内視鏡システム
【課題】挿入部の先端側の湾曲部を予め湾曲させて生成した３次元的湾曲情報を利用して、湾曲制御を精度良く行うことができる内視鏡システムを提供する。
【解決手段】湾曲部の後端を内視鏡基準位置として湾曲部を湾曲させた場合の手元側のプーリアングルと内視鏡先端の３次元位置及びその方向とをデータ化したマップ５８が形成されており、メイン処理部５５は、このマップ５８の情報を用いて内視鏡先端の位置及び方向の情報から現在の内視鏡先端の湾曲状態を算出可能となり、さらにマップ情報を用いてこの状態から目標位置の方向に湾曲部を湾曲させる目標プーリアングルの値を算出可能とする。
【解決手段】湾曲部の後端を内視鏡基準位置として湾曲部を湾曲させた場合の手元側のプーリアングルと内視鏡先端の３次元位置及びその方向とをデータ化したマップ５８が形成されており、メイン処理部５５は、このマップ５８の情報を用いて内視鏡先端の位置及び方向の情報から現在の内視鏡先端の湾曲状態を算出可能となり、さらにマップ情報を用いてこの状態から目標位置の方向に湾曲部を湾曲させる目標プーリアングルの値を算出可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内に内視鏡を挿入して内視鏡検査を行う内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内視鏡は医療分野等において広く用いられるようになった。この内視鏡は、被検体内に挿入される細長の挿入部を有し、挿入部の先端側には湾曲自在の湾曲部が設けられている。
このように湾曲部を備えた内視鏡においては、挿入部の後端側からワイヤの牽引、弛緩により行われるが、湾曲の操作性を向上するために湾曲駆動手段としてモータの駆動力を利用した電動湾曲方式の内視鏡も実現されている。
しかし、腸管のように内視鏡検査を行おうとする部位が屈曲した体腔内の場合には、内視鏡先端を目標の位置に移動、目標とするライン（例えば、腸管の中心線）を通過させることは経験の浅いドクタにとって難しい操作である。
【０００３】
このため、内視鏡画像から内視鏡先端を向ける方向を検出（例えば、暗部）し、検出した方向から内視鏡先端目標位置を求め、現在の内視鏡先端位置を内視鏡先端目標位置に一致させるように、湾曲動作をさせる内視鏡システムがある。
湾曲部を備えた内視鏡においては、何回も湾曲動作を行うとワイヤの伸びが発生してしまうことがある。
そうすると、手元側での湾曲操作量と、内視鏡先端側側での湾曲量とにずれが発生し、湾曲部を湾曲させる精度が低下する。
このため、モータの回転位置から決定される内視鏡湾曲部の形状及び先端方向には誤差が伴う。
【０００４】
一方、特開２００６−１９２０５６号公報には、内視鏡制御部が、湾曲部の湾曲動作を記憶する湾曲動作記憶手段と、湾曲部の湾曲動作に対応する動作パラメータを予め記憶するパラメータ記憶手段とを備え、湾曲部の湾曲動作に応じた動作パラメータをパラメータ記憶手段より取り出すことで、湾曲部の湾曲量を制御することが開示されている。
上記パラメータ記憶手段には、湾曲指示部において上下左右のどの方向に操作されたのか、内視鏡システムの生産直後から総湾曲指示操作回数ｎのデータが格納されている。 この従来例は、予め、湾曲回数に応じた（駆動信号の）パルス幅を設定しメモリに格納しておき、メモリに格納した設定情報を用いて湾曲動作を行う技術を開示している。
【特許文献１】特開２００６−１９２０５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例は、手元側での情報のみで挿入部の先端側の湾曲方向を含む湾曲量を制御する構成になっているため、上記のようにワイヤが伸びると手元側の基準位置が、伸びる前の基準位置からずれることになるため、精度良く湾曲制御することが困難になる。
このため、より精度良く湾曲制御することができるシステムが望まれる。
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、挿入部の先端側の湾曲部を予め湾曲させて生成した３次元的湾曲情報を利用して、湾曲制御を精度良く行うことができる内視鏡システム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】
【０００６】
本発明の内視鏡システムは、湾曲可能な湾曲部が挿入部の先端側に形成された内視鏡と、
前記湾曲部を電気的に湾曲駆動する湾曲駆動部と、
前記挿入部の先端側における湾曲部の後端付近の位置を基準位置として、前記湾曲部を湾曲させた場合における湾曲方向を含む湾曲量と、前記湾曲量に対応する挿入部先端の３次元位置及び方向とを関連付けてデータ化したマップ情報を格納するマップ情報格納部と、
前記挿入部の先端の位置及び方向を検出する位置・方向検出部と、
前記マップ情報を用いて前記挿入部の先端を目標とする目標方向に指向させるように前記湾曲駆動部の湾曲駆動を制御する湾曲制御部と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、挿入部の先端側の湾曲部を予め湾曲させて生成した３次元的湾曲情報としてのマップ情報を用いることにより、精度良く湾曲制御ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１から図１８は本発明の実施例１に係り、図１は本発明の実施例１の内視鏡システムの構成を使用例の状態で示し、図２は内視鏡装置の外観例を示し、図３は内視鏡の内部構成を示し、図４は挿入部の先端側のコイルの配置例を示し、図５は検出される挿入形状を示す。
図６Ａ〜図６Ｃは挿入形状データ、フレームデータ、コイル座標データの例を示し、図７はＰＣ本体の機能的なブロック構成を示し、図８はメイン処理部の機能的なブロック構成を示し、図９はマップを作成する処理手順を示し、図１０はマップデータを作成する説明図を示す。
【０００９】
図１１はマップを作成する際の内視鏡基準位置と内視鏡先端の座標等を示し、図１２Ａ及び図１２Ｂは生成されたマップを３次元的に示し、図１３は本実施例による湾曲制御を行う手順を示し、図１４はマップ情報を利用して目標プーリアングルを算出する手順を示す。
図１５は内視鏡先端のＵｐ方向をｙ軸方向に一致させる説明図を示し、図１６はクォータニオンを用いる作用の説明図を示し、図１７は現在の内視鏡先端の設定状態から目標位置に湾曲させるための目標プーリアングルを算出する説明図を示し、図１８は内視鏡先端により襞を押さえつける様子を示す。
【００１０】
図１に示すように、本発明の実施例１の内視鏡システム１は、内視鏡検査を行う内視鏡２、光源装置３、プロセッサ４及び内視鏡モニタ５を備えた内視鏡装置６と、内視鏡２により撮像された内視鏡画像に対して画像処理及び湾曲制御の処理を行うパーソナルコンピュータ本体（以下、ＰＣ本体と略記）７及びＰＣモニタ８と、内視鏡２の挿入部９における少なくともその先端側の位置検出を含む内視鏡形状検出手段としてのＵＰＤ装置１１とを有する。
図１に示すように内視鏡２は、ベッド１２に横たわる被検体としての患者１３の体腔内（管腔内）に挿入される細長の挿入部９と、その後端に設けられた操作部１４とを有する。この操作部１４から延出されたユニバーサルケーブル１５の端部のコネクタは、照明光を発生する光源装置３と、信号処理を行う信号処理装置としてのプロセッサ４とに接続される。
【００１１】
図２に示すように挿入部９は、その先端に設けられた先端部１０と、この先端部１０の後端に設けられ、湾曲自在の湾曲部１８と、この湾曲部１８の後端から操作部１４まで延出された可撓性を有する可撓部１９とを有する。
操作部１４には、術者２０が所望とする方向に湾曲部１８を湾曲指示操作を行う湾曲指示操作手段としての例えばジョイスティック２１が設けてある。そして、術者２０は、このジョイスティック２１を操作することにより、この操作部１４内部に設けられた電気的な湾曲駆動手段を形成するモータユニット２２を介して、湾曲部１８を電気的に湾曲することができる。
【００１２】
また、術者２０が後述する自動湾曲制御モードを選択した場合においては、ＰＣ本体７によるモータ制御により、挿入部９の先端側を挿入部９が挿通される管腔の走行方向に向くようにモータユニット２２を介して湾曲部１８の湾曲制御を電気的に行う。
また、図１に示すように、挿入部９がその軸の回りで捻られた（ひねられた）場合の捻り量を検出できるように、挿入部９における例えば後端側の外周面に捻り量検出ユニット２３が設けてある。
なお、図１における内視鏡装置６としては、例えば図２に示すような外観である。この図２では、ＰＣ本体７は内視鏡２内のモータユニット２２の制御ユニットとして内視鏡装置６を構成している。
また、図１では内視鏡２にジョイスティック２１が用いられているが、図２に示すようにジョイパッドで湾曲指示操作手段を形成しても良い。
【００１３】
本実施例では、術者２０が湾曲指示操作手段としての例えばジョイスティック２１を手動（マニュアル）で湾曲操作を行うことにより、先端部１０側を管腔の走行方向に設定して内視鏡２を挿入する手動湾曲による通常の湾曲制御モードの他に、内視鏡画像から管腔内の暗部の位置を（目標位置として）画像処理により３次元的に推定すると共に、挿入部９の先端側の挿入形状を推定し、挿入部先端が目標位置の方向に向くように湾曲部１８を電気的に湾曲制御する自動湾曲制御モードを備える。なお、本明細書においては、挿入部先端と内視鏡先端とは同じ意味である。
図３に示すように、挿入部９内には照明光を伝送するライトガイド３１が挿通され、このライトガイド３１は、図１或いは図２に示す操作部１４，ユニバーサルケーブル１５を経てその後端が光源装置３に接続される。
【００１４】
このライトガイド３１の後端面には、光源装置３内の図示しないランプからの照明光が入射される。そして、ライトガイド３１により伝送された照明光は、先端部１０に設けられた照明窓に固定されたライトガイド先端面から前方に出射される。
そして、照明窓からこの挿入部９の長手軸の前方側に出射される照明光により、挿入部９が挿入される体腔内における長手軸の前方側を照明する。図３に示すように照明窓に隣接して設けられた観察窓には、光学像を結ぶ対物レンズ３２が取り付けられており、その観察視野或いは撮像範囲は照明光で照明される。
光学像を結ぶ対物レンズ３２と、その結像位置に配置された固体撮像素子としての例えばＣＣＤ３３とにより撮像装置３４が形成されている。
【００１５】
このＣＣＤ３３により光電変換されたＣＣＤ出力信号或いは撮像信号は、プロセッサ４に入力される。このプロセッサ４により撮像信号に対する信号処理を行い、内視鏡画像を内視鏡モニタ５に表示する内視鏡画像信号（映像信号）として例えばＲＧＢ信号等を生成する。内視鏡画像信号は、内視鏡モニタ５に入力され、内視鏡モニタ５の内視鏡画像表示エリアに内視鏡画像が表示される。
なお、この内視鏡画像信号は、画像処理及びモータ制御（或いは湾曲制御）を行う画像処理／モータ制御装置としてのＰＣ本体７にも入力され、挿入部９の先端を体腔内の走行方向に挿入させるための位置情報の検出の画像処理に利用される。
【００１６】
また、本実施例に係る内視鏡２においては、挿入部９内には、挿入部９の挿入形状（内視鏡形状ともいう）を検出するために、それぞれ位置情報を発生する位置情報発生手段として複数のＵＰＤコイル（以下、単にコイルという）３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…が例えば先端部１０から可撓部１９における適宜の位置まで、例えば所定間隔で配置されている。
なお、コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…は、例えば磁気を発生する磁気発生用コイルにより形成されている。そして、これらのコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…の各コイル位置を検出することによって、挿入部９の挿入形状を算出することができる。
【００１７】
特に、挿入部９の先端部の複数のコイル、例えば３６ａ、３６ｂの各位置を検出することにより、挿入部９の先端位置の他にその軸方向（向き）を、挿入形状として検出することができる。図３の例では、コイル３６ｃは、湾曲部１８中に配置されており、またコイル３６ｄは湾曲部１８の後端に配置されている。
このように挿入部９の先端側に配置されたコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの位置を検出することにより先端部１０及び湾曲部１８の湾曲形状を検出できる。なお、図３に示すコイル配置の場合に限定されるものでない。
後述するようにこの湾曲部１８の後端の位置（図３の図示例ではコイル３６ｄの位置）を基準位置として、予め湾曲部１８を上下、左右の湾曲可能な全ての湾曲方向に湾曲させ、その湾曲させた場合における湾曲駆動手段の駆動位置（具体例ではプーリアングル）と、挿入部９の先端の３次元位置及びその方向とを関連付けるマップを生成する。
そして、このマップの情報を利用することにより、現在の挿入部９の先端の位置及びその方向から、暗部等、湾曲したい目標位置の方向に挿入部９の先端側を向けるように湾曲させる制御を、精度良く、かつ短時間に行えるようにする。
図４は、挿入部９の先端側を拡大して、その先端側に配置されたコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…が配置されている。
【００１８】
図４に示すように長手軸の方向にコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの他に、例えば長手軸に配置されたコイル３６ａと直交する方向で、湾曲部１８を湾曲させる場合の上方向の湾曲方向（Ｕｐ湾曲方向或いは単にＵｐ方向という）に、そのソレノイドの軸（巻線の軸）を設定したコイル３６ａ′が、コイルａに隣接して先端部１０内に配置されている。
【００１９】
この場合、コイル３６ａとコイル３６ａ′の巻線の方向と直交させた配置となっている。なお、コイル３６ａとコイル３６ａ′の巻線の方向と直交させた配置に限らす、巻線の方向を平行にしても良い。
このような配置にすることにより、各コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ａ′…の位置を検出することにより、先端部１０の位置及びその軸方向の他に、先端部１０の軸周りの方位（Ｕｐ方向やＣＣＤ３３の上方向）も、内視鏡挿入形状として検出（推定）することができる。
このように、コイル位置検出手段により、内視鏡先端側の挿入形状をその湾曲方向の情報を含めて検出することにより、その状態における湾曲部１８の湾曲状態も検出（推定）できる。そして、暗部など目標位置の方向に、先端側が向くように湾曲部１８を湾曲制御することを行い易くする。
【００２０】
コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…は、その後端側のケーブルがＵＰＤ装置１１に接続される。
また、図１に示すＵＰＤ装置１１は、コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ…を所定の周波数のドライブ信号の印加により磁界を発生させる図示しないＵＰＤドライブ回路と、磁界を検出するためにそれぞれ所定の位置関係で配置された複数のセンスコイルからなる磁界検出用のセンスコイルユニットとを備えている。
また、このＵＰＤ装置１１は、複数のセンスコイルによる検出信号から各コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、…の位置を検出（算出）する位置検出部と、各コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、…の位置情報から挿入部９（内視鏡２）の挿入形状の算出処理と、算出された挿入形状の表示処理を行う挿入形状算出・表示処理回路と、その挿入形状を表示する図示しない形状表示モニタとを備えている。
【００２１】
なお、ＵＰＤ装置１１における少なくともセンスコイルユニットは、図１のベッド１２の近傍に配置され、ベッド１２に横たわる患者１３における挿入部９が挿入される３次元領域をカバーする座標系（ワールド座標系という）で、コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、…の位置、つまりワールド座標系における３次元の座標位置を検出する。
なお、図１に示すように挿入部９の捻り量を検出する捻り量検出ユニット２３は、図３に示すようなコイル３６ａ′を設けて先端部１０の方位（Ｕｐ方向）を検出可能とした場合には、必要不可欠となるものではない。
図５は、ＵＰＤ装置１１により生成される挿入形状の１例を示す。この図５に示すように３次元の座標系で例えばｊフレーム（ただし、ｊ＝０、１、２…）におけるコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、…の位置（Ｘｊｉ，Ｙｊｉ，Ｚｊｉ）（ここで、ｉ＝ａ，ｂ…，ｍ）が算出され、それらを結ぶことにより、挿入形状が生成される。
【００２２】
ＵＰＤ装置１１により検出されたコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…の位置を含む挿入形状データは、図６Ａに示すように、各フレームに関するフレームデータ（つまり、第０フレームデータ、第１フレームデータ、…）として構成されており、ＰＣ本体７に順次送信される。
そして、挿入状態情報としての各フレームデータは、図６Ｂに示すように、挿入形状データの作成時刻、表示属性、付属情報及びコイルの３次元座標データ（コイル座標データ）等のデータを有して構成されている。
また、コイル座標データは、図６Ｃに示すように、挿入部９の先端側から基端側（操作部１４側）に順次配置されたコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…の３次元座標をそれぞれ示すデータである。
【００２３】
一方、先端部１０に設けられた撮像装置３４により得られる内視鏡座画像は、挿入部９の体腔内（以下では大腸のような管腔内）への挿入量に伴って変化する。
このため、内視鏡画像から検出される管腔内の暗部（管腔暗部ともいう）の位置情報は、ワールド座標系に変換される。なお、この暗部の位置情報は、管腔の走行方向に対応するため、その位置情報が挿入部先端を管腔の深部側に挿入（導入）すべき目標位置若しくは湾曲すべき湾曲方向の目標位置となる。
なお、先端部１０に設けられた撮像装置３４による観察方向（撮像方向）は、この内視鏡２においては挿入部９の長手軸と平行であり、上記挿入方向或いは湾曲方向は、撮像装置３４による観察方向と同じ方向となる。
【００２４】
ＵＰＤ装置１１内部のコイル位置検出部により検出されたコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…のコイル座標位置及び方向の情報は、ＰＣ本体７にも入力される（後述する図７参照）。
図３に模式的に示すように湾曲部１８は、その長手方向に複数の湾曲駒が回動自在に連結して構成されている。また、挿入部９内には、上下、左右の湾曲方向に沿って湾曲ワイヤ４１ｕ、４１ｄ、４１ｌ、４１ｒが挿通されている。そして、これらの湾曲ワイヤ４１ｕ、４１ｄ、４１ｌ、４１ｒの後端は、例えば操作部１４内に配置されたモータユニット２２を構成するプーリ４２ａ、４２ｂに連結されている。
操作部１４内には上下方向の湾曲ワイヤ４１ｕ、４１ｄの両端が連結されたワイヤが巻装されたプーリ４２ａと、左右方向の各湾曲ワイヤ４１ｌ、４１ｒの両端が連結されたワイヤが巻装されたプーリ４２ｂが設置されている。
【００２５】
各プーリ４２ａ，４２ｂは、それぞれ上下湾曲（駆動）用のＵＤモータ４３ａ，左右湾曲用のＲＬモータ４３ｂ（単にモータ４３ａ、４３ｂとも略記）の回転軸に連結され、正転及び逆転が自在のモータ４３ａ，４３ｂの回転方向に応じて回転される。上下、左右方向の湾曲駆動手段を構成するこれらのモータ４３ａ，４３ｂは、図７に示すようにモータユニット２２に接続されたＰＣ本体７から制御される。
そして、モータ４３ａ，４３ｂによりプーリ４２ａ，４２ｂを回転することによって、湾曲ワイヤ４１ｕ、４１ｄ、４１ｌ、４１ｒを牽引／弛緩（押し引き）して湾曲部１８を電気的に湾曲駆動する電気的湾曲駆動手段が構成されている。
モータ４３ａ，４３ｂを介してプーリ４２ａ，４２ｂを回転させる回転量に応じて湾曲部１８の湾曲量が対応するため、プーリ４２ａ，４２ｂの回転量をプーリアングル或いはプーリ角という。
【００２６】
モータ４３ａ，４３ｂの回転角（モータ角ともいう）或いはプーリ角は、回転角或いは回転位置の検出手段として、例えばモータ４３ａ，４３ｂの回転軸にそれぞれ取り付けられている上下用ロータリーエンコーダ（ＵＤエンコーダ）４４ａ，左右用ロータリーエンコーダ（ＲＬエンコーダ４４ｂ）によってそれぞれ検出される。これらのＵＤエンコーダ４４ａ，ＲＬエンコーダ４４ｂによるエンコーダ出力は、図７に示すようにＰＣ本体７に入力される。
そして自動湾曲制御モードの場合においては、モータユニット２２内のモータ４３ａ、４３ｂは、ＰＣ本体７側からのＵＰＤ装置１１による目標位置の推定結果と、現在の（内視鏡）先端部１０側の位置及び方向から後述するマップの情報を用いて湾曲駆動を制御する。つまり、ＰＣ本体７は、湾曲制御手段の機能を持つ。
この他にＰＣ本体７は、画像処理により、湾曲させたい方向に相当する目標位置の算出の処理を行う。
【００２７】
なお、手動操作により湾曲を行う場合には、操作部１４に設けられた湾曲指示操作手段としてのジョイスティック２１によって上下、左右の任意の湾曲方向への指示値に応じて、エンコーダ出力がその値に一致するように、モータ４３ａ、４３ｂの回転駆動量（プーリ４２ａ，４２ｂのプーリアングルに相当する）が制御され、湾曲部１８は湾曲指示された湾曲量まで湾曲する。
このため、ジョイスティック２１には、例えば上下方向と左右方向への傾動操作量を検出する図示しないエンコーダ或いはポテンショメータ等が設けてあり、湾曲指示値、方向の指示情報を出す。この場合には、ＰＣ本体７は、単に湾曲指示値にエンコーダ出力が一致するように湾曲制御する。
【００２８】
図７は、ＰＣ本体７の機能的な構成を示す。プロセッサ４からの内視鏡画像信号は、ＰＣ本体７内のＡ／Ｄ変換回路５１を介してメモリ５２内に内視鏡画像のデータとして格納される。
また、ＵＰＤ装置１１によるコイル座標と方向の情報は、コイル情報取得スレッド５３を介してメモリ５２内に、内視鏡形状パラメタ、具体的には、コイル座標位置、コイル方向、先端Ｕｐ方向のデータとして格納される。
そして、内視鏡画像のデータと内視鏡形状パラメタのデータは、ＣＰＵにより形成されるメイン処理部（或いはメインスレッド）５５に出力される。
なお、ＣＰＵは、このメイン処理部５５の処理だけでなく、他の処理、例えば後述する湾曲量制御スレッド５６の処理を行う構成であっても良いし、図７に示すメイン処理部５５が湾曲量制御スレッド５６の処理を行う構成であっても良い。
【００２９】
また、内視鏡２のモータユニット２２のエンコーダ出力は、湾曲量制御スレッド５６に入力され、この湾曲量制御スレッド５６には、メイン処理部５５による処理で生成され、メモリ５２内に一時格納された湾曲量パラメタのデータが入力される。
この湾曲量パラメタとしては、現在のプーリアングルから目標位置の方向に設定すべきプーリアングルとしての設定プーリアングルである。この設定プーリアングルは、例えば差分値による相対プーリアングルとなる（後述）。
なお、図７において点線で示すように、捻り量検出ユニット２３が用いられた場合には、捻り量検出ユニット２３により検出される相対捻り量が、捻り量取得スレッド５７を介してメモリ５２内における例えば内視鏡形状パラメタのデータの１つとして相対捻り量のデータとして格納される。
また、本実施例では、メモリ５２には、上下、左右のプーリアングルの各位置と、内視鏡先端の３次元的な位置及び方向との関係を予め計測してデータ化したデータマップ（ルックアップテーブル）５８の情報も格納される。つまり、このメモリ５２は、マップ情報の格納手段を形成する。
【００３０】
この場合、挿入部９の先端に近い（挿入部９上の）位置で、湾曲部１８を湾曲させた場合、湾曲により殆ど変化しない基準位置として、具体的には湾曲部１８の後端をその基準位置に設定して、このマップ５８を生成する。
これにより、このマップ５８のデータ（マップ情報ともいう）は、同じ内視鏡２の場合に任意の湾曲状態（プーリアングル）で共通に利用が可能となる。
なお、本実施例においては、湾曲部１８が、例えば上下方向と左右方向、さらに上方向と下方向とで湾曲可能な範囲（最大プーリアングル）が異なる場合にも対応できるマップ情報である。
このため、このマップ情報は、所定の湾曲方向を基準方向としてそのデータ値が生成されている。本実施例においては、例えば上（Ｕ或いはＵｐ）方向の湾曲を、マップ５８のｙ軸に設定して、マップ情報を生成する（後述する）。
【００３１】
そして、このマップ情報を利用して目標方向に内視鏡先端を湾曲（或いは指向）させるような場合、内視鏡先端の座標系や、目標方向をマップ情報の座標系と整合させて行うようにする。
そして、メイン処理部５５は、図８にて説明するようにこのマップ情報を利用して、現在の内視鏡先端の形状情報から目標とする目標位置の方向に湾曲部１８を湾曲させるプ−リアングルを算出して、メモリ５２を介して湾曲量制御スレッド５６に送る。
湾曲量制御スレッド５６は、算出されたプーリアングルをモータ電圧（より具体的には、ＵＤモータ電圧値、ＲＬモータ電圧値）に変換してモータユニット２２のＵＤモータ４３ａ，ＲＬモータ４３ｂに出力する。
図８は、メイン処理部５５による機能的な構成を示す。
【００３２】
図８に示すようにメイン処理部５５は、内視鏡画像における管腔情報から目標位置を検出する画像内目標位置検出部５５ａの機能と、コイル座標から内視鏡各部の位置、方向を検出する内視鏡形状処理部５５ｂと、相対捻り量から絶対捻り量を算出する捻り量算出部５５ｃの機能を有する。内視鏡形状処理部５５ｂは、内視鏡先端の位置及び方向を検出する位置・方向検出手段の機能を持つ。
【００３３】
なお、点線で示すように捻り量算出部５５ｃは、相対捻り量が入力された場合にこの処理を行う。
画像内目標位置検出部５５ａは、内視鏡画像から内視鏡画像内における管腔の走行方向に相当する暗部の中心の位置（或いは重心の位置）を２次元の位置情報として検出する。 この暗部の位置は、ＣＣＤ３３の画素サイズ、焦点距離等の値を考慮して検出される。そして、その時刻における挿入部９の先端位置に対する暗部の位置の情報から、その方向が挿入部先端（内視鏡先端）の挿入方向として検出される。
【００３４】
また、この暗部の２次元の位置情報は、さらにその暗部の奥行き方向の値を含めた３次元の位置が例えばＳｈａｐｅ Ｆｒｏｍ Ｓｈａｄｉｎｇ法（ＳＦＳ法と略記）により算出される。そして、この３次元の位置情報は、挿入部９先端を指向させて導入すべき目標位置として利用される。
なお、画像内目標位置検出部５５ａで検出された目標位置は、画像内目標位置検出部５５ａ内の座標系変換部によりワールド座標系の目標位置に変換される。
そして、変換された目標位置は、湾曲量算出或いはプーリアングル算出を行う湾曲量算出部（プーリアングル算出部）５５ｄに出力される。
この湾曲量算出部５５ｄには、内視鏡形状処理部５５ｂにより、内視鏡各部の位置、方向の情報が入力される。
【００３５】
また、この湾曲量算出部５５ｄには、捻り量算出部５５ｃから絶対捻り量も算出される。この絶対捻り量は、捻り量検出ユニット２３が設けてない場合には、算出されない。 捻り量検出ユニット２３に基づく捻り量から挿入部９がその軸方向の回りで回転された回転角が検出される。なお、捻り量検出ユニット２３が設けてない場合にも、図４に示したコイル３６ａ、３６ａ′の位置検出により、（Ｕｐ方向が検出でき、これにより捻り量を用いないで）内視鏡先端の湾曲方向を算出することができる。
そして、この湾曲量算出部５５ｄは、入力される情報における内視鏡先端の位置及び方向の情報から、マップ情報を参照して、現在の内視鏡先端の湾曲状態を算出する。
また、湾曲量算出部５５ｄは、現在の湾曲状態を算出した後、この湾曲状態から目標位置の方向に内視鏡先端を湾曲させるためのプーリアングルを、マップ情報を参照して算出する。
【００３６】
つまり、湾曲量算出部５５ｄは、マップ情報を用いて、現在の内視鏡先端の位置及び方向の算出手段と、目標位置の方向の算出手段を形成する。
算出されたプーリアングルは、設定プーリアングルとしてメモリ５２を経て湾曲量制御スレッド５６に出力される。そして、この湾曲量制御スレッド５６は、設定プーリアングルからモータ電圧（ＵＤモータ電圧、ＲＬモータ電圧）に変換してモータユニット２２内のＵＤモータ４３ａ、ＲＬモータ４３ｂに印加する。
ＵＤモータ４３ａ、ＲＬモータ４３ｂの回転駆動により、湾曲部１８は、内視鏡先端が目標位置の方向に一致するように湾曲される。
次に図９を参照して湾曲制御に利用されるマップ５８の作成の処理を説明する。なお、このマップ５８の作成は、例えば内視鏡の工場出荷前に行われる。
図９に示すように最初のステップＳ１においてマップ作成者は、上下方向のプーリアングルθ１，左右方向のプーリアングルθ２により、上下左右方向に対応したプーリアングル（θ１，θ２）をセットする。
【００３７】
図１０は、ステップＳ１を具体的に行うために、代表的なプーリアングル値がマップ位置として指定される。例えば正方格子（グリッド）が設けられた、ステップＳ１の状態のマップの１例を示す。なお、図９の処理が終了することにより、マップ５８として完成する。
図１０において、（０，０）を原点として、上下方向（Ｕｐ，Ｄで示している）のプーリアングルθ１と左右（Ｌ，Ｒで示している）方向のプーリアングルθ２を、実際に使用される内視鏡２の湾曲特性の範囲内でセット可能になる。
例えば、図１０において上下方向のプーリアングルθ１はθＤｍからθＵｍまで、左右方向はθＬｍからθＲｍまでが実際に設定可能なプーリアングル範囲となる。なお、この場合、θＤｍ、θＬｍは負値で定義されることになる。また、本実施例では図１０に示すように上方向（Ｕｐ方向）が、例えばｙ軸に設定されている。
【００３８】
ステップＳ１において実際には、プーリアングル（θ１，θ２）として、例えば（θ１ｉ，θ２ｊ）がセットされる。ここで、ｉ，ｊはグリッド上のプーリアングルを表すものであり、その表示例を図１０に示している。
なお、フローチャート（ステップＳ４）では、グリッド間のプーリアングル値のオフセット値Δθを用いている。
ステップＳ１でセットしたプーリアングル（θ１ｉ，θ２ｊ）の状態で、ステップＳ２に示すようにマップ作成者は、内視鏡基準位置と内視鏡先端位置における座標と方向を測定する。
図１１はプーリアングル（θ１ｉ，θ２ｊ）の状態で、ステップＳ２に示す処理により、内視鏡基準位置座標（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）と内視鏡先端位置座標（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ，Ｚｉｊ）と、その場合の各方向Ｄｏ，Ｄｉｊの１例を示す。なお、この場合、各方向、例えばＤｏとしては、その位置での軸方向の情報を持つが、湾曲の特定方向（具体的には湾曲の上方向）を基準とする。
【００３９】
次のステップＳ３において、内視鏡基準位置の座標、方向に対する内視鏡先端の３次元の相対座標、相対方向を算出して、対応するマップ位置に書き込む。
具体的には、図１０のプーリアングル（θ１ｉ，θ２ｊ）のグリッド点上の位置（マップ位置、或いはマップデータ位置になる）に、内視鏡先端の相対座標（Ｘｉｊ−Ｘｏ，Ｙｉｊ−Ｙｏ，Ｚｉｊ−Ｚｏ）と、相対方向（Ｄｉｊ−Ｄｏ）とを関連付けて書き込む。 ここでは、１つのプーリアングル（θ１ｉ，θ２ｊ）の場合で具体的に示したが、以下のステップを経てオフセット値Δθにより他のプーリアングル値に対しても同様の関連付けが行われることになる。
つまり、図１１における内視鏡基準位置を原点に設定し、かつその場合の方向を０に設定した状態における内視鏡先端の位置座標及び方向の値が各プーリアングル（θ１ｉ，θ２ｊ）に関連付けて各マップデータ位置に書き込まれる。換言すると、内視鏡基準位置からの相対位置座標及び相対方向の値が、プーリアングルに関連付けられる。
【００４０】
次のステップＳ４に示すようにプーリアングルθ１，θ２にオフセット値Δθを与えて隣接するグリッド位置のプーリアングルθ１，θ２に設定する。
次のステップＳ５においてプーリアングルθ１，θ２がその内視鏡のプーリアングルの範囲を超えたか否かの判断を行い、超えていない場合にはステップＳ１に戻り、ステップＳ１〜Ｓ５の処理を繰り返す。なお、実際には、上下方向のプーリアングルの範囲と、左右方向のプーリアングルの範囲間において、湾曲部１８が湾曲可能な範囲に対してステップＳ１〜Ｓ５の処理が行われる。
このようにして、マップ５８が作成される。このマップ５８は、図１０に示したような各マップ位置のプーリアングル（θ１ｉ，θ２ｊ）に、対応する内視鏡先端の相対座標（Ｘｉｊ−Ｘｏ，Ｙｉｊ−Ｙｏ，Ｚｉｊ−Ｚｏ）と、相対方向（Ｄｉｊ−Ｄｏ）のデータとが関連付けて格納されたものとなる。
【００４１】
そして、このマップ５８の各データを内視鏡先端を表す３次元座標系で表すと、マップ５８は、湾曲部１８を湾曲させた場合における、内視鏡先端位置を３次元座標系上でプロットした軌跡を表す曲面となる。
【００４２】
また、その際、内視鏡先端位置でのその先端の軸方向が方向の情報として、位置と対にしてデータ化される。
このように曲面として表示した場合のマップ５８を内視鏡先端のＤ方向からＵ方向へ見た（マップの側面図の）場合、内視鏡先端のＲ方向からＬ方向へ見た（マップ側面図の）場合におけるマップ５８は、それぞれ図１２Ａ、図１２Ｂに示すになる。
なお、図１２Ａ、図１２Ｂにおいて、各マップ位置には、内視鏡先端の方向を示す線分も３次元的に示している。
次に図１３を参照して、（上述のように生成した）マップ情報を用いて本実施例におけるメイン処理部５５による湾曲制御の処理動作を説明する。
最初にステップＳ１１に示すように初期設定を行う。次のステップＳ１２においてメイン処理部５５は、コイル情報、つまり各コイル位置の情報を取得する。
【００４３】
次のステップＳ１３においてメイン処理部５５を構成するＣＰＵは、コイル位置の情報から内視鏡の先端位置、先端方向の算出を行う。次のステップＳ１４においてＣＰＵは、内視鏡画像の画像データの取得を行う。
次のステップＳ１５においてＣＰＵは、画像データのディストーションの補正を行う。これは、対物レンズ３２が歪曲収差などを有するため、対物レンズ３２により得られた画像データの歪み補正を行う。
次のステップＳ１６においてＣＰＵは、内視鏡画像から内視鏡先端を通過させようとする目標位置の検出を行う。具体的には管腔暗部の位置の検出を行う。
次のステップＳ１７においてＣＰＵは、ステップＳ１６により検出された目標位置は、２次元の位置情報であるため上述したＳＦＳ法等を用いて３次元座標に変換する。
【００４４】
そして、次のステップＳ１８においてＣＰＵは、マップ情報を利用して目標位置の方向に内視鏡先端の方向を一致させる（或いは指向させる）湾曲方向に相当する目標プーリアングルの算出（図１４にて後述）を行う。
次のステップＳ１９において、算出した目標プーリアングルから対応するモータ電圧を算出する。なお、この算出は、図７に示した構成例においては湾曲量制御スレッド５６の処理として行う。算出されたモータ電圧は、モータユニット２２のモータ４３ａ、４３ｂに印加され、モータ４３ａ、４３ｂの回転駆動により湾曲部１８が湾曲駆動される。
次に図１４を参照して目標プーリアングルの算出の処理を説明する。
最初のステップＳ２１においてメイン処理部５５を構成するＣＰＵは、目標位置の座標を内視鏡基準位置を原点とする相対座標に変換する。
【００４５】
次のステップＳ２２においてＣＰＵは、内視鏡のＵｐ方向がｙ軸に一致し、かつ、コイル位置Ｂの軸方向がＺ軸に一致するように変換する。図１５は、このステップＳ２２の処理の様子を示す。ステップＳ２１の状態における内視鏡先端側の状態は、一般的に図１５に示すようになっている。
この図１５に示すように内視鏡先端（ここでは先端コイルの具体例で示している）の位置Ａは、マップ５８（マップ曲面）上にあるが、その状態における内視鏡Ｕｐ方向は、一般的にマップ５８のＵｐ方向と一致していない。
このため、内視鏡のＵｐ方向を、マップ５８のＵｐ方向として予め設定されている例えばｙ軸に一致するように回転処理で変換する。なお、図１５に示すように、この変換により、目標位置も矢印で示すように移動する。この回転処理は、クォータニオンを利用すると、容易に行える。
【００４６】
図１５における内視鏡先端のＵｐ方向とマップ５８のｙ軸方向とに直交するＣ軸を図１６のように設定し、このＣ軸の回りで回転角φだけ回転させて内視鏡先端のＵｐ方向とマップ５８のｙ軸方向とを一致させる。
図１６に示すようにこの回転角φにより先端コイル位置Ａは、符号Ｂで示す位置に移動する。Ｃ軸を規定する方向ベクトルと回転角φをもとに生成されるクォータニオンを利用すると、先端コイル位置Ａの位置の変換を容易に行うことができる。続いて、変換されたコイル位置Ｂの軸方向がＺ軸に一致するように、同様の変換を行う。
図１４におけるステップＳ２２の処理の後、次のステップＳ２３においてＣＰＵは、目標位置の方向に相当するマップ座標系上の位置座標（例えば連続座標）を算出する。
具体的には、目標位置の方向を最も良く近似できるマップ上の位置（内視鏡先端位置及び先端方向）を特定する。このステップＳ２３の処理が目標位置方向算出部を形成する。 このようにしてステップＳ２１〜Ｓ２３により目標位置の方向を近似できるマップ位置を算出した後、同様にステップＳ２４〜Ｓ２６により現在の内視鏡先端に対しても同様の処理により、対応するマップ上の位置を算出する。
具体的には、ステップＳ２４においてＣＰＵは、内視鏡先端の座標を、内視鏡基準位置を原点とする相対座標に変換する。次のステップＳ２５においてＣＰＵは、内視鏡のＵｐ方向がｙ軸に一致し、かつ、コイル位置Ｂの軸方向がＺ軸に一致するように変換する。 次のステップＳ２６においてＣＰＵは、内視鏡先端位置に相当するマップ座標系上の位置座標（例えば連続座標）を算出する。そして、このステップＳ２６により現在の内視鏡先端位置が向く方向を算出できる。このステップＳ２６が先端方向算出部を形成する。
【００４７】
そして、次のステップＳ２７においてＣＰＵは、マップ座標に基づいて目標プーリアングルの値を算出する。
【００４８】
図１７は、ステップＳ２７により目標プーリアングルを算出する様子を示す。ステップＳ２６により、例えば図１７に示すように現在の内視鏡先端の特定（座標Ｐｐ，方向Ｄｐ）によりその状態に対応するプーリアングル（θａ，θｂ）が、現在の絶対プーリアングル値として算出される。
また、ステップＳ２３においても、目標位置に対応する目標位置用プーリアングル（θｃ，θｄ）が絶対プーリアングル値として算出される。
そして、これら両絶対プーリアングル値の差分値、つまり（θｃ−θａ，θｄ−θｂ）が、現在の内視鏡先端の状態から目標位置の方向に湾曲制御する湾曲制御目標とする（図１３のステップＳ１８に示す）目標プーリアングルとして算出される。
【００４９】
ステップＳ２７の処理から分かるように現在の内視鏡先端の状態（一般的には湾曲された状態）から目標位置の方向に湾曲させる場合、現在の湾曲状態に対応するプーリアングル（θａ，θｂ）と目標位置に対応するプーリアングル（θｃ，θｄ）との差分値（つまり相対値）で湾曲（駆動）量が決定される。
このため、湾曲操作の繰り返しや経年変化により湾曲用のワイヤが伸びて、手元側での操作量が先端側での湾曲量と一致しないずれ（基準位置のずれ）が発生したような場合にも、相対値で湾曲駆動量を決定するので、精度の良い湾曲制御を行うことができる。
補足説明すると、例えば現在の内視鏡先端の位置及び方向から、湾曲の目標位置側に湾曲させる場合、手元側の実際のプーリアングルの値を用いないで、マップ５８上の現在の内視鏡先端の位置及び方向に対応するプーリアングル値を用いる。
【００５０】
このため、湾曲ワイヤが伸びて、手元側の実際のプーリアングルの基準値がずれてしまってもマップ５８から算出されるプーリアングルの相対値を使用するため、精度良く湾曲制御を行うことができる。
また、本実施例は、湾曲部１８を湾曲させた場合の湾曲部１８の３次元的な湾曲情報を予めデータ化したマップ５８にしてあるので、このマップ５８を用いないで、演算などを行うことにより、湾曲制御を行うことも可能になるが、そのような場合に比較して簡単な演算で湾曲制御が可能となる。
また、マップ５８を用いない場合に比較して、短時間に湾曲方向及び湾曲量を算出できるので、応答性の良い湾曲制御が可能となる。
つまり、上下、左右の各方向において、湾曲部１８を詳細に湾曲させた場合における多数のプーリアングル座標値と、各プーリアングル座標値に対応する、内視鏡先端の３次元位置及びその方向とをデータ化した（データ）マップ５８を形成している。
【００５１】
このため、両者の一方が分かる場合には、他方を単に読み出すことにより算出できる。つまり、複雑な演算を必要することなく、短時間に湾曲方向及び湾曲量を算出できる。 また、マップ５８は、離散値でデータ化されているため、データ化されていない値に対応する湾曲方向及び湾曲量を算出する必要がある場合にも、その値に近いデータ化されている値が存在するため、近似解法（近似評価法）の１つとして、例えば擬似ニュートン法を用いて簡単に算出したい値を算出することができる。
例えば、図１７に示すように、目標位置の座標からマップ５８の座標系上でその目標位置の方向に相当する目標位置用プーリアングル（θｃ，θｄ）を算出する必要がある。この場合、各グリッド（格子点）上での位置及びプーリアングル値は、既知であるので、例えば複数のグリッド上での各方向と目標位置の方向とのずれ量を求める。
【００５２】
そして、それらの３次元的なずれ量から、擬似ニュートン法を用いて、そのずれ量が十分に小さくなる近似値としての方向の値を算出して、その算出した方向に相当する目標位置用プーリアングル（θｃ，θｄ）を算出することができる。
このように本実施例によれば、挿入部９の先端側の湾曲部１８を湾曲させた場合の３次元的湾曲情報としてのマップ情報を用いることにより、精度良く湾曲制御ができる。
また、本実施例によれば、図１８に示すように内視鏡先端により腸管等の襞を押さえつけるような手技を行い易い。
つまり、本実施例においては、マップ５８により、内視鏡先端の位置及び方向を検出できるため、図１８に示すように内視鏡先端（模式的に先端コイルで示している）で襞６０を例えば矢印の方向に押さえつけるような手技を行い易くなる。
【００５３】
なお、、図１０に示したグリッド間の値を小さくしたデータを生成するようにすれば、補間等を殆ど用いることなく、グリッド上（マップデータ点上）のデータから目標プーリアングル等を算出することもできる。
また、目標位置がマップ５８の座標系上に位置するか、これに近い状態である場合には、マップ５８上の現在の内視鏡先端の位置でのプーリアングル値と、目標位置に相当するマップ上の位置でのプーリアングル値の差分値分を目標プーリアングルとして算出することができる。
また、目標位置の方向の情報からマップ５８上での対応するプーリアングルを算出する代わりに、目標位置の位置情報からマップ５８上での対応するプーリアングルを算出するようにしても良い。
【００５４】
なお、図１９に示すような構成にしても良い。図１９は変形例における内視鏡２及びＰＣ本体７を示す。この変形例に示すように、各内視鏡２に上述したマップ５８の情報を格納した（不揮発性メモリ等で構成される）マップ情報格納部６１を内蔵する構成にしても良い。
そして、内視鏡２がＰＣ本体７と接続された場合、ＰＣ本体７内のメイン処理部５５等の処理を行うＣＰＵ６２が、そのマップ５８の情報を読み出し、ＰＣ本体７のハードディスク６３や不揮発性メモリ、メモリ５２等に格納して、湾曲制御に使用するようにしても良い。
また、使用後は、ＰＣ本体７側でマップ５８の情報を、内視鏡２が有するＩＤ情報と関連付けて保存するようにしても良い。
なお、内視鏡２は、その内視鏡２に固有のＩＤ情報を発生するＩＤ情報発生部（図１９中ではＩＤと略記）６４を備える。
【００５５】
また、内視鏡２には、マップ５８の情報を格納しないで、ＰＣ本体７側で、内視鏡２のＩＤ情報と共に、その内視鏡のマップ５８の情報を保存するようにしても良い。
図１９では、ＩＤ情報がＩＤａの場合にはマップ情報ＭＤａと対にして、ＩＤ情報がＩＤｂの場合にはマップ情報ＭＤｂと対にしてマップ情報を格納する構成を示している。 そして、内視鏡２がＰＣ本体７に接続された場合、ＣＰＵ６２は、内視鏡２のＩＤ情報を読み出し、このＩＤ情報に対応するマップ５８の情報を用いて、湾曲制御を行うようにすることもできる。
本変形例によれば、さらにＰＣ本体７に対して実際に接続使用される内視鏡２が異なる場合にも、その内視鏡２の場合の湾曲部１８の湾曲に対応した３次元の湾曲情報としてのマップ情報を用いて、精度の良い湾曲制御が可能となる。その他は、実施例１と同様の効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
内視鏡を屈曲した体腔内に挿入して内視鏡検査を行う場合に広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は本発明の実施例１の内視鏡システムの構成を使用例の状態で示す構成図。
【図２】図２は内視鏡装置の外観例を示す図。
【図３】図３は内視鏡の内部構成を示す図。
【図４】図４は挿入部の先端側のコイルの配置例を示す図。
【図５】図５は検出される挿入形状を示す図。
【図６Ａ】図６Ａは挿入形状データの例を示す図。
【図６Ｂ】図６Ｂはフレームデータの例を示す図。
【図６Ｃ】図６Ｃはコイル座標データの例を示す図。
【図７】図７はＰＣ本体の機能的なブロック構成を示す図。
【図８】図８はメイン処理部の機能的なブロック構成を示す図。
【図９】図９はマップを作成する処理手順を示すフローチャート。
【図１０】図１０はマップデータを作成する説明図を示す。
【図１１】図１１はマップを作成する際の内視鏡基準位置と内視鏡先端の座標等を示す説明図。
【図１２Ａ】図１２Ａはマップを内視鏡先端の３次元座標系で表し、その場合下方向から上方向の湾曲方向へ見た側面図。
【図１２Ｂ】図１２Ｂはマップを内視鏡先端の３次元座標系で表し、その場合右方向から左方向の湾曲方向へ見た側面図。
【図１３】図１３は本実施例による湾曲制御の手順を示すフローチャート。
【図１４】図１４はマップ情報を利用して目標プーリアングルを算出する手順を示すフローチャート。
【図１５】図１５は内視鏡先端のＵｐ方向をｙ軸方向に一致させる処理の説明図。
【図１６】図１６はクォータニオンを用いる作用の説明図。
【図１７】図１７は現在の内視鏡先端の設定状態から目標位置に湾曲させるための目標プーリアングルを算出する説明図。
【図１８】図１８は内視鏡先端により襞を押さえつける様子を示す説明図。
【図１９】図１９は本発明の変形例における内視鏡及びＰＣ本体の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００５８】
１…内視鏡システム、２…内視鏡、７…ＰＣ本体、９…挿入部、１１…ＵＰＤ装置、１８…湾曲部、２２…モータユニット、３４…撮像装置、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ…コイル、４３ａ、４３ｂ…モータ、４４ａ、４４ｂ…エンコーダ、５５…メイン処理部、５６…湾曲量制御スレッド、５８…マップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内に内視鏡を挿入して内視鏡検査を行う内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内視鏡は医療分野等において広く用いられるようになった。この内視鏡は、被検体内に挿入される細長の挿入部を有し、挿入部の先端側には湾曲自在の湾曲部が設けられている。
このように湾曲部を備えた内視鏡においては、挿入部の後端側からワイヤの牽引、弛緩により行われるが、湾曲の操作性を向上するために湾曲駆動手段としてモータの駆動力を利用した電動湾曲方式の内視鏡も実現されている。
しかし、腸管のように内視鏡検査を行おうとする部位が屈曲した体腔内の場合には、内視鏡先端を目標の位置に移動、目標とするライン（例えば、腸管の中心線）を通過させることは経験の浅いドクタにとって難しい操作である。
【０００３】
このため、内視鏡画像から内視鏡先端を向ける方向を検出（例えば、暗部）し、検出した方向から内視鏡先端目標位置を求め、現在の内視鏡先端位置を内視鏡先端目標位置に一致させるように、湾曲動作をさせる内視鏡システムがある。
湾曲部を備えた内視鏡においては、何回も湾曲動作を行うとワイヤの伸びが発生してしまうことがある。
そうすると、手元側での湾曲操作量と、内視鏡先端側側での湾曲量とにずれが発生し、湾曲部を湾曲させる精度が低下する。
このため、モータの回転位置から決定される内視鏡湾曲部の形状及び先端方向には誤差が伴う。
【０００４】
一方、特開２００６−１９２０５６号公報には、内視鏡制御部が、湾曲部の湾曲動作を記憶する湾曲動作記憶手段と、湾曲部の湾曲動作に対応する動作パラメータを予め記憶するパラメータ記憶手段とを備え、湾曲部の湾曲動作に応じた動作パラメータをパラメータ記憶手段より取り出すことで、湾曲部の湾曲量を制御することが開示されている。
上記パラメータ記憶手段には、湾曲指示部において上下左右のどの方向に操作されたのか、内視鏡システムの生産直後から総湾曲指示操作回数ｎのデータが格納されている。 この従来例は、予め、湾曲回数に応じた（駆動信号の）パルス幅を設定しメモリに格納しておき、メモリに格納した設定情報を用いて湾曲動作を行う技術を開示している。
【特許文献１】特開２００６−１９２０５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例は、手元側での情報のみで挿入部の先端側の湾曲方向を含む湾曲量を制御する構成になっているため、上記のようにワイヤが伸びると手元側の基準位置が、伸びる前の基準位置からずれることになるため、精度良く湾曲制御することが困難になる。
このため、より精度良く湾曲制御することができるシステムが望まれる。
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、挿入部の先端側の湾曲部を予め湾曲させて生成した３次元的湾曲情報を利用して、湾曲制御を精度良く行うことができる内視鏡システム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】
【０００６】
本発明の内視鏡システムは、湾曲可能な湾曲部が挿入部の先端側に形成された内視鏡と、
前記湾曲部を電気的に湾曲駆動する湾曲駆動部と、
前記挿入部の先端側における湾曲部の後端付近の位置を基準位置として、前記湾曲部を湾曲させた場合における湾曲方向を含む湾曲量と、前記湾曲量に対応する挿入部先端の３次元位置及び方向とを関連付けてデータ化したマップ情報を格納するマップ情報格納部と、
前記挿入部の先端の位置及び方向を検出する位置・方向検出部と、
前記マップ情報を用いて前記挿入部の先端を目標とする目標方向に指向させるように前記湾曲駆動部の湾曲駆動を制御する湾曲制御部と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、挿入部の先端側の湾曲部を予め湾曲させて生成した３次元的湾曲情報としてのマップ情報を用いることにより、精度良く湾曲制御ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１から図１８は本発明の実施例１に係り、図１は本発明の実施例１の内視鏡システムの構成を使用例の状態で示し、図２は内視鏡装置の外観例を示し、図３は内視鏡の内部構成を示し、図４は挿入部の先端側のコイルの配置例を示し、図５は検出される挿入形状を示す。
図６Ａ〜図６Ｃは挿入形状データ、フレームデータ、コイル座標データの例を示し、図７はＰＣ本体の機能的なブロック構成を示し、図８はメイン処理部の機能的なブロック構成を示し、図９はマップを作成する処理手順を示し、図１０はマップデータを作成する説明図を示す。
【０００９】
図１１はマップを作成する際の内視鏡基準位置と内視鏡先端の座標等を示し、図１２Ａ及び図１２Ｂは生成されたマップを３次元的に示し、図１３は本実施例による湾曲制御を行う手順を示し、図１４はマップ情報を利用して目標プーリアングルを算出する手順を示す。
図１５は内視鏡先端のＵｐ方向をｙ軸方向に一致させる説明図を示し、図１６はクォータニオンを用いる作用の説明図を示し、図１７は現在の内視鏡先端の設定状態から目標位置に湾曲させるための目標プーリアングルを算出する説明図を示し、図１８は内視鏡先端により襞を押さえつける様子を示す。
【００１０】
図１に示すように、本発明の実施例１の内視鏡システム１は、内視鏡検査を行う内視鏡２、光源装置３、プロセッサ４及び内視鏡モニタ５を備えた内視鏡装置６と、内視鏡２により撮像された内視鏡画像に対して画像処理及び湾曲制御の処理を行うパーソナルコンピュータ本体（以下、ＰＣ本体と略記）７及びＰＣモニタ８と、内視鏡２の挿入部９における少なくともその先端側の位置検出を含む内視鏡形状検出手段としてのＵＰＤ装置１１とを有する。
図１に示すように内視鏡２は、ベッド１２に横たわる被検体としての患者１３の体腔内（管腔内）に挿入される細長の挿入部９と、その後端に設けられた操作部１４とを有する。この操作部１４から延出されたユニバーサルケーブル１５の端部のコネクタは、照明光を発生する光源装置３と、信号処理を行う信号処理装置としてのプロセッサ４とに接続される。
【００１１】
図２に示すように挿入部９は、その先端に設けられた先端部１０と、この先端部１０の後端に設けられ、湾曲自在の湾曲部１８と、この湾曲部１８の後端から操作部１４まで延出された可撓性を有する可撓部１９とを有する。
操作部１４には、術者２０が所望とする方向に湾曲部１８を湾曲指示操作を行う湾曲指示操作手段としての例えばジョイスティック２１が設けてある。そして、術者２０は、このジョイスティック２１を操作することにより、この操作部１４内部に設けられた電気的な湾曲駆動手段を形成するモータユニット２２を介して、湾曲部１８を電気的に湾曲することができる。
【００１２】
また、術者２０が後述する自動湾曲制御モードを選択した場合においては、ＰＣ本体７によるモータ制御により、挿入部９の先端側を挿入部９が挿通される管腔の走行方向に向くようにモータユニット２２を介して湾曲部１８の湾曲制御を電気的に行う。
また、図１に示すように、挿入部９がその軸の回りで捻られた（ひねられた）場合の捻り量を検出できるように、挿入部９における例えば後端側の外周面に捻り量検出ユニット２３が設けてある。
なお、図１における内視鏡装置６としては、例えば図２に示すような外観である。この図２では、ＰＣ本体７は内視鏡２内のモータユニット２２の制御ユニットとして内視鏡装置６を構成している。
また、図１では内視鏡２にジョイスティック２１が用いられているが、図２に示すようにジョイパッドで湾曲指示操作手段を形成しても良い。
【００１３】
本実施例では、術者２０が湾曲指示操作手段としての例えばジョイスティック２１を手動（マニュアル）で湾曲操作を行うことにより、先端部１０側を管腔の走行方向に設定して内視鏡２を挿入する手動湾曲による通常の湾曲制御モードの他に、内視鏡画像から管腔内の暗部の位置を（目標位置として）画像処理により３次元的に推定すると共に、挿入部９の先端側の挿入形状を推定し、挿入部先端が目標位置の方向に向くように湾曲部１８を電気的に湾曲制御する自動湾曲制御モードを備える。なお、本明細書においては、挿入部先端と内視鏡先端とは同じ意味である。
図３に示すように、挿入部９内には照明光を伝送するライトガイド３１が挿通され、このライトガイド３１は、図１或いは図２に示す操作部１４，ユニバーサルケーブル１５を経てその後端が光源装置３に接続される。
【００１４】
このライトガイド３１の後端面には、光源装置３内の図示しないランプからの照明光が入射される。そして、ライトガイド３１により伝送された照明光は、先端部１０に設けられた照明窓に固定されたライトガイド先端面から前方に出射される。
そして、照明窓からこの挿入部９の長手軸の前方側に出射される照明光により、挿入部９が挿入される体腔内における長手軸の前方側を照明する。図３に示すように照明窓に隣接して設けられた観察窓には、光学像を結ぶ対物レンズ３２が取り付けられており、その観察視野或いは撮像範囲は照明光で照明される。
光学像を結ぶ対物レンズ３２と、その結像位置に配置された固体撮像素子としての例えばＣＣＤ３３とにより撮像装置３４が形成されている。
【００１５】
このＣＣＤ３３により光電変換されたＣＣＤ出力信号或いは撮像信号は、プロセッサ４に入力される。このプロセッサ４により撮像信号に対する信号処理を行い、内視鏡画像を内視鏡モニタ５に表示する内視鏡画像信号（映像信号）として例えばＲＧＢ信号等を生成する。内視鏡画像信号は、内視鏡モニタ５に入力され、内視鏡モニタ５の内視鏡画像表示エリアに内視鏡画像が表示される。
なお、この内視鏡画像信号は、画像処理及びモータ制御（或いは湾曲制御）を行う画像処理／モータ制御装置としてのＰＣ本体７にも入力され、挿入部９の先端を体腔内の走行方向に挿入させるための位置情報の検出の画像処理に利用される。
【００１６】
また、本実施例に係る内視鏡２においては、挿入部９内には、挿入部９の挿入形状（内視鏡形状ともいう）を検出するために、それぞれ位置情報を発生する位置情報発生手段として複数のＵＰＤコイル（以下、単にコイルという）３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…が例えば先端部１０から可撓部１９における適宜の位置まで、例えば所定間隔で配置されている。
なお、コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…は、例えば磁気を発生する磁気発生用コイルにより形成されている。そして、これらのコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…の各コイル位置を検出することによって、挿入部９の挿入形状を算出することができる。
【００１７】
特に、挿入部９の先端部の複数のコイル、例えば３６ａ、３６ｂの各位置を検出することにより、挿入部９の先端位置の他にその軸方向（向き）を、挿入形状として検出することができる。図３の例では、コイル３６ｃは、湾曲部１８中に配置されており、またコイル３６ｄは湾曲部１８の後端に配置されている。
このように挿入部９の先端側に配置されたコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの位置を検出することにより先端部１０及び湾曲部１８の湾曲形状を検出できる。なお、図３に示すコイル配置の場合に限定されるものでない。
後述するようにこの湾曲部１８の後端の位置（図３の図示例ではコイル３６ｄの位置）を基準位置として、予め湾曲部１８を上下、左右の湾曲可能な全ての湾曲方向に湾曲させ、その湾曲させた場合における湾曲駆動手段の駆動位置（具体例ではプーリアングル）と、挿入部９の先端の３次元位置及びその方向とを関連付けるマップを生成する。
そして、このマップの情報を利用することにより、現在の挿入部９の先端の位置及びその方向から、暗部等、湾曲したい目標位置の方向に挿入部９の先端側を向けるように湾曲させる制御を、精度良く、かつ短時間に行えるようにする。
図４は、挿入部９の先端側を拡大して、その先端側に配置されたコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…が配置されている。
【００１８】
図４に示すように長手軸の方向にコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの他に、例えば長手軸に配置されたコイル３６ａと直交する方向で、湾曲部１８を湾曲させる場合の上方向の湾曲方向（Ｕｐ湾曲方向或いは単にＵｐ方向という）に、そのソレノイドの軸（巻線の軸）を設定したコイル３６ａ′が、コイルａに隣接して先端部１０内に配置されている。
【００１９】
この場合、コイル３６ａとコイル３６ａ′の巻線の方向と直交させた配置となっている。なお、コイル３６ａとコイル３６ａ′の巻線の方向と直交させた配置に限らす、巻線の方向を平行にしても良い。
このような配置にすることにより、各コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ａ′…の位置を検出することにより、先端部１０の位置及びその軸方向の他に、先端部１０の軸周りの方位（Ｕｐ方向やＣＣＤ３３の上方向）も、内視鏡挿入形状として検出（推定）することができる。
このように、コイル位置検出手段により、内視鏡先端側の挿入形状をその湾曲方向の情報を含めて検出することにより、その状態における湾曲部１８の湾曲状態も検出（推定）できる。そして、暗部など目標位置の方向に、先端側が向くように湾曲部１８を湾曲制御することを行い易くする。
【００２０】
コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…は、その後端側のケーブルがＵＰＤ装置１１に接続される。
また、図１に示すＵＰＤ装置１１は、コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ…を所定の周波数のドライブ信号の印加により磁界を発生させる図示しないＵＰＤドライブ回路と、磁界を検出するためにそれぞれ所定の位置関係で配置された複数のセンスコイルからなる磁界検出用のセンスコイルユニットとを備えている。
また、このＵＰＤ装置１１は、複数のセンスコイルによる検出信号から各コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、…の位置を検出（算出）する位置検出部と、各コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、…の位置情報から挿入部９（内視鏡２）の挿入形状の算出処理と、算出された挿入形状の表示処理を行う挿入形状算出・表示処理回路と、その挿入形状を表示する図示しない形状表示モニタとを備えている。
【００２１】
なお、ＵＰＤ装置１１における少なくともセンスコイルユニットは、図１のベッド１２の近傍に配置され、ベッド１２に横たわる患者１３における挿入部９が挿入される３次元領域をカバーする座標系（ワールド座標系という）で、コイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、…の位置、つまりワールド座標系における３次元の座標位置を検出する。
なお、図１に示すように挿入部９の捻り量を検出する捻り量検出ユニット２３は、図３に示すようなコイル３６ａ′を設けて先端部１０の方位（Ｕｐ方向）を検出可能とした場合には、必要不可欠となるものではない。
図５は、ＵＰＤ装置１１により生成される挿入形状の１例を示す。この図５に示すように３次元の座標系で例えばｊフレーム（ただし、ｊ＝０、１、２…）におけるコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、…の位置（Ｘｊｉ，Ｙｊｉ，Ｚｊｉ）（ここで、ｉ＝ａ，ｂ…，ｍ）が算出され、それらを結ぶことにより、挿入形状が生成される。
【００２２】
ＵＰＤ装置１１により検出されたコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…の位置を含む挿入形状データは、図６Ａに示すように、各フレームに関するフレームデータ（つまり、第０フレームデータ、第１フレームデータ、…）として構成されており、ＰＣ本体７に順次送信される。
そして、挿入状態情報としての各フレームデータは、図６Ｂに示すように、挿入形状データの作成時刻、表示属性、付属情報及びコイルの３次元座標データ（コイル座標データ）等のデータを有して構成されている。
また、コイル座標データは、図６Ｃに示すように、挿入部９の先端側から基端側（操作部１４側）に順次配置されたコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…の３次元座標をそれぞれ示すデータである。
【００２３】
一方、先端部１０に設けられた撮像装置３４により得られる内視鏡座画像は、挿入部９の体腔内（以下では大腸のような管腔内）への挿入量に伴って変化する。
このため、内視鏡画像から検出される管腔内の暗部（管腔暗部ともいう）の位置情報は、ワールド座標系に変換される。なお、この暗部の位置情報は、管腔の走行方向に対応するため、その位置情報が挿入部先端を管腔の深部側に挿入（導入）すべき目標位置若しくは湾曲すべき湾曲方向の目標位置となる。
なお、先端部１０に設けられた撮像装置３４による観察方向（撮像方向）は、この内視鏡２においては挿入部９の長手軸と平行であり、上記挿入方向或いは湾曲方向は、撮像装置３４による観察方向と同じ方向となる。
【００２４】
ＵＰＤ装置１１内部のコイル位置検出部により検出されたコイル３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…のコイル座標位置及び方向の情報は、ＰＣ本体７にも入力される（後述する図７参照）。
図３に模式的に示すように湾曲部１８は、その長手方向に複数の湾曲駒が回動自在に連結して構成されている。また、挿入部９内には、上下、左右の湾曲方向に沿って湾曲ワイヤ４１ｕ、４１ｄ、４１ｌ、４１ｒが挿通されている。そして、これらの湾曲ワイヤ４１ｕ、４１ｄ、４１ｌ、４１ｒの後端は、例えば操作部１４内に配置されたモータユニット２２を構成するプーリ４２ａ、４２ｂに連結されている。
操作部１４内には上下方向の湾曲ワイヤ４１ｕ、４１ｄの両端が連結されたワイヤが巻装されたプーリ４２ａと、左右方向の各湾曲ワイヤ４１ｌ、４１ｒの両端が連結されたワイヤが巻装されたプーリ４２ｂが設置されている。
【００２５】
各プーリ４２ａ，４２ｂは、それぞれ上下湾曲（駆動）用のＵＤモータ４３ａ，左右湾曲用のＲＬモータ４３ｂ（単にモータ４３ａ、４３ｂとも略記）の回転軸に連結され、正転及び逆転が自在のモータ４３ａ，４３ｂの回転方向に応じて回転される。上下、左右方向の湾曲駆動手段を構成するこれらのモータ４３ａ，４３ｂは、図７に示すようにモータユニット２２に接続されたＰＣ本体７から制御される。
そして、モータ４３ａ，４３ｂによりプーリ４２ａ，４２ｂを回転することによって、湾曲ワイヤ４１ｕ、４１ｄ、４１ｌ、４１ｒを牽引／弛緩（押し引き）して湾曲部１８を電気的に湾曲駆動する電気的湾曲駆動手段が構成されている。
モータ４３ａ，４３ｂを介してプーリ４２ａ，４２ｂを回転させる回転量に応じて湾曲部１８の湾曲量が対応するため、プーリ４２ａ，４２ｂの回転量をプーリアングル或いはプーリ角という。
【００２６】
モータ４３ａ，４３ｂの回転角（モータ角ともいう）或いはプーリ角は、回転角或いは回転位置の検出手段として、例えばモータ４３ａ，４３ｂの回転軸にそれぞれ取り付けられている上下用ロータリーエンコーダ（ＵＤエンコーダ）４４ａ，左右用ロータリーエンコーダ（ＲＬエンコーダ４４ｂ）によってそれぞれ検出される。これらのＵＤエンコーダ４４ａ，ＲＬエンコーダ４４ｂによるエンコーダ出力は、図７に示すようにＰＣ本体７に入力される。
そして自動湾曲制御モードの場合においては、モータユニット２２内のモータ４３ａ、４３ｂは、ＰＣ本体７側からのＵＰＤ装置１１による目標位置の推定結果と、現在の（内視鏡）先端部１０側の位置及び方向から後述するマップの情報を用いて湾曲駆動を制御する。つまり、ＰＣ本体７は、湾曲制御手段の機能を持つ。
この他にＰＣ本体７は、画像処理により、湾曲させたい方向に相当する目標位置の算出の処理を行う。
【００２７】
なお、手動操作により湾曲を行う場合には、操作部１４に設けられた湾曲指示操作手段としてのジョイスティック２１によって上下、左右の任意の湾曲方向への指示値に応じて、エンコーダ出力がその値に一致するように、モータ４３ａ、４３ｂの回転駆動量（プーリ４２ａ，４２ｂのプーリアングルに相当する）が制御され、湾曲部１８は湾曲指示された湾曲量まで湾曲する。
このため、ジョイスティック２１には、例えば上下方向と左右方向への傾動操作量を検出する図示しないエンコーダ或いはポテンショメータ等が設けてあり、湾曲指示値、方向の指示情報を出す。この場合には、ＰＣ本体７は、単に湾曲指示値にエンコーダ出力が一致するように湾曲制御する。
【００２８】
図７は、ＰＣ本体７の機能的な構成を示す。プロセッサ４からの内視鏡画像信号は、ＰＣ本体７内のＡ／Ｄ変換回路５１を介してメモリ５２内に内視鏡画像のデータとして格納される。
また、ＵＰＤ装置１１によるコイル座標と方向の情報は、コイル情報取得スレッド５３を介してメモリ５２内に、内視鏡形状パラメタ、具体的には、コイル座標位置、コイル方向、先端Ｕｐ方向のデータとして格納される。
そして、内視鏡画像のデータと内視鏡形状パラメタのデータは、ＣＰＵにより形成されるメイン処理部（或いはメインスレッド）５５に出力される。
なお、ＣＰＵは、このメイン処理部５５の処理だけでなく、他の処理、例えば後述する湾曲量制御スレッド５６の処理を行う構成であっても良いし、図７に示すメイン処理部５５が湾曲量制御スレッド５６の処理を行う構成であっても良い。
【００２９】
また、内視鏡２のモータユニット２２のエンコーダ出力は、湾曲量制御スレッド５６に入力され、この湾曲量制御スレッド５６には、メイン処理部５５による処理で生成され、メモリ５２内に一時格納された湾曲量パラメタのデータが入力される。
この湾曲量パラメタとしては、現在のプーリアングルから目標位置の方向に設定すべきプーリアングルとしての設定プーリアングルである。この設定プーリアングルは、例えば差分値による相対プーリアングルとなる（後述）。
なお、図７において点線で示すように、捻り量検出ユニット２３が用いられた場合には、捻り量検出ユニット２３により検出される相対捻り量が、捻り量取得スレッド５７を介してメモリ５２内における例えば内視鏡形状パラメタのデータの１つとして相対捻り量のデータとして格納される。
また、本実施例では、メモリ５２には、上下、左右のプーリアングルの各位置と、内視鏡先端の３次元的な位置及び方向との関係を予め計測してデータ化したデータマップ（ルックアップテーブル）５８の情報も格納される。つまり、このメモリ５２は、マップ情報の格納手段を形成する。
【００３０】
この場合、挿入部９の先端に近い（挿入部９上の）位置で、湾曲部１８を湾曲させた場合、湾曲により殆ど変化しない基準位置として、具体的には湾曲部１８の後端をその基準位置に設定して、このマップ５８を生成する。
これにより、このマップ５８のデータ（マップ情報ともいう）は、同じ内視鏡２の場合に任意の湾曲状態（プーリアングル）で共通に利用が可能となる。
なお、本実施例においては、湾曲部１８が、例えば上下方向と左右方向、さらに上方向と下方向とで湾曲可能な範囲（最大プーリアングル）が異なる場合にも対応できるマップ情報である。
このため、このマップ情報は、所定の湾曲方向を基準方向としてそのデータ値が生成されている。本実施例においては、例えば上（Ｕ或いはＵｐ）方向の湾曲を、マップ５８のｙ軸に設定して、マップ情報を生成する（後述する）。
【００３１】
そして、このマップ情報を利用して目標方向に内視鏡先端を湾曲（或いは指向）させるような場合、内視鏡先端の座標系や、目標方向をマップ情報の座標系と整合させて行うようにする。
そして、メイン処理部５５は、図８にて説明するようにこのマップ情報を利用して、現在の内視鏡先端の形状情報から目標とする目標位置の方向に湾曲部１８を湾曲させるプ−リアングルを算出して、メモリ５２を介して湾曲量制御スレッド５６に送る。
湾曲量制御スレッド５６は、算出されたプーリアングルをモータ電圧（より具体的には、ＵＤモータ電圧値、ＲＬモータ電圧値）に変換してモータユニット２２のＵＤモータ４３ａ，ＲＬモータ４３ｂに出力する。
図８は、メイン処理部５５による機能的な構成を示す。
【００３２】
図８に示すようにメイン処理部５５は、内視鏡画像における管腔情報から目標位置を検出する画像内目標位置検出部５５ａの機能と、コイル座標から内視鏡各部の位置、方向を検出する内視鏡形状処理部５５ｂと、相対捻り量から絶対捻り量を算出する捻り量算出部５５ｃの機能を有する。内視鏡形状処理部５５ｂは、内視鏡先端の位置及び方向を検出する位置・方向検出手段の機能を持つ。
【００３３】
なお、点線で示すように捻り量算出部５５ｃは、相対捻り量が入力された場合にこの処理を行う。
画像内目標位置検出部５５ａは、内視鏡画像から内視鏡画像内における管腔の走行方向に相当する暗部の中心の位置（或いは重心の位置）を２次元の位置情報として検出する。 この暗部の位置は、ＣＣＤ３３の画素サイズ、焦点距離等の値を考慮して検出される。そして、その時刻における挿入部９の先端位置に対する暗部の位置の情報から、その方向が挿入部先端（内視鏡先端）の挿入方向として検出される。
【００３４】
また、この暗部の２次元の位置情報は、さらにその暗部の奥行き方向の値を含めた３次元の位置が例えばＳｈａｐｅ Ｆｒｏｍ Ｓｈａｄｉｎｇ法（ＳＦＳ法と略記）により算出される。そして、この３次元の位置情報は、挿入部９先端を指向させて導入すべき目標位置として利用される。
なお、画像内目標位置検出部５５ａで検出された目標位置は、画像内目標位置検出部５５ａ内の座標系変換部によりワールド座標系の目標位置に変換される。
そして、変換された目標位置は、湾曲量算出或いはプーリアングル算出を行う湾曲量算出部（プーリアングル算出部）５５ｄに出力される。
この湾曲量算出部５５ｄには、内視鏡形状処理部５５ｂにより、内視鏡各部の位置、方向の情報が入力される。
【００３５】
また、この湾曲量算出部５５ｄには、捻り量算出部５５ｃから絶対捻り量も算出される。この絶対捻り量は、捻り量検出ユニット２３が設けてない場合には、算出されない。 捻り量検出ユニット２３に基づく捻り量から挿入部９がその軸方向の回りで回転された回転角が検出される。なお、捻り量検出ユニット２３が設けてない場合にも、図４に示したコイル３６ａ、３６ａ′の位置検出により、（Ｕｐ方向が検出でき、これにより捻り量を用いないで）内視鏡先端の湾曲方向を算出することができる。
そして、この湾曲量算出部５５ｄは、入力される情報における内視鏡先端の位置及び方向の情報から、マップ情報を参照して、現在の内視鏡先端の湾曲状態を算出する。
また、湾曲量算出部５５ｄは、現在の湾曲状態を算出した後、この湾曲状態から目標位置の方向に内視鏡先端を湾曲させるためのプーリアングルを、マップ情報を参照して算出する。
【００３６】
つまり、湾曲量算出部５５ｄは、マップ情報を用いて、現在の内視鏡先端の位置及び方向の算出手段と、目標位置の方向の算出手段を形成する。
算出されたプーリアングルは、設定プーリアングルとしてメモリ５２を経て湾曲量制御スレッド５６に出力される。そして、この湾曲量制御スレッド５６は、設定プーリアングルからモータ電圧（ＵＤモータ電圧、ＲＬモータ電圧）に変換してモータユニット２２内のＵＤモータ４３ａ、ＲＬモータ４３ｂに印加する。
ＵＤモータ４３ａ、ＲＬモータ４３ｂの回転駆動により、湾曲部１８は、内視鏡先端が目標位置の方向に一致するように湾曲される。
次に図９を参照して湾曲制御に利用されるマップ５８の作成の処理を説明する。なお、このマップ５８の作成は、例えば内視鏡の工場出荷前に行われる。
図９に示すように最初のステップＳ１においてマップ作成者は、上下方向のプーリアングルθ１，左右方向のプーリアングルθ２により、上下左右方向に対応したプーリアングル（θ１，θ２）をセットする。
【００３７】
図１０は、ステップＳ１を具体的に行うために、代表的なプーリアングル値がマップ位置として指定される。例えば正方格子（グリッド）が設けられた、ステップＳ１の状態のマップの１例を示す。なお、図９の処理が終了することにより、マップ５８として完成する。
図１０において、（０，０）を原点として、上下方向（Ｕｐ，Ｄで示している）のプーリアングルθ１と左右（Ｌ，Ｒで示している）方向のプーリアングルθ２を、実際に使用される内視鏡２の湾曲特性の範囲内でセット可能になる。
例えば、図１０において上下方向のプーリアングルθ１はθＤｍからθＵｍまで、左右方向はθＬｍからθＲｍまでが実際に設定可能なプーリアングル範囲となる。なお、この場合、θＤｍ、θＬｍは負値で定義されることになる。また、本実施例では図１０に示すように上方向（Ｕｐ方向）が、例えばｙ軸に設定されている。
【００３８】
ステップＳ１において実際には、プーリアングル（θ１，θ２）として、例えば（θ１ｉ，θ２ｊ）がセットされる。ここで、ｉ，ｊはグリッド上のプーリアングルを表すものであり、その表示例を図１０に示している。
なお、フローチャート（ステップＳ４）では、グリッド間のプーリアングル値のオフセット値Δθを用いている。
ステップＳ１でセットしたプーリアングル（θ１ｉ，θ２ｊ）の状態で、ステップＳ２に示すようにマップ作成者は、内視鏡基準位置と内視鏡先端位置における座標と方向を測定する。
図１１はプーリアングル（θ１ｉ，θ２ｊ）の状態で、ステップＳ２に示す処理により、内視鏡基準位置座標（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）と内視鏡先端位置座標（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ，Ｚｉｊ）と、その場合の各方向Ｄｏ，Ｄｉｊの１例を示す。なお、この場合、各方向、例えばＤｏとしては、その位置での軸方向の情報を持つが、湾曲の特定方向（具体的には湾曲の上方向）を基準とする。
【００３９】
次のステップＳ３において、内視鏡基準位置の座標、方向に対する内視鏡先端の３次元の相対座標、相対方向を算出して、対応するマップ位置に書き込む。
具体的には、図１０のプーリアングル（θ１ｉ，θ２ｊ）のグリッド点上の位置（マップ位置、或いはマップデータ位置になる）に、内視鏡先端の相対座標（Ｘｉｊ−Ｘｏ，Ｙｉｊ−Ｙｏ，Ｚｉｊ−Ｚｏ）と、相対方向（Ｄｉｊ−Ｄｏ）とを関連付けて書き込む。 ここでは、１つのプーリアングル（θ１ｉ，θ２ｊ）の場合で具体的に示したが、以下のステップを経てオフセット値Δθにより他のプーリアングル値に対しても同様の関連付けが行われることになる。
つまり、図１１における内視鏡基準位置を原点に設定し、かつその場合の方向を０に設定した状態における内視鏡先端の位置座標及び方向の値が各プーリアングル（θ１ｉ，θ２ｊ）に関連付けて各マップデータ位置に書き込まれる。換言すると、内視鏡基準位置からの相対位置座標及び相対方向の値が、プーリアングルに関連付けられる。
【００４０】
次のステップＳ４に示すようにプーリアングルθ１，θ２にオフセット値Δθを与えて隣接するグリッド位置のプーリアングルθ１，θ２に設定する。
次のステップＳ５においてプーリアングルθ１，θ２がその内視鏡のプーリアングルの範囲を超えたか否かの判断を行い、超えていない場合にはステップＳ１に戻り、ステップＳ１〜Ｓ５の処理を繰り返す。なお、実際には、上下方向のプーリアングルの範囲と、左右方向のプーリアングルの範囲間において、湾曲部１８が湾曲可能な範囲に対してステップＳ１〜Ｓ５の処理が行われる。
このようにして、マップ５８が作成される。このマップ５８は、図１０に示したような各マップ位置のプーリアングル（θ１ｉ，θ２ｊ）に、対応する内視鏡先端の相対座標（Ｘｉｊ−Ｘｏ，Ｙｉｊ−Ｙｏ，Ｚｉｊ−Ｚｏ）と、相対方向（Ｄｉｊ−Ｄｏ）のデータとが関連付けて格納されたものとなる。
【００４１】
そして、このマップ５８の各データを内視鏡先端を表す３次元座標系で表すと、マップ５８は、湾曲部１８を湾曲させた場合における、内視鏡先端位置を３次元座標系上でプロットした軌跡を表す曲面となる。
【００４２】
また、その際、内視鏡先端位置でのその先端の軸方向が方向の情報として、位置と対にしてデータ化される。
このように曲面として表示した場合のマップ５８を内視鏡先端のＤ方向からＵ方向へ見た（マップの側面図の）場合、内視鏡先端のＲ方向からＬ方向へ見た（マップ側面図の）場合におけるマップ５８は、それぞれ図１２Ａ、図１２Ｂに示すになる。
なお、図１２Ａ、図１２Ｂにおいて、各マップ位置には、内視鏡先端の方向を示す線分も３次元的に示している。
次に図１３を参照して、（上述のように生成した）マップ情報を用いて本実施例におけるメイン処理部５５による湾曲制御の処理動作を説明する。
最初にステップＳ１１に示すように初期設定を行う。次のステップＳ１２においてメイン処理部５５は、コイル情報、つまり各コイル位置の情報を取得する。
【００４３】
次のステップＳ１３においてメイン処理部５５を構成するＣＰＵは、コイル位置の情報から内視鏡の先端位置、先端方向の算出を行う。次のステップＳ１４においてＣＰＵは、内視鏡画像の画像データの取得を行う。
次のステップＳ１５においてＣＰＵは、画像データのディストーションの補正を行う。これは、対物レンズ３２が歪曲収差などを有するため、対物レンズ３２により得られた画像データの歪み補正を行う。
次のステップＳ１６においてＣＰＵは、内視鏡画像から内視鏡先端を通過させようとする目標位置の検出を行う。具体的には管腔暗部の位置の検出を行う。
次のステップＳ１７においてＣＰＵは、ステップＳ１６により検出された目標位置は、２次元の位置情報であるため上述したＳＦＳ法等を用いて３次元座標に変換する。
【００４４】
そして、次のステップＳ１８においてＣＰＵは、マップ情報を利用して目標位置の方向に内視鏡先端の方向を一致させる（或いは指向させる）湾曲方向に相当する目標プーリアングルの算出（図１４にて後述）を行う。
次のステップＳ１９において、算出した目標プーリアングルから対応するモータ電圧を算出する。なお、この算出は、図７に示した構成例においては湾曲量制御スレッド５６の処理として行う。算出されたモータ電圧は、モータユニット２２のモータ４３ａ、４３ｂに印加され、モータ４３ａ、４３ｂの回転駆動により湾曲部１８が湾曲駆動される。
次に図１４を参照して目標プーリアングルの算出の処理を説明する。
最初のステップＳ２１においてメイン処理部５５を構成するＣＰＵは、目標位置の座標を内視鏡基準位置を原点とする相対座標に変換する。
【００４５】
次のステップＳ２２においてＣＰＵは、内視鏡のＵｐ方向がｙ軸に一致し、かつ、コイル位置Ｂの軸方向がＺ軸に一致するように変換する。図１５は、このステップＳ２２の処理の様子を示す。ステップＳ２１の状態における内視鏡先端側の状態は、一般的に図１５に示すようになっている。
この図１５に示すように内視鏡先端（ここでは先端コイルの具体例で示している）の位置Ａは、マップ５８（マップ曲面）上にあるが、その状態における内視鏡Ｕｐ方向は、一般的にマップ５８のＵｐ方向と一致していない。
このため、内視鏡のＵｐ方向を、マップ５８のＵｐ方向として予め設定されている例えばｙ軸に一致するように回転処理で変換する。なお、図１５に示すように、この変換により、目標位置も矢印で示すように移動する。この回転処理は、クォータニオンを利用すると、容易に行える。
【００４６】
図１５における内視鏡先端のＵｐ方向とマップ５８のｙ軸方向とに直交するＣ軸を図１６のように設定し、このＣ軸の回りで回転角φだけ回転させて内視鏡先端のＵｐ方向とマップ５８のｙ軸方向とを一致させる。
図１６に示すようにこの回転角φにより先端コイル位置Ａは、符号Ｂで示す位置に移動する。Ｃ軸を規定する方向ベクトルと回転角φをもとに生成されるクォータニオンを利用すると、先端コイル位置Ａの位置の変換を容易に行うことができる。続いて、変換されたコイル位置Ｂの軸方向がＺ軸に一致するように、同様の変換を行う。
図１４におけるステップＳ２２の処理の後、次のステップＳ２３においてＣＰＵは、目標位置の方向に相当するマップ座標系上の位置座標（例えば連続座標）を算出する。
具体的には、目標位置の方向を最も良く近似できるマップ上の位置（内視鏡先端位置及び先端方向）を特定する。このステップＳ２３の処理が目標位置方向算出部を形成する。 このようにしてステップＳ２１〜Ｓ２３により目標位置の方向を近似できるマップ位置を算出した後、同様にステップＳ２４〜Ｓ２６により現在の内視鏡先端に対しても同様の処理により、対応するマップ上の位置を算出する。
具体的には、ステップＳ２４においてＣＰＵは、内視鏡先端の座標を、内視鏡基準位置を原点とする相対座標に変換する。次のステップＳ２５においてＣＰＵは、内視鏡のＵｐ方向がｙ軸に一致し、かつ、コイル位置Ｂの軸方向がＺ軸に一致するように変換する。 次のステップＳ２６においてＣＰＵは、内視鏡先端位置に相当するマップ座標系上の位置座標（例えば連続座標）を算出する。そして、このステップＳ２６により現在の内視鏡先端位置が向く方向を算出できる。このステップＳ２６が先端方向算出部を形成する。
【００４７】
そして、次のステップＳ２７においてＣＰＵは、マップ座標に基づいて目標プーリアングルの値を算出する。
【００４８】
図１７は、ステップＳ２７により目標プーリアングルを算出する様子を示す。ステップＳ２６により、例えば図１７に示すように現在の内視鏡先端の特定（座標Ｐｐ，方向Ｄｐ）によりその状態に対応するプーリアングル（θａ，θｂ）が、現在の絶対プーリアングル値として算出される。
また、ステップＳ２３においても、目標位置に対応する目標位置用プーリアングル（θｃ，θｄ）が絶対プーリアングル値として算出される。
そして、これら両絶対プーリアングル値の差分値、つまり（θｃ−θａ，θｄ−θｂ）が、現在の内視鏡先端の状態から目標位置の方向に湾曲制御する湾曲制御目標とする（図１３のステップＳ１８に示す）目標プーリアングルとして算出される。
【００４９】
ステップＳ２７の処理から分かるように現在の内視鏡先端の状態（一般的には湾曲された状態）から目標位置の方向に湾曲させる場合、現在の湾曲状態に対応するプーリアングル（θａ，θｂ）と目標位置に対応するプーリアングル（θｃ，θｄ）との差分値（つまり相対値）で湾曲（駆動）量が決定される。
このため、湾曲操作の繰り返しや経年変化により湾曲用のワイヤが伸びて、手元側での操作量が先端側での湾曲量と一致しないずれ（基準位置のずれ）が発生したような場合にも、相対値で湾曲駆動量を決定するので、精度の良い湾曲制御を行うことができる。
補足説明すると、例えば現在の内視鏡先端の位置及び方向から、湾曲の目標位置側に湾曲させる場合、手元側の実際のプーリアングルの値を用いないで、マップ５８上の現在の内視鏡先端の位置及び方向に対応するプーリアングル値を用いる。
【００５０】
このため、湾曲ワイヤが伸びて、手元側の実際のプーリアングルの基準値がずれてしまってもマップ５８から算出されるプーリアングルの相対値を使用するため、精度良く湾曲制御を行うことができる。
また、本実施例は、湾曲部１８を湾曲させた場合の湾曲部１８の３次元的な湾曲情報を予めデータ化したマップ５８にしてあるので、このマップ５８を用いないで、演算などを行うことにより、湾曲制御を行うことも可能になるが、そのような場合に比較して簡単な演算で湾曲制御が可能となる。
また、マップ５８を用いない場合に比較して、短時間に湾曲方向及び湾曲量を算出できるので、応答性の良い湾曲制御が可能となる。
つまり、上下、左右の各方向において、湾曲部１８を詳細に湾曲させた場合における多数のプーリアングル座標値と、各プーリアングル座標値に対応する、内視鏡先端の３次元位置及びその方向とをデータ化した（データ）マップ５８を形成している。
【００５１】
このため、両者の一方が分かる場合には、他方を単に読み出すことにより算出できる。つまり、複雑な演算を必要することなく、短時間に湾曲方向及び湾曲量を算出できる。 また、マップ５８は、離散値でデータ化されているため、データ化されていない値に対応する湾曲方向及び湾曲量を算出する必要がある場合にも、その値に近いデータ化されている値が存在するため、近似解法（近似評価法）の１つとして、例えば擬似ニュートン法を用いて簡単に算出したい値を算出することができる。
例えば、図１７に示すように、目標位置の座標からマップ５８の座標系上でその目標位置の方向に相当する目標位置用プーリアングル（θｃ，θｄ）を算出する必要がある。この場合、各グリッド（格子点）上での位置及びプーリアングル値は、既知であるので、例えば複数のグリッド上での各方向と目標位置の方向とのずれ量を求める。
【００５２】
そして、それらの３次元的なずれ量から、擬似ニュートン法を用いて、そのずれ量が十分に小さくなる近似値としての方向の値を算出して、その算出した方向に相当する目標位置用プーリアングル（θｃ，θｄ）を算出することができる。
このように本実施例によれば、挿入部９の先端側の湾曲部１８を湾曲させた場合の３次元的湾曲情報としてのマップ情報を用いることにより、精度良く湾曲制御ができる。
また、本実施例によれば、図１８に示すように内視鏡先端により腸管等の襞を押さえつけるような手技を行い易い。
つまり、本実施例においては、マップ５８により、内視鏡先端の位置及び方向を検出できるため、図１８に示すように内視鏡先端（模式的に先端コイルで示している）で襞６０を例えば矢印の方向に押さえつけるような手技を行い易くなる。
【００５３】
なお、、図１０に示したグリッド間の値を小さくしたデータを生成するようにすれば、補間等を殆ど用いることなく、グリッド上（マップデータ点上）のデータから目標プーリアングル等を算出することもできる。
また、目標位置がマップ５８の座標系上に位置するか、これに近い状態である場合には、マップ５８上の現在の内視鏡先端の位置でのプーリアングル値と、目標位置に相当するマップ上の位置でのプーリアングル値の差分値分を目標プーリアングルとして算出することができる。
また、目標位置の方向の情報からマップ５８上での対応するプーリアングルを算出する代わりに、目標位置の位置情報からマップ５８上での対応するプーリアングルを算出するようにしても良い。
【００５４】
なお、図１９に示すような構成にしても良い。図１９は変形例における内視鏡２及びＰＣ本体７を示す。この変形例に示すように、各内視鏡２に上述したマップ５８の情報を格納した（不揮発性メモリ等で構成される）マップ情報格納部６１を内蔵する構成にしても良い。
そして、内視鏡２がＰＣ本体７と接続された場合、ＰＣ本体７内のメイン処理部５５等の処理を行うＣＰＵ６２が、そのマップ５８の情報を読み出し、ＰＣ本体７のハードディスク６３や不揮発性メモリ、メモリ５２等に格納して、湾曲制御に使用するようにしても良い。
また、使用後は、ＰＣ本体７側でマップ５８の情報を、内視鏡２が有するＩＤ情報と関連付けて保存するようにしても良い。
なお、内視鏡２は、その内視鏡２に固有のＩＤ情報を発生するＩＤ情報発生部（図１９中ではＩＤと略記）６４を備える。
【００５５】
また、内視鏡２には、マップ５８の情報を格納しないで、ＰＣ本体７側で、内視鏡２のＩＤ情報と共に、その内視鏡のマップ５８の情報を保存するようにしても良い。
図１９では、ＩＤ情報がＩＤａの場合にはマップ情報ＭＤａと対にして、ＩＤ情報がＩＤｂの場合にはマップ情報ＭＤｂと対にしてマップ情報を格納する構成を示している。 そして、内視鏡２がＰＣ本体７に接続された場合、ＣＰＵ６２は、内視鏡２のＩＤ情報を読み出し、このＩＤ情報に対応するマップ５８の情報を用いて、湾曲制御を行うようにすることもできる。
本変形例によれば、さらにＰＣ本体７に対して実際に接続使用される内視鏡２が異なる場合にも、その内視鏡２の場合の湾曲部１８の湾曲に対応した３次元の湾曲情報としてのマップ情報を用いて、精度の良い湾曲制御が可能となる。その他は、実施例１と同様の効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
内視鏡を屈曲した体腔内に挿入して内視鏡検査を行う場合に広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は本発明の実施例１の内視鏡システムの構成を使用例の状態で示す構成図。
【図２】図２は内視鏡装置の外観例を示す図。
【図３】図３は内視鏡の内部構成を示す図。
【図４】図４は挿入部の先端側のコイルの配置例を示す図。
【図５】図５は検出される挿入形状を示す図。
【図６Ａ】図６Ａは挿入形状データの例を示す図。
【図６Ｂ】図６Ｂはフレームデータの例を示す図。
【図６Ｃ】図６Ｃはコイル座標データの例を示す図。
【図７】図７はＰＣ本体の機能的なブロック構成を示す図。
【図８】図８はメイン処理部の機能的なブロック構成を示す図。
【図９】図９はマップを作成する処理手順を示すフローチャート。
【図１０】図１０はマップデータを作成する説明図を示す。
【図１１】図１１はマップを作成する際の内視鏡基準位置と内視鏡先端の座標等を示す説明図。
【図１２Ａ】図１２Ａはマップを内視鏡先端の３次元座標系で表し、その場合下方向から上方向の湾曲方向へ見た側面図。
【図１２Ｂ】図１２Ｂはマップを内視鏡先端の３次元座標系で表し、その場合右方向から左方向の湾曲方向へ見た側面図。
【図１３】図１３は本実施例による湾曲制御の手順を示すフローチャート。
【図１４】図１４はマップ情報を利用して目標プーリアングルを算出する手順を示すフローチャート。
【図１５】図１５は内視鏡先端のＵｐ方向をｙ軸方向に一致させる処理の説明図。
【図１６】図１６はクォータニオンを用いる作用の説明図。
【図１７】図１７は現在の内視鏡先端の設定状態から目標位置に湾曲させるための目標プーリアングルを算出する説明図。
【図１８】図１８は内視鏡先端により襞を押さえつける様子を示す説明図。
【図１９】図１９は本発明の変形例における内視鏡及びＰＣ本体の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００５８】
１…内視鏡システム、２…内視鏡、７…ＰＣ本体、９…挿入部、１１…ＵＰＤ装置、１８…湾曲部、２２…モータユニット、３４…撮像装置、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ…コイル、４３ａ、４３ｂ…モータ、４４ａ、４４ｂ…エンコーダ、５５…メイン処理部、５６…湾曲量制御スレッド、５８…マップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湾曲可能な湾曲部が挿入部の先端側に形成された内視鏡と、
前記湾曲部を電気的に湾曲駆動する湾曲駆動部と、
前記挿入部の先端側における湾曲部の後端付近の位置を基準位置として、前記湾曲部を湾曲させた場合における湾曲方向を含む湾曲量と、前記湾曲量に対応する挿入部先端の３次元位置及び方向とを関連付けてデータ化したマップ情報を格納するマップ情報格納部と、
前記挿入部の先端の位置及び方向を検出する位置・方向検出部と、
前記マップ情報を用いて前記挿入部の先端を目標とする目標方向に指向させるように前記湾曲駆動部の湾曲駆動を制御する湾曲制御部と、
を備えたことを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
湾曲可能な湾曲部を有する挿入部を備えた内視鏡と、
前記湾曲部の湾曲動作によって、湾曲部の後端付近に設定された位置を基準位置として前記挿入部先端の３次元位置及び方向の軌跡をデータ化したマップ情報を格納したマップ情報格納部と、
前記挿入部先端の現在位置の指定により、現在の挿入部先端の方向を、前記マップ情報を用いて算出する先端方向算出部と、
前記挿入部先端を指向させようとする目標位置の方向を、前記マップ情報を用いて算出する目標位置方向算出部と、
前記先端方向算出部及び目標位置方向算出部との算出結果から現在の挿入部先端の状態から前記目標位置の方向に前記湾曲部を湾曲させる制御を行う湾曲制御部と、
を備えたことを特徴とする内視鏡システム。
【請求項３】
さらに、前記内視鏡に設けられた撮像部により撮像した内視鏡画像から前記目標位置を算出することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記湾曲制御部は、前記目標位置方向算出部により算出された方向と前記先端方向算出部により算出された方向との差分値に相当する角だけ、前記湾曲部を湾曲させる制御を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載の内視鏡システム。
【請求項５】
さらに、前記挿入部に設けられた磁気発生用コイルの位置により前記挿入部先端の現在位置を検出することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１つの請求項に記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記マップ情報は、前記内視鏡の識別情報と関連付けて前記マップ情報格納部に格納されることを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
【請求項１】
湾曲可能な湾曲部が挿入部の先端側に形成された内視鏡と、
前記湾曲部を電気的に湾曲駆動する湾曲駆動部と、
前記挿入部の先端側における湾曲部の後端付近の位置を基準位置として、前記湾曲部を湾曲させた場合における湾曲方向を含む湾曲量と、前記湾曲量に対応する挿入部先端の３次元位置及び方向とを関連付けてデータ化したマップ情報を格納するマップ情報格納部と、
前記挿入部の先端の位置及び方向を検出する位置・方向検出部と、
前記マップ情報を用いて前記挿入部の先端を目標とする目標方向に指向させるように前記湾曲駆動部の湾曲駆動を制御する湾曲制御部と、
を備えたことを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
湾曲可能な湾曲部を有する挿入部を備えた内視鏡と、
前記湾曲部の湾曲動作によって、湾曲部の後端付近に設定された位置を基準位置として前記挿入部先端の３次元位置及び方向の軌跡をデータ化したマップ情報を格納したマップ情報格納部と、
前記挿入部先端の現在位置の指定により、現在の挿入部先端の方向を、前記マップ情報を用いて算出する先端方向算出部と、
前記挿入部先端を指向させようとする目標位置の方向を、前記マップ情報を用いて算出する目標位置方向算出部と、
前記先端方向算出部及び目標位置方向算出部との算出結果から現在の挿入部先端の状態から前記目標位置の方向に前記湾曲部を湾曲させる制御を行う湾曲制御部と、
を備えたことを特徴とする内視鏡システム。
【請求項３】
さらに、前記内視鏡に設けられた撮像部により撮像した内視鏡画像から前記目標位置を算出することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記湾曲制御部は、前記目標位置方向算出部により算出された方向と前記先端方向算出部により算出された方向との差分値に相当する角だけ、前記湾曲部を湾曲させる制御を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載の内視鏡システム。
【請求項５】
さらに、前記挿入部に設けられた磁気発生用コイルの位置により前記挿入部先端の現在位置を検出することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１つの請求項に記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記マップ情報は、前記内視鏡の識別情報と関連付けて前記マップ情報格納部に格納されることを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【公開番号】特開２００９−１３６６１８（Ｐ２００９−１３６６１８Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１８６５８（Ｐ２００７−３１８６５８）
【出願日】平成１９年１２月１０日（２００７．１２．１０）
【出願人】（３０４０５０９２３）オリンパスメディカルシステムズ株式会社 (1,905)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１０日（２００７．１２．１０）
【出願人】（３０４０５０９２３）オリンパスメディカルシステムズ株式会社 (1,905)
【Ｆターム（参考）】
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