CN106028904A - 内窥镜系统 - Google Patents

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Abstract

内窥镜系统具有：内窥镜用位置传感器，检测内窥镜的位置；距离计测部，计测从内窥镜的前端到拍摄对象的距离；位置计算部，根据内窥镜用位置传感器和距离计测部的信息来计算内窥镜前端和拍摄对象的位置；第1驱动量计算部，使用存储于位置存储部的位置和所述内窥镜前端的位置来计算视野调节机构的驱动量，该位置存储部存储由位置计算部计算出的拍摄对象的位置；第2驱动量计算部，根据由比较部比较出的结果来计算视野调节机构的驱动量，该比较部对存储于图像存储部的拍摄对象的图像和新拍摄的拍摄对象的图像进行比较，该图像存储部对由摄像部拍摄到的拍摄对象的图像进行存储；以及判定部，判定按照第1驱动量计算部计算出的第1驱动量和第2驱动量计算部计算出的第2驱动量中的哪个来驱动驱动部。

Description

内窥镜系统
技术领域
本发明涉及内窥镜系统，在外科手术中插入到患者的体腔内，进行患者体腔内的观察、处置等。
背景技术
在腹腔镜手术中，在患者的腹部等中开多个孔，插入照相机、钳子、(电)切刀这样的各种医疗用器具，通过确认由照相机拍摄到的影像，而进行患部的观察、治疗。由于该腹腔镜手术只要切开区域较少即可，因此能够减轻对于患者的负担。
专利文献1公开如下的技术：对套管的倾斜角进行检测，该套管对插入到患者的腹部的各种医疗器具进行引导，驱动内窥镜的电动关节以使得对象区域进入到内窥镜的视野。
专利文献2公开了如下的技术：通过图像处理提取处置器具上的特征点，驱动内窥镜以将处置器具控制在视野内。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2007-301378号公报
专利文献2：特许4382894号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1所记载的技术中，由于根据由体表的支点计测出的结果来计算内窥镜前端的位置而进行驱动，因此有时没有考虑到体腔内的内窥镜的姿势，而在内窥镜前端位置的计算上产生误差。
并且，在专利文献2所记载的技术中，当处置器具上的特征点因障碍物或者血液的附着等而无法观察时，有时无法提取特征点，无法得到图像信息，因此驱动内窥镜很困难。
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供内窥镜系统，即使在体腔内的环境发生变化的情况下，也控制内窥镜使得对象区域不会从视野脱离。
用于解决课题的手段
本发明的一实施方式的内窥镜系统的特征在于，具有：
内窥镜，其具有能够对拍摄对象进行拍摄的摄像部、改变所述摄像部的朝向的视野调节机构、以及驱动所述视野调节机构的驱动部；
内窥镜用位置传感器，其检测体腔内的所述内窥镜的位置；
距离计测部，其对从所述内窥镜的前端到所述拍摄对象的距离进行计测；
位置计算部，其根据所述内窥镜用位置传感器和所述距离计测部的信息来计算所述内窥镜的前端和所述拍摄对象的位置；
位置存储部，其对所述位置计算部计算出的所述拍摄对象的位置进行存储；
第1驱动量计算部，其使用存储于所述位置存储部的位置和所述内窥镜的前端的位置来计算所述视野调节机构的驱动量；
图像存储部，其对所述摄像部拍摄到的所述拍摄对象的图像进行存储；
比较部，其对存储于所述图像存储部的所述拍摄对象的图像和新拍摄的拍摄对象的图像进行比较；
第2驱动量计算部，其根据所述比较部比较出的结果来计算所述视野调节机构的驱动量；以及
判定部，其判定按照所述第1驱动量计算部计算出的第1驱动量和所述第2驱动量计算部计算出的第2驱动量中的哪个来驱动所述驱动部。
在本发明的一实施方式的内窥镜系统中，
所述比较部具有类似度计算部，该类似度计算部对存储于所述图像存储部的所述拍摄对象的图像和新拍摄的拍摄对象的图像之间的类似度进行计算，
所述判定部根据所述类似度计算部计算出的类似度进行判定。
在本发明的一实施方式的内窥镜系统中，
在判定为所述类似度计算部计算出的类似度比预先确定的规定值高之后，所述图像存储部删除所述图像存储部所存储的所述拍摄对象的图像，而改写为新拍摄的拍摄对象的图像，进行再次存储。
在本发明的一实施方式的内窥镜系统中，
在判定为所述类似度计算部计算出的类似度比预先确定的规定值低之后，在所述类似度的时间变化比预先确定的规定值低的情况下，所述图像存储部删除所述图像存储部所存储的所述拍摄对象的图像，而改写为新拍摄的拍摄对象的图像，进行再次存储。
在本发明的一实施方式的内窥镜系统中，
该内窥镜系统具有特征点提取部，该特征点提取部对存储于所述图像存储部的所述拍摄对象的图像或者所述新拍摄的拍摄对象的图像的特征点进行提取，
在所述特征点提取部所提取的特征点的量比预先确定的规定量少的情况下，按照所述第1驱动量驱动所述驱动部。
本发明的一实施方式的内窥镜系统具有将所述内窥镜贯穿插入于体腔内的内窥镜用套管，
在所述内窥镜用位置传感器中具有：
内窥镜用套管传感器，其设置于所述内窥镜用套管，测定所述摄像部的前端的位置；以及
距离传感器，其设置于所述摄像部，测定与所述拍摄对象的距离。
在本发明的一实施方式的内窥镜系统中，
所述内窥镜系统具有显示部，该显示部显示所述判断部判定为所述第1驱动量和所述第2驱动量中的哪个。
在本发明的一实施方式的内窥镜系统中具有：
校正部，其校正来自所述内窥镜用位置传感器的输入信号；以及
校正参数更新部，其对所述第1驱动量计算部和所述第2驱动量计算部的计算值进行比较而取得所述内窥镜用位置传感器的检测误差，更新所述校正部的校正参数。
在本发明的一实施方式的内窥镜系统中具有：
处置器具，其对体腔内进行处置；
处置器具用套管，其供所述处置器具贯穿插入；以及
处置器具用位置传感器，其设置于所述处置器具用套管，测定所述处置器具的前端的位置，
按照所述第1驱动量计算部或者所述第2驱动量计算部根据所述内窥镜用位置传感器和所述处置器具用位置传感器的测定值计算出的驱动量驱动所述视野调节机构，而使所述内窥镜追踪所述处置器具。
在本发明的一实施方式的内窥镜的控制方法中，该内窥镜具有摄像部和改变所述摄像部的朝向的视野调节机构，在该内窥镜的控制方法中，一边捕捉期望的拍摄对象一边控制该视野调节机构，，其中，该内窥镜的控制方法具有如下的步骤：
位置计算步骤，计算所述内窥镜的前端或者所述期望的拍摄对象的位置；
图像记录步骤，对拍摄有所述期望的拍摄对象的图像进行记录；
位置存储步骤，计算并记录所述期望的拍摄对象的位置；
图像比较步骤，对所述摄像部拍摄的当前时间点的图像与所记录的所述期望的拍摄对象的图像进行比较；
第1驱动量计算步骤，计算用于以使所述期望的拍摄对象位于所述摄像部的视轴上的方式驱动所述视野调节机构的驱动量；
第2驱动量计算步骤，计算用于以包含所述期望的拍摄对象的图像的中心的方式驱动所述视野调节机构的驱动量；以及
驱动步骤，根据在所述第1驱动量计算步骤和所述第2驱动量计算步骤中的任意步骤中计算出的驱动量来驱动所述视野调节机构。
在本发明的一实施方式的内窥镜的控制方法中，
在所述第1驱动量计算步骤中，当判断为在所述图像比较步骤中比较出的双方的图像的类似度低的情况下计算驱动量，
在所述第2驱动量计算步骤中，当判断为在所述图像比较步骤中比较出的双方的图像的类似度高的情况下计算驱动量。
在本发明的一实施方式的内窥镜的控制方法中还具有如下的第1图像改写步骤：当判断为在所述图像比较步骤中比较出的双方的图像的类似度高的情况下，将所述记录的图像改写为所述摄像部拍摄的当前时间点的图像。
在本发明的一实施方式的内窥镜的控制方法中，
在所述第1驱动量计算步骤中，当判断为在所述图像比较步骤中比较出的双方的图像的类似度低、且类似度的经时变化量比规定值大的情况下，计算所述驱动量。
在本发明的一实施方式的内窥镜的控制方法中还具有如下的第2图像改写步骤：当判断为在所述图像比较步骤中比较出的双方的图像的类似度低、且类似度的经时变化量为规定值以下的情况下，将所述记录的图像改写为所述摄像部拍摄的当前时间点的图像。
在本发明的一实施方式的内窥镜的控制方法中还具有如下的特征点提取步骤：对所述摄像部拍摄的当前时间点的图像的特征点进行提取，
当在所述特征点提取步骤中特征点的量为规定量以下的情况下，通过所述第1驱动量计算步骤计算所述驱动量，
当在所述特征点提取步骤中特征点的量比规定量大的情况下，在所述图像比较步骤中比较双方的图像。
发明效果
根据本方式的内窥镜系统，在体腔内的环境发生变化的情况下，也能够控制内窥镜以使得对象区域不脱离视野。
附图说明
图1是示出本实施方式的内窥镜系统的一例的概略图。
图2是示出第1实施方式的内窥镜系统的一例的概略图。
图3是示意性示出第1实施方式的内窥镜系统的套管传感器的图。
图4是示出第1实施方式的内窥镜系统的控制系统的一例的图。
图5是示出第1实施方式的内窥镜系统的控制流程图的一例的图。
图6是示出第1实施方式的内窥镜系统存储图像的状态的图。
图7是示出第1实施方式的内窥镜系统向第1位置移动后的内窥镜的图。
图8是示出第1实施方式的内窥镜系统的内窥镜1驱动关节的状态的图。
图9是示出第1实施方式的内窥镜系统向第2位置移动后的内窥镜的图。
图10是示出第1实施方式的内窥镜系统驱动关节的状态的图。
图11是示出在第1实施方式的内窥镜系统中存在遮挡物的情况的图。
图12是示出第2实施方式的内窥镜系统的控制流程图的一例的图。
图13是示出第3实施方式的内窥镜系统的控制流程图的一例的图。
图14是示出第4实施方式的内窥镜系统的控制流程图的图。
图15是示出第4实施方式的内窥镜系统的图像内的特征点的图。
图16是示出第5实施方式的内窥镜系统的系统图的一例的图。
图17是示出第6实施方式的内窥镜系统存储图像的状态的图。
图18是示出在移动第6实施方式的内窥镜系统的处置器具3时类似度大的状态的图。
图19是示出在移动第6实施方式的内窥镜系统的处置器具3时类似度小的状态的图。
图20是示出另一实施方式的内窥镜系统10的一例的概略图。
具体实施方式
以下，对实施方式进行说明。
图1是示出本实施方式的内窥镜系统10的一例的概略图。
在腹腔镜手术中，向在患者的体壁上开的孔插入被称为套管(通道)2a～2d的管，经由该套管2a～2d向患者的体腔内插入各种医疗用器具。在图1中示出在套管2b中贯穿插入内窥镜1、在套管2d中贯穿插入钳子等处置器具3的状态。在经由套管2b插入到患者的体腔内的内窥镜1的前端设置有摄像部1a和视野调节机构1b，能够调节角度等以使得患部或者处置器具等进入视野。在经由套管2d插入到患者的体腔内的处置器具3的前端部分设置有把持部等前端部3a，施术者M调节内窥镜1的视野调节机构1b，一边观察对摄像部1a拍摄到的患部的影像进行显示的监视器等显示部6一边操作处置器具3，而对该前端部3a进行开闭，进行针对患部的治疗。
图2是示出第1实施方式的内窥镜系统10的一例的概略图。图3是示意性示出第1实施方式的内窥镜系统10的套管传感器5的图。
内窥镜1贯穿插入于套管2而插入到体腔内B。对于内窥镜1，通过对操作输入部4进行操作而调节视野调节机构1b，使摄像部1a朝向拍摄对象Pt。优选在摄像部1a的前端设置有测定与拍摄对象Pt的距离的作为位置传感器的距离传感器1c。
另外，视野调节机构1b优选具有能够旋转的至少1个电动关节。当连续地设置多个关节时，由于摄像部1a的指向性变高，因此电动关节更优选。并且，视野调节机构1b也可以配置在体腔外。
如图3所示，本实施方式的套管2具有套管传感器5。在本实施方式中，作为套管传感器5构成为具有倾斜角检测传感器51、进退量检测传感器52、旋转量检测传感器53。
倾斜角检测传感器51是用于检测套管2相对于基准坐标系朝向哪个方向的传感器。这里，基准坐标系是指相对于患者或者地面这样的固定物定义的坐标系，例如是以图2的支点Pb为中心的坐标系A。作为倾斜角检测传感器51可以使用加速度传感器等各种传感器。加速度传感器能够通过检测自己的加速度，而检测套管2朝向哪个方向、即图2所示的相对于基准坐标系的倾斜角θ。
进退量检测传感器52是对插入到套管2的内窥镜1等医疗用器具相对于套管2的贯穿插入方向的进退量进行检测的传感器。医生等施术者通过相对于套管2插拔医疗用器具而在患者体内对医疗用器具进行操作使其移动到适当的位置。进退量检测传感器52能够将医疗用器具相对于套管2的插入位置检测为进退量。图2中用单点划线表示套管1的贯穿插入方向的中心轴C。进退量检测传感器52将与该中心轴C平行的移动量检测为进退量。本实施方式的进退量检测传感器52由进退量检测辊52a和光传感器52b的组合构成。在该情况下，优选在内窥镜1等医疗用器具中设置能够由光传感器52b检测的进退位置检测标记11。
旋转量检测传感器53是对根据施术者等的操作而旋转的医疗用器具的旋转量进行检测的传感器。通过针对插入到贯穿插入孔55的医疗用器具进行以中心轴C为轴的旋转操作，而能够在患者体内变更设置于医疗用器具前端的末端执行器的朝向。旋转量检测传感器53能够通过检测该旋转量而检测医疗用器具的末端执行器朝向哪个方向。本实施方式的旋转量检测传感器53由旋转量检测辊53a和光传感器53b的组合构成。在该情况下，优选在内窥镜1等医疗用器具中设置能够由光传感器53b检测的进退位置检测标记12。
以上，对配设于套管2的套管传感器5进行了说明，但传感器的结构可以采用各种方式。例如，在本实施方式中，由于检测进退量、旋转量，因此采用使用辊的机械传感器的结构，但关于进退量、旋转量，也可以采用在激光鼠标上使用的能够检测表面的移动量、移动方向的光学传感器。在该情况下，也可以由1个光学传感器检测进退量和旋转量。本实施方式的医疗系统需要插入到患者体内的医疗用器具的方向、或者方向和位置。在本实施方式中，为了检测它们，通过将各种传感器配设在套管2内而使处理变得容易，但医疗用器具的方向或者方向和位置的检测也可以使用配设于套管2外部的传感器。例如，配设于套管2的倾斜角检测传感器51也可以直接配设在医疗用器具侧。
图4是示出第1实施方式的内窥镜系统10的控制系统的一例的图。
内窥镜系统10由控制部(控制器)7控制。位置计算部71根据从套管传感器5和距离传感器1c输入的信息来计算图2所示的拍摄对象Pt的位置。位置存储部72存储由位置计算部71计算出的拍摄对象Pt的位置。第1驱动量计算部73计算对图2所示的视野调节机构1b进行驱动的驱动部8的驱动量，以使得由位置计算部71计算出的拍摄对象Pt的位置到达内窥镜视轴上。作为驱动部8采用通过使视野调节机构1b的关节转动的电动机等使其直接转动的方式或者经由线等间接地转动关节的方式。
图像存储部74存储由摄像部1a拍摄到的图像。所存储的图像可以是由拍摄部1a拍摄到的图像的至少一部分。作为比较部的类似度计算部75对在摄像部1a移动前进行拍摄并存储于图像存储部74的存储图像和摄像部1a在移动后拍摄得到的拍摄图像进行比较，并计算类似度。类似度的计算可以是以往的模板匹配这样的方法。第2驱动量计算部76计算图2所示的驱动视野调节机构1b的驱动部8的驱动量，以使得摄像部1a从拍摄到移动后的拍摄图像的位置朝向拍摄到移动前的存储图像的位置。
判定部77根据由类似度计算部75计算出的类似度，来判定使用由第1驱动量计算部73计算出的基于传感器的第1驱动量、和由第2驱动量计算部76计算出的基于图像的第2驱动量中的哪个。
切换部78根据来自操作输入部4的输入信号来切换通常模式和跟踪模式。通常模式在摄像部1a移动的情况下视野也移动，跟踪模式在摄像部1a移动的情况下也将拍摄对象Pt固定在视野内。
另外，也可以具有显示部6，该显示部6显示判定部77的判定结果、切换部78的模式状态、以及图像中的至少1个。
图5是示出第1实施方式的内窥镜系统10的控制流程图的一例的图。
在第1实施方式的内窥镜系统10中，首先在步骤1中，判定切换部78的跟踪模式是否启动(ST1)。
在步骤1中，在切换部78的跟踪模式启动的情况下，在步骤2中判定计数器是否为i＝0(ST2)。
在步骤2中，在计数器为i＝0的情况下，在步骤3中，图像存储部74对当前由摄像部1a拍摄的拍摄对象Pt的基准图像Pt0进行存储(ST3)。
图6是示出第1实施方式的内窥镜系统10存储图像的状态的图。图6的(A)是示出朝向拍摄对象Pt的第1实施方式的内窥镜1的图，图6的(B)是示出那时的显示部6的图，图6的(C)是示出基准图像Pt0的图。
施术者像图6的(a)所示那样对内窥镜1的摄像部1a进行操作，以使得像图6的(b)所示那样显示拍摄对象Pt。在该状态下，当施术者指示为存储拍摄对象Pt的图像时，如图6的(c)所示，存储拍摄对象Pt的基准图像Pt0。
接着，在步骤4中，位置计算部71根据从套管传感器5和距离传感器1c输入的信息来计算内窥镜前端和拍摄对象Pt的位置，位置存储部72存储该位置(ST4)。
接着，在步骤5中，将计数器设为i＝1(ST5)，返回步骤1。
并且，在步骤2中，在计数器不是i＝0的情况下，在步骤6中，类似度计算部75计算上次存储的拍摄对象Pt的基准图像Pt0与移动后的拍摄对象Pt的图像Pt1的类似度，判定部77判定类似度P是否比规定值Pth大(ST6)。换言之，判定部77判定使用由第1驱动量计算部73计算出的基于传感器的第1驱动量和由第2驱动量计算部76计算出的基于图像的第2驱动量中的哪方。
在步骤6中，在类似度P比规定值Pth大的情况下，在步骤7中，计算由第2驱动量计算部76计算出的基于图像的第2驱动量(ST7)。接着，在步骤8中，按照第2驱动量驱动关节(ST8)。
图7是示出第1实施方式的内窥镜系统10向第1位置移动后的内窥镜1以及那时的显示部6的图。图7的(A)是示出第1实施方式的内窥镜系统10向第1位置移动后的内窥镜1的图，图7的(B)是示出那时的显示部6的图，图7的(C)是示出拍摄对象Pt的图像Pt1的移动目标的图。
图8是示出第1实施方式的内窥镜系统10的内窥镜1驱动关节的状态的图。图8的(A)是示出第1实施方式的内窥镜系统10的内窥镜1驱动关节的状态的图，图8的(B)是示出那时的显示部6的图。
当施术者使内窥镜1从图6的(A)所示的存储位置向图7的(A)所示的第1位置移动时，可看到像图6的(B)所示那样存储的拍摄对象Pt的基准图像Pt0像图7的(B)所示那样成为移动后的拍摄对象Pt的图像Pt1。这里，控制部7的类似度计算部75对存储于图像存储部74的拍摄对象Pt的基准图像Pt0和移动后的拍摄对象Pt的图像Pt1进行比较，计算类似度。
这里，在类似度P比预先确定的规定值Pth大的情况下，第2驱动量计算部76计算用于像图7的(C)所示那样移动的方向和移动量，使得移动后的拍摄对象Pt的图像Pt1像存储于图像存储部74的拍摄对象Pt的基准图像Pt0那样至少包含视野中心O。即，第2驱动量计算部76对驱动视野调节机构1b的第2驱动量进行计算。
然后，如图8的(A)所示，驱动视野调节机构1b，而变更摄像部1a的朝向，向中央附近移动，使得移动后的拍摄对象Pt的图像Pt1如图8的(B)所示至少包含视野中心O的方式。
并且，在步骤6中，在类似度P比规定值Pth小的情况下，在步骤9中，对由第1驱动量计算部73计算出的基于传感器的第1驱动量进行计算(ST9)。接着，在步骤8中按照第1驱动量驱动关节。
图9是示出第1实施方式的内窥镜系统10向第2位置移动后的内窥镜1和那时的显示部6的图。图9的(A)是示出第1实施方式的内窥镜系统10向第2位置移动后的内窥镜1的图，图9的(B)是示出那时的显示部6的图，图9的(C)是示出拍摄对象Pt的图像Pt2的移动目标的图。
图10是示出第1实施方式的内窥镜系统10驱动关节的状态的图和那时的显示部6的图。图10的(a)是第1实施方式的内窥镜系统10驱动关节的状态的图，图10的(B)是示出那时的显示部6的图。
施术者当使内窥镜1从图6的(A)所示的存储位置向图9的(A)所示的第2位置移动时，可看到像图6的(B)所示那样存储的拍摄对象Pt的基准图像Pt0像图9的(B)所示那样成为移动后的拍摄对象Pt的图像Pt2。控制部7的类似度计算部75对存储于图像存储部74的拍摄对象Pt的基准图像Pt0和移动后的拍摄对象Pt的图像Pt2进行比较，计算类似度。
这里，在类似度P比规定值Pth小的情况下，第1驱动量计算部73根据套管传感器5和距离传感器1c的测定值而计算用于像图9的(C)所示那样向中央附近移动的视野调节机构1b的方向和角度，使得移动后的拍摄对象Pt的图像Pt2像存储于图像存储部74的拍摄对象Pt的基准图像Pt0那样至少包含视野中心O。即，第2驱动量计算部76对驱动视野调节机构1b的第2驱动量进行计算。
然后，如图10的(A)所示，驱动视野调节机构1b，而变更摄像部1a的朝向，向中央附近移动，使移动后的拍摄对象Pt的图像Pt2如图10的(B)所示那样至少包含视野中心O。
另外，在步骤1中，在切换部78的跟踪模式为关闭的情况下，在步骤10中，从用户接口计算驱动量(ST10)。接着，在步骤11中，将计数器设为i＝0(ST11)。然后，在步骤8中，按照第1驱动量驱动关节。
这样，根据本实施方式的内窥镜系统10，由于具有：内窥镜1，其具有能够对拍摄对象Pt进行拍摄的摄像部1a、改变摄像部1a的朝向的视野调节机构1b、对视野调节机构1b进行操作的操作输入部4、以及驱动视野调节机构1b的驱动部；内窥镜用位置传感器(套管传感器)5，其对体腔B内的内窥镜1的位置进行检测；距离计测部(距离传感器)1c，其对从内窥镜1的前端到拍摄对象Pt的距离进行计测；位置计算部71，其根据内窥镜用位置传感器5和距离计测部1c的信息来计算内窥镜前端和拍摄对象Pt的位置；位置存储部72，其存储由位置计算部71计算出的位置；第1驱动量计算部73，其根据位置存储部72的位置信息来计算视野调节机构1b的驱动量；图像存储部74，其存储由摄像部1a拍摄到的拍摄对象Pt的图像Pt0；比较部75，其对存储于图像存储部74的拍摄对象Pt的图像Pt0和新拍摄的拍摄对象Pt的图像Pt1进行比较；第2驱动量计算部76，其根据由比较部75比较出的结果来计算视野调节机构1b的驱动量；以及判定部77，其判定按照由第1驱动量计算部73计算出的第1驱动量和由第2驱动量计算部76计算出的第2驱动量中的哪个对驱动部8进行驱动，因此即使在体腔B内的环境发生变化的情况下，也能够控制内窥镜1以使得对象区域Pt不会从视野脱离。
并且，比较部75具有类似度计算部75，该类似度计算部75对存储于图像存储部74的拍摄对象Pt的图像Pt0和新拍摄的拍摄对象Pt的图像Pt1的类似度进行计算，由于判定部77根据由类似度计算部75计算出的类似度进行判定，因此能够提高精度。
此外，根据本实施方式的内窥镜1的控制方法，一边捕捉内窥镜1中的期望的拍摄对象一边控制该视野调节机构1b，该内窥镜1具有摄像部1a和改变摄像部1a的朝向的视野调节机构1b，该内窥镜1的控制方法具有如下的步骤：位置计算步骤，计算内窥镜1的前端或者期望的拍摄对象的位置；图像记录步骤，对拍摄有期望的拍摄对象的图像进行记录；位置存储步骤，计算并记录期望的拍摄对象的位置；图像比较步骤，对摄像部1a拍摄的当前时间点的图像和所记录的期望的拍摄对象的图像进行比较；第1驱动量计算步骤，对用于以使期望的拍摄对象位于摄像部1a的视轴上的方式驱动视野调节机构1b的驱动量进行计算；第2驱动量计算步骤，对用于以包含期望的拍摄对象的图像中心的方式驱动视野调节机构1b的驱动量进行计算；以及驱动步骤，根据按照第1驱动量计算步骤或者第2驱动量计算步骤中的任意步骤计算出的驱动量来驱动视野调节机构1b，因此该内窥镜1即使在体腔B内的环境发生变化的情况下，也能够控制内窥镜1以使得对象区域Pt不会从视野脱离。
并且，作为内窥镜的控制方法，在第1驱动量计算步骤中，当判断为在图像比较步骤中比较出的双方的图像的类似度低的情况下计算驱动量，在第2驱动量计算步骤中，当判断为在图像比较步骤中比较出的双方的图像的类似度高的情况下计算驱动量，因此能够提高精度。
接着，对因遮挡物存在而判定为类似度低的情况进行说明。
图11是示出在第1实施方式的内窥镜系统10中存在遮挡物的情况的图以及示出那时的显示部6的图。图11的(a)是示出在第1实施方式的内窥镜系统10中存在遮挡物的情况的图，图11的(B)是示出那时的显示部6的图。
施术者在与内窥镜1一同使用钳子等处置器具3时，有时像图11的(A)所示那样在拍摄对象Pt前存在钳子等遮挡物3。控制部7的类似度计算部75对存储于图像存储部74的拍摄对象Pt的基准图像Pt0和移动后的拍摄对象Pt的图像Pt1进行比较，并计算类似度。
这里，在类似度P比规定值Pth小的情况下，第1驱动量计算部73根据套管传感器5和距离传感器1c的测定值，对用于像图11的(B)所示那样使移动后的拍摄对象Pt的图像Pt1向中央移动的视野调节机构1b的方向和角度进行计算。即，第1驱动量计算部73对驱动视野调节机构1b的第1驱动量进行计算，按照计算出的第1驱动量驱动视野调节机构1b。
图12是示出第2实施方式的内窥镜系统10的控制流程图的一例的图。
在第2实施方式的内窥镜系统10的控制中，在第1实施方式的控制中的类似度判定的步骤6中，当判定为在计数器为i＝0的最初存储的拍摄对象Pt的基准图像Pt0与计数器为i＝1的移动后的拍摄对象Pt的图像Pt1的类似度P比规定值Pth高之后，在步骤62中，图像存储部74删除最初存储的拍摄对象Pt的基准图像Pt0而改写成移动后的拍摄对象Pt的图像Pt1，进行再次存储(ST62)。
例如，假设在计数器为i＝0的最初的一轮，内窥镜系统10的状态为图6的(A)所示的初始状态，存储有图6的(C)的拍摄对象的基准图像Pt0。在接下来的计数器为i＝1的一轮成为图8所示的新的状态，当判定为与图6的(C)的拍摄对象Pt的基准图像Pt0的类似度高时，取代图6的(C)的拍摄对象Pt的基准图像Pt0，而重写并存储图8的(B)的移动后的拍摄对象Pt的图像Pt1。
并且，在接下来的一轮成为图10所示的状态，当判定为图10的(B)的再次移动后的拍摄对象Pt的图像Pt2与图8的(B)的移动后的拍摄对象Pt的图像Pt1的类似度高时，取代图8的(B)的移动后的拍摄对象Pt的图像Pt1，而重写并存储图10的(B)的再次移动后的拍摄对象Pt的图像Pt2。
即，如果拍摄对象Pt不存在急剧的变化，则进行再次存储而基于图像驱动视野调节机构1b。另外，图11所示的钳子等这样的处置器具3被表现为遮挡物，在存在急剧的变化的情况下，基于传感器驱动视野调节机构1b。
这样，由于图像存储部74在判定为由类似度计算部75计算出的类似度比预先确定的规定值高之后，删除由图像存储部74存储的拍摄对象Pt的图像Pt0而改写为新拍摄的拍摄对象Pt的图像Pt1，进行再次存储，因此能够进一步提高精度。
并且，作为内窥镜的控制方法，由于还具有第1图像改写步骤，当判断为在图像比较步骤中比较出的双方的图像的类似度高的情况下，将所记录的图像改写成摄像部1a拍摄的当前时间点的图像，因此能够进一步提高精度。
图13是示出第3实施方式的内窥镜系统10的控制流程图的一例的图。
在第3实施方式的内窥镜系统10的其他的控制中，在第1实施方式的控制中的类似度判定的步骤6中，在判定为计数器为i＝0的最初存储的拍摄对象Pt的基准图像Pt0与计数器为i＝1的移动后的拍摄对象Pt的图像Pt1的类似度P比规定值Pth低之后，在步骤61中判定图像类似度的时间变化Pδ是否比预先确定的规定值P1大(ST61)。
当在步骤61中图像类似度的时间变化Pδ比规定值P1大的情况下，进入步骤9，基于传感器进行驱动。
当在步骤61中图像类似度的时间变化Pδ比规定值P1小的情况下，在步骤62中，图像存储部74删除拍摄对象Pt的基准图像Pt0而改写成规定时间后的拍摄对象Pt的图像Pt1，进行再次存储(ST62)。然后，进入步骤7。
即，即使拍摄对象Pt产生急剧的变化，在之后的时间变化较少的情况下，对新的规定时间后的拍摄对象Pt的图像Pt1进行再次存储，而按照基于图像的第2驱动量驱动视野调节机构1b。例如，即使患部的一部分产生出血，在出血后的规定时间后的拍摄对象Pt的图像Pt1的变化较少而稳定的情况下，优选将出血后的规定时间后的拍摄对象的图像Pt1再次存储为新的基准的图像。
这样，由于图像存储部74在判定为由类似度计算部75计算出的类似度比预先确定的规定值低之后，在类似度的时间变化比预先确定的规定值低的情况下，删除由图像存储部74存储的拍摄对象Pt的图像Pt0，而改写为新拍摄的拍摄对象Pt的图像Pt1，进行再次存储，因此能够进一步提高精度。
并且，作为内窥镜的控制方法，由于在第1驱动量计算步骤中，当判断为在图像比较步骤中比较出的双方的图像的类似度低、并且类似度的经时变化量比规定值大的情况下，计算驱动量，因此能够进一步提高精度。
并且，作为内窥镜的控制方法，由于还具有如下的第2图像改写步骤，当判断为在图像比较步骤中比较出的双方的图像的类似度低、且类似度的经时变化量为规定值以下的情况下，将所记录的图像改写为摄像部1a拍摄的当前时间点的图像，因此能够进一步提高精度。
图14是示出第4实施方式的内窥镜系统10的控制流程图的图。图15是示出第4实施方式的内窥镜系统10的图像内的特征点的图。图15的(A)示出特征点较多的情况，图15的(B)示出特征点F较少的情况。
第4实施方式的内窥镜系统10具有特征点提取部和特征点计算部，该特征点提取部提取图像内的特征点，该特征点计算部判定提取出的特征点的量是否比预先确定的规定量多。在第4实施方式的内窥镜系统10的控制中，在第1实施方式的控制中的类似度判定的步骤6之前，在步骤6’中，提取图像的特征点F(ST6’)。图像的特征点F例如像图15所示那样只要提取与背景不同的部分及该部分的弯曲点等即可。
接着，在步骤6”中判定图像内的特征点F的量是否比预先确定的规定量多(ST6”)。例如，当像图15的(B)所示的中央附近的区域那样，在特征点F较少的部分比较类似度时，无法准确地判定类似度。
因此，当在步骤6”中图像内的特征点F的量比预先确定的规定量少的情况下，进入步骤9，基于传感器进行驱动。
当在步骤6”中图像内的特征点F的量比预先确定的规定量多的情况下，进入步骤6，以下，与实施方式1同样地控制。
另外，在步骤6’和步骤6”中进行的特征点F的提取和特征点F的量的判定只要在步骤6的类似度判定之前也可以在任意的时刻执行。
这样，具有特征点提取部，该特征点提取部提取存储于图像存储部74的拍摄对象Pt的图像Pt0或者新拍摄的拍摄对象Pt的图像Pt1的特征点，在特征点提取部提取出的特征点的量比预先确定的规定量少的情况下，由于按照第1驱动量对驱动部8进行驱动，因此即使在特征量较少且类似度难以比较的情况下也可以应用。另外，判断特征点的量的区域的尺寸是可变的。
并且，作为内窥镜的控制方法，还具有特征点提取步骤，提取摄像部1a拍摄的当前时间点的图像的特征点，当在特征点提取步骤中特征点的量为规定量以下的情况下，通过第1驱动量计算步骤计算驱动量，当在特征点提取步骤中特征点的量比规定量大的情况下，由于在图像比较步骤中比较双方的图像，因此即使在特征量较少且类似度难以比较的情况下也可以应用。
图16是示出第5实施方式的内窥镜系统10的系统图的一例的图。
第5实施方式的内窥镜系统10具有：校正部91，其对来自套管传感器5和距离传感器1c的输入信号进行校正；以及校正参数更新部92，其对第1驱动量计算部73和第2驱动量计算部76的计算值进行比较而取得各传感器的检测误差，更新校正部91的校正参数。
本实施方式的内窥镜系统10存在进行基于图像的控制的情况和进行基于传感器的控制的情况。传感器有可能产生制作时的初始误差或者经时的误差。因此，在第5实施方式的内窥镜系统10中，对基于传感器计算驱动量的第1驱动量计算部73的计算值和基于图像计算驱动量的第2驱动量计算部76的计算值进行比较，而利用校正参数更新部92求出校正参数，利用校正部91校正各传感器的输入信号。因此，对来自套管传感器5和距离传感器1c的输入信号进行校正而输入给位置计算部71。
这样，校正部91对各传感器5、1c的输入信号进行校正而能够提高基于传感器的驱动量的计算的精度。另外，校正部91的校正和校正参数更新部92的校正参数的更新也可以在任意的时刻进行。例如，在控制开始前预先利用校正参数更新部92更新校正参数，在基于传感器的驱动量计算时利用校正部91进行校正即可。并且，在基于传感器的驱动量计算时，也可以利用校正参数更新部92进行校正参数的更新，利用校正部91进行校正。
图17是示出第6实施方式的内窥镜系统10存储图像的状态和那时的显示部6的图。图17的(A)是示出第6实施方式的内窥镜系统10存储图像的状态的图，图17的(B)是示出那时的显示部6的图，图17的(C)是示出基准图像Pt0的图。
在第6实施方式的内窥镜系统10中，作为拍摄对象Pt使用处置器具3的前端部3a。
如图17的(A)所示，供处置器具3贯穿插入的第2套管2’能够以支点Pb’为中心旋转，作为第2位置传感器的第2套管传感器5’与套管传感器5同样，至少能够检测处置器具3相对于第2套管2’的倾斜角度、相对于第2套管2’的插入量。
在第6实施方式的内窥镜系统10中，基本上按照与图5相同控制流程图进行控制。
在图5所示的步骤3的图像存储中，图4所示的图像存储部74存储当前由摄像部1a拍摄的拍摄对象Pt的基准图像Pt0。具体而言，施术者对内窥镜1的摄像部1a进行操作，以使得像图17的(B)所示那样显示作为拍摄对象Pt的处置器具3的前端部3a的图像。在该状态下，当施术者指示为对拍摄对象Pt的基准图像Pt0进行存储时，如图17的(C)所示，将作为拍摄对象Pt的处置器具3的前端部3a的图像存储为基准图像Pt0。
并且，在步骤4的位置存储时，除了内窥镜1的位置还存储有处置器具3的位置。即，在步骤4中，图4所示的位置计算部71根据从内窥镜1的套管传感器5和距离传感器1c输入的信息和从处置器具3的第2套管传感器5’输入的信息来计算内窥镜前端和作为拍摄对象Pt的处置器具3的前端部3a的位置，位置存储部72存储这些位置。
然后，在步骤6中，计算类似度P，判定是基于传感器还是基于图像驱动关节。
图18是示出在移动第6实施方式的内窥镜系统10的处置器具3时类似度较大的状态和那时的显示部6的图。图18的(A)是示出在移动第6实施方式的内窥镜系统10的处置器具3时类似度较大的状态的图，图18的(B)是示出那时的显示部6的图。
施术者使处置器具3从图17的(A)所示的存储位置向图18的(A)所示的第1位置移动，在类似度P比规定值Pth大的情况下，内窥镜系统10在图5所示的步骤7中计算基于图像的第2驱动量。内窥镜1根据第2驱动量驱动视野调节机构1b，而变更摄像部1a的朝向，向中央附近移动，使得移动后的拍摄对象Pt的图像Pt1如图18的(B)所示那样至少包含画面中心O。即，内窥镜1会追随处置器具3的动作。
图19是示出在移动第6实施方式的内窥镜系统10的处置器具3时类似度较小的状态的图。图19的(A)是示出在移动第6实施方式的内窥镜系统10的处置器具3时类似度较小的状态的图，图19的(B)是示出那时的显示部6的图。
当施术者使处置器具3从图17的(A)所示的存储位置向图19的(A)所示的第2位置移动时，在身体组织等障碍物Ob存在于摄像部1a与拍摄对象Pt之间的情况下，类似度P比规定值Pth小。在该情况下，内窥镜系统10在图5所示的步骤9中根据套管传感器5和距离传感器1c的测定值以及第2套管传感器5’的测定值来计算基于传感器的第1驱动量。并且，内窥镜1驱动视野调节机构1b，而变更摄像部1a的朝向，如图19的(B)所示，使移动后的拍摄对象Pt的图像Pt1向中央移动。即，内窥镜1会追随处置器具3的动作。
这样，在第6实施方式的内窥镜系统10中，由于作为拍摄对象Pt使用处置器具3的前端部3a，因此内窥镜1会追随处置器具3而进行驱动，能够始终在画面内显示处置器具3，能够提高操作性。
图20是示出另一实施方式的内窥镜系统10的一例的概略图。
在图20所示的例中，在体腔外设置有内窥镜1的驱动部8。驱动部8能够通过致动器在进退方向、倾斜方向以及相对于轴中心的旋转方向上驱动内窥镜1。
在本实施方式的内窥镜系统10中，作为其他的例子还考虑以下的实施方式。
例如，位置存储部72能够存储多个位置，也可以具有选择部，该选择部选择所存储的多个位置中的追随的位置。此时，也可以对所存储的多个位置赋予名称，使显示在显示部6上的多个位置的名称显示。并且，也可以在方向指示标记的附近显示与该方向指示标记对应的位置的名称。此外，在本实施方式中，以硬式的内窥镜1为例来使用，但也可以是柔性的内窥镜。
并且，上述各实施方式中的位置或驱动量等的计算除了对预先设定的各种数学式赋予输入值进行计算，还可以采用针对预先设定的查找表(对应表)将输入值设为关键字进行参照而导出期望的数值的方式。此外，也可以是基于数学式与表的组合的方式。
另外，本发明不限于本实施方式。即，在实施方式的说明中，为了例示而包含大量的特定的详细内容，但本领域的技术人员可以理解，对于这些详细的内容添加各种变化或变更也不超过本发明的范围。因此，本发明的例示的实施方式以相对于权利要求的发明不会失去一般性并且不会被限定的方式进行描述。
标号说明
1：内窥镜；1a：摄像部；1b：视野调节机构；1c：距离传感器(距离计测部)；2：套管；3：处置器具；4：操作输入部；5：套管传感器(内窥镜用位置传感器)；7：控制部(控制器)；71：位置计算部；72：位置存储部；73：第1驱动量计算部；74：图像存储部；75：类似度计算部(比较部)；76：第2驱动量计算部；77：判定部；78：切换部；8：驱动部；91：校正部；92：校正参数更新部；10：内窥镜系统。

Claims (15)

1.一种内窥镜系统，其特征在于，该内窥镜系统具有：
内窥镜，其具有能够对拍摄对象进行拍摄的摄像部、改变所述摄像部的朝向的视野调节机构、以及驱动所述视野调节机构的驱动部；
内窥镜用位置传感器，其检测体腔内的所述内窥镜的位置；
距离计测部，其对从所述内窥镜的前端到所述拍摄对象的距离进行计测；
位置计算部，其根据所述内窥镜用位置传感器和所述距离计测部的信息来计算所述内窥镜的前端和所述拍摄对象的位置；
位置存储部，其对所述位置计算部计算出的所述拍摄对象的位置进行存储；
第1驱动量计算部，其使用存储于所述位置存储部的位置和所述内窥镜的前端的位置来计算所述视野调节机构的驱动量；
图像存储部，其对所述摄像部拍摄到的所述拍摄对象的图像进行存储；
比较部，其对存储于所述图像存储部的所述拍摄对象的图像和新拍摄的拍摄对象的图像进行比较；
第2驱动量计算部，其根据所述比较部比较出的结果来计算所述视野调节机构的驱动量；以及
判定部，其判定按照所述第1驱动量计算部计算出的第1驱动量和所述第2驱动量计算部计算出的第2驱动量中的哪个来驱动所述驱动部。
2.根据权利要求1所述的内窥镜系统，其中，
所述比较部具有类似度计算部，该类似度计算部对存储于所述图像存储部的所述拍摄对象的图像和新拍摄的拍摄对象的图像之间的类似度进行计算，
所述判定部根据所述类似度计算部计算出的类似度进行判定。
3.根据权利要求2所述的内窥镜系统，其中，
在判定为所述类似度计算部计算出的类似度比预先确定的规定值高之后，所述图像存储部删除所述图像存储部所存储的所述拍摄对象的图像，而改写为新拍摄的拍摄对象的图像，进行再次存储。
4.根据权利要求2所述的内窥镜系统，其中，
在判定为所述类似度计算部计算出的类似度比预先确定的规定值低之后，在所述类似度的时间变化比预先确定的规定值低的情况下，所述图像存储部删除所述图像存储部所存储的所述拍摄对象的图像，而改写为新拍摄的拍摄对象的图像，进行再次存储。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的内窥镜系统，其中，
该内窥镜系统具有特征点提取部，该特征点提取部对存储于所述图像存储部的所述拍摄对象的图像或者所述新拍摄的拍摄对象的图像的特征点进行提取，
在所述特征点提取部所提取的特征点的量比预先确定的规定量少的情况下，按照所述第1驱动量驱动所述驱动部。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的内窥镜系统，其中，
该内窥镜系统具有将所述内窥镜贯穿插入于体腔内的内窥镜用套管，
所述内窥镜用位置传感器具有：
内窥镜用套管传感器，其设置于所述内窥镜用套管，测定所述摄像部的前端的位置；以及
距离传感器，其设置于所述摄像部，测定与所述拍摄对象的距离。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的内窥镜系统，其中，
所述内窥镜系统具有显示部，该显示部显示所述判定部判定为所述第1驱动量和所述第2驱动量中的哪个。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的内窥镜系统，其中，该内窥镜系统具有：
校正部，其校正来自所述内窥镜用位置传感器的输入信号；以及
校正参数更新部，其对所述第1驱动量计算部和所述第2驱动量计算部的计算值进行比较而取得所述内窥镜用位置传感器的检测误差，更新所述校正部的校正参数。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的内窥镜系统，其中，该内窥镜系统具有：
处置器具，其对体腔内进行处置；
处置器具用套管，其供所述处置器具贯穿插入；以及
处置器具用位置传感器，其设置于所述处置器具用套管，测定所述处置器具的前端的位置，
按照所述第1驱动量计算部或者所述第2驱动量计算部根据所述内窥镜用位置传感器和所述处置器具用位置传感器的测定值计算出的驱动量驱动所述视野调节机构，而使所述内窥镜追踪所述处置器具。
10.一种内窥镜的控制方法，该内窥镜具有摄像部和改变所述摄像部的朝向的视野调节机构，在该内窥镜的控制方法中，一边捕捉期望的拍摄对象一边控制该视野调节机构，其中，该内窥镜的控制方法具有如下的步骤：
位置计算步骤，计算所述内窥镜的前端或者所述期望的拍摄对象的位置；
图像记录步骤，对拍摄有所述期望的拍摄对象的图像进行记录；
位置存储步骤，计算并记录所述期望的拍摄对象的位置；
图像比较步骤，对所述摄像部拍摄的当前时间点的图像与所记录的所述期望的拍摄对象的图像进行比较；
第1驱动量计算步骤，计算用于以使所述期望的拍摄对象位于所述摄像部的视轴上的方式驱动所述视野调节机构的驱动量；
第2驱动量计算步骤，计算用于以包含所述期望的拍摄对象的图像的中心的方式驱动所述视野调节机构的驱动量；以及
驱动步骤，根据在所述第1驱动量计算步骤和所述第2驱动量计算步骤中的任意步骤中计算出的驱动量来驱动所述视野调节机构。
11.根据权利要求10所述的内窥镜的控制方法，其中，
在所述第1驱动量计算步骤中，当判断为在所述图像比较步骤中比较出的双方的图像的类似度低的情况下计算驱动量，
在所述第2驱动量计算步骤中，当判断为在所述图像比较步骤中比较出的双方的图像的类似度高的情况下计算驱动量。
12.根据权利要求10或11所述的内窥镜的控制方法，其中，
该内窥镜的控制方法还具有第1图像改写步骤，当判断为在所述图像比较步骤中比较出的双方的图像的类似度高的情况下，将所述记录的图像改写为所述摄像部拍摄的当前时间点的图像。
13.根据权利要求10所述的内窥镜的控制方法，其中，
在所述第1驱动量计算步骤中，当判断为在所述图像比较步骤中比较出的双方的图像的类似度低、且类似度的经时变化量比规定值大的情况下，计算所述驱动量。
14.根据权利要求13所述的内窥镜的控制方法，其中，
该内窥镜的控制方法还具有如下的第2图像改写步骤：当判断为在所述图像比较步骤中比较出的双方的图像的类似度低、且类似度的经时变化量为规定值以下的情况下，将所述记录的图像改写为所述摄像部拍摄的当前时间点的图像。
15.根据权利要求10至14中的任意一项所述的内窥镜的控制方法，其中，
该内窥镜的控制方法还具有如下的特征点提取步骤：对所述摄像部拍摄的当前时间点的图像的特征点进行提取，
当在所述特征点提取步骤中特征点的量为规定量以下的情况下，通过所述第1驱动量计算步骤计算所述驱动量，
当在所述特征点提取步骤中特征点的量比规定量大的情况下，在所述图像比较步骤中比较双方的图像。
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