元360的操作而进行动作。马达150的旋转力被传递给旋转部130。其结果是，设置在螺旋管132上的翅片134绕着长度轴进行旋转。当翅片134例如在与管腔内壁之类的壁部接触的状态下进行旋转时，产生使插入部110自行移动的应力。例如在小肠或大肠中，通过使翅片134拉拽存在于小肠或大肠的内壁的褶皱而对插入部110作用应力。插入部110通过该应力而自行移动。通过使插入部110自行移动来辅助使用者进行插入部110的插入作业和拔出作业。另外，马达150具有脉冲产生部。脉冲产生部生成与马达150的旋转速度对应的脉冲信号(旋转速度信号)，将旋转速度信号经由穿过通用线缆190的旋转速度信号线输入给控制单元200。根据该旋转速度信号来控制马达150的旋转速度。

旋转操作单元360例如是脚踏开关。脚踏开关具有供使用者踩压的踏板，该脚踏开关产生与踏板的踩压强度对应的指令信号。

控制单元200对内窥镜系统1的各部进行控制。控制单元200具有图像处理部201、驱动控制部202、转矩限制值保持部203、弯曲形状检测部204、形状判定部205以及转矩限制值校正部206。

图像处理部201对经由插入部110和通用线缆190而输入给图像处理部201的图像信号实施图像处理。另外，图像处理部201通过将处理后的图像信号输入给未图示的显示单元而使显示单元显示内窥镜图像。

驱动控制部202例如由asic构成，其取入旋转操作单元360所生成的指令信号而获取指令值。另外，驱动控制部202获取马达150的旋转速度信号。并且，驱动控制部202根据指令值和旋转速度信号来生成驱动电流。另外，将驱动电流提供给马达150而对马达150进行驱动。另外，驱动控制部202具有驱动电流检测部2021，该驱动控制部202对驱动电流值和转矩限制值保持部203所保持的转矩限制值进行比较，当驱动电流为转矩限制值以上时使马达150的旋转停止。通过这样的转矩限制功能，能够抑制马达150产生过度的转矩。因此，能够减少对管腔内壁施加不必要的力的可能性。

转矩限制值保持部203对作为驱动电流的上限值的转矩限制值进行保持，该转矩限制值是用于使转矩限制功能进行动作的阈值。转矩限制值保持部203例如由非易失性存储器构成。

弯曲形状检测部204根据形状检测传感器118的输出对螺旋管132的弯曲形状进行检测。弯曲形状例如通过曲率半径[mm]来表示。在该情况下，弯曲形状检测部204根据形状检测传感器118的输出来计算曲率半径。

形状判定部205对弯曲形状检测部204所检测出的弯曲形状符合预先设定的螺旋管132的哪个特征的弯曲状态进行判定，将表示该判定结果的信号与作为螺旋管132的弯曲形状的曲率半径的信息一起输入给转矩限制值校正部206。预先设定的弯曲状态例如是(1)基本状态和(2)多弯曲状态这两个状态。

如图2a所示，基本状态是指与螺旋管132没有弯曲的伸直状态相比螺旋管132的1点发生弯曲的状态。在图2a中，示出了螺旋管132以曲率半径r＝100[mm]弯曲的例子和螺旋管132以曲率半径r＝50[mm]弯曲的例子。

如图2b所示，多弯曲状态是指与伸直状态相比螺旋管132的多点分别在不同的方向上弯曲的状态。在图2b中，示出了螺旋管132的基端侧的1点按照上凸的方式以曲率半径r1＝50[mm]弯曲，前端侧的1点按照下凸的方式以曲率半径r2＝100[mm]弯曲的例子。螺旋管132实际上能够在上下方向和左右方向上弯曲。当螺旋管132在上下方向和左右方向这两方上发生弯曲的情况下，即使是1点在各个方向上发生了弯曲，也被视为多弯曲状态。

转矩限制值校正部206具有存储了与弯曲形状对应的转矩限制值的转矩限制设定表2061，该转矩限制值校正部206从转矩限制设定表2061获取与形状判定部205所判定的弯曲形状对应的转矩限制值ith_t而进行校正以改写转矩限制值保持部203的设定。

通常，内窥镜的插入部以因弯曲而硬度变硬的方式进行变化。这里，当插入部中的安装有螺旋管的部分变硬时，螺旋管进行旋转所需的马达的转矩也增加。在该转矩为转矩限制值以上的情况下，无法使螺旋管进行旋转。因此，在本实施方式中，按照弯曲量越大(即曲率半径越小)则转矩限制值的大小越大的方式进行校正。转矩限制设定表2061是将这样的曲率半径与转矩限制值的关系进行存储而得到的表。对基本状态和多弯曲状态分别设置了转矩限制设定表。

图3a是基本状态的转矩限制设定表的例子。在基本状态的转矩限制设定表中，在曲率半径r＝400[mm]以上的情况下，弯曲对转矩限制功能的影响等同于伸直状态。以这样的曲率半径r＝400[mm]为基准，在与曲率半径r＝400[mm]相比曲率半径r变小的情况下，转矩限制值ith_t也与其对应地依次变小。转矩限制值ith_t的实际的值例如是通过实验或数值解析得到的，图3a的值只是一例。

图3b是多弯曲状态的转矩限制设定表的例子。多弯曲状态的转矩限制设定表也基本上以曲率半径r＝400[mm]为基准，与曲率半径r＝400[mm]相比曲率半径越小则转矩限制值越小。但是，在多弯曲状态下，通过两个曲率半径r1、r2的组合来确定最终的转矩限制值ith_t。转矩限制值ith_t的实际的值例如是通过实验或数值解析得到的，图3b的值只是一例。另外，作为多弯曲状态，也考虑了3点以上的弯曲。但是，由于螺旋管的长度是限定的(最大长度为300[mm]左右)，因此可认为几乎不会产生比图3b所示的还难的3点以上的弯曲。因此，图3b那样的转矩限制设定表的设定是有效的。

以下，对本实施方式的内窥镜系统1的动作进行说明。图4是内窥镜100的马达150的旋转控制的流程图。图5是转矩限制控制的流程图。图6是转矩限制值的校正控制的流程图。图4、图5、图6的控制例如是非同步进行的。当然，图4、图5、图6的控制也可以同步进行。

首先，参照图4对旋转控制进行说明。图4的处理是通过驱动控制部202进行的。例如当内窥镜系统1的电源接通时，开始图4的处理。在步骤s101中，驱动控制部202从旋转操作单元360接受指令信号，根据该指令信号来获取与使用者对旋转操作单元360的踏板的踩压对应的旋转速度的指令值。

在步骤s102中，驱动控制部202接受来自马达150的脉冲产生部的旋转速度信号，根据该旋转速度信号获取旋转速度的当前值。

在步骤s103中，驱动控制部202生成对应于指令值与当前值的偏差的驱动电流信号。并且，驱动控制部202将所生成的驱动电流信号提供给马达150而对马达150进行驱动。然后，处理返回到步骤s101。

接着，参照图5对转矩限制控制进行说明。图5的处理是通过驱动控制部202进行的。例如当开始图4的旋转控制时，开始图5的处理。在步骤s201中，驱动控制部202根据当前的驱动电流信号获取当前的驱动电流值imtr。

在步骤s202中，驱动控制部202对驱动电流值imtr和当前的转矩限制值保持部203所保持的转矩限制值ith进行比较，对是否为imtr＜ith进行判定。当在步骤s202中判定为imtr＜ith的情况下，处理返回到步骤s201。当在步骤s202中判定为不是imtr＜ith的情况下，处理转移到步骤s203。

在步骤s203中，驱动控制部202通过停止驱动电流信号向马达150的提供而使转矩限制功能进行动作。然后，处理结束。在转矩限制功能进行了动作之后，例如当解除踏板的踩压时，转矩限制功能被解除。当转矩限制功能被解除时，再次进行图5的处理。

接着，参照图6对转矩限制校正控制进行说明。图6的处理是通过弯曲形状检测部204、形状判定部205和转矩限制值校正部206进行的。例如当内窥镜系统1的电源接通时，开始图6的处理。在步骤s301中，弯曲形状检测部204根据形状检测传感器118的输出对插入部110的弯曲形状进行检测。例如当设置有形状检测传感器118以便能够对螺旋管132的多个部位的形状进行检测时，弯曲形状检测部204计算出各个部位的曲率半径来作为螺旋管132的弯曲形状。

在步骤s302中，形状判定部205对弯曲形状检测部204所检测出的弯曲形状符合基本状态和多弯曲状态中的哪个状态进行判定，将表示该判定结果的信号与作为螺旋管132的弯曲形状的曲率半径的信息一起输入给转矩限制值校正部206。形状的判定例如是通过判定多点的曲率半径是否小于表示伸直状态的400mm而进行的。在多点的曲率半径小于表示伸直状态的400mm的情况下，判定为多弯曲状态。

在步骤s303中，转矩限制值校正部206根据弯曲形状的判定结果，选择图3a所示的基本状态的转矩限制设定表和图3b所示的多弯曲状态的转矩限制设定表中的任意一个。

并且，转矩限制值校正部206从所选择的转矩限制设定表中获取与预先计算出的曲率半径对应的转矩限制值ith_t。

在步骤s304中，转矩限制值校正部206对转矩限制值保持部203所保持的转矩限制值ith和在步骤s303中获取的转矩限制值ith_t是否不同进行判定。当在步骤s304中判定为转矩限制值ith和转矩限制值ith_t没有不同的情况下，处理返回到步骤s301。在该情况下，按照转矩限制值保持部203到目前为止所保持的转矩限制值ith进行图5的转矩限制控制。当在步骤s304中判定为转矩限制值ith和转矩限制值ith_t不同的情况下，处理转移到步骤s305。在步骤s305中，转矩限制值校正部206进行将步骤s304中的转矩限制值ith置换为转矩限制值ith_t的校正。然后，处理返回到步骤s301。在该情况下，按照置换后的转矩限制值ith进行图5的转矩限制控制。

如上述说明的那样，根据本实施方式，通过根据螺旋管132的弯曲形状对转矩限制值进行校正，即使螺旋管132的弯曲形状发生了变化，也能够在实际施加给螺旋管132的负荷相同的状态下使转矩限制功能进行动作。

【变形例1】

以下，对本实施方式的变形例进行说明。上述的实施方式的转矩限制值校正部206根据螺旋管132的弯曲形状对转矩限制值进行校正。除此之外，也可以根据未设置螺旋管132的部分的弯曲形状对转矩限制值进行校正。例如在如图7a所示的那样插入部110的前端为u字形旋转的情况下或在如图7b所示的那样在插入部110的中途呈环形的情况下，即使不是翅片134的部分，也会给马达150的旋转带来影响。因此，更优选也考虑了这样的插入部110的形状而对转矩限制值进行校正的结构。

图8是考虑了未设置螺旋管132的部分的弯曲形状的转矩限制设定表。该转矩限制设定表是对使用图3a或图3b获取的转矩限制值ith_t1(上述的转矩限制值ith_t)进一步进行校正的表。在该表中，例如通过曲率半径ri[mm]和环角度r[deg]来定义插入部110的弯曲形状。环角度r是绕以插入部110的弯曲部分为圆周的圆弧的中心点的角度。

在图8的例子中，在插入部110的弯曲形状中的曲率半径ri为ri＞200[mm](即没那么大弯曲)的情况下，不受环角度r的影响。另一方面，在ri为200[mm]以下的情况下，ri越小且环角度r越大，则转矩限制值ith_t2的值越小。转矩限制值ith_t2的实际的值例如是通过实验或数值解析得到的，图8的值只是一例。另外，除了使用图8的转矩限制设定表对转矩限制值进一步进行校正以外，本处理原封不动地应用了上述的实施方式的方法。因此，省略了说明。

在以上说明的变形例1中，还根据螺旋管132以外的部分的插入部110的弯曲形状对转矩限制值进行校正，从而能够进行更准确的转矩限制控制。

【变形例2】

在上述的实施方式和变形例中，参照表对转矩限制值进行校正。但是，转矩限制值的校正也可不必通过参照表来进行。例如，转矩限制值校正部206也可以构成为：当曲率半径r和转矩限制值ith_t能够以图9所示那样的直线式ith_t＝f(r)(f为一次函数)近似时，代替表而使用该直线式来进行校正。图9是直线近似的例子，在能够进行曲线近似的情况下也是同样的。

【变形例3】

在上述的实施方式和变形例中，弯曲形状检测部和形状判定部设置在控制单元200的内部。但是，弯曲形状检测部和形状判定部也可以设置在控制单元200的外部。另外，形状检测传感器也可以不设置在插入部110的内部。图10是构成为将作为形状检测传感器118的upd探针和形状识别装置400组合而对插入部110的弯曲形状进行检测的内窥镜系统1的结构例。

在形状识别装置400上安装有作为形状检测传感器118的upd探针。upd探针例如经由设置在操作部160上的处置器具口402而插入到插入部110的内部。

形状识别装置400具有弯曲形状检测部404和形状判定部406。弯曲形状检测部404具有与弯曲形状检测部204同样的结构，其根据upd探针的输出对螺旋管132的弯曲形状进行检测。形状判定部406具有与形状判定部205同样的结构，其对弯曲形状检测部404所检测出的弯曲形状符合预先设定的螺旋管132的哪个特征的弯曲状态进行判定，通过控制单元200与形状识别装置400之间的设备间通信将表示该判定结果的信号与作为螺旋管132的弯曲形状的曲率半径的信息一起输入给转矩限制值校正部206。转矩限制值校正部206根据形状判定部406所判定的弯曲形状进行校正以改写转矩限制值保持部203的设定。

根据图10那样的结构，能够将弯曲形状检测部和形状判定部与控制单元200分开设置。另外，形状检测传感器也可以与内窥镜100分开设置。

根据以上实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限于上述的实施方式，当然可以在本发明的主旨的范围内进行各种变形或应用。

另外，上述的实施方式的各处理也可以预先存储为能够供作为计算机的cpu等执行的程序。除此之外，还可以保存在存储卡、磁盘、光盘、半导体存储器等外部存储装置的存储介质中而进行散布。并且，cpu等对存储在该外部存储装置的存储介质中的程序进行读取并通过该读取出的程序对动作进行控制，从而能够执行上述的处理。