CN110740674B - 插入辅助系统和插入辅助方法 - Google Patents

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Abstract

插入辅助系统(10)包括获取第一信息的状态获取装置(80)，所述第一信息是关于插入在被插入体内的插入部(30)的多个位置的多个位置信息、和插入部(30)在其长度方向上的多个方向矢量信息中的至少一者。插入辅助系统(10)包括基于第一信息、运算关于插入部(30)的转动量的第二信息的辅助信息运算部(87)和输出第二信息的输出部(63)。

Description

插入辅助系统和插入辅助方法
技术领域
本发明涉及插入辅助系统和插入辅助方法。
背景技术
例如，日本国特开2000-175861号公报公开了一种内窥镜形状检测装置，其通过使用线圈的磁方式形状检测处理来检测插入部的形状，进而检测插入部的袢曲等特定形状，按照检测结果发出警告。袢曲等特定形状作为对插入部的插入操作进行辅助的辅助信息被检测。
发明内容
作为辅助信息的有益信息是多种多样的，在日本国特开2000-175861号公报中，作为辅助信息，仅检测了特定形状，没有检测其他信息。
作为辅助信息，例如，能够列举插入部被扭转了时的插入部的转动量，插入部的转动量能够根据插入部的位置信息或插入部的方向矢量信息而被运算得到。
本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够基于插入部的位置信息或插入部的方向矢量信息将插入部的转动量作为辅助信息输出的插入辅助系统和插入辅助方法。
为了实现上述目的，本发明的一个方式的插入辅助系统包括：获取第一信息的状态获取装置，所述第一信息是关于插入在被插入体内的插入部的多个位置的多个位置信息、和所述插入部在其长度方向上的多个方向矢量信息中的至少一者；基于所述第一信息，运算关于所述插入部的转动量的第二信息的辅助信息运算部；和输出所述第二信息的输出部。
为了实现上述目的，本发明的一个方式的插入辅助方法包括：获取第一信息的步骤，该第一信息是关于插入在被插入体内的插入部的多个位置的多个位置信息、和所述插入部在其长度方向上的多个方向矢量信息中的至少一者；基于所述第一信息，运算关于所述插入部的转动量的第二信息的步骤；和输出所述第二信息的步骤。
附图说明
图1是关于本发明的第一实施方式的插入辅助系统的概略图。
图2是可弯曲部和挠性管部的前端部的磁场产生部的示意性的配置图。
图3是表示转动检测矢量及基准矢量与投影矢量的关系的图。
图4A是示意性地表示配置在XY平面的插入部的袢曲的图。
图4B是示意性地表示配置在YZ平面的插入部的袢曲的图。
图5是说明辅助信息运算部使用转动检测矢量以任意角度为基准运算插入部的转动量的图。
图6是说明通过转动运算而转动的转动检测平面的图。
图7是说明辅助信息运算部将成为基准的YZ平面与转动检测平面之间的角度作为插入部的转动量进行运算的图。
图8是说明辅助信息运算部使用转动检测平面以任意角度为基准运算插入部的转动量的图。
图9是说明辅助信息运算部基于可弯曲部的3点的位置信息(位置坐标)运算转动检测平面的图。
图10是说明辅助信息运算部对具有一定值以上的曲率的插入部的弯曲部分的转动检测平面进行运算的图。
图11A是表示插入部的第一转动检测点和第一转动基准点的位置关系的图。
图11B是表示变化至N字形状的过程中的插入部的第一转动检测点和第一转动基准点的位置关系的图。
图11C是表示N字形状的插入部的第一转动检测点和第一转动基准点的位置关系的图。
图12A是以图11A所示的第一转动基准点为原点、在XZ平面上观察图11A所示的第一转动检测点与第一转动基准点的位置关系时的图。
图12B是以图11B所示的第一转动基准点为原点、在XZ平面上观察图11B所示的第一转动检测点图11B所示的第一转动基准点的位置关系时的图。
图12C是以图11C所示的第一转动基准点为原点、在XZ平面上观察图11C所示的第一转动检测点与第一转动基准点的位置关系时的图。
图13A是表示插入部的第一转动检测点与第一、第二转动基准点的位置关系的图。
图13B是表示变化至N字形状的过程中的插入部的第一转动检测点与第一、第二转动基准点的位置关系的图。
图13C是表示N字形状的插入部的第一转动检测点与第一、第二转动基准点的位置关系的图。
图14是使用多种算法的插入辅助系统的概略图。
图15是表示被插入体的体位变换的图。
图16是表示用于体位变换的运算的插入平面的图。
图17是表示用于插入平面的运算的一例的图。
图18是对插入部的转动是在没有进行体位变换的情况下因转动操作而引起的插入部的转动、还是随体位变换的进行而发生的插入部的转动进行判断时提高判断精度的说明图。
图19是说明重力方向因被插入体的体位变换而发生变化时、对因重力方向的变化而发生的位置坐标的变化进行修正的图。
图20是对插入部的转动是在没有进行体位变换的情况下因转动操作而引起的插入部的转动、还是随体位变换的进行而发生的插入部的转动进行判断时提高判断精度的说明图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。在一部分附图中，为了使图示清晰而省略了本发明的实施方式的部件的一部分图示。
[第一实施方式]
参照图1至图5对第一实施方式进行说明。
如图1所示，插入辅助系统10具有插入装置20、控制装置60、显示部70和磁方式的状态获取装置80。
本实施方式的插入装置20以医疗用的大肠软性内窥镜为例进行说明，但不限定于此。插入装置20例如如医疗用的软性内窥镜、工业用的软性内窥镜、导管(catheter)、处置器具等这样，具有可插入被插入体内部的软性插入部30即可。被插入体例如不限于人，也可以是动物或其他结构物。插入装置20可以是对被插入体中的对象物照射照明光、对对象物进行摄像的观察装置。对象物例如是指患部或病变部。
插入装置20具有：可插入被插入体内部的插入部30；与插入部30的根端部连结的用于操作插入装置20的操作部40；和与操作部40连结的线缆50。线缆50具有配置在线缆50的端部的、可拆装地与控制装置60连接的的未图示的连接器部。
插入部30例如是中空且细长的。插入部30从其前端部向根端部去依次具有：在内部配置了与插入装置20的用途相应的未图示的各种内部部件的前端硬质部31；能够向所希望的方向弯曲所希望的量的可弯曲部33；和具有挠性，可因外力而挠曲的挠性管部35。前端硬质部31和可弯曲部33比挠性管部35短。因此，本实施方式中，将前端硬质部31、可弯曲部33和挠性管部35的前端部视为插入部30的前端部。
前端硬质部31具有对被插入体的内部或对象物进行摄像的未图示的摄像元件。摄像元件具有CCD或CMOS。摄像元件与配置在插入部30、操作部40和线缆50的内部的未图示的电信号线电连接。将连接器部与控制装置60连接时，电信号线与控制装置60电连接。用摄像元件拍摄得到的图像，作为电信号经电信号线被传输至控制装置60中配置的未图示的图像处理部。图像处理部将图像进行图像处理后输出至显示部70，显示部70显示图像。此外，从前端硬质部31出射照明光。
可弯曲部33例如具有15cm程度的长度。可弯曲部33经配置在插入部30内部的未图示的操作线，与配置在操作部40中的未图示的弯曲操作部连结。通过弯曲操作部的操作来牵引操作线，能够使可弯曲部33向所希望的方向弯曲所希望的量。
操作部40可由插入辅助系统10的操作者的单手握持。操作者将插入部30从被插入体的开口部(例如患者的肛门)插入至被插入体的内部。显示部70显示用摄像元件拍摄得到的被插入体内部的图像。操作者在目视显示部70上显示的图像的状态下，对被插入体内部进行观察和处置。
控制装置60具有未图示的图像处理部、辅助信息运算部61、输出部63、检测控制部81和位置形状获取部87。图像处理部、辅助信息运算部61、输出部63、检测控制部81和位置形状获取部87中的至少一者例如由包括ASIC等的硬件电路构成。它们中的至少一者也可以由处理器构成。在它们中的至少一者由处理器构成的情况下，在控制装置60中配置处理器能够访问的未图示的内部存储器或外部存储器。内部存储器或外部存储器中存储程序代码，当处理器执行该程序代码时，能够使该处理器作为它们中的至少一者发挥作用。图像处理部、辅助信息运算部61、输出部63、检测控制部81和位置形状获取部87，可以使用1个处理器构成，也可以使用多个处理器构成。在为后者的情况下，还能够在彼此之间发送接收数据而协作地进行处理。并且，在为后者的情况下，它们还能够配置在彼此不同的壳体中。
显示部70是普通的显示装置，例如是液晶显示器、CRT显示器或有机EL显示器。显示部70显示用摄像元件拍摄得到的图像。显示部70显示成为对插入部30的插入操作的辅助信息的、关于插入部30的转动量的第二信息，详情在后文中叙述。
状态获取装置80具有检测控制部81、多个磁场产生部83、磁场检测部85和位置形状获取部87。
检测控制部81通过电信号线89与磁场产生部83电连接。为了使图示清晰，跨各磁场产生部83仅图示了1根电信号线89，但是实际上在各磁场产生部83连接了2根电信号线89，各电信号线89与检测控制部81连接。
检测控制部81对各磁场产生部83输出用于产生磁场的电信号。该电信号例如是正弦波的电流。检测控制部81使用该电流控制磁场产生部83。电信号按预先决定的顺序输出至各磁场产生部83。预先决定的顺序例如是从配置在插入部30的前端部侧的磁场产生部83向配置在插入部30的根端部侧的磁场产生部83去的顺序。在插入辅助系统10驱动时，检测控制部81可以总是输出信号，也可以在所希望的时间输出信号。
各磁场产生部83接收电信号，产生磁场。各磁场产生部83例如配置在插入部30的内部。各磁场产生部83在插入部30的长度方向上配置在彼此不同的位置，例如配置在彼此隔开相同间隔的位置。各磁场产生部83在插入部30的全长上配置成一列。在本实施方式中，例如，至少3个磁场产生部83配置在可弯曲部33，至少1个磁场产生部83配置在与可弯曲部33连结的挠性管部35的前端部。例如，配置在可弯曲部33的3个磁场产生部83，分别配置在可弯曲部33的前端部、可弯曲部33的根端部、以及可弯曲部33的处于前端部与根端部的正中的部位。磁场产生部83例如由磁线圈构成。
磁场检测部85配置在被插入体的附近。例如，磁场检测部85配置并固定在使用插入辅助系统10的房间的天花板、或被插入体即患者横卧的床上。例如，磁场检测部85是天线，天线由多个线圈构成。各个线圈的位置和朝向中的至少一者彼此不同。磁场检测部85对由各磁场产生部83产生的多个磁场的强度进行检测，将作为检测结果的强度作为电信号输出至位置形状获取部87。磁场的强度与磁场产生部83和磁场检测部85之间的距离、及磁场产生部83相对于磁场检测部85的方向相应地变化。
在本实施方式中，线圈产生磁场，天线检测磁场，但无需限定于此。可以是线圈和天线中的一者产生磁场，线圈和天线中的另一者检测磁场。因此，将磁场产生部83和磁场检测部85中的一者配置并固定在插入部30中、另一者配置并固定在插入部30的外部即可。
位置形状获取部87基于作为磁场检测部85的检测结果的多个磁场强度，获取关于各磁场产生部83的位置的多个位置信息、和关于各磁场产生部83的方向矢量的多个方向矢量信息。例如，位置信息是位置坐标，方向矢量是关于插入部30的长度方向的矢量。位置形状获取部87基于多个位置信息和多个方向矢量信息，获取关于插入部30的位置的插入部30的多个位置信息、和关于插入部30的方向矢量的插入部30的多个方向矢量信息。插入部30的多个位置信息表示插入部30的多个位置坐标。
这里，状态获取装置80运算多个位置信息和多个方向矢量信息，但是根据后述的转动量的运算方法的不同，只要获取插入部30的多个位置信息和插入部30的多个方向矢量信息中的至少各运算方法所需的信息、即第一信息即可。
位置形状获取部87进而基于插入部30的多个位置信息，获取插入部30的形状信息。位置形状获取部87将作为获取结果的第一信息和插入部30的形状信息输出至辅助信息运算部61。位置形状获取部87也可以将作为获取结果的第一信息和插入部30的形状信息中的至少一者通过输出部63输出至显示部70。
位置形状获取部87也可以根据需要使用样条(spline)处理等对各磁场产生部83的位置信息进行插补，来获取插入部30的多个位置信息。
在插入辅助系统10驱动时，位置形状获取部87可以总是获取位置信息，也可以在所希望的时间获取位置信息，还可以在从磁场检测部85输入了检测结果时获取位置信息。
磁场产生部83的线圈是单轴的线圈，线圈的中心轴沿着插入部30的长度方向轴。在插入部30弯曲、其朝向改变了的情况下，配置在弯曲部分的1个线圈的轴的朝向改变，由磁场检测部85检测的磁场的强度发生变化。因此，位置形状获取部87能够基于这1个线圈的变化了的磁场的强度，获取线圈的方向即方向矢量信息。
但是，在进行了转动操作时，情况有所不同。首先，对于此处所谓的转动操作进行说明。例如，假定在插入部30的操作手侧的部位被操作者的单手握持的状态下，操作手侧的部位被单手绕插入部30的中心轴(例如顺时针)扭转。从单手对插入部30的操作手侧的部位施加的操作者的扭转力，从插入部30的操作手侧传递至插入部30的前端部侧。于是，插入部30绕插入部30的中心轴顺时针地被扭转。因此，转动操作表示相对于插入部30的扭转操作，转动量是指绕插入部30的长度方向轴的扭转量。
在由操作者对大致直线状态的插入部30进行了转动操作的情况下，与转动操作前相比，插入部30的朝向不变。于是，无论是配置在插入部30的哪个位置的作为磁场产生部83的线圈，该线圈都绕线圈的轴发生了转动，与转动操作前相比，用磁场检测部85检测的磁场强度不发生变化。因此，在大致直线状态的插入部30，位置形状获取部87基于磁场强度不能获取作为磁场产生部83的线圈的转动量即插入部30的转动量。
假定在插入部30的同一位置配置2个线圈，线圈各自的轴的朝向不同。在此情况下，当进行了转动操作时，2个线圈中的一个线圈的轴的朝向改变，磁场的强度发生变化。因此，位置形状获取部87能够基于变化了的磁场强度获取线圈的转动量即插入部30的转动量。但是，插入部30这样细长的部件的内部空间狭窄，不容易配置2个线圈。并且，即使配置了2个线圈，也存在插入部30变粗、插入部30的易插入性降低的问题。
于是，辅助信息运算部61基于用位置形状获取部87获取的第一信息，运算作为对插入部30的插入操作的辅助信息的、关于插入部30的转动量的第二信息。在本实施方式中，以第一信息为多个方向矢量信息进行说明。在插入辅助系统10驱动时，辅助信息运算部61可以总是进行运算，也可以在所希望的时间进行运算，还可以在从位置形状获取部87输入了获取结果时进行运算。
此处，首先，在说明辅助信息运算部61的运算之前，对用于运算的前提条件进行说明。
图2表示插入部30和配置在插入部30内部的构成为单轴线圈的磁场产生部83。如之前所述，即使对大致直线状态的插入部30进行了转动操作，使作为线圈的磁场产生部83绕轴发生了转动，位置形状获取部87也不能检测出插入部30的转动量。于是，在本实施方式中，为了由辅助信息运算部61运算插入部30的转动量，使用配置在2处的2个磁场产生部83。这2个磁场产生部83例如是：从插入部30的前端部起第一个配置的磁场产生部83a、和配置在可弯曲部33之外的插入部30的前端侧的、即从插入部30的前端部起第四个配置的磁场产生部83b。这里，设磁场产生部83a的方向矢量信息为转动检测矢量VA，磁场产生部83b的方向矢量信息为基准矢量VB。转动检测矢量VA是用于检测插入部30的转动量的矢量。基准矢量VB是转动检测矢量VA的基准。
即使使用2个磁场产生部83a、83b，在转动检测矢量VA和基准矢量VB的方向彼此相同时，辅助信息运算部61也不能运算插入部30的转动量，但是这里没有图示。因此，为了能够使用2个磁场产生部83a、83b运算插入部30的转动量，需要预先使可弯曲部33相对于挠性管部35的前端部弯曲。于是，在辅助信息运算部61运算插入部30的转动量时，辅助信息运算部61通过输出部63对显示部70输出指示。例如，在该指示被输入至显示部70时，显示部70对操作者显示需要使可弯曲部33弯曲的消息。确认到消息的操作者通过弯曲操作部使可弯曲部33弯曲时，由位置形状获取部87获取到的插入部30的形状信息被输入至辅助信息运算部61，辅助信息运算部61基于插入部30的形状信息判断可弯曲部33是弯曲的。并且，辅助信息运算部61能够运算插入部30的转动量。这样，即使挠性管部35是大致直线状态，也能够通过操作者的弯曲操作使可弯曲部33相对于挠性管部35的前端部弯曲，用于检测转动量的磁场产生部83a、83b朝向彼此不同的方向，因此能够运算插入部30的转动量。
显示部70不一定需要显示消息，取决于转动量的使用用途，可以由辅助信息运算部61基于插入部30的形状信息判断可弯曲部33是否是弯曲的。可以仅在辅助信息运算部61判断为可弯曲部33弯曲时，由辅助信息运算部61运算插入部30的转动量。进而也可以在辅助信息运算部61判断可弯曲部33没有弯曲时，如上所述的那样由辅助信息运算部61通过输出部63对显示部70输出指示。
假定在辅助信息运算部61运算插入部30的转动量时，转动检测矢量VA与基准矢量VB的相对的方向因转动操作以外的原因而发生了变化。这种情况会导致对插入部30的转动量的运算产生运算误差。于是，在进行转动操作的期间，显示部70可以显示对可弯曲部33的弯曲操作被固定、不使可弯曲部33弯曲的信息。这样，能够提高运算精度。
接着，具体地说明辅助信息运算部61运算插入部30的转动量的一例。
当对插入在被插入体内部的一个形状(例如大致直线形状等)的插入部30进行插入操作(例如转动操作)时，有时插入部30的形状因被插入体的形状和插入操作而从一个形状变为其他形状，在被插入体内部，插入部30的前端部的朝向发生变化，但是这里没有图示。即，与进行包括转动操作在内的插入操作之前相比，作为基准的基准矢量VB的方向改变，转动检测矢量VA的方向和基准矢量VB的方向都发生了变化，但是这里没有图示。即，当插入部30的形状发生了变化时，转动检测矢量VA包含转动操作以外的原因，其方向发生变化。这样，转动检测矢量VA的方向因转动操作以外的原因而变化，在此状态下，辅助信息运算部61不能根据转动检测矢量VA运算插入部30的转动量。上述其他形状例如是袢曲形状。本申请中的袢曲不限于圆这样的形状，插入部30的一部分成为圆弧状的状态也属于袢曲形状。
于是，辅助信息运算部61进行求取基准矢量VB在插入操作前后朝向同一方向的状态下的转动矢量VA的转动运算。此处，规定X轴、与X轴正交的Y轴和与X轴及Y轴正交的Z轴。假定基准矢量VB在进行包括转动操作在内的插入操作之前的状态下朝向Y轴方向。并且假定在进行了包括转动操作在内的插入操作后，插入部30的形状发生了变化，基准矢量VB因该变化而朝向与Y轴不同的方向。此处，为了求取基准矢量VB的方向为Y轴方向的状态下的转动检测矢量VA，辅助信息运算部61对转动检测矢量VA进行转动运算。由此，辅助信息运算部61能够根据转动检测矢量VA运算插入部30的转动量。
下面对求取转动检测矢量VA，以使基准矢量VB(Vx0，Vy0，Vz0)的方向为Y轴方向的转动运算的一例进行说明。首先，辅助信息运算部61计算转动检测矢量VA的X轴成分成为0(0，Vy1，Vz1)的绕Z轴转动的转动矩阵。之后，辅助信息运算部61计算Z轴成分成为0(0，Vy2，0)的绕X轴转动的转动矩阵。接着，辅助信息运算部61使用计算出的绕Z轴和绕X轴的转动矩阵，对转动检测矢量VA也进行同样的转动运算。通过采用这样的方法，求取基准矢量VB的方向为Y轴方向的状态下的转动检测矢量VA。即，求取相对于插入操作前的转动检测矢量VA，消除或者减少了转动操作以外的原因引起的方向变化的状态的转动操作后的转动检测矢量VA。图3表示转动运算后的转动检测矢量VA和基准矢量VB。接着，辅助信息运算部61将转动检测矢量VA投影在XZ平面上的矢量(下面称为投影矢量VC)与Z轴之间的角度θ0作为插入部30相对于Z轴的转动量，运算该角度θ0。
即，辅助信息运算部61对转动操作后的转动检测矢量VA进行令插入部30的转动操作后的基准矢量VB与插入部30的转动操作前的基准矢量VB为同一方向的转动运算。辅助信息运算部61基于通过对转动操作后的上述转动检测矢量进行的转动运算而转动了的转动检测矢量VA，运算插入部30的转动量。这里，所谓的插入部30的转动操作前，表示插入部30的形状因插入操作而变形之前的状态(例如大致直线形状)。所谓的插入部30的转动操作后，表示插入部30的形状因插入操作而变形之后的状态(例如袢曲形状)。因此，辅助信息运算部61基于转动检测矢量VA和基准矢量VB等多个方向矢量信息的变化，运算插入部30的转动量。
如上所述，假定在辅助信息运算部61运算插入部30的转动量的期间，转动检测矢量VA与基准矢量VB的相对方向因转动操作以外的原因而发生了变化。这种情况会导致对插入部30的转动量的运算产生运算误差。但是，作为例外，投影矢量VC的方向不变、仅投影矢量VC的大小变化这样的转动检测矢量VA的方向变化不会引起运算误差的产生。
令基准矢量VB的方向为Y轴方向这样的转动运算，优选按照插入部30的形状而改变。通常，例如，在作为被插入体的患者处于面朝上方地横卧的仰卧位的状态下，因作为被插入体的患者的大肠的结构，插入部30的袢曲在患者的腹部与背部彼此相对的方向上难以展开，而容易在从患者的一个侧腹朝向另一个侧腹的方向、以及从肛门朝向横膈膜的方向上展开。在图4A和图4B中，令Y轴方向表示从肛门朝向横膈膜的方向，Z轴方向表示从背部朝向腹部的方向。
一般而言，例如，在患者处于仰卧位的状态下，如图4A所示，插入部30的袢曲多形成在与XY平面平行的面中，并在与XY平面平行的面中展开。因此，当按照绕Z轴、绕X轴的顺序进行转动操作时，能够解除袢曲，使插入部30恢复成大致直线形状。
还考虑如图4B所示的那样在与YZ平面平行的面中形成袢曲的情况。对于这样形成了袢曲的插入部30，当如上所述地按照绕Z轴转动的转动矩阵的计算和绕X轴转动的转动矩阵的计算的顺序进行了转动运算时，不能消除转动操作以外的原因。因此，辅助信息运算部61不能运算插入部30相对于Z轴的转动量。于是，在如图4B所示的那样在YZ平面中形成了袢曲的情况下，例如，按照绕X轴转动的转动矩阵的计算和绕Z轴转动的转动矩阵的计算的顺序进行转动运算。这样，能够消除转动操作以外的原因。于是，辅助信息运算部61能够运算插入部30相对于Z轴的转动量。
这样，通过按照袢曲的朝向改变转动矩阵的计算顺序，辅助信息运算部61能够与插入部30的各种各样的形状对应地运算转动量。关于矢量的转动运算，通过进行使比基准矢量VB靠操作部40一侧的插入部30的形状恢复为转动操作前的形状的运算，能够提高运算精度。
这里，辅助信息运算部61运算了插入部30相对于Z轴的转动量，但无需限定于此。辅助信息运算部61也可以运算插入部30相对于X轴或Y轴的转动量。辅助信息运算部61也可以以任意的角度为基准，运算插入部30的转动量。如图5所示，例如，设配置在操作部40的未图示的开关被按下的时刻的转动检测矢量为转动检测矢量VA1，设转动检测矢量VA1的投影矢量为投影矢量VC1，设投影矢量VC1与Z轴之间的角度为角度θ1。假定插入部进一步转动，设转动后的转动检测矢量为转动检测矢量VA2，设转动检测矢量VA2的投影矢量为投影矢量VC2，设投影矢量VC2与Z轴之间的角度为角度θ2。辅助信息运算部61将角度θ1、θ2分别作为插入部30相对于Z轴的转动量，运算角度θ1、θ2。然后，辅助信息运算部61将角度(θ2-θ1)作为从开关被按下的时刻起的插入部30的转动量，运算角度(θ2-θ1)。
上面使用磁场产生部83a的方向矢量信息(转动检测矢量VA)和磁场产生部83b的方向矢量信息(基准矢量VB)进行了说明，但无需限定于此。例如，也可以使用配置在插入部30的其他磁场产生部83a的方向矢量信息等。
由辅助信息运算部61运算得到的插入部30的转动量被传递至输出部63。输出部63将插入部30的转动量输出至控制装置60的外部、例如显示部70。显示部70例如用文字和符号显示插入部30的转动量。显示部70也可以用声音的方式输出插入部30的转动量。
输出部63的输出对象不限定于显示部70。输出部63例如也可以将插入部30的转动量反馈至出示用于辅助插入操作的辅助信息的未图示的辅助系统。辅助系统可以对操作者提示包括插入部30的转动量在内的辅助信息。辅助信息并不限定于包括由辅助信息运算部61基于状态获取装置80的运算结果运算得到的插入部30的转动量。例如，假定重力传感器被配置在操作部40或插入部30，由重力传感器运算重力方向的变化。辅助信息也可以包括由辅助信息运算部61基于重力传感器的运算结果运算得到的插入部30的转动量。还可以用旋转编码器或电位计检测弯曲操作部的转动量，将其作为辅助信息来提示。
也可以构成为，控制装置60具有存储插入部30的转动量的未图示的存储部，输出部63将插入部30的转动量输出至作为输出对象的存储部。
当投影矢量VC的方向因转动操作以外的原因而发生了变化时，会导致对插入部30的转动量的运算产生运算误差。鉴于此，这里示出判断投影矢量VC的方向变化是转动操作引起的变化、还是可弯曲部33的弯曲引起的变化的例子。
在可弯曲部33弯曲了的情况下，通常，插入部30中的可弯曲部33以外的部分的形状变化、即插入部30中的可弯曲部33以外的部分的位置坐标的变化较少。另一方面，在进行了使袢曲形状恢复成大致直线形状等的转动操作的情况下，插入部30中的可弯曲部33以外的部分的位置坐标的变化较大。于是，对在投影矢量VC的方向发生变化前后的、可弯曲部33以外的部分(例如挠性管部35)的多个位置坐标的变化的平均量，预先设定阈值。在坐标变化量的平均值小于阈值的情况下，插入部30的形状变化较小，因此辅助信息运算部61判断投影矢量VC的方向因可弯曲部33的弯曲而发生了变化。因此，辅助信息运算部61不运算插入部30的转动量，即，令插入部30的转动量为0°。在坐标变化量的平均值在阈值以上的情况下，插入部30的形状变化较大，因此辅助信息运算部61判断投影矢量VC的方向因转动操作而发生了变化。因此，辅助信息运算部61运算插入部30的转动量。
本实施方式中使用的作为第一信息的多个方向矢量信息是基于磁场产生部83的方向矢量信息而得到的，但也可以利用以其他方法检测出的多个方向矢量信息。例如，也可以基于多个磁场产生部83的位置信息运算作为第一信息的方向矢量信息，和/或对各磁场产生部83的位置信息进行插补，运算作为第一信息的方向矢量信息。例如，也可以是，对于运算方向矢量的点Pi，使用在插入部30的长度方向上与插入部30的前端侧部位相邻的点Pi-1和与插入部30的操作部40侧部位相邻的点Pi+1的位置信息，将Pi-1-Pi+1作为Pi的方向矢量。
在本实施方式中，辅助信息运算部61基于多个磁场产生部83各自的多个方向矢量信息运算插入部30的转动量。这样，即使配置了使用单轴线圈的磁方式的状态检测单元，也能够运算插入部30的转动量，并通过输出部63输出转动量。例如，输出部63将插入部30的转动量输出至显示部70，由显示部70显示该转动量。通过采用这样的方式，能够将因插入被插入体中而不能直接目视的插入部30的转动量作为插入操作的辅助信息提供给操作者，能够对插入操作进行辅助，提高易插入性。
在本实施方式中，即使转动检测矢量VA的方向因转动操作以外的原因而发生了变化，也能够通过转动运算，求取基准矢量VB的方向为Y轴方向的状态下的转动检测矢量VA，换言之，通过转动运算使转动检测矢量VA的方向复原。进一步换言之，能够求取消除或减少了转动操作以外的原因引起的方向变化的状态的转动操作后的转动检测矢量VA。辅助信息运算部61能够基于该转动检测矢量VA，运算插入部30的转动量。即，即使在被插入体的内部、插入部30的前端部的朝向在插入操作的前后发生了变化，也能够运算插入部30的转动量。
[变形例1]
下面，对本实施例的变形例1进行说明。在本变形例中，仅记载与第一实施方式的不同之处。在本变形例中，令第一信息是多个位置信息、具体而言是多个位置坐标来进行说明。
如图6所示，本变形例的辅助信息运算部61基于通过位置形状获取部87获取的可弯曲部33的多个位置信息(位置坐标)，运算可弯曲部33所处的平面(下面，称为转动检测平面101)。转动检测平面101表示具有用多个位置信息(位置坐标)近似的位置信息的平面，用于运算插入部30的转动量。转动检测平面101的运算例如能够用众所周知的最小二乘法等来进行。此处，为了提高运算精度，作为可弯曲部33的多个位置信息(位置坐标)，使用可弯曲部33的全部位置信息(位置坐标)。
下面，说明本变形例中辅助信息运算部61进行插入部30的转动量的运算的一例。
首先，关注处于弯曲部33之外的配置在插入部30的前端侧的磁场产生部83b。在本变形例中，磁场产生部83b的方向矢量信息具有基准矢量VB。基准矢量VB作为相对于转动检测平面101的基准。
与第一实施方式大致同样，为了求得基准矢量VB的方向为Y轴方向的状态的转动检测平面101的角度变化，对转动检测平面101进行转动运算。在此基础上，辅助信息运算部61能够基于转动检测平面101运算插入部30的转动量。对转动检测平面101进行的转动运算，与对转动检测矢量VA进行的转动运算大致相同。图7表示转动运算后的转动检测平面101和基准矢量VB。接着，辅助信息运算部61将作为基准的YZ平面与转动后的转动检测平面101之间的角度θ3(参照图7)作为插入部30相对于Z轴的转动量，运算该角度θ3。
即，辅助信息运算部61对转动操作后的转动检测平面101进行令插入部30的转动操作后的基准矢量VB与插入部30的转动操作前的基准矢量VB为同一方向的转动运算。辅助信息运算部61基于通过对转动操作后的上述转动检测平面进行的转动运算而转动了的转动检测平面101的角度变化，运算插入部30的转动量。因此，辅助信息运算部61基于第一信息计算转动检测平面101，基于转动后的转动检测平面101的角度变化计算插入部30的转动量。这里所谓的第一信息，是可弯曲部33的多个位置信息(位置坐标)。转动检测平面101的角度变化表示因转动操作而转动了的转动检测平面101的转动量。
在上面的说明中辅助信息运算部61运算插入部30相对于Z轴的转动量，但无需限定于此。辅助信息运算部61也可以使用转动检测平面101运算插入部30相对于X轴或Y轴的转动量。辅助信息运算部61也可以以任意的角度为基准，使用转动检测平面101运算插入部30的转动量。如图8所示，例如设配置在操作部40的未图示的开关被按下的时刻的转动检测平面101与YZ平面之间的角度为角度θ4，插入部进一步转动后的转动检测平面101与YZ平面之间的角度为角度θ5。辅助信息运算部61将角度θ4、θ5分别作为插入部30相对于YZ平面的转动量，运算角度θ4、θ5。辅助信息运算部61将角度(θ5-θ4)作为从开关被按下的时刻起的插入部30的转动量，运算角度(θ5-θ4)。
用于运算转动检测平面101的多个位置信息(位置坐标)也可以不使用可弯曲部33的全部位置信息(位置坐标)。例如，也可以如图9所示的那样，使用可弯曲部33的前端部、根端部及前端部与根端部之间的中间位置的3点P1、P2、P3的位置信息(位置坐标)。辅助信息运算部61基于这些位置信息(位置坐标)运算它们所处的转动检测平面101。因为使用的位置信息(位置坐标)减少，所以运算量减少，辅助信息运算部61的负荷减少。
如图10所示，用于运算转动检测平面101的作为第一信息的位置信息(位置坐标)不限定于可弯曲部33的位置信息(位置坐标)，也可以是具有一定值以上的曲率的插入部30的弯曲部分的多个位置信息(位置坐标)。具体而言，辅助信息运算部61基于插入部30的形状信息运算插入部30的曲率。对曲率预先设定阈值。辅助信息运算部61使用曲率在阈值以上的弯曲部分的多个位置信息(位置坐标)来运算转动检测平面101。
在插入部30近似为直线的状态下，担心转动检测平面101的误差变大。在插入部30完全为直线的情况下，转动检测平面101不能确定为1个，所以不能进行运算。另一方面，通过运算插入部30的曲率，使用曲率在一定值以上的范围的位置坐标运算转动检测平面101，能够使转动检测平面101的误差变小。即，运算的误差也变小。
[变形例2]
下面，对本实施方式的变形例2进行说明。在本变形例中，仅记载与第一实施方式的不同之处。在本变形例中，以第一信息是多个位置信息、具体而言是多个位置坐标来进行说明。
如图11A所示，存在因插入部30对未图示的大肠的插入操作而在插入部30形成袢曲的情况。在此状态下即使向里推插入部30，也仅会导致袢曲扩大，插入部30不能流畅地插入。并且还存在因袢曲扩大，导致插入部30推压肠壁，使大肠伸展，患者感到疼痛的情况。于是，需要利用插入手法使插入部30与大肠一起变为大致直线形状。
在利用插入手法使插入部30从袢曲形状向大致直线形状变化的过程的一部分中，插入部30需要从图11A所示的形状变化为图11C所示的N字形状。为了使该变化得以发生，例如，进行顺时针的转动操作。在进行转动操作时，如果操作者能够知道再进行何种程度的转动操作即可，就能够对插入部30的插入进行辅助。即，为了使插入部30从图11A所示的形状变为N字形状而需要的插入部30的转动量作为辅助信息是不可缺少的。下面将该转动量称为所需转动量。
于是，下面说明本变形例中辅助信息运算部61运算所需转动量的例1、2、3。
首先，对例1进行说明。假定插入部30配置在XY平面。令插入部30的前端部为用于检测转动的转动检测点P4。将作为转动的基准的点称为第一转动基准点P5。第一转动基准点P5是从插入部30的前端部向根端部侧沿插入部30观看时，越过Y坐标极小的极小点P6，最先接近转动检测点P4的Y坐标值的点。取决于插入部30的形状，也存在Y坐标极小的极小点有多个的情况。在存在多个极小点的情况下，令处于插入部30的前端侧的极小点为极小点P6。关于以何种程度接近转动检测点P4的Y坐标值，按希望设定即可。第一转动基准点P5在X轴方向上相对于极小点P6处于与转动检测点P4相反的一侧。转动检测点P4、第一转动基准点P5和极小点P6，也可以由辅助信息运算部61基于位置形状获取部87获取到的插入部30的形状信息来设定。
如图11A、图11B和图11C所示，当插入部30顺时针转动时，转动检测点P4从第一转动基准点P5的左侧绕第一转动基准点P5相对地转动而移动至第一转动基准点P5的右侧。插入部30如图11C所示的那样变为N字形状时，如图11C所示，转动检测点P4相对于第一转动基准点P5的位置，与图11A所示的转动检测点P4相对于第一转动基准点P5的位置是相反的。
图12A、图12B和图12C分别与图11A、图11B和图11C对应，是表示以第一转动基准点P5为原点在XZ平面观察时、第一转动基准点P5与转动检测点P4的位置关系的图。当插入部30顺时针转动时，转动检测点P4以第一转动基准点P5为中心逆时针转动。当插入部30转动，进而如图11C所示地变为N字形状时，如图12C所示，转动检测点P4的位置处于与图12A所示的转动检测点P4的位置相反的一侧。这里，以连结图12C所示的原点和图12C所示的转动检测点P4而得到的轴、即图12C的例子中的X轴为用于运算所需转动量的基准轴(下面称为运算基准轴)。也可以将图11A所示的转动检测点P4和图11A所示的第一转动基准点P5的连结线的延长线作为运算基准轴，由辅助信息运算部61运算该运算基准轴。运算基准轴是作为用于运算插入部30的转动量的基准的轴。设转动检测点P4和第一转动基准点P5的连结线与运算基准轴之间形成的180°以下的角度为角度θ6。根据图12A、图12B和图12C可知，角度θ6为0°时，转动操作结束，该角度θ6对应于所需转动量。
于是，在例1中，辅助信息运算部61基于多个位置信息(位置坐标)的相对变化，运算插入部30的转动量。这里所谓的多个位置信息，表示转动检测点P4、第一转动基准点P5和运算基准轴。具体而言，辅助信息运算部61基于角度θ6的变化，运算插入部30的转动量。
接着，对例2进行说明。
如图11A所示，将转动检测点P4的X坐标与第一转动基准点P5的X坐标之间的距离称为ΔX。距离ΔX作为用于运算插入部30的转动量的基准。在辅助信息运算部61中预先对距离ΔX设定阈值。也可以是，阈值存储在存储部中，辅助信息运算部61在进行运算时从存储部中读取阈值。
一般而言，插入部30在变为图11C所示的N字形状后，通过抽出操作而变为大致直线形状。因此，阈值是通过抽出操作能够使插入部30变为大致直线形状的值，例如是30mm。
辅助信息运算部61基于转动检测点P4与第一转动基准点P5之间的距离ΔX，运算插入部30的转动量。具体而言，辅助信息运算部61基于图11A中的距离ΔX与阈值之差，运算使图11A所示的状态成为图11C所示的状态所需的转动量(所需转动量)、即插入部30的转动量。例2中的所需转动量不是绕插入部30的长度方向轴的角度、而是距离ΔX，能够用作指标。
在例1、2中，说明了XZ平面和X坐标上的距离ΔX，换言之，在进行转动操作期间，转动检测点P4的方向矢量的方向总是+Y轴方向(图中朝上)，第一转动基准点P5的方向矢量的方向总是-Y轴方向(图中朝下)的例子。但是，随着插入操作的进行，在被插入体的内部插入部30的方向有时会发生变化。于是，也可以与根据方向矢量信息的变化运算插入部30的转动量的第一实施方式同样地，对转动检测点P4和第一转动基准点P5进行使比第一转动基准点P5靠操作部40一侧的形状恢复成原来的形状的转动运算。通过转动运算，转动检测点P4的方向矢量成为-Y方向，第一转动基准点P5的方向矢量成为Y轴方向。然后，辅助信息运算部61基于XZ平面或X坐标上的距离ΔX，运算插入部30的转动量。这样，即使在进行转动操作期间插入部30的形状发生了变化，也能够提高运算精度。
接着对例3进行说明。
在例1中，辅助信息运算部61基于多个位置信息运算了所需转动量，但无需限定于此。也可以如图13A、图13B和图13C所示的那样，例如，作为第一信息的多个位置信息具有处于比第一转动基准点P5靠操作部40一侧的位置的第二转动基准点P8。例如，第二转动基准点P8的X坐标是靠近第一转动基准点P5的X坐标的坐标。辅助信息运算部61也可以用包含第一转动基准点P5和第二转动基准点P8的基准线L代替第一转动基准点P5，基于转动检测点P4相对于基准线L的位置来运算插入部30的转动量。
方向矢量信息也可以具有用于修正转动检测点P4而成为基准的基准矢量VB。基准矢量VB例如是第一转动基准点P5的方向矢量。辅助信息运算部61对转动检测点P4进行令插入部30的转动操作后的基准矢量VB与插入部30的转动操作前的基准矢量VB为同一方向的转动运算。然后，辅助信息运算部61基于通过转动运算而转动了的转动检测点P4运算插入部30的转动量。
也可以对转动检测点P4一侧使用基准线L或者矢量。
[变形例3]
下面，对本实施方式的变形例3进行说明。在本变形例中，仅记载与第一实施方式的不同之处。在本变形例中，以第一信息是多个位置信息、具体而言是多个位置坐标进行说明。
如图14所示，插入辅助系统10具有第一存储部65，该第一存储部65存储了包括用于辅助信息运算部61运算插入部30的转动量的一个算法在内的多个算法。第一存储部65配置在控制装置60中。例如，多个算法例如包括几何运算算法和机器学习算法。
几何运算算法是指，如第一实施方式和变形例1、2中所说明的那样，用于基于插入部30的多个位置信息和插入部30的方向矢量信息中的至少一者、即第一信息对插入部30的转动量进行几何运算的算法。
机器学习算法是指，基于后述的训练数据通过机器学习预先构建的、根据插入部30的多个位置信息和插入部30的方向矢量信息中的至少一者(第一信息)输出转动量的算法。训练数据是指，使插入部30的转动量与位置信息和方向矢量信息中的至少一者相关联了的多个已知数据。训练数据例如是对于插入部30的各种各样的形状，测量了插入部30的前端相对于Z轴的转动量的大量数据。通过使用训练数据构建的机器学习算法，辅助信息运算部61能够对训练数据以外的形状、即形状与转动量的关系未知的形状推算其转动量。
机器学习算法通常在插入辅助系统10驱动前被预先构建，并被存储在第一存储部65中。辅助信息运算部61也可以在插入辅助系统10驱动期间，根据用几何运算算法或其他方法测量转动量得到的测量结果生成使插入部30的多个位置信息和插入部30的方向矢量信息中的至少一者与插入部30的转动量关联了的数据即训练数据。然后，第一存储部65可以针对在插入辅助系统10的驱动期间生成的训练数据，将基于该训练数据通过机器学习导出的结果存储为机器学习算法。也可以对已构建的机器学习算法追加在插入辅助系统10的驱动期间生成的训练数据，重新构建机器学习算法。在机器学习中，通常，训练数据的数量越多，通过机器学习导出的结果的精度越高。因此，辅助信息运算部61，利用通过追加训练数据而重新构建的机器学习算法，能够以更高精度推算转动量。
本变形例的辅助信息运算部61能够访问第一存储部65。辅助信息运算部61使用多个算法中的1个算法(几何运算算法或机器学习算法)，运算插入部30的转动量。
如上所述，在辅助信息运算部61由处理器构成的情况下，第一存储部65可以作为处理器能够访问的未图示的内部存储器或外部存储器发挥作用。
插入辅助系统10具有：选择指示部67，其从多个算法中选择辅助信息运算部61使用的算法，并对辅助信息运算部61指示所选择的算法；和第二存储部69，其存储多个训练数据，选择指示部67在选择算法时可参照所述多个训练数据。
选择指示部67和第二存储部69配置在控制装置60中。选择指示部67例如由包括ASIC等的硬件电路构成。选择指示部67也可以由处理器构成。在选择指示部67由处理器构成的情况下，处理器能够访问的未图示的内部存储器或外部存储器配置在控制装置60中。内部存储器或外部存储器存储程序代码，通过由处理器执行该程序代码而使该处理器作为它们中的至少一者(例如选择指示部67)发挥作用。第二存储部69也可以作为该存储器发挥作用。
由位置形状获取部87获取的插入部30的多个位置信息和插入部30的方向矢量信息被输入至辅助信息运算部61。由位置形状获取部87获取的插入部30的多个位置信息被输入至选择指示部67。
选择指示部67对从位置形状获取部87输入的位置信息、与第二存储部69中存储的训练数据进行比较，判断有无与位置形状获取部87获取的位置信息近似的训练数据。
下面，说明判断有无近似训练数据的方法的例子。
选择指示部67计算位置形状获取部87获取的作为位置信息的多个坐标信息与同其对应的训练数据的多个坐标信息的各自的距离，进而计算按照每个坐标计算的距离之和。即，选择指示部67计算位置形状获取部87获取的位置信息与训练数据的位置信息之差的合计。差的合计越小，训练数据被选择指示部67判断与位置形状获取部87获取的位置信息越近似。选择指示部67对第二存储部69中存储的训练数据的多个坐标信息全部进行上述计算。在选择指示部67中，对距离的合计预先设定阈值。
如果存在距离的合计小于阈值的训练数据，则选择指示部67判断第二存储部69中存储了与从位置形状获取部87输入的位置信息相似的训练数据。如果全部训练数据的距离的合计均在阈值以上，则选择指示部67判断第二存储部69中没有存储与从位置形状获取部87输入的位置信息相似的训练数据。
这里，假定使用机器学习算法来运算插入部30的转动量。机器学习算法是基于训练数据而构建的算法。因此，在从位置形状获取部87输入的位置信息与训练数据相同或者与训练数据近似的情况下，使用了机器学习算法的辅助信息运算部61的运算结果的误差小，能够期待提高运算结果的精度。但是，在位置信息与训练数据的差异较大的情况下，使用了机器学习算法的辅助信息运算部61的运算结果的误差很可能变大，不能期待提高运算结果的精度。
于是，在第二存储部69中存储了与从位置形状获取部87输入的位置信息相同或者近似的训练数据的情况下，能够认为即使使用机器学习算法，运算结果的误差也较小。因此，选择指示部67对辅助信息运算部61输出选择机器学习算法的指示。
另一方面，在第二存储部69中没有存储与从位置形状获取部87输入的位置信息相似的训练数据的情况下，如果使用机器学习算法，则运算结果的误差很可能变大。因此，选择指示部67对辅助信息运算部61输出选择几何运算算法的指示。
这样，选择指示部67对第一信息与训练数据进行比较，基于比较结果从多个算法中选择机器学习算法或几何算法。然后，选择指示部67指示辅助信息运算部61使用所选择的算法来运算转动量。辅助信息运算部61访问第一存储部65，按照从选择指示部67输出的指示使用存储在第一存储部65中的算法，并使用存储在第一存储部65中的插入部30的多个位置信息和插入部30的方向矢量信息，来运算插入部30的转动量。
上面说明了基于从位置形状获取部87输入的位置信息与存储在第一存储部65中的训练数据的比较来选择算法的选择方法，但算法的选择方法也可以使用其他方法。
这里，对其他选择方法进行说明。
在作为机器学习的一种的深度学习中，通常对数据赋予标记。例如，通常对图像数据中映现出什么赋予标记。作为其结果，例如像“花：0.7”、“树：0.2”、“人：0.1”这样，输出标记及与其可信性相当的数值。这里的标记是“花”、“树”和“人”，花的照片具有最高的可信性。
这里，将转动量(0°～360°)例如分为间隔为10°的36个标记(下面称为转动量标记)。当使用与上述方法同样的方法对位置信息进行深度学习时、即用机器学习算法赋予标记时，输出转动量标记及其可信性。
接着对运算转动量的动作进行说明。
辅助信息运算部61首先假定用机器学习算法，如上所述地将位置信息作为输入来运算转动量标记及其可信性，对选择指示部67输出可信性最高的转动量标记及其可信性。
对选择指示部67预先设定可信性的阈值。选择指示部67对输入的可信性与阈值进行比较。在可信性为阈值以上的情况下，选择指示部67对辅助信息运算部61输出指示，使辅助信息运算部61对输出部63输出已经用机器学习算法运算得到的转动量标记的结果。在可信性为阈值以下的情况下，选择指示部67判断机器学习算法的结果的可信性较低。然后，选择指示部67对辅助信息运算部61输出指示，使辅助信息运算部61选择几何运算算法来运算转动量，并将运算结果输出至输出部63。
上面说明了选择指示部67选择几何运算算法或机器学习算法的例子，但无需限定于此。例如也可以是，按照考虑了所要求的运算精度等的使用用途，或者在能够进行充分的学习、机器学习算法的运算精度对所有位置信息都较高等的情况下，辅助信息运算部61仅使用机器学习算法。在此情况下，可以省略选择指示部67和第二存储部69。
[第二实施方式]
下面，对本发明的第二实施方式进行说明。在本实施方式中，仅记载与第一实施方式及其各变形例的不同之处。
如图15所示，在将插入部30插入大肠内时，一般而言，例如在被插入体200处于左腋在下、侧身横卧的左侧卧位时，进行插入。在该左侧卧位难以插入时，有时进行体位变换，从左侧卧位变换为被插入体200面朝上方地横卧的仰卧位。因为对被插入体200施加的重力的方向因体位变换而改变，所以体位变换具有引起插入在大肠中的插入部30的形状发生变化，提高插入部30的易插入性的效果。
在下面说明的体位变换中，假定在XY平面上横卧的被插入体200，在处于左侧卧位时面向YZ平面，在处于仰卧位时面向XY平面。
本实施方式与第一实施方式的不同之处在于，辅助信息运算部61基于作为第二信息的插入部30的转动量，运算被插入体200的体位变换。这里所谓的体位变换的运算，是指对伴随体位变换而产生的被插入体200的转动量进行的运算。伴随体位变换，插入部30也转动。在插入部30插入在大肠内的状态下实施从左侧卧位向仰卧位的体位变换时，配置了磁场产生部83的插入部30也相对于磁场检测部85转动。因此，辅助信息运算部61能够基于作为第二信息的插入部30的转动量运算被插入体200的体位变换。
下面，对体位变换的运算进行说明。
如图16所示，作为一例，辅助信息运算部61与第一实施方式的变形例1同样地基于插入在大肠内的插入部30的多个位置信息(位置坐标)运算大肠内的插入部30所处的平面(下面称为插入平面103)。插入平面103表示具有用多个位置信息(位置坐标)近似的位置信息的平面，用于运算插入部30的转动量。插入平面103的运算例如能够通过众所周知的最小二乘法等来进行。这里，作为插入部30的多个位置信息(位置坐标)，为了提高运算精度而使用插入部30的所有位置信息(位置坐标)。然后，辅助信息运算部61与第一实施方式的变形例1同样地基于插入平面103来运算插入部30的转动量。
在处于左侧卧位将插入部30插入大肠内时，插入部30的袢曲在与作为基准的YZ平面平行的面中展开，插入平面103形成为与YZ平面平行的面，但是这里没有图示。在辅助信息运算部61运算体位变换时，辅助信息运算部61存储形成在YZ平面中的插入平面103的初始位置、即转动前的插入部30的位置坐标。
在没有从左侧卧位向仰卧位进行体位变换、而是在左侧卧位通过插入部30的转动操作使插入部30转动的情况下，因为被插入体200的内部空间存在限制，所以通常插入部30整体不会转动，插入平面103相对于YZ平面也几乎不倾斜，插入平面103相对于YZ平面保持在0°附近不变。在这样的状况下，辅助信息运算部61运算作为第二信息的插入部30的转动量，根据其运算结果，运算出插入平面103相对于YZ平面保持在0°附近不变。于是，辅助信息运算部61基于其运算结果，判断插入平面103没有转动。进而，辅助信息运算部61判断进行了转动操作、但是没有进行体位变换。
但是，如图15所示，在从左侧卧位向仰卧位进行了体位变换的情况下，插入部30整体伴随体位变换而转动，如图16所示，插入平面103也从YZ平面向XY平面例如转动大致90°。在这样的状况下，辅助信息运算部61运算作为第二信息的插入部30的转动量，根据其运算结果，运算出插入平面103从YZ平面向XY平面例如转动了大致90°。辅助信息运算部61基于其运算结果，判断插入平面103转动了。在插入平面103转动了的情况下，辅助信息运算部61进一步判断没有进行转动操作、但是进行了体位变换。辅助信息运算部61基于因体位变换而转动了的插入平面103的角度变化运算插入部30的转动量，将运算得到的插入部30的转动量视为被插入体200的转动量。辅助信息运算部61将插入部30的转动量和被插入体200的转动量传递至输出部63。输出部63将插入部30的转动量和被插入体200的转动量输出至显示部70。显示部70显示插入部30的转动量和被插入体200的转动量。
上述的判断可以在存储了初始位置后时常进行，也可以在所希望的时间进行。
辅助信息运算部61也可以基于插入平面103相对于YZ平面的角度判断体位的种类。通常，因为作为被插入体200的患者的大肠的结构，插入部30的袢曲在患者的腹部与背部彼此相对的方向上难以展开，在从患者的一个侧腹朝向另一个侧腹的方向、以及从肛门朝向横膈膜的方向上易于展开。袢曲越展开，插入平面103也变得越大。因此，插入平面103在从患者的一个侧腹朝向另一个侧腹的方向、以及从肛门朝向横膈膜的方向上变大。因此，如果插入平面103相对于YZ平面的角度在0°附近则辅助信息运算部61判断为左侧卧位，如果插入平面103的角度在90°附近则辅助信息运算部61判断为仰卧位。
用于运算插入平面103的多个位置信息(位置坐标)，也可以不使用插入部30的所有位置信息(位置坐标)。例如，也可以如图17所示的那样，使用插入部30的前端部、根端部和前端部与根端部之间的中间位置的3点P1、P2、P3的位置信息(位置坐标)。辅助信息运算部61基于这些位置信息(位置坐标)，运算它们所处的插入平面103。因为使用的位置信息(位置坐标)减少，所以运算量减少，辅助信息运算部61的负荷减少。
接着，说明对插入部30的转动是在没有进行体位变换的情况下因转动操作而引起的、还是随体位变换的进行而发生的进行判断时，提高判断精度的一例。
一般而言，在插入部30因体位变换而转动了的情况下插入部30的形状变化较小，但是，在插入部30因转动操作而转动了的情况下插入部30的形状变化较大。提高精度的判断着眼于该形状变化。于是，首先，如图18中的(A)所示，辅助信息运算部61存储转动前的插入部30的位置坐标。无论是插入部30因转动操作而转动之后、还是插入部30随体位变换的进行而转动之后，都如图18中的(B)所示的那样，辅助信息运算部61存储转动后的插入部30的位置坐标，运算作为第二信息的插入部30的转动量。该运算使用第一实施方式及其各变形例中说明了的运算方法即可。
如图18中(C)所示，辅助信息运算部61对图18中(A)所示的转动前的插入部30的位置坐标，进行与辅助信息运算部61运算得到的作为第二信息的插入部30的转动量相同的量的转动运算。即，辅助信息运算部61对(A)的位置坐标进行与从(A)变化至(B)时的转动量相同的量的转动运算。其结果是(C)。将通过该运算导出的位置坐标称为虚拟位置坐标。这样，辅助信息运算部61对转动前或转动后的插入部30的位置信息或转动前的插入部30的方向矢量信息，进行与作为第二信息的转动量相同的量的转动运算。
接着，如果转动前与转动后的插入部30的位置坐标或方向矢量信息的变化小于辅助信息运算部61中预先设定的阈值，则辅助信息运算部61判断进行了体位变换。如果转动前与转动后的插入部30的位置坐标或方向矢量信息的变化在阈值以上，则辅助信息运算部61判断进行了转动操作。具体而言，如图18中(D)所示，辅助信息运算部61对虚拟位置坐标与转动后的实际的插入部30的位置坐标进行比较。辅助信息运算部61在比较中例如对于各个位置坐标计算距离之差的合计。一般而言，在插入部30因体位变换而转动了的情况下插入部30的形状变化较小，但是，在插入部30因转动操作而转动了的情况下插入部30的形状变化较大。因此，如果位置坐标的距离的合计小于阈值，则辅助信息运算部61判断插入部30因体位变换而进行了转动。如果位置坐标的距离的合计在阈值以上，则辅助信息运算部61判断插入部30因转动操作而进行了转动。
在进行体位变换时，由于施加至被插入体200的重力的方向发生变化，因此引起插入部30的形状发生变化，导致插入部30的位置坐标发生变化。该形状变化和坐标变化的程度，能够基于插入部30的刚性和插入部30的重量等插入部30的物性值进行修正。对于该修正，使用图19进行说明。图19中(A)、(B)、(C)所示的内容，与图18中(A)、(B)、(C)所示的内容大致相同。如图19中(E)所示，辅助信息运算部61利用物性值，对重力方向因被插入体200的体位变换而变化时发生的虚拟位置坐标的变化进行修正。辅助信息运算部61也可以通过调节对位置坐标的距离的合计设定的阈值，对位置坐标的变化进行修正。然后，如图19中(F)所示，辅助信息运算部61对修正后的位置坐标与转动后的实际的插入部30的位置坐标进行比较。这里的比较，与图18中的比较大致相同。因此，如果位置坐标的距离的合计小于阈值，则辅助信息运算部61判断插入部30因体位变换而进行了转动。如果位置坐标的距离的合计在阈值以上，则辅助信息运算部61判断插入部30因转动操作而进行了转动。通过这样的修正，辅助信息运算部61能够进行更正确的判断。
接着，对提高判断精度的另一例进行说明。
辅助信息运算部61也可以基于通向被插入体200的内部的入口(即，肛门)附近的插入部30的位置坐标进行判断。
在没有进行体位变换的情况下对插入部30进行了转动操作时，通常，肛门附近的插入部30的位置坐标几乎不变，但这里没有图示。但是，如图20所示，在进行体位变换时，肛门附近的插入部30的位置坐标在X方向或Z方向上偏移。于是，在辅助信息运算部61中，对肛门附近的插入部30的位置坐标的变化预先设定阈值。如果坐标变化在阈值以上，则辅助信息运算部61判断插入部30因体位变换而进行了转动。如果坐标变化小于阈值，则辅助信息运算部61判断插入部30因转动操作而进行了转动。这样，如果被插入体200的入口附近的、转动前与转动后的插入部30的位置坐标的变化在阈值以上，则辅助信息运算部61判断进行了体位变换。如果被插入体200的入口附近的、转动前与转动后的插入部30的位置坐标的变化小于阈值，则辅助信息运算部61判断为进行了转动操作。
上面，使用坐标进行了说明，但关于方向矢量信息也是同样的。因此，辅助信息运算部61基于第二信息对转动前的插入部30的矢量进行修正。如果转动前与转动后的插入部30的方向矢量信息的变化小于阈值，则辅助信息运算部61判断进行了体位变换。辅助信息运算部61基于物性值，对重力方向因被插入体200的体位变换而变化时产生的方向矢量信息的变化进行修正。
在本实施方式中，运算插入部30的插入平面103，基于插入平面103进行与插入部30的转动相同的运算。在本实施方式中，能够基于插入部30的转动量运算体位变换。
对转动前的插入部30的位置坐标，进行与已经运算得到的插入部30的转动量相同的运算。然后，通过对虚拟位置坐标与转动后的实际的插入部30的位置坐标之差进行比较，能够在对转动是由体位变换引起的还是由转动操作引起的进行判断时提高判断精度。
进而，在重力的方向因体位变换而发生了变化时即使引起了插入部30的形状变化，也能够通过对形状变化进行修正而提高判断精度。
通过基于阈值判断肛门附近的插入部30的位置坐标的变化，能够提高判断精度。
本发明不限定于上述实施方式，在实施阶段中能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形。各实施方式可以在可能的范围内适当地组合地实施，在此情况下能够获得组合的效果。进而，上述实施方式中包括各种阶段的发明，通过将所记载的多个构成要件适当地组合而得到各种发明。

Claims (22)

1.一种插入辅助系统，其特征在于，包括：
获取第一信息的状态获取装置，所述第一信息是关于插入在被插入体内的插入部在其长度方向上的多个方向矢量信息；
基于所述第一信息，运算关于所述插入部的转动量的第二信息的辅助信息运算部；和
输出所述第二信息的输出部，
所述辅助信息运算部基于所述多个方向矢量信息的变化，运算所述插入部的所述转动量，
所述多个方向矢量信息包括：用于检测所述转动量的转动检测矢量；和作为所述转动检测矢量的基准的基准矢量，
所述辅助信息运算部对转动操作后的所述转动检测矢量进行转动运算，该转动运算令所述插入部的转动操作后的所述基准矢量与所述插入部的转动操作前的所述基准矢量为同一方向，基于通过所述转动运算而转动了的所述转动检测矢量运算所述插入部的所述转动量。
2.一种插入辅助系统，其特征在于，包括：
获取第一信息的状态获取装置，所述第一信息是关于插入在被插入体内的插入部的多个位置的多个位置信息、和/或所述插入部在其长度方向上的多个方向矢量信息；
基于所述第一信息，运算关于所述插入部的转动量的第二信息的辅助信息运算部；和
输出所述第二信息的输出部，
所述辅助信息运算部基于所述第一信息计算转动检测平面，基于转动前后的所述转动检测平面的角度变化运算所述插入部的所述转动量。
3.如权利要求2所述的插入辅助系统，其特征在于：
所述第一信息包括所述方向矢量信息，所述方向矢量信息包括相对于所述转动检测平面的基准矢量，
所述辅助信息运算部对转动操作后的所述转动检测平面进行转动运算，该转动运算令所述插入部的转动操作后的所述基准矢量与所述插入部的转动操作前的所述基准矢量为同一方向，基于通过所述转动运算而转动了的所述转动检测平面的角度变化运算所述插入部的所述转动量。
4.如权利要求2所述的插入辅助系统，其特征在于：
用于运算所述转动检测平面的所述第一信息，是具有一定值以上的曲率的所述插入部的弯曲部分的多个位置信息。
5.一种插入辅助系统，其特征在于，包括：
获取第一信息的状态获取装置，所述第一信息是关于插入在被插入体内的插入部的多个位置的多个位置信息；
基于所述第一信息，运算关于所述插入部的转动量的第二信息的辅助信息运算部；和
输出所述第二信息的输出部，
所述辅助信息运算部基于所述多个位置信息的相对变化，运算所述插入部的所述转动量，
所述多个位置信息包括：用于检测转动的转动检测点；作为所述转动的基准的第一转动基准点；和作为用于运算所述插入部的所述转动量的基准的运算基准轴，
所述辅助信息运算部基于所述转动检测点与所述第一转动基准点的连结线、与所述运算基准轴之间形成的角度的变化，运算所述插入部的所述转动量。
6.如权利要求5所述的插入辅助系统，其特征在于：
所述第一信息是所述多个位置信息和方向矢量信息，
所述方向矢量信息包括用于对所述转动检测点进行修正而作为基准的基准矢量，
所述辅助信息运算部对所述转动检测点进行转动运算，该转动运算令所述插入部的转动操作后的所述基准矢量与所述插入部的转动操作前的所述基准矢量为同一方向，基于通过所述转动运算而转动了的所述转动检测点运算所述插入部的所述转动量。
7.一种插入辅助系统，其特征在于，包括：
获取第一信息的状态获取装置，所述第一信息是关于插入在被插入体内的插入部的多个位置的多个位置信息；
基于所述第一信息，运算关于所述插入部的转动量的第二信息的辅助信息运算部；和
输出所述第二信息的输出部，
所述辅助信息运算部基于所述多个位置信息的相对变化，运算所述插入部的所述转动量，
所述多个位置信息包括：用于检测转动的转动检测点；和作为所述转动的基准的第一转动基准点，
所述辅助信息运算部基于所述转动检测点与所述第一转动基准点之间的距离，运算所述插入部的所述转动量。
8.如权利要求7所述的插入辅助系统，其特征在于：
所述辅助信息运算部具有对所述转动检测点与所述第一转动基准点之间的距离设定的阈值，该阈值作为用于运算所述插入部的所述转动量的基准，
所述辅助信息运算部基于所述距离与所述阈值之差，运算所述插入部的所述转动量。
9.一种插入辅助系统，其特征在于，包括：
获取第一信息的状态获取装置，所述第一信息是关于插入在被插入体内的插入部的多个位置的多个位置信息、和/或所述插入部在其长度方向上的多个方向矢量信息；
基于所述第一信息，运算关于所述插入部的转动量的第二信息的辅助信息运算部；和
输出所述第二信息的输出部，
所述辅助信息运算部使用从包括机器学习算法在内的多个算法中选择的1个算法，运算所述插入部的所述转动量，其中，所述机器学习算法是基于使所述第一信息与所述插入部的所述转动量关联了的多个数据、即训练数据，通过机器学习预先构建的算法。
10.如权利要求9所述的插入辅助系统，其特征在于：
所述多个算法还包括用于基于所述第一信息、几何运算所述插入部的所述转动量的几何算法，
所述插入辅助系统包括：
存储所述多个算法的存储部；和
选择指示部，其从所述多个算法中选择供所述辅助信息运算部使用的所述算法，并对所述辅助信息运算部指示所选择的算法。
11.如权利要求10所述的插入辅助系统，其特征在于：
所述选择指示部对所述第一信息与所述训练数据进行比较，基于比较结果从所述多个算法中选择所述1个算法。
12.一种插入辅助系统，其特征在于，包括：
获取第一信息的状态获取装置，所述第一信息是关于插入在被插入体内的插入部的多个位置的多个位置信息、和/或所述插入部在其长度方向上的多个方向矢量信息；
基于所述第一信息，运算关于所述插入部的转动量的第二信息的辅助信息运算部；和
输出所述第二信息的输出部，
所述辅助信息运算部基于所述第二信息，运算所述被插入体的体位变换。
13.如权利要求12所述的插入辅助系统，其特征在于：
所述辅助信息运算部对转动前或转动后的所述插入部的位置信息或者转动前的所述插入部的所述第一信息的方向矢量信息，进行与作为所述第二信息的转动量为相同量的转动运算，
如果转动前与转动后的所述插入部的所述位置信息的变化或者所述插入部的所述方向矢量信息的变化小于阈值，则所述辅助信息运算部判断为进行了体位变换。
14.如权利要求13所述的插入辅助系统，其特征在于：
所述辅助信息运算部，对重力方向因所述被插入体的体位变换而发生了变化时发生的所述位置信息的变化或所述方向矢量信息的变化进行修正。
15.如权利要求12所述的插入辅助系统，其特征在于：
如果所述被插入体的入口附近的、转动前与转动后的所述插入部的所述位置信息的变化在阈值以上，则所述辅助信息运算部判断为进行了体位变换。
16.一种插入辅助系统，其特征在于，包括：
获取第一信息的状态获取装置，所述第一信息是关于插入在被插入体内的插入部的多个位置的多个位置信息、和/或所述插入部在其长度方向上的多个方向矢量信息；
基于所述第一信息，运算关于所述插入部的转动量的第二信息的辅助信息运算部；和
输出所述第二信息的输出部，
所述状态获取装置具有：
产生磁场的磁场产生部；
检测由所述磁场产生部产生的所述磁场的强度的磁场检测部；和
基于所述磁场检测部的检测结果，获取所述第一信息的位置形状获取部，
所述磁场产生部和所述磁场检测部中的一者在所述插入部的内部配置有多个，在所述插入部的所述长度方向上配置在彼此不同的位置，
所述磁场产生部和所述磁场检测部中的另一者配置并固定在所述插入部的外部。
17.一种插入辅助方法，其特征在于，包括：
获取第一信息的步骤，该第一信息是关于插入在被插入体内的插入部的在其长度方向上的多个方向矢量信息；
基于所述第一信息，运算关于所述插入部的转动量的第二信息的辅助信息运算步骤；和
输出所述第二信息的步骤，
在所述辅助信息运算步骤中，基于所述多个方向矢量信息的变化，运算所述插入部的所述转动量，
所述多个方向矢量信息包括：用于检测所述转动量的转动检测矢量；和作为所述转动检测矢量的基准的基准矢量，
在所述辅助信息运算步骤中，对转动操作后的所述转动检测矢量进行转动运算，该转动运算令所述插入部的转动操作后的所述基准矢量与所述插入部的转动操作前的所述基准矢量为同一方向，基于通过所述转动运算而转动了的所述转动检测矢量运算所述插入部的所述转动量。
18.一种插入辅助方法，其特征在于，包括：
获取第一信息的步骤，该第一信息是关于插入在被插入体内的插入部的多个位置的多个位置信息、和/或所述插入部在其长度方向上的多个方向矢量信息；
基于所述第一信息，运算关于所述插入部的转动量的第二信息的辅助信息运算步骤；和
输出所述第二信息的步骤，
在所述辅助信息运算步骤中，基于所述第一信息计算转动检测平面，基于转动前后的所述转动检测平面的角度变化运算所述插入部的所述转动量。
19.一种插入辅助方法，其特征在于，包括：
获取第一信息的步骤，该第一信息是关于插入在被插入体内的插入部的多个位置的多个位置信息；
基于所述第一信息，运算关于所述插入部的转动量的第二信息的辅助信息运算步骤；和
输出所述第二信息的步骤，
在所述辅助信息运算步骤中，基于所述多个位置信息的相对变化，运算所述插入部的所述转动量，
所述多个位置信息包括：用于检测转动的转动检测点；作为所述转动的基准的第一转动基准点；和作为用于运算所述插入部的所述转动量的基准的运算基准轴，
在所述辅助信息运算步骤中，基于所述转动检测点与所述第一转动基准点的连结线、与所述运算基准轴之间形成的角度的变化，运算所述插入部的所述转动量。
20.一种插入辅助方法，其特征在于，包括：
获取第一信息的步骤，该第一信息是关于插入在被插入体内的插入部的多个位置的多个位置信息；
基于所述第一信息，运算关于所述插入部的转动量的第二信息的辅助信息运算步骤；和
输出所述第二信息的步骤，
在所述辅助信息运算步骤中，基于所述多个位置信息的相对变化，运算所述插入部的所述转动量，
所述多个位置信息包括：用于检测转动的转动检测点；和作为所述转动的基准的第一转动基准点，
在所述辅助信息运算步骤中，基于所述转动检测点与所述第一转动基准点之间的距离，运算所述插入部的所述转动量。
21.一种插入辅助方法，其特征在于，包括：
获取第一信息的步骤，该第一信息是关于插入在被插入体内的插入部的多个位置的多个位置信息、和/或所述插入部在其长度方向上的多个方向矢量信息；
基于所述第一信息，运算关于所述插入部的转动量的第二信息的辅助信息运算步骤；和
输出所述第二信息的步骤，
在所述辅助信息运算步骤中，使用从包括机器学习算法在内的多个算法中选择的1个算法，运算所述插入部的所述转动量，其中，所述机器学习算法是基于使所述第一信息与所述插入部的所述转动量关联了的多个数据、即训练数据，通过机器学习预先构建的算法。
22.一种插入辅助方法，其特征在于，包括：
获取第一信息的步骤，该第一信息是关于插入在被插入体内的插入部的多个位置的多个位置信息、和/或所述插入部在其长度方向上的多个方向矢量信息；
基于所述第一信息，运算关于所述插入部的转动量的第二信息的辅助信息运算步骤；和
输出所述第二信息的步骤，
在所述辅助信息运算步骤中，基于所述第二信息运算所述被插入体的体位变换。
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