JPH0288025A - 可撓管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は温度変化による形状記憶合金の形状回復動作
を利用した形状記憶合金装置に関し、特に内視鏡等のよ
うに複雑な形状の通路に沿って移動させるために、その
形状を自由に屈曲させる形状記憶合金装置に関する。

〔従来の技術〕

このような装置の従来例としては、特開昭６３１３６０
１４号公報、実開昭５９−２３４４号公報、実開昭５８
−１０１．６０１号公報、特開昭５８−２５１４０号公
報、及び本願出願人による先の出願である特願昭６３−
９１０９３号等がある。

この中で、例えば特開昭６３−１３６０１４号公報には
、内視鏡の先端に複数のセグメントを設け、各セグメン
ト内に形状記憶合金（ＳｈａｐｅＭｅｍｏｒｙ　Ａ１１
ｏｙ、以下ＳＭＡと称する）を内蔵し、ＳＭＡを通電加
熱することによりＳＭＡの記憶形状を回復させ、この結
果各セグメントを湾曲させる、いわゆる能動型の内視鏡
が開示されている。

ここで、各セグメントへの通電量は次のように制御され
ている。先ず、イメージガイドファイバにより得られた
挿入管路内部の像を見ながら、先端セグメントの屈曲角
度（ここで、角度は方向も含むとする）を手動で人力す
る。通電部は、入力された屈曲角度に対応した通電量を
先端セグメントに与える。挿入部が、１セグメントの距
離だけ挿入されると、通電部は、先端セグメントに与え
ていた通電量を２番目のセグメントに与える。先端セグ
メントの通電量は手動で入力された屈曲角度に常に対応
している。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように従来例では、各セグメントは先端側のセグメ
ントと同じ角度、同じ方向にしか湾曲しない。このため
、大腸等の挿入経路の形状が患者の体位変化や医師の手
による腹部への圧迫動作により変化した場合でも、後方
側の、セグメントは経路変更前に対応する形状になろう
とする。つまり、大腸を圧迫することになり、患者へ苦
痛を与えるとともに、挿入が困難になるという問題点が
あった。

この発明は上述した事情に対処すべくなされたもので、
その目的は通路に沿って移動する形状記憶合金装置にお
いて、通路の形状が変化しても、その変化に追従するよ
うにその形状を変化し、通路に沿って円滑に移動するこ
とができる形状記憶合金装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明による形状記憶合金装置はそれぞれが形状記憶
合金を有する可撓性の関節体を複数個連結してなり、設
定された目標角度で各関節体を屈曲させる制御装置と、
形状記憶合金装置の移動時に各関節体の屈曲角度の目標
値を後端側の関節体の屈曲角度の目標値として設定する
マイクロコンピュータと、各関節体へ印加される圧力を
検出する圧力計測部と、検出圧力が所定値以上の場合は
制御部の動作を中断し当該関節体の屈曲角度の目標値を
変更する補助操作部を具備する。

〔作用〕

この発明によれば、各関節体の屈曲角度は、通常は、先
端側の関節体の屈曲角度と等しくなるように制御されて
いるが、いずれかの関節体へ印加される圧力が所定値以
上になると、当該関節体の屈曲角度は補助操作部から入
力された角度、あるいは圧力が所定値以下になるように
補助操作部て求めた角度に修正される。

〔実施例〕

以下図面を参照して、この発明による形状記憶合金装置
の実施例を説明する。ここでは、内視鏡の挿入部を湾曲
させる機構に応用した形状記憶合金装置を説明する。

第２図は内視鏡の挿入部１の軸方向に沿った断面図であ
り、第３図は挿入部１の半径方向の断面図である。挿入
部１の外周は４彼２で覆われ、中央にはチューブ３が配
設される。チューブ３の内部にはコイルスプリング４が
軸方向に沿って配置され、挿入部１の形状を直線状に保
っている。

挿入部１は複数の関節体８からなる。各関節体８の両端
にはフランジ５が設けられ、隣接する関節体８のフラン
ジ５どうしは柱６を介して連結されている。各関節体８
の中には２つの中間フランジ７が設けられる。中間フラ
ンジ７にはＳＭＡコイル１１を挿通ずるための挿通孔１
３が設けられる。

チューブ３の内部には、挿入部１内部に空気流を発生さ
せて後述のＳＭＡコイル１１を冷却するための送気管路
９、イメージガイドファイバ１０、図示しないライトガ
イドファイバ等の内視鏡の構成部品も配設される。

各関節体８は６本のＳＭＡコイル１１を有し、その両端
はフランジ５に固定される。ＳＭＡコイル１１は変態点
以上の温度で密巻状態の形状を記憶させである。これを
、変態点以下の温度で伸長変形させて固定している。従
って、変態点以上の温度に加熱すると、収縮する。ＳＭ
Ａの素材としては、Ｔ１Ｎｉ合金、ＣｕＺｎＡ４７合金
等、各種の材料を適宜選択している。

第３図に示すように、ＳＭＡコイル１１はチューブ３を
挟んで両側に３本づつ設けられる。そのため、選択的に
片側の３本のＳＭＡコイル１１を変態点以上の温度に加
熱すると、関節体８をその方向に屈曲できる。ここで、
加熱は通電によるジュール熱により行われているので、
チューブ３の片側の３本のＳＭＡコイル１１は端部どう
しが適宜互いに接続され、電気的に直列に接続され、こ
の直列コイルに通電されている。３本の直列接続ＳＭＡ
コイル１１の一端はリード線束１２中の接地用の共通リ
ード線に接続される。他端はリード線束１２中の個別リ
ード線に接続される。

第１図は、上述のように構成されたｎ個の関節体８から
なる挿入部１を有する内視鏡システムのブロック図を示
す。挿入部１は大腸１５内に挿入され、その先端からフ
ァイバスコープ１６により腸壁が観察される。

人体の外側には挿入部１を移動することにより大腸内に
挿入するサーボモータ１７と、挿入部１の挿入、屈曲を
制御する制御装置１９と、送気管路９を介して挿入部１
内に冷却用空気を送るポンプ１８とが設けられる。

制御装置１９は各関節体８毎の屈曲角を制御する指令部
としてのサーボユニット１９１，１９２゜・・・、１９
ｎと、移動速度を制御するモータサーボユニット２０を
具備する。サーボユニット１９１゜１９２、・・・、１
９ｎはリード線束１２を介して対応する関節体８のＳＭ
Ａコイル１１と接続され、入出力装置２１を介して与え
られるマイクロコンピュータ２２からの指令に基づいて
ＳＭＡコイル１］を通電し、ジュール熱により加熱する
。なお、ＳＭＡコイル１１の実際の屈曲角を表わす電気
抵抗値がサーボユニット１９１〜１９ｎにフィードバッ
クされる。

各サーボユニット１９１〜１９ｎは第４図に示すように
、ＳＭＡコイル１１と一定抵抗値の３個の抵抗Ｒとをブ
リッジ回路に組み、ＳＭＡコイル１１の電気抵抗値をフ
ィードバックして、入出力装置２１を介して供給される
屈曲角度信号に加えている。第４図は片側のＳＭＡコイ
ル１１についての通電回路を示し、実際には各サーボユ
ニット１９にはこれが２つづつ設けられる。このため、
屈曲指令の角度とＳＭＡコイル１１の電気抵抗値が一致
するまで、屈曲指令に応じた方向の側のＳＭＡコイル１
１が通電され、関節体８は屈曲指令に応じた方向に、屈
曲指令に応じた角度で屈曲する。

第１図の説明に戻り、入出力装置２］には先端（＃１）
の関節体８の屈曲角度の目標値を設定する先端制御用レ
バー２３、挿入動作用レバー２４、補助操作部２５も接
続される。

先端制御用レバー２３、挿入動作用レバー２４は、それ
ぞれレバーの操作量に応じた屈曲角度（方向も含む）、
挿入速度を示す指令信号を発生する。

補助操作部２５は第５図に示すように、先端制御用レバ
ー２３と同様に、ある関節体の屈曲角度の目標値を設定
する湾曲量コントローラ２８と、湾曲量コントローラ２
８からの指令信号を入出力装置２１を介していずれか１
つのサーボユニット１９１〜１９ｎに選択的に設定する
ための切換えスイッチ２７からなる。切換えスイッチ２
７の出力が入出力装置２１を介してマイクロコンピュタ
２２に供給され、当該サーボユニット１９１〜１９ｎに
供給される指令信号が修正される。

また、各関節体８には、第６図に示すように、ＳＭＡコ
イル１１の近傍の外周に１対の圧力センサ２９が設けら
れる。圧力センサ２９は圧力計測部３０に接続され、計
測圧力値、及び計測圧力値が設定値以上になったか否か
を表示部３１で表示する。

第７図にこの実施例の内視鏡を大腸内に挿入している様
子を示す。挿入部１の先端部３２は、大腸の肛門管３３
、直腸３４．８字結腸３５、下行結腸３６、左結腸曲３
７を経て、横行結腸３８、右結腸曲３９、上行結腸４０
まで挿入されるとする。４１は言腸、４２は回腸である
。

次に、この実施例の動作を説明する。

ファイバスコープ１６で大腸内壁の像を見ながら、先端
制御用レバー２３、挿入動作用レバー２４を操縦する。

これらのレバーから手動で与えられる指令は、入出力装
置２１を介してマイクロコンピュータ２２に入力され、
マイクロコンピュータ２２によって処理された後、再び
入出力装置２１を介して各サーボユニット１９１．２０
に供給される。

ここで、レバー２３からの指令はサーボユニット１９１
に与えられ、サーボユニット１９１にょり先端の関節体
８のＳＭＡコイル１１が通電加熱される。

ＳＭＡコイル１１は約７０℃の変態点以下の温度では比
較的柔軟で伸びやすい性質を有するが、変態点以上に加
熱されると、固くなり記憶している形状に復元する。す
なわち、ＳＭＡコイル１１か通電されない状態では、関
節体８はコイルスプリング４の弾性力によって直線状に
延びているが、いずれか一方側のＳＭＡコイルに通電す
ると、ジュール熱によってＳＭＡコイル１１は変態点以
上の温度に達し収縮する。その結果、関節体８は通電さ
れたＳＭＡコイル１１の側に屈曲する。このように、ど
ちらのＳ　Ｍ　Ａコイル１１を通電するかを決めるのが
屈曲方向指令で、通電量を決めるのが屈曲角度指令であ
る。ＳＭＡコイル１１はこの相変態に伴って電気抵抗値
が変化するが、第４図に示したように、その抵抗値をフ
ィードバックして通電電流を制御することにより、その
屈曲角度は指令された角度と一致する。

レバー２４からの指令はモータサーボユニット２０に与
えられ、その指令信号に基づいてサーボモータ１７が駆
動され、挿入部１が指令された速度で挿入される。

初期では、サーボユニット１９２〜１９ｎへは何も指令
が与えられずに、先端以外の関節体８は直線状態を保つ
。

サーボモータ１７の回転により挿入部１が関節体８の１
ピッチ分の距離だけ挿入されると、マイクロコンピュー
タ２２からシフト指令が発生され、各サーボユニット１
９１〜１９ｎ−１へ与えられていた指令が後続のサーボ
ユニット１９２〜１９ｎにシフトされる。すなわち、先
端から２番目の関節体のＳＭＡコイルが、今まで先端の
関節体のＳＭＡコイルに与えられていた通電量で通電さ
れる。先端の関節体の屈曲は、常に先端制御用レバー２
３から入力された指令に基づいている。

これにより、先端の関節体に対する屈曲指令をレバー２
３から入力してやれば、後続の関節体は、挿入部１の挿
入に同期して、順次同様に屈曲する。

従って、挿入部１は大腸１５の屈曲形状に沿って屈曲し
ながら、挿入される。

Ｓ　ｒＶＩ　Ａコイル１１への通電を停止すると、Ｓ　
＆ｉ　Ａコイル１１は送気管路９を通して循環する空気
によって冷却され、変態点以下の温度となり、収縮力を
失うので、関節体８はコイルスプリング４の弾性力によ
り直線状に復元する。

そして、第７図に示すように、先端部３２が横行結腸３
８まで至った時、下行結腸３６が破線で示すような変形
を受けたとする。この場合、前述したシフト指令によれ
ば、下行結腸３６にある挿入部１の各関節体８はもとの
実線に対応する形状に自らの形状を合せようとする。こ
のため、大腸は圧迫を受け、患者への苦痛につながると
ともに、これ以上の挿入が困難になる。

しかしながら、この実施例においては、第６図の圧力セ
ンサ２９により各関節体へ加えられる圧力値を検出して
いるので、検出圧力が患者に苦痛を与える圧力である場
合は、表示部３１で当該関節体の番号と、その圧力値を
表示する。このため、この場合は、術者は挿入動作用レ
バー２４の操作を止めサーボモータ２０による挿入を［
１１折し、補助操作部２５の切換えスイッチ２７を操作
して該当する関節体を選択し、湾曲量コントローラ２８
を操作して圧力が正常に戻るように当該関節体の屈曲角
度を修正する。これにより、マイクロコンピュータ２２
は当該関節体に対応するサーボユニットへの屈曲角度指
令を修正する。他のサーボユニットへの屈曲角度指令は
元のままである。

そして、挿入部１の形状が破線のような形状に一致した
ら、挿入を再開する。もし、印加圧力が患者に苦痛を与
える関節体が複数ある場合は、上述の操作を繰返す。こ
の後、挿入部１が関節体８の１ピッチ分の距離たけ挿入
されると、前述の場合と同様にシフト指令が発生され、
各サーボユニットへ与えられていた指令が後続のサーボ
ユニットに自動的にシフトされ、挿入が行われる。

以上説明したようにこの実施例によれば、先端の関節体
に対する屈曲指令を与えるだけで、後続の関節体は、挿
入部の挿入に同期して、順次同様に屈曲する。そして、
挿入管路の形状が変化した場合は、術者は挿入を中断し
、補助操作部２５を操作してその関節体の屈曲角度を修
正することができる。そのため、その後、再び、後続の
関節体を先端側の関節体と同様に屈曲させ、挿入を行な
うことができる。

第２実施例の主要部のブロック図を第８図に示す。

第２実施例では、圧力計測部３０の計４１１値か比較部
４３に入力され、設定された基や圧力レベルと比較され
、両者のレベル差が演算される。このレベル差が通電制
御部４４に送られ、圧力計測レベルを設定値以下にする
ように通電回路４５に指令を与える。通電回路４５はこ
れに対応してＳＭＡコイル１１を通電する。サーボユニ
ット等は第１実施例と同様である。

第２実施例によれば、補助操作部２５を手動で操作する
ことなく、関節体への圧力の過大な印加を自動的に解除
することができる。さらに、同時に庚数の関節体の屈曲
角度を修正することも可能である。

第３実施例の外観を第９図に示す。

ここでは、内視鏡としては、先端にＣＣＤ等の固体撮像
素子を内蔵し、観察像を映像信号として得る内視鏡４６
が用いられている。内視鏡４６はＡケーブル４７、Ａコ
ネクタ４８を介して光源装置４つに接続される。Ａコネ
クタ４８から分岐されたＢコネクタ５０がＣＣＵ　（カ
メラコントロールユニット）５１に接続される。さらに
、Ｂコネクタ５０から分岐されたＣコネクタ５２が挿入
制御部５Ｂに接続される。挿入制御部５３の上にはＴＶ
モニタ５４が配置される。挿入制御部５３にはコネクタ
５５も接続され、Ｂケーブル５６を介してコントローラ
５７に接続される。さらに、挿入制御部５３に接続され
たＣケーブル５８の他端は内視鏡４６に接続された挿入
量検出部５つに接続されている。

第１０図にコントローラ５７の詳細を示す。コントロー
ラ５７は片手で握ることができるグリッパ６０を有し、
グリッパ６０の側面に送気／水スイッチ６１、吸引スイ
ッチ６２が設けられている。

送気／水スイッチ６］、吸引スイッチ６２の表面には、
両者のスイッチを指の触感によって区別できるように、
それぞれ凹部、凸部が設けられている。この池、湾曲用
ジョイスティック６３、湾曲方向表示部６４、始動／停
止スイッチ６５、独立湾曲切替えスイッチ６６も設けら
れている。独立湾曲切換えスイッチ６６は第１実施例の
切換えスイッチ２７（第５図）に相当する。

内視鏡４６は挿入量検出部５９に挿入され、体内に挿入
される。挿入量を尖出部５９は、第１実施例と同様にサ
ーボモータを有し、挿入部の送りと、シフト指令を発生
するタイミングを得るために挿入量の検出を行う。内視
鏡４６への照明光の供給は光源装置４つから行なわれる
。内ＵＡｖＬ４６からの映像信号はＣＣＵ３１に送られ
、ＴＶモニタ５４上に画像として表示される。第１実施
例の屈曲制御は挿入制御部５３で行われ、そのための指
令はコンｉ・ローラ５７から人力される。

なお、この発明は上述した実施例に限定されずに種々変
更可能である。例えば、圧力の計Ａ１１ｌ値の表示だけ
ではなく、所定値以上になった場合に警告を発生させて
もよい。また、内視鏡に限定されずに、通路、管路を進
行するマニュピユレータ等に応用してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、通常は、各関節
体は先端側の一関節体と同じ角度で自動的に屈曲するが
、通路の形状が変化し、いずれかの関節体へ加えられる
圧力が所定値以上になると、当該関節体の屈曲角度を修
正できるので、通路の形状が変化しても、その変化に追
従するようにその形状を変化し、通路に沿って円滑に移
動することができる形状記憶合金装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による形状記憶合金装置の第１実施例
としての内視鏡システムのブロック図、第２図は内視鏡
挿入部の軸方向の断面図、第３図は挿入部の半径方向の
断面図、第４図はサーボユニットの回路図、第５図は補
助操作部のブロック図、第６図は圧力センサの配置を示
す図、第７図は大腸内に内視鏡か挿入される様子を示す
図、第８図は第２実施例の主要部のブロック図、第９図
は第３実施例の外観を示す図、第１０図はコントローラ
の詳細な斜視図である。 １・・・挿入部、８・・・関節体、１７・・・サーボモ
ータ、１つ・・・制御装置、２２・・・マイクロコンピ
ュータ、２３・・・先端制御用レバー　２５・・・補助
操作部、３０・・・圧力計ａ＋＋を部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. それぞれが形状記憶合金を有する可撓性の関節体を複数
   個連結してなり、通路を移動する形状記憶合金装置にお
   いて、設定された目標角度で各関節体を屈曲させる手段
   と、形状記憶合金装置の移動時に各関節体の屈曲角度の
   目標値を後端側の関節体の屈曲角度の目標値として設定
   するシフト手段と、各関節体へ印加される圧力を検出す
   る手段と、検出圧力が所定値以上の場合前記屈曲手段の
   動作を中断し当該関節体の屈曲角度の目標値を変更する
   手段を具備する形状記憶合金装置。