JPH1119027A - 内視鏡形状検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で正確に内視鏡の挿入形状を検出
することが可能な内視鏡形状検出装置を提供する。 【解決手段】 内視鏡１の挿入部には、所定部位の姿勢
を電気信号に変換する３方向ジャイロ１０が所定間隔毎
に複数設けられている。内視鏡形状検出装置３内には、
各３方向ジャイロ１０のアナログ出力をそれぞれデジタ
ルデータとして検出する姿勢検出回路１１と、検出され
たデジタルデータを監視・蓄積して内視鏡の挿入形状デ
ータを生成するデータ処理回路１２と、得られた挿入形
状データを基に映像信号を生成する信号処理手段１３と
が設けられている。表示装置４には、内視鏡形状検出装
置３から出力される映像信号が入力され、挿入形状デー
タをもとにした内視鏡形状画像が表示されるようになっ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内視鏡挿入部の被
検部内での形状を検出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。特に、医療用分野で
使用される挿入部が軟性の内視鏡では、この挿入部を屈
曲した体腔内に口や肛門などから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
に応じて内視鏡に設けた管路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】例えば内視鏡を肛門側から挿入して大腸等
の下部消化管内を検査する場合、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要する。
つまり、内視鏡の挿入作業を行う場合、体腔内の屈曲に
応じて挿入部に設けた湾曲部を湾曲させる等の作業を円
滑に行って挿入する必要があり、そのためには挿入部の
先端位置等が、体腔内のどこに位置しているなど、現在
の内視鏡挿入部の湾曲状態等を知ることができると便利
である。このように大腸検査等において体腔内での内視
鏡挿入部の形状を知ることにより、挿入作業が容易にな
り、患者に与える苦痛を軽減できる。

【０００４】そこで、内視鏡の挿入部にＸ線不透過部を
形成し、Ｘ線による透視により内視鏡の挿入形状を得
て、挿入部の先端位置や挿入部の湾曲状態を検出するこ
とが考えられている。

【０００５】しかし、Ｘ線による内視鏡形状の検出装置
は大型であり、Ｘ線を照射するための装置を検査室に設
けるためには検査室が十分に広くなければならない。ま
た、術者は、内視鏡検査の際に、内視鏡の操作のほか
に、Ｘ線を照射する操作を行わなければならなくなるの
で、術者にかかる負担が大きくなると共に、頻繁にＸ線
照射を行うと被爆量が増大して患者や術者に対して有害
になるおそれがあり、Ｘ線は内視鏡挿入部の挿入状態を
検出する手段としては必ずしも好ましいものではない。

【０００６】また、特開平２−２１８３３０号公報に示
されるように、内視鏡の挿入を容易にするために挿入方
向を検出する装置が提案されているが、このような装置
では挿入方向の検出の基準が観察像の明るさのみであ
り、被検部位によっては挿入方向の検出が難しかった
り、精度良く検出できない場合があり、挿入部を円滑に
挿入することが困難な場合があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の装置では、観察像の明るさで挿入方向を検出するもの
では挿入部を円滑に挿入するために十分な挿入形状の検
出ができなかったり、Ｘ線を照射して挿入形状を検出す
るものでは装置構成が大型で複雑化するなどの問題点が
あった。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、簡単な構成で正確に内視鏡の挿入形状を検出するこ
とが可能な内視鏡形状検出装置を提供することを目的と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による内視鏡形状
検出装置は、内視鏡の挿入部に複数配設され、この配設
した点の回転角を検出し電気信号に変換する回転角検出
手段を直交する３軸上に配置してなる姿勢検出センサ手
段と、前記姿勢検出センサ手段の出力を所定間隔で標本
化する姿勢検出手段と、複数の前記姿勢検出手段が標本
化した複数の姿勢情報から内視鏡の挿入形状を検出する
形状検出手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１ないし図５は本発明の第１実
施形態に係り、図１は内視鏡装置のシステム構成を示す
構成図、図２は内視鏡形状検出装置の構成を示す構成
図、図３は姿勢検出回路の構成を示すブロック図、図４
は第１実施形態の動作を説明するためのフローチャー
ト、図５は第１実施形態の形状検出処理を説明する作用
説明図である。

【００１１】図１に示すように、内視鏡装置は、体腔内
に挿入され対象部位の観察、処置を行うための内視鏡１
と、この内視鏡１を接続し内視鏡で得られた対象部位の
画像を観察するための内視鏡観察装置２と、内視鏡１と
接続され内視鏡挿入部の形状を検出する内視鏡形状検出
装置３と、内視鏡観察装置２より出力される内視鏡画像
と内視鏡形状検出装置３より出力される内視鏡形状画像
とを表示する表示装置４とを備えて構成されている。

【００１２】内視鏡１は、体腔内に挿入する挿入部１ａ
の基端部に操作部１ｂが連設され、この操作部１ｂより
ライトガイドや信号ケーブルを内蔵したユニバーサルコ
ード５が延出して構成されており、ユニバーサルコード
５の端部が内視鏡観察装置２に接続されている。また、
操作部１ｂより信号伝送ケーブル６が延出しており、こ
の信号伝送ケーブル６を介して内視鏡形状検出装置３と
接続されている。そして、内視鏡形状検出装置３と内視
鏡観察装置２とが接続ケーブル７を介して接続され、信
号の伝送が行われるようになっている。

【００１３】内視鏡観察時には、術者によって検査ベッ
ド８に横たわる患者９の体腔内に内視鏡１の挿入部１ａ
を挿入し、挿入部１ａの先端部に組み込まれた撮像素子
により対象部位の画像を得る。このとき、内視鏡観察装
置２からの撮像素子駆動信号により撮像素子において光
電変換が行われ、得られた画像は内視鏡観察装置２へ電
気信号（撮像信号）として伝送される。内視鏡観察装置
２の内部では、内視鏡１からの撮像信号を処理して対象
部位の画像を映像信号に変換し、表示装置４に出力す
る。表示装置４は、内視鏡観察装置２の出力を受信して
画像表示を行うことにより、内視鏡画像として患者体内
の観察画像を術者に視覚的に提供する。

【００１４】次に、図２及び図３を参照して、内視鏡形
状検出装置３の構成について説明する。

【００１５】内視鏡形状検出装置３は、内視鏡１の所定
部位の姿勢を電気信号に変換する３方向ジャイロ（ジャ
イロスコープ）１０と、この３方向ジャイロ１０のアナ
ログ出力をデジタルデータとして検出する姿勢検出回路
１１と、姿勢検出回路１１で検出されたデジタルデータ
を監視・蓄積して内視鏡の挿入形状データを生成するデ
ータ処理回路１２と、データ処理回路１２で得られた挿
入形状データを基に映像信号を生成する信号処理手段１
３とを備えて構成され、この信号処理手段１３から出力
される映像信号を視覚的な画像として表示する表示装置
４に接続されている。

【００１６】直交する３方向の傾きの変位を検出する３
方向ジャイロ１０は、内視鏡１の挿入部１ａの内部に複
数設けてあり、先端部から基端部まで所定の間隔（隣り
のジャイロまでの区間で挿入部１ａの曲率が一定となる
間隔）で配置してある。そして、各々の３方向ジャイロ
１０に姿勢検出回路１１が接続されている。なお、３方
向ジャイロ１０は、挿入部１ａに設けるのに限らず、挿
入部１ａのチャンネル内に挿入可能なプローブに複数設
けて挿入部１ａ内に配置するようにしても良い。

【００１７】この３方向ジャイロ１０は、図３に示すよ
うに、±９０度の範囲で傾きに比例した電圧信号に変換
する圧電振動ジャイロ１０ａを３軸直交系の各軸方向の
傾き変位を検出するように配置して構成してあり、各々
の圧電振動ジャイロ１０ａが姿勢検出回路１１に接続さ
れている。

【００１８】姿勢検出回路１１は、各々の圧電振動ジャ
イロ１０ａごとに設けられた３つの同一の回路系統から
構成され、一対一で圧電振動ジャイロ１０ａの出力する
電気信号が入力される。それぞれの回路系統は、ローパ
スフィルタ（以降、ＬＰＦと記す）１１ａ、増幅回路１
１ｂ、アナログ−デジタル変換器（以降、ＡＤＣと記
す）１１ｃから構成されている。さらに姿勢検出回路１
１は、前記３系統の各ＡＤＣ１１ｃで変換され出力され
るデータを取り込み、データ処理回路１２の要求するタ
イミングで出力するデータバッファ１１ｄを備えてい
る。

【００１９】次に、図４及び図５を参照して、第１実施
形態に係る内視鏡形状検出装置の動作について説明す
る。

【００２０】内視鏡形状検出装置３は、術者により形状
検出の動作の開始が指示されると、まずステップＳ１
で、データ処理回路１２内に設けられた図示しない監視
タイマーや内視鏡の挿入形状データを記憶するための記
憶手段としてのメモリなどのパラメータを初期化する。
このときに姿勢検出回路１１のＡＤＣ１１ｃのＡ／Ｄ変
換周期も所定値にセットされる。

【００２１】次に、ステップＳ２で、前記監視タイマー
の計数が開始されると共にＡＤＣ１１ｃのＡ／Ｄ変換も
開始され、各姿勢検出回路１１のデータバッファ１１ｄ
において、検出された３方向ジャイロ１０の各軸方向の
角度変位量を表す電圧データがラッチされる。そしてス
テップＳ３で、前記データバッファ１１ｄのデータはデ
ータ処理回路１２に読み込まれ、圧電振動ジャイロ１０
ａの特性に対応させた変位量に変換された後、３方向ジ
ャイロ１０の各ポイント毎に姿勢データとしてメモリ内
のデータに加算され蓄積される。この後、ステップＳ４
で監視タイマーの計数が終了したか否か判断し、終了し
ていない場合はステップＳ２に戻ることにより、監視タ
イマーが所定の値までの計数を終了するまでこの蓄積処
理を繰り返す。

【００２２】そして、監視タイマーの計数が終了する
と、ステップＳ５に進み、この所定時間内に蓄積した姿
勢データから各ポイント毎での軸ベクトルを算出する。
この軸ベクトルは、内視鏡１の操作部１ｂから挿入部１
ａの先端部へ沿った方向を正の向きとし、大きさ１の単
位ベクトルとして算出する。

【００２３】次いで、ステップＳ６で、各ポイントの軸
ベクトルを用いて挿入形状データを生成する。この過程
では、最も操作部よりに配置された一番目の３方向ジャ
イロを原点とし、このジャイロの検出した軸ベクトルと
次のポイントに配置された二番目の３方向ジャイロの検
出した軸ベクトルとを含む平面を基準面とした座標系を
考える。

【００２４】図５を基に挿入形状データの生成手順を説
明する。図５は前記座標系における基準面上での隣り合
う２つのポイントの軸ベクトルを示す説明図である。

【００２５】まず、各３方向ジャイロ１０は、隣のジャ
イロまでの区間で内視鏡１の挿入部１ａの曲率が一定と
なる間隔に配置することによりジャイロ間内視鏡形状は
円弧を描くことになるため、図５に示すように、２つの
軸ベクトルの内積より求めたベクトルのなす角θ１を中
心角とし、配置した間隔すなわち円弧の長さから半径ｒ
１を算出する。この求めた中心角θ１と半径ｒ１および
検出点Ｐ１の座標値から検出点Ｐ２の座標値を求める。

【００２６】次に、この検出点Ｐ２と検出点Ｐ３を次の
区間として、中心角θ２と半径ｒ２および検出点Ｐ２の
座標値から検出点Ｐ３の座標値を求める。

【００２７】同様の算出処理を最後の区間まで繰り返
し、全ジャイロの位置座標を確定し、内視鏡の挿入形状
データを生成する。

【００２８】このようにしてデータ処理回路１２で生成
した挿入形状データは、信号処理手段１３に伝送されて
映像信号に変換され、表示装置４に内視鏡形状画像とし
て表示される。

【００２９】図４に戻り、ステップＳ７で形状検出の動
作が終了したか否かを判断し、終了していない場合はス
テップＳ２に戻ることにより、形状検出動作の終了まで
以上の処理を繰り返す。これにより、術者によって形状
検出の終了が選択され指示されるまで内視鏡形状画像の
表示の更新が繰り返される。

【００３０】以上説明したように、第１実施形態では、
内視鏡挿入部内部に複数個の空間姿勢を検出する手段を
設けると共に、所定時間内の各個所の姿勢情報を記憶す
る手段と、各姿勢情報から内視鏡の挿入形状情報を生成
する手段と、挿入形状情報を視覚的に表示する手段とを
設けることにより、内視鏡挿入形状を術者に提供するよ
うになっている。このとき、既知の間隔で設けられた空
間姿勢検出手段からの姿勢変化量を所定時間間隔で採取
したデータから内視鏡挿入部の軸ベクトルを算出し、こ
の軸ベクトルと既知の距離から内視鏡の挿入形状を検出
して表示手段に表示するようにしている。

【００３１】第１実施形態によれば、内視鏡形状検出の
ためにＸ線などの外部より信号発生する手段を設ける必
要がないため、システムが簡単な構成で内視鏡の挿入形
状を検出し表示することができる。また、形状検出の際
にＸ線による被爆等のおそれがなく、安全に内視鏡の挿
入形状を得ることが可能である。

【００３２】また、内視鏡挿入部の各検出ポイントでの
姿勢と検出手段の設置間隔のデータから簡略な推定処理
の繰り返しのみで挿入形状データを生成することができ
るため、処理の高速化を図ることが可能である。また、
各検出ポイントでの挿入部の方向ベクトルが検出される
ため、挿入形状データ生成時のデータ補間処理の精度が
向上し、形状をより正確に求めることが可能となる。

【００３３】図６ないし図９は本発明の第２実施形態に
係り、図６は内視鏡形状検出装置の構成を示す構成図、
図７は状態変化検出回路の構成を示すブロック図、図８
は第２実施形態の動作を説明するためのフローチャー
ト、図９は第２実施形態の形状検出処理を説明する作用
説明図である。

【００３４】図６に示すように、内視鏡１は、挿入部１
ａの先端側に湾曲可能な湾曲部１ｃと対物光学系等を備
えた先端部１ｄとを有しており、操作部１ｂには、内視
鏡１の先端部１ｄの向きを変えるための湾曲操作部１ｅ
（上下方向湾曲用），１ｆ（左右方向湾曲用）が設けら
れている。また、内視鏡１には、術者が内視鏡１の挿入
部１ａを挿入・抜去した長さを表す挿抜量と捻って回転
させた回転量とを検出して電気信号に変換する挿抜・回
転量検出手段１５と、内視鏡１の湾曲操作部１ｅ，１ｆ
の操作量を湾曲部１ｃの湾曲量として検出し電気信号に
変換する湾曲量検出手段１６とを設けている。

【００３５】内視鏡形状検出装置３は、前記挿抜・回転
量検出手段１５と湾曲量検出手段１６の出力をデジタル
データとして検出する状態変化検出回路１７と、状態変
化検出回路１７で検出されたデジタルデータを監視・蓄
積して内視鏡の挿入形状データを生成するデータ処理回
路１２と、データ処理回路１２で得られた挿入形状デー
タを基に映像信号を生成する信号処理手段１３とを備え
て構成され、この信号処理手段１３から出力される映像
信号を視覚的な画像として表示する表示装置４に接続さ
れている。

【００３６】挿抜・回転量検出手段１５は、図７に示す
ように、内視鏡１の挿入部１ａに常に接触して自由な方
向に回転する検出ボール１５ａと、この検出ボール１５
ａと常に接触して挿入部１ａの長手方向の移動量を検出
する挿抜量検出用ロータリーエンコーダ１５ｂと、同じ
く検出ボール１５ａと常に接触して挿入部１ａの外周方
向の回転量を検出する回転量検出用ロータリーエンコー
ダ１５ｃとから構成されている。また、湾曲量検出手段
１６は、湾曲操作部１ｅ，１ｆのそれぞれの回転軸に常
に接触して上下左右方向の湾曲量を検出する湾曲量検出
用ロータリーエンコーダ１６ａ，１６ｂから構成されて
いる。

【００３７】状態変化検出回路１７は、各々のロータリ
ーエンコーダごとに設けられた４つの同一の回路系統か
ら構成され、それぞれの回路系統は、ＬＰＦ１７ａ，増
幅回路１７ｂ，ＡＤＣ１７ｃを有している。さらに、状
態変化検出回路１７は、前記４系統の各ＡＤＣ１７ｃで
変換され出力されるデータをラッチして貯え、データ処
理回路１２の要求するタイミングで出力するデータバッ
ファ１７ｄを備えている。

【００３８】次に、図８及び図９を参照して、第２実施
形態に係る内視鏡形状検出装置の動作について説明す
る。

【００３９】内視鏡形状検出装置３は、術者により形状
検出の動作の開始が指示されると、まずステップＳ１１
で、データ処理回路１２内に設けられた図示しない監視
タイマーや状態変化を表すデジタルデータを記憶するた
めの記憶手段としてのメモリなどのパラメータを初期化
する。このときに状態変化検出回路１７のＡＤＣ１７ｃ
のＡ／Ｄ変換周期も所定値にセットされる。

【００４０】次に、ステップＳ１２で、前記監視タイマ
ーの計数が開始されると共にＡＤＣ１７ｃのＡ／Ｄ変換
も開始され、状態変化検出回路１７のデータバッファ１
７ｄにおいて、検出された内視鏡１の挿入部１ａの挿抜
量、回転量、湾曲量の変化分を表す電圧データがラッチ
される。そしてステップＳ１３で、前記データバッファ
１７ｄのデータはデータ処理回路１２に読み込まれ、ロ
ータリーエンコーダの特性に対応させた変位量に変換さ
れた後、所定の変位量より大きいかどうか、すなわち内
視鏡の状態変化があったか否かが判断される。

【００４１】ステップＳ１３で、変位量が所定の量より
小さい場合はそのまま監視タイマーの計数を続ける。一
方、変位量が所定の量より大きい場合はステップＳ１４
〜Ｓ１９の処理に移り、各状態変化を記憶するメモリに
変位量を蓄積した後、監視タイマーの計数を続ける。す
なわち、ステップＳ１４の判断で内視鏡の状態変化が回
転量の変化である場合はステップＳ１５で内視鏡回転量
の増減分をメモリに蓄積し、ステップＳ１６の判断で内
視鏡の状態変化が挿入量の変化である場合はステップＳ
１７で内視鏡挿入量の増減分をメモリに蓄積し、ステッ
プＳ１８の判断で内視鏡の状態変化が内視鏡先端部の湾
曲量の変化である場合はステップＳ１９で湾曲量及び湾
曲方向をメモリに蓄積する。

【００４２】なおここで、前記の挿入量、回転量、湾曲
量は、図８の（ａ）に示すように挿入部軸ベクトルと先
端部軸ベクトルとを設定した場合に、湾曲量は図８の
（ｂ）に示すように挿入部軸ベクトルと先端部軸ベクト
ルとのなす角、挿入量は図８の（ｃ）に示すように挿入
部軸ベクトルに沿った先端部軸ベクトルの移動量、回転
量は図８の（ｄ）に示すように挿入部軸ベクトルを中心
軸とした先端部軸ベクトルの回転角というようにそれぞ
れ定義される。

【００４３】この後、ステップＳ２０で監視タイマーの
計数が終了したか否か判断し、終了していない場合はス
テップＳ１２に戻ることにより、監視タイマーが所定の
値までの計数を終了するまでこの蓄積処理を繰り返す。

【００４４】そして、監視タイマーの計数が終了する
と、ステップＳ２１に進み、この所定時間内に蓄積した
各変位量のデータから内視鏡１の先端部１ｄの軌跡を算
出する。次いで、ステップＳ２２で、前段階で求めた先
端部１ｄの軌跡から内視鏡の挿入形状データを生成し、
画像化する。このとき、データ処理回路１２により生成
された挿入形状データは信号処理手段１３に伝送されて
映像信号に変換され、表示装置４に内視鏡形状画像とし
て表示される。

【００４５】その後、ステップＳ２３で形状検出の動作
が終了したか否かを判断し、終了していない場合はステ
ップＳ１２に戻ることにより、形状検出動作の終了まで
以上の処理を繰り返す。これにより、術者によって形状
検出の終了が選択され指示されるまで内視鏡形状画像の
表示の更新が繰り返される。

【００４６】以上説明したように、第２実施形態では、
術者が行う内視鏡挿入の挿抜量・回転量・湾曲量を検出
する手段を内視鏡に設けると共に、所定時間内の各変化
量を記憶する手段と、挿入操作情報から内視鏡先端部の
移動の軌跡を算出し内視鏡の挿入形状情報を生成する手
段と、挿入形状情報を視覚的に表示する手段とを設ける
ことにより、内視鏡挿入形状を術者に提供するようにな
っている。このとき、所定時間間隔で採取した術者の行
う内視鏡挿入の操作情報から内視鏡先端の移動した軌跡
を空間座標として算出し、内視鏡の挿入形状を検出して
表示手段に表示するようにしている。

【００４７】第２実施形態によれば、内視鏡自体に検出
手段を外付けで設けることができるため、内視鏡形状検
出のために特別な内視鏡を準備する必要がなく、既存の
システムと組み合わせて使用することが可能であり、第
１実施形態と同様に簡単な構成で正確な内視鏡の挿入形
状を検出できる効果が得られる。

【００４８】さらに、図１０及び図１１を参照して、第
２実施形態の変形例について説明する。図１０は圧力検
出回路の構成を示すブロック図、図１１は第２実施形態
の変形例の動作を説明するためのフローチャートであ
る。

【００４９】この変形例では、図１０に示すように、内
視鏡１の挿入部１ａの側面部に複数の圧力センサ１８を
設け、内視鏡形状検出装置３には圧力検出回路１９を設
けるようにしている。複数の圧力センサ１８は、挿入部
１ａの軸方向及び周方向にそれぞれ所定の間隔で設けら
れ、周方向の位置毎に挿入部軸方向の各ポイントのセン
サがそれぞれまとめられてマルチプレクサ２０に接続さ
れている。そして、各マルチプレクサ２０が圧力検出回
路１９に接続されている。

【００５０】圧力検出回路１９は、状態変化検出回路１
７と同様に、各々のマルチプレクサ２０ごとに複数（図
では４つ）の同一の回路系統（ＬＰＦ１９ａ，増幅回路
１９ｂ，ＡＤＣ１９ｃ）を有すると共に、各ＡＤＣ１９
ｃから出力されるデータを取り込み、データ処理回路１
２の要求するタイミングで出力するデータバッファ１９
ｄを備えて構成されている。

【００５１】図１１に示すように本変形例では、図８に
示した第２実施形態の動作手順において、内視鏡の状態
変化の変位量を蓄積する際に、挿抜量、回転量、湾曲量
の蓄積の他に、内視鏡１の挿入部１ａの側面の圧力変化
量を蓄積する動作を加えたものである。すなわち、ステ
ップＳ１８及びＳ１９の後に、ステップＳ２４の判断で
内視鏡の状態変化が内視鏡の側面の圧力変化である場合
はステップＳ２５で圧力変化のあった位置及び変化量を
メモリに蓄積する。他のステップは第２実施形態と同様
であり、説明を省略する。

【００５２】圧力センサ１８の出力はマルチプレクサ２
０を介して圧力検出回路１９に送られ、ここで各ポイン
トの圧力が検出されて電圧データとしてデータバッファ
１９ｄにラッチされる。このデータはデータ処理回路１
２に読み込まれ、各ポイントの圧力変化量のデータに変
換されて前述のように挿抜量などと同様の手順で蓄積さ
れる。

【００５３】この圧力データは、各ポイントで内視鏡１
の挿入部１ａが体腔内組織と接触している圧力を表して
おり、その部分の挿入部１ａが先端部１ｄの軌跡からず
れたことを示している。したがって、各変位量のデータ
から算出した先端部１ｄの軌跡を基に内視鏡の挿入形状
データを生成する際に、先端部以外の挿入部分につい
て、この圧力データに基づいて補正を行う。

【００５４】この変形例では、内視鏡挿入部と体腔内組
織との接触の度合いによって挿入形状データの生成時に
補正を行うことにより、より正確な挿入形状を求めるこ
とができる。

【００５５】図１２及び図１３は本発明の第３実施形態
に係り、図１２は内視鏡形状検出装置及び内視鏡自動挿
入制御装置のシステム構成を示す構成図、図１３は第３
実施形態の動作を説明するためのフローチャートであ
る。

【００５６】図１２に示すように、内視鏡１は、制御信
号に応じて内視鏡１の湾曲部１ｃを駆動して先端部１ｄ
の向きを変えると共に、挿入部１ａを体腔内に進行もし
くは後退させる湾曲・挿抜駆動手段２１を備えている。
この内視鏡１は、湾曲・挿抜駆動手段２１を含む内視鏡
１の制御及び信号処理を行う自動挿入制御装置２２に接
続されており、自動挿入制御装置２２には、内視鏡形状
検出装置３と表示装置４とが接続されている。

【００５７】内視鏡１には、照明光を先端部１ｄへ伝送
するライトガイド２３、照明光を先端部１ｄから対象部
位へ出射する配光レンズ２４、対象部位からの反射光に
よる像を通過させる対物レンズ２５、対象部位の像を操
作部１ｂへ伝送するイメージガイド２６、通常観察用の
視野の観察窓と自動挿入用の視野の観察窓とを切り換え
る視野マスク２７、対象部位の像を結像する結像レンズ
２８、結像された対象部位の像を光電変換するＣＣＤ等
の固体撮像素子２９が設けられている。また、自動挿入
制御装置２２には、ライトガイド２３に照明光を供給す
るための光源３０及び集光レンズ３１と、内視鏡１の固
体撮像素子２９から出力される撮像信号を基に映像信号
を生成する信号処理手段１３とが設けられている。

【００５８】自動挿入制御装置２２内の光源３０から出
射され、集光レンズ３１で集光された照明光は、ライト
ガイド２３の端部に入射してこのライトガイド２３，配
光レンズ２４を経て先端部１ｄより対象部位へ照射され
る。照明された対象部位の像は、対物レンズ２５，イメ
ージガイド２６，視野マスク２７，結像レンズ２８を経
て固体撮像素子２９によって光電変換され、対象部位の
画像の撮像信号として自動挿入制御装置２２内の信号処
理手段１３に送られて信号処理が施され、映像信号に変
換される。この映像信号は表示装置４に送られて内視鏡
画像として患者体内の観察画像が表示される。

【００５９】また、自動挿入制御装置２２は、前記光源
３０の点灯を制御すると共に、固体撮像素子２９により
撮像された対象部位の画像を基に内視鏡１の挿入部１ａ
を進行・後退させるための挿抜方向を検出して湾曲・挿
抜駆動手段２１を制御する湾曲・挿抜制御手段３２を備
えている。

【００６０】一方、内視鏡形状検出装置３は、自動挿入
制御装置２２の湾曲・挿抜制御手段３２から制御データ
の情報を取り込み記憶する制御データ記憶手段３３と、
記憶された制御データから内視鏡１の挿入形状データを
生成するデータ処理回路１２と、生成された挿入形状デ
ータから湾曲・挿抜制御手段３２で検出した挿抜方向を
補正する挿抜方向補正手段３４とを備えている。

【００６１】また、データ処理回路１２により生成した
挿入形状データは、自動挿入制御装置２２の信号処理手
段１３で映像信号に変換されて表示装置４へ送られ、表
示装置４において内視鏡１の挿入形状を表す内視鏡形状
画像を選択的に表示できるようになっている。

【００６２】次に、図１３を参照して、第３実施形態に
係る内視鏡形状検出装置の動作について説明する。な
お、自動挿入制御装置２２の動作については、ここでは
詳しい説明は省略するが、特開平２−２１８３３０号公
報に開示されているように、通常観察よりも狭い視野を
スキャンして暗い方向を検出することにより、内視鏡の
挿入方向を検出でき、その検出した挿入方向に内視鏡が
挿入されるよう挿入制御を行うことによって、挿入部１
ａを容易に自動挿入することができる。

【００６３】このとき、湾曲・挿抜制御手段３２は、固
体撮像素子２９から出力される撮像信号を基に、目標の
挿抜方向データ、湾曲部１ｃの湾曲制御データ、及び挿
入部１ａの挿抜制御データを算出し、これらのデータに
よって湾曲・挿抜駆動手段２１を制御して挿入部１ａを
駆動する。また、前記３つのデータは、内視鏡形状検出
装置３の制御データ記憶手段３３に記憶される。

【００６４】内視鏡形状検出装置３は、術者により形状
検出の動作の開始が指示されると、まずステップＳ３１
で、データ処理回路１２内に設けられた図示しない監視
タイマーや湾曲・挿抜の制御データを記憶するための記
憶手段としてのメモリなどのパラメータを初期化する。

【００６５】次に、ステップＳ３２で、前記監視タイマ
ーの計数が開始され、データ処理回路１２において湾曲
・挿抜制御手段３２によって算出され制御データ記憶手
段３３に記憶された目標の挿抜方向データ、湾曲部１ｃ
の湾曲制御データ、及び挿入部１ａの挿抜制御データの
読み込みを開始する。そしてステップＳ３３で、これら
の３つのデータが、所定の量より大きいかどうか、すな
わち内視鏡の状態変化があったか否かが判断される。

【００６６】ステップＳ３３で、前記データが所定の量
より小さい場合はそのまま監視タイマーの計数を続け
る。一方、所定の量より大きい場合はステップＳ３４〜
Ｓ３７の処理に移り、各制御データを対応するメモリに
蓄積した後、監視タイマーの計数を続ける。すなわち、
ステップＳ３４の判断で内視鏡の状態変化が挿入量の変
化である場合はステップＳ３５で内視鏡挿入量の増減分
をメモリに蓄積し、ステップＳ３６の判断で内視鏡の状
態変化が内視鏡先端部の湾曲量の変化である場合はステ
ップＳ３７で湾曲量及び湾曲方向をメモリに蓄積する。

【００６７】この後、ステップＳ３８で監視タイマーの
計数が終了したか否か判断し、終了していない場合はス
テップＳ３２に戻ることにより、監視タイマーが所定の
値までの計数を終了するまでこの蓄積処理を繰り返す。

【００６８】そして、監視タイマーの計数が終了する
と、ステップＳ３９に進み、この所定時間内に蓄積した
各制御量のデータから内視鏡１の先端部１ｄの軌跡を算
出する。次いで、ステップＳ４０で、前段階で求めた先
端部１ｄの軌跡から内視鏡の挿入形状データを生成し、
信号処理手段１３に伝送する。そして、この伝送された
挿入形状データは信号処理手段１３によって映像信号に
変換され、表示装置４に出力されて内視鏡形状画像とし
て表示される。

【００６９】その後、ステップＳ４１で形状検出の動作
が終了したか否かを判断し、終了していない場合はステ
ップＳ３２に戻ることにより、形状検出動作の終了まで
以上の処理を繰り返す。これにより、術者によって形状
検出の終了が選択され指示されるまで内視鏡形状画像の
表示の更新が繰り返される。

【００７０】さらに、本実施形態では予め挿入形状のサ
ンプルデータをデータ処理回路１２内のメモリに記憶し
ておき、現在生成された挿入形状データと比較すること
により、先端部１ｄがどの部位に存在しているかを推定
することができる。挿抜方向補正手段３４は、この推定
された部位情報から湾曲量に制限範囲を設定し、予め読
み込んでおいた挿抜方向データを補正する。この補正デ
ータが自動挿入制御装置２２の湾曲・挿抜制御手段３２
に伝送されると、湾曲・挿抜制御手段３２は補正された
挿抜方向データに基づき、次の湾曲量と挿抜量を算出す
る。

【００７１】以上説明したように、第３実施形態では、
内視鏡の挿抜方向を判断することにより湾曲制御と挿抜
制御を行う内視鏡自動挿入装置から湾曲制御情報と挿抜
制御情報の値を所定時間毎に取り込み蓄積する記憶手段
と、記憶手段のデータを処理して形状情報を得る形状情
報生成手段と、この形状情報に基づき自動挿入の挿抜方
向を補正する挿抜方向補正手段とを設けることにより、
自動挿入を容易に行うことができるようになっている。
このとき、内視鏡の湾曲制御情報と挿抜制御情報の蓄積
データから挿入された内視鏡挿入部の形状を生成し、全
体の形状とあらかじめ記憶しておいたサンプル形状デー
タと比較することにより現在の内視鏡先端が患者の体内
でどの部位に存在するかを判断する。そして、検出した
挿抜方向を各部位によって所定の範囲で限定し必要に応
じて補正するようにしている。

【００７２】第３実施形態によれば、自動挿入制御装置
から制御データを読み込む構成だけで挿入形状を検出す
ることができるため、挿入方向の検出をより厳密にで
き、正確な内視鏡の挿入形状検出が可能であると共に、
第１実施形態と同様にシステム構成を簡単にすることが
できる効果が得られる。

【００７３】［付記］ （１） 内視鏡の挿入部に複数配設され、この配設した
点の回転角を検出し電気信号に変換する回転角検出手段
を直交する３軸上に配置してなる姿勢検出センサ手段
と、前記姿勢検出センサ手段の出力を所定間隔で標本化
する姿勢検出手段と、複数の前記姿勢検出手段が標本化
した複数の姿勢情報から内視鏡の挿入形状を検出する形
状検出手段と、を備えたことを特徴とする内視鏡形状検
出装置。

【００７４】（２） 前記姿勢検出センサ手段は、ジャ
イロスコープであることを特徴とする付記１に記載の内
視鏡形状検出装置。

【００７５】（３） 術者が行う内視鏡挿入部の挿抜操
作の操作量を検出する操作量検出センサ手段と、前記操
作量検出センサ手段の出力を所定間隔で標本化する操作
量検出手段と、複数の前記操作量検出手段が標本化した
複数の操作量情報から内視鏡の挿入形状を検出する形状
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。

【００７６】（４） 内視鏡自動挿入制御装置と組み合
わせて使用する内視鏡形状検出装置において、前記内視
鏡自動挿入制御装置の行う挿抜操作の制御データを取り
込み記憶する記憶手段と、所定間隔で読み出した前記記
憶手段のデータから内視鏡の挿入形状を検出する形状検
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。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、簡
単な構成で正確に内視鏡の挿入形状を検出することが可
能な内視鏡形状検出装置を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る内視鏡装置のシス
テム構成を示す構成図

【図２】第１実施形態の内視鏡形状検出装置の構成を示
す構成図

【図３】姿勢検出回路の構成を示すブロック図

【図４】第１実施形態の動作を説明するためのフローチ
ャート

【図５】第１実施形態の形状検出処理を説明する作用説
明図

【図６】本発明の第２実施形態に係る内視鏡形状検出装
置の構成を示す構成図

【図７】状態変化検出回路の構成を示すブロック図

【図８】第２実施形態の動作を説明するためのフローチ
ャート

【図９】第２実施形態の形状検出処理を説明する作用説
明図

【図１０】第２実施形態の変形例に係る圧力検出回路の
構成を示すブロック図

【図１１】第２実施形態の変形例の動作を説明するため
のフローチャート

【図１２】本発明の第３実施形態に係る内視鏡形状検出
装置及び内視鏡自動挿入制御装置のシステム構成を示す
構成図

【図１３】第３実施形態の動作を説明するためのフロー
チャート

【符号の説明】 １…内視鏡 １ａ…挿入部 １ｃ…湾曲部 １ｄ…先端部 ２…内視鏡観察装置 ３…内視鏡形状検出装置 ４…表示装置 １０…３方向ジャイロ １０ａ…圧電振動ジャイロ １１…姿勢検出回路 １１ａ…ローパスフィルタ（ＬＰＦ） １１ｂ…増幅回路 １１ｃ…アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ） １１ｄ…データバッファ １２…データ処理回路 １３…信号処理手段

───────────────────────────────────────────────────── 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 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 (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 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 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 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内視鏡の挿入部に複数配設され、この配
   設した点の回転角を検出し電気信号に変換する回転角検
   出手段を直交する３軸上に配置してなる姿勢検出センサ
   手段と、 前記姿勢検出センサ手段の出力を所定間隔で標本化する
   姿勢検出手段と、 複数の前記姿勢検出手段が標本化した複数の姿勢情報か
   ら内視鏡の挿入形状を検出する形状検出手段と、 を備えたことを特徴とする内視鏡形状検出装置。