JP2006136413A

JP2006136413A - 内視鏡形状検出装置

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Publication number: JP2006136413A
Application number: JP2004326872A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Miyoshi; 義孝三好; Chieko Aizawa; 千恵子相沢; Fumiyuki Onoda; 文幸小野田; Kensuke Miyake; 憲輔三宅; Minoru Sato; 稔佐藤; Tomohiko Oda; 朋彦織田; Hiroshi Niwa; 寛丹羽
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2024-11-10
Also published as: WO2006051785A1; JP4578942B2; US8147404B2; EP1810608A1; EP1810608A4; US20070208222A1; CN100558286C; AU2005303213A1; CN101056571A; AU2005303213B2; EP1810608B1

Abstract

【課題】良好な操作性を確保し、精度良く内視鏡形状の検出を行える内視鏡形状検出装置を提供する。
【解決手段】クロック発生部３３のクロックは、その周波数を変更可能とする周波数変更回路３４を経て、駆動ブロック２６内の各発振器３２ｉと、形状算出を行うホストプロセッサ２８とに供給される。そして各発振器３２ｉの周波数ｆｉは、ノイズレベルの低い周波数に設定されると共に、ホストプロセッサ２８側においても共通に供給されるクロックにより発振器３２ｉで駆動されたソースコイル１４ｉの磁界を検出した周波数成分の信号を分離抽出して精度良く形状算出ができる構成にした。
【選択図】図４

Description

本発明は、体腔内等に挿入される内視鏡の挿入形状等を検出して表示する内視鏡形状検出装置に関する。

近年、磁界発生素子と磁界検出素子とを用いて体内等に挿入された内視鏡の形状等を検出し、表示手段により表示を行う内視鏡形状検出装置が用いられるようになった。
例えば、第１の従来例としての特開平８−１０７８７５号公報には、磁界を用いて内視鏡形状を検出し、検出した内視鏡形状を表示する装置が開示されている。
そして、体内に挿入される内視鏡の挿入部内に所定の間隔で配置した複数の磁界発生素子を駆動してその周囲に磁界を発生させ、体外に配置した磁界検出素子により各磁界発生素子の３次元位置を検出して、各磁界発生素子を連続的に結ぶ曲線を生成して、モデル化した挿入部の３次元的な画像を表示手段で表示する。

術者等はその画像を観察することにより、体内に挿入された挿入部の先端部の位置や挿入形状等を把握でき、目的とする部位までの挿入作業等を円滑に行えるようにしている。上記のように磁界を発生させて形状を検出する場合、精度良く位置検出及び位置検出に基づく挿入部形状の算出を行うためには、検出位置に影響を与えるようなノイズが少ない環境で形状検出を行うことが望まれる。特に磁界発生素子を駆動する交流信号の駆動周波数のノイズ源があると、位置検出の演算結果に大きな影響を及ぼす。
このため、第２の従来例としての特開２００３−２４５２４３号公報においては、複数の磁界発生素子を駆動する交流信号の駆動周波数を選択可能とし、複数の磁界発生素子を駆動しない駆動停止状態で検出されるノイズの周波数成分をノイズ検出手段により検出し、検出されたノイズの周波数成分が少ない駆動周波数の交流信号で複数の磁界発生素子を駆動するようにして、ノイズが少ない環境で位置検出を精度良く行うものを開示している。
このようにすることにより、ノイズの影響を低減して精度の良い内視鏡形状の検出が可能となる。
特開平８−１０７８７５号公報特開２００３−２４５２４３号公報

第２の従来例のように、ノイズの影響が少ない駆動周波数で複数の磁界発生素子を駆動するようにした場合、挿入部内に配置される多数の磁界発生素子を駆動する複数の駆動周波数帯に設定する作業と共に、磁界検出素子により磁界検出した場合における高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により分析された周波数分析結果から分離抽出すべき周波数成分を前記複数の駆動周波数にそれぞれ合わせるように設定する作業を行うことが必要となる。
このため、従来例においては、精度良く内視鏡形状の検出を行えることになるものの、そのためには手間がかかる欠点があった。

（発明の目的）
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、手間をかけること無く、つまり良好な操作性で、しかも精度良く内視鏡形状の検出を行える内視鏡形状検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の磁界発生素子及び前記複数の磁界発生素子に駆動信号を供給して磁界を発生させる駆動信号発生手段を有する駆動ブロックと、
前記複数の磁界発生素子により発生される磁界を複数の磁界検出素子を用いて検出する検出ブロックと、
前記複数の磁界検出素子による検出信号における前記駆動信号の周波数に相当する周波数成分から、内視鏡の挿入部内に配置された前記複数の磁界発生素子又は前記複数の磁界検出素子の位置算出を行うことにより、前記挿入部の形状を算出する形状算出ブロックと、
を備えた内視鏡形状検出装置において、
前記駆動信号の周波数を決定する基準クロックの発振周波数を変更可能に設定する周波数設定手段を有し、かつ
前記周波数設定手段により設定される発振周波数の基準クロックを前記駆動ブロックに供給すると共に、前記基準クロックを前記形状算出ブロックにも供給するようにしたことを特徴とする。
上記構成により、ノイズの影響の少ない周波数で駆動信号を駆動する際の周波数の設定と、形状算出ブロック側での駆動周波数に相当する信号成分を抽出する設定とを基準クロックにより共通して行えるようにして、手間をかけないで済むようにし、かつ精度よく位置検出等ができるようにしている。

本発明によれば、周波数の変更等の設定を手間をかけないで済むと共に、精度よく位置検出等ができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１ないし図５は本発明の実施例１に係り、図１は実施例１を備えた内視鏡システムの構成を示し、図２はコイルユニットに内蔵されたコイルの配置例を示し、図３は図１における内視鏡形状検出装置の構成を示し、図４は図３の受信ブロック及び制御ブロックのより詳細な構成を示し、図５は本実施例の動作内容を示す。
図１に示すように、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実施例１の内視鏡形状検出装置３とを備え、この内視鏡形状検出装置３は、ベッド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。

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、ビデオプロセッサ（またはビデオイメージングシステム）１０に接続されている。
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。

光電変換された信号は、ビデオプロセッサ１０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。
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から複数個の磁気発生素子としてのソースコイル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。
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１６ａが内視鏡形状検出装置３の装置本体としての検出装置２１に着脱自在に接続される。そして、検出装置２１側から高周波信号伝達手段としてソースケーブル１６を介してソースコイル１４ｉに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。

また、患者５が横たわるベッド４の付近に配置されるこの検出装置２１には、（センス）コイルユニット２３が上下方向に移動（昇降）自在に設けられ、このコイルユニット２３内には複数のセンスコイルが配置されている。
より具体的に説明すると、図２に示すように例えば中心の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２２ａ−１、２２ａ−２、２２ａ−３、２２ａ−４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２２ｂ−１、２２ｂ−２、２２ｂ−３、２２ｂ−４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２２ｃ−１、２２ｃ−２、２２ｃ−３、２２ｃ−４の１２個のセンスコイル（以下、符号２２ｊで代表する）が配置されている。

センスコイル２２ｊは、コイルユニット２３からの図示しないケーブルを介して検出装置２１に接続されている。この検出装置２１には使用者が装置を操作するための操作パネル２４が設けられている。また、この検出装置２１には検出した内視鏡形状を表示する表示手段として液晶モニタ２５がその上部に配置されている。
内視鏡形状検出装置３は、図３に示すように、プローブ１５内のソースコイル１４ｉを駆動する駆動ブロック２６と、コイルユニット２３内のセンスコイル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で検出した信号から形状算出等の信号処理をするホストプロセッサ（形状算出ブロック）２８とから構成される。

電子内視鏡６の挿入部７に設置される図３に示すプローブ１５には、上述したように、磁界を生成するための複数個、例えば１６個のソースコイル１４ｉが所定の間隔で配置されている。各ソースコイル１４ｉは、図４に示すように駆動ブロック２６を構成するコイル駆動回路３１ｉによりそれぞれ駆動される。なお、１６個のコイル駆動回路３１ｉをコイル駆動回路部３１で示している。
図４に示すようにコイル駆動回路部３１は、１６個のソースコイル１４ｉをそれぞれ異なる周波数の正弦波の駆動信号で駆動できるように、１６個の発振器３２ｉを有する。そして、発振器３２ｉからの正弦波をコイル駆動回路３１ｉにより増幅してソースコイル１４ｉを駆動する。

この場合、本実施例においては、基準のクロックを発生するクロック発生器３３を有し、このクロック発生器３３により発生される基準となるクロックを周波数変更回路（或いは周波数設定回路）３４を介して、その周波数を変更可能にしている。
そして、この周波数変更回路３４を介して変更された周波数のクロックを、各発振器３２ｉに共通に供給し、各発振器３２ｉでは、供給される共通のクロックによりそれぞれ異なる周波数ｆｉ（具体的にはｆ１からｆｐ）の正弦波をコイル駆動回路３１ｉに出力する。

各発振器３２ｉは、供給されるクロックを基準として、設定されるパラメータ値に応じた周波数のデジタル波形の正弦波を出力するダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳと略記）３５ｉと、このＤＤＳ３５ｉの出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器３６ｉとから構成される。
各ＤＤＳ３５ｉは、そのクロック入力端に上記共通のクロックが供給され、かつ発振周波数を決定するパラメータ入力端には、制御回路３７を介して予めそれぞれ異なるパラメータ値で設定されている。そして、各ＤＤＳ３５ｉは、設定されたパラメータ値にそれぞれ対応した周波数のデジタルの正弦波を生成し、Ｄ／Ａ変換器３６ｉを介してアナログの正弦波に変換した後、コイル駆動回路３１ｉに出力する。

周波数変更回路３４は、例えば制御回路３７を介してホストプロセッサ２８（を構成するＣＰＵ４１）による制御下で、周波数変更の動作が制御される。例えば、周波数変更回路３４は、その内部の周波数設定データがホストプロセッサ２８からの制御信号で変更設定することができ、そして設定された周波数設定データに対応した周波数のクロックを出力する。
この周波数変更回路３４から出力されるクロックは、上記のように駆動ブロック２６（のＤＤＳ３５ｉ）と共に、検出ブロック２７のＡ／Ｄ変換器４４ｊ及びホストプロセッサ２８の位置情報算出するための駆動周波数に相当する周波数成分の分離抽出を行う図４のＦＦＴ手段５３ｊ或いは位置情報算出手段５４ｊ、又は図３の（ソフトウェアで周波数成分の分離抽出処理を行う）ＣＰＵ４１にも供給されるようにしている。

そして、共通のクロックの変更に応じて実際に駆動される各ソースコイル１４ｉの駆動信号の周波数が変更された場合にも、その変更に対応した同じ周波数の信号成分の分離抽出を、駆動ブロック２６側と同期してホストプロセッサ２８側でも簡単に行えるようにしていることが特徴となっている。
また、分離抽出された周波数成分における距離を算出するために用いられるその位相を算出する場合においても、駆動側と検出側とで共通のクロックを使用しているので、簡単に精度良く位相を検出することができ、従って精度の良い距離算出ができる。
図３に示すように上記周波数変更回路３４の周波数設定データは、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）４１によりＰＩＯ（パラレル入出力回路）４２を介して制御回路３７に送り、制御回路３７を経て周波数設定データが変更することができる。そして、この周波数設定データの変更により、共通のクロックの周波数を変更するのみで、予め設定されているパラメータ値に応じて各発振器３２ｉの周波数ｆｉをそれぞれ変更できるようにしている。

一方、コイルユニット２３内の１２個のセンスコイル２２ｊ（この図３及び図４では、図２の表記法を簡略化して２２ａから２２ｌで示している）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（単に、増幅回路部と略記）４３に接続されている。

増幅回路部４３は、図４に示すように１２個のセンスコイル２２ｊにそれぞれ接続された１２個の増幅回路４３ｊにより構成されている。
センスコイル２２ｊにより検出された検出信号は、増幅回路４３ｊにより増幅された後、Ａ／Ｄ変換部４４を構成するＡ／Ｄ変換器４４ｊに入力され、Ａ／Ｄ変換されてデジタルの検出信号に変換される。
なお、Ａ／Ｄ変換部４４（の各Ａ／Ｄ変換器４４ｊ）には、周波数変更回路３４から出力されるクロックが供給され、このクロックに同期してＡ／Ｄ変換を行う。

Ａ／Ｄ変換部４４の出力データは、ホストプロセッサ２８に入力される。このホストプロセッサ２８は、図３に示すような構成であり、また機能的な構成は図４に示す構成となっている。
図３に示すように、駆動ブロック２６（の周波数変更回路３４）から出力されるクロックは、ホストプロセッサ２８内の制御信号発生回路４５に供給され、この制御信号発生回路４５は、このクロックに同期したタイミングの制御信号を発生する。
そして、Ａ／Ｄ変換部４４から出力される出力データは、前記クロックに同期した制御信号発生回路４５からの制御信号よりローカルデータバス４６を介して２ポートメモリ４７に書き込まれる。

また、ＣＰＵ４１は、制御信号発生回路４５からの制御信号により２ポートメモリ４７に書き込まれたデジタルデータを内部バス４８を介して読み出し、メインメモリ４９を用い、後述するように、デジタルデータに対して周波数分析処理（高速フーリエ変換：ＦＦＴ）を行う。
そして、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。
本実施例においては、各発振器３２ｉのＤＤＳ３５ｉに設定されるパラメータ値のデータは、例えば図３のＣＰＵ４１に内蔵されたメモリ（或いはレジスタ）４１ａに格納されている。

そして、ＣＰＵ４１は、周波数変更回路３４の周波数設定データと、このメモリ４１ａからパラメータ値を読み出すことにより、各発振器３２ｉの発振周波数を算出して、上記各ソースコイル１４ｉが駆動された駆動周波数に対応する周波数成分の磁界検出情報を分離抽出する。
また、ＣＰＵ４１は、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ＲＡＭ５０に出力する。このビデオＲＡＭ５０に書き込まれているデータは、ビデオ信号発生回路５１により読み出され、アナログのビデオ信号に変換されて液晶モニタ２５へと出力される。液晶モニタ２５は、このアナログのビデオ信号を入力されることにより、表示画面上に電子内視鏡６の挿入部７の挿入形状の画像が表示される。
ＣＰＵ４１において、各ソースコイル１４ｉ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±を含む。

図４に示すようにホストプロセッサ２８を機能的な構成で説明すると、Ａ／Ｄ変換部４４から出力されるデジタルの検出データは、専用回路やプログラムで実現されるＦＦＴ手段５３ｊに入力され、このＦＦＴ手段５３ｊは、検出データに対して高速で周波数分析処理を行う。そして、その分析処理結果に対して、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が分離抽出される。
つまり、各ＦＦＴ手段５３ｊの検出データは、それぞれ駆動周波数成分毎に分けられて専用回路やプログラムで実現される位置情報算出手段５４ｊに入力され、各位置情報算出手段５４ｊは、各センスコイル２２ｊの位置を基準として、検出データの振幅値及び位相値から各ソースコイル１４ｉの空間位置座標（位置情報）を算出する処理を行う。
各位置情報算出手段５４ｊにより算出された位置情報は、専用回路やプログラムで実現される形状生成手段５５に入力され、この形状生成手段５５は、各ソースコイル１４ｉの位置情報から補間処理等を行って、挿入部７の形状を生成する処理を行い、表示処理回路５６に出力する。

表示処理回路５６は、挿入形状表示手段としての液晶モニタ２５に、算出された挿入部７の挿入形状の映像信号を出力し、液晶モニタ２５の表示面には挿入部７の挿入形状（内視鏡形状）が表示されるようにする。
本実施例では、共通のクロックを駆動ブロック２６の各発振器３２ｉに供給すると共に、ホストプロセッサ２８にも供給するようにしている。そして、このクロックの周波数の変更により、全ての発振器３２ｉの発振周波数ｆｉを設定されたパラメータ値により、一意的に変更できるようにすると共に、ホストプロセッサ２８側においても、クロックの値及びパラメータ値を参照することにより、分離抽出すべき周波数を自動的に算出してソースコイル１４ｉの位置算出等を（ユーザが分離抽出すべき周波数の設定を行うことを必要とすることなく）行えるようにしている。
なお、以下に説明するように環境ノイズの測定を行う際には、少なくともソースコイル１４ｉを駆動しない状態で、検出ブロック２７及びホストプロセッサ２８を動作させることができるようにしている。

本実施例による作用を図５を参照して説明する。内視鏡形状検出装置３の電源が投入されて内視鏡形状検出装置３が動作可能な状態に設定されると、最初のステップＳ１において、ＣＰＵ４１は、環境ノイズの測定を開始する。
この場合には、ソースコイル１４ｉを駆動しないで、センスコイル２２ｊによりソースコイル１４ｉを駆動した状態と同様に信号検出、つまり信号が無い状態で信号検出を行うので、ノイズレベルの測定を行うことに相当する。この場合、周波数変更回路３４の周波数設定データを変更して、形状検出に使用可能となる複数組の周波数をスキャンする。そして、このステップＳ１の複数組の駆動周波数における測定結果から、次のステップＳ２において、ＣＰＵ４１は、駆動周波数帯を算出する。この場合、ステップＳ１の測定結果において、例えば平均のノイズレベルが最も低くなる周波数帯を駆動周波数帯として算出する。

また、ステップＳ３において、ＣＰＵ４１は、この平均のノイズレベルが最も低くなる周波数帯に対応するクロックが周波数変更回路３４から出力されるように周波数設定データを設定する。そして、次のステップＳ４に示すように、このクロックを各発振器３２ｉに供給することにより、各発振器３２ｉは、予め設定されたパラメータ値により、クロックの周波数に対応した値の発振周波数ｆｉでそれぞれ発振する。このステップＳ４の処理は、図５において括弧で示すように自動的に行われる。
つまり、ステップＳ１からステップＳ４までの処理を行うことにより、環境ノイズが最も少ない周波数で形状検出を行うように周波数変更回路３４から出力されるクロックの設定が完了して、ステップＳ５の形状検出の動作を開始する。
ステップＳ５において、形状検出の動作を開始すると、各ソースコイル１４ｉはそれぞれ発振周波数ｆｉの駆動周波数で駆動され、その周囲に交流磁界を発生する。各交流磁界は、センスコイル２２ｊによりそれ増幅された後、Ａ／Ｄ変換される。

そして、ステップＳ６に示すようにＡ／Ｄ変換された検出ブロック２７の出力信号は、ホストプロセッサ２８内の各ＦＦＴ手段５３ｊにより周波数分析処理（ＦＦＴ処理）が行われる。
各センスコイル２２ｊの検出信号に対してＦＦＴ手段５３ｊにより周波数分析された周波数分析データは、各ソースコイル１４ｉの駆動周波数にそれぞれ一致する周波数成分毎に各位置情報算出手段５４ｊに分離抽出され、ステップＳ７に示すように、各位置情報算出手段５４ｊは、各ソースコイル１４ｉの位置データを算出する。
上記ＦＦＴ処理及び各ソースコイル１４ｉの駆動周波数にそれぞれ一致する周波数成分毎に分離抽出する処理は、図３のＣＰＵ４１により行われるが、その際ＣＰＵ４１はメモリ４１ａのパラメータ値とクロックの周波数の値から簡単に各ソースコイル１４ｉの駆動周波数を算出でき、その値にそれぞれ一致する周波数成分を分離抽出することをユーザによる設定を必要とすることなく行う。

算出された各ソースコイル１４ｉの位置データは、形状生成手段５５に入力され、ステップＳ８に示すように形状生成手段５５は、各ソースコイル１４ｉの位置の間を補間する等して、各ソースコイル１４ｉが配置されている挿入部７の形状データを生成する。
この形状データは、表示処理回路５６に入力され、ステップＳ９に示すように表示処理回路５６は、挿入部形状を表示する画像を生成し、液晶モニタ２５に出力して、表示画面に挿入部形状が表示されるようにする。
ステップＳ５からステップＳ９は、所定間隔で連続的に繰り返し行われる。このため、ステップＳ９の処理の後、ステップＳ５に戻り、次の形状検出を開始するような動作となる。

このような動作を行う本実施例によれば、ノイズレベルが低い周波数帯を駆動信号の周波数に設定するために、その周波数の設定を基準となるクロック自体の周波数で行い、かつこのクロックを駆動ブロック２６側と形状算出を行うホストプロセッサ２８側に共通に供給するようにしているので、各部に供給する周波数変更の設定作業を必要としないで位置算出等に必要な周波数成分の周波数に設定することができ、精度の良い形状算出ができる。
つまり、本実施例によれば、より簡単な回路構成で、ノイズによる影響の少ない精度の良い内視鏡形状の検出及び表示ができる。

次に図６及び図７を参照して本発明の実施例２を説明する。図６は実施例２の内視鏡形状検出装置３Ｂの構成を示す。
この内視鏡形状検出装置３Ｂは、同期検波を利用して、ソースコイル１４ｉの位置検出を精度良く行うものである。
図６に示す内視鏡形状検出装置３Ｂは、駆動ブロック２６Ｂと、検出ブロック２７Ｂと、ホストプロセッサ２８Ｂと、液晶モニタ２５とを有する。
本実施例における駆動ブロック２６Ｂは、図４に示した駆動ブロック２６において、複数の発振器３２ａ〜３２ｐとコイル駆動回路３１ａ〜３１ｐとを１系統のみとし、コイル駆動回路３１ａの出力信号をマルチプレクサ６１を介して、例えば１６個のソースコイル１４ｉを順次駆動する構成にしている。なお、マルチプレクサ６１は、制御回路３７からの切替制御信号により、所定の周期で順次切り替えられる。

また、本実施例における検出ブロック２７Ｂは、図４の駆動ブロック２６において、増幅回路４３ｊとＡ／Ｄ変換器４４ｊとの間に同期検波回路６２ｊが設けられた構成となっている。つまり増幅回路部４３とＡ／Ｄ変換部４４との間に、例えば１６個の同期検波回路６２ｊからなる同期検波回路部６２が設けてある。
実施例１では各ソースコイル１４ｉをそれぞれ異なる周波数の駆動信号で駆動していたが、本実施例では、各ソースコイル１４ｉを例えば１つの周波数ｆの駆動信号で順次駆動する。但し、本実施例においても、後述するようにノイズレベルを検出して、ノイズレベルが低い周波数をソースコイル１４ｉを駆動する周波数に設定する。つまり、この周波数ｆは、多数の周波数から選択設定される。

また、本実施例においても、多数の周波数からノイズの少ない周波数ｆに設定する場合、周波数変更回路３４により発振器３２ａに供給するクロックの周波数を変更することにより行うようにしている。また、この周波数変更回路３４から出力されるクロックをホストプロセッサ２８Ｂにも供給するようにしている。
上記同期検波回路６２ｊには、周波数変更回路３４を介して出力されるクロックが分周回路６３による分周により、ソースコイル１４ｉが駆動される駆動信号の周波数と同期したクロックの参照信号が生成される。そして、この参照信号により、この信号の半周期毎に、入力信号を反転させた後、ローパスフィルタを通して出力信号を得る。このようにすることにより、参照信号と同じ周波数成分の検波信号を抽出し、異なる周波数成分を減衰させる。

このようにして、同期検波回路６２ｊは、増幅回路４３ｊにより増幅されて入力される入力信号に対して、駆動信号の周波数ｆと一致した同一周波数の信号成分を抽出する。また、この場合の参照信号は、共通のクロックから生成するため、その位相が駆動信号の周波数ｆと完全に一致した（位相差０）とすることができ、Ｓ／Ｎの良い状態で検波信号を得ることができる。また、実際にはソースコイル１４ｉとセンスコイル２２ｊとの距離に応じた位相差が発生し、その位相差に対応した検波信号の出力レベルにより位置情報を得る。
各同期検波回路６２ｊにより同期検波された各信号は、Ａ／Ｄ変換器４４ｊによりデジタルデータに変換された後、ホストプロセッサ２８Ｂに入力される。

このホストプロセッサ２８Ｂは、駆動されたソースコイル１４ｉの位置情報を算出する位置情報算出手段５４ａと、この位置情報算出手段５４ａにより順次算出された１６個のソースコイルの位置情報をメモリなどに格納して同時化された位置情報を生成する同時化回路６４と、この同時化された位置情報から形状生成の処理を行う形状生成手段５５及び表示処理回路５６とからなる。図４では１６個の位置情報算出手段５４ｊが設けてあったが、本実施例では１つの位置情報算出手段５４ａとなっている。
本実施例による作用を図７を参照して説明する。本実施例においても、内視鏡形状検出装置３Ｂの電源が投入されて内視鏡形状検出装置３Ｂの動作が開始すると、図５の場合と同様に最初のステップＳ１１において、ホストプロセッサ２８における制御手段としての機能を持つＣＰＵ４１は、環境ノイズの測定を開始する。

この場合には、ソースコイル１４ｉを駆動しないで、センスコイル２２ｊによりソースコイル１４ｉを駆動しない無信号状態で信号検出をしてノイズレベルの測定を行う。この場合、周波数変更回路３４の周波数設定データを変更して、形状検出に使用可能となる複数の周波数をスキャンする。
そして、このステップＳ１１の複数の駆動周波数における測定結果から、次のステップＳ１２において、ＣＰＵ４１は、駆動周波数を算出する。この場合、ステップＳ１１の測定結果において、例えば平均のノイズレベルが最も低くなる周波数を駆動周波数として算出する。

また、ステップＳ１３において、ＣＰＵ４１は、この平均のノイズレベルが最も低くなる周波数に対応する基準クロックが周波数変更回路３４から出力されるように周波数設定データを設定する。そして、次のステップＳ１４に示すようにこのクロックを発振器３２ａに供給することにより、発振器３２ａは予め設定されたパラメータ値により、ノイズレベルが最も低くなる値の発振周波数ｆで発振する。このステップＳ１４の処理は、図７において括弧で示すように自動的に行われる。
実施例１では、例えば１度にそれぞれ周波数が異なる１６個の周波数を用いる場合での駆動各周波数帯を算出していたが、本実施例では１つの駆動周波数のみを算出すれば良いので、例えば最も環境ノイズが少ない周波数を算出して、その周波数を駆動周波数とすることができる。
そして、次のステップＳ１５において、形状検出の動作を開始する。

制御回路３７により、マルチプレクサ６１を介して駆動信号を印加するソースコイル１４ｉを順次選択し、時分割で各ソースコイル１４ｉを駆動する。このため、ステップＳ１６において、ソースコイル番号のパラメータｎを１に設定する。具体的には、ＣＰＵ４１は、制御回路３７を介してマルチプレクサ６１の選択を制御し、ＯＮするソースコイル１４ｉを１番目のソースコイル１４ａとする。
そして、次のステップＳ１７においてｎ（＝１）番目のソースコイル１４ａを駆動信号により駆動する。このソースコイル１４ａによる磁界は、１２個のセンスコイル２２ｊによりそれぞれ検出され、それぞれ同期検波回路６２ｊを経て同じ周波数成分の信号成分が抽出されて、位置情報算出手段５４に入力される。

そして、ステップＳ１８に示すように位置情報算出手段５４は、１２個のセンスコイル２２ｊによる同期検波したデータからｎ（＝１）番目のソースコイル１４ａの位置を算出する。そして、次のステップＳ１９において、ｎが（最後の番号）ｐに等しいかの判断を行う。そして、これに該当しない場合には、ステップＳ２０において、ｎを１加算した値にして、ステップＳ１７に戻り、ステップＳ１７からＳ２０の処理を繰り返す。
そして、ｎがｐに一致した場合には、全てのソースコイル１４ａ〜１４Ｐの位置算出が完了したので、ステップＳ１９からステップＳ２１の処理に進む。
このステップＳ２１において形状生成手段５５は、全てのソースコイル１４ａ〜１４Ｐの位置情報を用い、さらに間を補間するなどしてこれらのソースコイル１４ａ〜１４Ｐが配置された挿入部７の形状を算出する処理を行う。

そして、次のステップＳ２２において、表示処理回路５６は、挿入部７の形状の画像を生成し、液晶モニタ２５に挿入部７の形状の画像を表示する。
本実施例によれば、クロックの共通化とクロックの周波数の変更手段により、駆動側の磁界を発生させる周波数設定に伴う、発振手段内のＤＤＳへ設定する値の変更、ホストプロセッサ（形状算出ブロック）側での参照信号の周波数の変更等が不要となり、手間をかけることなく精度の良い形状検出及び形状表示が簡単にできる。
また、発振手段の個数を１つにしたことにより、駆動ブロック側の構成を簡素化することができる。

次に図８を参照して本発明の実施例３を説明する。図８は実施例３の内視鏡形状検出装置３Ｃにおける駆動ブロック２６Ｂ及びホストプロセッサ２８Ｃ等の構成を示す。
この内視鏡形状検出装置３Ｃは、実施例２と同様に同期検波を利用して、ソースコイル１４ｉの位置検出を精度良く行うものである。
本実施例は、実施例２における同期検波回路６２ｊの機能をホストプロセッサ２８Ｃにより行うようにしたものである。
図８に示す内視鏡形状検出装置３Ｃは、駆動ブロック２６Ｂと、検出ブロック２７と、ホストプロセッサ２８Ｃと、液晶モニタ２５とを有する。
本実施例は、実施例２における同期検波回路６２ｊの機能をホストプロセッサ２８Ｃ内でソフトウェア的に形成している。

その他の構成は、実施例２と同様の構成である。
本実施例における同期検波回路６２ｊは、ホストプロセッサ２８Ｃ内で、以下のようにソフトウェアで同期検波処理を行う。
Ａ／Ｄ変換器４４ｊから入力されるデジタルの信号データは、同期検波回路６２ｊ（を構成するＣＰＵ４１）に入力される。ＣＰＵ４１は、分周回路６３から出力される参照信号における半周期においては、入力される信号データをレジスタ或いはメモリに格納し、その後の半周期に入力される信号データに対しては、その極性を反転させて前記レジスタ或いはメモリに格納する。
その後、これらの信号データに対して平滑化するローパスフィルタ処理する。このローパスフィルタ処理した同期検波回路６２ｊの出力データとして位置情報算出手段５４ａに出力する。

その他の作用は実施例２と同様となる。また、本実施例の効果も実施例２の場合とほぼ同様となる。つまり、クロックの共通化とクロックの周波数の変更手段により、駆動側の磁界を発生させる周波数設定に伴う、発振手段内のＤＤＳへ設定する値の変更、ホストプロセッサ（形状算出ブロック）側での参照信号の周波数の変更等が不要となり、手間を掛けることなく精度の良い形状検出及び形状表示が簡単にできる。
また、発振手段の個数を１つにしたことにより、駆動ブロック側の構成を簡素化することができる。
なお、実施例１においては、複数のソースコイル１４ｉをそれぞれ異なる周波数で駆動するように説明したが、実施例１においても時分割でソースコイル１４ｉを駆動するようにしても良い。この場合、実施例２或いは実施例３のように１個づつのソースコイル１４ｉを時分割で駆動しても良いが、複数個ずつを時分割で駆動するようにしても良い。例えば、それぞれ異なる８個の周波数を共通の周波数として、８個づつを共通の周波数を用いて１６個のソースコイルを順次（循環的に）駆動するようにしても良い。

なお、上述の説明では、ノイズの影響の少ない周波数で形状検出を行うために、基準となるクロック自体の周波数を変更して、そのクロックを駆動側の発振手段及び形状算出側に供給するように説明したが、周波数の変更を行わない共通のクロックを駆動側の発振手段及び形状算出側に供給し、駆動側発振手段の発振周波数を決定するＤＤＳ３５ｉのパラメータ値を変更して駆動側の周波数の変更を行うと共に、このパラメータ値を形状算出側（の周波数分離抽出手段）にも供給して位置算出等を精度良く行う構成にしても良い。なお、上述した実施例等においては、ソースコイル１４ｉが配置されたプローブ１５を電子内視鏡６の鉗子チャンネル１２内に配置した場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、ソースコイル１４ｉを電子内視鏡６の挿入部７内に、その長手方向に沿って配置した構成にしても良い。つまり、ソースコイル１４ｉを電子内視鏡６の挿入部７に内蔵した構成にしても良い。

また、上述した実施例等においては、電子内視鏡６の挿入部７内には、磁界を発生するソースコイル１４ｉを配置し、体外にセンスコイル２２ｊを配置する構成で説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、挿入部７側にセンスコイル２２ｊを配置し、体外側にソースコイル１４ｉを配置した構成にすることもできる。
なお、上述した各実施例を部分的に組み合わせる等して構成される実施例等も本発明に属する。

［付記］
１．請求項１において、前記駆動信号発生手段は、前記複数の磁界発生素子をそれぞれ異なる周波数の駆動信号で駆動する。
２．請求項１において、前記駆動信号発生手段は、前記複数の磁界発生素子を時分割で共通の周波数の駆動信号で駆動する。
３．付記１において、前記形状算出ブロックは、前記基準クロックを用いて、入力される前記検出信号に対して周波数分析を行い、周波数分析結果における前記複数の磁界発生素子をそれぞれ駆動する周波数に一致する周波数成分を分離抽出する。
４．付記２において、前記形状算出ブロックは、時分割で前記複数の磁界発生素子駆動する共通の周波数と同期した参照信号により、前記検出信号における前記共通の周波数と一致する周波数成分を同期検波する。
５．請求項２において、前記駆動信号発生手段は、ダイレクト・デジタル・シンセサイザにより構成される。

体腔内等に挿入される内視鏡の挿入部内に複数の磁界発生素子等を配置し、各位置の情報を算出して挿入形状を、ノイズの影響が少ない周波数を用いて精度良く表示することにより、術者は、その挿入形状を参照することにより円滑に挿入作業を行える。

本発明の実施例１を備えた内視鏡システムの構成を示す概略図。コイルユニットに内蔵されたセンスコイルの配置例を基準の座標系で示す図。図１における実施例１の内視鏡形状検出装置の構成を示すブロック図。図３の受信ブロック及び制御ブロックのより詳細な構成を示すブロック図。実施例１の動作内容を示すフローチャート図。本発明の実施例１の内視鏡形状検出装置の構成を示すブロック図。実施例２の動作内容を示すフローチャート図。変形例の内視鏡形状検出装置の構成を示すブロック図。

符号の説明

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…ベッド
５…患者
６…電子内視鏡
７…挿入部
１４ａ〜１４ｐ（１４ｉ）…ソースコイル
１５…プローブ
２１…検出装置
２２ａ−１〜２２ｃ−４（２２ｊ）…センスコイル
２３…コイルユニット
２５…液晶モニタ
２６…駆動ブロック
２７…検出ブロック
２８…ホストプロセッサ
３１ｉ…コイル駆動回路
３２ｉ…発振器
３３ｉ…クロック発生器
３４…周波数変更回路
３５ｉ…ＤＤＳ
３６ｉ…Ｄ／Ａ変換器
３７…制御回路
４１…ＣＰＵ
４３…増幅回路
４４ｊ…Ａ／Ｄ変換器
５３ｊ…ＦＦＴ手段
５４ｊ…位置情報算出手段
５５…形状生成手段
５６…表示処理回路
代理人弁理士伊藤進

Claims

複数の磁界発生素子及び前記複数の磁界発生素子に駆動信号を供給して磁界を発生させる駆動信号発生手段を有する駆動ブロックと、
前記複数の磁界発生素子により発生される磁界を複数の磁界検出素子を用いて検出する検出ブロックと、
前記複数の磁界検出素子による検出信号における前記駆動信号の周波数に相当する周波数成分から、内視鏡の挿入部内に配置された前記複数の磁界発生素子又は前記複数の磁界検出素子の位置算出を行うことにより、前記挿入部の形状を算出する形状算出ブロックと、
を備えた内視鏡形状検出装置において、
前記駆動信号の周波数を決定する基準クロックの発振周波数を変更可能に設定する周波数設定手段を有し、かつ
前記周波数設定手段により設定される発振周波数の基準クロックを前記駆動ブロックに供給すると共に、前記基準クロックを前記形状算出ブロックにも供給するようにしたことを特徴とする内視鏡形状検出装置。
前記駆動信号発生手段は、前記基準クロックの入力に対して、予め設定されたパラメータ値により決定される周波数の駆動信号を生成し、かつ、前記形状算出ブロックは、前記パラメータ値を参照することにより、前記駆動信号の周波数に相当する周波数成分の検出信号を抽出可能としたことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡形状検出装置。
さらに前記複数の磁界発生素子を駆動しない状態でノイズレベルを検出するノイズ検出手段と、
前記ノイズ検出手段の検出結果によりノイズレベルが小さい周波数の駆動信号となるように前記周波数設定手段による前記基準クロックの発振周波数の値を設定する制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡形状検出装置。