JP4823539B2 - 内視鏡挿入形状検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡挿入形状検出装置に関し、特に、挿入形状図形の一部が表示部の所定の領域外に描出された場合に、所定の表示変更処理を行うことにより、前記挿入形状図形を前記表示部の所定の領域内に描出することができる内視鏡挿入形状検出装置に関するものである。

従来より、内視鏡は医療分野、工業分野等において広く用いられている。内視鏡は、例えば、医療分野においては、患部である生体の体腔の部位、組織等に対し、観察や種々の処置を行う際に用いられている。特に、生体の肛門側から内視鏡を挿入し、下部消化管に対し、観察や種々の処置を行う場合においては、内視鏡の挿入部を屈曲した体腔内に円滑に挿入するために、体腔内における挿入部の位置、屈曲状態等を検出することのできる内視鏡挿入形状検出装置が、内視鏡と併せて用いられている。

前述したような内視鏡挿入形状検出装置としては、例えば、特許文献１において提案されているものがある。特許文献１において提案されている内視鏡挿入形状検出装置は、内視鏡の挿入部に挿入される挿入形状検出用プローブに所定の間隔をもって配置されたソースコイルから発生した磁界を、患者を載置するベッドに配置されたセンスコイルを介し、検出部である信号検出部が信号として検出した後、該信号に基づいて得たソースコイルの位置情報から挿入部の３次元形状を算出し、該３次元形状を所定の視点から見た２次元形状である挿入形状図形に変換してモニタに表示するという構成および作用を有している。
特許３２９０１５３号公報

しかし、特許文献１において提案されている内視鏡挿入形状検出装置においては、表示部であるモニタに表示される挿入部の挿入形状図形は、その一部がモニタの表示領域外にはみ出して全体が表示されないような状況が生じる場合も考えられる。そして、そのような場合、術者は、挿入部の挿入形状図形のうち、はみ出して表示されない部分については、挿入部の状態を確認することができないため、内視鏡の挿入操作に不都合が生じていた。

本発明は、前述した点に鑑みてなされたものであり、内視鏡挿入形状検出装置が描出する挿入形状図形の一部が表示部の所定の領域外に描出された場合に、所定の表示変更処理を行うことにより、前記挿入形状図形を表示部の所定の領域内に描出することが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。

本発明における内視鏡挿入形状検出装置は、被検体内へ挿入される内視鏡の挿入部の挿入形状を検出する検出部と、前記検出部により検出された挿入形状を挿入形状図形として図形化して表示部に描出させるための画像信号を生成する挿入形状画像生成部と、前記挿入形状画像生成部により生成された前記画像信号の画素値の差に基づき、前記表示部の表示領域内において仮想的に設定した第１の所定の領域外に前記挿入形状図形の基端側の中心部が描出されているか否かを判定し、さらに、前記第１の所定の領域外に前記挿入形状図形の基端側の中心部が描出されているとの判定結果を得た場合に、前記挿入形状図形の基端側の中心部が、前記第１の所定の領域内に含まれる前記表示領域の横軸の中心部に描出されるように前記挿入形状図形の描出位置を変更する、第１の表示変更処理を前記画像信号に対して施す表示変更部と、を有する。

本発明の内視鏡挿入形状検出装置によれば、挿入形状図形の一部が表示部の所定の領域外に描出された場合に、所定の表示変更処理を行うことにより、前記挿入形状図形を表示部の所定の領域内に描出することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本実施形態に係る内視鏡システムの全体構成を示す図である。図２は、本実施形態に係る内視鏡挿入形状検出装置の内部構成を示すブロック図である。図３は、本実施形態に係る内視鏡挿入形状検出装置がモニタ画面に描出する挿入形状図形の一例を示す図である。図４は、本実施形態に係る内視鏡挿入形状検出装置が行う制御の内容を示すフローチャートである。図５は、挿入部の挿入形状図形がモニタ画面の第１の所定の領域外に描出された状態を示す図である。図６は、図５に示す挿入形状図形に対して、第１の表示変更処理が行われた後の状態を示す図である。図７は、挿入部の挿入形状図形がモニタ画面の第２の領域外に描出された状態を示す図である。図８は、図７に示す挿入形状図形に対して、第２の表示変更処理が行われた後の状態を示す図である。

内視鏡システム１は、図１に示すように、被検体である患者２の体腔内において、体腔内の像を撮像し、撮像した該体腔内の像を撮像信号として出力する内視鏡３と、内視鏡３から出力される撮像信号に対して画像処理等を行って出力するビデオプロセッサ４と、ビデオプロセッサ４から出力される撮像信号に基づき、内視鏡３が撮像した所望の部位の像を画像表示するモニタ５と、挿入形状検出用プローブ６と、患者２を載置可能であるベッド７と、内視鏡挿入形状検出装置８と、モニタ画面９ａを有し、後述する挿入形状図形を表示する表示部であるモニタ９とからなる。

また、内視鏡３は、体腔内等に挿入する挿入部１１と、この挿入部１１の基端側に連設され、内視鏡３を把持し操作するための操作部１２と、操作部１２の側部から延出し、ビデオプロセッサ４等の外部装置に接続されるユニバーサルコード１３を有する。

挿入部１１の先端である先端部１４の内部には、被写体の像を結像するための対物光学系１５と、対物光学系１５で結像した該被写体の像を撮像し、撮像した該被写体の像を撮像信号として出力するＣＣＤ（固体撮像素子）１６が設けられている。ＣＣＤ１６から出力された撮像信号は、一端がＣＣＤ１６の後方に接続された信号線１７に対して出力される。信号線１７は、挿入部１１と、操作部１２と、ユニバーサルコード１３との内部を挿通するように設けられ、他端がビデオプロセッサ４に電気的に接続されている。そのため、ＣＣＤ１６から出力された撮像信号は、信号線１７を介してビデオプロセッサ４に対して出力される。

前記操作部１２の側部には、挿入形状検出用プローブ６を挿入するためのプローブ挿入口１８が設けられている。プローブ挿入口１８は、挿入部１１の内部を挿通するように設けられたプローブ用チャンネル１９に連通しており、挿入形状検出用プローブ６をプローブ用チャンネル１９の内部に挿通できるように形成されている。

挿入形状検出用プローブ６は、内視鏡３のプローブ挿入口１８およびプローブ用チャンネル１９に挿入可能な寸法、形状等を有し、体腔内における挿入部１１の挿入形状に応じた磁界を発生するための、磁界発生素子としての複数のソースコイル２１が、所定の間隔をもって設けられている。また、挿入形状検出用プローブ６の基端側からは、内視鏡挿入形状検出装置８に接続するためのケーブル２２が延出しており、内視鏡挿入形状検出装置８は、ケーブル２２を介してソースコイル２１を駆動することにより、磁界を発生させる。

内視鏡挿入形状検出装置８には、ソースコイル２１が発生した磁界を検出するための磁界検出素子としての複数のセンスコイルを有し、検出した磁界を磁界信号として出力するコイルユニット２３が設けられている。

内視鏡挿入形状検出装置８は、外装面上に操作パネル８ａが設けられている。操作パネル８ａは、例えば、内視鏡挿入形状検出装置８が第１の表示変更処理および第２の表示変更処理を行うタイミングを自動または手動のいずれかに切り替えることのできる自動／手動切替スイッチ、内視鏡挿入形状検出装置８に対して第１の表示変更処理および第２の表示変更処理を手動で行う際のタイミングを指示するスイッチ等の複数のスイッチから構成されている。術者が第１の表示変更処理および第２の表示変更処理を手動により行う場合、自動／手動切替スイッチを手動に設定した後、所望のタイミングにおいてスイッチを押下することにより、第１の表示変更処理および第２の表示変更処理を行うことができる。なお、第１の表示変更処理および第２の表示変更処理の詳細な内容については後述するものとし、また、本実施形態の以降の説明においては、第１の表示変更処理および第２の表示変更処理は、内視鏡挿入形状検出装置８が第１の表示変更処理および第２の表示変更処理を行うタイミングは自動として設定されているものとする。

また、内視鏡挿入形状検出装置８は、図２に示すように、ソースコイル２１を駆動するソースコイル駆動部３１と、ソースコイル駆動部３１を介して、ソースコイル２１の磁界発生タイミングや周波数等を制御するソースコイル制御部３２と、信号検出部３３と、信号記録部３４と、ソースコイル位置解析部３５と、画像生成部３６と、モニタ駆動部３９とを内部に有する。また、画像生成部３６は、挿入形状画像生成部３６ａと、メモリ部３６ｂと、表示変更部３６ｃとからなる。

検出部である信号検出部３３は、コイルユニット２３から出力される磁界信号を検出し、該磁界信号を信号処理可能なレベルに増幅して出力する。

信号記録部３４は、信号検出部３３から出力される磁界信号を一時的に記録する。

ソースコイル位置解析部３５は、信号記録部３４に記録された磁界信号に基づいてソースコイル２１の３次元位置座標を解析し、３次元位置座標情報信号として出力する。

挿入形状画像生成部３６ａは、ソースコイル位置解析部３５から出力されるソースコイル２１の３次元位置座標情報信号に基づいて挿入部１１の３次元形状を算出する。また、挿入形状画像生成部３６ａは、算出した挿入部１１の３次元形状から、挿入部１１の挿入形状図形を生成し、画像信号である挿入形状図形信号として出力する。

メモリ部３６ｂは、挿入形状画像生成部３６ａから出力された挿入部１１の挿入形状図形信号を一時的に記録する。

表示変更部３６ｃは、メモリ部３６ｂに記録された挿入形状図形信号に基づき、挿入形状画像生成部３６ａが生成した挿入部１１の挿入形状図形の一部または全部がモニタ画面９ａ内の２次元座標上に描出されるように、メモリ部３６ｂに記録された挿入形状図形信号に基づいて座標補正を行い、座標補正を行った後の挿入形状図形信号を出力する。また、表示変更部３６ｃは、表示部であるモニタに表示される挿入部の挿入形状図形の一部が、モニタ画面９ａにおける所定の領域外に描出された場合、メモリ部３６ｂに記録された挿入形状図形信号に基づき、挿入形状画像生成部３６ａが生成した該挿入形状図形がモニタ画面９ａ内の所定の領域内に描出されるように所定の表示変更処理を行い、所定の表示変更処理を行った後の挿入形状図形信号を出力する。なお、前記所定の表示変更処理である第１の表示変更処理および第２の表示変更処理の詳細な内容については、後述するものとする。

モニタ駆動部３９は、表示変更部３６ｃから出力される挿入形状図形信号に基づいてモニタ９を駆動させ、モニタ画面９ａに挿入部１１の挿入形状図形を描出する。

次に、本実施形態に係る内視鏡システム１を用いた場合の作用を、図１から図８を参照しつつ説明する。

まず、術者は、挿入形状検出用プローブ６をプローブ挿入口１８から内視鏡３に挿入する。その後、術者は、内視鏡３のユニバーサルコード１３をビデオプロセッサ４に接続し、挿入形状検出用プローブ６のケーブル２２を内視鏡挿入形状検出装置８に接続し、内視鏡３の挿入部１１を患者２の体腔内に挿入する。すると、ＣＣＤ１６は、体腔内の像を撮像し、撮像した該体腔内の像を撮像信号として出力する。そして、ビデオプロセッサ４は、ＣＣＤ１６から出力された撮像信号に基づいて画像処理等を行い、画像処理等を行った後の撮像信号をモニタ５に対して出力する。モニタ５は、ビデオプロセッサ４から出力される撮像信号に基づき、内視鏡３が撮像した体腔内の像を画像表示する。

また、内視鏡挿入形状検出装置８のソースコイル制御部３２は、ソースコイル駆動部３１を介し、各々のソースコイル２１に対して、各々のソースコイル２１が異なるタイミングにおいて磁界を発生するように制御を行う。ソースコイル２１は、ソースコイル制御部３２の制御内容に基づき、体腔内における挿入部１１の挿入形状に応じた磁界を発生する。ソースコイル２１から発生された前記磁界は、コイルユニット２３により検出され、コイルユニット２３は、前記磁界に基づく磁界信号を出力する。

コイルユニット２３から出力された磁界信号は、内視鏡挿入形状検出装置８の信号検出部３３において検出された後、信号処理可能なレベルに増幅されて出力され、信号記録部３４において一時的に記録される。ソースコイル位置解析部３５は、信号記録部３４に記録された磁界信号に基づいて各々のソースコイル２１の３次元位置座標を解析し、３次元位置座標情報として出力する。挿入形状画像生成部３６ａは、ソースコイル位置解析部３５から出力される各々のソースコイル２１の３次元位置座標情報信号に基づいて挿入部１１の３次元形状を算出した後、算出した挿入部１１の３次元形状から、挿入部１１の挿入形状図形を生成し、挿入形状図形信号として出力する。メモリ部３６ｂは、挿入形状画像生成部３６ａから出力された挿入部１１の挿入形状図形信号を一時的に記録する。表示変更部３６ｃは、メモリ部３６ｂに記録された挿入形状図形信号に基づき、挿入形状画像生成部３６ａが生成した挿入部１１の挿入形状図形の一部または全部がモニタ画面９ａ内の２次元座標上に描出されるように座標補正を行い、座標補正を行った後の挿入形状図形信号を出力する。モニタ駆動部３９は、表示変更部３６ｃから出力される挿入形状図形信号に基づいてモニタ９を駆動させ、モニタ画面９ａに、例えば、図３に示すような挿入部１１の挿入形状図形を描出する（図４のステップＳ１）。

ここで、例えば、術者が挿入部１１を体腔内の深部に挿入する際に、挿入部１１の挿入形状が、図５に示すような挿入形状図形として描出される場合がある。そのような場合、表示変更部３６ｃは、モニタ画面９ａに描出される挿入形状図形の基端側の中心部が、図５に示すような、モニタ画面９ａ内の横軸の中心部Ｘｃを含む、座標Ｘ１から座標Ｘ２の間の領域である第１の領域内に描出されているかどうかを判定する（図４のステップＳ２）。この判定は、例えば、画像の画素値の差に基づいてモニタ画面９ａの横軸方向における、挿入形状図形の基端側の位置を検出した後、該検出した位置が、該横軸方向における座標Ｘ１と座標Ｘ２の間にあるか否かによって行われる。なお、図５および図６に描かれた点線は、第１の領域を示すための仮想的なものであるため、実際にはモニタ画面９ａには表示されないものとする。

前記判定の結果により、モニタ画面９ａに描出される挿入形状図形の基端側の中心部が第１の領域外に描出されていることが検出されると、表示変更部３６ｃは、該挿入形状図形の基端側の中心部がモニタ画面９ａ内の横軸の中心部Ｘｃに描出されるように、メモリ部３６ｂに記録された挿入形状図形信号に基づいて該挿入形状図形の描出位置を変更する、第１の表示変更処理である描出位置変更処理を行い（図４のステップＳ３）、描出位置変更処理が行われた後の挿入形状図形信号を出力する。モニタ駆動部３９が表示変更部３６ｃから出力される挿入形状図形信号に基づいてモニタ９を駆動させると、モニタ画面９ａには、例えば、図６に示すような、描出位置の変更が行われた後の挿入部１１の挿入形状図形が描出される（図４のステップＳ４）。なお、モニタ画面９ａに描出される挿入形状図形の基端側の中心部が、図５に示すような、Ｘ１からＸ２の間の領域内に描出されている場合においては、前述したような描出位置変更処理は行われない。また、モニタ画面９ａにおける座標Ｘ１および座標Ｘ２は、表示変更部３６ｃに設けられた図示しないメモリ等に記録された値であり、例えば、術者が内視鏡挿入形状検出装置８の操作パネル８ａを操作することにより、所望の値に変更されるような値であっても良いし、また、予め設定された固定の値であっても良い。

また、例えば、術者が挿入部１１を体腔内の深部に挿入する際に、挿入部１１の挿入形状が、図７に示すような挿入形状図形として描出される場合がある。そのような場合、表示変更部３６ｃは、モニタ画面９ａに描出される挿入形状図形の全体が、図７に示すような、モニタ画面９ａ内における枠Ａ内の領域である第２の領域内に描出されているかどうかを判定する（図４のステップＳ５）。この判定は、例えば、画像の画素値の差に基づき、モニタ画面９ａの枠Ａの範囲外に挿入形状図形があるか否かを検出することによって行われる。なお、図７において、点線により描かれた枠Ａは、第２の領域を示すための仮想的なものであるため、実際にはモニタ画面９ａには表示されないものとする。

前記判定の結果により、モニタ画面９ａに描出される挿入形状図形の少なくとも一部が第２の領域外に描出されていることが検出されると、表示変更部３６ｃは、該挿入形状図形の全体がモニタ画面９ａ内における枠Ｂ内の領域である第３の領域内に描出されるように、メモリ部３６ｂに記録された挿入形状図形信号に基づいて該挿入形状図形の全体の拡大率を変更する、第２の表示変更処理である描出サイズ変更処理を行い（図４のステップＳ６）、描出サイズ変更処理が行われた後の挿入形状図形信号を出力する。なお、図８において、点線により描かれた枠Ｂは、第３の領域を示すための仮想的なものであるため、実際にはモニタ画面９ａには表示されないものとする。

モニタ駆動部３９が表示変更部３６ｃから出力された挿入形状図形信号に基づいてモニタ９を駆動させると、モニタ画面９ａには、例えば、図８に示すような、描出サイズが変更された後の挿入部１１の挿入形状図形が描出される（図４のステップＳ７）。なお、モニタ画面９ａに描出される挿入形状図形の全体が、図７に示すような、枠Ａ内の領域に描出されている場合においては、前述したような描出サイズ変更処理は行われない。また、モニタ画面９ａにおける枠Ａおよび枠Ｂは、表示変更部３６ｃに設けられた図示しないメモリ等に記録された領域であり、例えば、術者が内視鏡挿入形状検出装置８の操作パネル８ａを操作することにより、所望の領域の広さ、所望の位置等に変更することが可能な領域であっても良いし、また、予め設定された固定の領域であっても良い。

本実施形態の内視鏡挿入形状検出装置８は、前述したように、挿入部１１の挿入形状図形の基端側の中心部がモニタ画面９ａの第１の領域外に描出された場合には、該挿入形状図形に対して描出位置変更処理を行うことにより、該挿入形状図形の全体を第１の領域内に描出することができる。また、本実施形態の内視鏡挿入形状検出装置８は、前述したように、挿入部１１の挿入形状図形の少なくとも一部がモニタ画面９ａの第２の領域外に描出された場合には、該挿入形状図形に対して描出サイズ変更処理を行うことにより、該挿入形状図形の全体を、第２の領域より狭い第３の領域内に描出することができる。本実施形態の内視鏡挿入形状検出装置８が有するこのような効果により、術者は、内視鏡３の挿入操作を従来に比べてスムーズに行うことができる。

本実施形態に係る内視鏡システムの全体構成を示す図。 本実施形態に係る内視鏡挿入形状検出装置の内部構成を示すブロック図。 本実施形態に係る内視鏡挿入形状検出装置がモニタ画面に描出する挿入形状図形の一例を示す図。 本実施形態に係る内視鏡挿入形状検出装置が行う制御の内容を示すフローチャート。 挿入部の挿入形状図形がモニタ画面の第１の所定の領域外に描出された状態を示す図。 図５に示す挿入形状図形に対して、第１の表示変更処理が行われた後の状態を示す図。 挿入部の挿入形状図形がモニタ画面の第２の領域外に描出された状態を示す図。 図７に示す挿入形状図形に対して、第２の表示変更処理が行われた後の状態を示す図。

符号の説明

１ 内視鏡システム、２ 患者、３ 内視鏡、４ ビデオプロセッサ、５ モニタ、６ 挿入形状検出用プローブ、７ ベッド、８ 内視鏡挿入形状検出装置、８ａ 操作パネル、９ モニタ、９ａ モニタ画面、１１ 挿入部、１２ 操作部、１３ ユニバーサルコード、１４ 先端部、１５ 対物光学系、１６ ＣＣＤ、１７ 信号線、１８ プローブ挿入口、１９ プローブ用チャンネル、２１ ソースコイル、２２ ケーブル、２３ コイルユニット、３１ ソースコイル駆動部、３２ ソースコイル制御部、３３ 信号検出部、３４ 信号記録部、３５ ソースコイル位置解析部、３６ 画像生成部、３６ａ 挿入形状画像生成部、３６ｂ メモリ部、３６ｃ 表示変更部、３９ モニタ駆動部
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (2)

1. 被検体内へ挿入される内視鏡の挿入部の挿入形状を検出する検出部と、
   前記検出部により検出された挿入形状を挿入形状図形として図形化して表示部に描出させるための画像信号を生成する挿入形状画像生成部と、
   前記挿入形状画像生成部により生成された前記画像信号の画素値の差に基づき、前記表示部の表示領域内において仮想的に設定した第１の所定の領域外に前記挿入形状図形の基端側の中心部が描出されているか否かを判定し、さらに、前記第１の所定の領域外に前記挿入形状図形の基端側の中心部が描出されているとの判定結果を得た場合に、前記挿入形状図形の基端側の中心部が、前記第１の所定の領域内に含まれる前記表示領域の横軸の中心部に描出されるように前記挿入形状図形の描出位置を変更する、第１の表示変更処理を前記画像信号に対して施す表示変更部と、
   を有することを特徴とする内視鏡挿入形状検出装置。
2. 前記表示変更部は、前記挿入形状画像生成部により生成された前記画像信号に基づき、前記表示部の表示領域内において仮想的に設定した第２の所定の領域外に前記挿入形状図形の少なくとも一部が描出されているか否かを判定し、さらに、前記第２の所定の領域外に前記挿入形状図形の少なくとも一部が描出されているとの判定結果を得た場合に、前記挿入形状図形の全体が前記第２の所定の領域よりも狭い第３の所定の領域内に描出されるように、前記挿入形状図形の拡大率を変更する第２の表示変更処理を前記画像信号に対して施すことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡挿入形状検出装置。

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