JP5011057B2 - 内視鏡形状解析装置 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡形状解析装置に関し、特に、複数箇所の座標値を検出する座標取得手段を有する内視鏡形状解析装置に関する。

内視鏡は、体腔内の管腔である被検部に外部から細長の可撓性を有する挿入部を挿入して該被検部を観察したり、必要とする処置が行えるようになっている。ところで、前記体腔内の管腔は、大腸や小腸に見られるが如く曲がっており、挿入した内視鏡挿入部がどの位置まで挿入されているのか、或いはどのような形状になっているのかは術者にとっては容易に分からない。そのため、従来は内視鏡挿入部を挿入した被検体部に外部からＸ線を照射して挿入部の管腔への挿入位置、挿入形伏等の挿入状態を検出している。しかし、前記Ｘ線は人体に対し無害なわけではなく、しかも照射場所も限られており、内視鏡挿入部の挿入状態を検出する手段としては必ずしも好ましいものではない。

そこで、人体への生理的な悪影響を及ぼすことなく、内視鏡挿入部に複数の磁界発生素子を配設し、体腔外の磁界検知手段を用いることで、内視鏡挿入部の体腔内管腔への挿入状態を検出できるようにした内視鏡やカテ−テルの挿入状態検出装置及び検出方法が提案されている。

また、特開２００３−２４５２４２号公報には、内視鏡挿入部の形状を測定するために内視鏡挿入部に配設される磁界発生素子の数は有限であるため、センサ間の挿入部の位置を補間処理により補う方法が開示されている。
特開２０００−１７５８６１号公報 特開２００３−２４５２４２号公報

特開２０００−１７５８６１号公報に開示された内視鏡形状検出装置は、内視鏡挿入部に配設された複数の磁界発生素子と、体腔外の磁界検知手段との組み合わせにより内視鏡挿入部の形状を検出している。

図１４は、内視鏡形状検出装置による内視鏡形状の検出を説明するための図である。

図１４（Ａ）に示すように、内視鏡形状検出装置は、内視鏡挿入部に配設された複数の磁界発生素子と、体腔外の磁界検知手段との組み合わせにより、例えば８個の磁界発生素子Ｃ１〜Ｃ８の各々の３次元座標を取得することができる。そして、内視鏡形状検出装置は、図１４（Ｂ）に示すように、各座標点を補間することで内視鏡挿入部の形状を検知することができる。しかし、磁界発生素子と磁界検知手段との組み合わせによる位置情報検出には誤差が生じることがある。

そして、位置情報検出誤差のために、ループ発生箇所において、ループの巻き方を誤って表示してしまう、すなわち、発生したループの巻き方を誤って逆方向に表示してしまうことがあった。しかし、ループの巻き方向という位置情報は術者にとり非常に重要である。なぜなら、図１５に示すように、ループの巻き方によりループを解消するために、術者が操作する挿入部の回転方向が異なるためである。

図１５（Ａ）は内視鏡挿入部２０の先端側２０ａが基端部側２０ｂよりも術者にとり手前にあるループを示している。図１５（Ａ）に示したループを解消するには、術者は挿入部の基端部側２０ｂを時計回りに回転する必要がある。これに対して、図１５（Ｂ）に示したループは内視鏡挿入部２０の先端側２０ａが基端部側２０ｂよりも術者にとり後側にある。図１５（Ｂ）に示したループを解消するには、術者は挿入部の基端部側２０ｂを反時計回りに回転する必要がある。

内視鏡挿入部のループの巻き方が、誤って逆に表示される位置表示誤り現象は、「すり抜け」と呼ばれている。例えば、先端部側の挿入部が基端部側の挿入部より術者に近い位置にある状態（図１５（Ａ））から、先端部側の挿入部が基端部側の挿入部より術者に遠い位置にある状態（図１５（Ｂ））に変化することは、あたかも、先端部側の挿入部が基端部側の挿入部をすり抜けていったように見えるためである。

さらに、図１６に示すように、内視鏡形状表示が誤り無く正しく表示されていても、ループの交差部においては、先端部側の挿入部と基端部側の挿入部のどちらが術者に近い位置にあるかの判別が困難となる場合がある。このループの交差部における識別困難現象は２次元の表示画面上で３次元の内視鏡形状を表示しているために発生する現象である。

内視鏡形状解析装置の位置表示誤り（すり抜け）現象およびループの交差部における識別困難現象は、術者の誤った内視鏡操作を招く可能があり、内視鏡形状の識別性の高い内視鏡形状解析装置が望まれていた。

本発明は、内視鏡形状の識別性の高い内視鏡形状解析装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の第１の内視鏡形状解析装置は、被検体に挿入された内視鏡挿入部の挿入形状を検出するための、当該挿入部先端から挿入部形状に沿って順に位置する複数の検出点に対応した複数の座標値を取得する座標取得手段と、取得した前記複数の座標値を時系列に沿って記憶する記憶手段と、前記複数の座標値に基づいて前記内視鏡挿入部を表示手段に表示するための画像信号を生成する表示制御手段と、前記複数の検出点のうち、任意の所定時刻における、任意の前記挿入部に沿って隣り合う検出点を両端とする線分を含む直線を第１の直線とした際、任意の、前記挿入部に沿って隣り合う検出点を両端とする線分を含む直線であって、かつ、前記第１の直線における前記線分の両端の検出点のうちいずれか一方の検出点を両端とする線分を含む直線を除いた直線のうち、前記第１の直線に対して最短距離に位置する直線を第２の直線として設定する直線設定手段と、前記記憶手段に記憶された時系列に沿った前記複数の座標値の情報から、前記任意の所定時刻における前記第１の直線および前記第２の直線の位置情報を取得すると共に、前記任意の所定時刻よりも過去の時刻における当該第１の直線および当該第２の直線の位置情報を取得し、かつ、当該過去の時刻における前記第２の直線を第３の直線とした際、前記任意の所定時刻における前記第２の直線の座標位置に対する前記第３の直線の相対的な座標位置を算出する座標変換手段と、前記座標変換手段において取得または算出された、前記任意の所定時刻における前記第１の直線の位置および前記第２の直線の位置、並びに、前記過去の時刻における前記第３の直線の位置それぞれの位置関係に基づいて、前記表示手段に表示された前記内視鏡挿入部の位置表示の誤りの有無を判断する判断手段と、前記判断手段の判断に基づいて、前記第２の直線における前記線分の両端点を移動することにより、前記記憶手段に記憶する当該第２の直線に係る座標情報を修正する修正手段と、を具備したことを特徴とする。
また、本発明の第２の内視鏡形状解析装置は、被検体に挿入された内視鏡挿入部の挿入形状を検出するための、当該挿入部先端から挿入部形状に沿って順に位置する複数の検出点に対応した複数の座標値を取得する座標取得手段と、取得した前記複数の座標値を時系列に沿って記憶する記憶手段と、前記複数の座標値に基づいて前記内視鏡挿入部を表示手段に表示するための画像信号を生成する表示制御手段と、前記複数の検出点のうち、任意の所定時刻における、任意の前記挿入部に沿って隣り合う検出点を両端とする線分を含む直線を第１の直線とした際、任意の、前記挿入部に沿って隣り合う検出点を両端とする線分を含む直線であって、かつ、前記第１の直線における前記線分の両端の検出点のうちいずれか一方の検出点を両端とする線分を含む直線を除いた直線のうち、前記第１の直線に対して最短距離に位置する直線を第２の直線として設定する直線設定手段と、前記記憶手段に記憶された時系列に沿った前記複数の座標値の情報から、前記任意の所定時刻における前記第１の直線および前記第２の直線の位置情報を取得すると共に、前記任意の所定時刻よりも過去の時刻における当該第１の直線および当該第２の直線の位置情報を取得し、かつ、当該過去の時刻における前記第２の直線を第３の直線とした際、前記任意の所定時刻における前記第２の直線の座標位置に対する前記第３の直線の相対的な座標位置を算出する座標変換手段と、前記座標変換手段において取得または算出された、前記任意の所定時刻における前記第１の直線の位置および前記第２の直線の位置、並びに、前記過去の時刻における前記第３の直線の位置それぞれの位置関係に基づいて、前記表示手段に表示された前記内視鏡挿入部の位置表示の誤りの有無を判断する判断手段と、前記判断手段の判断に基づいて、前記第２の直線における前記線分の両端点間に仮想座標を内挿することにより、前記記憶手段に記憶する当該第２の直線に係る座標情報を修正する修正手段と、を具備したことを特徴とする。

本発明は、内視鏡形状の識別性の高い内視鏡形状解析装置を提供するものである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態の内視鏡形状解析装置１の構成を説明するための構成図である。

図１に示すように、本実施の形態の内視鏡システム２は、内視鏡検査を行う内視鏡装置３と、この内視鏡装置３と接続され内視鏡検査の補助に用いられる内視鏡形状解析装置１とを備える。内視鏡形状解析装置１は、例えば、ベッドに横たわる患者（不図示）の体腔内に可撓性を有する細長の内視鏡挿入部２０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。なお、内視鏡システム２は、図示しない光源部、撮像素子、制御部等の通常の内視鏡機能を有する。

内視鏡挿入部２０は、先端部２０ａ、湾曲部及び可撓管とが先端部２０ａから基端部２０ｂに順次連接されて構成されている。挿入部２０には鉗子チャンネルが設けてあり、この鉗子チャンネルの挿入口から例えば複数個の磁気発生素子（またはソースコイル）３０を有するプローブを挿通することにより、挿入部２０内にソースコイル３０が設置される。あるいは、あらかじめソースコイル３０が配設された挿入部２０を有する内視鏡を用いてもよい。

このソースコイルプローブの後端から延出されたソースコイル３０と接続された配線は、端子２１を介して内視鏡形状解析装置１に接続される。そして、内視鏡形状解析装置１の座標取得手段４１から高周波信号（駆動信号）を印加することにより、ソースコイル３０は磁界を周囲に放射する。

また、患者が横たわるベット（不図示）の近傍にはソースコイル３０からの磁界をを検出する複数のセンスコイルを内蔵したセンスコイルユニット３１が配置されている。

以下、内視鏡形状解析装置１の詳細な構成について説明する。内視鏡形状解析装置１は、図１に示すように、ソースコイル３０を駆動し、センスコイルユニット３１が受信した信号から各ソースコイル３０の座標値を取得する座標取得手段４１と、取得した前記複数の座標値を、時系列的に記憶する記憶手段４２と、複数のソースコイル３０の座標値に基づいて、第１の直線Ａおよび第１の直線と位置の比較を行う第２の直線Ｂとを設定する直線設定手段４３と、記憶手段に記憶された過去の第１の直線Ａ‘と現在の第１の直線Ａとの相対的な位置関係に基づいて、過去の第２の直線Ｂ’を座標変換し第３の直線Ｂ‘’を算出する座標変換手段４４と、現在の第１の直線Ａと、前記現在の第２の直線Ｂと、第３の直線Ｂ‘’との位置関係から内視鏡挿入部の位置表示の誤りの有無を判断する判断手段４５と、判断手段４５の判断に基づいて、第２の直線Ｂを修正する修正手段５０とを有する。

また、内視鏡形状解析装置１は、各ソースコイル３０の座標値から内視鏡形状を表示するための画像および修正後の第２の直線Ｂとを表示する画像を作成する表示画像作成手段４７と、内視鏡形状を表示するための表示手段４８と、判断手段４５からの情報に基づき警告を発生する警告発生手段４６とを有する。

複数のソースコイル３０すなわち、磁界発生コイルは、内視鏡挿入部２０に所定の間隔で特定の位置に配設されている。ソースコイル３０の配設間隔は等間隔でなく、例えば、先端部側は基端部側に比べて、より密に配設してもよい。

それぞれのソースコイル３０を異なる周波数の正弦波の駆動信号電流で駆動することで、それぞれのソースコイル３０の３次元座標を区別して取得する。なお、座標取得手段４１による各ソースコイル３０の空間位置座標、すなわち３次元座標の取得方法は本出願人が先に出願した特開２０００−１７５８６１号公報等に詳細に記載しており、本実施の形態においても同様な方法により取得するため、詳細な説明は省略する。

次に、図２から図１２を用いて、本実施の形態の内視鏡形状解析装置１による表示画像の修正方法を説明する。図２は、本実施の形態の内視鏡形状解析装置１の動作の流れを説明するためのフローチャートであり、図３は直線設定手段４３の動作を説明するための説明図であり、図４および図５は、座標変換手段４４の動作を説明するための説明図であり、図６から図１２は修正手段５０の動作を説明するための説明図である。

以下、図２のフローチャートに従い内視鏡形状解析装置１による表示画像の修正方法を説明する。

＜ステップＳ１１およびステップＳ１２＞
なお、以下の説明は説明を簡単にするために、図３（Ａ）に示すような、８個のソースコイルＣ１〜Ｃ８が特定箇所に配設された挿入部２０を有する内視鏡の形状解析について説明する。

最初に、直線設定手段４３は、座標取得手段４１からの、複数の座標値に基づいて、互いに近接している第１の直線Ａおよび第２の直線とを設定する。

直線設定手段４３は、図３（Ｂ）に示すように、隣り合う各ソースコイルを結ぶ７本の直線Ｌ１〜Ｌ７を算出する。そして、例えば、図３（Ｃ）に示すように、直線設定手段４３は、選択された一の直線Ｌ３と他の直線への最小の大きさを有するベクトルである最短ベクトルを算出する。なお、直線Ｌ３と隣り合う２本の直線Ｌ２およびＬ３については隣り合う直線が交差することは無いため最短ベクトルを算出する必要がない。

さらに直線設定手段４３は、順に、７本全ての直線について算出済みのベクトルと方向のみが異なるベクトルを除いて、他の直線への各最短ベクトルを算出する。合計１５の最短ベクトルの中で、最も大きさが小さい最短ベクトルの基点となった直線Ｌ３とＬ６を、直線設定手段４３は、図３（Ｄ）に示すように、それぞれ第１の直線Ａ、第２の直線Ｂとして設定する。

なお、以下の処理において、直線Ｌ３を第２の直線Ｂ、Ｌ６を第１の直線Ａとしても最短ベクトルの方向が逆であるため、少し処理は異なるが、同様の結果が得られる。また、直線設定手段４３は全ての直線間のベクトルを算出する必要はなく、前回の直線設定時に比較的近接していた直線のみについて算出してもよい。

また、最短ベクトルを算出するの算出にあたっては、上記のように各直線を基準とする替わりに、直線の重心（中点）を基準としても良い。すなわち、各直線の中心を結ぶベクトルの中から、最小の大きさのベクトルを算出する方法である。各直線を基準とする最短ベクトルを算出する算出方法に比べて、各直線の中心点を基準とする最短ベクトルを算出する算出方法は、直線設定手段４３の負荷が小さいため、直線設定手段４３はより高速で算出処理が可能となる。

＜ステップＳ１３＞
ステップＳ１２で算出した最短ベクトルＡＢの大きさが所定値以上の場合（Ｙｅｓ）には、交差している直線が存在しないか、あるいは交差していても互いの距離が大きく離れているため、「すり抜け」現象の発生はもちろん、交差部における識別困難現象も発生する可能性は低い。このため、内視鏡形状解析装置１は、問題なしと判断する。

すなわち、「すり抜け」現象および識別困難現象は、内視鏡の直径をｄ、被検体壁（腸壁）の厚さをｔとした時に、前述の最短ベクトルの大きさＦが以下の式で示される関係の場合に発生するからである。

Ｆ≦Ｋ＝ｋ×（ｄ＋２ｔ）
ここで、ｋは、処置の内容および内視鏡形状解析装置１の位置情報検出誤差の程度により異なるが、５以下であり、好ましくは３以下である。前記範囲以上では、上記現象が発生することはない。隣り合う挿入部２０間の距離が十分に離れているためである。

＜ステップＳ１４＞
ステップＳ１３で、最短ベクトルＡＢの大きさＦが所定値未満の場合（Ｎｏ）には、内視鏡形状解析装置１は、直線Ｂを識別困難現象が発生する可能性のある判定対象として、直線Ｂを修正対象として処理を行うために、ステップＳ１５以降の処理、すなわち、「すりぬけ」現象の発生の有無の判断を行う。この判断手段４５の「すりぬけ」現象の発生の有無の判断に基づいて、修正手段５０は第２の直線を修正を行う。

＜ステップＳ１５＞
座標変換手段４４は、直線設定手段が設定した２本の直線（第１の直線および第２の直線）の両端の各ソースコイルの過去の座標値を記憶手段４２から取得する。

＜ステップＳ１６＞
座標変換手段４４は、第１の直線Ａの移動に関する変換関数を生成する。

以下、図４（Ａ）に示す現在の状態の第１の直線Ａと第２の直線Ｂに対して、過去の第１の直線Ａ‘と第２の直線Ｂ’が図４（Ｂ）に示す状態であった場合を例に説明する。第１の直線ＡおよびＡ‘はソースコイルＣ（ｉ）とＣ（ｉ＋１）、第２の直線ＢおよびＢ’はソースコイルＣ（ｊ）とＣ（ｊ＋１）のそれぞれが検出した座標値を結ぶ直線である。

すなわち、第１の直線ＡおよびＡ‘についてみると、ソースコイルＣ（ｉ）とＣ（ｉ＋１）は共に移動している。移動はソースコイルＣ（ｉ）とＣ（ｉ＋１）を結ぶベクトルＣ（ｉ）Ｃ（ｉ＋１）の重心（中心）の平行移動と回転移動であり、変換関数で表現することができる。

変換に用いる変換関数としては、例えば、クォータニオン（Quaternion）を用いることができる。クォータニオンは四元数であり、２つのベクトルｐおよびｑの関係を示すクォータニオンは、以下の手順で生成する。すなわち、最初に、ベクトルｐとベクトルｑの外積ｒを求める。ここで、外積ｒはベクトルｐおよびベクトルｑに直交する。次に、ベクトルｐとベクトルｑのなす角度θを内積により求める。そして、外積ｒを軸としてθだけ回転するクォータニオンを生成する。

＜ステップＳ１７＞
座標変換手段４４は、図４（Ｃ）に示すように、過去の第２の直線Ｂ’をステップＳ１５で生成した第１の直線Ａの移動に関する変換関数で、現在の第１の直線Ａを基準とした基準座標系に変換し、第３の直線Ｂ‘’を算出する。言い換えれば、座標変換手段４４は、記憶手段４２に記憶された過去の第１の直線Ａ‘と現在の第１の直線Ａとの相対的な位置関係に基づいて、過去の第２の直線Ｂ’を座標変換し第３の直線Ｂ‘’を算出する。この、第３の直線Ｂ‘’は、第１の直線Ａが全く移動しなかった状態での、過去の第２の直線Ｂ‘の位置を示している。

すなわち、図４（Ｃ）に示すように、第１の直線Ａに対して、第２の直線Ｂは第３の直線Ｂ’‘の位置から現在の位置に移動していることが解る。

判断手段４５は、図４（Ｃ）に示す、第１の直線Ａと第２の直線Ｂと第３の直線Ｂ’‘との位置から、「すり抜け」現象の発生の有無を判断する。

＜ステップＳ１８＞
判断手段４５は、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、現在の第２の直線Ｂの両端部と第３の直線Ｂ‘’の両端部の４点のうちのいずれか３点を頂点とする三角形を求める。ここで、第２の直線Ｂの両端部と第３の直線Ｂ‘’の両端部の４点のうちのいずれか３点を頂点とする三角形は、図５（Ａ）および図５（Ｂ）においてＴ１〜Ｔ４で示すように、４個ある。

＜ステップＳ１９＞
本実施の形態の内視鏡形状解析装置１の判断手段４５は、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、現在の第２の直線Ｂの両端部と第３の直線Ｂ‘’の両端部の４点のうちのいずれか３点を頂点とする４つの三角形のいずれかを、現在の第１の直線Ａが貫通している場合（Ｙｅｓ）に、内視鏡挿入部の位置表示に誤りが有ると判断する（ステップＳ２０）。反対に、判断手段４５は４つの三角形の全てが現在の第１の直線Ａが貫通していない場合（Ｎｏ）に、内視鏡挿入部の位置表示に誤りは無いと判断する（ステップＳ２２）。

すなわち、判断手段４５は、第１の直線Ａが、４個の三角形（Ｔ１〜Ｔ４）のうちの１個以上の平面を貫通していた場合には、「すり抜け」現象が発生していると判断する。

なお、判断手段４５からの「すり抜け」現象の発生の情報に基づき、警告発生手段４６は術者に発生を知らせるために、警告を発生してもよい。

＜ステップＳ２１＞
修正手段５０は、判断手段４５が内視鏡挿入部の位置表示の誤りが発生したと判断した場合には、修正手段５０は、修正方法１による直線Ｂの修正を行う。修正方法１は、最短ベクトルの方向と逆方向に、第２の直線Ｂの端点を移動する修正方法である。修正方法１による直線Ｂの端点を移動量は、最短ベクトルＡＢの大きさＦに所定値を加算した量となる。ここで、所定値はステップＳ１３の所定値Ｋと同じ値を使用することができるが、異なる値でも良い。すなわち、直線Ｂは直線Ａから所定値の大きさの最短ベクトルを有する直線に修正される。

＜ステップＳ２２＞
修正手段５０は、判断手段４５が内視鏡挿入部の位置表示の誤りが発生していないと判断した場合には、修正手段５０は、修正方法２による直線Ｂの修正を行う。修正方法２は、最短ベクトルの方向に、第２の直線Ｂの端点を移動する修正方法である。修正方法２による直線Ｂの端点を移動量は、所定値から最短ベクトルＡＢの大きさＦを減算した量となる。ここで、所定値はステップＳ１３の所定値と同じ値を使用することができるが、異なる値でも良い。すなわち、直線Ｂは直線Ａから所定値の大きさの最短ベクトルを有する直線に修正される。

以下、図６から図８を用いて、修正手段５０による修正方法について説明する。図６は、直線Ａ、Ｂが互いに近接していない場合の説明図であり、図７は直線Ａ、Ｂが互いに近接しているが、「すり抜け」現象が未発生の場合の修正方法２を説明するための説明図であり、図８は、「すり抜け」現象が発生の場合の修正方法１を説明するための説明図である。

図６は、直線Ａ、Ｂ間の最短ベクトルＡＢの大きさＦが所定値Ｋ以上の場合であり、図６（Ａ）は３次元空間上の直線Ａおよび直線Ｂを示した図であり、図６（Ｂ）は、最短ベクトルＡＢを含む平面における直線Ａおよび直線Ｂを示した図である。直線Ａと直線Ｂとの距離が大きく離れているため、交差部における識別困難現象も発生する可能性は低い。このため、内視鏡形状解析装置１は、問題なしと判断し、以降の処理は行わない。

図７は、直線Ａ、Ｂ間の最短ベクトルＡＢの大きさＦが所定値Ｋ未満であるが、位置表示の誤りが発生していないの場合の修正方法２を説明するための説明である。図７（Ａ）は３次元空間上の直線Ａ、直線Ｂおよび修正後の直線ｂを示した図であり、図７（Ｂ）は、最短ベクトルＡＢを含む平面における直線Ａ、直線Ｂおよび修正後の直線ｂを示した図である。修正手段５０は、直線Ａと直線Ｂとは近接しており、識別困難現象が発生する可能性があるため、直線Ｂを直線Ａから遠ざける修正を行う。位置表示の誤りが発生していないため、修正方法２による修正であり、直線Ｂの端点を移動量は、所定値から最短ベクトルＡＢの大きさＦを減算した量、すなわち（Ｋ−Ｆ）となる。

図８は、直線Ａ、Ｂ間の最短ベクトルＡＢの大きさＦが所定値Ｋ未満であり、かつ、位置表示の誤りが発生している場合の修正方法１を説明するための説明である。図８（Ａ）は３次元空間上の直線Ａ、直線Ｂおよび修正後の直線ｂを示した図であり、図８（Ｂ）は、最短ベクトルＡＢを含む平面における直線Ａ、直線Ｂおよび修正後の直線ｂを示した図である。修正手段５０は、直線Ａと直線Ｂとは近接しており、識別困難現象が発生する可能性があるため、直線Ｂを直線Ａから遠ざける修正を行う。位置表示の誤りが発生しているため、修正方法１による修正であり、直線Ｂの端点を移動量は、所定値に最短ベクトルＡＢの大きさＦを加算した量、すなわち（Ｋ＋Ｆ）となる。

直線Ｂの修正方法としては、図９および図１０に示すように、直線Ｂの両端部の２つのソースコイルＣ（ｊ）およびＣ（ｊ＋１）の座標を上記で説明した所定の座標に移動することが好ましい。なお、２つのソースコイルＣ（ｊ）およびＣ（ｊ＋１）の移動は、直線Ｂだけでなく、直線Ｂと接続している２本の直線、言い換えれば、ソースコイルＣ（ｊ）およびＣ（ｊ＋１）を共用している２本の直線も同時に移動することを意味する。

なお、直線Ｂの修正方法としては、図１１および図１２に示すように、第２の直線Ｂの端点間に仮想のソースコイルＣ（ｋ）を内挿、すなわち、仮想座標を内挿する方法も用いることができる。この場合には直線Ｂは修正され２本の直線ｂ１およびｂ２になる。しかし、図１２に示すように１個の仮想のソースコイルＣ（ｋ）を設ける修正方法では、直線Ｂと接続している直線Ｃ等と不自然な形状となる、すなわち修正が破綻を生じることもある。このため、仮想のソースコイルＣ（ｋ）を設ける場合には２個以上の仮想のソースコイルを設けることが好ましい。

また、修正手段５０が第２の直線Ｂを修正した場合には、表示されている内視鏡形状が修正がある形状であることを術者に通知することが好ましい。この通知方法としては、例えば、表示手段４８の表示画面上に特定のマークを表示することや、修正された直線Ｂを特別な色で表示する等の方法を用いることができる。

更に、内視鏡形状解析装置１は、識別性を高めるために、図１３に示すように、第１の直線Ａと第２の直線Ｂの少なくとも最短ベクトルＡＢの端点周辺の表示色または／かつ表示明るさを異ならせる表示画像作成手段４７を有することが好ましい。図１０７は表示手段４８の表示画面４８ａの一例を示した図である。少なくとも最短ベクトルＡＢの端点周辺の第１の直線Ａと第２の直線Ｂとは、表示画面における挿入部２０の交差部分の周辺であり、第１の直線Ａと第２の直線Ｂの全部の表示色または／かつ表示明るさを異ならせてもよい。なお、ここでの、第１の直線Ａおよび第２の直線Ｂとは、表示画像作成手段４７が挿入部形状の画像を形成する際に使用する４つの座標点を明示するためのものであり、実際に表示画面に表示される画像は第１の直線Ａおよび第２の直線Ｂそのものではなく、図１３に示すような第１の直線Ａおよび第２の直線Ｂが補間処理された曲線であっても同様である。

なお、表示画像作成手段４７は、上記のステップ１３において所定値未満の場合に設定された第１の直線Ａと第２の直線Ｂについて上記の表示色等を異なる形態とする処理を行うが、上記のステップ１３とは異なる判断基準により処理を行ってもよい。

挿入部２０の交差している部分の表示色または／かつ表示明るさを互いに異ならせることで、交差部分における挿入部２０の前後関係が術者に明瞭に識別することができるようになる。

本実施の形態の内視鏡形状解析装置１は、内視鏡挿入部の形状を識別性の高い形状に修正する。特に、位置表示の誤りの有無の判断に基づき、修正を行うために修正の誤りがない。

なお、内視鏡形状解析装置１は、コイル間直線の間の最短ベクトルの大きさが十分に小さい場合には交差関係を正確に特定することは困難である。このため、内視鏡形状解析装置１は、コイル間直線の最短ベクトルの大きさが十分な大きさになるまでは、上記処理を停止しておくことが好ましい。また、術者の操作段階により、「すり抜け」現象が発生する可能性がない場合には、やはり上記処理を停止しておくことが好ましい。すなわち、必要に応じて術者は上記処理を開始および停止することができる。

本実施の形態の内視鏡形状解析装置１は、内視鏡挿入部２０の過去の位置情報と、現在の位置情報とを元に位置表示誤りの発生を判断する。このため、内視鏡形状解析装置１は内視鏡挿入部２０の位置表示誤りの発生を確実に発見することができる。

本実施の形態の内視鏡形状解析装置１は、内視鏡挿入部２０の過去の位置情報と、現在の位置情報とを元に位置表示誤りの発生を判断する。このため、内視鏡形状解析装置１は内視鏡挿入部２０の位置表示誤りの発生を確実に発見することができる。また、内視鏡形状解析装置１は、ベクトルを基に位置表示誤りの発生を判定するため、処理が容易である。

＜変形例１＞
以下、上記実施の形態の内視鏡形状解析装置１の変形例として、異なる方法による内視鏡挿入部の位置表示誤り、すなわち「すり抜け」現象発生の有無の判断方法を用いる内視鏡形状解析装置１について説明する。

本変形例においては、内視鏡形状解析装置１は、内視鏡挿入部の位置表示誤りの有無を判断するために、まず、直線Ａと直線Ｂの最短ベクトルＡＢと、直線Ａと直線‘’の最短ベクトルＡＢ‘’を算出する。そして、さらに、内視鏡形状解析装置１は、ベクトルＡＢおよびベクトルＡＢ‘’がなす角度θ３を算出する。そして、判断手段４５は、この角度θ３に基づき「すり抜け」現象の発生の有無を判断する。θ３が９０度以上の場合に、「すり抜け」現象が発生していると判断する。つまり、判断手段４５は、２つのベクトルがなす角度θ３が９０度以上の場合に内視鏡挿入部の位置表示に誤りがあると判断する。

すなわち、本変形例の内視鏡形状解析装置１の判断手段４５は、現在の第１の直線Ａから現在の第２の直線Ｂへの最短長の第１のベクトルであるベクトルＡＢと、現在の第１の直線Ａから第３の直線Ｂ‘’への最短長の第２のベクトルであるベクトルＡＢ‘’とがなす角度に基づいて、内視鏡挿入部の位置表示の誤りの有無を判断する。

なお、判断手段は４５、第１の直線Ａに隣接する２本の直線のうちの一の直線である直線Ｃが、第１の直線Ａの移動に関する変換関数による座標変換後に、第２のベクトルであるベクトルＡＢ‘’よりも短く現在の第１の直線Ａからの最短長の第３のベクトルであるベクトルＡＣ‘’を有する場合には、第１のベクトルであるベクトルＡＢと第３のベクトルであるベクトルＡＣ‘’とがなす角度θ４に基づいて、内視鏡挿入部２０の位置表示の誤りの有無を判断してもよい。

本変形例の内視鏡形状解析装置１は、ポリゴンによる貫通判定を用いる上記実施の形態の内視鏡形状解析装置１が有する効果に加えて、上記実施の形態の内視鏡形状解析装置１よりも高速で処理が可能である。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

内視鏡形状解析装置の構成を説明するための構成図である。 内視鏡形状解析装置の動作の流れを説明するためのフローチャートである。 直線設定手段の動作を説明するための説明図である。 座標変換手段の動作を説明するための説明図である。 座標変換手段の動作を説明するための説明図である。 修正手段の動作を説明するための説明図である。 修正手段の動作を説明するための説明図である。 修正手段の動作を説明するための説明図である。 修正手段の動作を説明するための説明図である。 修正手段の動作を説明するための説明図である。 修正手段の動作を説明するための説明図である。 修正手段の動作を説明するための説明図である。 修正手段の動作を説明するための説明図である。 内視鏡形状検出装置による内視鏡形状の検出を説明するための図である。 内視鏡挿入部のループの巻き方とループ解消方法を説明するための図である。 内視鏡挿入部のループ交差部の表示の例を示した図である。

符号の説明

１…内視鏡形状解析装置、２…内視鏡システム、３…内視鏡装置、２０…挿入部、２０ａ…先端部、２０ｂ…基端部、２１…端子、３０…ソースコイル、３１…センスコイルユニット、４１…座標取得手段、４２…記憶手段、４３…直線設定手段、４４…座標変換手段、４５…判断手段、４７…表示画像作成手段、４８…表示手段、５０…修正手段

Claims (10)

1. 被検体に挿入された内視鏡挿入部の挿入形状を検出するための、当該挿入部先端から挿入部形状に沿って順に位置する複数の検出点に対応した複数の座標値を取得する座標取得手段と、
   取得した前記複数の座標値を時系列に沿って記憶する記憶手段と、
   前記複数の座標値に基づいて前記内視鏡挿入部を表示手段に表示するための画像信号を生成する表示制御手段と、
   前記複数の検出点のうち、任意の所定時刻における、任意の前記挿入部に沿って隣り合う検出点を両端とする線分を含む直線を第１の直線とした際、任意の、前記挿入部に沿って隣り合う検出点を両端とする線分を含む直線であって、かつ、前記第１の直線における前記線分の両端の検出点のうちいずれか一方の検出点を両端とする線分を含む直線を除いた直線のうち、前記第１の直線に対して最短距離に位置する直線を第２の直線として設定する直線設定手段と、
   前記記憶手段に記憶された時系列に沿った前記複数の座標値の情報から、前記任意の所定時刻における前記第１の直線および前記第２の直線の位置情報を取得すると共に、前記任意の所定時刻よりも過去の時刻における当該第１の直線および当該第２の直線の位置情報を取得し、かつ、当該過去の時刻における前記第２の直線を第３の直線とした際、前記任意の所定時刻における前記第２の直線の座標位置に対する前記第３の直線の相対的な座標位置を算出する座標変換手段と、
   前記座標変換手段において取得または算出された、前記任意の所定時刻における前記第１の直線の位置および前記第２の直線の位置、並びに、前記過去の時刻における前記第３の直線の位置それぞれの位置関係に基づいて、前記表示手段に表示された前記内視鏡挿入部の位置表示の誤りの有無を判断する判断手段と、
   前記判断手段の判断に基づいて、前記第２の直線における前記線分の両端点を移動することにより、前記記憶手段に記憶する当該第２の直線に係る座標情報を修正する修正手段と、
   を具備したことを特徴とする内視鏡形状解析装置。
2. 被検体に挿入された内視鏡挿入部の挿入形状を検出するための、当該挿入部先端から挿入部形状に沿って順に位置する複数の検出点に対応した複数の座標値を取得する座標取得手段と、
   取得した前記複数の座標値を時系列に沿って記憶する記憶手段と、
   前記複数の座標値に基づいて前記内視鏡挿入部を表示手段に表示するための画像信号を生成する表示制御手段と、
   前記複数の検出点のうち、任意の所定時刻における、任意の前記挿入部に沿って隣り合う検出点を両端とする線分を含む直線を第１の直線とした際、任意の、前記挿入部に沿って隣り合う検出点を両端とする線分を含む直線であって、かつ、前記第１の直線における前記線分の両端の検出点のうちいずれか一方の検出点を両端とする線分を含む直線を除いた直線のうち、前記第１の直線に対して最短距離に位置する直線を第２の直線として設定する直線設定手段と、
   前記記憶手段に記憶された時系列に沿った前記複数の座標値の情報から、前記任意の所定時刻における前記第１の直線および前記第２の直線の位置情報を取得すると共に、前記任意の所定時刻よりも過去の時刻における当該第１の直線および当該第２の直線の位置情報を取得し、かつ、当該過去の時刻における前記第２の直線を第３の直線とした際、前記任意の所定時刻における前記第２の直線の座標位置に対する前記第３の直線の相対的な座標位置を算出する座標変換手段と、
   前記座標変換手段において取得または算出された、前記任意の所定時刻における前記第１の直線の位置および前記第２の直線の位置、並びに、前記過去の時刻における前記第３の直線の位置それぞれの位置関係に基づいて、前記表示手段に表示された前記内視鏡挿入部の位置表示の誤りの有無を判断する判断手段と、
   前記判断手段の判断に基づいて、前記第２の直線における前記線分の両端点間に仮想座標を内挿することにより、前記記憶手段に記憶する当該第２の直線に係る座標情報を修正する修正手段と、
   を具備したことを特徴とする内視鏡形状解析装置。
3. 前記判断手段は、前記任意の所定時刻における前記第２の直線の前記線分の両端点と前記過去の時刻における前記第３の直線の前記線分の両端点の４点のうちのいずれか３点を頂点とする三角形のいずれかを、前記任意の所定時刻における前記第１の直線が貫通している場合に、前記内視鏡挿入部の位置表示に誤りが有ると判断することを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡形状解析装置。
4. 前記判断手段は、前記任意の所定時刻における前記第１の直線から同所定時刻における前記第２の直線に対する長さを有する第１のベクトルと、前記過去の時刻における前記第１の直線から同過去の時刻における前記第３の直線に対する長さを有する第２のベクトルとがなす角度に基づいて、前記内視鏡挿入部の位置表示の誤りの有無を判断することを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡形状解析装置。
5. 前記判断手段は、２つのベクトルがなす前記角度が９０度以上の場合に前記内視鏡挿入部の位置表示に誤りがあると判断することを請求項４に記載の内視鏡形状解析装置。
6. 前記修正手段は、前記判断手段が前記内視鏡挿入部の位置表示の誤りが発生していないと判断した場合には、前記第１の直線と前記第２の直線と結ぶ最短距離をその大きさとし、当該最短距離部分における当該第１の直線から当該第２の直線に向けての方向をその方向とするベクトルに係る当該方向に、前記第２の直線の端点を移動することを特徴とする請求項１，３−５のいずれか一項に記載の内視鏡形状解析装置。
7. 前記修正手段は、前記判断手段が前記内視鏡挿入部の位置表示の誤りが発生したと判断した場合には、前記第１の直線と前記第２の直線と結ぶ最短距離をその大きさとし、当該最短距離部分における当該第１の直線から当該第２の直線に向けての方向をその方向とするベクトルに係る当該方向とは逆方向に、前記第２の直線の端点を移動することを特徴とする請求項１，３−５のいずれか一項に記載の内視鏡形状解析装置。
8. 前記修正手段は、前記判断手段が前記内視鏡挿入部の位置表示の誤りが発生したと判断した場合には、前記第２の直線の端点間における、前記第１の直線と前記第２の直線と結ぶ最短距離をその大きさとし、当該最短距離部分における当該第１の直線から当該第２の直線に向けての方向をその方向とするベクトルに係る当該方向と逆方向に仮想座標を内挿することを特徴とする請求項２，３−５のいずれか一項に記載の内視鏡形状解析装置。
9. 前記第１の直線と前記第２の直線と結ぶ最短距離をその大きさとし、当該最短距離部分における当該第１の直線から当該第２の直線に向けての方向をその方向とするベクトルに係る、少なくとも当該ベクトルの端点周辺の表示色または／かつ表示明るさを異ならせる表示画像作成手段を有することを特徴とする請求項１−８のいずれか一項に記載の内視鏡形状解析装置。
10. 前記内視鏡挿入部は当該挿入部先端から挿入部形状に沿って順に位置する複数の磁界発生コイルを備え、前記座標取得手段は、前記磁界発生コイルにより発生する磁界を検出するセンスコイルユニットの検出信号により当該磁界発生コイルの座標値を検出することを特徴とする請求項１−９のいずれか一項に記載の内視鏡形状解析装置。

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