WO2006051785A1

WO2006051785A1 - 内視鏡形状検出装置

Info

Publication number: WO2006051785A1
Application number: PCT/JP2005/020460
Authority: WO
Inventors: Yoshitaka Miyoshi; Chieko Aizawa; Kensuke Miyake; Fumiyuki Onoda; Minoru Sato; Hiroshi Niwa; Tomohiko Oda
Original assignee: Olympus Corporation
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2006-05-18
Also published as: CN101056571A; US20070208222A1; JP4578942B2; AU2005303213B2; EP1810608A1; EP1810608A4; CN100558286C; EP1810608B1; JP2006136413A; AU2005303213A1; US8147404B2

Abstract

　駆動ブロックは、複数の磁界発生素子及び複数の磁界発生素子に駆動信号を供給して磁界を発生させる駆動信号発生部を有し、複数の磁界発生素子により発生される磁界は、検出ブロックを構成する複数の磁界検出素子を用いて検出される。形状算出ブロックは、複数の磁界検出素子による検出信号における駆動信号の周波数に相当する周波数成分から、内視鏡の挿入部内に配置された複数の磁界発生素子又は複数の磁界検出素子の位置算出を行うことにより、挿入部の形状を算出する。駆動信号の周波数を決定する基準クロックの発振周波数は、周波数設定部により変更設定が可能であり、周波数設定部により設定される発振周波数の基準クロックは駆動ブロックに供給すると共に、形状算出ブロックにも供給される。

Description

明細書

内視鏡形状検出装置

技術分野

[0001] 本発明は、体腔内等に挿入される内視鏡の揷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

[0002] 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つに。

例えば、第 1の従来例としての日本国特開平 8— 107875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。この装置では、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り各磁界発生素子の 3次元位置を検出する。そして、検出された各磁界発生素子の 3次元位置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次元的な形状画像を表示手段で表示する。

[0003] 術者等はその形状画像を観察することにより、体内に揷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、目的とする部位までの揷入作業等を円滑に行えるようにしている。

[0004] 上記のように磁界を発生させて形状を検出する場合、精度良く位置検出及び位置検出に基づく揷入部形状の算出を行うためには、検出位置に影響を与えるようなノィズが少なレ、環境で形状検出を行うことが望まれる。特に磁界発生素子を駆動する交流信号の駆動周波数のノイズ源が、位置検出の演算結果に大きな影響を及ぼす。このため、第 2の従来例としての日本国特開 2003— 245243号公報においては、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、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ノイズ検出手段により検出している。そして、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複数の磁界発生素子を駆動する構成にして、ノイズが少ない環境で位置検出を精度良く行う装置を開示している。

このようにすることにより、ノイズの影響を低減して精度の良い内視鏡形状の検出が可能となる。

[0005] 第 2の従来例のように、ノイズの影響が少ない駆動周波数で複数の磁界発生素子を駆動するようにした場合、揷入部内に配置される多数の磁界発生素子を駆動する複数の駆動周波数帯に設定する作業と共に、磁界検出素子により磁界検出した場合における高速フーリエ変換 (FFT)により分析された周波数分析結果から分離抽出すべき周波数成分を前記複数の駆動周波数にそれぞれ合わせるように設定する作業を行うことが必要となる。

このため、第 2の従来例においては、精度良く内視鏡形状の検出を行えることになるものの、そのためには手間がかかる欠点があった。

[0006] 本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、手間をかけること無ぐつまり良好な操作性で、しかも精度良く内視鏡形状の検出を行え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

課題を解決するための手段

[0007] 本発明は、複数の磁界発生素子及び前記複数の磁界発生素子に駆動信号を供給して磁界を発生させる駆動信号発生部を有する駆動ブロックと、

前記複数の磁界発生素子により発生される磁界を複数の磁界検出素子を用いて検出する検出ブロックと、

前記複数の磁界検出素子による検出信号における前記駆動信号の周波数に相当する周波数成分から、内視鏡の挿入部内に配置された前記複数の磁界発生素子又は前記複数の磁界検出素子の位置算出を行うことにより、前記挿入部の形状を算出する形状算出ブロックと、

前記駆動信号の周波数を決定する基準クロックの発振周波数を変更可能に設定する周波数設定部と、

を有し、前記周波数設定部により設定される発振周波数の基準クロックを前記駆動ブロックに供給すると共に、前記基準クロックを前記形状算出ブロックにも供給するようにしたことを特徴とする。

上記構成により、ノイズの影響の少ない周波数で駆動信号を駆動する際の周波数の設定と、形状算出ブロック側での駆動周波数に相当する信号成分を抽出する設定とを基準クロックにより共通して行えるようにして、手間をかけないで済むようにし、つ精度よく位置検出等ができるようにしている。

図面の簡単な説明

[0008] [図 1]図 1は本発明の実施例 1を備えた内視鏡システムの構成を示す概略図。

[図 2]図 2はコイルユニット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。

[図 3]図 3は図 1における実施例 1の内視鏡形状検出装置の構成を示すブロック図。

[図 4]図 4は図 3の受信ブロック及び制御ブロックのより詳細な構成を示すブロック図。

[図 5]図 5は実施例 1の動作内容を示すフローチャート図。

[図 6]図 6は本発明の実施例 1の内視鏡形状検出装置の構成を示すブロック図。

[図 7]図 7は実施例 2の動作内容を示すフローチャート図。

[図 8]図 8は変形例の内視鏡形状検出装置の構成を示すブロック図。

発明を実施するための最良の形態

[0009] 以下、図面を参照して実施例を説明する。

(実施例 1)

図 1から図 5を参照して本発明の実施例 1を説明する。

図 1に示すように、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レ、られる実施例 1の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、ベッド 4に横たわる患者 5の体腔内に電子内視鏡 6の挿入部 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挿入部 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、ビデオプロセッサ（またはビデオイメージングシステム） 10に接続されている。この電子内視鏡 6は、ライトガイドが挿通されビデオプロセッサ 10内の光源部からの照明光を伝送し、挿入部 7の先端に設けた照明窓から伝送した照明光を出射し、患部等を照明する。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。

[0010] 光電変換された信号は、ビデオプロセッサ 10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 10に接続された画像観察用モニタ 11に表示される。

この電子内視鏡 6には、鉗子チャンネル 12が設けてあり、この鉗子チャンネル 12の揷入口 12aから複数の磁界発生素子としてのソースコイル 14a、 14b、■·■、 14p (以下、符号 14iで代表する）を有するプローブ 15が揷通されることにより、揷入部 7内にソースコイル 14iが設置される。

このプローブ 15の後端カも延出されたソースケーブル 16は、その後端のコネクタ 1 6aが内視鏡形状検出装置 3の装置本体としての検出装置 21に着脱自在に接続される。そして、検出装置 21側から高周波駆動信号伝達部（高周波駆動信号伝達手段）としてソースケーブル 16を介してソースコイル 14iに駆動信号を印加することにより、ソースコイル 14iは磁界を伴う電磁波を周囲に放射する。

[0011] また、患者 5が横たわるベッド 4の付近に配置されるこの検出装置 21には、（センス）コイルユニット 23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 23内には複数の磁界検出素子としての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 ί列えば' X車由に向レ、たセンスコィノレ 22a_ l、 22a_ 2、 22a_ 3、 22a_4と、中、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 22b— 1、 2 2b _ 2、 22b _ 3、 22b _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 (こ向レ、たセンスコィノレ 22c _ l、 22c _ 2、 22c _ 3、 22c_4の 12個のセンスコィノレ（以下では簡単ィ匕のため 22a_ l、 22a— 2、…ヽ 22c _ 14を 22a、 22b, ■· -、 221とリネームして、これらを符号 2¾ (j = a〜l)で代表する）が配置されている。

[0012] センスコイル 2¾は、コイルユニット 23からの図示しないケーブルを介して検出装置 21に接続されている。この検出装置 21には使用者が装置を操作するための操作パネル 24が設けられている。また、この検出装置 21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 25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、プローブ 15内のソースコイル 14iを駆動する駆動ブロック 26と、コイルユニット 23内のセンスコイル 2¾が受信した信号を検出する検出ブロック 27と、検出ブロック 27で検出した信号力も形状算出等の信号処理をするホストプロセッサ (形状算出ブロック） 28とから構成される。

電子内視鏡 6の揷入部 7に設置される図 3に示すプローブ 15には、上述したように、磁界を生成するための複数個、例えば 16個のソースコイル 14iが所定の間隔で配置されている。各ソースコイル 14iは、図 4に示すように駆動ブロック 26を構成するコィル駆動回路 31iによりそれぞれ駆動される。なお、 16個のコイル駆動回路 31iをコィル駆動回路部 31で示している。

[0013] 図 4に示すようにコイル駆動回路部 31は、 16個のソースコイル 14iをそれぞれ異なる周波数の正弦波の駆動信号で駆動できるように、 16個の発振器 32i (i=a〜p)を有する。そして、発振器 32iからの正弦波をコイル駆動回路 31iにより増幅して駆動信号を生成し、ソースコイル 14iを駆動する。つまり、発振器 32iとコイル駆動回路 31iとでソースコイル Miを駆動する駆動信号発生回路を形成している。つまり、発振器 32 a〜32pとコイル駆動回路 31a〜31pとで駆動信号発生部 50を形成している。

また、本実施例においては、クロックを発生するクロック発生器 33を有し、このクロック発生器 33により発生されるクロックは、周波数設定部 40を構成する周波数設定回路 34により、その周波数が変更設定される基準クロックとして出力される。

[0014] そして、この周波数変更回路 34を介して変更設定された周波数の基準クロックを、各発振器 32iに共通に供給し、各発振器 32iでは、供給される共通の基準クロックによりそれぞれ異なる周波数 fi (具体的には faから fp)の正弦波をコイル駆動回路 31i に出力する。

各発振器 32iは、供給される基準クロック力、予め設定されるデジタルのパラメ一タ値に応じて単一の周波数成分のデジタル波形の正弦波を出力するダイレクトデジタルシンセサイザ（DDSと略記） 35iと、この DDS35iの出力を D/A変換する DZA 変換器 36iとから構成される。

[0015] 各 DDS35iは、そのクロック入力端に上記共通の基準クロックが供給され、かつ発振周波数を決定するパラメータ入力端には、制御回路 37を介して予めそれぞれ異なるパラメータ値 Piが設定されている。そして、各 DDS351は、設定されたパラメータ値 Piにそれぞれ対応した周波数のデジタルの正弦波を生成し、 D/A変換器 36iを介してアナログの正弦波に変換し、これを駆動信号としてコイル駆動回路 31iに出力する。周波数変更回路 34は、例えば制御回路 37を介してホストプロセッサ 28 (を構成する CPU41)による制御下で、周波数変更の動作が制御される。つまり、図 4に示すように周波数設定部 40は、制御回路 37と周波数変更回路 34により構成される。例えば、周波数変更回路 34は、その内部のメモリ等に格納される周波数設定データ Df 力 Sホストプロセッサ 28からの制御信号で制御回路 37を介して変更設定される。そして、周波数変更回路 34は、設定された周波数設定データ Dfに対応した周波数の共通に使用される基準クロックを出力する。

[0016] この周波数変更回路 34から出力される基準クロックは、上記のように駆動ブロック 2 6 (の DDS35i)に供給される。また、この基準クロックは、検出ブロック 27の各 A/D 変換器 44j及びホストプロセッサ 28の位置情報算出するための駆動周波数に相当する周波数成分の信号を分離して抽出する図 4の FFT部（FFT手段） 5¾或いは位置情報算出部 (位置情報算出手段） 54j、又は図 3の (ソフトウェアで周波数成分の分離ないしは抽出処理を行う） CPU41にも供給される。なお、図 3に示す CPU41等を含むホストプロセッサ 28は、図 4に示すホストプロセッサ部 28において、 FFT部 53j等、ソフトウェアで構成される機能で示してレ、る。

このように、本実施例では周波数変更回路 34から出力される基準クロックを駆動ブロック 26と、検出ブロック 27と、形状算出を行うホストプロセッサ 28とに共通に供給する構成にしている。

[0017] そして、共通の基準クロックの変更設定に応じて実際に駆動される各ソースコイル 1 4iの駆動信号の周波数が変更された場合にも、その変更に対応した同じ周波数の信号成分の抽出を、駆動ブロック 26側と同期してホストプロセッサ 28側でも簡単に行えるようにしてレ、ることが特徴となってレ、る。また、抽出された周波数成分における距離を算出するために用いられるその位相を算出する場合においても、駆動側と検出側とで共通の基準クロックを使用しているので、簡単な構成で精度良く位相を検出することができ、従って精度の良い距離算出ができる。

上記周波数変更回路 34の周波数設定データ Dfは、図 3のホストプロセッサ 28において内視鏡形状の算出処理等を行う CPU (中央処理ユニット） 41により PI〇（パラレル入出力回路） 42を介して駆動ブロック 26内の図 4に示す制御回路 37に送られる。そして、制御回路 37により、周波数設定データ Dfが変更される。そして、周波数変更回路 34から、この周波数設定データ Dfに対応した発振周波数の基準クロックが出力される。

[0018] このように周波数設定データ Dfの変更による共通の基準クロックの周波数変更のみで、予め設定されているパラメータ値 Piに応じて各発振器 32iの周波数 fiをそれぞれ変更できるようにしている。

一方、コイルユニット 23内の 12個のセンスコイル 22j (図 3及び図 4では、図 2の表記法を簡略化して、上述したように 22aから 221で示している）は、検出ブロック 27を構成するセンスコイル信号増幅回路部（単に、増幅回路部と略記) 43に接続されている。

増幅回路部 43は、図 4に示すように 12個のセンスコイル 2¾ (jは aから 1を表す）にそれぞれ接続された 12個の増幅回路 4¾により構成されている。

センスコイル 2¾により検出された検出信号は、増幅回路 4¾により増幅された後、 A/D変換部 44を構成する A/D変換器 44jに入力され、 A/D変換されてデジタルの検出信号に変換される。

[0019] なお、 AZD変換部 44 (の各 A/D変換器 44j)には、周波数変更回路 34から出力される基準クロックが供給され、この基準クロックに同期して AZD変換を行う。

AZD変換部 44の出力データは、ホストプロセッサ 28に入力される。このホストプロセッサ 28は、図 3に示すような構成であり、また機能的な構成は図 4に示す構成となつている。

図 3に示すように、駆動ブロック 26 (の周波数変更回路 34)から出力される基準クロックは、ホストプロセッサ 28内の制御信号発生回路 45に供給され、この制御信号発生回路 45は、この基準クロックに同期したタイミングの制御信号を発生する。

[0020] そして、 A/D変換部 44から出力される出力データは、前記基準クロックに同期した制御信号発生回路 45からの制御信号よりローカルデータバス 46を介して 2ポートメモリ 47に書き込まれる。

また、 CPU41は、制御信号発生回路 45からの制御信号により 2ポートメモリ 47に書き込まれたデジタルデータを内部バス 48を介して読み出し、メインメモリ 49を用い、後述するように、デジタルデータに対して周波数分析処理（高速フーリエ変換: FF T)を行う。

そして、 CPU41は、各ソースコイル 14iの駆動周波数に一致する周波数成分の磁界検出情報に分離して抽出し、抽出され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 14iの空間位置座標を算出する。

本実施例においては、各発振器 32iの DDS35iに設定されるパラメータ値 Piのデータは、例えば図 3の CPU41に内蔵されたメモリ（或いはレジスタ） 41aに格納されている。

[0021] そして、 CPU41は、周波数変更回路 34の周波数設定データ Dfと、このメモリ 41a からパラメータ値 Piを読み出すことにより、各発振器 32iの周波数 fiを算出して、上記各ソースコイル _14iが駆動された駆動周波数に対応する周波数成分の磁界検出情報を分離して抽出する。

また、 CPU41は、算出された位置座標データから電子内視鏡 6の挿入部 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 RAM50に出力する。このビデオ RAM50に書き込まれた表示データは、ビデオ信号発生回路 51により読み出され、アナログのビデオ信号に変換されて液晶モニタ 25へと出力される。液晶モニタ 25は、このアナログのビデオ信号を入力されることにより、表示画面上に電子内視鏡 6の揷入部 7の揷入形状の画像が表示される。

CPU41において、各ソースコイル 14iに対応した磁界検出情報、すなわち、各センスコイル 2¾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、起電力の極性土を含む。

[0022] 図 4に示すようにホストプロセッサ 28を機能的な構成で説明すると、 A/D変換部 4 4から出力されるデジタルの検出データは、専用回路やプログラムで実現される FFT 部 5¾に入力され、この FFT部 5¾は、検出データに対して高速で周波数分析処理を行う。そして FFT部 53jは、その分析処理結果に対して、各ソースコイル 14iの駆動周波数に一致する周波数成分の磁界検出情報を抽出し、それを出力する。

つまり、各 FFT部 5¾による周波数分析データは、それぞれ駆動周波数成分毎に分けられて専用回路やプログラムで実現される位置情報算出部 54a〜54pに入力される。各位置情報算出部 54i (iは 54a〜54pの 1つを表す）は、各センスコイル 2¾の位置を基準として、検出データの振幅値及び位相値から各ソースコイル 14iの空間位置座標 (位置情報)を算出する処理を行う。

[0023] 各位置情報算出部 54iにより算出された位置情報は、専用回路やプログラムで実現される形状生成部（形状生成手段） 55に入力され、この形状生成部 55は、各ソースコイル 14iの位置情報から補間処理等を行って、挿入部 7の形状を生成する処理を行い、表示処理回路 56に出力する。

表示処理回路 56は、挿入形状表示手段としての液晶モニタ 25に、算出された挿入部 7の挿入形状の映像信号を出力し、液晶モニタ 25の表示面には挿入部 7の挿入形状（内視鏡形状）が表示されるようにする。

上述したように本実施例では、共通の基準クロックを駆動ブロック 26の各発振器 32 iに供給すると共に、ホストプロセッサ 28にも供給するようにしている。そして、この基準クロックの周波数の変更により、全ての発振器 32iの周波数 fiを設定されたパラメ一タ値 Piにより、一意的に変更できるようにする。これと共に、ホストプロセッサ 28側におレ、ても、基準クロックの値及びパラメータ値 Piを参照することにより、分離抽出すべき周波数を自動的に算出してソースコイル 14iの位置算出等を (ユーザが分離抽出すべき周波数の設定を行う作業を必要とすることなく）自動的に行えるようにしている。

[0024] なお、以下に説明するように環境ノイズの測定を行う際には、各ソースコイル 14iを駆動しない状態で、検出ブロック 27及びホストプロセッサ 28を動作させることによりノィズ検出を行うノイズ検出部の機能を兼ねることができるようにしている。本実施例による作用を図 5を参照して説明する。内視鏡形状検出装置 3の電源が投入されて内視鏡形状検出装置 3が動作可能な状態に設定されると、最初のステツプ S1において、 CPU41は、環境ノイズの測定を開始する。

この場合には、各ソースコイル 14iを駆動信号で駆動しないで、センスコイル 2¾によりソースコイル 14iを駆動した状態と同様に信号検出を行う。つまり磁界を発生する信号が無い状態で、磁界の信号検出を行うので、ノイズレベルの測定を行うことに相当する。

[0025] この場合、周波数変更回路 34の周波数設定データ Dfを変更して、形状検出に使用可能となる複数組の周波数をスキャンする（駆動信号が印加されない状態における複数組の駆動周波数で、それぞれノイズを測定する）。

そして、このステップ S1の複数組の駆動周波数における測定結果から、次のステツプ S2において、 CPU41は、実際に形状検出を行う際に使用する駆動周波数帯を算出する。この場合、ステップ S1の測定結果において、例えば平均のノイズレベルが最も低くなる周波数帯を駆動周波数帯として算出する。

また、ステップ S3において、 CPU41は、この平均のノイズレベルが最も低くなる周波数帯に対応する基準クロックが周波数変更回路 34から出力されるように周波数設定データ Dfを設定する。そして、次のステップ S4に示すように、周波数変更回路 34 は、この基準クロックを各発振器 32iに供給する。これにより、各発振器 32iは、予め設定されたパラメータ値 Piにより、基準クロックの周波数に対応した値の周波数 fiでそれぞれ発振する。このステップ S4の処理は、図 5において括弧で示すように自動的に行われる。

[0026] つまり、ステップ S1からステップ S4までの処理を行うことにより、環境ノイズが最も少ない周波数で形状検出を行うように周波数変更回路 34から出力される基準クロックの周波数設定が完了して、ステップ S5の形状検出の動作を開始する。

ステップ S5において、形状検出の動作を開始すると、各ソースコイル 14iはそれぞれ駆動周波数 fiの駆動信号で駆動され、その周囲に交流磁界を発生する。各交流磁界は、センスコイル 2¾によりそれ増幅された後、 AZD変換される。

そして、ステップ S6に示すように A/D変換された検出ブロック 27の出力信号は、ホストプロセッサ 28内の各 FFT部 53jにより周波数分析処理（FFT処理）が行われる

[0027] 各センスコイル 2¾の検出信号に対して FFT部 5¾により周波数分析された周波数分析データは、各ソースコイル 14iの駆動周波数 fiにそれぞれ一致する周波数成分毎に分離されて各位置情報算出部 54iに分配される。そして、ステップ S7に示すように、各位置情報算出部 54iは、各ソースコイル 14iの位置データを算出する。

上記 FFT処理及び各ソースコイル 14iの駆動周波数 fiにそれぞれ一致する周波数成分毎に分離する処理は、図 3の CPU41により行われる力その際 CPU41はメモリ 41aに格納されたパラメータ値 Piと、基準クロックの周波数の値から簡単に各ソースコィル 14iの駆動周波数 fiを算出する。

このため、本実施例によれば、各ソースコイル 14iの駆動周波数 fiの値にそれぞれ一致する周波数成分を分離するように CPU41に対して、ユーザが設定作業を行うことを必要とすることなく行うようにできる。このため、操作性を大幅に向上できる。

[0028] 算出された各ソースコイル 14iの位置データは、形状生成部 55に入力され、ステツプ S8に示すように形状生成部 55は、各ソースコイル 14iの位置の間を補間する等して、各ソースコイル 14iが配置されてレ、る揷入部 7の形状データを生成する。

この形状データは、表示処理回路 56に入力され、ステップ S9に示すように表示処理回路 56は、挿入部形状を表示する画像データを生成し、液晶モニタ 25に出力して、表示画面に挿入部形状が表示されるようにする。

ステップ S5からステップ S9は、所定間隔で連続的に繰り返し行われる。このため、ステップ S9の処理の後、ステップ S5に戻り、次の形状検出を開始するような動作となる。

このような動作を行う本実施例によれば、駆動信号の駆動周波数帯をノイズレベルが低い周波数帯に設定する場合、各駆動周波数 fiの設定を、共通となる基準クロック自体の周波数の変更設定で行い、かっこの基準クロックを駆動ブロック 26側と形状算出を行うホストプロセッサ 28側に共通に供給するようにしているので、各部で必要となる周波数変更の設定作業を必要としないで位置算出等に必要な周波数の設定が自動的に設定でき、精度の良い形状算出ができる。つまり、本実施例によれば、より簡単な回路構成で、ノイズによる影響の少ない状態で精度の良い内視鏡形状の検出及び表示ができる。

[0029] (実施例 2)

次に図 6及び図 7を参照して本発明の実施例 2を説明する。図 6は実施例 2の内視鏡形状検出装置 3Bの構成を示す。

この内視鏡形状検出装置 3Bは、同期検波を利用して、ソースコイル 14iの位置検出を精度良く行うものである。

図 6に示す内視鏡形状検出装置 3Bは、駆動ブロック 26Bと、検出ブロック 27Bと、ホストプロセッサ 28Bと、液晶モニタ 25とを有する。

本実施例における駆動ブロック 26Bは、図 4に示した駆動ブロック 26において、複数の発振器 32a〜32pとコイル駆動回路 31a〜31pとを 1系統のみとし、コイル駆動回路 31aの出力信号をマルチプレクサ 61を介して、例えば 16個のソースコイル 14i を順次駆動、つまり時分割で駆動する構成にしている。なお、マルチプレクサ 61は、制御回路 37からの切替制御信号により、所定の周期で順次切り替えられる。

[0030] また、本実施例における検出ブロック 27Bは、図 4の検出ブロック 27において、増幅回路 4¾と A/D変換器 44jとの間に同期検波回路 6¾が設けられた構成となっている。つまり増幅回路部 43と A/D変換部 44との間に、例えば 12個の同期検波回路 6¾からなる同期検波回路部 62が設けてある。

実施例 1では各ソースコイル 14iをそれぞれ異なる駆動周波数 fiの駆動信号で駆動していたが、本実施例では、各ソースコイル 14iを例えば 1つの駆動周波数 fの駆動信号で順次駆動する。但し、本実施例においても、後述するようにノイズレベルを検出して、その検出結果からノイズレベルが低くなる周波数を各ソースコイル 14iを駆動する駆動周波数 fに設定する。つまり、この駆動周波数 fは、多数の周波数からノイズレベルの検出結果により設定される。

[0031] また、本実施例においても、多数の周波数からノイズの少ない周波数 fに設定する場合、周波数変更回路 34により発振器 32aに供給する基準クロックの周波数を変更することにより行うようにしている。また、この周波数変更回路 34から出力される基準クロックをホストプロセッサ 28Bにも供給するようにしてレ、る。上記同期検波回路 62jには、周波数変更回路 34を介して出力される基準クロックが分周回路 63による分周により、ソースコイル 14iが駆動される駆動信号の駆動周波数 fと同期したクロックの参照信号が生成される。そして、この参照信号により、この信号の半周期毎に、入力信号を反転させた後、ローパスフィルタを通して出力信号を得る。このようにすることにより、参照信号と同じ周波数成分の検波信号を抽出し、異なる周波数成分を減衰させる。

[0032] このようにして、同期検波回路 62jは、増幅回路 4¾により増幅されて入力される入力信号に対して、駆動信号の駆動周波数 fと一致した同一周波数の信号成分を抽出する。また、この場合の参照信号は、共通の基準クロックから生成されるため、その位相が駆動信号の駆動周波数 fと完全に一致した (位相差 0)とすることができ、 S/N の良い状態で検波信号を得ることができる。また、実際にはソースコイル 14iとセンスコイル 2¾との距離に応じた位相差が発生し、その位相差に対応した検波信号の出カレベルにより位置情報を得る。

各同期検波回路 6¾により同期検波された各信号は、 A/D変換器 44jによりデジタルデータに変換された後、ホストプロセッサ 28Bに入力される。

[0033] このホストプロセッサ 28Bは、駆動されたソースコイル 14iの位置情報を算出する位置情報算出部 (位置情報算出手段) 54aと、この位置情報算出部 54aにより順次算出された 16個のソースコイルの位置情報をメモリなどに格納して同時化された位置情報を生成する同時化回路 64と、この同時化された位置情報から形状生成の処理を行う形状生成部 55及び表示処理回路 56とからなる。

図 4では 16個の位置情報算出部 54a〜54pが設けてあった力本実施例では 1つの位置情報算出部 54aで時分割処理する構成となっている。

本実施例による作用を図 7を参照して説明する。本実施例においても、内視鏡形状検出装置 3Bの電源が投入されて内視鏡形状検出装置 3Bの動作が開始すると、図 5 の場合と同様に最初のステップ S11において、ホストプロセッサ 28における制御手段としての機能を持つ CPU41は、環境ノイズの測定を開始する。

[0034] この場合には、ソースコイル 14iを駆動しなレ、で、センスコイル 22jによりソースコイル

14iを駆動しない無信号状態で信号検出をしてノイズレベルの測定を行う。この場合、周波数変更回路 34の周波数設定データ Dfを変更して、形状検出に使用可能となる複数の周波数をスキャンする。

そして、このステップ S 11の複数の周波数における測定結果から、次のステップ S1 2において、 CPU41は、実際に用いる駆動周波数 fを算出する。この場合、ステップ S11の測定結果において、例えば平均のノイズレベルが最も低くなる周波数を駆動周波数 fとして算出する。

[0035] また、ステップ S13において、 CPU41は、この平均のノイズレベルが最も低くなる駆動周波数 fに対応する基準クロックが周波数変更回路 34から出力されるように周波数設定データ Dfを設定する。そして、次のステップ S14に示すようにこの基準クロックを発振器 32aに供給することにより、発振器 32aは予め設定されたパラメータ値により、ノイズレベルが最も低くなる値の駆動周波数 fで発振する。このステップ S 14の処理は、図 7において括弧で示すように自動的に行われる。

実施例 1では、例えば 1度にそれぞれ周波数が異なる 16個の周波数を用レ、る場合での各駆動周波数帯を算出していたが、本実施例では 1つの駆動周波数 fのみを算出すれば良いので、例えば最も環境ノイズが少ない周波数を算出して、その周波数を駆動周波数 fとすることができる。

そして、次のステップ S15において、形状検出の動作を開始する。

[0036] 制御回路 37は、マルチプレクサ 61を介して駆動信号を印加するソースコイル 14iを順次選択し、時分割で各ソースコイル 14iを駆動する。このため、ステップ S16において、ソースコイル番号のパラメータ nを 1に設定する。具体的には、 CPU41は、制御回路 37を介してマルチプレクサ 61の選択を制御し、 ONするソースコイル 14iを 1番目のソースコイル 14aとする。

そして、次のステップ S17におレ、て n (= 1)番目のソースコイル 14aを駆動信号により駆動する。このソースコィノレ 14aによる磁界は、 12個のセンスコイル 22jによりそれぞれ検出され、それぞれ同期検波回路 6¾を経て同じ周波数成分の信号成分が抽出されて、位置情報算出部 54aに入力される。

[0037] そして、ステップ S18に示すように位置情報算出部 54aは、 12個のセンスコイル 2¾ による同期検波したデータから n ( = l)番目のソースコイル 14aの位置を算出する。そして、次のステップ S19において、 nが（最後の番号） p ( = 16)に等しいかの判断を行う。そして、これに該当しない場合には、ステップ S20において、 nを 1加算した値にして、ステップ S17に戻り、ステップ S17力ら S20の処理を繰り返す。

そして、 nが pに一致した場合には、全てのソースコイル 14a〜14pの位置算出が完了したので、ステップ S19からステップ S21の処理に進む。

このステップ S21において形状生成部 55は、全てのソースコイル 14a〜14pの位置情報を用レ、、さらに間を補間するなどしてこれらのソースコイル 14a〜： 14pが配置された揷入部 7の形状を算出する処理を行う。

[0038] そして、次のステップ S22において、表示処理回路 56は、揷入部 7の形状の画像データを生成し、液晶モニタ 25に揷入部 7の形状の画像を表示する。

本実施例によれば、基準クロックの共通化と基準クロックの周波数の変更手段により、駆動側の磁界を発生させる周波数設定に伴う、発振器 (発振手段）内の DDSへ設定する値の変更、ホストプロセッサ (形状算出ブロック)側での参照信号の周波数の変更等が不要となり、手間をかけることなく精度の良い形状検出及び形状表示が簡単にできる。

また、発振器の個数を 1つにしたことにより、駆動ブロック側の構成を簡素化することができる。

[0039] (実施例 3)

次に図 8を参照して本発明の実施例 3を説明する。図 8は実施例 3の内視鏡形状検出装置 3Cにおける駆動ブロック 26B、検出ブロック 27及びホストプロセッサ 28Cの構成を示す。

この内視鏡形状検出装置 3Cは、実施例 2と同様に同期検波を利用して、ソースコィル 14iの位置検出を精度良く行うものである。

本実施例は、実施例 2における同期検波回路 6¾の機能をホストプロセッサ 28Cにより行うようにしたものである。

図 8に示す内視鏡形状検出装置 3Cは、駆動ブロック 26Bと、検出ブロック 27と、ホストプロセッサ 28Cと、液晶モニタ 25とを有する。

本実施例は、実施例 2における同期検波回路 6¾の機能をホストプロセッサ 28C内でソフトウェアで形成している。

[0040] その他の構成は、実施例 2と同様の構成である。

本実施例における同期検波回路 6¾は、ホストプロセッサ 28C内で、以下のようにソフトウェアで同期検波処理を行う。

AZD変換器 44jから入力されるデジタルの信号データは、同期検波回路 6¾ (を構成する CPU41)に入力される。 CPU41は、分周回路 63から出力される参照信号における半周期においては、入力される信号データをレジスタ或いはメモリに格納し、その後の半周期に入力される信号データに対しては、その極性を反転させて前記レジスタ或いはメモリに格納する。

その後、これらの信号データに対して平滑化するローパスフィルタ処理する。この口一パスフィルタ処理した同期検波回路 6¾の出力データとして位置情報算出部 54a に出力する。

[0041] その他の作用は実施例 2と同様となる。また、本実施例の効果も実施例 2の場合とほぼ同様となる。つまり、クロックの共通化とクロックの周波数の変更手段により、駆動側の磁界を発生させる周波数設定に伴う、発振器内の DDSへ設定する値の変更、ホストプロセッサ (形状算出ブロック)側での参照信号の周波数の変更等が不要となり、手間を掛けることなく精度の良い形状検出及び形状表示が簡単にできる。

なお、実施例 1においては、複数のソースコイル 14iをそれぞれ異なる駆動周波数 f iで駆動するように説明した力実施例 1においても時分割でソースコイル 14iを駆動するようにしても良レ、。この場合、実施例 2或いは実施例 3のように 1個づつのソースコィル 14iを時分割で駆動しても良い。或いは、複数個ずつを時分割で駆動するようにしても良い。

[0042] 例えば、それぞれ異なる 8個の周波数を共通の周波数として、 8個づっを共通の周波数を用いて 16個のソースコイルを順次 (循環的に)駆動するようにしても良レ、。なお、上述の説明では、ノイズの影響の少ない周波数で形状検出を行うために、基準クロック自体の周波数を変更して、その基準クロックを駆動信号発振部側及び形状算出部側に供給するように説明した。

その変形例として、周波数の変更を行わない共通の基準クロックを駆動ブロック（の発振部)及び形状算出部に供給し、駆動ブロックの発振部の発振周波数を決定する DDS351のパラメータ値を変更して駆動側の発振周波数の変更を行うと共に、そのパラメータ値を形状算出部（の周波数分離抽出部）にも供給して位置算出等を精度良く行う構成にしても良い。

[0043] なお、上述した実施例等においては、ソースコイル 14iが配置されたプローブ 15を電子内視鏡 6の鉗子チャンネル 12内に配置した場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものでなぐソースコイル 14iを電子内視鏡 6の揷入部 7内に、その長手方向に沿って配置した構成にしても良レ、。つまり、ソースコイル 14iを電子内視鏡 6の揷入部 7に内蔵した構成にしても良い。

また、上述した実施例等においては、電子内視鏡 6の揷入部 7内には、磁界を発生するソースコイル 14iを配置し、体外に磁界を検出するセンスコイル 2¾を配置する構成で説明したが、本発明はこれに限定されるものでなぐ挿入部 7側にセンスコイル 2 ¾を配置し、体外側にソースコイル 14iを配置した構成にすることもできる。

上述したように本発明によれば、周波数の変更等の設定を手間をかけないで済むと共に、精度よく位置検出等ができる。

なお、上述した各実施例を部分的に組み合わせる等して構成される実施例等も本発明に属する。

産業上の利用可能性

[0044] 体腔内等に挿入される内視鏡の揷入部内に複数の磁界発生素子等を配置し、各位置の情報を算出して挿入形状を、ノイズの影響が少ない周波数を用いて精度良く表示することにより、術者は、その揷入形状を参照することにより円滑に揷入作業を行える。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の磁界発生素子及び前記複数の磁界発生素子に駆動信号を供給して磁界を発生させる駆動信号発生部を有する駆動ブロックと、

を有し、

前記周波数設定部により設定される発振周波数の基準クロックを前記駆動ブロックに供給すると共に、前記基準クロックを前記形状算出ブロックにも供給するようにしたことを特徴とする内視鏡形状検出装置。

[2] 前記駆動信号発生部は、前記基準クロックの入力に対して、予め設定されるパラメータ値により決定される周波数の駆動信号を生成することを特徴とする請求項 1に記載の内視鏡形状検出装置。

[3] 前記形状算出ブロックは、前記パラメータ値を参照することにより、前記駆動信号の周波数に一致する周波数成分の検出信号を抽出可能としたことを特徴とする請求項

2に記載の内視鏡形状検出装置。

[4] さらに前記複数の磁界発生素子に前記駆動信号をそれぞれ印加しない状態で、前記複数の磁界検出素子による検出信号から、ノイズレベルを検出するノイズ検出部を有することを特徴とする請求項 1に記載の内視鏡形状検出装置。

[5] 前記ノイズ検出部は、前記基準クロックの発振周波数の値が変更設定された各値の状態で、前記複数の磁界検出素子による検出信号から、ノイズレベルを検出することを特徴とする請求項 4に記載の内視鏡形状検出装置。

[6] 前記周波数設定部は、該周波数設定部に入力される周波数設定データの値に応じて前記基準クロックの発振周波数を変更することを特徴とする請求項 1に記載の内視鏡形状検出装置。

[7] 前記周波数設定部は、該周波数設定部に入力される周波数設定データの値に応じて前記基準クロックの発振周波数を変更することを特徴とする請求項 3に記載の内視鏡形状検出装置。

[8] さらに前記複数の磁界発生素子に前記駆動信号をそれぞれ印加しない状態で、前記複数の磁界検出素子による検出信号から、ノイズレベルを検出するノイズ検出部を有することを特徴とする請求項 3に記載の内視鏡形状検出装置。

[9] 前記ノイズ検出部は、前記周波数設定データの値の変更に応じて前記基準クロックの発振周波数の値が変更設定された各値の状態で、前記複数の磁界検出素子による検出信号から、ノイズレベルを検出することを特徴とする請求項 8に記載の内視鏡形状検出装置。

[10] 前記ノイズ検出部の検出結果によりノイズレベルが小さい周波数の駆動信号となるように前記周波数設定部による前記基準クロックの発振周波数の値を設定する制御を行うことを特徴とする請求項 4に記載の内視鏡形状検出装置。

[11] 前記ノイズ検出部の検出結果によりノイズレベルが小さい周波数の駆動信号となるように前記周波数設定部による前記基準クロックの発振周波数の値を設定する制御を行うことを特徴とする請求項 9に記載の内視鏡形状検出装置。

[12] 前記駆動信号発生部は、前記複数の磁界発生素子をそれぞれ異なる周波数の駆動信号で同時に駆動することを特徴とする請求項 1に記載の内視鏡形状検出装置。

[13] 前記駆動信号発生部は、前記複数の磁界発生素子を時分割で共通の周波数の駆動信号で駆動することを特徴とする請求項 1に記載の内視鏡形状検出装置。

[14] 前記駆動信号発生部は、前記複数の磁界発生素子をそれぞれ異なる周波数の駆動信号で同時に駆動することを特徴とする請求項 3に記載の内視鏡形状検出装置。

[15] 前記形状算出ブロックは、前記基準クロック及び前記パラメータ値を用いて、前記検出信号に対して周波数分析を行い、それぞれ異なる周波数の駆動信号の周波数に一致する周波数成分の検出信号に分離抽出する周波数分析部を有することを特徴とする請求項 14に記載の内視鏡形状検出装置。

[16] 前記周波数分析部は、高速フーリエ変換部で形成されることを特徴とする請求項 1

5に記載の内視鏡形状検出装置。

[17] 前記駆動信号発生部は、前記複数の磁界発生素子を時分割で 1つの周波数の駆動信号で駆動することを特徴とする請求項 1に記載の内視鏡形状検出装置。

[18] 前記駆動信号発生部は、前記複数の磁界発生素子を時分割で 1つの周波数の駆動信号で駆動することを特徴とする請求項 8に記載の内視鏡形状検出装置。

[19] 前記形状算出ブロックは、前記複数の磁界発生素子を時分割で順次駆動する共通の周波数の駆動信号と同期した参照信号により、前記検出信号における前記共通の周波数と一致する周波数成分を同期検波することを特徴とする請求項 13に記載の内視鏡形状検出装置。

[20] 前記駆動信号発生部は、デジタルの前記パラメータ値により、前記基準クロックを分周したデジタルの正弦波形の信号を発生するダイレクト'デジタル ·シンセサイザを用いて構成されることを特徴とする請求項 2に記載の内視鏡形状検出装置。