JPH0984745A - 内視鏡形状検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成により、内視鏡に内蔵された磁界
を発生するコイルの位置を精度よく求め、内視鏡の位置
及び方向を正確に検出する。 【解決手段】 センスコイル２２ｊで検出される微小な
磁界検出信号は、センスコイル出力増幅器２７で増幅さ
れた後、相互インダクタンス検出部２６に入力され、得
られた信号は形状算出部３０を構成するソースコイル位
置検出部３１に入力され、各ソースコイルの位置情報を
得る。ソースコイル位置検出部３１でのソースコイルの
位置の検出方法は、ソースコイルの位置と方向を決定す
ることで、センスコイル２２ｊに発生する起電力を推定
し、その推定値と複数のセンスコイル２２ｊから得られ
る起電力の測定値との差が最小となるように推定値側の
位置と向きを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内視鏡形状検出装
置、更に詳しくは磁界発生素子と検出素子を用いて内視
鏡の位置及び方向を検出する部分に特徴のある内視鏡形
状検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、内視鏡は、医療用分野及び工業用
分野で広く用いられるようになった。この内視鏡は、特
に挿入部が軟性のものは、屈曲した体腔内に挿入するこ
とにより、切開することなく体腔内深部の臓器を診断し
たり、必要に応じてチャンネル内に処置具を挿通してポ
リープ等を切除するなどの治療処置を行うことができ
る。

【０００３】この場合、例えば肛門側から下部消化管内
を検査する場合のように、屈曲した体腔内に挿入部を円
滑に挿入するためにはある程度の熟練を必要とする場合
がある。

【０００４】つまり、挿入作業を行っている場合、管路
の屈曲に応じて挿入部に設けた湾曲部を湾曲させる等の
作業が円滑な挿入を行うのに必要になり、そのためには
挿入部の先端位置等が、体腔内のどの位置にあるかと
か、現在の挿入部の屈曲状態等を知ることができると便
利である。

【０００５】このため、例えば特開平３−２９５５３０
号公報には、挿入部に設けた受信用空中線（コイル）に
対し、挿入部の外部に設けた送信用空中線（アンテナコ
イル）を走査して挿入部の挿入状態を検出するものが提
案されている。

【０００６】また、特開平５−１７７０００号公報のカ
テーテルガイド装置では、発信手段をカテーテルの先端
等に取り付け、その信号を受信して発信手段の位置を求
めるものが開示されている。

【０００７】さらに、米国ＵＳＰ４，１７６，６６２号
では、内視鏡の先端のトランスジューサからバースト波
を出し、周囲の複数のアンテナ又はトランスジューサで
検出して先端部の位置をＣＲＴにプロット等するものが
開示されており、さらには米国ＵＳＰ４，８２１，７３
１号では、体外の直交コイルを回転し、体内のカテーテ
ルに設けたセンサの出力からカテーテルの先端位置を検
出するものを開示している。

【０００８】また、ＰＣＴ出願ＧＢ９１／０１４３１号
公開公報では、内視鏡が挿入される対象物の周囲にＸ−
Ｙ方向にダイポールアンテナを格子状に多数並べてＡＣ
駆動し、一方、内視鏡側に内蔵したコイルで得られる信
号より、内視鏡の位置を導出する従来例を開示してい
る。

【０００９】また、ＰＣＴ出願ＧＢ９３／０１７３６号
公開公報では、磁界発生源であるソースコイルの位置
を、ソースコイルの周囲に３軸方向に巻かれたコイルで
磁界を検出するセンスコイルを複数配置することで算出
するものが提案されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
上記ＰＣＴ出願ＧＢ９１／０１４３１号公開公報におい
ては、ダイポールアンテナの配置により特定の狭い範囲
においてのみ内視鏡に内蔵されたコイルの位置を精度よ
く推定できるが、その特定の狭い範囲の領域を越える
と、上記構成のダイポールアンテナでは内視鏡の位置を
必要とする精度で検出することができない、すなわち、
格子状に配置されたアンテナ周辺では位置を推定するこ
とができなくなり、実際に位置検出が可能な範囲は格子
状に配置されたアンテナの中央付近に限定されるといっ
た問題がある。

【００１１】また、センスコイルをＰＣＴ出願ＧＢ９３
／０１７３６号公開公報に示されるような３軸方向に巻
かれたコイルより構成する場合、コイルを同一中心を有
するように３軸方向に巻くことは難しく、そのため検出
信号に誤差が生じ正確にソースコイルの位置を検出する
ことができないといった問題がある。

【００１２】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、簡単な構成により、内視鏡に内蔵された磁界を
発生するコイルの位置を精度よく求め、内視鏡の位置及
び方向を正確に検出することのできる内視鏡位置検出装
置を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の内視鏡位置検出
装置は、内視鏡挿入部内に配置され、体腔内における前
記内視鏡挿入部の形状を推定するための少なくとも１つ
の単心コイルによって磁界を発生する複数の磁界発生素
子と、体腔外の既知の位置に配置され、少なくとも１つ
の単心コイルによって発生する磁界を検出する複数の検
出素子と、前記検出素子より検出された検出信号から体
腔内における前記内視鏡挿入部内の前記磁界発生素子の
位置を推定する推定手段とを備え、前記検出素子は、前
記磁界発生素子の磁界を起電力として検出する異なる位
置に置かれた少なくとも１つの単心コイルから構成さ
れ、前記推定手段で前記検出素子より検出された検出信
号から体腔内における前記内視鏡挿入部内の前記磁界発
生素子の位置を推定することで、簡単な構成により、内
視鏡に内蔵された磁界を発生するコイルの位置を精度よ
く求め、内視鏡の位置及び方向を正確に検出することを
可能とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について述べる。

【００１５】（第１の実施の形態）図１ないし図１６は
本発明の第１の実施の形態に係わり、図１は内視鏡シス
テムの構成を示す構成図、図２は図１の内視鏡形状検出
装置の構成を示すブロック図、図３は図１の内視鏡形状
検出装置のプローブ先端の構成を示す断面図、図４は図
３のソースコイルの構成を示す構成図、図５は図１のセ
ンスコイルの構成を示す構成図、図６は図１の内視鏡シ
ステムにおけるワールド座標系及びローカル座標系を説
明する説明図、図７は図４のソースコイルにおける磁位
を説明する磁気双極子を示す説明図、図８は図４のソー
スコイルにおける磁位を説明する閉電流路を示す説明
図、図９は図８の閉電流路による磁位をワールド座標系
で説明する説明図、図１０は図４のソースコイルにおけ
る磁位を説明する有限長ソレノイドを示す説明図、図１
１は図１０の有限長ソレノイドによる磁位をワールド座
標系で説明する説明図、図１２は図１１のワールド座標
系の回転を説明する説明図、図１３は図１のセンスコイ
ルに発生する起電力を説明する第１の説明図、図１４は
図１のセンスコイルに発生する起電力を説明する第２の
説明図、図１５は図１のソースコイルが存在する空間を
複数の直方体に分割し各直方体の頂点を候補点とし各候
補点にソースコイルがあると仮定したときの擬似逆行列
Ｍ⁺を求める方法を説明する説明図、図１６は図１５の
ソースコイルが存在する空間の分割方法の変形例を示す
図である。

【００１６】図１に示すように、本実施の形態の内視鏡
システム１は、体腔内に挿入され術部を観察及び処置す
る内視鏡装置２と、この内視鏡装置２と共に使用される
内視鏡形状検出装置３とから構成される。

【００１７】そして、内視鏡システム１においては、
（内視鏡検査用）ベット４には患者５が載置され、この
患者５の体腔内に、内視鏡装置２の内視鏡６の挿入部７
が挿入される。この内視鏡６の操作部８から延出された
ユニバーサルケーブル９はビデオプロセッサ１１に接続
される。

【００１８】尚、ビデオプロセッサ１１は、図示はしな
いが、光源部と信号処理部を内蔵し、光源部からの照明
光が内視鏡６内に設けられたライトガイドに供給され、
このライトガイドで伝送され挿入部７の先端面から出射
し体腔内を照明するようになっている。

【００１９】照明された体腔内の内蔵器等の術部は、挿
入部７の先端部の観察窓に取り付けた対物光学系によ
り、対物光学系の焦点面に配置したＣＣＤ等の撮像素子
に結像し、このＣＣＤで光電変換された信号は信号線を
経てビデオプロセッサ１１内の信号処理部に入力され
る。そして、信号処理部で信号処理されて標準的な映像
信号が生成され、カラーモニタ１２に映像信号を出力
し、カラーモニタ１２の表示面に体腔内の内壁等を表示
するようになっている。

【００２０】上記内視鏡６には、挿入部７内に中空のチ
ャンネル１３が形成されており、このチャンネル１３の
基端の挿入口１４から鉗子等の処置具を挿通することに
より、処置具の先端側を挿入部７の先端面のチャンネル
出口から突出させて治療処置等を行うことができるよう
になっている。そして、このチャンネル１３に（体腔内
に挿入された挿入部７の）位置及び形状検出のための内
視鏡形状検出装置３に接続されたプローブ１５を挿入
し、このプローブ１５の先端側にチャンネル１３内の所
定の位置に設定することができる。

【００２１】図３に示すように、このプローブ１５には
磁界発生源となる複数のソースコイル１６ａ、１６ｂ、
…（符号１６ｉで代表する）が、リード線１７に接続さ
れ可撓性を有する円形断面のチューブ１９内に例えば一
定間隔ｄとなる状態で、チューブ１９内壁に接着剤２０
等で固定されている。

【００２２】そして、ソースコイル１６ｉは、例えば図
４に示すような１軸のソースコイルで構成される。

【００２３】先端のソースコイル１６ａの位置は内視鏡
６の既知に位置であると共に、一定間隔ｄでそれぞれソ
ースコイル１６ｉを設けてあるので、その結果、各ソー
スコイル１６ｉの位置は内視鏡６の挿入部７内の既知の
位置に設定されていることになり、各ソースコイル１６
ｉの位置を検出することにより、内視鏡６の挿入部７の
離散的な位置（より厳密には各ソースコイル１６ｉの位
置）が検出できることになる。

【００２４】これらの離散的な位置を検出することによ
り、それらの間の位置もほぼ推定でき、従って離散的な
位置の検出により、体腔内に挿入された内視鏡６の挿入
部７の形状を求めることが可能になる。

【００２５】各ソースコイル１６ｉに接続されたリード
線１７は、図１に戻り、プローブ１５の後端に設けた、
或いはプローブ１５の後端から延出されたケーブルの後
端に設けたコネクタ１８に接続され、このコネクタ１８
は（内視鏡）形状検出装置本体２１のコネクタ受けに接
続される。そして、後述するように各ソースコイル１６
ｉには駆動信号が印加され、位置検出に利用される磁界
を発生する。

【００２６】また、図１に示すようにベット４の既知の
位置、例えば３つの隅にはそれぞれ１軸を組み合わせた
センスコイル２２ａ、２２ｂ、２２ｃ（２２ｊで代表す
る）が取り付けてあり、これらのセンスコイル２２ｊ
は、ベット４から延出されたケーブル４ａを介して形状
検出装置本体２１に接続される。

【００２７】図５に示すように、例えば１軸のコイルを
組み合わせた３つのコイル２３ａ、２３ｂ、２３ｃ（２
３ｋで代表する）からなるセンスコイル２２ｊは、各コ
イル２３ｋでは互いのコイル面が直交するようにそれぞ
れ巻回され、各コイル２３ｋはそのコイル面に直交する
軸方向成分の磁界の強度に比例した信号を検出する。こ
の信号の振幅から等しい磁界強度の面、つまりソースコ
イル１６ｉで発生された磁界の等磁界面を検出する。こ
の場合、各コイルは円形でよい。

【００２８】尚、例えば従来の３軸コイルからなるセン
スコイルでは、組み立てが困難であり、３軸のコイルを
同一中心を有するように構成することが難しく、このよ
うな組み立て困難さにより位置検出に誤差が生じていた
が、上記のセンスコイル２２ｊは、上述したように、同
一構成のコイル２３ｋを組み合わせて構成しているの
で、組み立てが容易となり、各コイル２３ｋにおける特
性は同一となり、組み立て誤差による位置検出の不正確
性を排除できる。

【００２９】図２に示すように、内視鏡形状検出装置３
では、内視鏡６のチャンネル１３内に設定されたプロー
ブ１５内のソースコイル１６ｉにソースコイル駆動部２
４からの駆動信号が供給され、この駆動信号が印加され
たソースコイル１６ｉ周辺に磁界が発生する。

【００３０】このソースコイル駆動部２４は、磁界発生
用発信部２５から供給される交流信号を増幅して、必要
な磁界を発生するための駆動信号を出力する。

【００３１】磁界発生用発振部２５の交流信号は、ベッ
ド４に設けられたセンスコイル２２ｊで検出される微小
な磁界を検出するための相互インダクタンス検出部２６
に参照信号として送出される。

【００３２】センスコイル２２ｊで検出される微小な磁
界検出信号は、センスコイル出力増幅器２７で増幅され
た後、相互インダクタンス検出部２６に入力される。

【００３３】相互インダクタンス検出部２６では、参照
信号を基準として、増幅、直交検波（同期検波）を行
い、コイル間の相互インダクタンスに関連した信号を得
る。

【００３４】複数のソースコイル１６ｉが存在するの
で、各ソースコイル１６ｉに接続されたリード線へ駆動
信号を順次供給するように切り換える切り換え信号とな
るソースコイル駆動電流分配器２８がソースコイル駆動
部２４とソースコイル１６ｉの間に存在する。

【００３５】上記相互インダクタンス検出部２６で得ら
れた信号は、形状算出部３０を構成するソースコイル位
置検出部３１に入力され、入力されたアナログ信号をデ
ジタル信号に変換して位置検出の計算を行い、各ソース
コイル１６ｉの位置情報を得る。

【００３６】この位置情報は、形状画像生成部３２に送
られ、得られた離散的な各位置情報から間を補間する補
間処理等のグラフィックス処理して内視鏡６（の挿入部
７）の形状画像を生成し、モニタ信号生成部３３に送
る。

【００３７】モニタ信号生成部３３は、形状画像に対応
する例えばＲＧＢ或いはＮＴＳＣ方式の映像信号を生成
し、モニタ２３に出力し、モニタ２３の表示面に内視鏡
６に形状画像を表示する。

【００３８】尚、ソースコイル位置検出部３１は、１つ
の位置検出の計算を終了した後に、ソースコイル駆動電
流分配器２８に切り換えの信号を送り、次のソースコイ
ル１６ｉに駆動電流を供給してその位置検出の計算を行
う（各位置検出の計算を終了する前に、ソースコイル駆
動電流分配器２８に切り換えの信号を送り、センスコイ
ル２２ｊで検出した信号をメモリに順次記憶させるよう
にしても良い）。

【００３９】また、システム制御部３４はＣＰＵ等で構
成され、ソースコイル位置検出部３１、形状画像生成部
３２、モニタ信号生成部３３の動作等を制御する。ま
た、このシステム制御部３４には操作パネル３５が接続
され、この操作パネル３５のキーボード部とかスイッチ
等（図示せず）を操作することにより、内視鏡６の形状
開始とか、モニタ２３に表示される内視鏡形状の視野方
向を変更して表示させることなどができる。

【００４０】なお、図２の点線で示す形状算出部３０は
ソフトウェアを含み、また、図２の内視鏡形状検出装置
３は内視鏡形状検出部を含み、この内視鏡位置検出部
は、上記のソースコイル１６ｉ、センスコイル２２ｊ、
ソースコイル駆動部２４、磁界発生用発振部２５、相互
インダクタンス検出部２６、センスコイル出力増幅器２
７、ソースコイル駆動電流分配器２８、ソースコイル位
置検出部３１で構成される。

【００４１】ソースコイル位置検出部３１でのソースコ
イルの位置の検出方法は、ソースコイルの位置と方向
（円形のコイルの面に垂直な方向をコイルの向きとす
る）を決定することで、センスコイルに発生する起電力
を推定することができるので、その推定値と複数のセン
スコイルから得られる起電力の測定値との差が最小とな
るように推定値側の位置と向きを求めればよい。

【００４２】そこで、図６に示すように、空間上の１軸
のソースコイルが発生する磁界によって、適当な位置Ｐ
Wの１軸のセンスコイル（座標軸ＸW、ＹW、ＺWと同一な
方向の１軸のセンスコイルの１つ：図５参照）に生じる
起電力の推定値を算出する式を求める。尚、図６（ａ）
はワールド座標系ＸW、ＹW、ＺWを、図６（ｂ）はロー
カル座標系ＸL、ＹL、ＺLを示す。

【００４３】図７に示すように、点Ａに＋ｍ、点Ｂに−
ｍの磁極をもつ磁気双極子（大きさが等しく符号が異な
る２個の磁極が微小距離に存在する）が原点Ｏにおかれ
たとき、任意の点Ｐの磁位Ｕmは、

【数１】 となる（μ：透磁率）。

【００４４】ＡＢの距離をhとおき、h＜＜rより、ｒ1と
ｒ2は、次のように近似される。

【００４５】

【数２】 したがって、点Ｐの磁位Ｕmは、

【数３】 となる。

【００４６】また、（h²ｃｏｓ²θ）／４＜＜ｒ²より、
点Ｐの磁位Ｕmは、

【数４】 に近似される。

【００４７】一方、図８（ａ）に示すような電流Ｉによ
る閉電流路４１ａがあるとき、その磁界は図８（ｂ）に
示すような微小な磁石を並べた板状の磁石４１ｂの磁界
と等しい。また、この板状の磁石４１ｂは、図８（ｃ）
に示すように微小な面積ΔＳ、厚さhの磁気双極子の集
合体と考えられる。

【００４８】したがって、微小面積ΔＳによる点Ｐの磁
位ΔＵmは

【数５】 となる（ただし、τは単位面積あたりの磁極の強さであ
る）。

【００４９】ΔＳｃｏｓθ／ｒ²は、点Ｐから見た立体
角Δωであることから、全面積の磁位Ｕmは

【数６】 となる。

【００５０】τh／μ＝Ｉより、閉電流路４１ａによる
磁位は次のようになる。

【００５１】

【数７】 ここで、閉電流路４１ａによる図９（ａ）に示す点Ｐに
おける磁位Ｕmを、図９（ｂ）のＸ、Ｙ、Ｚの直交座標
系で示すと、このとき、磁位Ｕmのｃｏｓθとｒは、

【数８】 となり、各々を次（７）に代入して磁位Ｕmを求める。

【００５２】

【数９】 （ただし、Ｓ＝πａ²：半径ａの円形コイル） すなわち、図９（ｃ）に示すように半径が極めて小さい
円形コイルは、磁気双極子と同様に、任意の位置の磁位
は式（９）のように表される。

【００５３】また、図１０に示すように、半径ａの有限
長ソレノイドの軸をＺ軸に一致させ、中心を原点にお
く。中心からｓ［ｍ］にあるｄｓ［ｍ］のＮｄｓ／h回
のコイルによる磁位ｄＵmは、

【数１０】 となる。これを−h／２からh／２まで積分すると

【数１１】 となる。

【００５４】したがって、点ＰにおけるＸ、Ｙ、Ｚ軸方
向の磁界（ＨX、ＨY、ＨZ）は、次のように求められ
る。

【００５５】

【数１２】 図１１に示すように、ワールド座標系におけるソースコ
イルの位置をＧW、各センスコイルの位置をＤWi、ロー
カル座標系における各センスコイルの位置をＤLiをそれ
ぞれ、 ＧW＝（ｘGW、ｙGW、ｚGW）^T Ｄｗｉ＝（ｘDWi、ｙDWi、ｚDWi）^T ＤＬｉ＝（ｘDLi、ｙDLi、ｚDLi)^T （^T：転置）とおき、ワールド座標系に対するローカル
座標系の回転行列をＲとすると、

【数１３】ＤLi＝Ｒ^-1ＤWi−ＧW （１３）

【数１４】 と表される。

【００５６】図１２に示すように、ワールド座標系のＸ
W軸の回転をα、ＹW軸の回転をβとすると、回転行列Ｒ
は、

【数１５】 となる。

【００５７】また、式（１２）より、ローカル座標系に
おけるセンスコイルの中心に発生する磁界（ＨXLi、ＨY
Li、ＨZLi）は、次のようになる。

【００５８】

【数１６】 センスコイルの位置におけるワールド座標系の各軸の方
向を基準としたときの磁界（ＨXWi、ＨYWi、ＨZWi）は

【数１７】 となる。

【００５９】図１３に示すように、センスコイルを半径
ｂ、巻数Ｎ´の厚みのない円形コイルとすると、センス
コイルの中心位置における磁界によりセンスコイル２２
ｉに発生する起電力の推定値ＶXWi´、ＶYWi´、ＶZWi
´は、

【数１８】 となる（ただし、ＢXWi、ＢYWi、ＢZWiはセンスコイル
の位置におけるワールド座標系の各軸の方向を基準とし
たときの磁束密度）。

【００６０】また、Ｓ＝πｂ²、（ＢXWi、ＢYWi、ＢZW
i）＝（μＮ´ＨXWi、μＮ´ＨYWi、μＮ´ＨZWi）から

【数１９】 となり、空間上の１軸のソースコイルの位置と向き及び
センスコイルの位置を決定することにより、ワールド座
標系の各軸の方向と同一の方向を向いたセンスコイルに
発生する起電力を推定することができる。

【００６１】例えば図１４（ｃ）に示すように、１軸の
センスコイルをベッド４の４隅に設置してソースコイル
の位置を推定する場合、図１４（ａ）に示すように、ベ
ット４上のソースコイル１６ｉが存在する領域の位置
（ｘ，ｙ，ｚ）にコイルの向きを

【数２０】 ｍ＝（ａ，ｂ，ｃ）^T （２０） とするソースコイル１６ｉをおき、最大電流値Ｉｍａｘ
で磁界を発生させることと、図１４（ｂ）に示すよう
に、位置（ｘ，ｙ，ｚ）にワールド座標系の各軸の方向
と同一の方向を向いたソースコイルを３つ配置し、各ソ
ースコイル１６ｉｘ、１６ｉｙ、１６ｉｚを最大電流値
（Ｉmax_x、Ｉmax_y、Ｉmax_z）

【数２１】 Ｉmax_x＝ａＩmax Ｉmax_y＝ｂＩmax Ｉmax_z＝ｃＩmax （２１） で磁界を発生させることは等価と考えられる。

【００６２】ワールド座標系の各軸の方向と同一の方向
を向いた３つのソースコイル１６ｉｘ、１６ｉｙ、１６
ｉｚに与える電流と１軸のセンスコイル２２ａ、２２
ｂ、２２ｃ、２２ｄに発生する起電力は比例関係にある
ことから、センスコイル２２に発生する起電力をＵ、ソ
ースコイルとセンスコイルの位置関係により表される行
列をＭ（ｘ，ｙ，ｚ）を用いると

【数２２】 Ｕ＝Ｍ（ｘ，ｙ，ｚ）Ｉmax ｍ （２２） と表すことができ、式（２２）は

【数２３】 となる。

【００６３】なお、ベクトルｍは、一連の繰り返しの操
作により得られるソースコイルの向きを表す。

【００６４】センスコイル２２に起電力Ｕが得られたと
き、ソースコイル１６ｉが位置（ｘ，ｙ，ｚ）に存在す
るならば、行列Ｍ（ｘ，ｙ，ｚ）の擬似逆行列をＭ
⁺（ｘ，ｙ，ｚ）とおくと

【数２４】 Ｉmax ｍ＝Ｍ⁺（ｘ，ｙ，ｚ）Ｕ （２４） となる。

【００６５】空間上の１軸のソースコイルの位置の向き
およびセンスコイルの位置と向きを設定することによ
り、センスコイルに発生する起電力が推定できることか
ら、ソースコイルが存在する全ての位置に対して記事逆
行列Ｍ⁺（ｘ，ｙ，ｚ）を式（２２）から求めることが
できる。

【００６６】空間上の適当な位置におかれたソースコイ
ル１６ｉに最大電流Ｉmaxを流したときのセンスコイル
２２に発生する起電力を測定し、その測定値を式（２
４）のＵに代入して先に算出された各位置の擬似逆行列
Ｍ⁺（ｘ，ｙ，ｚ）に対するＩmaxｍを求める。

【００６７】このとき、各Ｉmax ｍのｍが ‖ｍ‖＝１ を満たす擬似逆行列Ｍ⁺（ｘ，ｙ，ｚ）が求めるソース
コイル１６ｉの位置となる。

【００６８】実際には、空間上のソースコイル１６ｉが
存在する全ての位置に対して擬似逆行列Ｍ⁺（ｘ，ｙ，
ｚ）を求めることは難しい。

【００６９】そこで、図１５に示すように、ベッド４上
でソースコイル１６ｉが存在する空間Ｆ1（ＷX1、ＷY
1、ＷZ1）を複数の直方体に分割し、各直方体の頂点Ｐ1
ijk＝（ｘ，ｙ，ｚ）^T（ｉ＝１，２，…，ｈ１、ｊ＝
１，２，…ｍ１、ｋ＝１，２，…ｎ１）を候補点とし、
各候補点にソースコイルがあると仮定したときの擬似逆
行列Ｍ⁺（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。

【００７０】空間上の適当な位置にソースコイル１６ｉ
をおき、ベッド４におかれた複数の１軸のセンスコイル
２２に発生する起電力を測定し、その測定値を式（２
４）に代入し、各擬似逆行列Ｍ⁺（ｘ，ｙ，ｚ）ごとの
Ｉmax ｍを求める。Ｉmax ｍのｍが

【数２５】 Ｅ＝｜１−‖ｍ‖｜→ｍｉｎ （２５） を満たす擬似逆行列Ｍ⁺（ｘ，ｙ，ｚ）、すなわちソー
スコイルが存在する位置Ｐ1ijkと最も近い位置を求め
る。

【００７１】次に、その候補点の位置Ｐ1ijkを中心とし
た領域 ＷX1／２≦ＷX2＜ＷX1 ＷY1／２≦ＷY2＜ＷY1 ＷZ1／２≦ＷZ2＜ＷZ1 を設定し、その領域（ＷX2、ＷY2、ＷZ2）を複数の直方
体に分割し、各直方体の頂点Ｐ2ijk＝（ｘ，ｙ，ｚ）^T
（ｉ＝１，２，…，ｈ２、ｊ＝１，２，…，ｍ２、ｋ＝
１，２，…，ｎ２）を新たな候補点として、各候補点に
ソースコイルがあると仮定したときの擬似逆行列Ｍ
⁺（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。

【００７２】先に測定されたセンスコイル２２の起電力
を式（２４）に代入し、各擬似逆行列Ｍ⁺（ｘ，ｙ，
ｚ）ごとのＩmax ｍを求め、Ｉmax ｍのｍが式（２５）
を満たす擬似逆行列Ｍ⁺（ｘ，ｙ，ｚ）、すなわちソー
スコイルが存在する位置と最も近い位置Ｐ2ijkを求め
る。

【００７３】さらに、その候補点の位置Ｐ2ijkを中心と
した領域 ＷX2／２≦ＷX3＜ＷX2 ＷY2／２≦ＷY3＜ＷY2 ＷZ2／２≦ＷZ3＜ＷZ2 を設定し、同様の処理を行う。

【００７４】このように対象となる領域とソースコイル
が存在する最も近い位置を求める一連の操作を複数回
（ｎ−１回）行い、対象となる領域 ＷXn-1／２≦ＷXn＜ＷXn-1 ＷYn-1／２≦ＷYn＜ＷYn-1 ＷZn-1／２≦ＷZn＜ＷZn-1 とソースコイルの位置の推定精度が一致するまで行う。

【００７５】このように本実施の形態では、ソースコイ
ルの位置を必要とする精度で推定することができる。

【００７６】なお、ソースコイルの存在する位置を直方
体を複数に分割し、分割された直方体の頂点を候補点と
して設定したが、ソースコイルの存在する空間の分割を
図１６のような四角錘や三角錘等で分割しても良い。ま
た、１軸のセンスコイルをベッド４の４隅に設置してソ
ースコイルの位置を推定したが、１軸コイルのセンスコ
イルを複数異なる位置に置いて、ソースコイルの位置を
推定することもできる。

【００７７】（第２の実施の形態）図１７は本発明の第
２の実施の形態に係るセンスコイルの構成を示す構成図
である。

【００７８】第２の実施の形態は、第１の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。第２の実施の
形態ではソースコイルの位置の推定精度を安定させる。

【００７９】図１７に示すように、第２の実施の形態で
はベッド４の４隅に１軸のコイル２２ｕｖ（ｕ＝ａ，
ｂ，ｃ，ｄ；ｖ＝ｘ，ｙ，ｚ）を３つ組み合わせたセン
スコイル２２ｕ（ｕ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を設置する（各
センスコイルの向きはベット４の基準としたワールド座
標系の各軸の向きと同一とする）。

【００８０】第１の実施の形態と同様に、ベッド４上の
ソースコイル１６ｉが存在する領域の位置（ｘ，ｙ，
ｚ）にコイルの向きを ｍ＝（ａ，ｂ，ｃ）^T とするソースコイル１６ｉをおき、最大電流値Ｉｍａｘ
で磁界を発生させる。

【００８１】このとき、ｉ番目のセンスコイル２２（ｉ
＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ）に発生する起電力をＵｉ、ソースコ
イルとセンスコイルの位置関係により表される行列をＭ
ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）を用いると

【数２６】 Ｕｉ＝Ｍｉ（ｘ，ｙ，ｚ）Ｉmax ｍ （２６） と表すことができ、式（２２）は

【数２７】 となる。

【００８２】ｉ番目のセンスコイル２２に起電力Ｕｉが
得られたとき、ソースコイル１６ｉが位置（ｘ，ｙ，
ｚ）に存在するならば、行列Ｍｉ（ｘ，ｙ，ｚ）の逆行
列をＭｉ^-1（ｘ，ｙ，ｚ）とおくと

【数２８】 Ｉmax ｍｉ＝Ｍｉ^-1（ｘ，ｙ，ｚ）Ｕｉ （２８） となる。ただし、行列Ｍｉが３×３の正則行列となるた
め逆行列となる。

【００８３】空間上の適当な位置におかれたソースコイ
ル１６ｉに最大電流Ｉmaxを流したときの各センスコイ
ル２２に発生する起電力を測定し、その測定値を式（２
８）のＵｉに代入して先に算出された各位置の逆行列Ｍ
ｉ^-1（ｘ，ｙ，ｚ）に対して各センスコイル２２ごとに
Ｉmax ｍｉを求める。

【００８４】このとき、各Ｉmax ｍｉのｍｉが

【数２９】 を満たす逆行列Ｍｉ^-1（ｘ，ｙ，ｚ）が求めるソースコ
イル１６ｉの位置となる。

【００８５】このように本実施の形態では、１軸のコイ
ルを複数組み合わせて１つのセンスコイルとし、各セン
スコイル毎に逆行列を算出して位置を推定するため、安
定的にソースコイルの位置を推定できる。また、行列の
要素が小さくなることから逆行列（疑似逆行列）を高速
に求めることができる。

【００８６】なお、３つの１軸のコイルを組み合わせて
１つのセンスコイルとしたが、複数の１軸のコイルを組
み合わせて１つのセンスコイルとしても良い。

【００８７】（第３の実施の形態）図１８は本発明の第
３の実施の形態に係るソースコイルが存在する空間を複
数の直方体に分割し各直方体の頂点を候補点とし各候補
点にソースコイルがあると仮定したときの擬似逆行列Ｍ
⁺を求める方法を説明する説明図である。

【００８８】第３の実施の形態は、第１の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。第３の実施の
形態では候補点毎の起電力の計算量を削減し、処理を高
速化する。

【００８９】第１の実施の形態においては、ソースコイ
ルが存在する全ての位置に対してセンスコイルに発生す
る起電力と擬似逆行列Ｍ⁺（ｘ，ｙ，ｚ）を推定するこ
とは困難なため、図１５に示したようにソースコイルが
存在する空間Ｆ１（ＷX1、ＷY1、ＷZ1）を複数の直方体
に分割し、各直方体の頂点Ｐ1ijk＝（ｘ，ｙ，ｚ）
^T（ｉ＝１，２，…，ｈ１、ｊ＝１，２，…，ｍ１、ｋ
＝１，２，…，ｎ１）を候補点とし、各候補点にソース
コイルがあると仮定したときにセンスコイルに発生する
起電力Ｕ1ijkと擬似逆行列Ｍ⁺1ijkを推定する。

【００９０】センスコイルで実際に測定された起電力Ｕ
と各候補点の擬似逆行列Ｍ⁺1ijkからベクトルｍ1ijkを
算出し、ベクトルｍ1ijkの大きさが最も１に近い擬似逆
行列Ｍ⁺11mn（ｉ＝１，ｊ＝ｍ，ｋ＝ｎ）を抽出する。
次に抽出された擬似逆行列Ｍ⁺11mnに対応する候補点Ｐ1
1mnを中心とした領域Ｆ２を推定する。このように候補
点を設定する領域Ｆを縮少してソースコイルの存在する
領域を求めた。

【００９１】ここで、各候補点を設定する度にセンスコ
イルに発生する起電力Ｕsijkを算出するため、多くの計
算量を必要し、ソースコイルの存在する領域を精度良く
求めるための処理を高速化することは難しい。

【００９２】そこで、第３の実施の形態では、候補点を
設定する領域Ｆが適当な大きさになったところで、セン
スコイルに発生する起電力Ｕsijkを先に計算されている
候補点の起電力から補間して求める。

【００９３】第３の実施の形態は、まず、第１の実施の
形態と同様に、候補点を設定する領域が適当な範囲にな
ったことを繰り返し回数または領域をしきい値によって
検出する。例えば、検出された繰り返しの回数をｎ回目
とする。

【００９４】ｎ回目の候補点の領域Ｆｎをｎ−１回目で
抽出された候補点Ｐn-1ijkを中心とした領域 ＷXn-1／２≦ＷXn＜ＷXn-1 ＷYn-1／２≦ＷYn＜ＷYn-1 ＷZn-1／２≦ＷZn＜ＷZn-1 とする。

【００９５】領域Ｆn（ＷXn、ＷYn、ＷZn）を複数の直
方体に分割し、各直方体の頂点Ｐnijk＝（ｘ，ｙ，ｚ）
^T（ｉ＝１，２，…，ｈｎ、ｊ＝１，２，…，ｍｎ、ｋ
＝１，２，…，ｎｎ）を新たな候補点とし、各候補点に
ソースコイルがあると仮定したときのセンスコイルに発
生する起電力Ｕnijkを次のように求める。

【００９６】図１８に示すように、ｎ回目の候補点が設
定される領域Ｆｎの近傍に存在するｎ−１回目の適当な
候補点を８点Ｐ（ｎ−１）ｉ（ｉ＝１，２，…８）を選
択する。各点Ｐ(n-1)iにソースコイルが存在したときの
各センスコイルに発生する起電力を、Ｕ(n-1)i_1、Ｕ(n
-1)i_2、Ｕ(n-1)i_3、Ｕ(n-1)i_4とする。ただし、図１
４に示したようにベット４の四隅に１軸のセンスコイル
が置かれている。

【００９７】また、ｎ回目に設定された候補点Ｐnijkに
ソースコイルが存在したとき各センスコイルに発生する
起電力をＵnijk_1、Ｕnijk_2、Ｕnijk_3、Ｕnijk_4とす
る。

【００９８】候補点Ｐnijkにソースコイルが存在したと
きの各センスコイルに発生する起電力を、８点Ｐ(n-1)i
（ｉ＝１，２，…，８）で得られた各センスコイルの起
電力に距離の重みを用いて次のように算出する。

【００９９】

【数３０】 Ｕnijk_1＝｛ｄ1ijkＵ(n-1)1_1＋ｄ2ijkＵ(n-1)2_1＋… ＋ｄ8ijkＵ(n-1)8_1｝／Ｄijk Ｕnijk_2＝｛ｄ1ijkＵ(n-1)1_2＋ｄ2ijkＵ(n-1)2_2＋… ＋ｄ8ijkＵ(n-1)8_2｝／Ｄijk Ｕnijk_3＝｛ｄ1ijkＵ(n-1)1_3＋ｄ2ijkＵ(n-1)2_3＋… ＋ｄ8ijkＵ(n-1)8_3｝／Ｄijk Ｕnijk_4＝｛ｄ1ijkＵ(n-1)1_4＋ｄ2ijkＵ(n-1)2_4＋… ＋ｄ8ijkＵ(n-1)8_4｝／Ｄijk （３０） ただし、ｄsijkは点Ｐ（ｎ−１）ｉと点Ｐｎijkとの距
離、

【数３１】 Ｄijk＝ｄ1ijk＋ｄ2ijk＋…＋ｄ8ijk （３１） である。

【０１００】算出された起電力Ｕsijkから擬似逆行列Ｍ
⁺nijkを計算し、Ｉmax ｍを求める。Ｉmax ｍnijkが式
（２５）を満たす擬似逆行列Ｍ⁺nlmn（ｉ＝ｌ、ｊ＝
ｍ、ｋ＝ｎ）、すなわちソースコイルが存在する位置に
最も近い候補点Ｐnlmnを求める。

【０１０１】候補点の設点、補間による起電力、擬似逆
行列の算出、ソースコイルに最も近い候補点の推定の一
連の操作を複数繰り返し、ソースコイルが存在する領域
を縮少し、ソースコイルの存在する領域が目標とする精
度に達するまで繰り返す。

【０１０２】このように、本実施の形態では、ソースコ
イルの存在する領域が適当な範囲になると各センスコイ
ルに発生する起電力を先に求めた起電力から補間して求
めるため、計算量を削減することができ、ソースコイル
の存在する領域を推定する処理の高速化が容易になる。

【０１０３】なお、補間による起電力の算出を先に求め
た周辺の８点の候補点から求めたが、新たに設定される
候補点毎に先に求めた近接した候補点を複数用いて求め
てもよい。また、距離を重みとする線形補間により起電
力を求めたが、２次補間やスプライン補間等により求め
てもよい。

【０１０４】さらに、測定値から擬似逆行列を求めるよ
うにしてもよい。すなわち、第１の実施の形態では、候
補点にソースコイルが存在すると仮定したとき、センス
コイルに発生する起電力を計算式から算出し、算出され
た起電力と候補点におけるソースコイルの向きと位置か
ら全ての候補点の擬似逆行列を求めた。ソースコイルを
適当な位置におき、センスコイルに発生する起電力を測
定し、その起電力と先に求めた擬似逆行列からソースコ
イルの向きに対応するベクトルを算出する。得られたベ
クトルの大きさが最も１に近くなる擬似逆行列、すなわ
ち候補点を求め、その位置を中心とする領域がソースコ
イルが存在する領域とした。

【０１０５】ここで、計算式からセンスコイルに発生す
る起電力を求めて擬似逆行列を推定するため、センスコ
イルの半径や導線を巻いたときのコイルの厚み等の誤差
により起電力に誤差が発生し、ソースコイルの存在する
領域に誤差が生じる場合がある。

【０１０６】そこで、予めソースコイルが存在する空間
における候補点を複数設定し、各候補点の位置にソース
コイルをおきセンスコイルに発生する起電力を測定す
る。測定された起電力、ソースコイルの向きや位置から
各候補点における擬似逆行列を算出し、その擬似逆行列
を用いてソースコイルの存在する領域を第１の実施の形
態にしたがって求める。

【０１０７】実際にはソースコイルが存在する全ての位
置に対して、センスコイルに発生する起電力を測定する
ことは困難なので、第３の実施の形態の方法を用いてソ
ースコイルが存在する領域を求める。

【０１０８】ソースコイルが存在する空間をセンスコイ
ルに発生する起電力を補間により推定できる領域の大き
さで分割し、候補点の位置を設定する。

【０１０９】各候補点の位置にソースコイルをおき電流
を流し、センスコイルに発生する起電力を測定する。

【０１１０】測定された候補点と各候補点毎に測定され
た起電力と第１の実施の形態の方法を用いて、ソースコ
イルの存在する領域を縮少する。

【０１１１】センスコイルに発生する起電力を補間によ
り推定することができる領域に達したところで第３の実
施の形態の方法で起電力を補間により求めて、ソースコ
イルが存在する領域を求める。

【０１１２】このようにすることで、センスコイルに発
生する起電力を実際に測定するため、擬似逆行列を正確
に求めることができ、ソースコイルが存在する領域も正
確に推定できる。

【０１１３】（第４の実施の形態）図１９ないし図２１
は本発明の第４の実施の形態に係わり、図１９はソース
コイルが存在する空間を複数の直方体に分割し各直方体
の頂点を候補点とし各候補点にソースコイルがあると仮
定したときの逆行列Ｍ^-1を求める方法を説明する説明
図、図２０は正しい逆行列Ｍ^-1（ソースコイルの正しい
位置における逆行列）とセンスコイルに発生する起電力
によって形成される曲面を説明する説明図、図２１はソ
ースコイルの存在する領域が適当な大きさに到達したと
ころでの図２０の曲面でのソースコイルの位置を推定す
る方法を説明する説明図である。

【０１１４】第４の実施の形態は、第２の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。第４の実施の
形態ではソースコイルの存在する領域を安定に求める。

【０１１５】第２の実施の形態においては、１軸のコイ
ルを組み合わせて１つのセンスコイルとし、ベット４に
複数のセンスコイル２２ｉをおき、第１の実施の形態の
方法を応用することで、ソースコイルが存在する領域を
推定した。

【０１１６】ここで、ソースコイルの存在する領域が小
さくなると、ベクトルの大きさからソースコイルの位置
に近い候補点を選択し、その候補点を中心に新たな候補
点の領域を設定したため、ソースコイルがその領域内の
存在しない場合があり、正確にソースコイルが存在する
領域を求められない場合がある。

【０１１７】そこで、第４の実施の形態では、第２の実
施の形態の方法でソースコイルが存在する領域が適当な
大きさになったところで、ソースコイルの存在する領域
を以下のように求める。

【０１１８】ソースコイルの存在する領域が適当な大き
さに達したことをソースコイルの存在する領域を推定す
る一連の操作の繰り返しの回数または先に設定された候
補点の領域の大きさから検出する。

【０１１９】例えば、検出された結果を一連の繰り返し
の回数からｎ回目とする。ｎ回目に設定する候補点の領
域ｎ−１回目で得られた候補点Ｐn-1lmnを中心とした ＷXn-1／２≦ＷXn＜ＷXn-1 ＷYn-1／２≦ＷYn＜ＷYn-1 ＷZn-1／２≦ＷZn＜ＷZn-1 とする。

【０１２０】図１９に示すように、その領域Ｆｎ（ＷX
n、ＷYn、ＷZn）を８つに分割し、各直方体の頂点を新
たな候補点Ｐnijkとし、各候補点Ｐnijkにソースコイル
があると仮定したときのセンスコイル２２ｉ（ｉ＝ａ，
ｂ，ｃ，ｄ）に発生する起電力 Ｕ1ijk＝(Ｕ1ijk_x，Ｕ1ijk_y，Ｕ1ijk_z) Ｕ2ijk＝(Ｕ2ijk_x，Ｕ2ijk_y，Ｕ2ijk_z) Ｕ3ijk＝(Ｕ3ijk_x，Ｕ3ijk_y，Ｕ3ijk_z) Ｕ4ijk＝(Ｕ4ijk_x，Ｕ4ijk_y，Ｕ4ijk_z) を求め、各候補点Ｐnijkの逆行列Ｍ^-1nsijk（ｓ＝１，
２，３，４）を算出する。

【０１２１】ただし、図１７に示したように、各センス
コイルは３つ１軸コイルから構成され、４つのセンスコ
イルがベット４に設置されている。また、各センスコイ
ルの１軸コイルの向きはワールド座標系のＸW軸、ＹW
軸、ＺW軸と同一の方向を向いている。

【０１２２】図１９の領域Ｆｎから直方体の１つを取り
出し、各頂点Ｐｉ（ｉ＝１，２，…８）を候補点とし、
各候補点の逆行列をＭ^-1si（ｓ＝１，２，３，４，ｉ＝
１，２，…８）とする。各センスコイルで測定された起
電力を Ｕ1＝(Ｕ1_x，Ｕ1_y，Ｕ1_z) Ｕ2＝(Ｕ2_x，Ｕ2_y，Ｕ2_z) Ｕ3＝(Ｕ3_x，Ｕ3_y，Ｕ3_z) Ｕ4＝(Ｕ4_x，Ｕ4_y，Ｕ4_z) とすると、ソースコイルの正しい位置に対する逆行列Ｍ
^-1sが求まれば

【数３２】 ｆs＝｜Ｍ^-1sＵs｜−Ｉｍａｘ＝０ （ｓ＝１，２，３，４） （３２） となり、図２０に示すように、式（３２）は各センスコ
イル毎の曲面の式となり、各曲面はソースコイルの位置
で交わる。

【０１２３】また、各センスコイル毎の各候補点におけ
るｆsiを

【数３３】 ｆsi＝｜Ｍ^-1sＵs｜−Ｉｍａｘ （３３） とすると、式（３２）で表される各センスコイルの曲面
が直方体を通過すれば、各センスコイルにおける候補点
のｆsiは正負の値を発生する（各センスコイルの曲面が
直方体を通過しなければ正または負のどちらかにな
る）。

【０１２４】したがって、各直方体ごとに各センスコイ
ルによる曲面が通過することを式（３３）で確認し、各
センスコイルの曲面が全て通過する直方体を検出する。
検出された直方体を新たな候補点の領域とし、同様な操
作によりソースコイルの存在する領域を縮少してソース
コイルの存在する領域を求める。

【０１２５】このように、ソースコイルの存在する領域
を常に検出するため、正確なソースコイルの存在する領
域を検出できる。

【０１２６】ここで、本実施の形態におけるソースコイ
ルの存在する領域が適当な大きさに到達したところで
の、ソースコイルの位置を推定する方法について説明す
る。

【０１２７】ソースコイルの存在する領域が小さくなれ
ば、直方体を通過する曲面は平面として近似することが
できる。そこで、各センスコイルによって得られる平面
を求め、各平面から最も近い点を最小二乗法によって決
定し、その位置をソースコイルが存在する位置として推
定する。

【０１２８】各センスコイルによって形成される平面が
直方体を通過していることを式（３３）のｆsiの正負で
確認し、各センスコイルの平面と直方体の辺との交点を
候補点毎に求めたｆsiより推定する。

【０１２９】例えば、図２１に示すようにセンスコイル
２２ａの平面と直方体の辺に交わる点をＱｇ（ｇ＝１，
２，…）とすると、点Ｑ１は候補点Ｐ1とＰ2におけるｆ
11とｆ12より

【数３４】 として求められる、また、同様に残りの交点Ｑ２、Ｑ
３、Ｑ４を求める。

【０１３０】平面が直方体の辺を３箇所で通過した場合
は、３つの交点から平面の式 ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０ を求めることができる。

【０１３１】また、４箇所以上を通過した場合は

【数３５】 を満たすａ，ｂ，ｃ，ｄを推定することにより、平面の
式を求めることができる（Ｎは平面が直方体の辺を通過
する数）。

【０１３２】次に推定された各平面の交点を導く。推定
された平面の式を

【数３６】 ａiｘ＋ｂiｙ＋ｃiｚ＋ｄi＝０ （ｉ＝１，２，３，４） （３６） とすると、交点Ｐ（ｘｏ、ｙｏ、ｚｏ）と平面までの距
離は、

【数３７】 となる。

【０１３３】ここで、各平面が１点で交わると交点Ｐと
各平面までの距離の合計は

【数３８】 となる（Ｍはセンスコイルの数）。

【０１３４】実際には計算による誤差等から各平面が１
点で交わることはないので、

【数３９】 とする点の位置を推定する。

【０１３５】推定された点をソースコイルの位置とし、
その位置と各センスコイルで測定された起電力からベク
トルｍを推定し、ソースコイルの向きを算出する。

【０１３６】したがって、ソースコイルの存在する領域
からソースコイルの位置を推定することができる。

【０１３７】［付記］ （付記項１） 内視鏡挿入部内に配置され、体腔内にお
ける前記内視鏡挿入部の形状を推定するための少なくと
も１つの単心コイルによって磁界を発生する複数の磁界
発生素子と、体腔外の既知の位置に配置され、少なくと
も１つの単心コイルによって発生する磁界を検出する複
数の検出素子と、前記検出素子より検出された検出信号
から体腔内における前記内視鏡挿入部内の前記磁界発生
素子の位置を推定する推定手段とを備え、前記検出素子
は、前記磁界発生素子の磁界を起電力として検出する異
なる位置に置かれた少なくとも１つの単心コイルからな
ることを特徴とする内視鏡形状検出装置。

【０１３８】（付記項２） 前記推定手段は、前記磁界
発生素子が存在する空間を適当な密度で候補点を設定す
る候補点設定手段と、前記候補点の位置に適当な向きの
前記磁界発生素子を仮定したとき、前記検出素子に発生
する起電力を推定する起電力推定手段と、前記推定され
た検出素子の起電力が前記磁界発生素子の向きのベクト
ルと適当な行列で表され、その行列を推定する行列推定
手段と、前記推定された行列の逆行列または擬似逆行列
を推定する手段と、前記検出素子に発生する起電力を測
定し、その値と逆行列または擬似逆行列の積を算出し、
得られたベクトルの大きさが１に最も近い候補点を選択
する候補点選択手段とからなることを特徴とする付記項
１に記載の内視鏡形状検出装置。

【０１３９】（付記項３） 前記推定手段の候補点選択
手段で選択された候補点を中心に前記空間より小さな領
域で候補点を設定し、その領域に対して前記推定手段の
操作を繰り返す手段と、前記空間が前記磁界発生素子の
位置の検出精度と同等となることを検出する手段とから
なることを特徴とする付記項２に記載の内視鏡形状検出
装置。

【０１４０】（付記項４） 前記候補点選定手段は、前
記磁界発生素子が存在する空間を直方体で分割し、各直
方体の頂点を候補点とする手段とからなることを特徴と
する付記項２に記載の内視鏡形状検出装置。

【０１４１】（付記項５） 前記候補点選定手段は、前
記磁界発生素子が存在する空間を四角錘または三角錘で
分割し、錘体の各辺上に候補点を設定する手段とからな
ることを特徴とする付記項２に記載の内視鏡形状検出装
置。

【０１４２】（付記項６） 前記推定手段は前記体腔外
に配置される検出素子を複数の単心コイル組を１つの組
にし、その組を体腔外の複数の位置に配置し、前記磁界
発生素子が存在する空間を適当な密度で候補点を設定す
る候補点設定手段と、前記候補点の位置に適当な向きの
前記磁界発生素子を仮定したとき、前記検出素子に発生
す起電力を各組ごとに推定する起電力推定手段と、前記
各組ごとに推定された検出素子の起電力が前記磁界発生
素子の向きのベクトルと適当な行列で表され、その行列
を各組ごとに推定する行列推定手段と、前記推定された
各組ごとの行列の逆行列または擬似逆行列を推定する手
段と、前記各組ごとに検出素子に発生する起電力を測定
し、その値と逆行列または擬似逆行列の積を算出し、各
組ごとに得られたベクトルの大きさと１との差分をと
り、その差分値の合計が最も小さくなる候補点を推定す
る手段と、からなることを特徴とする付記項１に記載の
内視鏡形状検出装置。

【０１４３】（付記項７） 前記推定手段の候補点設定
手段により設定された候補点と異なる新たな候補点の起
電力をその位置の近傍の前記候補点の起電力から補間
し、前記行列推定手段により行列を推定し逆行列または
疑似逆行列を推定する手段とからなることを特徴とする
付記項２に記載の内視鏡形状検出装置。

【０１４４】（付記項８） 前記推定手段は前記磁界発
生素子が存在する空間を適当な密度で候補点を設定する
候補点設定手段と、前記候補点の位置に適当な向きの前
記磁界発生素子をおき、前記検出素子に発生す起電力を
測定しその値を記憶する手段と、前記記憶された検出素
子の起電力が前記磁界発生素子の向きのベクトルと適当
な行列で表され、その行列を推定する行列推定手段と、
前記推定された行列の逆行列または擬似逆行列を推定す
る手段と、前記磁界発生素子が適当な位置に置かれたと
き前記検出素子に発生する起電力を測定し、その値と逆
行列または擬似逆行列の積を算出し、得られたベクトル
の大きさが１に最も近い候補点を推定する手段と、から
なることを特徴とする付記項１に記載の内視鏡形状検出
装置。

【０１４５】（付記項９） 前記複数の候補点で囲まれ
た領域において、前記測定された起電力の値と各候補点
の逆行列または擬似逆行列との積を算出する手段と、各
候補点毎に前記算出された積の絶対値と前記ベクトルの
係数との差分値を算出する手段と、前記検出素子の組毎
に得られる前記差分値の値が正負をもつ複数の候補点で
囲まれた領域を探索する領域探索手段とからなることを
特徴とする付記項２に記載の内視鏡形状検出装置。

【０１４６】（付記項１０） 前記領域探索手段により
得られた複数の候補点で囲まれた領域を通過する前記検
出素子の組毎に得られる前記差分値の値が０となる平面
を推定する手段と、前記検出素子の組毎に得られる平面
の交点を検出する手段とからなることを特徴とする付記
項９に記載の内視鏡形状検出装置。

【０１４７】（付記項１１） 前記平面に推定する手段
は、前記検出素子の組毎に得られる前記差分値の値から
２つ候補点で結ばれる直線の交点を算出する手段と、前
記得られた交点から平面の式を最小二乗法より求める手
段とからなることを特徴とする付記項１０に記載の内視
鏡形状検出装置。

【０１４８】（付記項１２） 前記平面の交点を検出す
る手段は、前記検出素子の組毎に得られる平面から適当
な点までの距離を算出し、その距離を合計が最も小さく
なるような点と推定する手段と、からなることを特徴と
する付記項１０に記載の内視鏡形状検出装置。

【０１４９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内視鏡位置
検出装置によれば、検出素子を磁界発生素子の磁界をを
起電力として検出する異なる位置に置かれた少なくとも
１つの単心コイルから構成し、推定手段で検出素子より
検出された検出信号から体腔内における内視鏡挿入部内
の磁界発生素子の位置を推定するので、簡単な構成によ
り、内視鏡に内蔵された磁界を発生するコイルの位置を
精度よく求め、内視鏡の位置及び方向を正確に検出する
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る内視鏡システ
ムの構成を示す構成図

【図２】図１の内視鏡形状検出装置の構成を示すブロッ
ク図

【図３】図１の内視鏡形状検出装置のプローブ先端の構
成を示す断面図

【図４】図３のソースコイルの構成を示す構成図

【図５】図１のセンスコイルの構成を示す構成図

【図６】図１の内視鏡システムにおけるワールド座標系
及びローカル座標系を説明する説明図

【図７】図４のソースコイルにおける磁位を説明する磁
気双極子を示す説明図

【図８】図４のソースコイルにおける磁位を説明する閉
電流路を示す説明図

【図９】図８の閉電流路による磁位をワールド座標系で
説明する説明図

【図１０】図４のソースコイルにおける磁位を説明する
有限長ソレノイドを示す説明図

【図１１】図１０の有限長ソレノイドによる磁位をワー
ルド座標系で説明する説明図

【図１２】図１１のワールド座標系の回転を説明する説
明図

【図１３】図１のセンスコイルに発生する起電力を説明
する第１の説明図

【図１４】図１のセンスコイルに発生する起電力を説明
する第２の説明図

【図１５】図１のソースコイルが存在する空間を複数の
直方体に分割し各直方体の頂点を候補点とし各候補点に
ソースコイルがあると仮定したときの擬似逆行列Ｍ⁺を
求める方法を説明する説明図

【図１６】図１５のソースコイルが存在する空間の分割
方法の変形例を示す図

【図１７】本発明の第２の実施の形態に係るセンスコイ
ルの構成を示す構成図

【図１８】本発明の第３の実施の形態に係るソースコイ
ルが存在する空間を複数の直方体に分割し各直方体の頂
点を候補点とし各候補点にソースコイルがあると仮定し
たときの擬似逆行列Ｍ⁺を求める方法を説明する説明図

【図１９】本発明の第４の実施の形態に係るソースコイ
ルが存在する空間を複数の直方体に分割し各直方体の頂
点を候補点とし各候補点にソースコイルがあると仮定し
たときの逆行列Ｍ⁺を求める方法を説明する説明図

【図２０】図１９の方法で求められた逆行列Ｍ⁺から候
補点の曲面を説明する説明図

【図２１】ソースコイルの存在する領域が適当な大きさ
に到達したところでの図２０の曲面でのソースコイルの
位置を推定する方法を説明する説明図

【符号の説明】

１…内視鏡システム ２…内視鏡装置 ３…内視鏡形状検出装置 ４…ベット ６…内視鏡 ６…挿入部 ７…操作部 ８…ユニバーサルケーブル １１…ビデオプロセッサ １２…カラーモニタ １３…チャンネル １４…挿入口 １５…プローブ １６ｉ…ソースコイル １７…リード線 ２２ｊ…センスコイル ２３…モニタ ２４…ソースコイル駆動部 ２５…磁界発生用発振部 ２６…相互インダクタンス検出部 ２７…センスコイル出力増幅器 ２８…ソースコイル駆動電流分配器 ３０…形状算出部 ３１…ソースコイル位置検出部 ３２…形状画像生成部 ３３…モニタ信号生成部 ３４…システム制御部 ３５…操作パネル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内視鏡挿入部内に配置され、体腔内にお
   ける前記内視鏡挿入部の形状を推定するための少なくと
   も１つの単心コイルによって磁界を発生する複数の磁界
   発生素子と、 体腔外の既知の位置に配置され、少なくとも１つの単心
   コイルによって発生する磁界を検出する複数の検出素子
   と、 前記検出素子より検出された検出信号から体腔内におけ
   る前記内視鏡挿入部内の前記磁界発生素子の位置を推定
   する推定手段とを備え、 前記検出素子は、前記磁界発生素子の磁界を起電力とし
   て検出する異なる位置に置かれた少なくとも１つの単心
   コイルからなることを特徴とする内視鏡形状検出装置。