JP3772151B2 - 挿入部位置検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁界発生素子と磁界検出素子とを用いて挿入部の位置を検出する挿入部位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内視鏡は医療用分野及び工業用分野で広く用いられるようになった。この内視鏡は特に挿入部が軟性のものは、屈曲した体腔内に挿入することにより、切開することなく体腔内深部の臓器を診断したり、必要に応じてチャンネル内に処置具を挿通してポリープ等を切除するなどの治療処置を行うことができる。
【０００３】
この場合、例えば肛門側から下部消化管内を検査する場合のように、屈曲した体腔内に挿入部を円滑に挿入するためにはある程度の熟練を必要とする場合がある。
【０００４】
つまり、挿入作業を行っている場合、管路の屈曲に応じて挿入部に設けた湾曲部を湾曲させる等の作業が円滑な挿入を行うのに必要になり、そのためには挿入部の先端位置等が、体腔内のどの位置にあるかとか、現在の挿入部の屈曲状態等を知ることができると便利である。
【０００５】
このため、例えば特開平３ー２９５５３０号公報には挿入部に設けた受信用空中線（コイル）に対し、挿入部の外部に設けた送信用空中線（アンテナコイル）を走査して挿入部の挿入状態を検出するものがある。
【０００６】
また、特開平５ー１７７０００号公報のカテーテルガイド装置では発信手段をカテーテルの先端等に取り付け、その信号を受信して発信手段の位置を求めるものが開示されている。
【０００７】
また、ＵＳパテント４，１７６，６６２では内視鏡の先端のトランスジューサからバースト波を出し、周囲の複数のアンテナ又はトランスジューサで検出して先端部の位置をＣＲＴにプロット等するものが開示されている。
【０００８】
さらにＵＳパテント４，８２１，７３１では体外の直交コイルを回転し、体内のカテーテルに設けたセンサの出力からカテーテルの先端位置を検出するものを開示している。
【０００９】
また、ＰＣＴ出願ＧＢ９１／０１４３１号公開公報では内視鏡が挿入される対象物の周囲にＸ−Ｙ方向にダイポールアンテナを格子状に多数並べてＡＣ駆動し、一方、内視鏡側に内蔵したコイルで得られる信号より、内視鏡の位置を導出する従来例を開示している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、挿入部の位置検出については更なる精度の向上が望まれている。
【００１１】
本発明の目的は、精度の高い挿入部の位置検出を可能とする挿入部位置検出装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の挿入部位置検出装置は、被検体内に挿入可能な可撓性の挿入部を有し、該挿入部内に磁界を発生する磁界発生素子及び発生した磁界を検出する磁界検出素子のうちの一方が設けられてなる挿入具と、前記被検体が載置可能になされ、前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子のうちの他方が少なくとも３つ設けられてなる載置台と、前記磁界発生素子と前記磁界検出素子との磁気結合によって得られる情報に基づいて、前記挿入部内に設けられた前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子のうちの一方の素子の、前記載置台に設けられた前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子のうちの他方の素子に対する位置を推定する位置推定手段と、を備え、前記載置台は、前記磁界発生素子の駆動により発生する磁界に対して影響を及ぼさない部材で形成され、前記被検体が載置される部位に検出対象領域が形成されるように前記少なくとも３つの磁界発生素子又は磁界検出素子が配置され、前記磁界検出素子は、直交する３つの軸方向にそれぞれ指向性を有するように巻回された３つのコイルを有する３軸コイルで構成され、前記位置推定手段は、前記３軸コイルの各軸に固有の、当該コイルの径の違いによる補正係数を用いて、前記挿入具の挿入部内に設けられた前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子の位置を推定する際に得られる、当該各３軸コイルの各出力における位相の違いを補正する補正手段を有する、ことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００１５】
図１ないし図４３は本発明の第１実施形態に係るものを示す。
図１に示すように内視鏡システム１は内視鏡６を用いて検査等を行う内視鏡装置２と、この内視鏡装置２と共に使用され、内視鏡６の挿入部７の位置を検出する第１実施形態の機能を備え、さらに挿入部７の形状を推定してその形状に対応する画像を表示する内視鏡形状検出装置３とを有して構成される。
【００１６】
（内視鏡検査用）ベッド４には、被検体としての患者５が載置され、この患者５の体腔内に、図３に示す内視鏡６の挿入部７が挿入される。
この内視鏡６は細長で可撓性を有する挿入部７とその後端に形成された太幅の操作部８と、この操作部８の側部から延出されたユニバーサルケーブル９とを有し、このユニバーサルケーブル９の末端にはコネクタ９Ａが設けてあり、このコネクタ９Ａはビデオプロセッサ１１内の光源部３６に着脱自在で接続できる。
【００１７】
このコネクタ９Ａからさらに信号ケーブル９Ｂが延出され、この信号ケーブル９Ｂの末端に設けた信号用コネクタ９Ｃをビデオプロセッサ１１内の信号処理部３７に着脱自在で接続できる。
【００１８】
挿入部７には図４に示すように照明光を伝送するライトガイド３８が挿通され、このライトガイド３８はさらに操作部８から延出されたユニバーサルケーブル９内を挿通され、末端のコネクタ９Ａに至る。このコネクタ９Ａの端面には光源部３６内のランプ３６Ａから照明光が供給され、このライトガイド３８のよって伝送され、挿入部７の先端部の（照明光出射手段を形成する）照明窓に取り付けられた先端面から伝送した照明光を前方に出射する。
【００１９】
この照明窓から出射された照明光により照明された体腔内の内壁或は患部等の被写体は先端部の照明窓に隣接して形成された観察窓に取り付けた対物レンズ３９によってその焦点面に配置された固体撮像素子としてのＣＣＤ２９に像を結ぶ。
【００２０】
このＣＣＤ２９は信号処理部３７内のＣＣＤドライブ回路３７Ａから出力されるＣＣＤドライブ信号が印加されることにより、（ＣＣＤ２９で）光電変換された画像信号が読み出され、挿入部７内等を挿通された信号線を経て信号処理回路３７Ｂで信号処理されて標準的な映像信号に変換され、カラーモニタ１２に出力され、対物レンズ３９でＣＣＤ２９の光電変換面に結像した内視鏡像をカラー表示する。
【００２１】
また、操作部８には湾曲操作ノブ８Ａが設けてあり、このノブ８Ａを回動する操作を行うことにより挿入部７の先端付近に形成した湾曲自在の湾曲部７Ａを湾曲できるようにして屈曲した体腔内経路にもその屈曲に沿うように先端側を湾曲させることによりスムーズに挿入できるようにしている。
【００２２】
また、図４に示すようにこの内視鏡６には挿入部７内に中空のチャンネル１３が形成されており、このチャンネル１３の基端の挿入口１３ａから鉗子等の処置具を挿通することにより、処置具の先端側を挿入部７の先端面のチャンネル出口から突出させて患部等に対して生検とか治療処置等を行うことができる。
【００２３】
また、このチャンネル１３に（体腔内に挿入された挿入部７の）位置及び形状検出のためのプローブ１５を挿入し、このプローブ１５の先端側をチャンネル１３内の所定の位置に設定することができる。図５はチャンネル１３内にプローブ１５を固定した場合のプローブ１５の先端側の１例を示す。
【００２４】
図５に示すようにこのプローブ１５には磁界を発生する磁界発生素子としての複数のソースコイル１６ａ，１６ｂ，…（符号１６ｉで代表する）が、絶縁性で可撓性を有する円形断面のチューブ１９内に例えば一定間隔ｄとなる状態で、チューブ１９内壁に絶縁性の接着剤２０で固定されている。
【００２５】
各ソースコイル１６ｉは例えば絶縁性で硬質の円柱状のコア１０に絶縁被覆された導線が巻回されたソレノイド状コイルで構成され、さらにコイルの外周面に絶縁性の接着剤２０で塗布されてコイルをコア１０に絶縁被覆した状態で固定すると共に、チューブ１９の内壁にも固定している。
【００２６】
そして、チューブ１９が屈曲されて変形した場合でも、各ソースコイル１６ｉは、硬質のコア１０に導線が巻回して、接着剤２０で固定されているので、ソースコイル１６ｉ自身はその形状が変形しない構造にしてあり、磁界発生の機能はチューブ１９が変形した場合でも不変となるようにしている。
【００２７】
また、例えば末端（先端）のソースコイル１６ａの位置はチャンネル１３の出口の面と（その先端面が）一致するように設置され、従って最も先端のソースコイル１６ａの位置を検出することにより、内視鏡６の挿入部７の先端面の位置（より正確には先端面よりソースコイル１６ａの（挿入部７の軸方向の）長さの１／２だけ後方位置）を検出できるようにしている。
【００２８】
先端のソースコイル１６ａの位置は内視鏡６の既知の位置であると共に、一定間隔ｄでそれぞれソースコイル１６ｉは設けてあるので、各ソースコイル１６ｉの位置は内視鏡６の挿入部７内の既知の位置に設定されていることになり、各ソースコイル１６ｉの位置を検出することにより、内視鏡６の挿入部７の離散的な位置（より厳密には各ソースコイル１６ｉの位置）が検出できる。
【００２９】
これらの離散的な位置を検出することにより、それらの間の位置もほぼ推定でき、従って離散的な位置の検出により、体腔内に挿入された内視鏡６の挿入部７の形状を求めることが可能になる。
【００３０】
なお、プローブ１５の先端付近の外径を他の部分より僅かに大きくして、チャンネル１３の出口付近の内壁に密着して位置決め設置できるようにしても良い。そして、内視鏡形状を表示する必要が無くなったら（例えば、体腔内深部側の目的とする部位付近まで挿入部６の先端側を挿入する作業を円滑に行えるように、内視鏡形状の表示を利用する）、プローブ１５の手元側を引っ張って、プローブ１５を手元側に外し、チャンネル１３を処置具等を挿通できるようにしても良い。
【００３１】
各ソースコイル１６ｉに接続されたリード線１７はプローブ１５の後端に設けた、或はプローブ１５の後端から延出されたケーブルの後端に設けたコネクタ１８に接続され、このコネクタ１８は（内視鏡）形状検出装置本体２１のコネクタ受けに接続される。そして、後述するように各ソースコイル１６ｉには駆動信号が印加され、位置検出に利用される磁界を発生する。
【００３２】
図６は、変形例のプローブ１５′の構造を示す。このプローブ１５′は絶縁部材でかつ可撓性を有するシースチューブ１９′内に可撓性を有する支持部材４６に一定の距離ｄ毎にソースコイル１６ｉが取り付けられる。この支持部材４６はその長手方向（挿入部７内に配置された場合には挿入部７の軸方向）に対して伸縮性を有しない部材で構成され、シースチューブ１９′が屈曲された場合にもソースコイル１６ｉの間隔は一定となるようにしている。
【００３３】
各ソースコイル１６ｉは磁性材４７に銅線４８を巻回したコイルで形成され、巻回した２つの端子の一方の銅線は共通にされ、例えば支持部材４６に沿って延出され、他方の端子から延出された銅線４８はそれぞれのソースコイル１６ｉから後方に延出され、シースチューブ１９′の基端のコネクタ４９（図３参照）の接点に接続されている。
なお、各ソースコイル１６ｉを構成する各コイルの２つの端子の一方を共通にしないで、それぞれ２本の銅線で後方側に延出するようにしても良い。
【００３４】
各ソースコイル１６ｉの磁性材４７には貫通孔が設けられ、その貫通孔に支持部材４６を通し、絶縁性の接着剤２０で一定間隔ｄの状態で固定されている。 このシースチューブ１９′は薄肉にした場合には外部からの力でつぶれてしまい、座屈して挿入が困難になる可能性があるので、シースチューブ１９′内部におけるソースコイル１６ｉ周囲にはシリコン等のボンディング材５０が充填されている。
【００３５】
このシースチューブ１９′の先端にはほぼ球形状の先端チップ５５が取り付けてあり、チャンネル１３内に挿入時における滑りを向上している。また、チューブ１９′の後端とコネクタ４９との間には折れ止め５６が設けてある。
また、コネクタ４９には術者の扱いを容易にするためと消毒、滅菌処理を考慮してコネクタキャップ５７に覆われている。
【００３６】
図３ではこのプローブ１５′をチャンネル１３に装着した様子を示す。図３ではプローブ１５′の他にさらに挿入口１４から鉗子などを挿入できる構造にしている。
【００３７】
ソースコイル１６ｉは図５又は図６のように１軸のコイルで構成されていても良いし、図７に示すように３軸のセンスコイル２２ｊ（後述）と同様な構造の３軸のソースコイル１６ｉで構成しても良い。
【００３８】
３軸のソースコイル１６ｉで形成した場合には、非磁性体或は磁性体で形成した例えば立方体形状の硬質のコア１０に３つのコイルを巻回して構成される。非磁性体のコア１０を用いることにより、隣接等する他のソースコイルで発生する磁界分布に影響を及ぼさないようにしても良いし、隣接するソースコイルとあまり接近していない場合には磁性体のコア１０にして導線を巻回したコイルで磁界発生素子としてのソースコイルを構成しても良い。
【００３９】
また、図７に示すようにコア１０におけるコイルが巻回されていない部分に穴を設けて、各コイルの両端に接続されるリード線１７を通すようにしている（各コイルの一端は共通にできる）。なお、コア１０を有しないで例えば３つのコイルの中空部分も含めて３つのコイルを絶縁性の接着剤で接着固定した構造にしても良い。
また、図１に示すようにベッド４の既知の位置、例えば３つの隅にはそれぞれ磁界を検出する磁界検出素子としての３軸センスコイル２２ａ，２２ｂ，２２ｃ（２２ｊで代表する）が取り付けてあり、これらの３軸センスコイル２２ｊはベッド４から延出されたケーブルを介して形状検出装置本体２１に接続される。
【００４０】
３軸センスコイル２２ｊは図７に示すようにそれぞれのコイル面が直交するように３方向にそれぞれ巻回され、各コイルはそのコイル面に直交する軸方向成分の磁界の強度に比例した信号を検出する。
【００４１】
上記形状検出装置本体２１は、３軸センスコイル２２ｊの出力に基づいて各ソースコイル１６ｉの位置を検出して、患者５内に挿入された内視鏡６の挿入部７の形状を推定し、推定した形状に対応したコンピュータグラフィック画像をモニタ２３に表示する。
【００４２】
内視鏡形状検出装置３は磁気を利用しているので、磁気に対して透明でない金属が存在すると鉄損などにより、影響を受けてしまい、磁界発生用のソースコイル１６ｉと検出用の３軸センスコイル２２ｊの間の相互インダクタンスに影響を与える。一般に、相互インダクタンスをＲ＋ｊＸで表すと、（磁気に対して透明でない金属は）このＲ，Ｘ両者に影響を及ぼすことになる。
【００４３】
この場合、微少磁界の検出で一般に用いられている直交検波で測定される信号の、振幅、位相が変化することになる。そのため、精度よく信号を検出するためには、発生する磁界が影響を受けない環境を設定することが望ましい。
【００４４】
これを実現するためには、磁気的に透明な材料（換言すると磁界に影響を及ぼさない材料）でベッド４を作ればよい。
この磁気的に透明な材料としては例えば、デルリン等の樹脂、木材、非磁性材金属であればよい。
【００４５】
実際にはソースコイル１６ｉの位置検出には交流磁界を用いるため、駆動信号の周波数において磁気的に影響のない材料で形成しても良い。
そこで、本内視鏡形状検出装置３とともに使用する図１に示す内視鏡検査用ベッド４は、少なくとも、発生する磁界の周波数において磁気的に透明な非磁性材で構成されている。
【００４６】
図２は内視鏡形状検出装置３の概略の構成をブロック図で示す。内視鏡６のチャンネル１３内に設定されたプローブ１５内のソースコイル１６ｉにソースコイル駆動部２４からの駆動信号が供給され、この駆動信号が印加されたソースコイル１６ｉ周辺に磁界が発生する。
【００４７】
このソースコイル駆動部２４は、（磁界発生用）発振部２５から供給される交流信号を増幅して、必要な磁界を発生するための駆動信号を出力する。
発振部２５の交流信号は、ベッド４に設けられた３軸センスコイル２２ｊで検出される微少な磁界を検出するための（相互インダクタンス）検出部２６に参照信号として送出される。
【００４８】
３軸センスコイル２２ｊで検出される微少な磁界検出信号は（センスコイル）出力増幅器２７で増幅された後、検出部２６に入力される。
検出部２６では、参照信号を基準として、増幅、直交検波（同期検波）を行い、コイル間の相互インダクタンスに関連した信号を得る。
【００４９】
複数のソースコイル１６ｉが存在するので、各ソースコイル１６ｉに接続されたリード線へ駆動信号を順次供給するように切り換える切り換え手段となる（ソースコイル駆動電流）分配器２８がソースコイル駆動部２４とソースコイル１６ｉの間に存在する。
【００５０】
上記検出部２６で得られた信号は、形状算出部３０を構成する（ソースコイル）位置検出部（又は位置推定部）３１に入力され、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して位置検出の計算或は位置推定の演算を行い、各ソースコイル１６ｉに対して推定された位置情報を得る。
この位置情報は形状画像生成部３２に送られ、得られた離散的な各位置情報から間を補間する補間処理等のグラフィック処理して内視鏡６（の挿入部７）の形状を推定し、推定された形状に対応する画像を生成し、モニタ信号生成部３３に送る。
【００５１】
モニタ信号生成部３３は形状に対応する画像を表すＲＧＢ或はＮＴＳＣ或はＰＡＬ方式の映像信号を生成し、モニタ２３に出力し、モニタ２３の表示面に内視鏡６の挿入部形状に対応する画像を表示する。
【００５２】
なお、位置検出部３１は１つの位置検出の計算を終了した後に、分配器２８に切り換えの信号を送り、次のソースコイル１６ｉに駆動電流を供給してその位置検出の計算を行う（各位置検出の計算を終了する前に、分配器２８に切り換えの信号を送り、センスコイル２２ｊで検出した信号をメモリに順次記憶させるようにしても良い）。
【００５３】
また、システム制御部３４はＣＰＵ等で構成され、位置検出部３１、形状画像生成部３２、モニタ信号生成部３３の動作等を制御する。また、このシステム制御部３４には操作パネル３５が接続され、この操作パネル３５のキーボードとかスイッチ等を操作することにより、内視鏡形状の描画モデルの選択とか、モニタ２３に表示される内視鏡形状を選択された視野方向に対する表示状態に変更させることなどができる。
【００５４】
なお、図２の点線で示す形状算出部３０はソフトウェアを含む。また、図２の内視鏡形状検出装置３は第１実施形態の内視鏡位置検出装置を含み、この内視鏡位置検出装置は図６では符号１６ｉ，２２ｊ，２４〜２８，３１で構成される。
【００５５】
この内視鏡形状検出装置３の構成はより具体的に表すと図８のようになる。つまり、発振部２５は発振器２５ａで構成され、この発振出力は駆動部２４を構成するアンプ２４ａで増幅され、分配器２８を構成するソースコイル切換回路２８ａで切換えられて複数のソースコイル１６ｉに順次印加され、印加されたソースコイル１６ｉの周囲に磁界を発生する。
【００５６】
各磁界は各センスコイル２２ｊで検出され、増幅器２７でそれぞれ増幅された後、インダクタンス検出部２６を構成するバンドパスフィルタ２６ａ、位相検波回路２６ｂ、ローパスフィルタ２６ｃを有する同期検波回路２６ｄで磁界強度と共に発振出力との位相差を含む信号が検出される。
【００５７】
位相検波回路２６ｂは発振器２５ａの出力信号を参照して位相検波（直交検波）する。同期検波回路２６ｄの出力信号は形状算出部３０を構成するＡ／Ｄコンバータ３０ａの各チャンネルを経てデジタル信号に変換された後、ＲＡＭ３０ｂの検出データの格納部３０ｂ′に一旦格納され、この格納部３０ｂ′のデータはＣＰＵ３０ｃに転送され、このＣＰＵ３０ｃで位置推定及び形状算出等の計算が行われる。Ａ／Ｄコンバータ３０ａの各チャンネルの切換えはタイミング制御回路３０ｄにより行われる。
【００５８】
この場合、例えば１つのソースコイル１６ｉに対する計算が終了すると、ＣＰＵ３０ｃはタイミング制御回路３０ｄに終了信号を送り、タイミング制御回路３０ｄはこの終了信号を受けると、ソースコイル切換回路２８ａに切換えの制御信号を送り、次のソースコイル１６ｉに駆動信号を印加する。
【００５９】
ＣＰＵ３０ｃは例えばＲＡＭ３０ｂの基準情報格納部３０ｂ″に格納されている基準情報を参照してソースコイル１６ｉの位置を推定し、さらに推定により得た各位置の情報を用いて間を補間し、内視鏡形状の推定を行う。この推定された形状に対応する画像も生成し、図６と同様にモニタ信号生成部３３を経てモニタ２３に出力され、推定された内視鏡形状に対応する画像が表示される。なお、基準情報格納部３０ｂ″には後述する図１６の２つの曲線Ｃｕ，Ｃｄのデータが格納される。
【００６０】
図９は形状検出のためのソースコイルの駆動動作とセンスコイルによる信号検出のフローを示す。まずパラメータｉを１に設定した後（ステップＳ１）、ソースコイル切換信号によりｉ番目のソースコイル１６ｉを選択してそのソースコイル１６ｉに駆動電流を流す（ステップＳ２）。
【００６１】
次に、過渡応答の時間Δｔ待ち（ステップＳ３）、この時間Δｔ後にセンスコイル２２ｊで検出した検出信号をサンプリングする（ステップＳ４）。そして、次に駆動されたｉ番目のソースコイルが最後のソースコイルか否かの判断を行い（ステップＳ５）、最後のものでないと、ｉをｉ＋１にインクリメントして（ステップＳ６）再びｉ番目のソースコイル１６ｉに駆動電流を流すステップに戻り、一方最後のソースコイルの場合には終了する。
【００６２】
上記過渡応答の時間Δｔ後にセンスコイル２２ｊによる検出信号をサンプリングする理由の説明図を図１０に示す。図１０（ａ）に示すソースコイル切換信号によりソースコイル１６ｉを選択してそのソースコイル１６ｉに駆動電流を流すと、そのソースコイル１６ｉの抵抗成分及びインダクタンス成分に応じて、駆動電流の周波数に対し、実際にはそのソースコイル１６ｉに流れる駆動電流は図１０（ｂ）に示すように時間Δｔの間で過渡応答特性を示す。
【００６３】
このため、センスコイル２２ｊで検出される検出信号は図１０（ｃ）のように過渡応答特性の影響を受けた信号になる。このため、タイミング制御回路３０ｄはこの時間Δｔの後にＡ／Ｄコンバータ３０ａに対して読込みを行うように制御する。このようにして過渡応答の影響のない検出信号を用いるようにしている。図７はソースコイル１６ｉとして３軸のソースコイルを用い、あるソースコイル１６ｉの位置を３軸センスコイル２２ｊで検出する場合の様子を示す。
【００６４】
３軸のソースコイル１６ｉにおける互いに直交する３つのコイルそれぞれを１６ｘ，１６ｙ，１６ｚで、３軸センスコイル２２ｊの３つのコイルを２２Ｘ，２２Ｙ，２２Ｚとして考える。また、それぞれのコイルのばらつきはないとする。そして３軸のソースコイル１６ｉの各コイル１６ｘ，１６ｙ，１６ｚをそれぞれ駆動した時の３軸センスコイル２２ｊ（の３つのコイル２２Ｘ，２２Ｙ，２２Ｚ）で検出される信号出力を以下のように定義する。
【００６５】
３軸のソースコイル１６ｉのうち、
コイル１６ｘを駆動したときのセンスコイル出力を、Ｘｘ，Ｙｘ，Ｚｘ
コイル１６ｙを駆動したときのセンスコイル出力を、Ｘｙ，Ｙｙ，Ｚｙ
コイル１６ｚを駆動したときのセンスコイル出力を、Ｘｚ，Ｙｚ，Ｚｚ
とする。
【００６６】
３つのコイル１６ｘ，１６ｙ，１６ｚでそれぞれ形成される磁界強度の２乗に対応する検出信号出力Ｘｘ＾２＋Ｙｘ＾２＋Ｚｘ＾２、Ｘｙ＾２＋Ｙｙ＾２＋Ｚｙ＾２、Ｘｚ＾２＋Ｙｚ＾２＋Ｚｚ＾２の値で確定される８個の位置がソースコイル１６ｉの検出位置の候補として得られる。
【００６７】
また、検出部２６の同期検波で得られるＸｘ，Ｙｘ，Ｚｘ、Ｘｙ，Ｙｙ，Ｚｙ、Ｘｚ，Ｙｚ，Ｚｚの位相情報からセンサ（３軸センスコイル２２ｊ）を原点にした座標におけるソースコイル１６ｉの存在する（８個の象現の内の）１つの象現が確定する。
これにより、ソースコイル１６ｉの存在位置が確定する（この実施形態では、後述するようにソースコイル１６ｉの存在位置を検出された磁界強度に対応する信号を用いて直接計算で求めることを行わないで、予め測定により得た基準となるデータを参照して存在位置を算出（推定）する）。
【００６８】
このように、３軸のソースコイル１６ｉと、３軸センスコイル２２ｊを用いれば、離散的なソースコイル１６ｉの位置を検出できる。
また、図１に示すようにベッド４の複数箇所に３軸センスコイル２２ｊを配置すれば、より正確に各ソースコイル１６ｉの位置を検出できることになる。
【００６９】
また、図１１は（無芯ソレノイドと表現される）１軸のソースコイル１６ｉを用いて３軸センスコイル２２ｊで位置検出を行う様子を示す。
内視鏡検査の場合には、患者５はベッド４の上にいるため、内視鏡６の位置は必ずベッド４の上になる。
【００７０】
つまり、ベッド４の４隅にセンサとなる３軸センスコイル２２ｊを設ければ、このセンサ群に囲まれた領域の中に内視鏡６（内のソースコイル１６ｉ）が存在することになるので、設置した３軸センスコイル２２ｊごとにソースコイル１６ｉの存在する象現が限定される。
【００７１】
ソースコイル１６ｉを駆動したときの１つの３軸センスコイル２２の出力をＸｉ，Ｙｉ，Ｚｉとすると、Ｘｉ＾２＋Ｙｉ＾２＋Ｚｉ＾２で関連づけられる磁界強度となる３軸センスコイル２２からの距離にソースコイル１６ｉが存在することになる。
【００７２】
しかし、１軸コイルは一般にダイポールとして表現され、その等磁界面は球にならないで図１２に示すように楕円状になる。
そのため、どの方向を向いているかが未知のソースコイル１６ｉの位置を一つの３軸センスコイル２２による等磁界面Ｘｉ＾２＋Ｙｉ＾２＋Ｚｉ＾２のみからは同定できない。
【００７３】
そのため、ベッド４に複数設けた３軸センスコイル２２ｊそれぞれに関して測定されるＸｊ＾２＋Ｙｊ＾２＋Ｚｊ＾２で関連づけられる距離を用いる。この場合、各３軸センスコイル２２ｊの設置位置は既知であるので、例えばベッド４に固定した１つの座標系で表すことができる。
ソースコイル１６ｉで発生する等磁界面がＸｓ＾２＋Ｙｓ＾２＋Ｚｓ＾２と表される磁界強度をセンスコイル２２ｊで検出してその間の距離を推定することを考える。
【００７４】
すると、センスコイル２２ｊで検出された磁界強度からその磁界強度を含むような等磁界面を想定すると、中心のソースコイル１６ｉに対してその等磁界面上にセンスコイル２２ｊが存在することになり、中心から等磁界面までの距離の最大値及び最小値をそれぞれＲｍａｘｊ、Ｒｍｉｎｊと、それらの間の距離にセンスコイル２２ｊ及びソースコイル１６ｉが存在することになる。
【００７５】
つまり既知の位置のセンスコイル２２ｊを基準にすると、図１１に示すように最大距離Ｒｍａｘｊの距離の内側、最小距離Ｒｍｉｎｊの外側にソースコイル１６ｉが存在することになる。
【００７６】
各３軸センスコイル２２ｊで測定され、各３軸センスコイル２２ｊごとに異なるＸｊ、Ｙｊ、Ｚｊに対応するＲｍａｘｊ、Ｒｍｉｎｊで表される球殻の重なり（ｖｏｌｕｍｅ）の中にソースコイル１６ｉが存在することになるのでその領域の重心をコイル位置として検出することができる。
【００７７】
これで、位置が求められるが、Ｒｍａｘ、Ｒｍｉｎの差が大きい場合には誤差が生じる可能性がある。
【００７８】
そこでＸｊ、Ｙｊ、Ｚｊに含まれる位相情報にソースコイル１６ｉの傾きが表されていることを利用して先に求めたｖｏｌｕｍｅのなかでの傾きを求める。
これにより、さらに正確な位置となるよう、先の位置を補正する。
また、ソースコイル１６ｉの相互の間隔は既知であるので、さらにこの値で補正してもよい。
【００７９】
この場合、図１３に示すように、内視鏡６は連続しているので、求めた離散的なソースコイル１６ｉ位置（×印で示す）の傾き（ｄｘ／ｄｌ、ｄｙ／ｄｌ、ｄｚ／ｄｌ）は、ソースコイル位置を元に補間した曲線ｌのソースコイル位置での接線方向と等しく、もしくは近似値になるはずなのでさらに位置の補正を行ってもよい。
【００８０】
この様にして検出された複数の位置情報により推定された内視鏡６の挿入部７の形状を後述するようにモデル化した画像１００で、モニタ２３の表示面に例えば図１４のように左側のグラフィックス出力領域に表示される。右側の領域はユーザが操作パネル３５からのキー入力等により、視点（位置と原点との距離）、回転角、視点位置とｚ軸とのなす仰角等を設定するユーザインタフェース領域である。
【００８１】
図１５はスコープ内のソースコイル１６ｉの作る磁界を外部の３軸センスコイル２２ｊによって検出し、磁界強度と２点間の距離との関係からソースコイル１６ｉの位置を得、複数のソースコイル１６ｉの各位置検出に基づいて挿入状態にある挿入部形状（簡単にスコープ形状とも記す）をモニタ（ＣＲＴとも記す）上に表示するフローを示す。
このフローの全体構成は、その処理内容別に、以下のＢ１〜Ｂ４の４ブロックに分けることが出来る。
【００８２】
Ｂ１：初期化ブロック（Initialize Block）
このブロックで、本プログラムの全機能に関する初期化作業が完了する。具体的には、スコープ形状をＣＲＴ上に出力する手法に基づく初期パラメータの設定、ハードウェアが検出する磁界強度から得られた位相情報と振幅情報とから、ソースコイル１６ｉの存在位置を算出する際に使用する基本データのメモリ読み込み、ハードウェアを制御するための各種ボードの初期化等が実施される。尚、詳細な処理内容に関しては、後にブロックごとの説明項目で行う。
【００８３】
Ｂ２：ハードウェア制御ブコック（Hardware Control Block）
本システムでは、内視鏡６の挿入部７内に配置固定されたソースコイル１６ｉの位置座標をソースコイル１６ｉの発生する磁界強度から算出し、これを基に挿入状態にある内視鏡６の挿入部７の形状を推定する。
このブロックでは、ソースコイル１６ｉの駆動を切換えて磁界を発生させ、その発生磁界強度をセンスコイル２２ｊで検出し、この検出出力をソースコイル位置座標が計算できる形に変換して出力するまでを担う。
【００８４】
ソースコイル１６ｉの駆動切換えは、内視鏡６のどこに位置するソースコイルかが分かるようになっており、ソースコイル１６ｉの磁界強度を検出するセンスコイル２２ｊは、図６に示したように直交する３つ軸にそれぞれのコイルの面が平行となるように製作され、１個のセンスコイル２２ｊにつき直交する３軸方向の磁界強度成分が検出できるように構成されている。検出された磁界強度のデータは、ソースコイル位置を計算する際に必要となる振幅データと位相データとに分離されて出力される。
【００８５】
Ｂ３：ソース位置算出ブロック（Sourcr Position Calculate Block）
前ブロックでの磁界検出によって得られた振幅データと位相データを基に、磁界強度と２点間の距離との関係を利用して、ソースコイル１６ｉの位置座標を算出するまでを担う。まず、振幅データと位相データに対して、センスコイル２２ｊの各軸方向の径の大ききの違いやソースコイル１６ｉとセンスコイル２２ｊとの位置の関係の捕正を施して、各センスコイル２２ｊの設置位置で検出されると考えられる磁界強度を算出する。
【００８６】
こうして算出された磁界強度から、ソースコイル１６ｉとセンスコイル２２ｊ間の距離を求める。但し、挿入状態にあるソースコイル１６ｉの姿勢（ソレノイド状コイルの方位）が分からないため、ソースコイル１６ｉの存在位置はある球殻の範囲内までの限定しかできない。そこで、センスコイル２２ｊを３個以上用意し、ソースコイル１６ｉの存在可能な領域の重なりを求め、その領域の重心位置をソースコイル１６ｉの位置座標として出力する。
【００８７】
Ｂ４：画像表示ブロック（Image Display Block )
ソースコイル位置座標として得られたデータを基にスコープ形状を構築して、その描像をＣＲＴ上に出力するまでを担う。ソースコイル位置座標として得られた１個以上の座標をデータを基に、全体として滑らかな連続座標を構築する。この連続座標によりスコープ形状らしく見せるためのモデリング処理を行う（多角形柱、色階調、彩度、輝度の利用、陰線処理、パースペクティブ等）。
【００８８】
更に、ＣＲＴ表示されたスコープイメージモデルは、任意の方向に回転、拡大縮小が可能であり、現表示の視点位置や患者の頭方向が一目で分かるボディーマーカも表示できる。終了時の視点位置は自動的に保存され、次回の初期視点位置となる。術者が見易いと考える視点方向を記憶するホットキーも存在する。
次に各ブロックごとの詳細な内容を説明する。
【００８９】
Ｂ１：初期化ブロック
最初のステップＳ１１ではグラフィック頁の初期化（ＶＲＡＭの初期化）を行う。また、ＣＲＴ表示したスコープイメージ像を更新する際、新しい像を上書きすると、観察者に対し、書き換えがちらつく画像の印象を与え、スムーズな画像で無くなってしまう。そこで、複数のグラフィック頁を絶えず切換えてイメージを表示することで、動画像的な滑らかさを実現している。
また、以下のように使用する色、階調の設定を行う。
【００９０】
使用できる色数はハードウェアごとに制限があり、パレット番号という形で割り当てがなされている。しかし、デフォルトのままでは２階調しかない。そこで、利用可能な色数の範囲でより豊かな階調を実現するため、パレットの設定を行った。例えば図１４において枠Ｆ１、マーカｍ１，ｍ２、（図示しない）表示モデル名の部分に３色、残りを全て挿入部７のモデル化した画像１００の階調表示に用いる。
【００９１】
これにより、視点に近いほど明るく、遠いほど暗く表示することが可能になり、挿入部７を２次元で表示した画像１００に立体感や奥行きを持たせて表現することを可能にした。もちろん、階調数を増減することは任意である。また、階調以外に採用している色もＲ，Ｇ，Ｂの構成より作られており、微妙な彩度や輝度を表現することを可能にした。
【００９２】
次のステップＳ１２で初期視点位置の自動読み込み等のイメージパラメータの初期化を行う。
スコープ像をどのように見ることが見易いと感じるかは、術者の好みによるところが大きい。もし、初期視点位置を固定してしまうと、術者はスコープ像が見やすいと感じる視点位置にわざわざ再設定しなければならず、使い勝手が低下する。
【００９３】
そこで、希望とする視点位置をファイル（パラメータファイル）の形で保存しておき、プログラム起動時にそのファイルを読み込むことで、プログラム開始直後から術者の見やすい視点位置からスコープ像を見ることが出来る手段を設けた。
【００９４】
また、この実施形態ではスコープ像とテキスト画面の分割表示する。
スコープ像とテキスト画面を分割したことにより、スコープ像の回転や拡大縮小の程度を視覚的、数値的の両面から確認できるようにした。
次のステップＳ１３でソースコイル位置導出のための原理を格納した原理元データをロードする。このデータは次の関係の基準データ或は基準情報である。
【００９５】
磁界強度と２点間の距離との関係
測定原理は、１軸のソースコイル１６ｉの出力を直交３軸で製作されたセンスコイル２２ｊで検出し、その磁界強度よりソースコイル１６ｉとセンスコイル２２ｊの間隔を得ることである。両コイルの間隔を得るにあたり、１軸ソースコイル１６ｉの作り出す磁界分布を示す超函数から直接解くのではなく、ソースコイル１６ｉの姿勢（軸方向の方位）の違いによる最大となる磁界強度出力と最小となる磁界強度出力とを利用する新しい距離算出法を導入した。
【００９６】
図１６に示されるグラフは、この距離導出原理の基本となるデータである。これは、シールドルーム内で実測されたデータをグラフにしたものである。つまり、１軸ソースコイル１６ｉと３軸センスコイル２２ｊとの距離を様々な値に設定したときに、各距離値でソースコイル１６ｉの軸方向を変えた場合に３軸センスコイル２２ｊの位置で検出される最も大きい磁界強度の値（最大磁界強度値）と、最も小さい磁界強度の値（最小磁界強度値）を測定したものを、それぞれプロットしてグラフ化にしたものであり、上側の曲線Ｃｕが最大磁界強度曲線、下側の曲線Ｃｄが最小磁界強度曲線を表している。
【００９７】
２つの曲線Ｃｕ，Ｃｄは、両コイル間の距離が小きい場合は、ソースコイル１６ｉの向きによって検出される値に差が生じるが、ソースコイル１６ｉの大ききに比べコイル間の距離が十分大きくなるに従って検出される値に差がなくなる。これは、ダイポールによって形成される磁界は距離が小さいと、その等磁界面は球面にならないが、ダイポールの大きさに対して十分大きな距離ではダイポールの大きさに殆ど依存しないでほぼ球面になるという定性的な物理現象と矛盾しない結果である。
【００９８】
更に、ある磁界強度Ｈが検出された場合、最小半径ｒ＿ｍｉｎと最大半径ｒ＿ｍａｘとに挟まれる球殻内にしかソースコイル１６ｉは存在し得ないとの限定を加えることが可能になる。そして図１６の測定範囲では、この球殻内の距離（＝ｒ＿ｍａｘ−ｒ＿ｍｉｎ）は、磁界強度Ｈの値にあまり依存しないでほぼ６０ｍｍ程であることが２つの曲線Ｃｕ，Ｃｄより分かる。
【００９９】
図１７（ａ）は図１６のデータを得るための測定法を示す。図１７（ａ）に示すように例えば原点に配置した３軸センスコイル２２（立方体の中心を原点に一致させる）に対し、例えば既知の距離ｒ１に１軸ソースコイル１６を配置し、このこの位置でソースコイル１６の方向（その軸方向）を変えて、原点に配置した３軸センスコイル２２でその磁界強度を測定し、その最大値Ｈ１及び最小値Ｈ１′を測定する。
【０１００】
つまり、ソースコイル１６の方向を変えると、それに応じて３軸センスコイル２２で検出される磁界強度は変化し、それらの測定値における最大値Ｈ１及び最小値Ｈ１′を求める。
【０１０１】
なお、一般的にはソースコイル１６の軸方向がセンスコイル２２（の中心）とソースコイル１６（の中心）とを結ぶ線上に一致した状態（図１７（ａ）の実線で示すソースコイル１６の向き）の場合にほぼ最大値Ｈ１、この実線で示すソースコイル１６と直交する２点鎖線で示す状態の場合にほぼ最小値Ｈ１′が得られる。
【０１０２】
同様に距離ｒ１の値を、ｒ２に変えて、その距離ｒ２で３軸センスコイル２２で同様に測定しその最大値Ｈ２及び最小値Ｈ２′を求める。さらに距離を変えて同様の測定を行い、それぞれの距離で得られた最大値及び最小値をプロットし、最大値同士及び最小値同士を補間するようにそれぞれ線で結ぶと図１７（ｂ）に示す最大磁界強度の曲線Ｃｕと最小磁界強度の曲線Ｃｄが得られる。これら曲線Ｃｕ，Ｃｄのデータはハードディスク等のデータ格納手段に格納されており、内視鏡形状表示の動作が開始すると、例えば図８のＲＡＭ３０の基準情報格納部３０ｂ″に転送されて格納され、ＣＰＵ３０ｃは必要に応じて参照する。
【０１０３】
なお、３軸センスコイル２２で検出される磁界強度に比例した実際の測定値は、この３軸センスコイル２２を構成する３つのコイルでそれぞれ検出された信号２２Ｘ，２２Ｙ，２２Ｚをそれぞれ２乗して総和した値、２２Ｘ・２２Ｘ＋２２Ｙ・２２Ｙ＋２２Ｚ・２２Ｚの平方根を求めた値であり、この求めた値を標準の磁界測定装置（例えばガウスメータ）で校正（キャリブレイション）することにより、正確な磁界強度の測定値を得ることができる。
図１６に示したデータは、磁気シールドされたシールドルーム内でこのような測定を詳細に行ったものである。
【０１０４】
図１７（ｂ）の２つの曲線Ｃｕ，Ｃｄを参照することにより、３軸センスコイル２２で検出された磁界強度から、その３軸センスコイル２２に対してソースコイル１６が存在する３次元領域を推定することができる。
【０１０５】
例えば、ある磁界強度Ｈａが測定で得られた場合には、この磁界強度Ｈａに対応する距離は図１７（ｂ）から、磁界強度Ｈａの値が曲線Ｃｄ，Ｃｕとそれぞれ交わる距離ｒａとｒａ′の間の距離範囲にソースコイル１６が存在する３次元領域であることが推定できる。つまり、ある磁界強度が得られた場合には、その値が最小磁界強度の曲線Ｃｄ及び最大磁界強度の曲線Ｃｕとそれぞれ交わる最小距離ｒ＿ｍｉｎと最大距離ｒ＿ｍａｘとの間であると推定できる。
【０１０６】
また、図１８はｒ＿ｍａｘの場合（最大磁界強度）に対して、シールドルーム内での測定値と、その他の場所（具体的には居室）での磁界強度の測定値を比較したものであり、シールドルーム内での測定値と居室内での測定値とは殆ど一致する。つまり、居室内での測定値はシールドルーム内での測定値と殆ど一致する値が得られると共に、その測定値の距離に対する磁界強度の特性もシールドルーム内での測定値による特性と殆ど一致する（図示しないが、最小磁界強度の場合も同様の特性を示した）。
【０１０７】
従って、シールドルーム内での測定値の曲線の関数の形を予め求めておけば、他の環境においてもその関数を用いて精度良くその環境での最大磁界強度曲線及び最小磁界強度曲線を決定できる。
【０１０８】
つまり、内視鏡検査の環境が変化する状況でも、その環境で数カ所のｍａｘ及びｍｉｎの方向の磁界強度を測定をすることが可能な測定装置によって、予め磁界を測定することにより、その環境での最大磁界強度及び最小磁界強度の曲線データを得ることが可能になり、環境ごとに詳しいデータを測定により求める手間を省ける。このように図１８はたいへん普遍的なデータであることを表している。
【０１０９】
上記最大磁界強度及び最小磁界強度のデータを記録したファイル（ｍａｘ＿ｍｉｎデータファイル）をロードすると共に、補正用データファイルから補正用データもロードし、以下の補正を行う。
【０１１０】
センスコイルの径の補正
センスコイル２２ｊの設置位置での磁界強度がどのくらい正確に得られるかは、たいへん重要な問題である。直交３軸で制作されたセンスコイル２２ｊは、同芯かつ同じ直径で製作することは殆ど不可能であり、直径の違いにより出力検出値に違いがある。また、ソースコイル１６ｉの向きや方向によっても出力値に変化が見られる。
【０１１１】
そこで、実際に磁界検出を行い、ソースコイル１６ｉ及びセンスコイル２２ｊの配置と磁界検出値の変化を調べた。その結果、それぞれの大きさの直径について、磁界検出の際に得られる位相データの符号別に２組の補正係数を掛け合わせるだけで、直径の大きさの違いや、両コイル１６ｉ，２２ｊの配置の関係を補正することができることを見出した。
【０１１２】
そこで、あらかじめ測定された各軸ごとについての位相データの符号別の補正係数を初期化ブロックＢ１で取り込む。この結果を磁界強度算出を行うソース位置算出ブロックＢ３で記述する。
【０１１３】
上述のデータのロードの後、次のステップＳ１４でハードウェアの初期化を行う。このステップＳ１４では図８に示す例えばソースコイル切換回路２８ａの設定内容をリセットして初期状態にする。また、Ａ／Ｄコンバータ３０ａの設定内容をリセットし、使用環境に対応した設定状態にする。このようにしてハードウェアを形状算出の使用可能な状態に設定し、次のブロックＢ２を動作させる。
【０１１４】
Ｂ２：ハードウェア制御ブロック
まず、ステップＳ２１では図８で説明したようにソースコイル切換回路２８ａに切換信号を印加してソースコイル１６ｉを選択し、そのソースコイル１６ｉをドライブする。そのソースコイル１６ｉで発生した磁界はセンスコイル２２ｊで検出される。
【０１１５】
従って、ステップＳ２２に示すようにセンスコイル２２ｊで検出された検出信号を位相検波回路２６を経てＡ／Ｄコンバータ３０ａでサンプリングする。サンプリングされたデータは一旦、ＲＡＭ３０ｂに書き込まれる。
ステップＳ２３に示すように（ＣＰＵ３０ｃはタイミング制御回路３０ｄはプローブ１５に内蔵された）全てのソースコイル１６ｉに対する駆動が終了したか否かを判断し、終了していない場合には次のソースコイル１６ｉを駆動するようにタイミング制御回路３０ｄを制御する。
【０１１６】
そして、全てのソースコイル１６ｉを駆動した場合には、ＲＡＭ３０ｂのデータ（つまり位相検波回路２６ｄを通したＰＳＤデータ）から振幅データ、位相データを算出する（図１５のステップＳ２４のＰＳＤ算出、ステップＳ２５の振幅データ、位相データ参照）。
【０１１７】
上記振幅データ、位相データから次のブロックＢ３の処理に移る。まず、ステップＳ３１の磁界強度算出を、補正係数を用いて行う。この磁界強度算出に関するフローの具体的内容は図１９に示す。ここで、そのフローの説明を加える。 （ａ１）まずステップＳ３１＿１で位相データの符号判断を行う。
【０１１８】
センスコイル２２ｊは、直径の異なる１軸コイルを３個保有している。そのため、それぞれの１軸コイルに対して位相データの符号を分類すると、８通りの場合に分類される。これは、次のようにして行う。
【０１１９】
ａ１＿１．符号を高速判断するために、＋なら１、−なら０を出力する条件演算子を作成する（ＳＩＧ（ｘ）→（ｘ＜０）？0：１）。
ａ１＿２．最小の直径の位相データの符号を調べ、その結果をパラメータｘに代入（ｘ＋＝ＳＩＧ（ｐｈｉ））。
【０１２０】
ａ１＿３．ｘのビットを左シフトする。
ａ１＿４．次の直径の位相データの符号を調べ、その結果をパラメータｘに加える。
ａ１＿５．ｘのビットを左シフトする。
【０１２１】
ａ１＿６．最大の直径の位相データの符号を調べ、その結果をパラメータｘに加える。 このようにすると、それぞれの直径に対する位相データの符号の組を８種類のｘの値に置き換えることができ、個別に符号の判定をするよりも高速に処理が可能になる。
【０１２２】
（ａ２）次のステップＳ３１＿２で振幅データに含まれる、直径や配置の違いの影響を補正する。
（ａ１）で、位相データの組み合わせがパラメータｘの値に置き換えられているので、ｘの値に応じて８通りの変換式を書き下す。これで、高速に各振幅データに適切な補正係数を掛け合わせることが可能になる。
【０１２３】
ここまでの処理で、直径の違いや配置の違いに対するデータの補正が完了する。
（ａ３）次のステップＳ３１＿３で磁界強度を算出する。
【０１２４】
（ａ２）で、各方向成分の直径の大きさやコイルの配置の違いが出力に与える影響を補正できているので、それぞれの成分の２乗和の平方根を算出することで、磁界強度が算出できる。
以上の手続きによって、直交３軸で製作されたセンスコイル２２ｊの出力から、磁界強度をより正確に、高速に算出できる。
【０１２５】
次に図１５のステップＳ３２の（ソースコイル１６ｉとセンスコイル２２ｊ間の）最大距離と最小距離の算出を最大及び最小距離データ（図１６のデータ）を用いて行う。 このステップＳ３２は前のステップＳ３１で得られた磁界強度を用いて、センスコイル２２ｊとソースコイル１６ｉとの最大の距離と最小の距離とを算出するまでの処理を行う。
【０１２６】
２点間の距離と磁界強度とに比例関係が存在することは、ごく一般に広く知られた物理現象である。しかし、ある空間上の一点にｌ軸のソースコイル１６ｉが作り出す磁界強度は一般に超函数で表されるため、たとえソースコイル１６ｉの向きが分かり、磁界強度が測定されても、ソースコイル１６ｉの存在する方向や距離を算出するのは容易ではない。
【０１２７】
そこで、ある磁界強度が検出できた場合、その出力が最も強く取れる方向にソースコイル１６ｉが向いていると仮定した場合の距離をＲ＿ｍａｘ、最も弱く取れる方向にソースコイル１６ｉが向いていると仮定した場合の距離をＲ＿ｍｉｎとすれば、真のソースコイル１６ｉとセンスコイル２２ｊ間の距離Ｒ＿ｔｒｕｅは、Ｒ＿ｍｉｎ≦Ｒ＿ｔｒｕｅ≦Ｒ＿ｍａｘという範囲内に限定することが出来る。
【０１２８】
前のステップＳ３１で得られた磁界強度Ｍと、既に読み込まれているＲ＿ｍａｘ曲線の磁界強度データｍを比較し、ｍｂ≦Ｍ≦ｍｔとなる点をピックアップする。ｍｂとｍｔ間は直線的に変化しているとして、その中途の点の磁界強度Ｍに対応する距離をＲ＿ｍａｘとする。
【０１２９】
Ｒ＿ｍｉｎについても同様に行う。ここで、ｍｂとｍｔ間を直線的に変化しているとしたのは計算を簡単化したためであり、曲線近似でも何等問題はない。また、Ｒ＿ｍａｘ曲線の函数形ｆ（ｘ）を導き出し、Ｒ＿ｍａｘ＝ｆ（Ｍ）として算出しても、もちろん良い。
【０１３０】
ここで採用した距離の算出手段或は方法は、距離Ｒ＿ｔｒｕｅの値が確実には求まらないものの、複雑な超函数を解くということを要求されない極めて簡便な手段或は方法である上、１軸のソースコイル１６ｉの向きが分からない場合でも、ソースコイル１６ｉの存在範囲を限定できる応用範囲の広い手段或は方法となる。
【０１３１】
次にステップＳ３３のソースコイル１６ｉの位置座標算出を行う。このステップＳ３３ではセンスコイル２２ｊとソースコイル１６ｉとの距離から、ソースコイル１６ｉの座標を算出するまでの処理を行う。
あるセンスコイル２２ｊから見たときのソースコイル１６ｉの存在しうる範囲は、前のステプＳ３２で得られたＲ＿ｍａｘとＲ＿ｍｉｎとによって囲まれる球殻内である。
このようなソーズコイル１６ｉの存在しうる範囲をより微小な空間に限定するため、複数個のセンスコイル２２ｊから見いだされたソースコイル１６ｉの存在可能領域の重ね合わせを利用する。各々のセンスコイル２２ｊに対し、同一のソースコイル１６ｉから得られたソースコイル１６ｉの存在領域は、ソースコイル１６ｉの位置が動いていない限り、すべてが重なり合う領域が必ず存在する。
【０１３２】
このような領域の境界は、各々のセンスコイル２２ｊ位置を中心とする半径Ｒ＿ｍａｘ，Ｒ＿ｍｉｎの球の交点に他ならない。球の交点であることから、少なくともセンスコイル２２ｊが３個あれば、ソースコイル１６ｉは各センスコイル２２ｊのＲ＿ｍａｘ，Ｒ＿ｍｉｎを半径とする球の８交点によって囲まれる微小領域にその存在が限定できる。
【０１３３】
３つのセンスコイル２２ｊをＳａ、Ｓｂ、Ｓｃとし、それぞれＲａ＿ｍａｘ，Ｒａ＿ｍｉｎ，Ｒｂ＿ｍａｘ，Ｒｂ＿ｍｉｎ，Ｒｃ＿ｍａｘ，Ｒｃ＿ｍｉｎと距離が得られているとすると、ソースコイル１６ｉは次の８点を頂点とする微小空間内にその存在が制限される。
【０１３４】
Ｒａ一ｍａｘ，Ｒｂ＿ｍａｘ，Ｒｃ＿ｍａｘをそれぞれ半径とする球の交点
Ｒａ一ｍｉｎ，Ｒｂ＿ｍａｘ，Ｒｃ＿ｍａｘをそれぞれ半径とする球の交点
Ｒａ＿ｍａｘ，Ｒｂ＿ｍｉｎ，Ｒｃ＿ｍａｘをそれぞれ半径とする球の交点
Ｒａ＿ｍａｘ，Ｒｂ＿ｍａｘ，Ｒｃ＿ｍｉｎをそれぞれ半径とする球の交点
Ｒａ＿ｍｉｎ，Ｒｂ＿ｍｉｎ，Ｒｃ＿ｍａｘをそれぞれ半径とする球の交点
Ｒａ＿ｍｉｎ，Ｒｂ＿ｍａｘ，Ｒｃ＿ｍｉｎをそれぞれ半径とする球の交点
Ｒａ一ｍａｘ，Ｒｂ＿ｍｉｎ，Ｒｃ＿ｍｉｎをそれぞれ半径とする球の交点
Ｒａ＿ｍｉｎ，Ｒｂ＿ｍｉｎ，Ｒｃ＿ｍｉｎをそれぞれ半径とする球の交点
そして、これら８点の囲む微小領域の重心点をソースコイル１６ｉの位置座標として出力する。さらに、センスコイル２２ｊの数が多くなるほど、ソースコイル１６ｉの存在可能領域はさらに小さく限定でき、ソースコイル１６ｉの位置をより正確に得ることが出来る。
【０１３５】
このソースコイル位置限定方法は、３個の球の交点を算出するという単純な算術計算であるので、その処理時間がかからない上、ソースコイル１６ｉの存在領域をごく微小な領域内に限定することを可能にした極めて優れた方法である。
【０１３６】
このようにして各ソースコイル１６ｉの位置座標の算出を行い、ステップＳ３４のソースコイル１６ｉの位置座標データを得る。これらのデータを用いて次のブロックＢ４の処理に移る。
【０１３７】
Ｂ４：画像表示ブロック
このブロックＢ４は、ソースコイル１６ｉの位置座標データを基に、挿入状態にあるスコープ形状イメージをＣＲＴ上に描写するまでの処理を担う。
ソースコイル１６ｉの位置座標は、挿入されたスコープの通過した軌跡である。そこで、これを基に挿入状態にあるスコープ形状を推定する。スコープの挿入形状が推定できたら、結果をＣＲＴ上に描写する。そのとき３次元のスコープ形状を２次元のＣＲＴ画面で表示しなければならないため、その描像がより３次元的に表されるような工夫が必要となる。
【０１３８】
又、スコープイメージが任意の方向に回転させられたり、今どのような方向からスコープイメージを眺めているのかが瞬時に判断できるようであれば、その使い勝手はさらに向上する。
このようなことを鑑み、このシステムにおいては以下のように機能別に分類し、それぞれのモジュールごとの特徴を加え合わせた表示方法を実現した。
【０１３９】
Ｓ４１キーボード入力処理
Ｓ４２スコープイメージ描写処理
Ｓ４３基準面表示処理
Ｓ４４マーカ表示処理
スコープイメージの描写には、これらすべてが必要なわけではないので、必要に応じて機能を取捨選択できる。
【０１４０】
この方法は、取捨選択可能なスコープ形状表示の補助手段を取り入れることで、より３次元的なスコープ形状イメージをＣＲＴ上で再現できる、という点で優れている。
そこで各モジュール毎の特徴を以下で説明する。
【０１４１】
Ｓ４１：キーボード入力処理
ここでは、与えられたユーザコマンドに対応するキー入力がなされた場合、その内容に応じて設定パラメータ等を変更するまでを担う。
【０１４２】
ユーザからの要求が高いと考えられる付加機能が装備されていることは、そのシステムの使い勝手を左右する。又、機能選択は平易な作業であり、ユーザが望む際には常に操作が可能で、ユーザの要求内容が速やかに実現される必要がある。
【０１４３】
このステップＳ４１は具体的には図２０に示す処理を行う。
まずステップＳ４１＿１に示すようにキーボードからの入力取得を行う。
キー入力がなされているときには、入力キー変数ＫＢにその入力内容が代入される。
【０１４４】
次にステップＳ４１＿２でコマンド誤入力のチェックを行う。ここで、入力されたキーが誤ったものでないかを判断する。具体的にはコマンド誤入力フラッグのチェックにより行う。このフラッグがＯＮのとき、さらに次の判断処理のステップＳ４１＿４で入力キーが誤りでないかどうかの判定を行う。一方、ＯＦＦであれば、次のコマンド処理のステップＳ４１＿３に進む。
ステップＳ４１＿４では、入力キーが本当に正しいのかの確認を行う。３通りの判断結果を処理する。
【０１４５】
Ｙｅｓの場合：キー入力に従ってコマンドを処理する。
キー入力の内容を一時的に保存した変数ｄｕｍｙの内容を入力キー変数ＫＢに代入（Ｓ４１＿５）した後、コマンド処理のステップＳ４１＿３に進む。
Ｎｏの場合：キー入力の内容は破棄される。入力キー変数ＫＢの内容を破棄し、コマンド誤入力フラッグをＯＦＦに設定する（Ｓ４１＿６）。
【０１４６】
未入力の場合：誤入力にユーザが気付くのが遅れる場合がある。しかし、そのようなときでもスコープイメージは、更新される必要がある。ここは、これに対応するための処理であり、コマンドが正しいのかの判断がなされるまで何も処理を行わず、他のコマンド処理を禁止する。
【０１４７】
この手続きによって、ユーザがキー操作を誤ったとしても、安全にコマンドキャンセルが可能になる。
次にコマンド処理のステップＳ４１＿３の内容を説明する。
【０１４８】
ここでの処理は、入力されたコマンドを処理し、スコープイメージの作成に反映する。このコマンド処理の具体的内容は図２１に示すように１３個の処理３＿１ないし３＿１３を行う。
【０１４９】
３＿１．ｘ軸回りのイメージ像の回転
ｘ軸回りに視点位置を回転したときに得られるイメージ像を出力する。
例えば、ｘキーが入力されるとｘ軸方向に視点が回転する。こうして移動した視点位置座標より、回転角を算出する。この回転角を変数ｐｉｔｃｈに代入する。この変数は、スコープイメージを作成する際のアフィン変換で参照され、ｘ軸回りに回転した出力像が得られる。
【０１５０】
３＿２．ｙ軸回りのイメージ像の回転
ｙ軸回りに視点位置を回転したときに得られるイメージ像を出力する。
例えば、ｙキーが入力されるとｙ軸方向に視点が回転する。こうして移動した視点位置座標より、回転角を算出する。この回転角を変数ｈｅａｄに代入する。この変数は、スコープイメージを作成する際のアフィン変換で参照され、ｙ軸回りに回転した出力像が得られる。
【０１５１】
３＿３．ｚ軸回りのイメージ像の回転
ｚ軸回りに視点位置を回転したときに得られるイメージ像を出力する。
例えば、ｚキーが入力されるとｚ軸方向に視点が回転する。こうして移動した視点位置座標より、回転角を算出する。この回転角を変換ｂａｎｋに代入する。この変数は、スコープイメージを作成する際のアフィン変換で参照され、ｚ軸回りに回転した出力像が得られる。
【０１５２】
３＿４．イメージ像の拡大＆縮小
原点と視点位置との間隔を遠ざけたり接近させたりした場合のイメージ像を出力する。
例えば、Ｅの表記で識別されるＥキーが入力されると、方向を変えずに視点位置と原点との距離を像かする。このときの新しい視点位置と原点との距離が、変数ｖｉｅｗｐｏｉｎｔに代入される。
【０１５３】
また、この視点位置の変化に対応して、３次元像を２次元像に投影する面（プロジェクトスクリーン）の位置も変化させ、変数ｓｃｒｅｅｎに代入する。これは、視点位置の変化に伴うパースペクティブを調節するためである。これらの変数が、３次元ー２次元投影（３Ｄ→２Ｄ投影と略記）変換の際に参照され、イメージを拡大縮小した出力像が得られる。
【０１５４】
３＿５．初期視点位置からイメージ像表示
回転、拡大或は縮小によって変更された視点位置を装置側で規定する初期視点位置に戻し、そこから見たイメージ像を出力する。
【０１５５】
例えば、初期視点位置を（０，０，１００）に設定しておき、Ｒの表記で識別されるＲキーが押されたとき視点位置をセットすることにすると、Ｒキー入力で、変数ｐｉｔｃｈ、ｈｅａｄ、ｂａｎｋ、ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ、ｓｃｒｅｅｎの各変数に初期視点位置から計算される値がまとめて代入される。これらの変数は、３＿１〜４と同様にして参照され、初期視点位置からの出力像が得られる。 これにより、視点をどの方向に回したかが分からなくても、視点位置をリセットすることが可能になる。
【０１５６】
３＿６．ユーザ登録視点位置からのイメージ像表示
この機能は、３＿５と同様である。大きな違いは、視点位置が装置側で規定する初期値でなく、ユーザ登録された視点位置、ということである。ある視点位置のユーザ登録法は、次の３＿７に示される。登録できる視点位置は、幾つでも良い。 この機能により、視点位置をどのように変化させた後でも、瞬時にユーザの好む視点位置からの出力像を得ることが可能になる。
【０１５７】
３＿７．視点位置のユーザ登録
ある視点位置から出力されたイメージ像を任意の時に見られるように、ユーザはこの視点位置を登録することができる。ここで、視点位置を登録すると、３＿６の機能を使用することができる。
【０１５８】
例えば、Ｕの表記で識別されるＵキーを押すと、その時点での視点位置座標をデータとして保存する。或いは、視点位置座標から計算した、変数ｐｉｔｃｈ、ｈｅａｄ、ｂａｎｋ、ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ、ｓｃｒｅｅｎ等を保存しても良い。この登録キーは複数用意されていて、複数の視点位置を保存することができる。また、一度保存した視点位置座標のデータを更新することも可能である。
【０１５９】
３＿８．イメージ出力の画面の複数分割
イメージ出力は、通常１画面であるが、これを複数に分割して、複数の視点位置からのスコープイメージの同時出力を可能にする。
【０１６０】
例えば、２或は４の表記で識別される２又は４キーを押すと画面が２或は４分割される。このとき、画面分割量に応じ、分割された画面にスコープイメージ像が収まるように座標変換が行われる。０の表記で識別される０キーを押すことにより、複数に分割された画面のアクティブ画面を選択できる。
【０１６１】
３＿９．コメント入力の画面表示
テキスト出力画面を患者のリストやシステムの使用状況に関するコメント入力画面に切り換える。
例えば、Ｔの表記で識別されるＴキーを入力すると視点位置座標等を出力している画面にコメント入力テキスト画面をオーバーラップさせ、カーソルを出力してコメント入力を促す。
【０１６２】
３＿１０．背景色の変更
周囲の影響等のためスコープイメージが見にくいとき、パレット変更により背景色の色合いを変更できる。
例えば、Ｂの表記で識別されるＢキーを入力すると、背景色を決定しているＲＧＢパレットのＢに関するパラメータ値を変化させることができ、微妙な色合いを変更できる。
【０１６３】
３＿１１．マーカ表示のＯＮ／ＯＦＦ
このシステムでは、挿入状態にあるスコープイメージと独立して、指等に付けた単独コイル（以下、マーカ）の位置を表示する機能を有している。術中にマーカを使うことになった場合、例えば、Ｍの表記で識別されるＭキーを押すことにより、マーカの位置がＣＲＴ上に表示される。
【０１６４】
これは、Ｍキーを入力すると、マーカをＣＲＴ上に出力するためのステータスフラッグが設定される。設定されていると、マーカを表示するプログラムルーチンを実行され、マーカが表示される。マーカ使用後は、再びＭキーを押す。ステータスフラッグが解除され、マーカを出力するためのルーチンを通過することを禁止して、マーカの表示を取り消す。
【０１６５】
この機能により、マーカとイメージ出力像を比較することができ、イメージされたスコープ像の位置を知るための補助手段としてマーカが提供できる。
【０１６６】
３＿１２．ソースコイル座標の数値表示ＯＮ／ＯＦＦ
通常出力されるイメージ像はその形状のみであるが、例えばＮの表記で識別されるＮキーを入力すると、イメージ像と同時に検出されたソースコイル座標の数値が出力できる。
ＯＮ、ＯＦＦの手段は、３＿１１の場合と同様である。例えば、Ｎキーを入力することにより、数値表示のためのステータスフラッグが設定される。数値表示が不要になれば、再びＮキーを入力することで、ステータスフラッグを解除し、数値表示を取り消す。
【０１６７】
これより、視覚的な位置関係に加え、数値的な位置関係も得ることができる。３＿１３．プログラム終了
プログラムをより安全に終了させる。
【０１６８】
例えば、Ｑキーを押すとプログラムが終了できる。但し、誤ってＱキーが入力されたときにプログラムが終了してしまうことを避けるため、次のような対応がなされている。
【０１６９】
（３＿ａ）コマンド誤入力フラッグを確認する。
（３＿ｂ）フラッグがＯＦＦであれば、フラッグをＯＮにし、入力キー変数ＫＢの内容を、変数ｄｕｍｙに代入する。
【０１７０】
（３＿ｃ）フラッグがＯＮであれば、入力キー変数ＫＢに従い、コマンドを実行する。
この手続きにより、システム使用中に、プログラムを誤って終了してしまう危険を回避できる。
【０１７１】
上述したように各コマンドーつ一つに対して、一つのキーが割り当てられている為、操作はきわめて平易である。
そして、あるキーが押された場合、その機能の変更を実現するために必要なパラメータを設定するだけであるため、プログラムの流れを妨げることはない。
【０１７２】
さらに、これらのコマンドの機能を実現させるためのパラメータは、１回の処理（ソースコイルが駆動され、磁界が検出され、ソースコイル位置が検出され、それからスコープ形状がＣＲＴ出力されるまで）の間のどこかで必ず参照されているため、コマンド要求通りに機能が実現されるまでのタイムラグも、きわめて小さい。
【０１７３】
この方法は、ユーザのキー入力に対して瞬時に対応できるにもかかわらず、スコープ形状描画へ与える影響はきわめて小さいという優れた手段である。
このステップＳ４１＿３の処理の後に次のステップＳ４２のスコープイメージ描写処理に進む。
【０１７４】
Ｓ４２：スコープイメージ描写処理
ここでは、磁界検出から得られたソースコイル位置座標から、スコープ形状を作成し、そのイメージ像を３次元的にＣＲＴに表示するまでを担う。得られるソースコイルの位置座標は、スコープに挿入されたソースコイルの数の飛び飛びのデータである。そこで、これらのデータを基に、挿入状態にあるスコープ形状を推定しなければならない。さらに、このようにして得られたスコープ形状データを、いかに３次元的な形状としてＣＲＴ上に出力できるかが、このシステムの最大のポイントとなる。
【０１７５】
このスコープイメージ描写処理の処理フローは、図２２の通りである。各々の詳細な処理内容は、各ブロック毎に触れることとし、より現実的な表示を実現するために、なぜ必須であるのかを順を追って触れていく。
【０１７６】
Ｓ４２＿ａ：算出されたソースコイル間の３次元補間
ステップＳ４２＿ａの算出ソースコイル間の３次元補間の処理では、磁界強度検出によって算出されたソースコイル位置座標は離散的であるため、この算出データのみをつないでも軌跡が角張ってしまい、連続的に位置が変化するスコープ形状に対応しない。滑らかな全体のスコープ形状を作成するために、ソースコイル位置座標データに対して３次元補間を実施する。
【０１７７】
Ｓ４２＿ｂ：３次元モデルの構築
現実のスコープは太さを持っているため、いくら滑らかなデータ点が得られているとしても、太さを持たない直線等で結び合わせたのでは現実のスコープを描写したとは言えない。そこで、ステップＳ４２＿ｂの３次元モデルの構築の処理では捕間データ間の連結を円柱またはｎ多角柱モデルで行い、太さの点においても実際のスコープ形状に対応して表示できるようにする。
【０１７８】
Ｓ４２＿ｃ：アフィン変換
スコープ形状は、指定された視点位置から見た像として出力する。そこで、ステップＳ４２＿ｃのアフィン変換の処理では、ソースコイル位置導出の基準座標系としての世界座標系で得られているスコープ形状モデルデータを、画面表示用の視点座標系に変換する。なお視点位置は、ユーザが変更することが可能である。変更された内容は、ここで参照される。
【０１７９】
Ｓ４２＿ｄ：３Ｄ→２Ｄ投影
本来スコープ形状は３次元であるが、その像をＣＲＴ画面上に出力するためには２次元に変換しなければならない。そこで、ステップＳ４２＿ｄの３次元像から２次元像への投影変換を行う。このとき、パースペクティブなどで、遠近を強調しても良い。
【０１８０】
Ｓ４２＿ｅ：レンダリング
これまでの処理によって得られたスコープ形状イメージをＣＲＴ上に描写する。描写を行うにあたり、ステップＳ４２＿ｅのレンダリングの処理では、ｎ多角形の側面処理、スコープのループの前後を表現するための陰線処理を行う。遠近によるシェーディング処理での階調表示、スコープの曲率等によりスコープモデル側面の輝度や彩度の調整を行う、等の処理を実施して、立体間をより強調しても良い。
【０１８１】
なお、上で述べたいくつかの項目は、必ずしも実施することが必要ではない。もちろん、実施すればその改良項目が持つ効果を含めた形でＣＲＴ上に描像が再現できる。また、図２２に示す順序で行うことが必要というものでなく、挿入部形状を表示するモデルに応じてその順序を変更することにより、より短時間で同等の処理を行うことができる場合がある。
【０１８２】
これらの処理を通じて、数個のソースコイルの位置座標のみから、挿入状態にある３次元スコープ形状をＣＲＴ上に再現することが出来る。
また、この実施形態では、スコープの表示として以下のようにｎ角形柱モデルと、ｎ角形連結モデルとを選択できるようにしている。従って、以下の具体例に沿って、３次元モデル構築等を説明する。
【０１８３】
まず、ｎ角形柱モデルの場合を説明する。このモデルでは例えば図１４に示すように挿入部の横断面を正ｎ角形にモデル化してｎ角形柱として表示する（図１４ではｎ＝５としている）。ｎの数を大きくすると殆ど円となり、この場合には円柱として表示することになる。
【０１８４】
このモデルでの表示の処理内容のフローは図２３となる。
図２３（ａ）で、ステップＳ４２＿１の補間＆３次元モデルの構築の処理は、図２３（ｂ）に示す処理を行う。
【０１８５】
ここでは、まずステップＳ４２＿１の３次元のＢスプライン補間を実施している。この補間は、内挿点を必ず通るタイプの補間ではなく、その内挿点の近傍を通りながら滑らかな曲線を作成するものであり、内挿点を必ず通過する自然スプラインに比ベ、その計算処理が平易である。もちろん、自然スプラインを用いても、他の補間法を用いても、近似函数による補間でも良い。
【０１８６】
計算処理が比較的平易なＢスプラインは、３次元捕間を実施しても処理速度が早いという点で優れている。
次にステップＳ４２＿１２の３次元モデル構築としてｎ角柱モデル構築を行う。
【０１８７】
ここでは、ソースコイル位置座標の捕間データから、ｎ多角柱モデル（以降、円柱も含んでいる、とする）によって、立体的なスコープイメージを構築する。実際の処理は図２４に示すフローのようになる。
ソースコイル位置座標を補間したｉ番目とｉ＋１番目のデータに関するｎ多角中モデルを作成する場合を考える。
【０１８８】
まず、ステップＳ５１のようにｉからｉ＋１の点に向かう方向ベクトルＰとその大きさ｜Ｐ｜を求める。
次に、ステップＳ５２のように原点が始点となるように上記ベクトルＰを平行移動する。平行移動したベクトルをＫとし、その大きさを｜Ｋ｜とする。このベクトルＫを図２５（ａ）に示す。
【０１８９】
次に、ステップＳ５３のようにベクトルＫを座標軸の軸方向、例えばｙ軸に一致させる（ここでは、まずｙ軸回りに回転させ（図２５（ｂ））、次にｘ軸回りに回転させる（図２５（ｃ））ことでベクトルＫをｙ軸方向に一致させる）。
【０１９０】
次に、ステップＳ５４のようにｙ軸方向を向くベクトルＫ上の２点ｙ１，ｙ２を決定する。但し、ａ≦ｙ１＜ｙ２≦｜Ｋ｜−ａ，２ａ＜｜Ｋ｜とする（図２６（ａ））。
次に、ステップＳ５５のように２点ｙ１，ｙ２からベクトルＫに垂直で大きさがａのベクトルＡ１，Ａ２を作成する（図２６（ｂ））。
【０１９１】
次に、ステップＳ５６のようにベクトルＡ１とＡ２を（３６０／ｎ）°刻みで回転させ、Ａ１，Ａ２の座標を得て、これをｎ多角柱の基本データとする（図２６（ｃ））。
次に、ステップＳ５７のように求めたデータの上面、底面のｙ軸の値をプラス、マイナスすることにより、基本モデルデータを作成する。
【０１９２】
次にステップＳ５８のように得られた基本モデルデータ対し、ベクトルＰをｙ軸方向に揃えた場合に行った変換の逆を行うと、ベクトルＰの周りにｎ角柱モデルデータが作成できる（図２７（ａ））。
次にステップＳ５９の判断で再びステップＳ５１に戻って同様な処理を全補間データに実施すると、スコープ形状のｎ多角柱モデルデータが出来上がる（図２７（ｂ））。
【０１９３】
ここで、上述したａ≦ｙ１＜ｙ２≦｜Ｋ｜−ａ，２ａ＜｜Ｋ｜の条件におけるａについて説明する。もし、この条件を考慮しないで、ベクトルＫに対するモデルデータを点ｉの周りに作成してしまうと、モデルデータが図２８（ａ）のような重なり合いを起こし、スコープ形状が滑らかに表示できない。上記の条件があれば、ｎ多角柱モデルデータは重なり合うことがないため、各モデルデータ間を図２８（ｂ）の点線のように結ぶことによって、滑らかなｎ角柱モデルを作成できる。
【０１９４】
モデルデータ算出に対して、ベクトルＰをある軸の向きに揃え、もう一度逆変換するという作業は手間がかかるように思われるが、各軸回りの単純な回転で表されるため、その計算はきわめて容易である。
この方法は、軸回りの回転のみでｎ角柱モデルデータが算出できるという点で優れた手段である。
【０１９５】
もちろん、ベクトルＰの回りで角柱モデルを作成するための変換式を算出することは、ベクトルＰの向きが一定ではないため、難解な式となるが、これを使って角柱モデルを作成しても良い。
【０１９６】
次に図２３（ｂ）のステップＳ４２＿１３のアフィン変換を行う。このアフィン変換はコンピュータグラフィックスで図形の座標変換を行う時に用いられる方法の１つで、座標変換を扱う場合に一般的に行われる。平行移動、回転、拡大、縮小等の単純な１次の座標変換は全てアフィン変換に含まれる。図２９はｘ軸の回りの回転角（ピッチ角）、ｙ軸の回りの回転角（ヘッド角）、ｚ軸の回りの回転角（バンク角）によるアフィン変換の様子を示す。
この処理では、前述の世界座標で表されているスコープモデルデータを、ある視点位置から見たモデルデータに変換する。
【０１９７】
視点位置は、任意の方向に設定できるようにしている。そのため、視点位置がどの方向に移動したかを追跡し、その方向に追従する形でモデルデータを移動させることは、きわめて難解な処理を必要とする。そこで、視点は固定しているものと仮定し、本来動くことはないはずの世界座標系を便宜的に回転させる。これは、図３０に見られるように、視点を移動させた像を得ることと同様の結果を与える。
【０１９８】
この方法は、視点がどの方向に移動した場合でも、世界座標系を便宜的に回すことで対応できるため、視点の移動に対するタイムラグをきわめて小さくできるという点で優れた手段である。
【０１９９】
次に図２３（ｂ）のステップＳ４２＿１４の３次元−２次元投影（３Ｄ→２Ｄ投影）の処理を行う。
３次元像から２次元像への投影変換を行うこの３Ｄ→２Ｄ投影の処理では、以下に示す投影法を行うことで、目的に応じて遠近法的等で表示が実現できる。
【０２００】
ａ）パースペクティブをつける場合、
３次元形状は、視点に近いものほど大きく、遠いものほど小さく見える。これは、３次元モデルデータを２次元データに変換する処理で実現できる。
【０２０１】
３次元座標を２次元平面に投影するために、仮想的にスクリーンを視点に対して垂直に、かつ３次元画像（Ｓ４２＿１３までで得られた３Ｄ像）の反対側に配置する（図３１（ａ）参照）。このような状態で視点から見た物体の投影面は、図３１（ｂ）のように、視点に近い側の投影像Ｐ１が、遠い側の投影像Ｐ２より大きくなる。投影スクリーンの位置を前後させ、パースペクティブの強調の度合いを変化させることも容易である。
【０２０２】
この方法は、２次元投影描像に対し、３次元的な奥行きを容易に付けることが出来ると共に、その強調の度合いを変化させることも容易であるという点で優れている。
【０２０３】
投影スクリーンを視点に対して対向する位置に設ける場合、角度を付けても良い。これは、スクリーンの傾け方で投影描像がどのように変化するかを見ることが可能になるため、パースペクティブの強調度合いを確認できる。
【０２０４】
ｂ）パースペクティブをつけない場合、
また、パースペクティブを付ける代わりに、図３１（ｃ）のような投影方法も考えられる。このときの投影描像は、視点位置によらず全て等しい太さＰ３の像で表される。パースペクティブがないため、奥行き感はやや乏しくなるが、パースペクティブの影響で視点を接近させたときに描像が極端に大きくなりすぎたり、遠ざけたとき小さくなりすぎたりしないという点で、優れている。
【０２０５】
次にステップＳ４２＿１５のレンダリングの処理を行う。この実施形態では図２３（ｂ）に示すようにペーストモデル表示ＰＭとワイヤフレームモデル表示ＷＭとの処理から選択できる。
【０２０６】
これらのモデルでの表示の説明に移る前に上述した世界座標系等の座標系を図３２に示す。図３２（ａ）はベッド４に固定された世界座標系を示し、図３２（ｂ）はユーザにより設定される視野座標系を示し、その原点は世界座標系の原点に一致する。また、図３２（ｃ）はスコープ形状の表示に使用されるモデル座標系を示し、世界座標系に一致する。
【０２０７】
また、図３３はスコープ形状の表示を行う処理の途中で、各処理に適した座標系が採用されることを示す。例えば、ソースコイル座標は世界座標系であり、ソースコイル座標に対し、回転処理を行って、「視点」から見たソースコイル座標（つまり視野座標系）を求めた後、離散的なソースコイル座標に対し、データ補間を行ってデータ補間済みの「視点」から見たソースコイル座標を求める。
【０２０８】
次に３次元モデル構築処理で、ワイヤフレーム等によるスコープモデルを生成した後、２次元画面に表示するために、３次元ー２次元変換（透視投影変換）処理を行って、２次元データ、３次元データを生成し、擬似の立体画像をレンダリング処理して表示する。
【０２０９】
次に図２３（ｂ）のペーストモデル表示ＰＭを説明する。このモデルはｎ多角柱の各面を塗り潰すのでペーストモデルと呼ぶ。
スコープ形状イメージをＣＲＴ上に描写する際の、ｎ多角形の側面処理、スコープがループ状になった場合におけるその前後を表現するための以下に述べる１＿ａの陰線或は隠れ面処理を説明し、次にそのほかの立体感を強調するための処理を説明する。
【０２１０】
１＿ａ：陰線或は隠れ面処理
スコープモデルをｎ多角柱で表示する場合、ｎ個の側面を持つことになる。そのうち、実際に見えるものは、視点方向側の側面のみであり、従って視点方向側の側面のみ見えるように表示し、見えない側面或は辺等を隠すように表示する処理、つまり陰線或は隠れ面処理（以下、単に陰線処理とも記す）を行う。
【０２１１】
そこで、各側面が視点位置にどれだけ近いかを表すパラメータ（ｚバッファと記す。これは物体のｚ値（視点からの距離）をバッファメモリに記憶したものに由来する）をソートし、ｚバッファが小さい（つまり、視点から遠い）側面より書き始める。側面の張り付け方は上書きとする。
この方法は、ｚバッファの小さい面の上から、ｚバッファの大きい面を上書きしつつ書き換える領域を求めて書き換える領域のみ描画するので、処理速度が向上する。
【０２１２】
さらにこの方法は、スコープモデルがねじれの位置にあるようなとき、どちらが上側になるかを判断する際にも利用できる。一般にスコープモデルがねじれの位置にあるようなとき、どちらが上なのかを調べ、上書きして良いのか、下をくぐる形になるのかを判断しなければならない。
【０２１３】
この方法は、確実ではあるが、やや処理時間がかかる。そこで、モデル全体のｚバッファをすべてソートしてしまい、小さいものからレンダリングしていくとすると、たとえねじれの位置にある場合でも、上側にあるモデルが必ず後から描かれるため、条件判断をする必要がなくなる。実際にｚバッファ法ではポリゴンの処理の内部で画素を単位とする前後判断を行っている。
これは、スコープモデルの全体形状をより短時間で作成できるという点で優れた手法である。
【０２１４】
具体的には図３４に示すようなフローで陰線処理を行う。まずスコープ形状座標データ等の立体画像データを取り込み、ステップＳ６１で各側面が視点視点位置にどれだけ近いかを表すパラメータ（各物体を構成するポリゴン毎に処理を行うｚバッファ法のｚバッファ値）をソートし、ｚバッファ値の小さい順にする。次のステップＳ６２でポリゴンデータからその面を規定する２方向ベクトルを求め、その面の法線ベクトルＮを求める。
【０２１５】
次のステップＳ６３で光線ベクトルＩをセットし、次のステップＳ６４で法線ベクトルＮと光線ベクトルＩとのなす角度を求めるために、法線ベクトルＮ、光線ベクトルＩのそれぞれの大きさに０．０００５プラスした値をそれぞれの値の拡散反射光値とする。
【０２１６】
次のステップＳ６５で、法線ベクトルＮ、光線ベクトルＩ、拡散反射光値よりランバート（Ｌａｍｂｅｒｔ）の法則（入射した光は全ての方向に等しく拡散する）により光の強度ｔを求める。
【０２１７】
次のステップＳ６６で、光の強度値が０以上か判断し、０以上の場合には次のステップＳ６７で視点から遠いポリゴンの面にペイントし、次の判断のステップＳ６８に進むする。一方、０未満の場合には光が当たっていないことになるのでステップＳ６８に移り、全ての面データが終了したか否か判断し、全ての面データに対して上述の処理を行って、終了する。
【０２１８】
本装置において表示装置にスコープ形状の１画面分を作画するのに必要な時間が長くなっているため、同一の画面上で作画・消去を繰り返すと表示されたスコープの動画像はちらついて見えてしまう。そこで、図３５（ａ）に示すように表示している画面（以降、表画面という。）とは別に表示されない画面（以降、裏画面という。）を設け、現在の表画面の次の画面を裏画面上で作画したのち表画面と入れ換えるようにする。
図３５（ｂ）に示すフローを参照して以下にちらつきを防止する裏画面を使用した表示方法について説明する。
【０２１９】
まずステップＳ７１に示すように作画対象画面を裏画面に指定し、さらにステップＳ７２でその裏画面上の図形を消去する。つまり、表示に用いるビデオ表示用メモリとしてのＶＲＡＭに、表画面用と裏画面用を用意し、表画面が表示されている間に作画の対象画面をその時点で表示されていない裏画面のＶＲＡＭに指定し、さらにその裏画面のＶＲＡＭにかかれた図形を消去する。
【０２２０】
次のステップＳ７３で消去の済んだ裏画面にスコープ、基準面、マーカ等の必要な画像を作画する。この作画が終了したら、ステップＳ７４に示すようにこの時点まで表示していた表画面と最新の画像の描かれた裏画面とを入れ替え、作画が終了した画像を表示する。この表示の間に、表画面から入れ替えられた裏画面は次の作画に使用される。
【０２２１】
この作業によって１枚の画面が作画されていく課程がユーザに見えず、瞬間的に次の画面と入れ替わるためにユーザからみた動画像にちらつきが生じなくなる。
【０２２２】
１＿ｂ：立体感強調処理
ここでは、挿入状態にあるスコープ形状モデルとして構築されたｎ角柱モデルによるイメージ像に、立体感や奥行きをより強調する為の処理を担う。
挿入状態にあるスコープ形状は、３次元形状である。しかしながら、イメージを表示する媒体（ＣＲＴ）は２次元であるため、３次元的なイメージ像をＣＲＴにいかにして表示するかは、そのシステムの使い勝手に大きく影響する。以下は、立体感や奥行きを強調する処理の例である。
【０２２３】
１＿ｃ：シェーディング処理
スコープ形状は３次元であるため、光線の当たり方によって明暗が出来る。これは、このような明暗を階調表示することによって再現する手段である。
スコープの曲率によって明暗は多様である。利用できる色数は、ハードウェア毎に例えば４０９６色中１６色というような制限が存在し、利用可能な色数が少ない場合は、デフォルトの階調も少ない。そこで、この階調を有効に利用できるように、パレット変更を実施する。色合いは、光源ベクトルと各スコープモデリングの側面に対する法線ベクトルのなす角度により設定した。
【０２２４】
この処理は、図３６のように行われる。スコープイメージは、ｎ多角柱表示されている。まずステップＳ８１でパラメータｉを１にセットし、次のステップＳ８２でｎ角柱のｉ番目の側面の法線ベクトルＮを求める。
【０２２５】
次のステップＳ８３でその側面を構成する４角形に対する法線ベクトルＮと、光源ベクトルＩとの内積をとる。光源ベクトルＩは、視点位置から原点を向くものとする。
【０２２６】
次のステップＳ８４で内積の値に応じた明るさで側面に色を付ける。この場合、内積が０であるときは、最も暗い色で、内積＝１の時は最も明るい色で表示する。それ以外は、利用できる階調の量で均等分する。もちろん、幅広い階調を設定できるほど、立体感を滑らかに表現できる。
【０２２７】
次にパラメータｉを１つインクリメントし（ステップＳ８５）、ｉがｎと等しいか否かの判断を行い（ステップＳ８６）、ｎ番目の側面まで同様の処理を繰り返す。
【０２２８】
この方法は、光源方向と視点方向が一致しているため、視点方向が常に最も明るく表示される上、階調表示によって、スコープ描像の立体感がより強調できるという点で優れている。もちろん、光源位置と視点位置とを別にしても良い。このときには、光源の位置によっては視点の正面方向であっても暗い表示になり得るため、スコープ描像の奥行きを強調したい場合に特に優れた手段である。尚、最も暗い階調色とバックグランドカラーとをはっきり区別するため、バックグランドカラーを色づけしても良い。
【０２２９】
１＿ｄ：色の輝度や彩度の利用
利用できる色数が、例えば１６３８４色中２５６色のように特に豊富な場合には、シェーディング処理を色彩で行うことが出来る。
処理内容を図３７に示す。基本的にシェーディング処理と同様であり、図３５のステップＳ８４での“明るさ”がこのフローではステップＳ８４′で“色彩”に変更されていることのみ異なる。従ってそのフローの説明を省略する。
【０２３０】
色が豊富に使用できるため、例えば光源方向に面したスコープモデルの側面を暖色で、反対方向の側面を寒色で表示させることが可能になる。もちろん色の設定はこれに限られるのではない。
【０２３１】
これは、スコープの明暗を色彩豊かに表示できるため、単に明暗を表示する場合に比べ、スコープの立体感を強調できる。また、ＣＲＴの設置環境等の影響でＣＲＴのコントラストを抑えなければならないような場合でも、スコープ描像が見づらくなることはない、という点で優れている。
【０２３２】
更に、輝度の利用と組み合わせることで、より多彩な表示も可能になる。例えば、光線方向を彩度で、視点からの距離を輝度で表示する。こうすることにより、スコープの立体感が色彩の違いで、視点方向からの奥行きを輝度の違い表示することが可能になり、より３次元的な描像を実現できる。もちろん、立体感を輝度で、奥行きを彩度で表現しても良く、奥行きも視点方向からだけではなく、任意の方向からの奥行きを表現しても良い。たとえば、ベット面からの高さ方向に色合いの違いを付ければ、その色合いでスコープの挿入状態が順調であるかを確認できる。
【０２３３】
この彩度と輝度を用いた処理を図３８のフローで示す。このフローは図３７のフローとステップＳ８３までは同じであり、次のステップＳ８４の代わりにステップＳ８４ａで始点から側面までの距離を算出する処理を行い、さらに次のステップＳ８４ｂで距離に応じた輝度と、内積の値に応じた彩度で側面に色を付ける処理を行うようにしている。
【０２３４】
この方法では、スコープイメージの立体感や奥行きをより３次元描像で実現できると共に、ある位置からの相対位置の予測が可能になるという点で、優れた手段である。
【０２３５】
次にワイヤフレームモデル表示ＷＭの処理について説明する。
ｎ角柱モデルの辺をのぞいた部分をバックグランドカラーで塗りつぶした場合と同じ結果となるが、これは、ｎ角柱モデルの面を張る（ペイント）ための処理時間短縮のため、選択使用できるようにしている。
【０２３６】
なお、このモデルでは、ｚバッファの小さい順に書くと、スコープモデル奥側のワイヤが見えてしまう。そこで、それを取り除く陰線処理を適宜実施するか、ｚバッファの大きい順に（ｎ／２）番目のモデルデータまでワイヤフレームを描くことで、陰線処理したモデルが構築できる。
【０２３７】
この表示のフローを図３９に示す。まずステップＳ９１でｎ角形モデリングを行い、次のステップＳ９２でモデリングで得られた頂点を直線で結ぶ。この状態では、スコープモデル奥側のワイヤが見えてしまうので、次のステップＳ９３で陰線処理を行うことでワイヤフレームモデル表示ＷＭによるスコープ像を得られる。
【０２３８】
次には図２３（ａ）では基準面表示のステップＳ４２＿２と、２点マーカ表示Ｓ４２＿３を行う。これらのステップＳ４２＿２、Ｓ４２＿３の処理は付加的な処理である。
基準面表示の処理は、ベット面等の基準面を表示することで、スコープ形状の３次元表示を視覚的に分かり易くする補助的な役目を担う。
【０２３９】
この実施形態ではＣＲＴに表示される描像は、スコープ形状のイメージのみであり、そのイメージと体内の臓器との位置関係は分からない。すると、視点位置を回転させてしまうと、どの方向からスコープ形状を眺めているのか、頭の方向がどの向きを向いているのか等に関する情報は、テキスト表示される角度の数値情報だけである。これは、感覚的な判断には不向きである。そこで、このような判断を感覚的に行えるような補助手段を設けた。
【０２４０】
ここでは、図２３（ｃ）に示すようにして実現される。
まずステップＳ４２＿２１のアフィン変換を行う。この処理では世界座標系の基準表示シンボルを視点座標系に変換する。
次にステップＳ４２＿２２の３Ｄ→−２Ｄ投影を行う。
視点座標系に移された基準表示シンボルをＣＲＴ表示出来るように、２次元に投影する変換処理を行う。
【０２４１】
次にステップＳ４２＿２３の基準面となるベッド等のシンボル表示を行う。 スコープイメージの３次元描像を補助するようなシンボルを表示する。シンボルの具体例については、以下で触れる。
【０２４２】
このようにすることにより、基準面位置や基準面からのスコープ形状の離れ具合、患者の頭方向が視覚的に判断でき、スコープ形状の位置等の判断基準を提供したという点で優れている。
次に、基準表示シンボルの具体例として２＿ａのベッド面表示等について説明する。
【０２４３】
２＿ａ：ベット面表示
世界座標系のｘ−ｙ平面に平行で、ｚ軸に垂直な基準面を表示する。ｚ座標はベット面（ｚ＝０）でも、その基準となり得るような位置であれば、どの位置でも良い。この面は、視点座標と共に移動しない。つまり視点位置が、ｘ軸方向ｙ方向に回転すると、ベット面は線で表示される。頭方向が分かるように、枕のような長方形や、右肩、左肩或いは両方の方向にマーカを付けても良い。
これは、単純な一枚板で表されるため、スコープ描像の邪魔にならず、視点の回転も認識できるという点で優れている。
【０２４４】
２＿ｂ：基準マーカ表示
図４０（ａ）に代表される表示である。ここでは、両肩方向に２つのマーカｍ３、ｍ４と、足方向にマーカｍ５が存在する。肩のマーカｍ３，ｍ４はｚ座標に垂直な向き、足方向のマーカｍ５はｘ座標に対して垂直方向を向くため、ｚ方向から見たときにはこの図４０（ａ）のように線分で表示される。
【０２４５】
そのため、視点位置がｘ軸方向に回転すると両肩のマーカｍ３、ｍ４が線分で表示されるように変化し、足方向のマーカｍ５が正面を向き、円形のマーカになるので、方向が分かる。上下でマーカ数が違うのは、頭方向を識別し易いように記述するためである。マーカの数や形は任意で良く、どのマーカをどの軸に対応付けるかも任意である。マーカを立体にして、グラデーションや輝度彩度等を付けても良い。
この方法は、スコープ形状とマーカとが重ならないため、スコープ形状が見やすいという点で優れている。
【０２４６】
２＿ｃ：直方体表示．
２＿ａのベット表示にｚ方向のフレームを加え、直方体として表示したシンボルである。直方体の大きさは任意であるが、システムの検出範囲或いはそれ以上であるとスコープ形状が直方体内で表示されることになり、スコープが挿入状態にある、という感覚が増加する。さらに、ｚ方向にも箱の高さがあることで、モデルのｚ座標を推定することが容易となる。
【０２４７】
この方法は、スコープが挿入状態にあるという臨場感を引き起こすことで、スコープ形状を実際に挿入状態にあるスコープとを結び付けやすい、という点で優れている。
逆に、スコープイメージの一角に、ブロックを表示し、視点の移動に連動して回転しても良い。
【０２４８】
２＿ｄ：混合表示
これまでに挙げた基準シンボルを組み合わせても良い。図４０（ｂ）は、２＿ａのベッド面表示と２＿ｂの基準マーカ表示とを組み合わせた場合である。このようにすると、ｚ軸に対する基準が面表示で、回転や回転したときの頭方向の情報がマークによって認識できる。そのほか表示をどのように組み合わせても良い。
【０２４９】
このような手段は、それぞれのシンボルの効果を共用できるという点で優れている。
次に図２３（ａ）のステップＳ４２＿３のマーカ表示の処理を行う。
【０２５０】
このマーカ表示の処理では、スコープに挿入されているソースコイル１６ｉとは別に、単独のソースコイル位置を算出し、表示するまでを担う。スコープ内に挿入された位置がどのような位置にあるのかを確認する手段として、スコープ内のソースコイル１６ｉとは別個に動きうるマーカ１個以上を表示する手段を設けた。
【０２５１】
実際の装置上では、位置算出手段はスコープに挿入されているソースコイル１６ｉに用いるものと全く同じであり、表示手段もこれまで同様で、図２３（ｄ）に示すようにステップＳ４２＿３１のアフィン変換→ステップＳ４２＿３２の３Ｄ→２Ｄ投影→ステップＳ４２＿３３のマーカ表示という処理になる。
従って、ここでは、マーカ形状出力の具体例として
ｎ角形（円も含む）による表示
を説明する。マーカの表示をこのような形で表示すると、色が多数使えず、スコープ形状と同色を使わざるを得ない装置構成の場合、スコープ形状と重なりあっても区別することが出来る。
【０２５２】
このマーカ表示は、視点の回転に応じて形が変化させることで、どの方向から見ているかを認識できる。また、視点に対して常に正面となるように対応付けしていても良い。このときは、マーカからは視点方向が認識できないが、常に一定の大きさのマーカが出力されるという点で、優れている。
【０２５３】
これは、また、マーカが球形であるとした場合と同様な表現となる。尚、もしマーカが球形である場合は、グラデーションや、彩度輝度等の情報を与えることによって、視点の方向や奥行きを表示することも可能である。
【０２５４】
このような手段を用い、体外でマーカを移動させることで、挿入状態のスコープ形状の位置をマーカと関連させて確認する等が可能になり、スコープ挿入位置を実際の患者の位置と関連付けて知る捕助手段を提供できる。
これまでではｎ角柱モデルでの表示を説明したが、次にｎ角形連結モデルでの表示を説明する。
【０２５５】
ｎ角柱モデルは、そのスコープ形状がリアルに表示できるものの、処理時間が幾分かかる。そこで、モデル構成をより簡略し、高速表示を可能にしたｎ角形連結モデルを構築し、選択して使用（表示）できるようにした。
その処理フローは図４１の通りである。ここに挙げられている処理で基本的な処理内容は、ｎ角柱モデルで用いた場合と同じである。そこで、違いについて説明する。
【０２５６】
図４１（ａ）のステップＳ４２＿１′の補間＆３次元モデルの構築の処理の内容を図４１（ｂ）に示す。このモデルでは先にまずステップＳ４２＿１１′でアフィン変換を行う。
【０２５７】
世界座標系から、視点座標系への変換であり、ｎ角柱モデルでの処理（図２３（ｂ）のステップＳ４２＿１３参照）と同様である。但し、ｎ角柱モデルでは、補間データに対して変換を実施したが、ここでは、ソースコイル位置データに対して先に変換を実施している。
こうすることで、アフィン変換量が少なくて済み、プログラムの処理速度を向上させる。
【０２５８】
次のステップＳ４２＿１２′で３次元補間を行う。
この処理も前述と同様である。違いは、ｎ角柱モデルでは、世界座標系のデータであるが、ここでは視点座標系のデータである。
【０２５９】
次のステップＳ４２＿１３′で３Ｄ→２Ｄ投影を行う。この処理も前述と同様である。しかし、今回は大きさのない点の投影となる。
次のステップＳ４２＿１４′でｎ角形連結モデルの構築を行う。
【０２６０】
このｎ角形連結モデルの処理内容を図４２に示す。この図４２では図４１（ｂ）におけるレンダリングのステップＳ４２＿１５′も含めて示している。
【０２６１】
まずステップＳ１０１で対象点から視点及び光源までの距離を算出する。次のステップＳ１０２でシェーディング処理を行うか否かの判断をする。シェーディング処理を行う場合には次のステップＳ１０３で光源までの距離に応じて、明るさを決定する処理を行った後、次のステップＳ１０４のパースペクティブ処理を行うか否かの判断に進み、またシェーディング処理を行わない場合にもこの判断の処理に移る。
【０２６２】
パースペクティブ処理を行う場合には次のステップＳ１０５で視点までの距離に応じて大きさを決定する処理を行った後、次のステップＳ１０６でｎ角形描画の処理に進み、このｎ角形描画の処理で各点をｎ角形の中心と一致させて各ｎ角形を単に連結した描画を行い、ｎ角形を連結した形の画像にする。またパースペクティブ処理を行わない場合にもこの描画の処理に移る。
【０２６３】
さらに次のステップＳ１０７でワイヤフレーム表示ＷＭを行うか否かの選択判断を行い（つまり、ペーストモデル表示ＰＭを行うかワイヤフレーム表示ＷＭを行うかの選択を行い）、ワイヤフレーム表示ＷＭでない場合には、次のステップＳ１０８のペーストモデルでの表示の処理に進み、ステップＳ１０３で決定した明るさで内部を塗り潰す。一方、ワイヤフレーム表示を行う場合には、次のステップＳ１０９で陰線処理を行ってワイヤフレームモデルで表示する。
【０２６４】
ここまでで、ｎ角形を連結した形で、スコープ像を作成する。また、得られた点をｎ角形モデル形状の中心と一致させ、補間データ点の周りに‘肉付け’がなされた格好でイメージを出力しても良い。
以上の処理で、判断の処理でＮＯを選択した場合には最小限の機能をもつｎ角形連結モデルが出力される。
【０２６５】
この方法は、ｎ角柱モデルの処理時間のかかるところを極力排除したモデルとなっており、非常に高速（ｎ角柱モデルの処理時間１／２以下）で表示が可能であるといる点で優れている。
【０２６６】
尚、図４２のフローにおいて判断の処理でＹＥＳを選択して、ｎ多角柱モデルの時と同様な付加処理を加え、立体感をより強調しても良い。基本的な処理は同じであるので、違いのみが分かるような簡略な説明とする。
ｎ角形連結モデルに対する付加機能として以下のような４＿ａのパースペクティブの処理等がある。
【０２６７】
４＿ａ：パースペクティブ
これがつかないのは、３Ｄ→２Ｄ変換を行う対象が、大きさのない点であるためである。そして、変換の対象を点でなく、大きさを有する形状を対象にすれば、前記したものと同じ効果が得られる。この形状は、任意の形でよいが、このモデルが高速表示を実現するために考案されたものであるため、本来変換を行う点を中心とする対称形を有することが望ましい。
【０２６８】
４＿ｂ：陰線処理
ｎ角形内を塗りつぶすバージョンに対しては、そのモデリング自体が陰線処理を兼ねるため、特別な処理が不要であるという点で優れている。ワイヤフレームバージョンで陰線処理を実施する場合は、重なり部分を消していく処理を入れるか、ｎ角形内をバックグランドカラーでいったん塗りづぶしたのち、ワイヤフレームを上書きすることで、達成できる。
【０２６９】
４＿ｃ：シェーディング処理
このモデルでは、スコープの面が存在しないため、シェーディング処理により、スコープモデルの奥行きを表しても良い。具体的には、光源に最も近い側を明るく、最も遠い側を暗く表示し、そのあいだを利用できる色の数に応じた階調表示する。
【０２７０】
このときは、モデルの奥行きを表現できる。
【０２７１】
応用として、モデルの中央部と端部とで僅かな階調差を持たせることも可能である。こうすると、全体の奥行きを示すための階調は減少するが、ズコープモデルが階調差で膨らんだように表示されるため、スコープの立体感を強調させることが出来る。
【０２７２】
４＿ｄ：色の彩度と輝度を利用する
これは、ｎ角柱モデルと同様で、同様の効果が期待される。
４＿ｅ：ワイヤフレーム表示
ここでは、ワイヤフレーム表示に対して、簡便かつ陰線処理機能を含めた表示方法を提供する。
【０２７３】
まず、全てのワイヤフレームをｎ角形で表すのではなく、根元のデータのみをｎ角形で表示し、そこから先端に向かって、半ｎ角形をつけ加えていく方法である（図４３（ａ）参照）。
この方法は、陰線処理を実施することなしに、陰線処理を実施した場合と同じワイヤフレーム形状を作成できるという点で優れた手段である。
【０２７４】
更に、同形の半ｎ角形を重ねるのではなく、スコープの向きの曲率に応じて設定した角度歪を含んだ形状を重ねても良い（図４３（ｂ）参照）。
この方法は、上記の手段の効果に加え、曲率情報が強調され、より現実のスコープイメージに近づくという点で優れている。
【０２７５】
以上述べたようにこの第１実施形態によれば、内視鏡６の可撓性を有する挿入部７内に、磁界を発生する磁界発生素子としてのソースコイル１６ｉを、各ソースコイル１６ｉの形状が変化しないように絶縁性の接着剤２０等を介してプローブ１５の内壁に固定したものを配置し、前記挿入部７が挿入される被検体の周囲の既知の位置にソースコイル１６ｉで発生した磁界を検出する磁界検出素子としての３軸センスコイル２２ｊを配置し、各ソースコイル１６ｉで発生される磁界をそれぞれ３軸センスコイル２２ｊにより検出した検出信号から前記既知の位置に配置された３軸センスコイル２２ｊに対する前記挿入部７内の各ソースコイル１６ｉの位置を位置算出部３１により算出するようにしているので、挿入部７を被検体の内部に挿入する場合に、この挿入部７が屈曲されても、この挿入部７の内部の各ソースコイル１６ｉは固定手段により形状が変化しないように固定されているので、各ソースコイル１６ｉの位置の算出から内視鏡６の挿入部７の位置を精度良く検出できる。
また、位置算出部３１の出力に対し、挿入部６の形状推定を行うように形状推定手段を設けることにより、精度の高い挿入部６の形状推定を行うことができ、推定された形状に対応する画像を表示することにより、視覚的に挿入部の形状を判断し易くできる。
【０２７６】
また、上記既知の位置にそれぞれ配置した磁界検出手段を構成する複数の３軸のセンスコイル２２ｊにより、磁界発生手段を構成する１軸或は３軸のソースコイル１６ｉで発生した磁界の強度と、交流駆動した場合の位相情報と、磁界発生手段による等磁界面の形状とを考慮して各磁界発生手段の存在する領域を検出或は推定して、その３次元位置を算出或は推定するようにしているので、磁界検出手段をベッド４の隅等の既知の位置に設置すれば、そのベッド４上の患者等の被検体に対し、必要とされる位置検出範囲に対し、精度良く位置の算出或は推定が可能になる。
【０２７７】
つまり、３軸センスコイル２２ｊをベッド４等に数個（３つ或は４つ）配置することにより、各３軸センスコイル２２ｊにより検出される磁界強度により、ソースコイル１６ｉの存在する３次元領域が推定され、それぞれの３軸センスコイル２２ｊにより推定された３次元領域の重なり部分からソースコイル１６ｉの存在領域が推定される。この場合、位相情報を利用すると、検出範囲の外等の領域を排除できる。
【０２７８】
また、第１実施形態では、検出された磁界強度に対応する信号から基準となる参照情報を用いて、ソースコイル１６ｉの存在する領域を推定するようにしているので、計算で距離算出を行うよりも領域算出を非常に短時間に行うことができる。
【０２７９】
また、３軸のセンスコイル２２ｊの配置する数を増やすとさらに精度良くソースコイル１６ｉの位置検出を行うことができるし、内視鏡形状も精度良く推定できる。
【０２８０】
また、求めた内視鏡形状をユーザが望む視点方向から見た場合の形状で表示させることもでき、挿入の操作を行う視点に設定することにより挿入の作業が容易になる等、第１実施形態内で述べている多くの利点を有する。
【０２８１】
次に第１実施形態の第１変形例を図４４を参照して説明する。第１実施形態では例えば図１０に示すように、ソースコイル１６ｉによる過渡特性を考慮してセンスコイル２２ｊで検出された信号を取り込むタイミングを遅延させた。
【０２８２】
これに対し、この変形例では図４４に示すように発振器２５ａと増幅器２４ａとの間に、参照電圧発生器５８からの基準となる参照電圧と比較することにより発振器２５ａの信号が各ソースコイル１６ｉを駆動するのに適した位相角であることを検出する位相検出器５９を配置している。参照電圧発生器５８は各ソースコイル１６ｉの力率角に対応した正弦波の電圧値を参照電圧として位相検出器５９に出力し、位相検出器５９は発振器２５ａの正弦波が参照電圧に一致した時に位相検出信号を出力すると共に、発振器２５ａの正弦波を増幅器２４ａ側に通す。
【０２８３】
各ソースコイル１６ｉには正弦波を発生する発振器２５ａから位相検出器５９を経て電力増幅されたのち、切換回路２８ａによって選択された接点を経て駆動電流が供給される。この駆動電流を供給するタイミングは位相検出器５９からタイミング制御回路３０ｄに伝送される位相検出信号の立ち上がりに同期して行われる。またセンスコイル２２ｊの両端に励起された電圧を増幅して同期検波した検出信号のＡ／Ｄコンバータ３０ａを介してＣＰＵ３０ｃ側へ読み込まれるタイミングもこの位相検出信号の立ち上がりに同期して行われる。
【０２８４】
ここで位相検出信号は次のように生成される。
駆動信号の発生源となる正弦波を発生する発振器２５ａからの信号ｅを
ｅ＝Ｅｍ sin (ωｔ+θ) ［Ｖ］
と表すことができる。ここで、Ｅｍ:最大振幅電圧［Ｖ］，θ：初期位相［ｒａｄ］，ω＝２πｆ，ｆ：駆動周波数［Ｈｚ］，ｔ：時間［ｓ］である。
【０２８５】
それぞれのソースコイル１６ｉ毎に持った純抵抗成分Ｒｉ ［Ω］とＬｉ ［Ｈ］から求めた力率角φｉを
φｉ＝ arc tan （ωＬｉ／Ｒｉ）
とすると、参照電圧
Ｖｒｅｆ＝Ｅｍ sin φｉ ［Ｖ］
と発信源の信号ｅ［Ｖ］をコンパレータで比較することによって一致した時に位相検出信号が得られる。
【０２８６】
供給された駆動電流ｉ［Ａ］は、
ｉ＝Ａsin（ωｔ+θ−φ) −Ａsin（θ−φ)・exp(−ａｔ）
ここで、Ａ＝Ｅｍ／（Ｒ・Ｒ＋ωＬ・ωＬ），ａ＝Ｒ／Ｌ
となる。この駆動電流ｉを表す上式において、θ＝φとしたときは右辺の第２項が０となることを示しているので過渡直流成分が発生しないことになる。つまり、切り換えた瞬間から定常状態のコイル駆動ができることになる。
【０２８７】
したがって、コイル切換と同時にセンスコイル２２ｊの検出信号のＣＰＵ側への読み込みを行うことが可能になる。実際にはセンスコイル２２ｊに励起された電圧が同期検波器２６ｄの出力となるまでの遅延時間を考慮して読み込むようにする。
【０２８８】
このようにしてソースコイル１６ｉを駆動することによって多数のソースコイルの切り換えが行われても駆動開始から検出信号の取り込み開始までの時間が大輻に短縮されたために、システム全体の動作時間を高速化できる。
【０２８９】
図４５はこの変形例によるソースコイルの駆動とセンスコイルによる検出信号の読み込みの動作のタイミング説明図を示す。図９との比較から分かるようにソースコイルを駆動後の短い時間Δｔ′で読込みを行うことができる。
【０２９０】
またこの変形例では精密測定のための信号中継線をシールドする手段を設けている。図４６に示すようにソースコイル１６ｉに駆動電流を供給するための信号線とセンスコイルの検出信号を伝達するための信号線は、各コイル毎に接続された２本をツイストすることにより信号線からの輻射や外乱の重畳を減少させている。
【０２９１】
しかしこのツイストした信号線においても前記の影響はある程度存在しているために、ソースコイルの駆動信号ケーブルがセンスコイルに近づくとケーブルから輻射される微弱な電磁波の影響によってそのセンスコイルの検出信号が２〜３倍程度に振られてしまったり、またセンスコイルの検出信号ケーブルに人体などの浮遊容量が近づくとその浮遊容量を介して信号線に外乱が重畳してしまったりして正確な計測ができなくなる現象が起きてしまう。
このような問題を解決し、安定かつ正確な計測を行えるようにする。具体的な方法を次に説明する。
【０２９２】
まずソースコイル１６ｉの駆動信号ケーブル６０ａについて説明する。このケーブル６０ａは複数のソースコイル１６ｉが内蔵されたプローブ１５（図４６では簡単化のため２つのソースコイルで示している）に接続され、各々のソースコイル１６ｉを順次に駆動するための正弦波電流が流される。
【０２９３】
このとき各ソースコイル１６ｉに接続される各信号線から輻射される電磁波のうち駆動電流と同じ周波数の成分が他のソースコイル１６ｉの信号線に重畳してしまい駆動したくないコイルにまで電流を流れて不要な磁場を発生してしまうので、そのような不要な電磁波を吸収するためにツイストした各ケーブル毎にできるだけコイルの根元までシールド６０ｂで覆い、駆動手段（例えば切換回路２８及び増幅回路２４等を含む）側との接続端部をその駆動手段の基準電位に接続するようにする。
【０２９４】
次にセンスコイル２２ｊの検出信号ケーブル４０ａについて説明する。このケーブル４０ａは３軸センスコイル２２ｊを構成する３個のコイルにそれぞれ一方の端部が接続され（図４６では簡単化のため１対のケーブルのみ示す）、各センスコイル２２ｊの他方の端部は同期検波手段（図８の増幅器２７及び同期検波回路２６ｄ）の入力端子に接続している。
【０２９５】
このケーブル４０ａで伝送される電圧は、数十μＶ〜１ｍＶ程度の微弱な信号であり、ソースコイル１６ｉからの交流磁界が人体等の浮遊容量を介してケーブル４０ａに重畳する変動分に埋もれてしまう場合もある。そこでそのような不要な重畳ノイズを吸収するためにツイス卜した各ケーブル毎にできるだけ各コイルの根元までシールド４０ｂで覆い、同期検波手段側の接続端子を同期検波手段の基準電位に接続するようにする。
【０２９６】
さらに前記の駆動手段と前記同期検波手段のそれぞれの基準電位点同士を接続して、同電位の状態にする。このような構成にすることにより、ソースコイル１６ｉの駆動信号線間の干渉および輻射による漏れ信号のセンスコイル２２ｊヘの影響がほとんど無くなる上、センスコイル２２ｊの人体等による検出信号への影響も極わずかになる。
【０２９７】
従って、センスコイル２２ｊの検出する信号に含まれるノイズがほとんど無くすことができるので、ソースコイル１６ｉの発生する交流磁界によってセンスコイル２２ｊに励起される信号成分が安定かつ正確に計測できるようになる。
【０２９８】
次に第１実施形態の第２の変形例について説明する。この第２の変形例は位置導出の確度を向上するためのものである。
ソースコイルからある距離に位置するセンスコイルで得られる磁界強度からそのソースコイルの存在する領域を精度良く限定してその３次元位置を算出する場合、狭い閉空間（閉領域）を求めるためには最低３個（あるいは３組）のセンスコイル２２ｊが必要である。
【０２９９】
しかし、実際にはセンスコイル２２ｊが３組だけの場合では、ソースコイル１６ｉとセンスコイル２２ｊの距離が近すぎたり、遠すぎたりするときには３組の中１組でも確実に検出信号が得られなくなる可能性があり、その場合にはソースコイル１６ｉが存在する閉空間を狭い範囲に限定することができなくなるため、ソースコイル１６ｉの位置導出が実質的に不可能となってしまう。
【０３００】
そこで、この変形例では検出信号のレベルによらず常に安定した状態でソースコイルの位置導出が行えるようにする。そのため、図４７に示すように４組の３軸センスコイル２２ｊを用いるようにした。
【０３０１】
仮に、センスコイル２２ｊの検出可能範囲を半径３０〜１００ｃｍであるとし、必要とする検出領域幅を（ｘ，ｙ，ｚ）＝（４０，６０，４０）［ｃｍ］であり、サイズが（２００×７０ｃｍ）の内視鏡検査ベッド４に４個の３軸センスコイル２２ｊを、各座標がＱａ（０，０，０），Ｑｂ（６０，０，０），Ｑｃ（６０，１００，０），Ｑｄ（０，１００，０）の位置［単位はｃｍ］にそれぞれ設置したとする。
すると、この４点を頂点とする長方形が底面となる四角柱の中に必要とする検出領域幅が含まれることになる。この設定においては検出領域内にソースコイル１６ｉが移動する場合、４組のセンスコイル２２ｊとの距離がそれぞれ３０〜１００ｃｍ以内であれば確実に位置導出できる。
また４組の中、１組のセンスコイル２２ｊとの距離が３０ｃｍ未満のときは、その他の３組のセンスコイル２２ｊの検出信号を用いて位置導出を行うようにする。
【０３０２】
上記のような設定の場合１組のセンスコイル２２ｊまでの距離が３０ｃｍ未満のときは他の３組は必ず３０ｃｍ以上の距離があるようになっているため、この確実に３組の検出信号を得ることが可能になり、精度良く位置検出（或は位置推定）を行うことができる。さらにソースコイル１６ｉとセンスコイル２２ｊの距離が１００ｃｍより大きくなる組み合わせが１組のときも上記の３０ｃｍ未満の距離のときと同様である。
【０３０３】
しかしソースコイル１６ｉとセンスコイル２２ｊの距離が１００ｃｍより大きくなる組み合わせは２組以上になることもあり、このときにはソースコイル１６ｉの駆動電流を増やすか、センスコイル２２ｊの出力の感度を上げるかして検出可能距離が長くなるようにして再び計測を行い、３組以上が検出可能範囲内にはいるまでこの処理を繰り返すようにする。これによりソースコイル２２ｊの位置導出が行えるようになる。
【０３０４】
なおベッド４のサイズ或はセンスコイル２２ｊの検出範囲が上記の値或は範囲と異なる条件のために４組の内で２組が位置検出に利用できない状況の場合においても、ほぼ同様の方法で対処できる。
例えば、検出領域福をより広く確保したい場合にはセンスコイル２２ｊ同士の間隔を広げ、前述したソースコイル１６ｉの駆動電流増加や、センスコイル２２ｊ出力の感度アップと組み合わせれば可能となるが、ベッド４の輻方向（ｙ方向）にはベッド幅以上はそのままでは広げられない。
【０３０５】
そこで３組以上が検出可能範囲内に入るようにソースコイル１６ｉの駆動電流減少やセンスコイル２２ｊ出力の感度ダウンにより検出可能範囲を、センスコイル２２ｊに近い方にずらすことによってソースコイル１６ｉの位置導出を行えるようにすることができる。
【０３０６】
以上のような方法により、検出信号のレベルによらず常に安定した状態でソースコイルの位置導出が行うことができる。また上述した全ての場合におけるソースコイルの位置導出において、センスコイルの組数が３組より増える毎に閉空間の大きさがより小さくなっていくので位置導出の精度は向上していく。このため検出可能領域内にソースコイルが存在するセンスコイルの検出信号は全て位置導出のために利用することで求める精度を得ることができる。
【０３０７】
図４８は上述の方法の説明図を示す。図４８における曲線Ｃ１は図１６で説明した相対距離を算出するための相対距離に対する磁界強度の測定データの例えば最大磁界強度側のグラフを示す。実際にセンスコイル２２ｊによる検出信号からある磁界強度値が検出された場合、その磁界強度値からソースコイル１６ｉとセンスコイル２２ｊとの距離はその強度値と交差する曲線Ｃ１と図示しない最小磁界強度側のグラフとの間の範囲に存在する。
センスコイル２２ｊで検出される信号は増幅器等のダイナミックレンジ等により、精度よく検出できる範囲は制約される。
【０３０８】
このため、通常の（感度等の）設定状態では曲線Ｃ１に対して縦軸方向に示す測定可能帯域ＭＲの出力値に対応して横軸方向に示す通常状態の検出範囲Ｄ１が検出可能な距離範囲となる（センスコイル２２ｊによる半径３０〜１００ｃｍに該当する）。この場合、増幅器のゲインを下げれば（つまり感度を下げれば）、検出可能範囲を小さい範囲側にシフトすることができるし、ソースコイル１６ｉを駆動する駆動電流値を下げても小さい半径側にシフトすることができる。
つまり、駆動電流ダウン或は増幅器のゲインダウンを行うと、センスコイル２２ｊによる出力値で検出できる範囲は曲線Ｃ１の縦軸方向の値を相対的に下げた曲線Ｃ２のようになり、この場合には検出範囲はＤ２となり、小さい距離側での検出が可能になる。
【０３０９】
逆に駆動電流アップ或は感度アップを行うとセンスコイル２２ｊによる出力値で検出できる範囲は曲線Ｃ１の縦軸方向の値を相対的に上げた曲線Ｃ３のようになり、この場合には検出範囲はＤ３となり、大きい距離側での検出が可能になる。
【０３１０】
次に本発明の第２実施形態を図４９を参照して説明する。図４９の内視鏡形状検出装置４１は駆動信号の周波数を変えることで、図２の分配器２８を省略した構成になっている。
【０３１１】
従って、ソースコイル駆動部２４はソースコイル１６ｉ毎に異なる周波数ｆｉの駆動信号を出力する。ソースコイル１６ｉ毎に異なる周波数ｆｉの駆動信号を印加することにより、複数のソースコイル１６ｉを同時に駆動して高速処理を実現可能にしている。
【０３１２】
第１実施形態の内視鏡形状検出装置３においては、複数のソースコイル１６ｉはある特定の周波数の正弦波電流により先端側に配置されたもの等から順次駆動され、そのときのセンスコイル２２ｊの検出信号レベルによって１個ずつソースコイル１６ｉの位置座標を検出するための検出信号を得るようにしている。
しかしこの方式ではソースコイル１６ｉの個数が増えていくと１回の形状検出にかかる時間も増大していくので、リアルタイムに形状データを取り込むことが困難になってしまう。
【０３１３】
そこで、この実施形態ではソースコイル１６ｉの数に殆ど影響されることなく、リアルタイムに形状算出のデータを取り込むことができるようにする。次に具体的な構成を図５０に示す。
【０３１４】
例えば１２個のソースコイル１６ｉを内蔵したプローブの形状を検出する場合について説明する。図５０に示すように発振部２５はそれぞれ異なる周波数で発振する発振器２５ａ，２５ｂ，…２５ｌを有し、駆動部２４を構成する増幅器２４ａ，２４ｂ，…２４ｌでそれぞれ電流増幅された後、それぞれソースコイル１６ａ，１６ｂ，…１６ｌに同時に印加され、それぞれ異なる周波数の磁界を発生する。
【０３１５】
一方、各センスコイル２２ｊはこれらの磁界強度に比例した検出信号を発生し、それぞれ増幅器２７で増幅した後、検出部２６を構成する同期検波回路２６ｄｉにより、発振器２５ｉの信号を参照して同期検波を行い、ソースコイル１６ｉによるセンスコイル２２ｊの位置の磁界強度に比例した信号成分のみを抽出する。なお、各同期検波回路２６ｄｉのバンドパスフィルタ２６ａｉは発振器２５ｉの周波数の信号のみを通す帯域に設定されている。
【０３１６】
各同期検波回路２６ｄｉでそれぞれ同期検波された各信号は例えば１２チャンネルのＡ／Ｄコンバータ３０ａｊで高速にサンプリングされ、そのＡ／Ｄコンバータ３０ａｊに接続されたＲＡＭ３０ｂに一旦記憶され、さらにＲＡＭ３０ｂのデータはＣＰＵ３０ｃ側に読込まれ、位置算出及び形状推定の処理が行われる。その他の構成は図８と同様であり、その説明を省略する。
【０３１７】
この実施形態でのソースコイル１６ｉの駆動及びセンスコイルでのデータ取り込の処理内容を示すフローを図５１に示す。ステップＳ１１１で各発振器２５ｉをそれぞれ異なる周波数で駆動し、それぞれのソースコイル１６ｉに駆動電流を流す。次に各センスコイル２２ｊの検出信号をサンプリングする。この場合、各ソースコイル１６ｉに駆動電流を流した状態（流しっぱなしの状態）にできるので、過渡応答の時間だけ遅延することなく各センスコイル２２ｊの検出信号をサンプリングできる。勿論、最初に駆動電流を流したすぐ後では、その過渡応答を考慮する。
【０３１８】
図９との比較から分かるように短時間で位置検出或は形状検出のためのデータの取り込みを行うことができる。
また、この実施形態では短時間で位置検出或は形状検出のためのデータの取り込を行うことができるので、挿入部の動きが速い場合にも、精度の高い形状推定等を行うことが可能になる。
【０３１９】
なお、例えば１２個のソースコイル１６ｉはそれぞれ整数倍でない異なる周波数（例えば、１０．０，１０．５，１１．０，１１．５，１２．０，１２．５，１３．０，１３．５，１４．０，１４．５，１５．０，１５．５［ＫＨｚ］）の駆動電流で、同時に交流磁界を発生させる。
【０３２０】
この構成によれば、第１実施形態の構成のソースコイル１個分にかかる時間で、複数（例えば１２個）のソースコイルの位置を導出することができる。また、この実施形態ではモニタ画面に内視鏡形状を表示する場合、図５２に示すように患者のモデルパターンに重畳して内視鏡形状を出力する。図５２において、左側の領域がグラフィックス出力領域で、右側がユーザが操作パネル３５からキー入力等により視点、回転角、視点位置とｚ軸とのなす仰角等を設定するユーザインタフェース領域である。その他の効果は第１実施形態とほぼ同様である。
【０３２１】
図５３は本発明の第３実施形態を備えた内視鏡システム７０を示す。このシステム７０は図１に示すシステム１において、３軸センスコイル２２ｊの代わりに図５５（ａ）に示すように磁気抵抗素子（ＭＲ素子と略記）７６ａ，７６ｂ，７６ｃで形成したセンサ７５ｊを用いており、センサ７５ｊはベッド４の隅の３箇所（又は４箇所）のそれぞれ既知の位置に取り付けてある。
【０３２２】
また、このシステム７０における内視鏡形状検出装置３′の構成を図５４に示す。この装置３′は図２において、３軸センスコイル２２ｊの代わりにＭＲ素子７６ａ，７６ｂ，７６ｃによるセンサ７５ｊが用いてある。また、センスコイル出力増幅器２７はセンサ出力増幅器２７′となり、相互インダクタンス検出部２６の代わりに磁界強度検出部２６′が用いてある。
また、ソースコイル位置検出部３１は基準データを格納したテーブル３１ｂのデータを参照して位置検出又は位置推定を行う。
【０３２３】
各センサ７５ｊは図５５（ａ）に示すように磁界強度に応じて抵抗値が変化する３つのＭＲ素子７６ａ，７６ｂ，７６ｃを立方体の互いに垂直で隣合う３つの面にそれぞれ取り付け、これら３つのＭＲ素子７６ａ，７６ｂ，７６ｃを直列に接続して形成したセンサ７５の２端子を磁界強度の検出信号の出力端子としている。
この場合、ＭＲ素子７６ａ，７６ｂ，７６ｃはそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ方向の磁界強度成分により各抵抗値が基準値から変化するように設けらてある。
【０３２４】
各ＭＲ素子７６ｑの抵抗変化分ΔＲｑは図５５（ｃ）に示すように磁界Ｈｑの２乗に比例して変化するので、センサ７５ｊの２端子の抵抗変化分ΔＲは、図５５（ｂ）に示すようにｘ，ｙ，ｚ方向の磁界成分Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚそれぞれの２乗の総和になる。
【０３２５】
この実施形態ではセンサ７５ｊの出力から磁界強度の２乗和に比例する信号が直接検出できるメリットがある。この信号は、磁界強度検出部２６′で平方根の算出により磁界強度が検出される。
さらにソースコイル位置検出部３１でテーブル３１ｂのデータを参照して各ソースコイル１６ｉの位置算出を行う。
【０３２６】
このテーブル３１ｂのデータは第１実施形態と同様にして得られる。つまり、図１７（ａ）において、３軸センスコイル２２の代わりにセンサ７５ｊを配置して、図１７（ｂ）に示すような最大磁界強度の曲線Ｃｕ及び最小磁界強度の曲線Ｃｄの基準データをテーブル化したものである。
【０３２７】
図５６は既知となる３つの位置にセンサＡ，Ｂ，Ｃ（７５ａ，７５ｂ，７５ｃに相当する）を配置し、複数のソース（具体的には例えばソースコイル１６ｉ）の一つを駆動させると、センサＡ，Ｂ，Ｃにはソースとの位置関係に対応した出力が発生する。
【０３２８】
その時のセンサＡ，Ｂ，Ｃの各出力をそれぞれνａ、νｂ、νｃとする。
また、予め各センサについて、そのセンサ出力と、その出力となるはずの空間座標群のデータをメモリ等に確保しておく。
【０３２９】
図５７は例えばセンサＡについてのデータテーブルを示している。今、ある位置にソースが一つ存在し、磁界を発生しているときに得られるセンサ出力νａを図５７のテーブルのνａ１〜νａＬまで比較しνａｌ≦νａ＜νａｋ（ｋ＝ｌ＋１）となる整数ｌを求める。
同様に、他のセンサ出力νｂ、νｃに対しても条件を満たす整数ｍ，ｎを求める。
【０３３０】
このとき、条件を満たす出力データνａｌ、νｂｍ、νｃｎに対応した空間座標群Ｐａｉ、Ｐｂｊ、Ｐｃｋが存在し、それらの関係は図５８のようになっている。したがって、これらの共通領域となる３次元領域がソースの空間座標領域となる。さらにその領域の重心位置を求めてソースの３次元位置としても良い。
【０３３１】
このようにして求めた複数のソースの空間座標領域（或はその重心から求めた空間座標位置）を接続する処理等を行い、さらに形状推定により内視鏡の挿入形状を求めることができる。
図５８によりそれぞれ得られた３次元位置又は領域を、各領域の重心位置等を通る線等で接続し、挿入部の形状を推定してモニタ画面に挿入部形状のモデル表示を行う。より簡略化して表示する場合には図５９に示すように図５８のようにして推定されたソースコイルの３次元領域又は３次元位置のみを３Ｄー２Ｄ投影等してモニタ画面に表示して挿入部形状のモデル表示を省くようにしても良い（図５９の点線は補間した場合の線を示し、この補間を省略して表示しても良い）。
【０３３２】
この第３実施形態は、第１実施形態とほぼ同様にテーブルを用いて位置検出を行うので、位置検出或は位置推定の処理時間を短縮できる。また、ＭＲ素子により３方向の磁界強度の平方に比例した信号の和を直接検出できるようにしているので、磁界強度算出の処理を高速に行うことができるメリットもある。さらに挿入部形状をモデル的に描画する処理を省いて表示を行うことにより、非常に高速に挿入部の挿入形状の概略を表示できる。
また、図５９のようにまず表示した後に、より視覚的に分かり易いモデル（上述のｎ角柱モデル等）で描画するようにしても良い。
【０３３３】
図６０（ａ）は第４実施形態の内視鏡形状検出装置４２を示す。この第３実施形態は図２において、プローブ１５側に複数のセンサ、つまり複数のセンスコイル４３ｉを内蔵し、ベッド側に磁界発生源、つまり複数の３軸ソースコイル４４ｊを配置した構成である。第１実施形態と同様に内視鏡内及びベッド４に、それぞれが既知となる位置に設置される。
【０３３４】
従って、分配器２８を経た駆動信号は各３軸ソースコイル４４ｊに順次印加され、プローブ１５側のセンスコイル４３ｉで検出された信号は増幅器２７で増幅され、検出部２６を経て形状算出部３０を構成する（センスコイル）位置検出部３１′に入力される。
【０３３５】
この位置検出部３１′は３軸ソースコイル４４ｊを基準としてセンスコイル４３ｉの位置を相対的に検出する。
その他の構成は第１実施形態と同様である。また、この変形例の効果も第１実施形態とほぼ同様である。
【０３３６】
図６０（ｂ）は第４実施形態の変形例の内視鏡形状検出装置４２′を示す。この変形例は図５３（ａ）において、３軸センスコイル４３ｉが１軸センスコイル４３ｉ′に、１軸ソースコイル４４ｊが３軸ソースコイル４４ｊ′に変更したものであり、その他は第３実施形態と同様の構成である。又、その効果もほぼ同様である。
【０３３７】
図６１（ａ）は本発明の第５実施形態の内視鏡形状検出装置４５を示す。この第５実施形態は図６０（ａ）において、駆動信号の周波数を変えることで、図６０（ａ）の分配器２８を省略した構成になっている。
【０３３８】
従って、駆動部２４はソースコイル４４ｊ毎に異なる周波数ｆｊの駆動信号を出力する。その他は第４実施形態と同様の構成である。この第５実施形態の効果も第２実施形態とほぼ同様である。
【０３３９】
なお、第１ないし第５実施形態或は変形例において、センスコイルからの信号を増幅後に、デジタル変換しその後の検波等をすべてデジタル信号処理してもよい。
【０３４０】
また、最大の関心位置である内視鏡の先端部のみに、１つのソースコイル或はセンスコイルを内蔵してもよい。この場合には内視鏡の先端部の位置を検出する内視鏡先端部位置検出装置として機能することになる。
次に本発明の第６実施形態を図６２を参照して説明する。図６２は第６実施形態を含む内視鏡システム５１を示す。
【０３４１】
上述の実施形態及び変形例では、推定された内視鏡形状は専用の表示装置としてのモニタ２３に描出されていたが、この実施形態ではモニタ２３に出力される映像信号を内視鏡画像を表示するモニタ１２で切り換えて表示するようにしている。 このため、検出装置本体２１の出力は接続ケーブル５２を介してビデオプロセッサ１１の外部映像信号入力端に入力され、切り換えスイッチ５３を操作することによって、カラーモニタ１２の表示面に内視鏡像及び内視鏡形状を選択表示することができるようにしている。
【０３４２】
さらにこの実施形態ではビデオプロセッサ１１側の（ＣＣＤ読み出しのドライブ信号のタイミングを決定する）基準信号がケーブル５４を介して形状検出装置本体２１に送るようにしている。そして、内視鏡形状の検出のために、ソースコイル１６ｉに駆動信号を印加するタイミングは、ドライブ信号が出力されていない期間に行うようにタイミング調整を行うようにしている。
【０３４３】
図６３はこのシステム５１における動作期間の様子を示す。ビデオプロセッサ１１内の光源部は図６３（ａ）に示すようにＲ、Ｇ、Ｂの面順次光で順次照明する。そして、内視鏡６に内蔵された図示しないＣＣＤには図６３（ｂ）に示すように照明が行われていない期間に、ＣＣＤドライブ期間が設定され、このＣＣＤドライブ期間内にＣＣＤをドライブするＣＣＤドライブ信号が印加され、このＣＣＤで光電変換された画像信号（撮像信号）が読み出される。
【０３４４】
一方、駆動信号が出力される駆動信号期間はＣＣＤドライブ信号が出力されるＣＣＤドライブ期間以外の期間、つまり照明（露光）期間内となるようにして、駆動信号が撮像信号に影響を及ぼさないようにすると共に、ＣＣＤドライブ信号がセンスコイルによる検出信号に影響を及ぼすことも防止できるようにしている。つまり、それぞれの機能の相互の干渉を解消する手段を構築している。
その他の構成は図１に示す第１実施形態と同様の構成である。
【０３４５】
この実施形態によれば、内視鏡形状の検出のための駆動信号が内視鏡画像信号にノイズとなることを防止できると共に、ＣＣＤドライブ信号がセンスコイルによる検出信号のノイズとなることを防止できる。その他の作用及び効果は第１実施形態とほぼ同様である。
【０３４６】
なお、この第６実施形態において、ピクチャインピクチャ方式で、内視鏡像に内視鏡形状を、或は内視鏡形状に内視鏡像を表示するようにしてもよい。
また、第６実施形態において、撮像信号と干渉することがないように内視鏡形状を検出する場合には、内視鏡観察画像をフリーズし、画像にノイズが混入しないようにしてもよい。（図１の操作パネル３５に設定用の機能をいれる）。
【０３４７】
また、画像の取込みのフィールドごと、フレームごと、数フレームごと、数フィールドごと、内視鏡形状描出の処理完了ごとに、観察画像取込みを自動的に中断して形状検出のための磁界発生、磁界強度取込みを行ってもよい。
【０３４８】
次に本発明の第７実施形態を備えた内視鏡システム６１を図６４を参照して説明する。このシステム６１は、図６２の内視鏡システム５１において、さらにヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤと略記）６２と、患者５の位置確認用のＴＶカメラ６３と、このＴＶカメラ６３から患者５の体の輪郭を抽出するコンピュータ６４と、バーチャルリアリティ用の画像処理を行う画像処理装置６５を有する。
【０３４９】
画像処理装置６５は形状検出装置本体２１の例えば形状画像生成部３２（図２参照）と接続され、形状画像生成部３２で生成される形状画像を画像処理して視点を少し変えた位置での右眼（又は左眼）観察用の形状画像生成し、形状画像生成部３２で生成される形状画像を左眼用形状画像として共に、モニタ信号生成部３３を経てＨＭＤ６２の（右眼観察用及び左眼観察用）液晶ディスプレイに出力し、ＨＭＤ６２をヘッドに装着した術者はバーチャルリアリティで内視鏡形状を立体観察することができるようにしている。
【０３５０】
また、この実施形態ではＴＶカメラ６３により、ベッド４上の患者５の位置を検出し、患者５の体の形状の映像信号を生成することによって、この体の形状にオーバラップして内視鏡形状をバーチャルリアリティで観察できるようにしている。このように体の形状にオーバラップ表示することにより、内視鏡６の挿入部７が実際にどの部分まで挿入されているかが分かるようにしている。
なお、カラーモニタ１２には図６２の場合と同様に内視鏡画像と、ＨＭＤ６２の一方の液晶ディスプレイに表示される（体の形状にオーバラップ表示される）内視鏡形状との一方を選択して表示することができる。
【０３５１】
図６５はＴＶカメラ６３により、ベッド４上の患者５の位置を検出する方法の説明図を示している。図６５において、ＴＶカメラ６３で撮像された画像はケーブルの下に点線で示した矢印の画像であり、内視鏡形状検出装置３による画像はその下に示した画像であり、コンピュータ６４で輪郭抽出を行い、（モニタ信号生成部３３等を経て）図のように重ねて表示する。
患者５の体には、位置、方向を検出するための、ボディマーカ６７が装着されている。これは、単数でも複数でもよい。
【０３５２】
ボディマーカ６７には、位置検出用のコイルが内蔵されている。このボディマーカの設置位置を患者５の骨盤の横位置など基準点に設けて、内視鏡形状の表示の際、基準的な体形のグラフィックモデルと重ねて表示してもよい。
【０３５３】
患者が内視鏡検査用ベッド４に寝た場合に、ベッド４の上方に設けられた位置確認用のＴＶカメラ６３で、ボディマーカ６７も含めて、コンピュータ６４に画像を取り込む。患者５の体に装着されたボディマーカ６７は患者５の輪郭線の部分であるので、これを基準に、患者５の輪郭画像のみを抽出して形状表示と重ね合わせてカラーモニタ１２等に描出する。
【０３５４】
重ね合わせの画像は、内視鏡検査の前に、あらかじめ取り込んだ患者５の体の全周画像をもとに画像、もしくは磁気的に求めたボディマーカ６７の位置から、患者５の方向を導出し、コンピュータ６４で合成形成して表示してもよい。
実際にＴＶカメラ６３等で取り込んだ画像上の色（ベッド等）が、形状検出装置で合成して表示する内視鏡の色と類似の場合には、形状がカラーモニタ１２上で判別しづらくなる。
【０３５５】
そこで、使用者が、表示される内視鏡形状の色を変えられるようにしてもよい。また、カラーモニタ１２上に表示される内視鏡の太さも変えられるようにしてもよい。
【０３５６】
患者５の体の方向を検出することで、カラーモニタ１２に表示する画像は、常に患者５の体の正面方向からの画像とするようにしてもよい。
当然、得られた画像を、回転させられるようにしてもよい。このようにすれば、使用者の視点と同じ所からの画像に変換が可能であるので、使用者が内視鏡形状を誤って認識することを無くすことができる。
【０３５７】
上記の例では、使用者が、自分の視点に合わせて得られた画像を回転させていたが、使用者にもボディマーカ６７と同様に位置検出用のセンサを装着すれば、自動的に画像を回転等変形させることができる。
使用者の場合には、内視鏡６の挿入操作があるので、位置移動が大きく、使用者の動きを妨げない所に、装着することになる。また、センサの位置は使用者の視点と同じには物理的にできない。（頭蓋内にセンサを設置しなければならなくなる）
そこで、使用する際に、センサ位置と視点を合わせ込むための調整手段を設けてもよい。
【０３５８】
例えば、内視鏡検査用ベッド４の上に形状検出用のプローブを置いて、表示されるプローブ形状が実際の見え方と同様になるように、回転、拡大縮小し、その状態で、視点補正用のスイッチを押すことで、視点とセンサ位置のオフセット調整を行う。
【０３５９】
これは、先に述べたＨＭＤ６２利用の場合も同じように行う必要がある。ＨＭＤ６２にセンサ６８を固定してもよい。こうすれば、目線とセンサ位置があまり差がないため、ほとんど補正なしに使用することが可能である。
磁気的なセンサを用いて使用者の位置を検出する場合には、内視鏡形状と同様に磁気結合を利用するが、内視鏡形状検出用プローブ１５内のソースコイル１６ｉの位置の検出と同時に駆動するのではなく、時分割で駆動することで、相互の磁気干渉を低減するようにしてもよい。図６６はこの時分割で駆動する場合の説明図を示す。
【０３６０】
幅の狭いパルス期間がＨＭＤ６２の固定された磁気的なセンサを駆動する期間を示し、幅の長いパルス期間が内視鏡形状検出のためのソースコイル１６ｉを駆動する期間を示す。
【０３６１】
この実施形態によれば、バーチャルリアリティで内視鏡形状を立体観察することができるので、内視鏡６による検査とか内視鏡６を用いた処置等を行う場合、内視鏡６の挿入部７の先端部を目的とする対象部位付近にまで導入する作業等がより容易かつ短時間にできる等のメリットがある。
その他は第１実施形態と同様の効果を有する。
【０３６２】
なお、ＨＭＤ６２に固定された磁気的なセンサと内視鏡形状検出のソースコイルとを駆動する場合、時分割で駆動する代わりに、それぞれの周波数を変えて、検波することで完全に同時駆動してもよい。この場合には、すべてのセンサ位置が同時に得られるので、内視鏡挿入でその位置、形状、使用者位置が早く変化してもそれに追随して、すばやく位置、形状が得られる。
これらの処理は、よく知られた直交検波を用いることができるが、アナログでも、Ａ／Ｄ変換してデジタル的に処理を行ってもよい。
【０３６３】
これらの位置検出に用いる磁界発生用のコイル、磁界検出用のコイルは、それぞれのコアの特性のばらつき、巻き線のばらつき、周囲温度の差等で、同じ電流を供給しても発生する磁界強度のばらつき、同じ磁界強度の場にあっても、得られる検出信号強度のばらつきが生じてしまう。
【０３６４】
そこで、あらかじめ、そのばらつきを同じ磁界強度を発生するための電流値を測定し、ばらつき補正できるようにする。
例えば、ソースコイルから軸方向３０ｃｍの所で２ガウスの強度が得られるようにするための電流値を測定し、基準の電流値との比をテーブル値として記憶し、その比で駆動するようにする。センスコイルも同様に２ガウスの磁界強度での信号出力をあらかじめ測定し、基準値との比をテーブルとし、検出信号にかけることで補正を行う。
【０３６５】
この補正係数はコイルごとに設定する必要があるので、装置に設けられたキーボードから設定できるようにしてもよい。
また、プローブ１５のコネクタ内に設けられたＲＯＭに値を、記憶させておき自動的に読み込まれるようにしてもよい。また、記憶させる値とか設定する値は、圧縮してコード化してもよい。
内視鏡検査用ベッド４に設置するコイルは、故障時以外は装置との組み合わせは変化しないため、装置組立時にばらつきの補正量を設定しておけばよい。
【０３６６】
ベッド側のコイルはこのように、基本的には常に同じ装置と組み合わされている。また、形状検出用のプローブ１５における各コイルの間隔は、あらかじめ既知の値にて組立られている。そこで、ベッド中央に直線上にプローブ１５を置いて、ばらつき補正用のスイッチを押すことでプローブ１５内の各コイルのばらつきを補正するようにしてもよい。また、検出された位置が直線上に並ぶように、或は間隔が既知の値になるように、補正係数を設定したり、駆動電流を調整したりしても良い。
このようにすれば、プローブ１５内に高価なＲＯＭを内蔵する必要もなくなる（これらは、形状検出用の特殊内視鏡の場合も同様）。
【０３６７】
次に本発明の第８実施形態を説明する。一般に位置検出に用いられるセンスコイルの検出可能な範囲は、装置のダイナミックレンジに依存する。そのため、検出信号のレベルが大きくなるソースコイルとセンスコイルが接近している場合の小さい距離がから、検出できる信号レベルが微小となる両者の矩離が遠い場合まで、充分にカバーできるダイナミックレンジが要求される。
【０３６８】
しかし、実際の内視鏡検査では、検査用のベッドが用いられ、患者はベッドの上に存在しているので、ベッドの上の領域のみが検出でされば良く、また一般的な体格の患者であれば、内視鏡挿入で考えられる内視鏡の位置は、ごく限定された領域となる。
【０３６９】
つまり、実用上限定されたダィナミックレンジを有していればよい。
一方、表示される画像を考えると、内視鏡画像のみが表示されると、一般には、どちらの方向の視点から描画されているのかを判断しにくい。
そこで、この実施形態では検出しうる領域の表示を、視点方向を術者に確認させるためのものとして用意する。
【０３７０】
この領域の内部であれば、充分な検出精度が得られるので、内視鏡の形状表示はこの領域の内部に存在する物に対してのみ実施する。この処理のフローを図６７に示す。
【０３７１】
予め基準となる直方体等の値を検出範囲（検出領域）に設定しておき、ステップＳ１２１でこの検出範囲を取得する。つまり、実際に視野座標系からの検出範囲を基準データとして取り込む。次のステップＳ１２２でスコープイメージ描画の構築を開始する。この場合、コイル位置を補間する事で得られる内視鏡の位置座標を、検出領域を囲む面と比較し、検出領域内か否かを判断する（ステップＳ１２３）。
【０３７２】
比較して、領域内部と判断された場合のみその画像データをビデオＲＡＭに格納し（ステップＳ１２４）、範囲の外の場合にはそのデータを破棄する（ステップＳ１２５）。ビデオＲＡＭに格納した画像データをＣＲＴに表示し（ステップＳ１２６）、イメージ構築の処理が終了かを判断し（ステップＳ１２６）、この処理が終了するまで行う。
【０３７３】
この実施形態では検出範囲内の場合には表示し、検出範囲外の場合には表示を行わないで終了する。
この検出領域の外に存在する内視鏡形状は、その位置精度が充分ではないので表示しないようにしている。
【０３７４】
しかし、領域の外に存在する形状を全く表示しないとすると、患者の移動などで内視鏡のほとんどが、領域外になってしまう場合には、殆ど形状が表示されなくなってしまう場合も考えられる。
そこで、例えば図６８に示すように領域の内と外とで異なる表示方法で表示するようにしても良い。図６８では検出範囲内か否かの判断の処理（ステップＳ１２３）において、範囲内の場合には第１ＲＡＭに格納し（ステップＳ１２４ａ）、範囲外の場合には第２ＲＡＭに格納する（ステップＳ１２５ａ）。これら第１ＲＡＭ及び第２ＲＡＭに格納された画像データを異なる表示濃度等、表示方法を変えてＣＲＴに表示する（ステップＳ１２６ａ）。その他は図６６と同じ処理内容である。
【０３７５】
検出範囲の内と外で表示濃度の濃淡等を変更するものに限定されるものでなく、例えば領域の外に対しては（領域の内とは）別の色系統（内視鏡が暖色系なら寒色）で表示するようにしても良い（例えばそのようなＬＵＴを用意する）。さらに描画に使用するピクセルを間引いて表示画像を粗くする。（表示マスクを用意しＥＸＯＲをとる、ＯＲをとるなどする）ようにしてもよい。
連続した内視鏡形状が検出精度と併せて表示されるので、内視鏡形状が確実に得られる。
【０３７６】
つまり、ソースコイルの位置を補間する事で得られる内視鏡の位置座標を、領域を囲む面と比較し、この比較により、領域内部と判断された場合のみ通常描画するようにした内視鏡形状検出装置の描画方法によれば、精度の良い形状表示を行うことができる。なお、この図６７又は図６８の処理を第１実施形態の図１５のステップＳ４２内で行うようにしても良い。
【０３７７】
次に本発明の第９実施形態を説明する。上述の実施形態等では内視鏡形状を表示する場合には、コンピュータグラフィックとして表示するようにしているのに対し、この実施形態では例えば内視鏡実画像で表示するものである。
【０３７８】
検出された或は推定された内視鏡形状は、コンピュータ内部でワイヤフレーム等で描画したり、光源を設定し、設定した面の陰影処理をしたりして表示する事等を説明した。
【０３７９】
しかしながら、一般にこの画像処理は、高速な演算、描画能力が要求されコンピュータの処理速度や、内蔵しているメモリの容量により、待ち時間の少ない快適な描画速度を得ることが困難になる場合も在り得る。この場合には描画速度を向上するために、処理が簡単なモデルが望まれる。しかし、あまり簡単化したモデルでは実際の内視鏡の画像とは大きく異なり、内視鏡を描出しても、内視鏡そのものを想起させるものになりにくくなる恐れがある。
【０３８０】
このような場合にはこの実施形態を採用することにより、処理能力の小さいコンピュータ等でも高速に且つ内視鏡の形状をより把握しやすい形状で表示することが可能になる。
このため、この実施形態では、テクスチャを張り付けて内視鏡形状を表示する手段を構成し、張り付けるテクスチャとして実際の内視鏡の画像を予めスキャナで取り込んでＲＯＭの中に格納し、さまざまなテクスチャを画像パターンとして用意する。つまり、テクスチャとして、あらかじめパターンを高速な半導体メモリの上に用意しておく。
そして図６９に示すように検出された内視鏡の位置に対応する座標と対応するテクスチャのパターン中心の座標が一致するようにテクスチャを貼り付けを行う。
【０３８１】
貼り付けるテクスチャがこの図６９に示すように四角を基本とする場合には、内視鏡形状の状態によって、表示される画像に段差が発生してしまうので、ペジェ曲線やスプライン曲線で外郭を接続してもよい。また公知のアンチェイリアスを施すようにしてもよい。
【０３８２】
使用するテクスチャは図７０（ａ）に示すようにＡからＨの光源方向に対応し内視鏡挿入部７の画像を取り込んで用意しておく。
光源の方向は、記憶領域の大ききに応じて、また表示される画像の品質にあわせて適宜増減してテクスチャを用意できる事はいうまでもない。
【０３８３】
また、内視鏡挿入部７が傾いている場合の画像７ａを図７０（ｂ），（ｃ）を別に用意しておく事も可能である。
内視鏡挿入部７自身の傾きと光源方向に合わせたテクスチャを数多く記憶させておけばおくほど、画像表示のための演算が減り、より高速な描画が可能となる。
【０３８４】
内視鏡の画像と、背景とを際だたせるために、公知のエッジ強調をおこなってもよい。
この実施形態によれば内視鏡のイメージを構成するための表示用メモリとしてのビデオＲＡＭに、画像パターンを予め書き込んだＲＯＭの画像を書き込むことになる。
【０３８５】
これは、内視鏡が存在する座標が求められた後では、単に、対応じたパターンをソートして書き込むという、メモリ間のデータ転送を行えばよいことになり、複雑な演算処理は不要となり、描画を行う速度を非常に高速に行うことが可能になる。
【０３８６】
また、使用するテクスチャが、実際の内視鏡を用いた物であるので、直感的に内視鏡形状のイメージがし易くなる。
また、既存の内視鏡と同じ色で、表示できるため、実際の内視鏡の形状を術者の頭の中で再構成する事が非常に容易にできる。
【０３８７】
次に本発明の第１０実施形態を説明する。この実施形態は表示色を一定の長さ毎に切り替えるようにしたものである。
挿入されている内視鏡挿入部の形状は、コンピューターグラフィックにて、モニタ上に表示されるが、実際の内視鏡挿入部の外装とは違い、挿入長を示す表示がされていなかった。
【０３８８】
そのため、内蔵されているコイルの位置を内視鏡形状とは別の色を用いて、表示する等していたが、実際に患者の体内にどの程度の長さが挿入されているかを確認するには、モニタ上の画像から術者が判断する必要があった。
【０３８９】
特に位置検出用のコイルの設置間隔を一定にしておき、コイルの位置を他の疑似的内視鏡鏡表示と区別し（たとえば、内視鏡はグレースケールで、コイル位置は赤い点で表す）ておけば、何個分のコイルが表示されているかで、挿入長を得る事ができる。しかし、実際に内視鏡検査を行う場合には、内視鏡の挿入が目的ではなく、体内組織の観察、処置が目的であるため、余計な計数作業は、術者の負担となる。
【０３９０】
そこで、コンピューターグラフィックで表示される内視鏡形状を、一定の長さ毎に基本色を変えて表示するようにする。
たとえば、装置で表示可能な色によるカラーチャート上で引いた直線上で、ある程度離れた色を、基本色として設定する。
【０３９１】
これを、描画長に応じて、繰り返すことで、一定距離毎に色が変化させられる。
この一定距離は、使用者が設定できるようにしてもよい。
【０３９２】
コイル位置のみを別の色で表現するよりも、多くの描画面積をとれるので、視覚的に簡単に挿入長を理解できる。
グラデーションの変化の繰り返しで表現するようにしてもよい。
白黒２値画面では貼り付けるパターンを変えるようにしてもよい。
【０３９３】
簡単のため、内視鏡挿入部が直線であった場合の画像を図７１（ａ）に示す。先端から一定の長さ毎にＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄ，Ｃｅと色が変化して表示されるようにしている。
【０３９４】
このような表示は図７１（ｂ）に示すように貼り付ける色Ｃａ，…，Ｃｈのデータをテクスチャエリア内の所定のアドレス位置にそれぞれ格納して、順次読み出すことで実現可能である。
各パターンは使用者が、自由に設定できるようにしてもよい。
【０３９５】
描画の基本的な流れを図７２に示す。まず、ステップＳ１３１でパラメータｎを０に初期化する。
次のステップＳ１３２で、挿入は先端部から行われるので先端の位置を検出し、この位置をＰｓｎ（ここではｎ＝０）とし、この位置Ｐｓｎから使用者が設定した距離ｌとなる内視鏡位置上の位置Ｐｓｎ＋１を探索する。
【０３９６】
次のステップＳ１３３で、パラメータｎが検出された挿入部長さ／ｌに等しい或はより小さいか否かを判断し（つまりｎ≦検出された挿入部長さ／ｌ）、この条件を満足する場合にはｎをｎ＋１にして（ステップＳ１３４）、再びステップＳ１３２に戻り、同様の処理を繰り返す。
【０３９７】
一方、条件を満足しない場合には、次のステップＳ１３５に進み、先端側から探索された距離ｌごとに異なる色で表示する、つまり図７１（ａ）のように表示してこの処理を終了する。
【０３９８】
次に本発明の第１１実施形態を図７３を参照して説明する。この実施形態は周辺画像を取り込んで表示するものである。
磁気で検出された内視鏡の形状表示をコンピュータグラフィックで行う場合に、生体組織等は、検出困難であるので、内視鏡のみしか表示されない。そのため、生体と内視鏡の位置関係が直感的にはわかりにくい。
【０３９９】
これを解決するために、第１実施形態では、ベッドの平面等の基準面を表示するようにした。この場合、コンピュータで作成したテクスチャであるので、実際の内視鏡室の光景とは異なり、すぐに、実際の内視鏡と対応付けて形状を認識しづらい場合もあり得る。これを防ぐためにこの実施形態のように周辺画像を取り込んで表示するようにしても良い。
【０４００】
図７３に示す第１１実施形態の内視鏡形状検出装置１０１では、形状検出装置本体２１にはビデオ入力装置としてのビデオカメラ１０２が接続され、このビデオカメラ１０２で内視鏡検査室１０３を撮像する。
【０４０１】
この内視鏡検査室１０３にはベッド４等が配置され、ベッド４等の画像がビデオカメラ１０２で撮像され、撮像された画像信号として形状検出装置本体２１に出力される。この形状検出装置本体２１は入力される画像信号を、画像処理部２１ａ内のＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換してメモリに格納する。このメモリの画像はモニタ信号生成部を経てモニタ２３に再生する。
【０４０２】
術者はモニタ２３に表示された画像に対し、キーボード３５ａ及びマウス３５ｂを操作して図７４に示す処理を行わせて、内視鏡形状の表示の際に背景画像として表示させることができるようにしている。
【０４０３】
次に図７４のフロ−を説明する。まず、ステップＳ１４１でビデオカメラ１０２による画像の取り込を行う。つまりビデオカメラ１０２からの画像信号を、Ａ／Ｄ変換して、メモリに記憶する。
【０４０４】
次のステップＳ１４２で記憶された画像を、モニタ上に再生し、再生された画像を修正する処理を行う。つまり、フォトレタッチソフト等で不要な画像部分やノイズの部分を修正し、修正した画像のうち必要なエリアをマウス３５ｂで選択し、張り付け用画像としてメモリに記憶しておく。
【０４０５】
次のステップＳ１４３で、内視鏡形状検出制御プログラムを呼び出し、かつメモリに記憶した張り付け用画像も読み込み、背景画面として貼り付ける領域を指定する。
【０４０６】
次のステップＳ１４４で、変形や拡大、縮小を行って、形状検出装置の形状表示画像との合わせ込み（混合）を行った後に、ステップＳ１４５で貼り込みデータを確定させることにより背景画像が確定する。
これにより、実際の内視鏡室の背景の中に検出された内視鏡の形状が表現されるので、患者の体内の内視鏡の形状が理解しやすい。
【０４０７】
次に本発明の第１２実施形態を説明する。この実施形態はソースコイルを駆動するケーブルを用いないで無線で駆動するようにした。
第１実施形態等ではソースコイルの位置を検出するために、センスコイルで磁界強度に対応した検出信号を得るようにしている。この場合、微少な信号を検出するために、同期検波を行っている。そして、ソースコイルの駆動信号と同じ周波数の信号を抜き出すために、駆動信号に基づく参照信号を用いて検波部で、受信信号に対して直交検波を行い、受信信号の振幅と、駆動信号に対する位相を得るようにしている。
【０４０８】
この場合、駆動信号はケーブルを経由して形状検出装置側の検波部に伝送しているが、そのケーブルが術者の自由な動きを制限したり、患者にマーカとしてソースコイルを設けた場合には、患者の自由な体の動きを制限してしまう可能性がある。
そこで、この実施形態では参照信号を生成する信号を無線で伝送できるようにして無線で位置検出を行うことのできる装置を説明する。
【０４０９】
図７５はソースコイルを設けたプローブ１３１側の構成を示す。電池、又は外部からの電磁界により交流信号を発生するアンテナコイル等で構成される電力供給手段１３２は電源手段１３３に電力を供給し、この電源手段１３３は安定化した直流電源を生成し、発振手段１３４等に動作に必要な電圧を供給する。
【０４１０】
発振手段１３４は所定の周波数で発振し、この発振信号を放射手段１３５に印加し、放射手段１３５は一定のレベルの駆動信号となるように増幅して内部のソースコイル１３６ｉに印加し、その周囲に磁界を発生させる。
【０４１１】
また、外部同期のための基準パルスを生成する基準信号発生手段１３７は発振手段１３４の発振信号から基準となる基準パルスを生成し、放射手段１３８に供給して放射手段１３８から放射する。
【０４１２】
この放射手段１３８は、駆動信号の振幅を一定にするためのＡＧＣ回路を備え、外部同期の為の基準パルスを拡散スペクトラム法を用いて送出する。
図７６は図７５をより具体的に構成したものを示す。電力供給手段１３２を構成するアンテナコイル１３２ａで発生した交流信号は電源手段１３３を構成する整流器及びコンデンサによる直流化回路１３３ａで整流されて直流に変換され、さらに安定化回路１３３ｂにより一定の直流電源電圧にされる。
【０４１３】
この直流電源電圧は発振手段１３４を構成する発振器１３４ａに印加され、所定の周波数で発振し、放射手段１３５を構成するＡＧＣ回路１３５ａにより一定のレベルまで増幅され、さらに切換スイッチ１３５ｂを介して順次ソースコイル１３６ｉに印加される。
【０４１４】
また、基準信号発生手段１３７を構成する拡散符号発生器１３７ａは、発振器１３４ａの出力がゼロになったところで０、次のゼロクロス点で１となるように発振信号出力レベルをモニタし、パルス信号を形成する。このパルス信号は変調器１３８ａでたとえば、ＦＳＫ変調され、さらに拡散変調器１３８ｂでＰＮ符号を用いて拡散変調される。拡散変調された信号は必要に応じて増幅され、基準パルス送信用コイル１３８ｃから放射する。この信号スペクトルはブロードになる。
【０４１５】
なお、切換スイッチ１３５ｂは拡散符号発生器１３７ａの出力をカウントするカウンタ等を用いて形成した切換制御器１３５ｃにより切換えが行われる。
一方、センスコイル２２ｊを設けた形状検出装置本体側の参照信号生成回路１４１の構成を図７７（ａ）に示す。
【０４１６】
形状検出装置本体は参照信号生成回路１４１を有し、上記コイル１３８ｃから放射された信号をアンテナコイル１４２で受信する。受信された信号は、送信側と同様の拡散符号発生器１４３のＰＮ符号を参照して、逆拡散回路１４４で逆拡散され、ＢＰＦ１４５でフィルタリングされた後、復調回路１４６で元の信号に戻される。
【０４１７】
従って、この復調された信号は基準駆動信号としてのパルス信号にするため、ＰＬＬループを形成し、このＰＬＬループで基準周波数に位相ロックを行う。 位相ロックがかけられて、基準周波数に同調された信号が、基準位相が揃った参照波（参照信号）となり、この参照波は同期検波回路に出力され、センスコイルで検出した検出信号に対して同期検波に使用される。
【０４１８】
なお、受信側のＰＮ符号は送信側と一致しないと、拡散を行う事になり、信号は再生されない。
つまり、位置を検出すべきコイルすべてのＰＮ符号を変えておけば混信はなく、同時に多数の参照波を接続ケーブルなしに得る事ができる。つまり、図５０に適用すれば、同時にソースコイルの駆動及びセンスコイルによる検出を無線で行うことができる。なお、変調及び復調は公知のどのような方式を採用しても良い。
【０４１９】
なお、電力供給手段１３２として図７６のようにアンテナコイル１３２ａを採用した場合には形状検出装置側或はこの装置とも別体で電磁界等を発生してそのエネルギをアンテナコイル１３２ａに供給するエネルギ供給手段が必要となり、このエネルギ供給手段は１４７は例えば図７７（ｂ）に示すように発振器１４８とその発振出力を放射するコイル１４９と、直流電源１５０とから構成され、この直流電源１５０は電池でも商用電源から整流等で生成した電源を利用しても良い。
【０４２０】
発振器１４９は例えば上記発振器１３４ａの周波数よりもはるかに高い周波数（例えば数１０ＭＨｚ〜数１００）に設定され、発振器１３４ａの周波数で発生される磁界に殆ど影響を及ぼさない。
なお、送信側の被変調波は、駆動信号（発振信号）そのものでもよい。
【０４２１】
また、この実施形態をマーカの表示に利用することもできる。図７８（ａ）はこの第１２実施形態の変形例の無線式の磁界発生ユニット１５９を示す。この無線式磁界発生ユニット１５９はコイルユニット１５２と駆動ユニット１５６とから構成される。
【０４２２】
例えば、図７８（ａ）に示すように位置を知りたい対象物に装着され、その位置検出のための磁界発生に使用されるソースコイル１５１を内蔵したコイルユニット１５２にコネクタ１５３を設け、このソースコイル１５１を駆動する駆動回路１５４及び電池１５５を内蔵した駆動ユニット１５６のコネクタ受け１５７で接続することにより、マーカ用の位置検出に使用される無線式の磁界発生手段を構成している。
【０４２３】
上記駆動回路１５４及び電池１５５は、図７６において、ＡＧＣ回路１３５ａの出力端にコネクタ受け１５７を接続し、このコネクタ受け１５７にコネクタ１５３を介して接続される１つのソースコイル１５１のみを駆動する構成にしたものとなる。
【０４２４】
また、図７８（ｂ）に示すように駆動ユニット１５６を無理なく設置できる位置までケーブル１５８で離してコイルユニット１５２と駆動ユニット１５６とを接続するようにしても良い。このケーブル１５８の両端にはコネクタ１５３及びコネクタ受け１５７に接続できるコネクタ手段が設けてある。なお、コネクタ１５３等を設けないでケーブル１５８でコイルユニット１５２と駆動ユニット１５６とを接続するようにしても良い。
【０４２５】
このような構造にすると、形状検出装置側とマーカに用いるコイル側との間のケーブルを省くことができるので、患者に取り付ける場合には患者の動きに殆ど制約されないし、術者が使用する場合には術者の動きに殆ど制約されない。
【０４２６】
次に本発明の第１３実施形態を説明する。この実施形態は視覚的に分かり易いマーカ表示として例えば掌の位置を表示するようにしたものである。
これを、実現するために、ソースコイルもしくはセンスコイルの少なくとも一方を着脱可能に、掌等の任意の場所に固定できる手段を設ける。
【０４２７】
この第１２実施形態は例えば第１実施形態の図２において、さらに図７９（ａ）に示す掌位置検出用デバイス１１１をマーカ表示のための磁界発生手段として備えている。
【０４２８】
このデバイス１１１は図７９（ｂ）の分解図に示すように掌の位置を検出するための２つのソースコイル１１６ａ，１１６ｂを有し、これらをフレキシブルな薄い板１１２ａ，１１２ｂ（例えばスチロール樹脂等の高分子体の柔軟な材質）の間に接着剤で固定され、また一方の板１１２ａの外側の面（表面）には図７９（ａ）のように固定の際の方向性を指示する指標１１４が設けてあり、さらに他方の板１１２ｂの裏面には着脱自在の固定手段として接着剤１１３が塗布されている。
【０４２９】
そして図７９（ｃ）に示すようにこの接着剤１１３により、術者或は介助者の掌（又は手袋）１１５に張り付けられるようにしている。上記接着剤１１３は使用前は剥離紙に覆われて、直前に剥離紙をはがして、所望の場所に張り付け固定することができる。接着剤を塗布しなくても、サージカルテープなどで固定しても良い。また、これは、患者の体の位置を確認するための、ボディマーカとして使用しても良い。
【０４３０】
また、上記指標１１４は例えば図７９（ａ）のように指先側と手首側と表示してあり、術者等は固定方向を確認することができる。
検出に用いるソースコイル１１６ａ，１１６ｂは、ケーブル１１７により有線式に形状検出装置に接続されていても、図７８（ｂ）等のように駆動ユニットに接続して（形状検出装置とは接続されない）無線式で交流磁界を発生できるようにしてもよい。勿論、図７８（ａ）等のように単体で交流磁界を発生するようにしても良い。
【０４３１】
形状検出装置で検出されたソースコイル１１６ａ，１１６ｂの位置をそれぞれＰ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）、Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とする。
Ｐ０１＝（Ｐ１−Ｐ０）とすると、一つのベクトルが設定できる。このベクトルが、掌で手首から指先方向に重なるように、術者が掌に張り付ける。
【０４３２】
図８０（ａ）に示すように検出された掌の位置は、モニタ画面上で内視鏡形状の画像１１８と共に、掌を模したグラフィック１１９で表示しても良いし、図８０（ｂ）に示すように矢印１２０で表示するようにしてもいい。
また、実際には、内視鏡を体外から確認するための手段であるので、内視鏡と術者の掌の距離を、補助情報として表示するようにしてもよい。
【０４３３】
図８１は第１３実施形態の変形例の内視鏡形状検出装置１２１を示す。この装置１２１は例えば図２の第１実施形態において、さらにマーカ表示等に使用できるソースコイルをそれぞれ内蔵したコイルユニット１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ（１２２ｑで代表する）が設けている。また、形状検出装置本体２１にはキーボード３５ｂ，マウス３５ｃが接続されている。
【０４３４】
また、操作パネル３５には拡大図に示すようにユーザ定義マーカスイッチ１２３ａ，ボディマーカスイッチ１２３ｂ，マーカ設定モードＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２３ｃ，器具マーカスイッチ１２３ｄ，ハンドマーカスイッチ１２３ｅ，マーカ設定スイッチ１２３ｆ（１２３ｋで代表する）等が設けてあり、これらのスイッチ１２３ｋを操作してコイルユニット１２２ｑにおける任意で使用するコイルを術者が指定できるようにしている。
【０４３５】
それぞれのコイルユニット１２２ｑは図７９と同様に、術者に貼り付け固定するための手段が設けられている。また、操作パネル３５にはカーソルキー１２４と共に、表示／コイル切換えキー１２５が設けてある。
【０４３６】
次に操作パネル３５の操作により任意の所望のコイルユニットをユーザ定義マーカ、ボディマーカ、器具マーカ等に設定する処理を図８２のフローを参照して説明する。この処理は例えば図１５のステップＳ４２のスコープイメージ描写の処理に組み込まれる。
【０４３７】
このステップＳ４２の動作時（図８２ではメインと記す）にＣＰＵはマーカ設定モードスイッチ１２３ｃのＯＮ／ＯＦＦを監視しており（ステップＳ１５１）、マーカ設定モードスイッチ１２３ｃをＯＮして、設定モードにすると、マーカとして設定可能なコイルユニット１２２ｑに対応した表示部が点滅、もしくは他のコイルユニットとは異なる色でモニタ２３の画面に表示される。
【０４３８】
ステップＳ１５２のように、コイルユニット１２３ｑに対応した例えばユニットナンバＮの表示部が点滅する。
従って、点滅したコイルユニット１２３ｑとしてボディマーカスイッチ１２３ｂ等の設定したいマーカスイッチをＯＮする（ステップＳ１５３）。
【０４３９】
点滅したコイルユニット１２２ｑが操作者が設定したいコイルユニット１２３ｐ（ｐ＝ａ，ｂ，ｃ）か否かを知るには、コイルユニット１２３ｐを保持して、位置検出装置の上方等で動かすと、そのコイルユニット１２３ｐに対応した表示マークがモニタ画面上で移動する。
【０４４０】
従って、所望のコイルユニット１２３ｐが選択されていない場合には、たとえばマウスカーソル等のポインティングデバイス等で選択、或はカーソルキーで選択する等して、所望のコイルユニットを選択（選択で反転表示する）し（ステップＳ１５４）、ユニットナンバＭに対応したコイルユニット１２３ｐをセットし、また、表示形式をセットする（ステップＳ１５５）。
【０４４１】
次にマーカ設定スイッチ１２３ｆをＯＮしてマーカの設定を行い、所望のコイルユニット１２３ｐのマーカ登録する。（ステップＳ１５６、１５７）。
このようにして操作者は、順次必要なマーカを設定していく（例えば患者の右体側の位置を示すボディマーカ、左体側を示すボディマーカ、肛門の位置を示すボディマーカ等として登録する）。
【０４４２】
なお、モニタ画面にはマーカ表示のパターン候補も表示されるので、コイルユニットの選択と同じ様に表示のマウスやカーソルで選択する。コイルユニット選択と表示選択の機能の切換えはカーソル中央の表示／コイル切換えキーで行い、上記表示形式を切換えることができる。
【０４４３】
ここでは、位置のみしか検出できない場合について記述したが、検出される信号にはソースコイル、センスコイル相互の傾きによる変化の影響も含まれている。そこで、傾きを検出する事も可能となる。
なお、傾きまで検出できる位置導出手法を用いている場合には、掌に設置するソースコイル又はセンスコイルは一つでよい。
【０４４４】
設置するコイルユニットには、上述のように指先に対応する方向と、手首に対応する方向にそれぞれを現す表示がされている。（複数のコイルを一体化して構成する物にも適用できる。）
ソースコイル或はセンスコイルの位置のみを導出する方式で、例えばソースコイルを２つ用いる場合、或はソースコイルの方向まで導出する方式で、ソースコイルを１つ用いる場合には掌の向いている方向は規定できない。方向を決定するには、パラメータが３つ必要であり、掌の方向も含めて検出、描画する場合に使用される掌位置検出用デバイス１６１を図８３に示す。
【０４４５】
図８３に示す掌位置検出用デバイス１６１は、図７９のデバイス１１１に１つのソースコイル１１６ｃを追加した構成になっている。このように１つソースコイル１１６ｃを追加することで、３つのソースコイル１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃが含まれる一つの平面が定義できるので、掌の向きを決定することができる。
【０４４６】
これにより、掌の向きが変化する事を検出して、表示するマーカの描画パターンを変える事ができ、立体的な位置関係が、術者に把握しやすくなる。
図８４に示すように、３つのソースコイル１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃの位置Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２の位置ベクトルをｖＰ０，ｖＰ１，ｖＰ２とする。
原点Ｏは、ベッドの中央と設定する。
【０４４７】
このときＰ１Ｐ０＝ｖＰ１−ｖＰ０ （１）
Ｐ２Ｐ０＝ｖＰ２−ｖＰ０ （２）
で表される。ここで、例えばＰ１Ｐ０は位置Ｐ０から位置Ｐ１の長さを有し、位置Ｐ０から位置Ｐ１の方向を向くベクトルを表す。
【０４４８】
今、表示したい掌を、検出するための３点を含む平面は、この平面上の位置ベクトルをｒとすると、一般に、
ｒ＝ｖＰ０＋ｓ（ｖＰ１−ｖＰ０）＋ｔ（ｖＰ２−ｖＰ０） （３）
と表される。
【０４４９】
ｒ＝ｖＰ０、ｖＰ１，ｖＰ２を代入して（３）を解くと、
ｘ，ｙ，ｚ各軸方向の単位ベクトルをａ．ｂ．ｃとして、（３）式は
ｌａ＋ｍｂ＋ｎｃ＝０ （４）
と書き直せる（ｌ，ｍ，ｎは少なくとも１つは０でない整数）。
【０４５０】
この時のｕ＝（ｌ、ｍ、ｎ）がＰ０、Ｐ１、Ｐ２の３点を含む平面に垂直な方向ベクトルを決めることになる。
そして、視点の位置ベクトルをｑとすると、ｕとｑの内積は、その角度が鈍角か鋭角か、直角かで負、正、０の値をとる（鋭角の場合は正、鈍角は負）。
この値の符号で掌が視点方向を向いているのか、手の甲が視点方向を向いているかが判断可能である。
【０４５１】
そこで、掌と甲では、画面に表示する色を変えるようにする。このデバイス１６１を内視鏡形状検出装置（例えば図８１の装置１２１でコイルユニット１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃとしてこのデバイス１６１を３つ用いる）に採用してマーカ表示を行う場合のマーカ表示処理を図８５に示す。
【０４５２】
メインの状態からマーカが設定されているか否かの判断が行われる（ステップＳ１６１）。設定されていると、設定されている各コイルユニットの３つのソースコイルの位置検出が行われ、マーカの描画位置取得がされる（ステップＳ１６１）。
【０４５３】
次にマーカ設定モードに対応したパターンで、検出された位置にそのマーカの画像が、掌と甲では異なる色で表示され（ステップＳ１６３）、この表示の処理の後にメインに戻る。
【０４５４】
このようにマーカを表示する場合、掌或は甲の面からの傾き角等に応じて徐々に色が変化していくように（例えば、暖色から寒色へ変化するようにカラーテーブルから表示色を選択する）してもよい。また、表示される形が角度、位置にあわせて変形していくようにしても良い。
【０４５５】
図８６は２つのソースコイルを用いて掌の位置と方向とを検出することを可能にする掌位置検出デバイス１７１を示す。
このデバイス１７１は、図７９のデバイス１１１において、２つのソースコイル１１６ａ，１１６ｂが同方向とならないように、それぞれ位置Ｐ０，Ｐ１に設けられており、これを掌に貼り付けることができる。
【０４５６】
図８７に示すようにソースコイル１１６ａ，１１６ｂの方向ベクトルをａ，ｂとすると、ａ．ｂに平行な平面を表すベクトルｃは、
ｃ＝ｇａ＋ｈｂ（ｇ，ｈは少なくとも一つは０でない整数）
となり、この平面の垂線はａ，ｂの外積となる。
【０４５７】
つまりｉ＝ａ×ｂで決定されるベクトルを求め、さらに図８３の場合の説明と同様に、ｉと視点方向を示すベクトルの内積の値ｗの正負、０により掌の方向が判別できる。
【０４５８】
図８８はマーカ表示の処理内容をフローで示す。ステップＳ１６２までは図８５と同様である。次のステップＳ１７３で平面に平行なベクトルｃを算出し、さらにこのベクトルｃに垂直なベクトルｉを算出する。
【０４５９】
次にこのベクトルｉと視点方向ベクトルｑとの内積の値ｗを算出する（ステップＳ１７４）。そして、この値ｗの符号を判断し（ステップＳ１７５）、正の場合にはこのマーカのグラフィックの甲側パターンを描画し（ステップＳ１７６ａ）、負の場合にはこのマーカのグラフィックの掌側パターンを描画し（ステップＳ１７６ｂ）、０の場合にはこのマーカのグラフィックの側面パターンを描画する（ステップＳ１７６ｃ）。
【０４６０】
さらに、付加的な描画を行うとする場合には、甲側パターンを描画した場合には、ベクトルｉとｑとのなす角度（ｗの値から分かる）に応じて側面パターンを回転処理してメインに戻る（ステップＳ１７７ａ）。また、掌側パターンを描画した場合にもその角度に応じて側面パターンを回転処理してメインに戻る（ステップＳ１７７ｂ）。
【０４６１】
図５３の実施形態では３方向の磁界強度を検出するセンサ７５ｊとして３つのＭＲ素子を（直列接続して）用いているが、図８９に示すように例えば９０度をなす２つの面に検出軸が各々直交する２つのＭＲ素子７１、７２を設置し、これらのＭＲ素子７１、７２をステップモータ７４やソレノイドで９０度回転の往復運動をさせ、その９０度の回転ごとに磁界強度を測定することで、その場所での磁界強度を測定するようにしても良い。また、ＭＲ素子の代わりにホール素子を用いても良い。
【０４６２】
複数のコイルとかＭＲ素子等を位置検出センサとして用いる場合には、コア材に穴をあけて連結することで細長のプローブ１５、もしくは内視鏡６でそれぞれの間隔を既知の長さに規制して、得られたセンサ位置の精度の向上を図ることができる。
【０４６３】
内視鏡６のチャンネル１３等の狭い管状空間内に挿入するプローブ１５の場合には、径をなるべく細くしたいためセンサの外側に位置規制の部材を設けるのは困難になることがある。
【０４６４】
そのため、連結しようとする面の検出部に連結用の穴をあけ、例えばＭＲ素子をこの穴を避けて形成するようにしてもよい。図９０（ａ）はこのようにしたセンサを示す。
各センサ８０は立方体のセンサ支持部材８１の３つの面にそれぞれＭＲ素子８２ａ，８２ｂ，８２ｃを接着等で固定され、連結コード８３に一定間隔毎に固定される。
【０４６５】
この場合、ＭＲ素子８２ａの中央には図９０（ｂ）に示すようにコード挿通用の穴８４が形成され、連結コード８３はこの穴８４を通すことができるようにしている。なお、立方体のセンサ支持部材８１にもコード挿通用の穴８４′（図９１参照）が形成されている。
一方、ＭＲ素子８２ａに連結用の穴８４をあけるのではなく、図９１に示すような構造にしても良い。
【０４６６】
図９１に示すセンサ８０′では、図９０（ａ）のＭＲ素子８２ａとＭＲ素子８２ｃとを一体化してＭＲ素子８２ｃ′としたものである。このＭＲ素子８２ｃ′は検出方向が直交するＭＲ素子部８５ａ，８５ｃを同一平面上に形成して２方向検出用のＭＲ素子センサを形成している。
【０４６７】
尚、このＭＲ素子８２ｃ′を設けた面に隣接し、穴８４′が形成されていない面には図８９（ａ）と同様に、１方向の検出用のＭＲ素子８２ｂが取り付けてある。このようにセンサ支持部材８１における連結に必要な面にはＭＲ素子を設けないようにしてもよい。
【０４６８】
また、図９１において、ＭＲ素子８２ｃ′として検出方向が直交するＭＲ素子を同一平面上に一体構成したが、ＭＲ素子を２つ取り付けるようにしても良いことは明らかである。
【０４６９】
このような構造のセンサを位置決めするためには、図９２（ａ）に示すように間隔ｕを決めてコード８３等の固定部材に各センサ（８０等）を接着剤で接着すれば良い。そして、固定部材の全長より短い長さのチューブ８７内に挿入し、例えば固定部材にテンションをかけて位置決めを確実に行った状態で、図９２（ｂ）に示すようにチューブ８７内に軟性の熱硬化性樹脂８８や弾性を有した状態まで硬化した樹脂を充填して固めれば良い。
【０４７０】
また、位置決めを行うために図９３に示すように円筒形の割型９１、９２にセンサ８０を所定の間隔の各位置に置いて割型を閉じ、図示しない絶縁性の樹脂を流し込んで硬化させるようにしても良い。この場合、コード８３にリード線を固定し、コード８３を少し弛ませた状態で、樹脂を流し込んで硬化させるようにして、屈曲させてもリード線が断線しにくい構造となるようにしても良い。
【０４７１】
硬化したら伸展させた外套部材または熱収縮性の外套部材に挿入する。このように、外套部材に挿入することで、プローブとしての強度を確保するとともに、チャンネル内に挿入する場合の滑りを、外套部材の表面処理で確保できる。
また内部が樹脂で充填されているので、座屈を起こすことがない。
【０４７２】
なお、上述した実施形態等では内視鏡のチャンネル内にプローブを挿入して内視鏡内の既知の位置に磁界発生源或は磁界検出センサを配置するように説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、内視鏡内（例えば先端部内）に磁界発生源或は磁界検出センサを内蔵或は外周面に取り付ける等して設けるようにしても良い。
【０４７３】
また、内視鏡はＣＣＤ等の撮像素子を内蔵したものに限定されるものでなく、光学式の内視鏡（例えばファイバスコープ）でも良い。
また、ベッド４の隅等に磁界発生源或は磁界検出センサを配置するものに限定されるものでなく、ベッド４の周囲とかベッド４の上方側の位置等に配置しても良い。
【０４７４】
また、１軸或は３軸のコイルを用いてソースコイル或はセンスコイルを形成するものに限定されるものでなく、２軸のコイル（３軸のコイルから１つのコイルを除去したもの）を用いるようにしても良い。
【０４７５】
また、フレキシブル基板等にコイルを印刷形成したものをチューブ状にしてチャンネル内に設置できるようにしたものを位置検出或は形状検出用のプローブとして使用しても良い。また、このようにコイルを印刷形成したものをチューブ状にしてチャンネルを形成するチューブに適用しても良い。
【０４７６】
また、フレキシブル基板等にコイルを印刷形成したものを内視鏡の挿入部にスパイラル状に巻き付ける等して挿入部に取り付け、位置及び形状検出に利用するようにしても良い。
【０４７７】
なお、上述した実施形態等では可撓性を有し、被検体内に挿入される内視鏡挿入部内に、磁界発生素子としてのソースコイルを配置してその形状が変化しないように固定したもの、或は磁界発生素子側を被検体の外の既知の位置に配置し、磁界検出素子としてのセンスコイルとか磁気抵抗素子等を挿入部内に配置して、その形状が変化しないように固定したものについて説明した。
本発明はこれらに限定されるものでなく、以下のように硬性の挿入部を有する硬性内視鏡に対しても適用できる。
【０４７８】
腹腔鏡手術のような複数の硬性内視鏡を用いて手術又は検査を行う場合、それぞれの硬性内視鏡の先端の位置関係を正確に知ることは作業を円滑に行うために重要な役割を果たす。そこで、位置検出範囲内に存在する硬性内視鏡の接眼部付近にソースコイル１個のプローブを既知の部分の２箇所に固定するか、又はソースコイル２個を既知の距離で配置させたプローブを硬性内視鏡の中心軸に平行に固定する。
【０４７９】
硬性内視鏡は先端の向きを変える場合には接眼部付近がかなり動くためにプローブの固定部分は屈曲に対して耐性を持たせる必要があり、ソースコイルは絶縁部材で固める必要があるが、その他の部分は硬性内視鏡を動かす際に不用なテンションがかからないように柔軟な材質にしておく。
【０４８０】
このように配置されたソースコイルの位置から硬性内視鏡の先端までの距離は予め分かっているので、２つのソースコイルの位置が検出されると、その２つのソースコイルを結ぶ直線上に前記既知の距離の位置に先端部分があることが分かる。この場合、硬性内視鏡の内部にソースコイルを設けなくても良いので、どんな太さの硬性内視鏡に対しても使用できる。
【０４８１】
さらに本発明は人体等の生体内に挿入されるものに限定されるものでなく、生体以外の管腔内に挿入され、検査されるべき被検部（対象物）に対して、可撓性を有するプローブ内に磁界発生素子及び磁界検出素子のうちの一方を配置し、その形状が変形しないように絶縁部材等で固定し、前記磁界発生素子及び磁界検出素子のうちの他方を、被検部の外の既知の位置に配置したものにも適用できる。また、医療用の器具或はデバイス等の挿入具又は工業用でプラント内部等の管腔内に検査等で挿入される挿入具の内部等の既知の位置に、磁界発生素子及び磁界検出素子のうちの一方を絶縁部材等で固定或は取り付け、管腔内に挿入された可撓性の挿入部或は硬性の挿入部の位置とか挿入具の手元側の位置等を検出或は推定できるようにしても良い。
【０４８２】
これらの場合にも前記磁界発生素子で発生した磁界を前記磁界検出素子で検出して、既知の位置に配置した前記磁界発生素子又は磁界検出素子を基準にして被検部とか管腔内に挿入されるプローブとか挿入具内の前記磁界発生素子又は磁界検出素子の位置を検出し、さらにプローブ或は挿入具の少なくとも１箇所以上の位置を検出したり、プローブ或は挿入部の形状を推定し、推定した形状を表示したりすることができる。
上述の実施形態等では測定により磁界強度に対応する信号を得て、予め測定等で求めた基準データを参照するなどして、挿入部７内等に配置されたソースコイル１６ｉ等の存在する領域或は位置を算出するようにしているが、計算によって、挿入部６内等に配置したソースコイル１６ｉ等の位置及び傾きを導出するようにしても良い。
【０４８３】
また第１実施形態では、３軸のセンスコイル２２ｊとして３軸に直交するコイルを用いてそれらのサイズ等のバラツキを補正するようにしているが、ソースコイル１６ｉ等に対しても行うようにしても良い。
なお、内視鏡の形状全体を表示してもよいが、関心の高い（例えば先端部のみ）部分を選択して表示できるようにしてもよい。
また、先端の方向のみを、矢印などで表現してもよい。
検出用のコイル位置のみ、他の補間して表現している内視鏡形状と色で区別して表現してもよい。その部分のみ×などの記号を付けてもよい。
ベッドからの距離で閾値を設定し、その位置より遠いときは暖色、近いときは寒色、もしくはその逆、彩度、明度、色相を変える等で表してもよい。
【０４８４】
また、この形状検出装置で検出される形状は、内視鏡挿入の過程を表すので、その時系列データをディスク等に記憶するようにしてもよい。
なお、内視鏡の可撓性を有する挿入部に磁界発生素子又は磁界検出素子の一方を固定する場合、挿入部の先端の硬質の先端硬質部材に固定しても良いし、湾曲自在の湾曲部を構成する硬質の湾曲駒に絶縁部材等でその形状が変形しないように固定しても良い。
また、挿入部内に配置される磁界検出素子又は前記磁界発生素子は少なくとも外表面の一部が曲面をなすように形成されるようにしても良い。
【０４８５】
なお、磁界発生素子がその周辺付近の空間では、１つの軸方向に強い指向性を持つ磁界を発生する素子の場合には、磁界検出素子としては、直交する３つの軸方向の磁界強度成分を検出できるものを用いることが望ましい。これは１つ或は２つの軸方向の磁界強度成分しか検出できない場合には、磁界発生素子と磁界検出素子との相対的な向きに大きく依存して、検出される磁界強度が非常に小さくなる場合と、大きくなる場合とのレベル差が大きくなる。このため、検出された信号から２つの素子間の距離の範囲を狭い範囲に限定することは殆どできないためである。
【０４８６】
一方、直交する３つの軸方向の磁界強度成分を検出できるものであると、指向性の強い磁界の場合でも、その向きの依存性は上記の場合より小さく、検出された磁界強度から２つの素子間の距離の範囲を比較的狭い範囲に限定できる。
【０４８７】
また、磁界検出素子として直交する３つの方向の磁界強度成分を検出できる素子の場合、各方向に対する検出感度は出来るだけ等しいものが望ましい。この場合には、各磁界強度成分の２乗の総和の平方根で磁界強度を得ることができるからである。一方、各方向に対する検出感度が異なると、磁界強度を算出するために補正を必要とするが、補正を行えば使用できる。
なお、上述した実施形態等を部分的に組み合わせて形成した実施形態等も本発明に属する。
又、本発明は上述した実施形態等の他に下記の付記の内容（クレーム、目的、作用、効果等）も含む。
【０４８８】
［付記］
１．被検部内に挿入可能な可撓性の挿入部と、
前記被検部の外部の既知の位置に配置され、駆動信号の印加により周囲に磁界を発生する磁界発生素子及び磁界を検出する磁界検出素子のうちの一方と組み合わされて使用され、前記挿入部内に配置され、前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子のうちの他方と、
前記挿入部内に配置される前記他方を、該挿入部での位置が既知となるように前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子の形状が変形しないように絶縁部材で固定する固定手段と、
を有する挿入部位置検出用プローブ。
請求項１は内視鏡の挿入部の位置を検出するための装置であるのに対し、この付記のクレーム１（以下、単に１と略記）は内視鏡に限定されるものでなく、被検部に挿入される可撓性の挿入部の位置を精度良く検出することを目的とするものである。挿入部の位置を検出するため、挿入部内に磁界発生素子又は磁界検出素子を絶縁部材で固定しているので、屈曲されて挿入されても、磁界発生素子又は磁界検出素子が変形することは防止される。そして、被検部の外部の既知の位置に配置された磁界検出素子又は磁界発生素子とにより、挿入部内の磁界発生素子又は磁界検出素子の位置を精度良く検出でき、この検出により挿入部の位置も精度良く検出（推定）できる。
【０４８９】
２．可撓性のチューブと、
前記チューブ内に配置され、駆動信号の印加により周囲に磁界を発生する磁界発生素子及び磁界を検出する磁界検出素子と、
前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子の形状が変形しないように絶縁部材で固定する固定手段と、
を有する位置検出用プローブ。
１は被検部内に挿入される挿入部を有していたのに対し、このプローブは被検部内に挿入されても良いし、被検部等に挿入される器具その他のデバイスに取り付ける等して、その器具その他のデバイスの位置を精度良く検出することを目的とする。可撓性を有するチューブであるので、器具その他のデバイスへの取付も簡単にできる。１と同様に器具その他のデバイスの位置を精度良く検出することができる。また、チューブ内に磁界発生素子又は磁界検出素子を固定しているので、使用後に洗浄、消毒等も容易である。
【０４９０】
３．クレーム２の位置検出用プローブであって、前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子の少なくとも前記磁界発生素子はコイルで構成される。
４．クレーム２の位置検出用プローブであって、前記チューブは人体に挿入可能である。
【０４９１】
５．被検部内に挿入可能な可撓性の挿入部を有する挿入具と、
駆動信号の印加により、周囲に磁界を発生する磁界発生素子を有する磁界発生手段と、
前記磁界発生素子で発生した磁界を検出する磁界検出素子を有する磁界検出手段と、
前記挿入部内に配置される前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子のうちの一方を絶縁部材を介して、前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子の形状が変形しないように固定する固定手段と、
前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子のうちの他方を前記被検部外の既知の位置に設定する設置手段と、
前記被検部外又は前記挿入部内の前記磁界検出素子で検出された検出信号から前記被検部外の既知の位置に対する前記挿入部内に配置された前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子の位置を推定する位置推定手段と、
を具備した挿入部位置検出装置。
請求項１が内視鏡の挿入部の位置を検出する装置であるのに対し、この装置は被検部に挿入される内視鏡を含む挿入具の挿入部の位置を検出することを目的とする。その作用及び効果は請求項１に対する内視鏡を挿入具に置換したものとほぼ同様となる。
【０４９２】
６．クレーム５の挿入部位置検出装置であって、前記磁界発生手段は複数の前記磁界発生素子を有する。
７．クレーム５の挿入部位置検出装置であって、前記磁界検出手段は複数の前記磁界検出素子を有する。
８．クレーム５の挿入部位置検出装置であって、前記一方は前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子を複数有する。
９．クレーム８の挿入部位置検出装置であって、前記位置推定手段は前記位置を複数推定し、さらに推定された複数の位置から前記被検体内に挿入される前記挿入部の形状を推定する挿入部形状推定手段を有する。
１０．クレーム９の挿入部位置検出装置であって、さらに推定された挿入部の形状に対応する画像を表示する表示手段を有する。
【０４９３】
１１．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記磁界発生素子は導線を巻回したコイルで構成される。
１２．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記磁界検出素子は導線を巻回したコイル又は磁界強度で抵抗値が変化する磁気抵抗素子で構成される。
１３．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記磁界発生素子は硬質のコア部材に導線を巻回したコイルで構成される。
１４．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記磁界検出素子は硬質のコア部材に導線を巻回したコイルで構成される。
１５．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記固定手段は前記磁界発生素子又は磁界検出素子を固定する絶縁性の接着剤である。
【０４９４】
１６．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記挿入部内に配置される前記磁界検出素子又は前記磁界発生素子は前記挿入部の軸方向に対して伸縮性を有しない固定部材によって連結される。
１７．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記挿入部内に配置される前記磁界検出素子又は前記磁界発生素子は少なくとも外表面の一部が曲面をなすように形成される。
１８．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記磁界検出素子又は前記磁界発生素子はシールドが施されたケーブルを介して信号の伝送を行う。
１９．クレーム６の挿入部位置検出装置であって、複数の前記磁界発生素子はそれぞれ異なるタイミングで駆動される。
２０．クレーム６の挿入部位置検出装置であって、複数の前記磁界発生素子はそれぞれ異なる周波数で駆動される。
【０４９５】
２１．クレーム６の挿入部位置検出装置であって、複数の前記磁界発生素子はそれぞれ同時に駆動される。
２２．クレーム２０の挿入部位置検出装置であって、前記周波数はそれぞれが整数倍の関係にならない周波数に設定される。
２３．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記磁界発生素子を前記駆動信号で駆動した時、過渡応答を示す場合には、前記磁界検出素子で検出された検出信号を取り込むタイミングを前記過渡応答の時間程度遅延して取り込む。
２４．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記磁界発生素子を駆動する場合、該磁界発生素子の駆動信号に対する過渡応答特性を軽減する位相角の駆動信号で駆動する。
２５．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子の少なくとも前記磁界検出素子は直交する３つの軸方向にそれぞれ指向性を有するようにそれぞれ巻回された３つのコイルからなる３軸コイルである。
【０４９６】
２６．クレーム２５の挿入部位置検出装置であって、前記位置推定手段は前記３軸コイルの各コイルの径を考慮して、前記挿入部内の前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子の位置を演算する補正手段を有する。
２７．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記位置推定手段は前記被検体外の既知の位置に設置された少なくとも３つ以上の磁界検出素子又は３つ以上の磁界発生素子の位置情報を用いて、前記挿入部内の各磁界発生素子又は磁界検出素子を存在が予測される３次元領域を算出する。
２８．クレーム２５の挿入部位置検出装置であって、前記位置推定手段は前記磁界検出素子の検出信号に対し、基準となる基準情報を参照して、前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子との距離が存在する距離範囲を推定するための基準となる基準情報を有する。
２９．クレーム２８の挿入部位置検出装置であって、前記位置推定手段は前記磁界発生素子の向きを考慮して前記磁界発生素子から既知の距離の前記磁界検出素子で検出され得る磁界強度に対応する信号の最大値及び最小値を前記既知の距離の値を変えて得たデータを前記基準情報に設定する。
３０．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記挿入部内の前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子は前記位置推定手段側と有線で接続される。
【０４９７】
３１．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子は前記位置推定手段側と無線で接続される。
３２．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記挿入部内の前記磁界検出素子又は前記磁界発生素子は前記位置推定手段側と無線で接続され、外部から無線で供給されるエネルギから直流電力を生成する手段を有する。
３３．クレーム１０の挿入部位置検出装置であって、さらに前記表示手段に基準位置を含むマーカを表示させるためのマーカ表示手段を有する。
３４．クレーム３３の挿入部位置検出装置であって、前記マーカ表示手段は、前記被検体外の任意位置に設置可能にされ、前記挿入部内に設けた前記一方を形成する前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子と同じ種類の磁界発生素子又は磁界検出素子を有する。
３５．クレーム３４の挿入部位置検出装置であって、前記マーカ表示手段は、術者の手に設置可能な前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子を有し、前記手の移動で設定された設定点に応じて前記表示手段に前記設定点に対応するマークを表示する。
【０４９８】
３６．クレーム１０の挿入部位置検出装置であって、前記表示手段は前記挿入部形状を表示するための第１及び第２の画像メモリを有し、前記第１の画像メモリに格納されている画像データを前記表示手段に出力している間に前記挿入部形状推定手段が前記挿入部の形状を推定する演算途中の画像データを前記第２の画像メモリに格納する。
３７．クレーム１０の挿入部位置検出装置であって、前記表示手段は前記挿入部に対応する画像を表示するためにそれぞれ異なる複数の画像パターンを格納した画像パターン格納手段を有し、前記表示手段は前記挿入部形状推定手段で推定された前記挿入部の形状に対応する画像パターンを前記画像パターン格納手段から読み出して表示する。
３８．クレーム６の挿入部位置検出装置であって、前記表示手段は前記被検体の概略の形状を、前記画像にスーパインポーズして表示する。
３９．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記磁界検出手段は前記磁界検出素子で検出される検出信号から前記駆動信号を基にした参照信号を用いて同期検波によって求められた信号成分を抽出する。
４０．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記挿入部は前記磁界発生素子の駆動により発生する磁界に影響を及ぼさない部材で形成される。
４１．クレーム７の挿入部位置検出装置であって、前記被検体が載置される載置台を有し、前記載置台は前記磁界発生素子の駆動により発生する磁界に対して影響を及ぼさない部材で形成される。
【０４９９】
４２．管腔内に挿入可能な可撓性の挿入部を有する挿入具と、
駆動信号の印加により、周囲に磁界を発生する磁界発生素子を有する磁界発生手段と、
前記磁界発生素子で発生した磁界を検出する磁界検出素子を有する磁界検出手段と、
前記挿入具内に配置される前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子のうちの一方を絶縁部材を介して、前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子の形状が変形しないように固定する固定手段と、
前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子のうちの他方を前記管腔外の既知の位置に設定する設置手段と、
前記管腔外又は前記挿入具内の前記磁界検出素子で検出された検出信号から前記管腔外の既知の位置に対する前記挿入具内に配置された前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子の位置を推定する位置推定手段と、
を具備した位置検出装置。
管腔内に挿入される挿入部を有する挿入具の位置を精度良く検出することを目的とする。挿入具内の磁界発生素子又は磁界検出素子の位置を精度良く検出することにより、挿入具の位置を精度良く検出或は推定できる。
【０５００】
４３．被検体内に挿入可能な可撓性の挿入部を有し、前記挿入部の先端側に照明光を出射する照明光出射手段及び照明された被写体を観察する対物光学系を有する内視鏡と、
駆動信号の印加により、周囲に磁界を発生する磁界発生素子を有する磁界発生手段と、
前記磁界発生素子で発生した磁界を検出する磁界検出素子を有する磁界検出手段と、
前記挿入部内に配置される前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子のうちの一方を絶縁部材で、前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子の形状が変形しないように固定する固定手段と、
前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子のうちの他方を前記被検体外の既知の位置に設定する設置手段と、
前記被検体外又は前記挿入部内の前記磁界検出素子で検出された検出信号から前記被検体外の既知の位置に対する前記挿入部内に配置された前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子の位置を推定する位置推定手段と、
を具備した内視鏡位置検出装置。
内視鏡の構成をより具体的に記載しているが、請求項１とほぼ同様の目的、作用、効果を有する。
【０５０１】
４４．クレーム４３の内視鏡挿入部位置検出装置であって、前記一方は前記磁界発生素子又は磁界検出素子を複数有し、前記位置推定手段で推定された複数の位置から前記被検体内に挿入される前記挿入部の形状を推定する挿入部形状推定手段を有する。
４５．クレーム４４の内視鏡挿入部位置検出装置であって、さらに前記挿入部形状推定手段によって推定された挿入部の形状に対応する画像を表示する表示手段を有する。
４６．クレーム４３の内視鏡挿入部位置検出装置であって、前記磁界発生素子又は磁界検出素子は前記挿入部の先端に設けた硬質の先端硬質部材に固定される。４７．クレーム４３の内視鏡挿入部位置検出装置であって、前記挿入部は、湾曲自在の湾曲部を有し、前記磁界発生素子又は磁界検出素子は、前記湾曲部を構成する硬質の湾曲駒に固定される。
４８．クレーム４３の内視鏡挿入部位置検出装置であって、前記内視鏡は光電変換する機能を有する撮像素子を備え、前記撮像素子を駆動していない非撮像素子駆動期間内に前記磁界発生素子を駆動する。
４９．クレーム４３の内視鏡挿入部位置検出装置であって、前記内視鏡は光電変換する機能を有する撮像素子を備え、前記撮像素子を露光している露光期間内に前記磁界発生素子を駆動する。
５０．クレーム４３の内視鏡挿入部位置検出装置であって、前記内視鏡は処置具を挿通可能とするチャンネルを有し、前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子の内の一方は前記チャンネル内に設置される。
【０５０２】
５１．被検体内に挿入可能な可撓性の挿入部内に設置された又は被検体外の既知の位置に設置された磁界発生素子に、前記磁界発生素子を駆動する駆動信号を印加して前記磁界発生素子の周囲に磁界を発生させる駆動ステップと、
前記被検体外の既知の位置に設置された又は前記挿入部内に設置された磁界検出素子で、前記磁界発生素子からの距離に応じて強度が変化する磁界に対応する検出信号を検出する磁界検出ステップと、
前記検出信号から前記被検体外の前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子の各既知の位置から前記挿入部内に設置された前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子の存在する３次元位置を推定する位置推定ステップと、
を有する挿入部位置検出方法。
被検体に挿入される挿入部の位置を検出する方法をクレーム化している。
５２．クレーム５１の挿入部位置検出方法であって、前記挿入部内には前記磁界発生素子又は磁界検出素子が複数配置され、前記位置推定ステップで推定された各３次元位置を参照して前記被検体内に挿入された前記挿入部の形状を推定する形状推定ステップと、
推定された挿入部形状に対応する画像を表示する表示ステップとを有する。 被検体に挿入される挿入部の形状に対応する画像を表示することを目的とする。位置推定ステップで推定された各３次元位置を参照して被検体内に挿入された挿入部の形状を推定し、さらに推定された挿入部形状に対応する画像を表示する。このため、使用者は挿入部の状態を視覚的に把握でき、挿入部の挿入等の作業その他の処置を容易にできる。
【０５０３】
５３．クレーム５１の挿入部位置検出方法であって、前記磁界検出素子が複数配置された場合、前記駆動ステップは各磁界発生素子にそれぞれ異なるタイミングで前記駆動信号を印加する。
５４．クレーム５１の挿入部位置検出方法であって、前記磁界検出素子が複数配置されている場合、前記磁界検出ステップは各磁界検出素子でそれぞれ検出された磁界の強度に対応した検出信号をそれぞれ異なるタイミングで取り込む。
５５．クレーム５１の挿入部位置検出方法であって、前記磁界検出素子は直交する３つの軸方向の磁界強度成分を検出する機能を有し、前記位置推定ステップは前記検出信号に対応して予め用意した基準データを参照して最小距離及び最大距離との間の３次元領域内の３次元位置に前記挿入部内の前記磁界検出素子又は前記磁界発生素子が存在することを算出する。
【０５０４】
５６．クレーム５５の挿入部位置検出方法であって、前記基準データは前記磁界発生素子の向きを考慮して、前記磁界発生素子で発生した磁界に対して前記磁界発生素子から既知の距離で検出され得る前記磁界検出素子の検出信号の最大値及び最小値を前記既知の距離を変えて得たデータである。
５７．クレーム５５の挿入部位置検出方法であって、前記位置推定ステップは前記挿入部内の磁界検出素子又は前記磁界発生素子が存在する３次元領域を前記被検体外の既知の位置に配置された前記磁界検出素子又は前記磁界発生素子それぞれに対して行うことにより、複数の３次元領域の共通領域内の３次元位置に存在することを算出する。
５８．クレーム５１の挿入部位置検出方法であって、前記形状推定ステップは前記挿入部内の各磁界検出素子又は各磁界発生素子に対応する各３次元位置を連結する連結ステップを有する。
５９．クレーム５８の挿入部位置検出方法であって、前記形状推定ステップは前記各３次元位置の間を補間して連結する。
６０．クレーム５１の挿入部位置検出方法であって、前記表示ステップは前記挿入部の形状を視点に対向する仮想的なスクリーンに擬似的に投影した投影形状に対応する画像で表示する。
【０５０５】
６１．クレーム６０の挿入部位置検出方法であって、前記表示ステップは前記視点の位置を任意に設定可能である。
６２．クレーム６０の挿入部位置検出方法であって、前記表示ステップは前記スクリーンに擬似的に投影した投影形状に対応する画像における前記視点側から見えない部分を表示しない隠れ面或は隠れ線処理を行う。
６３．クレーム６０の挿入部位置検出方法であって、前記表示ステップは視点からの距離値に応じて遠近法的に前記画像を表示する。
６４．クレーム６０の挿入部位置検出方法であって、前記表示ステップは前記投影形状で表示する場合、立体感を強調する立体感強調処理を行う。
６５．クレーム６４の挿入部位置検出方法であって、前記立体感強調処理は擬似的な光線による反射モデルに応じて色の階調、輝度の階調、彩度、色相の少なくとも１つを変えて立体感を強調する。
【０５０６】
６６．クレーム５１の挿入部位置検出方法であって、前記表示ステップは前記挿入部の形状に対応する画像を表示する場合、前記挿入部の横断面を多角形とする多角柱として擬似的に表示する。
６７．クレーム６６の挿入部位置検出方法であって、前記表示ステップは前記多角柱の面をペイント処理する。
６８．クレーム６６の挿入部位置検出方法であって、前記表示ステップは前記多角柱をワイヤフレームで表示する。
６９．クレーム５１の挿入部位置検出方法であって、前記表示ステップは前記挿入部の形状に対応する画像を表示する場合、前記挿入部を多角形を連結した連結多角形として擬似的に表示する。
７０．クレーム５１の挿入部位置検出方法であって、前記表示ステップは前記画像を、指定されたコマンドに対応する処理を行って表示する。
【０５０７】
７１．クレーム７０の挿入部位置検出方法であって、前記コマンドはアフィン変換の処理を行う。
７２．クレーム７１の挿入部位置検出方法であって、前記アフィン変換を用いたコマンドは前記画像を３次元直交座標の少なくとも１つの座標軸の回りで回転するか、前記画像を拡大又は縮小するものである。
７３．クレーム７２の挿入部位置検出方法であって、前記コマンドは、前記画像を予め規定された視点位置から見た場合に対応する状態で表示する、ユーザにより登録された視点位置から見た場合に対応する状態で表示する、複数に分割された各画面にそれぞれ指定された視点位置から見た場合に対応する状態で表示する、コメント入力画面の表示、前記画像の背景色を変更する、前記画像と共にマーカの表示のＯＮ／ＯＦＦ、前記３次元位置の数値表示のＯＮ／ＯＦＦ、表示させるプログラムを終了する、の少なくとも１つの処理を行う指示に該当する。
７４．クレーム５２の挿入部位置検出方法であって、前記表示ステップは前記画像を表示する場合、前記挿入部の所定の長さ毎に前記画像の表示色を変更する。７５．クレーム５２の挿入部位置検出方法であって、前記表示ステップは前記被検体が載置されるベッドの上面等の基準面を表示する。
【０５０８】
７６．被検体内に挿入可能な可撓性の挿入部を有する挿入具と、
前記挿入部内に設けられ、絶縁部材で形状が固定された第１のコイル素子と、
前記被検体外の既知の位置に配置された第２のコイル素子と、
前記第１及び第２のコイル素子のうちの一方に駆動信号を印加して、前記一方の周囲に磁界を発生させる駆動信号発生手段と、
前記第１及び第２のコイル素子のうちの他方で、前記他方の位置に形成される磁界に対応する検出信号を検出する磁界検出手段と、
前記検出信号から前記被検体外の既知の位置を基準として前記挿入部内の前記第１のコイル素子の存在する３次元位置ないしは３次元領域を算出する位置算出手段と、
を具備する挿入部位置検出装置。
１をより具体化した構成であり、その目的、作用、効果も１とほぼ同様である。
７７．クレーム７６の挿入部位置検出装置であって、前記３次元位置ないしは３次元領域の情報を用いて前記挿入部の形状を推定する形状推定手段と、推定された前記挿入部の形状に対応する画像を表示する画像表示手段とを有する。
【０５０９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、載置台上は発生する磁界が影響を受けない環境に設定でき、且つ、この載置台上に３つの磁界発生素子又は磁界検出素子により形成される検出対象領域を設定でき、より精度の高い挿入部の位置検出を行なうことができる。また、３軸コイルの各コイルの径の違いによる各出力特性の違いを補正して、より精度の高い挿入部の位置検出を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を有する内視鏡システムの概略の構成図。
【図２】内視鏡形状検出装置の構成を示すブロック図。
【図３】内視鏡の外観図。
【図４】内視鏡装置の全体構成図。
【図５】プローブの先端側の構成を示す断面図。
【図６】プローブの構成を示す断面図。
【図７】プローブのソースコイルの位置をセンスコイルを用いて検出する様子を示す説明図。
【図８】内視鏡形状検出装置の具体的構成を示すブロック図。
【図９】ソースコイルの駆動及びセンスコイルによる信号検出の動作説明用フロー図。
【図１０】ソースコイルの駆動及びセンスコイルによる信号検出の動作説明用タイミング図。
【図１１】ベッド周辺に設けた複数のセンスコイルで内視鏡内の１つのソースコイルの存在範囲を検出する様子を示す説明図。
【図１２】１軸コイルによる等磁界面の形状を示す説明図。
【図１３】傾きから位置補正を行う様子を示す説明図。
【図１４】モニタ画面に表示される内視鏡形状の出力画像を示す説明図。
【図１５】内視鏡形状検出装置の処理内容を示すフロー図。
【図１６】シールドルーム内でセンスコイルとソースコイルの既知の距離でセンスコイルで検出される最大磁界強度と最小磁界強度の値を距離を変えて測定されたグラフを示す特性図。
【図１７】図１６のデータを得る測定法等の説明図。
【図１８】シールドルーム内と居室内での測定値は殆ど一致することを示す比較図。
【図１９】磁界強度算出処理のフロー図。
【図２０】キーボード入力処理のフロー図。
【図２１】コマンド処理のフロー図。
【図２２】スコープイメージ描写処理のフロー図。
【図２３】ｎ角柱モデルでのスコープイメージ描写処理のフロー図。
【図２４】ｎ角柱モデル構築のフロー図。
【図２５】ｎ角柱モデル構築における原点移動等の説明図。
【図２６】ｎ角柱モデル構築におけるｙ軸に平行なベクトルに垂直なベクトルを一定角度刻みで回転してｎ角柱データを作る処理の説明図。
【図２７】元のベクトルに逆変換してｎ角柱モデルデータを生成する様子を示す説明図。
【図２８】ｎ角柱モデルデータを生成する場合の制限を示す説明図。
【図２９】アフィン変換による軸の回転を示す説明図。
【図３０】視点変更を世界座表系の回転に変更することの説明図。
【図３１】３次元座標から２次元座標に投影変換する様子の説明図。
【図３２】世界座標系等の説明図。
【図３３】立体画像を表示する処理と採用される座標系との説明図。
【図３４】ｎ角柱モデルにおける陰線処理のフロー図。
【図３５】ちらつき防止の処理の説明図。
【図３６】色を用いてシェーディング処理するフロー図。
【図３７】色彩を用いてシェーディング処理するフロー図。
【図３８】輝度と彩度を用いてシェーディング処理するフロー図。
【図３９】ワイヤフレームによるｎ角柱モデルのフロー図。
【図４０】内視鏡形状の表示例を示す説明図。
【図４１】ｎ角形連結モデルで表示する場合のフロー図。
【図４２】ｎ角形連結モデルでの描画処理のフロー図。
【図４３】ワイヤフレーム表示による表示の例を示す説明図。
【図４４】第１実施形態の第１変形例の内視鏡形状検出装置の全体構成を示すブロック図。
【図４５】動作説明用のタイミング図。
【図４６】ソースコイル及びセンスコイルの各ケーブルをシールドした説明図。
【図４７】ベッドの４箇所にセンスコイルを配置した様子を示す説明図。
【図４８】第１実施形態の第２変形例における駆動電流のアップ或はダウン等で検出範囲を変更する作用の説明図。
【図４９】本発明の第２実施形態の内視鏡形状検出装置の全体構成を示すブロック図。
【図５０】第２実施形態の内視鏡形状検出装置のより具体的な構成を示すブロック図。
【図５１】第２実施形態の磁界発生及び磁界検出の処理を示すフロー図。
【図５２】内視鏡形状等を表示するモニタ画面を示す説明図。
【図５３】本発明の第３実施形態を備えた内視鏡システムの全体構成図。
【図５４】第３実施形態の内視鏡形状検出装置の構成を示すブロック図。
【図５５】磁気抵抗素子で形成したサンサとその等価回路及び特性を示す図。
【図５６】本発明の第３実施形態におけるセンサとソースとの関係を示す説明図。
【図５７】センサＡのデータテーブルを示す説明図。
【図５８】出力データに対応した空間座標群からソース位置が決定されることを示す説明図。
【図５９】図５８で決定されたソース位置を表示した様子を示す説明図。
【図６０】本発明の第４実施形態の内視鏡形状検出装置の構成を示すブロック図。
【図６１】本発明の第５実施形態の内視鏡形状検出装置の構成を示すブロック図。
【図６２】本発明の第６実施形態を備えた内視鏡システムの全体構成図。
【図６３】ＣＣＤドライブ信号期間と駆動信号期間とが重ならないようにした説明図。
【図６４】本発明の第７実施形態を備えた内視鏡システムの全体構成図。
【図６５】患者の位置を検出する説明図。
【図６６】時分割で位置検出及び形状検出の駆動を行う説明図。
【図６７】本発明の第８実施形態における処理の内容を示すフロー図。
【図６８】第８実施形態の変形例における処理の内容を示すフロー図。
【図６９】本発明の第９実施形態における処理動作の説明図。
【図７０】張り付けるテクスチャの説明図。
【図７１】本発明の第１０実施形態により表示される画像等の説明図。
【図７２】第１０実施形態により一定長さごとに色を変えて表示する処理のフロー図。
【図７３】本発明の第１１実施形態の内視鏡形状検出装置の構成図。
【図７４】第１１実施形態により背景画像を生成する処理内容を示すフロー図。
【図７５】本発明の第１２実施形態におけるプローブ側の構成を示すブロック図。
【図７６】図７５のより具体的な構成図。
【図７７】参照信号生成回路等の構成図。
【図７８】第１２実施形態の変形例における磁界発生ユニットの構成図。
【図７９】本発明の第１３実施形態における掌位置検出用デバイスを示す図。
【図８０】モニタ画面の表示例を示す説明図。
【図８１】第１３実施形態の第１変形例の内視鏡形状検出装置の構成図。
【図８２】第１変形例の操作パネルの操作によるマーカ設定の処理内容を示すフロー図。
【図８３】第１３実施形態の第２変形例における掌位置検出用デバイスを示す図。
【図８４】第２変形例の３つのソースコイルにより形成される平面等を示す説明図。
【図８５】第２変形例におけるマーカ表示の動作のフロー図。
【図８６】第１３実施形態の第３変形例における掌位置検出用デバイスを示す図。
【図８７】第３変形例の２つのソースコイルにより形成される平面等を示す説明図。
【図８８】第３変形例におけるマーカ表示の動作のフロー図。
【図８９】磁気抵抗素子とステップモータで３軸方向の磁界検出を行う手段を形成した例を示す斜視図。
【図９０】磁気抵抗素子を連結したセンサ及び連結用の穴が形成された磁気抵抗素子を示す図。
【図９１】検出方向が異なる磁気抵抗素子部を同一面に設けたセンサを示す図。
【図９２】センサの位置決めの方法等を示す説明図。
【図９３】円筒形の割型を用いて位置決めを行う様子を示す説明図。
【符号の説明】
１…内視鏡システム
２…内視鏡装置
３…内視鏡形状検出装置
４…ベッド
５…患者
６…内視鏡
７…挿入部
１１…ビデオプロセッサ
１２…カラーモニタ
１３…チャンネル
１５…プローブ
１６ｉ…ソースコイル
２０…接着剤
２１…形状検出装置本体
２２ｊ…３軸センスコイル
２３…モニタ
２４…ソースコイル駆動部
２６…検出部
３０…形状算出部
３１…位置検出部
３２…形状画像生成部
３３…モニタ信号生成部
３４…システム制御部
３５…操作パネル

Claims (2)

1. 被検体内に挿入可能な可撓性の挿入部を有し、該挿入部内に磁界を発生する磁界発生素子及び発生した磁界を検出する磁界検出素子のうちの一方が設けられてなる挿入具と、
   前記被検体が載置可能になされ、前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子のうちの他方が少なくとも３つ設けられてなる載置台と、
   前記磁界発生素子と前記磁界検出素子との磁気結合によって得られる情報に基づいて、前記挿入部内に設けられた前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子のうちの一方の素子の、前記載置台に設けられた前記磁界発生素子及び前記磁界検出素子のうちの他方の素子に対する位置を推定する位置推定手段と、
   を備え、
   前記載置台は、前記磁界発生素子の駆動により発生する磁界に対して影響を及ぼさない部材で形成され、前記被検体が載置される部位に検出対象領域が形成されるように前記少なくとも３つの磁界発生素子又は磁界検出素子が配置され、
   前記磁界検出素子は、直交する３つの軸方向にそれぞれ指向性を有するように巻回された３つのコイルを有する３軸コイルで構成され、
   前記位置推定手段は、前記３軸コイルの各軸に固有の、当該コイルの径の違いによる補正係数を用いて、前記挿入具の挿入部内に設けられた前記磁界発生素子又は前記磁界検出素子の位置を推定する際に得られる、当該各３軸コイルの各出力における位相の違いを補正する補正手段を有する、
   ことを特徴とする挿入部位置検出装置。
2. 前記位置推定手段は、前記挿入具に設けられた前記磁界発生素子又は磁界検出素子と無線で接続されることを特徴とする請求項１に記載の挿入部位置検出装置。

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