(57)【要約】【課題】挿入部１２の形状、および、ねじれ量γを算出する医療機器１を提供する。【解決手段】被検者１１の内部に挿入する挿入部１２に配設され、挿入部１２の曲げ歪みを検出する複数の第２の検出部であるＦＢＧセンサ部３を有する３本の第１のセンサプローブ２Ａ、２Ｂ、２Ｃと、挿入部１２のねじれ歪みを検出する複数の第２の検出部であるＦＢＧセンサ部３を有する、３本の第１のプローブ２Ａ、２Ｂ、２Ｃに巻回した第２のプローブとを有する複合プローブと、第１の検出部および第２の検出部の検出結果をもとに、挿入部１２の形状、および、ねじれ量γを算出する算出部９Ａとを具備する。【選択図】図２
2010104426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の内部に挿入する挿入体に配設され、前記挿入体の曲げ歪みを検出する複数の第１の検出部と、前記挿入体のねじれ歪みを検出する複数の第２の検出部とを有する複合プローブと、
前記複数の第１の検出部および前記複数の第２の検出部の検出結果をもとに、前記挿入体の形状、および、ねじれ量を算出する算出部とを具備することを特徴とする医療機器。
【請求項２】
前記複合プローブは、前記複数の第１の検出部が軸方向同位置に各々形成された３本以上のプローブで構成される第１のセンサプローブと、前記第１のセンサプローブに巻回された、前記複数の第２の検出部が形成された第２のセンサプローブとからなることを特徴とする請求項１に記載の医療機器。
【請求項３】
前記複合プローブは、前記複数の第１の検出部が軸方向同位置に各々形成された３本以上のプローブで構成されるとともにねじり変形しないシースに収納された第１のセンサプローブと、前記複数の第２の検出部が形成されるとともに前記シースに収納されていない第２のセンサプローブとからなることを特徴とする請求項１に記載の医療機器。
【請求項４】
前記シースが、メッシュチューブにより構成されていることを特徴とする請求項３に記載の医療機器。
【請求項５】
前記複合プローブが、前記３本以上の第１のセンサプローブの前記第１の検出部が形成されたのと軸方向同位置に、ジャイロセンサおよび加速度センサ、または磁界センサのいずれかにより構成された前記第２の検出部とを有することを特徴とする請求項１に記載の医療機器。
【請求項６】
前記算出部が、前記第１のセンサプローブの前記複数の軸方向同位置の前記３個以上の前記第１の検出部の中心点を検出部の位置とし、前記形状を算出することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の医療機器。
【請求項７】
前記第１のセンサプローブおよび前記第２のセンサプローブが、光ファイバに前記第１の検出部または前記第２の検出部であるファイバブラッググレーティングセンサ部が形成されている光ファイバセンサであり、
前記算出部が、前記光ファイバセンサからの反射光の波長シフト量から、前記挿入体の歪み、および、ねじれ量を算出することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の医療機器。
【請求項８】
前記挿入体が、内視鏡の挿入部であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の医療機器。
【請求項９】
前記ねじれ量の閾値を入力する入力部と
前記算出部が算出した前記ねじれ量またはねじれ量の変化量が、前記閾値を超える場合に、警告信号を生成する制御部とを有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の医療機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体に挿入する挿入体に配設した複数の検出部を用いて、挿入体の形状、および、ねじれ量を算出する医療機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検者の体内に挿入する、例えば内視鏡の挿入部等の形状を確認する方法として、特開平６−２６１８５８公報および特開２００７−１３０１５１には、挿入部に歪みセンサを配設することで、挿入部の形状を確認する方法が開示されている。また、特表２００３−５１５１０４号公報および特開２００４−２５１７７９号公報には、光ファイバブラッググレーティング  (Fiber Bragg Grating：以下、「ＦＢＧ」という。)  センサを用い、挿入部の歪みを検出することで、挿入部の形状を確認する方法が開示されている。
【０００３】
ここで、術者が挿入部の基端部をねじれ操作しながら挿入する場合に、挿入部と管腔壁との接触抵抗により、基端部のねじれ操作が先端部まで完全には伝わらず、細長い挿入部に「ねじれ」、言い換えれば、「ひねり」が生じることがある。挿入部の過度の「ねじれ」は、モニタに表示される内視鏡画像の上下左右方向を変化させてしまうだけでなく、挿入されている生体の管腔を変形するおそれもあった。
【０００４】
なお、特開２００３−３８４９２号公報には、手元で回転させた成分が先端部まで正しく伝わらない場合でも、曲がり検出用光ファイバが途中で、ねじれ角度成分として検出するので先端部の位置をほぼ正しく検出できる超音波内視鏡装置が開示されている。しかし、曲がり検出用光ファイバは、曲がりとねじれによる歪をともに検出してしまうために、正確なねじれ角度を検出することは困難であった。
【特許文献１】特開平６−２６１８５８公報
【特許文献２】特開２００７−１３０１５１
【特許文献３】特表２００３−５１５１０４号公報
【特許文献４】特開２００４−２５１７７９号公報
【特許文献５】特開２００３−３８４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の医療機器は、挿入体の形状、および、ねじれ量を算出すること、また、ねじれ量を算出することでより正確な形状を推定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく、本発明の医療機器は、被検体の内部に挿入する挿入体に配設され、前記挿入体の曲げ歪みを検出する複数の第１の検出部と、前記挿入体のねじれ歪みを検出する複数の第２の検出部とを有する複合プローブと、前記複数の第１の検出部および前記複数の第２の検出部の検出結果をもとに、前記挿入体の形状、および、ねじれ量を算出する算出部とを具備する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、挿入体の形状、および、ねじれ量を算出する医療機器を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
＜第１の実施の形態＞  
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態の医療機器１について説明する。  
図１は、本実施の形態の医療機器を使用する状態を説明するための説明図であり、図２は、本実施の形態の医療機器の説明図である。
【０００９】
図１に示した第１の実施の形態の医療機器１は、内視鏡システム１０の内視鏡の挿入部１２の形状、および、ねじれ量を光ファイバブラッググレーティングセンサ部３を用いて検出する。
【００１０】
光ファイバブラッググレーティング  (Fiber Bragg Grating：以下、「ＦＢＧ」という。)  センサ部３は、光ファイバのコア部に屈折率が変化するグレーティング部を形成したものであり、入射光に対してグレーティング部で所定波長の光を反射する。この特定の波長を、ブラッグ（Bragg）波長という。そして、ＦＢＧセンサ部３は、グレーティング部の長手方向に伸び縮みがあると反射光の波長がブラッグ波長から変化するという特性を有している。このため、ＦＢＧセンサ部３は、温度計測、または歪計測等に利用されている。
【００１１】
同じブラッグ波長を有する複数のＦＢＧセンサ部３を１本の光ファイバに形成した光周波数領域リフレクトメトリ多重（ＯＦＤＲ： Optical Frequency Domain Reflectometry）方式のセンサプローブでは、全反射終端である反射器からの反射光とセンサプローブからの反射光とを干渉させることにより、それぞれのＦＢＧセンサ部３がどの程度変形したか、言い換えれば、その程度の歪みを生じたかを検出することができる。このため、ＯＦＤＲ方式のセンサプローブは、例えば、細長い被検出体の歪み検出センサとして利用されている。
【００１２】
内視鏡システム１０は、被検体である被検者１１の内部に挿入し観察または処置を行う医療器具で細長い挿入体である内視鏡の挿入部１２と、挿入部１２を操作するための操作部１３と、内視鏡システム１０全体の制御および画像処理等を行う本体部１５と、内視鏡画像等を表示するモニタ１４とを有する。
【００１３】
挿入部１２の内部を挿通するチャンネルの基端部ＰＥ（Proximal End）側の操作部１３近傍に配設された開口である処置具孔１３Ａから、チャンネル１２Ａ（不図示）内を先端部ＤＥ（Distal End）側まで挿通され挿入部１２と同じ形状に変形するように配設されている。なお、複合プローブ２の挿入部１２への配設は、挿入部１２の形状と複合プローブ２の形状とが実用上問題のない程度に一致すれば、緩やかな固定であっても差し支えない。例えば、前述のようにチャンネルに挿通することで緩やかに固定しても良いし、挿入部１２に予め組み込んでおいても良い。
【００１４】
医療機器１の複合プローブ２は、軸方向同位置に、それぞれＦＢＧセンサ部３が形成された３本の第１のセンサプローブ２Ａ、２Ｂ、２Ｃと、３本の第１のセンサプローブ２Ａ、２Ｂ、２Ｃに螺旋状に巻回されたＦＢＧセンサ部３が形成された第２のセンサプローブ２Ｄとからなる。すなわち、本実施の形態の医療機器１では曲げ歪みを検出する第１の検出部と、ねじれ歪みを検出する第２の検出部とは同じＦＢＧセンサ部３であるが、配置により異なる歪みを検出する。
【００１５】
医療機器１の表示手段は内視鏡システム１０のモニタ１４が兼用しており、モニタ１４は内視鏡画像と同じ画面上に、複合プローブ２の形状、すなわち、挿入部１２の形状を表示する表示領域１４Ａを有する。なお、複合プローブ２はチャンネル１２Ａに挿入するのではなく、挿入部１２に組み込まれていてもよい。
【００１６】
最初に、図３を用いて、「ねじれ」について説明する。細長い弾性体の一端を固定し、他端に偶力を加えてある角度だけ回転させたとき、弾性体に現れる変形、である。挿入部１２を被検者１１の管腔内に挿入中は、術者が基端部ＰＥ側を回転しても、管腔壁と挿入部との摩擦により、回転運動が先端部ＤＥ側まで完全には伝達されず、挿入部１２がひねられた状態となる。
【００１７】
図３に示す、長さＬ、直径ｄ、半径ｒ、の円筒形の場合、一端Ｂ１が固定された状態で、他端Ｂ０が角度γだけ回転したときの、ねじれ量は、ねじれ角度γで示すことができる。
【００１８】
そして、図３において、  
γ≒０のため、ｔａｎγ＝γ  
よって、Ｂ０Ｂ１＝Ｌ×ｔａｎγ＝γＬ  
一方、Ｂ０Ｂ１＝π×ｄ×（φ／２π）＝（ｄ／２）φ  
上記２式より、γＬ＝（ｄ／２）φ  
従って、γ＝（ｄ／２）（φ／Ｌ）  
ここで、単位長さあたりの、ねじれ角をθとすると、（ｄ／２）＝ｒ、（φ／Ｌ）＝θ  
このため、γ＝ｒθ  となる。
【００１９】
ねじれの応力は外周で最大となるが、上記式は、円筒の外周に限ったことではなく、円筒の内部空間でも成り立つ。すなわち、挿入部１２の内部に配設された複合プローブ２においても成立する。
【００２０】
次に、図４および図５を用いて複合プローブ２について説明する。図４は本実施の形態の医療機器の複合プローブの斜視説明図であり、図５は本実施の形態の医療機器の複合プローブの内部構造の説明図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＶＢ―ＶＢ線の断面構造図である。
【００２１】
図４に示すように、複合プローブ２は、３本の第１のセンサプローブ２Ａ、２Ｂ、２Ｃが樹脂２Ｐを介して束ねられた上から第２のセンサプローブ２Ｄが巻回された構造である。すなわち、図５に示すように、複合プローブ２は、３本の第１のセンサプローブ２Ａ、２Ｂ、２Ｃが、金属ワイヤ２Ｍの周囲に樹脂２Ｐを介して束ねられ、その外周部にそって第２のセンサプローブ２Ｄが巻回されている。複合プローブ２は、可撓性を有する。そして、図２に示したように、それぞれの第１のセンサプローブ２Ａ、２Ｂ、２Ｃには、軸方向の同位置に、それぞれＦＢＧセンサ部３が形成されている。複合プローブ２では、３個のＦＢＧセンサ部３が同位置にあるため、その３個のＦＢＧセンサ部３の配設されている挿入部１２の部分の３軸方向の変位を計測することができる。そして、複合プローブ２は、螺旋状の第２のセンサプローブ２Ｄにより、圧縮および伸張の両方向の、ねじれ歪み、言い換えれば、右回りおよび左回りの両方向の、ねじれ歪みを検出する。
【００２２】
次に、図６は本実施の形態の医療機器の全体構成を示す全体構成図であり、図７は本実施の形態の医療機器の一部の構成を示す部分構成図である。
【００２３】
図６に示すように、医療機器１は、複合プローブ２と、本体部１５内に配設された広帯域光を出射する光源６と、光源６から出射した光を複合プローブ２と、反射手段である反射器５とへ供給するため分割する光分割手段であり、かつ、反射器５から反射した光と複合プローブ２のＦＢＧセンサ部３が反射した光を干渉させる干渉手段でもある光学部品であるカプラ７とを有する。すなわち、光分割手段と前記干渉手段とが、ひとつの光学部品であるカプラ７により構成されている。光スイッチ７Ｂは、４本のセンサプローブ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄに、時系列的に順に光を供給する。
【００２４】
また、医療機器１は、カプラ７により干渉光を電気信号に変換し検出する光検出手段である光検出部８と、光検出部８が検出した信号から各ＦＢＧセンサ部３の波長シフト量（ＦＢＧセンサ部３が存在する部分の変形がないときの波長と、変形があったときの波長との差）を算出し、算出した波長シフト量からＦＢＧセンサ部３の変形量を求め、各ＦＢＧセンサ部３の変形量から複合プローブ２の形状、および、ねじれ量を算出する算出手段である算出部９Ａと、医療機器１全体の制御する制御部９Ｂとを有する。
【００２５】
そして図７に示すように、医療機器１では、算出部９Ａは、座標算出手段である座標算出部９Ｃと、形状、および、ねじれ量を算出する形状算出手段である形状算出部９Ｆとを有しており、モニタ１４に挿入部１２の形状、および、ねじれ量を表示する。なお術者は入力手段である入力部１７から挿入部１２の形状表示の形態を変化するための操作等を行う。
【００２６】
ここで、図８および図９を用いてＦＢＧセンサの動作原理について説明する。図８に示すように、ＦＢＧセンサ部３は、光ファイバ４の所定の長さ（例えば５ｍｍ）にわたってコア部４Ａの屈折率が周期的に変化している回折格子（グレーティング）である。ゲルマニウムをドープしたコア部４Ａにマスクを介して紫外線を照射することでフォトリフラクティブ効果によりわずかに屈折率が増加する。これを利用して軸方向に周期的に屈折率の高い部分（格子）を形成させたものがＦＢＧセンサ部３である。なお、図８等における、グレーティングの本数およびコア部軸方向に対するグレーティング幅は、構造を理解しやすいように実際のＦＢＧセンサ部とは異なっている。
【００２７】
そして、図９に示すように、ＦＢＧセンサ部３は、回折格子の間隔ｄ、言い換えれば、周期に応じて、入射光のうち、以下の式）で示す所定波長であるブラッグ波長λＢの光のみを反射する。  
λＢ＝２×ｎ×ｄ      
ここで、ｎはコア部４Ａの実効屈折率である。
【００２８】
例えば、コア部４Ａの実効屈折率ｎが１．４５、ブラッグ波長λＢが１５５０ｎｍの場合には、回折格子の間隔ｄは０．５３μｍ程度になる。
【００２９】
図９は、ＦＢＧセンサ部の作用を説明するための説明図であり、図９（Ａ）は入射光の波長λに対する光の強度を示した図であり、入射光は所定の波長の幅、すなわち、帯域を有する。そして、図９（Ｂ）はＦＢＧセンサ部３により反射された反射光の波長λに対する光の強度を示した図であり、反射光はブラッグ波長λＢの光である。図９（Ｃ）はＦＢＧセンサ部３を通過した入射光の波長λに対する光の強度を示した図であり、透過光にはＦＢＧセンサ部３で反射したブラッグ波長λＢ成分が含まれていない。
【００３０】
そして、上記の式から明らかなように、ＦＢＧセンサ部３が伸びると、回折格子の間隔ｄも大きくなるため、ブラッグ波長λＢは長波長側に移動する。逆に、ＦＢＧセンサ部３が縮むと、回折格子の間隔ｄも小さくなるため、ブラッグ波長λＢは短波長側に移動する。このため、ＦＢＧセンサ部３は、温度、または外力を検出するセンサとして用いることができ、本実施の形態では、複合プローブ２のたわみ量、すなわち、軸方向への曲げ変形量、または、ねじれ量を検出する。
【００３１】
光周波数領域リフレクトメトリ多重（ＯＦＤＲ）方式では、ＦＢＧセンサ部３からの反射光と反射器５からの反射光から干渉光を形成することで、１本のセンサプローブに複数のＦＢＧセンサ部３が形成されていても、それぞれのＦＢＧセンサ部３の変形量を検出できる。
【００３２】
次に、図１０および図１１を用いて、算出部９Ａが行う処理について説明する。図１０は、医療機器の複合プローブ２における座標系を説明するための説明図であり、図１１は医療機器の算出部の処理を説明するための説明図である。
【００３３】
図１０に示すように、３本の第１のセンサプローブ２Ａ〜２Ｃに形成されたＦＢＧセンサ部３は、軸方向に対して等間隔、例えば、２ｃｍ間隔、に形成され、３本の第１のセンサプローブ２Ａ〜２Ｃの、３つのＦＢＧセンサ部３が軸方向に対して同位置に存在する状態で前記挿入体に配設されている。なお、図１０に示すように、単に「ＦＢＧセンサ部３の位置」というときは、軸方向に対して同位置に配置された３個のＦＢＧセンサ部３の中心位置を意味する。
【００３４】
最初に算出部９Ａの座標算出部９Ｃが、ＦＢＧセンサ部３の検出結果を基に、いずれかのＦＢＧセンサ部３の位置Ｓ、より正確には複合プローブ２の軸方向に対して同位置に配置された３個のＦＢＧセンサ部３の中心位置、を原点とする第１の３次元座標系にて、それぞれのＦＢＧセンサ部３の第１の３次元座標を算出する。
【００３５】
座標算出部９Ｃは、例えば、複合プローブ２の最も基端部ＰＥ側の位置に形成された３つのＦＢＧセンサ部３Ａ１１、３Ａ２１、３Ａ３１の中心位置Ｓ１を原点とした第１の３次元座標系であるＸＹＺ１座標系を設定し、ＦＢＧセンサ部３Ａ１１、３Ａ２１、３Ａ３１の変形量から隣の３つのＦＢＧセンサ部３Ａ１２、３Ａ２２、３Ａ３２の中心位置Ｓ２（ｘ２、ｙ２、ｚ２）と向き（ｖｘ２、ｖｙ２、ｖｚ２）とを算出部９Ａが算出する。
【００３６】
座標算出部９Ｃは、さらに、算出したＦＢＧセンサ部３Ａ１２、３Ａ２２、３Ａ３２の中心位置Ｓ２（ｘ２、ｙ２、ｚ２）と向き（ｖｘ２、ｖｙ２、ｖｚ２）とから、次の３つのＦＢＧセンサ部３３Ａ１３、３Ａ２３、３Ａ３３の中心位置Ｓ３を基準の原点とした座標系ＸＹＺ２への変換マトリックスＴ１２を、以下の（式１）を用いて算出する。
【００３７】
（式１）
2010104426.tif 000003
ただし、ｒｉｊ（ｉ＝１、２、３  ：  ｊ＝１、２、３）は座標系ＸＹＺ１から座標系ＸＹＺ２への回転（座標系ＸＹＺ２のＺ軸と向き（ｖｘ２、ｖｙ２、ｖｚ２）から回転行列を算出）、ｔｘ、ｔｙ、ｔｚは平行移動（位置（ｘ２、ｙ２、ｚ２）と同じ）を表す。
【００３８】
同様に、設定された座標系ＸＹＺ２の隣に存在する３つのＦＢＧセンサ部３Ａ１３、３Ａ２３、３Ａ３３の中心位置Ｓ３（ｘ３、ｙ３、ｚ３）と向き（ｖｘ３、ｖｙ３、ｖｚ３）とを座標算出部９Ｃが算出し、変換マトリックスＴを算出する。座標算出部９Ｃは同様の処理を繰り返し、最終的には、先端部ＤＥに最も近接した３つのＦＢＧセンサ部３Ａ１ｎ、３Ａ２ｎ、３Ａ３ｎの中心位置Ｓｎ（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）と向き（ｖｘｎ、ｖｙｎ、ｖｚｎ）と変換マトリックスＴｎn-1を求める。
【００３９】
そして、座標算出部９Ｃは変換マトリックスを用いて、各３つのＦＢＧセンサ部３の中心位置Ｓを、座標系ＸＹＺ１に変換する。例えば、３つのＦＢＧセンサ部３Ａ１ｉ、３Ａ２ｉ、３Ａ３ｉの中心位置Ｓｉを基準とした座標系で３つのＦＢＧセンサ部３Ａ１ｉ＋１、３Ａ２ｉ＋１、３Ａ３ｉ＋１の中心位置Ｓi+1（ｘｉ＋１、ｙｉ＋１、ｚｉ＋１）と向き（ｖｘｉ＋１、ｖｙｉ＋１、ｖｚｉ＋１）が算出された場合、ＸＹＺ１座標系での（ｘｗi+1、ｙｗi+1、ｚｗi+1）位置は以下の（式２）により算出される。
【００４０】
（式２）
2010104426.tif 000004
座標算出部９Ｃは同様にすべての位置の３つのＦＢＧセンサ部３の中心位置ＳをＸＹＺ１座標系に変換し、形状算出部９Ｆは変換された座標を接続し補間処理等を行うことにより複合プローブ２の３次元形状、すなわち、複合プローブ２が配設された挿入部１２の３次元形状を算出する。
【００４１】
さらに医療機器１の算出部９Ａは、第２のセンサプローブ２Ｄの変形量から、ねじれ歪みを算出する。第２のセンサプローブ２Ｄは巻回方向と同じ方向の、ねじれ歪みの場合には、圧縮されるため、ブラッグ波長λＢが短波長側にシフトし、巻回方向と逆方向の、ねじれ歪みの場合には、伸張されるため、ブラッグ波長λＢが長波長側にシフトする。第２のセンサプローブ２Ｄは、さらに、挿入部１２の曲げ歪みの影響により変形するが、曲げ歪みによる変形量は第１のセンサプローブ２Ａ〜２Ｃにより算出されている。このため、算出部９Ａは、第２のセンサプローブ２Ｄの変形量から、曲げ歪みによる変形量を除くことで、ねじれ歪みによる変形量のみを算出することができる。
【００４２】
なお、算出部９Ａは、ねじれ歪みによる変形量と、ねじれ量γとの関係を実測により算出し、図示しないメモリ部に、数値テーブルまたは計算式として記憶している。
【００４３】
本実施の形態の医療機器１は、挿入部１２の形状だけでなく、ねじれ量γを算出し、モニタ１４に表示する。このため、術者は、ねじれ操作により、挿入部１２にねじれが発生しているかを知ることができるため、より適切な操作を行うことができる。
【００４４】
また、ねじれ量を加味して、挿入部１２の２次元形状を補正しモニタ１４に表示することでも術者はより適切な操作を行うことができる。補正は変換マトリックスＴｎn-1にねじれにより回転マトリックスを作用させればよい。
【００４５】
なお、ねじれ量γの表示方法は、モニタ１４に基端部ＰＥと先端部ＤＥの間のねじれ角度を数字で表示しても良いし、モニタ１４に表示した挿入部１２の曲線に重畳して、ねじれ量に応じた色を表示し、どの部分で、どの程度ねじれが発生しているか色で表示してもよい。
【００４６】
また、医療機器１は、予め入力部１７等を介して入力され設定されたねじれ量γの閾値をもとに、算出部９Ａが算出したねじれ量γまたはねじれ量の変化量が、閾値を超えた場合には、制御部９Ｂが警告信号を生成してもよい。医療機器１では、制御部９Ｂが生成した警告信号により、モニタ１４に警告を表示したり、図示しない警告発生手段により警告音または振動等を発生したりするため、術者は管腔を変形するような大きく急激なねじり操作を行うことがない。
【００４７】
さらに、医療機器１では、算出部９Ａが算出したねじれ量γをもとに、制御部９Ｂ等がモニタ１４に表示する内視鏡画像を回転し、常に同じ上下左右の関係で表示するようにしてもよい。
【００４８】
なお、ＦＢＧセンサ部３を有するセンサプローブの替わりに、歪みケージ等の歪み検出部を有するセンサプローブを用いて、挿入部１２の各部の変形を検出してもよい。
【００４９】
なお、本実施の形態の医療機器１では、挿入部１２の３次元形状を測定するために、３本の第１のセンサプローブ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを用いているが、３本以上であればよい。例えば、測定精度向上のため４本の第１のセンサプローブを用いてもよい。さらに、より長い範囲を測定するために、例えば、３の倍数の本数の第１のセンサプローブを用いてもよい。すなわち、３本１組の第１のセンサプローブを複数組用いＦＢＧセンサ部３が形成されている領域をずらして挿入部１２長手方向に配設した複合プローブを用いてもよい。
【００５０】
さらに、本実施の形態の医療機器１では、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）方式のセンサプローブを用いることも可能である。
【００５１】
＜第２の実施の形態＞  
以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態の医療機器１Ｂについて説明する。医療機器１Ｂの構成および動作は、第１の実施の形態の医療機器１と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。  
図１２は、第２の実施の形態の医療機器の構成図であり、図１３は第２の実施の形態の医療機器の複合プローブの内部構造の説明図であり、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）のＸＩＩＩＢ―ＸＩＩＩＢ線の断面構造図である。
【００５２】
図１２および図１３に示すように、本実施の形態の医療機器１Ｂの複合プローブ６２は、メッシュチューブにより構成されているシース６１に収納され、一体化された３本の第１のセンサプローブ２Ａ、２Ｂ、２Ｃと、シース６１に収納されていない第２のセンサプローブ２Ｄとからなる。第１のセンサプローブ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、および、第２のセンサプローブ２Ｄの、それぞれのＦＢＧセンサ部３は、軸方向同位置に形成されている。
【００５３】
第１のセンサプローブ２Ａ、２Ｂ、２ＣのＦＢＧセンサ部３が、曲げ歪みを検出する第１の検出部であり、第２のセンサプローブ２ＤのＦＢＧセンサ部３が、ねじれ歪みを検出する第２の検出部である。第２のセンサプローブ２ＤのＦＢＧセンサ部３は、曲げ歪みによっても変形するが、第１の実施の形態の医療機器１で説明したように、算出部９Ａは、第２のセンサプローブ２Ｄの変形量から、曲げ歪みによる変形量を除くことで、ねじれ歪みによる変形量のみを算出することができる。
【００５４】
シース６１としては、平板のステンレスをらせん状に巻いたライナーチューブを網組み状のＳＵＳ線材で被覆したライナーブレードチューブの実施例を示したが、曲げ変形してもねじれ変形しにくい構造であればよい。中空の芯線に左巻き右巻きを数層にわたって巻いた中空状のフレキシブルシャフトでも良い。センサプローブ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを接着剤で一体化し、一体化したプローブをシース６１の両端のみで固定するという形でも良い。また、複合プローブ６２は図４で示した原理により、できるだけ中央部におくことが理想的である。
【００５５】
本実施例の形態の医療機器１Ｂは、第１の実施の形態の医療機器１が有する効果に加えて、センサプローブ２Ｄを螺旋状に配する必要がないため、製作が容易となる。また、複合プローブ６２の強度も上がるという利点がある。
【００５６】
＜第３の実施の形態＞  
以下、図面を参照して本発明の第３の実施の形態の医療機器１Ｃについて説明する。医療機器１Ｃの構成および動作は、第１の実施の形態の医療機器１と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。  
図１４は、第３の実施の形態の医療機器の構成図であり、図１５、図１６および図１７は第３の実施の形態の医療機器のねじれ歪みを検出するセンサの説明図である。
【００５７】
図１４示すように、本実施の形態の医療機器１Ｃの複合プローブ７２は、３本の第１のセンサプローブ２Ａ、２Ｂ、２ＣのＦＢＧセンサ部３が形成されたのと軸方向同位置に、ねじれ歪みを検出する第２の検出部であるセンサ７１が配設されている。センサ７１は電気的なセンサであり、例えば、ジャイロセンサ７１Ａおよび加速度センサ７１Ｂ、または磁界センサ７１Ｃのいずれかである。
【００５８】
図１５に示すように、センサ７１としてジャイロセンサ７１Ａおよび加速度センサ７１Ｂを用いた医療機器１Ｃでは、それぞれの加速度センサ７１Ｂにより、それぞれのセンサ７１が配設されている複合プローブ７２の部分の重力方向７３を検知することにより、算出部９Ａが、複合プローブ７２のそれぞれの部分の初期角度θ０を算出する。
【００５９】
ここで、加速度センサ７１Ｂの出力をＡ、重力加速度をｇとすると、初期角度θ０は以下のように算出される。
【００６０】
０＝Ａ−（ｓｉｎθ０）×ｇ  
θ０＝ｓｉｎ−１（Ａ／ｇ）  
そして、挿入部１２の初期角度θ０からの回転量をジャイロセンサ７１Ａが、検出することにより、算出部９Ａは、それぞれのセンサ７１が配設されている複合プローブ７２の部分の回転量を算出する。
【００６１】
すなわち、図１６に示す、ある時点におけるセンサ７１が配設されている複合プローブ７２の部分の水平面に対する角度θは、以下のように、ジャイロセンサ７１Ａの出力ωを積分することにより算出される。  
θ＝∫ωｄｔ＋θ０
以上の説明と同様の方法で、算出部９Ａは、複合プローブ７２のそれぞれの場所に配設された、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の３個のジャイロセンサ７１Ａ１、７１Ａ２、７１Ａ３、および３個の加速度センサ７１Ｂ１、７１Ｂ２、７１Ｂ３の出力から、複合プローブ７２の軸方向に対する回転角を算出する。さらに、複合プローブ７２の複数のセンサ７１の角度θから、挿入部１２全体のねじれ量γを算出する。
【００６２】
本実施の形態の医療機器１Ｃは、第１の実施の形態の医療機器１と同様の奏することができるだけでなく、センサ７１は完全に曲げ歪の影響を受けない条件下でねじれ量ｒを算出することが可能である。
【００６３】
なお、図１７に示すように、センサ７１として磁界センサ７１Ｃを用いた医療機器１Ｄでは、それぞれの磁界センサ７１Ｃが配設されている複合プローブ７２の部分の地磁気方向７４を検知することにより、算出部９Ａが、複合プローブ７２のそれぞれの部分の角度θを算出する。すなわち、医療機器１Ｄでは、ＭＲセンサ、ホール素子またはコイル等を用いた３軸の磁界センサ７１Ｃにより、初期角度θ０からの回転角度を検出することで、算出部９Ａが、ねじれ量γを算出する。
【００６４】
本実施の形態の医療機器１Ｄは、医療機器１Ｃと同様の効果を奏することができるだけでなく、センサ７１は地磁気ベクトルという絶対的な向きを利用することにより、ねじれ量rをさらに容易に計算することが可能である。
【００６５】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１の実施の形態の医療機器を使用する状態を説明するための説明図である。
【図２】第１の実施の形態の医療機器の説明図である。
【図３】ねじれについて説明するための説明図である。
【図４】第１の実施の形態の医療機器の複合プローブの斜視説明図である。
【図５】第１の実施の形態の医療機器の複合プローブの内部構造の説明図である。
【図６】第１の実施の形態の医療機器の全体構成を示す全体構成図である。
【図７】第１の実施の形態の医療機器の一部の構成を示す部分構成図である。
【図８】ＦＢＧセンサの動作原理について説明するための説明図である。
【図９】ＦＢＧセンサの動作原理について説明するための説明図である。
【図１０】第１の実施の形態の医療機器の複合プローブにおける座標系を説明するための説明図である。
【図１１】第１の実施の形態の医療機器の算出部の処理を説明するための説明図である。
【図１２】第２の実施の形態の医療機器の構成を示す構成図である。
【図１３】第２の実施の形態の医療機器の複合プローブの内部構造の説明図である。
【図１４】第３の実施の形態の医療機器の構成を示す構成図である。
【図１５】第３の実施の形態の医療機器のねじれ歪みを検出するセンサの説明図である。
【図１６】第３の実施の形態の医療機器のねじれ歪みを検出するセンサの説明図である。
【図１７】第３の実施の形態の医療機器のねじれ歪みを検出するセンサの説明図である。
【符号の説明】
【００６７】
１、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ…医療機器
２、６２、７２…複合プローブ
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…第１のセンサプローブ
２Ｄ…第２のセンサプローブ
２Ｍ…金属ワイヤ
２Ｐ…樹脂
３…光ファイバブラッググレーティングセンサ部
４…光ファイバ
４Ａ…コア部
５…反射器
６…光源
７…カプラ
７Ｂ…光スイッチ
８…光検出部
９Ａ…算出部
９Ｂ…制御部
９Ｃ…座標算出部
９Ｆ…形状算出部
１０…内視鏡システム
１１…被検者
１２…挿入部
１２Ａ…チャンネル
１３…操作部
１３Ａ…処置具孔
１４…モニタ
１４Ａ…表示領域
１５…本体部
１７…入力部
６１…シース
７１…センサ
７１Ａ…ジャイロセンサ
７１Ｂ…加速度センサ
７１Ｃ…磁界センサ
７３…重力方向
７４…地磁気方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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