JPH0928660A - 内視鏡形状検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 消費電力が少なく小型化でき、しかも高速処
理を行なうことを可能にする。 【解決手段】 内視鏡１１の挿入部１１ａには複数の小
型の１軸コイルからなるソースコイル３を配置したプロ
ーブ５が内蔵され、ソースコイル駆動回路部２９から出
力され、それぞれ異なる周波数の高周波信号で同時に駆
動され、周囲に磁界を発生する。挿入部１１ａが挿入さ
れる患者が横たわるベッド２にはＸ及びＹ方向には磁界
を検出する複数のダイポール状のアンテナアレイ４から
なるアンテナコイル６が配置され、その検出信号は位置
検出回路８に入力され、周波数の抽出手段によりそれぞ
れ異なる周波数の磁界情報に分離抽出された後、ソース
コイル３の位置算出が行われ、さらに挿入形状検出回路
９により挿入部１１ａの形状を算出する処理が行われて
表示装置１０に内視鏡形状を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁界を利用して内視
鏡の挿入部の形状を表示す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】このため、例えばＰＣＴ出願の公開番号Ｗ
Ｏ９２／０３０９０の公報ではブロープとともに移動自
在な１つ以上の磁界検出のためのセンスコイルと、複数
のダイポール状のアンテナコイルをＸＹ平面上の各軸に
平行に配列させたアンテナアレイと、各アンテナコイル
を高周波信号で駆動するためのアンテナコイル駆動回路
と、センスコイルの検出する信号を処理し、アンテナア
レイとの相対的な３次元位置を求め、ブロープの形状を
表示データにするためのＣＰＵ（中央処理装置）とから
構成されたプローブシステムを開示している。

【０００６】そして、アンテナコイルに同時または逐
次、高周波信号を加え、磁界を生成し、アンテナアレイ
とセンスコイルとの相対的な位置をセンスコイルの検出
信号からで求め、プローブの形状を表示していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例において
は、アンテナコイルを駆動していたが、アンテナコイル
は、検査領域を確保するために患者が横たわるベッド平
面のほぼ全域にわたって配置しなければいけない。この
ため、アンテナコイルのインピーダンスが非常に高くな
り、所定の電流を流すためには、高電圧の供給できる駆
動回路が必要であった。このような回路は比較的大型の
部品で構成されるため、装置が大きく重くなってしま
う。また、発熱が大きくなっしまうため、患者用のベッ
ドとしては、あまり好ましくなかった。

【０００８】さらに、アンテナコイルを逐次切換えて駆
動する場合、切換え後に信号の安定時間が必要となり、
このため位置を検出するためのデータ収集に時間がかか
ってしまうことになり、装置のレスポンス速度が低下し
て、実際の動きについて行けない可能性があるので改善
の余地がある。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、消費電力が少なく小型化でき、しかも内視鏡形状の
算出までを高速に行う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する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ために、内視鏡側に複数の１軸コイルを配置して形成し
た磁界発生手段と、複数のダイポール状のアンテナコイ
ルをＸＹ平面上の各軸に平行に配列させたアンテナアレ
イからなる磁界検出手段と、１軸コイルを複数の異なる
周波数の高周波信号で駆動するための高周波信号生成手
段とを設け、１軸コイルから発生する磁界の検出を、全
てのアンテナコイルで同時に行うようにすることによ
り、小型にできる小さな１軸コイルをそれぞれ少ない駆
動電流で駆動して、消費電力を少なくかつ小型化し、か
つ１軸コイルから発生する磁界の検出を、全てのアンテ
ナコイルで同時に行うことにより高速に１軸コイルの位
置検出等を可能とし、高速の内視鏡形状を表示を可能に
している。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を具体的に説明する。図１ないし図８は本発明
の１実施の形態に係り、図１は本発明の１実施の形態の
内視鏡形状検出装置の構成を示し、図２は位置検出回路
及び挿入形状検出回路の構成を示し、図３はソースコイ
ル駆動回路部の基本的構成をブロック図で示し、図４は
周波数発振回路の具体的な回路構成の１例を示し、図５
はＧＡＩＮ回路の具体的な回路構成の１例を示し、図６
はアンテナコイル信号増幅回路の構成をブロック図で示
し、図７はアンテナコイル信号増幅回路の具体的な回路
構成を示し、図８は表示面の１例を示す。

【００１２】図１に示すように本発明の１実施の形態の
内視鏡形状検出装置１は、磁界（高周波磁界である電磁
波）を発生するための磁界発生手段（或いは電磁波発生
手段）を構成する例えば１６個の小型の１軸のコイルで
形成したソースコイル３と、１６個のソースコイル３が
線状に連なったプローブ５と、このプローブ５が設置さ
れた挿入部１１ａを有する内視鏡１１と、１６個のソー
スコイル３に異なる周波数の高周波信号（による駆動信
号）を印加し、これらを同時に駆動するソースコイル駆
動回路部２９と、ＸＹ平面上のＸ軸に平行に８本、Ｙ軸
に平行に９本配列させたアンテナアレイ４で構成され、
発生した磁界を検出する磁界検出手段（或いは電磁波検
出手段）を構成するダイポール状の磁界強度分布で表さ
れる特性を持つアンテナコイル６と、これらアンテナア
レイ４が内蔵された患者用ベッド２と、複数のアンテナ
コイル６の検出信号からそれぞれ異なる周波数成分を抽
出し、抽出した周波数成分の信号から各ソースコイル３
の位置を検出する位置検出回路８と、位置検出回路８か
ら位置データを受け取り、内視鏡１１の挿入部１１ａの
挿入形状に対応する画像信号データを生成する挿入形状
検出回路９と、挿入形状検出回路９の出力より挿入形状
の画像を表示するカラーモニタなどの表示装置１０とか
ら構成される。

【００１３】プローブ５には１６個の１軸のソースコイ
ル３が、そのプローブ５の例えば中心軸に沿ってその長
手方向に所定の間隔で配置されており、これらソースコ
イル３は高周波信号を伝達する伝達手段としてのソース
コイルケーブル７を介して全てソースコイル駆動回路部
２９に接続されている。

【００１４】図１では簡略化して示しているが、実際に
は各ソースコイルケーブル７は（内視鏡１１の挿入部１
１ａ内に配置される）プローブ５内を挿通され、その後
端側がソースコイル駆動回路部２９に接続される。ま
た、各アンテナアレイ４もベッド２から検出信号伝達手
段となるセンスケーブルを介して位置検出回路８に接続
されている。なお、位置検出回路８と挿入形状検出回路
９とは例えば共通の筐体内に収納されている。

【００１５】また、内視鏡１１は、細長の挿入部１１ａ
の後端に図示しない操作部が設けられ、この操作部から
ライトガイドケーブル又はユニバーサルケーブルが延出
され、その端部のライトガイドコネクタが図示しない光
源装置に接続される。ユニバーサルケーブルを有する電
子内視鏡の場合にはライトガイドコネクタの他に信号用
コネクタを有し、ビデオプロセッサを介して内視鏡像を
カラーモニタに表示する。

【００１６】図２は位置検出回路８および挿入形状検出
回路９の構成図である。後述するようにソースコイル駆
動回路部２９は、各ソースコイル３をそれぞれ異なる周
波数の正弦波の高周波信号電流で駆動する。この場合、
それぞれの駆動周波数はＰＩＯ（パラレル入出力回路）
３０を介してＣＰＵ（中央処理ユニット）３１が格納す
るソースコイル駆動回路部２９内の駆動周波数データ格
納バッファ（具体的には図４のラッチ４０ｃ）内の駆動
周波数データによって決定される。

【００１７】一方、磁界を検出する１７本のアンテナコ
イル６は、各アンテナコイル６、１個につき１系統設け
られたアンテナコイル信号増幅回路２４に接続されてお
り、各アンテナコイル６で受信或いは誘起により検出さ
れた微小な信号を後段のＡＤＣ（アナログ・デジタル・
コンバータ）２５で読み込み可能なレベルにまで増幅す
る。このアンテナコイル信号増幅回路２４の１７系統の
出力は、１７個のＡＤＣ２５に伝送され、ＤＳＰ（デジ
タル・シグナル・プロセッサ）２６から供給されるクロ
ックにより所定のサンプリング周期でデジタルデータに
変換される。

【００１８】各デジタルデータは、ＤＳＰ２６により読
み込まれ、ＤＳＰ用メモリ２７に書き込まれる。このＤ
ＳＰ２６では、各ソースコイル３の各周波数成分の信号
を抽出する処理を行った後、内視鏡１１の挿入部１１ａ
に設けられた各ソースコイル３の空間位置座標を算出す
る処理を行い、その結果の位置データを２ポートメモリ
２８に蓄積する。

【００１９】この２ポートメモリ２８は、ＤＳＰ２６と
のデータ交換するポートとＣＰＵ３１のメインメモリ３
２と連続するアドレス空間のポートを備えており、ＣＰ
Ｕ３１とＤＳＰ２６とのデータ交換バッファとして使用
される。

【００２０】ＣＰＵ３１では、空間位置座標のデータか
ら内視鏡１１の挿入部１１ａの体腔内等への挿入状態を
検出する演算を行い、内視鏡形状の画像に対応する画像
データを生成し、ビデオＲＡＭ３３に出力する。このビ
デオＲＡＭ３３に書き込まれているデータをビデオ信号
発生回路３４が読み出し、アナログのビデオ信号に変換
して表示装置１０へと出力する。表示装置１０は、この
アナログのビデオ信号を入力すると、表示画面上に内視
鏡１１の挿入部１１ａの形状を表示する。

【００２１】まず、図１及び図２を参照して本実施の形
態の動作を説明する。内視鏡形状検出装置１の電源が投
入されると、ＣＰＵ３１で行う処理プログラムとＤＳＰ
２６で行う処理が記録されているＲＯＭ（図示していな
い。）がブートされ、ＣＰＵ３１のメインメモリ３２に
ＣＰＵ用処理プログラムが転送される。その後ＣＰＵ３
１は、順次周辺回路の初期設定等を行い、ＤＳＰ用処理
プログラムを２ポートメモリ２８を介してＤＳＰ用メモ
リ２７に転送する。

【００２２】さらに、各ソースコイル３の駆動周波数を
設定するデータをＰＩＯ３０を介してソースコイル駆動
回路部２９内の駆動周波数データ格納バッファ（として
のラッチ４０ｃ）に転送する。ソースコイル駆動回路部
２９は、このデータに基づいて、１６個のソースコイル
３をそれぞれ異なる周波数で同時に駆動する。

【００２３】この所定時間後、ＤＳＰ２６は、ＣＰＵ３
１から転送された処理プログラムにより、ＤＳＰ２６の
周辺回路の初期設定を行った後、ＡＤＣ２５を制御して
アンテナコイル６の検出信号をサンプリングを開始す
る。このときのサンプリング周期は、３０ＫＨｚ程度で
あり、１採集期間のサンプリングで各ＡＤＣ２５毎に１
０２４個のデータを変換する。この１７×１０２４個の
デジタル検出データは、ＤＳＰ用メモリ２７に格納され
る。

【００２４】格納されたデジタル検出データには、０〜
１５ＫＨｚの周波数成分が含まれているため、ＤＳＰ２
６により周波数成分の抽出処理の１つであるＦＦＴ（高
速フーリエ変換）の処理を行うことによって、１６個の
ソースコイル３に１対１であらかじめ指定した１６種類
の周波数成分を全て抽出して分離する。なお、指定する
周波数は、人体や金属等による減衰の少ない９ＫＨｚ〜
１１ＫＨｚの範囲内から選んでいる。

【００２５】この抽出処理は、１７個のアンテナコイル
６の出力をＡ／Ｄ変換したデジタル検出データについて
すべて行われ、その結果、各アンテナコイル６における
ソースコイル３の位置に関する情報を含んだデータが、
すべて検出されることになる。

【００２６】ＤＳＰ２６は、次の段階として、抽出され
たすべての周波数成分から１６個のソースコイル３の空
間座標を算出する処理を行い、その結果を２ポートメモ
リ１１に転送する。

【００２７】以降、ＤＳＰ２６は、（１）アンテナコイ
ル信号のサンプリング→（２）周波数成分の抽出→
（３）ソースコイル３の位置算出を繰り返す。

【００２８】一方、ＣＰＵ３１は、各初期設定が終了す
ると、ＤＳＰ２６から初回の各ソースコイル３の位置座
標データが２ポートメモリ２８に転送されるまで待機し
ている。そしてＤＳＰ２６での初回の位置座標のデータ
転送が完了されることを認識したＣＰＵ３１は、ＤＳＰ
２６の２ポートメモリ２８へのデータ転送を禁止した上
で、２ポートメモリ２８内のソースコイル位置座標デー
タをメインメモリ３２へと移動させ、このデータに基づ
き、プローブ５が設置された内視鏡１１の挿入部１１ａ
の形状検出処理を開始する。

【００２９】なおＣＰＵ３１は、ソースコイル位置座標
データのメインメモリ３２への移動が終了した時点で、
ＤＳＰ２６の２ポートメモリ２８へのデータ転送を許可
状態にする。さらに、ＣＰＵ３１は、内視鏡１１の挿入
部１１ａの形状検出処理が終了すると、データをビデオ
ＲＡＭ３３に出力する。

【００３０】以降、ＣＰＵ３１は、（１）ソースコイル
位置座標データのメインメモリ３２への移動→（２）内
視鏡１１の挿入部１１ａの形状検出処理→（３）挿入形
状表示データの割り当て→（４）表示データのビデオＲ
ＡＭ３３への出力を繰り返す。

【００３１】ビデオＲＡＭ３３の表示データは、ビデオ
信号発生回路３４により定期的に読み出され、表示装置
１０上に表示される。

【００３２】なお、周波数成分の抽出処理は、ＦＦＴで
はなく、ＤＳＰ２６を用いた同期検波による抽出でも同
様の効果が得られる。この場合も、ソースコイル３の駆
動周波数設定データをＣＰＵ３１との交信により入手
し、駆動周波数設定データに基づき、正弦波参照信号テ
ーブルの計算を行い、ＤＳＰ用メモリ２７に格納してお
き、駆動周波数データにより決まる周期で参照信号を作
り出せば良い。

【００３３】次に各部のより具体的な構成及び動作を説
明する。図３はソースコイル駆動回路部２９の構成をブ
ロック図で示す。図３に示すようにソースコイル駆動回
路部２９は、基本周波数のパルスをカウントし９ＫＨｚ
〜１１ＫＨｚの範囲でそれぞれ（ソースコイル３の数
分）異なる周波数で発振させるように構成された周波数
発振回路４０と、この周波数発振回路４０からの出力信
号を所定の振幅に安定させる複数（つまりソースコイル
３の数分）のＧＡＩＮ回路（ゲイン回路とも記す）４１
とから構成され、周波数発振回路４０はＰＩＯ３０と接
続され、各ＧＡＩＮ回路４１はそれぞれ接続されたソー
スコイル３をそれぞれ異なる周波数で駆動する。

【００３４】ＧＡＩＮ回路４１は、周波数発振回路４０
から出力される矩形波信号の基本波である正弦波信号を
抽出するＬＰＦ（ローパスフィルタ）４１ａと、このＬ
ＰＦ４１ａからの正弦波信号を所定の増幅率で増幅する
初段アンプ４１ｂと、この初段アンプ４１ｂの出力と比
較回路４１ｅの信号を掛ける乗算器４１ｃと、乗算器４
１ｃの出力の電流増幅を行う電流バッファ４１ｄと、ソ
ースコイル３に流れる電流の信号中に含まれる高調波成
分を除去するＬＰＦ４１ｈと、このＬＰＦ４１ｈを通っ
た信号を増幅する調整用アンプ４１ｇと、この調整用ア
ンプ４１ｇからの信号を平滑化する平滑回路４１ｆと、
この平滑回路４１ｆの出力信号と、基準のレベルのＲｅ
ｆ信号を比較する比較回路４１ｅとから構成される。

【００３５】図４は周波数発振回路４０の具体的回路構
成を示す。ここでは簡単化のため、８個のソースコイル
３を駆動する場合で示している。つまり、ソースコイル
駆動回路部２９におけるソースコイル３を駆動するＧＡ
ＩＮ回路４１の個数も８個にして示している。

【００３６】周波数発振回路４０は、図示しない水晶発
信器から出力される基本周波数のパルスをカウントし９
ＫＨｚ〜１１ＫＨｚの範囲でそれぞれ異なる８種類の周
波数を発振させるプログラム論理素子で構成したＬＣＡ
４０ａと、ＰＩＯ３０を介してＣＰＵ３１から転送され
る駆動周波数設定データを周波数カウンタ数として格納
するための４つのラッチ４０ｃと、ＣＰＵ３１が駆動周
波数設定データを転送するラッチ４０ｃを選択するため
のデコーダ４０ｄと、ＬＣＡ４０ａのローディング用Ｒ
ＯＭ４０ｂとから構成されている。

【００３７】このＬＣＡ４０ａはプログラムによりその
回路構成を変更（書換）することができる。このＬＣＡ
４０ａから出力される８つの周波数の高周波信号（図４
ではＦＲＥ０〜ＦＲＥ７で示している）はそれぞれＧＡ
ＩＮ回路４１の高周波信号入力端ＦＲＥに印加される。

【００３８】図５は図３のＧＡＩＮ回路４１のより具体
的な回路構成を示す。周波数発振回路４０から高周波信
号が供給される高周波信号入力端ＦＲＥはコンデンサＣ
１、抵抗Ｒ１を経てコンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ４、コイ
ル（インダクタ）Ｌ１，Ｌ２からなるＬＰＦ４１ａで各
周波数の基本波の発振信号のみが透過する。この信号は
抵抗Ｒ２を経て初段アンプ４１ｂを構成する差動増幅器
Ｕ１（例えばＬＭ６２１８Ｎ）の反転入力端から入力さ
れる。

【００３９】この差動増幅器Ｕ１の非反転入力端は接地
され、反転入力端と出力端とはゲイン設定用の可変抵抗
Ｒ３及びＲ４とで設定される。また、この差動増幅器Ｕ
１の正及び負の電源端はそれぞれ正及び負の電源＋１５
Ｖ及びー１５Ｖに接続されると共に、発振防止用のコン
デンサＣ５，Ｃ６を介して接地されている。

【００４０】この差動増幅器Ｕ１で増幅された信号は乗
算器４１ｃを構成する集積回路（ＩＣ）Ｕ２（例えばＡ
Ｄ６３３ＪＮ）の一方の入力端に印加される。比較回路
４１ｅの出力信号が印加される他方の入力端は抵抗Ｒ５
を介して接地されている。このＩＣＵ２の正及び負の電
源端はそれぞれ正及び負の電源＋１５Ｖ及びー１５Ｖに
接続されると共に、発振防止用のコンデンサＣ７，Ｃ８
を介して接地されている。

【００４１】このＩＣＵ２の出力信号は抵抗Ｒ６を介し
て電流バッファ４１ｄを構成するＩＣＵ３（例えばＥＬ
２００１ＣＮ）の入力端に印加され、電流増幅された
後、コンデンサＣ１１を介してソースコイル３を駆動す
る一方の端子ＲＣＶに印加される。また、このＩＣＵ３
の正及び負の電源端はそれぞれ正及び負の電源＋１５Ｖ
及びー１５Ｖに接続されると共に、発振防止用のコンデ
ンサＣ９，Ｃ１０を介して接地されている。

【００４２】ソースコイル３のリターン側の端子ＣＯＭ
は抵抗Ｒ７を介して接地されると共に、ＬＰＦ４１ｈの
入力端に接続されている。このＬＰＦ４１ｈはコンデン
サＣ１２，Ｃ１３，Ｃ１４とコイルＬ３，Ｌ４とから構
成されている。

【００４３】このＬＰＦ４１ｈの出力端は抵抗Ｒ８を介
して調整用アンプ４１ｇを構成する差動増幅器Ｕ４（例
えばＬＭ６２１８Ｎ）の反転入力端に接続されている。
この差動増幅器Ｕ４の反転入力端はゲイン設定用抵抗Ｒ
９を介して出力端に接続されている。また、非反転入力
端は接地されている。

【００４４】この差動増幅器Ｕ４の出力端は平滑回路４
１ｆを構成するダイオードＤ１（例えば１Ｓ１５８８）
のアノードに接続され、このダイオードＤ１のカソード
はコンデンサＣ１５及び抵抗Ｒ１０をそれぞれ介して接
地されている。また、この出力端となるカソードは抵抗
Ｒ１１を介して比較回路４１ｅを構成する差動増幅器Ｕ
５（例えばＬＭ６２１８Ｎ）の反転入力端に接続されて
いる。

【００４５】この差動増幅器Ｕ５の反転入力端はコンデ
ンサＣ１６を介してその出力端に接続され、かつこのコ
ンデンサＣ１６に並列に抵抗Ｒ１５及びコンデンサが接
続されている。また、非反転入力端は基準電圧設定用の
可変抵抗Ｒ１３の可変端に接続され、この可変抵抗Ｒ１
３の一端は可変抵抗Ｒ１２を介して正の電源＋１５Ｖに
接続され、他端は抵抗１４を介してＧＮＤに接続されて
いる。

【００４６】また、この差動増幅器Ｕ５の正の電源端は
正の電源＋１５Ｖに接続されると共に、発振防止用のコ
ンデンサＣ１８を介して接地され、負の電源端は接地さ
れている。この差動増幅器Ｕ５の出力は乗算器４１ｃに
入力されるようになっている。

【００４７】なお、例えば差動増幅器Ｕ１とＵ４とは１
つのＩＣパッケージ内に収納され、電源は共通に供給さ
れる。従って、図５における差動増幅器Ｕ４の端子ＮＣ
１，ＮＣ２は無接続を意味する。なお、図５におけるコ
イルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の値は各ソースコイル３を
駆動する周波数（基本周波数）に応じて、その周波数を
通すように設定される。

【００４８】次にこのように構成されているソースコイ
ル駆動回路部２９の動作について説明する。

【００４９】図示しない水晶発振器の基本周波数のパル
スをＬＣＡ４０ａ内でカウントし、互いに異なる所定の
周波数の矩形波信号（図４でＦＲＥ０〜ＦＲＥ７）をそ
れぞれＧＡＩＮ回路４１に出力する。ＧＡＩＮ回路４１
では、ＬＣＡ４０ａの出力である矩形波信号からＬＰＦ
４１ａで矩形波信号の基本波である正弦波信号をそれぞ
れ抽出し、この信号を初段アンプ４１ｂでソースコイル
３を駆動させる電圧に増幅させる。

【００５０】乗算器４１ｃでは、初段アンプ４１ｂで増
幅された信号を後述する比較回路４１ｅの信号を掛ける
ことによって、初段アンプ４１ｂからの信号のゲインを
制御し、振幅を安定させる。乗算器４１ｃを通った信号
は電流バッファ４１ｄを経てソースコイル３を流れ、そ
れぞれ異なる周波数の電磁波をソースコイル３から周囲
に放射する。ソースコイル３を流れる電流の信号中に含
まれる高調波成分を除去するためにＬＰＦ４１ｈを通
す。ＬＰＦ４１ｈからの信号を調整用アンプ４１ｇによ
り増幅させ、平滑回路４１ｆにより比較回路４１ｅへの
比較信号を作成する。

【００５１】比較回路４１ｅでは、平滑回路４１ｆの比
較信号と、基準となるＲｅｆ信号のレベルとを比較し、
フィードバック信号として乗算器４１ｃへ出力する。乗
算器４１ｃはこのフィードバック信号と初段アンプ４１
ｂの出力を掛ける。以上の動作を繰り返すことによって
常に安定した振幅でそれぞれ異なる周波数の高周波信号
を得ることができる。ここで、Ｒｅｆ信号は初段アンプ
４１ｂでソースコイル３を駆動させる電圧に設定したと
きの平滑回路４１ｆの出力電圧と等しくなるように設定
する。

【００５２】以上の動作により、ソースコイル３を安定
駆動させることが可能となる。なお、１種類の水晶発振
器では目的の周波数を得ることができない場合があるた
め、目的の周波数を得るために数種類の水晶発振器を用
いても良い。

【００５３】図２に示す各アンテナコイル信号増幅回路
２４は１７個のアンテナコイル６とそれぞれ接続され、
各アンテナコイル６で検出した信号を増幅するために１
７系統の増幅回路で構成され、１７系統すべて共通の回
路構成であるため、１系統のみ説明する。図６及び図７
はアンテナコイル信号増幅回路２４の構成を示し、図６
は１系統のアンテナコイル信号増幅回路２４の基本構成
をブロック図で示し、図７は１系統のアンテナコイル信
号増幅回路２４の具体的回路構成を示す。

【００５４】図６に示すようにアンテナコイル信号増幅
回路２４は、アンテナコイル６が検出した信号を伝達す
るシールド１９ａで覆われたツイストペア線のセンスケ
ーブル１９と、センスケーブル１９からの信号を高入力
インピーダンスの差動入力機能を有する計装用アンプ２
４ａと、この計装用アンプ２４ａの出力に含まれる低周
波成分を減衰させるＨＰＦ（ハイパスフィルタ）２４ｂ
と、このＨＰＦ２４ｂの出力に含まれる高周波成分を除
去するＬＰＦ２４ｃと、アンテナコイル信号増幅回路２
４の全体の増幅率を所定の値に調整する調整用アンプ２
４ｄと、この調整用アンプ２４ｄの出力レベルを検出す
るレベル検出回路２４ｅと、センスケーブル１９のツイ
ストペアの２つの信号線のレベルを基に、センスケーブ
ル１９のシールド１９ａの電位を調整するシールド駆動
回路２４ｆとから構成される。

【００５５】図７に示すようにアンテナコイル６は計装
用アンプ２４ａを構成する差動増幅器Ｕ７（例えばＡＤ
６２４ＣＰ）の反転及び非反転入力端に接続されると共
に、高抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を介してＧＮＤと接続されて
いる。また、入力電圧のオフセットは可変抵抗Ｒ２３に
より調整し、出力電圧のオフセットは可変抵抗Ｒ２４に
より調整している。また、正及び負の電源端はそれぞれ
正及び負の電源＋１５Ｖ及びー１５Ｖに接続されると共
に、コンデンサＣ２１〜Ｃ２４を介して接地されてい
る。また、この差動増幅器Ｕ７のゲインを２００に設定
している。

【００５６】この差動増幅器Ｕ７の出力端はＨＰＦ２４
ｂの入力端に接続され、このＨＰＦ２４ｂはコンデンサ
Ｃ２５，Ｃ２６と、抵抗Ｒ２５，Ｒ２６で構成されてい
る。このＨＰＦ２４ｂの出力端はＬＰＦ２４ｃに接続さ
れている。このＬＰＦ２４ｃは例えばソースコイル３を
駆動する８個或いは１６個の周波数における最大の周波
数以下を通し、かつＡＤＣ２５のサンプリングのエイリ
アス周波数以上の高周波成分を除去するように回路定数
が設定されている。このＬＰＦ２４ｃの出力端は抵抗Ｒ
２７を介して調整用アンプ２４ｄを構成する差動増幅器
Ｕ８（例えばＬＭ６３６４Ｎ）の反転入力端に接続され
ている。

【００５７】この反転入力端はゲイン調整用抵抗Ｒ２８
を介して出力端と接続されている。また、差動増幅器Ｕ
８の非反転入力端はＧＮＤに接続されている。また、正
及び負の電源端はそれぞれ正及び負の電源＋１５Ｖ及び
ー１５Ｖに接続されると共に、コンデンサＣ２７、Ｃ２
８を介して接地されている。さらにこの差動増幅器Ｕ８
のオフセットは可変抵抗Ｒ２９により調整される。この
差動増幅器Ｕ８の出力端はＡＤＣ２５の入力端に接続さ
れると共に、レベル検出回路２４ｅを構成するダイオー
ドＤ２（例えば１Ｓ１５８８）のアノードに接続されて
いる。

【００５８】このダイオードＤ２のカソードはコンデン
サＣ２９及び抵抗Ｒ３０をそれぞれ介してＧＮＤに接続
されると共に、コンパレータ用差動増幅器Ｕ９〜１２の
非反転入力端にそれぞれ接続されている。差動増幅器Ｕ
９〜１２（例えばＬＭ３３９Ｎ）の反転入力端は所定の
電源電圧（この場合＋１５Ｖ）を抵抗Ｒ３１〜Ｒ３７に
より分圧された所定の電圧（例えば、９．３５Ｖ，３．
４２Ｖ，１．４６Ｖ，０．５３Ｖ）が印加されるように
している。差動増幅器Ｕ９〜１２は１つのＩＣパッケー
ジ内に収納された４つの差動増幅器で構成され、正及び
負の電源端はそれぞれ正の電源＋１５Ｖ及びＧＮＤに接
続され、正の電源端はコンデンサＣ３０を介して接地さ
れている。

【００５９】差動増幅器Ｕ９〜１２の各出力端はそれぞ
れプルアップ抵抗Ｒ３８を介してＴＴＬロジックでの正
の電源＋５Ｖに接続されている。差動増幅器Ｕ１１，Ｕ
１２の出力端は第１のナンドゲートＮ１を介して第２の
ナンドゲートＮ２の入力端に接続されると共に、それぞ
れインバータＩ１，Ｉ２をそれぞれ介して第３のナンド
ゲートＮ３の入力端に接続される。この第３のナンドゲ
ートＮ３の出力端は第２のナンドゲートＮ２の入力端に
接続され、この第２のナンドゲートＮ２の出力端は第４
のナンドゲートＮ４の一方の入力端に接続されている。

【００６０】差動増幅器Ｕ１０の出力端はこの第４のナ
ンドゲートＮ４の他方の入力端に接続され、この第４の
ナンドゲートＮ４の出力端はインバータＩ３を介してＤ
ＳＰ２６と接続される。差動増幅器Ｕ９，Ｕ１０の出力
端もＤＳＰ２６と接続される。

【００６１】また、差動増幅器Ｕ７の中間電位の信号は
シールド駆動回路２４ｆを構成する差動増幅器Ｕ１３の
非反転入力端に印加される。この差動増幅器Ｕ１３の反
転入力端は出力端に接続され、入力端に印加されて信号
を電流増幅して出力する。また、正及び負の電源端はそ
れぞれ正の電源＋１５Ｖ及び負の電源ー１５Ｖに接続さ
れ、正及び負の電源端はコンデンサＣ３１、Ｃ３２を介
してそれぞれ接地されている。さらにこの差動増幅器Ｕ
１３のオフセットは可変抵抗Ｒ３９により調整される。
この差動増幅器Ｕ１３の出力端は抵抗Ｒ４０を介してシ
ールド１９ａに接続されている。

【００６２】次にアンテナコイル信号増幅回路２４の動
作について説明する。アンテナコイル６がソースコイル
３の発生する磁界を検出した信号が、センスケーブル１
９によって伝達され、計装用アンプ２４ａに入力され
る。この計装アンプ２４ａは、アンテナコイル検出信号
を約２００倍に増幅して、ＨＰＦ２４ｂに出力する。

【００６３】このＨＰＦ２４ｂは、カットオフ周波数が
１ＫＨｚの２次ＲＣフィルタであり、主に商用電源によ
る影響を低減し、ＬＰＦ２４ｃは、カットオフ周波数が
１２ＫＨｚの２次ＬＣフィルタで１５ＫＨｚと３２ＫＨ
ｚにトラップを持っていて、主にＡＤＣ２５のサンプリ
ングのエイリアス周波数である１５ＫＨｚ以上の高周波
成分を除去し、調整用アンプ２４ｄに出力する。

【００６４】調整用アンプ２４ｄは、アンテナコイル信
号増幅回路２４全体で１２５０倍になるように調整し、
ＡＤＣ２５へと伝達すると共に、レベル検出回路２４ｅ
に出力する。レベル検出回路２４ｅは、ＡＤＣ２５の入
力ゲイン切換を制御するために必要なアンテナコイル信
号増幅回路２４の出力レベルを、４段階で検出し、ＡＤ
Ｃ２５の制御を行うＤＳＰ２６に３ビットデータとして
出力する。

【００６５】またセンスケーブル１９の全長は約２ｍと
長く、シールド１９ａの電位が不安定になりセンスケー
ブル１９の浮遊容量による検出信号へのノイズ重畳が考
えられるため、シールド駆動回路２４ｆは、計装アンプ
２４ａに入力されるセンスケーブル１９の２本の信号線
間の中間電位にシールド１９ａの電位を保ち、シールド
機能を高めている。上記の作用により、微弱な信号であ
るアンテナコイル６の検出信号を、高精度かつ高倍率で
増幅することができる。

【００６６】次に表示画面について説明する。本実施の
形態の内視鏡形状検出装置１において、表示装置１０に
表示する表示画面の１例を図８に示す。表示画面３５上
には、操作性の向上を考慮して、使用者が表示装置１０
の表示画面３５を見たまま、本装置１の持つ機能を使え
るように、画面３５上に機能名（図８では、ストップウ
ォッチ機能等を示している。）の表示されたアイコン３
５ａなどを配置してあるので、使用者はマウスのような
ポインティングバイスでアイコンを選択することができ
るようにしてある。

【００６７】その他にも、観察者に動画の視点（動画を
見る角度や距離のこと。）を変更し易くするために、ア
イコン群３５ｂなどが配置してある。アイコン群３５ｂ
は、ベッド平面３５ｃを画面手前から奥の方に傾けてい
くためのもので、アイコン群３５ｂの左端のアイコンは
ベッド平面を画面と平行（０°）に表示するもので、他
のアイコンも順に、３０°，６０°，９０°（垂直）に
表示するものである。いま左端のアイコンをマウスで選
択すると、画面の表示は瞬時に０°で表示される。

【００６８】本実施例における位置検出アルゴリズム
は、ＰＣＴ ＷＯ９２／０３０９０Ａ１に記載されてい
るアンテナコイルｉを駆動したときのセンスコイルの検
出信号Ｖｉを、アンテナコイルｉの検出信号Ｖｉと置き
換える以外は全く同様である。本実施の形態によれば磁
界発生手段として、内視鏡１１の挿入部１１ａ内に設け
ることが可能な小型の複数の１軸コイルを用い、それら
を駆動して磁界を発生するようにしているので、駆動回
路が小型化でき、装置全体も小さくできる。また、発熱
も従来例よりかなり少なくできる。

【００６９】さらに、複数の１軸コイルを同時に駆動
し、かつ複数のアンテナコイル６での検出信号のデータ
収集を同時に行うため、つねに安定した信号を瞬時に得
られるので、レスポンスが向上する。また、磁界検出に
用いるアンテナコイル６の数を、発熱の問題を考慮する
ことなく増加することができるため、位置検出の精度も
向上させることができる。

【００７０】なお、さらにアンテナコイルの数を増やし
て、位置検出の精度を向上することもできる。つまり、
アンテナコイルは磁界を発生させることに使用しない
で、磁界検出に用いているので、その数を増やしても消
費電力は従来例の場合の比べて少なくできる。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、内視鏡の挿入部内に配
置され、高周波信号の供給により磁界を発生する磁界発
生手段と、前記磁界により誘起される信号を検出し、磁
界情報を検出する磁界検出手段と、前記磁界検出手段が
検出した検出信号から所定の周波数成分を抽出する周波
数抽出手段と、前記周波数抽出手段が抽出した周波数成
分信号を基に、前記磁界発生手段の位置を求め、求めら
れた位置を用いて前記挿入部の挿入状態を検出する挿入
形状検出手段と、前記挿入形状検出手段が検出した挿入
状態を表示する表示手段と、前記磁界検出手段により検
出された検出信号を前記挿入形状検出手段側へ伝達する
検出信号伝達手段と、前記内視鏡の挿入部に設けられ、
前記磁界発生手段へ供給する高周波信号を伝達する高周
波信号伝達手段とを備えた内視鏡形状検出装置におい
て、複数の１軸コイルで形成された前記磁界発生手段
と、前記１軸コイルを複数の異なる周波数の高周波信号
で同時に駆動するための高周波信号生成手段と、複数の
ダイポール状の特性を有するアンテナコイルをＸＹ平面
上の各軸に平行に配列させたアンテナアレイからなる前
記磁界検出手段とを備えた構成にしているので、磁界発
生手段として内視鏡内に設けることができる小型の１軸
コイルを用いてそれらを同時に駆動し、検出信号のデー
タ収集を同時に行うことにより、つねに安定した信号を
瞬時に得られるので、レスポンス速度が向上する。ま
た、小型の１軸コイルを用いているので、発熱を小さく
でき、駆動回路を小型化でき、装置全体も小さくでき
る。また、アンテナコイルの数を増加することができる
ため、位置検出の精度も向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施の形態の内視鏡形状検出装置の
全体構成図。

【図２】位置検出回路及び挿入形状検出回路の構成を示
すブロック図。

【図３】ソースコイル駆動回路部の基本的構成を示すブ
ロック図。

【図４】周波数発振回路の具体的な回路構成を示す回路
図。

【図５】ＧＡＩＮ回路の具体的な回路構成を示す回路
図。

【図６】アンテナコイル信号増幅回路の構成をブロック
図。

【図７】アンテナコイル信号増幅回路の具体的な回路構
成を示す回路図。

【図８】表示面の１例を示す説明図。

【符号の説明】

１…内視鏡形状検出装置 ２…ベッド ３…ソースコイル ４…アンテナアレイ ５…プローブ ６…アンテナコイル ７…ソースコイルケーブル ８…位置検出装置 ９…挿入形状検出回路 １０…表示装置 １１…内視鏡 １１ａ…挿入部 ２４…アンテナコイル信号増幅回路 ２５…ＡＤＣ ２６…ＤＳＰ ２８…２ポートメモリ ２９…ソースコイル駆動回路部 ３０…ＰＩＯ ３１…ＣＰＵ ３３…ビデオＲＡＭ ３４…ビデオ信号発生回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内視鏡の挿入部内に配置され、高周波信
   号の供給により磁界を発生する磁界発生手段と、 前記磁界により誘起される信号を検出し、磁界情報を検
   出する磁界検出手段と、 前記磁界検出手段が検出した検出信号から所定の周波数
   成分を抽出する周波数抽出手段と、 前記周波数抽出手段が抽出した周波数成分信号を基に、
   前記磁界発生手段の位置を求め、求められた位置を用い
   て前記挿入部の挿入状態を検出する挿入形状検出手段
   と、 前記挿入形状検出手段が検出した挿入状態を表示する表
   示手段と、 前記磁界検出手段により検出された検出信号を前記挿入
   形状検出手段側へ伝達する検出信号伝達手段と、 前記内視鏡の挿入部に設けられ、前記磁界発生手段へ供
   給する高周波信号を伝達する高周波信号伝達手段とを備
   えた内視鏡形状検出装置において、 複数の１軸コイルで形成される前記磁界発生手段と、 前記１軸コイルを複数の異なる周波数の高周波信号で同
   時に駆動するための高周波信号生成手段と、 複数のダイポール状の特性を持つアンテナコイルをＸＹ
   平面上の各軸に平行に配列させたアンテナアレイからな
   る前記磁界検出手段と、 を備えたことを特徴とする内視鏡形状検出装置。