形状検出装置
【課題】スコープ形状を精度良く検出するのに好適な形状検出装置を提供すること。
【解決手段】形状検出装置を、スコープ挿入部の基端から先端に亘って複数配置され、配置箇所におけるスコープ挿入部の屈曲角度を検出する屈曲角度検出センサと、隣接する屈曲角度検出センサ間の距離の変化量を検出する距離変化検出センサと、検出された変化量を距離の初期値に加算して、隣接する屈曲角度検出センサ間の実距離を計算する実距離計算手段と、計算された各屈曲角度検出センサ間の実距離と、検出された各配置箇所における屈曲角度とを用いて、スコープ挿入部の基端から先端に至る挿入形状を計算する形状計算手段と、から構成した。
【解決手段】形状検出装置を、スコープ挿入部の基端から先端に亘って複数配置され、配置箇所におけるスコープ挿入部の屈曲角度を検出する屈曲角度検出センサと、隣接する屈曲角度検出センサ間の距離の変化量を検出する距離変化検出センサと、検出された変化量を距離の初期値に加算して、隣接する屈曲角度検出センサ間の実距離を計算する実距離計算手段と、計算された各屈曲角度検出センサ間の実距離と、検出された各配置箇所における屈曲角度とを用いて、スコープ挿入部の基端から先端に至る挿入形状を計算する形状計算手段と、から構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、体腔内に挿入された医療用スコープの形状を検出する形状検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
術者が患者の体腔内を診断する際に使用する医療機器として、ファイバスコープや電子スコープが一般的に知られている。例えば、電子スコープを使用する術者は、電子スコープの挿入部を体腔内に挿入して、挿入部先端に備えられた先端部を被写体近傍に導く。術者は、電子スコープ等の操作部を必要に応じて操作して、光源装置から放射された照明光によって被写体を照明する。術者は、照明された被写体の反射光像を先端部に搭載されたＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像素子によって撮像する。術者は、撮像された被写体の映像をモニタを通じて観察し診断や施術等を行う。
【０００３】
医療用スコープを用いて検査される対象には、大腸等の下部消化管がある。一般に、下部消化管内部は形状が複雑に入り組んでいるため、医療用スコープを下部消化管内部に円滑に挿入するのは難しい。そこで、体腔内への挿入操作を補助する機能を有した装置が種々提案されている。一例として、体腔内に挿入されたスコープ形状を検出する機能を有した形状検出装置が知られている。この種の形状検出装置の具体的構成例は、特許文献１に記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載の形状検出装置は、姿勢を検知する３軸ジャイロセンサを電子スコープの挿入部先端から挿入部基端に亘って所定の間隔毎に埋設している。形状検出装置は、各ポイントに埋設された３軸ジャイロセンサから姿勢データを収集する。形状検出装置は、収集された姿勢データを用いて演算を行い、挿入形状データを生成する。生成された挿入形状データは、体腔内に挿入されたスコープ形状として画像化される。術者は、画像化されたスコープ形状から挿入部の湾曲状態を確認したり、消化管内部における先端部の大凡の位置を推定したりできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９１０６８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の形状検出装置は、センサの配置間隔が常に一定である前提でスコープ形状を計算している。しかし、センサの配置間隔は、センサを実装する基板等の経年変化や機械的特性に応じて初期的な値からずれることがある。特許文献１に記載の形状検出装置では、各検出ポイントの検出結果を累積してスコープ形状を計算するため、スコープ形状の計算過程でセンサの配置間隔の誤差が累積して、スコープ形状の計算精度が低下する問題が指摘される。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スコープ形状を精度良く検出するのに好適な形状検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る形状検出装置は、スコープ挿入部の基端から先端に亘って複数配置され、配置箇所におけるスコープ挿入部の屈曲角度を検出する屈曲角度検出センサと、隣接する屈曲角度検出センサ間の距離の変化量を検出する距離変化検出センサと、検出された変化量を距離の初期値に加算して、隣接する屈曲角度検出センサ間の実距離を計算する実距離計算手段と、計算された各屈曲角度検出センサ間の実距離と、検出された各配置箇所における屈曲角度とを用いて、スコープ挿入部の基端から先端に至る挿入形状を計算する形状計算手段とを有したことを特徴とした装置である。
【０００９】
本発明に係る形状検出装置によれば、距離変化検出センサを用いて各屈曲角度検出センサの相対位置を管理することにより、センサを実装する部品の経年変化や屈曲時の機械的特性等によって該相対位置が変化して挿入形状の検出精度が低下するという問題が好適に解消される。
【００１０】
ここで、屈曲角度検出センサ及び距離変化検出センサが配置される個数は、屈曲することが多いスコープ挿入部の先端側の方が、屈曲することが少ない基端側より多くてもよい。かかる構成によれば、屈曲角度検出センサ及び距離変化検出センサを先端側で密に配置することによって形状検出の精度を高めつつ、基端側で疎に配置することによって形状計算手段の処理負担を軽減するという効果が得られる。
【００１１】
屈曲角度検出センサは、例えば、配置箇所におけるスコープ挿入部の屈曲に伴って変形して、該変形に応じた電圧を発生する圧電センサである。
【００１２】
距離変化検出センサは、例えば、ゲージベースの一端が隣接する屈曲角度検出センサの一方に、該ゲージベースの他端が該隣接する屈曲角度検出センサの他方に、それぞれ接着固定された歪みゲージである。
【００１３】
スコープ挿入部は、外皮部材と、該外皮部材に覆われた、スコープ挿入部の内蔵部品を保護する管状部品とを有する構成としてもよい。この場合、屈曲角度検出センサ及び距離変化検出センサは、例えば管状部品に設けられてもよい。
【００１４】
屈曲角度検出センサ及び距離変化検出センサは、例えば、内蔵部品を覆う螺旋管、該螺旋管を覆う網状管、処置具が挿入されて通される鉗子チャンネル用パイプの何れか一つの管状部品に設けられる。
【００１５】
本発明に係る形状検出装置は、形状計算手段によって計算された挿入形状を画像化する挿入形状画像化手段を更に有する構成としてもよい。
【００１６】
本発明に係る形状検出装置は、ダミーのスコープ挿入部と、該ダミーのスコープ挿入部を変形させる変形手段と、計算された挿入形状が該ダミーのスコープ挿入部で再現されるように、形状計算手段による計算結果に従って変形手段を制御して、該ダミーのスコープ挿入部を変形させる変形制御手段とを更に有する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スコープ形状を精度良く検出するのに好適な形状検出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態の医療用観察システムの外観図である。
【図２】本発明の実施形態の医療用観察システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態の電子スコープが有する可撓管の内部構造を模式的に示す図である。
【図４】図３の領域Ａを拡大して示す図である。
【図５】本発明の実施形態のプロセッサが有する形状検出回路によって実行される形状検出処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態の形状検出処理を説明するための図である。
【図７】別の実施形態において用いられる挿入形状再現装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の医療用観察システムについて説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態の医療用観察システム１の外観図である。図１に示されるように、医療用観察システム１は、被写体を撮影するための電子スコープ１００を有している。電子スコープ１００は、可撓性を有するシース（外皮）１１ａによって外装された可撓管１１を備えている。可撓管１１の先端には、硬質性を有する樹脂製筐体によって外装された先端部１２が連結されている。可撓管１１と先端部１２との連結箇所にある湾曲部１４は、可撓管１１の基端に連結された手元操作部１３からの遠隔操作（具体的には、湾曲操作ノブ１３ａの回転操作）によって屈曲自在に構成されている。この屈曲機構は、一般的な電子スコープに組み込まれている周知の機構であり、湾曲操作ノブ１３ａの回転操作に連動した操作ワイヤの牽引によって湾曲部１４を屈曲させるように構成されている。先端部１２の方向が上記操作による屈曲動作に応じて変わることにより、電子スコープ１００による撮影領域が移動する。
【００２１】
図１に示されるように、医療用観察システム１は、プロセッサ２００を有している。プロセッサ２００は、電子スコープ１００からの信号を処理する信号処理装置と、自然光の届かない体腔内を電子スコープ１００を介して照明する光源装置とを一体に備えた装置である。別の実施形態では、信号処理装置と光源装置を別体で構成してもよい。
【００２２】
プロセッサ２００には、電子スコープ１００の基端に設けられたコネクタ部１０に対応するコネクタ部２０が設けられている。コネクタ部２０は、コネクタ部１０に対応する連結構造を有し、電子スコープ１００とプロセッサ２００とを電気的にかつ光学的に接続するように構成されている。
【００２３】
図２は、医療用観察システム１の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、医療用観察システム１は、所定のケーブルを介してプロセッサ２００に接続されたモニタ３００を有している。なお、図１においては、図面を簡略化するため、本発明に係る特徴的構成を有さないモニタ３００を図示省略している。
【００２４】
図２に示されるように、プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２、タイミングコントローラ２０４を有している。システムコントローラ２０２は、医療用観察システム１を構成する各要素を制御する。タイミングコントローラ２０４は、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスを医療用観察システム１内の各種回路に出力する。
【００２５】
ランプ２０８は、ランプ電源イグナイタ２０６による始動後、白色光を放射する。ランプ２０８には、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプなどの高輝度ランプが適している。ランプ２０８から放射された照明光は、集光レンズ２１０によって集光されつつ絞り２１２を介して適正な光量に制限されて、ＬＣＢ（light carrying bundle）１０２の入射端に入射する。
【００２６】
絞り２１２には、図示省略されたアームやギヤなどの伝達機構を介してモータ２１４が機械的に連結している。モータ２１４は例えばＤＣモータであり、ドライバ２１６のドライブ制御下で駆動する。絞り２１２は、モニタ３００に表示される映像を適正な明るさにするため、モータ２１４によって動作されて開度が変化して、ランプ２０８から放射された照明光の光量を開度に応じて制限する。適正とされる映像の明るさの基準は、術者によるフロントパネル２１８の輝度調節操作に応じて設定変更される。なお、ドライバ２１６を制御して輝度調整を行う調光回路は周知の回路であり、本明細書においては省略することとする。
【００２７】
ＬＣＢ１０２の入射端に入射した照明光は、ＬＣＢ１０２の内部を全反射を繰り返すことによって伝播する。ＬＣＢ１０２を伝播した照明光は、電子スコープ１００の先端に配されたＬＣＢ１０２の射出端から射出する。ＬＣＢ１０２の射出端から射出した照明光は、配光レンズ１０４を介して被写体を照明する。被写体からの反射光は、対物レンズ１０６を介して固体撮像素子１０８の受光面上で光学像を結ぶ。
【００２８】
固体撮像素子１０８は、例えばベイヤ型画素配置を有する単板式カラーＣＣＤであり、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に応じた信号に変換する。変換された信号は、プリアンプ１１０によって増幅されてドライバ信号処理回路１１２に入力する。
【００２９】
ドライバ信号処理回路１１２は、タイミングコントローラ２０４のクロックパルスに従って、固体撮像素子１０８をプロセッサ２００側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。メモリ１１４には、電子スコープ１００の固有情報（例えば固体撮像素子１０８の画素数や感度、対応可能なレート、或いは型番など）が格納されている。ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４にアクセスして電子スコープ１００の固有情報を読み出す。
【００３０】
ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４から読み出された固有情報をシステムコントローラ２０２に、固体撮像素子１０８の出力信号を信号処理回路２２０に、それぞれ出力する。ドライバ信号処理回路１１２とシステムコントローラ２０２又は信号処理回路２２０との間には、フォトカップラなどを使用した絶縁回路（不図示）が配置されている。すなわち、電子スコープ１００とプロセッサ２００は、電気的に絶縁されている。
【００３１】
システムコントローラ２０２は、ドライバ信号処理回路１１２から出力された上記固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２０２は、生成された制御信号を用いて、プロセッサ２００に接続中の電子スコープに適した処理がされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。なお、システムコントローラ２０２は、電子スコープの型番と、この型番の電子スコープに適した制御情報とを対応付けたテーブルを有した構成としてもよい。この場合、システムコントローラ２０２は、対応テーブルの制御情報を参照して、プロセッサ２００に接続中の電子スコープに適した処理がされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。
【００３２】
信号処理回路２２０は、ドライバ信号処理回路１１２を介して出力された固体撮像素子１０８の出力信号に、クランプ、ニー、γ補正、補間処理、ＡＧＣ（Auto Gain Control）、ＡＤ変換等の所定の信号処理を施して、図示省略されたフレームメモリにフレーム単位でバッファリングする。バッファリングされた信号は、タイミングコントローラ２０４によって制御されたタイミングでフレームメモリから掃き出されて、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternating Line）等の所定の規格に準拠した映像信号に変換される。変換された映像信号がモニタ３００に順次入力することにより、モニタ３００に、被写体のカラー画像が表示される。
【００３３】
次に、体腔内に挿入された電子スコープ１００の形状を検出する形状検出処理について説明する。電子スコープ１００は、可撓管１１から先端部１２に至る部分が体腔内に挿入される。このうち、先端部１２は、前述したように、硬質性を有する樹脂製筐体であるため、体腔内に挿入されても実質的に形状が変わらない（すなわち、形状が既知である）。また、湾曲部１４の湾曲量（別の言い方をすると、先端部１２の向き）は、湾曲操作ノブ１３ａの回転操作量から既知である。よって、未知である可撓管１１の形状を検出することができれば、可撓管１１から先端部１２に至る挿入部分全体の形状検出が達成される。
【００３４】
図３は、可撓管１１の内部構造を模式的に示す図である。図３に示されるように、可撓管１１は、内蔵物を保護するための多層構造を有している。内蔵物には、例えば、ＬＣＢ１０２や、処置具が挿入されて通される鉗子チャンネル用パイプ、ポンプから掃き出された空気又はタンクから噴出された洗浄水が送り出される送気送水用パイプ、固体撮像素子１０８用の駆動信号や固体撮像素子１０８の出力信号を伝送する信号ケーブル等がある。この多層構造は、内蔵物を収容する二重の螺旋管（内螺旋管１１ｂと外螺旋管１１ｃ）を備えている。二重の螺旋管は、内螺旋管１１ｂの外面と外螺旋管１１ｃの内面とが密接するように同軸に配置されている。外螺旋管１１ｃの外面には、例えばステンレス鋼細線材を編組して構成された網状管１１ｄが被覆されている。網状管１１ｄの外面（可撓管１１の最外装部分）には、例えばポリエチレン樹脂やフッ素樹脂等からなるチューブ状のシース１１ａが被覆されている。
【００３５】
図４は、図３の領域Ａを拡大して示す図である。図４に示されるように、網状管１１ｄには、圧電センサＰＺＴ（図４中、黒丸図形）が複数埋め込まれている。隣接する全ての圧電センサＰＺＴの間に、歪みゲージＳＧ（図４中、コイル状図形）が配置されている。歪みゲージＳＧを構成するゲージベースの一端は、二つの圧電センサＰＺＴの一方に、ゲージベースの他端は、二つの圧電センサＰＺＴの他方に、それぞれ接着固定されている。圧電センサＰＺＴは、網状管１１ｄを構成する網の交差部分に埋め込んでもよく、又は非交差部分（例えば隣接する交差部分の中間位置付近）に埋め込んでもよい。圧電センサＰＺＴの埋設間隔は、要求される性能（例えば電子スコープ１００の形状検出精度）とリソース（例えばプロセッサ２００の演算処理能力、メモリサイズ）とを考慮して適宜設定される。圧電センサＰＺＴの埋設間隔を短く設定するほど（埋設数を増やすほど）電子スコープ１００の形状検出精度が向上する。圧電センサＰＺＴの埋設間隔を長く設定するほど（埋設数を減らすほど）形状検出処理に費やすリソースが削減する。
【００３６】
図５は、プロセッサ２００が有する形状検出回路２２２によって実行される形状検出処理を示すフローチャートである。なお、以降の本明細書中の説明並びに図面において、処理ステップは「Ｓ」と省略して記す。
【００３７】
図６は、図５の形状検出処理を説明するための図である。本実施形態の医療用観察システム１が検出する形状は、可撓管１１の三次元形状であるが、図６を用いた説明では、便宜上、可撓管１１の二次元形状に置き換える。当該説明において、網状管１１ｄには、ｎ個の圧電センサＰＺＴｉ（ｉ＝１〜ｎ）とｍ（ｍ＝ｎ−１）個の歪みゲージＳＧｊ（ｊ＝１〜ｍ）が網状管１１ｄの長手方向に線状にだけ配置されているものとする。また、圧電センサＰＺＴｉ、歪みゲージＳＧｊは、ｉ、ｊの数字が小さいほど可撓管１１の基端側に配置され、ｉ、ｊの数字が大きいほど可撓管１１の先端側に配置されているものとする。
【００３８】
図５の形状検出処理は、例えばフロントパネル２１８の操作によって実行が開始される。形状検出回路２２２は、図５の形状検出処理の実行開始と共に、パラメータの初期化（ｉ、ｊ＝１）を行う（Ｓ１）。
【００３９】
電子スコープ１００が体腔内に挿入されて可撓管１１が屈曲すると、可撓管１１の内部に配置された網状管１１ｄも同様に屈曲する。各圧電センサＰＺＴｉは、網状管１１ｄの屈曲に伴って変形して、変形に応じた電圧を発生する。形状検出回路２２２は、各圧電センサＰＺＴｉが発生した電圧値を検知して、メモリ２２４に格納する（Ｓ２）。
【００４０】
網状管１１ｄは、可撓性が担保されるように材料の選択又は形状の設計がされている。このため、網状管１１ｄは、可撓管１１の屈曲に伴って、網自体が僅かに伸縮したり、網目の形が変わる（交差する網同士の相対位置が変わり、図４中菱形の網目が例えば縦方向又は横方向若しくは斜め方向に潰れたり、菱形が全体的に拡大し又は縮小する）ように変形することがある。このような網状管１１ｄの変形に伴って、隣接する圧電センサＰＺＴｉ間の距離は変化する。形状検出回路２２２は、圧電センサＰＺＴｉ間の距離変化に応じた各歪みゲージＳＧｊの抵抗値変化を検知して、メモリ２２４に格納する（Ｓ３）。なお、図２においては、図面を明瞭にする便宜上、形状検出回路２２２と圧電センサＰＺＴｉ又は歪みゲージＳＧｊとの結線を図示省略している。
【００４１】
形状検出回路２２２は、圧電センサＰＺＴｉの変形量（屈曲角度）と発生電圧値との関係を示す第一の関数を保持している。また、歪みゲージＳＧｊの抵抗変化量と歪み量との関係を示す第二の関数を保持している。形状検出回路２２２は、以降の処理において、メモリ２２４に格納されている各圧電センサＰＺＴｉの発生電圧値データ、各歪みゲージＳＧｊの抵抗変化量データを用いて、第一、第二の関数を計算して、体腔内に挿入された電子スコープ１００の形状を検出する。
【００４２】
具体的には、形状検出回路２２２は、可撓管１１の最も基端側に埋設された圧電素子ＰＺＴ１の位置（ｘ１、θ１）を所定の基準位置に設定する（Ｓ４）。形状検出回路２２２は、第一の関数を用いて、圧電素子ＰＺＴ１の発生電圧値データから、圧電素子ＰＺＴ１の埋設箇所の網状管１１ｄの屈曲角度を計算する（Ｓ５）。形状検出回路２２２は、次いで、第二の関数を用いて、圧電素子ＰＺＴ１に接着固定された歪みゲージＳＧ１の抵抗変化量データから、圧電素子ＰＺＴ１からＰＺＴ２までの距離Ｄ１を計算する（Ｓ６）。距離Ｄ１は、圧電素子ＰＺＴ１とＰＺＴ２との初期的な距離（すなわち、歪みゲージＳＧ１に歪みが生じていない状態の距離）に、抵抗変化量データから計算される歪み量を加算した値である。形状検出回路２２２は、位置（ｘ１、θ１）と距離Ｄ１から、圧電素子ＰＺＴ２の位置（ｘ２、θ２）を計算する（Ｓ７）。
【００４３】
形状検出回路２２２は、ｉ＝ｎであるか否かを判定する（Ｓ８）。ｉ≠ｎである場合は（Ｓ８：ＮＯ）、ｉ、ｊが共に１だけインクリメントされて（Ｓ９）、Ｓ５〜Ｓ８の処理が繰り返し実行される。ｉ＝ｎである場合は（Ｓ８：ＹＥＳ）、図６に示されるような、圧電素子ＰＺＴ１の埋設箇所から圧電素子ＰＺＴｎの埋設箇所までの網状管１１ｄの形状を表現する網状管形状データが計算されたため、処理はＳ１０に進む。
【００４４】
湾曲操作ノブ１３ａの回転操作量は、例えば図示省略された光学式エンコーダによって検出される。また、形状検出回路２２２は、湾曲操作ノブ１３ａの回転操作量と湾曲部１４の湾曲量との関係を示す第三の関数を保持している。Ｓ１０の処理では、形状検出回路２２２は、第三の関数を用いて、湾曲操作ノブ１３ａの回転操作量から湾曲部１４の湾曲量を計算する。
【００４５】
Ｓ１１の処理では、形状検出回路２２２は、シース１１ａのテクスチャを網状管形状データで表現される線画に貼り付けて、可撓管１１の形状モデルを生成する。形状検出回路２２２は、更に、可撓管１１の形状モデルの先端に、湾曲部１４の湾曲量に応じた方向に向いた先端部１２のテクスチャモデルを足し合わせる。形状検出回路２２２は、このように復元された挿入形状画像のデータを信号処理回路２２０に出力して（Ｓ１２）、図５の形状検出処理を終了させる。信号処理回路２２０は、挿入形状画像のデータを用いて、挿入形状画像が観察画像と並列に又は小画面でモニタ３００に表示されるように画像処理を行う。なお、図５の形状検出処理は、モニタ３００に表示される挿入形状画像を更新するため、例えば所定のタイミング後に再度実行される。
【００４６】
本実施形態の医療用観察システム１によれば、歪みゲージＳＧを用いて各圧電センサＰＺＴの相対位置を管理することにより、センサを実装する部品の経年変化や屈曲時の機械的特性等によって該相対位置が変化して挿入形状の検出精度が低下するという問題が好適に解消される。術者は、高精度に検出された挿入形状画像をモニタ３００越しに確認することによって、挿入部分の湾曲状態や体腔内における位置を正確に把握して、電子スコープ１００を大腸等の下部消化管に円滑に挿入させることができる。
【００４７】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば圧電センサＰＺＴ及び歪みゲージＳＧは、鉗子チャンネル用パイプや内螺旋管１１ｂ、外螺旋管１１ｃ等の可撓性を有する他の管状部品に実装されてもよい。
【００４８】
例えば、圧電センサＰＺＴの配置間隔は、一定間隔に限らない。圧電センサＰＺＴは、例えば湾曲部１４近傍（先端側）の比較的屈曲しやすい箇所では検出精度を高めるために密に配置され、屈曲が比較的少ない基端側ではプロセッサ２００の処理負担を軽減するために疎に配置されてもよい。
【００４９】
圧電センサＰＺＴ及び歪みゲージＳＧによる測定値は、無線（例えばＲＦＩＤ：Radio Frequency IDentification）によって検知できるようにしてもよい。
【００５０】
電子スコープ１００の挿入形状は、本実施形態では表示画面内で仮想的に再現しているが、別の実施形態では物理的に再現してもよい。図７は、別の実施形態において用いられる、電子スコープ１００の挿入形状を物理的に再現する挿入形状再現装置４００の構成を模式的に示す図である。
【００５１】
図７に示されるように、挿入形状再現装置４００は、可撓管１１から先端部１２に至る挿入部分に近似した形状のダミースコープ４１０を有している。ダミースコープ４１０は、例えばシース１１ａと同質の材料で構成されており、可撓性を有している。ダミースコープ４１０の基端から先端に至る上側面及び下側面には、複数の当て付け部材４２０がダミースコープ４１０に当て付いた位置で支持されている。当て付け部材４２０は、ダミースコープ４１０の上側面又は下側面を押すことによってダミースコープ４１０を変形させるように、上下動自在に構成されている。
【００５２】
形状検出回路２２２は、図５のＳ１１及びＳ１２の処理の代わりに、各当て付け部材４２０を制御してダミースコープ４１０を変形させる。すなわち、形状検出回路２２２は、網状管形状データ又は湾曲部１４の湾曲量を基に各当て付け部材４２０の移動量を計算する。各当て付け部材４２０は、計算結果に従って上下動してダミースコープ４１０を変形させる。これにより、網状管形状データ及び湾曲部１４の湾曲量に対応する形状がダミースコープ４１０によって再現される。
【００５３】
当て付け部材４２０の代替として、ダミースコープ４１０の内部をＥＲ（Electrorheological Fluid）流体やＭＲ（Magnetorheological Fluid）流体等で充填してもよい。この場合、外部電圧が流体に印加されると流体の粘度が高くなり、半固体化した流体がダミースコープ４１０を網状管形状データに対応する形状で保持することとなる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 医療用観察システム
１１ 可撓管
１１ｄ 網状管
１００ 電子スコープ
２００ プロセッサ
２２２ 形状検出回路
ＰＺＴ 圧電センサ
ＳＧ 歪みゲージ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、体腔内に挿入された医療用スコープの形状を検出する形状検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
術者が患者の体腔内を診断する際に使用する医療機器として、ファイバスコープや電子スコープが一般的に知られている。例えば、電子スコープを使用する術者は、電子スコープの挿入部を体腔内に挿入して、挿入部先端に備えられた先端部を被写体近傍に導く。術者は、電子スコープ等の操作部を必要に応じて操作して、光源装置から放射された照明光によって被写体を照明する。術者は、照明された被写体の反射光像を先端部に搭載されたＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像素子によって撮像する。術者は、撮像された被写体の映像をモニタを通じて観察し診断や施術等を行う。
【０００３】
医療用スコープを用いて検査される対象には、大腸等の下部消化管がある。一般に、下部消化管内部は形状が複雑に入り組んでいるため、医療用スコープを下部消化管内部に円滑に挿入するのは難しい。そこで、体腔内への挿入操作を補助する機能を有した装置が種々提案されている。一例として、体腔内に挿入されたスコープ形状を検出する機能を有した形状検出装置が知られている。この種の形状検出装置の具体的構成例は、特許文献１に記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載の形状検出装置は、姿勢を検知する３軸ジャイロセンサを電子スコープの挿入部先端から挿入部基端に亘って所定の間隔毎に埋設している。形状検出装置は、各ポイントに埋設された３軸ジャイロセンサから姿勢データを収集する。形状検出装置は、収集された姿勢データを用いて演算を行い、挿入形状データを生成する。生成された挿入形状データは、体腔内に挿入されたスコープ形状として画像化される。術者は、画像化されたスコープ形状から挿入部の湾曲状態を確認したり、消化管内部における先端部の大凡の位置を推定したりできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９１０６８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の形状検出装置は、センサの配置間隔が常に一定である前提でスコープ形状を計算している。しかし、センサの配置間隔は、センサを実装する基板等の経年変化や機械的特性に応じて初期的な値からずれることがある。特許文献１に記載の形状検出装置では、各検出ポイントの検出結果を累積してスコープ形状を計算するため、スコープ形状の計算過程でセンサの配置間隔の誤差が累積して、スコープ形状の計算精度が低下する問題が指摘される。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スコープ形状を精度良く検出するのに好適な形状検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る形状検出装置は、スコープ挿入部の基端から先端に亘って複数配置され、配置箇所におけるスコープ挿入部の屈曲角度を検出する屈曲角度検出センサと、隣接する屈曲角度検出センサ間の距離の変化量を検出する距離変化検出センサと、検出された変化量を距離の初期値に加算して、隣接する屈曲角度検出センサ間の実距離を計算する実距離計算手段と、計算された各屈曲角度検出センサ間の実距離と、検出された各配置箇所における屈曲角度とを用いて、スコープ挿入部の基端から先端に至る挿入形状を計算する形状計算手段とを有したことを特徴とした装置である。
【０００９】
本発明に係る形状検出装置によれば、距離変化検出センサを用いて各屈曲角度検出センサの相対位置を管理することにより、センサを実装する部品の経年変化や屈曲時の機械的特性等によって該相対位置が変化して挿入形状の検出精度が低下するという問題が好適に解消される。
【００１０】
ここで、屈曲角度検出センサ及び距離変化検出センサが配置される個数は、屈曲することが多いスコープ挿入部の先端側の方が、屈曲することが少ない基端側より多くてもよい。かかる構成によれば、屈曲角度検出センサ及び距離変化検出センサを先端側で密に配置することによって形状検出の精度を高めつつ、基端側で疎に配置することによって形状計算手段の処理負担を軽減するという効果が得られる。
【００１１】
屈曲角度検出センサは、例えば、配置箇所におけるスコープ挿入部の屈曲に伴って変形して、該変形に応じた電圧を発生する圧電センサである。
【００１２】
距離変化検出センサは、例えば、ゲージベースの一端が隣接する屈曲角度検出センサの一方に、該ゲージベースの他端が該隣接する屈曲角度検出センサの他方に、それぞれ接着固定された歪みゲージである。
【００１３】
スコープ挿入部は、外皮部材と、該外皮部材に覆われた、スコープ挿入部の内蔵部品を保護する管状部品とを有する構成としてもよい。この場合、屈曲角度検出センサ及び距離変化検出センサは、例えば管状部品に設けられてもよい。
【００１４】
屈曲角度検出センサ及び距離変化検出センサは、例えば、内蔵部品を覆う螺旋管、該螺旋管を覆う網状管、処置具が挿入されて通される鉗子チャンネル用パイプの何れか一つの管状部品に設けられる。
【００１５】
本発明に係る形状検出装置は、形状計算手段によって計算された挿入形状を画像化する挿入形状画像化手段を更に有する構成としてもよい。
【００１６】
本発明に係る形状検出装置は、ダミーのスコープ挿入部と、該ダミーのスコープ挿入部を変形させる変形手段と、計算された挿入形状が該ダミーのスコープ挿入部で再現されるように、形状計算手段による計算結果に従って変形手段を制御して、該ダミーのスコープ挿入部を変形させる変形制御手段とを更に有する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スコープ形状を精度良く検出するのに好適な形状検出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態の医療用観察システムの外観図である。
【図２】本発明の実施形態の医療用観察システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態の電子スコープが有する可撓管の内部構造を模式的に示す図である。
【図４】図３の領域Ａを拡大して示す図である。
【図５】本発明の実施形態のプロセッサが有する形状検出回路によって実行される形状検出処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態の形状検出処理を説明するための図である。
【図７】別の実施形態において用いられる挿入形状再現装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の医療用観察システムについて説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態の医療用観察システム１の外観図である。図１に示されるように、医療用観察システム１は、被写体を撮影するための電子スコープ１００を有している。電子スコープ１００は、可撓性を有するシース（外皮）１１ａによって外装された可撓管１１を備えている。可撓管１１の先端には、硬質性を有する樹脂製筐体によって外装された先端部１２が連結されている。可撓管１１と先端部１２との連結箇所にある湾曲部１４は、可撓管１１の基端に連結された手元操作部１３からの遠隔操作（具体的には、湾曲操作ノブ１３ａの回転操作）によって屈曲自在に構成されている。この屈曲機構は、一般的な電子スコープに組み込まれている周知の機構であり、湾曲操作ノブ１３ａの回転操作に連動した操作ワイヤの牽引によって湾曲部１４を屈曲させるように構成されている。先端部１２の方向が上記操作による屈曲動作に応じて変わることにより、電子スコープ１００による撮影領域が移動する。
【００２１】
図１に示されるように、医療用観察システム１は、プロセッサ２００を有している。プロセッサ２００は、電子スコープ１００からの信号を処理する信号処理装置と、自然光の届かない体腔内を電子スコープ１００を介して照明する光源装置とを一体に備えた装置である。別の実施形態では、信号処理装置と光源装置を別体で構成してもよい。
【００２２】
プロセッサ２００には、電子スコープ１００の基端に設けられたコネクタ部１０に対応するコネクタ部２０が設けられている。コネクタ部２０は、コネクタ部１０に対応する連結構造を有し、電子スコープ１００とプロセッサ２００とを電気的にかつ光学的に接続するように構成されている。
【００２３】
図２は、医療用観察システム１の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、医療用観察システム１は、所定のケーブルを介してプロセッサ２００に接続されたモニタ３００を有している。なお、図１においては、図面を簡略化するため、本発明に係る特徴的構成を有さないモニタ３００を図示省略している。
【００２４】
図２に示されるように、プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２、タイミングコントローラ２０４を有している。システムコントローラ２０２は、医療用観察システム１を構成する各要素を制御する。タイミングコントローラ２０４は、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスを医療用観察システム１内の各種回路に出力する。
【００２５】
ランプ２０８は、ランプ電源イグナイタ２０６による始動後、白色光を放射する。ランプ２０８には、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプなどの高輝度ランプが適している。ランプ２０８から放射された照明光は、集光レンズ２１０によって集光されつつ絞り２１２を介して適正な光量に制限されて、ＬＣＢ（light carrying bundle）１０２の入射端に入射する。
【００２６】
絞り２１２には、図示省略されたアームやギヤなどの伝達機構を介してモータ２１４が機械的に連結している。モータ２１４は例えばＤＣモータであり、ドライバ２１６のドライブ制御下で駆動する。絞り２１２は、モニタ３００に表示される映像を適正な明るさにするため、モータ２１４によって動作されて開度が変化して、ランプ２０８から放射された照明光の光量を開度に応じて制限する。適正とされる映像の明るさの基準は、術者によるフロントパネル２１８の輝度調節操作に応じて設定変更される。なお、ドライバ２１６を制御して輝度調整を行う調光回路は周知の回路であり、本明細書においては省略することとする。
【００２７】
ＬＣＢ１０２の入射端に入射した照明光は、ＬＣＢ１０２の内部を全反射を繰り返すことによって伝播する。ＬＣＢ１０２を伝播した照明光は、電子スコープ１００の先端に配されたＬＣＢ１０２の射出端から射出する。ＬＣＢ１０２の射出端から射出した照明光は、配光レンズ１０４を介して被写体を照明する。被写体からの反射光は、対物レンズ１０６を介して固体撮像素子１０８の受光面上で光学像を結ぶ。
【００２８】
固体撮像素子１０８は、例えばベイヤ型画素配置を有する単板式カラーＣＣＤであり、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に応じた信号に変換する。変換された信号は、プリアンプ１１０によって増幅されてドライバ信号処理回路１１２に入力する。
【００２９】
ドライバ信号処理回路１１２は、タイミングコントローラ２０４のクロックパルスに従って、固体撮像素子１０８をプロセッサ２００側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。メモリ１１４には、電子スコープ１００の固有情報（例えば固体撮像素子１０８の画素数や感度、対応可能なレート、或いは型番など）が格納されている。ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４にアクセスして電子スコープ１００の固有情報を読み出す。
【００３０】
ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４から読み出された固有情報をシステムコントローラ２０２に、固体撮像素子１０８の出力信号を信号処理回路２２０に、それぞれ出力する。ドライバ信号処理回路１１２とシステムコントローラ２０２又は信号処理回路２２０との間には、フォトカップラなどを使用した絶縁回路（不図示）が配置されている。すなわち、電子スコープ１００とプロセッサ２００は、電気的に絶縁されている。
【００３１】
システムコントローラ２０２は、ドライバ信号処理回路１１２から出力された上記固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２０２は、生成された制御信号を用いて、プロセッサ２００に接続中の電子スコープに適した処理がされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。なお、システムコントローラ２０２は、電子スコープの型番と、この型番の電子スコープに適した制御情報とを対応付けたテーブルを有した構成としてもよい。この場合、システムコントローラ２０２は、対応テーブルの制御情報を参照して、プロセッサ２００に接続中の電子スコープに適した処理がされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。
【００３２】
信号処理回路２２０は、ドライバ信号処理回路１１２を介して出力された固体撮像素子１０８の出力信号に、クランプ、ニー、γ補正、補間処理、ＡＧＣ（Auto Gain Control）、ＡＤ変換等の所定の信号処理を施して、図示省略されたフレームメモリにフレーム単位でバッファリングする。バッファリングされた信号は、タイミングコントローラ２０４によって制御されたタイミングでフレームメモリから掃き出されて、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternating Line）等の所定の規格に準拠した映像信号に変換される。変換された映像信号がモニタ３００に順次入力することにより、モニタ３００に、被写体のカラー画像が表示される。
【００３３】
次に、体腔内に挿入された電子スコープ１００の形状を検出する形状検出処理について説明する。電子スコープ１００は、可撓管１１から先端部１２に至る部分が体腔内に挿入される。このうち、先端部１２は、前述したように、硬質性を有する樹脂製筐体であるため、体腔内に挿入されても実質的に形状が変わらない（すなわち、形状が既知である）。また、湾曲部１４の湾曲量（別の言い方をすると、先端部１２の向き）は、湾曲操作ノブ１３ａの回転操作量から既知である。よって、未知である可撓管１１の形状を検出することができれば、可撓管１１から先端部１２に至る挿入部分全体の形状検出が達成される。
【００３４】
図３は、可撓管１１の内部構造を模式的に示す図である。図３に示されるように、可撓管１１は、内蔵物を保護するための多層構造を有している。内蔵物には、例えば、ＬＣＢ１０２や、処置具が挿入されて通される鉗子チャンネル用パイプ、ポンプから掃き出された空気又はタンクから噴出された洗浄水が送り出される送気送水用パイプ、固体撮像素子１０８用の駆動信号や固体撮像素子１０８の出力信号を伝送する信号ケーブル等がある。この多層構造は、内蔵物を収容する二重の螺旋管（内螺旋管１１ｂと外螺旋管１１ｃ）を備えている。二重の螺旋管は、内螺旋管１１ｂの外面と外螺旋管１１ｃの内面とが密接するように同軸に配置されている。外螺旋管１１ｃの外面には、例えばステンレス鋼細線材を編組して構成された網状管１１ｄが被覆されている。網状管１１ｄの外面（可撓管１１の最外装部分）には、例えばポリエチレン樹脂やフッ素樹脂等からなるチューブ状のシース１１ａが被覆されている。
【００３５】
図４は、図３の領域Ａを拡大して示す図である。図４に示されるように、網状管１１ｄには、圧電センサＰＺＴ（図４中、黒丸図形）が複数埋め込まれている。隣接する全ての圧電センサＰＺＴの間に、歪みゲージＳＧ（図４中、コイル状図形）が配置されている。歪みゲージＳＧを構成するゲージベースの一端は、二つの圧電センサＰＺＴの一方に、ゲージベースの他端は、二つの圧電センサＰＺＴの他方に、それぞれ接着固定されている。圧電センサＰＺＴは、網状管１１ｄを構成する網の交差部分に埋め込んでもよく、又は非交差部分（例えば隣接する交差部分の中間位置付近）に埋め込んでもよい。圧電センサＰＺＴの埋設間隔は、要求される性能（例えば電子スコープ１００の形状検出精度）とリソース（例えばプロセッサ２００の演算処理能力、メモリサイズ）とを考慮して適宜設定される。圧電センサＰＺＴの埋設間隔を短く設定するほど（埋設数を増やすほど）電子スコープ１００の形状検出精度が向上する。圧電センサＰＺＴの埋設間隔を長く設定するほど（埋設数を減らすほど）形状検出処理に費やすリソースが削減する。
【００３６】
図５は、プロセッサ２００が有する形状検出回路２２２によって実行される形状検出処理を示すフローチャートである。なお、以降の本明細書中の説明並びに図面において、処理ステップは「Ｓ」と省略して記す。
【００３７】
図６は、図５の形状検出処理を説明するための図である。本実施形態の医療用観察システム１が検出する形状は、可撓管１１の三次元形状であるが、図６を用いた説明では、便宜上、可撓管１１の二次元形状に置き換える。当該説明において、網状管１１ｄには、ｎ個の圧電センサＰＺＴｉ（ｉ＝１〜ｎ）とｍ（ｍ＝ｎ−１）個の歪みゲージＳＧｊ（ｊ＝１〜ｍ）が網状管１１ｄの長手方向に線状にだけ配置されているものとする。また、圧電センサＰＺＴｉ、歪みゲージＳＧｊは、ｉ、ｊの数字が小さいほど可撓管１１の基端側に配置され、ｉ、ｊの数字が大きいほど可撓管１１の先端側に配置されているものとする。
【００３８】
図５の形状検出処理は、例えばフロントパネル２１８の操作によって実行が開始される。形状検出回路２２２は、図５の形状検出処理の実行開始と共に、パラメータの初期化（ｉ、ｊ＝１）を行う（Ｓ１）。
【００３９】
電子スコープ１００が体腔内に挿入されて可撓管１１が屈曲すると、可撓管１１の内部に配置された網状管１１ｄも同様に屈曲する。各圧電センサＰＺＴｉは、網状管１１ｄの屈曲に伴って変形して、変形に応じた電圧を発生する。形状検出回路２２２は、各圧電センサＰＺＴｉが発生した電圧値を検知して、メモリ２２４に格納する（Ｓ２）。
【００４０】
網状管１１ｄは、可撓性が担保されるように材料の選択又は形状の設計がされている。このため、網状管１１ｄは、可撓管１１の屈曲に伴って、網自体が僅かに伸縮したり、網目の形が変わる（交差する網同士の相対位置が変わり、図４中菱形の網目が例えば縦方向又は横方向若しくは斜め方向に潰れたり、菱形が全体的に拡大し又は縮小する）ように変形することがある。このような網状管１１ｄの変形に伴って、隣接する圧電センサＰＺＴｉ間の距離は変化する。形状検出回路２２２は、圧電センサＰＺＴｉ間の距離変化に応じた各歪みゲージＳＧｊの抵抗値変化を検知して、メモリ２２４に格納する（Ｓ３）。なお、図２においては、図面を明瞭にする便宜上、形状検出回路２２２と圧電センサＰＺＴｉ又は歪みゲージＳＧｊとの結線を図示省略している。
【００４１】
形状検出回路２２２は、圧電センサＰＺＴｉの変形量（屈曲角度）と発生電圧値との関係を示す第一の関数を保持している。また、歪みゲージＳＧｊの抵抗変化量と歪み量との関係を示す第二の関数を保持している。形状検出回路２２２は、以降の処理において、メモリ２２４に格納されている各圧電センサＰＺＴｉの発生電圧値データ、各歪みゲージＳＧｊの抵抗変化量データを用いて、第一、第二の関数を計算して、体腔内に挿入された電子スコープ１００の形状を検出する。
【００４２】
具体的には、形状検出回路２２２は、可撓管１１の最も基端側に埋設された圧電素子ＰＺＴ１の位置（ｘ１、θ１）を所定の基準位置に設定する（Ｓ４）。形状検出回路２２２は、第一の関数を用いて、圧電素子ＰＺＴ１の発生電圧値データから、圧電素子ＰＺＴ１の埋設箇所の網状管１１ｄの屈曲角度を計算する（Ｓ５）。形状検出回路２２２は、次いで、第二の関数を用いて、圧電素子ＰＺＴ１に接着固定された歪みゲージＳＧ１の抵抗変化量データから、圧電素子ＰＺＴ１からＰＺＴ２までの距離Ｄ１を計算する（Ｓ６）。距離Ｄ１は、圧電素子ＰＺＴ１とＰＺＴ２との初期的な距離（すなわち、歪みゲージＳＧ１に歪みが生じていない状態の距離）に、抵抗変化量データから計算される歪み量を加算した値である。形状検出回路２２２は、位置（ｘ１、θ１）と距離Ｄ１から、圧電素子ＰＺＴ２の位置（ｘ２、θ２）を計算する（Ｓ７）。
【００４３】
形状検出回路２２２は、ｉ＝ｎであるか否かを判定する（Ｓ８）。ｉ≠ｎである場合は（Ｓ８：ＮＯ）、ｉ、ｊが共に１だけインクリメントされて（Ｓ９）、Ｓ５〜Ｓ８の処理が繰り返し実行される。ｉ＝ｎである場合は（Ｓ８：ＹＥＳ）、図６に示されるような、圧電素子ＰＺＴ１の埋設箇所から圧電素子ＰＺＴｎの埋設箇所までの網状管１１ｄの形状を表現する網状管形状データが計算されたため、処理はＳ１０に進む。
【００４４】
湾曲操作ノブ１３ａの回転操作量は、例えば図示省略された光学式エンコーダによって検出される。また、形状検出回路２２２は、湾曲操作ノブ１３ａの回転操作量と湾曲部１４の湾曲量との関係を示す第三の関数を保持している。Ｓ１０の処理では、形状検出回路２２２は、第三の関数を用いて、湾曲操作ノブ１３ａの回転操作量から湾曲部１４の湾曲量を計算する。
【００４５】
Ｓ１１の処理では、形状検出回路２２２は、シース１１ａのテクスチャを網状管形状データで表現される線画に貼り付けて、可撓管１１の形状モデルを生成する。形状検出回路２２２は、更に、可撓管１１の形状モデルの先端に、湾曲部１４の湾曲量に応じた方向に向いた先端部１２のテクスチャモデルを足し合わせる。形状検出回路２２２は、このように復元された挿入形状画像のデータを信号処理回路２２０に出力して（Ｓ１２）、図５の形状検出処理を終了させる。信号処理回路２２０は、挿入形状画像のデータを用いて、挿入形状画像が観察画像と並列に又は小画面でモニタ３００に表示されるように画像処理を行う。なお、図５の形状検出処理は、モニタ３００に表示される挿入形状画像を更新するため、例えば所定のタイミング後に再度実行される。
【００４６】
本実施形態の医療用観察システム１によれば、歪みゲージＳＧを用いて各圧電センサＰＺＴの相対位置を管理することにより、センサを実装する部品の経年変化や屈曲時の機械的特性等によって該相対位置が変化して挿入形状の検出精度が低下するという問題が好適に解消される。術者は、高精度に検出された挿入形状画像をモニタ３００越しに確認することによって、挿入部分の湾曲状態や体腔内における位置を正確に把握して、電子スコープ１００を大腸等の下部消化管に円滑に挿入させることができる。
【００４７】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば圧電センサＰＺＴ及び歪みゲージＳＧは、鉗子チャンネル用パイプや内螺旋管１１ｂ、外螺旋管１１ｃ等の可撓性を有する他の管状部品に実装されてもよい。
【００４８】
例えば、圧電センサＰＺＴの配置間隔は、一定間隔に限らない。圧電センサＰＺＴは、例えば湾曲部１４近傍（先端側）の比較的屈曲しやすい箇所では検出精度を高めるために密に配置され、屈曲が比較的少ない基端側ではプロセッサ２００の処理負担を軽減するために疎に配置されてもよい。
【００４９】
圧電センサＰＺＴ及び歪みゲージＳＧによる測定値は、無線（例えばＲＦＩＤ：Radio Frequency IDentification）によって検知できるようにしてもよい。
【００５０】
電子スコープ１００の挿入形状は、本実施形態では表示画面内で仮想的に再現しているが、別の実施形態では物理的に再現してもよい。図７は、別の実施形態において用いられる、電子スコープ１００の挿入形状を物理的に再現する挿入形状再現装置４００の構成を模式的に示す図である。
【００５１】
図７に示されるように、挿入形状再現装置４００は、可撓管１１から先端部１２に至る挿入部分に近似した形状のダミースコープ４１０を有している。ダミースコープ４１０は、例えばシース１１ａと同質の材料で構成されており、可撓性を有している。ダミースコープ４１０の基端から先端に至る上側面及び下側面には、複数の当て付け部材４２０がダミースコープ４１０に当て付いた位置で支持されている。当て付け部材４２０は、ダミースコープ４１０の上側面又は下側面を押すことによってダミースコープ４１０を変形させるように、上下動自在に構成されている。
【００５２】
形状検出回路２２２は、図５のＳ１１及びＳ１２の処理の代わりに、各当て付け部材４２０を制御してダミースコープ４１０を変形させる。すなわち、形状検出回路２２２は、網状管形状データ又は湾曲部１４の湾曲量を基に各当て付け部材４２０の移動量を計算する。各当て付け部材４２０は、計算結果に従って上下動してダミースコープ４１０を変形させる。これにより、網状管形状データ及び湾曲部１４の湾曲量に対応する形状がダミースコープ４１０によって再現される。
【００５３】
当て付け部材４２０の代替として、ダミースコープ４１０の内部をＥＲ（Electrorheological Fluid）流体やＭＲ（Magnetorheological Fluid）流体等で充填してもよい。この場合、外部電圧が流体に印加されると流体の粘度が高くなり、半固体化した流体がダミースコープ４１０を網状管形状データに対応する形状で保持することとなる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 医療用観察システム
１１ 可撓管
１１ｄ 網状管
１００ 電子スコープ
２００ プロセッサ
２２２ 形状検出回路
ＰＺＴ 圧電センサ
ＳＧ 歪みゲージ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スコープ挿入部の基端から先端に亘って複数配置され、配置箇所における該スコープ挿入部の屈曲角度を検出する屈曲角度検出センサと、
隣接する前記屈曲角度検出センサ間の距離の変化量を検出する距離変化検出センサと、
検出された前記変化量を前記距離の初期値に加算して、前記隣接する屈曲角度検出センサ間の実距離を計算する実距離計算手段と、
計算された各前記屈曲角度検出センサ間の実距離と、検出された各前記配置箇所における前記屈曲角度とを用いて、前記スコープ挿入部の前記基端から前記先端に至る挿入形状を計算する形状計算手段と、
を有することを特徴とする形状検出装置。
【請求項２】
前記屈曲角度検出センサ及び前記距離変化検出センサが配置される個数は、前記スコープ挿入部の前記先端側の方が前記基端側より多いことを特徴とする、請求項１に記載の形状検出装置。
【請求項３】
前記屈曲角度検出センサは、前記配置箇所における前記スコープ挿入部の屈曲に伴って変形して、該変形に応じた電圧を発生する圧電センサであることを特徴とする、請求項１又は請求項２の何れかに記載の形状検出装置。
【請求項４】
前記距離変化検出センサは、ゲージベースの一端が前記隣接する屈曲角度検出センサの一方に、該ゲージベースの他端が該隣接する屈曲角度検出センサの他方に、それぞれ接着固定された歪みゲージであることを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の形状検出装置。
【請求項５】
前記スコープ挿入部は、
外皮部材と、
前記外皮部材に覆われた、前記スコープ挿入部の内蔵部品を保護する管状部品と、
を有し、
前記屈曲角度検出センサ及び前記距離変化検出センサは、前記管状部品に設けられたことを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の形状検出装置。
【請求項６】
前記屈曲角度検出センサ及び前記距離変化検出センサは、前記内蔵部品を覆う螺旋管、該螺旋管を覆う網状管、処置具が挿入されて通される鉗子チャンネル用パイプの何れか一つの管状部品に設けられることを特徴とする、請求項５に記載の形状検出装置。
【請求項７】
計算された前記挿入形状を画像化する挿入形状画像化手段、
を更に有することを特徴とする、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の形状検出装置。
【請求項８】
ダミーのスコープ挿入部と、
前記ダミーのスコープ挿入部を変形させる変形手段と、
計算された前記挿入形状が前記ダミーのスコープ挿入部で再現されるように、前記形状計算手段による計算結果に従って前記変形手段を制御して、該ダミーのスコープ挿入部を変形させる変形制御手段と、
を更に有することを特徴とする、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の形状検出装置。
【請求項１】
スコープ挿入部の基端から先端に亘って複数配置され、配置箇所における該スコープ挿入部の屈曲角度を検出する屈曲角度検出センサと、
隣接する前記屈曲角度検出センサ間の距離の変化量を検出する距離変化検出センサと、
検出された前記変化量を前記距離の初期値に加算して、前記隣接する屈曲角度検出センサ間の実距離を計算する実距離計算手段と、
計算された各前記屈曲角度検出センサ間の実距離と、検出された各前記配置箇所における前記屈曲角度とを用いて、前記スコープ挿入部の前記基端から前記先端に至る挿入形状を計算する形状計算手段と、
を有することを特徴とする形状検出装置。
【請求項２】
前記屈曲角度検出センサ及び前記距離変化検出センサが配置される個数は、前記スコープ挿入部の前記先端側の方が前記基端側より多いことを特徴とする、請求項１に記載の形状検出装置。
【請求項３】
前記屈曲角度検出センサは、前記配置箇所における前記スコープ挿入部の屈曲に伴って変形して、該変形に応じた電圧を発生する圧電センサであることを特徴とする、請求項１又は請求項２の何れかに記載の形状検出装置。
【請求項４】
前記距離変化検出センサは、ゲージベースの一端が前記隣接する屈曲角度検出センサの一方に、該ゲージベースの他端が該隣接する屈曲角度検出センサの他方に、それぞれ接着固定された歪みゲージであることを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の形状検出装置。
【請求項５】
前記スコープ挿入部は、
外皮部材と、
前記外皮部材に覆われた、前記スコープ挿入部の内蔵部品を保護する管状部品と、
を有し、
前記屈曲角度検出センサ及び前記距離変化検出センサは、前記管状部品に設けられたことを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の形状検出装置。
【請求項６】
前記屈曲角度検出センサ及び前記距離変化検出センサは、前記内蔵部品を覆う螺旋管、該螺旋管を覆う網状管、処置具が挿入されて通される鉗子チャンネル用パイプの何れか一つの管状部品に設けられることを特徴とする、請求項５に記載の形状検出装置。
【請求項７】
計算された前記挿入形状を画像化する挿入形状画像化手段、
を更に有することを特徴とする、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の形状検出装置。
【請求項８】
ダミーのスコープ挿入部と、
前記ダミーのスコープ挿入部を変形させる変形手段と、
計算された前記挿入形状が前記ダミーのスコープ挿入部で再現されるように、前記形状計算手段による計算結果に従って前記変形手段を制御して、該ダミーのスコープ挿入部を変形させる変形制御手段と、
を更に有することを特徴とする、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の形状検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−６２２９１（Ｐ２０１１−６２２９１Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１４３９０（Ｐ２００９−２１４３９０）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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