JP4077538B2 - 内視鏡挿入形状検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内視鏡挿入形状検出装置、更に詳しくは磁界を発生する磁界発生コイルの冷却部分に特徴のある内視鏡挿入形状検出装置に関する。
【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。
【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。
【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。
【０００５】
そこで、内視鏡の挿入形状を検出するための挿入形状検出装置が種々提案されているが、例えば内視鏡側に設けられたコイルと検査台側に設けられたコイルの間の相互インダクタンス変化による挿入形状検出装置が考案されている。
【０００６】
このような装置の場合には、外部より対象の生体を含む領域に傾斜磁場を形成するものがあるが、交流磁界を用いるものも存在する。
【０００７】
このように交流磁界を利用する挿入形状検出装置においては、コイルの構成によってコア損や銅損が影響するために実際に磁界を発生している間にみかけのインピーダンスが変化してしまい発生する磁界強度が変化してしまう。この磁界強度の変化はコイル位置の検出精度に大きく影響を与えるために、コイルの温度を一定に保つ必要がある。
【０００８】
そこで、一般にコイルを用いて安定した磁界を発生する装置においては、コア損や銅損が影響を除去するためにコイルの巻線部分に水を流すなどして冷却を行っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の内視鏡挿入形状検出装置のコイルでは、内視鏡側に設けられるコイル部分は最大でも内視鏡の径を超えることはできないため、細長い構造物である内視鏡の内部に設置されたコイルの温度を一定に保つことができないといった問題がある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、細長い内視鏡内に設けられたコイルを一定温度に保つことのできる内視鏡挿入形状検出装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の内視鏡挿入形状検出装置は、内視鏡の挿入部に配置可能にして、少なくとも２つの空間に仕切られ、前記２つの空間の先端を密閉すると共に連通させた密閉連通先端部を有したチューブと、前記チューブの一方の空間に設けられた高周波信号の供給により磁界を発生する磁界発生手段と、前記２つの空間に対して冷却流体を供給及び排出し、前記密閉連通先端部を介して前記２つの空間内に前記冷却流体を循環させ、前記冷却流体により前記磁界発生手段を冷却する給排出手段と、前記磁界発生手段により誘起される信号を検出し、磁界情報を検出して前記磁界発生手段の位置を算出することにより前記内視鏡の挿入形状を検出する検出手段とを備えて構成される。
【００１２】
本発明の内視鏡挿入形状検出装置では、前記給排出手段が前記チューブの一方の空間に流体を供給すると共に、他方の空間から前記流体を排出することで、細長い内視鏡内に設けられたコイルを一定温度に保つことを可能とする。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１ないし図１８は本発明の一実施の形態に係わり、図１は内視鏡形状検出装置を備えた内視鏡システムの構成を示す構成図、図２は図１のプローブの構成を示す構成図、図３は図１のベットにおけるセンスコイルの配置を示す図、図４は図３のセンスコイルの配置の第１の変形例を示す図、図５は図２のプローブのプローブ挿入部内に配置されるソースコイル部の構成を示す構成図、図６は図５の絶縁部材の構成を示す構成図、図７は図５のソースコイル部における銅線及び信号線の接続状態を示す図、図８は図５のソースコイル部の変形例の構成を示す構成図、図９は図１の内視鏡形状検出装置の構成を示す構成図、図１０は図９の駆動回路の構成を示す構成図、図１１は図９の駆動回路に配置可能でモニタコイルの見かけの出力を一定になるように調整する手段の構成を示す構成図、図１２は図９のデータ処理回路の処理方法を説明するフローチャート、図１３は図９の検出回路の一構成例を示す構成図、図１４は図１３の検出回路を備えた場合のデータ処理回路の処理方法を説明するフローチャート、図１５は図１４の処理における各信号のタイミングを示すタイミング図、図１６は図３のセンスコイルの配置の第２の変形例を示す図、図１７は図１６のセンスコイルの配置におけるデータ処理回路の処理方法を説明するフローチャート、図１８は図１のベットと別体にセンスコイルの配置した状態を示す図である。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、患部等を照明する。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。
【００１８】
光電変換された信号はビデオプロッセサ１０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。
【００１９】
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から磁気発生するソースコイル及びソースコイルが発生した磁気をモニタするモニタコイルが対をなす例えば１６組のソースコイル部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内にソースコイル部１４ｉが設置される。
【００２０】
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部１４ｉに高周波信号（駆動信号）を印加することにより、ソースコイル部１４ｉは磁界を伴う電磁波を周囲に放射する。
【００２１】
また、患者５が横たわるベット４には、図示はしないが、後述する位置に複数の磁気検出素子（またはセンスコイル）が設置されている。そして、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２１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。
【００２２】
図２に示すように、プローブ１５は、電子内視鏡６の鉗子チャンネル１２に挿通される軟性で細長なプローブ挿入部１５ａと、プローブ挿入部１５ａの基端側に設けられた内視鏡形状検出装置に接続されるコネクタ１５ｂとを備えて構成される。
【００２３】
上述したように、このプローブ１５のプローブ挿入部１５ａには、ソースコイル及びモニタコイルからなる１６組のソースコイル部１４ｉが内蔵されるが、これらのコイルは駆動することにより、熱が発生してその磁気的な特性が変化してしまう。
【００２４】
そこで、プローブ挿入部１５ａのＡ−Ａ線断面、Ｂ−Ｂ線断面及びＣ−Ｃ線断面に示されるように、プローブ挿入部１５ａの内部に少なくとも２つの空間に分けられたチューブ１５ｃを形成し、その一方の空間にソースコイル部１４ｉを内蔵する。そして、プローブ挿入部１５ａの先端に近い側でチューブ１５ｃの２つの空間を連結接続し、この空間に送り込む流体が循環するようにして前記チューブ１５ｃのソースコイル部１４ｉを内蔵した空間を冷却する。
【００２５】
ここで、前記チューブ１５ｃの空間を冷却する流体は、内視鏡形状検出装置３に内蔵された後述する流体給排出装置にコネクタ１５ｂを介して前記チューブ１５ｃの基端を接続することで、流体給排出装置から給排出されるようになっている。
【００２６】
なお、この時の流体は空気でも、水でもよい。また、一定の温度以上に流体の温度が上昇するかどうかを温度センサで監視して、温度が所定値以上の値になった場合に冷却ファンを動作させて流体の温度を下げるようにしてもよい。
【００２７】
本実施の形態では、位置検出精度を低下する領域をなくすために、図３に示すように、ベット４に配置される複数のセンスコイル２２ｊ（ｊ＝１〜ｎ）の配置を非対称の位置としている。つまり、図中において、全てのセンスコイル２２ｊの中心位置がα、β、γ、δで示されるセンスコイル組の並びで決めるｘ、ｙの軸を参照軸とする座標径で対称位置に存在しないようにセンスコイル２２ｊが配置されている。
【００２８】
また、図４に示すように、すべてのセンスコイル２２ｊを同一平面上でなく立体的に配置するようにしてもよい。このように配置することで、ソースコイル１４ｉからの信号の位相が急激に変化する位置関係にあるセンスコイル２２ｊからの信号を位置推定に利用しないように構成することができる。
【００２９】
図５に示すように、ソースコイル部１４ｉは、銅線３１がコア３２に巻かれソースコイル及びモニタコイルを形成される。コア３２の両端側には絶縁部材３３が設けられ、図６に示すように、絶縁部材３３の底面側に設けられた凹部状の穴部３４を絶縁部材３３の端部に嵌合させて接着固定され、穴部３４の逆側には少なくとも２つの互いに絶縁された導電性部材３５を備えている。
【００３０】
導電性部材３５は絶縁部材３３と別に成型し、絶縁性部材３５に設けられた穴部３４内にはめ込まれ接着固定され、導電性部材３５に銅線３１を半田付けで電気的かつ機械的に固定する。
【００３１】
ここで、内視鏡形状検出装置３においては、実際の使用時には細長いプローブ挿入部１５ａに対して湾曲が繰り返されるので、電子内視鏡６の内部の構造体の位置ずれによる圧迫などを発生しても半田部分に直接力が加わらないようにするために半田付け部分と導電性部材３５全体を接着により固定強化してもよい。
【００３２】
導電性部材３５の固定は上述のように接着固定をすればよいが、非常に小さい部材の組み合わせとなるので接着のみでは固定が十分でない可能性もある。そこで、そのような場合には導電性部材３５を絶縁部材３３の中に埋め込む形で一体成型するようにしてもよい。
【００３３】
導電性部材３５は平板の金属を打抜くことで作成することが可能であり、このように打抜かれた平板を型に組み込んで樹脂を流し込んで成型すればよい。このとき導電性部材３５には成型後の部材脱落を防止するために、突起や曲げを設け成型の際にこの部分を包み込むように周りに樹脂を流し込み脱落を防止する。
【００３４】
ここで、実際にコア３２部分に巻かれた銅線３１を接続する場合を考えると、この平板の銅線３１が巻きつく部分は互いに約９０度回転した位置に設けられることが望ましい。これにより、ソースコイルを形成する銅線３１とモニタコイルを形成する銅線３１とが干渉することなく導電性部材３５に半田付け固定できるので都合がよい。
【００３５】
ここで、図７（ａ）にソースコイル部１４ｉのソースコイルの銅線３１とモニタコイルの銅線３１とを別々の導電性部材３５に接続した場合を示す。このように小型のソースコイルと同軸にモニタコイルを巻くことで磁気的な結合度が高く確実に発生磁界を検出することが可能となる。
【００３６】
また、図７（ｂ）にそれぞれの銅線３１の一方を共通の信号線として使用した場合を示す。この場合には銅線の一方と信号線の一端を共通に接続する。
【００３７】
なお、複数のソースコイル部１４ｉを所定の位置に固定して接続するために軟性の接続部材３７がのソースコイル部１４ｉを貫通して設けられている。
【００３８】
内視鏡形状検出装置３からの信号線３６の接続は、導電性部材３５に信号線３６を半田付けした後、半田により硬化していない柔軟な銅線部分が巻きつくまで導電性部材３５に巻きつける。このように信号線３６の柔軟な巻線部分まで導電性部材３５に巻つけることで信号線３６部分に曲げの力が加わった場合にも断線のおそれが無くなる。
【００３９】
なお、図８に示すように、ソースコイル部１４ｉの一方の側の導電性部材３５で、導電性部材３５を絶縁部材３３に貫通させても設けてもよく、この場合、対向する導電性部材３５は絶縁部材３３を貫通している部材であるので、信号線３６と銅線３１を別の部分に半田付けでき作業がしやすくなる。
【００４０】
内視鏡形状検出装置３は、図９に示すように、ソースコイル部１４ｉのソースコイル４１ｉを駆動すると共にモニタコイル４２ｉからのモニタ信号を入力し後述する処理を行う駆動回路４３と、センスコイル２２ｊからの信号を検出する検出回路４４と、検出回路４４により検出された検出信号を入力し内視鏡形状をモニタ２５に描画するデータ処理回路４５と、コネクタ１５ｂを介してプローブ１５のチューブ１５ｃの基端を接続しチューブ１５ｃ内の空間を冷却する流体を給排出する流体給排出装置４６とから構成されている。
【００４１】
駆動回路４３では、図１０に示すように、モニタコイル４２ｉからのモニタ信号を必要なレベルまで増幅する差動増幅回路５１に入力し、この差動増幅回路５１で適宜増幅された信号を絶対値回路５２にて平滑化した後、設定磁界を表わす電圧と比較する比較回路５３に入力する。
【００４２】
そして、比較回路５３で目標磁界強度を表わす電圧と比較され、その差分電圧が出力される。この出力電圧はこの信号に応じて基準交流源５４と比較し増幅率が変化する増幅回路５５の増幅率制御端子に入力されてソースコイル４１ｉが発生する磁界強度を変化させる。
【００４３】
このように駆動回路４３を構成することで、ソースコイル４１ｉ発生する磁界は常に目標の磁界強度になるように振幅の調整が実施される。
【００４４】
また、この目標磁界強度を検出回路で検出される信号強度が一定になるように構成してもよい。この場合は増幅率を検出することで位置検出を行える。
【００４５】
ところで、コイルの特性のばらつきが存在している場合には、各々のコイルごとに補正を行わないと発生する磁界にばらつきが生じてしまい、位置検出の誤差となってしまう。そこで、従来は、各コイルごとの補正係数をＲＯＭのデータとして準備するなどの方法があるが、このデータをコイルを内蔵する内視鏡もしくはプローブごとに準備し、各々のデータを制御装置に読み込ませる必要があるので、データの読み込みのための手段を準備する必要があり、価格の上昇の原因となってしまっていた。また、内視鏡、プローブにデータを添付し使用する際に使用者がデータを入力することも考えられるが、誤ったデータを入力してしまう可能性がある。
【００４６】
そこで、本実施の形態では、モニタコイル４２ｉに直列に調整用の可変抵抗を接続し、信号受信回路の入力インピーダンスの働きで見かけの出力を一定になるように調整する手段を駆動回路４３に設けることができる。この調整用の可変抵抗を制御装置との接続部分のコネクタ内部に設けることで全ての内視鏡、プローブの見かけの特性が一定にできる。
【００４７】
すなわち、ある磁界強度中に置かれたコイルの信号源電圧をＶｓとすると、このときコイルが理想的であれば出力インピーダンスは０であり、その信号を検出する回路の入力インピーダンスが無限大であれば、コイルで検出された信号は減衰することなく取り込むことが可能である。
【００４８】
しかし、実際のコイル、回路はこの理想状態とは異なるので、各々のインピーダンスに基づいて値を補正する必要がある。
【００４９】
つまり、図１１（ａ）に示すように、モニタコイル４２ｉの実際の出力インピーダンスがＺｏであり、回路の入力インピーダンスがＺｉであるとすると実際に信号を検出する回路で得られる検出電圧Ｖｄは以下のようになる。
【００５０】
Ｖｄ＝Ｖｓ Ｚｉ／（Ｚｏ＋Ｚｉ）
このように表わされる信号電圧を利用して、コイルの出力のばらつきを補正する。いま信号を受信する複数の回路は入力インピーダンスの調整がされてばらつきがないものと考える。すると、コイルが存在する内視鏡、もしくはプローブのばらつきを抑えておけば、内視鏡、プローブを交換しても常に等しい信号を発生させられることになる。
【００５１】
そこで、図１１（ｂ）に示すように、モニタコイル４２ｉの出力に直列に調整用の抵抗Ｒｖを挿入する、モニタコイル４２ｉから得られる信号は以下のように表される。
【００５２】
Ｖｄ＝Ｖｓ Ｚｉ／（Ｚｏ＋Ｚｉ＋Ｒｖ）
Ｚｏは受信回路側を合わせこむことで定数と考えられる。そのためＺｏ＋Ｒｖが一定になるようＲｖを調整すればよい。
【００５３】
このようにＺｏのばらつきにより生じる検出されるモニタ信号のばらつきを調整用の抵抗Ｒｖを調整するこにより調整できるので、あらかじめ一定の電流を加えた状態でモニター用の巻き線からの出力が同じになるように調整することですべてのコイルから発生する磁界の強度を一定にそろえることができる。
【００５４】
そして、このモニタ信号の出力をモニタして前述したようにフィードバック制御することで、コイルそのものの特性が熱によって変化しても、また、内視鏡、プローブを交換しても内蔵されたコイルから発生する磁界を常に一定の値にすることができるので、正確なコイル位置の推定を行うことができる。
【００５５】
なお、上記においては内視鏡、プローブに内蔵されたコイルをソースコイル及びモニタコイルとして使用する場合を考えたが、センスコイルとすることも可能である。この場合も同様に磁界検出特性がばらつくことがコイル製作における径のばらつきや、銅線の径のばらつきによるインピーダンスのばらつきなどで十分考えられる。
【００５６】
そこで検出される信号のばらつきを抑えるために、同様に各々の巻き線に対し直列にばらつき調整のための抵抗を挿入することができる。
【００５７】
このように構成することで検出されるコイルの信号は同じ強度の磁界中では同じになるので、検出位置精度が向上する。
【００５８】
なお、これらの調整をそれぞれベット４側に設けられるセンスコイル、もしくはソースコイルに対して実施することも当然である。
【００５９】
このようにばらつきが調整されたコイルを用いて磁界を検出することを考えるが、静止していない内視鏡の形状を正しく推定していくためには、各コイルの発生する磁界を同時刻に検出する必要がある。
【００６０】
そこで、本実施の形態では、すべての駆動コイルを同時に複数の周波数で駆動し、得られた信号をＡ／Ｄ変換しＦＦＴにて周波数ごとの値を抽出する。
【００６１】
すなわち、内視鏡形状検出装置３では、図１２に示すように、データ処理回路４５において、ステップＳ１で処理を開始し初期データが格納されている記憶部（図示せず）から描画基準位置ファイルを入力し、ステップＳ２で操作パネル２４からのキー入力に対するキー操作処理を行うのと平行してステップＳ３で検出回路４４からセンスコイル２２ｊから検出された磁界強度信号を取り込む。
【００６２】
そして、ステップＳ４では検出回路４４より電圧データがＦＦＴ処理部（図示せず）に送られる。ステップＳ４で入力された電圧データをもとにＦＦＴを行い、駆動周波数に対応した振幅、及び位相データが得、ステップＳ５で得られた振幅、位相を基にコイル位置の推定を行い、ステップＳ６で得られたコイル推定位置をもとにそれぞれのコイルの間を補間により内視鏡位置のデータを作成し内視鏡形状を描画する。
【００６３】
なお、この処理において、ステップＳ７及びＳ８では装置が停止したかどうか判断し、装置が停止されていないならば、それぞれステップＳ２及びＳ３に戻り処理を繰り返し、装置が停止されたならばステップＳ９で処理を終了する。
【００６４】
しかし、ソースコイル部１４ｉとセンスコイル２２ｊの距離、向きはさまざまであり、検出される信号が大きい場合も小さい場合も存在するので、コイルの位置によって受信するアナログ回路の飽和、もしくはゲインの不足も存在する。そこでこのような場合には、適宜ゲインを切り替えて常に正確な磁界強度を得られるようにしておく必要がある。
【００６５】
そこで、検出回路４４を図１３に示すように、センスコイル２２ｊからの信号を入力し増幅する入力段アンプ６１と、あらかじめ決められた内視鏡形状の表示切り替え時間より短い計測時間で所定個数以上のデータを第１のサイクルでＡ／Ｄ変換しデータ処理回路４５内のＣＰＵ６２に出力するＡ／Ｄ変換器６３と、ＣＰＵ６２からの制御信号により入力段アンプ６１のゲインを制御するゲイン制御回路６４とから構成することができる。
【００６６】
この場合、データ処理回路４５に、表示切り替えと計測開始のタイミングを固定する手段と、前記表示切り替え時間と計測時間の差の時間以下で入力段アンプ６１のゲインを適正に切り替えるために前回の計測以降に第２のサイクルでＡ／Ｄ変換器６３がサンプリングしたデータに応じ順次前記ゲインを切り替えていく手段と、計測開始から計測終了間での期間は前記ゲインの切り替えを禁止する手段とを設けることで、１サイクルのデータ収集期間では固定されたゲインでデータを収集し、得られたデータが適正値でない場合にはアナログ回路のゲインを切り替えるように構成することができる。
【００６７】
このときのデータ処理回路４５における処理は、図１２に示した処理のステップＳ４のＦＦＴ処理とステップＳ５のコイル推定処理の間に、図１４に示すように、ステップＳ１１及びＳ１２が追加される。
【００６８】
すなわち、図１２に示すように、ステップＳ３でＡ／Ｄ変換器６３においてあらかじめ決められた内視鏡形状の表示切り替え時間より短い計測時間で所定個数以上のデータを第１のサイクルでＡ／Ｄ変換し、ステップＳ４で電圧データをもとにＦＦＴを行い第１のサイクルで計測した所定個の電圧データをもとにＦＦＴを行い所定の駆動周波数に対応した振幅、及び位相データが得られる。
【００６９】
次にステップＳ１１で得られた振幅データが既定の値と比較し、入力段アンプ６１に飽和があるか入力段アンプ６１のゲインが不足しているか判断する。そして、ゲインの切り換えが不必要ならステップＳ５に進み、必要な場合はステップＳ１２で入力段アンプ６１のゲインを切り換えて処理をステップＳ５に移す。その他の処理は図１２に示した処理を同じなので説明は省略する。
【００７０】
磁界強度取り込みの部分は、メインの処理と並列に順次実行されており、切り替えにより適正なゲインが得られるように調整されるので、常に正しい磁界強度が、適正な値で確実にかつ高速に収集することが可能となる。
【００７１】
通常のＡ／Ｄの取り込みと位置推定、表示は、図１５（ａ）に示すようなタイミングで取り込んでデータをＦＦＴ解析し得られたデータより位置の推定を行うことは繰り返している。
【００７２】
また、取り込んだデータがオーバーフローもしくはアンダーフローしている場合には、図１５（ｂ）に示すように、ゲインを切り替えて磁界のデータ取り込みの際には正しいデータがとりこまれるようにすることができる。しかし、この場合には取り込まれたデータは実際の磁界強度を表していないので、このデータを基に推定されたコイル位置は、誤差を含んでしまう。
【００７３】
この誤差により正しくない内視鏡形状が表示されることがないように、ソフトウェアでデータが適正がどうか検出し、正しくない場合には前回推定した位置データにより内視鏡の形状を表示することができる。しかし、今度は更新されない位置データを表示することになり、内視鏡がすばやく操作されている場合に追従して表示をすることができなくなる。
【００７４】
そこで、図１４に示した処理を行うことにより、通常は図１５（ａ）のように固定されたタイミングでデータを収集する状態と、図１５（ｃ）のように不適正なデータが収集されている間はゲインを切り替えて正しくデータを収集できるようにするとともにデータの更新は常に一定の間隔の収集開始タイミングでデータを収集することで、常に位置データを更新でき、かつ常にデータは適正な値であるデータ収集を行うことが可能となる。
【００７５】
ここで、ベット４に配置されるセンスコイル２２ｊを図１６に示すように、４個の１軸コイルを３本平行に並べた３つのセンスコイル群７１の場合を処理について説明する。
【００７６】
このときのデータ処理回路４５における処理は、図１２に示した処理のステップＳ４のＦＦＴ処理とステップＳ５のコイル推定処理の間に、図１７に示すように、ステップＳ２１及びＳ２２が追加される。
【００７７】
すなわち、ステップＳ２１ではステップＳ４で得られたそれぞれのセンスコイル群７１の各周波数の位相を調べる。つまり、位相が急激に変化するのは位相の絶対値が０に近い範囲となるのでプラスマイナス１０度以内のデータが存在するか調べる。
【００７８】
そして、もしそのデータが存在する場合は、その周波数のデータの信頼度が低いと判断して、ステップＳ２２で使用するセンスコイル群７１を切り換えて（たとえば第１のセンスコイル群７１を判定していれば第２のセンスコイル群７１のデータを位置推定に選択使用する）、別のセンスコイル群７１のデータを利用して位置推定するためにステップＳ４に戻り、プラスマイナス１０度以内のデータが存在しない場合にはステップＳ５に進む。その他の処理は図１０に示した処理を同じなので説明は省略する。
【００７９】
このように処理することで安定した位置推定が行える。
【００８０】
なお、このとき、推定する位置の拘束条件として、第１のセンスコイル群７１の１つのコイル面上にコイルが存在するという条件を追加して位置推定を行ってもよい。
【００８１】
ところで、これらの形態で構成される内視鏡挿入形状検出装置３のベット４側のセンスコイル２２ｊはベット４に直接埋め込んで構成することも可能であるが、内視鏡の挿入形状を必要としない検査にもセンスコイル２２ｊが埋め込まれたベット４を使用する必要がある。また逆にそのベット４以外を使用した検査では内視鏡の挿入形状の確認ができなくなる。
【００８２】
そこで、図１８に示すように、センスコイル２２ｊが埋め込まれていないベット１０１を、内視鏡挿入形状検出装置のセンスコイル２２ｊを備えたコイル装置１０２と別体に構成することが可能である。なお、図には示されていないが、当然移動を簡単にするためにキャスタをつけた構成にすることも可能であり、またセンスコイル２２ｊが入っている部分をベット１０１に固定するための固定具を用意して、検査の際にセンスコイル２２ｊの入ったコイル装置１０２を固定するようにしてもよい。さらに、この場合、内視鏡挿入形状検出装置３の制御装置１０３部分をベット１０１に内蔵させてもよい。
【００８３】
このように構成することですべてのベットと組み合わせて内視鏡の挿入形状の検出が可能となる。
【００８４】
しかしながら、ベットに内蔵されたセンスコイル２２ｊの場合には、計測される磁界強度のために限定されるベット４のどの部分が内視鏡形状の検出が可能かは、センスコイル２２ｊとベット４の位置関係が変化しないので簡単に表示することができるが、センスコイル２２ｊ部分をベットと別に構成することで、どの領域が内視鏡挿入形状検出可能な位置であるか判別することができなくなってしまう。
【００８５】
これを防ぐには、常に同じベットとセンスコイルの位置関係になるように検査の度に設置すればよいが、これはベットが複数種類存在する場合ほとんど不可能な行為である。
【００８６】
そこで、挿入形状、もしくはソースコイルの位置が確実に計測される範囲にあるかどうかを識別できるように図１８に示した制御装置１０３に警告装置（図示せず）を構成することが可能である。
【００８７】
この場合、問題となるのは一般にはソースコイルとセンスコイルの距離が離れてしまう場合であるので、その際には検出される磁界の強度が小さくなることである。
【００８８】
そこで、センスコイルで計測される磁界強度があらかじめ設定した値より小さい値の場合には、たとえば警告音によりそれを使用者に告知することができる。
【００８９】
実際の例としては、一般に知られている比較回路を設けて、あらかじめ設定した信号の強度が得られなくなったかどうか判定するように構成することができる。
【００９０】
また、ソースコイルとセンスコイルの距離が近接している場合には、発生する磁界の強度変化は一般に近傍界と言われる領域となり、簡単な数式で表現することができなくなる。そのため、一般に式で磁界強度が簡単に数式化可能な遠方界を基準に位置推定を行うコイル位置推定が不可能になる。
【００９１】
このソースコイルとセンスコイルとが近接している場合も、つまり受信回路で得られる磁界強度、つまり電圧が大きい場合も同様に警告音で術者に告知することが可能である。
【００９２】
この遠近の両者の場合を達成するために一般に知られているウィンドコンパレータを使用することができる。遠方、及び近傍に関してはこのように表現することで検出することが可能であるが、これは多数用意しているセンスコイルの出力で位置推定する場合に選択される出力の組み合わせの中で、そのような値が大半をしめる、例えば半分以上がそのような状態になった場合に限定することも可能である。
【００９３】
これは検出対象となるソースコイルの回転が存在するため近傍にある場合でも、あるセンスコイルにとっての磁界が小さい場合があるので、その現象に対応するためである。
【００９４】
このように警告音で、挿入形状、コイル位置が正しく推定されない場合に警告を行うように構成することが可能であるが、実際の内視鏡検査の場合に対象となる患者の体が正しく位置推定が行える位置になるように検査台側のコイルが設置することができたかどうかを確認することができない。
【００９５】
そこで、図１８に示すように、マーカとして内視鏡の形状を計測するソースコイルとは別に、単独で位置推定が行えるコイル１１１を追加して装置に接続するように構成することが可能である。
【００９６】
このマーカとして追加されたコイル１１１を、事前に患者の体が乗るベッド１０１上の空間で動かしてみることで、内視鏡検査の間に患者の体の存在する部分が十分な精度で位置推定がおこなえる位置になっているかどうか確認することができる。
【００９７】
つまり、ソースコイルを用いて内視鏡の挿入形状を推定する装置において、単独で動作可能なコイル１１１を設け、このコイル１１１の位置変化に関連して得られる磁界強度が設定した値の範囲内にない場合に警告音を発するように構成できる。
【００９８】
なお、これらの警告音の代わりもしくは同時に画面の表示、もしくは位置推定が適正に行われているかを示す表示位置で行うようにしてもよいことは言うまでもない。
【００９９】
以上説明したように、本実施の形態では、プローブ挿入部１５ａの内部を少なくとも２つの空間に分けられたチューブで形成し、その一方にソースコイル部１４ｉを内蔵する。そして、プローブ挿入部１５ａの先端に近い側でこの空間を連結接続し、この空間に送り込む流体が循環するようにしてソースコイル部１４ｉを冷却するので、細長いプローブ１５内に設けられたソースコイル部１４ｉを一定温度に保つことができる。
【０１００】
また、従来は、ソースコイルの周囲に金属など磁界に影響のある物体が存在している場合には、発生する磁界の強度が装置設計の際に想定していた値と異なることがあったため、位置検出精度の低下の原因となっていたが、磁界を発生するソースコイルに相互インダクタンスが変化しないように固定したモニタコイルを設け、検出された信号を整流し、整流された電圧と設定磁界強度を示す比較用電圧と比較しているので、モニタコイルからの信号が常に設定レベルになるように制御することができる。
【０１０１】
また、従来、内視鏡もしくはプローブを用いて位置推定を行う場合、全体形状を得るために複数の周波数で多数のコイルを同時に駆動しＦＦＴ解析によって各々のコイルからの信号を識別する方法が考えられる。この時検出された信号がすべて適正に検出されたかどうかはＦＦＴ解析を行った後でしか判断できない。また仮に全てのアナログ信号がＡ／Ｄされる部分まで飽和していないとしてもＡ／Ｄ変換の途中でゲインを変化させてしまうと正しく検出電圧をえることができないという問題があった。一方、より正確に形状を推定するためには可能な限り高速にデータの収集を行う必要がある。本実施の形態では、内視鏡挿入形状検出装置で交流磁界を用いてコイルの位置を求める装置において、形状表示のレスポンスを低下させることなく検出範囲を広くとることを可能としている。
【０１０２】
さらに、従来のコイル配置はすべてのコイルを平面の上に対称に配置していた。そのために例えば３軸直交のコイルを用いている場合においては、各々のコイルで検出される信号の位相が反転する角度関係になるコイルの平面付近では急激に位相信号が変化してしまい十分安定した位置検出を行うことができなかった。しかし、本実施の形態では、内視鏡挿入形状検出装置が交流磁界を用いてコイルの位置を求める装置において、検出するコイルの位置によって推定される位置精度が低下することを防止した検査台側コイルの配置方法が実現できる。
【０１０３】
［付記］
（付記項１） 内視鏡の挿入部に配置可能にして、端部にて接続された少なくとも２つの空間に仕切られたチューブと、
前記チューブの一方の空間に設けられた高周波信号の供給により磁界を発生する磁界発生手段と、
前記チューブの一方の空間に流体を供給すると共に、他方の空間から前記流体を排出する給排出手段と、
前記磁界発生手段により誘起される信号を検出し、磁界情報を検出して前記磁界発生手段の位置を算出することにより前記内視鏡の挿入形状を検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする内視鏡挿入形状検出装置。
【０１０４】
（付記項２） 前記流体を一定温度にするための熱交換手段
を備えたことを特徴とする付記項１に記載の内視鏡挿入形状検出装置。
【０１０５】
（付記項３） 前記流体の温度を検出し、設定温度以上である場合には前記流体を冷却する冷却手段
を備えたことを特徴とする付記項２に記載の内視鏡挿入形状検出装置。
【０１０６】
（付記項４） 前記流体は気体である
ことを特徴とする付記項１ないし３に記載の内視鏡挿入形状検出装置。
【０１０７】
（付記項５） 前記流体は液体である
ことを特徴とする付記項１ないし３に記載の内視鏡挿入形状検出装置。
【０１０８】
（付記項６） 前記流体は純水である
ことを特徴とする付記項１ないし３に記載の内視鏡挿入形状検出装置。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の内視鏡挿入形状検出装置によれば、給排出手段がチューブの一方の空間に流体を供給すると共に、他方の空間から流体を排出するので、細長い内視鏡内に設けられたコイルを一定温度に保つことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る内視鏡形状検出装置を備えた内視鏡システムの構成を示す構成図
【図２】図１のプローブの構成を示す構成図
【図３】図１のベットにおけるセンスコイルの配置を示す図
【図４】図３のセンスコイルの配置の第１の変形例を示す図
【図５】図２のプローブのプローブ挿入部内に配置されるソースコイル部の構成を示す構成図
【図６】図５の絶縁部材の構成を示す構成図
【図７】図５のソースコイル部における銅線及び信号線の接続状態を示す図
【図８】図５のソースコイル部の変形例の構成を示す構成図
【図９】図１の内視鏡形状検出装置の構成を示す構成図
【図１０】図９の駆動回路の構成を示す構成図
【図１１】図９の駆動回路に配置可能でモニタコイルの見かけの出力を一定になるように調整する手段の構成を示す構成図
【図１２】図９のデータ処理回路の処理方法を説明するフローチャート
【図１３】図９の検出回路の一構成例を示す構成図
【図１４】図１３の検出回路を備えた場合のデータ処理回路の処理方法を説明するフローチャート
【図１５】図１４の処理における各信号のタイミングを示すタイミング図
【図１６】図３のセンスコイルの配置の第２の変形例を示す図
【図１７】図１６のセンスコイルの配置におけるデータ処理回路の処理方法を説明するフローチャート
【図１８】図１のベットと別体にセンスコイルの配置した状態を示す図
【符号の説明】
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…ソースコイル部
１５…プローブ
１５ａ…プローブ挿入部
１５ｂ…コネクタ
１５ｃ…チューブ
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
４３…駆動回路
４４…検出回路
４５…データ処理回路
４６…流体給排出装置

Claims (3)

1. 内視鏡の挿入部に配置可能にして、少なくとも２つの空間に仕切られ、前記２つの空間の先端を密閉すると共に連通させた密閉連通先端部を有したチューブと、
   前記チューブの一方の空間に設けられた高周波信号の供給により磁界を発生する磁界発生手段と、
   前記２つの空間に対して冷却流体を供給及び排出し、前記密閉連通先端部を介して前記２つの空間内に前記冷却流体を循環させ、前記冷却流体により前記磁界発生手段を冷却する給排出手段と、
   前記磁界発生手段により誘起される信号を検出し、磁界情報を検出して前記磁界発生手段の位置を算出することにより前記内視鏡の挿入形状を検出する検出手段と
   を備えたことを特徴とする内視鏡挿入形状検出装置。
2. 内視鏡の挿入部に配置可能にして、少なくとも２つの空間に仕切られ、前記２つの空間の先端を密閉すると共に連通させた密閉連通先端部を有したチューブと、
   前記チューブの一方の空間に設けられた高周波信号の供給により磁界を発生する磁界発生手段と、
   前記チューブの一方の空間に冷却流体を供給すると共に、前記密閉連通先端部を介して他方の空間から前記冷却流体を排出し、前記冷却流体により前記磁界発生手段を冷却する給排出手段と、
   前記磁界発生手段により誘起される信号を検出し、磁界情報を検出して前記磁界発生手段の位置を算出することにより前記内視鏡の挿入形状を検出する検出手段と
   を備えたことを特徴とする内視鏡挿入形状検出装置。
3. 前記磁界発生手段は、前記内視鏡の挿入部への前記チューブの挿入軸方向に沿って設けられた複数のコイルからなる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡挿入形状検出装置。

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