JP4749703B2 - 内視鏡挿入形状検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡挿入形状検出装置に関し、特に、磁界発生部に対して所定の位置関係にある磁界検出素子からの磁界信号を受信できるように、磁界検出素子の配置を選択することができる内視鏡挿入形状検出装置に関するものである。

従来より、内視鏡は医療分野、工業分野等において広く用いられている。内視鏡は、例えば、医療分野においては、患部である生体の体腔の部位、組織等に対して種々の処置を行う際に用いられている。特に、生体の肛門側から内視鏡を挿入し、下部消化管に対して種々の処置を行う場合においては、内視鏡の挿入部を屈曲した体腔内に円滑に挿入するために、体腔内における挿入部の位置、屈曲状態等を検出することのできる内視鏡挿入形状検出装置が、内視鏡と併せて用いられている。

前述したような内視鏡挿入形状検出装置としては、例えば、特許文献１において提案されているものがある。特許文献１において提案されている内視鏡挿入形状検出装置は、電子内視鏡の挿入部に挿入されるプローブに配置されたソースコイルから発生した磁界を、センスコイルを介し、検出ブロックが信号として検出した後、ホストプロセッサが該信号に対して信号処理を行うことにより、内視鏡の挿入部の挿入形状がモニタに表示されるという構成および作用を有している。
特開２０００−０８１３０４号公報

特許文献１において提案されている内視鏡挿入形状検出装置においては、磁界発生部としてのソースコイルは、内視鏡の挿入部の挿入状態に併せて移動しながら磁界を発生するのに対して、磁界検出素子としてのセンスコイルは、常に同じ位置において、ソースコイルから発せられる磁界の検出を行う。そのため、例えば、磁界の検出対象となる所定のソースコイルの位置から、センスコイルの位置までの距離が極めて近い場合に、飽和磁界による磁気飽和がセンスコイルにおいて発生することにより、内視鏡挿入形状検出装置が該所定のソースコイルの位置を推定する際の精度が低下してしまう。また、例えば、磁界の検出対象となる所定のソースコイルの位置から、センスコイルの位置までの距離が遠い場合には、センスコイルにおいて検出される磁界が微弱となるため、内視鏡挿入形状検出装置が該所定のソースコイルの位置を推定する際の精度が低下してしまう。

また、前述したような、内視鏡挿入形状検出装置がソースコイルの位置を推定する際の精度の低下は、内視鏡挿入形状検出装置がモニタに対して出力する挿入部の挿入形状と、本来の挿入部の挿入形状との差異を生じさせる場合があり、その結果、術者による内視鏡の挿入操作に不都合が生じてしまう。

本発明は、前述した点に鑑みてなされたものであり、磁界発生部の位置に対し、所定の位置関係、すなわち、該磁界発生部の位置を精度良く推定できるような位置関係にある磁界検出素子からの磁界信号を受信できるように、磁界検出素子の配置を選択することのできるような内視鏡挿入形状検出装置を提供することを目的としている。

本発明における内視鏡挿入形状検出装置は、内視鏡の挿入部に設けられた複数の磁界発生素子が発した磁界を検出するための複数の磁界検出素子が配置された磁界検出部と、前記磁界検出素子が検出した前記磁界を磁界信号として出力する信号検出部と、前記磁界信号に基づき、前記磁界発生素子の位置を推定する磁界発生位置推定部と、前記磁界発生位置推定部の推定結果に基づき、前記磁界信号の検出に用いる前記磁界検出素子を選択し、さらに、前記磁界信号に基づき、前記磁界信号の検出に用いる前記磁界検出素子の配置を選択するとともに、前記磁界検出素子が配置される位置を変化させるための制御を行う制御部とを有する。

本発明の内視鏡挿入形状検出装置によれば、磁界発生部の位置に対し、該磁界発生部の位置を精度良く推定できるような位置関係にある磁界検出素子からの磁界信号を受信できるように、磁界検出素子の配置を選択することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１から図４は、本発明の第１の実施形態に係るものである。図１は、第１の実施形態に係る内視鏡システムの全体構成を示す図である。図２は、第１の実施形態に係るセンスコイルユニットの構成を示す図である。図３は、第１の実施形態に係る内視鏡挿入形状検出装置の内部構成を示すブロック図である。図４は、第１の実施形態に係る内視鏡挿入形状検出装置が行う制御の内容を示すフローチャートである。

内視鏡システム１は、図１に示すように、被検体である患者２の体腔内において、体腔内の像を撮像し、撮像した該体腔内の像を撮像信号として出力する内視鏡３と、内視鏡３から出力される撮像信号に対して画像処理等を行って出力するビデオプロセッサ４と、ビデオプロセッサ４から出力される撮像信号に基づき、内視鏡３が撮像した所望の部位の像を画像表示するモニタ５と、挿入形状検出用プローブ６と、患者２を載置可能であるベッド７と、内視鏡挿入形状検出装置８と、モニタ９と、センスコイルユニット２３とからなる。

また、内視鏡３は、体腔内等に挿入する挿入部１１と、この挿入部１１の基端側に連設され、内視鏡３を把持し操作するための操作部１２と、操作部１２の側部から延出し、ビデオプロセッサ４等の外部装置に接続されるユニバーサルコード１３を有する。

挿入部１１の先端である先端部１４の内部には、被写体の像を結像するための対物光学系１５と、対物光学系１５で結像した該被写体の像を撮像し、撮像した該被写体の像を撮像信号として出力するＣＣＤ（固体撮像素子）１６が設けられている。ＣＣＤ１６から出力された撮像信号は、一端がＣＣＤ１６の後方に接続された信号線１７に対して出力される。信号線１７は、挿入部１１と、操作部１２と、ユニバーサルコード１３との内部を挿通するように設けられ、他端がビデオプロセッサ４に電気的に接続されている。そのため、ＣＣＤ１６から出力された撮像信号は、信号線１７を介してビデオプロセッサ４に対して出力される。

前記操作部１２の側部には、挿入形状検出用プローブ６を挿入するためのプローブ挿入口１８が設けられている。プローブ挿入口１８は、挿入部１１の内部を挿通するように設けられたプローブ用チャンネル１９に連通しており、挿入形状検出用プローブ６をプローブ用チャンネル１９の内部に挿通できるように形成されている。

挿入形状検出用プローブ６は、内視鏡３のプローブ挿入口１８およびプローブ用チャンネル１９に挿入可能な寸法、形状等を有し、体腔内における挿入部１１の挿入形状に応じた磁界を発生するための、内視鏡挿入形状検出装置８の一部であり、磁界発生部としての機能を有する複数の磁界発生素子であるソースコイル２１が、所定の間隔をもって設けられている。また、挿入形状検出用プローブ６の基端側からは、内視鏡挿入形状検出装置８に接続するためのケーブル２２が延出しており、内視鏡挿入形状検出装置８は、ケーブル２２を介してソースコイル２１を駆動することにより、磁界を発生させる。

内視鏡挿入形状検出装置８の一部として内視鏡挿入形状検出装置８の外部に設けられた、磁界検出部であるセンスコイルユニット２３は、例えば、図１に示すような位置に配置され、ケーブル２４を介して内視鏡挿入形状検出装置８と接続されている。また、センスコイルユニット２３は、９個の磁界検出素子として、センスコイル群２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ、２３Ｅ、２３Ｆ、２３Ｇ、２３Ｈおよび２３Ｉを有しており、前述したセンスコイル群２３Ａから２３Ｉは、各々図２に示すように、センスコイルユニット２３の内部に、マトリックス状に配置されている。センスコイル群２３Ａは、図２に示すように、各ソースコイル２１が発生した、Ｘ軸方向を向いたセンスコイルと、Ｙ軸方向を向いたセンスコイルと、Ｚ軸方向を向いたセンスコイルとの３つのセンスコイルからなり、また、センスコイル群２３Ａ以外の他のセンスコイル群についても、センスコイル群２３Ａと同様の構成を有している。そして、センスコイル群２３Ａから２３Ｉにより検出された磁界は、内視鏡挿入形状検出装置８に対して出力される。なお、センスコイルユニット２３は、前述したような位置に配置されるものに限らず、例えば、ベッド７の内部に配置されるようなものであっても良い。また、センスコイルユニット２３の内部に設けられたセンスコイル群は、図２に示すように、９個がマトリックス状に配置されたものに限らず、例えば、９個以外の数であっても良く、また、マトリックス状に配置されていなくても良い。さらに、センスコイルユニット２３の内部に設けられたセンスコイル群は、前述したような３つのセンスコイルからなるものに限るものではなく、例えば、１つのセンスコイルのみからなるような構成であっても良い。

また、内視鏡挿入形状検出装置８は、図３に示すように、各ソースコイル２１を駆動するソースコイル駆動部３１と、ソースコイル駆動部３１を介して、各ソースコイル２１が所定のタイミングおよび所定の異なる周波数において磁界を発生するように、各ソースコイル２１に対して制御を行うソースコイル制御部３２と、信号検出部３３と、信号記録部３４と、ソースコイル位置解析部３５と、挿入形状画像生成部３６と、信号制御部３７と、モニタ駆動部３９とを内部に有する。

信号検出部３３は、センスコイルユニット２３から出力された磁界に基づいて該磁界を磁界信号に変換した後、該磁界信号のうち、信号制御部３７の制御内容に基づき、各ソースコイル２１または所定のソースコイル２１に対して所定の位置関係にある前記磁界検出素子から出力された磁界に基づく磁界信号を信号処理可能なレベルに増幅して出力する。なお、前記制御内容については、後述するものとする。

信号制御部３７は、信号検出部３３から出力される磁界信号を信号記録部３４に対して出力する。また、制御部である信号制御部３７は、センスコイルユニット２３におけるＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標のそれぞれにおいて、センスコイル群２３Ａから２３Ｉが配置された位置に基づく閾値を有し、該閾値と、ソースコイル位置解析部３５から出力される、各ソースコイル２１の位置情報を含む信号である位置情報信号とに基づき、センスコイル群２３Ａから２３Ｉのうち、各々のソースコイル２１に対して所定の位置関係にあるセンスコイル群から出力される磁界に基づく磁界信号を受信できるように信号検出部３３を制御する。なお、信号制御部３７は、ハードウェアによる構成に限るものではなく、例えば、信号検出部３３の内部に、前述した内容の制御を行うようなソフトウェアとして設けられていても良い。また、信号制御部３７が行う制御は、前述した内容のものに限るものではなく、例えば、信号検出部３３から出力される磁界信号のうち、各々のソースコイル２１の位置の推定を行うために必要な、所定の信号レベルを有する、所定の数の磁界信号のみを受信するようなものであっても良い。具体的には、例えば、信号制御部３７が行う制御は、９個のセンスコイル群２３Ａから２３Ｉのうち、磁気飽和を起こす程度より小さい信号レベルを有し、かつ、信号レベルの大きなものから順に、４個のセンスコイル群から出力される磁界に基づく磁界信号のみを信号検出部３３から受信するようなものであっても良い。

信号記録部３４は、信号制御部３７から出力される磁界信号を一時的に記録する。

磁界発生位置推定部であるソースコイル位置解析部３５は、信号記録部３４に記録された磁界信号に基づいて各ソースコイル２１の３次元位置座標を推定し、位置情報信号として出力する。

挿入形状画像生成部３６は、ソースコイル位置解析部３５から出力される各ソースコイル２１の位置情報信号に基づいて挿入部１１の３次元形状を算出する。また、挿入形状画像生成部３６は、算出した挿入部１１の３次元形状から、挿入部１１の挿入形状図形を生成し、挿入形状図形信号として出力する。

モニタ駆動部３９は、挿入形状画像生成部３６から出力される挿入形状図形信号に基づいてモニタ９を駆動させ、モニタ９に挿入部１１の挿入形状図形を描出する。

次に、本実施形態に係る内視鏡システム１を用いた場合の作用を、図１から図４を参照しつつ説明する。

まず、術者は、挿入形状検出用プローブ６をプローブ挿入口１８から内視鏡３に挿入する。その後、術者は、内視鏡３のユニバーサルコード１３をビデオプロセッサ４に接続し、挿入形状検出用プローブ６のケーブル２２及び挿入形状検出用ベッド７のケーブル２４を内視鏡挿入形状検出装置８に接続し、内視鏡３の挿入部１１を患者２の体腔内に挿入する。すると、ＣＣＤ１６は、体腔内の像を撮像し、撮像した該体腔内の像を撮像信号として出力する。そして、ビデオプロセッサ４は、ＣＣＤ１６から出力された撮像信号に基づいて画像処理等を行い、画像処理等を行った後の撮像信号をモニタ５に対して出力する。モニタ５は、ビデオプロセッサ４から出力される撮像信号に基づき、内視鏡３が撮像した体腔内の像を画像表示する。

また、内視鏡挿入形状検出装置８のソースコイル制御部３２は、ソースコイル駆動部３１を介し、各々のソースコイル２１に対して、各々のソースコイル２１が異なるタイミングにおいて磁界を発生するように制御を行う。各ソースコイル２１は、ソースコイル制御部３２の制御内容に基づき、体腔内における挿入部１１の挿入形状に応じた磁界を発生する。

各ソースコイル２１が磁界を発生し始めた後、センスコイルユニット２３は、まず、図２に示すように配置されたセンスコイル群２３Ａから２３Ｉにより、各ソースコイル２１から発生される磁界を検出する。センスコイル群２３Ａから２３Ｉにおいて検出された磁界は、ケーブル２４を介し、内視鏡挿入形状検出装置８に対して出力される。

信号検出部３３は、センスコイルユニット２３から出力される磁界に基づいて該磁界を磁界信号に変換した後、該磁界信号のうち、センスコイル群２３Ａ、２３Ｃ、２３Ｇおよび２３Ｉから出力された磁界に基づく磁界信号である、４群１２個の磁界信号を信号処理可能なレベルに増幅して出力する。信号制御部３７は、信号検出部３３から出力される４群１２個の磁界信号を信号記録部３４に対して出力する。信号記録部３４は、信号制御部３７から出力される磁界信号を一時的に記録する。ソースコイル位置解析部３５は、信号記録部３４に記録された４群１２個の磁界信号に基づいて複数のソースコイル２１各々についての３次元位置座標を推定し（図４のステップＳ１）、該推定の結果を位置情報信号として信号制御部３７に対して出力する。

信号制御部３７は、ソースコイル位置解析部３５から出力される位置情報信号に基づき、複数のソースコイル２１のうち、例えば、挿入形状検出用プローブ６の全体が患者２の体腔内に挿入されていないこと等により、ソースコイル位置解析部３５が、おおよその位置でさえも推定できなかった（図４のステップＳ２）ソースコイルがある場合、該ソースコイルに対する位置の推定を再度行うため、センスコイル群２３Ａ、２３Ｃ、２３Ｇおよび２３Ｉから出力された磁界に基づく４群１２個の磁界信号を、信号検出部３３を介して再度受信し（図４のステップＳ６）信号記録部３４に出力する。そして、ソースコイル位置解析部３５は、信号記録部３４に記録された前記４群１２個の磁界信号に基づいて前記ソースコイルについての３次元位置座標を再度推定し（図４のステップＳ１）、該推定の結果を位置情報信号として信号制御部３７に対して出力する。

また、信号制御部３７は、ソースコイル位置解析部３５から出力される位置情報信号に基づき、複数のソースコイル２１のうち、ソースコイル位置解析部３５により、少なくともおおよその位置を推定できた（図４のステップＳ２）ソースコイルについては、該ソースコイルに対して所定の位置関係にある、すなわち、該ソースコイルの位置を精度良く推定できるような位置関係にあるセンスコイル群からの磁界に基づく磁界信号を受信できるように、信号検出部３３に対して制御を行う。なお、以降においては、センスコイルユニット２３は、センスコイル群２３Ａから２３Ｉの配置に応じた、図２に示されるような仮想的な領域に区切られているとし、また、信号制御部３７は、前述したＸ座標およびＹ座標の閾値として、センスコイルユニット２３の全体を該仮想的な領域に区切るような値を有しているものとする。また、以降においては、１つの例として、推定対象となる所定のソースコイル２１が、ソースコイル位置解析部３５において行われた前記推定により、領域Ｘ１および領域Ｙ１が交叉する領域（このような領域を以下（Ｘ１，Ｙ１）領域と記す）であって、かつ、Ｚ軸方向の位置が座標Ｚ１であるような領域（このような領域を以下（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）領域と記す）にあると推定された場合について説明を行う。

信号制御部３７は、推定対象となる前記所定のソースコイル２１が、Ｚ１＜α（αは実数とする）となるような（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）領域にある場合、すなわち、（Ｘ１，Ｙ１）領域においてセンスコイル群２３Ａから極めて近い位置にある場合、磁気飽和等により、ソースコイル位置解析部３５が前記所定のソースコイル２１の位置を推定する際の精度が低下してしまうことを防ぐため、下記表１に示すように、センスコイル群２３Ｃ、２３Ｆ、２３Ｈおよび２３Ｉから出力された磁界に基づく４群１２個の磁界信号を受信できるように、信号検出部３３に対して制御を行う（図４のステップＳ３）。

また、信号制御部３７は、推定対象となる前記所定のソースコイル２１が、α≦Ｚ１≦β（βはα＜βである実数とする）となるような（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）領域にある場合、すなわち、（Ｘ１，Ｙ１）領域であり、かつ、Ｚ軸における座標αおよび座標βの間となるような位置にある場合、検出する磁界の強度を最適化するため、下記表１に示すように、センスコイル群２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｄおよび２３Ｅから出力された磁界に基づく４群１２個の磁界信号を受信するように、信号検出部３３に対して制御を行う（図４のステップＳ３）。

さらに、信号制御部３７は、推定対象となる前記所定のソースコイル２１が、Ｚ１＞βとなるような（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）領域にある場合、すなわち、（Ｘ１，Ｙ１）領域においてセンスコイル群２３Ａから遠い位置にある場合、検出する磁界が微弱となること等により、ソースコイル位置解析部３５が前記所定のソースコイル２１の位置を推定する際の精度が低下してしまうことを防ぐため、下記表１に示すように、センスコイル群２３Ａ、２３Ｃ、２３Ｇおよび２３Ｉから出力された磁界に基づく４群１２個の磁界信号を受信するように、信号検出部３３に対して制御を行う（図４のステップＳ３）。

信号制御部３７は、下記表１に示すような、センスコイルユニット２３の全体を該仮想的な領域に区切るような値であるＸ座標の閾値およびＹ座標の閾値と、前述した座標αおよび座標βであるＺ座標の閾値とからなるテンプレートに基づき、挿入形状検出用プローブ６に設けられた複数のソースコイル２１全てからの磁界信号を受信するためのセンスコイル群を設定する。

そして、信号制御部３７は、信号検出部３３に対して行った制御内容に応じたセンスコイル群から出力された磁界の磁界信号を受信し（図４のステップＳ４）、受信した該磁界信号を信号記録部３４に対して出力する。

信号記録部３４は、信号制御部３７から出力される磁界信号を一時的に記録する。ソースコイル位置解析部３５は、信号記録部３４に記録された磁界信号に基づいて複数のソースコイル２１各々についての３次元位置座標を推定し、該推定の結果を位置情報信号として、挿入形状画像生成部３６と、信号制御部３７とに対して出力する。挿入形状画像生成部３６は、ソースコイル位置解析部３５から出力される各々のソースコイル２１の３次元位置座標情報信号に基づいて挿入部１１の３次元形状を算出した後、算出した挿入部１１の３次元形状から、挿入部１１の挿入形状図形を生成し、挿入形状図形信号として出力する。モニタ駆動部３９は、挿入形状画像生成部３６から出力される挿入形状図形信号に基づいてモニタ９を駆動させ、挿入部１１の挿入形状図形を描出する。

その後、各ソースコイル２１に対する位置の推定を再度行うため、ソースコイル位置解析部３５は、信号記録部３４に記録された磁界信号、すなわち、信号制御部３７が信号検出部３３に対して行った制御内容に応じたセンスコイル群から出力された磁界の磁界信号に基づき、複数のソースコイル２１各々についての３次元位置座標を推定し（図４のステップＳ５）、該推定の結果を位置情報信号として信号制御部３７に対して出力する。

その後、挿入形状検出用プローブ６に設けられた複数のソースコイル２１のうち、少なくともおおよその位置が推定できたソースコイルに対しては、表１に示すようなテンプレートに基づき、出力された磁界の磁界信号を受信するためのセンスコイル群が信号制御部３７により改めて設定される（図４のステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ４およびステップＳ５）。また、挿入形状検出用プローブ６に設けられた複数のソースコイル２１のうち、おおよその位置でさえも推定できなかったソースコイルに対しては、センスコイル群２３Ａ、２３Ｃ、２３Ｇおよび２３Ｉから出力された磁界に基づく４群１２個の磁界信号に基づき、前記ソースコイルについての３次元位置座標がソースコイル位置解析部３５により再度推定される（図４のステップＳ２、ステップＳ６およびステップＳ１）。

本実施形態の内視鏡挿入形状検出装置８における信号制御部３７は、ソースコイル位置解析部３５から出力される位置情報信号に基づき、信号検出部３３に対して制御を行うことにより、検出用プローブ６に設けられた複数のソースコイル２１各々が発した磁界を検出する際に用いるセンスコイル群２３Ａから２３Ｉの配置を選択する。このような作用により、信号制御部３７は、複数のソースコイル２１各々について、該ソースコイル２１各々の位置を精度良く推定できるような位置関係にあるセンスコイル群から出力された磁界の磁界信号を受信することができる。そのため、本実施形態の内視鏡挿入形状検出装置８は、挿入部１１の挿入形状を従来に比べて正確に描出することができ、その結果、術者は、内視鏡３の挿入操作をよりスムーズに行うことができる。

（第２の実施形態）
図５から図１３は、本発明の第２の実施形態に係るものである。なお、第１の実施形態と同様の構成を持つ部分については、詳細説明は省略する。また、第１の実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を用いて説明は省略する。

図５は、第２の実施形態に係る内視鏡システムの全体構成を示す図である。図６は、第２の実施形態に係るセンスコイルユニットの構成を示す図である。図７は、第２の実施形態に係る内視鏡挿入形状検出装置の内部構成を示すブロック図である。図８は、第２の実施形態に係るセンスコイルユニットが、図７とは異なる状態となった場合を示す図である。図９は、第２の実施形態に係るセンスコイルユニットの第１の変形例の構成を示す図である。図１０は、図９のセンスコイルユニットにおけるセンスコイル群の配置の例を示す図である。図１１は、第２の実施形態に係るセンスコイルユニットの第２の変形例の構成を示す図である。図１２は、図１１のセンスコイルユニットに配置される着脱式センスコイルの構成を示す図である。図１３は、図１１のセンスコイルユニットに配置される着脱式センスコイルにおいて、図１２とは異なる構成を示す図である。

内視鏡システム１ａは、図５に示すように、被検体である患者２の体腔内において、体腔内の像を撮像し、撮像した該体腔内の像を撮像信号として出力する内視鏡３と、内視鏡３から出力される撮像信号に対して画像処理等を行って出力するビデオプロセッサ４と、ビデオプロセッサ４から出力される撮像信号に基づき、内視鏡３が撮像した所望の部位の像を画像表示するモニタ５と、挿入形状検出用プローブ６と、患者２を載置可能であるベッド７と、内視鏡挿入形状検出装置８ａと、モニタ９と、センスコイルユニット２３ａとからなる。また、挿入形状検出用プローブ６には、内視鏡挿入形状検出装置８ａの一部であり、磁界発生部としての機能を有する複数の磁界発生素子であるソースコイル２１が、所定の間隔をもって設けられている。

内視鏡挿入形状検出装置８ａの一部として内視鏡挿入形状検出装置８ａの外部に設けられた、磁界検出部であるセンスコイルユニット２３ａは、ベッド７の外部であって、例えば、図５に示すような位置に配置され、ケーブル２４を介して内視鏡挿入形状検出装置８ａと接続されている。また、センスコイルユニット２３ａは、磁界検出素子としての４つのセンスコイル群２３Ｊ、２３Ｋ、２３Ｌおよび２３Ｍと、アーム駆動部２３Ｎと、アーム１０１とを有する。

センスコイル群２３Ｊは、図６に示すように、ソースコイル２１が発生した、Ｘ軸方向を向いたセンスコイルと、Ｙ軸方向を向いたセンスコイルと、Ｚ軸方向を向いたセンスコイルとの３つのセンスコイルからなり、また、センスコイル群２３Ｊ以外の他のセンスコイル群についても、センスコイル群２３Ｊと同様の構成を有している。そして、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍにより検出された磁界は、磁界信号として内視鏡挿入形状検出装置８ａに対して出力される。また、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍは、図６に示すように、各々が略Ｌ字状の部材に前記３つのセンスコイルが配置されているような構成を有し、また、該略Ｌ字状の部材の各々がアーム１０１を介してアーム駆動部２３Ｎに接続されている。

アーム駆動部２３Ｎは、信号線により、ケーブル２４を介して内視鏡挿入形状検出装置８ａと接続されている。また、アーム駆動部２３Ｎは、内視鏡挿入形状検出装置８ａの制御内容に基づいてアーム１０１を駆動させることにより、アーム１０１の可動範囲ＭＲにおいて、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍの位置を変更することができる。

内視鏡挿入形状検出装置８ａは、図７に示すように、ソースコイル２１を駆動するソースコイル駆動部３１と、ソースコイル駆動部３１を介して、ソースコイル２１の磁界発生タイミングや周波数等を制御するソースコイル制御部３２と、信号検出部３３と、信号記録部３４と、ソースコイル位置解析部３５と、挿入形状画像生成部３６と、アーム制御部３８と、モニタ駆動部３９とを内部に有する。

制御部であるアーム制御部３８は、信号検出部３３から出力される磁界信号と、ソースコイル位置解析部３５から出力される、ソースコイル２１の位置情報を含む信号である位置情報信号とに基づき、アーム駆動部２３Ｎを制御してアーム１０１を伸縮させることにより、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍの位置を、ソースコイル２１に対して所定の位置関係となるように変更する。なお、アーム制御部３８が行う制御は、前述した内容のものに限るものではなく、例えば、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍにおいて出力された磁界に基づく４群１２個の磁界信号を、信号検出部３３を介して受信した後、該４群１２個の磁界信号の信号レベルの平均値に基づき、アーム駆動部２３Ｎを制御してアーム１０１を伸縮させるようなものであっても良い。

次に、本実施形態に係る内視鏡システム１ａを用いた場合の作用を、図５から図８を参照しつつ説明する。

まず、術者は、挿入形状検出用プローブ６をプローブ挿入口１８から内視鏡３に挿入する。その後、術者は、内視鏡３のユニバーサルコード１３をビデオプロセッサ４に接続し、挿入形状検出用プローブ６のケーブル２２及びセンスコイルユニット２３ａのケーブル２４を内視鏡挿入形状検出装置８ａに接続し、内視鏡３の挿入部１１を患者２の体腔内に挿入する。すると、ＣＣＤ１６は、体腔内の像を撮像し、撮像した該体腔内の像を撮像信号として出力する。そして、ビデオプロセッサ４は、ＣＣＤ１６から出力された撮像信号に基づいて画像処理等を行い、画像処理等を行った後の撮像信号をモニタ５に対して出力する。モニタ５は、ビデオプロセッサ４から出力される撮像信号に基づき、内視鏡３が撮像した体腔内の像を画像表示する。

また、内視鏡挿入形状検出装置８ａのソースコイル制御部３２は、ソースコイル駆動部３１を介し、各々のソースコイル２１に対して、各々のソースコイル２１が異なるタイミングにおいて磁界を発生するように制御を行う。ソースコイル２１は、ソースコイル制御部３２の制御内容に基づき、体腔内における挿入部１１の挿入形状に応じた磁界を発生する。

ソースコイル２１が磁界を発生し始めた後、センスコイルユニット２３ａは、まず、初期状態である、アーム１０１の伸縮状態が図６に示す位置にあるような状態において、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍにより、ソースコイル２１から発生される磁界を検出する。センスコイル群２３Ｊから２３Ｍにおいて検出された磁界は、ケーブル２４を介し、内視鏡挿入形状検出装置８ａに対して出力される。

信号検出部３３は、センスコイルユニット２３ａから出力される磁界に基づいて該磁界を磁界信号に変換した後、該磁界信号を信号処理可能なレベルに増幅して出力する。信号記録部３４は、信号検出部３３から出力される磁界信号を一時的に記録する。ソースコイル位置解析部３５は、信号記録部３４に記録された磁界信号に基づいて複数のソースコイル２１各々についての３次元位置座標を推定し、該推定の結果を位置情報信号としてアーム制御部３８に対して出力する。

また、ソースコイル位置解析部３５は、信号記録部３４に記録された磁界信号に基づいて複数のソースコイル２１各々についての３次元位置座標を推定し、該推定の結果を位置情報信号として、挿入形状画像生成部３６に対して出力する。挿入形状画像生成部３６は、ソースコイル位置解析部３５から出力される各々のソースコイル２１の３次元位置座標情報信号に基づいて挿入部１１の３次元形状を算出した後、算出した挿入部１１の３次元形状から、挿入部１１の挿入形状図形を生成し、挿入形状図形信号として出力する。モニタ駆動部３９は、挿入形状画像生成部３６から出力される挿入形状図形信号に基づいてモニタ９を駆動させ、挿入部１１の挿入形状図形を描出する。

アーム制御部３８は、信号検出部３３から出力される磁界信号と、ソースコイル位置解析部３５から出力される位置情報信号とに基づき、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍが、挿入形状検出用プローブ６に設けられたソースコイル２１のうち、全ソースコイルの略平均値となるような強度の磁界を発する所定のソースコイル２１から発せされた磁界を所定の強度において受信できるような、所定の位置関係となる位置に配置されるように、アーム駆動部２３Ｎを制御してアーム１０１を伸縮させることにより、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍの位置を変更する。なお、前記所定の強度は、ソースコイル位置解析部３５が各々のソースコイル２１の位置を推定する際の精度が低下してしまわない程度の強度であり、例えば、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍのいずれかにおいて磁気飽和を起こさず、かつ、検出する磁界が微弱とならない程度の強度である。

アーム制御部３８は、全ソースコイルの略平均値となるような強度の磁界を発する所定のソースコイル２１がセンスコイルユニット２３ａから極めて近い位置にある場合、磁気飽和により、ソースコイル位置解析部３５が前記所定のソースコイル２１の位置を推定する際の精度が低下してしまうことを防ぐため、例えば、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍの位置が図８に示すような状態となるように、アーム駆動部２３Ｎを制御してアーム１０１を伸ばす。

また、アーム制御部３８は、全ソースコイルの略平均値となるような強度の磁界を発する所定のソースコイル２１がセンスコイルユニット２３ａから遠い位置にある場合、検出する磁界が微弱となることにより、ソースコイル位置解析部３５が前記所定のソースコイル２１の位置を推定する際の精度が低下してしまうことを防ぐため、例えば、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍの位置が図８に示すような状態となるように、アーム駆動部２３Ｎを制御してアーム１０１を伸ばす。

さらに、アーム制御部３８は、全ソースコイルの略平均値となるような強度の磁界を発する所定のソースコイル２１の位置から、センスコイルユニット２３ａの位置までの距離が、前記所定の強度において磁界を検出できるような適度な距離である場合、例えば、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍの位置が図６に示すような、センスコイルユニット２３ａの初期状態と略同様の状態となるように、アーム駆動部２３Ｎを制御してアーム１０１を縮める。

なお、アーム制御部３８が行う、前述したような内容の制御は、各々が３つのセンスコイルから構成されるセンスコイル群２３Ｊから２３Ｍに対して行うものに限らず、挿入形状検出用プローブ６に設けられた各ソースコイル２１から発せされた磁界を、ソースコイル位置解析部３５が各ソースコイル２１の位置を推定する際の精度が低下してしまわない程度の強度において検出することができさえすれば、例えば、センスコイルの１つ１つが、各々アーム１０１に接続されているような構造を有するセンスコイルユニット２３ａに対して行うものであっても良い。

また、本実施形態の内視鏡システム１ａにおいては、センスコイルユニット２３ａの代わりに、図９および図１０に示すような構造を有する、センスコイルユニット２３ｂを用いても良い。

内視鏡挿入形状検出装置８ａの一部として内視鏡挿入形状検出装置８ａの外部に設けられた、磁界検出部であるセンスコイルユニット２３ｂは、アーム駆動部２３Ｎと、センスコイル部１０２と、アーム１０３とを有する。

センスコイル部１０２には、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍが設けられ、また、各々が図１０に示すように配置されている。

アーム１０３は、前後、左右および上下に対して可動な構成を有し、基端側に設けられたアーム駆動部２３Ｎの制御により、先端側に設けられたセンスコイル部１０２の位置を変更することができる。

本実施形態の第１の変形例としてのセンスコイルユニット２３ｂは、前述したような構造を有するため、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍが、全ソースコイルの略平均値となるような強度の磁界を発する所定のソースコイル２１から発せされた磁界を所定の強度において受信できるような、所定の位置関係となる位置に配置されるように、アーム制御部３８がアーム駆動部２３Ｎを制御してアーム１０３を伸縮等させることにより、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍの位置を変更することができる。なお、前記所定の強度は、ソースコイル位置解析部３５が各々のソースコイル２１の位置を推定する際の精度が低下してしまわない程度の強度であり、例えば、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍのいずれかにおいて磁気飽和を起こさず、かつ、検出する磁界が微弱とならない程度の強度である。

また、センスコイルユニット２３ｂのセンスコイル部１０２は、本実施形態の第２の変形例として、図１１および図１２に示す、センスコイル部１０２Ａのような構造を有していても良い。

センスコイル部１０２Ａは、例えば、図１１に示すコネクタ２３Ｓ１のような、コネクタが複数設けられたコネクタ群２３Ｓを有する。また、センスコイル部１０２Ａは、コネクタ群２３Ｓにおいて、図１２に示すような構造を有する着脱式センスコイル２３Ｘと着脱自在である。

コネクタ群２３Ｓに設けられた、コネクタ２３Ｓ１等のコネクタは、各々が図示しない信号線を介して内視鏡挿入形状検出装置８ａに接続されている。

磁界検出素子である着脱式センスコイル２３Ｘは、Ｘ軸方向を向いたセンスコイルと、Ｙ軸方向を向いたセンスコイルと、Ｚ軸方向を向いたセンスコイルとの３つのセンスコイルからなるセンスコイル群２３Ｑと、コネクタ群２３Ｓに設けられた、コネクタ２３Ｓ１等のコネクタに対して着脱自在であるコネクタ２３Ｒとからなる。なお、着脱式センスコイル２３Ｘは、コネクタ群２３Ｓに設けられた、ソースコイル２１から発せされた磁界を受信でき、かつ、コネクタ２３Ｓ１等のコネクタに対して着脱自在な構造を有していれば、図１２に示すようなものに限らず、例えば、図１３に示す着脱式センスコイル２３Ｙのようなものであっても良い。着脱式センスコイル２３Ｙは、センスコイル群２３Ｑの周囲に接続部２３Ｔが設けられており、また、接続部２３Ｔは、センスコイル部１０２Ａに設けられた、接続部２３Ｓａに対して着脱自在である。また、センスコイル群２３Ｑは、前述したような３つのセンスコイルからなるものに限るものではなく、例えば、Ｘ軸方向を向いたセンスコイル、Ｙ軸方向を向いたセンスコイルまたはＺ軸方向を向いたセンスコイルのいずれか１つのみからなるような構成であっても良い。

次に、センスコイルユニット２３ｂがセンスコイル部１０２Ａを有する場合の作用についての説明を行う。

術者は、内視鏡挿入形状検出装置８ａを使用する前に、まず、着脱式センスコイル２３Ｘをコネクタ群２３Ｓのコネクタのいずれかに接続する。なお、着脱式センスコイル２３Ｘは、コネクタ群２３Ｓにおいて複数個同時に接続することが可能であるため、以下の説明においては、図１１に示すようなコネクタ群２３Ｓの４隅である、コネクタ２３Ｓ１、コネクタ２３Ｓ２、コネクタ２３Ｓ３およびコネクタ２３Ｓ４に１個ずつ着脱式センスコイル２３Ｘが接続されたものとして説明を行うものとする。

その後、術者が内視鏡システム１ａの各部を起動させると、ソースコイル２１は、ソースコイル制御部３２の制御内容に基づき、体腔内における挿入部１１の挿入形状に応じた磁界を発生する。

ソースコイル２１が磁界を発生し始めた後、センスコイルユニット２３ｂは、まず、コネクタ群２３Ｓの４隅に設けられた着脱式センスコイル２３Ｘにより、各ソースコイル２１から発生される磁界を検出する。コネクタ群２３Ｓの４隅に設けられた着脱式センスコイル２３Ｘにおいて検出された磁界は、ケーブル２４を介し、内視鏡挿入形状検出装置８ａに対して出力される。

信号検出部３３は、センスコイルユニット２３ｂから出力される磁界に基づいて該磁界を磁界信号に変換した後、該磁界信号を信号処理可能なレベルに増幅して出力する。信号記録部３４は、信号検出部３３から出力される磁界信号を一時的に記録する。ソースコイル位置解析部３５は、信号記録部３４に記録された磁界信号に基づいて、コネクタ群２３Ｓにおいて着脱式センスコイル２３Ｘが接続された位置および個数と、複数のソースコイル２１各々についての３次元位置座標とを推定し、該推定の結果を位置情報信号としてアーム制御部３８に対して出力する。

アーム制御部３８は、信号検出部３３から出力される磁界信号と、ソースコイル位置解析部３５から出力される位置情報信号とに基づき、コネクタ群２３Ｓの４隅に設けられた着脱式センスコイル２３Ｘが、全ソースコイルの略平均値となるような強度の磁界を発する所定のソースコイル２１から発せされた磁界を所定の強度において受信できるような、所定の位置関係となる位置に配置されるように、アーム駆動部２３Ｎを制御してアーム１０３を伸縮させることにより、センスコイルユニット２３ｂの位置を変更する。なお、前記所定の強度は、ソースコイル位置解析部３５が各々のソースコイル２１の位置を推定する際の精度が低下してしまわない程度の強度であり、例えば、コネクタ群２３Ｓの４隅に設けられた着脱式センスコイル２３Ｘのいずれかにおいて磁気飽和を起こさず、かつ、検出する磁界が微弱とならない程度の強度である。

なお、アーム制御部３８の制御により、センスコイルユニット２３ｂの位置を変更した後であっても、例えば、コネクタ群２３Ｓの４隅に設けられた着脱式センスコイル２３Ｘのいずれかにおいて、全ソースコイルの略平均値となるような強度の磁界を発する所定のソースコイル２１から発せされた磁界が原因となる磁気飽和が発生することにより、ソースコイル位置解析部３５が各ソースコイル２１の位置を推定する際の精度が低下してしまう場合がある。そのような場合、挿入形状画像生成部３６は、ソースコイル位置解析部３５から出力される位置情報信号に基づき、着脱式センスコイル２３Ｘの接続位置の変更、接続数の減少等を促す内容を有する文字列が内視鏡３の挿入部１１の挿入形状図形に重ねて表示されるような、挿入形状図形信号をモニタ駆動部３９に対して出力する。モニタ駆動部３９は、挿入形状画像生成部３６から出力される挿入形状図形信号に基づいてモニタ９を駆動させ、着脱式センスコイル２３Ｘの接続位置の変更、接続数の減少等を術者に促す内容を有する文字列を、挿入部１１の挿入形状図形に重ねて描出する。その後、術者が前記文字列を参照しつつ着脱式センスコイル２３Ｘの接続位置の変更、接続数の減少等を行い、着脱式センスコイル２３Ｘのいずれにおいても磁気飽和が発生しない状態になると、挿入形状画像生成部３６は、ソースコイル位置解析部３５から出力される位置情報信号に基づいて前記文字列の表示を中止し、着脱式センスコイル２３Ｘの接続位置の変更、接続数の減少等が行われた後の挿入部１１の挿入形状図形を、挿入形状図形信号としてモニタ駆動部３９に対して出力する。

また、アーム制御部３８の制御により、センスコイルユニット２３ｂの位置を変更した後であっても、例えば、コネクタ群２３Ｓの４隅に設けられた着脱式センスコイル２３Ｘが検出する、全ソースコイルの略平均値となるような強度の磁界を発する所定のソースコイル２１から発せされた磁界が微弱となることにより、ソースコイル位置解析部３５が各ソースコイル２１の位置を推定する際の精度が低下してしまう場合がある。そのような場合、挿入形状画像生成部３６は、ソースコイル位置解析部３５から出力される位置情報信号に基づき、着脱式センスコイル２３Ｘの接続位置の変更、接続数の増加等を促す内容を有する文字列が内視鏡３の挿入部１１の挿入形状図形に重ねて表示されるような、挿入形状図形信号をモニタ駆動部３９に対して出力する。モニタ駆動部３９は、挿入形状画像生成部３６から出力される挿入形状図形信号に基づいてモニタ９を駆動させ、着脱式センスコイル２３Ｘの接続位置の変更、接続数の増加等を術者に促す内容を有する文字列を、挿入部１１の挿入形状図形に重ねて描出する。その後、術者が前記文字列を参照しつつ着脱式センスコイル２３Ｘの接続位置の変更、接続数の増加等を行い、着脱式センスコイル２３Ｘのいずれにおいても、検出される磁界が微弱となることのない状態になると、挿入形状画像生成部３６は、ソースコイル位置解析部３５から出力される位置情報信号に基づいて前記文字列の表示を中止し、着脱式センスコイル２３Ｘの接続位置の変更、接続数の増加等が行われた後の挿入部１１の挿入形状図形を、挿入形状図形信号としてモニタ駆動部３９に対して出力する。

本実施形態の内視鏡挿入形状検出装置８ａは、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍまたは着脱式センスコイル２３Ｘが、全ソースコイルの略平均値となるような強度の磁界を発する所定のソースコイル２１から発せされた磁界を、磁気飽和を起こさず、かつ、検出する磁界が微弱とならない程度の強度である所定の強度において受信できるように、アーム制御部３８がセンスコイルユニット２３ａまたはセンスコイルユニット２３ｂに対して制御を行う。すなわち、アーム制御部３８は、ソースコイル位置解析部３５から出力される位置情報信号に基づき、センスコイルユニット２３ａまたはセンスコイルユニット２３ｂに対して制御を行うことにより、全ソースコイルの略平均値となるような強度の磁界を発する所定のソースコイル２１から発せされた磁界を検出する際に用いる、センスコイル群２３Ｊから２３Ｍまたは着脱式センスコイル２３Ｘの配置を選択する。そのため、本実施形態の内視鏡挿入形状検出装置８ａは、ソースコイル２１各々の位置を精度良く推定することができ、また、従来に比べ、挿入部１１の挿入形状を正確に描出することができる。その結果、術者は、内視鏡３の挿入操作をよりスムーズに行うことができる。

第１の実施形態に係る内視鏡システムの全体構成を示す図。 第１の実施形態に係るセンスコイルユニットの構成を示す図。 第１の実施形態に係る内視鏡挿入形状検出装置の内部構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係る内視鏡挿入形状検出装置が行う制御の内容を示すフローチャート。 第２の実施形態に係る内視鏡システムの全体構成を示す図。 第２の実施形態に係るセンスコイルユニットの構成を示す図。 第２の実施形態に係る内視鏡挿入形状検出装置の内部構成を示すブロック図。 第２の実施形態に係るセンスコイルユニットが、図７とは異なる状態となった場合を示す図。 第２の実施形態に係るセンスコイルユニットの第１の変形例の構成を示す図。 図９のセンスコイルユニットにおけるセンスコイル群の配置の例を示す図。 第２の実施形態に係るセンスコイルユニットの第２の変形例の構成を示す図。 図１２は、図１１のセンスコイルユニットに配置される着脱式センスコイルの構成を示す図。 図１１のセンスコイルユニットに配置される着脱式センスコイルにおいて、図１２とは異なる構成を示す図。

符号の説明

１，１ａ 内視鏡システム、２ 患者、３ 内視鏡、４ ビデオプロセッサ、５ モニタ、６ 挿入形状検出用プローブ、７ ベッド、８，８ａ 内視鏡挿入形状検出装置、９ モニタ、１１ 挿入部、１２ 操作部、１３ ユニバーサルコード、１４ 先端部、１５ 対物光学系、１６ ＣＣＤ、１７ 信号線、１８ プローブ挿入口、１９ プローブ用チャンネル、２１ ソースコイル、２２，２４ ケーブル、２３，２３ａ，２３ｂ センスコイルユニット、２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅ，２３Ｆ，２３Ｇ，２３Ｈ，２３Ｉ，２３Ｊ，２３Ｋ，２３Ｌ，２３Ｍ，２３Ｑ センスコイル群、２３Ｎ アーム駆動部、２３Ｓ コネクタ群 ２３Ｒ，２３Ｓ１，２３Ｓ２，２３Ｓ３，２３Ｓ４ コネクタ、２３Ｓａ，２３Ｔ 接続部、２３Ｘ，２３Ｙ 着脱式センスコイル、３１ ソースコイル駆動部、３２ ソースコイル制御部、３３ 信号検出部、３４ 信号記録部、３５ ソースコイル位置解析部、３６ 挿入形状画像生成部、３７ 信号制御部、３８ アーム制御部、３９ モニタ駆動部、１０１，１０３ アーム、１０２，１０２Ａ センスコイル部
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (2)

1. 内視鏡の挿入部に設けられた複数の磁界発生素子が発した磁界を検出するための複数の磁界検出素子が配置された磁界検出部と、
   前記磁界検出素子が検出した前記磁界を磁界信号として出力する信号検出部と、
   前記磁界信号に基づき、前記磁界発生素子の位置を推定する磁界発生位置推定部と、
   前記磁界発生位置推定部の推定結果に基づき、前記磁界信号の検出に用いる前記磁界検出素子を選択し、さらに、前記磁界信号に基づき、前記磁界信号の検出に用いる前記磁界検出素子の配置を選択するとともに、前記磁界検出素子が配置される位置を変化させるための制御を行う制御部と、
   を有することを特徴とする内視鏡挿入形状検出装置。
2. さらに、前記制御部は、複数の前記磁界検出素子のうち、所定の磁界検出素子からの磁界信号のみを出力するように、前記信号検出部に対して制御を行うことにより、前記磁界検出素子の配置を選択することを特徴とする請求項１記載の内視鏡挿入形状検出装置。

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