(57)【要約】【課題】単眼の内視鏡を使用して測距対象までの距離測定を行う。【解決手段】本発明に係る内視鏡による距離測定方法は、入力部からの方向指示に基づいて可動関節を制御し、撮像部の視軸を移動させるとともに、撮像部が取得した撮像画像を出力する撮像処理と、測距制御量に基づき可動関節を制御して撮像部の視軸を移動させる移動処理を実行するとともに、移動処理実行前に撮像した第１の撮像画像と、移動処理実行中に撮像した第２の撮像画像を取得し、第１の撮像画像と第２の撮像画像と測距制御量に基づいて測距対象までの距離を算出する測距処理と、を切り替えて実行可能とする。【選択図】図８
2015123201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動関節により撮像部の視軸を移動可能とする内視鏡による距離測定方法であって、
撮像処理と、測距処理を切り替えて実行可能とし、
前記撮像処理は、入力部からの方向指示に基づいて前記可動関節を制御し、前記撮像部の視軸を移動させるとともに、前記撮像部が取得した撮像画像を出力し、
前記測距処理は、測距制御量に基づき前記可動関節を制御して前記撮像部の視軸を移動させる移動処理を実行するとともに、前記移動処理実行前に撮像した第１の撮像画像と、前記移動処理実行中に撮像した第２の撮像画像を取得し、前記第１の撮像画像と前記第２の撮像画像と前記測距制御量に基づいて測距対象までの距離を算出する
内視鏡による距離測定方法。
【請求項２】
前記測距処理は、前記移動処理の実行後、前記可動関節を前記移動前の状態に復帰させる復帰処理を実行する
請求項１に記載の内視鏡による距離測定方法。
【請求項３】
前記測距処理は、前記測距制御量に基づき前記撮像部の視軸角度を変更する
請求項１に記載の内視鏡による距離測定方法。
【請求項４】
前記測距処理は、前記測距制御量に基づき前記撮像部の視軸を平行移動させる
請求項１に記載の内視鏡による距離測定方法。
【請求項５】
前記測距処理は、前記移動処理実行中に撮像した複数の撮像画像から前記第２の撮像画像を決定する
請求項１に記載の内視鏡による距離測定方法。
【請求項６】
前記測距処理は、測距試行処理で算出された距離に応じた測距制御量を使用する
請求項１に記載の内視鏡による距離測定方法。
【請求項７】
前記測距処理は、前記第１の撮像画像と前記第２の撮像画像と前記測距制御量に加え、検出部で検出された前記内視鏡の移動量を使用して、測距対象までの距離を算出する
請求項１に記載の内視鏡による距離測定方法。
【請求項８】
可動関節により撮像部の視軸を移動可能とする内視鏡による距離測定方法であって、
追従撮像処理と、測距処理を実行可能とし、
前記追従撮像処理は、設定されている追従基準面に対して、前記撮像部の視軸が所定角度を有するように前記可動関節を制御するととともに、前記撮像部が取得した撮像画像を出力し、
前記測距処理は、前記追従撮像処理中に撮像した第１の撮像画像及び第２の撮像画像、及び、前記第１の撮像画像を取得した時点と前記第２の撮像画像を取得した時点の間の前記内視鏡の移動量を使用して、測距対象までの距離を算出する
内視鏡による距離測定方法。
【請求項９】
前記可動関節は、複数位置で可動可能である
請求項１から８の何れか１項に記載の内視鏡による距離測定方法。
【請求項１０】
撮像部と、可動関節と、入力部と、制御部を備え、
前記撮像部は、撮像により撮像画像を取得可能とし、
前記可動関節は、制御部の指示に基づいて前記撮像部の視軸を移動可能とし、
前記入力部は、前記可動関節の方向指示を入力可能とし、
制御部は、撮像処理と、測距処理を切り替えて実行可能とし、
前記撮像処理は、前記入力部の方向指示に基づいて前記可動関節を制御し、前記撮像部の視軸を移動させるとともに、前記撮像部が取得した撮像画像を出力し、
前記測距処理は、測距制御量に基づき前記可動関節を制御して前記撮像部の視軸を移動させる移動処理を実行するとともに、前記移動処理実行前に撮像した第１の撮像画像と、前記移動処理実行中に撮像した第２の撮像画像を取得し、前記第１の撮像画像と前記第２の撮像画像と前記測距制御量に基づいて測距対象までの距離を算出する
内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外科手術において患者の体内に挿入し、患者体内を観察する内視鏡による距離測定方法及び内視鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、患者の体表に体表と体内を挿通するトロッカーを差し込み、トロッカーから各種医療器具を挿入し、患者の体内において各種施術、検診を行う腹腔鏡手術が行われている。この腹腔鏡手術は、患者の体表における切開部が小さくてすむため、患者に対する負担が少なくてすむ一方、患者の体内を内視鏡で観察しつつ施術を行う必要があるため、内視鏡の視認性、医療用器具の操作性の向上が必要とされている。腹腔鏡手術では、患者体内の様子を内視鏡の映像で把握しなければならず、映像から詳細な情報を得る方法の一つとして、内視鏡による距離計測が行われている。
【０００３】
特許文献１には、内視鏡の挿入量をエンコーダで計測し、挿入前後の画像上の対象物の特徴点位置から、内視鏡と対象物の距離を計測する測定内視鏡装置が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、内視鏡の移動量を計測し、移動前の画像と移動後の画像を比較することで距離を計測する内視鏡システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−８０８２４号公報
【特許文献２】特許第３０４１４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示される測定内視鏡装置は、進退量の補正のみであるため、光軸が回転する際には正確な距離計測を行うことができない。特許文献２に開示される内視鏡システムは、人の手で操作した移動量に基づいて演算を行うため、移動量、方向の再現性がなく、安定した精度での距離計測を行うことが困難である。本発明に係る内視鏡による距離測定方法、並びに、内視鏡システムは、安定した精度で距離計測を行うことを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのため、本発明に係る内視鏡による距離測定方法は、
可動関節により撮像部の視軸を移動可能とする内視鏡による距離測定方法であって、
撮像処理と、測距処理を切り替えて実行可能とし、
前記撮像処理は、入力部からの方向指示に基づいて前記可動関節を制御し、前記撮像部の視軸を移動させるとともに、前記撮像部が取得した撮像画像を出力し、
前記測距処理は、測距制御量に基づき前記可動関節を制御して前記撮像部の視軸を移動させる移動処理を実行するとともに、前記移動処理実行前に撮像した第１の撮像画像と、前記移動処理実行中に撮像した第２の撮像画像を取得し、前記第１の撮像画像と前記第２の撮像画像と前記測距制御量に基づいて測距対象までの距離を算出する。
【０００８】
さらに本発明に係る内視鏡による距離測定方法において、
前記測距処理は、前記移動処理の実行後、前記可動関節を前記移動前の状態に復帰させる復帰処理を実行する。
【０００９】
さらに本発明に係る内視鏡による距離測定方法において、
前記測距処理は、前記測距制御量に基づき前記撮像部の視軸角度を変更する。
【００１０】
さらに本発明に係る内視鏡による距離測定方法において、
前記測距処理は、前記測距制御量に基づき前記撮像部の視軸を平行移動させる。
【００１１】
さらに本発明に係る内視鏡による距離測定方法において、
前記測距処理は、前記移動処理実行中に撮像した複数の撮像画像から前記第２の撮像画像を決定する。
【００１２】
さらに本発明に係る内視鏡による距離測定方法において、
前記測距処理は、測距試行処理で算出された距離に応じた測距制御量を使用する。
【００１３】
さらに本発明に係る内視鏡による距離測定方法において、
前記測距処理は、前記第１の撮像画像と前記第２の撮像画像と前記測距制御量に加え、検出部で検出された前記内視鏡の移動量を使用して、測距対象までの距離を算出する。
【００１４】
また本発明に係る内視鏡による距離測定方法は、
可動関節により撮像部の視軸を移動可能とする内視鏡による距離測定方法であって、
追従撮像処理と、測距処理を実行可能とし、
前記追従撮像処理は、設定されている追従基準面に対して、前記撮像部の視軸が所定角度を有するように前記可動関節を制御するととともに、前記撮像部が取得した撮像画像を出力し、
前記測距処理は、前記追従撮像処理中に撮像した第１の撮像画像及び第２の撮像画像、及び、前記第１の撮像画像を取得した時点と前記第２の撮像画像を取得した時点の間の前記内視鏡の移動量を使用して、測距対象までの距離を算出する。
【００１５】
さらに本発明に係る内視鏡による距離測定方法は、前記可動関節は、複数位置で可動可能である。
【００１６】
また本発明に係る内視鏡システムは、
撮像部と、可動関節と、入力部と、制御部を備え、
前記撮像部は、撮像により撮像画像を取得可能とし、
前記可動関節は、制御部の指示に基づいて前記撮像部の視軸を移動可能とし、
前記入力部は、前記可動関節の方向指示を入力可能とし、
制御部は、撮像処理と、測距処理を切り替えて実行可能とし、
前記撮像処理は、前記入力部の方向指示に基づいて前記可動関節を制御し、前記撮像部の視軸を移動させるとともに、前記撮像部が取得した撮像画像を出力し、
前記測距処理は、測距制御量に基づき前記可動関節を制御して前記撮像部の視軸を移動させる移動処理を実行するとともに、前記移動処理実行前に撮像した第１の撮像画像と、前記移動処理実行中に撮像した第２の撮像画像を取得し、前記第１の撮像画像と前記第２の撮像画像と前記測距制御量に基づいて測距対象までの距離を算出する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の内視鏡による距離測定方法、並びに、内視鏡システムによれば、撮像部の視軸方向を移動させる可動関節の動きを利用して、第１、第２の撮像画像を取得し、取得した第１、第２の撮像画像、及び、可動関節の動作量にあたる測距制御量を使用して、測距対象までの距離を算出することで、患者体内において、安定した精度で距離を計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】医療用器具（内視鏡、鉗子）を使用した腹腔鏡手術の様子を示す図
【図２】複眼内視鏡の先端の様子を示す図
【図３】複眼内視鏡によるステレオ計測原理を説明する図
【図４】本発明の実施形態に係る内視鏡の構成、制御形態を示す図
【図５】本発明の実施形態に係るトロッカーの外観を示す図
【図６】本発明の実施形態に係るトロッカーの内部構成を示す図
【図７】本発明の実施形態に係るトロッカーセンサーの構成を示す模式図
【図８】本発明の実施形態に係る医療システムによる体内観察時の様子を示す図
【図９】本発明の実施形態に係る医療システムの制御構成を示すブロック図
【図１０】本発明の実施形態に係る医療システムの制御フロー図
【図１１】本発明の実施形態に係る内視鏡の測距時の動作を説明するための図
【図１２】本発明の実施形態に係る内視鏡による疑似ステレオ計測原理を説明する図
【図１３】本発明の他の実施形態に係る内視鏡の構成、制御形態を示す図
【図１４】本発明の他の実施形態に係る内視鏡の測距時の動作を説明するための図
【図１５】本発明の他の実施形態に係る内視鏡の構成、制御形態を示す図
【図１６】本発明の実施形態に係る測距用画像の決定方法を説明するための図
【図１７】本発明の他の実施形態に係る医療システムの制御フロー図
【図１８】本発明の実施形態に係る測距試行処理を示すフロー図
【図１９】本発明の実施形態に係る測距処理を示すフロー図
【図２０】本発明の実施形態に係る追従撮像処理時に行う測距処理を説明するための図
【図２１】本発明の他の実施形態に係る医療システムによる体内観察時の様子を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、各種医療用器具を使用した腹腔鏡手術の様子を示したものである。腹腔鏡手術では、患者の腹部などに複数の穴を開け、内視鏡２、鉗子２’、（電気）メス等の各種医療用器具を挿入し、内視鏡２で撮像された映像を確認することで、患部Ａの観察、施術が行われる。この腹腔鏡手術は、切開領域が少なくて済むため、患者に対する負担を軽減することが可能である。
【００２０】
腹腔鏡手術では、患者の体壁に開けた穴にトロッカー（チャネル）１ａ〜１ｄと呼ばれる管を差し込み、このトロッカー１ａ〜１ｄを介して患者の体内に各種医療用器具が挿入される。トロッカー１ａには内視鏡２が挿入され、トロッカー１ｄには鉗子２’が挿入された状態が示されている。内視鏡２の先端部分には、撮像部２８が設けられており、撮像部２８で撮像された画像はモニタ等の表示部に表示される。通常、内視鏡２はスコピストと呼ばれる補助者によって操作され、施術者Ｂの指示に基づいて観察対象が撮像される。鉗子２’の先端部分には、エンドエフェクタとしての先端把持部２６が設けられており、施術者Ｂ（使用者）は鉗子２’を操作することで、この先端把持部２６を開閉し、患部Ａに対する施術を行う。このように腹腔鏡術では、施術者Ｂは内視鏡２による画像を観察しつつ、鉗子２’等による施術を行うことが可能である。
【００２１】
このような腹腔鏡手術では、患者体内の様子をより正確に把握するため、患者体内で距離計測を行うことがある。距離計測には各種方法があるが、その一つとして複眼の内視鏡、すなわち２つの撮像部を備えた内視鏡を使用し、ステレオ計測原理により内視鏡の先端から観察対象までの距離を計測することが可能である。図２には、このような複眼内視鏡２の先端の様子が示されている。複眼内視鏡２は、先端部分に２つの撮像部ＯＬ、ＯＲを備え、各撮像部ＯＬとＯＲの間は距離ｄ（視差）が設けられている。複眼内視鏡２では、
観察対象までの距離を計測することの他、観察対象を三次元観察することが可能である。
【００２２】
図３は、複眼内視鏡２を使用したステレオ計測原理を説明する図である。複眼内視鏡２の視軸をｚ軸、それに直交する軸をｘｙ平面（ｙ軸は省略）にとっている。各撮像部ＯＬ、ＯＲ（焦点距離ｆ）で撮像された測距対象は、撮像画像ＰＬ、ＰＲ上、位置ＸＬ、ＸＲに位置することになる。２つの撮像部ＯＬ、ＯＲ間の距離（視差）をｄとした場合、複眼内視鏡２から測距対象までの距離Ｚは、三角測量の原理により、（１）式で算出することが可能である。
Ｚ＝ｄ・ｆ／（ＸＬ−ＸＲ）      ・・・（１）
【００２３】
このように２つの撮像部ＯＬ、ＯＲを先端に備えた複眼内視鏡２で撮像した撮像画像ＰＬ、ＰＲを使用することで、撮像画像中の適宜箇所における測距対象までの距離を算出することが可能である。しかしながら、複眼内視鏡２は、２つの撮像部ＯＬ、ＯＲを先端部に設ける必要があるとともに、径が大きくなってしまう。本発明は、このような従来の距離測定方法を鑑みたものであって、単眼（撮像部は１つ）の内視鏡において、距離測定を行うことに関する。
【００２４】
図４は、本発明の実施形態に係る内視鏡の構成、制御形態を示す図である。図４（Ａ）には、コントローラ３との接続関係が示されているが、図４（Ｂ）についても同様（図示せず）である。医療用器具としての内視鏡２は、把持部材２７に連結する第１シャフト２４ａ、第１シャフト２４ａに対し可動関節２５を介して回動可能に連結された第２シャフト２４ｂを備えている。第２シャフト２４ｂの先端には、エンドエフェクタとしての撮像部２８が配設されている。本実施形態では、１つの撮像部２８を使用した形態（単眼）である。撮像部２８で撮像された撮像画像は、コントローラ３に出力され、施術者はモニタ４などの表示部に撮像画像を表示させることで、患者の体内の様子を観察することが可能である。
【００２５】
把持部材２７には、方向入力部２１ａと測距指示部２１ｂが設けられており、施術者による撮像部２８の方向（視軸方向）の調整操作、並びに、測距指示操作を行うことが可能である。図４（Ｂ）に示されるように、方向入力部２１ａを操作に基づき、駆動部２２が駆動される。駆動部２２による駆動量は、可動関節２５にワイヤーなどの手段で伝達され可動関節２５を回動させる。可動関節２５の回動に基づき、第２シャフト２４ｂの先端に設けられた撮像部２８による撮像方向（視軸方向）が調整される。可動関節２５は、紙面上での２次元動作で示しているが、紙面に直交する方向を含む３次元動作も可能である。
【００２６】
以上説明した内視鏡２を、患者の体表と体内を連通するトロッカー１に挿入することで、腹腔鏡手術における体内観察が可能となる。本実施形態のある形態においては、トロッカー１に設けた各種センサーにより検出した、内視鏡２等の医療用器具の状態を使用することとしている。そのため図５〜図７には、各種センサーを備えたトロッカー１の構成が示されている。
【００２７】
図５には、本発明の実施形態の医療システムで使用可能なトロッカー１の外観が示されている。本実施形態のトロッカー１は、上部筐体１１１、下部筐体１１２、筒部１１３を有して構成されている。上部筐体１１１には、各種医療用器具を挿入するための挿通孔１１５が設けられている。筒部１１３は、患者の体内に挿入される部分である。挿通孔１１５から挿入された医療用器具は、下部筐体１１２、筒部１１３の内部を通過して、筒部１１３の下端から患者体内に挿入され、患者体内の観察、あるいは、患者体内での処置を行う。
【００２８】
上部筐体１１１内部には、トロッカー１の状態、そして、挿通孔１１５から挿入された
医療用器具の状態を検出するための各種センサーが配置されている。各種センサーからの出力信号は、ケーブル１１４を介してコントローラ３へ送信される。なお、ケーブル１１４は、各種センサーに対する電源供給機能も有している。各種センサーとコントローラ３との通信は、このような有線通信としてもよいが、無線通信、並びに、バッテリ駆動を採用することで、トロッカー１からケーブル１１４を排除することも可能である。
【００２９】
図６には、本発明の実施形態に係るトロッカー１の内部構成を示す断面図が示されている。図５において上部筐体１１１には、挿通孔１１５が設けられていることを説明したが、この断面図において、挿通孔１１５から筒部１１３の下端まで示される褐色部分は、連通する部分であり、各種医療用器具が挿入される部分である。上部筐体１１１と下部筐体１１２は、クリップ状の結合部材１１６Ｒ、１１６Ｌにて連結、取り外しが可能となっている。トロッカー１の使用時には、図６（Ａ）に示されるように上部筐体１１１と下部筐体１１２を連結した状態で使用し、清掃など行う際には、図６（Ｂ）に示されるように上部筐体１１１を下部筐体１１２から取り外した状態とすることが可能である。このような構成により、筒部１１３及び筒部１１３清掃、消毒、あるいは、交換を容易にするとともに、各種センサーを有する上部筐体１１１部分のメンテナンスを容易に行うことが可能となっている。なお、トロッカー１は、上部筐体１１１と下部筐体１１２が一体化した１つの筐体とすることも可能である。
【００３０】
本実施形態のトロッカー１は、上部筐体１１１内に各種センサー（トロッカーセンサー１２）を有している。本実施形態では、トロッカーセンサー１２として、傾斜角検出センサー１２１、進退量検出センサー１２２、回転量検出センサー１２３を有して構成している。傾斜角検出センサー１２１は、トロッカー１が、基準座標系に対してどの方向を向いているか傾斜角を検出するためのセンサーである。ここで、基準座標系とは、患者あるいは地面といった固定物に対して定義される座標系であり、傾斜角検出センサー１２１としては、加速度センサーなどの各種センサー使用することが可能である。加速度センサーは、自己にかかる加速度を検出することで、トロッカー１がどの方向を向いているか、すなわち、基準座標系に対する傾斜角を検出することが可能である。
【００３１】
進退量検出センサー１２２は、トロッカー１に挿入された医療用器具がトロッカー１の挿通方向（図６では上下方向）に対する進退量を検出するセンサーである。図１で説明したように医者などの施術者は、トロッカー１に対して医療用器具を抜き差しすることで、患者体内において医療用器具を操作して適切な位置に移動させる。進退量検出センサー１２２は、トロッカー１に対する医療用器具の挿入位置を進退量として検出することが可能である。図６（Ａ）には、トロッカー１の挿通方向の中心軸Ｃが一点鎖線で示されている。進退量検出センサー１２２は、この中心軸Ｃに平行な移動量を進退量として検出する。本実施形態における進退量検出センサー１２２は、進退量検出ローラ１２２ａとフォトセンサー１２２ｂの組み合わせで構成されている。
【００３２】
回転量検出センサー１２３は、施術者などの操作に応じて回転する医療用器具の回転量を検出するセンサーである。挿通孔１１５に挿入された医療用器具に対して、中心軸Ｃを軸とする回転操作を行うことで、医療用器具の先端に設けられたエンドエフェクタの向きを患者体内で変更することが可能である。回転量検出センサー１２３は、この回転量を検出することで、医療用器具のエンドエフェクタがどの向きを向いているかを検出することが可能である。本実施形態における回転量検出センサー１２３は、回転量検出ローラ１２３ａとフォトセンサー１２３ｂの組み合わせで構成されている。
【００３３】
以上、トロッカー１の内部構成について説明したが、トロッカー１内に配設されたトロッカーセンサー１２は、図６中には示さない通信部１３を介して、検出信号をコントローラ３へ出力する。本実施形態のトロッカーセンサー１２の動作について、図７に示したト
ロッカーセンサー１２の構成を示す模式図を用いて説明を行う。図７は、図６のトロッカー１内部に配設されるトロッカーセンサー１２の構成を模式的に示した図面であり、トロッカー１に対して医療用器具の第１シャフト２４が挿入された状態が示さされている。なお、図７には、医療用器具の先端に設けられたエンドエフェクタなどは省略して記載している。
【００３４】
トロッカー１の挿通孔１１５の径は、医療用器具の挿入を可能とするように第１シャフト２４など、医療用器具の挿入部分よりも若干余裕を有して設定されている。トロッカー１は、患者の体表付近に固定されることとなるが、医療用器具の操作に連動して、ある点を基準として回動するピボット回動を行うこととなる。トロッカー１の筐体に固定された傾斜角検出センサー１２１は、トロッカー１のピボット回動を検出することで、基準座標系におけるトロッカー１の方向、すなわち、医療用器具の方向を検出することを可能としている。
【００３５】
本実施形態の進退量検出センサー１２２は、図６で説明したように進退量検出ローラ１２２ａとフォトセンサー１２２ｂの組み合わせで構成されている。進退量検出ローラ１２２ａは、図７の面内に垂直な方向を回転軸として有するローラである。この進退量検出ローラ１２２ａは、スプリングなどの弾性部材によって挿通孔１１５側に付勢され、挿通孔１１に挿入された医療用器具（第１シャフト２４）の表面と接触し、医療用器具の進退量をその回転量に変換する。進退量検出ローラ１２２ａの回転軸には、エンコーダが設けられており、進退量検出ローラ１２２ａの回転量を進退量として出力する。本実施形態では、進退量をキャリブレート（初期値に設定）するため、挿通孔１１５内に面したフォトセンサー１２２ｂが設けられている。このフォトセンサー１２２ｂは、医療用器具（第１シャフト２４など）側に設けられた進退位置検出マーク２４１を検知することで、進退量検出ローラ１２２ａで検出された進退量をキャリブレートする。したがって、医療用器具が挿通孔１１５内で進退を行う際、この進退位置検出マーク２４１がフォトセンサー１２２ｂ部分を通過する毎に、進退量はキャリブレート（初期値に設定）されることとなり、トロッカー１に対する医療用器具の正確な進退量を検出することを可能としている。
【００３６】
本実施形態の回転量検出センサー１２３は、図６で説明したように回転量検出ローラ１２３ａとフォトセンサー１２３ｂの組み合わせで構成されている。回転量検出ローラ１２３ａは、図７の上下方向に向く回転軸を有するローラである。この回転量検出ローラ１２３ａは、スプリングなどの弾性部材によって挿通孔１１５側に付勢され、挿通孔１１５に挿入された医療用器具（第１シャフト２４）の表面と接触し、医療用器具の回転量を回転検出ローラ１２３ａの回転量に変換する。なお、回転量検出ローラ１２３ａの接触面には、医療用器具の挿入方向に対する移動を阻害しない部材（ベアリングなど）を設けておくことが好ましい。回転量検出ローラ１２３ａの回転軸には、エンコーダが設けられており、回転量検出ローラ１２３ａの回転量を医療用器具の回転量として出力する。本実施形態では、回転量をキャリブレート（初期値に設定）するため、挿通孔１１５内に面したフォトセンサー１２３ｂが設けられている。このフォトセンサー１２３ｂは、医療用器具（第１シャフト２４など）側に設けられた回転位置検出マーク２４２を検知することで、進退量検出センサー１２２の場合と同様、回転量検出ローラ１２３ａで検出された回転量をキャリブレートする。
【００３７】
以上、トロッカー１に配設されたトロッカーセンサーについて説明したが、センサーの構成は、各種形態を採用することが可能である。例えば、本実施形態では、進退量、回転量を検出するため、ローラを使用する機械センサーの構成を採用しているが、進退量、回転量は、レーザマウスに用いられる表面の移動量、移動方向を検出可能な光学センサーを採用することも可能である。その場合、１つの光学センサーにて進退量及び回転量を検出することも可能である。本実施形態に係る医療システムは、患者体内に挿入される医療用
器具の方向、あるいは、方向と位置が必要とされる。本実施形態では、これらを検出するため、各種センサーをトロッカー１内に配設することで取り扱いを容易にしているが、医療用器具の方向、あるいは、方向と位置を検出は、トロッカー１外部に配設されたセンサーを使用することとしてもよい。例えば、トロッカー１に配設された傾斜角検出センサー１２１は、直接、医療用器具側に配設することとしてもよい。
【００３８】
図８は、本発明の実施形態に係る医療システムによる体内観察時の様子を示す図である。ここで説明する医療システム（内視鏡システム）は、前述した内視鏡２、トロッカー１、コントローラ３を主要構成として利用した形態となっている。本実施形態では、トロッカーセンサー１２を利用して、内視鏡２の位置、移動量といった各種状態を検出可能としているが、このトロッカーセンサー１２は、本発明の構成として、必ずしも必要とするものではなく、利用の形態に応じて適宜設けられる。
【００３９】
トロッカー１は、患者の体表Ｂに差し込まれた状態であり、患者の体表Ｂと体内を挿通孔１１５にて連通させている。トロッカー１の挿通孔１１５には、内視鏡２が挿入され、先端に設けられている撮像部２８にて患者体内の様子を観察可能としている。撮像部２８から出力される撮像画像は、コントローラ３に出力され、表示部としてのモニタ４に表示される。スコピスト等、内視鏡２の操作者が方向入力部２１ａを操作することで、可動関節２５が回動し、撮像部２８の視軸（撮像する方向）が可変する。操作者は、把持部材２７の位置を調整すると共に、方向入力部２１ａによる撮像部２８の視軸変更によって、観察方向を観察対象Ｐｔに向けることが可能である。
【００４０】
本実施形態では、操作者による把持部材２７の調整位置を、検出部としてのトロッカーセンサー１２で検出することが可能である。トロッカーセンサー１２で検出された内視鏡２の状態を示す情報は、コントローラ３に出力される。トロッカーセンサー１２では、内視鏡２の挿入量Ｌｂ、第１シャフト２４ａが水平面等基準座標系に対して形成する傾斜角度θｂ、回転検出ローラ１２３ａによる内視鏡２の回転角度等が検出可能である。また、コントローラ３は、方向入力部２１ａの操作に基づく、可動関節２５の制御角度θｊを検出することも可能としている。このような構成により、コントローラ３は、内視鏡２の状態を把握することが可能である。さらに、把持部材２７には、測距指示部２１ｂが設けられており、操作者の操作による観察対象に対する距離測定が可能となっている。
【００４１】
図９は、本発明の実施形態に係る医療システムの制御構成を示すブロック図である。医療システムは、内視鏡２とコントローラ３を主要構成として有している。また、外部構成としてトロッカー１に設けられた各種センサー類、撮像部２８からの撮像画像等を表示するモニタ４を備えている。
【００４２】
トロッカー１は、トロッカーセンサー１２として傾斜角検出センサー１２１、進退量検出センサー１２２、回転量検出センサー１２３、そして、通信部１３を備えて構成されている。内視鏡２は、操作入力部２１として、図４で説明した方向入力部２１ａ、そして、測距指示部２１ｂ、駆動部２２を有して構成されている。駆動部２２は、内視鏡２の可動関節２５を回動させるモータなどの部材である。駆動部２２は、可動関節２５を直接回動させる形態、あるいは、ワイヤーや糸などを介して間接的に回動させる形態がある。
【００４３】
トロッカー１、内視鏡２は、コントローラ３に接続されている。コントローラ３は、ＣＰＵなどで構成された制御部３１、記憶部としてのメモリ３２を備えて構成されている。メモリ３２には、医療システムで実行する各種プログラムを記憶するとともに、プログラム実行のために必要な各種信号、データを記憶することが可能である。
【００４４】
では、このような医療システム（内視鏡システム）を使用した距離測定について説明す
る。図１０には、本発明の実施形態に係る医療システムの制御フロー図である。この制御フロー図に示される処理は、腹腔鏡手術中、コントローラ３で行われる処理である。処理が開始されると、コントローラ３は、測距指示部２１ｂによる測距指示が入力されか否かを判定する（Ｓ１０１）。測距指示では無い場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、すなわち、内視鏡２の通常処理時、コントローラ３は、撮像部２８が取得した撮像画像をモニタ４に表示出力する（Ｓ１０８）。このとき、方向入力部２１ａに対する操作（方向指示）が行われた場合（Ｓ１０９：Ｙｅｓ）、操作に応じて駆動部２２にて可動関節２５を回動させる（Ｓ１１０）。このようにＳ１０８〜Ｓ１１０の処理では、従来の内視鏡２と同様、患者体内の観察を行うことが可能である。
【００４５】
一方、測距指示部２１ｂから測距指示が入力された場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、Ｓ１０２〜Ｓ１０７の測距処理を開始する。図１１には、内視鏡２の測距時の動作が示されている。測距処理では、まず、撮像部２８から第１の撮像画像を取得する（Ｓ１０２）。図１１（Ａ）は、第１の撮像画像取得時の内視鏡２先端の様子が示されている。撮像部２８の視軸Ｅ１は、第１シャフト２４ａの中心軸に対して関節角度θ１、傾斜した状態となっている。次にコントローラ３は、予め設定されている測距制御量に基づいて、駆動部２２を駆動して可動関節２５を回動開始する（Ｓ１０３）。
【００４６】
図１１（Ｂ）には、そのときの内視鏡２の測距時の動作が示されている。この例では、関節角度に対する測距制御量がθ３に設定されており、コントローラ３は、関節角度θ１から関節角度θ２（θ２＝θ１＋θ３）に可動関節２５を回動させる。駆動部２２の制御に基づき可動関節２５が関節角度θ２となったことが判定される（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、すなわち、図１１（Ｂ）の状態になった場合、コントローラ３は、撮像部２８から第２の撮像画像を取得する（Ｓ１０５）。その後、可動関節２５を測距処理開始前の状態、すなわち、図１１（Ａ）の状態に復帰させる復帰処理を実行する（Ｓ１０６）。測距処理における可動関節２５の回動中は、撮像部２８で撮像した撮像画像は、モニタ４に対して表示出力しないことが好ましい。測距処理における可動関節２５の回動は、操作者の意図した撮像画像が得られないため、この期間中は、撮像部２８で撮像している撮像画像に代え、測距処理開始直前の撮像画像を使用することで、モニタ４を観察する観察者の違和感を抑えることが可能となる。また、撮像部２８を元の状態に復帰させる復帰処理を実行することで、測距処理の前後にて連続した撮像画像を観察させることが可能となっている。
【００４７】
Ｓ１０７では、Ｓ１０２、Ｓ１０５で取得した、第１の撮像画像、第２の撮像画像に基づいて測距対象までの距離が算出される。第１の撮像画像と第２の撮像画像は、可動関節２５を回動させることで取得しているため視差を有した撮像画像となっている。そのため、第１の撮像画像と第２の撮像画像を使用し、図３で説明したステレオ計測原理と同様の原理にて、第１の撮像画像と第２の撮像画像に含まれる測距対象までの距離を算出することが可能である。ただし、可動関節２５の回動により、撮像部２８の視軸が回転しているため、回転による補正（座標系変換）を行うことが好ましい。
【００４８】
図１２には、本発明の実施形態に係る内視鏡による疑似ステレオ計測原理が図示されている。第１の撮像画像Ｐ１を取得した時の座標系をｘｚ、第２の撮像画像Ｐ２を取得した時の座標系をｘ’ｚ’とすると、ｘ’ｚ’座標系は、ｘｚ座標系は、測距制御量θ３、傾斜することとなる。また、回動半径Ｒは、内視鏡２の構成（可動関節２５と撮像部２８の位置関係等）として既知の値である。したがって、測距制御量θ３、回動半径Ｒを使用することで、ｘ’ｚ’座標系とｘｚ座標系を整合させる座標系変換を行うことで、図３で説明したステレオ計測原理と同様の原理にて、撮像部２８から測距対象までの距離を算出することが可能である。
【００４９】
測定対象は、第１の撮像画像と第２の撮像画像の両方に含まれる適宜箇所について算出
することが可能である。例えば、第１の撮像画像の中心位置を測距対象として選択した場合、コントローラ３は、モニタ４に表示される撮像画像に、算出した距離を数値で表示することが考えられる。また、測距対象は、操作者により選択されるものであってもよい。あるいは、複数の測距対象について距離を算出することとしてもよい。その場合、撮像画像上に等高線などで距離を表示することも可能である。あるいは、算出した距離を表示することに代え、近接警告に利用することとしてもよい。算出した距離が所定未満の場合、モニタ４あるいはスピーカー等を使用することで、体内の内壁等に近づきすぎであることを警告してもよい。また，距離に応じて可動関節の制御パラメータを変更するために、計測された距離情報を使用してもよい。例えば、距離が近いときには、方向入力部からの指示量にかける係数を小さくし、距離が遠いときには係数を大きくすることで、対象物との距離が変化しても入力に対する視野の変化率が一定となり操作性の向上が見込める。
【００５０】
本実施形態の測距処理（Ｓ１０２〜Ｓ１０７）は、操作者による測距指示（Ｓ１０１）に基づいて開始される処理であったが、内視鏡２の使用中、定期的、あるいは、所定の操作等を契機として自動的に行われる、すなわち、測距指示は操作者の操作による入力のみならず、コントローラ３から入力されるものであってもよい。
【００５１】
図１３は、本発明の他の実施形態に係る内視鏡の構成、制御形態を示す図である。前述した実施形態における内視鏡２は、図４で説明したように１つの可動関節２５を使用して、撮像部２８の撮像方向（視軸）を変更するものであったが、図１３に示す内視鏡２の形態は、複数位置で可動可能な可動関節２５ａ、２５ｂを使用した形態となっている。図１３（Ａ）に示されるよう、第１シャフト２４ａと第２シャフト２４ｂは、第１の可動関節２５ａで回動可能に接続され、第２シャフト２４ｂと第３シャフト２４ｃは、第２の可動関節２５ｂで回動可能に接続されている。撮像部は第３シャフト２４ｃの先端に設けられている。方向入力部２１ａを操作することで、第１の可動関節２５ａ、第２の可動関節２５ｂが回動し、撮像部２８の視軸方向を変更することが可能である。第１の可動関節２５ａと第２の可動関節２５ｂの回動制御は、異なる方向入力部にて個別に行うこととしてもよい。
【００５２】
このような複数位置で可動可能な可動関節２５ａ、２５ｂを有する内視鏡２を使用した場合、測距処理において、次のような撮像部２８の視軸変更を行うことが可能となる。図１４には、図１３で説明した内視鏡２の先端部分について、測距処理時の制御動作が示されている。図１４（Ａ）は、測距処理開始直前の状態であり、第１シャフト２４ａに対して第２シャフト２４ｂは第１可動関節２５ａの関節角度θ１、傾斜した状態である。また、第２シャフト２４ｂに対して第３シャフト２４ｃは第２可動関節２５ｂの関節角度θ２、傾斜した状態である。
【００５３】
図１４（Ａ）状態で、測距指示が入力されると、コントローラ３は、測距制御量に基づき、第１可動関節２５ａ及び第２可動関節２５ｂを、図１４（Ｂ）のように回動させる。この例では、測距制御量はθ３に設定されており、第１可動関節２５ａに対してはθ３減算した状態に、第２可動関節２５ｂに対してはθ３加算した状態に位置調整する。したがって、撮像部２８の視軸は、視軸Ｅ１、視軸Ｅ２に示されるように距離ｄ（視差に相当）だけ平行移動することとなる。視軸Ｅ１の状態で第１の撮像画像を取得し、視軸Ｅ２の状態で第２の撮像画像を取得することで、両撮像画像取得時の座標系を略一致、あるいは、互いに平行となり、図１２で説明した回転系を有する疑似ステレオ計測原理を必要とせず、位置算出処理の処理負担を軽減するとともに、回転補正処理により生じる誤差が発生しない。なお、このような視軸の平行移動は、複数の可動関節を用いる形態のみならず、各種形態にて行うことが可能である。
【００５４】
図１４では、中心軸を中心として回動可能な２つの可動関節２５ａ、２５ｂについて説
明したが、可動関節２５には、各種形態を採用することが可能である。図１５には、本発明の他の実施形態に係る内視鏡の構成、制御形態が示されている。本実施形態では、図１４と同様に２つの可動関節２５ａ、２５ｂを使用しているが、各可動関節２５ａ、２５ｂの構成が異なったものとなっている。ここでは、第１可動関節２５ａを例にとって説明する。第１可動関節２５ａの内部には、複数のコマ部２５１ａ〜２５１ｄを備えて構成される。各コマ部２５１ａ〜２５１ｄは、中心付近で大きな厚さを有し、周囲で小さな厚さを有する形状となっている。このコマ部２５１ａ〜２５１ｄを連接することで、図１５（Ｂ）に示すように第１可動関節２５ａを屈曲させることが可能となる。第１可動関節２５ａ、第２可動関節２５ｂには、ゴム膜等による保護部２５２ａ、２５２ｂが設けられている。保護部２５２ａ、２５２ｂは、各可動関節２５ａ、２５ｂの可動状態に応じて、形状を追従させることで、内部への浸水、及び、汚れの付着を防止することが可能である。
【００５５】
第１可動関節２５ａの回動（屈曲）制御は、第２シャフト２４ｂ側に固定された制御ワイヤー２９ｂを駆動部２２にて引くことで行うことが可能である。図に示される制御ワイヤー２９ｂの何れかを引くことで、第２シャフト２４ｂは引かれた側の制御ワイヤー２９ｂの方向に屈曲する。図は平面内の例であり、２本の制御ワイヤー２９ｂで説明しているが、３次元的な屈曲を実現するためには、さらなる本数の制御ワイヤー２９ｂが必要となる。第２可動関節２５ｂについても同様の構成であって、制御ワイヤー２９ｃを引くことにより、第３シャフト２４ｃを回動制御することが可能である。
【００５６】
このような形態においても図１４の場合と同様、視軸を平行移動させることが可能である。図１５（Ａ）の状態から第１可動関節２５ａ、第２可動関節２５ｂを回動させて、図１５（Ｂ）の状態にすることで、両者の視軸Ｅ１とＥ２を平行移動させることが可能となる。このような平行移動により視軸Ｅ１と視軸２の間に視差ｄを形成することが可能となる。図の例は、各可動関節２５ａ、２５ｂの動作を説明するため、視差ｄを大きく見せているが、測距処理では、各可動関節２５ａ、２５ｂの回動量を小さくすることで、視差ｄを小さくすることも可能である。
【００５７】
図１０で説明した制御フロー図中、測距処理においては、第２の撮像画像の取得タイミングとして、可動関節２５が測距制御量回動したことを条件した形態であるが、例えば、図１５で説明したような制御ワイヤー２９を使用した制御では、駆動部２２の駆動動作（制御ワイヤ２９を引く動作）と、可動関節２５の動作の間に遅延が生じることが考えられる。図１６には、本発明の実施形態に係る測距用画像（第２の撮像画像）の決定方法が示されている。
【００５８】
図１６（Ａ）は、測距処理時における内視鏡２の先端部付近での撮像の様子を示したものであり、図１６（Ａ）に示す４つの各状態において、図１６（Ｂ）は、測距処理時に取得した撮像画像Ｐ１〜Ｐ４を示したものである。なお、図１６（Ｂ）に示す撮像画像は、モニタ４に表示させる必要はない。説明分かりやすくするため、撮像物Ｏ１、Ｏ２を撮像している状況を用いて説明する。測距処理による可動関節２５の回動に伴い、撮像物Ｏ１、Ｏ２が、前回撮像した撮像画像に対して移動することとなり、撮像画像間にはオプティカルフローが生ずる。可動関節２５が測距制御量に達した状態では、可動関節２５の回動量は小さくなるため、オプティカルフローも小さくなる、あるいは、０（平衡状態）となることなる。
【００５９】
本実施形態では、このような撮像画像間の特性を利用し、測距処理時の可動関節２５回動中に取得した複数の撮像画像を画像処理することで、距離測定に適切な第２の撮像画像、すなわち、測距制御量だけ回動させた時の撮像画像を決定することが可能である。図１６の例では、測距制御量に応じて可動関節２５を回動させた後、元の状態に復帰させる復帰処理を行っている。そのため、オプティカルフローが０となる平衡状態の撮像画像Ｐ３
が、第２の撮像画像として決定される。このように測距処理時に取得した複数の撮像画像の中から、距離測定に使用する第２の撮像画像を決定することで、可動関節２５の駆動系等を理由として発生する遅延を抑制し、測距制御量の分、回動した状態における第２の撮像画像をより正確に取得し、距離算出の精度向上を図ることが可能となる。
【００６０】
図１０で説明した制御フロー図中、測距処理で使用する測距制御量は、予め定められた値、すなわち、コントローラ３のメモリ３２に記憶されたデータを使用することとしていた。内視鏡２による測距処理では、測距対象までの距離が変化することが考えられる。本実施形態では、予め分かっている測距対象までの大まかな距離に応じて、測距制御量を調整することで、実際の距離測定の精度向上を図るものである。
【００６１】
測距対象までの距離Ｚと視差ｄの関係について、図３の模式図を用いて説明を行う。測距対象までの距離Ｚは、図３を用いて説明した（１）式で表すことが可能である。ＸＬ−ＸＲ＝Ｘｍとすると、（１）は、
Ｚ＝ｄ・ｆ／Ｘｍ      ・・・（１）’
Ｘｍの式に変換することで（２）式が得られる。
Ｘｍ＝ｄ・ｆ／Ｚ      ・・・（２）
【００６２】
（２）式によれば、ｄ（視差）を固定した場合、距離Ｚが大きくなるほど、Ｘｍは小さくなる。すなわち、ＸＬ−ＸＲが小さくなるため、撮像画像に対して画像処理を施すことで行われる距離算出の精度は低くなることが考えられる。したがって、ｄを大きくとることで、距離Ｚが大きい場合にはｄ（視差）を大きく設定することで、距離算出の精度、向上を図ることが可能である。一方、距離Ｚが小さい場合には、ｄ（視差）が小さくても距離算出の精度の損失は小さく、また、ｄ（視差）を小さくすることで、測距処理時の可動関節２５の回動量を少なくすると共に、測距処理時にかかる時間を短くすることが可能となる。
【００６３】
図１７〜図１９には、測距制御量を可変とする場合の内視鏡システムの制御フロー図が示されている。図１７に示される測距指示（Ｓ１０１）、内視鏡２の通常処理（Ｓ１０７〜Ｓ１０９）は、図１０で説明した制御フロー図と同様であるため、ここでの説明は省略する。本実施形態では、測距指示が入力される（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）と、実際の距離を算出するための測距処理（Ｓ３００）に先駆けて、測距試行処理（Ｓ２００）を実行する。本実施形態では、この測距試行処理（Ｓ２００）にて、測距対象までのおよその距離を算出することで、測距処理（Ｓ３００）で使用する測距制御量を決定している。測距制御量の決定は、このような測距試行処理（Ｓ２００）で決定することのみならず、前回行った測距処理の測定距離に基づいて決定することとしてもよい。あるいは、内視鏡２の先端に設けた赤外線あるいは超音波等、他のセンサーを使用した測距試行処理によって測距制御量を決定することとしてもよい。
【００６４】
図１８には、本発明の実施形態に係る測距試行処理（Ｓ２００）を示すフロー図が示されている。測距指示の入力（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）に応じて、測距試行処理（Ｓ２００）が開始されると、撮像部２８にて第１の撮像画像を取得する（Ｓ２０１）。Ｓ２０２では、コントローラ３は、予め定められた所定制御量、可動関節２５を回動開始する（Ｓ２０２）。可動関節２５が所定制御量、回動したことを判定した場合（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、第２の撮像画像を取得する（Ｓ２０４）。そして、可動関節２５を復帰させる復帰処理を実行する（Ｓ２０５）。そして、Ｓ２０１で取得した第１の撮像画像とＳ２０４で取得した第２の撮像画像に基づいて、両撮像画像に共通する位置（代表位置）の距離を計算する（Ｓ２０６）。そして、算出した距離に基づいて測距制御量βが設定される（Ｓ２０７）。
【００６５】
図１９には、この測距試行処理（Ｓ２００）で設定された測距制御量βを使用した測距
処理（Ｓ３００）が示されている。測距処理（Ｓ３００）が開始されると、撮像部２８にて第１の撮像画像を取得する（Ｓ３０１）。Ｓ３０２では、コントローラ３は、測距試行処理（Ｓ２００）で設定した測距制御量βに基づいて、可動関節２５を回動開始する（Ｓ３０２）。可動関節２５が測距制御量βの分、回動したことを判定した場合（Ｓ３０３：Ｙｅｓ）、第２の撮像画像を取得する（Ｓ３０４）。そして、可動関節２５を復帰させる（Ｓ３０５）。そして、Ｓ３０１で取得した第１の撮像画像とＳ３０４で取得した第２の撮像画像に基づいて、測距対象までの距離が計算される（Ｓ３０６）。このように本実施形態では、測距試行処理を行うことで、測距処理における測距対象までの距離算出精度の向上を図ることが可能である。
【００６６】
以上、内視鏡２とコントローラ３を備える内視鏡システムについて説明したが、図８などで説明したように、本実施形態の内視鏡システムは、トロッカー１に内視鏡２の各種状態を検出するトロッカーセンサー１２が設けられている。以下に説明する実施形態は、トロッカーセンサー１２等、内視鏡２の各種状態を検出可能な検出部を使用する形態となっている。なお、検出部は、トロッカーセンサー１２に限られるものではなく、内視鏡２側に加速度センサーを設けるなど、内視鏡２の各種状態を検出できる各種形態を採用することが可能である。
【００６７】
図１０を用いて説明した測距処理（Ｓ１０２〜Ｓ１０６）では、内視鏡２は、可動関節２５の回動以外、移動していないことを前提としたものである。しかしながら、実際には、内視鏡２は、操作者が把持部材２７を握って操作されるため、手振れ等によって測距処理中に移動することが考えられる。本実施形態では、トロッカーセンサー１２から出力される各種情報を使用し、撮像部２８の測距処理中に計測された移動量を使用する形態である。第１の撮像画像を取得した時点と、第２の撮像画像を取得した時点間での、内視鏡２の移動量を考慮して、測距処理における距離算出を行うことで、算出する距離の精度向上を図ることが可能となる。検出部としてトロッカーセンサー１２を使用した場合、内視鏡２の各種状態としては、傾斜角検出センサー１２１による傾斜角度、進退量検出センサー１２２による進退量、回転量検出センサー１２３による回転量が挙げられる。このような各種状態を使用して、測距処理中の手振れなどで生じる内視鏡２の移動量、すなわち、撮像部２８の移動量を取得し、移動量を考慮して距離を算出することで、その精度向上を図ることが可能となる。
【００６８】
トロッカーセンサー１２などの検出部を利用することで、内視鏡２の各種状態を検出する形態では、以下に説明する測距処理を行うことも考えられる。図２０には、トロッカーセンサー１２を使用した追従撮像処理時に行われる測距処理を説明するための図が示されている。追従撮像処理は、操作者等によって指定されることで実行される処理であり、方向入力部２１ａの操作に応じて可動関節２５を回動させる通常処理に対し、方向入力部２１ａを操作することなく可動関節２５を回動させる処理である。
【００６９】
本実施形態では、患部表面である基準面Ｓｔが追従基準面に設定されており、可動関節２５は、撮像部２８の視軸が、この基準面Ｓｔに対して所定の角度（本実施形態では直交）を形成するように駆動制御される。撮像部２８の視軸方向は、トロッカーセンサー１２から出力されるセンサー信号に基づいて判定される。なお、図２０中、符号θｂは、第１シャフト２４ａが基準座標系Ｃに対してなす角度を示し、符号θｊは、追従処理における可動関節２５の制御角度を示し、Ｐ１、Ｐ２は、撮像部２８の視軸が向く方向と基準面Ｓｔの交点を示している。
【００７０】
図２０（Ａ）から図２０（Ｂ）の状態に内視鏡２を移動させた場合、どちらの状態においても、撮像部２８の視軸方向は、基準面Ｓｔと直交する方向に維持される。コントローラ３は、トロッカーセンサー１２で検出されたセンサー信号に基づいて、第１シャフト２
４ａの向く方向を判定し、駆動部２２にて可動関節２５を回動させ、撮像部２８の視軸方向が基準面Ｓｔに対して所定角度（本実施形態では直交）となるように調整する。なお、図２０では、可動関節２５の動作を紙面上での２次元の動きとして説明しているが、追従撮像処理では、紙面に直交する方向を含む３次元での動きについても対応可能である。
【００７１】
図９の制御構成を用いて説明すると、入力部２１に設けられたモード入力部（図示せず）にて追従モードが指定されると、コントローラ３は方向入力部２１ａからの操作信号に基づく駆動部２２の制御（可動関節２５の角度調整）に代え、トロッカーセンサー１２から出力されるセンサー信号に基づいて、駆動部２２を制御する追従撮像処理を実行する。その際、コントローラ３のメモリ３２には、基準座標系上に設定された追従基準面が記憶されており、追従撮像処理では、センサー信号と追従基準面に基づいて、内視鏡２の撮像部２８が追従基準面に対して所定の角度関係を取るように駆動部２２を制御する。
【００７２】
追従撮像処理に使用する追従基準面は、入力部２１に追従基準を設定する設定入力部を設け、操作者の操作により設定すること、あるいは、内視鏡２で取得した撮像画像など、各種センサーの検出結果に基づいて設定することなどが考えられる。この制御形態では、患部の表面を基準面Ｓｔに設定した形態となっているが、基準面は、患部の表面のような実面ではなく、仮想面であってもよい。また、撮像部２８の角度は、基準面Ｓｔに対して直交ではなく、所定角度だけ傾斜するように設定することも可能である。また、基準面Ｓｔは、平面ではなく曲面であってもよい。例えば、医療用器具２とは、別途、患者体内に挿入された内視鏡で撮影された患部の曲表面を基準面Ｓｔとして設定することが考えられる。
【００７３】
このような追従撮像処理では、例えば、図２０（Ａ）の状態で取得した第１の撮像画像と、図２０（Ｂ）の状態で取得した第２の撮像画像、及び、トロッカーセンサー１２で取得された図２０（Ａ）から図２０（Ｂ）間の移動量を使用することで、撮像部２８から基準面Ｓｔまでの距離を算出することが可能となる。この場合、測距指示の入力時に第１の撮像画像を取得し、内視鏡２が第１の撮像画像から予め設定された移動量、移動したことを条件として第２の撮像画像を取得して距離を算出する形態が考えられる。あるいは、測距指示の入力時に第１の撮像画像を取得し、所定時間経過後、第２の撮像画像を取得し、第１の撮像画像取得時から第２の撮像画像を取得する期間における内視鏡２の移動量を検知することで距離を算出する形態が考えられる。
【００７４】
何れの形態においても第１の撮像画像、第２の撮像画像、両撮像画像取得した時の内視鏡２の移動量を使用して測距対象までの距離が算出される。このような追従撮像処理時における測距処理では、内視鏡２２の移動前後で、撮像部２８の視軸が平行に保たれているため、測距処理時において高い精度で距離測定を行うことが可能である。また、前述した測距処理とは異なり、測距処理時のために可動関節２５を回動させる必要が無く、撮像部２８で撮像された撮像画像を連続してモニタ４で観察させることが可能となる。
【００７５】
なお、これまで図８に示すように、可動関節が体内に配置された実施形態について述べてきたが、可動関節は体外に配置されていても構わない。図２１には、可動関節を体外に配置した実施形態が示されている。本実施形態の内視鏡システムは、内視鏡２は可動関節を有しておらず、トロッカー１の位置を変更可能なトロッカー位置制御部５を備えている。このトロッカー位置制御部５は、体外の床面などに設置された基台５３、複数のアーム５１ａ〜５１ｅ、アーム５１ａ〜５１ｅ間を可動可能に接続する可動関節５２ａ〜５２ｄを備えて構成されている。各可動関節５２ａ〜５２ｄは、モータ等の駆動部によって回動可能である。各可動関節５２ａ〜５２ｄを回動させる駆動部は、コントローラ３の制御によって駆動される。
【００７６】
図２１に示される内視鏡システムでは、トロッカー位置制御部５に対する制御によって、トロッカー１の刺入点（トロッカー１が体表Ｂ上で挿入される位置）周りでトロッカー１を回動させ、患者の体表Ｂに負担をかけることなく動作させることが可能である。コントローラ３は、トロッカー位置制御部５を制御し、トロッカー１を刺入点の周りで回動させることで、内視鏡２の挿入角度を変化させ、内視鏡２の先端に設けられた撮像部２８の視軸方向を変化させる。したがって、本実施形態の内視鏡システムにおいても、前述した実施形態と同様、可動関節５２ａ〜５２ｄを回動させることで、内視鏡２の視軸を移動させることが可能である。このトロッカー位置制御部５中の可動関節５２ａ〜５２ｄに対する制御量によって、内視鏡２の傾斜角、進退量、回転量を取得することが可能である。取得した内視鏡２の傾斜角、進退量、回転量に応じた測距制御量と、移動処理実行前に撮像した第１の撮像画像と、移動処理実行中に撮像した第２の撮像画像に基づいて、測距対象までの距離を算出することが可能である。
【００７７】
以上、本発明のある態様に係る実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となる。
【符号の説明】
【００７８】
１…トロッカー、１１１…上部筐体、１１２…下部筐体、１１３…筒部、１１４…ケーブル、１１５…挿通孔、１１６…結合部材、１２…トロッカーセンサー、１２１…傾斜角検出センサー、１２２…進退量検出センサー、１２２ａ…進退量検出ローラ、１２２ｂ…フォトセンサー、１２３…回転量検出センサー、１２３ａ…回転量検出ローラ、１２３ｂ…フォトセンサー、１３…通信部、２…医療用器具（内視鏡）、２’…医療用器具（鉗子）、２１…入力部、２１ａ…方向入力部、２１ｂ…測距指示部、２２…駆動部、２４ａ…第１シャフト、２４ｂ…第２シャフト、２４ｃ…第３シャフト、２５…可動関節、２５ａ…第１可動関節、２５ｂ…第２可動関節、２８…先端把持部（エンドエフェクタ）、２８…撮像部、３…コントローラ、３１…制御部、３２…メモリ、４…モニタ、５…トロッカー位置制御部、５１ａ〜５１ｅ…アーム、５２ａ〜５２ｄ…可動関節、５３…基台
【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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【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１６】
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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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