JP2948833B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

内視鏡装置

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JP2948833B2 JP1223483A JP22348389A JP2948833B2 JP 2948833 B2 JP2948833 B2 JP 2948833B2 JP 1223483 A JP1223483 A JP 1223483A JP 22348389 A JP22348389 A JP 22348389A JP 2948833 B2 JP2948833 B2 JP 2948833B2
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芳広 小坂
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昇一 家岡
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好司 幸田
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はファジィ推論手段を用いた内視鏡装置に関す
る。
[従来技術] 近年、医療用分野及び工業用分野において内視鏡が広
く利用されるようになった。
ところで、内視鏡による観察(診断)、検査を行うに
は細長の挿入部を生体内とかジェットエンジン内等の対
象部位まで挿入(導入)しなければならない。
例えば生体内に挿入する場合には、術者が内視像を見
ながら挿入方向を判断し、挿入部の先端側の湾曲部のア
ングル操作を行って、対象部位まで挿入するようにして
いる。
この挿入の操作は術者の経験によることが多かった。
[発明が解決しようとする問題点] 特に屈曲した挿入経路の場合、挿入操作が難しくな
り、熟達した術者でないと、対象部位まで挿入するのに
時間がかかり、挿入操作で術者が疲れてしまい、本来の
内視鏡像による診断、処置に意をそそぐことが困難にな
ってしまう。又、検査できる患者数も少くなってしま
う。
さらに、患者にとっても挿入に時間がかかると、それ
だけ内視鏡検査に苦痛を強いられることになり、改善さ
れることが望まれる。
このため、内視鏡挿入部を自動的に挿入する自動挿入
装置も提案されているが、生体にも適用できる装置は少
ない。又、これまでの装置は挿入の制御系が大がかりに
なってしまう欠点があった。
本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、簡
単な構成で内視鏡挿入部を挿入することのできる内視鏡
装置を提供することを目的とする。
[問題点を解決する手段及び作用] 本発明による内視鏡装置は、内視鏡挿入部の先端の向
きを制御するための湾曲駆動手段と、被写体を撮像する
撮像手段と、前記撮像手段で得られる画像を複数の領域
に分割し、その分割された領域の明るさ情報を検出する
手段と、前記検出手段の明るさ情報を基に前記湾曲駆動
手段の湾曲量を制御するファジィ推論手段とを具備した
ことを特徴とする。
[実施例] 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。
第1図ないし第5図は本発明の第1実施例に係り、第
1図は第1実施例の全体構成を示し、第2図は4分割の
受光部の構成を示し、第3図は上下方向のアングル制御
のためのメンバシップ関数を示し、第4図は内視鏡の先
端部を体腔内に挿入した状態を示し、第5図はファジィ
推論の概要説明図を示す。
第1実施例を説明する前に、第5図を参照してファジ
ィ推論の概要を説明する。ファジィ推論とは、人間が日
常の中で使用するあいまいな言葉で表現したファジィ・
ルール(ファジィ推論規則)を用いた推論である。ファ
ジィ・ルールは「if A=BIG and B=NORMAL then X=SM
ALL」のように記述できる。第5図で、A,Bは入力変数、
Χは出力変数である。ルールが成立するための条件を書
いた部分「if A=BIG and B=NORMAL」を前件部、その
結論部分「X=SMALL」を後件部という。ファジィ推論
では各入力変数を0〜1の値に変換して演算するが、こ
の変換を定義するのがメンバシップ関数(前件部メンバ
シップ関数)である。メンバシップ関数はファジィ・ル
ールで扱う命題(BIG,NORMAL,SMALL等)毎に定義されて
いる。メンバシップ関数を参照して入力変数が各命題を
満足する度合いを計算する。前件部に命題が複数ある場
合は、そのうちの最小値を求める。これを最小値(MI
N)演算という。次に、各ルール毎のメンバシップ値を
合成する。これは、各ルールの後件部を比べ、その最大
値をとり新しいメンバシップ関数を作ることにより行わ
れる。これを最大値(MAX)演算という。この合成され
たメンバシップ関数の重心値が推論結果(出力値)とな
りこれに基づいて、後段の制御が行われる。
第5図の推論方式は代表的な例であるが、他にもいく
つかの推論方式が提案されている。ここでは、第2図の
推論方式に従って説明するが、この発明は他の推論方式
を採用した場合でも適応可能である。
上述のファジィ推論手段を備えた第1実施例の(内視
鏡の)自動挿入装置1の構成を第1図に示す。
自動挿入装置1は、撮像手段を備えた電子内視鏡2
と、この電子内視鏡2に照明光を供給する光源部3及び
信号処理する信号処理部(カメラコントロールユニット
とも呼びCCUと略記する。)4等を内蔵した制御装置5
と、CCU4の映像信号を表示するカラーモニタ6とから構
成される。
上記電子内視鏡2は、細長で可撓性の挿入部7を有
し、この挿入部7の後端には太幅の操作部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、その先端に取付けたコネクタ11を制御装置5に着脱
自在で装着できるようにしてある。
上記操作部8には、上下方向及び左右方向のアングル
駆動部12A,12Bが設けてあり、これらアングル駆動部12
A,12Bを制御することによって、挿入部7の先端構成部1
3に隣接して形成した湾曲部14を上下方向/左右方向等
に湾曲できるようにしてある。
上記挿入部7内及びユニバーサルコード9内に、照明
光を伝送するライトガイド15が挿入され、コネクタ11を
制御装置5に接続することによって、このライトガイド
15の入射端面に照明光が供給される。つまり、光源ラン
プ16の白色光は、コンデンサレンズ17によって集光さ
れ、ライトガイド15の入射端面に照射される。このライ
トガイド15で伝送された照明光は、先端構成部13側の端
面から出射され、被写体を照明する。
照明された被写体は、先端構成部13に設けた対物レン
ズ18によって、その焦点面に配設したCCD19に光学像が
結ばれる。
上記光学像はCCD19によって、光電変換され、信号荷
電として蓄積される。しかして、CCU4内の図示しないド
ライブ回路からのドライブ信号によって読出され、CCU4
内の信号処理回路で信号処理されて、標準的な映像信号
に変換され、カラーモニタ6で被写体像をカラー表示す
る。
上記対物レンズ18とCCD19との間の光路上に、ハーフ
プリズム21等のビームスプリッタが介装してあり、この
ハーフプリズム21にて対物レンズ18側から入射される光
の一部を反射して、受光部22に導く。
この受光部22は、第2図(A)又は(B)に示すよう
に、4分割した受光素子22a,22b,22c,22dで構成され、
受光素子22a,22bは上下方向の湾曲方向に対応して配置
され、受光素子22c,22dは左右方向の湾曲方向に対応し
て配置されている。換言するならば、受光素子22a,22b
はCCD19による画像における上下方向と目印された方向
に沿って配置され、受光素子22c,22dはこの方向と直交
する方向に沿って配置されている。上記目印の方向はア
ングル駆動12Aにより、湾曲部14が湾曲される方向と一
致する。
各アングル駆動部12A,12Bは、アングル用ワイヤ25A,2
5Bがそれぞれ巻装されたプーリ26A,26Bと、これらプー
リ26A,26Bを回転駆動するモータ27A,27Bと、各モータ27
A,27Bの回転量を検出するロータリエンコーダ28A,28Bと
から構成される。しかして、例えばモータ27Aを例えば
回転させると、ワイヤ25Aの一方を牽引し、他方を弛緩
させて湾曲部14を上下方向に湾曲できる。
上記モータ27A,27Bは、それぞれ上下及び左右アング
ル制御回路29A,29Bと接続され、これら上下及び左右ア
ングル制御回路29A,29Bによってその動作が制御され
る。
尚、上記モータ27A,27Bは、湾曲操作スイッチ30によ
り、上下及び左右アングル制御回路29A,29Bを介して、
所望とする方向に湾曲できるようにしてある。
ところで自動挿入のための挿入方向を検出するための
受光部22の出力信号は、信号ケーブル31を介して、演算
部32に入力される。
この演算部32は、4つの受光素子22a,22b,22c,22dの
総和信号(a+b+c+d)と上下方向及び左右方向に
それぞれ配置した1対の受光素子22a,22b;22c,22dを演
算して差信号a−b及びc−dを出力する。
上記総和信号(a+b+c+d)と差信号a−b,c−
dは、ファジィ推論部33に入力され、これら3つの信号
からアングル駆動部12A,12Bのアングル制御を行う制御
信号を生成し、挿入部7の先端側を挿入経路の屈曲状態
に応じて屈曲され、自動挿入できるようにしている。
上記ファジィ推論部33の出力信号は上下及び左右アン
グル制御回路29A,29Bに入力させ、アングル制御を行う
と共に、(移動)モータ駆動回路34に入力され、モータ
35,35を制御して挿入部7に当接したプーリ36,36の回転
/停止を制御する。
さらにファジィ推論部33の出力は警告灯駆動回路37を
介して警告灯38の点滅を制御する。
上記ファジィ推論部33による例えば上下方向のアング
ル制御について以下に説明する。
ファジィ推論部33は、演算部32の出力、つまり総和信
号(a+b+c+d)と、差信号a−bによって、基本
的には表のように上下方向のアングル制御及び警告灯の
ON/OFF制御を行う。
表に示すアングル制御の方法をメンバシップ関数にす
ると、例えば第3図に示すようになる。
第3図において、例えばは、総和信号(a+b+c
+d)が明るく、且つ差信号a−bが正であれば、下方
にアングル制御を行うと共に、警告灯は点灯しないこと
を表している。
上記の制御ルールは第4図の状態に対応している。
挿入部7の先端側が挿入された体腔41の深部側が下方
に屈曲し、一方挿入部7の先端側は下方を向いていない
場合には、ライトガイド15による照明光は深部側に届か
なかったり、深部側からの反射光は弱いので、深部に通
じる開口部分が結像される受光素子22b側の出力が他方
の受光素子22aの出力よりも小さくなる。
従って、この場合には下方にアングル制御して、挿入
部7の先端側を開口する深部側に向けるように制御する
と共に、体腔壁面に当接する状態ではないので、警告灯
38は点灯しない。
一方、で示す制御ルールの場合には、挿入部7の先
端側が体腔壁面に直直面した状態と考えられ、この装置
1が正しく動作しなかった時に起こり得ると考えられ
る。
この状態では、体腔壁面は近距離となり、明るい照明
状態となると共に、2つの受光素子22a,22bの出力は殆
ど同じレベルとなるため、その差信号は殆ど0となる。
従って、この場合には、アングル制御の方向が分からな
いので、そのままとし、警告灯38を点灯して、警告を行
う制御ルールにしている。又、この場合には、挿入用モ
ータ35,35の動作を停止して、壁面に当たらないように
制御するようにしている。
この他〜のルールによって、ファジィ推論による
出力信号を生成するようにしている。
従って、仮りに第3図(A),(B)に示すように総
和信号a+b+c+dの値がx1、差信号a−bの値がx2
であるとすると、アングル制御の値は同図(C)に示す
ようにハッチング部になり、警告灯制御も同図(D)で
示すハッチング部となる。
上記3つのハッチング部を重ね合わせると第3図
(E)の図形が得られ、それらの最大値演算を行い且つ
その重心x3が上下方向のアングル制御量となり、ファジ
ィ推論部33はこの制御量に対応した信号が上下アングル
制御回路29Aに出力する。この場合には、少し下向きの
アングル制御を行うことによる。
尚、この場合には、第3図(F)に示すように警告灯
38についてはOFFに近い出力値となるので点灯しない。
この第1実施例によれば簡単な構成によって、内視鏡
を挿入経路の深部を目ざして自動挿入することができ
る。
又、この第1実施例ではファジィ推論手段を用いて挿
入方向とか警告灯38の点灯制御しているので、通常のデ
ィジタルコンピュータによる判断よりも適切な判断を高
速で行うことができる。
つまり通常のコンピュータによる制御方法では、「も
しも〜ならば」に相当する前件部が複数あると、結論部
としての後件部に各前件部が独立的に影響を及ぼすた
め、条件に完全に適合する場合と、適合する場合からか
なりずれた場合でも、設定した範囲内にあれば同一の制
御結果となってしまう場合が一般的である。
これに対しファジィ推論手段では、第3図からも分る
ように前件部の条件に良く適合する場合にはその後件部
が制御結果に寄与する場合が大きく、前件部の条件に適
合する割合が小さいと、その後件部が結果に占める割合
が小さくなるというようにして、基本的な制御ルールを
重み付けしたような制御結果が導かれることになる。
このため、得られる制御結果は最敵値に近いものとな
る。
通常のコンピュータ制御によっても、前件部の条件に
適合する割合に応じて制御結果を得るように制御するこ
とも可能であるが、それを実現するためには膨大な演算
量となり、装置自体が大がかりになってしまったり、非
常に高速のコンピュータを使用しなければ実現できない
のに対し、ファジィ推論手段によれば小規模で且つ短時
間で制御結果が得られるので、装置の構成が簡単且つ小
型化できる利点も有る。
第6図は本発明の第2実施例の自動挿入装置51の全体
構成を示す。この実施例の電子内視鏡52は、第1図にお
いてハーフプリズム21及び受光部22を有しない構造のも
のが用いてあり、一方、制御装置5は、CCU4内の図示し
ないNTSCエンコーダに入力される輝度信号Yを切換スイ
ッチ53を介して4つの積分回路54a,54b,54c,54dに導
き、この積分回路54a,54b,54c,54dの積分信号を演算部3
2に入力するようにしている。
上記切換スイッチ53は切換制御回路55によって、接点
Sa,Sb,Sc,Sdは第7図のように切換えられる。
第7図(a)に示すモニタ画面上の1フィールド/フ
レームの映像に対し、例えば2つの対角線によって4分
割した領域Ra,Rb,Rc,Rdの輝度信号をそれぞれ積分回路5
4a,54b,54c,54dに入力させるように切換スイッチ53が切
換えられる。
例えば第7図(a)におけ走査線での映像信号期間で
は第7図(b),(c),(d)に示すように接点Sc,S
a,Sdがオンする。
従って、積分回路54a,54b,54c,54dは第1実施例の受
光部22の役割を果たすことになる。
その他の構成は第1実施例とほぼ同様である。
この第2実施例によれば、第1実施例と同様の作用効
果を有すると共に、電子内視鏡52として受光部22を有し
ないものを使用できるという利点を有する。
尚、警告灯38を点灯させる代りに、モニタ画面上で警
告マークを表示するようにしても良い。
尚、本発明はファイバスコープの接眼部にテレビカメ
ラを装着した外付けテレビカメラ付きスコープでも同様
に使用できる。
尚、4分割よりも多く分割して、より細かく制御する
ようにしても良い。
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、内視鏡像を複数の
領域に分割して、各領域の出力レベルを比較し、その比
較した出力信号をファジィ推論手段に入力して挿入方向
を制御するようにしているので、簡単な構成で内視鏡を
適切に自動挿入することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第5図は本発明の第1実施例に係り、第1
図は第1実施例の装置全体の構成図、第2図は受光部を
示す正面図、第3図はファジィ推論部の制御ルールを示
す説明図、第4図は内視鏡の先端側を体内に挿入した状
態の説明図、第5図はファジィ推論手段の概要の説明
図、第6図は本発明の第2実施例の全体構成図、第7図
はスイッチの切換を行うタイミングの説明図である。 1……自動挿入装置、2……電子内視鏡 3……光源部、4……CCU 5……制御装置、6……カラーモニタ 12A,12B……アングル駆動部 18……対物レンズ 19……CCD、22……受光部 22a,22b,22c,22d……受光素子 29A,29B……アングル制御回路 32……演算部、33……ファジィ推論部 34……モータ駆動回路、38……警告灯
フロントページの続き (72)発明者 日比野 浩樹 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 (72)発明者 桜井 友尚 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 (72)発明者 村田 晃 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 (72)発明者 坂本 信之 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 (72)発明者 小坂 芳広 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 (72)発明者 松井 孝一 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 (72)発明者 家岡 昇一 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 (72)発明者 五反田 正一 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 (72)発明者 小林 一任 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 (72)発明者 幸田 好司 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 (56)参考文献 特開 昭55−88732(JP,A) 特開 平1−148232(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) A61B 1/00 - 1/32

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内視鏡挿入部の先端の向きを制御するため
    の湾曲駆動手段と、 被写体を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段で得られる画像を複数の領域に分割し、そ
    の分割された領域の明るさ情報を検出する手段と、 前記検出手段の明るさ情報を基に前記湾曲駆動手段の湾
    曲量を制御するファジィ推論手段と、 を具備したことを特徴とする内視鏡装置。
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