(57)【要約】 【課題】管空に対する管状装置の配置を正確に取得すること。【解決手段】被検体の管空に挿入する管状装置の相対位置検出システムであって、前記管状装置の形状を検出する形状センサと、前記管状装置において前記形状センサにより前記形状を検出可能とする第１の範囲における少なくとも一箇所と、前記管空上の少なくとも一箇所との相対的な位置関係を検出する相対位置検出手段とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の管空に挿入する管状装置の相対位置検出システムであって、
前記管状装置の形状を検出する形状センサと、
前記管状装置において前記形状センサにより前記形状を検出可能とする第１の範囲における少なくとも一箇所と、前記管空上の少なくとも一箇所との相対的な位置関係を検出する相対位置検出手段と、
を具備することを特徴とする管状装置の相対位置検出システム。
【請求項２】
前記管状装置は、前記被検体の前記管空に挿入するための可撓性を有する挿入部を含み、
前記相対位置検出手段は、前記形状センサにより前記形状を検出可能とする前記第１の範囲又は前記挿入部の範囲との相対位置を特定可能な第２の範囲のうちいずれかの少なくとも一箇所と、前記管空上の少なくとも一箇所との前記相対的な位置関係を検出する、
ことを特徴とする請求項１記載の管状装置の相対位置検出システム。
【請求項３】
前記相対位置検出手段は、前記形状センサにより検出された前記管状装置の形状と、前記挿入部の少なくとも一箇所と、前記管空上の少なくとも一箇所とに基づいて前記管空に対する前記管状装置の配置情報を取得することを特徴とする請求項２記載の管状装置の相対位置検出システム。
【請求項４】
前記相対位置検出手段は、前記管状装置の配置情報として前記管状装置における前記挿入部の先端部の位置情報を含むことを特徴とする請求項３記載の管状装置の相対位置検出システム。
【請求項５】
前記相対位置検出手段は、前記第１の範囲又は前記第２の範囲のうちいずれかにおいて前記挿入部の少なくとも一箇所に存在する第１の検出要素と、前記被検体に存在する第２の検出要素とを少なくとも有し、前記第１の検出要素と前記第２の検出要素との相対位置を検出する、
ことを特徴とする請求項２又は３記載の相対位置検出システム。
【請求項６】
前記第１の検出要素と前記第２の検出要素とは、それぞれ共通の座標系に存在し、かつそれぞれ固定配置された第１の発信器又は第１の受信機と、これら第１の発信器又は第１の受信機に対する相対位置を検出可能とする第２の受信器又は第２の発信器とを有することを特徴とする請求項５記載の相対位置検出システム。
【請求項７】
前記第１の発信器と前記第２の受信器との間と、前記第２の発信器と前記第１の受信器との間とでそれぞれ授受する信号は、磁界、電磁波、音波又は超音波を含むことを特徴とする請求項６記載の相対位置検出システム。
【請求項８】
前記第１の検出要素は、所定箇所との間の平面上を含む空間上の位置を検出する磁気センサを含み、前記第１の範囲又は前記第２の範囲のうちいずれかにおける前記管状装置上の少なくとも一箇所に搭載されていることを特徴とする請求項５記載の相対位置検出システム。
【請求項９】
前記第１の検出要素は、前記所定箇所として前記管状装置の配置を含む情報を取得するための前記管空の入口部、前記管空の内部を有することを特徴とする請求項８記載の相対位置検出システム。
【請求項１０】
前記第１の検出要素は、前記管状装置に加わる加速度を検出する加速度センサ又は前記管状装置の少なくとも回転量を検出する回転センサのうちいずれか一方又は両方を含み、前記第１の範囲又は前記第２の範囲のうちいずれかにおける前記管状装置上の少なくとも一箇所に搭載されていることを特徴とする請求項５記載の相対位置検出システム。
【請求項１１】
前記第１の検出要素は、前記管状装置における前記挿入部の挿入端部に設けられることを特徴とする請求項５記載の相対位置検出システム。
【請求項１２】
前記第２の検出要素は、磁気センサを含み、前記管空における少なくとも一箇所に設置されることを特徴とする請求項５記載の相対位置検出システム。
【請求項１３】
前記第２の検出要素は、前記管空との位置関係が特定されている箇所に設置され、前記管空の入口の位置情報を検出することを特徴とする請求項１２記載の相対位置検出システム。
【請求項１４】
前記形状センサは、光ファイバセンサを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の相対位置検出システム。
【請求項１５】
前記形状センサは、前記管状装置の少なくとも前記挿入部に対し、当該挿入部を感応材料として当該形状センサに形状が伝達されるように設置されていることを特徴とする請求項１４記載の相対位置検出システム。
【請求項１６】
前記形状センサは、前記管状装置における前記挿入部の湾曲情報を検出することを特徴とする請求項１４又は１５記載の相対位置検出システム。
【請求項１７】
被検体の管空に挿入する可撓性の挿入部を有する管状装置を備えた内視鏡装置であって、
管状装置の形状を検出する形状センサと、
前記形状センサにより前記形状を検出可能な第１の範囲の少なくとも一箇所と、前記管空上の少なくとも一箇所との相対的な位置関係を検出する相対位置検出手段と、
前記挿入部の形状を操作する操作部と、
を具備することを特徴とする内視鏡装置。
【請求項１８】
前記管状装置は、前記被検体の前記管空に挿入する可撓性を有する挿入部を有し、
前記相対位置検出手段は、前記形状センサにより前記形状を検出可能とする前記第１の範囲又は前記挿入部の範囲との相対位置を特定可能な第２の範囲のうちいずれかの少なくとも一箇所と、前記管空上の少なくとも一箇所との前記相対的な位置関係を検出する、
ことを特徴とする請求項１７記載の内視鏡装置。
【請求項１９】
前記相対位置検出手段は、前記形状センサにより検出された前記管状装置の形状と、前記挿入部の少なくとも一箇所と、前記管空上の少なくとも一箇所とに基づいて前記管空に対する前記管状装置の配置情報を取得することを特徴とする請求項１８記載の内視鏡装置。
【請求項２０】
前記相対位置検出手段は、前記管状装置の配置情報として前記管状装置における前記挿入部の先端部の位置情報を含むことを特徴とする請求項１９記載の内視鏡装置。
【請求項２１】
前記相対位置検出手段は、前記第１の範囲又は前記第２の範囲のうちいずれかにおいて前記挿入部の少なくとも一箇所に存在する第１の検出要素と、前記被検体に存在する第２の検出要素とを少なくとも有し、前記第１の検出要素と前記第２の検出要素との相対位置を検出する、
ことを特徴とする請求項１８又は１９記載の内視鏡装置。
【請求項２２】
前記第１の検出要素と前記第２の検出要素とは、それぞれ共通の座標系に存在し、かつそれぞれ固定配置された第１の発信器又は第１の受信機と、これら第１の発信器又は第１の受信機に対する相対位置を検出可能とする第２の受信器又は第２の発信器とを有することを特徴とする請求項２１記載の内視鏡装置。
【請求項２３】
前記第１の発信器と前記第２の受信器との間と、前記第２の発信器と前記第１の受信器との間とでそれぞれ授受する信号は、磁界、電磁波、音波又は超音波を含むことを特徴とする請求項２２記載の内視鏡装置。
【請求項２４】
前記第１の検出要素は、所定箇所との間の平面上を含む空間上の位置を検出する磁気センサを含み、前記第１の範囲又は前記第２の範囲のうちいずれかにおける前記管状装置上の少なくとも一箇所に搭載されていることを特徴とする請求項２１記載の内視鏡装置。
【請求項２５】
前記第１の検出要素は、前記所定箇所として前記管状装置の配置を含む情報を取得するための前記管空の入口部、前記管空の内部を有することを特徴とする請求項２４記載の内視鏡装置。
【請求項２６】
前記第１の検出要素は、前記管状装置に加わる加速度を検出する加速度センサ又は前記管状装置の少なくとも回転量を検出する回転センサのうちいずれか一方又は両方を含み、前記第１の範囲又は前記第２の範囲のうちいずれかにおける前記管状装置上の少なくとも一箇所に搭載されていることを特徴とする請求項２１記載の内視鏡装置。
【請求項２７】
前記第１の検出要素は、前記管状装置における前記挿入部の挿入端部に設けられることを特徴とする請求項２１記載の内視鏡装置。
【請求項２８】
前記第２の検出要素は、磁気センサを含み、前記管空における少なくとも一箇所に設置されることを特徴とする請求項２１記載の内視鏡装置。
【請求項２９】
前記第２の検出要素は、前記管空との位置関係が特定されている箇所に設置され、前記管空の入口の位置情報を検出することを特徴とする請求項２８記載の内視鏡装置。
【請求項３０】
前記形状センサは、光ファイバセンサを含むことを特徴とする請求項１７又は１８記載の内視鏡装置。
【請求項３１】
前記形状センサは、前記管状装置の少なくとも前記挿入部に対し、当該挿入部を感応材料として当該形状センサに形状が伝達されるように設置されていることを特徴とする請求項３０記載の内視鏡装置。
【請求項３２】
前記形状センサは、前記管状装置における前記挿入部の湾曲情報を検出することを特徴とする請求項３０又は３１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、例えば被検体の管空に挿入する管状装置の先端の位置情報等を検出する相対位置検出システム、及び当該相対位置検出システムを適用した内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、内視鏡やカテーテルは、被検体として体内や配管などに挿入した場合、当該内視鏡やカテーテルの先端が体内や配管などのどのあたりにあり、どのような形状で挿入されているのかといった情報があると便利である。  
例えば特許文献１は、被検体に対する内視鏡先端の位置を検出するために、内視鏡先端の湾曲角度に応じた情報を出力する湾曲角度情報出力手段と、被検体挿入口に設けた入口ガイド部材を配置し、この入口ガイド部材で内視鏡の相対的回転角度を検出する回転角度検出手段と、内視鏡が被検体に挿入された長さを検出する挿入長検出手段と、被検体内模式像及び湾曲角度に応じた情報並びに挿入長情報に応じて位置づけられる内視鏡模擬像を表示する手段とを開示する。又、特許文献１は、内視鏡の挿入長を検出する別の方法として、被検体のベッドに超音波受信器を設け、内視鏡先端から発せられた超音波を検出することにより内視鏡の挿入長を検出することを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−２１７３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１は、被検体への内視鏡の挿入長や回転角度を検出するのに、被検体挿入口に入口ガイド部材を設け、この入口ガイド部材に内視鏡の相対的回転角度を検出する回転角度検出手段や、内視鏡が被検体に挿入された長さを検出する挿入長検出手段を設けている。このように入口ガイド部材は、被検体の挿入口、例えば人体の口部にその一部を挿入して固定保持しやすい箇所であれば設置することができる。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１では、入口ガイド部材を被検体の挿入口に固定保持し難い部位がある、入口ガイド部材があると内視鏡の操作者による操作の邪魔になる、入口ガイド部材を固定するのに手間が掛かる、入口ガイド部材を洗浄可能か又はディスポにする必要がありコストが掛かる、被検体への内視鏡の挿入角度を垂直に保つことができないと演算結果に誤差が含まれる、被検体内模式像を正確な形状でないと先端位置を正確に演算することができない、被検体内模式像を正確な形状でないと挿入長を演算することができない、被検体内が動く部位や構造の場合、挿入長を演算することができない、という問題がある。さらに、例えば、内視鏡を人体の大腸に挿入する操作をしているのに拘わらず内視鏡の先端部が大腸内で進まない状況になる場合があるが、この場合、内視鏡の挿入量だけを検出していると、内視鏡の先端部が大腸内を進行しているのか、又は内視鏡の先端部が進まずに大腸内に内視鏡が挿入されているのかを区別することができない。
【０００６】
本発明は、管空に対する管状装置の配置を正確に取得することができる管状装置の相対位置検出システム及び内視鏡装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の主要な局面に係る相対位置検出システムは、被検体の管空に挿入する管状装置の相対位置検出システムであって、前記管状装置の形状を検出する形状センサと、前記管状装置において前記形状センサにより前記形状を検出可能とする第１の範囲における少なくとも一箇所と、前記管空上の少なくとも一箇所との相対的な位置関係を検出する相対位置検出手段とを具備する。
【０００８】
本発明の主要な局面に係る内視鏡装置は、被検体の管空に挿入する可撓性の挿入部を有する管状装置を備えた内視鏡装置であって、管状装置の形状を検出する形状センサと、前記形状センサにより前記形状を検出可能な第１の範囲の少なくとも一箇所と、前記管空上の少なくとも一箇所との相対的な位置関係を検出する相対位置検出手段と、前記挿入部の形状を操作する操作部とを具備する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、管空に対する管状装置の配置を正確に取得することができる管状装置の相対位置検出システム及び内視鏡装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る相対位置検出システムの一実施の形態を内視鏡装置に適用した機能ブロック図。
【図２】同相対位置検出システムを示す外観構成図。
【図３】同相対位置検出システムにおける光出射検出装置を示す構成図。
【図４】同相対位置検出システムにおける形状センサの湾曲に応じた光伝達量を示す模式図。
【図５】同相対位置検出システムにおける相対位置検出部による位置関係の検出作用の模式図。
【図６】同相対位置検出システムにおける相対位置検出部の第１及び第２の検出要素を示す模式図。
【図７】同相対位置検出システムにおける共通の座標系に存在する第１及び第２の検出要素を示す模式図。
【図８】同相対位置検出システムにおける第１の検出要素に磁気センサを用いたときの模式図。
【図９】同相対位置検出システムにおける第１の検出要素に加速度センサを用いたときの模式図。
【図１０】同相対位置検出システムにおける第１の検出要素に加速度センサを用いたときの位置情報の算出作用を示す図。
【図１１】同相対位置検出システムにおける第２の検出要素に加速度センサを用いたときの模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。  
図１は相対位置検出システムを適用した内視鏡装置の機能ブロック図を示し、図２は同内視鏡装置の外観構成図を示す。なお、図２に示すＨは、医師等の内視鏡装置の操作者である。  
内視鏡装置１は、中空で細長い管状装置２を備え、この管状装置２を例えば患者等の人体である被検体３の管空４内に挿入し、この管空４内の画像を取得し、当該管空４内の病変部等の観察や処置、同病変部や異物などの採取等を行うものとなっている。
【００１２】
管状装置２には、先端側に可撓性の部材により成る挿入部５が形成されている。この挿入部５は、被検体３の管空４に挿入される。この挿入部５は、上下方向（ＵＤ方向）及び左右方向（ＲＬ方向）に湾曲するもので、実際に管空４内に挿入される。この挿入部５の先端部には、撮像素子が設けられ、この撮像素子によって管空４内を撮像してその画像信号を出力する。管空４は、人体の体腔（管腔）内、例えば口部から食道、胃部等の臓器に掛けての部位、又は肛門から大腸等の臓器に掛けての部位などである。この被検体３は、例えば検査台６上に載置されている。
【００１３】
又、内視鏡装置１には、管状装置２を操作するための操作部７が設けられている。なお、操作部７は、管状装置２の基端部に連結されている。この操作部７は、挿入部５をＵＤ方向及びＲＬ方向に湾曲させるための操作を行なうためのもので、ＵＤ方向の操作を行うためのＵＤアングルノブと、ＲＬ方向の操作を行うためのＲＬアングルノブとが設けられている。例えば。病変部の観察、処置等を行う場合には、ＵＤアングルノブとＲＬアングルノブとを操作して挿入部５をＵＤ方向及びＲＬ方向に湾曲させることになる。又、操作部７には、挿入部５内に搭載している機能、例えば撮像、掃気、挿入部５の先端部のクリーニング、液体供給などの操作を行う各種スイッチ等が備えられている。
【００１４】
管状装置２には、形状センサ１０が設けられている。この形状センサ１０は、管状装置２の形状を検出するもので、例えば光ファイバセンサにより成る。  
この形状センサ１０は、管状装置２の少なくとも挿入部５に対し、当該挿入部５を感応材料として当該形状センサ１０に形状が伝達されるように管状装置２に設置される。  
この形状センサ１０は、管状装置２における挿入部５の形状として当該挿入部５が湾曲したときの湾曲の方向と大きさとに応じた光情報を検出する。
【００１５】
管状装置２は、ユニバーサルコード８を介して管状装置用処理装置２０に接続されている。この管状装置用処理装置２０は、管状装置２の撮像素子から出力された画像信号を入力し、この画像信号を処理して管空４内の画像（以下内視鏡画像と称する）を取得し、この内視鏡画像を例えばディスプレイに表示するもので、光源装置２１と、画像処理装置２２と、光出射検出装置２３と、湾曲形状演算部２４と、相対位置検出部２５と、制御部２６とを有する。
【００１６】
光源装置２１は、ユニバーサルコード８を介して管状装置２の先端部すなわち挿入部５の先端部に向けて照明光を出射する。この挿入部５の先端部には、光出射口が設けられ、この光出射口から照明光が出射されて被検体３の管空４内に照射される。これと共に当該先端部に設けられた撮像素子は、被検体３の管空４内からの反射光を撮像し、その撮像信号を出力する。この撮像信号は、ユニバーサルコード８を介して管状装置用処理装置２０に送られる。  
画像処理装置２２は、撮像素子から出力された撮像信号を入力し、上記の通り、この画像信号を処理して被検体３の管空４内の内視鏡画像を取得して例えばディスプレイに表示する。
【００１７】
光出射検出装置２３は、形状センサ１０から出力される挿入部５が湾曲したときの湾曲の方向と大きさとに応じた光情報、例えば形状センサ１０の光伝達量を受光し、当該挿入部５が湾曲したときの湾曲の方向と大きさとを検出する。  
図３は光出射検出装置２３の構成図を示す。形状センサ１０は、上記の通り、例えば光ファイバセンサにより成るので、挿入部５が湾曲すると、この湾曲に応じて光ファイバセンサを成す光ファイバ１０ｂが湾曲し、これに伴って光ファイバ１０ｂ内を伝達する光の一部が光検出部１０ａを通じて外部に出射する（漏れる）。すなわち、光検出部１０ａは、光ファイバ１０ｂの一側面に設けられ、光ファイバ１０ｂの湾曲に応じて伝達する光の一部を外部に出射する。つまり、光検出部１０ａは、光ファイバ１０ｂの光学特性、例えば光伝達量を変化させるものである。  
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、光ファイバ１０ｂの湾曲に応じた光伝達量の模式図を示すもので、同図（ａ）は光ファイバ１０ｂを光検出部１０ａが設けられた側に湾曲したときの光伝達量を示し、同図（ｂ）は光ファイバ１０ｂを湾曲しないときの光伝達量を示し、同図（ｃ）は光ファイバ１０ｂを光検出部１０ａが設けられた側とは反対側に湾曲したときの光伝達量を示す。同図（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように光ファイバ１０ｂを光検出部１０ａが設けられた側に湾曲したときの光伝達量が最も多く、次に光ファイバ１０ｂを湾曲しないときの光伝達量、次に光ファイバ１０ｂを光検出部１０ａが設けられた側とは反対側に湾曲したときの光伝達量の順である。
【００１８】
具体的に、光出射検出装置２３は、光ファイバセンサ用の光源３２を備え、この光源３２から出射された光の光路上に投光レンズ３３と、アイソレータ３４と、反射ミラー３５と、集光レンズ３６とが配置されている。この集光レンズ３６により集光される光の光路上には、光ファイバ１０ｂが配置されている。  
又、反射ミラー３５の反射光路上には、集光レンズ３７を介して湾曲形状検出部３０が配置されている。この湾曲形状検出部３０の出力信号は、湾曲形状演算部２４に送られる。
【００１９】
光源３２は、例えばレーザダイオード（ＬＤ）である。  
投光レンズ３３は、光源３２から出射された光を投光する。  
集光レンズ３６は、アイソレータ３４、反射ミラー３５を通過した光を光ファイバ１０ｂに入射するように光ファイバ１０ｂに集光する。  
反射ミラー３５は、光源３２から出射され、アイソレータ３４を透過した光を集光レンズ３６に出射し、これと共に光ファイバ１０ｂから出射されて集光レンズ３６を通って戻ってきた光を集光レンズ３７に向けて反射する。  
なお、光ファイバ１０ｂの先端部には、反射ミラー３８が設けられている。この反射ミラー３８は、光ファイバ１０ｂに入射された光を戻すものとなっている。
【００２０】
湾曲形状検出部３０は、光検出部１０ａが光学特性を変化させた際に、この変化した光学特性、例えば光伝達量を基に、光ファイバ１０ｂの湾曲形状、詳細には湾曲の方向と大きさとを検出する。  
湾曲形状演算部３１は、湾曲形状検出部３０の検出結果を基に、実際に湾曲している部分の湾曲形状を演算する。なお、光学特性は、例えば光伝達量に限定されず、例えばスペクトルや偏波などの光の状態であってもよい。又、湾曲形状検出部３０は、上記のように光量、例えばスペクトルや偏波などの光の状態に対応した光学特性を検出するものであれば良い。
【００２１】
相対位置検出部２５は、管状装置２における少なくとも一箇所と管空４における少なくとも一箇所との相対的な位置関係を検出する。図５は相対位置検出部２５による位置関係の検出作用の模式図を示す。ここで、形状センサ１０により管状装置２の全体の形状を検出可能とする範囲を第１の範囲とし、管状装置２に対して挿入部５の範囲との相対位置を特定可能な範囲を第２の範囲とすると、相対位置検出部２５は、管状装置２において形状センサ１０により形状を検出可能とする第１の範囲における少なくとも一箇所と、管空４上の少なくとも一箇所との相対的な位置関係を検出する。
【００２２】
又、相対位置検出部２５は、形状センサ１０により形状を検出可能とする第１の範囲又は管状装置２に対して挿入部５の範囲との相対位置を特定可能な第２の範囲のうちいずれかの範囲の少なくとも一箇所と、管空４上の少なくとも一箇所との相対的な位置関係を検出する。
【００２３】
この相対位置検出部２５は、形状センサ１０により検出された管状装置２の形状と、挿入部５の少なくとも一箇所と、管空４上の少なくとも一箇所とに基づいて管空４に対する管状装置２の配置情報を取得する。この管状装置２の配置情報は、管状装置２における挿入部５の先端部の位置情報を含む。
【００２４】
具体的に、相対位置検出部２５は、上記第１の範囲又は上記第２の範囲のうちいずれかの範囲において、図２に示すように挿入部５の少なくとも一箇所に存在する第１の検出要素４０ａ、４０ｂと、被検体３に存在する第２の検出要素４１ａ、４１ｂとを少なくとも有し、これら第１の検出要素４０ａ、４０ｂと第２の検出要素４１ａ、４１ｂとの相対位置を検出する。なお、図６は管状装置２における挿入部５の先端部に第１の検出要素４０ｂを設け、被検体３の口部周辺に第２の検出要素４１ａを設けた例の模式図を示す。
【００２５】
第１の検出要素４０ａ、４０ｂと第２の検出要素４１ａ、４１ｂとは、それぞれ共通の座標系に存在する。図７は共通の座標系に存在する第１の検出要素４０ａ、４０ｂと第２の検出要素４１ａ、４１ｂの模式図を示す。これら第１の検出要素４０ａ、４０ｂと第２の検出要素４１ａ、４１ｂとは、それぞれ固定配置された第１の発信器又は第１の受信機と、これら第１の発信器又は第１の受信機に対する相対位置を検出可能とする第２の受信器又は第２の発信器とを有する。又、共通の座標系の原点Ｇを含む例えば３箇所Ｇ、Ｑ１、Ｑ２には、それぞれ第３の受信器又は第３の発信器が設けられている。
【００２６】
第１の発信器と第２の受信器との間と、第２の発信器と第１の受信器との間とは、それぞれ磁界、電磁波、音波又は超音波を含む信号により情報を授受する。例えば、第１の検出要素４０ａが第１の発信器であり、第２の検出要素４１ａが第２の受信器であれば、第１の検出要素４０ａから例えば磁界を発信すると、第２の検出要素４１ａは、第１の検出要素４０ａから磁界を受信する。
【００２７】
具体的に、第１の検出要素４０ｂは、図８に示すように例えば、所定箇所、例えば図２に示す原点Ｇとの間の平面上を含む空間上の位置を検出するもので、例えば磁気センサ等である。第１の検出要素４０ｂは、磁気センサにより発信器又は受信器を構成する。  
原点Ｇは、例えば管状装置用処理装置２０の配置位置に設定される。この原点Ｇには、図２に示すように位置検出用の素子として例えば複数のコイル５０ａ、５０ｂ、５０ｃが配置されている。これら複数のコイル５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、例えば第１の検出要素４０ａ、４０ｂを検出するために磁界を発生し、この磁界により誘導されて第１の検出要素４０ａ、４０ｂに発生する磁界を受信する。管状装置用処理装置２０は、複数のコイル５０ａ、５０ｂ、５０ｃにより受信された各磁界の大きさ等に基づいて原点Ｇを基準とする第１の検出要素４０ａ、４０ｂの絶対位置を求める。
【００２８】
第１の検出要素４０ａ、４０ｂは、形状センサ１０により管状装置２の全体の形状を検出可能とする第１の範囲、又は管状装置２に対して挿入部５の範囲との相対位置を特定可能な第２の範囲のうちいずれかの範囲における管状装置２上の少なくとも一箇所に搭載される。
【００２９】
第１の検出要素４０ａ、４０ｂは、原点Ｇ等の所定箇所として管状装置２の配置を含む情報を取得するための管空４の入口部、例えば口部や肛門、さらには管空４の内部、例えば大腸等の臓器である。  
又、第１の検出要素４０ａは、図９に示すように管状装置２に加わる加速度を検出する加速度センサ、又は管状装置２の少なくとも回転量を検出する回転センサのうちいずれか一方又は両方である。この第１の検出要素４０ａは、上記形状センサ１０により管状装置２の全体の形状を検出可能とする第１の範囲、又は管状装置２に対して挿入部５の範囲との相対位置を特定可能な第２の範囲のうちいずれかの範囲における管状装置２上の少なくとも一箇所に搭載される。ここでは、第１の検出要素４０ａは、管状装置２における挿入部５の基部に設けられている。
【００３０】
第１の検出要素４０ａが加速度センサであれば、当該加速度センサは、図１０に示すように管状装置２における挿入部５の基部に加わる加速度を検出し、その加速度信号を出力する。この加速度信号は、例えば管状装置用処理装置２０に送られる。この管状装置用処理装置２０は、図１０に示すように加速度信号を１回積分して挿入部５の基部の速度を求め、さらに積分（２回の積分）して位置情報を求める。
【００３１】
第１の検出要素４０ａが回転センサであれば、この回転センサは、管状装置２における挿入部５の基部の傾き、回転量、例えばヨー軸、ピッチ軸、ロール軸のそれぞれの傾き、回転量を検出する。
第２の検出要素４１ａ、４１ｂは、図１１に示すように磁気センサを含む。例えば、第２の検出要素４１ａは、管空４における少なくとも一箇所、例えば被検体３の口部周辺に設置される。  
又、第２の検出要素４１ａ、４１ｂは、管空４との位置関係が特定されている箇所、例えば被検体３を載置している検査台６に設置され、管空４の入口の位置情報を検出する。  
又、座標系の原点Ｇを含む例えば３箇所Ｇ、Ｑ１、Ｑ２には、それぞれアンテナ又は発信器が設けられている。
【００３２】
制御部２６は、管状装置用処理装置２０における光源装置２１と、画像処理装置２２と、光出射検出装置２３と、湾曲形状演算部２４と、相対位置検出部２５とをそれぞれ制御し、管状装置２の撮像素子から出力された画像信号を入力し、この画像信号を処理して管空４内の内視鏡画像を取得し、この内視鏡画像を例えばディスプレイに表示するための一連の動作制御を行う。
【００３３】
次に、上記の如く構成された相対位置検出システムの作用効果について説明する。  
（１）図２に示すように医師等の操作者Ｈは、内視鏡装置を操作して管状装置２の挿入部５を所定の箇所、例えば管空４の入口すなわち患者等の口部や、管空４内の臓器の入口、血管の分離部などの位置からの管状装置２の位置、配置情報が必要なところに配置し、さらに患者等の口部から胃部等の管空４内に挿入される。内視鏡装置１は、撮像を開始し、管空４の入口から胃部等の管空４内を撮像してその画像を取得し、当該管空４内の病変部等の観察や処置、同病変部や異物などの採取等を行う。このとき、管状装置２の挿入部５は、例えば患者等の口部から胃部等の管空４内に挿入されると、当該管空４の形状に従った形状に湾曲して管空４内を進行する。
【００３４】
ここで、管状装置２の挿入部５が所定の箇所、例えば管空４の入口に配置されると、形状センサ１０は、管状装置２における挿入部５の形状として当該挿入部５が湾曲したときの湾曲の方向と大きさとに応じた光情報を検出する。すなわち、図３に示すように光出射検出装置２３において、光源３２から光が出射されると、この光は、投光レンズ３３、アイソレータ３４、反射ミラー３５、集光レンズ３６を通して光ファイバ１０ｂに入射する。この光ファイバ１０ｂ内に入射した光は、光ファイバ１０ｂ内を伝播し、反射ミラー３８で反射して光ファイバ１０ｂ内を戻る。
【００３５】
このとき挿入部５が湾曲すると、形状センサ１０は、挿入部５の湾曲に応じて光ファイバセンサを成す光ファイバ１０ｂが湾曲し、これに伴って光ファイバ１０ｂ内を伝達する光の一部が光検出部１０ａを通じて外部に出射する（漏れる）。すなわち、光検出部１０ａは、光ファイバ１０ｂの光学特性、例えば光伝達量を変化させるものである。この光伝達量は、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように光ファイバ１０ｂを光検出部１０ａが設けられた側に湾曲したときの光伝達量が最も多く、次に光ファイバ１０ｂを湾曲しないときの光伝達量、次に光ファイバ１０ｂを光検出部１０ａが設けられた側とは反対側に湾曲したときの光伝達量の順となる。このような光伝達量の光は、反射ミラー３５で反射し、集光レンズ３７を介して湾曲形状検出部３０に入射する。この湾曲形状検出部３０は、入射した光の光伝達量に応じた信号を湾曲形状演算部２４に送る。
【００３６】
この湾曲形状演算部２４は、湾曲形状検出部３０の検出結果である光の光伝達量を基に、実際に湾曲している部分の湾曲形状を演算する。  
相対位置検出部２５は、形状センサ１０により検出されて湾曲形状演算部２４により求められた管状装置２の形状と、挿入部５の少なくとも一箇所と、管空４上の少なくとも一箇所とに基づいて管空４に対する管状装置２の配置情報を取得する。
（２）相対位置検出部２５は、図５に示すように管状装置２において形状センサ１０により形状を検出可能とする第１の範囲における少なくとも一箇所と、管空４上の少なくとも一箇所との相対的な位置関係を検出する。  
具板的に、相対位置検出部２５は、形状センサ１０により形状を検出可能とする第１の範囲又は管状装置２に対して挿入部５の範囲との相対位置を特定可能な第２の範囲のうちいずれかの範囲の少なくとも一箇所と、管空４上の少なくとも一箇所との相対的な位置関係を検出する。  
より具板的に、相対位置検出部２５は、形状センサ１０により検出された管状装置２の形状、すなわち湾曲形状演算部２４により求められた管状装置２の湾曲形状と、挿入部５の少なくとも一箇所と、管空４上の少なくとも一箇所とに基づいて管空４に対する管状装置２の配置情報を取得する。この管状装置２の配置情報は、管状装置２における挿入部５の先端部の位置情報を含む。
【００３７】
このように管状装置２において形状センサ１０により形状を検出可能とする第１の範囲における少なくとも一箇所と、管空４上の少なくとも一箇所との相対的な位置関係を検出するので、管空４に対する管状装置２の配置を正確に取得することができる。
すなわち、内視鏡装置１やカテーテルは、人体内や配管内などの中のどのあたりに先端が存在し、どのような形状で挿入されているかといった情報があると便利である。例えばカテーテルは、Ｘ線を照射して当該カテーテルの先端位置を検出しているが、上記の如くカテーテルの先端位置やその形状の情報があれば、Ｘ線を照射しなくても現在の先端位置や進んでいる方向が分かり、Ｘ線の照射量を減らすことができる。
【００３８】
内視鏡装置１では、観察している場所の特定や、挿入部５などのようなスコープの途中が形状変形していき、どのあたりで湾曲、あるいはループしているかを理解することができるので、操作者Ｈの教育や、操作に慣れていない操作者Ｈでも安全に容易に使用できる管状装置の相対位置検出システムとすることができる。
【００３９】
本システムは、形状センサ１０の組み込まれた例えばカテーテルなどの挿入部５を有する管状装置２に対して形状センサ１０により全体の形状を検出できる第１の範囲、又は挿入部５の範囲との相対位置が特定可能な第２の範囲に１点でも管空４との相対位置を検出する相対位置検出部２５を設けているので、管空４に対する管状装置２の少なくとも１つの位置情報を取得することができる。かかる位置情報を基準に形状センサ１０で管状装置２の形状を取得するので、管空４に対する管状装置２の全体の配置情報を取得することができる。
（３）相対位置検出部２５は、図６に示すように形状センサ１０により管状装置２の全体の形状を検出可能とする範囲を第１の範囲、又は管状装置２に対して挿入部５の範囲との相対位置を特定可能な範囲を第２の範囲とのうちいずれかの範囲において挿入部５の少なくとも一箇所に存在する第１の検出要素４０ｂと、被検体３に存在する第２の検出要素４１ａとを少なくとも有し、これら第１の検出要素４０ｂと第２の検出要素４１ａとの相対位置を検出する。
【００４０】
これにより、管状装置用処理装置２０は、第１の検出要素４０ｂにより管状装置２の少なくとも１つの位置情報を取得することができる。又、管状装置２の少なくとも１つの位置情報を基準に形状センサ１０により管状装置２の全体の形状を取得することにより、管状装置２の少なくとも１つの位置情報に対する当該管状装置２の全体の配置情報を取得することが可能となる。  
又、管状装置用処理装置２０は、第２の検出要素４１ａにより被検体３の位置情報を取得することができ、かつ被検体３に対する管空４の位置を当該管空４の配置情報から求めることができる。そして、管状装置用処理装置２０は、管状装置２の全体の形状と、被検体３の位置情報との相対位置を合わせることにより、被検体３内の管空４に対する管状装置２の全体の配置情報を取得することができる。
（４）形状センサ１０は、挿入部５の湾曲形状（湾曲量）を検出するために、図３に示すように光ファイバ１０ｂにより成る光ファイバセンサを用いた。この光ファイバセンサは、管状装置２に対して十分細い形状で構成することができるので、容易に管状装置２に搭載することが可能であり、他の構成の影響を受けにくい。
【００４１】
光ファイバセンサは、図３に示すように一例として光ファイバ１０ｂの所定の位置に光を吸収する被検出部１０ａを設けたものを利用する。この被検出部１０ａは、所定の方向に湾曲したときに光ファイバ１０ｂのコアを伝播する光の量が減衰又は増加させることにより湾曲量と湾曲方向とを検出する。例えば、図４（ａ）に示すように光ファイバ１０ｂを光検出部１０ａが設けられた側に湾曲したときの光伝達量が最も多く、次に同図（ｂ）に示すように光ファイバ１０ｂを湾曲しないときの光伝達量、次に同図（ｃ）に示すように光ファイバ１０ｂを光検出部１０ａが設けられた側とは反対側に湾曲したときの光伝達量の順である。このような構成の光ファイバセンサであれば、安価に構成することができる。
【００４２】
この光ファイバセンサは、管状装置２の湾曲形状を検出可能な間隔で湾曲量に応じた信号を出力する。湾曲形状演算部２４は、光ファイバセンサから出力された信号に基づいて管状装置２の湾曲形状や湾曲量を演算し求める。湾曲形状演算部２４は、当該湾曲量と共に変化する管状装置２の部分的な形状を推定する。最終的に、湾曲形状演算部２４は、これらの部分形状を繋ぎ合わせて、管状装置２の全体の形状を演算する。
【００４３】
湾曲形状演算部２４は、管状装置２の形状を、例えば第１の検出要素４０ｂの箇所を基準として演算して求めることが望ましい。又、第１の検出要素４０ａ、４０ｂ等は、複数箇所に設けることにより、より正確に管状装置２の形状を求めていくことが可能である。  
別の管状装置２の形状の演算は、光ファイバ１０ｂ内の屈折率が湾曲と共に変わり、この屈折率からの反射光の波長シフト量を検出（ＦＢＧ）したり、光の戻り時間と組み合わせて場所を特定して複数個所の湾曲量を検出したりするなど、同様の作用、効果を得ることができる方式でよい。
（５）第１の検出要素４０ａ、４０ｂと第２の検出要素４１ａ、４１ｂとは、図７に示すようにそれぞれ共通の座標系に存在し、かつそれぞれ固定配置された第１の発信器又は第１の受信機と、これら第１の発信器又は第１の受信機に対する相対位置を検出可能とする第２の受信器又は第２の発信器とを有する。これにより、相対位置検出部２５は、所定の位置、例えば限定Ｇを基準に共通の座標系で第１の検出要素４０ａ、４０ｂと第２の検出要素４１ａ、４１ｂとの各座標をそれぞれ求め、管状装置２における少なくとも一箇所と、管空４上の少なくとも一箇所との相対的な位置関係を容易に検出することができる。
（６）第１の検出要素４０ａ、４０ｂと第２の検出要素４１ａ、４１ｂとにおいて、第１の発信器と第２の受信器との間と、第２の発信器と第１の受信器との間とでそれぞれ授受する信号は、磁界、電磁波、音波又は超音波を含む。これにより、基準である原点Ｇの位置と、第１の検出要素４０ａ、４０ｂと、第２の検出要素４１ａ、４１ｂとの各間の通信は、配線を必要としない無線信号を授受することで、管状装置２における少なくとも一箇所と、管空４上の少なくとも一箇所との相対的な位置関係を検出することが可能となる。無線による信号の授受であれば、管状装置２を扱う操作者Ｈの邪魔にならない。又、音波以外の無線信号は、操作者Ｈや被検体３に信号を意識させないため、邪魔にならない。
（７）第１の検出要素４０ａ、４０ｂは、図８に示すように所定の箇所との間の平面上を含む空間上の位置を検出する磁気センサであり、形状センサ１０により形状を検出可能とする第１の範囲、又は管状装置２に対して挿入部５の範囲との相対位置を特定可能な第２の範囲のうちいずれかの範囲における管状装置２上の少なくとも一箇所に搭載されている。
【００４４】
これにより、相対位置検出部２５において、管状装置２が所定の箇所に配置したときからの第１の検出要素４０ａ、４０ｂの磁気センサや形状センサ１０の出力信号を順次演算して管状装置２における少なくとも一箇所と、管空４上の少なくとも一箇所との相対的な位置関係を容易に検出するので、被検体３の管空４の入口に管状装置２を挿入するときの邪魔となるような部材が無く、管状装置２の挿入がし易い状態で管空４との位置情報及び管状装置２の配置情報を得ることが出来る。
【００４５】
所定の箇所は、例えば管空４の入口や、管空４内の臓器の入口、血管の分離部など所定の位置からの管状装置２の位置、全体の配置情報を必要とする所である。管状装置２の挿入部５の挿入端に近いところに第１の検出要素４０ｂを配置すると、当該第１の検出要素４０ｂを配置したところを基点に形状演算を行うので、管状装置２の先端の位置をより正確に検出することが可能である。
【００４６】
原点Ｇには、図２に示すように位置検出用の素子として例えば複数のコイル５０ａ、５０ｂ、５０ｃが配置し、第１の検出要素４０ａ、４０ｂに対して磁界信号を発生させたり、又は第１の検出要素４０ａ、４０ｂから発生した磁界を受信することにより、管状装置２を扱う操作者Ｈが配線などを気にすることなく所定箇所を基準とした絶対位置を求めることができる。  
また、第１の検出要素４０ａ、４０ｂは、形状センサ１０との位置関係が特定されているので、第１の検出要素４０ａ、４０ｂを基準に管状装置２の空間上の配置状態を検出することが可能となる。
【００４７】
第１の検出要素４０ａ、４０ｂは、固定した２点以上の受信器或いは発信器との間で磁界の強度と、向きとを検出できるように構成している。例えば、管状装置２にスコープの長手軸に沿ってコイル（長手側のコイル）を１方向に設け、固定した２点には、２軸から３軸方向に向けコイル（固定側のコイル）を設ける。  
長手側のコイルに電流を流して磁界を発生させ、固定側のコイルで磁界を受信し、これら２点の磁界強度及び２軸或いは３軸方向のコイルの電界強度のそれぞれの差から管状装置２に設けたコイルの位置と向きとを演算して求める。固定した２点以上の受信器の間隔は、位置の必要な分解能によって所定距離を開けて設置する。なお、管状装置２に設けたコイルは、なるべく当該管状装置２の挿入端側に近いところに設ける。これにより、より管状装置２と管空４との位置とその配置とを正確に求めることが可能となる。また、コイルは、管状装置２の１箇所に限らず、複数の箇所に設けても良い。
（８）第１の検出要素４０ａは、図９に示すように管状装置２に加わる加速度を検出する加速度センサ、又は管状装置２の少なくとも回転量を検出する回転センサのうちいずれか一方又は両方を設け、形状センサ１０により形状を検出可能とする第１の範囲、又は管状装置２に対して挿入部５の範囲との相対位置を特定可能な第２の範囲のうちいずれかの範囲における管状装置２上の少なくとも一箇所に搭載されている。
【００４８】
管状装置２の挿入部５が所定の箇所、例えば管空４の入口に配置されると、第１の検出要素４０ａにより管状装置２の少なくとも１つの位置情報の取得を開始する。この第１の検出要素４０ａが加速度センサであれば、当該加速度センサは、図１０に示すように管状装置２における挿入部５の基部に加わる加速度を検出し、その加速度信号を出力する。管状装置用処理装置２０は、図１０に示すように加速度信号を１回積分して挿入部５の基部の速度を求め、さらに積分（２回の積分）して位置情報を求める。
【００４９】
第１の検出要素４０ａが回転センサであれば、この回転センサは、管状装置２における挿入部５の基部の傾き、回転量、例えばヨー軸、ピッチ軸、ロール軸のそれぞれの傾き、回転量を検出する。
これら加速度センサや回転センサは、形状センサ１０と相対位置が特定可能な範囲に配置されるので、管状装置２の管空４に対する挿入量、管状装置２の回転量、管状装置２の形状を組み合わせることにより、管空４内での管状装置２の相対位置及びその配置情報を求めることができる。  
挿入部５の範囲との相対位置が特定可能な範囲とは、同じ剛体に固定されているか、若しくは変異を検出する第三のセンサを設けることにより特定できる範囲のことである。
（９）第２の検出要素４１ａは、図１１に示すように磁気センサを含み、管空４における当該管空４との位置関係が特定されている少なくとも一箇所に設置され、管空４の入口の位置情報を検出する。  
これにより、原点Ｇに磁界で位置検出をする例えば複数のコイル５０ａ、５０ｂ、５０ｃが配置し、第２の検出要素４１ａに対し磁界信号を発生させる、又は第２の検出要素４１ａが発生した磁界を受信するので、管状装置２を扱う操作者Ｈが配線などを気にすることなく所定箇所を基準とした被検体３の絶対位置を求めることができる。  
また、第２の検出要素４１ａは、管空４との位置関係が特定されている箇所に設置しているので、管空４の入口の位置情報を検出することが可能となる。
（１０）被検体３の管空４に挿入する管状装置の相対位置検出システムを備えた内視鏡装置であって、管状装置２の形状を検出する形状センサ１０と、この形状センサ１０により形状を検出可能な第１の範囲の少なくとも一箇所と、管空４上の少なくとも一箇所との相対的な位置関係を検出する相対位置検出手段と、挿入部５の形状を操作する操作部７とを具備するので、管空４に対する内視鏡装置１の管状装置２の全体の配置情報を取得することができる。
【００５０】
管空４の観察や処置、管空４内の病変部や異物などの採取などを行う内視鏡装置１に管空４内での先端位置や挿入状態を検出することができるものとなり、挿入部５の挿入が困難な部位や臓器でも容易に挿入可能であり、また挿入部５を目的とした場所まですばやく到達することが可能となる。さらに、観察したいところを早く特定することができるので、繰り返し挿入するなどの手間やコストが掛からない。
【００５１】
第２の検出要素４１ａ、４１ｂの設置箇所は、管空４上の少なくとも一点に設けることにしており、具体的には、管空４の入口付近や入口付近と一体で動く部位に貼り付けて固定したり、紐やゴムなどで固定したり、或いは検査時に着用する衣服、さらには検査時に利用する処置台や枕などの支え部材に取り付けたりする。  
第２の検出要素４１ａ、４１ｂと管空４との位置の差は、第１の検出要素４０ａ、４０ｂを管空４の入口に配置したときに、第２の検出要素４１ａ、４１ｂと第１の検出要素４０ａ、４０ｂとの差を記録し、補正に利用することにより無くすことが可能となる。
【００５２】
なお、本発明は上記実施形態そのまま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構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１：内視鏡装置、２：管状装置、３：被検体、４：管空、５：挿入部、６：検査台、７：操作部、８：ユニバーサルコード、１０：形状センサ、２０：管状装置用処理装置、２１：光源装置、２２：画像処理装置、２３：光出射検出装置、２４：湾曲形状演算部、２５：相対位置検出部、２６：制御部、１０ａ：光検出部、１０ｂ：光ファイバ、３２：光源、３３：投光レンズ、３４：アイソレータ、３５：反射ミラー、３６：集光レンズ、３７：集光レンズ、３８：反射ミラー、４０ａ，４０ｂ：第１の検出要素、４１ａ，４１ｂ：第２の検出要素、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ：コイル。
【図１】
2014151102.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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