(57)【要約】      （修正有）【課題】湾曲可能な医療器具を使用する上で、医療器具本体が過負荷によって損傷するリスクを低減する内視鏡・カテーテル等の湾曲可能で誘導可能な医療器具の提供。【解決手段】変形部３と、変形部３を変形させるためのワイヤ４Ａ，４Ｂと、ワイヤ４Ａ，４Ｂへ駆動力を伝えるための駆動部２Ａ，２Ｂと、を有する医療器具であって、変形部３に加わる負荷を検出する負荷検出部７を有し、負荷検出部７が検出する負荷が、閾値を超えた場合、駆動部２Ａ，２Ｂは、ワイヤ４Ａ，４Ｂと駆動力との接続を切断する。【選択図】図１
2013248119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形部と、
前記変形部を変形させるためのワイヤと、
前記ワイヤへ駆動力を伝えるための駆動部と、を有する医療器具であって、
前記変形部に加わる負荷を検出する負荷検出部を有し、
前記負荷検出部が検出する負荷が、閾値を超えた場合、前記駆動部は、前記ワイヤと前記駆動力との接続を切断することを特徴とする医療器具。
【請求項２】
前記ワイヤは、前記変形部の断面の中心よりも外側に挿通して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の医療器具。
【請求項３】
撮像部と照明部とを前記変形部の先端にさらに有する請求項１または２に記載の医療器具。
【請求項４】
前記負荷検出部は、圧力を測定する測定部であり、
前記負荷検出部は、前記変形部の先端に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の医療器具。
【請求項５】
前記負荷検出部は、前記駆動部を駆動する電流を測定する測定部であ
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の医療器具。
【請求項６】
前記負荷検出部は、前記ワイヤにかかる張力を測定する測定部であ
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の医療器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡・カテーテル等の湾曲可能で誘導可能な医療器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
体腔等の体内構造を通過して目的箇所へアクセスする内視鏡または電気生理学的カテーテル等の医療デバイスは、患者体内に挿入される挿入部を有している。一部の医療デバイスでは、更に挿入部に湾曲可能な湾曲部を有しており体内構造をたどることができる。
湾曲機能を用いて体内の様々な部位へデバイスを誘導することにより検査・治療の成功率を向上することができる。
【０００３】
これらのデバイスは、湾曲可能な構造体に操作ワイヤが取り付けられており、操作ワイヤを駆動部で牽引することにより湾曲動作を行うものが知られている。
【０００４】
また、体腔内で湾曲動作を行う場合、体腔あるいは、周辺組織への接触とそれによる弊害を考慮する必要があり、従来からの硬性内視鏡であっても体腔への接触検知可能な内視鏡、あるいは湾曲可能な内視鏡での接触による退避、内視鏡同様のシースを使った処置具においての外力負荷が加わった場合の処理の考案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７５９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
湾曲可能な医療デバイスを使用する上で、挿入部に過剰な負荷がかかった場合、例えば、小径の内視鏡では、構造上薄い部材が使用されているため、過負荷により医療器具の損傷が発生する可能性もある。
【０００７】
本発明は、挿入部に過剰な負荷がかかった場合であっても、ワイヤ切断などの医療器具の損傷を抑制できる医療器具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
よって、本発明は、
変形部と、
前記変形部を変形させるためのワイヤと、
前記ワイヤへ駆動力を伝えるための駆動部と、を有する医療器具であって、
前記変形部に加わる負荷を検出する負荷検出部を有し、
前記負荷検出部が検出する負荷が、閾値を超えた場合、前記駆動部は、前記ワイヤと前記駆動力との接続を切断することを特徴とする医療器具を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、変形部に過剰な負荷がかかった場合でも、駆動部がワイヤと駆動力との接続を切断することで、ワイヤ切断などの医療器具の損傷を抑制できる医療器具を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）本発明の一実施形態に係る医療器具の側面図である。（ｂ）（ｃ）本発明の一実施形態に係る医療基部の湾曲動作を説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る医療器具の構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）本発明の一実施形態に係る医療器具の挿入部の湾曲により環境に当接した状況を説明する側面図である。（ｂ）本発明の一実施形態に係る医療器具の挿入部が環境の移動により当接した状況を説明する側面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る医療器具の動作を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係る医療器具の挿入部の弾性を近似した概念図である。
【図６】本発明に係る医療器具の別の実施形態を示す側面図である。
【図７】本発明の医療器具の第三の実施形態を説明するブロック図である。
【図８】本発明の医療器具の第四の実施形態を説明するブロック図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る医療器具の先端部の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示すように、医療器具は、変形部である湾曲部３と、この変形部を変形させるためのワイヤ４Ａ・４Ｂ（以下制御ワイヤとも呼ぶ）と、このワイヤに駆動力を伝えるための駆動伝達部２Ａ・２Ｂと、変形部等の負荷を検出する負荷検出部７を有する。各部は、駆動を制御する駆動制御部によって制御されている。
【００１２】
この変形部を有する挿入部１を用いて、人間が直視できない体内や、構造物内を観察するための内視鏡や、カテーテル等の医療器具とすることができる。
【００１３】
負荷検出部が検出した負荷が閾値を超えた場合、駆動伝達部は、ワイヤと駆動力との接続を切断する。ワイヤと駆動力との接続を切断するとは、ワイヤへの力の伝達を停止することを意味し、ワイヤは駆動力を受けていない状態になる。
【００１４】
ワイヤと駆動力を切断することは、ワイヤへ伝達される駆動力の停止であっても、ワイヤに駆動力を伝える駆動伝達部を物理的に切断してもよい。
【００１５】
駆動伝達部は、ワイヤへの駆動力を切断することができるので、駆動力切断部とよぶこともできる。
【００１６】
負荷制御部は外部からの力を測定する測定部を有していることが好ましい。測定部としては、圧力を測定する測定部、電流を測定する測定部、張力を測定する測定部等が挙げられる。
【００１７】
ワイヤと駆動力との接続を切断することで、ワイヤへ過剰な負荷がかかることを抑制できるので、ワイヤが切断されるリスクを低減することができる。
【００１８】
また、ワイヤへ過剰な負荷がかかる場合には、挿入部にも負荷がかかっている場合が多い。そのため、ワイヤへ過剰な負荷をかけることを抑制することは、挿入部の破損を低減することにつながる。
【００１９】
［第一の実施形態］
以下に、本発明に係る医療器具に関して、好適な実施形態に基づいて説明する。
【００２０】
本実施形態に係る医療器具は図１・図２に示す構成を有している。図１は本実施形態に係る医療器具の挿入部・駆動部を示す側面図である。
【００２１】
図２は本実施形態に係る医療器具の構成を示すブロック図である。医療器具は、体腔等の狭い空間に挿入可能な挿入部１を有している。
【００２２】
挿入部１は図１点Ａ（または点Ａ１・Ａ２）に示した先端部を有する。そして挿入部は図示の通り長細い円柱形状を有する。なおこれ以後、点Ａ側を先端側、これとは反対側を基端側と呼ぶ。
【００２３】
挿入部１は先端部に撮像部や照明部等を搭載して内視鏡としたり、電極を配置して電気生理学的カテーテルとしたりすることができる。
【００２４】
先端に撮像光学系を有する内視鏡とする場合には、先端に被写体の光情報を取り込む部分を有する。光情報を取り込む撮像系は、対物レンズ、光ファイバー、観察用の光透過窓等である。
【００２５】
内視鏡の撮像光学系によって導かれた光は、医療器具本体内または本体外の撮像素子によって撮像される。先端に半導体イメージセンサのような撮像素子を設けて、観察部で撮像する構成でもよい。
【００２６】
内視鏡の照明部は、医療器具本体内または本体外の光源から光ファイバー等によって同行された光を照明光としてもよく、先端にＬＥＤ等を有して照明としてもよい。
【００２７】
制御ワイヤ４Ａ・４Ｂは図１（ａ）点Ａ１・Ａ２で固定され、もう一端を駆動プ―リ６Ａ・６Ｂに接続される。制御ワイヤ４Ａ・４Ｂは張力等の駆動力を伝達可能な湾曲自在な線材である。
【００２８】
制御ワイヤとしては、張力を伝達する線材の他に、電流によって長尺方向の長さを変えることができる電気デバイスでもよい。
【００２９】
そして、挿入部１の内部を破線に示すように通過している。制御ワイヤ４Ａ・４Ｂの破線部分では、ワイヤの長手方向に移動可能なように挿入部１に図示しない案内孔が形成されている。
【００３０】
そして制御ワイヤ４Ａ・４Ｂが通過する位置は、挿入部１の中心からずれて配置されている。挿入部の中心からずれて配置されているとは、挿入部１の断面の中心よりも外側に配置されていることである。ワイヤは挿入部の表面上に配置されてもよい。
【００３１】
駆動プ―リ６Ａ・６Ｂはクラッチ部８Ａ・８Ｂに接続される。特に駆動プ―リ６Ａ・６Ｂ・クラッチ部８Ａ・８Ｂは後述するように駆動力を伝達・切断可能な駆動伝達部２Ａ・２Ｂを構成している。クラッチ部８Ａ・８Ｂはさらに駆動源９Ａ・９Ｂに接続される。このようにして、駆動源９Ａ・９Ｂからの駆動力は、駆動伝達部２Ａ・２Ｂを介して制御ワイヤ４Ａ・４Ｂに伝達される。
【００３２】
駆動力としては、ワイヤを牽引する牽引力やワイヤ自体を変形させる電流等が挙げられる。以下ワイヤへの駆動力は、牽引力と呼ぶこともある。
【００３３】
挿入部１は、変形させる部分である湾曲部３と非湾曲部５を有している。湾曲部３は制御ワイヤ４Ａ・４Ｂによって湾曲する部分である。一方、非湾曲部５は制御ワイヤ４Ａ・４Ｂが牽引されても湾曲しない部分である。
【００３４】
図示の通り、先端側に湾曲部３が、基端側に非湾曲部５がそれぞれ配置されている。非湾曲部５は、ほとんど変形しない剛体部位でもよく、湾曲自在（湾曲方向の剛性は湾曲部３より大きい）な可とう部位としてもよい。
【００３５】
駆動制御部は信号が閾値以上となった場合、駆動伝達部をワイヤへの駆動力を切断するように動作させる。閾値は、制御ワイヤの切断強度や周辺組織への圧力印加の限界値を鑑みて設定することができる。
【００３６】
駆動力が切断されると、挿入部は制御ワイヤ牽引前の自然状態、つまり湾曲部が湾曲容易な状態となる。そのため医療器具の破損を低減可能となる。
【００３７】
複数の制御ワイヤと複数の制御ワイヤを独立に牽引する駆動機構とが複数設けられた場合には、それぞれに駆動力伝達部が設けられる。
【００３８】
そして駆動制御部は全ての駆動伝達部に指令を送ることができる。したがって複数制御ワイヤに同時に駆動力が印加された状態から瞬時に全制御ワイヤに駆動力が印加されない自然状態とすることができる。
【００３９】
複数の制御ワイヤに同時に駆動力を印加する動作は、挿入部内での制御ワイヤの弛みを抑制し、挿入部の姿勢維持を行うことができるため、より操作性の高い医療器具となる。
【００４０】
次に図１（ｂ）（ｃ）を用いて本実施形態に係る医療器具の湾曲動作を説明する。
【００４１】
図１（ｂ）のように矢印Ｆ方向に駆動プーリ６Ａが制御ワイヤ４Ａを牽引する。制御ワイヤ４Ａは図１（ａ）のように先端部点Ａ１に固定されている。
【００４２】
制御ワイヤ４Ａの通過位置は挿入部１の中心からずれている。したがって、制御ワイヤ４が牽引されることによる張力は、湾曲部３を矢印Ｅの方向に湾曲させるトルクとなる。この湾曲トルクにより湾曲部３が図示のように湾曲する。
【００４３】
駆動プーリ６Ａの巻き取り量を操作すれば、それに伴って湾曲トルクの大小を操作することができる。このようにして、湾曲部３の湾曲動作を制御することが可能となる。同様な操作を制御ワイヤ４Ｂに対して駆動源９Ｂを用いて行うことができる。
【００４４】
図１（ｃ）に示した通り、矢印Ｈの方向に牽引することにより、矢印Ｇの方向に湾曲部３を湾曲することができる。以上のように、挿入部１は制御ワイヤ・駆動伝達部・駆動源をそれぞれ２系列有している。これらのそれぞれを独立に駆動させることにより、湾曲部３に湾曲動作を行わせることができる。
【００４５】
また、挿入部１の先端部には先端部の周辺組織などへの接触を検知する触覚センサ７が付加されている。これは挿入部１にかかる負荷を検出する負荷検出部２２の一例である。負荷検出部２２は、後述するように別の手段でも実現することができる。
【００４６】
次に、図２を用いて本実施形態に係る医療器具の全体の構成を説明する。
【００４７】
挿入部１にかかる負荷を検知する負荷検出部２２は、負荷情報１０１を制御部であるコントローラ１０へ送出する。コントローラ１０は、医療システム全体を制御している。
【００４８】
通常動作時にはコントローラ１０は先端部の目標位置への駆動制御信号１０３を算出し、駆動回路１２へ指示する。その指示に基づいて駆動回路１２は駆動信号１０４・１０５を駆動源９Ａ・９Ｂにそれぞれ送出する。
【００４９】
その指示に基づいて駆動源９Ａ・９Ｂは、それぞれ独立に動作する。駆動源９Ａ・９Ｂは駆動伝達部２Ａ・２Ｂに牽引力１０８・１０９を伝達する。駆動伝達部２Ａ・２Ｂは接続・切断の２つの状態を有している。
【００５０】
通常動作である接続状態では、牽引力１１０・１１１のように制御ワイヤ４Ａ・４Ｂをそれぞれ牽引する。このようにして図１で説明したように制御ワイヤ４Ａ・４Ｂは湾曲部３を湾曲させる。
【００５１】
コントローラ１０は負荷検出部２２の出力をモニタし、挿入部先端の力学的負荷が許容される閾値１０２以内か否かを判定する。
【００５２】
閾値１０２を超えない場合は、駆動伝達部２Ａ・２Ｂを接続状態とする伝達部制御信号１０６・１０７を送付する。一方、閾値１０２を超えた場合は、駆動伝達部２Ａ・２Ｂを切断状態とする伝達部制御信号１０６・１０７を送出する。
【００５３】
その指令に基づいて駆動伝達部２Ａ・２Ｂは切断状態となる。そして、制御ワイヤ４Ａ・４Ｂへの駆動力の伝達を切断する。そのため制御ワイヤ４Ａ・４Ｂは牽引される前の状態となる。このようにして湾曲部は外部からの力で湾曲容易な自然状態となる。
【００５４】
挿入部は、着脱可能であってもよい。図２における破線で囲われた挿入部１の部分が別体に設けられる。その場合は、挿入部が有するワイヤを接続することで本体と接続することができる。
【００５５】
次に図３、図４を用いて負荷検出部２２からの出力が閾値１０２を超えた場合の動作を詳細に説明する。
【００５６】
図３（ａ）に、挿入部の目標位置への誘導が正確に行えず挿入部が周辺組織等の環境１１に当接した場合の状態を示す。先端部は点Ａ’の位置にあるべきところ、環境１１への当接のため矢印Ｉの方向に押され点Ａの位置にある。駆動制御部３１は点Ａ’の位置になるよう駆動源９Ａ・９Ｂを制御する。
【００５７】
そのため先端部には通常より大きな負荷がかかる。そのため制御ワイヤ４Ａにも大きな張力がかかる。このような状況は負荷検知部２２により観測することができる。
【００５８】
図３（ａ）の例では、負荷検知部２２は先端部に取り付けられた触覚センサ７である。触覚センサ７が環境１１から受けた力を検知してコントローラ１０に送信する。
【００５９】
このときの振る舞いを図４のフローチャートを用いて説明する。
【００６０】
コントローラ１０に接続された入力装置（図示せず）から目標位置が入力される（ステップ４１）。すると駆動制御部３１は目標位置へ移動させる指令を駆動部２１へ送信し、駆動部２１が挿入部１を駆動する（ステップ４２）。
【００６１】
負荷検知部２２の負荷情報１０１がコントローラ１０へ出力されると、コントローラ内部の過負荷判定手段（図示せず）で演算され閾値１０２と比較される（ステップ４３）。
【００６２】
初め環境１１への当接がなければ、負荷検知手段２２の負荷情報１０１は閾値１０２以下であるので、コントローラ１０は挿入部位置検知手段（図示せず）の情報と比較し目標位置に達したがどうか判断する（ステップ４４）。
【００６３】
ここで、挿入部位置検知手段は、駆動部２１内に構成されたエンコーダの駆動量から湾曲部の形状と先端部位置を算出するものである。エンコーダは駆動プ―リ６Ａ・６Ｂや駆動源９Ａ・９Ｂに取り付けることができる。
【００６４】
これらの駆動量から制御ワイヤ４Ａ・４Ｂの駆動量が算出可能である。そして、制御ワイヤ４Ａ・４Ｂの駆動量から湾曲部３の形状が算出される。
【００６５】
目標位置に達した場合、現在位置を取得し（ステップ４５）、現在位置を目標位置として設定する（ステップ４７）。このようにして、次の目標位置入力がユーザから行われるまで位置を維持することができる。
【００６６】
一方、環境１１への先端部の当接が生じ、ステップ４３で閾値１０２を超えたと判断された時点で、コントローラ１０は駆動伝達部２Ａ・２Ｂへ切断状態となるよう指示する（ステップ４７）。
【００６７】
コントローラ１０は駆動伝達部２Ａ・２Ｂを切断状態へ遷移させたことを出力装置（図示しない）へ表示する（ステップ４８）。このようにして、図３（ａ）に示す状況となっても、医療器具は制御ワイヤ４Ａ・４Ｂへのいずれの牽引力も切断し、挿入部を湾曲容易な自然状態へ瞬時に遷移させることができる。
【００６８】
したがって、制御ワイヤ４Ａ・４Ｂの過負荷による切断を回避できる。自然状態において制御ワイヤ４Ａ・４Ｂは先端部が点Ａの位置となるように、非常に小さい負荷で移動することとなる。
【００６９】
その後、ユーザは必要なら抜去の操作を行うことができる。そのとき、自然状態のまま行うことができる。また、負荷情報１０１が閾値１０２以下となったことを確認して、再び駆動伝達部２Ａ・２Ｂを接続状態として、変形部を操作しながら抜去することもできる。
【００７０】
次に、図３（ｂ）を用いて位置を固定中に何らかの状態変化で環境１１が移動することで、挿入先端部に過負荷が加わった場合の動作について説明する。
【００７１】
図３（ｂ）の挿入部は目標位置維持の状態で図４ステップ４１〜４７を繰り返している。環境１１は矢印Ｊの方向に移動している。点Ａ’の位置を維持するように駆動源９Ａ・９Ｂは制御されている。そのため、制御ワイヤ４Ｂは環境１１の矢印Ｊの移動によって追加の負荷を受ける。同時に環境１１も先端部から押され追加の力を受けることになる。
【００７２】
このような追加の負荷は図３（ａ）の場合と同様に負荷検知部２２である接触センサ７で検知することができる。閾値１０２を超えると図４ステップ４３、４７、４８を行って制御ワイヤ４Ａ・４Ｂのいずれの牽引力も切断することができる。
【００７３】
そして、挿入部を湾曲容易な自然状態へ瞬時に遷移させることができる。したがって、制御ワイヤ４Ａ・４Ｂの過負荷による切断を回避できる。自然状態において制御ワイヤ４Ａ・４Ｂは先端部が点Ａの位置となるように、非常に小さい負荷で移動することとなる。
【００７４】
そのため、環境１１の位置が変動している場合においても、必要な方向への回避動作を行うことができる。その後、ユーザは必要なら抜去の操作を行うことができる。そのとき、自然状態のまま行うことができる。
【００７５】
また、負荷情報１０１が閾値１０２以下となったことを確認して、再び駆動伝達部２Ａ・２Ｂを接続状態として変形部を操作しながら抜去することもできる。
【００７６】
次に、図５・図６を用いて複数の制御ワイヤ４Ａ・４Ｂを独立に動作させる駆動部２１の効果について説明する。
【００７７】
図５は、図１の湾曲部３と制御ワイヤをバネ要素で近似した近似モデルを表している。湾曲部３の弾性は、湾曲方向Ｋへの湾曲バネ要素２０２と長手方向Ｌへの軸方向バネ要素２０１で近似される。湾曲部３のこれらの要素は端部を固定される。一方制御ワイヤ４Ａ・４Ｂは先端部の点Ａ１・Ａ２でそれぞれ固定される。点Ａ１・Ａ２と湾曲部３の中心からの距離はモーメントアーム２０３Ａ・２０３Ｂとなる。そしてワイヤの伸長方向への制御ワイヤバネ要素２０４Ａ・２０４Ｂでそれぞれ近似される。
【００７８】
制御ワイヤ４Ａ・４Ｂは点Ａ１・Ａ２と反対側の端点を矢印Ｍ・Ｎのように牽引される。すると、モーメントアーム２０３Ａ・２０３Ｂにより牽引力が湾曲方向Ｋ（またはその逆方向）へのトルクとなり湾曲部３を湾曲することができる。
【００７９】
ここで、制御ワイヤを牽引した場合の湾曲部３の湾曲曲率κと制御ワイヤ移動量について考える。制御ワイヤ４Ａ・４Ｂの移動量をそれぞれΔＬ１・ΔＬ２とする。
【００８０】
以下制御ワイヤ４Ａのみを牽引した場合とする。ΔＬ１は、矢印Ｋへの湾曲変位による移動量ΔＬｂ１・矢印Ｌへの軸方向変位による移動量ΔＬａ１・制御ワイヤ自身の伸縮による移動量ΔＬｔ１の和であらわされる。
ΔＬ１＝ΔＬｂ１＋ΔＬａ１＋ΔＬｔ１      （式１）
ΔＬｂ１は、湾曲部の長さをＬｂ・モーメントアーム２０３Ａの距離をｄ１とすると、湾曲曲率κの関係から、以下のようになる。
ΔＬｂ１＝Ｌｂ・κ・ｄ１                  （式２）
ここで、反対側の制御ワイヤ２０４Ｂの湾曲変位による移動量ΔＬｂ２は、同じ湾曲曲率κの状態では、モーメントアーム２０３Ｂが正反対（＝−ｄ１）であるので以下のようになる。
ΔＬｂ２＝Ｌｂ・κ・（−ｄ１）            （式３）
湾曲部３や制御ワイヤ４Ａ・４Ｂの長手方向のバネ要素２０１・２０４Ａ・２０４Ｂをそれぞれ無視すれば、上記のように湾曲曲率κに対して２つの制御ワイヤ４Ａ・４Ｂの移動量は向きが反対で大きさが等しい。
【００８１】
このような状況においては、例えば２つの制御ワイヤ４Ａ・４Ｂを１つのプ―リに巻き掛け、プ―リを回転させることで湾曲動作を行う方式で湾曲動作を行うことができる。
【００８２】
実際には、湾曲部３・制御ワイヤ４Ａ・４Ｂはバネ要素２０１・２０４Ａ・２０４Ｂを有している。つまり制御ワイヤ４Ａ・４Ｂの湾曲に伴う移動量にΔＬａ１、ΔＬｔ１のような移動量のオフセットを伴っている。そのため、１つのプ―リで２つの制御ワイヤを駆動させる方式では、先端位置の精度が低下したり、制御ワイヤに弛みが生じてしまったりする。
【００８３】
本実施形態に係る医療器具では、制御ワイヤ４Ａ・４Ｂはそれぞれ独立に駆動部２１で牽引される。そのため、湾曲曲率κの湾曲動作を行う際に、ΔＬａ１、ΔＬｔ１のような移動量のオフセットを考慮した駆動を行うことが可能となる。
【００８４】
そのため、先端位置の制御の精度が高く、かつ制御ワイヤの弛みを生じにくい駆動を行うことができるため好ましい。
【００８５】
以下、更に式１右辺の３項全てを考慮した場合の湾曲曲率κと制御ワイヤ移動量ΔＬ１についての関係を説明する。
【００８６】
軸方向Ｌの湾曲部のひずみ、制御ワイヤ４Ａの伸長方向のひずみをそれぞれεａ・εｔとすれば、ΔＬａ１・ΔＬｔ１はそれぞれ以下の通りとなる。
ΔＬａ１＝Ｌｂ・εａ                （式４）
ΔＬｔ１＝Ｌｂ・εｔ                （式５）
湾曲バネ要素の湾曲曲率κに対するバネ定数・軸方向バネ要素・制御ワイヤバネ要素のバネ定数をそれぞれＫｂ・Ｋａ・Ｋｔとすれば、制御ワイヤ４Ａにかかる張力Ｔ１の関係は以下の通りとなる。
Ｋｂ・κ  ＝ｄ１・Ｔ１                  （式６）
Ｋａ・εａ＝Ｔ１                        （式７）
Ｋｔ・εｔ＝Ｔ１                        （式８）
以上の関係から式１は、以下のように張力Ｔで表すことができる。但し、制御ワイヤ４Ａの長さをＬｔとする。
ΔＬ１＝（Ｌｂ・ｄ１＾２／Ｋｂ＋Ｌｂ／Ｋａ＋Ｌｔ／Ｋｔ）・Ｔ１      （式９）
【００８７】
したがって、式６・式９を用いることで制御ワイヤの移動量と湾曲曲率κを知ることができる。そして、式７も考慮することで軸方向Ｌの変位も考慮して先端位置を制御することが可能となる。同様の関係は制御ワイヤ４Ｂについても導くことができる。
【００８８】
そのため、制御ワイヤ４Ａ・４Ｂをそれぞれ独立に駆動することにより、ワイヤの弛みを抑制でき、かつ位置精度が高い。また、張力Ｔ１を制御しても式６・式７で示す通り同様の操作を行うことが可能となる。
【００８９】
更に、式６・式７・式９の関係により、制御ワイヤ４Ａ・４Ｂの移動量か張力を測定できれば、Ｌｂ・κ・εａにより先端位置を推定することができる。
【００９０】
上記のようなバネ要素２０１・２０４Ａ・２０４Ｂの影響は、挿入部の最外径が小さい場合に特に考慮する必要がある。さらに、挿入部内部に処置具・内視鏡等のツールを挿入するチャネルを設ける場合にも顕著となる。
【００９１】
これは、最外径が小さいほどモーメントアーム２０３Ａ・２０３Ｂの長さも小さいため、最外径が小さいほど制御ワイヤの張力に対する湾曲トルクの大きさは小さい。そのため、バネ要素２０１・２０４Ａ・２０４Ｂの方向への力が大きい傾向があるからである。
【００９２】
更に、チャンネルを設けたことにより挿入部が薄肉の場合、通過できる制御ワイヤ４Ａ・４Ｂの断面積は小さい。そのため、制御ワイヤのバネ要素２０４Ａ・２０４Ｂによる伸縮の効果が大きい。
【００９３】
挿入部は最外径が小さいほど挿入しやすく、ツールチャンネルが大きいほど処置や診断ツールの利用範囲が広い医療器具とすることができる。本実施形態に係る医療デバイスではこのような細径・薄肉の円筒状の挿入部を高精度に駆動することができる。そして、制御ワイヤの切断を回避することができる。
【００９４】
次に図６を用いて、複数の制御ワイヤ４Ａ・４Ｂを独立に動作させる駆動部２１の別の効果について説明する。図４は図１と同様に制御ワイヤ４Ａ・４Ｂ〜駆動源９Ａ・９Ｂが独立した２系列になっている。
【００９５】
そして挿入部は湾曲部３Ａ・３Ｂの２つの湾曲部を有している。制御ワイヤ４Ａは点Ｐにおいて固定され湾曲部３Ｂを湾曲することができる。一方、制御ワイヤ４Ｂは点Ｏで固定され、湾曲部３Ａ・３Ｂを両方湾曲させることができる。
【００９６】
したがって、制御ワイヤ４Ａ・４Ｂそれぞれの張力を調節することによって、湾曲部３Ａ・３Ｂを所望の湾曲量で湾曲することができる。図示のように湾曲部３Ａ・３Ｂが互いに逆方向を向くように湾曲することもできる。
【００９７】
そして、図示の状態から湾曲部３Ａの湾曲量を固定したまま、湾曲部３Ｂの湾曲量を変更する場合、制御ワイヤ４Ａを調整するとともに制御ワイヤ４Ｂの長さも調整する必要がある。このように挿入部の長手方向に湾曲部を複数配置すると、制御ワイヤによる湾曲トルクと制御ワイヤの経路（長さ）が湾曲部間でカップリングする。
【００９８】
そのため複数の制御ワイヤ４Ａ・４Ｂをそれぞれ独立に駆動することにより、湾曲部間でのトルクと経路をデカップリングすることができる。そして、複数の湾曲部３Ａ・３Ｂを独立に湾曲量制御することができる。
【００９９】
湾曲部が複数になれば、複雑で狭い体腔に対して侵襲性を低くして挿入部を誘導することが可能となる。またそのための医師の手技も容易になる。
【０１００】
［第二の実施形態］
図９には、図２のブロック図の負荷検知部２２の実施例として触覚センサ７を示している。図５は図１挿入部１先端部の長手方向垂直の断面図である。挿入部１は本体として円筒状の構造体であるシース６５を有している。
【０１０１】
触覚センサ７はこのシース６５表面に先端の周方向へ５１，５２，５３，５４の４つの領域を持つ導電性の樹脂材料からなる。４つの領域は各々に加わる負荷により抵抗値が変化する。そして、各領域の検出値・すなわち抵抗の変化量を測定する。
【０１０２】
コントローラ１０の内部演算手段（図示せず）で演算することにより、加わる負荷の方向、値を算出することが出来る。触覚センサ７の出力は挿入部１の内部を通る導電部材５５、５６，５７，５８によりコントローラ１０へ伝達される。
【０１０３】
ここで５９はイメージ観測用の光ファイバー束、６０は照明用の光ファイバーである。６１、６２，６３，６４は制御ワイヤが挿通される案内孔である。この案内孔は、この挿入部の断面の中心よりも外側に配置されている。
【０１０４】
先端部に触覚センサ７を設置することにより、前述した環境１１との関係による過負荷が生じた箇所の力を直接観測することができる。検知された負荷情報１０１は精度が高く外乱に対しても影響が少ない。
【０１０５】
そのため、挿入部１が過負荷状態となった場合、確実に駆動伝達部２Ａ・２Ｂに切断状態への遷移を行わせることが可能となる。
【０１０６】
また、挿入部の先端部に設置することにより環境１１に対して最も当接する可能性の高い部分の負荷を観測することができる。
【０１０７】
［第三の実施形態］
図７を用いて、本発明の実施例２を説明する。第二の実施形態と同様の機能を有する部位には同じ記号を付し説明を省略する。図７は図１の医療器具の制御ワイヤ４Ａ・制御ワイヤ４Ｂ〜駆動源９Ａ・９Ｂの各系列の構成を模式的に示すブロック図である。
【０１０８】
本実施形態と第二の実施形態とでは、負荷検知部２２が触覚センサ７ではなく駆動電流検出手段８２であることが異なる。
【０１０９】
以下、制御ワイヤ４Ａ・４Ｂを制御ワイヤ４、駆動プ―リ６Ａ・６Ｂを駆動プ―リ６として説明する。２つの駆動系列はいずれも以下に示す同様の構成を有する。
【０１１０】
各部は、制御部であるコントローラにより制御されている。
【０１１１】
駆動源９Ａ・９Ｂとして本実施形態ではモータ８１・減速歯車列８０を有している。そして、減速歯車列８０は、動力を電磁クラッチ８３へ伝達している。電磁クラッチ８３は巻掛け連結部８４とつながれている。
【０１１２】
電磁クラッチ８３・巻掛け連結部８４は、図１のクラッチ部６Ａ・６Ｂに相当している。巻掛け連結部８４は駆動プ―リ６へ動力を伝えることができる。
【０１１３】
このようにして、モータ８１は駆動回路１２からの駆動信号により制御ワイヤ４を牽引することができる。また、電磁クラッチ８３はコントローラ１０からの指令により動力を接続・切断することができる。
【０１１４】
一方、駆動電流検出手段８２はモータ８１の駆動電流を検知することができる。
【０１１５】
さて、制御ワイヤ４の負荷が増加すると、駆動電流は増加する。そのため駆動電流検出手段８２により駆動電流を検出することで制御ワイヤ４にかかる負荷を検知することができる。
【０１１６】
駆動電流の検知信号はコントローラ１０へ送信される。そして、内部演算手段（図示せず）で演算することにより、加わる負荷の大きさを算出することができる。ただし、必ずしも負荷の算出を行わなくてもよい、このように駆動部２１に設けた駆動電流検出手段８２を用いても負荷検知部２２を実現することができる。
【０１１７】
駆動電流検出手段８２を用いることにより、挿入部１に特別な構成を設けずに挿入部１にかかる負荷を検出することができる。そのため、挿入部１を小型とし、内部に大きな処置具用のチャンネルを設けることが可能となる。
【０１１８】
また電流の検出センサは小型とできるため駆動源を小型化することができる。特に、複数の系列の駆動源を必要とする場合重要となる。更に、負荷の検出による医療デバイスの動作に与える影響を最小限とすることができる。
【０１１９】
［第四の実施形態］
図８を用いて、第四の実施形態を説明する。第二、第三の実施形態と同様の機能を有する部位には同じ記号を付し説明を省略する。本実施形態では、負荷検知部２２が駆動電流検出手段８２の代わりにテンションメータ８５とした以外は、第三の実施形態と同様である。
【０１２０】
テンションメータ８５は、駆動プ―リ６と制御ワイヤ４の間に図示のように挿入されている。３つのローラに掛けられることにより、制御ワイヤ４の張力をテンションメータ８５破線内の矢印方向の力として検出することができる。
【０１２１】
検出した張力（負荷）はコントローラ１０へ送付され、コントローラ１０は負荷を閾値と比較することができる。
【０１２２】
テンションメータ８５を用いることにより、挿入部１に特別な構成を設けずに挿入部１にかかる負荷を検出することができる。そのため、挿入部１を小型とし、内部に大きな処置具用のチャンネルを設けることが可能となる。
【０１２３】
また、制御ワイヤ４の張力を直接測定するため、モータ８１から制御ワイヤ４までの別の構成要素（つまり減速歯車列８０・クラッチ８３・巻掛け連結部８４・駆動プ―リ６）による誤差の影響を受けずに、挿入部１の負荷を検出することが可能となる。また、図５の２０１・２０４Ａ・２０４Ｂのバネ要素による伸縮の影響が顕著な場合も、これらの影響を受けずに挿入部１の負荷を推定することができる。
【符号の説明】
【０１２４】
１  挿入部
２、２Ａ、２Ｂ  駆動伝達部
３、３Ａ、３Ｂ  湾曲部
４、４Ａ、４Ｂ  制御ワイヤ
７  触覚センサ
１０  コントローラ
１１  環境
【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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