JPH1176154A - 内視鏡挿入形状検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 細長い内視鏡内に設けられたコイルを一定温
度に保つ。 【解決手段】 プローブ１５のプローブ挿入部１５ａの
内部に少なくとも２つの空間に分けられたチューブ１５
ｃを形成し、その一方の空間にソースコイル部１４ｉを
内蔵する。そして、プローブ挿入部１５ａの先端に近い
側でチューブ１５ｃの２つの空間を連結接続し、この空
間に送り込む流体が循環するようにしてチューブ１５ｃ
のソースコイル部１４ｉを内蔵した空間を冷却する。チ
ューブ１５ｃの空間を冷却する流体は、内視鏡形状検出
装置に内蔵された流体給排出装置にコネクタ１５ｂを介
してチューブ１５ｃの基端を接続することで、流体給排
出装置から給排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内視鏡挿入形状検出
装置、更に詳しくは磁界を発生する磁界発生コイルの冷
却部分に特徴のある内視鏡挿入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】そこで、内視鏡の挿入形状を検出するため
の挿入形状検出装置が種々提案されているが、例えば内
視鏡側に設けられたコイルと検査台側に設けられたコイ
ルの間の相互インダクタンス変化による挿入形状検出装
置が考案されている。

【０００６】このような装置の場合には、外部より対象
の生体を含む領域に傾斜磁場を形成するものがあるが、
交流磁界を用いるものも存在する。

【０００７】このように交流磁界を利用する挿入形状検
出装置においては、コイルの構成によってコア損や銅損
が影響するために実際に磁界を発生している間にみかけ
のインピーダンスが変化してしまい発生する磁界強度が
変化してしまう。この磁界強度の変化はコイル位置の検
出精度に大きく影響を与えるために、コイルの温度を一
定に保つ必要がある。

【０００８】そこで、一般にコイルを用いて安定した磁
界を発生する装置においては、コア損や銅損が影響を除
去するためにコイルの巻線部分に水を流すなどして冷却
を行っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
内視鏡挿入形状検出装置のコイルでは、内視鏡側に設け
られるコイル部分は最大でも内視鏡の径を超えることは
できないため、細長い構造物である内視鏡の内部に設置
されたコイルの温度を一定に保つことができないといっ
た問題がある。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、細長い内視鏡内に設けられたコイルを一定温度
に保つことのできる内視鏡挿入形状検出装置を提供する
ことを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の内視鏡挿入形状
検出装置は、内視鏡の挿入部に配置可能にして、端部に
て接続された少なくとも２つの空間に仕切られたチュー
ブと、前記チューブの一方の空間に設けられた高周波信
号の供給により磁界を発生する磁界発生手段と、前記チ
ューブの一方の空間に流体を供給すると共に、他方の空
間から前記流体を排出する給排出手段と、前記磁界発生
手段により誘起される信号を検出し、磁界情報を検出し
て前記磁界発生手段の位置を算出することにより前記内
視鏡の挿入形状を検出する検出手段とを備えて構成され
る。

【００１２】本発明の内視鏡挿入形状検出装置では、前
記給排出手段が前記チューブの一方の空間に流体を供給
すると共に、他方の空間から前記流体を排出すること
で、細長い内視鏡内に設けられたコイルを一定温度に保
つことを可能とする。

【００１３】

【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。

【００１４】図１ないし図１８は本発明の一実施の形態
に係わり、図１は内視鏡装置形状検出装置を備えた内視
鏡システムの構成を示す構成図、図２は図１のプローブ
の構成を示す構成図、図３は図１のベットにおけるセン
スコイルの配置を示す図、図４は図３のセンスコイルの
配置の第１の変形例を示す図、図５は図２のプローブの
プローブ挿入部内に配置されるソースコイル部の構成を
示す構成図、図６は図５の絶縁部材の構成を示す構成
図、図７は図５のソースコイル部における銅線及び信号
線の接続状態を示す図、図８は図５のソースコイル部の
変形例の構成を示す構成図、図９は図１の内視鏡装置形
状検出装置の構成を示す構成図、図１０は図９の駆動回
路の構成を示す構成図、図１１は図９の駆動回路に配置
可能でモニタコイルの見かけの出力を一定になるように
調整する手段の構成を示す構成図、図１２は図９のデー
タ処理回路の処理方法を説明するフローチャート、図１
３は図９の検出回路の一構成例を示す構成図、図１４は
図１３の検出回路を備えた場合のデータ処理回路の処理
方法を説明するフローチャート、図１５は図１４の処理
における各信号のタイミングを示すタイミング図、図１
６は図３のセンスコイルの配置の第２の変形例を示す
図、図１７は図１６のセンスコイルの配置におけるデー
タ処理回路の処理方法を説明するフローチャート、図１
８は図１のベットと別体にセンスコイルの配置した状態
を示す図である。

【００１５】図１に示すように、本実施の形態の内視鏡
システム１は、内視鏡検査を行う内視鏡装置２と、内視
鏡検査の補助に用いられる内視鏡装置形状検出装置３と
を備え、この内視鏡形状検出装置３は、ベット４に横た
わる患者５の体腔内に電子内視鏡６の挿入部７を挿入
し、内視鏡検査を行う際の挿入補助手段として使用され
る。

【００１６】電子内視鏡６は、可撓性を有する細長の挿
入部７の後端に湾曲操作ノブを設けた操作部８が形成さ
れ、この操作部８からユニバーサルコード９が延出さ
れ、ビデオイメージングシステム（またはビデオプロセ
ッサ）１０に接続されている。

【００１７】この電子内視鏡６は、ライトガイドが挿通
されビデオプロセッサ１０内の光源部からの照明光を伝
送し、挿入部７の先端に設けた照明窓から伝送した照明
光を出射し、患部等を照明する。照明された患部等の被
写体は照明窓に隣接して設けられた観察窓に取り付けた
対物レンズにより、その結像位置に配置された撮像素子
に像を結び、この撮像素子は光電変換する。

【００１８】光電変換された信号はビデオプロッセサ１
０内の映像信号処理部により信号処理されて標準的な映
像信号が生成され、ビデオプロセッサ１０に接続された
画像観察用モニタ１１に表示される。

【００１９】この電子内視鏡６には鉗子チャンネル１２
が設けてあり、この鉗子チャンネル１２の挿入口１２ａ
から磁気発生するソースコイル及びソースコイルが発生
した磁気をモニタするモニタコイルが対をなす例えば１
６組のソースコイル部１４ａ、１４ｂ、…、１４ｐ（以
下、符号１４ｉで代表する）を有するプローブ１５が挿
通されることにより、挿入部７内にソースコイル部１４
ｉが設置される。

【００２０】このプローブ１５の後端から延出されたソ
ースケーブル１６は、その後端のコネクタが内視鏡形状
検出装置３の装置本体２１に着脱自在に接続される。そ
して、装置本体２１側から高周波信号伝達手段としてソ
ースケーブル１６を介して磁気発生手段となるソースコ
イル部１４ｉに高周波信号（駆動信号）を印加すること
により、ソースコイル部１４ｉは磁界を伴う電磁波を周
囲に放射する。

【００２１】また、患者５が横たわるベット４には、図
示はしないが、後述する位置に複数の磁気検出素子（ま
たはセンスコイル）が設置されている。そして、センス
コイル２２ｊは、ベット４のコネクタから検出信号伝達
手段としてのセンスケーブル２３を介して装置本体２１
に接続されている。この装置本体２１には使用者が装置
を操作するための操作パネル２４またはキーボード等が
設けられている。また、この装置本体２１には検出した
内視鏡形状を表示する表示手段としてモニタ２５が接続
されている。

【００２２】図２に示すように、プローブ１５は、電子
内視鏡６の鉗子チャンネル１２に挿通される軟性で細長
なプローブ挿入部１５ａと、プローブ挿入部１５ａの基
端側に設けられた内視鏡装置形状検出装置に接続される
コネクタ１５ｂとを備えて構成される。

【００２３】上述したように、このプローブ１５のプロ
ーブ挿入部１５ａには、ソースコイル及びモニタコイル
からなる１６組のソースコイル部１４ｉが内蔵される
が、これらのコイルは駆動することにより、熱が発生し
てその磁気的な特性が変化してしまう。

【００２４】そこで、プローブ挿入部１５ａのＡ−Ａ線
断面、Ｂ−Ｂ線断面及びＣ−Ｃ線断面に示されるよう
に、プローブ挿入部１５ａの内部に少なくとも２つの空
間に分けられたチューブ１５ｃを形成し、その一方の空
間にソースコイル部１４ｉを内蔵する。そして、プロー
ブ挿入部１５ａの先端に近い側でチューブ１５ｃの２つ
の空間を連結接続し、この空間に送り込む流体が循環す
るようにして前記チューブ１５ｃのソースコイル部１４
ｉを内蔵した空間を冷却する。

【００２５】ここで、前記チューブ１５ｃの空間を冷却
する流体は、内視鏡装置形状検出装置３に内蔵された後
述する流体給排出装置にコネクタ１５ｂを介して前記チ
ューブ１５ｃの基端を接続することで、流体給排出装置
から給排出されるようになっている。

【００２６】なお、この時の流体は空気でも、水でもよ
い。また、一定の温度以上に流体の温度が上昇するかど
うかを温度センサで監視して、温度が所定値以上の値に
なった場合に冷却ファンを動作させて流体の温度を下げ
るようにしてもよい。

【００２７】本実施の形態では、位置検出精度を低下す
る領域をなくすために、図３に示すように、ベット４に
配置される複数のセンスコイル２２ｊ（ｊ＝１〜ｎ）の
配置を非対称の位置としている。つまり、図中におい
て、全てのセンスコイル２２ｊの中心位置がα、β、
γ、δで示されるセンスコイル組の並びで決めるｘ、ｙ
の軸を参照軸とする座標径で対称位置に存在しないよう
にセンスコイル２２ｊが配置されている。

【００２８】また、図４に示すように、すべてのセンス
コイル２２ｊを同一平面上でなく立体的に配置するよう
にしてもよい。このように配置することで、ソースコイ
ル１４ｉからの信号の位相が急激に変化する位置関係に
あるセンスコイル２２ｊからの信号を位置推定に利用し
ないように構成することができる。

【００２９】図５に示すように、ソースコイル部１４ｉ
は、銅線３１がコア３２に巻かれソースコイル及びモニ
タコイルを形成される。コア３２の両端側には絶縁部材
３３が設けられ、図６に示すように、絶縁部材３３の底
面側に設けられた凹部状の穴部３４を絶縁部材３３の端
部に嵌合させて接着固定され、穴部３４の逆側には少な
くとも２つの互いに絶縁された導電性部材３５を備えて
いる。

【００３０】導電性部材３５は絶縁部材３３と別に成型
し、絶縁性部材３５に設けられた穴部３４内にはめ込ま
れ接着固定され、導電性部材３５に銅線３１を半田付け
で電気的かつ機械的に固定する。

【００３１】ここで、内視鏡装置形状検出装置３におい
ては、実際の使用時には細長いプローブ挿入部１５ａに
対して湾曲が繰り返されるので、電子内視鏡６の内部の
構造体の位置ずれによる圧迫などを発生しても半田部分
に直接力が加わらないようにするために半田付け部分と
導電性部材３５全体を接着により固定強化してもよい。

【００３２】導電性部材３５の固定は上述のように接着
固定をすればよいが、非常に小さい部材の組み合わせと
なるので接着のみでは固定が十分でない可能性もある。
そこで、そのような場合には導電性部材３５を絶縁部材
３３の中に埋め込む形で一体成型するようにしてもよ
い。

【００３３】導電性部材３５は平板の金属を打抜くこと
で作成することが可能であり、このように打抜かれた平
板を型に組み込んで樹脂を流し込んで成型すればよい。
このとき導電性部材３５には成型後の部材脱落を防止す
るために、突起や曲げを設け成型の際にこの部分を包み
込むように周りに樹脂を流し込み脱落を防止する。

【００３４】ここで、実際にコア３２部分に巻かれた銅
線３１を接続する場合を考えると、この平板の銅線３１
が巻きつく部分は互いに約９０度回転した位置に設けら
れることが望ましい。これにより、ソースコイルを形成
する銅線３１とモニタコイルを形成する銅線３１とが干
渉することなく導電性部材３５に半田付け固定できるの
で都合がよい。

【００３５】ここで、図７（ａ）にソースコイル部１４
ｉのソースコイルの銅線３１とモニタコイルの銅線３１
とを別々の導電性部材３５に接続した場合を示す。この
ように小型のソースコイルと同軸にモニタコイルを巻く
ことで磁気的な結合度が高く確実に発生磁界を検出する
ことが可能となる。

【００３６】また、図７（ｂ）にそれぞれの銅線３１の
一方を共通の信号線として使用した場合を示す。この場
合には銅線の一方と信号線の一端を共通に接続する。

【００３７】なお、複数のソースコイル部１４ｉを所定
の位置に固定して接続するために軟性の接続部材３７が
のソースコイル部１４ｉを貫通して設けられている。

【００３８】内視鏡装置形状検出装置３からの信号線３
６の接続は、導電性部材３５に信号線３６を半田付けし
た後、半田により硬化していない柔軟な銅線部分が巻き
つくまで導電性部材３５に巻きつける。このように信号
線３６の柔軟な巻線部分まで導電性部材３５に巻つける
ことで信号線３６部分に曲げの力が加わった場合にも断
線のおそれが無くなる。

【００３９】なお、図８に示すように、ソースコイル部
１４ｉの一方の側の導電性部材３５で、導電性部材３５
を絶縁部材３３に貫通させても設けてもよく、この場
合、対向する導電性部材３５は絶縁部材３３を貫通して
いる部材であるので、信号線３６と銅線３１を別の部分
に半田付けでき作業がしやすくなる。

【００４０】内視鏡装置形状検出装置３は、図９に示す
ように、ソースコイル部１４ｉのソースコイル４１ｉを
駆動すると共にモニタコイル４２ｉからのモニタ信号を
入力し後述する処理を行う駆動回路４３と、センスコイ
ル２２ｊからの信号を検出する検出回路４４と、検出回
路４４により検出された検出信号を入力し内視鏡形状を
モニタ２５に描画するデータ処理回路４５と、コネクタ
１５ｂを介してプローブ１５のチューブ１５ｃの基端を
接続しチューブ１５ｃ内の空間を冷却する流体を給排出
する流体給排出装置４６とから構成されている。

【００４１】駆動回路４３では、図１０に示すように、
モニタコイル４２ｉからのモニタ信号を必要なレベルま
で増幅する差動増幅回路５１に入力し、この差動増幅回
路５１で適宜増幅された信号を絶対値回路５２にて平滑
化した後、設定磁界を表わす電圧と比較する比較回路５
３に入力する。

【００４２】そして、比較回路５３で目標磁界強度を表
わす電圧と比較され、その差分電圧が出力される。この
出力電圧はこの信号に応じて基準交流源５４と比較し増
幅率が変化する増幅回路５５の増幅率制御端子に入力さ
れてソースコイル４１ｉが発生する磁界強度を変化させ
る。

【００４３】このように駆動回路４３を構成すること
で、ソースコイル４１ｉ発生する磁界は常に目標の磁界
強度になるように振幅の調整が実施される。

【００４４】また、この目標磁界強度を検出回路で検出
される信号強度が一定になるように構成してもよい。こ
の場合は増幅率を検出することで位置検出を行える。

【００４５】ところで、コイルの特性のばらつきが存在
している場合には、各々のコイルごとに補正を行わない
と発生する磁界にばらつきが生じてしまい、位置検出の
誤差となってしまう。そこで、従来は、各コイルごとの
補正係数をＲＯＭのデータとして準備するなどの方法が
あるが、このデータをコイルを内蔵する内視鏡もしくは
プローブごとに準備し、各々のデータを制御装置に読み
込ませる必要があるので、データの読み込みのための手
段を準備する必要があり、価格の上昇の原因となってし
まっていた。また、内視鏡、プローブにデータを添付し
使用する際に使用者がデータを入力することも考えられ
るが、誤ったデータを入力してしまう可能性がある。

【００４６】そこで、本実施の形態では、モニタコイル
４２ｉに直列に調整用の可変抵抗を接続し、信号受信回
路の入力インピーダンスの働きで見かけの出力を一定に
なるように調整する手段を駆動回路４３に設けることが
できる。この調整用の可変抵抗を制御装置との接続部分
のコネクタ内部に設けることで全ての内視鏡、プローブ
の見かけの特性が一定にできる。

【００４７】すなわち、ある磁界強度中に置かれたコイ
ルの信号源電圧をＶｓとすると、このときコイルが理想
的であれば出力インピーダンスは０であり、その信号を
検出する回路の入力インピーダンスが無限大であれば、
コイルで検出された信号は減衰することなく取り込むこ
とが可能である。

【００４８】しかし、実際のコイル、回路はこの理想状
態とは異なるので、各々のインピーダンスに基づいて値
を補正する必要がある。

【００４９】つまり、図１１（ａ）に示すように、モニ
タコイル４２ｉの実際の出力インピーダンスがＺｏであ
り、回路の入力インピーダンスがＺｉであるとすると実
際に信号を検出する回路で得られる検出電圧Ｖｄは以下
のようになる。

【００５０】Ｖｄ＝Ｖｓ Ｚｉ／（Ｚｏ＋Ｚｉ） このように表わされる信号電圧を利用して、コイルの出
力のばらつきを補正する。いま信号を受信する複数の回
路は入力インピーダンスの調整がされてばらつきがない
ものと考える。すると、コイルが存在する内視鏡、もし
くはプローブのばらつきを抑えておけば、内視鏡、プロ
ーブを交換しても常に等しい信号を発生させられること
になる。

【００５１】そこで、図１１（ｂ）に示すように、モニ
タコイル４２ｉの出力に直列に調整用の抵抗Ｒｖを挿入
する、モニタコイル４２ｉから得られる信号は以下のよ
うに表される。

【００５２】Ｖｄ＝Ｖｓ Ｚｉ／（Ｚｏ＋Ｚｉ＋Ｒｖ） Ｚｏは受信回路側を合わせこむことで定数と考えられ
る。そのためＺｏ＋Ｒｖが一定になるようＲｖを調整す
ればよい。

【００５３】このようにＺｏのばらつきにより生じる検
出されるモニタ信号のばらつきを調整用の抵抗Ｒｖを調
整するこにより調整できるので、あらかじめ一定の電流
を加えた状態でモニター用の巻き線からの出力が同じに
なるように調整することですべてのコイルから発生する
磁界の強度を一定にそろえることができる。

【００５４】そして、このモニタ信号の出力をモニタし
て前述したようにフィードバック制御することで、コイ
ルそのものの特性が熱によって変化しても、また、内視
鏡、プローブを交換しても内蔵されたコイルから発生す
る磁界を常に一定の値にすることができるので、正確な
コイル位置の推定を行うことができる。

【００５５】なお、上記においては内視鏡、プローブに
内蔵されたコイルをソースコイル及びモニタコイルとし
て使用する場合を考えたが、センスコイルとすることも
可能である。この場合も同様に磁界検出特性がばらつく
ことがコイル製作における径のばらつきや、銅線の径の
ばらつきによるインピーダンスのばらつきなどで十分考
えられる。

【００５６】そこで検出される信号のばらつきを抑える
ために、同様に各々の巻き線に対し直列にばらつき調整
のための抵抗を挿入することができる。

【００５７】このように構成することで検出されるコイ
ルの信号は同じ強度の磁界中では同じになるので、検出
位置精度が向上する。

【００５８】なお、これらの調整をそれぞれベット４側
に設けられるセンスコイル、もしくはソースコイルに対
して実施することも当然である。

【００５９】このようにばらつきが調整されたコイルを
用いて磁界を検出することを考えるが、静止していない
内視鏡の形状を正しく推定していくためには、各コイル
の発生する磁界を同時刻に検出する必要がある。

【００６０】そこで、本実施の形態では、すべての駆動
コイルを同時に複数の周波数で駆動し、得られた信号を
Ａ／Ｄ変換しＦＦＴにて周波数ごとの値を抽出する。

【００６１】すなわち、内視鏡装置形状検出装置３で
は、図１２に示すように、データ処理回路４５におい
て、ステップＳ１で処理を開始し初期データが格納され
ている記憶部（図示せず）から描画基準位置ファイルを
入力し、ステップＳ２で操作パネル２４からのキー入力
に対するキー操作処理を行うのと平行してステップＳ３
で検出回路４４からセンスコイル２２ｊから検出された
磁界強度信号を取り込む。

【００６２】そして、ステップＳ４では検出回路４４よ
り電圧データがＦＦＴ処理部（図示せず）に送られる。
ステップＳ４で入力された電圧データをもとにＦＦＴを
行い、駆動周波数に対応した振幅、及び位相データが
得、ステップＳ５で得られた振幅、位相を基にコイル位
置の推定を行い、ステップＳ６で得られたコイル推定位
置をもとにそれぞれのコイルの間を補間により内視鏡位
置のデータを作成し内視鏡形状を描画する。

【００６３】なお、この処理において、ステップＳ７及
びＳ８では装置が停止したかどうか判断し、装置が停止
されていないならば、それぞれステップＳ２及びＳ３に
戻り処理を繰り返し、装置が停止されたならばステップ
Ｓ９で処理を終了する。

【００６４】しかし、ソースコイル部１４ｉとセンスコ
イル２２ｊの距離、向きはさまざまであり、検出される
信号が大きい場合も小さい場合も存在するので、コイル
の位置によって受信するアナログ回路の飽和、もしくは
ゲインの不足も存在する。そこでこのような場合には、
適宜ゲインを切り替えて常に正確な磁界強度を得られる
ようにしておく必要がある。

【００６５】そこで、検出回路４４を図１３に示すよう
に、センスコイル２２ｊからの信号を入力し増幅する入
力段アンプ６１と、あらかじめ決められた内視鏡形状の
表示切り替え時間より短い計測時間で所定個数以上のデ
ータを第１のサイクルでＡ／Ｄ変換しデータ処理回路４
５内のＣＰＵ６２に出力するＡ／Ｄ変換器６３と、ＣＰ
Ｕ６２からの制御信号により入力段アンプ６１のゲイン
を制御するゲイン制御回路６４とから構成することがで
きる。

【００６６】この場合、データ処理回路４５に、表示切
り替えと計測開始のタイミングを固定する手段と、前記
表示切り替え時間と計測時間の差の時間以下で入力段ア
ンプ６１のゲインを適正に切り替えるために前回の計測
以降に第２のサイクルでＡ／Ｄ変換器６３がサンプリン
グしたデータに応じ順次前記ゲインを切り替えていく手
段と、計測開始から計測終了間での期間は前記ゲインの
切り替えを禁止する手段とを設けることで、１サイクル
のデータ収集期間では固定されたゲインでデータを収集
し、得られたデータが適正値でない場合にはアナログ回
路のゲインを切り替えるように構成することができる。

【００６７】このときのデータ処理回路４５における処
理は、図１２に示した処理のステップＳ４のＦＦＴ処理
とステップＳ５のコイル推定処理の間に、図１４に示す
ように、ステップＳ１１及びＳ１２が追加される。

【００６８】すなわち、図１２に示すように、ステップ
Ｓ３でＡ／Ｄ変換器６３においてあらかじめ決められた
内視鏡形状の表示切り替え時間より短い計測時間で所定
個数以上のデータを第１のサイクルでＡ／Ｄ変換し、ス
テップＳ４で電圧データをもとにＦＦＴを行い第１のサ
イクルで計測した所定個の電圧データをもとにＦＦＴを
行い所定の駆動周波数に対応した振幅、及び位相データ
が得られる。

【００６９】次にステップＳ１１で得られた振幅データ
が既定の値と比較し、入力段アンプ６１に飽和があるか
入力段アンプ６１のゲインが不足しているか判断する。
そして、ゲインの切り換えが不必要ならステップＳ５に
進み、必要な場合はステップＳ１２で入力段アンプ６１
のゲインを切り換えて処理をステップＳ５に移す。その
他の処理は図１２に示した処理を同じなので説明は省略
する。

【００７０】磁界強度取り込みの部分は、メインの処理
と並列に順次実行されており、切り替えにより適正なゲ
インが得られるように調整されるので、常に正しい磁界
強度が、適正な値で確実にかつ高速に収集することが可
能となる。

【００７１】通常のＡ／Ｄの取り込みと位置推定、表示
は、図１５（ａ）に示すようなタイミングで取り込んで
データをＦＦＴ解析し得られたデータより位置の推定を
行うことは繰り返している。

【００７２】また、取り込んだデータがオーバーフロー
もしくはアンダーフローしている場合には、図１５
（ｂ）に示すように、ゲインを切り替えて磁界のデータ
取り込みの際には正しいデータがとりこまれるようにす
ることができる。しかし、この場合には取り込まれたデ
ータは実際の磁界強度を表していないので、このデータ
を基に推定されたコイル位置は、誤差を含んでしまう。

【００７３】この誤差により正しくない内視鏡形状が表
示されることがないように、ソフトウェアでデータが適
正がどうか検出し、正しくない場合には前回推定した位
置データにより内視鏡の形状を表示することができる。
しかし、今度は更新されない位置データを表示すること
になり、内視鏡がすばやく操作されている場合に追従し
て表示をすることができなくなる。

【００７４】そこで、図１４に示した処理を行うことに
より、通常は図１５（ａ）のように固定されたタイミン
グでデータを収集する状態と、図１５（ｃ）のように不
適正なデータが収集されている間はゲインを切り替えて
正しくデータを収集できるようにするとともにデータの
更新は常に一定の間隔の収集開始タイミングでデータを
収集することで、常に位置データを更新でき、かつ常に
データは適正な値であるデータ収集を行うことが可能と
なる。

【００７５】ここで、ベット４に配置されるセンスコイ
ル２２ｊを図１６に示すように、４個の１軸コイルを３
本平行に並べた３つのセンスコイル群７１の場合を処理
について説明する。

【００７６】このときのデータ処理回路４５における処
理は、図１２に示した処理のステップＳ４のＦＦＴ処理
とステップＳ５のコイル推定処理の間に、図１７に示す
ように、ステップＳ２１及びＳ２２が追加される。

【００７７】すなわち、ステップＳ２１ではステップＳ
４で得られたそれぞれのセンスコイル群７１の各周波数
の位相を調べる。つまり、位相が急激に変化するのは位
相の絶対値が０に近い範囲となるのでプラスマイナス１
０度以内のデータが存在するか調べる。

【００７８】そして、もしそのデータが存在する場合
は、その周波数のデータの信頼度が低いと判断して、ス
テップＳ２２で使用するセンスコイル群７１を切り換え
て（たとえば第１のセンスコイル群７１を判定していれ
ば第２のセンスコイル群７１のデータを位置推定に選択
使用する）、別のセンスコイル群７１のデータを利用し
て位置推定するためにステップＳ４に戻り、プラスマイ
ナス１０度以内のデータが存在しない場合にはステップ
Ｓ５に進む。その他の処理は図１０に示した処理を同じ
なので説明は省略する。

【００７９】このように処理することで安定した位置推
定が行える。

【００８０】なお、このとき、推定する位置の拘束条件
として、第１のセンスコイル群７１の１つのコイル面上
にコイルが存在するという条件を追加して位置推定を行
ってもよい。

【００８１】ところで、これらの形態で構成される内視
鏡挿入形状検出装置３のベット４側のセンスコイル２２
ｊはベット４に直接埋め込んで構成することも可能であ
るが、内視鏡の挿入形状を必要としない検査にもセンス
コイル２２ｊが埋め込まれたベット４を使用する必要が
ある。また逆にそのベット４以外を使用した検査では内
視鏡の挿入形状の確認ができなくなる。

【００８２】そこで、図１８に示すように、センスコイ
ル２２ｊが埋め込まれていないベット１０１を、内視鏡
挿入形状検出装置のセンスコイル２２ｊを備えたコイル
装置１０２と別体に構成することが可能である。なお、
図には示されていないが、当然移動を簡単にするために
キャスタをつけた構成にすることも可能であり、またセ
ンスコイル２２ｊが入っている部分をベット１０１に固
定するための固定具を用意して、検査の際にセンスコイ
ル２２ｊの入ったコイル装置１０２を固定するようにし
てもよい。さらに、この場合、内視鏡挿入形状検出装置
３の制御装置１０３部分をベット１０１に内蔵させても
よい。

【００８３】このように構成することですべてのベット
と組み合わせて内視鏡の挿入形状の検出が可能となる。

【００８４】しかしながら、ベットに内蔵されたセンス
コイル２２ｊの場合には、計測される磁界強度のために
限定されるベット４のどの部分が内視鏡形状の検出が可
能かは、センスコイル２２ｊとベット４の位置関係が変
化しないので簡単に表示することができるが、センスコ
イル２２ｊ部分をベットと別に構成することで、どの領
域が内視鏡挿入形状検出可能な位置であるか判別するこ
とができなくなってしまう。

【００８５】これを防ぐには、常に同じベットとセンス
コイルの位置関係になるように検査の度に設置すればよ
いが、これはベットが複数種類存在する場合ほとんど不
可能な行為である。

【００８６】そこで、挿入形状、もしくはソースコイル
の位置が確実に計測される範囲にあるかどうかを識別で
きるように図１８に示した制御装置１０３に警告装置
（図示せず）を構成することが可能である。

【００８７】この場合、問題となるのは一般にはソース
コイルとセンスコイルの距離が離れてしまう場合である
ので、その際には検出される磁界の強度が小さくなるこ
とである。

【００８８】そこで、センスコイルで計測される磁界強
度があらかじめ設定した値より小さい値の場合には、た
とえば警告音によりそれを使用者に告知することができ
る。

【００８９】実際の例としては、一般に知られている比
較回路を設けて、あらかじめ設定した信号の強度が得ら
れなくなったかどうか判定するように構成することがで
きる。

【００９０】また、ソースコイルとセンスコイルの距離
が近接している場合には、発生する磁界の強度変化は一
般に近傍界と言われる領域となり、簡単な数式で表現す
ることができなくなる。そのため、一般に式で磁界強度
が簡単に数式化可能な遠方界を基準に位置推定を行うコ
イル位置推定が不可能になる。

【００９１】このソースコイルとセンスコイルとが近接
している場合も、つまり受信回路で得られる磁界強度、
つまり電圧が大きい場合も同様に警告音で術者に告知す
ることが可能である。

【００９２】この遠近の両者の場合を達成するために一
般に知られているウィンドコンパレータを使用すること
ができる。遠方、及び近傍に関してはこのように表現す
ることで検出することが可能であるが、これは多数用意
しているセンスコイルの出力で位置推定する場合に選択
される出力の組み合わせの中で、そのような値が大半を
しめる、例えば半分以上がそのような状態になった場合
に限定することも可能である。

【００９３】これは検出対象となるソースコイルの回転
が存在するため近傍にある場合でも、あるセンスコイル
にとっての磁界が小さい場合があるので、その現象に対
応するためである。

【００９４】このように警告音で、挿入形状、コイル位
置が正しく推定されない場合に警告を行うように構成す
ることが可能であるが、実際の内視鏡検査の場合に対象
となる患者の体が正しく位置推定が行える位置になるよ
うに検査台側のコイルが設置することができたかどうか
を確認することができない。

【００９５】そこで、図１８に示すように、マーカとし
て内視鏡の形状を計測するソースコイルとは別に、単独
で位置推定が行えるコイル１１１を追加して装置に接続
するように構成することが可能である。

【００９６】このマーカとして追加されたコイル１１１
を、事前に患者の体が乗るベッド１０１上の空間で動か
してみることで、内視鏡検査の間に患者の体の存在する
部分が十分な精度で位置推定がおこなえる位置になって
いるかどうか確認することができる。

【００９７】つまり、ソースコイルを用いて内視鏡の挿
入形状を推定する装置において、単独で動作可能なコイ
ル１１１を設け、このコイル１１１の位置変化に関連し
て得られる磁界強度が設定した値の範囲内にない場合に
警告音を発するように構成できる。

【００９８】なお、これらの警告音の代わりもしくは同
時に画面の表示、もしくは位置推定が適正に行われてい
るかを示す表示位置で行うようにしてもよいことは言う
までもない。

【００９９】以上説明したように、本実施の形態では、
プローブ挿入部１５ａの内部を少なくとも２つの空間に
分けられたチューブで形成し、その一方にソースコイル
部１４ｉを内蔵する。そして、プローブ挿入部１５ａの
先端に近い側でこの空間を連結接続し、この空間に送り
込む流体が循環するようにしてソースコイル部１４ｉを
冷却するので、細長いプローブ１５内に設けられたソー
スコイル部１４ｉを一定温度に保つことができる。

【０１００】また、従来は、ソースコイルの周囲に金属
など磁界に影響のある物体が存在している場合には、発
生する磁界の強度が装置設計の際に想定していた値と異
なることがあったため、位置検出精度の低下の原因とな
っていたが、磁界を発生するソースコイルに相互インダ
クタンスが変化しないように固定したモニタコイルを設
け、検出された信号を整流し、整流された電圧と設定磁
界強度を示す比較用電圧と比較しているので、モニタコ
イルからの信号が常に設定レベルになるように制御する
ことができる。

【０１０１】また、従来、内視鏡もしくはプローブを用
いて位置推定を行う場合、全体形状を得るために複数の
周波数で多数のコイルを同時に駆動しＦＦＴ解析によっ
て各々のコイルからの信号を識別する方法が考えられ
る。この時検出された信号がすべて適正に検出されたか
どうかはＦＦＴ解析を行った後でしか判断できない。ま
た仮に全てのアナログ信号がＡ／Ｄされる部分まで飽和
していないとしてもＡ／Ｄ変換の途中でゲインを変化さ
せてしまうと正しく検出電圧をえることができないとい
う問題があった。一方、より正確に形状を推定するため
には可能な限り高速にデータの収集を行う必要がある。
本実施の形態では、内視鏡挿入形状検出装置で交流磁界
を用いてコイルの位置を求める装置において、形状表示
のレスポンスを低下させることなく検出範囲を広くとる
ことを可能としている。

【０１０２】さらに、従来のコイル配置はすべてのコイ
ルを平面の上に対称に配置していた。そのために例えば
３軸直交のコイルを用いている場合においては、各々の
コイルで検出される信号の位相が反転する角度関係にな
るコイルの平面付近では急激に位相信号が変化してしま
い十分安定した位置検出を行うことができなかった。し
かし、本実施の形態では、内視鏡挿入形状検出装置が交
流磁界を用いてコイルの位置を求める装置において、検
出するコイルの位置によって推定される位置精度が低下
することを防止した検査台側コイルの配置方法が実現で
きる。

【０１０３】［付記］ （付記項１） 内視鏡の挿入部に配置可能にして、端部
にて接続された少なくとも２つの空間に仕切られたチュ
ーブと、前記チューブの一方の空間に設けられた高周波
信号の供給により磁界を発生する磁界発生手段と、前記
チューブの一方の空間に流体を供給すると共に、他方の
空間から前記流体を排出する給排出手段と、前記磁界発
生手段により誘起される信号を検出し、磁界情報を検出
して前記磁界発生手段の位置を算出することにより前記
内視鏡の挿入形状を検出する検出手段とを備えたことを
特徴とする内視鏡挿入形状検出装置。

【０１０４】（付記項２） 前記流体を一定温度にする
ための熱交換手段を備えたことを特徴とする付記項１に
記載の内視鏡挿入形状検出装置。

【０１０５】（付記項３） 前記流体の温度を検出し、
設定温度以上である場合には前記流体を冷却する冷却手
段を備えたことを特徴とする付記項２に記載の内視鏡挿
入形状検出装置。

【０１０６】（付記項４） 前記流体は気体であること
を特徴とする付記項１ないし３に記載の内視鏡挿入形状
検出装置。

【０１０７】（付記項５） 前記流体は液体であること
を特徴とする付記項１ないし３に記載の内視鏡挿入形状
検出装置。

【０１０８】（付記項６） 前記流体は純水であること
を特徴とする付記項１ないし３に記載の内視鏡挿入形状
検出装置。

【０１０９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内視鏡挿入
形状検出装置によれば、給排出手段がチューブの一方の
空間に流体を供給すると共に、他方の空間から流体を排
出するので、細長い内視鏡内に設けられたコイルを一定
温度に保つことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る内視鏡装置形状検
出装置を備えた内視鏡システムの構成を示す構成図

【図２】図１のプローブの構成を示す構成図

【図３】図１のベットにおけるセンスコイルの配置を示
す図

【図４】図３のセンスコイルの配置の第１の変形例を示
す図

【図５】図２のプローブのプローブ挿入部内に配置され
るソースコイル部の構成を示す構成図

【図６】図５の絶縁部材の構成を示す構成図

【図７】図５のソースコイル部における銅線及び信号線
の接続状態を示す図

【図８】図５のソースコイル部の変形例の構成を示す構
成図

【図９】図１の内視鏡装置形状検出装置の構成を示す構
成図

【図１０】図９の駆動回路の構成を示す構成図

【図１１】図９の駆動回路に配置可能でモニタコイルの
見かけの出力を一定になるように調整する手段の構成を
示す構成図

【図１２】図９のデータ処理回路の処理方法を説明する
フローチャート

【図１３】図９の検出回路の一構成例を示す構成図

【図１４】図１３の検出回路を備えた場合のデータ処理
回路の処理方法を説明するフローチャート

【図１５】図１４の処理における各信号のタイミングを
示すタイミング図

【図１６】図３のセンスコイルの配置の第２の変形例を
示す図

【図１７】図１６のセンスコイルの配置におけるデータ
処理回路の処理方法を説明するフローチャート

【図１８】図１のベットと別体にセンスコイルの配置し
た状態を示す図

【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…電子内視鏡 ７…挿入部 ８…操作部 ９…ユニバーサルコード １０…ビデオプロセッサ １１…画像観察用モニタ １２…鉗子チャンネル １２ａ…挿入口 １４ｉ…ソースコイル部 １５…プローブ １５ａ…プローブ挿入部 １５ｂ…コネクタ １５ｃ…チューブ １６…ソースケーブル ２１…装置本体 ２２ｋ…単心コイル ２２ｊ…センスコイル ２３…センスケーブル ２４…操作パネル ２５…モニタ ４３…駆動回路 ４４…検出回路 ４５…データ処理回路 ４６…流体給排出装置

【手続補正書】

【提出日】平成９年１２月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】図１ないし図１８は本発明の一実施の形態
に係わり、図１は内視鏡形状検出装置を備えた内視鏡シ
ステムの構成を示す構成図、図２は図１のプローブの構
成を示す構成図、図３は図１のベットにおけるセンスコ
イルの配置を示す図、図４は図３のセンスコイルの配置
の第１の変形例を示す図、図５は図２のプローブのプロ
ーブ挿入部内に配置されるソースコイル部の構成を示す
構成図、図６は図５の絶縁部材の構成を示す構成図、図
７は図５のソースコイル部における銅線及び信号線の接
続状態を示す図、図８は図５のソースコイル部の変形例
の構成を示す構成図、図９は図１の内視鏡形状検出装置
の構成を示す構成図、図１０は図９の駆動回路の構成を
示す構成図、図１１は図９の駆動回路に配置可能でモニ
タコイルの見かけの出力を一定になるように調整する手
段の構成を示す構成図、図１２は図９のデータ処理回路
の処理方法を説明するフローチャート、図１３は図９の
検出回路の一構成例を示す構成図、図１４は図１３の検
出回路を備えた場合のデータ処理回路の処理方法を説明
するフローチャート、図１５は図１４の処理における各
信号のタイミングを示すタイミング図、図１６は図３の
センスコイルの配置の第２の変形例を示す図、図１７は
図１６のセンスコイルの配置におけるデータ処理回路の
処理方法を説明するフローチャート、図１８は図１のベ
ットと別体にセンスコイルの配置した状態を示す図であ
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】図１に示すように、本実施の形態の内視鏡
システム１は、内視鏡検査を行う内視鏡装置２と、内視
鏡検査の補助に用いられる内視鏡形状検出装置３とを備
え、この内視鏡形状検出装置３は、ベット４に横たわる
患者５の体腔内に電子内視鏡６の挿入部７を挿入し、内
視鏡検査を行う際の挿入補助手段として使用される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】図２に示すように、プローブ１５は、電子
内視鏡６の鉗子チャンネル１２に挿通される軟性で細長
なプローブ挿入部１５ａと、プローブ挿入部１５ａの基
端側に設けられた内視鏡形状検出装置に接続されるコネ
クタ１５ｂとを備えて構成される。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】ここで、前記チューブ１５ｃの空間を冷却
する流体は、内視鏡形状検出装置３に内蔵された後述す
る流体給排出装置にコネクタ１５ｂを介して前記チュー
ブ１５ｃの基端を接続することで、流体給排出装置から
給排出されるようになっている。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】ここで、内視鏡形状検出装置３において
は、実際の使用時には細長いプローブ挿入部１５ａに対
して湾曲が繰り返されるので、電子内視鏡６の内部の構
造体の位置ずれによる圧迫などを発生しても半田部分に
直接力が加わらないようにするために半田付け部分と導
電性部材３５全体を接着により固定強化してもよい。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】内視鏡形状検出装置３からの信号線３６の
接続は、導電性部材３５に信号線３６を半田付けした
後、半田により硬化していない柔軟な銅線部分が巻きつ
くまで導電性部材３５に巻きつける。このように信号線
３６の柔軟な巻線部分まで導電性部材３５に巻つけるこ
とで信号線３６部分に曲げの力が加わった場合にも断線
のおそれが無くなる。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４０】内視鏡形状検出装置３は、図９に示すよう
に、ソースコイル部１４ｉのソースコイル４１ｉを駆動
すると共にモニタコイル４２ｉからのモニタ信号を入力
し後述する処理を行う駆動回路４３と、センスコイル２
２ｊからの信号を検出する検出回路４４と、検出回路４
４により検出された検出信号を入力し内視鏡形状をモニ
タ２５に描画するデータ処理回路４５と、コネクタ１５
ｂを介してプローブ１５のチューブ１５ｃの基端を接続
しチューブ１５ｃ内の空間を冷却する流体を給排出する
流体給排出装置４６とから構成されている。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６１】すなわち、内視鏡形状検出装置３では、図
１２に示すように、データ処理回路４５において、ステ
ップＳ１で処理を開始し初期データが格納されている記
憶部（図示せず）から描画基準位置ファイルを入力し、
ステップＳ２で操作パネル２４からのキー入力に対する
キー操作処理を行うのと平行してステップＳ３で検出回
路４４からセンスコイル２２ｊから検出された磁界強度
信号を取り込む。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】本発明の一実施の形態に係る内視鏡形状検出装
置を備えた内視鏡システムの構成を示す構成図

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図９】図１の内視鏡形状検出装置の構成を示す構成図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ａ６１Ｂ 1/31 (72)発明者 石井 司 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内視鏡の挿入部に配置可能にして、端部
   にて接続された少なくとも２つの空間に仕切られたチュ
   ーブと、 前記チューブの一方の空間に設けられた高周波信号の供
   給により磁界を発生する磁界発生手段と、 前記チューブの一方の空間に流体を供給すると共に、他
   方の空間から前記流体を排出する給排出手段と、 前記磁界発生手段により誘起される信号を検出し、磁界
   情報を検出して前記磁界発生手段の位置を算出すること
   により前記内視鏡の挿入形状を検出する検出手段とを備
   えたことを特徴とする内視鏡挿入形状検出装置。