JP3236565B2 - Position estimation device - Google Patents

Position estimation device

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JP3236565B2
JP3236565B2 JP31502498A JP31502498A JP3236565B2 JP 3236565 B2 JP3236565 B2 JP 3236565B2 JP 31502498 A JP31502498 A JP 31502498A JP 31502498 A JP31502498 A JP 31502498A JP 3236565 B2 JP3236565 B2 JP 3236565B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は位置推定装置、更に
詳しくは複数の単軸コイルによるソースコイルの位置推
定部分に特徴のある位置推定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position estimating apparatus, and more particularly, to a position estimating apparatus characterized in a position estimating portion of a source coil using a plurality of single-axis coils.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、内視鏡は医療用分野及び工業用分
野で広く用いられるようになった。この内視鏡は特に挿
入部が軟性のものは、屈曲した体腔内に挿入することに
より、切開することなく体腔内深部の臓器を診断した
り、必要に応じてチャンネル内に処置具を挿通してポリ
ープ等を切除するなどの治療処置を行うことができる。
2. Description of the Related Art In recent years, endoscopes have been widely used in the medical and industrial fields. This endoscope, especially if the insertion part is flexible, can be inserted into a bent body cavity to diagnose organs deep inside the body cavity without making an incision, and if necessary, insert a treatment tool into the channel. Therapeutic treatment such as resection of polyps and the like.

【0003】この場合、例えば肛門側から下部消化管内
を検査する場合のように、屈曲した体腔内に挿入部を円
滑に挿入するためにはある程度の熟練を必要とする場合
がある。
[0003] In this case, for example, as in the case of examining the lower digestive tract from the anal side, some skill may be required to smoothly insert the insertion portion into a bent body cavity.

【0004】つまり、挿入作業を行っている場合、管路
の屈曲に応じて挿入部に設けた湾曲部を湾曲させる等の
作業が円滑な挿入を行うのに必要になり、そのためには
挿入部の先端位置等が、体腔内のどの位置にあるかと
か、現在の挿入部の屈曲状態等を知ることができると便
利である。
[0004] In other words, when the insertion operation is performed, it is necessary to perform an operation such as bending a bending portion provided in the insertion portion in accordance with the bending of the conduit to perform smooth insertion. It is convenient to be able to know the position of the distal end and the like in the body cavity, the current bending state of the insertion portion, and the like.

【0005】このため、例えばPCT出願の公開番号W
O94/04938号公報の従来技術では予め決められ
た位置に固定された3個の直交する3軸をもつコイルを
用いて、空間内に直交するベクトルを持つ交流磁界を順
次発生させ、前記空間内にある座標上に存在する1軸コ
イルで、3軸の各軸のコイルが発生した磁界により誘導
されて生じた前記1軸コイル両端間の電圧を計測する。
この計測したデータを基に、前記1軸コイルの空間座標
を検出していた。
For this reason, for example, the publication number W of the PCT application
In the prior art of O94 / 04938, an alternating magnetic field having orthogonal vectors in a space is sequentially generated by using three coils having three orthogonal axes fixed at predetermined positions, and the alternating magnetic field is generated in the space. The voltage between both ends of the uniaxial coil, which is induced by the magnetic field generated by the coils of each of the three axes with the uniaxial coil present on the coordinates shown in FIG.
The spatial coordinates of the uniaxial coil were detected based on the measured data.

【0006】ところが、上記PCT出願の公開番号WO
94/04938号公報の従来技術においては、周囲温
度の変化や経時的な変化によって、磁界を発生させるた
めの高周波信号の周波数と周波数抽出手段の抽出する周
波数成分の周波数が一致していないと、周波数成分の値
が本来抽出されるべき値からはずれてしまい、この値か
ら求めた内視鏡の位置が実際の位置と一致しなくなって
しまうため、挿入状態を正確に検出できなくなる可能性
があった。
However, the PCT application publication number WO
In the prior art of 94/04938, if the frequency of the high-frequency signal for generating the magnetic field does not match the frequency of the frequency component extracted by the frequency extracting means due to a change in the ambient temperature or a change over time, Since the value of the frequency component deviates from the value that should be extracted, and the position of the endoscope obtained from this value does not match the actual position, the insertion state may not be detected accurately. Was.

【0007】そこで、特開平9−28661号公報に
は、高周波信号の周波数と参照信号の周波数とを一致さ
せるための周波数の調整手段を設けることにより、周囲
温度の変化や経時的な変化により高周波信号の周波数と
参照信号の周波数とがずれるような環境等においても、
一致させることができ、設定への影響を受けにくくし、
内視鏡の挿入状態を検出することのできる内視鏡形状検
出装置が提案されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-28661 discloses a frequency adjusting means for matching the frequency of a high-frequency signal with the frequency of a reference signal. Even in an environment where the frequency of the signal is different from the frequency of the reference signal,
Match, make settings less sensitive,
An endoscope shape detecting device capable of detecting an insertion state of an endoscope has been proposed.

【0008】上記PCT出願の公開番号WO94/04
938号公報の従来技術では、複数の検出素子の出力値
から磁気発生素子の位置を推定するためには、直交させ
た単心コイルを3つ組み合わせた3軸コイルが複数必要
であり、複雑な構成となる。
[0008] Publication number WO94 / 04 of the above PCT application
In the prior art of Japanese Patent No. 938, in order to estimate the position of the magnetic generation element from the output values of the plurality of detection elements, a plurality of three-axis coils combining three orthogonal single-core coils are required, which is complicated. Configuration.

【0009】また、特開平9−28661号公報におい
ても、内視鏡システムに応用する場合、複数の検出素子
の出力値から磁気発生素子の位置を推定するためには、
直交させた単心コイルを3つ組み合わせた3軸コイルが
複数必要であり、やはり、複雑な構成となる。
[0009] Also, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-28661, when applying to an endoscope system, in order to estimate the position of the magnetic generating element from the output values of a plurality of detecting elements,
A plurality of three-axis coils, each of which is composed of three orthogonal single-core coils, are required, which again results in a complicated configuration.

【0010】さらに、特開平9−28661号公報で
は、ベクトルの解析において、信号列を構成する周波数
のフーリエ変換等により観測される周波数とを厳密に同
値とすることが困難であり、周波数領域上でのモレが発
生するため、窓関数法などを適用することにより、モレ
による影響を軽減する必要がある。
Furthermore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-28661, it is difficult to make the frequency of a signal sequence and a frequency observed by Fourier transform or the like exactly the same in the analysis of a vector. In this case, it is necessary to reduce the influence of the leak by applying a window function method or the like.

【0011】そこで、本出願人は、先に出願した特願平
9−140603号において、同一直線上に同一方向に
異なる位置に置かれた少なくとも4つの単心コイルで構
成される検出素子(または磁気発生素子)により、磁気
発生素子(または検出素子)の存在する空間を推定する
場合、推定すべき変数の数を減らすことのできるコイル
位置測定方法を提案している。
In view of the above, the applicant of the present application has disclosed in Japanese Patent Application No. Hei 9-140603, which was filed earlier, a detecting element (or at least four single-core coils arranged at different positions on the same straight line in the same direction). When estimating a space in which a magnetic generating element (or a detecting element) exists by using a magnetic generating element, a coil position measuring method capable of reducing the number of variables to be estimated has been proposed.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この特
願平9−140603号では、確かに上記問題を解決す
ることができるが、4個組センスコイルを並列に並べた
ことにより各4個組センスコイルにより推定される円の
誤差(中心と半径の誤差)の方向が同一となり、推定さ
れるソースコイルの3次元位置の誤差が特定の方向に大
きくなるという問題や、ソースコイルとセンスコイルと
の距離が離れると推定されるソースコイルの3次元位置
がばらつくという問題がある。
However, in Japanese Patent Application No. Hei 9-140603, the above-mentioned problem can be certainly solved. However, by arranging the quadruple sense coils in parallel, each quadruple sense coil is provided. The direction of the error of the circle (error between the center and the radius) estimated by the coil becomes the same, and the error of the estimated three-dimensional position of the source coil increases in a specific direction. There is a problem that the three-dimensional position of the source coil estimated to be far away varies.

【0013】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、複数組のセンスコイルによりソースコイルの3
次元位置を求めるときの推定誤差を縮小することのでき
る位置推定装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and includes a plurality of sets of sense coils, each of which has three source coils.
It is an object of the present invention to provide a position estimating device capable of reducing an estimation error when obtaining a dimensional position.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明による位置推定装
置は、磁界を発生するための単軸発信コイルを有する磁
界発生と、前記磁界発生で発生された磁界を検出す
る磁界検出手段とを有し、前記磁界検出手段による磁界
検出に基づき前記磁界発生の位置情報を検出する位置
推定装置において、前記磁界検出手段は、少なくとも、
所定の第1の軸上に第1、第2、第3及び第4の単軸発
信コイルを同一方向に向けて配置してなる第1の磁界検
出部と、前記第1の軸とは異なる軸である所定の第2の
軸上に第5、第6、第7及び第8の単軸発信コイルを同
一方向に向けて配置してなる第2の磁界検出部と、前記
第1の軸を中心とし、かつ該第1の軸と前記磁界発生源
との距離を半径とする第1の円周を推定する第1の算出
手段と前記第2の軸を中心とし、かつ該第2の軸と前
記磁界発生源との距離を半径とする第2の円周を推定す
る第2の算出手段と前記第1の円周と前記第2の円周
との交点、もしくは前記第1、第2の円周上の点を結ぶ
距離が最小となる各円周上の点を求め、前記交点、もし
くは前記距離が最小となる点に基づき磁界発生源を推定
する手段とを備えたことを特徴とするまた、本発明に
よる位置推定装置は、磁界を発生するための単軸発信コ
イルを有する磁界発生源と、前記磁界発生源で発生され
た磁界を検出する磁界検出手段とを有し、前記磁界検出
手段による磁界検出に基づき前記磁界発生源の位置情報
を検出する位置推定装置において前記磁界検出手段
は、少なくとも所定の第1の軸上に第1、第2、第3
及び第4の単軸発信コイルを同一方向に向けて配置して
なる第1の磁界検出部と前記第1の軸とは異なる軸で
ある所定の第2の軸上に第5、第6、第7及び第8の単
軸発信コイルを同一方向に向けて配置してなる第2の磁
界検出部と前記磁界発生源からの磁界を受けた前記第
1の磁界検出部の出力に基づき、前記磁界発生源と前記
第1の磁界検出部とを含む平面を想定して複数の曲線を
算出し、該複数の曲線のうち、互いの交差状態が直交に
近い曲線を求め、該曲線に基づき、前記第1の軸を中心
とし、かつ該第1の軸と前記磁界発生源との距離を半径
とする第1の円周を推定する第1の算出手段と前記磁
界発生源からの磁界を受けた前記第1の磁界検出部の出
力に基づき、前記磁界発 生源と前記第1の磁界検出部と
を含む平面を想定して複数の曲線を算出し、該複数の曲
線のうち、互いの交差状態が直交に近い曲線を求め、該
曲線に基づき、前記第2の軸を中心とし、かつ該第2の
軸と前記磁界発生源との距離を半径とする第2の円周を
推定する第2の算出手段と前記第1の円周と前記第2
の円周との交点、もしくは前記第1、第2の円周上の点
を結ぶ距離が最小となる各円周上の点を求め、前記交
点、もしくは前記距離が最小となる点に基づき磁界発生
源を推定する手段とを備えたことを特徴とする。
A position estimating apparatus according to the present invention comprises: a magnetic field generating source having a single axis transmitting coil for generating a magnetic field; and a magnetic field detecting means for detecting a magnetic field generated by the magnetic field generating source. In a position estimating device that detects the position information of the magnetic field generation source based on the magnetic field detection by the magnetic field detection unit, the magnetic field detection unit includes at least:
A first magnetic field detecting unit in which first, second, third, and fourth single-axis transmitting coils are arranged on a predetermined first axis in the same direction, different from the first axis; The predetermined second axis
On the shaft 5, 6, a second magnetic field detector formed by arranging toward the uniaxial transmitting coil of the seventh and eighth in the same direction, the
A first axis as a center, and the first axis and the magnetic field source;
First calculation for estimating a first circumference whose radius is the distance to
Means , centered on said second axis and in front of said second axis.
Estimating a second circumference whose radius is the distance to the magnetic field source
Second calculating means , the first circumference and the second circumference
Or the point on the first and second circles
Find the point on each circumference where the distance is the minimum, and calculate the intersection,
Or the source of the magnetic field is estimated based on the point where the distance is the minimum.
And means for performing the operation . In addition, the present invention
Is a single-axis transmission core for generating a magnetic field.
A magnetic field source having a magnetic field generated by the magnetic field source.
Magnetic field detecting means for detecting the magnetic field
Information of the magnetic field source based on the magnetic field detection by the means
In the position estimating apparatus for detecting the magnetic field , the magnetic field detecting means
Have at least first, second, and third axes on a predetermined first axis.
And the fourth single-axis transmitting coil is oriented in the same direction
A first magnetic field detection unit, and an axis different from the first axis.
The fifth, sixth, seventh, and eighth units are arranged on a predetermined second axis.
A second magnetic field in which the axis transmitting coils are arranged in the same direction.
A field detection unit, and the second
1 based on the output of the magnetic field detection unit,
Assuming a plane including the first magnetic field detection unit,
Calculated, and the crossing state of the plurality of curves is orthogonal.
Find a near curve, and center on the first axis based on the curve.
And the distance between the first axis and the magnetic field generating source is a radius
First a first calculation means for estimating the circumference, the magnetic to
The output of the first magnetic field detection unit receiving the magnetic field from the field source
Based on the force, and the said magnetic onset Namagen first magnetic field detector
Are calculated assuming a plane including
Among the lines, a curve whose crossing state is nearly orthogonal is obtained, and
Based on the curve, centered on said second axis and said second
A second circumference whose radius is the distance between the axis and the magnetic field generation source is
Second calculating means for estimating , the first circumference and the second
Intersection with the circumference of, or the point on the first and second circumferences
Find the point on each circumference where the distance connecting
A magnetic field is generated based on the point or the point where the distance is minimum.
Means for estimating the source.

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について述べる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】第1の実施の形態:図1ないし図39は本
発明の第1の実施の形態に係わり、図1は内視鏡システ
ムの構成を示す構成図、図2は図1の内視鏡装置形状検
出装置の機能構成を示すブロック図、図3は図2の内視
鏡装置形状検出装置の構成を示す構成図、図4は図3の
内視鏡装置形状検出装置の要部である2ポートメモリ等
の構成を示す構成図、図5は図4の2ポートメモリの動
作を示すタイミング図、図6は図1の内視鏡システムの
作用を示すフローチャート、図7は図6のFFT処理の
流れを示すフローチャート、図8は図6の内視鏡システ
ムの作用における並行処理タイミングを示すタイミング
図、図9は図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
原理を説明する第1の説明図、図10は図6のソースコ
イル推定位置座標算出処理の原理を説明する第2の説明
図、図11は図6のソースコイル推定位置座標算出処理
の原理を説明する第3の説明図、図12は図6のソース
コイル推定位置座標算出処理の原理を説明する第4の説
明図、図13は図6のソースコイル推定位置座標算出処
理の原理を説明する第5の説明図、図14は図6のソー
スコイル推定位置座標算出処理の原理を説明する第6の
説明図、図15は図6のソースコイル推定位置座標算出
処理の原理を説明する第7の説明図、図16は図6のソ
ースコイル推定位置座標算出処理の原理を説明する第8
の説明図、図17は図6のソースコイル推定位置座標算
出処理の原理を説明する第9の説明図、図18は図6の
ソースコイル推定位置座標算出処理の原理を説明する第
10の説明図、図19は図6のソースコイル推定位置座
標算出処理の原理を説明する第11の説明図、図20は
図6のソースコイル推定位置座標算出処理の流れを示す
第1のフローチャート、図21は図6のソースコイル推
定位置座標算出処理の流れを示す第2のフローチャー
ト、図22は図20及び図21により算出されたソース
コイル推定位置に対する位置更新制御処理の流れを示す
フローチャート、図23は図6の内視鏡形状検出イメー
ジ画像表示処理の流れを示すフローチャート、図24は
図23の通常モード処理による表示例を示す図、図25
は図23の拡大モード処理の流れを示すフローチャー
ト、図26は図25の拡大モード処理による表示例を示
す図、図27は図6の内視鏡形状検出イメージ画像表示
処理における3Dモデル1および3Dモデル2のイメー
ジモデルを説明する第1の説明図、図28は図27の3
Dモデル1および3Dモデル2のイメージモデルの表示
処理を示すフローチャート、図29は図6の内視鏡形状
検出イメージ画像表示処理における3Dモデル1および
3Dモデル2のイメージモデルを説明する第2の説明
図、図30は図29の色調補正処理の流れを示す第1の
フローチャート、図31は図30の色調補正処理の作用
を説明する第1の説明図、図32は図29の色調補正処
理の流れを示す第2のフローチャート、図33は図30
の色調補正処理の作用を説明する第2の説明図、図34
は図6の内視鏡形状検出イメージ画像表示処理における
2Dモデルのイメージモデルの表示処理を示すフローチ
ャート、図35は図34による処理で表示される内視鏡
形状検出イメージ画像の表示例を示す図、図36は図6
の内視鏡形状検出イメージ画像表示処理における12点
モデルのイメージモデルの表示処理を示すフローチャー
ト、図37は図36による処理で表示される内視鏡形状
検出イメージ画像の表示例を示す図、図38は図6の内
視鏡形状検出イメージ画像表示処理における直線モデル
のイメージモデルの表示処理を示すフローチャート、図
39は図38による処理で表示される内視鏡形状検出イ
メージ画像の表示例を示す図である。
First Embodiment FIGS. 1 to 39 relate to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an endoscope system, and FIG. 2 is an endoscope of FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the mirror device shape detection device, FIG. 3 is a configuration diagram showing a configuration of the endoscope device shape detection device of FIG. 2, and FIG. 4 is a main part of the endoscope device shape detection device of FIG. FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the two-port memory shown in FIG. 4, FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the endoscope system shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 8 is a flowchart showing the flow of the FFT processing, FIG. 8 is a timing chart showing the parallel processing timing in the operation of the endoscope system in FIG. 6, and FIG. 9 is a first diagram for explaining the principle of the source coil estimated position coordinate calculation processing in FIG. FIG. 10 is a diagram showing the estimated position coordinates of the source coil in FIG. FIG. 11 is a second explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process of FIG. 6, and FIG. 12 is a third explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process of FIG. FIG. 13 is a fifth explanatory diagram for explaining the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process in FIG. 6, and FIG. 14 is a fourth explanatory diagram for explaining the source coil estimated position coordinate calculation process in FIG. FIG. 15 is a seventh explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process of FIG. 6, and FIG. 16 is a schematic diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process of FIG. 8th
FIG. 17 is a ninth explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process of FIG. 6, and FIG. 18 is a tenth explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process of FIG. FIG. 19 is an eleventh explanatory diagram for explaining the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process in FIG. 6, and FIG. 20 is a first flowchart showing the flow of the source coil estimated position coordinate calculation process in FIG. Is a second flowchart showing the flow of the source coil estimated position coordinate calculation process in FIG. 6, FIG. 22 is a flowchart showing the flow of the position update control process for the source coil estimated position calculated in FIG. 20 and FIG. 21, and FIG. FIG. 24 is a flowchart showing a flow of the endoscope shape detection image image display processing of FIG. 6, FIG. 24 is a view showing a display example by the normal mode processing of FIG. 23, and FIG.
Is a flowchart showing the flow of the enlargement mode processing in FIG. 23, FIG. 26 is a view showing a display example by the enlargement mode processing in FIG. 25, and FIG. 27 is a 3D model 1 and 3D in the endoscope shape detection image image display processing in FIG. FIG. 28 is a first explanatory diagram illustrating an image model of model 2, and FIG.
FIG. 29 is a flowchart showing a display process of the image models of the D model 1 and the 3D model 2. FIG. 29 is a second description for describing the image models of the 3D model 1 and the 3D model 2 in the endoscope shape detection image image display process of FIG. FIG. 30 is a first flowchart showing the flow of the color tone correction process of FIG. 29, FIG. 31 is a first explanatory diagram for explaining the operation of the color tone correction process of FIG. 30, and FIG. FIG. 33 is a second flowchart showing the flow, and FIG.
FIG. 34 is a second explanatory diagram for explaining the operation of the color tone correction processing of FIG.
Is a flowchart showing a display process of an image model of a 2D model in the endoscope shape detection image image display process of FIG. 6, and FIG. 35 is a diagram showing a display example of an endoscope shape detection image image displayed by the process of FIG. FIG. 36 shows FIG.
37 is a flowchart showing a display process of an image model of a 12-point model in the endoscope shape detection image image display process of FIG. 37. FIG. 37 is a diagram showing a display example of an endoscope shape detection image image displayed in the process of FIG. 38 is a flowchart showing a display process of an image model of a straight line model in the endoscope shape detection image image display process of FIG. 6, and FIG. 39 shows a display example of an endoscope shape detection image image displayed by the process of FIG. FIG.

【0018】(構成)図1に示すように、本実施の形態
の内視鏡システム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内視鏡装置形状検出
装置3とを備え、この内視鏡形状検出装置3は、ベット
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。
(Configuration) As shown in FIG. 1, an endoscope system 1 according to the present embodiment is an endoscope apparatus 2 for performing an endoscopic inspection.
And an endoscope device shape detection device 3 used for assisting an endoscopy. The endoscope shape detection device 3 inserts an electronic endoscope 6 into a body cavity of a patient 5 lying on a bed 4. Part 7
Is used as an insertion assisting means when performing endoscopy.

【0019】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、ビデオイメージングシステム(またはビデオプロセ
ッサ)10に接続されている。
The electronic endoscope 6 has an operating section 8 provided with a bending operation knob at the rear end of an elongated insertion section 7 having flexibility, from which a universal cord 9 is extended. It is connected to a video imaging system (or video processor) 10.

【0020】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、患者等を照明する。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。
The electronic endoscope 6 has a light guide inserted therein, transmits illumination light from a light source unit in the video processor 10, and emits the transmitted illumination light from an illumination window provided at the tip of the insertion unit 7. Illuminate the patient etc. The illuminated subject such as a diseased part forms an image on an imaging device arranged at an image forming position by an objective lens attached to an observation window provided adjacent to the illumination window, and the imaging device performs photoelectric conversion.

【0021】光電変換された信号はビデオプロッセサ1
0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。
The photoelectrically converted signal is supplied to the video processor 1
The video signal is processed by a video signal processing unit in 0 to generate a standard video signal, which is displayed on an image observation monitor 11 connected to a video processor 10.

【0022】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
から例えば16個の磁気発生素子(またはソースコイ
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。
The electronic endoscope 6 has a forceps channel 12
Is provided, and an insertion port 12a of the forceps channel 12 is provided.
, A source coil 14i is installed in the insertion portion 7 by inserting a probe 15 having, for example, 16 magnetism generating elements (or source coils) 14a, 14b,. Is done.

【0023】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が内視鏡形状
検出装置3の装置本体21に着脱自在に接続される。そ
して、装置本体21側から高周波信号伝達手段としてソ
ースケーブル16を介して磁気発生手段となるソースコ
イル14iに高周波信号(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。
The source cable 16 extending from the rear end of the probe 15 has a connector at the rear end detachably connected to the apparatus main body 21 of the endoscope shape detecting apparatus 3. Then, by applying a high-frequency signal (drive signal) to the source coil 14i, which is a magnetic generation unit, via the source cable 16 as a high-frequency signal transmission unit from the apparatus main body 21 side, the source coil 14i transmits an electromagnetic wave accompanied by a magnetic field to the surroundings. Radiate.

【0024】また、患者5が横たわるベット4には、共
通の中心を持ち、同一直線上に同一方向に磁界を検出す
る少なくとも4つの単心コイル22kを並べた磁気検出
素子(またはセンスコイル)、例えば4つのセンスコイ
ル22a、22b、22c、22d(以下、22jで代
表する)を、センスコイル22a及びセンスコイル22
bを平行に、かつセンスコイル22c及びセンスコイル
22dをセンスコイル22a及びセンスコイル22bと
直交した状態の井げた状の位置に設置している。この場
合、単心コイル22kは全部で16個となる。
The bed 4 on which the patient 5 lies is a magnetic sensing element (or sense coil) having a common center and having at least four single-core coils 22k for detecting a magnetic field on the same straight line in the same direction. For example, four sense coils 22a, 22b, 22c, and 22d (hereinafter, represented by 22j) are replaced with a sense coil 22a and a sense coil 22.
b is set in parallel, and the sense coil 22c and the sense coil 22d are installed in a well-shaped position orthogonal to the sense coil 22a and the sense coil 22b. In this case, the single-core coil 22k is 16 in total.

【0025】センスコイル22jは、ベット4のコネク
タから検出信号伝達手段としてのセンスケーブル23を
介して装置本体21に接続されている。この装置本体2
1には使用者が装置を操作するための操作パネル24ま
たはキーボード等が設けられている。また、この装置本
体21には検出した内視鏡形状を表示する表示手段とし
てモニタ25が接続されている。
The sense coil 22j is connected from the connector of the bed 4 to the apparatus main body 21 via a sense cable 23 as a detection signal transmitting means. This device body 2
1 is provided with an operation panel 24 or a keyboard for a user to operate the apparatus. Further, a monitor 25 is connected to the apparatus main body 21 as display means for displaying the detected endoscope shape.

【0026】さらに、内視鏡形状検出装置3の詳細な構
成について説明する。内視鏡形状検出装置3は、図2に
示すように、ソースコイル14iを起動する駆動ブロッ
ク26と、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
号を信号処理するホストプロセッサ28とから構成され
る。
Further, a detailed configuration of the endoscope shape detecting device 3 will be described. As shown in FIG. 2, the endoscope shape detection device 3 includes a drive block 26 for activating the source coil 14i, a detection block 27 for detecting a signal received by the sense coil 22j, and a signal detected by the detection block 27. And a host processor 28 for signal processing.

【0027】図3に示すように、電子内視鏡6の挿入部
7に設置されるプローブ15には、上述したように、磁
界を生成するための16個のソースコイル14iが所定
の間隔で配置されており、これらソースコイル14i
は、駆動ブロック26を構成する16個の互いに異なる
高周波の駆動信号を生成するソースコイル駆動回路31
に接続されている。
As shown in FIG. 3, the probe 15 installed in the insertion section 7 of the electronic endoscope 6 has 16 source coils 14i for generating a magnetic field at predetermined intervals as described above. These source coils 14i
Is a source coil drive circuit 31 that generates 16 different high-frequency drive signals constituting the drive block 26
It is connected to the.

【0028】ソースコイル駆動回路部31は、各ソース
コイル14iをそれぞれ異なる周波数の正弦波の駆動信
号電流で駆動し、それぞれの駆動周波数はソースコイル
駆動回路部31内部の図示しない駆動周波数設定データ
格納手段或いは駆動周波数設定データ記憶手段に格納さ
れた駆動周波数設定データ(駆動周波数データとも記
す)により設定される。この駆動周波数データは、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)32によりPIO(パラ
レル入出力回路)33を介してソースコイル駆動回路部
31内の駆動周波数データ格納手段(図示せず)に格納
される。
The source coil drive circuit 31 drives each of the source coils 14i with sine wave drive signal currents having different frequencies, and the respective drive frequencies are stored in a drive frequency setting data (not shown) inside the source coil drive circuit 31. The driving frequency setting data (also referred to as driving frequency data) stored in the driving frequency setting data storage means. The drive frequency data is transferred to a drive frequency data in a source coil drive circuit unit 31 via a PIO (parallel input / output circuit) 33 by a CPU (central processing unit) 32 which performs an endoscope shape calculation process and the like in a host processor 28. It is stored in storage means (not shown).

【0029】一方、4つのセンスコイル22jを構成す
る16個の単心コイル22k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34に接続されてい
る。
On the other hand, the 16 single-core coils 22 k constituting the four sense coils 22 j are connected to the sense coil signal amplifier circuit 34 constituting the detection block 27.

【0030】図4に示すように、センスコイル信号増幅
回路部34では、単心コイル22kが1個につき1系統
設けられた増幅回路35kに接続されており、各単心コ
イル22kで検出された微小な信号が増幅回路35kに
より増幅されフィルタ回路36kでソースコイル群が発
生する複数周波数が通過する帯域をもち不要成分を除去
して出力バッファ37kに出力された後、ADC(アナ
ログ・デジタル・コンバータ)38kでホストプロセッ
サ28が読み込み可能なデジタル信号に変換される。
As shown in FIG. 4, in the sense coil signal amplifying circuit section 34, a single-core coil 22k is connected to an amplifying circuit 35k provided for one system for each single-core coil 22k. After a small signal is amplified by the amplifier circuit 35k and has a band through which a plurality of frequencies generated by the source coil group pass through the filter circuit 36k, unnecessary components are removed, and the signal is output to the output buffer 37k. ) At 38k, it is converted into a digital signal that can be read by the host processor 28.

【0031】なお、検出ブロック27は、センスコイル
信号増幅回路部34及びADC38kより構成され、セ
ンスコイル信号増幅回路部34は増幅回路35k、フィ
ルタ回路36k及び出力バッファ37kより構成され
る。
The detection block 27 comprises a sense coil signal amplifier circuit 34 and an ADC 38k. The sense coil signal amplifier circuit 34 comprises an amplifier circuit 35k, a filter circuit 36k and an output buffer 37k.

【0032】図3に戻り、このセンスコイル信号増幅回
路部34の16系統の出力は、16個の前記ADC38
kに伝送され、制御信号発生回路部40から供給される
クロックにより所定のサンプリング周期のデジタルデー
タに変換される。このデジタルデータは、制御信号発生
回路部27からの制御信号によりローカルデータバス4
1を介して2ポートメモリ42に書き込まれる。
Returning to FIG. 3, the outputs of the 16 systems of the sense coil signal amplifying circuit 34 are provided by 16 ADCs 38.
k and is converted into digital data of a predetermined sampling cycle by a clock supplied from the control signal generation circuit unit 40. This digital data is transmitted to the local data bus 4 by a control signal from the control signal generation circuit 27.
The data is written to the two-port memory 42 via 1.

【0033】なお、2ポートメモリ42は、図4に示す
ように、機能的には、ローカルコントローラ42a、第
1のRAM42b、第2のRAM42c及びバススイッ
チ42dよりなり、図5に示すようなタイミングによ
り、ローカルコントローラ42aからのA/D変換開始
信号によりADC38kがA/D変換を開始し、ローカ
ルコントローラ42aからの切り換え信号によりバスス
イッチ42dがRAM42b、42cを切り換えながら
第1RAM42b、42cを交互に読み出しメモリ及び
書き込みメモリとして用い、書き込み信号により、電源
投入後は、常時データの取り込みを行っている。
The two-port memory 42, as shown in FIG. 4, functionally comprises a local controller 42a, a first RAM 42b, a second RAM 42c, and a bus switch 42d. Accordingly, the ADC 38k starts A / D conversion in response to an A / D conversion start signal from the local controller 42a, and the bus switch 42d alternately reads the first RAMs 42b and 42c while switching between the RAMs 42b and 42c in response to a switching signal from the local controller 42a. It is used as a memory and a write memory, and always receives data after power is turned on by a write signal.

【0034】再び、図3に戻り、CPU32は、制御信
号発生回路部27からの制御信号により2ポートメモリ
42に書き込まれたデジタルデータをローカルデータバ
ス43、PCIコントローラ44及びPCIバス45
(図4参照)からなる内部バス46を介して読みだし、
メインメモリ47を用い、後述するように、デジタルデ
ータに対して周波数抽出処理(フーリエ変換:FFT)
を行い、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。
Returning to FIG. 3 again, the CPU 32 transmits the digital data written to the two-port memory 42 by the control signal from the control signal generation circuit 27 to the local data bus 43, the PCI controller 44, and the PCI bus 45.
(See FIG. 4) via an internal bus 46,
Using the main memory 47, frequency extraction processing (Fourier transform: FFT) is performed on digital data as described later.
Is performed to separate and extract magnetic field detection information of a frequency component corresponding to the driving frequency of each source coil 14i. Each source provided in the insertion unit 7 of the electronic endoscope 6 is extracted from each digital data of the separated magnetic field detection information. The spatial position coordinates of the coil 14i are calculated.

【0035】また、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RAM48に
出力する。このビデオRAM48に書き込まれているデ
ータをビデオ信号発生回路49が読みだし、アナログの
ビデオ信号に変換してモニタ25へと出力する。モニタ
25は、このアナログのビデオ信号を入力すると、表示
画面上に電子内視鏡6の挿入部7の挿入形状を表示す
る。
The insertion state of the insertion section 7 of the electronic endoscope 6 is estimated from the calculated position coordinate data, display data for forming an endoscope shape image is generated, and output to the video RAM 48. The data written in the video RAM 48 is read out by the video signal generation circuit 49, converted into an analog video signal, and output to the monitor 25. When the analog video signal is input, the monitor 25 displays the insertion shape of the insertion section 7 of the electronic endoscope 6 on the display screen.

【0036】CPU32において、各ソースコイル14
iに対応した磁界検出情報、すなわち、各センスコイル
22jの4つの単心コイル22k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±を示す。
In the CPU 32, each source coil 14
The magnetic field detection information corresponding to i, that is, the electromotive force (the amplitude value of the sine wave signal) and the phase information generated in the four single-core coils 22k of each sense coil 22j are calculated. Note that the phase information indicates the polarity ± of the electromotive force.

【0037】(作用)ソースコイルの存在する空間をセ
ンスコイルの出力から推定する手法と直交する2つのセ
ンスコイル、平行な2つのセンスコイルからソースコイ
ルの3次元位置を推定する手法は、特願平9−1406
03号の実施の形態と同一である。
(Operation) A method for estimating the three-dimensional position of a source coil from two sense coils orthogonal to two orthogonal sense coils and a method for estimating the space in which the source coil is present from the output of the sense coil is disclosed in Japanese Patent Application No. 2006-110,086. 9-1406
This is the same as the embodiment of No. 03.

【0038】本実施の形態では、空間上に配置された4
つのセンスコイルのうち、ソースコイルの存在する空間
を精度良く推定しているセンスコイルを複数抽出し、抽
出されたセンスコイルからソースコイルの3次元位置を
推定する手法について説明する。
In the present embodiment, the 4
A description will be given of a method of extracting a plurality of sense coils that accurately estimate the space where the source coil exists from among the sense coils, and estimating the three-dimensional position of the source coil from the extracted sense coils.

【0039】本実施の形態の内視鏡システム1では、電
源が投入されると、図6に示すように、ステップS1で
パラメータファイルに基づき各システムパラメータを初
期化し、ステップS2でハードウエアの初期化を行う。
In the endoscope system 1 of this embodiment, when the power is turned on, as shown in FIG. 6, each system parameter is initialized based on the parameter file in step S1, and the hardware initialization is performed in step S2. Perform the conversion.

【0040】電源投入後は、2ポートメモリ42にはF
FT処理を行うためのFFTポイント数分のデータが常
時更新されており(図5参照)、ステップS3で、CP
U32は、このFFTポイント数分のデータを取り込
む。そして、ステップS4で窓関数法による処理により
データの補正を行い、ステップS5で後述するFFT処
理を行う。FFT処理後は、ステップS6で駆動周波数
分の周波数成分を抽出し、ステップS7で振幅値及び位
相差を算出し、ステップS8で算出した振幅値及び位相
差の補正を行う。
After the power is turned on, the 2-port memory 42 stores F
The data for the number of FFT points for performing the FT processing is constantly updated (see FIG. 5), and in step S3, the CP
U32 takes in the data for the number of FFT points. Then, in step S4, the data is corrected by a process using the window function method, and in step S5, an FFT process described later is performed. After the FFT processing, the frequency components for the driving frequency are extracted in step S6, the amplitude value and the phase difference are calculated in step S7, and the amplitude value and the phase difference calculated in step S8 are corrected.

【0041】そして、ステップS9で8個の前記ADC
38kからの信号(以下、チャンネル:CHとも記す)
の検出が全て終了したか判断し、終了していなければス
テップS3に戻り、終了していればステップS10でセ
ンスコイル特性に応じて全CH分の振幅値を補正し、ス
テップS11で全CH分の振幅値及び位相差により後述
する方法によりソースコイル14iの推定位置座標を算
出する。
Then, in step S9, the eight ADCs
Signal from 38k (hereinafter also referred to as channel: CH)
It is determined whether or not all the detections have been completed. If the detection has not been completed, the process returns to step S3. If the detection has been completed, the amplitude values for all the channels are corrected in step S10 according to the sense coil characteristics. The estimated position coordinate of the source coil 14i is calculated from the amplitude value and the phase difference by the method described later.

【0042】その後、ステップS12で内視鏡システム
1のシステム終了SWがオンかどうか判断し、オンでな
いならば、ステップS13で後述する内視鏡形状検出イ
メージ画像表示処理を行い、ステップS3に戻り処理を
繰り返す。また、ステップS12で内視鏡システム1の
システム終了SWがオンされると、ステップS14で各
システムパラメータをパラメータファイルに保存した
後、システムを終了する。
Thereafter, in step S12, it is determined whether or not the system end switch of the endoscope system 1 is turned on. If not, an endoscope shape detection image image display process described later is performed in step S13, and the process returns to step S3. Repeat the process. When the system end SW of the endoscope system 1 is turned on in step S12, the system ends after saving each system parameter in a parameter file in step S14.

【0043】ステップS5でのFFT処理では、図7に
示すように、CPU32は、ステップS21で全CHが
シグナル状態(FFTポイント数分のデータが揃った状
態)かどうか判断し、シグナル状態ならばステップS2
2に進み、シグナル状態でないならばステップS23で
シグナル状態になるまで待機しステップS22に進む。
In the FFT processing in step S5, as shown in FIG. 7, the CPU 32 determines in step S21 whether or not all the channels are in a signal state (a state in which data for the number of FFT points are complete). Step S2
If it is not in the signal state, the process waits until it becomes the signal state in step S23, and proceeds to step S22.

【0044】ステップS22では、FFT処理を行うC
Hのビットの状態(ビットが0ならば今回処理のための
データ、ビットが1ならば処理済みのデータ)を判断
し、ビットが0ならばステップS24でFFTを行い、
FFT後ステップS25でビットの状態を1とする。ス
テップS22でビットが1ならばステップS21に戻
り、次の第2以降のCH全てに対して処理を繰り返し全
てのCHのFFT処理を行う。
In step S22, C for performing FFT processing
The state of the H bit (if the bit is 0, the data for the current process, if the bit is 1, the processed data) is determined, and if the bit is 0, FFT is performed in step S24.
After the FFT, the state of the bit is set to 1 in step S25. If the bit is 1 in step S22, the process returns to step S21, and the process is repeated for all the second and subsequent channels to perform the FFT process on all the channels.

【0045】ステップS25後のステップS26では、
全てのCHのビット状態が1かどうか判断し、全てのC
Hのビット状態が1でない場合は、ビット状態が1でな
いCHに対してFFT処理を行うためにステップS21
に戻る。ステップS26で全てのCHのビット状態が1
と判断すると、ステップS27で全CHをノンシグナル
状態とし待機し、FFTポイント数分のデータが揃うと
ステップS28でシグナル状態にセットし、ステップS
21に戻る。
In step S26 after step S25,
It is determined whether the bit status of all CHs is 1 and all C bits are determined.
If the bit state of H is not 1, the step S21 is performed to perform the FFT processing on the CH whose bit state is not 1.
Return to In step S26, the bit status of all CHs is 1
When all the CHs are set to the non-signal state in step S27, the process waits. When the data for the number of FFT points are completed, the signal state is set in step S28.
Return to 21.

【0046】なお、図6の処理では、高速処理を行うた
めに、図8に示すように、各処理単位を並列処理化する
ようにしている。特に、処理時間が長く繰り返し演算で
あるFFTについては、同じ処理単位をほぼ同時に処理
する構成にしている。この並列処理化の対応によりCP
U32の空き時間を有効に使用し高速化を図っている。
In the processing of FIG. 6, in order to perform high-speed processing, as shown in FIG. 8, each processing unit is processed in parallel. In particular, the FFT, which has a long processing time and is an iterative operation, is configured to process the same processing unit almost simultaneously. This parallel processing supports CP
The speed is increased by effectively using the idle time of U32.

【0047】上述したように、CPU32において、フ
ーリエ変換に基づく周波数抽出処理を実現する。ここで
は、各ソースコイル14iを駆動する正弦波の周波数f
iとデジタルデータの打ち切り幅との関係により生ずる
漏れ(leakage)と呼ばれる現象が問題となる。
As described above, the CPU 32 implements the frequency extraction processing based on the Fourier transform. Here, the frequency f of the sine wave driving each source coil 14i
A phenomenon called leakage caused by the relationship between i and the censoring width of digital data becomes a problem.

【0048】もし、サンプリングするデジタルデータの
打ち切り幅(すなわち、信号列の長さに相当する)がす
べての駆動周波数fiの周期に対して整数倍であれば、
各周波数の正弦波の振幅及び位相情報(いわゆる振幅ス
ペクトル及び位相スペクトル)を正確に求めることが可
能である。しかし、打ち切り幅が少なくともいずれか1
つの駆動周波数fiの周期に対して整数倍でなければ漏
れが発生し、算出する振幅及び位相情報に誤差として反
映される。これを防ぐため、一般的にはHamming
窓等による窓関数法が用いられる(参考文献:THE
FAST FOURIER TRANSFORM E.
ORAN BRIGHAM Sec.6)。
If the cut-off width of digital data to be sampled (that is, the length corresponding to the length of the signal train) is an integral multiple of the period of all drive frequencies f i ,
It is possible to accurately obtain the amplitude and phase information (so-called amplitude spectrum and phase spectrum) of the sine wave of each frequency. However, if the censoring width is at least one
One of leakage occur unless an integral multiple with respect to the period of the driving frequency f i, is reflected as an error in the amplitude and phase information is calculated. In order to prevent this, generally Hamming
A window function method using a window or the like is used (Reference: THE
FAST FOURIER TRANSFORM E.
ORAN BRIGHAM Sec. 6).

【0049】しかしながら、前記窓関数法はあくまで漏
れによる誤差を軽減しているものであるにすぎない。ま
た、駆動周波数として漏れの影響がなるべく小である値
を使用する必要があり、これが制約となる場合もある。
However, the window function method only reduces errors due to leakage. In addition, it is necessary to use a value that minimizes the influence of leakage as the drive frequency, which may be a constraint.

【0050】以下に図6のステップS6おける、漏れに
よる影響を簡便な行列演算により積極的に補正し、より
高精度な振幅及び位相情報を得ることを可能とする周波
数抽出処理について説明する。
The frequency extraction processing in step S6 in FIG. 6 that enables the influence of the leakage to be positively corrected by a simple matrix operation to obtain more accurate amplitude and phase information will be described.

【0051】なお、簡単のため、フーリエ変換結果に対
する正規化及び窓関数(矩形窓等)に対する係数倍での
補償はすでになされているものとする。
For the sake of simplicity, it is assumed that normalization of the result of Fourier transform and compensation of the window function (rectangular window or the like) by the coefficient times have already been performed.

【0052】ある周波数fk の正弦波からなる信号列の
フーリエ変換(ここでは複素離散的フーリエ変換とす
る)Fk
[0052] Fourier transform of the signal sequence composed of sine waves of a certain frequency f k (in this case a complex discrete Fourier transform) F k is

【数1】 で表される。ここで、Nはサンプリングした離散信号列
の長さ、jは虚数単位である。Fk は実数倍Re{F
k }及び虚数倍Im{Fk }からなっている。
(Equation 1) It is represented by Here, N is the length of the sampled discrete signal sequence, and j is the imaginary unit. F k is real number times Re {F
k } and an imaginary multiple Im {F k }.

【0053】一方、前述したデジタルデータの打ち切り
幅が駆動周波数fiの周期の整数倍であるという条件
は、離散的フーリエ変換により観測される周波数fsi
と駆動周波数fiとが等しいということに相当する。こ
の条件が満たされない場合には、観測周波数fsi
駆動周波数fiとの間に誤差が生ずる(すなわち、周波
数fiは観測できない)こととなる。もしすべての観測
周波数fsi と駆動周波数fiとが等しい関係にあれ
ば、打ち切り幅はすべての駆動周波数fi の周期に対し
て整数倍となっているため漏れは発生しない。
On the other hand, the condition that the cutoff width of the digital data is an integral multiple of the period of the driving frequency f i is determined by the frequency fs i observed by the discrete Fourier transform.
And the driving frequency f i corresponds with the equal. If this condition is not satisfied, an error occurs between the observation frequency fs i and the drive frequency f i (that is, the frequency f i cannot be observed). If the if all the observation frequency fs i and relationships are equal driving frequency f i, truncation width leakage does not occur because it is an integral multiple with respect to the period of all the driving frequency f i.

【0054】ここでは、観測周波数fsi において得ら
れたフーリエ変換Fsi から本来求めるべき駆動周波数
iのフーリエ変換Fiを導出する方法について示す。
Here, a method for deriving the Fourier transform F i of the driving frequency f i , which should be originally obtained, from the Fourier transform Fs i obtained at the observation frequency fs i will be described.

【0055】サンプリングしたデジタルデータによる信
号列が、それぞれ駆動周波数fi(i=1,2,…,
M)であるM個の正弦波により構成されている場合、観
測周波数fsi 及び駆動周波数fiの各フーリエ変換の
関係は、
The signal sequence based on the sampled digital data has a driving frequency f i (i = 1, 2,...,
M), the relationship between each Fourier transform of the observation frequency fs i and the driving frequency f i is as follows:

【数2】 と表すことができる。式(2)において、Aは、Re
{F1 }、Im{F1 }ないしRe{FM }、Im{FM
}の間における漏れの量を規定する係数列から構成さ
れる大きさ2M×2Mの行列である。
(Equation 2) It can be expressed as. In the formula (2), A is Re
{F 1 }, Im {F 1 } or Re {F M }, Im {F M
} Is a 2M × 2M matrix composed of a coefficient sequence defining the amount of leakage during}.

【0056】ここで、式(2)をあらためてHere, equation (2) is renewed.

【数3】Y=A・X …(3) とする。式(3)において、行列X及びYは、それぞれ
駆動周波数fi 及び観測周波数fsi(i=1,2,
…,M)のフーリエ変換の実数倍及び虚数部からなる大
きさ2M×1の行列である。行列Xにおいて、
## EQU3 ## It is assumed that Y = A.X (3). In equation (3), the matrices X and Y are the driving frequency f i and the observation frequency fs i (i = 1, 2, 2), respectively.
, M) is a 2M × 1 matrix composed of a real number multiple of the Fourier transform and an imaginary part. In matrix X,

【数4】 X=X1 =[1,0,0,0,…,0,0,0]t …(4) (tは転置を表す)となるのは、信号列が駆動周波数f
1 、位相がπ/2ずれた振幅1の正弦波(すなわち余弦
波)のみにより構成されている場合である。また、
X = X 1 = [1,0,0,0,..., 0,0,0] t (4) (t represents transposition) because the signal train is at the drive frequency f
1. This is a case where only a sine wave (ie, a cosine wave) having an amplitude of 1 and a phase shift of π / 2 is used. Also,

【数5】 X=X2 =[0,1,0,0,…,0,0,0]t …(5) となるのは、信号列が駆動周波数f1 、位相が0である
正弦波のみにより構成されている場合である。
X = X 2 = [0,1,0,0,..., 0,0,0] t (5) is a sine wave having a drive frequency f1 and a phase of 0 in the signal train. This is the case where the configuration is made up of only the above.

【0057】同様にSimilarly

【数6】 X=X3 =[0,0,1,0,…,0,0,0]t , X=X4 =[0,0,0,1,…,0,0,0]t , : : X=X2M-1=[0,0,0,0,…,0,1,0]t , X=X2M =[0,0,0,0,…,0,0,1]t …(6) は信号列としてそれぞれ駆動周波数fi (ここではi
=2,3,…,M)、位相のずれがπ/2または0であ
る振幅1の正弦波を与えることにより発生するものであ
る。
X = X 3 = [0,0,1,0, ..., 0,0,0] t , X = X 4 = [0,0,0,1, ..., 0,0,0] t ,:: X = X2M-1 = [0,0,0,0, ..., 0,1,0] t , X = X2M = [0,0,0,0, ..., 0,0, 1] t ... (6) are the driving frequencies f i (here, i
= 2, 3,..., M), which is generated by giving a sine wave of amplitude 1 having a phase shift of π / 2 or 0.

【0058】一方、行列X1 ,X2 ,…,X2Mをそれぞ
れ式(3)に与えたときに得られる行列YをそれぞれY
1 ,Y2 ,…,Y2Mとする。行列Y1 ないしY2Mは、そ
れぞれ本来行列X1 ないしX2Mとして得られるはずの信
号列によるデジタルデータを与えたときの、漏れ(この
場合、行列Xにおいて0となる項に0以外の値が生ず
る、1であるべき値が他の値となる等)をともなう観測
値である。これらの行列Y=Y1 ,Y2 ,…,Y2Mは行
列Aの各列を構成する項に他ならないため、
On the other hand, the matrix Y obtained when the matrices X 1 , X 2 ,.
1 , Y 2 ,..., Y 2M . The matrices Y 1 to Y 2M are leaked when digital data based on a signal sequence that should be obtained as matrices X 1 to X 2M is given (in this case, a value other than 0 is added to a term which becomes 0 in the matrix X). Resulting in an observation with a value that should be 1 becomes another value, etc.). Since these matrices Y = Y 1 , Y 2 ,..., Y 2M are nothing but terms constituting each column of the matrix A,

【数7】 A=[Y1 ,Y2 ,Y3 ,…,Y2M] …(7) であることがわかる。It can be seen that A = [Y 1 , Y 2 , Y 3 ,..., Y 2M ] (7)

【0059】以上をまとめると、駆動周波数fi のフ
ーリエ変換Fi (本来、振幅及び位相情報の算出に用い
られるべき周波数抽出情報)からなる行列Xは、
[0059] In summary, the Fourier transform F i (originally the frequency extraction information to be used in calculating the amplitude and phase information) matrix X consisting of the drive frequency f i is

【数8】X=A-1・Y …(8) として示される、観測周波数fsiのフーリエ変換Fsi
からなる行列Yに対する行列Aの逆行列A-1の乗算によ
り求められ、行列Aは前述のように行列X=X1
2 ,X3 ,…,X2Mとなるべき信号列を与えたときそ
れぞれ得られる行列Y=Y1 ,Y2 ,Y3 ,…,Y2M
ら構成することが可能である。
X = A -1 · Y (8) The Fourier transform Fs i of the observation frequency fs i represented as (8)
Obtained by the inverse matrix multiplication of A -1 of the matrix A for the matrix Y consisting of the matrix A matrix as described above X = X 1,
X 2, X 3, ..., matrices obtained respectively when given a signal sequence to the X 2M Y = Y 1, Y 2, Y 3, ..., can be constructed from Y 2M.

【0060】したがって、あらかじめ求めた行列Aの逆
行列A-1を、信号列のフーリエ変換から得られる行列Y
に乗ずることで、より正確な周波数情報の抽出が可能と
なり、ひいてはソースコイル14iに対する高精度な位
置推定が達成できる。
Therefore, the inverse matrix A -1 of the matrix A obtained in advance is converted into the matrix Y obtained from the Fourier transform of the signal sequence.
, The frequency information can be extracted more accurately, and a highly accurate position estimation for the source coil 14i can be achieved.

【0061】また、フーリエ変換及び行列A-1の乗算を
同時に実行する大きさ2M×Nの行列Qを作成してお
き、長さN×1のデジタルデータに直接乗ずることによ
り行列Xを求めることも可能である。
Further, a matrix Q having a size of 2M × N for simultaneously executing the Fourier transform and the multiplication of the matrix A −1 is prepared, and the matrix X is obtained by directly multiplying the digital data having a length of N × 1. Is also possible.

【0062】これにより、内視鏡形状検出装置における
ソースコイル位置推定の高精度化が達成されるととも
に、駆動周波数の選択における自由度が向上する。
As a result, the accuracy of the source coil position estimation in the endoscope shape detecting device is improved, and the degree of freedom in selecting the driving frequency is improved.

【0063】次に、図6のステップS11でのソースコ
イル推定位置座標算出処理について説明する。まず、ソ
ースコイル推定位置座標の算出方法を説明し、その後に
具体的な処理内容を説明する。
Next, the source coil estimated position coordinate calculating process in step S11 of FIG. 6 will be described. First, a method of calculating source coil estimated position coordinates will be described, and then specific processing contents will be described.

【0064】図9に示すように、半径が極めて小さく薄
い円形コイルでは、特開平9−84745号公報に記載
されているように、円形コイルに電流を流すと磁気双極
子と同様に、3次元空間上の点Pの磁位は次のような式
で表すことができる。
As shown in FIG. 9, in the case of a thin circular coil having a very small radius, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-84745, when a current is applied to the circular coil, a three-dimensional coil is formed similarly to a magnetic dipole. The magnetic potential of a point P in space can be expressed by the following equation.

【0065】[0065]

【数9】 μ :透磁率 N1 :円形コイルの巻数 a :円形コイルの半径 I :円形コイルに流れる電流 従って、点PにおけるX,Y,Z軸と同一方向の磁界
(HPx、HPy、HPz)は、
(Equation 9) μ: magnetic permeability N 1 : number of turns of a circular coil a: radius of a circular coil I: current flowing in a circular coil Accordingly, magnetic fields (H Px , H Py , H Pz ) at the point P in the same direction as the X, Y, and Z axes. Is

【数10】 のように求められる。図10に示すような3次元空間
(以下ワールド座標系XW −YW −ZW)において、磁
界を発生する単心コイル(以下ソースコイル)の位置を
(xgW、ygW、zgW)とし、3次元空間上の任意の位置
を点P(xPW、yPW、zPW)とする。
(Equation 10) Is required. In three-dimensional space as shown in FIG. 10 (hereinafter the world coordinate system X W -Y W -Z W), the position of the single core coil (hereinafter source coil) for generating a magnetic field (x gW, y gW, z gW) And an arbitrary position on the three-dimensional space is defined as a point P (x PW , y PW , z PW ).

【0066】ソースコイルを基準とした座標系をローカ
ル座標系XL −YL −ZL とすると、ローカル座標系に
おける点Pの座標(xPl、yPl、zPl)は
[0066] When coordinate system relative to the source coil and the local coordinate system X L -Y L -Z L, of the point P in the local coordinate system coordinates (x Pl, y Pl, z Pl) is

【数11】 l :ローカル座標系における原点Oから点Pへのベ
クトル PW :ワールド座標系における原点Oから点Pへのベク
トル GW :ワールド座標系におけるソースコイルの位置への
ベクトル R:回転マトリックス と表すことができる。
[Equation 11] P l : vector from the origin O to the point P in the local coordinate system P W : vector from the origin O to the point P in the world coordinate system G W : vector from the position of the source coil in the world coordinate system R: rotation matrix be able to.

【0067】但し、Rは回転マトリックスで、図11に
示す極座標系の回転マトリックスRは
Here, R is a rotation matrix, and the rotation matrix R of the polar coordinate system shown in FIG.

【数12】 となる。αはZW 軸を中心とした回転量を、βはXW
を中心とした回転量を示す。
(Equation 12) Becomes α is the amount of rotation around the Z W-axis, beta represents the rotation amount around the X W axis.

【0068】ソースコイルを基準としたローカル座標系
において、点Pに発生する磁界Hl(HPxl 、HPyl
Pzl )は式(10)より
In the local coordinate system based on the source coil, the magnetic field H 1 (H Pxl , H Pyl ,
H Pzl ) is from equation (10)

【数13】 となる。(Equation 13) Becomes

【0069】従って、ワールド座標系の点PにおけるX
W 、YW 、ZW 軸と同一方向の磁界HW (HPxW 、H
PyW 、HPzW )は、
Therefore, X at point P in the world coordinate system
The magnetic field H W (H PxW , H P) in the same direction as the W , Y W , and Z W axes
PyW , H PzW )

【数14】 となる。[Equation 14] Becomes

【0070】図12に示すように、ソースコイルを3次
元空間上の適当な位置(Xg 、Yg 、Zg )に、ソース
コイルによって発生する磁界を起電力として検出するY
軸上にY軸と同一な方向に向いた単心コイル(以下セン
スコイル)を位置(Xd 、Yd 、Zd )におくとセンス
コイルの位置の磁界Hy は式(14)より
As shown in FIG. 12, a source coil is placed at an appropriate position (X g , Y g , Z g ) in a three-dimensional space, and a magnetic field generated by the source coil is detected as an electromotive force.
Position single core coil (hereinafter sense coils) oriented in the same direction and the Y-axis on the axis (X d, Y d, Z d) a magnetic field H y position of the sense coil when placed in the equation (14)

【数15】 となる。(Equation 15) Becomes

【0071】さらに、センスコイルに発生する起電力V
y は、磁界Hy を時間tで偏微分することにより、次の
ような式で表される。
Further, the electromotive force V generated in the sense coil
y is expressed by the following equation by partially differentiating the magnetic field Hy with time t.

【0072】[0072]

【数16】 2 :センスコイルの巻数 ωImax cos(ωt+φ):ソースコイルに流す電流
max sin(ωt+φ)を時間tで微分した値 また、図13に示すように、Y軸を中心に円を描き、ソ
ースコイルを円周に沿って移動させたとき、センスコイ
ルには常に一定の起電力が発生する。ただし、Y軸より
見たセンスコイルの向きは常に同一とする。
(Equation 16) N 2 : number of turns of the sense coil ωI max cos (ωt + φ): value obtained by differentiating current I max sin (ωt + φ) flowing through the source coil with respect to time t As shown in FIG. 13, a circle is drawn around the Y axis, When the source coil is moved along the circumference, a constant electromotive force is always generated in the sense coil. However, the direction of the sense coil viewed from the Y axis is always the same.

【0073】このとき、センスコイルをY軸上に複数並
べることにより、ソースコイルが存在する空間、すなわ
ち、Y軸を中心とした円を推定することができる。
At this time, by arranging a plurality of sense coils on the Y axis, it is possible to estimate a space where the source coil exists, that is, a circle centered on the Y axis.

【0074】図14に示すように、Y軸上に4つのセン
スコイルを置き、Y軸とソースコイルの位置によって構
成される平面γの座標系をX’−Y’とすると、各セン
スコイルに発生する起電力Vyiは
As shown in FIG. 14, four sense coils are placed on the Y axis, and the coordinate system of a plane γ constituted by the Y axis and the position of the source coil is X′-Y ′. The generated electromotive force Vyi is

【数17】 となる。ただし、gx 、gy は平面γとソースコイルの
向きによって表される項、xdi、ydiは座標系X’−
Y’でのセンスコイルの位置、xg ’、yg ’はソース
コイルの位置を表す。
[Equation 17] Becomes Here, g x and g y are terms expressed by the plane γ and the direction of the source coil, and x di and y di are expressed in the coordinate system X′−
The position of the sense coil at Y ′, x g ′ and y g ′ represent the position of the source coil.

【0075】式(17)が4つの未知数(gx 、gy
g ’、yg ’)によって表されることから、Y軸上に
同一な向きに少なくとも4つセンスコイル並べることに
より4つの方程式が得られ、方程式を解くことによって
座標系X’−Y’でのソースコイルの位置が求められ
る。
Equation (17) shows that four unknowns (g x , g y ,
x g ′, y g ′), four equations can be obtained by arranging at least four sense coils in the same direction on the Y axis, and by solving the equations, the coordinate system X′−Y ′ can be obtained. The position of the source coil at is obtained.

【0076】詳細には、図15に示すように、3次元空
間上に磁界を発生するソースコイルを適当な位置に、Y
軸上に4つのセンスコイルを置く。ソースコイルと4つ
のセンスコイルによって構成される平面γをX’−Y’
平面とし、そのときのソースコイルの位置を(xg 、y
g )、各センスコイルの位置を(xd0 、yd0)、(x
d1、yd1)、(xd2、yd2)、(xd3、yd3)とする。
More specifically, as shown in FIG. 15, a source coil for generating a magnetic field in a three-dimensional
Place four sense coils on the axis. The plane γ formed by the source coil and the four sense coils is defined as X′−Y ′
And the position of the source coil at that time is (x g , y
g ), the position of each sense coil is (x d0 , y d0 ), (x
d1 , yd1 ), ( xd2 , yd2 ), ( xd3 , yd3 ).

【0077】各センスコイルCs0、Cs1、Cs2、Cs3
発生する起電力Vy0、Vy1、Vy2、Vy3は、式(17)
より次のようになる。
The electromotive forces V y0 , V y1 , V y2 , and V y3 generated in each of the sense coils C s0 , C s1 , C s2 , C s3 are given by the following equation (17).
More like this:

【0078】[0078]

【数18】 (Equation 18)

【数19】 [Equation 19]

【数20】 (Equation 20)

【数21】 ただし、ksi(i=0,1,2,3)は、ソースコイル
の電流量と、各センスコイルの巻数等により決定される
定数。
(Equation 21) Here, k si (i = 0, 1, 2, 3) is a constant determined by the current amount of the source coil and the number of turns of each sense coil.

【0079】式(19)、(20)を行列で表すとExpressions (19) and (20) can be expressed by a matrix.

【数22】 となり、センスコイルとソースコイルの位置で表される
項を行列Aで表す。
(Equation 22) And the term represented by the positions of the sense coil and the source coil is represented by matrix A.

【0080】[0080]

【数23】 クラーメルの方程式から行列Aの逆行列A-1を求めると(Equation 23) When the inverse matrix A -1 of the matrix A is obtained from Cramer's equation,

【数24】 となり、gx 、gy は次のように計算できる。(Equation 24) And g x and g y can be calculated as follows.

【0081】[0081]

【数25】 逆行列A-1を計算し、gx 、gy を式(18)、(2
1)に代入すると
(Equation 25) The inverse matrix A -1 is calculated, and g x and g y are calculated according to equations (18) and (2).
Substituting into 1)

【数26】 (Equation 26)

【数27】 となる。ただし、[Equation 27] Becomes However,

【数28】 である。[Equation 28] It is.

【0082】式(26)、(27)は、xg 、yg を未
知数とする非線形方程式となる。この2つの非線形方程
式に対し、ニュートン法を適用しxg 、yg を求める。
Equations (26) and (27) are nonlinear equations with x g and y g as unknowns. By applying the Newton method to these two nonlinear equations, x g and y g are obtained.

【0083】実際にセンスコイルに発生する起電力をV
y0’、Vy3’、式(26)、(27)のVy0、Vy3を推
定値とすると、それぞれの差分値は
The electromotive force actually generated in the sense coil is V
y0 ', V y3', equation (26), when the estimated value V y0, V y3 (27), each of the difference values

【数29】 f1 (Xg 、Yg )=Vy0−Vy0’ …(29)F 1 (X g , Y g ) = V y0 −V y0 ′ (29)

【数30】 f2 (Xg 、Yg )=Vy3−Vy3’ …(30) となる。式(29)、(30)において、センスコイル
に発生する起電力Vy0’、Vy3’が正確に測定され、推
定値Vy0、Vy3のxg 、yg がソースコイルの位置と完
全に一致した場合、式(29)、(30)の右辺の値は
0になる。
F 2 (X g , Y g ) = V y3 −V y3 ′ (30) In equations (29) and (30), the electromotive forces V y0 ′ and V y3 ′ generated in the sense coil are accurately measured, and x g and y g of the estimated values V y0 and V y3 are completely equal to the position of the source coil. , The value on the right side of Expressions (29) and (30) becomes 0.

【0084】そこで、ソースコイルの位置を推定するた
めに、f1 =0、f2 =0を満たすxg 、yg を求め
る。
Then, in order to estimate the position of the source coil, x g and y g satisfying f 1 = 0 and f 2 = 0 are obtained.

【0085】f1 、f2 をxg、yg で偏微分すると、
ヤコビ行列Jは
When the f 1 and f 2 are partially differentiated with respect to x g and y g ,
Jacobi matrix J is

【数31】 となる。(Equation 31) Becomes

【0086】ヤコビ行列Jの逆行列J-1をクラーメルの
方程式から求め、行列Cとおく。
The inverse matrix J -1 of the Jacobian matrix J is obtained from the Cramer's equation, and is referred to as a matrix C.

【0087】[0087]

【数32】 ニュートン法は Χ(k+1) =Χ(k) −ΔΧ(k) で定義される非線形方程式f(Χ)=0の反復解法であ
り、修正量ΔΧ(k) をf(Χ)のΧ=Χ(k) 付近での線
形近似に基づいて定める。
(Equation 32) The Newton method is an iterative solution of a nonlinear equation f (Χ) = 0 defined by Χ (k + 1) = Χ (k) −ΔΧ (k) , and the correction amount ΔΧ (k) is expressed by Χ of f (Χ). = Χ (k) is determined based on linear approximation.

【0088】ΔΧ(k) =J-1(Χ(k) )f(Χ(k) ) いま、xg 、yg の適当な初期値をxg0、yg0とすると
g 、yg の近似値xg1、yg1
[0088] ΔΧ (k) = J -1 ( Χ (k)) f (Χ (k)) Now, x g, the appropriate initial value of y g and x g0, y g0 x g, the y g The approximate values x g1 and y g1 are

【数33】 xg1=xg0−{c001(xg0、yg0)+c012 (xg0、yg0)} … (33)X g1 = x g0 − {c 00 f 1 (x g0 , y g0 ) + c 01 f 2 (x g0 , y g0 )} (33)

【数34】 yg1=yg0−{c101(xg0、yg0)+c112 (xg0、yg0)} … (34) のように求めることができる。Y g1 = y g0 − {c 10 f 1 (x g0 , y g0 ) + c 11 f 2 (x g0 , y g0 )} (34)

【0089】xg1、yg1を式(29)、(30)に代入
し、f1 、f2 の値が0にならなければ式(33)、
(34)のxg0、yg0にxg1、yg1を代入しxg2、yg2
を求め、再びf1 、f2 を計算する。この操作を繰り返
すことにより、f1 、f2 が0に近づき、xg 、yg
求められる。
X g1 and y g1 are substituted into equations (29) and (30). If the values of f 1 and f 2 do not become 0, the equation (33)
By substituting x g1 and y g1 for x g0 and y g0 in (34), x g2 and y g2
And calculate f 1 and f 2 again. By repeating this operation, f 1 and f 2 approach 0, and x g and y g are obtained.

【0090】なお、ニュートン法によって非線形方程式
を解いたが、最小2乗法等の手法を用いてもよい。
Although the nonlinear equation is solved by the Newton method, a method such as the least square method may be used.

【0091】単心コイルを少なくとも4つ同一直線上に
同一な向きに並べたセンスコイルの出力値から、センス
コイルとソースコイルにより構成される平面上のソース
コイルの位置を推定することができる。すなわち、3次
元空間においてソースコイルが存在する空間(円)が推
定される。
From the output values of the sense coils in which at least four single-core coils are arranged in the same direction on the same straight line, the position of the source coil on the plane formed by the sense coil and the source coil can be estimated. That is, the space (circle) where the source coil exists in the three-dimensional space is estimated.

【0092】従って、空間上に単心コイルを同一直線上
に同一な向きに少なくとも4つ並べたセンスコイルを、
少なくとも2つ配置することにより、ソースコイルの3
次元位置を推定することができる(空間上の2つの円の
交点として求められる)。
Therefore, a sense coil in which at least four single-core coils are arranged on the same straight line in the same direction in a space,
By arranging at least two, three of the source coils
The dimensional position can be estimated (determined as the intersection of two circles in space).

【0093】センスコイル22kは4つの単心コイルに
よって構成されており、次に、センスコイルの4つの単
心コイルのうち最大出力値を発生する単心コイルの出力
値を取り出し、各センスコイルの最大出力値の大きい2
つのセンスコイルを選択する。
The sense coil 22k is composed of four single-core coils. Next, the output value of the single-core coil that generates the maximum output value among the four single-core coils of the sense coil is extracted, and Largest maximum output value 2
Select one sense coil.

【0094】選択された2つのセンスコイルの配置の条
件、すなわち、直交または平行に応じてソースコイルの
3次元位置を推定する。
The three-dimensional position of the source coil is estimated according to the arrangement condition of the two selected sense coils, that is, orthogonal or parallel.

【0095】本実施の形態では、空間上の2つの円の交
点または2つの円周上の点を結ぶ距離が最も短くなる各
円周上の点を求める(ノイズ等により2つの円が交点を
もたない場合がある)。
In the present embodiment, the intersection of two circles in space or the point on each circle at which the distance connecting the points on two circles is the shortest (the intersection between the two circles due to noise or the like is determined). In some cases).

【0096】まず、選択された2つのセンスコイルが直
交して配置された場合について説明する。図16に示す
ように、ソースコイルを適当な位置に、センスコイルを
X軸、Y軸上にそれぞれおくと、各センスコイルの出力
値からソースコイルが存在する円C1 、C2 が求められ
る。
First, the case where two selected sense coils are arranged orthogonally will be described. As shown in FIG. 16, when the source coil is placed at an appropriate position and the sense coils are placed on the X axis and the Y axis, circles C 1 and C 2 where the source coils are located are obtained from the output values of each sense coil. .

【0097】C1 が平面x=a1 上に存在し中心(a
1 、0、0)、半径r1 の円、C2 が平面y=b2 上に
存在し中心(0、b2 、0)、半径r2 の円とすると、
C 1 exists on the plane x = a 1 and the center (a
1 , 0, 0), a circle having a radius r 1, and a circle having a center (0, b 2 , 0) and a radius r 2 where C 2 exists on a plane y = b 2 ,

【数35】 C1 :(x−a12 +y2 +z2 =r1 2 …(35)[Number 35] C 1: (x-a 1 ) 2 + y 2 + z 2 = r 1 2 ... (35)

【数36】 C2 :x2 +(y−b22 +z2 =r2 2 …(36) となる。[Number 36] C 2: x 2 + a (y-b 2) 2 + z 2 = r 2 2 ... (36).

【0098】一方、図17に示すように、任意の点P
(x1 、y1 、z1 )から平面y=b2 に垂直に下ろし
たときの点Qの座標は (x1 、b2 、z1 ) である。
On the other hand, as shown in FIG.
The coordinates of the point Q when vertically lowered from (x 1 , y 1 , z 1 ) to the plane y = b 2 are (x 1 , b 2 , z 1 ).

【0099】点Qと円C2 の中心(0、b2 、0)を通
過する平面y=b2 上に存在する直線mは実変数tを用
いて
A straight line m on the plane y = b 2 passing through the point Q and the center (0, b 2 , 0) of the circle C 2 is obtained by using the real variable t.

【数37】x=x1 +tx1 y=b2 z=z1 +tz1 …(37) と表される。式(35)を円C2 の方程式(36)に代
入すると
X = x 1 + t x 1 y = b 2 z = z 1 + tz 1 (37) Substituting equation (35) into equation (36) for the circle C 2 gives

【数38】 (x1 +tx12 +(z1 +tz12 =r2 2 …(38) となり、tは次のようになる。[Number 38] (x 1 + tx 1) 2 + (z 1 + tz 1) 2 = r 2 2 ... (38) next, t is as follows.

【0100】[0100]

【数39】 直線mと円C2 の交点は2点存在するが、ここでは、t
>0の場合を考える。式(39)を式(37)に代入す
ると
[Equation 39] Although there are two intersections between the straight line m and the circle C2, here, t
Consider the case of> 0. Substituting equation (39) into equation (37)

【数40】 となる。式(40)は、図17に示すように点Pに最も
近い円C2 上の点P’を表す。
(Equation 40) Becomes Equation (40) represents the point P 'of the closest on the circle C 2 at point P, as shown in FIG. 17.

【0101】このとき、図18に示すように、点P(x
1 、y1 、z1 )が円C1 上にあるならば
At this time, as shown in FIG. 18, the point P (x
1 , y 1 , z 1 ) are on the circle C 1

【数41】x1 =a11 =r1 cosθ z1 =r1 sinθ …(41) であり、これを式(40)に代入してX 1 = a 1 y 1 = r 1 cos θ z 1 = r 1 sin θ (41) which is substituted into equation (40).

【数42】 となる。(Equation 42) Becomes

【0102】円C1 上の点と円C2 の上の点の距離の2
乗Dは
The distance between the point on the circle C 1 and the point on the circle C 2 is 2
The power D is

【数43】 であり、(43)式をθについて微分すると[Equation 43] Differentiating Equation (43) with respect to θ gives

【数44】 となる。[Equation 44] Becomes

【0103】式(44)を0にする条件は sinθ=0 (2円が交点を持たず、r1 <a1 かつr1 <b2 また
は、r1 <b2 または、r2 <a1 の場合)または
The condition for making equation (44) 0 is sin θ = 0 (two circles have no intersection, and r 1 <a 1 and r 1 <b 2 or r 1 <b 2 or r 2 <a 1 ) Or

【数45】 である。[Equation 45] It is.

【0104】したがって、式(45)を満たすθは、Therefore, θ satisfying the expression (45) is

【数46】 となり、式(46)および式(40)、(41)から各
円C1 、C2 の円周上の点の座標を求めることができ
る。
[Equation 46] The coordinates of points on the circumference of each of the circles C 1 and C 2 can be obtained from Expression (46) and Expressions (40) and (41).

【0105】円C1 上の点を(xc1、yc1、zc1)、円
2 の点を(xc2、yc2、zc2)とすると、ソースコイ
ルの位置(xg、yg、zg)を例えば、各座標値の平均
値として求める。
Assuming that a point on the circle C 1 is (x c1 , y c1 , z c1 ) and a point on the circle C 2 is (x c2 , y c2 , z c2 ), the position (x g , y g ) of the source coil , Z g ) are determined, for example, as the average value of each coordinate value.

【0106】[0106]

【数47】 したがって、単心コイルを同一直線上に同一な向きに4
つ並べたセンスコイルを2つ用いることにより、空間上
のソースコイルの位置を推定できる。
[Equation 47] Therefore, the single-core coil is placed on the same straight line in the same direction.
By using two sense coils arranged side by side, the position of the source coil in space can be estimated.

【0107】次に、選択された2つのセンスコイルが平
行に配置された場合について説明する。図19に示すよ
うに、各センスコイルを平行に並べることによりソース
コイルの位置を推定する。いま、センスコイルにより得
られる円C1
Next, the case where the two selected sense coils are arranged in parallel will be described. As shown in FIG. 19, the position of the source coil is estimated by arranging the sense coils in parallel. Now, the circle C 1 obtained by the sense coil is

【数48】x=a1 y=b1 +r1 cosθ z=r1 sinθ …(48) また、円C2 Equation 48] x = a 1 y = b 1 + r 1 cosθ z = r 1 sinθ ... (48) Further, a circle C 2

【数49】x=a2 y=b2 +r2 cosφ z=r2 sinφ …(49) と表す。C1 上の点をP1 (x1 、y1 、z1 )、C2
上の点をP2 (x2 、y2 、z2 )とすると、円C1
2 上の点が交わる又は最も接近するときの条件は
X = a 2 y = b 2 + r 2 cos φ z = r 2 sin φ (49) A point on C 1 P 1 (x 1, y 1, z 1), C 2
If the upper point is P 2 (x 2 , y 2 , z 2 ), the circle C 1 ,
Condition when a point on the C 2 intersect or be closest is

【数50】 y1 =y2 かつz1 =z2 …(50) となる。Y1 = y2 and z1 = z2 (50)

【0108】条件式(50)に式(48)、(49)を
代入し
Expressions (48) and (49) are substituted into conditional expression (50).

【数51】 b1 +r1 cosθ=b2 +r2 cosθ …(51)[Formula 51] b 1 + r 1 cos θ = b 2 + r 2 cos θ (51)

【数52】 r1 sinθ=r2 sinφ …(52) 式(52)の両辺を2乗すると r1 2(1−cos2θ)=r2 2(1−cos2 φ) となり、式(51)を代入し整理する。Equation 52] r 1 sinθ = r 2 sinφ ... (52) Equation (52) r 1 2 When squaring both sides of (1-cos 2 θ) = r 2 2 (1-cos 2 φ) , and the formula ( 51) is substituted and arranged.

【0109】[0109]

【数53】 式(48)と式(53)、式(49)と式(52)、
(53)からに、円C1 、C2 の交点(a1 =a2 )ま
たは最も接近する2点を求めることができる。
(Equation 53) Equations (48) and (53), Equations (49) and (52),
From (53), the intersection (a 1 = a 2 ) of the circles C 1 and C 2 or the two closest points can be obtained.

【0110】円C1 、C2 上の最も接近した2点が求め
られた場合、直交して配置された場合で示したように、
X軸方向の成分は平均をとることで1つの座標値を推定
する(Y、Z軸方向の成分は、式(53)により1つ決
定されている)。
When the two closest points on the circles C 1 and C 2 are obtained, as shown in the case where they are arranged orthogonally,
One coordinate value is estimated by averaging the components in the X-axis direction (one component in the Y- and Z-axis directions is determined by Expression (53)).

【0111】次に、上述した方法に基づく、CPU32
における具体的なソースコイル推定位置座標算出処理に
ついて説明する。
Next, the CPU 32 based on the method described above is used.
The following describes a specific source coil estimated position coordinate calculation process in.

【0112】図1に示したように、4つの単心コイルを
同一直線上に同一な向きに並べたセンスコイル22jを
ベット4に4つ配置する。また、単心コイルを16個つ
なげたソースコイル14iのプローブ15を電子内視鏡
6の鉗子チャンネル12から挿入する。
As shown in FIG. 1, four single-core coils are arranged on the bed 4 and four sense coils 22j are arranged on the same straight line in the same direction. Further, the probe 15 of the source coil 14i having 16 single-core coils connected thereto is inserted from the forceps channel 12 of the electronic endoscope 6.

【0113】内視鏡形状検出装置3において、各ソース
コイル14iに対応するセンスコイル22jに発生する
電圧の最大振幅値と位相を求め、位相値から電圧の最大
振幅値の±の極性を決定し、極性をもつ電圧値をセンス
コイル22jの電圧値とする。
In the endoscope shape detecting device 3, the maximum amplitude value and the phase of the voltage generated in the sense coil 22j corresponding to each source coil 14i are obtained, and ± polarity of the maximum amplitude value of the voltage is determined from the phase value. , A voltage value having a polarity is set as a voltage value of the sense coil 22j.

【0114】すなわち、CPU32は、図20に示すよ
うに、ステップS31とステップS32で初めに処理さ
れるソースコイル14iとセンスコイル22jの順番の
初期化を行う。つまり、ステップS31ではiに0をセ
ットし、ステップS32ではjに0をセットする。
That is, as shown in FIG. 20, the CPU 32 initializes the order of the source coil 14i and the sense coil 22j which are processed first in steps S31 and S32. That is, in step S31, i is set to 0, and in step S32, j is set to 0.

【0115】まず、第0番目のソースコイルと第0番目
のセンスコイルが選ばれ、ステップS33において、第
0番目のセンスコイルの4つの単心コイルに発生する電
圧値V00、V01、V02、V03が取り込まれる。そして、
ステップS34にて、ステップS33で取り込まれた4
つの電圧値の最大電圧値Vmax[j]が検出される。
First, the 0th source coil and the 0th sense coil are selected. In step S33, the voltage values V 00 , V 01 , V 01 generated in the four single-core coils of the 0th sense coil are selected. 02 and V 03 are taken in. And
In step S34, the 4 captured in step S33
The maximum voltage value V max [j] of the two voltage values is detected.

【0116】ステップS35は、すべてのセンスコイル
の最大電圧値の検出が終了したかを検出し、終了してい
なければステップS36に進みjをインクリメントし、
ステップS33へ戻る。
A step S35 detects whether or not the detection of the maximum voltage value of all the sense coils has been completed. If not, the flow advances to a step S36 to increment j.
It returns to step S33.

【0117】ステップS35が終了すると、ステップS
37へ進み各センスコイルの絶対値の最大電圧値を比較
し、大きい2つのセンスコイルを抽出する。
When step S35 ends, step S
Proceeding to 37, the maximum voltage value of the absolute value of each sense coil is compared, and two large sense coils are extracted.

【0118】ステップS38では、ステップS37で抽
出された2つのセンスコイルに対し、第0番目のソース
コイルによって構成されるそれぞれの平面上でのソース
コイルの2次元位置(x’g00,y’g00)、
(x’g01,y’g01)を求める。
In step S38, the two-dimensional positions (x ′ g00 , y ′ g00 ) of the source coils on the respective planes formed by the 0th source coil with respect to the two sense coils extracted in step S37. ),
(X ′ g01 , y ′ g01 ) is obtained.

【0119】ステップS39は、ステップS37で抽出
された2つのセンスコイルの配置が直交しているか否か
の判別し、直交している場合は図21のステップS40
へ進み、そうでない場合は図21のステップS41へ進
む。
A step S39 decides whether or not the arrangement of the two sense coils extracted in the step S37 is orthogonal. If the arrangement is orthogonal, the step S40 in FIG.
If not, the process proceeds to step S41 in FIG.

【0120】図21に示すように、ステップS40で
は、2つのセンスコイルが直交した関係でのソースコイ
ルが存在する円を算出し、ステップS41では、2つの
センスコイルが平行した関係でのソースコイルが存在す
る円を算出する。
As shown in FIG. 21, in step S40, a circle in which the source coils exist in a relationship where the two sense coils are orthogonal to each other is calculated. In step S41, the source coil in a relationship where the two sense coils are parallel is calculated. Is calculated.

【0121】ステップS42では、2つのセンスコイル
の配置条件により算出された2つの円から、それぞれの
円周上の点が最も接近する円周上の点を算出する。
In step S42, from the two circles calculated based on the arrangement conditions of the two sense coils, a point on the circumference at which each point on the circumference comes closest is calculated.

【0122】そして、ステップS43にてステップS4
2で算出された2点から第0番目のソースコイルの3次
元空間上の位置(xg0,yg0,zg0)を求め、ステップ
S44ですべてのソースコイルの3次元位置(xgi,y
gi,zgi)が求められたかを検出し、すべてのソースコ
イルの3次元位置(xgi,ygi,zgi)が求められてい
ない場合は、図20のステップS45でiをインクリメ
ントしてステップS32に戻り、すべてのソースコイル
の3次元位置(xgi,ygi,zgi)が求められるまで処
理を繰り返して、処理を終了する。
Then, in step S43, step S4
From the two points calculated in step 2, the position (x g0 , y g0 , z g0 ) of the 0th source coil in the three-dimensional space is obtained, and in step S44, the three-dimensional positions (x gi , y) of all the source coils are obtained.
gi , z gi ) is determined, and if the three-dimensional positions (x gi , y gi , z gi ) of all the source coils have not been determined, i is incremented in step S45 of FIG. Returning to step S32, the process is repeated until the three-dimensional positions ( xgi , ygi , zgi ) of all the source coils are obtained, and the process ends.

【0123】従って、単心コイルを同一直線上に同一な
向きに4つ並べたセンスコイルを4つ用いることによ
り、空間上のソースコイルの位置を推定できる。
Therefore, by using four sense coils in which four single-core coils are arranged on the same straight line in the same direction, the position of the source coil in space can be estimated.

【0124】なお、本実施の形態では、各センスコイル
の最大電圧の絶対値の大きさから必要なセンスコイルを
抽出したが、4つのセンスコイルのそれぞれとソースコ
イルによって構成される平面上のソースコイルの位置を
推定し、ソースコイルとセンスコイルとの距離が近い
(円の半径が小さい)2つのセンスコイルを検出し、ソ
ースコイルの3次元位置を推定しても良い。
In this embodiment, the necessary sense coils are extracted from the magnitude of the absolute value of the maximum voltage of each sense coil. However, the source coil on the plane formed by each of the four sense coils and the source coil is extracted. The three-dimensional position of the source coil may be estimated by estimating the position of the coil and detecting two sense coils in which the distance between the source coil and the sense coil is short (the radius of the circle is small).

【0125】このように推定された空間上のソースコイ
ルの位置は常時更新されるが、ソースコイルの位置に対
して、図22に示す位置更新制御処理が行われる。すな
わち、図22に示すように、例えば第0番目のソースコ
イルの空間上の位置(3次元位置)の座標を(x0
0,z0)としたとき、ステップS51でこの3次元推
定座標(x0,y0,z0)を入力し、ステップS52で
この3次元推定座標(x0,y0,z0)が1回目のソー
スコイル推定位置座標算出処理により得られた最初の3
次元推定座標かどうか判断し、最初の3次元推定座標で
ないならば、ステップS53に進み、最初の3次元推定
座標ならば、ステップS54に進む。
Although the position of the source coil in the space estimated in this way is constantly updated, the position update control processing shown in FIG. 22 is performed on the position of the source coil. That is, as shown in FIG. 22, for example, the coordinates of the position (three-dimensional position) of the 0th source coil in space are (x 0 ,
y 0, z 0) and the time, the three-dimensional estimated coordinates in step S51 (x 0, y 0, z 0) to enter, the three-dimensional estimated coordinates in step S52 (x 0, y 0, z 0) Are the first three obtained by the first source coil estimated position coordinate calculation process.
It is determined whether the coordinates are the estimated three-dimensional coordinates. If the coordinates are not the first estimated three-dimensional coordinates, the process proceeds to step S53. If the coordinates are the first estimated three-dimensional coordinates, the process proceeds to step S54.

【0126】最初の3次元推定座標の場合、ステップS
54で3次元推定座標(x0,y0,z0)を前回3次元
推定座標(xB,yB,zB)として格納し、ステップS
55で3次元推定座標(x0,y0,z0)をソースコイ
ル推定位置座標算出処理の出力とし処理を終了する。
In the case of the first three-dimensional estimated coordinates, step S
At step 54, the three-dimensional estimated coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) are stored as the previous three-dimensional estimated coordinates (x B , y B , z B ), and step S
At 55, the three-dimensional estimated coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) are output as the source coil estimated position coordinate calculation processing, and the processing is terminated.

【0127】次に、最初の3次元推定座標ではなく、2
回目の処理により得られた3次元推定座標(x0,y0
0)について説明する。この場合も、ステップS51
でこの3次元推定座標(x0,y0,z0)を入力し、ス
テップS52でこの3次元推定座標(x0,y0,z0
が1回目のソースコイル推定位置座標算出処理により得
られた最初の3次元推定座標かどうか判断するが、最初
の3次元推定座標でないので、ステップS53に進み、
今回の3次元推定座標(x0,y0,z0)と前回3次元
推定座標(xB,yB,zB)との差の絶対値が、所定の
x,y,z座標の変動制限値xs,ys,zsを越えてい
ないかどうか判断し、越えていない場合には、最初の3
次元推定座標と同様に、ステップS54で3次元推定座
標(x0,y0,z0)を前回3次元推定座標(xB
B,zB)として格納し、ステップS55で3次元推定
座標(x0,y0,z0)をソースコイル推定位置座標算
出処理の出力とし処理を終了する。
Next, instead of the first three-dimensional estimated coordinates,
The three-dimensional estimated coordinates (x 0 , y 0 ,
z 0 ) will be described. Also in this case, step S51
Input the three-dimensional estimated coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ), and in step S52, input the three-dimensional estimated coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ).
Is determined to be the first three-dimensional estimated coordinate obtained by the first source coil estimated position coordinate calculation process. However, since it is not the first three-dimensional estimated coordinate, the process proceeds to step S53.
The absolute value of the difference between the current three-dimensional estimated coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) and the previous three-dimensional estimated coordinates (x B , y B , z B ) is a variation in predetermined x, y, z coordinates. limit x s, y s, it is determined whether or not exceed z s, in a case when it does not exceed the first 3
Similarly to the three-dimensional estimated coordinates, in step S54, the three-dimensional estimated coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) are changed to the previous three-dimensional estimated coordinates (x B ,
y B , z B ), and the three-dimensional estimated coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) are output as the source coil estimated position coordinate calculation processing in step S55, and the processing ends.

【0128】また、ステップS53で今回の3次元推定
座標(x0,y0,z0)と前回3次元推定座標(xB,y
B,zB)との差の絶対値が、所定のx,y,z座標の変
動制限値xs,ys,zsを越えていると判断すると、ス
テップS56に進み、前回3次元推定座標(xB,yB
B)をソースコイル推定位置座標算出処理の出力とし
処理を終了する。
In step S53, the current three-dimensional estimated coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) and the previous three-dimensional estimated coordinates (x B , y
B, the absolute value of the difference between z B) are given x, y, variation limiting value x s z-coordinate, y s, it is determined to be above a z s, the flow advances to step S56, the previous 3-dimensional estimation the coordinates (x B, y B,
z B ) is set as the output of the source coil estimated position coordinate calculation process, and the process ends.

【0129】このようにソースコイルの位置に対して、
所定のx,y,z座標の変動制限値xs,ys,zsによ
り位置更新制御処理が行われる。
As described above, with respect to the position of the source coil,
Given x, y, variation limiting value x s z-coordinate, y s, the location updating control processing by z s is performed.

【0130】なお、図22においては、第0番目のソー
スコイルを例に説明したが、この処理は全てのソースコ
イルに対して行われる。
In FIG. 22, the 0th source coil has been described as an example, but this process is performed on all the source coils.

【0131】次に、図6のステップS13での内視鏡形
状検出イメージ画像表示処理について説明する。
Next, the endoscope shape detection image image display processing in step S13 in FIG. 6 will be described.

【0132】内視鏡形状検出イメージ画像表示処理は、
図23に示すように、ステップS61でソースコイル推
定位置座標算出処理より出力されたソースコイルの空間
上の位置(3次元位置)の座標に基づき内視鏡形状モデ
ルデータを構築する。そして、ステップS62で内視鏡
装置形状検出装置3に設けられている入力部からの入力
により、内視鏡形状モデルデータによる内視鏡形状モデ
ルの描画モードを判別し、通常モードならばステップS
63の通常モード処理を行い、拡大モードならばステッ
プS64の拡大モード処理を行って処理を終了する。
The endoscope shape detection image image display processing is as follows.
As shown in FIG. 23, the endoscope shape model data is constructed based on the coordinates of the position (three-dimensional position) in the space of the source coil output from the source coil estimated position coordinate calculation processing in step S61. In step S62, the drawing mode of the endoscope shape model based on the endoscope shape model data is determined based on the input from the input unit provided in the endoscope device shape detection device 3.
The normal mode process of 63 is performed, and if the mode is the enlargement mode, the enlargement mode process of step S64 is performed and the process ends.

【0133】そして、通常モード処理では、内視鏡装置
形状検出装置3のモニタ25に、図24に示すような内
視鏡形状モデルが表示される。
Then, in the normal mode processing, an endoscope shape model as shown in FIG. 24 is displayed on the monitor 25 of the endoscope device shape detection device 3.

【0134】拡大モード処理は、図25に示すように、
ステップS71で内視鏡形状モデルが表示されているモ
ニタ25上(図24参照)において拡大する範囲を選択
するため、操作パネル24を操作し、その範囲の例えば
左上と右下の座標を取得する。そして、ステップS72
で選択した左上と右下の座標が同じかどうか判断し、同
じならば拡大範囲が決定できないため、ステップS71
に戻り、選択した左上と右下の座標が同じでない場合に
は、ステップS73に進む。
In the enlargement mode processing, as shown in FIG.
In step S71, the operator operates the operation panel 24 to select a range to be enlarged on the monitor 25 (see FIG. 24) on which the endoscope shape model is displayed, and obtains, for example, upper left and lower right coordinates of the range. . Then, Step S72
It is determined whether or not the upper left and lower right coordinates selected in step S71 are the same. If they are the same, the enlargement range cannot be determined.
When the selected upper left and lower right coordinates are not the same, the process proceeds to step S73.

【0135】ステップS73では、選択された範囲の中
心に現在の内視鏡形状モデルの中心を移動させる。そし
て、ステップS74で選択された範囲がモニタ25の表
示ウインドと同じになるように拡大し処理を終了する。
In step S73, the center of the current endoscope shape model is moved to the center of the selected range. Then, the range selected in step S74 is enlarged so as to be the same as the display window of the monitor 25, and the process ends.

【0136】これにより、モニタ25に図24のように
表示されていた内視鏡形状モデルは、図26に示すよう
に、拡大されてモニタ25に表示される。
As a result, the endoscope shape model displayed on the monitor 25 as shown in FIG. 24 is enlarged and displayed on the monitor 25 as shown in FIG.

【0137】また、内視鏡形状のイメージ画像を次のモ
デルから選択して表示することができる。すなわち、 (1)3Dモデル1および3Dモデル2 (2)2Dモデル (3)12点モデル (4)直線モデル である。
In addition, an endoscope-shaped image image can be selected from the following models and displayed. That is, (1) 3D model 1 and 3D model 2 (2) 2D model (3) 12-point model (4) linear model

【0138】3Dモデル1および3Dモデル2において
は、3次関数曲線近似とナチュラルラインによる補間
法、3次B−スプライン補間法あるいは2次B−スプラ
イン補間法により、図27に示すように、ソースコイル
の点座標からから内視鏡形状の立体像を補間し、ソース
コイルの任意の座標の2つのモデルの法線ベクトルを得
る。
In the 3D model 1 and the 3D model 2, as shown in FIG. 27, by using a cubic function curve approximation and an interpolation method using a natural line, a cubic B-spline interpolation method or a quadratic B-spline interpolation method, The stereoscopic image of the endoscope shape is interpolated from the point coordinates of the coil to obtain normal vectors of two models at arbitrary coordinates of the source coil.

【0139】そして、図28に示すように、ステップS
81で内視鏡形状モデルデータから、図29に示す面ab
cd、面cdefの順で面を描画し、ステップS82で各点に
対してそれぞれの法線ベクトルを用いて面のシェーディ
ング(スムーズシェーディング)を行い、内視鏡形状の
立体イメージ画像を表示する。
Then, as shown in FIG.
At 81, the surface ab shown in FIG.
A surface is drawn in the order of cd and surface cdef, and in step S82, the surface is shaded (smooth shading) using the respective normal vectors for each point, and an endoscope-shaped stereoscopic image is displayed.

【0140】次に、ステップS83で、モニタ25平面
をXY平面としたときの奥行き方向Z軸座標を、立体感
を向上させるためにグレースケールによる色調補正を行
うかどうか判断し、行う場合にはステップS84により
色調補正処理を行い処理を終了する。
Next, in step S83, the Z-axis coordinate in the depth direction when the monitor 25 plane is set to the XY plane is determined whether or not to perform color tone correction by gray scale in order to improve the stereoscopic effect. A color tone correction process is performed in step S84, and the process ends.

【0141】ステップS84の色調補正処理は、内視鏡
装置形状検出装置3の計測範囲フルスケールで色調補正
を行う第1の色調補正処理と、内視鏡形状モデルの存在
領域フルスケールで色調補正を行う第2の色調補正処理
とがある。
The color tone correction process in step S84 includes a first color tone correction process for performing color tone correction in the measurement range full scale of the endoscope device shape detection device 3 and a color tone correction process in the existing region full scale of the endoscope shape model. And a second color tone correction process.

【0142】第1の色調補正処理は、図30に示すよう
に、ステップS91で計測範囲の最大値及び最小値を取
得し、ステップS92で内視鏡形状モデルデータから色
調を算出し、ステップS93で算出された色調から表示
できる色を求めて色調補正を行う。これにより図31に
示すように、Z軸方向の計測範囲をフルスケールとして
色調補正がなされる。
In the first color tone correction process, as shown in FIG. 30, the maximum value and the minimum value of the measurement range are obtained in step S91, the color tone is calculated from the endoscope shape model data in step S92, and the process proceeds to step S93. A color that can be displayed is obtained from the color tone calculated in the above, and the color tone is corrected. As a result, as shown in FIG. 31, the color tone is corrected with the measurement range in the Z-axis direction being a full scale.

【0143】一方、第2の色調補正処理は、図32に示
すように、ステップS95で内視鏡形状モデルの存在範
囲の最大値及び最小値を取得し、ステップS96で内視
鏡形状モデルデータから色調を算出し、ステップS97
で算出された色調から表示できる色を求めて色調補正を
行う。これにより図33に示すように、内視鏡形状モデ
ルの存在範囲をフルスケールとして色調補正がなされ
る。つまり、第2の色調補正処理は、第1の色調補正処
理に比べ内視鏡形状モデルに対して細かく色調補正を行
うことになる。
On the other hand, in the second tone correction processing, as shown in FIG. 32, the maximum value and the minimum value of the existing range of the endoscope shape model are obtained in step S95, and the endoscope shape model data is obtained in step S96. The color tone is calculated from
A color that can be displayed is obtained from the color tone calculated in the above, and the color tone is corrected. As a result, as shown in FIG. 33, color tone correction is performed with the existing range of the endoscope shape model as a full scale. That is, the second color tone correction processing performs finer color tone correction on the endoscope shape model than the first color tone correction processing.

【0144】内視鏡形状のイメージ画像の2Dモデルで
は、図34に示すように、ステップS101でソースコ
イルの各座標を中心に円を描く(円は常に視点方向を向
いている)。そして、ステップS102で色調補正を行
うかどうか判断し、行う場合にはステップS103によ
り色調補正処理を行い処理を終了することで、モニタ2
5に図35に示すような内視鏡形状のイメージ画像を表
示する。
In the 2D model of the endoscope-shaped image image, as shown in FIG. 34, a circle is drawn around each coordinate of the source coil in step S101 (the circle always faces the viewpoint direction). Then, in step S102, it is determined whether or not the color tone correction is to be performed. If so, the color tone correction process is performed in step S103, and the process is terminated.
5 displays an endoscope-shaped image image as shown in FIG.

【0145】また、内視鏡形状のイメージ画像の12点
モデルでは、図36に示すように、ステップS105で
ソースコイルの全ての位置座標を線で結び、ステップS
106で全ての点に×印を描き処理を終了することで、
モニタ25に図37に示すような内視鏡形状のイメージ
画像を表示する。
In the 12-point model of the endoscope-shaped image, as shown in FIG. 36, all the position coordinates of the source coil are connected by a line in step S105, and
By drawing crosses at all points at 106 and ending the processing,
An image of an endoscope is displayed on the monitor 25 as shown in FIG.

【0146】さらに、内視鏡形状のイメージ画像の直線
モデルでは、図38に示すように、ステップS108で
ソースコイルの全ての位置座標を線で結び、ステップS
109で全ての点に「黒塗り□印」を描き処理を終了す
ることで、モニタ25に図39に示すような内視鏡形状
のイメージ画像を表示する。
Further, in the straight line model of the endoscope-shaped image image, as shown in FIG. 38, all the position coordinates of the source coil are connected by a line in step S108, and
At step 109, “black-filled squares” are drawn at all points, and the processing is terminated, whereby an image of an endoscope shape as shown in FIG. 39 is displayed on the monitor 25.

【0147】(効果)以上説明したように、本実施の形
態では、3次元空間上に配置された複数のセンスコイル
からソースコイルが存在する空間を精度良く推定してい
るセンスコイルを選択し、ソースコイルの3次元位置を
推定しているため、ソースコイルの正確な3次元位置を
推定することができる。
(Effects) As described above, in the present embodiment, a sense coil that accurately estimates the space where the source coil exists is selected from a plurality of sense coils arranged in a three-dimensional space. Since the three-dimensional position of the source coil is estimated, an accurate three-dimensional position of the source coil can be estimated.

【0148】第2の実施の形態:図40ないし図42は
本発明の第2の実施の形態に係わり、図40はソースコ
イル推定位置座標算出処理の原理を説明する説明図、図
41は図40のソースコイル推定位置座標算出処理の流
れを示す第1のフローチャート、図42は図40のソー
スコイル推定位置座標算出処理の流れを示す第2のフロ
ーチャートである。
Second Embodiment FIGS. 40 to 42 relate to a second embodiment of the present invention. FIG. 40 is an explanatory diagram for explaining the principle of a source coil estimated position coordinate calculating process, and FIG. 40 is a first flowchart showing the flow of the source coil estimated position coordinate calculation process of FIG. 40, and FIG. 42 is a second flowchart showing the flow of the source coil estimated position coordinate calculation process of FIG.

【0149】(構成)第2の実施の形態は、その構成は
第1の実施の形態と同じであり、異なる点はソースコイ
ルの3次元位置を推定する処理方法であるので、同じ符
号をつけ説明は省略する。
(Structure) The structure of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and differs from the first embodiment in the processing method for estimating the three-dimensional position of the source coil. Description is omitted.

【0150】(作用)1つのセンスコイルによって推定
されるソースコイルの存在する円は、図15に示すよう
に単心コイルCS0〜CS2とCS1〜CS3によって得られる
2つの非線型方程式(26),(27)を満たす点(x
g,yg)をニュートン法により導き、点(xg,yg)か
ら円の方程式として算出する。
(Operation) The circle where the source coil is estimated by one sense coil is represented by two nonlinear equations obtained by the single-core coils C S0 to C S2 and C S1 to C S3 as shown in FIG. A point satisfying (26) and (27) (x
g , y g ) is derived by the Newton method, and is calculated as a circle equation from the point (x g , y g ).

【0151】ソースコイルとセンスコイルが接近した場
合、図40に示すように、式(26),(27)を満た
す交点が複数存在し、推定系の初期値(xg0,yg0)の
値からそれらの交点の1つが求められる。
When the source coil and the sense coil approach each other, as shown in FIG. 40, there exist a plurality of intersections satisfying the equations (26) and (27), and the values of the initial values (x g0 , y g0 ) of the estimation system are obtained. Finds one of those intersections.

【0152】いま、図40において第2交点が求められ
たとすると、第2交点の座標値からソースコイルが存在
する円が求められる。
Now, assuming that the second intersection is found in FIG. 40, a circle where the source coil exists is found from the coordinate values of the second intersection.

【0153】求められた円を図18に示す円C1とする
と、他のセンスコイルから円C2を求め、2つの円周上
の最も近接する点P,P’を計算することによりソース
コイルの3次元位置を決定できる。
[0153] When a circle is determined and the circle C 1 shown in FIG. 18, obtains the circle C 2 from the other sense coil, P point of closest on the two circumferential, source coil by calculating a P ' Can be determined.

【0154】このとき、第2交点が正しい場合、点P,
P’間の距離は0に近づき、正しくないときは点P,
P’間の距離は離れることから、2組のセンスコイルに
よって推定される2つの円の円周上の点の距離が、最も
短くなるようなセンスコイルの組み合わせを求め、得ら
れた2つのセンスコイルからソースコイルの3次元位置
を推定する。
At this time, if the second intersection is correct, the points P,
The distance between P ′ approaches 0, and if it is not correct, the points P,
Since the distance between P ′ is large, a combination of sense coils is determined such that the distance between points on the circumference of two circles estimated by the two sets of sense coils is the shortest. The three-dimensional position of the source coil is estimated from the coil.

【0155】図41、図42はソースコイルの3次元位
置を推定する処理のフローを示す。
FIGS. 41 and 42 show the flow of processing for estimating the three-dimensional position of the source coil.

【0156】図41に示すように、ステップS120と
ステップS121は、ソースコイル14iとセンスコイ
ル22jの順番の初期化を行う。
As shown in FIG. 41, in steps S120 and S121, the order of the source coil 14i and the sense coil 22j is initialized.

【0157】初めに、第0番目のソースコイルと第0番
目のセンスコイルが選ばれ、ステップS122におい
て、第0番目のセンスコイルの4つの単心コイルに発生
する電圧V00,V01,V02,V03が取り込まれる。ステ
ップS123では、ステップS122で取り込まれた4
つの電圧全てが0[V]であるかを判別する。
First, the 0th source coil and the 0th sense coil are selected. In step S122, the voltages V00 , V01 , V1 generated in the four single-core coils of the 0th sense coil are selected. 02 and V 03 are taken in. In step S123, the 4 captured in step S122
It is determined whether all the voltages are 0 [V].

【0158】ステップS123において、すべての電圧
が0[V]の場合、ステップS128により第0番目の
センスコイルに対応するフラグを0にセットし、ステッ
プS129でjをインクリメントし、ステップS122
に戻り第1番目のセンスコイルの処理に移行する。
If all voltages are 0 [V] in step S123, the flag corresponding to the 0th sense coil is set to 0 in step S128, j is incremented in step S129, and step S122 is performed.
And the process proceeds to the processing of the first sense coil.

【0159】ステップS123において、全ての電圧が
0[V]でない場合、ステップS124により第0番目
のセンスコイルに対応するフラグを1にセットする。
If all voltages are not 0 [V] in step S123, the flag corresponding to the 0th sense coil is set to 1 in step S124.

【0160】ステップS125では、第0番目のセンス
コイルと第0番目のソースコイルにより構成される平面
上のソースコイルの位置(xg00,yg00)を算出し、ス
テップS126でソースコイルが存在する円を推定す
る。
In the step S125, the position (x g00 , y g00 ) of the source coil on the plane formed by the 0th sense coil and the 0th source coil is calculated, and in the step S126, the source coil exists. Estimate the circle.

【0161】いま、第0番目のセンスコイルの処理が終
了したことから、ステップS127によりステップS1
29の処理に移行し、ステップS129でjをインクリ
メントする。
Now, since the processing of the 0th sense coil has been completed, step S127 is executed in step S1.
The process shifts to the process of 29, and j is incremented in step S129.

【0162】ステップS127は、第0番目のソースコ
イルに対する全てのセンスコイルに処理が終了したこと
検出し、図42のステップS131へ進む。
In step S127, it is detected that the processing has been completed for all the sense coils for the 0th source coil, and the flow advances to step S131 in FIG.

【0163】図42に示すように、ステップS131で
は、フラグが1にセットされたセンスコイルを抽出し、
抽出された全てのセンスコイルの組み合わせに対し2つ
の円周上の点が最も接近する円周上の点と、その2点間
の距離を算出する。
As shown in FIG. 42, in step S131, a sense coil whose flag is set to 1 is extracted, and
With respect to all the combinations of the sense coils thus extracted, a point on the circumference where two points on the circumference are closest and a distance between the two points are calculated.

【0164】ステップS131で算出された距離が最も
短くなるセンスコイルの組み合わせをステップS132
で求め、ステップS133で、求められた2つのセンス
コイルからソースコイルの3次元位置を算出する。
The combination of the sense coils for which the distance calculated in step S131 is the shortest is determined in step S132.
In step S133, the three-dimensional position of the source coil is calculated from the two obtained sense coils.

【0165】ステップS134は、全てのソースコイル
に対して処理が行われたかを判別し、すべてのソースコ
イルに対して処理が行われていない場合は、図41のス
テップS130でiをインクリメントしてステップS1
21に戻り、すべてのソースコイルに対して処理が行わ
れるまで処理を繰り返して、16個のソースコイルの3
次元位置を求め、処理を終了する。
A step S134 decides whether or not the processing has been performed on all the source coils. If the processing has not been performed on all the source coils, i is incremented at a step S130 in FIG. Step S1
21 and the processing is repeated until the processing is performed on all the source coils, and 3 of the 16 source coils are processed.
The dimension position is obtained, and the process ends.

【0166】(効果)2組のセンスコイルによって推定
された2つの円の円周上の点の距離から正しく円を推定
したか判別できるため、センスコイルとソースコイルが
近接した場合でも正しくソースコイルの3次元位置を推
定できる。
(Effect) Since it is possible to determine whether the circle has been correctly estimated from the distance between points on the circumference of the two circles estimated by the two sets of sense coils, the source coil can be correctly determined even when the sense coil and the source coil are close to each other. Can be estimated.

【0167】第3の実施の形態:図43ないし図45は
本発明の第3の実施の形態に係わり、図43はソースコ
イル推定位置座標算出処理を説明する説明図、図44は
図43の角度θが直交した状態に近い2つセンスコイル
によるソースコイル推定位置座標算出処理の流れを示す
第1のフローチャート、図45は図43の角度θが直交
した状態に近い2つセンスコイルによるソースコイル推
定位置座標算出処理の流れを示す第2のフローチャート
である。
Third Embodiment: FIGS. 43 to 45 relate to a third embodiment of the present invention. FIG. 43 is an explanatory diagram for explaining a source coil estimated position coordinate calculating process, and FIG. FIG. 45 is a first flowchart showing the flow of a source coil estimated position coordinate calculation process using two sense coils whose angles θ are close to orthogonal to each other. FIG. It is a 2nd flowchart which shows the flow of an estimated position coordinate calculation process.

【0168】(構成)第3の実施の形態は、その構成は
第1の実施の形態と同じであり、異なる点はソースコイ
ルの3次元位置を推定する処理方法であるので、同じ符
号をつけ説明は省略する。
(Structure) The third embodiment has the same structure as the first embodiment, and differs from the first embodiment in the processing method for estimating the three-dimensional position of the source coil. Description is omitted.

【0169】(作用)本実施の形態では、4つの単心コ
イルによって構成されるセンスコイルが推定する円が、
精度良く求められているかの判断を2つの曲線の交差条
件から求め、その結果に応じて2つのセンスコイルを選
び出し、ソースコイルの3次元位置を推定する。
(Operation) In the present embodiment, the circle estimated by the sense coil composed of four single-core coils is
It is determined from the intersection condition of the two curves whether the determination is made with high accuracy, two sense coils are selected according to the result, and the three-dimensional position of the source coil is estimated.

【0170】1つのセンスコイルによって推定されるソ
ースコイルの存在する円は、図15に示すように単心コ
イルCS0〜CS2とCS1〜CS3によって得られる2つの非
線型方程式(26),(27)を満たす点(xg,yg
をニュートン法により求める。
The circle where the source coil exists, which is estimated by one sense coil, is represented by two nonlinear equations (26) obtained by the single-core coils C S0 to C S2 and C S1 to C S3 as shown in FIG. , (27) (x g , y g )
Is obtained by Newton's method.

【0171】このとき、式(26),(27)のxg
gの偏微分を
At this time, x g of the equations (26) and (27),
the partial derivative of y g

【数54】 (Equation 54)

【数55】 とおき、ygをxgの関数とすると、位置(xg,yg)に
おける式(26),(27)で表される曲線の接線方向
のベクトルは
[Equation 55] Distant, when the y g is a function of x g, the position (x g, y g) wherein in (26), the tangential vector of the curve represented by (27)

【数56】 [Equation 56]

【数57】 と表される。それぞれの正規化したベクトルを ν’0=(x’0,y’0) …(58) ν’3=(x’3,y’3) …(59) とすると、式(26),(27)で表される曲線が交差
する角度θは cosθ=x’0x’3+y’0y’3 …(60) となる。
[Equation 57] It is expressed as Assuming that each normalized vector is ν ′ 0 = (x ′ 0 , y ′ 0 ) (58) ν ′ 3 = (x ′ 3 , y ′ 3 ) (59), the equations (26), (26) The angle θ at which the curve represented by 27) intersects is: cos θ = x ′ 0 x ′ 3 + y ′ 0 y ′ 3 (60)

【0172】図43に示すように、角度θが小さいと交
差する位置がノイズよる影響を受けやすいことから、角
度θが直交した状態に近いセンスコイルを2つ選び、ソ
ースコイルの3次元位置を求める。
As shown in FIG. 43, when the angle θ is small, the position where the angle intersects is easily affected by noise. Therefore, two sense coils whose angles θ are close to each other are selected, and the three-dimensional position of the source coil is determined. Ask.

【0173】図44及び図45はソースコイルの3次元
位置を推定する処理のフローを示す。
FIGS. 44 and 45 show the flow of processing for estimating the three-dimensional position of the source coil.

【0174】図44に示すように、ステップS140と
ステップS141はソースコイル14iとセンスコイル
22jの順番の初期化を行い。
As shown in FIG. 44, steps S140 and S141 initialize the order of the source coil 14i and the sense coil 22j.

【0175】初めに、第0番目のソースコイルと第0番
目のセンスコイルが選ばれ、ステップS142におい
て、第0番目のセンスコイルの4つの単心コイルに発生
する電圧V00,V01,V02,V03が取り込まれる。ステ
ップS143では、ステップS142で取り込まれた4
つの電圧全てが0[V]であるかを判別する。
[0175] First, the 0th source coil and 0th sensor coil selected in step S142, the voltage V 00 generated in four single-core coil of the 0-th sense coil, V 01, V 02 and V 03 are taken in. In step S143, the 4 captured in step S142
It is determined whether all the voltages are 0 [V].

【0176】ステップS143において、すべての電圧
が0[V]の場合、ステップS150により第0番目の
センスコイルに対応するフラグを0にセットし、ステッ
プS149でjをインクリメントし、ステップS142
に戻り第1番目のセンスコイルの処理に移行する。
If all voltages are 0 [V] in step S143, the flag corresponding to the 0th sense coil is set to 0 in step S150, j is incremented in step S149, and step S142 is performed.
And the process proceeds to the processing of the first sense coil.

【0177】ステップS143において、全ての電圧が
0[V]でない場合、ステップS144により第0番目
のセンスコイルに対応するフラグを1にセットする。
If all voltages are not 0 [V] in step S143, the flag corresponding to the 0th sense coil is set to 1 in step S144.

【0178】ステップS145では、第0番目のセンス
コイルと第0番目のソースコイルにより構成される平面
上のソースコイルの位置(xg00,yg00)を算出し、ス
テップS146で位置(xg00,yg00)で2つの曲線が
交差する時の角度θを求める。
In step S145, the position (x g00 , y g00 ) of the source coil on the plane formed by the 0th sense coil and the 0th source coil is calculated, and in step S146, the position (x g00 , y g00 , y g00 ) to determine the angle θ when the two curves intersect.

【0179】いま、第0番目のセンスコイルの処理が終
了したことから、ステップS147によりステップS1
49の処理に移行し、ステップS149でjをインクリ
メントする。
Now, since the processing of the 0th sense coil has been completed, step S147 is executed in step S1.
The process shifts to the process at 49, and j is incremented at step S149.

【0180】ステップS147は、第0番目のソースコ
イルに対する全てのセンスコイルに処理が終了したこと
検出し、ステップS151へ進む。
In step S147, it is detected that the processing has been completed for all the sense coils for the 0th source coil, and the flow advances to step S151.

【0181】ステップS151では、フラグが1にセッ
トされたセンスコイルを抽出し、抽出されたセンスコイ
ルのうち交差する角度θが直交した状態に近い2つのセ
ンスコイルを選択する。
In step S151, a sense coil whose flag is set to 1 is extracted, and two sense coils whose crossing angle θ is close to being orthogonal are selected from the extracted sense coils.

【0182】そして、図45に示すように、ステップS
152は、ステップS151で選択された2つのセンス
コイルの配置の状態が直交しているかを検出し、直交し
ていれば、ステップS40へ進み、それ以外はステップ
S41へ進む。
Then, as shown in FIG.
A step 152 detects whether or not the arrangement states of the two sense coils selected in the step S151 are orthogonal. If they are orthogonal, the procedure proceeds to the step S40, and otherwise proceeds to the step S41.

【0183】ステップS40から処理が終了するまでの
処理は、第1の実施の形態で説明した通りである(図2
0及び図21参照)。
The process from step S40 to the end of the process is as described in the first embodiment (FIG. 2).
0 and FIG. 21).

【0184】(効果)本実施の形態では、4つの単心コ
イルによって構成される複数のセンスコイルからノイズ
等の影響の少ない2つのセンスコイルが選択されるた
め、ソースコイルの3次元位置を精度良く推定できる。
(Effect) In this embodiment, since two sense coils which are less affected by noise or the like are selected from a plurality of sense coils constituted by four single-core coils, the three-dimensional position of the source coil can be accurately determined. Can be estimated well.

【0185】第4の実施の形態:図46及び図47は本
発明の第4の実施の形態に係わり、図46は3次元空間
上に磁界を発生するソースコイルの配置の一例を示す
図、図47は図46の配置に対する第4の実施の形態の
ソースコイルの配置を説明する図である。
Fourth Embodiment: FIGS. 46 and 47 relate to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 46 is a diagram showing an example of an arrangement of source coils for generating a magnetic field in a three-dimensional space. FIG. 47 is a view for explaining the arrangement of the source coils of the fourth embodiment with respect to the arrangement of FIG.

【0186】(構成)第4の実施の形態は、その構成は
第1の実施の形態と同じであり、異なる点はセンスコイ
ルの数と配置、ソースコイルの3次元位置を推定する処
理方法であるので、同じ符号をつけ説明は省略する。
(Structure) The structure of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment, except for the processing method for estimating the number and arrangement of the sense coils and the three-dimensional position of the source coil. Therefore, the same reference numerals are given and the description is omitted.

【0187】(作用)本実施の形態では、複数の単心コ
イルを4つ組み合わせたセンスコイルによって、ソース
コイルの3次元位置を求めるのではなく、複数の単心コ
イルを3次元空間に配置し、それぞれの単心コイルに発
生する電圧からソースコイルの3次元位置を推定する。
(Operation) In the present embodiment, the three-dimensional position of the source coil is not determined by the sense coil in which four single-core coils are combined, but a plurality of single-core coils are arranged in a three-dimensional space. The three-dimensional position of the source coil is estimated from the voltage generated in each single-core coil.

【0188】図46に示すように、3次元空間XYZ上
に磁界を発生する1つのソースコイルを位置(xg
g,zg)、向き(gx,gy,gz)に配置した場合、
適当な位置P(xd,yd,Zd)に発生する磁界Hx,H
y,Hzは、式(14)から次のように表される。
As shown in FIG. 46, one source coil for generating a magnetic field in the three-dimensional space XYZ is located at the position (x g ,
y g , z g ) and orientation (g x , g y , g z )
Suitable position P (x d, y d, Z d) a magnetic field generated in the H x, H
y and Hz are expressed as follows from Expression (14).

【0189】[0189]

【数61】 但し、kgは定数、rはソースコイルと点Pとの距離で
あって、磁界Hx,Hy,Hzの向きはX,Y,Z軸と同
一方向である。
[Equation 61] However, k g is a constant, r is a distance between the source coil and the point P, the direction of the magnetic field H x, H y, H z is X, Y, in the same direction and the Z-axis.

【0190】点Pの位置に座標軸X,Y,Zと同一に向
いた単心コイルCx,Cy,Czが配置された場合、それ
ぞれの単心コイルCx,Cy,Czに発生する電圧Vx,V
y,Vz
[0190] point coordinate X to the position of P, Y, Z and single-fiber coil C x facing the same, if the C y, is C z are arranged, each of the single-core coil C x, C y, the C z Generated voltage V x , V
y and V z are

【数62】 となる。ここで、X軸に向いた単心コイルCxは、コイ
ルを構成する導線を巻くときの軸をX軸と同一方向にし
たコイルであって、Y軸,Z軸と同一に向いた単心コイ
ルCy,Czも同様なコイルである。
(Equation 62) Becomes Here, single core single core coil C x is facing the X-axis, a coil axis and in the X-axis in the same direction when winding a conductive wire constituting the coil, the Y-axis, oriented the same as Z axis The coils C y and C z are similar coils.

【0191】但し、ksはソースコイル及びセンスコイ
ルの大きさやコイルの巻数等により決定される定数、r
はソースコイルとセンスコイルの距離
Here, k s is a constant determined by the size of the source coil and the sense coil, the number of turns of the coil, and the like.
Is the distance between the source coil and the sense coil

【数63】 である。[Equation 63] It is.

【0192】図47に示すように、本実施の形態では、
単心コイルからなるセンスコイルを3次元空間上に複数
配置し、具体的にはベット4おいて、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10
1、102、103、104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105、106、107、108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109、110、111、1
12の12個のセンスコイルを配置する。この12個の
センスコイルの電圧、位置、向きが全て既知であること
から、式(62)によりソースコイルの位置(xg
g,zg)と向き(gx,gy,gz)を未知数とする1
2個の非線形方程式が得られる。
As shown in FIG. 47, in the present embodiment,
A plurality of sense coils each composed of a single-core coil are arranged in a three-dimensional space. Specifically, in the bed 4, a sense coil 10 whose center Z coordinate is the first Z coordinate, for example, is directed to the X-axis.
1, 102, 103, and 104, sense coils 105, 106, 107, and 108 whose center Z coordinates are directed to the Y axis, which is a second Z coordinate different from the first Z coordinate, and whose center Z coordinate is The sense coils 109, 110, 111, 1 directed to the Z axis which is a third Z coordinate different from the first and second Z coordinates.
Twelve twelve sense coils are arranged. Since the voltages, positions, and directions of the twelve sense coils are all known, the position (x g ,
y g , z g ) and orientation (g x , g y , g z ) as unknowns 1
Two nonlinear equations are obtained.

【0193】この12個の非線形方程式の解、すなわ
ち、ソースコイルの位置と向きを反復改良によって求め
る(Gauss−Newton法)。
The solution of these 12 nonlinear equations, that is, the position and orientation of the source coil are obtained by iterative improvement (Gauss-Newton method).

【0194】xをソースコイルの位置(xg,yg
g)と向き(gx,gy,gz)のパラメータとし、その
パラメータの初期値をx(0)とする。
Let x be the position of the source coil (x g , y g ,
z g ) and orientation (g x , g y , g z ) parameters, and the initial values of the parameters are x (0) .

【0195】いま、反復改良によりk次の推定値x(k)
が得られ、センスコイルに発生する電力のモデル関数V
(x)をx(k)のまわりでTayLor展開すると、そ
の一次近似は
Now, the k-th estimated value x (k) is obtained by iterative improvement.
Is obtained, and the model function V of the power generated in the sense coil is obtained.
When (X) is Taylor-expanded around x (k) , its first-order approximation is

【数64】 となる。[Equation 64] Becomes

【0196】このとき、Vmをセンスコイルによって測
定された電圧とすると観測方程式は
At this time, if Vm is the voltage measured by the sense coil, the observation equation is

【数65】 ここで、式が等号ではなくnearly equalとなっているの
は、Vmに測定誤差が含まれるため。
[Equation 65] Here, the reason why the expression is not equal but rather equal is that Vm includes a measurement error.

【0197】と表される。式(65)の右辺の第1項を
左辺に移動すると
Are represented as follows. Moving the first term on the right side of equation (65) to the left side

【数66】 となる。但し、[Equation 66] Becomes However,

【数67】 ΔVm(k)=Vm−V(x(k))=Vm−Vm(k) …(67)ΔVm (k) = Vm−V (x (k) ) = Vm−Vm (k) (67)

【数68】Δx(k)=x−x(k) …(68)Δx (k) = x−x (k) (68)

【数69】 (i=1〜n,j=1〜m) (行方向:未知数の数n、列方向:センスコイルの数
m)である。解Δx(k)は、式(66)より
[Equation 69] (I = 1 to n, j = 1 to m) (row direction: number n of unknowns, column direction: number m of sense coils). The solution Δx (k) is given by equation (66)

【数70】 Δx(k)=(B(k)WA(k)-1(k)WΔVm(k) …(70) と表される。ただし、BはAの転置、Wは重み行列であ
る。
Δx (k) = (B (k) WA (k) ) −1 B (k) WΔVm (k) (70) Here, B is the transposition of A, and W is the weight matrix.

【0198】よって、式(68)より改良したパラメー
タの推定値は
Therefore, the parameter estimation value improved from the equation (68) is

【数71】 x(k+1)=x(k)+Δx(k) …(71) と求められる。X (k + 1) = x (k) + Δx (k) (71)

【0199】図47に示すように、12個の単心コイル
(センスコイル)を並べると、行列Aは
As shown in FIG. 47, when twelve single-core coils (sense coils) are arranged, the matrix A becomes

【数72】 重み行列Wは[Equation 72] The weight matrix W is

【数73】 と表される。ただし、重み行列Wのσi(i=0,1,
…,11)は、各センスコイルの測定電圧の変動量で、
例えば、環境ノイズ等がある。
[Equation 73] It is expressed as Here, σ i (i = 0, 1,
..., 11) are the fluctuations of the measured voltage of each sense coil.
For example, there is environmental noise.

【0200】また、第k番目のΔVmはThe k-th ΔVm is

【数74】 となることから、ソースコイルの位置と向きは、次の手
順(1)から(4)で求められる。
[Equation 74] Therefore, the position and orientation of the source coil can be obtained by the following procedures (1) to (4).

【0201】手順(1);k=0とし、ソースコイルの
初期値を位置(xg,yg,zg(0)、向き(gx,gy
z(0)とする(例えば、ソースコイルを測定する空間
の中心位置とZ軸方向のベクトル(0,0,1))。 手順(2);式(72),(73),(74)により第
k番目の行列を計算する。 手順(3);式(71)により第k番目の更新量Δx
(k)を計算する。 手順(4);更新量Δx(k)が小さくなるまで上記手順
(2)から(4)を繰り返す。
Procedure (1): k = 0, and the initial values of the source coil are set to the position (x g , y g , z g ) (0) and the directions (g x , g y ,
g z ) (0) (for example, the center position of the space for measuring the source coil and the vector (0, 0, 1) in the Z-axis direction). Procedure (2): Calculate the k-th matrix according to equations (72), (73), and (74). Procedure (3): k-th update amount Δx according to equation (71)
Calculate (k) . Procedure (4): The above procedures (2) to (4) are repeated until the update amount Δx (k) becomes small.

【0202】本実施の形態では、X,Y,Z軸方向に向
いたセンスコイルをそれぞれ同一の高さに配置してソー
スコイルの位置を推定したが、これに限らず、各々のセ
ンスコイルを任意の位置や向きに配置した場合でも、セ
ンスコイルの位置と向きが既知であればソースコイルの
位置が推定できる。
In this embodiment, the position of the source coil is estimated by arranging the sense coils oriented in the X, Y, and Z axis directions at the same height, but the present invention is not limited to this. Even if it is arranged at an arbitrary position or orientation, the position of the source coil can be estimated if the position and orientation of the sense coil are known.

【0203】ソースコイルが存在する空間が小さい場
合、先に説明したようにソースコイルの初期値を適当な
位置として反復改良を行うことにより位置と向きを求め
ることができる。しかし、その空間が大きい場合、適当
な方法で初期位置を決定することが必要になる。
When the space where the source coil exists is small, the position and orientation can be obtained by iteratively improving the initial value of the source coil as an appropriate position as described above. However, if the space is large, it is necessary to determine the initial position in an appropriate manner.

【0204】例えば、第1の実施の形態のように井げた
状にセンスコイルを並べた場合は、第1〜第3の実施の
形態で説明した手法を用いて4個の単心コイルによって
構成されたセンスコイルからソースコイルの存在する空
間(円)を求め、複数のセンスコイルによりソースコイ
ルの位置を推定し、反復改良によりソースコイルの位置
を精度良く求めることができる。
For example, in the case where the sense coils are arranged in a hollow shape as in the first embodiment, the sense coils are constituted by four single-core coils using the method described in the first to third embodiments. The space (circle) where the source coil exists is obtained from the sense coil obtained, the position of the source coil is estimated by a plurality of sense coils, and the position of the source coil can be obtained with high accuracy by iterative improvement.

【0205】また、全てのソースコイル14iに対して
円の位置推定と反復改良を行ったのでは計算量が多くな
るため、ソースコイルの先頭14aは円の位置推定と反
復改良を行い、それ以外のソースコイルについてはソー
スコイルの連続性から1つ前に推定された位置を初期値
にして、反復改良のみを行う方法もある(ソースコイル
14bの3次元位置を推定する場合、すでに3次元位置
が推定されたソースコイル14aの位置を初期値にして
反復改良を行う)。
Further, if the position estimation of the circle and the iterative improvement are performed on all the source coils 14i, the amount of calculation is increased. Therefore, the position estimation and the iterative improvement of the circle are performed on the head 14a of the source coil. For the source coil of (1), there is also a method of performing only the iterative improvement with the position previously estimated from the continuity of the source coil as an initial value (when estimating the three-dimensional position of the source coil 14b, Is performed using the estimated position of the source coil 14a as the initial value).

【0206】ソースコイルの連続性を用いて、推定を行
うソースコイルの3次元位置をそれ以前に推定されたソ
ースコイルの3次元位置から予測し、その予測位置から
反復改良を行う手法もある。
There is also a method of predicting the three-dimensional position of the source coil to be estimated from the three-dimensional position of the source coil previously estimated using the continuity of the source coil, and performing iterative improvement from the predicted position.

【0207】いま、ソースコイル14a、14bの3次
元位置を
Now, the three-dimensional positions of the source coils 14a and 14b are

【数75】 とすると、ソースコイル14bの3次元位置を推定する
ときの初期値をソースコイル14aとし、ソースコイル
14cからは、まえの2つのソースコイルの3次元位置
からソースコイルの位置を予測する。
[Equation 75] Then, the initial value when estimating the three-dimensional position of the source coil 14b is set as the source coil 14a, and the position of the source coil is predicted from the source coil 14c from the three-dimensional positions of the two previous source coils.

【0208】例えば、ソースコイル14cの場合For example, in the case of the source coil 14c

【数76】 とする。[Equation 76] And

【0209】また、本実施の形態が体腔内で使われるこ
とから、ソースコイルの3次元位置が時間方向の変動が
少ないことが予想されることから(体腔内でソースコイ
ルの動きが小さい)、前回までに推定された3次元位置
を初期位置として反復改良を行う手法もある。
In addition, since the present embodiment is used in a body cavity, it is expected that the three-dimensional position of the source coil has little fluctuation in the time direction (the movement of the source coil in the body cavity is small). There is also a method of performing iterative improvement using the three-dimensional position estimated up to the previous time as an initial position.

【0210】(効果)本実施の形態では、複数のセンス
コイルの出力と反復改良法によってソースコイルの3次
元位置が推定されるため、ノイズ等の影響が軽減され、
推定精度向上させることができる。
(Effect) In the present embodiment, the output of a plurality of sense coils and the three-dimensional position of the source coil are estimated by the iterative improvement method, so that the effects of noise and the like are reduced.
The estimation accuracy can be improved.

【0211】また、各ソースコイルの3次元位置を反復
改良によって推定する場合、初期位置を適当な方法で求
めることにより計算量を削減できる。
When the three-dimensional position of each source coil is estimated by iterative improvement, the amount of calculation can be reduced by obtaining the initial position by an appropriate method.

【0212】第5の実施の形態: (構成)本実施の形態の内視鏡形状検出装置3の構成
は、第4の実施の形態と同一で、ソースコイルの3次元
位置を推定する方法が異なる。
Fifth Embodiment (Configuration) The configuration of the endoscope shape detecting device 3 of the present embodiment is the same as that of the fourth embodiment, and the method of estimating the three-dimensional position of the source coil is different. different.

【0213】(作用)本実施の形態では、複数の単心コ
イルを4つ組み合わせたセンスコイルによって、ソース
コイルの3次元位置を求めるのではなく、第4の実施の
形態と同様に、複数の単心コイルを3次元空間に配置
し、それぞれの単心コイルに発生する電圧からソースコ
イルの3次元位置を推定する。
(Operation) In this embodiment, the three-dimensional position of the source coil is not determined by using a sense coil in which four single-core coils are combined, but a plurality of sense coils are provided in the same manner as in the fourth embodiment. The single-core coils are arranged in a three-dimensional space, and the three-dimensional position of the source coil is estimated from the voltage generated in each single-core coil.

【0214】今、センスコイルユニット内のセンスコイ
ルに発生する起電力の行列をV、式(62)で示したよ
うにソースコイルとセンスコイルの3次元位置の項で表
される行列をH、ソースコイルの向きで表される項をG
とすると、それぞれの関係式は次のようになる。
Now, the matrix of the electromotive force generated in the sense coil in the sense coil unit is V, the matrix represented by the term of the three-dimensional position of the source coil and the sense coil as shown in the equation (62) is H, The term expressed by the direction of the source coil is G
Then, the respective relational expressions are as follows.

【0215】[0215]

【数77】V=HG …(77) 式(77)よりソースコイルの向きの項を消去するた
め、式(77)の両辺に左からHt(行列Hの転置行
列)をかけると、
[Number 77] V = HG ... (77) to erase the orientation of the section of the source coil from the equation (77), and applying a formula both sides (the transpose of the matrix H) H t from the left to the (77),

【数78】HtV=HtHG …(78) となる。H t V = H t HG (78)

【0216】また、式(78)の両辺に左から[H
tH]-1(HtHの逆行列)をかけると、
Also, on both sides of the equation (78), [H
t H] -1 (the inverse of H t H),

【数79】 [HtH]-1tV=G …(79) となる。[H t H] −1 H t V = G (79)

【0217】式(79)を式(77)に代入すると、次
のようなソースコイルの向きの項を消去した式を得るこ
とができる。
By substituting equation (79) into equation (77), the following equation in which the term of the direction of the source coil is eliminated can be obtained.

【0218】[0218]

【数80】 V=H[HtH]-1tV …(80) 図47に示すように、本実施の形態では、単心コイルか
らなるセンスコイルを3次元空間上に複数配置し、具体
的にはベット4おいて、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101、102、
103、104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10
5、106、107、108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109、110、111、112の12
個のセンスコイルを配置する。この12個のセンスコイ
ルの電圧、位置、向きが全て既知であることから、式
(62)によりソースコイルの位置(xg,yg,zg
を未知数とする12個の非線形方程式が得られる。
V = H [H t H] −1 H t V (80) As shown in FIG. 47, in the present embodiment, a plurality of sense coils each composed of a single-core coil are arranged in a three-dimensional space. Specifically, in the bet 4, the sense coils 101 and 102 whose center Z coordinate is the first Z coordinate, for example, the X axis,
103, 104, and a sense coil 10 directed to the Y axis, which is a second Z coordinate whose center Z coordinate is different from the first Z coordinate.
5, 106, 107, and 108, and 12 of the sense coils 109, 110, 111, and 112 directed to the Z-axis that is a third Z-coordinate different from the first and second Z-coordinates.
The sense coils are arranged. Since the voltages, positions, and directions of the twelve sense coils are all known, the position (x g , y g , z g ) of the source coil is calculated by equation (62).
Are obtained as twelve nonlinear equations.

【0219】この12個の非線形方程式の解、すなわ
ち、ソースコイルの位置を反復改良によって求める(G
auss−Newton法)。
The solution of these 12 nonlinear equations, that is, the position of the source coil is obtained by iterative improvement (G
auss-Newton method).

【0220】xをソースコイルの位置(xg,yg
g)のパラメータとし、そのパラメータの初期値をx
(0)とする。
X is the position of the source coil (x g , y g ,
z g ), and the initial value of the parameter is x
(0) .

【0221】いま、反復改良によりk次の推定値x(k)
が得られ、センスコイルに発生する電力のモデル関数V
(x)をx(k)のまわりでTayLor展開すると、そ
の一次近似は第4の実施の形態で示した式(64)で示
される。
Now, the k-th estimated value x (k) is obtained by iterative improvement.
Is obtained, and the model function V of the power generated in the sense coil is obtained.
When (x) is subjected to TayLor expansion around x (k) , the first-order approximation is expressed by Expression (64) shown in the fourth embodiment.

【0222】但し、式(64)の偏微分の項However, the term of the partial differential of the equation (64)

【数81】 は、式(80)の右辺のVにセンスコイルによって測定
された電圧Vmの値を入力して
[Equation 81] Is obtained by inputting the value of the voltage Vm measured by the sense coil into V on the right side of equation (80).

【数82】 V(x)=H[HtH]-1tVm …(82) として偏微分を計算する。The partial derivative is calculated as: V (x) = H [H t H] −1 H t Vm (82)

【0223】このとき、Vmをセンスコイルによって測
定された電圧とすると観測方程式は、第4の実施の形態
で示した式(65)で表される。式(65)の右辺の第
1項を左辺に移動すると、第4の実施の形態で示した式
(66)となる。
At this time, if Vm is the voltage measured by the sense coil, the observation equation is expressed by the equation (65) shown in the fourth embodiment. When the first term on the right side of Expression (65) is moved to the left side, Expression (66) shown in the fourth embodiment is obtained.

【0224】解Δx(k)は、式(66)より第4の実施
の形態で示した式(70)と表される。
The solution Δx (k) is represented by equation (70) shown in the fourth embodiment from equation (66).

【0225】よって、Δx(k)=x−x(k)より改良した
パラメータの推定値は第4の実施の形態で示した式(7
1)と求められる。
Therefore, the parameter estimation value improved from Δx (k) = x−x (k) can be obtained by the equation (7) shown in the fourth embodiment.
1) is required.

【0226】図47に示すように、12個の単心コイル
(センスコイル)を並べると、行列Aは
As shown in FIG. 47, when twelve single-core coils (sense coils) are arranged, the matrix A becomes

【数83】 重み行列Wは第4の実施の形態で示した式(73)と表
される。ただし、重み行列Wのσi(i=0,1,…,
11)は、各センスコイルの測定電圧の変動量で、例え
ば、環境ノイズ等がある。
[Equation 83] The weight matrix W is represented by the equation (73) shown in the fourth embodiment. Where σ i (i = 0, 1,...,
11) is a fluctuation amount of the measured voltage of each sense coil, for example, there is an environmental noise or the like.

【0227】また、第k番目のΔVmは第4の実施の形
態で示した式(74)となることから、ソースコイルの
位置は、次の手順(1)’から(4)’で求められる。
Since the k-th ΔVm is given by the equation (74) shown in the fourth embodiment, the position of the source coil can be obtained by the following procedures (1) ′ to (4) ′. .

【0228】手順(1)’;k=0とし、ソースコイル
の初期値を位置(xg,yg,zg( 0)とする(例えば、
ソースコイルを測定する空間の中心位置)。 手順(2)’;式(83),(73),(74)により
第k番目の行列を計算する。 手順(3)’;式(71)により第k番目の更新量Δx
(k)を計算する。 手順(4)’;更新量Δx(k)が小さくなるまで上記手
順(2)’から(4)’を繰り返す。
Procedure (1) ′; k = 0, and the initial value of the source coil is set to position (x g , y g , z g ) ( 0) (for example,
Center position of the space where the source coil is measured). Step (2) ′: The k-th matrix is calculated according to equations (83), (73), and (74). Procedure (3) ′: k-th update amount Δx according to equation (71)
Calculate (k) . Procedure (4) ′: The above procedures (2) ′ to (4) ′ are repeated until the update amount Δx (k) becomes small.

【0229】本実施の形態では、X,Y,Z軸方向に向
いたセンスコイルをそれぞれ同一の高さに配置してソー
スコイルの位置を推定したが、これに限らず、各々のセ
ンスコイルを任意の位置や向きに配置した場合でも、セ
ンスコイルの位置と向きが既知であればソースコイルの
位置が推定できる。
In this embodiment, the position of the source coil is estimated by arranging the sense coils oriented in the X, Y, and Z axis directions at the same height, but the present invention is not limited to this. Even if it is arranged at an arbitrary position or orientation, the position of the source coil can be estimated if the position and orientation of the sense coil are known.

【0230】ソースコイルが存在する空間が小さい場
合、先に説明したようにソースコイルの初期値を適当な
位置として反復改良を行うことにより位置を求めること
ができる。しかし、その空間が大きい場合、適当な方法
で初期位置を決定することが必要になる。
When the space where the source coil exists is small, the position can be obtained by iteratively improving the initial value of the source coil as an appropriate position as described above. However, if the space is large, it is necessary to determine the initial position in an appropriate manner.

【0231】例えば、第1の実施の形態のように井げた
状にセンスコイルを並べた場合は、第1〜第3の実施の
形態で説明した手法を用いて4個の単心コイルによって
構成されたセンスコイルからソースコイルの存在する空
間(円)を求め、複数のセンスコイルによりソースコイ
ルの位置を推定し、反復改良によりソースコイルの位置
を精度良く求めることができる。
For example, in the case where the sense coils are arranged in a hollow shape as in the first embodiment, the sense coils are constituted by four single-core coils using the method described in the first to third embodiments. The space (circle) where the source coil exists is obtained from the sense coil obtained, the position of the source coil is estimated by a plurality of sense coils, and the position of the source coil can be obtained with high accuracy by iterative improvement.

【0232】また、全てのソースコイル14iに対して
円の位置推定と反復改良を行ったのでは計算量が多くな
るため、ソースコイルの先頭14aは円の位置推定と反
復改良を行い、それ以外のソースコイルについてはソー
スコイルの連続性から1つ前に推定された位置を初期値
にして、反復改良のみを行う方法もある(ソースコイル
14bの3次元位置を推定する場合、すでに3次元位置
が推定されたソースコイル14aの位置を初期値にして
反復改良を行う)。
Further, if the position estimation of the circle and the iterative improvement are performed on all the source coils 14i, the amount of calculation is increased. Therefore, the position estimation and the iterative improvement of the circle are performed on the head 14a of the source coil. For the source coil of (1), there is also a method of performing only the iterative improvement with the position previously estimated from the continuity of the source coil as an initial value (when estimating the three-dimensional position of the source coil 14b, Is performed using the estimated position of the source coil 14a as the initial value).

【0233】ソースコイルの連続性を用いて、推定を行
うソースコイルの3次元位置をそれ以前に推定されたソ
ースコイルの3次元位置から予測し、その予測位置から
反復改良を行う手法もある。
There is also a method in which the three-dimensional position of the source coil to be estimated is predicted from the three-dimensional position of the source coil previously estimated using the continuity of the source coil, and iterative improvement is performed from the predicted position.

【0234】第4の実施の形態と同様に、いま、ソース
コイル14a、14bの3次元位置を第4の実施の形態
で示した式(75)とすると、ソースコイル14bの3
次元位置を推定するときの初期値をソースコイル14a
とし、ソースコイル14cからは、まえの2つのソース
コイルの3次元位置からソースコイルの位置を予測す
る。例えば、ソースコイル14cの場合第4の実施の形
態で示した式(76)とする。
As in the fourth embodiment, if the three-dimensional position of the source coils 14a and 14b is expressed by the equation (75) shown in the fourth embodiment, the three-dimensional position of the source coil 14b is determined.
The initial value for estimating the three-dimensional position is set to the source coil 14a.
From the source coil 14c, the position of the source coil is predicted from the three-dimensional position of the previous two source coils. For example, in the case of the source coil 14c, the equation (76) shown in the fourth embodiment is used.

【0235】また、本実施の形態が体腔内で使われるこ
とから、ソースコイルの3次元位置が時間方向の変動が
少ないことが予想されることから(体腔内でソースコイ
ルの動きが小さい)、前回までに推定された3次元位置
を初期位置として反復改良を行う手法もある。
Also, since the present embodiment is used in the body cavity, the three-dimensional position of the source coil is expected to have little variation in the time direction (the movement of the source coil in the body cavity is small). There is also a method of performing iterative improvement using the three-dimensional position estimated up to the previous time as an initial position.

【0236】(効果)本実施の形態では、第4の実施の
形態の効果に加え、ソースコイルの向きの項を消去し、
未知数を減らした関係式によりソースコイルの3次元位
置を推定することが可能となる。
(Effect) In the present embodiment, in addition to the effect of the fourth embodiment, the term of the direction of the source coil is deleted.
The three-dimensional position of the source coil can be estimated by the relational expression in which the unknowns are reduced.

【0237】第6の実施の形態: (構成)本実施の形態の内視鏡形状検出装置3は、図示
はしないが、第1の実施の形態の構成に加え、推定され
たソースコイル位置を時系列的に記憶する位置記憶手段
を有して構成される。その他の構成は第1の実施の形態
と同じであり、本実施の形態では、ソースコイルの3次
元位置を推定する処理方法が、第1の実施の形態と異な
る。
Sixth Embodiment (Configuration) Although not shown, the endoscope shape detecting device 3 of the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, and further includes an estimated source coil position. It is configured to have a position storage means for storing in time series. The other configuration is the same as that of the first embodiment. In the present embodiment, a processing method for estimating the three-dimensional position of the source coil is different from that of the first embodiment.

【0238】(作用)本実施の形態では、上記の第1な
いし第5の実施の形態に説明した方法を用いてソースコ
イル14iの3次元位置を推定し、位置記憶手段(図示
せず)に推定された3次元位置を順次記憶する。
(Operation) In the present embodiment, the three-dimensional position of the source coil 14i is estimated by using the method described in the first to fifth embodiments, and stored in the position storage means (not shown). The estimated three-dimensional positions are sequentially stored.

【0239】現在のソースコイル14iの位置をThe current position of the source coil 14i is

【数84】 とし、過去の推定位置を[Equation 84] And the past estimated position

【数85】 として、それぞれの推定位置から現在のソースコイル1
4iの位置P’i,nを重み付け加算により求める。
[Equation 85] As the current source coil 1
The position P ′ i, n of 4i is obtained by weighted addition.

【0240】いま、現在の推定位置の重みをαとすると
ソースコイルの現在の位置P’i, n
Now , assuming that the weight of the current estimated position is α, the current position P ′ i, n of the source coil is

【数86】 P’i,n=αPi,n-1+(1−α)Pi,n …(86) より求める。## EQU8 ## P ' i, n = αP i, n-1 + (1−α) P i, n (86)

【0241】また、現在と2つ過去の推定位置からX,
Y,Z成分の中間値を抽出し、現在のソースコイルの位
置としても良い(メディアンフィルタ)。
In addition, X,
An intermediate value between the Y and Z components may be extracted and used as the current position of the source coil (median filter).

【0242】(効果)本実施の形態により、ソースコイ
ルとセンスコイルが離れることによって発生するソース
コイルの3次元位置のばらつきを抑制することができ
る。
(Effect) According to the present embodiment, it is possible to suppress variations in the three-dimensional position of the source coil caused by the separation of the source coil and the sense coil.

【0243】第7の実施の形態: (構成)本実施の形態の内視鏡形状検出装置3の構成
は、第6の実施の形態と同一で、ソースコイルの3次元
位置を推定する方法が異なる。
Seventh Embodiment (Configuration) The configuration of the endoscope shape detecting device 3 of the present embodiment is the same as that of the sixth embodiment, and the method for estimating the three-dimensional position of the source coil is different. different.

【0244】(作用)本実施の形態では、第1ないし第
5の実施の形態に説明した方法を用いてソースコイル1
4iの3次元位置を推定し、位置記憶手段(図示せず)
に順次記憶する。
(Operation) In the present embodiment, the source coil 1 is formed using the method described in the first to fifth embodiments.
Estimate the three-dimensional position of 4i, and store the position (not shown)
Are sequentially stored.

【0245】時系列的に記憶されソースコイル14iの
推定位置を
The estimated position of the source coil 14i stored in time series is

【数87】 Pi,0,Pi,1,Pi,2,…,Pi,N …(87) とし、予測されたソースコイル14iの予測位置を(87) Let P i, 0 , P i, 1 , P i, 2 ,..., P i, N ... (87) denote the predicted position of the predicted source coil 14i.

【数88】 Qi,0,Qi,1,Qi,2,…,Qi,N …(88) とする(N番目が現在の位置とする)。(88) Let Q i, 0 , Q i, 1 , Q i, 2 ,..., Q i, N (88) (the N-th is the current position).

【0246】ソースコイル14iの推定位置と予測位置
との差分の2乗和を
The sum of squares of the difference between the estimated position and the predicted position of the source coil 14i is

【数89】 とし、隣接する予測位置の変位量の差分の2乗和を[Equation 89] And the sum of squares of the difference between the displacement amounts of adjacent predicted positions is

【数90】 とし、fi,1とfi,2を次のような重みωで加算する。[Equation 90] And f i, 1 and f i, 2 are added with the following weight ω.

【0247】[0247]

【数91】 fi=fi,1+ωfi,2 …(91) ここで、重みωを小さくした場合、ソースコイル14i
の位置は推定位置に近づく。また、重みωを大きくした
場合、ソースコイル14iの位置は予測位置に近づく。
F i = f i, 1 + ωf i, 2 (91) Here, when the weight ω is reduced, the source coil 14i
Position approaches the estimated position. When the weight ω is increased, the position of the source coil 14i approaches the predicted position.

【0248】fiを最小にする予測位置Qi,jは、式fi
を予測位置Qi,jで偏微分し、f’i=0を満たす予測位
置Qi,jを求めることにより得られる。
The predicted position Q i, j that minimizes f i is given by the expression f i
Is partially differentiated at the predicted position Q i, j to obtain a predicted position Q i, j satisfying f ′ i = 0.

【0249】fiを予測位置Qi,jで偏微分し、f’i
0とおくと
F i is partially differentiated at the predicted position Q i, j , and f ′ i =
0

【数92】P=MQ …(92) の式が得られ、行列の逆行列P = MQ (92) is obtained, and the inverse matrix of the matrix is obtained.

【数93】Q=M-1P …(93) を算出することにより、予測位置が求められる。By calculating Q = M -1 P (93), a predicted position is obtained.

【0250】例えば、各ソースコイル14iを7つ前ま
での3次元推定位置を記憶した場合、式(92)は
For example, when the three-dimensional estimated positions up to seven positions before each source coil 14i are stored, the equation (92) becomes

【数94】 となり、重みωを設定し行列Mの逆行列を算出すること
により予測位置が式(93)から求められる。
[Equation 94] By setting the weight ω and calculating the inverse matrix of the matrix M, the predicted position is obtained from Expression (93).

【0251】(効果)本実施の形態により、ソースコイ
ルの過去の推定位置からソースコイルの動きを予測し、
推定位置と予測位置に基づいて現在のソースコイルの位
置から求められるため、ソースコイルとセンスコイルが
離れることによって発生するソースコイルの3次元位置
のばらつきを抑制し、ソースコイルが動いた場合におい
ても第5の実施の形態に示した手法よりも安定したソー
スコイルの位置が求められる。
(Effect) According to the present embodiment, the movement of the source coil is predicted from the estimated position of the source coil in the past.
Since it is obtained from the current position of the source coil based on the estimated position and the predicted position, the variation in the three-dimensional position of the source coil caused by the separation of the source coil and the sense coil is suppressed, and even when the source coil moves. A more stable position of the source coil than the method described in the fifth embodiment is obtained.

【0252】[付記] (付記項1) 磁界を発生するための単軸発信コイルを
有する磁界発生手段と、前記磁界発生手段で発生された
磁界を検出する磁界検出手段とを有し、前記磁界検出手
段による磁界検出に基づき前記磁界発生手段の位置情報
を検出する位置推定装置において、前記磁界検出手段
は、少なくとも、同一直線上に第1、第2、第3及び第
4の単軸発信コイルを同一方向に向けて配置してなる第
1の磁界検出部と、前記第1の磁界検出部と非平行な同
一直線上に第5、第6、第7及び第8の単軸発信コイル
を同一方向に向けて配置してなる第2の磁界検出部とを
備えたことを特徴とする位置推定装置。
[Supplementary Note] (Supplementary Note 1) The magnetic field generating device includes a magnetic field generating means having a single axis transmitting coil for generating a magnetic field, and a magnetic field detecting means for detecting a magnetic field generated by the magnetic field generating means. In a position estimating device for detecting position information of the magnetic field generating means based on magnetic field detection by a detecting means, the magnetic field detecting means includes at least a first, second, third and fourth single-axis transmitting coils on a same straight line. And a fifth, sixth, seventh, and eighth single-axis transmission coil on a same straight line that is non-parallel to the first magnetic field detection unit. A position estimating device comprising: a second magnetic field detecting unit arranged in the same direction.

【0253】(付記項2) 磁界を発生するための単軸
発信コイルを有する磁界発生手段と、前記磁界発生手段
で発生された磁界を検出する磁界検出手段とを有し、前
記磁界検出手段による磁界検出に基づき前記磁界発生手
段の位置情報を検出する位置推定装置において、前記磁
界検出手段は、少なくとも、第1の直線上に第1、第
2、第3及び第4の単軸発信コイルを同一方向に向けて
配置してなる第1の磁界検出部と、前記第1の直線と平
行な第2の直線上に第5、第6、第7及び第8の単軸発
信コイルを同一方向に向けて配置してなる第2の磁界検
出部と、前記第1の直線と非平行な第3の直線上に第
9、第10、第11及び第12の単軸発信コイルを同一
方向に向けて配置してなる第3の磁界検出部と、前記第
3の直線と平行な第4の直線上に第13、第14、第1
5及び第16の単軸発信コイルを同一方向に向けて配置
してなる第4の磁界検出部とを備えたことを特徴とする
位置推定装置。
(Additional Item 2) A magnetic field generating means having a single axis transmitting coil for generating a magnetic field, and a magnetic field detecting means for detecting a magnetic field generated by the magnetic field generating means are provided. In a position estimating device for detecting position information of the magnetic field generating means based on a magnetic field detection, the magnetic field detecting means may include at least a first, a second, a third, and a fourth single-axis transmitting coil on a first straight line. A first magnetic field detection unit arranged in the same direction, and a fifth, sixth, seventh, and eighth single-axis transmitting coils arranged in a same direction on a second straight line parallel to the first straight line. And a ninth, tenth, eleventh, and twelfth single-axis transmitting coil in the same direction on a third straight line that is non-parallel to the first straight line. A third magnetic field detection unit disposed facing the third linear line and a fourth magnetic field detection unit parallel to the third straight line. The thirteenth, fourteenth, first
A position estimating device comprising: a fourth magnetic field detecting section in which fifth and sixteenth single-axis transmitting coils are arranged in the same direction.

【0254】(付記項3) 単心コイルにより磁界を発
生するソースコイルと、少なくとも4つの単心コイルを
同一直線上に同一方向に並べた複数のセンスコイルと、
前記センスコイルにより前記ソースコイルの存在する空
間を推定する空間推定手段と、前記空間推定手段により
推定された前記ソースコイルの存在空間から前記ソース
コイルの3次元位置を推定する位置推定手段とからなる
位置推定装置において、前記センスコイルの少なくとも
1組を他の前記センスコイルに対し非平行に配置するこ
とを特徴とする位置推定装置。
(Additional Item 3) A source coil that generates a magnetic field by a single-core coil, a plurality of sense coils in which at least four single-core coils are arranged on the same straight line in the same direction,
Space sensing means for estimating the space where the source coil is located by the sense coil, and position estimating means for estimating the three-dimensional position of the source coil from the space where the source coil is located estimated by the space estimating means. In the position estimating apparatus, at least one set of the sense coils is arranged non-parallel to other sense coils.

【0255】(付記項4) 前記空間推定手段は、前記
センスコイルの並びを軸として前記ソースコイルまでの
距離を算出する距離算出手段からなることを特徴とする
付記項3に記載の位置推定装置。
(Additional Item 4) The position estimating device according to additional item 3, wherein the space estimating means comprises distance calculating means for calculating a distance to the source coil with the arrangement of the sense coils as an axis. .

【0256】(付記項5) 前記空間推定手段は、前記
センスコイルの並びの軸を中心とする円領域として特定
する円領域特定手段からなることを特徴とする付記項3
に記載の位置推定装置。
(Additional Item 5) The additional item 3 is characterized in that the space estimating means is a circular area specifying means for specifying a circular area centered on the axis of the arrangement of the sense coils.
A position estimating device according to claim 1.

【0257】(付記項6) 前記円領域特定手段は、前
記センスコイルと前記ソースコイルによって構成される
平面の条件を用いて前記円領域を算出する円領域算出手
段であることを特徴とする付記項5に記載の位置推定装
置。
(Additional Item 6) The circular area specifying means is a circular area calculating means for calculating the circular area using a condition of a plane formed by the sense coil and the source coil. Item 6. The position estimation device according to item 5.

【0258】(付記項7) 前記平面の条件は、前記平
面上に前記センスコイルの3つの単心コイルによって表
される曲線を少なくとも2つ描いた際の交点を含むとい
う条件であり、前記円領域算出手段は、前記交点を算出
することを特徴とする付記項6に記載の位置推定装置。
(Supplementary Note 7) The condition of the plane is a condition including an intersection point when at least two curves represented by three single-core coils of the sense coil are drawn on the plane, and 7. The position estimating apparatus according to claim 6, wherein the area calculating means calculates the intersection.

【0259】(付記項8) 前記空間推定手段は、各前
記センスコイルの単心コイルの最大出力を求め、最大出
力の大きい順に前記センスコイルを抽出する抽出手段
と、前記抽出手段により抽出された前記センスコイルに
より前記ソースコイルの存在する空間を推定する空間推
定手段とからなることを特徴とする付記項3に記載の位
置推定装置。
(Supplementary Item 8) The space estimating means obtains the maximum output of the single-core coil of each of the sense coils, extracts the sense coils in descending order of the maximum output, and the extraction means. The position estimating apparatus according to claim 3, further comprising: space estimating means for estimating a space where the source coil exists by the sense coil.

【0260】(付記項9) 前記位置推定手段は、前記
空間推定手段により推定された空間から少なくとも2つ
の前記センスコイルを抽出する抽出手段と、前記抽出手
段により抽出された前記センスコイルの前記ソースコイ
ルの存在する空間から前記ソースコイルの3次元位置を
推定する3次元位置推定手段とからなることを特徴とす
る付記項3に記載の位置推定装置。
(Supplementary note 9) The position estimating means includes: extracting means for extracting at least two of the sense coils from the space estimated by the space estimating means; and the source of the sense coils extracted by the extracting means. The position estimating apparatus according to claim 3, further comprising: three-dimensional position estimating means for estimating a three-dimensional position of the source coil from a space where the coil exists.

【0261】(付記項10) 前記抽出手段は、前記空
間推定手段により推定された空間の領域が小さい少なく
とも2つの前記センスコイルを抽出するセンスコイル抽
出手段からなることを特徴とする付記項9に記載の位置
推定装置。
(Supplementary note 10) The supplementary note 9, wherein the extraction means comprises sense coil extraction means for extracting at least two of the sense coils whose area of the space estimated by the space estimation means is small. The position estimating device according to the above.

【0262】(付記項11) 前記位置推定手段は、前
記空間推定手段により推定された複数の円から2つの円
を選び、その2つの円が最も接近する円周上の点とその
点間の距離を算出する距離算出手段と前記距離算出手段
により算出された距離が最小となる前記センスコイルの
組み合わせを検出する検出手段と、前記検出手段により
検出された前記センスコイルから前記ソースコイルの3
次元位置を推定する3次元位置推定手段とからなること
を特徴とする付記項3に記載の位置推定装置。
(Additional Item 11) The position estimating means selects two circles from the plurality of circles estimated by the space estimating means, and determines a point on the circumference where the two circles are closest and a point between the points. A distance calculating means for calculating a distance, a detecting means for detecting a combination of the sense coils having a minimum distance calculated by the distance calculating means, and three of the source coils from the sense coils detected by the detecting means.
3. The position estimating apparatus according to claim 3, further comprising: three-dimensional position estimating means for estimating a three-dimensional position.

【0263】(付記項12) 前記位置推定手段は、前
記空間推定手段により推定された空間から少なくとも2
つの前記センスコイルを抽出する抽出手段と、前記抽出
手段により抽出された前記センスコイルの前記ソースコ
イルの存在する空間から前記ソースコイルの3次元位置
を推定する3次元位置推定手段とからなることを特徴と
する付記項7に記載の位置推定装置。
(Additional Item 12) The position estimating means may calculate at least two positions from the space estimated by the space estimating means.
Extracting means for extracting the three sense coils, and three-dimensional position estimating means for estimating a three-dimensional position of the source coil from a space where the source coil of the sense coil extracted by the extracting means exists. The position estimating apparatus according to claim 7, characterized in that:

【0264】(付記項13) 前記抽出手段は、前記空
間推定手段の前記平面の条件から得られる複数の曲線の
交差状態を検出する交差状態検出手段と、前記交差状態
検出手段により検出された交差状態が直交した状態に近
い少なくとも2つの前記センスコイルを抽出するセンス
コイル抽出手段とからなることを特徴とする付記項12
に記載の位置推定装置。
(Additional Item 13) The extracting means detects an intersection state of a plurality of curves obtained from the plane condition of the space estimating means, and an intersection detected by the intersection state detecting means. Additional item 12 characterized by comprising sense coil extracting means for extracting at least two of said sense coils whose states are nearly orthogonal to each other.
A position estimating device according to claim 1.

【0265】(付記項14) 前記位置推定手段により
推定された前記ソースコイルの位置から向きを推定する
向き推定手段と、前記位置推定手段と前記向き推定手段
との結果を用いて、前記ソースコイル位置と向きを推定
する推定手段とを備えたことを特徴とする付記項3に記
載の位置推定装置。
(Additional Item 14) The direction of the source coil is estimated by using a direction estimating means for estimating a direction from the position of the source coil estimated by the position estimating means, and a result of the position estimating means and the direction estimating means. The position estimating device according to claim 3, further comprising estimating means for estimating the position and the direction.

【0266】(付記項15) 前記推定手段は、前記位
置推定手段と前記向き推定手段との結果から前記センス
コイルの出力を算出する第1の出力算出手段と、前記第
1の出力算出手段により算出された前記センスコイルの
出力と、前記センスコイルの測定された出力とから、前
記ソースコイルの位置と向きをそれぞれ更新するための
値を算出する更新値算出手段と、前記更新値算出手段に
より算出された更新値を前記ソースコイルの位置と向き
に加え、前記センスコイルの出力を算出する第2の出力
算出手段と、前記更新値が適当な値になるまで前記更新
値算出手段と第2の前記出力算出手段を繰り返し、前記
ソースコイルの位置と向きを推定するソースコイル推定
手段とからなることを特徴とする付記項14に記載の位
置推定装置。
(Supplementary Note 15) The estimating means includes a first output calculating means for calculating an output of the sense coil from a result of the position estimating means and the orientation estimating means, and a first output calculating means. From the calculated output of the sense coil and the measured output of the sense coil, update value calculation means for calculating values for updating the position and orientation of the source coil, respectively, and the update value calculation means Second output calculating means for adding the calculated update value to the position and orientation of the source coil and calculating the output of the sense coil; and the second output calculation means until the update value becomes an appropriate value. 15. The position estimating apparatus according to claim 14, further comprising: a source coil estimating means for estimating a position and an orientation of the source coil by repeating the output calculating means.

【0267】(付記項16) 前記位置推定手段により
推定された位置を時系列的に記憶する記憶手段と、前記
記憶手段に記憶された前記ソースコイルの位置から現在
の前記ソースコイルの位置を予測する予測手段とを備え
たことを特徴とする付記項3に記載の位置推定装置。
(Additional Item 16) Storage means for storing the position estimated by the position estimating means in time series, and a current position of the source coil is predicted from the position of the source coil stored in the storage means. 3. The position estimating apparatus according to claim 3, further comprising: a prediction unit that performs the prediction.

【0268】(付記項17) 前記予測手段は、前記記
憶手段に記憶された前記ソースコイルの位置を時系列的
に重み付け加算し、現在の前記ソースコイルの位置を予
測する手段からなることを特徴とする付記項16に記載
の位置推定装置。
(Additional Item 17) The predicting means is characterized in that the position of the source coil stored in the storage means is weighted and added in time series to predict the current position of the source coil. Item 16. The position estimating device described in Additional Item 16.

【0269】(付記項18) 前記予測手段は、前記記
憶手段に記憶された前記ソースコイルの位置から前記ソ
ースコイルの動きを求め、現在の前記ソースコイルの位
置を予測する手段からなることを特徴とする付記項16
に記載の位置推定装置。
(Additional Item 18) The predicting means comprises means for obtaining the movement of the source coil from the position of the source coil stored in the storage means and predicting the current position of the source coil. Appendix 16
A position estimating device according to claim 1.

【0270】(付記項19) 単心コイルにより磁界を
発生するソースコイルと、センスコイルとして3次元空
間上に複数の単心コイルを異なる位置に配置し、前記セ
ンスコイルの出力から前記ソースコイルの位置と向きを
推定する推定手段とを備えたことを特徴とする位置推定
装置。
(Additional Item 19) A source coil for generating a magnetic field by a single-core coil and a plurality of single-core coils as a sense coil in a three-dimensional space are arranged at different positions. A position estimating device comprising: estimating means for estimating a position and an orientation.

【0271】(付記項20) 前記推定手段は、前記セ
ンスコイルの出力を前記ソースコイルの適当な位置と向
きから算出する第1の出力算出手段と、前記第1の出力
算出手段により算出された前記センスコイルの出力と、
前記センスコイルの測定された出力とから、前記ソース
コイルの位置と向きをそれぞれ更新するための値を算出
する更新値算出手段と、前記更新値算出手段により算出
された更新値を前記ソースコイルの位置と向きに加え、
前記センスコイルの出力を算出する第2の出力算出手段
と、前記更新値が適当な値になるまで、前記更新算出手
段と第2の前記出力算出手段を繰り返し、前記ソースコ
イルの位置と向きを推定するソースコイル推定手段とか
らなることを特徴とする付記項19に記載の位置推定装
置。
(Supplementary Item 20) The estimating means calculates the output of the sense coil from an appropriate position and orientation of the source coil by the first output calculating means and the first output calculating means. An output of the sense coil;
Update value calculation means for calculating a value for updating the position and orientation of the source coil from the measured output of the sense coil, and an update value calculated by the update value calculation means for the source coil. In addition to position and orientation,
The second output calculation means for calculating the output of the sense coil, and the update calculation means and the second output calculation means are repeated until the updated value becomes an appropriate value, and the position and orientation of the source coil are changed. 20. The position estimating apparatus according to claim 19, comprising a source coil estimating means for estimating.

【0272】(付記項21) 前記第1の出力算出手段
は、前記ソースコイルの位置と向きを前記ソースコイル
の並びの連続性から設定する設定手段からなることを特
徴とする付記項20に記載の位置推定装置。
(Supplementary note 21) The first output calculating means comprises setting means for setting the position and orientation of the source coil from the continuity of the arrangement of the source coils. Position estimation device.

【0273】(付記項22) 前記推定手段により推定
された位置と向きを時系列的に記憶する記憶手段と、前
記第1の出力算出手段の前記ソースコイルの位置と向き
を前記記憶手段に記憶された位置と向きから設定する設
定手段とを備えたことを特徴とする付記項20に記載の
位置推定装置。
(Additional Item 22) A storage means for storing the position and the orientation estimated by the estimation means in time series, and a position and an orientation of the source coil of the first output calculation means are stored in the storage means. 21. The position estimating apparatus according to claim 20, further comprising setting means for setting from the set position and orientation.

【0274】(付記項23) 前記推定手段により推定
された位置を時系列的に記憶する記憶手段と、前記記憶
手段に記憶された前記ソースコイルの位置から現在の前
記ソースコイルの位置を予測する予測手段とを備えたこ
とを特徴とする付記項19に記載の位置推定装置。
(Additional Item 23) A storage means for storing the position estimated by the estimating means in time series, and a current position of the source coil is predicted from the position of the source coil stored in the storage means. 20. The position estimation device according to claim 19, further comprising: a prediction unit.

【0275】(付記項24) 前記予測手段は、前記記
憶手段に記憶された前記ソースコイルの位置を時系列的
に重み付け加算し、現在の前記ソースコイルの位置を予
測する手段からなることを特徴とする付記項23に記載
の位置推定装置。
(Additional Item 24) The predicting means is characterized in that the position of the source coil stored in the storage means is weighted and added in time series to predict the current position of the source coil. Item 23. The position estimating device according to additional item 23.

【0276】(付記項25) 前記予測手段は、前記記
憶手段に記憶された前記ソースコイルの位置から前記ソ
ースコイルの動きを求め、現在の前記ソースコイルの位
置を予測する手段からなることを特徴とする付記項23
に記載の位置推定装置。
(Additional Item 25) The predicting means comprises means for obtaining the movement of the source coil from the position of the source coil stored in the storage means and predicting the current position of the source coil. Appendix 23
A position estimating device according to claim 1.

【0277】(付記項26) 磁界を発生するソースコ
イルの存在空間を検出するコイル位置測定方法におい
て、磁界を発生するための単軸発信コイルを有する磁界
発生手段と、前記磁界発生手段で発生された磁界を検出
する磁界検出手段とを有し、前記磁界検出手段による磁
界検出に基づき前記磁界発生手段の位置情報を検出する
位置推定装置において、前記磁界検出手段は、少なくと
も、第1の直線上に同一方向に向けて配置された第1、
第2、第3及び第4の単軸発信コイルからなる第1の磁
界検出部によって、前記ソースコイルで発生された磁界
強度を測定する第1の磁界測定工程と、前記第1の直線
と平行な第2の直線上に同一方向に向けて配置された第
5、第6、第7及び第8の単軸発信コイルからなる第2
の磁界検出部によって、前記ソースコイルで発生された
磁界強度を測定する第2の磁界測定工程と、前記第1の
直線と非平行な第3の直線上に同一方向に向けて配置さ
れた第9、第10、第11及び第12の単軸発信コイル
からなる第3の磁界検出部によって、前記ソースコイル
で発生された磁界強度を測定する第3の磁界測定工程
と、前記第3の直線と平行な第4の直線上に同一方向に
向けて配置された第13、第14、第15及び第16の
単軸発信コイルをからなる第4の磁界検出部によって、
前記ソースコイルで発生された磁界強度を測定する第4
の磁界測定工程とを具備したことを特徴とするコイル位
置測定方法。
(Supplementary note 26) In a coil position measuring method for detecting the existence space of a source coil for generating a magnetic field, a magnetic field generating means having a single axis transmitting coil for generating a magnetic field, and a magnetic field generated by the magnetic field generating means Magnetic field detecting means for detecting the magnetic field generated by the magnetic field detecting means, and detecting the position information of the magnetic field generating means based on the magnetic field detection by the magnetic field detecting means, wherein the magnetic field detecting means is at least on a first straight line The first, which is arranged in the same direction,
A first magnetic field measuring step of measuring a magnetic field intensity generated by the source coil by a first magnetic field detecting unit including second, third and fourth uniaxial transmitting coils; The second, fifth, sixth, seventh, and eighth single-axis transmitting coils disposed in the same direction on the second straight line.
A second magnetic field measuring step of measuring the magnetic field intensity generated in the source coil by the magnetic field detecting section, and a second magnetic field measuring section arranged in the same direction on a third straight line that is non-parallel to the first straight line. A third magnetic field measuring step of measuring a magnetic field intensity generated in the source coil by a third magnetic field detecting unit including ninth, tenth, eleventh, and twelfth uniaxial transmitting coils; A fourth magnetic field detection unit including thirteenth, fourteenth, fifteenth, and sixteenth single-axis transmission coils arranged in the same direction on a fourth straight line parallel to
Measuring the intensity of the magnetic field generated by the source coil;
And a magnetic field measuring step.

【0278】(付記項27) 前記第1ないし第4の各
磁界検出部の単軸発信コイルの最大出力を求め、最大出
力の大きい順に前記磁界検出部を抽出する磁界検出部抽
出工程と、前記磁界検出部抽出工程により抽出された前
記磁界検出部により前記ソースコイルの存在する空間を
推定する空間推定工程とを具備したことを特徴とする付
記項26に記載のコイル位置測定方法。
(Supplementary Note 27) A magnetic field detecting unit extracting step of obtaining the maximum output of the single axis transmitting coil of each of the first to fourth magnetic field detecting units and extracting the magnetic field detecting units in descending order of the maximum output, 27. The coil position measuring method according to claim 26, further comprising: a space estimating step of estimating a space where the source coil exists by using the magnetic field detecting unit extracted in the magnetic field detecting unit extracting step.

【0279】(付記項28) 前記第1ないし第4の磁
界測定工程が測定した磁界強度に基づき前記ソースコイ
ルの存在する空間を推定する空間推定工程と、前記空間
推定工程により推定された前記ソースコイルの存在空間
から前記ソースコイルの3次元位置を推定する位置推定
工程とを具備したことを特徴とする付記項26に記載の
コイル位置測定方法。
(Supplementary Note 28) A space estimation step of estimating a space where the source coil exists based on the magnetic field strength measured by the first to fourth magnetic field measurement steps, and the source estimated by the space estimation step 27. The coil position measuring method according to claim 26, further comprising: a position estimating step of estimating a three-dimensional position of the source coil from a coil existing space.

【0280】(付記項29) 前記空間推定工程は、前
記第1ないし第4の直線を軸として前記ソースコイルま
での距離を算出する距離算出工程からなることを特徴と
する付記項28に記載のコイル位置測定方法。
(Additional Item 29) The additional space item 28, wherein the space estimating step includes a distance calculating step of calculating a distance to the source coil around the first to fourth straight lines as an axis. Coil position measurement method.

【0281】(付記項30) 前記空間推定工程は、前
記第1ないし第4の直線を中心とする円領域として特定
する円領域特定工程からなることを特徴とする付記項2
8に記載のコイル位置測定方法。
(Additional Item 30) The additional item 2 is characterized in that the space estimation step includes a circular area specifying step of specifying a circular area centered on the first to fourth straight lines.
9. The coil position measuring method according to 8.

【0282】(付記項31) 前記円領域特定工程は、
前記第1ないし第4の各磁界検出部と前記ソースコイル
によって構成される平面の条件を用いて前記円領域を算
出する円領域算出工程であることを特徴とする付記項3
0に記載のコイル位置測定方法。
(Supplementary Item 31) The circular area specifying step may include:
Item 3 is a circular region calculating step of calculating the circular region using a condition of a plane formed by the first to fourth magnetic field detecting units and the source coil.
0. The coil position measuring method according to item 0.

【0283】(付記項32) 前記平面の条件は、前記
平面上に前記第1ないし第4の各磁界検出部の3つの単
軸発信コイルによって表される曲線を少なくとも2つ描
いた際の交点を含むという条件であり、前記円領域算出
工程は、前記交点を算出することを特徴とする付記項3
1に記載のコイル位置測定方法。。
(Supplementary Note 32) The condition of the plane is that an intersection point when at least two curves represented by three single-axis transmitting coils of the first to fourth magnetic field detection units are drawn on the plane. Wherein the circle area calculating step calculates the intersection point.
2. The coil position measuring method according to 1. .

【0284】(付記項33) 前記位置推定工程は、前
記空間推定工程により推定された複数の円から2つの円
を選び、その2つの円が最も接近する円周上の点とその
点間の距離を算出する距離算出工程と前記距離算出手段
により算出された距離が最小となる前記第1ないし第4
の各磁界検出部の組み合わせを検出する検出工程と、前
記検出工程により検出された前記第1ないし第4の各磁
界検出部から前記ソースコイルの3次元位置を推定する
3次元位置推定工程とことを特徴とする付記項28に記
載のコイル位置測定方法。
(Supplementary note 33) In the position estimating step, two circles are selected from the plurality of circles estimated in the space estimating step, and a point on the circumference where the two circles are closest and a point between the points are selected. A distance calculating step of calculating a distance, and the first to fourth steps in which the distance calculated by the distance calculating means is minimized.
A detecting step of detecting a combination of the respective magnetic field detecting sections, and a three-dimensional position estimating step of estimating a three-dimensional position of the source coil from the first to fourth magnetic field detecting sections detected in the detecting step. 29. The coil position measuring method according to claim 28, wherein

【0285】(付記項34) 前記位置推定工程により
推定された前記ソースコイルの位置から向きを推定する
向き推定工程と、前記位置推定工程と前記向き推定工程
との結果を用いて、前記ソースコイル位置と向きを推定
する推定工程とを備えたことを特徴とする付記項28に
記載のコイル位置測定方法。
(Supplementary Item 34) The source coil is obtained by using a direction estimation step of estimating a direction from the position of the source coil estimated in the position estimation step, and a result of the position estimation step and the direction estimation step. Item 30. The coil position measuring method according to Item 28, further comprising an estimation step of estimating the position and the direction.

【0286】(付記項35) 前記位置推定工程により
推定された位置を時系列的に記憶する記憶工程と、前記
記憶工程で記憶された前記ソースコイルの位置から現在
の前記ソースコイルの位置を予測する予測工程とを備え
たことを特徴とする付記項28に記載のコイル位置測定
方法。
(Additional Item 35) A storing step of storing the position estimated in the position estimating step in time series, and a current position of the source coil is predicted from the position of the source coil stored in the storing step. 29. The coil position measuring method according to claim 28, further comprising:

【0287】(付記項36) 3次元空間上に複数の単
心コイルを異なる位置に配置して構成されるセンスコイ
ルの出力から単心コイルにより磁界を発生するソースコ
イルの位置と向きを推定する推定工程を備えたことを特
徴とするコイル位置測定方法。
(Supplementary Note 36) From the output of the sense coil configured by disposing a plurality of single-core coils at different positions in a three-dimensional space, the position and direction of the source coil that generates a magnetic field by the single-core coil are estimated. A coil position measuring method comprising an estimation step.

【0288】(付記項37) 前記推定工程は、前記セ
ンスコイルの出力を前記ソースコイルの適当な位置と向
きから算出する第1の出力算出工程と、前記第1の出力
算出工程により算出された前記センスコイルの出力と、
前記センスコイルの測定された出力とから、前記ソース
コイルの位置と向きをそれぞれ更新するための値を算出
する更新値算出工程と、前記更新値算出工程により算出
された更新値を前記ソースコイルの位置と向きに加え、
前記センスコイルの出力を算出する第2の出力算出工程
と、前記更新値が適当な値になるまで、前記更新算出工
程と第2の前記出力算出工程を繰り返し、前記ソースコ
イルの位置と向きを推定するソースコイル推定工程とか
らなることを特徴とする付記項36に記載のコイル位置
測定方法。
(Supplementary note 37) The estimating step is performed by a first output calculating step of calculating an output of the sense coil from an appropriate position and orientation of the source coil, and the first output calculating step. An output of the sense coil;
An update value calculation step of calculating values for updating the position and orientation of the source coil from the measured output of the sense coil, and an update value calculated in the update value calculation step. In addition to position and orientation,
A second output calculation step of calculating the output of the sense coil, and the update calculation step and the second output calculation step are repeated until the updated value becomes an appropriate value, and the position and orientation of the source coil are changed 37. The coil position measuring method according to claim 36, comprising a source coil estimating step of estimating.

【0289】(付記項38) 単心コイルにより磁界を
発生するソースコイルと、センスコイルとして3次元空
間上に複数の単心コイルを異なる位置に配置し、前記セ
ンスコイルの出力から前記ソースコイルの位置を推定す
る推定手段とを備えたことを特徴とする位置推定装置。
(Supplementary Note 38) A source coil for generating a magnetic field by a single-core coil and a plurality of single-core coils in a three-dimensional space as sense coils are arranged at different positions. A position estimating device comprising: estimating means for estimating a position.

【0290】(付記項39) 前記推定手段は、前記セ
ンスコイルの出力を前記ソースコイルの適当な位置から
算出する第1の出力算出手段と、前記第1の出力算出手
段により算出された前記センスコイルの出力と、前記セ
ンスコイルの測定された出力とから、前記ソースコイル
の位置を更新するための値を算出する更新値算出手段
と、前記更新値算出手段により算出された更新値を前記
ソースコイルの位置に加え、前記センスコイルの出力を
算出する第2の出力算出手段と、前記更新値が適当な値
になるまで、前記更新算出手段と第2の前記出力算出手
段を繰り返し、前記ソースコイルの位置を推定するソー
スコイル推定手段とからなることを特徴とする付記項3
8に記載の位置推定装置。
(Supplementary note 39) The estimating means includes first output calculating means for calculating the output of the sense coil from an appropriate position of the source coil, and the sense output calculated by the first output calculating means. Update value calculation means for calculating a value for updating the position of the source coil from an output of the coil and a measured output of the sense coil; and an update value calculated by the update value calculation means, The second output calculating means for calculating the output of the sense coil in addition to the position of the coil, and the update calculating means and the second output calculating means are repeated until the updated value becomes an appropriate value. Additional item 3 comprising source coil estimating means for estimating the position of the coil.
9. The position estimation device according to 8.

【0291】(付記項40) 前記第1の出力算出手段
は、前記ソースコイルの位置を前記ソースコイルの並び
の連続性から設定する設定手段からなることを特徴とす
る付記項39に記載の位置推定装置。
(Additional Item 40) The position according to Additional Item 39, wherein the first output calculating means comprises setting means for setting the position of the source coil from the continuity of the arrangement of the source coils. Estimation device.

【0292】(付記項41) 前記推定手段により推定
された位置を時系列的に記憶する記憶手段と、前記第1
の出力算出手段の前記ソースコイルの位置を前記記憶手
段に記憶された位置から設定する設定手段とを備えたこ
とを特徴とする付記項39に記載の位置推定装置。
(Additional Item 41) A storage means for storing the position estimated by the estimating means in a time-series manner,
40. The position estimating apparatus according to claim 39, further comprising: setting means for setting the position of said source coil of said output calculating means from the position stored in said storage means.

【0293】(付記項42) 単心コイルにより磁界を
発生するソースコイルと、3次元空間上に複数の単心コ
イルを異なる位置に配置して構成される前記磁界を検出
するセンスコイルの出力から、磁界を発生するソースコ
イルの位置を推定する推定工程とからなることを特徴と
するコイル位置測定方法。
(Supplementary Note 42) From the output of a source coil that generates a magnetic field by a single-core coil and the output of a sense coil that detects the magnetic field formed by disposing a plurality of single-core coils at different positions in a three-dimensional space And a step of estimating the position of the source coil generating the magnetic field.

【0294】(付記項43) 前記推定工程は、前記セ
ンスコイルの出力を前記ソースコイルの適当な位置から
算出する第1の出力加算工程と、前記第1の出力加算工
程により算出された前記センスコイルの出力と、前記セ
ンスコイルの測定された出力とから、前記ソースコイル
の位置を更新するための値を算出する更新値算出工程
と、前記更新値算出工程により算出された更新値を前記
ソースコイルの位置に加え、前記センスコイルの出力を
算出する第2の出力加算工程と、前記更新値が適当な値
になるまで、前記更新値算出工程と前記第2の出力加算
工程での算出を繰り返し、前記ソースコイルの位置を推
定するソースコイル位置推定工程とからなることを特徴
とする付記項42に記載のコイル位置測定方法。
(Supplementary note 43) The estimating step includes a first output adding step of calculating an output of the sense coil from an appropriate position of the source coil, and the sensing output calculated by the first output adding step. An update value calculating step of calculating a value for updating a position of the source coil from an output of the coil and a measured output of the sense coil; and an update value calculated in the update value calculating step. In addition to the position of the coil, the second output addition step of calculating the output of the sense coil and the calculation in the update value calculation step and the second output addition step until the updated value becomes an appropriate value. 43. The coil position measuring method according to claim 42, further comprising a source coil position estimating step of repeatedly estimating the position of the source coil.

【0295】[0295]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、
界検出手段は、少なくとも、所定の第1の軸上に第1、
第2、第3及び第4の単軸発信コイルを同一方向に向け
て配置してなる第1の磁界検出部と、前記第1の軸とは
異なる軸である所定の第2の軸上に第5、第6、第7及
び第8の単軸発信コイルを同一方向に向けて配置してな
る第2の磁界検出部と、前記第1の軸を中心とし、かつ
該第1の軸と前記磁界発生源との距離を半径とする第1
の円周を推定する第1の算出手段と前記第2の軸を中
心とし、かつ該第2の軸と前記磁界発生源との距離を半
径とする第2の円周を推定する第2の算出手段と前記
第1の円周と前記第2の円周との交点、もしくは前記第
1、第2の円周上の点を結ぶ距離が最小となる各円周上
の点を求め、前記交点、もしくは前記距離が最小となる
点に基づき磁界発生源を推定する手段とを備え、この
界検出手段による磁界検出に基づき磁界発生の位置情
報を検出するので、複数組のセンスコイルによりソース
コイルの3次元位置を求めるときの推定誤差を縮小する
ことができるという効果がある。
According to the present invention as described above, according to the present invention, magnetic
The field detecting means includes at least a first axis on a predetermined first axis .
A first magnetic field detecting section in which second, third and fourth single-axis transmitting coils are arranged in the same direction;
A second magnetic field detecting unit in which fifth, sixth, seventh, and eighth single-axis transmitting coils are arranged in the same direction on a predetermined second axis that is a different axis ; About the axis, and
A first axis having a radius equal to a distance between the first axis and the magnetic field generation source;
Medium and the first calculating means for estimating the circumference, the second axis
Center and the distance between the second axis and the magnetic field source is half
A second calculation means for estimating a second circumference and diameter, the
The intersection of the first circumference and the second circumference, or the
1. On each circumference where the distance connecting the points on the second circumference is minimum
And the intersection or the distance is minimized
And means for estimating a magnetic field generating source on the basis of the point, and detects the position information of the magnetic field generating source based on the magnetic field detection by the magnetic <br/> field detecting means, a three-dimensional source coils by a plurality of sets of sense coils There is an effect that the estimation error when obtaining the position can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る内視鏡システ
ムの構成を示す構成図
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an endoscope system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の内視鏡装置形状検出装置の機能構成を示
すブロック図
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the endoscope device shape detection device of FIG. 1;

【図3】図2の内視鏡装置形状検出装置の構成を示す構
成図
FIG. 3 is a configuration diagram showing a configuration of the endoscope device shape detection device in FIG. 2;

【図4】図3の内視鏡装置形状検出装置の要部である2
ポートメモリ等の構成を示す構成図、
4 is a diagram showing a main part 2 of the endoscope device shape detection device in FIG.
Configuration diagram showing the configuration of port memory and the like,

【図5】図4の2ポートメモリの動作を示すタイミング
FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the two-port memory of FIG. 4;

【図6】図1の内視鏡システムの作用を示すフローチャ
ート
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the endoscope system of FIG. 1;

【図7】図6のFFT処理の流れを示すフローチャートFIG. 7 is a flowchart showing the flow of the FFT processing of FIG. 6;

【図8】図6の内視鏡システムの作用における並行処理
タイミングを示すタイミング図
8 is a timing chart showing parallel processing timing in the operation of the endoscope system in FIG. 6;

【図9】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の原
理を説明する第1の説明図
FIG. 9 is a first explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process in FIG. 6;

【図10】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
原理を説明する第2の説明図
FIG. 10 is a second explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process of FIG. 6;

【図11】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
原理を説明する第3の説明図
FIG. 11 is a third explanatory view illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculating process in FIG. 6;

【図12】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
原理を説明する第4の説明図
FIG. 12 is a fourth explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process in FIG. 6;

【図13】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
原理を説明する第5の説明図
FIG. 13 is a fifth explanatory view illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculating process in FIG. 6;

【図14】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
原理を説明する第6の説明図
FIG. 14 is a sixth explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process in FIG. 6;

【図15】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
原理を説明する第7の説明図
FIG. 15 is a seventh explanatory view illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculating process in FIG. 6;

【図16】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
原理を説明する第8の説明図
FIG. 16 is an eighth explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculation process in FIG. 6;

【図17】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
原理を説明する第9の説明図
FIG. 17 is a ninth explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculating process in FIG.

【図18】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
原理を説明する第10の説明図
FIG. 18 is a tenth explanatory diagram illustrating the principle of the source coil estimated position coordinate calculating process in FIG. 6;

【図19】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
原理を説明する第11の説明図、
FIG. 19 is an eleventh explanatory diagram for explaining the principle of the source coil estimated position coordinate calculating process in FIG. 6;

【図20】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
流れを示す第1のフローチャート
20 is a first flowchart showing the flow of a source coil estimated position coordinate calculation process in FIG. 6;

【図21】図6のソースコイル推定位置座標算出処理の
流れを示す第2のフローチャート
FIG. 21 is a second flowchart showing the flow of the source coil estimated position coordinate calculating process in FIG. 6;

【図22】図20及び図21により算出されたソースコ
イル推定位置に対する位置更新制御処理の流れを示すフ
ローチャート
FIG. 22 is a flowchart showing the flow of a position update control process for the estimated source coil position calculated from FIGS. 20 and 21;

【図23】図6の内視鏡形状検出イメージ画像表示処理
の流れを示すフローチャート
FIG. 23 is a flowchart showing the flow of an endoscope shape detection image display process of FIG. 6;

【図24】図23の通常モード処理による表示例を示す
24 is a view showing a display example by the normal mode processing of FIG. 23;

【図25】図23の拡大モード処理のの流れを示すフロ
ーチャート
FIG. 25 is a flowchart showing the flow of an enlargement mode process of FIG. 23;

【図26】図25の拡大モード処理による表示例を示す
FIG. 26 is a diagram showing a display example by the enlargement mode processing of FIG. 25;

【図27】図6の内視鏡形状検出イメージ画像表示処理
における3Dモデル1および3Dモデル2のイメージモ
デルを説明する第1の説明図
FIG. 27 is a first explanatory diagram illustrating an image model of a 3D model 1 and a 3D model 2 in the endoscope shape detection image image display processing of FIG. 6;

【図28】図27の3Dモデル1および3Dモデル2の
イメージモデルの表示処理を示すフローチャート
28 is a flowchart showing the display processing of the image models of the 3D model 1 and the 3D model 2 in FIG.

【図29】図6の内視鏡形状検出イメージ画像表示処理
における3Dモデル1および3Dモデル2のイメージモ
デルを説明する第2の説明図
FIG. 29 is a second explanatory diagram illustrating the image models of the 3D model 1 and the 3D model 2 in the endoscope shape detection image image display processing of FIG. 6;

【図30】図29の色調補正処理の流れを示す第1のフ
ローチャート
30 is a first flowchart showing the flow of the color tone correction processing of FIG. 29.

【図31】図30の色調補正処理の作用を説明する第1
の説明図
FIG. 31 is a first example for explaining the operation of the color tone correction processing of FIG. 30;
Illustration of

【図32】図29の色調補正処理の流れを示す第2のフ
ローチャート
FIG. 32 is a second flowchart showing the flow of the color tone correction process of FIG. 29;

【図33】図30の色調補正処理の作用を説明する第2
の説明図
FIG. 33 is a second diagram illustrating the operation of the color tone correction processing in FIG. 30;
Illustration of

【図34】図6の内視鏡形状検出イメージ画像表示処理
における2Dモデルのイメージモデルの表示処理を示す
フローチャート
FIG. 34 is a flowchart showing a display process of an image model of a 2D model in the endoscope shape detection image image display process of FIG. 6;

【図35】図34による処理で表示される内視鏡形状検
出イメージ画像の表示例を示す図
FIG. 35 is a diagram showing a display example of an endoscope shape detection image image displayed in the processing shown in FIG. 34;

【図36】図6の内視鏡形状検出イメージ画像表示処理
における12点モデルのイメージモデルの表示処理を示
すフローチャー
FIG. 36 is a flowchart showing a display process of a 12-point model image model in the endoscope shape detection image image display process of FIG. 6;

【図37】図36による処理で表示される内視鏡形状検
出イメージ画像の表示例を示す図
FIG. 37 is a diagram showing a display example of an endoscope shape detection image image displayed by the processing in FIG. 36;

【図38】図6の内視鏡形状検出イメージ画像表示処理
における直線モデルのイメージモデルの表示処理を示す
フローチャート
FIG. 38 is a flowchart showing a display process of an image model of a straight line model in the endoscope shape detection image image display process of FIG. 6;

【図39】図38による処理で表示される内視鏡形状検
出イメージ画像の表示例を示す図
FIG. 39 is a diagram showing a display example of an endoscope shape detection image image displayed in the processing shown in FIG. 38;

【図40】本発明の第2の実施の形態に係るソースコイ
ル推定位置座標算出処理の原理を説明する説明図
FIG. 40 is an explanatory diagram illustrating the principle of a source coil estimated position coordinate calculation process according to the second embodiment of the present invention.

【図41】図40のソースコイル推定位置座標算出処理
の流れを示す第1のフローチャート
FIG. 41 is a first flowchart showing the flow of a source coil estimated position coordinate calculation process in FIG. 40;

【図42】図40のソースコイル推定位置座標算出処理
の流れを示す第2のフローチャート
FIG. 42 is a second flowchart showing the flow of the source coil estimated position coordinate calculating process of FIG. 40;

【図43】本発明の第3の実施の形態に係るソースコイ
ル推定位置座標算出処理を説明する説明図
FIG. 43 is an explanatory diagram illustrating source coil estimated position coordinate calculation processing according to the third embodiment of the present invention.

【図44】図43の角度θが直交した状態に近い2つセ
ンスコイルによるソースコイル推定位置座標算出処理の
流れを示す第1のフローチャート
44 is a first flowchart showing a flow of a source coil estimated position coordinate calculating process by two sense coils in which the angle θ in FIG.

【図45】図43の角度θが直交した状態に近い2つセ
ンスコイルによるソースコイル推定位置座標算出処理の
流れを示す第2のフローチャート
45 is a second flowchart showing the flow of a source coil estimated position coordinate calculation process by two sense coils in which the angle θ is nearly orthogonal in FIG. 43;

【図46】本発明の第4の実施の形態に係る3次元空間
上に磁界を発生するソースコイルの配置の一例を示す図
FIG. 46 is a diagram showing an example of an arrangement of source coils for generating a magnetic field in a three-dimensional space according to the fourth embodiment of the present invention.

【図47】図46の配置に対する第4の実施の形態のソ
ースコイルの配置を説明する図
FIG. 47 is a view for explaining the arrangement of the source coils of the fourth embodiment with respect to the arrangement of FIG. 46;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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…ベット 6…電子内視鏡 7…挿入部 8…操作部 9…ユニバーサルコード 10…ビデオプロセッサ 11…画像観察用モニタ 12…鉗子チャンネル 12a…挿入口 14i…ソースコイル 15…プローブ 16…ソースケーブル 21…装置本体 22k…単心コイル 22j…センスコイル 23…センスケーブル 24…操作パネル 25…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 31…ソースコイル駆動回路 32…CPU 33…PIO 34…センスコイル信号増幅回路部 35k…増幅回路 36k…フィルタ回路 37k…出力バッファ 38k…ADC 40…制御信号発生回路部 41…ローカルデータバス 42…2ポートメモリ 46…内部バス 47…メインメモリ 48…ビデオRAM 49…ビデオ信号発生回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Endoscope system 2 ... Endoscope apparatus 3 ... Endoscope shape detection apparatus 4 ... Bed 6 ... Electronic endoscope 7 ... Insertion part 8 ... Operation part 9 ... Universal code 10 ... Video processor 11 ... Image observation Monitor 12 ... Forceps channel 12a ... Insertion port 14i ... Source coil 15 ... Probe 16 ... Source cable 21 ... Device body 22k ... Single core coil 22j ... Sense coil 23 ... Sense cable 24 ... Operation panel 25 ... Monitor 26 ... Drive block 27 ... Detection block 28 Host processor 31 Source coil drive circuit 32 CPU 33 PIO 34 Sense coil signal amplifier circuit 35 k Amplifier circuit 36 k Filter circuit 37 k Output buffer 38 k ADC 40 Control signal generator circuit 41 Local data bus 42 ... 2-port memory 46 ... internal bus 47 ... main memory 48 ... video RAM 49 ... video signal generating circuit

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/00 - 7/34 102 A61B 1/00 - 1/32 G02B 23/24 - 23/26 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 7 /00-7/34 102 A61B 1/00-1/32 G02B 23/24-23/26

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 磁界を発生するための単軸発信コイルを
有する磁界発生源と、前記磁界発生源で発生された磁界
を検出する磁界検出手段とを有し、前記磁界検出手段に
よる磁界検出に基づき前記磁界発生源の位置情報を検出
する位置推定装置において、 前記磁界検出手段は、少なくとも、 所定の第1の軸上に第1、第2、第3及び第4の単軸発
信コイルを同一方向に向けて配置してなる第1の磁界検
出部と、 前記第1の軸とは異なる軸である所定の第2の軸上に第
5、第6、第7及び第8の単軸発信コイルを同一方向に
向けて配置してなる第2の磁界検出部と、 前記第1の軸を中心とし、かつ該第1の軸と前記磁界発
生源との距離を半径とする第1の円周を推定する第1の
算出手段と、 前記第2の軸を中心とし、かつ該第2の軸と前記磁界発
生源との距離を半径とする第2の円周を推定する第2の
算出手段と、 前記第1の円周と前記第2の円周との交点、もしくは前
記第1、第2の円周上の点を結ぶ距離が最小となる各円
周上の点を求め、前記交点、もしくは前記距離が最小と
なる点に基づき磁界発生源を推定する手段と、 を備えたことを特徴とする位置推定装置。
1. A magnetic field source having a single axis transmitting coil for generating a magnetic field, and magnetic field detecting means for detecting a magnetic field generated by the magnetic field generating source, wherein the magnetic field detecting means detects a magnetic field. In the position estimating apparatus for detecting position information of the magnetic field generating source based on the first, second, third and fourth single-axis transmitting coils on at least a predetermined first axis, A first magnetic field detector arranged in the direction, and a fifth, sixth, seventh, and eighth single-axis transmission on a predetermined second axis different from the first axis. A second magnetic field detecting unit in which coils are arranged in the same direction; a first circle having the first axis as a center and having a radius between the first axis and the magnetic field generating source as a radius First calculating means for estimating a circumference; and the second axis and the magnetic field centered on the second axis. A second calculating means for estimating a second circumference having a radius corresponding to a distance from the source, and an intersection of the first circumference and the second circumference, or the first and second circumferences Means for determining a point on each circumference at which the distance connecting the above points is the smallest, and estimating a magnetic field source based on the intersection or the point at which the distance is the smallest. Estimation device.
【請求項2】 磁界を発生するための単軸発信コイルを
有する磁界発生源と、前記磁界発生源で発生された磁界
を検出する磁界検出手段とを有し、前記磁界検出手段に
よる磁界検出に基づき前記磁界発生源の位置情報を検出
する位置推定装置において、 前記磁界検出手段は、少なくとも、 所定の第1の軸上に第1、第2、第3及び第4の単軸発
信コイルを同一方向に向けて配置してなる第1の磁界検
出部と、 前記第1の軸とは異なる軸である所定の第2の軸上に第
5、第6、第7及び第8の単軸発信コイルを同一方向に
向けて配置してなる第2の磁界検出部と、 前記磁界発生源からの磁界を受けた前記第1の磁界検出
部の出力に基づき、前記磁界発生源と前記第1の磁界検
出部とを含む平面を想定して複数の曲線を算出し、該複
数の曲線のうち、互いの交差状態が直交に近い曲線を求
め、該曲線に基づき、前記第1の軸を中心とし、かつ該
第1の軸と前記磁界発生源との距離を半径とする第1の
円周を推定する第1の算出手段と、 前記磁界発生源からの磁界を受けた前記第1の磁界検出
部の出力に基づき、前記磁界発生源と前記第1の磁界検
出部とを含む平面を想定して複数の曲線を算出し、該複
数の曲線のうち、互いの交差状態が直交に近い曲線を求
め、該曲線に基づき、前記第2の軸を中心とし、かつ該
第2の軸と前記磁界発生源との距離を半径とする第2の
円周を推定する第2の算出手段と、 前記第1の円周と前記第2の円周との交点、もしくは前
記第1、第2の円周上の点を結ぶ距離が最小となる各円
周上の点を求め、前記交点、もしくは前記距離が最小と
なる点に基づき磁界発生源を推定する手段と、 を備えたことを特徴とする位置推定装置。
2. A magnetic field source having a single-axis transmission coil for generating a magnetic field, and magnetic field detecting means for detecting a magnetic field generated by the magnetic field generating source, wherein the magnetic field detecting means detects a magnetic field. In the position estimating apparatus for detecting position information of the magnetic field generating source based on the first, second, third and fourth single-axis transmitting coils on at least a predetermined first axis, A first magnetic field detector arranged in the direction, and a fifth, sixth, seventh, and eighth single-axis transmission on a predetermined second axis different from the first axis. A second magnetic field detection unit in which coils are arranged in the same direction; and a magnetic field generation source and the first magnetic field generation unit based on an output of the first magnetic field detection unit that receives a magnetic field from the magnetic field generation source. A plurality of curves are calculated assuming a plane including the magnetic field detection unit, and the plurality of curves are calculated. First, a curve whose crossing state is close to orthogonal is obtained, and a first circle having the first axis as a center and the radius between the first axis and the magnetic field generating source as a radius based on the curve. First calculating means for estimating a circumference; and a plane including the magnetic field generating source and the first magnetic field detecting unit based on an output of the first magnetic field detecting unit receiving a magnetic field from the magnetic field generating source. Assuming a plurality of curves, among the plurality of curves, obtain a curve whose crossing state is nearly orthogonal, based on the curve, centering on the second axis, and A second calculating means for estimating a second circumference having a radius equal to a distance from the magnetic field generation source; and an intersection of the first circumference and the second circumference, or the first and second circumferences. The point on each circumference where the distance connecting the points on the circumference of the circle is minimum is obtained, and based on the intersection or the point where the distance is the minimum, Position estimation device characterized by comprising: means for estimating a magnetic field generating source.
【請求項3】 前記磁界検出手段による前記磁界発生源
位置の推定を繰り返し、過去に算出された推定位置と最
新の推定位置とに基づき現在の磁界発生源の位置を推定
する請求項1又は請求項2に記載の位置推定装置。
3. The method according to claim 1, wherein the estimation of the position of the magnetic field source by the magnetic field detection unit is repeated, and the current position of the magnetic field source is estimated based on the estimated position calculated in the past and the latest estimated position. Item 3. The position estimation device according to item 2.
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