JP2000081304A - Shape estimation apparatus - Google Patents

Shape estimation apparatus

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JP2000081304A
JP2000081304A JP10251438A JP25143898A JP2000081304A JP 2000081304 A JP2000081304 A JP 2000081304A JP 10251438 A JP10251438 A JP 10251438A JP 25143898 A JP25143898 A JP 25143898A JP 2000081304 A JP2000081304 A JP 2000081304A
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sense
sense coil
coils
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潤 長谷川
Sumihiro Uchimura
澄洋 内村
Yasuhiro Yoshizawa
靖宏 吉沢
Akira Taniguchi
明 谷口
Takeshi Kawabata
健 川端
Fumiyuki Onoda
文幸 小野田
Chieko Aizawa
千恵子 相沢
Masanao Hara
雅直 原
Kazutaka Tsuji
和孝 辻
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately estimate the shape even when metal exists on the perimeter of a source coil and a sense coil unit. SOLUTION: A first sense coil more invulnerable to effect of metal as compared with a second sense coil is set to be turned in the direction of the Y axis so that an output thereof can be detected larger and the second sense coil is set to be turned in the direction of the Z axis. The sense coil in the direction of the X axis is installed at a position farthest from a post 29 in a sense coil unit 50. Since the position and the orientation of the sense coils are so set in the sense coil unit to hinder effect of metal on a three-dimensional space, a less error is possible in the estimation of the position of a source coil to reduce the deformation of the shape of an endoscope in the insertion thereof. Coils in the directions of the X, Y and Z axes are arranged at four corners in the sense coil unit thereby permitting evenly maintaining of error in the estimation of the position of the source coil.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は形状推定装置、更に
詳しくはセンスコイルの配置部分に特徴のある形状推定
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape estimating device, and more particularly, to a shape estimating device having a characteristic in a sense coil arrangement portion.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In recent years, endoscopes have been widely used in the medical and industrial fields. This endoscope, especially if the insertion part is flexible, can be inserted into a bent body cavity to diagnose organs deep inside the body cavity without making an incision, and if necessary, insert a treatment tool into the channel. Therapeutic treatment such as resection of polyps and the like.

【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。
[0003] In this case, for example, as in the case of examining the lower digestive tract from the anal side, some skill may be required to smoothly insert the insertion portion into a bent body cavity.

【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。
[0004] In other words, when the insertion operation is performed, it is necessary to perform an operation such as bending a bending portion provided in the insertion portion in accordance with the bending of the conduit to perform smooth insertion. It is convenient to be able to know the position of the distal end and the like in the body cavity, the current bending state of the insertion portion, and the like.

【0005】そこで、例えば本出願人が先に出願した特
願平10−69075号に示されるような磁界を用いた
位置推定装置(形状推定装置)が種々提案されている。
Accordingly, various position estimating apparatuses (shape estimating apparatuses) using a magnetic field have been proposed, for example, as disclosed in Japanese Patent Application No. 10-69075 previously filed by the present applicant.

【0006】上記の特願平10−69075号において
は、センスコイルユニット内のセンスコイルの配置は、
ソースコイルの測定空間において測定誤差を均一にし、
同一方向を向いたセンスコイル間の距離を可能な限り離
すことによってソースコイルの推定精度が向上するよう
にセンスコイルユニット内の4隅にX,Y,Z軸方向の
単心コイルを3つ配置していた。
In Japanese Patent Application No. 10-69075, the arrangement of sense coils in a sense coil unit is as follows.
Uniform measurement errors in the measurement space of the source coil,
Three single-core coils in the X, Y, and Z-axis directions are arranged at four corners in the sense coil unit so as to improve the estimation accuracy of the source coil by increasing the distance between the sense coils facing in the same direction as much as possible. Was.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来装置では、測定空間上に金属物体が存在すると、金属
を通過する磁界が影響を受け、センスコイルの出力が変
化し、ソースコイルの位置が正しく推定できないと言う
問題が発生する。
However, in the above conventional apparatus, when a metal object exists in the measurement space, the magnetic field passing through the metal is affected, the output of the sense coil changes, and the position of the source coil is correctly determined. The problem that estimation cannot be performed occurs.

【0008】すなわち、ソースコイルとセンスコイルユ
ニットとの周辺に金属が存在する場合、推定される形状
が歪むという問題がある。
That is, when metal exists around the source coil and the sense coil unit, there is a problem that the estimated shape is distorted.

【0009】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、ソースコイルとセンスコイルユニットとの周辺
に金属が存在しても、正確に形状を推定することのでき
る形状推定装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a shape estimating apparatus capable of accurately estimating a shape even when metal exists around a source coil and a sense coil unit. It is intended to be.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の形状推定装置
は、単心コイルにより磁界を発生するソースコイルと、
センスコイルとして3次元空間上に互いに直交した3つ
の単心コイルを複数配置し、前記センスコイルの出力か
ら前記ソースコイルの位置と向きを推定する推定手段と
を具備した形状推定装置において、前記センスコイルの
近傍に金属体が配置された場合、前記金属体の断面が存
在する平面と平行な平面上で前記ソースコイルが発生す
る磁界を垂直に通過する前記センスコイルを構成する前
記互いに直交した3つの単心コイルのうちの2つの単心
コイルおいて、前記金属体の断面と平行な単心コイルを
他方の単心コイルより前記金属体に対して遠方に配置し
て構成される。
According to the present invention, there is provided a shape estimating apparatus comprising: a source coil for generating a magnetic field by a single-core coil;
A shape estimating apparatus comprising: a plurality of three single-core coils orthogonal to each other in a three-dimensional space as sense coils; and estimating means for estimating a position and an orientation of the source coil from an output of the sense coil. In the case where a metal body is arranged near the coil, the mutually orthogonal three coils constituting the sense coil which vertically pass the magnetic field generated by the source coil on a plane parallel to the plane where the cross section of the metal body exists In two of the single-core coils, a single-core coil parallel to the cross section of the metal body is arranged farther from the metal body than the other single-core coil.

【0011】本発明の形状推定装置では、前記センスコ
イルの近傍に金属体が配置された場合、前記金属体の断
面が存在する平面と平行な平面上で前記ソースコイルが
発生する磁界を垂直に通過する前記センスコイルを構成
する前記互いに直交した3つの単心コイルのうちの2つ
の単心コイルおいて、前記金属体の断面と平行な単心コ
イルを他方の単心コイルより前記金属体に対して遠方に
配置することで、ソースコイルとセンスコイルユニット
との周辺に金属が存在しても、正確に形状を推定するこ
とを可能とする。
In the shape estimating apparatus according to the present invention, when a metal body is arranged near the sense coil, the magnetic field generated by the source coil is vertically set on a plane parallel to a plane where the cross section of the metal body exists. In two single-core coils of the three orthogonal single-core coils constituting the sense coil passing therethrough, a single-core coil parallel to a cross section of the metal body is connected to the metal body from the other single-core coil. By arranging them far away, even if metal exists around the source coil and the sense coil unit, it is possible to accurately estimate the shape.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について述べる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】第1の実施の形態:図1ないし図19は本
発明の第1の実施の形態に係わり、図1は内視鏡システ
ムの構成を示す構成図、図2は図1の内視鏡装置形状検
出装置の機能構成を示すブロック図、図3は図2の内視
鏡装置形状検出装置の構成を示す構成図、図4は図3の
内視鏡装置形状検出装置の要部である2ポートメモリ等
の構成を示す構成図、図5は図4の2ポートメモリの動
作を示すタイミング図、図6は図1の内視鏡システムの
作用を示すフローチャート、図7は図6のFFT処理の
流れを示すフローチャート、図8は図6の内視鏡システ
ムの作用における並行処理タイミングを示すタイミング
図、図9は図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
原理を説明する第1の説明図、図10は図6のソースコ
イル推定位置座標算出処理の原理を説明する第2の説明
図、図11は図6のソースコイル推定位置座標算出処理
の原理を説明する第3の説明図、図12は図6のソース
コイル推定位置座標算出処理の原理を説明する第4の説
明図、図13は図6のソースコイル推定位置座標算出処
理の原理を説明する第5の説明図、図14は図1のセン
スコイルの配置を説明する第1の説明図、図15は図1
のセンスコイルの配置を説明する第2の説明図、図16
は図1のセンスコイルの配置を説明する第3の説明図、
図17は図1のセンスコイルの配置を説明する第4の説
明図、図18は図1のセンスコイルの配置を説明する第
5の説明図、図19は図1のセンスコイルの配置を説明
する第6の説明図である。
FIG. 1 to FIG. 19 relate to a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an endoscope system, and FIG. 2 is an endoscope of FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the mirror device shape detection device, FIG. 3 is a configuration diagram showing a configuration of the endoscope device shape detection device of FIG. 2, and FIG. 4 is a main part of the endoscope device shape detection device of FIG. FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the two-port memory shown in FIG. 4, FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the endoscope system shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 8 is a flowchart showing the flow of the FFT processing, FIG. 8 is a timing chart showing the parallel processing timing in the operation of the endoscope system in FIG. 6, and FIG. 9 is a first diagram for explaining the principle of the source coil estimated position coordinate calculation processing in FIG. FIG. 10 is a diagram showing the estimated position coordinates of the source coil in FIG. FIG. 11 is a second explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process of FIG. 6, and FIG. 12 is a third explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process of FIG. FIG. 13 is a fifth explanatory view for explaining the principle of the source coil estimated position coordinate calculating process in FIG. 6, and FIG. 14 is a first explanatory view for explaining the arrangement of the sense coils in FIG. FIG. 15 is an explanatory view of FIG.
FIG. 16 is a second explanatory view for explaining the arrangement of the sense coils of FIG.
Is a third explanatory view for explaining the arrangement of the sense coils in FIG. 1,
17 is a fourth explanatory view illustrating the arrangement of the sense coils in FIG. 1, FIG. 18 is a fifth explanatory view illustrating the arrangement of the sense coils in FIG. 1, and FIG. 19 is an explanatory view illustrating the arrangement of the sense coils in FIG. It is the 6th explanatory view which does.

【0014】(構成)図1に示すように、本実施の形態
の内視鏡システム1は、内視鏡検査を行う内視鏡装置2
と、内視鏡検査の補助に用いられる内視鏡装置形状検出
装置3とを備え、この内視鏡形状検出装置3は、ベット
4に横たわる患者5の体腔内に電子内視鏡6の挿入部7
を挿入し、内視鏡検査を行う際の挿入補助手段として使
用される。
(Configuration) As shown in FIG. 1, an endoscope system 1 according to the present embodiment is an endoscope apparatus 2 for performing an endoscopic inspection.
And an endoscope device shape detection device 3 used for assisting an endoscopy. The endoscope shape detection device 3 inserts an electronic endoscope 6 into a body cavity of a patient 5 lying on a bed 4. Part 7
Is used as an insertion assisting means when performing endoscopy.

【0015】電子内視鏡6は、可撓性を有する細長の挿
入部7の後端に湾曲操作ノブを設けた操作部8が形成さ
れ、この操作部8からユニバーサルコード9が延出さ
れ、ビデオイメージングシステム(またはビデオプロセ
ッサ)10に接続されている。
The electronic endoscope 6 has an operating section 8 provided with a bending operation knob at the rear end of a flexible elongated insertion section 7, and a universal cord 9 extends from the operating section 8. It is connected to a video imaging system (or video processor) 10.

【0016】この電子内視鏡6は、ライトガイドが挿通
されビデオプロセッサ10内の光源部からの照明光を伝
送し、挿入部7の先端に設けた照明窓から伝送した照明
光を出射し、患部等を照明する。照明された患部等の被
写体は照明窓に隣接して設けられた観察窓に取り付けた
対物レンズにより、その結像位置に配置された撮像素子
に像を結び、この撮像素子は光電変換する。
The electronic endoscope 6 transmits the illumination light from the light source unit in the video processor 10 through the light guide, and emits the transmitted illumination light from the illumination window provided at the tip of the insertion unit 7. Illuminate the affected area. The illuminated subject such as a diseased part forms an image on an imaging device arranged at an image forming position by an objective lens attached to an observation window provided adjacent to the illumination window, and the imaging device performs photoelectric conversion.

【0017】光電変換された信号はビデオプロッセサ1
0内の映像信号処理部により信号処理されて標準的な映
像信号が生成され、ビデオプロセッサ10に接続された
画像観察用モニタ11に表示される。
The photoelectrically converted signal is supplied to a video processor 1
The video signal is processed by a video signal processing unit in 0 to generate a standard video signal, which is displayed on an image observation monitor 11 connected to a video processor 10.

【0018】この電子内視鏡6には鉗子チャンネル12
が設けてあり、この鉗子チャンネル12の挿入口12a
から例えば16個の磁気発生素子(またはソースコイ
ル)14a、14b、…、14p(以下、符号14iで
代表する)を有するプローブ15が挿通されることによ
り、挿入部7内にソースコイル14iが設置される。
The electronic endoscope 6 has a forceps channel 12
Is provided, and an insertion port 12a of the forceps channel 12 is provided.
, A source coil 14i is installed in the insertion portion 7 by inserting a probe 15 having, for example, 16 magnetism generating elements (or source coils) 14a, 14b,. Is done.

【0019】このプローブ15の後端から延出されたソ
ースケーブル16は、その後端のコネクタが内視鏡形状
検出装置3の装置本体21に着脱自在に接続される。そ
して、装置本体21側から高周波信号伝達手段としてソ
ースケーブル16を介して磁気発生手段となるソースコ
イル14iに高周波信号(駆動信号)を印加することに
より、ソースコイル14iは磁界を伴う電磁波を周囲に
放射する。
The source cable 16 extending from the rear end of the probe 15 has a connector at the rear end detachably connected to the device main body 21 of the endoscope shape detecting device 3. Then, by applying a high-frequency signal (drive signal) to the source coil 14i, which is a magnetic generation unit, via the source cable 16 as a high-frequency signal transmission unit from the apparatus main body 21 side, the source coil 14i transmits an electromagnetic wave accompanied by a magnetic field to the surroundings. Radiate.

【0020】単心コイルからなるセンスコイルを3次元
空間上に複数配置し、具体的には、中心のZ座標が第1
のZ座標である例えばX軸に向いたセンスコイル22
a、22b、22c、22dと、中心のZ座標が第1の
Z座標と異なる第2のZ座標であるY軸に向いたセンス
コイル22e、22f、22g、22hと、中心のZ座
標が第1及び第2のZ座標と異なる第3のZ座標である
Z軸に向いたセンスコイル22i、22j、22k、2
2lの12個のセンスコイルを配置する(以下、センス
コイルの符号を22jで代表させる)。
A plurality of sense coils each composed of a single-core coil are arranged in a three-dimensional space.
Sense coil 22 oriented to, for example, the X axis which is the Z coordinate of
a, 22b, 22c, 22d, sense coils 22e, 22f, 22g, 22h oriented to the Y axis which is a second Z coordinate whose center Z coordinate is different from the first Z coordinate; Sense coils 22i, 22j, 22k, and 2 directed to a Z-axis that is a third Z-coordinate different from the first and second Z-coordinates;
Twenty-two 12 sense coils are arranged (hereinafter, the sense coil is represented by 22j).

【0021】センスコイル22jは、センスコイル22
jが収納されているセンスコイルユニット50のコネク
タから検出信号伝達手段としてのセンスケーブル23を
介して装置本体21に接続されている。この装置本体2
1には使用者が装置を操作するための操作パネル24ま
たはキーボード等が設けられている。また、この装置本
体21には検出した内視鏡形状を表示する表示手段とし
てモニタ25が接続されている。
The sense coil 22j is
j is connected to the apparatus main body 21 via a sense cable 23 as a detection signal transmitting means from a connector of the sense coil unit 50 in which the j is stored. This device body 2
1 is provided with an operation panel 24 or a keyboard for a user to operate the apparatus. Further, a monitor 25 is connected to the apparatus main body 21 as display means for displaying the detected endoscope shape.

【0022】さらに、内視鏡形状検出装置3の詳細な構
成について説明する。内視鏡形状検出装置3は、図2に
示すように、ソースコイル14iを起動する駆動ブロッ
ク26と、センスコイル22jが受信した信号を検出す
る検出ブロック27と、検出ブロック27で検出した信
号を信号処理するホストプロセッサ28とから構成され
る。
Further, a detailed configuration of the endoscope shape detecting device 3 will be described. As shown in FIG. 2, the endoscope shape detection device 3 includes a drive block 26 for activating the source coil 14i, a detection block 27 for detecting a signal received by the sense coil 22j, and a signal detected by the detection block 27. And a host processor 28 for signal processing.

【0023】図3に示すように、電子内視鏡6の挿入部
7に設置されるプローブ15には、上述したように、磁
界を生成するための16個のソースコイル14iが所定
の間隔で配置されており、これらソースコイル14i
は、駆動ブロック26を構成する16個の互いに異なる
高周波の駆動信号を生成するソースコイル駆動回路31
に接続されている。
As shown in FIG. 3, the probe 15 installed in the insertion section 7 of the electronic endoscope 6 has, as described above, 16 source coils 14i for generating a magnetic field at predetermined intervals. These source coils 14i
Is a source coil drive circuit 31 that generates 16 different high-frequency drive signals constituting the drive block 26
It is connected to the.

【0024】ソースコイル駆動回路部31は、各ソース
コイル14iをそれぞれ異なる周波数の正弦波の駆動信
号電流で駆動し、それぞれの駆動周波数はソースコイル
駆動回路部31内部の図示しない駆動周波数設定データ
格納手段或いは駆動周波数設定データ記憶手段に格納さ
れた駆動周波数設定データ(駆動周波数データとも記
す)により設定される。この駆動周波数データは、ホス
トプロセッサ28において内視鏡形状の算出処理等を行
うCPU(中央処理ユニット)32によりPIO(パラ
レル入出力回路)33を介してソースコイル駆動回路部
31内の駆動周波数データ格納手段(図示せず)に格納
される。
The source coil drive circuit 31 drives each of the source coils 14i with a sine wave drive signal current having a different frequency, and each drive frequency is stored in a drive frequency setting data (not shown) inside the source coil drive circuit 31. The driving frequency setting data (also referred to as driving frequency data) stored in the driving frequency setting data storage means. The drive frequency data is transferred to a drive frequency data in a source coil drive circuit unit 31 via a PIO (parallel input / output circuit) 33 by a CPU (central processing unit) 32 which performs an endoscope shape calculation process and the like in a host processor 28. It is stored in storage means (not shown).

【0025】一方、12個のセンスコイル22jは、検
出ブロック27を構成するセンスコイル信号増幅回路部
34に接続されている。
On the other hand, the twelve sense coils 22j are connected to a sense coil signal amplifying circuit 34 constituting the detection block 27.

【0026】図4に示すように、センスコイル信号増幅
回路部34では、単心コイル22jが1個につき1系統
設けられた増幅回路35jに接続されており、各単心コ
イル22jで検出された微小な信号が増幅回路35jに
より増幅されフィルタ回路36jでソースコイル群が発
生する複数周波数が通過する帯域をもち不要成分を除去
して出力バッファ37jに出力された後、ADC(アナ
ログ・デジタル・コンバータ)38jでホストプロセッ
サ28が読み込み可能なデジタル信号に変換される。
As shown in FIG. 4, in the sense coil signal amplifying circuit section 34, a single-core coil 22j is connected to an amplifying circuit 35j provided for one system for each single-core coil 22j. After the minute signal is amplified by the amplifier circuit 35j and the filter circuit 36j has a band through which a plurality of frequencies generated by the source coil group pass and removes unnecessary components and is output to the output buffer 37j, the ADC (analog-to-digital converter) ) Is converted into a digital signal which can be read by the host processor.

【0027】なお、検出ブロック27は、センスコイル
信号増幅回路部34及びADC38jより構成され、セ
ンスコイル信号増幅回路部34は増幅回路35j、フィ
ルタ回路36j及び出力バッファ37jより構成され
る。
The detection block 27 comprises a sense coil signal amplifier circuit 34 and an ADC 38j. The sense coil signal amplifier circuit 34 comprises an amplifier circuit 35j, a filter circuit 36j and an output buffer 37j.

【0028】図3に戻り、このセンスコイル信号増幅回
路部34の12系統の出力は、12個の前記ADC38
jに伝送され、制御信号発生回路部40から供給される
クロックにより所定のサンプリング周期のデジタルデー
タに変換される。このデジタルデータは、制御信号発生
回路部27からの制御信号によりローカルデータバス4
1を介して2ポートメモリ42に書き込まれる。
Returning to FIG. 3, the outputs of the 12 systems of the sense coil signal amplifying circuit section 34 are output from the 12 ADCs 38.
j, and is converted into digital data of a predetermined sampling cycle by a clock supplied from the control signal generation circuit unit 40. This digital data is transmitted to the local data bus 4 by a control signal from the control signal generation circuit 27.
The data is written to the two-port memory 42 via 1.

【0029】なお、2ポートメモリ42は、図4に示す
ように、機能的には、ローカルコントローラ42a、第
1のRAM42b、第2のRAM42c及びバススイッ
チ42dよりなり、図5に示すようなタイミングによ
り、ローカルコントローラ42aからのA/D変換開始
信号によりADC38jがA/D変換を開始し、ローカ
ルコントローラ42aからの切り換え信号によりバスス
イッチ42dがRAM42b、42cを切り換えながら
第1RAM42b、42cを交互に読み出しメモリ及び
書き込みメモリとして用い、書き込み信号により、電源
投入後は、常時データの取り込みを行っている。
As shown in FIG. 4, the two-port memory 42 functionally includes a local controller 42a, a first RAM 42b, a second RAM 42c, and a bus switch 42d. Accordingly, the ADC 38j starts A / D conversion in response to an A / D conversion start signal from the local controller 42a, and the bus switch 42d alternately reads the first RAMs 42b and 42c while switching between the RAMs 42b and 42c in response to a switching signal from the local controller 42a. It is used as a memory and a write memory, and always receives data after power is turned on by a write signal.

【0030】再び、図3に戻り、CPU32は、制御信
号発生回路部27からの制御信号により2ポートメモリ
42に書き込まれたデジタルデータをローカルデータバ
ス43、PCIコントローラ44及びPCIバス45
(図4参照)からなる内部バス46を介して読みだし、
メインメモリ47を用い、後述するように、デジタルデ
ータに対して周波数抽出処理(フーリエ変換:FFT)
を行い、各ソースコイル14iの駆動周波数に対応する
周波数成分の磁界検出情報に分離抽出し、分離した磁界
検出情報の各デジタルデータから電子内視鏡6の挿入部
7内に設けられた各ソースコイル14iの空間位置座標
を算出する。
Returning to FIG. 3 again, the CPU 32 transfers the digital data written to the two-port memory 42 by the control signal from the control signal generation circuit 27 to the local data bus 43, the PCI controller 44, and the PCI bus 45.
(See FIG. 4) via an internal bus 46,
Using the main memory 47, frequency extraction processing (Fourier transform: FFT) is performed on digital data as described later.
Is performed to separate and extract magnetic field detection information of a frequency component corresponding to the driving frequency of each source coil 14i. Each source provided in the insertion unit 7 of the electronic endoscope 6 is extracted from each digital data of the separated magnetic field detection information. The spatial position coordinates of the coil 14i are calculated.

【0031】また、算出された位置座標データから電子
内視鏡6の挿入部7の挿入状態を推定し、内視鏡形状画
像を形成する表示データを生成し、ビデオRAM48に
出力する。このビデオRAM48に書き込まれているデ
ータをビデオ信号発生回路49が読みだし、アナログの
ビデオ信号に変換してモニタ25へと出力する。モニタ
25は、このアナログのビデオ信号を入力すると、表示
画面上に電子内視鏡6の挿入部7の挿入形状を表示す
る。
Further, the insertion state of the insertion section 7 of the electronic endoscope 6 is estimated from the calculated position coordinate data, display data for forming an endoscope shape image is generated, and output to the video RAM 48. The data written in the video RAM 48 is read out by the video signal generation circuit 49, converted into an analog video signal, and output to the monitor 25. When the analog video signal is input, the monitor 25 displays the insertion shape of the insertion section 7 of the electronic endoscope 6 on the display screen.

【0032】CPU32において、各ソースコイル14
iに対応した磁界検出情報、すなわち、各センスコイル
22jに発生する起電力(正弦波信号の振幅値)と位相
情報が算出される。なお、位相情報は、起電力の極性±
を示す。
In the CPU 32, each source coil 14
The magnetic field detection information corresponding to i, that is, the electromotive force (the amplitude value of the sine wave signal) generated in each sense coil 22j and the phase information are calculated. Note that the phase information is the polarity of the electromotive force ±
Is shown.

【0033】本実施の形態の内視鏡システム1では、電
源が投入されると、図6に示すように、ステップS1で
パラメータファイルに基づき各システムパラメータを初
期化し、ステップS2でハードウエアの初期化を行う。
In the endoscope system 1 of this embodiment, when the power is turned on, as shown in FIG. 6, each system parameter is initialized based on the parameter file in step S1, and the hardware initialization is performed in step S2. Perform the conversion.

【0034】電源投入後は、2ポートメモリ42にはF
FT処理を行うためのFFTポイント数分のデータが常
時更新されており(図5参照)、ステップS3で、CP
U32は、このFFTポイント数分のデータを取り込
む。そして、ステップS4で窓関数法による処理により
データの補正を行い、ステップS5で後述するFFT処
理を行う。FFT処理後は、ステップS6で駆動周波数
分の周波数成分を抽出し、ステップS7で振幅値及び位
相差を算出し、ステップS8で算出した振幅値及び位相
差の補正を行う。
After the power is turned on, the 2-port memory 42 stores F
The data for the number of FFT points for performing the FT processing is constantly updated (see FIG. 5), and in step S3, the CP
U32 takes in the data for the number of FFT points. Then, in step S4, the data is corrected by a process using the window function method, and in step S5, an FFT process described later is performed. After the FFT processing, the frequency components for the driving frequency are extracted in step S6, the amplitude value and the phase difference are calculated in step S7, and the amplitude value and the phase difference calculated in step S8 are corrected.

【0035】そして、ステップS9で8個の前記ADC
38jからの信号(以下、チャンネル:CHとも記す)
の検出が全て終了したか判断し、終了していなければス
テップS3に戻り、終了していればステップS10でセ
ンスコイル特性に応じて全CH分の振幅値を補正し、ス
テップS11で全CH分の振幅値及び位相差により後述
する方法によりソースコイル14iの推定位置座標を算
出する。
Then, in step S9, the eight ADCs
38j (hereinafter also referred to as channel: CH)
It is determined whether or not all the detections have been completed. If the detection has not been completed, the process returns to step S3. If the detection has been completed, the amplitude values for all the channels are corrected in step S10 according to the sense coil characteristics. The estimated position coordinate of the source coil 14i is calculated from the amplitude value and the phase difference by the method described later.

【0036】その後、ステップS12で内視鏡システム
1のシステム終了SWがオンかどうか判断し、オンでな
いならば、ステップS13で後述する内視鏡形状検出イ
メージ画像表示処理を行い、ステップS3に戻り処理を
繰り返す。また、ステップS12で内視鏡システム1の
システム終了SWがオンされると、ステップS14で各
システムパラメータをパラメータファイルに保存した
後、システムを終了する。
Thereafter, in step S12, it is determined whether or not the system end switch of the endoscope system 1 is turned on. If not, an endoscope shape detection image image display process described later is performed in step S13, and the process returns to step S3. Repeat the process. When the system end SW of the endoscope system 1 is turned on in step S12, the system ends after saving each system parameter in a parameter file in step S14.

【0037】ステップS5でのFFT処理では、図7に
示すように、CPU32は、ステップS21で全CHが
シグナル状態(FFTポイント数分のデータが揃った状
態)かどうか判断し、シグナル状態ならばステップS2
2に進み、シグナル状態でないならばステップS23で
シグナル状態になるまで待機しステップS22に進む。
In the FFT processing in step S5, as shown in FIG. 7, the CPU 32 determines in step S21 whether all the channels are in a signal state (a state in which data for the number of FFT points are completed). Step S2
If it is not in the signal state, the process waits until it becomes the signal state in step S23, and proceeds to step S22.

【0038】ステップS22では、FFT処理を行うC
Hのビットの状態(ビットが0ならば今回処理のための
データ、ビットが1ならば処理済みのデータ)を判断
し、ビットが0ならばステップS24でFFTを行い、
FFT後ステップS25でビットの状態を1とする。ス
テップS22でビットが1ならばステップS21に戻
り、次の第2以降のCH全てに対して処理を繰り返し全
てのCHのFFT処理を行う。
In step S22, C for performing FFT processing
The state of the H bit (if the bit is 0, the data for the current process, if the bit is 1, the processed data) is determined, and if the bit is 0, FFT is performed in step S24.
After the FFT, the state of the bit is set to 1 in step S25. If the bit is 1 in step S22, the process returns to step S21, and the process is repeated for all the second and subsequent channels to perform the FFT process on all the channels.

【0039】ステップS25後のステップS26では、
全てのCHのビット状態が1かどうか判断し、全てのC
Hのビット状態が1でない場合は、ビット状態が1でな
いCHに対してFFT処理を行うためにステップS21
に戻る。ステップS26で全てのCHのビット状態が1
と判断すると、ステップS27で全CHをノンシグナル
状態とし待機し、FFTポイント数分のデータが揃うと
ステップS28でシグナル状態にセットし、ステップS
21に戻る。
In step S26 after step S25,
It is determined whether the bit status of all CHs is 1 and all C bits are determined.
If the bit state of H is not 1, the step S21 is performed to perform the FFT processing on the CH whose bit state is not 1.
Return to In step S26, the bit status of all CHs is 1
When all the CHs are set to the non-signal state in step S27, the process waits. When the data for the number of FFT points are completed, the signal state is set in step S28.
Return to 21.

【0040】なお、図6の処理では、高速処理を行うた
めに、図8に示すように、各処理単位を並列処理化する
ようにしている。特に、処理時間が長く繰り返し演算で
あるFFTについては、同じ処理単位をほぼ同時に処理
する構成にしている。この並列処理化の対応によりCP
U32の空き時間を有効に使用し高速化を図っている。
In the processing of FIG. 6, in order to perform high-speed processing, as shown in FIG. 8, each processing unit is processed in parallel. In particular, the FFT, which has a long processing time and is an iterative operation, is configured to process the same processing unit almost simultaneously. This parallel processing supports CP
The speed is increased by effectively using the idle time of U32.

【0041】次に、図6のステップS11でのソースコ
イル推定位置座標算出処理について説明する。まず、ソ
ースコイル推定位置座標の算出方法を説明し、その後に
具体的な処理内容を説明する。
Next, the source coil estimated position coordinate calculation processing in step S11 of FIG. 6 will be described. First, a method of calculating source coil estimated position coordinates will be described, and then specific processing contents will be described.

【0042】図9に示すように、半径が極めて小さく薄
い円形コイルでは、特開平9−84745号公報に記載
されているように、円形コイルに電流を流すと磁気双極
子と同様に、3次元空間上の点Pの磁位は次のような式
で表すことができる。
As shown in FIG. 9, in a thin circular coil having a very small radius, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-84745, when a current is passed through the circular coil, a three-dimensional coil is formed in the same manner as a magnetic dipole. The magnetic potential of a point P in space can be expressed by the following equation.

【0043】[0043]

【数1】 μ :透磁率 N1 :円形コイルの巻数 a :円形コイルの半径 I :円形コイルに流れる電流 従って、点PにおけるX,Y,Z軸と同一方向の磁界
(HPx、HPy、HPz)は、
(Equation 1) μ: magnetic permeability N 1 : number of turns of a circular coil a: radius of a circular coil I: current flowing in a circular coil Accordingly, magnetic fields (H Px , H Py , H Pz ) at the point P in the same direction as the X, Y, and Z axes. Is

【数2】 のように求められる。図10に示すような3次元空間
(以下ワールド座標系XW −YW −ZW)において、磁
界を発生する単心コイル(以下ソースコイル)の位置を
(xgW、ygW、zgW)とし、3次元空間上の任意の位置
を点P(xPW、yPW、zPW)とする。
(Equation 2) Is required. In three-dimensional space as shown in FIG. 10 (hereinafter the world coordinate system X W -Y W -Z W), the position of the single core coil (hereinafter source coil) for generating a magnetic field (x gW, y gW, z gW) And an arbitrary position on the three-dimensional space is defined as a point P (x PW , y PW , z PW ).

【0044】ソースコイルを基準とした座標系をローカ
ル座標系XL −YL −ZL とすると、ローカル座標系に
おける点Pの座標(xPl、yPl、zPl)は
[0044] When coordinate system relative to the source coil and the local coordinate system X L -Y L -Z L, of the point P in the local coordinate system coordinates (x Pl, y Pl, z Pl) is

【数3】 l :ローカル座標系における原点Oから点Pへのベ
クトル PW :ワールド座標系における原点Oから点Pへのベク
トル GW :ワールド座標系におけるソースコイルの位置への
ベクトル R:回転マトリックス と表すことができる。
(Equation 3) P l : vector from the origin O to the point P in the local coordinate system P W : vector from the origin O to the point P in the world coordinate system G W : vector from the position of the source coil in the world coordinate system R: rotation matrix be able to.

【0045】但し、Rは回転マトリックスで、図11に
示す極座標系の回転マトリックスRは
Here, R is a rotation matrix, and the rotation matrix R of the polar coordinate system shown in FIG.

【数4】 となる。αはZW 軸を中心とした回転量を、βはXW
を中心とした回転量を示す。
(Equation 4) Becomes α is the amount of rotation around the Z W-axis, beta represents the rotation amount around the X W axis.

【0046】ソースコイルを基準としたローカル座標系
において、点Pに発生する磁界Hl(HPxl 、HPyl
Pzl )は式(10)より
In the local coordinate system based on the source coil, the magnetic field H 1 (H Pxl , H Pyl ,
H Pzl ) is from equation (10)

【数5】 となる。(Equation 5) Becomes

【0047】従って、ワールド座標系の点PにおけるX
W 、YW 、ZW 軸と同一方向の磁界HW (HPxW 、H
PyW 、HPzW )は、
Therefore, X at point P in the world coordinate system
The magnetic field H W (H PxW , H P) in the same direction as the W , Y W , and Z W axes
PyW , H PzW )

【数6】 となる。(Equation 6) Becomes

【0048】図13に示すように、3次元空間XYZ上
に磁界を発生する1つのソースコイルを位置(xg
g,zg)、向き(gx,gy,gz)に配置した場合、
適当な位置P(xd,yd,Zd)に発生する磁界Hx,H
y,Hzは、式(6)から次のように表される。
As shown in FIG. 13, one source coil for generating a magnetic field in a three-dimensional space XYZ is located at a position (x g ,
y g , z g ) and orientation (g x , g y , g z )
Suitable position P (x d, y d, Z d) a magnetic field generated in the H x, H
y and Hz are expressed as follows from Expression (6).

【0049】[0049]

【数7】 但し、kSは定数、rはソースコイルと点Pとの距離で
あって、磁界Hx,Hy,Hzの向きはX,Y,Z軸と同
一方向である。
(Equation 7) Here, k S is a constant, r is the distance between the source coil and the point P, and the directions of the magnetic fields H x , H y , and H z are the same as the X, Y, and Z axes.

【0050】点Pの位置に座標軸X,Y,Zと同一に向
いた単心コイルCx,Cy,Czが配置された場合、それ
ぞれの単心コイルCx,Cy,Czに発生する電圧Vx,V
y,Vz
The point coordinate X to the position of P, Y, Z and single-fiber coil C x facing the same, if the C y, is C z are arranged, each of the single-core coil C x, C y, the C z Generated voltage V x , V
y and V z are

【数8】 となる。ここで、X軸に向いた単心コイルCxは、コイ
ルを構成する導線を巻くときの軸をX軸と同一方向にし
たコイルであって、Y軸,Z軸と同一に向いた単心コイ
ルCy,Czも同様なコイルである。
(Equation 8) Becomes Here, single core single core coil C x is facing the X-axis, a coil axis and in the X-axis in the same direction when winding a conductive wire constituting the coil, the Y-axis, oriented the same as Z axis The coils C y and C z are similar coils.

【0051】図1に示すように、12個のセンスコイル
の電圧、位置、向きが全て既知であることから、式
(8)によりソースコイルの位置(xg,yg,zg)と
向き(gx,gy,gz)を未知数とする12個の非線形
方程式が得られる。
As shown in FIG. 1, since the voltages, positions, and directions of the twelve sense coils are all known, the position (x g , y g , z g ) and direction of the source coil can be calculated by the equation (8). Twelve nonlinear equations with (g x , g y , g z ) as unknowns are obtained.

【0052】この12個の非線形方程式の解、すなわ
ち、ソースコイルの位置と向きを反復改良によって求め
る(Gauss−Newton法)。
The solution of these 12 nonlinear equations, that is, the position and orientation of the source coil are obtained by iterative improvement (Gauss-Newton method).

【0053】xをソースコイルの位置(xg,yg
g)と向き(gx,gy,gz)のパラメータとし、その
パラメータの初期値をx(0)とする。
Let x be the position of the source coil (x g , y g ,
z g ) and orientation (g x , g y , g z ) parameters, and the initial values of the parameters are x (0) .

【0054】いま、反復改良によりk次の推定値x(k)
が得られ、センスコイルに発生する電力のモデル関数V
(x)をx(k)のまわりでTayLor展開すると、そ
の一次近似は
Now, the k-th estimated value x (k) is obtained by iterative improvement.
Is obtained, and the model function V of the power generated in the sense coil is obtained.
When (X) is Taylor-expanded around x (k) , its first-order approximation is

【数9】 となる。(Equation 9) Becomes

【0055】このとき、Vmをセンスコイルによって測
定された電圧とすると観測方程式は
At this time, if Vm is the voltage measured by the sense coil, the observation equation is

【数10】 ここで、式が等号ではなくnearly equalとなっているの
は、Vmに測定誤差が含まれるため。
(Equation 10) Here, the reason why the expression is not equal but rather equal is that Vm includes a measurement error.

【0056】と表される。式(10)の右辺の第1項を
左辺に移動すると
## EQU5 ## Moving the first term on the right side of equation (10) to the left side

【数11】 となる。但し、[Equation 11] Becomes However,

【数12】 ΔVm(k)=Vm−V(x(k))=Vm−Vm(k) …(12)ΔVm (k) = Vm−V (x (k) ) = Vm−Vm (k) (12)

【数13】Δx(k)=x−x(k) …(13)[Expression 13] Δx (k) = x−x (k) (13)

【数14】 (i=1〜n,j=1〜m) (行方向:未知数の数n、列方向:センスコイルの数
m)である。解Δx(k)は、式(11)より
[Equation 14] (I = 1 to n, j = 1 to m) (row direction: number n of unknowns, column direction: number m of sense coils). The solution Δx (k) is given by equation (11)

【数15】 Δx(k)=(B(k)WA(k)-1(k)WΔVm(k) …(15) と表される。ただし、BはAの転置、Wは重み行列であ
る。
Δx (k) = (B (k) WA (k) ) −1 B (k) WΔVm (k) (15) Here, B is the transposition of A, and W is the weight matrix.

【0057】よって、式(13)より改良したパラメー
タの推定値は
Therefore, the parameter estimation value improved from the equation (13) is

【数16】 x(k+1)=x(k)+Δx(k) …(16) と求められる。X (k + 1) = x (k) + Δx (k) (16)

【0058】図1に示すように、12個の単心コイル
(センスコイル)を並べると、行列Aは
As shown in FIG. 1, when 12 single-core coils (sense coils) are arranged, the matrix A is

【数17】 重み行列Wは[Equation 17] The weight matrix W is

【数18】 と表される。ただし、重み行列Wのσi(i=0,1,
…,12)は、各センスコイルの測定電圧の変動量で、
例えば、環境ノイズ等がある。
(Equation 18) It is expressed as Here, σ i (i = 0, 1,
..., 12) are the fluctuations of the measured voltage of each sense coil.
For example, there is environmental noise.

【0059】また、第k番目のΔVmはThe k-th ΔVm is

【数19】 となることから、ソースコイルの位置と向きは、次の手
順(1)から(4)で求められる。
[Equation 19] Therefore, the position and orientation of the source coil can be obtained by the following procedures (1) to (4).

【0060】手順(1);k=0とし、ソースコイルの
初期値を位置(xg,yg,zg(0)、向き(gx,gy
z(0)とする(例えば、ソースコイルを測定する空間
の中心位置とZ軸方向のベクトル(0,0,1))。 手順(2);式(17),(18),(19)により第
k番目の行列を計算する。 手順(3);式(16)により第k番目の更新量Δx
(k)を計算する。 手順(4);更新量Δx(k)が小さくなるまで上記手順
(2)から(4)を繰り返す。
Procedure (1): k = 0, and the initial values of the source coil are set to the position (x g , y g , z g ) (0) and the directions (g x , g y ,
g z ) (0) (for example, the center position of the space for measuring the source coil and the vector (0, 0, 1) in the Z-axis direction). Procedure (2): Calculate the k-th matrix according to equations (17), (18), and (19). Procedure (3): k-th update amount Δx according to equation (16)
Calculate (k) . Procedure (4): The above procedures (2) to (4) are repeated until the update amount Δx (k) becomes small.

【0061】本実施の形態では、X,Y,Z軸方向に向
いたセンスコイルをそれぞれ同一の高さに配置してソー
スコイルの位置を推定したが、これに限らず、各々のセ
ンスコイルを任意の位置や向きに配置した場合でも、セ
ンスコイルの位置と向きが既知であればソースコイルの
位置が推定できる。
In this embodiment, the position of the source coil is estimated by arranging the sense coils oriented in the X, Y, and Z axis directions at the same height, but the present invention is not limited to this. Even if it is arranged at an arbitrary position or orientation, the position of the source coil can be estimated if the position and orientation of the sense coil are known.

【0062】図1に示すように、センスコイルユニット
50はソースコイル14iが発生する磁界を検出するた
めの複数のセンスコイル22jによって構成される。ま
た、センスコイルユニット50はベッドの脇に柱29に
よって固定されている。
As shown in FIG. 1, the sense coil unit 50 includes a plurality of sense coils 22j for detecting a magnetic field generated by the source coil 14i. The sense coil unit 50 is fixed to the side of the bed by a pillar 29.

【0063】図1に示すようにベッド4の脇のセンスコ
イルユニット50を固定する柱29が金属である場合、
センスコイルユニット50の大きさと金属の位置、ソー
スコイル14iが存在する空間(測定領域)によってセ
ンスコイルユニット50内のセンスコイル22jの配置
を設定する。
As shown in FIG. 1, when the pillar 29 for fixing the sense coil unit 50 on the side of the bed 4 is made of metal,
The arrangement of the sense coil 22j in the sense coil unit 50 is set according to the size of the sense coil unit 50, the position of the metal, and the space (measurement area) where the source coil 14i exists.

【0064】今、1つのソースコイル14iが発生する
磁界に対してコイルに誘導される竃圧の大きさが一定と
なるセンスコイル22jの位置を求める。
Now, the position of the sense coil 22j at which the magnitude of the stove pressure induced in the coil with respect to the magnetic field generated by one source coil 14i is determined.

【0065】図14に示すように、XZ平面上のZ軸と
平行にソースコイルを座標(−a,0)に配置し、第1
のセンスコイルと第2のセンスコイルをソースコイルが
発生する磁界に対して垂直な方向に配置した場合、各セ
ンスコイルに発生する磁界は式(7)より
As shown in FIG. 14, the source coil is arranged at the coordinates (-a, 0) in parallel with the Z axis on the XZ plane.
When the sense coil and the second sense coil are arranged in a direction perpendicular to the magnetic field generated by the source coil, the magnetic field generated in each sense coil is expressed by Expression (7).

【数20】 (Equation 20)

【数21】 となる。(Equation 21) Becomes

【0066】ここで、H1x=H2z、b=kaとおくと、Here, assuming that H 1x = H 2z and b = ka,

【数22】 の式が得られる。(Equation 22) Is obtained.

【0067】式(22)のkを求めることにより、ソー
スコイルが発生する磁界に対してセンスコイルに誘導さ
れる電圧の大きさが一定となるセンスコイルの存在する
空間(楕円体)が求められる(但し、ソースコイルの磁
界に対してセンスコイルが垂直に配置される場合)。
By calculating k in equation (22), a space (ellipsoid) where the sense coil is present in which the magnitude of the voltage induced in the sense coil with respect to the magnetic field generated by the source coil is constant is obtained. (However, when the sense coil is arranged perpendicular to the magnetic field of the source coil).

【0068】図15は3次元空間上にlつのソースコイ
ルが配置されたときの磁界を、2次元的に表した図であ
る。各楕円ではセンスコイルに誘導される電圧が異な
る。
FIG. 15 is a diagram two-dimensionally showing a magnetic field when one source coil is arranged in a three-dimensional space. Each ellipse has a different voltage induced in the sense coil.

【0069】図16に示すように、センスコイルユニッ
ト50が固定されている柱29を中空の金属とし、セン
スコイルユニット50内の第1のセンスコイルの位置を
(a,b,c)、第2のセンスコイルの位置を(a’,
b’,c’)とする。
As shown in FIG. 16, the column 29 to which the sense coil unit 50 is fixed is made of a hollow metal, and the position of the first sense coil in the sense coil unit 50 is (a, b, c). The position of the second sense coil is (a ′,
b ', c').

【0070】図17及び図18は、ソースコイルの位置
を固定し回転させた場合、第1のセンスコイル、第2の
センスコイルの中心位置と柱29を通過する磁界の様子
を表す。ただし、図17及び図18は、第1及び第2の
センスコイルの中心位置を通り、YZ平面に平行な平面
上での磁界の通過の状態を示している。
FIGS. 17 and 18 show the center positions of the first and second sense coils and the state of the magnetic field passing through the column 29 when the position of the source coil is fixed and rotated. 17 and 18 show a state where a magnetic field passes on a plane that passes through the center positions of the first and second sense coils and is parallel to the YZ plane.

【0071】センスコイルの出力は、ソースコイルとセ
ンスコイルの中心とを結ぷ磁界に金属が近づくほどぞの
影響を受け易く、磁界を発生しているソースコイルとセ
ンスコイルユニット50が離れている場合、第1のセン
スコイルは第2のセンスコイルに比ぺて、ソースコイル
の回転の角度が狭い(θA<θB)ことから、ソースコイ
ルの回転の変化に対して第1のセンスコイルのほうが金
属の柱29の影響を受け難いことがわかる。
The output of the sense coil connects the source coil and the center of the sense coil. The closer the metal is to the magnetic field, the more susceptible the groove is. The source coil generating the magnetic field is separated from the sense coil unit 50. In this case, since the angle of rotation of the source coil of the first sense coil is smaller than that of the second sense coil (θA <θB), the first sense coil is more sensitive to a change in the rotation of the source coil. It can be seen that it is hardly affected by the metal pillar 29.

【0072】また、磁界がセンスコイルに対して垂直に
通過したとき、センスコイルの出力が最も大きく検出さ
れ、センスコイルの出力の大きい値がソ−スコイルの位
置推定に大きく影響する。
When the magnetic field passes perpendicular to the sense coil, the output of the sense coil is detected to be the largest, and a large value of the output of the sense coil greatly affects the position estimation of the source coil.

【0073】従って、第2のセンスコイルよりも金属の
影響を受け難い第1のセンスコイルは、図19に示すよ
うに、出力を大きく検出できるようにY軸方向の向きに
設定し、第2のセンスコイルはZ軸方向の向きに設定す
る。なお、X軸方向のセンスコイルは、センスコイルユ
ニット50内の柱29から最も離れた位置に設置する。
Accordingly, as shown in FIG. 19, the first sense coil, which is less affected by the metal than the second sense coil, is set in the Y-axis direction so that the output can be largely detected. Are set in the Z-axis direction. The sense coil in the X-axis direction is installed at a position farthest from the column 29 in the sense coil unit 50.

【0074】このように本実施の形態では、3次元空間
上の金属の影響を受け難いようにセンスコイルユニット
内のセンスコイルの位置と向きを設定するため、ソース
コイルの位置推定の誤差を小さくでき、内視鏡挿入形状
の変形を軽滅することができる。また、図19に示すよ
うに、センスコイルユニット内の4隅にXYZ軸方向コ
イルが配置されることから、ソースコイルの位置推定の
誤差を均一に保つことができる。
As described above, in the present embodiment, the position and orientation of the sense coil in the sense coil unit are set so as to be hardly affected by metal in the three-dimensional space. The deformation of the endoscope insertion shape can be reduced. Further, as shown in FIG. 19, since the XYZ axis direction coils are arranged at the four corners in the sense coil unit, it is possible to keep the error of the position estimation of the source coil uniform.

【0075】図20ないし図23は本発明の第2の実施
の形態に係わり、図20はセンスコイルユニットが設け
られるベッドの構成を示す構成図、図21は図20のベ
ッドのフレームの影響を排除したセンスコイルの配置を
説明する第1の説明図、図22は図20のベッドのフレ
ームの影響を排除したセンスコイルの配置を説明する第
2の説明図、図23は図20のベッドのフレームの影響
を排除したセンスコイルの配置を説明する第3の説明図
である。
FIGS. 20 to 23 relate to the second embodiment of the present invention. FIG. 20 is a view showing the structure of a bed provided with a sense coil unit, and FIG. 21 shows the effect of the frame of the bed of FIG. FIG. 22 is a second explanatory diagram illustrating the arrangement of the sense coils excluding the influence of the bed frame of FIG. 20, and FIG. 23 is a second explanatory diagram illustrating the arrangement of the sense coils excluding the effect of the bed of FIG. FIG. 11 is a third explanatory diagram illustrating the arrangement of the sense coils excluding the influence of the frame.

【0076】第2の実施の形態は、第1の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
Since the second embodiment is almost the same as the first embodiment, only different points will be described, and the same components will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

【0077】本実施の形態では、システムの構成は第1
の実施の形態と同一でセンスコイルユニット50内のセ
ンスコイルの配置が異なる。
In the present embodiment, the system configuration is the first
The arrangement of the sense coils in the sense coil unit 50 is different from that of the first embodiment.

【0078】すなわち、ベッド4が図20に示すような
中空の金属のフレ−ム55によって構成される場合、セ
ンスコイルユニット50内のセンスコイルの配置をする
場合の実施形態である。
That is, in this embodiment, the bed 4 is formed of a hollow metal frame 55 as shown in FIG. 20, and the sense coils in the sense coil unit 50 are arranged.

【0079】磁界を発生するソースコイルとセンスコイ
ルユニット50が離れている場合、図21及び図22に
示すように、第1のセンスコイルと第2のセンスコイル
の位置では第2のセンスコイルの位置のほうがソ−スコ
イルの回転の角度が狭い(θA<θB)ことから、位置を
固定したソ−スコイルの回転に対してベッド4の金属フ
レ−ムの影響を受け易い。
When the source coil generating the magnetic field is separated from the sense coil unit 50, as shown in FIGS. 21 and 22, the position of the first sense coil and the second sense coil is equal to that of the second sense coil. Since the angle of rotation of the source coil is narrower at the position (θA <θB), the rotation of the source coil at a fixed position is easily affected by the metal frame of the bed 4.

【0080】従って、第1のセンスコイルの位置にはX
軸方向のセンスコイルを配置し、第2のセンスコイルの
位置にはZ軸方向のセンスコイルを配置する。なお、Y
軸方向のセンスコイルについては、ベッド4からできる
だけ離れた位置に配置するようにするが、ソースコイル
の位置推定誤差を測定空間内で均一にするため、図23
ようにそれぞれのセンスコイルを配置する。
Therefore, the position of the first sense coil is X
An axial sense coil is arranged, and a Z-axis sense coil is arranged at the position of the second sense coil. Note that Y
The sense coil in the axial direction is arranged at a position as far away from the bed 4 as possible. In order to make the position estimation error of the source coil uniform in the measurement space, FIG.
So that each sense coil is arranged.

【0081】このように本実施の形態では、第1の実施
の形態の効果に加え、金属のフレームで構成されている
ベッドに対しても金属の影響を軽減するように、センス
コイルユニット内のセンスコイルの位置と向きを配置で
きる。
As described above, in the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the influence of the metal on the bed constituted by the metal frame is reduced so as to reduce the influence of the metal. The position and orientation of the sense coil can be arranged.

【0082】図24及び図25は本発明の第3の実施の
形態に係わり、図24はセンスコイルユニットが設けら
れるベッドの構成を示す構成図、図25は図24のベッ
ドのフレームの影響を排除したセンスコイルの配置を説
明する説明図である。
FIGS. 24 and 25 relate to the third embodiment of the present invention. FIG. 24 is a configuration diagram showing a configuration of a bed provided with a sense coil unit. FIG. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an arrangement of sense coils that has been eliminated.

【0083】第3の実施の形態は、第1の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
Since the third embodiment is almost the same as the first embodiment, only different points will be described, and the same components will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

【0084】本実施の形態では、システムの構成は第1
の実施の形態と同一でセンスコイルユニット50内のセ
ンスコイルの配置が異なる。
In the present embodiment, the system configuration is the first
The arrangement of the sense coils in the sense coil unit 50 is different from that of the first embodiment.

【0085】本実施の形態では、図24に示すように、
ベッド4はベッドマット56を固定するためのフレーム
57が中空の金属によって構成されている。また、ソー
スコイルの測定空間とセンスコイルユニット50を近接
させるため、比較的金属の少ない領域にセンスコイルユ
ニット50をベッド4に固定する。
In the present embodiment, as shown in FIG.
The bed 4 has a frame 57 for fixing a bed mat 56 made of a hollow metal. Further, in order to bring the measurement space of the source coil and the sense coil unit 50 close to each other, the sense coil unit 50 is fixed to the bed 4 in an area having relatively little metal.

【0086】固定されたセンスコイルユニット50内の
センスコイルの配置は、第1及び第2の実施の形態で説
明したように、ソースコイルとセンスコイルユニット5
0が離れた場合、X、Y、Z軸方向のセンスコイルが金
属のフレ−ムの影響を受け難いようにそれぞれを配置す
る(図25)。
The arrangement of the sense coils in the fixed sense coil unit 50 is, as described in the first and second embodiments, the source coil and the sense coil unit 5.
When 0 is apart, the sense coils in the X, Y, and Z-axis directions are arranged so that they are hardly affected by the metal frame (FIG. 25).

【0087】すなわち、図25に示すように、センスコ
イルユニット50の周りを囲む金属フレ−ムがセンスコ
イルの出力の影響を受け難いようにセンスコイルの配置
するには、金属のフレーム57に近接した位置には、ソ
ースコイルが発生する磁界がフレーム57と交差し難
い、X、Z軸方向のセンスコイルで構成し、Y軸方向の
センスコイルは金属のフレーム57から離れた位置に配
置する。X軸方向のセンスコイルはフレームを通過した
磁界による出力が得られる可能性はあるが、X軸方向の
センスコイルの中心を通過する磁界の進入する角度か浅
いため、検出される値が小さくなりソースコイルの位置
推定に与える影響が少ない。このため、X軸方向のセン
スコイルはY軸方向のセンスコイルより金属フレーム5
7に近い位置に配置する。
That is, as shown in FIG. 25, in order to dispose the sense coil so that the metal frame surrounding the periphery of the sense coil unit 50 is hardly affected by the output of the sense coil, the metal frame 57 must be close to the metal frame 57. The magnetic field generated by the source coil hardly intersects with the frame 57 at the set position, and is constituted by sense coils in the X and Z axes, and the sense coil in the Y axis is arranged at a position distant from the metal frame 57. Although there is a possibility that the output of the magnetic field passing through the frame may be obtained from the sense coil in the X-axis direction, the detected value is small because the angle of entry of the magnetic field passing through the center of the sense coil in the X-axis direction is small. The influence on the position estimation of the source coil is small. Therefore, the sense coil in the X-axis direction is larger than the sense coil in the Y-axis direction in the metal frame 5.
It is arranged at a position close to 7.

【0088】このように本実施の形態では、第1の実施
の形態の効果に加え、ソースコイルの測定空間とセンス
コイルユニットを近接させ、比較的金属の少ない位置に
センスコイルユニットを配置できることから、ソ−スコ
イルの位置を金属の影響を受け難くして推定が行える。
As described above, in this embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, the sense coil unit and the sense coil unit can be arranged close to each other, and the sense coil unit can be arranged at a position with relatively few metals. , The position of the source coil can be estimated with less influence of the metal.

【0089】[付記] (付記項1) 単心コイルにより磁界を発生するソース
コイルと、センスコイルとして3次元空間上に互いに直
交した3つの単心コイルを複数配置し、前記センスコイ
ルの出力から前記ソースコイルの位置と向きを推定する
推定手段とを具備した形状推定装置において、前記セン
スコイルの近傍に金属体が配置された場合、前記金属体
の断面が存在する平面と平行な平面上で前記ソースコイ
ルが発生する磁界を垂直に通過する前記センスコイルを
構成する前記互いに直交した3つの単心コイルのうちの
2つの単心コイルおいて、前記金属体の断面と平行な単
心コイルを他方の単心コイルより前記金属体に対して遠
方に配置することを特徴とする形状推定装置。
[Supplementary Note] (Supplementary Note 1) A plurality of source coils, each of which generates a magnetic field by a single-core coil, and three single-core coils, which are orthogonal to each other in a three-dimensional space, are arranged as sense coils. In a shape estimating apparatus including an estimating unit for estimating a position and an orientation of the source coil, when a metal body is arranged near the sense coil, on a plane parallel to a plane in which a cross section of the metal body exists. In the two single-core coils of the three orthogonal single-core coils constituting the sense coil that vertically passes the magnetic field generated by the source coil, a single-core coil parallel to the cross section of the metal body is used. A shape estimating device, which is disposed farther from the metal body than the other single-core coil.

【0090】(付記項2) 前記ソースコイルは、内視
鏡の挿入部に配置されることを特徴とする付記項1に記
載の形状推定装置。
(Additional Item 2) The shape estimating apparatus according to additional item 1, wherein the source coil is disposed in an insertion portion of an endoscope.

【0091】(付記項3) 単心コイルにより磁界を発
生するソースコイルと、センスコイルとして3次元空間
上に複数の単心コイルを異なる位置に配置し、前記セン
スコイルの出力から前記ソースコイルの位置と向きを推
定する推定手段とを具備した形状推定装置において、前
記センスコイルの配置位置と向きを3次元空間上に配置
された金属物体と前記ソースコイルの存在する空間によ
り設定することを特徴とする形状推定装置。
(Additional Item 3) A source coil for generating a magnetic field by a single-core coil and a plurality of single-core coils as sense coils at different positions in a three-dimensional space are provided. In a shape estimating apparatus provided with estimating means for estimating a position and an orientation, an arrangement position and an orientation of the sense coil are set by a metal object arranged in a three-dimensional space and a space where the source coil exists. Shape estimating device.

【0092】[0092]

【発明の効果】以上説明したように本発明の形状推定装
置によれば、センスコイルの近傍に金属体が配置された
場合、金属体の断面が存在する平面と平行な平面上でソ
ースコイルが発生する磁界を垂直に通過するセンスコイ
ルを構成する互いに直交した3つの単心コイルのうちの
2つの単心コイルおいて、金属体の断面と平行な単心コ
イルを他方の単心コイルより金属体に対して遠方に配置
するので、ソースコイルとセンスコイルユニットとの周
辺に金属が存在しても、正確に形状を推定することがで
きるという効果がある。
As described above, according to the shape estimating apparatus of the present invention, when the metal body is arranged near the sense coil, the source coil is placed on a plane parallel to the plane where the cross section of the metal body exists. In two single-core coils of three mutually orthogonal single-core coils constituting a sense coil passing vertically through a generated magnetic field, a single-core coil parallel to a cross section of a metal body is made of metal than the other single-core coil. Since it is located far from the body, there is an effect that even if metal exists around the source coil and the sense coil unit, the shape can be accurately estimated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る内視鏡システ
ムの構成を示す構成図
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an endoscope system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の内視鏡装置形状検出装置の機能構成を示
すブロック図
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the endoscope device shape detection device of FIG. 1;

【図3】図2の内視鏡装置形状検出装置の構成を示す構
成図
FIG. 3 is a configuration diagram showing a configuration of the endoscope device shape detection device in FIG. 2;

【図4】図3の内視鏡装置形状検出装置の要部である2
ポートメモリ等の構成を示す構成図
4 is a diagram showing a main part 2 of the endoscope device shape detection device in FIG.
Configuration diagram showing the configuration of port memory, etc.

【図5】図4の2ポートメモリの動作を示すタイミング
FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the two-port memory of FIG. 4;

【図6】図1の内視鏡システムの作用を示すフローチャ
ート
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the endoscope system of FIG. 1;

【図7】図6のFFT処理の流れを示すフローチャートFIG. 7 is a flowchart showing the flow of the FFT processing of FIG. 6;

【図8】図6の内視鏡システムの作用における並行処理
タイミングを示すタイミング図
FIG. 8 is a timing chart showing parallel processing timing in the operation of the endoscope system of FIG. 6;

【図9】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の原
理を説明する第1の説明図
FIG. 9 is a first explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process of FIG. 6;

【図10】図10は図6のソースコイル推定位置座標算
出処理の原理を説明する第2の説明図
FIG. 10 is a second explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process in FIG. 6;

【図11】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
原理を説明する第3の説明図
FIG. 11 is a third explanatory view illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculating process in FIG. 6;

【図12】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
原理を説明する第4の説明図
FIG. 12 is a fourth explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process in FIG. 6;

【図13】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
原理を説明する第5の説明図
FIG. 13 is a fifth explanatory view illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculating process in FIG. 6;

【図14】図1のセンスコイルの配置を説明する第1の
説明図
FIG. 14 is a first explanatory diagram illustrating the arrangement of the sense coils in FIG. 1;

【図15】図1のセンスコイルの配置を説明する第2の
説明図
FIG. 15 is a second explanatory diagram illustrating the arrangement of the sense coils in FIG. 1;

【図16】図1のセンスコイルの配置を説明する第3の
説明図
FIG. 16 is a third explanatory view illustrating the arrangement of the sense coils in FIG. 1;

【図17】図1のセンスコイルの配置を説明する第4の
説明図
FIG. 17 is a fourth explanatory view illustrating the arrangement of the sense coils in FIG. 1;

【図18】図1のセンスコイルの配置を説明する第5の
説明図
18 is a fifth explanatory view for explaining the arrangement of the sense coils in FIG. 1;

【図19】図1のセンスコイルの配置を説明する第6の
説明図
FIG. 19 is a sixth explanatory view illustrating the arrangement of the sense coils in FIG. 1;

【図20】本発明の第2の実施の形態に係るセンスコイ
ルユニットが設けられるベッドの構成を示す構成図
FIG. 20 is a configuration diagram showing a configuration of a bed provided with a sense coil unit according to the second embodiment of the present invention;

【図21】図20のベッドのフレームの影響を排除した
センスコイルの配置を説明する第1の説明図
FIG. 21 is a first explanatory view illustrating the arrangement of sense coils excluding the influence of the frame of the bed of FIG. 20;

【図22】図20のベッドのフレームの影響を排除した
センスコイルの配置を説明する第2の説明図
FIG. 22 is a second explanatory diagram illustrating the arrangement of the sense coils excluding the influence of the bed frame of FIG. 20;

【図23】図20のベッドのフレームの影響を排除した
センスコイルの配置を説明する第3の説明図
FIG. 23 is a third explanatory view illustrating the arrangement of the sense coils excluding the influence of the bed frame of FIG. 20;

【図24】本発明の第3の実施の形態に係るセンスコイ
ルユニットが設けられるベッドの構成を示す構成図
FIG. 24 is a configuration diagram showing a configuration of a bed provided with a sense coil unit according to a third embodiment of the present invention.

【図25】図24のベッドのフレームの影響を排除した
センスコイルの配置を説明する説明図
FIG. 25 is an explanatory diagram illustrating the arrangement of sense coils excluding the influence of the bed frame of FIG. 24;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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…ベット 6…電子内視鏡 7…挿入部 8…操作部 9…ユニバーサルコード 10…ビデオプロセッサ 11…画像観察用モニタ 12…鉗子チャンネル 12a…挿入口 14i…ソースコイル 15…プローブ 16…ソースケーブル 21…装置本体 22j…センスコイル 23…センスケーブル 24…操作パネル 25…モニタ 26…駆動ブロック 27…検出ブロック 28…ホストプロセッサ 31…ソースコイル駆動回路 32…CPU 33…PIO 34…センスコイル信号増幅回路部 35k…増幅回路 36k…フィルタ回路 37k…出力バッファ 38k…ADC 40…制御信号発生回路部 41…ローカルデータバス 42…2ポートメモリ 46…内部バス 47…メインメモリ 48…ビデオRAM 49…ビデオ信号発生回路 50…センスコイルユニット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Endoscope system 2 ... Endoscope apparatus 3 ... Endoscope shape detection apparatus 4 ... Bed 6 ... Electronic endoscope 7 ... Insertion part 8 ... Operation part 9 ... Universal code 10 ... Video processor 11 ... Image observation Monitor 12 ... Forceps channel 12a ... Insertion port 14i ... Source coil 15 ... Probe 16 ... Source cable 21 ... Device body 22j ... Sense coil 23 ... Sense cable 24 ... Operation panel 25 ... Monitor 26 ... Drive block 27 ... Detection block 28 ... Host Processor 31 ... Source coil drive circuit 32 ... CPU 33 ... PIO 34 ... Sense coil signal amplifier circuit 35k ... Amplifier circuit 36k ... Filter circuit 37k ... Output buffer 38k ... ADC 40 ... Control signal generator circuit 41 ... Local data bus 42 ... 2-port memory 46 ... internal bus 47 ... main memo 48 ... video RAM 49 ... video signal generating circuit 50 ... sense coil unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉沢 靖宏 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 谷口 明 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 川端 健 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 小野田 文幸 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 相沢 千恵子 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 原 雅直 東京都渋谷区初台1丁目34番14号 初台T Nビル オリンパスシステムズ株式会社内 (72)発明者 辻 和孝 東京都渋谷区初台1丁目34番14号 初台T Nビル オリンパスシステムズ株式会社内 Fターム(参考) 2F063 AA04 AA41 BA30 BC02 BC10 BD01 BD11 BD15 CA08 DA01 DD04 DD10 GA29 LA06 LA11 LA19 LA29 LA30 MA05 PA10 ZA01 2H040 BA23 DA03 DA11 DA54 GA02 GA11 4C061 AA04 AA29 BB00 CC06 DD03 FF21 HH60 JJ17 NN05 NN07 SS11 SS21 VV04 WW11 YY18 5C054 CC07 HA01 HA12  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yasuhiro Yoshizawa 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Akira Taniguchi 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Within Olympus Optical Co., Ltd. (72) Ken Kawabata 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical Co., Ltd. (72) Fumiyuki Onoda 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd. (72) Inventor Chieko Aizawa 2-43-2, Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd. (72) Masanori Hara 1-34-14, Hatsudai, Shibuya-ku, Tokyo Hatsudai TN Building Olympus Systems Corporation (72) Inventor Kazutaka Tsuji 1-34-14 Hatsudai, Shibuya-ku, Tokyo First TN Building Olympus Systems Corporation F term (reference) 2F063 AA04 AA41 BA30 BC02 BC10 BD01 BD11 BD15 CA08 DA01 DD04 DD10 GA29 LA06 LA11 LA19 LA29 LA30 MA05 PA10 ZA01 2H040 BA23 DA03 DA11 DA54 GA02 GA11 4C061 AA04 AA29 BB00 CC06 JJ17 NN05 NN07 SS11 SS21 VV04 WW11 YY18 5C054 CC07 HA01 HA12

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単心コイルにより磁界を発生するソース
コイルと、 センスコイルとして3次元空間上に互いに直交した3つ
の単心コイルを複数配置し、 前記センスコイルの出力から前記ソースコイルの位置と
向きを推定する推定手段とを具備した形状推定装置にお
いて、 前記センスコイルの近傍に金属体が配置された場合、前
記金属体の断面が存在する平面と平行な平面上で前記ソ
ースコイルが発生する磁界を垂直に通過する前記センス
コイルを構成する前記互いに直交した3つの単心コイル
のうちの2つの単心コイルおいて、前記金属体の断面と
平行な単心コイルを他方の単心コイルより前記金属体に
対して遠方に配置することを特徴とする形状推定装置。
1. A source coil for generating a magnetic field by a single-core coil, and a plurality of three single-core coils orthogonal to each other in a three-dimensional space as sense coils, and a position of the source coil based on an output of the sense coil. A shape estimating device comprising: estimating means for estimating a direction; when a metal body is arranged near the sense coil, the source coil is generated on a plane parallel to a plane on which a cross section of the metal body exists. In two single-core coils among the three orthogonal single-core coils constituting the sense coil that vertically passes through a magnetic field, a single-core coil parallel to a cross section of the metal body is replaced with another single-core coil. A shape estimating device, wherein the shape estimating device is disposed far from the metal body.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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