JP2007130154A - Endoscope insertion part shape recognition system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately reproduce and display the shape of a curved part in the insertion part of an endoscope by simple constitution. <P>SOLUTION: First to n-th sensors (coils) S1-Sn are arranged on a sensor probe 20 at prescribed intervals, the sensor probe 20 is inserted to the forceps channel 14 of the endoscope, and the first sensor S1 provided on the distal end of the sensor probe 20 and the second sensor S2 following it are arranged at both ends of an endoscope curved part 12B. The change of an AC magnetic field by a magnetic field generator 30 is detected by the respective sensors S1 to Sn, and positions corresponding to the respective sensors are obtained. Characteristics when the curved part 12B is curved are checked beforehand and are stored in a memory 22M provided in the connector part 22 of the sensor probe 20 as curved part shape data corresponding to a straight distance between the first and second sensors. The curved part shape data are utilized for reproducing the shape of the curved part, and an interpolation curve based on the position information of the second to n-th sensors S2 to Sn is used for reproducing the shape of an endoscope soft part. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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。   The present invention relates to an apparatus that detects the position of an endoscope insertion portion during insertion and displays the shape thereof.

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。   It is useful for the surgeon to grasp the shape of the endoscope insertion portion inserted into the body. In particular, in the use of a lower endoscope that is difficult to insert into the body, grasping the shape of the endoscope insertion portion is extremely useful. From these facts, various systems for grasping the shape of the endoscope insertion portion have been proposed.

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誘導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。   A system using an alternating magnetic field is known as a system for displaying the shape of the endoscope insertion portion. In this method, a large number of coils are arranged at predetermined intervals along the longitudinal direction of the insertion portion, and the position and orientation of each coil in the three-dimensional space are detected by using the electromagnetic induction action between the AC magnetic field and the coil. Is. The shape of the endoscope insertion portion is reproduced by applying a three-dimensional spline curve or the like to the position data of the measurement point where the coil is arranged, and displayed on the monitor.

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。   The endoscope insertion portion is generally divided into a bending portion connected to the distal end portion and a flexible portion connecting the operation portion and the bending portion. The bending portion is a portion that is bent in conjunction with operation of a knob provided in the operation portion. On the other hand, the soft part is a part that bends freely.

図11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12に湾曲部120Bの別の構造を模式的に示す。図12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12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。   As schematically shown in FIG. 11, the flexible portion 120 </ b> A is composed of a spiral tube 123, and the bending portion 120 </ b> B is composed of a large number of bending pieces 121. The bending pieces 121 are connected to each other by a hinge portion 122 so that the bending pieces 121 can be bent. FIG. 12 schematically shows another structure of the bending portion 120B. In the example of FIG. 12, the bending portion 120B includes two types of bending pieces 121A and 121B. In the configuration of FIG. 12, a bending piece 121A narrower than the bending piece 121B on the soft portion side is used on the bending portion distal end side, and the distal end side of the bending portion 120B can be bent with a larger curvature than the flexible portion side.

図11、12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13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。   From the structure shown in FIGS. 11 and 12, when the bending portion is bent by the knob operation, the curvature is extremely larger than the curvature due to the natural bending of the soft portion. Also, the manner of bending is greatly different, and even the same bending portion 120B is bent with a plurality of different curvatures as shown in FIG. Therefore, the shape of the curved portion cannot be accurately reproduced by the same method as the shape reproduction of the soft portion.

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
In order to solve the above problem, there is known a technique in which the number of coils installed in the bending portion is increased and the arrangement thereof is made dense so that the shape reproduction of the bending portion is accurately performed (Patent Document 1).
JP 2000-93386 A

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る。また、部品点数の増加、湾曲部寸法の増大等を招く。   However, the installation of a large number of coils in the bending portion limits the curvature that the bending portion can tolerate, and also reduces the durability of the coil and the bending portion. Moreover, an increase in the number of parts, an increase in the size of the curved portion, and the like are caused.

本発明は、簡略な構成で挿入部の形状を再現でき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。   An object of the present invention is to provide an endoscope insertion portion shape grasping system capable of reproducing the shape of an insertion portion with a simple configuration.

本発明の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、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たことを特徴としている。   An endoscope insertion portion shape grasping system according to the present invention is an endoscope insertion portion shape grasping system for grasping the shape of a flexible endoscope insertion portion, and is provided at both ends of a bending portion in the insertion portion. It is characterized by comprising a distance detecting means for detecting the distance between the two and a memory for storing curved portion shape data for reproducing the shape of the curved portion corresponding to the distance.

距離検出手段は、両端の位置を検出する位置検出手段と、両端の位置から距離を算出する距離算出手段とを備える。位置検出手段は、交流磁界を用いる。   The distance detection means includes position detection means for detecting positions at both ends, and distance calculation means for calculating a distance from the positions at both ends. The position detecting means uses an alternating magnetic field.

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センサ部と、センサ部からの信号に基づき上記両端の位置を算出する位置算出手段とを備える。   The position detection means includes a magnetic field generator that generates an alternating magnetic field, a sensor unit that detects the alternating magnetic field, and a position calculation unit that calculates the positions of the both ends based on signals from the sensor unit.

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。   At both ends of the bending portion, a first coil is disposed on the distal end side of the insertion portion, and a second coil is disposed on the flexible portion side of the insertion portion.

センサ部のセンサが第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。   The sensor of the sensor unit includes first and second coils, and the positions of the first and second coils are calculated based on the electrical signals of the first and second coils induced by the alternating magnetic field.

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、センサプローブが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コイルが両端に対応する位置に装置される。   The sensor part is composed of a sensor probe having a flexible tubular part. When the sensor probe is inserted into a predetermined channel of the endoscope, the first and second coils are positioned at positions corresponding to both ends. Is done.

センサプローブは位置算出手段に着脱自在であり、上記メモリはセンサプローブに設けられる。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る。   The sensor probe is detachable from the position calculating means, and the memory is provided in the sensor probe. A bending portion shape reproducing means for reproducing the shape of the bending portion based on the bending portion shape data is provided.

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。内視鏡挿入部形状把握システムは更に、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。   The curved portion shape data includes one or more pieces of position information related to the curved portion. The endoscope insertion part shape grasping system further includes a soft part shape reproducing means for reproducing the shape of the soft part in the insertion part. The soft part shape reproducing means is reproduced by using an interpolation curve connecting the positions of a plurality of sensors arranged along the longitudinal direction of the soft part.

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る内視鏡挿入部形状把握システムを提供できる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide an endoscope insertion portion shape grasping system that can reproduce the shape of an insertion portion with a simple configuration.

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り、本実施形態では、内視鏡として電子内視鏡が採用される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view of an endoscope to which an endoscope insertion portion shape grasping system according to an embodiment of the present invention is applied. In this embodiment, an electronic endoscope is employed as the endoscope. .

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。   The electronic endoscope 10 includes an operation unit 11 for an operator to hold and operate. An insertion portion 12 and a light guide cable 13 are connected to the operation portion 11, and a connector 13 </ b> A is provided at the tip of the light guide cable 13. The connector 13A is detachably attached to a processor device (not shown) in which, for example, a light source and a video signal processing circuit are integrally accommodated, and the processor device is passed through the connector 13A of the electronic endoscope 10, the light guide cable 13, and the like. Illumination light is supplied into the body cavity from the light source unit, and an image signal from the electronic endoscope 10 is supplied to the video signal processing circuit of the processor device.

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11Cの向きが例えば約180°回転されるまで湾曲可能である。   The insertion portion 12 includes a flexible portion 12A, a bending portion 12B, and a distal end portion 12C. The flexible portion 12 </ b> A is a flexible tube that is freely bent, occupies most of the insertion portion 12, and is directly connected to the operation portion 11. The bending portion 12B is provided in a section connecting the tip portion 12C and the flexible portion 12A, and the direction of the tip portion 11C is rotated by, for example, about 180 ° in conjunction with the rotation operation of the angle knob 11A provided in the operation portion 11. Bendable until done.

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。   The insertion portion 12 is formed with a forceps channel that communicates from the operation portion 11 to the distal end portion 12C, and the operation portion 11 is provided with a forceps port 11B that serves as an entrance of the forceps channel. As will be described later, an imaging optical system, an imaging element, an illumination optical system, and the like are mounted on the distal end portion 12C.

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。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たコネクタ部22とから構成される。   FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing a configuration of a sensor unit used in an insertion unit shape grasping system that detects and displays the position of the insertion unit 12. In this embodiment, the sensor part of the insertion part shape grasping system is a probe type sensor (sensor probe). The sensor probe 20 includes a flexible tubular portion 21 and a connector portion 22 connected to one end thereof.

管状部21の長さは、例えば挿入部12の長さとライトガイドケーブル13の長さを足した長さに略等しい。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。   For example, the length of the tubular portion 21 is substantially equal to the length obtained by adding the length of the insertion portion 12 and the length of the light guide cable 13. The distal end of the tubular portion 21 is inserted into the forceps channel from the forceps port 11B, and the distal end is installed at the distal end of the forceps channel in the distal end portion 12C.

管状部21の先端21Aには、第1センサS1が設けられる。第1センサS1から管長手方向に沿ってコネクタ部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よりも更にコネクタ部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り、各コイルは各々コネクタ部22へと電気的に接続されている。   A first sensor S1 is provided at the distal end 21A of the tubular portion 21. A second sensor S2 is provided at a position moved from the first sensor S1 by a distance B along the pipe longitudinal direction toward the connector portion 22 side. A third sensor S3, a fourth sensor S4, a fifth sensor S5,..., An nth sensor Sn are sequentially provided at predetermined intervals A further on the connector section 22 side than the second sensor S2. The first sensor S1 to the nth sensor Sn are coils for magnetic sensors, for example, and each coil is electrically connected to the connector portion 22.

図3は、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。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20、位置検出装置本体23、磁場発生器30、画像表示装置31から構成される。   FIG. 3 is a block diagram of the insertion portion shape grasping system of the present embodiment. In the present embodiment, the insertion portion shape grasping system includes, for example, a sensor probe 20, a position detection device main body 23, a magnetic field generator 30, and an image display device 31.

図3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いる。詳述すると、センサプローブ20は、鉗子口11Bから挿入部12の鉗子チャンネル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の出射端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からの出射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。   In FIG. 3, the tubular portion 21 of the sensor probe 20 is attached to the forceps channel of the electronic endoscope 10. More specifically, the sensor probe 20 is inserted into the forceps channel 14 of the insertion portion 12 from the forceps port 11B, and the distal end thereof is disposed at the distal end portion 12C of the insertion portion 12. That is, the first sensor S1 is disposed in the distal end portion 12C. The distal end portion 12C is generally rigid, and the imaging element 15 and the light emitting end 16A of the light guide 16 are disposed therein. The distal end portion 12 </ b> C of the insertion portion 12 is provided with an illumination optical system 16 </ b> B for irradiating light emitted from the light guide 16 and an imaging optical system 15 </ b> A for forming a subject image on the imaging device 15.

一方、センサプローブ20のコネクタ部22は、位置検出装置本体23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、コネクタ部22を介して位置検出装置本体23の信号処理回路24に入力される。信号処理回路24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23の制御演算部25に入力される。   On the other hand, the connector portion 22 of the sensor probe 20 is detachably connected to the position detection device main body 23. Signals from the sensors S <b> 1 to Sn of the sensor probe 20 are input to the signal processing circuit 24 of the position detection device main body 23 via the connector unit 22. In the signal processing circuit 24, amplification, detection, and A / D conversion of signals from the first sensor S <b> 1 to the n-th sensor Sn are performed and input to the control calculation unit 25 of the position detection device body 23.

また、コネクタ部22には、不揮発性のメモリ22Mが設けられ、コネクタ部22が位置検出装置本体23に接続されると、制御演算部25に接続される。メモリ22M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22が位置検出装置本体23に装着されると、メモリ22Mから制御演算部25へ読み出される。   The connector unit 22 is provided with a non-volatile memory 22M. When the connector unit 22 is connected to the position detection device main body 23, the connector unit 22 is connected to the control calculation unit 25. As will be described later, the memory 22M stores data (curved portion shape data) used for displaying the shape of the bending portion 12B when the shape display processing of the insertion portion 12 is performed. The curved portion shape data is read from the memory 22M to the control calculation unit 25 when the power of the insertion portion shape grasping system is turned on and the connector portion 22 is attached to the position detection device main body 23, for example.

一方、位置検出装置本体23には、磁場発生器30が例えばコネクタを介して接続される。磁場発生器30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23内の駆動回路XYZからの信号により駆動され、駆動回路XYZは、制御演算部25からの信号により制御される。   On the other hand, the magnetic field generator 30 is connected to the position detection device main body 23 through, for example, a connector. The magnetic field generator 30 is a device that generates an alternating magnetic field in a time series in a direction corresponding to each coordinate axis XYZ of the orthogonal coordinate system XYZ, for example, and is driven by a signal from a drive circuit XYZ in the position detection device main body 23. The drive circuit XYZ is controlled by a signal from the control calculation unit 25.

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30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30に設定されたXYZ座標系からの各座標軸方向(X、Y、Z軸方向)の距離に対応した誘導起電力を検知信号として発生する。制御演算部25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。   As is well known, in the insertion portion shape grasping system using an alternating magnetic field, the coils S1 to Sn provided in the sensor probe 20 generate magnetic fields by electromagnetic induction from these alternating magnetic fields generated from the magnetic field generator 30. An induced electromotive force corresponding to a distance in each coordinate axis direction (X, Y, Z axis direction) from the XYZ coordinate system set in the device 30 is generated as a detection signal. In the control calculation unit 25, the position coordinates corresponding to the coils S1 to Sn are calculated in a predetermined coordinate system based on the detection results of the detection signals generated in the coils S1 to Sn.

制御演算部25は更に、コイルS1〜Snの位置座標データ及びメモリ22M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27へ出力する。画像表示制御部27は、タイミング回路28のクロック信号に基づいて、制御演算部25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23に接続された画像表示装置31に出力する。なお、制御演算部25には操作パネル29が接続されており、操作パネル29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25に操作信号が入力される。   The control calculation unit 25 further creates image data that reproduces the shape of the insertion unit 12 based on the position coordinate data of the coils S1 to Sn and the curved portion shape data read from the memory 22M, and sends the image data to the image display control unit 27. Output. Based on the clock signal of the timing circuit 28, the image display control unit 27 converts image data that reproduces the shape of the insertion unit 12 from the control calculation unit 25 into a predetermined video signal, and is connected to the position detection device main body 23. To the image display device 31. An operation panel 29 is connected to the control calculation unit 25, and an operation signal is input to the control calculation unit 25 by operating switches provided on the operation panel 29.

これにより、画像表示装置31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24、制御演算部25、駆動回路XYZ26等の駆動タイミングもタイミング回路28からのクロック信号に基づいて制御される。   Thereby, on the image display device 31, for example, the shape of the insertion portion 12 inserted into the body of the subject is reproduced and displayed. Note that the drive timing of the signal processing circuit 24, the control arithmetic unit 25, the drive circuit XYZ 26, and the like is also controlled based on the clock signal from the timing circuit 28.

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4、図5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4は湾曲部12Bが僅かに曲げられたとき、図5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4、5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。   Next, details of the insertion portion shape display processing in the present embodiment will be described. 4 and 5, the sensor probe 20 is attached to the forceps channel of the electronic endoscope 10, the angle knob 11A is operated, and the shape near the tip of the sensor probe 20 in a state where the insertion portion 12 is curved is shown. FIG. 4 shows a state in which the bending portion 12B is bent when the bending portion 12B is slightly bent, and FIG. 5 shows a state in which the bending portion 12B is bent until the end face of the distal end portion 12C is inverted by approximately 180 °. 4 and 5, only the sensor probe 20 is drawn, and the endoscope insertion portion 12 is omitted.

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31の画面に再現される。図6に点P1〜Pnの間を直線で結んだとき(直線補間)の画像表示例を示し、図7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)したときの画像表示例を示す。   In the insertion portion shape display process, the shape of the insertion portion 12 is reproduced on the screen of the image display device 31 by connecting points P1 to Pn corresponding to the positions of the magnetic sensor coils S1 to Sn obtained using the alternating magnetic field. Is done. FIG. 6 shows an image display example when the points P1 to Pn are connected by a straight line (linear interpolation), and FIG. 7 shows the interpolation between the points P1 and Pn using a predetermined curve such as a Bezier curve or a spline curve. An example of image display when (fitting) is shown.

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、再現される挿入部12Bの形状は実際のものと著しく異なる場合が発生する。   The curved portion 12B is generally different in structure from the flexible portion 12A, and greatly differs in how the force is applied, such as a force applied by an angle wire. Therefore, in the bending portion 12B, the way of bending is also significantly different from that of the flexible portion 12A, and when the same method as the flexible portion 12A is used for interpolation in the bending portion 12B as in the prior art, the shape of the insertion portion 12B to be reproduced is the actual shape. There are cases where it is significantly different from the above.

図8に、湾曲部12Bが大きく湾曲されときの点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8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。   FIG. 8 shows the positions of the points P1 to P4 when the bending portion 12B is greatly bent, and the state when these are linearly interpolated. In FIG. 8, the shape of the insertion portion 12B reproduced by linear interpolation (the point P1 to P4 connected by a straight line) is indicated by a solid line Ls, and the actual shape of the insertion portion 12 is indicated by a broken line Lb.

図8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8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。   As shown in FIG. 8, the flexible portion 12A bends gently, so that in the section between the points P2 to P4 corresponding to the flexible portion 12A, the reproduced shape (Ls) and the actual shape (Lb) There is not much difference between. However, the reproduced shape between the points P1 and P2 corresponding to the curved portion 12B is greatly different from the actual shape. In the example of FIG. 8, the case of linear interpolation is given as an extreme example. However, even in the interpolation using a Bezier curve or a spline curve, when the same interpolation method is used for the flexible portion 12A and the bending portion 12B, the bending portion 12B It can not cope when it is greatly curved.

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。   In order to more accurately reproduce the shape of the bending portion 12B, it is conceivable to arrange a large number of magnetic sensors in the bending portion 12B. However, if the coil for the magnetic sensor is arranged in the bending portion 12B, the angle knob The bending operation by 11A is not only inhibited, but the sensor may be destroyed, and the durability of the sensor probe 20 is deteriorated.

これらのことから、図2、図3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の長さよりも若干長い。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内にセンサ用コイルが配置されないように構成されている。   From these things, as demonstrated with reference to FIG. 2, FIG. 3, in this embodiment, 1st sensor S1 and 2nd sensor S2 are the curved parts 12B (adjacent part of the front-end | tip part 12C of the tubular part 21). Are disposed at a distance B along the axial direction, and this distance B is slightly longer than the length of the curved portion 12B. That is, when the sensor probe 20 is attached to the forceps channel 14, the first sensor S1 is disposed in the rigid distal end portion 12C, and the second coil S2 is disposed in the flexible portion 12A adjacent to the bending portion 12B. The sensor coil is not arranged in the bending portion 12B.

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9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9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。   By the way, the way of bending of the bending portion 12B is generally characterized for each product. FIG. 9 schematically shows the actual bending state of the bending portion 12B and the positional relationship between the point P1 and the point P2. In FIG. 9, the state from the state where the bending portion 12B is not bent to the time when the bending portion 12B is bent in a substantially opposite direction is depicted as nine steps.

図9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。   In FIG. 9, each position of the point P1 with respect to nine bending states is defined as P1 (0) to P1 (8). Further, the direction of the distal end portion 12C at the time of bending with respect to the direction in which the distal end portion 12C is directed when the bending portion 12B is not curved is represented by an angle θ, thereby representing the curved state of the bending portion 12B. That is, when the bending portion 12B is not bent and the point P1 is located at P1 (0), θ = 0 °, the bending portion 12B is bent in the opposite direction, and the point P1 is located at P1 (8). When θ = 180 °. Furthermore, the values of θ at the positions P1 (0) to P1 (8) are represented by θ0 to θ8, respectively.

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。 At this time, there is usually a one-to-one correspondence between the distance (linear distance) D between the points P1 and P2 and the angle θ (that is, D = D (θ), θ = D −1 ( D)). Further, the bending shape of the bending portion 12B when the distal end portion 12C is oriented in the θ direction is usually one. Therefore, when the distance D is determined from the positions of the points P1 and P2, the shape of the bending portion 12B can be determined.

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22のメモリ22M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。   In the present embodiment, the sensor probe 20 corresponding to the endoscope 10 is prepared, and the distance D (that is, the relative position of the point P1 with respect to the point P2) and the shape of the bending portion 12B are stored in the memory 22M of the connector portion 22 of the sensor probe 20. Is stored as curved portion shape data. The shape of the bending portion 12B with respect to the distance D (relative position of the point P1) is measured in advance, and Table 1 shows an example of bending portion shape data.

Figure 2007130154
Figure 2007130154

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10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。   As shown in Table 1, for example, the curved portion shape data corresponds to the relative positions P1 (0) to P1 (8), and the position coordinates (x, x) at predetermined intervals along the longitudinal direction of the curved portion 12B. y, z) are recorded. In the example shown in Table 1, the position coordinate data of the bending portion 12B corresponding to between the points P1 and P2 is prepared at intervals that divide the points P1 and P2 into, for example, 10 equal parts, and P1 (0) to P1 (8 ), For example, nine pieces of position coordinate data (X1, Y1, Z1) to (X9, Y9, Z9) are recorded. Note that FIG. 10 shows the relationship between the position coordinate data (X1, Y1, Z1) to (X9, Y9, Z9) and the bending portion 12B, where the point P1 is located at P1 (0), P1 (4), and P1 (8). This is schematically shown as an example.

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、挿入部12Bの形状が再現される。   As described above, when the distance D is calculated, the relative position of the point P1 with respect to the point P2 (not considering the degree of freedom around the axis) is uniquely determined, and based on this, the relative positions P1 (0) to P1 are determined. One of (8) is selected, and the shape of the insertion portion 12B is reproduced based on the position coordinate data (X1, Y1, Z1) to (X9, Y9, Z9) at that time.

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)の位置情報であったが、湾曲部12Bの曲率データを湾曲部形状データとしてもよい。また、距離D(点P1の相対位置)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。   In the present embodiment, the bending portion shape data is position information of a predetermined point (one or more) between the points P1 and P2, but the curvature data of the bending portion 12B may be the bending portion shape data. Further, a predetermined interpolation function or a parameter of the interpolation function may be stored for each distance D (relative position of the point P1), or a combination of the above may be used.

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。   Therefore, in the insertion portion shape display process of the present embodiment, different interpolation methods are adopted for the bending portion 12B and the flexible portion 12A, and the shape of the entire insertion portion 12 is reproduced by combining these. That is, the position of each coil is connected to the flexible portion 12A using a Bezier curve or a spline curve, and the shape of the insertion portion 12 is reproduced by a conventional method, and the bending portion 12B and the distal end portion 12C are The bending portion shape data obtained by examining the bending method in the bending portion 12B in advance, and the relative positional relationship between the soft portion 12A located at both ends of the bending portion 12B and the magnetic sensor coils S1 and S2 provided at the distal end portion 12C. Based on this, interpolation is performed to reproduce the shape.

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。   When a Bezier curve, a spline curve, or the like is used for the interpolation curve of the soft portion 12A, the control point for the point P2 of the interpolation curve of the soft portion 12A is the tangent or curvature of the interpolation curve selected for the bending portion 12B. Determined with reference to geometric parameters.

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。   As described above, according to the present embodiment, the shape of the curved portion can be more accurately reproduced with a simple configuration, and thereby the shape of the entire insertion portion can be more accurately reproduced. .

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。   In the present embodiment, the position detection device main body is also used as a device for creating reproduced image data, and the image display device is directly connected. However, the position information of the magnetic sensor coil may be output to a computer, and the computer may reproduce the shape of the insertion portion and display the screen.

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。   In the present embodiment, the curved shape data is stored in the memory provided in the sensor probe. However, the curved shape data may be stored in the memory of the position detection device main body or the computer, for example. In such a case, for example, the curved shape data is stored in the memory for each type (model number) of the sensor probe and endoscope, and the model numbers of the sensor probe and endoscope are displayed in a list on the screen. It is good also as a structure which acquires corresponding curve shape data by selecting a corresponding model number from the inside. Alternatively, the model number may be recorded in the memory of the sensor probe, read out, and the curved shape data corresponding to the model number may be automatically selected.

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磁気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磁気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。   In this embodiment, the AC magnetic field generated by the magnetic field generator installed outside is detected using the magnetic sensor coil provided on the probe. However, the magnetic field generating coil is provided on the probe, It is good also as a structure detected with the magnetic sensor installed in. In this embodiment, the sensor probe is attached to the forceps channel, but the channel into which the sensor probe is inserted is not limited to this. It is also possible to provide the sensor coil directly in the insertion part of the endoscope.

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。   Further, in the present embodiment, the bending state of the bending portion is uniquely determined by the distance between the first sensor and the second sensor, and the bending portion state data is determined by determining the state of the bending portion based only on this distance. However, if it is difficult to make a determination due to a difference in distance, the directions of the respective sensors detected by the first and second sensors may be taken into the determination.

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。1 is an overview diagram of an endoscope to which an endoscope insertion portion shape grasping system according to an embodiment of the present invention is applied. 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。It is the schematic which shows typically the structure of the sensor part used in an insertion part shape grasping | ascertainment system. 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。It is a block diagram of the insertion part shape grasping system of this embodiment. 湾曲部が僅かに曲げられた状態を示す。The curved part is shown in a slightly bent state. 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。A state in which the bending portion is bent until the end face of the tip portion is inverted by approximately 180 ° is shown. 点P1〜Pnの間を直線で結んだとき(直線補間)の画像表示例である。This is an image display example when the points P1 to Pn are connected by a straight line (linear interpolation). 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ときの画像表示例である。It is an image display example when interpolating between points P1-Pn using predetermined curves, such as a Bezier curve and a spline curve. 湾曲部が大きく湾曲されときの点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。The positions of the points P1 to P4 when the bending portion is greatly bent and the state when these are linearly interpolated are shown. 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。It is a schematic diagram which shows the positional relationship with respect to the point P2 of the actual bending state of a bending part, and the point P1 in each state. 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。The relationship between the position coordinate data (X1, Y1, Z1) to (X9, Y9, Z9) and the curved portion is schematically shown as an example when the position of the point P1 is P1 (0), P1 (4), P1 (8). FIG. 内視鏡湾曲部の構造の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the structure of an endoscope bending part. 図11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。It is a figure which shows typically the structure of the endoscope bending part different from FIG. 複数の異なる曲率で湾曲された湾曲部の模式図である。It is a schematic diagram of the curved part curved by the several different curvature.

符号の説明Explanation of symbols

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
22 コネクタ部
22M メモリ
24 信号処理回路
25 制御演算部
26 駆動回路XYZ
27 画像表示制御部
30 磁場発生器
31 画像表示装置
S1〜Sn センサ(コイル)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Endoscope 11B Forceps port 12 Insertion part 12A Soft part 12B Bending part 12C Tip part 20 Sensor probe 21 Tubular part 22 Connector part 22M Memory 24 Signal processing circuit 25 Control arithmetic part 26 Drive circuit XYZ
27 Image display control unit 30 Magnetic field generator 31 Image display device S1 to Sn sensor (coil)

Claims (12)

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内視鏡挿入部形状把握システム。
An endoscope insertion portion shape grasping system for grasping the shape of a flexible endoscope insertion portion,
Distance detecting means for detecting a distance between both ends of the bending portion in the insertion portion;
An endoscope insertion portion shape grasping system comprising: a memory that stores bending portion shape data for reproducing the shape of the bending portion corresponding to the distance.
前記距離検出手段が、前記両端の位置を検出する位置検出手段と、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1に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。   The endoscope insertion unit according to claim 1, wherein the distance detection unit includes a position detection unit that detects the positions of the both ends, and a distance calculation unit that calculates the distance from the positions of the both ends. Shape grasping system. 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2に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。   The endoscope insertion portion shape grasping system according to claim 2, wherein the position detection means uses an alternating magnetic field. 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、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位置算出手段とを備えることを特徴とする請求項3に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。   The position detection means includes a magnetic field generator that generates an alternating magnetic field, a sensor unit that detects the alternating magnetic field, and a position calculation unit that calculates the positions of the both ends based on signals from the sensor unit. The endoscope insertion portion shape grasping system according to claim 3. 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4に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。   The endoscope insertion according to claim 4, wherein a first coil is disposed on a distal end side of the insertion portion and a second coil is disposed on a flexible portion side of the insertion portion at both ends of the bending portion. Part shape grasping system. 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5に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。   The sensor of the sensor unit includes the first and second coils, and the positions of the first and second coils are calculated based on electrical signals of the first and second coils induced by the alternating magnetic field. The endoscope insertion part shape grasping system according to claim 5 characterized by things. 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6に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。   The sensor part is composed of a sensor probe having a flexible tubular part, and the sensor probe is inserted into a predetermined channel of the endoscope so that the first and second coils are disposed at both ends. The endoscope insertion portion shape grasping system according to claim 6, wherein the endoscope insertion portion shape grasping system is provided at a corresponding position. 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7に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。   The endoscope insertion portion shape grasping system according to claim 7, wherein the sensor probe is detachably attached to the position calculating means, and the memory is provided in the sensor probe. 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1に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。   The endoscope insertion portion shape grasping system according to claim 1, further comprising a bending portion shape reproducing unit that reproduces the shape of the bending portion based on the bending portion shape data. 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9に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。   The endoscope insertion portion shape grasping system according to claim 9, wherein the bending portion shape data includes position information of one or more points related to the bending portion. 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9に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。   The endoscope insertion part shape grasping system according to claim 9, further comprising a soft part shape reproduction unit that reproduces a shape of the soft part in the insertion part. 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11に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
The endoscope insertion according to claim 11, wherein the soft part shape reproducing means is reproduced by using an interpolation curve that connects positions of a plurality of sensors arranged along a longitudinal direction of the soft part. Part shape grasping system.
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