JP6899276B2 - 内視鏡形状表示装置、内視鏡システム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態1に係る内視鏡システム1000の構成図である。内視鏡システム1000は、内視鏡100、プロセッサ200(内視鏡形状表示装置)、モニタ300、アンテナ400を備える。
信頼度=センサ精度×(1/形状変化度) (式1)
信頼度=センサ精度×(1/形状変化度)×(1/経過時間)(式2)
形状推定部232は、センサ130から検出値を取得する。このとき、センサ130の検出精度を表すデータを併せて取得する。センサ130自身が検出精度を表す値を出力する場合はこれを取得すればよい。あるいは、例えばセンサ130が出力する電流の強度などの値を検出精度の指標として用いることもできる。その他適当な手法により検出精度を取得してもよい。
形状推定部232は、センサ130の検出精度が検出精度閾値未満であるか否かを判定する。閾値未満である場合はステップS407へ進み、検出精度閾値以上である場合はステップS403へ進む。
形状推定部232は、センサ130から取得した検出値に基づき、内視鏡100の各部位の位置と向きを推定する(S403)。形状推定部232は、ステップS403の推定結果に基づき、内視鏡100の形状を推定する(S404)。信頼度算出部233は、式1にしたがって、ステップS404の推定結果の信頼度を算出する(S405)。
センサ130の検出精度が充分に高い場合は、内視鏡100の形状推定結果の精度も高いと考えられる。したがって処理を簡易化するため、本ステップにおいて式1を用いることに代えて、充分高い固定値(例えば最大値=1.0)を信頼度の値として割り当ててもよい。
形状表示部234は、形状推定部232による推定結果を、モニタ300上に画面表示する。本ステップにおいては、形状推定部232による推定結果の信頼度が充分に高いと考えられるので、図3で例示したようなフェードアウトは実施しない。
本ステップに到達する場合は、信頼度は充分に高いと考えられるので、フェードアウトは必要ない。ただし仮に本ステップにおいて信頼度が信頼度閾値未満となる可能性があるのであれば、信頼度算出部233と形状表示部234は、後述するステップS412と同様に信頼度を時間経過にともなって減少させ、内視鏡100の形状をフェードアウト表示してもよい。
形状推定部232は、センサ130が故障しているか否かを判定する。センサ130自身が故障の有無を表す信号を出力する場合はその信号に基づき判定すればよい。あるいはセンサ130が検出値を何ら出力していないなどの状態に基づき故障の有無を判定してもよい。その他適当な手法により故障有無を判定してもよい。センサ130が故障している場合はステップS413へ進み、故障していない(単に検出精度が低下している)場合はステップS408へ進む。
センサ130が故障していないが検出精度が低下する状態としては、例えばセンサ130とアンテナ400との間の距離が離れることにより、センサ130が出力する信号の強度が低下した場合などが挙げられる。その他、アンテナ400やセンサ130の近傍に金属が存在することにより、検出精度が低下する場合もある。
形状推定部232と信頼度算出部233は、ステップS403〜S405と同様の処理を実施する。
信頼度算出部233は、ステップS410において算出した信頼度が、信頼度閾値未満であるか否かを判定する。信頼度閾値未満であればステップS412へ進み、信頼度閾値以上であればステップS406へ進む。
信頼度算出部233は、センサ130の検出精度が検出精度閾値未満である部位について、信頼度が0にならないように経時減少させる。例えば時間経過にともなって信頼度を減少させ、ある程度まで信頼度が下がった時点で信頼度の値を固定する。形状表示部234は、その信頼度の経時変化に応じて、内視鏡100の形状を画面表示する。これにより内視鏡100の形状は、完全には消失しない程度までフェードアウトすることなる。例えば図3におけるt=t2のような表示態様となる。
本ステップにおいて、ステップS417と同様に、内視鏡100の形状が完全に消失するまでフェードアウトしてもよい。この場合は、ステップS412とS417の違いを視覚的に表示するためには、後述する実施形態2のようにフェードアウト以外の態様によって信頼度を画面表示する必要がある。
形状推定部232と信頼度算出部233は、ステップS403〜S405と同様の処理を実施する。
信頼度算出部233は、ステップS415において算出した信頼度が、信頼度閾値未満であるか否かを判定する。信頼度閾値未満であればステップS417へ進み、信頼度閾値以上であればステップS412へ進む。
信頼度算出部233は、センサ130の検出精度が検出精度閾値未満である部位について、信頼度が0になるように経時減少させる。形状表示部234は、その信頼度の経時変化に応じて、内視鏡100の形状を画面表示する。これにより内視鏡100の形状は、完全に消失するまでフェードアウトすることになる。例えば図3におけるt=t3のような表示態様となる。
ステップS412とS417の違いは、センサ130が故障しているか否かによる。センサ130が故障している場合は、その部位の形状推定結果の信頼度は低いと考えられるので、モニタ300上で同部位を完全に消失させることにより、操作者に対して信頼度が低い旨を視覚的に示唆することとした。これに対してステップS412においては、センサ130の検出精度が一時的に低下していると考えられるので、モニタ300上で同部位を完全には消失させないことにより、操作者に対してS417とは異なる状況を視覚的に示唆することとした。これにより、形状推定結果の信頼度を、モニタ300上の画像によって視覚的に示唆することができるので、操作者を効果的に補助することができる。
本ステップにおいてフェードアウトを開始した後に、改めて本フローチャートを実施することにより、形状推定結果の信頼度が信頼度閾値以上に回復する場合がある。その場合は本ステップにおけるフェードアウトを中止して、通常表示に戻せばよい。例えばステップS406において、表示形態を通常表示に戻せばよい。
センサ130の検出精度が一時的に低下したとしても、形状推定結果が充分に信頼できる場合は、フェードアウトする必要はない。そこでステップS411において信頼度が充分に高い場合は、検出精度が高い場合と同じ処理(S406)を実施することとした。これに対して例えば内視鏡100の形状変化度が大きい場合は、式1により信頼度が低く算出されるので、ステップS412を実施することになる。
信頼度算出部233は、センサ130の検出精度を取得する。具体的には、ステップS401において形状推定部232がセンサ130から取得した検出精度を、形状推定部232から受け取ればよい。
信頼度算出部233は、内視鏡100の形状変化度を算出する。例えば以下のようなパラメータを1以上用いることにより、形状変化度を算出することができる。(a)内視鏡100の位置(センサ130が検出する位置)の時間変化率、(b)内視鏡100の形状の接線ベクトルの時間変化率、(c)内視鏡100の姿勢(センサ130が検出する向き)の時間変化率、(d)内視鏡100の局所形状の曲率半径。信頼度算出部233は、式1にしたがって信頼度を算出する。
信頼度算出部233は、信頼度が信頼度閾値未満になってからの経過時間をカウント中であるか否かを判定する。ステップS405/S410/S415において本フローチャートを実施する場合は経過時間をカウントしないので、本フローチャートを終了する。ステップS406/S412/S417において本フローチャートを実施する場合は、内視鏡100の形状をフェードアウト表示することになるので、ステップS504以降を実施する。
信頼度算出部233は、ステップS502において算出した信頼度に対して(1/経過時間)を乗算する。ここでいう経過時間とは、ステップS411またはS416において信頼度が信頼度閾値未満であると判定した時点からの経過時間である。
信頼度算出部233は、ステップS407と同様の手順により、センサ130が故障しているか否かを判定する。故障している場合はステップS507へスキップし、故障していない場合はステップS506へ進む。ステップS507はステップS417に対応し、ステップS506はステップS412に対応する。
信頼度算出部233は、信頼度が下限値未満になっている場合は、下限値まで切り上げる。本ステップは、内視鏡100の形状が完全に消滅するまでフェードアウトしないようにするためのものである。
信頼度算出部233は、経過時間を更新する。経過時間は、例えばステップS411またはS416においてカウントアップを開始するタイマなどを用いることによって計測することができる。
本実施形態1に係る内視鏡システム1000は、形状推定部232が推定した内視鏡100の形状の信頼度と連動して、モニタ300上において内視鏡100の形状をフェードアウト表示する。これにより、内視鏡100の形状推定結果について、操作者に対して視覚的なフィードバックを与えて、操作者を補助することができる。特に、内視鏡の形状を推定した結果は必ずしも100%の精度を有しているとは限らず、推定結果の信頼度は常に変化しているので、本実施形態1に係る内視鏡システム1000により形状を把握することは有用である。特に、内視鏡の挿入形状を表示するのに好適である。
本発明の実施形態2では、形状表示部234が内視鏡100の形状をモニタ300上に画面表示する際の様々な表示態様について説明する。内視鏡システム1000の構成は実施形態1と同様である。
本発明の実施形態3では、内視鏡100の形状画像をフェードアウト/フェードインする以外の表示態様について説明する。内視鏡システム1000の構成は実施形態1〜2と同様である。
形状推定部232は、センサ130から検出値を取得する。このとき、センサ130の検出精度を表すデータを併せて取得する。センサ130自身が検出精度を表す値を出力する場合はこれを取得すればよい。あるいは、例えばセンサ130が出力する電流の強度などの値を検出精度の指標として用いることもできる。その他適当な手法により検出精度を取得してもよい。
形状推定部232は、センサ130から取得した検出値に基づき、内視鏡100の各部位の位置と向きを推定する(S1102)。形状推定部232は、ステップS1102の推定結果に基づき、内視鏡100の形状を推定する(S1103)。信頼度算出部233は、式1にしたがって、ステップS1104の推定結果の信頼度を算出する(S1104)。
形状表示部234は、ステップS1104において信頼度算出部233が算出した信頼度が信頼度閾値未満であるか否かを判定する。閾値未満であればステップS1107へ進み、閾値以上であればステップS1106へ進む。
形状表示部234は、形状推定部232による推定結果を、モニタ300上に画面表示する。本ステップにおいては、形状推定部232による推定結果の信頼度が充分に高いので、図10で例示したような信頼度画像は表示しない。
信頼度算出部233は、センサ130の検出精度が検出精度閾値未満である部位について、信頼度を経時減少させる。形状表示部234は、形状推定部232による推定結果と併せて、信頼度算出部233が算出した信頼度を表す信頼度画像を画面表示する。例えば図10のt=t2やt=t3のような表示態様となる。
信頼度算出部233は、センサ130の検出精度を取得する。具体的には、ステップS1101において形状推定部232がセンサ130から取得した検出精度を、形状推定部232から受け取ればよい。
信頼度算出部233は、内視鏡100の形状変化度を算出する。例えば以下のようなパラメータを1以上用いることにより、形状変化度を算出することができる。(a)内視鏡100の位置(センサ130が検出する位置)の時間変化率、(b)内視鏡100の形状の接線ベクトルの時間変化率、(c)内視鏡100の姿勢(センサ130が検出する向き)の時間変化率、(d)内視鏡100の局所形状の曲率半径。信頼度算出部233は、式1にしたがって信頼度を算出する。
信頼度算出部233は、信頼度が信頼度閾値未満になってからの経過時間をカウント中であるか否かを判定する。ステップS1106において本フローチャートを実施する場合は経過時間をカウントしないので、本フローチャートを終了する。ステップS1107において本フローチャートを実施する場合は、経過時間に応じて信頼度を低くすることになるので、ステップS1204以降を実施する。
信頼度算出部233は、ステップS1202において算出した信頼度に対して(1/経過時間)を乗算する。ここでいう経過時間とは、ステップS1105において信頼度が信頼度閾値未満であると判定した時点からの経過時間である。
信頼度算出部233は、経過時間を更新する。経過時間は、例えばステップS1107においてカウントアップを開始するタイマなどを用いることによって、計測することができる。
本実施形態3に係る内視鏡システム1000は、形状推定部232が推定した内視鏡100の形状と併せて、推定結果の信頼度を表す信頼度画像を表示する。これにより、内視鏡100の形状推定結果について、操作者に対して視覚的なフィードバックを与えて、操作者を補助することができる。
図13は、本発明の実施形態4に係る内視鏡システム1000が画面表示する画像の例である。本実施形態4において、形状表示部234は、実施形態3で説明した画像に加えてさらに、図13に示す画像をモニタ300上に画面表示する。以下図13の各画像について説明する。
図14は、本発明の実施形態5に係る内視鏡システム1000の構成図である。本実施形態5において、プロセッサ200は記憶装置240を備える。記憶装置240は、例えばハードディスクドライブなどの不揮発性記憶装置である。記憶装置240は、実施形態2で説明した各画像に加えて、後述する履歴データ241を格納する。
本発明の実施形態6では、形状表示部234が内視鏡100の形状信頼度をモニタ300上に画面表示する際の様々な表示態様について説明する。内視鏡システム1000の構成は実施形態3〜5と同様である。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換える事が可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について他の構成の追加・削除・置換をすることができる。
本発明は、以下の構成を備える。
内視鏡の形状を表示する内視鏡形状表示装置であって、
内視鏡の形状を推定する推定部、
前記推定部が推定した前記内視鏡の形状の信頼度を算出する信頼度算出部、
前記推定部が推定した前記内視鏡の形状を表す形状画像を表示するとともに、前記信頼度の値を反映した出力を出力する出力部、
を備える内視鏡形状表示装置。
前記出力部は、前記信頼度が時間経過にともなって増加しているときはその旨を表す信頼度増加画像を表示し、
前記出力部は、前記信頼度が時間経過にともなって減少しているときはその旨を表す信頼度低下画像を表示する
構成1記載の内視鏡形状表示装置。
前記推定部は、前記内視鏡の位置を推定し、
前記出力部はさらに、前記内視鏡を挿入する部位の内部構造を模式化した内部構造画像を表示し、
前記出力部は、前記推定部が推定した前記内視鏡の位置を、前記内部構造画像に対して重畳して表示する
構成1記載の内視鏡形状表示装置。
前記推定部は、前記内視鏡の位置を推定し、
前記出力部はさらに、前記内視鏡を挿入する人体の姿勢を表す人体画像を表示し、
前記出力部は、前記推定部が推定した前記内視鏡の位置を、前記人体画像に対して重畳して表示する
構成1記載の内視鏡形状表示装置。
前記内視鏡形状表示装置はさらに、前記信頼度算出部が算出した前記信頼度の履歴を記述した履歴データを格納する記憶部を備える
構成1記載の内視鏡形状表示装置。
前記信頼度算出部は、前記信頼度の値、前記信頼度を算出した時刻、および前記信頼度の値を算出した時点における前記推定部による推定結果を対応付けて、前記履歴データとして前記記憶部に格納する
構成5記載の内視鏡形状表示装置。
前記出力部は、前記信頼度の値を反映した信頼度画像として、前記信頼度の値を表す色、前記信頼度の値を表す模様、前記信頼度の値を表す点滅画像、前記信頼度の値を表す数字、前記信頼度の値を表すスケールバー、のうち少なくともいずれかを表示する
構成1記載の内視鏡形状表示装置。
前記出力部は、前記信頼度の値を反映した前記形状画像を表示する
構成1記載の内視鏡形状表示装置。
前記出力部は、前記信頼度の値に応じて前記形状画像を経時変化させる
構成1記載の内視鏡形状表示装置。
前記出力部は、時間経過にともなって、前記形状画像を連続的にまたは段階的に変化させる
構成9記載の内視鏡形状表示装置。
前記信頼度算出部は、前記内視鏡の全体の形状について前記信頼度を算出する
構成1記載の内視鏡形状表示装置。
構成1から11のいずれか1項記載の内視鏡形状表示装置、
前記内視鏡、
を有する内視鏡システム。
前記推定部は、
前記内視鏡の内部または前記内視鏡の外部のいずれか一方に設けられた複数の磁場発生素子、
前記内視鏡の内部または前記内視鏡の外部のうち、前記複数の磁場発生素子が設けられていない他方に設けられ、前記複数の磁場発生素子が発した磁場を検出するための複数の磁場検出素子、
前記磁場検出素子が検出した磁場に基づき、前記内視鏡に設けられた複数の磁場発生素子または前記複数の磁場検出素子の位置を推定する位置推定部、
を有し、
前記推定部は、前記位置推定部により推定された前記複数の磁場発生素子または前記複数の磁場検出素子の位置に基づき、前記内視鏡の形状を推定する
構成12記載の内視鏡システム。
前記信頼度算出部は、第1計算式にしたがって前記信頼度を算出し、
前記信頼度算出部は、前記第1計算式にしたがって算出した前記信頼度が所定閾値未満になると、前記第1計算式とは異なる第2計算式にしたがって前記信頼度を算出し、
前記信頼度算出部は、前記第2計算式にしたがって算出した前記信頼度が前記所定閾値以上になったときは、前記信頼度を算出するために用いる計算式を前記第2計算式から前記第1計算式に戻す
構成1記載の内視鏡形状表示装置。
200:プロセッサ
210:レセプタクル
220:光源
230:CPU
231:撮影画像表示部
232:形状推定部
233:信頼度算出部
234:形状表示部
300:モニタ
400:アンテナ
1000:内視鏡システム
Claims (12)
- 内視鏡の形状を表示する内視鏡形状表示装置であって、
内視鏡の形状を推定する推定部、
前記推定部が推定した前記内視鏡の形状の信頼度を算出する信頼度算出部、
前記推定部が推定した前記内視鏡の形状を表す形状画像を表示するとともに、前記信頼度の値を反映した出力を出力する出力部、
を備え、
前記信頼度算出部は、
前記内視鏡の形状を検出する形状センサの精度と、前記内視鏡の形状の位置の時間に対する変化率とを用いて、前記信頼度を算出し、
または、
前記内視鏡の形状を検出する形状センサの精度と、前記内視鏡の形状の位置の時間に対する変化率と、前記信頼度が閾値未満になった時点からの経過時間とを用いて、前記信頼度を算出し、
前記出力部は、前記信頼度が時間経過にともなって増加しているときはその旨を表す信頼度増加画像を表示し、
前記出力部は、前記信頼度が時間経過にともなって減少しているときはその旨を表す信頼度低下画像を表示する
内視鏡形状表示装置。 - 前記推定部は、前記内視鏡の位置を推定し、
前記出力部はさらに、前記内視鏡を挿入する部位の内部構造を模式化した内部構造画像を表示し、
前記出力部は、前記推定部が推定した前記内視鏡の位置を、前記内部構造画像に対して重畳して表示する
請求項1記載の内視鏡形状表示装置。 - 前記推定部は、前記内視鏡の位置を推定し、
前記出力部はさらに、前記内視鏡を挿入する人体の姿勢を表す人体画像を表示し、
前記出力部は、前記推定部が推定した前記内視鏡の位置を、前記人体画像に対して重畳して表示する
請求項1記載の内視鏡形状表示装置。 - 前記内視鏡形状表示装置はさらに、前記信頼度算出部が算出した前記信頼度の履歴を記述した履歴データを格納する記憶部を備える
請求項1記載の内視鏡形状表示装置。 - 前記信頼度算出部は、前記信頼度の値、前記信頼度を算出した時刻、および前記信頼度の値を算出した時点における前記推定部による推定結果を対応付けて、前記履歴データとして前記記憶部に格納する
請求項4記載の内視鏡形状表示装置。 - 前記出力部は、前記信頼度の値を反映した信頼度画像として、前記信頼度の値を表す色、前記信頼度の値を表す模様、前記信頼度の値を表す点滅画像、前記信頼度の値を表す数字、前記信頼度の値を表すスケールバー、のうち少なくともいずれかを表示する
請求項1記載の内視鏡形状表示装置。 - 前記出力部は、前記信頼度の値を反映した前記形状画像を表示する
請求項1記載の内視鏡形状表示装置。 - 前記出力部は、前記信頼度の値に応じて前記形状画像を経時変化させる
請求項1記載の内視鏡形状表示装置。 - 前記出力部は、時間経過にともなって、前記形状画像を連続的にまたは段階的に変化させる
請求項8記載の内視鏡形状表示装置。 - 前記信頼度算出部は、前記内視鏡の全体の形状について前記信頼度を算出する
請求項1記載の内視鏡形状表示装置。 - 請求項1から10のいずれか1項記載の内視鏡形状表示装置、
前記内視鏡、
を有する内視鏡システム。 - 前記推定部は、
前記内視鏡の内部または前記内視鏡の外部のいずれか一方に設けられた複数の磁場発生素子、
前記内視鏡の内部または前記内視鏡の外部のうち、前記複数の磁場発生素子が設けられていない他方に設けられ、前記複数の磁場発生素子が発した磁場を検出するための複数の磁場検出素子、
前記磁場検出素子が検出した磁場に基づき、前記内視鏡に設けられた複数の磁場発生素子または前記複数の磁場検出素子の位置を推定する位置推定部、
を有し、
前記推定部は、前記位置推定部により推定された前記複数の磁場発生素子または前記複数の磁場検出素子の位置に基づき、前記内視鏡の形状を推定する
請求項11記載の内視鏡システム。
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