(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象物の内部に挿入される可撓性を有する挿入部と、
前記挿入部の湾曲状態を検出してその検出信号を出力する形状センサと、
前記形状センサから出力された前記検出信号に基づいて前記挿入部の形状を示す挿入部形状情報を算出する挿入部形状算出部と、
前記挿入部形状算出部により互いに異なる時刻に算出された前記挿入部形状情報を比較し、その比較結果に基づいて前記挿入部の形状変化を示す挿入部形状時間変化情報を導出する形状時間変化導出部と、
前記形状時間変化導出部により導出された前記挿入部形状時間変化情報と、前記挿入部形状算出部により算出された前記挿入部形状情報とに基づいて、所定の時間経過後の前記挿入部の形状を未然に推定し、未然推定形状情報として出力する未然挿入部形状推定部と、
を具備し、
ｎを２以上の自然数とし、ｊ、ｋをそれぞれ互いに異なるｎ以下の自然数とし、かつ当該ｊとｋとの大小関係をｊ＜ｋとし、
前記形状センサに対して、前記挿入部の形状の検出タイミングを示す第１乃至第ｎのタイミング信号を出力する形状センサ制御部を含み、
前記挿入部形状算出部は、前記形状センサ制御部から出力された前記第１乃至第ｎのタイミング信号に含まれる第ｊと第ｋとの各タイミング信号に対応して前記形状センサから出力される前記検出信号に基づいて第ｊの挿入部形状情報と第ｋの挿入部形状情報とを算出し、
前記形状時間変化導出部は、前記挿入部形状算出部により算出された前記第ｊの挿入部形状情報と前記第ｋの挿入部形状情報とを比較し、前記第ｊのタイミング信号の出力時から前記第ｋのタイミング信号の出力時までの前記挿入部形状時間変化情報を求め、
前記形状時間変化導出部は、前記第ｊの挿入部形状情報と前記第ｋの挿入部形状情報とを比較して前記挿入部において形状が殆ど変化していない形状不変化領域を抽出し、当該形状不変化領域が複数ある場合、当該各形状不変化領域の相対的な位置関係の変化に基づいて前記挿入部での形状変化の種類、当該形状変化の方向、又は当該形状変化の量のうち少なくとも１つを導出し、前記挿入部形状時間変化情報として出力する、
ことを特徴とする未然形状推定装置。
【請求項２】
観察対象物の内部に挿入される可撓性を有する挿入部と、
前記挿入部の湾曲状態を検出してその検出信号を出力する形状センサと、
前記形状センサから出力された前記検出信号に基づいて前記挿入部の形状を示す挿入部形状情報を算出する挿入部形状算出部と、
前記挿入部形状算出部により互いに異なる時刻に算出された前記挿入部形状情報を比較し、その比較結果に基づいて前記挿入部の形状変化を示す挿入部形状時間変化情報を導出する形状時間変化導出部と、
前記形状時間変化導出部により導出された前記挿入部形状時間変化情報と、前記挿入部形状算出部により算出された前記挿入部形状情報とに基づいて、所定の時間経過後の前記挿入部の形状を未然に推定し、未然推定形状情報として出力する未然挿入部形状推定部と、
前記挿入部形状時間変化情報に基づいて前記観察対象物の内表面の形状情報を示す内面プロファイル情報の少なくとも一部を推定する観察対象物内面プロファイル情報推定部と、
を具備し、
前記未然挿入部形状推定部は、前記観察対象物の前記内面プロファイル情報に基づいて前記未然推定形状情報を推定する、
ことを特徴とする未然形状推定装置。
【請求項３】
前記挿入部は、前記観察対象物の内部の表面を観察するための内視鏡の挿入部を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の未然形状推定装置。
【請求項４】
前記挿入部形状時間変化情報に基づいて前記観察対象物の内部への前記挿入部の挿入操作を含む操作情報を推定する操作情報推定部を含み、
前記未然挿入部形状推定部は、前記操作情報に基づいて前記未然推定形状情報を推定する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の未然形状推定装置。
【請求項５】
前記操作情報推定部は、前記挿入部の形状変化が前記挿入部の挿入操作を受けて為されたものと仮定し、前記第ｊのタイミング信号の発生時から前記第ｋのタイミング信号の発生時までの期間中における前記挿入部の前記形状変化の種類、当該形状変化の方向、又は当該形状変化の量のうち少なくとも１つを推定する、
ことを特徴とする請求項１を引用する請求項４に記載の未然形状推定装置。
【請求項６】
前記操作情報推定部は、前記操作情報に基づいて今後に行われる前記挿入部への操作情報を未然に推定する未然操作情報推定部を含み、
前記未然挿入部形状推定部は、前記未然操作情報推定部により推定された前記操作情報が行われたときの前記挿入部の形状を未然に推定する、
ことを特徴とする請求項４に記載の未然形状推定装置。
【請求項７】
前記形状センサは、前記挿入部に搭載され、光ファイバセンサ、又は磁気センサを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の未然形状推定装置。
【請求項８】
前記形状センサは、Ｘ線カメラ、又は外部カメラを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の未然形状推定装置。
【請求項９】
前記挿入部の形状を操作可能な操作ハンドルと、
前記操作ハンドルの操作量を検出する操作量センサと、
を含み、
前記操作情報推定部は、前記操作量センサにより検出される前記操作ハンドルの操作量に基づいて前記挿入部に対する前記操作情報を推定する、
ことを特徴とする請求項４に記載の未然形状推定装置。
【請求項１０】
前記観察対象物の内部に前記挿入部を挿入するための入口部と、
前記入口部に設けられ、前記観察対象物の内部への前記挿入部の挿入量を検出する挿入量センサと、
を含み、
前記操作情報推定部は、前記挿入量センサにより検出された前記挿入部の挿入量に基づいて前記挿入部に対する前記操作情報を推定する、
ことを特徴とする請求項４に記載の未然形状推定装置。
【請求項１１】
前記未然に推定される前記未然推定形状情報を記憶し、かつ必要に応じて前記未然推定形状情報を読み出し可能とする情報記憶部を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の未然形状推定装置。
【請求項１２】
観察対象物の内部に挿入される可撓性を有する挿入部と、
前記挿入部の湾曲状態を検出してその検出信号を出力する形状センサと、
前記挿入部の湾曲操作を行うための操作部と、
前記形状センサから出力された前記検出信号に基づいて前記挿入部の形状を示す挿入部形状情報を算出する挿入部形状算出部と、
前記挿入部形状算出部により互いに異なる時刻に算出された前記挿入部形状情報を比較し、その比較結果に基づいて前記挿入部の形状変化を示す挿入部形状時間変化情報を導出する形状時間変化導出部と、
前記形状時間変化導出部により導出された前記挿入部形状時間変化情報と、前記挿入部形状算出部により算出された前記挿入部形状情報とに基づいて、所定の時間経過後の前記挿入部の形状を未然に推定し、未然推定形状情報として出力する未然挿入部形状推定部と、
を具備し、
ｎを２以上の自然数とし、ｊ、ｋをそれぞれ互いに異なるｎ以下の自然数とし、かつ当該ｊとｋとの大小関係をｊ＜ｋとし、
前記形状センサに対して、前記挿入部の形状の検出タイミングを示す第１乃至第ｎのタイミング信号を出力する形状センサ制御部を含み、
前記挿入部形状算出部は、前記形状センサ制御部から出力された前記第１乃至第ｎのタイミング信号に含まれる第ｊと第ｋとの各タイミング信号に対応して前記形状センサから出力される前記検出信号に基づいて第ｊの挿入部形状情報と第ｋの挿入部形状情報とを算出し、
前記形状時間変化導出部は、前記挿入部形状算出部により算出された前記第ｊの挿入部形状情報と前記第ｋの挿入部形状情報とを比較し、前記第ｊのタイミング信号の出力時から前記第ｋのタイミング信号の出力時までの前記挿入部形状時間変化情報を求め、
前記形状時間変化導出部は、前記第ｊの挿入部形状情報と前記第ｋの挿入部形状情報とを比較して前記挿入部において形状が殆ど変化していない形状不変化領域を抽出し、当該形状不変化領域が複数ある場合、当該各形状不変化領域の相対的な位置関係の変化に基づいて前記挿入部での形状変化の種類、当該形状変化の方向、又は当該形状変化の量のうち少なくとも１つを導出し、前記挿入部形状時間変化情報として出力する、
ことを特徴とする挿入／抜去作業システム。
【請求項１３】
観察対象物の内部に挿入される可撓性を有する挿入部と、
前記挿入部の湾曲状態を検出してその検出信号を出力する形状センサと、
前記挿入部の湾曲操作を行うための操作部と、
前記形状センサから出力された前記検出信号に基づいて前記挿入部の形状を示す挿入部形状情報を算出する挿入部形状算出部と、
前記挿入部形状算出部により互いに異なる時刻に算出された前記挿入部形状情報を比較し、その比較結果に基づいて前記挿入部の形状変化を示す挿入部形状時間変化情報を導出する形状時間変化導出部と、
前記形状時間変化導出部により導出された前記挿入部形状時間変化情報と、前記挿入部形状算出部により算出された前記挿入部形状情報とに基づいて、所定の時間経過後の前記挿入部の形状を未然に推定し、未然推定形状情報として出力する未然挿入部形状推定部と、
前記挿入部形状時間変化情報に基づいて前記観察対象物の内表面の形状情報を示す内面プロファイル情報の少なくとも一部を推定する観察対象物内面プロファイル情報推定部と、
を具備し、
前記未然挿入部形状推定部は、前記観察対象物の前記内面プロファイル情報に基づいて前記未然推定形状情報を推定する、
ことを特徴とする挿入／抜去作業システム。
【請求項１４】
観察対象物の内部に挿入される可撓性を有する挿入部と、
前記挿入部の湾曲状態を検出してその検出信号を出力する形状センサと、
前記挿入部を湾曲させるための操作部と、
前記形状センサから出力された前記検出信号に基づいて前記挿入部の形状を示す挿入部形状情報を算出する挿入部形状算出部と、
前記挿入部形状算出部により互いに異なる時刻に算出された前記挿入部形状情報を比較し、その比較結果に基づいて前記挿入部の形状変化を示す挿入部形状時間変化情報を導出する形状時間変化導出部と、
前記形状時間変化導出部により導出された前記挿入部形状時間変化情報と、前記挿入部形状算出部により算出された前記挿入部形状情報とに基づいて、所定の時間経過後の前記挿入部の形状を未然に推定し、未然推定形状情報として出力する未然挿入部形状推定部と、
前記未然挿入部形状推定部から出力された前記未然推定形状情報を報知し、前記挿入部の前記観察対象物の内部への挿入／抜去を支援する作業支援部と、
を具備し、
ｎを２以上の自然数とし、ｊ、ｋをそれぞれ互いに異なるｎ以下の自然数とし、かつ当該ｊとｋとの大小関係をｊ＜ｋとし、
前記形状センサに対して、前記挿入部の形状の検出タイミングを示す第１乃至第ｎのタイミング信号を出力する形状センサ制御部を含み、
前記挿入部形状算出部は、前記形状センサ制御部から出力された前記第１乃至第ｎのタイミング信号に含まれる第ｊと第ｋとの各タイミング信号に対応して前記形状センサから出力される前記検出信号に基づいて第ｊの挿入部形状情報と第ｋの挿入部形状情報とを算出し、
前記形状時間変化導出部は、前記挿入部形状算出部により算出された前記第ｊの挿入部形状情報と前記第ｋの挿入部形状情報とを比較し、前記第ｊのタイミング信号の出力時から前記第ｋのタイミング信号の出力時までの前記挿入部形状時間変化情報を求め、
前記形状時間変化導出部は、前記第ｊの挿入部形状情報と前記第ｋの挿入部形状情報とを比較して前記挿入部において形状が殆ど変化していない形状不変化領域を抽出し、当該形状不変化領域が複数ある場合、当該各形状不変化領域の相対的な位置関係の変化に基づいて前記挿入部での形状変化の種類、当該形状変化の方向、又は当該形状変化の量のうち少なくとも１つを導出し、前記挿入部形状時間変化情報として出力する、
ことを特徴とする挿入／抜去作業支援システム。
【請求項１５】
観察対象物の内部に挿入される可撓性を有する挿入部と、
前記挿入部の湾曲状態を検出してその検出信号を出力する形状センサと、
前記挿入部を湾曲させるための操作部と、
前記形状センサから出力された前記検出信号に基づいて前記挿入部の形状を示す挿入部形状情報を算出する挿入部形状算出部と、
前記挿入部形状算出部により互いに異なる時刻に算出された前記挿入部形状情報を比較し、その比較結果に基づいて前記挿入部の形状変化を示す挿入部形状時間変化情報を導出する形状時間変化導出部と、
前記形状時間変化導出部により導出された前記挿入部形状時間変化情報と、前記挿入部形状算出部により算出された前記挿入部形状情報とに基づいて、所定の時間経過後の前記挿入部の形状を未然に推定し、未然推定形状情報として出力する未然挿入部形状推定部と、
前記未然挿入部形状推定部から出力された前記未然推定形状情報を報知し、前記挿入部の前記観察対象物の内部への挿入／抜去を支援する作業支援部と、
前記挿入部形状時間変化情報に基づいて前記観察対象物の内表面の形状情報を示す内面プロファイル情報の少なくとも一部を推定する観察対象物内面プロファイル情報推定部と、
を具備し、
前記未然挿入部形状推定部は、前記観察対象物の前記内面プロファイル情報に基づいて前記未然推定形状情報を推定する、
ことを特徴とする挿入／抜去作業支援システム。
【請求項１６】
コンピュータに、
観察対象物の内部に挿入される可撓性を有する挿入部の湾曲状態を検出する形状センサから出力される検出信号を入力する入力機能と、
前記入力機能により入力された前記検出信号に基づいて前記挿入部の形状を示す挿入部形状情報を算出する挿入部形状算出機能と、
前記挿入部形状算出機能により互いに異なる時刻に算出された前記挿入部形状情報を比較し、その比較結果に基づいて前記挿入部の形状変化を示す挿入部形状時間変化情報を導出する形状時間変化導出機能と、
前記形状時間変化導出機能により導出された前記挿入部形状時間変化情報と、前記挿入部形状算出機能により算出された前記挿入部形状情報とに基づいて、所定の時間経過後の前記挿入部の形状を未然に推定し、未然推定形状情報として出力する未然挿入部形状推定機能と、
ｎを２以上の自然数とし、ｊ、ｋをそれぞれ互いに異なるｎ以下の自然数とし、かつ当該ｊとｋとの大小関係をｊ＜ｋとし、
前記形状センサに対して、前記挿入部の形状の検出タイミングを示す第１乃至第ｎのタイミング信号を出力する形状センサ制御機能と、
を実現し、
前記挿入部形状算出機能は、前記形状センサ制御機能から出力された前記第１乃至第ｎのタイミング信号に含まれる第ｊと第ｋとの各タイミング信号に対応して前記入力機能により入力された前記検出信号に基づいて第ｊの挿入部形状情報と第ｋの挿入部形状情報とを算出し、
前記形状時間変化導出機能は、前記挿入部形状算出機能により算出された前記第ｊの挿入部形状情報と前記第ｋの挿入部形状情報とを比較し、前記第ｊのタイミング信号の出力時から前記第ｋのタイミング信号の出力時までの前記挿入部形状時間変化情報を求め、
前記形状時間変化導出機能は、前記第ｊの挿入部形状情報と前記第ｋの挿入部形状情報とを比較して前記挿入部において形状が殆ど変化していない形状不変化領域を抽出し、当該形状不変化領域が複数ある場合、当該各形状不変化領域の相対的な位置関係の変化に基づいて前記挿入部での形状変化の種類、当該形状変化の方向、又は当該形状変化の量のうち少なくとも１つを導出し、前記挿入部形状時間変化情報として出力する、
未然形状推定プログラム。
【請求項１７】
コンピュータに、
観察対象物の内部に挿入される可撓性を有する挿入部の湾曲状態を検出する形状センサから出力される検出信号を入力する入力機能と、
前記入力機能により入力された前記検出信号に基づいて前記挿入部の形状を示す挿入部形状情報を算出する挿入部形状算出機能と、
前記挿入部形状算出機能により互いに異なる時刻に算出された前記挿入部形状情報を比較し、その比較結果に基づいて前記挿入部の形状変化を示す挿入部形状時間変化情報を導出する形状時間変化導出機能と、
前記形状時間変化導出機能により導出された前記挿入部形状時間変化情報と、前記挿入部形状算出機能により算出された前記挿入部形状情報とに基づいて、所定の時間経過後の前記挿入部の形状を未然に推定し、未然推定形状情報として出力する未然挿入部形状推定機能と、
前記挿入部形状時間変化情報に基づいて前記観察対象物の内表面の形状情報を示す内面プロファイル情報の少なくとも一部を推定する観察対象物内面プロファイル情報推定機能と、
を実現し、
前記未然挿入部形状推定機能は、前記観察対象物の前記内面プロファイル情報に基づいて前記未然推定形状情報を推定する、
未然形状推定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察対象物の内部に挿入する挿入部の形状を未然に推定する未然形状推定装置、挿入／抜去作業システム、挿入／抜去作業支援システム及び未然形状推定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
挿入部を細い管孔内に挿入して観察対象物の内部に挿入し、当該観察対象物内部で作業を行うための装置がある。例えば内視鏡では、観察対象物の内部に挿入部を挿入することにより当該観察対象物の内表面の観察作業を行う。このような内視鏡等の装置では、管孔内における挿入部の形状等を外部から直接見ることができない。【０００３】
すなわち、内視鏡では、観察対象物の内部における挿入部の位置及び形状等の状態が観察対象物の外部から分からない。このため、作業者は、管孔内部に挿入された挿入部の状態について、現時点において挿入部が管孔内部中の何処に在って、何処を観察しているのかなどを想像しながら観察作業を行う必要がある。よって、作業者は、観察対象物内部における挿入部の状態を想像しながら、感を頼りに挿入部に対する操作を行う必要があった。【０００４】
このような事から管孔の形状が複雑な場合、又は観察対象物が生体のように柔らかく変形するような場合には、観察対象物内部への挿入そのものが困難であったりする。管孔の形状が想像と異なる位置又は状態である場合には、最悪のケースとして観察対象物に影響を与えるおそれがある。このため作業者は、作業を行うための長時間の訓練や、実作業を行いながら感や経験を身に付けるなど、作業の技能を向上させる必要があった。言い換えると、高度に訓練された技能者又はエキスパートでなければ、観察対象物内部への挿入部の挿入、観察対象物内部での作業を行えない場合があった。【０００５】
このような実情から管孔内での挿入部の状態を作業者に知らせるための技術が考案されている。例えば特許文献１は、内視鏡の挿入部の形状を検出し、表示するための内視鏡挿入形状プローブについて開示している。この内視鏡挿入形状検出プローブは、内視鏡装置に設けられている鉗子チャンネルに挿入して内視鏡挿入部の形状検出を行う。この内視鏡挿入形状検出プローブでは、光供給用ファイバにより供給された光をミラーに照射し、このミラーで反射した光を複数の曲率検出用光ファイバにより伝送する。これら曲率検出用光ファイバには、それぞれ曲率に応じて光損失が変化する光損失部が一つずつ設けられている。これにより、各曲率検出用光ファイバにより導光される光は、光損失部を経由してモジュールに到達するので、モジュールに導光される光の光量変化を検出することにより光損失部が設けられた位置における曲率検出用光ファイバの曲率を検出することができる。【０００６】
又、特許文献１は、光損失部が設けられる位置を異ならせた複数の曲率検出用ファイバを用い、これら曲率検出用ファイバ毎にそれぞれ異なる光損失部の各位置での各曲率を検出することを開示している。これにより、各光損失部が設けられるポイントにおける曲げ角度と隣り合うポイントの距離とによって内視鏡挿入部の形状を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−０４４４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１によれば、挿入形状検出プローブが形状を検出した時点、すなわち過去における内視鏡挿入部の形状を検出することが可能であるが、これから後、内視鏡挿入部がどの様な形状になるのかを推測することはできない。すなわち、複雑な形状を有する観察対象物の内部に内視鏡挿入部を挿入していく過程で、“過去における内視鏡挿入部の形状”を検出することができるが、その後、内視鏡挿入部の形状がどうなっているのか、及びこのまま挿入部の操作を継続したときに“内視鏡挿入部の形状がどのような形状になるのか”の情報を得ることはできない。【０００９】
又、観察対象物が生体の場合、“過去において内視鏡挿入部の形状が生体内でどのような形状になっていたか”を検出することができるが、その後、内視鏡挿入部の形状がどうなっているのか、及びこのままの挿入部の操作を継続したときに“内視鏡挿入部の形状がどのような形になるか”の情報を得ることは出来ない。  
本発明の目的は、形状センサにより検出したタイミングよりも後のタイミングにおける挿入部の形状を未然に推定し、未然推定形状情報として出力する未然形状推定装置、挿入／抜去作業システム、挿入／抜去作業支援システム及び未然形状推定プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の未然形状推定装置は、観察対象物の内部に挿入される可撓性を有する挿入部と、前記挿入部の湾曲状態を検出してその検出信号を出力する形状センサと、前記形状センサから出力された前記検出信号に基づいて前記挿入部の形状を示す挿入部形状情報を算出する挿入部形状算出部と、前記挿入部形状算出部により互いに異なる時刻に算出された前記挿入部形状情報を比較し、その比較結果に基づいて前記挿入部の形状変化を示す挿入部形状時間変化情報を導出する形状時間変化導出部と、前記形状時間変化導出部により導出された前記挿入部形状時間変化情報と、前記挿入部形状算出部により算出された前記挿入部形状情報とに基づいて、所定の時間経過後の前記挿入部の形状を未然に推定し、未然推定形状情報として出力する未然挿入部形状推定部とを具備する。
一実施形態では、前記未然形状推定装置は、ｎを２以上の自然数とし、ｊ、ｋをそれぞれ互いに異なるｎ以下の自然数とし、かつ当該ｊとｋとの大小関係をｊ＜ｋとし、前記形状センサに対して、前記挿入部の形状の検出タイミングを示す第１乃至第ｎのタイミング信号を出力する形状センサ制御部を含む。前記挿入部形状算出部は、前記形状センサ制御部から出力された前記第１乃至第ｎのタイミング信号に含まれる第ｊと第ｋとの各タイミング信号に対応して前記入力機能により入力された前記検出信号に基づいて第ｊの挿入部形状情報と第ｋの挿入部形状情報とを算出し、前記形状時間変化導出部は、前記挿入部形状算出部により算出された前記第ｊの挿入部形状情報と前記第ｋの挿入部形状情報とを比較し、前記第ｊのタイミング信号の出力時から前記第ｋのタイミング信号の出力時までの前記挿入部形状時間変化情報を求める。前記形状時間変化導出部は、前記第ｊの挿入部形状情報と前記第ｋの挿入部形状情報とを比較して前記挿入部において形状が殆ど変化していない形状不変化領域を抽出し、当該形状不変化領域が複数ある場合、当該各形状不変化領域の相対的な位置関係の変化に基づいて前記挿入部での形状変化の種類、当該形状変化の方向、又は当該形状変化の量のうち少なくとも１つを導出し、前記挿入部形状時間変化情報として出力する。
別の実施形態では、前記未然形状推定装置は、前記挿入部形状時間変化情報に基づいて前記観察対象物の内表面の形状情報を示す内面プロファイル情報の少なくとも一部を推定する観察対象物内面プロファイル情報推定部を含み、前記未然挿入部形状推定部は、前記観察対象物の前記内面プロファイル情報に基づいて前記未然推定形状情報を推定する。
【００１１】
本発明の挿入／抜去作業システムは、観察対象物の内部に挿入される可撓性を有する挿入部と、前記挿入部の湾曲状態を検出してその検出信号を出力する形状センサと、前記挿入部を湾曲させるための操作部と、前記形状センサから出力された前記検出信号に基づいて前記挿入部の形状を示す挿入部形状情報を算出する挿入部形状算出部と、前記挿入部形状算出部により互いに異なる時刻に算出された前記挿入部形状情報を比較し、その比較結果に基づいて前記挿入部の形状変化を示す挿入部形状時間変化情報を導出する形状時間変化導出部と、前記形状時間変化導出部により導出された前記挿入部形状時間変化情報と、前記挿入部形状算出部により算出された前記挿入部形状情報とに基づいて、所定の時間経過後の前記挿入部の形状を未然に推定し、未然推定形状情報として出力する未然挿入部形状推定部とを具備する。
一実施形態では、前記挿入／抜去作業システムは、ｎを２以上の自然数とし、ｊ、ｋをそれぞれ互いに異なるｎ以下の自然数とし、かつ当該ｊとｋとの大小関係をｊ＜ｋとし、前記形状センサに対して、前記挿入部の形状の検出タイミングを示す第１乃至第ｎのタイミング信号を出力する形状センサ制御部を含む。前記挿入部形状算出部は、前記形状センサ制御部から出力された前記第１乃至第ｎのタイミング信号に含まれる第ｊと第ｋとの各タイミング信号に対応して前記入力機能により入力された前記検出信号に基づいて第ｊの挿入部形状情報と第ｋの挿入部形状情報とを算出し、前記形状時間変化導出部は、前記挿入部形状算出部により算出された前記第ｊの挿入部形状情報と前記第ｋの挿入部形状情報とを比較し、前記第ｊのタイミング信号の出力時から前記第ｋのタイミング信号の出力時までの前記挿入部形状時間変化情報を求める。前記形状時間変化導出部は、前記第ｊの挿入部形状情報と前記第ｋの挿入部形状情報とを比較して前記挿入部において形状が殆ど変化していない形状不変化領域を抽出し、当該形状不変化領域が複数ある場合、当該各形状不変化領域の相対的な位置関係の変化に基づいて前記挿入部での形状変化の種類、当該形状変化の方向、又は当該形状変化の量のうち少なくとも１つを導出し、前記挿入部形状時間変化情報として出力する。
別の実施形態では、前記挿入／抜去作業システムは、前記挿入部形状時間変化情報に基づいて前記観察対象物の内表面の形状情報を示す内面プロファイル情報の少なくとも一部を推定する観察対象物内面プロファイル情報推定部を含み、前記未然挿入部形状推定部は、前記観察対象物の前記内面プロファイル情報に基づいて前記未然推定形状情報を推定する。
【００１２】
本発明の挿入／抜去作業支援システムは、観察対象物の内部に挿入される可撓性を有する挿入部と、前記挿入部の湾曲状態を検出してその検出信号を出力する形状センサと、前記挿入部を湾曲させるための操作部と、前記形状センサから出力された前記検出信号に基づいて前記挿入部の形状を示す挿入部形状情報を算出する挿入部形状算出部と、前記挿入部形状算出部により互いに異なる時刻に算出された前記挿入部形状情報を比較し、その比較結果に基づいて前記挿入部の形状変化を示す挿入部形状時間変化情報を導出する形状時間変化導出部と、前記形状時間変化導出部により導出された前記挿入部形状時間変化情報と、前記挿入部形状算出部により算出された前記挿入部形状情報とに基づいて、所定の時間経過後の前記挿入部の形状を未然に推定し、未然推定形状情報として出力する未然挿入部形状推定部と、前記未然挿入部形状推定部から出力された前記未然推定形状情報を報知し、前記挿入部の前記観察対象物の内部への挿入／抜去を支援する作業支援部とを具備する。
一実施形態では、前記挿入／抜去作業システムは、ｎを２以上の自然数とし、ｊ、ｋをそれぞれ互いに異なるｎ以下の自然数とし、かつ当該ｊとｋとの大小関係をｊ＜ｋとし、前記形状センサに対して、前記挿入部の形状の検出タイミングを示す第１乃至第ｎのタイミング信号を出力する形状センサ制御部を含む。前記挿入部形状算出部は、前記形状センサ制御部から出力された前記第１乃至第ｎのタイミング信号に含まれる第ｊと第ｋとの各タイミング信号に対応して前記入力機能により入力された前記検出信号に基づいて第ｊの挿入部形状情報と第ｋの挿入部形状情報とを算出し、前記形状時間変化導出部は、前記挿入部形状算出部により算出された前記第ｊの挿入部形状情報と前記第ｋの挿入部形状情報とを比較し、前記第ｊのタイミング信号の出力時から前記第ｋのタイミング信号の出力時までの前記挿入部形状時間変化情報を求める。前記形状時間変化導出部は、前記第ｊの挿入部形状情報と前記第ｋの挿入部形状情報とを比較して前記挿入部において形状が殆ど変化していない形状不変化領域を抽出し、当該形状不変化領域が複数ある場合、当該各形状不変化領域の相対的な位置関係の変化に基づいて前記挿入部での形状変化の種類、当該形状変化の方向、又は当該形状変化の量のうち少なくとも１つを導出し、前記挿入部形状時間変化情報として出力する。
別の実施形態では、前記挿入／抜去作業システムは、前記挿入部形状時間変化情報に基づいて前記観察対象物の内表面の形状情報を示す内面プロファイル情報の少なくとも一部を推定する観察対象物内面プロファイル情報推定部を含み、前記未然挿入部形状推定部は、前記観察対象物の前記内面プロファイル情報に基づいて前記未然推定形状情報を推定する。
【００１４】
本発明の未然形状推定プログラムは、コンピュータに、観察対象物の内部に挿入される可撓性を有する挿入部の湾曲状態を検出する形状センサから出力される検出信号を入力する入力機能と、前記入力機能により入力された前記検出信号に基づいて前記挿入部の形状を示す挿入部形状情報を算出する挿入部形状算出機能と、前記挿入部形状算出機能により互いに異なる時刻に算出された前記挿入部形状情報を比較し、その比較結果に基づいて前記挿入部の形状変化を示す挿入部形状時間変化情報を導出する形状時間変化導出機能と、前記形状時間変化導出機能により導出された前記挿入部形状時間変化情報と、前記挿入部形状算出機能により算出された前記挿入部形状情報とに基づいて、所定の時間経過後の前記挿入部の形状を未然に推定し、未然推定形状情報として出力する未然挿入部形状推定機能とを実現する。
一実施形態では、前記未然形状推定プログラムは、前記コンピュータに、ｎを２以上の自然数とし、ｊ、ｋをそれぞれ互いに異なるｎ以下の自然数とし、かつ当該ｊとｋとの大小関係をｊ＜ｋとし、前記形状センサに対して、前記挿入部の形状の検出タイミングを示す第１乃至第ｎのタイミング信号を出力する形状センサ制御機能を実現する。前記挿入部形状算出機能は、前記形状センサ制御機能から出力された前記第１乃至第ｎのタイミング信号に含まれる第ｊと第ｋとの各タイミング信号に対応して前記入力機能により入力された前記検出信号に基づいて第ｊの挿入部形状情報と第ｋの挿入部形状情報とを算出し、前記形状時間変化導出機能は、前記挿入部形状算出機能により算出された前記第ｊの挿入部形状情報と前記第ｋの挿入部形状情報とを比較し、前記第ｊのタイミング信号の出力時から前記第ｋのタイミング信号の出力時までの前記挿入部形状時間変化情報を求める。前記形状時間変化導出機能は、前記第ｊの挿入部形状情報と前記第ｋの挿入部形状情報とを比較して前記挿入部において形状が殆ど変化していない形状不変化領域を抽出し、当該形状不変化領域が複数ある場合、当該各形状不変化領域の相対的な位置関係の変化に基づいて前記挿入部での形状変化の種類、当該形状変化の方向、又は当該形状変化の量のうち少なくとも１つを導出し、前記挿入部形状時間変化情報として出力する。
別の実施形態では、前記未然形状推定プログラムは、前記コンピュータに、前記挿入部形状時間変化情報に基づいて前記観察対象物の内表面の形状情報を示す内面プロファイル情報の少なくとも一部を推定する観察対象物内面プロファイル情報推定機能を実現する。前記未然挿入部形状推定機能は、前記観察対象物の前記内面プロファイル情報に基づいて前記未然推定形状情報を推定する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、形状センサにより検出したタイミングよりも後のタイミングにおける挿入部の形状を未然に推定し、未然推定形状情報として出力する事前形状推定装置、挿入／抜去作業システム、挿入／抜去作業支援システム及び未然形状推定プログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の挿入/抜去作業システムとしての内視鏡システムの第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】図２は、挿入部の先端部を示す構成図である。
【図３Ａ】図３Ａは、光ファイバセンサを湾曲形状検出部が設けられた側に湾曲したときの光伝達量を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、光ファイバセンサを湾曲しないときの光伝達量を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、光ファイバセンサを湾曲形状検出部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図である。
【図４】図４は、支援情報ユニットを示す構成図である。
【図５】図５は、検出時挿入部形状算出部により算出された第ｊと第ｋとの各タイミング信号に対応した第ｊと第ｋとの各検出時挿入部形状を示す図である。
【図６】図６は、形状変化領域に対する解析の例を示す図である。
【図７】図７は、図６に示す形状変化領域における第ｊの操作部側中心軸Ｚｊａと第ｋの操作部側中心軸Ｚｋａとを重ね合わせたときの形状変化領域ＫＥ１を示す図である。
【図８】図８は、第ｊと第ｋとの各タイミング信号時における内視鏡挿入部の形状変化を示す図である。
【図９】図９は、時間経過に従ったタイミング信号Ｔの出力イメージを示す図である。
【図１０】図１０は、第ｊ〜ｈのタイミング信号Ｔの発生時における形状変化領域ＫＥ１の未然推定形状情報ＫＥ１ｈを推定する過程を示す図である。
【図１１】図１１は、挿入部形状時間変化情報ＫＡを用いて推定される第ｈのタイミング信号の発生時点における挿入部７の全体の未然挿入部形状情報（時間変化）Ｊｈを示す図である。
【図１２】図１２は、第ｊと第ｋと第ｈとの各タイミング信号の発生時点における作業者の操作が加わったときの内視鏡挿入部の各形状を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第１の実施の形態の第１の変形例における挿入部形状時間変化導出部により取得される第ｊと第ｋとの各タイミング信号の発生時点における内視鏡挿入部の各形状変化領域の形状を示す図である。
【図１４】図１４は、第ｊと第ｋとのタイミング信号の各発生時点における内視鏡挿入部の形状変化領域の接続方向の変化を示す図である。
【図１５】図１５は、第ｊと第ｋとの各タイミング信号に対応した第ｊと第ｋとの各検出時挿入部形状情報を示す図である。
【図１６】図１６は、挿入部における挿入部形状非類似領域ＮＬＲと、挿入部進行領域７ｓｒと、挿入部後退領域との３つの領域を説明するための図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、第ｊの検出時挿入部形状Ｆｊを示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、第ｋの検出時挿入部形状Ｆｋを示す図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、観察対象物の内部空間の形状等のおおよその情報を得ている場合の第ｈの検出時挿入部形状Ｆｈ１を示す図である。
【図１７Ｄ】図１７Ｄは、観察対象物の内部空間の形状等のおおよその情報が無い場合の第ｈの検出時挿入部形状Ｆｈ２を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の第２の実施の形態の第１の変形例における第ｊと第ｋの検出時挿入部形状Ｆｊ、Ｆｋにおける第１乃至第３の特徴部の例を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の第３の実施の形態における支援情報ユニットを示す構成図である。
【図２０】図２０は、第ｊ、ｋの形状情報Ｆｊ、Ｆｋに対応する観察対象物の内部空間の内面プロファイルを示す図である。
【図２１】図２１は、対象物内面プロファイル情報推定部による動作を説明するための図である。
【図２２】図２２は、対象物内面プロファイル情報推定部による動作を説明するための図である。
【図２３】図２３は、本発明の第３の実施の形態の第１の変形例における支援情報ユニットを示す構成図である。
【図２４】図２４は、観察対象物負荷推定部の動作を説明するための図である。
【図２５】図２５は、本発明の変形例の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施の形態］  
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。  
図１は挿入/抜去作業システムとしての内視鏡システム１の構成図を示す。本システム１は、作業者による作業によって、主に、観察対象物２の内部空間（空洞）３の内部に内視鏡挿入部（以下、挿入部と称する）７を挿入し、観察対象物２の内部空間３の内面を観察するために用いられる。  
本システム１は、各構成要素として内視鏡本体部４と、内視鏡スコープ部５と、表示部６とを含む。内視鏡スコープ部５は、挿入部７を含む。挿入部７には、形状センサ８が搭載されている。
【００１８】
本システム１の各構成要素について説明する。  
[内視鏡スコープ部]  
内視鏡スコープ部５は、挿入部７と、操作部９と、本体側ケーブル１０とを含む。内視鏡スコープ部５は、作業者により把持されて操作される。この操作により内視鏡スコープ部５の挿入部７は、観察対象物２の入口部としての挿入開口２ａから挿入可能な位置に移動され、さらに観察対象物２の内部空間３に挿入される。  
本体側ケーブル１０は、内視鏡スコープ部５と内視鏡本体部４との間を接続するもので、内視鏡本体部４に対しては着脱可能である。本体側ケーブル１０は、１本又は複数本、内視鏡スコープ部５と内視鏡本体部４との間に接続される。
【００１９】
挿入部７について具体的に説明する。挿入部７は、先端部７ａと、この先端部７ａ以外の部分とで形成されている。先端部７ａは、硬質に形成された領域（硬質部）を含む。先端部７ａ以外の領域は、可撓性を有するように形成されている。先端部７ａの硬質部は、予め設定された領域（小領域）に形成される。挿入部７の可撓性を有する領域のうち先端部７ａ側の一部の領域は、能動的に湾曲可能な能動湾曲部７ｂに形成されている。この能動湾曲部７ｂは、操作部９に設けられた操作ハンドル１１を作業者が操作することで上下方向および左右方向に能動的に湾曲可能である。その他の挿入部７の領域には、受動的に湾曲可能な受動湾曲部７ｃが形成されている。受動湾曲部７ｃは、観察対象物２の形状に倣うことで受動的に湾曲する。この受動湾曲部７ｃは、作業者の把持の仕方、又は観察対象物２の挿入開口２ａと操作部９との位置関係等により受動的に湾曲する。
【００２０】
操作部９は、操作ハンドル１１を含む。操作ハンドル１１は、作業者によって操作され、挿入部７の能動湾曲部７ｂを上下方向又は左右方向に湾曲させる。操作部９は、例えば作業者の一方の手によって把持され、この状態で操作ハンドル１１が操作されることにより挿入部７の能動湾曲部７ｂを上下方向又は左右方向に湾曲させる。操作部９は、作業者による操作ハンドル１１に対する操作を受けて挿入部７における能動湾曲部７ｂの湾曲量を変えることが可能である。
【００２１】
挿入部７と操作ハンドル１１との間には、一対の操作ワイヤが複数設けられている。これら操作ワイヤは、上下方向への湾曲と、左右方向への湾曲とに用いられる。これら操作ワイヤは、例えばループ状に形成されている。操作ハンドル１１が回転すると、操作ワイヤが挿入部７と操作ハンドル１１との間で移動し、操作ハンドル１１の回転が挿入部７に伝達される。これにより、挿入部７の能動湾曲部７ｂは、操作ハンドル１１の操作量に応じて上下方向又は左右方向に湾曲する。  
図２は本システム１における挿入部７の先端部７ａの構成図を示す。挿入部７の先端部７ａには、撮像素子７ｄと、対物レンズ１０と、鉗子チャンネル１２と、照明部１３と、を含む当該内視鏡の用途に応じて様々な部材が設けられている。対物レンズ１０は、撮像素子７ｄと光学的に接続されている。鉗子チャンネル１２は、観察対象物２の内部空間３内において様々な作業や処置を行うための鉗子等を挿入するための開口である。照明部１３は、内視鏡本体部４の光源部２０から射出された光を例えば観察対象物２の内部空間３に向けて射出する。
【００２２】
本システム１では、挿入部７の照明部１３から射出された光が観察対象物２の内部空間３に照射されると、当該観察対象物２の内部空間３から反射等した光が対物レンズ１０に入射する。挿入部７の先端部７ａには、撮像素子７ｄが設けられており、当該撮像素子７ｄは、対物レンズ１０に入射した光を撮像して撮像信号を出力する。この撮像信号は、本体側ケーブル１０を通ってビデオプロセッサ２１に送られる。このビデオプロセッサ２１は、撮像素子７ｄから出力される撮像信号を画像処理して観察対象物２の内面の観察画像を取得する。この観察画像は、表示部６に表示される。
【００２３】
挿入部７は、操作ハンドル１１の操作により湾曲する能動湾曲部７ｂと、受動的に湾曲する受動湾曲部７ｃとを含む。受動湾曲部７ｃは、観察対象物２の内部空間３の壁面に押し当てられることにより、当該内部空間３の壁面の形状に倣うように湾曲する。これにより、挿入部７は、観察対象物２の内部空間３に挿入されると、当該観察対象物２の内部空間３の壁面に押し当てられながら当該内部空間３を進行する。観察対象物２の内部空間３は、観察対象物２の種類等により様々な形状等の導入経路を含むものとなっている。このように挿入部７は、当該観察対象物２の内部空間３の内部を進行できる構造を有する。
【００２４】
挿入部７の内部には、当該挿入部７の全体の形状を検出する形状センサ８が設けられている。形状センサ８は、例えば光ファイバセンサ（以下、光ファイバセンサ８として説明する）である。光ファイバセンサ８には、複数の検出ポイントが挿入部７の全体の形状検出が可能なように設けられている。
【００２５】
これら検出ポイントは、例えば図３Ａ乃至図３Ｃに示すように光ファイバセンサ８を形成する光ファイバ８ａに設けられた光吸収体（以下、湾曲形状検出部と称する）８ｂから成る。これら検出ポイントは、挿入部７のほぼ全長に渡り、光ファイバセンサ８の長手方向に分散して配置されている。光ファイバセンサ８の構成及び原理については後述する。  
挿入部７と操作部９とは機械的に接続されている。操作部９と本体側ケーブル１０も機械的に接続されている。
【００２６】
[内視鏡本体部]  
内視鏡本体部４は、図１に示すように光源部２０と、ビデオプロセッサ２１と、支援情報ユニット２２と、本体メモリ４０とを含む。光源部２０は、キセノン、ハロゲン等のランプ類、又はＬＥＤ、レーザなどの半導体光源を含む。又、本体側ケーブル１０と操作部９と挿入部７の内部には、ライトガイド等、光を導光可能な部材が挿通して設けられている。これにより、光源部２０から光を射出すると、この光は、ライトガイド等を経由して挿入部７の先端部７ａに設けられた照明部１３から照明光として射出される。この照明光は、観察対象物２の内部に入射し、当該観察対象物２の内部を照明する。
【００２７】
ビデオプロセッサ２１は、挿入部７の先端部７ａに搭載された撮像素子７ｄから出力される撮像信号を画像処理して観察対象物２の内面の観察画像を取得する。撮像素子７ｄから出力される撮像信号は、挿入部７と、操作部９と、本体側ケーブル１０の内部に設けられている信号線を通してビデオプロセッサ２１に伝送される。ビデオプロセッサ２１は、取得した観察画像を表示部６に表示可能な観察画像信号に変換して表示部６に送る。  
本体メモリ４０には、観察対象物２に関する情報と、観察対象物２を観察するときの観察作業の情報とが予め記憶されている。又、本体メモリ４０には、支援情報ユニット２２から出力される未然推定形状情報Ｍが記憶される。
【００２８】
図４は支援情報ユニット２２の構成図を示す。支援情報ユニット２２は、形状センサユニット２３の一部を含む。形状センサユニット２３は、光ファイバセンサ８と、ファイバセンサ用光源２４と、光検出器２５とを含む。なお、ファイバセンサ用光源２４と光検出器２５とは、支援情報ユニット２２に含まれ、光ファイバセンサ８は、支援情報ユニット２２に含まれないものとなっている。形状センサユニット２３は、挿入部７の湾曲形状に対応する光情報を示す検出信号Ｄを出力する。形状センサユニット２３の構成及びその動作の詳細は、後述する。なお、挿入部７の湾曲形状に対応する光情報は、光ファイバセンサ８内に配設さている光ファイバの湾曲角に応じた光量を表す。
【００２９】
支援情報ユニット２２は、挿入部７の観察対象物２の内部への挿入／抜去を支援する作業支援部として機能する。すなわち、支援情報ユニット２２は、形状センサユニット２３から出力される検出信号Ｄを受信し、この検出信号Ｄを処理して作業者の作業及び操作を支援するための支援情報、すなわち挿入部７の形状を未然に推定した未然推定形状情報Ｍを出力する。この支援情報ユニット２２は、検出時挿入部形状算出部（以下、形状算出部と称する）３０と、形状センサ制御部３１と、挿入部形状時間変化導出部（以下、変化導出部と称する）３２と、未然挿入部形状推定部（以下、未然形状推定部と称する）３３と、作業者操作情報推定部（以下、操作推定部と称する）３４と、情報記憶部３５とを含む。
【００３０】
なお、形状センサユニット２３の一部であるファイバセンサ用光源２４と光検出器２５とは、支援情報ユニット２２内に含む。この形状センサユニット２３は、光検出器２５の出力信号を処理し、検出信号Ｄを出力するための図示しない信号処理回路を含む。  
形状算出部３０は、形状センサユニット２３から出力される検出信号Ｄを演算処理して挿入部７が湾曲したときの湾曲の方向と大きさとを算出し、当該算出の結果を検出時挿入部形状情報（以下、挿入部形状情報と称する）Ｆとして出力する。ここでは、挿入部７は、先端部７ａ以外は可撓性を有するように形成されているので、湾曲している状態が多い。また、観察対象物２の内部空間３の形状も複雑に湾曲しているものが多いので、挿入部７は、直線状に配置されている状態が殆どない。従って、形状算出部３０は、単に、挿入部７の形状を算出するのでなく、挿入部７が湾曲したときの湾曲の方向と大きさとを算出するものとして記載する。
【００３１】
形状算出部３０は、湾曲情報メモリ３０ａを含む。この湾曲情報メモリ３０ａには、挿入部７の湾曲角と、形状センサユニット２３から出力される検出信号Ｄにより示される光情報の変化との関係を示す情報が保存されている。又、湾曲情報メモリ３０ａには、光ファイバセンサ８の複数の検出ポイントの数と、これら検出ポイントの配置位置と、これら検出ポイントで検出する湾曲の方向（Ｘ方向，Ｙ方向）との情報が保存されている。従って、形状算出部３０は、形状センサユニット２３から出力される検出信号Ｄと、湾曲情報メモリ３０ａに保存されている当該各情報とに基づいて挿入部７が湾曲したときの湾曲の方向と大きさとを算出し、当該算出の結果を挿入部形状情報Ｆとして出力する。
【００３２】
形状センサ制御部３１は、形状センサユニット２３が挿入部７の湾曲形状を検出するタイミングを取るためのタイミング信号Ｔを出力する。このタイミング信号Ｔは、例えば一定周期でハイレベルとなる矩形波である。ここで、ｎを２以上の自然数、ｊ、ｋをそれぞれ互いに異なるｎ以下の自然数、ｊ、ｋの大小関係をｊ＜ｋとすると、形状センサ制御部３１は、第１乃至第ｎのタイミングでハイレベルとなる矩形波のタイミング信号Ｔを出力する。この第１乃至第ｎのタイミング信号Ｔには、第ｊのタイミング信号Ｔ、第ｋのタイミング信号Ｔが含まれる。
【００３３】
変化導出部３２は、形状センサ制御部３１から出力されるタイミング信号Ｔを受信し、第ｊのタイミング信号Ｔの発生時に形状算出部３０から出力される挿入部形状情報Ｆ（以下、第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと称する）を受信し、第ｋのタイミング信号Ｔの発生時に形状算出部３０から出力される挿入部形状情報Ｆ（以下、第ｋの挿入部形状情報Ｆｋと称する）を受信する。  
変化導出部３２は、形状算出部３０から受信した第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとを比較する。なお、第ｊの挿入部形状情報Ｆｊは、便宜上、第ｊの検出時挿入部形状も示すものとする。同様に、第ｋの挿入部形状情報Ｆｋも便宜上、第ｋの検出時挿入部形状を示すものとする。
【００３４】
変化導出部３２は、当該比較の結果に基づいて第ｊのタイミング信号Ｔの発生時から第ｋのタイミング信号Ｔの発生時までの期間中において、挿入部７の形状変化を解析し、当該解析の結果を挿入部形状時間変化情報（以下、形状変化情報と称する）ＫＡとして出力する。当該形状変化情報ＫＡの詳細については後述する。  
未然形状推定部３３は、形状算出部３０から出力される挿入部形状情報Ｆと、変化導出部３２から出力される形状変化情報ＫＡとを受信し、これら挿入部形状情報Ｆと形状変化情報ＫＡとに基づいて現時点のタイミングから次のタイミング、例えば現時点の第ｊのタイミングから次の第ｋのタイミングにおける挿入部７の湾曲形状を未然に推定する。未然形状推定部３３は、未然に推定した挿入部７の湾曲形状を未然推定形状情報Ｍとして出力する。
【００３５】
挿入部７の形状を未然に推定したい場合、作業者による挿入部７の挿入操作を考慮したい状況下にある場合がある。このような状況では、未然形状推定部３３は、上記挿入部形状情報Ｆと上記形状変化情報ＫＡと共に、操作推定部３４から出力される作業者操作情報Ｌを受信する。未然形状推定部３３は、これら挿入部形状情報Ｆと形状変化情報ＫＡと作業者操作情報Ｌとの組み合わせた情報に基づいて挿入部７の形状を未然に推定し、未然推定形状情報Ｍとして出力する。
【００３６】
操作推定部３４は、変化導出部３２から出力される形状変化情報ＫＡを受信し、この形状変化情報ＫＡに基づいて作業者が第ｊのタイミング信号Ｔの発生時から第ｋのタイミング信号Ｔの発生時までの期間中に行った作業者の操作を推定し、当該推定した作業者の操作を作業者操作情報Ｌとして出力する。当該作業者操作情報Ｌについては後述する。操作推定部３４は、操作ハンドル１１を操作したときの挿入部７の形状変化の位置、湾曲形状などを示すハンドル操作情報が記憶される操作情報メモリ３４ａを含む。
【００３７】
情報記憶部３５には、形状センサユニット２３から出力される検出信号Ｄと、支援情報ユニット２２内で伝送される各種情報、例えば挿入部形状情報Ｆと、形状変化情報ＫＡと、作業者操作情報Ｌと、未然推定形状情報Ｍとがタイミング信号Ｔに紐付けされて記憶されている。  
情報記憶部３５には、光ファイバセンサ８に設けられている複数の検出ポイント、すなわち光吸収体８ａの各位置情報と、挿入部７の湾曲角と光ファイバセンサ８の湾曲角に応じた光量を示す検出信号Ｄとの対応情報が記憶されている。
【００３８】
情報記憶部３５は、支援情報ユニット２２内の形状算出部３０と、形状センサ制御部３１と、変化導出部３２と、未然形状推定部３３と、操作推定部３４との間で図示しない経路を通して情報の授受が可能になっている。この情報記憶部３５に保存されている情報は、作業者により適宜読み出し可能である。情報記憶部３５と、各本体メモリ４０と、湾曲情報メモリ３０ａと、操作情報メモリ３４ａとは、同一のメモリデバイスの記憶領域をそれぞれに対応付けて用いることも可能である。また、共通する情報については、本体メモリ４０、湾曲情報メモリ３０ａ、操作情報メモリ３４ａ又は情報記憶部３５のうちいずれかの一箇所に記憶させておき、図示しない経路を通じて本体メモリ４０、湾曲情報メモリ３０ａ、操作情報メモリ３４ａ、又は情報記憶部３５から読み出し可能にすることが可能である。
【００３９】
本実施の形態は、内視鏡本体部４として光源部２０と、ビデオプロセッサ２１と、支援情報ユニット２２、本体部メモリ４０との４つのユニットを含む例について示したが、これに限ることはない。内視鏡本体部４は、例えばプリンタを備えてもよい。内視鏡本体部４は、様々な処置や治療に必要な医療機器、さらには内視鏡システム１に接続可能なものの全てを備えてもよい。  
光源部２０と、ビデオプロセッサ２１と、支援情報ユニット２２とは、内視鏡本体部４の内部でそれぞれ別に機能しているが、これに限らない。光源部２０と、ビデオプロセッサ２１と、支援情報ユニット２２とは、内視鏡本体部４の内部において１つの処理ユニットとして機能するようにしてもよい。光源部２０とビデオプロセッサ２１との一部の機能は、支援情報ユニット２２内に組み込んでもよい。さらに、内視鏡本体部４は、光源部２０、ビデオプロセッサ２１、支援情報ユニット２２の３つのユニット以外のユニットと一体化することもできる。内視鏡本体部４は、別のユニットと組み合わせるなど、ユーザの利便性や設計のし易さ、コストなど、様々な事情を考慮して自由に組み合わせることが可能である。
【００４０】
支援情報ユニット２２は、形状算出部３０と、形状センサ制御部３１と、変化導出部３２と、未然形状推定部３３と、操作推定部３４との各機能を１つの処理ユニットとして纏めて構成することが可能である。  
これに対して支援情報ユニット２２は、形状算出部３０と、形状センサ制御部３１と、変化導出部３２と、未然形状推定部３３と、操作推定部３４との各機能をそれぞれ独立したユニットとして構成することも可能である。  
支援情報ユニット２２は、別のユニットと組み合わせるなど、ユーザの利便性や設計のし易さ、コストなど、様々な事情を考慮して自由に組み合わせることが可能である。
【００４１】
[表示部]  
表示部６は、本システム１によって観察する観察対象物２の内部空間３と、内視鏡本体部４の本体メモリ４０に予め記憶されている観察対象物２に関する情報と、観察対象物２を観察するときの観察作業の情報と、支援情報ユニット２２から出力される未然推定形状情報Ｍとを表示可能である。表示部６は、例えば液晶、ブラウン管、ＬＥＤ、又はプラズマから成るモニタ用のディスプレイを含む。表示部６は、図１において便宜上１つであるが、これに限らず、２つ以上を並べて配置する、或いは複数台をそれぞれ異なる場所に配置してもよい。
【００４２】
表示部６は、モニタ用のディスプレイに画像及び文字情報を表示することのみに限るものでない。ここでの表示部６は、音声やアラーム音等による聴覚で認識させるための出力、バイブレーション等による触覚で認識させるための出力なども含め、作業者に対して情報を報知させるための様々の情報伝達手法による出力デバイスを総称して表示部とする。
【００４３】
[形状センサ８]  
光ファイバセンサ（形状センサ）８には、図３Ａ乃至図３Ｃに示すように長尺の光ファイバ８ａの側面の一部に湾曲形状検出部８ｂが設けられている。本実施の形態において用いる光ファイバセンサ８は、湾曲形状検出部８ｂに吸収される光量が光ファイバ８ａの湾曲角に応じて増減する現象を利用している。これにより、光ファイバセンサ８は、例えば光ファイバ８ａの湾曲角に従って湾曲形状検出部８ｂに吸収される光量が大きくなると、光ファイバ８ａ内に透過する光量が減少する。従って、光ファイバセンサ８は、光ファイバ８ａの湾曲角に応じた光量の光信号を射出するものとなる。
【００４４】
光ファイバセンサ８は、上記の通り、例えば光ファイバ８ａにより成るので、挿入部７が湾曲すると、この湾曲に応じて光ファイバ８ａが湾曲し、これに伴って光ファイバ８ａ内を伝達する光の一部が湾曲形状検出部８ｂを通じて外部に漏れ出したり、湾曲形状検出部８ｂに吸収されるなどするので、光ファイバセンサ８を通る光量は減少する。湾曲形状検出部８ｂの構成は、光ファイバ８ａのクラッドの一部を取り除き、当該クラッドを取り除いた部分に光吸収部材又は色素などを塗布したものとなっている。すなわち、湾曲形状検出部８ｂは、光ファイバ８ａの一側面に設けられ、光ファイバ８ａの湾曲に応じて伝達する光の一部を減少させる。つまり、湾曲形状検出部８ｂは、光ファイバ８ａの湾曲に応じて光ファイバ８ａの光学特性、例えば光伝達量を変化させるものである。
【００４５】
図３Ａは光ファイバ８ａを湾曲形状検出部８ｂが設けられた側に湾曲したときの光伝達量を示し、図３Ｂは光ファイバ８ａを湾曲しないときの光伝達量を示し、図３Ｃは光ファイバ８ａを湾曲形状検出部８ｂ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イメージ図である。これら図に示すように光ファイバ８ａを湾曲形状検出部８ｂ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８ａを湾曲しないときの光伝達量、次に光ファイバ８ａを湾曲形状検出部８ｂ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光伝達量が減少する。
【００４６】
光ファイバセンサ８は、１つの湾曲形状検出部８ｂを設けることにより曲げセンサとなる。光ファイバセンサ８は、複数の湾曲形状検出部８ｂを挿入部７の長手方向及び周方向に設けることにより、挿入部７の全体の３次元形状を検出できるものとなる。  
光ファイバセンサ８は、湾曲形状検出部８ｂに色素を添付して光を波長別に分離するなどの光学的な手段を備えてもよい。これにより、光ファイバセンサ８は、一本の光ファイバに複数の湾曲形状検出部８ｂを設けることが可能である。  
湾曲形状検出部８ｂが設けられた光ファイバを複数束ねれば、複数点で曲げ角を検出することが実現可能である。光ファイバの１本当たりに設ける湾曲形状検出部８ｂの数を増加すれば、光ファイバ８ａの本数を減少することが可能である。
【００４７】
複数の光ファイバ８ａを束ねれば、各光ファイバ８ａ毎の湾曲形状検出部８ｂによる光ファイバ８ａの湾曲角の検出に対する独立性を高めることができる。これにより、湾曲形状検出部８ｂごとの検出精度が向上し、対ノイズ性を向上することができる。  
挿入部７には、所定の間隔、例えば１０ｃｍ毎の間隔で複数の湾曲形状検出部８ｂが設けられるように光ファイバセンサ８が搭載されている。このような間隔で複数の湾曲形状検出部８ｂを設ければ、挿入部７の全体の湾曲形状を精度高く検出することができる。各湾曲形状検出部８ｂの間隔を例えば１０ｃｍより長くすると、湾曲形状検出部８ｂの個数を減少してコストの軽減と、湾曲形状を検出するシステム構成を簡素化できる。
【００４８】
なお、挿入部７は、例えば作業員により任意の方向に湾曲させることが可能である。挿入部７の湾曲形状を３次元で検出するためには、例えば、挿入部７のほぼ同一の場所の異なる周方向に２つ以上の湾曲形状検出部８ｂを設ければよい。  
形状センサユニット２３は、光ファイバセンサ８に導光される光の光量の変化を検出する機能を含むもので、ファイバセンサ用光源２４と光検出器２５とを含む。光ファイバセンサ８は、挿入部７に設けられている。ファイバセンサ用光源２４と光検出器２５とは、支援情報ユニット２２内に設けられている。
【００４９】
ファイバセンサ用光源２４は、検出光を射出する。ファイバセンサ用光源２４から射出された検出光は、光ファイバセンサ８に入射し、この光ファイバセンサ８により導光されて光検出器２５に入射する。このとき検出光は、光ファイバセンサ８に設けられた湾曲形状検出部８ｂを通る。光検出器２５は、入射した光を検出し、当該検出した光の光量を図示しない信号処理回路により検出信号Ｄに変換して出力する。この検出信号Ｄは、形状算出部３０に伝送される。なお、湾曲形状検出部８ｂに色素を添付して光を波長別に分離するなどの光学的な手段を備えた光ファイバセンサ８がある。この光ファイバセンサ８を用いる場合、光検出器２５は、入射した光を波長別に分離して検出し、当該検出した光の分光光量を図示しない信号処理回路により検出信号Ｄに変換して出力する。
【００５０】
［本システムの動作］  
次に、上記の通り構成された本システム１の動作について説明する。なお、既存の内視鏡システムが有する基本的な動作についてはその説明を省略する。  
作業者による本システム１への電源投入によって形状センサユニット２３及び支援情報ユニット２２にも電源が投入される。電源投入によって形状センサユニット２３は、挿入部７の湾曲形状の検出が可能になる。これにより、形状センサユニット２３は、挿入部７の形状が検出可能になったことを示す検出可能信号（Ready信号）を形状センサ制御部３１に送る。
【００５１】
形状センサ制御部３１は、検出可能信号を受信することにより形状センサユニット２３が検出可能な状態であることを認識すると、第１乃至第ｎのタイミング信号Ｔを順次出力する。この第１乃至第ｎのタイミング信号Ｔは、最初のハイレベル信号を第１のタイミング信号とし、次のハイレベル信号を第２のタイミング信号とし、以下同様に、第ｊのタイミング信号、第ｋのタイミング信号、・・・、第ｎ（＝自然数）のタイミング信号とする。この第１乃至第ｎのタイミング信号Ｔの発生間隔は、目的とする支援情報の内容、作業者からの要請、支援情報ユニット２２及び形状センサユニット２３の動作速度などにより適宜設定可能である。第１乃至第ｎのタイミング信号Ｔは、一定間隔で周期的な場合、又は第１乃至第ｎのタイミング信号の間隔が状況に応じて変更される場合もある。
【００５２】
形状センサユニット２３は、形状センサ制御部３１から出力される第１乃至第ｎのタイミング信号Ｔを受信する。光検出器２５は、当該第１乃至第ｎのタイミング信号Ｔに応じて光ファイバセンサ８から出力され、湾曲形状検出部８ｂを経由した光信号を検出し、当該光信号に応じた検出信号Ｄを出力する。光ファイバセンサ８そのものの動作については公知のものを利用可能であり、その説明は省略する。
【００５３】
形状センサユニット２３は、電源投入によりファイバセンサ用光源２４を点灯させる。ファイバセンサ用光源２４は、基本的に同じ明るさ、スペクトルで連続発光する検出光を射出する。この検出光は、光ファイバセンサ８の光ファイバ８ａの入射端に入射する。この光ファイバセンサ８は、光ファイバ８ａの入射端から入射した検出光を導光し、当該検出光を同光ファイバセンサ８に設けられた湾曲形状検出部８ｂを経由して光ファイバ８ａの射出端から射出させる。この光ファイバ８ａの射出端から射出した光は、光検出器２５に入射する。
【００５４】
このとき光ファイバセンサ８は、挿入部７と共に湾曲すると、当該湾曲角に応じて湾曲形状検出部８ｂに吸収される光量が変化する。例えば図３Ａに示すように、光ファイバ８ａの湾曲角が、湾曲形状検出部８ｂ側に大きくなるに従って湾曲形状検出部８ｂに吸収される光量が小さくなる。これにより、光ファイバ８ａ内を透過する光量は増加する。このように光ファイバセンサ８は、挿入部７の湾曲角に応じた光量の光信号を出力する。この光ファイバセンサ８から出力された光信号は、光検出器２５に入射する。この光検出器２５は、入射した光信号を受光して電気信号に変換し、この電気信号を信号処理回路によって光信号の光量に応じた検出信号Ｄとして出力する。
【００５５】
形状センサユニット２３は、光ファイバセンサ８に設けられた複数の湾曲形状検出部８ｂから射出される各光信号と第１乃至第ｎのタイミング信号Ｔとを対応させ、かつ複数の湾曲形状検出部８ｂから射出された各光信号の識別が付くように検出信号Ｄにフラグを付ける。この検出信号Ｄは、形状算出部３０に送られる。  
形状算出部３０は、形状センサユニット２３から出力されるフラグ付きの検出信号Ｄを受信し、情報記憶部３５に記憶されている湾曲形状検出部８ｂの位置情報と、光ファイバの湾曲角と検出信号Ｄ（光量）との関係を示す湾曲角光量情報とを参照し、第１乃至第ｎのタイミング信号Ｔ毎における挿入部７が湾曲したときの湾曲の方向と大きさとを算出し、挿入部形状情報Ｆとして出力する。
【００５６】
すなわち、形状算出部３０は、第１乃至第ｎのタイミング信号Ｔ１〜Ｔｎのうち例えば第ｊのタイミング信号Ｔｊに紐付けられた検出信号Ｄに基づいて第ｊの挿入部形状情報Ｆｊを算出する。以下、同様に、形状算出部３０は、形状センサ制御部３１から順次出力される第ｋ、第ｌ、・・・、第ｎ（第ｋ〜第ｎ）のタイミング信号Ｔｋ、Ｔｌ、…、Ｔｎ毎に形状センサユニット２３から順次出力される検出信号Ｄを受信し、これら第ｋ〜第ｎのタイミング信号Ｔ毎に第ｋ〜第ｎの挿入部形状情報Ｆｋ〜Ｆｎを算出する。第ｋ〜第ｎの挿入部形状情報Ｆｋ〜Ｆｎは、支援情報ユニット２２内の情報記憶部３５に順次保存される。
【００５７】
[変化導出部３２の動作]  
変化導出部３２は、第１〜第ｎのタイミング信号Ｔ１〜Ｔｎに基づいて形状算出部３０から出力されるタイミングの異なる少なくとも２つの挿入部形状情報Ｆを受信し、これら挿入部形状情報Ｆを比較して形状変化情報ＫＡを導出する。  
変化導出部３２は、例えば、図５に示すような形状算出部３０により算出された第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと、第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとを比較する。  
比較結果、変化導出部３２は、挿入部７の湾曲形状が変化している領域を形状変化領域ＫＥ１として抽出し、挿入部７の湾曲形状が変化していない領域を第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂとして抽出する。
【００５８】
図５に示す第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとを比較すると、挿入部７において操作部９側の第１の形状不変化領域ＫＥ２ａの湾曲形状と、挿入部７の先端部７ａ側の第２の形状不変化領域ＫＥ２ｂの湾曲形状とは、それぞれ変化していない。  
これら第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂの間の形状変化領域ＫＥ１では、挿入部７の湾曲形状が変化している。
【００５９】
第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂでは、それぞれ挿入部７の湾曲形状が変化していないが、これら第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂ同士の相対的な位置関係が変化している。この相対的な位置関係は、挿入部７における形状変化領域ＫＥ１の形状が変化したためである。  
変化導出部３２は、抽出した形状変化領域ＫＥ１の湾曲形状の変化の種類の分類と、当該形状変化領域ＫＥ１における湾曲形状の変化量とを算出する。挿入部７は、断面が略円形で、かつ可撓性を有する細長い棒状に形成されている。これにより、挿入部７の部分的な湾曲形状の変化としては、例えば湾曲とねじれとの２つの形状変化が含むものと考えられる。さらに、挿入部７の部分的な湾曲形状の変化としては、湾曲とねじれとが複合して発生する場合、又は湾曲とねじれとが近接した各領域でそれぞれ連続的に発生する場合などが考えられる。
【００６０】
図６は、形状変化領域ＫＥ１に対する解析の例を示すもので、第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時の形状変化領域ＫＥ１に対する解析の例と、第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時の形状変化領域ＫＥ１に対する解析の例をと示す。  
変化導出部３２は、２つのタイミング信号発生時、例えば第ｊのタイミング信号Ｔｊと第ｋのタイミング信号Ｔｋとの各発生時における形状変化領域ＫＥ１の各湾曲形状を比較する。第ｊと第ｋの挿入部形状情報Ｆｊ、Ｆｋとは、３次元情報であるので、形状変化領域ＫＥ１の形状情報も３次元情報である。
【００６１】
変化導出部３２は、図６に示すように第ｊと第ｋの挿入部形状情報Ｆｊ、Ｆｋに基づいて形状変化領域ＫＥ１の両端部の各軸方向、すなわち第ｊの挿入部形状Ｆｊの両端部の各軸方向Ｚｊａ、Ｚｊｂと、第ｋの挿入部形状Ｆｋの両端部の各軸方向Ｚｋａ、Ｚｋｂとを設定する。なお、Ｚｊａは第ｊの操作部側中心軸であり、Ｚｊｂは第ｊの先端側中心軸である。Ｚｋａは第ｋの操作部側中心軸Ｚｋａであり、Ｚｋｂは第ｋの先端側中心軸である。Ｚは、形状変化領域ＫＥ１における挿入部７の中心軸である。
【００６２】
形状変化領域ＫＥ１のうち、最も操作部９に近いものの操作部９側は、形状不変化領域ＫＥ２に接続されているか、又は操作部９に直接接続されている。本実施の形態では、第１の形状不変化領域ＫＥ２ａに接続されている。そこで、形状変化領域ＫＥ１における湾曲形状の変化の種類、当該湾曲形状の変化量、湾曲の変化の方向は、図７に示すように第ｊの操作部側中心軸Ｚｊａと第ｋの操作部側中心軸Ｚｋａとを互いに重ね合わせたときの第ｊの先端側中心軸Ｚｊｂと第ｋの先端側中心軸Ｚｋｂとの位置関係から算出される。  
第ｊと第ｋの操作部側中心軸Ｚｊａ、Ｚｋａを重ね合わせると、第ｊと第ｋの先端側中心軸Ｚｊｂ、Ｚｋｂは、挿入部７の湾曲により同じ平面内で移動していることが分かる。このとき形状変化領域ＫＥ１は、第ｊと第ｋの操作部側中心軸Ｚｊａ、Ｚｋａを重ねた部分を中心として角度（以下、湾曲角と称する）θだけ湾曲している。この角θは、第ｊから第ｋのタイミング信号Ｔまでの期間中において挿入部７が湾曲したときの湾曲の変化量となる。換言すると、第ｊと第ｋの先端側中心軸Ｚｊｂ、Ｚｋｂは、同じ平面内でのみ変化しているので、挿入部７は、ねじれることなく、単純に湾曲変化したものであることが分かる。
【００６３】
形状変化領域ＫＥ１の変化量及びその方向は、湾曲角の変化量及びその方向として算出することが可能となる。挿入部７の湾曲の場合、変化の種類は、湾曲角の変化である。湾曲角の変化量は、図７に示すように第ｊと第ｋの先端側中心軸Ｚｊｂ、Ｚｋｂの成す角の大きさ、すなわち角θである。湾曲方向は、図中矢印により示す第ｊの先端側中心軸Ｚｊｂから第ｋの先端側中心軸Ｚｋｂへの移動方向（時計回り方向）である。
【００６４】
変化導出部３２は、挿入部７の湾曲角の変化量（角θ）及びその方向（時計回り方向）の情報を形状変化情報ＫＡとして出力する。本実施の形態における形状変化情報ＫＡは、変化の種類が平面内の湾曲であり、変化の量が角θであり、変化の方向が時計回りである。この形状変化情報ＫＡは、未然形状推定部３３と操作推定部３４とにそれぞれ送られる。
【００６５】
[操作推定部３４の動作]  
操作推定部３４は、作業者が行った操作を推定し、この推定した作業者の操作を作業者操作情報Ｌとして出力する。操作推定部３４は、挿入部７の湾曲形状の変化が作業者の操作により成された結果であるものと仮定し、形状変化情報ＫＡに基づいて例えば第ｊのタイミング信号Ｔｊと第ｋのタイミング信号Ｔｋとの期間中に行われた作業者の操作を推定し、この推定した作業者の操作を作業者操作情報Ｌとして出力する。この推定では、作業者による操作の種類と、操作の方向と、操作量とを推定する。すなわち作業者操作情報は、作業者による操作の種類と、操作の方向と、操作量とを含んでいる。
【００６６】
作業者の操作は、大きく分けて、操作ハンドル１１を操作する操作ハンドル操作と、挿入部７を直接把持して操作する直接操作との２種類がある。  
操作ハンドル操作は、操作ハンドル１１を操作して挿入部７の能動湾曲部７ｂを湾曲させるものである。  
直接操作は、観察対象物２の内部空間３内に挿入されていない挿入部７の部分（観察対象物２の内部空間３から出ている部分）を作業者が直接把持して押し込み、引き抜き、又はひねり等の操作を行うものである。
【００６７】
操作ハンドル１１を作業員が操作したときの操作方向及びその操作量に応じた挿入部７の湾曲角及びその湾曲方向は、ハンドル操作情報として内視鏡スコープ部５の種類ごとに決まっている。操作方向は、例えば上下方向と左右方向とである。操作量は、上下方向への操作量と、左右方向への操作量とである。このようなハンドル操作情報は、例えば操作推定部３４内に設けられている操作情報メモリ３４ａに記憶されている。
【００６８】
挿入部７において、湾曲する部分が能動湾曲部７ｂであり、かつ当該能動湾曲部７ｂの湾曲形状の変化が操作ハンドル１１に対する作業者の操作によるものと想定される場合がある。すなわち、想定された能動湾曲部７ｂの湾曲形状の変化と、実際に操作された能動湾曲部７ｂの湾曲形状の変化とが一致する場合がある。この場合、能動湾曲部７ｂの湾曲変化は、操作ハンドル１１に対する作業者の操作によるものであると判定することが可能である。
【００６９】
形状変化領域ＫＥ１が能動湾曲部７ｂであると、当該能動湾曲部７ｂは、操作ハンドル１１を作業者が操作することで上下方向又は左右方向に能動的に湾曲する。ところが、形状変化領域ＫＥ１の形状変化が操作ハンドル１１の操作による形状変化と一致しない場合がある。この場合、操作推定部３４は、作業者による直接操作によるか、又は作業者による直接操作と操作ハンドル１１に対する操作との両方の操作が合わさった複合操作であると推定する。
【００７０】
図５に示す挿入部７の湾曲形状の変化の例では、挿入部７の形状変化領域ＫＥ１が上記の通り受動湾曲部７ｃであるので、作業員による操作は、直接操作であると判定される。直接操作は、操作部９又は観察対象物２の内部空間３から出ている挿入部７の部分を直接把持して行うので、作業者による操作の力は、形状変化領域ＫＥ１における操作部９側の端部から加わる。  
従って、操作推定部３４は、形状変化領域ＫＥ１の湾曲形状の変化を引き起こし得る作業員による操作が操作部９側から加えられたものとして作業者の操作を推定する。  
操作推定部３４は、第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂの形状に変形が無ければ、当該変形の無いことを考慮し、形状変化領域ＫＥ１の湾曲形状の変化が作業者による操作であることを推定する。
【００７１】
図５に示す挿入部７の湾曲形状の変化の例では、第１の形状不変化領域ＫＥ２ａの形状は、第ｊから第ｋのタイミング信号Ｔの発生時までの期間中に変形していない。作業者の操作による力は、第１の形状不変化領域ＫＥ２ａの形状を変化させること無く当該操作の力を形状変化領域ＫＥ１の操作部９側の端部に伝達させるような操作であることが分かる。
【００７２】
従って、操作推定部３４は、図８に示すように挿入部７に対して操作部９側から挿入部７の軸方向に押し込むような操作Ｑが加わったと推定することができる。なお、図８は第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと、作業者により操作された第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとを示す。  
又、操作推定部３４は、情報記憶部３５に記憶されている観察対象物２の硬さに関する情報及び挿入部７の構造に基づく湾曲に要する力などに基づいて作業者が行った操作の力量のおおよその値を推定する。挿入部７の構造に関する構造情報は、例えば情報記憶部３５に記憶されている。この構造情報は、挿入部７の構造に基づく部分的或いは湾曲方向ごとの湾曲のし易さ、挿入部７の形状保持のし易さ、挿入部７を湾曲させるのに必要な力などの情報を含む。
【００７３】
次に、作業員により挿入部７に対して操作が行われたときに形状変化領域ＫＥ１に湾曲変形が起こるのか否かについて検証が行われる。この検証では、操作推定部３４は、情報記憶部３５に記憶されている挿入部７の構造情報、その他、観察対象物２の物性情報及び形状情報などの情報を参照する。  
検証の結果、作業員による挿入部７に対する操作により形状変化領域ＫＥ１に湾曲変形が起こることが検証されると、操作推定部３４は、推定した作業者による操作の種類と、操作の方向と、操作の操作量とを、第ｊのタイミング信号Ｔｊと第ｋのタイミング信号Ｔｋとの期間中において作業者が行った操作の種類と、操作の方向と、操作の操作量とし、作業者操作情報Ｌとして未然形状推定部３３に出力する。
【００７４】
作業者による操作の種類は、例えば、挿入部７の観察対象物２の内部空間３への押し込みを含む。操作方向は、図８に示すように挿入開口２ａから観察対象物２の内部空間３の外部に出ている挿入部７の部分の中心軸方向を含む。  
操作量は、第ｊのタイミング信号Ｔｊと第ｋのタイミング信号Ｔｋとの各発生時における第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂの位置関係から推定される。この操作量は、図８に示すように形状変化領域ＫＥ１の先端側ＫＥ１ｓと操作部９側の端部ＫＥ１ｅとの間における挿入部７の中心軸方向における操作変化量ΔＰ（＝ΔＰｊｋ）として推定している。
【００７５】
具体的に、操作推定部３４は、図８に示すように第ｊの挿入部形状情報Ｆｊにおける形状変化領域ＫＥ１の操作Ｑの方向の形状変化量ΔＰｊと、第ｋの挿入部形状情報Ｆｋにおける形状変化領域ＫＥ１の操作Ｑの方向の形状変化量ΔＰｋとの差ΔＰｊｋ、  
ΔＰｊｋ（＝ΔＰｊ―ΔＰｋ）  
が操作者による操作変化量ΔＰｊｋであると推定する。なお、本実施の形態における第ｊの挿入部形状情報Ｆｊにおける形状変化量ΔＰｊは、挿入開口２ａから観察対象物２の外部に出ている挿入部７の中心軸方向（図面上の縦方向）の変化を表す。第ｋの挿入部形状情報Ｆｋにおける形状変化量ΔＰｋも同様に、挿入開口２ａから観察対象物２の外部に出ている挿入部７の中心軸方向（図面上の縦方向）の変化を表す。
【００７６】
［未然形状推定部３３の動作]  
未然形状推定部３３は、形状算出部３０から出力される挿入部形状情報Ｆ（Ｆｊ、Ｆｋを含む）を受信し、かつ変化導出部３２から出力される形状変化情報ＫＡ又は操作推定部３４から出力される作業者操作情報Ｌのいずれか一方又は両方を受信する。  
未然形状推定部３３は、挿入部形状情報Ｆと、形状変化情報ＫＡ又は作業者操作情報Ｌのいずれか一方又は両方とに基づいて未然推定形状情報Ｍを算出する。
【００７７】
ここで、挿入部形状情報Ｆと形状変化情報ＫＡとに基づく未然推定形状情報Ｍの算出について説明する。  
挿入部７において湾曲形状が変形する部分としては、例えば図５に示すように両端が第１の形状不変化領域ＫＥ２ａと第２の形状不変化領域ＫＥ２ｂとに挟まれた形状変化領域ＫＥ１である。  
変化導出部３２は、図７に示すように形状変化情報ＫＡとして挿入部７の形状変化領域ＫＥ１における湾曲角の変化量及び湾曲方向（時計回り方向）を出力する。
【００７８】
未然形状推定部３３は、変化導出部３２から出力された形状変化情報ＫＡを受信し、当該形状変化情報ＫＡとしての挿入部７の形状変化領域の湾曲角の変化量及び湾曲方向（時計回り方向）に基づいて未然挿入部形状情報Ｍを推定する。  
図９は過去、現在、未来の時間経過に従ったタイミング信号Ｔ（Ｔ１、Ｔｊ、Ｔｋ、Ｔｈ、Ｔｎ）のイメージを示す。なお、ｈをｋより大きな自然数とする。現在において、形状センサ制御部３１は、既に、第ｊと第ｋのタイミング信号Ｔｊ、Ｔｋを出力済であり、未来において第ｈのタイミング信号Ｔｈを出力しようとしている。ここでは、第ｊと第ｋのタイミング信号Ｔｊ、Ｔｋの時間間隔Ｔｊｋと、第ｋと第ｈのタイミング信号Ｔｋ、Ｔｈの時間間隔Ｔｋｈとは等しいとする。
【００７９】
未然形状推定部３３は、第ｈのタイミング信号Ｔｈが出力されるまで、第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂにおいて形状変化が生ぜず、かつ形状変化領域ＫＥ１において湾曲変形が同一速度で継続して行われるものと設定する。この設定に従って未然形状推定部３３は、図１０に示すように未来の第ｈのタイミング信号Ｔｈの発生時における未然挿入部形状情報Ｍ（＝Ｍｈ）を推定する。
【００８０】
具体的に、形状変化領域ＫＥ１の湾曲の推定では、形状変化情報ＫＡに従って操作の種類が湾曲操作であり、操作方向が時計回りの方向であり、操作量が第ｊと第ｋのタイミング信号Ｔｊ、Ｔｋの期間中における湾曲角である角θである。未然形状推定部３３は、操作の種類である湾曲角と、操作方向である時計回り方向と、操作量である角θとに基づいて第ｈのタイミング信号Ｔｈの発生時における未然挿入部形状情報Ｍ（＝Ｍｈ）を推定する。
【００８１】
図１０は第ｊ〜ｈのタイミング信号Ｔｊ〜Ｔｈの発生時における形状変化領域ＫＥ１の未然推定形状情報ＫＥ１ｈを推定する過程を示す。同図は、第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時における形状変化領域ＫＥ１の検出形状ＫＥ１ｊと、第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時における形状変化領域ＫＥ１の検出形状ＫＥ１ｋと、第ｈのタイミング信号Ｔｈの発生時点における形状変化領域ＫＥ１の未然推定形状情報ＫＥ１ｈとを示す。同図に示すように形状変化領域ＫＥ１は、湾曲角が一定の変化スピードで継続して変化したものとして推定される。
【００８２】
図１１は、第ｈのタイミング信号Ｔｈの発生時における挿入部７の全体の未然挿入部形状情報（時間変化）Ｍｈを示す。未然挿入部形状情報Ｍｈは、形状変化領域ＫＥ１の未然推定形状情報ＫＥ１ｈと、形状変化領域ＫＥ１の両端側の第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂとを含む。  
次に、作業者操作情報Ｌを用いた場合の未然推定形状情報Ｍの算出について説明する。  
図１２は作業者の操作が加わったときの第ｊ、ｋ、ｈのタイミング信号Ｔｊ、Ｔｋ、Ｔｈの発生時における挿入部７の各形状の変化を示す。すなわち、第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと、第ｋの挿入部形状情報Ｆｋと、第ｈの挿入部形状情報Ｆｈとの変化を示す。
【００８３】
作業者操作情報Ｌは、上記[作業者操作情報推定部の動作]の欄で説明した通り、例えば、操作の種類を押し込みとし、操作方向を挿入開口２ａから観察対象物２の外部に出ている挿入部７の中心軸方向とし、操作量を操作者の操作による操作変化量ΔＰｊｋとする。
【００８４】
未然形状推定部３３は、作業者操作情報Ｌに基づいて未来の第ｈのタイミング信号Ｔｈの発生時における挿入部７の形状を未然に推定する。推定の方法は、上述した挿入部形状情報Ｆと形状変化情報ＫＡとに基づく未然推定形状情報Ｍの算出とほぼ同様である。
【００８５】
未然挿入部形状情報Ｍの推定では、未然形状推定部３３は、操作の種類と、操作方向と、操作量とを継続して推定したときの挿入部７の湾曲形状を未然挿入部形状情報Ｍとして算出する。  
これと共に、未然形状推定部３３は、推定された作業者の操作により形状変化領域ＫＥ１が湾曲し、かつ第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂの形状が変化しないものと仮定して未然挿入部形状情報Ｍを推定する。
【００８６】
具体的に、未然形状推定部３３は、上記同様に、操作の種類を押し込みとし、操作方向を挿入開口２ａから観察対象物２の外部に出ている挿入部７の中心軸方向とし、操作量を図８に示す操作者による操作変化量ΔＰｊｋとして、第ｈのタイミング信号Ｔｈの発生時における未然挿入部形状情報Ｍ（＝Ｍｈ）を推定する。  
図９に示すように本実施の形態では、第ｊと第ｋのタイミング信号Ｔｊ、Ｔｋの時間間隔Ｔｊｋと、第ｋと第ｈのタイミング信号Ｔｋ、Ｔｈの時間間隔Ｔｋｈとは等しい。  
従って、未然形状推定部３３は、第ｋと第ｈのタイミング信号Ｔｋ、Ｔｈの時間間隔Ｔｋｈ内において作業者により操作されると予測される操作変化量ΔＰｊｋが図１２に示すように第ｊと第ｋのタイミング信号Ｔｊ、Ｔｋの時間間隔Ｔｊｋにおける作業者の操作変化量ΔＰｋｈと等しいと推定する（ΔＰｊｋ＝ΔＰｋｈ）。
【００８７】
このとき、図１２に示すように第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時の操作変化量をΔＰｊｋとし、第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時における形状変化量をΔＰｋとし、第ｈのタイミング信号Ｔｈの発生時の形状変化量ΔＰｈとすると、当該形状変化量ΔＰｈは、  
ΔＰｈ＝ΔＰｋ−ΔＰｋｈ（＝ΔＰｋ−ΔＰｊｋ）        …（１）  
により求められる。
【００８８】
しかるに、未然形状推定部３３は、第ｈのタイミング信号Ｔｈの発生時における形状変化量ΔＰｈに基づいて第ｈのタイミング信号Ｔｈの発生時における未然挿入部形状情報Ｍ（＝Ｍｈ）を推定する。
【００８９】
未然形状推定部３３は、図１２に示すように操作推定部３４により推定された作業者操作情報Ｌを用い、挿入部７の形状変形領域ＫＥ１における形状変形量ΔＰｈが、上記式（１）に示す形状変化量ΔＰｈになるように、形状変化領域ＫＥ１における変形形状を推定する。本実施の形態では、形状変化領域ＫＥ１の変形形状の推定では、内視鏡構造を考慮している。  
そして、未然形状推定部３３は、未然挿入部形状情報（時間変化）Ｍと、未然挿入部形状情報（作業者操作）Ｍとを比較し、最終的な未然挿入部形状情報Ｍを推定する。
【００９０】
このように未然挿入部形状情報（時間変化）Ｍと、未然挿入部形状情報（作業者操作）Ｍとの２つの未然挿入部形状情報Ｍから最終的な未然挿入部形状情報Ｍを推定する方法はいくつかある。例えば、内視鏡構造や観察対象物２の情報、観察作業の種類など別の情報を用いて２つの未然挿入部形状情報Ｍのうちいずれか一つを選択することは好適である。２つの未然挿入部形状情報Ｍの平均等を求める方法も好適である。この場合、単純に平均を求めることも好適であるし、上述した別の情報などと照らして重み付け平均を取ることも好適である。さらに、２つの未然挿入部形状情報Ｍの両方とも作業者に提示することも好適である。
【００９１】
なお、本実施の形態では、図９に示すように第ｊと第ｋのタイミング信号Ｔｊ、Ｔｋの時間間隔Ｔｊｋと、第ｋと第ｈのタイミング信号Ｔｋ、Ｔｈの時間間隔Ｔｋｈとが等しいものと仮定したが、これら時間間隔Ｔｊｋ、Ｔｋｈとが等しくない場合でももちろん予測は可能である。
前述の通り、未然形状推定部３３は、第ｊと第ｋのタイミング信号Ｔｊ、Ｔｋの期間中における挿入部７の形状変形領域ＫＥ１での変形及び作業員による操作は、等速で行われたと仮定しているので、例えば時間間隔Ｔｊｋ、Ｔｋｈが半分となる場合には、挿入部７の湾曲角の変化量θをθ／２、操作量をΔＰｊｋ／２として未然挿入部形状情報Ｍを推定すればよい。他のタイミングについても同様に経過時間の比を求めることで未然挿入部形状情報Ｍを推定することができる。
【００９２】
［作用・効果］  
このように第１の実施の形態によれば、観察対象物２の内部空間３に挿入される挿入部７の形状を形状センサユニット２３により検出し、当該検出した挿入部形状情報Ｆに基づいて例えば第ｋのタイミング信号Ｔｋから第ｈのタイミング信号Ｔｈまでの経過時間Ｔｋｈ後の挿入部７の形状を未然に推定し、未然推定形状情報Ｍとして出力するので、作業者が挿入部７を観察対象物２の内部空間３に挿入する際に、これから形成されるであろう挿入部７の形状を未然に推定できる。推定した挿入部７の形状は、作業者に対して挿入部７の挿入操作時の支援情報として表示部６等に表示することができる。この結果、従来の内視鏡システムと比較して訓練や技能向上に要する時間を短縮することができる。経験や技能レベルの低い作業者であっても比較的容易に挿入部７を観察対象物２の内部空間３に挿入、抜去することが可能となる。
【００９３】
言い換えると、挿入部７の推定形状が作業者の所望の形状で有った場合、作業者は、挿入部７の挿入・抜去作業を進めてよいと判断できる。一方、挿入部７の推定形状が所望の形状で無かった場合、作業者は、挿入・抜去作業を変更した方がよいと判断できる。これにより、上記第１の実施の形態であれば、既存システムと比較して、訓練や技能向上に要する時間を短縮できる。作業者の経験や技能レベルが低い場合であっても、比較的容易に挿入部７の挿入・抜去を行うことができる。
【００９４】
なお、上記第１の実施の形態において、変化導出部３２は、２つの挿入部形状情報Ｆ、すなわち第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとを比較する例を示したが、これに限るものでない。変化導出部３２は、３つ以上の挿入部形状情報Ｆを比較することも可能である。例えば、第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと、第ｋの挿入部形状情報Ｆｋと、第１のタイミング信号Ｔに対応した第１の挿入部形状情報Ｆｌとである。
【００９５】
このように３つ以上の挿入部形状情報Ｆ（Ｆｊ、Ｆｋ、Ｆ１等）を比較することで、上記第１の実施の形態で説明した作用、効果に加え、挿入部７の形状の変化の状態、すなわち低速で安定に変化を続けているのか、加速度を持って変化しているのか、又は繰り返しの操作が行われているのかなどの情報を得ることが可能となる。  
このような３つ以上の挿入部形状情報Ｆ（Ｆｊ、Ｆｋ、Ｆ１等）を用いることを考慮して操作推定部３４は、作業者操作情報Ｌを推定することができる。これによって未然形状推定部３３は、より確度の高い未然挿入部形状情報Ｍを推定することができる。
［第１の実施の形態の第１の変形例］  
次に、本発明の第１の実施の形態における第１の変形例について図面を参照して説明する。なお、本変形例では、上記第１の実施の形態と同一部分についてはその説明を省略し、上記第１の実施の形態とは相違する部分について詳細に説明する。
【００９６】
［第１の変形例における挿入部形状時間変化導出部の動作］  
本変形例は、変化導出部３２の動作を上記第１の実施の形態と相違させたものである。  
上記第１の実施の形態では、変化導出部３２は、図５に示すような形状算出部３０により算出された第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと、第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとを比較し、この比較の結果に基づいて挿入部７の形状が変化している領域を形状変化領域ＫＥ１として抽出し、かつ挿入部７の形状が変化していない領域を第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂとして抽出する。
【００９７】
これに対して本変形例では、変化導出部３２は、挿入部７の湾曲形状が変化していない領域として抽出した第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂに着目し、これら形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂの相対的な位置関係に基づいて形状変化情報ＫＡを導出する。  
本変形例において、形状算出部３０により挿入部形状情報Ｆを算出する動作と、変化導出部３２により形状変化領域ＫＥ１及び第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂを抽出する動作とは、上記第１の実施の形態と同一である。
【００９８】
次に、本変形例における変化導出部３２の動作のうち上記第１の実施の形態と相違する部分について説明する。  
図１３は変化導出部３２の動作を説明するための図を示す。同図は、変化導出部３２により取得される第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点における挿入部７の形状と、同変化導出部３２により取得される第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点における挿入部７の形状とを示す。
【００９９】
変化導出部３２は、検出部挿入部形状算出部３０により算出された第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと、第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとを比較し、挿入部７において形状が変化している形状変化領域ＫＥ１と、挿入部７において形状が変化していない第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂとを抽出する。  
挿入部７には、図１３に示すように第１の形状不変化領域ＫＥ２ａと形状変化領域ＫＥ１とを接続している第１の接続部Ｃ１と、形状変化領域ＫＥ１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ｂとを接続している第２の接続部Ｃ２とがある。
【０１００】
変化導出部３２は、第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点と、第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点とにおける第１の接続部Ｃ１の座標（接続部座標）と、当該第１の接続部Ｃ１における挿入部７の中心軸の接線方向である接続方向ＣＤ１とを算出する。  
これと共に変化導出部３２は、第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点と、第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点とにおける第２の接続部Ｃ２の座標（接続部座標）と、当該第２の接続部Ｃ２における挿入部７の中心軸の接線方向である接続方向ＣＤ２とを算出する。  
ここで、第１と第２の接続部Ｃ１、Ｃ２の各接続部座標を表す座標系は、第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと、第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとが比較可能であれば、どのような座標系であってもよい。
【０１０１】
本変形例では、支援情報ユニット２２は、第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとの最も操作部９側の位置を原点座標（０，０，０）としている。すなわち、原点座標（０，０，０）は、第１の形状不変化領域ＫＥ２ａの操作部９側の端部に位置している。  
又、本変形例では、支援情報ユニット２２は、原点座標（０，０，０）と、第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと、第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとに基づいて第１の接続部Ｃ１の接続部座標と、第２の接続部Ｃ２の接続部座標との各座標を算出する。
【０１０２】
次に、第ｊ、ｋの各タイミング信号Ｔｊ、Ｔｋの発生時点における第１の形状不変化領域ＫＥ２ａの各座標について説明する。  
第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点における第１の形状不変化領域ＫＥ２ａの先端側の接続部座標Ｃ１は、図１３に示すように（ｘ１ｊ、ｙ１ｊ、ｚ１ｊ）により表される。  
第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点における第１の形状不変化領域ＫＥ２ａの先端側の接続部座標Ｃ１は、（ｘ１ｋ、ｙ１ｋ、ｚ１ｋ）により表される。  
本変形例では、原点座標（０，０，０）の部分と接続部座標Ｃ１の部分との間には、第１の形状不変化領域ＫＥ２ａが存在するので、接続部座標Ｃ１（ｘ１ｊ、ｙ１ｊ、ｚ１ｊ）と、接続部座標Ｃ１（ｘ１ｋ、ｙ１ｋ、ｚ１ｋ）とは、等しい。
【０１０３】
接続方向ＣＤ１は、第１の形状不変化領域ＫＥ２ａと形状変化領域ＫＥ１との接続方向を示すベクトルとして算出される。  
接続方向ＣＤ２は、形状変化領域ＫＥ１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ｂとの接続方向を示すベクトルとして算出される。  
なお、本変形例では、各接続方向ＣＤ１、ＣＤ２のベクトルの方向の情報だけが必要であり、ベクトルの長さの情報は用いない。このため本変形例では、各接続方向ＣＤ１、ＣＤ２の各ベクトルは、長さ「１」の単位ベクトルとして求めている。
【０１０４】
第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点における接続方向ＣＤ１のベクトルは、図１３に示すように（ａ１ｊ，ｂ１ｊ，ｃ１ｊ）により表される。  
第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点における接続方向ＣＤ２のベクトルは、（ａ１ｋ，ｂ１ｋ，ｃ１ｋ）により表される。  
原点座標（０，０，０）に接続されているのは第１の形状不変化領域ＫＥ２ａであるので、第１の変形例において第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点における接続方向ＣＤ１のベクトル（ａ１ｊ，ｂ１ｊ，ｃ１ｊ）と、第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点における接続方向ＣＤ１のベクトル（ａ１ｋ，ｂ１ｋ，ｃ１ｋ）とは等しい。
【０１０５】
次に、第ｊ、ｋの各タイミング信号Ｔｊ、Ｔｋの発生時点における第２の形状不変化領域ＫＥ２ｂの各座標についても上記第１の形状不変化領域ＫＥ２ａの各座標と同様に求められる。  
第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点における第２の形状不変化領域ＫＥ２ｂの基端側の接続部座標Ｃ２は、図１３に示すように（ｘ２ｊ、ｙ２ｊ、ｚ２ｊ）により表される。  
第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点における第２の形状不変化領域ＫＥ２ｂの基端側の接続部座標Ｃ２は、（ｘ２ｋ、ｙ２ｋ、ｚ２ｋ）により表される。  
第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点における接続方向ＣＤ１のベクトルは、（ａ２ｊ，ｂ２ｊ，ｃ２ｊ）により表される。  
第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点における接続方向ＣＤ２のベクトルは、（ａ２ｋ，ｂ２ｋ，ｃ２ｋ）により表される。
【０１０６】
このように変化導出部３２は、挿入部７の形状変化の情報を第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂの位置と方向とにより表すことができる。すなわち、第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂの間には、形状変化領域ＫＥ１が存在する。挿入部７の形状変化の情報は、第１の形状不変化領域ＫＥ２ａと形状変化領域ＫＥ１との第１の接続部Ｃ１の座標（ｘ１ｊ、ｙ１ｊ、ｚ１ｊ）と、第２の形状不変化領域ＫＥ２ｂと形状変化領域ＫＥ１との第２の接続部Ｃ２の座標（ｘ２ｊ、ｙ２ｊ、ｚ２ｊ）と、これら座標における挿入部７の接線方向の各ベクトルＣＤ１、ＣＤ２の情報のみで書き表すことが可能である。
【０１０７】
なお、図１３は、挿入部７の形状変化をイメージし易くすることを目的として記載されている。同図では、第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂを点線の四角形により表し、形状変化領域ＫＥ１を湾曲形状に応じた実線により表している。変化導出部３２では、点線の四角形及び実線により表すための情報を生成したり、当該情報を用いたりする必要はない。
【０１０８】
本変形例では、説明の便宜上、第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂの間に形状変化領域ＫＥ１が存在するようなシンプルな例を示した。実際には、形状変化領域ＫＥ１と、第１又は第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂとが交互に繰り返して配置される場合がある。このような場合、第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂは、挿入部７側の接続部座標と、先端部側の接続部座標との２つの位置座標を含むものとなる。但し、第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂ内では、挿入部７の形状が変化しない。このように形状変化領域ＫＥ１と、第１又は第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂとが交互に繰り返して配置される場合であっても、以下の３つの情報があれば挿入部７の形状全体を全てのタイミングで求めることができる。すなわち、あるタイミングである形状不変化領域において、当該領域における操作部９側の座標（第１の情報）と、同領域における挿入部７の先端側の座標（第２の情報）と、同先端側の接続方向のベクトル（第３の情報）とが分かっていれば、別のタイミングにおいては、上記第１乃至第３の情報のいずれか２つの情報が分かれば、残りの１つの情報を計算により求めることができる。
【０１０９】
次に、変化導出部３２は、第ｊと第ｋのタイミング信号Ｔｊ、Ｔｋの各発生時点における操作部９側の各接続部座標Ｃ１及び各接続方向ＣＤ１の情報を用いて形状変化領域ＫＥ１の形状変化の種類と、形状変化の方向と、形状変化の変化量とを算出する。具体的に変化導出部３２は、形状変化領域ＫＥ１と、第１及び第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂとの相対的な配置関係から形状変化の種類と、形状変化の方向と、形状変化の変化量とを算出する。すなわち、第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点と第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点とにおける第１の形状不変化領域ＫＥ２ａの各接続部座標Ｃ１、各接続方向ＣＤ１同士が互いに等しい場合、変化導出部３２は、第２の形状不変化領域ＫＥ２ｂの各接続部座標Ｃ２、各接続方向ＣＤ２の変化を求めることにより、形状変化領域ＫＥ１と、第１及び第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂとの相対的な配置関係を求めることができる。
【０１１０】
本変形例では、第１の形状不変化領域ＫＥ２ａが移動していないので、当該第１の形状不変化領域ＫＥ２ａの接続部座標Ｃ１及び当該接続部Ｃ１の接続方向ＣＤ１も変化せず等しい値となっている。  
操作部９側に形状変化領域ＫＥ１が有る場合でも、本変形例では、当該注目する形状変化領域ＫＥ１を挟むように設けられた第１及び第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂの挿入部７側の接続座標Ｃ２、接続方向ＣＤ２は、等しいものとして変化の種類、方向、量を算出する。
【０１１１】
本変形例では、第２の形状不変化領域ＫＥ２ｂの接続方向ＣＤ２は、第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点から第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点までの期間中に、図１４に示すように平面内で湾曲角が角θだけ回転している。各接続部座標Ｃ２も同一平面内において湾曲角が角θだけ変化している。又、挿入部７には、ねじれなどが発生していないことが分かる。
【０１１２】
このように本変形例における挿入部７の形状変化領域ＫＥ１における形状変化について、形状変化の種類と、形状変化の方向と、形状変化の変化量とを算出することができる。すなわち図１４に示すように変化の種類は湾曲変化であり、変化の量は角θの変化である。形状変化の方向は、同図に示すように時計回り方向である。
【０１１３】
変化導出部３２は、挿入部７の変化の種類、変化の量、変化の方向を、湾曲、角θ、時計回り方向の情報である形状変化情報ＫＡとして未然形状推定部３３と操作推定部３４とにそれぞれ出力する。  
これ以降、内視鏡システム１の動作は、上記第１の実施の形態と同様である。  
なお、形状変化領域ＫＥ１と、第１及び第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂとの抽出では、形状算出部３０により算出される挿入部形状情報Ｆから挿入部７が最も大きな変化、又は挿入部７の形状変化を決定付ける明確な変化をしている領域と比較して十分に小さな形状変化が発生している領域を抽出することがある。当該領域については、第１及び第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂと同等の形状不変化領域と見做してもよい。
【０１１４】
このように微小な形状変化の領域を形状不変化領域と見做すことで、挿入部７において大きな形状変化をしている領域についてのみ、形状変化の種類と、形状変化の方向と、形状変化の変化量との変化の情報を適切に算出することが可能となる。
【０１１５】
変化導出部３２は、必ずしも挿入部７の全体に亘って形状変化の情報を導出する必要がない。変化導出部３２では、作業者の操作において着目している部位、又は予め登録した部位などについてのみ形状変化情報ＫＡを導出するようにしてもよい。これにより、変化導出部３２の動作を簡素化することができる。
【０１１６】
［作用・効果］  
このように第１の変形例によれば、変化導出部３２によって第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂと、形状変化領域ＫＥ１とを算出し、これら形状変化領域ＫＥ１と、第１及び第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂとの相対的な配置関係から挿入部７の形状変化の種類と、形状変化の方向と、形状変化の変化量とを算出することが可能になる。具体的には、第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点と第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点とにおいて、第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂの間に存在する形状変化領域ＫＥ１との第１の接続部Ｃ１の座標と、第２の接続部Ｃ２の座標と、これら座標における挿入部７の接線方向のベクトルＣＤ１、ＣＤ２の情報を算出するが可能になる。
【０１１７】
これにより、上記第１の実施の形態と同様に、作業者が現在の操作を継続しているときに、次のタイミングで起こり得る挿入部７の形状を事前（未然）に推定できる。この挿入部７の形状を作業者に対して挿入部７の挿入操作時の支援情報として表示部６等に表示することが可能となる。この結果、従来の内視鏡システムと比較して訓練や技能向上に要する時間を短縮することができる。経験や技能レベルの低い作業者であっても比較的容易に挿入部７を観察対象物２の内部空間３に挿入、抜去することが可能となる。
【０１１８】
この第１の変形例であれば、上記第１の実施の形態と比較して、形状変化情報ＫＡの算出を、第１の接続部Ｃ１の座標と、第２の接続部Ｃ２の座標と、ベクトルＣＤ１、ＣＤ２という数学的に扱い易いパラメータで算出することが可能となるので、変化導出部３２を実現するプログラム、又は本システム１の全体を実現するためのプログラムをシンプルにすることができる。又、当該プログラムをシンプルにするので、処理の高速化に好適である。
［第２の実施の形態］  
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本実施の形態では、上記第１の実施の形態と同一部分についてはその説明を省略し、相違する部分について説明する。  
第２の実施の形態は、変化導出部３２の動作と、操作推定部３４の動作と、未然形状推定部３３の動作とを上記第１の実施の形態と相違させたものである。
【０１１９】
［変化導出部３２の動作］  
上記第１の実施の形態では、変化導出部３２は、図５に示すような形状算出部３０により算出された第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと、第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとを比較し、挿入部７の形状が変化している形状変化領域ＫＥ１と挿入部７の形状が変化していない第１及び第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂとを抽出し、これら領域ＫＥ１、ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂに基づいて形状変化領域ＫＥ１の形状変化の種類と、形状変化の方向と、形状変化の変化量とを算出する構成を例に説明した。
【０１２０】
これに対して第２の実施の形態では、変化導出部３２によって第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと、第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとを比較して類似形状領域を抽出し、当該類似形状領域に基づいて挿入部７の形状変化の種類と、形状変化の方向と、形状変化の変化量とを算出する構成である点が第１の実施の形態と相違している。
【０１２１】
図１５は第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとを示す。第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとでは、それぞれ互いに形状が類似した各類似形状領域ＬＲを含む。第ｋの挿入部形状情報Ｆｋによる挿入部７の先端部７ａを含む部分には、挿入部進行領域７ｓｒが存在する。挿入部進行領域７ｓｒは、第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点から第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点までの期間中に挿入部７が進行した部分である。
【０１２２】
すなわち、挿入部７は、第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点から第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点までの期間中に、作業者による操作を受けて挿入部進行領域７ｓｒだけ観察対象物２の内部空間３内に進行している。当該期間中に、挿入部７の類似形状領域ＬＲの形状は、図１５に示すように変化がない。  
類似形状領域ＬＲの形状に変化がないのは、次の理由による。挿入部７は、作業者による挿入操作により形状が観察対象物２の内部空間３の内面に倣いながら当該観察対象物２の内部空間３内に進行する。挿入部７の進行により当該挿入部７の形状は、第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点から第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点までの期間中においても観察対象物２の内部空間３内に倣うものとなる。従って、挿入部７の形状は、第ｊのタイミング信号Ｔの発生時点での類似形状領域ＬＲと、第ｋのタイミング信号Ｔの発生時点での類似形状領域ＬＲとにおいて変化することがない。
【０１２３】
ここで着目する点として、第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとでは、類似形状領域ＬＲの各位置に対応する挿入部７の位置が変化していることである。すなわち、第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとでは、挿入部７が挿入により移動しているので、形状センサ８の各検出ポイントの各湾曲形状検出部８ｂから出力される各検出信号がそれぞれ異なるが、形状算出部３０により算出される第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとにおいては、形状が互いに略等しい各類似形状領域ＬＲが存在しているものとなっている。
【０１２４】
変化導出部３２は、第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとを比較する。比較の結果、変化導出部３２は、形状が互いに略等しい各類似形状領域ＬＲと、当該各類似形状領域ＬＲ以外の領域を区分し、このうち各類似形状領域ＬＲを抽出する。  
当該各類似形状領域ＬＲ以外の領域には、例えば図１６に示すような挿入部形状非類似領域ＮＬＲと、挿入部進行領域７ｓｒと、挿入部後退領域（図示せず）との３つの領域が存在する。挿入部後退領域については、後述する。  
挿入部形状非類似領域ＮＬＲは、単純に形状が明らかに異なる領域である。挿入部進行領域７ｓｒは、例えば第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点では存在していなかった領域に第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点で新たに現れた領域である。
【０１２５】
挿入部後退領域は、例えば第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点では存在していた領域で第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点で消滅した領域である。すなわち、挿入部進行領域７ｓｒとは逆に、挿入部７が後退することにより、例えば挿入部形状類似領域ＬＲの一部が欠落した領域である。  
図１５に示す例では、変化導出部３２は、形状が互いに略等しい各挿入部類似形状領域ＬＲと、第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点に現れる挿入部進行領域７ｓｒとを算出している。すなわち、作業者の操作により挿入部７は、観察対象物２の内部空間３内において挿入部進行領域７ｓｒの分だけ進行している。この進行があったにも拘わらず挿入部７の操作部９側は、当該挿入部７の進行にも拘わらず略同一形状になっている。
【０１２６】
この理由は、挿入部７が観察対象物２の内部空間３の形状に倣って進行するためであると推定できる。すなわち、挿入部７が観察対象物２の内部空間３を進行しても同じ形状を維持している領域は、観察対象物２に対して同一位置となる領域、すなわち挿入部類似形状領域ＬＲとなると推定できる。
【０１２７】
従って、図１５に示す例の場合、変化導出部３２は、挿入部７の移動方向が観察対象物２の内部空間３に向かう挿入方向であり、挿入部７の移動量が挿入部進行領域７ｓｒの長さと略等しい量であると推定する。  
変化導出部３２は、挿入部７の挿入方向と、挿入部進行領域７ｓｒの長さと略等しい量とを形状変化情報ＫＡとして未然形状推定部３３と操作推定部３４とに送出する。
【０１２８】
なお、本実施の形態で用いている形状センサユニット２３は、挿入部７の湾曲方向を検出することが可能なように構成されている。これにより、第ｊと第ｋのタイミング信号Ｔｊ、Ｔｋの各発生時点において、形状センサユニット２３から出力される検出信号Ｄから挿入部７の操作の状態の一つとして、Ｘ方向、Ｙ方向等の湾曲方向が判定できる。例えば、形状センサユニット２３から出力される検出信号ＤからＸ方向とＹ方向とに対して変化が無ければ、変化導出部３２は、挿入部７の形状に変化が無いとする形状変化情報ＫＡを出力する。操作推定部３４は、挿入部７の形状に変化が無いとする形状変化情報ＫＡを受信すると、挿入部７が単に挿入されているもの推定する。  
同検出信号ＤからＸ方向とＹ方向とに対して変化が有れば、変化導出部３２は、挿入部７の形状においてＸ方向とＹ方向とに変化が有るとする形状変化情報ＫＡを出力する。操作推定部３４は、挿入部７の形状に変化が有るとする形状変化情報ＫＡを受信すると、挿入部７のＸ方向とＹ方向とにおける形状の変化に基づいて例えば挿入部７に対してひねり方向にも操作されているものと推定する。
【０１２９】
なお、挿入部７における挿入部類似形状領域ＲＬの先端側には、挿入部進行領域７ｓｒ、挿入部後退領域（不図示）、又は挿入部形状非類似領域ＮＬＲのいずれもが存在しない場合がある。この場合、挿入部７の先端が停止していることを示す。  
挿入部類似形状領域ＬＲよりも操作部９側には、挿入部非類似形状領域ＮＬＲが存在する場合がある。挿入部非類似形状領域ＮＬＲは、作業者の操作によって生じたものである。
【０１３０】
図１６は、作業者の操作により挿入部７の先端部が挿入部進行領域７ｓｒの分だけ進行し、さらに操作部９側に挿入部形状類似領域ＬＲが発生している例を示す。これにより、作業者の操作の方向は、挿入部７の挿入方向となる。操作の量は、挿入部進行領域７ｓｒの長さに挿入部非類似形状領域ＮＬＲを生じるのに必要な挿入量を合わせた長さと略等しい量となる。
【０１３１】
［操作推定部３４の動作］  
操作推定部３４は、作業者が行った作業者の操作を推定し、当該作業者操作情報Ｌとして出力する。操作推定部３４は、挿入部７の形状変化が作業者による操作の結果であるものと仮定し、第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点から第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点までの期間中に行った操作を形状変化情報ＫＡに基づいて推定し、作業者操作情報Ｌとして出力する。  
本実施の形態では、作業者による操作の推定については、作業者の直接操作のみを対象として説明しているが、操作推定部３４が操作ハンドル１１に対して行った操作も推定可能なことも言うまでもない。
【０１３２】
第ｊの挿入部形状Ｆｊは、第ｋの挿入部形状Ｆｋと比較することにより、図１５に示すように挿入開口２ａより観察対象物２の内部空間３側において、ほぼ全体が挿入部類似形状領域ＬＲになっている。なお、第ｋの挿入部形状Ｆｋでは、作業者の操作により挿入部進行領域７ｓｒの分だけ観察対象物２の内部空間３の奥に進行している。  
従って、操作推定部３４は、作業者が挿入方向の押し込み操作を行い、挿入部進行領域７ｓｒの分だけ挿入部７が観察対象物２の内部空間３に進行したと推測する。  
操作推定部３４は、操作の種類が押し込みであり、操作方向が挿入開口２ａから露出している挿入部７の中心軸方向であることを推測する。挿入部７の挿入量は、挿入部進行領域７ｓｒの長さであることを推定する。
【０１３３】
挿入部進行領域７ｓｒの長さは、例えば図１５及び図１６に示すように挿入部７の形状の各特徴部Ｃｒｊ、Ｃｒｋに基づいて推定することができる。挿入部７の形状の各特徴部Ｃｒｊ、Ｃｒｋは、形状センサユニット２３の光ファイバセンサ８に設けられた各湾曲形状検出部８ｂの挿入部７上の位置と、検出時挿入部形状算出部３０からの情報と、変化導出部３２の情報などから推定することが出来る。  
本実施形態における各特徴部Ｃｒｊ、Ｃｒｋは、それぞれ挿入部７が湾曲して特定の形状、例えば凸部が他の領域と比較して、より鋭角になった形状、凸状の形状等の滑らかな形状でない形状部分として設定している。なお、特徴部Ｃｒｊは、第ｊのタイミング信号Ｔの発生時点に現れた形状部分であり、特徴部Ｃｒｋは、第ｋのタイミング信号Ｔの発生時点に現れた形状部分である。
【０１３４】
ここで、第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時において、挿入部７の先端部７ａから例えば２０ｃｍの位置に配置された湾曲形状検出部８ｂが丁度特徴部Ｃｒｊの頂点と一致していると、当該特徴部Ｃｒｊの位置は、挿入部７の先端から２０ｃｍの位置であると分かる。  
第ｋの挿入部形状Ｆｋの発生時において、挿入部７の先端部７ａから例えば３０ｃｍの位置に配置された別の湾曲形状検出部８ｂと、同先端部７ａから例えば４０ｃｍの位置に配置された別の湾曲形状検出部８ｂとの中間の位置が丁度特徴部Ｃｒｋの頂点と一致していると、当該特徴部Ｃｒｋの位置は、挿入部７の先端から３５ｃｍの位置であると分かる。
【０１３５】
これにより、観察対象物２の内部空間３への挿入部７の挿入量、すなわち挿入部進行領域ＧＲの長さは、第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時の特徴部Ｃｒｋの位置（３５ｃｍ）と、第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時の特徴部Ｃｒｊの位置（２０ｃｍ）との差で３５ｃｍ−２０ｃｍ＝１５ｃｍとなる。  
図１６に示すように、挿入部７に非類似形状領域ＮＬＲが存在する場合、挿入部７の挿入量は、さらに挿入部７における非類似形状領域ＮＬＲの長さの変化も考慮する必要がある。この場合では、挿入部７における非類似形状領域ＮＬＲが挿入部７の操作部９側にあるので、特徴部Ｃｒｊ、Ｃｒｋの位置を用いての挿入部進行領域ＧＲの長さの算出が出来ない。  
このような場合、操作推定部３４は、形状センサユニット２３から出力される検出信号Ｄから挿入部７の長さを算出することができる。すなわち、形状センサユニット２３は、挿入部７の形状情報を、相対的な位置情報として検出可能であるので、様々な数学的な手法により挿入部７の長さを求めることが可能となっている。
【０１３６】
例えば、図１６に示すように第ｊのタイミング信号Ｔｊの発生時点での挿入部７の非類似形状領域ＮＬＲの長さと、第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生時点での挿入部７の非類似形状領域ＮＬＲの長さとの差が、例えば５ｃｍであったとすると、操作推定部３４は、挿入部７の挿入量を先に求めた１５ｃｍに５ｃｍを加えた量である２０ｃｍとして算出する。当該挿入部７の挿入量である２０ｃｍは、作業者操作情報Ｌとして未然形状推定部３３に送出される。  
なお、言うまでもないが、図１５は特徴部Ｃｒｊ、Ｃｒｋを用いて挿入部７の挿入量を求める例について示すが、この例に対しても形状センサユニット２３により検出した情報に基づいて算出された挿入部７の長さの差を挿入部７の挿入量として算出することももちろん可能である。
【０１３７】
［未然形状推定部３３の動作］  
未然形状推定部３３は、変化導出部３２から出力された形状変化情報ＫＡと、操作推定部３４から出力された作業者操作情報Ｌのいずれか一方又は両方を受信し、形状変化情報ＫＡ又は作業者操作情報Ｌのいずれか一方又は両方に基づいて挿入部７の形状を未然に推定する。  
本実施の形態では、図１５を参照して作業者操作情報Ｌを用いた例について説明する。  
前述の通り、操作の種類は、押し込みであり、操作方向は、挿入開口２ａから外部に露出している挿入部７の中心軸の方向であり、操作量は、挿入部進行領域７ｓｒの長さ、例えば１５ｃｍである。  
未然形状推定部３３は、操作の種類である押し込みと、操作方向である挿入部７の中心軸の方向と、操作量である挿入部進行領域７ｓｒの長さとに基づいて未然挿入部形状情報Ｍを推定する。
【０１３８】
自然数ｈは、ｋより大きな自然数とする。  
形状センサ制御部３１は、既に第ｊと第ｋのタイミング信号Ｔｊ、Ｔｋを出力しているが、第ｈのタイミング信号Ｔｈを未だ出力しておらず、未来に出力する状態にあるものとする。ここでは、第ｊと第ｋのタイミング信号Ｔｊ、Ｔｋの時間間隔は、第ｋと第ｈのタイミング信号Ｔｋ、Ｔｈの時間間隔と等しいものとする。タイミング信号Ｔは、図９に示す時間経過に従った出力イメージに示す通りである。
【０１３９】
未然形状推定部３３は、挿入開口２ａから露出している挿入部７の中心軸方向に向けた押し込み操作が例えば１５ｃｍだけ行われた後、さらに同じ方向に同じ操作が同じ操作量だけ行われると仮定して未然挿入部形状情報Ｍを推定する。  
図１５に示す通り第ｊのタイミング信号Ｔｊから第ｋのタイミング信号Ｔｋの発生までの期間中における作業員による操作により挿入部７は、観察対象物２の内部空間３に挿入されている。
【０１４０】
従って、未然形状推定部３３は、上記同様に、挿入部７がさらに１５ｃｍの押し込み操作されたものとして挿入部７の未然挿入部形状情報Ｍを推定する。  
このとき、本実施の形態では、挿入部７の先端部７ａは、これから先、観察対象物２の内部空間３における当該先端部７ａが未だ到達していない領域まで進行することが予測されるので、当該領域、すなわち図１６に示すような挿入部進行領域７ｓｒのさらに先端側の情報を推定する必要がある。
【０１４１】
図１７Ａは第ｊの挿入部形状Ｆｊを示し、図１７Ｂは第ｋの挿入部形状Ｆｋを示す。第ｋの挿入部形状Ｆｋは、推定された挿入部進行領域７ｓｒを含む。
【０１４２】
図１７Ｃは、観察対象物２の内部空間３の例えば形状等のおおよその情報を得ている場合における第ｈのタイミング信号Ｔｈの発生時に形状算出部３０から出力される挿入部形状情報Ｆｈ１を示す。挿入部形状情報Ｆｈ１には、推定された挿入部進行領域７ｓｒ(a)が含まれる。すなわち、未然形状推定部３３は、観察対象物２の内部空間３のおおよその形状情報に基づいて挿入部進行領域７ｓｒ(a)がこれに倣うように挿入部７が進行するものとして、未然形状推定情報Ｍを推定している。  
一方、観察対象物２の内部空間３のおおよその形状等の情報が無い場合、未然形状推定部３３は、挿入部７の仮の形状、例えば直線形状等の予め設定された形状を仮の形状として想定し、当該仮の形状の情報に基づいて挿入部７の未然挿入部形状情報Ｍを推定する。
【０１４３】
図１７Ｄは、観察対象物２の内部空間３の例えば形状等のおおよその情報が無い場合における第ｈのタイミング信号Ｔの発生時に形状算出部３０から出力される挿入部形状情報Ｆｈ２を示す。挿入部形状情報Ｆｈ２には、推定された挿入部進行領域７ｓｒ(b)が含まれる。挿入部進行領域７ｓｒ(b)は、上記挿入部進行領域７ｓｒ(a)と比較して直線形状になっている。
未然形状推定部３３は、挿入部７における類似形状領域ＬＲの形状が変化しないまま挿入部７が作業者の挿入操作による挿入操作量だけさらに進行するものと想定して挿入部７の形状を未然に推定する。
【０１４４】
このように上記第２の実施の形態によれば、変化導出部３２によって互いに異なるタイミングの挿入部７の形状情報を比較して類似形状領域ＬＲを抽出し、当該類似形状領域ＬＲに基づいて挿入部７の形状変化の種類と、形状変化の方向と、形状変化の変化量とを算出し、操作推定部３４によって作業者が押し込み操作を行ったときの挿入部進行領域７ｓｒの分だけ挿入部７が観察対象物２の内部空間３に進行したと推測し、未然形状推定部３３によって操作の種類である押し込みと、操作方向である挿入部７の中心軸の方向と、操作量である挿入部進行領域７ｓｒの長さとに基づいて未然挿入部形状情報Ｍを推定する。
【０１４５】
これにより、作業者が現在の操作を継続したときに、次のタイミングで起こり得る挿入部７の形状を未然に推定し、この推定した形状を作業者に挿入操作支援情報として表示部６等に表示して作業者に提供できる。この結果、従来の内視鏡システムと比較して訓練や技能向上に要する時間を短縮することができる。経験や技能レベルの低い作業者であっても比較的容易に挿入部７を観察対象物２の内部空間３に挿入、抜去することが可能となる。  
特に、本実施の形態では、挿入部７の全体の形状が変化した場合であっても、挿入部７の形状が類似している類似形状領域ＬＲを検出するので、次のタイミングで起こり得る挿入部７の形状を未然に推定することができる。
［第２の実施の形態の第１の変形例］  
次に、第２の実施の形態の第１の変形例について図を参照して説明する。なお、本変形例では、上記第２の実施の形態と同一部分についてはその説明を省略し、それとは相違する部分について説明する。  
本変形例は、変化導出部３２の動作が上記第２の実施の形態と相違する。上記第２の実施の形態では、挿入部類似形状領域ＬＲを用いて形状変化情報ＫＡとしての挿入部７の移動方向と移動の量とを算出する例を示したが、本変形例では、挿入部類似形状領域ＬＲに代えて挿入部７の湾曲部の頂点の間隔である頂点部間距離同一領域を用いる。
【０１４６】
［変化導出部３２の動作］  
図１８は第ｊと第ｋの挿入部形状Ｆｊ、Ｆｋの例を示す。本変形例は、上記第１の実施の形態のように挿入部７の形状が第１と第２の形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂと、形状変化領域ＫＥ１とに分類することが出来ず、かつ上記第２の実施の形態のように挿入部類似形状領域ＬＲを抽出すること出来ない場合であって、一方、複数の湾曲部が存在し、これら湾曲部の各頂点間の距離が互いに等しくなっている場合に適用される。
【０１４７】
すなわち、例えば、第ｊと第ｋの挿入部形状Ｆｊ、Ｆｋには、それぞれ３つの湾曲部が存在する。これら湾曲部は、第ｊの挿入部形状Ｆｊにおいて、第１の特徴部ｊｗ１、第２の特徴部ｊｗ２、第３の特徴部ｊｗ３と称し、第ｋの挿入部形状Ｆｋにおいて、第１の特徴部ｋｗ１、第２の特徴部ｋｗ２、第３の特徴部ｋｗ３と称する。  
第１の特徴部ｊｗ１、第２の特徴部ｊｗ２、・・・、第３の特徴部ｋｗ３は、それぞれ湾曲部の頂点を有する。  
第ｊの挿入部形状Ｆｊ等における第１乃至の第３特徴部ｊｗ１〜ｊｗ３と第１乃至の第３特徴部ｋｗ１〜ｋｗ３とは、互いに各頂点の間隔が等しく、かつ湾曲している各方向が等しい関係となっている。第１乃至の第３特徴部ｊｗ１〜ｊｗ３と第１乃至の第３特徴部ｋｗ１〜ｋｗ３とにおいて、互いに各頂点の間隔が等しく、かつ湾曲している各方向が等しいのは、第１乃至の第３特徴部ｊｗ１〜ｊｗ３と第１乃至の第３特徴部ｋｗ１〜ｋｗ３との位置関係を比較することにより認識される。図１８中におけるＧ１は、第１乃至の第３特徴部ｋｗ１〜ｋｗ３に挟まれていない領域を示す。なお、当該領域Ｇ１は、複数存在するが、図１８では全ての領域Ｇ１を図示することが困難であるので、一例として１つの領域Ｇ１を示す。
【０１４８】
はじめに、変化導出部３２は、挿入部７における湾曲部の各頂点の座標を算出する。湾曲部の各頂点の座標は、第ｊと第ｋの挿入部形状情報Ｆｊ、Ｆｋから容易に求められる。
【０１４９】
変化導出部３２は、挿入部７における湾曲部の各頂点の座標から当該各頂点間の距離と、湾曲している各方向とを算出する。湾曲している各方向は、湾曲部の各頂点の相対的な方向となる。  
すなわち、第ｊの挿入部形状情報Ｆｊにおいて、第１の特徴部ｊｗ１と、第２の特徴部ｊｗ２と、第３の特徴部ｊｗ３との相対的な位置関係及び間隔が求められる。同様に第ｋの挿入部形状情報Ｆｋにおいて、第１の特徴部ｋｗ１と、第２の特徴部ｋｗ２と、第３の特徴部ｋｗ３との相対的な位置関係及び間隔が求められる。
【０１５０】
これら第ｊの挿入部形状情報Ｆｊにおける第１の特徴部ｊｗ１と、第２の特徴部ｊｗ２と、第３の特徴部ｊｗ３との相対的な位置関係及び間隔、及び第ｋの挿入部形状情報Ｆｋにおける第１の特徴部ｋｗ１と、第２の特徴部ｋｗ２と、第３の特徴部ｋｗ３との相対的な位置関係及び間隔は、それぞれ各座標の情報を共通の座標軸上において算出するようにしてもよい。  
これら第１の特徴部ｊｗ１と、第２の特徴部ｊｗ２と、第３の特徴部ｊｗ３との頂点の間隔、及び第１の特徴部ｋｗ１と、第２の特徴部ｋｗ２と、第３の特徴部ｋｗ３との頂点の間隔は、それぞれスカラー量の情報として求めてもよいし、湾曲している各方向をベクトルとしての方向情報も含めて求めてもよい。
【０１５１】
これら位置関係及び間隔を求める場合、第１乃至の第３特徴部ｊｗ１〜ｊｗ３と第１乃至の第３特徴部ｋｗ１〜ｋｗ３とを比較するのは、如何なる技術・手法であってもよい。  
変化導出部３２は、第ｊの挿入部形状情報Ｆｊ間における第１の特徴部ｊｗ１と第２の特徴部ｊｗ２と第３の特徴部ｊｗ３との相対的な位置関係及び間隔と、第ｋの挿入部形状情報Ｆｋにおける第１の特徴部ｋｗ１と第２の特徴部ｋｗ２と第３の特徴部ｋｗ３との相対的な位置関係及び間隔とを比較し、略同一となる位置関係及び間隔を第ｊの挿入部形状情報Ｆｊにおける第１の特徴部ｊｗ１と第２の特徴部ｊｗ２と第３の特徴部ｊｗ３として抽出すると共に、第ｋの挿入部形状情報Ｆｋにおける第１の特徴部ｋｗ１と第２の特徴部ｋｗ２と第３の特徴部ｋｗ３として抽出する。
【０１５２】
第１の特徴部ｊｗ１と、第２の特徴部ｊｗ２と、第３の特徴部ｊｗ３と、第１の特徴部ｋｗ１と、第２の特徴部ｋｗ２と、第３の特徴部ｋｗ３とにおける各頂点は、当該頂点の周囲に何もない状態であれば、直線上に存在するはずである。ところが、観察対象物２の内部空間３に挿入されることにより挿入部７は、観察対象物２の内部空間３の構造により湾曲させられている可能性が高い。  
さらに、第ｊ、ｋの挿入部形状情報Ｆｊ、Ｆｋ間における第１の特徴部ｊｗ１と、第２の特徴部ｊｗ２と、・・・、第３の特徴部ｋｗ３の各頂点は凸部であることから、挿入部７の凸側が観察対象物２の内部空間３に接触している部分である可能性が高い。
【０１５３】
又、観察対象物２の内部空間３では、当該内部空間３の管孔形状の特徴によって湾曲して挿入部７と接触し易い場所がある程度決まっている。これらのことから、第ｊ、ｋの挿入部形状情報Ｆｊ、Ｆｋ間における第１の特徴部ｊｗ１と、第２の特徴部ｊｗ２と、・・・、第３の特徴部ｋｗ３の各頂点の相対的な位置関係、間隔が略等しい場合、挿入部７は、観察対象物２の内部空間３における同じ内壁面に接触している可能性が高い。すなわち、挿入部７は、同じ場所に存在していると推定することができる。
【０１５４】
しかるに、変化導出部３２は、第ｊの挿入部形状Ｆｊにおける第１乃至第３の特徴部ｊｗ１〜ｊｗ３の相対的な位置関係と、第ｋの挿入部形状Ｆｋにおける第１乃至第３の特徴部ｋｗ１〜ｋｗ３の相対的な位置関係とが略等しい場合、第１の特徴部ｊｗ１と第１の特徴部ｋｗ１とが同一位置に存在し、第２の特徴部ｊｗ２と第２の特徴部ｋｗ２とが同一位置に存在し、第３の特徴部ｊｗ３と第３の特徴部ｋｗ３とも同一位置に存在するものと判定する。
【０１５５】
さらに、変化導出部３２は、第１乃至の第３特徴部ｊｗ１〜ｊｗ３と第１乃至の第３特徴部ｋｗ１〜ｋｗ３との各頂点の間隔と、湾曲している各方向との情報に基づいて挿入部７の移動方向と、移動量とを求める。すなわち、移動方向については、第ｊの挿入部形状情報Ｆｊと第ｋの挿入部形状情報Ｆｋとを比較すると、挿入部７は、図１８に示すように挿入部進行領域ＧＲの分だけ観察対象物２の内部空間３に伸びていることが分かる。これにより、移動方向は、挿入部７の挿入方向となる。挿入部７の移動の量は、挿入部進行領域ＧＲの長さと略等しい長さに対して第１乃至の第３特徴部ｋｗ１〜ｋｗ３までの長さの差を加えた長さとなる。なお、挿入部７の移動量の求め方については、上記第２の実施の形態における挿入部７の移動量の求め方と同様に求めることが可能である。さらに、上記第２の実施の形態における挿入部７の形状を未然に推定する手法と同じ手法を用いて未然形状情報Ｍを推定できる
【０１５６】
これにより、作業者が現在の操作を継続したときに、次のタイミングで起こり得る挿入部７の形状を未然に推定し、この推定した形状を作業者に挿入操作支援情報として表示部６等に表示して作業者に提供できる。この結果、従来の内視鏡システムと比較して訓練や技能向上に要する時間を短縮することができる。経験や技能レベルの低い作業者であっても比較的容易に挿入部７を観察対象物２の内部空間３に挿入、抜去することが可能となる。  
特に、本実施の形態では、挿入部７の全体の形状が変化した場合であっても、挿入部７の形状が類似している類似形状領域ＬＲを検出するので、次のタイミングで起こり得る挿入部７の形状を未然に推定することができる。
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、第１及び第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。  
本実施の形態の上記第１及び第２の実施の形態と相違する点は、観察対象物２の内部空間３における内面プロファイルの少なくとも一部を推定する内面プロファイル情報推定部（以下、プロファイル推定部と称する）５０を含むところである。
【０１５７】
内面プロファイルは、観察対象物２の内部空間３の内表面の形状情報を示す。内視鏡をはじめとする挿入/抜去作業システムは、作業を行う観察対象物２が狭い内部空間３を含む場合が多い。挿入部７は、当該観察対象物２が狭い内部空間３の形状に沿って観察対象物２における内部空間３の奥方向に向かって進行し、作業を行う。  
このため、挿入／抜去作業システムの挿入部７は、その一部が観察対象物２の内部空間３の内面と接触しながら作業者の操作によって奥方向に進行する。従って、挿入部７が観察対象物２の内面に接触しているところが推定できれば、観察対象物２の内面プロファイルをおおよそ推定することが出来る。観察対象物２の内面プロファイルが推定できれば、挿入部７の形状の未然の推定に活用することができる。これにより、作業者に内面プロファイル情報を提供することが可能となり、より容易に挿入／抜去作業システムが実現できる。
【０１５８】
図１９は支援情報ユニット２２の構成図を示す。支援情報ユニット２２の基本的な構成は、上記第１の実施の形態と同一である。本実施の形態における支援情報ユニット２２は、観察対象物２のプロファイル推定部５０を含む。すなわち、支援情報ユニット２２は、形状算出部３０と、形状センサ制御部３１と、変化導出部３２と、未然形状推定部３３と、操作推定部３４とに加え、観察対象物２のプロファイル推定部５０を含む。  
プロファイル推定部５０は、変化導出部３２からの情報を受けて観察対象物２の内面プロファイル情報ＦＤを推定し、当該内面プロファイル情報ＦＤを未然形状推定部３３に送る。内面プロファイル情報ＦＤは、支援情報として表示部６を経由して作業者に情報提供されることも可能である。
【０１５９】
次に、上記の如く構成された支援情報ユニット２２の動作について説明する。  
支援情報ユニット２２の基本的な動作は、上記第１と第２の実施の形態と同一であり、相違する部分について説明する。  
プロファイル推定部５０は、変化導出部３２からの情報に基づいて観察対象物２の内面プロファイルを推定する。プロファイル推定部５０は、未然プロファイル情報メモリ５０ａを含む。未然プロファイル情報メモリ５０ａには、観察対象物２の内面プロファイルに関する未然情報が予め記憶されている。
【０１６０】
プロファイル推定部５０は、未然プロファイル情報メモリ５０ａに予め記憶されている観察対象物２の内面プロファイルに関する事前情報を用いて観察対象物２の内面プロファイルを推定する。
【０１６１】
［プロファイル推定部５０の動作］  
プロファイル推定部５０は、変化導出部３２からの情報について下記第１〜第５の機能のように観察対象物２の内面プロファイルを推定する。  
（第１の機能）  
挿入部７の全体の形状は時間的に変化しているにも拘わらず、部分的に同じ形状の領域が存在する場合がある。この場合、挿入部７の同じ形状の領域は、観察対象物２の内部空間３の内面形状に倣った形状となっているためであると仮説を立て、内面プロファイルとほぼ近い形状を現していると推定する。
（第２の機能）  
特徴部の位置関係、例えば、第ｊの挿入部形状Ｆｊにおける第１乃至第３の特徴部ｊｗ１〜ｊｗ３の相対的な位置関係と、第ｋの挿入部形状Ｆｋにおける第１乃至第３の特徴部ｋｗ１〜ｋｗ３の相対的な位置関係とが等しい場合、挿入部７は、観察対象物２内部空間３における同じ位置にあり、例えば各特徴部ｊｗ１〜ｊｗ３である頂点（外側）は、観察対象物２の内部空間３の内面に接していると推定する。
（第３の機能）  
上記第２の機能と同様に、各特徴部の位置関係が等しい場合であって、各特徴部ｊｗ１〜ｊｗ３の間の領域が凸状になっている場合は、当該領域も観察対象物２の内部空間３の内面と接していると推定する。
（第４の機能）  
複数の不連続な内面プロファイル領域について、滑らかに接続することが可能な場合にはこれを根拠として内面プロファイルを推定する。
（第５の機能）  
推定した複数の内面プロファイルが滑らかにつながらない場合は、優先順位を第１の機能、第２の機能、第３の機能、第４の機能の順とし、下位のものについては内面プロファイルを推定できない場合としてこの推定による情報を削除する。
【０１６２】
次に、プロファイル推定部５０の動作について説明する。この動作の説明では、上記第１と第２の実施の形態で説明した例について内面プロファイルを推定する一例について上記図５に示す第１の実施の形態の例を用いて説明する。なお、事前情報として、観察対象物２は、生体の臓器であることが与えられているとする。観察対象とする臓器は、挿入部７の押圧力により観察対象物２内をある程度移動可能であることが与えられているとする。これらの事前情報は、プロファイル推定部５０の未然プロファイル情報メモリ５０ａに記憶されているものとする。さらに、臓器は、例えば大腸のように筒状の臓器であることが未然プロファイル情報メモリ５０ａに記憶されているものとする。
【０１６３】
このような場合のプロファイル推定部５０による内面プロファイル推定のプロセスについて説明する。  
プロファイル推定部５０は、第１の機能により形状不変化領域ＫＥ２ａ、ＫＥ２ｂの周囲に内面プロファイルを推定する。  
次に、プロファイル推定部５０は、第３の機能により形状変化領域ＫＥ１の湾曲の頂点（外側）の内面プロファイルを推定する。  
最後に、プロファイル推定部５０は、観察対象物２が筒状であるという情報から湾曲の頂点の内側のプロファイルを推定する。この例の場合、プロファイル推定部５０は、挿入部７が存在している領域の全体について内面プロファイルを推定することが可能である。なお、挿入部７の先端側の形状不変化領域ＫＥ２ｂでは、観察対象物２の内壁が移動しており、これに伴って内面プロファイルも変化している。
【０１６４】
次に、上記図１５に示す第２の実施の形態の例を用いて説明する。この例では、観察対象物２の内面プロファイルに関する情報は、未然プロファイル情報メモリ５０ａに記憶されていないものと仮定する。この場合、図２１に示すように挿入部７の全体の内面プロファイルを推定することは出来ない。  
プロファイル推定部５０は、第２の機能により３箇所の凸部について、観察対象物２の内面に接しているものと仮定して内面プロファイルを推定する。  
これと共に、プロファイル推定部５０は、第３の機能により挿入部７における挿入部類似形状領域ＬＲの凸方向の側面について、挿入部７が観察対象物２の内面に接触しているものと仮定し、内面プロファイルを推定する。
【０１６５】
さらにプロファイル推定部５０は、第４の機能によって、第１の機能による推定と第３の機能による推定とにより不連続な部分が滑らかに繋がりそうな領域（例えば、図２１上部に点線により示す内面プロファイルＰＮ）を接続して内面プロファイルの推定可能な領域を拡大する。なお、この例では、内面プロファイルを挿入部７の全体に亘って推定することは出来ていないが、筒状を仮定したりすることで、推定できない部分についても情報提供、表示等行うことも可能である。推定した対象物内面プロファイル情報ＦＤは、情報記憶部３５に記憶される。又、対象物内面プロファイル情報ＦＤは、表示部６に出力されることも可能である。
【０１６６】
さらに、上記図１８に示す第２の実施の形態の例を用いて説明する。この例についても観察対象物２の内面プロファイルに関する情報は未然プロファイル情報メモリ５０ａに記憶されていないものと仮定する。この場合、図１５に示す例と同様に全体の内面プロファイルを推定することは出来ず、第２の機能により特徴部の相対的な位置関係が略等しいことを利用し、観察対象物２に対し同じ領域にあると推定できる。このとき、第１の特徴部ｊｗ１と第２の特徴部ｊｗ２の間、及び第２の特徴部ｊｗ２と第３の特徴部ｊｗ３との間の領域は、同図右側に若干凸形状となっている。これにより、第３の機能により当該領域についても図２２に示すように内面プロファイルを推定できる。
【０１６７】
さらに、第ｊの挿入部形状Ｆｊでは、第２の特徴部ｊｗ１と第３の特徴部ｊｗ３との間の領域は図右下側に凸であるが、第ｋの挿入部形状Ｆｋでは、第２の特徴部ｋｗ１と第３の特徴部ｋｗ３若干左上側に凸形状となっている。従って、当該領域の左上側のプロファイルについては、第ｊの検出時挿入部形状Ｆｊでは内面プロファイルを推定できないが、第ｋの挿入部形状Ｆｋを用いることで第３の機能により内面プロファイルを推定できる。
【０１６８】
なお、一旦、内面プロファイルが推定できた領域であっても、その後、挿入部７の形状変化により推定できない領域に変化することがある。このような場合、観察対象物２の内面が出現したり消滅したりするとは考えにくいので、内面プロファイルは存在するものとしてプロファイル推定部５０は、動作を継続する。
【０１６９】
さらに、本実施の形態では、挿入／抜去作業システムは内視鏡装置としている。プロファイル推定部５０は、当然内視鏡装置に含まれる撮像素子７ｄから出力される撮像信号を画像処理することによって観察画像を取得し、この観察画像などを用いて内面プロファイル情報を推定することが可能である。例えば、プロファイル推定部５０は、観察画像から観察対象物２の内面が広い空間であるのか、筒状であるのかを知ることが可能である。プロファイル推定部５０は、これらの情報を元に自動または作業者からの入力により内面プロファイル情報の信頼度を向上することができる。  
プロファイル推定部５０は、上述のプロセスにより推定した内面プロファイル情報ＦＤを情報記憶部３５に記憶し、かつ未然形状推定部３３に出力する。また、表示部６に出力することも可能である。
【０１７０】
[未然形状推定部３３の動作]  
未然形状推定部３３の動作について、上記図５、図２０に示した第１の実施の形態で用いた例を用いて説明する。  
図２０は、第ｊ、ｋの挿入部形状情報Ｆｊ、Ｆｋに対応する観察対象物２の内部空間３の内面プロファイルＧ２ｊ、Ｇ２ｋを示す。  
前述の通り、観察対象物２は、例えば大腸のような筒状の内面プロファイルを有している。観察対象物２の内部を移動可能であることの情報が未然プロファイル情報メモリ５０ａに記憶されている。
【０１７１】
図２０に示す通り、第ｊの挿入部形状Ｆｊと第ｋの挿入部形状Ｆｋとの間に挿入部７の先端側において観察対象物２の内面プロファイルＧ２ｊ、Ｇ２ｋは大きく変形している。この内面プロファイルＧ２ｊ、Ｇ２ｋの変形は、挿入部７からの押圧力によるものである。又、生体内で臓器が移動可能であっても、臓器には移動の限界がある。これにより、挿入部７に同じ押圧力を加えたとき、挿入部７は、同じだけ変形することはなく、徐々に変形量は小さくなることが予想される。なお、ＧＦ１は、第１の機能により推定された内面プロファイルを示し、ＧＦ２は、第３の機能により推定された内面プロファイルを示す。
【０１７２】
これらの情報を考慮し、未然形状推定部３３は、上記第１の実施の形態の上記図１０、図１１及び図１２に示した第ｈのタイミング信号Ｔｈの発生時の未然挿入部形状情報Ｍと比較してその変形例は小さいものと推定する。  
このとき、観察対象物２の内面が移動できる距離や移動に必要な応力などの情報が予め未然プロファイル情報メモリ５０ａに記憶されている場合、未然形状推定部３３は、当該情報を用いて適切な物理的な演算を行って未然挿入部形状情報Ｍを推定する。推定した未然挿入部形状情報Ｍは、情報記憶部３５に記憶される。
【０１７３】
なお、上記説明では観察対象物２の内面プロファイルＧ２ｊ、Ｇ２ｋが移動可能である例を示したが、例えば工業配管などのように移動不可能であることが未然プロファイル情報メモリ５０ａに記憶されている場合、未然形状推定部３３は、観察対象物２の内面プロファイルＧ２ｊ、Ｇ２ｋが移動しないものとして推定された内面プロファイルの内部にのみ挿入部７が存在しえるものとして未然挿入部形状情報Ｍを推定する。
【０１７４】
このように第３の実施の形態のように構成することで、作業者が現在の操作を継続したときに、次のタイミングで起こり得る挿入部７の形状を未然に推定し、これを作業者に挿入操作支援情報として表示・提供することが可能となる。この結果、本実施の形態は、従来の内視鏡システムと比較して訓練や技能向上に要する時間を短縮したり、経験や技能レベルの低い作業者であっても比較的容易に内視鏡を挿入、抜去することが可能となるなどの効果が期待できる。
【０１７５】
特に、本実施の形態のように観察対象物２の内面プロファイルＧ２ｊ、Ｇ２ｋを推定可能とすることで、観察対象物２の内部空間３の構造情報や、観察対象物２と挿入部７との位置関係などを情報提供可能となるため、作業者はその時々の情報を直感的に把握し易いなどの効果を奏する。  
［第３の実施の形態の第１の変形例］  
次に、第３の実施の形態の第１の変形例について説明する。  
図２３は本変形例の支援情報ユニット２２の構成図を示す。上記実施の形態では、プロファイル推定部５０を含む例について示したが、本変形例における支援情報ユニット２２は、図２３に示すように観察対象物２の負荷推定情報を推定する観察対象物負荷推定部（以下、負荷推定部と称する）６０を含むところが上記第３の実施の形態と相違する。  
負荷推定部６０は、プロファイル推定部５０からの内面プロファイル情報ＦＤと、検出時挿入部形状推定部３０からの挿入部形状情報Ｆと、操作推定部３４からの作業者操作情報Ｌと、および/または未然形状推定部３３からの未然挿入部形状情報Ｍとを組み合わせて観察対象物２に加わる負荷を観察対象物負荷推定情報ＫＧとして推定する。
【０１７６】
内面プロファイル情報ＦＤと挿入部形状情報Ｆとを組み合わせた例について説明する。この例では、観察対象物２は、挿入部７に対して十分に硬く、観察対象物２の内面プロファイルは変形しないものとする。  
先ず、図２４に示すように第ｊの挿入部形状Ｆｊであったものが第ｋの挿入部形状Ｆｋに変形したものとする。挿入部７は、外部から負荷が掛かっていない場合、おおよそ直線形状を維持する。第ｊの挿入部形状Ｆｊの場合、図２４左図に示すように、挿入部７の先端部７ａは、観察対象物２に接触することで押圧力ＦＯが加わり、湾曲した形状となっている。
【０１７７】
次に、作業者がさらに挿入部７に対して押し込み方向の操作を行った結果、挿入部７は、第ｋの挿入部形状Ｆｋとなった。このとき挿入部７は、少なくとも３箇所で観察対象物２に接触することでこの形状となっている。  
負荷推定部６０は、支援情報ユニット２２内の情報記憶部３５に記憶されている挿入部７のたわみ易さやその形状となるために必要な押圧力などの情報を用いて適切な演算を行い、求められた押圧力の反力として、挿入部７が観察対象物２に掛けている押圧力を推定する。負荷推定部６０が推定した観察対象物負荷情報ＫＧは、情報記憶部３５に記憶される。
【０１７８】
さらに、観察対象物２が生体のように内面プロファイルが変形したり移動したりする場合であっても、観察対象物２の変形のしやすさや変形に必要な押圧力の情報などを情報記憶部３５に記憶させることで、負荷推定部６０は、同様の手法により観察対象物２に掛かる押圧力を推定することが可能となる。  
このとき、負荷推定部６０は、操作推定部３４からの作業者操作の情報である操作の種類、方向、量の情報を活用することで押圧力ＦＯに影響を及ぼす直接的な操作を推定することが可能である。これにより、より押圧力ＦＯの値やその影響などについての精度を向上することが出来る。
【０１７９】
又、さらに負荷推定部６０は、未然挿入部形状情報Ｍを組み合わせることも可能である。未然挿入部形状情報Ｍを用いた場合でも、プロファイル推定部５０の基本的な動作は変わらないが、この情報を用いることで、未来のタイミングで観察対象物２に負荷される押圧力を未然に知ることが可能となる。
【０１８０】
本実施の形態の第１の変形例のように、観察対象物２に掛かる負荷（押圧力ＦＯ）を推定することで、観察対象物２に掛かっている押圧力ＦＯ等を推定することが可能となる。これにより、過去、現在または未来において観察対象物２への負荷を定性的、あるいは定量的に評価することが可能となる。さらに、観察対象物２が生体の場合、患者の受ける痛みや、臓器の破損の恐れなどを推定することが可能となり、医療用内視鏡などでは、患者の負荷軽減や臓器破損等のリスクを軽減することが可能となる。  
なお、上記第１の実施の形態と同様に、従来の内視鏡システムと比較して訓練や技能向上に要する時間を短縮したり、経験や技能レベルの低い作業者であっても比較的容易に内視鏡を挿入、抜去することが可能となるなどの効果が期待できることは言うまでもない。
【０１８１】
［第４の実施の形態］  
次に、本発明の第４の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本実施の形態では、上記第１乃至第３の実施の形態と共通の部分についてはその説明を省略し、それとは相違する部分についてのみ詳細に説明する。  
本実施の形態において操作推定部３４は、未然作業者操作情報を推定する未然操作推定部３４として機能するところが上記第１乃至第３の実施の形態とは相違する。以下、操作推定部３４を未然操作推定部３４として読み替えて説明する。
【０１８２】
上記第１及び第２の実施の形態では、操作推定部３４は、挿入部形状情報Ｆに基づいて過去又は現在までに行われた作業者の操作を推定した。未然形状推定部３３は、過去又は現在までに行われた作業者の操作がそのまま継続した場合のみを想定して事前（未然）挿入部形状情報Ｍを推定していた。
【０１８３】
これに対し本実施の形態の未然操作推定部３４は、未来に作業者が行う可能性のある作業者操作を未然に推定し、それを未然形状推定部３３に向けて出力する。なお、未然操作推定部３４以外の構成・機能は、基本的に上記第１乃至第３の実施の形態と共通である。
【０１８４】
[未然操作推定部３４の動作]  
作業者操作情報推定部３４は、上記第１の実施の形態で説明した動作により作業者操作情報Ｌを推定する。この作業者操作情報Ｌは、過去又は現在までに行われた作業者操作に関する情報である。作業者操作情報Ｌは、操作の種類、操作の方向、操作の量の情報を含む。  
未然操作推定部３４は、これらの作業者操作情報Ｌを入力し、未来の作業者操作である未然作業者操作情報Ｌ（＝ＬＦ）を推定する。未然操作推定部３４は、作業者操作情報推定部３４が含む形状変化情報ＫＡも受信し、当該情報ＫＡを用いて未然作業者操作情報ＬＦを推定する。
【０１８５】
作業者による操作は、第１に挿入/抜去のように挿入部７を観察対象部３の部内に対して挿入／抜去する操作、第２に回転／ひねり操作のように挿入部７を当該挿入部７の軸周りに回転させる操作、第３に湾曲操作のように操作ハンドル１１による湾曲部の操作の３つの基本操作がある。すなわち、操作の種類は、第１の挿入／抜去に関する操作、第２の回転／ひねりに関する操作、第３の湾曲に関する操作の３つが存在する。また、これらの操作は、独立または同時に行うことが出来る。
【０１８６】
あるタイミングにおける作業者の操作と、次のタイミングにおける作業者の操作との関係は、操作の種類、方向の観点でみると、操作の継続、停止、反転（同じ操作であって操作の方向が逆の操作）の３つがある。  
未然操作推定部３４は、操作推定部３４から入力した作業者操作Ｌの種類、方向について、継続、停止、反転の３つの可能性を考慮して推定する。  
また、未然操作推定部３４は、操作の量についても同様に、継続（同じ量を継続する）、減量、増量の３つの可能性を考慮して推定する。ここで操作の量でも「操作量ゼロ＝停止」もある。当該操作量ゼロ＝停止は、操作の種類、方向で考慮する停止と同じであるので、操作の量はゼロとして考慮する。
【０１８７】
未然操作推定部３４は、これらを踏まえて、操作の種類、方向については以下の３つのパターンを想定して未然に作業者の操作を推定する。なお、作業者操作は単純な操作とそれらの組み合わせの操作が考えられる。例えば挿入しながらひねりを加えるなどのような複合的な操作の場合、挿入とひねりとのそれぞれの操作ごとに、下記第１から第４の未然作業者操作を候補として推定する。
（１）第１の未然作業者操作  
この操作では、過去又は現在までに行われた操作の種類、方向、量をそのまま継続するとして推定する。未然操作推定部３４は、操作推定部３４から受け取った作業者操作情報Ｌをそのまま未然形状推定部３３に向けて出力する。  
（２）第２の未然作業者操作  
この操作では、過去又は現在までに行われた操作を停止するものとして推定する。
（３）第３の未然作業者操作  
この操作では、操作の種類は維持したまま方向を反転させる操作を行うものとして推定する。  
（４）第４の未然作業者操作  
この操作では、現在行っていない操作を新たに開始するとして推定を行うものである。  
操作の量について、第２の未然作業者操作では「停止」のために、操作量の情報は常にゼロとなる。第４の未然作業者操作では常に増量となる。さらに、第３の未然作業者操作では方向が反転するということは、一旦減量し、その後反転方向、すなわちマイナス方向に増量することになるため、常に減量ということになる。
【０１８８】
このように第１から第４の未然作業者操作に対応して操作量の選択肢を絞り込むことが出来る。  
未然操作推定部３４は、これらについて、過去および現在までの最新の作業者操作を含む１つ又は複数の作業者操作情報に基づいて未然作業者操作情報Ｌ（＝ＬＦ）を推定する。
【０１８９】
未然操作推定部３４は、第１乃至第４のいずれの未然作業者操作を行うかを推定する。  
先ず、作業者が同じ操作を連続的に行っており、かつ形状変化情報ＫＡより観察対象物２への挿入／抜去の操作が順調に進行していると判断できる場合、すなわち作業者操作の方向と量が挿入部７の移動方向、量と略等しいような場合、未然操作推定部３４は、同様の作業が継続する可能性が高いと判断する。すなわち、未然操作推定部３４は、第１の未然作業者操作が行われる可能性が高いと推定する。
【０１９０】
一方、作業者が頻繁に操作を変更しており、かつ形状変化情報ＫＡより観察対象物２への挿入／抜去の操作が順調には進行していないと判断できる場合、例えば作業者操作の方向、量と比べ挿入部７、特に先端部付近の移動方向、量が異なるかほとんど移動していない場合、未然操作推定部３４は、同様の作業が継続する可能性が低く、一旦停止し、次に異なる方向の操作が行われる可能性が高いと推定する。すなわち、未然操作推定部３４は、第２の未然作業者操作が行われた後、第３、第４の未然作業者操作が行われるものと推定する。
【０１９１】
さらに、同じ作業者操作が一定時間以上長時間にわたって連続している場合、特に操作量が徐々に減量しているようなはその操作の目的が達成できたと考えられる。これにより、未然操作推定部３４は、第２の未然作業者操作が行われた後、第３、第４の未然作業者操作が行われるものと推定する。  
操作の量について未然操作推定部３４は、同じ操作を継続する場合、その操作が始められた後、所定時間以下の場合は増量する可能性が高いと推定する。未然操作推定部３４は、所定時間以上継続されている場合、維持か又は減量する可能性が高いと推定する。また、同様に、第３又は第４の未然作業者操作の場合、未然操作推定部３４は、必ず増量することになるが、その量の大きさ事態は急激に大きな値になる可能性は小さいと推定する。
【０１９２】
さらに、作業者の作業時間そのものが長時間となっている場合（内視鏡システムは当然時計を持っていて、作業している時間は管理可能なため、この情報を用いることは通常可能である。）、未然操作推定部３４は、抜去方向の操作を行う可能性が高いなど、状況的な情報も活用して未然作業者操作を推定する。
【０１９３】
さらに、未然操作推定部３４は、同様の観察対象物２を観察した場合の過去の支援情報ログの分析結果などから、ある操作に対し次に行われる可能性の高い操作などを、観察対象物２、作業者、内視鏡装置等ごとに分析し、当該分析結果を用いて未然作業者操作情報を推定する。ここで言う支援情報ログとは、支援情報ユニット２２を用いた挿入抜去作業システムの作業において、各部が受信、生成した様々な情報を情報記憶部に記憶させ、どのような作業、操作が行われたかを後から振り返ることが出来るシステムである。  
支援情報ログは、目的に応じて必要なログのみを抽出可能で、挿入操作の手順と、挿入/抜去の成否などを解析可能となっている。支援情報ログは、支援情報ユニット２２内に設けられ、各部と信号接続されたメモリとそれを呼び出すためのデータ処理プログラムを有している。また、支援情報ユニット２２は支援情報ログを表示部に表示させることが可能となっている。
【０１９４】
なお、未然作業者操作の場合、操作量を正確に推定することは困難である。このため、その操作における標準的な操作量をデフォルト値として保持し、それを出力するように構成することも好適である。デフォルト値についても、支援情報ログの値を参照して設定したり、その値から適宜補正することも可能である。
【０１９５】
ここで、上記については、挿入/抜去操作、回転/ひねり操作、湾曲操作の３つの基本操作をそれぞれ独立に未然作業者操作を推定する例を示したが、これらを複合的に行う組み合わせ操作ももちろん存在する。例えば、ひねりながら挿入/抜去を行ったりする場合がある。このような組み合わせは理論的には全て可能であるが、実際の作業では、挿入しながらひねりを加え、さらに湾曲操作を行うなどの操作は極まれである。
【０１９６】
また、組み合わせ操作よりも単独で操作を行うほうが一般的である。このため、未然操作推定部３４は、作業者の支援情報ログからの情報や、特定の医学的な手技などを行うと推定される場合など、組み合わせ操作が行われる可能性が高いと判断される場合に、組み合わせ操作についても考慮して推定を行う。推定した未然作業者情報は情報記憶部に記憶される。  
又、未然操作推定部３４は、未然形状推定部３３に対し、複数の未然作業者操作情報Ｌ（＝ＬＦ）を並行して出力する機能を有している。これは、未然作業者操作情報Ｌ（＝ＬＦ）は、実際の作業者の操作ではないため、作業者が当然異なる操作を行う可能性がある。そこで、起こり得る可能性の高い順に複数の未然作業者操作情報Ｌ（＝ＬＦ）を未然形状推定部３３に出力することで、起こりそうな複数の未然挿入部形状を未然形状推定部３３が推定可能にする。このとき、未然操作推定部３４は、上述したような様々な情報、状況を考慮し、起こりそうな順に未然作業者操作情報Ｌ（＝ＬＦ）を順位付けし、その順に沿って未然形状推定部３３に出力する。順位付けが難しい場合や情報が不足する場合は、上述の第１の未然作業者操作情報から第２、第３、第４の未然作業者操作情報Ｌ（＝ＬＦ）の順に出力する。
【０１９７】
これを受け、未然形状推定部３３は、入力した全ての未然作業者操作情報Ｌ（＝ＬＦ）に基づいて未然挿入部７形状を推定する。未然作業者操作情報Ｌ（＝ＬＦ）は、作業者操作情報Ｌと同じ種類の情報となっている。このため、未然形状推定部３３は、未然作業者操作情報Ｌ（＝ＬＦ）に対し、作業者操作情報Ｌと同じ動作を行う。  
本実施の形態のように構成することで次のタイミングで起こり得る挿入部７の形状を未然に推定し、これを作業者に挿入操作支援情報として表示・提供することが可能となる。この結果、従来の内視鏡システムと比較して訓練や技能向上に要する時間を短縮したり、経験や技能レベルの低い作業者であっても比較的容易に内視鏡を挿入、抜去することが可能となるなどの効果が期待できる。
【０１９８】
特に、本実施の形態のように作業者がこれから行うであろう操作を未然作業者操作情報Ｌ（＝ＬＦ）として推定し、この情報Ｌ（＝ＬＦ）に基づいて未然挿入部形状を推定可能とすることが可能となり、未然挿入部７形状の起こり得る形状バリエーションを導出、作業者に提供することが可能となる。また、個々の未然挿入部形状の推定を、現在の操作の継続以外についても実施可能となるなど、作業者にとってより有効な情報提供が可能となる。
【０１９９】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものでない。  
形状センサ８は、光ファイバセンサを用いてきたが、これに限らない。  
観察対象物２の内部での挿入部７の形状を検出可能なものであれば、どのようなものでもかまわない。例えば、複数の磁気コイルを挿入部７内に配置し、外部に磁気アンテナを配置したものでもかまわない。この場合、アンテナとの絶対的な位置が確認できるため、後述するように挿入量センサを用いる必要がない。
【０２００】
Ｘ線カメラを用いてもかまわない。医療用内視鏡の場合、Ｘ線カメラで生体内部での挿入部７の形状、生体との相対位置を確認する手技は古くから知られている。この場合、生体内の臓器の位置、形状などもおおよそ確認できるため、観察対象物２の内面プロファイルの精度や確度の向上にもつなげることが出来る。なお、Ｘ線カメラの場合、１台のみを用いると２次元データしか得られない。この場合、上述した構成、動作を２次元的に処理することで対応することが出来る。３次元情報の場合と比較して情報量は減るが、一定程度の効果を奏することが期待できる。
【０２０１】
また、上述した全ての実施形態において、内視鏡に搭載するセンサは、形状センサとしての光ファイバセンサ８のみの例を示したが、これに限らない。例えば、図２５に示すように、内視鏡の能動湾曲部７ｂの湾曲操作を検出するために操作ハンドル１１の操作量を直接検出できる操作量センサ７０を観察対象物２の挿入開口２ａに設置し、かつ挿入部７の挿入抜去の操作の方向、量を検出できる挿入量センサ７１を設置し、これら操作量センサ７０と挿入量センサ７１とを組み合わせることが出来る。これらのセンサ７０、７１からの出力を用いることで、操作推定部３４が行っていた推定の一部を直接検出することが可能となる。
【０２０２】
また、未然操作推定部３４が操作量センサと挿入量センサとからの出力結果を用いて未然作業者操作情報を推定することで、未然作業者操作情報の確度、精度を向上することが可能となる。  
さらに、上述した実施形態では、異なる部分については置き換える例を示したが、これに限らない。例えば、第１の実施の形態から第２の実施の形態の変形例までで説明した変化導出部３２の機能を一つの挿入部時間変化導出部に組み込んで使用時において選択可能としてもかまわないし、状況に応じて適切な手法を自動的に選定するように構成してもかまわない。同様に上述した全ての実施の形態の構成を一つの挿入／抜去作業システムに搭載し、それぞれの機能を選択可能としたり、同時に推定、表示可能とすることも可能である。
【０２０３】
上述の実施形態、およびその変形例では、内視鏡を題材に例示してきたが、これに限らない。可撓性を有する挿入部７を管孔内に挿入し、所望の作業を行うような挿入／抜去作業システム全てに対し、本発明は好適である。例えば、内視鏡の鉗子チャネルに挿入して処置を行う処置具や鉗子、血管やリンパ管内に挿入して様々な処置を行うカテーテル、さらには工業配管のメンテナンスを行う工業用の様々な観察/補修デバイスなどは特に好適である。これらの挿入/抜去作業システムの一部は能動操作を行う機能を有していない場合がある。その場合は作業者操作情報Ｌは“湾曲操作”を持たないが、それ以外は上述した説明とほぼ同じ手法、動作、機能により目的を達成することが出来る。  
なお、これまで述べてきた実施形態およびその変形例は一例に過ぎず、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【０２０４】
１：内視鏡システム、２：観察対象物、２ａ：挿入開口、３：内部空間（空洞）、４：内視鏡本体部、５：内視鏡スコープ部、６：表示部、７：内視鏡挿入部（挿入部）、７ａ：挿入部の先端部、７ｂ：能動湾曲部、７ｃ：受動湾曲部、７ｄ：撮像素子、７ｅ：対物レンズ、８：形状センサ（光ファイバセンサ）、８ａ：光吸収体（湾曲形状検出部）、９：操作部、１０：本体側ケーブル、１１：操作ハンドル、１２：鉗子チャンネル、１３：照明部、２１：ビデオプロセッサ、２０：光源部、２２：支援情報ユニット、２３：形状センサユニット、２４：ファイバセンサ用光源、２５：光検出器、３０：検出時挿入部形状算出部（形状算出部）、３１：形状センサ制御部、３２：挿入部形状時間変化導出部（変化導出部）、３３：未然挿入部形状推定部（未然形状推定部）、３４：作業者操作情報推定部（操作推定部）、３４ａ：操作情報メモリ、３５：情報記憶部、３０ａ：湾曲情報メモリ、４０：本体メモリ、５０：内面プロファイル情報推定部（プロファイル推定部）、５０ａ：未然プロファイル情報メモリ、６０：観察対象物負荷推定部、７０：操作量センサ、７１：挿入量センサ。
【図１】
0006535689.tif 000002
【図２】
0006535689.tif 000003
【図３Ａ】
0006535689.tif 000004
【図３Ｂ】
0006535689.tif 000005
【図３Ｃ】
0006535689.tif 000006
【図４】
0006535689.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0006535689.tif 000011
【図９】
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【図１０】
0006535689.tif 000013
【図１１】
0006535689.tif 000014
【図１２】
0006535689.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
0006535689.tif 000017
【図１５】
0006535689.tif 000018
【図１６】
0006535689.tif 000019
【図１７Ａ】
0006535689.tif 000020
【図１７Ｂ】
0006535689.tif 000021
【図１７Ｃ】
0006535689.tif 000022
【図１７Ｄ】
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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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