WO2018229825A1 - 挿入支援システムと挿入支援方法 - Google Patents

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WO2018229825A1
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良 東條
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オリンパス株式会社
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    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/361—Image-producing devices, e.g. surgical cameras

Definitions

  • an insertion support method includes a plurality of pieces of positional information regarding a plurality of positions of an insertion portion to be inserted into a body to be inserted, and a plurality of directions in the longitudinal axis direction of the insertion portion.
  • First information that is at least one of vector information is acquired, second information relating to a rotation amount of the insertion portion is calculated based on the first information, and the second information is output.
  • FIG. 11A is a diagram illustrating a positional relationship between a first rotation detection point and a first rotation reference point in the insertion unit.
  • FIG. 11B is a diagram illustrating a positional relationship between the first rotation detection point and the first rotation reference point in the insertion portion in the process of changing to an N shape.
  • FIG. 11C is a diagram illustrating a positional relationship between the first rotation detection point and the first rotation reference point in the N-shaped insertion portion.
  • FIG. 12A is a diagram of the positional relationship between the first rotation detection point and the first rotation reference point shown in FIG. 11A when viewed from the XZ plane with the first rotation reference point as the origin.
  • 12B is a diagram of the positional relationship between the first rotation detection point and the first rotation reference point shown in FIG.
  • the insertion device 20 is connected to the insertion portion 30 to be inserted into the body to be inserted, the base end portion of the insertion portion 30, the operation portion 40 for operating the insertion device 20, and the cord 50 connected to the operation portion 40. And have.
  • the cord 50 is disposed at an end portion of the cord 50 and has a connector portion (not shown) that is detachable from the control device 60.
  • the insertion part 30 is, for example, hollow and elongated.
  • the insertion portion 30 includes, in order from the distal end portion to the proximal end portion of the insertion portion 30, a distal end hard portion 31 in which various internal members (not shown) corresponding to the application of the insertion device 20 are disposed, and a desired direction. It has a bendable portion 33 that can be bent by a desired amount, and a flexible tube portion 35 that is flexible and bends by an external force.
  • the distal end hard portion 31 and the bendable portion 33 are shorter than the flexible tube portion 35. Therefore, in the present embodiment, the distal end hard portion 31, the bendable portion 33, and the distal end portion of the flexible tube portion 35 are regarded as the distal end portion of the insertion portion 30.
  • the bendable portion 33 has a length of about 15 cm, for example.
  • the bendable portion 33 is connected to a bending operation unit (not shown) arranged in the operation unit 40 via an operation wire (not shown) arranged inside the insertion unit 30.
  • the bendable portion 33 can be bent in a desired direction by a desired amount by pulling the operation wire by the operation of the bending operation portion.
  • the operation unit 40 is held by one hand of the operator of the insertion support system 10.
  • the operator inserts the insertion portion 30 into the inserted body from the opening of the inserted body (for example, the anus of the patient).
  • the display unit 70 displays an internal image of the insertion object imaged by the imaging element. Then, the operator observes and treats the inside of the insertion object while viewing the image displayed on the display unit 70.
  • the control device 60 includes an image processing unit (not shown), a support information calculation unit 61, an output unit 63, a detection control unit 81, and a position shape acquisition unit 87. At least one of the image processing unit, the support information calculation unit 61, the output unit 63, the detection control unit 81, and the position shape acquisition unit 87 is configured by a hardware circuit including, for example, an ASIC. At least one of these may be constituted by a processor. When at least one of these is constituted by a processor, an internal memory or an external memory (not shown) that can be accessed by the processor is arranged in the control device 60. The internal memory or the external memory stores program code for causing the processor to function as at least one of these when executed by the processor.
  • the detection control unit 81 is electrically connected to the magnetic field generation unit 83 through an electric signal line 89.
  • an electric signal line 89 For clarity of illustration, only one electric signal line 89 is illustrated across each magnetic field generation unit 83, but actually, two electric signal lines 89 are provided in each magnetic field generation unit 83.
  • Each of the electrical signal lines 89 is connected to the detection control unit 81.
  • the three magnetic field generators 83 arranged in the bendable portion 33 include the distal end portion of the bendable portion 33, the proximal end portion of the bendable portion 33, the distal end portion of the bendable portion 33, and the bendable portion 33. Located in the middle with the proximal end.
  • the magnetic field generator 83 is configured by, for example, a magnetic coil.
  • the state acquisition device 80 calculates a plurality of position information and a plurality of direction vector information, but at least a rotation amount described later between the plurality of position information of the insertion unit 30 and the plurality of direction vector information of the insertion unit 30. What is necessary is just to acquire the 1st information which is information required according to the calculation method.
  • the position shape acquisition unit 87 further acquires shape information of the insertion unit 30 based on a plurality of pieces of position information of the insertion unit 30.
  • the position shape acquisition unit 87 outputs the first information and the shape information of the insertion unit 30 as the acquisition result to the support information calculation unit 61.
  • the position shape acquisition unit 87 may output at least one of the first information and the shape information of the insertion unit 30 as an acquisition result to the display unit 70 through the output unit 63.
  • the position shape acquisition unit 87 can acquire the amount of rotation of the coil, that is, the amount of rotation of the insertion unit 30 based on the intensity of the changed magnetic field.
  • the internal space of the elongated member such as the insertion portion 30 is narrow, and it is not easy to arrange two coils.
  • the insertion part 30 becomes thick and there exists a possibility that the insertability of the insertion part 30 may fall.
  • FIG. 2 shows the insertion portion 30 and the magnetic field generation portion 83 that is a uniaxial coil disposed inside the insertion portion 30.
  • the support information calculation unit 61 rotates the rotation amount of the insertion unit 30. Cannot be computed. Therefore, in order to calculate the rotation amount of the insertion portion 30 using the two magnetic field generation portions 83a and 83b, the bendable portion 33 is bent in advance with respect to the distal end portion of the flexible tube portion 35. There is a need. Therefore, when the support information calculation unit 61 calculates the rotation amount of the insertion unit 30, the support information calculation unit 61 outputs an instruction to the display unit 70 through the output unit 63.
  • the display unit 70 may display that the bending operation on the bendable portion 33 is fixed and the bendable portion 33 is not bent. Thereby, the calculation accuracy is improved.
  • the shape of the insertion portion 30 is the shape of the insertion target.
  • the shape may change from one shape to another due to the insertion operation, and the orientation of the distal end portion of the insertion portion 30 may change inside the inserted body. That is, although not shown, the direction of the reference vector VB serving as a reference changes compared to before the insertion operation including the rotation operation is performed, and both the direction of the rotation detection vector VA and the direction of the reference vector VB change. End up. That is, when the shape changes, the rotation detection vector VA includes factors other than the rotation operation, and the direction changes.
  • the support information calculation unit 61 performs a rotation calculation for obtaining the rotation vector VA in a state where the reference vector VB faces the same direction before and after the insertion operation.
  • the X axis, the Y axis orthogonal to the X axis, and the Z axis orthogonal to the X axis and the Y axis are defined.
  • the reference vector VB is in the Y-axis direction before the insertion operation including the rotation operation is performed.
  • the shape of the insertion portion 30 is changed after the insertion operation including the rotation operation is performed, and the reference vector VB is in a direction different from the Y axis due to the change.
  • the support information calculation unit 61 performs a rotation calculation on the rotation detection vector VA.
  • the support information calculation unit 61 can calculate the rotation amount of the insertion unit 30 based on the rotation detection vector VA.
  • the support information calculation unit 61 sets an angle ⁇ 0 between a vector obtained by projecting the rotation detection vector VA on the XZ plane (hereinafter referred to as a projection vector VC) and the Z axis to the rotation amount of the insertion unit 30 with respect to the Z axis.
  • the support information calculation unit 61 performs the rotation calculation so that the reference vector VB after the rotation operation of the insertion unit 30 is in the same direction as the reference vector VB before the rotation operation of the insertion unit 30. Perform on vector VA. Further, the support information calculation unit 61 calculates the rotation amount of the insertion unit 30 based on the rotation detection vector VA rotated by the rotation calculation with respect to the rotation detection vector after the rotation operation.
  • the support information calculation unit 61 calculates the rotation amount of the insertion unit 30 based on changes in a plurality of direction vector information such as the rotation detection vector VA and the reference vector VB.
  • the reference vector VB is in the Y-axis direction according to the shape of the insertion portion 30.
  • the loop of the insertion portion 30 extends in the direction of the patient's abdomen and back from the structure of the large intestine of the patient who is the insertion object. It is difficult to spread in the direction from one flank to the other flank of the patient or from the anus to the diaphragm.
  • the Y-axis direction indicates the direction from the anus to the diaphragm
  • the Z-axis direction indicates the direction from the back to the abdomen.
  • the loop of the insertion unit 30 is often made in a plane parallel to the XY plane and spreads in a plane parallel to the XY plane. Therefore, when the rotation operation is performed in the order around the Z axis and the X axis, the loop is eliminated and the insertion portion 30 returns to a substantially linear shape.
  • a loop may be formed on a plane parallel to the YZ plane.
  • the support information calculation unit 61 cannot calculate the rotation amount of the insertion unit 30 with respect to the Z axis. Therefore, when a loop is formed on the YZ plane as shown in FIG. 4B, for example, the rotation calculation is performed in the order of calculation of a rotation matrix rotating around the X axis and calculation of a rotation matrix rotating around the Z axis. The Then, factors other than the rotation operation are removed. Then, the support information calculation unit 61 can calculate the amount of rotation of the insertion unit 30 with respect to the Z axis.
  • the support information calculation unit 61 can calculate the rotation amount corresponding to various shapes of the insertion unit 30 by changing the calculation order of the rotation matrix according to the direction of the loop. Further, the vector rotation calculation increases the calculation accuracy by performing a calculation to return the shape of the insertion unit 30 on the operation unit 40 side to the shape before the rotation operation with respect to the reference vector VB.
  • the support information calculation unit 61 calculates the amount of rotation of the insertion unit 30 with respect to the Z axis, but is not limited to this.
  • the support information calculation unit 61 may calculate the amount of rotation of the insertion unit 30 with respect to the X axis or the Y axis. Further, the support information calculation unit 61 may calculate the rotation amount of the insertion unit 30 based on an arbitrary angle. As shown in FIG. 5, for example, the rotation detection vector at the time when a switch (not shown) arranged in the operation unit 40 is pressed is set as the rotation detection vector VA1, the projection vector of the rotation detection vector VA1 is set as the projection vector VC1, and the projection vector is displayed. An angle between VC1 and the Z axis is defined as an angle ⁇ 1.
  • the insertion section further rotates, the rotation detection vector after rotation is set as the rotation detection vector VA2, the projection vector of the rotation detection vector VA2 is set as the projection vector VC2, and the angle between the projection vector VC2 and the Z axis is set as the angle ⁇ 2. .
  • the support information calculation unit 61 calculates the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 as the amount of rotation of the insertion unit 30 with respect to the Z axis. Then, the support information calculation unit 61 calculates the angle ( ⁇ 2 ⁇ 1) as the rotation amount of the insertion unit 30 from the time when the switch is pressed.
  • the rotation amount of the insertion unit 30 calculated by the support information calculation unit 61 is transmitted to the output unit 63.
  • the output unit 63 outputs the amount of rotation of the insertion unit 30 to the outside of the control device 60, for example, the display unit 70.
  • the display part 70 displays the rotation amount of the insertion part 30 with a character and a symbol, for example.
  • the display unit 70 may output the amount of rotation of the insertion unit 30 as a sound.
  • the output destination of the output unit 63 is not limited to the display unit 70.
  • the output unit 63 may feed back the rotation amount of the insertion unit 30 to a support system (not shown) that presents support information that supports the insertion operation.
  • the support system may present support information including the amount of rotation of the insertion unit 30 to the operator.
  • the support information is not limited to including the rotation amount of the insertion unit 30 calculated by the support information calculation unit 61 based on the calculation result of the state acquisition device 80.
  • a gravity sensor is disposed in the operation unit 40 or the insertion unit 30 and calculates a change in the direction of gravity.
  • the support information may include the rotation amount of the insertion unit 30 calculated by the support information calculation unit 61 based on the calculation result of the gravity sensor.
  • the rotation amount of the bending operation unit may be detected by a rotary encoder or a potentiometer, and the rotation amount of the bending operation unit may be presented as support information.
  • the control device 60 may include a storage unit (not shown) that stores the rotation amount of the insertion unit 30, and the output unit 63 may output the rotation amount of the insertion unit 30 to a storage unit as an output destination.
  • the shape change of the insertion portion 30 other than the bendable portion 33 that is, the change in the position coordinates of the insertion portion 30 is usually small.
  • the change in the position coordinates of the insertion portion 30 other than the bendable portion 33 is large. Therefore, before and after the direction of the projection vector VC changes, a threshold value is set in advance for the average of changes in a plurality of position coordinates of a portion other than the bendable portion 33 (for example, the flexible tube portion 35).
  • the plurality of direction vector information which is the first information used in the present embodiment, is based on the direction vector information of the magnetic field generation unit 83, but a plurality of direction vector information detected by other methods may be used.
  • the direction vector information that is the first information may be calculated based on the position information of the plurality of magnetic field generation units 83, and / or the direction information that is the first information by interpolating the position information of each of the magnetic field generation units 83.
  • Vector information may be computed. For example, with respect to the point P i at which the direction vector is calculated, in the longitudinal direction of the insertion portion 30, position information of a point P i-1 adjacent to the distal end side of the insertion portion 30 and a point P i + 1 adjacent to the operation portion 40 side. P i ⁇ 1 ⁇ P i + 1 may be used as the direction vector of P i .
  • the support information calculation unit 61 calculates the rotation amount of the insertion unit 30 based on the plurality of direction vector information of each of the plurality of magnetic field generation units 83. Thereby, even if a magnetic state detection unit using a single-axis coil is arranged, the rotation amount of the insertion unit 30 can be calculated, and the rotation amount can be output by the output unit 63.
  • the output unit 63 outputs the rotation amount of the insertion unit 30 to the display unit 70, and the display unit 70 displays the rotation amount.
  • the rotation amount of the insertion portion 30 that cannot be directly seen because it is inserted into the inserted body can be provided to the operator as support information for insertion, insertion can be supported, and insertability can be improved.
  • the rotation detection vector VA in a state where the direction of the reference vector VB is directed to the Y-axis direction is obtained by rotation calculation.
  • the direction of the rotation detection vector VA is returned by the rotation calculation.
  • the rotation detection vector VA after the rotation operation in which the change in direction due to factors other than the rotation operation is eliminated or reduced is obtained.
  • the support information calculation unit 61 can calculate the rotation amount of the insertion unit 30 based on the rotation detection vector VA. That is, even if the orientation of the distal end portion of the insertion portion 30 changes before and after the insertion operation in the inserted body, the rotation amount of the insertion portion 30 can be calculated.
  • the support information calculation unit 61 includes the bendable unit 33 arranged based on a plurality of pieces of position information (position coordinates) in the bendable unit 33 acquired by the position shape acquisition unit 87.
  • Calculated plane (hereinafter referred to as rotation detection plane 101).
  • the rotation detection plane 101 is a plane that approximates a plurality of pieces of position information (position coordinates), and is used for calculating the rotation amount of the insertion unit 30.
  • the calculation of the rotation detection plane 101 can be obtained by, for example, a generally known least square method.
  • the support information calculation unit 61 calculates the amount of rotation of the insertion unit 30 with respect to the Z axis, but is not limited to this.
  • the support information calculation unit 61 may use the rotation detection plane 101 to calculate the rotation amount of the insertion unit 30 with respect to the X axis or the Y axis. Further, the support information calculation unit 61 may calculate the rotation amount of the insertion unit 30 using the rotation detection plane 101 with an arbitrary angle as a reference. As shown in FIG. 8, for example, the angle ⁇ 4 between the rotation detection plane 101 and the YZ plane at the time when a switch (not shown) arranged in the operation unit 40 is pressed, and the insertion unit further rotates and rotates after rotation.
  • the plurality of position information (position coordinates) used to calculate the rotation detection plane 101 may not use all the position information (position coordinates) in the bendable portion 33. For example, as shown in FIG. 9, position information (positional coordinates) of three points P1, P2, and P3 of the distal end portion, the proximal end portion, and the intermediate position between the distal end portion and the proximal end portion of the bendable portion 33 is obtained. May be used.
  • the support information calculation unit 61 calculates the rotation detection plane 101 on which these are arranged based on the position information (position coordinates). As the position information (position coordinates) used is reduced, the amount of calculation is reduced, and the load on the support information calculation unit 61 is reduced.
  • the modification 2 of this embodiment is demonstrated.
  • the first information is described as a plurality of position information, specifically, a plurality of position coordinates.
  • the insertion portion 30 needs to change from the shape shown in FIG. 11A to the N-shape shown in FIG. 11C.
  • a clockwise rotation operation is performed. If the operator can grasp how much the rotation operation should be performed during the rotation operation, the insertion is supported. That is, the amount of rotation of the insertion portion 30 that is insufficient for the insertion portion 30 to change from the shape shown in FIG. 11A to an N shape is required as support information.
  • this rotation amount is referred to as an insufficient rotation amount.
  • FIG. 12A, FIG. 12B, and FIG. 12C correspond to FIG. 11A, FIG. 11B, and FIG. 11C, respectively, and show the positional relationship between the first rotation reference point P5 and the rotation detection point P4, and the first rotation reference point P5. It is a figure when it sees on an XZ plane as an origin.
  • the rotation detection point P4 rotates counterclockwise (counterclockwise) around the first rotation reference point P5.
  • the position of the rotation detection point P4 is different from the position of the rotation detection point P4 shown in FIG. 12A. Arranged on the opposite side.
  • an axis formed by connecting the origin shown in FIG. 12C and the rotation detection point P4 shown in FIG. 12C that is, the X axis in the example of FIG. Called).
  • the calculation reference axis may be calculated by the support information calculation unit 61 as an extension line of the line connecting the rotation detection point P4 shown in FIG. 11A and the first rotation reference point P5 shown in FIG. 11A.
  • the calculation reference axis is a reference axis for calculating the rotation amount of the insertion unit 30.
  • An angle formed between the rotation detection point P4 and the first rotation reference point P5 and the calculation reference axis and equal to or less than 180 ° is defined as an angle ⁇ 6. As can be seen from FIG. 12A, FIG. 12B, and FIG. 12C, when the angle ⁇ 6 reaches 0 °, the rotation operation ends, and this angle ⁇ 6 corresponds to the insufficient rotation amount.
  • the support information calculation unit 61 calculates the rotation amount of the insertion unit 30 based on relative changes in a plurality of position information (position coordinates).
  • the plurality of pieces of position information here indicate the rotation detection point P4, the first rotation reference point P5, and the calculation reference axis.
  • the support information calculation unit 61 calculates the rotation amount of the insertion unit 30 based on the change in the angle ⁇ 6.
  • the support information calculation unit 61 calculates the rotation amount of the insertion unit 30 based on the distance ⁇ X between the rotation detection point P4 and the first rotation reference point P5. More specifically, the support information calculation unit 61 changes the state shown in FIG. 11A to the insufficient rotation amount necessary for the state shown in FIG. 11C based on the difference between the distance ⁇ X and the threshold value in FIG. Is calculated.
  • the insufficient rotation amount is not an angle around the longitudinal axis of the insertion portion 30 but a distance ⁇ X, which can be used as an index.
  • the operation support information calculates the rotation amount of the insertion unit 30 based on the distance ⁇ X in the XZ plane or the X coordinate. Thereby, even if the shape of the insertion portion 30 changes during the rotation operation, the calculation accuracy is improved.
  • the support information calculation unit 61 calculates the insufficient rotation amount based on a plurality of pieces of position information, but is not limited to this.
  • the plurality of position information that is the first information includes the second rotation reference point P8 that is disposed closer to the operation unit 40 than the first rotation reference point P5. You may have.
  • the X coordinate of the second rotation reference point P8 is close to the X coordinate of the first rotation reference point P5.
  • the support information calculation unit 61 is inserted based on the position of the rotation detection point P4 with respect to the reference line L that is a straight line including the first rotation reference point P5 and the second rotation reference point P8, instead of the first rotation reference point P5.
  • the rotation amount of the unit 30 may be calculated.
  • the direction vector information may include a reference vector VB that serves as a reference by correcting the rotation detection point P4.
  • the reference vector VB is, for example, a direction vector of the first rotation reference point P5.
  • the support information calculation unit 61 performs a rotation calculation on the rotation detection point P4 so that the reference vector VB after the rotation operation of the insertion unit 30 is in the same direction as the reference vector VB before the rotation operation of the insertion unit 30. Then, the support information calculation unit 61 calculates the rotation amount of the insertion unit 30 based on the rotation detection point P4 rotated by the rotation calculation.
  • a reference line L or a vector may be used for the rotation detection point P4 side.
  • the modification 3 of this embodiment is demonstrated.
  • the first information is described as a plurality of position information, specifically, a plurality of position coordinates.
  • the insertion support system 10 includes a first storage unit 65 that stores a plurality of algorithms including a certain algorithm used by the support information calculation unit 61 to calculate the rotation amount of the insertion unit 30.
  • the first storage unit 65 is disposed in the control device 60.
  • the plurality of algorithms include, for example, a geometric operation algorithm and a machine learning algorithm.
  • the geometric calculation algorithm is first information that is at least one of a plurality of position information of the insertion unit 30 and direction vector information of the insertion unit 30. This is an algorithm for geometrically calculating the rotation amount of the insertion section 30 based on the above.
  • the machine learning algorithm is constructed in advance by machine learning based on training data to be described later, and outputs the rotation amount from at least one of the plurality of position information of the insertion unit 30 and the direction vector information of the insertion unit 30 (first information). It is an algorithm to do.
  • Training data refers to a plurality of known data in which the amount of rotation of the insertion unit 30 is associated with at least one of position information and direction vector information.
  • the training data is, for example, a large amount of data obtained by measuring the rotation amount of the distal end of the insertion portion 30 with respect to the Z axis with respect to various shapes of the insertion portion 30.
  • the support information calculation unit 61 can estimate the shape other than the training data, that is, the relationship between the shape and the rotation amount as the rotation amount for the unknown shape.
  • the machine learning algorithm is normally built in advance and stored in the first storage unit 65 before the insertion support system 10 is driven.
  • the support information calculation unit 61 is data that associates at least one of the plurality of position information of the insertion unit 30 and the direction vector information of the insertion unit 30 with the rotation amount of the insertion unit 30 while the insertion support system 10 is driven.
  • the training data may be created from the result of measuring the rotation amount by a geometric calculation algorithm or other methods.
  • the first storage unit 65 may store a result derived by machine learning based on training data created during driving of the insertion support system 10 as a machine learning algorithm.
  • the machine learning algorithm may be reconstructed by adding training data created during driving of the insertion support system 10 to the already constructed machine learning algorithm.
  • the accuracy of results derived from machine learning generally increases as the number of training data increases. For this reason, the support information calculation unit 61 can estimate the rotation amount with higher accuracy by the machine learning algorithm reconstructed by adding the training data.
  • the first storage unit 65 may function as an internal memory or an external memory (not shown) that can be accessed by the processor.
  • the insertion support system 10 selects an algorithm used by the support information calculation unit 61 from among a plurality of algorithms, and a selection instruction unit 67 that instructs the support information calculation unit 61 of the selected algorithm, and the selection instruction unit 67 selects the algorithm.
  • it has the 2nd storage part 69 which memorizes a plurality of training data referred for selection.
  • the selection instruction unit 67 and the second storage unit 69 are arranged in the control device 60.
  • the selection instruction unit 67 is configured by a hardware circuit including, for example, an ASIC.
  • the selection instruction unit 67 may be configured by a processor.
  • an internal memory or an external memory (not shown) that can be accessed by the processor is arranged in the control device 60.
  • the internal memory or the external memory stores program code for causing the processor to function as at least one of these when executed by the processor.
  • the second storage unit 69 may function as this memory.
  • the selection instruction unit 67 compares the position information input from the position shape acquisition unit 87 with the training data stored in the second storage unit 69 and approximates the position information acquired by the position shape acquisition unit 87. Determine the presence or absence of data.
  • the following describes an example of a method for determining the presence or absence of approximate training data.
  • the selection instruction unit 67 determines that training data close to the position information input from the position shape acquisition unit 87 is stored in the second storage unit 69. For all training data, if the total distance is equal to or greater than the threshold value, the selection instruction unit 67 determines that training data close to the position information input from the position shape acquisition unit 87 is not stored in the second storage unit 69. .
  • the selection instruction unit 67 outputs an instruction to select a machine learning algorithm to the support information calculation unit 61.
  • the selection instruction unit 67 outputs an instruction to select a geometric calculation algorithm to the support information calculation unit 61.
  • the selection instruction unit 67 compares the first information with the training data, and selects a machine learning algorithm or a geometric algorithm from a plurality of algorithms based on the comparison result. Then, the selection instruction unit 67 instructs the support information calculation unit 61 to calculate the rotation amount using the selected algorithm.
  • the support information calculation unit 61 accesses the first storage unit 65 and is stored in the first storage unit 65 using an algorithm stored in the first storage unit 65 in accordance with an instruction output from the selection instruction unit 67.
  • the rotation amount of the insertion unit 30 is calculated using the plurality of position information of the insertion unit 30 and the direction vector information of the insertion unit 30.
  • the algorithm selection method has been described based on the comparison between the position information input from the position shape acquisition unit 87 and the training data stored in the first storage unit 65, the algorithm selection method Other methods may be used.
  • the rotation amount (0 ° to 360 °) is, for example, 36 labels in 10 ° increments (hereinafter referred to as rotation amount labels).
  • the support information calculation unit 61 first calculates a rotation amount label and its reliability by using a machine learning algorithm as input with position information as described above, and selects the most reliable rotation amount label and its reliability. Output to the instruction unit 67.
  • the selection instruction unit 67 is preset with a threshold value for reliability.
  • the selection instruction unit 67 compares the input reliability with a threshold value. When the reliability is equal to or higher than the threshold, the selection instruction unit 67 instructs the support information calculation unit 61 so that the support information calculation unit 61 outputs the result of the rotation amount label already calculated by the machine learning algorithm to the output unit 63. Is output. When the reliability is equal to or lower than the threshold, the selection instruction unit 67 determines that the reliability of the result of the machine learning algorithm is low. Then, the selection instruction unit 67 outputs an instruction to the support information calculation unit 61 so that the support information calculation unit 61 selects a geometric calculation algorithm, calculates the rotation amount, and outputs the calculation result to the output unit 63.
  • This embodiment is different from the first embodiment in that the support information calculation unit 61 calculates the posture change of the insertion target 200 based on the rotation amount of the insertion unit 30 that is the second information.
  • the calculation of posture change here refers to the amount of rotation of the inserted body 200 accompanying the posture change.
  • the insertion part 30 will also rotate with a posture change.
  • the support information calculation unit 61 can calculate the posture change of the insertion target 200 based on the rotation amount of the insertion unit 30 that is the second information.
  • the support information calculation unit 61 is based on a plurality of pieces of position information (position coordinates) of the insertion unit 30 inserted into the large intestine. Then, a plane (hereinafter referred to as the insertion plane 103) on which the insertion portion 30 is arranged in the large intestine is calculated.
  • the insertion plane 103 is a plane that approximates a plurality of pieces of position information (position coordinates), and is used for calculation with respect to the rotation amount of the insertion unit 30.
  • the calculation of the insertion plane 103 can be obtained by, for example, a generally known least square method.
  • the support information calculation unit 61 calculates the rotation amount of the insertion unit 30 based on the insertion plane 103.
  • the support information calculation unit 61 calculates the posture change, the support information calculation unit 61 stores the initial position of the insertion plane 103 formed on the YZ plane, that is, the position coordinates of the insertion unit 30 before rotating.
  • the support information calculation unit 61 calculates the amount of rotation of the insertion unit 30 as the second information, and the calculation result indicates that the insertion plane 103 changes from the YZ plane to the XY plane, for example, approximately 90. ° Calculate the rotation. And the support information calculating part 61 determines with the insertion plane 103 having rotated based on this calculation result.
  • the support information calculation unit 61 determines that the rotation operation is not performed and the posture change is performed.
  • the support information calculation unit 61 calculates the rotation amount of the insertion unit 30 based on the change in the angle of the insertion plane 103 rotated by the posture change, and regards the calculated rotation amount of the insertion unit 30 as the rotation amount of the insertion target 200.
  • the support information calculation unit 61 transmits the rotation amount of the insertion unit 30 and the rotation amount of the insertion target 200 to the output unit 63.
  • the output unit 63 outputs the rotation amount of the insertion unit 30 and the rotation amount of the insertion target 200 to the display unit 70. Then, the display unit 70 displays the rotation amount of the insertion unit 30 and the rotation amount of the insertion target 200.
  • the determination may be always performed after the initial position is stored, or may be performed at a desired timing.
  • the support information calculation unit 61 may determine the type of posture based on the angle of the insertion plane 103 with respect to the YZ plane.
  • the loop of the insertion portion 30 is difficult to spread in the direction of the patient's abdomen and back, and the direction from one flank to the other flank or the anus It tends to spread in the direction from to the diaphragm.
  • the wider the loop the larger the insertion plane 103. Accordingly, the insertion plane 103 becomes larger in the direction from one flank to the other flank of the patient or in the direction from the anus to the diaphragm.
  • the support information calculation unit 61 stores the position coordinates of the insertion unit 30 before rotation. Moreover, even after the insertion unit 30 is rotated by the rotation operation or after the insertion unit 30 is rotated in accordance with the posture change, as shown in FIG. 61 memorize
  • the support information calculation unit 61 uses the second information calculated by the support information calculation unit 61 to the position coordinates of the insertion unit 30 before rotation shown in FIG.
  • the rotation calculation of the same amount as the rotation amount of a certain insertion portion 30 is performed. That is, the support information calculation unit 61 performs the rotation calculation of the same amount as the rotation amount when changing from (A) to (B) with respect to the position coordinates of (A). This result is (C).
  • the position coordinates derived by this calculation are referred to as virtual position coordinates.
  • the support information calculation unit 61 performs the rotation calculation of the same amount as the rotation amount as the second information with respect to the position information of the insertion unit 30 before or after rotation or the direction vector information of the insertion unit 30 before rotation. I do.
  • the support information calculation unit 61 performs the body position conversion. It is determined that it has been done.
  • the support information calculation unit 61 determines that the rotation operation has been performed if the change in the position coordinates or the direction vector information of the insertion unit 30 before and after the rotation is equal to or greater than the threshold value. Specifically, as shown as (D) in FIG. 18, the support information calculation unit 61 compares the virtual position coordinates with the actual position coordinates of the insertion unit 30 after the rotation. In the comparison, for example, the support information calculation unit 61 calculates the total distance difference for each position coordinate.
  • the support information calculation unit 61 determines that the insertion unit 30 has been rotated by the posture change. If the total distance of the position coordinates is equal to or greater than the threshold value, the support information calculation unit 61 determines that the insertion unit 30 has been rotated by a rotation operation.
  • the direction of gravity applied to the inserted body 200 changes, so that the shape of the insertion portion 30 changes, and the position coordinates of the insertion portion 30 change.
  • the degree of the shape change and the coordinate change can be corrected based on the physical property values of the insertion portion 30 such as the rigidity of the insertion portion 30 and the weight of the insertion portion 30. This correction will be described with reference to FIG.
  • the contents shown as (A), (B), and (C) in FIG. 19 are substantially the same as the contents shown as (A), (B), and (C) in FIG. As shown in (E) in FIG.
  • the support information calculation unit 61 corrects the change in the virtual position coordinate caused by the gravity direction that changes due to the posture change of the inserted body 200 by the physical property value.
  • the support information calculation unit 61 may correct the change in the position coordinates by adjusting a threshold with respect to the total distance of the position coordinates.
  • the support information calculation unit 61 compares the corrected position coordinates with the actual position coordinates of the insertion unit 30 after the rotation. The comparison here is substantially the same as the comparison in FIG. Therefore, if the sum of the distances of the position coordinates is less than the threshold value, the support information calculation unit 61 determines that the insertion unit 30 has been rotated by the posture change. If the total distance of the position coordinates is equal to or greater than the threshold value, the support information calculation unit 61 determines that the insertion unit 30 has been rotated by a rotation operation. By such correction, the support information calculation unit 61 can perform more accurate determination.
  • the position coordinates of the insertion unit 30 in the vicinity of the anus usually hardly change.
  • a threshold value is set in advance in the support information calculation unit 61 with respect to a change in the position coordinates of the insertion unit 30 in the vicinity of the anus. If the coordinate change is equal to or greater than the threshold value, the support information calculation unit 61 determines that the insertion unit 30 has been rotated by the posture change.
  • the support information calculation unit 61 determines that the insertion unit 30 has been rotated by the rotation operation. As described above, the support information calculation unit 61 determines that the posture change has been performed if the change in the position coordinates of the insertion unit 30 before and after the rotation in the vicinity of the entrance of the inserted body 200 is equal to or greater than the threshold value. . The support information calculation unit 61 determines that the rotation operation has been performed if the change in the position coordinates of the insertion unit 30 before and after the rotation in the vicinity of the entrance of the insertion target 200 is less than the threshold value.
  • the support information calculation unit 61 corrects the vector of the insertion unit 30 before the rotation based on the second information. If the change in the direction vector information of the insertion unit 30 before and after the rotation is less than the threshold value, the support information calculation unit 61 determines that the posture change has been performed. The support information calculation unit 61 corrects the change in the direction vector information caused by the gravity direction that changes due to the body posture change of the inserted body 200 based on the physical property value.
  • the insertion plane 103 of the insertion unit 30 is calculated, and the same calculation as the rotation of the insertion unit 30 is performed based on the insertion plane 103.
  • the posture change can be calculated based on the rotation amount of the insertion unit 30.
  • the same calculation as the rotation amount of the insertion unit 30 that has already been calculated is performed on the position coordinates of the insertion unit 30 before the rotation. Then, by comparing the difference between the virtual position coordinates and the actual position coordinates of the insertion portion 30 after the rotation, it is possible to improve the determination accuracy of the rotation by the body position conversion or the rotation by the rotation operation.
  • the determination accuracy can be improved by correcting the shape change.
  • the determination accuracy can be improved by determining the change in the position coordinates of the insertion near the anus based on the threshold value.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
  • the embodiments may be appropriately combined as much as possible, and in that case, the combined effect can be obtained.
  • the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements.

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Abstract

挿入支援システム（１０）は、被挿入体に挿入される挿入部（３０）の複数の位置に関する複数の位置情報と、挿入部（３０）の長手軸方向における挿入部（３０）の複数の方向ベクトルに関する挿入部（３０）の複数の方向ベクトル情報との少なくとも一方の情報である第１情報を取得する状態取得装置（８０）を有する。挿入支援システム（１０）は、第１情報を基に、挿入部（３０）の回転量に関する第２情報を演算する支援情報演算部（８７）と、第２情報を出力する出力部（６３）とを有する。

Description

挿入支援システムと挿入支援方法
　本発明は、挿入支援システムと挿入支援方法とに関する。
　例えば、日本国特開２０００－１７５８６１号公報は、コイルを使った磁気式の形状検出処理によって挿入部の形状を検出し、挿入部におけるループなどの特定の形状をさらに検出し、検出結果に応じて警告を発生する内視鏡形状検出装置を開示している。ループなどの特定の形状の検出は、挿入部の挿入に対する支援情報として検出される。
　支援情報としての有益な情報は様々であり、日本国特開２０００－１７５８６１号公報では、支援情報として特定の形状が検出されているのみであり、支援情報としての他の情報を検出していない。
　支援情報としては、例えば、挿入部の位置情報または挿入部の方向ベクトル情報から演算される、挿入部が捻られた際の挿入部の回転量が挙げられる。
　本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであり、挿入部の位置情報または挿入部の方向ベクトル情報を基に挿入部の回転量を支援情報として出力できる挿入支援システムと挿入支援方法とを提供することを目的とする。
　前記目的を達成するために、本発明の一態様の挿入支援システムは、被挿入体に挿入される挿入部の複数の位置に関する複数の位置情報と、前記挿入部の長手軸方向における複数の方向ベクトル情報との少なくとも一方である第１情報を取得する状態取得装置と、前記第１情報を基に、前記挿入部の回転量に関する第２情報を演算する支援情報演算部と、前記第２情報を出力する出力部と、を具備する。
　前記目的を達成するために、本発明の一態様の挿入支援方法は、被挿入体に挿入される挿入部の複数の位置に関する複数の位置情報と、前記挿入部の長手軸方向における複数の方向ベクトル情報との少なくとも一方である第１情報を取得し、前記第１情報を基に、前記挿入部の回転量に関する第２情報を演算し、前記第２情報を出力する。
図１は、本発明の第１の実施形態に関する挿入支援システムの概略図である。 図２は、湾曲可能部と可撓管部の先端部とにおける磁界発生部の配置を模式的に示す図である。 図３は、回転検出ベクトル及び基準ベクトルと、投影ベクトルとの関係を示す図である。 図４Ａは、ＸＹ平面に配置される挿入部のループを模式的に示す図である。 図４Ｂは、ＹＺ平面に配置される挿入部のループを模式的に示す図である。 図５は、支援情報演算部が回転検出ベクトルを用いて任意の角度を基準として挿入部の回転量を演算することを説明する図である。 図６は、回転演算によって回転する回転検出平面を説明する図である。 図７は、支援情報演算部が基準となるＹＺ平面と回転検出平面との間の角度を挿入部の回転量として演算することを説明する図である。 図８は、支援情報演算部が回転検出平面を用いて任意の角度を基準として挿入部の回転量を演算することを説明する図である。 図９は、支援情報演算部が湾曲可能部の３点における位置情報（位置座標）を基に回転検出平面を演算することを説明する図である。 図１０は、支援情報演算部が一定以上の曲率を有する挿入部の湾曲部分における回転検出平面を演算することを説明する図である。 図１１Ａは、挿入部における第１回転検出点及び第１回転基準点の位置関係を示す図である。 図１１Ｂは、Ｎ字形状に変化する過程の挿入部における第１回転検出点及び第１回転基準点の位置関係を示す図である。 図１１Ｃは、Ｎ字形状の挿入部における第１回転検出点及び第１回転基準点の位置関係を示す図である。 図１２Ａは、図１１Ａに示す第１回転検出点及び第１回転基準点の位置関係を、第１回転基準点を原点として、ＸＺ平面で見たときの図である。 図１２Ｂは、図１１Ｂに示す第１回転検出点及び第１回転基準点の位置関係を、第１回転基準点を原点として、ＸＺ平面で見たときの図である。 図１２Ｃは、図１１Ｃに示す第１回転検出点及び第１回転基準点の位置関係を、第１回転基準点を原点として、ＸＺ平面で見たときの図である。 図１３Ａは、挿入部における第１回転検出点及び第１，２回転基準点の位置関係を示す図である。 図１３Ｂは、Ｎ字形状に変化する過程の挿入部における第１回転検出点及び第１，２回転基準点の位置関係を示す図である。 図１３Ｃは、Ｎ字形状の挿入部における第１回転検出点及び第１，２回転基準点の位置関係を示す図である。 図１４は、複数のアルゴリズムを用いる挿入支援システムの概略図である。 図１５は、被挿入体に対する体位変換を示す図である。 図１６は、体位変換を演算するために用いられる挿入平面を示す図である。 図１７は、挿入平面のための演算の一例を示す図である。 図１８は、体位変換が実施されずに回転操作による挿入部の回転か、体位変換の実施に伴う挿入部の回転かに対する判定の精度向上を説明する図である。 図１９は、被挿入体の体位変換によって変化する重力方向によって生じる位置座標の変化に対する補正を説明する図である。 図２０は、体位変換が実施されずに回転操作による挿入部の回転か、体位変換の実施に伴う挿入部の回転かに対する判定の精度向上を説明する図である。
実施形態
　以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、一部の図面では図示の明瞭化のために部材の一部の図示を省略する。
　［第１の実施形態］
　図１乃至図５を参照して第１の実施形態について説明する。
　図１に示すように、挿入支援システム１０は、挿入装置２０と、制御装置６０と、表示部７０と、磁気式の状態取得装置８０とを有する。
　本実施形態の挿入装置２０は、例えば医療用の大腸軟性内視鏡として説明するが、これに限定される必要はない。挿入装置２０は、例えば、医療用の軟性内視鏡、工業用の軟性内視鏡、カテーテル、処置具といったように、被挿入体の内部に挿入される軟性の挿入部３０を有していればよい。被挿入体は、例えば、人に限らず、動物、またはほかの構造物であってもよい。挿入装置２０は、被挿入体における対象物に照明光を照明し、対象物を撮像する観察装置であってもよい。対象物とは、例えば、患部や病変部である。
　挿入装置２０は、被挿入体の内部に挿入される挿入部３０と、挿入部３０の基端部に連結され、挿入装置２０を操作する操作部４０と、操作部４０に連結されるコード５０とを有する。コード５０は、コード５０の端部に配置され、制御装置６０に着脱自在な図示しないコネクタ部を有する。
　挿入部３０は、例えば、中空で、細長い。挿入部３０は、挿入部３０の先端部から基端部に向かって順に、挿入装置２０の用途に応じた図示しない様々な内部部材が内部に配置される先端硬質部３１と、所望の方向に所望の量だけ湾曲可能な湾曲可能部３３と、可撓性を有し外力によって撓む可撓管部３５とを有する。先端硬質部３１と湾曲可能部３３とは、可撓管部３５に比べて短い。このため本実施形態では、先端硬質部３１と湾曲可能部３３と可撓管部３５の先端部とは、挿入部３０の先端部とみなすものとする。
　先端硬質部３１は、被挿入体の内部または対象物を撮像する図示しない撮像素子を有する。撮像素子は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳを有する。撮像素子は、挿入部３０と操作部４０とコード５０との内部に配置される図示しない電気信号線に電気的に接続される。コネクタ部が制御装置６０に接続された際、電気信号線は、制御装置６０に電気的に接続される。撮像素子によって撮像された画像は、電気信号として電気信号線を通じて、制御装置６０に配置される図示しない画像処理部に伝送される。画像処理部は画像を画像処理して表示部７０に出力し、表示部７０は画像を表示する。また先端硬質部３１は、照明光を出射する。
　湾曲可能部３３は、例えば１５ｃｍ程度の長さを有する。湾曲可能部３３は、挿入部３０の内部に配置される図示しない操作ワイヤを介して、操作部４０に配置される図示しない湾曲操作部に連結される。湾曲操作部の操作により操作ワイヤが牽引されることによって、湾曲可能部３３は所望の方向に所望の量だけ湾曲可能である。
　操作部４０は、挿入支援システム１０の操作者の片手によって把持される。操作者は、被挿入体の開口部（例えば患者の肛門）から、挿入部３０を被挿入体の内部に挿入させる。表示部７０は、撮像素子によって撮像された被挿入体の内部の画像を表示する。そして、操作者は、表示部７０に表示される画像を目視した状態で、被挿入体の内部を観察及び処置する。
　制御装置６０は、図示しない画像処理部と、支援情報演算部６１と、出力部６３と、検出制御部８１と、位置形状取得部８７とを有する。画像処理部と支援情報演算部６１と出力部６３と検出制御部８１と位置形状取得部８７との少なくとも１つは、例えば、ＡＳＩＣなどを含むハードウエア回路によって構成される。これらの少なくとも１つは、プロセッサによって構成されても良い。これらの少なくとも１つがプロセッサで構成される場合、プロセッサがアクセス可能な図示しない内部メモリまたは外部メモリが制御装置６０に配置される。内部メモリまたは外部メモリは、プロセッサが実行することで当該プロセッサをこれらの少なくとも１つとして機能させるためのプログラムコードを記憶する。また画像処理部と支援情報演算部６１と出力部６３と検出制御部８１と位置形状取得部８７とを、１つのプロセッサを用いて構成しても良いし、複数のプロセッサを用いて構成しても良い。後者の場合は、データを互いに送受信して連携して処理することも可能である。また、後者の場合は、これらは互いに異なる筐体に配置されることも可能である。
　表示部７０は、一般的な表示装置であり、例えば、液晶ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイまたは有機ＥＬディスプレイである。表示部７０は、撮像素子によって撮像された画像を表示する。詳細については、後述するが、表示部７０は、挿入部３０の挿入に対する支援情報となる挿入部３０の回転量に関する第２情報を表示する。
　状態取得装置８０は、検出制御部８１と、複数の磁界発生部８３と、磁界検出部８５と、位置形状取得部８７とを有する。
　検出制御部８１は、電気信号線８９によって磁界発生部８３と電気的に接続される。図示の明瞭化のために、磁界発生部８３それぞれに渡って１本の電気信号線８９のみを図示しているが、実際には、磁界発生部８３それぞれには２本の電気信号線８９が接続されており、電気信号線８９それぞれは検出制御部８１に接続されるものである。
　検出制御部８１は、磁界発生部８３それぞれに、磁界を発生させるための電気信号を出力する。この電気信号は、例えば、正弦波の電流である。検出制御部８１は、この電流を用いて、磁界発生部８３を制御する。電気信号は、磁界発生部８３それぞれに、予め決められた順番で、出力される。決められた順番とは、例えば、挿入部３０の先端部側に配置される磁界発生部８３から挿入部３０の基端部側に配置される磁界発生部８３に向かう順を示す。検出制御部８１は、挿入支援システム１０が駆動すると常に信号を出力してもよいし、所望するタイミングで信号を出力してもよい。
　磁界発生部８３それぞれは、電気信号を受信して、磁界を発生する。磁界発生部８３それぞれは、例えば、挿入部３０の内部に配置される。磁界発生部８３それぞれは、挿入部３０の長手軸方向において、互いに異なる位置に、例えば互いに対して等間隔離れて配置される。磁界発生部８３それぞれは、挿入部３０の全長に一列に配置される。本実施形態では、例えば、３つの磁界発生部８３が湾曲可能部３３に配置され、１つの磁界発生部８３は湾曲可能部３３に連結される可撓管部３５の先端部に、少なくとも配置されるものである。例えば、湾曲可能部３３に配置される３つの磁界発生部８３は、湾曲可能部３３の先端部と、湾曲可能部３３の基端部と、湾曲可能部３３の先端部と湾曲可能部３３の基端部との真ん中に配置される。磁界発生部８３は、例えば、磁気式のコイルによって構成される。
　磁界検出部８５は、被挿入体の近くに配置される。例えば、磁界検出部８５は、挿入支援システム１０が用いられる部屋の天井や、被挿入体である患者が横たわるベッドに配置され、位置を固定される。例えば、磁界検出部８５はアンテナであり、アンテナは複数のコイルによって構成される。コイルそれぞれの位置と向きとの少なくとも一方は、互いに異なる。磁界検出部８５は、磁界発生部８３それぞれから発生する複数の磁界の強度を検出し、検出結果である強度を電気信号として位置形状取得部８７に出力する。磁界の強度は、磁界発生部８３と磁界検出部８５との間の距離や、磁界検出部８５に対する磁界発生部８３の向きに応じて変化する。
　なおコイルが磁界を発生し、アンテナが磁界を検出しているがこれに限定される必要はない。コイルとアンテナとの一方が磁界を発生し、コイルとアンテナとの他方が磁界を検出してもよい。したがって、磁界発生部８３と磁界検出部８５との一方は挿入部３０に配置され、他方は挿入部３０の外部に配置され位置を固定されればよい。
　位置形状取得部８７は、磁界検出部８５の検出結果である複数の磁界の強度を基に、磁界発生部８３それぞれの位置に関する複数の位置情報と、磁界発生部８３それぞれの方向ベクトルに関する複数の方向ベクトル情報とを取得する。例えば、位置情報とは位置座標であり、方向ベクトルとは挿入部３０の長手軸方向に関するベクトルである。位置形状取得部８７は、複数の位置情報と複数の方向ベクトル情報とを基に、挿入部３０の位置に関する挿入部３０の複数の位置情報と、挿入部３０の方向ベクトルに関する挿入部３０の複数の方向ベクトル情報とを取得する。挿入部３０の複数の位置情報とは、挿入部３０の複数の位置座標を示す。
　このように状態取得装置８０は、複数の位置情報と複数の方向ベクトル情報とを演算するが、挿入部３０の複数の位置情報と挿入部３０の複数の方向ベクトル情報との少なくとも後述する回転量の演算方法に応じて必要となる情報である第１情報を取得すればよい。
　位置形状取得部８７は、さらに、挿入部３０の複数の位置情報を基に、挿入部３０の形状情報を取得する。位置形状取得部８７は、取得結果である、第１情報と挿入部３０の形状情報とを支援情報演算部６１に出力する。位置形状取得部８７は、取得結果である、第１情報と挿入部３０の形状情報との少なくとも１つを、出力部６３を通じて表示部７０に出力してもよい。
　位置形状取得部８７は、必要に応じてスプライン処理等を用いて磁界発生部８３それぞれの位置情報を補間して、挿入部３０の複数の位置情報を取得してもよい。
　位置形状取得部８７は、挿入支援システム１０が駆動すると常に取得を実施してもよいし、所望するタイミングで取得を実施してもよいし、磁界検出部８５から検出結果を入力された際に取得を実施してもよい。
　磁界発生部８３のコイルは１軸のコイルであり、コイルの中心軸は挿入部３０の長手軸に沿っている。挿入部３０が曲がり、挿入部３０の向きが変わった場合、曲がった部分に配置されるある１つのコイルの軸の向きが変わり、磁界検出部８５によって検出される磁界の強度が変化する。したがって、位置形状取得部８７は、この１つのコイルにおいて変化した磁界の強度を基に、コイルの方向つまり方向ベクトル情報を取得可能である。
　しかしながら、回転操作が実施された場合、事情は異なる。まず、ここでいう回転操作について説明する。例えば、挿入部３０の手元側が操作者の片手によって把持された状態で、手元側が片手によって挿入部３０の中心軸周り（例えば、右回り）において捻られたとする。片手から挿入部３０の手元側に付与される操作者の捻り力は、挿入部３０の手元側から挿入部３０の先端部側にまで伝達される。これにより、挿入部３０は、挿入部３０の中心軸周りにおいて右周りに捻られる。したがって、回転操作とは挿入部３０に対する捻り操作を示し、回転量とは挿入部３０の長手軸周りにおける捻り量である。
　操作者によって略直線状態の挿入部３０に回転操作が実施された場合、回転操作の前に比べて挿入部３０の向きが変わらない。すると挿入部３０のどの位置に配置される磁界発生部８３であるコイルであっても、コイルはコイルの軸周りに回転したこととなり、回転操作の前に比べて磁界検出部８５によって検出される磁界の強度は変化しない。したがって、略直線状態の挿入部３０において、位置形状取得部８７は、磁界の強度を基にしては、磁界発生部８３であるコイルの回転量つまり挿入部３０の回転量を取得できない。
　なお挿入部３０における同一位置に、２つのコイルが配置され、コイルそれぞれの軸の向きが異なるとする。この場合、回転操作が実施されると、２つのコイルの何れかの軸の向きが変わり、磁界の強度が変化する。したがって、位置形状取得部８７は、変化した磁界の強度を基に、コイルの回転量つまり挿入部３０の回転量を取得可能である。しかしながら、挿入部３０のような細長い部材の内部空間は狭く、２つのコイルを配置することは容易ではない。また２つのコイルが配置されても、挿入部３０が太くなり、挿入部３０の挿入性が低下する虞が生じる。
　そこで支援情報演算部６１は、位置形状取得部８７によって取得された第１情報を基に、挿入部３０の挿入に対する支援情報となる挿入部３０の回転量に関する第２情報を演算する。本実施形態では、第１情報が複数の方向ベクトル情報であるものとして説明する。支援情報演算部６１は、挿入支援システム１０が駆動すると常に演算を実施してもよいし、所望するタイミングで演算を実施してもよいし、位置形状取得部８７から取得結果を入力された際に演算を実施してもよい。
　ここでまず、支援情報演算部６１の演算について説明する前に、演算のための前提について説明する。
　図２は、挿入部３０と、挿入部３０の内部に配置される１軸のコイルである磁界発生部８３とを示す。上記したように、略直線状態の挿入部３０に回転操作が実施され、コイルである磁界発生部８３が軸周りに回転しても、位置形状取得部８７は挿入部３０の回転量を検出できない。そこで本実施形態では、支援情報演算部６１が挿入部３０の回転量を演算するため、２箇所に配置される２つの磁界発生部８３が用いられる。この２つの磁界発生部８３とは、例えば、挿入部３０の先端部から１番目に配置される磁界発生部８３ａと、湾曲可能部３３を除いて挿入部３０の先端側に配置される、すなわち挿入部３０の先端部から４番目に配置される磁界発生部８３ｂとを示す。ここで、磁界発生部８３ａの方向ベクトル情報を回転検出ベクトルＶＡとし、磁界発生部８３ｂの方向ベクトル情報を基準ベクトルＶＢとする。回転検出ベクトルＶＡは、挿入部３０の回転量を検出するためのベクトルである。基準ベクトルＶＢは、回転検出ベクトルＶＡの基準となる。
　図示はしないが、２つの磁界発生部８３ａ，８３ｂが用いられても、回転検出ベクトルＶＡと基準ベクトルＶＢとが互いに同一方向を向いていると、支援情報演算部６１は挿入部３０の回転量を演算できない。したがって、２つの磁界発生部８３ａ，８３ｂが用いられて、挿入部３０の回転量が演算されるためには、湾曲可能部３３が可撓管部３５の先端部に対して予め湾曲されている必要がある。そこで、支援情報演算部６１が挿入部３０の回転量を演算する際、支援情報演算部６１は出力部６３を通じて表示部７０に指示を出力する。例えば、表示部７０がこの指示を入力された際、表示部７０は、操作者に対して、湾曲可能部３３を湾曲させる必要がある旨を、表示する。メッセージを確認した操作者が湾曲操作部を通じて湾曲可能部３３を湾曲させると、位置形状取得部８７によって取得された挿入部３０の形状情報が支援情報演算部６１に入力され、支援情報演算部６１は挿入部３０の形状情報を基に湾曲可能部３３が湾曲していると判定する。そして支援情報演算部６１は、挿入部３０の回転量を演算可能となる。これにより、可撓管部３５が略直線状態であっても、操作者の湾曲操作により湾曲可能部３３が可撓管部３５の先端部に対して湾曲され、回転量の検出に使用される磁界発生部８３ａ，８３ｂが互いに異なる方向を向くため、挿入部３０の回転量が演算される。
　表示部７０はメッセージを必ずしも表示する必要はなく、回転量の使用用途によっては、湾曲可能部３３が湾曲しているか否かを、支援情報演算部６１は挿入部３０の形状情報を基に判定してもよい。そして、湾曲が実施されていると、支援情報演算部６１が判定した時だけ、支援情報演算部６１は挿入部３０の回転量を演算してもよい。さらに湾曲が実施されていないと、支援情報演算部６１が判定した時、上記したように、支援情報演算部６１が出力部６３を通じて表示部７０に指示を出力してもよい。
　支援情報演算部６１が挿入部３０の回転量を演算する際、回転操作以外の要因で、回転検出ベクトルＶＡと基準ベクトルＶＢとの相対的な向きが変わったとする。この場合、挿入部３０の回転量に対する演算誤差の要因となる。そこで、回転操作が実施されている間、湾曲可能部３３に対する湾曲操作が固定され、湾曲可能部３３を湾曲させない旨を、表示部７０は表示してもよい。これにより、演算精度が向上する。
　次に、挿入部３０の回転量に対する支援情報演算部６１の演算の一例について具体的に説明する。
　図示はしないが、被挿入体の内部に挿入された例えば略直線形状といったある形状の挿入部３０が挿入操作（例えば回転操作）を実施されると、挿入部３０の形状は被挿入体の形状や挿入操作によってある形状から別の形状に変化し、被挿入体の内部において挿入部３０の先端部の向きが変化することがある。すなわち、図示はしないが、回転操作を含む挿入操作が実施される前に比べて、基準となる基準ベクトルＶＢの向きが変わってしまい、回転検出ベクトルＶＡの方向と基準ベクトルＶＢの方向ともに変化してしまう。つまり形状が変化すると、回転検出ベクトルＶＡは回転操作以外の要因を含んでしまい、その方向が変化することとなる。このように回転検出ベクトルＶＡの方向は回転操作以外の要因によって変化していることとなり、このままでは支援情報演算部６１は回転検出ベクトルＶＡによって挿入部３０の回転量を演算できない。なお上記した別の形状とは、例えばループ形状である。本願におけるループとは円のような状態とは限らず、挿入部３０の一部が円弧状となっている状態もループに含まれる。
　そこで、基準ベクトルＶＢが挿入操作の前後で同じ向きを向いた状態の、回転ベクトルＶＡを求める回転演算を支援情報演算部６１は行う。ここで、Ｘ軸と、Ｘ軸に直交するＹ軸と、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸とが規定されるとする。基準ベクトルＶＢは、回転操作を含む挿入操作を実施する前の状態でＹ軸の向きとなっているとする。また回転操作を含む挿入操作を実施した後に挿入部３０の形状が変化してしまい、基準ベクトルＶＢはこの変化によってＹ軸とは異なる向きになってしまったとする。ここで、基準ベクトルＶＢの向きがＹ軸の向きに向いた状態の回転検出ベクトルＶＡを求めるために、回転検出ベクトルＶＡに対して回転演算を支援情報演算部６１は行う。これにより、支援情報演算部６１は回転検出ベクトルＶＡによって挿入部３０の回転量を演算可能となる。
　基準ベクトルＶＢ（Ｖx０、Ｖy０、Ｖz０）がＹ軸の向きとなるように、回転検出ベクトルＶＡを求める回転演算の一例を示す。まず、支援情報演算部６１は、回転検出ベクトルＶＡのＸ軸成分が０（０、Ｖy１、Ｖz１）となるようなＺ軸周りに回転する回転行列を算出する。この後、支援情報演算部６１は、Ｚ軸成分が０（０、Ｖy２、０）となるようなＸ軸周りに回転する回転行列を算出する。次に、支援情報演算部６１は、算出したＺ軸回りとＸ軸回りとの回転行列を使い、同様の回転演算を回転検出ベクトルＶＡにも行う。これにより、基準ベクトルＶＢがＹ軸方向を向いた状態の回転検出ベクトルＶＡが求まる。すなわち、挿入操作の前の回転検出ベクトルＶＡに対して、回転操作以外の要因による方向の変化を無くした、または減らした状態の回転操作後の回転検出ベクトルＶＡが求まる。図３は、回転演算後の回転検出ベクトルＶＡ及び基準ベクトルＶＢを示す。次に、支援情報演算部６１は、回転検出ベクトルＶＡをＸＺ平面に投影したベクトル（以下、投影ベクトルＶＣと称する）とＺ軸との間の角度θ０を、Ｚ軸に対する挿入部３０の回転量として演算する。
　つまり、支援情報演算部６１は、挿入部３０の回転操作後の基準ベクトルＶＢが挿入部３０の回転操作前の基準ベクトルＶＢと同一の方向となるような回転演算を、回転操作後の回転検出ベクトルＶＡに対して実施する。また支援情報演算部６１は、回転操作後の前記回転検出ベクトルに対する回転演算によって回転した回転検出ベクトルＶＡを基に、挿入部３０の回転量を演算する。ここでいう挿入部３０の回転操作前とは、挿入部３０の形状が挿入操作によって変形する前の状態（例えば、略直線形状）を示す。また挿入部３０の回転操作後とは、挿入部３０の形状が挿入操作によって変形した後の状態（例えば、ループ形状）を示す。したがって、支援情報演算部６１は、回転検出ベクトルＶＡ及び基準ベクトルＶＢといった複数の方向ベクトル情報の変化を基に、挿入部３０の回転量を演算する。
　上記したように、支援情報演算部６１が挿入部３０の回転量を演算している間に、回転操作以外の要因で、回転検出ベクトルＶＡと基準ベクトルＶＢとの相対的な向きが変わったとする。この場合、挿入部３０の回転量に対する演算誤差の要因となる。しかしながら例外として、投影ベクトルＶＣの方向が変化せず、投影ベクトルＶＣの大きさのみが変化するような、回転検出ベクトルＶＡの向きの変化は、演算誤差の要因とはならない。
　基準ベクトルＶＢがＹ軸の向きとなるような回転演算は、挿入部３０の形状に応じて変えるとよりよい。通常、例えば、被挿入体である患者が仰向きに横たわる仰臥位の状態において、被挿入体である患者の大腸の構造から、挿入部３０のループは、患者の腹と背中との方向には広がり難く、患者の一方の脇腹から他方の脇腹に向かう方向や、肛門から横隔膜への方向には広がりやすい。図４Ａと図４Ｂとにおいて、Ｙ軸方向が肛門から横隔膜へ向かう方向を示し、Ｚ軸方向が背中から腹へ向かう方向を示すものとする。
　一般的に、例えば、患者が仰臥位の状態では、図４Ａに示すように、挿入部３０のループは、ＸＹ平面に平行な面に作られることが多く、ＸＹ平面に平行な面において広がる。したがって、回転操作が、Ｚ軸周り及びＸ軸周りの順で実施されると、ループが解消され、挿入部３０は略直線形状に戻る。
　なお図４Ｂに示すようにＹＺ平面に平行な面にループが形成されることも考えられる。このようにループしている挿入部３０に対して、上述したように回転演算がＺ軸周りに回転する回転行列の算出及びＸ軸周りに回転する回転行列の算出の順で実施されると、回転操作以外の要因が取り除かれない。したがって、支援情報演算部６１は、Ｚ軸に対する挿入部３０の回転量を演算できない。そこで、図４Ｂに示すようにＹＺ平面にてループが形成される場合、例えば、回転演算がＸ軸周りに回転する回転行列の算出及びＺ軸周りに回転する回転行列の算出の順で実施される。すると、回転操作以外の要因が取り除かれる。そして、支援情報演算部６１は、Ｚ軸に対する挿入部３０の回転量を演算可能となる。
　このように、ループの向きに応じて、回転行列の算出の順序を変更することで、挿入部３０の多様な形状に対応して、支援情報演算部６１は回転量を演算できる。またベクトルの回転演算は、基準ベクトルＶＢよりも操作部４０側の挿入部３０の形状を回転操作前の形状に戻すような演算を実施することで、演算精度が高くなる。
　支援情報演算部６１は、Ｚ軸に対する挿入部３０の回転量を演算するが、これに限定される必要はない。支援情報演算部６１は、Ｘ軸またはＹ軸に対する挿入部３０の回転量を演算してもよい。また支援情報演算部６１は、任意の角度を基準として、挿入部３０の回転量を演算してもよい。図５に示すように、例えば、操作部４０に配置される図示しないスイッチが押された時点の回転検出ベクトルを回転検出ベクトルＶＡ１として、回転検出ベクトルＶＡ１の投影ベクトルを投影ベクトルＶＣ１とし、投影ベクトルＶＣ１とＺ軸との間の角度を角度θ１とする。また挿入部がさらに回転し、回転後の回転検出ベクトルを回転検出ベクトルＶＡ２として、回転検出ベクトルＶＡ２の投影ベクトルを投影ベクトルＶＣ２とし、投影ベクトルＶＣ２とＺ軸との間の角度を角度θ２とする。支援情報演算部６１は、角度θ１，θ２をそれぞれ、Ｚ軸に対する挿入部３０の回転量として演算する。そして、支援情報演算部６１は、角度（θ２－θ１）を、スイッチが押された時点からの挿入部３０の回転量として演算する。
　磁界発生部８３ａの方向ベクトル情報（回転検出ベクトルＶＡ）と、磁界発生部８３ｂの方向ベクトル情報（基準ベクトルＶＢ）とを用いて説明したが、これに限定される必要はない。例えば、挿入部３０に配置される他の磁界発生部８３の方向ベクトル情報などを用いてもよい。
　支援情報演算部６１によって演算された挿入部３０の回転量は、出力部６３に伝達される。出力部６３は、制御装置６０の外部、例えば、表示部７０に挿入部３０の回転量を出力する。そして、表示部７０は、例えば、文字や記号によって挿入部３０の回転量を表示する。表示部７０は、音として挿入部３０の回転量を出力してもよい。
　出力部６３の出力先は、表示部７０に限定されない。出力部６３は、例えば、挿入部３０の回転量を、挿入操作を支援する支援情報を呈示する図示しない支援システムにフィードバックしてもよい。支援システムは、挿入部３０の回転量を含む支援情報を操作者に提示してもよい。支援情報は、状態取得装置８０の演算結果を基に支援情報演算部６１によって演算された挿入部３０の回転量を含むことに限定されない。例えば、重力センサが、操作部４０または挿入部３０に配置され、重力の方向の変化を演算するとする。支援情報は、重力センサの演算結果を基に支援情報演算部６１によって演算された挿入部３０の回転量を含んでもよい。湾曲操作部の回転量がロータリーエンコーダまたはポテンショメータによって検出され、支援情報として湾曲操作部の回転量が提示されてもよい。
　制御装置６０は挿入部３０の回転量を記憶する図示しない記憶部を有し、出力部６３は出力先としての記憶部に挿入部３０の回転量を出力してもよい。
　回転操作以外の要因で投影ベクトルＶＣの方向が変化すると、挿入部３０の回転量に対する演算誤差の要因となる。そこで、投影ベクトルＶＣの方向の変化が、回転操作による変化か、湾曲可能部３３の湾曲による変化かを判別する例を示す。
　湾曲可能部３３が湾曲された場合、通常、湾曲可能部３３以外の挿入部３０の形状変化、すなわち、挿入部３０の位置座標の変化は少ない。一方、ループ形状を略直線形状に戻すといった回転操作が実施された場合、湾曲可能部３３以外の挿入部３０の位置座標の変化は大きい。そこで、投影ベクトルＶＣの方向が変化した前後において、湾曲可能部３３以外の部分（例えば可撓管部３５）の複数の位置座標の変化の平均に対して、閾値が予め設定される。座標変化の平均が閾値未満の場合は、挿入部３０の形状変化が小さいため、支援情報演算部６１は、湾曲可能部３３の湾曲により投影ベクトルＶＣの方向が変化したと判定する。このため、支援情報演算部６１は、挿入部３０の回転量を演算しない、すなわち挿入部３０の回転量を０°とする。座標変化の平均が閾値以上の場合は、挿入部３０の形状変化が大きいため、支援情報演算部６１は、回転操作により投影ベクトルＶＣの方向が変化したと判定する。このため、支援情報演算部６１は、挿入部３０の回転量を演算する。
　本実施形態で用いた第１情報である複数の方向ベクトル情報は、磁界発生部８３の方向ベクトル情報を基としているが、他の方法で検出された複数の方向ベクトル情報を用いてもよい。例えば、複数の磁界発生部８３の位置情報を基に第１情報である方向ベクトル情報が演算されてもよい、及びまたは磁界発生部８３それぞれの位置情報を補間して、第１情報である方向ベクトル情報が演算されてもよい。例えば、方向ベクトルを演算する点Ｐｉに対し、挿入部３０の長手方向において、挿入部３０の先端側に隣り合う点Ｐｉ－１と操作部４０側に隣り合う点Ｐｉ＋１との位置情報を用いて、Ｐｉ－１－Ｐｉ＋１をＰｉの方向ベクトルとしてもよい。
　本実施形態では、支援情報演算部６１は、複数の磁界発生部８３それぞれの複数の方向ベクトル情報に基づいて挿入部３０の回転量を演算する。これにより、１軸のコイルを用いる磁気式の状態検出ユニットが配置されても、挿入部３０の回転量を演算でき、回転量を出力部６３によって出力できる。例えば、出力部６３が挿入部３０の回転量を表示部７０に出力し、表示部７０が表示する。これにより、被挿入体に挿入されているために直接目視できない挿入部３０の回転量を挿入に対する支援情報として操作者に提供でき、挿入を支援でき、挿入性を向上できる。
　本実施形態では、回転検出ベクトルＶＡの方向が回転操作以外の要因によって変化しても、回転演算によって、基準ベクトルＶＢの向きがＹ軸の向きに向いた状態の回転検出ベクトルＶＡを求める、言い換えると回転演算によって回転検出ベクトルＶＡの方向を戻す。さらに言い換えると、回転操作以外の要因による方向の変化を無くした、または減らした状態の回転操作後の回転検出ベクトルＶＡが求められる。そして、支援情報演算部６１は、この回転検出ベクトルＶＡを基に、挿入部３０の回転量を演算できる。すなわち、被挿入体の内部において挿入部３０の先端部の向きが挿入操作の前後で変化しても、挿入部３０の回転量を演算できる。
　[変形例１]
　以下に、本実施形態の変形例１について説明する。本変形例では、第１の実施形態とは異なることのみを記載する。本変形例では、第１情報が複数の位置情報、詳細には複数の位置座標であるものとして説明する。
　図６に示すように、本変形例の支援情報演算部６１は、位置形状取得部８７によって取得される湾曲可能部３３における複数の位置情報（位置座標）を基に、湾曲可能部３３が配置される平面（以下において、回転検出平面１０１と称する）を演算する。回転検出平面１０１とは、複数の位置情報（位置座標）を近似した平面を示し、挿入部３０の回転量に対する演算のために用いられる。回転検出平面１０１の演算は、例えば、一般的に知られている最小二乗法などにより求めることができる。ここでは、湾曲可能部３３における複数の位置情報（位置座標）として、演算精度向上のために、湾曲可能部３３における全ての位置情報（位置座標）が用いられるものとする。
　以下に、本変形例における、挿入部３０の回転量に対する支援情報演算部６１の演算の一例を説明する。
　まず、湾曲可能部３３を除いて挿入部３０の先端側に配置される磁界発生部８３ｂに着目する。本変形例では、磁界発生部８３ｂの方向ベクトル情報は、基準ベクトルＶＢを有する。基準ベクトルＶＢは、回転検出平面１０１に対する基準となる。
　第１実施形態と略同様に、基準ベクトルＶＢがＹ軸の向きに向いた状態の回転検出平面１０１の角度変化を求めるために、回転検出平面１０１に対して回転演算を行う。これにより、支援情報演算部６１は回転検出平面１０１を基に挿入部３０の回転量を演算可能となる。回転検出平面１０１に対する回転演算は、回転検出ベクトルＶＡに対する回転演算と略同様である。図７は、回転演算後の回転検出平面１０１及び基準ベクトルＶＢを示す。次に、支援情報演算部６１は、基準となるＹＺ平面と、回転後の回転検出平面１０１との間の角度θ３（図７参照）を、Ｚ軸に対する挿入部３０の回転量として演算する。
　つまり支援情報演算部６１は、挿入部３０の回転操作後の基準ベクトルＶＢが挿入部３０の回転操作前の基準ベクトルＶＢと同一の方向となるような回転演算を回転操作後の回転検出平面１０１に実施する。また支援情報演算部６１は、回転操作後の前記回転検出平面に対する回転演算によって回転した回転検出平面１０１の角度変化を基に、挿入部３０の回転量を演算する。したがって、支援情報演算部６１は、第１情報を基に回転検出平面１０１を算出し、回転後の回転検出平面１０１の角度変化を基に挿入部３０の回転量を算出する。ここでいう第１情報は、湾曲可能部３３における複数の位置情報（位置座標）である。また回転検出平面１０１の角度変化とは、回転操作によって回転した回転検出平面１０１の回転量を示す。
　支援情報演算部６１は、Ｚ軸に対する挿入部３０の回転量を演算するが、これに限定される必要はない。支援情報演算部６１は、回転検出平面１０１を用いて、Ｘ軸またはＹ軸に対する挿入部３０の回転量を演算してもよい。また支援情報演算部６１は、任意の角度を基準として、回転検出平面１０１を用いて、挿入部３０の回転量を演算してもよい。図８に示すように、例えば、操作部４０に配置される図示しないスイッチが押された時点の回転検出平面１０１とＹＺ平面との間の角度θ４とし、挿入部がさらに回転し回転後の回転検出平面１０１とＹＺ平面との間の角度を角度θ５とする。支援情報演算部６１は、角度θ４，θ５をそれぞれ、ＹＺ平面に対する挿入部３０の回転量として演算する。そして、支援情報演算部６１は、角度（θ５－θ４）を、スイッチが押された時点からの挿入部３０の回転量として演算する。
　回転検出平面１０１を演算するために用いられる複数の位置情報（位置座標）は、湾曲可能部３３における全ての位置情報（位置座標）を用いなくてもよい。例えば、図９に示すように、湾曲可能部３３の先端部と基端部と先端部と基端部との間の中間位置との３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の位置情報（位置座標）が用いられてもよい。支援情報演算部６１は、これらの位置情報（位置座標）を基に、これらが配置される回転検出平面１０１を演算する。用いられる位置情報（位置座標）が減ることで、演算量が減り、支援情報演算部６１の負荷が減る。
　図１０に示すように、回転検出平面１０１を演算するために用いられる第１情報である位置情報（位置座標）は、湾曲可能部３３の位置情報（位置座標）に限定されることはなく、一定以上の曲率を有する挿入部３０の湾曲部分における複数の位置情報（位置座標）でもよい。具体的には、支援情報演算部６１は、挿入部３０の形状情報を基に挿入部３０の曲率を演算する。曲率に対して、閾値が予め設定される。そして支援情報演算部６１は、曲率が閾値以上となる湾曲部分の複数の位置情報（位置座標）を用いて、回転検出平面１０１を演算する。
　挿入部３０が直線に近い状態では、回転検出平面１０１の誤差が大きくなる虞がある。挿入部３０が完全に直線である場合、回転検出平面１０１は、１つに定まらないため、演算されない。一方、挿入部３０の曲率が演算され、曲率が一定以上となる範囲の位置座標を用いて回転検出平面１０１を演算することにより、回転検出平面１０１の誤差は小さくなる。すなわち、演算の誤差も小さくなる。
　[変形例２]
　以下に、本実施形態の変形例２について説明する。本変形例では、第１の実施形態とは異なることのみを記載する。本変形例では、第１情報が複数の位置情報、詳細には複数の位置座標であるものとして説明する。
　図１１Ａに示すように、図示しない大腸への挿入部３０の挿入操作によって、挿入部３０がループすることがある。この状態で挿入部３０が押し込まれても、ループが拡大するだけで、挿入部３０はスムーズに挿入されない。またループの拡大によって挿入部３０が腸壁を押してしまい、大腸が伸展し、患者が痛みを感じてしまうことがある。そこで、挿入部３０は、挿入手技によって、大腸と共に略直線形状に変化する必要がある。
　挿入手技に伴うループ形状から略直線形状への変化の過程の一部において、挿入部３０は、図１１Ａに示す形状から図１１Ｃに示すＮ字形状に変化する必要がある。この変化のため、例えば、右回りの回転操作が実施される。回転操作中において、あとどの程度、回転操作が実施されればよいかを操作者が把握できると、挿入の支援となる。つまり、挿入部３０が図１１Ａに示す形状からＮ字形状に変化させるために不足している挿入部３０の回転量、が支援情報として必要となる。この回転量を、以下にて不足回転量と称する。
　そこで、以下に本変形例における、不足回転量に対する支援情報演算部６１の演算の例１，２，３を説明する。
　まず、例１について、説明する。挿入部３０がＸＹ平面に配置されるものとする。挿入部３０の先端部を、回転を検出するための回転検出点Ｐ４とする。回転の基準となる点を、第１回転基準点Ｐ５と称する。第１回転基準点Ｐ５は、挿入部３０の先端部から基端部側に挿入部３０に沿うように見たときに、Ｙ座標において極小となる極小点Ｐ６を越えて、回転検出点Ｐ４のＹ座標の値に近い最初の点とする。なお、挿入部３０の形状によって、極小が複数存在する場合もある。極小となる点が複数存在する場合は、挿入部３０の先端側に配置される極小を、極小点Ｐ６とする。回転検出点Ｐ４のＹ座標の値にどの程度近いかは、所望に設定されればよい。第１回転基準点Ｐ５は、極小点Ｐ６に対して、Ｘ軸方向において回転検出点Ｐ４とは逆側の点である。回転検出点Ｐ４と第１回転基準点Ｐ５と極小点Ｐ６とは、位置形状取得部８７によって取得された挿入部３０の形状情報を基に、支援情報演算部６１によって設定されてもよい。
　図１１Ａと図１１Ｂと図１１Ｃとに示すように、挿入部３０が右回りに回転すると、回転検出点Ｐ４は、第１回転基準点Ｐ５の左側から、第１回転基準点Ｐ５の回りを相対的に回るようにして第１回転基準点Ｐ５の右側に移動する。図１１Ｃに示すように挿入部３０がＮ字形状に変化すると、図１１Ｃに示すように第１回転基準点Ｐ５に対する回転検出点Ｐ４の位置は、図１１Ａに示す回転検出点Ｐ４の位置とは逆側に配置される。
　図１２Ａと図１２Ｂと図１２Ｃとのそれぞれは、図１１Ａと図１１Ｂと図１１Ｃとに対応し、第１回転基準点Ｐ５と回転検出点Ｐ４との位置関係を、第１回転基準点Ｐ５を原点として、ＸＺ平面で見たときの図である。挿入部３０が右回りに回転すると、第１回転基準点Ｐ５を中心に、回転検出点Ｐ４は、左回り（反時計回り）に回転する。挿入部３０が回転し、図１１Ｃに示すように挿入部３０がＮ字形状に変化すると、図１２Ｃに示すように回転検出点Ｐ４の位置は、図１２Ａに示す回転検出点Ｐ４の位置とは逆側に配置される。ここで、図１２Ｃに示す原点と図１２Ｃに示す回転検出点Ｐ４とを結んでできる軸、すなわち図１２Ｃの例ではＸ軸を、不足回転量を演算するための基準軸（以下、演算基準軸と称する）とする。演算基準軸は、図１１Ａに示す回転検出点Ｐ４と図１１Ａに示す第１回転基準点Ｐ５とを結んだ線の延長の線として、支援情報演算部６１によって演算されてもよい。演算基準軸は、挿入部３０の回転量を演算するための基準となる軸である。回転検出点Ｐ４と第１回転基準点Ｐ５とを結ぶ線と、演算基準軸との間に形成され且つ１８０°以下の角度を角度θ６とする。図１２Ａと図１２Ｂと図１２Ｃとからわかるように、角度θ６が０°となると、回転操作が終了となり、この角度θ６は不足回転量に対応することとなる。
　そこで例１では、支援情報演算部６１は、複数の位置情報（位置座標）における相対的な変化を基に、挿入部３０の回転量を演算する。ここでいう、複数の位置情報は、回転検出点Ｐ４と第１回転基準点Ｐ５と演算基準軸とを示す。詳細には、支援情報演算部６１は、角度θ６の変化を基に、挿入部３０の回転量を演算する。
　次に、例２について、説明する。
　図１１Ａに示すように、回転検出点Ｐ４のＸ座標と第１回転基準点Ｐ５のＸ座標との間の距離をΔＸと称する。距離ΔＸは、挿入部３０の回転量を演算するための基準となる。支援情報演算部６１には、予め距離ΔＸに対する閾値が設定される。なお閾値は記憶部に記憶され、支援情報演算部６１は演算を実施する際に、記憶部から閾値を読み込んでもよい。
　一般的に、挿入部３０は、図１１Ｃに示すＮ字形状と変化した後に、抜去操作によって略直線形状に変化する。したがって閾値は、抜去操作で挿入部３０が略直線形状に変化可能な形状となる値、例えば、３０ｍｍである。
　支援情報演算部６１は、回転検出点Ｐ４と第１回転基準点Ｐ５との間の距離ΔＸを基に、挿入部３０の回転量を演算する。詳細には支援情報演算部６１は、図１１Ａでの距離ΔＸと閾値との差を基に、図１１Ａに示す状態を図１１Ｃに示す状態に必要な不足回転量、つまり挿入部３０の回転量を演算する。例２において不足回転量とは、挿入部３０の長手軸周りにおける角度ではなく、距離ΔＸであるが、指標として利用できる。
　例１，２では、ＸＺ平面及びＸ座標における距離ΔＸ、言い換えると、回転操作中に、常に、回転検出点Ｐ４の方向ベクトルが＋Ｙ軸方向（図の上向き）を向き、第１回転基準点Ｐ５の方向ベクトルが－Ｙ軸方向（図の下向き）を向いている例を示している。しかしながら、挿入部３０は挿入操作に伴って、被挿入体の内部において挿入部３０の向きが変化することがある。そこで、方向ベクトル情報の変化から挿入部３０の回転量を演算した第１実施形態と同様に、第１回転基準点Ｐ５より操作部４０側の形状を元の形状に戻すような回転演算を回転検出点Ｐ４と第１回転基準点Ｐ５とに実施してもよい。回転演算によって、回転検出点Ｐ４の方向ベクトルは－Ｙ方向となり、第１回転基準点Ｐ５の方向ベクトルはＹ軸方向となる。そして、操作支援情報は、ＸＺ平面またはＸ座標における距離ΔＸを基に、挿入部３０の回転量を演算する。これにより回転操作中に挿入部３０の形状が変化しても、演算精度が向上する。
　次に例３について、説明する。
　例１では、支援情報演算部６１は、複数の位置情報を基に不足回転量を演算したが、これに限定される必要はない。図１３Ａと図１３Ｂと図１３Ｃとに示すように、例えば、第１情報である複数の位置情報は、第１回転基準点Ｐ５よりも操作部４０側に配置される第２回転基準点Ｐ８を有してもよい。例えば、第２回転基準点Ｐ８のＸ座標は、第１回転基準点Ｐ５のＸ座標に近い座標である。支援情報演算部６１は、第１回転基準点Ｐ５の代わりに、第１回転基準点Ｐ５と第２回転基準点Ｐ８を含む直線である基準線Ｌに対する回転検出点Ｐ４の位置を基に、挿入部３０の回転量を演算してもよい。
　方向ベクトル情報は、回転検出点Ｐ４を補正し基準となる基準ベクトルＶＢを有してもよい。基準ベクトルＶＢは、例えば、第１回転基準点Ｐ５の方向ベクトルである。支援情報演算部６１は、挿入部３０の回転操作後の基準ベクトルＶＢが挿入部３０の回転操作前の基準ベクトルＶＢと同一の方向となるような回転演算を回転検出点Ｐ４に実施する。そして、支援情報演算部６１は、回転演算によって回転した回転検出点Ｐ４を基に挿入部３０の回転量を演算する。
　回転検出点Ｐ４側に対して、基準線Ｌまたはベクトルが用いられてもよい。
　[変形例３]
　以下に、本実施形態の変形例３について説明する。本変形例では、第１の実施形態とは異なることのみを記載する。本変形例では、第１情報が複数の位置情報、詳細には複数の位置座標であるものとして説明する。
　図１４に示すように、挿入支援システム１０は、支援情報演算部６１が挿入部３０の回転量を演算するために用いられるあるアルゴリズムを含む複数のアルゴリズムを記憶する第１記憶部６５を有する。第１記憶部６５は、制御装置６０に配置される。例えば、複数のアルゴリズムは、例えば、幾何学演算アルゴリズムと、機械学習アルゴリズムとを有する。
　幾何学演算アルゴリズムとは、第１実施形態及び変形例１，２にて説明したように、挿入部３０の複数の位置情報と、挿入部３０の方向ベクトル情報との少なくとも一方である第１情報を基に、幾何学的に挿入部３０の回転量を演算するためのアルゴリズムである。
　機械学習アルゴリズムとは、後述する訓練データを基に機械学習により予め構築され、挿入部３０の複数の位置情報と挿入部３０の方向ベクトル情報との少なくとも一方（第１情報）から回転量を出力するアルゴリズムである。訓練データとは、位置情報と方向ベクトル情報との少なくとも一方の情報に対して、挿入部３０の回転量を関連付けた複数の既知データをいう。訓練データは、例えば、挿入部３０のさまざまな形状に対して、挿入部３０の先端のＺ軸に対する回転量を測定した大量のデータである。訓練データを使って構築された機械学習アルゴリズムにより、支援情報演算部６１は、訓練データ以外の形状、すなわち形状と回転量との関係を未知の形状に対する回転量として推定可能となる。
　機械学習アルゴリズムは、通常、挿入支援システム１０が駆動する前に予め構築され、第１記憶部６５に記憶される。なお支援情報演算部６１は、挿入支援システム１０の駆動中において、挿入部３０の複数の位置情報と挿入部３０の方向ベクトル情報との少なくとも一方と、挿入部３０の回転量を関連付けたデータすなわち訓練データとを、幾何学演算アルゴリズムやその他の方法で回転量を測定した結果から作成してもよい。そして、第１記憶部６５は、挿入支援システム１０の駆動中に作成された訓練データを基に機械学習によって導き出された結果を、機械学習アルゴリズムとして記憶してもよい。また、すでに構築された機械学習アルゴリズムに挿入支援システム１０の駆動中に作成された訓練データが追加されて、機械学習アルゴリズムが再構築されてもよい。機械学習では、通常、訓練データの数が多いほど、機械学習によって導き出される結果の精度が向上する。このため、訓練データを追加されて再構築された機械学習アルゴリズムによって、支援情報演算部６１は回転量をより高精度に推定可能となる。
　本変形例の支援情報演算部６１は、第１記憶部６５にアクセス可能である。支援情報演算部６１は、複数のアルゴリズムのなかから１つのアルゴリズム（幾何学演算アルゴリズムまたは機械学習アルゴリズム）を用いて、挿入部３０の回転量を演算する。
　上記したように支援情報演算部６１がプロセッサで構成される場合、第１記憶部６５はプロセッサがアクセス可能な図示しない内部メモリまたは外部メモリとして機能してもよい。
　挿入支援システム１０は、支援情報演算部６１が用いるアルゴリズムを、複数のアルゴリズムの中から選択し、選択したアルゴリズムを支援情報演算部６１に指示する選択指示部６７と、選択指示部６７がアルゴリズムを選択する際に、選択のために参照される複数の訓練データを記憶する第２記憶部６９とを有する。
　選択指示部６７と第２記憶部６９とは、制御装置６０に配置される。選択指示部６７は、例えば、ＡＳＩＣなどを含むハードウエア回路によって構成される。選択指示部６７は、プロセッサによって構成されても良い。選択指示部６７がプロセッサで構成される場合、プロセッサがアクセス可能な図示しない内部メモリまたは外部メモリが制御装置６０に配置される。内部メモリまたは外部メモリは、プロセッサが実行することで当該プロセッサをこれらの少なくとも１つとして機能させるためのプログラムコードを記憶する。第２記憶部６９は、このメモリとして機能してもよい。
　位置形状取得部８７によって取得された、挿入部３０の複数の位置情報と、挿入部３０の方向ベクトル情報とは、支援情報演算部６１に入力される。また位置形状取得部８７によって取得された、挿入部３０の複数の位置情報は、選択指示部６７に入力される。
　選択指示部６７は、位置形状取得部８７から入力された位置情報と、第２記憶部６９に記憶される訓練データとを比較し、位置形状取得部８７によって取得された位置情報に近似した訓練データの有無を判定する。
　以下に、近似した訓練データの有無の判定方法の例を説明する。
　選択指示部６７は、位置形状取得部８７によって取得された位置情報である複数の座標情報と、位置形状取得部８７によって取得された位置情報である複数の座標情報に対応する訓練データの複数の座標情報とのそれぞれの距離を計算し、さらに座標毎に計算した距離の和を計算する。すなわち選択指示部６７は、位置形状取得部８７によって取得された位置情報と、訓練データの位置情報との差の合計を計算する。差の合計が小さいほど、位置形状取得部８７によって取得された位置情報が近似した訓練データであると、選択指示部６７は判断する。選択指示部６７は、上述の計算を第２記憶部６９に記憶されている訓練データの複数の座標情報全てに行う。また、選択指示部６７には、距離の合計に対する閾値が予め設定される。
　距離の合計が閾値未満の訓練データがあれば、位置形状取得部８７から入力された位置情報に近い訓練データが第２記憶部６９に記憶されている、と選択指示部６７は判定する。全ての訓練データについて、距離の合計が閾値以上であれば位置形状取得部８７から入力された位置情報に近い訓練データが第２記憶部６９に記憶されていない、と選択指示部６７は判定する。
　ここで、機械学習アルゴリズムが用いられて、挿入部３０の回転量が演算されるとする。機械学習アルゴリズムは、訓練データを基に構築されたアルゴリズムである。したがって、位置形状取得部８７から入力された位置情報が訓練データと同じまたは訓練データに近似している場合、機械学習アルゴリズムを用いた支援情報演算部６１の演算結果の誤差が小さく、精度の高い演算結果が期待できる。しかしながら、位置情報が訓練データと大きく異なる場合、機械学習アルゴリズムを用いた支援情報演算部６１の演算結果の誤差が大きくなる可能性が高く、精度の高い演算結果が期待できない。
　そこで、位置形状取得部８７から入力された位置情報と同じまたは近似している訓練データが第２記憶部６９に記憶されている場合、機械学習アルゴリズムが用いられても、演算結果の誤差は小さいとみなせる。したがって、選択指示部６７は、支援情報演算部６１に機械学習アルゴリズムを選択する指示を出力する。
　一方、位置形状取得部８７から入力された位置情報に近い訓練データが第２記憶部６９に記憶されていない場合、機械学習アルゴリズムが用いられてしまうと、演算結果の誤差は大きくなる可能性が高い。したがって選択指示部６７は、支援情報演算部６１に幾何学演算アルゴリズムを選択する指示を出力する。
　このように選択指示部６７は、第１情報と訓練データとを比較し、比較結果を基に複数のアルゴリズムの中から機械学習アルゴリズムまたは幾何学アルゴリズムを選択する。そして選択指示部６７は、選択したアルゴリズムを用いて回転量を演算するように、支援情報演算部６１に指示する。支援情報演算部６１は、第１記憶部６５にアクセスし、選択指示部６７から出力された指示に応じて第１記憶部６５に記憶されるアルゴリズムを用いて、第１記憶部６５に記憶された挿入部３０の複数の位置情報と、挿入部３０の方向ベクトル情報とを用いて、挿入部３０の回転量を演算する。
　アルゴリズムの選択方法は、位置形状取得部８７から入力された位置情報と、第１記憶部６５に記憶されている訓練データとの比較を基に実施されることを説明したが、アルゴリズムの選択方法はその他の方法を用いてもよい。
　ここで、その他の選択方法について説明する。
　機械学習の１つであるディープラーニングでは、データに対するラベル付けが一般的に行われている。例えば、画像データに何が写っているかをラベル付けすることが一般的に行われている。その結果として、例えば「花：０．７」、「木：０．２」、「人：０．１」といったように、ラベルと、ラベルに対する信頼性に相当する数値とが出力される。なお、ここでのラベルは「花」と「木」と「人」とであり、花の写真が最も高い信頼性を有していることとなる。
　ここで、回転量（０°～３６０°）を例えば１０°刻みの３６個のラベル（以下、回転量ラベルと称する）とする。上記と同様の手法を用いて、位置情報に対してディープラーニングを行うと、すなわち機械学習アルゴリズムでラベル付けを行うと、回転量ラベルとその信頼性とが出力される。
　次に動作を説明する。
　支援情報演算部６１は、まず仮に機械学習アルゴリズムで、前述のように位置情報を入力として回転量ラベルとその信頼性とを演算し、最も信頼性が高い回転量ラベルとその信頼性とを選択指示部６７に出力する。
　選択指示部６７は、信頼性に対する閾値をあらかじめ設定される。選択指示部６７は、入力された信頼性と閾値とを比較する。信頼性が閾値以上の場合、機械学習アルゴリズムですでに演算された回転量ラベルの結果を出力部６３に支援情報演算部６１が出力するように、選択指示部６７は支援情報演算部６１に指示を出力する。信頼性が閾値以下の場合、機械学習アルゴリズムの結果に対する信頼性が低いと、選択指示部６７は判断する。そして、支援情報演算部６１が幾何学演算アルゴリズムを選択して回転量を演算し演算結果を出力部６３に出力するように、選択指示部６７は支援情報演算部６１に指示を出力する。
　なお、選択指示部６７は、幾何学演算アルゴリズムまたは機械学習アルゴリズムを選択する例を示したがこれに限定する必要はない。例えば、求められる演算精度等を考慮した使用用途に応じて、または、十分な学習が可能で機械学習アルゴリズムによる演算精度があらゆる位置情報に対して高い場合などでは、支援情報演算部６１は機械学習アルゴリズムのみを用いてもよい。この場合は、選択指示部６７と、第２記憶部６９とは、省略される。
　[第２の実施形態]
　以下に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態及び第１の実施形態の各変形例とは異なることのみを記載する。
　図１５に示すように、挿入部３０が大腸に挿入される際、一般的に、例えば、左脇を下にして被挿入体２００が横向きに横たわる左側臥位において、挿入が実施される。この左側臥位において挿入が困難となると、左側臥位から、被挿入体２００が仰向きに横たわる仰臥位へと、体位変換が実施されることがある。この体位変換は、体位変換によって被挿入体２００にかかる重力の方向が変わるため、大腸に挿入されている挿入部３０の形状変化を引き起こし、挿入部３０の挿入性を向上させる、効果をもたらす。
　以下にて説明する体位変換において、ＸＹ平面において横たわる被挿入体２００は、左側臥位ではＹＺ平面を向いており、仰臥位ではＸＹ平面を向いているものとする。
　本実施形態は、支援情報演算部６１が第２情報である挿入部３０の回転量を基に被挿入体２００の体位変換を演算することが、第１実施形態とは異なる。ここでいう体位変換の演算とは、体位変換に伴う被挿入体２００の回転量を示す。また体位変換に伴い、挿入部３０も回転することとなる。そもそも挿入部３０が大腸内に挿入された状態で左側臥位から仰臥位へと体位変換が実施されると、磁界発生部８３が配置される挿入部３０も磁界検出部８５に対して相対的に回転する。したがって、支援情報演算部６１は、第２情報である挿入部３０の回転量を基に被挿入体２００の体位変換を演算することが可能となる。
　以下に、体位変換の演算について説明する。
　図１６に示すように、一例として、第１実施形態の変形例１と同様に、支援情報演算部６１は、大腸内に挿入された挿入部３０の複数の位置情報（位置座標）を基に、大腸内における挿入部３０が配置される平面（以下において、挿入平面１０３と称する。）を演算する。挿入平面１０３とは、複数の位置情報（位置座標）を近似した平面を示し、挿入部３０の回転量に対する演算のために用いられる。挿入平面１０３の演算は、例えば、一般的に知られている最小二乗法などにより求めることができる。ここでは、挿入部３０における複数の位置情報（位置座標）として、演算精度向上のために、挿入部３０における全ての位置情報（位置座標）が用いられる。そして、第１実施形態の変形例１と同様に、支援情報演算部６１は、挿入平面１０３を基に、挿入部３０の回転量を演算する。
　図示はしないが、左側臥位において、挿入部３０が大腸に挿入されると、挿入部３０のループは基準となるＹＺ平面に平行な面において広がり、挿入平面１０３はＹＺ平面に平行な面に形成される。支援情報演算部６１が体位変換を演算する際に、支援情報演算部６１は、ＹＺ平面に形成される挿入平面１０３の初期位置、つまり、回転する前の挿入部３０の位置座標を記憶する。
　左側臥位から仰臥位へと体位変換が実施されず、左側臥位において挿入部３０の回転操作によって挿入部３０が回転する場合、被挿入体２００の内部空間には制限があるため、通常では挿入部３０の全体が回転せず、挿入平面１０３もＹＺ平面に対してほとんど傾かず、挿入平面１０３はＹＺ平面に対して０°近傍のままに留まる。このような状況下において、支援情報演算部６１は、第２情報である挿入部３０の回転量を演算しており、この演算結果によって、挿入平面１０３がＹＺ平面に対して０°近傍のままに留まっていることを、演算する。そして、支援情報演算部６１は、この演算結果を基に、挿入平面１０３が回転していないと判定する。さらに、支援情報演算部６１は、回転操作が実施されて体位変換が実施されていないと判定する。
　しかしながら、図１５に示すように、左側臥位から仰臥位へと体位変換が実施された場合、体位変換に伴い挿入部３０全体が回転し、図１６に示すように挿入平面１０３もＹＺ平面からＸＹ平面へと例えば略９０°回転する。このような状況下において、支援情報演算部６１は、第２情報である挿入部３０の回転量を演算しており、この演算結果によって、挿入平面１０３がＹＺ平面からＸＹ平面へと例えば略９０°回転したことを演算する。そして、支援情報演算部６１は、この演算結果を基に、挿入平面１０３が回転したと判定する。さらに、挿入平面１０３が回転した場合、支援情報演算部６１は、回転操作が実施されておらず体位変換が実施されたと判定する。支援情報演算部６１は、体位変換によって回転した挿入平面１０３の角度変化を基に挿入部３０の回転量を演算し、演算した挿入部３０の回転量を被挿入体２００の回転量とみなす。支援情報演算部６１は、挿入部３０の回転量と被挿入体２００の回転量とを、出力部６３に伝達する。出力部６３は、挿入部３０の回転量と被挿入体２００の回転量とを、表示部７０に出力する。そして、表示部７０は、挿入部３０の回転量と被挿入体２００の回転量とを表示する。
　判定は、初期位置を記憶してから、常に実施されてもよいし、所望するタイミングで実施されてもよい。
　支援情報演算部６１は、ＹＺ平面に対する挿入平面１０３の角度を基に体位の種類を判定してもよい。通常、被挿入体２００である患者の大腸の構造から、挿入部３０のループは、患者の腹と背中との方向には広がり難く、患者の一方の脇腹から他方の脇腹に向かう方向や、肛門から横隔膜への方向には広がりやすい。ループが広がるほど、挿入平面１０３も大きくなる。したがって、挿入平面１０３は、患者の一方の脇腹から他方の脇腹に向かう方向や、肛門から横隔膜への方向には、大きくなる。このため、ＹＺ平面に対する挿入平面１０３の角度が０°近傍であれば左側臥位と支援情報演算部６１は判定し、挿入平面１０３の角度が９０°近傍であれば仰臥位と支援情報演算部６１は判定する。
　挿入平面１０３を演算するために用いられる複数の位置情報（位置座標）は、挿入部３０における全ての位置情報（位置座標）を用いなくてもよい。例えば、図１７に示すように、挿入部３０の先端部と基端部と先端部と基端部との間の中間位置との３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の位置情報（位置座標）が用いられてもよい。支援情報演算部６１は、これらの位置情報（位置座標）を基に、これらが配置される挿入平面１０３を演算する。用いられる位置情報（位置座標）が減ることで、演算量が減り、支援情報演算部６１の負荷が減る。
　次に、体位変換が実施されずに回転操作による挿入部３０の回転か、体位変換の実施に伴う挿入部３０の回転かに対する判定の精度向上の一例について説明する。
　一般的に、体位変換によって挿入部３０が回転した場合には挿入部３０の形状の変化は小さい、しかしながら、回転操作によって挿入部３０が回転した場合には挿入部３０の形状の変化は大きい。精度向上の判定は、この形状の変化に着目するものである。そこでまず、図１８において（Ａ）として示すように、支援情報演算部６１は、回転前の挿入部３０の位置座標を記憶する。また回転操作によって挿入部３０が回転した後であっても、体位変換の実施に伴って挿入部３０が回転した後であっても、図１８において（Ｂ）として示すように、支援情報演算部６１は、回転後の挿入部３０の位置座標を記憶し、第２情報である挿入部３０の回転量を演算する。この演算は、第１実施形態及び第１実施形態の各変形例で説明した演算を用いればれよい。
　図１８において（Ｃ）として示すように、支援情報演算部６１は、図１８において（Ａ）として示す回転する前の挿入部３０の位置座標に、支援情報演算部６１が演算した第２情報である挿入部３０の回転量と同じ量の回転演算を実施する。すなわち、支援情報演算部６１は、（Ａ）の位置座標に対して、（Ａ）から（Ｂ）に変化した際の回転量と同じ量の回転演算を行う。この結果が（Ｃ）である。この演算によって導き出された位置座標を、仮想的な位置座標と称する。このように支援情報演算部６１は、回転前または回転後の挿入部３０の位置情報または回転前の挿入部３０の方向ベクトル情報に対して、第２情報である回転量と同じ量の回転演算を行う。
　次に、支援情報演算部６１は、回転前と回転後とにおける挿入部３０の位置座標または方向ベクトル情報の変化が支援情報演算部６１に予め設定された閾値未満であれば、体位変換が実施されたと、判定する。また支援情報演算部６１は、回転前と回転後とにおける挿入部３０の位置座標または方向ベクトル情報の変化が閾値以上であれば、回転操作が実施されたと、判定する。具体的には、図１８において（Ｄ）として示すように、支援情報演算部６１は、仮想的な位置座標と、回転後における実際の挿入部３０の位置座標とを比較する。支援情報演算部６１は、比較において、例えば、それぞれの位置座標について、距離の差の合計を計算する。一般的に、体位変換によって挿入部３０が回転した場合には挿入部３０の形状の変化は小さい、しかしながら、回転操作によって挿入部３０が回転した場合には挿入部３０の形状の変化は大きい。このため、位置座標の距離の合計が閾値未満であれば、支援情報演算部６１は、挿入部３０は体位変換によって回転したと判定する。また、位置座標の距離の合計が閾値以上であれば、支援情報演算部６１は、挿入部３０は回転操作によって回転した、と判定する。
　また体位変換が実施されると、被挿入体２００にかかる重力の方向が変わるため、挿入部３０の形状変化が引き起こり、挿入部３０の位置座標が変化してしまう。この形状変化及び座標変化の程度は、挿入部３０の剛性、挿入部３０の重さといった挿入部３０の物性値を基に補正可能である。この補正について、図１９を用いて説明する。図１９において（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）として示す内容は、図１８において（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）として示す内容と略同一である。図１９において（Ｅ）に示すように、支援情報演算部６１は、被挿入体２００の体位変換によって変化する重力方向によって生じる仮想的な位置座標の変化を、物性値によって補正する。なお、支援情報演算部６１は、位置座標の変化を、位置座標の距離の合計に対する閾値の調整によって補正してもよい。そして、図１９において（Ｆ）として示すように、支援情報演算部６１は、補正された位置座標と、回転後における実際の挿入部３０の位置座標とを比較する。ここでの比較は、図１８における比較と略同様である。したがって、位置座標の距離の合計が閾値未満であれば、支援情報演算部６１は、挿入部３０は体位変換によって回転したと判定する。また、位置座標の距離の合計が閾値以上であれば、支援情報演算部６１は、挿入部３０は回転操作によって回転した、と判定する。このような補正によって、支援情報演算部６１はより正確な判定が可能となる。
　次に、判定の精度向上の他の一例について説明する。
　被挿入体２００の内部への入口である肛門近傍における挿入部３０の位置座標を基に、支援情報演算部６１は判定してもよい。
　図示はしないが、体位変換が実施されないで、回転操作が挿入部３０に実施された際、通常、肛門近傍の挿入部３０の位置座標はほとんど変化しない。しかしながら図２０に示すように、体位変換が実施されると、肛門近傍の挿入部３０の位置座標はＸ方向またはＺ方向にずれる。そこで、肛門近傍における挿入部３０の位置座標の変化に対して、支援情報演算部６１に閾値が予め設定される。座標変化が閾値以上であれば、挿入部３０は体位変換によって回転した、と支援情報演算部６１は判定する。座標変化が閾値未満であれば、挿入部３０は回転操作によって回転した、と支援情報演算部６１は判定する。このように、支援情報演算部６１は、被挿入体２００の入口近傍における、回転前と回転後の挿入部３０の位置座標の変化が閾値以上であれば、体位変換が実施されたと、判定する。支援情報演算部６１は、被挿入体２００の入口近傍における、回転前と回転後の挿入部３０の位置座標の変化が閾値未満であれば、回転操作が実施された、と判定する。
　以上において、ここでは座標を用いて説明したが方向ベクトル情報についても同様である。したがって、支援情報演算部６１は、第２情報を基に、回転前の挿入部３０のベクトルを補正する。支援情報演算部６１は、回転前と回転後とにおける挿入部３０の方向ベクトル情報の変化が閾値未満であれば、体位変換が実施されたと、判定する。支援情報演算部６１は、被挿入体２００の体位変換によって変化する重力方向によって生じる方向ベクトル情報の変化を、物性値を基に補正する。
　本実施形態では、挿入部３０の挿入平面１０３を演算し、挿入平面１０３を基に挿入部３０の回転と同じ演算を実施する。そして本実施形態では、挿入部３０の回転量を基に体位変換を演算できる。
　回転する前の挿入部３０の位置座標に、既に演算された挿入部３０の回転量と同じ演算を実施する。そして、仮想的な位置座標と回転後における実際の挿入部３０の位置座標との差を比較することで、体位変換による回転か回転操作による回転かの判定精度を高めることができる。
　さらに体位変換によって重力の方向が変わった際に挿入部３０の形状変化が引き起こされても、形状変化を補正することで、判定精度を向上できる。
　また肛門近傍の挿入の位置座標の変化を閾値を基に判定することによって、判定精度を向上できる。
　なお、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。

Claims (20)

  1. 　被挿入体に挿入される挿入部の複数の位置に関する複数の位置情報と、前記挿入部の長手軸方向における複数の方向ベクトル情報との少なくとも一方である第１情報を取得する状態取得装置と、
    　前記第１情報を基に、前記挿入部の回転量に関する第２情報を演算する支援情報演算部と、
    　前記第２情報を出力する出力部と、
    　を具備する、挿入支援システム。
  2. 　前記第１情報は、複数の方向ベクトル情報であり、
    　前記支援情報演算部は、前記複数の方向ベクトル情報の変化を基に、前記挿入部の前記回転量を演算する、請求項１に記載の挿入支援システム。
  3. 　前記複数の方向ベクトル情報は、前記回転量を検出するための回転検出ベクトルと、前記回転検出ベクトルの基準となる基準ベクトルとを有し、
    　前記支援情報演算部は、前記挿入部の回転操作後の前記基準ベクトルが前記挿入部の回転操作前の前記基準ベクトルと同一の方向となるような回転演算を回転操作後の前記回転検出ベクトルに実施し、回転操作後の前記回転検出ベクトルに対する前記回転演算によって回転した前記回転検出ベクトルを基に前記挿入部の前記回転量を演算する、請求項２に記載の挿入支援システム。
  4. 　前記支援情報演算部は、前記第１情報を基に回転検出平面を算出し、回転前後の前記回転検出平面の角度変化を基に前記挿入部の前記回転量を演算する、請求項１に記載の挿入支援システム。
  5. 　前記第１情報は前記方向ベクトル情報を有し、前記方向ベクトル情報は前記回転検出平面に対する基準ベクトルを有し、
    　前記支援情報演算部は、前記挿入部の回転操作後の前記基準ベクトルが前記挿入部の回転操作前の前記基準ベクトルと同一の方向となるような回転演算を回転操作後の前記回転検出平面に実施し、回転操作後の前記回転検出平面に対する前記回転演算によって回転した前記回転検出平面の角度変化を基に前記挿入部の前記回転量を演算する、請求項４に記載の挿入支援システム。
  6. 　前記回転検出平面を演算するために用いられる前記第１情報は、一定以上の曲率を有する前記挿入部の湾曲部分における複数の位置情報である、請求項４に記載の挿入支援システム。
  7. 　前記第１情報は、前記挿入部の複数の位置情報であり、
    　前記支援情報演算部は、前記複数の位置情報の相対的な変化を基に、前記挿入部の前記回転量を演算する、請求項１に記載の挿入支援システム。
  8. 　前記複数の位置情報は、回転を検出するための回転検出点と、前記回転の基準となる第１回転基準点と、前記挿入部の前記回転量を演算するための基準となる演算基準軸とを有し、
    　前記支援情報演算部は、前記回転検出点と前記第１回転基準点とを結ぶ線と、前記演算基準軸との間に形成される角度の変化を基に、前記挿入部の前記回転量を演算する、請求項７に記載の挿入支援システム。
  9. 　前記複数の位置情報は、回転を検出するための回転検出点と、前記回転の基準となる第１回転基準点とを有し、
    　前記支援情報演算部は、前記回転検出点と前記第１回転基準点との間の距離を基に、前記挿入部の前記回転量を演算する、請求項７に記載の挿入支援システム。
  10. 　前記支援情報演算部は、前記挿入部の前記回転量を演算するための基準となる、前記回転検出点と前記第１回転基準点との間の距離に対する閾値を有し、
    　前記支援情報演算部は、前記距離と前記閾値との差を基に、前記挿入部の前記回転量を演算する、請求項９に記載の挿入支援システム。
  11. 　前記第１情報は、前記複数の位置情報と前記方向ベクトル情報とであり、
    　前記方向ベクトル情報は、前記回転検出点を補正し基準となる基準ベクトルを有し、
    　前記支援情報演算部は、前記挿入部の回転操作後の前記基準ベクトルが前記挿入部の回転操作前の前記基準ベクトルと同一の方向となるような回転演算を前記回転検出点に実施し、前記回転演算によって回転した前記回転検出点を基に前記挿入部の前記回転量を演算する、請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の挿入支援システム。
  12. 　前記支援情報演算部は、前記第１情報と、前記挿入部の前記回転量を関連付けた複数のデータである訓練データとを基に機械学習により予め構築された機械学習アルゴリズムを含む複数のアルゴリズムのなかから１つのアルゴリズムを用いて、前記挿入部の前記回転量を演算する、請求項１に記載の挿入支援システム。
  13. 　前記複数のアルゴリズムは、前記第１情報を基に、幾何学的に前記挿入部の前記回転量を演算するための幾何学アルゴリズムをさらに有し、
    　前記複数のアルゴリズムを記憶する記憶部と、前記支援情報演算部が用いる前記アルゴリズムを、前記複数のアルゴリズムの中から選択し、選択したアルゴリズムを前記支援情報演算部に指示する選択指示部とを有する、請求項１２に記載の挿入支援システム。
  14. 　前記選択指示部は、前記第１情報と前記訓練データとを比較し、比較結果を基に前記複数のアルゴリズムの中から前記１つのアルゴリズムを選択する、請求項１３に記載の挿入支援システム。
  15. 　前記支援情報演算部は、前記第２情報を基に、前記被挿入体の体位変換を演算する、請求項１に記載の挿入支援システム。
  16. 　前記支援情報演算部は、回転前または回転後の前記挿入部の位置情報または回転前の前記挿入部の前記第１情報の方向ベクトル情報に対して、前記第２情報である回転量と同じ量の回転演算を行い、
    　前記支援情報演算部は、回転前と回転後とにおける前記挿入部の前記位置情報の変化または前記挿入部の前記方向ベクトル情報の変化が閾値未満であれば、体位変換が実施されたと、判定する、請求項１５に記載の挿入支援システム。
  17. 　前記支援情報演算部は、前記被挿入体の体位変換によって変化する重力方向によって生じる前記位置情報の変化または前記方向ベクトル情報の変化を補正する、請求項１６に記載の挿入支援システム。
  18. 　前記支援情報演算部は、前記被挿入体の入口近傍における、回転前と回転後の前記挿入部の前記位置情報の変化が閾値以上であれば、体位変換が実施されたと、判定する、請求項１５に記載の挿入支援システム。
  19. 　前記状態取得装置は、
    　　磁界を発生する磁界発生部と、
    　　前記磁界発生部から発生された前記磁界の強度を検出する磁界検出部と、
    　　前記磁界検出部の検出結果を基に、前記第１情報を取得する位置形状取得部と、
    　を有し、
    　前記磁界発生部と前記磁界検出部との一方は、前記挿入部の内部に複数配置され、前記挿入部の前記長手軸方向において互いに異なる位置に配置され、
    　前記磁界発生部と前記磁界検出部との他方は、前記挿入部の外部に配置され、位置を固定される、
    　請求項１に記載の挿入支援システム。
  20. 　被挿入体に挿入される挿入部の複数の位置に関する複数の位置情報と、前記挿入部の長手軸方向における複数の方向ベクトル情報との少なくとも一方である第１情報を取得し、
    　前記第１情報を基に、前記挿入部の回転量に関する第２情報を演算し、
    　前記第２情報を出力する、
    　挿入支援方法。
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