JP7084991B2 - Force information calculation device, endoscope system and force information calculation method - Google Patents
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Description
本発明は、可撓性部材に作用する力の大きさを算出する力情報算出装置、内視鏡システムおよび力情報算出方法に関する。 The present invention relates to a force information calculation device for calculating the magnitude of a force acting on a flexible member, an endoscope system, and a force information calculation method.
近年、医療分野および工業用分野において、可撓性を有する挿入部を具備した内視鏡が広く用いられている。医療分野では、臓器の観察、処置具を用いた治療措置、内視鏡観察下における外科手術等に、内視鏡が広く用いられている。 In recent years, endoscopes having a flexible insertion portion have been widely used in the medical and industrial fields. In the medical field, endoscopes are widely used for organ observation, therapeutic measures using treatment tools, surgical operations under endoscopic observation, and the like.
内視鏡の挿入部を大腸等の管腔内に挿入する場合、挿入部は、管腔の内壁に接触しながら管腔内に挿入されていき、管腔から受ける力に応じて変形する。管腔の内壁に挿入部が接触した状態で、必要以上に大きな力で挿入部の挿入操作を行うと、臓器等にダメージを与えてしまうおそれがある。これを防止するために、挿入部に作用する力の情報を取得することができるようにすることが好ましい。 When the insertion portion of the endoscope is inserted into a lumen such as the large intestine, the insertion portion is inserted into the lumen while in contact with the inner wall of the lumen, and is deformed according to the force received from the lumen. If the insertion portion is inserted with an unnecessarily large force while the insertion portion is in contact with the inner wall of the lumen, there is a risk of damaging an organ or the like. In order to prevent this, it is preferable to be able to acquire information on the force acting on the insertion portion.
挿入部に作用する力は、例えば、歪みゲージ等のセンサを挿入部に設けることによって検出することができる。しかし、挿入部に作用する力について複数の方向の成分を検出したり、複数の位置において挿入部に作用する力を検出したりしようとすると、センサの数が多くなってしまう。その結果、センサ用の配線が多くなり、挿入部の可撓性が低下してしまう。 The force acting on the insertion portion can be detected, for example, by providing a sensor such as a strain gauge on the insertion portion. However, if it is attempted to detect a component in a plurality of directions for a force acting on the insertion portion or to detect a force acting on the insertion portion at a plurality of positions, the number of sensors will increase. As a result, the number of wirings for the sensor is increased, and the flexibility of the insertion portion is reduced.
日本国特許公開第2013-94337号公報には、光ファイバを利用した湾曲センサを用いることにより、挿入部の大きさや硬さにほとんど影響を与えることなく、挿入部の先端に加わる外力の方向と大きさを検出する管状挿入装置が開示されている。 Japanese Patent Publication No. 2013-94337 describes the direction of the external force applied to the tip of the insertion part by using a bending sensor using an optical fiber, which has almost no effect on the size and hardness of the insertion part. A tubular insertion device that detects size is disclosed.
しかしながら、臓器等にダメージを与えてしまうことを防止するためには、挿入部の先端だけではなく、挿入部の先端以外の場所に作用する力の情報も取得する必要がある。日本国特許公開第2013-94337号公報に開示された管状挿入装置では、挿入部の先端以外の場所や、挿入部における複数の場所に作用する力の情報を取得することは難しい。 However, in order to prevent damage to organs and the like, it is necessary to acquire information on the force acting not only on the tip of the insertion portion but also on a place other than the tip of the insertion portion. With the tubular insertion device disclosed in Japanese Patent Publication No. 2013-94337, it is difficult to obtain information on the force acting on a place other than the tip of the insertion part or a plurality of places in the insertion part.
上記の問題は、工業用分野において用いられる内視鏡の挿入部に作用する力の情報を取得する場合や、カテーテル等の挿入部以外の可撓性を有する部材に作用する力の情報を取得する場合にも当てはまる。 The above problem is to acquire information on the force acting on the insertion part of an endoscope used in the industrial field, or to acquire information on the force acting on a flexible member other than the insertion part such as a catheter. This also applies when you do.
そこで、本発明は、可撓性部材における任意の位置に作用する力の大きさの情報を算出することができる力情報算出装置、内視鏡システムおよび力情報算出方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a force information calculation device, an endoscope system, and a force information calculation method capable of calculating information on the magnitude of a force acting on an arbitrary position on a flexible member. do.
本発明の一態様の力情報算出装置は、内視鏡の挿入部であり、細長い形状を有する可撓性部材と、前記可撓性部材の形状と対応関係を有する形状情報であって、前記可撓性部材において前記可撓性部材の長手方向に沿って互いに間隔をあけて配置された複数の測定点の各々における形状情報である複数の第1の形状情報を取得する形状センサ部と、前記複数の第1の形状情報に基づいて、前記可撓性部材において前記長手方向に沿って互いに間隔をあけて規定された複数の算出点の各々における形状情報である複数の第2の形状情報を取得する形状情報取得部と、前記可撓性部材の使用回数を取得する使用回数情報取得部と、複数の第1の定数と第4の定数とを含む第1の定数組と、前記使用回数の値と、を記憶する記憶部と、前記複数の第2の形状情報の各々と前記複数の第1の定数の各々の対応するもの同士の乗算と、前記複数の第2の形状情報と前記複数の第1の定数の対応するもの同士の乗算によって得られる複数の項の総和を求めることと、前記使用回数の値と前記第4の定数との乗算によって得られる項を前記総和に加算することと、を含む演算によって、前記可撓性部材における第1の検出位置に作用する少なくとも1つの方向の力の大きさの情報を含む第1の力情報を算出する力情報算出部と、を備えている。
本発明の他の一態様の力情報算出装置は、内視鏡の挿入部であり、細長い形状を有する可撓性部材と、前記可撓性部材の形状と対応関係を有する形状情報であって、前記可撓性部材において前記可撓性部材の長手方向に沿って互いに間隔をあけて配置された複数の測定点の各々における形状情報である複数の第1の形状情報を取得する形状センサ部と、前記複数の第1の形状情報に基づいて、前記可撓性部材において前記長手方向に沿って互いに間隔をあけて規定された複数の算出点の各々における形状情報である複数の第2の形状情報を取得する形状情報取得部と、前記可撓性部材の使用回数を取得する使用回数情報取得部と、複数の第1の定数と第4の定数とを含む第1の定数組と、前記使用回数の値と、を記憶する記憶部と、前記複数の第2の形状情報の各々と前記複数の第1の定数の各々の対応するもの同士の乗算を含む演算によって、前記可撓性部材における第1の検出位置に作用する少なくとも1つの所定の方向の力の大きさの情報を含む第1の力情報を算出する力情報算出部と、を備え、前記力情報算出部は、ニューラルネットワークを構成する入力層、中間層および出力層を有し、前記複数の第2の形状情報および前記使用回数の値は、前記入力層に入力され、前記力情報算出部における前記演算は、前記中間層において、前記複数の第2の形状情報と前記複数の第1の定数の対応するもの同士の乗算と前記使用回数の値と前記第4の定数との乗算とを含む演算によって複数の第1項を算出する第1の演算と、前記中間層において、前記複数の第1項と対応関係を有する複数の第2項と前記複数の第1の定数の対応するもの同士の乗算を含む演算によって複数の第3項を算出する第2の演算と、前記出力層において、前記複数の第3項と前記複数の第1の定数の対応するもの同士の乗算を含む演算によって複数の第4項を算出する第3の演算とを含み、前記第1の力情報は、前記複数の第4項によって構成される情報である。
The force information calculation device of one aspect of the present invention is an insertion portion of an endoscope, and is shape information having a correspondence relationship with a flexible member having an elongated shape and the shape of the flexible member. A shape sensor unit that acquires a plurality of first shape information which is shape information at each of a plurality of measurement points arranged at intervals along the longitudinal direction of the flexible member in the flexible member. A plurality of second shape information which is shape information at each of a plurality of calculation points defined at intervals along the longitudinal direction in the flexible member based on the plurality of first shape information. A shape information acquisition unit for acquiring a shape information acquisition unit, a usage frequency information acquisition unit for acquiring the number of times the flexible member has been used, a first constant set including a plurality of first constants and a fourth constant, and the use. The storage unit for storing the value of the number of times, the multiplication of each of the plurality of second shape information and the corresponding ones of the plurality of first constants, and the plurality of second shape information. Obtaining the sum of a plurality of terms obtained by multiplying the corresponding ones of the plurality of first constants, and adding the term obtained by multiplying the value of the number of times of use and the fourth constant to the sum. A force information calculation unit that calculates first force information including information on the magnitude of the force in at least one direction acting on the first detection position in the flexible member by an operation including. It is equipped with.
The force information calculation device of another aspect of the present invention is an insertion portion of an endoscope, and is a flexible member having an elongated shape and shape information having a correspondence relationship with the shape of the flexible member. , A shape sensor unit that acquires a plurality of first shape information which is shape information at each of a plurality of measurement points arranged at intervals along the longitudinal direction of the flexible member in the flexible member. And a plurality of second shapes, which are shape information at each of the plurality of calculation points defined at intervals along the longitudinal direction in the flexible member based on the plurality of first shape information. A shape information acquisition unit for acquiring shape information, a usage frequency information acquisition unit for acquiring the number of times the flexible member has been used, a first constant set including a plurality of first constants and a fourth constant, and a set of first constants. The flexibility is achieved by an operation including a storage unit for storing the value of the number of times of use and a multiplication of each of the plurality of second shape information and the corresponding ones of the plurality of first constants. A force information calculation unit for calculating a first force information including information on the magnitude of a force in at least one predetermined direction acting on the first detection position in the member is provided, and the force information calculation unit is a neural unit. It has an input layer, an intermediate layer, and an output layer constituting the network, and the plurality of second shape information and the value of the number of times of use are input to the input layer, and the calculation in the force information calculation unit is performed. In the intermediate layer, a plurality of second shapes by an operation including multiplication of the plurality of second shape information and the corresponding ones of the plurality of first constants and multiplication of the value of the number of times of use and the fourth constant. An operation including a first operation for calculating one term and a multiplication of a plurality of second terms having a correspondence relationship with the plurality of first terms and the corresponding ones of the plurality of first constants in the intermediate layer. A plurality of fourth terms by a second operation for calculating a plurality of third terms by means of an operation including multiplication of the plurality of third terms and the corresponding ones of the plurality of first constants in the output layer. The first force information includes the third operation for calculating the above, and the first force information is information composed of the plurality of fourth terms.
また、本発明の一態様の内視鏡システムは、力情報算出装置と、前記可撓性部材を被検体内に挿入される前記挿入部として有する内視鏡と、を備えている。 Further, the endoscope system according to one aspect of the present invention includes a force information calculation device and an endoscope having the flexible member as the insertion portion to be inserted into the subject.
また、本発明の一態様の力情報算出方法は、形状センサ部が、内視鏡の挿入部であり且つ細長い形状を有する可撓性部材の形状と対応関係を有する形状情報であって、前記可撓性部材において前記可撓性部材の長手方向に沿って互いに間隔をあけて配置された複数の測定点の各々における形状情報である複数の第1の形状情報を取得するステップと、形状情報取得部が、前記複数の第1の形状情報に基づいて、前記可撓性部材において前記長手方向に沿って互いに間隔をあけて規定された複数の算出点の各々における形状情報である複数の第2の形状情報を取得するステップと、使用回数情報取得部が、前記可撓性部材の使用回数を取得するステップと、記憶部が、複数の第1の定数と第4の定数とを含む第1の定数組と、前記使用回数の値と、を記憶するステップと、力情報算出部が、前記複数の第2の形状情報の各々と前記複数の第1の定数の各々の対応するもの同士の乗算と、前記複数の第2の形状情報と前記複数の第1の定数の対応するもの同士の乗算によって得られる複数の項の総和を求めることと、前記使用回数の値と前記第4の定数との乗算によって得られる項を前記総和に加算することと、を含む演算によって、前記可撓性部材における第1の検出位置に作用する少なくとも1つの方向の力の大きさの情報を含む第1の力情報を算出するステップと、を含んでいる。 Further, in the force information calculation method of one aspect of the present invention, the shape sensor unit is shape information having a correspondence relationship with the shape of a flexible member having an elongated shape and being an insertion portion of an endoscope. A step of acquiring a plurality of first shape information which is shape information at each of a plurality of measurement points arranged at intervals from each other along the longitudinal direction of the flexible member in the flexible member, and shape information. Based on the plurality of first shape information, the acquisition unit is the shape information at each of the plurality of calculation points defined at intervals along the longitudinal direction in the flexible member. 2. The step of acquiring the shape information, the step of acquiring the number of times of use of the flexible member by the usage count information acquisition unit, and the storage unit including a plurality of first constants and fourth constants . The step of storing the constant set of 1 and the value of the number of times of use, and the force information calculation unit correspond to each of the plurality of second shape information and each of the plurality of first constants. To obtain the sum of a plurality of terms obtained by the multiplication of, the plurality of second shape information, and the multiplication of the corresponding ones of the plurality of first constants, the value of the number of times of use, and the fourth. A first containing information on the magnitude of the force in at least one direction acting on the first detection position in the flexible member by an operation that includes adding a term obtained by multiplication with a constant to the sum . It includes a step of calculating the force information of 1.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
(内視鏡システムの構成)
始めに、本発明の第1の実施の形態に係わる内視鏡システムの概略の構成について説明する。本実施の形態に係わる内視鏡システム100は、医療用の内視鏡システムである。図1は、内視鏡システム100の概略の構成を示す説明図である。図1に示したように、内視鏡システム100は、内視鏡1と、本体装置2と、表示部3とを備えている。内視鏡1と表示部3は、本体装置2に接続されている。表示部3は、本体装置2に接続されている。[First Embodiment]
(Configuration of endoscope system)
First, the schematic configuration of the endoscope system according to the first embodiment of the present invention will be described. The
内視鏡1は、被検体内に挿入される挿入部21と、挿入部21の基端に連接された操作部22とを有している。挿入部21は、細長い形状を有する可撓性部材である。挿入部21の先端部には、光源部と撮像素子が設けられている。光源部は、例えばLED等の発光素子によって構成されており、被写体に照射される照明光を発生する。
The endoscope 1 has an
照明光が照射された被写体の反射光は、図示しない観察窓を介して撮像素子に取り込まれる。撮像素子は、例えばCCDまたはCMOSによって構成されており、被写体の反射光を光電変換して、撮像信号を生成する。撮像素子によって生成された撮像信号は、アナログ信号からデジタル信号に変換された後、本体装置2に出力される。 The reflected light of the subject irradiated with the illumination light is taken into the image sensor through an observation window (not shown). The image pickup device is composed of, for example, a CCD or CMOS, and photoelectrically converts the reflected light of the subject to generate an image pickup signal. The image pickup signal generated by the image pickup element is converted from an analog signal to a digital signal and then output to the main body device 2.
本体装置2は、ビデオプロセッサとして構成されており、内視鏡1を制御すると共に撮像信号に対して所定の画像処理を行う制御部2Aを含んでいる。所定の画像処理としては、例えば、ゲイン調整、ホワイトバランス調整、ガンマ補正、輪郭強調補正、拡大縮小調整等の画像調整がある。本体装置2は、所定の画像処理が行われた撮像信号(以下、撮像画像と言う。)を表示部3に出力する。表示部3は、モニタ装置等によって構成されており、本体装置2から出力された撮像画像を画面上に表示する。
The main body device 2 is configured as a video processor, and includes a
内視鏡システム100は、更に、本実施の形態に係わる力情報算出装置10を備えている。力情報算出装置10は、細長い形状を有する可撓性部材と、形状センサ部と、算出装置本体部11とを備えている。本実施の形態では、可撓性部材は、内視鏡1の挿入部21である。
The
また、本実施の形態では、形状センサ部は、内視鏡1の挿入部21の挿入状態を観測する内視鏡挿入形状観測装置5である。内視鏡挿入形状観測装置5は、観測装置本体部51と、受信アンテナ52と、表示部53とを備えている。受信アンテナ52と表示部53は、観測装置本体部51に接続されている。観測装置本体部51は、本体装置2に接続されている。
Further, in the present embodiment, the shape sensor unit is an endoscope insertion shape observation device 5 for observing the insertion state of the
内視鏡1の挿入部21には、挿入部21の長手方向に沿って互いに間隔をあけて配置された複数のソースコイル23が設けられている。受信アンテナ52は、内視鏡1の挿入部21内に設けられた複数のソースコイル23が発生する複数の磁界を受信する。観測装置本体部51は、挿入部21の挿入形状画像を生成する処理を行う制御部51Aを含んでいる。制御部51Aは、複数のソースコイル23によって規定される複数の点(以下、測定点と言う。)の各々における形状情報を取得し、取得した形状情報に基づいて、挿入部21の挿入形状画像を生成する。本実施の形態では、制御部51Aは、形状情報として、挿入部21の形状と対応関係を有する情報、具体的には測定点の座標を取得する。測定点の座標は、受信アンテナ52が受信した磁界に基づいて算出することができる。
The
また、観測装置本体部51は、制御部51Aが生成した挿入形状画像を、表示部53に出力する。表示部53は、モニタ装置等によって構成されており、観測装置本体部51から出力された挿入形状画像を画面上に表示する。
Further, the observation device
算出装置本体部11は、観測装置本体部51に接続されている。観測装置本体部51は、制御部51Aが取得した形状情報を、算出装置本体部11に出力する。観測装置本体部51が出力する形状情報は、複数の測定点の各々における形状情報である。以下、観測装置本体部51が出力する形状情報を、第1の形状情報と言う。本実施の形態では、第1の形状情報は、測定点の座標の情報を含んでいる。
The calculation device
力情報算出装置10は、更に、算出装置本体部11に接続された報知手段18を備えている。報知手段18については、後で説明する。
The force
(算出装置本体部の構成)
次に、図2を参照して、力情報算出装置10の算出装置本体部11の構成について説明する。図2は、算出装置本体部11の構成を示す機能ブロック図である。算出装置本体部11は、形状情報取得部12と、記憶部13と、力情報算出部14と、力情報伝達部15とを備えている。(Structure of the main body of the calculation device)
Next, with reference to FIG. 2, the configuration of the calculation device
形状情報取得部12には、観測装置本体部51が出力した第1の形状情報が入力される。形状情報取得部12は、複数の第1の形状情報に基づいて、挿入部21において挿入部21の長手方向に沿って互いに間隔を開けて配置された複数の算出点の各々における形状情報である第2の形状情報を取得する。複数の算出点については、後で説明する。
The first shape information output by the observation device
記憶部13は、力情報算出部14において用いられる複数の定数を記憶する。力情報算出部14は、記憶部13に記憶された複数の定数を読み出すことができるように構成されており、複数の第2の形状情報と複数の定数に基づいて、挿入部21における任意の位置に作用する力と対応関係を有する情報を算出する。力情報伝達部15は、力情報算出部14が算出した情報と対応関係を有する信号を、算出装置本体部11の外部の装置等に伝達する。力情報算出部14と力情報伝達部15の動作の詳細については、後で説明する。
The
ここで、図3を参照して、算出装置本体部11のハードウェア構成について説明する。図3は、算出装置本体部11のハードウェア構成の一例を示す説明図である。図3に示した例では、算出装置本体部11は、プロセッサ11Aと、メモリ11Bと、記憶装置11Cと、入出力部11Dとによって構成されている。
Here, the hardware configuration of the calculation device
プロセッサ11Aは、形状情報取得部12、力情報算出部14および力情報伝達部15の少なくとも一部の機能を実行するために用いられる。プロセッサ11Aは、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)によって構成されている。形状情報取得部12、力情報算出部14および力情報伝達部15の少なくとも一部は、FPGAにおける回路ブロックとして構成されていてもよい。
The
メモリ11Bは、例えば、RAM等の書き換え可能な揮発性の記憶素子によって構成されている。記憶装置11Cは、例えば、フラッシュメモリまたは磁気ディスク装置等の書き換え可能な不揮発性の記憶装置によって構成されている。記憶部13は、メモリ11Bおよび記憶装置11Cのうちの少なくとも1つによって構成されている。記憶部13が記憶する複数の定数は、記憶装置11Cに記憶されるように構成されていてもよいし、図示しない他の記憶装置から読み出してメモリ11Bに記憶されるように構成されていてもよい。
The
入出力部11Dは、算出装置本体部11と外部との間で信号の送受信を行うために用いられる。
The input /
なお、プロセッサ11Aは、中央演算処理装置(以下、CPUと記す。)によって構成されていてもよい。この場合、形状情報取得部12、力情報算出部14および力情報伝達部15の少なくとも一部の機能は、CPUが記憶装置11Cまたは図示しない他の記憶装置からプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
The
また、算出装置本体部11のハードウェア構成は、図3に示した例に限られない。例えば、形状情報取得部12、力情報算出部14および力情報伝達部15の各々は、別個の電子回路として構成されていてもよい。あるいは、算出装置本体部11と、本体装置2または観測装置本体部51は、一体化された装置として構成されていてもよい。この場合にも、形状情報取得部12、力情報算出部14および力情報伝達部15の少なくとも一部は、本体装置2または観測装置本体部51に設けられたFPGAにおける回路ブロックとして構成されていてもよいし、形状情報取得部12、力情報算出部14および力情報伝達部15の少なくとも一部の機能は、本体装置2または観測装置本体部51に設けられたCPUが、本体装置2または観測装置本体部51に設けられた記憶装置または図示しない他の記憶装置からプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
Further, the hardware configuration of the calculation device
(測定点と算出点)
次に、図1、図2および図4を参照して、測定点と算出点について説明する。図4は、測定点と算出点を説明するための説明図であり、挿入部21の一部を示している。前述のように、測定点は、挿入部21に設けられたソースコイル23によって規定される点である。測定点は、例えば、ソースコイル23の中心位置に相当する点であってもよい。複数のソースコイル23は、挿入部21において、挿入部21の長手方向に沿って互いに間隔をあけて配置されていることから、複数の測定点も、挿入部21において、挿入部21の長手方向に沿って互いに間隔をあけて配置されている。図4では、複数の測定点を、記号Psを付した点で示している。(Measurement points and calculation points)
Next, measurement points and calculation points will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 4. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the measurement point and the calculation point, and shows a part of the
また、測定点Psは、任意の点を原点とし、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸で表される直交座標系の点として表すことができる。本実施の形態では、第1の形状情報は、測定点Psの座標(Psx,Psy,Psz)の情報を含んでいる。なお、PsxはX座標の値であり、PsyはY座標の値であり、PszはZ座標の値である。 Further, the measurement points Ps can be represented as points in a Cartesian coordinate system represented by an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis that are orthogonal to each other with an arbitrary point as the origin. In the present embodiment, the first shape information includes the information of the coordinates (Psx, Psy, Psz) of the measurement point Ps. Note that Psx is the value of the X coordinate, Psy is the value of the Y coordinate, and Psz is the value of the Z coordinate.
また、複数の算出点は、第2の形状情報を取得するために、形状情報取得部12によって規定される点である。複数の算出点の位置は、全て、測定点Psの位置と一致していてもよい。あるいは、複数の算出点の少なくとも一部は、測定点Psと一致していていなくてもよい。図4では、複数の算出点を、記号Pcを付した点で示している。図4には、挿入部21の長手方向において、複数の算出点Pcの一部が、測定点Psとは異なる位置にある例を示している。
Further, the plurality of calculation points are points defined by the shape
なお、図4では、便宜上、挿入部21の長手方向において同じ位置にある測定点Psと算出点Pcを、挿入部21の長手方向に直交する方向に互いに離して描いている。しかし、上記の測定点Psと算出点Pcは、実際には、同じ位置にある。
In FIG. 4, for convenience, the measurement points Ps and the calculation points Pc located at the same position in the longitudinal direction of the
算出点Pcは、測定点Psと同様に、直交座標系の点として表すことができる。本実施の形態では、第2の形状情報は、算出点Pcの座標(Pcx,Pcy,Pcz)の情報を含んでいる。なお、PcxはX座標の値であり、PcyはY座標の値であり、PczはZ座標の値である。 The calculation point Pc can be represented as a point in the Cartesian coordinate system, similarly to the measurement point Ps. In the present embodiment, the second shape information includes the information of the coordinates (Pcx, Pcy, Pcz) of the calculation point Pc. In addition, Pcx is the value of the X coordinate, Pcy is the value of the Y coordinate, and Pcz is the value of the Z coordinate.
以下、第2の形状情報の取得方法について説明する。形状情報取得部12は、複数の測定点Psの各々における第1の形状情報から、算出点Pcにおける第2の形状情報を取得する。複数の算出点Pcの位置が全て測定点Psの位置と一致している場合、形状情報取得部12は、例えば、測定点Psの座標を算出点Pcの座標とすることによって、算出点Pcの座標の情報を含む第2の形状情報を取得する。
Hereinafter, a second method of acquiring shape information will be described. The shape
また、複数の算出点Pcの少なくとも一部が測定点Psとは異なる位置にある場合、形状情報取得部12は、例えば、複数の測定点Psからスプライン補間の関数を求め、求めた関数から算出点Pcの座標を算出することによって、算出点Pcの座標の情報を含む第2の形状情報を取得する。
Further, when at least a part of the plurality of calculation points Pc is located at a position different from the measurement points Ps, the shape
なお、第2の形状情報は、更に、算出点Pcにおける挿入部21の曲率の情報を含んでいてもよい。形状情報取得部12は、例えば、複数の測定点Psの座標または複数の算出点Pcの座標から、算出点Pcにおける挿入部21の曲率を算出することによって、算出点Pcにおける挿入部21の曲率の情報を含む第2の形状情報を取得する。
The second shape information may further include information on the curvature of the
(力情報算出部の動作)
次に、図2を参照して、力情報算出部14の動作について説明する。力情報算出部14は、複数の第2の形状情報と記憶部13に記憶された複数の定数に基づいて、挿入部21における任意の位置に作用する少なくとも1つの方向の力の大きさの情報を含む力情報を算出する。本実施の形態では、少なくとも1つの方向は、互いに直交する第1の方向、第2の方向および第3の方向である。力情報は、第1の方向の大きさの情報である第1の情報と、第2の方向の力の大きさの情報である第2の情報と、第3の方向の力の大きさの情報である第3の情報とを含んでいる。(Operation of force information calculation unit)
Next, the operation of the force
前述のように、第2の形状情報は、算出点Pcの座標(Pcx,Pcy,Pcz)の情報を含んでいる。ここで、X軸に平行な方向をX方向と言い、Y軸に平行な方向をY方向と言い、Z軸に平行な方向をZ方向と言う。本実施の形態では、第1の方向をX方向とし、第2の方向をY方向とし、第3の方向をZ方向とする。 As described above, the second shape information includes the information of the coordinates (Pcx, Pcy, Pcz) of the calculation point Pc. Here, the direction parallel to the X axis is referred to as the X direction, the direction parallel to the Y axis is referred to as the Y direction, and the direction parallel to the Z axis is referred to as the Z direction. In the present embodiment, the first direction is the X direction, the second direction is the Y direction, and the third direction is the Z direction.
また、本実施の形態では、力情報算出部14は、挿入部21における複数の位置の各々における力情報を算出する。複数の位置は、複数の算出点Pcの位置と一致していてもよいし、一致していなくてもよい。また、複数の位置の数は、複数の算出点Pcの数と一致していてもよいし、一致していなくてもよい。
Further, in the present embodiment, the force
ここで、挿入部21における任意の位置を第1の検出位置と言い、挿入部21において第1の検出位置とは異なる位置を第2の検出位置と言う。図5には、第1の検出位置P1と第2の検出位置P2の例を示している。以下、第1の検出位置P1における力情報である第1の力情報の算出方法と、第2の検出位置P2における力情報である第2の力情報の算出方法について説明する。
Here, an arbitrary position in the
始めに、第1の力情報の算出方法について説明する。本実施の形態では、力情報算出部14は、n個(nは2以上の整数)の第2の形状情報に基づいて、第1の検出位置P1に作用する力F1(図5参照)を算出する。以下、n個の第2の形状情報を、便宜上、1番目ないしn番目の第2の形状情報と呼ぶ。本実施の形態では、力情報算出部14は、下記の式(1)~(3)を用いて、力F1のX方向の成分F1xと、力F1のY方向の成分F1yと、力F1のZ方向の成分F1zを算出する。
First, a method of calculating the first force information will be described. In the present embodiment, the force
F1x=A11・X1+A12・X2+A13・X3
+・・・+A1n・Xn+C1 …(1)
F1y=A21・X1+A22・X2+A23・X3
+・・・+A2n・Xn+C2 …(2)
F1z=A31・X1+A32・X2+A33・X3
+・・・+A3n・Xn+C3 …(3)
式(1)~(3)において、Xnは、n番目の第2の形状情報を表し、A1n,A2n,A3nは、それぞれ、Xnに乗じるための定数であり、C1,C2,C3は定数項である。F1x = A11 / X1 + A12 / X2 + A13 / X3
+ ・ ・ ・ + A1n ・ Xn + C1… (1)
F1y = A21 / X1 + A22 / X2 + A23 / X3
+ ・ ・ ・ + A2n ・ Xn + C2… (2)
F1z = A31 / X1 + A32 / X2 + A33 / X3
+ ・ ・ ・ + A3n ・ Xn + C3… (3)
In the formulas (1) to (3), Xn represents the nth second shape information, A1n, A2n, and A3n are constants for multiplying Xn, respectively, and C1, C2, and C3 are constant terms. Is.
Xnは、n番目の第2の形状情報に対応する算出点Pcの3つの座標値を要素として含む3次元列ベクトルであってもよい。この場合、A1n,A2n,A3nは、それぞれ、Xnの3つの座標値の各々に乗じるための3つの定数を要素として含む3次元行ベクトルである。本実施の形態では、便宜上、定数を要素として含む行ベクトルも、定数と言う。あるいは、Xnは、算出点Pcの3つの座標値を所定の式に代入して算出される値であってもよい。この場合、A1n,A2n,A3nは、それぞれ定数である。 Xn may be a three-dimensional column vector including three coordinate values of the calculation point Pc corresponding to the nth second shape information as elements. In this case, A1n, A2n, and A3n are three-dimensional row vectors including three constants for multiplying each of the three coordinate values of Xn as elements. In the present embodiment, for convenience, a row vector including a constant as an element is also referred to as a constant. Alternatively, Xn may be a value calculated by substituting the three coordinate values of the calculation point Pc into a predetermined formula. In this case, A1n, A2n, and A3n are constants, respectively.
力F1の大きさと方向は、F1x,F1y,F1zから算出することができる。また、F1xは、第1の検出位置P1に作用するX方向の力の大きさを算出したものでもあり、F1yは、第1の検出位置P1に作用するY方向の力の大きさを算出したものでもあり、F1zは、第1の検出位置P1に作用するZ方向の力の大きさを算出したものでもある。力情報算出部14は、力F1の大きさと方向を第1の力情報としてもよいし、F1x,F1y,F1zを第1の力情報としてもよい。
The magnitude and direction of the force F1 can be calculated from F1x, F1y, F1z. Further, F1x also calculates the magnitude of the force acting on the first detection position P1 in the X direction, and F1y calculates the magnitude of the force acting on the first detection position P1 in the Y direction. F1z is also a calculation of the magnitude of the force acting on the first detection position P1 in the Z direction. The force
本実施の形態では、第1の力情報を算出する際に、第2の形状情報、すなわち算出点Pcの3つの座標値または3つの座標値から所定の規則に従って算出される値に乗じるための定数を、第1の定数と言う。記憶部13は、複数の第1の定数を含む第1の定数組を記憶する。本実施の形態では、第1の定数組は、第1の定数として、A1n,A2n,A3nを含んでいる。また、第1の定数組は、更に、定数項C1,C2,C3を含んでいる。
In the present embodiment, when calculating the first force information, the second shape information, that is, the three coordinate values of the calculation point Pc or the value calculated according to a predetermined rule from the three coordinate values is multiplied. The constant is called the first constant. The
ここで、F1xの情報を第1の情報とし、F1yの情報を第2の情報とし、F1zの情報を第3の情報とする。複数の第1の定数は、第1の情報を算出するための複数の定数と、第2の情報を算出するための複数の定数と、第3の情報を算出するための複数の定数とを含んでいる。 Here, the information of F1x is referred to as the first information, the information of F1y is referred to as the second information, and the information of F1z is referred to as the third information. The plurality of first constants include a plurality of constants for calculating the first information, a plurality of constants for calculating the second information, and a plurality of constants for calculating the third information. Includes.
次に、第2の力情報の算出方法について説明する。本実施の形態では、力情報算出部14は、第1の力情報と同様に、n個の第2の形状情報に基づいて、第2の検出位置P2に作用する力F2(図5参照)を算出する。本実施の形態では、力情報算出部14は、下記の式(4)~(6)を用いて、力F2のX方向の成分F2xと、力F2のY方向の成分F2yと、力F2のZ方向の成分F2zを算出する。
Next, a method of calculating the second force information will be described. In the present embodiment, the force
F2x=A41・X1+A42・X2+A43・X3
+・・・+A4n・Xn+C4 …(4)
F2y=A51・X1+A52・X2+A53・X3
+・・・+A5n・Xn+C5 …(5)
F2z=A61・X1+A62・X2+A63・X3
+・・・+A6n・Xn+C6 …(6)
式(4)~(6)において、A4n,A5n,A6nは、それぞれ、Xnに乗じるための定数であり、C1,C2,C3は定数項である。A4n,A5n,A6nは、A1n,A2n,A3nと同様に、それぞれ、Xnの3つの座標値の各々に乗じるための3つの定数を要素として含む3次元行ベクトルであってもよいし、定数であってもよい。F2x = A41 / X1 + A42 / X2 + A43 / X3
+ ・ ・ ・ + A4n ・ Xn + C4… (4)
F2y = A51 / X1 + A52 / X2 + A53 / X3
+ ・ ・ ・ + A5n ・ Xn + C5… (5)
F2z = A61 / X1 + A62 / X2 + A63 / X3
+ ・ ・ ・ + A6n ・ Xn + C6… (6)
In the formulas (4) to (6), A4n, A5n, and A6n are constants for multiplying Xn, respectively, and C1, C2, and C3 are constant terms. Similar to A1n, A2n, and A3n, A4n, A5n, and A6n may be three-dimensional row vectors including three constants for multiplying each of the three coordinate values of Xn as elements, or are constants. There may be.
力F2の大きさと方向は、F2x,F2y,F2zから算出することができる。また、F2xは、第2の検出位置P2に作用するX方向の力の大きさを算出したものでもあり、F2yは、第2の検出位置P2に作用するY方向の力の大きさを算出したものでもあり、F2zは、第2の検出位置P2に作用するZ方向の力の大きさを算出したものでもある。力情報算出部14は、力F2の大きさと方向を第2の力情報としてもよいし、F2x,F2y,F2zを第2の力情報としてもよい。
The magnitude and direction of the force F2 can be calculated from F2x, F2y, F2z. Further, F2x also calculates the magnitude of the force acting on the second detection position P2 in the X direction, and F2y calculates the magnitude of the force acting on the second detection position P2 in the Y direction. F2z is also a calculation of the magnitude of the force acting on the second detection position P2 in the Z direction. The force
本実施の形態では、第2の力情報を算出する際に、第2の形状情報、すなわち算出点Pcの3つの座標値または3つの座標値から所定の規則に従って算出される値に乗じるための定数を、第2の定数と言う。記憶部13は、複数の第2の定数を含む第2の定数組を記憶する。本実施の形態では、第2の定数組は、第2の定数として、A4n,A5n,A6nを含んでいる。また、第2の定数組は、更に、定数項C4,C5,C6を含んでいる。
In the present embodiment, when calculating the second force information, the second shape information, that is, the three coordinate values of the calculation point Pc or the value calculated according to a predetermined rule from the three coordinate values is multiplied. The constant is called the second constant. The
ここで、F2xの情報を第1の情報とし、F2yの情報を第2の情報とし、F2zの情報を第3の情報とする。複数の第2の定数は、第1の情報を算出するための複数の定数と、第2の情報を算出するための複数の定数と、第3の情報を算出するための複数の定数とを含んでいる。 Here, the information of F2x is referred to as the first information, the information of F2y is referred to as the second information, and the information of F2z is referred to as the third information. The plurality of second constants include a plurality of constants for calculating the first information, a plurality of constants for calculating the second information, and a plurality of constants for calculating the third information. Includes.
なお、F1x,F1y,F1z,F2x,F2y,F2zの算出方法は、式(1)~(6)に示した例に限られない。例えば、式(1)~(6)の各々は、Xn2等の2次以上の高次の項を含んでいてもよいし、Xm・Xn等の交互作用の項を含んでいてもよい。なお、mはnとは異なる1以上の整数であり、例えばm=n-1の関係を満たす数である。The calculation method of F1x, F1y, F1z, F2x, F2y, and F2z is not limited to the examples shown in the equations (1) to (6). For example, each of the formulas (1) to (6) may contain a second-order or higher-order term such as Xn 2 , or may include an interaction term such as Xm · Xn. Note that m is an integer of 1 or more different from n, and is a number that satisfies the relationship of, for example, m = n-1.
ここまでは、第1の検出位置P1における第1の力情報と、第2の検出位置P2における第2の力情報を算出する方法について説明してきた。上記の説明は、第1および第2の検出位置P1,P2以外の任意の検出位置P3(図5参照)における力情報を算出する場合にも当てはまる。 Up to this point, a method of calculating the first force information at the first detection position P1 and the second force information at the second detection position P2 has been described. The above description also applies to the calculation of force information at any detection position P3 (see FIG. 5) other than the first and second detection positions P1 and P2.
また、ここまでは、第2の形状情報が、算出点Pcの座標の情報のみを含む場合を例にとって説明してきた。前述のように、第2の形状情報は、算出点Pcにおける挿入部21の曲率の情報を含んでいてもよい。この場合、Xnは、n番目の第2の形状情報に対応する算出点Pcの3つの座標値と挿入部21の曲率を要素として含む4次元列ベクトルであってもよい。この場合、A1n,A2n,A3n,A4n,A5n,A6nは、それぞれ、Xnの3つの座標値の各々に乗じるための3つの定数とXnの挿入部21の曲率に乗じるための1つの定数を要素として含む4次元行ベクトルである。第1の定数組と第2の定数組は、それぞれ、挿入部21の曲率に乗じるための定数を含んでいる。
Further, up to this point, the case where the second shape information includes only the information of the coordinates of the calculation point Pc has been described as an example. As described above, the second shape information may include information on the curvature of the
(第1および第2の定数の算出方法)
次に、第1および第2の定数の算出方法について説明する。第1の定数は、例えば以下のようにして算出される。まず、挿入部21がある形状のときの第2の形状情報を取得すると共に、第1の検出位置P1に作用する力(以下、第1の力と言う。)を取得する。第1の力は、センサ等を用いた実験によって求めてもよいし、シミュレーションによって求めてもよい。なお、シミュレーションでは、第1の力は、例えば、挿入部21における複数の位置のモーメントの釣り合いから規定される連立方程式を、収束演算を用いて解くことによって求めることができる。(Calculation method of the first and second constants)
Next, a method of calculating the first and second constants will be described. The first constant is calculated, for example, as follows. First, the second shape information when the
次に、挿入部21の形状を変化させる。上記の第2の形状情報と第1の力の取得は、挿入部21の形状を変えるたびに行われる。これにより、第2の形状情報と第1の力の複数の組を準備する。次に、第2の形状情報と第1の力の複数の組を式(1)~(3)に代入することによって、第1の定数A1n,A2n,A3nを算出する。なお、式(1)のF1xには第1の力のX方向の成分を代入し、式(2)のF1yには第1の力のY方向の成分を代入し、式(3)のF1zには第1の力のZ方向の成分を代入する。第1の定数A1n,A2n,A3nは、例えば、最小二乗法によって算出することができる。式(1)~(3)の定数項C1,C2,C3は、第1の定数A1n,A2n,A3nと同時に算出される。
Next, the shape of the
第2の定数は、例えば以下のようにして算出される。まず、挿入部21がある形状のときの第2の形状情報を取得すると共に、第2の検出位置P2に作用する力(以下、第2の力と言う。)を取得する。第2の力の取得方法は、第1の力の取得方法と同様である。
The second constant is calculated, for example, as follows. First, the second shape information when the
次に、挿入部21の形状を変化させる。上記の第2の形状情報と第2の力の取得は、挿入部21の形状を変えるたびに行われる。これにより、第2の形状情報と第2の力の複数の組を準備する。次に、第2の形状情報と第2の力の複数の組を式(4)~(6)に代入することによって、第2の定数A4n,A5n,A6nを算出する。なお、式(4)のF2xには第2の力のX方向の成分を代入し、式(5)のF2yには第2の力のY方向の成分を代入し、式(6)のF2zには第2の力のZ方向の成分を代入する。第2の定数A4n,A5n,A6nは、例えば、最小二乗法によって算出することができる。式(4)~(6)の定数項C4,C5,C6は、第2の定数A4n,A5n,A6nと同時に算出される。
Next, the shape of the
第1および第2の定数を算出する際には、第1および第2の力を求めるために、挿入部21の形状を変えながら、実験またはシミュレーションを実行する必要がある。そのため、第1および第2の定数は、内視鏡1の使用前に算出される。また、算出した複数の第1の定数を含む第1の定数組と、算出した複数の第2の定数を含む第2の定数組は、内視鏡1の使用前に、記憶部13に記憶される。
When calculating the first and second constants, it is necessary to carry out an experiment or simulation while changing the shape of the
(力情報算出方法)
次に、図1、図2および図6を参照して、本実施の形態に係わる力情報算出方法について説明する。図6は、本実施の形態に係わる力情報算出方法を示すフローチャートである。本実施の形態に係わる力情報算出方法は、図6に示したステップS11,S12,S13,S14を含んでいる。ステップS11,S12,S13,S14は、この順に実行される。(Force information calculation method)
Next, a force information calculation method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 6. FIG. 6 is a flowchart showing a force information calculation method according to the present embodiment. The force information calculation method according to the present embodiment includes steps S11, S12, S13, and S14 shown in FIG. Steps S11, S12, S13, and S14 are executed in this order.
ステップS11は、記憶部13が、複数の定数を記憶するステップである。本実施の形態では、記憶部13は、複数の定数として、複数の第1の定数を含む第1の定数組と、複数の第2の定数を含む第2の定数組とを記憶する。
Step S11 is a step in which the
ステップS12は、形状センサ部すなわち内視鏡挿入形状観測装置5が、第1の形状情報を取得するステップである。ステップS13は、形状情報取得部12が、第2の形状情報を取得するステップである。ステップS14は、力情報算出部14が、力情報を算出するステップである。本実施の形態では、力情報算出部14は、力情報として、第1および第2の力情報を算出する。
Step S12 is a step in which the shape sensor unit, that is, the endoscope insertion shape observation device 5, acquires the first shape information. Step S13 is a step in which the shape
なお、ステップS11は、内視鏡1の使用前に実行される。ステップS12~S14は、内視鏡1の使用時に繰り返し実行される。 Note that step S11 is executed before the use of the endoscope 1. Steps S12 to S14 are repeatedly executed when the endoscope 1 is used.
(力情報伝達部の動作)
次に、図1および図2を参照して、力情報伝達部15の動作について説明する。前述のように、力情報伝達部15は、力情報算出部14が算出した力情報と対応関係を有する信号を、算出装置本体部11の外部の装置等、例えば報知手段18に伝達する。報知手段18がモニタ装置等によって構成された表示部である場合、力情報伝達部15は、所定の検出位置に作用する力の大きさの情報の信号を、表示部に出力してもよい。表示部は、出力された力の大きさの情報を画面上に表示する。(Operation of force information transmission unit)
Next, the operation of the force
また、力情報伝達部15は、所定の検出位置に作用する力の大きさと所定の閾値とを比較して、力の大きさが所定の閾値以上になったことを知らせる信号(以下、通知信号と言う。)を報知手段18に出力してもよい。報知手段18が表示部である場合、表示部は、通知信号に基づいて画面上に警告を表示してもよい。また、報知手段18がスピーカ等によって構成された警報部である場合、警報部は、通知信号に基づいて警告音を発してもよい。
Further, the force
また、力情報伝達部15は、所定の検出位置に作用する力の大きさの情報の信号や、通知信号を、観測装置本体部51に出力してもよい。この場合、観測装置本体部51の制御部51Aは、力の大きさの情報や警告等を挿入形状画像に合成してもよいし、表示部53の画面上に表示させるために力の大きさの情報や警告等を表示部53に出力してもよい。なお、所定の検出位置に作用する力の大きさと所定の閾値との比較は、制御部51Aにおいて行われてもよい。
Further, the force
同様に、力情報伝達部15は、所定の検出位置に作用する力の大きさの情報の信号や、通知信号を、本体装置2に出力してもよい。この場合、本体装置2の制御部2Aは、力の大きさの情報や警告等を撮像画像に合成してもよいし、表示部3の画面上に表示させるために力の大きさの情報や警告等を表示部53に出力してもよい。なお、所定の検出位置に作用する力の大きさと所定の閾値との比較は、制御部2Aにおいて行われてもよい。
Similarly, the force
また、本体装置2は、撮像画像と力の大きさの情報に基づいて、被検体に与える影響を判断する被検体影響判断部を有していてもよい。 Further, the main body device 2 may have a subject influence determination unit for determining the influence on the subject based on the captured image and the information on the magnitude of the force.
また、内視鏡システム100は、内視鏡1の挿入部21の挿抜操作の少なくとも一部を支援する挿入ロボットを備えていてもよい。挿入ロボットには、内視鏡1の挿入部21と操作部22を支持するための複数のアームと、被検体内に挿入された挿入部21を挿抜させる機構と、操作部22に設けられた操作ノブを操作する機構とが設けられる。力情報伝達部15は、力情報算出部14が算出した力情報と対応関係を有する信号を、挿入ロボット制御装置に出力する。挿入ロボット制御装置は、上記の信号と、観測装置本体部51が出力する挿入形状画像または第1の形状情報と、本体装置2が出力する撮像画像等に基づいて、挿入部21の挿抜動作が円滑に行われるように、挿入ロボットを制御する。
Further, the
(作用および効果)
次に、本実施の形態に係わる力情報算出装置10、内視鏡システム100および力情報算出方法の作用および効果について説明する。本実施の形態では、力情報算出部14は、可撓性部材である内視鏡1の挿入部21における第1の検出位置P1に作用する少なくとも1つの方向の力の大きさの情報を含む第1の力情報が算出する。本実施の形態では、第1の検出位置P1は、挿入部21の先端に限らず、任意に設定することができる。これにより、本実施の形態によれば、任意の位置に作用する力の大きさの情報を算出することができる。(Action and effect)
Next, the actions and effects of the force
また、本実施の形態では、力情報算出部14は、式(1)~(3)に示したような演算、すなわち、複数の第2の形状情報と複数の第1の定数の対応するもの同士の乗算を含む演算によって、第1の力情報を算出する。本実施の形態では、更に、上記の演算は、式(1)~(3)に示したように、複数の第2の形状情報と複数の第1の定数の対応するもの同士の乗算によって得られる複数の項の総和を求めること含んでいる。このように、本実施の形態では、第1の力情報を、乗算と加算とによって求めている。これにより、本実施の形態によれば、収束演算等を用いたシミュレーションによって第1の力情報を算出する場合に比べて、第1の力情報を算出するための負荷を少なくすることができると共に、第1の力情報の算出時間を短くすることができる。また、本実施の形態によれば、第1の検出位置P1の位置や、挿入部21の形状に関わらず、ほぼ一定の時間で第1の力情報を算出することができる。これらのことから、本実施の形態によれば、内視鏡1の使用時に、リアルタイムで第1の力情報を算出することが可能になる。
Further, in the present embodiment, the force
また、本実施の形態では、第1の定数は、予め、記憶部13に記憶されている。前述のように、第1の定数の算出は、挿入部21の形状を変えながら、第2の形状情報と第1の検出位置P1に作用する第1の力の複数の組を準備することによって行われる。この組の数が多いほど、第1の力情報の算出精度が向上する。本実施の形態では、第1の定数の算出を、内視鏡1の使用時以外に実行することができるため、第2の形状情報と第1の力の組の数を多くすることは容易である。これにより、本実施の形態によれば、第1の力情報の算出精度を向上させることができる。
Further, in the present embodiment, the first constant is stored in the
また、本実施の形態では、力情報算出部14は、可撓性部材である内視鏡1の挿入部21において第1の検出位置P1とは異なる第2の検出位置P2に作用する少なくとも1つの方向の力の大きさの情報を含む第2の力情報を算出する。本実施の形態では、第2の検出位置P2は、第1の検出位置P1とは異なるという要件を満たす限り、その位置と数を任意に設定することができる。これにより、本実施の形態によれば、複数の位置に作用する力の大きさの情報を算出することができる。
Further, in the present embodiment, the force
また、本実施の形態では、第1の力情報と同様に、第2の力情報を算出するための負荷を少なくすることができると共に、第2の力情報の算出時間を短くすることができる。これにより、本実施の形態によれば、算出する力情報の数が多い場合であっても、シミュレーションによって複数の力情報を算出する場合に比べて、複数の力情報を算出するための負荷を少なくすることができると共に、複数の力情報の算出時間を短くすることができる。これにより、本実施の形態によれば、内視鏡1の使用時に、リアルタイムで複数の力情報を算出することが可能になる。 Further, in the present embodiment, similarly to the first force information, the load for calculating the second force information can be reduced, and the calculation time of the second force information can be shortened. .. As a result, according to the present embodiment, even when the number of force information to be calculated is large, the load for calculating a plurality of force information is increased as compared with the case where a plurality of force information is calculated by simulation. It can be reduced and the calculation time of a plurality of force information can be shortened. This makes it possible to calculate a plurality of force information in real time when the endoscope 1 is used according to the present embodiment.
(第1の変形例)
次に、図7を参照して、本実施の形態の第1の変形例について説明する。図7は、第1の変形例における算出装置本体部11の構成を示す機能ブロック図である。第1の変形例では、算出装置本体部11は、形状情報取得部12、記憶部13、力情報算出部14および力情報伝達部15の他に、剛性情報取得部16を備えている。剛性情報取得部16は、可撓性部材である内視鏡1の挿入部21(図1参照)の曲げ剛性等の剛性値を取得し、取得した剛性値を記憶部13に出力する。記憶部13は、剛性情報取得部16が出力した剛性値を記憶する。力情報算出部14は、記憶部13に記憶された剛性値を読み出すことができるように構成されている。(First modification)
Next, a first modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a functional block diagram showing the configuration of the calculation device
剛性値は、例えば、内視鏡1の使用前に、センサ等を用いて計測することができる。剛性情報取得部16は、剛性値を計測する計測器から直接剛性値を取得してもよい。あるいは、剛性情報取得部16は、算出装置本体部11に接続された図示しないユーザインタフェース部を介して、剛性値を取得してもよい。この場合、使用者は、ユーザインタフェース部に、剛性値の計測結果を入力する。
The rigidity value can be measured, for example, by using a sensor or the like before using the endoscope 1. The rigidity
また、第1の変形例では、記憶部13に記憶された第1の定数組と第2の定数組は、それぞれ、第3の定数を含んでいる。力情報算出部14は、剛性値と、第1の定数組の第3の定数とを乗算し、この乗算によって得られる項(以下、第1の剛性値項と言う。)を、複数の第2の形状情報と複数の第1の定数の対応するもの同士の乗算によって得られる複数の項の総和に加算することによって、第1の力情報を算出する。具体的には、例えば、力情報算出部14は、式(1)~(3)の各々に第1の剛性値項を加えることによって、第1の検出位置に作用する力F1のX方向の成分F1xと、力F1のY方向の成分F1yと、力F1のZ方向の成分F1zを算出する。
Further, in the first modification, the first constant set and the second constant set stored in the
同様に、力情報算出部14は、剛性値と、第2の定数組の第3の定数とを乗算し、この乗算によって得られる項(以下、第2の剛性値項と言う。)を、複数の第2の形状情報と複数の第2の定数の対応するもの同士の乗算によって得られる複数の項の総和に加算することによって、第2の力情報を算出する。具体的には、例えば、力情報算出部14は、式(4)~(6)の各々に第2の剛性値項を加えることによって、第2の検出位置に作用する力F2のX方向の成分F2xと、力F2のY方向の成分F2yと、力F2のZ方向の成分F2zを算出する。
Similarly, the force
第1の定数組の第3の定数は、第1の定数を算出する際に、第1の定数と同時に算出することができる。具体的には、例えば、内視鏡1の挿入部21の形状を変えながら、第2の形状情報と第1の検出位置に作用する第1の力と剛性値の複数の組を準備し、第2の形状情報と第1の力と剛性値の複数の組を、式(1)~(3)の各々に第1の剛性値項を加えた式に代入することによって、第1の定数と第3の定数を算出する。
The third constant of the first constant set can be calculated at the same time as the first constant when calculating the first constant. Specifically, for example, while changing the shape of the
同様に、第2の定数組の第3の定数は、第2の定数を算出する際に、第2の定数と同時に算出することができる。具体的には、例えば、内視鏡1の挿入部21の形状を変えながら、第2の形状情報と第2の検出位置に作用する第2の力と剛性値の複数の組を準備し、第2の形状情報と第2の力と剛性値の複数の組を、式(4)~(6)の各々に第2の剛性値項を加えた式に代入することによって、第2の定数と第3の定数を算出する。
Similarly, the third constant of the second constant set can be calculated at the same time as the second constant when calculating the second constant. Specifically, for example, while changing the shape of the
内視鏡1の挿入部21の剛性値は、製品毎にある程度ばらついてしまう。第1の変形例によれば、例えば、内視鏡1を取り替えて使用する場合に、使用する内視鏡1の挿入部21の剛性値を用いることにより、精度よく力情報を算出することができる。
The rigidity value of the
(第2の変形例)
次に、図8を参照して、本実施の形態の第2の変形例について説明する。図8は、第2の変形例における算出装置本体部11の構成を示す機能ブロック図である。第2の変形例における算出装置本体部11の構成は、以下の点で第1の変形例と異なっている。第2の変形例では、算出装置本体部11は、形状情報取得部12、記憶部13、力情報算出部14、力情報伝達部15および剛性情報取得部16の他に、使用回数情報取得部17を備えている。使用回数情報取得部17は、可撓性部材である内視鏡1の挿入部21(図1参照)の使用回数を取得し、取得した使用回数の値を記憶部13に出力する。記憶部13は、使用回数情報取得部17が出力した使用回数の値を記憶する。力情報算出部14は、記憶部13に記憶された使用回数の値を読み出すことができるように構成されている。(Second modification)
Next, a second modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a functional block diagram showing the configuration of the calculation device
例えば、本体装置2(図1参照)は、内視鏡1の使用回数を記憶することができるように構成されている。使用回数情報取得部17は、本体装置2に記憶された内視鏡1の使用回数の値を取得することができるように構成されている。
For example, the main body device 2 (see FIG. 1) is configured to be able to store the number of times the endoscope 1 has been used. The usage count
また、第2の変形例では、記憶部13に記憶された第1の定数組と第2の定数組は、それぞれ、第4の定数を含んでいる。力情報算出部14は、剛性値と、第1の定数組の第4の定数とを乗算し、この乗算によって得られる項(以下、第1の使用回数項と言う。)を、複数の第2の形状情報と複数の第1の定数の対応するもの同士の乗算によって得られる複数の項の総和に加算することによって、第1の力情報を算出する。具体的には、例えば、力情報算出部14は、式(1)~(3)の各々に第1の剛性値項と第1の使用回数項を加えることによって、第1の検出位置に作用する力F1のX方向の成分F1xと、力F1のY方向の成分F1yと、力F1のZ方向の成分F1zを算出する。
Further, in the second modification, the first constant set and the second constant set stored in the
同様に、力情報算出部14は、使用回数値と、第2の定数組の第4の定数とを乗算し、この乗算によって得られる項(以下、第2の使用回数項と言う。)を、複数の第2の形状情報の各々と対応する第2の定数との乗算によって得られる複数の項の総和に加算することによって、第2の力情報を算出する。具体的には、例えば、力情報算出部14は、式(4)~(6)の各々に第2の剛性値項と第2の使用回数項を加えることによって、第2の検出位置に作用する力F2のX方向の成分F2xと、力F2のY方向の成分F2yと、力F2のZ方向の成分F2zを算出する。
Similarly, the force
第1の定数組の第4の定数は、第1の定数を算出する際に、第1の定数と同時に算出することができる。具体的には、例えば、内視鏡1の挿入部21の形状を変えながら、第2の形状情報と第1の検出位置に作用する第1の力と剛性値と使用回数の値の複数の組を準備し、第2の形状情報と第1の力と剛性値と使用回数の値の複数の組を、式(1)~(3)の各々に第1の剛性値項と第1の使用回数項とを加えた式に代入することによって、第1の定数と第3の定数と第4の定数を算出する。
The fourth constant of the first constant set can be calculated at the same time as the first constant when calculating the first constant. Specifically, for example, while changing the shape of the
同様に、第2の定数組の第4の定数は、第2の定数を算出する際に、第2の定数と同時に算出することができる。具体的には、例えば、内視鏡1の挿入部21の形状を変えながら、第2の形状情報と第2の検出位置に作用する第2の力と剛性値と使用回数の値の複数の組を準備し、第2の形状情報と第2の力と剛性値と使用回数の値の複数の組を、式(4)~(6)の各々に第2の剛性値項と第2の使用回数項とを加えた式に代入することによって、第2の定数と第3の定数と第4の定数を算出する。
Similarly, the fourth constant of the second constant set can be calculated at the same time as the second constant when calculating the second constant. Specifically, for example, while changing the shape of the
同じ内視鏡1を使用し続ける場合、内視鏡1の挿入部21の剛性値は、使用回数によって変化する。第2の変形例によれば、内視鏡1の使用回数によって挿入部21の剛性値が変化する場合であっても、精度よく力情報を算出することができる。
When the same endoscope 1 is continuously used, the rigidity value of the
[第2の実施の形態]
(力情報算出部の構成)
次に、本発明の第2の実施の形態に係わる力情報算出装置について説明する。始めに、図9を参照して、本実施の形態に係わる力情報算出装置10の構成が、第1の実施の形態と異なる点について説明する。図9は、本実施の形態に係わる力情報算出装置10の算出装置本体部11の構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態では、算出装置本体部11は、第1の実施の形態における力情報算出部14の代わりに、力情報算出部140を備えている。力情報算出部140は、力情報算出部14と同様に、記憶部13に記憶された複数の定数を読み出すことができるように構成されており、複数の定数と、形状情報取得部12が出力した複数の第2の形状情報に基づいて、内視鏡1の挿入部21(図1参照)における任意の位置に作用する力と対応関係を有する情報を算出する。[Second Embodiment]
(Structure of force information calculation unit)
Next, the force information calculation device according to the second embodiment of the present invention will be described. First, with reference to FIG. 9, the configuration of the force
図9に示したように、力情報算出部140は、ニューラルネットワークを構成する入力層141、中間層142および出力層143を有している。入力層141、中間層142および出力層143は、形状情報取得部12側からこの順に並んでいる。また、入力層141、中間層142および出力層143は、それぞれ、複数のユニットを含んでいる。図9では、ユニットを円で示している。なお、図9は、入力層141、中間層142および出力層143の構成を模式的に示したものであり、ユニットの数は、図9に示した例に限られない。
As shown in FIG. 9, the force
中間層142は、複数の層を含んでいてもよい。図9では、図9における上下方向に1列に並んだ複数のユニットが、1つの層を構成する。図9に示した例では、中間層142は、3つの層を含んでいる。以下、図9において入力層141側に最も近い位置にある層を第1層と言い、図9において第1層の右側に隣接した層を第2層と言い、図9において第2層の右側に隣接した層を第3層と言う。なお、中間層142に含まれる層の数は、図9に示した例に限られない。
The
(力情報算出部の動作)
次に、力情報算出部140の動作について説明する。本実施の形態では、複数の第2の形状情報は、入力層141に入力される。なお、複数の第2の形状情報は、それぞれ、入力層141に含まれる別々のユニットに入力される。(Operation of force information calculation unit)
Next, the operation of the force
中間層142では、第1層において、複数の第1項を算出する第1の演算が行われる。具体的には、第1層を構成する任意の1つのユニットには、入力層141の複数のユニットに入力された複数の第2の形状情報が入力される。このユニットでは、例えば、複数の第2の形状情報と複数の定数の対応するもの同士を乗算し、乗算して得られた複数の項の総和を求めることによって、第1項を算出する。
In the
中間層142では、第2層と第3層において、複数の第1項と対応関係を有する複数の第2項を用いて、複数の第3項を算出する第2の演算が行われる。第2層では、複数の第2項として、複数の第1項そのものが用いられる。第3層では、複数の第2項として、第2層において第1項を用いた演算によって算出された複数の項(以下、初期第3項と言う。)が用いられる。複数の第3項は、第3層において算出される。
In the
具体的には、第2層を構成する任意の1つのユニットには、複数の第1項が入力される。このユニットでは、例えば、複数の第1項と複数の定数の対応するもの同士を乗算し、乗算して得られた複数の項の総和を求めることによって、初期第3項を算出する。 Specifically, a plurality of first terms are input to any one unit constituting the second layer. In this unit, for example, the initial third term is calculated by multiplying the corresponding ones of the plurality of first terms and the plurality of constants and obtaining the sum of the plurality of terms obtained by the multiplication.
また、第3層を構成する任意の1つのユニットには、複数の初期第3項が入力される。このユニットでは、例えば、複数の初期第3項と複数の定数の対応するもの同士を乗算し、乗算して得られた複数の項の総和を求めることによって、第3項を算出する。 Further, a plurality of initial third terms are input to any one unit constituting the third layer. In this unit, for example, the third term is calculated by multiplying a plurality of initial third terms and corresponding ones of a plurality of constants and obtaining the sum of the plurality of terms obtained by the multiplication.
出力層143では、複数の第4項を算出する第3の演算が行われる。具体的には、出力層143を構成する任意の1つのユニットには、複数の第3項が入力される。このユニットでは、例えば、複数の第3項と複数の定数の対応するもの同士を乗算し、乗算して得られた複数の項の総和を求めることによって、第4項を算出する。
In the
本実施の形態では、第1の力情報は、出力層143が算出した複数の第4項によって構成される情報である。具体的には、例えば、出力層143は、複数の第4項として、第1の検出位置に作用する力のX方向の成分と、第1の検出位置に作用する力のY方向の成分と、第1の検出位置に作用する力のZ方向の成分を算出する。力情報算出部140は、上記のX方向の成分、Y方向の成分およびZ方向の成分から算出される第1の検出位置に作用する力の大きさと方向を第1の情報としてもよいし、上記のX方向の成分、Y方向の成分およびZ方向を第1の力情報としてもよい。
In the present embodiment, the first force information is information composed of a plurality of fourth terms calculated by the
また、本実施の形態では、第1の力情報を算出する際に、第2の形状情報、第1項、第2項(第1項または初期第3項)および第3項に乗じるための定数を、第1の定数と言う。 Further, in the present embodiment, when calculating the first force information, the second shape information, the first term, the second term (the first term or the initial third term), and the third term are multiplied. The constant is called the first constant.
次に、本実施の形態における第2の力情報の算出方法について説明する。本実施の形態における第2の力情報の算出方法は、基本的には、第1の力情報の算出方法と同じである。本実施の形態では、第2の力情報は、出力層143が算出した複数の第4項によって構成される情報である。具体的には、例えば、出力層143は、複数の第4項として、第2の検出位置に作用する力のX方向の成分と、第2の検出位置に作用する力のY方向の成分と、第2の検出位置に作用する力のZ方向の成分を算出する。力情報算出部140は、上記のX方向の成分、Y方向の成分およびZ方向の成分から算出される第2の検出位置に作用する力の大きさと方向を第2の情報としてもよいし、上記のX方向の成分、Y方向の成分およびZ方向を第2の力情報としてもよい。
Next, a method of calculating the second force information in the present embodiment will be described. The method for calculating the second force information in the present embodiment is basically the same as the method for calculating the first force information. In the present embodiment, the second force information is information composed of a plurality of fourth terms calculated by the
本実施の形態では、第2の力情報を算出する際に、第2の形状情報、第1項、第2項(第1項または初期第3項)および第3項に乗じるための定数を、第2の定数と言う。 In the present embodiment, when calculating the second force information, a constant for multiplying the second shape information, the first term, the second term (the first term or the initial third term), and the third term is used. , The second constant.
なお、第1項、初期第3項、第3項および第4項の算出方法は、上記の例に限られない。例えば、第1項は、複数の第2の形状情報と複数の定数の対応するもの同士を乗算して得られた複数の項の総和に、定数項を加算することによって算出されてもよいし、上記の総和または上記の総和に定数項を加算した値を活性化関数に代入することによって算出されてもよい。活性化関数としては、例えば、シグモイド関数やReLU関数が用いられる。初期第3項、第3項および第4項も、上記の第1項の算出方法と同様の方法によって算出されてもよい。
The calculation method of the first term, the initial third term, the third term and the fourth term is not limited to the above example. For example, the first term may be calculated by adding a constant term to the sum of the plurality of terms obtained by multiplying the plurality of second shape information and the corresponding ones of the plurality of constants. , The above sum or the sum plus a constant term may be assigned to the activation function. As the activation function, for example, a sigmoid function or a ReLU function is used. The
(第1および第2の定数の算出方法)
次に、本実施の形態における第1および第2の定数の算出方法について説明する。本実施の形態では、第1の定数と第2の定数は、深層学習等の機械学習によって算出される。第1の定数は、例えば以下のようにして算出される。まず、挿入部21がある形状のときの第2の形状情報を取得すると共に、第1の検出位置に作用する第1の力を取得する。第1の力の取得方法は、第1の実施の形態と同様である。(Calculation method of the first and second constants)
Next, a method of calculating the first and second constants in the present embodiment will be described. In the present embodiment, the first constant and the second constant are calculated by machine learning such as deep learning. The first constant is calculated, for example, as follows. First, the second shape information when the
次に、挿入部21の形状を変化させる。上記の第2の形状情報と第1の力の取得は、挿入部21の形状を変えるたびに行われる。これにより、第2の形状情報と第1の力の複数の組を準備する。次に、第2の形状情報と第1の力の複数の組を教師データとして、機械学習を実行する。これにより、複数の第1の定数が算出される。
Next, the shape of the
第2の定数は、例えば以下のようにして算出される。まず、挿入部21がある形状のときの第2の形状情報を取得すると共に、第2の検出位置に作用する第2の力を取得する。第2の力の取得方法は、第1の実施の形態と同様である。
The second constant is calculated, for example, as follows. First, the second shape information when the
次に、挿入部21の形状を変化させる。上記の第2の形状情報と第2の力の取得は、挿入部21の形状を変えるたびに行われる。これにより、第2の形状情報と第2の力の複数の組を準備する。次に、第2の形状情報と第2の力の複数の組を教師データとして、機械学習を実行する。これにより、複数の第2の定数が算出される。
Next, the shape of the
(作用および効果)
次に、本実施の形態特有の作用および効果について説明する。本実施の形態では、ニューラルネットワークを構成する入力層141、中間層142および出力層143を有する力情報算出部140によって、第1および第2の力情報を算出する。これにより、本実施の形態によれば、シミュレーションによって第1および第2の力情報を算出する場合に比べて、第1および第2の力情報を算出するための負荷を少なくすることができると共に、第1および第2の力情報の算出時間を短くすることができる。また、本実施の形態によれば、第1および第2の検出位置の位置や、挿入部21の形状に関わらず、ほぼ一定の時間で第1および第2の力情報を算出することができる。これらのことから、本実施の形態によれば、内視鏡1の使用時に、リアルタイムで第1および第2の力情報を算出することが可能になる。(Action and effect)
Next, the actions and effects peculiar to the present embodiment will be described. In the present embodiment, the first and second force information is calculated by the force
また、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、第1および第2の定数は、予め、記憶部13に記憶されている。前述のように、第1の定数の算出は、挿入部21の形状を変えながら、第2の形状情報と第1の力の複数の組を準備し、第2の形状情報と第1の力の複数の組を教師データとして、機械学習を実行することによって行われる。また、第2の定数の算出は、挿入部21の形状を変えながら、第2の形状情報と第2の力の複数の組を準備し、第2の形状情報と第2の力の複数の組を教師データとして、機械学習を実行することによって行われる。本実施の形態では、第1および第2の定数の算出は、内視鏡1の使用時以外に実行することができるため、教師データの数を多くすることは容易である。これにより、本実施の形態によれば、第1および第2の力情報の算出精度を向上させることができる。
Further, in the present embodiment, as in the first embodiment, the first and second constants are stored in the
(第1の変形例)
次に、図10を参照して、本実施の形態の第1の変形例について説明する。図10は、第1の変形例における算出装置本体部11の構成を示す機能ブロック図である。第1の変形例では、算出装置本体部11は、形状情報取得部12、記憶部13、力情報算出部140および力情報伝達部15の他に、剛性情報取得部16を備えている。剛性情報取得部16の機能は、第1の実施の形態の第1の変形例において説明した機能と同じである。(First modification)
Next, with reference to FIG. 10, a first modification of the present embodiment will be described. FIG. 10 is a functional block diagram showing the configuration of the calculation device
第1の変形例では、記憶部13は、剛性情報取得部16が取得して出力した剛性値を記憶する。力情報算出部140は、記憶部13に記憶された剛性値を読み出すことができるように構成されている。
In the first modification, the
また、第1の変形例では、記憶部13に記憶された第1の定数組と第2の定数組は、それぞれ、第3の定数を含んでいる。
Further, in the first modification, the first constant set and the second constant set stored in the
また、第1の変形例では、力情報算出部140の入力層141には、複数の第2の形状情報に加えて、剛性情報取得部16が取得し記憶部13に記憶された剛性値が入力される。前述のように、中間層142では、第1層において、複数の第1項を算出する第1の演算が行われる。第1の変形例では、第1層を構成する任意の1つのユニットには、複数の第2の形状情報と剛性値が入力される。第1の力情報を算出する場合、このユニットでは、例えば、複数の第2の形状情報と複数の第1の定数の対応するもの同士を乗算すると共に、剛性値と、第1の定数組の第3の定数とを乗算する。そして、乗算して得られた複数の項の総和を求めることによって、第1項を算出する。また、第2の力情報を算出する場合、このユニットでは、例えば、複数の第2の形状情報と複数の第2の定数の対応するもの同士を乗算すると共に、剛性値と、第2の定数組の第3の定数とを乗算する。そして、乗算して得られた複数の項の総和を求めることによって、第1項を算出する。
Further, in the first modification, in the
第1の定数組の第3の定数は、第1の定数を算出する際に、第1の定数と同時に算出することができる。具体的には、例えば、内視鏡1の挿入部21の形状を変えながら、第2の形状情報と第1の検出位置に作用する第1の力と剛性値の複数の組を準備し、この複数の組を教師データとして機械学習を実行することによって、第1の定数と第3の定数を算出する。
The third constant of the first constant set can be calculated at the same time as the first constant when calculating the first constant. Specifically, for example, while changing the shape of the
同様に、第2の定数組の第3の定数は、第2の定数を算出する際に、第2の定数と同時に算出することができる。具体的には、例えば、内視鏡1の挿入部21の形状を変えながら、第2の形状情報と第2の検出位置に作用する第2の力と剛性値の複数の組を準備し、この複数の組を教師データとして機械学習を実行することによって、第2の定数と第3の定数を算出する。
Similarly, the third constant of the second constant set can be calculated at the same time as the second constant when calculating the second constant. Specifically, for example, while changing the shape of the
(第2の変形例)
次に、図11を参照して、本実施の形態の第2の変形例について説明する。図11は、第2の変形例における算出装置本体部11の構成を示す機能ブロック図である。第2の変形例における算出装置本体部11の構成は、以下の点で第1の変形例と異なっている。第2の変形例では、算出装置本体部11は、形状情報取得部12、記憶部13、力情報算出部140、力情報伝達部15および剛性情報取得部16の他に、使用回数情報取得部17を備えている。使用回数情報取得部17の機能は、第1の実施の形態の第2の変形例において説明した機能と同じである。(Second modification)
Next, a second modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a functional block diagram showing the configuration of the calculation device
第2の変形例では、記憶部13は、使用回数情報取得部17が取得して出力した使用回数の値を記憶する。力情報算出部140は、記憶部13に記憶された使用回数の値を読み出すことができるように構成されている。
In the second modification, the
また、第2の変形例では、記憶部13に記憶された第1の定数組と第2の定数組は、それぞれ、第4の定数を含んでいる。
Further, in the second modification, the first constant set and the second constant set stored in the
また、第2の変形例では、力情報算出部140の入力層141には、複数の第2の形状情報および剛性値に加えて、使用回数情報取得部17が取得し記憶部13に記憶された使用回数の値が入力される。前述のように、中間層142では、第1層において、複数の第1項を算出する第1の演算が行われる。第2の変形例では、第1層を構成する任意の1つのユニットには、複数の第2の形状情報と剛性値と使用回数の値が入力される。第1の力情報を算出する場合、このユニットでは、例えば、複数の第2の形状情報と複数の第1の定数の対応するもの同士を乗算すると共に、剛性値と、第1の定数組の第3の定数とを乗算し、更に、使用回数の値と、第1の定数組の第4の定数とを乗算する。そして、乗算して得られた複数の項の総和を求めることによって、第1項を算出する。また、第2の力情報を算出する場合、このユニットでは、例えば、複数の第2の形状情報と複数の第2の定数の対応するもの同士を乗算すると共に、剛性値と、第2の定数組の第3の定数とを乗算し、更に、使用回数の値と、第2の定数組の第4の定数とを乗算する。そして、乗算して得られた複数の項の総和を求めることによって、第1項を算出する。
Further, in the second modification, in addition to the plurality of second shape information and rigidity values, the
第1の定数組の第4の定数は、第1の定数を算出する際に、第1の定数と同時に算出することができる。具体的には、例えば、内視鏡1の挿入部21の形状を変えながら、第2の形状情報と第1の検出位置に作用する第1の力と剛性値と使用回数の値の複数の組を準備し、この複数の組を教師データとして機械学習を実行することによって、第1の定数と第3の定数を算出する。
The fourth constant of the first constant set can be calculated at the same time as the first constant when calculating the first constant. Specifically, for example, while changing the shape of the
同様に、第2の定数組の第3の定数は、第2の定数を算出する際に、第2の定数と同時に算出することができる。具体的には、例えば、内視鏡1の挿入部21の形状を変えながら、第2の形状情報と第2の検出位置に作用する第2の力と剛性値と使用回数の値の複数の組を準備し、この組を教師データとして機械学習を実行することによって、第2の定数と第3の定数を算出する。
Similarly, the third constant of the second constant set can be calculated at the same time as the second constant when calculating the second constant. Specifically, for example, while changing the shape of the
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第1の実施の形態と同様である。 Other configurations, actions and effects in this embodiment are the same as in the first embodiment.
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。例えば、本発明の力情報算出装置は、医療用の内視鏡システムに限らず、工業用の内視鏡システムにも適用することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes, modifications, and the like can be made without changing the gist of the present invention. For example, the force information calculation device of the present invention can be applied not only to a medical endoscope system but also to an industrial endoscope system.
また、本発明における形状センサ部は、内視鏡挿入形状観測装置5に限らず、光ファイバセンサ等のセンサを用いて複数の測定点の各々の第1の形状情報を取得するものであってもよい。 Further, the shape sensor unit in the present invention is not limited to the endoscope insertion shape observation device 5, and acquires the first shape information of each of a plurality of measurement points by using a sensor such as an optical fiber sensor. May be good.
また、第1の実施の形態の第2の変形例と、第2の実施の形態の第2の変形例では、剛性情報取得部16は設けられていなくてもよい。
Further, in the second modification of the first embodiment and the second modification of the second embodiment, the rigidity
Claims (11)
前記可撓性部材の形状と対応関係を有する形状情報であって、前記可撓性部材において前記可撓性部材の長手方向に沿って互いに間隔をあけて配置された複数の測定点の各々における形状情報である複数の第1の形状情報を取得する形状センサ部と、
前記複数の第1の形状情報に基づいて、前記可撓性部材において前記長手方向に沿って互いに間隔をあけて規定された複数の算出点の各々における形状情報である複数の第2の形状情報を取得する形状情報取得部と、
前記可撓性部材の使用回数を取得する使用回数情報取得部と、
複数の第1の定数と第4の定数とを含む第1の定数組と、前記使用回数の値と、を記憶する記憶部と、
前記複数の第2の形状情報の各々と前記複数の第1の定数の各々の対応するもの同士の乗算と、前記複数の第2の形状情報と前記複数の第1の定数の対応するもの同士の乗算によって得られる複数の項の総和を求めることと、前記使用回数の値と前記第4の定数との乗算によって得られる項を前記総和に加算することと、を含む演算によって、前記可撓性部材における第1の検出位置に作用する少なくとも1つの所定の方向の力の大きさの情報を含む第1の力情報を算出する力情報算出部と、
を備えたことを特徴とする力情報算出装置。 A flexible member that is the insertion part of the endoscope and has an elongated shape,
Shape information corresponding to the shape of the flexible member, at each of a plurality of measurement points arranged at intervals along the longitudinal direction of the flexible member in the flexible member. A shape sensor unit that acquires a plurality of first shape information, which is shape information, and
A plurality of second shape information which is shape information at each of a plurality of calculation points defined at intervals along the longitudinal direction in the flexible member based on the plurality of first shape information. The shape information acquisition unit to acquire
The number-of-use information acquisition unit for acquiring the number of times the flexible member has been used,
A storage unit for storing a first constant set including a plurality of first constants and a fourth constant, and the value of the number of times of use .
The multiplication of each of the plurality of second shape information and the corresponding ones of the plurality of first constants, and the corresponding ones of the plurality of second shape information and the plurality of first constants. The flexibility is calculated by an operation including finding the sum of a plurality of terms obtained by multiplying of the above and adding the term obtained by multiplying the value of the number of times of use and the fourth constant to the sum. A force information calculation unit that calculates the first force information including information on the magnitude of the force in at least one predetermined direction acting on the first detection position in the sex member.
A force information calculation device characterized by being equipped with.
前記力情報算出部は、前記複数の第2の形状情報と前記複数の第2の定数の対応するもの同士の乗算を含む演算によって、前記可撓性部材において前記第1の検出位置とは異なる第2の検出位置に作用する少なくとも1つの所定の方向における力の大きさの情報を含む第2の力情報を算出することを特徴とする請求項1に記載の力情報算出装置。 The storage unit further stores a second set of constants including a plurality of second constants.
The force information calculation unit is different from the first detection position in the flexible member by an operation including multiplication of the plurality of second shape information and the corresponding ones of the plurality of second constants. The force information calculation device according to claim 1, wherein the second force information including information on the magnitude of the force in at least one predetermined direction acting on the second detection position is calculated.
前記記憶部は、前記剛性値を記憶し、
前記第1の定数組は、更に、第3の定数を含み、
前記力情報算出部における前記演算は、更に、前記剛性値と前記第3の定数との乗算によって得られる項を前記総和に加算することを含むことを特徴とする請求項1に記載の力情報算出装置。 Further, a rigidity information acquisition unit for acquiring the rigidity value of the flexible member is provided.
The storage unit stores the rigidity value and stores the rigidity value.
The first set of constants further comprises a third constant.
The force information according to claim 1 , wherein the calculation in the force information calculation unit further includes adding a term obtained by multiplying the rigidity value and the third constant to the sum. Calculation device.
前記可撓性部材の形状と対応関係を有する形状情報であって、前記可撓性部材において前記可撓性部材の長手方向に沿って互いに間隔をあけて配置された複数の測定点の各々における形状情報である複数の第1の形状情報を取得する形状センサ部と、
前記複数の第1の形状情報に基づいて、前記可撓性部材において前記長手方向に沿って互いに間隔をあけて規定された複数の算出点の各々における形状情報である複数の第2の形状情報を取得する形状情報取得部と、
前記可撓性部材の使用回数を取得する使用回数情報取得部と、
複数の第1の定数と第4の定数とを含む第1の定数組と、前記使用回数の値と、を記憶する記憶部と、
前記複数の第2の形状情報の各々と前記複数の第1の定数の各々の対応するもの同士の乗算を含む演算によって、前記可撓性部材における第1の検出位置に作用する少なくとも1つの所定の方向の力の大きさの情報を含む第1の力情報を算出する力情報算出部と、
を備え、
前記力情報算出部は、ニューラルネットワークを構成する入力層、中間層および出力層を有し、
前記複数の第2の形状情報および前記使用回数の値は、前記入力層に入力され、
前記力情報算出部における前記演算は、前記中間層において、前記複数の第2の形状情報と前記複数の第1の定数の対応するもの同士の乗算と前記使用回数の値と前記第4の定数との乗算とを含む演算によって複数の第1項を算出する第1の演算と、前記中間層において、前記複数の第1項と対応関係を有する複数の第2項と前記複数の第1の定数の対応するもの同士の乗算を含む演算によって複数の第3項を算出する第2の演算と、前記出力層において、前記複数の第3項と前記複数の第1の定数の対応するもの同士の乗算を含む演算によって複数の第4項を算出する第3の演算とを含み、
前記第1の力情報は、前記複数の第4項によって構成される情報であることを特徴とする力情報算出装置。 A flexible member that is the insertion part of the endoscope and has an elongated shape,
Shape information corresponding to the shape of the flexible member, at each of a plurality of measurement points arranged at intervals along the longitudinal direction of the flexible member in the flexible member. A shape sensor unit that acquires a plurality of first shape information, which is shape information, and
A plurality of second shape information which is shape information at each of a plurality of calculation points defined at intervals along the longitudinal direction in the flexible member based on the plurality of first shape information. The shape information acquisition unit to acquire
The number-of-use information acquisition unit for acquiring the number of times the flexible member has been used,
A storage unit for storing a first constant set including a plurality of first constants and a fourth constant, and the value of the number of times of use.
At least one predetermined position acting on the first detection position in the flexible member by an operation including multiplication of each of the plurality of second shape information and the corresponding ones of the plurality of first constants. A force information calculation unit that calculates the first force information including information on the magnitude of the force in the direction of
Equipped with
The force information calculation unit has an input layer, an intermediate layer, and an output layer constituting the neural network.
The plurality of second shape information and the value of the number of times of use are input to the input layer.
In the intermediate layer, the calculation in the force information calculation unit is a multiplication of the plurality of second shape information and the corresponding ones of the plurality of first constants, a value of the number of times of use, and the fourth constant. A first operation for calculating a plurality of first terms by an operation including multiplication with , and a plurality of second terms and a plurality of first terms having a correspondence relationship with the plurality of first terms in the intermediate layer. A second operation that calculates a plurality of third terms by an operation including multiplication of corresponding constants, and a pair of corresponding ones of the plurality of third terms and the plurality of first constants in the output layer. Including a third operation that calculates a plurality of fourth terms by an operation including multiplication of
The force information calculation device, characterized in that the first force information is information composed of the plurality of fourth terms.
前記記憶部は、前記剛性値を記憶し、
前記第1の定数組は、更に、第3の定数を含み、
前記剛性値は、前記入力層に入力され、
前記第1の演算は、更に、前記剛性値と前記第3の定数との乗算を含むことを特徴とする請求項4に記載の力情報算出装置。 Further, a rigidity information acquisition unit for acquiring the rigidity value of the flexible member is provided.
The storage unit stores the rigidity value and stores the rigidity value.
The first set of constants further comprises a third constant.
The stiffness value is input to the input layer and
The force information calculation device according to claim 4 , wherein the first calculation further includes a product of the rigidity value and the third constant.
前記第1の力情報は、前記第1の方向の力の大きさの情報である第1の情報と、前記第2の方向の力の大きさの情報である第2の情報と、前記第3の方向の力の大きさの情報である第3の情報とを含み、
前記複数の第1の定数は、前記第1の情報を算出するための複数の定数と、前記第2の情報を算出するための複数の定数と、前記第3の情報を算出するための複数の定数とを含むことを特徴とする請求項1または4に記載の力情報算出装置。 The at least one predetermined direction is a first direction, a second direction, and a third direction orthogonal to each other.
The first force information includes a first information which is information on the magnitude of the force in the first direction, a second information which is information on the magnitude of the force in the second direction, and the first information. Including the third information which is the information of the magnitude of the force in the three directions,
The plurality of first constants include a plurality of constants for calculating the first information, a plurality of constants for calculating the second information, and a plurality of for calculating the third information. The force information calculation device according to claim 1 or 4 , wherein the force information calculation device includes the constants of.
前記第2の形状情報は、前記算出点の座標の情報を含むことを特徴とする請求項1または4に記載の力情報算出装置。 The first shape information includes information on the coordinates of the measurement point.
The force information calculation device according to claim 1 or 4 , wherein the second shape information includes information on the coordinates of the calculation point.
前記可撓性部材を被検体内に挿入される前記挿入部として有する内視鏡と、
を備えたことを特徴とする内視鏡システム。 The force information calculation device according to claim 1 or 4 , and an endoscope having the flexible member as the insertion portion to be inserted into the subject.
An endoscope system characterized by being equipped with.
形状情報取得部が、前記複数の第1の形状情報に基づいて、前記可撓性部材において前記長手方向に沿って互いに間隔をあけて規定された複数の算出点の各々における形状情報である複数の第2の形状情報を取得するステップと、
使用回数情報取得部が、前記可撓性部材の使用回数を取得するステップと、
記憶部が、複数の第1の定数と第4の定数とを含む第1の定数組と、前記使用回数の値と、を記憶するステップと、
力情報算出部が、前記複数の第2の形状情報の各々と前記複数の第1の定数の各々の対応するもの同士の乗算と、前記複数の第2の形状情報と前記複数の第1の定数の対応するもの同士の乗算によって得られる複数の項の総和を求めることと、前記使用回数の値と前記第4の定数との乗算によって得られる項を前記総和に加算することと、を含む演算によって、前記可撓性部材における第1の検出位置に作用する少なくとも1つの所定の方向の力の大きさの情報を含む第1の力情報を算出するステップと、
を含むことを特徴とする力情報算出方法。 The shape sensor portion is shape information corresponding to the shape of the flexible member which is the insertion portion of the endoscope and has an elongated shape, and is the shape information corresponding to the shape of the flexible member in the flexible member in the longitudinal direction of the flexible member. A step of acquiring a plurality of first shape information which is shape information at each of a plurality of measurement points arranged at intervals along the line, and a step of acquiring the plurality of first shape information.
A plurality of shape information acquisition units are shape information at each of a plurality of calculation points defined at intervals along the longitudinal direction in the flexible member based on the plurality of first shape information. The step to acquire the second shape information of
A step in which the usage count information acquisition unit acquires the usage count of the flexible member, and
A step in which the storage unit stores a first constant set including a plurality of first constants and a fourth constant, and the value of the number of times of use .
The force information calculation unit multiplies each of the plurality of second shape information and the corresponding ones of the plurality of first constants, and the plurality of second shape information and the plurality of first constants. Includes finding the sum of a plurality of terms obtained by multiplying the corresponding constants, and adding the term obtained by multiplying the value of the number of times of use to the fourth constant to the sum. A step of calculating a first force information including information on the magnitude of the force in at least one predetermined direction acting on the first detection position in the flexible member by calculation.
A force information calculation method characterized by including.
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