WO2017217162A1

WO2017217162A1 - ナビゲーション装置及びナビゲーション方法、並びに内視鏡システム

Info

Publication number: WO2017217162A1
Application number: PCT/JP2017/018211
Authority: WO
Inventors: 浩司下村
Original assignee: 富士フイルム株式会社
Priority date: 2016-06-16
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2017-12-21
Also published as: EP3473158A4; EP3473158A1; JPWO2017217162A1; CN109195499B; CN109195499A; EP3473158B1; JP6633751B2; US11419480B2; US20190082930A1

Abstract

内視鏡を小型化且つ低コスト化することができるナビゲーション装置及びナビゲーション方法、並びにこのナビゲーション装置を備える内視鏡システムを提供する。互いに異なる位置で磁界を発生する複数の磁界発生部から異なるタイミングで磁界を発生させる磁界発生制御部と、撮像素子から出力された画像信号に、磁界を発生している磁界発生部を特定する特定情報と、磁界検出部ごとの磁界検出結果とを付加した付加画像信号を、内視鏡から取得する画像信号取得部と、画像信号取得部が取得した付加画像信号に付加されている特定情報及び磁界検出結果に基づき、磁界検出部ごとの位置を検出する位置検出部と、を備える。

Description

ナビゲーション装置及びナビゲーション方法、並びに内視鏡システム

　本発明は、内視鏡のナビゲーション装置及びナビゲーション方法、並びにこのナビゲーション装置を備える内視鏡システムに関する。

　従来から、医療分野において電子内視鏡（以下、単に内視鏡と略す）を利用した内視鏡検査が行われている（特許文献１から４参照）。例えば上部消化管及び下部消化管等の検査に用いられる内視鏡は、患者の消化管内に挿入される可撓性（軟性）の挿入部を有している。この挿入部の先端部内には、撮像光学系及び撮像素子などにより構成される撮像装置が設けられている。この撮像装置により消化管内の被観察部位を撮像することにより、被観察部位の観察画像が得られる。

　このような内視鏡検査では、消化管内の被観察部位の観察画像の他に、消化管内での挿入部の形状を同時に取得することが好ましい。これにより、術者が挿入部の挿入操作をよりスムーズ且つ安全に行うことができる。

　例えば特許文献５から７には、交流電流の印加により磁界を発生する複数のコイルを有する磁界発生器と、磁界発生器から発生した磁界を検出するコイルが挿入部内に複数設けられている内視鏡と、内視鏡に接続された検出装置（プロセッサを含む、ナビゲーション装置に相当）と、を備える内視鏡システムが記載されている。各特許文献５から７の内視鏡システムでは、挿入部内の各コイルによる磁界検出結果（誘導電流値）を内視鏡から検出装置へ出力し、各コイルの磁界検出結果に基づき検出装置にて各コイルの位置を検出することで、消化管内での挿入部の形状を検出する。

特開２０００－１５７４８６号公報特開２００４－１４７７７８号公報特開２００８－１１９２６０号公報特開平１１－２９５６１８号公報特開２００７－１３０１７５号公報特開２００６－２１２１８７号公報特開２００７－１３０１４４号公報

　ところで、上記特許文献５から７に記載の内視鏡システムでは、内視鏡に、その先端部の撮像装置により撮像された画像信号をプロセッサに出力するための出力系統の他に、挿入部内の各コイルが検出した磁界検出結果を検出装置へ出力するための出力系統を別途設ける必要がある。このため、上記特許文献５から７に記載の方法を用いて内視鏡の挿入部の形状を検出する場合、内視鏡の大型化及び製造コストの上昇という問題が生じる。

　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、内視鏡を小型化且つ低コスト化することができるナビゲーション装置及びナビゲーション方法、並びにこのナビゲーション装置を備える内視鏡システムを提供することを目的とする。

　本発明の目的を達成するためのナビゲーション装置は、被検体内に挿入される挿入部と、挿入部の先端側に設けられた撮像素子と、挿入部内に設けられ且つ磁界を検出する複数の磁界検出部と、を有する内視鏡に用いられるナビゲーション装置において、互いに異なる位置で磁界を発生する複数の磁界発生部から異なるタイミングで磁界を発生させる磁界発生制御部と、撮像素子から出力された画像信号に、磁界を発生している磁界発生部を特定する特定情報と、磁界検出部ごとの磁界検出結果とを付加した付加画像信号を、内視鏡から取得する画像信号取得部と、画像信号取得部が取得した付加画像信号に付加されている特定情報及び磁界検出結果に基づき、磁界検出部ごとの位置を検出する位置検出部と、を備える。

　このナビゲーション装置によれば、内視鏡からナビゲーション装置に対して磁界検出結果を付加した付加画像信号を出力することができるので、ナビゲーション装置に対して磁界検出結果を出力するための出力系統を内視鏡に別途設ける必要がなくなる。

　本発明の他の態様に係るナビゲーション装置において、画像信号は、動画像を構成する複数のフレーム画像信号であり、付加画像信号は、フレーム画像信号に特定情報及び磁界検出結果を付加した付加フレーム画像信号であり、特定情報は、付加フレーム画像信号の開始を示すフレーム開始信号であり、磁界発生制御部は、画像信号取得部が取得した付加フレーム画像信号に付加されているフレーム開始信号に基づき、磁界を発生する磁界発生部の切り替えを行い、位置検出部は、付加フレーム画像信号に付加されているフレーム開始信号に基づき、付加フレーム画像信号に付加されている磁界検出結果と磁界発生部との対応関係を判別する判別処理と、判別処理で判別した対応関係に基づき、磁界検出結果から磁界検出部ごとの位置を検出する位置検出処理と、を行う。これにより、フレーム開始信号に基づき磁界検出結果と磁界発生部との対応関係を判別することができるので、内視鏡から取得した磁界検出結果から磁界検出部ごとの位置を検出することができる。

　本発明の他の態様に係るナビゲーション装置において、磁界発生制御部は、磁界発生部ごとに異なる発生パターンで磁界を発生させ、磁界検出結果には、特定情報が発生パターンとして含まれており、位置検出部は、付加画像信号に付加されている磁界検出結果から検出した発生パターンに基づき、磁界検出結果に対応する磁界発生部を判別する判別処理と、判別処理の判別結果に基づき、磁界検出結果から磁界検出部ごとの位置を検出する位置検出処理と、を行う。これにより、発生パターンに基づき磁界検出結果と磁界発生部との対応関係を判別することができるので、内視鏡から取得した磁界検出結果から磁界検出部ごとの位置を検出することができる。

　本発明の他の態様に係るナビゲーション装置において、画像信号は、動画像を構成する複数のフレーム画像信号であり、付加画像信号は、フレーム画像信号に特定情報及び磁界検出結果を付加した付加フレーム画像信号であり、磁界検出結果は、撮像素子のブランキングタイムに対応する付加フレーム画像信号の間の信号無効領域に付加されている。これにより、磁界検出結果をフレーム画像信号に付加してナビゲーション装置へ出力することができる。

　本発明の他の態様に係るナビゲーション装置において、画像信号取得部は、内視鏡との間で非接触型通信を行うことにより、内視鏡から付加画像信号を取得する。これにより、付加画像信号を内視鏡から取得することができる。

　本発明の他の態様に係るナビゲーション装置において、位置検出部による位置検出結果に基づき、被検体内での挿入部の形状を検出する挿入部形状検出部を備える。これにより、術者が被検体内での挿入部の形状を把握することができる。

　本発明の目的を達成するための内視鏡システムは、被検体内に挿入される挿入部と、挿入部の先端側に設けられた撮像素子と、挿入部内に設けられ且つ磁界を検出する複数の磁界検出部と、を有する内視鏡と、磁界を発生する複数の磁界発生部と、前述のナビゲーション装置と、を備える。

　本発明の他の態様に係る内視鏡システムにおいて、内視鏡には、撮像素子から出力された画像信号に、磁界を発生している磁界発生部を特定する特定情報と、磁界検出部ごとの磁界検出結果とを付加して、特定情報及び磁界検出結果を付加した付加画像信号を、ナビゲーション装置へ出力する画像信号出力部が設けられている。これにより、ナビゲーション装置に対して磁界検出結果を出力するための出力系統を内視鏡に別途設ける必要がなくなる。

　本発明の他の態様に係る内視鏡システムにおいて、磁界発生部は、内視鏡とは異なる位置に設けられている。

　本発明の目的を達成するためのナビゲーション方法は、被検体内に挿入される挿入部と、挿入部の先端側に設けられた撮像素子と、挿入部内に設けられ且つ磁界を検出する複数の磁界検出部と、を有する内視鏡のナビゲーション方法において、互いに異なる位置で磁界を発生する複数の磁界発生部から異なるタイミングで磁界を発生させる磁界発生制御ステップと、撮像素子から出力された画像信号に、磁界を発生している磁界発生部を特定する特定情報と、磁界検出部ごとの磁界検出結果とを付加した付加画像信号を、内視鏡から取得する画像信号取得ステップと、画像信号取得ステップで取得した付加画像信号に付加されている特定情報及び磁界検出結果に基づき、磁界検出部ごとの位置を検出する位置検出ステップと、を有する。

　本発明のナビゲーション装置及びナビゲーション方法、並びに内視鏡システムは、内視鏡を小型化且つ低コスト化することができる。

第１実施形態の内視鏡システムの全体構成を示す概略図である。第１実施形態の内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。磁界検出制御部から画像信号出力部へ出力される磁界検出データの一例を説明するための説明図である。画像信号出力部によるフレーム画像信号の画像出力処理を説明するための説明図である。第１実施形態の発生コイルの切替制御を説明するための説明図である。判別部による判別処理と、位置検出部による各検出コイルの位置検出処理とを説明するための説明図である。位置検出部による各検出コイルの位置検出処理の原理の説明図である。挿入部形状検出部による挿入部の形状検出処理の一例を説明するための説明図である。第１実施形態の内視鏡システムにおける内視鏡検査、特に観察画像及び挿入部形状画像の表示処理の流れを示すフローチャートである。第２実施形態の内視鏡システムにおける発生コイルの切替制御を説明するための説明図である。第２実施形態の判別部による判別処理と、位置検出部による各検出コイルの位置検出処理とを説明するための説明図である。第３実施形態の内視鏡システムの構成を示すブロック図である。第３実施形態の磁界発生制御部による各発生コイルの切替制御を説明するための説明図である。第３実施形態の全磁界検出データの一例を説明するための説明図である。第３実施形態の内視鏡システムにおける内視鏡検査、特に観察画像及び挿入部形状画像の表示処理の流れを示すフローチャートである。

　［第１実施形態の内視鏡システムの全体構成］
　図１は、第１実施形態の内視鏡システム９の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、内視鏡システム９は、内視鏡１０と、光源装置１１と、ナビゲーション装置１２と、磁界発生器１３と、プロセッサ１４と、モニタ１５と、を備える。

　内視鏡１０は、例えば被検体内（消化管）の検査に用いられる軟性内視鏡である。この内視鏡１０は、消化管内に挿入され且つ先端と基端とを有する挿入部１７と、挿入部１７の基端側に連設され且つ術者が把持して各種操作を行う操作部１８と、操作部１８に連設されたユニバーサルコード１９と、を有する。

　挿入部１７は、全体が細径で長尺状に形成されている。この挿入部１７は、基端側から先端側に向けて順に可撓性を有する軟性部２１と、操作部１８の操作により湾曲可能な湾曲部２２と、撮像装置４８（図２参照）等が配置される先端部２３と、が連設されて構成される。また、挿入部１７内には、その軟性部２１から先端部２３にかけて複数の検出コイル２５が所定間隔で設けられている。

　各検出コイル２５は、本発明の磁界検出部に相当するものであり、それぞれ後述の磁界発生器１３から発生した磁界（磁場）を受けて電磁誘導による誘導電流を発生する。各検出コイル２５から発生した誘導電流の値は、磁界発生器１３から発生した磁界を各検出コイル２５でそれぞれ検出した磁界検出結果（磁界検出データ５５、図２参照）となる。

　操作部１８には、術者によって操作される各種操作部材が設けられている。具体的に、操作部１８には、湾曲部２２の左右湾曲操作及び上下湾曲操作に用いられる２種類の湾曲操作ノブ２７と、送気送水ボタン２８と、吸引ボタン２９と、が設けられている。

　また、操作部１８には、挿入部１７内を挿通する不図示の処置具挿通路内に処置具を挿入する処置具導入口３１が設けられている。

　ユニバーサルコード１９は、内視鏡１０を光源装置１１に接続するための接続コードである。このユニバーサルコード１９は、挿入部１７内を挿通している信号ケーブル３２と、ライトガイド３３と、流体チューブ（不図示）とを内包している。また、ユニバーサルコード１９の端部には、光源装置１１に接続されるコネクタ３４が設けられている。

　コネクタ３４を光源装置１１に接続することで、光源装置１１から内視鏡１０に対してその運用に必要な電力と制御信号と照明光と気体と水とが供給される。また、先端部２３の撮像装置４８（図２参照）により取得される被観察部位の画像信号と、各検出コイル２５の磁界検出結果（誘導電流値）とが、内視鏡１０から光源装置１１へ送信される。

　コネクタ３４は、光源装置１１とは電気的に有線接続されておらず、内視鏡１０と光源装置１１の間で遣り取りされる制御信号の送受信と、内視鏡１０から光源装置１１への画像信号及び磁界検出結果の送信と、を光通信（非接触型通信）により行う。このコネクタ３４には、信号ケーブル３２に接続されたレーザダイオード（Laser Diode：以下、ＬＤと略す）３６が設けられている。

　ＬＤ３６は、内視鏡１０から光源装置１１への大容量データの送信、具体的には画像信号及び磁気検出結果の送信に用いられる。このＬＤ３６は、電気信号である画像信号及び磁界検出結果を光信号化した光信号を、光源装置１１に設けられているフォトダイオード（Photodiode：以下、ＰＤと略す）３７に向けて送信する。

　なお、図示は省略するが、コネクタ３４及び光源装置１１の双方には、内視鏡１０と光源装置１１との間で遣り取りされる小容量の制御信号を光信号化して送受信する光送受信部が設けられている。さらに、コネクタ３４には、光源装置１１の給電部（不図示）からワイヤレス給電により給電を受ける受電部（不図示）が設けられている。

　コネクタ３４内のライトガイド３３は光源装置１１内に挿入される。また、コネクタ３４内の流体チューブ（不図示）は光源装置１１を介して送気送水装置（不図示）に接続される。これにより、光源装置１１及び送気送水装置から内視鏡１０に対して、照明光と気体及び水とがそれぞれ供給される。

　光源装置１１は、コネクタ３４を介して、内視鏡１０のライトガイド３３へ照明光を供給すると共に、送気送水装置（不図示）から供給された気体及び水を内視鏡１０の流体チューブ（不図示）へ供給する。また、光源装置１１は、ＬＤ３６から送信される光信号をＰＤ３７で受光し、受光した光信号を電気信号である元の画像信号及び磁界検出結果に変換した後、ナビゲーション装置１２へ出力する。

　ナビゲーション装置１２は、光源装置１１から入力された画像信号をプロセッサ１４へ出力する。また、ナビゲーション装置１２は、後述の磁界発生器１３の駆動を制御すると共に、被検体内での挿入部１７の形状等を検出して、この検出結果をプロセッサ１４へ出力する。

　磁界発生器１３は、内視鏡１０とは異なる位置に設けられており、本発明の磁界発生部に相当する複数の発生コイル３９を有している。各発生コイル３９は、例えば、駆動電流の印加により、直交座標系ＸＹＺのＸＹＺ座標軸にそれぞれ対応した方向に交流磁界（交流磁場）を発生するＸ軸コイルとＹ軸コイルとＺ軸コイルとを含む。各発生コイル３９は、ナビゲーション装置１２の制御の下、詳しくは後述するが、互いに異なるタイミングで磁界を発生する。

　プロセッサ１４は、ナビゲーション装置１２から入力された画像信号及び挿入部１７の形状等の検出結果をモニタ１５へ出力する。モニタ１５は、ナビゲーション装置１２から入力された画像信号に基づき観察画像４１（動画像）を表示すると共に、挿入部１７の形状等の検出結果に基づき挿入部１７の形状等を示す挿入部形状画像４２を表示する。なお、観察画像４１と挿入部形状画像４２とを表示するモニタ１５がそれぞれ別に設けられていてもよい。

　＜内視鏡＞
　図２は、第１実施形態の内視鏡システム９の電気的構成を示すブロック図である。図２に示すように、内視鏡１０は、ライトガイド３３と、照射レンズ４５と、照明窓４６と、観察窓４７と、撮像装置４８と、磁界検出回路４９と、統括制御回路５０と、信号ケーブル３２と、ＬＤ３６と、不図示の流体チューブ及び送気送水ノズルと、を有する。

　ライトガイド３３は、大口径光ファイバ又はバンドルファイバなどである。ライトガイド３３の入射端は、コネクタ３４を介して光源装置１１内に挿入される。ライトガイド３３の出射端は、コネクタ３４内とユニバーサルコード１９内と操作部１８内とを通って、挿入部１７の先端部２３内に設けられた照射レンズ４５に対向している。これにより、光源装置１１からライトガイド３３の入射端に供給された照明光は、照射レンズ４５から先端部２３の先端面に設けられた照明窓４６を通して、被観察部位に照射される。そして、被観察部位で反射又は散乱した照明光は、被観察部位の像光として、先端部２３の先端面に設けられた観察窓４７を通して撮像装置４８に入射する。

　なお、前述の流体チューブ（不図示）の一端側は、コネクタ３４及び光源装置１１を通して送気送水装置（不図示）に接続されると共に、流体チューブ（不図示）の他端側は、挿入部１７内等を通って先端部２３の先端面に設けられた送気送水ノズル（不図示）に接続している。これにより、送気送水装置（不図示）から供給された気体又は水が、送気送水ノズル（不図示）から観察窓４７に噴射されて、観察窓４７が洗浄される。

　撮像装置４８は、観察窓４７から入射した被観察部位の像光の光路に沿って配置された集光レンズ５２と撮像素子５３とを有する。集光レンズ５２は、観察窓４７から入射した被観察部位の像光を撮像素子５３の撮像面に入射させる。

　撮像素子５３は、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）型又はＣＣＤ（charge coupled device）型の撮像素子である。撮像素子５３は、集光レンズ５２を通して撮像面に入射した被観察部位の像光を撮像（電気信号に変換）して、被観察部位の画像信号を統括制御回路５０へ出力する。なお、撮像素子５３には、例えば水晶振動子等の基準信号（クロック信号）を出力する発振部５３ａが設けられており、この発振部５３ａから発振される基準信号を基準として、撮像素子５３は画像信号を出力する。

　磁界検出回路４９は、挿入部１７内の各検出コイル２５に電気的に接続している。磁界検出回路４９は、磁界発生器１３の発生コイル３９から発生した磁界により各検出コイル２５でそれぞれ発生した誘導電流（誘導起電力）を、各検出コイル２５による磁界検出結果に相当する磁界検出データ５５として、統括制御回路５０へ出力する。この磁界検出回路４９は、プリアンプ４９ａとＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換回路４９ｂとを有する。

　プリアンプ４９ａは、各検出コイル２５から入力される誘導電流の信号を増幅してＡ／Ｄ変換回路４９ｂへ出力する。Ａ／Ｄ変換回路４９ｂは、検出コイル２５ごとの増幅信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換して、検出コイル２５ごとのデジタル信号を、検出コイル２５ごとの磁界検出データ５５として統括制御回路５０へ出力する。

　統括制御回路５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む各種の演算回路と、各種のメモリとを含んで構成されており、内視鏡１０の各部の動作を統括制御する。この統括制御回路５０は、不図示のメモリに記憶された制御用のプログラムを実行することで、信号処理部５７と、磁界検出制御部５８と、画像信号出力部５９として機能する。

　信号処理部５７は、撮像素子５３から出力された画像信号に対して各種信号処理を施して、被観察部位の動画像データである複数のフレーム画像信号６１を、画像信号出力部５９へ出力する。各フレーム画像信号６１のフレーム間隔は、前述の発振部５３ａが発振する基準信号に対応した間隔である。

　磁界検出制御部５８は、磁界検出回路４９を介して各検出コイル２５がそれぞれ検出した磁界検出データ５５（誘導電流値）を取得し、取得した検出コイル２５ごとの磁界検出データ５５を画像信号出力部５９へ出力する。

　図３は、磁界検出制御部５８から画像信号出力部５９へ出力される磁界検出データ５５の一例を説明するための説明図である。本実施形態では、詳しくは後述するが、フレーム画像信号６１ごとのフレーム開始信号ＶＤ（図４参照）、すなわち発振部５３ａからの基準信号に基づき、磁界発生器１３において磁界を発生する発生コイル３９の切替制御が行われる。具体的には、１つのフレーム開始信号ＶＤから次のフレーム開始信号ＶＤまでの間（基準信号の１周期の間）に、磁界を発生する発生コイル３９の切り替えを一巡させる（図５参照）。

　そこで、図３に示すように、磁界検出制御部５８は、前述の基準信号に基づき、磁界発生器１３の各発生コイル３９が互いに異なるタイミングで磁界を発生するごとに、磁界検出回路４９を介して各検出コイル２５から磁界検出データ５５を繰り返し取得する［図中の括弧付き数字：（１）、（２）、・・・参照］。すなわち、磁界検出制御部５８は、発生コイル３９ごとの各検出コイル２５（第１検出コイル、第２検出コイル、・・・）の磁界検出データ５５を取得する。

　そして、磁界検出制御部５８は、取得した発生コイル３９ごとの各検出コイル２５の磁界検出データ５５（以下、単に全磁界検出データ５５という）を、画像信号出力部５９へ出力する。これにより、信号処理部５７から画像信号出力部５９に対するフレーム画像信号６１の入力に同期して、磁界検出制御部５８から画像信号出力部５９に対して全磁界検出データ５５が入力される。

　なお、図３中の「Ｄ１１～Ｄ４３・・・」は、磁界検出データ５５を示す。例えば、「Ｄ１２」は第１番目の発生コイル３９で発生した磁界を「第２検出コイル」で検出した磁界検出データ５５であり、「Ｄ４３」は第４番目の発生コイル３９で発生した磁界を「第３検出コイル」で検出した磁界検出データ５５である。

　図４は、画像信号出力部５９によるフレーム画像信号６１の画像出力処理を説明するための説明図である。図４に示すように、画像信号出力部５９は、発振部５３ａから出力される基準信号に基づき、信号処理部５７から入力されるフレーム画像信号６１に対して、個々のフレーム画像信号６１の開始（個々のフレーム画像信号６１の区切り）を示すフレーム開始信号ＶＤを付加する。従って、フレーム開始信号ＶＤは、基準信号に同期した信号となる。なお、フレーム画像信号６１へのフレーム開始信号ＶＤの付加は、信号処理部５７が行ってもよく、この場合は、信号処理部５７も画像信号出力部５９と共に本発明の画像信号出力部として機能する。

　また、画像信号出力部５９は、信号処理部５７から入力されるフレーム画像信号６１の画像間に、このフレーム画像信号６１に同期して磁界検出制御部５８から入力される全磁界検出データ５５を付加する。

　具体的に画像信号出力部５９は、磁界検出制御部５８から入力される全磁界検出データ５５を、撮像素子５３のブランキングタイムＢＴ（垂直ブランキングタイム）に対応するフレーム画像信号６１の間の信号無効領域ＮＤに付加する。すなわち、画像信号出力部５９は、信号処理部５７から画像信号出力部５９に新たに入力されたフレーム画像信号６１と、その次のフレーム画像信号６１との間の信号無効領域ＮＤに、磁界検出制御部５８から新たに入力された全磁界検出データ５５を付加する。これにより、フレーム画像信号６１に同期して磁界検出制御部５８から入力される全磁界検出データ５５を、フレーム画像信号６１に１対１で対応付けて付加することができる。その結果、画像信号出力部５９は、フレーム画像信号６１に全磁界検出データ５５を同期させて出力することができる。

　図２に戻って、画像信号出力部５９は、フレーム開始信号ＶＤ及び全磁界検出データ５５が付加されたフレーム画像信号６１を、信号ケーブル３２を介して既述のＬＤ３６へ出力する。これにより、画像信号出力部５９から出力されたフレーム画像信号６１を光信号化した光信号が、ＬＤ３６から光源装置１１のＰＤ３７に向けて送信される。なお、フレーム開始信号ＶＤ及び全磁界検出データ５５が付加されたフレーム画像信号６１、すなわち、画像信号出力部５９から出力されたフレーム画像信号６１は、本発明の付加画像信号及び付加フレーム画像信号に相当する。

　＜光源装置＞
　光源装置１１は、照明光源６３と、前述のＰＤ３７と、光源制御部６４と、通信インタフェース６５を有している。照明光源６３は、例えばＬＤ又は発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）などの半導体光源であり、波長が赤色領域から青色領域にわたる白色光を照明光として出射する。なお、照明光源６３の種類は特に限定されるものではない。照明光源６３から出射された照明光は、前述のライトガイド３３の入射端に入射される。

　ＰＤ３７は、ＬＤ３６から送信された光信号を受信する。ＰＤ３７で受信された光信号は、電気信号である元のフレーム画像信号６１に変換された後、光源制御部６４に入力される。

　光源制御部６４は、ＣＰＵを含む各種の演算回路と、各種のメモリとを含んで構成されており、照明光源６３及びＰＤ３７などの光源装置１１の各部の動作を統括制御する。また、光源制御部６４は、ＰＤ３７から入力された変換後のフレーム画像信号６１を、通信インタフェース６５を介してナビゲーション装置１２へ出力する。

　＜ナビゲーション装置＞
　ナビゲーション装置１２は、画像信号取得部６８と、信号検出部６９と、ＴＧ（Timing Generator）７０と、磁界発生制御部７１と、位置検出部７２と、挿入部形状検出部７３と、表示出力部７４と、を有する。なお、ここでいうナビゲーションとは、被検体内での内視鏡１０の挿入部１７の形状、及び挿入部１７の先端部２３の位置等を、術者が把握可能にすることである。また、ナビゲーション装置１２の各部は、１又は複数のＣＰＵを含む各種演算回路（不図示）により構成され、不図示のメモリに記憶されている制御用のプログラムを実行することで動作する。

　画像信号取得部６８は、通信インタフェース６５を介して光源制御部６４からフレーム画像信号６１を逐次取得する。そして、画像信号取得部６８は、取得したフレーム画像信号６１等を表示出力部７４へ逐次出力する。なお、後述の信号検出部６９及び位置検出部７２は、画像信号取得部６８が取得したフレーム画像信号６１にそれぞれアクセスして必要な情報（フレーム開始信号ＶＤ及び全磁界検出データ５５）を取得する。

　信号検出部６９は、画像信号取得部６８が新たに取得したフレーム画像信号６１からフレーム開始信号ＶＤを逐次検出（抽出）し、検出したフレーム開始信号ＶＤをＴＧ７０へ逐次出力する。既述の通りフレーム開始信号ＶＤは、発振部５３ａから発振される基準信号に同期した信号である。そして、このフレーム開始信号ＶＤに基づき、ＴＧ７０及び磁界発生制御部７１により、磁界発生器１３において磁界を発生する発生コイル３９の切替制御が行われる（図５参照）。

　図５は、第１実施形態の発生コイル３９の切替制御を説明するための説明図である。図５に示すように、ＴＧ７０は、信号検出部６９から入力されるフレーム開始信号ＶＤに基づき、各発生コイル３９の切替制御用のクロック信号を磁界発生制御部７１へ出力する。このクロック信号のクロック周波数は、フレーム開始信号ＶＤ間において、磁界を発生する発生コイル３９の切り替えを一巡させるのに必要な周波数に設定されている。

　磁界発生制御部７１は、ＴＧ７０から入力されるクロック信号に基づき、磁界発生器１３の各発生コイル３９（第１発生コイル、第２発生コイル、・・・）に対して所定の順番で駆動電流を順次印加して、磁界を発生する発生コイル３９を切り替える。これにより、フレーム開始信号ＶＤ、すなわち前述の基準信号を基準として、磁界を発生する発生コイル３９の切替制御が行われる。また、フレーム開始信号ＶＤ間において、磁界を発生する発生コイル３９の切り替えが一巡する。

　なお、既述の磁界検出制御部５８（図２参照）には、ＴＧ７０から出力されるクロック信号の周波数に関する情報が事前にインプットされている。このため、磁界検出制御部５８は、前述の基準信号を基準として、ＴＧ７０から出力されるクロック信号に対応する周波数で、磁界検出回路４９を介して各検出コイル２５から磁界検出データ５５を繰り返し取得する。これにより、フレーム開始信号ＶＤ（基準信号）を基準として、磁界発生器１３での磁界を発生する発生コイル３９の切替制御と、内視鏡１０での全磁界検出データ５５の検出及び信号無効領域ＮＤへの付加と、が同期して行われる。

　図２に戻って、位置検出部７２は、画像信号取得部６８が新たに取得したフレーム画像信号６１及び信号無効領域ＮＤごとに、フレーム開始信号ＶＤ及び全磁界検出データ５５を逐次検出（抽出）し、検出したフレーム開始信号ＶＤ及び全磁界検出データ５５に基づき各検出コイル２５の位置を検出する。この位置検出部７２には、磁界を発生した発生コイル３９と、全磁界検出データ５５の各々との対応関係７５（図６参照）を判別する判別部７２ａが設けられている。そして、位置検出部７２は、判別部７２ａの判別結果に基づき各検出コイル２５の位置を検出する。

　図６は、判別部７２ａによる判別処理と、位置検出部７２による各検出コイル２５の位置検出処理とを説明するための説明図である。図６に示すように、判別部７２ａは、フレーム画像信号６１から検出されたフレーム開始信号ＶＤに基づき、各発生コイル３９（第１発生コイル、第２発生コイル、・・・）と、信号無効領域ＮＤから検出された全磁界検出データ５５（Ｄ１１～Ｄ４３、・・・）との対応関係７５を判別する。

　具体的に本実施形態では、フレーム開始信号ＶＤ（基準信号）を基準として、磁界を発生する発生コイル３９の切替制御（図５参照）と、発生コイル３９ごとの磁界検出データ５５の取得（図３参照）と、が行われている。このため、フレーム開始信号ＶＤを基準とした発生コイル３９の切替順番（図５参照）が既知であれば、判別部７２ａは、全磁界検出データ５５の各々に対応する発生コイル３９を判別することができる。すなわち、判別部７２ａは、フレーム開始信号ＶＤに基づき対応関係７５を判別することができる。このため、フレーム開始信号ＶＤは本発明の特定情報として機能する。

　図７は、位置検出部７２による各検出コイル２５の位置検出処理の原理の説明図である。図７に示すように、各検出コイル２５でそれぞれ検出される磁界検出データ５５（誘導電流）は、磁界を発生した発生コイル３９と、各検出コイル２５の各々との間の距離に対応して変化する。このため、各発生コイル３９で発生した磁界を各検出コイル２５でそれぞれ検出して得られた磁界検出データ５５に基づき、各検出コイル２５の位置を検出することができる。なお、各検出コイル２５の位置の具体的な検出方法については公知技術であるので、ここでは説明を省略する。

　図６に戻って、位置検出部７２は、判別部７２ａが判別した対応関係７５と、全磁界検出データ５５とに基づき、各検出コイル２５の位置検出結果（Ｐ１、Ｐ２、・・・）を示すコイル位置データ７６を検出する。なお、各検出コイル２５の位置とは、例えば磁界発生器１３を基準とした相対位置であり、前述の直交座標系ＸＹＺ（図１参照）のＸＹＺ座標軸に従った３次元座標である。そして、位置検出部７２は、検出したコイル位置データ７６を挿入部形状検出部７３（図２参照）へ出力する。

　なお、位置検出部７２は、画像信号取得部６８が新たなフレーム画像信号６１を取得するごとに、前述の判別部７２ａによる判別処理と、各検出コイル２５のコイル位置データ７６を検出する位置検出処理と、を繰り返し行う。

　図２に戻って、挿入部形状検出部７３は、位置検出部７２から入力されたコイル位置データ７６に基づき、被検体内での挿入部１７の形状を検出する。

　図８は、挿入部形状検出部７３による挿入部１７の形状検出処理の一例を説明するための説明図である。図８に示すように、挿入部形状検出部７３は、コイル位置データ７６が示す各検出コイル２５の位置（Ｐ１、Ｐ２、・・・）に基づき、各位置を適正な曲線を用いて補間するフィッティング処理等を行って、挿入部１７の形状検出結果を示す挿入部形状データ７８を生成する。なお、コイル位置データ７６に基づく挿入部１７の形状検出方法については公知技術であり、形状検出方法については特に限定はされない。また、図中では挿入部１７の２次元形状を示す挿入部形状データ７８を例に挙げて説明しているが、例えば３次元形状を示すデータであってもよく、挿入部１７の形状の表現形式についても特に限定はされない。

　さらに、挿入部形状検出部７３は、コイル位置データ７６に基づき挿入部１７の先端部２３の先端位置ＰＴを検出し、この先端位置ＰＴの検出結果を挿入部形状データ７８に付加する。なお、先端位置ＰＴは、例えば磁界発生器１３を基準とした相対位置で表される。これにより、被検体内での挿入部１７の形状と共に先端部２３の先端位置ＰＴを判別することができる。

　挿入部形状検出部７３は、挿入部形状データ７８を表示出力部７４（図２参照）へ出力する。なお、挿入部形状検出部７３による挿入部形状データ７８の生成及び出力は、位置検出部７２から新たなコイル位置データ７６が入力されるごとに繰り返し実行される。

　図２に戻って、表示出力部７４は、前述の画像信号取得部６８から先に入力されたフレーム画像信号６１と、挿入部形状検出部７３から入力された挿入部形状データ７８と、を通信インタフェース８０Ａ，８０Ｂを介してプロセッサ１４へ出力する。この際に、表示出力部７４は、フレーム画像信号６１と、このフレーム画像信号６１に同期した全磁界検出データ５５等に基づき生成された挿入部形状データ７８とを対応付けて、プロセッサ１４へ出力する。

　＜プロセッサ＞
　プロセッサ１４は、表示入力部８２と表示制御部８３とを有している。表示入力部８２は、表示出力部７４から通信インタフェース８０Ａ，８０Ｂを介して逐次入力されたフレーム画像信号６１及び挿入部形状データ７８を、表示制御部８３へ逐次出力する。

　表示制御部８３は、表示入力部８２からフレーム画像信号６１及び挿入部形状データ７８の入力を受けて、フレーム画像信号６１に基づく観察画像４１（動画像）と、挿入部形状データ７８に基づく挿入部形状画像４２とをモニタ１５に表示させる（図１参照）。

　［第１実施形態の内視鏡システムの作用］
　次に、図９を用いて第１実施形態の内視鏡システム９の作用について説明する。なお、図９は、第１実施形態の内視鏡システム９における内視鏡検査、特に観察画像４１及び挿入部形状画像４２の表示処理（ナビゲーション方法）の流れを示すフローチャートである。

　内視鏡システム９の各部の起動後、撮像素子５３が観察窓４７及び集光レンズ５２を通して入射する像光を撮像する。これにより、撮像素子５３は、発振部５３ａから発振される基準信号を基準として、画像信号を信号処理部５７へ逐次出力する（ステップＳ１Ａ）。撮像素子５３から信号処理部５７に入力された画像信号は、信号処理部５７にて各種の信号処理が施された後、フレーム画像信号６１として画像信号出力部５９へ出力され、さらに画像信号出力部５９にてフレーム開始信号ＶＤが付加された後、ＬＤ３６へ出力される。

　ＬＤ３６は、画像信号出力部５９から入力されたフレーム画像信号６１を光信号化した光信号を光源装置１１のＰＤ３７に向けて送信する（ステップＳ２Ａ）。

　ＬＤ３６から送信された光信号は、光源装置１１のＰＤ３７で受信され、電気信号である元のフレーム画像信号６１に変換された後、光源制御部６４及び通信インタフェース６５を介して、ナビゲーション装置１２の画像信号取得部６８へ出力される（ステップＳ１Ｂ）。

　画像信号取得部６８がフレーム画像信号６１を取得すると、信号検出部６９は、画像信号取得部６８が取得したフレーム画像信号６１からフレーム開始信号ＶＤを検出してＴＧ７０へ出力する（ステップＳ２Ｂ）。以下、画像信号取得部６８が新たなフレーム画像信号６１を取得するごとに、信号検出部６９によるフレーム開始信号ＶＤの検出及び出力が繰り返し実行される。

　フレーム開始信号ＶＤの入力を受けたＴＧ７０は、既述の図５に示したようにフレーム開始信号ＶＤを基準としたクロック信号を磁界発生制御部７１へ出力する（ステップＳ３Ｂ）。そして、ＴＧ７０からのクロック信号の入力を受けた磁界発生制御部７１は、クロック信号に基づき各発生コイル３９から異なるタイミングで磁界を発生させる。これにより、フレーム開始信号ＶＤ（基準信号）を基準とした各発生コイル３９の切替制御が行われ、フレーム開始信号ＶＤ間で磁界を発生する発生コイル３９の切り替えが一巡する（ステップＳ４Ｂ、本発明の磁界発生制御ステップに相当）。以上のステップＳ４Ｂまでの処理により、内視鏡システム９の起動が完了する。

　次いで、内視鏡１０の挿入部１７が被検体内（患者の体腔内）に挿入されて（ステップＳ３Ａ）、被検体内の被観察部位の撮像が開始される。光源装置１１の照明光源６３から供給される照明光がライトガイド３３及び照射レンズ４５を通って照明窓４６から被観察部位に向けて出射される。また、撮像素子５３は、観察窓４７及び集光レンズ５２を通して入射する被観察部位の像光を撮像し、前述の基準信号を基準として画像信号を信号処理部５７へ逐次出力する（ステップＳ４Ａ）。これにより、撮像素子５３から出力された画像信号は、信号処理部５７にて各信号処理された後、フレーム画像信号６１として画像信号出力部５９へ逐次出力される。

　また、内視鏡１０の磁界検出制御部５８は、発振部５３ａから発振される基準信号に基づき、ＴＧ７０のクロック信号に対応する周波数で磁界検出回路４９を制御して、各検出コイル２５が検出した磁界検出データ５５を繰り返し取得する（ステップＳ５Ａ）。すなわち、磁界発生器１３での発生コイル３９の切替制御と同期して、磁界検出制御部５８による各検出コイル２５の磁界検出データ５５の取得が行われる。そして、磁界検出制御部５８は、信号処理部５７から画像信号出力部５９へのフレーム画像信号６１の入力に同期して、発生コイル３９ごとの各検出コイル２５の全磁界検出データ５５を画像信号出力部５９へ出力する。

　画像信号出力部５９は、既述の図４に示したように、信号処理部５７から入力されるフレーム画像信号６１に対してフレーム開始信号ＶＤを付加すると共に、各フレーム画像信号６１間の信号無効領域ＮＤに対して全磁界検出データ５５を付加する（ステップＳ６Ａ）。これにより、画像信号出力部５９は、フレーム画像信号６１に同期して磁界検出制御部５８から入力された全磁界検出データ５５を、フレーム画像信号６１に１対１で対応付けて付加することができる。

　次いで、画像信号出力部５９は、フレーム開始信号ＶＤ及び全磁界検出データ５５が付加されたフレーム画像信号６１を、信号ケーブル３２を介してＬＤ３６へ出力する。そして、画像信号出力部５９からフレーム画像信号６１の入力を受けたＬＤ３６は、フレーム画像信号６１を光信号化した光信号をＰＤ３７に向けて送信する（ステップＳ７Ａ）。

　ＬＤ３６から送信された光信号は、光源装置１１のＰＤ３７で受信され、電気信号である元のフレーム画像信号６１に変換された後、光源制御部６４等を介してナビゲーション装置１２の画像信号取得部６８へ出力される（ステップＳ５Ｂ、本発明の画像信号取得ステップに相当）。

　光源制御部６４から新たに出力されたフレーム画像信号６１を取得した画像信号取得部６８は、このフレーム画像信号６１を表示出力部７４へ出力する。この際に、画像信号取得部６８が新たに取得したフレーム画像信号６１に対して、既述のステップＳ２ＢからステップＳ４Ｂまでの処理が繰り返し実行されることにより、磁界発生器１３において各発生コイル３９の切替制御が継続して行われる（ステップＳ６Ｂ、本発明の磁界発生制御ステップに相当）。

　また、位置検出部７２は、画像信号取得部６８が新たに取得したフレーム画像信号６１及び信号無効領域ＮＤからフレーム開始信号ＶＤ及び全磁界検出データ５５を検出する（ステップＳ７Ｂ）。そして、既述の図６に示したように、判別部７２ａは、フレーム開始信号ＶＤに基づき、各発生コイル３９と全磁界検出データ５５との対応関係７５を判別する判別処理を行う（ステップＳ８Ｂ）。

　次いで、位置検出部７２は、判別部７２ａが判別した対応関係７５に基づき、先に検出した全磁界検出データ５５から各検出コイル２５の位置を示すコイル位置データ７６を検出する位置検出処理を行う（ステップＳ９Ｂ、本発明の位置検出ステップに相当）。この位置検出処理により検出されたコイル位置データ７６は、位置検出部７２から挿入部形状検出部７３へ出力される。

　コイル位置データ７６の入力を受けた挿入部形状検出部７３は、このコイル位置データ７６に基づき、既述の図８に示したように、挿入部１７の形状検出処理を行って挿入部形状データ７８を生成する（ステップＳ１０Ｂ）。また、挿入部形状検出部７３は、コイル位置データ７６に基づき先端部２３の先端位置ＰＴを検出し、この先端位置ＰＴの検出結果を挿入部形状データ７８に付加する。そして、挿入部形状検出部７３は、挿入部形状データ７８を表示出力部７４へ出力する。

　挿入部形状データ７８の入力を受けた表示出力部７４は、この挿入部形状データ７８と、先に画像信号取得部６８から入力されたフレーム画像信号６１とを、通信インタフェース８０Ａ，８０Ｂを介してプロセッサ１４へ出力する。これにより、フレーム画像信号６１と、このフレーム画像信号６１に同期した全磁界検出データ５５に基づき生成された挿入部形状データ７８とを対応付けて、プロセッサ１４へ出力することができる。

　表示出力部７４からプロセッサ１４の表示入力部８２に入力されたフレーム画像信号６１及び挿入部形状データ７８は、表示制御部８３によりモニタ１５へ出力される。これにより、フレーム画像信号６１に基づく観察画像４１（動画像）と、挿入部形状データ７８に基づく挿入部形状画像４２とがモニタ１５に表示される（ステップＳ１１Ｂ）。モニタ１５に表示された挿入部形状画像４２を参照することで、術者は被検体内での挿入部１７の形状と、先端部２３の先端位置ＰＴとを把握することができる。

　以下、内視鏡検査が終了するまで、前述のステップＳ４ＡからステップＳ７Ａまでの処理が繰り返し実行され、内視鏡１０から光源装置１１を介してナビゲーション装置１２に対し、フレーム開始信号ＶＤと全磁界検出データ５５とが付加されたフレーム画像信号６１が逐次出力される（ステップＳ８Ａ）。またこれに応じて、前述のステップＳ５ＢからステップＳ１１Ｂまでの処理がナビゲーション装置１２及びプロセッサ１４等で繰り返し実行され、発生コイル３９の切替制御と、観察画像４１及び挿入部形状画像４２の表示とが継続して行われる（ステップＳ１２Ｂ）。

　［第１実施形態の効果］
　以上の第１実施形態の内視鏡システム９では、内視鏡１０からナビゲーション装置１２に対して、フレーム開始信号ＶＤ及び全磁界検出データ５５が付加されたフレーム画像信号６１を出力するため、全磁界検出データ５５をナビゲーション装置１２に対して出力するための出力系統を内視鏡１０に別途設ける必要がなくなる。その結果、内視鏡１０を大型化することなく低コストに全磁界検出データ５５をナビゲーション装置１２に出力することができる。すなわち、内視鏡１０を小型化且つ低コスト化することができる。

　また、フレーム開始信号ＶＤ（基準信号）を基準として、磁界発生器１３での発生コイル３９の切替制御と、内視鏡１０での全磁界検出データ５５の検出及びフレーム画像信号６１への付加とを同期して行うことで、ナビゲーション装置１２において、フレーム画像信号６１から検出したフレーム開始信号ＶＤに基づき前述の対応関係７５を判別することができる。その結果、各検出コイル２５の位置を検出して、被検体内での挿入部１７の形状及び先端位置ＰＴを得ることができる。

　さらに、フレーム開始信号ＶＤ（基準信号）を基準として、全磁界検出データ５５の検出及びフレーム画像信号６１への付加を行うことで、被検体内での挿入部１７の形状及び先端位置ＰＴをフレーム画像信号６１ごとに把握することができる。これにより、各フレーム画像信号６１が得られた際の挿入部１７の形状及び先端位置ＰＴを後で確認することができる。

　［第２実施形態の内視鏡システム］
　上記第１実施形態では、フレーム開始信号ＶＤ間で各発生コイル３９の切り替えが一巡するように、磁界発生制御部７１による発生コイル３９の切替制御を行っているが（図５参照）、フレーム開始信号ＶＤに同期して各発生コイル３９の切り替えを行ってもよい。

　図１０は、第２実施形態の内視鏡システム９における発生コイル３９の切替制御を説明するための説明図である。なお、第２実施形態の内視鏡システム９は、発生コイル３９の切替制御が上記第１実施形態とは異なる点を除き、上記第１実施形態と基本的に同じ構成である。このため、上記第１実施形態と機能又は構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。

　図１０に示すように、第２実施形態のＴＧ７０は、信号検出部６９からフレーム開始信号ＶＤが入力される度にクロック信号を磁界発生制御部７１へ出力する。そして、磁界発生制御部７１は、ＴＧ７０から入力されるクロック信号に基づき、磁界発生器１３の各発生コイル３９に対して所定の順番で駆動電流を順次印加して、磁界を発生する発生コイル３９を切り替える。これにより、フレーム開始信号ＶＤに同期して各発生コイル３９が切替制御される。

　また、第２実施形態の磁界検出制御部５８は、前述の基準信号に同期して、磁界検出回路４９を介して各検出コイル２５から磁界検出データ５５を繰り返し取得する。これにより、第２実施形態においても、フレーム開始信号ＶＤ（基準信号）を基準として、磁界発生器１３での磁界を発生する発生コイル３９の切替制御と、内視鏡１０での全磁界検出データ５５の検出及びフレーム画像信号６１への付加と、が同期して行われる。そして、第２実施形態では、信号無効領域ＮＤごとに、各発生コイル３９のいずれかで発生した磁界を各検出コイル２５で検出した磁界検出データ５５が付加される。

　図１１は、第２実施形態の判別部７２ａによる判別処理と、位置検出部７２による各検出コイル２５の位置検出処理とを説明するための説明図である。上記第１実施形態では、各信号無効領域ＮＤに全磁界検出データ５５が付加されているため、フレーム画像信号６１ごとに（すなわちフレーム単位で）各検出コイル２５のコイル位置データ７６を検出することができる。これに対して第２実施形態では、信号無効領域ＮＤごとに、各発生コイル３９のいずれかに対応する各検出コイル２５の磁界検出データ５５が付加されているため、複数のフレーム画像信号６１の単位（すなわち複数フレーム単位）で各検出コイル２５のコイル位置データ７６を検出する。

　図１１に示すように、第２実施形態の判別部７２ａは、位置検出部７２がフレーム開始信号ＶＤ及び各検出コイル２５の磁界検出データ５５を検出するごとに、図中括弧付き数字［（１）、（２）、・・・］で示すように、各検出コイル２５の磁界検出データ５５に対応する発生コイル３９を判別する。フレーム開始信号ＶＤ（基準信号）を基準とした発生コイル３９の切替順番が既知であるので（図１０参照）、第２実施形態の判別部７２ａにおいてもフレーム開始信号ＶＤに基づき、各検出コイル２５の磁界検出データ５５に対応する発生コイル３９を判別可能である。これにより、判別部７２ａは、各検出コイル２５の磁界検出データ５５と複数の発生コイル３９との対応関係７５Ａを順次判別することができる。

　次いで、第２実施形態の位置検出部７２は、判別部７２ａが判別した対応関係７５Ａと、複数の発生コイル３９に対応した各検出コイル２５の磁界検出データ５５とに基づき、上記第１実施形態と基本的に同じ方法で前述のコイル位置データ７６を検出する位置検出処理を行う。

　これ以降の処理は上記第１実施形態と同様であるので、具体的な説明は省略する。なお、第２実施形態の内視鏡システム９は、発生コイル３９の切替制御と、ナビゲーション装置１２における判別処理及び位置検出処理とを除けば、上記第１実施形態と基本的に同じであるので、上記第１実施形態と基本的に同じ効果が得られる。

　［第３実施形態の内視鏡システム］
　次に、第３実施形態の内視鏡システム９について説明を行う。上記第１実施形態では、フレーム開始信号ＶＤ（基準信号）を基準として、磁界発生器１３での発生コイル３９の切替制御と、内視鏡１０での全磁界検出データ５５の検出及び付加とを同期して行うことより、フレーム開始信号ＶＤに基づいた対応関係７５の判別を可能にしている。これに対して、第３実施形態では、第１実施形態とは異なる方法で各発生コイル３９と各磁界検出データ５５との対応関係７５を判別可能にしている。

　図１２は、第３実施形態の内視鏡システム９の構成を示すブロック図である。なお、第３実施形態の内視鏡システム９は、第１実施形態とは異なるナビゲーション装置９０を備える点を除けば、上記第１実施形態と基本的に同じ構成であるので、上記第１実施形態と機能又は構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。

　図１２に示すように、ナビゲーション装置９０は、第１実施形態の画像信号取得部６８と挿入部形状検出部７３と表示出力部７４との他に、第１実施形態とは異なる磁界発生制御部９１及び位置検出部９２を有している。

　図１３は、第３実施形態の磁界発生制御部９１による各発生コイル３９の切替制御を説明するための説明図である。図１３に示すように、磁界発生制御部９１は、磁界発生器１３の各発生コイル３９から異なるタイミングで磁界を発生させる。またこの際に、磁界発生制御部９１は、例えば最初の所定期間、発生コイル３９ごとに異なる発生パターン９９（図中、０と１で表示）で磁界を発生させる。なお、ここでいう「異なる発生パターン９９」とは、磁界の波形（振幅を含む）及び周波数の少なくともいずれかが異なることを示す。

　各発生コイル３９の切替周波数は、特に限定されないが、例えば基準信号の１周期の間（フレーム開始信号ＶＤ間）に発生コイル３９の切り替えが少なくとも一巡するような周波数に設定される（図５参照）。

　第３実施形態の磁界検出制御部５８（図２参照）は、例えば、磁界検出回路４９を介して各検出コイル２５で検出される磁界検出データ５５の波形を監視し、磁界の発生パターン９９の切り替えに伴い磁界検出データ５５の波形が切り替わるごとに、磁界検出回路４９を介して各検出コイル２５から磁界検出データ５５を取得する。これにより、第３実施形態においても上記第１実施形態と同様に、磁界検出制御部５８が取得した全磁界検出データ５５が画像信号出力部５９へ出力され、フレーム画像信号６１間の信号無効領域ＮＤに付加される。そして、上記第１実施形態と同様に、フレーム開始信号ＶＤと全磁界検出データ５５とが付加されたフレーム画像信号６１が、光源装置１１を介して、ナビゲーション装置９０の画像信号取得部６８により取得される。

　図１４は、第３実施形態の全磁界検出データ５５の一例を説明するための説明図である。図１４に示すように、全磁界検出データ５５の各々には、発生コイル３９が発生した磁界の発生パターン９９を示すデータが含まれている。このため、第３実施形態では、全磁界検出データ５５の各々における発生パターン９９のデータが、磁界の発生元の発生コイル３９を特定するための本発明の特定情報となる。

　図１２に戻って、第３実施形態の位置検出部９２は、画像信号取得部６８が新たに取得したフレーム画像信号６１の信号無効領域ＮＤごとに全磁界検出データ５５を逐次検出し、検出した全磁界検出データ５５に基づき各検出コイル２５の位置を検出する。

　最初に、位置検出部９２に設けられている判別部９２ａは、全磁界検出データ５５の各々に含まれている発生パターン９９のデータを解析することで、前述の対応関係７５を判別する判別処理を行う。既述の通り、全磁界検出データ５５の各々に含まれる発生パターン９９のデータは発生コイル３９ごとに異なる。このため、判別部９２ａは、全磁界検出データ５５の各々の発生パターン９９のデータを解析（既知の発生コイル３９ごとの発生パターン９９のデータと比較）することで、対応関係７５を判別することができる。

　次いで、位置検出部９２は、判別部９２ａが判別した対応関係７５と、先に検出した全磁界検出データ５５とに基づき、第１実施形態と同様にコイル位置データ７６を検出して、このコイル位置データ７６を挿入部形状検出部７３へ出力する。以下、第１実施形態と同様に、挿入部形状検出部７３による形状検出処理と、表示出力部７４による出力処理とが行われ、プロセッサ１４により観察画像４１及び挿入部形状画像４２がモニタ１５に表示される。

　次に、図１５を用いて第３実施形態の内視鏡システム９の作用について説明する。なお、図１５は、第３実施形態の内視鏡システム９における内視鏡検査、特に観察画像４１及び挿入部形状画像４２の表示処理（ナビゲーション方法）の流れを示すフローチャートである。

　第３実施形態では、内視鏡システム９の各部の起動後、第１実施形態のステップＳ３Ａ，Ｓ４Ａ（図９参照）と同様に、内視鏡１０の挿入部１７が被検体内に挿入されて（ステップＳ１Ｃ）、被検体内の被観察部位の撮像が開始される（ステップＳ２Ｃ）。

　また同時に、ナビゲーション装置９０の磁界発生制御部９１が、予め設定された切替周波数で磁界発生器１３の各発生コイル３９から異なるタイミングで且つ異なる発生パターン９９で磁界を発生させる切替制御を行う（ステップＳ１Ｄ、本発明の磁界発生制御ステップに相当）。これにより、挿入部１７内の各検出コイル２５にて発生コイル３９ごとに発生した磁界が検出される（ステップＳ３Ｃ）。

　そして、内視鏡１０の磁界検出制御部５８は、発生コイル３９ごとに発生した磁界を各検出コイル２５にてそれぞれ検出した磁界検出データ５５を、磁界検出回路４９を介して各検出コイル２５から取得する。そして、磁界検出制御部５８は、発生コイル３９ごとの各検出コイル２５の全磁界検出データ５５を画像信号出力部５９へ出力する。これにより、第１実施形態と同様に、全磁界検出データ５５がフレーム画像信号６１間の信号無効領域ＮＤに付加される（ステップＳ４Ｃ）。

　次いで、上記第１実施形態と同様に全磁界検出データ５５が付加されたフレーム画像信号６１が信号ケーブル３２を介してＬＤ３６に出力され、このフレーム画像信号６１を光信号化した光信号が光源装置１１のＰＤ３７に向けて送信される（ステップＳ５Ｃ）。なお、フレーム画像信号６１には、第１実施形態で説明したように、フレーム開始信号ＶＤも付加されている。

　ＬＤ３６から送信された光信号は、光源装置１１のＰＤ３７で受信され、電気信号である元のフレーム画像信号６１に変換された後、光源制御部６４及び通信インタフェース６５を介してナビゲーション装置９０の画像信号取得部６８へ出力される（ステップＳ２Ｄ、本発明の画像信号取得ステップに相当）。

　そして、光源制御部６４から新たに出力されたフレーム画像信号６１を取得した画像信号取得部６８は、このフレーム画像信号６１を表示出力部７４へ出力する。

　この際に、位置検出部９２は、画像信号取得部６８が新たに取得したフレーム画像信号６１に対応する信号無効領域ＮＤから、全磁界検出データ５５を検出する（ステップＳ３Ｄ）。そして、判別部９２ａは、全磁界検出データ５５の各々に含まれている発生パターン９９のデータを解析することで、全磁界検出データ５５の各々に対応する発生コイル３９の対応関係７５を判別する判別処理を行う（ステップＳ４Ｄ）。

　次いで、位置検出部９２は、判別部９２ａが判別した対応関係７５と、先に検出した全磁界検出データ５５とに基づき、第１実施形態と同様にコイル位置データ７６を検出する位置検出処理を行い、検出したコイル位置データ７６を挿入部形状検出部７３へ出力する（ステップＳ５Ｄ、本発明の位置検出ステップに相当）。

　以下、第１実施形態と同様に、挿入部形状検出部７３による形状検出処理（ステップＳ６Ｄ）と、表示出力部７４によるフレーム画像信号６１及び挿入部形状データ７８の出力処理と、プロセッサ１４によるモニタ１５への観察画像４１及び挿入部形状画像４２の表示処理（ステップＳ７Ｄ）と、が実行される。

　以下、内視鏡検査が終了するまで、前述のステップＳ２ＣからステップＳ５Ｃまでの処理が繰り返し実行され、内視鏡１０からナビゲーション装置９０に対して、全磁界検出データ５５が付加されたフレーム画像信号６１が逐次出力される（ステップＳ６Ｃ）。またこれに応じて、前述のステップＳ１ＤからステップＳ７Ｄまでの処理がナビゲーション装置９０及びプロセッサ１４等で繰り返し実行され、発生コイル３９の切替制御と、観察画像４１及び挿入部形状画像４２の表示とが継続して行われる（ステップＳ８Ｄ）。

　以上のように第３実施形態の内視鏡システム９では、発生コイル３９ごとに異なる発生パターン９９で磁界を発生させることにより、ナビゲーション装置９０において、全磁界検出データ５５の各々に含まれる発生パターン９９のデータから、全磁界検出データ５５の各々に対応する発生コイル３９を判別することができる。その結果、第１実施形態と同様に、各検出コイル２５の位置を検出して、被検体内での挿入部１７の形状及び先端位置ＰＴを得ることができる。

　また、内視鏡１０からナビゲーション装置９０に対して、全磁界検出データ５５が付加されたフレーム画像信号６１を出力するため、全磁界検出データ５５をナビゲーション装置１２に対して出力するための出力系統を内視鏡１０に別途設ける必要がなくなる。その結果、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。

　なお、上記第３実施形態では、各発生コイル３９の切替周波数を、前述の基準信号の１周期の間に発生コイル３９の切り替えが一巡するような周波数に設定しているが、例えば上記第２実施形態と同様に、各発生コイル３９の切替周波数を前述の基準信号と同じ（ほぼ同じを含む）周波数に設定してもよい。この場合は、上記第２実施形態と同様に、複数のフレーム画像信号６１に対応する各検出コイル２５の磁界検出データ５５に基づき、各検出コイル２５のコイル位置データ７６が検出される。

　［その他］
　上記各実施形態では、磁界検出データ５５を、撮像素子５３のブランキングタイムＢＴ（垂直ブランキングタイム）に対応するフレーム画像信号６１間の信号無効領域ＮＤに付加する場合について説明したが、例えば各フレーム画像信号６１のヘッダ等に磁界検出データ５５を付加してもよく、フレーム画像信号６１に磁界検出データ５５を付加する方法は特に限定はされない。

　上記各実施形態では、内視鏡１０から光源装置１１に対してフレーム画像信号６１を光信号に変換して送信する内視鏡システム９を例に挙げて説明したが、内視鏡１０と光源装置１１とを電気的に接続して、フレーム画像信号６１を電気信号のままで内視鏡１０から光源装置１１に送信する場合についても本発明を適用可能である。また、光源装置１１を経由せずに、内視鏡１０からナビゲーション装置１２，９０に対してフレーム画像信号６１を直接送信してもよい。

　上記各実施形態では、内視鏡１０として消化管の検査に用いられるものを例に挙げて説明したが、内視鏡１０の種類及び用途は特に限定されるものではない。また、特に挿入部１７の先端位置ＰＴの検出（把握）を目的とする場合には軟性内視鏡だけでなく硬性内視鏡にも本発明を適用することができる。

　上記各実施形態では、磁界発生器１３の各発生コイル３９から磁界を発生し、且つ内視鏡１０の挿入部１７内の各検出コイル２５で磁界を検出しているが、磁界の発生方法及び磁界の検出方法は上記各実施形態で説明した方法及び構成に限定されるのではなく、コイル以外の公知の磁界発生部及び磁界検出部を用いて磁界の発生及び検出を行ってもよい。

　上記各実施形態では、光源装置１１とナビゲーション装置１２とプロセッサ１４とが別体に設けられているが、これらの少なくとも２つが一体化されていてもよい。

　上記各実施形態では、本発明の特定情報としてフレーム開始信号ＶＤ及び発生パターン９９のデータを例に挙げて説明したが、磁界の発生元の発生コイル３９を特定可能な特定情報であれば特に限定はされない。

　上記各実施形態では、内視鏡１０とナビゲーション装置１２，９０とが同じ場所に設けられているが、内視鏡１０とナビゲーション装置１２，９０とが異なる場所にあってもよく、この場合、ナビゲーション装置１２，９０は、内視鏡１０が撮像したフレーム画像信号６１を各種通信ネットワーク経由で取得して各検出コイル２５のコイル位置データ７６を検出する。また、ナビゲーション装置１２，９０は、過去に撮像されたフレーム画像信号６１をサーバ等から取得して各検出コイル２５のコイル位置データ７６を検出してもよい。

９　内視鏡システム
１０　内視鏡
１１　光源装置
１２　ナビゲーション装置
１３　磁界発生器
１４　プロセッサ
１５　モニタ
１７　挿入部
１８　操作部
１９　ユニバーサルコード
２１　軟性部
２２　湾曲部
２３　先端部
２５　検出コイル
２７　湾曲操作ノブ
２８　送気送水ボタン
２９　吸引ボタン
３１　処置具導入口
３２　信号ケーブル
３３　ライトガイド
３４　コネクタ
３６　ＬＤ
３７　ＰＤ
３９　発生コイル
４１　観察画像
４２　挿入部形状画像
４５　照射レンズ
４６　照明窓
４７　観察窓
４８　撮像装置
４９　磁界検出回路
４９ａ　プリアンプ
４９ｂ　Ａ／Ｄ変換回路
５０　統括制御回路
５２　集光レンズ
５３　撮像素子
５３ａ　発振部
５５　磁界検出データ
５７　信号処理部
５８　磁界検出制御部
５９　画像信号出力部
６１　フレーム画像信号
６３　照明光源
６４　光源制御部
６５　通信インタフェース
６８　画像信号取得部
６９　信号検出部
７０　ＴＧ
７１　磁界発生制御部
７２　位置検出部
７２ａ　判別部
７３　挿入部形状検出部
７４　表示出力部
７５　対応関係
７５Ａ　対応関係
７６　コイル位置データ
７８　挿入部形状データ
８０Ａ　通信インタフェース
８０Ｂ　通信インタフェース
８２　表示入力部
８３　表示制御部
９０　ナビゲーション装置
９１　磁界発生制御部
９２　位置検出部
９２ａ　判別部
９９　発生パターン
ＢＴ　ブランキングタイム
ＮＤ　信号無効領域
ＰＴ　先端位置
Ｓ１Ａ～Ｓ８Ａ，Ｓ１Ｂ～Ｓ１２Ｂ　内視鏡システムの作用　
Ｓ１Ｃ～Ｓ６Ｃ，Ｓ１Ｄ～Ｓ８Ｄ　内視鏡システムの作用
ＶＤ　フレーム開始信号
ＸＹＺ　直交座標系

Claims

　被検体内に挿入される挿入部と、前記挿入部の先端側に設けられた撮像素子と、前記挿入部内に設けられ且つ磁界を検出する複数の磁界検出部と、を有する内視鏡に用いられるナビゲーション装置において、
　互いに異なる位置で磁界を発生する複数の磁界発生部から異なるタイミングで磁界を発生させる磁界発生制御部と、
　前記撮像素子から出力された画像信号に、磁界を発生している前記磁界発生部を特定する特定情報と、前記磁界検出部ごとの磁界検出結果とを付加した付加画像信号を、前記内視鏡から取得する画像信号取得部と、
　前記画像信号取得部が取得した前記付加画像信号に付加されている前記特定情報及び前記磁界検出結果に基づき、前記磁界検出部ごとの位置を検出する位置検出部と、
　を備えるナビゲーション装置。
　前記画像信号は、動画像を構成する複数のフレーム画像信号であり、前記付加画像信号は、前記フレーム画像信号に前記特定情報及び前記磁界検出結果を付加した付加フレーム画像信号であり、
　前記特定情報は、前記付加フレーム画像信号の開始を示すフレーム開始信号であり、
　前記磁界発生制御部は、前記画像信号取得部が取得した前記付加フレーム画像信号に付加されている前記フレーム開始信号に基づき、磁界を発生する前記磁界発生部の切り替えを行い、
　前記位置検出部は、
　前記付加フレーム画像信号に付加されている前記フレーム開始信号に基づき、当該付加フレーム画像信号に付加されている前記磁界検出結果と前記磁界発生部との対応関係を判別する判別処理と、
　前記判別処理で判別した前記対応関係に基づき、前記磁界検出結果から前記磁界検出部ごとの位置を検出する位置検出処理と、を行う請求項１に記載のナビゲーション装置。
　前記磁界発生制御部は、前記磁界発生部ごとに異なる発生パターンで前記磁界を発生させ、
　前記磁界検出結果には、前記特定情報が前記発生パターンとして含まれており、
　前記位置検出部は、
　前記付加画像信号に付加されている前記磁界検出結果から検出した前記発生パターンに基づき、当該磁界検出結果に対応する前記磁界発生部を判別する判別処理と、
　前記判別処理の判別結果に基づき、前記磁界検出結果から前記磁界検出部ごとの位置を検出する位置検出処理と、を行う請求項１に記載のナビゲーション装置。
　前記画像信号は、動画像を構成する複数のフレーム画像信号であり、前記付加画像信号は、前記フレーム画像信号に前記特定情報及び前記磁界検出結果を付加した付加フレーム画像信号であり、
　前記磁界検出結果は、前記撮像素子のブランキングタイムに対応する前記付加フレーム画像信号の間の信号無効領域に付加されている請求項１から３のいずれか１項に記載のナビゲーション装置。
　前記画像信号取得部は、前記内視鏡との間で非接触型通信を行うことにより、当該内視鏡から前記付加画像信号を取得する請求項１から４のいずれか１項に記載のナビゲーション装置。
　前記位置検出部による位置検出結果に基づき、前記被検体内での前記挿入部の形状を検出する挿入部形状検出部を備える請求項１から５のいずれか１項に記載のナビゲーション装置。
　被検体内に挿入される挿入部と、前記挿入部の先端側に設けられた撮像素子と、前記挿入部内に設けられ且つ磁界を検出する複数の磁界検出部と、を有する内視鏡と、
　磁界を発生する複数の磁界発生部と、
　請求項１から６のいずれか１項に記載のナビゲーション装置と、
　を備える内視鏡システム。
　前記内視鏡には、前記撮像素子から出力された画像信号に、磁界を発生している前記磁界発生部を特定する特定情報と、前記磁界検出部ごとの磁界検出結果とを付加して、前記特定情報及び前記磁界検出結果を付加した付加画像信号を、前記ナビゲーション装置へ出力する画像信号出力部が設けられている請求項７に記載の内視鏡システム。
　前記磁界発生部は、前記内視鏡とは異なる位置に設けられている請求項７又は８に記載の内視鏡システム。
　被検体内に挿入される挿入部と、前記挿入部の先端側に設けられた撮像素子と、前記挿入部内に設けられ且つ磁界を検出する複数の磁界検出部と、を有する内視鏡のナビゲーション方法において、
　互いに異なる位置で磁界を発生する複数の磁界発生部から異なるタイミングで磁界を発生させる磁界発生制御ステップと、
　前記撮像素子から出力された画像信号に、磁界を発生している前記磁界発生部を特定する特定情報と、前記磁界検出部ごとの磁界検出結果とを付加した付加画像信号を、前記内視鏡から取得する画像信号取得ステップと、
　前記画像信号取得ステップで取得した前記付加画像信号に付加されている前記特定情報及び前記磁界検出結果に基づき、前記磁界検出部ごとの位置を検出する位置検出ステップと、
　を有するナビゲーション方法。