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【発明の名称】 管内移動体用アクチュエータ、管内移動体、内視鏡用移動装置、並びに内視鏡
【発明者】 【氏名】永野 和彦

【氏名】木村 宏一
【要約】 【課題】複雑に屈曲した管路に対して好適な管内移動体用アクチュエータ、管内移動体、内視鏡用移動装置、並びに内視鏡を提供する。

【構成】電子内視鏡２の挿入部１０には、バルーン１４が取り付けられている。バルーン１４は、挿入部１０の進行方向の後方の部分１４ａおよび円周方向の部分１４ｂが、他の部分よりも膨張率が低く形成されている。エアーが供給されると、バルーン１４は、後方の部分１４ａおよび円周方向の部分１４ｂが他の部分よりも膨張率が低く形成されていることにより、後方の部分１４ａおよび円周方向の部分１４ｂよりも他の部分のほうが伸びて、進行方向の後方に向かって膨張する。管路３０内では、管路３０の内壁面３０ａに接触したバルーン１４の表面が、内壁面３０ａに接触しながら進行方向の後方に内壁面３０ａを介して駆動力を発生させ、この力によって挿入部１０が進行方向に移動される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧により膨張収縮する少なくとも一つのバルーンを有する管内移動体用アクチュエータにおいて、
前記バルーンを膨張させ、前記バルーンが前記管路の内壁面と接触してさらに膨張した際に、前記管路の内壁面を介して駆動力を発生して、前記駆動力により管内移動体を前記管路内で移動させることを特徴とする管内移動体用アクチュエータ。
【請求項２】
前記駆動力により管内移動体の姿勢を変更させることを特徴とする請求項１に記載の管内移動体用アクチュエータ。
【請求項３】
前記バルーンの一部に、膨張率が異なる部分が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の管内移動体用アクチュエータ。
【請求項４】
少なくとも前記バルーンの後方の部分および周方向の部分に、他の部分よりも膨張率が低い部分が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の管内移動体用アクチュエータ。
【請求項５】
少なくとも前記バルーンの後方の部分および周方向の部分の肉厚が、他の部分よりも厚いことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の管内移動体用アクチュエータ。
【請求項６】
少なくとも前記バルーンの後方の部分および周方向の部分に、バルーン自体の材料よりも膨張率が低い低膨張率材が取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の管内移動体用アクチュエータ。
【請求項７】
少なくとも前記バルーンの後方の部分および周方向の部分に、伸縮性のアクチュエータが取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の管内移動体用アクチュエータ。
【請求項８】
前記バルーンは、管内移動体の進行方向の後方に向かって略扇形状に膨張するように、部分的に膨張率が異なることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の管内移動体用アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の管内移動体用アクチュエータが取り付けられていることを特徴とする管内移動体。
【請求項１０】
前記バルーンは、軸方向、または／および周方向に複数取り付けられており、
複数のバルーンがそれぞれ個別に膨張収縮するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の管内移動体。
【請求項１１】
前記バルーンへの流体の出入りを制御するマイクロポンプを有することを特徴とする請求項９または１０に記載の管内移動体。
【請求項１２】
前記管路の屈曲状態を検出する屈曲状態検出手段を有し、
前記屈曲状態検出手段の検出結果に応じて、前記バルーンを膨張収縮させることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の管内移動体。
【請求項１３】
内視鏡の挿入部が挿入され、被検体内の管路を移動させるための内視鏡用移動装置であって、
請求項９ないし１２のいずれかに記載の管内移動体からなることを特徴とする内視鏡用移動装置。
【請求項１４】
被検体内に挿入される内視鏡であって、
請求項９ないし１２のいずれかに記載の管内移動体が設けられていることを特徴とする内視鏡。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、複雑に屈曲した管路に対して好適な管内移動体用アクチュエータ、管内移動体、内視鏡用移動装置、並びに内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療分野において、例えば、大腸や小腸のように複雑に屈曲した管路内に内視鏡を挿入して、管路内壁面の観察や診断、治療を施すことが行われている。この場合、管路が細く複雑に屈曲しているために、体腔外で内視鏡の挿入部を押し進めても挿入抵抗が大きく、観察したい部位まで先端部を到達させるためには、手技に熟練度が要求されていた。また、挿入に手間取ると患者への負担が大きくなり、場合によっては誤って管路を傷付けるおそれがあった。
【０００３】
そこで、複雑に屈曲した細い管路内に内視鏡の挿入部を円滑に挿入することができるように、挿入部の軸方向に進退するプローブと、挿入部およびプローブの先端部に設けられ、径方向に膨張収縮可能な二個のバルーンとを備え、二個のバルーンを交互に膨張収縮させつつ、二個のバルーン間のプローブを伸縮させる内視鏡の自動挿入装置が提案されている（特許文献１参照）。また、空圧により進行波が発生されるアクチュエータを挿入部に螺旋状に巻き付け、進行波を利用して挿入部を軸方向に移動させる方法が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−００８４４７号公報
【特許文献２】特開平１１−２５３３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、プローブが軸方向に進退するだけであり、また、特許文献２に記載の発明も同様に、軸方向にのみ進行波による駆動力が与えられるので、管路の屈曲した部分を通過する際の挿入抵抗が大きく、根本的な解決には至っていない。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、複雑に屈曲した管路内で管内移動体をより円滑に移動させることが可能な管内移動体用アクチュエータを提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、複雑に屈曲した管路内をより円滑に移動することが可能な管内移動体を提供することを目的とする。
【０００７】
さらに、本発明は、複雑に屈曲した管路内を観察する際に、手技に熟練度を必要とせず、患者への負担を減らすことが可能な内視鏡用移動装置、並びに内視鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、流体圧により膨張収縮する少なくとも一つのバルーンを有する管内移動体用アクチュエータにおいて、前記バルーンを膨張させ、前記バルーンが前記管路の内壁面と接触してさらに膨張した際に、前記管路の内壁面を介して駆動力を発生して、前記駆動力により管内移動体を前記管路内で移動させることを特徴とする。
【０００９】
前記駆動力により管内移動体の姿勢を変更させることが好ましい。
【００１０】
前記バルーンの一部に、膨張率が異なる部分が設けられていることが好ましい。
【００１１】
少なくとも前記バルーンの後方の部分および周方向の部分に、他の部分よりも膨張率が低い部分が設けられていることが好ましい。
【００１２】
少なくとも前記バルーンの後方の部分および周方向の部分を他の部分よりも膨張率を低くするために、少なくとも前記バルーンの後方の部分および周方向の部分の肉厚を、他の部分よりも厚くすることが好ましい。
【００１３】
または、少なくとも前記バルーンの後方の部分および周方向の部分に、バルーン自体の材料よりも膨張率が低い低膨張率材を取り付けることが好ましい。
【００１４】
あるいは、少なくとも前記バルーンの後方の部分および周方向の部分に、伸縮性のアクチュエータを取り付けることが好ましい。
【００１５】
さらには、前記バルーンが管内移動体の進行方向の後方に向かって略扇形状に膨張するように、部分的に膨張率を異ならせてもよい。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、管内移動体であって、請求項１ないし８のいずれかに記載の管内移動体用アクチュエータが取り付けられていることを特徴とする。
【００１７】
前記バルーンは、軸方向、または／および周方向に複数取り付けられており、複数のバルーンがそれぞれ個別に膨張収縮するように構成されていることが好ましい。
【００１８】
前記バルーンへの流体の出入りを制御するマイクロポンプを有することが好ましい。
【００１９】
前記管路の屈曲状態を検出する屈曲状態検出手段を有し、前記屈曲状態検出手段の検出結果に応じて、前記バルーンを膨張収縮させることが好ましい。
【００２０】
請求項１３に記載の発明は、内視鏡の挿入部が挿入され、被検体内の管路を移動させるための内視鏡用移動装置であって、請求項９ないし１２のいずれかに記載の管内移動体からなることを特徴とする。
【００２１】
請求項１４に記載の発明は、被検体内に挿入される内視鏡であって、請求項９ないし１２のいずれかに記載の管内移動体が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の管内移動体用アクチュエータによれば、バルーンを膨張させ、バルーンが管路の内壁面と接触してさらに膨張した際に、管路の内壁面を介して駆動力を発生して、駆動力により管内移動体を管路内で移動させるので、複雑に屈曲した管路内で管内移動体をより円滑に移動させることが可能となる。
【００２３】
また、本発明の管内移動体によれば、請求項１ないし８のいずれかに記載の管内移動体用アクチュエータが取り付けられているので、複雑に屈曲した管路内をより円滑に移動することが可能となる。
【００２４】
軸方向、または／および周方向に複数のバルーンが取り付けられ、複数のバルーンがそれぞれ個別に膨張収縮するように構成されているので、管内の屈曲状態に合わせて管内移動体の先端部の姿勢を変更させることが可能となる。
【００２５】
バルーンへの流体の出入りを制御するマイクロポンプを有するので、バルーンに流体を供給する配管が一本で済み、管内移動体の細径化に寄与することができる。このため、特に複数のバルーンを個別に膨張収縮させる場合、バルーンに流体を供給するために複数の配管を設置すると管内移動体の径が太くなり、患者への負担が増すという問題を解消することができる。
【００２６】
さらに、本発明の内視鏡用移動装置、並びに内視鏡によれば、請求項９ないし１２のいずれかに記載の管内移動体からなる、あるいは、請求項９ないし１２のいずれかに記載の管内移動体が設けられているので、複雑に屈曲した管路内を移動する際に、手技に熟練度を必要とせず、患者への負担を減らすことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１において、電子内視鏡２は、被検体内に挿入される挿入部１０と、挿入部１０の基端部分に連設された操作部１１とを備えている。挿入部１０の先端に連設された先端部１０ａ（例えば、外径１２ｍｍφ）には、被検体内の被観察部位の像光を取り込むための対物レンズと像光を撮像する撮像素子（いずれも図示せず）が内蔵されている。撮像素子により取得された被検体内の画像は、コード１２に接続されたプロセッサ装置のモニタ（いずれも図示せず）に内視鏡画像として表示される。
【００２８】
また、先端部１０ａには、被観察部位に光源装置（図示せず）からの照明光を照射するための照明窓や、鉗子口１３と連通した鉗子出口、送気・送水ボタン１１ａを操作することによって、対物レンズを保護する観察窓の汚れを落とすための洗浄水やエアーが噴射されるノズルなどが設けられている。
【００２９】
先端部１０ａの後方には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部１０ｂが設けられている。湾曲部１０ｂは、操作部１１に設けられたアングルノブ１１ｂが操作されて、挿入部１０内に挿設されたワイヤが押し引きされることにより、上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部１０ａが被検体内の所望の方向に向けられる。
【００３０】
湾曲部１０ｂの後方には、可撓性を有する軟性部１０ｃが設けられている。軟性部１０ｃは、先端部１０ａが被観察部位に到達可能なように、且つ術者が操作部１１を把持して操作する際に支障を来さない程度に患者との距離を保つために、数ｍの長さを有する。
【００３１】
先端部１０ａと湾曲部１０ｂの間には、二個のバルーン１４が取り付けられている。図２に示すように、二個のバルーン１４は、挿入部１０の周方向に関して対向する位置、つまり１８０°隔てた位置に配され、例えば、膨張収縮自在なラテックスゴムからなる。
【００３２】
図３において、バルーン１４の内腔には、挿入部１０の外周面に開口した給排気口２０を介して、給排気路２１が連通されている。給排気路２１は、挿入部１０の軸方向に亘って設けられ、操作部１１、コード１２内を通って、図１に示すバルーン制御装置１５に接続されている。バルーン制御装置１５には、給排気路２１を介してバルーン１４にエアーを供給する給気ポンプ１６と、バルーン１４内のエアーを吸引する吸引ポンプ１７とがそれぞれ二台ずつ設けられている。これらのポンプ１６、１７の動作をコントローラ１８で制御することにより、二個のバルーン１４がそれぞれ個別に膨張収縮される。
【００３３】
図３に戻って、バルーン１４は、挿入部１０の進行方向（挿入部１０の基端部分から先端部１０ａに向かう方向）の後方の部分１４ａ（斜線で示す。以下、単に後方部分という。）、および円周方向の部分１４ｂ（斜線で示す。以下、単に円周部分という。）が、他の部分よりも肉厚が厚く形成されている。このため、給気ポンプ１６から給排気路２１を介してエアーが供給されると、バルーン１４は、図４に示すように膨張する。すなわち、後方部分１４ａおよび円周部分１４ｂが他の部分よりも肉厚に形成されていることにより、後方部分１４ａおよび円周部分１４ｂが他の部分よりも膨張率が低くなり、後方部分１４ａおよび円周部分１４ｂよりも他の部分のほうが伸びて、点線で示すように進行方向の後方に向かって略扇形状に膨張する。
【００３４】
上記のように構成された電子内視鏡２で、例えば、大腸や小腸のように複雑に屈曲した管路３０の内壁面３０ａ（ともに図５参照）を観察する場合には、バルーン１４が収縮した状態で挿入部１０を被検体内に挿入し、光源装置を点灯して被検体内を照明しながら、撮像素子により得られる内視鏡画像をモニタで観察する。
【００３５】
先端部１０ａが管路３０に到達すると、給気ポンプ１６から給排気路２１を介して二個のバルーン１４に同時にエアーが供給される。これによりバルーン１４が膨張し始め、図５に示すように、管路３０の内壁面３０ａにバルーン１４の表面が接触する。そして、図６および図７に示すように、進行方向の後方に向かってバルーン１４が略扇形状に膨張していく。これにより、管路３０の内壁面３０ａに接触したバルーン１４の表面が、内壁面３０ａに接触しながら進行方向の後方に内壁面３０ａを介して駆動力を発生させ、この力によって挿入部１０が進行方向に移動される。
【００３６】
バルーン１４の膨張により挿入部１０が進行方向に移動された後、吸引ポンプ１７によって、給排気路２１を介してバルーン１４内のエアーが吸引され、バルーン１４が収縮する。このようにして、バルーン１４の膨張収縮が繰り返され、これにより挿入部１０が管路３０に沿って移動される。
【００３７】
以上説明したように、電子内視鏡２は、後方部分１４ａおよび円周部分１４ｂが他の部分よりも肉厚が厚く形成され、進行方向の後方に向かって略扇形状に膨張するバルーン１４を備えるので、挿入抵抗が大きい複雑に屈曲した管路を円滑に移動することができる。したがって、手技に熟練度を必要とせず、また、挿入に手間取って患者に苦痛を与えたり、誤って管路を傷付けたりするおそれがない。
【００３８】
上記実施形態では、給気ポンプ１６と吸引ポンプ１７とでバルーン１４へのエアーの供給および吸引を行っているが、図８に示すように、マイクロポンプ４０、４１を用いて、バルーン１４へのエアーの供給、およびバルーン１４内のエアーの排気を行ってもよい。
【００３９】
マイクロポンプ４０は、一本の給気路４２と、挿入部１０の外周面に開口し、バルーン１４の内腔に繋がる給気口４３とを繋ぐ給気路４４を開閉する弁４５、および弁４５を開閉動作させるための圧電素子４６からなる。また、マイクロポンプ４１は、挿入部１０の外周面に開口し、バルーン１４の内腔に繋がる排気口４７と、挿入部１０の外周面に開口し、外部に繋がる外部排気口４８とを繋ぐ排気路４９を開閉する弁５０、および弁５０を開閉動作させるための圧電素子５１からなる。
【００４０】
バルーン１４を膨張させる際には、マイクロポンプ４１の運転を停止した状態でマイクロポンプ４０の弁４５を開き、給気路４２、４４、および給気口４３を介してバルーン１４にエアーを供給する。逆に、バルーン１４を収縮させる際には、マイクロポンプ４０の駆動を停止してエアーの供給を停止させた後、マイクロポンプ４１を駆動して、排気口４７、排気路４９、および外部排気口４８を介して外部にエアーを排気する。このようにすれば、給気路４２が一本だけで済み、挿入部１０が太くなることが防がれる。また、マイクロポンプ４０、４１の動作を制御することにより、管路の屈曲状態に応じて、バルーン１４の膨張状態を変化させて、先端部１０ａの姿勢を調整することができる。なお、マイクロポンプ４０、４１は、外部から流体を供給する管とマイクロバルブとで構成してもよい。
【００４１】
なお、本発明の管内移動体用アクチュエータとしては、バルーンが膨張する過程で内壁面３０ａと接触した箇所において、バルーンが内壁面３０ａから駆動力を受けるような構成であればよい。また、好ましいバルーンの膨張形態としては、挿入部１０の進行方向の後方に内壁面３０ａを押しやるように略扇形状に膨張させるのがよい。
【００４２】
上記実施形態のバルーン１４のように、後方部分１４ａおよび円周部分１４ｂの肉厚を他の部分よりも厚くする他に、あるいはこれに加えて、例えば、バルーンを作製する際に、後方部分１４ａおよび円周部分１４ｂが他の部分よりも膨張率が低くなるような補強を施してもよい。
【００４３】
図９に示すバルーン６０のように、バルーン６０の材料よりも低い膨張率を有する低膨張率材６１（例えば、ＰＥＴ繊維やアラミド繊維）を表面に接合、あるいは埋め込み、若しくは一体成形し、部分的に膨張率を異ならせてもよい。バルーン６０は、先端部１０ａに取り付けられた付け根側よりも、内壁面３０ａに接触する先端側の方が先細となるように、断面台形状となっている。低膨張率材６１は、挿入部１０の進行方向に平行な方向の円周部分６０ｂ（斜線で示す。）に等間隔で複数取り付けられ、また、後方部分６０ａ（斜線で示す。）に取り付けられている。これにより、バルーン６０は、図１０および図１１に示すように、後方部分６０ａおよび円周部分６０ｂよりも他の部分のほうが伸びて、進行方向の後方に向かって略扇形状に膨張する。なお、バルーン６０が収縮する際には、付け根側よりも先端側の方が先細な断面台形状となっているため、抵抗なく元の状態に畳められる。
【００４４】
あるいは、低膨張率材料６１の代わりに、伸縮性のアクチュエータ、例えばコイル状に形成した形状記憶合金のワイヤを後方部分および円周部分の表面に接合してもよい。この場合、ワイヤを伸縮させることにより、バルーンの膨張形態を変化させることができ、管路の屈曲状態に対して、バルーン膨張時に内壁面から受ける駆動力を変化させることができる。なお、ワイヤを伸縮させる方法としては、例えば、ワイヤ自体を通電加熱する方法が採用される。
【００４５】
また、図１２に示すように、管路３０の屈曲状態を検出する屈曲状態検出センサ８０を設け、この屈曲状態検出センサ８０の検出結果に応じて、コントローラ１８で個々のバルーン１４の膨張収縮を個別に制御してもよい。このようにすれば、図１３に示すように、先端部１０ａが管路３０の屈曲部３０ｂに到達した場合に、屈曲部３０ｂの外側のバルーン１４を内側のバルーン１４よりも膨張させ、先端部１０ａの向きを屈曲部３０ｂの屈曲方向に向けることができ、挿入部１０の移動をより円滑にすることができる。
【００４６】
なお、屈曲状態検出センサ８０の具体例としては、バルーン１４の表面に電気抵抗体を接合または塗布し、電気抵抗体の抵抗の変化からバルーン１４の膨張状態を把握して、把握したバルーン１４の膨張状態を元に管路３０の屈曲状態を検出する。あるいは、二個のバルーン１４の各々の内圧を測定し、この測定結果を元に管路３０の屈曲状態を検出する。
【００４７】
上記実施形態では、電子内視鏡２の挿入部１０に直接バルーンを取り付けた例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、図１４に示す内視鏡用移動装置９０に適用することも可能である。内視鏡用移動装置９０は、挿入部１０が挿入固定される筒体９１と、筒体９１の先端に取り付けられたバルーン１４と、筒体９１から延びたコード９２が接続される、バルーン制御装置１５と同様の構成を有するバルーン制御装置９３とから構成される。挿入部１０を被検体内に挿入する際には、筒体９１を挿入部１０に挿入して固定し、バルーン制御装置９３で上記実施形態と同様の制御を行って挿入部１０を移動させる。
【００４８】
上記実施形態では、挿入部１０の周方向に関して対向する位置に二個のバルーン１４を配した例を挙げて説明したが、バルーンの個数や配置はこれに限定されるものではなく、例えば、図１５に示すように、挿入部１０の周方向に関して四等分した位置に四個のバルーン１４を取り付けてもよいし、図１６に示すように、挿入部１０の軸方向に複数個取り付けてもよい。
【００４９】
上記実施形態では、管内移動体として電子内視鏡２および内視鏡用移動装置９０を例示して説明したが、超音波トランスデューサが先端部に配された超音波プローブや、超音波トランスデューサおよび撮像素子が先端部に一体的に配された超音波内視鏡などの他、工業用配管内を検査するための自走式検査スコープについても、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】電子内視鏡の構成を示す概略図である。
【図２】バルーンの配置を説明するための図である。
【図３】バルーン周辺の拡大断面図である。
【図４】バルーンの膨張の様子を説明するための図である。
【図５】管路内におけるバルーンの膨張の様子を示す図である。
【図６】管路内におけるバルーンの膨張の様子を示す図である。
【図７】管路内におけるバルーンの膨張の様子を示す図である。
【図８】マイクロバルブを用いた例を示す拡大断面図である。
【図９】バルーンの別の実施形態を示す拡大図である。
【図１０】図９に示すバルーンの膨張の様子を説明するための図である。
【図１１】図９に示すバルーンの膨張の様子を説明するための図である。
【図１２】別の実施形態を示すブロック図である。
【図１３】図１２に示す実施形態で管路の屈曲部におけるバルーンの膨張の様子を説明するための図である。
【図１４】内視鏡用移動装置の構成を示す概略図である。
【図１５】バルーンの別の配置例を示す図である。
【図１６】バルーンの別の配置例を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
２ 電子内視鏡
１０ 挿入部
１０ａ 先端部
１４、６０、７０ バルーン
１４ａ、６０ａ 後方部分
１４ｂ、６０ｂ 円周部分
１５、９３ バルーン制御装置
３０ 管路
３０ａ 内壁面
３０ｂ 屈曲部
４０、４１ マイクロポンプ
６１ 低膨張率材
８０ 屈曲状態検出センサ
９０ 内視鏡用移動装置
９１ 筒体
【出願人】 【識別番号】３０６０３７３１１
【氏名又は名称】富士フイルム株式会社
【出願日】 平成１８年８月２１日（２００６．８．２１）
【代理人】 【識別番号】１０００７５２８１
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 和憲

【識別番号】１０００９５２３４
【弁理士】
【氏名又は名称】飯嶋 茂

【識別番号】１００１１７５３６
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 英了
【公開番号】 特開２００８−４３６６９（Ｐ２００８−４３６６９Ａ）
【公開日】 平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願番号】 特願２００６−２２４４７７（Ｐ２００６−２２４４７７）