(57)【要約】  ユーザからのコマンドを受取る入力デバイス（４０）と、エンドスコープを調整する出力デバイス（４４）と、与えられた入力に基づいて適切な出力を決定するための電子処理デバイスとを有する方向可変のビューエンドスコープ用インターフェース（１０）が開示される。処理デバイスは、現在のビューと位置合わせされた座標系と、ユーザの周辺環境と位置合わせされた座標系と、動作腔と位置合わせされた座標系と、ユーザ選択されたビューの方向に即座に向けることを容易にするメモリと、ビューの現在の方向の明瞭な表示とを備える動作支援機能を可能にするように構成され得る。
2005512626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方向が可変のビューエンドスコープを用いて腔の内部を観察するシステムであって、該エンドスコープの遠位端にビューベクトルが配置され、該エンドスコープは、現在のエンドスコープコンフィギュレーションを有し、該システムは、
ユーザからのコマンドを受信する入力デバイスと、
ビューベクトル配向情報を提供するトラッキングデバイスと、
該コマンドおよび該配向情報を受信し、該コマンドおよび該配向情報に基づいて、所望のエンドスコープコンフィギュレーションの計算を含む動作を実行する処理デバイスであって、該コマンドは、該エンドスコープとの位置合わせを変更し得る制御座標系に関して、該処理デバイスによって解釈される、処理デバイスと、
該現在のエンドスコープコンフィギュレーションが、該所望のエンドスコープコンフィギュレーションと等価になるように該エンドスコープを調整する制御デバイスと、
現在のエンドスコープビューを表示する表示デバイスと
を備える、システム。
【請求項２】
前記制御座標系は、前記現在のエンドスコープビューに対応して調整され、該現在のエンドスコープビューに対して静止状態である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記制御座標系は、前記エンドスコープの自然座標系と位置合わせされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記制御座標系は、ユーザによって特定された配向に位置合わせされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記制御座標系は、前記腔と位置合わせされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記１つ以上の座標系は、前記現在のエンドスコピービューに重ねられて、前記表示デバイス上に表示される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記エンドスコープの図示をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記ビューベクトルの図示をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
１つ以上の座標系をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記エンドスコープの前記周辺環境に対応する１つ以上の特徴の図示をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記処理デバイスは、該処理デバイスのメモリに１つ以上のエンドスコープコンフィギュレーションを格納する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
１つ以上のエンドスコープイメージの表示をさらに含み、該イメージは、格納されたエンドスコープコンフィギュレーションと関連する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
方向が可変のビューエンドスコープを用いて腔の内部を観察するシステムであって、該エンドスコープの遠位端にビューベクトルが配置され、該エンドスコープは、現在のエンドスコープコンフィギュレーションを有し、該システムは、
ユーザからのコマンドを受信する入力デバイスと、
ビューベクトル配向情報を提供するトラッキングデバイスと、
該コマンドおよび該配向情報を受信し、該コマンドおよび該配向情報に基づいて、所望のエンドスコープコンフィギュレーションの計算を含む動作を実行する処理デバイスであって、該コマンドは、該エンドスコープとの位置合わせを変更し得る制御座標系に関して、該処理デバイスによって解釈され、該エンドスコープは、該現在のエンドスコープコンフィギュレーションが、該所望のエンドスコープコンフィギュレーションと等価になるように調整される、処理デバイスと、
現在のエンドスコープビューを提供するビューイングデバイスと
を備える、システム。
【請求項１４】
方向が可変のビューエンドスコープを用いて腔の内部を観察するシステムであって、該エンドスコープの遠位端にビューベクトルが配置され、該エンドスコープは、現在のエンドスコープコンフィギュレーションを有し、該システムは、
ユーザからのコマンドを受信する入力手段と、
ビューベクトル配向情報を提供するトラッキング手段と、
該コマンドおよび該配向を受信する処理手段であって、該コマンドは、該エンドスコープとの位置合わせを変更し得る制御座標系に関して、該処理デバイスによって解釈され、処理手段と、
該現在のエンドスコープコンフィギュレーションが、該所望のエンドスコープコンフィギュレーションと等価になるように該エンドスコープを調整する調整手段と、
現在のエンドスコープビューを提供するビューイング手段と
を備える、システム。
【請求項１５】
方向が可変のビューエンドスコープと共に使用されるインターフェースであって、該エンドスコープの遠位部分が腔内に配置され、該インターフェースは、
ユーザからのコマンドを受信する入力手段と、
ビューベクトル配向情報を提供するトラッキング手段と、
該コマンドおよび該配向を受信して、動作を実行する処理手段であって、該エンドスコープとの位置合わせを変更し得る座標系の計算を含む、処理手段と、
現在のエンドスコープビューを提供するビューイング手段と
を備える、インターフェース。
【請求項１６】
前記座標系は、前記エンドスコープの動作特性および配向に基づいて構成される、請求項１５に記載のインターフェース。
【請求項１７】
前記座標系は、前記エンドスコープの前記コンフィギュレーションに基づいて構成され、該座標系は、前記エンドスコープビューに対応して調整され、該エンドスコープビューに対して静止状態である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記座標系は、ユーザによって特定された配向に位置合わせされる、請求項１５に記載のインターフェース。
【請求項１９】
前記座標系は、重力と位置合わせされる、請求項１５に記載のインターフェース。
【請求項２０】
前記座標系を表す線は、前記現在のビューに重ねられる、請求項１５に記載のインターフェース。
【請求項２１】
前記エンドスコープの図示をさらに含む、請求項１５に記載のインターフェース。
【請求項２２】
前記ビューベクトルの図示をさらに含む、請求項１５に記載のインターフェース。
【請求項２３】
１つ以上の座標系の図示をさらに含む、請求項１５に記載のインターフェース。
【請求項２４】
前記エンドスコープの前記周辺環境に対応する１つ以上の特徴の図示をさらに含む、請求項１５に記載のインターフェース。
【請求項２５】
複数の前のビューイメージをさらに含む、請求項１５に記載のインターフェース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、（ボアスコープおよびファイバスコープ等を含む）エンドスコープに関し、より具体的には、ビューの方向を変更することができるエンドスコープの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
エンドスコープは、腔の内部を映像化するために用いられる細長いデバイスである。最近の開発は、ビューの方向を変更することができるエンドスコープをもたらした。これらのエンドスコープの目的は、ユーザが、従来のエンドスコープよりも少ないデバイスの動きで、より大きい領域にわたって走査することを可能にし、かつ、所望のビューを取得する際により大きい柔軟性を提供する。
【０００３】
ビューの方向を変更することができる大抵のエンドスコープは、機械的操縦によってある方向に向ける光学素子を備える。これらの光学素子は、エンドスコープ内で利用可能な自由度の程度を各自由度（ｄｅｇｒｅｅ）のそれぞれの軸に沿って調整するための１つ以上のノブか、または類似のデバイスを用いて制御される。これらついての例は、Ｋａｎｅｈｉｒａらによる米国特許第３，８８０，１４８号（１９７５年）、Ｆｏｒｋｎｅｒによる米国特許第４，６９７，５７７号（１９８７年）、Ｂａｚｅｌｌらによる米国特許第３，５７２，３２５号（１９７１年）、および、ＨｏｏｇらによるＷＩＰＯ公報ＷＯ第９９／４２０２８（１９９９年）に開示される。これらの例のすべてにおいて、調整の各軸は、個別に制御される。２つ以上の軸を含む所望の複合調整を加えることは、複数の手および／または手先の器用さを必要とするため困難である。
【０００４】
ビューの方向を変更することができる他のエンドスコープは、Ｉｇａｒａｓｈｉによる米国特許第５，９５４，６３４号（１９９８年）およびＫｕｂａｎらによる米国特許第５，３１３，３０６号（１９９４年）に開示されたものを含む。これらのデバイスは、広角のキャプチャされたイメージの中から変更可能に（ｖａｒｉａｂｌｙ）選択された観察領域を提供し、機械的に調整される光学素子を用いた場合と同様の結果をもたらす。機械的に調整される、方向が可変のビューエンドスコープと同様に、これらのデバイスは、所定の軸と所定の態様で調整され得るにすぎない。
【０００５】
上述のエンドスコープの各々は、そのエンドスコープの自然座標系を規定する調整軸のセットを有する。自然座標系において、エンドスコープの各自由度は、座標系の１つの軸である。各エンドスコープは、その自然座標系に対して制御される。種々のエンドスコープの設計が異なるために、各エンドスコープの自然座標系が異なり得る。これは、ユーザが使い慣れたものとは異なったエンドスコープを用いて作業を試みる場合、ユーザに重大な問題を引き起こし得る。エンドスコープの自然座標系は、ユーザの周辺環境または動作腔（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｃａｖｉｔｙ）ではなく、常にエンドスコープと位置合わせされる。ユーザは、なじんだ環境と位置合わせすることができなかった座標系内で選択的に走査しようとした場合に混乱し得る。
【０００６】
ビューエンドスコープの可変の方向の遠位端は、通常、使用中には不可視であるので、ユーザは、現在の観察方向の外部表示を必要とすることが多い。いくつかのエンドスコープは、ビューの方向を表示する任意の方法を有することに失敗している一方で、他のエンドスコープは、ユーザが解釈するために不便または困難であるインジケータを備える。ビューの現在の方向がわからないことによって、ビューを所望の方向に調整するか、または
腔内の特定の特徴を見つけ出すことが課題になる。さらに、ビューを前の方向に戻すことが取り組み甲斐のある課題になる。
【０００７】
従来技術の方向が可変のビューエンドスコープは、容易かつ効率的に使用できるように設計され得たが、このための公知のインターフェースは、少なくとも以下の不利な点を有する。
【０００８】
ａ．各エンドスコープが提供されたインターフェースは直観的でなく（ｕｎｉｎｔｕｉｔｉｖｅ）、ユーザを混乱させ得る。
【０００９】
ｂ．複数の自由度が別々に制御されることにより、正確な複合調整を実行することが極めて困難になる。
【００１０】
ｃ．種々のタイプの方向が可変のビューエンドスコープは、非常に差異のある動作の方法を必要とする。
【００１１】
ｄ．利用可能な座標系は、通常、ユーザの周辺環境と位置合わせされ得ない。
【００１２】
ｅ．利用可能な座標系は、通常、動作腔と位置合わせされ得ない。
【００１３】
ｆ．ビューの現在の方向を決定することが困難であり得る。
【００１４】
ｇ．ユーザは、エンドスコープを手動で調整して、ビューを特定の方向に戻すようにしなければならない。
【００１５】
いくつかのエンドスコープの制御システムは、ユーザがビューを制御することを支援するモータ等のアクチュエータを備える。例えば、Ｗａｎｇらによる米国特許第５，５２４，１８０号（１９９６年）は、エンドスコープを自動的に位置付けるための電動制御システムを開示する。このような制御システムは、観察方向を変更するために、コンピュータおよびロボットアームを用いてエンドスコープの動きを制御する。しかしながら、エンドスコープ全体を移動させるのではなく、ビューエンドスコープの可変方向がビュー調整システムの内部方向を利用するような方法で制御される。従って、既存の電気機械式エンドスコープ制御システムは、方向が可変のビューエンドスコープの使用が所望される状態にはあまり適していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、本発明の主要な目的は、エンドスコープの複数の自由度を同時に調整して、正確な複合調整を実行することができる方向が可変のビューエンドスコープ用の取り扱いが簡単なインターフェースを提供することである。本発明の別の目的は、このインターフェースを用いて、ディスプレイおよび制御装置の標準セットを通じて、エンドスコープの特定の実装をユーザからマスキングすることである。本発明のさらに別の目的は、ユーザが、より効率的手順と効果的手順との間で選択することを可能にするための異なった制御座標系を有するインターフェースを提供することである。
【００１７】
さらに別の目的および利点は、以下の記載および図面から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
（発明の簡単な要旨）
本発明によると、方向が可変のビューエンドスコープ用のインターフェースは、ユーザ
からのコマンドを受信する入力手段と、エンドスコープを調整する出力手段と、所与の入力に基づいて適切な出力を決定する電子処理デバイスとを備える。特定の実施形態において、処理デバイスは、
ａ．エンドスコープと位置合わせされた制御座標系と、
ｂ．現在のビューと位置合わせされた制御座標系と、
ｃ．ユーザの周辺環境と位置合わせされた制御座標系と、
ｄ．動作腔と位置合わせされた制御座標系と、
ｅ．１つ以上の座標系の明瞭な表示と、
ｆ．ユーザ選択されたビューの方向に即座に戻すことを容易にするメモリと、
ｇ．ビューの現在の方向の明瞭な指標（ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）と
を含む動作支援機能を可能にするように構成され得る。
【００１９】
本明細書中で用いられる「エンドスコープ」という用語は、エンドスコープ（医療処置に用いられる）または、ボアスコープ、ファイバスコープ等の同様のデバイスと定義される。本明細書中で用いられる「エンドスコープコンフィギュレーション」という用語は、エンドスコープの各軸（または自由度）の配向（または状態）からなるセットと定義される。「制御座標系」という用語は、制御入力が実行および解釈される座標系と定義される。「エンドスコープの自然座標系」という用語は、エンドスコープの調整軸によって規定される座標系と定義され、そのエンドスコープの通常動作に対する観察方向および配向をパラメータ化するために用いられ得る。「現在のビュー座標系」という用語は、現在の観察方向および配向と常に位置合わせされる座標系と定義される。任意の座標系は、エンドスコープと関連した任意の他の座標系であり得る。
【００２０】
方向が可変のビューエンドスコープと共に用いるインターフェースが主張され、ここで、このエンドスコープの遠位部分は腔内に配置され、このインターフェースは、ユーザからコマンドを受信する入力手段と、ビューベクトル配向情報を提供するトラッキング手段と、コマンドおよび配向情報を受信し、エンドスコープとの位置合わせを変更し得る座標システムの計算を含む動作を実行する処理手段と、現在のエンドスコープのビューを提供する表示手段とを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（発明の詳細な説明）
以下の詳細な説明は、本発明の原理を限定するのではなく、本発明を例示する。この説明は、当業者が本発明を製作および使用することを明らかに可能にし、かつ、我々が現在信じていることが本発明を実行するベストモードであることを含む、いくつかの実施形態、改造案、変形案、代替案、および使用を記載する。
【００２２】
図１Ａは、ビューエンドスコープの基本的な可変方向の図である。このようなエンドスコープは、通常、少なくとも２つの自由度１４、１６を有するビューベクトル１２を有する。第１の自由度１４は、ビューベクトル１２がエンドスコープ２０の縦軸の周りを回転することを可能にし、これは、ビューベクトル１２が横方向２２に走査することを可能にする。第２の自由度１６は、ビューベクトル１２が、縦軸２０に対して垂直の軸２４の周りを回転することを可能にし、これは、ビューベクトル１２が縦方向２６に走査することを可能にする。これらの自由度は、図１Ｂに示されるように、自然エンドスコープ座標系２８を規定する。
【００２３】
第３の自由度１８もまた利用可能であり得る。なぜなら、この自由度は、通常、エンドスコープのビュー３０の回転配向を調整することが可能だからである。これは、エンドスコープの近位端に接続されたカメラ等のイメージングデバイスを単に回転させることによって頻繁に行われる。エンドスコープ内に内蔵されたプリズムを用いて、または、ビュー
イングの前にイメージをデジタルで回転させることによっても回転され得る。用いられる方法と関係なく、ビューベクトル１２は、ビュー３０の回転軸と考えられる。
【００２４】
ユーザは、通常、第１の自由度１４および第２の自由度１６を調整して、ビューベクトル１２の所望の方向を選択することによってビューを制御する。軸は、個別または同時に調整され得る。一旦所望の方向が取得されると、結果として生じるイメージの回転配向が必要に応じて調整される。しかしながら、各調整軸が独立して制御されるので、主要な走査方向２２、２６のどちらも整列しない、任意の経路３２に沿う走査を行うことは簡単ではない。この矛盾は、図１Ｃに示され、これは、所望の走査経路３２を実現する試みの間、従来の方向が可変のビューエンドスコープ１０のビューベクトル１２によって追跡される典型的な経路３４を示す。上述のケースは、所望の対角線または曲線を描くために、Ｃｌａｒｋによる米国特許第３，７６０，５０５号に記載されるＥｔｃｈ−Ａ−Ｓｋｅｔｃｈ（登録商標）の２つのノブを適切に調整することを課題とする問題に容易になぞらえることができ得る。さらに、ビューの回転配向が軸の見掛け方向（ａｐｐａｒｅｎｔ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）を変更して調整された場合に、この問題は悪化する。
【００２５】
本発明のインターフェースシステムを備える完全なエンドスコープビューシステムの好ましい実施形態は、本明細書中に図２を参照して記載される。方向が可変のビューエンドスコープ１０は、図１Ａに示されるものと類似であり、検査されるべき腔３８内に遠位端部分３６が位置付けられる。エンドスコープは、エンドスコープの各自由度の電子制御を可能にする小型モータ（図示せず）と、それぞれの軸の周りのビューの現在の配向に関する情報を提供するエンコーダ（図示せず）とを備える。モータおよびエンコーダは、各軸が−１８０度〜＋１８０度の数値範囲の変数としてパラメータ化されることを可能にする。以下の変数は、現在のエンドスコープコンフィギュレーションに対応するエンコーダ値を格納するためのインターフェースシステムに提供される：
θＣ＝  エンドスコープの縦軸の周りのビューベクトルの角度である（第１の自由度）。
【００２６】
ΦＣ＝  縦軸に対して垂直の軸の周りのビューベクトルの角度である（第２の自由度）。
【００２７】
ζＣ＝  ビューの任意の回転配向の角度である（第３の自由度）。
３軸ジョイスティック４０は、ユーザが左／右、上／下、および時計回り／逆時計回りに入力することを可能にする。これらの入力は、＋／−Ｘ、＋／−Ｙおよび＋／−Ｚとしてそれぞれ格納され得る。キーパッド４２は、さらなる入力を容易にする。入力は、中央制御ユニット４４によって受信される。好ましい実施形態ではコンピュータである中央制御ユニット４４は、ユーザからの入力、およびエンドスコープエンコーダからの情報を処理して、軸ごとに適切な調整を確率する。適切な調整は、制御座標系に基づき、かつ、前の入力、調整、およびエンドスコープコンフィギュレーションによって異なり得る。以下の変数は、所望のエンドスコープコンフィギュレーションに対応するエンコーダ値を格納するためのインターフェースシステムに提供される：
θＤ＝  エンドスコープの縦軸の周りのビューベクトルの所望の角度である（第１の自由度）。
【００２８】
ΦＤ＝縦軸に対して垂直の軸の周りのビューベクトルの所望の角度である（第２の自由度）。
【００２９】
ζＤ＝  ビューの任意の回転配向の所望の角度である（第３の自由度）。
一旦適切な調整が計算されると、調整情報がθＤ、ΦＤ、およびζＤとしてモータ制御ユニット４６に提供される。モータ制御ユニット４６は、エンドスコープ１０のモータを通
じてエンドスコープコンフィギュレーションを制御する。特に、モータ制御ユニット４６は、θＣ、ΦＣ、およびζＣがθＤ、ΦＤ、およびζＤと等しくなるまでエンドスコープを調整する。調整が完了すると、インターフェースシステムは、別の入力を受取る準備が整っている。多数の細かい調整を高速連続的に行うことによって、ユーザに滑らかで連続的な調整の印象を与える。イメージ収集ユニット４８は、エンドスコープ１０からイメージ信号を受信し、必要に応じて信号を調整する。中央制御ユニット４４は、イメージ収集ユニット４８から調整された信号を受信する。ユーザに示すために、エンドスコープビデオイメージ、および、さらなる関連情報がビデオディスプレイデバイス５０中継される。腔３８の照明は、標準的光源５２から標準的光ガイド５４を介してエンドスコープ２を通って送達される。
【００３０】
好ましい実施形態において、動作の種々のモードがユーザに提供される。動作の第１のモードは、エンドスコープフレームモードとして考えられ得る。このモードで、制御座標系は、エンドスコープの自然座標系と等しい。ユーザからの入力は、エンドスコープコンフィギュレーションに直接付与される。ジョイスティックからのＸ値は、θＤを提供するためにθＣに付加される。ジョイスティックからのＺ値は、ζＤを提供するためにζＣに付加される。エンドスコープフレームモードは、ビューエンドスコープの可変方向の標準的動作と非常に類似している。エンドスコープの動作は、エンドスコープの自然座標系に依然として限定されるが、容易に特定される複合調整は、インターフェースシステムによって正確に実行され得る。しかしながら、このモードでは、ユーザが所望する調整をユーザ自身が決定することが依然として困難であり得る。これは、各軸の配向がエンドスコープビューに対して一定でないからである。
【００３１】
ビューフレームモードとして考えられ得る動作の第２のモードは、この問題に取り組む。図３に示されるように、調整を特定する制御座標系は、現在のビュー５６の中心と位置合わせされる。ビューフレームモード制御座標系は、常にビューと共に移動する。ユーザは、現在のビュー５６がスクリーン上に現れる様式に基づいて所望のビュー５８を特定する。ジョイスティックの制御を通じて、ユーザは、方向および速度を選択して、ビューの中心および回転ビュー配向の回転を移動させ得る。従って、インターフェースは、エンドスコープを調整して所望のビュー５８を達成する最良の方法を決定する。ビューフレームモードは、現在のビューに細かい調整を行なうために理想的である。
【００３２】
ビューフレームモードを制御する際に、ジョイスティック入力は、方向角度６０と、階段距離角度６２と、ビュー回転角度６４とを備えるように変換されなければならない。以下の変数は、これらの角度値を格納するためのインターフェースシステムに提供される：
αＶ＝  選択された方向の角度６０を格納する。
【００３３】
βＶ＝  選択された階段距離の角度を格納する。
【００３４】
γＶ＝  選択された方向角度６０を引いた選択されたビュー回転角度を格納する。
図３は、ビューフレーム動作の間にジョイスティック入力が解釈される態様を示す。ジョイスティックからのＸ値６６およびＹ値６８は共に所望のビュー５８の中心を表す。αＶの値を計算するために逆正接関数が用いられる。βＶの値に変換される距離を計算しするためにピタゴラスの定理が用いられる。ジョイスティックからのＺ値は、所望のビュー回転角度６４である。
【００３５】
ビューフレームモードの好ましい実施形態の所望のエンドスコープコンフィギュレーションを計算するために、中央制御ユニット４４によって回転マトリクスが用いられる。変数αＶ、βＶ、およびγＶは、現在のビューに対する所望のビューの配向を表す等式１の回転マトリクスにおいて用いられる。
【００３６】
【数１】
2005512626.tif 000003
（等式１）
変数θＣ、ΦＣ、およびζＣは、エンドスコープのデフォルト位置に対する現在のビューの配向を表す等式２の回転マトリクスにおいて用いられる。
【００３７】
【数２】
2005512626.tif 000004
（等式２）
等式３の回転マトリクスは、エンドスコープのデフォルト位置に対する所望のビューの配向を表す。
【００３８】
Ｒ（θＤ，ΦＤ，ζＤ）＝Ｒ（θＣ，ΦＣ，ζＣ）・Ｒ（αＶ，βＶ，γＶ）
（等式３）
等式３の回転マトリクスは、等式４の回転マトリクスとしても表現され得、所望のエンドスコープコンフィギュレーション変数θＤ，ΦＤ，ζＤを含む。
【００３９】
【数３】
2005512626.tif 000005
（等式４）
等式１〜４の回転マトリクスは、所望のビュー座標の現在のビュー座標系参照フレームから自然エンドスコープ座標系参照フレームへの変換を完了する。
【００４０】
特定の場合に、経度および緯度を有する座標系に制約される間に動作することが好ましい。これは、大きなビュー調整が必要とされ、ユーザが表示される腔内の特徴の相対位置を全体的に維持することを所望する場合に当てはまることが多い。残念ながら、自然エンドスコープ座標系が観察される腔と都合よく位置合わせされることはあまりない。従って、フリーフレームモードとして考えられ得る動作の第３のモードが提供される。
【００４１】
図４に示されるように、調整を特定するための制御座標系は、腔３８内で規定された任意の座標系７０と位置合わせされる。任意の座標系７０は、重力または特に目立つ特徴と位置合わせされ得、かつ、自動的にか、またはユーザの指示に基づいて生成され得る。例えば、ユーザは、方向を選択することによって任意の座標系の配向を特定して、任意の座標系の極と一致させ得る。あるいは、座標系は、重力に対して応答する加速度センサ（ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ）の出力に基づいて規定され得る。以下の変数は、任意の座標系７０の配向を格納するためのインターフェースシステムに提供される：
θＦ＝  ビューが任意の座標系７２の極に位置合わせされた場合のエンドスコープの縦軸の周りのビューベクトルの角度を表すエンコーダ値を格納する。
【００４２】
ΦＦ＝  ビューが任意の座標系７２の極に位置合わせされた場合の縦軸に対して垂直の
軸の周りのビューベクトルの角度を表すエンコーダ値を格納する。
【００４３】
ζＦ＝  ビューが任意の座標系７２の極に位置合わせされた場合のビューの任意の回転配向の角度を表すエンコーダ値を格納する。
フリーフレームモードを制御する際に、ビューは、任意の座標系に関して規定および特定される。以下の変数は、任意の座標系におけるビューの配向を格納するためのインターフェースシステムに提供される：
αＦ＝  任意の座標系におけるビューベクトルの緯度値を格納する。
【００４４】
βＦ＝  任意の座標系におけるビューベクトルの経度値を格納する。
【００４５】
γＦ＝  任意の座標系におけるビューの任意の回転配向の角度を格納する。
ユーザからの入力は、任意の座標系内のビューの配向に直接付与される。ジョイスティックからのＸ値は、αＦをインクリメントするために用いられる。ジョイスティックからのＹ値は、βＦＦをインクリメントするために用いられる。ジョイスティックからのＺ値は、γＦをインクリメントするために用いられ得る。しかしながら、γＦは、任意の座標系の使用を簡略化するために、通常、フリーフレームモードで一定に保たれる。変数θＦ、ΦＦ、およびζＦは、エンドスコープのデフォルト位置に対する任意の座標系の配向を表す等式５で用いられる。
【００４６】
【数４】
2005512626.tif 000006
（等式５）
変数αＦ、βＦ、およびγＦは、任意の座標系内の所望のビューの配向を表す等式６で用いられる。
【００４７】
【数５】
2005512626.tif 000007
（等式６）
等式７の回転マトリクスは、エンドスコープのデフォルト位置に対する所望のビューの配向を表す。
【００４８】
Ｒ（θＤ，ΦＤ，ζＤ）＝Ｒ（θＦ，ΦＦ，ζＦ）・Ｒ（αＦ，βＦ，γＦ）
（等式７）
等式７の回転マトリクスは、さらに、等式８の回転マトリクスとしても表現され得、所望のエンドスコープコンフィギュレーション変数θＤ、ΦＤ、およびζＤを含む。
【００４９】
【数６】
2005512626.tif 000008
（等式８）
等式５〜８の回転マトリクスは、所望のビュー座標の任意の座標系参照フレームから自然
エンドスコープ座標系参照フレームへの変換を完了する。
【００５０】
インターフェースシステムにおけるフリーフレームのさらなるセットは、ユーザが複数の任意の座標系を格納することを可能にする。これらの座標系は、独立して構成され得、各々が選好の異なったセットに基づく。異なった２２の座標系または異なったモードから任意の座標系にスイッチングした場合、任意の座標系が用いられる前に、所望の任意の座標系についてαＦ、βＦ、およびγＦの現在のビュー値が決定される。αＦ、βＦ、およびγＦを計算するために、等式９の回転マトリクス、等式５の回転マトリクスの逆が必要とされる。
【００５１】
【数７】
2005512626.tif 000009
（等式９）
等式１０の回転マトリクスは、任意の座標系内のビューの配向を表す。
【００５２】
Ｒ（αＦ，βＦ，γＦ）＝Ｒ−１（θＦ，ΦＦ，ζＦ）・Ｒ（θＣ，ΦＣ，ζＣ）
（等式１０）
等式１０の回転マトリクスは、等式１１の回転ｎマトリクスとしても表現され得、ビュー配向変数αＦ，βＦ，γＦを含む。
【００５３】
【数８】
2005512626.tif 000010
（等式１１）
等式９〜１１の回転マトリクスは、現在のビュー座標の自然エンドスコープ座標系参照フレームから任意の座標系参照フレームへの変換を含む。
【００５４】
メモリは、エンコーダ変数の複数のセットを格納するためのインターフェースシステムに提供される。エンコーダ変数のセットの各々は、格納されたエンドスコープコンフィギュレーションである。格納されたエンドスコープコンフィギュレーションの各々は、ビューに対応する。格納されたエンドスコープコンフィギュレーションは、ユーザが前のビューに戻ることを可能にする。
【００５５】
エンドスコープビデオイメージおよびさらなる関連情報は、ビデオ表示デバイス上に簡便な態様でユーザに提供される。図５は、このプレゼンテーションの実施形態を示す。表示デバイスのスクリーン７４は、異なった目的をそれぞれが有する複数の区画に組織化される。スクリーン７４の大きい区画は、エンドスコープからのビデオイメージ７６を表示するために用いられる。座標系７７の表現は、ユーザがその座標系を理解および使用することを支援ために、ビデオイメージ７６上にグラフィックにより重ね合わされ得る。いくつかのより小さいキャプチャされたイメージ７８が提供され、それぞれ１つが格納されたエンドスコープコンフィギュレーションに対応する。キャプチャされたイメージ７８は、名称の代わりに機能して、ユーザが格納された各々のエンドスコープコンフィギュレーションを容易に識別することを可能にする。ユーザが現在のビュー３０を理解することを支援するために、コンピュータによって生成されたエンドスコープの図示８０が提供される
。図示８０は、エンドスコープ１０、および腔の外側のビューポイントからの現在のビュー３０を示す。１つ以上の座標系８１が、さらに、この図示８０に示され得る。さらに、図示８０は、シミュレーションされた重要な特徴または他のマーキング（図示せず）を備え、ユーザの状況理解を支援し得る。例えば、手術前の走査で位置が突止められた、除去されるべき腫瘍が図示８０に示され得、外科医が腫瘍の位置を視覚的に突止めおよび識別することを支援する。スクリーン７４のさらに別の区画において、現在のモードおよび表示の設定８２が表示される。これに代わる実施形態において、上述の情報は、複数の表示デバイス上に表示され得る。例えば、エンドスコープイメージは、他のエンドスコープ動作システム情報とは別個に表示され得る。
【００５６】
図６Ａは、本発明の実施形態による、図２に示される中央制御ユニット４４の動作を示すフローチャートである。中央制御ユニット４４は、ユーザ入力８４を示す信号を待つ。このユニットがジョイスティック入力８６を受信した場合、こえは、ユーザによって所望されるビュー調整の実行をするための準備をする。この調整を達成する第１のステップは、インターフェースシステム８８の現在の動作モードを識別することである。次のステップは、上述のように、現在の動作モード９０、９２、９４に対応する様式で所望のコンフィギュレーション変数θＤ、ΦＤ、およびζＤの値を計算することである。これらの値は、その後、モータ９６を適切に動かすモータコントローラユニット４６に送信される。一旦この動きが完了すると、インターフェースシステムはリセットして、別の入力８４を待つ。
【００５７】
中央制御ユニット４４がボタン入力９８を受取った場合、最初に、押されたボタン１００のタイプを識別する。ユーザが新しいモード１０２をセットすることを選択した場合、モードは変更され、調整シーケンスが開始する１０４．ユーザが格納されたエンドスコープコンフィギュレーション１０６を選択した場合、インターフェースシステムは、エンドスコープに指示して、そのエンドスコープコンフィギュレーション９６に直接適合させる。ユーザが現在のエンドスコープコンフィギュレーション１０８を保存することを選択した場合、インターフェースシステムはリセットして、別の入力８４を待つ前に、現在のエンドスコープコンフィギュレーション変数および現在のイメージがメモリに格納される。ユーザがインターフェース設定１１０を調整することを選択した場合、適切な調整が行われ、インターフェースシステムはリセットして、別の入力８４を待つ。
【００５８】
必要とされる計算が好ましい実施形態の動作の各モードに固有であっても、これらの計算は、だいたいは類似である。エンドスコープフレームモードは、エンドスコープの自然座標系と位置合わせされた座標系を利用することによって、フリーフレームモードでシミュレートされ得る。これにより、エンドスコープフレームモードについての別個の計算方法の必要がなくなる。ビューフレームモードおよびフリーフレームモードの両方は、類似のマトリクス乗算を含む。従って、図６Ｂに示されるように、プログラムは、３つのモードを単一の計算モジュール１１２に組み合わせることによって簡略化され得る。調整を計算する場合に、現在のモードに適した値が、最初に、変数１１４に割り当てられる。その後、所望のエンコーダ値について解くために一般的なマトリクス計算１１６が用いられ得る。
【００５９】
従って、本発明は、簡単に使用でき、かつ、ユーザの必要に応じてエンドスコープの複数の自由度を同時かつ正確に調整することができるビューエンドスコープの可変方向のインターフェースを提供する。
【００６０】
本発明は、現在の好ましい実施形態を用いてこれまで記載され、これにより、本発明が理解され得る。しかしながら、ビューエンドスコープの可変方向のインターフェースの複数の代替的構成、および本明細書中には特に記載されないが本発明が適用可能である動作
の方法がある。例えば、本発明の好ましい実施形態の表示機能が、エンドスコープを制御しないシステムにおいて用いられ得る。図１に示されるタイプのエンドスコープには特定の式が与えられるが、選択されたエンドスコープの動作と一致する計算機能が提供された場合、本発明のインターフェースは、ビューエンドスコープの可変の方向の任意のタイプに適用され得る。いくつかのエンドスコープの変形が、モータおよびエンコーダではなく電子処理およびメモリを利用してビュー調整を行う。さらに、外科処置において使用するエンドスコープに関する例が与えられたが、本発明は、種々の機械的構造内で用いるボアスコープ等に対して同様に適用可能である。従って、本発明の範囲は、例示された実施例によって限定されないが、むしろ、本発明は、多指向性表示機器および手順に対して一般に広く適用可能である。すべての改変、変更、または等価素子、および実装は、添付の請求項の範囲に含まれ、従って、本発明の範囲に含まれると考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１Ａ】図１Ａは、従来技術の基本的動作特性の図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、従来技術の基本的動作特性の図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、従来技術の基本的動作特性の図である。
【図２】図２は、本発明の好ましい実施形態による完全なエンドスコープの動作システムの例示である。
【図３】図３は、本発明の好ましい実施形態による動作のビューフレームを示す図である。
【図４】図４は、本発明の好ましい実施形態による動作のフリーフレームによって規定された任意の座標系の例示である。
【図５】図５は、本発明の好ましい実施形態によるエンドスコープの動作システムから出力された表示を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の実施形態による中央制御ユニットの動作を例示するフローチャートである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の実施形態による中央制御ユニットの動作を例示するフローチャートである。
【図１Ａ】
2005512626.tif 000011
【図１Ｂ】
2005512626.tif 000012
【図１Ｃ】
2005512626.tif 000013
【図２】
2005512626.tif 000014
【図３】
2005512626.tif 000015
【図４】
2005512626.tif 000016
【図５】
2005512626.tif 000017
【図６Ａ】
2005512626.tif 000018
【図６Ｂ】
2005512626.tif 000019
【国際調査報告】
2005512626.tif 000020
2005512626.tif 000021