(57)【要約】【課題】操作部に対して挿入部が独立して駆動可能な内視鏡装置であっても、操作部と挿入部との配置関係を検出できる、内視鏡装置の挿入支援情報検出システム及びそれを用いた内視鏡装置を提供すること。【解決手段】挿入支援情報検出システム１は、観察対象物の管内に挿入される挿入部１２と、作業者によって把持される把持部１１と、挿入部１２と把持部１１とを相対的に移動させるように機械的に接続する可動部１３と、を備えた内視鏡装置と、可動部１３における挿入部１２と把持部１１の相対的な移動量を検出する回転量検出センサ５０と、を有する。【選択図】図１
2014113352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内に挿入される挿入部と、
作業者によって把持される把持部と、
前記挿入部と前記把持部とを相対的に移動させるように機械的に接続する可動部と、
を備えた内視鏡装置と、
前記可動部における前記挿入部と前記把持部の相対的な移動量を検出する移動量検出センサと、
を有することを特徴とする内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項２】
前記可動部は、前記挿入部を前記把持部に対して回転させるように機械的に接続し、
前記回転の回転軸は、前記挿入部の長手方向と略一致する方向であって前記挿入部の内部の領域に位置するように設けられており、
前記移動量検出センサは、前記挿入部と前記把持部との相対的な回転量を検出する回転量検出センサであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項３】
前記挿入部は、前記把持部の近傍における形状が略円筒形であるか又は略円筒形の部材を有しており、前記回転軸は、前記円筒の中心軸と略一致していることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項４】
前記回転量検出センサは、スケールと、該スケールの移動を検出するセンサヘッドとを有し、
前記スケールと前記センサヘッドの一方が前記挿入部に他方が前記把持部に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項５】
前記スケールは、周期的な光学パターンを有する光学スケールであり、
前記センサヘッドは、前記光学スケールに対して光を照射するとともに、前記照射されて前記スケールを経由した光を受光して電気信号を出力することを特徴とする請求項４に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項６】
前記スケールは、周期的な磁気パターンを有する磁気スケールであり、
前記センサヘッドは、前記磁気スケールの移動に伴う磁界の変化を検出して電気信号を出力することを特徴とする請求項４に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項７】
前記挿入部は、前記可動部による前記相対的な移動とは独立して少なくとも一部が湾曲するように構成され、
当該挿入支援情報検出システムは、
前記挿入部の前記湾曲の状態を検出する湾曲状態検出センサと、
前記移動量検出センサによって検出された移動量と前記湾曲状態検出センサによって検出された湾曲の状態とを関連付けて内視鏡装置の挿入支援情報を演算する挿入支援情報演算部と、
をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項８】
前記湾曲状態検出センサは、前記挿入部の略全体の形状を検出し、
前記挿入支援情報演算部は、前記湾曲状態検出センサによって検出された前記挿入部の略全体の形状と前記移動量検出センサによって検出された前記移動量とを組み合わせて前記把持部を基準とした前記挿入部の先端の位置、前記把持部を基準とした前記挿入部の先端の方向、前記把持部を基準とした前記挿入部の観察方向の少なくともひとつを前記挿入支援情報として演算することを特徴とする請求項７に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項９】
前記挿入部における前記把持部の近傍の部分と前記挿入部の先端の近傍の部分との、長手方向を軸としたねじれ量が、前記可動部における相対的な回転量に対して十分に小さいことを特徴とする請求項８に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項１０】
前記挿入部と前記把持部との前記可動部における相対的な回転量は、３６０degより小さいことを特徴とする請求項８に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項１１】
前記挿入部と前記管を有する観察対象物との相対的な配置関係を検出する配置関係検出センサをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項１２】
前記配置関係検出センサは、前記観察対象物に取り付けられ、前記挿入部の前記観察対象物に対する挿入量、回転量、挿入角の少なくともひとつを前記挿入部の挿入状態として検出する挿入部センサであることを特徴とする請求項１１に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項１３】
前記挿入部は、前記可動部による前記相対的な移動とは独立して少なくとも一部が湾曲するように構成され、
当該挿入支援情報検出システムは、
前記挿入部の前記湾曲の状態を検出する湾曲状態検出センサと、
前記移動量検出センサによって検出された移動量と、前記湾曲状態検出センサによって検出された湾曲の状態と、前記挿入部センサによって検出された挿入状態とを関連付けて前記観察対象物を基準とした前記挿入部の先端の位置、前記観察対象物を基準とした前記挿入部の先端の方向、前記観察対象物を基準とした前記挿入部の観察方向の少なくともひとつの情報を内視鏡装置の挿入支援情報として演算する挿入支援情報演算部と、
をさらに有することを特徴とする請求項１２に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項１４】
前記挿入部は、前記可動部による前記相対的な移動とは独立して少なくとも一部が湾曲するように構成され、
当該挿入支援情報検出システムは、
前記挿入部の前記湾曲の状態を検出する湾曲状態検出センサと、
前記移動量検出センサによって検出移動量と前記湾曲状態検出センサによって検出された湾曲の状態とを関連付けて前記観察対象物を基準とした前記把持部の位置を前記内視鏡装置の挿入支援情報として演算することを特徴とする請求項１２に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項１５】
前記配置関係検出センサは、前記把持部及び／又は前記観察対象物の位置を検出する位置センサあることを特徴とする請求項１１に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項１６】
前記位置センサは、加速度センサを含み、
前記挿入部と前記観察対象物との相対的な配置関係は、前記位置センサと前記観察対象物とが所定位置に配置された状態に対する前記把持部の移動方向及び移動量として演算されることを特徴とする請求項１５に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項１７】
前記位置センサは、信号を発信する発信機と、信号を受信するアンテナとを含み、
前記アンテナと前記発信機の何れか一方は前記把持部に取り付けられており、他方は前記観察対象物又は前記観察対象物の観察作業が行われる観察室に配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項１８】
前記発信機が発振する信号は、電波、磁気信号、可視光線、赤外線、音波信号の何れかひとつ又はそれらの組み合せであることを特徴とする請求項１７に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項１９】
前記湾曲状態検出センサは、前記挿入部に搭載されていることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項２０】
前記湾曲状態検出センサは、前記挿入部に搭載された光ファイバの長手方向の一部に、該光ファイバの曲げ角に応じて、前記光ファイバで導光される光の量、波長、強度、位相の少なくともひとつの変化を検出する検出部を少なくともひとつ有して構成される光ファイバセンサであることを特徴とする請求項１９に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項２１】
前記湾曲状態検出センサは、前記挿入部の外部にＸ線発生装置とＸ線受信装置とを備えたＸ線撮像装置であることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡装置の挿入支援情報検出システム。
【請求項２２】
管内に挿入される挿入部と、
作業者によって把持される把持部と、
前記挿入部と前記把持部とを相対的に移動させるように機械的に接続する可動部と、
前記可動部における前記挿入部と前記把持部の相対的な移動量を検出する移動量検出センサと、
を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２３】
前記可動部は、前記挿入部を前記把持部に対して回転させるように機械的に接続し、
前記回転の回転軸は、前記挿入部の長手方向と略一致する方向であって前記挿入部の内部の領域に位置するように設けられており、
前記移動量検出センサは、前記挿入部と前記把持部との相対的な回転量を検出する回転量検出センサであることを特徴とする請求項２２に記載の内視鏡装置。
【請求項２４】
前記挿入部は、前記可動部による前記相対的な移動とは独立して少なくとも一部が湾曲するように構成され、
前記挿入部の前記湾曲の状態を検出する湾曲状態検出センサと、
前記移動量検出センサによって検出された移動量と前記湾曲状態検出センサによって検出された湾曲の状態とを関連付けて挿入支援情報を演算する挿入支援情報演算部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項２３に記載の内視鏡装置。
【請求項２５】
前記湾曲状態検出センサは、前記挿入部に搭載された光ファイバの長手方向の一部に、該光ファイバの曲げ角に応じて、前記光ファイバで導光される光の量、波長、強度、位相の少なくともひとつの変化を検出する検出部を少なくともひとつ有して構成される光ファイバセンサであることを特徴とする請求項２４に記載の内視鏡装置。
【請求項２６】
前記挿入部と前記管を有する観察対象物との相対的な配置関係を検出する配置関係検出センサをさらに備えたことを特徴とする請求項２３に記載の内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡装置の挿入支援情報検出システム及びそれを備えた内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内視鏡装置を用いて生体の観察や処置を行う場合において、患部の位置によっては内視鏡装置の微妙な操作が困難な場合がある。例えば、軟性内視鏡と呼ばれる挿入部を湾曲させることが可能な内視鏡装置であっても、患部の位置によっては湾曲操作を行うことが困難である。
【０００３】
これに対し、特許文献１において提案されている内視鏡装置は、挿入部と、操作部と、挿入部回転部とを有するように構成されている。挿入部は、内視鏡装置のうち、観察対象物に挿入される部分である。操作部は、作業者によって操作されることによって挿入部の湾曲状態の操作指示を与える。この操作指示に応じて挿入部の湾曲状態が変化する。挿入部回転部は、挿入部の長手軸を回転軸として挿入部を回転させる。挿入部回転部による挿入部の回転は、操作部による動作とは独立して行うことが可能である。特許文献１において提案されている内視鏡装置によれば、観察や処置を行い易い方向に挿入部を回転させてから作業を行うことができる。これによって微妙な処置を行うことができ、操作の作業性を向上することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２５４００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１の内視鏡装置は、操作部に対して挿入部が独立して駆動されてしまうので、操作部の操作方向と、観察対象物内における挿入部の湾曲状態との関係が把握しにくくなるおそれがある。この場合、例えば、生体内を観察又は処置する場合、病変部へ挿入部をアプローチさせるために、どの方向に挿入部を湾曲させれば良いかが分からなくなる可能性がある。また、挿入部が現在どの方向を見ているのかが分からなくなる可能性もある。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされた発明であり、操作部に対して挿入部が独立して駆動可能な内視鏡装置であっても、操作部と挿入部との配置関係を検出できる、内視鏡装置の挿入支援情報検出システム及びそれを用いた内視鏡装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の内視鏡装置の挿入支援情報検出システムは、管内に挿入される挿入部と、作業者によって把持される把持部と、前記挿入部と前記把持部とを相対的に移動させるように機械的に接続する可動部と、を備えた内視鏡装置と、前記可動部における前記挿入部と前記把持部の相対的な移動量を検出する移動量検出センサと、を有することを特徴とする。
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様の内視鏡装置は、管内に挿入される挿入部と、作業者によって把持される把持部と、前記挿入部と前記把持部とを相対的に移動させるように機械的に接続する可動部と、前記可動部における前記挿入部と前記把持部の相対的な移動量を検出する移動量検出センサと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、操作部に対して挿入部が独立して駆動可能な内視鏡装置であっても、操作部と挿入部との配置関係を検出できる、内視鏡装置の挿入支援情報検出システム及びそれを用いた内視鏡装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態の内視鏡装置の挿入支援情報検出システムの構成を示す図である。
【図２】先端の方向と観察方向とが一致している構造の挿入部の例を示す図である。
【図３】先端の方向と観察方向とが異なっている構造の挿入部の例を示す図である。
【図４】可動部の付近の構造を示した図である。
【図５】支援情報部の内部の構成を示した図である。
【図６】挿入部センサの構成例を示した図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の内視鏡装置の挿入支援情報検出システムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】可動部が把持部に対して挿入部を並進移動させる構造を有する場合の例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の内視鏡装置の挿入支援情報検出システムの構成を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の内視鏡装置の挿入支援情報検出システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態では、把持部と挿入部とを相対的に移動させるように機械的に接続する可動部を有する内視鏡装置において、相対的な移動量を挿入支援情報として検出可能なセンサを設けた内視鏡装置及びそのような内視鏡装置の挿入支援情報検出システムを提案する。同時に、以下に説明する実施形態では、挿入部や観察対象物などにセンサを配置し、これらのセンサの検出データを適切に組み合わせて演算することで、挿入部の状態や向いている方向などを挿入支援情報として算出する内視鏡装置及びそのような内視鏡装置の挿入支援情報検出システムを提案する。
【００１２】
＜第１の実施形態＞  
図１は、本発明の第１の実施形態の内視鏡装置の挿入支援情報検出システムの構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態における挿入支援情報検出システム１は、内視鏡スコープ部１０と、内視鏡本体部２０と、挿入部センサ３０とを有している。以下、挿入支援情報検出システム１の各要素について、内視鏡スコープ部１０、内視鏡本体部２０、挿入部センサ３０の順に説明する。
【００１３】
（内視鏡スコープ部）  
内視鏡スコープ部１０は、把持部１１と、挿入部１２と、可動部１３と、本体側ケーブル１４とを有している。
【００１４】
把持部１１は、内視鏡スコープ部１０において、作業者が片手で把持したまま移動できるように構成された部分である。この把持部１１には、操作ハンドル１１１が設けられている。操作ハンドル１１１は、作業者によって操作されることによって、挿入部１２の湾曲状態を調整させるための指示を与える。
【００１５】
挿入部１２は、内視鏡スコープ部１０において、観察対象物の内部の空間などの管内に挿入される部分であって、その内部に図示しない操作ワイヤが設けられている。操作ワイヤは、操作ハンドル１１１に取り付けられている。操作ハンドル１１１が回転するとき、この回転に連動して操作ワイヤの一方が巻き込まれて他方が送り出される。これにより、挿入部１２に設けられた図示しない湾曲部が湾曲される。
【００１６】
また、挿入部１２の先端には、図２に示すように、対物レンズ１２１、照明部１２２、鉗子チャンネル１２３など、内視鏡スコープ部１０の用途に応じた様々な部材やデバイスが取り付けられる。ここで、対物レンズ１２１は、挿入部１２の内部に設けられる画像センサと光学的に接続されたレンズである。対物レンズ１２１を介して入射した光は、画像センサで受光され、電気信号としての画像信号に変換される。画像信号を内視鏡本体部２０に伝送することで、内視鏡スコープ部１０が見ている方向の画像を内視鏡本体部２０において表示することが可能である。照明部１２２は、内視鏡本体部２０に配置された光源部２１から射出された光が、本体側ケーブル１４、把持部１１、挿入部１２の内部に配置された図示しないライトガイドを経由して挿入部１２の先端まで導光され、照明光として射出される照明光射出部である。鉗子チャンネル１２３は、各種の処置具が挿入される孔部である。鉗子チャンネル１２３に各種の処置具を挿入することで、内視鏡スコープ部１０により、様々な作業や処置などが可能である。
【００１７】
ここで、図２に示す内視鏡スコープ部１０の対物レンズ１２１の向いている方向は、挿入部１２の先端の軸の方向と同一方向である。すなわち、挿入部１２の先端の方向は、対物レンズ１２１が向いている方向、すなわち見ている方向と等しい。
【００１８】
一方、図３に示すように、対物レンズ１２１の向いている方向と挿入部１２の先端の方向とが異なっている構造の内視鏡スコープ部１０が用いられても良い。このような内視鏡スコープ部１０は、狭い管の側面や、狭い通路の奥に広がった空間の壁面などを観察する目的で利用され得る。
【００１９】
また、挿入部１２は、前述した操作ワイヤによる湾曲構造の他に、観察対象物の内部空間に押し付けられ、この壁面に倣うように変形湾曲可能な構造も有している。このような構造により、観察対象物の内面に押し当てられながら、様々な導入経路を有する観察対象物の内部に進行できる。
【００２０】
さらに、挿入部１２の内部には、図１に示すように、湾曲状態検出センサ４０が搭載されている。湾曲状態検出センサ４０は、挿入部１２の略全体の湾曲形状を検出するセンサであって、例えば光ファイバセンサにより構成されている。一例の光ファイバセンサは、挿入部１２の全体の形状検出が可能なように、挿入部１２の略全域に渡り且つ複数の検出ポイントが挿入部の長手方向に分散するように配置されている。光ファイバセンサの構成や原理については後述する。
【００２１】
可動部１３は、把持部１１と挿入部１２との間に設けられ、把持部１１と挿入部１２とを相対的に移動させるように機械的に接続している。本体側ケーブル１４は、内視鏡スコープ部１０と内視鏡本体部２０とを電気的及び光学的に接続する１本又は複数のケーブルである。
【００２２】
ここで、可動部１３の構造について図４を参照しながらさらに説明する。図４は、可動部１３の付近の構造を示した図である。図４に示すように、挿入部１２における把持部１１の近傍の形状は、画像センサなどへの配線が通る空間のある略円筒形状である。本実施形態における可動部１３は、挿入部１２の長手方向と略一致した方向である、図４の一点鎖線で示す略円筒形状の中心線を回転軸Ｚとして挿入部１２を回転させる回転可動部である。ここで、回転軸Ｚは、図４に示すように、挿入部１２の内部に位置する。また、挿入部１２は、可動部１３を挟んで反対側まで伸びたスコープ延長部１２４を有している。ここで、挿入部１２における把持部１１の近傍の形状は必ずしも円筒形状でなくとも良い。例えば、挿入部１２と可動部１３と間に別の円筒形状の部材を介在させても良い。
【００２３】
スコープ延長部１２４は、可動部１３の回転軸と共通の中心軸を有する円筒形状をしており、把持部１１の内部空間まで伸びている。スコープ延長部１２４は、挿入部１２の回転と連動して挿入部１２と一体的に回転移動するように構成されている。すなわち、本実施形態では、可動部１３を回転させることで、挿入部１２は、図４に示す回転軸Ｚを中心として回転移動可能に構成されている。なお、可動部１３における回転可能な接続構造は、一般的な軸回転に用いられる様々な機械的な接続技術を用いることができる。例えば、ベアリングと円筒部材を組み合わせた構成や、円筒を多段に組み合わせた構成などを利用することができる。歯車やネジ山などを設けた構成であっても良い。また、可動部１３は、オイルなどを用いて潤滑させることで、可動を滑らかにしたり、所定の強度で保持させたりするように工夫しても良い。なお、図１に示す可動部１３は、作業者が可動させるときに手などにより操作する回転操作ハンドルも兼ねており、挿入部１２に固定され、また把持部１１に対して可動するように構成されている。
【００２４】
円筒形状を有するスコープ延長部１２４の外面には、高反射部と低反射部とが周期的に配置された、反射型の光学スケール１２５が取り付けられている。また、図４に示すように、光学スケール１２５と対向する位置に、光学スケール１２５と組み合わせて使用できる光学式のセンサヘッド１１２が取り付けられている。光学スケール１２５とセンサヘッド１１２との組み合せにより、移動量検出センサのひとつである回転量検出センサ５０が構成されている。本実施形態の組み合せでは、回転量検出センサ５０は、ロータリタイプの光学式エンコーダである。光学式エンコーダは、既存技術による様々なエンコーダを用いることができる。操作部が大型化するのを避けるためには、小型のエンコーダが望ましい。LEDとフォトディテクタアレイを組み合わせた小型のエンコーダが特に望ましい。
【００２５】
本実施形態では、光学スケール１２５を挿入部１２の側に、センサヘッド１１２を把持部１１の側に取り付ける例を示している。これにより、センサヘッド１１２の配線が把持部１１に対して移動することを避けることができる。したがって、センサヘッド１１２の配線の耐久性を向上することができる。また、スコープ延長部１２４の構造は円筒形のままで良く、シンプルな構造を実現できる。逆に、挿入部１２の側にセンサヘッド１１２を、把持部１１の側に光学スケール１２５を設けてもかまわない。この場合、構造がやや複雑になり、配線についても考慮する必要はあるが、基本的な機能については同等である。
【００２６】
なお、本実施形態では、円筒型光学スケールを用いた円筒ロータリ光学式エンコーダを用いる例を示しているが、回転量検出センサの構造としては円筒ロータリ光学式エンコーダに限らない。円盤の表面に周期的な光学パターンを形成した円板スケールを用いた光学式エンコーダを用いることも可能である。この場合、円板スケールを安価に作製することが可能であり、また、円板径を大型化することで、エンコーダの検出できる角度分解能を向上させることが可能である。さらに、円盤型や円筒型の磁気式エンコーダを用いることも可能である。磁気式エンコーダを用いることで、低価格で、取り付け調整が容易な回転量検出センサを実現することが可能である。さらに、静電式や、その他様々なエンコーダを用いることが可能である。
【００２７】
（内視鏡本体部）  
内視鏡本体部２０は、は図１に示すように、光源部２１と、ビデオプロセッサ２２と、支援情報部２３とを有している。
【００２８】
光源部２１は、キセノンランプやハロゲンランプなどのランプ類又はLEDなどの半導体光源を光源として有している。これらの光源からの照明光は、ライトガイドに入射するように構成されている。ライトガイドは、本体側ケーブル１４、把持部１１、挿入部１２の内部に連続して設けられており、光源部２１からの照明光を挿入部１２の先端に設けられた照明部１２２から射出可能に構成されている。
【００２９】
ビデオプロセッサ２２は、挿入部１２の先端に搭載された画像センサによって生成された観察対象物の内部の画像信号を、図示しないモニタに表示できるように処理する。このビデオプロセッサ２２は、信号線に接続されている。信号線は、本体側ケーブル１４、把持部１１、挿入部１２の内部に連続して設けられており、画像センサからの画像信号をビデオプロセッサ２２に伝送する。
【００３０】
支援情報部２３は、挿入支援情報検出システム１に含まれる各種センサからの情報を処理し、挿入支援情報として出力する。本実施形態における各種センサは、移動量検出センサと、湾曲状態検出センサと、配置関係検出センサとに大別される。移動量検出センサは、把持部１１と挿入部１２との相対的な移動量を検出するセンサである。移動量検出センサは、図４の回転量検出センサ５０が対応している。湾曲状態検出センサは、挿入部１２の湾曲状態を検出するセンサであって、図１の例では湾曲状態検出センサ４０が対応している。配置関係検出センサは、観察対象物と挿入部との相対的な配置関係を検出するセンサであって、図１の例では挿入部センサ３０が対応している。回転量検出センサ５０としては、例えばロータリタイプの光学式エンコーダを用いる。湾曲状態検出センサ４０としては、例えば光ファイバセンサを用いる。挿入部センサ３０としては、例えばスペックルセンサを用いる。
【００３１】
また、支援情報部２３は、挿入支援情報演算部２３１と、挿入支援情報設定部２３２と、挿入支援情報選択部２３３とを有している。挿入支援情報演算部２３１は、各種センサからの情報を記憶する記憶部を有し、記憶部に記憶された情報を用いて演算処理をして挿入支援情報を生成する。挿入支援情報設定部２３２は、各種センサからの情報を挿入支援情報演算部２３１において演算可能な情報に変換するために必要となる必要情報を記憶しており、挿入支援情報演算部２３１が必要とする必要情報を設定する。この必要情報としては、例えば各種センサの情報の単位系や、配置情報のほか、内視鏡スコープ部１０の構成情報が含まれる。例えば、回転量検出センサ５０としてのロータリタイプの光学式エンコーダの１パルスが何度分の回転量に相当するかが構成情報である。挿入部１２や可動部１３の径によってこの回転量が異なるので記憶部には挿入部１２や可動部１３の種類に応じた情報を記憶しておく。挿入支援情報選択部２３３は、挿入支援情報演算部２３１によって演算された挿入支援情報のうち、作業者が必要としている挿入支援情報を判断し、必要な挿入支援情報を選択する。
【００３２】
なお、挿入支援情報設定部２３２による設定及び挿入支援情報選択部２３３による選択を自動化することも可能である。この場合、挿入支援情報設定部２３２及び挿入支援情報選択部２３３の記憶部に所定のアルゴリズムに沿ったプログラムとデータテーブルを記憶させておけば良い。または、必要情報の入力及び挿入支援情報の選択を支援情報部２３の外部から行えるようにしても良い。
【００３３】
挿入支援情報演算部２３１で演算され、挿入支援情報選択部２３３により選択された挿入支援情報は、所定の出力手段で出力可能な形態に処理され、その後に所定の出力手段に向けて出力される。これにより、作業者は、挿入支援情報を利用することが可能である。なお、ここで言う出力手段とは、挿入支援情報を画像情報や文字情報として表示する視覚に向けた出力の他、音声やアラーム音などによる聴覚に向けた出力、バイブレーションなどによる触覚に向けた出力なども含められる。すなわち、本実施形態における「出力手段」は、作業者に情報を伝達できる様々な既存の情報伝達方法を総称したものである。図１では、出力手段の一例としてビデオプロセッサ２２を示している。
【００３４】
なお、本実施形態では、内視鏡本体部２０として図１に示す３つのユニット、すなわち、光源部２１、ビデオプロセッサ２２、支援情報部２３の３つのユニットで構成される例を示している。しかしながら、内視鏡本体部２０は、これら以外のユニットを含んでいても良い。例えば、プリンタや様々な処置や治療に必要な医療機器など、内視鏡装置に接続可能なものは内視鏡本体部２０に含めることができる。
【００３５】
また、図１では、支援情報部２３をビデオプロセッサ２２や光源部２１とは別体として示したが、これに限らない。これらのユニットの全部を一体として形成することも可能であるし、光源部２１やビデオプロセッサ２２の一部の機能を支援情報部２３と組み合わせて一体とすることも可能である。さらに、上述した、３つのユニット以外のユニットと一体とすることもできる。また、支援情報部２３の構成として、挿入支援情報演算部２３１、挿入支援情報設定部２３２、挿入支援情報選択部２３３を全て一体としても良いし、別体として構成しても良いし、それぞれを別のユニットと組み合わせるなど、作業者の利便性や設計のしやすさ、コストなどといった、様々な事情を考慮して自由に組み合わせることが可能である。
【００３６】
（挿入部センサ）  
挿入部センサ３０は、図１に示すように、観察対象物に挿入部１２が挿入された際の、観察対象物内に挿入されている挿入部１２の長さ、観察対象物に対する挿入部１２の回転量（挿入ねじり量）、挿入部１２の観察対象物に対する挿入角度のうち、少なくともひとつを検出できるセンサである。この挿入部センサ３０は、観察対象物の挿入開口の近傍に取り付けられるように構成されている。ここで、本実施の形態では、挿入部センサ３０として、スペックルセンサを用いている。スペックルセンサは、コンピュータのマウス入力などに用いられている一般的な光学式センサである。
【００３７】
スペックルセンサの原理について簡単に説明する。レーザやLEDといった可干渉性を有する光源から光を物体に照射すると、物体からの反射光及び散乱光は互いに干渉し合い、スクリーン上にランダムな明暗パターンを形成する。このランダムな明暗パターンは、物体の表面の微小な凹凸や反射／非反射のパターンなどを反映したもので、同じ場所を同じ光源で、照射角や光量なども同じ条件で照射すると、同じ投影面上には同じパターンが形成される。このようなパターンをスペックルパターンという。光源に対して物体が移動すると、スペックルパターンもパターン形状を維持したまま、物体の移動方向及び移動量に応じた距離及び方向に移動する。スペックルパターンの移動量と方向を画像センサなどで検出することで、物体の移動量、移動方向、回転量などを検出することが可能である。
【００３８】
本実施形態では、図６に示すように、挿入部センサ３０を観察対象物の挿入開口に取り付けるためにリング状の挿入部アダプタ３１を用いている。なお、図１は、挿入部アダプタ３１の断面を示している。そして、本実施形態では、挿入部アダプタ３１に挿入部センサ３０を内蔵させている。挿入部アダプタ３１は、観察対象物の開口部に取り付けやすいように、観察対象物の開口に合わせてアダプタ開口３１１の大きさや形状が設計されている。図６は、生体を観察対象物としたときに、口や肛門などの生体開口に部分的に挿入する形で取り付ける挿入部アダプタ３１の図である。
【００３９】
図６に示した挿入部アダプタ３１は、その挿入側面３１２が観察対象物の開口に接触したときに回転したりズレ落ちたりしないように摩擦力などで固定される。さらに、挿入部アダプタ３１は、観察対象物の内部に落ち込んでしまわないように、観察対象物の開口に挿入したときに観察対象物の外側となる位置であるアダプタ円筒の端部には、落ち込み防止部３１３が設けられている。落ち込み防止部３１３は、中心に開口のあるリング状の円板であり、最大外径が観察対象物の開口よりも大きくなるように設計されている。
【００４０】
ここで、図６では説明を簡単化するため、アダプタ円筒にツバ状の落ち込み防止部３１３を設けた図を示している。実際の挿入部アダプタ３１は、生体に取り付けやすく、位置ズレしたり脱落しにくく、また観察対象物を傷つけたり、不快と感じさせないよう、楕円形状にしたり、角部を丸くしたりするなど、様々な工夫をすることが望ましい。
【００４１】
挿入部アダプタ３１のアダプタ開口３１１は、挿入部１２を作業者や観察対象物の負担にならないような力量で挿入可能な開口径を有している。より詳しくは、アダプタ開口３１１は、挿入部１２と比べて一定量以上大きな開口径を有している。ただし、アダプタ開口３１１の内部で挿入部１２が横ズレしたりして挿入部センサ３０が誤検出するのを防止するため、アダプタ開口３１１は挿入部１２と比べて大きすぎない開口径を有している。このようなアダプタ開口３１１の設計は、その内視鏡スコープ部１０の使用目的や使用環境、挿入部センサ３０に要求される精度などを考慮して行われるべきである。本実施形態では、アダプタ開口３１１の開口径を、例えば挿入部１２の最大径φmaxよりやや大きい径とその３倍程度の径３×φmaxとの間の径としている。
【００４２】
前述したように、アダプタ開口３１１には、挿入部センサ３０が内蔵されている。挿入部センサ３０は、可干渉光源３０１と画像センサ３０２とを有している。可干渉光源３０１から射出された可干渉光は、アダプタ開口３１１に挿入された挿入部１２の側面により反射散乱されて画像センサ３０２の受光面上に２次元状のスペックルパターンを形成する。このスペックルパターンは、前述の原理に従い、挿入部１２の挿入方向と量に応じて移動する。したがって、このスペックルパターンの移動を検出することで、観察対象物を基準とした挿入部１２の挿入量、挿入角、回転量などを検出することが可能である。
【００４３】
ここで、アダプタ開口３１１の開口径を挿入部１２の最大径φmaxと略等しい径とした場合、挿入角はアダプタ開口３１１に倣う方向に限定される。したがって、このような場合は挿入角の検出は不要であり、挿入量及び回転量が検出できれば、挿入支援情報として必要な検出量を得られる。
【００４４】
また、図６では図示を省略したが、挿入部センサ３０としては、可干渉光源３０１や画像センサ３０２の光入出端に、従来技術により適切に設計されたレンズなどを設けることで、性能及び機能の向上及び安定化をさせることができる。
【００４５】
さらに、挿入部センサ３０を構成する可干渉光源３０１及び画像センサ３０２への電力供給並びに画像センサ３０２からの検出信号の取り出しのための手段は、様々な手段が考えられる。例えば、挿入部アダプタ３１にバッテリと無線信号送信機を設け、内視鏡本体部２０などに信号受信機を設けることで、挿入部センサ３０を完全なワイヤレス構成とすることも可能である。また、電源ケーブル、信号ケーブルなどを、作業者の作業を考慮して配置するワイヤタイプとすることも可能である。ワイヤレスタイプとすることで、配線が作業者の邪魔になることが無い、取り付け場所を選ばないなどのメリットがある。また、ワイヤタイプとすることで、挿入部アダプタ３１を小型化、軽量化、低コスト化することができる。また、長時間利用してもバッテリ切れを起こすことが無いなどのメリットがある。
【００４６】
なお、本実施形態では、生体開口に直接取り付けるタイプの挿入部アダプタ３１の例を説明したが、これに限らない。ベッドや観察対象物に直接固定するための台座を設け、観察対象物の開口近傍に挿入部アダプタ３１が配置されるようにも構成できる、また、台座に固定するタイプの挿入部アダプタ３１を用いることも可能である。
【００４７】
以下、支援情報部２３についてさらに説明する。支援情報部２３は、前述したように、各種センサとしての、挿入部センサ３０、湾曲状態検出センサ４０、回転量検出センサ５０の３つのセンサからの情報を処理して挿入支援情報を出力する。支援情報部２３は、図５に示した通り、挿入支援情報演算部２３１と、挿入支援情報設定部２３２と、挿入支援情報選択部２３３とを有している。各センサから出力され、挿入支援情報演算部２３１に入力される基礎情報について以下に説明する。
【００４８】
挿入部センサ３０は、例えばスペックルセンサであり、観察対象物の開口近傍に固定されており、観察対象物の開口からその内部に挿入される挿入部１２の長さ、挿入部１２の回転量、及び挿入角度を検出する。前述したように、スペックルセンサはスペックルパターンの移動を検出するものであり、スペックルパターンの移動量及び方向と、挿入部センサ３０と挿入部１２の相対的な移動量及び方向との関係を得ることで、実際の挿入部センサ３０に対する挿入部１２の移動量及び方向を知ることができる。スペックルセンサは、画像センサ３０２が検出したスペックルパターンの画像情報を電気信号として出力する。このスペックルパターンの移動量及び方向と挿入部１２の移動量及び方向との関係である挿入部センサテーブルは、挿入支援情報設定部２３２が有する記憶部に保有されており、挿入支援情報演算部２３１からの要求に応じて伝送される。
【００４９】
挿入支援情報演算部２３１は、挿入部センサ３０からの検出情報と挿入支援情報設定部２３２からの挿入部センサテーブルとに基づいて、挿入部センサ３０から観察対象物の内部に挿入された挿入部１２の長さと、回転方向と、挿入方向とをそれぞれ演算する。言い換えると、観察対象物の開口に固定された座標系における挿入部１２の位置及び方向を演算する。
【００５０】
以上の通り、挿入部センサ３０は、基礎情報としてスペックルパターンの画像情報を電気信号として出力する。また、挿入支援情報演算部２３１は、挿入部センサ３０からの出力と、挿入支援情報設定部２３２からの必要情報と、他のセンサからの情報とを適宜組み合わせて挿入支援情報を演算する。
【００５１】
湾曲状態検出センサ４０は、挿入部１２の湾曲形状を検出するセンサである。本実施形態では、例えば光ファイバセンサを湾曲状態検出センサ４０として用いている。光ファイバセンサは、長尺の光ファイバの側面の一部に検出部を設け、光ファイバの曲げ角に応じて、光ファイバによって導光される光の量、波長、強度、位相の少なくともひとつが増減する現象を利用した曲げセンサである。検出部の構成としては、例えば、光ファイバのクラッドを取り除く方法やさらにその部分に光吸収部材を塗布する方法が知られている。一個の検出部より構成される光ファイバセンサは、曲げセンサである。挿入部１２の長手方向に連続的に複数個の検出部を配置した光ファイバセンサは、挿入部１２の３次元形状を検出できる湾曲状態検出センサ４０となる。波長を変えるなどの手段により、一本の光ファイバに複数の検出部を設けることも可能であるし、多くの光ファイバを束ねて多点の検出を実現することも可能である。一本あたりの検出点数を増やすことで、光ファイバセンサを細く形成することが可能である。このような細径の光ファイバセンサは、挿入部１２の隙間に搭載しやすい。多くの光ファイバを束ねて光ファイバセンサを構成する場合、検出点ごとの信号の独立性を高めることができる。これにより、検出点ごとの検出精度を向上させたり、信号対ノイズ比を向上させたりすることができる。
【００５２】
挿入部１２には、例えば１０ｃｍに一個程度の検出部を設ければ、挿入部１２の全体の形状を再現性良く検出することができる。検出部の間隔を１０ｃｍより短くすることで、挿入部１２の全体形状の再現性を向上できる。また、検出部の間隔を１０ｃｍより長くすることで、コストの軽減や湾曲状態検出センサ４０のシステムを簡素化できる。なお、内視鏡スコープ部１０は、あらゆる方向に自在に曲げることが可能であるため、３次元検出を行うためには、検出点ごとに２方向以上の検出部を設けるなどして光ファイバセンサを構成する必要がある。
【００５３】
湾曲状態検出センサ４０からの出力は、例えば検出点ごとの曲げ角に応じた光ロスに基づく光量の変化である。検出部で検出された光は電気信号に変換され、この電気信号が挿入支援情報演算部２３１に伝送される。曲げ角と光量変化の関係を示すテーブルは、例えば挿入支援情報設定部２３２が有する記憶部に必要情報として保有されている。また、光ファイバセンサを構成する検出部の数、それぞれの検出部の配置場所、X軸及びY軸が示す検出方向と挿入部１２との配置関係も挿入支援情報設定部２３２が有する記憶部に必要情報として保有されている。これらの保有情報は、挿入支援情報演算部２３１からの要求に応じて適宜伝送される。
【００５４】
挿入支援情報設定部２３２からの情報と湾曲状態検出センサ４０からの出力とに基づいて、挿入支援情報演算部２３１は、挿入部１２の先端の３次元空間上での座標（X,Y,Z）を演算する。座標の原点は、例えば把持部１１と挿入部１２との接続部の近傍（すなわち可動部１３）のうちの挿入部１２の側に置く。本実施形態では、挿入部１２をねじれにくく構成する。すなわち、挿入部１２における把持部１１の近傍と挿入部１２における先端部の近傍との長手方向を軸としたねじり力に対するねじり量が、可動部１３における挿入部１２と把持部１１との相対的な回転量と比較して十分に小さくなるように構成されている。このため、挿入部１２の根元の位置がある座標系に固定されていれば、挿入部１２の湾曲形状の情報から、挿入部１２の先端の見ている方向及び方向などを演算より求めることが可能である。
【００５５】
以上の通り、湾曲状態検出センサ４０は、基礎情報として各検出部の曲げ量に応じた電気信号を出力し、挿入支援情報演算部２３１は、湾曲状態検出センサ４０からの情報と、挿入支援情報設定部２３２からの情報と、他のセンサからの情報とを適宜組み合わせて挿入支援情報を演算する。
【００５６】
回転量検出センサ５０は、挿入部１２の把持部１１に対する相対的な回転量を検出する。本実施形態では、回転量検出センサ５０として、円筒式の光学スケール１２５を有するロータリエンコーダを用いている。ロータリエンコーダのセンサヘッド１１２は、光学スケール１２５に対して光照射をする光源部と、光源部から照射されて光学スケール１２５で例えば反射された光に応じた電気信号を出力する受光部と、受光部からの電気信号をスケールの明暗パターンの数に応じた電気パルスとして出力する処理部とを有している。スコープ延長部１２４に設けられた光学スケール１２５に形成された１周あたりの明暗パターンの数とセンサヘッド１１２から出力される電気パルスの数とから、把持部１１に対する挿入部１２の回転量及び回転角を算出することが可能である。光学スケール１２５の１周あたりに形成された明暗パターンの数は挿入支援情報設定部２３２が有する記憶部に必要情報として保有されている。この明暗パターンの数の情報とセンサヘッド１１２が出力した電気パルスの数とから、挿入支援情報演算部２３１は、把持部１１と挿入部１２との相対的な回転量を演算する。なお、一般にエンコーダの出力信号は、擬似正弦波形状のアナログ信号であり、後段に設けられた図示しない信号処理回路によりパルス信号に変換される。このとき、アナログ信号の１周期あたりに１パルスを出力させるように設定することも可能であるし、アナログ信号を内挿し、より多くのパルス信号として出力させることも可能である。高性能の光学式エンコーダの中には、アナログ信号１周期あたり数千パルスものパルス信号を出力させることが可能なものもある。このように内挿技術を使用することで角度分解能を高めることが可能である。内挿の有無や内挿数は、挿入支援情報設定部２３２が有する記憶部に必要情報として保有されており、挿入支援情報演算部２３１からの要求に応じて伝送される。
【００５７】
以上の通り、回転量検出センサ５０は、基礎情報として回転量に応じた電気パルスを出力し、挿入支援情報演算部２３１は、回転量検出センサ５０のからの情報と、挿入支援情報設定部２３２からの情報と、他のセンサからの情報とを適宜組み合わせて挿入支援情報を演算する。
【００５８】
続いて、挿入支援情報についてさらに説明する。前述の通り、挿入支援情報演算部２３１は、各種センサから出力されて挿入支援情報演算部２３１が有する記憶部に記憶された基礎情報と挿入支援情報設定部２３２からの必要情報とを基に挿入支援情報を演算する。本実施形態における挿入支援情報演算部２３１は、挿入支援情報として、（１）把持部１１を基準とした挿入部１２の先端の座標（位置）と、先端の方向と、観察方向、（２）観察対象物を基準とした挿入部１２の先端の座標（位置）と、先端の方向と、観察方向、及び（３）観察対象物を基準とした把持部１１の座標（位置）と方向を演算する。以下、（１）〜（３）のそれぞれの情報について説明する。
【００５９】
（１）把持部１１を基準とした挿入部１２の先端の位置及び方向、並びに観察方向の演算  
把持部１１に対する挿入部１２の回転方向及び回転角は、前述の通り、回転量検出センサ５０により検出される。回転量検出センサ５０の出力情報より、把持部１１に対して挿入部１２がどの方向に何deg回転しているかを挿入支援情報設定部２３２からの情報を元に演算できる。また、可動部１３における挿入部１２の側の根元に対する挿入部１２の３次元座標は、湾曲状態検出センサ４０の出力情報より得られる。したがって、挿入部１２が把持部１１に対してどの方向にどのくらい回転しているかと、挿入部１２の先端が根元に対してどの位置にあってどの方向を向いているのかとが分かるため、これらの座標系を組み合わせることで、把持部１１に対して挿入部１２の先端が、どの位置にあってどの方向を向いているのかを演算することができる。例えば、把持部１１に対して挿入部１２がＺ軸（図４のＺ軸と同じ）方向を回転軸としてθdeg回転し、挿入部１２の根元に対して挿入部１２の先端の座標が（ｘ１、ｙ１、ｚ１）であったとしたとき、把持部１１を基準とした挿入部１２の先端の位置（ｘ２、ｙ２、ｚ２）は、以下の式のように表される。  
【数１】
2014113352.tif 000003
ここで、（式１）のＲ−１は、逆回転行列である。先端の方向や観察方向についても、同様の計算をベクトル的に行えば、容易に座標変換することが可能である。このように、（式１）の演算では、湾曲状態検出センサ４０の出力情報と回転量検出センサ５０の出力情報とを適当に関連付けて（組み合わせて）演算を行う。
【００６０】
（２）観察対象物を基準とした挿入部１２の先端の位置及び方向、並びに観察方向の演算  
観察対象物を基準とした挿入部１２の先端の位置は、（１）で示した演算に加え、挿入部センサ３０からの情報も用いて観察対象物に対する座標変換を行えば良い。観察対象物と挿入部１２との配置関係は、挿入部センサ３０により検出される。挿入部１２のある位置が挿入部センサ３０の位置にあるとしたときに、その位置を原点として挿入部１２の先端の座標位置を計算することで、観察対象物に対する挿入部１２の先端の位置を演算できる。把持部１１を基準とした原点の座標が（ｘ３、ｙ３、ｚ３）であったとしたとき、観察対象物に対する挿入部１２の先端の位置（ｘ４、ｙ４、ｚ４）は、（ｘ２−ｘ３、ｙ２−ｙ３、ｚ２−ｚ３）となる。先端の方向、観察方向の演算も、同様の計算をベクトル的に行えば容易に座標変換することが可能である。このように、（２）の演算では、さらに挿入部センサ３０の出力情報を関連付けて（組み合わせて）演算を行う。
【００６１】
（３）観察対象物を基準とした把持部１１の位置及び方向の演算
本実施形態では、挿入部１２の全体にわたって湾曲状態検出センサ４０が設けられている。このため、挿入部１２のある点が挿入部センサ３０の位置にあるとしたときに、挿入部センサ３０に対する把持部１１の位置を、湾曲状態検出センサ４０の把持部１１の側の部分の形状検出結果と回転量検出センサ５０の検出結果とから求めることが可能である。すなわち、（２）に示した手法と同様の演算を、挿入部１２の先端に対してではなく把持部１１に対して行えば良い。また、把持部１１の方向や配置されている方向についても同様の計算をベクトル的に行えば容易に座標変換することが可能である。
【００６２】
なお、前記（１）〜（３）の手順により演算された挿入支援情報のうちの必要とされる情報が挿入支援情報選択部２３３により適切に選択され、選択された挿入支援情報が出力手段により作業者に提供される。
【００６３】
以上をまとめた、各種センサによる基礎情報の検出から挿入支援情報の出力までの処理の流れを示したフローチャートの一例を図７に示す。図７の処理が開始されると、配置情報検出センサ（挿入部センサ３０）、湾曲状態検出センサ（湾曲状態検出センサ４０）、移動量検出センサ（回転量検出センサ５０）は、それぞれ、前述した検出手法に従って基礎情報を検出する（Ｓ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ）。基礎情報の検出が終わると、挿入部センサ３０、湾曲状態検出センサ４０、回転量検出センサ５０は、取得した基礎情報を挿入支援情報演算部２３１に向けて出力する（Ｓ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ）。
【００６４】
挿入支援情報演算部２３１は、３つのセンサから入力された基礎情報を記憶部に一時記憶させる（Ｓ１０３）。次に、挿入支援情報演算部２３１は、記憶部に記憶させた基礎情報の種類などから、挿入支援情報の演算に必要となる必要情報を挿入支援情報設定部２３２に対して要請する（Ｓ１０４）。
【００６５】
挿入支援情報設定部２３２は、予め記憶部に必要情報を記憶している（Ｓ１０５）。挿入支援情報設定部２３２は、挿入支援情報演算部２３１からの要請を受けたとき、要請された必要情報を記憶部から読み出す（Ｓ１０６）。そして、挿入支援情報設定部２３２は、読み出した必要情報を挿入支援情報演算部２３１に出力する（Ｓ１０７）。
【００６６】
挿入支援情報演算部２３１は、各種センサから取得した基礎情報と挿入支援情報設定部２３２から取得した必要情報とを用いて挿入支援情報を演算する（Ｓ１０８）。
【００６７】
挿入支援情報選択部２３３は、例えば外部からの入力又は記憶部に予め記憶されたプログラムに従って、挿入支援情報演算部２３１で演算された挿入支援情報のうち、出力手段を用いて出力させる挿入支援情報を選定する（Ｓ１０９）。次に、挿入支援情報演算部２３１は、選定し挿入支援情報を挿入支援情報演算部２３１から出力するように要請する（Ｓ１１０）。
【００６８】
挿入支援情報演算部２３１は、挿入支援情報選択部２３３からの要請を受け、選択された挿入支援情報を記憶部から読み出し、読み出した挿入支援情報を所定の出力手段に向けて出力する（Ｓ１１１）。このとき、出力手段は、挿入支援情報演算部２３１からの挿入支援情報を、例えば作業者が利用可能なように表示部に表示させる。
【００６９】
ここで、図７で示した処理の流れは一例に過ぎない。例えば一部の処理を時間的に前後させることが可能である。また、一部の処理を省略したり、他の処理と並列に実施したりすることも可能である。また、本発明の主旨を逸脱しない範囲において図７で示されていない処理を図７の様々なタイミングで実施することも可能である。
【００７０】
また、（１）から（３）で示した演算については、各種センサのそれぞれが有する座標系に従って検出された情報を必要とされる挿入支援情報の座標系に合わせる座標変換をする演算を示したが、これに限らない。例えば、予め全てのセンサに共通する座標系を設定しておき、この座標系に基づいて挿入支援情報を演算するなど、様々な既存のアルゴリズムを用いて演算することが可能である。
【００７１】
以上説明したように、第１の実施形態では、把持部１１に対して挿入部１２を独立して駆動させるための可動部１３を有する内視鏡スコープ部１０であっても、挿入部１２の先端の位置や方向、観察方向などといった挿入支援情報を作業者に知らしめることが可能である。このようにして挿入支援情報を作業者に知らしめることにより、挿入部１２の挿入の際及び観察作業の際の利便性を大きく向上させることが可能である。また、誤操作や観察ミスなどを軽減することもできる。
【００７２】
ここで、第１の実施形態では、可動部１３として、把持部１１に対して挿入部１２を回転可能とする構造のものを例に挙げて説明したが、これに限らない。すなわち、把持部１１に対して挿入部１２をその湾曲などの操作と独立して駆動させるような構造の可動部１３であれば、本実施形態の技術が適用され得る。例えば、図８に示すように、可動部１３ａが、把持部１１に対して挿入部１２を並進移動するように駆動させる構造であっても良い。図８の構造の場合、本実施形態で用いた回転量検出センサ５０の代わりに移動量検出センサとして並進量検出センサ５０ａを用いる。並進量検出センサ５０ａは、例えば光学式又は磁気式のリニアエンコーダである。リニアエンコーダの場合、センサヘッド１１２ａとスケール１２５ａが相対的に並進移動する。また、回転移動と並進移動の双方が可能な可動部の場合は、回転量検出センサと並進量検出センサとを組み合わせて用いる。
【００７３】
また、本実施形態では、把持部１１に対する挿入部１２の回転角度を制限していない例を示しているが、挿入部１２の回転角度を実用的な角度範囲に制限することも可能である。例えば、必要な方向を見るだけであれば、３６０degより小さな角度範囲で十分である。このように挿入部１２の回転角度を制限することで、回転量検出センサ５０としてのスケールを設ける必要がある領域を小さくすることが可能である。また、図示しない挿入部１２内の配線などがねじれることで破断することを防ぐこともできる。
【００７４】
さらに、第１の実施形態では、生体を観察する医療用内視鏡装置への適用例を主に想定して説明したが、これに限らない。航空機や車のエンジンや、プラント配管などを観察するための工業用の内視鏡装置に対しても本実施形態の技術を適用することが可能である。工業用内視鏡であっても、挿入部と把持部との配置関係を検出し、表示などにより作業者に情報伝達することで、作業者による挿入部の挿入操作及び観察操作が行いやすくなる。
【００７５】
＜第２の実施形態＞  
次に、本発明の第２の実施形態について図９を用いて説明する。図９は、Ｘ線撮像装置を用いた構成を示すブロック図である。なお、第２の実施形態における第１の実施形態との共通の部分についてはその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。第１の実施形態では湾曲状態検出センサ４０として光ファイバセンサを用いた例を示している。これに対し、第２の実施形態は、Ｘ線撮像技術を用いた例について説明する。Ｘ線撮像技術とは、観察対象物を挟むようにＸ線発生装置とＸ線受信装置とを有するＸ線撮像装置を配置し、Ｘ線発生装置から観察対象物を透過させるようにＸ線を照射し、Ｘ線受信装置で検出する技術である。内視鏡装置における挿入部１２は生体細胞などと比較してＸ線を透過しにくい性質がある。したがって、Ｘ線撮像技術を用いて挿入部１２の全体形状、例えば湾曲形状を検出できる。
【００７６】
第２の実施形態における内視鏡装置の挿入支援情報検出システムの構成は、図１に示した構成とほぼ等しく、挿入部１２の内部に湾曲状態検出センサ４０が搭載されていない点が異なっている。代わりに、本実施形態では、図９に示すように、観察対象物を挟むようにＸ線発生装置６１とＸ線受信装置６２とを有するＸ線撮像装置６０を配置する。
【００７７】
Ｘ線撮像技術による内視鏡装置の形状検出では、挿入部１２の投影像がＸ線受信装置６２で検出される。このため、挿入部１２の湾曲形状は、Ｘ線受信装置６２の受信面を含む面への投影である２次元形状となる。このような２次元の像が投影される平面は、一般的には観察対象物である人体などが横たわるベッドなどである。
【００７８】
挿入部１２の２次元検出情報と可動部１３の近傍に設けられる回転量検出センサ５０との座標系を統一するための距離の変換情報などは、挿入支援情報設定部２３２が有する記憶部に予め記憶されている。挿入支援情報演算部２３１は、この距離の変換情報などを用いて挿入部１２の先端の位置及び方向、並びに観察方向などの挿入支援情報を演算する。すなわち、挿入支援情報演算部２３１は、Ｘ線画像上での挿入部１２の先端の位置、把持部１１の位置、回転量検出センサ５０の出力、挿入部センサ３０の出力情報を適宜組み合わせて挿入支援情報を演算する。なお、Ｘ線撮像装置６０を２組用い、異なる方向から挿入部１２の湾曲形状を検出することで挿入部１２の３次元情報を取得することも可能である。この他、１組のＸ線撮像装置６０を、観察対象物を中心に回転可能に構成することでも挿入部１２の３次元情報を取得することが可能である。
【００７９】
このように、本実施形態では、Ｘ線撮像装置６０を用いることで、挿入部１２にセンサを搭載しなくとも、様々な挿入支援情報を検出することが可能である。
【００８０】
ここで、本実施形態では、Ｘ線撮像技術を用いて挿入部１２の湾曲形状を検出する例を示したがこれに限らない。例えば、挿入部１２に磁気コイルを複数搭載し、外部に設けたアンテナによって磁気コイルの位置及び方向を検出する磁気センサ技術を用いることもできる。このように構成することで、観察対象物などをＸ線で被爆させずに挿入部１２の湾曲形状を検出することが可能である。
【００８１】
＜第３の実施形態＞  
次に、本発明の第３の実施形態について図１０を参照しながら説明する。なお、第３の実施形態における第１の実施形態との共通の部分についてはその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。第１の実施形態では、配置関係検出センサとして挿入部センサ３０を用いた例を示している。これに対し、第３の実施形態では、把持部１１に搭載された位置センサを配置関係検出センサとして用いる。
【００８２】
本実施形態における配置関係検出センサとしての位置センサは、図１０に示すように、把持部１１に搭載された電波発信機７１と、観察室内に配置された複数のアンテナ７２ａ及び７２ｂとを有している。アンテナ７２ａとアンテナ７２ｂとは、予め定められた所定の間隔をもって配置され、図示しない位置検出回路に接続されている。
【００８３】
電波発信機７１から放出された電波は、観察室内の空間を伝搬し、観察室内に適切に配置されたアンテナ７２ａ及び７２ｂのそれぞれに到達する。図示しない位置検出回路は、アンテナ７２ａとアンテナ７２ｂとのそれぞれに電波が到達した時間差から電波発信機７１の位置と方向を特定し、その位置情報及び方向情報を挿入支援情報演算部２３１に伝達する。挿入支援情報演算部２３１は、電波発信機７１の位置情報及び方向情報から挿入支援情報を演算する。
【００８４】
以上の通り、第３の実施形態における配置関係検出センサとしての位置センサは、基礎情報として把持部１１の位置に応じた電気信号を出力する。挿入支援情報演算部２３１は、この把持部１１の位置及び方向に応じた電気信号と、挿入支援情報設定部２３２からの情報、他のセンサからの情報を適宜組み合わせて挿入支援情報を演算する。
【００８５】
ここで、第１の実施形態では挿入支援情報として、挿入部センサ３０の出力情報、湾曲状態検出センサ４０の出力情報、及び回転量検出センサ５０の出力情報から、把持部１１を基準とした又は観察対象物を基準とした挿入部１２の先端の位置及び方向、並びに観察方向を演算している。これに対し、本実施形態では、位置センサの出力情報、湾曲状態検出センサ４０の出力情報、回転量検出センサ５０の出力情報を組み合せる。挿入部センサ３０がないので、把持部１１の位置及び方向を基準とし、この位置を基準として挿入部１２の湾曲形状の変化を検出することにより、第１の実施形態と同様に、把持部１１を基準とした挿入部１２の先端の位置及び方向、並びに観察方向を演算することが可能である。また、第３の実施形態では、観察対象物の開口部の近傍にセンサを配置する必要がない。したがって、作業者の作業性を損なわずに挿入支援情報を検出することが可能である。
【００８６】
ここで、本実施形態では、把持部１１にのみ電波発信機７１を搭載する例を示したが、これに限らない。例えば、観察対象物にも電波発信機７１を取り付けることで、観察対象物と把持部１１との配置関係も検出できる。これにより、第１の実施形態と同様の観察対象物に対する様々な挿入支援情報を提供することが可能である。
【００８７】
また、本実施形態では、位置センサとして電波発信機とアンテナとを組み合わせた例を示したが、これに限らない。音波発信機とマイクロホンとの組み合せや、可視光線発信機と受信機との組み合わせ、赤外線発信機と受信機との組み合せ、磁気発信機と磁気アンテナの組み合せなど、様々な変形が可能である。さらに、それらを適切に組み合わせることで、検出精度を向上させたり、様々な環境や観察対象物に対する応用範囲を広げたりすることも可能である。
【００８８】
また、図１０の例では、電波発信機７１を把持部１１に、アンテナ７２ａ、７２ｂを把持部１１の外部に配置したが、これに限らない。逆にアンテナを把持部１１に配置し、複数の電波発信機を外部に配置してもかまわない。
【００８９】
さらに、電波発信機とアンテナとを配置する代わりに、把持部１１に加速度センサを搭載し、加速度の変化を位置情報に変換することで把持部１１の位置を検出するように構成しても良い。加速度センサを用いた位置検出方法は、一般的な従来技術を用いることができる。すなわち、加速度情報を２回積分することで加速度情報を位置情報に変換することが可能である。
【００９０】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した全ての実施形態では、挿入部１２が湾曲可能であるとしている。挿入部１２は湾曲しないものであっても良い。すなわち、本実施形態の技術は、軟性内視鏡だけではなく、硬性内視鏡にも適用され得る。ここで、挿入部１２が湾曲しない構造の場合、湾曲状態検出センサ４０は不要である。したがって、移動量検出センサ及び配置関係検出センサからの基礎情報と、挿入支援情報設定部２３２からの情報を元に、挿入支援情報を演算することとなる。挿入支援情報としては、前述の各実施形態で説明した挿入支援情報のうち、適用する硬性鏡を用いた内視鏡装置及びそのシステムに適した挿入支援情報を、装置の設計者や使用者などが適切に選択して利用して良い。
【符号の説明】
【００９１】
１…挿入支援情報検出システム、１０…内視鏡スコープ部、１１…把持部、１２…挿入部、１３，１３ａ…可動部、１４…本体側ケーブル、２０…内視鏡本体部、２１…光源部、２２…ビデオプロセッサ、２３…支援情報部、３０…挿入部センサ、３１…挿入部アダプタ、４０…湾曲状態検出センサ、５０…回転量検出センサ、５０ａ…並進量検出センサ、６０…Ｘ線撮像装置、６１…Ｘ線発生装置、６２…Ｘ線受信装置、７１…電波発信機、７２ａ，７２ｂ…アンテナ、１１１…操作ハンドル、１１２，１１２ａ…センサヘッド、１２１…対物レンズ、１２２…照明部、１２３…鉗子チャンネル、１２４…スコープ延長部、１２５…光学スケール、１２５ａ…スケール、２３１…挿入支援情報演算部、２３２…挿入支援情報設定部、２３３…挿入支援情報選択部、３０１…可干渉光源、３０２…画像センサ、３１１…アダプタ開口、３１２…挿入側面、３１３…落ち込み防止部
【図１】
2014113352.tif 000004
【図２】
2014113352.tif 000005
【図３】
2014113352.tif 000006
【図４】
2014113352.tif 000007
【図５】
2014113352.tif 000008
【図６】
2014113352.tif 000009
【図７】
2014113352.tif 000010
【図８】
2014113352.tif 000011
【図９】
2014113352.tif 000012
【図１０】
2014113352.tif 000013