JPH0928659A

JPH0928659A - 内視鏡形状検出装置

Info

Publication number: JPH0928659A
Application number: JP7180469A
Authority: JP
Inventors: Akira Taniguchi; 明谷口; Sumihiro Uchimura; 澄洋内村; Ryoichi Iso; 亮一磯; Kazunari Nakamura; 一成中村; Shinichi Omori; 真一大森; Sachihiro Okada; 祥宏岡田; Masahiro Kudo; 正宏工藤; Yasuo Miyano; 保男宮野; Koji Fujio; 浩司藤尾; Nobuyuki Michiguchi; 信行道口
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-07-17
Filing date: 1995-07-17
Publication date: 1997-02-04
Anticipated expiration: 2015-07-17
Also published as: JP3713307B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ソースコイルの位置及び角度を確実に迅速に
検出し、内視鏡の動きに実時間で追従した内視鏡形状を
検出する。【解決手段】センスコイル２２ｊには、システム制御
部３４により制御されるコイル回転部３６が設けられて
おり、コイル回転部３６によりセンスコイル２２ｊを回
転させながら、センスコイル２２ｊからの信号をセンス
コイル出力増幅部２７を介して磁界強度検出部３７で検
出し強度分布として内部の記憶領域に記憶する。そし
て、信号強度方向確認部３８が、記憶された磁界強度分
布を利用して信号強度、つまり磁界強度が一番強い方向
を識別するようになっており、システム制御部３４は、
信号強度方向確認部３８からの信号に基づいてコイル回
転部３６を制御しセンスコイル２２ｊを磁界強度が一番
強い方向に回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内視鏡形状検出装
置、更に詳しくは磁界発生素子と検出素子を用いて内視
鏡の位置及び方向を検出する部分に特徴のある内視鏡形
状検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、内視鏡は、医療用分野及び工業用
分野で広く用いられるようになった。この内視鏡は、特
に挿入部が軟性のものは、屈曲した体腔内に挿入するこ
とにより、切開することなく体腔内深部の臓器を診断し
たり、必要に応じてチャンネル内に処置具を挿通してポ
リープ等を切除するなどの治療処置を行うことができ
る。

【０００３】この場合、例えば肛門側から下部消化管内
を検査する場合のように、屈曲した体腔内に挿入部を円
滑に挿入するためにはある程度の熟練を必要とする場合
がある。

【０００４】つまり、挿入作業を行っている場合、管路
の屈曲に応じて挿入部に設けた湾曲部を湾曲させる等の
作業が円滑な挿入を行うのに必要になり、そのためには
挿入部の先端位置等が、体腔内のどの位置にあるかと
か、現在の挿入部の屈曲状態等を知ることができると便
利である。

【０００５】そこで、従来より例えば磁気を利用したコ
イル位置の検出、内視鏡形状の検出が提案されおり、こ
の検出方法においては、３軸の直交コイルと３軸の直交
コイル、もしくは１軸のコイルの相対位置の検出が検討
されている。

【０００６】実際には、内視鏡という細長の装置の中に
コイルを内蔵するためには、構造が単純な方がよいの
で、必要な配線数を少なくするためにも、１軸のコイル
を設置することが考えられている。

【０００７】しかし、一つのコイルの特性を考えると、
図２８に示すように、磁界分布はモノポールでなくダイ
ポールとして近似されるため、同じ距離にコイルが存在
しても、検出される磁界強度は異なることになる。図２
８に示すように、等磁界面は偏平の楕円球のようにな
る。

【０００８】このような磁界分布の現象ため、ある場所
での磁界強度を検出しても、得られた強度のみでは、相
対位置を一意に求めることはできない。

【０００９】つまり、１軸のコイルを磁界発生源、もし
くは磁界検出手段として使用する場合に正確なコイル間
の相対位置を求めるには、それぞれのコイルの相対角度
を知る、もしくは正確に推測することが必要となる。

【００１０】従来の内視鏡形状検出装置では、図２９に
示すように、磁界発生用発振部２０１より、コイルを駆
動するための基本の正弦波を発振する。この正弦波の信
号を、ソースコイル駆動部２０２で必要な電流が得られ
る振幅にまで増幅する。ソースコイル駆動部２０２で振
幅が増幅された信号がソースコイル２０３に供給され
る。このように発生した磁界をセンスコイル２０４で検
出し、その信号がセンスコイル出力増幅部２０５により
検出可能なレベルにまで増幅される。増幅された信号
は、磁界発生用発振部２０１からの駆動の基本周波数を
基準として、相互インダクタンス検出部２０６で合成さ
れる。

【００１１】その出力によりセンスコイル信号検出部２
０７が検出された信号の振幅、位相を検出する。検出さ
れた信号の振幅、位相の情報から、ソースコイル２０３
の位置を算出し、得られたソースコイル２０３の位置を
形状画像生成部２０８で疑似立体の画像として表示メモ
リに格納する。この情報をモニタ信号生成部２０９で、
通常のＴＶモニタ２１０に表示可能な信号に変換し送出
することで、内視鏡の形状を表示することができる。

【００１２】この表示画像の回転や、拡大などは、操作
パネル２１２からの操作に基づきシステム制御部２１１
の制御で行なわれる。

【００１３】ソースコイル２０３の位置と角度を求める
には、推定の位置、角度でソースコイル２０３が存在す
るとして、実際に測定された磁界強度が得られるかを順
次確認することで得られる。

【００１４】つまり、センスコイル信号検出部２０７で
は、実際に検出された信号と推定位置で計算した値の誤
差が、設定したしきい値以下になった場合に推定したコ
イル位置、角度が推定値と等しいものとする処理を実行
している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
センスコイル信号検出部２０７における処理において
は、ソースコイル２０３の位置、角度を推定して誤差が
しきい値以下であるかを繰り返し計算して確認すること
が必要となるので、計算量が莫大となり、実時間で位置
検出を行い、得られたソースコイル２０３の位置を基に
内視鏡形状をリアルタイムで表示することができないと
いった問題がある。

【００１６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、ソースコイルの位置及び角度を確実に迅速に検
出し、内視鏡の動きに実時間で追従した内視鏡形状を検
出することのできる内視鏡形状検出装置を提供すること
を目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の内視鏡形状検出
装置は、内視鏡挿入部内に配置され、体腔内における前
記内視鏡挿入部の形状を推定するための少なくとも１つ
の中心軸を持ち磁界を発生する複数の磁界発生素子と、
体腔外にの既知の位置に配置され、少なくとも１つの中
心軸を持ち前記磁界発生コイルが発生する前記発生磁界
を検出する複数の検出素子と、前記検出素子より検出さ
れた検出信号から体腔内における前記内視鏡挿入部内の
前記磁界発生素子の位置を推定する推定手段とを備えた
内視鏡形状検出装置において、前記検出素子の前記中心
軸を回転させる回転手段と、前記回転手段により回転さ
れた前記検出素子により検出された前記発生磁界の磁界
強度を検出する磁界強度検出手段と、前記磁界強度検出
手段により検出された前記磁界強度に基づいて前記回転
手段を制御する回転制御手段とを備えて構成される。

【００１８】本発明の内視鏡形状検出装置では、前記磁
界強度検出手段で前記回転手段により回転された前記検
出素子により検出された前記発生磁界の磁界強度を検出
し、前記回転制御手段で前記磁界強度検出手段により検
出された前記磁界強度に基づいて前記回転手段を制御
し、前記検出素子の前記中心軸を前記磁界発生素子の方
向に追従させることで、ソースコイルの位置及び角度を
確実に迅速に検出し、内視鏡の動きに実時間で追従した
内視鏡形状を検出することを可能とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について述べる。

【００２０】図１ないし図１４は本発明の一実施の形態
に係わり、図１は内視鏡システムの構成を示す構成図、
図２は図１の内視鏡形状検出装置の構成を示すブロック
図、図３は図１のソースコイルに接続される銅線を説明
する説明図、図４は図１のソースコイルの構成を示す断
面図、図５は図１のソースコイルの電極を示す外観図、
図６は図１の内視鏡形状検出装置のプローブ内部の構成
を示す断面図、図７は図１のセンスコイルの構成を示す
構成図、図８は図７のセンスコイルの回転により検出さ
れる磁界を説明する第１の説明図、図９は図７のセンス
コイルの回転により検出される磁界を説明する第２の説
明図、図１０は図７のセンスコイルを複数用いたソース
コイルの算出を説明する説明図、図１１は図７のセンス
コイルによる信号強度分布の対称性を説明する説明図、
図１２は図２の内視鏡形状検出装置の第１の変形例の構
成を示すブロック図、図１３は図２の内視鏡形状検出装
置の第２の変形例の構成を示すブロック図、図１４は図
２の内視鏡形状検出装置の第３の変形例の構成を示すブ
ロック図である。

【００２１】図１に示すように、本実施の形態の内視鏡
システム１は、体腔内に挿入され術部を観察及び処置す
る内視鏡装置２と、この内視鏡装置２と共に使用される
内視鏡形状検出装置３とから構成される。

【００２２】そして、内視鏡システム１においては、
（内視鏡検査用）ベット４には患者５が載置され、この
患者５の体腔内に、内視鏡装置２の内視鏡６の挿入部７
が挿入される。この内視鏡６の操作部８から延出された
ユニバーサルケーブル９はビデオプロセッサ１１に接続
される。

【００２３】尚、ビデオプロセッサ１１は、図示はしな
いが、光源部と信号処理部を内蔵し、光源部からの照明
光が内視鏡６内に設けられたライトガイドに供給され、
このライトガイドで伝送され挿入部７の先端面から出射
し体腔内を照明するようになっている。

【００２４】照明された体腔内の内蔵器等の術部は、挿
入部７の先端部の観察窓に取り付けた対物光学系によ
り、対物光学系の焦点面に配置したＣＣＤ等の撮像素子
に結像し、このＣＣＤで光電変換された信号は信号線を
経てビデオプロセッサ１１内の信号処理部に入力され
る。そして、信号処理部で信号処理されて標準的な映像
信号が生成され、カラーモニタ１２に映像信号を出力
し、カラーモニタ１２の表示面に体腔内の内壁等を表示
するようになっている。

【００２５】上記内視鏡６には、挿入部７内に中空のチ
ャンネル１３が形成されており、このチャンネル１３の
基端の挿入口１４から鉗子等の処置具を挿通することに
より、処置具の先端側を挿入部７の先端面のチャンネル
出口から突出させて治療処置等を行うことができるよう
になっている。そして、このチャンネル１３に（体腔内
に挿入された挿入部７の）位置及び形状検出のための内
視鏡形状検出装置３に接続されたプローブ１５を挿入
し、このプローブ１５の先端側にチャンネル１３内の所
定の位置に設定することができる。

【００２６】このプローブ１５には磁界発生源となる複
数のソースコイル１６ａ、１６ｂ、…（符号１６ｉで代
表する）が固定されており、図３に示すように、内蔵さ
れた各ソースコイル１６ｉにはそれぞれ撚線とされた銅
線４１が信号供給線として接続される。この接続は発生
する磁界が対称形になるように、ソースコイル１６ｉの
中央から振り分けられてソースコイル１６ｉの両端に接
続される。

【００２７】ソースコイル１６ｉは、図４に示すよう
に、一般に知られているような巻き線４２を巻いた巻き
線式で、最近よく用いられる積層タイプではなく、円筒
形のコア４３を用いる（図４（ａ）：コアが同一径の材
質である例、図４（ｂ）：巻線により径が増しコイルの
外形が増すことを防止するため巻線部分のコアの形を小
さくした例を示す）。また、磁界を効率よく発生させ、
かつ機械的な強度を稼ぐために、不要な高調波成分が、
コア４３の振動によって生じないように、非磁性材樹脂
４４により完全に含浸させて成形されている。

【００２８】このとき、磁界を発生するためのソースコ
イル１６ｉにおいては、効率よく磁界を発生させるため
に、インダクタンス値をなるべく大きく、抵抗値を少な
く形成する。

【００２９】一方、磁界を検出するための後述するセン
スコイルを作成する場合には、インダクタンス値を大き
くすることは同じであるが、抵抗値を大きくすること
で、発生する電圧を大きくすることができる。また、こ
のとき、接続される信号検出回路の入力インピーダンス
とほぼ等しい出力インピーダンスになるように、抵抗値
を設定することで、効率よく信号検出回路に検出された
信号を入力することができるようになる。

【００３０】上記非磁性材樹脂４４の表面には、図５に
示すように、コイル外部の信号線と電気的な接続を果た
すための電極４５が設けられ、この電極４５は内部のソ
ースコイル１６ｉの巻き線４２の両端と接続されてい
る。そして、プローブ１５を構成する場合には、この電
極４５の部分に導線４１を接続する。

【００３１】このように、信号供給用のソースコイルも
しくは微小磁界検出のためのセンスコイルは機械的に対
称となるように構成する。

【００３２】ここに示した例と異なり、コイルから、も
しくはコイルに接続される信号線が、構造的に非対称に
構成されると、見かけのコイルの磁気特性が発生する磁
界の強度分布もしくは同一の距離の磁性体の磁界を検出
する場合の信号強度分布が非対称となる。すると、図２
８に示した点対称の磁界分布が崩れ、非対称に見えてし
まう。その非対称な見かけの特性のため、実際のソース
コイル１６ｉがどちらの方向を向いているのかにより、
用いる位置算出の計算式の係数を変える必要があるな
ど、方向を位置算出のために考慮することが必要にな
り、簡単には位置を求めることができなくなるという不
具合が生じる。

【００３３】そのため、プローブ１５に内蔵するソース
コイル１６ｉだけでなくマーカとして使用するコイル
も、信号線の撚線を除いた部分の構成が対称となるよう
に構成する。

【００３４】また、一般に用いられる銅線３１を、ソー
スコイル１６ｉとして含浸なしに作成し、直接半田付け
を行うとすると、巻き線に直接太い銅線を半田付けする
こととなり、半田が付着した部分は、熱と半田の影響
で、硬く、また脆くなってしまう。そのため、不要な力
が加わった場合には、切断してしまうこともある。

【００３５】そこで、弾力のある状態でプローブ１５が
組立てられるように、ソースコイル１６ｉを製作すると
きに巻き始め、巻き終わりの端部の導線部分を、例えば
プローブ１５として構成する場合に必要な長さだけ長く
延ばした状態で製作してもよい。

【００３６】このように構成したソースコイル１６ｉ
は、図６に示すように、プローブ１５の外側を機械的に
補強する長いチューブ４６内に位置を固定され設置さ
れ、プローブ１５が製作される。チューブ４６の中に、
複数のソースコイル１６ｉを位置を固定して設けるた
め、組立、位置固定の補助として、高分子もしくは非磁
性体金属のワイヤ４７を用いる。

【００３７】あらかじめ設定した間隔にワイヤ４７を利
用して、必要数のソースコイル１６ｉを固定する。固定
されたソースコイル１６ｉに信号線の撚線である銅線４
１を接続して、配線が終了したコイル群を、ワイヤ４７
を利用して細長いチューブ４６の中に引き込み充填材を
満たして全体を固める。

【００３８】先端のソースコイル１６ａの位置は内視鏡
６の既知の位置であると共に、一定間隔ｄでそれぞれソ
ースコイル１６ｉを設けてあるので、その結果、各ソー
スコイル１６ｉの位置は内視鏡６の挿入部７内の既知の
位置に設定されていることになり、各ソースコイル１６
ｉの位置を検出することにより、内視鏡６の挿入部７の
離散的な位置（より厳密には各ソースコイル１６ｉの位
置）が検出できることになる。

【００３９】これらの離散的な位置を検出することによ
り、それらの間のプローブ（内視鏡）の位置もほぼ推定
でき、従って離散的な位置の検出により、体腔内に挿入
された内視鏡６の挿入部７の形状を求めることが可能に
なる。

【００４０】各ソースコイル１６ｉに接続された銅線４
１は、図１に戻り、プローブ１５の後端に設けた、或い
はプローブ１５の後端から延出されたケーブルの後端に
設けたコネクタ１８に接続され、このコネクタ１８は
（内視鏡）形状検出装置本体２１のコネクタ受けに接続
される。そして、後述するように各ソースコイル１６ｉ
には駆動信号が印加され、位置検出に利用される磁界を
発生する。

【００４１】また、図１に示すようにベット４の既知の
位置、例えば３つの隅にはそれぞれ１軸を組み合わせた
センスコイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃ（２２ｊで代表す
る）が取り付けてあり、これらのセンスコイル２２ｊ
は、ベット４から延出されたケーブル４ａを介して形状
検出装置本体２１に接続される。なお、センスコイル２
２ｊは、ベット４の内部に埋め込んで形成することがで
きる。

【００４２】図２に示すように、内視鏡形状検出装置３
では、内視鏡６のチャンネル１３内に設定されたプロー
ブ１５内のソースコイル１６ｉにソースコイル駆動部２
４からの駆動信号が供給され、この駆動信号が印加され
たソースコイル１６ｉ周辺に磁界が発生する。

【００４３】このソースコイル駆動部２４は、磁界発生
用発振部２５から供給される交流信号を増幅して、必要
な磁界を発生するための駆動信号を出力する。

【００４４】磁界発生用発振部２５の交流信号は、ベッ
ド４に設けられたセンスコイル２２ｊで検出される微小
な磁界を検出するための相互インダクタンス検出部２６
に参照信号として送出される。

【００４５】センスコイル２２ｊで検出される微小な磁
界検出信号は、センスコイル出力増幅器２７で増幅され
た後、相互インダクタンス検出部２６に入力される。

【００４６】相互インダクタンス検出部２６では、参照
信号を基準として、増幅、直交検波（同期検波）を行
い、コイル間の相互インダクタンスに関連した信号を得
る。

【００４７】上記相互インダクタンス検出部２６で得ら
れた信号は、ソースコイル信号検出部３１に入力され、
入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して位置
検出の計算を行い、各ソースコイル１６ｉの位置情報を
得る。

【００４８】この位置情報は、形状画像生成部３２に送
られ、得られた離散的な各位置情報から間を補間する補
間処理して内視鏡６（の挿入部７）の形状画像を生成
し、モニタ信号生成部３３に送る。

【００４９】モニタ信号生成部３３は、形状画像に対応
する例えばＲＧＢ或いはＮＴＳＣ方式やＰＡＬ方式の映
像信号を生成し、モニタ２３に出力し、モニタ２３の表
示面に内視鏡６に形状画像を表示する。

【００５０】なお、システム制御部３４はＣＰＵ等で構
成され、ソースコイル位置検出部３１、形状画像生成部
３２、モニタ信号生成部３３の動作等を制御する。ま
た、このシステム制御部３４には操作パネル３５が接続
され、この操作パネル３５のキーボード部とかスイッチ
等（図示せず）を操作することにより、内視鏡６の形状
検出開始とか、モニタ２３に表示される内視鏡形状の視
野方向を変更して表示させることなどができる。

【００５１】センスコイル２２ｊには、システム制御部
３４により制御されるコイル回転部３６が設けられてお
り、コイル回転部３６によりセンスコイル２２ｊを回転
させながら、センスコイル２２ｊからの信号をセンスコ
イル出力増幅部２７を介して磁界強度検出部３７で検出
し強度分布として内部の記憶領域に記憶する。そして、
信号強度方向確認部３８が、記憶された磁界強度分布を
利用して信号強度、つまり磁界強度が一番強い方向を識
別するようになっており、システム制御部３４は、信号
強度方向確認部３８からの信号に基づいてコイル回転部
３６を制御しセンスコイル２２ｊを磁界強度が一番強い
方向に回転させる。つまり、ソースコイル１６ｉの存在
する方向を信号強度方向確認部３８により求めることが
できる。

【００５２】センスコイル２２ｊは、先に示したように
１軸コイルであって、図７に示すように、コイル回転部
３６によりその中心軸を自在に回転させられるように構
成されている。

【００５３】詳細に説明すると、センスコイル２２ｊ
は、ベース５１と一体に形成されており、このベース５
１は、それ自身が回転することができる支持部５２と回
転軸５３により回転自在に嵌合されている。この支持部
５２の内部には、図７の右下に示したように、傘歯車５
４を用いて回転方向を変換しながら、センスコイル２２
ｊの１軸コイル部５５をＡの矢印に示す方向に回転可能
となるように形成している。また、支持部５２全体は主
軸５６によりＢの矢印に示す方向に回転可能に構成され
ている。この回転は、支持部５２の主軸５６に設けられ
ている歯車５７を用いて行う。また、回転軸５３の駆動
力の伝達は、この主軸５６の内部をリンクでつなぐこと
で行う。

【００５４】なお、主軸５６の回転Ｂと独立して回転軸
５３の回転Ａが制御されるように、主軸５６の回転量に
よる回転軸５３用リンクの回転を減算して、回転量を決
定、制御するようになっている。このとき、回転角度は
エンコーダ（図示せず）で検出されるが、機械式のエン
コーダでは一般に金属が使用されているので、コイル位
置検出の誤差とならないようレーザやＬＥＤを利用し、
光を遮断するためのスリットは、磁気的に透明であるガ
ラス基板にパターンを印刷したものを使用する。当然、
主軸５６の回転も、同様にエンコーダを用いて実際の回
転量を検出する。

【００５５】また、スリットを挟んで対向する光源と受
信用半導体が検出誤差とならないように、極細のファイ
バーを用いて、光を授受するようにしてもよい。

【００５６】また、コイルの回転機構も同様に、磁性体
の金属を使用しないように構成しなければならない。そ
のため、非磁性の金属を用いるか、高分子材料のワイヤ
を用いて検出コイルを金属で構成される回転駆動源（モ
ータなど）から離して設置している。

【００５７】このように構成した内視鏡形状検出装置の
動作を以下に説明する。単純化するために、一つのソー
スコイル、一つのセンスコイルの場合で考える。

【００５８】今未知の位置にソースコイル１６ｉが存在
するとする（ただし、ベット４の上に横たわった患者５
の体内に挿入された内視鏡６の形状を検出するものであ
るので、ベット４にセンスコイル２２ｊを内蔵する場合
には、少なくともセンスコイル２２ｊより鉛直方向上側
にソースコイル１６ｉ（つまり内視鏡６）が存在すると
いう制限条件を、ソースコイル１６ｉの方向を求める場
合に利用することができる）。

【００５９】そのソースコイル１６ｉの存在する方向を
検出するために、システム制御部３４はセンスコイル２
２ｊを信号の受信を行いながらコイル回転部３６により
回転させる。このとき、基準の方向が判別できるよう
に、測定系の角度０方向がセンスコイル２２ｊのエンコ
ーダから出力される（Ｚ相）。また、エンコーダの信号
により、回転方向も確認可能であるが、常に時計方向も
しくは反時計方向と回転させる方向を決めておき、エン
コーダから出力されるパルス数をカウントし、エンコー
ダの角度分解能を乗算することで、何度方向をセンスコ
イル２２ｊが向いているかが確認可能である。

【００６０】このセンスコイル２２ｊの回転に伴い、検
出された信号が、例えば図８に示すように変化したとす
る。すると、少なくとも今、センスコイル２２ｊが回転
した面においては方向Ｃ、角度θもしくはθ＋１８０゜
が最も磁界強度が強い方向となる。このとき、ソースコ
イル１６ｉの軸がセンスコイル２２ｊの回転面に垂直、
水平のどちらかであれば、この最大信号強度が得られた
方向と、ソースコイル１６ｉが存在する方向は一致す
る。

【００６１】しかし、一般にはソースコイル１６ｉとセ
ンスコイル２２ｊの相対角度は、不定であり、ほとんど
の場合、両者の間の角度は０゜もしくは９０゜の倍数と
はならない。

【００６２】そこで、真にソースコイル１６ｉが存在す
る方向を確認するために、今得られた最大信号強度の方
向を中心として、センスコイル２２ｊの回転面を変化さ
せていく必要がある。

【００６３】例えば、回転させた面と垂直で、先に得ら
れた最大信号強度が得られた方向、本実施の形態におい
てはＣ方向を含む面内でセンスコイル２２ｊを回転させ
る。すると、例えば図９のような信号変化が得られたと
する。すると少なくとも最大信号強度が得られた方向の
近辺の方向Ｄにソースコイル１６ｉが存在することにな
る。

【００６４】これを順次繰り返すことで、ソースコイル
１６ｉが存在する方向を求めることができる。そして、
一度、方向が得られると、最大振幅を常に検出できるよ
う追尾させることで、以降は高速にソースコイル１６ｉ
の方向を検出することができる。

【００６５】このようにして、ソースコイル１６ｉの存
在する方向が得られるので、同様の方向検知をセンスコ
イル２２ｊと別のセンスコイル２２ｊ’より実施すれ
ば、図１０に示すように、一つのソースコイル１６ｉに
対して複数の方向線Ｆ，Ｇが得られる。つまり、この方
向線Ｆ，Ｇが交わる部分に、ソースコイル１６ｉが存在
することになる。

【００６６】そして、同様にしてプローブ１５に内蔵さ
れた個別のソースコイル１６ｉの位置を求め、それぞれ
のソースコイル１６ｉ間を補間して、内視鏡の形状を疑
似立体表示する。また、この補間の際に、検出されるソ
ースコイル１６ｉの方向を利用し、コイル位置での内視
鏡の形状の接線方向がソースコイル１６ｉの方向となる
ように、形状を修正して描画してもよい。

【００６７】従って、各々のセンスコイル２２ｊでソー
スコイル１６ｉが存在する方向を求め、最大振幅を常に
検出できるよう追尾させることで、以降は高速にソース
コイル１６ｉの方向を検出すると共に、検出した方向よ
りソースコイルの位置を算出するので、高速にソースコ
イルの位置がわかるので、リアルタイムで内視鏡６の形
状をモニタ２３に表示することができ、内視鏡の挿入操
作性を向上させることができる。

【００６８】なお、得られた信号強度分布の対称性から
方向を求めてもよい。つまり、コイルの回転面が、実際
のコイルが存在する方向線およびセンスコイルを含む面
と、水平もしくは垂直の関係になるのであれば、信号強
度分布は軸対称となる。強度分布が軸対称の場合の一例
を図１１に示す。この場合には、図の矢印の方向がソー
スコイル１６ｉの存在する方向を示す。

【００６９】そして、このようにソースコイル１６ｉの
方向を検出するために検出した磁界強度分布が軸対称で
得られた場合には、ソースコイル１６ｉの方向は、セン
スコイル２２ｊの回転面に垂直な、方向線を含む面内に
あるので、複数のセンスコイル２２ｊに関して得られ
た、複数の軸対称の磁界強度分布面から、すべてを満足
するソースコイル１６ｉの角度が得られる。

【００７０】なお、ここまでの説明では、１つの中心軸
を持つコイルを回転させたが、より高速にコイルの存在
する方向を検出できるように、中心軸がありそれぞれ直
交するコイルを回転させるようにしてもよい。この場合
には、空間を表現する３軸の内、コイルが設けられてい
ない軸を含む、他の２軸から４５度をなす面で回転させ
ることが、効率がよい。

【００７１】また、回転させるセンスコイルは、３軸直
交コイルを用いてもよい。回転させることで、検出され
る磁界強度分布が軸対称となれば、センスコイルからど
の方向にソースコイルが存在するか確認することができ
る。

【００７２】なお、内視鏡形状検出装置を図２のように
構成するとしたが、図１２に示すように構成しても良
い。すなわち、信号強度方向確認部３８により得られた
センスコイル２２ｊから信号によりソースコイル１６ｉ
の方向を求め、少なくとも異なる２つのセンスコイル２
２ｊから信号強度方向検出部３８で得られた複数の方向
線の交点にソースコイル１６ｉが存在すると推定する位
置推定部６１を備えて構成しても良い。

【００７３】この場合、コイル回転部３６によりセンス
コイル２２ｊを回転させて磁界強度検出部３７で、セン
スコイル２２ｊの回転に伴う磁界強度の変化を検出す
る。得られた磁界強度分布から信号強度方向確認部３８
により、ソースコイル１６ｉの存在する方向を求める。
このセンスコイル１６ｉが存在する方向を、同一のソー
スコイル１６ｉについて、複数のセンスコイル２２ｊに
関して求める。そして、位置推定部６１で得られた方向
線が交わる部分を求める。また、形状画像生成部３２
で、このようにして得られた個々のコイルの位置を補間
して、疑似立体表示することができ、得られた内視鏡画
像をモニタ２３に表示する。

【００７４】また、内視鏡形状検出装置を図２のように
構成するとしたが、図１３に示すように構成しても良
い。すなわち、信号強度方向確認部３８により得られた
センスコイル２２ｊから信号によりソースコイル１６ｉ
の方向を求め、少なくとも異なる２つのセンスコイル２
２ｊから信号強度方向検出部３８で得られた複数の方向
線の交点にソースコイル１６ｉが存在すると推定する位
置推定部６１と、位置推定部６１で推定された位置を用
いてコイルの相対角度を推定する角度推定部６２とを備
えて構成しても良い。

【００７５】この場合、コイル回転部３６によりセンス
コイル２２ｊを回転させて磁界強度検出部３７で、セン
スコイル２２ｊの回転に伴う磁界強度の変化を検出す
る。得られた磁界強度分布から信号強度方向確認部３８
により、ソースコイル１６ｉの存在する方向を求める。
このセンスコイル１６ｉが存在する方向を、同一のソー
スコイル１６ｉについて、複数のセンスコイル２２ｊに
関して求める。そして、位置推定部６１で得られた方向
線が交わる部分、すなわちソースコイル１６ｉの位置を
求める。

【００７６】次に、このようにして得られた個々のソー
スコイルの位置を、ソースコイル、センスコイル間の出
力の関係式に代入する。すると、実際に測定された信号
の強度を満足する、ソースコイル、センスコイルの相対
角度はどの程度かが確認できる。つまり、コイル位置で
のコイル角度を利用して、コイル間の補間に利用し、疑
似立体表示することができる。

【００７７】なお、内視鏡形状検出装置１３ではセンス
コイル出力増幅部２７の出力を相互インダクタンス検出
部２６によりソースコイルの位置を検出するとしたが、
図１４に示すように、センスコイル出力増幅部２７の出
力をＡＤＣ（アナログ・デジタル・コンバータ）６１で
デジタル化し、メモリ６２を備えたＤＳＰ（デジタル・
シグナル・プロセッサ）６３により演算によりソースコ
イルの方向及び位置を算出し、デュアルポートメモリ６
４を介してＣＰＵ６５、メインメモリ６６、ビデオＲＡ
Ｍ６７からなる画像処理部で形状画像を生成しモニタ信
号生成部３３を介してモニタ２３に画像を表示させるよ
うにしてもよく、この場合、ソースコイル駆動部２４は
画像処理部のＰＩＯ（パラレルＩＯ）６８により駆動制
御される。

【００７８】そして、複数の周波数で同時駆動もしく
は、コイルを切り替えながら駆動する場合、既によく知
られている同期検波回路により必要な周波数成分のみ検
出し、得られた直流信号を、Ａ／Ｄ変換して、信号の振
幅と位相情報を取り出すようにしてもよい。

【００７９】検出された信号を増幅しＡ／Ｄ変換する場
合は、よく知られているＦＦＴを用いて、各周波数ごと
の振幅、基準交流からの位相差を求めることができる。

【００８０】ＦＥＴを用いて複数の異なる周波数で駆動
されるソースコイルの出力を周波数毎、つまりソースコ
イル毎に分離する場合にはアナログ式の同期検波と異な
り、駆動信号の情報を参照信号として利用する必要がな
い。

【００８１】そのため、例えば内視鏡に挿入するプロー
ブにソースコイルを設置する場合には、形状検出装置と
の間に信号線を接続する必要がなく、内視鏡挿入の操作
性を妨げることがない。

【００８２】また、現在では、スペクトル拡散と呼ばれ
る信号の送受方式も開発されているので、それぞれのコ
イルに割り当てた個別の拡散符号で拡散し、すべてのコ
イルを同時に駆動してもよい。受信された信号を、それ
ぞれのコイルで使用した拡散符号で逆拡散することで、
選択的に信号が受信でき、強度も確認できる。

【００８３】ところで、駆動回路が一定電圧振幅でコイ
ルを駆動できるようにフィードバックを行っているが、
完全に同一の電圧で、コイルを駆動したとしても、コイ
ルは作り込みのばらつき（コア材の磁気特性のばらつ
き、巻きのばらつきによる浮遊容量のばらつきなど）に
よるインピーダンスのばらつきが存在するので、流れる
電流が異なり、結果として発生する磁界強度にばらつき
が生じてしまう。

【００８４】このコイルの特性のばらつきは、当然磁界
強度検出側のコイルの特性のばらつきも生じさせる。そ
のため、コイルの特性のばらつきの補正を行うことが、
考えられている。

【００８５】しかしながら、内視鏡は、その機械的な構
造として、金属を用いており、この金属の影響、人体の
誘電率のばらつきで、同じ出力で磁界を発生させていて
も、体外で検出できる磁界強度が異なってしまう場合が
ある。これは、体外から磁界を加えて、体内に設置した
コイルで検出する場合でも同様である。このように検出
できる磁界強度が変化してしまうと、この値をもとにソ
ースコイル、センスコイルの相対位置を求める場合に位
置の誤差を生じてしまう。そこで、コイルからの信号を
補正して、正しい位置が計算できるようにする必要があ
る。

【００８６】そのため、例えば別手法で位置を検出し、
その情報をもとに補正をする必要がある。そこで、患者
への被爆を最小限に抑制することも考慮し、短時間Ｘ線
を照射して得られた、内視鏡の形状を利用して、この両
者が一致するように、検出される磁界強度、ひいては内
視鏡の形状を補正する手段を設けることができる。

【００８７】これは、内視鏡に形状検出用のプローブ１
５を挿入して、形状を検出する場合には、あらかじめ、
プローブを内視鏡の鉗子チャンネルに挿入し、患者に挿
入する前の状態で、一度ばらつきの補正を行ってもよ
い。

【００８８】このように実際に患者に挿入する前に、検
出ユニット・コイルのばらつきの補正をすることで、生
体内に挿入された内視鏡の形状が正しく検出される。

【００８９】なお、このように、内視鏡の挿入前に、形
状検出ユニットの補正をする場合には、生体内に挿入さ
れてから、再び、短時間のＸ線照射で得られた形状と比
較して補正するようにしてもよい。

【００９０】図１５に示すように、Ｘ線照射を照射する
Ｘ線装置７１は、伝送路７２を介して内視鏡形状検出装
置３に接続され、Ｘ線を照射するＸ線照射部７３と、Ｘ
線画像を取り込むＸ線画像取込部７４と、Ｘ線の照射角
度を検出する照射角度検出部７５とを備え、Ｘ線装置制
御部７６により制御されると共に、Ｘ線装置制御部７６
によりＸ線画像を通信部７７から伝送路７２を介して内
視鏡形状検出装置３の通信部７８よりシステム制御部３
４に伝送されるようになっている。

【００９１】内視鏡形状検出装置３には、システム制御
部３４の中に、読み込んだ画像を２値化する画像処理部
３４ａ、得られた２値画像からコントラストの高い領域
を抽出するハイコントラスト抽出部３４ｂ、抽出したハ
イコントラスト領域からコイルに相当する領域を抽出す
るコイル探索部３４ｃ、探索したコイルの領域の重心位
置を求める重心算出部３４ｄを内蔵している。これは、
ソフトウェアとして実現しても、ハードウェアとして実
現してもよい。

【００９２】図１６に示すように、内視鏡の内部に設け
られたコイルの位置が検出され（図１６に示す例におい
ては６個のコイルが×印のところに存在する）、それぞ
れの位置の座標が（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）（ｎは０から５
とする）で表されるとする。Ｘ線の画像は、２次元の平
面でしかないので、図１６の上に示すものが、真上から
得られた画像に対応するものとする。

【００９３】図１６の例では、Ｙ方向はＸ線画像の方が
１１０％大きくなっている。つまり、磁気を用いて位置
を検出している装置では何らかのばらつきが原因で、検
出される画像全体が本来の長さより短く表現される。

【００９４】そこで、磁気を用いて検出された位置のう
ちＹ座標に対しては、１０％増やした値を使うことで真
の値が得られる。

【００９５】このとき、よく知られているように、Ｘ線
画像を、固体撮像素子で撮影して、得られた画像から自
動的に含まれているばらつきを補正するようにしてもよ
い。この場合の補正手法を図１７のフローに示す。

【００９６】図１７において、ステップＳ１で、Ｘ線の
透視においてコイルは、Ｘ線を遮断するので、白く抜き
出た画像として表現される。そこで、ステップＳ２で、
画像処理により白くハイコントラストで、例えばコアの
寸法である長さが約１０mm、幅が３mmで表される画像を
抜き出す。

【００９７】そして、ステップＳ３で抜き出されたハイ
コントラストのエリアの重心を画像処理によって求め
る。すると、コイル位置に相当するＸ，Ｙの座標が求め
られる。

【００９８】これを、ステップＳ４で、磁気式の位置検
出装置から出力される各Ｘ，Ｙ，Ｚ座標のうちのＸ，Ｙ
座標と比較する（この例では１０％の誤差が生じている
ことが求められる）。そしてステップＳ５で補正係数を
求め、この場合は補正係数を１０％とする。同様に、例
に示すＹ，Ｚ方向の画像によりＺ方向の補正係数を求め
る。この例では、Ｚ方向も１０％の補正係数を必要とす
る。

【００９９】このように完全にＸ，Ｙ，Ｚ方向の係数が
得られるようにＸ線画像を撮影することができればよい
が、一般には直上とそこからある角度φ回転させただけ
の画像しか得られない場合が多い。

【０１００】磁界を用いて得られる内視鏡の形状は、Ｘ
線の画像と異なり、３次元の位置情報であるので、ばら
つき確認を、異なる２方向からのＸ線画像をもとに行う
ようにしてよい。この場合には、ステップＳ６の長さの
補正の条件を変更して実行することで、補正係数を得る
ことができる。

【０１０１】この場合には、ステップＳ６で３角法によ
り回転させた角度をφとして、ずれとして得られる座標
の値をｌとすると真の高さはｌ／ｔａｎφで得られる。
この値をもとに計算を行えばよい。

【０１０２】すなわち、図１８に示すように、座標系の
原点はフィルム面中心であり、その真上にＸ線源が存在
するとする。Ｘ，Ｙ平面、つまり検査台の真上より撮影
した画像より、各コイルのＸ，Ｙ座標の真値は求められ
る。

【０１０３】このときＸ線源は点源であるが、線源と感
光面の距離に比較して、内視鏡と感光面の距離は小さい
ので、線源からのＸ線はすべて並行線とみなす。

【０１０４】ただし、３角関数を用いて簡単に変換が可
能であるので、点線源として計算を行うようにしてもよ
い。

【０１０５】次に、Ｘ線の照射方向を鉛直方向から傾け
て撮影を行う。すると、図１８に示すような関係が描け
る。ＹｎはＸ，Ｙ平面に対して、真上から撮影した画像
を用いることで、真の値が既に得られているので、既知
である。

【０１０６】φも照射方向の傾きということで、既知で
ある。そこで傾けて撮影した画像により、得られるコイ
ル座標Ｘｎｋ，Ｙｎｋ（ｋは傾いた系で測定したことを
示す添字）よりＸｎ（Ｘ線画像検出値）＝ＸｎｋＹｎ（Ｘ線画像検出値）＝Ｙｎｋとなる。

【０１０７】これよりＸ線画像をもとにして得られる高
さＺｎはＺｎ＝Ｙｎ（Ｘ線画像検出値）−Ｙｎ＝Ｙｎｋ−Ｙｎとなる。

【０１０８】そして更に、角度で補正すると、Ｚｎ（Ｘ線画像検出値）＝Ｚｎ／ｔａｎφ となり、真の値を得ることができる。

【０１０９】なお、Ｘ線画像の取り込みや得られたＸ線
からコイルの位置を求める機能は、Ｘ線装置に内蔵して
もよい。その場合は、内視鏡形状検出装置に得られたコ
イル位置を伝送路を用いて転送し、補正係数などは内視
鏡形状検出装置で計算を行う。

【０１１０】なお、Ｘ線装置から内視鏡形状検出装置に
送るのは、得られたＸ線画像そのものを送信するように
してもよい。

【０１１１】この場合、送信する画像は一般によく知ら
れている、ＰＩＣＴ，ＴＩＦＦ，ＲＧＢなどのフォーマ
ットを用いればよい。内視鏡形状検出装置では、送信さ
れた画像を２値化し、ハイコントラスト画像の抜き出
し、コイル位置の同定、コイルの重心座標の導出、補正
係数の導出を行う。

【０１１２】また、Ｘ線画像を、ビデオカメラで撮影
し、その画像を内視鏡形状処理装置で取り込んだり、ス
キャナを用いて取り込んだりしてもよい。

【０１１３】また、ばらつき補正が施された状態で形状
が正しくない場合には、磁気発生用・検出用のコイルが
故障している可能性もある。そこで不良のコイル部分を
選択して、該当するコイルなしで全体形状を描出するよ
うな補正を手動で行うようにしてもよい。

【０１１４】また、実際に使用している際に、コイルが
故障したり配線が故障することも考えられる。そこで、
図１９に示すように、ソースコイル、センスコイルとも
に断線診断機能を付加した回路に接続できるようにして
もよい。

【０１１５】これは、センスコイル２２ｊでは、定電流
を流す定電流源８１（直流）と、交流の一定振幅信号を
与える定振幅交流源８４と、定電流源８１と定振幅交流
源８４を切り換えてセンスコイル２２ｊに印加する切り
換え部８５と、コイルの両端の電圧を監視する電圧検出
部８２によって達成される。正常な場合の電圧に対し
て、一定値以上高い電圧（断線）か、一定値以下の電圧
（短絡）かどうかを電圧比較回路によって判定できるよ
うにすればよい。より具体的には、よく知られているウ
ィンドコンパレータによって実現することができる。

【０１１６】この場合、単に直流電圧のみを印加しても
コイルのインダクタンスが低いときには検出できないの
で、交流信号を印加して発生する電圧を関しできるよう
にしている。

【０１１７】また、ソースコイル１６ｉでは、装置が稼
働状態にある場合には、常に磁界発生用発振部から電流
が供給されている。そのため、定電流源を新たに接続し
なくても、電圧検出部８３だけで断線・短絡は確認でき
る。

【０１１８】稼働状態では、交流信号で駆動されている
ので、電圧検出部８３では電圧信号を平滑化し、その平
均値をコイル両端の電圧とすればよい。

【０１１９】このように、磁界を用いてＸ線のような被
爆の影響の大きい装置を用いることなく内視鏡の挿入を
行うことが可能となる。

【０１２０】しかし、磁気を用いて生体内の内視鏡の形
状を検出するという機能を発揮するために、磁気的に生
体が透明に見えるような周波数（約１０kHz)で磁界を発
生させる必要がある。そのため、Ｘ線で得られるような
生体組織、消化管の情報を得ることができない。そこ
で、内視鏡の形状を磁気にて検出する装置で得られる内
視鏡の形状の情報のみでは挿入が困難な場合には、短時
間Ｘ線による透視を行うようにしてもよい。

【０１２１】そのために、内視鏡形状検査装置より、Ｘ
線装置に対して、透視のためのＸ線照射を指令する信号
を伝送できるようにしてもよい。

【０１２２】これは、図２０に示すように、内視鏡形状
検出装置３とＸ線装置７１の間を通信、もしくは制御用
の信号線で接続し、術者の操作で信号が送られるような
制御信号発生部９１により達成することができる。

【０１２３】また、図２１に示すように、このように術
者の操作ごとに信号を送るのでなく、一定の間隔でＸ線
照射を行わせるような動作モードが設定できるようにし
てもよく、一定間隔を任意に設定し設定された時間が経
過したら制御信号発生部９１に対してＸ線照射を指示す
る信号を発生する一定間隔識別部９２により達成するこ
とができる。

【０１２４】さらに、上記のように、時間、術者の操作
ではなく、内視鏡の挿入の速度によりＸ線の照射を指示
するようにしてもよい。これは、図２２に示すように、
システム制御部２４があらかじめしきい値となる移動量
を設定し、移動量検知部９３で内視鏡の移動量、つまり
内蔵するコイルの移動量が設定値以下かどうかを判定す
ることで、一定時間内の移動量が設定値以下であること
を入力として、制御信号発生部９１に対してＸ線装置に
照射を指示することで達成される。

【０１２５】ところで、内視鏡検査においては、内視鏡
を使用するための光源装置や、固体撮像素子を駆動し
て、映像信号を形成するビデオ信号処理装置など、様々
な装置が周囲に設置されており、術者の操作の妨げとな
ってしまうことも考えられる。そのような状況の場合、
更に追加の装置を設置するには、スペースの確保が困難
であった。

【０１２６】そこで、ベット４の支柱内部に内視鏡形状
検出装置の機能を内蔵することで上記欠点を克服でき
る。すなわち、図２３に示すように、ベット４は、大き
く分けて天板１０１、支柱１０２、支え板１０３の部分
から構成され、支柱１０２内に内視鏡形状検出装置３を
設置している。

【０１２７】図には記載していないが、天板１０１の上
面には、内視鏡検査の際、弾性のあるクッションが載せ
られる。このクッション表面材は、薬品による消毒が可
能な生地、例えばポリウレタンなどで、覆われている。
これは、着脱可能に設けられており、必要であれば、こ
のクッションのみを消毒、滅菌することもできる。

【０１２８】また、クッションだけでなく、滅菌布など
でベット４を覆って検査を行うような場合もあるので、
クッションと天板を固定して分離できないように作成す
ることもできる。

【０１２９】図２３の場合、磁界検出または磁界発生の
ためのコイルのみをベット４に内蔵しその他の内視鏡形
状検出装置の回路などを別体（仮に本体と呼ぶ）に構成
した場合と比較すると、本体とベット４、本体と内視鏡
形状検出用プローブもしくは専用内視鏡との間の接続ケ
ーブルが不要となり、装置使用に際して、多くのコネク
タを用いて結線する等の内視鏡検査の準備を行う作業が
軽減される。

【０１３０】また、ベット４に内蔵する機能は、本体の
機能全体ではなく、適宜選択して内蔵させられることは
いうまでもない。

【０１３１】また更に、内視鏡検査の際に必要となる光
源装置、ビデオ信号処理装置、また高周波処置装置の機
能をこの内視鏡ベット４に内蔵させてもよい。それぞれ
を、ユニットとして、構成して必要なユニットのみを選
択して組み込めるようにしてもよい。

【０１３２】この場合、各装置・ユニットの間の信号
は、同じ形式のコネクタをすべての機器、ユニットが備
えることで、単にコネクタに結合するだけで、授受可能
とするようにしてもよい。

【０１３３】このように、ベット４に本体の機能を内蔵
した、内視鏡形状検出装置の変形例を図２４に示す。こ
の図においては、内蔵されている本体の部分は見えてい
ない。

【０１３４】図２４（ａ）の例では、内視鏡ベット４
に、操作パネル１１０が設けられている。操作パネル１
１０の拡大図の例を図２４（ｂ）、（ｃ）に示す。

【０１３５】図２４（ｂ）、（ｃ）に示すように、トラ
ックボール１１１（あるいはタッチセンサ、ジョイステ
ィック）等の入力手段をこの操作パネル１１０に設置し
操作することで、描出される内視鏡形状画像の回転や、
必要な部分間の距離測定のためのポイント設定を行わせ
る。

【０１３６】操作パネル１１０には、図２４（ｂ）、
（ｂ）に示すように、描画されている形状の回転、拡
大、縮小などを行うための、操作キー１１２が設けられ
ている。また、回転の角度や、拡大・縮小の比率を入力
するためのテンキーを設けることも可能である。

【０１３７】また、操作パネル１１０に小ＣＲＴや液晶
を組み込んで、この表示部１１３に内視鏡形状を表示す
るようにしてもよい。

【０１３８】なお、操作パネルは消毒・清掃が簡単に行
えるように、表面をほぼ平らにして、かつ防水構造とし
ている。

【０１３９】また、この操作パネルにマイクを設け、既
知の音声認識機能を形状検出装置内に設けることで、画
像の回転、拡大、縮小を音声によって操作できるように
してもよい。

【０１４０】なお、図２４においては、ベット４より飛
び出した形で描いているが、スライダーを利用して、内
視鏡形状検出機能を利用しない場合には、天板下部に格
納できるようにしてもよい。スライダーでなく、回転で
きるアームを用いて、非使用時に天板下部に格納してお
くことができる。

【０１４１】また、コネクタを用いて、操作パネル部を
ベット４に接続できるようにして、使用するときのみ操
作パネルをベット４に接続するようにしてもよい。

【０１４２】この場合には、操作パネルが接続されてい
るかどうかを検知して、接続されていない場合には、形
状検出装置の回路に、電源が供給されないようにするこ
とも可能である。検出のための回路としては、ベット４
側のコネクタの２ピン間に低電圧の定電流源を接続して
おき、操作パネルの対応するピン間に規定のインピーダ
ンス素子を接続しておく。このときに消費する電力は、
非常に微少であり、機器の主電源は動作していない。

【０１４３】このように構成しておけば、操作パネルが
接続されたときに、ピン間が短絡や解放でない中間の状
態であることを、操作パネルの接続の識別に利用できる
ので、誤って操作パネルが接続されていると認識するこ
とがない。

【０１４４】内視鏡挿入を行っている場合には、術者の
手が塞がっていることもあるので、離れたところから介
添えの術者が操作できる、リモコン式操作パネルが有効
である。

【０１４５】この操作パネルは、リモコン式として、有
線・無線でベット４に内蔵された内視鏡形状検出装置と
必要な信号の授受を行うようにしてもよい。この例で
は、内視鏡形状検出のために使用している周波数が１０
kHz 近辺であるので、無線式で電波を利用する場合には
検出誤差とならないよう、実際に使用している周波数の
高調波以外の周波数で信号の授受を行う。

【０１４６】内視鏡検査を受ける患者の中にはペースメ
ーカを使用している患者もいることを考え、また病院に
設置されている他の装置が誤動作しないように、例えば
特定小電力として規定されている４３０MHz 帯で、規定
以下の空中線電力を用いて信号の授受を行う。この周波
数の特定小電力の装置として、テレメトリがあるので、
同じ周波数帯を使う場合には、誤動作・混信がないよう
に送受信に使うチャンネルを設定できるようにしてもよ
い。

【０１４７】また、高周波電気治療機器に、利用が許さ
れているＩＳＭ帯の周波数で信号の授受を行うようにし
てもよい。このときは、高周波電気治療装置の影響を受
けないよう、必要な変調、例えばＰＣＭなどを行って、
信号の授受を行えばよい。

【０１４８】また、これら無線信号を利用する他の装置
との干渉を避けることを考慮して、赤外線を利用して信
号の授受が行われるようにしてもよい。この場合には、
パソコンやＴＶなどで赤外線を利用している場合がある
ので、これら他の装置が使用していない変調方式や伝送
コードを用いて、信号の授受を行う。

【０１４９】また、内視鏡挿入の際、挿入した内視鏡の
形状を詳細に確認するために、画像を静止させたい場合
が考えられる。そこで、画像の静止、画像更新の開始を
行うためのフットスイッチを接続可能としてもよい。

【０１５０】このフットスイッチは、ベット４に直接接
続するようにしても、操作パネル部に接続できるように
してもよい。

【０１５１】また、図２５に示すように、内視鏡形状が
検出されて、その形状を表示する場合、別体にモニタ１
２１を設けてもよいが、ベット４より支持アームを出
し、そのアームにモニターを固定するようにしてもよ
い。またこのモニタ１２１は、通常のＣＲＴを用いたも
のでも、液晶やプラズマディスプレイを用いたものを利
用してもよい。

【０１５２】内視鏡検査においては、内視鏡の画像を表
示するモニタがすでに存在している。そこで、この内視
鏡形状検出装置の出力する画像も、同じモニタに入力
し、例えばフットスイッチの操作で表示する画像を入れ
替えられるようにしてもよい。

【０１５３】なお、ＣＲＴなど一般に複数の術者が、同
一の表示画面を見られるような装置に、画像を送るだけ
でなく、バーチャルリアリティ用に開発された、ゴーグ
ル状のＨＭＤ（ＨｅａｄＭｏｕｎｔＤｉｓｐｌａ
ｙ），ＦＭＤ（ＦａｃｅＭｏｕｎｔＤｉｓｐｌａ
ｙ）に画像を送るようにしてもよい。

【０１５４】このとき、患者の体で内視鏡が挿入されて
いる部分を視野にとらえたときのみ、画像の患者の体と
重ね合わせて術者が見られるよう、ＨＭＤ，ＦＭＤの位
置、傾きを検出する必要がある。これには、上記の内視
鏡形状検出装置のコイル検出方法で、詳細に記述してい
るように、ＨＭＤ，ＦＭＤに固定した１つの中心軸を持
つコイルの、その位置、傾きを検出し、それに併せて、
表示させる画像を変形させる。

【０１５５】ところで、このベット４には、形状検出用
プローブもしくは形状検出用専用内視鏡と接続される図
示しないコネクタが、設けられている。

【０１５６】また、その材質は、磁気的に透明な樹脂
や、木材を使用しているが、非磁性の金属（ＳＵＳ３０
４、アルミニウムなど）を用いて、構造材を作成するこ
とで、寸法精度、強度の向上を実現することができる。

【０１５７】この場合、制作したベット４に、磁界を発
生もしくは検出するためのコイルをあとから追加する必
要がある。

【０１５８】正確に、内視鏡の位置を検出できるように
するためには、内蔵するコイルを正確に同じ位置に合わ
せるなど、組み込みが困難であった。

【０１５９】そこで、正確なコイルの位置決めが可能な
内視鏡形状検出用のベット４を実現するために、図２６
に示すように、内視鏡ベット４に、導体を張り付けた基
板を積層させこれを張り合わせながら配線することで、
アンテナコイル１３０を一体に成形する。

【０１６０】内視鏡ベット４の患者が載る部分に必要な
コイルのパターンを作成した、基板を必要な形状で構成
し、張り合わせて制作する。

【０１６１】基本的な構造を図２７に示す。スルーホー
ルを有し、表面に銅箔によりコイルパターンを作成した
基板１３１と、これと組み合わされてコイルを形成する
別のパターンをもつ基板１３２を順次積層していく。こ
れを必要な枚数積み重ねることで、アンテナコイル１３
０をベット４と一体に成形していく。

【０１６２】基板Ａは図示するように、この字のパター
ンをもち、基板Ｂは直線状の銅箔パターンをもつ。これ
を、順次積み重ねるが、ベット４の上部面全体を一度に
成形作成することも可能である。これにより、例えば図
示するような大きな面積の複数のコイルも簡単に制作す
ることができる。このような構造をとることで、巻き線
を使用せず、安定した特性のコイルが、機械的にも同一
に形成できる。

【０１６３】このようにして、安定した特性のコイルを
作成することができるが、より同一の特性を実現するた
めに、作成されたコイルの端部に、特性調整用のコンデ
ンサ、抵抗などの素子を接続して補正することが可能で
ある。

【０１６４】なお、この補正は積層に形成したコイルだ
けでなく、通常の巻き線式のコイルの補正に使えること
もいうまでもない。

【０１６５】このように、方形のアンテナコイル１３０
をＸ，Ｙ２方向に並べて順次駆動し、１軸のコイルで検
出した信号強度よりコイルの位置を推定する方式があ
る。

【０１６６】しかしながら、この方式では、コイル位置
の推定を行うためには、磁界強度の分布が、実際のコイ
ル位置を推定する領域より、充分大きな領域で測定でき
ることが必要であり、通常の内視鏡の検査で使用されい
てる、ベット４を改造する程度では、実用上必要な検出
領域を確保できなかった。

【０１６７】また、先に記述したバーチャルリアリティ
（人工現実感）などを利用できるようにするには、内視
鏡の存在するベット４上部の位置だけでなく、その周囲
の空間にある表示用のゴーグル、つまり術者の位置、術
者の視線方向を検出する必要がある。

【０１６８】そこで、位置検出に用いるコイルを内視鏡
室の床面や壁面、天井に埋設してもよい。

【０１６９】ここで埋設するコイルは先の積層した方形
のアンテナコイル１３０でも、多軸で同一の位置に存在
するとみなせるコイルでもよく、また磁界発生用でも、
磁界検出用でもよい。

【０１７０】このように内視鏡検査を行う部屋全体を、
位置検出領域として使用できるので、内視鏡以外の処置
装置の位置、方向決めにも利用できる。

【０１７１】このとき、必要に応じて、内視鏡検査に使
用する装置の操作パネル、例えば光源装置の操作パネル
を仮想的に表示し、その仮想空間で設定を変更できるよ
うにしてもよい。

【０１７２】そのため、光源装置や、高周波処置装置を
内視鏡形状検出装置と通信線で接続し、設定変更の制御
信号を送信する機能を内蔵する。

【０１７３】また、先に述べたように、すべてを一体に
内視鏡ベット４に内蔵すれば、専用の内部バスで高速
に、設定変更できるようにも構成できる。

【０１７４】設定を仮想空間で行えるようにするには、
先に述べた操作パネルを、表示するようにすればよい。

【０１７５】この際操作を行う術者の指先には、位置を
検出するための、コイルが設けられており、指先で、仮
想の操作パネルを操作することで、光源装置のパネルを
表示させたりするようにすればよい。

【０１７６】また検出対象はこの領域内にあるコイルを
備えたものすべてであり、例えば体内に挿入されたマイ
クロマシンの位置、マイクロマシンに備えたマニピュレ
ータの操作アームの位置方向も確認することができる。

【０１７７】特に、マイクロマシンのような小型化する
ことが必要な場合には、コイルが最も単純である１つの
中心軸を持つコイルを使用することで、マシン全体を大
型化することなく、構成することができる。

【０１７８】また、より小型化をするために、巻き線構
造でコイルをつくるのではなく、コア材表面に張り付け
た銅箔をレーザートリムにて巻き線構造化して作成して
もよい。

【０１７９】この巻き線化した部分の上に、絶縁層とし
て、ポリシリコンなどの膜を形成し、更に銅箔による巻
き線構造を作成し、多層のコイルとしてもよい。

【０１８０】［付記］（付記項１）内視鏡挿入部内に配置され、体腔内にお
ける前記内視鏡挿入部の形状を推定するための少なくと
も１つの中心軸を持つ複数の磁界発生素子と、体腔外の
既知の位置に配置され、少なくとも１つの中心軸を持つ
前記磁界発生コイルが発生する前記発生磁界を検出する
複数の検出素子と、前記検出素子より検出された検出信
号から体腔内における前記内視鏡挿入部内の前記磁界発
生素子の位置を推定する推定手段とを備えた内視鏡形状
検出装置において、前記検出素子の前記中心軸を回転さ
せる回転手段と、前記回転手段により回転された前記検
出素子により検出された前記発生磁界の磁界強度を検出
する磁界強度検出手段と、前記磁界強度検出手段により
検出された前記磁界強度に基づいて前記回転手段を制御
する回転制御手段とを備えたことを特徴とする内視鏡形
状検出装置。

【０１８１】（付記項２）内視鏡挿入部内に配置さ
れ、体腔内における前記内視鏡挿入部の形状を推定する
ための少なくとも１つの中心軸を持つ複数の磁界発生素
子と、体腔外の既知の位置に配置され、少なくとも１つ
の中心軸を持つ前記磁界発生コイルが発生する前記発生
磁界を検出する複数の検出素子と、前記検出素子より検
出された検出信号から体腔内における前記内視鏡挿入部
内の前記磁界発生素子の位置を推定する推定手段とを備
えた内視鏡形状検出装置において、前記推定手段は、前
記磁界発生素子が配置された前記内視鏡挿入部のＸ線画
像より対応する前記磁界発生素子の位置座標を求め、前
記検出素子より検出された検出信号から得られた前記磁
界発生素子の推定位置座標と前記位置座標とを比較する
ことで、前記体腔内における前記内視鏡挿入部内の前記
磁界発生素子の前記位置を推定することを特徴とする内
視鏡形状検出装置。

【０１８２】（付記項３）前記推定手段は、比較によ
り算出された前記推定位置座標と前記位置座標との差に
基づく補正係数により、前記推定位置座標の補正し前記
磁界発生素子の前記位置を推定することを特徴とする付
記項２に記載の内視鏡形状検出装置。

【０１８３】（付記項４）内視鏡挿入部内に配置さ
れ、体腔内における前記内視鏡挿入部の形状を推定する
ための少なくとも１つの中心軸を持つ複数の磁界発生素
子と、体腔外の検査台の既知の位置に配置され、少なく
とも１つの中心軸を持つ前記磁界発生コイルが発生する
前記発生磁界を検出する複数の検出素子と、前記検出素
子より検出された検出信号から体腔内における前記内視
鏡挿入部内の前記磁界発生素子の位置を推定する推定手
段とを備えた内視鏡形状検出装置において、前記検出素
子を前記検査台と一体に形成したことを特徴とする内視
鏡形状検出装置。

【０１８４】（付記項５）前記推定手段の少なくとも
１部を前記検査台内に配置したことを特徴とする付記項
４に記載の内視鏡形状検出装置。

【０１８５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内視鏡形状
検出装置によれば、磁界強度検出手段で回転手段により
回転された検出素子により検出された発生磁界の磁界強
度を検出し、回転制御手段で磁界強度検出手段により検
出された磁界強度に基づいて前記回転手段を制御し、検
出素子の発生磁界の検出面を磁界発生素子の方向に追従
させるので、ソースコイルの位置及び角度を確実に迅速
に検出し、内視鏡の動きに実時間で追従した内視鏡形状
を検出することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る内視鏡システムの
構成を示す構成図

【図２】図１の内視鏡形状検出装置の構成を示すブロッ
ク図

【図３】図１のソースコイルに接続される銅線を説明す
る説明図

【図４】図１のソースコイルの構成を示す断面図

【図５】図１のソースコイルの電極を示す外観図

【図６】図１の内視鏡形状検出装置のプローブ内部の構
成を示す断面図

【図７】図１のセンスコイルの構成を示す構成図

【図８】図７のセンスコイルの回転により検出される磁
界を説明する第１の説明図

【図９】図７のセンスコイルの回転により検出される磁
界を説明する第２の説明図

【図１０】図７のセンスコイルを複数用いたソースコイ
ルの算出を説明する説明図

【図１１】図７のセンスコイルによる信号強度分布の対
称性を説明する説明図

【図１２】図２の内視鏡形状検出装置の第１の変形例の
構成を示すブロック図

【図１３】図２の内視鏡形状検出装置の第２の変形例の
構成を示すブロック図

【図１４】図２の内視鏡形状検出装置の第３の変形例の
構成を示すブロック図

【図１５】Ｘ線装置に接続される内視鏡形状検出装置の
構成を示す構成図

【図１６】内視鏡形状検出装置及びＸ線装置で検出され
るプローブを説明する説明図

【図１７】Ｘ線装置によるＸ線画像によりソースコイル
の位置の検出を補正する方法を示すフローチャート

【図１８】Ｘ線装置のＸ線源とソースコイルの関係を示
す説明図

【図１９】断線診断機能を備えた内視鏡形状検出装置の
構成を示す構成図

【図２０】Ｘ線装置に接続される内視鏡形状検出装置の
第１の変形例の構成を示す構成図

【図２１】Ｘ線装置に接続される内視鏡形状検出装置の
第２の変形例の構成を示す構成図

【図２２】Ｘ線装置に接続される内視鏡形状検出装置の
第３の変形例の構成を示す構成図

【図２３】内視鏡形状検出装置を内蔵した内視鏡ヘッド
の外観を示す外観図

【図２４】内視鏡形状検出装置を内蔵した内視鏡ヘッド
の変形例の外観を示す外観図

【図２５】別体のモニタが接続された内視鏡形状検出装
置を内蔵した内視鏡ヘッドの外観を示す外観図

【図２６】アンテナコイルを一体に成形した内視鏡形状
検出装置を内蔵した内視鏡ヘッドの外観を示す外観図

【図２７】図２６のアンテナコイルの構成を示す構成図

【図２８】コイルとコイルがつくる等磁界強度面を説明
する説明図

【図２９】従来の内視鏡形状検出装置の構成を示す構成
図

【符号の説明】

１…内視鏡システム２…内視鏡装置３…内視鏡形状検出装置４…ベット６…内視鏡７…挿入部８…操作部９…ユニバーサルケーブル１１…ビデオプロセッサ１２…カラーモニタ１３…チャンネル１４…挿入口１５…プローブ１６ｉ…ソースコイル２２ｊ…センスコイル２３…モニタ２４…ソースコイル駆動部２５…磁界発生用発振部２６…相互インダクタンス検出部２７…センスコイル出力増幅部３１…センスコイル信号検出部３２…形状画像生成部３３…モニタ信号生成部３４…システム制御部３５…操作パネル３６…コイル回転部３７…磁界強度検出部３８…信号強度方向確認部

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【手続補正書】

【提出日】平成７年８月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】このような磁界分布の現象のため、ある場
所での磁界強度を検出しても、得られた強度のみでは、
相対位置を一意に求めることはできない。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】照明された体腔内の内臓器等の術部は、挿
入部７の先端部の観察窓に取り付けた対物光学系によ
り、対物光学系の焦点面に配置したＣＣＤ等の撮像素子
に結像し、このＣＣＤで光電変換された信号は信号線を
経てビデオプロセッサ１１内の信号処理部に入力され
る。そして、信号処理部で信号処理されて標準的な映像
信号が生成され、カラーモニタ１２に映像信号を出力
し、カラーモニタ１２の表示面に体腔内の内壁等を表示
するようになっている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４９】モニタ信号生成部３３は、形状画像に対応
する例えばＲＧＢ或いはＮＴＳＣ方式やＰＡＬ方式の映
像信号を生成し、モニタ２３に出力し、モニタ２３の表
示面に内視鏡６の形状画像を表示する。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８０】ＦＦＴを用いて複数の異なる周波数で駆動
されるソースコイルの出力を周波数毎、つまりソースコ
イル毎に分離する場合にはアナログ式の同期検波と異な
り、駆動信号の情報を参照信号として利用する必要がな
い。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０１】この場合には、ステップＳ６で３角法によ
り回転させた角度をφとして、ずれとして得られる座標
の値をｄとすると真の距離はｄ／ｔａｎφで得られる。
この値をもとに計算を行えばよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村一成東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者大森真一東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者岡田祥宏東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者工藤正宏東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者宮野保男東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者藤尾浩司東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者道口信行東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者後野和弘東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者石井司東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者野口利昭東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内視鏡挿入部内に配置され、体腔内にお
ける前記内視鏡挿入部の形状を推定するための少なくと
も１つの中心軸を持ち磁界を発生する複数の磁界発生素
子と、体腔外の既知の位置に配置され、少なくとも１つの中心
軸を持ち前記磁界発生コイルが発生する前記発生磁界を
検出する複数の検出素子と、前記検出素子より検出された検出信号から体腔内におけ
る前記内視鏡挿入部内の前記磁界発生素子の位置を推定
する推定手段とを備えた内視鏡形状検出装置において、前記検出素子の前記中心軸を回転させる回転手段と、前記回転手段により回転された前記検出素子により検出
された前記発生磁界の磁界強度を検出する磁界強度検出
手段と、前記磁界強度検出手段により検出された前記磁界強度に
基づいて前記回転手段を制御する回転制御手段とを備え
たことを特徴とする内視鏡形状検出装置。