JP7098583B2 - 内視鏡システム及びその作動方法 - Google Patents

Description

本開示は、内視鏡システム及びその作動方法に関する。

内視鏡の挿入部に設けられた複数の磁界発生素子を順番に駆動することにより発生された磁界を磁界検出素子により測定し、測定結果に基づいて内視鏡の挿入部の形状を検出する検出装置が開示されている（特許文献１参照）。

また、磁界発生素子に駆動電流を流し、過渡応答の時間Δｔだけ待機し、時間Δｔの経過後に磁界検出素子により検出された信号をサンプリングする技術が開示されている（特許文献２参照）。

特開２０１８－１７１３５６号公報 特開２００３－２７５１６４号公報

特許文献１に記載の技術では、ある順番で駆動された磁界発生素子により発生された磁界に応じた磁界検出素子の検出信号には、前の順番で駆動された磁界発生素子により発生された磁界に応じた検出信号の残留分が含まれる場合がある。この場合、磁界検出素子の検出信号は残留分だけオフセットされることとなる。この場合、磁界検出素子の検出信号を用いて、被検体内に挿入される内視鏡の挿入部の位置及び形状の少なくとも一方を含む挿入状態を検出したとしても、検出した挿入状態には、オフセットされた分に起因する誤差が含まれてしまう。従って、この場合、被検体内に挿入される内視鏡の挿入状態を精度良く検出することができない。

本開示は、以上の事情を鑑みてなされたものであり、内視鏡の挿入部の位置及び形状の少なくとも一方を含む挿入状態を精度良く検出することができる内視鏡システム及びその作動方法を提供する。

本開示の内視鏡システムは、磁界発生素子により磁界を予め定められた期間発生させた場合において、磁界を検出する磁界検出素子により検出される検出信号が、磁界発生素子が磁界の発生を終了したタイミングから基準状態に減衰するまでの減衰状況を表す検出信号の減衰関数を取得する取得部と、複数の磁界発生素子のそれぞれを駆動タイミングをずらしながら駆動させた場合において、磁界検出素子により検出された、磁界発生素子により発生された第１の磁界に応じた検出信号の第１の値、及び第１の磁界の発生が終了したタイミングと第１の磁界よりも後に発生された第２の磁界の検出タイミングとの時間間隔を減衰関数に入力して得られた値を、第１の磁界に応じた残留分として第２の磁界に応じた検出信号の第２の値から減算する減算部と、減算部による減算により得られた値を用いて、被検体内に挿入される内視鏡の挿入部の位置及び形状の少なくとも一方を含む挿入状態を検出する挿入状態検出部と、を含む。

なお、本開示の内視鏡システムは、第２の磁界の発生以前に、複数の磁界発生素子により複数の第１の磁界が発生される場合において、減算部が、複数の第１の磁界に応じた複数の第１の値及び複数の第１の磁界に対応する時間間隔を減衰関数に入力して得られた、複数の第１の磁界の残留分を第２の値から減算してもよい。

また、本開示の内視鏡システムは、減衰関数を時間ｔ及び磁界発生素子が磁界の発生を終了したタイミングでの磁界に応じた検出信号の値Ａで表される関数ｆ（ｔ、Ａ）、第１の値をＢ１、第２の値をＢ２、時間間隔をτとした場合、減算部が、下記（１）式に従って、減算後の値Ｃを算出してもよい。
Ｃ＝Ｂ２－ｆ（τ、Ｂ１）・・・（１）

また、本開示の内視鏡システムは、減衰関数が、１つの磁界発生素子を１周期駆動させた場合における１つの磁界検出素子により検出された磁界に応じた検出信号の値のうち、磁界発生素子により検出された、磁界の発生を終了したタイミング以降の検出信号の値を近似して得られた関数であってもよい。

また、本開示の内視鏡システムは、複数の磁界発生素子が発生するそれぞれの磁界は、周波数が同じであってもよい。

また、本開示の内視鏡システムの作動方法は、磁界発生素子により磁界を予め定められた期間発生させた場合において、磁界を検出する磁界検出素子により検出される検出信号が、磁界発生素子が磁界の発生を終了したタイミングから基準状態に減衰するまでの減衰状況を表す検出信号の減衰関数を取得する取得ステップと、複数の磁界発生素子のそれぞれを駆動タイミングをずらしながら駆動させた場合において、磁界検出素子により検出された、磁界発生素子により発生された第１の磁界に応じた検出信号の第１の値、及び第１の磁界の発生が終了したタイミングと第１の磁界よりも後に発生された第２の磁界の検出タイミングとの時間間隔を減衰関数に入力して得られた値を、第１の磁界に応じた残留分として第２の磁界に応じた検出信号の第２の値から減算する減算ステップと、減算ステップによる減算により得られた値を用いて、被検体内に挿入される内視鏡の挿入部の位置及び形状の少なくとも一方を含む挿入状態を検出する挿入状態検出ステップと、を備える。

本開示によれば、内視鏡の挿入部の位置及び形状の少なくとも一方を含む挿入状態を精度良く検出することができる。

内視鏡システムを用いた内視鏡検査の様子を示す説明図である。 内視鏡システムの全体構成を示す概略図である。 内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。 磁界検出回路の電気的構成を示すブロック図である。 複数の発生コイルが発生する磁界を、複数の検出コイルが検出する様子を示す説明図である。 磁界測定データの一例を示す説明図である。 判別部による判別処理と、位置検出部による各検出コイルの位置検出処理とを説明するための図である。 複数の発生コイルの切り替え制御、及び複数の検出コイルの切り替え制御を説明するための図である。 磁界の減衰状況を説明するための図である。 第１の磁界の残留分が第２の磁界に含まれることを説明するための図である。 特別動作モードでの内視鏡及びプロセッサ装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。 減衰関数の導出処理を説明するための図である。 挿入状態検出部の機能的な構成の一例を示すブロック図である。 実施形態に係る減算部による減算処理を説明するための図である。 変形例に係る減算部による減算処理を説明するための図である。 挿入部の形状検出処理の一例を示す説明図である。 観察画像及び挿入部形状画像の表示処理の一例を示すフローチャートである。 アンプで発生するオフセット電圧を示す図である。 オフセット電圧の測定処理を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本開示の技術を実施するための形態例を詳細に説明する。

＜内視鏡システムの全体構成＞
図１は、本開示の技術に係る内視鏡システム９の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、内視鏡システム９は、内視鏡１０と、光源装置１１と、ナビゲーション装置１２と、磁界発生器１３と、プロセッサ装置１４と、モニタ１５と、を備える。内視鏡システム９は、患者などの被検者Ｈの体内の内視鏡検査に用いられる。被検者Ｈは、被検体の一例である。この内視鏡１０は、例えば、大腸などの消化管内に挿入される内視鏡であり、可撓性を有する軟性内視鏡である。内視鏡１０は、消化管内に挿入される挿入部１７と、挿入部１７の基端側に連設され且つ術者ＯＰが把持して各種操作を行う操作部１８と、操作部１８に連設されたユニバーサルコード１９と、を有する。

内視鏡検査は、例えば、被検者Ｈを寝台１６に寝かせた状態で行う。大腸検査の場合は、医師である術者ＯＰによって、内視鏡１０の挿入部１７が肛門から消化管内に挿入される。光源装置１１は、観察部位である大腸内を照明する照明光を内視鏡１０に供給する。プロセッサ装置１４は、内視鏡１０で撮像された画像を処理することにより、観察画像４１を生成する。観察画像４１は、モニタ１５に表示される。術者ＯＰは、観察画像４１を確認しながら内視鏡検査を進める。モニタ１５に表示される観察画像４１は、基本的には動画であるが、観察画像４１として、必要に応じて静止画を表示することも可能である。

また、内視鏡システム９は、術者ＯＰが行う内視鏡１０の挿入操作などの手技をナビゲーションするナビゲーション機能を備えている。ここで、ナビゲーションとは、被検者Ｈの体内での内視鏡１０の挿入部１７の位置及び形状の少なくとも一方を含む挿入状態を、術者ＯＰに対して提示することにより、術者ＯＰの内視鏡１０の手技を支援することをいう。ナビゲーション機能は、磁界ＭＦを利用して挿入部１７の挿入状態を検出して、検出した挿入状態を提示する機能である。本実施形態において、挿入状態は、体内に挿入された挿入部１７の一部（例えば、後述する先端部２３）の位置に加えて、体内における挿入部１７全体の形状を含む。

ナビゲーション機能は、ナビゲーション装置１２と、磁界発生器１３と、後述する内視鏡１０内の磁界測定装置とによって実現される。磁界発生器１３は、磁界ＭＦを発生する。磁界発生器１３は、例えば、スタンドに取り付けられており、被検者Ｈが横たわる寝台１６の傍らに配置される。また、磁界発生器１３は、発生する磁界ＭＦが被検者Ｈの体内に届く範囲内に配置される。

内視鏡１０内の磁界測定装置は、磁界発生器１３が発生する磁界ＭＦを検出し、検出した磁界ＭＦの強さを測定する。ナビゲーション装置１２は、磁界測定装置による磁界測定結果に基づいて、磁界発生器１３と挿入部１７との相対的な位置を導出することにより、挿入部１７の挿入状態を検出する。プロセッサ装置１４は、ナビゲーション装置１２が検出した挿入状態を表す挿入部形状画像４２を生成する。

モニタ１５は、観察画像４１と挿入部形状画像４２とを表示する。なお、観察画像４１と挿入部形状画像４２とを表示するモニタ１５がそれぞれ別に設けられていてもよい。

図２に示すように、挿入部１７は、細径でかつ長尺の管状部分であり、基端側から先端側に向けて順に、軟性部２１と、湾曲部２２と、先端部２３とが連接されて構成される。軟性部２１は、可撓性を有する。湾曲部２２は、操作部１８の操作により湾曲可能な部位である。先端部２３は、撮像装置４８（図３参照）等が配置される。また、図示しないが、先端部２３の先端面には、観察部位に照明光を照明する照明窓４６（図３参照）と、照明光が被写体で反射した被写体光が入射する観察窓４７（図３参照）と、処置具を突出させるための処置具出口と、観察窓４７に気体及び水を噴射することにより、観察窓４７を洗浄するための洗浄ノズルとが設けられている。

挿入部１７内には、ライトガイド３３と、信号ケーブル３２と、操作ワイヤ（不図示）と、処置具挿通用の管路（不図示）とが設けられている。ライトガイド３３は、ユニバーサルコード１９から延設され、光源装置１１から供給される照明光を、先端部２３の照明窓４６に導光する。信号ケーブル３２は、撮像装置４８からの画像信号及び撮像装置４８を制御する制御信号の通信に加えて、撮像装置４８に対する電力供給に用いられる。信号ケーブル３２も、ライトガイド３３と同様に、ユニバーサルコード１９から延設され、先端部２３まで配設されている。

操作ワイヤは、湾曲部２２を操作するためのワイヤであり、操作部１８から湾曲部２２までの間に配設される。処置具挿通用の管路は、鉗子などの処置具（不図示）を挿通するための管路であり、操作部１８から先端部２３まで配設される。挿入部１７内には、この他、送気送水用の流体チューブが設けられる。流体チューブは、先端部２３に、観察窓４７の洗浄用の気体及び水を供給する。

また、挿入部１７内には、その軟性部２１から先端部２３にかけて複数の検出コイル２５が予め設定された間隔で設けられている。各検出コイル２５は、磁界ＭＦを検出する磁界検出素子に相当する。各検出コイル２５は、それぞれ磁界発生器１３から発生した磁界ＭＦの影響を受けることにより、電磁誘導の作用により誘導起電力を生じ、誘導起電力によって誘導電流を発生する。各検出コイル２５から発生した誘導電流の値は、各検出コイル２５でそれぞれ検出した磁界ＭＦの強さを表し、これが磁界測定結果となる。すなわち、磁界測定結果とは、磁界ＭＦの強さを表す誘導電流の大きさに応じた値をいう。

操作部１８には、術者ＯＰによって操作される各種操作部材が設けられている。具体的には、操作部１８には、２種類の湾曲操作ノブ２７と、送気送水ボタン２８と、吸引ボタン２９と、が設けられている。２種類の湾曲操作ノブ２７は、それぞれが操作ワイヤに連結されており、湾曲部２２の左右湾曲操作及び上下湾曲操作に用いられる。また、操作部１８には、処置具挿通用の管路の入口である処置具導入口３１が設けられている。

ユニバーサルコード１９は、内視鏡１０を光源装置１１に接続するための接続コードである。ユニバーサルコード１９は、信号ケーブル３２と、ライトガイド３３と、流体チューブ（不図示）とを内包している。また、ユニバーサルコード１９の端部には、光源装置１１に接続されるコネクタ３４が設けられている。

コネクタ３４を光源装置１１に接続することで、光源装置１１から内視鏡１０に対して、内視鏡１０の運用に必要な電力と制御信号と照明光と気体と水とが供給される。また、先端部２３の撮像装置４８（図３参照）により取得される観察部位の画像信号と、各検出コイル２５の検出信号に基づく磁界測定結果とが、内視鏡１０から光源装置１１へ送信される。

コネクタ３４は、光源装置１１との間で、金属製の信号線等を用いた電気的な有線接続はされず、その代わりに、コネクタ３４と光源装置１１とは、光通信（非接触型通信）により通信可能に接続される。コネクタ３４は、内視鏡１０と光源装置１１の間でやり取りされる制御信号の送受信と、内視鏡１０から光源装置１１への画像信号及び磁界測定結果の送信と、を光通信により行う。コネクタ３４には、信号ケーブル３２に接続されたレーザダイオード（Laser Diode：以下、「ＬＤ」という）３６が設けられている。

ＬＤ３６は、内視鏡１０から光源装置１１への大容量データの送信、具体的には画像信号及び磁界測定結果の送信に用いられる。ＬＤ３６は、元々は電気信号の形態であった、画像信号及び磁界測定結果を光信号の形態で、光源装置１１に設けられているフォトダイオード（Photo Diode：以下、「ＰＤ」という）３７に向けて送信する。

なお、図示は省略するが、ＬＤ３６及びＰＤ３７とは別に、コネクタ３４及び光源装置１１の双方には、内視鏡１０と光源装置１１との間でやり取りされる小容量の制御信号を光信号化して送受信する光送受信部が設けられている。更に、コネクタ３４には、光源装置１１の給電部（不図示）からワイヤレス給電により給電を受ける受電部（不図示）が設けられている。

コネクタ３４内のライトガイド３３は、光源装置１１内に挿入される。また、コネクタ３４内の流体チューブ（不図示）は、光源装置１１を介して送気送水装置（不図示）に接続される。これにより、光源装置１１及び送気送水装置から内視鏡１０に対して、照明光と気体及び水とがそれぞれ供給される。

光源装置１１は、コネクタ３４を介して、内視鏡１０のライトガイド３３へ照明光を供給すると共に、送気送水装置から供給された気体及び水を内視鏡１０の流体チューブへ供給する。また、光源装置１１は、ＬＤ３６から送信される光信号をＰＤ３７で受光し、受光した光信号を電気信号である元の画像信号及び磁界測定結果に変換した後、ナビゲーション装置１２へ出力する。

ナビゲーション装置１２は、光源装置１１から入力された、観察画像４１生成用の画像信号をプロセッサ装置１４へ出力する。また、ナビゲーション装置１２は、後述の磁界発生器１３の駆動を制御すると共に、被検者Ｈの体内の挿入部１７の挿入状態を検出して、この検出結果を、挿入部形状画像４２を生成するための情報として、プロセッサ装置１４へ出力する。

このように、本実施形態に係る内視鏡１０は、光源装置１１と接続する１つのコネクタ３４を持つワンコネクタタイプである。内視鏡１０は、コネクタ３４が接続される光源装置１１を介して、プロセッサ装置１４及びナビゲーション装置１２のそれぞれと通信可能に接続される。

磁界発生器１３は、複数の磁界発生素子に相当する複数の発生コイル３９を有している。各発生コイル３９は、例えば、駆動電流の印加により、直交座標系ＸＹＺのＸＹＺ座標軸にそれぞれ対応した方向に交流磁界（交流磁場）を発生するＸ軸コイルとＹ軸コイルとＺ軸コイルとを含む。各発生コイル３９は、同じ周波数の磁界ＭＦを発生する。各発生コイル３９は、ナビゲーション装置１２の制御の下、詳しくは後述するが、互いに異なるタイミングで磁界ＭＦを発生する。

＜内視鏡＞
図３は、内視鏡システム９の電気的構成を示すブロック図である。図３に示すように、内視鏡１０は、ライトガイド３３と、照射レンズ４５と、照明窓４６と、観察窓４７と、撮像装置４８と、磁界検出回路４９と、統括制御回路５０と、信号ケーブル３２と、ＬＤ３６と、不図示の流体チューブ及び洗浄ノズルと、を有する。

ライトガイド３３は、大口径光ファイバ又はバンドルファイバなどである。ライトガイド３３の入射端は、コネクタ３４を介して光源装置１１内に挿入される。ライトガイド３３は、コネクタ３４内とユニバーサルコード１９内と操作部１８内と挿入部１７内とに挿通されており、挿入部１７の先端部２３内に設けられた照射レンズ４５に、出射端が対向している。これにより、光源装置１１からライトガイド３３の入射端に供給された照明光は、照射レンズ４５から先端部２３の先端面に設けられた照明窓４６を通して、観察部位に照射される。そして、観察部位で反射した照明光は、観察部位の像光として、先端部２３の先端面に設けられた観察窓４７を通して撮像装置４８の撮像面に入射する。

なお、前述の流体チューブの一端側は、コネクタ３４及び光源装置１１を通して送気送水装置に接続されると共に、流体チューブの他端側は、挿入部１７内等を通って先端部２３の先端面に設けられた送気送水ノズル（不図示）に接続している。これにより、送気送水装置から供給された気体又は水が、送気送水ノズルから観察窓４７に噴射されて、観察窓４７が洗浄される。

撮像装置４８は、集光レンズ５２と撮像素子５３とを有する。集光レンズ５２は、観察窓４７から入射した観察部位の像光を集光し、かつ集光した観察部位の像光を撮像素子５３の撮像面に結像させる。撮像素子５３は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型又はＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の撮像素子である。撮像素子５３は、例えば、各画素にＲ、Ｇ、Ｂのいずれかのマイクロフィルタが割り当てられたカラー撮像素子である。撮像素子５３は、観察対象である観察部位を撮像する。より具体的には、撮像素子５３は、撮像面に結像した観察部位の像光を撮像（電気信号に変換）して、観察部位の画像信号を統括制御回路５０へ出力する。

また、撮像素子５３には、例えば水晶振動子等の基準信号（クロック信号）を出力する発振部５３ａが設けられており、この発振部５３ａから発振される基準信号を基準として、撮像素子５３が動画を構成する画像信号を出力する。基準信号の間隔はフレームレートを規定する。フレームレートは例えば３０ｆｐｓ（frames per second）である。

磁界検出回路４９は、挿入部１７内の各検出コイル２５に電気的に接続している。磁界検出回路４９は、磁界発生器１３の発生コイル３９から発生した磁界ＭＦに応じた、各検出コイル２５のそれぞれの磁界測定結果を含む磁界測定データ５５を、統括制御回路５０へ出力する。

具体的には、図４に示すように、磁界検出回路４９は、計装アンプ４９Ａ、フィルタ４９Ｂ、セレクタ４９Ｃ、アンプ４９Ｄ、及びＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換回路４９Ｅを有する。計装アンプ４９Ａは、検出コイル２５毎に設けられ、入力端子が各検出コイル２５に接続されている。計装アンプ４９Ａは、各検出コイル２５が出力する微弱な検出信号（誘導電流）を増幅して、検出信号の値に応じた電圧として出力する。各計装アンプ４９Ａの出力端子は、フィルタ４９Ｂに接続されている。

フィルタ４９Ｂは、ＬＰＦ（Low Pass Filter）又はＢＰＦ（Band Pass Filter）などのフィルタであり、計装アンプ４９Ａ毎に設けられ、入力端子が各計装アンプ４９Ａに接続されている。フィルタ４９Ｂは、計装アンプ４９Ａから入力された信号のうち、予め設定された周波数帯域の信号を通過させる。各フィルタ４９Ｂの出力端子は、セレクタ４９Ｃに接続されている。

セレクタ４９Ｃは、各フィルタ４９Ｂのうち読み出し対象のフィルタ４９Ｂを選択する。複数のフィルタ４９Ｂのうち、セレクタ４９Ｃによって選択されたフィルタ４９Ｂからの電圧が、セレクタ４９Ｃを介してアンプ４９Ｄに入力される。セレクタ４９Ｃは、磁界測定制御部５８から入力されるタイミング信号に基づいて、各フィルタ４９Ｂを順番に選択する。これにより、複数の検出コイル２５の検出信号に応じた電圧が順番に読み出される。

アンプ４９Ｄは、セレクタ４９Ｃから出力される電圧を増幅する。より詳細には、アンプ４９Ｄは、例えばオペアンプであり、セレクタ４９Ｃから入力される入力電圧と、リファレンスとして入力される基準電圧との差の電圧値を増幅して出力する。Ａ／Ｄ変換回路４９Ｅは、アンプ４９Ｄの出力電圧をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換回路４９Ｅは、このデジタル信号の値を、各検出コイル２５の磁界測定結果（磁界ＭＦの強さを表す誘導電流の大きさに応じた値）として出力する。セレクタ４９Ｃによって各検出コイル２５が順次選択されることにより、Ａ／Ｄ変換回路４９Ｅは、すべての検出コイル２５の検出信号に基づくそれぞれの磁界測定結果を含む磁界測定データ５５を統括制御回路５０へ出力する。

統括制御回路５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む各種の演算回路と、各種のメモリとを含んで構成されており、内視鏡１０の各部の動作を統括的に制御する。この統括制御回路５０は、不図示のメモリに記憶された制御用のプログラムを実行することで、信号処理部５７と、磁界測定制御部５８と、画像信号出力部５９として機能する。磁界検出回路４９及び磁界測定制御部５８は、磁界測定部に相当する。磁界測定部は、検出コイル２５が出力する検出信号に基づいて、複数の磁界発生素子に相当する発生コイル３９のそれぞれを発生元とする複数の磁界ＭＦを測定することにより、磁界ＭＦ毎の磁界測定結果を出力する。磁界測定部と、検出コイル２５とを合わせて磁界測定装置を構成する。

信号処理部５７は、撮像素子５３から順次出力される画像信号に対して各種信号処理を施す。信号処理としては、例えば、相関二重サンプリング処理、及び信号増幅処理などのアナログ信号処理と、アナログ信号処理後にアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換処理などが含まれる。信号処理が施された後の画像信号をフレーム画像信号６１と呼ぶ。信号処理部５７は、フレームレートに従って、フレーム画像信号６１を画像信号出力部５９へ出力する。フレーム画像信号６１は、観察部位の動画像データとして使用される。このように、複数のフレーム画像信号６１は、撮像素子５３が動画撮影を実行することにより取得され、フレームレートに応じた時間間隔で出力される画像信号である。

磁界測定制御部５８は、磁界検出回路４９を介して各検出コイル２５の複数の磁界測定結果を含む磁界測定データ５５を取得し、取得した磁界測定データ５５を、画像信号出力部５９へ出力する。

図５に示すように、各検出コイル２５の磁界測定結果は、各発生コイル３９が発生する磁界の強さが同じであっても、例えば、磁界ＭＦを発生する各発生コイル３９と、各検出コイル２５のそれぞれとの間の距離及び向きに応じて変化する。例えば、図５に示す第１発生コイル３９は、実線で示すように、第１～第３の各検出コイル２５との距離及び向きが異なる。そのため、１つの第１発生コイル３９が発生する磁界ＭＦについて、第１～第３の各検出コイル２５のそれぞれの磁界測定結果は異なる。第２発生コイル３９及び第３発生コイル３９のそれぞれと、第１～第３の各検出コイル２５との関係も同様である。

また、反対に、第１～第３の各発生コイル３９が発生する磁界ＭＦの強さが同じであっても、各発生コイル３９のそれぞれの磁界ＭＦについての１つの第１検出コイル２５の磁界測定結果は異なる。ここで、例えば、第１～第３の各発生コイル３９がそれぞれＸ軸コイル、Ｙ軸コイル及びＺ軸コイルである場合を考える。この場合は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各コイルのそれぞれの磁界ＭＦについての１つの第１検出コイル２５の磁界測定結果に基づいて、ＸＹＺ座標軸に対応する、第１検出コイル２５の三次元座標位置を検出することができる。第２検出コイル２５及び第３検出コイル２５についても同様である。挿入部１７に予め設定された間隔で設けられる各検出コイル２５の三次元座標位置を検出することができれば、挿入部１７の形状を検出することが可能である。また、先端部２３の近傍に配置された検出コイル２５の三次元座標位置を検出することができれば、先端部２３の位置を検出することが可能である。

図６は、磁界測定制御部５８が取得する磁界測定データ５５の一例を説明するための説明図である。磁界測定制御部５８は、複数の発生コイル３９が発生する複数の磁界ＭＦのそれぞれを、複数の各検出コイル２５がそれぞれ検出し、各検出コイル２５からそれぞれ出力される複数の磁界測定結果を含む磁界測定データ５５を取得する。

図６において、（１）～（４）は、それぞれ１つの発生コイル３９が発生する磁界ＭＦについての、複数の検出コイル２５のそれぞれの磁界測定結果を示すデータ列である。例えば、「Ｄ１１」は１番目に駆動した発生コイル３９で発生した磁界ＭＦを「第１検出コイル」で検出した磁界測定結果である。「Ｄ１２」は１番目に駆動した発生コイル３９で発生した磁界ＭＦを「第２検出コイル」で検出した磁界測定結果である。同様に、「Ｄ４２」は４番目に駆動した発生コイル３９で発生した磁界ＭＦを「第２検出コイル」で検出した磁界測定結果である。「Ｄ４３」は４番目に駆動した発生コイル３９で発生した磁界ＭＦを「第３検出コイル」で検出した磁界測定結果である。

磁界測定制御部５８は、磁界発生器１３における各発生コイル３９のそれぞれの磁界発生タイミングと同期を取りながら、各検出コイル２５の磁界測定結果を順番に取得する。磁界測定制御部５８は、例えば、後述する同期信号で規定される１回の磁界測定期間において、すべての発生コイル３９のそれぞれの磁界ＭＦについて、すべての検出コイル２５のそれぞれの磁界測定結果を取得する。これにより、磁界測定制御部５８は、１回の磁界測定期間において、各発生コイル３９と各検出コイル２５とのすべての組み合わせに係る複数の磁界測定結果を含む磁界測定データ５５を取得する。この磁界測定期間は、予め定められた磁界の測定単位時間に相当する。本実施形態では、磁界測定期間は、撮像素子５３のフレームレートを規定する基準信号の間隔となる。

例えば、磁界発生器１３内に９個の発生コイル３９が設けられており、挿入部１７内に１７個の検出コイル２５が設けられている場合は、各発生コイル３９について１７個の磁界測定結果が得られる。そのため、磁界測定制御部５８は、１回の磁界測定期間内に、合計で、９×１７＝１５３個の磁界測定結果を含む磁界測定データ５５を取得する。こうしたすべての組み合わせに係る複数の磁界測定結果を含む磁界測定データ５５を、全磁界測定データと呼ぶ。本実施形態においては、特に断りの無い限り、磁界測定データ５５には、全磁界測定データが含まれるものとする。

画像信号出力部５９は、図７に示すように、信号処理部５７から順次入力される複数のフレーム画像信号６１のそれぞれに対して、フレーム開始信号ＶＤを付加して、フレーム画像信号６１を出力する。図７において、「フレーム１」、「フレーム２」、「フレーム３」・・・は、便宜上示した、複数のフレーム画像信号６１の出力順序を示すフレーム番号である。フレーム開始信号ＶＤは、例えば、垂直同期信号である。

更に、画像信号出力部５９は、フレーム画像信号６１に、磁界測定データ５５を付加して、フレーム画像信号６１を出力する。すなわち、画像信号出力部５９が出力するフレーム画像信号６１のすべてに対して、フレーム開始信号ＶＤ及び磁界測定データ５５が含まれる。磁界測定データ５５は、図７に示すように、撮像素子５３のブランキングタイムＢＴに対応する、各フレーム画像信号６１の間の信号無効領域ＮＤに付加される。ブランキングタイムＢＴは、例えば垂直ブランキング期間である。フレーム開始信号ＶＤも、複数のフレーム画像信号６１の垂直ブランキング期間に含まれる信号である。

画像信号出力部５９は、フレーム画像信号６１を、信号ケーブル３２を介してＬＤ３６へ出力する。ＬＤ３６は、フレーム画像信号６１を光信号化した光信号を、光源装置１１のＰＤ３７に向けて送信する。

このように、画像信号出力部５９は、撮像素子５３から、信号処理部５７を介して取得したフレーム画像信号６１を、内視鏡１０の外部に出力する。また、フレーム画像信号６１に含まれるフレーム開始信号ＶＤを同期信号として利用することにより、画像信号出力部５９を同期信号生成部として機能させている。

＜光源装置＞
光源装置１１は、照明光源６３と、ＰＤ３７と、光源制御部６４と、通信インタフェース６５とを有している。照明光源６３は、例えばＬＤ又は発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）などの半導体光源であり、波長が赤色領域から青色領域にわたる白色光を照明光として出射する白色光源である。なお、照明光源６３としては、白色光源に加えて、紫色光及び赤外光などの特殊光を出射する特殊光光源を用いてもよい。照明光源６３から出射された照明光は、ライトガイド３３の入射端に入射される。

ＰＤ３７は、ＬＤ３６から送信された光信号を受信する。ＰＤ３７は、光信号の形態で受信したフレーム画像信号６１を、元の電気信号の形態に変換する。ＰＤ３７による変換後のフレーム画像信号６１は、光源制御部６４に入力される。

光源制御部６４は、ＣＰＵを含む各種の演算回路と、各種のメモリとを含んで構成されており、照明光源６３などの光源装置１１の各部の動作を制御する。また、光源制御部６４は、ＰＤ３７から入力された変換後のフレーム画像信号６１を、通信インタフェース６５を介してナビゲーション装置１２へ出力する。

＜ナビゲーション装置＞
ナビゲーション装置１２は、画像信号取得部６８と、挿入状態検出部６９と、タイミングジェネレータ（Timing Generator：以下、「ＴＧ」という）７０と、磁界発生制御部７１と、表示出力部７４と、を有する。ナビゲーション装置１２の各部は、１又は複数のＣＰＵを含む各種演算回路（不図示）により構成され、不図示のメモリに記憶されている制御用のプログラムを実行することで動作する。また、ナビゲーション装置１２は、後述する減衰関数ｆ（ｔ、Ａ）が記憶される不揮発性メモリなどの記憶部７９を有する。

画像信号取得部６８は、通信インタフェース６５を介して光源制御部６４からフレーム画像信号６１を取得する。そして、画像信号取得部６８は、取得したフレーム画像信号６１を表示出力部７４へ出力する。

また、画像信号取得部６８は、フレーム画像信号６１に含まれるフレーム開始信号ＶＤ及び磁界測定データ５５を抽出し、抽出したフレーム開始信号ＶＤ及び磁界測定データ５５を挿入状態検出部６９に出力する。また、画像信号取得部６８は、フレーム画像信号６１から抽出したフレーム開始信号ＶＤをＴＧ７０に出力する。

ＴＧ７０は、画像信号取得部６８から入力されるフレーム開始信号ＶＤに基づき、各発生コイル３９を選択的に切り替える制御用のクロック信号を磁界発生制御部７１に出力する。磁界発生制御部７１は、一例として図８に示すように、ＴＧ７０から入力されるクロック信号に基づき、複数の発生コイル３９のそれぞれを駆動タイミングをずらしながら駆動させる制御を行う。

図８に示すように、各磁界測定期間は、フレーム開始信号ＶＤに対応してＴＧ７０から磁界発生制御部７１へ入力されるクロック信号が基準となる。また、各磁界測定期間内において、予め設定された周波数に従って、クロック信号がＴＧ７０から磁界発生制御部７１へ入力される。この周波数は、各磁界測定期間、すなわち、連続する２つのフレーム開始信号ＶＤ間において、磁界を発生する発生コイル３９が一巡することが可能な周波数に設定される。また、この周波数は、磁界測定制御部５８にも予め設定されており、各発生コイル３９からの磁界の発生と、磁界測定制御部５８による磁界の測定とが同期して行われる。磁界発生制御部７１は、ＴＧ７０から入力されるクロック信号に応じて、駆動させる発生コイル３９を切り替える。すなわち、最初は、磁界発生制御部７１は、ＴＧ７０から入力されるクロック信号に応じて第１の発生コイル３９からの磁界を発生させる。そして、次以降は、磁界発生制御部７１は、ＴＧ７０から入力されるクロック信号に応じて、１つ前に磁界を発生させた発生コイル３９からの磁界の発生を終了させ、今回の駆動対象となる発生コイル３９から磁界を発生させる。このＴＧ７０から入力される連続するクロック信号の時間間隔が、発生コイル３９から磁界を発生させる期間として予め定められた期間の一例である。

また、図８に示すように、１つの発生コイル３９から磁界が発生している期間内において、前述したセレクタ４９Ｃによってすべての検出コイル２５が順次選択される。なお、図８では、検出コイル２５の個数が６個の例を示している。

挿入状態検出部６９は、画像信号取得部６８から取得したフレーム開始信号ＶＤ及び磁界測定データ５５に基づいて、被検者Ｈの体内に挿入される内視鏡１０の挿入部１７の挿入状態を検出する。挿入状態検出部６９は、挿入部１７の形状を示す挿入部形状データ７８を生成し、生成した挿入部形状データ７８を表示出力部７４へ出力する。挿入状態検出部６９は、位置検出部７２と、挿入部形状検出部７３とを有する。挿入状態検出部６９の詳細は後述する。

表示出力部７４は、画像信号取得部６８から入力されたフレーム画像信号６１と、挿入状態検出部６９から入力された挿入部形状データ７８と、を通信インタフェース８０Ａ、８０Ｂを介してプロセッサ装置１４へ出力する。この際に、表示出力部７４は、フレーム画像信号６１と、そのフレーム画像信号６１と時間的に対応する挿入部形状データ７８とを対応付けて、プロセッサ装置１４へ出力する。

＜プロセッサ装置＞
プロセッサ装置１４は、表示入力部８２と表示制御部８３とを有している。表示入力部８２は、表示出力部７４から通信インタフェース８０Ａ、８０Ｂを介して逐次入力されたフレーム画像信号６１及び挿入部形状データ７８を、表示制御部８３へ逐次出力する。

表示制御部８３は、表示入力部８２からフレーム画像信号６１及び挿入部形状データ７８の入力を受けて、フレーム画像信号６１に基づく観察画像４１（動画像）と、挿入部形状データ７８に基づく挿入部形状画像４２とをモニタ１５に表示させる。このように、フレーム画像信号６１は、内視鏡１０から光源装置１１及びナビゲーション装置１２を経由してプロセッサ装置１４に送信される。そして、プロセッサ装置１４は、内視鏡１０から取得したフレーム画像信号６１に画像処理を施して表示画像の一例である観察画像４１を生成する。

＜内視鏡の挿入状態検出の詳細＞
図９に示すように、発生コイル３９を駆動させた場合、検出コイル２５により検出される、発生コイル３９により発生された磁界に応じた検出信号の値は、発生コイル３９が磁界の発生を開始したタイミングｔ１から増加する。また、この検出信号の値は、発生コイル３９が磁界の発生を終了したタイミングｔ２から減衰し、所定期間経過後に基準状態に戻る。ここでいう基準状態とは、発生コイル３９が磁界を発生していない状態での検出信号の値を意味する。また、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間は、前述したＴＧ７０により発生される連続する２つのクロック信号間の期間に相当する。

本実施形態のように複数の発生コイル３９のそれぞれを駆動タイミングをずらしながら駆動させる場合、例えば、図１０に示すように、前回駆動した発生コイル３９が発生させた第１の磁界に応じた検出信号が基準状態まで減衰する前に、現在駆動中の発生コイル３９が発生させた第２の磁界が検出される。従って、第１の磁界の残留分が、第２の磁界に応じた検出信号の値Ｂ２に含まれてしまう。すなわち、検出信号の値Ｂ２は、真の検出信号の値Ｃから第１の磁界の残留分だけオフセットされてしまう。この結果、検出信号の値Ｂ２を用いた場合、内視鏡１０の挿入部１７の挿入状態を精度良く検出することができない。なお、図１０のＢ１は、第１の磁界の発生が終了したタイミングでの第１の磁界に応じた検出信号の値を表している。また、図１０のτは、第１の磁界と第２の磁界との検出タイミングの時間間隔を表している。また、図９及び図１０の矩形波により発生コイル３９を駆動させている例では、磁界の検出タイミングと磁界の強さがピークとなるタイミングとが一致しているが、これに限定されない。例えば、発生コイル３９を駆動させるための波形の形状によっては、磁界の検出タイミングと磁界の強さがピークとなるタイミングとがずれていてもよい。

そこで、本実施形態では、第１の磁界の残留分を補正するために用いられる減衰関数ｆ（ｔ、Ａ）が記憶部７９に記憶されている。この減衰関数ｆ（ｔ、Ａ）は、例えば、工場での内視鏡システム９の製造完了後で、かつ出荷前に記憶部７９に記憶される。また、減衰関数ｆ（ｔ、Ａ）は、内視鏡システム９がメインテナンス用の特別動作モードに設定されることによって導出される。また、減衰関数ｆ（ｔ、Ａ）は、発生コイル３９により磁界を予め定められた期間発生させた場合において、検出コイル２５により検出される検出信号が、発生コイル３９が磁界の発生を終了したタイミングから基準状態に減衰するまでの減衰状況を表す関数である。なお、以下では、特別動作モードと区別するために、病院等の施設で用いられる際の被検者Ｈの体内に挿入される内視鏡１０の挿入部１７の挿入状態を検出する内視鏡システム９の動作モードを通常動作モードという。図３を参照して説明した内視鏡システム９の機能は、通常動作モードの機能である。

図１１を参照して、特別動作モードにおける内視鏡システム９の機能を説明する。図１１に示すように、内視鏡１０は、磁界測定制御部９０及び出力部９１を備える。これらの各部は、１又は複数のＣＰＵを含む各種演算回路（不図示）により構成され、不図示のメモリに記憶されている制御用のプログラムを実行することで動作する。また、これらの各部は、通常動作モードにおける磁界測定制御部５８及び画像信号出力部５９と同じハードウェアにより実現される。プロセッサ装置１４は、取得部９５、導出部９６、及び磁界発生制御部９９を備える。これらの各部は、１又は複数のＣＰＵを含む各種演算回路（不図示）により構成され、不図示のメモリに記憶されている制御用のプログラムを実行することで動作する。また、これらの各部は、通常動作モードにおける画像信号取得部６８、挿入状態検出部６９、及び磁界発生制御部７１と同じハードウェアにより実現される。

ナビゲーション装置１２の磁界発生制御部９９は、図１２の下側のグラフに示すように、１つの発生コイル３９を１周期駆動させる制御を行う。この周期は、通常動作モードでの周期と同じ周期であり、具体的には、ＴＧ７０により発生される連続する２つのクロック信号間の期間である。また、この際、磁界発生制御部９９は、磁界発生制御部７１と同様の駆動波形により発生コイル３９を駆動させる制御を行う。これにより、通常動作モードと特別動作モードとで同じ磁界が発生コイル３９から発生される。

内視鏡１０の磁界測定制御部９０は、図１２の上側のグラフに示すように、磁界の発生と同期し、磁界検出回路４９を介して特定の１つの検出コイル２５の磁界測定結果の取得を開始する。この磁界測定結果の取得は、磁界の発生の終了後も継続し、磁界測定結果に含まれる検出信号の値が基準状態となるまで行われる。図１２の上側のグラフの横軸は時間を示し、縦軸は検出コイル２５による検出信号の値を示している。また、図１２の破線は、磁界測定制御部９０によるサンプリングタイミングを示している。そして、磁界測定制御部９０は、磁界測定結果を取得する毎に、取得した磁界測定結果を出力部９１に出力する。

出力部９１は、磁界測定制御部９０から入力された磁界測定結果を、ＬＤ３６へ出力する。ＬＤ３６は、出力部９１から入力された磁界測定結果を、光源装置１１のＰＤ３７及び光源制御部６４を介してナビゲーション装置１２へ送信する。

ナビゲーション装置１２の取得部９５は、内視鏡１０から光源装置１１を介して送信された磁界測定結果を取得する。

導出部９６は、取得部９５により取得された磁界測定結果に基づいて、減衰関数ｆ（ｔ、Ａ）を導出する。具体的には、まず、導出部９６は、取得部９５により取得された磁界測定結果のうち、発生コイル３９が磁界の発生を終了したタイミングでの磁界測定結果を特定する。前述したように、磁界測定制御部９０による磁界測定結果の取得開始は、磁界の発生と同期している。また、磁界の発生期間は、ＴＧ７０が発生する連続する２つのクロック信号間の期間である。従って、導出部９６は、取得部９５が最初に磁界測定結果を取得してから、連続する２つのクロック信号間の期間を経過したときに取得した磁界測定結果を発生コイル３９が磁界の発生を終了したタイミングでの磁界測定結果として特定することが可能である。

次に、導出部９６は、図１２に示すように、特定した磁界の発生が終了したタイミングを基準（例えば、時間ｔ＝０）とし、磁界の発生が終了したタイミングでの磁界測定結果に含まれる検出信号の値をＡとして、磁界の発生が終了したタイミング以降の磁界測定結果に含まれる検出信号の値に基づいて、減衰関数ｆ（ｔ、Ａ）を導出する。この減衰関数ｆ（ｔ、Ａ）は近似式となる。そして、導出部９６は、導出した減衰関数ｆ（ｔ、Ａ）を記憶部７９に記憶する。なお、導出部９６は、複数の磁界測定結果に含まれる複数の検出信号の値に基づいて、減衰関数ｆ（ｔ、Ａ）を導出してもよい。

図１３を参照して、本実施形態に係る挿入状態検出部６９の詳細について説明する。図１３に示すように、挿入状態検出部６９は、位置検出部７２及び挿入部形状検出部７３を有する。また、位置検出部７２は、判別部７２Ａ、取得部７２Ｂ、及び減算部７２Ｃを有する。

図７に示すように、判別部７２Ａは、対応関係７５を参照して、磁界測定データ５５に含まれる複数の磁界測定結果を判別する。対応関係７５は、磁界測定データ５５に含まれる、各発生コイル３９と各検出コイル２５との複数の組み合わせに対応する複数の磁界測定結果の格納順序を表す情報である。判別部７２Ａは、対応関係７５に基づいて、磁界測定データ５５に含まれる各磁界測定結果が、各発生コイル３９と各検出コイル２５とのどの組み合わせに対応するデータであるかを判別する。

具体的には、磁界測定においては、フレーム開始信号ＶＤを基準として、各発生コイル３９が磁界ＭＦを発生する発生順序と、１つの発生コイル３９の磁界ＭＦについて、各検出コイル２５の磁界測定結果の取得順序とが、磁界測定期間ごとに決まっている。各発生コイル３９と各検出コイル２５の組み合わせに応じた複数の磁界測定結果は、発生順序と取得順序とに従って、磁界測定データ５５内に格納される。そのため、判別部７２Ａは、フレーム開始信号ＶＤを基準として、格納順序を規定した対応関係７５を参照することで、磁界測定データ５５に含まれる複数の磁界測定結果がどの組み合わせ（「Ｄ１１」、「Ｄ１２」、「Ｄ１３」・・・）に対応するかを判別することができる。

取得部７２Ｂは、記憶部７９から減衰関数ｆ（ｔ、Ａ）を取得する。減算部７２Ｃは、検出コイル２５により検出された、発生コイル３９により発生された第１の磁界に応じた第１の値、及び第１の磁界の発生が終了したタイミングと第１の磁界よりも後に発生された第２の磁界の検出タイミングとの時間間隔を減衰関数ｆ（ｔ、Ａ）に入力する。減算部７２Ｃは、この入力に応じて減衰関数ｆ（ｔ、Ａ）の出力として得られた値を、第１の磁界に応じた残留分として第２の磁界に応じた検出信号の第２の値から減算する。

図１４を参照して、減算部７２Ｃによる減算処理を具体的に説明する。図１４の「発生コイル１」は、１番目に駆動した発生コイル３９を意味し、「発生コイル２」は、２番目に駆動した発生コイル３９を意味する。また、図１４の「検出コイル１」～「検出コイル３」は、セレクタ４９Ｃにより１～３番目に選択された検出コイル２５を意味する。ここでは、図１４に示すように、「発生コイル１」により発生される磁界が「第１の磁界」であり、「発生コイル２」により発生される磁界が「第２の磁界」である例を説明する。また、図１４では、「検出コイル２」による第１の磁界の検出タイミングを「ｔ１」で示し、「検出コイル２」による第２の磁界の検出タイミングを「ｔ２」で示している。また、ここでは、「検出コイル２」により検出タイミングｔ２で検出された検出信号の値を減算部７２Ｃによる減算処理の対象とする例を説明する。すなわち、ここでは、図７の対応関係７５で示した「Ｄ２２」が減算処理の対象となる。

前述したように、「検出コイル２」により検出タイミングｔ２で検出された検出信号の値Ｂ２には、第１の磁界の残留分が含まれる。減算部７２Ｃは、減衰関数ｆ（ｔ、Ａ）に、「発生コイル１」による第１の磁界の発生が終了したタイミングと第２の磁界の検出タイミングｔ２との時間間隔τ、及び第１の磁界に応じた「検出コイル２」による検出信号の値Ｂ１を入力する。これにより、減算部７２Ｃは、検出信号の値Ｂ２に含まれる第１の磁界の残留分を算出する。なお、第１の磁界は、「発生コイル１」の駆動電流に応じた最大の強さまで到達した後、その強さがほぼ維持されるため、この検出信号の値Ｂ１は、第１の磁界の発生が終了したタイミングでの「検出コイル２」による検出信号の値と見なすことができる。また、検出信号の値Ｂ１が開示の技術に係る第１の値に相当し、検出信号の値Ｂ２が開示の技術に係る第２の値に相当する。

時間間隔τは、セレクタ４９Ｃにより何番目に選択される検出コイル２５であるかを表す情報と、セレクタ４９Ｃによる検出コイル２５の切り替え間隔とから求めることができる。例えば「検出コイル２」で検出される検出信号を対象とする場合、「検出コイル２」は２番目に選択される検出コイル２５であるため、時間間隔τは、上記切り替え間隔の２倍となる。この時間間隔τを求めるために必要な情報は、例えば、記憶部７９に予め記憶されている。そして、減算部７２Ｃは、導出した第１の磁界の残留分を、検出信号の値Ｂ２から減算する。減算部７２Ｃによる減算後の値Ｃは、以下の（１）式で表される。
Ｃ＝Ｂ２－ｆ（τ、Ｂ１）・・・（１）

なお、本実施形態では第１の磁界が１つである例を説明するが、これに限定されない。例えば、第１の磁界が複数の発生コイル３９により順次発生される場合には、複数の第１の磁界の残留分が第２の磁界に応じた検出信号の値Ｂ２に含まれる場合もある。図１５に、第１の磁界が２つの例を示す。図１５の例では、減算部７２Ｃは、１つ目の第１の磁界の残留分であるｆ（τ_１、Ｂ１_１）及び２つ目の第１の磁界の残留分であるｆ（τ_２、Ｂ１_２）を検出信号の値Ｂ２から減算する。（１）式を一般化すると、以下の（２）式で表される。（２）式における「ｎ」は、第２の磁界の発生以前に発生される第１の磁界の数を示す。

減算部７２Ｃは、以上の減算処理を、判別部７２Ａが判別した複数の磁界測定結果のそれぞれについて行う。なお、この際、前に磁界が発生していないときの磁界測定結果（例えば、図７の例における「Ｄ１１」など）は、減算処理の対象外とされる。

位置検出部７２は、判別部７２Ａが判別し、かつ減算部７２Ｃによる減算処理後の複数の磁界測定結果に基づき、各検出コイル２５の位置、具体的には三次元座標位置をコイル位置データ７６として検出する。コイル位置データ７６は、磁界発生器１３を基準とした相対位置である。図７において、例えば、Ｐ１は第１検出コイル２５の三次元座標位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を示す。Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４などについても同様である。

位置検出部７２は、コイル位置データ７６を挿入部形状検出部７３へ出力する。挿入部形状検出部７３は、位置検出部７２から入力されたコイル位置データ７６に基づき、被検者Ｈの体内での挿入部１７の形状を検出する。

図１６は、挿入部形状検出部７３による挿入部１７の形状検出処理の一例を説明するための説明図である。図１６に示すように、挿入部形状検出部７３は、コイル位置データ７６が示す各検出コイル２５の位置（Ｐ１、Ｐ２、・・・）に基づき、各位置を曲線で補間する補間処理を行って、挿入部１７の形状を示す挿入部形状データ７８を生成する。挿入部形状データ７８には、挿入部１７の先端部２３の先端位置ＰＴが含まれる。

挿入部形状検出部７３は、挿入部形状データ７８を表示出力部７４へ出力する。挿入状態検出部６９は、画像信号取得部６８が新たなフレーム画像信号６１を取得するごとに、判別部７２Ａによる判別処理、減算部７２Ｃによる減算処理、各検出コイル２５のコイル位置データ７６を検出する位置検出処理、挿入部１７の形状検出処理、及び挿入部形状データ７８の出力処理を繰り返し行う。

＜内視鏡システムの作用＞
次に、図１７を参照して、本実施形態に係る内視鏡システム９の作用について説明する。なお、図１７は、観察画像４１及び挿入部形状画像４２の表示処理の一例を示すフローチャートである。この表示処理は、例えば、内視鏡システム９の電源スイッチがオン状態とされ、内視鏡システム９の各部の起動後に実行される。

図１７のステップＳ１Ａで、撮像装置４８の撮像素子５３は、観察窓４７及び集光レンズ５２を通して入射する像光を撮像する。これにより、撮像素子５３は、発振部５３ａから発振される基準信号を基準として、画像信号を統括制御回路５０へ出力する。撮像素子５３から統括制御回路５０へ入力された画像信号は、統括制御回路５０の信号処理部５７により各種の信号処理が施された後、フレーム画像信号６１として画像信号出力部５９へ出力される。信号処理部５７から画像信号出力部５９へ入力されたフレーム画像信号６１は、画像信号出力部５９によりフレーム開始信号ＶＤが付加された後、ＬＤ３６へ出力される。

ステップＳ２Ａで、ＬＤ３６は、画像信号出力部５９から入力されたフレーム画像信号６１を光信号化した光信号を、光源装置１１のＰＤ３７に向けて送信する。

ステップＳ１Ｂで、光源装置１１のＰＤ３７は、ＬＤ３６から送信された光信号を受信する。また、ＰＤ３７は、光信号の形態で受信したフレーム画像信号６１を、元の電気信号の形態に変換する。ＰＤ３７による変換後のフレーム画像信号６１は、光源制御部６４及び通信インタフェース６５を介して、ナビゲーション装置１２へ出力される。

ステップＳ２Ｂで、画像信号取得部６８は、通信インタフェース６５を介して光源制御部６４からフレーム画像信号６１を取得し、取得したフレーム画像信号６１からフレーム開始信号ＶＤを抽出する。そして、画像信号取得部６８は、抽出したフレーム開始信号ＶＤをＴＧ７０に出力する。

ステップＳ３Ｂで、ＴＧ７０は、画像信号取得部６８からのフレーム開始信号ＶＤに基づき、各発生コイル３９の切り替え制御用のクロック信号を磁界発生制御部７１に出力する。ステップＳ４Ｂで、磁界発生制御部７１は、ＴＧ７０から入力されたクロック信号に基づき、各発生コイル３９を異なるタイミングで駆動させる。これにより、各発生コイル３９から異なるタイミングで磁界が発生される。以上説明したステップＳ４Ｂまでの処理により、内視鏡システム９の起動が完了する。

次に、ステップＳ３Ａで、術者ＯＰにより、内視鏡１０の挿入部１７が被検者Ｈ内に挿入され、被検者Ｈ内の観察部位の撮像が開始される。光源装置１１の照明光源６３から供給される照明光がライトガイド３３及び照射レンズ４５を通って照明窓４６から観察部位へ出射される。ステップＳ４Ａで、撮像素子５３は、観察窓４７及び集光レンズ５２を通して入射する観察部位の像光を撮像する。これにより、撮像素子５３は、発振部５３ａから発振される基準信号を基準として、画像信号を統括制御回路５０へ出力する。撮像素子５３から統括制御回路５０へ入力された画像信号は、統括制御回路５０の信号処理部５７により各種の信号処理が施された後、フレーム画像信号６１として画像信号出力部５９へ出力される。

ステップＳ５Ａで、磁界測定制御部５８は、発振部５３ａから発振される基準信号に基づき、ＴＧ７０のクロック信号に対応する周波数で磁界検出回路４９を制御し、各検出コイル２５が検出した磁界測定結果を繰り返し取得する。すなわち、磁界測定制御部５８は、発生コイル３９の切り替えと同期して、各発生コイル３９について、各検出コイル２５が検出した磁界測定結果を取得する。そして、磁界測定制御部５８は、取得したすべての磁界測定結果を含む磁界測定データ５５を、信号処理部５７から画像信号出力部５９へのフレーム画像信号６１の出力に同期して、画像信号出力部５９に出力する。

ステップＳ６Ａで、画像信号出力部５９は、信号処理部５７から入力されたフレーム画像信号６１にフレーム開始信号ＶＤを付加し、かつ磁界測定制御部５８から入力された磁界測定データ５５を信号無効領域ＮＤに付加する。ステップＳ７Ａで、画像信号出力部５９は、フレーム開始信号ＶＤ及び磁界測定データ５５が付加されたフレーム画像信号６１をＬＤ３６へ出力する。ＬＤ３６は、画像信号出力部５９から入力されたフレーム画像信号６１を光信号化した光信号を、光源装置１１のＰＤ３７に向けて送信する。

ステップＳ５Ｂ～ステップＳ８Ｂは、ステップＳ１Ｂ～ステップＳ４Ｂと同様の処理が実行される。

ステップＳ９Ｂで、画像信号取得部６８は、ステップＳ６Ｂで取得したフレーム画像信号６１に含まれるフレーム開始信号ＶＤ及び磁界測定データ５５を抽出し、抽出したフレーム開始信号ＶＤ及び磁界測定データ５５を挿入状態検出部６９に出力する。

ステップＳ１０Ｂで、判別部７２Ａは、前述したように、対応関係７５を参照して、フレーム画像信号６１から入力された磁界測定データ５５に含まれる複数の磁界測定結果を判別する。ステップＳ１１Ｂで、取得部７２Ｂは、記憶部７９から減衰関数ｆ（ｔ、Ａ）を取得する。

ステップＳ１２Ｂで、減算部７２Ｃは、前述したように、判別部７２Ａが判別した複数の磁界測定結果のそれぞれについて、減衰関数ｆ（ｔ、Ａ）を用いて導出した第１の磁界の残留分を減算する。ステップＳ１３Ｂで、位置検出部７２は、前述したように、判別部７２Ａが判別し、かつ減算部７２Ｃによる減算処理後の複数の磁界測定結果に基づき、コイル位置データ７６を検出する。そして、位置検出部７２は、検出したコイル位置データ７６を挿入部形状検出部７３へ出力する。

ステップＳ１４Ｂで、挿入部形状検出部７３は、前述したように、位置検出部７２から入力されたコイル位置データ７６に基づき、被検者Ｈの体内での挿入部１７の形状を検出し、挿入部１７の形状を示す挿入部形状データ７８を生成する。

ステップＳ１５Ｂで、表示出力部７４は、ステップＳ６Ｂで画像信号取得部６８が取得したフレーム画像信号６１、及びステップＳ１４Ｂで挿入部形状検出部７３が生成した挿入部形状データ７８を通信インタフェース８０Ａ、８０Ｂを介してプロセッサ装置１４へ出力する。表示出力部７４からプロセッサ装置１４の表示入力部８２へ入力されたフレーム画像信号６１及び挿入部形状データ７８は、表示制御部８３によりモニタ１５へ出力される。これにより、フレーム画像信号６１に基づく観察画像４１と、挿入部形状データ７８に基づく挿入部形状画像４２とがモニタ１５に表示される。

以上のステップＳ４Ａ～ステップＳ７Ａの処理及びステップＳ５Ｂ～ステップＳ１５Ｂの処理は、内視鏡の検査が終了するまで繰り返し行われる（ステップＳ８Ａ、Ｓ１６Ｂ）。これにより、予め設定されたフレームレートに従って、観察画像４１と挿入部形状画像４２とがモニタ１５に更新されて表示される。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１の磁界の残留分を第２の磁界に応じた検出信号の値から減算し、減算して得られた値を用いて被検体内に挿入される内視鏡の挿入部の挿入状態を検出している。従って、内視鏡の挿入部の挿入状態を精度良く検出することができる。

なお、上記実施形態では、内視鏡１０に、磁界測定制御部５８を含む磁界測定部を配置し、ナビゲーション装置１２に磁界発生制御部７１を配置した例で説明したが、反対に、内視鏡１０に磁界発生制御部７１を配置して、ナビゲーション装置１２に磁界測定部を配置してもよい。

また、上記実施形態では、フレーム画像信号６１に含まれるフレーム開始信号ＶＤを同期信号として利用する場合について説明したが、垂直ブランキング期間に含まれる信号以外の信号、例えば、水平同期信号などを同期信号として利用してもよい。また、フレーム画像信号６１のヘッダ情報に同期信号を埋め込んで利用してもよい。更に、フレーム画像信号６１に含まれる信号とは別の信号を同期信号として利用してもよい。この場合、フレーム画像信号６１とは別の送信経路を設ける形態となる。

また、上記実施形態では、連続する２つのフレーム開始信号ＶＤ間において、各発生コイル３９と各検出コイル２５のすべての組み合わせに係る磁界測定結果を含む全磁界測定データを取得する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、３つ以上のフレーム開始信号ＶＤが出力される周期で、全磁界測定データを取得してもよい。全磁界測定データの取得周期が長いほど、挿入部形状画像４２の更新頻度は低下するが、挿入部形状画像４２は、観察画像４１と比較して高精細な画像は要求されていないため、観察画像４１と比較して更新頻度が低下しても、挿入部形状画像４２の場合は許容される。

また、上記実施形態では、内視鏡１０から光源装置１１に対してフレーム画像信号６１を光信号に変換して送信する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、内視鏡１０と光源装置１１とを金属製の信号線を介して電気的に接続して、フレーム画像信号６１を電気信号のまま内視鏡１０から光源装置１１に送信する形態としてもよい。

また、上記実施形態では、内視鏡１０として大腸等の下部消化管の検査に用いられるものを例に挙げて説明したが、内視鏡１０の種類及び用途は特に限定されるものではない。上部消化管用の内視鏡１０でもよい。また、特に挿入部１７の先端位置ＰＴの検出を目的とする場合には軟性内視鏡だけでなく硬性内視鏡にも開示の技術を適用することができる。

また、上記実施形態では、各発生コイル３９が同じ周波数の磁界ＭＦを発生する例で説明したが、各発生コイル３９が発生する磁界ＭＦの周波数が異なっていてもよい。ただし、上記実施形態の内視鏡システム９のように、各発生コイル３９が発生する磁界ＭＦの周波数が同じ場合には、複数の磁界ＭＦ自体では、区別できない。そのため、複数の磁界ＭＦのそれぞれの発生元の発生コイル３９を区別するためには、発生タイミングをずらす他ない。そのため、各発生コイル３９が発生する磁界ＭＦの周波数が同じ場合には、本開示の技術が有効である。

また、上記実施形態では、複数の発生コイル３９と複数の検出コイル２５とを有しているが、検出コイル２５は少なくとも１つあればよい。例えば、挿入部１７の先端部２３に検出コイル２５を１つだけ設けた内視鏡１０を用いた内視鏡システム９に本開示の技術を適用してもよい。この場合でも、先端部２３の現在位置を提示することができる。

また、上記実施形態に係るアンプ４９Ｄは、一例として図１８に示すように、オフセット電圧が発生する場合がある。そこで、例えば、図１９に示すように、アンプ４９Ｄへの入力がない状態でアンプ４９Ｄからの出力をオフセット電圧として予め測定しておいてもよい。この場合、例えば、測定したオフセット電圧をアンプ４９Ｄの出力から減算することによってオフセット電圧を補正することができる。

また、上記実施形態において、例えば、磁界測定制御部５８及び磁界発生制御部７１などの各種の処理を実行する処理部（Processing Unit）のハードウェア的な構造としては、次に示す各種のプロセッサ（Processor）を用いることができる。各種のプロセッサには、ソフトウェアを実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device :ＰＬＤ）、又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が含まれる。

１つの処理部は、これらの各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種または異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡの組み合わせ、又は、ＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ）で構成されてもよい。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサの１つ以上を用いて構成される。これらのプロセッサは、換言すると、プロセッサに内蔵されたメモリ又は接続されたメモリと協同して、各処理部として機能する。

更に、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路（circuitry）を用いることができる。

以上の記載から、以下の付記項に係る技術を把握することができる。

［付記項］
磁界発生素子により磁界を予め定められた期間発生させた場合において、前記磁界を検出する磁界検出素子により検出される検出信号が、前記磁界発生素子が磁界の発生を終了したタイミングから基準状態に減衰するまでの減衰状況を表す前記検出信号の減衰関数を取得し、
複数の前記磁界発生素子のそれぞれを駆動タイミングをずらしながら駆動させた場合において、前記磁界検出素子により検出された、前記磁界発生素子により発生された第１の磁界に応じた検出信号の第１の値、及び前記第１の磁界の発生が終了したタイミングと前記第１の磁界よりも後に発生された第２の磁界の検出タイミングとの時間間隔を前記減衰関数に入力して得られた値を、前記第１の磁界に応じた残留分として前記第２の磁界に応じた検出信号の第２の値から減算し、
減算により得られた値を用いて、被検体内に挿入される内視鏡の挿入部の位置及び形状の少なくとも一方を含む挿入状態を検出するプロセッサ
を含む内視鏡システム。

９ 内視鏡システム
１０ 内視鏡
１１ 光源装置
１２ ナビゲーション装置
１３ 磁界発生器
１４ プロセッサ装置
１５ モニタ
１６ 寝台
１７ 挿入部
１８ 操作部
１９ ユニバーサルコード
２１ 軟性部
２２ 湾曲部
２３ 先端部
２５ 検出コイル
２７ 湾曲操作ノブ
２８ 送気送水ボタン
２９ 吸引ボタン
３１ 処置具導入口
３２ 信号ケーブル
３３ ライトガイド
３４ コネクタ
３６ ＬＤ
３７ ＰＤ
３９ 発生コイル
４１ 観察画像
４２ 挿入部形状画像
４５ 照射レンズ
４６ 照明窓
４７ 観察窓
４８ 撮像装置
４９ 磁界検出回路
４９Ａ 計装アンプ
４９Ｂ フィルタ
４９Ｃ セレクタ
４９Ｄ アンプ
４９Ｅ Ａ／Ｄ変換回路
５０ 統括制御回路
５２ 集光レンズ
５３ 撮像素子
５３ａ 発振部
５５ 磁界測定データ
５７ 信号処理部
５８、９０ 磁界測定制御部
５９ 画像信号出力部
６１ フレーム画像信号
６３ 照明光源
６４ 光源制御部
６５、８０Ａ、８０Ｂ 通信インタフェース
６８ 画像信号取得部
６９ 挿入状態検出部
７０ ＴＧ
７１、９９ 磁界発生制御部
７２ 位置検出部
７２Ａ 判別部
７２Ｂ、９５ 取得部
７２Ｃ 減算部
７３ 挿入部形状検出部
７４ 表示出力部
７５ 対応関係
７６ コイル位置データ
７８ 挿入部形状データ
７９ 記憶部
８２ 表示入力部
８３ 表示制御部
９１ 出力部
９６ 導出部
ＢＴ ブランキングタイム
Ｈ 被検者
ＭＦ 磁界
ＮＤ 信号無効領域
ＯＰ 術者
ＰＴ 先端位置
ＶＤ フレーム開始信号

Claims (6)

1. 磁界発生素子により磁界を予め定められた期間発生させた場合において、前記磁界を検出する磁界検出素子により検出される検出信号が、前記磁界発生素子が磁界の発生を終了したタイミングから基準状態に減衰するまでの減衰状況を表す前記検出信号の減衰関数を取得する取得部と、
   複数の前記磁界発生素子のそれぞれを駆動タイミングをずらしながら駆動させた場合において、前記磁界検出素子により検出された、前記磁界発生素子により発生された第１の磁界に応じた検出信号の第１の値、及び前記第１の磁界の発生が終了したタイミングと前記第１の磁界よりも後に発生された第２の磁界の検出タイミングとの時間間隔を前記減衰関数に入力して得られた値を、前記第１の磁界に応じた残留分として前記第２の磁界に応じた検出信号の第２の値から減算する減算部と、
   前記減算部による減算により得られた値を用いて、被検体内に挿入される内視鏡の挿入部の位置及び形状の少なくとも一方を含む挿入状態を検出する挿入状態検出部と、
   を含む内視鏡システム。
2. 前記第２の磁界の発生以前に、複数の前記磁界発生素子により複数の前記第１の磁界が発生される場合において、
   前記減算部は、複数の前記第１の磁界に応じた複数の前記第１の値及び複数の前記第１の磁界に対応する前記時間間隔を前記減衰関数に入力して得られた、複数の前記第１の磁界の残留分を前記第２の値から減算する
   請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記減衰関数を時間ｔ及び前記磁界発生素子が磁界の発生を終了したタイミングでの前記磁界に応じた検出信号の値Ａで表される関数ｆ（ｔ、Ａ）、前記第１の値をＢ１、前記第２の値をＢ２、前記時間間隔をτとした場合、前記減算部は、下記（１）式に従って、減算後の値Ｃを算出する
   Ｃ＝Ｂ２－ｆ（τ、Ｂ１）・・・（１）
   請求項１又は請求項２に記載の内視鏡システム。
4. 前記減衰関数は、１つの前記磁界発生素子を１周期駆動させた場合における１つの前記磁界検出素子により検出された磁界に応じた検出信号の値のうち、前記磁界発生素子により検出された、磁界の発生を終了したタイミング以降の検出信号の値を近似して得られた関数である
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の内視鏡システム。
5. 前記複数の前記磁界発生素子が発生するそれぞれの磁界は、周波数が同じである
   請求項１から請求項４の何れか１項に記載の内視鏡システム。
6. 磁界発生素子により磁界を予め定められた期間発生させた場合において、前記磁界を検出する磁界検出素子により検出される検出信号が、前記磁界発生素子が磁界の発生を終了したタイミングから基準状態に減衰するまでの減衰状況を表す前記検出信号の減衰関数を取得する取得ステップと、
   複数の前記磁界発生素子のそれぞれを駆動タイミングをずらしながら駆動させた場合において、前記磁界検出素子により検出された、前記磁界発生素子により発生された第１の磁界に応じた検出信号の第１の値、及び前記第１の磁界の発生が終了したタイミングと前記第１の磁界よりも後に発生された第２の磁界の検出タイミングとの時間間隔を前記減衰関数に入力して得られた値を、前記第１の磁界に応じた残留分として前記第２の磁界に応じた検出信号の第２の値から減算する減算ステップと、
   前記減算ステップによる減算により得られた値を用いて、被検体内に挿入される内視鏡の挿入部の位置及び形状の少なくとも一方を含む挿入状態を検出する挿入状態検出ステップと、
   を備える内視鏡システムの作動方法。

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