CN104755007B - 插入系统及插入支援装置 - Google Patents

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Abstract

通过插入状态取得部(61)，取得被插入到被插入体内部的插入部的插入状态信息，通过被插入体形状取得部(62)，取得被插入体的形状信息，将这些插入状态信息和被插入体形状信息输入位置关系运算部(63)，运算插入部相对于被插入体的位置关系。然后，通过输出部(64)输出该位置关系运算部(63)的运算结果时，通过控制部(66)控制该输出部(64)中的运算结果的输出状态。

Description

插入系统及插入支援装置
技术领域
本发明涉及将内窥镜或探针等插入器具的插入部插入至被插入体内部来进行观察或作业的插入系统、对这样的插入系统中的插入部向被插入体的插入进行支援的插入支援装置、插入支援方法以及使计算机执行插入支援装置的工序的程序。
背景技术
作为将插入部插入到被插入体内部来进行观察时的支援装置，例如专利文献1中公开了将内窥镜插入部插入到人体时在显示部显示该内窥镜插入部的形状的结构。
该结构为，在内窥镜装置中，将具有弯折检测部的多个柔性弯折检测用光纤，以并列排列的方式安装于挠性的带状构件后，将其在内窥镜插入部内几乎遍及全长地插通配置，根据各弯折检测用光纤的光传递量来检测各弯折检测部所处部分的带状构件的弯折状态，将该弯折状态作为内窥镜插入部的弯折状态显示于监视器画面，上述弯折检测部的光的传递量与被弯折的角度的大小相对应地变化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第6846286号说明书
发明内容
发明要解决的课题
一般来讲，被插入体内部成为标记的部位很少，有时仅根据摄像图像很难判断出正在对被插入体内部的哪个部位进行观察，也很难判断出是否对所需的所有部位都进行了摄像(观察)。
在上述专利文献1所公开的技术中，在向被插入体内部插入时能够提 示无法从被插入体外部看到的、处于被插入体内部的插入部的形状。然而，并没有提到正在对被插入体内部的哪个部位进行摄像(观察)的检测及其显示方法。
此外，在虽然不具有摄像部但是插入到被插入体内部并进行规定作业的探针等管状插入器具中，也希望进行正在对被插入体内部的哪个部位进行作业的检测及其显示方法。
本发明是鉴于上述问题点而做出的，其目的在于，提供一种插入系统、插入支援装置、插入支援方法及程序，能够向操作者提供用于判断正在对被插入体内的哪里进行摄像、或者正在对哪里进行作业的信息。
用于解决课题的手段
根据本发明的第一方式，提供一种插入系统，其中，具有：插入部，被插入到被插入体内部；插入状态取得部，取得上述插入部的插入状态信息；被插入体形状取得部，取得上述被插入体的形状信息；位置关系运算部，输入上述插入状态信息和上述被插入体形状信息，运算上述插入部相对于上述被插入体的位置关系；输出部，用于输出上述位置关系运算部的运算结果；以及控制部，控制上述输出部的上述运算结果的输出状态。
此外，根据本发明的第二方式，提供一种插入支援装置，对插入器具的插入部向被插入体内部的插入进行支援，其中，具有：插入状态取得部，取得上述插入部的插入状态信息；被插入体形状取得部，取得上述被插入体的形状信息；位置关系运算部，输入上述插入状态信息和上述被插入体形状信息，运算上述插入部相对于上述被插入体的位置关系；输出部，用于将上述位置关系运算部的运算结果作为显示信息来输出；以及控制部，控制上述输出部的上述运算结果的输出状态。
此外，根据本发明的第三方式，提供一种插入支援方法，被用于在对插入器具的插入部向被插入体内部的插入进行支援的插入支援装置中，其中，具有：插入状态取得步骤，取得上述插入部的插入状态信息；被插入体形状取得步骤，取得上述被插入体的形状信息；位置关系运算步骤，输入上述插入状态信息和上述被插入体形状信息，运算上述插入部相对于上述被插入体的位置关系；输出步骤，将上述位置关系运算步骤的运算结果作为显示信息来输出；以及控制步骤，控制上述输出步骤的上述运算结果 的输出状态。
此外，根据本发明的第四方式，提供一种程序，用于使计算机执行如下工序：插入状态取得工序，取得对插入器具的插入部向被插入体内部的插入进行支援的插入支援装置中的上述插入部的插入状态信息；被插入体形状取得工序，取得上述被插入体的形状信息；位置关系运算工序，输入上述插入状态信息和上述被插入体形状信息，运算上述插入部相对于上述被插入体的位置关系；输出工序，将上述位置关系运算工序的运算结果作为显示信息来输出；以及控制工序，控制上述输出工序的上述运算结果的输出状态。
发明的效果：
根据本发明，能够提供一种插入系统、插入支援装置，插入支援方法以及程序，能够提供用于判断是在对被插入体内的哪里进行摄像或作业的信息，因此，能够使操作者能够容易地判断是在对被插入体内部的哪个部位进行摄像或作业、以及是否对所需的全部部位都进行了摄像或作业，能够防止观察或作业部位的遗漏。
除此之外，根据本发明，输出部将由位置关系运算部运算出的插入部相对于被插入体的位置关系输出时，通过由控制部设定至少其输出开始时刻来使得不是始终进行输出而是仅在必要时才输出，因此，能够不提供无用的信息而进行易懂的输出(便于观看，不易出错，且能够迅速地进行判断)。
附图说明
图1A是表示应用了本发明的第一实施方式的插入支援装置的插入系统的概略结构的图。
图1B是表示第一实施方式的插入支援装置的结构框图。
图1C是用于说明第一实施方式的插入支援装置的输出部提供信息的提供例的图。
图2A是表示第一实施方式的插入系统中的作为插入器具的软性内窥镜装置的概略结构的图。
图2B是插入部前端的立体图。
图3A是用于说明插入/旋转检测部的结构的图。
图3B是用于说明插入/旋转检测部的动作原理的图。
图4是表示插入部向被插入体内部的插入状态的图。
图5A是用于说明纤维形状传感器的原理的图，表示弯曲部向纸面上方向弯曲的情况。
图5B是用于说明纤维形状传感器的原理的图，表示弯曲部未弯曲的情况。
图5C是用于说明纤维形状传感器的原理的图，表示弯曲部向纸面下方向弯曲的情况。
图6是表示纤维形状传感器向插入部的安装构造的图。
图7是表示第一实施方式的插入支援装置的动作流程的图。
图8A是用于说明被插入体的出入口的例子的图。
图8B是用于说明被插入体的出入口的另一例子的图。
图8C是用于说明被插入体的出入口的又一例子的图。
图8D是用于说明被插入体的出入口的另一例子的图。
图9A是用于说明第一位置显示对被插入体内部的哪里进行表示的图。
图9B是用于说明第二位置显示对被插入体内部的哪里进行表示的图。
图10是表示由控制部控制的输出部的输出定时的时序图。
图11是用于说明信息的提供形态的另一例子的图。
图12A是作为信息的提供形态的又一例子，说明插入部插入到有分支的被插入体时的显示例的图。
图12B是用于说明另一显示例的图。
图12C是用于说明又一显示例的图。
图13A是用于说明由插入部的旋转导致的摄像图像的变化的图，是表示旋转前的图。
图13B是用于说明由插入部的旋转导致的摄像图像的变化的图，是表示旋转后的图。
图14A是用于说明信息的提供形态的另一例子的图。
图14B是用于说明信息的提供形态的又一例子的图。
图14C是用于说明信息的提供形态的另一例子的图。
图14D是用于说明信息的提供形态的又一例子的图。
图14E是用于说明信息的提供形态的另一例子的图。
图14F是用于说明信息的提供形态的又一例子的图。
图15是用于说明信息的提供形态的又一例子的图。
图16A是本发明的第二实施方式的插入系统的结构框图。
图16B是用于说明由第二实施方式的插入系统的显示装置和本发明的第二实施方式的插入支援装置的输出部来提供信息的提供例的图。
图17是表示本发明的第三实施方式的插入系统中的作为插入器具的硬性内窥镜装置的概略结构的图。
图18是表示本发明的第四实施方式的插入系统中的作为插入器具的探针的概略结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明用于实施本发明的方式。
[第一实施方式]
如图1A所示，本发明的第一实施方式的插入系统1具备：插入器具3，具备插入到被插入体2的内部的插入部31和对被插入体2进行摄像的摄像部32；插入/旋转检测部4及纤维形状传感器5，作为检测插入部31的位移量信息的检测部；以及本发明的第一实施方式的插入支援装置6，从来自上述插入/旋转检测部4及纤维形状传感器5的位移量信息，取得插入部31的插入状态信息，基于该插入状态信息和被插入体2的形状信息，运算插入部31相对于被插入体2的位置关系，显示并输出其运算结果。
以下，在本实施方式中将插入器具3例如作为图2A所示的软性内窥镜装置来进行说明。该软性内窥镜装置具备插入部31和与该插入部31一体构成的操作部33。插入部31是挠性的管状构件，能够从被插入体2的插入口21插入到被插入体2的内部。另外，被插入体2的内部用空气、生理盐水或药液等规定材料充满。如图2B所示，在插入部31的插入方向的端部(以下称作插入部前端)设置有摄像开口部34，并且如图1A所示，在插入部31内部的插入部前端附近内置有摄像部32。入射至摄像开口部34的光被摄像部32受光而进行摄像。摄像部32摄像到的图像由本第一实施方式 的插入支援装置6进行显示输出。
另外，摄像部32当然也可以不配置在插入部31内部的插入部前端附近，而是配置在操作部33内，通过光引导件等与摄像开口部34之间连结，将入射至摄像开口部34的光向摄像部32导光并进行摄像。
此外，插入部31在插入部前端附近具有弯曲部35，虽未特别图示，但是该弯曲部35与设置于操作部33的操作杆通过线而被连接。由此，通过对操作杆进行操作而将线拉引，能够进行弯曲部35的弯曲操作。
此外，虽未特别图示，但是在插入部31内部具有照明用的光纤，对配置于操作部33内的未图示的照明用光源的光进行引导，使该光从插入部前端的光供给部36作为用于摄像的照明光出射。进而，在插入部前端设置有处置用开口部37，从操作部33在插入部31内插通后的处置器具能够从该处置用开口部37向插入部31外伸出。
以下详细地说明各部分的结构。
插入/旋转检测部4设置在被插入体2的插入口21附近，检测插入部31的插入量和旋转量，并作为插入部31的位移量信息之一输出到插入支援装置6。具体地说，如图3A所示，该插入/旋转检测部4具备光源41、投光透镜42、受光透镜43、光学图案检测部44以及位移量计算部45。
从光源41出射的光经由投光透镜42照射到插入部31，由该插入部31反射后的光经由受光透镜43被光学图案检测部44受光。光学图案检测部44在检测时间t0、t1、t2、……、tn、……连续地检测作为光学图案的插入部31的图像。
如图3B所示，位移量计算部45比较基准图案α和光学图案α’在图像数据上的位移，计算x轴方向及y轴方向各自的图像上的位移量，其中，上述基准图案α是存在于由光学图案检测部44在任意的时间tn摄像到的图像数据的图像(光学图案PTn)内的、任意选择的图案，上述光学图案α’是存在于在从该时间tn经过任意的时间后的时间tn+1摄像到的图像数据的图像(光学图案PTn+1)的一部分内的、与上述基准图案α一致的图案。在此，如图3B所示，以使光学图案检测部44的x轴与插入部31的轴方向一致的方式对光学图案检测部44进行定位。由此，由位移量计算部45计算出的x轴方向的位移量Δxf与插入部31的插入量成比例，y轴方向的位移 量Δyf与插入部31的旋转量成比例。这样由位移量计算部45计算出的图像上的位移量(插入量和旋转量)，作为位移量信息被输入至插入支援装置6。另外，各个位移量的增减方向表示插入部31的插入及旋转的方向，所以位移量信息还包含插入方向及旋转方向的信息。
另外，位移量信息的取得不限于上述的方法，也可以基于图像数据来求出。
此外，如图4所示，纤维形状传感器5设置于插入部31内部。该纤维形状传感器5由多个光纤构成，1条光纤具有一处弯曲检测部51。该弯曲检测部51是将光纤的被覆层除去而使芯线露出后再涂覆光吸收材料而构成的。在这样的弯曲检测部51中，如图5A至图5C所示，由该弯曲检测部51吸收的光的量与弯曲部35的弯曲相应地发生变化，因此，在光纤52内的导光量变化、即光传递量变化。另外，在本实施方式中，纤维形状传感器5由多个光纤构成，但是不限于此，也可以是单个光纤。
这种结构的纤维形状传感器5为了检测图6所示的X轴方向的弯曲和Y轴方向的弯曲，以分别朝向X轴方向和Y轴方向的2个弯曲检测部51成对的方式配置有2条光纤52，对一个部位的弯曲量进行检测。并且，以成对的弯曲检测部51沿插入部31的长边方向(插入方向)并列配置的方式配置有多个光纤52。并且，来自未图示的光源的光被各光纤52引导，由未图示的受光部检测因各光纤52的弯曲量而变化的光传递量。这样检测到的光传递量作为插入部31的位移量信息之一被输出至插入支援装置6。
另外，优选的是，弯曲检测部51不仅设置于插入部31的弯曲部35，而且还设置于比其更靠近操作部的一侧，使得还能够检测由于插入部31的挠性而与被插入体2的内部构造相应地自由弯曲的插入部31的弯曲部35以外的部分的弯曲状态。
另外，如图6所示，在插入部31内部，还设置有照明用光纤38和摄像部用布线39。通过照明用光纤38，对来自配设于操作部33内的未图示的照明用光源的光进行引导，将该光从插入部前端作为照明光出射，由此，摄像部32能够对作为暗部的被插入体2的内部进行摄像。
此外，如图1B所示，本实施方式的插入支援装置6具备插入状态取得部61、被插入体形状取得部62、位置关系运算部63、输出部64、存储部 65以及控制部66。
插入状态取得部61基于从上述插入/旋转检测部4的位移量计算部45输出的位移量信息，取得插入部31的至少一部分向被插入体2内部的插入状态信息、例如插入部31的某个点的位置及朝向。此外，基于因作为由上述纤维形状传感器5检测到的位移量信息的、各光纤52的弯曲量而发生变化的光传递量，还取得插入部31的各弯曲检测部51的位置及朝向，来作为向被插入体2内部的插入状态信息。
被插入体形状取得部62取得被插入体2的形状信息(被插入体形状信息)。该被插入体形状信息是基于将插入部31插入到被插入体2之前来自被插入体2的外侧或内侧的数据而构成的。
即，基于来自外部的数据而得到的被插入体形状信息是利用例如CT诊断装置、超声波诊断装置及X射线装置等能够透过被插入体2内进行检测的装置而构成的。
此外，基于来自内部的数据而得到的被插入体形状信息，是利用使插入部31在被插入体2的空间内进行移动时的轨迹数据而构成的，或者通过将插入部前端与被插入体2接触时的位置信息连接起来而构成的。利用插入部前端与被插入体2接触时的位置信息的情况下，还能够检测空间的大小，能够取得更准确的被插入体形状信息。此外，在被插入体2为人体脏器的情况下，还能够通过根据体格进行推断来构成，或者在被插入体2为构造物的情况下，还能够通过利用图纸输入形状来构成。
另外，被插入体形状取得部62对被插入体形状信息的取得，可以将例如CT诊断装置等构成被插入体形状信息的装置连接并从该装置直接取得，也可以是，将从该装置输出的被插入体形状信息暂时保存在存储介质中，将该保存的被插入体形状信息读出或者经由网络下载来取得。进而，被插入体形状取得部62不限于这样的接口或数据读取器，也可以是由其本身构成被插入体形状信息的设备。
位置关系运算部63基于由上述插入状态取得部61取得的插入状态信息和由上述被插入体形状取得部62取得的被插入体形状信息，运算插入部31相对于被插入体2的位置关系、即插入部31的整体或前端朝向被插入体2内部的哪个部分。具体地说，位置关系运算部63首先基于作为由上述插 入状态取得部61取得的插入状态信息的、插入部31的各弯曲检测部51的位置及朝向，运算插入部31的形状信息。然后，基于由该求出的插入部31的形状信息、作为由上述插入状态取得部61取得的插入状态信息的例如插入部31的某个点的位置及朝向、以及由上述被插入体形状取得部62取得的被插入体形状信息，运算插入部31相对于被插入体2的位置关系、即插入部前端的位置和朝着的方向(轴方向)。然后，基于这些运算结果和被插入体形状信息，运算插入部前端所朝的方向与被插入体2的交点。即，位置关系运算部63如图4所示那样，将由插入部前端所朝的方向(摄像方向71)构成的直线与被插入体2的形状的交点72、即视野(摄像区域73)中心，作为摄像位置P来求出。
通常来讲，观察对象的关注部位被置于视野中心，因此，多数情况下与视野的周边相比中心更加重要。另外，在此示出了作为摄像位置P而求出交点的例子，但也可以基于被插入体形状信息，根据插入部前端的位置与被插入体2的摄像面之间的距离，运算摄像部32正在摄像的被插入体2的区域、即视野(摄像区域73)，来作为摄像位置P。该情况下，使用在插入部31与被插入体2之间介在的规定材料的折射率、摄像部32的视角信息(透镜的焦距等)等参数，能够更准确地求出摄像区域73。通过这样作为摄像位置P而求出摄像区域73，能够掌握摄像部32所摄像的范围。此外，也可以将视野(摄像区域73)中的一部分区域74或者点作为摄像位置P来运算。例如，在未能准确地检测出摄像区域73的情况下，考虑误差而运算小的区域，从而能够防止未摄像的范围被误检测为被进行了摄像。即，能够防止观察遗漏。
位置关系运算部63将求出的插入部31的形状信息、求出的插入部31相对于被插入体2的位置关系即插入部前端的位置和所朝的方向(轴方向)、由上述被插入体形状取得部62取得的被插入体形状信息、以及求出的表示摄像位置P(例如交点72)的摄像位置信息，作为运算结果向控制部66输出。
输出部64在控制部66的控制下，根据上述位置关系运算部63的运算结果，以操作者能够判断出插入部前端正朝向被插入体2内部的哪个部分的形态进行显示输出此外输出部64还作为能够显示从上述摄像部32 得到的摄像图像的显示部起作用。
存储部65在控制部66的控制下，保存上述位置关系运算部63的运算结果，并且保存从上述摄像部32得到的摄像图像。
控制部66控制上述位置关系运算部63的运算结果在上述输出部64中的显示输出的输出状态、以及在上述存储部65中的存储。即，来自上述位置关系运算部63的运算结果向该控制部66依次输出，但是该控制部66不是使输出部64显示输出该输出的运算结果的全部，而是针对作为其中至少一部分的、表示摄像位置P(例如交点72)的摄像位置信息，控制其显示输出的有无、即显示输出开始时刻以及显示输出结束时刻，或者控制运算结果的显示输出的种类、即显示的方式。同样，关于向存储部65的存储，也控制为不是存储从上述位置关系运算部63输出的全部运算结果，而是存储其中至少一部分。此外，不仅针对位置关系运算部63的运算结果，针对来自摄像部32的摄像图像，也能够同样地控制其存储。
例如，控制部66可以具备判断插入部前端是否已到达了规定位置的判断部67。在此，规定位置指的是被插入体2内部的观察或处置所需的部位。判断部67基于从上述位置关系运算部63输出的运算结果的一部分，即插入部31的形状信息及插入部前端的位置和朝着的方向(轴方向)、以及被插入体形状信息来进行该判断，或者根据从上述摄像部32得到的摄像图像进行图案匹配等来进行该判断。然后，控制部66根据该判断部67的判断结果，控制上述输出部64以及存储部65。
此外，控制部66还具有将存储部65所保存的信息(上述位置关系运算部63的运算结果、摄像图像等)发送给输出部64使其进行显示的功能。
参照图7对以上那样构成的插入支援装置6的动作进行说明。在此，为了简化说明，关于控制部66对位置关系运算部63的运算结果即摄像位置P(例如交点72)在输出部64中的显示输出的输出状态、以及在存储部65中的存储的控制，仅以显示输出以及存储的开始时刻的控制的情况为例进行说明。
首先，通过被插入体形状取得部62取得被插入体形状信息(步骤S1)。然后，通过插入状态取得部61取得插入部31向被插入体2内部的插入状态信息(步骤S2)。然后，通过位置关系运算部63，基于作为插入状态信 息的、插入部31的各弯曲检测部51的位置及朝向，运算插入部31的形状(步骤S3)。然后，基于该运算出的插入部31的形状、上述取得的作为插入状态信息的插入部31的某个点的位置及朝向、以及上述取得的被插入体形状信息，运算插入部31相对于被插入体2的位置关系、即插入部前端的位置和朝着的方向(轴方向)(步骤S4)。
然后，通过控制部66的判断部67，判断插入部前端是否已到达了规定位置(步骤S5)。例如，作为被插入体2而举例膀胱时，该插入部前端是否已到达了规定位置的判断是指，判断从作为插入口21的尿道口插入的插入部31的前端是否到达了图8A所示的膀胱的出入口22、即膀胱与尿道的连接部。或者，也可以通过插入部前端是否到达了与膀胱壁相距规定距离、例如大致2cm距离来进行判断。是否到达了出入口22或与膀胱壁相距规定距离处，能够根据从位置关系运算部63输出的运算结果(插入部前端的位置以及被插入体形状信息)、或者从上述摄像部32得到的摄像图像来进行判断。或者，也可以根据从上述摄像部32得到的摄像图像，通过膀胱壁的血管间隔是否成为了例如大致100像素来进行判断。此外，摄像部32若离被摄像体过近则无法得到适于观察的摄像图像，因此，该规定位置可以具有范围。例如，如果是距离的话，是与膀胱壁相距上述大致2cm至5mm的范围，如果是像素的话，是膀胱壁的血管间隔为上述大致100像素至大致500像素的范围。
在此，插入部前端还未到达规定位置的情况下，通过控制部66，基于从上述位置关系运算部63输出的运算结果的一部分即插入部31的形状信息、插入部前端的位置和朝着的方向(轴方向)、以及被插入体形状信息，使输入部64进行插入部31相对于被插入体2形状的插入状态的显示(步骤S6)，然后从上述步骤S2起重复上述动作。
并且，如果插入部前端到达了规定位置，则通过控制部66，使输出部64对作为上述运算结果的一部分的、表示摄像位置P(例如交点72)的摄像位置信息进行显示输出，并且使存储部65进行保存(步骤S7)。然后，从上述步骤S2起重复上述动作。
通过这样的动作，输出部64进行图1C所示的显示。即，在本实施方式中，输出部64上显示输出来自摄像部32的摄像图像(摄像图像显示641) 和插入部31的插入状态(插入状态显示642)。在此，插入状态显示642作为将被插入体2在规定部位进行了切割而得到的2维图6421、6422而被显示输出，该2维图6421、6422是被插入体形状信息。而且，将该被插入体2在规定部位进行了切割而得到的2维图6421、6422上，显示输出了与摄像位置P、即被插入体2与插入部前端的轴方向(摄像方向71)的交点72有关的信息。在此，2维图6421、6422是由控制部66基于插入部31的形状信息来生成的。即，如图9A所示，第一2维图6421是表示将被插入体2的形状在被插入体2的坐标中用Y-Z平面切割并向左右展开的状态的图，第二2维图6422是与第一2维图6421不同视点的图，如图9B所示，是表示将被插入体2的形状在被插入体2的坐标中用X-Z平面切割并向上下展开的状态的图。并且，控制部66在输出部64的这些2维图6421、6422上，作为与摄像位置P有关的信息，显示输出当前位置显示643。
其中，该当前位置显示643并非一直进行。即，如图10所示，在时刻T1，该插入系统开始动作时，摄像图像显示641立即开始，但是2维图6421、6422上的当前位置显示643未被显示输出。然后，控制部66的判断部67判断为插入部前端到达了规定位置的时刻(时刻T2)后，才开始2维图6421、6422上的当前位置显示643的显示输出。这些摄像图像显示641的显示输出以及2维图6421、6422上的当前位置显示643的显示输出被持续进行，直至在时刻T4该插入系统结束动作为止。或者，关于2维图6421、6422上的当前位置显示643，也可以由控制部66的判断部67判断插入部前端返回到了比规定位置更靠前的情况，在该时刻(时刻T3)结束显示输出。
另外，上述当前位置显示643虽然可以是被插入体2与插入部前端的轴方向的交点72本身，但是如上述那样设为摄像区域73或者设为例如以交点72为中心的摄像区域中的一部分区域74这样、设为具有某种程度的范围的话，更便于观看。
此外，输出部64除了作为与当前的摄像位置P有关的信息的当前位置显示643之外，还能够将表示插入部31的形状的插入部形状概略显示644显示输出。即，由于如上述那样通过位置关系运算部63运算出了插入部31的形状以及插入部前端的位置和朝向，因此，能够知晓插入部31在被插入体2中处于什么样的插入状态，能够进行插入部形状概略显示644。
此外，输出部64还能够使用存储部65所存储的运算结果来对位置轨迹显示645进行显示输出。针对该存储部65所存储的运算结果，也能够基于上述判断部67的判断，从插入部前端到达了规定位置的时刻(时刻T2)起预先进行存储。另外，该位置轨迹显示645也与当前位置显示643同样地设为具有某种程度的范围。此外，该情况下，为了能够区分当前位置显示643和位置轨迹显示645，优选设为如改变相互的颜色、浓度或图纹、或者使位置轨迹显示645进行闪烁显示这样进行某种识别显示的显示信息。该识别显示的形态可以由控制部66接受操作者通过开关操作进行的选择来控制。这种情况下，开关可以配置于作为插入器具3的软性内窥镜装置的操作部33、脚开关、操作者能够检测脑波或肌肉活动等的部位、插入支援装置6的壳体、从软性内窥镜装置的操作部33插通插入部31内的处置器具等。
此外，判断部67对插入部前端是否到达了规定位置的判断，可以代替基于来自上述位置关系运算部63的运算结果或来自上述摄像部32的摄像图像而根据操作者对这样的开关的操作来进行，或者是除了基于来自上述位置关系运算部63的运算结果或来自上述摄像部32的摄像图像之外还根据操作者对这样的开关的操作来进行。即，操作者观察作为摄像图像显示641而显示的摄像图像，在判别为插入部前端到达了规定位置时操作开关，由此，判断部67判断为插入部前端到达了规定位置。
而且，也可以是，通过该开关的操作，操作者能够任意设定规定位置。即，能够与被插入体2的种类、大小相应地变更规定位置。例如，关于出入口22，如果被插入体2为膀胱，则如图8A所示，出入口22为尿道与膀胱的连接点，但是如果被插入体2为胃，则如图8B所示，出入口22为胃的连接部，如果被插入体2为盲肠、升结肠、横结肠、降结肠、S状结肠、直肠、继而大肠，则如图8C所示，出入口22为直肠的终点，如果被插入体2为人体，则如图8D所示，出入口22为嘴部，如果被插入体2为配管，则出入口22为配管的开口部或分支部位。
此外，还可以追加如下功能：能够由操作者通过开关操作来对已经观察过的部位、或者今后需要观察的部位或需要再次观察的部位(与周边的图像不同的部位(其中，已知的图案除外)、癌症的特征图案、血液流出部 位等)等附加标记646。例如，与开关操作相应地，控制部66进行控制，使得存储部65存储该部位的信息，并且使输出部64在该部位显示标记646。该情况下，如图1C所示，在表示将被插入体2的形状在被插入体2的坐标中用不同平面进行切割并展开的状态的2维图6421、6422上，显示有标记646，因此，即使是在一个2维图(该例子中为6421)中很难辨识的位置，也能够在另一个2维图(该例子中为6422)中进行容易辨识的显示，使操作者很容易判断出对被插入体2的哪个部分附加了标记646。
该标记646的部位既可以被固定于交点72、摄像区域73、摄像区域中的一部分区域74之中的某个，也可以由操作者来任意地设定。通过能够进行这样的标记646，能够针对被插入体2确认已观察部位、需要再次观察的部位、或者需要某种处置(切除、采集、修复等)的部位等。而且，还能够应用于在不同机会中需要再次观察该被插入体2时确定前次的要再观察部位、或者使插入部前端迅速地到达该部位的情况中。此外，关于存储，如果不仅存储附加了标记646的部位的信息，还一起存储插入部31的插入方向等，则能够活用于在观察后进行确认的情况或下次在相同状态下进行观察的情况等中。
另外，如果还能够一并设定并存储用于确定已观察部位、要再观察部位、要处置部位分别为哪个部位的种类信息、以及癌症、息肉及龟裂等症状信息/状态信息，则显示的形态也与这些种类信息、症状信息/状态信息相应地变更颜色或形状，使操作者能够容易地判断出各个标记646的含义。
此外，关于该标记646也可以是，对插入支援装置6连接指示器设备或视觉辨识设备，操作者能够指定输出部64上显示的摄像图像显示641或2维图6421、6422上的任意范围或点。
此外，在图1C所示的2维图6421、6422中进行区域分割显示647。区域分割显示647是学术会议的一般见解、规定或标准地利用的区域，或者利用预先决定的分割方法进行了2个以上区域分割而得的区域。这样，操作者能够容易地判断出是被插入体2的哪个部分。
另外，如图11所示，也可以是，在插入部形状概略显示644上，重叠显示表示弯曲检测部51的位置的弯曲检测部显示648。
在此，插入/旋转检测部4及纤维形状传感器5如上述那样光学地检测 插入部31相对于被插入体2的形状以及摄像开口部34的位置和朝向，但是也可以利用其他方法进行检测。例如，在插入部31内部的至少摄像开口部34的附近设置线圈，在线圈中流动电流而产生磁场，在外部接收该磁场，或者，在外部通过线圈接收所产生的磁场分布，由此，能够检测线圈即摄像开口部34的位置或朝向。另外，若使线圈沿插入部31的长边方向排列多个，则还能够检测插入部31的形状。
如以上所述，根据本实施方式，通过插入状态取得部61，取得插入到被插入体2内部的插入部31的(至少一部分)(向被插入体2内部的)插入状态信息(例如，插入部31的某个点(插入部前端)的位置/朝向、以及插入部31的各弯曲检测部51的位置及朝向)，并且，通过被插入体形状取得部62，取得被插入体2的形状信息，将这些插入状态信息和被插入体形状信息向位置关系运算部63输入，运算插入部31相对于被插入体2的位置关系(插入部31整体或插入部前端的位置或朝向)，通过输出部64对该位置关系运算部63的运算结果进行显示输出，因此，能够提供用于判断正在对被插入体内的哪里进行摄像的信息。即，用具有插入部31的插入器具3即软性内窥镜装置对眼睛无法直接看到的被插入体内部进行观察时，能够理解输出部64所显示的摄像图像是在被插入体2的哪个场所、从什么方向进行观察的。此外，能够容易地识别出被插入体2内的已观察部位或者未观察部位，能够防止遗漏。
并且，由输出部64对位置关系运算部63的运算结果、即摄像位置P进行显示输出时，在未设置控制部66的情况下始终进行显示，没有必要输出时也被输出，但是在本实施方式中，通过控制部66控制成仅在必要时进行显示，因此不显示不需要的运算结果，能够设为易懂的画面(便于观看、不易出错且能够迅速地进行判断)。此外，如果作为插入器具3的软性内窥镜装置的操作者对控制部66进行控制，则能够可靠地仅显示输出操作者所需要的运算结果(当前位置、已观察部、患部、要摘除部等)。
此外，还具有对位置关系运算部63的运算结果的至少一部分进行保存的存储部65，在该存储部65中依次存储输出部64上显示的被插入体2的观察范围(插入部31相对于被插入体2的位置关系)，由此，对于被插入体2的内壁，能够用插入部前端逐步识别观察或者处置过的部位和未观察 或未处置的部位。例如，如果使在输出部64上作为当前位置显示643而显示的观察或处置范围在向其他部位移动时不被消除而作为位置轨迹显示645保留，则通过该位置轨迹显示645，能够容易地判断出已观察或处置的部位和未观察或未处置部位。通过该结构，能够无遗漏地对被插入体2整体进行观察或处置。
此外，具备设置于插入部31的具有摄像开口部34的摄像部32，由输出部64显示从该摄像部32得到的摄像图像，从而能够直接得到插入部前端所观察的被插入体2内部的场所(位置关系运算部63的运算结果)的图像。因此，能够得到观察部位的状态，并且能够在不同时间再次观察相同场所(到达相同场所)，能够具体地检测变化。
此外，控制部66具有根据位置关系运算部63的运算结果判断插入部前端是否到达了规定位置的判断部67，在该判断部67判断为插入部前端到达了规定位置时，进行输出部64的输出状态的控制，也就是进行作为位置关系运算部63的运算结果的、表示摄像位置P的当前位置显示643的连续显示输出的开始/结束、显示输出内容/显示输出方法(位置轨迹显示645或标记646的开始/结束、种类、尺寸等)的切换等。在此，规定位置为指的是，被插入体2的观察部位(如果是脏器则为规定脏器)的出入口22(在被插入体2的插入开口部、观察区域的入口等形状信息上预先设定的位置)或已知的分支部位、或者摄像图像为特定图案(癌症、息肉、龟裂等)的部位。另外，位置轨迹显示645或标记646的尺寸可以依据插入体前端与被插入体2之间的距离来变更，也可以设为作为摄像位置P而对摄像方向71与被插入体2的交点72进行了显示输出时能够识别的程度(尺寸可变更)。此外，在具有摄像部32的情况下，优选在摄像图像的与患部或龟裂的大小相应的区域内进行显示输出。
此外，控制部66构成为在插入部前端到达了被插入体2的规定位置时自动地进行上述那样的输出部64的输出状态的控制，从而能够显示输出仅预先设定的必要的部位及状态，插入器具3的操作者能够专心于操作中。
在此，控制部66构成为与操作者的开关操作相应地控制规定位置，从而能够根据操作者的意思来进行必要的显示输出，能够可靠地仅输出操作者需要的信息。此外，能够区分地输出操作者判断出的多个结果(包括通 过图案匹配等图像辨识很难自动地判断的结果)。另外，开关可以是1个，也可以是多个(当前位置显示643开始/结束指示用、位置轨迹显示645开始/结束指示用、标记646指示用、其他的标记指示用、以及删除指示用)。在开关为1个的情况下，通过对开关的接通/断开的次数或图案依次进行功能切换等，能够切换多个输出状态。
此外，控制部66能够与操作者的设定操作相应地设定癌症、息肉或龟裂等作为被插入体2的插入对象部位的观察(/作业)对象部位的状态、以及与插入对象部位的大小及面积相当的状态显示范围，由此能够基于操作者的意思设定输出状态或范围，所以，能够由操作者或按照操作者所属领域的基准来设定再观察的基准等。换句话说，能够对应于医疗领域或工业领域等各个领域进行区分使用。自动地控制输出状态的情况下，预先设定该控制的判断基准即可。
此外，控制部66使存储部65将摄像图像与位置关系运算部63的运算结果建立关联地进行存储，由此，能够针对规定部位的状态，比较存储时的观察状态和当前的观察状态，来获得其差异和变化。即，由于观察范围的摄像图像与位置关系运算部63的运算结果、即摄像位置P一致，因此，能够得到是对哪个部分进行摄像的结果，并且，通过多次诊断能够使相同患部的变迁准确地一致。
此外，控制部66使存储部65将摄像图像至少与位置关系运算部63的运算结果及症状信息建立关联地进行存储，由此，针对规定部位的状态，能够获得存储时的观察状态与当前的观察状态之间的差异和变化。
此外，控制部66作为位置关系运算部63的运算结果，使输出部64将2个以上不同的规定状态以可区分的方法进行显示，例如显示可区分的标记，因此，能够目视区分多个状态(当前的观察范围、轨迹、患部1(癌症、炎症、缺损、伤、腐烂等)、患部2(癌症、炎症、缺损、伤、腐烂等)、……、已处置、要经过等)。如果将该多个状态存储在存储部65中，则能够在不同时间想要再次观察相同场所时仅观察处于规定状态的部位，能够提高观察效率，并且，能够获得该部位的变化程度。
另外，规定状态的区分使用，能够由插入部31的操作者来选择。该情况下，能够基于操作者的意思来进行区分使用，因此，能够由操作者或按 照操作者所属领域的基准来任意设定再观察的基准等。换句话说，能够与医疗领域或工业领域等各个领域对应地区分使用。
此外，控制部66进行控制，使得输出部64在多个区域中进行被进行了区域分割显示的显示。这样，在显示画面上以使学术会议的一般见解、规定或者标准地利用的区域可被识别的方式进行区域分割显示，则显示观察范围时，能够容易地理解正在对哪个部分进行观察。
另外，控制部66使输出部64以能够确定插入部31向观察(/作业)对象部位以及/或者对象部位的位置关系的方式，对被插入体2的相同区域进行2个以上不同的区域分割显示，例如进行设为不同的2维图6421、6422的显示，由此，能够防止在将3维表示的被插入体2用2维来进行表现时进深方向处的部分看不到或很难看到的情况。因此，能够可靠地辨识遗漏部位或标记位置(便于观看，不易出错，且能够迅速地进行判断)。
此外，控制部66通过具有作为能够将存储部65所保存的信息显示于输出部64的关联信息调用部的功能，由此，能够根据存储部65所保存的由输出部64输出的视野(摄像区域73)的结果，在插入后也能够回看插入时的观察结果、即能够在被插入体2的观察已结束部位和观察未进行部位之间进行切换。此外，在下次插入时，由于已经存储了前次观察的场所，因此，能够容易地引导到相同部位、容易地进行确定。而且，在第二次之后的观察时，在存在前次为止的同一部位的信息(摄像图像、症状及大小等)的情况下，通过作为关联信息而调用并显示，能够当即判断出前次在相同部位进行了标记的部位、与前次之间的差异、以及进展状况。
此外，通过用插入/旋转检测部4检测插入部31的插入量和旋转量，用纤维形状传感器5检测插入部31的形状，能够检测以被插入体2的出入口22等为基准位置的、插入部31向被插入体21的插入量及旋转量、从基准位置观察的插入部31的形状，因此能够检测相对于被插入体2而言的插入部31的形状、向被插入体2内部的插入状态信息(摄像开口部34的位置/朝向等)。
另外，记载了对摄像位置进行显示的例子，但也可以还显示插入部前端的位置及朝向、以及插入部前端的位置及朝向的履历。参照图12A至图12C、图13A及图13B对其进行说明。图12A至图12C示出了具有分支的被 插入体2中插入了插入部31时被显示于输出部64的内容。
位置关系运算部63运算插入部前端的位置及朝向，并向控制部66输出。另外，插入部前端的位置及朝向的运算与上述运算相同，因此在此省略说明。
图12A示出了在表示被插入体的形状的2维图6421A上，显示表示插入部31的当前时刻的形状的插入部形状概略显示644、表示插入部31的前端位置(即摄像开口部34的位置)的当前位置的当前位置显示643A、以及作为摄像开口部34的位置的轨迹的位置轨迹显示645A。另外，省略了作为摄像位置的轨迹的位置轨迹显示645。通过前端位置的轨迹显示，能够掌握前端位置(即摄像开口部34的位置)从被插入体2的什么位置通过、在当前时刻处于什么位置。
通过掌握前端位置(即摄像开口部34的位置)，能够掌握到达了摄像对象的哪个部分。通过准确地掌握当前位置，能够使用该信息与当前位置相应地考虑应该进行的观察或处置、从当前位置向目标位置的路线，而无需进行如果是该场所的话应该是怎样的推断。因此，不必为了向目标位置行进而进行重复尝试，不必通过观看观察图像等各种方法来确认是否到达了目标位置。作为其结果，从当前位置至目标位置取最接近于最短路线的路径且能够一次到达的可能性提升，能够缩短时间，并且，能够掌握与位置有关的状况，由此，能够实现稳当、充满自信的操作。
也可以是，除了图12A所示的作为前端位置(即摄像开口部34的位置)的履历的位置轨迹显示645A之外，还显示插入部前端(即摄像开口部34)朝着的方向。在图12B中用箭头649示出了插入部前端的朝向、即摄像开口部34朝着的方向。不仅是摄像开口部34的当前的位置和朝向，在摄像开口部34的轨迹上的几个位置上还用箭头649追加了方向的信息。通过前端位置的位置轨迹显示645A和作为朝向的显示的箭头649，能够掌握作为插入部前端的摄像开口部34的位置信息、即前端位置的轨迹、以及一边朝着哪个方向一边进行位置变化。
另外，根据用于摄像的光学系统会有所不同，但是在本例子中，位于插入部前端的摄像开口部34朝着的方向为视野中心，为摄像图像的中央。
通过掌握前端位置和朝向，能够掌握摄像对象中的到达位置和朝向。 根据当前位置和朝向，能够掌握观察视野方向及视野中心。通过准确地掌握到达位置和朝向、观察视野方向和视野中心，能够使用该信息与当前位置和朝向相应地考虑应该进行的观察或处置、从当前位置至目标位置的路线、以及移动时的插入部31的形状及操作方法，而无需进行如果是当前位置和朝向的话应该是怎样的推断。特别是，通过掌握插入部前端的朝向，能够考虑为了到达目标位置及朝向而进行的插拔或弯曲等的操作方法或工序。
插入部前端的朝向、即摄像开口部34朝着的方向也可以3维地表示为插入部前端的姿势或者包含旋转的信息。
在将被固定于插入部前端的坐标系、即插入部前端的位置及姿势不变化的坐标系的旋转定义为插入部前端的“3维的方向”时，在图12C示出了插入部前端的3维的方向的轨迹。在图12C中，为了表示3维的方向(姿势)，将插入部前端的朝向、即摄像开口部34的朝着的方向用三个方向(x方向、y方向、z方向)的箭头649A来表示。
此外，也可以是，将包含旋转的与3维方向有关的信息，与摄像部32摄像到的图像一起显示。
这样，通过掌握插入部前端的位置和3维的方向，例如能够掌握插入部前端在摄像位置处的包含旋转的摄像方向。此外，除了摄像以外，在治疗等中也能够考虑绕前端朝向的旋转的影响。
关于摄像位置处的包含旋转的摄像方向，例如图13A及图13B所示那样，在摄像开口部34朝着的方向相同的情况下也是，若插入部31绕摄像方向旋转，则摄像开口部34相对于摄像对象81也旋转。在图13A和图13B中进行了180°旋转，因此，成为上下颠倒，在这样的情况下，摄像部32摄像到的摄像图像I也被上下颠倒地显示。也能够考虑这样的观察或治疗时的绕摄像方向的旋转的影响，能够不出错地准确掌握摄像图像中的上下边。
此外，信息的提供形态不限于图1C所示的输出部64的显示布局。
例如图14A至图14F所示那样，能够将摄像图像显示641和插入状态显示642，分别按照各种大小及位置、进而按照相互各种重叠状况进行布局。此外，也可以构成为，操作者能够从这些多个显示布局选择便于操作者观 看和感受的布局。
此外，关于插入状态显示642，不限于2维图6421、6422那样的显示。例如，也可以如图15所示那样以3维图6423进行显示。
[第二实施方式]
接下来，对本发明的第二实施方式进行说明。
上述第一实施方式的插入系统1将显示摄像图像的显示部构成为与输出部64同一设备，但是本第二实施方式的插入系统1如图16A所示，作为显示部，还具备作为与输出部64分体的设备的显示装置9。在这样的结构中，如图16B所示，在输出部64仅进行插入状态显示642，在显示装置9仅进行摄像图像显示641。
因此，通过将输出部64和显示装置9靠近放置，能够几乎同时目视到位置关系运算部63的运算结果和由摄像部32得到的摄像图像，能够同时辨识两者，能够无负担地辨识位置关系运算部63的运算结果。
[第三实施方式]
接下来，对本发明的第三实施方式进行说明。
本第三实施方式的插入系统1是插入器具3为图17所示那样的硬性内窥镜装置的情况的例子。这样的硬性内窥镜装置不同于上述第一(以及第二)实施方式的软性内窥镜装置，插入部31不具有挠性，因此形状恒定。
因此，无需在纤维形状传感器5或插入部31的长边方向上排列多个线圈，也无需通过位置关系运算部63计算插入部31的形状信息。预先将插入部31的形状信息存储在位置关系运算部63中或者进行输入即可。
此外，与上述第一(以及第二)实施方式的插入系统同样。
这样的第三实施方式的插入系统1也能够获得与上述第一(以及第二)实施方式的插入系统同样的效果。
[第四实施方式]
接下来，对本发明的第四实施方式进行说明。
本第四实施方式的插入系统1是插入器具3为图18所示那样的探针等不具有摄像部的处置器具的情况的例子。这样的处置器具与上述第一(以及第二)实施方式的软性内窥镜装置同样，具备挠性的插入部31。
因此，与摄像图像有关的部分以外的结构、动作及作用效果与上述第 一(以及第二)实施方式的插入系统相同。
以上，基于实施方式说明了本发明，但本发明不限于上述的实施方式，当然能够在本发明的宗旨的范围内进行各种变形及应用。
例如，向计算机提供实现图7的流程图所示功能的软件的程序，通过该计算机执行该程序，也能够实现上述功能。

Claims (16)

1.一种插入系统，其特征在于，具有：
插入部，被插入到被插入体内部；
插入状态取得部，取得所述插入部的插入状态信息；
被插入体形状取得部，取得所述被插入体的形状信息；
位置关系运算部，输入所述插入状态信息和所述被插入体形状信息，运算所述插入部相对于所述被插入体的位置关系；
输出部，用于输出所述位置关系运算部的运算结果；以及
控制部，控制所述输出部的所述运算结果的输出状态，
所述控制部具有判断部，该判断部根据所述位置关系运算部的运算结果判断插入部前端是否到达了规定位置，在所述判断部判断为所述插入部前端到达了所述规定位置时，所述控制部控制所述输出部的所述运算结果的输出状态。
2.如权利要求1所述的插入系统，其特征在于，
还具有存储部，该存储部至少保存所述位置关系运算部的运算结果的至少一部分。
3.如权利要求2所述的插入系统，其特征在于，还具有：
摄像部，设置于所述插入部；以及
显示部，至少能够显示从所述摄像部得到的摄像图像。
4.如权利要求1所述的插入系统，其特征在于，
所述规定位置是所述被插入体的观察部位的出入口、已知的分支部位、以及摄像图像为特定图案的部位中的某一个。
5.如权利要求4所述的插入系统，其特征在于，
所述控制部在所述插入部前端到达了所述被插入体的规定位置时，自动地进行所述输出部的输出状态的控制。
6.如权利要求4所述的插入系统，其特征在于，
所述控制部根据操作者的开关操作控制所述规定位置。
7.如权利要求1～6中任一项所述的插入系统，其特征在于，
所述控制部能够根据操作者对所述插入部的设定操作来设定所述被插入体的插入对象部位的状态、以及与插入对象部位的大小或面积相当的状态显示范围。
8.如权利要求3所述的插入系统，其特征在于，
所述控制部使所述存储部将从所述摄像部得到的所述摄像图像与所述位置关系运算部的所述运算结果建立关联地进行存储。
9.如权利要求3所述的插入系统，其特征在于，
所述控制部使所述存储部将从所述摄像部得到的所述摄像图像至少与所述位置关系运算部的所述运算结果及症状信息建立关联地进行存储。
10.如权利要求1～3中任一项所述的插入系统，其特征在于，
所述控制部使所述输出部将所述位置关系运算部的所述运算结果用2个以上的可区分的方法进行显示。
11.如权利要求1～3中任一项所述的插入系统，其特征在于，
所述控制部使所述输出部进行在多个区域进行区域分割显示的显示。
12.如权利要求1～3中任一项所述的插入系统，其特征在于，
所述控制部使所述输出部将所述被插入体的同一区域通过2个以上的不同区域分割显示进行显示。
13.如权利要求2或3所述的插入系统，其特征在于，
所述控制部具有关联信息调用部，该关联信息调用部能够将所述存储部所保存的信息显示于所述输出部。
14.如权利要求3所述的插入系统，其特征在于，
所述输出部的输出和所述显示部的显示被显示于同一设备或者靠近放置的不同设备。
15.如权利要求1～3中任一项所述的插入系统，其特征在于，
还具有检测部，该检测部检测所述插入部的插入状态；
所述检测部包括下述的至少一方：
形状传感器，被搭载于所述插入部的内部，检测所述插入部的形状；以及
插入部传感器，设置于所述插入部向所述被插入体插入的插入口，检测所述插入部通过时的插入量及旋转量。
16.一种插入支援装置，对插入器具的插入部向被插入体内部的插入进行支援，其特征在于，具有：
插入状态取得部，取得所述插入部的插入状态信息；
被插入体形状取得部，取得所述被插入体的形状信息；
位置关系运算部，输入所述插入状态信息和所述被插入体形状信息，运算所述插入部相对于所述被插入体的位置关系；
输出部，用于将所述位置关系运算部的运算结果作为显示信息来输出；以及
控制部，控制所述输出部的所述运算结果的输出状态，
所述控制部具有判断部，该判断部根据所述位置关系运算部的运算结果判断插入部前端是否到达了规定位置，在所述判断部判断为所述插入部前端到达了所述规定位置时，所述控制部控制所述输出部的所述运算结果的输出状态。
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