JP2836863B2

JP2836863B2 - 内視鏡の挿入制御装置

Info

Publication number: JP2836863B2
Application number: JP1270119A
Authority: JP
Inventors: 明鈴木; 博之福田; 浩樹日比野; 豊高橋; 明文石川
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-02-21
Filing date: 1989-10-16
Publication date: 1998-12-14
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: JPH03109023A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、内視鏡の挿入条件を判別でき、内視鏡の自
動挿入に適した内視鏡の挿入制御装置に関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］近年、体腔内に細長の挿入部を挿入することにより、
体腔内臓器等を観察したり、必要に応じ処置具チャンネ
ル内に挿通した処置具を用いて各種治療処置のできる内
視鏡が広く利用されている。

ところで、従来、内視鏡を管腔内等に挿入する場合、
術者が内視鏡像を観察しながら、内視鏡の挿入方向を判
断し、挿入部の先端側をその挿入方法に向くように湾曲
操作して、内視鏡を挿入していた。

しかしながら、大腸検査等における内視鏡の挿入に
は、高度の技術と熟練を要していた。

そこで、本出願人は、平成元年１月31日に提出した特
願平１−23450号において、内視鏡像の暗い領域を抽出
することによって内視鏡の挿入方向を検出する方法を提
案し、また、平成元年２月１日に提出した特願平１−24
653号において、内視鏡の挿入方向を検出し、その検出
された挿入方向に挿入部の先端部が向くように湾曲制御
する技術を提案している。

ところで、管腔が直線状である場合には、検出した挿
入方向に向かってまっすぐ進行すれば良いが、管腔が湾
曲しているような場合には、その湾曲状態に応じて進行
させる必要がある。しかしながら、従来は、管腔等の湾
曲状態を検出する手段はなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被
検体の状態に応じて内視鏡の挿入条件を判別でき、被検
体の状態に応じた適切な挿入を可能にする内視鏡の挿入
制御装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］本発明による内視鏡の挿入制御装置は、内視鏡像を撮
像する固体撮像素子と、この固体撮像素子から出力され
る内視鏡像に属する各画素の明るさを閥値にて区分し、
この閥値にて決められる各明るさの範囲に属する画素か
ら構成される領域を前記内視鏡像から３つ以上抽出する
領域抽出手段と、この領域抽出手段によって抽出された
第１の領域の中心と第２の領域の中心の距離と第２の領
域の中心と第３の領域の中心の距離との大小関係に基づ
いて、内視鏡の挿入条件を判別する判別手段とを備えた
ことを特徴とする。

［作用］本発明では、領域抽出手段によって、内視鏡像から明
るさに応じた複数の領域が抽出され、この抽出された各
領域の配置に基づいて、判別手段によって、内視鏡の挿
入条件が判別される。

［実施例］以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図ないし第11図は本発明の第１実施例に係り、第
１図は内視鏡の自動挿入装置の構成を示すブロック図、
第２図は内視鏡装置の構成を示す説明図、第３図は二値
化回路及びスレッシュホールドレベル設定部を示す回路
図、第４図は暗部抽出部の動作の説明図、第５図は暗部
抽出部で抽出された複数の領域を示す説明図、第６図は
内視鏡先端が被検体に近付き過ぎた状態での内視鏡像を
示す説明図、第７図はパターン比較部の対比パターンの
例を示す説明図、第８図は境界抽出部の動作の説明図、
第９図は中心抽出演算部の動作の説明図、第10図は管腔
が直線状の場合での本実施例の動作を説明するための説
明図、第11図は管腔が湾曲している場合での本実施例の
動作を説明するための説明図である。

第２図に示すように、内視鏡装置は、内視鏡１と、こ
の内視鏡１が接続される制御装置20と、この制御装置20
に接続されるモニタ21とを備えている。

前記内視鏡１は、細長で可撓性を有する挿入部２と、
この挿入部２の後端に連設された操作部３とを備えてい
る。前記操作部３からは、側方に、可撓性を有するユニ
バーサルコード４が延設され、このユニバーサルコード
４の端部が、前記制御装置20に接続されるようになって
いる。

前記挿入部２の先端側には、湾曲可能な湾曲部６が設
けられ、この湾曲部６には、内視鏡１に設けられた挿入
駆動部７によって湾曲制御されるようになっている。前
記湾曲部６を湾曲操作するために、例えば、挿入部２内
に複数のアングルワイヤが挿通され、このアングルワイ
ヤの先端部が湾曲部６の先端側に固定されている。そし
て、このアングルワイヤの後端部が、前記挿入駆動部７
に設けられたモータによって牽引され、これにより、前
記湾曲部６を任意の方向に湾曲できるようになってい
る。尚、湾曲手段としては、前記湾曲部６内に形状記憶
合金等を用いたアクチュエータを設けても良い。

また、本実施例では、前記挿入駆動部７によって、挿
入部２を進行させることができるようになっている。こ
の挿入部２の進行手段としては、例えば、特開昭62−41
635号公報に示される手段を用いることができる、ある
いは、挿入部２の後端側に、挿入部２を繰り出す手段を
設けても良い。

前記挿入部２の先端部には、観察窓と例えば２つの照
明窓とが設けられている。前記観察窓の内側には、対物
レンズ11が設けられ、この対物レンズ11の結像位置に、
固体撮像素子12が配設されている。この固体撮像素子12
は、前記挿入部2,操作部３及びユニバーサルコード４内
に挿通された信号線を介して、前記制御装置20に設けら
れた信号処理回路22に接続されるようになっている。ま
た、前記照明窓の内側には、配光レンズ13が設けられ、
この配光レンズ13の後端に、ファイババンドルよりなる
ライトガイド14が連設されている。このライトガイド14
は、前記挿入部2,操作部３及びユニバーサルコード４内
に挿通され、入射端部は、前記制御装置20に接続される
ようになっている。そして、この制御装置20に設けられ
た光源装置23から出射された照明光が、前記ライトガイ
ド14の入射端に入射するようになっている。

前記固体撮像素子12は、前記信号処理回路22によって
駆動されると共に、この固体撮像素子12の出力信号は、
前記信号処理回路22で映像信号処理されるようになって
いる。この信号処理回路22から出力される映像信号は、
モニタ21に入力され、このモニタ21に被写体像が表示さ
れるようになっている。

尚、内視鏡１としては、第２図に示すような挿入部２
の先端部に固体撮像素子12を有するものに限らず、ファ
イババンドルよりなるイメージガイドによって接眼部に
像を伝達するファイバスコープと、このファイバスコー
プの接眼部に接続したテレビカメラとを用いても良い。

また、前記制御装置20内には、内視鏡１の挿入条件を
判別して、前記挿入駆動部７を制御する自動挿入装置30
が設けられている。この自動挿入装置30には、前記信号
処理回路22からの画像信号が入力されるようになってい
る。

次に、第１図を参照して、前記自動挿入装置30につい
て説明する。

自動挿入装置30は、内視鏡１の画像信号を入力する画
像入力部31を有し、この画像入力部31から入力された画
像信号は、複数の、例えば３つの二値化回路（１〜３）
32a〜32cに入力されるようになっている。この各二値化
回路32a〜32cは、それぞれ、スレッシュホールドレベル
設定部（１〜３）33a〜33cによって設定されるスレッシ
ュホールドレベルをしきい値として内視鏡画像を二値化
画像に変換するようになっている。尚、各スレッシュホ
ールドレベル設定部33a,33b,33cは、互いにスレッシュ
ホールドレベルが異なっている。

前記二値化回路32（32a〜32cを代表する。）及びスレ
ッシュホールドレベル設定部33（33a〜33cを代表す
る。）は、例えば、第３図に示すように構成されてい
る。すなわち、二値化回路32は、コンパレータからな
り、スレッシュホールドレベル設定部33は、可変電圧源
からなり、前記コンパレータの入力端には、画像入力部
31からの画像信号と、前記可変電圧源による基準電圧と
が印加されるようになっている。前記コンパレータの出
力は、画像信号がスレッシュホールドレベル以上のとき
は0,画像信号がスレッシュホールドレベル未満のときは
１となる。

前記二値化回路32a〜32cの出力信号は、それぞれ、暗
部抽出部（１〜３）34a〜34cに入力されるようになって
いる。この暗部抽出部34（34a〜34cを代表する。）は、
前記二値化を入力画像の各画素について行うものであ
る。ここで、例えば第４図（ａ）に示すような数値化さ
れた各画素の明るさを有する画像信号に対して、スレッ
シュホールドレベルを3.5とし、3.5未満を1,3.5以上を
０と出力するようにし、各画素に対して二値化を行う
と、第４図（ｂ）に示すような二値化画像に変換され
る。この図において、１の画素の領域が暗部である。こ
のように、スレッシュホールドレベルを設定して、それ
より暗い領域を抽出することにより、影のような中途半
端な暗さしかないときに、影を進行方向とする間違いを
防ぐことができる。

このようにして３つの暗部抽出部34a〜34cで抽出され
た３つの暗い領域の例を第５図に示す。

尚、暗部抽出の方法としては、本出願人が平成元年１
月31日に提出した特願平１−23450号に記載した方法を
用いても良い。

また、暗部抽出の際、内視鏡１としてファイバスコー
プ及びテレビカメラを用いた場合におけるイメージガイ
ドのファイバの折れ等による極小領域の暗部を除去する
ために、ある画素のデータとして、その画素の周囲の画
素のデータの平均値を用いても良い。また、あるいは、
面積の小さな暗部は、排除するようにしても良い。

１つの暗部抽出部（１）34aの出力信号は、パターン
比較部35に入力されるようになっている。このパターン
比較部35は、前記暗部抽出部（１）34aからの画像と、
パターン記憶部36に記憶された対比パターンとの相関を
演算し、相関値が設定値以上の場合には、同類パターン
と判断するようになっている。すなわち、二値化データ
をａ_n,m，対比パターンデータをｃ_n,mとし、設定値をＫ
とすると、同類パターンである条件は次の式で与えられ
る。

暗部抽出によって例えば第６図に示すようなパターン
ができた場合、あるいは全域が暗くなった場合には、内
視鏡１の先端が粘膜等の被検体に近付き過ぎていること
を示しているので、前記パターン比較部35では、このよ
うなパターンを認識し、内視鏡を後退させる指示信号を
出力する。尚、粘膜に内視鏡１の先端が接触している場
合には、視野全体が真っ暗になるが、少し離れた場合に
は、２つの照明レンズからの光が入るので、第６図に示
すように、視野の両端に円弧状の明るい部分ができる。
この第６図に示すようなパターンを認識するための対比
パターンの例を第７図（ａ），（ｂ）に示す。このよう
な対比パターンは、複数設定しても良い。

前記パターン比較部35の出力信号は、１入力２出力の
切換スイッチ38を介して、内視鏡後退指示手段37と境界
抽出部（１）39aの一方に、選択的に入力されるように
なっている。尚、前記切換スイッチ38は、前記パターン
比較部35の比較結果に応じて、対比パターンと同類パタ
ーンを認識した場合には、内視鏡後退指示手段37側に切
換えられ、パターン比較部35からの内視鏡を後退される
指示信号が前記内視鏡後退指示手段37に入力される。こ
の内視鏡後退指示手段37は、内視鏡１の挿入駆動部７を
制御して、挿入部２を後退させる。

一方、対比パターンと同類パターンを認識しない場合
には、前記切換スイッチ38は、境界抽出部（１）39a側
に切換えられ、暗部抽出部（１）34aからの二値化画像
が前記境界抽出部（１）39aに入力される。

また、他の暗部抽出部（2,3）34b,34cの出力信号は、
それぞれ、境界抽出部（2,3）39b,39cに入力されるよう
になっている。この境界抽出部39（39a〜39c）は、前記
二値化画像の各ラインに対し、二値化データが０から
１、または、１から０に変化する座標を求め、その座標
を境界データを１とし、他の座標の境界データを０とす
る。すなわち、第ｎライン，第ｍ個目の画素に対する二
値化データをａ_n,mとしたとき、境界データｂ_n,mは、次
の式で与えられる。

ｂ_n,m＝|a_n,m−１−ａ_n,m｜第４図（ｂ）に示す二値化画像に対して、境界を抽出
した画像の例を第８図に示す。尚、第１列には、処理容
易化のために、０を入力する。

前記境界抽出部39a〜39cの出力信号は、それぞれ、中
心抽出演算部（１〜３）41a〜41cに入力されるようにな
っている。この中心抽出演算部41（41a〜41cを代表す
る。）は、抽出された暗部の中心座標を抽出する。すな
わち、例えば、第９図に示すように、抽出された暗部の
データにおいて、データが１である画素の存在する行の
一番上の行と一番下の行を抽出して、この２つの行のＹ
座標Y1,Y2の平均値（Y1＋Y2）/2をＹ軸中心座標とす
る。同様に、データが１である画素の存在する列の一番
左の列と一番右の列を抽出して、この２つの列のＸ座標
X1,X2の平均値（X1＋X2）/2をＸ軸中心座標とする。

尚、暗部の中心座標を抽出する方法としては、暗部に
含まれる画素数Ｎを求め、上からＸ軸方向に順に暗部に
含まれる画素を数えて行き、その数がN/2になったとき
のＹ座標をＹ軸中心座標とし、同様に、左からＹ軸方向
に順に暗部に含まれる画素を数えて行き、その数がN/2
になったときのＸ座標をＸ軸中心座標とするようにして
も良い。

前記中心抽出演算部41a〜41cの出力信号は、中心位置
比較部42に入力されるようになっている。この中心位置
比較部42では、３つのスレッシュホールドレベルに対応
して抽出した３つの領域（暗部）の各中心座標P₁（x₁,y
₁）,P₂（x₂,y₂）,P₃（x₃,y₃）に対して、（X₁,Y₁）＝（x₂−x₁,y₂−y₁）（X₂,Y₂）＝（x₃−x₂,y₃−y₂）を算出する。

尚、前記P₁,P₂,P₃は、スレッシュホールドレベルの暗
い順番になっている。

このように、中心位置比較部42では、各領域の中心座
標の変化を検出している。

前記中心位置比較部42の出力信号は、内視鏡進行指示
手段43に入力されるようになっている。この内視鏡進行
指示手段43は、内視鏡の進行方向をP₃（x₃,y₃）方向に
設定し、また、内視鏡の進行速度を次の条件に従って設
定するようになっている。尚、k₁,k₂は、所定の設定値
である。

（１）（X₁ ²＋Y₁ ²）^1/2＜k₁ 且つ（X₂ ²＋Y₂ ²）^1/2＜k₂ならば、高速（２）（X₁ ²＋Y₁ ²）^1/2＞k₁ 且つ（X₂ ²＋Y₂ ²）^1/2＜k₂ならば、中速（３）（X₂ ²＋Y₂ ²）^1/2＞k₂ならば、低速このような内視鏡の挿入条件（進行方向と進行速度）
の情報はスイッチ45を介して、内視鏡１の挿入駆動部７
に入力され、この挿入駆動部７は、前記挿入条件に基づ
いて、内視鏡１の湾曲部６を前記進行方向に向け、挿入
部２を前記進行速度で進行させる。

前記スイッチ45の制御信号入力端には、抵抗46を介し
て電圧Ｖの電源が接続され、また、この電源は、内視鏡
１の操作部３等に設けられた術者操作スイッチ47を介し
て、接地可能になっている。従って、前記スイッタ45
は、術者操作スイッチ47のオン，オフに応じてオン，オ
フするようになっており、術者が内視鏡の挿入を停止し
たいときに、前記術者操作スイッチ47をオフにすること
により、スイッチ45がオフとなり挿入が停止されるよう
になっている。

尚、前記挿入駆動部７は、自動挿入装置30によって制
御される他に、手動操作も可能になっている。

尚、本実施例は、便宜上５×５の画素数にて説明した
が、もっと多くの画素でも同様である。

次に、第10図及び第11図を参照して、本実施例の作用
について説明する。

内視鏡１の固体撮像素子12で撮像された内視鏡像は、
画像入力部31を介して、自動挿入装置30に入力され、二
値化回路32によって３つの異なるスレッシュホールドレ
ベルで二値化され、暗部抽出部34で各スレッシュホール
ドレベルに対応した暗部領域が抽出される。更に、その
領域の境界が、境界抽出部39で抽出され、中心抽出演算
部41で、各領域の中心が求められる。そして、中心位置
比較部42で、各領域の中心位置が比較され、その結果に
応じて、内視鏡進行指示手段43で、内視鏡の挿入条件が
設定される。そして、この挿入条件に従って、挿入駆動
部７によって、内視鏡１が挿入される。

また、パターン比較部35で、特定のパターンを認識し
た場合には、内視鏡１が後退される。

内視鏡１を挿入する管腔50が直線状である場合には、
内視鏡像は第10図（ａ）に示すようになり、各領域の境
界は第10図（ｂ）に示すようになる。尚、第10図（ｂ）
において、内側程暗い領域である。このような場合は、
第10図（ｃ）に示すように、各領域の中心P₁,P₂,P₃は、
略一致する。このような場合には、内視鏡を高速で進行
しても良いため、前記内視鏡進行指示手段43は、進行方
向をP₃方向に設定すると共に、進行速度を高速に設定す
る。

一方、内視鏡１を挿入する管腔50が湾曲している場合
には、内視鏡像は第11図（ａ）に示すようになり、各領
域の境界は第11図（ｂ）に示すようになる。尚、第11図
（ｂ）において、内側程暗い領域である。このような場
合は、第11図（ｃ）に示すように、各領域の中心P₁,P₂,
P₃は、湾曲状態に応じてずれる。このような場合には、
管腔の湾曲状態に応じて進行させる必要がある。そこ
で、前記内視鏡進行指示手段43は、進行方向をP₃方向に
設定すると共に、前記条件（２）または（３）に従っ
て、進行速度を中速または低速に設定する。

尚、第11図（ｃ）のように各領域の中心がずれている
場合には、進行方向をP₃,P₂,P₁の順にずらすようにして
進行させても良い。

このように本実施例によれば、被検体の状態を識別
し、その状態に応じた適切な挿入条件を設定して、内視
鏡を自動的に挿入することができ、内視鏡の挿入が容易
になる。

尚、本実施例では、判別した内視鏡の挿入条件を用い
て、内視鏡を自動的に挿入するようにしているが、判別
された内視鏡の挿入条件を利用して、術者が挿入しても
良い。

ところで、術者が内視鏡を例えば大腸に挿入する場
合、第12図（ａ）に示すように、内視鏡の挿入部２の先
端部が、大腸60の屈曲している部位の手前にある状態か
ら、内視鏡を押し込むと、第12図（ｂ）に示すように、
挿入部２の先端部が大腸壁に突き当たることがある。こ
のような場合、挿入部２が細いために、大腸壁の一部分
に局所的な力がかかり、患者に苦痛を与えると共に、大
腸壁が押しやられることで、内視鏡の挿入が妨げられ
る。

そこで、このような大腸等への挿入を容易にする２つ
の方法を次に示す。

第１の方法は、第13図に示すものである。この方法で
は、第13図（ａ）に示すように、処置具チャンネルを有
する内視鏡61の挿入部２を大腸60へ挿入し、第13図
（ｂ）に示すように、前記処置具チャンネル内に、バル
ーン処置具70を挿入する。このバルーン処置具70は、先
端側の先端バルーン71と、手元側の手元操作側バルーン
72とを有し、両バルーン71,72は、互いに連通してい
る。このバルーン処置具70を、先端バルーン71を収縮さ
れた状態で、処置具挿入口から前記処置具チャンネル内
に挿入する。そして、収縮している先端バルーン71を挿
入部２の先端部から突出させる。尚、先端バルーン71の
表面は滑り易くしておく。そのためにゼリー等を塗って
おいても良い。

次に、第13図（ｃ）に示すように、手元操作側バルー
ン72を握りつぶす等して先端バルーン71を膨らませる。
そして、この状態で、第13図（ｄ）に示すように、内視
鏡を押し込む。すると、先端バルーン71と大腸壁との接
触面積は大きく、また、先端バルーン71が滑り易いの
で、患者に苦痛を与えることなく、スムーズに内視鏡を
挿入することができる。

観察するときは、第13図（ｅ）に示すように、手で握
りつぶしていた手元操作側バルーン72を膨らませること
により、先端バルーン71を収縮させ、先端バルーン71
を、内視鏡の視野から消えるところまで抜く。

第13図（ｂ）ないし（ｅ）の状態を繰り返すことによ
り、内視鏡を挿入して行く。

第２の方法は、第14図に示すものである。この方法で
は、第１の方法と同様に、第14図（ａ）に示すように、
処置具チャンネルを有する内視鏡61の挿入部２を大腸60
へ挿入し、第14図（ｂ）に示すように、前記処置具チャ
ンネル内に、バルーン処置具70を挿入する。この場合の
バルーン処置具70は、先端バルーン71を最大に膨らませ
たときの直径が大腸60の内径よりも大きくなるものとす
る。このバルーン処置具70を、先端バルーン71を収縮さ
せた状態で、処置具挿入口から前記処置具チャンネル内
に挿入する。そして、収縮している先端バルーン71を挿
入部２の先端部から突出させる。この場合、前記第１の
方法の場合と比較して、突出量を多くする。

次に、第14図（ｃ）に示すように、手元操作側バルー
ン72を握りつぶす等して先端バルーン71を膨らませる。
すると、先端バルーン71の直径は大腸60の内径よりも大
きいため、先端バルーン71が固定される。そして、この
状態で、第14図（ｄ）に示すように、バルーン処置具70
をガイドとして内視鏡を挿入して行く。これにより、挿
入部２の先端部が大腸壁に接触することなく、内視鏡を
挿入することができる。

観察するときは、第14図（ｅ）に示すように、手で握
りつぶしていた手元操作側バルーン72を膨らませること
により、先端バルーン71を収縮させ、先端バルーン71
を、内視鏡の視野から消えるところまで抜く。

第14図（ｂ）ないし（ｅ）の状態を繰り返すことによ
り、内視鏡を挿入して行く。

以上の２つの例のように、バルーンをガイドとして内
視鏡を挿入することにより、挿入が容易になる。

次に、内視鏡の挿入部の先端部が大腸等の被検体に突
き当たった場合に、これを知ることができるようにした
内視鏡の例を第15図に示す。

この内視鏡では、挿入部２の先端部80に、フード85が
複数のばね86により取り付けられており、このフード85
は、外力により揺動可能になっている。内視鏡の観察窓
81は、先端部の中心に位置しており、この観察窓81の周
りに、照明窓82,82が配置されている。前記観察窓81の
内側に設けられた対物光学系の視野角と、前記フード85
の先端開口部によって規制される対物光学系の視野角と
は、略一致している。

このような構成では、フード85が外力を受けると、外
力を受けた側が押され、フード85が傾斜する。すると、
対物光学系の視野の一部がけられるため、どちら側から
外力を受けているかを判断することができ、これによ
り、進むべき方向を知ることができる。

第16図ないし第19図は本発明の第２の実施例に係り、
第16図は内視鏡の自動挿入装置の構成を示すブロック
図、第17図は最も暗い領域を設定するための二値化回路
及びスレッシュホールドレベル設定部を示す回路図、第
18図は他の領域を設定するための二値化回路及びスレッ
シュホールドレベル設定部を示す回路図、第19図（ａ）
は内視鏡像の明るさレベルのヒストグラム、第19図
（ｂ）は内視鏡像を示す説明図である。

本実施例は、二値化回路32a〜32cのスレッシュホール
ドレベルを設定するに際して、内視鏡像の明るさレベル
に関するヒストグラムを利用するようにした例である。

何枚かの内視鏡写真を調べたところ、第19図（ｂ）に
示すような内視鏡像では、第19図（ａ）に示すような明
るさレベルに関するヒストグラムが得られ、このヒスト
グラム上のファーストピーク（first peak;暗い方から
見て最初のピーク）が、内視鏡の挿入方向を判断するた
めの内視鏡像の暗い領域と対応することが分った。尚、
第19図（ａ）は各明るさレベル毎の画素数を示すヒスト
グラムであり、第19図（ｂ）は中心程暗い内視鏡像を示
している。

従って、ヒストグラムのファーストピークの明るさレ
ベルの値から、前記スレッシュホールドレベルを設定す
るのが良い。例えば、第19図（ａ）に示すように、ファ
ーストピークの明るさレベル（グレイレベル）がg_p1で
あれば、明るさに応じた複数の領域のうちの最も暗い領
域を設定するためのスレッシュホールドレベルをg_p1に
設定する。

このように、スレッシュホールドレベルの設定をする
に当ってヒストグラムを利用した内視鏡の自動挿入装置
の構成を第16図に示す。

この装置では、画像入力部31からの画像信号は、二値
化回路32a〜32cに入力されると共に、A/Dコンバータ101
でデジタル信号に変換された後、ヒストグラム作成部10
2に入力されるようになっている。このヒストグラム作
成部102は、内視鏡像について、各明るさレベル毎の画
素数の総数を求め、第19図（ａ）に示すようなヒストグ
ラムを作成する。そして、このヒストグラム作成部102
で作成されたヒストグラムのファーストピークの明るさ
レベルg_p1が、ファーストピーク検出部103で検出される
ようになっている。このファーストピーク検出部103で
検出されたファーストピークの明るさレベルg_p1は、各
スレッシュホールドレベル設定部（１〜３）33a〜33cに
入力されるようになっている。

ここで、最も暗い領域を設定するためのスレッシュホ
ールドレベル設定部（１）33aは、例えば、第17図に示
すように、D/Aコンバータからなり、前記明るさレベルg
_p1をアナログ電圧に変換して、二値化回路32aを構成す
るコンパレータの一方の入力端に印加するようになって
いる。

また、他の領域を設定するためのスレッシュホールド
レベル設定部（２）33b,（３）33cは、例えば、第18図
に示すように、前記明るさレベルg_p1をアナログ電圧に
変換するD/Aコンバータ106と、このD/Aコンバータ106の
出力に１より大きい所定の係数を掛けるアンプ107とか
らなり、前記アンプ107の出力を、二値化回路32b,32cを
構成するコンパレータの一方の入力端に印加するように
なっている。

すなわち、最も暗い領域のスレッシュホールドレベル
はg_p1に設定され、他の領域のスレッシュホールドレベ
ルはg_p1より大きい値に設定される。

尚、他の領域のスレッシュホールドレベルを設定する
場合、g_p1に所定の値を加算しても良い。

このように本実施例によれば、内視鏡像に合わせた適
切なスレッシュホールドレベルの設定ができ、スレッシ
ュホールドレベルの設定が適切でないために正しく挿入
方向を検出できないというう不具合を回避することがで
きる。

その他の構成，作用及び効果は、第１実施例と同様で
ある。

第20図は本発明の第３実施例の内視鏡の自動挿入装置
の構成を示すブロック図である。

本実施例に使用される内視鏡201は、ファイバスコー
プであり、挿入部２と操作部３とを備え、操作部３から
延設されたユニバーサルコード４は、図示しない光源装
置に接続されるようになっている。また、操作部３の後
端部には、接眼部204が設けられ、この接眼部204にはテ
レビカメラ205が装着されるようになっている。

前記内視鏡201の対物レンズの結像位置には、固体撮
像素子の代りに、図示しないイメージガイドの先端部が
配置されている。このイメージガイドは、挿入部2,操作
部３内を挿通され、後端面は、前記接眼部204内の図示
しない接眼レンズに対向している。そして、対物レンズ
によって結像された被写体像は、イメージガイドによっ
て接眼部204に伝達され、この接眼部204に装着されたテ
レビカメラ205によって撮像されるようになっている。
前記テレビカメラ205の出力信号は、図示しない映像信
号処理回路を経て、自動挿入装置30の画像入力部31に入
力されるようになっている。

また、挿入部２内には複数のアングルワイヤ209,209
が挿通され、このアングルワイヤ209,209の先端部は湾
曲部６の先端部に固定され、後端部は、操作部３内に設
けられた湾曲駆動部211内のプーリ213に巻装されてい
る。このプーリ213の回転軸には、ギア215が取り付けら
れている。操作部３内には、モータ212が設けられ、こ
のモータ212の出力軸に取り付けられたギア214に前記ギ
ア215が噛合している。また、前記プーリ213の回転軸に
は、ポテンショメータ216が取り付けられ、このポテン
ショメータ216と前記モータ212は、自動挿入装置30内の
湾曲制御手段231に接続されている。この湾曲制御手段2
31は、自動挿入装置30内の内視鏡先端湾曲指示手段230
に接続されている。この内視鏡先端湾曲指示手段230
は、中心位置比較部42に接続されている。

また、挿入部２には、挿入部進退装置219が装着され
ている。この挿入部進退装置219は、取付板224に回転自
在に取り付けられ、挿入部２を両側から挾みつける２つ
のローラ220を有し、この２つのローラ220の端部には、
それぞれ、互いに噛合するギア221が取り付けられてい
る。従って、２つのローラ220は、互いに反対方向に回
転し、その結果、２つのローラ220に挾まれた挿入部２
が進退するようになっている。一方のギア221には、モ
ータ223の出力軸に取り付けられたギア222が噛合してい
る。前記モータ223は、自動挿入装置30内の駆動制御手
段232に接続されている。この駆動制御手段232は、内視
鏡後退指示手段37と、スイッチ45を介して内視鏡進行指
示手段43に接続されている。

その他の構成は、第２実施例と同様である。

次に、本実施例の作用について説明する。

テレビカメラ205で撮像された内視鏡像は、自動挿入
装置30に入力され、第１実施例または第２実施例と同様
の作用により、複数のスレッシュホールドレベルに対応
した複数の暗部領域が抽出され、この各領域の中心位置
の配置に応じて、内視鏡進行指示手段43で内視鏡の挿入
条件が設定される。この内視鏡進行指示手段43の進行指
示信号は、スイッチ45を介して駆動制御手段232に伝達
され、モータ223を駆動させる。このモータ223の駆動に
より、ローラ220が回転し、挿入部２が進行する。

同様に、内視鏡後退指示手段37の指示信号は、前記駆
動制御手段232に伝達され、モータ223を逆回転させ、挿
入部２を後退させる。

一方、中心位置比較部42の出力は内視鏡湾曲指示手段
230に入力され、暗部領域の中心位置が内視鏡像の中心
からずれている場合には、前記内視鏡先端湾曲指示手段
230が、湾曲制御手段231に対して湾曲指示信号を出力す
る。尚、湾曲制御に使用する暗部領域の中心位置は、３
つのスレッシュホールドレベルに対応する３つの暗部領
域の各中心座標P₁,P₂,P₃のうちの１つでも良いし、２つ
以上に基づいて決定しても良い。前記湾曲制御手段231
は、前記湾曲指示信号に応じてモータ212を回転させ
る。これにより、プーリ213を介してワイヤ209が押し引
きされ、湾曲部６が湾曲される。前記プーリ213の回転
量は、ポテンショメータ216で検出され湾曲制御手段231
にフィードバックされ、これにより、湾曲部６は湾曲指
示信号による所定の湾曲角まで湾曲される。尚、図に
は、２方向に対する湾曲駆動部211のみを示している
が、湾曲駆動部211を２組設けることにより、４方向の
湾曲制御が可能である。

その他の作用及び効果は、第１または第２実施例と同
様である。

尚、第３実施例において、内視鏡としては、第１実施
例と同様に挿入部先端部に固体撮像素子を有する電子内
視鏡を用いても良い。

第21図ないし第25図は本発明の第４実施例に係り、第
21図は自走式挿入体の断面図、第22図は第21図のＡ−
Ａ′線断面図、第23図は形状記憶合金に対する通電手段
を示す回路図、第24図は形状記憶合金に対する通電のタ
イミングを示すタイミングチャート、第25図は自走式挿
入体の動作を示す説明図である。

本実施例は、第３実施例の挿入部進退装置219に代え
て、挿入部先端部に設けた自走式挿入体を用いた例であ
る。

第21図に示すように、自走式挿入体301は、内視鏡の
挿入部２の先端部に装着されるものであり、前後一対の
ループ状部材303,304と、このループ状部材303,304間に
配設された変形部材305とを備え、これら各部材303,30
4,305はそれぞれ双方向性形状記憶合金によって形成さ
れている。また、前記変形部材305は、コイル状に形成
されている。前記ループ状部材304,305は、オーステナ
イト相とマルテンサイト相のいずれの状態でも形状を記
憶しており、マルテンサイト相からオーステナイト相に
変態する変態温度以上に加熱されることにより、その外
接円の径を大きくするように変形し、またオーステナイ
ト相からマルテンサイト相に変態する変態温度以下に冷
却されることにより、その外接円の径を小さくするよう
に変形する。また、変形部材305は、マルテンサイト相
からオーステナイト相に変態する変態温度以上に加熱さ
れることにより、全体が伸びるように変形し、またオー
ステナイト相からマルテンサイト相に変態する変態温度
以下に冷却されることにより、全体が縮むように変形す
る。

前記ループ状部材303,304は、リング状の弾性カバー
体306,307に埋め込まれ、変形部材305は筒状のカバー体
308に埋め込まれている。このカバー体308の前後端に
は、それぞれ対応する前記カバー体306,307が連結リン
グ体309,310を介して連結されている。

前記ループ状部材303,304及び変形部材305には、それ
ぞれリード線311が個別的に接続されている。この各部
材303,304,305に接続されたリード線311は、カバー体30
6,307,308の各内部を通じて後方の連結リング体310の内
面に設けられたそれぞれの接点312に接続されている。
この各接点312は、内視鏡挿入部２の外周面に設けた接
点に接触し、電気的に接続されるようになっている。そ
して、この各接点312は、挿入部２内に配設したリード
線313を通じて、第23図に示すような通電手段の制御回
路314に接続されている。この制御手段314には、電源31
5及び操作部316が接続されており、操作部316により、
各部材303,304,305に対する通電順序，通電時間，出力
等を設定できるようになっている。また、前記制御回路
314は、第20図における内視鏡後退指示手段37と、スイ
ッチ45を介して内視鏡進行指示手段43にも接続されてお
り、この内視鏡後退指示手段37,内視鏡進行指示手段43
からの指示手段に応じて、各部材303,304,305に対する
通電順序，通電時間，出力等を設定するようになってい
る。

第21図に示すように、後方の連結リング体310は、内
視鏡挿入部２の固定部317に固定されている。また、前
方の連結リング体309は、その内面にボールベアリング
部318を設けることにより、挿入部２の周面上を滑動で
きるようになっている。

その他の構成は、第３実施例と同様である。

次に、本実施例の作用について説明する。

まず、第21図に示すように、内視鏡の挿入部２に、自
走式挿入体301を装着し、挿入部２を被挿入部位たる体
腔内や配管内に挿入する。このとき、通電は行わないの
で、各ループ状部材303,304及び変形部材305はそれぞれ
収縮しており、比較的容易に挿入することができる。

内視鏡像は、自動挿入装置30に入力され、第１実施例
または第２実施例と同様の作用により、内視鏡進行指示
手段43で内視鏡の挿入条件が設定される。この内視鏡進
行指示手段43の進行指示信号は、スイッチ45を介して制
御回路314に伝達される。この制御回路314は、次のよう
にして挿入部２を前進させる。すなわち、まず、第24図
で波形Ａで示すように後方のループ状部材304に通電
し、第25図（ａ）に示すようにその外径を大きくする。
これにより、ループ状部材304を覆うカバー体307は、被
挿入部位の内壁に押し当り保持される。次に、前記ルー
プ状部材304に通電したまま、第24図で波形Ｂで示すよ
うに、変形部材305にも通電する。これにより、第25図
（ｂ）に示すように、変形部材305が伸び、先端側のル
ープ状部材303が、内視鏡挿入部２の外周上を滑動して
前進する。この後、第24図で波形Ｃで示すように、先端
側のループ状部材303に通電する。これにより、第25図
（ｃ）に示すようにループ状部材303の外径が大きくな
り、このループ状部材303を覆うカバー体306が被挿入部
位の内壁に押し当り保持される。この直後に、第24図に
示すように後方のループ状部材304への通電（波形Ａ）
を停止し、次いで、変形部材305への通電（波形Ｂ）も
停止させると、ループ状部材304及び変形部材305が冷却
され、第25図（ｄ）から（ｅ）に示すように、ループ状
部材304及び変形部材305が収縮する。従って、後方のル
ープ状部材304を覆うカバー体307は第25図（ｄ）に示す
ように被挿入部位の内壁から離れ、また、変形部材305
が縮んで、内視鏡挿入部２を引きながら後方のループ状
部材304を前進させる。ここで、前方のループ状部材303
への通電（波形Ｃ）を停止し、ループ状部材303を収縮
させる。これで、１ストロークの前進動作が完了する。
そして、この動作を繰り返すことにより、挿入部２が前
進する。

また、内視鏡後退指示手段37の指示信号は、前記制御
回路314に伝達され、挿入部２を後退させる。挿入部２
を後退させる場合は、ループ状部材303,304,変形部材30
5に対する通電の順序を、前進の場合の逆にすれば良
い。

尚、ループ状部材303,304,変形部材305に用いる形状
記憶合金として、拡径または伸長した形状のみを記憶さ
せた１方向性のものを用い、カバー体306,307,308の弾
性復元力によって、ループ状部材303,304,変形部材305
を収縮させるようにしても良い。

その他の作用及び効果は第３実施例と同様である。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、明るさに応じた
複数の領域の配置に基づいて、被検体の状態に応じた内
視鏡の挿入条件を判別することができ、被挿入体の状態
に応じた適切な挿入が可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第11図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は内視鏡の自動挿入装置の構成を示すブロック図、第
２図は内視鏡装置の構成を示す説明図、第３図は二値化
回路及びスレッシュホールドレベル設定部を示す回路
図、第４図は暗部抽出部の動作の説明図、第５図は暗部
抽出部で抽出された複数の領域を示す説明図、第６図は
内視鏡先端が被検体に近付き過ぎた状態での内視鏡像を
示す説明図、第７図はパターン比較部の対比パターンの
例を示す説明図、第８図は境界抽出部の動作の説明図、
第９図は中心抽出演算部の動作の説明図、第10図は管腔
が直線状の場合での本実施例の動作を説明するための説
明図、第11図は管腔が湾曲している場合での本実施例の
動作を説明するための説明図、第12図は内視鏡を大腸に
挿入する様子を示す説明図、第13図及び第14図は内視鏡
の挿入を容易にする方法の説明図、第15図は挿入部の先
端部が被検体に突き当たったことを知ることができるよ
うにした内視鏡の先端部の斜視図、第16図ないし第19図
は本発明の第２実施例に係り、第16図は内視鏡の自動挿
入装置の構成を示すブロック図、第17図は最も暗い領域
を設定するための二値化回路及びスレッシュホールドレ
ベル設定部を示す回路図、第18図は他の領域を設定する
ための二値化回路及びスレッシュホールドレベル設定部
を示す回路図、第19図（ａ）は内視鏡像の明るさレベル
のヒストグラム、第19図（ｂ）は内視鏡像を示す説明
図、第20図は本発明の第３実施例の内視鏡の自動挿入装
置の構成を示すブロック図、第21図ないし第25図は本発
明の第４実施例に係り、第21図は自走式挿入体の断面
図、第22図は第21図のＡ−Ａ′線断面図、第23図は形状
記憶合金に対する通電手段を示す回路図、第24図は形状
記憶合金に対する通電のタイミングを示すタイミングチ
ャート、第25図は自走式挿入体の動作を示す説明図であ
る。１……内視鏡、２……挿入部６……湾曲部、７……挿入駆動部 30……自動挿入装置、32……二値化回路 33……スレッシュホールドレベル設定部 34……暗部検出部、39……境界抽出部 41……中心抽出演算部、42……中心位置比較部 43……内視鏡進行指示手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石川明文東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内審査官江成克己 (56)参考文献特開昭55−86436（ＪＰ，Ａ) 特公昭61−37927（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61B 1/04 G02B 23/24 H04N 7/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内視鏡像を撮像する固体撮像素子と、この固体撮像素子から出力される内視鏡像に属する各画
素の明るさを閥値にて区分し、この閥値にて決められる
各明るさの範囲に属する画素から構成される領域を前記
内視鏡像から３つ以上抽出する領域抽出手段と、この領域抽出手段によって抽出された第１の領域の中心
と第２の領域の中心の距離と第２の領域の中心と第３の
領域の中心の距離との大小関係に基づいて、内視鏡の挿
入条件を判別する判別手段と、を備えたことを特徴とする内視鏡の挿入制御装置。