JP5676028B2 - Operating method of three-dimensional shape detection device - Google Patents
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- 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
- A61B1/009—Flexible endoscopes with bending or curvature detection of the insertion part
Description
本発明は、例えば内視鏡やマニピュレータ等に備わる長尺可撓部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法に関する。 The present invention relates to a method of operating a three-dimensional shape detection apparatus that detects a three-dimensional shape of a long flexible member provided in, for example, an endoscope or a manipulator.
従来より、内視鏡は、医療器具として様々な場面で多く用いられている。内視鏡は、長尺で小径の挿入部を、被検体の体腔内部に挿入して用いられる。この挿入部の先端には、撮像手段を備える先端部が設けられている。このような内視鏡によって、例えば体腔内の臓器等の観察や、更には当該内視鏡の処置具チャンネル内に処置具を挿通して各種治療処置を行うことが可能となる。 Conventionally, endoscopes are often used as medical instruments in various situations. An endoscope is used by inserting a long and small-diameter insertion portion into a body cavity of a subject. At the distal end of the insertion portion, a distal end portion including an imaging unit is provided. With such an endoscope, for example, an organ in a body cavity can be observed, and further, various treatment treatments can be performed by inserting the treatment tool into the treatment tool channel of the endoscope.
近年、内視鏡下で手術を行う為の腹腔鏡様の処置具や、腹腔鏡に可動関節を設けた器具等が実用化され、ロボット的に内視鏡下で手術を行う機器も実用化されている。
一方、内視鏡は工業分野においても多く用いられており、例えばボイラ、タービン、エンジン、及び化学プラント等の内部に存在する傷や腐蝕等の観察・検査に用いられている。
ところで、内視鏡は、挿入部の先端側に湾曲自在な部位である湾曲部を備えている。この湾曲部は、湾曲操作ノブが操作されることにより、該操作に従って上下方向または左右方向に湾曲動作される。
In recent years, laparoscopic-like treatment tools for performing surgery under an endoscope, instruments with movable joints provided in a laparoscope, etc. have been put into practical use, and equipment for performing surgery under an endoscope using a robot has also been put into practical use. Has been.
On the other hand, endoscopes are often used in the industrial field, and are used for observation and inspection of scratches and corrosion existing in boilers, turbines, engines, chemical plants, and the like.
By the way, the endoscope includes a bending portion that is a bendable portion on the distal end side of the insertion portion. When the bending operation knob is operated, the bending portion is bent in the vertical direction or the horizontal direction according to the operation.
例えば、内視鏡は、入り組んだ構造の体腔内管路である大腸のように３６０°のループを描く管腔内に挿入された後に、湾曲操作ノブが操作されることにより、湾曲部が湾曲動作及び捻り動作されて、前記挿入部が、管腔内部において観察・検査対象部位に向けて進入していく。
このような操作は、経験の浅い術者にとっては非常に困難である。すなわち、例えば大腸のような複雑に入り組んだ構造の管腔内における深部まで、内視鏡の挿入部を短時間でスムーズに挿入することは、熟練された術者の技術が要求される。従って、経験の浅い術者による場合、内視鏡の挿入部を大腸内における深部まで挿入していく過程で、挿入方向の見失いや、大腸の走行状態を大きく変化させてしまったりする等の虞がある。
For example, an endoscope is inserted into a lumen that draws a loop of 360 ° like a large intestine, which is an intracorporeal intraluminal channel, and the bending portion is bent by operating the bending operation knob. By the operation and the twisting operation, the insertion portion enters toward the observation / inspection target site inside the lumen.
Such an operation is very difficult for an inexperienced surgeon. That is, a skilled operator's technique is required to smoothly insert the insertion portion of the endoscope in a short time to a deep portion in a lumen having a complicated structure such as the large intestine. Therefore, inexperienced surgeons may lose sight of the insertion direction or greatly change the running state of the large intestine during the process of inserting the insertion portion of the endoscope deep into the large intestine. There is.
上述した事情を鑑みて、内視鏡の挿入部の挿入性を向上させる為の技術が従来より各種提案されている。例えば特許文献１には、体腔内に挿入された内視鏡の挿入部の形状を立体的に把握可能とする装置が開示されている。
この特許文献１に開示されている技術によれば、２本の光ファイバを対として、これら２本の光ファイバの端面を斜めに切断して、相互に所定の開き角となるように接続したものを用い、この光ファイバ端面の開き角を演算することによって曲がり状態を検出することを可能としている。
In view of the above-described circumstances, various techniques for improving the insertability of the insertion portion of the endoscope have been conventionally proposed. For example,
According to the technique disclosed in
しかしながら、この特許文献１に開示されている技術では、接合した光ファイバ対を用いる場合、挿入部において、ある一カ所の断面位置での曲がりを検出する為に、４本の光ファイバが必要となってしまう。従って、長さ方向に接合部の位置を違えてそれぞれ４本の光ファイバ対を配置しなければならない。つまり、挿入部の長さ方向における距離分解機能を高くしようとすると（検出カ所の断面位置多くする場合には）、極めて多数の光ファイバ対を設けなければならなくなり、装置の複雑化・大型化を招いてしまう。
However, in the technique disclosed in
このような問題を鑑みて、例えば特許文献２には、簡略且つコンパクトな構成で、長尺可撓部材の三次元形状を検出可能とした三次元形状検出装置が提案されている。
すなわち、この特許文献２に開示されている技術では、２本のファイバブラッググレーティング（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）を対として、このファイバブラッググレーティング対を２組、センサケーブルに設け、光源部からセンサケーブルのファイバブラッググレーティングに信号光が出射された場合に、信号処理部によって、各ファイバブラッググレーティングからの反射回析光を受光し、この反射回析光の波長と、基準となる反射回析光の波長と、を比較してファイバブラッググレーティングの歪み測定を行う。この測定により、長尺可撓部材の三次元形状を検出する。
In view of such a problem, for example,
That is, in the technology disclosed in
ファイバブラッググレーティングを利用する技術としては、例えば特許文献３に次のような技術が開示されている。すなわち、少なくとも１つのファイバブラッググレーティングを光ファイバに設け、この光ファイバをカテーテルに挿入して、ファイバブラッググレーティングの物理的性質の変化から、カテーテルの曲げ角度を導出するように構成された光ファイバ・ナビゲーションシステムに係る技術が開示されている。
As a technique using the fiber Bragg grating, for example,
特許文献４には、高精度検出の為に温度補償を行う技術が開示されている。この特許文献４に開示されている内視鏡システムによれば、内視鏡を体腔内又は検査対象物内に挿入した状態で、その挿入部の曲がり形状を検出して三次元形状を表示部に表示させたり、制御に利用したりすることが可能となる。 Patent Document 4 discloses a technique for performing temperature compensation for high-precision detection. According to the endoscope system disclosed in Patent Document 4, in a state where the endoscope is inserted into a body cavity or an inspection object, the bending shape of the insertion portion is detected and a three-dimensional shape is displayed on the display portion. It can be displayed on the screen or used for control.
ところで、上述した特許文献に開示されている技術のように、ファイバブラッググレーティングを用いて、内視鏡の挿入部における湾曲形状等の三次元形状を検出する技術においては、実用性の観点からは当然ながら高精度な検出処理が要求される。
さらに、内視鏡の場合、その挿入経路や観察対象は各検査毎に異なり、特に人体等の生体内に内視鏡を挿入する場合には、当該内視鏡は、各器官の蠕動運動、鼓動、拍動、及び呼吸等の影響を受けて形状変形し得る。
By the way, in the technique for detecting a three-dimensional shape such as a curved shape in an insertion portion of an endoscope using a fiber Bragg grating as in the technique disclosed in the above-mentioned patent document, from the viewpoint of practicality. Of course, highly accurate detection processing is required.
Further, in the case of an endoscope, its insertion path and observation target are different for each examination, and particularly when an endoscope is inserted into a living body such as a human body, the endoscope has a peristaltic motion of each organ, The shape can be deformed under the influence of beating, pulsation, and respiration.
従って、三次元形状検出が高精度であることに加えて、良好な応答性即ち或る程度のリアルタイム性を確保しなければ、実用上の問題が生じる。すなわち、それぞれの瞬間における三次元形状とは異なる三次元形状が検出されてしまう。しかしながら、測定点数を増やして三次元形状の検出を高精度化すると、計測に掛かる時間は必然的に増大してしまう。
ここで、電気信号を利用して三次元形状の検出をする方法としては、例えばＡ／Ｄコンバータを測定点数分用い、デジタルデータを検出信号として伝送する方法を挙げることができる。しかしながら、測定点数が多くなる程、データの読み込みに要する時間は増大し、データ処理量も多くなってしまう。
Accordingly, in addition to the high accuracy of the three-dimensional shape detection, there is a practical problem unless a good response, that is, a certain degree of real time is ensured. That is, a three-dimensional shape different from the three-dimensional shape at each moment is detected. However, if the number of measurement points is increased and the detection of the three-dimensional shape is made highly accurate, the time required for measurement will inevitably increase.
Here, as a method of detecting a three-dimensional shape using an electrical signal, for example, a method of transmitting digital data as a detection signal using an A / D converter for the number of measurement points can be cited. However, as the number of measurement points increases, the time required for data reading increases and the amount of data processing increases.
さらには、Ａ／Ｄコンバータを測定点数分だけ用意するとコストアップや大型化を招く。このような事情から、Ａ／Ｄコンバータに時分割処理を行わせる技術も提案されている。しかしながら、このような技術を採用しても、データ処理量自体は変わらない。
他方、電気信号の代わりに光信号を用いる場合であっても、コンピュータに取り込むために電気信号に変換すれば、上述の問題と同様の問題が生じる。さらには、ファイバブラッググレーティングを用いる場合には、測定点に応じた帯域をスキャンする必要がある為、多点測定ではスキャン時間が長くなる。この点は、微細な処置をおこなう際には、特に大きなデメリットなる。
Furthermore, if A / D converters are prepared for the number of measurement points, the cost increases and the size increases. Under such circumstances, a technique for causing the A / D converter to perform time division processing has also been proposed. However, even if such a technique is adopted, the data processing amount itself does not change.
On the other hand, even when an optical signal is used instead of an electrical signal, if it is converted into an electrical signal for importing into a computer, the same problem as described above occurs. Furthermore, when a fiber Bragg grating is used, since it is necessary to scan a band corresponding to a measurement point, the scan time becomes long in multipoint measurement. This is a significant disadvantage when performing a fine treatment.
上述したような事情から、内視鏡の三次元形状の検出においては、良好な検出精度の確保と、良好な応答性の確保と、の両立が困難とされている。
ところで、特許文献２〜特許文献４に開示されている技術では、長尺可撓部材の三次元的形状を検出する為の手段としてファイバブラッググレーティングを利用するものの、検出処理の高精度化にのみ着目しており、応答性を向上させる為の具体的な構成及び方法については、開示は勿論、示唆すらされていない。
From the circumstances described above, it is difficult to ensure both good detection accuracy and good responsiveness in detecting the three-dimensional shape of an endoscope.
By the way, in the techniques disclosed in
つまり、特許文献２〜特許文献４には、ファイバブラッググレーティングを利用して長尺可撓部材の三次元形状を検出する際の、応答性を向上させる為の技術的思想が開示も示唆も為されておらず、上述の問題が解決されていない。
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものであり、検出精度と応答性とを両立させた長尺可撓部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法を提供することを目的とする。
That is,
This invention is made in view of the said situation, and provides the operating method of the three-dimensional shape detection apparatus which detects the three-dimensional shape of the elongate flexible member which made detection accuracy and responsiveness compatible. With the goal.
前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による長尺可撓部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法は、前記長尺可撓部材に設けられた複数のファイバブラッググレーティングからの信号を取得する取得ステップと、前記取得ステップにおいて取得した前記信号に基づいて前記長尺可撓部材の三次元形状を算出する三次元形状算出ステップとを有し、前記取得ステップでは、前記ファイバブラッググレーティングによりスキャンする波長帯域を制限することにより、前記長尺可撓部材の所定部位について時間的に間引いて前記信号を取得する。 In order to achieve the above object, an operation method of a three-dimensional shape detection apparatus for detecting a three-dimensional shape of a long flexible member according to the first aspect of the present invention includes a plurality of methods provided in the long flexible member. An acquisition step of acquiring a signal from the fiber Bragg grating, and a three-dimensional shape calculation step of calculating a three-dimensional shape of the long flexible member based on the signal acquired in the acquisition step. In the step, by limiting the wavelength band to be scanned by the fiber Bragg grating, the signal is obtained by thinning out a predetermined part of the long flexible member in terms of time.
前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様による長尺可撓部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法は、前記長尺可撓部材に設けられた複数のセンサからの信号を取得する取得ステップと、前記取得ステップにおいて取得した前記信号に基づいて前記長尺可撓部材の三次元形状を算出する三次元形状算出ステップとを有し、前記三次元形状算出ステップでは、前記複数のセンサのうち前記長尺可撓部材の所定部位に設けられた前記センサにより取得した前記信号について時間的な間引き処理を行う。 In order to achieve the above object, an operation method of a three-dimensional shape detecting apparatus for detecting a three-dimensional shape of a long flexible member according to the second aspect of the present invention includes a plurality of methods provided in the long flexible member. An acquisition step of acquiring a signal from the sensor, and a three-dimensional shape calculation step of calculating a three-dimensional shape of the elongated flexible member based on the signal acquired in the acquisition step, the three-dimensional shape In the calculation step, a temporal thinning process is performed on the signal acquired by the sensor provided at a predetermined portion of the long flexible member among the plurality of sensors.
本発明によれば、検出精度と応答性とを両立させた長尺可撓部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the operating method of the three-dimensional shape detection apparatus which detects the three-dimensional shape of the elongate flexible member which made detection accuracy and responsiveness compatible is provided.
以下、本発明の一実施形態に係る長尺可撓部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る長尺可撓部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法を適用した内視鏡システムの一構成例を示す図である。同図に示すように、内視鏡システムは、内視鏡７と、処理部３と、検出部５と、間引き判定手段３ａと、操作手段７１と、駆動手段７３と、制御手段７５と、表示手段７７と、を具備する。
Hereinafter, an operation method of the three-dimensional shape detection apparatus for detecting the three-dimensional shape of the long flexible member according to the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an endoscope system to which an operation method of a three-dimensional shape detection apparatus that detects a three-dimensional shape of a long flexible member according to an embodiment of the present invention is applied. As shown in the figure, the endoscope system includes an
前記内視鏡７は、体腔内へ挿入される長尺可撓部材である挿入部７ａと、挿入部７ａの先端に設けられた支持部７ｂと、支持部７ｂにより支持されており撮像手段等が設けられた先端部７ｃと、を有する。この内視鏡７には、体腔内に挿入された挿入部７ａの三次元形状を検出する為の検出部５が設けられている。
The
前記処理部３は、検出部５からの出力に基づいて、体腔内に挿入された内視鏡７の三次元形状を算出する。この処理部３については、図２を参照して後に説明する。
前記間引き判定手段３ａは、処理部３或いは検出部５による間引き処理（詳細は後述する）の対象となるデータを決定する手段である。この間引き判定手段３ａによる処理の詳細は後述する。
The
The thinning determination unit 3a is a unit that determines data to be subjected to thinning processing (details will be described later) by the
前記検出部５は、例えば体腔内に挿入された内視鏡７の三次元形状を検出する為の検出部である。この検出部５による処理の詳細は後述する。
前記操作手段７１は、当該内視鏡システムの操作インターフェイスである。
前記駆動手段７３は、制御手段７５の指示に基づいて内視鏡７を駆動する。
前記制御手段７５は、当該内視鏡システム全体を統括的に制御する。
前記表示手段７７は、内視鏡７の先端部７ｃに設けられた撮像手段による撮像で取得した画像や、処理部３により算出された内視鏡７の三次元形状等を表示する。
The
The operation means 71 is an operation interface of the endoscope system.
The driving
The control means 75 comprehensively controls the entire endoscope system.
The
図２は、図１に示す構成要件のうち、本一実施形態に係る三次元形状検出装置に係る構成を抽出して詳細に示す図である。同図に示すように、三次元形状検出装置１は、処理部３と、間引き判定手段３ａと、検出部５と、を有する。
前記処理部３は、光源１１と、光源制御部１２と、アイソレータ１３と、光カプラ１４と、受光器１６と、信号処理部１７と、多分岐光カプラ１８と、を備える。
前記光源１１は、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）であり、光源制御部１２による制御の下で所定波長の測定光を発光して、アイソレータ１３に出射する。
FIG. 2 is a diagram illustrating in detail the configuration related to the three-dimensional shape detection apparatus according to the present embodiment, extracted from the configuration requirements illustrated in FIG. As shown in the figure, the three-dimensional
The
The
前記アイソレータ１３は、光源１１で発光された測定光を一方向だけに透過させる素子である。このアイソレータ１３は、その出射端に接続された光カプラ１４からの光を遮断し、光源１１を保護する。
The
前記光カプラ１４は、入射した光を分岐する装置である。この光カプラ１４には、アイソレータ１３と、検出部５の伝送用光ファイバ２２と、受光器１６と、が接続されている。この光カプラ１４は、アイソレータ１３から入射された測定光を、後述する検出部５の伝送用光ファイバ２２に向けて出射し、且つ、この伝送用光ファイバ２２から出射された出力光を、受光器１６に向けて出射する。
The
前記受光器１６は、光カプラ１４から出射された出力光を受光し、光電効果を利用して出力光の光強度に応じた電圧信号（検出信号）を生成して信号処理部１７に出力する。なお、受光器１６としては、例えばホトダイオードが用いられる。
The
さらには、検出信号として変位信号や歪み信号等を用いて三次元形状検出を行い、必要に応じて温度信号等を用いた補正（温度補償）を行う構成としても勿論よい。温度測定は、形状測定と比較して高い応答性を必要としない為、温度信号は間引いて演算するのには適している信号であるとも言える。 Furthermore, it is of course possible to adopt a configuration in which a three-dimensional shape is detected using a displacement signal, a distortion signal, or the like as a detection signal, and correction (temperature compensation) using a temperature signal or the like is performed as necessary. Since temperature measurement does not require high responsiveness compared to shape measurement, it can be said that the temperature signal is a signal suitable for thinning out and calculating.
前記信号処理部１７は、受光器１６から出力された電圧信号（検出信号）に基づいて、伝送用光ファイバ２２における光損失量を算出し、該算出した光損失量に基づいて、後述する検出部５における光センサＳが設けられた箇所の形状を検出（特定）し、該形状を示す演算データを出力する。また、信号処理部１７は、後述する間引き判定手段３ａによる判定結果に基づいて、間引き処理を実行する。この間引き処理については、後に詳述する。
The
多分岐光カプラ１８は、光カプラ１４及び複数の多点検出部２０（伝送用光ファイバ２２）が接続された光分岐器である。この多分岐光カプラ１８は、光カプラ１４から出射された測定光を、所定の伝送用光ファイバ２２内に出射する。また、多分岐光カプラ１８は、伝送用光ファイバ２２から出射された出力光を、光カプラ１４を介して受光器１６に出射する。この多分岐光カプラ１８による測定光の分岐の切り替えは、数μsecで行われるように構成する。このように構成することで、後述する複数の多点検出部１０を処理部３に接続した場合であっても、複数の多点検出部２０を時分割処理により切り替えて順次使用することができる。つまり、信号処理部１７の処理負担を増大させることなく、多点検出を行うことが可能となる。
The multi-branch
以上説明したように、処理部３により、検出部５に対して測定光を入光し、且つ、検出部５からの出力光を受光し、この出力光に基づいて内視鏡７の各部位の三次元形状を検出する。この三次元形状の検出処理については、後に具体例を挙げて詳細に説明する。
前記検出部５は、複数の多点検出部２０を有する。この多点検出部２０は、それぞれ、伝送用光ファイバ２２と、全反射端２４と、光センサＳと、を備える。
As described above, the measurement light is incident on the
The
前記伝送用光ファイバ２２は、三次元形状検出の対象部材（本例においては、内視鏡７）に設置された光ファイバである。この伝送用光ファイバ２２は、高純度の石英ガラスやプラスチックから成る。この伝送用光ファイバ２２の一端は処理部３に接続され、他端は全反射端２４に接続されている。ここで、伝送用光ファイバ２２は伝送損失量が非常に少ない。従って、処理部３と全反射端２４との間の距離を必要十分な値に設定することができる。
The transmission
この伝送用光ファイバ２２は、処理部３に接続された一端から測定光が入射されると、該測定光を、後述する複数の光センサＳに順次伝送する。一方、後述する全反射端２４において反射された測定光も順次伝送し、処理部３に向けて出力光として射出する。
前記全反射端２４は、各伝送用光ファイバ２２の先端に配設され、光を全反射する反射鏡である。処理部３から出射され、伝送用光ファイバ２２を通じて到達した測定光を全反射して出力光として処理部３に対して射出させる。
When the measurement light is incident from one end connected to the
The
前記光センサＳは、伝送用光ファイバ２２から入射された測定光を、当該光センサＳの形状変形（歪み・屈曲等）に伴って損失させ、全反射端２４又は処理部３に向けて出射させる。換言すれば、光センサＳは、その歪み・屈曲等の形状の変化に因り、その内部を通過する測定光（全反射端２４により反射された測定光も含む）の光量を変化させる。例えば、光センサＳの歪み・屈曲等の度合いが強い程、伝送光量の損失が大きくなる。
The optical sensor S causes the measurement light incident from the transmission
ここで、各多点検出部２０には、それぞれｎ個の光センサＳ１〜Ｓｎが、伝送用光ファイバ２２に対して直列且つ離散的に配設されている。ここで、光センサＳ１〜Ｓｎの形状変形（歪み・屈曲等）による測定光の光損失量Ｌｉは、
Here, in each
と、離散的に設定されている。但し、“Ａ”は光センサＳ１の光損失量（基準値）を示しており、“ｉ”はセンサ番号を示している。
従って、光センサＳ１〜Ｓｎによる測定光の光損失量Ｌｉは、当該光センサＳ１〜Ｓｎの形状変化の度合いにより損失量を異ならせる為に、上述した（式１）に示すように離散的に設定される。
And are set discretely. However, “A” indicates the light loss amount (reference value) of the optical sensor S1, and “i” indicates the sensor number.
Therefore, the light loss amount Li of the measurement light from the optical sensors S1 to Sn is discretely expressed as shown in (Equation 1) described above in order to vary the loss amount depending on the degree of change in the shape of the optical sensors S1 to Sn. Is set.
詳細には、各光センサＳ１〜Ｓｎにおける形状変形による測定光の光損失量を、前記（式１）に示すように設定するのは、形状変形した光センサＳの特定を容易にする為である。すなわち、検出部５は、複数の光センサＳを有している為、２つ以上の光センサＳに同時に形状変形が生じた場合には、検出部５の出力として得られる出力光は、形状変形が生じた光センサＳに設定された光損失量の総和だけ損失した強度となる。
Specifically, the reason for setting the optical loss amount of the measurement light due to the shape deformation in each of the optical sensors S1 to Sn as shown in the above (formula 1) is to make it easy to identify the optical sensor S having the deformed shape. is there. That is, since the
このとき、例えば、２つの光センサＳ１，Ｓ２による測定光の光損失量の和が、他の光センサ（例えば光センサＳ３）による測定光の光損失量と略同一であった場合には、光センサＳ１〜Ｓ３のうち何れに形状変形が生じたのかが判別不能となってしまう。
そこで、複数の光センサＳによる光損失量の和が、他の光センサＳによる光損失量（または、他の複数の光センサＳによる光損失量の和）と略同一とならないように、各光センサＳの光損失量を、前記（式１）に示すように、離散的に設定する。
At this time, for example, when the sum of the optical loss amounts of the measurement light by the two optical sensors S1 and S2 is substantially the same as the optical loss amount of the measurement light by the other optical sensors (for example, the optical sensor S3), It becomes impossible to determine which of the optical sensors S1 to S3 is deformed.
Therefore, each of the optical loss amounts by the plurality of optical sensors S is not substantially the same as the optical loss amount by the other optical sensors S (or the sum of the optical loss amounts by the other optical sensors S). The light loss amount of the optical sensor S is set discretely as shown in the above (Formula 1).
換言すれば、各光センサＳの光損失量を、（式１）に示すように離散的に設定することにより、出力として得られる出力光の光損失量に基づいて、形状変形が生じた光センサＳを一義的に特定することが可能となる。
なお、図２に示す例では、検出部５に設けられた多点検出部２０はｍ個であり、各光センサＳには、対応する多点検出部２０に付された番号１〜ｍと、当該光センサ自身に付されたセンサ番号１〜ｎと、が付記されて“光センサＳｍｎ”と表記されている。
In other words, the light loss amount of each optical sensor S is set discretely as shown in (Equation 1), so that the light whose shape has been deformed based on the light loss amount of output light obtained as output. It is possible to uniquely identify the sensor S.
In the example shown in FIG. 2, there are m
ところで、光センサＳを実現する具体的なセンサ方式としては、例えば、マイクロベンディングセンサ、コアがヘテロ構造を有するヘテロコアセンサ、及びＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）等を挙げることができる。 By the way, as a specific sensor system for realizing the optical sensor S, for example, a microbending sensor, a heterocore sensor having a heterostructure in the core, and FBG (Fiber Bragg Grating) can be exemplified.
ここで、医療機器のように低ノイズが要求される機器を想定した場合、電磁気ノイズに起因する懸念事項がない光信号を用いるセンサ方式、すなわちＦＢＧのように光信号を用いたセンサ方式を採用することが好ましいとも言える。さらには、ＦＢＧを採用する場合、一本のファイバで多点の計測を行うことができるので、配線数の軽減という観点においても優位性を持つ。 Here, when assuming a device that requires low noise such as a medical device, a sensor method that uses an optical signal that is free from concerns due to electromagnetic noise, that is, a sensor method that uses an optical signal like FBG is adopted. It can be said that it is preferable to do. Furthermore, when FBG is employed, since multiple points can be measured with a single fiber, there is an advantage in terms of reducing the number of wires.
以降の説明においては、図２に示す構成を更に具体化し、センサ方式としてＦＢＧを利用する場合（すなわち多点検出部２０としてＦＢＧを利用する場合）の構成例及び処理例を詳細に説明する。
図３Ａは、ＦＢＧ１００の構造を模式的に示す図である。図３Ａにおいて、符号１００ａが付されているのはクラッド部であり、符号１００ｂが付されているのはコア部である。同図に示すように、光ファイバは、クラッド部１００ａ内にコア部１００ｂが挿通されて構成されている。
ＦＢＧ１００は、コア部１００ｂにおいて、屈折率が変化する部位、即ち屈折率変化部２００が形成されている。ここで、屈折率変化部２００は、所定の長さにわたって屈折率が周期的に変化することになり、その全長がセンサ長となる。
In the following description, the configuration shown in FIG. 2 is further embodied, and a configuration example and a processing example in the case of using FBG as a sensor method (that is, in the case of using FBG as the multipoint detection unit 20) will be described in detail.
FIG. 3A is a diagram schematically showing the structure of the
In the
この光ファイバに、ある特定の波長であるＢｒａｇｇ波長の光が入射されると、この屈折率変化部２００で反射回折光が得られる。そして、光ファイバが真直ぐな状態、つまり基準状態から曲げられると、屈折率変化部２００に歪みが生じて、センサ長が変化する。 When light having a Bragg wavelength, which is a specific wavelength, is incident on the optical fiber, reflected diffracted light is obtained by the refractive index changing unit 200. When the optical fiber is bent straight, that is, from the reference state, the refractive index changing unit 200 is distorted and the sensor length changes.
その結果、センサ長が伸びると反射回折光の波長は、基準状態での波長より長くなり、センサ長が短くなると反射回折光の波長が短くなるようにシフトする。さらに、歪みの度合いに応じて反射回折光の波長シフト量が変化する。 As a result, when the sensor length increases, the wavelength of the reflected diffracted light becomes longer than the wavelength in the reference state, and when the sensor length becomes shorter, the wavelength of the reflected diffracted light shifts. Further, the wavelength shift amount of the reflected diffracted light changes according to the degree of distortion.
そこで、図３Ｂに示すように、ＦＢＧ１００の長さ方向に所定のピッチ間隔Ｐｉをもって複数の屈折率変化部２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，…２００ｎを設ける。しかも、これら各屈折率変化部２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，…２００ｎにおける屈折率を異ならせると、図４に示すように、それぞれの屈折率変化部で反射回折光を生じるＢｒａｇｇ波長をλ１，λ２，λ３，…λｎと異ならせることができる。
Therefore, as shown in FIG. 3B, a plurality of refractive
従って、光源１１からλ１〜λｎの波長領域を含む信号光を４本のＦＢＧ１００内に送り込むと、各屈折率変化部２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，…２００ｎから波長がλ１，λ２，λ３，…λｎの反射回折光が生じる。この反射回折光は、ＦＢＧ１００の長さ方向の位置信号と、曲がり方向及び曲がり度合いに関する信号とが含まれている。
ここで、説明の便宜上、次のような構成を想定する。すなわち、上述した構成のＦＢＧ１００を４本用いて、この４本のＦＢＧ１００を、図５及び図６に示すように、例えばゴム、軟性樹脂等の円柱状または円筒状の可撓性キャリア４０の外周部またはその近傍位置に、それぞれ９０°の角度をもって配置する。
Therefore, when signal light including a wavelength region of λ1 to λn is sent from the
Here, for convenience of explanation, the following configuration is assumed. That is, four
これにより、図６に示すように相互に１８０°の角度を有する直交二軸Ｘ，Ｙ上に、それぞれ対となったＦＢＧ１００ａ，ＦＢＧ１００ｂ（Ｙ軸を構成するファイバ対）と、ＦＢＧ１００ｃ，ＦＢＧ１００ｄ（Ｘ軸を構成するファイバ対）と、を有するセンサケーブル５０が構成される。そして、センサケーブル５０の軸線方向において、各ＦＢＧ１００ａ〜１００ｄにおける各屈折率変化部２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，…２００ｎはそれぞれ同じ断面位置に配置される。センサケーブル５０は、光源１１、光カプラ１４，多分岐光カプラ１８及び信号処理部１７を内蔵した処理部３に着脱可能に接続されるよう構成されている。
As a result, as shown in FIG. 6, a pair of
そして、処理部３の内部において、光源１１からの信号光を光カプラ１４，多分岐光カプラ１８によってＦＢＧ１００ａ〜１００ｄに分岐させて入射し、それらの各屈折率変化部からの反射回折光を信号処理部１７に取り込んで所定の信号処理を行う。これによって、センサケーブル５０が曲げられると、どの位置がどの方向にどの程度曲げられているかの検出を行うことができ、その三次元的な形状を認識できるようになる。なお、光カプラ１４，多分岐光カプラ１８に代えて光サーキュレータ等を用いることもできる。
Then, inside the
以上説明したセンサケーブル５０は、長尺可撓部材に設けられている通路内に挿入されており、この長尺可撓部材の三次元的な形状を認識するために用いられる。長尺可撓部材の一例としては、上述したように内視鏡７を挙げることができる。内視鏡７は、体腔内への挿入部７ａが連設けられており、この挿入部は挿入経路に追従して任意の方向に曲がる軟性部として構成されている。この軟性部である挿入部の先端には支持部７ｂを介して先端部７ｃが連設されている。
The
図７は、本一実施形態に係る三次元形状検出装置１の処理部３による三次元形状検出処理の一例を示す図である。
まず、受光器１６は、光カプラ１４から出射された出力光を受光して電圧信号（検出信号）を生成する（ステップＳ１）。このステップＳ１では、例えばスイッチング手段によって、複数の多点検出部２０からの出力光を時分割処理により切り替えて順次時系列的に取り込む。
詳細には、光源１１からはλ１〜λｎの波長範囲を含む測定光（直線偏向の光）が出射される。この測定光は光カプラ１４・多分岐光カプラ１８を介して、本例においてはそれぞれ４本設けられた各ＦＢＧ１ａ〜１ｄの入射端面に分割入射される。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a three-dimensional shape detection process performed by the
First, the
Specifically, measurement light (linearly deflected light) including a wavelength range of λ1 to λn is emitted from the
各々のＦＢＧ１ａ〜１ｄ内においては、それぞれピッチ間隔Ｐｉ毎に設けられた各屈折率変化部２ａ，２ｂ，２ｃ，…２ｎでそれぞれ波長λ１，λ２，λ３，…λｎの光が、回折反射される。この反射回折された光は、光カプラ１４・多分岐光カプラ１８を介して受光器１６によって受光される。
この受光器１６は、例えばスイッチング手段によって、ＦＢＧ１ａにおける各屈折率変化部２ａ〜２ｎ、ＦＢＧ１ｂの各屈折率変化部２ａ〜２ｎというように、ＦＢＧ１ａ〜１ｄからの反射回折光を順次時系列的に取り込む。
In each of the FBGs 1a to 1d, light having wavelengths λ1, λ2, λ3,... Λn is diffracted and reflected by the refractive index changing portions 2a, 2b, 2c,. . The reflected and diffracted light is received by the
The
以下、処理部３により間引き処理が行われる“間引き処理工程”（ステップＳ２）について詳細に説明する。図８は、処理部３による電圧信号（検出信号）の間引き処理例のタイミングチャートを示す図である。ここでは、説明の便宜上、内視鏡７の先端部７ｃ及び挿入部７ａにおいて、それぞれ３点検出する場合を例に説明する。
すなわち、前記ステップＳ１における処理を完了した後、信号処理部１７は、図８に示すタイミングチャートに従って、内視鏡７の先端部７ｃに設けられた光センサＳに対応する電圧信号（検出信号）については間引き処理をせず、且つ、内視鏡７の挿入部７ａに設けられた光センサＳに対応する電圧信号（検出信号）については間引き処理する（ステップＳ２）。
Hereinafter, the “thinning process step” (step S2) in which the thinning process is performed by the
That is, after completing the processing in step S1, the
すなわち、図８に示す例では、内視鏡７の先端部７ｃにおける３点全てについて検出処理を行い、その後、内視鏡７の挿入部７ａにおける１点について検出する。そして、この検出処理を繰り返す過程で、挿入部７ａにおいて検出する１点を順次ずらしていく。
なお、図８において時間軸の下部には、“従来技術”における検出処理のタイミングが示されている。従来技術では、同図に示すように、内視鏡７の先端部７ｃと挿入部７ａとで重み付けをせずに、単純に順次検出処理を行っている。
That is, in the example shown in FIG. 8, detection processing is performed for all three points in the
In FIG. 8, the timing of detection processing in the “prior art” is shown below the time axis. In the prior art, as shown in the figure, detection processing is simply performed sequentially without weighting the
この“間引き処理工程”は、三次元形状検出において相対的に重要性が低い部位（高い応答性が必要でない部位）についてのデータを間引き処理することで、後段の演算処理量を軽減させる為の処理である。
具体的には、間引き処理を行う対象の部位としては、内視鏡７の場合には先端部７ｃよりも動きが少ない挿入部７ａを挙げることができる。
この間引き処理を行う部位については、前記間引き判定手段３ａが判定する（詳細は後述する）。そして、この間引き判定手段３ａの判定結果に基づいて、処理部３（信号処理部１７）がデータの間引き処理を実行する。
This “thinning-out process step” is used to reduce the amount of computation processing in the subsequent stage by thinning out data on parts that are relatively insignificant in three-dimensional shape detection (parts that do not require high responsiveness). It is processing.
Specifically, as the target portion to be subjected to the thinning process, in the case of the
The part to be subjected to the thinning process is determined by the thinning determination unit 3a (details will be described later). Then, based on the determination result of the thinning determination unit 3a, the processing unit 3 (signal processing unit 17) executes a data thinning process.
図９は、“間引き処理工程”における実際の間引き処理の一例のフローチャートを示す図である。本例では、間引き判定手段３ａは、ユーザによる操作手段７１の操作に基づいて間引き処理の対象部位を決定する。
まず、間引き判定手段３ａは、操作手段７１における操作入力が存在するか否かを判定する（ステップＳ１００）。このステップＳ１１０をＮＯに分岐する場合、内視鏡７は操作されていない状態であるので、間引き判定手段３ａは、処理部３に間引き処理を行わせる制御信号を出力する（ステップＳ１０１）。
FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of actual thinning processing in the “thinning processing step”. In this example, the thinning determination unit 3a determines a target part of the thinning process based on the operation of the
First, the thinning determination unit 3a determines whether or not there is an operation input in the operation unit 71 (step S100). When step S110 is branched to NO, since the
一方、前記ステップＳ１００をＹＥＳに分岐する場合、間引き判定手段３ａは、前記操作入力が“動きが発生する部位についての操作入力”であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。なお、操作入力によって動きが発生する部位は、設計時に既知な事項である。 On the other hand, when step S100 is branched to YES, the thinning determination unit 3a determines whether or not the operation input is “operation input for a portion where movement occurs” (step S102). It should be noted that the part where the movement is generated by the operation input is a known matter at the time of design.
このステップＳ１０２をＹＥＳに分岐する場合、間引き判定手段３ａは、操作入力によって動きが発生する部位については、処理部３に間引き処理を行わせずに通常の検出処理を行わせ、且つ、動きが発生しない部位については、処理部３に間引き処理を行わせる制御信号を出力する（ステップＳ１０３）。
When this step S102 is branched to YES, the thinning determination unit 3a causes the
具体的には、例えば内視鏡７の先端部７ｃを動かす場合、設計的に先端部７ｃが動いても挿入部７ａが動かないように構成されていれば、先端部７ｃについては間引き処理を行わせず、且つ、挿入部７ａについては間引き処理を行わせる。また、内視鏡７を前後進させる操作入力の場合には、挿入部７ａも消化管に沿って動く（形状が変わる）ので、先端部７ｃについても挿入部７ａについても間引き処理を行わない。他方、前記ステップＳ１０２をＮＯに分岐する場合、前記ステップＳ１０１に移行する。
Specifically, for example, when the
上述の処理を行うことで、例えば次のような作用効果を得ることができる。
・少なくとも内視鏡７のうち先端部７ｃ（三次元形状検出処理において重要な部位）が操作されていない場合には、内視鏡７の挿入部７ａについては間引き処理を行う。
・内視鏡７の先端部７ｃが操作されている場合には、間引き処理を行なわずに、内視鏡７の動きを明確に把握可能に三次元形状検出を行う。
・上述の処理により、検出精度と応答性とを両立させることが可能となる。
なお、内視鏡以外の処置具に、本一実施形態に係る三次元形状検出装置を適用した場合も、同様の原理で処理を行うことで、同様の効果を得ることができる。
By performing the above-described processing, for example, the following operational effects can be obtained.
When at least the
When the
-The above-described processing makes it possible to achieve both detection accuracy and responsiveness.
Even when the three-dimensional shape detection apparatus according to the present embodiment is applied to a treatment instrument other than an endoscope, the same effect can be obtained by performing the processing based on the same principle.
ところで、間引き判定手段３ａは、操作手段７１における操作入力に係る情報を次のように取得する。すなわち、操作手段７１における操作入力に応じて自動的に内視鏡７が湾曲動作される構成の場合には、該操作入力に係る情報を間引き判定手段３ａが読み取るように構成する。他方、操作手段７１における手動の操作入力で内視鏡７を操作する場合には、該手動の操作入力を間引き判定手段３ａが検出するように構成する。例えば、操作手段７１に操作ダイヤルを設け、この操作ダイヤルにエンコーダを取り付け、このエンコーダの出力を間引き判定手段３ａが読み取るように構成すれば良い。
By the way, the thinning determination unit 3a acquires information related to the operation input in the
以下、“間引き処理工程”における実際の間引き処理方式について、具体例を挙げて説明する。
《光学的な間引き処理》
本処理方式では、ＦＢＧによりスキャンする帯域自体を狭くすることで、処理を高速化する。
ここで、１５２０〜１５７０ｎｍの波長を利用してＦＢＧを動作させるとし、測定箇所としては（部位Ａ）及び（部位Ｂ）の２部位を想定し、（部位Ａ）については１５２０〜１５４０ｎｍの波長を利用し、（部位Ｂ）については１５５０〜１５７０ｎｍの波長を利用するとする。
Hereinafter, an actual thinning processing method in the “thinning processing step” will be described with a specific example.
<< Optical thinning process >>
In this processing method, the processing speed is increased by narrowing the band itself scanned by the FBG.
Here, it is assumed that the FBG is operated using a wavelength of 1520 to 1570 nm, and two parts of (part A) and (part B) are assumed as measurement points, and a wavelength of 1520 to 1540 nm is assumed for (part A). It is assumed that a wavelength of 1550 to 1570 nm is used for (part B).
但し、（部位Ａ）は例えば内視鏡７の挿入部７ａ等の変形頻度の低い部位であり、（部位Ｂ）は例えば内視鏡７の先端部７ｃ等の変形頻度の高い部位であるとする。
このとき、変形頻度がより高い（部位Ｂ）に対応する波長について、高頻度にサンプリングし、変形頻度が低い（部位Ａ）に対応する波長について、低頻度にサンプリングする。
具体的には、処理部３内に波長可変の分光器を設け、該分光器によって入射光或いは出射光を、次のように分光処理する。すなわち、前記分光器によって、所定の頻度で、分光処理の波長を（部位Ｂ）に対応する波長の範囲に狭めて分光処理を行う。換言すれば、変形頻度が低い（部位Ａ）については、サンプリング頻度を間引く。これにより、変形頻度が高い（部位Ｂ）については高い検出精度を維持し、処理に掛かる時間の短縮（高速サンプリング）も実現することができる。
However, (part A) is a part with low deformation frequency such as the
At this time, the wavelength corresponding to a higher deformation frequency (part B) is sampled at a high frequency, and the wavelength corresponding to a lower deformation frequency (part A) is sampled at a low frequency.
Specifically, a wavelength-variable spectroscope is provided in the
より具体的には、分光処理における間引き処理は、時系列的に次のように分光処理することで行う。
＜例１＞
（部位Ａ）＋（部位Ｂ）、（部位Ｂ）、（部位Ｂ）、（部位Ａ）＋（部位Ｂ）、（部位Ｂ）、・・・
＜例２＞
（部位Ａ）、（部位Ｂ）、（部位Ｂ）、（部位Ｂ）、（部位Ａ）、（部位Ｂ）、（部位Ｂ）、・・・
但し、上述の各＜例＞において、（部位○）との表記は、それぞれの部位に対応する波長についてのサンプリング処理を示している。
More specifically, the thinning-out process in the spectral processing is performed by performing spectral processing as follows in time series.
<Example 1>
(Part A) + (Part B), (Part B), (Part B), (Part A) + (Part B), (Part B),...
<Example 2>
(Part A), (Part B), (Part B), (Part B), (Part A), (Part B), (Part B),...
However, in each <Example> described above, the notation (part O) indicates sampling processing for wavelengths corresponding to the respective parts.
ここで、＜例１＞を採用する場合、変形頻度が高い（部位Ｂ）に対応する検出信号を毎回取得できるという利点がある。一方、＜例２＞を採用する場合、毎回の分光処理の負荷を同程度の負荷とすることができるという利点がある。
なお、前記分光器としては、例えばファブリーペロー干渉計の面間を可変にしたもの等を用いればよい。また、分光処理は、入射光に対して行っても、出射光に対して行っても何れでもよい。
Here, when <Example 1> is adopted, there is an advantage that a detection signal corresponding to a high deformation frequency (part B) can be obtained every time. On the other hand, when <Example 2> is adopted, there is an advantage that the load of the spectral processing each time can be set to the same level.
As the spectroscope, for example, a Fabry-Perot interferometer with a variable distance between planes may be used. Further, the spectral processing may be performed on incident light or may be performed on outgoing light.
本処理方式のように検出部５において間引き処理を行う場合、低価格化や小型化が可能となる利点がある。例えば、Ａ／Ｄコンバータを用いる場合には、それを低速のものにしてもよいし、時分割処理するものと、毎処理毎に読み込むものと、を使い分けるように構成する等してもよい。
《演算による間引き処理》
本処理方式では、スキャンする波長帯域自体は変更せず、スキャンにより取得した検出信号について間引き処理を行う。すなわち、信号処理の際に（部位Ｂ）に対応する波長についてのみの処理も行う。
例えば、ピーク波長を検出して利用する際には、ピーク波長を検出する処理が必要になるが、この処理の際に帯域を絞る。つまり、センサ方式としてＦＢＧを利用する場合には波長による間引き処理となり、センサ方式としてポテンショメータとＡ／Ｄ変換器を利用する場合にはＡ／Ｄ変換器の信号を読む処理を省くことで、同様の間引き処理を行う。
When the thinning process is performed in the
<< Thinning processing by calculation >>
In this processing method, the scanning wavelength band itself is not changed, and the thinning process is performed on the detection signal acquired by scanning. That is, only the wavelength corresponding to (part B) is also processed during signal processing.
For example, when the peak wavelength is detected and used, processing for detecting the peak wavelength is required, but the band is narrowed during this processing. That is, when FBG is used as a sensor method, the thinning process is performed by wavelength, and when a potentiometer and an A / D converter are used as a sensor method, the process of reading the signal of the A / D converter is omitted. Perform decimation processing.
本処理方式のように、信号処理時における間引き処理であっても、処理チャンネル数が多い場合等においては、演算時間短縮及び演算負荷低減に非常に有効である。 Even in the case of thinning-out processing at the time of signal processing as in this processing method, when the number of processing channels is large, etc., it is very effective for shortening the calculation time and the calculation load.
より具体的には、演算による間引き処理は、時系列的に次のように信号処理することで行う。
＜例１＞
（部位Ａ）＋（部位Ｂ）、（部位Ｂ）、（部位Ｂ）、（部位Ａ）＋（部位Ｂ）、（部位Ｂ）・・・
＜例２＞
（部位Ａ）、（部位Ｂ）、（部位Ｂ）、（部位Ｂ）、（部位Ａ）、（部位Ｂ）、（部位Ｂ）・・・
但し、上述の各＜例＞において、（部位○）との表記は、それぞれの部位に対応する波長についてのサンプリング処理を示している。
More specifically, the thinning process by calculation is performed by performing signal processing in the following manner in time series.
<Example 1>
(Part A) + (Part B), (Part B), (Part B), (Part A) + (Part B), (Part B)...
<Example 2>
(Part A), (Part B), (Part B), (Part B), (Part A), (Part B), (Part B)...
However, in each <Example> described above, the notation (part O) indicates sampling processing for wavelengths corresponding to the respective parts.
ここで、＜例１＞を採用する場合、変形頻度が高い（部位Ｂ）に対応する信号を毎回処理できるという利点がある。一方、＜例２＞を採用する場合、毎回の信号処理の負荷を同程度の負荷とすることができるという利点がある。
本処理方式は、上述の《光学的な間引き処理》のように分光器を用いてスキャンする帯域を変更することが困難な場合には、非常に有効な手段となる。また、検出信号自体は間引き処理されていないので、間引きパターン（検出パターン）の変更を必要に応じて容易に行うことができる。
例えば、操作手段７１における操作入力や内視鏡７の動きに応じて、間引きパターン（検出パターン）を容易に変更することができる。例えばセンサ方式としてＦＢＧを利用する場合には、スキャンする全帯域についてのデータを取得し、演算時において必要なデータのみを、所望の間引きパターンで処理することが容易である。また、Ａ／Ｄコンバータを用いる場合には、サンプリングタイムごとのデータを取得する。
Here, when <Example 1> is adopted, there is an advantage that a signal corresponding to a high deformation frequency (part B) can be processed each time. On the other hand, when <Example 2> is adopted, there is an advantage that the load of the signal processing each time can be set to the same level.
This processing method is a very effective means when it is difficult to change the scanning band using a spectroscope as in the above-mentioned << Optical thinning process >>. Further, since the detection signal itself is not thinned out, the thinning pattern (detection pattern) can be easily changed as necessary.
For example, the thinning pattern (detection pattern) can be easily changed according to the operation input on the operation means 71 and the movement of the
なお、以上説明した“間引き処理工程”については、後述する“曲率演算工程（ステップＳ５）”を実行する以前の段階であればどの段階で行ってもよい。換言すれば、“曲率演算工程（ステップＳ５）”を実行する前に、三次元形状の検出対象部材のうち重要性が相対的に低い部位（例えば内視鏡７の挿入部７ａ）に対応するデータを間引き処理すればよい。
さらに、間引き処理において、間引き率を漸次調節して段階的な間引き処理を行っても勿論よい。
Note that the “thinning-out process step” described above may be performed at any stage before the “curvature calculation process (step S5)” described later is executed. In other words, before executing the “curvature calculation step (step S5)”, the three-dimensional shape detection target member corresponds to a relatively less important portion (for example, the
Further, in the thinning process, it is of course possible to perform the thinning process in stages by gradually adjusting the thinning rate.
ところで、信号処理部１７は、ステップＳ１において生成された電圧信号（検出信号）に基づいて、各々の出力光のスペクトル分布を得る（ステップＳ３）。
詳細には、信号処理部１７は、上述の処理によって取得したＦＢＧ１ａ〜１ｄからの反射回折光のスペクトル分布を得る。ここで、基準となる屈折率変化部からの反射回折光のスペクトル分布（つまり屈折率変化部に曲げや歪み等がない場合のスペクトル分布）は、図１０において実線で示すように表される。一方、屈折率変化部が曲げられると、図１０において点線・一点鎖線で示すスペクトル分布となる。
By the way, the
Specifically, the
続いて、信号処理部１７は、次のようなスペクトル解析処理を行う（ステップＳ４）。すなわち、信号処理部１７は、各反射回折光のピーク値を検出し、該検出したピーク値と基準となる波長との差、つまり反射回折光のシフト量を算出する。
ここで、反射回折光の波長にシフトがない場合（基準となる反射回折光と実質的に同じである場合）、ＦＢＧ１ａ〜１ｄは真直ぐな状態となっている。一方、波長のシフトがある場合、センサケーブル５０は屈曲している。
Subsequently, the
Here, when there is no shift in the wavelength of the reflected diffracted light (when it is substantially the same as the reference reflected diffracted light), the FBGs 1a to 1d are in a straight state. On the other hand, when there is a wavelength shift, the
例えば、ＦＢＧ１ａ及びＦＢＧ１ｃでは＋側に波長がシフトし、且つ、ＦＢＧ１ｂ及びＦＢＧ１ｄでは−側に波長がシフトしている場合には、ＦＢＧ１ａ及びＦＢＧ１ｃでは屈折率変化部が伸びており（ＦＢＧ１ａ及びＦＢＧ１ｃは屈曲部位の外周側に位置しており）、且つ、ＦＢＧ１ｂ及びＦＢＧ１ｄでは屈折率変化部が縮んでいる（ＦＢＧ１ｂ及びＦＢＧ１ｄは屈曲部位の内周側に位置している）。
なお、屈曲部位の曲率半径は、波長のシフト量に応じて変化する。すなわち、波長のシフト量が大きくなればなるほど、屈曲部位の曲率半径は小さくなる。
For example, when the wavelength is shifted to the + side in FBG1a and FBG1c, and the wavelength is shifted to the-side in FBG1b and FBG1d, the refractive index changing portion is extended in FBG1a and FBG1c (FBG1a and FBG1c are In addition, the refractive index changing portion is contracted in FBG1b and FBG1d (FBG1b and FBG1d are located on the inner peripheral side of the bent portion).
Note that the radius of curvature of the bent portion changes according to the shift amount of the wavelength. That is, the larger the wavelength shift amount, the smaller the radius of curvature of the bent portion.
ここで、センサケーブル５０においては、ＦＢＧ１ａとＦＢＧ１ｂとでＹ軸を、またＦＢＧ１ｃとＦＢＧ１ｄとでＸ軸を構成するものとする。さらに、センサケーブル５０の軸線方向をＺ軸としたときに、図１１に示す三次元座標軸が形成される。この三次元座標軸上にセンサケーブル５０の形状、つまり屈曲方向及び屈曲度合いを表示する為に、以下の処理を行う。
まず、信号処理部１７は、次のような曲率演算を行う（ステップＳ５）。すなわち、信号処理部１７は、ＦＢＧ１ａ及びＦＢＧ１ｂの各屈折率変化部２ａ〜２ｎにおける基準波長に対する波長シフト量をそれぞれ検出することで、それぞれの屈折率変化部２ａ〜２ｎの曲率を算出する。同様に、ＦＢＧ１ｃ及びＦＢＧ１ｄの屈折率変化部２ａ〜２ｎの曲率も算出する。ここで、センサケーブル５０における前後の屈折率変化部間の間隔はＰである。
Here, in the
First, the
続いて、信号処理部１７は、このステップＳ５で取得した曲率演算結果を参照して、Ｙ軸湾曲形状を演算する（ステップＳ６）。すなわち、信号処理部１７は、前記ステップＳ５で取得した曲率演算結果を参照して、ＦＢＧ１ａ及びＦＢＧ１ｂの各屈折率変化部の曲率と、前後の屈折率変化部間の間隔Ｐｉと、に基づいて、図１１に示すＹ軸を含むＺ軸方向の平面ＶＦ上でのＦＢＧ１ａ及びＦＢＧ１ｂの軌跡を算出する。
Subsequently, the
同様に、信号処理部１７は、前記ステップＳ５で取得した曲率演算結果を参照して、Ｘ軸湾曲形状を演算部する（ステップＳ７）。ＦＢＧ１ｃ及びＦＢＧ１ｄの各屈折率変化部の曲率と、前後の屈折率変化部間の間隔Ｐｉと、に基づいて、図１１に示すＸ軸を含むＺ軸方向の平面ＨＦ上でのＦＢＧ１ｃ及びＦＢＧ１ｄの軌跡を算出する。
そして、信号処理部１７は、上述の処理で算出したＹ軸湾曲形状及びＸ軸湾曲形状に基づいて、センサケーブル５０の三次元形状を示すデータを算出する（ステップＳ８）。このデータは、センサケーブル５０の三次元形状を示すデータであるが、このセンサケーブル５０は内視鏡７に設けられた処置具挿通チャンネル内に挿入されている。従って、このステップＳ８で算出した三次元形状を示すデータは、実質的に内視鏡７の三次元形状を示すデータである。
Similarly, the
And the
以上説明したように、本一実施形態によれば、検査対象物内（例えば体腔内）に挿入された挿入部材（例えば内視鏡）の三次元形状を検出する際の、検出精度と応答性とを両立させた三次元形状検出装置、及び、挿入部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法を提供することができる。
具体的には、内視鏡７の三次元形状の検出においては、内視鏡７の部位によって、三次元形状の検出の際に必要な応答性に差異が存在することを利用して、効率的な検出を行う。
As described above, according to the present embodiment, detection accuracy and responsiveness when detecting a three-dimensional shape of an insertion member (for example, an endoscope) inserted into an inspection object (for example, a body cavity). And a method for operating the three-dimensional shape detection device for detecting the three- dimensional shape of the insertion member.
Specifically, in the detection of the three-dimensional shape of the
具体的には、観察や処置の為には、先端部７ｃについての三次元形状検出は応答性が或る程度高くなければ、操作性が低下してしまう。特に、先端部７ｃの計測結果を用いてフィードバック制御する場合などは、計測の応答性によって動きの応答性も大きく制限されてしまう。
Specifically, for observation and treatment, if the three-dimensional shape detection for the
一方、挿入部７ａについては、先端部７ｃについての三次元形状検出のベースとなる為、高精度な計測が要求されるが、応答性は遅くても構わない場合がある。例えば、消化管に挿入する内視鏡では、消化管の動きがあるとは言え、内視鏡の前後進が無ければ、挿入部７ａは形状が大きく変化する部分ではない。
このような事情を鑑みて、応答性が低くても構わない部位については、データ（検出信号）を時間的に間引いて演算する。これにより、演算処理量を全体として軽減させることができる。つまり、検出対象の部位毎に、検出精度及び応答性を別個に設定することで、三次元形状の計測処理を最適化することができる。
On the other hand, since the
In view of such circumstances, the data (detection signal) is thinned out and calculated for portions that may have low responsiveness. Thereby, the calculation processing amount can be reduced as a whole. That is, the measurement processing of the three-dimensional shape can be optimized by separately setting the detection accuracy and the responsiveness for each part to be detected.
より具体的には、本一実施形態によれば、例えばＦＢＧからの歪み情報に基づいて、例えば体腔内に挿入された内視鏡の三次元形状を高精度且つ応答性良く検出することができる三次元形状検出装置、及び、挿入部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法を提供することができる。また、それらを適用した内視鏡システムを提供することができる。 More specifically, according to the present embodiment, for example, based on distortion information from the FBG, for example, the three-dimensional shape of the endoscope inserted into the body cavity can be detected with high accuracy and high responsiveness. A three-dimensional shape detection apparatus and a method of operating the three-dimensional shape detection apparatus for detecting the three- dimensional shape of the insertion member can be provided. In addition, an endoscope system to which these are applied can be provided.
また、特に医療機器においては、誤動作を回避する為にシステムチェック等に演算能力を割り当てるニーズがある為、本一実施形態で得られる“演算処理量を軽減させる”という効果は大きな意味を持つ。なお、本一実施形態に係る三次元形状検出装置、及び、挿入部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法は、医療用の内視鏡のみならず、他にも工業用の内視鏡等に適用することも当然ながら可能である。 In particular, in a medical device, since there is a need for assigning a calculation capability to a system check or the like in order to avoid a malfunction, the effect of “reducing the calculation processing amount” obtained in this embodiment has a great meaning. The three-dimensional shape detection apparatus according to the present embodiment and the operation method of the three-dimensional shape detection apparatus for detecting the three- dimensional shape of the insertion member are not limited to medical endoscopes, Needless to say, the present invention can be applied to such endoscopes.
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。以下、本一実施形態の種々の変形例について説明する。
[変形例Ａ]
以下、前記一実施形態の変形例Ａに係る三次元形状検出装置、及び、挿入部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法について説明する。なお、説明の重複を避ける為、前記一実施形態との相違点を説明する。
The present invention has been described based on one embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications are possible within the scope of the gist of the present invention. It is. Hereinafter, various modifications of the present embodiment will be described.
[Modification A]
Hereinafter, an operation method of the three-dimensional shape detection apparatus according to Modification A of the embodiment and the three-dimensional shape detection apparatus that detects the three- dimensional shape of the insertion member will be described. In order to avoid duplication of explanation, differences from the one embodiment will be described.
図１２は、本変形例Ａに係る三次元形状検出装置を適用した内視鏡システムの一構成例を示す図である。同図に示すように本変形例Ａにおいては、前記間引き判定手段３ａが、処理部３における三次元形状検出結果に基づいて、間引き処理の対象部位を判定可能なように接続構成されている。
換言すれば、処理部３による三次元形状検出結果を、間引き判定手段３ａにフィードバックし、間引き判定手段３ａは、この三次元形状検出結果に基づいて、間引き処理の対象部位を決定する。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of an endoscope system to which the three-dimensional shape detection apparatus according to Modification A is applied. As shown in the figure, in the present modification A, the thinning determination means 3a is connected so as to be able to determine the target part of the thinning process based on the three-dimensional shape detection result in the
In other words, the three-dimensional shape detection result by the
図１３は、本変形例Ａの“間引き処理工程”における実際の間引き処理の一例のフローチャートを示す図である。本変形例Ａでは、処理部３による三次元形状検出結果を間引き判定手段３ａにフィードバックさせ、間引き判定手段３ａは、この三次元形状検出結果に基づいて間引き処理の対象部位を決定する。
まず、間引き判定手段３ａは、前回の三次元形状検出結果と今回の三次元形状検出結果とを比較し、三次元形状検出の対象物（例えば内視鏡７）が静止状態であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。
より具体的には、このステップＳ１１０においては、間引き判定手段３ａは、前回の三次元形状検出結果と今回の三次元形状検出結果との差分をとる処理や微分演算等を行い、その結果に基づいて前記判定を行う。なお、速度センサや加速度センサ等を別途設けて、それらにより取得される速度情報や加速度情報に基づいて前記判定を行ってもよい。
FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of actual thinning-out processing in the “thinning-out processing step” of Modification A. In Modification A, the three-dimensional shape detection result by the
First, the thinning determination unit 3a compares the previous three-dimensional shape detection result with the current three-dimensional shape detection result, and determines whether or not the target of the three-dimensional shape detection (for example, the endoscope 7) is in a stationary state. Is determined (step S110).
More specifically, in this step S110, the thinning determination unit 3a performs a process for obtaining a difference between the previous three-dimensional shape detection result and the current three-dimensional shape detection result, a differential operation, and the like, and based on the result. The determination is performed. In addition, a speed sensor, an acceleration sensor, etc. may be provided separately and the said determination may be performed based on the speed information and acceleration information which are acquired by them.
前記ステップＳ１１０をＮＯに分岐する場合、内視鏡７には形状変化が生じているので、間引き判定手段３ａは、処理部３に間引き処理を行わせずに通常の検出処理を行わせる制御信号を出力する（ステップＳ１１３）。
When step S110 is branched to NO, since the shape change occurs in the
一方、前記ステップＳ１１０をＹＥＳに分岐する場合、内視鏡７には形状変化が殆ど生じていない。この場合、間引き判定手段３ａは、前回の三次元形状検出結果と今回の三次元形状検出結果との差異が所定値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１１）。
このステップＳ１１１をＹＥＳに分岐する場合、三次元形状検出対象物（例えば内視鏡７）に実質的には形状変形が生じているので、前記ステップＳ１１３に移行する。他方、前記ステップＳ１１１をＮＯに分岐する場合、三次元形状検出対象物（例えば内視鏡７）に実質的に形状変形が生じていないので、処理部３に所定の間引き処理を行わせる制御信号を出力する（ステップＳ１１２）。
On the other hand, when step S110 is branched to YES, the
When step S111 is branched to YES, the three-dimensional shape detection target (for example, the endoscope 7) is substantially deformed, and the process proceeds to step S113. On the other hand, when step S111 is branched to NO, the shape signal is not substantially deformed in the three-dimensional shape detection object (for example, the endoscope 7), so that the control signal for causing the
上述の処理を行うことで、例えば次のような作用効果を得ることができる。
例えば消化管内に挿入されている内視鏡７が、消化管の動きや、患者の動きによって受動的に形状変形を起こした場合、この形状変化を検出した時点で間引き処理を中止する。なお、間引き処理を完全に中止せずに、間引き処理における間引き率を減少させるように構成しても勿論よい。一方、内視鏡７の形状変形を検出していない場合（内視鏡７に実質的に動きが無い場合）には、所定の間引き処理を行う。
By performing the above-described processing, for example, the following operational effects can be obtained.
For example, when the
また、上述の処理を、内視鏡７を構成する各部位毎に行うことで、内視鏡７のうち実際に動きが生じている部位についての三次元形状検出を、良好な精度及び応答性で行うことができる。
なお、一旦動きが生じた部位は、その後も再び動きが生じる可能性が高いので、動きが止まった後も一定時間は静止状態と見做さず、間引き処理を行わないようにしても良い。さらには、間引き処理を行う場合であっても、間引き率を低い値から徐々に高めていくような間引き処理をしてもよい。
In addition, by performing the above-described processing for each part constituting the
It should be noted that a portion that has once moved is highly likely to move again, and therefore, after the movement stops, it may not be regarded as a stationary state for a certain period of time, and the thinning process may not be performed. Furthermore, even when thinning processing is performed, thinning processing may be performed in which the thinning rate is gradually increased from a low value.
以上説明したように、本変形例Ａによれば、前記一実施形態に係る三次元形状検出装置及び挿入部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法と同様の効果を奏する上に、操作手段７１における操作入力に関わらず、挿入部材（例えば内視鏡７）に実際に生じている形状変形に基づいて、間引き処理の対象部位を決定することができる三次元形状検出装置、及び、挿入部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法を提供することができる。
[変形例Ｂ]
以下、前記一実施形態の変形例Ｂに係る三次元形状検出装置、及び、挿入部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法について説明する。なお、説明の重複を避ける為、前記一実施形態との相違点を説明する。
図１４は、本変形例Ｂに係る三次元形状検出装置の一構成例を示す図である。同図に示すように、本変形例Ｂにおいては光センサＳの代わりに、ポテンショメータＰを用いる。すなわち、ポテンショメータＰが設けられた部位における回転角度や移動量を、ポテンショメータＰにより電圧信号（検出信号）に変換し、該電圧信号（検出信号）に基づいて以降の処理を行う。
As described above, according to Modification A, the same effect as the operation method of the three-dimensional shape detection device according to the embodiment and the three-dimensional shape detection device that detects the three- dimensional shape of the insertion member can be obtained. In addition, a three-dimensional shape detection apparatus capable of determining a target part of the thinning process based on a shape deformation actually occurring in the insertion member (for example, the endoscope 7) regardless of an operation input in the operation means 71, And the operating method of the three-dimensional shape detection apparatus which detects the three- dimensional shape of an insertion member can be provided.
[Modification B]
Hereinafter, an operation method of the three-dimensional shape detection apparatus according to the modified example B of the embodiment and the three-dimensional shape detection apparatus that detects the three- dimensional shape of the insertion member will be described. In order to avoid duplication of explanation, differences from the one embodiment will be described.
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of a three-dimensional shape detection apparatus according to Modification B. As shown in the figure, in this modification B, a potentiometer P is used instead of the optical sensor S. That is, the rotation angle and the amount of movement at the part where the potentiometer P is provided are converted into a voltage signal (detection signal) by the potentiometer P, and the subsequent processing is performed based on the voltage signal (detection signal).
従って、処理部３においては光学的な処理を行う為の部材は不要となる。つまり、処理部３には、ポテンショメータＰから出力された電圧信号（検出信号）を処理する為の信号処理部１７を設ければよい。
以上説明したように、本変形例Ｂによれば、前記一実施形態に係る三次元形状検出装置及び挿入部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法と同様の効果を奏する上に、ポテンショメータやエンコーダのように電気信号を用いるセンサを採用することで、光信号を用いる場合と比較して、構成を簡略化可能な三次元形状検出装置、及び、挿入部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法を提供することができる。
[変形例Ｃ]
以下、前記一実施形態の変形例Ｃに係る三次元形状検出装置、及び、挿入部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法について説明する。なお、説明の重複を避ける為、前記一実施形態との相違点を説明する。
図１５は、本変形例Ｃに係る三次元形状検出装置の一構成例を示す図である。同図に示すように本変形例Ｃにおいては、検出部５は、内視鏡の先端部に対応する光センサＳのみを備える多点検出部２０と、挿入部に対応する光センサＳのみを備える多点検出部２０と、を有する
すなわち、前記一実施形態においては一つの多点検出部２０は、先端部に対応する光センサＳと挿入部に対応する光センサＳとの両者を備えるが、本変形例Ｃにおいては一つの多点検出部２０は、先端部に対応する光センサＳのみ或いは挿入部に対応する光センサＳのみを備える。
以上説明したように、本変形例Ｂによれば、前記一実施形態に係る三次元形状検出装置及び挿入部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法と同様の効果を奏する三次元形状検出装置、及び、挿入部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法を提供することができる。
[変形例Ｄ]
以下、前記一実施形態の変形例Ｄに係る三次元形状検出装置、及び、挿入部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法について説明する。なお、説明の重複を避ける為、前記一実施形態との相違点を説明する。
図１６は、本変形例Ｄに係る三次元形状検出装置を適用したマニピュレータシステムの一構成例を示す図である。本変形例Ｄに係る三次元形状検出装置では、複数の異種センサを複合的に用いて検出部を構成する。
Therefore, the
As described above, according to the present modification B, the same effect as the operation method of the three-dimensional shape detection device according to the embodiment and the three-dimensional shape detection device that detects the three- dimensional shape of the insertion member can be obtained. In addition, by adopting a sensor that uses an electrical signal such as a potentiometer or an encoder, the three-dimensional shape detection device capable of simplifying the configuration and the three-dimensional shape of the insertion member can be compared with the case of using an optical signal. It is possible to provide a method of operating a three-dimensional shape detection device for detection .
[Modification C]
Hereinafter, an operation method of the three-dimensional shape detection apparatus according to Modification C of the embodiment and the three-dimensional shape detection apparatus that detects the three- dimensional shape of the insertion member will be described. In order to avoid duplication of explanation, differences from the one embodiment will be described.
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example of a three-dimensional shape detection apparatus according to Modification C. As shown in the figure, in Modification C, the
As described above, according to the present modification B, a tertiary effect that is the same as the operation method of the three-dimensional shape detection device according to the embodiment and the three-dimensional shape detection device that detects the three- dimensional shape of the insertion member is obtained. An original shape detection device and a method of operating the three-dimensional shape detection device for detecting the three- dimensional shape of the insertion member can be provided.
[Modification D]
Hereinafter, an operation method of the three-dimensional shape detection apparatus according to Modification D of the embodiment and the three-dimensional shape detection apparatus that detects the three- dimensional shape of the insertion member will be described. In order to avoid duplication of explanation, differences from the one embodiment will be described.
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of a manipulator system to which the three-dimensional shape detection apparatus according to Modification D is applied. In the three-dimensional shape detection apparatus according to Modification D, the detection unit is configured by using a plurality of different types of sensors in combination.
ところで、マニピュレータシステムを、内視鏡と一体的または個別的に使用することで、処置等の種々の作業を行うことができる。例えば、マニピュレータシステムは把持作業用に把持部を有しており、その他の処置についても各処置に応じた様々な作業部を有している。換言すれば、マニピュレータシステムは、作業用途に適合するように構成されている。 By the way, by using the manipulator system integrally or individually with the endoscope, various operations such as treatment can be performed. For example, the manipulator system has a gripping part for gripping work, and also has various working parts corresponding to each treatment for other treatments. In other words, the manipulator system is configured to suit the work application.
マニピュレータ８は、挿入部８ａと、屈曲部８ｂと、把持部８ｃと、駆動の為のモータユニットＭと、を有する。前記挿入部８ａ及び前記屈曲部８ｂには、センサ部材としてＦＢＧが設けられている。前記把持部８ｃには、センサ部材としてエンコーダが設けられている。屈曲部８ｂ及び把持部８ｃは、モータユニットＭにより駆動される。
The
ここで、三次元形状の検出処理において、他の部位と比較して相対的に高い応答性が必要な把持部８ｃに設けられたエンコーダからのエンコーダ信号については、サンプリング周期ごとに使用する。他方、前記挿入部８ａ及び前記屈曲部８ｂに設けられたＦＢＧからの信号については、サンプリング周期に対して間引いて使用する。
なお、前記把持部８ｃに設けるエンコーダとして光エンコーダを採用することで、電気信号を用いないノイズ耐性の高いシステムを構築することができる。
Here, in the detection process of the three-dimensional shape, the encoder signal from the encoder provided in the grip portion 8c that requires relatively high responsiveness compared to other parts is used for each sampling period. On the other hand, the signals from the FBGs provided in the
By adopting an optical encoder as the encoder provided in the grip portion 8c, a system with high noise resistance that does not use an electrical signal can be constructed.
以上説明したように、本変形例Ｄによれば、前記一実施形態に係る三次元形状検出装置及び挿入部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法と同様の効果を奏する上に、複数の異種のセンサを複合的に利用して検出部を構成することができる三次元形状検出装置、及び、挿入部材の三次元形状を検出する三次元形状検出装置の作動方法を提供することができる。 As described above, according to Modification D, the same effect as the operation method of the three-dimensional shape detection apparatus according to the embodiment and the three-dimensional shape detection apparatus that detects the three- dimensional shape of the insertion member can be obtained. In addition, there are provided a three-dimensional shape detection device capable of constructing a detection unit using a plurality of different types of sensors in combination, and a method of operating the three-dimensional shape detection device for detecting the three-dimensional shape of an insertion member. be able to.
さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示した複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示す全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
（付記）
なお、上述の具体的態様から、以下のような構成の発明を抽出することができる。
（１）検査対象空間内に挿入される挿入部と、
前記挿入部内に挿通され、複数のブラッグ格子部が形成されると共に前記複数のブラッグ格子部の温度を検出する温度検出部を有するファイバブラッググレーティングと、
前記ファイバブラッググレーティングの一端に入射光を入射させる光源部と、
前記光源部から入射され、前記ファイバブラッググレーティング内で伝送されて前記ブラッグ格子部を透過し、前記ファイバブラッググレーティングの他端から出射された透過光を受光する受光部と、
前記受光部により受光された透過光におけるブラック波長欠陥情報及びそのブラック波長の偏移量を算出し、前記ファイバブラッググレーティングの歪み量を検出する歪み量検出部と、
前記ファイバブラッググレーティングの温度検出部による温度検出結果を参照して温度変化量を算出し、該温度変化量に基づいて、前記歪み量検出部により検出されたファイバブラッググレーティングに加わる歪み量を補正する補正部と、
前記補正部により補正された前記歪み量に基づいて、前記挿入部の三次元形状を算出する三次元形状算出部と、
前記受光部による受光処理、または、前記三次元形状算出部による算出処理において、処理対象の信号を時間的に間引く処理を行う間引き処理部と、
を具備することを特徴とする三次元形状検出装置。
（対応する実施形態）
この（１）に記載の三次元形状検出装置に関する実施形態は、前記一実施形態が対応する。
（作用効果）
この（１）に記載の三次元形状検出装置によれば、検出精度と応答性とを両立させた三次元形状検出装置、及び、挿入部材の三次元形状を検出する方法を提供することができる。
Further, the above-described embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention can be achieved. In the case of being obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can also be extracted as an invention.
(Appendix)
It should be noted that the invention having the following configuration can be extracted from the specific embodiment described above.
(1) an insertion portion to be inserted into the inspection target space;
A fiber Bragg grating that is inserted into the insertion portion and has a temperature detection unit that detects a temperature of the plurality of Bragg grating portions while forming a plurality of Bragg grating portions;
A light source unit for causing incident light to enter one end of the fiber Bragg grating;
A light receiving unit that is incident from the light source unit, transmitted in the fiber Bragg grating and transmitted through the Bragg grating unit, and receives transmitted light emitted from the other end of the fiber Bragg grating;
A distortion amount detection unit that calculates black wavelength defect information in the transmitted light received by the light receiving unit and a shift amount of the black wavelength, and detects a distortion amount of the fiber Bragg grating;
A temperature change amount is calculated with reference to a temperature detection result by the temperature detection unit of the fiber Bragg grating, and a strain amount applied to the fiber Bragg grating detected by the strain amount detection unit is corrected based on the temperature change amount. A correction unit;
A three-dimensional shape calculation unit that calculates a three-dimensional shape of the insertion unit based on the distortion amount corrected by the correction unit;
In a light receiving process by the light receiving unit or a calculation process by the three-dimensional shape calculating unit, a thinning processing unit that performs a process of thinning out a signal to be processed in time,
A three-dimensional shape detection apparatus comprising:
(Corresponding embodiment)
The embodiment related to the three-dimensional shape detection apparatus described in (1) corresponds to the one embodiment.
(Function and effect)
According to the three-dimensional shape detection apparatus described in (1), it is possible to provide a three-dimensional shape detection apparatus that achieves both detection accuracy and responsiveness, and a method for detecting the three-dimensional shape of the insertion member. .
Ｓ…光センサ、Ｐｉ…ピッチ間隔、Ｐ…ポテンショメータ、Ｍ…モータユニット、１…三次元形状検出装置、１ａ〜１ｄ…ＦＢＧ、２ａ〜２ｎ…屈折率変化部、３…処理部、３ａ…間引き判定手段、５…検出部、７…内視鏡、７ａ…挿入部、７ｂ…支持部、７ｃ…先端部、８…マニピュレータ、８ａ…挿入部、８ｂ…屈曲部、８ｃ…把持部、１０…多点検出部、１１…光源、１２…光源制御部、１３…アイソレータ、１４…光カプラ、１６…受光器、１７…信号処理部、１８…多分岐光カプラ、２０…多点検出部、２２…伝送用光ファイバ、２４…全反射端、４０…可撓性キャリア、５０…センサケーブル、７１…操作手段、７３…駆動手段、７５…制御手段、７７…表示手段、１００…ＦＢＧ、１００ａ…クラッド部、１００ｂ…コア部、１００ａ〜１００ｄ…ＦＢＧ、２００，２００ａ，２００ｂ…屈折率変化部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS S ... Optical sensor, Pi ... Pitch space | interval, P ... Potentiometer, M ... Motor unit, 1 ... Three-dimensional shape detection apparatus, 1a-1d ... FBG, 2a-2n ... Refractive index change part, 3 ... Processing part, 3a ... Thinning-out Determining means, 5 ... detection unit, 7 ... endoscope, 7a ... insertion unit, 7b ... supporting part, 7c ... tip part, 8 ... manipulator, 8a ... insertion part, 8b ... bending part, 8c ... gripping part, 10 ... Multi-point detection unit, 11 ... light source, 12 ... light source control unit, 13 ... isolator, 14 ... optical coupler, 16 ... light receiver, 17 ... signal processing unit, 18 ... multi-branch optical coupler, 20 ... multi-point detection unit, 22 ... Transmission optical fiber, 24 ... Total reflection end, 40 ... Flexible carrier, 50 ... Sensor cable, 71 ... Operation means, 73 ... Driving means, 75 ... Control means, 77 ... Display means, 100 ... FBG, 100a ... Cladding part, 100b ... core part, 00a~100d ... FBG, 200,200a, 200b ... refractive index change section.
Claims (2)
前記長尺可撓部材に設けられた複数のファイバブラッググレーティングからの信号を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにおいて取得した前記信号に基づいて前記長尺可撓部材の三次元形状を算出する三次元形状算出ステップと、
を有し、
前記取得ステップでは、前記ファイバブラッググレーティングによりスキャンする波長帯域を制限することにより、前記長尺可撓部材の所定部位について時間的に間引いて前記信号を取得する、
ことを特徴とする三次元形状検出装置の作動方法。 In the operation method of the three-dimensional shape detection device for detecting the three-dimensional shape of the long flexible member,
An acquisition step of acquiring signals from a plurality of fiber Bragg gratings provided in the long flexible member;
A three-dimensional shape calculating step of calculating a three-dimensional shape of the elongated flexible member based on the signal acquired in the acquiring step;
Have
In the acquisition step, by limiting the wavelength band scanned by the fiber Bragg grating, the signal is acquired by thinning out a predetermined portion of the long flexible member in time.
A method for operating a three-dimensional shape detection apparatus .
前記長尺可撓部材に設けられた複数のセンサからの信号を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにおいて取得した前記信号に基づいて前記長尺可撓部材の三次元形状を算出する三次元形状算出ステップと、
を有し、
前記三次元形状算出ステップでは、前記複数のセンサのうち前記長尺可撓部材の所定部位に設けられた前記センサにより取得した前記信号について時間的な間引き処理を行う、ことを特徴とする三次元形状検出装置の作動方法。 In the operation method of the three-dimensional shape detection device for detecting the three-dimensional shape of the long flexible member,
An acquisition step of acquiring signals from a plurality of sensors provided on the long flexible member;
A three-dimensional shape calculating step of calculating a three-dimensional shape of the elongated flexible member based on the signal acquired in the acquiring step;
Have
And in the three-dimensional shape calculation step performs temporal decimation processing on the signal acquired by the sensor provided at a predetermined portion of the elongate flexible member of the plurality of sensors, a three and wherein the dimensional Method of operating the shape detection device .
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