JP5085662B2 - 内視鏡システム - Google Patents

内視鏡システム Download PDF

Info

Publication number
JP5085662B2
JP5085662B2 JP2009543714A JP2009543714A JP5085662B2 JP 5085662 B2 JP5085662 B2 JP 5085662B2 JP 2009543714 A JP2009543714 A JP 2009543714A JP 2009543714 A JP2009543714 A JP 2009543714A JP 5085662 B2 JP5085662 B2 JP 5085662B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bending
unit
target position
distal end
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009543714A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2009069394A1 (ja
Inventor
秀樹 田中
潤 長谷川
俊夫 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Medical Systems Corp
Original Assignee
Olympus Medical Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Medical Systems Corp filed Critical Olympus Medical Systems Corp
Priority to JP2009543714A priority Critical patent/JP5085662B2/ja
Publication of JPWO2009069394A1 publication Critical patent/JPWO2009069394A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5085662B2 publication Critical patent/JP5085662B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2476—Non-optical details, e.g. housings, mountings, supports
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00002—Operational features of endoscopes
    • A61B1/00043—Operational features of endoscopes provided with output arrangements
    • A61B1/00045—Display arrangement
    • A61B1/0005—Display arrangement combining images e.g. side-by-side, superimposed or tiled
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/005—Flexible endoscopes
    • A61B1/0051—Flexible endoscopes with controlled bending of insertion part
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/042—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances characterised by a proximal camera, e.g. a CCD camera
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
    • A61B5/065—Determining position of the probe employing exclusively positioning means located on or in the probe, e.g. using position sensors arranged on the probe
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast
    • H04N7/183—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast for receiving images from a single remote source
    • H04N7/185—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast for receiving images from a single remote source from a mobile camera, e.g. for remote control
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/005—Flexible endoscopes
    • A61B1/0051—Flexible endoscopes with controlled bending of insertion part
    • A61B1/0052—Constructional details of control elements, e.g. handles

Description

本発明は、内視鏡システムに関し、特に、湾曲部を具備する内視鏡に対して湾曲制御を行うことが可能な内視鏡システムに関するものである。
内視鏡は、医療分野及び工業分野等において従来広く用いられており、例えば医療分野においては、生体組織等に対して観察及び種々の処置を行う際に用いられている。
さらに、挿入部を被検体の肛門側から挿入し、下部消化管に対して観察や種々の処置を行う場合においては、該挿入部を屈曲した管腔内に円滑に挿入するために、体腔内における該挿入部の位置及び屈曲状態（湾曲状態）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。
そして、湾曲部を有する内視鏡により取得された内視鏡画像、及び、内視鏡挿入形状検出装置により取得された該内視鏡の挿入形状画像のうち、いずれか一方の画像に対応する湾曲制御を選択及び実行可能な、日本国特開２００６−１１６２８９号公報に記載の湾曲制御装置が近年提案されている。
また、医療分野の内視鏡としては、例えば、体腔内に挿入可能な細長の挿入部と、該挿入部の先端側に設けられ、該体腔内の被写体の像を撮像可能な撮像部を具備した先端部と、該先端部に接続され、該先端部の位置及び向きを該挿入部の挿入方向に対して変更可能な湾曲部と、を具備したものが広く用いられている。
そして、前述した湾曲部の湾曲動作の補助に適用可能な技術としては、例えば、日本国特開平７−１５５２８９号公報に記載されたものがある。
日本国特開平７−１５５２８９号公報には、内視鏡により取得された画像から暗部領域を抽出した後、該内視鏡の先端部が該暗部領域の中心部へ向かって進行するように制御を行うことが可能な内視鏡装置が提案されている。
しかし、日本国特開２００６−１１６２８９号公報に記載の湾曲制御装置は、ジョイスティックの操作に応じて湾曲部の湾曲状態を制御する構成を有するものである。そのため、例えば、知識または経験に乏しい者が日本国特開２００６−１１６２８９号公報に記載の湾曲制御装置を用いたとしても、該内視鏡の先端部を管腔内の所望の位置に配置すること（または所望の方向を向くように配置すること）はなお困難である、という問題点を有している。その結果、日本国特開２００６−１１６２８９号公報に記載の湾曲制御装置においては、実際に操作を行う者（例えば術者等）の知識または経験により内視鏡の挿入性が変化してしまうという、前述の問題点に準ずる課題が生じている。
また、日本国特開２００６−１１６２８９号公報に記載の湾曲制御装置は、ジョイスティックの操作に応じて湾曲部の湾曲状態を制御する構成を有するものである。そのため、例えば、知識または経験に乏しい者が日本国特開２００６−１１６２８９号公報に記載の湾曲制御装置を用いたとしても、管腔の屈曲状態にあわせて内視鏡の湾曲部の湾曲操作を行うことはなお困難である、という問題点が生じている。その結果、日本国特開２００６−１１６２８９号公報に記載の湾曲制御装置においては、実際に操作を行う者（例えば術者等）の知識または経験により内視鏡の挿入性が変化してしまうという、前述の問題点に準ずる課題が生じている。
一方、日本国特開平７−１５５２８９号公報に記載の技術は、内視鏡の先端部を単に暗部領域の中心部へ向かって進行させてゆく構成であるため、例えば、内視鏡の先端部をひだの表側から裏側へ向けて進行させてゆくような場合において、該ひだの回避が困難な方向へ該先端部が進行してしまう場合がある、という問題点がある。その結果、日本国特開平７−１５５２８９号公報の内視鏡装置においては、先端部を所望の方向へ進行させることが困難であることにより、内視鏡の挿入性が低下してしまうという、前述の問題点に準ずる課題が生じている。
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、実際に操作を行う者の知識または経験によることなく、内視鏡の挿入操作を容易にすることのできる内視鏡システムを提供することを目的としている。
また、本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、内視鏡の挿入性を従来に比べて向上させることのできる内視鏡システム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システムは、被検体の内部に挿入される挿入部と、該挿入部の先端側に設けられ、該被検体の内部の被写体の像に応じた撮像信号を出力する撮像部を具備した先端部と、該先端部の位置及び向きを該挿入部の挿入方向に対して変更可能な湾曲部と、を有する内視鏡と、少なくとも前記先端部が存在する位置に関する情報を含む位置情報を取得する位置検出部と、前記被写体の像の画像に基づき、前記先端部の通過目標位置を設定する通過目標位置設定部と、前記位置情報及び前記通過目標位置に基づき、前記先端部が通過する経路を推定する経路推定部と、前記通過目標位置及び前記経路に基づき、前記先端部が前記経路に沿って前記通過目標位置に到達するように、前記経路上における湾曲制御目標位置を適宜設定する湾曲制御目標位置設定部と、前記湾曲制御目標位置に基づき、前記湾曲部の湾曲量及び湾曲方向に関する湾曲制御情報を算出する湾曲制御情報算出部と、を有することを特徴とする。
本発明における他の態様の内視鏡システムは、管腔の内部に挿入される挿入部と、該挿入部の先端側に設けられ、該管腔の内部の被写体の像に応じた撮像信号を出力する撮像部を具備した先端部と、該先端部の位置及び向きを該挿入部の挿入方向に対して変更可能な湾曲部と、を有する内視鏡と、前記被写体の像の２次元画像に基づき、前記管腔の３次元形状データを算出する３次元形状算出部と、前記３次元形状データに基づき、前記管腔の切断面を複数取得する切断面取得部と、前記切断面の断面形状に応じた経路点を前記切断面各々において検出し、該経路点各々と前記先端部の先端面とを少なくとも結んでなる経路を算出する経路算出部と、前記経路上において、前記先端部を通過させる目標位置を設定する目標位置設定部と、前記目標位置に基づき、前記湾曲部の湾曲量及び湾曲方向に関する湾曲制御情報を算出する湾曲制御情報算出部と、前記目標位置設定部により設定された前記目標位置を、前記湾曲部の湾曲量を減少可能な他の目標位置に補正する目標位置補正部と、を具備したことを特徴とする。
本発明における他の態様の内視鏡システムは、管腔の内部に挿入される挿入部と、該挿入部の先端側に設けられ、該管腔の内部の被写体の像に応じた撮像信号を出力する撮像部を具備した先端部と、該先端部の位置及び向きを該挿入部の挿入方向に対して変更可能な湾曲部と、を有する内視鏡と、前記被写体の像の２次元画像に基づき、前記管腔の３次元形状データを算出する３次元形状算出部と、前記３次元形状データに基づき、前記管腔の切断面を複数取得する切断面取得部と、前記切断面の断面形状に応じた経路点を前記切断面各々において検出し、該経路点各々と前記先端部の先端面とを少なくとも結んでなる経路を算出する経路算出部と、前記経路上において、前記先端部を通過させる目標位置を設定する目標位置設定部と、前記目標位置に基づき、前記湾曲部の湾曲量及び湾曲方向に関する湾曲制御情報を算出する湾曲制御情報算出部と、を備え、前記経路は、前記複数の経路点各々と、前記先端部の先端面と、前記２次元画像における最も暗い点とを結ぶ線分として算出されることを特徴とする。
本発明における他の態様の内視鏡システムは、管腔の内部に挿入される挿入部と、該挿入部の先端側に設けられ、該管腔の内部の被写体の像に応じた撮像信号を出力する撮像部を具備した先端部と、該先端部の位置及び向きを該挿入部の挿入方向に対して変更可能な湾曲部と、を有する内視鏡と、前記被写体の像の２次元画像に基づき、前記管腔の３次元形状データを算出する３次元形状算出部と、前記３次元形状データに基づき、前記管腔の切断面を複数取得する切断面取得部と、前記切断面の断面形状に応じた経路点を前記切断面各々において検出し、該経路点各々と前記先端部の先端面とを少なくとも結んでなる経路を算出する経路算出部と、前記経路上において、前記先端部を通過させる目標位置を設定する目標位置設定部と、前記目標位置に基づき、前記湾曲部の湾曲量及び湾曲方向に関する湾曲制御情報を算出する湾曲制御情報算出部と、を備え、前記目標位置設定部は、単位時間あたりの前記先端部の移動距離に基づいて前記目標位置を設定することを特徴とする。
本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システムの要部の構成の一例を示す図。 先端部の通過目標位置、及び、湾曲部に対する湾曲制御内容を各々設定するために行われる処理の一例を示すフローチャート。 画像データ内に存在する暗部領域の一例を示す図。 先端部の通過目標位置を設定するために行われる処理の変形例を示すフローチャート。 湾曲部に対する湾曲制御内容を設定するために行われる処理の変形例を示すフローチャート。 図４及び図５のフローチャートの処理の概要に関する模式図。 本発明の第２の実施形態に係る内視鏡システムの要部の構成の一例を示す図。 図７の端末装置において行われる目標位置検出処理の一例を示すフローチャート。 図７の端末装置において行われる湾曲制御設定処理の一例を示すフローチャート。 画像データ内に存在する暗部領域の一例を示す図。 画像データ内に存在する暗部領域の、図１０とは異なる例を示す図。 画像データ内に存在する暗部領域の、図１０及び図１１とは異なる例を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る内視鏡システムの要部の構成の一例を示す図。 先端部を通過させる経路を設定するために行われる処理の一例を示すフローチャート。 湾曲部に対する湾曲制御内容を設定するために行われる処理の一例を示すフローチャート。 先端部の現在位置の近傍における管腔の形状の一例を示す図。 図１４のフローチャートの処理の概要に関する模式図。 先端部を通過させる目標位置を算出する処理の一例を示す図。 先端部を通過させる目標位置を算出する処理の、図１８とは異なる例を示す図。 図１５のフローチャートに追加可能な処理の一例を示す図。 図２０のフローチャートの処理の概要に関する模式図。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システムの要部の構成の一例を示す図である。図２は、先端部の通過目標位置、及び、湾曲部に対する湾曲制御内容を各々設定するために行われる処理の一例を示すフローチャートである。図３は、画像データ内に存在する暗部領域の一例を示す図である。図４は、先端部の通過目標位置を設定するために行われる処理の変形例を示すフローチャートである。図５は、湾曲部に対する湾曲制御内容を設定するために行われる処理の変形例を示すフローチャートである。図６は、図４及び図５のフローチャートの処理の概要に関する模式図である。
本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システム１は、図１に示すように、被検体としての患者の体腔内に挿入されるとともに、該体腔内の被写体の像を撮像する内視鏡２と、内視鏡２に設けられたコネクタ１４の着脱が可能なプロセッサ６と、該患者が横たわるベッドの周辺部に配置されるセンスコイルユニット７と、内視鏡挿入形状検出装置８と、端末装置９と、モニタ１０ａ及び１０ｂと、を有して構成されている。
また、プロセッサ６は、撮像対象となる被写体を照明するための照明光を内視鏡２に供給する光源部３と、内視鏡２から出力される撮像信号に対して信号処理を行うことにより、映像信号を生成して出力する信号処理部４と、内視鏡２に対する湾曲制御を行う湾曲制御部５と、ソースコイル駆動部４３と、を有している。
内視鏡２は、被検体の体腔内に挿入される細長の挿入部１１と、挿入部１１の後端に設けられた操作部１２と、操作部１２から延出されたユニバーサルコード１３とを有している。そして、このユニバーサルコード１３の後端には、プロセッサ６への着脱が可能なコネクタ１４が設けられている。
挿入部１１は、先端側に設けられた硬質の先端部１５と、先端部１５の後端に接続された湾曲部１６と、湾曲部１６の後端と操作部１２の前端との間に設けられた、可撓性を有する可撓管部１７と、を有している。また、挿入部１１の内部には、ソースコイル駆動部４３により印加されるソースコイル駆動信号に応じた磁界を発生するｎ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｎが略等間隔に設けられている。
先端部１５には、被写体の像を結像する対物光学系と、該対物光学系を経て結像された該被写体の像を撮像信号として出力する撮像素子等とを具備する撮像部１５ａが設けられている。
操作部１２には、フリーズ画像（静止画像）取得等の指示を行うスコープスイッチ１８と、湾曲部１６の湾曲モードを手動モードまたは自動モードのいずれかに切り替えるための指示を行う湾曲モード切替スイッチ１９と、該手動モードが選択された場合に、湾曲部１６の湾曲方向及び湾曲角度の指示を行う湾曲用ジョイスティック２０と、が設けられている。また、可撓管部１７の後端側であって、操作部１２の前端付近にあたる部分には、処置具等を挿通可能な図示しない処置具用チャンネルへ通ずる処置具挿入口３９が設けられている。
内視鏡２の挿入部１１等の内部には、光源部３から供給される照明光を先端部１５へ伝送するライトガイド２１が挿通されている。
ライトガイド２１の一方の端面（入射端面）は、コネクタ１４から突出した状態として配置されている。また、ライトガイド２１の他方の端面（出射端面）は、先端部１５に設けられた図示しない照明光学系の近傍に配置されている。このような構成により、光源部３から供給された照明光は、コネクタ１４がプロセッサ６に接続された状態において、ライトガイド２１及び図示しない照明光学系を経た後、撮像部１５ａの撮像対象となる被写体を照明する。
光源部３は、例えば白色光である照明光を発するランプ２２と、ランプ２２が駆動する際に要する電源を供給するランプ駆動部２３と、絞り２４と、信号処理部４から出力される映像信号に基づいて絞り２４の絞り量（開口量）を増減させる絞り制御部２５と、絞り２４を通過した照明光を集光しつつライトガイド２１の入射端面へ供給する集光光学系２６と、を有している。
絞り制御部２５は、例えば、入力される映像信号の輝度成分に基づいて平均の明るさを算出した後、該平均の明るさから適切な明るさに相当する基準値を減じた値である、差分値に基づいて絞り２４の絞り量（開口量）を増減させることにより、絞り２４を通過する照明光の光量を適宜変化させる。
信号処理部４は、撮像部１５ａに設けられた撮像素子を駆動するための撮像素子駆動信号を出力する撮像素子駆動部３６と、撮像部１５ａから出力される撮像信号に対して信号処理を行うことにより、映像信号を生成して出力する映像処理部３７と、を有している。これにより、モニタ１０ａには、前記映像信号に応じた内視鏡画像Ｉａが表示される。
湾曲制御部５は、湾曲モード切替スイッチ１９においてなされた指示に基づき、湾曲部１６の湾曲モードが手動モードに切り替えられた場合には、湾曲用ジョイスティック２０の傾き方向及び傾き量に基づいて湾曲部１６の湾曲方向及び湾曲角度を変更するための制御を行う。また、湾曲制御部５は、湾曲モード切替スイッチ１９においてなされた指示に基づき、湾曲部１６の湾曲モードが自動モードに切り替えられた場合には、端末装置９の演算結果に基づいて湾曲部１６の湾曲方向及び湾曲角度を変更するための制御を行う。
ソースコイル駆動部４３は、挿入部１１の内部に設けられたｎ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｎに接続されており、該ソースコイル各々に対して交流のソースコイル駆動信号を順次印加する。これにより、挿入部１１の内部に設けられたソースコイル各々の周囲には、交流磁界が発生する。
センスコイルユニット７には、挿入部１１の内部に設けられたｎ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｎから発せられる磁界を各々検出し、磁界検出信号として出力するセンスコイル群４４が設けられている。
内視鏡挿入形状検出装置８は、センスコイルユニット７から出力される磁界検出信号を増幅するアンプ４５と、アンプ４５から出力される磁界検出信号に基づいてｎ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｎの３次元座標位置及び向きを検出し、挿入形状情報として出力するソースコイル位置／向き検出部４６と、ソースコイル位置／向き検出部４６から出力される挿入形状情報に基づいて挿入部１１の挿入形状を推定し、挿入形状画像信号として出力する挿入形状推定部４７と、を有している。これにより、モニタ１０ｂには、前記挿入形状画像信号に応じた挿入部１１の挿入形状画像Ｉｂが表示される。
端末装置９は、映像処理部３７から出力される映像信号と、ソースコイル位置／向き検出部４６から出力される挿入形状情報とに基づき、湾曲部１６の湾曲モードが自動モードである場合に行われる湾曲制御に関する演算を行い、演算結果を湾曲制御部５へ出力する演算処理部９１を有している。なお、演算処理部９１において行われる前記演算の具体的な内容は、後程述べるものとする。
次に、内視鏡システム１の作用について説明を行う。なお、以降においては、湾曲モード切替スイッチ１９が手動湾曲モードに切り替えられた場合の制御についての説明を省略するとともに、湾曲モード切替スイッチ１９が自動湾曲モードに切り替えられた場合の制御について主に説明を行うものとする。
まず、術者は、内視鏡システム１の各部を接続及び起動した後、内視鏡２の挿入部１１を患者の体腔内に挿入するとともに、湾曲モード切替スイッチ１９を自動湾曲モードに切り替える。これに応じて、内視鏡２の撮像部１５ａにおける被写体の撮像が開始されるとともに、挿入部１１に設けられた各ソースコイルにおいて磁界が発せられ始める。
被写体の撮像に伴って撮像部１５ａから出力される撮像信号は、ユニバーサルコード１３及びコネクタ１４を経てプロセッサ６へ出力され、映像処理部３７において映像信号に変換された後、端末装置９の演算処理部９１に入力される。また、挿入部１１に設けられた各ソースコイルにおける磁界の発生に伴い、センスコイルユニット７から出力される磁界検出信号は、アンプ４５により増幅され、ソースコイル位置／向き検出部４６により該各ソースコイルの３次元座標情報として変換された後、端末装置９の演算処理部９１に入力される。
端末装置９の演算処理部９１は、入力される映像信号と、各ソースコイルの３次元座標情報とに基づく処理を行うことにより、先端部１５の通過目標となる目標位置を設定するとともに、該目標位置の方向へ先端部１５が向くように湾曲部１６を湾曲させるための制御内容を設定する。
ここで、図２及び図３を参照しつつ、前記目標位置及び前記制御内容を設定するために演算処理部９１が行う処理について述べる。
演算処理部９１は、ソースコイル位置／向き検出部４６から出力される３次元座標情報に基づき、先端部１５の現在の位置及び向きを算出する（図２のステップＳ１）。
また、演算処理部９１は、入力される映像信号に基づく画像データを取得した（図２のステップＳ２）後、該画像データに対してディストーション補正を施す（図２のステップＳ３）。このような処理により、演算処理部９１は、入力される映像信号に基づく原画像のモノクロ部分が排除された画像データを取得する。
そして、演算処理部９１は、例えば特開平２−２０３８３１号公報に記載されている方法を用いることにより、図２のステップＳ３の処理において取得した画像データにおける暗部領域を検出する（図２のステップＳ４）。なお、演算処理部９１は、画像の暗部領域を検出するための方法として、特開平２−２０３８３１号公報に記載されている方法を用いるものに限らず、他の方法を用いるものであっても良い。
そして、演算処理部９１は、図２のステップＳ４の処理により検出した暗部領域に基づき、該暗部領域の重心点の２次元座標を算出する（図２のステップＳ５）。具体的には、演算処理部９１は、例えば図３に示すような暗部領域が存在する画像データにおいて、該暗部領域の重心点Ｇｃの２次元座標を算出する。なお、演算処理部９１は、暗部領域の重心点の２次元座標を算出するための処理として、該暗部領域のエッジ上に存在する各点列に応じて算出される図心を該重心点とみなす処理を行うものであっても良いし、また、該暗部領域の０次モーメント及び１次モーメントを用いて該重心点を算出するものであっても良い。
その後、演算処理部９１は、図２のステップＳ５の処理において算出した重心点Ｇｃの２次元座標を、例えばＳｈａｐｅＦｒｏｍＳｈａｄｉｎｇ法等の方法を用いることにより３次元座標の目標位置に変換する（図２のステップＳ６）。
すなわち、演算処理部９１は、図２のフローチャートの処理において、取得した画像データにおける暗部領域の略中心部を先端部１５が通過するように、目標となる３次元座標位置を設定する。
演算処理部９１は、図２のステップＳ６において設定した目標位置を先端部１５が通過するように、湾曲部１６の湾曲量及び湾曲方向を算出する（図２のステップＳ７）。
演算処理部９１は、図２のステップＳ７の処理において算出した湾曲部１６の湾曲量及び湾曲方向に基づき、実際に湾曲部１６を湾曲させるために必要な情報である、湾曲制御情報の演算を行い（図２のステップＳ８）、演算結果を湾曲制御部５へ出力した後、一連の処理を図２のステップＳ１から再度繰り返し行う。
なお、前述した湾曲制御情報は、例えば、湾曲部１６がワイヤの一端側に接続された複数の湾曲コマ等からなり、モータの回転駆動に応じて生じる該ワイヤの緊張または弛緩に伴って自身の湾曲状態を変化させることが可能な構成である場合においては、該モータに接続されるプーリの角度及び該モータに印加する駆動電圧に関する情報として示されるものであるとする。また、前述した湾曲制御情報は、例えば、湾曲部１６が前述した構成以外の他の構成を有している場合においては、該他の構成に応じた情報として示されるものであるとする。
以上に述べたように、本実施形態の内視鏡システム１は、図２に示す各処理を自動湾曲モードにおいて行うことにより、内視鏡先端部が管腔内の（暗部の）略中心部を通過するように、すなわち、明確に定められた通過目標位置を該内視鏡先端部が通過するように、内視鏡湾曲部を制御可能な構成を具備している。これにより、本実施形態の内視鏡システム１は、実際に操作を行う者の知識または経験によることなく、内視鏡の挿入操作を容易にすることができる。さらに、本実施形態の内視鏡システム１は、図２に示す各処理を自動湾曲モードにおいて行うことにより、実際に操作を行う者の知識または経験によることなく、内視鏡の湾曲操作を滑らかにすることができる。
また、演算処理部９１は、自動湾曲モードにおいて、前述した図２のフローチャートに示す処理を行うものに限らず、例えば図４及び図５のフローチャートに示す処理を行うものであっても良い。
ここで、図４を参照しつつ、先端部１５の通過目標となる目標位置を設定するために演算処理部９１が行う処理について述べる。
演算処理部９１は、入力される映像信号に基づく画像データを取得した（図４のステップＳ１１）後、該画像データに対してディストーション補正を施す（図４のステップＳ１２）。このような処理により、演算処理部９１は、入力される映像信号に基づく原画像のモノクロ部分が排除された画像データを取得する。
そして、演算処理部９１は、例えば特開平２−２０３８３１号公報に記載されている方法等を用いることにより、図４のステップＳ１２の処理において取得した画像データにおける暗部領域を検出する（図４のステップＳ１３）。
そして、演算処理部９１は、図４のステップＳ１３の処理により検出した暗部領域に基づき、該暗部領域の重心点の２次元座標を算出する（図４のステップＳ１４）。
その後、演算処理部９１は、図４のステップＳ１４の処理において算出した重心点の２次元座標を、例えばＳｈａｐｅＦｒｏｍＳｈａｄｉｎｇ法等の方法を用いることにより３次元座標の目標位置に変換した（図４のステップＳ１５）後、一連の処理を図４のステップＳ１１から再度繰り返し行う。
すなわち、演算処理部９１は、図４のフローチャートの処理において、取得した画像データにおける暗部領域の略中心部を先端部１５が通過するように、目標となる３次元座標位置を設定する。これにより、図４の処理により取得される３次元座標の目標位置は、例えば、先端部１５が該目標位置を通過した場合、または、暗部領域の形状が変化した場合等に応じて適宜更新される。
また、演算処理部９１は、図５のフローチャートに示す処理を、図４のフローチャートに示す処理に並行して行う。
ここで、図５及び図６を参照しつつ、湾曲部１６に対する制御内容を設定するために演算処理部９１が行う処理について述べる。
演算処理部９１は、ソースコイル位置／向き検出部４６から出力される３次元座標情報に基づき、先端部１５の現在の位置及び向きを算出する（図５のステップＳ２１）。
その後、演算処理部９１は、図４の処理により３次元座標の目標位置が更新されたか否かを判定する（図５のステップＳ２２）。そして、演算処理部９１は、図４の処理により３次元座標の目標位置が更新された場合、更新された目標位置に対応する先端部１５の経路推定に用いる補間曲線を算出するための処理を行う（図５のステップＳ２３）。また、演算処理部９１は、図４の処理により３次元座標の目標位置が更新されていない場合、該目標位置及び該目標位置へ向かう補間曲線を保持しつつ、後述する図５のステップＳ２４の処理を行う。
図５のステップＳ２３の処理において、まず、演算処理部９１は、ソースコイル位置／向き検出部４６から出力される３次元座標情報に基づき、湾曲部１６に設けられたソースコイルを少なくとも１つ以上含む、複数のソースコイルの３次元座標位置を取得する。具体的には、演算処理部９１は、ソースコイル位置／向き検出部４６から出力される３次元座標情報に基づき、例えば図６に示すように、先端部１５に設けられたソースコイルＣ１の３次元座標位置と、湾曲部１６に設けられたソースコイルＣ２及びＣ３の３次元座標位置とからなる、３つの３次元座標位置を取得する。
図５のステップＳ２３の処理において、次に、演算処理部９１は、前述した３つの３次元座標位置と、図４の処理により更新された３次元座標の目標位置とに対してＣａｔｍｕｌｌＲｏｍ曲線方程式を適用することにより、パラメトリック曲線を算出する。
そして、演算処理部９１は、前記パラメトリック曲線を、図５のステップＳ２３の処理結果である補間曲線として算出する。これにより、演算処理部９１は、例えば図６に示すような、ソースコイルＣ１、Ｃ２及びＣ３と、３次元座標の目標位置Ｄとを結ぶ曲線Ｉｄを、先端部１５の経路推定に用いる補間曲線として設定する。
すなわち、経路推定部としての演算処理部９１は、図５のステップＳ２３の処理により算出した補間曲線を、先端部１５が通過する経路として推定する。
なお、本実施形態の演算処理部９１は、ソースコイルＣ１、Ｃ２及びＣ３の３次元座標位置を用いつつ、前述した補間曲線の設定に関する演算を行うものに限らない。具体的には、本実施形態の演算処理部９１は、湾曲部１６に設けられたソースコイルを少なくとも１つ以上含む複数のソースコイルの３次元座標位置を用いる限りにおいては、どのソースコイルの３次元座標位置を用いつつ前述した補間曲線の設定に関する演算を行うものであっても良い。
一方、演算処理部９１は、ソースコイル位置／向き検出部４６から出力される３次元座標情報に基づき、例えば単位時間あたりのソースコイルＣ１の移動速度を算出することにより、Δｔ秒後の先端部１５の移動距離Ｌを算出する（図５のステップＳ２４）。
演算処理部９１は、曲線Ｉｄ及び移動距離Ｌに基づき、湾曲制御目標位置を算出する（図５のステップＳ２５）。
すなわち、演算処理部９１は、図５のステップＳ２５の処理において、前述したベクトルＶｄを算出することにより、曲線Ｉｄ上の点であり、かつ、該ベクトルＶｄの終点である点Ｐが存在する位置を湾曲制御目標位置として設定する。
そして、演算処理部９１は、図５のステップＳ２５において設定した湾曲制御目標位置へ先端部１５が向かうように、湾曲部１６の湾曲量及び湾曲方向を算出する（図５のステップＳ２６）。
演算処理部９１は、図５のステップＳ２６の処理において算出した湾曲部１６の湾曲量及び湾曲方向に基づき、実際に湾曲部１６を湾曲させるために必要な情報である、湾曲制御情報の演算を行い（図５のステップＳ２７）、演算結果を湾曲制御部５へ出力した後、一連の処理を図５のステップＳ２１から再度繰り返し行う。
以上に述べたように、本実施形態の内視鏡システム１は、図４及び図５に示す各処理を自動湾曲モードにおいて行うことにより、内視鏡湾曲部を比較的緩やかに湾曲させつつ、内視鏡先端部が管腔内の（暗部の）略中心部を通過するように、該内視鏡湾曲部を制御可能な構成を具備している。これにより、本実施形態の内視鏡システム１は、実際に操作を行う者の知識または経験によることなく、内視鏡の挿入操作を容易にすることができる。さらに、本実施形態の内視鏡システム１は、図４及び図５に示す各処理を自動湾曲モードにおいて行うことにより、実際に操作を行う者の知識または経験によることなく、内視鏡の湾曲操作を滑らかにすることができる。
（第２の実施形態）
なお、以降において、第１の実施形態と同様の構成を持つ部分、及び、第１の実施形態と同様の処理を行う部分については、詳細な説明を適宜省略する。
図７から図１２は、本発明の実施形態に係るものである。図７は、本発明の実施形態に係る内視鏡システムの要部の構成の一例を示す図である。図８は、図７の端末装置において行われる目標位置検出処理の一例を示すフローチャートである。図９は、図７の端末装置において行われる湾曲制御設定処理の一例を示すフローチャートである。図１０は、画像データ内に存在する暗部領域の一例を示す図である。図１１は、画像データ内に存在する暗部領域の、図１０とは異なる例を示す図である。図１２は、画像データ内に存在する暗部領域の、図１０及び図１１とは異なる例を示す図である。
本発明の実施形態に係る内視鏡システム１０１は、図７に示すように、被検体としての患者の体腔内部に挿入されるとともに、該体腔内の被写体の像を撮像する内視鏡１０２と、内視鏡１０２に設けられたコネクタ１１４の着脱が可能なプロセッサ１０６と、該患者が横たわるベッドの周辺部に配置されるセンスコイルユニット１０７と、内視鏡挿入形状検出装置１０８と、端末装置１０９と、モニタ１１０ａ及び１１０ｂと、を有して構成されている。
また、プロセッサ１０６は、撮像対象となる被写体を照明するための照明光を内視鏡１０２に供給する光源部１０３と、内視鏡１０２から出力される撮像信号に対して信号処理を行うことにより、映像信号を生成して出力する信号処理部１０４と、内視鏡１０２に対する湾曲制御を行う湾曲制御部１０５と、ソースコイル駆動部１４３と、を有している。
内視鏡１０２は、被検体の内部に挿入される細長の挿入部１１１と、挿入部１１１の後端に設けられた操作部１１２と、操作部１１２から延出されたユニバーサルコード１１３とを有している。そして、このユニバーサルコード１１３の後端には、プロセッサ１０６への着脱が可能なコネクタ１１４が設けられている。
挿入部１１１は、先端側に設けられた硬質の先端部１１５と、先端部１１５の後端に接続された湾曲部１１６と、湾曲部１１６の後端と操作部１１２の前端との間に設けられた、可撓性を有する可撓管部１１７と、を有している。また、挿入部１１１の内部には、ソースコイル駆動部１４３により印加されるソースコイル駆動信号に応じた磁界を発生するｐ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｐが略等間隔に設けられている。
先端部１１５には、被写体の像を結像する対物光学系と、該対物光学系を経て結像された該被写体の像を撮像信号として出力する撮像素子等とを具備する撮像部１１５ａが設けられている。
操作部１１２には、フリーズ画像（静止画像）取得等の指示を行うスコープスイッチ１１８と、湾曲部１１６の湾曲モードを手動湾曲モードまたは自動湾曲モードのいずれかに切り替えるための指示を行う湾曲モード切替スイッチ１１９と、該手動湾曲モードが選択された場合に、湾曲部１１６の湾曲方向及び湾曲角度の指示を行う湾曲用ジョイスティック１２０と、が設けられている。また、可撓管部１１７の後端側であって、操作部１１２の前端付近にあたる部分には、処置具等を挿通可能な図示しない処置具用チャンネルへ通ずる処置具挿入口１３９が設けられている。
内視鏡１０２の挿入部１１１等の内部には、光源部１０３から供給される照明光を先端部１１５へ伝送するライトガイド１２１が挿通されている。
ライトガイド１２１の一方の端面（入射端面）は、コネクタ１１４から突出した状態として配置されている。また、ライトガイド１２１の他方の端面（出射端面）は、先端部１１５に設けられた図示しない照明光学系の近傍に配置されている。このような構成により、光源部１０３から供給された照明光は、コネクタ１１４がプロセッサ１０６に接続された状態において、ライトガイド１２１及び図示しない照明光学系を経た後、撮像部１１５ａの撮像対象となる被写体を照明する。
光源部１０３は、例えば白色光である照明光を発するランプ１２２と、ランプ１２２が駆動する際に要する電源を供給するランプ駆動部１２３と、絞り１２４と、信号処理部１０４から出力される映像信号に基づいて絞り１２４の絞り量（開口量）を増減させる絞り制御部１２５と、絞り１２４を通過した照明光を集光しつつライトガイド１２１の入射端面へ供給する集光光学系１２６と、を有している。
絞り制御部１２５は、例えば、入力される映像信号の輝度成分に基づいて平均の明るさを算出した後、該平均の明るさから適切な明るさに相当する基準値を減じた値である、差分値に基づいて絞り１２４の絞り量（開口量）を増減させることにより、絞り１２４を通過する照明光の光量を適宜変化させる。
信号処理部１０４は、撮像部１１５ａに設けられた撮像素子を駆動するための撮像素子駆動信号を出力する撮像素子駆動部１３６と、撮像部１１５ａから出力される撮像信号に対して信号処理を行うことにより、映像信号を生成して出力する映像処理部１３７と、を有している。これにより、モニタ１１０ａには、前記映像信号に応じた内視鏡画像Ｉａ１が表示される。
湾曲制御部１０５は、湾曲モード切替スイッチ１１９においてなされた指示に基づき、湾曲部１１６の湾曲モードが手動湾曲モードに切り替えられた場合には、湾曲用ジョイスティック１２０の傾き方向及び傾き量に基づいて湾曲部１１６の湾曲方向及び湾曲角度を変更するための制御を行う。また、湾曲制御部１０５は、湾曲モード切替スイッチ１１９においてなされた指示に基づき、湾曲部１１６の湾曲モードが自動湾曲モードに切り替えられた場合には、端末装置１０９の演算結果に基づいて湾曲部１１６の湾曲方向及び湾曲角度を変更するための制御を行う。
ソースコイル駆動部１４３は、挿入部１１１の内部に設けられたｐ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｐに接続されており、該ソースコイル各々に対して交流のソースコイル駆動信号を順次印加する。これにより、挿入部１１１の内部に設けられたソースコイル各々の周囲には、交流磁界が発生する。
センスコイルユニット１０７には、挿入部１１１の内部に設けられたｐ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｐから発せられる磁界を各々検出し、磁界検出信号として出力するセンスコイル群１４４が設けられている。
位置検出部としての機能を有する内視鏡挿入形状検出装置１０８は、センスコイルユニット１０７から出力される磁界検出信号を増幅するアンプ１４５と、アンプ１４５から出力される磁界検出信号に基づいてｐ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｐの３次元座標位置及び向きを検出し、３次元座標情報として出力するソースコイル位置／向き検出部１４６と、ソースコイル位置／向き検出部１４６から出力される３次元座標情報に基づいて挿入部１１１の挿入形状を推定し、挿入形状画像信号として出力する挿入形状推定部１４７と、を有している。これにより、モニタ１１０ｂには、前記挿入形状画像信号に応じた挿入部１１１の挿入形状画像Ｉｂ１が表示される。
端末装置１０９は、ＣＰＵ等からなる演算処理部１９１を有して構成されている。演算処理部１９１は、映像処理部１３７から出力される映像信号と、ソースコイル位置／向き検出部１４６から出力される３次元座標情報とに基づき、湾曲部１１６の湾曲モードが自動湾曲モードである場合に行われる湾曲制御に関する演算を行い、演算結果を湾曲制御部１０５へ出力する。なお、演算処理部１９１において行われる前記演算等の具体的な内容は、後程述べるものとする。
次に、内視鏡システム１０１の作用について説明を行う。なお、以降においては、湾曲モード切替スイッチ１１９が手動湾曲モードに切り替えられた場合の制御についての説明を省略するとともに、湾曲モード切替スイッチ１１９が自動湾曲モードに切り替えられた場合の制御について主に説明を行うものとする。
まず、術者は、内視鏡システム１０１の各部を接続及び起動した後、内視鏡１０２の挿入部１１１を患者の体腔内に挿入するとともに、湾曲モード切替スイッチ１１９を自動湾曲モードに切り替える。これに応じて、内視鏡１０２の撮像部１１５ａにおける被写体の撮像が開始されるとともに、挿入部１１１に設けられた各ソースコイルにおいて磁界が発せられ始める。
被写体の撮像に伴って撮像部１１５ａから出力される撮像信号は、ユニバーサルコード１１３及びコネクタ１１４を経てプロセッサ１０６へ出力され、映像処理部１３７において映像信号に変換された後、端末装置１０９の演算処理部１９１に入力される。また、挿入部１１１に設けられた各ソースコイルにおける磁界の発生に伴い、センスコイルユニット１０７から出力される磁界検出信号は、アンプ１４５により増幅され、ソースコイル位置／向き検出部１４６により該各ソースコイルの３次元座標情報として変換された後、端末装置１０９の演算処理部１９１に入力される。
端末装置１０９の演算処理部１９１は、入力される映像信号に基づく目標位置検出処理を行うことにより、先端部１１５の通過目標となる３次元座標位置を取得する。
ここで、演算処理部１９１が行う目標位置検出処理について述べる。
端末装置１０９の演算処理部１９１は、入力される映像信号に基づく画像データを取得した（図８のステップＳ１０１）後、該画像データに対してディストーション補正を施す（図８のステップＳ１０２）。ここまでの処理により、演算処理部１９１は、入力される映像信号に基づく原画像のモノクロ部分が排除された画像データを取得する。
そして、暗部領域検出部としての演算処理部１９１は、例えば特開平２−２０３８３１号公報に記載されている方法を用いることにより、図８のステップＳ１０２の処理において取得した画像データにおける暗部領域を検出する（図８のステップＳ１０３）。なお、演算処理部１９１は、画像の暗部領域を検出するための方法として、特開平２−２０３８３１号公報に記載されている方法を用いるものに限らず、他の方法を用いるものであっても良い。
その後、演算処理部１９１は、図８のステップＳ１０３の処理において検出した暗部領域の形状を推定するためのパラメータを算出する（図８のステップＳ１０４）。具体的には、演算処理部１９１は、暗部領域の形状を推定するためのパラメータとして、例えば、暗部領域の１次モーメントｍ１１と、該暗部領域の２次モーメントｍ０２と、該暗部領域の２次モーメントｍ２０とに基づく数式である、下記数式（１）及び（２）を用いた演算を行うことにより、該暗部領域に適合する楕円を当てはめた場合の長軸方向と短軸方向との比Ｒｉの値を算出する。

ｍｓｑ＝（（ｍ２０−ｍ０２）×（ｍ２０−ｍ０２）＋４×ｍ１１×ｍ１１）１／２
…（１）
Ｒｉ＝（（（ｍ２０＋ｍ０２）−ｍｓｑ）／（（ｍ２０＋ｍ０２）＋ｍｓｑ））１／２
…（２）

演算処理部１９１は、図８のステップＳ１０４の処理において算出した比Ｒｉの値が所定の閾値Ｔｈ１より大きいか否かを判定する（図８のステップＳ１０５）。
そして、演算処理部１９１は、比Ｒｉの値が所定の閾値Ｔｈ１以下であることを検出すると、図８のステップＳ１０３の処理において検出した暗部領域が例えば図１０に示すような略円形形状であると推定した後、該暗部領域の重心点Ｇａの２次元座標を算出する（図８のステップＳ１１０）。なお、演算処理部１９１は、暗部領域の重心点の２次元座標を算出するための処理として、該暗部領域のエッジ上に存在する各点列に応じて算出される図心を該重心点とみなす処理を行うものであっても良いし、また、該暗部領域の０次モーメント及び１次モーメントを用いて該重心点を算出するものであっても良い。
また、演算処理部１９１は、比Ｒｉの値が所定の閾値Ｔｈ１より大きいことを検出すると、図８のステップＳ１０３の処理において検出した暗部領域が略円形形状とは異なる他の形状であると判断した後、該暗部領域のエッジを抽出する（図８のステップＳ１０６）。具体的には、演算処理部１９１は、画像データを縮小した後、Ｃａｎｎｙ、ＳｏｂｅｌまたはＬａｐｌａｃｉａｎのいずれかのアルゴリズムを縮小された該画像データに対して適用することにより、該暗部領域のエッジを抽出する。
演算処理部１９１は、図８のステップＳ１０６の処理において抽出した暗部領域のエッジに基づき、該エッジの少なくとも一部を外周に含む仮想的な円を形成する（図８のステップＳ１０７）。なお、演算処理部１９１は、前記仮想的な円を形成するための処理として、円ハフ変換に基づく処理を行うものであっても良いし、また、以下に記す処理を行うものであっても良い。
演算処理部１９１は、暗部領域のエッジ上の各点における濃淡勾配方向を検出した後、該濃淡勾配方向各々に基づき、仮想的な円の中心点のおおよその存在範囲を決定する。さらに、演算処理部１９１は、前記存在範囲内の一の点から暗部領域のエッジ上の各点までの距離を各々算出し、該距離の総和を該一の点における評価値とする。そして、演算処理部１９１は、前記存在範囲内の全ての点における前記評価値を算出及び比較することにより、前記評価値が最も小さい点を中心点とし、かつ、該中心点から暗部領域のエッジまでの長さを半径とする仮想的な円を形成する。
演算処理部１９１は、図８のステップＳ１０７の処理において形成した仮想的な円の直径ｄｖが所定の閾値Ｔｈ２未満であるか否かを判定する（図８のステップＳ１０８）。なお、前記閾値Ｔｈ２は、例えば、図８のステップＳ１０２の処理において取得した画像データのサイズ、一般的な管腔の直径の大きさ、または、同一の患者の略同一部位において過去に取得したデータ等を用いて算出される値であるとする。
そして、演算処理部１９１は、仮想的な円の直径ｄｖが所定の閾値Ｔｈ２未満であることを検出すると、該仮想的な円の中心点の２次元座標を算出する（図８のステップＳ１０９）。具体的には、演算処理部１９１は、例えば図１１に示すような、曲線形状の暗部領域が存在する画像データにおいて、暗部領域のエッジの少なくとも一部を外周に含む仮想的な円Ｒｖの中心点Ｃｖの２次元座標を算出する。
また、演算処理部１９１は、仮想的な円の直径ｄｖが所定の閾値Ｔｈ２以上であることを検出すると、暗部領域の重心点の２次元座標を算出する（図８のステップＳ１１０）。具体的には、演算処理部１９１は、例えば図１２に示すような、略円形形状及び曲線形状のうちのいずれの形状にも当てはまらない暗部領域が存在する画像データにおいて、該暗部領域の重心点Ｇｂの２次元座標を算出する。
その後、目標位置設定部としての演算処理部１９１は、図８のステップＳ１１０までの処理において算出した、中心点Ｃｖ、重心点Ｇａまたは重心点Ｇｂのいずれかの２次元座標を、例えばＳｈａｐｅＦｒｏｍＳｈａｄｉｎｇ法等の方法を用いることにより３次元座標の目標位置に変換した（図８のステップＳ１１１）後、一連の処理を図８のステップＳ１０１から再度繰り返し行う。
すなわち、前述した目標位置検出処理により、演算処理部１９１は、例えば図１０に示すような、略円形形状の暗部領域が存在する場合においては、該暗部領域を管腔により生じたものとみなしつつ、先端部１１５が該管腔の略中心部を通過するように、目標となる３次元座標位置を設定する。
また、前述した目標位置検出処理により、演算処理部１９１は、例えば図１１に示すような、曲線形状の暗部領域が存在する場合においては、該暗部領域を管腔の壁面のひだ等により生じたものとみなしつつ、先端部１１５が該壁面側へ向かうことなく、かつ、該管腔内において本来向かうはずの位置を先端部１１５が通過するように、目標となる３次元座標位置を設定する。
一方、演算処理部１９１は、自動湾曲モードにおける、湾曲部１１６に対する制御内容を設定するための湾曲制御設定処理を、前述した目標位置検出処理に並行して行う。
ここで、演算処理部１９１が行う湾曲制御設定処理について述べる。
演算処理部１９１は、湾曲モード切替スイッチ１１９が自動湾曲モードに切り替えられた直後のタイミングにおいて、先端部１１５を通過させる目標位置の初期設定を行うために、前述した目標位置検出処理を行う（図９のステップＳ１２１）。
また、演算処理部１９１は、ソースコイル位置／向き検出部１４６から出力される３次元座標情報に基づき、先端部１１５の現在の位置及び向きを算出する（図９のステップＳ１２２）。
その後、演算処理部１９１は、図９のステップＳ１２２の処理において算出した先端部１１５の現在の位置及び向きと、先端部１１５を通過させる目標位置とを比較することにより、先端部１１５が該目標位置を通過したか否かを判定する（図９のステップＳ１２３）。
そして、演算処理部１９１は、先端部１１５が目標位置を通過したことを検出すると、新たな目標位置を設定するために、前述した目標位置検出処理を再度行う（図９のステップＳ１２４）。また、演算処理部１９１は、先端部１１５が目標位置を通過していないことを検出すると、該目標位置を保持しつつ、引き続き処理を行う。
演算処理部１９１は、図９のステップＳ１２３またはステップＳ１２４の処理を経た後、設定した目標位置を先端部１１５が通過するように、湾曲部１１６の湾曲量及び湾曲方向を算出する（図９のステップＳ１２５）。なお、本実施形態において、演算処理部１９１は、前述した目標位置検出処理により検出された暗部領域の形状（略円形形状、曲線形状またはその他の形状）に応じ、各々異なる算出方法を用いつつ湾曲部１１６の湾曲量及び湾曲方向を算出するものであっても良い。
湾曲制御情報算出部としての演算処理部１９１は、図９のステップＳ１２５の処理において算出した湾曲部１１６の湾曲量及び湾曲方向に基づき、実際に湾曲部１１６を湾曲させるために必要な情報である、湾曲制御情報の演算を行い（図９のステップＳ１２６）、演算結果を湾曲制御部１０５へ出力した後、一連の処理を図９のステップＳ１２２から再度繰り返し行う。
なお、前述した湾曲制御情報は、例えば、湾曲部１１６がワイヤの一端側に接続された複数の湾曲コマ等からなり、モータの回転駆動に応じて生じる該ワイヤの緊張または弛緩に伴って自身の湾曲状態を変化させることが可能な構成である場合においては、該モータに接続されるプーリの角度及び該モータに印加する駆動電圧に関する情報として示されるものであるとする。また、前述した湾曲制御情報は、例えば、湾曲部１１６が前述した構成以外の他の構成を有している場合においては、該他の構成に応じた情報として示されるものであるとする。
そして、湾曲制御部１０５は、自動湾曲モードにおいて、端末装置１０９の演算処理部１９１から出力される演算結果に基づき、前述した目標位置検出処理において設定した目標位置を常に先端部１１５が通過するような制御を湾曲部１１６に対して行うことができる。
以上に述べたように、本実施形態の内視鏡システム１０１は、自動湾曲モードにおいて、内視鏡先端部の位置及び向きが内視鏡挿入部の挿入操作に応じた位置及び向きとなるように、内視鏡湾曲部を制御可能な構成を具備している。これにより、本実施形態の内視鏡システム１０１は、実際に操作を行う者の知識または経験によることなく、内視鏡の挿入操作を容易にすることができる。
（第３の実施形態）
なお、以降において、第１の実施形態と同様の構成を持つ部分、及び、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様の処理を行う部分については、詳細な説明を適宜省略する。
図１３から図２１は、本発明の実施形態に係るものである。図１３は、本発明の実施形態に係る内視鏡システムの要部の構成の一例を示す図である。図１４は、先端部を通過させる経路を設定するために行われる処理の一例を示すフローチャートである。図１５は、湾曲部に対する湾曲制御内容を設定するために行われる処理の一例を示すフローチャートである。図１６は、先端部の現在位置の近傍における管腔の形状の一例を示す図である。図１７は、図１４のフローチャートの処理の概要に関する模式図である。図１８は、先端部を通過させる目標位置を算出する処理の一例を示す図である。図１９は、先端部を通過させる目標位置を算出する処理の、図１８とは異なる例を示す図である。図２０は、図１５のフローチャートに追加可能な処理の一例を示す図である。図２１は、図２０のフローチャートの処理の概要に関する模式図である。
本発明の実施形態に係る内視鏡システム２０１は、図１３に示すように、被検体としての患者の体腔内に挿入されるとともに、該体腔内の被写体の像を撮像する内視鏡２０２と、内視鏡２０２に設けられたコネクタ２１４の着脱が可能なプロセッサ２０６と、該患者が横たわるベッドの周辺部に配置されるセンスコイルユニット２０７と、内視鏡挿入形状検出装置２０８と、端末装置２０９と、モニタ２１０ａ及び２１０ｂと、を有して構成されている。
また、プロセッサ２０６は、撮像対象となる被写体を照明するための照明光を内視鏡２０２に供給する光源部２０３と、内視鏡２０２から出力される撮像信号に対して信号処理を行うことにより、映像信号を生成して出力する信号処理部２０４と、内視鏡２０２に対する湾曲制御を行う湾曲制御部２０５と、ソースコイル駆動部２４３と、を有している。
内視鏡２０２は、被検体の体腔（管腔）内に挿入される細長の挿入部２１１と、挿入部２１１の後端に設けられた操作部２１２と、操作部２１２から延出されたユニバーサルコード２１３とを有している。そして、このユニバーサルコード２１３の後端には、プロセッサ２０６への着脱が可能なコネクタ２１４が設けられている。
挿入部２１１は、先端側に設けられた硬質の先端部２１５と、先端部２１５の後端に接続された湾曲部２１６と、湾曲部２１６の後端と操作部２１２の前端との間に設けられた、可撓性を有する可撓管部２１７と、を有している。また、挿入部２１１の内部には、ソースコイル駆動部２４３により印加されるソースコイル駆動信号に応じた磁界を発生するｑ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｑが略等間隔に設けられている。
先端部２１５には、被写体の像を結像する対物光学系と、該対物光学系を経て結像された該被写体の像を撮像信号として出力する撮像素子等とを具備する撮像部２１５ａが設けられている。
操作部２１２には、フリーズ画像（静止画像）取得等の指示を行うスコープスイッチ２１８と、湾曲部２１６の湾曲モードを手動モードまたは自動モードのいずれかに切り替えるための指示を行う湾曲モード切替スイッチ２１９と、該手動モードが選択された場合に、湾曲部２１６の湾曲方向及び湾曲角度の指示を行う湾曲用ジョイスティック２２０と、が設けられている。また、可撓管部２１７の後端側であって、操作部２１２の前端付近にあたる部分には、処置具等を挿通可能な図示しない処置具用チャンネルへ通ずる処置具挿入口２３９が設けられている。
内視鏡２０２の挿入部２１１等の内部には、光源部２０３から供給される照明光を先端部２１５へ伝送するライトガイド２２１が挿通されている。
ライトガイド２２１の一方の端面（入射端面）は、コネクタ２１４から突出した状態として配置されている。また、ライトガイド２２１の他方の端面（出射端面）は、先端部２１５に設けられた図示しない照明光学系の近傍に配置されている。このような構成により、光源部２０３から供給された照明光は、コネクタ２１４がプロセッサ２０６に接続された状態において、ライトガイド２２１及び図示しない照明光学系を経た後、撮像部２１５ａの撮像対象となる被写体を照明する。
光源部２０３は、例えば白色光である照明光を発するランプ２２２と、ランプ２２２が駆動する際に要する電源を供給するランプ駆動部２２３と、絞り２２４と、信号処理部２０４から出力される映像信号に基づいて絞り２２４の絞り量（開口量）を増減させる絞り制御部２２５と、絞り２２４を通過した照明光を集光しつつライトガイド２２１の入射端面へ供給する集光光学系２２６と、を有している。
絞り制御部２２５は、例えば、入力される映像信号の輝度成分に基づいて平均の明るさを算出した後、該平均の明るさから適切な明るさに相当する基準値を減じた値である、差分値に基づいて絞り２２４の絞り量（開口量）を増減させることにより、絞り２２４を通過する照明光の光量を適宜変化させる。
信号処理部２０４は、撮像部２１５ａに設けられた撮像素子を駆動するための撮像素子駆動信号を出力する撮像素子駆動部２３６と、撮像部２１５ａから出力される撮像信号に対して信号処理を行うことにより、映像信号を生成して出力する映像処理部２３７と、を有している。これにより、モニタ２１０ａには、前記映像信号に応じた内視鏡画像Ｉａ２が表示される。
湾曲制御部２０５は、湾曲モード切替スイッチ２１９においてなされた指示に基づき、湾曲部２１６の湾曲モードが手動モードに切り替えられた場合には、湾曲用ジョイスティック２２０の傾き方向及び傾き量に基づいて湾曲部２１６の湾曲方向及び湾曲角度を変更するための制御を行う。また、湾曲制御部２０５は、湾曲モード切替スイッチ２１９においてなされた指示に基づき、湾曲部２１６の湾曲モードが自動モードに切り替えられた場合には、端末装置２０９の演算結果に基づいて湾曲部２１６の湾曲方向及び湾曲角度を変更するための制御を行う。
ソースコイル駆動部２４３は、挿入部２１１の内部に設けられたｑ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｑに接続されており、該ソースコイル各々に対して交流のソースコイル駆動信号を順次印加する。これにより、挿入部２１１の内部に設けられたソースコイル各々の周囲には、交流磁界が発生する。
センスコイルユニット２０７には、挿入部２１１の内部に設けられたｑ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｑから発せられる磁界を各々検出し、磁界検出信号として出力するセンスコイル群２４４が設けられている。
内視鏡挿入形状検出装置２０８は、センスコイルユニット２０７から出力される磁界検出信号を増幅するアンプ２４５と、アンプ２４５から出力される磁界検出信号に基づいてｑ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｑの３次元座標位置及び向きを検出し、挿入形状情報として出力するソースコイル位置／向き検出部２４６と、ソースコイル位置／向き検出部２４６から出力される挿入形状情報に基づいて挿入部２１１の挿入形状を推定し、挿入形状画像信号として出力する挿入形状推定部２４７と、を有している。これにより、モニタ２１０ｂには、前記挿入形状画像信号に応じた挿入部２１１の挿入形状画像Ｉｂ２が表示される。
端末装置２０９は、映像処理部２３７から出力される映像信号と、ソースコイル位置／向き検出部２４６から出力される挿入形状情報とに基づき、湾曲部２１６の湾曲モードが自動モードである場合に行われる湾曲制御に関する演算を行い、演算結果を湾曲制御部２０５へ出力する演算処理部２９１を有している。なお、演算処理部２９１において行われる前記演算の具体的な内容は、後程述べるものとする。
次に、内視鏡システム２０１の作用について説明を行う。なお、以降においては、湾曲モード切替スイッチ２１９が手動湾曲モードに切り替えられた場合の制御についての説明を省略するとともに、湾曲モード切替スイッチ２１９が自動湾曲モードに切り替えられた場合の制御について主に説明を行うものとする。
まず、術者は、内視鏡システム２０１の各部を接続及び起動した後、内視鏡２０２の挿入部２１１を患者の体腔内に挿入するとともに、湾曲モード切替スイッチ２１９を自動湾曲モードに切り替える。これに応じて、内視鏡２０２の撮像部２１５ａにおける被写体の撮像が開始されるとともに、挿入部２１１に設けられた各ソースコイルにおいて磁界が発せられ始める。
被写体の撮像に伴って撮像部２１５ａから出力される撮像信号は、ユニバーサルコード２１３及びコネクタ２１４を経てプロセッサ２０６へ出力され、映像処理部２３７において映像信号に変換された後、端末装置２０９の演算処理部２９１に入力される。また、挿入部２１１に設けられた各ソースコイルにおける磁界の発生に伴い、センスコイルユニット２０７から出力される磁界検出信号は、アンプ２４５により増幅され、ソースコイル位置／向き検出部２４６により該各ソースコイルの３次元座標情報として変換された後、端末装置２０９の演算処理部２９１に入力される。
端末装置２０９の演算処理部２９１は、入力される映像信号と、各ソースコイルの３次元座標情報とに基づく処理を行うことにより、先端部２１５を通過させる経路を設定するとともに、該経路に略沿って先端部２１５を進行させるように湾曲部２１６を湾曲させるための制御内容を設定する。
ここで、図１４等を参照しつつ、先端部２１５を通過させる経路を設定するために演算処理部２９１が行う処理について述べる。
演算処理部２９１は、入力される映像信号に基づく画像データを取得した（図１４のステップＳ２０１）後、該画像データに対してディストーション補正を施す。このような処理により、演算処理部２９１は、入力される映像信号に基づく原画像のモノクロ部分が排除された２次元の画像データを取得する。
次に、３次元形状算出部としての機能を有する演算処理部２９１は、図１４のステップＳ２０１の処理により取得した２次元の画像データに基づき、例えばＳｈａｐｅＦｒｏｍＳｈａｄｉｎｇ法等の方法を用いることにより、先端部２１５の現在位置の近傍における管腔の形状を示すデータである、３次元形状データを算出する（図１４のステップＳ２０２）。これにより、演算処理部２９１は、先端部２１５の現在位置の近傍における管腔の形状が、例えば図１６に示すように、体腔内のひだ等による屈曲部を有するものであることを検出する。
そして、演算処理部２９１は、図１４のステップＳ２０２の処理により算出した３次元形状データに対し、例えば、先端部２１５の先端面の所定の位置を原点とするとともに、図１４のステップＳ２０１の処理により取得した画像データの左右方向に相当する軸ををｘ軸、該画像データの上下方向に相当する軸をｙ軸、及び、該画像データの奥行き方向に相当する軸をｚ軸とするような局所座標系を設定する（図１４のステップＳ２０３）。
その後、切断面取得部としての機能を有する演算処理部２９１は、図１４のステップＳ２０１の処理により取得した画像データと、図１４のステップＳ２０２の処理により算出した３次元形状データとに基づき、内視鏡２０２の視野範囲内（または先端部２１５が存在する位置の近傍）におけるＫ個の切断面データを取得する（図１４のステップＳ２０４）。
図１４のステップＳ２０４の処理において、まず、演算処理部２９１は、図１４のステップＳ２０１の処理により取得した画像データと、図１４のステップＳ２０２の処理により算出した３次元形状データとに基づき、該３次元形状データ内における暗点（最も暗い点）の位置を検出する。具体的には、演算処理部２９１は、例えば、図１７に示す点Ｄｂを暗点（最も暗い点）として検出する。
図１４のステップＳ２０４の処理において、次に、演算処理部２９１は、先端部２１５の先端面の所定の位置から点Ｄｂへ至るベクトルに対して垂直であり、かつ、各々が略等間隔に設定されたＫ個の平面を用いて３次元形状データを切断することにより、Ｋ個の切断面データを取得する。具体的には、演算処理部２９１は、例えば、図１７に示す平面Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３及びＨ４の４つのデータを切断面データとして各々取得する。
演算処理部２９１は、図１４のステップＳ２０４の処理により取得した切断面データに各々付される番号に相当する変数ｉ（１≦ｉ≦Ｋ）を１に設定した（図１４のステップＳ２０５）後、ｉ番目の切断面データにおけるエッジを抽出する（図１４のステップＳ２０６）。具体的には、演算処理部２９１は、切断面データを縮小した後、Ｃａｎｎｙ、ＳｏｂｅｌまたはＬａｐｌａｃｉａｎのいずれかのアルゴリズムを縮小された該切断面データに対して適用することにより、該切断面データのエッジを抽出する。
演算処理部２９１は、図１４のステップＳ２０６の処理により抽出された切断面データのエッジが閉曲線であるか否かを判別する（図１４のステップＳ２０７）。そして、演算処理部２９１は、図１４のステップＳ２０６の処理により抽出された切断面データのエッジが閉曲線であることを検出した場合、該切断面データにおける図心を算出する（図１４のステップＳ２０８）。また、演算処理部２９１は、図１４のステップＳ２０６の処理により抽出された切断面データのエッジが閉曲線ではないことを検出した場合、該エッジの少なくとも一部を外周に含む仮想的な円を円ハフ変換を用いて形成した後、該仮想的な円の中心点を算出する（図１４のステップＳ２０９）。
すなわち、演算処理部２９１は、管腔の３次元データにおける切断面の断面形状を抽出し、該断面形状に応じた経路点を該切断面各々において検出するための処理を、図１４のステップＳ２０６からステップＳ２０９までの処理として行っている。
演算処理部２９１は、図１４のステップＳ２０６からステップＳ２０９までに示す処理を変数ｉ＝Ｋになるまで繰り返し行う（図１４のステップＳ２１０）。これにより、Ｋ個の切断面データ各々のうち、図１４のステップＳ２０８を経たものについては切断面データの図心が算出され、また、図１４のステップＳ２０９を経たものについては切断面データにおける仮想的な円の中心点が算出される。具体的には、演算処理部２９１は、図１４のステップＳ２０６からステップＳ２０９までに示す処理を繰り返し行うことにより、例えば図１７に示すように、平面Ｈ１における点Ｅ１、平面Ｈ２における点Ｅ２、平面Ｈ３における点Ｅ３、及び、平面Ｈ４における点Ｅ４を各々算出する。
その後、経路算出部としての機能を有する演算処理部２９１は、Ｋ個の切断面データ各々において図心または仮想的な円の中心点の算出が完了すると、該図心及び該仮想的な円の中心点からなるＫ個の点と、先端部２１５の先端面の所定の位置と、点Ｄｂとの各点を通る線分としての経路線を算出した（図１４のステップＳ２１１）後、一連の処理を図１４のステップＳ２０１から再度繰り返し行う。なお、演算処理部２９１は、例えば、前記各点に対してＣａｔｍｕｌｌＲｏｍ曲線方程式を適用することにより算出したパラメトリック曲線を、前記経路線として算出するものとする。具体的には、演算処理部２９１は、図１４のステップＳ２１１に示す処理により、例えば図１７に示すように、経路点としての点Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４と、先端部２１５の先端面の所定の位置と、点Ｄｂとの各点を通る曲線Ｉｃを経路線として算出する。
また、演算処理部２９１は、図１５のフローチャートに示す処理を、図１４のフローチャートに示す処理に並行して行う。
演算処理部２９１は、ソースコイル位置／向き検出部２４６から出力される３次元座標情報に基づき、先端部２１５の現在の位置及び向きを算出する（図１５のステップＳ２２１）。
その後、演算処理部２９１は、後述する処理により設定される、先端部２１５を通過させる目標位置を先端部２１５が通過したか否かを判定する（図１５のステップＳ２２２）。そして、演算処理部２９１は、目標位置を先端部２１５が通過した場合、図１４のフローチャートの処理により、先端部２１５の先端面の所定の位置を起点とした新たな経路線を算出する（図１５のステップＳ２２３）。また、演算処理部２９１は、目標位置を先端部２１５が通過していない場合、該目標位置及び該目標位置に係る経路線を保持しつつ、図１５のステップＳ２２４の処理を引き続き行う。
すなわち、経路算出部としての機能を有する演算処理部２９１は、後述する処理により設定される目標位置を端部２１５が通過する毎に、先端部２１５の先端面の所定の位置を起点とした新たな経路線を算出するための処理を行う。
演算処理部２９１は、ソースコイル位置／向き検出部２４６から出力される３次元座標情報に基づき、例えば単位時間当たりのソースコイルＣ１の移動速度を算出することにより、Δｔ秒後の先端部２１５の移動距離ｒ１を算出する（図１５のステップＳ２２４）。
演算処理部２９１は、経路線Ｉｃ及び移動距離ｒ１に基づき、先端部２１５を通過させる目標位置を算出する（図１５のステップＳ２２５）。
図１５のステップＳ２２５の処理において、演算処理部２９１は、図１８に示すように、先端部２１５の先端面の所定の位置を中心点とし、かつ、移動距離ｒ１を半径とした仮想的な球Ｂｒ１を設定した後、該仮想的な球Ｂｒ１と曲線Ｉｃとが交わる点Ｑの３次元座標位置を算出する。そして、演算処理部２９１は、前記点Ｑの３次元座標位置を、先端部２１５を通過させる目標位置として算出する。
また、本実施形態の演算処理部２９１は、図１５のステップＳ２２５の処理において、点Ｑの３次元座標位置を目標位置として算出した後、以降に記す処理をさらに行うことにより、該目標位置の補正を行うものであっても良い。
具体的には、演算処理部２９１は、点Ｑの３次元座標位置を算出した後、例えば図１９に示すように、点Ｑを含み、かつ、先端部２１５の先端面の所定の位置から点Ｄｂへ至るベクトルに対して垂直な平面Ｈａを算出する。
そして、演算処理部２９１は、点Ｑを中心点とし、かつ、平面Ｈａ上に存在する半径ｒ２の仮想的な円Ｂｒ２を形成した後、該円Ｂｒ２上の各点のうち、経路線Ｉｃと同一平面上に存在する点Ｔの３次元座標位置を、補正後の目標位置として算出する。
すなわち、目標位置補正部としての機能を有する演算処理部２９１は、以上に述べた処理を行うことにより、点Ｑを目標位置とした場合に比べて湾曲部２１６の湾曲量を減少可能な、補正後の目標位置としての点Ｔの３次元座標位置を算出することができる。
一方、演算処理部２９１は、図１５のステップＳ２２５において設定した目標位置へ先端部２１５が向かうように、湾曲部２１６の湾曲量及び湾曲方向を算出する（図１５のステップＳ２２６）。
演算処理部２９１は、図１５のステップＳ２２６の処理において算出した湾曲部２１６の湾曲量及び湾曲方向に基づき、実際に湾曲部２１６を湾曲させるために必要な情報である、湾曲制御情報の演算を行い（図１５のステップＳ２２７）、演算結果を湾曲制御部２０５へ出力した後、一連の処理を図１５のステップＳ２２１から再度繰り返し行う。
なお、前述した湾曲制御情報は、例えば、湾曲部２１６がワイヤの一端側に接続された複数の湾曲コマ等からなり、モータの回転駆動に応じて生じる該ワイヤの緊張または弛緩に伴って自身の湾曲状態を変化させることが可能な構成である場合においては、該モータに接続されるプーリの角度及び該モータに印加する駆動電圧に関する情報として示されるものであるとする。また、前述した湾曲制御情報は、例えば、湾曲部２１６が前述した構成以外の他の構成を有している場合においては、該他の構成に応じた情報として示されるものであるとする。
以上に述べたように、本実施形態の内視鏡システム２０１は、図１４及び図１５に示す各処理を自動湾曲モードにおいて行うことにより、例えば図１６に示すような、管腔内において屈曲部を形成するひだ等に内視鏡先端部を接触させることなく、該ひだ等の裏側（の管腔）へ向けて該内視鏡先端部が進行するように、内視鏡湾曲部を制御可能な構成を具備している。これにより、本実施形態の内視鏡システム２０１は、内視鏡の挿入性を従来に比べて向上させることができる。
なお、本実施形態の演算処理部２９１は、図２０のフローチャートに示す処理を、図１５のステップＳ２２３とステップＳ２２４との間においてさらに行うものであっても良い。
まず、演算処理部２９１は、図１５のステップＳ２２３において算出した経路線の曲率半径Ｆを算出する（図２０のステップＳ２３１）。
次に、演算処理部２９１は、図２０のステップＳ２３１の処理により算出した曲率半径Ｆが閾値ＴＨＦより大きいか否かを判定する（図２０のステップＳ２３２）。そして、演算処理部２９１は、曲率半径Ｆが閾値ＴＨＦより大きい場合、後述する図２０のステップＳ２３３の処理を行う。また、演算処理部２９１は、曲率半径Ｆが閾値ＴＨＦ以下である場合、図１４のステップＳ２１１において算出した経路線を処理結果とした後、図１５のステップＳ２２４の処理を引き続き行う。
演算処理部２９１は、曲率半径Ｆが閾値ＴＨＦより大きい場合において、図１４のステップＳ２１１において算出した経路線全体を含む平面Ｈｂを算出する（図２０のステップＳ２３３）。
その後、演算処理部２９１は、図１４のステップＳ２０２において算出した３次元形状データと、図１４のステップＳ２１１において算出した経路線とを、平面Ｈｂの座標系へ投影する（図２０のステップＳ２３４）。
なお、平面Ｈｂの座標系は、例えば図２１に示すように、図１４のステップＳ２１１において算出した経路線において分散の最も大きい軸を第１主成分軸とし、該経路線における山の方向を第２主成分軸として定められるものである。そして、管腔の形状を示す３次元形状データ及び経路線は、図２０のステップＳ２３４の処理により、例えば図２１に示すような状態として平面Ｈｂの座標系へ各々投影される。
演算処理部２９１は、平面Ｈｂの座標系へ投影された経路線の第２主成分を略全般的に減少させるための変換処理を行う（図２０のステップＳ２３５）。これにより、演算処理部２９１は、変換処理後の経路線として、例えば図２１に示すような経路線を取得する。
そして、演算処理部２９１は、変換処理後の経路線を、例えば図１４のステップＳ２０３の処理により設定された座標系である、３次元形状データの座標系へ逆投影することにより（図２０のステップＳ２３６）新たな経路線を得た後、前述した図１５のステップＳ２２４の処理を引き続き行う。
以上に述べた処理を図１５のステップＳ２２３とステップＳ２２４との間においてさらに行うことにより、本実施形態の演算処理部２９１は、管腔内の極端に屈曲した部位の内周側の壁面近傍を通るように先端部２１５を進行させるための経路線を算出することができる。
なお、図２０のフローチャートに示す処理は、図２０のステップＳ２３２の判定条件及びステップＳ２３５の変換処理の内容を適宜変更することにより、例えば、胃等の径の大きな管腔の表面（胃壁）に沿うように先端部２１５を進行させるための経路線を算出する場合においても適用することができる。
すなわち、本実施形態において、演算処理部２９１が図２０のフローチャートに示す処理をさらに行うことにより、先端部２１５を管腔の表面に接触させることなく、該管腔の表面の状態をより詳細に観察することが可能となる。
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。
本出願は、２００７年１１月２９日に日本国に出願された特願２００７−３０９２３２号、２００７年１１月２９日に日本国に出願された特願２００７−３０９２３３号、及び、２００７年１２月７日に日本国に出願された特願２００７−３１７３６９号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (6)

  1. 被検体の内部に挿入される挿入部と、該挿入部の先端側に設けられ、該被検体の内部の被写体の像に応じた撮像信号を出力する撮像部を具備した先端部と、該先端部の位置及び向きを該挿入部の挿入方向に対して変更可能な湾曲部と、を有する内視鏡と、
    少なくとも前記先端部が存在する位置に関する情報を含む位置情報を取得する位置検出部と、
    前記被写体の像の画像に基づき、前記先端部の通過目標位置を設定する通過目標位置設定部と、
    前記位置情報及び前記通過目標位置に基づき、前記先端部が通過する経路を推定する経路推定部と、
    前記通過目標位置及び前記経路に基づき、前記先端部が前記経路に沿って前記通過目標位置に到達するように、前記経路上における湾曲制御目標位置を適宜設定する湾曲制御目標位置設定部と、
    前記湾曲制御目標位置に基づき、前記湾曲部の湾曲量及び湾曲方向に関する湾曲制御情報を算出する湾曲制御情報算出部と、
    を有することを特徴とする内視鏡システム。
  2. 前記湾曲制御目標位置設定部は、単位時間あたりの前記先端部の移動距離を前記位置情報に基づいて算出し、前記湾曲制御目標位置を該移動距離に基づいて設定することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
  3. 前記画像に含まれる暗部領域を検出する暗部領域検出部をさらに有し、
    前記目標位置設定部は、前記暗部領域の重心点を前記通過目標位置として設定することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
  4. 管腔の内部に挿入される挿入部と、該挿入部の先端側に設けられ、該管腔の内部の被写体の像に応じた撮像信号を出力する撮像部を具備した先端部と、該先端部の位置及び向きを該挿入部の挿入方向に対して変更可能な湾曲部と、を有する内視鏡と、
    前記被写体の像の２次元画像に基づき、前記管腔の３次元形状データを算出する３次元形状算出部と、
    前記３次元形状データに基づき、前記管腔の切断面を複数取得する切断面取得部と、
    前記切断面の断面形状に応じた経路点を前記切断面各々において検出し、該経路点各々と前記先端部の先端面とを少なくとも結んでなる経路を算出する経路算出部と、
    前記経路上において、前記先端部を通過させる目標位置を設定する目標位置設定部と、
    前記目標位置に基づき、前記湾曲部の湾曲量及び湾曲方向に関する湾曲制御情報を算出する湾曲制御情報算出部と、
    前記目標位置設定部により設定された前記目標位置を、前記湾曲部の湾曲量を減少可能な他の目標位置に補正する目標位置補正部と、
    を具備したことを特徴とする内視鏡システム。
  5. 管腔の内部に挿入される挿入部と、該挿入部の先端側に設けられ、該管腔の内部の被写体の像に応じた撮像信号を出力する撮像部を具備した先端部と、該先端部の位置及び向きを該挿入部の挿入方向に対して変更可能な湾曲部と、を有する内視鏡と、
    前記被写体の像の２次元画像に基づき、前記管腔の３次元形状データを算出する３次元形状算出部と、
    前記３次元形状データに基づき、前記管腔の切断面を複数取得する切断面取得部と、
    前記切断面の断面形状に応じた経路点を前記切断面各々において検出し、該経路点各々と前記先端部の先端面とを少なくとも結んでなる経路を算出する経路算出部と、
    前記経路上において、前記先端部を通過させる目標位置を設定する目標位置設定部と、
    前記目標位置に基づき、前記湾曲部の湾曲量及び湾曲方向に関する湾曲制御情報を算出する湾曲制御情報算出部と、
    を備え、
    前記経路は、前記複数の経路点各々と、前記先端部の先端面と、前記２次元画像における最も暗い点とを結ぶ線分として算出されることを特徴とする内視鏡システム。
  6. 管腔の内部に挿入される挿入部と、該挿入部の先端側に設けられ、該管腔の内部の被写体の像に応じた撮像信号を出力する撮像部を具備した先端部と、該先端部の位置及び向きを該挿入部の挿入方向に対して変更可能な湾曲部と、を有する内視鏡と、
    前記被写体の像の２次元画像に基づき、前記管腔の３次元形状データを算出する３次元形状算出部と、
    前記３次元形状データに基づき、前記管腔の切断面を複数取得する切断面取得部と、
    前記切断面の断面形状に応じた経路点を前記切断面各々において検出し、該経路点各々と前記先端部の先端面とを少なくとも結んでなる経路を算出する経路算出部と、
    前記経路上において、前記先端部を通過させる目標位置を設定する目標位置設定部と、
    前記目標位置に基づき、前記湾曲部の湾曲量及び湾曲方向に関する湾曲制御情報を算出する湾曲制御情報算出部と、
    を備え、
    前記目標位置設定部は、単位時間あたりの前記先端部の移動距離に基づいて前記目標位置を設定することを特徴とする内視鏡システム。
JP2009543714A 2007-11-29 2008-10-16 内視鏡システム Expired - Fee Related JP5085662B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009543714A JP5085662B2 (ja) 2007-11-29 2008-10-16 内視鏡システム

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007309233 2007-11-29
JP2007309232 2007-11-29
JP2007309233 2007-11-29
JP2007309232 2007-11-29
JP2007317369 2007-12-07
JP2007317369 2007-12-07
PCT/JP2008/068789 WO2009069394A1 (ja) 2007-11-29 2008-10-16 内視鏡システム
JP2009543714A JP5085662B2 (ja) 2007-11-29 2008-10-16 内視鏡システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2009069394A1 JPWO2009069394A1 (ja) 2011-04-07
JP5085662B2 true JP5085662B2 (ja) 2012-11-28

Family

ID=40678297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009543714A Expired - Fee Related JP5085662B2 (ja) 2007-11-29 2008-10-16 内視鏡システム

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8147402B2 (ja)
EP (1) EP2213220B9 (ja)
JP (1) JP5085662B2 (ja)
WO (1) WO2009069394A1 (ja)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4804594B2 (ja) * 2009-09-30 2011-11-02 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 内視鏡装置及び湾曲駆動制御方法
EP2446806A4 (en) * 2010-05-31 2017-06-21 Olympus Corporation Endoscope shape detection device and method for detecting shape of inserted part of endoscope
JP5597049B2 (ja) 2010-07-07 2014-10-01 オリンパス株式会社 画像処理装置、画像処理方法、および画像処理プログラム
JPWO2012014532A1 (ja) * 2010-07-28 2013-09-12 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 内視鏡と、この内視鏡の挿通湾曲方法
US8403829B2 (en) * 2010-08-27 2013-03-26 Olympus Medical Systems Corp. Endoscopic form detection device and form detecting method of insertion section of endoscope
WO2012132638A1 (ja) * 2011-03-30 2012-10-04 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 内視鏡システム
JP6221166B2 (ja) * 2012-10-22 2017-11-01 ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー 表示装置、医用装置、およびプログラム
JP2014109630A (ja) * 2012-11-30 2014-06-12 Olympus Corp 内視鏡装置
DK177984B9 (en) * 2013-11-12 2015-03-02 Simonsen & Weel As Device for endoscopy
WO2018188466A1 (en) * 2017-04-12 2018-10-18 Bio-Medical Engineering (HK) Limited Automated steering systems and methods for a robotic endoscope
DE102017008148A1 (de) 2017-08-29 2019-02-28 Joimax Gmbh Sensoreinheit, intraoperatives Navigationssystem und Verfahren zur Detektion eines chirurgischen Instruments
WO2020020558A1 (en) * 2018-07-25 2020-01-30 Universität Zürich Video-endoscopic intubation stylet
US20210259521A1 (en) * 2020-02-21 2021-08-26 Canon U.S.A., Inc. Controller for selectively controlling manual or robotic operation of endoscope probe
US20230233270A1 (en) * 2022-01-26 2023-07-27 Covidien Lp Autonomous endobronchial access with an em guided catheter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05228102A (ja) * 1992-02-25 1993-09-07 Olympus Optical Co Ltd 内視鏡装置
JPH11337845A (ja) * 1998-05-25 1999-12-10 Mitsubishi Electric Corp 内視鏡装置
JP2005520590A (ja) * 2002-03-14 2005-07-14 ネットケイアイエスアール インコーポレイテッド コンピュータ連動断層撮影データの解析およびディスプレイシステムおよび方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02203831A (ja) 1989-02-01 1990-08-13 Olympus Optical Co Ltd 内視鏡
US5658238A (en) * 1992-02-25 1997-08-19 Olympus Optical Co., Ltd. Endoscope apparatus capable of being switched to a mode in which a curvature operating lever is returned and to a mode in which the curvature operating lever is not returned
JP3523672B2 (ja) 1993-12-02 2004-04-26 オリンパス株式会社 内視鏡装置
US20050165276A1 (en) * 2004-01-28 2005-07-28 Amir Belson Methods and apparatus for accessing and treating regions of the body
US7277833B2 (en) * 2002-02-06 2007-10-02 Siemens Corporate Research, Inc. Modeling of the workspace and active pending behavior of an endscope using filter functions
US7998062B2 (en) * 2004-03-29 2011-08-16 Superdimension, Ltd. Endoscope structures and techniques for navigating to a target in branched structure
JP4009639B2 (ja) * 2002-07-31 2007-11-21 オリンパス株式会社 内視鏡装置、内視鏡装置のナビゲーション方法、内視鏡画像の表示方法、及び内視鏡用画像表示プログラム
JP4077716B2 (ja) * 2002-11-20 2008-04-23 オリンパス株式会社 内視鏡挿入方向検出装置
US20050085717A1 (en) * 2003-10-21 2005-04-21 Ramin Shahidi Systems and methods for intraoperative targetting
JP4695420B2 (ja) * 2004-09-27 2011-06-08 オリンパス株式会社 湾曲制御装置
JP4827495B2 (ja) * 2005-11-09 2011-11-30 Ｈｏｙａ株式会社 内視鏡挿入部形状把握システム
JP4823697B2 (ja) * 2006-01-13 2011-11-24 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 電動湾曲内視鏡
JP4891636B2 (ja) * 2006-03-14 2012-03-07 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 画像解析装置
US20090259099A1 (en) * 2008-04-10 2009-10-15 Georgia Tech Research Corporation Image-based control systems

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05228102A (ja) * 1992-02-25 1993-09-07 Olympus Optical Co Ltd 内視鏡装置
JPH11337845A (ja) * 1998-05-25 1999-12-10 Mitsubishi Electric Corp 内視鏡装置
JP2005520590A (ja) * 2002-03-14 2005-07-14 ネットケイアイエスアール インコーポレイテッド コンピュータ連動断層撮影データの解析およびディスプレイシステムおよび方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20100204545A1 (en) 2010-08-12
US8147402B2 (en) 2012-04-03
EP2213220B1 (en) 2013-02-20
EP2213220A4 (en) 2011-06-29
EP2213220A1 (en) 2010-08-04
JPWO2009069394A1 (ja) 2011-04-07
WO2009069394A1 (ja) 2009-06-04
EP2213220B9 (en) 2013-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5085662B2 (ja) 内視鏡システム
EP2215960B1 (en) Endoscope curve control apparatus
JP4585048B2 (ja) 内視鏡システム
JP5855358B2 (ja) 内視鏡装置及び内視鏡装置の作動方法
US8454497B2 (en) Endoscope apparatus and bending drive control method
CN110099599B (zh) 医学图像处理设备、医学图像处理方法和程序
JP4624486B2 (ja) 内視鏡システム
US10517467B2 (en) Focus control device, endoscope apparatus, and method for controlling focus control device
CN110769737B (zh) 插入辅助装置、工作方法和包括插入辅助装置的内窥镜装置
US10413157B2 (en) Endoscope system with image pasting on planar model
JP6033444B2 (ja) ロボット支援型手術システムとその作動方法
US20190083180A1 (en) Medical image processing apparatus, medical image processing method, and program
US10827906B2 (en) Endoscopic surgery image processing apparatus, image processing method, and program
JP5078486B2 (ja) 医療用画像処理装置及び医療用画像処理装置の作動方法
JP7385731B2 (ja) 内視鏡システム、画像処理装置の作動方法及び内視鏡
JP7247702B2 (ja) 内視鏡システム、内視鏡制御方法、及び、撮像制御装置
US8795157B1 (en) Method and system for navigating within a colon
US8888685B2 (en) Medical system
US20240062471A1 (en) Image processing apparatus, endoscope apparatus, and image processing method
US11298000B2 (en) Endoscopic device

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120529

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120730

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120828

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120905

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5085662

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150914

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees