WO2005018439A1 - 内視鏡形状検出装置 - Google Patents

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WO2005018439A1
WO2005018439A1 PCT/JP2003/010617 JP0310617W WO2005018439A1 WO 2005018439 A1 WO2005018439 A1 WO 2005018439A1 JP 0310617 W JP0310617 W JP 0310617W WO 2005018439 A1 WO2005018439 A1 WO 2005018439A1
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endoscope
coils
shape
coil
frequency
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PCT/JP2003/010617
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English (en)
French (fr)
Inventor
Chieko Aizawa
Fumiyuki Onoda
Sumihiro Uchimura
Akira Taniguchi
Original Assignee
Olympus Corporation
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Priority to EP03818292A priority patent/EP1632168B1/en
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/005—Flexible endoscopes
    • A61B1/009—Flexible endoscopes with bending or curvature detection of the insertion part
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
    • A61B5/061—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body
    • A61B5/064—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body using markers

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope shape detecting device that detects and displays an inserted shape of an endoscope using a magnetic field generating element and a magnetic field detecting element.
  • endoscope shape detection devices that detect the shape of an endoscope inserted into a body or the like using a magnetic field generation element and a magnetic field detection element and display the information by a display unit have been used.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-107875 discloses a device that detects an endoscope shape using a magnetic field and displays the detected endoscope shape.
  • a plurality of magnetic field generating elements arranged at predetermined intervals in an insertion portion of an endoscope inserted into a body are driven to generate a magnetic field around the element, and each magnetic field is detected by a magnetic field detecting element arranged outside the body.
  • the three-dimensional position of the magnetic field generating element is detected, a curve connecting the magnetic field generating elements is continuously generated, and a three-dimensional image of the modeled insertion part is displayed on the display means.
  • the surgeon and the like can grasp the position of the distal end of the insertion portion inserted into the body, the insertion shape, and the like, so that the insertion operation to the target portion can be performed smoothly.
  • the insertion portion is curved in a loop shape or the like with a small radius of curvature with respect to the distance between the magnetic field generating elements arranged in the insertion portion, the portion curved in the loop shape is used. Due to the small number of magnetic field generating elements present in the system, a smooth shape such as the actual loop shape could not be displayed.
  • An object of the present invention is to provide an endoscope shape detecting device capable of accurately displaying the shape of an actual insertion section with a simple configuration. Disclosure of the invention
  • One of the plurality of magnetic field generating elements and the plurality of magnetic field detecting elements is arranged inside the endoscope insertion part to be inserted into the subject, and the other element is arranged outside the subject.
  • the position of one element disposed inside the entrance is detected by the detecting means using the position data of the other element.
  • the endoscope shape detection device that estimates the shape of the endoscope insertion portion and displays the shape on the display means,
  • a virtual element is arranged between the detected one element, and data interpolation between the one element is performed using the position data of the virtual element.
  • FIGS. 1 to 22C relate to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an endoscope system provided with the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of an arrangement of sense coils built in a coil unit in a reference coordinate system.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the endoscope shape detecting device in FIG.
  • FIG. 4A is a block diagram showing the configuration of the detection block and host processor of FIG.
  • FIG. 4B is a block diagram showing the configuration of the connection detection mechanism.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a detection block and the like.
  • FIG. 6 is a timing chart of the operation of the two-port memory and the like.
  • FIGS. 7A, 7B, and 7C show the detection device, the operation panel, and the main menu, respectively.
  • 8A and 8B are diagrams showing a connection display function when an endoscope or the like is connected to the detection device, and a shape of an extracorporeal marker connection icon or the like.
  • FIG. 9A and FIG. 1OA are diagrams showing the position of the source coil when no virtual point is set, and the shape of the insertion portion displayed in that case.
  • FIG. 9B and FIG. 1OB are diagrams showing the position of the source coil when a virtual point is set, and the shape of the insertion portion displayed in that case.
  • FIG. 9C and FIG. 1OC are diagrams showing the position of the source coil when the virtual coil is actually set by setting the coil interval, and the shape of the insertion portion displayed in that case.
  • FIG. 11 is a basic explanatory diagram of the virtual point setting process.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the contents of a processing routine for setting a virtual point.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of the virtual point setting process of FIG.
  • Fig. 14 is a diagram showing the details of the date and time display etc. changed depending on the destination.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram in which when the source coil portion in the insertion portion displayed on the monitor is within the detection range, its icon is also displayed in green.
  • FIG. 16 is a diagram showing a state in which the display color is determined depending on whether or not the interpolation point of the source coil is inside the detection range.
  • FIG. 17 is a flowchart showing a process of drawing a scope model from magnetic field measurement.
  • FIG. 18 is a diagram showing a state where the insertion part is divided into three regions.
  • FIG. 19A and FIG. 198 are explanatory diagrams in which data is buffered at shorter intervals as compared with the preceding example of FIG. 19C.
  • FIG. 20 is a diagram showing how the cutting surface is set by the reference plate or the like.
  • FIG. 21 is a diagram showing detailed setting contents in the case of FIG.
  • FIGS. 22A to 22C are explanatory diagrams of the operation of performing automatic centering even when the scope position is OFF.
  • FIGS. 23 to 35 relate to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 23 is a block diagram showing a configuration of an endoscope shape detecting device in an endoscope system having the second embodiment.
  • FIG. 24 is a block diagram showing a configuration of the endoscope shape detecting device of FIG.
  • FIG. 25A is a block diagram showing a configuration of a reception block and a control block.
  • FIG. 25B is a block diagram showing the configuration of the connection detection mechanism.
  • Fig. 26 is a flowchart showing the main processing procedure until the operation of detecting the scope model is performed by turning on the power.
  • FIG. 27 is a flowchart showing a detailed processing procedure of the processing for checking the operation of the receiving system in FIG.
  • FIG. 28 is a flowchart showing a detailed processing procedure for measuring the environmental noise in FIG. 26 and selecting a driving frequency group having a small noise.
  • FIG. 29 is a circuit diagram showing a basic configuration of a drive circuit for driving one source coil.
  • FIG. 30A is a diagram showing an example of a drive waveform in which a drive period and a check period differ depending on the drive group.
  • FIG. 3 OB is a diagram showing that the check periods are shifted in the same drive group.
  • FIG. 31 and FIG. 32 are explanatory diagrams of the operation when the individual line is short-circuited before and after the improvement (this embodiment), respectively.
  • FIG. 33A and FIG. 33B are operation explanatory diagrams when the signal line inside the main body is disconnected before and after the improvement (this embodiment), respectively.
  • FIGS. 34 and 35 are explanatory diagrams of the operation when the connection is broken before and after the improvement (this embodiment), respectively.
  • FIGS. 36 to 39 relate to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 36 is a block diagram showing a configuration of an endoscope shape detecting device according to the third embodiment.
  • FIG. 37 is a circuit diagram showing a configuration of the coil drive circuit unit.
  • FIG. 38 is an explanatory diagram showing a timing waveform of the coil drive timing signal.
  • FIG. 39 is a diagram showing a waveform of a drive signal intermittently applied to the coils divided into groups.
  • FIG. 40 is a circuit diagram showing a configuration of the coil drive circuit unit according to the fourth embodiment of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIGS. 1 to 22C A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 22C.
  • an endoscope system 1 having the first embodiment includes an endoscope device 2 for performing an endoscopy, and an endoscope shape detection used for assisting the endoscopy.
  • the endoscope shape detecting device 3 includes an insertion portion 7 of an electronic endoscope 6 inserted into a body cavity of a patient 5 lying on a bed 4 to perform an endoscopic examination. Used as an aid.
  • the electronic endoscope 6 has an operation section 8 having a bending operation knob formed at the rear end of a flexible elongated insertion section 7, a universal cord 9 extends from the operation section 8, and a video imaging system is provided. (Or video processor) 10 connected to.
  • the electronic endoscope 6 transmits the illumination light from the light source unit in the video processor 10 through the light guide, emits the illumination light transmitted from the illumination window provided at the tip of the input unit 7, and outputs the light to the patient.
  • Illuminate etc. The illuminated subject such as a diseased part forms an image on an image pickup device arranged at an image forming position by an objective lens attached to an observation window provided adjacent to the illumination window. Convert.
  • the photoelectrically converted signal is subjected to signal processing by a video signal processing unit in the video processor 10 to generate a standard video signal, which is displayed on an image observation monitor 11 connected to the video processor 10.
  • the electronic endoscope 6 is provided with a forceps channel 12. From the inlet 12 a of the forceps channel 12, for example, 16 magnetic field generating elements (or source coils) 14 a, 1 b,- , 14 p (hereinafter, represented by reference numeral 14 i) are passed through, so that the source coil 14 is installed in the inlet 7.
  • 16 magnetic field generating elements (or source coils) 14 a, 1 b,- , 14 p (hereinafter, represented by reference numeral 14 i) are passed through, so that the source coil 14 is installed in the inlet 7.
  • the source cable 16 extending from the rear end of the probe 15 has a connector 16 a at the rear end attached to a detection device (also referred to as a device main body) 21 as a device main body of the endoscope shape detecting device 3. Removably connected.
  • a detection device also referred to as a device main body
  • the source coil 14 i Radiates electromagnetic waves with a magnetic field to the surroundings.
  • the detection device 21 disposed near the bed 4 on which the patient 5 lies is provided with a (sense) coil unit 23 that is freely movable up and down (up and down).
  • a plurality of magnetic field detecting elements (sense coils) are arranged in the (in more detail, as shown in FIG. 2, for example, the center Z coordinate is directed to the first Z coordinate, for example, the X axis).
  • the sense coil 22 j is connected to the detection device 21 via a cable (not shown) from the coil unit 23.
  • the detection device 21 is provided with an operation panel 24 for a user to operate the device.
  • a liquid crystal monitor 25 is disposed on the upper part of the detection device 21 as a display means for displaying the detected endoscope shape.
  • the endoscope shape detection device 3 includes a drive block 26 that drives a source coil 14 i and a detection device that detects a signal received by a sense coil 22 j in a coil unit 23.
  • Block 27 and host processor 28 that processes the signal detected by detection block 27 It is composed of
  • the probe 15 installed in the insertion section 7 of the electronic endoscope 6 has 16 source coils 14 i for generating a magnetic field as described above. These source coils 14 i are connected to a source coil drive circuit 31 that generates 16 drive signals of different frequencies constituting a drive block 26.
  • the source coil drive circuit 31 drives each source coil 14 i with a sine wave drive signal having a different frequency, and each drive frequency stores drive frequency setting data (not shown) inside the source coil drive circuit 31. It is set by the driving frequency setting data (also referred to as driving frequency data) stored in the driving frequency setting data storage means.
  • the drive frequency data is supplied to a source coil drive circuit unit 3 via a PIO (parallel input / output circuit) 33 by a CPU (central processing unit) 32 which performs an endoscope shape calculation process and the like in a host processor 28. It is stored in the drive frequency data storage means (not shown) in 1.
  • the 12 sense coils 22 j in the coil unit 23 are connected to a sense coil signal amplifying circuit 34 constituting the detection block 27.
  • the sense coil signal amplifying circuit section 34 As shown in FIG. 5, 12 single-core coils 22k constituting the sense coil 22j are connected to the amplifier circuit 35k, respectively.
  • a processing system is provided, in which a small signal detected by each single-core coil 22 k is amplified by the amplifier circuit 35 k and a band through which multiple frequencies generated by the source coil group pass in the filter circuit 36 k passes After the unnecessary components are removed and output to the output buffer 37k, it is converted to a digital signal that can be read by the host processor 28 by the ADC (analog 'digital' converter) 38k.
  • 7 comprises a sense coil signal amplifying circuit section 34 and an ADC 38
  • the sense coil signal amplifying circuit section 34 comprises an amplifying circuit 35k, a filter circuit 36k and an output buffer 37k.
  • the outputs of the 12 systems of the sense coil signal amplifying circuit section 34 are transmitted to the 12 ADCs 38 k, and are supplied by the clock supplied from the control signal generating circuit section 40. It is converted to digital data with a predetermined sampling period. This digital data is written to the 2-port memory 42 via the local data bus 41 by a control signal from the control signal generation circuit 40.
  • the two-port memory 42 as shown in FIG. 5, is functionally composed of a local controller 42a, a first RAM 42b, a second RAM 42c, and a bus switch 42d.
  • the ADC 38k starts AZD conversion by the AZD conversion start signal from the local controller 42a, and the pass switch 42d switches between the RAMs 42b and 42c by the switching signal from the local controller 42a.
  • the first RAMs 42b and 42c are alternately used as a read memory and a write memory, and the data is always taken in after power-on by a write signal.
  • the CPU 32 transmits the digital data written to the 2-port memory 42 by the control signal from the control signal generation circuit 40 to the local data bus 43, the PC controller 44, and the PC.
  • the data is read out via an internal bus 46 comprising an I-path 45 (see FIG. 5), and a frequency extraction process (high-speed Fourier transform: FFT) is performed on the digital data using a main memory 47 as described later.
  • FFT high-speed Fourier transform
  • the insertion state of the insertion unit 7 of the electronic endoscope 6 is estimated from the calculated position coordinate data, display data for forming an endoscope shape image is generated, and output to the video RAM 48.
  • the data written in the video RAM 48 is read out by the video signal generation circuit 49, converted into an analog video signal, and output to the LCD monitor 25.
  • the LCD monitor 25 displays the insertion shape of the insertion section 7 of the electronic endoscope 6 (hereinafter, referred to as a scope model) on the display screen.
  • magnetic field detection information corresponding to each source coil 14i that is, electromotive force (sine wave signal amplitude value) and phase information generated in the single core coil 22k constituting each sense coil 22j are calculated. Is done.
  • the phase information indicates the polarity ⁇ of the electromotive force.
  • the detection device 21 includes an extracorporeal marker 57 for displaying the position outside the body in order to confirm the position of the insertion portion 7 inserted into the body.
  • the reference plate 58 which is used to always display the scope model from a specific direction (of the patient 5) even when the position of the patient 5 changes, for example, by being attached to the abdomen of the patient 5, etc. It can also be used by connecting.
  • the extracorporeal marker 57 contains one source coil inside.
  • the connector 59 a at the base end of the cable 59 is detachably connected to the detection device 21.
  • the source coil of extracorporeal force 57 is also driven in the same manner as the source coil in probe 15, and the extracorporeal marker 57 detected by coil unit 23 is The position of the source coil is also displayed on monitor 25 in the same way as the scope model.
  • the reference plate 58 has, for example, three source coils disposed on the disk surface inside the disk-shaped portion, and a connector 6 at the base end of the cable 60 connected to the three source coils. 0 a is detachably connected to the detection device 21.
  • the surface on which they are located is determined. Then, it is used to draw a scope model so as to be a scope model observed when the insertion part 7 is viewed from a direction perpendicular to the surface.
  • the detecting device 21 has a connector 16 a for the probe 15, a connector 59 a for the extracorporeal marker 57, and a connector 60 a for the reference plate 58.
  • a connector 16 a for the probe 15 a connector 16 a for the probe 15
  • a connector 59 a for the extracorporeal marker 57 a connector for the extracorporeal marker 57
  • a connector 60 a for the reference plate 58 are provided with connector receivers 21a, 21b and 21c respectively, and each connector receiver 21a, 21b and 21c is connected to the source coil drive circuit 31. .
  • the connector receiver 21a is provided with a connection detection mechanism 80 for detecting the presence or absence of connection of the connector 16a.
  • a common pin pc and a connection detection pin pk are provided in addition to the connection pins p1 to pn connected to the source coils 14a to 14p, and the pin pk is connected to the pin pc. It has been.
  • pin receivers ⁇ 1 ′ to ⁇ ′, pc ′ and pk ′ connected to the connection pins p1 to pn, pc and pk, respectively. Connected to ground.
  • the pin receiver pk ' is connected to the power supply terminal Vc by a pull-up resistor R, and is also connected to a connection detection port of the CPU 32.
  • the CPU 32 determines whether the probe 15 is not connected to the detector 21 depending on whether the level of the pin receiver pk 'is the "H" level of the power supply terminal Vc or the "low” level of the ground.
  • the connection status is determined. In other words, as shown in FIG. 4B, when the probe 15 is connected, the pin receiver pk 'is connected to the ground via the conductive pins pk and pc on the connector 16a side, and the pin receiver pk' is connected to the ground.
  • the level of this pin receiver pk ' is the "low” level of the ground, and it is determined that the probe 15 is connected.
  • the connector receivers 21b and 21c have the same connection detection mechanism.
  • the CPU 32 When the CPU 32 is connected to the probe 15 (endoscope provided with), the extracorporeal marker 57, and the reference plate 58, for example, the connection at the lower right corner of the monitor 25 shown in FIG. Displays the endoscope connection icon, extracorporeal marker connection icon, and reference plate connection icon connected to the status display section 25a. If not connected, the icon is not displayed.
  • the CPU 32 has a source coil 14 i (indicated by 14 ⁇ ⁇ here, but in addition to the source coil 14 i in the probe 15, the source coil of the extracorporeal marker 57, the reference plate (Including 58 source coils) is provided.
  • This determination means 32a performs the following abnormality determination.
  • each source coil 14 i If the position data of each source coil 14 i is within a predetermined range, it is determined to be valid; if it is out of the range, it is determined to be invalid.
  • Abnormality of the position data of the source coil is determined based on the results of a), b) and c) above. Further, the determination means 32a performs the following abnormality determination on the source coil in the probe.
  • a section in which the distance between the two source coils 14 i, 14 i + 1 is too short or too long for a predetermined distance range is determined to be abnormal.
  • the result of the determination is displayed so that the operator can understand it by changing the display mode according to the result of the determination when displaying the scope model or the three-dimensional position of the extracorporeal marker 57.
  • the CPU 32 has the above-mentioned endoscope connection icon, extracorporeal marker connection icon, reference plate
  • connection icon When the connection icon is displayed, control is performed to display the connection icon on the monitor 25 through the function of the display color selection means 32b according to the determination result. Therefore, the operator can easily know whether or not the state has been detected with a predetermined accuracy or higher based on the display color of the icon displayed in the connection state display section 25a at the lower right of FIG. 8A. I can do it.
  • the scope model displayed on the display surface of the monitor 25, the marker position of the extracorporeal marker 57, and the The display color is changed according to whether or not the display is within the effective detection range.
  • the position of each source coil 14i is detected and displayed by a scope model through interpolation or the like.
  • the scope model part and the scope model part outside the effective detection range are displayed in different display colors.
  • the result of the determination by the determination means 32a is reflected on the image data stored in the video RAM 48, for example. That is, when the CPU 32 stores image data such as a scope model in the video RAM 48, the CPU 32 stores the image data in the R, G, and B planes of the video RAM 48 according to the determination result.
  • the image data is displayed on the G, R, and B planes of the video RAM 48 so that the image is displayed in a predetermined color, for example, gray. Is stored.
  • the image data of the part is stored in the G and R planes of the video RAM 48 so that the part is displayed in yellow, for example.
  • the color of the marker displaying the extracorporeal marker is changed according to whether or not the extracorporeal marker 57 is within the effective detection range.
  • the present embodiment based on the scope model displayed on the monitor 25 and the display color of the extracorporeal marker 57, it is determined whether or not they are within the effective detection range and can be detected with a predetermined accuracy or higher.
  • the feature is that it is easy to know whether the state is less than a predetermined accuracy.
  • 7A and 7B show the detecting device 21 and the operation panel 24 provided on the detecting device 21.
  • the operation panel 24 includes a menu button 51 for displaying a menu bar (of a main menu as shown in FIG.
  • a reset button 52 for performing a reset operation
  • the view angle is changed by rotating the scope model using the up, down, left and right arrows, etc.
  • the view angle select button 5 3 for selecting functions (up and down arrows) and item selection (left and right arrows) ,
  • ⁇ i and — may be described with buttons, etc.) and zoom buttons 5 4 (+ and 1) Buttons, etc.
  • a 1-screen 2-screen button that gives instructions for 1-screen and 2-screen display
  • a scope position button 5 6 that sets the start position of the scope model display. It is provided.
  • connection display Next, the function of the connection display will be described with reference to FIGS. 8A and 8B.
  • the endoscope 6, the reference plate 57, and the extracorporeal marker 58 can be detachably connected to the detection device 21.
  • connection state display section 25a of the monitor 25 The presence / absence of the connection is easily recognized by the connection state display section 25a of the monitor 25 based on the presence / absence of the connection.
  • the connected state In the connected state, it detects whether the connection is normal, if the accuracy is low, or if it is abnormal or faulty, and changes the display color to display it so that the user can confirm it with the display color of the connection state.
  • the extracorporeal marker 57, the reference plate 58, and the endoscope 6 are connected to the detection device 21, the extracorporeal connection icon, the reference plate connection icon, and the endoscope connection icon are displayed as shown in Fig. 8A. Is displayed on the connection status display section 25a.
  • FIG. 8B shows the shapes and contents of the extracorporeal marker connection icon, the reference plate connection icon, and the endoscope connection icon displayed on the connection state display section 25a.
  • the display color of the icon is green when the connection is normal, yellow when the accuracy is low, and red when an error or failure occurs, so that the user can confirm the connection by the display color. I have to.
  • the display is not limited to the display in which the display color is changed according to the determination as to whether the accuracy is within the valid accuracy.
  • the icon displayed on the connection status display section 25a is normally displayed without blinking.
  • a display mode may be used in which the display mode is changed to a display mode in which the display is blinked when the accuracy is reduced.
  • the present invention is not limited to a display form which is visually displayed on the monitor 25, but may be a sound or a sound in which the effective form of the accuracy is outside or within the effective form. May be.
  • the presence or absence of connection is not limited to the visual notification mode, and the acoustic notification mode by sound may be changed. For example, when the accuracy decreases from the effective accuracy, an audible notification may be given. In such a case, do not generate a sound, but generate a sound or voice when the accuracy decreases. In other words, it may be displayed or notified based on the presence or absence of sound or voice, and its change).
  • the position of the source coil 14 i actually arranged in the insertion section 7 is determined.
  • a process of arranging a virtual source coil at an intermediate point between the source coils 14 i is performed, so that the shape of the insertion portion can be calculated more accurately even when the source coil is bent at a small curvature.
  • the CPU 32 shown in FIG. 4A performs the function of the virtual point setting processing means 32 c for adding a further virtual element.
  • the source coils 14 i are arranged in the insertion section 7, for example, with a coil interval L of 10 O mm.
  • the insertion part 7 is curved in a loop shape at, for example, ⁇ 60, if the position of the source coil 14i inside the state is as shown by the cross point in FIG. When it is performed, it cannot be detected as a loop, and is displayed as an insertion shape as shown in FIG. 1 OA.
  • the insertion portion 7 is curved in a loop shape at, for example, ⁇ 60, and the position inside the portion is as shown by the cross point in FIG. Since it cannot be detected, it is displayed as the shape shown in Fig. 1 OA.
  • FIG. 9C shows the coil position when the coil interval is actually set to 5 O mm and the coil shape is obtained.
  • the virtual point setting processing means 32c for setting the virtual point basically, the processing for setting the virtual point Q 'shown in FIG. 11 is performed by software.
  • the length of this arc P a QP b is based on the source coil interval L (actually 100 mm). If it is shorter than a certain amount, the vector OQ is extended to the point Q side, and the point Q 'of the source coil interval L is obtained as a virtual point.
  • the shape of the insertion portion can be displayed with high accuracy.
  • FIG. 12 shows the operation of a processing routine of a program for setting the virtual point by the virtual point setting processing means 32c by software.
  • the CPU 32 When the virtual point calculation process starts, the CPU 32 performs the pre-interpolation process of step S1 in FIG. 12 and performs the interpolation process on the coil position P i whose position has been estimated to obtain the interpolation point d P n.
  • i is for the source coil 41 ⁇ ⁇ actually arranged in the insertion section 7, and is 1 to ⁇ ( ⁇ is, for example, 12 or 16), and ⁇ is the distance between i and i + 1. Is the number of interpolation points.
  • the source coil positions thinned out due to errors are supplemented by the midpoint of the arc interpolated between the source coil positions before and after that (hereinafter simply coil positions). Then, as shown in FIG. 13, for example, an interpolation point (interpolation point sequence) shown by a dotted line is obtained between the coil positions P i and P i +1. In the next step S2, the distance between the adjacent coils (along the interpolation point dPn) is obtained, and is set as Lri.
  • the distance L r ⁇ ⁇ between the coils is obtained by multiplying a predetermined value L ⁇ ⁇ (specifically, a designed coil interval of 100 mm) by a predetermined coefficient value (here, 1.5). It is determined whether or not the value is equal to or smaller than the larger predetermined value. That is, it is determined whether or not L r ⁇ L p 1.X 1.5.
  • step S3 If the condition of L ri ⁇ L pi X1.5 is not satisfied according to the judgment in step S3, the calculated coil distance L ri is determined to be too large, and the error processing in step S4 is performed. Move to 4. In this error processing, the error level is displayed as low, for example, as an error code E8. In this case, the part is displayed in, for example, yellow.
  • step S5 if the condition of L r ⁇ ! _ ⁇ ⁇ X 1.5 is satisfied according to the determination in step S3, it is further determined in step S5 whether or not the value is equal to or greater than a smaller predetermined value. L ri ⁇ L pi ⁇ ⁇ . 8 is determined.
  • step S14 If this condition is met, it is determined that the coil distance L r ⁇ ⁇ ⁇ calculated by interpolation has been calculated as a normal coil distance, and the flow proceeds to step S14. Also, in this step S5, as shown in FIG. 13, at four points of the coil positions ⁇ ⁇ —1, P i, P i +1 and P i +2, the angles P i—1, P i and P When i + 1 and the angles P i, ⁇ ⁇ +1 and P i +2 are j8, respectively, whether ⁇ + is more than 180 ° (that is, + ⁇ ⁇ 180 °) Make decisions.
  • step S14 it is determined that at least three coil positions are present on the circular arc (loop), that is, the actual shape can be approximately calculated only by normal interpolation processing. It moves to step S14.
  • step S14 the middle point of the distance ⁇ between the adjacent coils at the correction point dPn obtained by the preliminary correction is set as the virtual point Pvi, and the process proceeds to step S15.
  • step S5 On the other hand, if L ri ⁇ L pix 0.8 does not apply or + ⁇ 180 ° does not apply in the judgment in step S5, the shape can be calculated with high accuracy by the interpolation processing up to that point. If it is determined that there is no interpolation point, the interpolation point is corrected and the process of calculating the virtual point is performed. For this purpose, first, in step S6, the midpoint of the interpolated arc is obtained, and is set as dPmi. Specifically, as shown in FIG. 13, the midpoint d Pm i of the arc indicated by the dotted line obtained by interpolating the section between the coil positions P i and P i +1 is obtained.
  • the midpoint of the line segment P i P i +1 in step S8 is determined, and is set as Pm i.
  • the actual arc is obtained by extending the vector drawn from the midpoint Pmi of the line segment PiPi + 1 to the midpoint dPmi of the arc, and the actual arc exists. (Fig. 13 shows the unit vector ei when the starting point is O, not the vector itself).
  • step S8 a process of determining (r i) is performed.
  • step S9 twice the obtained radius r ⁇ , that is, the diameter of the obtained arc is Judge whether it is less than the specified minimum diameter ⁇ i.
  • the minimum diameter ⁇ i is, for example, a value obtained by dividing the minimum radius that can be obtained when the insertion portion 7 is actually formed into a loop shape by a certain coefficient (for example, 1.5). Therefore, if the condition of step S9 is satisfied, it is determined that an error has occurred, the error processing of step S10 is performed, and the process proceeds to step S11 in the same manner as when the condition is not satisfied. That is, assuming that the obtained radius ri is smaller than the minimum radius that can be obtained when the insertion portion 7 is actually formed into a loop, the portion is displayed in yellow because the reliability is low.
  • the display is not performed in that range.
  • step S11 it is determined whether or not the central angle 0i is equal to or less than 180 °, and whether or not the virtual point Pvi exists on the extension of the unit vector ei shown in FIG. Is determined.
  • the virtual point PV i is determined as outlined in step S12, and if the central angle 0 i is equal to or greater than 180 °, Then, the virtual point PV ⁇ is determined as outlined in step S13.
  • step S2 it is determined whether or not the coil number i has reached the value N-1 adjacent to the last number N. If the virtual point processing to be found remains, the process returns to step S2 and the same processing is repeated.
  • the interpolation processing is performed by using the virtual point together with the actual position of the source coil 14i to calculate the shape of the input portion. Then, the calculated insertion shape is modeled and displayed on the display screen of the monitor 25. By setting the virtual point in this manner, data interpolation for calculating the insertion shape after that becomes easy.
  • the processing for setting the virtual source coil between adjacent source coils so as to satisfy the appropriate condition is performed by software, and the detection and display of the shape of the insertion part are performed.
  • the software can be applied to existing equipment by changing the software.
  • the source coil 14 i is disposed as a magnetic field generating element for generating a magnetic field on the side of the insertion section 7, and the sense coil 22 as a magnetic field detecting element for detecting a magnetic field is disposed in the coil unit 23 outside the body.
  • the processing for setting virtual points for the sense coil is also performed. (As if a larger number of sense coils were arranged inside) The shape of the insertion part can be detected with high accuracy.
  • the endoscope shape detecting apparatus of the present embodiment has five destinations in Japan, the United States, the United Kingdom, France, and Germany.
  • the display, display font, and display symbol (display icon) settings are changed.
  • date and time display is changed in conjunction with the destination to provide an easy-to-read display screen for each destination.
  • the display color of the endoscope icon shown in FIG. 8A is changed by the source coil 14 i arranged in the range displayed on the monitor 25 as shown in FIG. I decided to decide.
  • the endoscope icon was displayed in yellow if the source coil 14 i in the (endoscope) insertion section was outside the detection range, but it was actually displayed on the monitor 25. If the shape of the inserted part is inside the detection range, it is displayed in gray, and the displayed color of the inserted part and the corresponding icon may be different.
  • the display color of the icon is determined based on whether or not the source coil 14 # of the portion displayed on the monitor 25 is inside the detection range. Therefore, as shown in FIG. 15, the insertion portion shape is inside the detection range, is displayed in gray, and its icon is also displayed in green, so that the display is easy to understand.
  • the same display method is used for extracorporeal energy and reference plates.
  • the display color when displaying the shape of the inserted part is a certain coil position. If the position is outside the output range, the position of the coil adjacent to the coil (actually within the detection range) is calculated using information on the coil position outside the detection range when calculating the position. Actually, the vicinity of the coil position within the detection range was sometimes displayed in yellow.
  • the display can be performed in a display color with high reliability, but it is difficult to grasp the boundary of the detection range as a disadvantage. For this reason, in the present embodiment, the display color is determined based on the interpolation point at the boundary of the detection range.
  • the buffering timing of the position data is changed in order to smooth the movement of the scope model.
  • Figure 17 shows the process of drawing a scope model using magnetic field measurement.
  • the position detection in step S22 is performed
  • the data detected in step S23 is subjected to data buffer processing for taking in the data in step S23, and the buffered data is further stepped.
  • the scope drawing processing of step S25 is performed.
  • the coil of the insertion section 7 is divided into three groups of a distal end, an intermediate section, and a proximal end, and as shown in FIG. 19A, A, B, C, A, Are driven sequentially at the timing of...
  • buffering is performed at the timing when the data of one drive group is updated.
  • Fig. 19C buffering is performed at the timing when all data is updated (that is, at a timing rate three times that of Fig. 19B).
  • the data update rate is tripled, and the output data of the subsequent digital filter is also updated at time intervals of 13; The size of the image is tripled, making it possible to draw smoothly.
  • the scope position memory is set when the reference plate 58 is used, the position relationship between the scope model and the device body is set so that it is easy to grasp, so that an easy-to-read display screen (scope model) can be provided. Will be described.
  • FIG. 20 shows the main unit 21 and the bed 4 on which the patient lies as viewed from above, and the left side is usually the patient's head side.
  • the boundary between the outside of the body and the inside of the body (displayed on monitor 25) is defined by a plane, called the cut plane, and the outside of the body from this cut plane is hidden.
  • the setting of the existing cut surface differs depending on the connection state of the reference plate 58.
  • the face 1 in Figure 20 is the unconnected force face, and the face 2-1 is the force face when connected.
  • the scope position is a function that translates the existing cut plane position (in the horizontal direction in FIG. 20) using the extracorporeal marker 57, and translates in parallel to the plane ⁇ 1 2 Z ⁇ -2 at ON.
  • the cutting surface is set as shown in the table of FIG. 21 according to the use state of the reference plate 58 and the extracorporeal marker 57. Note that "valid" and “invalid” in the table indicate the state of the function using the detected position of the connected reference plate 58 and extracorporeal force 57.
  • the characteristic setting is that when the reference plate 58 is connected, the direction perpendicular to the plane set by the reference plate 58 becomes the cut surface.
  • the reference when the extracorporeal marker 57 is turned on, the reference
  • the cut surface has a different orientation from that of the cut surface 1-1 set by the plate 58, in the present embodiment, (when the reference plate 58 is connected, (The orientation of the cut surface was not changed.)
  • the function of the reference plate 58 was easily understood by simply setting the cut surface 2 2 to be translated so as to pass through the extracorporeal marker 57.
  • the gray scale display method of the scope model used in the conventional example is changed.
  • Zmin z-coordinate at the deepest side of the screen for grayscale display
  • Zmax z-coordinate on the front side of the screen for grayscale display
  • the gray scale is determined according to the scope range actually detected in the conventional example, but by changing it to a fixed value such as the specified detection range, the gray scale can be displayed without extreme gray scale display.
  • the three-dimensional shape can be easily grasped from the scale display.
  • the automatic centering function is used to effectively prevent the scope model from deviating from the screen to provide an easy-to-read display screen.
  • the operation of changing the horizontal direction of the screen (for example, when the scope position is OFF or when the reference plate is disconnected) is always set to perform the automatic centering function to prevent the scope model from being off the screen. So that it can be effectively prevented.
  • the normal centering function is as shown in Fig. 22A, when the tip of the scope model moves to the upper display area on the horizontal line of the display screen, the tip of the scope model at that time becomes the center of the screen in the horizontal direction. So that the scope model is displayed.
  • the display is such that the tip of the scope model intersects the horizontal line below the screen, which is the power plane on the left side of the horizontal center below the screen, and the position becomes the center position. Done.
  • the state of displaying the scope model by resetting the center position as indicated by the solid line is maintained by performing the function of the automatic sentan ring.
  • the extracorporeal marker 57 has been described, but the automatic centering function is also performed when the reference plate is disconnected.
  • the number of the sense coils 22 j arranged in the coil unit 23 is set to 12.
  • the present invention is not limited to this. May be.
  • one of the plurality of magnetic field generation elements and the plurality of magnetic field detection elements is provided inside the endoscope insertion section inserted into the subject.
  • the other element is arranged outside the subject, and the position of one element arranged inside the endoscope insertion section is detected by the detecting means using the position data of the other element.
  • the endoscope insertion section Since the elements are arranged and the data interpolation means for performing the data interpolation between the one element by using the position data of the virtual element is provided, the endoscope insertion section has a small curvature. As if actually bent It is possible to accurately detect the bent shape as if the number of placed elements was increased, and display the shape.
  • FIG. 23 shows the configuration of an endoscope system 1B having the present embodiment.
  • the mirror system 1B has the same configuration except for the endoscope system 1 and the endoscope shape detection device 3B in FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
  • the endoscope shape detection device 3B includes a transmission block 26 ′ driving a source coil 14 i, and a sense coil 22 j in a coil unit 23. It comprises a receiving block 27 'for receiving the received signal, and a control block 28' for processing the signal detected in the receiving block 27 '.
  • the drive block 26 in the endoscope shape detection device 3 shown in FIG. 3 is a transmission block 26 ', and the detection block 27 is a reception block 2 7 ′, and the host processor 28 is changed to a control block 28 ′.
  • the probe 15 installed in the inlet 7 of the electronic endoscope 6 has 16 source coils 14 i for generating a magnetic field as described above. These source coils 14 i are connected to a source coil drive circuit 31 that generates 16 drive signals of different frequencies, which constitute the transmission block 26.
  • the source coil drive circuit 31 drives each source coil 14 i with a sine wave drive signal having a different frequency, and each drive frequency stores drive frequency setting data (not shown) inside the source coil drive circuit 31. It is set by the driving frequency setting data (also referred to as driving frequency data) stored in the driving frequency setting data storage means.
  • the drive frequency data is supplied to a source coil drive circuit section via a CPU (central processing unit) 32 (parallel I / O circuit) 33 3 which performs an endoscope shape calculation process and the like in a control block 28. 31 Stored in drive frequency data storage means (not shown) in 1.
  • multiple drive frequency groups are prepared.Before actually performing the position detection operation, environmental noise is measured, and the drive frequency of the drive frequency group with the lowest environmental noise is selected from the results. It can be set.
  • the 12 sense coils 22 j in the coil unit 23 are connected to a sense coil signal amplifying circuit 34 constituting a receiving block 27.
  • the sense coil signal amplifier circuit section 34 As shown in FIG. 5, 12 single-core coils 22k constituting the sense coil 22j are connected to the amplifier circuit 35k, respectively.
  • a processing system is provided, in which a small signal detected by each single-core coil 22 k is amplified by the amplifier circuit 35 k and a band through which multiple frequencies generated by the source coil group pass in the filter circuit 36 k passes Have After the unnecessary components are removed and output to the output buffer 37k, it is converted to a digital signal that can be read by the control block 28 by an ADC (analog 'digital' converter) 38k.
  • ADC analog 'digital' converter
  • the receiving block 27 includes a sense coil signal amplifier circuit 34 and an ADC 38, and the sense coil signal amplifier circuit 34 includes an amplifier circuit 35k, a filter circuit 36k, and an output buffer 37k. It is composed of
  • the outputs of the 12 systems of the sense coil signal amplification circuit section 34 are transmitted to the 12 ADCs 38k, and the control signal generation circuit section 4 in the control block 28 '. It is converted into digital data of a predetermined sampling cycle by the computer supplied from 0. This digital data is written into the 2-port memory 42 via the local data path 41 by a control signal from the control signal generation circuit section 40.
  • the connector 16a and its connector receiver 21a, the connector 59a and its connector receiver 21b, and the connector 60a and its connector receiver 21c shown in FIG. In order to reduce the influence of the leakage magnetic field on the scope model and the influence of noise at the time of checking, cover with a metal with a double or triple magnetic shielding function (for example, a metal of a ferromagnetic material such as a silicon iron plate) The leakage magnetic field and the like are reduced.
  • a metal with a double or triple magnetic shielding function for example, a metal of a ferromagnetic material such as a silicon iron plate
  • a drive frequency group of a plurality of drive signals (for example, three groups G1, G2, G3 as described later) is prepared as a transmission block 26 'shown in FIG. I have.
  • a drive frequency group with the lowest environmental noise is automatically or manually selected from among three available drive frequency groups.
  • the main feature is that the scope model can be calculated.
  • the CPU 32 inside the detection device (device main body) 21 shown in FIG. 25A performs the processing shown in FIG. 26 according to a program not shown.
  • the driving frequency group selection processing means 32 d that measures the environmental noise and selects the driving frequency group with the least environmental noise.
  • the CPU 32 When automatic selection is selected as described below, the CPU 32 performs control processing to automatically measure environmental noise according to the program, and from the result, determines the drive frequency with the least environmental noise. Judgment of several groups is performed, and drive control (selection setting) is performed so that the source coil 14 i is actually driven by the drive frequency group.
  • the CPU 32 inside the device main body 21 performs the process of detecting the control circuit board and obtaining the reception system adjustment data in step S31.
  • control circuit board detection process the process of confirming the mapping of the PCI device information table that configures the control circuit board inside the device body, the process of checking the PCI configuration, and the process of checking the initial register values of the control circuit board I do. Then, the process of acquiring the reception system adjustment data is performed.
  • step S32 it is determined whether or not there is a high-level (H) error. If this is the case, the process moves to step S33 and the use is stopped. For example, error display is performed on the entire screen. In this case, turn off the power and take measures such as maintenance.
  • a plurality of error displays are prepared according to a defect or a failure, and the screen to be displayed is changed according to the content of the error. The system is designed to make it easy to see if a failure has occurred, and to realize a device that is easy to use.
  • step S33 if there is no high-level error in step S33, the operation of the receiving system is checked in step S34.
  • step S41 of FIG. 27 the coil status of the chuck coil (not shown) installed in the apparatus main body 21 is confirmed. For example, check the failure of the check coil by the same method as the failure detection of the software described later, and confirm the coil status.
  • step S42 it is determined whether or not there is an abnormality. If this is the case, the process proceeds to step S43, where a high-level error, for example, an error code E1 is displayed, This chin: £ end the operation.
  • a high-level error for example, an error code E1 is displayed, This chin: £ end the operation.
  • step S44 If not abnormal, set the check coil drive mode as shown in step S44 to drive the check coil.
  • step S45 the ADC data of the check coil drive data received by each sense coil 22j in the coil unit 23 is used to check the operation of the receiving system. Then, frequency analysis (FFT) is performed, and the amplitude value A jj ′ detected by each sense coil 22 j is obtained as shown in step S46.
  • FFT frequency analysis
  • the number of sense coils is assumed to be 16.
  • j indicates the sense coil number, and j 'indicates the number of measurements. Then, in the next step S47, it is determined whether j ′ is 15 or less, and if it is 15 or less, the process returns to step S45 to repeat the same processing. When j ′ becomes 16, the process proceeds to step S48, and the average value A j of the amplitude values A j j ′ measured 15 times is obtained.
  • step S49 it is determined whether j is 16 or less. If it is 16 or less, the process returns to step S45, and the amplitude value is obtained in all the sense coils 22j.
  • the amplitude values detected by all the sense coils 22j are obtained in this manner, the amplitude values A1 to A16 obtained by all the sense coils 22j are checked in advance in the next step S50. Is determined between the upper limit value Ah and the lower limit value AI in the normal case.
  • step S50 If it is between the upper limit value Ah and the lower limit value A I in a normal case, it is determined to be normal and the check operation is terminated. On the other hand, if the condition of step S50 is not satisfied, the process proceeds to step S51, where an error code, for example, E1 is displayed as a high-level error, and this check operation is terminated.
  • E1 error code
  • step S35 it is determined whether or not the error level is high. If the error level is high, the process proceeds to step S36. The operation is stopped as in step S33.
  • step S37 the process proceeds to step S37, and the process proceeds to the frequency group selection process.
  • step S38 the normal operation of step S38, that is, the frequency group (in the case of automatic) having the least environmental noise
  • the operation of detecting the position of the saw coil and displaying the scope model is performed using the frequency group set manually.
  • step S37 the process of selecting a frequency group in step S37 will be described with reference to FIG.
  • the process of acquiring frequency group information in step S61 in FIG. 28 is performed.
  • the frequency group information in this case is the currently set selection information, which includes automatic and manual.
  • the frequency group Gp r ⁇ (specifically, one of the three groups G 1ZG2ZG3) selected last time (including the case selected by manual setting), and the environment Includes the number of noise measurements N (1 ⁇ 1: 10 to 1 in steps of 10).
  • step S62 it is determined whether or not the manual selection is performed in step S62. If this manual is selected, the process proceeds to step S63, where the previously selected value G pre selected as the frequency group is selected and set. The process ends.
  • manual selection may be more effective. For example, if multiple units are selected and operated automatically at the same time, the same frequency group may be selected. In such a case, it may be better to select manually. In the present embodiment, manual selection can be performed so as to cope with such a case.
  • step S64 is set to the driving stop mode (and the environmental noise is measured, and as a result, the lowest frequency group is used. Automatic selection to drive (automatic control)).
  • step S64 the state in which the source coil 14i is not driven, specifically, the content of the generator command register in the control circuit board is set to a state in which no drive signal is generated. Then, measurement of environmental noise is started in a driving stop state in which the source coil 14 i is not driven.
  • the connector part is magnetically shielded on the main unit 21, so that environmental noise can be measured with the leakage magnetic field from the main unit reduced. it can.
  • step S65 in this (drive stopped) state, ADC data is acquired for the signal detected by the sense coil of each coil unit 23, and frequency analysis is performed on the data. .
  • the sense coil No. obtained by the frequency analysis is i
  • the frequency No. is "
  • the amplitude value A ijk detected by the sense coil when the number of measurements is k is calculated. I do.
  • step S67 If the number of measurements k is N or less in the next step S67, the process returns to step S65, and the measurement is repeated. Then, the detected amplitude values are measured N times at, for example, 24 (can be used for driving) frequencies that can be set by the present apparatus.
  • the standard deviation is calculated for the amplitudes (indicating time-varying distribution characteristics) detected for 24 frequencies for each sense coil in step S68.
  • the standard deviation of the amplitude is defined as a noise value A ij.
  • step S69 it is determined whether the sense coil No is 16 or less, and if it is 16 or less, the process returns to step S65 to perform the same processing. On the other hand, when the measurement is performed with 16 sense coils, the process proceeds to step S70, and the average value of the noise values A ij of all the sense coils is obtained for each frequency, and the frequency noise value A j And
  • step S71 it is determined whether the frequency No is 24 or less, and if it is 24 or less, the process returns to step S65 to perform the same processing.
  • the process proceeds to step S72, and the maximum value of 1 to 8 in the frequency noise value A j is set as the noise E g 1 of the frequency group G 1 . Further, the process proceeds to the next step S73, and the maximum value of 9 to 16 in the frequency noise value Aj is set as the noise Eg2 of the frequency group G2. Further, the process proceeds to the next step S74, and the maximum value of 17 to 24 in the frequency noise value Aj is set as the noise Eg3 of the frequency group G3. The noise value of each group is compared, and the smallest group G s It is selected.
  • step 76 After selecting the minimum group G s It, it is determined in step 76 whether G s It> G pre, and if this is the case, the process proceeds to step S77, where the frequency actually driven is determined. Performs the process of setting the group to G pre, and then terminates this selection process. If the condition of step S76 is not met, the process proceeds to step S78, where it is determined whether G s It> G1. If this is the case, the process proceeds to step S79 to perform a process of setting G1 as the frequency drop to be driven, and thereafter ends this selection process.
  • step S78 If the condition of step S78 is not satisfied, the process proceeds to step S80, and it is determined whether GsIt> G2. If the condition is satisfied, the process proceeds to step S81. A process for setting the frequency group to be driven to G2 is performed, and then the selection process is terminated.
  • step S80 If the condition of step S80 is not satisfied, the process proceeds to step S82, where Gp3 is set as the frequency group to be driven, and the selection process ends. After that, normal operation is performed in the selected drive frequency group.
  • the scope model before driving the source coil 14 j to detect its position, calculate the scope model, etc., detect the environmental noise and determine the driving frequency group with the lowest noise. Since detection is performed and control is performed so as to perform actual position detection and the like in the drive frequency group, it is possible to easily perform position detection with good SN and therefore with high accuracy, detection of a scope model, and the like.
  • the source coil 14 ⁇ ⁇ ⁇ Before driving the source coil 14 ⁇ ⁇ ⁇ to detect its position and calculate the scope model (more specifically, before detecting environmental noise), check whether the receiving system, especially the sense coil, functions normally. Since a check coil is used to check whether or not the operation is normal and processing for normal operation thereafter is performed, the reliability of the endoscope shape detection device can be further improved. Further, in the present embodiment, when the source cable 16 on the rear end side of the probe 15 provided on the endoscope 6 is connected to the apparatus body 21 as described below, the inside of the source cable 16 Equipped with an improved checking method to detect short-circuits or poor contact (breakage) at the connection.
  • the self-check function is strengthened so that a failure mode that could not be detected before can be detected, thereby realizing a more reliable endoscope shape detection device.
  • FIG. 29 shows the configuration of the drive circuit 61 and the like when one source coil 14 is used.
  • the device itself for simplicity in the following figures, simply abbreviated as “body” 21
  • the drive signal generated in 1 is amplified by an operational amplifier (abbreviated as an operational amplifier) ⁇ and then output to the primary side of the output transformer ⁇ . It is applied, insulated and applied to the source coil 14 (in the scope 6) from the secondary side via the relay Re via the source cable 16.
  • an operational amplifier abbreviated as an operational amplifier
  • the contacts a and a 'connected to the output transformer T are turned on with the switching contacts c and c', respectively, and the drive signal is applied to the source coil 14 via an individual wire. And return via the common line. Note that the contacts a and a 'are also set when the drive is stopped.
  • the relay Re is switched by a relay switching signal at the check timing, and the switching contacts c and c 'are connected to the contact b connected to one end of the checking resistor R and the ground. Contact b 'turns on.
  • the other end of the resistor R is connected to a power supply terminal (the voltage is +3 V), and one end of the resistor R is connected to a comparator (not shown). Judge whether or not Check for short circuit or release (disconnection).
  • the DC resistance of the checking resistor R is approximately 82 ⁇
  • the DC resistance of the source coil 14 is approximately 60 to 1 ⁇
  • the DC resistance of the secondary winding of the output transformer T is approximately 5 ⁇ .
  • the DC resistance of the secondary winding of the output transformer T is much smaller (about 10) than the source coil 14 and the resistance R.
  • the value obtained by dividing the voltage at the power supply end by the DC resistance of the source coil as a load and the resistance R for the chip is, if normal (depending on the mode), approximately It is about 1.2 V to 1.6 V, and if it is detected in this voltage range, it is judged to be normal.
  • the voltage of the source coil 14 becomes the ground level voltage. It can be determined that the failure is out of the voltage range.
  • each source coil 14 i can be driven and checked according to the number of source coils 14 i as shown in FIGS. 31 and 32.
  • the source coils 14 i are divided into a plurality of sets (hereinafter, A, B, and C), and the drive timing is shifted. Drive.
  • a maximum of 24 source coils 14 mm can be driven, and eight source coils are driven at a time.
  • the drive periods T d (so that the drive signals are not applied to each other) are changed by applying drive signals to the source coils 14 ⁇ divided into three sets in groups A, B, and C, respectively.
  • the source coils 14 i belonging to each group A, B, C are driven.
  • a check period Tt is provided after the drive period Td to perform the check.
  • FIGS. 31 and 32 show the output section of the drive circuit 61 of the apparatus body before and after the improvement, the source cable 16 and the source coil 14 i arranged in the scope 6.
  • the source coils belonging to groups A and B are denoted by c1, c2,... And c1 ′, G2 ′,.
  • the signal lines connected to the source coils c1, c2, ⁇ , c1 ', c2', ... in the source cable 16 are k1, k2, ... and "! k 2 ′,
  • Operational amplifiers, output transformers, relays, etc. that belong to Group A are denoted by 01, 02, ' ⁇ , T1, ⁇ 2, ⁇ , Re1, Re2,.... It is indicated with a.
  • each group I actually drives eight source coils. You can move.
  • the signal lines on the return side of all the signal lines k1, k2,... are shared at a position in front of the connection part (connected to the main body) of the source cable 16.
  • the connection part on the scope side of the source cable 16 more precisely, it has a structure as shown in FIG. 35. That is, the signal line k1, k2, ⁇ , k1 ', and k2' are formed by composite coaxial lines, and the shield side (return side) is grouped into one point at each end in each group).
  • the number of contact pins of the connector at each connection portion is reduced to half, thereby preventing the connector from becoming large-sized, and being small and lightweight so that operations such as connection work can be easily performed. ing.
  • FIG. 31 shows a case before the improvement in which the signal lines on the return side are shared (as in the present embodiment) and the check timing remains the same as in the conventional example.
  • the potential detected by the comparator detects one source coil c1 And the failure cannot be detected.
  • the DC resistance of the secondary winding of the output transformer T 2 (the same applies to T 1, etc.) is much smaller than the source coil c 1, the resistance R 1, etc.
  • the resistor R 1 is independent (not connected in parallel with R 2), and approximately one end of this resistor R 1 is connected to a small resistor of the secondary winding of the output transformer T 2. (Strictly speaking, this is equivalent to a state in which the source coils c 1 and c 2 are connected in parallel to the secondary winding of the output transformer T 2).
  • the detection level is almost 0 level, and it is determined that the fault is out of the normal range (in a short-circuit state).
  • a current circuit for checking is formed as shown by a two-dot chain line.
  • an equivalent circuit is formed in which the disconnection does not exist even if the disconnection exists, and the disconnection cannot be detected.
  • the check period for switching between the relays Re1 and Re2 is shifted, so that the contact states of the relays Re1 and Re2 are as shown in FIG. 33B.
  • the contacts b and b 'of relay R e 1 are ON
  • relay R e 2 In this case, the contacts a and a 'are turned ON, so that a circuit flowing to the ground side is not formed (that is, a closed circuit is not formed).
  • the comparator detects the voltage at the power supply end, and ( It can be determined that it is a failure (in a disconnected state).
  • connection C1 between the main body and the source cable or the connection C2 between the source cable 16 and the source coil may be disconnected or a connection failure. In both cases, it is basically the same, so the case of the connection part C1 will be described.
  • a circuit indicated by a two-dot chain line is formed.
  • a path that flows to the ground through the source coil c2 and the output transformer T2 branches at the source coil c2 and outputs the signal to the source coil c3 A path,..., Flowing to the ground through the secondary winding of the transformer T3 is formed.
  • the source coil c1 is approximately equivalent to a series connection of the remaining seven source coils c2 to c7 connected in parallel, and the seven source coils c2 to c7 are connected in series. Since the resistance value of the parallel connection becomes small, it may be judged as normal.
  • the present embodiment also has a mode (in addition to performing a check during a check period at a different timing) for performing a check with all the check periods being the same. For example, as shown in Fig. 30B at first, 24 checks are performed, and then the check operation is performed in the same check period including the case of a different group.
  • the configuration of the connection state during the check period is as shown in FIG. 35, and a closed circuit through which the check current flows is not formed. For this reason, the detected potential becomes the power supply terminal, and it can be determined that a failure has occurred.
  • a source coil for generating a magnetic field is arranged on the insertion section 7 side, and a coil outside the body is provided.
  • the sense coil for detecting the magnetic field is arranged on the side of the unit 23, both may be interchanged. That is, a sense coil may be placed on the side of the inlet 7 and a source coil may be placed on the side of the coil unit 23.
  • the source coil is arranged in the endoscope insertion section by inserting a probe having a built-in source coil into the forceps channel of the endoscope.
  • the source coil is inserted into the endoscope insertion section.
  • a configuration of directly incorporating and arranging may be used.
  • a plurality of one of the magnetic field generating element and one of the magnetic field detecting elements are arranged inside the endoscope insertion part inserted into the subject, and the other element is arranged outside the subject.
  • Noise detection means for selecting a driving frequency of an AC signal for driving the plurality of magnetic field generating elements, and detecting a frequency component of noise detected in a driving stop state in which the plurality of magnetic field generating elements are not driven;
  • a drive control unit that drives the plurality of magnetic field generating elements with an AC signal having a drive frequency having a small frequency component of noise detected by the noise detection unit;
  • An object of the present embodiment is to provide an endoscope shape detection device capable of detecting a position and calculating an endoscope insertion shape without being limited by the number of coils that can be driven.
  • the source coil also called simply a coil
  • all coils are simultaneously a continuous wave, and the frequency is gradually changed for each coil.
  • the frequency is gradually changed for each coil.
  • a different drive frequency is assigned to each coil, as the number of coils increases, the number of assigned frequency channels must be increased.
  • the frequency bands that can be used in practice are limited. If the number of channels is too large, the frequency spacing between channels becomes narrower. Due to insufficient functions and reduced position detection accuracy, the number of coils that can be driven was limited.
  • the endoscope system 1 including the present embodiment has the same configuration as that of FIG. As shown in FIG. 36, the endoscope shape detecting device 3 in the present embodiment receives a drive block 26 for driving a source coil 14 i and a sense coil 22 j in a coil unit 23.
  • the detection block 27 detects the detected signal, and the host processor 28 processes the signal detected by the detection block 27.
  • the probe 15 installed in the inlet 7 of the electronic endoscope 6 has a plurality of source coils 14 for generating a magnetic field as described above.
  • the source coils 14 i are arranged at intervals, and are connected to a source coil drive circuit section (also simply referred to as a coil drive circuit section) 31 constituting the drive block 26.
  • the coil drive circuit section 31 intermittently drives the ten divided source coils with sine-wave drive signals having different frequencies, as will be described later. It is determined by the frequency setting data of the oscillation frequency setting section of the internal oscillator of the drive circuit section 31.
  • the frequency setting data is sent to the CPU (central processing unit) 32 which performs endoscope shape calculation processing etc. in the host processor 28 2 PIO (parallel input / output circuit) 3 3 3 1 can set the driving frequency.
  • the 12 sense coils 22 j in the coil unit 23 are connected to a sense coil signal amplifying circuit 34 constituting a detection block 27.
  • This sense coil signal amplifying circuit 34 has the same configuration as that shown in FIG.
  • the source coil is simply abbreviated as a coil for simplification, and the i-th coil is denoted by C i for easy understanding.
  • 30 groups of coils C1 to C30 are classified into coils C1 to C10, coils C11 to C20, and coils C21 to C30.
  • the coils are divided into A, B, and C, and the ten coils belonging to each of the groups B and C are driven at the same time and intermittently when the coils in different groups are different.
  • all the 30 coils C 1 to C 30 may be arranged in the inlet 7, or the 30 coils C 1 to C 30 may be arranged in the inlet 7,
  • the present invention may be applied to a case where a marker used for an auxiliary device such as the extracorporeal marker 57 and the reference plate 58 is included.
  • the coils C1 to C10 of the group A are driven, the coils C11 to C20 and C21 to C30 of the groups B and C stop driving.
  • the coils C 1 to C 10 and C 21 to C 30 of the groups A and C stop driving.
  • the coils C11 to C20 and C11 to C20 of the groups A and B stop driving.
  • the host processor 28 sends a control signal to the control circuit 91 so as to perform such drive control, and the control circuit 91 uses the timing signal INI TMTO "! Switching circuit)
  • the switching timing of P1 to P30 is controlled, and a drive waveform is generated as described below.
  • the 10 oscillators O 1 to 0 10 are amplifiers A whose output terminals are connected to the coils CI, C 11, C 21 to C 10, C 20 and C 30 of the groups A, B and C, respectively. 1, A11, A21 to A10, A20, A30 Control circuit for switching between P1, P11, P21 to P10, P20, P30 The control is performed by the coil drive timing signals INTMT01 to INTMT30 output by 51.
  • the oscillating signals of the oscillator 01 are timing circuits P 1, P 1, P 2 which function as switching switches for driving the coils C 1, C 11, C 21 belonging to the groups A, B, C, respectively.
  • the timing circuits P 1, P 11, and P 21, which are input to 11 P 21 and output the coil drive timing signal I NTMTO 1 or 11 or 21 from the control circuit 51, are switched from OFF to ON.
  • the oscillation signal of the oscillator O 2 is input to timing circuits P 2, P 12, and P 22 that function as switching switches for driving the coils C 2, C 12, and C 22 belonging to groups A, B, and C, respectively.
  • the timing circuits P2, P12, and P22 to which the coil drive timing signals INTMT02 or 112 or ⁇ ⁇ 12 from the control circuit 91 are output are switched from OFF to ON.
  • the oscillation signals of oscillators 03, ⁇ , and O 10 are also applied to the timing circuits P 3, 13, 23, ⁇ It is configured to be input to P10, P20, and P30.
  • control circuit 91 controls the coil drive timing signals I NTMT01 to 1 so as to intermittently drive the coils C1 to C10, C11 to C20, and C21 to C30 belonging to the groups A, B, and C, respectively.
  • 0, 11-20, 21-30 are output intermittently to the timing circuits P1-P10, P11-P20, P21-30 so as not to temporally overlap.
  • the coil drive timing signals I NTMTO 1 to 10 are output, and the time t Outputs the coil drive timing signal IN TMT 1 1 to 20 for the time from 2 to T, and outputs the coil drive timing signal I NTMT2 "! ⁇ 30 for the time immediately after the time t 3 to T for the time immediately after that. From time t4, the coil drive timing signals I NTMTO 1 to 10 are output in the same manner as after time t1.
  • the coil drive timing signals I NTMTO 1 to 10 are output at time t2 immediately after the output of time T from time t1, and the next coil drive timing signals I NTMT 1 1 to 20 are output.
  • the next coil drive timing signals INTMT1 1 to 20 are output at the timing when the amplitude of the signal applied to the previous coils C1 to C10 becomes sufficiently small.
  • the timing circuits P 1 to P 10 are turned from OFF to ON, and the oscillation signals of the oscillators O 1 to 01 0 are respectively output to the timing circuits After passing through P 1 to P 10, the amplifier A “!” On the subsequent stage is amplified by A 10 to become the drive signal, and the coil C “! To C 10 to generate a magnetic field around the coils C 1 to C 10, and the magnetic field is detected by the sense coil 22 j of the coil unit 23.
  • the coils C1 to C10, C11 to C20, and C21 to C30 belonging to the groups A, B, and C are driven intermittently as shown in FIG.
  • the driving timings of the coils belonging to different groups do not overlap.
  • the coils C 1 and C 11 and the coils C 11 The same frequency can be assigned to C21. It can drive three times as many coils as the number of channels.
  • the host processor 28 controls the detection block 27 connected to the sense coil 22 j in synchronization with the drive timing via the control circuit 91 to drive the groups A, B, and C intermittently.
  • the detection blocks 27 detect the positions of the coils C1 to C10, C11 to C20, and C21 to C30 via the sense coils 22j.
  • the coils C 1 to C 10, C 11 to C 20, and C 21 to C 30 belonging to the three groups A, B, and C are periodically driven in sequence, but the drive timing is Since the signals are different, the host processor 28 can know which coil the signal detected by the detection block 27 corresponds to, and thus can reliably calculate the position data of each coil.
  • the coils to be driven are divided into a plurality of groups, and the coils are driven intermittently so that they do not overlap in time, so that the number of coils that can be driven with a small number of frequency channels can be increased. .
  • the number of coils arranged in the insertion section 7 can be increased to arrange the coils at short intervals. Therefore, even when the insertion section 7 is bent, each position of the insertion section 7 in the case where the insertion section 7 is bent can be replaced by the coil.
  • the position can be detected with high accuracy. That is, the shape of the insertion portion 7 can be detected with high accuracy.
  • the current value of the drive signal flowing through each coil can be increased to increase the position detection accuracy or to perform position detection with practical accuracy
  • the effective detection range can be extended.
  • the effective detection range is the same, it is possible to reduce the energy consumed by each coil or to suppress a rise in temperature due to energy consumption by the coil.
  • the number of oscillators is divided by the number of groupings compared to the conventional example, and the result is one-third (13 in the above case), so that the circuit scale can be reduced. Therefore, the cost can be reduced and the size can be reduced.
  • FIG. 40 the oscillation signals of oscillators O1 to O10 are amplified by amplifiers A1 to A10, respectively, and become drive signals, which are output to coils C1 to C30 via switching circuits K1 to K10. I am able to do it.
  • the coil drive timing signals I ⁇ 01,11,21 to 21 ⁇ 10,20,30 from the control circuit 91 are applied.
  • the control circuit 91 outputs the coil drive timing signals I ⁇ ⁇ ⁇ 01, 11, 21 to ⁇ ⁇ 10, 20, 30 at the timing as shown in FIG. 38 of the first embodiment.
  • the control circuit 91 outputs the binarized coil drive timing signals I NTMTO 1 to 10 for the time from time t1 to time T.
  • the coil drive timing signal I NTMTO 1 passes through the amplifier A1.
  • the drive signal is applied to the coil C 1 via the switching circuit K 1
  • the drive signal via the amplifier A 2 is applied to the coil C 2 via the switching circuit K 2 by the coil drive timing signal I NTMT02, and ' ⁇ '
  • the drive signal passed through the re-amplifier A 10 by the coil drive timing signal I NTMT 10 is applied to the coil C 10 via the switching circuit K 10. That is, the coils C1 to C10 of the group A are simultaneously driven at different frequencies.
  • the coil drive timing signals INTMT 1 1 to 20 are output, the coils C 11 to C 20 belonging to the group B are simultaneously driven at different frequencies, and the coil drive timing signals INTMT 21 to When 30 is output, the coils C21 to C30 belonging to the group C are simultaneously driven at different frequencies.
  • the coils C 1 to C 30 are driven in the same manner as in the first embodiment.
  • the amplifiers A1 to A10 are provided before the switching circuits K1 to K10, so that the The number can be reduced, and the circuit scale can be further reduced.
  • the number of frequencies to be allocated can be reduced by increasing the number of groups.
  • the source coil is disposed in the insertion section 7 of the electronic endoscope 6 by passing the probe 15 through the forceps port of the electronic endoscope 6.
  • a configuration in which a source coil is integrated in advance into the insertion section 7 of the electronic endoscope 6 may be used.
  • the invention is not limited to the electronic endoscope, but may be a fiber endoscope.
  • a plurality of coils are arranged in the endoscope insertion section, a drive signal is applied to the plurality of coils, a generated magnetic field is detected, and each coil is detected.
  • the endoscope shape detection device that detects the shape of the endoscope insertion section by detecting the position of the endoscope, the plurality of coils are divided into a plurality of groups, and the coils belonging to each group are driven according to the grouping. Since the intermittent driving means for driving intermittently is provided so as not to overlap, the insertion shape of the endoscope can be detected without being limited by the number of coils and the like.
  • the endoscope shape detection device of the invention is arranged in the longitudinal direction of the endoscope insertion portion even when the endoscope insertion portion inserted into the subject is bent and inserted.
  • the insertion shape can be detected with higher accuracy based on the position information of the virtually arranged elements, which can be used for smooth insertion work and the like.

Abstract

内視鏡挿入部内には所定間隔で位置検出用の素子が配置され、各素子の位置検出を行った位置データを用いることにより、内視鏡挿入部が屈曲された場合にもその挿入部形状を推定して検出可能にする。隣接する素子の間に仮想的な素子を、所定条件を満たすように配置し、仮想的な素子データも実際に検出した位置データと共に、挿入部形状を検出する際にデータ補間に利用することにより、より多くの素子を配置した如くに精度の良い挿入部形状の検出を可能とする。

Description

明細書
内視鏡形状検出装置 技術分野
本発明は磁界発生素子と磁界検出素子とを用いて内視鏡の挿入形状等を検出して表示す る内視鏡形状検出装置に関する。 背景技術
近年、 磁界発生素子と磁界検出素子とを用いて体内等に挿入された内視鏡の形状等を検 出し、 表示手段により表示を行う内視鏡形状検出装置が用いられるようになった。
例えば、 日本国特開平 8— 1 0 7 8 7 5号公報には、 磁界を用いて内視鏡形状を検出し 、 検出した内視鏡形状を表示する装置が開示されている。
この公報では、 体内に挿入される内視鏡の挿入部内に所定の間隔で配置した複数の磁界 発生素子を駆動してその周囲に磁界を発生させ、 体外に配置した磁界検出素子によリ各磁 界発生素子の 3次元位置を検出して、 各磁界発生素子を連続的に結ぶ曲線を生成して、 モ デル化した揷入部の 3次元的な画像を表示手段で表示する。
術者等はその画像を観察することにより、 体内に挿入された揷入部の先端部の位置ゃ揷 入形状等を把握でき、 目標とする部位までの挿入作業等を円滑に行えるようにしている。 しかしながら、 先行例においては、 揷入部に配置される磁界発生素子の間隔に対して、 揷入部が小さい曲率半径でループ状等に湾曲されたような場合には、 そのループ状に湾曲 された部分に存在する磁界発生素子の数が少ないため、 実際のループ形状のような滑らか な形状を表示できない場合があつた。
本発明は、 簡単な構成で実際の揷入部の形状を精度良く表示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。 発明の開示
被検体に挿入される内視鏡揷入部の内部に複数の磁界発生素子及び複数の磁界検出素子 の一方の素子を配置し、 被検体の外部に他方の素子を配置して、 内視鏡揷入部の内部に配 置された一方の素子の位置を前記他方の素子の位置データを用いて検出手段により検出す ることにより、 内視鏡揷入部の形状を推定してその形状を表示手段で表示する内視鏡形状 検出装置において、
前記検出手段の出力に基づき、 前記検出した一方の素子の間に仮想的な素子を配置し、 前記一方の素子の間のデータ補間を前記仮想的な素子の位置データを用いてデータ補間を 行うデータ補間手段を設けたことにより、 内視鏡揷入部が小さい曲率で屈曲された場合等 に対して、 あたかも実際に配置された素子の数を増大した如くにその形状を精度良く表示 できるようにしている。 図面の簡単な説明
図 1から図 2 2 Cは本発明の第 1の実施の形態に係り、 図 1は本発明の第 1の実施の形態 を備えた内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
図 2はコイルュニッ卜に内蔵されたセンスコイルの配置例を基準の座標系で示す図である 図 3は図 1における内視鏡形状検出装置の構成を示すブロック図である。
図 4 Aは図 3の検出ブ口ック及びホストプロセッザの構成を示すブロック図である。 図 4 Bは接続検知機構の構成を示すブロック図である。
図 5は検出ブロック等の構成を示すブロック図である。
図 6は 2ポートメモリ等の動作のタイミング図である。
図 7 A、 図 7 B及び図 7 Cは検出装置、 操作パネル及びメインメニューをそれぞれ示す図 である。
図 8 A及び図 8 Bは検出装置に内視鏡等を接続した場合の接続表示機能と、 体外マーカ接 続アイコン等の形状等を示す図である。
図 9 A及び図 1 O Aは仮想点を設定しない場合におけるソースコイルの位置と、 その場合 における表示される揷入部形状を示す図である。
図 9 B及び図 1 O Bは仮想点を設定した場合におけるソースコイルの位置と、 その場合に おける表示される揷入部形状を示す図である。
図 9 C及び図 1 O Cは実際にコイル間隔を設定して仮想点を設定した場合におけるソース コイルの位置と、 その場合における表示される揷入部形状を示す図である。
図 1 1は仮想点設定処理の基本的な説明図である。 図 1 2は仮想点設定の処理ルーチンの内容を示すフローチヤ一トである。
図 1 3は図 1 2の仮想点設定の処理の説明図である。
図 1 4は仕向け地により年月日表示などを変更した内容を示す図である。
図 1 5はモニタに表示される挿入部内のソースコイル部分が検出範囲内にあるとそのアイ コンも緑色で表示する説明図である。
図 1 6はソースコイルの補間点が検出範囲の内側か否かにより表示色を決定するようにし た様子を示す図である。
図 1 7は磁界計測からスコープモデル描画の処理を示すフローチヤ一卜である。
図 1 8は揷入部を 3つの領域に分けた様子を示す図である。
図 1 9 A及び図 1 9 8は図1 9 Cの先行例と比較して、 より短い間隔でデータのバッファ リングを行うようにした説明図である。
図 2 0は基準プレー卜等によるカツト面の設定の様子を示す図である。
図 2 1は図 2 0の場合の詳細な設定内容を示す図である。
図 2 2 Aから図 2 2 Cはスコープポジション O F F時等でも自動センタリングを行う作用 の説明図である。
図 2 3から図 3 5は本発明の第 2の実施の形態に係り、 図 2 3は第 2の実施の形態を備え た内視鏡システムのおける内視鏡形状検出装置の構成を示すブロック図である。
図 2 4は図 2 3の内視鏡形状検出装置の構成を示すブロック図である。
図 2 5 Aは受信ブロック及び制御ブロックの構成を示すブロック図である。
図 2 5 Bは接続検知機構の構成を示すブロック図である。
図 2 6は電源投入によリスコープモデルの検出動作が行われるまでの主要な処理手順を示 すフローチヤ一卜である。
図 2 7は図 2 6における受信系の動作チェックの処理の詳細な処理手順を示すフローチヤ 一トである。
図 2 8は図 2 6における環境ノイズを測定してノイズの少ない駆動周波数グループを選択 する詳細な処理手順を示すフローチヤ一トである。
図 2 9は 1つのソースコイルを駆動する駆動回路の基本的な構成を示す回路図である。 図 3 0 Aは駆動グループにより駆動期間及びチェック期間が異なる駆動波形例を示す図で あ 。 図 3 O Bは同じ駆動グループではチェック期間をずらしていることを示す図である。 図 3 1及び図 3 2は、 それぞれ改良前と改良後 （本実施の形態） における個別線が短絡し た場合の作用の説明図である。
図 3 3 A及び図 3 3 Bは、 それぞれ改良前及び改良後 （本実施の形態） における本体内部 の信号線が断線した場合の作用説明図である。
図 3 4及び図 3 5は、 それぞれ改良前及び改良後 （本実施の形態） における接続部が断線 した場合の作用説明図である。
図 3 6から図 3 9は本発明の第 3の実施の形態に係り、 図 3 6は第 3の実施の形態の内視 鏡形状検出装置の構成を示すブロック図である。
図 3 7はコィル駆動回路部の構成を示す回路図である。
図 3 8はコイル駆動タイミング信号のタイミング波形を示す説明図である。
図 3 9はグループ分けしたコイルに間欠的に印加される駆動信号の波形を示す図である。 図 4 0は本発明の第 4実施の形態におけるコイル駆動回路部の構成を示す回路図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
(第 1の実施の形態）
図 1ないし図 2 2 Cを参照して本発明の第 1の実施の形態を説明する。
図 1に示すように、 第 1の実施の形態を備えた内視鏡システム 1は、 内視鏡検査を行う 内視鏡装置 2と、 内視鏡検査の補助に用いられる内視鏡形状検出装置 3とを備え、 この内 視鏡形状検出装置 3は、 べッド 4に横たわる患者 5の体腔内に電子内視鏡 6の揷入部 7を 挿入し、 内視鏡検査を行う際の挿入補助手段として使用される。
電子内視鏡 6は、 可撓性を有する細長の揷入部 7の後端に湾曲操作ノブを設けた操作部 8が形成され、 この操作部 8からユニバーサルコード 9が延出され、 ビデオイメージング システム （またはビデオプロセッサ） 1 0に接続されている。
この電子内視鏡 6は、 ライ トガイドが揷通されビデオプロセッサ 1 0内の光源部からの 照明光を伝送し、 揷入部 7の先端に設けた照明窓から伝送した照明光を出射し、 患者等を 照明する。 照明された患部等の被写体は照明窓に隣接して設けられた観察窓に取り付けた 対物レンズにより、 その結像位置に配置された撮像素子に像を結び、 この撮像素子は光電 変換する。
光電変換された信号はビデオプロセッサ 1 0内の映像信号処理部により信号処理されて 標準的な映像信号が生成され、 ビデオプロセッサ 1 0に接続された画像観察用モニタ 1 1 に表示される。
この電子内視鏡 6には鉗子チャンネル 1 2が設けてあり、 この鉗子チャンネル 1 2の揷 入口 1 2 aから例えば 1 6個の磁界発生素子 （またはソースコイル） 1 4 a、 1 b , - 、 1 4 p (以下、 符号 1 4 iで代表する） を有するプローブ 1 5が揷通されることにより 、 揷入部 7内にソースコイル 1 4 ίが設置される。
このプローブ 1 5の後端から延出されたソースケーブル 1 6は、 その後端のコネクタ 1 6 aが内視鏡形状検出装置 3の装置本体としての検出装置 （装置本体ともいう） 2 1に着 脱自在に接続される。 そして、 検出装置 2 1側から高周波信号伝達手段としてソースケ一 ブル 1 6を介して磁界発生手段となるソースコイル 1 4 ίに高周波信号 （駆動信号） を印 加することにより、 ソースコイル 1 4 iは磁界を伴う電磁波を周囲に放射する。
また、 患者 5が横たわるべッド 4の付近に配置されるこの検出装置 2 1には、 （センス ) コイルユニット 2 3が上下方向に移動 （昇降） 自在に設けられ、 このコイルユニット 2 3内には複数の磁界検出素子 （センスコイル） が配置されている （より具体的に説明する と、 図 2に示すように例えば中心の Z座標が第 1の Z座標である例えば X軸に向いたセン スコイル 2 2 a— 1、 2 2 a— 2、 2 2 a— 3、 2 2 a— 4と、 中心の Z座標が第 1の Z 座標と異なる第 2の Z座標である Y軸に向いたセンスコイル 2 2 b— 1、 2 2 b— 2、 2 2 b— 3、 2 2 b— 4と、 中心の Z座標が第 1及び第 2の Z座標と異なる第 3の Z座標で ある Z軸に向いたセンスコイル 2 2 c— 1、 2 2 c— 2、 2 2 c— 3、 2 2 c— 4の 1 2 個のセンスコイル （以下、 符号 2 2 jで代表する） が配置されている） 。
センスコイル 2 2 jは、 コイルュニット 2 3からの図示しないケーブルを介して検出装 置 2 1に接続されている。 この検出装置 2 1には使用者が装置を操作するための操作パネ ル 2 4が設けられている。 また、 この検出装置 2 1には検出した内視鏡形状を表示する表 示手段として液晶モニタ 2 5がその上部に配置されている。
内視鏡形状検出装置 3は、 図 3に示すように、 ソースコイル 1 4 i を駆動する駆動プロ ック 2 6と、 コイルュニット 2 3内のセンスコイル 2 2 jが受信した信号を検出する検出 ブロック 2 7と、 検出ブロック 2 7で検出した信号を信号処理するホストプロセッサ 2 8 とから構成される。
図 4 Aに示すように、 電子内視鏡 6の挿入部 7に設置されるプローブ 1 5には、 上述し たように、 磁界を生成するための 1 6個のソースコイル 1 4 iが所定の間隔で配置されて おり、 これらソースコイル 1 4 iは、 駆動ブロック 2 6を構成する 1 6個の互いに異なる 周波数の駆動信号を生成するソースコイル駆動回路 3 1に接続されている。
ソースコイル駆動回路部 3 1は、 各ソースコイル 1 4 i をそれぞれ異なる周波数の正弦 波の駆動信号で駆動し、 それぞれの駆動周波数はソースコイル駆動回路部 3 1内部の図示 しない駆動周波数設定データ格納手段或いは駆動周波数設定データ記憶手段に格納された 駆動周波数設定データ （駆動周波数データとも記す） により設定される。 この駆動周波数 データは、 ホストプロセッサ 2 8において内視鏡形状の算出処理等を行う C P U (中央処 理ユニット） 3 2により P I O (パラレル入出力回路） 3 3を介してソースコイル駆動回 路部 3 1内の駆動周波数データ格納手段 （図示せず） に格納される。
一方、 コイルュニット 2 3内の 1 2個のセンスコイル 2 2 jは、 検出ブロック 2 7を構 成するセンスコイル信号増幅回路部 3 4に接続されている。
センスコイル信号増幅回路部 3 4では、 図 5に示すようにセンスコイル 2 2 jを構成す る 1 2個の単心コイル 2 2 kがそれぞれ増幅回路 3 5 kに接続されて 1 2系統の処理系が 設けられており、 各単心コイル 2 2 kで検出された微小な信号が増幅回路 3 5 kにより増 幅されフィルタ回路 3 6 kでソースコイル群が発生する複数周波数が通過する帯域をもち 不要成分を除去して出力バッファ 3 7 kに出力された後、 A D C (アナログ'デジタル ' コンバータ） 3 8 kでホストプロセッサ 2 8が読み込み可能なデジタル信号に変換される なお、 検出ブロック 2 7は、 センスコイル信号増幅回路部 3 4及び A D C 3 8 より 構成され、 センスコイル信号増幅回路部 3 4は増幅回路 3 5 k、 フィルタ回路 3 6 k及び 出力バッファ 3 7 kより構成される。
図 4 Aに戻り、 このセンスコイル信号増幅回路部 3 4の 1 2系統の出力は、 1 2個の前 記 A D C 3 8 kに伝送され、 制御信号発生回路部 4 0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のデジタルデータに変換される。 このデジタルデータは、 制御信号発 生回路部 4 0からの制御信号によりローカルデータバス 4 1を介して 2ポートメモリ 4 2 に書き込まれる。 なお、 2ポートメモリ 42は、 図 5に示すように、 機能的には、 ローカルコントローラ 42 a、 第 1の RAM42 b、 第 2の R A M 42 c及びバススィッチ 42 dよりなリ、 図 6に示すようなタイミングにより、 ローカルコントローラ 42 aからの AZD変換開始信 号により ADC38 kが AZD変換を開始し、 ローカルコントローラ 42 aからの切リ換 え信号によりパススィッチ 42 dが RAM42 b、 42 cを切り換えながら第 1 RAM4 2 b、 42 cを交互に読み出しメモリ及び書き込みメモリとして用い、 書き込み信号によ リ、 電源投入後は、 常時データの取り込みを行っている。
再び、 図 4 Aに戻り、 CPU 32は、 制御信号発生回路部 40からの制御信号により 2 ポートメモリ 42に書き込まれたデジタルデータを口一カルデータバス 43、 PC Iコン トロ一ラ 44及び PC Iパス 45 (図 5参照） からなる内部バス 46を介して読みだし、 メインメモリ 47を用い、 後述するように、 デジタルデータに対して周波数抽出処理 （高 速フーリエ変換： F FT) を行い、 各ソースコイル 1 4 iの駆動周波数に対応する周波数 成分の磁界検出情報に分離抽出し、 分離した磁界検出情報の各デジタルデータから電子内 視鏡 6の揷入部 7内に設けられた各ソースコイル 1 4 iの空間位置座標を算出する。 また、 算出された位置座標データから電子内視鏡 6の揷入部 7の挿入状態を推定し、 内 視鏡形状画像を形成する表示データを生成し、 ビデオ RAM48に出力する。 このビデオ RAM48に書き込まれているデータをビデオ信号発生回路 49が読みだし、 アナログの ビデオ信号に変換して液晶モニタ 25へと出力する。 液晶モニタ 25は、 このアナログの ビデオ信号を入力すると、 表示画面上に電子内視鏡 6の揷入部 7の挿入形状 （以下、 スコ ープモデルという） を表示する。
CPU 32において、 各ソースコイル 1 4 iに対応した磁界検出情報、 すなわち、 各セ ンスコイル 22 jを構成する単心コイル 22 kに発生する起電力 （正弦波信号の振幅値） と位相情報が算出される。 なお、 位相情報は、 起電力の極性 ±を示す。
また、 本実施の形態では図 1に示すように検出装置 21には、 体内に挿入された挿入部 7の位置を確認したりする為に、 体外での位置を表示させるための体外マーカ 57と、 患 者 5の腹部などに取り付ける等して、 患者 5の体位が変化しても （患者 5の） 特定の方向 から常にスコープモデルを表示させるため等で使用する基準プレート 58を検出装置 21 に接続して使用することもできる。
体外マーカ 57は内部に 1つのソースコイルが収納されており、 この体外マーカ 57の ケーブル 5 9の基端のコネクタ 5 9 aは検出装置 2 1に着脱自在で接続される。
そして、 このコネクタ 5 9 aを接続することにより、 プローブ 1 5内のソースコイルの 場合と同様に体外マ一力 5 7のソースコイルも駆動され、 コイルュニット 2 3で検出され た体外マーカ 5 7のソースコイルの位置もスコープモデルと同様にモニタ 2 5に表示され る。
また、 基準プレート 5 8は、 そのディスク形状部分の内部にそのディスク面上に例えば 3個のソースコィルが配置され、 これら 3個のソースコイルに接続されたケ一ブル 6 0の 基端のコネクタ 6 0 aは検出装置 2 1に着脱自在で接続される。
これらの 3個のソースコイルの位置検出によリ、 それらが配置されている面が決定され る。 そして、 その面に垂直な方向から揷入部 7を見た場合に観察されるスコープモデルと なるようにスコープモデルの描画を行うのに使用される。
また、 図 4 Aに示すように本実施の形態では、 検出装置 2 1にはプローブ 1 5のコネク タ 1 6 a、 体外マーカ 5 7のコネクタ 5 9 a、 基準プレート 5 8のコネクタ 6 0 aがそれ ぞれ接続されるコネクタ受け 2 1 a、 2 1 b、 2 1 cが設けてあり、 各コネクタ受け 2 1 a、 2 1 b、 2 1 cはソースコイル駆動回路 3 1に接続される。
また、 図 4 Bに示すように例えばコネクタ受け 2 1 aにはコネクタ 1 6 aの接続の有無 を検出する接続検知機構 8 0が設けてある。
コネクタ 1 6 a内にはソースコイル 1 4 a ~ 1 4 pに接続される接続ピン p 1〜p nの 他に共通ピン p cと接続検知用ピン p kが設けてあり、 ピン p kはピン p cに接続されて いる。
また、 コネクタ受け 2 1 a側には接続ピン p 1〜p n、 p c及び p kにそれぞれ接続さ れるピン受け ρ 1 ' 〜ρ η ' 、 p c ' 及び p k ' が設けてあり、 ピン受け p c ' はグラン ドに接続されている。
また、 ピン受け p k ' はプルアップ抵抗 Rにより電源端 V cに接続されるとともに、 C P U 3 2の接続検知用ポートに接続されている。 そして、 C P U 3 2はこのピン受け p k ' のレベルが電源端 V cのレベルの " H " レベルか、 グランドの "し" レベルかにより、 プローブ 1 5が検出装置 2 1に無接続の状態か接続状態かを判断するようにしている。 つまり、 図 4 Bに示すようにプローブ 1 5が接続された状態では、 ピン受け p k ' はコ ネクタ 1 6 a側の導通したピン p k及び p cを経てグランドに接続されたピン受け p c ' と接続され、 従ってこのピン受け p k' のレベルはグランドの "し" レベルとなり、 プロ ーブ 1 5が接続された状態であると判断する。 一方、 プローブ 1 5が接続されない状 態では、 ピン受け p k' のレベルは電源端 V cのレベルの "H" レベルとなり、 無接続と 判断する。
なお、 コネクタ受け 21 b、 21 cにも同様な接続検知機構が設けてある。 そして、 C PU 32はプローブ 1 5 (を設けた内視鏡） 、 体外マーカ 57、 基準プレート 58が接続 された場合には、 後述する図 1 4 Aのモニタ 25の例えば右下の隅の接続状態表示部 25 aに接続された内視鏡接続アイコン、 体外マーカ接続アイコン、 基準プレート接続アイコ ンの表示を行う。 接続されていない場合にはそのアイコンを表示しない。
また、 本実施の形態では、 CPU 32はソースコイル 1 4 i (ここでは、 1 4 ίで示す が、 プローブ 1 5内のソースコイル 1 4 iの他に、 体外マーカ 57のソースコイル、 基準 プレート 58のソースコイルも含む） の位置データの異常を監視する判定手段 32 aの機 能を備えている。
この判定手段 32 aは、 次の異常判定を行う。
a) 各ソースコイル 1 4 iの位置データが所定の範囲内であれば有効、 範囲外であれば 無効と判定する。
b) ソースコイル 1 4 iによる磁界を検出するセンスコイル 22 jにより検出された起 電力を、 予め設定した基準値と比較し、 基準値を超えるものは位置検出可能、 基準値以下 なら位置検出不可能と判定する。
c) 図示しないソースコイル断線短絡検知手段の検知結果が断線または短絡ならば異常 、 それ以外ならば正常と判定する。
上記 a) b) c) の結果を基にソースコイルの位置データの異常を判定する。 さらに判 定手段 32 aは、 プローブ内のソースコイルについて次の異常判定を行う。
所定の距離範囲に対し 2つのソースコイル 1 4 i , 1 4 i + 1の距離が短すぎるか長す ぎる区間は異常、 範囲内ならば正常と判定する。
その判定結果は、 スコープモデルや、 体外マーカ 57の 3次元位置の表示の際に、 判定 結果に応じて表示形態を変更することにより操作者に分かるように表示するようにしてい る。
例えば CPU 32は上記内視鏡接続アイコン、 体外マーカ接続アイコン、 基準プレート 接続アイコンを表示する場合、 判定結果により、 表示色選択手段 3 2 bの機能を通してモ ニタ 2 5に表示する制御を行う。 従って、 操作者は図 8 Aの右下の接続状態表示部 2 5 a に表示されるアイコンの表示色によリ、 所定の精度以上で検出された状態であるか否かを 容易に知ることができるようにしている。
また、 本実施の形態では、 接続状態表示部 2 5 aで表示色を変更して表示する他に、 モ ニタ 2 5の表示面に表示されるスコープモデルと、 体外マーカ 5 7のマーカ位置との表示 に関しても有効検出範囲内か否かに応じて表示色を変更するようにしている。
例えばプローブ 1 5 (つまり、 内視鏡 6 ) の場合には、 各ソースコイル 1 4 iの位置検 出により、 補間等してスコープモデルで表示するため、 例えば有効検出範囲内に存在する 部分のスコープモデル部分と、 有効検出範囲外に存在する部分のスコープモデル部分とを それぞれ異なる表示色で表示するようにしている。
そのため、 上記判定手段 3 2 aによる判定結果は、 例えばビデオ R A M 4 8に格納され る画像データに反映されるようにしている。 つまり、 C P U 3 2はスコープモデル等の画 像データをビデオ R A M 4 8に格納する場合、 ビデオ R A M 4 8の R, G , Bのプレーン には、 判定結果に応じて格納する。
例えばモニタ 2 5に表示されるスコープモデル全体が有効検出範囲内の場合には、 所定 の色、 例えば灰色で表示されるように、 ビデオ R A M 4 8の Gと Rと Bのプレーンにその 画像データが格納される。
一方、 スコープモデルの一部が有効検出範囲外の場合には、 その部分が例えば黄色で表 示されるように、 ビデオ R A M 4 8の Gと Rのプレーンにその部分の画像データが格納さ れる。
体外マーカ 5 7の場合もほぼ同様に、 その体外マーカ 5 7が有効検出範囲内か否かに応 じて、 その体外マーカを表示するマーカの色を変更する。
このように本実施の形態では、 モニタ 2 5に表示されるスコープモデルや、 体外マーカ 5 7などの表示色からそれらが有効検出範囲内に存在して所定の精度以上で検出できてい る状態か、 所定の精度未満の状態かを簡単に知ることができるようにしていることが特徴 となっている。
また、 プローブ 1 5等が接続された状態であっても、 ソースコイル側を駆動しても、 セ ンスコイルにより検出信号が検出できないような場合には故障と判断するようにしている 図 7 A及び図 7 Bは検出装置 2 1とその検出装置 2 1に設けられている操作パネル 2 4 を示す。 図 7 Bに示すようにこの操作パネル 2 4には、 （図 7 Cに示すようなメインメニ ユーの） メニューバーの表示を行うためのメニューポタン 5 1、 リセット操作を行うリセ ットポタン 5 2と、 上下、 左右の矢印によリスコープモデルを回転などさせてビューアン グルを変更したり、 機能選択 （上下の矢印） 、 項目選択 （左右の矢印） を行うビューアン グル セレクトボタン 5 3 (なお、 以下では、 簡単化のため、 ΐ i及び——ポタン等で説 明する場合がある） と、 スコープモデルの拡大 縮小や、 日時、 地域変更を行う十、 一の 表示のズームボタン 5 4 (+及び一ボタン等で説明する場合がある） と、 1画面と 2画面 の表示の指示を行う 1画面 2画面ポタン 5 5と、 スコープモデルの表示の開始位置の設 定を行うスコープポジションボタン 5 6とが設けてある。
より詳しい機能は以下のようになつている。
( a ) メニューポタン 5 1の機能
モニタ画面の特定の位置にメニューバーを表示 Z非表示する。 （メニューバー 5 0を非 表示させた場合、 設定された機能の状態を記憶装置に記憶させる） 。 日時、 地域の設 定画面内の項目の選択。
( b ) リセットボタン 5 2の機能
メニューパーによリ各項目の機能を設定している状況において、 各メニュー項目の設定 値をメニューバーが表示される前の状態に戻す。
日時、 地域設定画面において、 各項目の機能の設定値を日時、 地域設定画面に入る前の 状態に戻す。
( c ) ビューアングル Zセレク トポタン 5 3の機能
—† ]·→ボタンでスコープモデルの回転。
† iポタンで、 メニューパーのフォーカスの移動。
——ポタンで、 サブメニューの表示、 選択。 及び日時、 地域設定画面においてメニュー ポタン 5 1で選択された項目の機能の選択。
( d ) ズームポタン 5 4の機能
スコープモデルの拡大ノ縮小。
日時、 地域設定画面の各項目の機能の設定。 ( e ) 1画面 2画面ポタン 5 5の機能
視点位置ノ向きの異なる 2画面の表示。
( f ) スコープポジションボタン 5 6の機能
体外マーカを患者の肛門位置等の表示を開始したい位置にもって行き、 スコープポジシ ョンボタン 5 6を操作することによリ、 その位置から表示を開始させる設定。
次に図 8 A、 図 8 Bを参照して、 接続表示の機能を説明する。
本実施の形態では、 図 1及び図 4 Aで説明したように、 検出装置 2 1には、 内視鏡 6、 基準プレート 5 7、 体外マーカ 5 8を着脱自在で接続することができる。
そして、 接続の有無により、 モニタ 2 5の接続状態表示部 2 5 aにより接続の有無を容 易に分かるようにしている。
また、 接続された状態において、 正常な接続状態か、 精度低下か、 異常或いは故障かを 検知して、 表示色を変えて表示し、 ユーザに接続状態の表示色で確認できるようにしてい る。
検出装置 2 1に体外マーカ 5 7、 基準プレート 5 8、 内視鏡 6が接続されていると、 図 8 Aに示すように体外マ一力接続アイコン、 基準プレート接続アイコン、 内視鏡接続アイ コンが接続状態表示部 2 5 aに表示される。
図 8 Bは接続状態表示部 2 5 aに表示される体外マーカ接続アイコン、 基準プレート接 続アイコン、 内視鏡接続アイコンの形状とその内容を示す。 また、 そのアイコンの表示色 は、 正常な接続状態の場合には緑色、 精度低下の場合には黄色、 異常或いは故障の場合に は赤色で表示し、 ユーザは表示色により接続状態を確認できるようにしている。
なお、 有効な精度内か否かの判定により、 表示色を変更して表示するものに限定される ものでなく、 例えば接続状態表示部 2 5 aに表示されるアイコンを通常は点滅させないで 表示し、 精度低下になった場合に点滅させて表示する表示形態に変更する表示形態として も良い。
また、 モニタ 2 5に視覚的に表示する表示形態を変更するものに限定されるものでなく 、 音で或いは音声で有効な精度内か或いは外であるかを告知する告知形態を変更するよう にしても良い。 また、 接続の有無に関しても視覚的な告知形態によるものに限定されるも のでなく、 音による音響的な告知形態を変更するようにしても良い。 例えば、 有効な精度 から精度低下になった場合に、 音で告知するようにしても良い （例えば、 有効な精度内の 場合には、 音を発生しないで、 精度低下になったら音或いは音声を発生させる。 つまり、 音或いは音声の有無や、 その変化などで表示若しくは告知するようにしても良い） 。 また、 本実施の形態では、 ソースコイル 1 4 iの位置検出により、 挿入部 7の形状を算 出する補間処理を行う場合、 実際に揷入部 7内に配置されたソースコイル 1 4 iの位置の 他に、 ソースコイル 1 4 iの間の中間点に仮想的なソースコイルを配置する処理を行い、 特に小さい曲率で屈曲された場合にも、 より精度良く揷入部形状を算出できるようにする このため、 図 4 Aに示す C P U 3 2はさらに仮想的な素子を追加する仮想点設定処理手 段 3 2 cの機能を行う。
この処理手段 3 2 cによる作用の概略をまず、 図 9 A〜図 1 O Cにより説明する。 本実 施の形態では、 揷入部 7内には、 例えばコイル間隔 Lが 1 0 O mmでそれぞれソースコィ ル 1 4 iが配置されている。
その揷入部 7が例えば ø 6 0でループ状に湾曲された場合には、 その内部のソースコィ ル 1 4 iの位置が図 9 Aのクロス点で示すような状態であると、 通常の補間処理を行うと 、 ループとして検出できないで、 図 1 O Aのような揷入部形状として表示する。
その揷入部 7が例えば ø 6 0でループ状に湾曲された場合には、 その内部の位置が図 9 Aのクロス点で示すような状態であると、 通常の補間処理を行うと、 ループとして検出で きないで、 図 1 O Aのような形状として表示する。
これに対して、 図 9 Bに示すようにそのループ部分におけるソースコイル 1 4 ίの中間 点に仮想的なソースコイルを配置した場合 （その点を Ρ ν 1、 Ρ ν 2で示している） には 、 ループ部分により多くのソースコイルが配置された状態と近似的に等価となり、 この状 態に対して図 9 Aの場合と同様の補間処理を行って形状の算出を行うと、 ループ形状を識 別して図 1 O Bに示すようなループ形状のスコープモデルで表示できる。
なお、 図 9 Cは実際にコイル間隔を 5 O mmにした場合におけるループ形状にした場合 に対するコイル位置を示し、 この場合に対して補間処理を行って揷入部の形状の算出をす ると、 図 1 0 (このようになる。
つまり、 本実施の形態のように仮想点設定処理 3 2 cを行うことにより、 実際のソース コイル 4 1 iの中間点にさらにソースコイルを配置した如くの揷入部形状をより精度良く 検出して表示することができるようになる。 このため、 上記仮想点を設定する仮想点設定処理手段 32 cとしては、 基本的には図 1 1に示す仮想点 Q' を設定する処理をソフトウエアで行う。
図 1 1における Pa, P bをソースコイル検出点とし、 弧 P a QP bを通常の補間形状 とすると、 この弧 P a Q P bの長さがソースコイル間隔 L (実際には 1 00mm) より所 定量以上短い場合には、 ベクトル OQを点 Q側に延長して、 ソースコイル間隔 Lの点 Q' を仮想点として求める。
この点 Q' を揷入部 7に実際に配置されたソースコイル点に追加して、 （ソースコイル 点の） 補間処理をすることにより、 所定の乖離内でループ形状に屈曲されたような場合に 対しても図 9 B及び図 1 0B (或いは図 9C及び図 1 0C) で説明した如くに揷入部形状 を精度良く表示できるようになる。
この場合の処理を図 1 2を参照して以下に説明する。 図 1 2は仮想点設定処理手段 32 cによる仮想点設定をソフトウェアで行うプログラムの処理ルーティンの動作を示すもの である。
仮想点の算出処理が開始すると、 CPU32は図 1 2のステップ S 1の事前補間処理を 行い、 位置推定されたコイル位置 P iについて補間処理を行い、 補間点 d P nを得る。 こ こで、 iは実際に挿入部 7内に配置されたソースコイル 41 ίに対するものであり、 1か ら Ν (Νは例えば 1 2或いは 1 6) であり、 ηは i と i +1間の補間点数である。
なお、 エラーで間引かれたソースコイル位置は、 その前後のソースコイル位置 （以下で は単にコイル位置） の間で補間された弧の中点で補う。 そして、 図 1 3に示すように、 例 えばコイル位置 P i と P i +1との間に点線で示すような補間点 （補間点列） を得る。 次のステップ S 2で隣接するコイル間の （補間点 d P nに沿った） 距離を求め、 それを L r i とする。 そして、 次のステップ S3で、 このコイル間の距離 L r ίが、 所定値 L ρ ί (具体的には設計上のコイル間隔 1 00mm) に所定係数値 （ここでは 1. 5) を乗じ た大きい方の所定値以下になっているか否かを判断する。 つまり、 L r ί≤L p ί X 1. 5か否かを判断する。
ステップ S 3の判断により、 L r i≤L p i X 1. 5の条件に該当しない場合には、 算 出されたコイル距離 L r iが大きすぎるとしてステップ S 4のエラー処理を行い、 ステツ プ S 1 4に移る。 このエラ一処理では、 エラーレベルは低いとして、 例えばエラーコード E8として表示する。 この場合には、 その部分を例えば黄色で表示する。 一方、 ステップ S 3の判断により、 L r ί≤!_ ρ ί X 1. 5の条件に該当する場合には 、 さらにステップ S 5で小さい方の所定値以上か否か、 具体的には、 L r i≥L p i Χ Ο . 8か否かの判断を行う。 この条件に該当する場合には、 補間により算出されたコイル距 離 L r ίが正常なコイル距離として算出されていると判断して、 ステップ S 1 4に移る。 また、 このステップ S 5では、 図 1 3に示すように、 コイル位置 Ρ ί— 1、 P i、 P i + 1、 P i +2の 4点において、 角 P i— 1、 P i、 P i +1と角 P i、 Ρ ί +1、 P i + 2をそれぞれ 、 j8とした場合に α + が 1 80° 以上になっているか否か （つまり、 + β≥ 1 80° か） の判断も行う。
そして、 この条件に該当する場合には、 少なくとも 3つのコイル位置が円弧 （ループ） 上に存在していると判断して、 つまり通常の補間処理のみですでに実際の形状を近似的に 算出できると判断して、 ステップ S 1 4に移る。
ステップ S 1 4では事前補正により得られて補正点 d P nにおける隣接するコイル間の 距離し ίの中点を仮想点 P v iに設定してステップ S 1 5に進む。
—方、 ステップ S 5の判断において、 L r i≥ L p i x 0. 8に該当しない場合或いは + ≥1 80° に該当しない場合には、 それまでの補間処理では精度良くその形状を算 出できていないと判断して、 補間点を補正して仮想点算出の処理を行うようにする。 そのためにまず、 ステップ S 6で、 補間した弧の中点を求め、 それを d Pm i とする。 具体的には、 図 1 3に示すようにコイル位置 P i , P i +1の区間に対して補間してで きた点線で示す弧の中点 d Pm i を求める。
次にステップ S 8の線分 P i P i + 1の中点を求め、 それを Pm i とする。 そして、 図 1 3に示すように実際の円弧は線分 P i P i + 1の中点 Pm iから弧の中点 d Pm iに引 いたべクトルを延長した上に実際の円弧が存在すると見なす （図 13では前記べク トル自 体でなく、 Oを起点とした場合での単位べクトル e i を示している） 。
そして、 べク トル e iの延長上で円弧と交わる円弧中点を求めるために、 その円弧の中 心を Oとし、 その場合の円弧中点との距離、 つまり円弧の半径を r i とし、 さらに角 P i OP i +1の中心角を 0 i として、 円弧 P i P i +1の長さと所定区間距離 L p i との差 が最小となる半径 r i及び 0 iの組み合わせを最小 2乗法で求める。 そして、 ステップ S 8に示すように （ r し Θ i ) を決定する処理を行う。
次ににステップ S 9に示すように、 求めた半径 r ίの 2倍、 つまり求めた円弧の直径が 所定の最小直径 ø i未満かの判断を行う。 この最小直径 ø iは例えば実際に揷入部 7をル —プ状にした場合にできる最小半径をある係数 （例えば 1 . 5 ) で除算した値である。 従って、 ステップ S 9の条件に該当した場合にはエラーと判断して、 ステップ S 1 0の エラ一処理を行った後、 条件に該当しない場合と同様にステップ S 1 1に進む。 つまり、 求めた半径 r iが実際に揷入部 7をループ状にした場合にできる最小半径よりも小さいと して、 その半径が信頼性が低いとして、 その部分を黄色で表示する。
なお、 この他に、 検出範囲が推定座標系の範囲の外に行った場合にも、 その範囲では表 示をしないようにした。
ステップ S 1 1では、 中心角 0 iが 1 8 0 ° 以下か否かの判断を行い、 図 1 3に示す単 位べクトル e iの延長上かその反対側に仮想点 P v iが有るか否かの判断を行う。
そして、 中心角 0 iが 1 8 0 ° 以下の場合には、 ステップ S 1 2に概略を示すようにし て仮想点 P V i を決定し、 中心角 0 iが 1 8 0 ° 以上の場合には、 ステップ S 1 3に概略 を示すようにして仮想点 P V ίを決定する。
その後、 コイルの番号 iが最後の番号 Nに隣接する値 N— 1まで行ったか否かの判断を 行い、 求める仮想点処理が残っていると、 ステップ S 2に戻り同様の処理を繰り返す。 このような処理を行うことにより、 仮想点設定処理を行った後は、 その仮想点を実際の ソースコイル 1 4 iの位置と共に、 使用して補間処理を行うことによリ揷入部形状の算出 を行い、 算出された揷入部形状をモデル化してモニタ 2 5の表示画面に表示する。 このよ うに仮想点の設定を行うことにより、 その後の揷入部形状算出のためのデータ補間が容易 となる。
図 9 C及び図 1 0 Cで示したように小さな曲率でループ状に屈曲された場合にも、 実際 に多数のソースコイルを内蔵した如くに精度良く揷入部形状を算出してそれを表示するこ とができる。
また、 本実施の形態では、 隣接するソースコイルの間に仮想的なソースコイルを適切な 条件を満たすように配置した如くに設定する処理をソフトウエアでして、 揷入部形状の検 出及び表示を行うようにしているので、 既存の装置に対してもソフトウエアの変更により 適用ができる。
従って、 既存の装置に対して、 その形状検出の処理プログラムを本実施の形態のものに 置換すれば、 精度の良い形状検出及び形状表示ができるようになる。 また、 揷入部 7内に配置するプローブ 1 5におけるソースコイルの数を増やさないで済 むため、 プローブ 1 5が複雑になつたり、 信号線の本数を増やさないても済むこと、 駆動 手段側の構成を変更しなくても済む等のメリットもある。 つまり、 簡単な構成で揷入部 7 の形状を精度良く検出して、 その形状を表示することができる。
なお、 上述の説明では、 揷入部 7側に磁界を発生する磁界発生素子としてソースコイル 1 4 iを配置し、 体外側のコイルュニット 2 3には磁界を検出する磁界検出素子としての センスコイル 2 2 jを配置した場合で説明したが、 揷入部 7側にセンスコイルを、 コイル ユニット 2 3側にソースコィルを配置しても同様にセンスコィルに対して仮想点の設定処 理により、 （あたかも揷入部 7内により多数のセンスコイルを配置した如くに） 精度良く 揷入部形状の検出ができる。
本実施の形態では、 この他に以下に説明するように種々の機能を備えている。
図 1 4に示すように本実施の形態の内視鏡形状検出装置は、 日本、 米国、 英国、 仏国、 独国の 5箇所の仕向け地があり、 その仕向け地に応じて、 年月日表示、 表示フォント、 表 示シンポル （表示アイコン） の設定内容を変更するようにしている。
そして、 仕向け地に応じて、 年月日表示を連動して変更し、 仕向け地毎に見やすい表示 画面を提供できるようにしている。
また、 本実施の形態では、 図 1 5に示すようにモニタ 2 5に表示される範囲内に配置さ れたソースコイル 1 4 iにより、 図 8 Aに示す内視鏡のアイコンの表示色を決定するよう にした。
改善前では、 （内視鏡） 挿入部内のソースコイル 1 4 iが検出範囲の外にあると、 その 内視鏡のアイコンを黄色で表示していたが、 実際にモニタ 2 5に表示されている揷入部形 状は検出範囲の内側にあれば、 灰色で表示され、 表示される挿入部形状とそれに対応する アイコンとの表示色が異なる場合があった。
その相違を解消した本実施の形態では、 モニタ 2 5に表示される部分のソースコイル 1 4 ίが検出範囲の内側か否かにより、 そのアイコンの表示色を決定するようにした。 従つ て、 図 1 5に示す場合のように、 揷入部形状は検出範囲の内側にあり、 灰色で表示され、 またそのアイコンも緑色で表示されるようになり、 理解し易い表示となる。 なお、 体外マ 一力や基準プレー卜の場合にも、 同様の表示方法にしている。
また、 改善前では、 揷入部形状を表示する場合の表示色としては、 あるコイル位置が検 出範囲の外にあると、 そのコイルに隣接する （実際には検出範囲内の） コイル位置もその 位置算出の際に、 検出範囲外のコイル位置の情報を使用して、 算出を行うことから、 実際 には検出範囲内のコイル位置付近も黄色で表示されることがあった。
このような表示の場合には、 信頼性の高い表示色で表示ができるが、 不利な点として検 出範囲の境界を把握しにくくなる。 このため、 本実施の形態では、 検出範囲境界の補間点 によリ表示色を決定するようにした。
例えば図 1 6に示すように検出範囲の境界をまたぐようにしてスコープモデルの算出が 行われた場合、 クロス点で示すコイル位置から算出される複数の補間点のうち、 境界付近 にある三角で示す 2つの補間点で挟まれる区間が範囲外として黄色で、 三角の補間点の端 部が範囲内として灰色で表示される。 このため、 その表示色から境界をより把握し易くな る。
また、 本実施の形態では、 以下に説明するようにスコープモデルの動きをスムーズにす るために、 位置データのバッファリングタィミングを変更するようにした。
図 1 7は、 磁界計測により、 スコープモデル描画のプロセスを示す。 つまり、 ステップ S 2 1の磁界計測の後にステップ S 2 2の位置検出を行い、 位置検出したデータをステツ プ S 2 3でデータを取り込むデータバッファ処理し、 さらにバッファ処理したデータに対 してステップ S 2 4のデジタルフィルタ処理をした後、 ステップ S 2 5のスコープ描画処 理を行う。
この場合、 図 1 8に示すように揷入部 7のコイルは先端部、 中間部、 基端部の 3つにグ ループ分けされ、 図 1 9 Aに示すように A , B , C , A , …のタイミングで順次駆動され る。
この場合、 限られた周波数帯域で、 より多くの磁界を発生させるため、 時分割で駆動す るようにしている。
そして、 図 1 9 Bに示すように 1つの駆動グループのデータが更新されたタイミングで バッファリングする。
これに対して、 従来例は図 1 9 Cに示すように全てのデータが更新されたタイミング （ つまり、 図 1 9 Bの 3倍のタイミングレート） でバッファリングするようにしていた。 このように本実施の形態では、 データの更新レートが 3倍になり、 後段のデジタルフィ ルタの出力データも 1 3の時間間隔で更新されるため、 スコープモデルのフレームレ一 卜が 3倍になり、 スムーズな動きをするような描画ができるようにしている。 次に基準プレート 5 8を使用した時にスコープポジション記憶を設定した際、 スコープ モデルと装置本体の位置関係を把握し易いように設定して、 見やすい表示画面 （スコープ モデル） を提供できるようにしたことを説明する。
図 2 0は本体装置 2 1と患者が横たわるべッド 4を上面から見た様子を示し、 通常左側 が患者の頭部側となる。
体外と （モニタ 2 5に表示される） 体内との境界は平面で規定され、 カット面と呼び、 このカツト面より体外側は非表示にする。
既存のカット面は、 基準プレート 5 8の接続状態により設定が異なる。 図 2 0の①一 1 の面を未接続の力ット面、 ②ー 1の面を接続時の力ット面とする。
スコープポジションは、 体外マーカ 5 7を使って既存のカット面位置を （図 2 0で左右 方向に） 平行移動する機能であり、 O N時には①一 2 Z②ー 2の面に平行移動する。 また、 基準プレート 5 8、 体外マーカ 5 7の使用状態に応じて、 図 2 1の表に示すよう にカツト面が設定される。 なお、 表中の" 有効" 、 " 無効" は、 接続中の基準プレート 5 8 , 体外マ一力 5 7の検出された位置を使った機能の状態を示している。
ここで、 特徴となる設定は、 基準プレート 5 8を接続した場合には、 その基準プレート 5 8により設定される面と垂直な方向がカツト面となり、 従来では体外マーカ 5 7の O N により、 基準プレート 5 8により設定されるカツト面②一 1の面とは方位が異なるカツト 面に設定されるようになっていたが、 本実施の形態では、 （基準プレート 5 8を接続した 場合にはそのカツト面の方位は変更されないで） 単に体外マーカ 5 7を通るように平行移 動したカツト面②一 2のように設定して基準プレート 5 8の機能を把握し易くした。 また、 本実施の形態では従来例で採用していたスコープモデルのグレースケールの表示 方法を変更している。 つまり、 従来例では、 スコープモデルが表示されている範囲に、 明 暗のフルスケールが割り付けられていたため、 例えば平面に近い状態でも一部が極端に明 るくなつたり、 暗くなつたりする表示となる場合があった。 このため、 以下のようなダレ 一スケールの設定を採用するようにした。
スコープモデルの注意表示に該当しない正常なソースコィル区間は、 グレースケールで 色付けする。 このとき、 グレーの明るさが画面手前から画面奥行きの方向 （視野系座標の Z方向） に暗くなるように設定する。 その変化率 rの算出には、 次式を使用する。 γ = s i η θ/2 (Cma x— Cm i n) +Cm i n
Θ = (Z— Zm i n) / (Zma x一 Zm i n ) X π— 7Γ/2
Cm i n ：最も暗いグレーの RG B値 （256階調）
Cma x ：最も明るいグレーの RGB値 （256階調）
Zm i n ：グレースケール表示する最も画面奥行側の z座標
Zma x :グレースケール表示する最も画面手前側の z座標
従来例における実際に検出されたスコープ範囲に応じてグレースケールを決めていたの を、 規定の検出範囲等の固定値により決めるように変更することにより、 極端なグレース ケール表示することなく、 そのグレースケール表示から立体的な形状の把握をしゃすくで きるようにした。
次にモニタ 25に表示するスコープモデルを表示する場合、 自動センタリング機能によ リ、 スコープモデルが画面から外れるのを有効に防止できるようにして見やすい表示画面 を提供するようにしているが、 本実施の形態ではさらに画面水平方向を変更する操作 （例 えばスコープポジション OF F時、 基準プレート接続ノ抜去時） には必ず自動センタリン グの機能を行わせるようにして、 スコープモデルが画面から外れるのをよリ有効に防止で きるようにしている。
通常のセンタリングの機能は、 図 22 Aに示すように表示画面の水平ラインをスコープ モデルの先端が上部側の表示領域側に移動した時、 その時のスコープモデル先端が、 画面 水平方向のセンタとなるように調整して、 スコープモデルの表示を行うようにする。 図 22 Aでは、 例えばスコープモデルの先端が画面下の水平方向のセンタより左側で力 ット面となる画面下の水平ラインを交差して、 その位置がセンタ位置となるようにして表 示が行われる。
この状態で体外マーカ 57によりカツト面を移動すると、 その移動によりカツト面が図 22 Aの例えば 2点鎖線で示す位置に設定されたとする。 その状態で表示すると、 カット 面の位置から上部となるスコープモデル部分が表示されるが、 その場合におけるカツト面 と交差するスコープモデル位置は画面下の水平方向のセンタ位置からずれるので、 自動セ ンタリングの機能により修正され、 図 22 Bのようにカツ卜面と交差するスコープモデル 位置は画面下の水平方向のセンタ位置に設定されて表示される。
この状態において、 体外マーカ 57の使用を止めた場合 （体外マーカ 57を外したり、 スコープポジションを O F Fにする） には、 カット面の位置が体外マーカ 5 7を使用しな い状態でのそのスコープモデルの画面下の位置が水平方向のセンタ位置となるように自動 センタリングを機能させる。 つまり、 図 2 2 Cの実線で示すような表示とする。
これに対して、 改善前では図 2 2 Cの 2点鎖線で示すように図 2 2 Bの状態を単に力ッ ト面移動前の位置までずらした状態で表示する。
つまり、 改善前では、 画面下の水平ラインと交差するスコープモデル位置はそのセンタ 位置からずれてしまう。
本実施の形態ではその場合にも、 自動センタンリングの機能を行わせることにより、 実 線で示すようにセンタ位置に再設定してスコープモデルの表示を行う状態を維持する。 こ こでは、 体外マーカ 5 7の場合で説明したが、 基準プレート接続 抜去時にも自動センタ リングの機能を行わせる。
このようにして、 スコープモデルが画面から外れるのをより有効に防止できる。
なお、 上述の説明ではコイルュニット 2 3内に配置されるセンスコイル 2 2 jの数を 1 2としたが、 これに限定されるものでなく、 それ以外の複数、 例えば 1 6個等に設定して も良い。
以上説明したように本実施の形態の内視鏡形状検出装置によれば、 被検体に挿入される 内視鏡揷入部の内部に複数の磁界発生素子及び複数の磁界検出素子の一方の素子を配置し 、 被検体の外部に他方の素子を配置して、 内視鏡揷入部の内部に配置された一方の素子の 位置を前記他方の素子の位置データを用いて検出手段によリ検出することにより、 内視鏡 揷入部の形状を推定してその形状を表示手段で表示する内視鏡形状検出装置において、 前記検出手段の出力に基づき、 前記検出した一方の素子の間に仮想的な素子を配置し、 前 記一方の素子の間のデータ補間を前記仮想的な素子の位置データを用いてデータ補間を行 うデータ補間手段を設けているので、 内視鏡揷入部が小さい曲率で屈曲された場合に対し て、 あたかも実際に配置された素子の数を増大した如くにその屈曲された形状を精度良く 検出して、 その形状を表示できる。
(第 2の実施の形態）
次に本発明の第 2実施の形態を図 2 3から図 3 5を参照して説明する。 本実施の形態は ノィズの少ない環境で形状検出を行うことが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。 本実施の形態を備えた内視鏡システム 1 Bの構成を図 2 3に示す。 この内視 鏡システム 1 Bは図 1の内視鏡システム 1と内視鏡形状検出装置 3 B以外は同じ構成であ リ、 同じ構成要素には同じ符号を付け、 その説明を省略する。
本実施の形態における内視鏡形状検出装置 3 Bは、 図 2 4に示すように、 ソースコイル 1 4 i を駆動する送信ブロック 2 6 ' と、 コイルユニット 2 3内のセンスコイル 2 2 jが 受信した信号を受信する受信ブロック 2 7 ' と、 この受信ブロック 2 7 ' で検出した信号 を信号処理する制御ブロック 2 8 ' とから構成される。
図 2 4に示すこの内視鏡形状検出装置 3 Bは、 図 3に示す内視鏡形状検出装置 3におけ る駆動ブロック 2 6を送信ブロック 2 6 ' とし、 検出ブロック 2 7を受信ブロック 2 7 ' とし、 さらにホストプロセッサ 2 8を制御ブロック 2 8 ' に変更した構成である。
図 2 5 Aに示すように、 電子内視鏡 6の揷入部 7に設置されるプローブ 1 5には、 上述 したように、 磁界を生成するための 1 6個のソースコイル 1 4 iが所定の間隔で配置され ており、 これらソースコイル 1 4 iは、 送信ブロック 2 6を構成する 1 6個の互いに異な る周波数の駆動信号を生成するソースコイル駆動回路 3 1に接続されている。
ソースコイル駆動回路部 3 1は、 各ソースコイル 1 4 i をそれぞれ異なる周波数の正弦 波の駆動信号で駆動し、 それぞれの駆動周波数はソースコイル駆動回路部 3 1内部の図示 しない駆動周波数設定データ格納手段或いは駆動周波数設定データ記憶手段に格納された 駆動周波数設定データ （駆動周波数データとも記す） により設定される。 この駆動周波数 データは、 制御ブロック 2 8において内視鏡形状の算出処理等を行う C P U (中央処理ュ ニット） 3 2にょリ 1 0 (パラレル入出力回路） 3 3を介してソースコイル駆動回路部 3 1内の駆動周波数データ格納手段 （図示せず） に格納される。
なお、 後述するように駆動周波数グループは複数組用意されており、 実際に位置検出の 動作を行う前に、 環境ノイズを測定し、 その結果から最も環境ノイズが少ない駆動周波数 グループの駆動周波数を選択設定できるようにしている。
一方、 コイルュニット 2 3内の 1 2個のセンスコイル 2 2 jは、 受信プロック 2 7を構 成するセンスコイル信号増幅回路部 3 4に接続されている。
センスコイル信号増幅回路部 3 4では、 図 5に示すようにセンスコイル 2 2 j を構成す る 1 2個の単心コイル 2 2 kがそれぞれ増幅回路 3 5 kに接続されて 1 2系統の処理系が 設けられており、 各単心コイル 2 2 kで検出された微小な信号が増幅回路 3 5 kにより増 幅されフィルタ回路 3 6 kでソースコイル群が発生する複数周波数が通過する帯域をもち 不要成分を除去して出力バッファ 3 7 kに出力された後、 A D C (アナログ 'デジタル ' コンバータ） 3 8 kで制御プロック 2 8が読み込み可能なデジタル信号に変換される。
なお、 受信ブロック 2 7は、 センスコイル信号増幅回路部 3 4及び A D C 3 8 より 構成され、 センスコイル信号増幅回路部 3 4は増幅回路 3 5 k、 フィルタ回路 3 6 k及び 出力バッファ 3 7 kより構成される。
図 2 5 Aに戻り、 このセンスコイル信号増幅回路部 3 4の 1 2系統の出力は、 1 2個の 前記 A D C 3 8 kに伝送され、 制御ブロック 2 8 ' 内の制御信号発生回路部 4 0から供給 されるク口ックによリ所定のサンプリング周期のデジタルデータに変換される。 このデジ タルデータは、. 制御信号発生回路部 4 0からの制御信号によってローカルデータパス 4 1 を介して 2ポートメモリ 4 2に書き込まれる。
なお、 本実施の形態では、 図 2 5 Aに示すコネクタ 1 6 aとそのコネクタ受け 2 1 a、 コネクタ 5 9 aとそのコネクタ受け 2 1 b、 コネクタ 6 0 aとそのコネクタ受け 2 1 cは 漏れ磁界によるスコープモデルへの影響及びチェック時のノイズの影響を軽減するために 、 2重、 或いは 3重に磁気シールド機能の高い金属 （例えば珪素鉄板等の強磁性材質の金 属） で覆い、 漏れ磁界等を軽減するようにしている。
また、 本実施の形態では、 図 2 4に示す送信ブロック 2 6 ' として、 複数の駆動信号の 駆動周波数グループ （例えば後述するように 3つのグループ G 1， G 2 , G 3 ) を用意し ている。
そして、 揷入部 7に配置されているソースコイル 1 4 iを駆動する場合、 使用可能な 3 つの駆動周波数グループから、 最も環境ノイズの少ない駆動周波数グループを自動的に或 いは手動で選択してスコープモデルを算出できるようにしていることが主要な特徴となつ ている。
このため、 図 2 5 Aに示す検出装置 （装置本体） 2 1内部の C P U 3 2は電源が投入さ れると、 図示しないプログラムに従って図 2 6に示すような処理を行う。 この場合、 実際 にソースコイルの位置検出の通常動作を行う前に、 環境ノイズを測定して、 最も環境ノィ ズが少ない駆動周波数グループを選択する駆動周波数グループ選択処理手段 3 2 dの機能 を持つ。
以下で説明するように自動選択を選択すると、 C P U 3 2はプログラムに従って自動的 に環境ノイズを測定する制御処理を行い、 その結果から最も環境ノイズが少ない駆動周波 数グループを判断して、 その駆動周波数グループで実際にソースコイル 1 4 i を駆動する ように駆動制御 （選択設定） する処理を行う。
次に図 2 6を参照して本実施の形態の作用を説明する。 電源が投入されると、 装置本体 2 1の内部の C P U 3 2はステップ S 3 1の制御回路基板の検出、 受信系調整データ取得 の処理を行う。
制御回路基板の検出の処理では、 装置本体内部の制御回路基板を構成する P C Iデバイ ス情報テーブルのマッビング確認の処理、 P C Iコンフィギュレーションの確認処理、 制 御回路基板のレジスタ初期値の確認等の処理を行う。 その後の受信系調整データの取得の 処理を行う。
そして、 次のステップ S 3 2で、 高レベル （H ) のエラーが有るか否かの判断を行う。 これに該当する場合には、 ステップ S 3 3に移り、 使用停止とする。 例えば、 全画面にェ ラー表示を行う。 この場合には、 電源を切る等して、 メンテナンス等で対処する。 なお、 本実施の形態では、 不具合、 故障に応じてエラー表示を複数用意し、 エラーの内容に応じ て表示する画面を変更することにより、 ユーザに対して、 表示された画面からどのような 不具合、 故障な が起こつたかを分かり易いようにし、 使い勝手のよい装置を実現するよ うにしている。
一方、 ステップ S 3 3で高レベルのエラーが無い場合には、 ステップ S 3 4の受信系の 動作チェックを行う。
この受信系の動作チェックは、 図 2 7のステップ S 4 1に示すように装置本体 2 1に設 けた （図示しない） チヱックコイルのコイルステータスの確認を行う。 例えば後述するソ 一スコィルの故障検知と同様な方法でチエックコィルの故障検知を行い、 コィルステータ スを確認する。
そして、 次のステップ S 4 2で異常ありか否かの判断を行い、 これに該当する場合には 、 ステップ S 4 3に移り、 高レベルのエラーとして、 例えばエラーコードを E 1として表 示し、 このチ： £ック動作を終了する。
—方、 異常でない場合には、 ステップ S 4 4に示すようにチェックコイル駆動モードに 設定して、 チヱックコイルを駆動する。
そして、 ステップ S 4 5に示すように、 受信系の動作を調べるためにコイルユニット 2 3内の各センスコイル 2 2 jで受信したチェックコイル駆動時のデータの A D Cデータを 求め、 周波数解析 （F FT) を行い、 そしてステップ S46に示すように各センスコイル 22 jにより検出した振幅値 A j j ' を求める。 なお、 以下ではセンスコイルの数を 1 6 個として説明する。
この場合、 jはセンスコイル No. を示し、 j ' は測定回数を示す。 そして、 次のステ ップ S47で j ' が 1 5以下かの判断を行い、 1 5以下の場合にはステップ S 45に戻り 同じ処理を繰り返す。 j ' が 1 6になった場合には、 ステップ S48に進み、 1 5回測定 した振幅値 A j j ' の平均値 A j を求める。
さらに次のステップ S 49で jが 1 6以下かの判断を行い、 1 6以下の場合にはステツ プ S 45に戻り、 全てのセンスコイル 22 jでその振幅値を求める。
このようにして全てのセンスコイル 22 jで検出した場合の振幅値を求めた場合には、 次のステップ S 50で全てのセンスコイル 22 jで求めた振幅値 A 1〜A 1 6が予め調べ た正常な場合の上限値 Ahと下限値 A I との間にあるか否かを判断する。
そして、 正常な場合の上限値 Ahと下限値 A I との間にある場合には正常と判断してチ エック動作を終了する。 一方、 ステップ S50の条件に該当しない場合にはステップ S5 1に移り、 高レベルのエラーとして例えばエラーコードを E 1として表示し、 このチェッ ク動作を終了する。
この受信系の動作チェックが終了すると、 図 26に示すステップ S 35の処理に進み、 このステップ S 35ではエラーレベルが高レベルか否かの判断を行い、 高レベルの場合に はステップ S 36に移り、 ステップ S 33の場合と同様に使用停止とする。
一方、 高レベルでない場合にはステップ S37に進み、 周波数グループの選択処理に移 リ、 この処理の後にステップ S38の通常動作、 つまり、 （自動の場合における） 環境ノ ィズが最も少ない周波数グループ （或いは手動設定による周波数グループ） により、 ソー スコィルの位置検出及びスコープモデル表示の動作を行う。
次にステップ S 37の周波数グループの選択の処理を図 28を参照して説明する。 ステップ S 37の処理が開始すると、 図 28のステップ S 61の周波数グループ情報の 取得の処理が行われる。
この場合の周波数グループ情報としては、 現在設定されている選択情報であり、 これは 自動と手動とがある。 また、 前回選択された （手動設定で選択された場合を含む） 周波数 グループ Gp r Θ (具体的には 3つのグループ G 1ZG2ZG3の一つ） 、 そして、 環境 ノイズの測定回数 N ( 1\1 : 1 0〜 1 0 0 0で1 0ステップ刻み） を含む。
次にステップ S 6 2の手動選択かの判断を行い、 この手動を選択した場合には、 ステツ プ S 6 3に進み、 周波数グループとして前回選択した選択値 G p r eを選択設定して、 こ の処理を終了する。
なお、 複数台の形状検出装置を同時に動作させるような場合には手動選択で行う方が有 効な場合がある。 例えば複数台を同時に自動を選択して動作させると、 同じ周波数グルー プを選択してしまう状態となる場合があり、 このような場合には手動で選択した場合が良 い場合がある。 本実施の形態ではこのような場合にも対処できるように手動選択も行える ようにしている。
一方、 手動選択を選択しない場合には、 自動選択となり、 この場合にはステップ S 6 4 の駆動モードを駆動休止モードにする （そして、 環境ノイズを測定し、 その結果、 最も少 ない周波数グループで駆動するように自動選択 （自動制御） する） 。
ステップ S 6 4では、 ソースコイル 1 4 i を駆動しない状態、 具体的には制御回路基板 内のジェネレータコマンドレジスタの内容を駆動信号を発生しない状態に設定する。 そして、 ソースコイル 1 4 i を駆動しない駆動停止状態で、 環境ノイズの測定を開始す る。 この場合、 上記した図 2 5 Aに対して説明したように装置本体 2 1にコネクタ部分は 磁気シールドされているので、 装置本体からの漏れ磁界を軽減した状態で環境ノイズを測 定することができる。
つまり、 ステップ S 6 5に示すように、 この （駆動停止） 状態で各コイルユニット 2 3 のセンスコイルで検出した信号に対して、 A D Cデータを取得し、 そのデータに対して周 波数解析を行う。
そして、 次のステップ S 6 6で周波数解析で得られたセンスコイル N o . を i、 周波数 N o . を』、 測定回数を kとした場合におけるセンスコイルで検出された振幅値 A i j k を算出する。
そして、 次のステップ S 6 7で測定回数 kが N回以下の場合には、 ステップ S 6 5に戻 リ、 測定を繰り返す。 そして、 本装置で設定可能な例えば 2 4個の （駆動に用いることが できる） 周波数での検出された振幅値を N回測定する。
N回の測定が終了すると、 ステップ S 6 8で各センスコイル毎に 2 4個の周波数に対し て検出された （時間的に変動する分布特性を示すような） 振幅に対して標準偏差を求め、 その振幅の標準偏差をノイズ値 A i j とする。
次にステップ S 6 9でセンスコイル N oが 1 6以下かの判断を行い、 1 6以下の場合に はステップ S 6 5に戻り同様の処理を行う。 一方、 1 6個のセンスコイルでの測定を行つ た場合にはステップ S 7 0に進み、 周波数毎に、 全センスコイル分のノイズ値 A i jの平 均値を求め、 周波数ノイズ値 A j とする。
次にステップ S 7 1で周波数 N oが 2 4以下かの判断を行い、 2 4以下の場合にはステ ップ S 6 5に戻り同様の処理を行う。
一方、 2 4個の周波数に対して測定を行った場合には、 ステップ S 7 2に進み、 周波数 ノイズ値 A jにおける 1 ~ 8までの最大値を周波数グループ G 1のノイズ E g 1とする。 また、 次のステップ S 7 3に進み、 周波数ノイズ値 A jにおける 9〜 1 6までの最大値を 周波数グループ G 2のノイズ E g 2とする。 また、 次のステップ S 7 4に進み、 周波数ノ ィズ値 A jにおける 1 7〜2 4までの最大値を周波数グループ G 3のノイズ E g 3とする 次にステップ S 7 5に進み、 周波数グループ毎のノイズ値を比較し、 最小のグループ G s I tを選別する。 この最小のグループ G s I tを選別したら、 ステップ 7 6で G s I t > G p r eかの判断を行い、 これに該当する場合には、 ステップ S 7 7に進み、 実際に駆 動する周波数グループを G p r eに設定する処理を行い、 その後この選択処理を終了する ステップ S 7 6の条件に該当しない場合には、 ステップ S 7 8に移り、 G s I t > G 1 かの判断を行い、 これに該当する場合には、 ステップ S 7 9に進み、 駆動する周波数ダル ープとして G 1に設定する処理を行い、 その後この選択処理を終了する。
また、 ステップ S 7 8の条件に該当しない場合には、 ステップ S 8 0に移り、 G s I t > G 2かの判断を行い、 これに該当する場合には、 ステップ S 8 1に進み、 駆動する周波 数グループを G 2に設定する処理を行い、 その後この選択処理を終了する。
ステップ S 8 0の条件に該当しない場合には、 ステップ S 8 2に進み、 駆動する周波数 グループとして G p 3に設定してこの選択処理を終了する。 その後、 選択された駆動周波 周グループで通常動作を行うことになる。
本実施の形態によれば、 ソースコイル 1 4 j を駆動してその位置検出、 スコープモデル の算出などを行う前に、 環境ノイズを検出して、 最もノイズの低い駆動周波数グループを 検出し、 その駆動周波数グループで実際の位置検出等を行うように制御するようにしてい るので、 簡単に S Nの良い、 従って精度の良い位置検出や、 スコープモデルの検出など を行うことができる。
また、 ソースコイル 1 4 ί を駆動してその位置検出、 スコープモデルの算出などを行う 前 （より具体的には環境ノイズの検出前） に、 受信系、 特にセンスコイルが正常に機能す るか否かをチェックコイルによりチェックし、 正常に機能する場合にその後の通常動作に 向けた処理を行うようにしているので、 内視鏡形状検出装置の信頼性をより向上できる。 また、 本実施の形態では以下に説明するように内視鏡 6に設けたプローブ 1 5の後端側 のソースケーブル 1 6が装置本体 2 1に接続された場合、 ソースケーブル 1 6の内部で短 絡したり、 接続部で接触不良 （断線） 等した場合を検知できるように改良したチェック手 段を備えている。
つまり、 自己チェック機能を強化してそれまで検出できなかった故障モードを検出でき るようにして、 よリ信頼性の高い内視鏡形状検出装置を実現するようにしている。
本実施の形態の構成及び作用をよリ明確にするために、 改良前の構成と改良後の構成及 ぴ作用を説明する。
図 2 9はソースコイル 1 4 ί を 1つとした場合の駆動回路 6 1等の構成を示す。 装置本 体 （以下の図では簡単化のため、 単に本体と略記） 2 1内で生成した駆動信号は演算増幅 器 （オペアンプと略記） Οで増幅された後、 出力トランス Τの 1次側に印加され、 絶縁さ れて 2次側から、 さらにリレー R eを経てソースケーブル 1 6を介して （スコープ 6内の ) ソースコイル 1 4に印加される。
ソースコイル 1 4を駆動する駆動時においては、 出力トランス Tに接続された接点 a , a ' が切替接点 c、 c ' とそれぞれ O Nし、 ソースコイル 1 4には個別線を経て駆動信号 が印加され、 共通線を経てリターンする。 なお、 駆動停止時も接点 a , a ' の状態に設定 される。
また、 短絡等を検知するチェック時には、 チェックタイミングのリレー切替信号により 、 リレー R eが切り替えられ、 切替接点 c、 c ' はチェック用の抵抗 Rの一端に接続され た接点 bとグランドに接続された接点 b ' と O Nする。
抵抗 Rの他端は電源端 （その電圧は + 3 V ) に接続され、 その一端は図示しないコンパ レータに接続され、 この抵抗 Rの一端の電位を検出して、 所定の範囲内にあるか否かを判 定することにより、 短絡の有無或いは解放 （断線） をチェックする。
なお、 チェック用の抵抗 Rはその直流抵抗がほぼ 8 2 Ω、 ソースコイル 1 4は直流抵抗 がほぼ 6 0〜1 Ο Ο Ωであり、 また出力トランス Tの 2次卷線の直流抵抗はほぼ 5 Ωであ る。 つまり、 出力トランス Tの 2次卷線の直流抵抗はソースコイル 1 4や抵抗 Rに比べて はるかに小さな値 （約 1ノ1 0 ) である。
コンパレータによる判別を行う場合、 負荷としてのソースコィルの直流抵抗とチ Xック 用の抵抗 Rとで電源端の電圧を分圧した値は、 （モードにもよるが） 正常な場合には、 ほ ぼ 1 . 2 V〜1 . 6 V程度となり、 この電圧範囲で検出された場合には正常であると判断 される。
これに対し、 例えばソースコイル 1 4の一端等が断線した場合には電源端の電圧で検出 されるし、 またソースコイル 1 4の両端が短絡した場合にはグランドレベルの電圧となり 、 それぞれ正常な電圧範囲でない故障であると判断できる。
実際の駆動回路 6 1 iでは、 ソースコイル 1 4 iの数に応じて図 3 1及び図 3 2に示す ように各ソースコイル 1 4 i を駆動及びチェックできるようにしている。
また、 本実施の形態 （及び改良前） では、 ソースコイル 1 4 iの数が多いため、 ソース コイル 1 4 i を複数の組 （以下では A、 B、 C) に分け、 駆動するタイミングをずらして 駆動する。
具体的には、 最大 2 4個のソースコイル 1 4 ίを駆動できるようにしており、 一度に 8 個のソースコイルを駆動するようにしている。 つまり、 図 3 O Aに示すようにグループ A ， B , Cで 3組に分けたソースコイル 1 4 ίに駆動信号をそれぞれ印加して駆動する駆動 期間 T d (が重ならないように） を変えて、 各グループ A , B , Cに属するソースコイル 1 4 i を駆動するようにしている。
また、 駆動期間 T dの後にチェック期間 T tを設けてチェックを行うようにしている。 この場合、 改良前では、 各グループ内では、 駆動期間 T dとチェック期間 T tは同じタイ ミングであつたが、 本実施の形態では図 3 O Bに示すように同じ駆動グループ I ( I = A , B , C ) 内においては、 1番目、 2番目、 ·'' 8番目まで （ソース） コイルにおけるチェ ック期間 T t 1 , T t 2、 …が重ならないようにずらしている。
図 3 1及び図 3 2は改良前及び改良後の装置本体の駆動回路 6 1の出力部とソースケー ブル 1 6及びスコープ 6内に配置されるソースコイル 1 4 i を示す。 なお、 図 31及び図 32では、 簡単化のためソースコイル 1 4 iの代わりにグループ A 、 Bに属するソースコイルを c 1、 c 2、 …と c 1 ' 、 G 2' 、 …で示す。 また、 ソース ケーブル 1 6内の各ソースコイル c 1、 c 2、 ■■■、 c 1 ' 、 c 2' 、 …にそれぞれ接続さ れた信号線を k 1、 k2、 …と "！ ' 、 k 2' 、 で示す。
オペアンプ、 出力トランス、 リレー等もグループ Aに属するものは、 01、 02、 '■■、 T 1、 Τ2、 ■■■、 Re 1、 Re 2、 …で示し、 グループ Bに属するものは、 ' を付けて示 している。
また、 図 31及び図 32では簡単化のため、 2つのグループ A、 Bのみ示し、 またソー スコイル等は 2つのみを示しているが、 実際には各グループ Iは 8個のソースコイルを駆 動できるようになつている。
本実施の形態では、 図 32に示すように全ての信号線 k 1、 k 2、 …におけるリターン 側の信号線はソースケーブル 1 6の （本体に接続する） 接続部の手前の位置で共通化され て本体のコネクタに接続する構成にすると共に、 ソースケーブル 1 6のスコープ側の接続 部においても共通化されている （より厳密には、 図 35に示すような構造である。 つまり 、 信号線 k 1、 k 2、 ■■■、 k 1 ' , k 2' は複合同軸線で形成され、 各グループでシール ド側 （リターン側） を両端でそれぞれ 1点にまとめている） 。
このような構成にすることにより、 各接続部のコネクタの接点ピンの本数を半分にして 、 コネクタ形状が大型化するのを防止し、 小型軽量で接続作業等の操作を容易に行えるよ うにしている。
なお、 図 31はリターン側の信号線を （本実施の形態のように） 共通化して、 チェック タイミングを従来例のままとした改良前の構成の場合を示す。
図 3 OAで説明したように改良前では、 チェック期間 T tが共通であったため、 同じ駆 動グループ I内でソースコィルに接続された信号線における共通化していない側の個別線 が短絡した場合には、 その故障を検出できなかった。
改良前のものでは、 例えば図 31に示すようにグループ A内のソースコイル c 1と c 2 に接続された信号線 k 1、 k 2の個別線側が短絡した場合には、 （同じ抵抗値の） 抵抗 R 1及び R 2が並列に接続され、 かつソースコイル c 1と c 2とが並列接続された状態とな るため、 2点鎖線で示すようなチェック用電流が流れる回路が形成される。
そして、 この場合にはコンパレータで検出される電位は 1つのソースコイル c 1を検出 する場合と等価な状態となり、 従ってその故障を検出できない。
これに対し、 本実施の形態では図 3 0 Bで示したように同じグループ I内において、 チ エック期間 T tが重ならないようにずらして、 図 3 2に示すようにチェックすることにな る。
ソースコイル c 1をチェックする期間 T t 1においては、 リレー R e 1では接点 b、 b ' が O Nであるが、 ソースコイル c 2をチェックするためのリレー R e 2では接点 a、 a ' 側が O Nとなっている。 つまり、 図 3 2の 2点鎖線で示すようなチェック用の電流がな がれる閉回路が形成される。
上述したように出力トランス T 2 ( T 1等も同じ） の 2次巻線の直流抵抗はソースコィ ル c 1等や抵抗 R 1等に比べて有るかに小さい値であるので、 図 3 2の場合には、 抵抗 R 1は （R 2と並列に接続されない） 単独の状態で、 かつ近似的には、 この抵抗 R 1の一端 に出力トランス T 2の 2次卷線の小さな抵抗が接続された状態と見なせる状態となる （よ リ厳密には出力卜ランス T 2の 2次卷線にソースコイル c 1と c 2とが並列接続された状 態と等価となる） 。
つまり、 この場合には実質的に抵抗 R 1の一端にゼロに近い抵抗を直列に接続した場合 にその抵抗 R 1の一端の電位をコンパレータで検出する状態となる。 この場合のチェック 用の電流が流れる回路は近似的には 2点鎖線で示すようになる。
そして、 この場合には検出レベルはほぼ 0レベルであり、 正常な範囲から逸脱している (短絡状態の） 故障であると判断される。
なお、 異なるグループ間で個別線が短絡した場合には、 グループ内の場合と同様に故障 であると検出できる （改良前でも検出できる） 。
また、 改良前のものでは、 図 3 1における同じグループ内で （個別線側の短絡でなく） 本体内の共通線が断線した場合には、 図 3 3 Aの状態になる。 ここで、 断線位置をクロス の符号で示している。
この場合には、 2点鎖線で示すようにチェック用の電流回路が形成される。 つまり、 断 線が存在しても断線が存在しないような等価回路が形成され、 断線を検出できない。 これに対して、 本実施の形態では、 リレー R e 1とリレー R e 2を切り替えるチヱック 期間がずれるようにしているので、 リレー R e 1とリレー R e 2の接点状態は図 3 3 Bの ようになり、 この場合にはリレー R e 1で接点 b、 b ' 側が O Nの時には、 リレー R e 2 では接点 a， a ' 側が O Nされるようになるため、 グランド側に流れる回路が形成されな い （つまり閉回路が形成されない） ことになリ、 コンパレータは電源端の電圧を検出して 、 （断線状態の） 故障であると判断できる。
また、 図 3 4に示すように本体とソースケーブルとの接続部 C 1或いはソースケーブル 1 6とソースコイルとの接続部 C 2とが断線或いは接続不良となる可能性もある。 どちら の場合にも、 基本的には同じとなるので、 接続部 C 1の場合で説明する。
この場合には、 図 3 0 Bに示すようにチェック期間 T tをそれぞれ異なるように設定し た場合には、 2点鎖線で示す回路が形成される。 つまり、 抵抗 R 1側からソースコイル c 1を通った後、 ソースコイル c 2と出力トランス T 2を通ってグランドに流れる経路、 ソ —スコイル c 2の位置で分岐してソースコイル c 3と出力トランス T 3の 2次卷線を通つ てグランドに流れる経路、 …が形成される。
このため、 ソースコイル c 1に、 残り 7個のソースコイル c 2〜c 7を並列接続したも のを直列に接続したものと近似的に等価となり、 7個のソースコイル c 2〜c 7の並列接 続の抵抗値が小さくなるため、 正常と判断してしまう可能性がある。
このため、 本実施の形態では、 （異なるタイミングのチェック期間でチェックを行う他 に） さらに全てのチユック期間を同じにしてチェックを行うモードも備えている。 例えば 最初は図 3 0 Bに示すもので、 2 4個のチェックを行いその後に、 異なるグループの場合 も含めて同じチェック期間でチェック動作を行うようにしている。
この場合のチェック期間での接続状態の構成は、 図 3 5に示すようになり、 チェック用 の電流が流れる閉回路が形成されない。 このため、 検出される電位は電源端となり、 故障 であると判断できる。
なお、 この動作から分かるように各グループで 1回ずつ、 チェックを行えば良い。 つま リ、 3グループにおいて、 それぞれ 1回チェックを行えば良い。
このように本実施の形態によれば、 内視鏡 6の揷入部 7内に配置されるソースコイルを 実際に駆動する前に、 駆動に使用する複数の駆動周波数グループで環境ノイズを測定して 、 その結果によリ最も環境ノイズが少ない駆動周波数グループのものでソースコイルを駆 動するようにしているので、 環境ノイズの影響の少ない精度の良い位置検出及びスコープ モデルの表示ができる。
なお、 上述の説明では、 揷入部 7側に磁界を発生するソースコイルを配置し、 体外のコ ィルュニット 2 3側に磁界を検出するセンスコイルを配置した構成としたが、 両者を入れ 替えても良い。 つまり、 揷入部 7側にセンスコイルを、 コイルユニット 2 3側にソースコ ィルを酉 S置するようにしても良い。
さらに、 上述の説明では、 内視鏡の鉗子チャンネルにソースコイルを内蔵したプローブ を挿入することで内視鏡挿入部内にソースコイルを配置する構成としたが、 ソースコイル を内視鏡揷入部に直接組み込み配置する構成でも良い。
以上説明したように本実施の形態によれば、 被検体に挿入される内視鏡揷入部の内部に 磁界発生素子及び磁界検出素子の一方の素子を複数配置し、 被検体の外部に他方の素子を 複数配置して、 内視鏡挿入部の内部に配置された一方の素子の各位置を前記他方の素子の 位置を基準に用いて検出手段によって検出することにより、 内視鏡揷入部の形状を推定し てその形状を表示手段で表示する内視鏡形状検出装置において、
前記複数の磁界発生素子を駆動する交流信号の駆動周波数を選択可能とし、 前記複数の 磁界発生素子を駆動しない駆動停止状態で検出されるノイズの周波数成分を検出するノィ ズ検出手段と、
前記ノイズ検出手段で検出されたノイズの周波数成分が少ない駆動周波数の交流信号で 前記複数の磁界発生素子を駆動する駆動制御手段と、
を設けているので、 簡単にノイズの影響の少ない駆動周波数で複数の磁界発生素子を駆 動でき、 従って S Z Nの良い形状検出ができる。
(第 3の実施の形態）
次に本発明の第 3実施の形態を図 3 6から図 3 9を参照して説明する。 本実施の形態は 駆動できるコイルの数に制約されないで、 位置検出して内視鏡挿入形状の算出ができる内 視鏡形状検出装置を提供することを目的とする。
補足説明すると、 先行例の内視鏡形状検出装置における磁界を発生するソースコイル （ 単にコイルともいう） の駆動においては、 全てのコイルを同時に連続波で、 個々のコイル で周波数を少しづつ変えて駆動していた。 この場合、 各コイルに対して異なる駆動周波数 を割り当てるため、 コイルの数が増えると、 割り当てる周波数チャンネルを増やさなけれ ばならない。
現実的に使用できる周波数帯は限られており、 あまりチャンネル数が大きくなると、 チ ヤンネル間の周波数間隔が狭くなリ、 受信信号の周波数の分離処理をする際、 周波数分離 機能が不十分となり、 位置検出の精度が低下するため、 駆動できるコイルの数に制約があ つた。
以下に説明する本実施の形態では、 駆動できるコイルの数に制約されないで、 内視鏡揷 入形状の算出ができるようにする。
本実施の形態を備えた内視鏡システム 1は、 図 1と同様の構成である。 本実施の形態に おける内視鏡形状検出装置 3は、 図 3 6に示すように、 ソースコイル 1 4 i を駆動する駆 動ブロック 2 6と、 コイルュニット 2 3内のセンスコイル 2 2 jが受信した信号を検出す る検出ブロック 2 7と、 検出ブロック 2 7で検出した信号を信号処理するホストプロセッ サ 2 8とから構成される。
図 4 Aに示したように、 電子内視鏡 6の揷入部 7に設置されるプローブ 1 5には、 上述 したように、 磁界を生成するための複数個のソースコイル 1 4 ίが所定の間隔で配置され ており、 これらソースコイル 1 4 iは、 駆動ブロック 2 6を構成するソースコイル駆動回 路部 （単にコイル駆動回路部ともいう） 3 1に接続されている。
コイル駆動回路部 3 1は、 後述するように 3つに分けた 1 0個ずつのソースコイルをそ れぞれ異なる周波数の正弦波の駆動信号で間欠的に駆動し、 それぞれの駆動周波数はコィ ル駆動回路部 3 1内部の発振器の発振周波数設定部の周波数設定データで決定される。 そ の周波数設定データは、 ホストプロセッサ 2 8において内視鏡形状の算出処理等を行う C P U (中央処理ユニット） 3 2にょリ P I O (パラレル入出力回路） 3 3を介してソース コイル駆動回路部 3 1による駆動周波数を設定することができる。
一方、 コイルュニット 2 3内の 1 2個のセンスコイル 2 2 jは、 検出プロック 2 7を構 成するセンスコイル信号増幅回路部 3 4に接続されている。 このセンスコイル信号増幅回 路部 3 4は図 5に示したものと同様の構成である。
次に図 3 7を參照して本実施の形態におけるコイル駆動回路部 3 1の構成を説明する。 なお、 以下では簡単化のためにソースコイルを単にコイルと略記し、 また説明を分かり易 くするために i番目のコイルを C iで示す。
本実施の形態では、 例えば、 3 0個のコイル C 1〜C 3 0をコイル C 1〜C 1 0、 コィ ル C 1 1〜C 2 0、 コイル C 2 1〜C 3 0の 3つのグループ A、 B、 Cに分け、 各グルー づ B、 Cに属する 1 0個のコイルは同時に、 かつグループが異なるものでは間欠的に 駆動するようにする。 この場合、 30個のコイル C 1〜C 30全てが揷入部 7内に配置される場合であっても 良いし、 30個のコイル C 1〜C30は揷入部 7内に配置されるものと、 体外マーカ 57 、 基準プレート 58等の補助機器に使用されるものとを含めた場合に適用しても良い。 そして、 グループ Aのコイル C 1〜C 1 0を駆動する時にはグループ B、 Cのコイル C 1 1〜C20、 C 21〜C 30はその駆動を休止する。
また、 グループ Bのコイル C 1 1〜C 20を駆動する時にはグループ A、 Cのコイル C 1 ~C 1 0、 C 21〜C 30はその駆動を休止する。
同様にグループ Cのコイル C 21〜C 30を駆動する時にはグループ A、 Bのコイル C 1 1〜C20、 C 1 1〜C 20はその駆動を休止する。
このような駆動制御を行うようにホス卜プロセッサ 28は制御回路 91に制御信号を送 リ、 制御回路 91はタイミング信号 I N I TMTO "！〜 30により、 コイル駆動回路部 3 1を構成するタイミング回路 （切替回路） P 1〜P30の切替タイミングを制御し、 以下 に説明するように駆動波形を生成する。
具体的には、 1 0個の発振器 O 1〜01 0はグループ A、 B、 Cのコイル C I、 C 1 1 、 C21〜C 1 0、 C20、 C 30にそれぞれ出力端が接続されたアンプ A 1、 A 1 1、 A21〜A 1 0、 A 20、 A 30の入力端にそれぞれ接続されたタイミング回路 P 1、 P 1 1、 P 21〜P 1 0、 P20、 P 30の切り替えを制御回路 51が出力するコイル駆動 タイミング信号 I NTMT01〜 I NTMT30で制御するようにしている。
より具体的に説明すると、 例えば発振器 01の発振信号はグループ A、 B、 Cにそれぞ れ属するコイル C 1、 C 1 1、 C21を駆動するための切り替えスィッチとして機能する タイミング回路 P 1、 P 1 1 P 21に入力され、 制御回路 51からのコイル駆動タイミ ング信号 I NTMTO 1或いは 1 1或いは 21が出力されたタイミング回路 P 1、 P 1 1 、 P 21が O F Fから ONに切り替えられる。
また、 発振器 O 2の発振信号はグループ A、 B、 Cにそれぞれ属するコイル C2、 C 1 2、 C22を駆動するための切り替えスィッチとして機能するタイミング回路 P2、 P 1 2、 P 22に入力され、 制御回路 91からのコイル駆動タイミング信号 I N TMT 02或 Ι は 1 2或いは 22が出力されたタイミング回路 P 2、 P 1 2、 P 22が OF Fから ON に切り替えられる。
また、 発振器 03、 ■■■、 O 1 0の発振信号も同様にタイミング回路 P 3、 1 3、 23、 ■■■、 P 1 0、 P20、 P 30に入力されるような構成である。
この場合、 グループ A、 B、 Cにそれぞれ属するコイル C 1〜C 1 0、 C 1 1〜C20 、 C21〜C30を間欠的に駆動するように、 制御回路 91はコイル駆動タイミング信号 I NTMT01〜1 0、 1 1〜20、 21〜 30を間欠的にタイミング回路 P 1〜 P 1 0 、 P 1 1〜P20、 P 21〜30に時間的に重ならないように順次出力する。
具体的には、 図 38に示すように （制御回路 91は時刻 t 1から Tの時間だけ 2値化さ れた） コイル駆動タイミング信号 I NTMTO 1〜1 0を出力し、 その直後の時刻 t 2か ら Tの時間だけコイル駆動タイミング信号 I N TMT 1 1〜20を出力し、 その直後の時 刻 t 3から Tの時間だけコイル駆動タイミング信号 I NTMT2 "！〜 30を出力し、 その 直後の時刻 t 4からは時刻 t 1以降と同様にコイル駆動タイミング信号 I NTMTO 1〜 1 0を出力する。
この場合、 例えばコイル駆動タイミング信号 I NTMTO 1〜1 0を時刻 t 1から時間 Tの出力直後の時刻 t 2に次のコイル駆動タイミング信号 I NTMT 1 1〜20を出力す るが、 実際には前のコイル C 1〜C 1 0に印加された信号の振幅が十分に小さくなつたタ イミングで次のコイル駆動タイミング信号 I N TMT 1 1〜20を出力するようにする。 このようにして、 例えばコイル駆動タイミング信号 I NTMTO 1〜1 0が出力される ことにより、 タイミング回路 P 1〜P 1 0は O F Fから ONとなり、 発振器 O 1〜01 0 の発振信号がそれぞれタイミング回路 P 1〜P 1 0を通り、 後段側のアンプ A "！〜 A 1 0 で増幅されて駆動信号となり、 コイル C "！〜 C 1 0に印加され、 コイル C 1〜C 1 0の周 囲に磁界を作り、 その磁界はコイルュニット 23のセンスコイル 22 jで検出されること になる。
同様にコイル駆動タイミング信号 I N TMT 1 1〜 20が出力された場合にはコイル C 1 1〜C20が駆動され、 コイル駆動タイミング信号 I NTMT 21 ~30が出力された 場合にはコイル C 21〜C 30が駆動される。
従って、 グループ A、 B、 Cにそれぞれ属するコイル C 1〜C 1 0、 C 1 1 ~C20、 C21〜C30は図 39に示すように間欠的に駆動されるようになる。
このようにコイル C 1〜30を 1 0個づつのグループ A、 B、 Cに分けた場合、 異なる グループに属するコイルでは駆動タイミングが重ならないため、 例えばコイル C 1とコィ ル C 1 1、 コイル C21に同じ周波数を割り付けることができ、 従来と比較すると、 同じ チャンネル数で 3倍の個数のコイルを駆動することができる。
ホストプロセッサ 2 8は制御回路 9 1を介して駆動するタイミングに同期して、 センス コイル 2 2 jに接続された検出ブロック 2 7側を制御し、 グループ A、 B、 Cを間欠的に 駆動した場合にセンスコイル 2 2 jを介して検出ブロック 2 7によりコイル C 1〜C 1 0 、 C 1 1〜C 2 0、 C 2 1 ~〜C 3 0の位置検出を行う。
つまり、 周期的に 3つのグループ A、 B、 Cに属する各コイル C 1〜C 1 0、 C 1 1〜 C 2 0、 C 2 1〜〜C 3 0を順次駆動するが、 駆動するタイミングは異なっているので、 ホストプロセッサ 2 8は検出ブロック 2 7で検出された信号がどのコィルに対応する信号 が受信されているかが分かるので、 各コイルの位置データを確実に算出することができる 本実施の形態では、 駆動するコイルを複数のグループに分けて、 時間的に重ならないよ うに間欠的に駆動するようにしているので、 少ない周波数チャンネン数で駆動できるコィ ルの数を増大することができる。
従って、 揷入部 7内に配置されるコイルの数を増大して短い間隔でコイルを配置でき、 従って揷入部 7が屈曲された場合においてもその屈曲された場合における揷入部 7の各位 置をコイルの位置検出により精度良く検出することができる。 つまり、 揷入部 7の形状を 精度良く検出できる。
また、 連続駆動する場合に比較して間欠的に駆動することにより、 各コイルに流す駆動 信号の電流値を大きくして、 位置検出精度を増大したり、 実用的な精度で位置検出ができ る有効検出範囲を広げることもできる。
また、 有効検出範囲が同じで良いような場合には、 各コイルで消費されるエネルギを低 減化できるとか、 コイルによるエネルギ消費による温度上昇を抑制することもできる。 また、 発振器の数を従来例に比べてグループ分けした数で除した複数分の 1 (上記の場 合には 1 3 ) で済み、 回路規模を小さくできる。 従って、 低コスト化できると共に、 小 型化することもできる。
(第 4の実施の形態）
次の本発明の第 4の実施の形態を図 4 0を参照して説明する。 本実施の形態は第 3の実 施の形態とはコイル駆動回路部 3 1がー部異なる構成にしておリ、 本実施の形態における コイル駆動回路部 3 1 Bを図 4 0に示す。 図 40に示すように発振器 O 1〜01 0の発振信号はアンプ A 1 ~A 1 0でそれぞれ増 幅されて駆動信号となり、 切替回路 K 1〜K 1 0を経てコイル C 1〜C30に出力できる ようにしている。
切替回路 K 1〜K30には制御回路 91からのコイル駆動タイミング信号 I Ν ΤΜΤ 0 1、 1 1、 21〜 Ι ΝΤΜΤ 1 0、 20、 30が印加される。 この場合制御回路 91は第 1の実施の形態の図 38に示したようなタイミングでコィル駆動タイミング信号 I Ν Τ Μ Τ01、 1 1、 21〜 Ι ΝΤΜΤ 1 0、 20、 30を出力する。
例えば制御回路 91は時刻 t 1から Tの時間だけ 2値化されたコイル駆動タイミング信 号 I NTMTO 1〜1 0を出力し、 この場合にはコイル駆動タイミング信号 I NTMTO 1によりアンプ A 1を経た駆動信号は切替回路 K 1を経てコイル C 1に印加され、 またコ ィル駆動タィミング信号 I NTMT02によりアンプ A2を経た駆動信号は切替回路 K 2 を経てコイル C 2に印加され、 '■'、 さらにコイル駆動タイミング信号 I NTMT 1 0によ リアンプ A 1 0を経た駆動信号は切替回路 K1 0を経てコイル C 1 0に印加される。 つま リ、 グループ Aのコイル C 1〜C 1 0が同時にそれぞれ異なる周波周で駆動される。 同様にコイル駆動タイミング信号 I NTMT 1 1〜20を出力した場合には、 グループ Bに属するコイル C 1 1〜C 20が同時にそれぞれ異なる周波周で駆動され、 さらにコィ ル駆動タイミング信号 I NTMT 21〜30を出力した場合には、 グループ Cに属するコ ィル C21 ~C30が同時にそれぞれ異なる周波周で駆動される。
つまり、 この場合にもコイル C 1 ~C30は第 1の実施の形態と同様に駆動されるよう になる。
本実施の形態によれば、 第 3の実施の形態とほぼ同様の効果を有すると共に、 アンプ A 1〜A 1 0を切替回路 K 1〜K 1 0の前段側に設けたことにより、 アンプの数を削減でき 、 より回路規模を小さくできる。
なお、 上述の実施の形態では、 例えば 30個のコイル C 1〜C30を 3グループに分け た場合で説明したが、 グループ分けする数を増やすことにより、 割り当てる周波数の数を 減らすこともできる。 例えば、 グループ分けする数をコイルの数と同じにして、 単一の周 波数の駆動信号で間欠的にコイルを駆動することもできる。
また、 第 1及び第 2の実施の形態において、 電子内視鏡 6の鉗子口からプローブ 1 5を 揷通させることにより、 ソースコイルを電子内視鏡 6の揷入部 7内に配置する構成として いるが、 電子内視鏡 6の揷入部 7内に予めソースコィルを一体に組み込んでおく構成でも 良い。 また、 電子内視鏡に限らず、 ファイバ式の内視鏡でも良い。
以上説明したように第 3及び第 4の実施の形態によれば、 内視鏡揷入部に複数のコイル を配置し、 複数のコイルに駆動信号を印加し、 発生する磁界を検出して各コイルの位置を 検出することにより、 内視鏡揷入部の形状を検出する内視鏡形状検出装置において、 前記複数のコイルを複数のグループに分け、 各グループに属するコイルをグループ分け に応じて駆動タイミングが重ならないように間欠的に駆動する間欠的駆動手段を設けてい るので、 コイルの数等に制約されないで内視鏡挿入形状を検出できる。 産業上の利用可能性
以上のように、 発明の内視鏡形状検出装置は、 被検体の内部に挿入される内視鏡揷入部 が屈曲されて挿入された場合にも内視鏡揷入部の長手方向に配置された磁界により位置検 出を行う複数の素子の他に仮想的に配置した素子の位置情報により、 より精度良く揷入形 状の検出ができ、 挿入作業等を円滑に行うのに利用できる。

Claims

1 . 被検体に挿入される可撓性を有する内視鏡挿入部の内部に磁界発生素子及び磁界検出 素子の一方の素子を複数配置し、 被検体の外部に他方の素子を複数配置して、 内視鏡挿入 部の内部に配置された前記一方の素子の各位置を前記他方の素子の位置データを用いて検 出手段によリ検出することにより、 内視鏡揷入部の形状を推定してその形状を表示手段で 表示する内視鏡形状検出装置において、
前記検出手段の出力に基づき、 検出した前記一方の素子の間に仮想的な素子を配置し、 前記一方の素子の間のデータ補間を前記仮想的な素子の位置データを用いてデータ補間を 行うデータ補間手段を設けたことを特徴とする内視鏡形状検出装置。
2 . クレーム 1の内視鏡形状検出装置であって、 前記内視鏡揷入部の内部に配置される前 記一方の素子は磁界発生素子である。
3 . クレーム 1の内視鏡形状検出装置であって、 前記一方の素子が配置された距離情報等 の条件を用いて前記仮想的な素子の配置位置を推定する推定手段を有する。
4 . クレーム 1の内視鏡形状検出装置であって、 前記仮想的な素子は所定の条件を満たす ように配置される。
5 . クレーム 1の内視鏡形状検出装置であって、 前記データ補間はソフトウェアの処理で 実行される。
6 . クレーム 1の内視鏡形状検出装置であって、 前記データ補間手段は前記一方の各素子 を結ぶように算出された弧上に沿っての隣接する前記一方の素子間の長さが、 前記一方の 素子間の配置間隔を基準とした上限側の値と下限側の値との間にあるか否かの判定を行う
7 . クレーム 6の内視鏡形状検出装置であって、 前記データ補間手段は前記弧上に沿って の隣接する前記一方の素子間の長さが、 前記下限側の値よりも小さい場合には、 前記弧か ら外れた位置に前記仮想的な素子を配置する。
8 . クレーム 1の内視鏡形状検出装置であって、
前記複数の磁界発生素子を駆動する交流信号の駆動周波数を選択可能とし、 前記複数の 磁界発生素子を駆動しない駆動停止状態で検出されるノイズの周波数成分を検出するノィ ズ検出手段と、
前記ノイズ検出手段で検出されたノイズの周波数成分が少ない駆動周波数の交流信号で 前記複数の磁界発生素子を駆動する駆動制御手段と、
を設けた。
9 . クレーム 8の内視鏡形状検出装置であって、 前記内視鏡揷入部には、 前記一方の素子 として、 前記複数の磁界発生素子が配置される。
1 0 . クレーム 8の内視鏡形状検出装置であって、 前記交流信号の駆動周波数は複数の周 波数群から選択可能であり、 前記ノイズ検出手段は各周波数群に属する各周波数に相当す るノイズの振幅成分を検出する。
1 1 . クレーム 1の内視鏡形状検出装置であって、 前記内視鏡揷入部には前記複数の一方 の素子として複数のコイルが配置され、
かつ前記複数のコイルを複数のグループに分け、 各グループに属するコイルをグループ 分けに応じて駆動タィミングが重ならないように間欠的に駆動する間欠的駆動手段を設け
1 2 . クレーム 1 1の内視鏡形状検出装置であって、 前記各グループに複数のコイルが存 在する場合には、 複数のコイルをそれぞれ異なる周波数の駆動信号で駆動するようにする
1 3 . クレーム 1 1の内視鏡形状検出装置であって、 前記複数のコイルは内視鏡揷入部の 外部に配置される補助機器にも使用される。
1 4 . 被検体に挿入される可撓性を有する揷入部の内部に位置検出用の素子を前記揷入部 の長手方向に所定間隔で配置し、 前記各素子の各位置を位置検出手段により検出すること により、 前記揷入部の形状を推定してその形状を表示手段で表示する揷入部形状検出装置 において、
前記検出手段の出力に基づき、 隣接する 2つの素子の位置データの間に仮想的な素子を 所定条件を満たすように配置し、 前記位置データと前記仮想的な素子の位置データを用い て揷入部の形状を推定するデータ補間を行うデータ補間手段を設けたことを特徴とする揷 入部形状検出装置。
1 5 . クレーム 1 4の内視鏡形状検出装置であって、 前記データ補間はソフトウェアの処 理で実行される。
1 6 . クレーム 1 4の揷入部形状検出装置であって、 前記揷入部は、 該挿入部の先端に照 明光を出射する照明窓と、 照明光で照明された部分を観察する観察窓を有する内視鏡挿入 部である。
1 7 . 被検体に挿入される内視鏡揷入部の内部に複数の磁界発生素子及び複数の磁界検出 素子の一方の素子を配置し、 被検体の外部に他方の素子を配置して、 内視鏡揷入部の内部 に配置された一方の素子の各位置を前記他方の素子の位置を基準に用いて検出手段によつ て検出することによリ、 内視鏡揷入部の形状を推定してその形状を表示手段で表示する内 視鏡形状検出装置において、
前記複数の磁界発生素子を駆動する交流信号の駆動周波数を選択可能とし、 前記複数の 磁界発生素子を駆動しない駆動停止状態で検出されるノイズの周波数成分を検出するノィ ズ検出手段と、
前記ノイズ検出手段で検出されたノイズの周波数成分が少ない駆動周波数の交流信号で 前記複数の磁界発生素子を駆動する駆動制御手段と、
を設けたことを特徴とする内視鏡形状検出装置。
1 8 . クレーム 1 7の内視鏡形状検出装置であって、 前記交流信号の駆動周波数は複数の 周波数群から選択可能であり、 前記ノイズ検出手段は各周波数群に属する各周波数に相当 するノイズの振幅成分を検出する。
1 9 . 内視鏡挿入部に複数のコイルを配置し、 複数のコイルに駆動信号を印加し、 発生す る磁界を検出して各コイルの位置を検出することにより、 内視鏡揷入部の形状を検出する 内視鏡形状検出装置において、
前記複数のコイルを複数のグループに分け、 各グループに属するコイルをグループ分け に応じて駆動タイミングが重ならないように間欠的に駆動する間欠的駆動手段を設けたこ とを特徴とする内視鏡形状検出装置。
2J0 . クレーム 1 9の内視鏡形状検出装置であって、 前記各グループに複数のコイルが存 在する場合には、 複数のコイルをそれぞれ異なる周波数の駆動信号で駆動するようにした
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