JP6188991B2 - 内視鏡、挿入形状観測装置 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡システムにおいて、内視鏡装置の挿入部形状を解析する技術に関する。

内視鏡検査には、上部内視鏡検査と下部内視鏡検査とがある。いずれにおいても、被検体である患者の体腔内において内視鏡装置の挿入部形状状態および挿入位置をもとに、内視鏡操作者は適切な操作を行う必要がある。内視鏡装置の挿入部形状状態については、操作者であるドクターが経験等に基づき判断するのが一般的である。このため、経験の浅い研修医等や第三者にとっては、内視鏡装置の挿入部形状状態を容易に把握するのが難しいこともある。

そこで、内視鏡装置の挿入部の体腔内での形状を観測する技術が提案されている。例えば、特許文献１によれば、内視鏡の挿入部に複数の磁気コイルを内蔵し、磁気コイルから発せられる磁気を受信する位置検出部（コイルユニット）を設けることにより、挿入部の形状を得ることができる。

特開２０１０−８８５７３号公報

上記の特許文献１に記載されている技術を用いることにより、内視鏡装置挿入部の形状を得ることが可能となる。しかし、特許文献１に記載の内視鏡システムでは、アンテナユニットが追加され、アンテナユニットを内視鏡装置とは別に設置する必要があるため、内視鏡システムの構成が大掛かりなものとなってしまう。同時に、周囲環境によっては、アンテナユニットはノイズ等の影響を受けやすくなる。さらに、携帯型の内視鏡装置においては、上記の構成を適用することができない。

本発明は、コンパクトな構成によって内視鏡装置挿入部の挿入形状を取得する内視鏡システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、内視鏡は、 被検体内に挿入される挿入部と、前記挿入部に設けられ、印加されたコイル駆動信号により電磁波を放射するコイルと、前記挿入部に設けられ、前記コイル駆動信号に基づき放射される電磁波を検知して、応答信号を出力する検知デバイスと、前記挿入部に沿って設けられ、発振器から出力されるコイル駆動信号を前記コイルに伝送する伝送線路と、を備え、前記コイルと前記検知デバイスとの組が、前記挿入部の挿入方向に亘って複数組設けられている。

本発明によれば、コンパクトな構成によって内視鏡装置挿入部の挿入形状を取得する内視鏡システムを提供することができる。

本実施形態に係る内視鏡システムの外観図である。 内視鏡システムの内部構成を示す全体ブロック図である。 挿入部を挿入方向に垂直な面で断面した図である。 体腔内に挿入された挿入部を挿入方向に平行な面で断面した図である。 各コイルに１本ずつ伝送線路が配線されるタイプの配線図である。 各コイルに共通の伝送線路が配線されるタイプの配線図である。 ＣＰＵによる制御処理を説明するための機能ブロック図である。 発振器からコイル駆動信号が出力されて応答信号が戻る様子を示す図である。 Ａ／Ｄ変換部から対応する電圧が出力されるタイミングを示す図である。 挿入部におけるコイルとＲＦタグの配置例である。 Ａ／Ｄ変換部から対応する電圧が出力されるタイミングを示す図である。 挿入形状算出に係わる処理を示したメインのフローチャートである。 挿入形状算出に係わる処理を示したサブルーチンである。 モニタに表示される合成画像の例である。 第２実施形態における、内視鏡システムの内部構成を示す全体ブロック図である。

以下、図面に従って本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係る内視鏡システム１の外観図である。内視鏡システム１は、内視鏡装置（スコープとも呼ばれる）１０、挿入形状観測装置２００、映像処理装置３００、光源装置４００及びモニタ５００を有する。なお、挿入形状観測装置２００と映像処理装置３００は、まとめてプロセッサとも呼ばれる。

内視鏡システム１は、ドクターによって内視鏡装置１０が操作されて、被検体である患者の体腔内の画像を得て、内視鏡検査等を行うものである。図１及び以下においては、下部消化管内視鏡装置を用いて下部内視鏡検査を行う場合を例に説明する。

内視鏡装置１０は、ドクターによって操作される操作部２０と体腔内を撮影するための撮像部７４（図２参照）が先端に設けられた挿入部３０を有する。また、挿入部３０には、挿入形状を算出するための、コイルと検知デバイスが複数配置される。詳細は後述する。

挿入形状観測装置２００は、体腔内での挿入部３０の挿入形状を求めるためのものである。挿入形状観測装置２００は、挿入部３０の変形によるコイルと検知デバイス間の距離変化を計測して、挿入形状を算出する。挿入形状観測装置２００は、算出した挿入形状に基づき、挿入形状画像を生成する。挿入形状観測装置２００は、コイル駆動信号を出力する発振器等を有するが、挿入形状の算出等についての詳細は後述する。

映像処理装置３００は、挿入部３０の先端に設けられた撮像部７４で取得された画像信号に各種処理を行い、体腔内の映像である内視鏡画像データを出力する。光源装置４００は、撮影のために体腔内を照射する照射光を発生する光源である。モニタ５００は、映像処理装置３００から出力される内視鏡画像や挿入形状観測装置２００で生成される挿入形状画像を表示するものである。

＜第１実施形態＞
図２は、内視鏡システム１の内部構成を示す全体ブロック図である。主に、挿入形状観測処理を説明するためのブロック図である。

挿入部３０は、先端に撮像部７４を有する。撮像部７４は、レンズ部７０と光学像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子７２を有する。撮像素子７２は、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）である。

挿入部３０は、挿入形状を観測するためのコイル４０及びＲＦ（radio frequency）タグ５０を備える。第１実施形態では、検知デバイスとして、ＲＦタグ５０を適用する例を示す。検知デバイスは、コイル４０から放射される電磁波や磁界を検出して、対応する信号を出力する素子であればよい。ＲＦタグは、ＲＦＩＤタグとも呼ばれ、制御回路やメモリを内蔵し、外部からの電磁波により電力を発生して、所定の応答信号を放射する。

コイル４０は、コイル駆動信号が印加されて電磁波を放射し、放射した電磁波に対応してＲＦタグ５０から放射される応答信号を受信する。挿入部３０は、コイル４０と挿入形状観測装置２００間で信号を伝送する伝送線路６０を設ける。挿入部３０は、挿入方向（長手方向）に沿った表面近傍の位置に、所定の間隔で、コイル４０とＲＦタグ５０を複数設け、伝送線路６０も複数設ける。また、挿入部３０は、内部に光源装置４００から供給される照明光を内部に導くライトガイドを設ける。

挿入形状観測装置２００は、ＣＰＵ２１０、メモリ２３０、通信ＩＦ２４０、発振器２５０、Ａ／Ｄ変換部２６０、映像信号出力部２７０を有する。ＣＰＵ２１０は、挿入形状観測装置２００の処理全体を統括的に制御するものである。ＣＰＵ２１０は、メモリ２３０に記憶された制御プログラムを読込んで、制御プログラムに従って、各制御処理を実行する。メモリ２３０は、制御プログラムやデータを記憶する。

通信ＩＦ２４０は、挿入形状観測装置２００と映像処理装置３００間で、制御データの通信を行い、映像処理装置３００から挿入形状観測装置２００へ出力される画像データ（内視鏡画像データ）を受信する。発振器２５０は、ＣＰＵ２１０の指示により、コイル４０へコイル駆動信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部２６０は、発振器２５０へ入出力する信号の電圧波形をサンプリングし、デジタル信号を出力する。

発振器２５０から出力されるコイル駆動信号は、伝送線路６０を通じてコイル４０に伝送され、印加される。コイル４０は、印加されたコイル駆動信号に対応して電磁波を放射する。コイル４０から放射された信号はＲＦタグ５０にて検知される。ＲＦタグ５０は、放射された信号を受信して、対応する応答信号を放射する。なお、発振器２５０は、コイル駆動信号として、パルス信号もしくはＦＭ（変調）信号等を出力してもよい。

コイル４０は、ＲＦタグ５０から放射される応答信号を受信する。コイル４０で受信された応答信号は、伝送線路６０（コイル駆動信号と同じ経路）を通じて発振器２５０に戻ってくる。Ａ／Ｄ変換部２６０は、発振器２５０から出力されるコイル駆動信号の電圧波形をサンプリングし、対応する電圧をＣＰＵ２１０へ出力する。また、Ａ／Ｄ変換部２６０は、コイル４０で受信された応答信号の電圧波形をサンプリングし、対応する電圧をＣＰＵ２１０へ出力する。

ＣＰＵ２１０は、Ａ／Ｄ変換部２６０から出力されるコイル駆動信号に対応する電圧と、Ａ／Ｄ変換部２６０から出力される応答信号に対応する電圧との時間差を計測し、時間差からコイル４０とＲＦタグ５０の間の距離を算出する。ＣＰＵ２１０は、挿入部３０の挿入方向に沿って複数設けたコイル４０とＲＦタグ５０について、隣り合うコイル４０とＲＦタグ５０を１つの組とし、各組の距離を取得して、各組の距離から挿入形状を算出し、挿入形状画像を生成する。コイル４０とＲＦタグ５０の組み合わせ配置の具体例は、図８で後述する。

なお、１つのコイル４０の付近に複数のＲＦタグが存在し、１つのコイル４０の電磁波により複数のＲＦタグが応答して、当該１つのコイル４０は、同時に複数のＲＦタグからの応答信号を受ける可能性がある。特定のＲＦタグ５０の応答信号以外を排除する必要がある。そのため、例えば、所望以外のＲＦタグ５０から応答信号が出力されないようにするために、各ＲＦタグ５０のアンテナ部の共振周波数を変更するようにしてもよいし、あるいはフィルタを設けるようにしてもよい。

また、ＲＦタグ５０からの応答信号に含まれるＲＦタグ５０のＩＤによって、複数の応答信号から、所望のＲＦタグ５０の応答信号を識別するようにしてもよい。ＩＤ情報によって所望のＲＦタグ５０の応答信号を識別する手段は、Ａ／Ｄ変換部２６０に設けるようにしてもよいし、ＣＰＵ２１０で行うようにしてもよい。

映像信号出力部２７０は、ビデオエンコーダ等で構成され、ＣＰＵ２１０で生成される画像データ（挿入形状画像データに内視鏡画像データが合成された画像データ）を所定の映像信号（例えば、ＨＤＭＩやＲＧＢ）に変換して出力する。

映像処理装置３００は、ＣＰＵ３１０、メモリ３３０、通信ＩＦ３４０及び信号処理部３５０を有する。ＣＰＵ３１０は、映像処理装置３００の処理全体を統括的に制御するものである。ＣＰＵ３１０は、メモリ３３０に記憶された制御プログラムを読込んで、制御プログラムに従って、各制御処理を実行する。

メモリ３３０は、制御プログラムやデータを記憶する。通信ＩＦ３４０は、映像処理装置３００と挿入形状観測装置２００間で、画像データ（内視鏡画像データ）や制御データ等の通信を行う。信号処理部３５０は、挿入部３０の撮像部７４で取得された画像信号に対し、Ａ／Ｄ、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）やＣＤＳ（Correlated Double Sampling）等の必要な各種画像信号処理を施す。

光源装置４００は、キセノンランプ等からなる発光部４１０を有する。光源装置４００には、グラスファイバー等からなるライトガイド４２０が接続される。

図３Ａ、図３Ｂは、挿入部３０の内部に設けられる伝送線路６０やコイル４０等を示す図である。図３Ａは、挿入部３０を挿入方向（長手方向）に垂直な面で断面した図である。図３Ｂは、体腔内に挿入された挿入部３０を挿入方向（長手方向）に平行な面で断面した図である。図３Ｂの左側が体腔内で、右側が挿入形状観測装置２００のある方向である。

図３Ａ、図３Ｂに示すように、挿入部３０の内部には、ライトガイド４２０や撮像部７４への信号ケーブル（不図示）が設けられる。挿入部３０の外表面に近い部分に伝送線路６０が設けられる。ここでは、伝送線路６０として、２組の伝送線路６０ａ、６０ｃが、１８０°対向して配設される例を示す（図３Ａ参照）。伝送線路６０ａはコイル４０ａに接続され、伝送線路６０ｃはコイル４０ｃに接続される。

図４は、コイル４０に対する伝送線路６０の配線例のタイプを示す図である。図４Ａは、各コイル４０に１組ずつ伝送線路６０が配線されるタイプの配線図である。図３で示した伝送線路６０ａ、６０ｃに対応する例である。発振器２５０には、コイル４０の個数分の伝送線路６０が接続される。発振器２５０は、駆動させるコイル４０に対応する伝送線路６０にコイル駆動信号を出力する。

図４Ｂは、各コイル４０に共通の伝送線路６０が配線されるタイプの配線図である。そして、この場合には、共通の伝送線路６０と各コイル４０間には、特定のコイル４０だけにコイル駆動信号が印加されるように、ＣＰＵ２１０により制御される切換えスイッチ６４がそれぞれ設けられる。

図５は、挿入形状観測装置２００のＣＰＵ２１０による制御処理を説明するための、機能ブロック図である。ＣＰＵ２１０は、コイル駆動制御部２１２、挿入形状算出部２１４、挿入形状画像生成部２１６、重畳部２１８及び画像処理部２２０を有する。コイル駆動制御部２１２、挿入形状算出部２１４、挿入形状画像生成部２１６、重畳部２１８及び画像処理部２２０は、メモリ２３０に記憶された制御プログラムを読込んだＣＰＵ２１０により実現される。

コイル駆動制御部２１２は、コイル４０にコイル駆動信号を印加するように発振器２５０を制御する。コイル駆動制御部２１２は、所定の順番で各コイル４０にコイル駆動信号を印加するように、発振器２５０を制御する。

挿入形状算出部２１４は、コイル４０にコイル駆動信号が出力されるタイミングと、ＲＦタグ５０からの応答信号を受信するタイミングの時間差から、コイル４０とＲＦタグ５０の距離を計測し、計測した距離から挿入形状を算出する。

挿入部形状算出処理を、簡単に説明する。挿入形状算出部２１４は、Ａ／Ｄ変換部２６０から出力される発振器２５０のコイル駆動信号に基づく電圧と、Ａ／Ｄ変換部２６０から出力される応答信号に基づく電圧から、［コイル４０とＲＦタグ５０］の１つの組における時間差を計測し、これを各組について行う。

挿入形状算出部２１４は、［コイル４０とＲＦタグ５０］の各組で計測した時間差から、各組での［コイル４０とＲＦタグ５０］間の距離を計測する。そして、挿入形状算出部２１４は、挿入部３０上の各組の座標位置と距離に基づき、メモリ２３０のパターンテーブル２３２を参照して、挿入形状を算出する。パターンテーブル２３２は、距離行列のパターンと、実際（実測）の湾曲量・湾曲方向との関係が予め記載されたテーブルである。パターンテーブル２３２を、実測距離行列データとも呼ぶ。

挿入形状画像生成部２１６は、算出された挿入形状に基づき、挿入形状を画像化させた挿入形状画像データを生成する。

画像処理部２２０は、映像処理装置３００から出力された内視鏡画像データに、所定の画像処理を施すものである。重畳部２１８は、画像処理部２２０で所定の画像処理が施された内視鏡画像データに、挿入形状画像データを重畳して、合成画像を作成する。合成画像は、映像信号出力部２７０からエンコードされて出力され、モニタ５００に表示される。図１２は、モニタ５００に表示される合成画像の例である。合成画像Ｅ１には、内視鏡画像Ｅ２と挿入形状画像Ｅ３が含まれる。

次に、図６から図９を参照して、挿入部形状算出処理の詳細を説明する。図６は、発振器２５０からコイル駆動信号が出力されて応答信号が戻る様子を示す模式図である。

発振器２５０からコイル駆動信号が出力され、伝送線路６０を介してコイル４０に印加され、コイル４０から電磁波が放射される。コイル４０から距離Ｄだけ離れた位置に配置されるＲＦタグ５０がコイル４０に応答信号を返す。コイル４０は、応答信号を受信し、受信された応答信号は伝送線路６０を介して、発振器２５０に戻る。応答信号が発振器２５０に戻るまでの時間は、伝送線路６０による信号伝達遅延量ｔｌが一定の状態においては、コイル４０とＲＦタグ５０間の距離Ｄによって決定される。

図７は、Ａ／Ｄ変換部２６０から対応する電圧が出力されるタイミングを示す図である。Ａ／Ｄ変換部２６０から、コイル駆動信号に対応する電圧が出力された後、ｄｔ時間だけ遅れて応答信号に対応する電圧が出力される。時間差ｄｔが、コイル４０とＲＦタグ５０の距離に応じて変化する。前述のように、時間差ｄｔが、挿入形状算出部２１４で計測される。

次に、時間差ｄｔから距離Ｄを算出する方法を説明する。図８は、挿入部３０における、コイル４０とＲＦタグ５０の配置例である。なお、図８におけるコイル４０とＲＦタグ５０の配置例は、距離Ｄを算出する方法を説明するための一例である。

図８に示す例では、挿入部３０先端から操作部２０までの間で、２つのＲＦタグ５０からなるＲＦタグの組（ｂ／ｄタイプとも称す）と、２つのコイル４０からなるコイル４０の組（ａ／ｃタイプとも称す）が、交互に所定間隔に配置される。具体的には、挿入部３０先端から順に、［ＲＦタグ５０−１ｂとＲＦタグ５０−１ｄ］、［コイル４０−１ａとコイル４０−１ｃ］、［ＲＦタグ５０−２ｂとＲＦタグ５０−２ｄ］、［コイル４０−２ａとコイル４０−２ｃ］・・・が、配置される。

また、一組のＲＦタグ５０は隣り合う一組のコイル４０に対し、それぞれ図の極座標系φにおいて所定角度（本例では、９０°）ずらして配置される。具体的には、最も内視鏡挿入部先端側にある１組のコイルであるＲＦタグ５０−１ｂはφ＝９０°、ＲＦタグ５０−１ｄはφ＝２７０°の位置に配置される。続いて、コイル４０−１ａはφ＝０°、コイル４０−１ｃはφ＝１８０°の位置に配置される。同様に、ＲＦタグ５０−２ｂはφ＝９０°、ＲＦタグ５０−２ｄはφ＝２７０°の位置に配置される。符号の末尾のアルファベット（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）が同一のコイル４０やＲＦタグ５０は、位相が同一であることを示す。

また、コイル４０は、符号の末尾のアルファベットに対応した伝送線路６０の線路上に配置された接続とする。つまりコイル４０−１ａやコイル４０−２ａは伝送線路６０ａ（図８では不図示）に、コイル４０−１ｃやコイル４０−２ｃは伝送線路６０ｃ（図８では不図示）に接続するといった形である。従って、コイル４０−１ａやコイル４０−２ａ・・・と伝送線路６０ａとは、詳細は省略するが、図４Ｂで説明したような構成となる。

以下では、［隣り合う２つのＲＦタグ５０と２つのコイル４０］からなる組をセクション（Ｓｃ）と呼び（図８参照）、このセクションを単位として、距離行列を算出する例を示す。図８に示すように、［ＲＦタグ５０−１ｂとＲＦタグ５０−１ｄ］及び［コイル４０−１ａとコイル４０−１ｃ］による組合せを、Ｓｃ１とし、Ｓｃ１から、距離行列を求める例を説明する。

まず、［コイル４０−１ａとＲＦタグ５０−１ｂ］の時間差を計測する。コイル４０−１ａに、発振器２５０から伝送線路６０（ａ）を介し、コイル駆動信号が印加され、電磁波が放射される。電磁波を検出したＲＦタグ５０−１ｂからの応答信号が放射される。ＲＦタグ５０−１ｂから放射される応答信号がコイル４０−１ａで検出され、Ａ／Ｄ変換部２６０で受信される。

Ａ／Ｄ変換部２６０は、コイル４０−１ａへのコイル駆動信号に対応する電圧を出力する。また、Ａ／Ｄ変換部２６０は、複数のＲＦタグ５０からの応答信号が入力されるが、前述した手段（例えば、ＲＦタグのＩＤ情報で識別する）によりＲＦタグ５０−１ｂからの応答信号に対応する電圧を出力する。コイル４０−１ａへのコイル駆動信号による電圧と、コイル４０−１ａで受信したＲＦタグ５０−１ｂからの応答信号による電圧の時間差が、挿入形状算出部２１４により計測される。

次に、［コイル４０−１ａとＲＦタグ５０−１ｄ］の時間差を計測する。コイル４０−１ａに、コイル駆動信号が印加される。Ａ／Ｄ変換部２６０は、コイル４０−１ａへのコイル駆動信号による電圧を出力する。また、Ａ／Ｄ変換部２６０は、ＲＦタグ５０−１ｄからの応答信号による電圧を出力する。コイル４０−１ａへのコイル駆動信号による電圧と、コイル４０−１ａで受信したＲＦタグ５０−１ｄからの応答信号による電圧の時間差が、挿入形状算出部２１４により計測される。

同様にして、［コイル４０−１ｃとＲＦタグ５０−１ｂ］の時間差、［コイル４０−１ｃとＲＦタグ５０−１ｄ］の時間差が計測される。

図９は、Ａ／Ｄ変換部２６０から、Ｓｃ１とＳｃ２の一部の電圧がＣＰＵ２１０に出力されるタイミングを示す図である。［コイル４０−１ａとＲＦタグ５０−１ｂ］、［コイル４０−１ａとＲＦタグ５０−１ｄ］、［コイル４０−１ｃとＲＦタグ５０−１ｂ］、［コイル４０−１ｃとＲＦタグ５０−１ｄ］の各時間差をｔ１ａ―１ｂ、ｔ１ａ―１ｄ、ｔ１ｃ―１ｂ。ｔ１ｃ―１ｄとして示す。

そして、［コイル４０−１ａとＲＦタグ５０−１ｂ］の距離をＤ１ａ―１ｂとすると、Ｄ１ａ―１ｂ＝（ｔ１a―1ｂ―ｔｌ）×０．５ｃとなる。ｃは信号の伝搬速度、ｔｌは伝送線路６０の長さによる遅延である。

Ｓｃ１における、コイル４０とＲＦタグ５０間の距離行列は、以下式（１）のようになる。

挿入部３０が湾曲すると、この隣り合う計４つのコイル４０とＲＦタグ５０同士の位置関係が変化するため、結果距離行列の値が変化する。例えば、図８の極座標系において、＋θ方向に挿入部が湾曲した場合、ＲＦタグ５０−１ｂとＲＦタグ５０−１ｄが、コイル４０−１ａの距離が接近し、Ｄ１ａ−１ｂ、Ｄ１ａ−１ｄが小さくなる。

加えて、このとき＋φ方向に湾曲すると、ＲＦタグ５０−１ｂに比べてＲＦタグ５０−１ｄのほうがよりコイル４０−１ａに接近するため、Ｄ１ａ−１ｂ＜Ｄ１ａ−１ｄとなる。

そして、θおよびφの値に応じて式(１)の距離行列がどの程度変化するかを予め実測等で求めテーブル化したパターンテーブル２３２を参照して、実際に得た距離行列との相関係数を求め、最も相関度が高いものが現在の内視鏡挿入部の湾曲量・湾曲方向であると判断する。

そして、この形状の算出を、挿入部３０の長さ全体について行って、挿入部３０全体の３次元的な形状を算出することができる。図８に示すように、先端から順番に、Ｓｃ１、Ｓｃ２、Ｓｃ３、・・・Ｓｃ（ｎ−１）とし、コイル４０とＲＦタグ５０の隣り合う組（セクション）を組み合わせることで、挿入部３０全体の３次元的な形状を算出することができる。

以上のようにして、本実施形態に係る内視鏡システム１では、各コイル４０-ＲＦタグ５０間の距離から、３次元的に内視鏡挿入部の挿入形状を得ることができる。

次に、本実施形態に係る挿入形状算出に係わる処理の手順を説明する。図１０及び図１１は、本実施形態に係る挿入形状算出の手順を説明するためのフローチャートである。図１０は、メインのフローチャートである。図１１は、サブルーチンである。図１０と図１１における処理は、主に挿入形状観測装置２００のＣＰＵ２１０で実行される処理である。

図１０において、挿入形状算出部２１４は、初期化処理として、セクション（Ｓｃ）番号ｋを１にする（ステップＳ１０）。コイル駆動制御部２１２は、コイル駆動制御を行う（ステップＳ１２）。

図１１のサブルーチンに移る。なお、この処理は、セクションｋに属するコイル４０とＲＦタグ５０の各組み合わせに対して、ステップＳ１００〜ステップＳ１１２が実行されるものとする。つまり、図８のＳｃ１の例で説明すると、Ｓｃ１に属する［コイル４０−１ａとＲＦタグ５０−１ｂ］、［コイル４０−１ａとＲＦタグ５０−１ｄ］、［コイル４０−１ｃとＲＦタグ５０−１ｂ］、［コイル４０−１ｃとＲＦタグ５０−１ｄ］の４つの組み合わせにつき、ステップＳ１００〜ステップＳ１１２が、それぞれ実行される。

コイル駆動制御部２１２は、発振器２５０にコイル駆動信号の出力を指示する。発振器２５０は、セクションｋの所定のコイルに、コイル駆動信号を出力する（ステップＳ１００）。例えば、発振器２５０はコイル４０−１ａにコイル駆動信号を出力する。

Ａ／Ｄ変換部２６０は、発振器２５０から出力されたコイル駆動信号を検出して（ステップＳ１０２）、対応する電圧を挿入形状算出部２１４に出力する。

コイル４０が、コイル駆動信号により電磁波を放射する（ステップＳ１０４）。ＲＦタグ５０がコイル駆動信号により放射された電磁波を検出する（ステップＳ１０６）。ＲＦタグ５０が、検出した電磁波に応じて、応答信号を出力（放射）する（ステップＳ１０８）。

コイル４０が、ＲＦタグ５０から放射された応答信号を受信する（ステップＳ１１０）。Ａ／Ｄ変換部２６０は、伝送線路６０を介して応答信号を検出し、応答信号をサンプリングして、対応する電圧を挿入形状算出部２１４に出力する（ステップＳ１１２）。例えば、Ａ／Ｄ変換部２６０は、ＲＦタグ５０−１ｄの応答信号による対応する電圧を挿入形状算出部２１４に出力する。前述のように、この処理を、セクションｋに属する他のコイル４０とＲＦタグ５０の組み合わせについて行い、終了したら図１０のステップＳ１４に進む。

挿入形状算出部２１４は、Ａ／Ｄ変換部２６０から出力されるコイル駆動信号に対応する電圧と応答信号に対応する電圧に基づき、コイル駆動電圧が出力される出力タイミングと応答信号を受信した受信タイミングとの時間差を算出する（ステップＳ１４）。

挿入形状算出部２１４は、Ａ／Ｄ変換部２６０からの電圧波形を読み出して、発振器２５０がコイル駆動信号を出力してから、ＲＦタグ５０による応答信号をコイル４０が受信するまでの時間差を算出する。図８の例では、１つのセクションにつき、４つの時間差（ｔ１ａ―１ｂ、ｔ１ａ―１ｄ、ｔ１ｃ―１ｂ。ｔ１ｃ―１ｄ）が算出される。

挿入形状算出部２１４は、時間差を解析し、コイル４０・ＲＦタグ５０間の距離行列（式（１））を生成する（ステップＳ１６）。

挿入形状算出部２１４は、生成した距離行列と、メモリ２３０に予め格納しておいたパターンテーブル２３２とのマッチングを行い、該当セクションにおける湾曲量・湾曲方向を算出する（ステップＳ１８）。

挿入形状算出部２１４は、セクション番号ｋに１をインクリメントする（ステップＳ２０）。挿入形状算出部２１４は、セクション番号ｋがラストであるかを判断する（ステップＳ２２）。挿入形状算出部２１４は、セクション番号ｋがラストでないと判断する（ステップＳ２２Ｎｏ）、ステップＳ１２に戻り、次の番号のセクションに移り、同様の手順にて解析を実施する。

挿入形状算出部２１４は、セクション番号ｋがラストであると判断すると（ステップＳ２２Ｙｅｓ）、挿入形状算出部２１４により挿入部３０全体の挿入形状が算出されたことになるので、挿入形状算出部２１４は、各セクションの挿入形状データを挿入形状画像生成部２１６に通知する。挿入形状画像生成部２１６は、各セクションの挿入形状データに基づき、対応する挿入形状画像データを生成する（ステップＳ２４）。

重畳部２１８は、生成された挿入形状の画像データを内視鏡画像データに重畳させ、合成画像データを生成する（ステップＳ２６）。映像信号出力部２７０は、合成画像をモニタ５００に出力する。モニタ５００には、図１２で示したように、内視鏡画像Ｅ２と挿入形状画像Ｅ３が合成された合成画像Ｅ１が表示される。

以上説明したように、本実施形態に係る内視鏡システム１によれば、発振器２５０から出力されたコイル駆動信号が、内視鏡装置１０の挿入部３０に沿って設けられる伝送線路６０を伝送する。伝送されたコイル駆動信号は、コイル４０において放射され、放射された電磁波がＲＦタグ５０により検出される。ＲＦタグ５０は、電磁波を検出して、対応する応答信号を放射する。ＲＦタグ５０より放射される応答信号をコイル４０は検出する。コイル４０で検出された応答信号は再び伝送線路６０を通じて発振器２５０に戻ってくる。

Ａ／Ｄ変換部２６０は、発振器２５０の入出力電圧波形をサンプリングする。挿入形状算出部２１４は、対応する電圧の時間差に基づき、上記式（１）で示した各コイル４０・ＲＦタグ５０間の距離行列を求める。挿入形状算出部２１４は、求めた距離行列とメモリ２３０に格納しておいた湾曲量・湾曲方向に対応した距離行列のパターンテーブル２３２とのマッチングを行い、該当セクションにおける湾曲量・湾曲方向を求める。

挿入形状算出部２１４は、これを挿入部３０に設けたコイル４０とＲＦタグ５０の組み合わせ数（セクションの数）だけ繰り返し、全てのセクションの湾曲量・湾曲方向を算出し、挿入部３０全体の挿入形状を算出する。これにより、本実施形態では、アンテナユニット等の大掛かりな装置を必要とせず、より簡単な構成により、内視鏡装置１０における挿入部３０の形状を算出することが可能となる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、ＲＦタグ５０を検知デバイスに適用した例を説明した。検知デバイスは、ＲＦタグに限るものではなく、例えばコイルを適用することも可能である。第２実施形態では、検知デバイスにコイルを適用した例を説明する。

図１３は、第２実施形態における、内視鏡システム１の内部構成を示す全体ブロック図である。第２実施形態の内視鏡システム１の外観図は、図１と同じであるので省略する。図１３では、第１実施形態と異なる、挿入部３０ｂと挿入形状観測装置２００ｂのみを示す。

挿入部３０ｂには、コイル４０、伝送線路６０、検知デバイスであるセンスコイル４２（第２のコイルとも呼ぶ）と、伝送線路６２とが設けられる。コイル４０及び伝送線路６０は、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。

センスコイル４２は、ＲＦタグ５０に代わる検知手段である。センスコイル４２には、それぞれ伝送線路６２が設けられ、伝送線路６２は挿入形状観測装置２００ｂに接続される。

挿入形状観測装置２００ｂは、ＣＰＵ２１０ｂ、メモリ２３０、通信ＩＦ２４０、発振器２５０、Ａ／Ｄ変換部２６０ｂ、映像信号出力部２７０を有する。メモリ２３０、通信ＩＦ２４０、発振器２５０、映像信号出力部２７０については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。発振器２５０は、所定のコイル４０にコイル駆動信号を印加する。

Ａ／Ｄ変換部２６０ｂは、コイル４０に印加されるコイル駆動信号を検出しサンプリングして対応する電圧をＣＰＵ２１０ｂに出力する。さらに、Ａ／Ｄ変換部２６０ｂは、センスコイル４２で発生する誘導電流を応答信号として伝送線路６２を介して検出し、サンプリングして対応する電圧をＣＰＵ２１０ｂに出力する。

ＣＰＵ２１０ｂは、Ａ／Ｄ変換部２６０ｂから出力されるコイル駆動信号と応答信号の時間差を算出する。以降、ＣＰＵ２１０ｂが挿入形状を算出して、挿入形状画像を生成する処理は、第１実施形態と同様であるので、省略する。

以上のような構成で、コイル４０に発振器２５０よりコイル駆動信号が印加され、コイル４０が発生した磁界により、センスコイル４２には、誘導電流が発生する。センスコイル４２で発生する誘導電流が応答信号として伝送線路６２により、Ａ／Ｄ変換部２６０ｂに入力される。Ａ／Ｄ変換部２６０ｂは、コイル駆動信号と応答信号に対応する電圧をそれぞれＣＰＵ２１０ｂに出力する。ＣＰＵ２１０ｂは、第１実施形態と同様に、時間差から挿入形状を算出して、挿入形状画像を生成し、合成画像をモニタ５００に出力する。

上記の各実施形態により、アンテナシステムが不要になり、コンパクトな構成によって内視鏡装置挿入部の挿入形状を取得する内視鏡システムを提供することができる。

上記の各実施形態においては、発振器２５０を内視鏡システム１の挿入形状観測装置２００に設置する場合を例に説明している。しかしながら、本実施形態に係る内視鏡装置１０の挿入部３０の挿入形状を算出する方法を実現するためには、かかる構成に限定されるものではない。例えば、内視鏡装置１０の操作部２０に発振器２５０、及びＣＰＵ２１０等の挿入形状観測装置２００に含まれる機能を設置する構成とすることもできる。この場合、特に携帯型の内視鏡システムにおいては内視鏡装置のみで全ての機能を搭載できる点で有用性が高いといえる。

更には、上記の各実施形態においては、コイル４０・検知デバイス間の信号伝達時間から挿入部の挿入形状を算出しているが、算出方法としてはそれに限らない。信号の伝達速度からコイル４０・検知デバイス間の距離を求めるのではなく、信号の受信感度（コイル４０・検知デバイス間の透過係数等）から距離を求め、挿入形状を算出することも可能である。また、コイル４０についても、コイルとしての形状に限定されるものではなく、周囲に電磁界を形成するものであれば同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、挿入形状観測装置２００、映像処理装置３００と光源装置４００とを別体の装置として説明したが、挿入形状観測装置２００、映像処理装置３００と光源装置４００とを、２つ以上組み合わせて構成するものであってもよい。

また、内視鏡装置１０と映像処理装置３００との間で伝送される画像信号は、電気信号に限らず、例えば電気信号を光に変調して送受信が行われるものであっても良い。また、内視鏡装置１０と映像処理装置３００との間で画像信号は、ワイヤによって伝送されるものに限らず、無線によって伝送されるものであっても良い。

また、光源装置４００の光源は、レーザー光源を用いるものであってもよい。また、内視鏡装置１０と別体の光源装置４００から、ライトガイドで光源が供給される構成を説明したが、これに限らず、例えば内視鏡装置１０の挿入部３０先端に半導体光源（ＬＥＤやレーザー）を設けるようにしてもよい。

なお、上記においては、ＣＰＵ２１０が挿入形状を算出することとしている。しかし、かかる構成に限定されるものではなく、例えば、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等により、上記の挿入形状の算出処理を実現する構成とすることもできる。また、ＣＰＵ２１０による処理は、その一部または全部をハードウェアで構成してもよい。また、発振器２５０やＡ／Ｄ変換部２６０を、ソフトウェア処理で実現するようにしてもよい。

なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階でのその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。このような、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることはもちろんである。

１ １ｂ 内視鏡システム
１０ 内視鏡装置
２０ 操作部
３０ ３０ｂ 挿入部
４０ ４０−１ａ ４０−１ｃ ４０−２ａ ４０−２ｃ コイル
４２ センスコイル
５０ ５０−１ｂ ５０−１ｄ ５０−２ｂ ５０−２ｄ ＲＦタグ
６０ ６２ 伝送線路
６４ スイッチ
７０ レンズ部
７２ 撮像素子
７４ 撮像部
２００ 挿入形状観測装置
２１０ ２１０ｂ ＣＰＵ
２１２ コイル駆動制御部
２１４ 挿入形状算出部
２１６ 挿入形状画像生成部
２１８ 重畳部
２２０ 画像処理部
２３０ メモリ
２３２ パターンテーブル
２４０ 通信ＩＦ
２５０ 発振器
２６０ ２６２ Ａ／Ｄ変換部
２７０ 映像信号出力部
３００ 映像処理装置
３１０ ＣＰＵ
３３０ メモリ
３４０ 通信ＩＦ
３５０ 信号処理部
４００ 光源装置
５００ モニタ

Claims (7)

1. 被検体内に挿入される挿入部と、
   前記挿入部に設けられ、印加されたコイル駆動信号により電磁波を放射するコイルと、
   前記挿入部に設けられ、前記コイル駆動信号に基づき放射される電磁波を検知して、応答信号を出力する検知デバイスと、
   前記挿入部に沿って設けられ、発振器から出力されるコイル駆動信号を前記コイルに伝送する伝送線路と、を備え、
   前記コイルと前記検知デバイスとの組が、前記挿入部の挿入方向に亘って複数組設けられていることを特徴とする内視鏡。
2. 被検体内に挿入される挿入部と、
   前記挿入部に設けられ、印加されたコイル駆動信号により電磁波を放射するコイルと、
   前記挿入部に設けられ、前記コイル駆動信号に基づき放射される電磁波を検知して、応答信号を出力する検知デバイスと、
   前記挿入部に沿って設けられ、発振器から出力されるコイル駆動信号を前記コイルに伝送する伝送線路と、を備え、
   前記検知デバイスは、ＲＦタグであって、
   前記検知デバイスからの応答信号を受信する受信タイミングは、前記ＲＦタグから放射される応答信号を前記コイルが受信するタイミングであることを特徴とする内視鏡。
3. 前記検知デバイスは、前記印加されたコイル駆動信号により前記コイルで発生する磁界を検出して誘導電流を発生する第２のコイルであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
4. 前記挿入部は、断面が略円形かつ挿入方向に沿った細長形状に形成され、
   前記挿入部内において、前記検知デバイスが前記コイルに対して略円形断面の円周方向に沿って所定の角度離れた位置に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡。
5. 内視鏡挿入部内に設けられたコイルを駆動するためのコイル駆動信号を出力する発振器と、
   前記発振器からコイル駆動信号が出力される出力タイミングと、前記コイル駆動信号によって前記コイルから放射される電磁波を前記内視鏡挿入部内で検知した検知デバイスから出力される応答信号を前記コイルが受信する受信タイミングと、に基づいて、前記コイルと前記検知デバイスとの間の距離を求め、当該距離に基づいて前記挿入部の挿入形状を算出する挿入形状算出部と、
   を備えることを特徴とする挿入形状観測装置。
6. 前記挿入形状算出部は、前記コイルと検知デバイスを１組とし、複数組の夫々の距離を算出して導出された距離行列データと、前記挿入部を湾曲させた状態で前記コイルと検知デバイスとの距離を実測することによって予め得られている実測距離行列データとの相関に基づいて、前記挿入部の湾曲形状を求めることを特徴とする請求項５に記載の挿入形状観測装置。
7. 前記挿入形状算出部は、前記コイルと前記検知デバイス間の距離に対する挿入形状との関係を予め記載したパターンテーブルに基づき、前記求めた前記コイルと前記検知デバイス間の距離から、前記挿入形状を算出することを特徴とする請求項５に記載の挿入形状観測装置。

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