CN101652092A - 内窥镜***、摄像***以及图像处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的内窥镜***具有:内窥镜,其利用设置在***部前端的摄像装置来拍摄体腔内的图像;位置检测装置,其根据由摄像装置拍摄的管腔信息,针对***部前端检测用于***该***部前端的位置信息;记录装置,其随时间记录由位置检测装置检测出的位置信息;判定装置,其判定是否满足针对位置检测装置检测位置信息的检测动作所设定的条件;以及方向计算装置,在不满足条件的判定结果的情况下,该方向计算装置读出记录在记录装置内的位置信息,并输出将***部前端***的方向的信息。
Description
技术领域
本发明涉及为了对体腔内进行检查、诊断而取得体腔内的图像的内窥镜***、摄像***以及图像处理装置。
背景技术
近年,为了对体腔内进行检查、诊断而广泛使用内窥镜。在使用内窥镜的情况下,期望的是将***部顺利地***到体腔内。
例如在作为第1现有例的日本特开2003-93328号公报中,根据内窥镜图像检测***部的前端部应***的方向、即目标位置,并将其设定为该目标位置的方向。
并且,在作为第2现有例的日本特开2006-116289号公报中公开了这样的弯曲控制装置:其选择基于内窥镜摄像图像的第1弯曲控制方法、以及基于内窥镜***形状的检测图像或CT图像的第2弯曲控制方法来进行***时的弯曲控制。
然而,在第1现有例中,当内窥镜图像处于不能检测与体腔或管腔的走向对应的暗部或者暗部消失的状态、而且内窥镜图像处于拍摄粘膜表面的摄像状态时,难以选定应***的方向。在该情况下,在该第1现有例中的第4实施方式中,当成为目标位置的暗部在图像外消失时,根据该暗部的消失方向来提示应***的方向。
然而,由于未存储暗部消失之前的信息,因而精度良好地进行应***的方向的提示变得困难。
而且,在从暗部消失到进行该提示的期间内,窥镜扭转时,目标位置的方向也旋转移动,因而具有不能再现消失方向的缺点。
并且,关于第2现有例,在基于内窥镜图像的选择状态中,在暗部消失的状态下与第1现有例的情况一样,仍然难以在应***的方向上提示弯曲方向。
发明内容
鉴于上述方面,本发明的目的是提供一种进行应***的方向或弯曲方向的检测、以便能顺利地取得利用内窥镜等对体腔内进行检查、诊断的图像的内窥镜***、摄像***以及图像处理装置。
本发明涉及的内窥镜***,其特征在于,该内窥镜***具有:
内窥镜,其利用设置在***部前端的摄像单元来拍摄体腔内的图像;
位置检测单元,其根据由所述摄像单元拍摄的管腔信息,针对***部前端检测用于***该***部前端的位置信息;
记录单元,其随时间记录由所述位置检测单元检测出的位置信息;
判定单元,其判定是否满足针对所述位置检测单元检测位置信息的检测动作所设定的条件;以及
方向计算单元,在不满足所述条件的判定结果的情况下,该方向计算单元读出记录在所述记录单元内的位置信息,并输出***所述***部前端的方向的信息。
本发明涉及的摄像***,其特征在于,该摄像***具有:
摄像部,其设置在***到体腔内的***体内,并拍摄体腔内的图像;
管腔信息检测单元,其根据由所述摄像部拍摄的图像,检测与体腔的走向对应的管腔信息;
记录单元,其随时间记录由所述管腔信息检测单元检测出的管腔信息;
估算单元,其估算所述摄像部的位置和方向;
判定单元,其判定是否满足针对所述管腔信息检测单元检测管腔信息的检测动作所设定的条件;
方向计算单元,在由所述判定单元判定为不满足所述条件的情况下,该方向计算单元读出记录在所述记录单元内的管腔信息,并根据该管腔信息和所述估算单元的估算结果来计算移动所述***体的方向的信息;以及
控制单元,其根据由所述方向计算单元计算出的信息来控制移动所述***体的方向。
本发明涉及的图像处理装置,其特征在于,该图像处理装置具有:
内窥镜图像的输入部,该内窥镜图像是由设置在***到体腔内的***部前端的摄像单元拍摄的;
位置检测处理单元,其根据所述内窥镜图像,针对***部前端进行用于导入该***部前端的位置信息的检测处理;
记录单元,其随时间记录由所述位置检测处理单元检测出的位置信息;
判定处理单元,其进行是否满足针对所述位置检测处理单元的位置信息的检测处理所设定的条件的判定处理;以及
方向计算单元,在不满足所述条件的判定处理结果的情况下,该方向计算单元读出记录在所述记录单元内的位置信息,并输出***所述***部前端的方向的信息。
附图说明
图1是示出本发明的实施例1的内窥镜***的整体结构的图。
图2是示出图1的具体结构的整体结构图。
图3是示出扭转量检测单元的结构的图。
图4是示出PC主体的功能模块的结构的框图。
图5是示出主处理部的弯曲控制的功能结构的框图。
图6A是示出内窥镜的***部被***到大肠内的状态的图。
图6B是示出在图6A的情况下在图像内存在暗部的状态下能取得的图像例的图。
图7A是示出内窥镜的***部被***到大肠内的状态的图。
图7B是示出在图7A的情况下暗部在图像内消失的图像例的图。
图8A是示出显示弯曲方向等的显示例的图。
图8B是内窥镜图像。
图9是示出弯曲部朝暗部方向弯曲的弯曲控制动作的图。
图10是示出本实施例的主处理部的动作内容的流程图。
图11是示出按时刻顺序存储在环形缓存器内的绝对扭转量和对应的图像内目标位置的信息的动作说明图。
图12是示出按时刻顺序存储在环形缓存器内的绝对扭转量和对应的内窥镜形状的信息的动作说明图。
图13是示出实施例1的第1变形例的内窥镜***的整体结构的图。
图14是示出实施例1的第2变形例的内窥镜***的整体结构的图。
图15是示出第2变形例中的主处理部的功能结构的框图。
图16是示出第2变形例中的主处理部的动作内容的流程图。
图17是示出实施例1的第3变形例的内窥镜***的整体结构的图。
图18是示出第3变形例中的主处理部的动作内容的流程图。
图19是示出实施例1的第4变形例的内窥镜***的整体结构的图。
图20是示出本发明的实施例2的主要部分的结构的图。
图21是实施例2的胶囊型医疗***的整体结构图。
图22是图21的胶囊型医疗***的更详细的框图。
图23是胶囊主体的侧面说明图。
图24是示出所施加的旋转磁场和由该旋转磁场引起的胶囊主体的动作的概念图。
图25是示出对图24的旋转磁场施加的振动磁场(力偶产生用磁场)和由该振动磁场(力偶产生用磁场)引起的胶囊主体的动作的概念图。
图26是示出随时间记录在记录单元内的特定位置信息等的图。
图27是示出由胶囊主体的摄像单元取得的图像例的图。
图28是示出与图27中的各图像对应的胶囊主体和管腔状态的图。
图29是示出实施例2的动作内容的流程图。
图30是示出实施例2的变形例中的主要部分的结构的图。
图31是示出变形例的动作内容的一部分的流程图。
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的实施例。
实施例1
图1至图12涉及本发明的实施例1,图1示出本发明的实施例1的内窥镜***的整体结构,图2示出图1的具体结构,图3示出扭转量检测单元的结构,图4示出PC主体的功能模块的结构,图5示出主处理部的弯曲控制的功能结构。
图6示出内窥镜的***部被***到大肠内的状态、以及在该情况下在图像内存在暗部的状态下能取得的图像例,图7示出内窥镜的***部被***到大肠内的状态、以及在该情况下暗部在图像内消失的图像例,图8示出显示弯曲方向等的显示例。
图9示出弯曲部朝暗部方向弯曲的弯曲控制动作,图10示出本实施例的主处理部的动作内容,图11示出按时刻顺序存储在环形缓存器内的绝对扭转量和对应的图像内目标位置的信息,图12示出按时刻顺序存储在环形缓存器内的绝对扭转量和对应的内窥镜形状的信息。
如图1和图2所示,本发明的实施例1的内窥镜***1具有:内窥镜装置6,其具有进行内窥镜检查的内窥镜2、光源装置3、处理器4和内窥镜监视器5;作为图像处理装置的个人计算机主体(以下简记为PC主体)7和PC监视器8,其对由内窥镜2拍摄的内窥镜图像进行用于弯曲控制等的图像处理;以及UPD装置11,其具有作为内窥镜2的***部9中的至少前端部10的位置检测单元的功能。
如图1所示,内窥镜2具有:***到躺在检查床12上的患者13的体腔内的细长的***部9,以及设在其后端的操作部14。从该操作部14延伸出的通用连接缆15的端部的连接器与产生照明光的光源装置3及作为进行信号处理的信号处理装置的处理器4连接。
如图2所示,***部9具有:设在该***部9前端的前端部10;自由弯曲的弯曲部18;以及从该弯曲部18的后端延伸到操作部14的具有挠性的挠性部19。
在操作部14内设有作为弯曲指示操作单元的例如操纵杆21,其通过手术者20朝期望的方向对弯曲部18进行弯曲指示操作。然后,手术者20通过操作该操纵杆21,能经由设在该操作部14内部的作为电弯曲驱动单元的电动机单元22使弯曲部18电弯曲。
并且,在本实施例中,在***部9中的例如后端侧的外周面设有扭转量检测单元23,以便能检测在***部9绕其轴扭转的情况下的扭转量。
如图2所示,在***部9内贯穿有传送照明光的光导管31,其后端经由操作部14和通用连接线缆15与光源装置3连接。来自光源装置3内的灯具32的照明光入射到该光导管31的后端面。然后,通过光导管31传送的照明光从固定在设于前端部10的照明窗上的导光路前端面,进一步经由与该光导管前端面对置的照明透镜33射出到前方侧。
然后,利用从照明窗射出到该前端部10的纵轴的前方侧的照明光,对***有***部9的体腔内的纵轴的前方侧进行照明。然后,对以下所示的物镜34的观察视野或摄像范围进行照明。
在与该照明窗邻接设置的观察窗(摄像窗)上安装有使成为观察对象的体腔内的光学像成像的物镜34。由该物镜34和配置在其成像位置上的固体摄像元件例如CCD 35形成了摄像装置36。
该CCD 35经由在***部9内贯穿的信号线,与处理器4的CCD驱动电路37及信号处理电路38连接。CCD驱动电路37产生CCD驱动信号,并将其施加给CCD 35。通过CCD驱动信号的施加,CCD 35对成像在CCD 35的摄像面上的光学像进行光电转换,并作为CCD输出信号或摄像信号进行输出。
该摄像信号被输入到信号处理电路38,信号处理电路38对摄像信号进行信号处理,生成将内窥镜图像显示在内窥镜监视器5上的内窥镜图像信号(影像信号),例如RGB信号等。内窥镜图像信号被输入到内窥镜监视器5,在内窥镜监视器5的内窥镜图像显示区域5a内显示内窥镜图像。
另外,该内窥镜图像信号还被输入到作为图像处理装置的PC主体7,并在检测用于使***部9的前端朝体腔的走向***的位置信息的图像处理中被利用。并且,在本实施例涉及的内窥镜2中,在***部9内,例如从前端部10到挠性部19中的适当位置,例如以规定间隔配置有作为分别产生位置信息的位置信息产生单元的多个线圈(也称为UPD线圈)41a、41b、41c等,以便检测***部9的***形状(也称为内窥镜形状)。
然后,通过检测这些UPD线圈41a、41b、41c等的各线圈位置,能计算***部9的***形状。特别是,通过检测***部9的前端侧的多个UPD线圈(例如41a、41b、41c)的各位置,除了***部9的前端位置以外,还能检测其纵轴的方向(朝向)。
另外,在图2中示出配置在内窥镜2的***部9内的例子,然而可以在未图示的通道内***设有UPD线圈41a、41b、41c等的探头,进行***有该探头的***部的形状检测。
该UPD线圈41a、41b、41c等的后端侧的电缆与UPD装置11连接。
如图2所示,该UPD装置11具有UPD驱动电路42,该UPD驱动电路42驱动UPD线圈41a、41b、41c等来产生磁场。
并且,该UPD装置11具有磁场检测用的传感线圈部43,该传感线圈部43由为了检测磁场而分别以规定的位置关系来配置的多个传感线圈43a、43b、43c等构成。
并且,该UPD装置11具有:UPD线圈位置检测电路44,其根据形成传感线圈部43的传感线圈43a、43b、43c等的检测信号,检测(计算)各UPD线圈41a、41b、41c等的位置;***形状计算和显示处理电路45,其根据各UPD线圈41a、41b、41c等的位置信息,进行***部9的***形状的计算处理和计算出的***形状的显示处理;以及形状显示监视器46,其通过输入由显示处理所生成的影像信号来显示***形状。
另外,UPD装置11中至少传感线圈部43配置在图1的检查床12的附近,使用覆盖躺在检查床12上的患者13中的***有***部9的三维区域的坐标系(称为世界坐标系),来检测UPD线圈41a、41b、41c等的位置、即世界坐标系中的三维坐标位置。
与此相对,由设在前端部10的摄像装置36获得的内窥镜图像伴随***部9向体腔内(以下是大肠那样的管腔内)的***量而变化。
因此,如后所述,根据内窥镜图像检测的管腔内的暗部(也称为管腔暗部)的位置信息被转换为世界坐标系。另外,由于该暗部的位置信息对应于管腔的走向,因而该位置信息成为应将***部前端***(导入)到管腔的深部侧的目标位置或者应弯曲的弯曲方向的目标位置。
另外,设在前端部10的摄像装置36的观察方向在该内窥镜2中与***部9的纵轴平行,上述***方向或弯曲方向处于与摄像装置36的观察方向相同的方向。
由UPD装置11中的例如UPD线圈位置检测电路44检测出的UPD线圈41a、41b、41c等的线圈坐标位置的信息也被输入到PC主体7。
如图2示意性所示,弯曲部18构成为在其长度方向使多个弯曲臂自由转动地连接。并且,在***部9内,沿上下、左右的弯曲方向***有弯曲金属线51u、51d、51l、51r。并且,这些弯曲金属线51u、51d、51l、51r的后端与例如构成配置在操作部14内的电动机单元22的滑轮52a、52b连接。(另外,在图2中,弯曲金属线51l、51r仅示出后端侧。)
在操作部14内设置有滑轮52a和滑轮52b,滑轮52a上缠绕安装(卷装)有与上下的各弯曲金属线51u、51d的两端连接的金属线,滑轮52b上缠绕安装有与左右的各弯曲金属线51l、51r的两端连接的金属线。
各滑轮52a、52b分别与电动机53a、53b的旋转轴连接,并随着自由正转和反转的电动机53a、53b的旋转方向而旋转。这些电动机53a、53b由电动机驱动部55驱动,电动机驱动部55由驱动控制部54控制驱动。
并且,构成了这样的弯曲驱动器:该弯曲致动器通过利用电动机53a、53b使滑轮52a、52b旋转,经由弯曲金属线51u、51d、51l、51r对弯曲部18进行电弯曲驱动。
由于弯曲部18的弯曲量对应于经由电动机53a、53b使滑轮52a、52b旋转的旋转量,因而将滑轮52a、52b的旋转量称为滑轮角(pulley angle)。
弯曲驱动器的驱动位置由作为驱动器位置检测单元的例如安装在电动机53a、53b的旋转轴上的旋转编码器56a、56b来检测。旋转编码器56a、56b的检测信号被输入到例如电动机驱动部55以及(通过电动机驱动部55被输入到)驱动控制部54。
能根据旋转编码器56a、56b的检测信号检测弯曲部18的弯曲量(弯曲角)。
驱动控制部54能根据该驱动器位置检测单元的检测信号,通过电动机驱动部55控制电动机53a、53b的旋转驱动量(相当于滑轮52a、52b的滑轮角),并能使弯曲部18弯曲到进行了弯曲指示的弯曲量。
即,如上所述,利用设在操作部14上的作为弯曲指示操作单元的操纵杆21来指示上下、左右的任意弯曲方向,并提供该弯曲操作量(弯曲角)的指令。
通过进行上下、左右的弯曲方向的指定和弯曲操作量的指令,上下方向操纵杆电动机57a和左右方向操纵杆电动机57b旋转。该旋转量即弯曲操作量由旋转编码器58a、58b检测。旋转编码器58a、58b的检测信号被输入到驱动控制部54。
然后,驱动控制部54通过电动机驱动部55控制电动机53a、53b的旋转驱动量,以达到与由旋转编码器58a、58b检测出的弯曲操作量一致的值。
另外,上下方向操纵杆电动机57a和左右方向操纵杆电动机57b,其旋转驱动由输入有旋转编码器58a、58b的检测信号的驱动控制部54来控制。
并且,在本实施例中,该驱动控制部54与PC主体7连接,并能根据来自PC主体7侧的弯曲控制信息(或弯曲信息)进行弯曲控制。
并且,检测***部9的扭转量的扭转量检测单元23是例如图3所示的结构。
如图3所示,扭转量检测单元23具有:例如圆筒形状的壳体61;沿壳体61的中心轴配置并将***部9保持为自由旋转的1对轴承62、62;以及检测***部9的扭转量的传感器63(传感器63是图3中的标号63a~63h的总称)。
在壳体61内设有供***部9贯穿的贯通孔(贯穿孔),在该贯通孔内配设有将***部9支撑为自由旋转的1对轴承62、62。并且,在该壳体61内具有:构成传感器63的发光二极管(简记为LED)63a,透镜63b,狭缝圆板63c,固定狭缝63d,光电二极管(简记为PD)63e、63f,比较电路63g,以及计数器63h。
在壳体61内固定有LED 63a,该LED 63a沿着与壳体61的轴平行的方向、即***部9的轴向发出光。在该LED 63a的光路上配设有透镜63b,该透镜63b聚集入射光并使其成为例如平行的光束。
通过该透镜63b在光路上配设有狭缝圆板63c,且该狭缝圆板63c安装在***部9的外周面上。
在该狭缝圆板63c的周向的端部侧部分,以规定角度单位形成有多个呈放射状形成的狭缝。在该狭缝圆板63c的后侧配设有固定狭缝63d。
在该固定狭缝63d的后侧配设有1对PD 63e、63f。另外,在固定狭缝63d中,大致平行地设有4个狭缝,以使透射了形成在狭缝圆板63c上的例如4个狭缝的各光分别通过。然后,透射了该4个狭缝的光由PD63e检测。
另外,以邻接于该4个狭缝且与狭缝圆板63c的遮光部对置的方式设有4个狭缝,透射了该4个狭缝的光由PD 63f检测。
PD 63e和63f的检测信号被输入到比较电路63g。
比较电路63g将PD 63e的检测信号与基于PD 63f的检测信号的阈值进行比较。然后,例如在PD 63e的检测信号是阈值以上的情况下,比较电路63g输出高(H)或1的二值信号,在是阈值以下的情况下,输出低(L)或0的二值信号。
计数器电路63h对比较电路63g的输出信号进行计数,计算由图3中的空白箭头表示的***部9的相对扭转量。另外,也可以仅使用PD 63e侧的检测信号来计算***部9的相对扭转量。
由该计数器电路63h计算出的相对扭转量被输入到PC主体7。如图2所示,PC主体7如后所述具有以下等:CPU 71,其进行检测暗部的图像处理,而且进行与暗部消失的情况对应的弯曲控制的图像处理;例如硬盘(简记为HDD)72,其存储有该图像处理的程序等;存储器73,其用作数据的临时存储区或工作区;接口部(简记为IF部)74,其成为输入内窥镜图像信号等或输出弯曲量控制信息的接口;以及作为记录单元的例如环形缓存器75,其存储能再现过去的***部9的前端状态的信息。
在HDD 72内存储有CPU 71进行的处理的程序等,CPU 71通过经由HDD接口72a读入该程序,从而具有与上述暗部的消失对应的处理、即图4所示的主处理部80的功能。
并且,如图2所示,与CPU 71等连接的主线经由视频处理电路76与PC监视器8连接,并经由键盘接口77a与键盘77连接。
手术者20能从该键盘77对CPU 71进行数据输入和各种指示操作。并且,针对该CPU 71,能从例如设在内窥镜2的操作部14内的开关78进行这样的指示:手动启动与暗点消失的情况对应的弯曲控制。另外,作为该开关78,可以由广泛用作针对处理器4等的指示开关的镜体开关(Scope Switch)形成。并且,不限于从开关78进行该指示,还能从键盘77等进行该指示。
如图4所示,从信号处理电路38输出的内窥镜图像信号经由构成接口部74的(作为图像输入部的)内窥镜图像取得接口74a,在作为数据记录单元的例如存储器73的图像数据存储部73a内存储为进行了A/D转换后的内窥镜图像的图像数据。另外,可以取代存储器73而使用HDD 72或未图示的非易失性闪存等。
并且,由UPD装置11检测出的UPD线圈41a、41b、41c等的线圈坐标位置的信息经由线圈坐标位置取得接口74b,在存储器73的内窥镜形状参数存储部73b内存储为内窥镜形状参数,具体地说,是存储线圈坐标位置、线圈方向(线圈方向的信息能由多个线圈坐标位置来替代)的数据。另外,作为内窥镜形状参数,主要可分为***部9的前端形状的参数和***部9的扭曲量的参数等,因而在动作例(图10)中使用前端形状和扭曲量等来说明。
并且,对于由扭曲量检测单元23检测的相对扭曲量,其经由扭曲量取得接口部74c被存储在存储器73内的例如内窥镜形状参数存储部73b内。
并且,该内窥镜2的电动机单元22的弯曲量参数从内窥镜2的驱动控制部54经由弯曲量控制接口部74d存储在存储器73的(第1)弯曲量参数存储部73c内。
CPU 71的主处理部80在预先设定的各时刻,与各时刻同步地将上述的图像数据、内窥镜形状参数以及弯曲量参数存储在存储器73内。
然后,主处理部80对这些图像数据、内窥镜形状参数以及弯曲量参数进行图5所示的处理,并依次存储在环形缓存器75内。图5示出主处理部80的功能结构。
如图5所示,主处理部80具有作为位置检测单元的图像内目标位置检测部81的功能、以及估算部82和绝对扭转量计算部83的功能,图像内目标位置检测部81根据内窥镜图像中的管腔信息检测作为位置信息的目标位置(1),估算部82根据线圈坐标位置(多个)计算***部9的前端位置和方向,绝对扭转量计算部83根据相对扭转量计算绝对扭转量。
图像内目标位置检测部81根据内窥镜图像,将内窥镜图像内的相当于管腔的走向的暗部的中心位置(或重心位置)检测为位置信息。
并且,对于根据内窥镜图像检测出的暗部位置,考虑了CCD 35的像素尺寸、焦距等的值。然后,根据在该时刻的针对***部9的前端位置的暗部位置的信息将该方向检测为***部前端的***方向。并且,对于该暗部的二维位置信息,能使用例如从明暗恢复形状(Shape FromShading)法计算出还包含该暗部的进深方向的值在内的三维位置。然后,该三维位置信息成为应定向和导入***部9的前端的目标位置(1)。
另外,由图像内目标位置检测部81检测出的目标位置(1)由坐标系转换部81′转换为世界坐标系的目标位置(1′)。
目标位置(1′)、(***部9的)前端位置和方向、以及绝对扭转量的信息经由目标位置管理部84按时刻顺序(随时间)被存储在环形缓存器75内,该目标位置管理部84对用于在弯曲控制中使用的目标位置进行管理。
如图5所示,在该环形缓存器75内,将目标位置(1′)、前端位置、方向以及绝对扭转量的各信息按时刻顺序相关联地存储。
在图5中,将在时刻tn检测出(计算出)的目标位置(1′)、前端位置、方向以及绝对扭转量的各信息分别设定为目标位置(tn)、前端位置、方向(tn)以及绝对扭转量(tn)后,则这些信息被存储在存储时刻tn的信息的存储单元内。
同样,该时刻tn的前一个时刻tn-1的信息被存储在与存储时刻tn的信息的存储单元邻接的存储时刻tn-1的信息的存储单元内。时刻tn-2等也同样被存储。另外,在从环形缓存器75读出了目标位置(1′)的情况下,将该1个目标位置记载为目标位置(2)。并且,由于环形缓存器75由例如m个存储单元形成,因而,例如在时刻t1时所存储的例如目标位置(t1)的信息利用时刻tm+1的目标位置(tm+1)的信息来更新。其他信息也相同。
并且,***部9的前端位置、方向和绝对扭转量被输入到(输出***方向的信息的方向计算单元,更具体地说)作为弯曲信息计算单元的弯曲量参数计算部85。并且,目标位置(1′)和从环形缓存器75读出的目标位置(2)经由目标位置切换部86被输入到该弯曲量参数计算部85。弯曲量参数计算部85使用经由目标位置切换部86输入的目标位置来计算弯曲量参数,并将弯曲量参数输出到图4的存储器73的(第2)弯曲量参数存储部74d。
在该情况下,弯曲量参数计算部85使用由扭转量计算部83计算出的绝对扭转量来消除在从当前时刻至追溯到过去的时刻所扭转的情况下的影响,进行精度良好的包含弯曲方向在内的弯曲量计算。
并且,弯曲量参数计算部85通过参照由估算部82估算出的***部9的前端位置和方向的信息,从而进行精度高的弯曲量计算。
并且,如图5所示,主处理部80还进行这样的判定处理:图像内目标位置检测部81是否按照所设定的条件、即存在暗部的条件,根据内窥镜图像来检测目标位置。
具体地说,主处理部80具有根据内窥镜图像判定有无暗部的暗部判定部87的功能,作为判定有无该暗部的具体处理,例如进行色调判定、边缘判定(或梯度判定)。
暗部判定部87在从色调判定来判定有无暗部的情况下,计算与内窥镜图像对应的RGB信号整体的色调平均值。并且,在处于该所述色调平均值超过阈值的红色色调的情况下,判定为无暗部,其中,所述阈值判定没有暗部的状态。
或者可以使用根据RGB信号计算出的XYZ色度坐标、R/G值等来判定。
图6(A)示出在***部9被***到大肠内的状态下,检测出暗部的***状态的例子。在该***状态的情况下获得的内窥镜图像如图6(B)所示,检测出暗部。
与此相对,图7(A)示出未检测出暗部的***状态的例子,在该***状态的情况下的内窥镜图像如图7(B)所示,未检测出暗部。在该***状态的情况下,由于内窥镜图像整体成为红色色调,因而能根据色调平均值来判定该***状态。另外,如图7(B)所示,由于内窥镜图像整体成为红色色调,因而称作红玉状态的图像。
并且,在判定有无暗部的情况下,可以取代使用内窥镜图像整体的色调平均值,而利用例如公知的索贝尔(Sobel)滤波器计算内窥镜图像的边缘或梯度来进行判定。该索贝尔滤波器是检测边缘的滤波器,可以构成为:根据内窥镜图像整体中的、应用了索贝尔滤波器的情况下的梯度值的合计值,判定有无暗部。
在暗部消失的情况下,由于针对管腔内的粘膜表面,在使内窥镜前端近于垂直的状态下进行接近图像的摄像,因而(与暗部不消失的情况相比较),梯度值的合计值减小。因此,通过对梯度值的合计值是否小于某阈值进行比较,能进行有无暗部的判定。
暗部判定部87在判定为有暗部的情况下,如图5所示,处于目标位置(1′)的信息被输入到弯曲量参数计算部85的状态,然而,在判定为无暗部的情况下,进行目标位置切换部86的切换,来自环形缓存器75侧的、与从当前时刻追溯到过去的时刻对应的目标位置(2)的信息经由目标位置管理部84被输入到弯曲量参数计算部85。
另外,在该情况下,如后述图10中的处理那样,目标位置管理部84还进行这样的判定处理:在时间上倒退而从环形缓存器75读出的目标位置(2)的信息作为在弯曲控制中使用的目标位置是否妥当。然后,控制(来自环形缓存器75的目标位置(2)的选择)为,使得作为目标位置妥当的信息被输入到弯曲量参数计算部85。
将如上所述在基于暗部判定部87的图像处理中存在暗部的情况,用作根据图像内的暗部来检测位置信息的动作的条件。
然后,如上所述,如暗部消失的情况那样,在判定为是不满足条件的图像的情况下,在该图像中不进行暗部的位置信息检测,而利用存在暗部的过去信息。由此,能确保位置信息的检测精度。
并且,当通过手术者20对例如开关78的操作而进行了与暗部消失相当的手动指示时,上述主处理部80经由目标位置管理部84从环形缓存器75读出从当前时刻追溯的过去的目标位置(2)的信息。
然后,主处理部80计算使当前的***部9的前端以指向过去的目标位置(2)的方向的方式进行弯曲的弯曲量参数(滑轮角)。
这样,主处理部80的弯曲量参数计算部85进行世界坐标系中的目标位置(1′)的检测处理,计算使前端部10指向该目标位置(1′)的弯曲量参数。然后,将弯曲量参数存储在图4的存储器73的弯曲量参数存储部74d内。
该弯曲量参数是滑轮52a、51b相对于电动机单元22的电动机53a、53b的旋转量而言的旋转量即滑轮角,也就是仅使滑轮52a、51b旋转目标旋转量的目标滑轮角。
该目标滑轮角例如可以使用从中立状态(不弯曲的状态)弯曲到目标滑轮角的绝对角来检测,也可以使用从当前时刻的滑轮角相对地弯曲到目标滑轮角的相对角来检测。
并且,存储在该存储器73内的弯曲量参数作为弯曲控制信息,经由弯曲量控制接口74d被送到内窥镜2的驱动控制部54。然后,用于弯曲控制。
驱动控制部54使电动机单元22的电动机53a、53b旋转,使滑轮角处于目标滑轮角的状态。
并且,该弯曲量参数例如经由视频处理电路76被输出到PC监视器8,在该PC监视器8的显示画面上显示弯曲方向和弯曲量。图8(A)示出该情况的显示例。
图8(A)的显示例是在弯曲部18的上下、左右的弯曲方向(简记为U、D、L、R)的显示画面上,例如用箭头来显示例如使操纵杆21弯曲成处于上述目标滑轮角的状态的弯曲方向和该弯曲量的大小。这里,用箭头的长度来表示弯曲量的大小,然而也可以用数值来表示弯曲量。
在本实施例中,由于具有电动机单元22,因而说明了也驱动操纵杆21的例子,然而在不具有电动机单元22的手动弯曲的情况下(后述),可以将应操作用于进行手动弯曲的弯曲操作旋钮的弯曲操作方向及其弯曲操作量显示在作为显示单元的PC监视器8上。
另外,不限于在PC监视器8的显示画面上显示弯曲方向和弯曲量的弯曲信息的例子,可以将弯曲量参数输出到例如处理器4,并显示在内窥镜监视器5上。图8(B)示出该情况的显示例。在图8(B)的显示例中,例如在内窥镜图像中显示弯曲方向和弯曲量。另外,可以仅显示弯曲方向。并且,可以在内窥镜图像的外侧显示弯曲方向等。
如上所述,驱动控制部54根据经由弯曲量控制接口74d发送的弯曲量参数,驱动电动机53a、53b旋转以实现该驱动控制,并驱动滑轮52a、52b至目标滑轮角。
由此,弯曲部18弯曲,***部9的前端例如图9所示那样被弯曲控制成:由主处理部80估算出的***部9的前端方向Da与计算出的暗部(与管腔走向对应的目标位置)的方向Db一致。在图9的情况下,被弯曲控制成使双方的角θ为0。
换句话说,本实施例检测这样的两个方向Da、Db,并进行作为电动式弯曲驱动机构的电动机单元22的弯曲控制,以使前端的方向Da与暗部的方向Db一致。
由于这样进行弯曲控制以使得***部9的前端朝向暗部的方向Db,因而手术者20通过进行例如压入***部9的操作,能够将***部9顺利地***到体腔内的深部侧。
并且,如上所述,该主处理部80还能根据手术者20的手动指示,进行弯曲方向的控制处理。
在该情况下,根据手术者的手动指示,如图5所示切换目标位置切换部86。即,与根据通过图像处理判定为无暗部的信号来切换目标位置切换部86一样,还能根据通过手动指示而指示为无暗部的指示信号来切换目标位置切换部86。
这样,本实施例除了能通过图像处理来判定有无暗部以进行弯曲控制以外,根据手术者20的手动指示,在暗部消失的情况下,也能进行弯曲控制以使弯曲部18指向管腔的走向。
下面,参照图10来说明本实施例的主处理部80的处理内容。图10用根据图像处理结果自动进行弯曲控制的情况加以说明。
当动作开始时,进行步骤S1的初始设定的处理。通过该初始设定的处理,主处理部80进行环形缓存器75的存储内容的清除、以及向环形缓存器75存储的时间间隔的设定等处理。
在下一步骤S2中,主处理部80取得由UPD线圈装置11检测的UPD线圈41a、41b、41c等的线圈坐标位置信息。然后,在步骤S3中,主处理部80中的图5的估算部82根据该UPD线圈41a、41b、41c等的线圈坐标位置信息来计算当前的***部9的前端位置和方向。将该情况下的前端位置和方向的前端形状信息(姿势信息)也记载为前端形状信息(1)。
在下一步骤S4中,主处理部80取得相对扭转量。然后,在下一步骤S5中,主处理部80的绝对扭转量计算部83计算例如将初始值的相对扭转量设定为0的情况下的当前的绝对扭转量。
根据该绝对扭转量,计算校正了所述前端位置和方向的前端形状信息(1)后的前端位置和方向。将该情况的前端形状信息设定为前端形状信息(2)(即使在该时刻前进行扭转操作,该前端形状信息(2)也是不受该扭转影响的绝对的前端位置和方向信息。)。
在下一步骤S6中,主处理部80取得内窥镜图像的图像数据。然后,在步骤S7中,主处理部80的图像内目标位置检测部81检测管腔暗部,并检测用于使***部9的前端(通过弯曲部18的弯曲)指向该暗部方向的目标位置(1)。
在下一步骤S8中,主处理部80的坐标系转换部81′将该目标位置(1)转换为在计算出UPD线圈41a、41b、41c等的线圈坐标位置的情况下的世界坐标系的三维位置。
然后,在下一步骤S9中,主处理部80将该世界坐标系的目标位置(1′)和前端形状信息(1)存储在环形缓存器75内。图5示出存储在环形缓存器75内的这些信息。另外,在将该时刻设定为tn时,前端形状信息(1)在图5的例子中相当于前端位置、方向(tn)以及绝对扭转量(tn)。
在下一步骤S10中,主处理部80判定目标位置(1′)的妥当性。在该情况下,主处理部80的暗部判定部87根据内窥镜图像的色调等来判定有无暗部。
在该情况下,在有暗部的情况下,判定为目标位置(1′)满足规定精度,即妥当(OK),在判定为无暗部的情况下,判定为目标位置(1′)不妥当(NG)。然后,在判定为目标位置(1′)妥当的情况下,移到下一步骤S11。
在该步骤S11中,主处理部80决定例如基于当前的目标位置(1′)和前端形状信息(1)的弯曲方向。并且,在步骤S12中,主处理部80根据前端形状信息(2)(即,将初始值设定为0的情况下的当前的绝对扭转量)决定滑轮角。另外,可以将步骤S11和步骤S12合并而在1个处理中进行。
在下一步骤S13中,主处理部80将所决定的该滑轮角更新为目标滑轮角。
并且,在步骤S14中进行该目标滑轮角的信息或者图8所示的弯曲方向等的显示。
之后,回到步骤S2,针对在下一当前时刻所取得的线圈坐标位置、扭转量、图像数据重复相同处理。
另一方面,在步骤S10中判定为目标位置(1′)不妥当的情况下,移到步骤S15。在该步骤S15中,主处理部80从环形缓存器75取得目标位置(2)和前端形状信息(2)。
在下一步骤S16中,针对从环形缓存器75所取得的目标位置(2)和前端形状信息(2),由目标位置管理部84进行该目标位置(2)的信息的妥当性判定。即,判定目标位置(2)是否适当地包含暗部、且是否满足能作为目标位置用于弯曲控制的精度和条件。
在由目标位置管理部84判定为不能用作目标位置的情况下,从环形缓存器75取得比在前一时刻所读出的(离当前时刻最近的过去时刻的)信息更提前的时刻的信息。然后,同样由目标位置管理部84进行目标位置(2)的信息的妥当性判定。
在判定为能用作目标位置的情况下,在步骤S17中,进行将该目标位置(2)作为目标位置的重新设定。在该重新设定后,移到步骤S11。然后,根据该目标位置进行弯曲控制。
另外,在通过手动指示使主处理部80动作的情况下,图10中的步骤S10的目标位置(1′)的妥当性判断则成为手术者20的手动指示。然后,当未进行手动指示时,进到步骤S11,反之,当进行了暗部消失的手动指示时,移到步骤S15。图11和图12示出在通过手动指示而进行了动作的情况下的动作说明图。
图11示出环形缓存器75中的在时刻tn、tn-1、tn-2、tn-3由绝对扭转量计算部83计算出的绝对扭转量和图像内目标位置的概略。
并且,图12示出图11所示的由绝对扭转量计算部83计算出的绝对扭转量和内窥镜形状以及目标位置的概略。在时刻tn-3,在内窥镜图像的中央附近检测图像内目标位置。
之后,当为了将***部9的前端侧***到管腔内的深部侧而进行了仅压入***部9的后端侧的操作时,在随后的时刻tn-2、tn-1,图像内目标位置从内窥镜图像的中央附近变化到端部。
然后,当进一步进行了将***部9压入到管腔内的深部侧的操作时,在时刻tn,图像内目标位置消失。在处于该状态的情况下,当手术者20操作开关78等来对主处理部80进行了暗部消失的手动指示时,主处理部80从环形缓存器75读出时刻tn-1或tn-2等的目标位置等信息,并计算使弯曲部18弯曲的弯曲方向等。
并且,可以经由弯曲控制部54进行弯曲控制,也可以在PC监视器8上显示弯曲方向等,并由手术者20使操纵杆21朝所显示的弯曲方向弯曲。
这样,在手动指示的动作模式的情况下也能检测并存储在过去时刻的***部9的绝对扭转量,因而在***部9中途扭转的情况下,也能精度良好地回到检测出暗部的图像状态。
这样,根据本实施例,在将***部9***到大肠内等体腔内的情况下,根据由设在***部9的前端的摄像单元获得的内窥镜图像来检测暗部,对弯曲部18进行弯曲控制以使***部9的前端指向检测出该暗部的方向。因此,能够将***部9顺利地***到体腔内的深部侧。并且,手术者20能顺利地进行内窥镜检查。
并且,根据作为本实施例涉及的图像处理装置的PC主体7,通过使该PC主体7与内窥镜装置6连接来取入内窥镜图像等,能够根据针对内窥镜图像的暗部检测的图像处理,进行将***部9的前端***到体腔内的深部侧的方向等的检测和弯曲控制。
另外,该PC主体7在以下的第1~第4变形例中具有大致相同的效果。
(第1变形例)
下面说明实施例1的第1变形例。图13示出第1变形例的内窥镜***1B的结构。
该第1变形例是在实施例1中不具有电动机单元22的内窥镜***1B。因此,第1变形例涉及的内窥镜2B在图1的内窥镜2中,在操作部14内设有与图2所示的滑轮52a、52b的旋转轴连接的弯曲操作旋钮21B(该部分的结构在后述的图14中更具体地示出)。并且,手术者20通过对该弯曲操作旋钮21B进行转动操作,能够使弯曲部18朝上下、左右的任意方向弯曲。
在该第1变形例中,由于不具有电动机单元22,因而不进行在实施例1中用于对电动机单元22进行电驱动控制的处理。然后,在该第1变形例中,PC主体7、即主处理部80的弯曲控制信息不被输出到采用手动弯曲的内窥镜2B。该弯曲控制信息被输出到PC监视器8或者(根据需要,经由信号处理电路38被输出到)内窥镜监视器5。
然后,在PC监视器8或内窥镜监视器5上显示应使弯曲操作旋钮21B弯曲的方向和弯曲量等(可以仅显示弯曲方向)。作为该情况的显示例,与所述图8的显示一样地显示。不过,本变形例显示应使弯曲操作旋钮21B弯曲的方向和弯曲量。
在本变形例中,由于根据内窥镜图像检测暗部,并显示应使弯曲操作旋钮21B弯曲的方向和弯曲量,因而手术者20通过按照所显示的那样使弯曲操作旋钮21B弯曲,能够将***部9顺利地***(导入)到体腔内的深部侧。
并且,本变形例也能广泛地应用于不具有电动机单元22的内窥镜2B。
(第2变形例)
下面说明实施例1的第2变形例。图14示出第2变形例的内窥镜***1C的结构。
该第2变形例是在第1变形例的内窥镜***1B中进一步不具有UPD装置11的结构。并且,第2变形例涉及的内窥镜2C是在第1变形例涉及的内窥镜2B中进一步在***部9内不设有UPD线圈41a、41b、41c、...的结构。
并且,PC主体7是与第1变形例相同的结构。另外,在图14的情况下,PC主体7将弯曲控制信息输出到PC监视器8,同时还输出到内窥镜装置6的信号处理电路38,在PC监视器8和内窥镜监视器5的任一方中都能显示弯曲控制信息。另外,与第1变形例的情况一样,该情况下的弯曲控制信息能按照例如图8所示那样进行显示。
并且,在本变形例的情况下,不进行UPD线圈41a、41b、41c等的线圈坐标位置的检测。因此,PC主体7的主处理部80C具有例如图15所示的处理功能。
图15所示的处理功能是在图5的处理功能中不具有估算部82的功能和坐标系转换部81′的功能。并且,如上所述,弯曲控制信息以及在图15中由弯曲量参数计算部85计算出的弯曲量参数被输出到PC监视器8和信号处理电路38。
并且,图16示出该变形例的情况下的主处理部80C的处理步骤。图16所示的处理步骤是省略了图10中的处理步骤中的一部分处理后的处理。具体地说,不进行图10中的上述的UPD线圈41a、41b、41c等的线圈坐标位置的检测。并且,也不进行向世界坐标系的转换处理。因此,参照图10的处理来说明图16的处理内容。
在与图10一样地进行最初的步骤S1的初始设定的处理后,不进行图10的步骤S2、S3的处理就进行步骤S4的相对扭转量的取得处理。然后,从步骤S5的绝对扭转量的计算到步骤S7的管腔暗部的检测与图10一样地进行。
在步骤S7后不进行图10的步骤S8的向世界坐标系的转换处理,而进行步骤S9′的目标位置(1)和前端形状信息(2)向环形缓存器的存储。在该情况下,不成为图10中的目标位置(1′)而成为目标位置(1)。
在下一步骤S10′中,进行该目标位置(1)的妥当性判定。然后,在该目标位置(1)的妥当性判定是妥当(OK)的情况下,在步骤S11′中,继该目标位置(1)之后还进行扭转量校正(换句话说使用前端形状信息(2))来进行滑轮角的决定。
然后,在步骤S13中将该滑轮角更新为目标滑轮角,并进行步骤S14的弯曲方向的显示,之后回到步骤S4。另外,该情况下的滑轮角和目标滑轮角由于对应于弯曲操作旋钮的弯曲量和弯曲方向,因而可以变更为弯曲操作旋钮的弯曲量和弯曲方向。
另一方面,在步骤S10′中,目标位置(1)的妥当性判定是不妥(NG)的情况下,移到步骤S15。自步骤S15的从环形缓存器中取得信息的处理到步骤S17的重新设定目标位置的处理与图10的情况相同,省略其说明。
本变形例还能应用于不具有UPD线圈41a、41b、41c等的内窥镜2C的情况,在暗部消失的情况下,使用过去的暗部存在的信息,在该暗部存在的方向上显示要弯曲控制的信息。因此,手术者20按照弯曲控制的信息来弯曲操作,从而能够将***部9顺利地***到体腔内的深部侧。
并且,本变形例即使在使用如上所述不具有UPD线圈41a、41b、41c等的内窥镜2C的内窥镜装置的情况下,也能通过设置PC主体7的处理单元来实现。并且,由于也不需要UPD装置11,因而能以低成本实现顺利地进行***的内窥镜***1C。
(第3变形例)
下面参照图17来说明实施例1的第3变形例。图17所示的第3变形例的内窥镜***1D是在第1变形例的内窥镜***1B中进一步不具有扭转量检测单元23的结构。
在该情况下,使用示出第1变形例的图13中使用的内窥镜2B。不过,在本变形例中,是不使用扭转量检测单元23的结构。因此,本变形例不进行例如实施例1中的扭转量检测单元23的相对扭转量检测。本变形例的处理如图18所示。
图18所示的处理基本上为省略了图10的处理的一部分后的处理,因而参照图10的处理来说明。
如图18所示,从最初的步骤S1到步骤S3为与图10的情况相同的处理。在步骤S3后,省略图10的步骤S4和S5而进行步骤S6的取得图像数据的处理。即,不进行扭转量检测单元23的步骤S4的相对扭转量计算、以及针对该相对扭转量计算绝对扭转量的步骤S5的处理。
在上述步骤S6后,与图10一样地进行步骤S7和步骤S8的处理。
然后,在下一步骤S9′中,进行目标位置(1′)和前端形状信息(1)向环形缓存器存储的处理。在该情况下,取代图10中的前端形状信息(2)而使用前端形状信息(1)。
然后,与图10的情况一样,在下一步骤S10中判定目标位置(1′)的妥当性。然后,在妥当的情况下,与图10一样进行步骤S11。在下一步骤S12′中,根据步骤S11的结果决定滑轮角,并在步骤S13中进行目标滑轮角的更新。然后,在下一步骤S14的显示弯曲方向的处理后,回到步骤S2。
并且,与图10一样地进行针对步骤S10中目标位置(1′)不妥当的情况的步骤S15以后的处理。
根据本变形例,即使在暗部消失的情况下,也读出在该消失发生前、即存在暗部的状态的内窥镜图像和前端位置、方向的信息,检测使弯曲部18弯曲到与暗部的方向对应的目标位置的方向,并显示该信息。
因此,在本变形例的情况下,即使在暗部容易消失的状态下,手术者20也能进行顺利的***操作。
(第4变形例)
下面参照图19来说明实施例1的第4变形例。图19所示的第4变形例的内窥镜***1E是在第3变形例的内窥镜***1D中进一步使用不具有UPD线圈41a、41b、41c、...的内窥镜2D的结构。
并且,由于是不具有UPD线圈41a、41b、41c等的内窥镜2D,因而是也不具有UPD装置11的结构。
并且,参照图14的内窥镜***1C来说明,在该内窥镜***1C中,与不设有扭转量检测单元23的结构相同。
本变形例的处理在前述的图18的处理内容中,与除了步骤S2、S3、S8以外的处理大致相同。并且,在图18的处理中,取代目标位置(1′)而使用目标位置(1)。其他为与图18相同的处理。
在本变形例中,在暗部消失的情况下,显示这样的信息,即:进行弯曲控制使得弯曲部18朝根据该消失前的内窥镜图像检测出的暗部方向弯曲的信息。
因此,在本变形例的情况下,即使在暗部容易消失的状态下,手术者20也能进行顺利的***操作。
另外,在上述的实施例1及其变形例中,通过这样的例子作了说明:通过具有作为图像处理装置的功能的PC主体7,显示使弯曲部18弯曲成根据内窥镜图像(的管腔信息)使***部9的前端指向管腔或体腔的走向的弯曲控制信息。
该情况下的信息也能改读为使***部9的前端朝管腔或体腔的走向***(或移动)的方向的信息。通过这样改读,即使在不具有弯曲部18的情况下(例如在实施例2中说明的胶囊型医疗装置主体的情况下),也能将该信息用作朝走向***或移动的信息。并且,在该情况下,PC主体7具有变更***部前端方向的***部前端的方向变更单元的功能。
并且,作为胶囊型医疗装置主体,在具有摄像单元的胶囊型内窥镜的情况下,通过将胶囊形状的***体中的设置有摄像单元的一侧的端部视为***部前端,能够应用上述的实施例1及其变形例。
在上述的实施例1及其变形例中,对***到体腔内、并将摄像单元内置于***部9前端的内窥镜2等的情况下的内窥镜***1等摄像***作了说明。在以下的实施例2中,对具有在***到体腔内的***体中内置了摄像单元的胶囊型医疗装置主体的胶囊型医疗***的情况进行说明。
实施例2
图20至图29涉及本发明的实施例2,图20示出本发明的实施例2中的主要部分的结构,图21是实施例2的作为摄像***的胶囊型医疗***的整体结构图,图22是图21的胶囊型医疗***的更详细的框图,图23是胶囊主体的侧面说明图,图24是示出所施加的旋转磁场和由该旋转磁场引起的胶囊主体的动作的概念图。
并且,图25是示出对图24的旋转磁场施加的振动磁场(力偶产生用磁场)和由该振动磁场(力偶产生用磁场)引起的胶囊主体的动作的概念图,图26示出随时间记录在记录单元内的特定位置信息等,图27示出由胶囊主体的摄像单元取得的图像例,图28示出与图27中的各图像对应的胶囊主体和管腔状态,图29示出实施例2的动作内容。
图20示出本发明的实施例2的胶囊型医疗***91的主要部分的结构。如图20所示,本发明的实施例2的胶囊型医疗***91具有:胶囊型医疗装置主体93(以下简记为胶囊主体),其作为***到患者92的体腔内并对体腔内进行拍摄的胶囊型内窥镜发挥功能;以及感应磁场产生装置94,其配置在患者92的周围即体外,对胶囊主体93施加作为感应磁场的旋转磁场,从体外感应该胶囊主体93的位置及其纵轴的方向。另外,如后所述,由于在胶囊主体93内在规定方向上设有摄像单元,因而通过从体外控制胶囊主体93的位置和方向,能够控制摄像单元的位置和方向。即,通过该控制,能够控制摄像单元的摄像方向或观察方向。
并且,该胶囊型医疗***91具有图像取得和控制装置95,该图像取得和控制装置95配置在患者92的体外,与胶囊主体93进行无线通信,取得由胶囊主体93拍摄的图像,并通过对所取得的图像进行图像处理,控制感应磁场产生装置94所感应的旋转磁场。
感应磁场产生装置94具有:磁场产生部104,其产生对躺在检查床96上的患者92内的胶囊主体93施加的旋转磁场;信号产生电路105,其产生用于使该磁场产生部104产生旋转磁场的交流信号;以及磁场控制电路106,其通过控制该信号产生电路105的交流信号来控制由磁场产生部104产生的旋转磁场。
并且,该胶囊型医疗***91具有作为磁场检测部的位置和方向检测装置98,该位置和方向检测装置98产生用于使内置于胶囊主体93内的后述的谐振电路140产生感应电动势的交流磁场,并检测由于该交流磁场而产生了感应电动势的谐振电路140所产生的磁场,以检测胶囊主体93的位置及其长度方向上的方向(朝向)。
由该位置和方向检测装置98检测出的检测信号被输入到图像取得和控制装置95内的主处理部102的位置和方向计算部102a。该位置和方向计算部102a根据检测信号计算(估算)胶囊主体93的位置及其方向。
计算出的胶囊主体93的位置及其方向的信息被输出到感应磁场决定电路103,该感应磁场决定电路103决定磁场控制电路106的磁场控制动作、即由磁场产生部104产生的感应磁场(更具体地说旋转磁场)。另外,可以使位置和方向检测装置98与位置和方向计算部102a一体化。并且,计算出的胶囊主体93的位置及其方向的信息显示在图21等所示的显示装置107上。
并且,可以使磁场控制电路106和感应磁场决定电路103一体化而成为例如感应磁场控制电路。然后,可以使用一体化后的感应磁场控制电路来进行以下说明的一个电路的处理。
图像取得和控制装置95使用例如安装在检查床96等上的天线100来接收从胶囊主体93无线发送的包含图像信号在内的调制信号。利用天线100接收到的信号被输入到无线电路部125内的图像取得电路125a,图像取得电路125a进行解调来生成图像信号(图像数据)。
该图像数据被输入到例如由PC构成的主处理部102的作为位置检测单元或管腔信息检测单元的图像内特定位置检测部102b。图像内特定位置检测部102b根据该图像数据检测出图像内特定位置,即图像内的管腔信息,亦即管腔暗部的位置。
由于图像内的管腔暗部的位置相当于管腔的走向,因而检测出该暗部的位置的方向被视为应感应胶囊主体93的移动方向。因此,该图像内特定位置检测部102b也称为估算移动方向的估算单元。
该管腔暗部的位置信息被输出到决定磁场控制电路106的磁场控制动作的感应磁场决定电路103。该感应磁场决定电路103根据输入到该感应磁场决定电路103的信息,决定经由磁场控制电路106由信号产生电路105产生的交流信号的大小、频率等。由此,还决定由磁场产生部104产生的旋转磁场。
另外,除了来自该图20所示的主处理部102的信息经由感应磁场决定电路103被输入到该磁场控制电路106以外,产生例如与在手术者等操作者进行了手动指示的情况下的指示信号对应的磁场的信号也被输入到该磁场控制电路106。
并且,由图像内特定位置检测部102b检测出的管腔暗部的位置信息经由特定位置信息管理部102c被存储在作为记录单元的特定位置信息存储部128a内。另外,特定位置信息存储部128a被设定在后述的例如存储部128内,然而不限于此。
特定位置信息管理部102c具有这样的判定单元的功能:该判定单元监视或判定图像内特定位置检测部102b对管腔暗部的检测动作。例如,作为针对由图像内特定位置检测部102b检测管腔暗部位置的动作所设定的条件,取得例如有无管腔暗部的信息。
在存在管腔暗部且检测出其位置的情况下,特定位置信息管理部102c将该位置信息按其时刻顺序存储在特定位置信息存储部128a内。
另一方面,在不存在管腔暗部的情况下,特定位置信息管理部102c停止从图像内特定位置检测部102b向感应磁场决定电路103输出信息的动作。然后,该特定位置信息管理部102c参照存储在特定位置信息存储部128a内的特定位置信息,根据从该特定位置信息管理部102c输出的信息来控制基于感应磁场决定电路103的感应磁场的决定,其中,所述感应磁场使胶囊主体93移动。
因此,该特定位置信息管理部102c具有如下方向计算单元和控制单元的功能:该方向计算单元使胶囊主体93移动,该控制单元经由感应磁场决定电路103等使胶囊主体93移动。
在判定为不存在管腔暗部的情况下,特定位置信息管理部102c读出存储在特定位置信息存储部128a内的特定位置信息,即未检测出管腔暗部的当前时刻之前也就是过去时刻的信息,并进行这样的控制,即:产生使胶囊主体93回到例如过去时刻的状态的感应磁场。
另外,在图20中示出特定位置信息管理部102c根据来自图像内特定位置检测部102b的信息判定管腔暗部有无的结构,然而可以构成为直接取入来自图像取得电路125a的图像数据来判定有无管腔暗部。
并且,可以设置根据图像数据来判定有无管腔暗部的管腔暗部有无判定电路,而且可以设置根据该管腔暗部有无判定电路的输出信号来检测(计算)管腔暗部位置的位置检测电路等。
另外,如图21和图22所示,显示装置107及操作输入装置108与图20所示的图像取得和控制装置95连接。
显示装置107及操作输入装置108与图像取得和控制装置95连接,该图像取得和控制装置95进行由胶囊主体93拍摄的图像的取得等,并控制作为施加给胶囊主体93的感应磁场的旋转磁场的方向和大小等,该显示装置107显示由胶囊主体93拍摄的图像等,该操作输入装置108通过由手术者等操作者对其操作,而指示输入与操作对应的指示信号。
该操作输入装置108例如具有:产生磁场方向的指示信号的方向输入装置108a;产生与操作对应的旋转频率的旋转磁场的指示信号的速度输入装置108b;以及对应于操作来产生偏心的旋转磁场等产生与所设定的功能对应的指示信号的功能按钮108c。
下面,对在***到体腔内的***体内设有摄像单元的胶囊主体93进行说明。
如图23所示,胶囊主体93在作为***体的胶囊形状的外壳容器111的外周面,设有作为通过旋转而产生推力的推力产生结构部的螺旋状突起(或螺旋部)112。然后,能根据该旋转方向使胶囊主体93前进或后退。
并且,在由该外壳容器111密闭的内部,除了收纳有物镜光学***113和配置在其成像位置上的摄像元件114、以及为进行摄像而照明的照明元件115(参照图22)等以外,还收纳有磁铁116。
所述物镜光学***113配置在例如外壳容器111中的形成为半球状且透明的前端盖111a的内侧,且使得物镜光学***113的光轴与圆筒状的胶囊主体93的中心轴C一致,前端盖111a的中央部分为观察窗117。另外,尽管在图23中未示出,然而照明元件115配置在物镜光学***113的周围。
因此,在该情况下,物镜光学***113的视野方向为物镜光学***113的光轴方向、即沿着胶囊主体93的圆筒状的中心轴C的方向。
并且,在胶囊主体93中,例如在外壳容器111的后端附近内部,以规定的方向、具体地说是在胶囊内线圈142被卷绕成螺线管状且其方向被设定为胶囊主体93的长度方向的状态下,收纳有构成谐振电路140的胶囊内线圈142。
并且,配置在胶囊主体93内的长度方向上的中央附近的磁铁116在与中心轴C正交的方向上配置有N极和S极。在该情况下,磁铁116的中心配置成与该胶囊主体93的重心位置一致,在从外部施加了磁场的情况下作用于磁铁116的磁力的中心成为胶囊主体93的重心位置,构成为容易以磁性方式使磁铁主体93顺利地推进。
并且,磁铁116配置成与摄像元件114的特定配置方向一致。即,在显示由摄像元件114拍摄的图像的情况下的上方被设定为从磁铁116的S极朝向N极的方向。
利用磁场产生部104将旋转磁场施加给胶囊主体93,由此使磁铁116磁旋转。在该情况下,内部固定有该磁铁116的胶囊主体93与磁铁116一起旋转。
此时,设在胶囊主体93的外周面上的螺旋状突起112与体腔内壁接触地旋转,从而能够使胶囊主体93推进。另外,通过使胶囊主体93朝与使其前进的方向的旋转方向相反的旋转方向旋转,还能够使胶囊主体93后退。
并且,在这样利用成为外部磁场的旋转磁场来对内置有磁铁116的胶囊主体93进行磁控制的情况下,能够根据外部磁场的方向知道由胶囊主体93拍摄的图像的上方是哪个方向。
在胶囊主体93内,除了具有上述的物镜光学***113、摄像元件114和磁铁116以外,如图22所示,还具有对由摄像元件114拍摄的信号进行信号处理的信号处理电路120等。
在胶囊主体93内收纳有:存储器121,其暂时存储由该信号处理电路120生成的数字影像信号;无线电路122,其将从该存储器121读出的影像信号调制为高频信号并转换为进行无线发送的信号,或者对从图像取得和控制装置95发送的控制信号进行解调等;信号处理电路120等的胶囊控制电路123,其控制胶囊主体93;以及信号处理电路120等的电池124,其向胶囊主体93内部的电气***提供工作用的电源。
并且,在胶囊主体93内设有与胶囊内线圈142电连接的电容器141,该电容器141与所述胶囊内线圈142一起构成谐振电路140。
在由所述位置和方向检测装置98产生了交流磁场的情况下,该谐振电路140利用该交流磁场产生感应电动势,从而使电流流动。
另外,线圈142具有固有的自谐振频率,在从所述位置和方向检测装置98产生了接近该自谐振频率的交流磁场的情况下,即使没有电容器141,也能产生有效的感应电动势,无需电容器141。这样,可省略电容器141,能够小型化,并能够使该结构简化。
并且,如该图22所示,与胶囊主体93进行无线通信的图像取得和控制装置95在其与胶囊主体93内的无线电路122之间具有经由天线100进行无线通信的无线电路部125。
该无线电路部125具有取得由胶囊主体93拍摄的图像信号(图像数据)的图像取得电路125a。
并且,在图像取得和控制装置95中内置有:主处理部102,其与无线电路部125连接,除了针对从胶囊主体93发送的图像数据进行前述的位置和方向计算等处理以外,还进行显示图像的显示处理;以及控制部127,其与该主处理部102连接,并具有各种控制和感应磁场决定电路103的功能。
并且,图像取得和控制装置95具有存储部128,该存储部128与该控制部127连接,并存储经由磁场控制电路106由磁场产生部104产生的旋转磁场的信息和通过方向输入装置108a等设定的信息。
并且,在该存储部128内还具有存储上述的特定位置信息的特定位置信息存储部128a的存储区域。在该图22中,主处理部102是经由控制部127与特定位置信息存储部128a连接的结构,然而如图20所示,主处理部102可以是与特定位置信息存储部128a直接连接的结构。
并且,在图22中示出感应磁场决定电路103是设在控制部127内的结构,然而如图20所示,可以是与主处理部102及感应磁场决定电路103直接连接的结构。
并且,显示装置107与主处理部102连接,并显示由摄像元件114拍摄、且经由无线电路122、125由主处理部102处理后的图像等。并且,该主处理部102由于在胶囊主体93旋转的同时拍摄图像,因而采用这样的结构:进行将显示在显示装置107上时的图像的方向校正为规定方向的处理,以能显示使手术者容易观察的图像的方式进行图像处理(在日本特开2003-299612号中作了记载)。
从构成操作输入装置108的方向输入装置108a和速度输入装置108b等向控制部127输入与操作对应的指示信号,控制部127进行与指示信号对应的控制动作。
并且,控制部127与存储部128连接,在该存储部128内始终存储经由磁场控制电路106,根据来自信号磁场电路105的交流信号在磁场产生部104产生的旋转磁场的方向(旋转磁场的磁场旋转平面的法线方向)和磁场方向的信息。
之后,在进行了使旋转磁场方向或磁场方向改变的操作的情况下,能够使旋转磁场方向或磁场方向连续且顺利地变化。另外,可以将存储部128设在控制部127内部。
并且,经由磁场控制电路106与控制部127而连接的信号产生电路105具有:产生交流信号并控制其频率或相位的3个交流信号产生电路131;以及由分别放大各交流信号的3个驱动器构成的驱动部132。3个驱动器的输出信号被分别提供给构成磁场产生部104的3个电磁铁133a、133b、133c。
在该情况下,电磁铁133a、133b、133c配置成产生正交的3轴方向上的磁场。例如,电磁铁133a、133b、133c是分别具有2个线圈的1组对置线圈,可以考虑各自的磁场产生方向正交的3轴对置线圈等。作为对置线圈的例子,可以考虑配置成将患者92夹在中间的2个亥姆霍兹线圈等。
另外,磁场产生部104可以使用产生用于感应胶囊主体93的旋转磁场的线圈即旋转磁场产生用亥姆霍兹线圈来形成。
胶囊型医疗***91通过操作构成操作输入装置108的方向输入装置108a,产生磁场方向的指示信号。并且,通过操作速度输入装置108b,产生与操作对应的旋转频率的旋转磁场的指示信号。
并且,通过操作功能按钮108c来产生所设定的(交流或周期性的)振动磁场。利用这样产生的旋转磁场,能够针对胶囊主体93的磁铁116,产生绕胶囊主体93的长度方向的中心轴C的中心点旋转该中心轴C自身的力偶。
在该情况下,由于在使中心轴C自身完全旋转之前交流或周期性地施加振动磁场以使振动磁场(作为力偶进行作用)的方向变更为反方向,因而能够使胶囊主体93倾动或振动。
另外,通过在方向输入装置108a中使未图示的操纵杆朝期望行进的方向倾动,在该方向上产生使胶囊主体93移动的旋转磁场。
图24示出例如施加旋转磁场时的状况,通过对胶囊主体93施加旋转磁场,能够使内置于胶囊主体93的磁铁116旋转,并能够通过该旋转使胶囊主体93前进或后退。
如图24所示,在与胶囊主体93的长度方向的中心轴C的方向(在图24中是y′)垂直的旋转磁场平面上,施加改变了该旋转磁场的磁极方向的旋转磁场。由此,能够使胶囊主体93与在胶囊主体93内固定在与胶囊主体93的长度方向垂直的方向上的磁铁116一起绕该长度方向旋转。
根据该旋转方向,通过图23所示的螺旋状突起112与体腔内壁卡合,能够使胶囊主体93前进或后退。
并且,图25示出例如对旋转磁场施加振动磁场(力偶产生用磁场)时的状况。对胶囊主体93施加振动磁场(力偶产生用磁场),该振动磁场按照这样的方式作用:使磁铁116绕胶囊主体93的长度方向的中心轴C的方向(在图25中是yz)摆动(振动)。
由此,胶囊主体93绕其长度方向的中心轴C旋转,并偏心成使该旋转中心轴C的方向倾斜。即,能够处于这样的状态:进行旋转的陀螺的旋转扭矩减小,借助重力作用进行使心轴摇摆的动作(以下将该动作称为摇摆动作)。
这样,在使胶囊主体93在与该胶囊主体93的直径大致相同程度的管腔内沿该管腔的长度方向前进或后退的情况下,通过施加使胶囊主体93绕其长度方向旋转的旋转磁场,能够使胶囊主体93顺利地移动。
与此相对,在管腔弯曲的部分,胶囊主体93碰到弯曲部分,在仅绕长度方向旋转的情况下,有时难以顺利地朝弯曲方向移动。
在这种情况下,如上所述,通过施加振动磁场,以使沿着胶囊主体93的长度方向的中心轴C绕其中心、且使中心轴C旋转的力起作用,从而使胶囊主体93进行摇摆动作,能够在摇摆动作时的长度方向处于管腔的弯曲方向的状态下使胶囊主体93朝该方向顺利地移动。
另外,通过使操纵杆倾动,始终掌握胶囊主体93的状态或旋转磁场的状态,以能够根据当前的前进方向将旋转磁场的方向控制为期望的任意方向。在本实施例中,将旋转磁场的状态(具体地说,旋转磁场方向和磁场方向)始终存储在存储部128内。
具体地说,图22中的操作输入装置108中的操作指示信号被输入到控制部127,控制部127(的感应磁场决定电路103)将与指示信号对应的产生旋转磁场的控制信号输出到磁场控制电路106,并将该旋转磁场方向和磁场方向的信息存储在存储部128内。
因此,在存储部128内始终存储有由磁场产生部104产生的旋转磁场和形成该旋转磁场的、周期性变化的磁场方向的信息。另外,存储部128不限于存储与来自控制部127的旋转磁场方向和磁场方向的控制信号对应的信息的情况,也可以为:根据从控制部127输出到磁场控制电路106的控制信号,将信号产生电路105中的交流信号和经过驱动部132从磁场产生部104实际输出的决定旋转磁场方向和磁场方向的信息从磁场控制电路106侧发送到控制部127,并存储在存储部128内。
并且,在本实施例中,在旋转磁场的施加开始时和施加停止时或者变更旋转磁场方向(换句话说是胶囊主体93的前进方向上的朝向)等的情况下,控制成使旋转磁场连续地变化,以使力不会急剧作用于胶囊主体93上,而是平稳作用于其上。
并且,在本实施例中,随着胶囊主体93的旋转,由摄像元件114拍摄的图像也旋转,因而将该图像照原样显示在显示装置107上时,所显示的图像也成为旋转的图像,方向输入装置108a的朝期望方向的指示操作的操作性下降,因而期望的是使显示图像的旋转静止。
因此,在本实施例中,如在日本特开2003-299612号公报中所说明那样,在主处理部102或控制部127进行将旋转图像校正为旋转静止的图像的处理。
另外,可以根据磁场方向信息使图像旋转,并取消胶囊主体93的旋转来显示(并且,可以进行图像的相关处理等来显示规定方向的静态图像)。
如在图20中所说明那样,在本实施例中,图像内特定位置检测部102b根据胶囊主体93的摄像单元的图像,检测图像内的管腔暗部的位置。然后,根据管腔暗部的位置或有无管腔暗部来控制进行磁感应的磁场的产生,适当地应对未检测出管腔暗部的情况。
在本实施例中,为了能应对未检测出管腔暗部的情况,在特定位置信息管理部102c的管理下,在特定位置信息存储部128a内按照例如图26所示,按时刻顺序存储:由图像内特定位置检测部102b检测出的特定位置信息,以及由位置和方向计算部102a计算出的计算信息即胶囊主体93的位置和方向的信息。
在图26的具体例中,按时刻顺序相关联地存储有:例如从在时刻ti(i=1、2等、m)中的各时刻ti所拍摄的图像中检测出的(作为特定位置信息的)管腔暗部的位置(ti),以及在该时刻ti检测出的作为位置和方向计算部102a的计算信息的胶囊主体93的位置和方向(ti)。
然后,特定位置信息管理部102c在判定为未检测出管腔暗部的状态的情况下,读出存储在特定位置信息存储部128a内的信息以用于感应。
另外,如以下说明那样,特定位置信息管理部102c在规定的处理中未检测出管腔暗部的情况下,可以进行判定该图像状态来决定感应磁场的处理。
即,在通常图像的情况下,管腔暗部为圆形状,能够将该圆形的中心位置检测为管腔的走向。与此相对,在管腔压扁的情况下,取得的图像为线形状或带形状的暗部(也称为暗线)。
然后,在这样的情况下,在特定位置信息管理部102c的管理下,图像内特定位置检测部102b将该暗线的扩展中心位置检测为管腔暗部的位置。另一方面,在不能检测出暗线的扩展中心的情况下,参照过去的信息,通过估算来检测管腔暗部的位置。图像内特定位置检测部102b在不能估算出管腔暗部的情况下,使胶囊主体93回到过去状态。
图27示出由管腔内的胶囊主体93获得的图像例。胶囊主体93根据在大肠等的管腔内的位置、管腔内的状态等获得的图像不同。图27中的图像A、B、C、D、E根据图28中的管腔内的胶囊主体93的位置或管腔状态等而不同。另外,在图28中,与图27的图像A、B、C、D、E分别对应的图像由相同标号A、B、C、D、E表示。
图27中的图像A、B、C相当于适于检测暗部的通常图像。与此相对,图像D、E相当于与通常图像不同的图像(特定图像)。
图27的图像A处于这样的状态:在管腔内进入了液体或气体,能够将管腔的前端方向检测为暗部。
图像B处于这样的状态:在管腔内进入了液体或气体,能够将管腔的前端方向勉强地在画面内确认为暗部。
图像C处于这样的状态:在管腔内进入了液体或气体,在胶囊与肠壁之间存在空间,而胶囊主体93朝向管壁方向,不能检测相当于管腔的前进方向的暗部。
图像D处于这样的状态:管腔的前方压扁,能确认肠组织的接触部分,而不能确认为明确的暗部。
图像E处于这样的状态:胶囊主体93的圆顶帽(dome)与管腔紧密接触,虽然能确认在管腔表面流动的血管,但只能得到关于管腔走向的信息。
在图像A、B的情况下,由于胶囊主体93位于管腔的大致中心,因而得到暗部(管腔方向)的信息。在该情况下,通过朝向暗部方向对胶囊主体93施加推进力,能够使胶囊主体93沿管腔前进。
另一方面,在图像D的情况下,管腔压扁,不能检测出明确的暗部。然而在这种情况下,压扁的管腔的间隙少许形成暗部(暗线),针对该线,左右组织的亮度为相同水平(这里为与后述的图像C不同的部分)。
因此,例如,特定位置信息管理部102c根据该状态的图像判定出是特定图像的管腔状态。
与此同时,特定位置信息管理部102c通过图像处理估算暗线是否是表示压扁的管腔的间隙的部位的准确性,来判定是否可以使胶囊主体93前进到该暗线的中央。例如,在能够计算暗线的线宽度的情况下,将其中央检测为暗部位置,作出前进的判定。
在作出前进的判定的情况下,特定位置信息管理部102c根据该信息,经由感应磁场决定电路103决定感应磁场,通过磁场控制电路106等,使磁场产生部104产生对胶囊主体93提供使其前进的推力的磁场。
在作出不前进的判定的情况下,根据与过去的胶囊主体93所描绘的轨迹对应的、存储在特定位置信息存储部128a内的(由位置和方向检测装置98以及位置和方向计算部102a计算出的)过去的信息,产生用于感应胶囊主体93以使其在管腔内后退的磁场。
在这样作出不前进的判定的情况下,根据过去的胶囊主体93所描绘的轨迹(由位置和方向检测装置98以及位置和方向计算部102a计算出的过去的信息),产生感应胶囊主体93以使其在管腔内后退的磁场。
然后,在成为能确认暗部的状态(图像A或B的状态)后,进行再次使胶囊主体93前进的控制。
并且,在使胶囊主体93后退的情况下,胶囊主体93存在的位置形成空隙,有时成为在图像上能确认暗部的状态。
当识别出暗部时,重复相同动作。因此,在使胶囊主体93后退来再次开始暗部检测的情况下,期望的是,在胶囊主体93后退某种程度(例如比胶囊主体93的全长更长的距离)后进行暗部检测。
另一方面,在图像C的情况下,处于检测不出暗部的状态、且能确认管腔褶皱的状态。管腔褶皱的内部被识别为暗线。
然而,与上述的图像D的状态不同,由于观测到在暗线左右侧组织亮度不同,因而能够识别与图像D的状态的差别。
在该情况下,参照过去的胶囊主体93的位置方向数据和过去的暗部检测的数据来估算管腔的前进方向。然后,控制由感应磁场产生装置94产生的磁场,以使胶囊主体93的方向朝向所估算出的管腔的行进方向。
在通过该方向转换而使胶囊主体93朝向管腔的走向的情况下,经由图像B的状态的图像成为图像A的状态的图像,从而能够明确行进方向。
在未达到能观测暗部的状态的情况下,根据胶囊主体93的过去的特定位置信息,首先,可以使胶囊主体93的方向退回,之后进行使胶囊主体93按照过去的胶囊主体93的轨迹后退的控制。然后,在达到能观测暗部的状态后,再次开始感应即可。其他动作与图像D相同。
在图像E的情况下,由于过度接近管腔而不能得到暗部(管腔方向)的信息,不能进行控制。因此,在处于图像E的状态的情况下,有必要确保暗部(管腔方向)的信息。
在该图像E的情况下,描绘出鲜明的血管像。该血管像能够容易地从图像处理中检测出。在该情况下,根据过去的胶囊主体93的位置方向信息和暗部信息,进行使胶囊主体93朝向管腔的走向的方向转换控制。在胶囊主体93的周围有空隙的情况下,能通过该控制来改变胶囊主体93的方向,从而处于如图像A、B那样能检测暗部的状态。
然而,在即使进行方向转换动作但胶囊主体93由管腔强烈约束的情况下,胶囊主体93维持不能进行方向转换的状态。在该情况下,参照胶囊主体93的过去的位置和方向信息以及暗部的信息,进行使胶囊主体93后退的控制。之后,与图像C的情况一样。
而且,还考虑了不能后退的情况,在该情况下,中止胶囊主体93的感应而使胶囊主体93处于自由状态。这样,胶囊主体93处于完全沿着管腔的状态而稳定。在该情况下,由于处于如图像D那样的状态,因而只要按照图像D的例子中的控制,就能再次开始感应。
下面,参照以下的图29来说明本实施例的代表性的动作例。
说明在拍摄体腔内具体地说是从口腔到食道、小肠、大肠等管腔内的情况下对胶囊主体93的控制内容。
图29示出本实施例的控制内容。如图29的步骤S51所示,胶囊主体93在管腔内移动的同时,例如以一定周期进行摄像,并发送所拍摄的图像。
如步骤S52所示,图像取得和控制装置95内的图像取得电路125a取得该图像。该图像被输入到主处理部102内的图像内特定位置检测部102b。
并且,如步骤S53所示,位置和方向检测装置98根据来自胶囊主体93内的谐振电路140的信号,取得与胶囊主体93的位置及方向对应的检测信号。
然后,如步骤S54所示,主处理部102内的位置和方向计算部102a根据该检测信号计算胶囊主体93的位置和方向。
如下一步骤S55所示,图像内特定位置检测部102b根据由图像取得电路125a所取得的图像进行管腔暗部的位置信息的检测动作。
并且,如步骤S56所示,管腔暗部的位置信息以及胶囊主体93的位置和方向的信息经由特定位置信息管理部102c按时刻顺序被存储在特定位置信息存储部128a内。
并且,如步骤S57所示,特定位置信息管理部102c判定有无管腔暗部。该判定是例如由特定位置信息管理部102c监视图像内特定位置检测部102b对管腔暗部的检测动作来进行的。
然后,在判定为有管腔暗部的情况下,如步骤S58所示,感应磁场决定电路103根据由图像内特定位置检测部102b检测出的当前的管腔暗部的位置信息、以及由位置和方向计算部102a计算出的胶囊主体93的当前的位置和方向的信息来控制磁场控制电路106,以便决定由磁场产生部104产生的感应磁场。
在下一步骤S59中,磁场产生部104根据决定感应磁场的信息,产生作为感应磁场的旋转磁场,控制包含胶囊主体93的方向在内的移动。然后,回到步骤S51的处理。
另一方面,在步骤S57中,在由特定位置信息管理部102c判定为不存在管腔暗部的情况下,移到步骤S60。在该步骤S60中,特定位置信息管理部102c读出存储在特定位置信息存储部128a内的过去的管腔暗部的位置信息以及胶囊主体93的位置和方向的信息。
然后,如步骤S61所示,特定位置信息管理部102c参照所读出的过去的特定位置信息,将决定使旋转磁场的方向反转的感应磁场的信息输出到感应磁场决定电路103,以使得返回到检测出管腔暗部的过去的胶囊主体93的位置及其方向的状态。然后,移到步骤S59,利用这样的感应磁场来磁感应胶囊主体93。另外,作为步骤S61的处理,如图27或图28所述,可以根据取得的图像状态进行不同的感应。
通过重复以上的控制处理,能连续进行胶囊主体93的磁感应,能使胶囊主体93在体腔内自动推进。
根据这样进行动作的本实施例,能使用外部磁场进行磁控制,以使得胶囊主体93沿着体腔内、更具体地说是沿着管腔的走向顺利地推进。这样,通过使胶囊主体93沿着管腔的走向顺利地推进,能在短时间内取得图像。因此,手术者能参照所取得的图像顺利地进行诊断等。
并且,在本实施例中,对在胶囊型内窥镜内设有推力产生部(具体地说螺旋状突起)、并附加有旋转磁场的旋转磁感应作了描述,然而胶囊型内窥镜的感应方法也可以是借助磁引力而获得推力的类型的感应方法。而且,位置和方向检测装置不限于在体外检测从胶囊产生的磁场的类型,也可以是利用胶囊检测在体外产生的磁场、并由此决定胶囊的位置和方向的类型。
下面说明本实施例的变形例。图30示出变形例的胶囊型医疗***91B的主要部分的结构。
该胶囊型医疗***91B构成为:在图20的胶囊型医疗***91中不设置特定位置信息管理部102c。然后,在未检测出管腔暗部的情况下,感应磁场决定电路103参照存储在特定位置信息存储部128a内的过去的信息来决定感应磁场,以便回到其过去状态。
或者在未检测出管腔暗部的情况下,图像内特定位置检测部102b可以将存储在特定位置信息存储部128a内的过去的信息发送到感应磁场决定电路103,并进行回到其过去的状态的处理。
在图20中,位置和方向计算部102a的位置和方向的信息、以及图像内特定位置检测部102b的特定位置信息即管腔暗部的位置信息经由特定位置信息管理部102c被存储在特定位置信息存储部128a内。与此相对,在本变形例中,位置和方向计算部102a的位置和方向的信息、以及图像内特定位置检测部102b的特定位置信息不经由特定位置信息管理部102c就被存储在特定位置信息存储部128a内。
在本变形例的情况下,在检测出管腔暗部的情况下,控制动作与上述实施例2相同。
即,对本变形例的动作进行说明,在检测出管腔暗部的情况下,如图29的步骤S51至步骤S59那样。
与此相对,在步骤S57中未检测出管腔暗部的情况下,如图31的步骤S60那样,例如,图像内特定位置检测部102b读出存储在特定位置信息存储部128a内的过去的管腔暗部的位置信息以及胶囊主体93的位置和方向的信息。
在下一步骤S61′中,将存储在特定位置信息存储部128a内的过去信息发送到感应磁场决定电路103。然后,感应磁场决定电路103参照该信息来决定回到过去状态的感应磁场。之后,移到步骤S59。
另外,在步骤S57中未检测出管腔暗部的情况下的控制处理程序中可以是:计算在该处理中的规定时间内的胶囊主体93的移动距离,在该移动距离是阈值以下的情况下,停止感应磁场,使胶囊主体93处于自由状态,借助肠道等的蠕动运动使胶囊主体93移动。
根据本变形例,根据管腔暗部的检测信息,能缩短用于胶囊主体93在体腔内进行检查或诊断的图像取得时间。并且,在未检测出管腔暗部、且移动花费时间的情况下,也能够停止感应磁场的产生,利用蠕动运动来进行胶囊主体93的体腔内检查。
并且,根据本变形例,能简化在进行用于使胶囊主体93移动的感应磁场的控制时的图像处理。
另外,在实施例2及其变形例中用自动控制对胶囊主体93施加的磁场的结构进行了说明,然而可以检测在体腔的走向上***或移动胶囊主体93的方向,并将该方向显示在显示装置107等上。
在该情况下,操作者能利用显示装置107来确认该方向。并且,在从自动控制磁场的模式切换到手动控制磁场的模式的情况下,可以根据显示在显示装置107上的方向信息,操作方向输入装置108a等,手动促进胶囊主体93的移动。
另外,将上述实施例等部分地进行组合等来构成的实施例等也属于本发明。
产业上的可利用性
在***到体腔内的***部或***体中内置摄像装置,根据由摄像单元拍摄的图像来检测与体腔的走向对应的暗部的位置信息,计算应***的方向,并随时间记录该位置信息等,在位置信息的检测下降的条件的情况下,能参照过去的位置信息。因此,能将***部等顺利地***到体腔内的深部侧,能顺利地进行检查和诊断。
Claims (20)
1.一种内窥镜***,其特征在于,该内窥镜***具有:
内窥镜,其利用设置在***部前端的摄像单元来拍摄体腔内的图像;
位置检测单元,其根据由所述摄像单元拍摄的管腔信息,针对***部前端检测用于***该***部前端的位置信息;
记录单元,其随时间记录由所述位置检测单元检测出的位置信息;
判定单元,其判定是否满足针对所述位置检测单元检测位置信息的检测动作所设定的条件;以及
方向计算单元,在不满足所述条件的判定结果的情况下,该方向计算单元读出记录在所述记录单元内的位置信息,并输出所述***部前端的***方向的信息。
2.根据权利要求1所述的内窥镜***,其特征在于,
所述判定单元是暗部判定单元,该暗部判定单元将在管腔信息内存在与体腔的走向对应的暗部作为所述条件进行判定。
3.根据权利要求1或2所述的内窥镜***,其特征在于,
所述内窥镜***还具有扭转量检测单元,该扭转量检测单元检测所述***部绕其纵轴的扭转量,
所述记录单元将所述扭转量与所述位置信息相关联地随时间记录。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的内窥镜***,其特征在于,
所述内窥镜***还具有位置和方向检测单元,该位置和方向检测单元检测所述***部前端的位置及方向,
所述记录单元将所述位置及方向的信息与所述位置信息相关联地记录。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的内窥镜***,其特征在于,
所述内窥镜***还具有变更所述***部前端的方向的***部前端方向变更部,该***部前端方向变更部变更所述***部的位置的方向。
6.根据权利要求5所述的内窥镜***,其特征在于,
在所述内窥镜是胶囊型内窥镜的情况下,所述***部前端方向变更部利用磁性使***部前端的方向发生变化。
7.根据权利要求5所述的内窥镜***,其特征在于,
所述内窥镜***具有显示装置,该显示装置显示所述***部前端的方向。
8.根据权利要求1至4中的任一项所述的内窥镜***,其特征在于,
所述方向计算单元是弯曲信息计算单元,该弯曲信息计算单元计算使设置在所述***部前端附近的弯曲部弯曲以使所述***部前端指向基于由所述位置检测单元检测出的位置信息的位置的方向的、至少包含弯曲方向的弯曲信息。
9.根据权利要求8所述的内窥镜***,其特征在于,
所述内窥镜***还具有电弯曲驱动单元,该电弯曲驱动单元使所述弯曲部电弯曲,
并且所述内窥镜***具有驱动控制单元,该驱动控制单元根据所述弯曲信息计算单元的输出,进行使所述电弯曲驱动单元电驱动的驱动控制。
10.根据权利要求8所述的内窥镜***,其特征在于,
所述内窥镜***具有显示单元,该显示单元显示由所述弯曲信息计算单元计算出的至少包含弯曲方向的弯曲信息。
11.根据权利要求2所述的内窥镜***,其特征在于,
所述暗部判定单元根据所述管腔信息的色调或边缘信息,判定是否存在所述暗部。
12.根据权利要求1所述的内窥镜***,其特征在于,所述内窥镜是胶囊型内窥镜。
13.根据权利要求12所述的内窥镜***,其特征在于,
所述内窥镜***还具有磁场感应控制单元,该磁场感应控制单元对所述胶囊型内窥镜进行磁感应控制,
并且所述内窥镜***具有管理单元,该管理单元根据所述判定单元的判定结果,利用记录在所述记录单元内的位置信息来进行是否由所述磁场感应控制单元产生感应磁场的信息管理。
14.一种摄像***,其特征在于,该摄像***具有:
摄像部,其设置在***到体腔内的***体内,并拍摄体腔内的图像;
管腔信息检测单元,其根据由所述摄像部拍摄的图像,检测与体腔的走向对应的管腔信息;
记录单元,其随时间记录由所述管腔信息检测单元检测出的管腔信息;
估算单元,其估算所述摄像部的位置和方向;
判定单元,其判定是否满足针对所述管腔信息检测单元检测管腔信息的检测动作所设定的条件;
方向计算单元,在由所述判定单元判定为不满足所述条件的情况下,该方向计算单元读出记录在所述记录单元内的管腔信息,根据该管腔信息和所述估算单元的估算结果来计算移动所述***体的方向的信息;以及
控制单元,其根据由所述方向计算单元计算出的信息来控制移动所述***体的方向。
15.根据权利要求14所述的摄像***,其特征在于,
所述摄像部是收纳在胶囊形状的***体内的胶囊型内窥镜。
16.根据权利要求15所述的摄像***,其特征在于,
在所述胶囊型内窥镜中内置有磁铁,
所述控制单元通过控制由磁场产生装置产生的外部磁场来控制所述***体的移动方向,该磁场产生装置施加对内置有所述磁铁的胶囊进行磁感应的外部磁场。
17.一种胶囊型医疗***,其特征在于,该胶囊型医疗***具有:
胶囊型医疗装置,其内部具有摄像部和磁铁;
感应磁场产生装置,其配置在所述胶囊型医疗装置的外部,用于感应所述胶囊型医疗装置;
位置和方向检测装置,其检测所述胶囊型医疗装置的位置和方向;
估算单元,其根据由所述胶囊型医疗装置取得的图像来估算移动方向;
记录单元,其随时间记录由所述位置和方向检测装置检测出的位置和方向、以及由所述估算单元估算的移动方向的信息;以及
感应磁场控制单元,其根据所述估算单元以及所述位置和方向检测装置的检测结果,进行由所述感应磁场产生装置产生的感应磁场的控制,以使胶囊型医疗装置在体腔内移动。
18.根据权利要求17所述的胶囊型医疗装置,其特征在于,
所述胶囊型医疗***还具有管理单元,该管理单元判定所述估算单元是否能以所设定的条件来估算移动方向,并根据判定结果,利用记录在所述记录单元内的信息来进行是否产生由所述感应磁场控制单元控制的感应磁场的信息管理。
19.一种图像处理装置,其特征在于,该图像处理装置具有:
内窥镜图像的输入部,该内窥镜图像是由设置在***到体腔内的***部前端的摄像单元拍摄的;
位置检测单元,其根据所述内窥镜图像,针对***部前端进行用于导入该***部前端的位置信息的检测处理;
记录单元,其随时间记录由所述位置检测单元检测出的位置信息;
判定单元,其进行是否满足针对所述位置检测单元的位置信息的检测处理所设定的条件的判定处理;以及
方向计算单元,在不满足所述条件的判定处理结果的情况下,该方向计算单元读出记录在所述记录单元内的位置信息,并输出***所述***部前端的方向的信息。
20.根据权利要求19所述的图像处理装置,其特征在于,
所述判定单元是暗部判定单元,该暗部判定单元将在内窥镜图像内存在与体腔的走向对应的暗部作为所述条件进行判定处理。
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