JP2007130132A - 内視鏡挿入部形状把握システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡略な構成で、内視鏡の挿入部における湾曲部の形状をより正確に再現表示するとともに、挿入部の空間的な把握を容易にする。
【解決手段】センサプローブ２０に第１〜第ｎセンサＳ１〜Ｓｎを所定間隔で配置する。センサプローブ２０を内視鏡の鉗子チャンネル１４に挿入する。センサプローブ２０の先端に設けられた第１センサＳ１と、第２センサＳ２を湾曲部１２Ｂの両端に配置する。磁場発生器４０による交流磁界の変化をセンサＳ１〜Ｓｎで検知し、各センサの位置を求める。湾曲部１２Ｂの湾曲時の特性を予め調べ、第１、第２センサ間の直線距離に対応する湾曲部形状データとしてセンサプローブ２０のコネクタ部２４のメモリ２４Ｍに格納する。湾曲部の形状再現には湾曲部形状データを利用し、軟性部の形状再現には、第２〜第ｎセンサＳ２〜Ｓｎの位置に基づく補間曲線を用いる。挿入部の画像にセンサ位置または挿入部の指標位置を表示可能とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、挿入時の内視鏡挿入部の位置を検出するとともに、その形状を表示する装置に関する。

術者にとって、体内に挿入された内視鏡挿入部の形状の把握することは有用である。特に体内への挿入が困難な下部内視鏡の使用において、内視鏡挿入部の形状の把握は極めて有用である。これらのことから内視鏡挿入部の形状把握システムとして様々なものが提案されている。

内視鏡挿入部の形状を表示するシステムとして、交流磁界を用いるものが知られている。これは、挿入部内の長手方向に沿って多数のコイルを所定間隔で配置し、交流磁界とコイルとの間の電磁相互作用を利用して各コイルの３次元空間内の位置および方位を検出するものである。内視鏡挿入部の形状は、コイルが配置された測定点の位置データに３次元スプライン曲線等を適用して再現され、モニタに表示される。

内視鏡挿入部は、一般に先端部に接続された湾曲部と、操作部と湾曲部との間を結ぶ軟性部に分けられる。湾曲部は、操作部に設けられたノブの操作に連動して湾曲される部分である。これに対し、軟性部は自由に撓曲する部分である。湾曲部がノブ操作により曲げられるとき、その曲率は、軟性部の自然な撓みによる曲率に比べ極めて大きく、湾曲の態様も大きく異なる。したがって、湾曲部の形状を、軟性部の形状再現と同じ方法で精度よく再現することはできない。

例えば図１７に模式的に示されるように、軟性部１２０Ａは螺旋管１２３から構成され、湾曲部１２０Ｂは多数の湾曲駒１２１から構成される。湾曲駒１２１は、それぞれヒンジ部１２２により隣接するもの同士が連結され、湾曲可能な構造とされている。また、図１８に湾曲部１２０Ｂの別の構造を模式的に示す。図１８の例では、湾曲部１２０Ｂは、２種類の湾曲駒１２１Ａ、１２１Ｂから構成される。図１８の構成では、湾曲部先端側に軟性部側の湾曲駒１２１Ｂよりも幅の狭い湾曲駒１２１Ａが用いられ、湾曲部１２０Ｂの先端側は軟性部側よりも大きな曲率で湾曲できる。

図１７、１８に示される構造から、湾曲部がノブ操作により曲げられるとき、その曲率は、軟性部の自然な撓みによる曲率に比べ極めて大きい。また、その湾曲の態様も大きく異なり、図１９に示されるように同じ湾曲部１２０Ｂであっても複数の異なる曲率で湾曲される。したがって、湾曲部の形状を、軟性部の形状再現と同じ方法で精度よく再現することはできない。

上記問題に対しては、湾曲部に設置されるコイル数を増やすとともにその配置を密にし、これにより湾曲部の形状再現を正確にしたものが知られている（特許文献１）。
特開２０００−９３３８６号公報

しかし、湾曲部への多数のコイルの設置は、湾曲部が許容できる曲率を制限し、コイルおよび湾曲部の耐久性をも低下させ、部品点数の増加、湾曲部寸法の増大等を招く。また、このような形状把握システムでは、Ｘ線を用いたときのように、周辺の臓器は表示されず内視鏡挿入部の形状のみが表示されるため実際の大きさを把握し難いと言う問題がある。

本発明は、簡略な構成で挿入部の形状を再現でき、挿入部の空間的な把握を容易にする内視鏡挿入部形状把握システムを提供することを目的としている。

本発明に関わる内視鏡挿入部形状把握システムは、可撓性を有する内視鏡挿入部の形状を把握するための内視鏡挿入部形状把握システムであって、挿入部の位置情報を所定間隔毎に検出する位置検出手段と、位置検出手段により検出された挿入部の位置情報から、挿入部の形状を再現する形状再現手段と、形状再現手段により求められた挿入部の再現形状を表示する画像表示手段とを備え、画像表示手段における画像表示において、再現形状に沿って、再現形状の大きさの把握を可能にするマークを表示することを特徴としている。

位置検出手段は、所定間隔毎に配置されるセンサを備え、マークは例えばセンサに対応する位置に表示される。またマークは、例えば挿入部に設けられた指標に対応する位置に表示されてもよい。

位置検出手段は、交流磁界を発生する磁場発生器と、交流磁界を検知する複数のコイルが所定間隔毎に配置された可撓性を有する管状部を備えるセンサプローブとからなる。センサプローブは内視鏡の所定のチャンネルに挿入され、位置検出手段は複数のコイルの位置を検知することにより位置情報を取得する。このとき管状部の長さは、挿入部の先端からチャンネルの入口までの長さに等しく、管状部の基端部は入口に嵌合される装着部に連結されることが好ましい。

また、内視鏡挿入部形状把握システムは、挿入部における湾曲部の両端の間の距離を検出する距離検出手段と、この距離に対応して、湾曲部の形状を再現するための湾曲部形状データを格納するメモリとを備えることが好ましい。このとき距離検出手段は、位置検出手段により検出された両端の位置から上記距離を算出する距離算出手段とを備える。

また位置検出手段は交流磁界を用い、交流磁界を発生する磁場発生器と、交流磁界を検知するセンサ部とを備え、センサ部からの信号に基づき湾曲部両端の位置を算出する。例えば湾曲部の両端において、挿入部の先端部側に第１コイル、挿入部の軟性部側に第２コイルとが配置される。センサ部のセンサは、第１及び第２コイルを含み、交流磁界により誘導される第１及び第２コイルの電気信号に基づき第１及び第２コイルの位置が算出される。

また、センサ部は可撓性を有する管状部を備えたセンサプローブからなり、センサプローブは、内視鏡の所定のチャンネルに挿入されることにより、第１及び第２コイルがこの両端に対応する位置に装置される。センサプローブは、位置算出手段に着脱自在であり、メモリは、センサプローブに設けられる。

更に、内視鏡挿入部形状把握システムは、湾曲部の形状を湾曲部形状データに基づいて再現する湾曲部形状再現手段を備え、湾曲部形状データは、湾曲部に関わる１点以上の位置情報からなる。また、内視鏡挿入部形状把握システムは、挿入部における軟性部の形状を再現する軟性部形状再現手段を備える。軟性部形状再現手段は、軟性部の長手方向に沿って配置される複数のセンサの位置を結ぶ補間曲線を用いて再現される。

以上のように、本発明によれば、簡略な構成で挿入部の形状を再現でき、挿入部の空間的な把握を容易にする内視鏡挿入部形状把握システムを提供できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である内視鏡挿入部形状把握システムが適用される内視鏡の概観図である。なお、本実施形態では、内視鏡の一例として電子内視鏡が採用されるがこれに限定されるものではない。

電子内視鏡１０は、術者が把持・操作するための操作部１１を備える。操作部１１には、挿入部１２及びライトガイドケーブル１３がそれぞれ連結され、ライトガイドケーブル１３の先端にはコネクタ１３Ａが設けられる。コネクタ１３Ａは、例えば光源と映像信号処理回路が一体的に収容されてなるプロセッサ装置（図示せず）に着脱自在に装着され、電子内視鏡１０のコネクタ１３Ａ及びライトガイドケーブル１３等を通してプロセッサ装置の光源部から照明光が体腔内に供給され、電子内視鏡１０からの画像信号がプロセッサ装置の映像信号処理回路に供給される。

挿入部１２は、軟性部１２Ａと、湾曲部１２Ｂと、先端部１２Ｃとから構成される。軟性部１２Ａは、自由に屈曲される可撓管であり、挿入部１２の大部分を占め、操作部１１に直接接続される。湾曲部１２Ｂは、先端部１２Ｃと軟性部１２Ａとの間を結ぶ区間に設けられ、操作部１１に設けられたアングルノブ１１Ａの回転操作に連動して先端部１２Ｃの向きが例えば約１８０°回転されるまで湾曲可能である。

挿入部１２には、操作部１１から先端部１２Ｃまで連通する鉗子チャンネルが形成され、操作部１１には、鉗子チャンネルの入り口となる鉗子口１１Ｂが設けられる。なお、先端部１２Ｃには、後述するように、撮像光学系や撮像素子、また照明光学系等が搭載される。

図２は、挿入部１２の位置を検出・表示する挿入部形状把握システムにおいて用いられるセンサ部の構成を模式的に示す概略図である。また、図３は、センサ部の電気的な構成を模式的に示すブロック図である。

本実施形態において挿入部形状把握システムのセンサ部は、プローブ型のセンサ（センサプローブ）である。センサプローブ２０は、可撓性を有する管状部２１と、その一端に接続され鉗子口１１Ｂに固定される装着部２２とを備え、装着部２２は、信号ケーブル２３を介して位置検出装置本体２５に着脱自在に装着されるコネクタ部２４（図５参照）に連結される。

管状部２１の長さは、図１に示される内視鏡先端部１２Ｃから、鉗子口１１Ｂまでの長さＬに等しく、その基端部は装着部２２に接続される。装着部２２において、管状部２１の基端部が接続された位置には、管状部２１を取り囲むように円筒形の嵌合部２２Ａが形成される。

すなわち、管状部２１の先端は、鉗子口１１Ｂから鉗子チャンネル内に挿入され、その先端は先端部１２Ｃにある鉗子チャンネルの先端に装置される。このとき管状部２１の基端部は鉗子口１１Ｂと略同位置となり、嵌合部２２Ａは、円筒形に突出する鉗子口１１Ｂにピッタリと嵌め合わせられる。なお、装着部２２が鉗子口１１Ｂに装着された状態を図４に示す。

管状部２１の先端には、第１センサＳ１が設けられる。第１センサＳ１から管の長手方向に沿って装着部２２側へ距離Ｂ移動した位置には、第２センサＳ２が設けられる。第２センサＳ２よりも更に装着部２２側には、所定の間隔Ａ毎に第３センサＳ３、第４センサＳ４、第５センサＳ５、・・・、第ｎセンサＳｎが順次設けられる。第１センサＳ１〜第ｎセンサＳｎは、例えば磁気センサ用のコイルである。

装着部２２内には信号処理部２２Ｂが設けられ、第１センサＳ１〜第ｎセンサＳｎの各々は、図３に示されるように、信号処理部２２Ｂ内の多チャンネルＡ／Ｄ変換器２２１に電気的に接続される（図３にはＳ１〜Ｓ５のみ図示）。第１センサＳ１〜第ｎセンサＳｎからの信号は、各々多チャンネルプリアンプ２２０において所定のゲインで増幅された後、多チャンネルＡ／Ｄ変換器２２１においてＡ／Ｄ変換され、信号ケーブル２３（図２）へと出力される。

また、装着部２２の側面には、表示切替ボタン２２Ｃ（後述）が設けられ、表示切替ボタン２２Ｃは信号処理部２２Ｂ内に設けられたスイッチ２２２に接続される。すなわち、表示切替ボタン２２Ｃが操作されると、スイッチ２２２から画面切替信号が信号ケーブル２３へと出力される。なお、Ａ／Ｄ変換はコネクタ部２４（図５）あるいは、位置検出装置本体２５（図５）内で行なわれてもよい。

図５は、本実施形態の挿入部形状把握システム全体のブロック図である。本実施形態では、挿入部形状把握システムは、例えばセンサプローブ、位置検出装置本体、磁場発生器、画像表示装置から構成される。

図５において、センサプローブ２０の管状部２１は電子内視鏡１０の鉗子チャンネルに装着されており、コネクタ部２４は位置検出装置本体２５に接続されている。上述したように、センサプローブ２０は、鉗子口１１Ｂから挿入部１２内に設けられた鉗子チャンネル１４に挿入され、その先端は、挿入部１２の先端部１２Ｃに配置される。すなわち、第１センサＳ１は、先端部１２Ｃ内に配置される。

先端部１２Ｃは、一般にリジッドな構成とされ、その内部には、撮像素子１５やライトガイド１６の先端１６Ａが配置される。また挿入部１２の先端部１２Ｃには、ライトガイド１６からの光を照射するための照明用光学系１６Ｂや撮像素子１５に被写体像を結像するための撮像光学系１５Ａが設けられる。

一方、センサプローブ２０のコネクタ部２４は、位置検出装置本体２５に着脱自在に接続される。センサプローブ２０の各センサＳ１〜Ｓｎからの信号は、装着部２２の信号処理部２２Ｂ、信号ケーブル２３、コネクタ部２４を介して位置検出装置本体２５の信号処理回路２６に入力される。信号処理回路２６では、第１センサＳ１〜第ｎセンサＳｎからの信号の増幅、検波、Ａ／Ｄ変換が行われ、位置検出装置本体２５の制御演算部２７に入力される。なお、表示切替ボタン２２Ｃ（図２、３、４）からの操作信号は、コネクタ部２４から後述する画像表示制御部２８へ直接入力される。

また、コネクタ部２４には、不揮発性のメモリ２４Ｍが設けられ、コネクタ部２４が位置検出装置本体２５に接続されると、メモリ２４Ｍは制御演算部２７に接続される。メモリ２４Ｍには、後述するように、挿入部１２の形状表示処理を行なう際に、湾曲部１２Ｂの形状表示に用いられるデータ（湾曲部形状データ）が格納されている。湾曲部形状データは、例えば挿入部形状把握システムの電源が投入され、コネクタ部２４が位置検出装置本体２５に装着されると、メモリ２４Ｍから制御演算部２７へと出力される。

一方、位置検出装置本体２５には、磁場発生器４０が例えばコネクタを介して接続される。磁場発生器４０は、例えば直交座標系ＸＹＺの各座標軸ＸＹＺに対応した方向に時系列的に交流磁場を発生する装置であり、その駆動は、位置検出装置本体２５内の駆動回路ＸＹＺ２９からの信号により駆動され、駆動回路ＸＹＺ２９は、制御演算部２７からの信号により制御される。

従来周知のように、交流磁界を用いた挿入部形状把握システムにおいて、センサプローブ２０に設けられたコイルＳ１〜Ｓｎは、磁場発生器４０から発生するこれら交流磁場からの電磁誘導作用により、磁場発生器４０に設定されたＸＹＺ座標系の座標軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向）の距離に対応した誘導起電力誘導起電力を検知信号として発生する。制御演算部２７では、各コイルＳ１〜Ｓｎにおいて発生した検知信号の検波結果に基づいて、各コイルＳ１〜Ｓｎに対応する位置座標が所定の座標系において計算される。

制御演算部２７は更に、コイルＳ１〜Ｓｎの位置座標データ及びメモリ２４Ｍから読み出された湾曲部形状データに基づいて挿入部１２の形状を再現した画像データを作成し、画像表示制御部２８へ出力する。画像表示制御部２８は、タイミング回路３０のクロック信号に基づいて、制御演算部２７からの挿入部１２の形状を再現した画像データを所定の映像信号に変換し、位置検出装置本体２５に接続された画像表示装置４１に出力する。なお、制御演算部２７には操作パネル３１が接続されており、操作パネル３１に設けられたスイッチ類を操作することにより、制御演算部２７に操作信号が入力される。

これにより、画像表示装置４１には、例えば被験者の体内に挿入された挿入部１２の形状が再現されて表示される。なお、信号処理回路２６、制御演算部２７、駆動回路ＸＹＺ２９等の駆動タイミングもタイミング回路３０からのクロック信号に基づいて制御される。

次に本実施形態における挿入部形状表示処理の詳細について説明する。図６、図７は、センサプローブ２０が電子内視鏡１０の鉗子チャンネルに装着され、それぞれアングルノブ１１Ａが操作され、挿入部１２が湾曲された状態におけるセンサプローブ２０の先端部付近の形状を示す模式図であり、図６は湾曲部１２Ｂが僅かに曲げられたとき、図７は、先端部１２Ｃの端面が略１８０°反転されるまで湾曲部１２Ｂが曲げられた状態を示す。なお、図６、７には、センサプローブ２０のみが描かれ、内視鏡挿入部１２は省略されている。

挿入部形状表示処理では、交流磁界を用いて求められた磁気センサ用コイルＳ１〜Ｓｎの位置に対応する点Ｐ１〜Ｐｎを結ぶことにより、挿入部１２の形状が画像表示装置４１の画面に再現される。図８に点Ｐ１〜Ｐｎの間を直線で結んだとき（直線補間）の状態を示し、図９に点Ｐ１〜Ｐｎの間をベジェ曲線やスプライン曲線等の所定の曲線を用いて補間（フィッティング）したときの状態を示す。

湾曲部１２Ｂは、一般に軟性部１２Ａとその構造が異なるとともに、アングルワイヤにより力が与えられなど力の掛かり方も大きく異なる。したがって、湾曲部１２Ｂでは湾曲の仕方も軟性部１２Ａとは大きく異なり、従来のように湾曲部１２Ｂでの補間に軟性部１２Ａと同じ方法を用いると、再現される湾曲部１２Ｂの形状は実際のものと著しく異なる場合が発生する。

図１０に、湾曲部１２Ｂが大きく湾曲されたときの点Ｐ１〜Ｐ４の位置と、これらを直線補間したときの様子が示される。図１０において、直線補間により再現された挿入部１２Ｂの形状（点Ｐ１〜Ｐ４を直線で結んだもの）が実線Ｌｓで示され、挿入部１２の実際の形状が破線Ｌｂで示される。

図１０に示されるように、軟性部１２Ａは、緩やかに撓むため軟性部１２Ａに対応する点Ｐ２〜点Ｐ４の間の区間では、再現された形状（Ｌｓ）と実際の形状（Ｌｂ）との間に余り大きな差はない。しかし、湾曲部１２Ｂに対応する点Ｐ１〜点Ｐ２の間の再現形状は、実際の形状と大きく異なる。図１０の例では、極端な例として直線補間の場合を挙げたが、ベジェ曲線やスプライン曲線を用いた補間においても、軟性部１２Ａと湾曲部１２Ｂに同じ補間方法を用いる場合、湾曲部１２Ｂが大きく湾曲されたときに対応することは出来ない。

湾曲部１２Ｂの形状再現をより正確に行なうために、湾曲部１２Ｂ内に多数の磁気センサを配置することも考えられるが、磁気センサ用のコイルが湾曲部１２Ｂ内に配置されると、アングルノブ１１Ａによる湾曲操作が阻害されるだけでなく、センサが破壊される恐れがあり、センサプローブ２０の耐久性が悪化する。

これらのことから、図２、図３、図５を参照して説明されたように、本実施形態では第１センサＳ１と第２センサＳ２は、湾曲部１２Ｂ（管状部２１の先端部１２Ｃの隣接部）の軸方向に沿って距離Ｂ離れて配置され、この距離Ｂは、湾曲部１２Ｂの長さよりもわずかに長い。すなわち、センサプローブ２０が鉗子チャンネル１４に装着されると、第１センサＳ１は、リジッドな先端部１２Ｃ内に配置され、第２コイルＳ２は、湾曲部１２Ｂに隣接する軟性部１２Ａ内に配置され、湾曲部１２Ｂ内に磁気センサ用コイルが配置されないように構成されている。

ところで、湾曲部１２Ｂの湾曲の仕方は、一般に製品ごとに特徴がある。図１１に湾曲部１２Ｂの実際の湾曲状態と点Ｐ１の点Ｐ２に対する位置関係を模式的に示す。図１１には湾曲部１２Ｂが湾曲されていない状態から、湾曲部１２Ｂが略反対向きにまで湾曲されるまでの状態が９つのステップとして描かれている。

図１１において、９つの湾曲状態に対する点Ｐ１の各位置をＰ１（０）〜Ｐ１（８）とする。また、湾曲部１２Ｂが湾曲されていないときに先端部１２Ｃが向けられていた方向に対する湾曲時の先端部１２Ｃの方向を角θで表わし、これにより湾曲部１２Ｂの湾曲状態を表わす。すなわち、湾曲部１２Ｂが湾曲されておらず、点Ｐ１がＰ１（０）に位置するときθ＝０°であり、湾曲部１２Ｂが反対向きにまで湾曲され、点Ｐ１がＰ１（８）に位置するときθ＝１８０°である。また更に、位置Ｐ１（０）〜Ｐ１（８）でのθの値をそれぞれθ０〜θ８で表わす。

このとき、点Ｐ１と点Ｐ２の間の距離（直線距離）Ｄと角度θとの間には通常１対１の対応関係がある（すなわち、Ｄ＝Ｄ（θ）、θ＝Ｄ^-1（Ｄ））。また、先端部１２Ｃがθ方向に向けられているときの湾曲部１２Ｂの湾曲形状は、通常一通りである。したがって、点Ｐ１、点Ｐ２の位置から距離Ｄが決定されると、湾曲部１２Ｂの形状を決定することができる。

本実施形態では、内視鏡１０に対応したセンサプローブ２０を用意し、センサプローブ２０のコネクタ部２４のメモリ２４Ｍに、距離Ｄ（すなわち点Ｐ１の点Ｐ２に対する相対位置）と湾曲部１２Ｂの形状の関係を示す情報が湾曲部形状データとして格納されている。なお、距離Ｄ（点Ｐ１の相対位置）に対する湾曲部１２Ｂの形状は、予め計測されたものであり、湾曲部形状データの１例を表１に示す。

表１に示されるように、湾曲部形状データは、例えば、各相対位置Ｐ１（０）〜Ｐ１（８）に対応して、湾曲部１２Ｂの長手方向に沿った所定間隔の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）が記録されている。表１に示された例では、点Ｐ１、Ｐ２間に対応する湾曲部１２Ｂの位置座標データは、点Ｐ１、Ｐ２間を例えば１０等分する間隔で用意され、Ｐ１（０）〜Ｐ１（８）毎に例えば９個の位置座標データ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）〜（Ｘ９、Ｙ９、Ｚ９）が記録されている。なお、図１２に位置座標データ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）〜（Ｘ９、Ｙ９、Ｚ９）と湾曲部１２Ｂとの関係を点Ｐ１がＰ１（０）、Ｐ１（４）、Ｐ１（８）に位置するときを例に模式的に示す。

上述したように、距離Ｄが計算されると、点Ｐ２に対する点Ｐ１の相対位置（軸回りの自由度は考えない）は一意的に決定され、これに基づいて相対位置Ｐ１（０）〜Ｐ１（８）の何れかが選択され、そのときの位置座標データ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）〜（Ｘ９、Ｙ９、Ｚ９）に基づいて、湾曲部１２Ｂの形状が再現される。

本実施形態において湾曲部形状データは、点Ｐ１、Ｐ２間にある所定の点（１個以上）の位置情報であってもよいし、そのときの湾曲部１２Ｂの曲率であってもよい。また、距離Ｄ毎に所定の補間関数や、補間関数のパラメータを格納しておいてもよく、以上のものを組み合わせたものであってもよい。

したがって、本実施形態の挿入部形状表示処理では、湾曲部１２Ｂと軟性部１２Ａで異なる補間方法が採用され、これらを組み合わせることにより挿入部１２全体の形状が再現される。すなわち、軟性部１２Ａに対しては、各コイルの位置をベジェ曲線やスプライン曲線などを用いて結び、従来の方法で挿入部１２の形状が再現され、湾曲部１２Ｂ、先端部１２Ｃに対しては、予め湾曲部１２Ｂにおける湾曲の仕方を調べた湾曲部形状データと、湾曲部１２Ｂの両端に位置する軟性部１２Ａと先端部１２Ｃに設けられた磁気センサ用コイルＳ１、Ｓ２の相対位置関係とに基づいて、補間が行なわれ形状が再現される。

なお、軟性部１２Ａの補間曲線にベジェ曲線やスプライン曲線などが用いられる場合、軟性部１２Ａの補間曲線の点Ｐ２に対する制御点は、湾曲部１２Ｂに対し選択された補間曲線の接線や曲率などの幾何学的なパラメータを参照して決定される。

以上のように、本実施形態によれば、簡略な構成で、より正確に湾曲部１２Ｂの形状を再現することができ、これにより、挿入部全体の形状をより正確に再現することが可能となる。

上記方法により求められた挿入部１２の形状に対応する曲線を用いて画像表示装置４１の画面４１Ａには、例えば図１３に示されるように、挿入部１２の輪郭形状が再現表示される。しかし、挿入部１２の輪郭形状のみを表示した場合、表示された挿入部１２と比較するものがないため、現実の大きさを把握することが難しいことから位置の把握も難しいものとなる。

これらのことから、本実施形態では、図１４に示されるように、挿入部１２の形状とともにセンサＳ１〜Ｓｎの位置を画面４１Ａ上に表示するモードを設けた。すなわち、本実施形態では、センサプローブ２０の装着部２２に設けられた画像表示切替ボタン２２Ｃの操作に連動して、画面４１Ａにおける画像表示が図１３から図１４に、あるいは図１４から図１３へと切り替え可能である。

以上により、施術者はセンサＳ１〜Ｓｎの相対的な位置関係から、画面に表示された挿入部１２の大きさを大まかに把握することが可能となる。

また、内視鏡の挿入部には、先端部１２Ｃからの長さを示す指標が所定の長さ（例えば１０ｃｍ）置きに記されているのが一般的である。したがって、図１４の表示に代え、求められた補間曲線に沿った先端１２Ｃからの距離を算出し、指標が描かれた位置に対応する位置に対応する指標を示すマークを図１５のように表示するモードを設けることも可能である。

また更に、図１６に示されるように、内視鏡挿入部１２の指標Ｎ１〜Ｎｎが設けられる位置に合わせてセンサＳ１〜Ｓｎが配置されるように、センサプローブ２０においてセンサＳ１〜Ｓｎを配置し、先端部１２Ｃからの距離の計算を行なうことなく図１５の表示を直接行なえるようにしてもよい。

なお本実施形態では、位置検出装置本体が再現画像のデータを作成する装置としても使用され、画像表示装置が直接接続された。しかし、磁気センサ用コイルの位置情報をコンピュータに出力し、コンピュータにおいて、挿入部の形状を再現し画面表示を行なってもよい。

また本実施形態では、センサプローブに設けられたメモリに湾曲形状データが格納されたが、例えば位置検出装置本体やコンピュータのメモリに格納されていてもよい。このような場合には、例えばセンサプローブや内視鏡の種類（型番）毎に湾曲形状データをメモリに格納しておき、センサプローブ、内視鏡の型番を画面上にリスト表示し、これらの中から対応する型番を選択することにより対応する湾曲形状データを取得する構成としてもよい。また、型番をセンサプローブのメモリに記録しておき、これを読み出して型番に対応する湾曲形状データを自動選択する構成としてもよい。

本実施形態では、外部に設置された磁場発生器により生成された交流磁界をプローブに設けられたセンサ用のコイルを用いて検出したが、磁界発生用のコイルをプローブに設け、これを外部に設置されたセンサで検出する構成としてもよい。また、本実施形態では、鉗子チャンネルにセンサプローブを装着する構成としたが、センサプローブが挿入されるチャンネルは、これに限定されるものではない。またセンサコイルを内視鏡の挿入部内に直接設けることも可能である。

また本実施形態では、湾曲部の湾曲状態が第１センサと第２センサの間の距離によって一意的に決定されるものとし、この距離のみに基づいて湾曲部の状態を判定し湾曲部形状データの参照が行なわれたが、距離の違いによる判定が困難な場合には、更に第１及び第２センサにより検出されるそれぞれのセンサの方向を判定に取り入れてもよい。

本発明の一実施形態である内視鏡挿入部形状把握システムが適用される内視鏡の概観図である。 挿入部形状把握システムにおいて用いられるセンサ部の構成を模式的に示す概略図である。 センサ部の電気的な構成を模式的に示すブロック図である。 鉗子口に装着された装着部の部分拡大図である。 本実施形態の挿入部形状把握システムのブロック図である。 湾曲部が僅かに曲げられた状態を示す。 先端部の端面が略１８０°反転されるまで湾曲部が曲げられた状態を示す。 点Ｐ１〜Ｐｎの間を直線で結んだ（直線補間）状態を示す。 点Ｐ１〜Ｐｎの間をベジェ曲線やスプライン曲線等の所定の曲線を用いて補間した状態を示す。 湾曲部が大きく湾曲されたときの点Ｐ１〜Ｐ４の位置と、これらを直線補間したときの様子が示される。 湾曲部の実際の湾曲状態と、各状態における点Ｐ１の点Ｐ２に対する位置関係を示す模式図である。 位置座標データ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）〜（Ｘ９、Ｙ９、Ｚ９）と湾曲部との関係を点Ｐ１の位置がＰ１（０）、Ｐ１（４）、Ｐ１（８）のときを例に模式的に示す図である。 挿入部の輪郭形状が画像表示装置の画面に表示された状態を示す。 挿入部の形状と、センサ位置とが画像表示装置の画面に表示された状態を示す。 挿入部の輪郭形状と、指標位置とが画像表示装置の画面に表示された状態を示す。 センサプローブのセンサが内視鏡における指標の位置に合わせて配置されたときのセンサプローブが装着された内視鏡の概観図である。 内視鏡湾曲部の構造の一例を模式的に示す図である。 図１７とは異なる内視鏡湾曲部の構造を模式的に示す図である。 複数の異なる曲率で湾曲された湾曲部の模式図である。

符号の説明

１０ 内視鏡
１１Ｂ 鉗子口
１２ 挿入部
１２Ａ 軟性部
１２Ｂ 湾曲部
１２Ｃ 先端部
２０ センサプローブ
２１ 管状部
２４Ｍ メモリ
２６ 信号処理回路
２７ 制御演算部
２８ 画像表示制御部
２９ 駆動回路ＸＹＺ
４０ 磁場発生器
４１ 画像表示装置
Ｓ１〜Ｓｎ センサ（コイル）

Claims (18)

1. 可撓性を有する内視鏡挿入部の形状を把握するための内視鏡挿入部形状把握システムであって、
   前記挿入部の位置情報を所定間隔毎に検出する位置検出手段と、
   前記位置検出手段により検出された挿入部の位置情報から、前記挿入部の形状を再現する形状再現手段と、
   前記形状再現手段により求められた前記挿入部の再現形状を表示する画像表示手段とを備え、
   前記画像表示手段における画像表示において、前記再現形状に沿って、前記再現形状の大きさの把握を可能にするマークを表示する
   ことを特徴とする内視鏡挿入部形状把握システム。
2. 前記位置検出手段が、所定間隔毎に配置されるセンサを備え、前記マークが前記センサに対応する位置に表示されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
3. 前記マークが前記挿入部に設けられた指標に対応する位置に表示されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
4. 前記位置検出手段が、交流磁界を発生する磁場発生器と、前記交流磁界を検知する複数のコイルが所定間隔毎に配置された可撓性を有する管状部を備えるセンサプローブとからなることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
5. 前記センサプローブは前記内視鏡の所定のチャンネルに挿入され、前記位置検出手段は前記複数のコイルの位置を検知することにより前記位置情報を取得することを特徴とする請求項４に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
6. 前記管状部の長さが、前記挿入部の先端から前記チャンネルの入口までの長さに等しく、前記管状部の基端部が前記入口に嵌合される装着部に連結されていることを特徴とする請求項５に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
7. 前記挿入部における湾曲部の両端の間の距離を検出する距離検出手段と、
   前記距離に対応して、前記湾曲部の形状を再現するための湾曲部形状データを格納するメモリと
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
8. 前記距離検出手段が、前記位置検出手段により検出された前記両端の位置から前記距離を算出する距離算出手段とを備えることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
9. 前記位置検出手段が、交流磁界を用いることを特徴とする請求項８に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
10. 前記位置検出手段が、交流磁界を発生する磁場発生器と、前記交流磁界を検知するセンサ部とを備え、前記センサ部からの信号に基づき前記両端の位置を算出することを特徴とする請求項９に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
11. 前記湾曲部の両端において、前記挿入部の先端部側に第１コイル、前記挿入部の軟性部側に第２コイルとが配置されることを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
12. 前記センサ部のセンサが前記第１及び第２コイルを含み、前記交流磁界により誘導される前記第１及び第２コイルの電気信号に基づき前記第１及び第２コイルの位置が算出されることを特徴とする請求項１１に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
13. 前記センサ部が、可撓性を有する管状部を備えたセンサプローブからなり、前記センサプローブが前記内視鏡の所定のチャンネルに挿入されることにより、前記第１及び第２コイルが前記両端に対応する位置に装置されることを特徴とする請求項１２に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
14. 前記センサプローブが前記位置算出手段に着脱自在であり、前記メモリが前記センサプローブに設けられることを特徴とする請求項１３に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
15. 前記湾曲部の形状を前記湾曲部形状データに基づいて再現する湾曲部形状再現手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
16. 前記湾曲部形状データが、前記湾曲部に関わる１点以上の位置情報からなることを特徴とする請求項１５に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
17. 更に、前記挿入部における軟性部の形状を再現する軟性部形状再現手段を備えることを特徴とする請求項１５に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
18. 前記軟性部形状再現手段が、前記軟性部の長手方向に沿って配置される複数のセンサの位置を結ぶ補間曲線を用いて再現されることを特徴とする請求項１７に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
    
    

Images