(57)【要約】  内視鏡湾曲制御装置は、内視鏡画像から、挿入部が挿入される管腔内の管腔暗部に関する画像特徴量を算出する画像特徴量算出部と、管腔暗部の位置を挿入目標として、挿入部先端をその位置に向ける第１の湾曲動作モードと履歴情報を参照することにより推定される管腔暗部の位置の方向に挿入部先端を向ける第２の湾曲動作モードとの一方の湾曲動作モードにより、湾曲部を湾曲制御する湾曲制御部と、算出される画像特徴量から第１の切替条件に従って、一方の湾曲動作モードから他方の湾曲動作モードへ切替を行う動作モード切替部と、第１の切替条件から第２の切替条件に変更する切替条件変更部と、を備える。
2009069395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
挿入部の先端側に撮像素子と湾曲部とが設けられた内視鏡における前記撮像素子から得られる内視鏡画像から、前記挿入部が挿入される管腔内の管腔暗部に関する画像特徴量を算出する画像特徴量算出部と、
算出された前記画像特徴量から管腔暗部の位置を挿入目標として、挿入部先端をその位置に向ける第１の湾曲動作モードと、過去に算出された管腔暗部の位置を含む履歴情報を参照することにより現在の管腔暗部の位置を推定し、推定された管腔暗部の位置の方向に挿入部先端を向ける第２の湾曲動作モードとの一方の湾曲動作モードにより、前記湾曲部を湾曲制御する湾曲制御部と、
算出された前記画像特徴量を第１の切替条件に従って、前記第１の湾曲動作モードと前記第２の湾曲動作モードとの一方の湾曲動作モードから他方の湾曲動作モードへ切替を行う動作モード切替部と、
前記湾曲動作モードの切替に採用された第１の切替条件から該第１の切替条件とは異なる第２の切替条件に変更する切替条件変更部と、
を備えることを特徴とする内視鏡湾曲制御装置。
【請求項２】
さらに、前記履歴情報を記憶する記憶部を有し、該記憶部は前記管腔暗部の位置の情報と共に、前記挿入部先端の位置及び方向の情報を前記履歴情報として記憶することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡湾曲制御装置。
【請求項３】
切替条件変更部は、挿入部先端側の位置を含む挿入形状を検出する挿入形状検出部の検出結果に基づいて、前記第１の切替条件又は前記第２の切替条件に含まれる特徴量パラメータを変更することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡湾曲制御装置。
【請求項４】
前記第１の切替条件又は前記第２の切替条件は、前記挿入部が挿入される管腔内の挿入パスに沿った場所に応じて変更設定されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡湾曲制御装置。
【請求項５】
前記第１の切替条件及び前記第２の切替条件は、前記挿入部が前記管腔内に挿入される挿入長に応じて予め設定されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡湾曲制御装置。
【請求項６】
前記切替条件変更部は、前記挿入部が前記管腔内に挿入される挿入長の情報を用いて前記第１の切替条件から前記第２の切替条件に変更することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡湾曲制御装置。
【請求項７】
切替条件変更部は、前記第２の切替条件に変更した場合、前記挿入部が前記管腔内に挿入される挿入長に応じてさらに前記第２の切替条件とは異なる第３の切替条件に変更することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡湾曲制御装置。
【請求項８】
さらに、挿入部先端側の位置を含む挿入形状を検出する挿入形状検出部を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡湾曲制御装置。
【請求項９】
前記記憶部は、前記管腔暗部の位置の情報と、前記挿入部先端の位置及び方向の情報とを、時間の経過順に前記履歴情報として記憶することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡湾曲制御装置。
【請求項１０】
前記第１の切替条件及び第２の切替条件は、それぞれ異なる複数の特徴量パラメータを用いて設定されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡湾曲制御装置。
【請求項１１】
前記第１の切替条件及び第２の切替条件は、前記挿入部が管腔内に挿入される挿入パスの場所に応じて前記複数の特徴量パラメータを用いて設定されることを特徴とする請求項１０に記載の内視鏡湾曲制御装置。
【請求項１２】
前記第１の切替条件及び前記第２の切替条件は、前記挿入部が挿入される前記管腔内の挿入パスに沿った場所としての第１及び第２のパス場所に応じて前記第１の切替条件及び第２の切替条件にそれぞれ含まれる特徴量パラメータをリストアップしたパスリストの形態で使用されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡湾曲制御装置。
【請求項１３】
前記パスリストは、前記挿入部が挿入される管腔臓器の種類に応じて選択使用されることを特徴とする請求項１２に記載の内視鏡湾曲制御装置。
【請求項１４】
前記画像特徴量算出部は、前記画像特徴量として、前記内視鏡画像のデータから、挿入部先端から管腔暗部までの距離、画素レベルが飽和するハレーション画素を含む比率、画素レベルが黒レベルに近い暗部画素を含む比率の少なくとも１つの特徴量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡湾曲制御装置。
【請求項１５】
さらに、前記挿入部の挿入軸の回りの回転角を検出する回転角検出部を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡湾曲制御装置。
【請求項１６】
挿入部の先端側に撮像素子と湾曲部とが設けられた内視鏡と、
前記内視鏡が接続され、前記撮像素子の出力信号から内視鏡画像を生成する信号処理装置と、
前記内視鏡画像から、前記挿入部が挿入される管腔内の管腔暗部に関する画像特徴量を算出する画像特徴量算出部と、
算出された前記画像特徴量から管腔暗部の位置を挿入目標として、挿入部先端をその位置に向ける第１の湾曲動作モードと、過去に算出された管腔暗部の位置を含む履歴情報を参照することにより現在の管腔暗部の位置を推定し、推定された管腔暗部の位置の方向に挿入部先端を向ける第２の湾曲動作モードとの一方の湾曲動作モードにより、前記湾曲部を湾曲制御する湾曲制御部と、
算出された前記画像特徴量を第１の切替条件に従って、前記第１の湾曲動作モードと前記第２の湾曲動作モードとの一方の湾曲動作モードから他方の湾曲動作モードへ切替を行う動作モード切替部と、
前記湾曲動作モードの切替に採用された第１の切替条件から該第１の切替条件とは異なる第２の切替条件に変更する切替条件変更部と、
を備えることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項１７】
さらに、前記履歴情報を記憶する記憶部を有し、該記憶部は前記管腔暗部の位置と共に、前記挿入部先端の位置及び方向の情報を前記履歴情報として記憶することを特徴とする請求項１６に記載の内視鏡システム。
【請求項１８】
切替条件変更部は、挿入部先端側の位置を含む挿入形状を検出する挿入形状検出部の検出結果に基づいて、前記第１の切替条件又は前記第２の切替条件に含まれる特徴量パラメータを変更することを特徴とする請求項１６に記載の内視鏡システム。
【請求項１９】
前記第１の切替条件及び前記第２の切替条件は、前記挿入部が前記管腔内に挿入される挿入長に応じて予め設定されることを特徴とする請求項１６に記載の内視鏡システム。
【請求項２０】
前記第１の切替条件及び第２の切替条件は、それぞれ異なる複数の特徴量パラメータを用いて設定されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡を体腔内等に挿入して内視鏡検査を行うための内視鏡湾曲制御装置及び内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、体腔内又は管腔内を検査、診断するために内視鏡が広く用いられるようになった。内視鏡を用いた場合には、挿入部を体腔内に円滑に挿入することが望まれる。
例えば第１の従来例としての特開２００３−９３３２８号公報には、内視鏡画像に基づいて、挿入部の先端部を挿入すべき方向、すなわち目標位置を検出して、その目標位置の方向に設定する。  
また、第２の従来例としての特開２００６−１１６２８９号公報には、内視鏡撮像画像に基づく第１の湾曲制御手法と、内視鏡挿入形状の検出画像やＣＴ画像に基づく第２の湾曲制御手法を選択して、挿入の際の湾曲制御を行う湾曲制御装置が開示されている。【０００３】
しかし、第１の従来例においては、内視鏡画像として体腔若しくは管腔の走行方向に対応する管腔暗部が検出できない或いは管腔暗部が消失した状態となり、内視鏡画像が粘膜表面を撮像する撮像状態になると、挿入すべき方向の選定が出来にくくなる。  
この場合、この第１の従来例における第４の実施形態においては、目標位置となる管腔暗部が画像外に消失した際、その管腔暗部の消失方向に基づいて、挿入すべき方向を提示するようにしている。  
しかし、管腔暗部が消失する前の情報、つまり過去の管腔暗部の情報が記憶されていないため、挿入すべき方向の提示を精度良く行うことが困難になる。さらに、管腔暗部が消失してから、その提示を行うまでの間に、内視鏡挿入部が捻られると、目標位置の方向も、回転移動してしまうので、消失した方向を再現できなくなってしまう欠点がある。【０００４】
また、第２の従来例は、内視鏡画像による選択状態では、管腔暗部が消失した状態においては第１の従来例の場合と同様に、やはり挿入すべき方向に湾曲方向を提示することが困難になってしまう。  
また、湾曲制御の動作モードを切り替えられるようにした場合、設定された切替条件では対応しにくいような挿入対象の部位又は場所の場合においても円滑な挿入を可能とする湾曲制御を行うことが望まれる。【０００５】
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、設定された切替条件では対応しにくいような挿入対象の部位の場合においても円滑な挿入を可能とする湾曲制御を行う内視鏡湾曲制御装置及び内視鏡システムを提供することを目的とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態に係る内視鏡湾曲制御装置は、挿入部の先端側に撮像素子と湾曲部とが設けられた内視鏡における前記撮像素子から得られる内視鏡画像から、前記挿入部が挿入される管腔内の管腔暗部に関する画像特徴量を算出する画像特徴量算出部と、
算出された前記画像特徴量から管腔暗部の位置を挿入目標として、挿入部先端をその位置に向ける第１の湾曲動作モードと、過去に算出された管腔暗部の位置を含む履歴情報を参照することにより現在の管腔暗部の位置を推定し、推定された管腔暗部の位置の方向に挿入部先端を向ける第２の湾曲動作モードとの一方の湾曲動作モードにより、前記湾曲部を湾曲制御する湾曲制御部と、
算出された前記画像特徴量を第１の切替条件に従って、前記第１の湾曲動作モードと前記第２の湾曲動作モードとの一方の湾曲動作モードから他方の湾曲動作モードへ切替を行う動作モード切替部と、
前記湾曲動作モードの切替に採用された第１の切替条件から該第１の切替条件とは異なる第２の切替条件に変更する切替条件変更部と、
を備えることを特徴とする。【０００７】
本発明の一形態に係る内視鏡システムは、挿入部の先端側に撮像素子と湾曲部とが設けられた内視鏡と、
前記内視鏡が接続され、前記撮像素子の出力信号から内視鏡画像を生成する信号処理装置と、
前記内視鏡画像から、前記挿入部が挿入される管腔内の管腔暗部に関する画像特徴量を算出する画像特徴量算出部と、
算出された前記画像特徴量から管腔暗部の位置を挿入目標として、挿入部先端をその位置に向ける第１の湾曲動作モードと、過去に算出された管腔暗部の位置を含む履歴情報を参照することにより現在の管腔暗部の位置を推定し、推定された管腔暗部の位置の方向に挿入部先端を向ける第２の湾曲動作モードとの一方の湾曲動作モードにより、前記湾曲部を湾曲制御する湾曲制御部と、
算出された前記画像特徴量を第１の切替条件に従って、前記第１の湾曲動作モードと前記第２の湾曲動作モードとの一方の湾曲動作モードから他方の湾曲動作モードへ切替を行う動作モード切替部と、
前記湾曲動作モードの切替に採用された第１の切替条件から該第１の切替条件とは異なる第２の切替条件に変更する切替条件変更部と、
を備えることを特徴とする内視鏡システム。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は本発明の実施例１を備えた内視鏡システムの構成を使用例の状態で示す構成図。
【図２】図２は内視鏡装置の外観例を示す図。
【図３】図３は内視鏡の内部構成を示す図。
【図４】図４は挿入部の先端側のコイルの配置例を示す図。
【図５】図５は検出される挿入形状を示す図。
【図６Ａ】図６Ａは挿入形状データの例を示す図。
【図６Ｂ】図６Ｂはフレームデータの例を示す図。
【図６Ｃ】図６Ｃはコイル座標データの例を示す図。
【図７】図７はＰＣ本体の機能的なブロック構成を示す図。
【図８】図８はメイン処理部の機能的なブロック構成を示す図。
【図９】図９は内視鏡先端の向きと湾曲させたい方向との湾曲角を形成する角θ及びφを示す図。
【図１０】図１０は図９の湾曲角からモータ電圧を生成する処理機能を示すブロック図。
【図１１】図１１は動作モードを切り替える切替条件及びその切替条件をさらに切り替える条件に使用されるパラメータ等を示す図。
【図１２】図１２は挿入対象部位としての大腸を示す図。
【図１３】図１３は湾曲制御の動作内容を示すフローチャート。
【図１４】図１４は図１３における先端通過目標位置の検出の動作内容を示すフローチャート。
【図１５】図１５はパスリストにより順次設定されるパス値の内容の具体例を示す図。
【図１６Ａ】図１６Ａは襞押し込みモードの説明図。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは回転モードの説明図。
【図１７】図１７は内視鏡検査が行われる管腔臓器等に応じて予め設定されたパスリストを選択使用可能にした構成を示すブロック図。
【図１８】図１８は本発明の第２の実施形態に係る内視鏡システムの要部の構成の一例を示す図。
【図１９】図１９は図１８の端末装置において行われる目標位置検出処理の一例を示すフローチャート。
【図２０】図２０は図１８の端末装置において行われる湾曲制御設定処理の一例を示すフローチャート。
【図２１】図２１は画像データ内に存在する暗部領域の一例を示す図。
【図２２】図２２は画像データ内に存在する暗部領域の、図２１とは異なる例を示す図。
【図２３】図２３は画像データ内に存在する暗部領域の、図２１及び図２２とは異なる例を示す図。
【図２４】図２４は本発明の第３の実施形態に係る内視鏡システムの要部の構成の一例を示す図。
【図２５】図２５は先端部を通過させる経路を設定するために行われる処理の一例を示すフローチャート。
【図２６】図２６は湾曲部に対する湾曲制御内容を設定するために行われる処理の一例を示すフローチャート。
【図２７】図２７は先端部の現在位置の近傍における管腔の形状の一例を示す図。
【図２８】図２８は図２５のフローチャートの処理の概要に関する模式図。
【図２９】図２９は先端部を通過させる目標位置を算出する処理の一例を示す図。
【図３０】図３０は先端部を通過させる目標位置を算出する処理の、図２９とは異なる例を示す図。
【図３１】図３１は図２６のフローチャートに追加可能な処理の一例を示す図。
【図３２】図３２は図３１のフローチャートの処理の概要に関する模式図。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
（第１の実施形態）
図１から図１５は本発明の第１の実施形態に係り、図１は本発明の第１の実施形態を備えた内視鏡システムの構成を使用例の状態で示し、図２は内視鏡装置の外観例を示し、図３は内視鏡の内部構成を示し、図４は挿入部の先端側のコイルの配置例を示し、図５は検出される挿入形状を示す。  
図６Ａ〜図６Ｃは挿入形状データ、フレームデータ、コイル座標データの例を示し、図７はＰＣ本体の機能的なブロック構成を示し、図８はメイン処理部の機能的なブロック構成を示し、図９は内視鏡先端の向きと湾曲させたい方向との湾曲角を形成する角θ及びφを示し、図１０は図９の湾曲角からモータ電圧を生成する処理機能を示す。【００１０】
図１１は動作モードを切り替える切替条件及びその切替条件をさらに切り替える条件に使用されるパラメータ等を示し、図１２は挿入対象部位としての大腸を示し、図１３は湾曲制御の動作内容を示し、図１４は図１３における先端通過目標位置の検出の動作内容を示し、図１５は挿入パスに沿った各パス場所としてのパス値における切替条件等を規定する特徴量パラメータをリストアップしたパスリストの具体例を示す。  
図１に示すように、本発明の第１の実施形態を備えた内視鏡システム１は、内視鏡検査を行う内視鏡２、光源装置３、プロセッサ４及び内視鏡モニタ５を備えた内視鏡装置６と、内視鏡２により撮像された内視鏡画像に対して画像処理及び湾曲制御の処理を行うパーソナルコンピュータ本体（以下、ＰＣ本体と略記）７及びＰＣモニタ８と、内視鏡２の挿入部９における少なくともその先端側の位置検出を含む内視鏡形状検出手段としてのＵＰＤ装置１１とを有する。【００１１】
図１に示すように内視鏡２は、ベッド１２に横たわる被検体としての患者１３の体腔内（又は管腔内）に挿入される細長の挿入部９と、その後端に設けられた操作部１４とを有する。この操作部１４から延出されたユニバーサルケーブル１５の端部のコネクタは、照明光を発生する光源装置３と、信号処理を行う信号処理装置としてのプロセッサ４とに接続される。  
図２に示すように挿入部９は、その先端に設けられた先端部１０と、この先端部１０の後端に設けられ、湾曲自在の湾曲部１８と、この湾曲部１８の後端から操作部１４まで延出された可撓性を有する可撓部１９とを有する。  
操作部１４には、術者２０が所望とする方向に湾曲部１８を湾曲指示操作を行う湾曲指示操作手段としての例えばジョイスティック２１が設けてある。【００１２】
そして、術者２０は、このジョイスティック２１を操作することにより、この操作部１４内部に設けられた電気的な湾曲駆動手段を形成するモータユニット２２を介して、湾曲部１８を電気的に湾曲することができる。  
また、術者２０が後述する自動湾曲制御モードを選択した場合においては、ＰＣ本体７によるモータ制御により、挿入部９の先端側を挿入部９が挿通される管腔の走行方向に向くようにモータユニット２２を介して湾曲部１８の湾曲制御を電気的に行う。  
また、図１に示すように、挿入部９がその軸の回りで捻られた場合の捻り量を検出できるように、挿入部９における例えば後端側の外周面に捻り量検出ユニット２３が設けてある。【００１３】
本実施形態の内視鏡湾曲制御装置は、内視鏡２の湾曲部１８を電気的に湾曲駆動するモータユニット２２の湾曲制御を行うＰＣ本体７を主として構成される。  
なお、図１における内視鏡装置６としては、例えば図２に示すような外観である。この図２では、ＰＣ本体７は内視鏡２内のモータユニット２２の湾曲制御ユニットとして内視鏡装置６を構成している。  
また、図１では内視鏡２にジョイスティック２１が用いられているが、図２に示すようにジョイパッドで湾曲指示操作手段を形成しても良い。  
本実施形態では、術者２０が湾曲指示操作手段としての例えばジョイスティック２１を手動（マニュアル）で湾曲操作を行うことにより、先端部１０側を管腔の走行方向に設定して内視鏡２を挿入する手動湾曲による通常の湾曲制御モードの他に、内視鏡画像から管腔暗部の位置を（目標位置として）画像処理により３次元的に推定すると共に、挿入部９の先端側の挿入形状を推定し、挿入部９の先端が目標位置の方向に向くように湾曲部１８を電気的に湾曲制御する自動湾曲制御モードを備える。  
図３に示すように、挿入部９内には照明光を伝送するライトガイド３１が挿通され、このライトガイド３１は、図１或いは図２に示す操作部１４，ユニバーサルケーブル１５を経てその後端が光源装置３に接続される。【００１４】
このライトガイド３１の後端面には、光源装置３内の図示しないランプからの照明光が入射される。そして、ライトガイド３１により伝送された照明光は、先端部１０に設けられた照明窓に固定されたライトガイド先端面から前方に出射される。  
そして、照明窓からこの挿入部９の長手軸の前方側に出射される照明光により、挿入部９が挿入される体腔内における長手軸の前方側を照明する。図３に示すように照明窓に隣接して設けられた観察窓には、光学像を結ぶ対物レンズ３２が取り付けられており、その観察視野或いは撮像範囲は照明光で照明される。  
光学像を結ぶ対物レンズ３２と、その結像位置に配置された固体撮像素子としての例えばＣＣＤ３３とにより撮像装置３４が形成されている。【００１５】
このＣＣＤ３３により光電変換されたＣＣＤ出力信号或いは撮像信号は、プロセッサ４に入力される。このプロセッサ４により撮像信号に対する信号処理を行い、内視鏡画像を内視鏡モニタ５に表示する内視鏡画像信号（映像信号）として例えばＲＧＢ信号等を生成する。内視鏡画像信号は、内視鏡モニタ５に入力され、内視鏡モニタ５の内視鏡画像表示エリアに内視鏡画像が表示される。  
なお、この内視鏡画像信号は、画像処理及びモータ制御（或いは湾曲制御）を行う画像処理／モータ制御装置としてのＰＣ本体７にも入力され、挿入部９の先端を体腔内の走行方向に挿入させるための位置情報の検出の画像処理に利用される。【００１６】
また、本実施形態に係る内視鏡２においては、挿入部９内には、挿入部９の挿入形状（内視鏡形状ともいう）を検出するために、それぞれ位置情報を発生する位置情報発生手段として複数のＵＰＤコイル（以下、単にコイルという）３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、…が、例えば先端部１０から可撓部１９における適宜の位置まで、例えば所定間隔で配置されている。  
そして、これらのコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、…の各コイル位置を検出することにより、挿入部９の挿入形状を算出することができる。特に、挿入部９の先端側の複数のコイル、例えば３６ａ、３６ｂ、３６ｃの各位置を検出することにより、挿入部９の先端位置の他に、その長手軸の方向（向き）を検出することができる。  
また、本実施形態では、図４に示すように長手軸の方向に配置されたコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃの他に、例えば長手軸に配置されたコイル３６ａと直交する方向で、湾曲部１８を湾曲させる場合の上方向の湾曲方向（Ｕｐ湾曲方向或いは単にＵｐ方向という）に、そのソレノイドの軸（巻線の軸）を設定したコイル３６ａ′が、コイル３６ａに隣接して先端部１０内に配置されている。【００１７】
この場合、コイル３６ａとコイル３６ａ′の巻線の方向と直交させた配置となっている。なお、コイル３６ａとコイル３６ａ′の巻線の方向と直交させた配置に限らず、巻線の方向を平行にしても良い。  
なお、図４においては、コイル３６ｃに対して、コイル３６ａ″が同様の配置関係となるようにコイル３６ｃ、３６ａ″が配置されている。  
このような配置にすることにより、各コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ａ′、３６ａ″…の位置を検出することにより、先端部１０の位置の他に、先端部１０の（長手）軸周りの回転角又は方位（Ｕｐ方向やＣＣＤ３３の上方向）、換言すると挿入部９の捻りによる回転角又は方位の変化も検出できる。つまり、これらのコイルは、回転角検出部を形成する。【００１８】
コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ…は、その後端側のケーブルがＵＰＤ装置１１に接続される。
また、図１に示すＵＰＤ装置１１は、コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ…を所定の周波数のドライブ信号の印加により磁界を発生させる図示しないＵＰＤドライブ回路と、磁界を検出するためにそれぞれ所定の位置関係で配置された複数のセンスコイルからなる磁界検出用のセンスコイルユニットとを備えている。  
また、このＵＰＤ装置１１は、複数のセンスコイルによる検出信号から各コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、…の位置を検出（算出）する位置検出部と、各コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、…の位置情報から挿入部９（内視鏡２）の挿入形状の算出処理と、算出された挿入形状の表示処理を行う挿入形状算出・表示処理回路とを内蔵し、またその挿入形状を表示する図示しない形状表示モニタとを備えている。【００１９】
なお、ＵＰＤ装置１１における少なくともセンスコイルユニットは、図１のベッド１２の近傍に配置され、ベッド１２に横たわる患者１３における挿入部９が挿入される３次元領域をカバーする座標系（ワールド座標系という）で、コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、…の位置、つまりワールド座標系における３次元の座標位置を検出する。  
なお、図１に示すように挿入部９の捻り量を検出する捻り量検出ユニット２３は、図４に示すようなコイル３６ａ′を設けて先端部１０の方位（Ｕｐ方向）を検出可能とした場合には、必要不可欠となるものではない。  
図５は、ＵＰＤ装置１１により生成される挿入形状の１例を示す。この図５に示すように３次元の座標系で例えばｊフレーム（ただし、ｊ＝０、１、２…）におけるコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、…の位置（Ｘｊｉ，Ｙｊｉ，Ｚｊｉ）（ここで、ｉ＝ａ，ｂ…，ｍ）が算出され、それらを結ぶことにより、挿入形状が生成される。【００２０】
ＵＰＤ装置１１により検出されたコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、…の位置を含む挿入形状データは、図６Ａに示すように、各フレームに関するフレームデータ（つまり、第０フレームデータ、第１フレームデータ、…）として構成されており、ＰＣ本体７に順次送信される。  
そして、挿入状態情報としての各フレームデータは、図６Ｂに示すように、挿入形状データの作成時刻、表示属性、付属情報及びコイルの３次元座標データ（コイル座標データ）等のデータを有して構成されている。  
また、コイル座標データは、図６Ｃに示すように、挿入部９の先端側から基端側（操作部１４側）に順次配置されたコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、…の３次元座標をそれぞれ示すデータである。  
一方、先端部１０に設けられた撮像装置３４により得られる内視鏡画像は、挿入部９の体腔内（以下では大腸のような管腔内）への挿入量に伴って変化する。【００２１】
このため、内視鏡画像から検出される管腔内の管腔暗部の位置情報は、ワールド座標系に変換される。なお、この管腔暗部の位置情報は、管腔の走行方向に対応するため、その位置情報が挿入部先端を管腔の深部側に挿入（導入）すべき目標位置若しくは湾曲すべき湾曲方向の目標位置となる。  
なお、先端部１０に設けられた撮像装置３４による観察方向（撮像方向）は、この内視鏡２においては挿入部９の長手軸と平行であり、上記挿入方向或いは湾曲方向は、撮像装置３４による観察方向と同じ方向となる。  
ＵＰＤ装置１１内部のコイル位置検出部により検出されたコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…のコイル座標位置及び方向の情報は、ＰＣ本体７にも入力される（後述する図７参照）。【００２２】
図３に模式的に示すように湾曲部１８は、その長手方向に複数の湾曲駒が回動自在に連結して構成されている。また、挿入部９内には、上下、左右の湾曲方向に沿って湾曲ワイヤ４１ｕ、４１ｄ、４１ｌ、４１ｒが挿通されている。そして、これらの湾曲ワイヤ４１ｕ、４１ｄ、４１ｌ、４１ｒの後端は、例えば操作部１４内に配置されたモータユニット２２を構成するプーリ４２ａ、４２ｂに連結されている。  
操作部１４内には上下方向の湾曲ワイヤ４１ｕ、４１ｄの両端が連結されたワイヤが巻装されたプーリ４２ａと、左右方向の各湾曲ワイヤ４１ｌ、４１ｒの両端が連結されたワイヤが巻装されたプーリ４２ｂが設置されている。  
各プーリ４２ａ，４２ｂは、それぞれ上下湾曲（駆動）用のＵＤモータ４３ａ，左右湾曲用のＲＬモータ４３ｂ（単にモータ４３ａ、４３ｂとも略記）の回転軸に連結され、正転及び逆転が自在のモータ４３ａ，４３ｂの回転方向に応じて回転される。【００２３】
上下、左右方向の湾曲駆動手段を構成するこれらのモータ４３ａ，４３ｂは、図７に示すようにモータユニット２２に接続されたＰＣ本体７から制御される。  
そして、モータ４３ａ，４３ｂによりプーリ４２ａ，４２ｂを回転することによって、湾曲ワイヤ４１ｕ、４１ｄ、４１ｌ、４１ｒを牽引／弛緩（押し引き）して湾曲部１８を電気的に湾曲駆動する電気的湾曲駆動手段が構成されている。  
モータ４３ａ，４３ｂを介してプーリ４２ａ，４２ｂを回転させる回転量に応じて湾曲部１８の湾曲量が対応するため、プーリ４２ａ，４２ｂの回転量をプーリアングル或いはプーリ角という。  
モータ４３ａ，４３ｂの回転角（モータ角ともいう）或いはプーリ角は、回転角或いは回転位置の検出手段として、例えばモータ４３ａ，４３ｂの回転軸にそれぞれ取り付けられている上下用ロータリーエンコーダ（ＵＤエンコーダ）４４ａ，左右用ロータリーエンコーダ（ＲＬエンコーダ４４ｂ）によってそれぞれ検出される。【００２４】
これらのＵＤエンコーダ４４ａ，ＲＬエンコーダ４４ｂによるエンコーダ出力は、図７に示すようにＰＣ本体７に入力される。  
そして、自動湾曲制御モードの場合においては、モータユニット２２内のモータ４３ａ、４３ｂは、ＰＣ本体７側からのＵＰＤ装置１１による目標位置の推定結果と、現在の（内視鏡）先端部１０側の位置及び方向から目標位置の方向に湾曲部１８を湾曲駆動するように回転が制御される。  
この他にＰＣ本体７は、画像処理により、湾曲させたい方向に相当する目標位置の算出の処理を行う。  
なお、自動湾曲制御モードは、後述するように内視鏡画像の画像解析結果により電気的に湾曲制御を行う湾曲制御モードである。【００２５】
代表的な自動湾曲制御モードとしては内視鏡画像に対する管腔暗部の画像解析（つまり画像特徴量算出）により管腔暗部を検出して、その管腔暗部を（内視鏡画像の）中心に捉えるように湾曲制御を行う第１の湾曲制御モードとしてのセンタリングモードと、管腔暗部を検出出来なくなった場合或いはこれに近い条件になった場合には管腔暗部が存在する方向を過去の湾曲制御の履歴情報から推定し、推定した方向に内視鏡先端を向けるように管腔暗部を探索する第１の湾曲制御モードとしての探索モードとがある。【００２６】
換言すると、算出された画像特徴量から管腔暗部の位置を、挿入目標として挿入部先端をその位置に向けるように湾曲部１８を湾曲させる湾曲動作モードとしてのセンタリングモードと、過去に算出された管腔暗部の位置を含む履歴情報から、現在の管腔暗部の位置を推定し、推定されたその位置の方向に挿入部先端を向けるように湾曲させる湾曲動作モードとしての探索モードとがある。【００２７】
このように本実施形態では、センタリングモードにおいて管腔暗部を検出出来なくなった（管腔暗部の“消失或いは見失い”）の場合には、探索モードに切り替える。本実施形態では更に、センタリングモードと探索モード間とを予め設定した切替条件に従って切り替えることによって、より安定した挿入のための湾曲制御を行うようにしている。  
また、さらに予め設定した切替条件を、切替条件を切り替える条件或いは切り替えるべき場所で有るか否かの判定結果により変更することにより、挿入されている管腔部位（場所）によって異なる特徴、特性を持つ場合にも、その深部側に円滑に挿入できるようにしている。  
なお、手動操作により湾曲を行う場合には、操作部１４に設けられた湾曲指示操作手段としてのジョイスティック２１によって上下、左右の任意の湾曲方向への指示値に応じて、エンコーダ出力がその値に一致するように、モータ４３ａ、４３ｂの回転駆動量（プーリ４２ａ，４２ｂのプーリアングルに相当する）が制御され、湾曲部１８は湾曲指示された湾曲量まで湾曲する。【００２８】
このため、ジョイスティック２１には、例えば上下方向と左右方向への傾動操作量を検出する図示しないエンコーダが設けてあり、湾曲指示値、方向の指示情報を出す。この場合には、ＰＣ本体７は、単にエンコーダ出力が指示値に一致するように湾曲制御する。    図７は、ＰＣ本体７の機能的な構成を示す。プロセッサ４からの内視鏡画像信号は、ＰＣ本体７内のＡ／Ｄ変換回路５１を介してメモリ５２内に内視鏡画像のデータとして格納される。  
また、ＵＰＤ装置１１によるコイル座標と方向の情報は、コイル情報取得スレッド５３を介してメモリ５２内に、内視鏡形状パラメタ、具体的には、コイル座標位置、コイル方向、先端Ｕｐ方向のデータとして格納される。  
そして、内視鏡画像のデータと内視鏡形状パラメタのデータは、ＣＰＵにより形成されるメイン処理部（或いはメインスレッド）５５に出力される。【００２９】
なお、ＣＰＵは、このメイン処理部５５の処理だけでなく、他の処理、例えば後述する湾曲量制御スレッド５６の処理を行う構成であっても良いし、図７に示すメイン処理部５５が湾曲量制御スレッド５６の処理を行う構成であっても良い。  
また、内視鏡２のモータユニット２２のエンコーダ出力は、湾曲量制御スレッド５６に入力される。そして、湾曲量制御スレッド５６は、モータユニット２２からのエンコーダ出力（つまりプーリアングル）を、その時間ｔのデータ（情報）と共にメモリ５２の（保存用）湾曲量パラメタとして記憶する。  
そして、この湾曲量パラメタは、他のデータと共に、メイン処理部５５を介して履歴情報の格納部（記憶部）としてのリングバッファ５８に格納される。このリングバッファ５８には、時間ｔの経過に従って、過去の時間ｔと共に、過去の湾曲制御に用いられるデータが時間順（時系列）に格納される。【００３０】
具体的には、（内視鏡）先端位置、その方向、Ｕｐ方向（或いは絶対捻り量）、目標位置、湾曲角（或いはプーリアングル）等のデータがそれぞれ時間ｔ順にリングバッファ５８に格納される。なお、目標位置が算出できない場合には、目標位置のデータが欠落したり、それに関連する湾曲角が欠落するデータとなる。【００３１】
また、ここで用いられているリングバッファ５８は、リング状に記憶部Ｍ１、Ｍ２，…Ｍｎが形成されており、記憶部Ｍ１から順次記憶部Ｍｎまでデータが記憶されると、次のデータは最初の記憶部Ｍ１に上書き（オーバライト）される。  
そして、このリングバッファ５８に格納された過去の湾曲制御に用いられたデータは、自動湾曲制御モードにおいて、内視鏡画像から管腔暗部が消失して管腔暗部を検出できないような場合、或いは後述する切替条件に従って、具体的には探索モードに切り替えられた場合に利用されることになる。  
この探索モードにおいては、管腔暗部が消失した時間からリングバッファ５８に格納されている過去の履歴情報を参照して、例えば管腔暗部が検出された時間での湾曲制御情報を読み出す。【００３２】
そして、現在の湾曲制御状態から過去の管腔暗部が検出された湾曲制御状態に戻すような湾曲制御を行い、内視鏡画像中に管腔暗部が検出されるようにする。  
なお、以下においては、自動湾曲制御モードにおけるセンタリングモードや探索モードを、紛らわしい場合を除いて単に動作モードで総称する。  
上記湾曲量制御スレッド５６には、メイン処理部５５による処理で生成され、メモリ５２内に一時格納された（制御用）湾曲量パラメタのデータが入力される。  
この湾曲量パラメタとしては、現在のプーリアングルから目標位置の方向に設定すべきプーリアングルとしての設定プーリアングルである。なお、上述した（保存用）湾曲パラメタとして、メイン処理部５５による処理で生成された（制御用）湾曲量パラメタで流用しても良い（両者の時間差が短い場合には、両者は殆ど同じ値となる）。【００３３】
なお、図７において点線で示すように、捻り量検出ユニット２３が用いられた場合には、捻り量検出ユニット２３により検出される相対捻り量が、捻り量取得スレッド５７を介してメモリ５２内における例えば内視鏡形状パラメタのデータの１つとして相対捻り量のデータとして格納される。  
湾曲量制御スレッド５６は、算出されたプーリアングルをモータ電圧（より具体的には、ＵＤモータ電圧値、ＲＬモータ電圧値）に変換してモータユニット２２のＵＤモータ４３ａ，ＲＬモータ４３ｂに出力する。  
また、メイン処理部５５は、ビデオ回路５９ａを経て表示しようとする情報をＰＣモニタ８に出力し、例えば後述する先端通過目標位置の検出、又は湾曲量パラメタ等、術者への提示すべき情報を表示する。【００３４】
また、術者２０等のユーザは、例えばキーボード５９ｂから湾曲制御モードに関するモード選択、データ入力等をメイン処理部５５に指示することができる。なお、モード選択等をキーボード５９ｂ以外の、スイッチ、マウスその他の入力デバイスで行うようにしても良い。  
また、本実施形態においては、例えば不揮発性メモリに、複数の動作モード間の切替条件に相当する情報と、その切替条件自体を変更した切替条件変更の情報（切替条件・変更情報と略記）を格納して切替条件・変更情報格納部６０が設けられている。  
そして、自動湾曲制御モードが選択された場合には、メイン処理部５５は、後述するようにこの切替条件・変更情報格納部６０に格納されている複数の動作モード間の切替条件の情報を参照して動作モード間の切替（例えばセンタリングモードと探索モード間の切替）や、挿入されている部位が（内視鏡先端の）移動により変化したような場合には、内視鏡先端が移動した場所（の部位）の湾曲制御に適した切替条件となるように切替条件自体を変更（切替）する。【００３５】
また、本実施形態においては、内視鏡先端は、実際には大腸等の管腔臓器の挿入路（挿入パス）内に、その挿入パスの深部側に向けて挿入されていくため、内視鏡先端が位置する複数の挿入パス場所（以下、パス値）ＰＩ（Ｉ＝１，２，…）或いは挿入長Ｌに応じて切替条件を変更する構成例にしている。そして、パス値ＰＩに応じて切替条件を変更することにより、内視鏡画像中の管腔暗部等の特徴量或いは特徴量パラメタが挿入パス内で変化する場合にも適切に対応できるようになる。  
つまり、切替条件・変更情報格納部６０には、パス値ＰＩと関連付けて各動作モードの切替条件に関連する情報（具体的には特徴量パラメータ）全てがリストアップされてセットにされたパスリスト６０ａとして、（より広義には関連付けて）格納されている。【００３６】
そして、このように挿入パスにおける実際に内視鏡先端が位置する管腔（臓器）内の挿入場所としてのパス値ＰＩと共に、切替条件に相当する各情報を切り替える或いは変更することにより、管腔内の深部側への円滑な挿入を行い易くなるようにしている。  
図８は、メイン処理部５５による機能的な構成を示す。  
図８に示すようにメイン処理部５５は、内視鏡画像における管腔情報から目標位置を検出する画像内目標位置検出部５５ａの機能と、コイル座標から内視鏡各部の位置、方向を検出する内視鏡形状処理部５５ｂと、相対捻り量から絶対捻り量を算出する捻り量算出部５５ｃの機能を有する。なお、点線で示すように捻り量算出部５５ｃは、相対捻り量が入力された場合にこの処理を行う。【００３７】
画像内目標位置検出部５５ａは、内視鏡画像から内視鏡画像内における管腔の走行方向に相当する管腔暗部の中心の位置（或いは重心の位置）を２次元の位置情報として検出する。  
この管腔暗部の位置は、ＣＣＤ３３の画素サイズ、焦点距離等の値を考慮して検出される。そして、その時刻における挿入部９の先端位置に対する管腔暗部の位置の情報から、その方向が挿入部先端（内視鏡先端）の挿入方向として検出される。  
また、この管腔暗部の２次元の位置情報は、さらにその管腔暗部の奥行き方向の値を含めた３次元の位置が、、例えば陰影からの形状復元法としてのＳｈａｐｅ Ｆｒｏｍ Ｓｈａｄｉｎｇ法（ＳＦＳ法と略記）により算出される。そして、この３次元の位置情報は、挿入部９先端を指向させて導入すべき目標位置の情報として利用される。【００３８】
なお、画像内目標位置検出部５５ａで検出された目標位置は、画像内目標位置検出部５５ａ内の座標系変換部によりワールド座標系の目標位置に変換される。  
そして、変換された目標位置は、湾曲量算出を行う湾曲量算出部５５ｄに出力される。  湾曲量算出部５５ｄには、内視鏡形状処理部５５ｂにより、内視鏡各部の位置、方向、速度の情報が入力される。なお、画像内目標位置検出部５５ａにより目標位置が検出できない場合或いは動作モードを切り替えた方が望ましいと予め設定された切替条件に従って、以下に説明する動作モード／切替条件判定部５５ｆにより、動作モードが切り替えられる。【００３９】
また、この湾曲量算出部５５ｄには、捻り量算出部５５ｃから絶対捻り量も算出される。この絶対捻り量は、捻り量検出ユニット２３が設けてない場合には、算出されない。【００４０】
捻り量検出ユニット２３に基づく捻り量から挿入部９がその軸方向の回りで回転された回転角が検出される。  
なお、捻り量検出ユニット２３が設けてない場合にも、図４に示したコイル３６ａ、３６ａ′の位置検出により、（Ｕｐ方向が検出でき、これにより捻り量を用いないで）内視鏡先端の湾曲方向（或いは軸回りの方位）を算出することができる。  
本実施形態においては、メイン処理部５５は、さらに内視鏡画像からその内視鏡画像内における内視鏡先端の管腔内挿入状態（或いは挿入部位状態）を検出或いは推定する管腔内挿入状態推定手段として、画像特徴量算出部５５ｅを有する。  
この画像特徴量算出部５５ｅは、主に内視鏡画像における管腔暗部に関係する画像特徴量を算出する。具体的には、図１１に示すように管腔暗部距離Ｄ，ハレーション画素比率ａ、暗部画素比率ｂ、（管腔暗部）長円長軸／短軸比ｒ、エッジ線最大長ｅの画像特徴量を算出する。【００４１】
ここで、管腔暗部距離Ｄは、内視鏡先端から管腔暗部までの距離を表す。この管腔暗部距離Ｄは、内視鏡画像から得られた管腔暗部の２次元の情報をＳＦＳ法により３次元情報に変換して算出される。  
また、ハレーション画素比率ａは、内視鏡画像中における全画素におけるハレーション画素の比率を表す。ここで、ハレーション画素は、例えば内視鏡画像を形成するＲ，Ｇ，Ｂ成分の信号画素の各（信号）画素値（画素レベル又は輝度レベル）が飽和する値或いはこれに近い閾値以上と判定された画素である。【００４２】
また、暗部画素比率ｂは、内視鏡画像中における全画素における暗部と判定される画素の比率を表す。ここで、暗部画素は、例えばＲ，Ｇ，Ｂの信号画素の各画素値が黒レベル或いはこれに近い閾値以下と判定された画素である。  
また、（管腔暗部）長円長軸／短軸比ｒは、管腔暗部は通常長円形として検出されるため、その長円と見なした場合の長軸と短軸との比を表す。  
また、エッジ線最大長ｅは、内視鏡画像からエッジ抽出を行った場合に抽出されるエッジ線における最大長である。【００４３】
なお、この他にエッジコーナ（図１５参照）の有無も画像特徴量の１つになる。  
画像特徴量算出部５５ｅは、算出した画像特徴量を、例えば湾曲量算出部５５ｄ内の動作モード／切替条件判定部５５ｆに出力する。【００４４】
なお、画像特徴量算出部５５ｅにより算出した画像特徴量における管腔暗部に関する情報を画像内目標位置検出部５５ａに送り、画像内目標位置検出部５５ａは、その情報を用いて目標位置を算出するようにしても良い。  
また、動作モード／切替条件判定部５５ｆには、内視鏡形状特徴量算出部５５ｇにより算出された内視鏡形状特徴量も入力される。この内視鏡形状特徴量算出部５５ｇは、コイル座標の情報から内視鏡形状特徴量を算出する。  
この内視鏡形状特徴量は、具体的には図１１に示すように挿入長Ｌである。この挿入長Ｌは、例えば大腸等の挿入入り口の位置から、内視鏡形状に沿って内視鏡先端に設けられているコイル座標の位置までの距離で算出できる。【００４５】
なお、この他に図１６Ａ或いは図１６Ｂにて後述するような動作モードを考慮した場合には現在の湾曲部１８の湾曲量や、挿入部９の単位時間当たりの捻り量も内視鏡形状特徴量に設定するようにしても良い。  
そして、動作モード／切替条件判定部５５ｆは、算出された画像特徴量と内視鏡形状特徴量をパスリスト６０ａの情報（この場合には切替条件の情報）のパラメタ値と比較して、比較結果から動作モードを切り替えるか否かの判定を行う。なお、この場合の判定は、主として算出された画像特徴量に基づいて行われる。  
また、動作モード／切替条件判定部５５ｆは、切替条件変更の情報のパラメタ値と比較して切替条件自体を切り替えるか否かの判定とを行う。【００４６】
この場合には、主として算出された内視鏡形状特徴量に基づいて行われる。この切替条件変更は、管腔臓器における挿入する際、管腔暗部等の特徴量や、管腔臓器自体の特徴（例えばその部分での管腔臓器が、大きく屈曲していたり、他の部分に比較して変形自在となるような特徴）に適切に対応するために設定されている。  
そして、動作モード／切替条件判定部５５ｆによる判定結果により動作モードの切替が行われたり、切替条件自体が変更される。この動作モード／切替条件判定部５５ｆは、動作モード切替部と、切替条件変更部の機能を持つ。【００４７】
このように動作モードの切替及びその切替条件を、体腔内への挿入場所等に応じて切り替えるようにすることにより、内視鏡先端を体腔内の深部側に円滑に挿入し易くする湾曲制御を可能にする。  
また、各動作モードにおいて、湾曲量算出部５５ｄは、入力される情報における内視鏡先端の位置及び方向の情報から、現在の内視鏡先端の位置及び方向を算出する。  
また、湾曲量算出部５５ｄは、現在の内視鏡先端の位置及び方向を算出した後、その状態から目標位置の方向に内視鏡先端を湾曲させるため、図９に示すように湾曲角を算出する。【００４８】
算出された湾曲角は、設定プーリアングルとしてメモリ５２を経て湾曲量制御スレッド５６に出力される。この湾曲量制御スレッド５６は、設定プーリアングルからモータ電圧（ＵＤモータ電圧、ＲＬモータ電圧）に変換してモータユニット２２内のＵＤモータ４３ａ、ＲＬモータ４３ｂに印加する。  
そして、ＵＤモータ４３ａ、ＲＬモータ４３ｂの回転駆動により、湾曲部１８は、内視鏡先端が目標位置の方向に一致するように湾曲される。  
図９は、湾曲角（φ、θ）を挿入部９の先端との関係で示す。図９の左側は、内視鏡先端の向き（方向）と、湾曲させたい方向（つまり目標位置の方向）とのなす角θを示す。また、図９の右側の先端面を正面から見た図は、湾曲の上（Ｕ）方向と、湾曲させたい方向とのなす角φを示す。【００４９】
また、図１０は、湾曲量制御スレッド５６の機能的な構成を示す。推定により算出される湾曲角（φ、θ）の情報は、絶対プーリ角変換部５６ａに入力される。絶対プーリ角変換部５６ａは、湾曲角（φ、θ）の情報をＵＤ方向の絶対目標プーリ角（プーリアングル）と、これに直交する方向となるＲＬ方向の絶対目標プーリ角との情報に変換する。
そして、生成されたＵＤ方向の絶対目標プーリ角と、ＲＬ方向の絶対目標プーリ角とは、モータ電圧設定部５６ｂに入力される。  
そして、モータ電圧設定部５６ｂは、ＵＤ方向の絶対目標プーリ角及びＲＬ方向の絶対目標プーリ角の情報と、ＵＤエンコーダによる現在のプーリ角及びＲＬエンコーダによる現在のプーリ角の情報とからＰＩＤ制御により、デジタルのモータ電圧をそれぞれ生成する。【００５０】
そして、デジタルのモータ電圧は、Ａ／Ｄ変換ユニット５６ｃにより、アナログのモータ電圧に変換された後、ＵＤモータ４３ａ、ＲＬモータ４３ｂにそれぞれ印加される。  なお、ＰＩＤ制御は、フィードバック制御の一種であり、入力値の制御を出力値と目標値との偏差、その積分、及び微分の３つの要素によって行う方法のことである。  
図１１は、挿入対象部位を例えば図１２に示すように大腸６１に設定し、その大腸６１内に内視鏡２を円滑に挿入するための（動作モードの切り替えに使用される）切替条件と、この切替条件をパス値ＰＩ（ここではＩ＝１，２，３）の移行或いは変更に応じて切り替える特徴量パラメタ等の詳細を示す。  
なお、以下では簡単化のため、動作モードの切替に関しては、センタリングモードと探索モード間での切替について説明する。【００５１】
図１１に示すように切替条件を決める特徴量或いは特徴量パラメタとしては、管腔暗部距離Ｄ，ハレーション画素比率ａ、暗部画素比率ｂが用いられる。  
また、パス値ＰＩの移行に応じて切替条件を切り替える場合の条件を決めると特徴量或いは特徴量パラメタとしては、挿入長Ｌ、（管腔暗部長円）長軸／短軸比ｒ、エッジ線最大長ｅ、エッジコーナ有り、が用いられる。  
そして、前者の切替条件をパス値ＰＩの移行に応じて変更することにより、移行した次のパス値Ｐ（Ｉ＋１）においても適切な（動作モードの）切替条件下で、その動作モードで挿入のための湾曲制御を行うようにする。  
具体的には、図１２に示すように直腸６２ａにおいてはパス値Ｐ１の切替条件に、Ｓ状結腸６２ｂにおいてはパス値Ｐ２の切替条件に、下行結腸６２ｃにおいてはパス値Ｐ３の切替条件に、それぞれ設定する。そして、各パス値ＰＩにおける切替条件は、以下のような特徴量パラメタとの比較により決定される。【００５２】
パス値Ｐ１における（動作モードの）切替条件は、
センタリングモード：Ｄ＞Ｄ１、ａ＜ａ１、ｂ＜ｂ１（の条件を満たす場合）
探索モード：Ｄ≦Ｄ１、ａ≧ａ１、ｂ≧ｂ１（の条件を満たす場合）
パス値Ｐ２における（動作モードの）切替条件
センタリングモード：Ｄ＞Ｄ２、ａ＜ａ２、ｂ＜ｂ２（の条件を満たす場合）
探索モード：Ｄ≦Ｄ２、ａ≧ａ２、ｂ≧ｂ２（の条件を満たす場合）
パス値Ｐ３における（動作モードの）切替条件
センタリングモード：Ｄ＞Ｄ３、ａ＜ａ３、ｂ＜ｂ３（の条件を満たす場合）
探索モード：Ｄ≦Ｄ３、ａ≧ａ３、ｂ≧ｂ３（の条件を満たす場合）
となる。【００５３】
この他に目標位置が算出できない場合には、探索モードに切り替えられる。なお、上記の切替条件は１つの例を示すものであり、これらの切替条件の場合に限定されるものでない（複数の特徴量パラメタＤ，ａ，ｂから１つのみを採用するようにしても良い）。  
また、パス値Ｐ１からパス値Ｐ２への切替条件への切替を行う切替条件は、
Ｌ＞Ｌ１，ｒ＜ｒ１
パス値Ｐ２からパス値Ｐ３への切替条件への切替を行う切替条件は、
Ｌ＞Ｌ２，ｅ＞ｅ２
パス値Ｐ３移行のパス値への切替条件への切替を行う切替条件は、
Ｌ＞Ｌ３，エッジコーナ有り
の各条件を満たす場合となる。本実施形態においては、上記した切替条件の特徴量パラメタと、切替条件を変更する特徴量パラメタとがパスリスト６０ａとしてセットにされている。【００５４】
なお、管腔暗部距離Ｄ，ハレーション画素比率ａ、暗部画素比率ｂ、挿入長Ｌ、長軸／短軸比ｒ、エッジ線最大長ｅは、図１１の最も右の欄に示すように各パス値において、Ｄ３＞Ｄ１＝Ｄ２，ａ２＝ａ３＜ａ１、ｂ１＝ｂ３＜ｂ２、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３、ｒ１＜１．４、ｅ２＜画像幅×０．８の大小関係となる。【００５５】
なお、上記切替条件を簡略化して、挿入長Ｌのみで行うようにしても良い。  
また、管腔暗部距離Ｄ等に関する補足説明は以下のようになる。  
管腔暗部距離Ｄに関しては、パス値Ｐ１の直腸６２ａ〜パス値Ｐ３の下行結腸６２ｃ中において、下行結腸６２ｃは、ほぼ直線状である。このため、その管腔暗部距離Ｄ３は、長くなることが一般的である。他の部位では、その管腔暗部距離Ｄ１，Ｄ２が短くても、管腔暗部の“消失或いは見失い”ではない場合がある。【００５６】
ハレーション画素比率ａに関しては、パス値Ｐ１の直腸６２ａではその屈曲角度がきつい（大きい）ため、その腸管に対して内視鏡先端が腸壁に直角に対峙し易い。このため、そのハレーション画素比率ａ１は大きくなり易い。  
これに対して、他の部位では、管腔暗部の“消失或いは見失い”時において、それ程ハレーション画素比率ａ２，ａ３が高くない。  
暗部画素比率ｂに関しては、パス値Ｐ２のＳ状結腸６２ｂでは、襞が多いため、内視鏡画像内に目標となる管腔暗部以外の暗部（襞の陰）が多い。このため、その暗部画素比率ｂ２は大きくなる。これに対して、他の部位では、管腔暗部の“消失或いは見失い”時において、それ程暗部画素比率ｂ１，ｂ３が高くない。  
挿入長Ｌに関しては、直腸６２ａからの（内視鏡先端の）挿入につれ、その挿入長が長くなる。【００５７】
長軸／短軸比ｒに関しては、その定義からその値は１．０以上となる。そして、その値が１．４より小さいとほぼ円形状となる。そして、この１．４は経験による設定値である。
また、エッジ線最大長ｅに関しては、画像幅×０．８よりも長い時、画面上に現れるエッジが十分に大きいと見なす。ここで、０．８は、経験による設定値である。また、エッジが長いと襞が画面上に現れる、つまりＳ状結腸６２ｂの判定に有効な特徴を表す。  
次に図１３を参照して本実施形態による湾曲制御の動作を説明する。  
最初のステップＳ１において、メイン処理部５５は、初期設定を行う。次のステップＳ２においてメイン処理部５５は、コイル情報、つまり各コイル位置の情報を取得する。    次のステップＳ３においてメイン処理部５５は、コイル位置の情報から内視鏡の先端位置、先端方向の算出を行う。次のステップＳ４においてメイン処理部５５は、内視鏡画像の画像データの取得を行う。【００５８】
次のステップＳ５においてメイン処理部５５は、画像データのディストーションの補正を行う。これは、対物レンズ３２が歪曲収差などを有するため、対物レンズ３２により得られた内視鏡画像の画像データの歪み補正を行う。  
次のステップＳ６においてメイン処理部５５は、内視鏡画像から内視鏡先端を通過させようとする先端通過目標位置の検出を行う。なお、ここで用いている先端通過目標位置は、現在の内視鏡先端位置（及び方向）の状態において、この内視鏡先端を実際に通過させようとする目標位置としての意味を明確化して表わしている。この先端通過目標位置の検出に関しては図１４にてより詳細に説明する。  
次のステップＳ７においてメイン処理部５５は、ステップＳ６により検出された先端通過目標位置は、２次元の位置情報であるため上述したＳＦＳ法等を用いて３次元座標に変換する。【００５９】
そして、次のステップＳ８においてメイン処理部５５は、現在の内視鏡先端位置の状態から先端通過目標位置を目標位置としてその方向に内視鏡先端の方向を一致させるように湾曲させる湾曲方向に相当する目標プーリアングルの算出を行う。  
次のステップＳ９において、算出した目標プーリアングルから対応するモータ電圧を算出する。なお、この算出は、図７に示した構成例においては湾曲量制御スレッド５６の処理として行う。算出されたモータ電圧は、モータユニット２２のモータ４３ａ、４３ｂに印加され、モータ４３ａ、４３ｂの回転駆動により湾曲部１８が湾曲駆動される。そして、ステップＳ９の処理後に、ステップＳ２の処理に戻る。  
次に図１４を参照してステップＳ６の先端通過目標位置の検出の処理を説明する。  
最初のステップＳ１１においてメイン処理部５５は、内視鏡画像から画像特徴量（パラメタ）の算出を行う。【００６０】
そして、次のステップＳ１２においてメイン処理部５５は、内視鏡形状特徴量（パラメタ）の算出を行う。  
そして、次のステップＳ１３においてメイン処理部５５は、パスリスト６０ａを変更するか否かの判定処理を行う。  
この場合、ステップＳ１３の処理が最初に行われる場合、例えば、ステップＳ１の初期設定においてパスリスト６０ａとして予めパス値Ｐ１に設定されている。具体的には、図１５に示すパス値Ｐ１に示すような動作モードの切替条件（つまり、現在採用されている第１の切替条件）となり、また、この切替条件とセットにされた次のパス値Ｐ２への移行（切替）条件（つまり、第１の切替条件から切り替えられる場合の第２の切替条件）が初期設定されている。  
そして、内視鏡先端が図１２に示す直腸６２ａ（この場合のパス値はＰ１）に挿入された状態の場合には、ステップＳ１３の更新は行われない判定がされる。【００６１】
この判定結果の場合には次のステップＳ１５において、このパスリスト６０ａ（例えばパス値Ｐ１）に基づく探索モードへの移行か否かの判定が行われる。  
一方、内視鏡先端が図１２に示す直腸６２ａを通過してこの直腸６２ａよりも奥のＳ状結腸６２ｂ側に移行した場合には、パス値Ｐ１からＰ２への移行（切替）条件に該当する判定、つまり切替条件の更新（変更）の判定が行われる。  
この場合にはステップＳ１４に示すように、次のパス値の特徴量パラメタが取得される。つまり、第２の切替条件に変更される。例えば上記のように直腸６２ａからＳ状結腸６２ｂ側に移行した場合には、パス値Ｐ２に相当する特徴量パラメタ等が取得され、パスリスト６０ａがパス値Ｐ２に更新される。このパス値Ｐ２の具体例を図１５に示している。  また、内視鏡先端が図１２に示すＳ状結腸６２ｂを通過してこのＳ状結腸６２ｂよりも奥の下行結腸６２ｃ側に移行した場合には、パス値Ｐ２からＰ３への移行（切替）条件に該当する判定、つまり更新の判定が行われることになる。このパス値Ｐ３の具体例を図１５に示している。  
ステップＳ１４の処理の後、ステップＳ１５に移る。ステップＳ１５の判定処理において、探索モードへの移行条件に該当する判定が行われた場合には、ステップＳ１６に移る。  
ステップＳ１６において湾曲量算出部５５ｄは、リングバッファ５８に格納された過去の履歴情報を読み出し、管腔暗部が検出されるような状態に内視鏡先端がなるように湾曲部１８を湾曲制御する。そして、管腔暗部が検出される状態になった場合、その状態におけ内視鏡先端に対する先端通過目標位置を決定（或いは算出）する処理を行う。そして、図１３のステップＳ７の処理に移る。【００６２】
一方、ステップＳ１５の判定処理において、探索モードへの移行条件に該当しないと判定された場合、つまり非探索モードの場合には、ステップＳ１７に移る。なお、この非探索モードは、上述した説明ではセンタリングモードに該当する。  
このステップＳ１７においてはこの非探索モードで先端通過目標位置を決定（或いは算出）する処理を行う。そして、図１３のステップＳ７の処理に移る。  
このような湾曲制御を行うことにより、本実施形態によれば、大腸６１のように挿入パスにおける挿入場所において異なる特徴を有するような管腔臓器の場合にも、内視鏡先端をその深部側に挿入する作業を円滑に行うことが可能となる。  
換言すると、設定された１つの切替条件では対応しにくいような挿入対象部位或いは挿入対象臓器の場合においても、挿入パスにおける異なる特徴を有する挿入場所に応じて切替条件を変更するようにしているので、内視鏡先端をその深部側に円滑に挿入することを可能とする湾曲制御を行うことができる。【００６３】
また、本実施形態では、挿入する場合の入り口からの挿入長Ｌに対応した挿入対象部位の（内視鏡先端の挿入に対する）特徴の変化に応じて、動作モードの切替条件の情報と、切替条件自体を変更する情報とを纏めて切り替えるようにしているので、動作モードの切替と切替条件の変更との管理が容易となる。  
なお、上述の説明においては、動作モードとして第１の動作モードのセンタリングモードと、第２の動作モードの探索モード間の切替に関して説明した。この他に、例えば、図１６Ａに示すように襞押し込みモードや図１６Ｂに示す回転モードを選択して動作モードとして選択してその動作モードを採用できるようにしても良い。  
Ｓ状結腸６２ｂのようにその部位での腸管部分の屈曲量が大きく、また固定されていないためにその形状が変化するような部位においては、例えば図１６Ａに示すように内視鏡２の先端側が大きく湾曲される場合がある。【００６４】
そのような場合、センタリングモードに設定されていると、管腔暗部を検出できない状態となる。この場合、探索モードに切り替えて管腔暗部を検出することも可能であるが、例えば図１６Ａに示すように湾曲部１８の湾曲量が閾値以上に湾曲されている場合には、探索モードに切り替える前に襞押し込みモードに切り替えるようにしても良い。  
そして、この場合には、現在の湾曲方向とは逆の方向に湾曲部１８を湾曲させる。つまり、図１６Ａにおける矢印で示す方向に湾曲させる。そして、内視鏡先端側を２点鎖線で示すような形状にして、深部側に挿入し易くする。なお、襞押し込みモードに切り替えて、例えば設定された時間後にも管腔暗部を検出できない場合には、探索モードに切り替えるようにしても良い。【００６５】
また、同様にセンタリングモードに設定されている状態で、例えば図１６Ｂに示すように管腔暗部を検出できない状態となった場合、回転モードを選択できるようにしても良い。この回転モードは、術者が内視鏡２の回転操作を行う手動の動作モードである。  
このため、例えば湾曲部１８の湾曲量がある閾値以上の場合で、かつ内視鏡２の単位時間当たりの捻り量が閾値以上であることを検出した場合、センタリングモードにより管腔暗部が検出できなくなった場合、この回転モードを術者が選択できるようにしても良い。  なお、この場合には、ＰＣモニタ８等に、術者が回転を行う回転操作を表示する。そして、術者は、表示されたように例えば矢印示すように回転操作を行うことにより、２点鎖線で示すように管腔暗部を検出し易い状態にすることができる。【００６６】
なお、本実施形態の変形例として、例えば図１７に示すような構成にしても良い。図１７に示す構成例では、ＰＣ本体７内のメイン処理部５５等の処理を行うＣＰＵ７１は、上述したパスリスト６０ａを用いて湾曲制御を行う場合、例えばハードディスク（ＨＤＤと略記）７２に格納されたパスリスト情報７２ａから、読み出して使用する。  
ＨＤＤ７２には、内視鏡検査を行う管腔臓器（例えば大腸や小腸）や管腔部位に対応して複数のパスリスト６０ｊ（ｊ＝ａ，ｂ，…）が予め格納されている。そして、ＣＰＵ７１は、実際に内視鏡検査が行われる管腔臓器、管腔部位に対応したパスリスト６０ｊをＨＤＤ７２から選択して読み出し、例えばメモリ５２等に一時格納して、それを使用する構成にしている。なお、符号７３はバスを示す。  
本変形例によれば、内視鏡検査を行う管腔臓器が異なる場合にも、その管腔臓器に対して第１の実施形態と同様に円滑な挿入を行うことが可能になる。【００６７】
なお、患者の体形、術者の手技や等に応じて、パスリスト６０ｊを変更設定するようにしても良い。例えば患者が大きい体形であるとか小さい体形であるような場合には、特徴量パラメータの値を、その体形などに応じて変更設定するようにしても良い。  
また、術者による手技に応じて、術者がその術者の手技に適したパスリスト６０ｊを設定するようにしても良い。例えば、挿入の操作を早く行うような手技の術者の場合には、例えばセンタリングモードにおける管腔暗部距離Ｄの値を、標準の場合よりも大きく設定した方が管腔暗部の消失が発生する確率を低くできる。  
また、術者が実際に大腸６１等へ内視鏡先端を挿入した場合の湾曲制御の時間的なデータを保存し、その保存したデータからより挿入を円滑に行えるようなパスリスト６０ｊに変更設定するようにしても良い。  
（第２の実施形態）
図１８から図２３は、本発明の第２の実施形態に係るものである。図１８は、本発明の第２の実施形態に係る内視鏡システムの要部の構成の一例を示す図である。図１９は、図１８の端末装置において行われる目標位置検出処理の一例を示すフローチャートである。図２０は、図１８の端末装置において行われる湾曲制御設定処理の一例を示すフローチャートである。図２１は、画像データ内に存在する暗部領域の一例を示す図である。【００６８】
図２２は、画像データ内に存在する暗部領域の、図２１とは異なる例を示す図である。図２３は、画像データ内に存在する暗部領域の、図２１及び図２２とは異なる例を示す図である。【００６９】
本発明の第２の実施形態に係る内視鏡システム１０１は、図１８に示すように、被検体としての患者の体腔内部に挿入されるとともに、該体腔内の被写体の像を撮像する内視鏡１０２と、内視鏡１０２に設けられたコネクタ１１４の着脱が可能なプロセッサ１０６と、該患者が横たわるベッドの周辺部に配置されるセンスコイルユニット１０７と、内視鏡挿入形状検出装置１０８と、端末装置１０９と、モニタ１１０ａ及び１１０ｂと、を有して構成されている。【００７０】
また、プロセッサ１０６は、撮像対象となる被写体を照明するための照明光を内視鏡１０２に供給する光源部１０３と、内視鏡１０２から出力される撮像信号に対して信号処理を行うことにより、映像信号を生成して出力する信号処理部１０４と、内視鏡１０２に対する湾曲制御を行う湾曲制御部１０５と、ソースコイル駆動部１４３と、を有している。【００７１】
内視鏡１０２は、被検体の内部に挿入される細長の挿入部１１１と、挿入部１１１の後端に設けられた操作部１１２と、操作部１１２から延出されたユニバーサルコード１１３とを有している。そして、このユニバーサルコード１１３の後端には、プロセッサ１０６への着脱が可能なコネクタ１１４が設けられている。【００７２】
挿入部１１１は、先端側に設けられた硬質の先端部１１５と、先端部１１５の後端に接続された湾曲部１１６と、湾曲部１１６の後端と操作部１１２の前端との間に設けられた、可撓性を有する可撓管部１１７と、を有している。また、挿入部１１１の内部には、ソースコイル駆動部１４３により印加されるソースコイル駆動信号に応じた磁界を発生するｐ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｐが略等間隔に設けられている。【００７３】
先端部１１５には、被写体の像を結像する対物光学系と、該対物光学系を経て結像された該被写体の像を撮像信号として出力する撮像素子等とを具備する撮像部１１５ａが設けられている。【００７４】
操作部１１２には、フリーズ画像（静止画像）取得等の指示を行うスコープスイッチ１１８と、湾曲部１１６の湾曲モードを手動湾曲モードまたは自動湾曲モードのいずれかに切り替えるための指示を行う湾曲モード切替スイッチ１１９と、該手動湾曲モードが選択された場合に、湾曲部１１６の湾曲方向及び湾曲角度の指示を行う湾曲用ジョイスティック１２０と、が設けられている。また、可撓管部１１７の後端側であって、操作部１１２の前端付近にあたる部分には、処置具等を挿通可能な図示しない処置具用チャンネルへ通ずる処置具挿入口１３９が設けられている。【００７５】
内視鏡１０２の挿入部１１１等の内部には、光源部１０３から供給される照明光を先端部１１５へ伝送するライトガイド１２１が挿通されている。【００７６】
ライトガイド１２１の一方の端面（入射端面）は、コネクタ１１４から突出した状態として配置されている。また、ライトガイド１２１の他方の端面（出射端面）は、先端部１１５に設けられた図示しない照明光学系の近傍に配置されている。このような構成により、光源部１０３から供給された照明光は、コネクタ１１４がプロセッサ１０６に接続された状態において、ライトガイド１２１及び図示しない照明光学系を経た後、撮像部１１５ａの撮像対象となる被写体を照明する。【００７７】
光源部１０３は、例えば白色光である照明光を発するランプ１２２と、ランプ１２２が駆動する際に要する電源を供給するランプ駆動部１２３と、絞り１２４と、信号処理部１０４から出力される映像信号に基づいて絞り１２４の絞り量（開口量）を増減させる絞り制御部１２５と、絞り１２４を通過した照明光を集光しつつライトガイド１２１の入射端面へ供給する集光光学系１２６と、を有している。【００７８】
絞り制御部１２５は、例えば、入力される映像信号の輝度成分に基づいて平均の明るさを算出した後、該平均の明るさから適切な明るさに相当する基準値を減じた値である、差分値に基づいて絞り１２４の絞り量（開口量）を増減させることにより、絞り１２４を通過する照明光の光量を適宜変化させる。【００７９】
信号処理部１０４は、撮像部１１５ａに設けられた撮像素子を駆動するための撮像素子駆動信号を出力する撮像素子駆動部１３６と、撮像部１１５ａから出力される撮像信号に対して信号処理を行うことにより、映像信号を生成して出力する映像処理部１３７と、を有している。これにより、モニタ１１０ａには、前記映像信号に応じた内視鏡画像Ｉａ１が表示される。【００８０】
湾曲制御部１０５は、湾曲モード切替スイッチ１１９においてなされた指示に基づき、湾曲部１１６の湾曲モードが手動湾曲モードに切り替えられた場合には、湾曲用ジョイスティック１２０の傾き方向及び傾き量に基づいて湾曲部１１６の湾曲方向及び湾曲角度を変更するための制御を行う。また、湾曲制御部１０５は、湾曲モード切替スイッチ１１９においてなされた指示に基づき、湾曲部１１６の湾曲モードが自動湾曲モードに切り替えられた場合には、端末装置１０９の演算結果に基づいて湾曲部１１６の湾曲方向及び湾曲角度を変更するための制御を行う。【００８１】
ソースコイル駆動部１４３は、挿入部１１１の内部に設けられたｐ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｐに接続されており、該ソースコイル各々に対して交流のソースコイル駆動信号を順次印加する。これにより、挿入部１１１の内部に設けられたソースコイル各々の周囲には、交流磁界が発生する。【００８２】
センスコイルユニット１０７には、挿入部１１１の内部に設けられたｐ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｐから発せられる磁界を各々検出し、磁界検出信号として出力するセンスコイル群１４４が設けられている。【００８３】
位置検出部としての機能を有する内視鏡挿入形状検出装置１０８は、センスコイルユニット１０７から出力される磁界検出信号を増幅するアンプ１４５と、アンプ１４５から出力される磁界検出信号に基づいてｐ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｐの３次元座標位置及び向きを検出し、３次元座標情報として出力するソースコイル位置／向き検出部１４６と、ソースコイル位置／向き検出部１４６から出力される３次元座標情報に基づいて挿入部１１１の挿入形状を推定し、挿入形状画像信号として出力する挿入形状推定部１４７と、を有している。これにより、モニタ１１０ｂには、前記挿入形状画像信号に応じた挿入部１１１の挿入形状画像Ｉｂ１が表示される。【００８４】
端末装置１０９は、ＣＰＵ等からなる演算処理部１９１を有して構成されている。演算処理部１９１は、映像処理部１３７から出力される映像信号と、ソースコイル位置／向き検出部１４６から出力される３次元座標情報とに基づき、湾曲部１１６の湾曲モードが自動湾曲モードである場合に行われる湾曲制御に関する演算を行い、演算結果を湾曲制御部１０５へ出力する。なお、演算処理部１９１において行われる前記演算等の具体的な内容は、後程述べるものとする。【００８５】
次に、内視鏡システム１０１の作用について説明を行う。なお、以降においては、湾曲モード切替スイッチ１１９が手動湾曲モードに切り替えられた場合の制御についての説明を省略するとともに、湾曲モード切替スイッチ１１９が自動湾曲モードに切り替えられた場合の制御について主に説明を行うものとする。【００８６】
まず、術者は、内視鏡システム１０１の各部を接続及び起動した後、内視鏡１０２の挿入部１１１を患者の体腔内に挿入するとともに、湾曲モード切替スイッチ１１９を自動湾曲モードに切り替える。これに応じて、内視鏡１０２の撮像部１１５ａにおける被写体の撮像が開始されるとともに、挿入部１１１に設けられた各ソースコイルにおいて磁界が発せられ始める。【００８７】
被写体の撮像に伴って撮像部１１５ａから出力される撮像信号は、ユニバーサルコード１１３及びコネクタ１１４を経てプロセッサ１０６へ出力され、映像処理部１３７において映像信号に変換された後、端末装置１０９の演算処理部１９１に入力される。また、挿入部１１１に設けられた各ソースコイルにおける磁界の発生に伴い、センスコイルユニット１０７から出力される磁界検出信号は、アンプ１４５により増幅され、ソースコイル位置／向き検出部１４６により該各ソースコイルの３次元座標情報として変換された後、端末装置１０９の演算処理部１９１に入力される。【００８８】
端末装置１０９の演算処理部１９１は、入力される映像信号に基づく目標位置検出処理を行うことにより、先端部１１５の通過目標となる３次元座標位置を取得する。【００８９】
ここで、演算処理部１９１が行う目標位置検出処理について述べる。【００９０】
端末装置１０９の演算処理部１９１は、入力される映像信号に基づく画像データを取得した（図１９のステップＳ１０１）後、該画像データに対してディストーション補正を施す（図１９のステップＳ１０２）。ここまでの処理により、演算処理部１９１は、入力される映像信号に基づく原画像のモノクロ部分が排除された画像データを取得する。【００９１】
そして、暗部領域検出部としての演算処理部１９１は、例えば特開平２−２０３８３１号公報に記載されている方法を用いることにより、図１９のステップＳ１０２の処理において取得した画像データにおける暗部領域を検出する（図１９のステップＳ１０３）。なお、演算処理部１９１は、画像の暗部領域を検出するための方法として、特開平２−２０３８３１号公報に記載されている方法を用いるものに限らず、他の方法を用いるものであっても良い。【００９２】
その後、演算処理部１９１は、図１９のステップＳ１０３の処理において検出した暗部領域の形状を推定するためのパラメータを算出する（図１９のステップＳ１０４）。具体的には、演算処理部１９１は、暗部領域の形状を推定するためのパラメータとして、例えば、暗部領域の１次モーメントｍ１１と、該暗部領域の２次モーメントｍ０２と、該暗部領域の２次モーメントｍ２０とに基づく数式である、下記数式（１）及び（２）を用いた演算を行うことにより、該暗部領域に適合する楕円を当てはめた場合の長軸方向と短軸方向との比Ｒｉの値を算出する。【００９３】
ｍｓｑ＝（（ｍ２０−ｍ０２）×（ｍ２０−ｍ０２）＋４×ｍ１１×ｍ１１）１／２
…（１）
Ｒｉ＝（（（ｍ２０＋ｍ０２）−ｍｓｑ）／（（ｍ２０＋ｍ０２）＋ｍｓｑ））１／２  …（２）
演算処理部１９１は、図１９のステップＳ１０４の処理において算出した比Ｒｉの値が所定の閾値Ｔｈ１より大きいか否かを判定する（図１９のステップＳ１０５）。【００９４】
そして、演算処理部１９１は、比Ｒｉの値が所定の閾値Ｔｈ１以下であることを検出すると、図１９のステップＳ１０３の処理において検出した暗部領域が例えば図２１に示すような略円形形状であると推定した後、該暗部領域の重心点Ｇａの２次元座標を算出する（図１９のステップＳ１１０）。なお、演算処理部１９１は、暗部領域の重心点の２次元座標を算出するための処理として、該暗部領域のエッジ上に存在する各点列に応じて算出される図心を該重心点とみなす処理を行うものであっても良いし、また、該暗部領域の０次モーメント及び１次モーメントを用いて該重心点を算出するものであっても良い。【００９５】
また、演算処理部１９１は、比Ｒｉの値が所定の閾値Ｔｈ１より大きいことを検出すると、図１９のステップＳ１０３の処理において検出した暗部領域が略円形形状とは異なる他の形状であると判断した後、該暗部領域のエッジを抽出する（図１９のステップＳ１０６）。具体的には、演算処理部１９１は、画像データを縮小した後、Ｃａｎｎｙ、ＳｏｂｅｌまたはＬａｐｌａｃｉａｎのいずれかのアルゴリズムを縮小された該画像データに対して適用することにより、該暗部領域のエッジを抽出する。【００９６】
演算処理部１９１は、図１９のステップＳ１０６の処理において抽出した暗部領域のエッジに基づき、該エッジの少なくとも一部を外周に含む仮想的な円を形成する（図１９のステップＳ１０７）。なお、演算処理部１９１は、前記仮想的な円を形成するための処理として、円ハフ変換に基づく処理を行うものであっても良いし、また、以下に記す処理を行うものであっても良い。【００９７】
演算処理部１９１は、暗部領域のエッジ上の各点における濃淡勾配方向を検出した後、該濃淡勾配方向各々に基づき、仮想的な円の中心点のおおよその存在範囲を決定する。さらに、演算処理部１９１は、前記存在範囲内の一の点から暗部領域のエッジ上の各点までの距離を各々算出し、該距離の総和を該一の点における評価値とする。そして、演算処理部１９１は、前記存在範囲内の全ての点における前記評価値を算出及び比較することにより、前記評価値が最も小さい点を中心点とし、かつ、該中心点から暗部領域のエッジまでの長さを半径とする仮想的な円を形成する。【００９８】
演算処理部１９１は、図１９のステップＳ１０７の処理において形成した仮想的な円の直径ｄｖが所定の閾値Ｔｈ２未満であるか否かを判定する（図１９のステップＳ１０８）。なお、前記閾値Ｔｈ２は、例えば、図１９のステップＳ１０２の処理において取得した画像データのサイズ、一般的な管腔の直径の大きさ、または、同一の患者の略同一部位において過去に取得したデータ等を用いて算出される値であるとする。【００９９】
そして、演算処理部１９１は、仮想的な円の直径ｄｖが所定の閾値Ｔｈ２未満であることを検出すると、該仮想的な円の中心点の２次元座標を算出する（図１９のステップＳ１０９）。具体的には、演算処理部１９１は、例えば図２２に示すような、曲線形状の暗部領域が存在する画像データにおいて、暗部領域のエッジの少なくとも一部を外周に含む仮想的な円Ｒｖの中心点Ｃｖの２次元座標を算出する。【０１００】
また、演算処理部１９１は、仮想的な円の直径ｄｖが所定の閾値Ｔｈ２以上であることを検出すると、暗部領域の重心点の２次元座標を算出する（図１９のステップＳ１１０）。具体的には、演算処理部１９１は、例えば図２３に示すような、略円形形状及び曲線形状のうちのいずれの形状にも当てはまらない暗部領域が存在する画像データにおいて、該暗部領域の重心点Ｇｂの２次元座標を算出する。【０１０１】
その後、目標位置設定部としての演算処理部１９１は、図１９のステップＳ１１０までの処理において算出した、中心点Ｃｖ、重心点Ｇａまたは重心点Ｇｂのいずれかの２次元座標を、例えばＳｈａｐｅＦｒｏｍＳｈａｄｉｎｇ法等の方法を用いることにより３次元座標の目標位置に変換した（図１９のステップＳ１１１）後、一連の処理を図１９のステップＳ１０１から再度繰り返し行う。【０１０２】
すなわち、前述した目標位置検出処理により、演算処理部１９１は、例えば図２１に示すような、略円形形状の暗部領域が存在する場合においては、該暗部領域を管腔により生じたものとみなしつつ、先端部１１５が該管腔の略中心部を通過するように、目標となる３次元座標位置を設定する。【０１０３】
また、前述した目標位置検出処理により、演算処理部１９１は、例えば図２２に示すような、曲線形状の暗部領域が存在する場合においては、該暗部領域を管腔の壁面のひだ等により生じたものとみなしつつ、先端部１１５が該壁面側へ向かうことなく、かつ、該管腔内において本来向かうはずの位置を先端部１１５が通過するように、目標となる３次元座標位置を設定する。【０１０４】
一方、演算処理部１９１は、自動湾曲モードにおける、湾曲部１１６に対する制御内容を設定するための湾曲制御設定処理を、前述した目標位置検出処理に並行して行う。【０１０５】
ここで、演算処理部１９１が行う湾曲制御設定処理について述べる。【０１０６】
演算処理部１９１は、湾曲モード切替スイッチ１１９が自動湾曲モードに切り替えられた直後のタイミングにおいて、先端部１１５を通過させる目標位置の初期設定を行うために、前述した目標位置検出処理を行う（図２０のステップＳ１２１）。【０１０７】
また、演算処理部１９１は、ソースコイル位置／向き検出部１４６から出力される３次元座標情報に基づき、先端部１１５の現在の位置及び向きを算出する（図２０のステップＳ１２２）。【０１０８】
その後、演算処理部１９１は、図２０のステップＳ１２２の処理において算出した先端部１１５の現在の位置及び向きと、先端部１１５を通過させる目標位置とを比較することにより、先端部１１５が該目標位置を通過したか否かを判定する（図２０のステップＳ１２３）。【０１０９】
そして、演算処理部１９１は、先端部１１５が目標位置を通過したことを検出すると、新たな目標位置を設定するために、前述した目標位置検出処理を再度行う（図２０のステップＳ１２４）。また、演算処理部１９１は、先端部１１５が目標位置を通過していないことを検出すると、該目標位置を保持しつつ、引き続き処理を行う。【０１１０】
演算処理部１９１は、図２０のステップＳ１２３またはステップＳ１２４の処理を経た後、設定した目標位置を先端部１１５が通過するように、湾曲部１１６の湾曲量及び湾曲方向を算出する（図２０のステップＳ１２５）。なお、本実施形態において、演算処理部１９１は、前述した目標位置検出処理により検出された暗部領域の形状（略円形形状、曲線形状またはその他の形状）に応じ、各々異なる算出方法を用いつつ湾曲部１１６の湾曲量及び湾曲方向を算出するものであっても良い。【０１１１】
湾曲制御情報算出部としての演算処理部１９１は、図２０のステップＳ１２５の処理において算出した湾曲部１１６の湾曲量及び湾曲方向に基づき、実際に湾曲部１１６を湾曲させるために必要な情報である、湾曲制御情報の演算を行い（図２０のステップＳ１２６）、演算結果を湾曲制御部１０５へ出力した後、一連の処理を図２０のステップＳ１２２から再度繰り返し行う。【０１１２】
なお、前述した湾曲制御情報は、例えば、湾曲部１１６がワイヤの一端側に接続された複数の湾曲コマ等からなり、モータの回転駆動に応じて生じる該ワイヤの緊張または弛緩に伴って自身の湾曲状態を変化させることが可能な構成である場合においては、該モータに接続されるプーリの角度及び該モータに印加する駆動電圧に関する情報として示されるものであるとする。また、前述した湾曲制御情報は、例えば、湾曲部１１６が前述した構成以外の他の構成を有している場合においては、該他の構成に応じた情報として示されるものであるとする。【０１１３】
そして、湾曲制御部１０５は、自動湾曲モードにおいて、端末装置１０９の演算処理部１９１から出力される演算結果に基づき、前述した目標位置検出処理において設定した目標位置を常に先端部１１５が通過するような制御を湾曲部１１６に対して行うことができる。【０１１４】
以上に述べたように、本実施形態の内視鏡システム１０１は、自動湾曲モードにおいて、内視鏡先端部の位置及び向きが内視鏡挿入部の挿入操作に応じた位置及び向きとなるように、内視鏡湾曲部を制御可能な構成を具備している。これにより、本実施形態の内視鏡システム１０１は、実際に操作を行う者の知識または経験によることなく、内視鏡の挿入操作を容易にすることができる。【０１１５】
（第３の実施形態）
図２４から図３２は、本発明の実施形態に係るものである。図２４は、本発明の第３の実施形態に係る内視鏡システムの要部の構成の一例を示す図である。図２５は、先端部を通過させる経路を設定するために行われる処理の一例を示すフローチャートである。図２６は、湾曲部に対する湾曲制御内容を設定するために行われる処理の一例を示すフローチャートである。図２７は、先端部の現在位置の近傍における管腔の形状の一例を示す図である。図２８は、図２５のフローチャートの処理の概要に関する模式図である。図２９は、先端部を通過させる目標位置を算出する処理の一例を示す図である。図３０は、先端部を通過させる目標位置を算出する処理の、図２９とは異なる例を示す図である。図３１は、図２６のフローチャートに追加可能な処理の一例を示す図である。図３２は、図３１のフローチャートの処理の概要に関する模式図である。【０１１６】
本発明の第３の実施形態に係る内視鏡システム２０１は、図２４に示すように、被検体としての患者の体腔内に挿入されるとともに、該体腔内の被写体の像を撮像する内視鏡２０２と、内視鏡２０２に設けられたコネクタ２１４の着脱が可能なプロセッサ２０６と、該患者が横たわるベッドの周辺部に配置されるセンスコイルユニット２０７と、内視鏡挿入形状検出装置２０８と、端末装置２０９と、モニタ２１０ａ及び２１０ｂと、を有して構成されている。【０１１７】
また、プロセッサ２０６は、撮像対象となる被写体を照明するための照明光を内視鏡２０２に供給する光源部２０３と、内視鏡２０２から出力される撮像信号に対して信号処理を行うことにより、映像信号を生成して出力する信号処理部２０４と、内視鏡２０２に対する湾曲制御を行う湾曲制御部２０５と、ソースコイル駆動部２４３と、を有している。【０１１８】
内視鏡２０２は、被検体の体腔（管腔）内に挿入される細長の挿入部２１１と、挿入部２１１の後端に設けられた操作部２１２と、操作部２１２から延出されたユニバーサルコード２１３とを有している。そして、このユニバーサルコード２１３の後端には、プロセッサ２０６への着脱が可能なコネクタ２１４が設けられている。【０１１９】
挿入部２１１は、先端側に設けられた硬質の先端部２１５と、先端部２１５の後端に接続された湾曲部２１６と、湾曲部２１６の後端と操作部２１２の前端との間に設けられた、可撓性を有する可撓管部２１７と、を有している。また、挿入部２１１の内部には、ソースコイル駆動部２４３により印加されるソースコイル駆動信号に応じた磁界を発生するｑ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｑが略等間隔に設けられている。【０１２０】
先端部２１５には、被写体の像を結像する対物光学系と、該対物光学系を経て結像された該被写体の像を撮像信号として出力する撮像素子等とを具備する撮像部２１５ａが設けられている。【０１２１】
操作部２１２には、フリーズ画像（静止画像）取得等の指示を行うスコープスイッチ２１８と、湾曲部２１６の湾曲モードを手動モードまたは自動モードのいずれかに切り替えるための指示を行う湾曲モード切替スイッチ２１９と、該手動モードが選択された場合に、湾曲部２１６の湾曲方向及び湾曲角度の指示を行う湾曲用ジョイスティック２２０と、が設けられている。また、可撓管部２１７の後端側であって、操作部２１２の前端付近にあたる部分には、処置具等を挿通可能な図示しない処置具用チャンネルへ通ずる処置具挿入口２３９が設けられている。【０１２２】
内視鏡２０２の挿入部２１１等の内部には、光源部２０３から供給される照明光を先端部２１５へ伝送するライトガイド２２１が挿通されている。【０１２３】
ライトガイド２２１の一方の端面（入射端面）は、コネクタ２１４から突出した状態として配置されている。また、ライトガイド２２１の他方の端面（出射端面）は、先端部２１５に設けられた図示しない照明光学系の近傍に配置されている。このような構成により、光源部２０３から供給された照明光は、コネクタ２１４がプロセッサ２０６に接続された状態において、ライトガイド２２１及び図示しない照明光学系を経た後、撮像部２１５ａの撮像対象となる被写体を照明する。【０１２４】
光源部２０３は、例えば白色光である照明光を発するランプ２２２と、ランプ２２２が駆動する際に要する電源を供給するランプ駆動部２２３と、絞り２２４と、信号処理部２０４から出力される映像信号に基づいて絞り２２４の絞り量（開口量）を増減させる絞り制御部２２５と、絞り２２４を通過した照明光を集光しつつライトガイド２２１の入射端面へ供給する集光光学系２２６と、を有している。【０１２５】
絞り制御部２２５は、例えば、入力される映像信号の輝度成分に基づいて平均の明るさを算出した後、該平均の明るさから適切な明るさに相当する基準値を減じた値である、差分値に基づいて絞り２２４の絞り量（開口量）を増減させることにより、絞り２２４を通過する照明光の光量を適宜変化させる。【０１２６】
信号処理部２０４は、撮像部２１５ａに設けられた撮像素子を駆動するための撮像素子駆動信号を出力する撮像素子駆動部２３６と、撮像部２１５ａから出力される撮像信号に対して信号処理を行うことにより、映像信号を生成して出力する映像処理部２３７と、を有している。これにより、モニタ２１０ａには、前記映像信号に応じた内視鏡画像Ｉａ２が表示される。【０１２７】
湾曲制御部２０５は、湾曲モード切替スイッチ２１９においてなされた指示に基づき、湾曲部２１６の湾曲モードが手動モードに切り替えられた場合には、湾曲用ジョイスティック２２０の傾き方向及び傾き量に基づいて湾曲部２１６の湾曲方向及び湾曲角度を変更するための制御を行う。また、湾曲制御部２０５は、湾曲モード切替スイッチ２１９においてなされた指示に基づき、湾曲部２１６の湾曲モードが自動モードに切り替えられた場合には、端末装置２０９の演算結果に基づいて湾曲部２１６の湾曲方向及び湾曲角度を変更するための制御を行う。【０１２８】
ソースコイル駆動部２４３は、挿入部２１１の内部に設けられたｑ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｑに接続されており、該ソースコイル各々に対して交流のソースコイル駆動信号を順次印加する。これにより、挿入部２１１の内部に設けられたソースコイル各々の周囲には、交流磁界が発生する。【０１２９】
センスコイルユニット２０７には、挿入部２１１の内部に設けられたｑ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｑから発せられる磁界を各々検出し、磁界検出信号として出力するセンスコイル群２４４が設けられている。【０１３０】
内視鏡挿入形状検出装置２０８は、センスコイルユニット２０７から出力される磁界検出信号を増幅するアンプ２４５と、アンプ２４５から出力される磁界検出信号に基づいてｑ個のソースコイルＣ１、Ｃ２、・・・Ｃｑの３次元座標位置及び向きを検出し、挿入形状情報として出力するソースコイル位置／向き検出部２４６と、ソースコイル位置／向き検出部２４６から出力される挿入形状情報に基づいて挿入部２１１の挿入形状を推定し、挿入形状画像信号として出力する挿入形状推定部２４７と、を有している。これにより、モニタ２１０ｂには、前記挿入形状画像信号に応じた挿入部２１１の挿入形状画像Ｉｂ２が表示される。【０１３１】
端末装置２０９は、映像処理部２３７から出力される映像信号と、ソースコイル位置／向き検出部２４６から出力される挿入形状情報とに基づき、湾曲部２１６の湾曲モードが自動モードである場合に行われる湾曲制御に関する演算を行い、演算結果を湾曲制御部２０５へ出力する演算処理部２９１を有している。なお、演算処理部２９１において行われる前記演算の具体的な内容は、後程述べるものとする。【０１３２】
次に、内視鏡システム２０１の作用について説明を行う。なお、以降においては、湾曲モード切替スイッチ２１９が手動湾曲モードに切り替えられた場合の制御についての説明を省略するとともに、湾曲モード切替スイッチ２１９が自動湾曲モードに切り替えられた場合の制御について主に説明を行うものとする。【０１３３】
まず、術者は、内視鏡システム２０１の各部を接続及び起動した後、内視鏡２０２の挿入部２１１を患者の体腔内に挿入するとともに、湾曲モード切替スイッチ２１９を自動湾曲モードに切り替える。これに応じて、内視鏡２０２の撮像部２１５ａにおける被写体の撮像が開始されるとともに、挿入部２１１に設けられた各ソースコイルにおいて磁界が発せられ始める。【０１３４】
被写体の撮像に伴って撮像部２１５ａから出力される撮像信号は、ユニバーサルコード２１３及びコネクタ２１４を経てプロセッサ２０６へ出力され、映像処理部２３７において映像信号に変換された後、端末装置２０９の演算処理部２９１に入力される。また、挿入部２１１に設けられた各ソースコイルにおける磁界の発生に伴い、センスコイルユニット２０７から出力される磁界検出信号は、アンプ２４５により増幅され、ソースコイル位置／向き検出部２４６により該各ソースコイルの３次元座標情報として変換された後、端末装置２０９の演算処理部２９１に入力される。【０１３５】
端末装置２０９の演算処理部２９１は、入力される映像信号と、各ソースコイルの３次元座標情報とに基づく処理を行うことにより、先端部２１５を通過させる経路を設定するとともに、該経路に略沿って先端部２１５を進行させるように湾曲部２１６を湾曲させるための制御内容を設定する。【０１３６】
ここで、図２５等を参照しつつ、先端部２１５を通過させる経路を設定するために演算処理部２９１が行う処理について述べる。【０１３７】
演算処理部２９１は、入力される映像信号に基づく画像データを取得した（図２５のステップＳ２０１）後、該画像データに対してディストーション補正を施す。このような処理により、演算処理部２９１は、入力される映像信号に基づく原画像のモノクロ部分が排除された２次元の画像データを取得する。【０１３８】
次に、３次元形状算出部としての機能を有する演算処理部２９１は、図２５のステップＳ２０１の処理により取得した２次元の画像データに基づき、例えばＳｈａｐｅＦｒｏｍＳｈａｄｉｎｇ法等の方法を用いることにより、先端部２１５の現在位置の近傍における管腔の形状を示すデータである、３次元形状データを算出する（図２５のステップＳ２０２）。これにより、演算処理部２９１は、先端部２１５の現在位置の近傍における管腔の形状が、例えば図２７に示すように、体腔内のひだ等による屈曲部を有するものであることを検出する。【０１３９】
そして、演算処理部２９１は、図２５のステップＳ２０２の処理により算出した３次元形状データに対し、例えば、先端部２１５の先端面の所定の位置を原点とするとともに、図２５のステップＳ２０１の処理により取得した画像データの左右方向に相当する軸ををｘ軸、該画像データの上下方向に相当する軸をｙ軸、及び、該画像データの奥行き方向に相当する軸をｚ軸とするような局所座標系を設定する（図２５のステップＳ２０３）。【０１４０】
その後、切断面取得部としての機能を有する演算処理部２９１は、図２５のステップＳ２０１の処理により取得した画像データと、図２５のステップＳ２０２の処理により算出した３次元形状データとに基づき、内視鏡２０２の視野範囲内（または先端部２１５が存在する位置の近傍）におけるＫ個の切断面データを取得する（図２５のステップＳ２０４）。【０１４１】
図２５のステップＳ２０４の処理において、まず、演算処理部２９１は、図２５のステップＳ２０１の処理により取得した画像データと、図２５のステップＳ２０２の処理により算出した３次元形状データとに基づき、該３次元形状データ内における暗点（最も暗い点）の位置を検出する。具体的には、演算処理部２９１は、例えば、図２８に示す点Ｄｂを暗点（最も暗い点）として検出する。【０１４２】
図２５のステップＳ２０４の処理において、次に、演算処理部２９１は、先端部２１５の先端面の所定の位置から点Ｄｂへ至るベクトルに対して垂直であり、かつ、各々が略等間隔に設定されたＫ個の平面を用いて３次元形状データを切断することにより、Ｋ個の切断面データを取得する。具体的には、演算処理部２９１は、例えば、図２８に示す平面Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３及びＨ４の４つのデータを切断面データとして各々取得する。【０１４３】
演算処理部２９１は、図２５のステップＳ２０４の処理により取得した切断面データに各々付される番号に相当する変数ｉ（１≦ｉ≦Ｋ）を１に設定した（図２５のステップＳ２０５）後、ｉ番目の切断面データにおけるエッジを抽出する（図２５のステップＳ２０６）。具体的には、演算処理部２９１は、切断面データを縮小した後、Ｃａｎｎｙ、ＳｏｂｅｌまたはＬａｐｌａｃｉａｎのいずれかのアルゴリズムを縮小された該切断面データに対して適用することにより、該切断面データのエッジを抽出する。【０１４４】
演算処理部２９１は、図２５のステップＳ２０６の処理により抽出された切断面データのエッジが閉曲線であるか否かを判別する（図２５のステップＳ２０７）。そして、演算処理部２９１は、図２５のステップＳ２０６の処理により抽出された切断面データのエッジが閉曲線であることを検出した場合、該切断面データにおける図心を算出する（図２５のステップＳ２０８）。また、演算処理部２９１は、図２５のステップＳ２０６の処理により抽出された切断面データのエッジが閉曲線ではないことを検出した場合、該エッジの少なくとも一部を外周に含む仮想的な円を円ハフ変換を用いて形成した後、該仮想的な円の中心点を算出する（図２５のステップＳ２０９）。【０１４５】
すなわち、演算処理部２９１は、管腔の３次元データにおける切断面の断面形状を抽出し、該断面形状に応じた経路点を該切断面各々において検出するための処理を、図２５のステップＳ２０６からステップＳ２０９までの処理として行っている。【０１４６】
演算処理部２９１は、図２５のステップＳ２０６からステップＳ２０９までに示す処理を変数ｉ＝Ｋになるまで繰り返し行う（図２５のステップＳ２１０）。これにより、Ｋ個の切断面データ各々のうち、図２５のステップＳ２０８を経たものについては切断面データの図心が算出され、また、図２５のステップＳ２０９を経たものについては切断面データにおける仮想的な円の中心点が算出される。具体的には、演算処理部２９１は、図２５のステップＳ２０６からステップＳ２０９までに示す処理を繰り返し行うことにより、例えば図２８に示すように、平面Ｈ１における点Ｅ１、平面Ｈ２における点Ｅ２、平面Ｈ３における点Ｅ３、及び、平面Ｈ４における点Ｅ４を各々算出する。【０１４７】
その後、経路算出部としての機能を有する演算処理部２９１は、Ｋ個の切断面データ各々において図心または仮想的な円の中心点の算出が完了すると、該図心及び該仮想的な円の中心点からなるＫ個の点と、先端部２１５の先端面の所定の位置と、点Ｄｂとの各点を通る線分としての経路線を算出した（図２５のステップＳ２１１）後、一連の処理を図２５のステップＳ２０１から再度繰り返し行う。なお、演算処理部２９１は、例えば、前記各点に対してＣａｔｍｕｌｌＲｏｍ曲線方程式を適用することにより算出したパラメトリック曲線を、前記経路線として算出するものとする。具体的には、演算処理部２９１は、図２５のステップＳ２１１に示す処理により、例えば図２８に示すように、経路点としての点Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４と、先端部２１５の先端面の所定の位置と、点Ｄｂとの各点を通る曲線Ｉｃを経路線として算出する。【０１４８】
また、演算処理部２９１は、図２６のフローチャートに示す処理を、図２５のフローチャートに示す処理に並行して行う。【０１４９】
演算処理部２９１は、ソースコイル位置／向き検出部２４６から出力される３次元座標情報に基づき、先端部２１５の現在の位置及び向きを算出する（図２６のステップＳ２２１）。【０１５０】
その後、演算処理部２９１は、後述する処理により設定される、先端部２１５を通過させる目標位置を先端部２１５が通過したか否かを判定する（図２６のステップＳ２２２）。そして、演算処理部２９１は、目標位置を先端部２１５が通過した場合、図２５のフローチャートの処理により、先端部２１５の先端面の所定の位置を起点とした新たな経路線を算出する（図２６のステップＳ２２３）。また、演算処理部２９１は、目標位置を先端部２１５が通過していない場合、該目標位置及び該目標位置に係る経路線を保持しつつ、図２６のステップＳ２２４の処理を引き続き行う。【０１５１】
すなわち、経路算出部としての機能を有する演算処理部２９１は、後述する処理により設定される目標位置を端部２１５が通過する毎に、先端部２１５の先端面の所定の位置を起点とした新たな経路線を算出するための処理を行う。【０１５２】
演算処理部２９１は、ソースコイル位置／向き検出部２４６から出力される３次元座標情報に基づき、例えば単位時間当たりのソースコイルＣ１の移動速度を算出することにより、Δｔ秒後の先端部２１５の移動距離ｒ１を算出する（図２６のステップＳ２２４）。【０１５３】
演算処理部２９１は、経路線Ｉｃ及び移動距離ｒ１に基づき、先端部２１５を通過させる目標位置を算出する（図２６のステップＳ２２５）。【０１５４】
図２６のステップＳ２２５の処理において、演算処理部２９１は、図２９に示すように、先端部２１５の先端面の所定の位置を中心点とし、かつ、移動距離ｒ１を半径とした仮想的な球Ｂｒ１を設定した後、該仮想的な球Ｂｒ１と曲線Ｉｃとが交わる点Ｑの３次元座標位置を算出する。そして、演算処理部２９１は、前記点Ｑの３次元座標位置を、先端部２１５を通過させる目標位置として算出する。【０１５５】
また、本実施形態の演算処理部２９１は、図２６のステップＳ２２５の処理において、点Ｑの３次元座標位置を目標位置として算出した後、以降に記す処理をさらに行うことにより、該目標位置の補正を行うものであっても良い。【０１５６】
具体的には、演算処理部２９１は、点Ｑの３次元座標位置を算出した後、例えば図３０に示すように、点Ｑを含み、かつ、先端部２１５の先端面の所定の位置から点Ｄｂへ至るベクトルに対して垂直な平面Ｈａを算出する。【０１５７】
そして、演算処理部２９１は、点Ｑを中心点とし、かつ、平面Ｈａ上に存在する半径ｒ２の仮想的な円Ｂｒ２を形成した後、該円Ｂｒ２上の各点のうち、経路線Ｉｃと同一平面上に存在する点Ｔの３次元座標位置を、補正後の目標位置として算出する。【０１５８】
すなわち、目標位置補正部としての機能を有する演算処理部２９１は、以上に述べた処理を行うことにより、点Ｑを目標位置とした場合に比べて湾曲部２１６の湾曲量を減少可能な、補正後の目標位置としての点Ｔの３次元座標位置を算出することができる。【０１５９】
一方、演算処理部２９１は、図２６のステップＳ２２５において設定した目標位置へ先端部２１５が向かうように、湾曲部２１６の湾曲量及び湾曲方向を算出する（図２６のステップＳ２２６）。【０１６０】
演算処理部２９１は、図２６のステップＳ２２６の処理において算出した湾曲部２１６の湾曲量及び湾曲方向に基づき、実際に湾曲部２１６を湾曲させるために必要な情報である、湾曲制御情報の演算を行い（図２６のステップＳ２２７）、演算結果を湾曲制御部２０５へ出力した後、一連の処理を図２６のステップＳ２２１から再度繰り返し行う。【０１６１】
なお、前述した湾曲制御情報は、例えば、湾曲部２１６がワイヤの一端側に接続された複数の湾曲コマ等からなり、モータの回転駆動に応じて生じる該ワイヤの緊張または弛緩に伴って自身の湾曲状態を変化させることが可能な構成である場合においては、該モータに接続されるプーリの角度及び該モータに印加する駆動電圧に関する情報として示されるものであるとする。また、前述した湾曲制御情報は、例えば、湾曲部２１６が前述した構成以外の他の構成を有している場合においては、該他の構成に応じた情報として示されるものであるとする。【０１６２】
以上に述べたように、本実施形態の内視鏡システム２０１は、図２５及び図２６に示す各処理を自動湾曲モードにおいて行うことにより、例えば図２７に示すような、管腔内において屈曲部を形成するひだ等に内視鏡先端部を接触させることなく、該ひだ等の裏側（の管腔）へ向けて該内視鏡先端部が進行するように、内視鏡湾曲部を制御可能な構成を具備している。これにより、本実施形態の内視鏡システム２０１は、内視鏡の挿入性を従来に比べて向上させることができる。【０１６３】
なお、本実施形態の演算処理部２９１は、図３１のフローチャートに示す処理を、図２６のステップＳ２２３とステップＳ２２４との間においてさらに行うものであっても良い。【０１６４】
まず、演算処理部２９１は、図２６のステップＳ２２３において算出した経路線の曲率半径Ｆを算出する（図３１のステップＳ２３１）。【０１６５】
次に、演算処理部２９１は、図３１のステップＳ２３１の処理により算出した曲率半径Ｆが閾値ＴＨＦより大きいか否かを判定する（図３１のステップＳ２３２）。そして、演算処理部２９１は、曲率半径Ｆが閾値ＴＨＦより大きい場合、後述する図３１のステップＳ２３３の処理を行う。また、演算処理部２９１は、曲率半径Ｆが閾値ＴＨＦ以下である場合、図２５のステップＳ２１１において算出した経路線を処理結果とした後、図２６のステップＳ２２４の処理を引き続き行う。【０１６６】
演算処理部２９１は、曲率半径Ｆが閾値ＴＨＦより大きい場合において、図２５のステップＳ２１１において算出した経路線全体を含む平面Ｈｂを算出する（図３１のステップＳ２３３）。【０１６７】
その後、演算処理部２９１は、図２５のステップＳ２０２において算出した３次元形状データと、図２５のステップＳ２１１において算出した経路線とを、平面Ｈｂの座標系へ投影する（図３１のステップＳ２３４）。【０１６８】
なお、平面Ｈｂの座標系は、例えば図３２に示すように、図２５のステップＳ２１１において算出した経路線において分散の最も大きい軸を第１主成分軸とし、該経路線における山の方向を第２主成分軸として定められるものである。そして、管腔の形状を示す３次元形状データ及び経路線は、図３１のステップＳ２３４の処理により、例えば図３２に示すような状態として平面Ｈｂの座標系へ各々投影される。【０１６９】
演算処理部２９１は、平面Ｈｂの座標系へ投影された経路線の第２主成分を略全般的に減少させるための変換処理を行う（図３１のステップＳ２３５）。これにより、演算処理部２９１は、変換処理後の経路線として、例えば図３２に示すような経路線を取得する。【０１７０】
そして、演算処理部２９１は、変換処理後の経路線を、例えば図２５のステップＳ２０３の処理により設定された座標系である、３次元形状データの座標系へ逆投影することにより（図３１のステップＳ２３６）新たな経路線を得た後、前述した図２６のステップＳ２２４の処理を引き続き行う。【０１７１】
以上に述べた処理を図２６のステップＳ２２３とステップＳ２２４との間においてさらに行うことにより、本実施形態の演算処理部２９１は、管腔内の極端に屈曲した部位の内周側の壁面近傍を通るように先端部２１５を進行させるための経路線を算出することができる。【０１７２】
なお、図３１のフローチャートに示す処理は、図３１のステップＳ２３２の判定条件及びステップＳ２３５の変換処理の内容を適宜変更することにより、例えば、胃等の径の大きな管腔の表面（胃壁）に沿うように先端部２１５を進行させるための経路線を算出する場合においても適用することができる。【０１７３】
すなわち、本実施形態において、演算処理部２９１が図３１のフローチャートに示す処理をさらに行うことにより、先端部２１５を管腔の表面に接触させることなく、該管腔の表面の状態をより詳細に観察することが可能となる。【０１７４】
なお上述した実施形態等を部分的に組み合わせる等して構成される実施形態等も本発明に属する。
【産業上の利用可能性】
【０１７５】
内視鏡を屈曲した体腔内等に挿入する場合、円滑な挿入が行えるように湾曲部の湾曲制御を行う。【０１７６】
本出願は、２００７年１１月２９日に日本国に出願された特願２００７−３０９２３３号、２００７年１２月７日に日本国に出願された特願２００７−３１７３６９号、及び２００７年１２月２６日に日本国に出願された特願２００７−３３４８９８号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。
【図１】
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【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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