JP4827495B2

JP4827495B2 - 内視鏡挿入部形状把握システム

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Publication number: JP4827495B2
Application number: JP2005324533A
Authority: JP
Inventors: 秀夫杉本
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2025-11-09
Also published as: DE102006052885A1; JP2007130133A; US20070106116A1

Description

本発明は、挿入時の内視鏡挿入部の位置を検出するとともに、その形状を表示する装置に関する。

術者にとって、体内に挿入された内視鏡挿入部の形状の把握することは有用である。特に体内への挿入が困難な下部内視鏡の使用において、内視鏡挿入部の形状の把握は極めて有用である。これらのことから内視鏡挿入部の形状把握システムとして様々なものが提案されている。

内視鏡挿入部の形状を表示するシステムとして、交流磁界を用いるものが知られている。これは、挿入部内に長手方向に沿って多数のコイルを所定間隔で配置し、挿入部外部の交流磁界とコイルとの間の電磁誘導作用を利用して各コイルの３次元空間内の位置を検出するものである。内視鏡挿入部の形状は、コイルが配置された測定点の位置データから再現されモニタに表示される（特許文献１）。
特開２０００−９３３８６号公報

しかし、挿入部内に配置されたコイルは一定の幅、長さを有するため、挿入部が撓曲される度に曲げ応力を繰返し受けることとなる。また、コイルと内視鏡操作部との間には信号線が配設されるが、これらも挿入部の撓曲により屈曲または引張される。したがって、従来の内視鏡挿入部形状把握システムには耐久性の上で問題がある。

本発明は、内視鏡挿入部形状把握システムの耐久性を向上することを目的としている。

本発明に関わる内視鏡挿入部形状把握システムは、可撓性を有する内視鏡挿入部前の形状を把握するための内視鏡挿入部形状把握システムであって、挿入部を構成する軟性部に配置される磁気センサ用の複数のコイルを備え、この複数のコイルが軟性部の撓曲によりストレスを受けない位置に配置されたことを特徴としている。

軟性部の撓曲に対して剛性を示す複数の硬性部材が、軟性部の長手方向に沿って所定間隔で配置され、複数のコイルが硬性部材の内側に配置されることによりコイルが軟性部の撓曲によるストレスを受けない構成とされる。

例えば硬性部材は円筒部材であり、硬性部材の軸方向の幅はコイルの長さよりも短い。また軟性部の軸方向に対してコイルの軸は、例えば捩れの位置関係となるように配置される。

またコイルは、例えば軟性部を構成する螺旋管に一体的に設けられ、これによりコイルは撓曲によるストレスを受けない。更に、コイルの信号線は、螺旋管に沿って配線される。例えば、内視鏡挿入部形状把握システムは、内視鏡外部の交流磁界を用いてコイルの位置を検出する。

以上のように、本発明によれば、内視鏡挿入部形状把握システムの耐久性を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態である内視鏡挿入部形状把握システムが適用される内視鏡の概観図である。なお、本実施形態では、内視鏡（スコープ）として電子内視鏡（電子スコープ）が採用される。

電子内視鏡１０は、術者が把持・操作するための操作部１１を備える。操作部１１には、挿入部１２及びライトガイドケーブル１３がそれぞれ連結され、ライトガイドケーブル１３の先端にはコネクタ１３Ａが設けられる。コネクタ１３Ａは、例えば光源と映像信号処理回路が一体的に収容されてなるプロセッサ装置（図示せず）に着脱自在に装着され、電子内視鏡１０のコネクタ１３Ａ及びライトガイドケーブル１３等を通してプロセッサ装置の光源部から照明光が体腔内に供給され、電子内視鏡１０からの画像信号がプロセッサ装置の映像信号処理回路に供給される。

挿入部１２は、軟性部１２Ａと、湾曲部１２Ｂと、先端部１２Ｃとから構成される。軟性部１２Ａは、自由に屈曲される可撓管であり、挿入部１２の大部分を占め、操作部１１に直接接続される。湾曲部１２Ｂは、先端部１２Ｃと軟性部１２Ａとの間を結ぶ区間に設けられ、操作部１１に設けられたアングルノブ１１Ａの回転操作に連動して先端部１２Ｃの向きが例えば約１８０°回転されるまで湾曲可能である。なお、先端部１２Ｃには、後述するように、撮像光学系や撮像素子、また照明光学系等が搭載される。

図２は、挿入部１２に設けられる複数の磁気センサ用コイルの挿入部１２内における配置を模式的に示す図であり、図３は、磁気センサ用コイルの配置を１つのコイルに対して拡大して示した模式図である。なお、図２には、５つの磁気センサ用コイル（Ｓ１〜Ｓ５）のみが例示されている。

内視鏡挿入部１２の先端部１２Ｃは、リジッドな構成とされ、その内部には、撮像素子１５やライトガイド（光ファイバ束）１６の先端１６Ａが配置される。また挿入部１２の先端部１２Ｃには、ライトガイド１６からの光を照射するための照明用光学系１６Ｂや撮像素子１５に被写体像を結像するための撮像光学系１５Ａが設けられる。

図２には図示されないが、湾曲部１２Ｂの内部には、連接された複数の湾曲駒が設けられる。しかし、軟性部１２Ａは、螺旋管が巻かれているものの、その内部には撓曲に対して剛性を示す硬性部材が配置されない。そのため軟性部１２Ａ内に配置されたコイルＳ２〜Ｓｎ（Ｓ２〜Ｓ５のみ図示）は、軟性部１２Ａの撓曲に直接さらされることとなる。特に従来各コイルは、挿入部の長手方向（軸方向）に沿って（平行に）配置されているため、挿入部が湾曲されるときに曲げ応力を受けやすいという問題がある。

これらのことから、本発明の第１実施形態では、撓曲に対し剛性を示す硬性部材１２Ｄを軟性部１２Ａに所定の間隔で設け、コイルＳ２〜Ｓｎを硬性部材１２Ｄの内側に例えば一体的に配置する。なお、軟性部１２Ａに設けられる硬性部材１２Ｄの数は、例えば軟性部１２Ａに配置されるコイルＳ２〜Ｓｎの数に相当する。

硬性部材１２Ｄは、図３に示すように例えば所定の幅Ｗを有する中空の円筒部材であり、軟性部１２Ａの撓曲に対し十分な剛性を有する素材（例えば樹脂など）からなる。また、硬性部材１２Ｄの素材としては磁気センサ用コイル周辺の磁場に影響を与えない素材であることが好ましく、本実施形態では例えば硬質プラスチック等が用いられる。

また、本実施形態において、コイルＳ２〜Ｓｎ（Ｓｉ）は硬性部材１２Ｄの内側において、挿入部１２の軸方向（長手方向）に対してコイルＳｉの軸が捩れの位置関係となるように配置される。特に本実施形態では、コイルＳｉの各軸は挿入部（円筒形硬性部材１２Ｄ）の中心軸Ｘと直交する平面内に配置される。

以上のようにコイルＳｉを配置することにより、硬性部材１２Ｄの幅ＷをコイルＳｉの長さｄよりも小さくすることができる。すなわち、幅Ｗを小さく抑えることにより、硬性部材１２Ｄによる軟性部１２Ａの滑らかな撓曲の阻害を防止できる。なお、本実施形態において先端部１２Ｃに配置されるコイルＳ１は、中心軸Ｘに平行に配置されるが、これに限定されるものではない。

図４は、本実施形態の電子内視鏡システム全体の電気的構成を示すブロック図である。なお、本実施形態において電子内視鏡システムは、挿入部１２の位置を検出し、その形状を表示するための挿入部形状把握システムと、挿入部１２の先端で画像を撮像し、撮像された画像を表示するための撮影画像表示システムとから構成される。

撮影画像表示システムは、内視鏡挿入部１２に設けられた上記撮像素子１５やライトガイド１６と、ライトガイド１６に照明光を供給するとともに、撮像素子１５の駆動および撮像素子１５で撮影された画像の映像信号を処理するための光源・信号処理ユニット３０と、撮影画像を表示するための画像表示装置（不図示）から主に構成される。

一方、挿入部形状把握システムは、上述のように内視鏡挿入部１２に設けられた複数の磁気センサ用のコイルＳ１〜Ｓｎと、挿入部形状把握ユニット４０と、挿入部形状を再現するための画像表示装置４１と、磁場発生器４２とから主に構成される。

本実施形態において、光源・信号処理ユニット３０と挿入部形状把握ユニット４０は、電子内視鏡１０が着脱自在に装着されるプロセッサ装置内に設けられる。すなわち、撮像素子１５の信号線、ライトガイド１６、コイルＳ１〜Ｓｎの信号線はライトガイドケーブル１３およびコネクタ１３Ａを介してプロセッサ装置内へと導かれる。

ライトガイド１６および撮像素子１５の信号ケーブルは、プロセッサ装置内の光源・信号処理ユニット３０に連結される。撮像素子１５は、光源・信号処理ユニット３０に設けられた撮像素子ドライバ３００により駆動され、撮像素子１５から出力された映像信号は、光源・信号処理ユニット３０の前段信号処理回路３０１へ送られる。

前段信号処理回路３０１において所定の信号処理が施された映像信号は、画像メモリ３０２に一時的に保持された後、順次後段信号処理回路３０３に送られる。後段信号処理回路３０３では映像信号に対して所定の画像信号処理が施された後、ビデオ信号にエンコードされ画像表示装置等の出力装置に出力される。

なお、撮像素子ドライバ３００および画像メモリ３０２の駆動は、タイミングコントローラ３０４によって制御され、タイミングコントローラ３０４はシステムコントローラ３０５によって制御される。

また、撮像素子１５を用いた体内での撮影は、ライトガイド１６を介して照射される照明光を用いて行われ、照明光は、プロセッサ装置内の光源部からライトガイド１６へと供給される。光源部はランプ３０６を備え、ランプ３０６から照射される白色光がシャッタ３０７および集光レンズ３０８を介してプロセッサ装置内に挿入されたライトガイド１６の端面に集光される。

ランプ３０６には、ランプ用電源３０９から電力が供給され、シャッタ３０７はモータドライバ３１１によって駆動制御されるモータ３１０により駆動される。また、ランプ用電源３０９およびモータドライバ３１１はシステムコントローラ３０５によって制御される。

なお、システムコントローラ３０５には、ユーザによって操作されるスイッチ類を備えたフロントパネルスイッチ（Ｆパネルスイッチ）３１２が接続されており、システムコントローラ３０５は、フロントパネルスイッチ３１２でのスイッチ操作に応じて電子内視鏡システム内の各種設定を変更可能である。

また、電子内視鏡１０のコネクタ１３Ａ内には、ＲＯＭ１３０が搭載されており、コネクタ１３Ａをプロセッサ装置に装着すると、ＲＯＭ１３０がシステムコントローラ３０５に接続され、ＲＯＭ１３０に格納された電子内視鏡識別情報が読み出される。すなわち、ＲＯＭ１３０には、電子内視鏡１０に関わる情報、例えば型式や、画像処理に関わる各種パラメータなどが格納されており、これらの情報がシステムコントローラ３０５によって読み出される。

一方、磁気センサ用コイルＳ１〜Ｓｎからの信号は、各々挿入部形状把握ユニット４０内のアンプＡ／Ｄ４００において所定のゲインで増幅されるとともにアナログ信号からデジタル信号に変換される。アンプＡ／Ｄ４００においてデジタル信号に変換されたコイルＳ１〜Ｓｎの信号は、制御演算部４０１に入力され、各コイルＳ１〜Ｓｎの位置が算出される。

画像表示制御部４０２では、制御演算部４０１において算出されたコイルＳ１〜Ｓｎの位置に基づいて、挿入部１２全体の形状を再現するための画像データ（例えばコイル位置を連結する補間曲線により描かれる画像データ）が作成され、画像表示装置４１へと出力される。

なお、磁気センサ用コイルＳ１〜Ｓｎの位置は、従来周知のように、磁場発生器４２により生成される交流磁場によるコイルＳ１〜Ｓｎの電磁誘導作用を検知することにより検出される。磁場発生器４２は、例えば直交座標系ＸＹＺの各座標軸ＸＹＺに対応した方向に時系列的に交流磁場を発生し、磁場発生器４２の駆動は、駆動回路ＸＹＺ４０３により制御される。また、制御演算部４０１、画像表示制御部４０２、駆動回路ＸＹＺ４０３の駆動タイミングはタイミングコントローラ４０４により制御される。

以上のように、本発明の第１実施形態によれば、軟性部において磁気センサ用の各コイルが配置される位置に硬性部材を配置し、この内側に各コイルを設けることにより、コイルが軟性部の撓曲によりストレスを受けることを防止できるので、コイルの耐久性を向上することができる。

また、本実施形態では、挿入部の中心軸と直交する平面内に磁気センサ用コイルを配置することにより、硬性部材に求められる幅を狭くすることができる。これにより、軟性部の可撓性を阻害することなく硬性部材を軟性部に設けることが可能となる。

次に、図５を参照して本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態と磁気センサ用コイルの取り付け構造が異なるが、その他構成は第１実施形態と同じであるためその説明を省略する。なお、図５は、螺旋管が巻かれた挿入部の構造を示す模式図である。

前述したように、軟性部１２Ａを含め内視鏡挿入部１２には螺旋管が巻かれている。螺旋管５０は、帯状の長尺部材を螺旋状に巻回したものであり、帯の長手方向に沿って連続的に少しずつ捩られることにより挿入部を湾曲させるが、帯の幅方向に対しては一定の剛性を備える。

従来のように、磁気センサ用コイルＳ１〜Ｓｎを螺旋管５０とは別途独立に軟性部１２Ａ内に配置する場合、コイルＳ１〜Ｓｎは螺旋管５０の隣接する帯の間に配置されたり、螺旋管５０内部に配設された他の部材と接触したりすることから、軟性部１２Ａの撓曲による曲げ応力を受ける。また、コイルＳ１〜Ｓｎには、信号線が接続されているが、各コイルＳ１〜Ｓｎ間の距離は、軟性部１２Ａが湾曲の仕方により変化するため、信号線は軟性部１２Ａの撓曲により引張応力を受けることがある。

これらのことから、第２実施形態では、図５に示されるように磁気センサ用コイルＳ１〜Ｓｎを螺旋管５０に一体的に設け、信号線５１を螺旋管５０に沿って配設する。例えばコイルＳ１〜Ｓｎおよび信号線５１は、螺旋管５０に予め一体的に取り付けられており、コイルＳ１〜Ｓｎおよび信号線５１が設けられた螺旋管５０が巻回されて挿入部１２が構成される。なお、コイルＳ１〜Ｓｎは、例えば螺旋管５０の帯の幅方向に向けて配置される。

以上のように、本発明の第２実施形態によれば、磁気センサ用コイルおよび信号線が軟性部の撓曲によりストレスを受けることがないので、第１実施形態と同様に、耐久性を向上することができる。

次に図６〜図１４を参照して、第１および第２実施形態の挿入部形状把握システムにおいて実行される挿入部の形状表示のための処理について説明する。

図６、図７は、それぞれアングルノブ１１Ａが操作され、湾曲部１２Ｂが湾曲された状態における内視鏡挿入部１２の先端部付近の形状を示す模式図であり、図６は湾曲部１２Ｂが僅かに曲げられたとき、図７は、先端部１２Ｃの端面が略１８０°反転されるまで湾曲部１２Ｂが曲げられた状態を示す。

本実施形態において、コイル（第１磁気センサ）Ｓ１は、挿入部１２の先端部１２Ｃに設けられ、コイル（第２磁気センサ）Ｓ２は湾曲部１２Ｂの操作部１１側の端部にコイルＳ１から軸線に沿って距離Ｂ隔てて設けられる。コイルＳ２よりも更に操作部１１側には、所定の間隔Ａ毎にコイルＳ３、・・・、Ｓｎが順次、第１および第２実施形態の説明で述べられた構成で設けられる。

挿入部形状表示処理では、交流磁界を用いて求められたコイルＳ１〜Ｓｎの位置に対応する点Ｐ１〜Ｐｎを結ぶことにより、挿入部１２の形状が画像表示装置４１の画面に再現される。図８に点Ｐ１〜Ｐｎの間を直線で結んだとき（直線補間）の画像表示例を示し、図９に点Ｐ１〜Ｐｎの間をベジェ曲線やスプライン曲線等の所定の曲線を用いて補間（フィッティング）したときの画像表示例を示す。

しかし湾曲部１２Ｂは、一般に軟性部１２Ａとその構造が異なるとともに、アングルワイヤにより力が与えられなど力の掛かり方も大きく異なる。したがって、湾曲部１２Ｂでは湾曲の仕方も軟性部１２Ａとは大きく異なり、従来のように湾曲部１２Ｂでの補間に軟性部１２Ａと同じ方法を用いると、再現される湾曲部１２Ｂの形状は実際のものと著しく異なる場合が発生する。

例えば図１０に模式的に示されるように、軟性部１２０Ａは螺旋管１２３から構成され、湾曲部１２０Ｂは多数の湾曲駒１２１から構成される。湾曲駒１２１は、それぞれヒンジ部１２２により隣接するもの同士が連結され、湾曲可能な構造とされている。また、図１１に湾曲部１２０Ｂの別の構造を模式的に示す。図１１の例では、湾曲部１２０Ｂは、２種類の湾曲駒１２１Ａ、１２１Ｂから構成される。図１１の構成では、湾曲部先端側に軟性部側の湾曲駒１２１Ｂよりも幅の狭い湾曲駒１２１Ａが用いられ、湾曲部１２０Ｂの先端側は軟性部側よりも大きな曲率で湾曲できる。

図１０、１１に示される構造から、湾曲部がノブ操作により曲げられるとき、その曲率は、軟性部の自然な撓みによる曲率に比べ極めて大きい。また、その湾曲の態様も大きく異なり、図１２に示されるように同じ湾曲部１２０Ｂであっても複数の異なる曲率で湾曲される。したがって、湾曲部の形状を、軟性部の形状再現と同じ方法で精度よく再現することはできない。

図１３に、湾曲部１２Ｂが大きく湾曲されたときの点Ｐ１〜Ｐ４の位置と、これらを直線補間したときの様子が示される。図１３において、直線補間により再現された挿入部１２の形状（点Ｐ１〜Ｐ４を直線で結んだもの）が実線Ｌｓで示され、挿入部１２の実際の形状が破線Ｌｂで示される。

図１３に示されるように、軟性部１２Ａは、緩やかに撓むため軟性部１２Ａに対応する点Ｐ２〜点Ｐ４の間の区間では、再現された形状（Ｌｓ）と実際の形状（Ｌｂ）との間に余り大きな差はない。しかし、湾曲部１２Ｂに対応する点Ｐ１〜点Ｐ２の間の再現形状は、実際の形状と大きく異なる。図１３の例では、極端な例として直線補間の場合を挙げたが、ベジェ曲線やスプライン曲線を用いた補間においても、軟性部１２Ａと湾曲部１２Ｂに同じ補間方法を用いる場合、湾曲部１２Ｂが大きく湾曲されたときに対応することは出来ない。

湾曲部１２Ｂの形状再現をより正確に行なうために、湾曲部１２Ｂ内に多数の磁気センサ用コイルを配置することも考えられるが、コイルが湾曲部１２Ｂ内に配置されると、アングルノブ１１Ａによる湾曲操作が阻害されるだけでなく、コイルが破壊される恐れがある。これらのことから、本実施形態ではコイルＳ１とコイルＳ２は、上述したように湾曲部１２Ｂの両端に配置されている。

ところで、湾曲部１２Ｂの湾曲の仕方は、一般に製品ごとに特徴がある。図１４に湾曲部１２Ｂの実際の湾曲状態と点Ｐ１の点Ｐ２に対する位置関係を模式的に示す。図１４には湾曲部１２Ｂが湾曲されていない状態から、湾曲部１２Ｂが略反対向きにまで湾曲されるまでの状態が９つのステップとして描かれている。

図１４において、９つの湾曲状態に対する点Ｐ１の各位置をＰ１（０）〜Ｐ１（８）とする。また、湾曲部１２Ｂが湾曲されていないときに先端部１２Ｃが向けられていた方向に対する湾曲時の先端部１２Ｃの方向を角θで表わし、これにより湾曲部１２Ｂの湾曲状態を表わす。すなわち、湾曲部１２Ｂが湾曲されておらず、点Ｐ１がＰ１（０）に位置するときθ＝０°であり、湾曲部１２Ｂが反対向きにまで湾曲され、点Ｐ１がＰ１（８）に位置するときθ＝１８０°である。また更に、位置Ｐ１（０）〜Ｐ１（８）でのθの値をそれぞれθ０〜θ８で表わす。

このとき、点Ｐ１と点Ｐ２の間の距離（直線距離）Ｄと角度θとの間には通常１対１の対応関係がある（すなわち、Ｄ＝Ｄ（θ）、θ＝Ｄ^-1（Ｄ））。また、先端部１２Ｃがθ方向に向けられているときの湾曲部１２Ｂの湾曲形状は、通常一通りである。したがって、点Ｐ１、点Ｐ２の位置から距離Ｄが決定されると、湾曲部１２Ｂの形状を決定することができる。

本実施形態では、例えばＲＯＭ１３０（図４参照）に、距離Ｄと湾曲部１２Ｂの形状の関係を示す情報が湾曲部形状データとして格納されている。距離Ｄ（すなわち点Ｐ１の点Ｐ２に対する相対位置）と湾曲部１２Ｂの形状の関係を示す情報が湾曲部形状データとして格納されている。また、距離Ｄ（点Ｐ１の相対位置）に対する湾曲部１２Ｂの形状は、予め計測されたものであり、湾曲部形状データの１例を表１に示す。

表１に示されるように、湾曲部形状データは、例えば、各相対位置Ｐ１（０）〜Ｐ１（８）に対応して、湾曲部１２Ｂの長手方向に沿った所定間隔の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）が記録されている。表１に示された例では、点Ｐ１、Ｐ２間に対応する湾曲部１２Ｂの位置座標データは、点Ｐ１、Ｐ２間を例えば１０等分する間隔で用意され、Ｐ１（０）〜Ｐ１（８）毎に例えば９個の位置座標データ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）〜（Ｘ９、Ｙ９、Ｚ９）が記録されている。なお、図１５に位置座標データ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）〜（Ｘ９、Ｙ９、Ｚ９）と湾曲部１２Ｂとの関係を点Ｐ１がＰ１（０）、Ｐ１（４）、Ｐ１（８）に位置するときを例に模式的に示す。

上述したように、距離Ｄが計算されると、点Ｐ２に対する点Ｐ１の相対位置（軸回りの自由度は考えない）は一意的に決定され、これに基づいて相対位置Ｐ１（０）〜Ｐ１（８）の何れかが選択され、そのときの位置座標データ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）〜（Ｘ９、Ｙ９、Ｚ９）に基づいて、湾曲部１２の形状が再現される。

本実施形態において湾曲部形状データは、点Ｐ１、Ｐ２間にある所定の点（１個以上）の位置情報であってもよいし、そのときの湾曲部１２Ｂの曲率であってもよい。また、距離Ｄ毎に所定の補間関数や、補間関数のパラメータを格納しておいてもよく、以上のものを組み合わせたものであってもよい。

したがって、本実施形態の挿入部形状表示処理では、湾曲部１２Ｃと軟性部１２Ａで異なる補間方法が採用され、これらを組み合わせることにより挿入部１２全体の形状が再現される。すなわち、軟性部１２Ａに対しては、各コイルの位置をベジェ曲線やスプライン曲線などを用いて結び、従来の方法で挿入部１２の形状が再現され、湾曲部１２Ｂ、先端部１２Ｃに対しては、予め湾曲部１２Ｂにおける湾曲の仕方を調べた湾曲部形状データと、湾曲部１２Ｂの両端に位置する軟性部１２Ａと先端部１２Ｃに設けられたコイルＳ１、Ｓ２の相対位置関係とに基づいて、補間が行なわれ形状が再現される。

なお、軟性部１２Ａの補間曲線にベジェ曲線やスプライン曲線などが用いられる場合、軟性部１２Ａの補間曲線の点Ｐ２に対する制御点は、湾曲部１２Ｂに対し選択された補間曲線の接線や曲率などの幾何学的なパラメータを参照して決定される。

以上のように、本実施形態によれば、第１および第２実施形態の説明で述べた効果に加え、簡略な構成で、より正確に湾曲部の形状を再現することができ、これにより、挿入部全体の形状をより正確に再現することが可能となる。

本実施形態では、外部に設置された磁場発生器により生成された交流磁界を内視鏡挿入部に設けられた磁気センサ用のコイルを用いて検出したが、磁界発生用のコイルを内視鏡挿入部に設け、これを外部に設置された磁気センサで検出する構成としてもよい。

また本実施形態では、湾曲部の湾曲状態がコイルＳ１、Ｓ２の間の距離によって一意的に決定されるものとし、この距離のみに基づいて湾曲部の状態を判定し湾曲部形状データの参照が行なわれたが、距離の違いによる判定が困難な場合には、更にコイルにより検出されるそれぞれのコイルの方向を判定に取り入れてもよい。

本発明の第１実施形態である内視鏡挿入部形状把握システムが適用される内視鏡の概観図である。挿入部に設けられる複数のコイルの挿入部内における配置を模式的に示す。センサ用コイルの配置を１つのコイルに対して拡大して示した模式図である。本実施形態の電子内視鏡システム全体の電気的構成を示すブロック図である。螺旋管が巻かれた挿入部の構造を示す模式図である。湾曲部が僅かに曲げられた状態を示す。先端部の端面が略１８０°反転されるまで湾曲部が曲げられた状態を示す。点Ｐ１〜Ｐｎの間を直線で結んだとき（直線補間）の画像表示例である。点Ｐ１〜Ｐｎの間をベジェ曲線やスプライン曲線等の所定の曲線を用いて補間したときの画像表示例である。内視鏡湾曲部の構造の一例を模式的に示す図である。図１０とは異なる内視鏡湾曲部の構造を模式的に示す図である。複数の異なる曲率で湾曲された湾曲部の模式図である。湾曲部が大きく湾曲されたときの点Ｐ１〜Ｐ４の位置と、これらを直線補間したときの様子が示される。湾曲部の実際の湾曲状態と、各状態における点Ｐ１の点Ｐ２に対する位置関係を示す模式図である。位置座標データ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）〜（Ｘ９、Ｙ９、Ｚ９）と湾曲部との関係を点Ｐ１の位置がＰ１（０）、Ｐ１（４）、Ｐ１（８）のときを例に模式的に示す図である。

符号の説明

１０（電子）内視鏡
１２挿入部
１２Ａ軟性部
１２Ｂ湾曲部
１２Ｃ先端部
１２Ｄ硬性部材
５０螺旋管
５１コイルの信号線
Ｓ１〜Ｓｎコイル

Claims

可撓性を有する内視鏡挿入部の形状を把握するための内視鏡挿入部形状把握システムであって、
前記挿入部を構成する軟性部に配置される磁気センサ用の複数のコイルと、
前記軟性部においてその長手方向に沿って所定間隔で配置され、前記軟性部の撓曲に対して剛性を示す複数の円筒部材とを備え、
前記円筒部材はその軸が前記軟性部の軸方向に沿うように配置され、前記複数のコイルは、前記軟性部の軸方向に対して前記コイルの軸が捩れの位置関係となるように前記円筒部材の内側に配置され、これにより前記複数のコイルが前記軟性部の撓曲によりストレスを受けない
ことを特徴とする内視鏡挿入部形状把握システム。
前記円筒部材の軸方向の幅が前記コイルの軸方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
前記挿入部における湾曲部の両端の位置を検出する位置検出手段と、前記湾曲部の両端の位置から前記湾曲部の形状を再現する湾曲部形状再現手段とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
前記湾曲部形状再現手段が、前記湾曲部の両端の間の直線距離を検出する距離検出手段と、前記直線距離と前記湾曲部の形状の間の関係を示す湾曲部形状データを格納するメモリとを備えることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。
前記内視鏡挿入部形状把握システムが、内視鏡外部の交流磁界を用いて前記コイルの位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡挿入部形状把握システム。