(57)【要約】【課題】内視鏡の基端側から先端部まで挿通される処置具は、観察視野を変えた際又は患者の体腔内における生体の動きにより内視鏡が移動すると、処置中の処置具も一体的に移動されるため、処置箇所に戻す移動操作が行われている。【解決手段】内視鏡の移動に伴い撮像された画像から対象部位に対する内視鏡本体３の動きを推定し、その動きから一体的に移動する処置具２１の動きを推定する。この処置具２１の移動量は、内視鏡移動後の位置から処置位置に移動させるための処置アーム部２１ｃの各関節における屈曲、回転及び進退等の動作量を算出し、各関節を屈曲させて処置部２１ｃを元の処置位置に移動するように、内視鏡の移動毎に処置具２１の位置保持を行う処置具位置制御装置を搭載する内視鏡装置システムである。【選択図】      図１
2008245839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体腔内の所望する対象部位を観察する内視鏡装置に搭載される処置具の位置を制御する装置であって、
前記内視鏡の挿入部内を進退可能に挿通して設けられ、先端部に前記対象部位に対して処置を施すための処置部を設けて該処置部の位置を移動可能な可動部を有する処置具と、
前記処置部の可動部を屈曲及び進退させて、該処置部の位置を移動させる駆動機構と、
前記挿入部先端の動きに従動した前記処置部の移動方向と移動量を推定する推定部と、
前記処置部の移動方向と移動量に基づき、該処置部を前記内視鏡が動く前の位置付近に戻すように前記駆動機構を駆動制御する制御部と、
を具備することを特徴とする内視鏡装置の処置具位置制御装置。
【請求項２】
前記処置部の可動部は、複数の関節と、該関節間を繋ぐロッドにより多関節構造に構成されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置の処置具位置制御装置。
【請求項３】
前記推定部は、
前記内視鏡の動きを推定する第１の推定部と、
前記内視鏡の動きに対して、該内視鏡と前記処置具との予め定められた位置関係から該処置具の前記処置部の移動方向と移動量を推定する第２の推定部と、
を備え、
前記内視鏡の挿入部の先端に設けられた撮像部により撮像された画像上における前記処置部の動きと、前記制御部に取り込まれた前記処置具の可動部が有する関節の角度情報、推定された並進移動情報及び回転情報による該処置具の状況から、前記処置部の位置を推定することを特徴とする請求項２記載の内視鏡装置の処置具位置制御装置。
【請求項４】
前記処置具位置制御装置の前記駆動部は、
前記可動部の各関節に、それぞれ一端を接続する複数のワイヤと、
前記制御部に制御され、前記ワイヤの他端とそれぞれに接続し、前記ワイヤのいずれかを進退させて、前記可動部を所望する方向に屈曲させる電気駆動機構と、
を具備し、
前記制御部が前記推定部の推定した位置から求めた前記処置部の移動方向と移動量に基づき、前記電気駆動機構を駆動して、前記処置具を前記内視鏡が動く前の位置付近に戻すことを特徴とする請求項３記載の内視鏡装置の処置具位置制御装置。
【請求項５】
体腔内の所望する対象部位を観察する内視鏡装置に搭載される処置具の位置を制御する装置であって、
前記内視鏡の挿入部内を進退可能に挿通して設けられ、先端部に前記対象部位に対して処置を施すための処置部を設けて該処置部の位置を移動可能な可動部を有する処置具と、
前記処置部の可動部を屈曲及び進退させて、該処置部の位置を移動させる駆動機構と、
前記内視鏡の挿入部内の先端側に設けられた磁界発生部と、
前記磁界発生部が発生させた磁界を検出し、検出した磁界に基づく前記磁界発生部の位置から前記処置部の位置を特定し、前記内視鏡の動きに従動した該処置部の移動方向と移動量を推定する推定部と、
前記処置部の移動方向と移動量に基づき、該処置部を前記内視鏡が動く前の位置付近に戻すように前記駆動機構を駆動制御する制御部と、
を具備することを特徴とする内視鏡装置の処置具位置制御装置。
【請求項６】
前記処置具位置制御装置において、
前記推定部は、前記内視鏡の移動が、該内視鏡の挿入部先端側に設けられた撮像部の撮像面と平行に移動したと推定した際に、該撮像面と直行する深度方向の距離を該撮像部の光学系の焦点距離に固定して、処置部の移動方向と移動量を推定することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置の処置具位置制御装置。
【請求項７】
前記内視鏡装置の挿入部の先端に設けられた屈曲部を所望する方向に屈曲させるための電気駆動機構を有する前記内視鏡装置の前記挿入部に前記処置具が進退可能に挿通されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置の処置具位置制御装置。
【請求項８】
前記処置具位置制御装置において、
前記推定部は、前記内視鏡の前記挿入部における移動量が予め定めた閾値よりも小さい場合は、前記処置具の位置を保持することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置の処置具位置制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡装置の鉗子チャンネルに挿通される処置具の位置制御を行う処置具位置制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、体腔内の病変等を観察する機器として、内視鏡装置が知られている。この内視鏡装置は、体腔内に挿入される内視鏡の挿入部の先端部分又は、装置本体内に撮像部が設けられ、所望する観察対象を画像としてモニタに表示している。この挿入部は、可撓性を有し、基端側から先端部まで貫通するチャンネル（鉗子チャンネル）が設けられている。必要に応じて鉗子チャンネルの挿入口から鉗子や電気メス等の処置具が挿通され、内視鏡画像を観察しながら、病変等に対して種々の処置を施すことができる。
【０００３】
従来は、操作部を一方の片手で持ち手動操作して、挿入部の湾曲部を適宜、湾曲させて病変等を観察し、他方の片手で処置具を操作している。近年、術者に対する内視鏡操作の負担を軽減するために、例えば、特許文献１に開示されるような電動化された内視鏡装置が提案されている。また、処置具においても、術者に対する操作の負担を軽減に加えて、手術時間の短縮による患者への負担を軽減するために、例えば、特許文献２に開示される電動化及びロボット化された処置具が提案されている。
【特許文献１】特許第３００７７１５号
【特許文献２】特開２００３−１２７０７６号公報
【特許文献３】特許第３３４７３８５号
【特許文献４】特開平９−０２６５４７号公報
【特許文献５】特許第３５７１６７５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したように、処置具は通常、鉗子チャンネルの挿入口から先端の鉗子口まで挿通され、先端部から鉗子や電気メスが突出されている。処置具は、鉗子チャンネル内を進退可能であるが、内視鏡の先端部分と一体的に移動することとなる。つまり、内視鏡の先端部分が移動すると、処置具も同等に移動することとなる。
【０００５】
従って、図８（ａ）に示すように、術者が処置具９１により処置を行っている最中に都合で図８（ｂ）に示すように、内視鏡９２を移動させて、撮像部９３による観察視野を変えた場合、内視鏡先端の移動と共に、処置具９１も一体的に移動されることとなる。処置を継続して行う場合には、図８（ｃ）に示すように、処置具９１の先端を移動前の処置していた箇所に戻す移動操作が必要となる。これにより、術者には処置具９１の湾曲部９１ａを操作する手間が増え、手術時間が長引く一因ともなりかねない。
【０００６】
また術者の都合で内視鏡先端を移動しない場合でも、患者の体腔内における生体の動き（蠕動運動、呼吸、心臓等）により内視鏡が移動してしまい、それに伴い処置具の先端も処置している場所から離れてしまうことがある。このような場合においても、術者は処置具の先端を処置していた箇所に戻す移動操作を行う必要がある。
【０００７】
そこで本発明は、処置具による処置中に内視鏡先端が移動しても、処置している箇所から離れることなく、処置作業を継続することを可能にする内視鏡装置の処置具位置制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するために、体腔内の所望する対象部位を観察する内視鏡装置に搭載される処置具の位置を制御する装置であって、前記内視鏡の挿入部内を進退可能に挿通して設けられ、先端部に前記対象部位に対して処置を施すための処置部を設けて該処置部の位置を移動可能な可動部を有する処置具と、前記処置部の可動部を屈曲及び進退させて、該処置部の位置を移動させる駆動機構と、前記挿入部先端の動きに従動した前記処置部の移動方向と移動量を推定する推定部と、前記処置部の移動方向と移動量に基づき、該処置部を前記内視鏡が動く前の位置付近に戻すように前記駆動機構を駆動制御する制御部と、を備える内視鏡装置の処置具位置制御装置を提供する。
【０００９】
また、本発明は、体腔内の所望する対象部位を観察する内視鏡装置に搭載される処置具の位置を制御する装置であって、前記内視鏡の挿入部内を進退可能に挿通して設けられ、先端部に前記対象部位に対して処置を施すための処置部を設けて該処置部の位置を移動可能な可動部を有する処置具と、前記処置部の可動部を屈曲及び進退させて、該処置部の位置を移動させる駆動機構と、前記内視鏡の挿入部内の先端側に設けられた磁界発生部と、前記磁界発生部が発生させた磁界を検出し、検出した磁界に基づく前記磁界発生部の位置から前記処置部の位置を特定し、前記内視鏡の動きに従動した該処置部の移動方向と移動量を推定する推定部と、前記処置部の移動方向と移動量に基づき、該処置部を前記内視鏡が動く前の位置付近に戻すように前記駆動機構を駆動制御する制御部と、を備える内視鏡装置の処置具位置制御装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、処置具による処置中に内視鏡先端が移動しても、処置している箇所から離れることなく、処置作業を継続することを可能にする内視鏡装置の処置具位置制御装置を提供することができる。
【００１１】
この処置具位置制御装置は、術者の操作又は患者の体腔内における生体の動きによる内視鏡の移動に際して、撮像された画像から対象部位に対する内視鏡の挿入部先端の動きを推定し、その動きから処置具の動きを推定する。さらに内視鏡移動後の位置から処置位置に移動させるための処置具の先端部の各関節における屈曲、回転及び進退等の動作量を算出し、各関節を動作させて処置具の先端を元の処置位置に移動するように、内視鏡の移動毎に処置具の位置保持を行うことができ、操作負担や疲労が軽減できる。
【００１２】
また、処置具位置制御装置は内視鏡先端に磁界発生コイルを設けて、発生した磁界から内視鏡先端の位置及び動きを推定し、その動きから処置具の動きを推定するため、迅速に元の処置位置までの動作量を算出し、処置具を処置位置に戻して、内視鏡の移動毎に処置具の位置保持を行うことができる。さらに、内視鏡移動の検出の際に閾値を設けることにより、ノイズや計算誤差等による処置具の不要な位置保持動作による振動が防止されて、処置が難しくなることを防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態に係る処置具位置制御装置を搭載する内視鏡装置システムの全体構成を示す図である。  
この内視鏡装置システムは、大別して、内視鏡装置１と処置具位置制御装置２により構成される。本発明は、挿入部先端に撮像素子を設けた電子内視鏡及び、ファイバースコープで導かれた光像を撮像する内視鏡に適用できるが、以下に説明する実施形態では、電子内視鏡を一例として説明する。
【００１４】
内視鏡装置１は、内視鏡本体３と装置本体４とで構成される。内視鏡本体３は、体腔内に挿入される挿入部３ａと、挿入部３ａの先端側に設けられた湾曲部３ｂを湾曲させる操作部３ｃとで構成される。挿入部３ａには、基端側に開口された挿入口３ｄから先端部３ｅまで貫通する穴、所謂、鉗子チャンネルの鉗子口５と、観察視野を照明するための照明光を伝搬するライトガイドファイバ６等が設けられている。さらに先端部３ｅには、ＣＣＤ等の撮像素子及び光学系を含む撮像部７が設けられる。撮像部７により撮像された病変等の画像データは、操作部３ｃを通じて、ケーブル（ライトガイドファイバ及び画像信号線及び制御信号線等）３ｇで接続される装置本体４の後述する画像処理部８に送出される。操作部３ｃには、操作者又は術者が操作して湾曲部３ｂを湾曲させて所望する観察対象物（病変部）１２を観察視野（又は、撮像視野）内に入れるための操作ダイヤル３ｆが設けられている。
【００１５】
装置本体４は、撮像部７により撮像された画像データに対して種々の画像処理やデータ処理を行う画像処理部８と、ライトガイドファイバを通じて照明光窓６から観察視野に照射する照明光を生成する光源部９と、内視鏡装置システム全体の制御及び演算処理等を行う制御部１０と、撮像された画像及びその画像に関するデータ及び装置状態や操作指示等を表示するモニタ１１とで構成される。
【００１６】
処置具位置制御装置２は、病変部１２に処置を施す例えば、高周波電気メス等が取り付けられた処置具２１と、処置具２１の制御を行う処置具制御部２２と、処置具制御部２２の制御信号に基づき処置具２１を駆動するモータユニット２３と、処置具２１である高周波電気メスに高周波電源を供給する電源装置２４とで構成される。さらに処置具位置制御装置２は、処置具制御部２２に接続されて術者の手操作により処置具２１の位置と姿勢を指示する入力装置となるジョイスティック２５と、電源装置２４に接続されて術者の足操作により高周波電気メスに高周波電源を供給する指示を行うフットスイッチ２６と、電源装置２４に接続され処置をする患者１３の体表面に貼られる対極板２７とを備えている。
【００１７】
この処置具位置制御装置２は、ジョイスティック２５の操作に従って、処置部を所望する位置（箇所）に移動可能なマスタスレーブ型の電動処置具である。尚、本実施形態における処置具２１の位置制御を行うように設定している際に、術者等によりジョイスティック２５が操作された場合には、ジョイスティック２５の操作指示を優先させる。  
処置具２１は、鉗子チャンネルに挿通され進退可能で軟性な特性を有する処置具挿入部２１ａと、病変部１２に処置を施す例えば、高周波電気メス等の処置部２１ｂと、処置具挿入部２１ａ及び処置部２１ｂに連結して処置部２１ｂを３次元的に移動可能な可動部（処置アーム部）２１ｃとで構成される。処置アーム部２１ｃは、処置部２１ｂを３次元的に移動させる構造を有している。本実施形態では、処置アーム部２１ｃは、例えば、複数の関節と短小なロッドを組み合わせた多関節構造（屈曲、軸方向の回転等）を採用している。この多関節以外にも、可動部としては、例えば円柱形状に形成した圧電素子等種々の構成部位を用いることができる。
【００１８】
処置具挿入部２１ａの基端側は、接続部２８によってモータユニット２３に接続される。モータユニット２３は、処置具挿入部２１ａ内を通り処置アーム部２１ｃの各関節に一端が接続されるワイヤ２９と、ワイヤ２９の他端と連結したプーリ３０と、プーリ３０が回転軸に嵌装されたモータ３１とで構成される。これらのモータ３１は、処置具制御部２２により個々に駆動制御される。この構成において、処置具制御部２２の駆動制御によりモータ３１が回転され、プーリ３０に巻き取られるワイヤ２９の牽引力で、処置アーム部２１ｃの各関節を屈曲させる。また、モータユニット２３内に設けられた図示しないモータ等からなるアクチュエータにより処置具挿入部２１を進退、回転させることによって処置部２１ｂを回転、進退させる。
【００１９】
処置具制御部２２は、ジョイスティック２５からの指示及び、機能の制御の条件やパラメータを入力する機能制御入力部４１と、各種の演算処理及び各構成部位への指示を行う中央処理部（ＣＰＵ）４２と、画像及び通信データ等を保存するメモリ４３と、モータユニット２３内の各モータ３１を駆動制御するモータドライバ４４と、モータユニット２３とケーブル４５で接続され通信を行うモータユニット通信部４６と、で構成される。
【００２０】
ＣＰＵ４２は、後述する手法により、内視鏡の撮像部７により撮像された画像データから内視鏡の動き（運動ベクトル）とその動き量を推定する演算処理を行う第１の推定部４２ａと、その動きと動き量に基づき処置部２１ｂが移動前の内視鏡における処置位置まで戻るために処置アーム部２１ｃに与える移動方向や移動量を算出する第２の推定部４２ｂと、処置具位置制御装置２の各構成部位を制御する制御部４２ｃとに大別される。メモリ４３は、内視鏡先端の撮像部７によって撮影された画像を内視鏡本体３から受信するための画像受信部と受信した画像、ＣＰＵ４２の演算結果及び通信データ等を格納する。さらに、機能制御入力部４１は、観察対象に対して処置部２１ｂの先端を特定の位置（箇所）に固定する機能のＯＮ／ＯＦＦを行うスイッチ４７と、機能の状態を表示するディスプレイ４８とを備える。
【００２１】
この処置具制御部２２は、術者によるジョイスティック２５の操作量に応じて、各モータ３１を駆動させる制御信号をモータドライバ４４に送信し、各モータ３１をそれぞれ回転させる。各モータ３１には、回転数を計測する図示しないエンコーダがそれぞれ取り付けられている。エンコーダは、回転数に対応した信号を生成し、処置具制御部２２に送出して、モータ３１に対するフィードバック制御を行う。
【００２２】
電源装置２４には、電源の供給状態等を表示するディスプレイ５１と、出力ワット数入カパネル５２と、出力モード選択パネル５３と、電力出力端子５４とが設けられている。電力出力端子５４は、内部に設けられている電源ユニット（図示せず）から出力された高周波電力を処置部２１ｂである高周波電気メスにケーブル５５を通じて供給する。このケーブル５５は、前述したワイヤ２９と共に処置具挿入部２１ａに挿通され、高周波電気メスに接続されている。
【００２３】
このように構成された処置具位置制御装置を搭載する内視鏡装置システムは、後述するように、時系列的に隣接する画像から観察対象である病変部１２に対する内視鏡の湾曲部３ｂの動きを推定し、推定した動きより処置具先端の処置部２１ｂの動きを求める。処置部２１ｂの動きから、移動前の処置部２１ｂの位置に戻すように移動させるための各関節の屈曲、回転、進退等の動作量を算出し、処置部２１ｂを移動前の位置に戻すように移動させる。移動があった際に、その都度、移動処理を繰り返し実施する。
【００２４】
この移動処理について図２に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。  
まず、処置具制御部２２は、撮像部７により撮像された時系列的に隣接する画像データから対象部位に対する内視鏡の動きを推定する（ステップＳ１）。具体的には、内視鏡装置から入力された時系列的に連続して入力した画像データから、それぞれの画像間のシフトマップを作成する。その手法として例えば、撮影された各画面内で任意に定めた対象部位（例えば、病変部１２）に対して、１つの画像間のシフトマップで１つの画像間の運動ベクトル（並進ベクトルｈと回転マトリクスＲ：並進ベクトルは単位ベクトルとする）を推定する。各画像に対応するシフトマップから運動ベクトル、すなわち内視鏡先端の動きを推定する。この並進ベクトルと回転マトリックスについては、特許文献３に詳しく開示され、並進ベクトルの大きさについて推定（Ｈ＝ｋｈ）は、特許文献４に詳しく開示されており、ここでの詳細な説明は省略する。  
次に、ＣＰＵ４２における第２の推定部により、内視鏡先端の動き（並進ベクトルＨ、回転Ｒ）から処置部２１ｂの動きを推定する（ステップＳ２）。この動きについて、図３（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。尚、以下で表す座標については、原点（０，０，０）は、内視鏡先端に設けられた撮像部７と光学系により設定される視点の位置を中心としてＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸を規定している。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、例えば、内視鏡が移動する前において、処置部２１ｂが病変部１２の位置（ｘ，ｙ，ｚ）にあったとして、内視鏡が何らかの理由で移動された後で、その移動する前の処置部２１ｂの位置（ｘ´，ｙ´，ｚ´）は、
【数１】
2008245839.tif 000003
【００２６】
となる。但し、Ｈ：内視鏡の並進、Ｒ：内視鏡の回転とする。これに対して、その移動した後の処置部２１ｂの位置（ｘ"，ｙ"，ｚ"）は、
【数２】
2008245839.tif 000004
【００２７】
となる。この時、内視鏡先端と処置アーム部２１ｃ（鉗子チャンネルの鉗子口５から延出している部分）の位置関係は変わらないため、実質的に処置部２１ｂは、位置（ｘ´，ｙ´，ｚ´）から位置（ｘ"，ｙ"，ｚ"）へ移動したことになる。
【００２８】
処置部２１ｂの位置（ｘ、ｙ、ｚ）は、処置アーム部２１ｃの関節を動かすモータ３１の回転量（例えば各モータ３１接続されるエンコーダの値より算出）から求められる関節の角度、関節の長さ、各関節の接続状態により求められる。ただし、内視鏡の先端を基準とした座標系に処置部２１ｂの動きが一致するように初期化する必要がある（例えば、内視鏡の湾曲のＵＰ／ＤＯＷＮ方向と処置具２１ｂのＵＰ／ＤＯＷＮ方向を一致させるようにシステムを初期化する）。また、式（１）と式（２）から内視鏡移動後の処置部２１ｂの位置（ｘ´，ｙ´，ｚ´）を算出し、得られた位置（ｘ´，ｙ´，ｚ´）、関節の長さ、各関節の接続状態から各関節の角度を逆運動学により求められる。
【００２９】
逆運動学は、作業空間におけるマニピュレータ（処置具）の位置、姿勢情報からジョイント（関節の角度等）の具体的な値を推定する方法である。ジョイント１、２、…、ｎのジョイントパラメータΦを
【数３】
2008245839.tif 000005
【００３０】
とし、マニピュレータの位置、姿勢を
【数４】
2008245839.tif 000006
【００３１】
とすると、その関係は以下のような式で表される。
【数５】
2008245839.tif 000007
【００３２】
ここで、マニピュレータの位置、姿勢の目標Ｐを
【数６】
2008245839.tif 000008
【００３３】
とおくと、マニピュレータをＰＰの状態にする為に
【数７】
2008245839.tif 000009
【００３４】
を満たすΦを求める事が必要となる。しかし、これらの関係式は非線形である為、Φを求める為にはＥｐをΦの要素で偏微分したヤコビアン行列Ｊ（Φ）
【数８】
2008245839.tif 000010
【００３５】
を求め、
【数９】
2008245839.tif 000011
【００３６】
を満たすΦを収束計算によって求める事が一般的に行われている。この算出した動作量に基づき、処置アーム部２１ｃの各関節を屈曲させて、処置部２１ｃを病変部１２の位置に移動する（ステップＳ４）。
【００３７】
この処置アーム部２１ｃの屈曲、回転及び進退動作による処置部２１ｃの位置保持を、処置部２１ｃによる病変部１２への処置が終了するまで繰り返し行う（ステップＳ５）。
【００３８】
すなわち、逆問題により各関節の屈曲、回転及び進退動作を求めて、移動を実施する。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態によれば、処置具による処置中に術者の都合により観察視野を移動したり、患者の体腔内における生体の動きにより、内視鏡が移動してしまたった場合であっても、処置具の処置部が処置中の対象部位から離れず、その位置が保持される。従って、術者による処置部を元の位置に戻す移動操作が無くなり、術者は処置に専念でき、操作負担や疲労が軽減される。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。  
図４は、第２の実施形態に係る処置具位置制御装置を搭載する内視鏡装置システムの全体構成を示す図である。  
この内視鏡装置システムは、前述した図１に示す第１の実施形態における内視鏡装置システムの構成に、さらに内視鏡本体３の先端側に磁界発生コイルを設けて、発生した磁界を内視鏡形状観察装置で検出し、内視鏡先端の位置を推定するものである。本実施形態において、磁界発生コイル及び内視鏡形状観察装置以外の構成部位は、図１に示す内視鏡装置システムと同等であり、同じ参照符号を付して、その説明は省略する。
【００４１】
図４に示すように内視鏡本体３は、挿入部３ａの湾曲部３ｂより先端に少なくとも１つの磁界発生用コイル６１を設ける。また、患者の近傍に内視鏡形状観察装置６２が配置される。この内視鏡形状観察装置６２は、磁界検出ユニット６３と位置推定部６５とモニタ６６で構成される。
【００４２】
磁界検出ユニット６３は、筐体内部に磁界発生コイル６１が発生させた磁界を検出するための複数の磁界検出コイル６４（６４ａ，６４ｂ，…６４ｎ）を備えている。位置推定部６５は、磁界検出コイル６４により検出された磁界データを受けて、
磁界発生コイル６１の位置を推定する。ただし、推定される磁界発生コイル６１の位置は磁界検出ユニット６３を基準とした座標系の値である。詳しくは、特許文献５に開示されている。推定された磁界発生コイル６１の位置情報は信号線６７を通じて処置具制御部２２に送出され、処置具制御部２２のＣＰＵ４２が磁界発生コイル６１との位置関係（設計値）から撮像部７により撮影されたときの挿入部３ａの先端位置（ＣＣＤ等の撮像素子と光学系から設定される視点位置）を算出する。算出された挿入部３ａの先端位置より各画像間の移動量（並進ベクトルの大きさ）を算出し、ＣＰＵ４２は算出された移動量（並進ベクトルの大きさ）を用いて内視鏡の挿入部３ａの移動方向と移動量を第１の推定部４２ａで推定する。尚、この構成例では、磁界検出コイル６４は、磁界検出ユニット６３の筐体内部に設けた例であったが、患者を囲むように周囲近傍に配置してもよい。
【００４３】
以上説明した第２の実施形態の処置具位置制御装置を搭載する内視鏡装置システムによれば、内視鏡の動き量（並進ベクトルの大きさ）を正確に算出できるため、処置部２ｃを正確に移動することができる。
【００４４】
次に本発明の第３の実施形態について説明する。  
この第３の実施形態は、画像間のマッチングにより内視鏡先端の移動を推定し、処置具の位置を求めて、撮像素子の撮像面と平行に元の位置に移動するものである。本実施形態の構成は、前述した図１に示した第１の実施形態と同じ構成であり、その構成は図１を参照する。
【００４５】
図５に示すように、移動前の画面上における処置を行っている内視鏡の観察視野内で処置具２１の先端（処置部２１ｂ又は病変部１２）の位置ｐ（ｘp，ｙp，ｆ）［ｆ：撮像部７の光学系の焦点距離］とし、内視鏡移動後の処置の位置（内視鏡移動前の処置具２１の先端が存在した位置）Ｐ´（ｘp´，ｙp´，ｚp´）とする。内視鏡移動後の画像において、移動前の処置部２１の先端が存在した位置ｐを画像間のマッチングにより求めることができる。このマッチングは、内視鏡移動前の画像内の例えば処置部２１の先端が存在する付近の部分画像をテンプレートにして、内視鏡移動後の画像内を探索して、その位置を特定する処理である。テンプレート内に処置部２１が存在した場合、処置部２１の領域を検出し、その領域は画像間のマッチングの度合いを算出する処理の対象にしないようにする。内視鏡移動後の処置部２１の先端の位置ｑ´（ｘq´，ｙq´，ｆ）から内視鏡移動後の処置の位置ｐ´（ｘp´，ｙp´，ｆ）への画面上での移動は、次式に示すようになる。
【数１０】
2008245839.tif 000012
【００４６】
但し、ｆ：内視鏡先端に組込まれた撮像部７の焦点距離とする。  
処置部２１の先端の３次元位置Ｑ´（ＸＱ´、ＹＱ´、ＺＱ´）は、処置部２１の各関節の屈曲、回転、進退の大きさがモータに接続されるエンコーダの値から求められる。内視鏡移動後の処置部２１の先端のＺ成分の値ＺＱ´を用いて撮像部７の撮像素子の撮像面と平行に処置部２１の先端を処置の位置（病変部１２の位置：内視鏡移動前の処置部２１の先端が存在する位置）付近に移動させた場合、移動の方向と大きさは、次式のようになる。
【数１１】
2008245839.tif 000013
【００４７】
以上説明したように、本実施形態の処置具位置制御装置を搭載する内視鏡装置システムによれば、内視鏡が撮像素子の撮像面と平行に移動してしまった場合には、前述した第１及び２の実施形態と比較して、内視鏡の動きをより高速に推定でき、リアルタイムに近い速度で処置部を移動することができる。
【００４８】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。  
図６に示す本実施形態の内視鏡装置は、内視鏡本体の屈曲部が電動により湾曲するように構成される。この実施形態は、内視鏡本体が電動化された構成であり、これ以外の構成部位は前述した図１に示す第１の実施形態と同等の部材であり、同じ参照符号付してその詳細な説明は省略する。
【００４９】
内視鏡本体３における電動湾曲操作部７１は、屈曲部３ｂに一端が接続される複数のワイヤ７２と、各ワイヤ７２の他端に連結する複数のプーリ７３と、各プーリ７３が回転軸に嵌装されたモータ７４と、それぞれのモータ７４を個別に駆動するドライバ７５と、各モータに設けられたエンコーダ７６と、エンコーダ７６が検出した値に基づき、モータドライバ７５を制御する湾曲制御部７７と、を備えている。さらに、湾曲制御部７７は、湾曲操作を指示するための湾曲用ジョイステック７８に接続されている。
【００５０】
また、電動湾曲操作部７１は装置本体４との間をケーブル７９で接続される。このケーブル７９には、照明光を送光するライトガイドファイバと画像信号線及び制御信号線等からなる信号線を含んでいる。また、本実施形態では、内視鏡及び処置具のそれぞれにジョイスティックを設けた構成例を示したが、これらの操作機能を１つのジョイステックに集約して構成してもよい。さらに、本実施形態に対して、前述した第２の実施形態の内視鏡装置システムにおける磁界発生コイル及び内視鏡形状観察装置を搭載することも可能である。
【００５１】
内視鏡本体及び処置具の湾曲量は、それぞれワイヤの牽引するモータの回転量（エンコーダ出力値）から求められる。従って、内視鏡先端の動きは、内視鏡用モータの回転量から推定し、推定された値により処置具の先端を移動させる。
【００５２】
以上説明した本実施形態の処置具位置制御装置を搭載する内視鏡装置システムによれば、前述した第１及び第３の実施形態の効果に加えて、内視鏡及び処置具をジョイスティック等からなる簡易に操作可能な操作スイッチにより処置具及び内視鏡の屈曲動作を指示しているため、術者の疲労負担を軽減することができる。また、本実施形態はで、画像処理による位置の検出を行っていないため、ＣＰＵによる高度な演算を必要とせず、内視鏡の先端の動きを容易に推定でき、リアルタイムに近い速度で処置具の先端（処置部）を移動することが可能になる。さらに、本実施形態に第２の実施形態の内視鏡装置システムにおける磁界発生コイル及び内視鏡形状観察装置を搭載すれば、内視鏡の動き量（並進ベクトルの大きさ）を正確に算出できるため、処置部２ｃを正確に移動することもできる。
【００５３】
尚、本実施形態は、電動化されている内視鏡本体を用いた構成例であったが、電動化されていない通常の内視鏡本体であっても、鉗子チャンネルの挿入口３ｄ又は鉗子口５にワイヤの牽引量を検出するセンサを設け、さらに操作部に設けられている各操作ダイヤル３ｆの回転量を検出して、ワイヤの牽引量を求める機構を組込みことにより、同様な効果を得ることもできる。
【００５４】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
【００５５】
本実施形態の処置具位置制御装置を搭載する内視鏡装置システムは、内視鏡の移動量が予め定めた閾値よりも小さい場合は、処置具の位置をそのまま維持させる構成である。これは、常に内視鏡の移動に応じて処置具の先端を移動させた場合、ノイズや計算誤差等により処置具の先端が常に振動しているかのような状態となり、処置が難しくなることを防止するためである。本実施形態における内視鏡の移動量に対して閾値を設けることは、ソフトウエア（プログラム）で構築できるため、前述した第１乃至第４の実施形態の構成に対して適用することができる。
【００５６】
この移動処理について図７に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。ここでは、図１に示した第１の実施形態の内視鏡装置システムに適用した例について説明する。  
まず、撮像された時系列的に隣接する画像から対象部位に対する内視鏡本体３の運動ベクトルを推定する（ステップＳ１１）。具体的には、撮像部７により撮像された時系列的に連続して入力した画像データからそれぞれの画像間のシフトマップを作成する。それらの画面内で任意に定めた対象部位（例えば、病変部１２）に対して、１つの画像間のシフトマップで１つの画像間の運動ベクトル（並進ベクトルｈと回転マトリクスＲ：並進ベクトルは単位ベクトルとする）を推定する。各画像に対応するシフトマップから運動ベクトル、すなわち内視鏡先端の動き（相対的な動き）を推定し、並進ベクトルの大きさを求めることにより絶対的な内視鏡先端の動きＶを算出する。
【００５７】
この算出された内視鏡先端の動きの絶対値｜Ｖ｜に対して、経験的又は実験により求めた閾値Ｖthrと比較する（ステップＳ１２）。この比較において、内視鏡先端の動き｜Ｖ｜が閾値Ｖthrよりも小さければ（ＹＥＳ）、この程度の内視鏡の移動では処置具の移動処理は行わないものと判定し、ステップＳ１１に戻り、内視鏡先端の動きの推定を継続する。一方、運動ベクトル｜Ｖ｜が閾値Ｖthrよりも大きければ（ＮＯ）、処置具の移動処理を行うものと判定し、次のステップＳ１３に行移行する。このステップＳ１３は、第１の実施形態で説明した図２のステップＳ２に相当する。内視鏡先端の動き（並進ベクトルＨ、回転Ｒ：図３を参照）から処置部２１ｂの動きを推定する（ステップＳ１３）。図３に示したように、例えば、内視鏡が移動する処置部２１ｂの位置（ｘ，ｙ，ｚ）と内視鏡が移動された後で、処置部２１ｂが位置補正前の位置（ｘ´，ｙ´，ｚ´）を求める。これに対して、その移動した後の処置部２１ｂの位置（ｘ"，ｙ"，ｚ"）を求める。次に、算出した処置部２１ｂの各位置に基づき、内視鏡移動後の座標系で位置（ｘ"，ｙ"，ｚ"）から処置部２１ｂの位置（ｘ´，ｙ´，ｚ´）すなわち、元の病変部１２の位置に移動させるための処置アーム部２１ｃの各関節における屈曲、回転及び進退等の動作量を算出する（ステップＳ１４）。
【００５８】
次に、算出した動作量に基づき、処置アーム部２１ｃの各関節を屈曲させて、処置部２１ｃを病変部１２の位置に移動する（ステップＳ１５）。この処置アーム部２１ｃの屈曲、回転及び進退動作による処置部２１ｃの位置保持を、処置部２１ｃによる病変部１２への処置が終了するまで繰り返し行う（ステップＳ１６）。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態によれば、内視鏡の動きに対して一定の閾値を設けることにより、ノイズや計算誤差等により、処置具の先端が常に振動しているかのような状態を防止して、処置が難しくなることを防止する。従って、術者による処置を行う際に、不要な振動が防止され、術者は処置に専念でき、操作負担や疲労が軽減される。
【００６０】
処置具による処置中に術者の都合により観察視野を移動したり、患者の体腔内における生体の動きにより、内視鏡が移動してしまたった場合であっても、処置具の処置部が処置中の対象部位から離れず、その位置が保持される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る処置具位置制御装置を搭載する内視鏡装置システムの全体構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態による移動処理について説明するためのフローチャートである。
【図３】内視鏡先端における動きの推定について説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る処置具位置制御装置を搭載する内視鏡装置システムの全体構成を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る内視鏡装置システムにおける推定された内視鏡先端の動きから処置具の移動を推定することについて説明するための図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る処置具位置制御装置を搭載する内視鏡装置システムの全体構成を示す図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る内視鏡装置システム移動処理について説明するためのフローチャートである。
【図８】従来の内視鏡の先端部と処置具の移動について説明するための図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…内視鏡装置、２…処置具システム、３…内視鏡本体、３ａ…挿入部、３ｂ…湾曲部、３ｃ…操作部、３ｄ…挿入口、３ｅ…先端部、３ｆ…操作ダイヤル、３ｇ…ケーブル、４…装置本体、５…鉗子口、６…照明光窓（ライトガイドファイバ）、７…撮像部、８…画像処理部、９…光源部、１０…制御部、１１…モニタ、１２…観察対象物（病変部）、１３…患者、２１…処置具、２１ａ…処置具挿入部、２１ｂ…処置部、２１ｃ…処置アーム部、２２…処置具制御装置、２３……モータユニット、２４…電源装置、２５…ジョイスティック、２６…フットスイッチ、２７…対極板、２８…接続部、２９…ワイヤ、３０…プーリ、３１…モータ。
【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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