JP4897122B2 - 内視鏡形状検出装置及び内視鏡の挿入部の形状検出方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施形態について図1乃至図15を参照して説明する。
次に、本発明の第2の実施形態について図16乃至図21を参照して説明する。なお、第1の実施形態と同一の部分及び同一の機能を有する部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
次に、上述の第1の実施形態の変形例について説明する。なお、第1の実施形態と同一の部分及び同一の機能を有する部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
なお、上述の実施形態では、センサ位置補正部55,155により、修正対象リンクTjの先端側のセンサユニットSjの位置補正を行っているが、例えば位置補正に加えて、センサユニットSjの姿勢の補正を行ってもよい。すなわち、センサ位置補正部55,155は、修正対象リンクTjの先端側のセンサユニットSjの少なくとも位置を補正するセンサ状態補正部であればよい。この場合、センサ位置推定部61,161により、パーティクルフィルタを用いてセンサユニットSjの姿勢の推定も行われる。すなわち、センサ位置推定部61,161は、パーティクルフィルタを用いてセンサユニットSjの少なくとも位置の推定を行うセンサ状態推定部となっている。また、センサ位置観測部69,169はセンサユニットSjの少なくとも位置を観測するセンサ状態観測部となる。例えば、センサユニットSkの姿勢推定を行う場合には、パーティクル撒布部63により撒かれるそれぞれのパーティクル72は、式(17.1)〜式(17.3)に示すグローバル座標系での位置に加え、姿勢を有する。ここで、式(7),式(8),式(12)(又は式(15))により求められるセンサユニットSkのローカル座標系Ckの姿勢角をαk,βk,γkがセンサユニットSkの初期姿勢(初期状態)であり、それぞれの姿勢角の誤差の分散をδα,δβ,δγとする。1回目の推定ではパーティクル72は、式(7),式(8),式(12)(又は式(15))により求められるセンサユニットSkの初期姿勢(姿勢角αk,βk,γk)に誤差の分散δα,δβ,δγを加えた範囲に一様に撒かれる。すなわち、センサユニットSkの1回目の推定でのそれぞれのパーティクル72の姿勢角をαk_1 a,βk_1 a,γk_1 a)(a=1,2,…,A)とすると、それぞれのパーティクル72は、
Claims (16)
- 長手方向に互いに所定のセンサ間寸法だけ離れて複数のセンサユニットが配置される挿入部を備える内視鏡と、
前記センサユニットでの計測データに基づいて、それぞれの前記センサユニットの姿勢を検出する姿勢検出部と、
前記姿勢検出部で検出されたそれぞれの前記センサユニットの姿勢に基づいて、それぞれの前記センサユニットの間の形状を寸法が前記センサ間寸法に等しい直線状のリンクと仮定して、前記内視鏡の前記挿入部の検出線形形状を検出する線形形状検出部と、
パーティクルフィルタを用いてそれぞれの前記センサユニットの少なくとも位置を補正し、前記線形形状検出部により検出された前記検出線形形状を修正した修正形状を検出する形状修正部と、
を具備する内視鏡形状検出装置。 - 前記形状修正部は、
最も基端側又は最も先端側の前記センサユニットの中心を原点とするグローバル座標系において、それぞれの前記リンクごとに前記グローバル座標系の前記原点から近い側の前記リンクから順に形状修正を行い、前記修正形状のそれぞれの前記センサユニットの間の形状である修正センサ間要素を形成する形状修正順次実施部と、
すべての前記リンクについて前記形状修正を行う状態に前記形状修正順次実施部を制御する形状修正制御部と、
を備える請求項1の内視鏡形状検出装置。 - 前記形状修正部は、前記形状修正順次実施部により1つの前記リンクの前記形状修正が行われるたびに、前記形状修正が行われていない前記リンクである未修正リンクから構成される修正未完了部を前記形状修正により形成される前記修正センサ間要素から構成される修正完了部と境界が連続する状態に平行移動し、前記修正未完了部の位置を補正する未修正リンク位置補正部を備える請求項2の内視鏡形状検出装置。
- 前記形状修正順次実施部は、
前記形状修正順次実施部により前記形状修正を行う対象の前記リンクである修正対象リンクにおいて、前記グローバル座標系の前記原点から遠い側の前記センサユニットである状態補正対象センサの少なくとも位置の推定を、前記パーティクルフィルタを用いて、前記形状修正順次実施部により前記修正対象リンクの形状修正が行われる前の前記状態補正対象センサの初期状態又は前回の推定の推定結果に基づいて行うセンサ状態推定部と、
前記状態補正対象センサの前記推定を所定の回数だけ行う状態に前記センサ状態推定部を制御する状態推定制御部と、
を備える請求項2の内視鏡形状検出装置。 - 前記形状修正順次実施部は、
前記センサ状態推定部での推定結果に基づいて、前記状態補正対象センサの少なくとも位置を補正するセンサ状態補正部と、
前記センサ状態補正部により補正された前記状態補正対象センサの位置に基づいて前記修正センサ間要素を形成する修正センサ間要素形成部と、
を備える請求項4の内視鏡形状検出装置。 - 前記センサ状態推定部は、
前記状態補正対象センサの前記初期状態又は前回の前記推定の推定結果に基づいて、所定の数のパーティクルを撒くパーティクル撒布部と、
前記内視鏡の前記挿入部の状態及びそれぞれの前記センサユニットでの計測データから移動モデルを検出し、前記移動モデルに基づいて、撒かれたそれぞれの前記パーティクルを移動前パーティクル位置から移動後パーティクル位置へ移動させるパーティクル移動部と、
前記状態補正対象センサがそれぞれの前記パーティクルの前記移動後パーティクル位置に位置する尤もらしさを示す尤度を算出し、前記尤度からそれぞれの前記パーティクルの重みを算出する重み算出部と、
前記重み算出部で算出されたそれぞれの前記パーティクルの前記重みに基づいて、前記状態補正対象センサの少なくとも位置を観測するセンサ状態観測部と、
を備える請求項4の内視鏡形状検出装置。 - 前記パーティクル移動部は、前記内視鏡の前記挿入部の曲がり状態から前記移動モデルを検出し、前記移動モデルに基づいて、前記修正対象リンクの前記グローバル座標系の前記原点から近い側の前記センサユニットとそれぞれの前記パーティクルとの間の曲線補間を行い、それぞれの前記パーティクルを移動させる曲線補間部である請求項6の内視鏡形状検出装置。
- 前記パーティクル移動部は、前記内視鏡の前記挿入部が平行移動している動状態で検出されたそれぞれの前記センサユニットの前記グローバル座標系での加速度ベクトル、速度ベクトル、変位から前記移動モデルを検出し、前記移動モデルに基づいてそれぞれの前記パーティクルを移動する動状態移動モデル実施部である請求項6の内視鏡形状検出装置。
- 内視鏡の挿入部に長手方向に互いに所定のセンサ間寸法だけ離れて配置される複数のセンサユニットが計測を行うことと、
前記センサユニットでの計測データに基づいて、それぞれの前記センサユニットの姿勢を姿勢検出部が検出することと、
前記姿勢検出部が検出したそれぞれの前記センサユニットの姿勢に基づいて、それぞれの前記センサユニットの間の形状を寸法が前記センサ間寸法に等しい直線状のリンクと仮定して、前記内視鏡の前記挿入部の検出線形形状を線形形状検出部が検出することと、
形状修正部が、パーティクルフィルタを用いてそれぞれの前記センサユニットの少なくとも位置を補正し、前記線形形状検出部が検出した前記検出線形形状を修正した修正形状を検出することと、
を具備する内視鏡の挿入部の形状検出方法。 - 前記形状修正部が、それぞれの前記センサユニットの少なくとも位置を補正し、前記修正形状を検出することは、
最も基端側又は最も先端側の前記センサユニットの中心を原点とするグローバル座標系において、前記形状修正部の形状修正順次実施部が、それぞれの前記リンクごとに前記グローバル座標系の前記原点から近い側の前記リンクから順に形状修正を行い、前記修正形状のそれぞれの前記センサユニットの間の形状である修正センサ間要素を形成することと、
前記形状修正順次実施部がすべての前記リンクについて前記形状修正を行う状態に、前記形状修正部の形状修正制御部が制御することと、
を備える請求項9の内視鏡の挿入部の形状検出方法。 - 前記形状修正部が、それぞれの前記センサユニットの少なくとも位置を補正し、前記修正形状を検出することは、前記形状修正順次実施部が1つの前記リンクの前記形状修正が行うたびに、前記形状修正部の未修正リンク位置補正部が、前記形状修正が行われていない前記リンクである未修正リンクから構成される修正未完了部を前記形状修正により形成される前記修正センサ間要素から構成される修正完了部と境界が連続する状態に平行移動し、前記修正未完了部の位置を補正することを備える請求項10の内視鏡の挿入部の形状検出方法。
- 前記形状修正順次実施部が前記修正センサ間要素を形成することは、
前記形状修正順次実施部が前記形状修正を行う対象の前記リンクである修正対象リンクにおいて、前記グローバル座標系の前記原点から遠い側の前記センサユニットである状態補正対象センサの少なくとも位置の推定を、前記パーティクルフィルタを用いて、前記修正対象リンクの前記形状修正が行われる前の前記状態補正対象センサの初期状態又は前回の推定の推定結果に基づいて前記形状修正順次実施部のセンサ状態推定部が行うことと、
前記センサ状態推定部が前記推定を所定の回数だけ行う状態に、前記形状修正順次実施部の状態推定制御部が制御することと、
を備える請求項10の内視鏡の挿入部の形状検出方法。 - 前記形状修正順次実施部が前記修正センサ間要素を形成することは、
前記センサ状態推定部での前記状態補正対象センサの推定結果に基づいて、前記状態補正対象センサの少なくとも位置を前記形状修正順次実施部のセンサ状態補正部が補正することと、
前記センサ状態補正部が補正した前記状態補正対象センサの位置に基づいて前記修正センサ間要素を前記形状修正順次実施部の修正センサ間要素形成部が形成することと、
を備える請求項12の内視鏡の挿入部の形状検出方法。 - 前記センサ状態推定部が前記状態補正対象センサの少なくとも位置の推定を行うことは、
前記状態補正対象センサの前記初期状態又は前回の前記推定の推定結果に基づいて、所定の数のパーティクルを前記センサ状態推定部のパーティクル撒布部が撒くことと、
前記内視鏡の前記挿入部の状態及びそれぞれの前記センサユニットでの計測データから移動モデルを検出し、前記移動モデルに基づいて、前記パーティクル撒布部が撒いたそれぞれの前記パーティクルを移動前パーティクル位置から移動後パーティクル位置へ前記センサ状態推定部のパーティクル移動部が移動させることと、
前記センサ状態推定部の重み算出部が、前記状態補正対象センサがそれぞれの前記パーティクルの前記移動後パーティクル位置に位置する尤もらしさを示す尤度を算出し、前記尤度からそれぞれの前記パーティクルの重みを算出することと、
前記重み算出部が算出したそれぞれの前記パーティクルの前記重みに基づいて、前記状態補正対象センサの少なくとも位置を前記センサ状態推定部のセンサ状態観測部が観測することと、
を備える請求項12の内視鏡の挿入部の形状検出方法。 - 前記パーティクル移動部がそれぞれの前記パーティクルを移動させることは、前記パーティクル移動部となる曲線補間部が、前記内視鏡の前記挿入部の曲がり状態から前記移動モデルを検出し、前記移動モデルに基づいて、前記修正対象リンクの前記グローバル座標系の前記原点から近い側の前記センサユニットとそれぞれの前記パーティクルとの間の曲線補間を行い、それぞれの前記パーティクルを移動させることである請求項14の内視鏡の挿入部の形状検出方法。
- 前記パーティクル移動部がそれぞれの前記パーティクルを移動させることは、前記パーティクル移動部となる動状態移動モデル実施部が、前記内視鏡の前記挿入部が平行移動している動状態で検出されたそれぞれの前記センサユニットの前記グローバル座標系での加速度ベクトル、速度ベクトル、変位から前記移動モデルを検出し、前記移動モデルに基づいてそれぞれの前記パーティクルを移動することである請求項14の内視鏡の挿入部の形状検出方法。
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