ENDOSCOPE-SHAPED ANALYZER
WIPO Patent Application WO/
An endoscope-shaped analyzer having an endoscope shape with high identifiability.
The endoscope-shaped analyzer includes coordinate acquisition means (41)
for acquiring the coordinate value of an inserting portion (20), storage means
(42) for storing the coordinate value, straight line setting means (43) for setting
a first straight line A and a second straight line B based on the coordinate value,
coordinate conversion means (44) for calculating a third straight line B2 by
performing coordinate conversion of the second straight line B2 in the past based
on the first line A in the past and the positional relation with the first line A,
judgment means (45) for judging the existence of a position display error from
a positional relation among the first straight line A, the second straight line
B, and the third straight line B2, and correction means (50) for correcting the
second straight line B.
Inventors:
TANAKA, Hideki (43-2 Hatagaya2-chom, Shibuya-ku Tokyo 72, 1510072, JP)
Application Number:
Publication Date:
04/09/2009
Filing Date:
07/17/2008
Export Citation:
OLYMPUS MEDICAL SYSTEMS CORP. (43-2, Hatagaya 2-chome Shibuya-k, Tokyo 72, 1510072, JP)
オリンパスメディカルシステムズ株式会社 (〒72 東京都渋谷区幡ヶ谷二丁目４３番２号 Tokyo, 1510072, JP)
International Classes:
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Foreign References:
JPAJPAJPAJPHA
Other References:
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Attorney, Agent or Firm:
ITOH, Susumu (Musashi Bldg, 4-4 Nishishinjuku 7-chome, Shinjuku-k, Tokyo 23, 1600023, JP)
内視鏡形状解析装置は以下を含む;
挿入部の複数の座標値を取得する座標取得手段、
取得した前記複数の座標値を記憶する記憶手段、
前記複数の座標値に基づいて、第1の直線と、前記第1の直線と位置の比較を行う第2の直線と、を設定する直線設定手段、
前記記憶手段に記憶された過去の前記第1の直線と現在の前記第1の直線との相対的な位置関係に基づいて、過去の前記第2の直線を座標変換し第3の直線を算出する座標変換手段、
前記現在の第1の直線と、前記現在の第2の直線と、前記第3の直線との位置関係から前記挿入部の位置表示の誤りの有無を判断する判断手段。
クレーム1に記載の内視鏡形状解析装置において、
前記判断手段は、前記現在の第2の直線の両端部と前記第3の直線の両端部との4点のうちの3点を頂点とする4つの三角形のいずれかを、前記現在の第1の直線が貫通している場合に、前記挿入部の前記位置表示に前記誤りがあると判断する。
クレーム1に記載の内視鏡形状解析装置において、
前記判断手段は、前記現在の第1の直線から前記現在の第2の直線への最短長の第1のベクトルと、前記現在の第1の直線から前記第3の直線への最短長の第2のベクトルとがなす角度に基づいて、前記挿入部の前記位置表示の前記誤りの有無を判断する。
クレーム3に記載の内視鏡形状解析装置において、
前記判断手段は、前記第1の直線に隣接する一の直線が前記座標変換後に、前記第2のベクトルよりも短く前記現在の第1の直線からの最短長の第3のベクトルを有する場合には、前記第1のベクトルと前記第3のベクトルとがなす角度に基づいて、前記挿入部の前記位置表示の前記誤りの有無を判断する。
クレーム3に記載の内視鏡形状解析装置において、
前記判断手段は、前記第1のベクトルと前記第2のベクトルがなす前記角度が90度以上の場合に前記挿入部の前記位置表示に前記誤りがあると判断する。
クレーム1に記載の内視鏡形状解析装置において、
前記挿入部は複数の磁界発生コイルを備え、前記座標取得手段は、前記磁界発生コイルにより前記座標値を検出する。
クレーム1に記載の内視鏡形状解析装置において、
前記判断手段による前記挿入部の前記表示誤りの発生判断に基づき、警告を発生する警告発生手段をさらに有する。
内視鏡形状解析装置は以下を含む;
挿入部の複数の座標値を取得する座標取得手段、
取得した前記複数の座標値を記憶する記憶手段、
前記複数の座標値に基づいて、第1の直線、および前記第1の直線から最小の大きさの最短ベクトルを有する第2の直線とを設定する直線設定手段、
前記記憶手段に記憶された過去の前記第1の直線と現在の前記第1の直線との相対的な位置関係に基づいて、過去の前記第2の直線を座標変換し第3の直線を算出する座標変換手段、
前記現在の第1の直線と、前記現在の第2の直線と、前記第3の直線との位置関係から前記挿入部の前記位置表示の前記誤りの有無を判断する判断手段、
前記判断手段の判断に基づいて、前記第2の直線を修正する修正手段。
クレーム8に記載の内視鏡形状解析装置において、
前記判断手段は、前記現在の第2の直線の両端部と前記第3の直線の両端部との4点のうちのいずれか3点を頂点とする三角形のいずれかを、前記現在の第1の直線が貫通している場合に、前記挿入部の前記位置表示に前記誤りがあると判断する。
クレーム8に記載の内視鏡形状解析装置において、
前記判断手段は、前記現在の第1の直線から前記現在の第2の直線への最短長の第1のベクトルと、前記現在の第1の直線から前記第3の直線への最短長の第2のベクトルとがなす角度に基づいて、前記挿入部の前記位置表示の前記誤りの有無を判断する。
クレーム10に記載の内視鏡形状解析装置において、
前記判断手段は、前記第1のベクトルと前記第1のベクトルとがなす前記角度が90度以上の場合に前記挿入部の前記位置表示に前記誤りがあると判断する。
クレーム8に記載の内視鏡形状解析装置において、
前記修正手段は、前記判断手段が前記挿入部の前記位置表示の前記誤りが発生していないと判断した場合には、前記最短ベクトルの方向に、前記第2の直線の端点を移動する。
クレーム8に記載の内視鏡形状解析装置において、
前記修正手段は、前記判断手段が前記挿入部の前記位置表示の前記誤りが発生したと判断した場合には、前記最短ベクトルの方向と逆方向に、前記第2の直線の端点を移動する。
クレーム8に記載の内視鏡形状解析装置において、
前記修正手段は、前記判断手段が前記挿入部の前記位置表示の前記誤りが発生したと判断した場合には、前記第2の直線の端点間の前記最短ベクトルの方向と逆方向に仮想座標を内挿する。
クレーム8に記載の内視鏡形状解析装置において、
前記第1の直線と前記第2の直線の、少なくとも前記最短ベクトルの端点周辺の表示色または表示明るさの少なくともいずれかを異ならせる表示画像作成手段を有する。
クレーム8に記載の内視鏡形状解析装置において、
前記挿入部は複数の磁界発生コイルを備え、前記座標取得手段は、前記磁界発生コイルにより前記座標値を検出する。
内視鏡形状解析装置は以下を含む;
挿入部に配設する複数個の磁界発生コイル、
前記複数個の磁界発生コイルからの磁界を検出する、複数のセンスコイルを内蔵したセンスコイルユニット、により座標値を取得する座標取得手段、
取得した複数の前記座標値を時系列的に記憶する記憶手段、
前記複数の座標値に基づいて、第1の直線、および前記第1の直線から最小の大きさの最短ベクトルを有する第2の直線とを設定する直線設定手段、
前記記憶手段に記憶された過去の前記第1の直線と現在の前記第1の直線との相対的な位置関係に基づいて、過去の前記第2の直線を、変換関数としてクォータニオンを用いて座標変換し第3の直線を算出する座標変換手段、
前記現在の第2の直線の両端部と前記第3の直線の両端部との4点のうちの3点を頂点とする4つの三角形のいずれかを、前記現在の第1の直線が、ポリゴンによる貫通判定により貫通している場合に、前記挿入部の前記位置表示に前記誤りがあると判断する判断手段、
前記判断手段の判断に基づいて、前記第2の直線を前記第1の直線から遠ざける修正する修正手段。
クレーム17に記載の内視鏡形状解析装置において、
前記位置表示の誤りが、「すり抜け」現象である。
クレーム18に記載の内視鏡形状解析装置において、
前記第1の直線と前記第2の直線の、交差部分周辺の表示色または表示明るさの少なくともいずれかを異ならせる表示画像作成手段を有する。
Description:
内視鏡形状解析装置
本発明は、内視鏡形状解析装置に関し、特に、複数箇所の座標値を検出する座標取得手段を有する内視鏡形状解析装置に関する。
内視鏡は、体腔内の管腔である被検部に外部から細長の可撓性を有する挿入部を挿入して該被検部を観察したり、必要とする処置が行えたりするようになっている。ところで、前記体腔内の管腔は、大腸や小腸に見られるが如く曲がっており、挿入した挿入部がどの位置まで挿入されているのか、または、どのよ
うな形状になっているのかは術者にとっては容易に分からない。そのため、従来は挿入部を挿入した被検体部に外部からX線を照射して挿入部の管腔への挿入位置、挿入形伏等の挿入状態を検出している。しかし、前記X線は人体に対し無害なわけではなく、しかも照射場所も限られており、挿入部の挿入状態を
検出する手段としては必ずしも好ましいものではない。
そこで、人体への生理的な悪影響を及ぼすことなく、挿入部に複数の磁界発生素子を配設し、体腔外の磁界検知手段を用いることで、挿入部の体腔内管腔への挿入状態を検出できるようにした内視鏡やカテ-テルの挿入状態検出装置および検出方法が提案されている。さらには、挿入部を大腸等に挿入する際に、
腸が腹腔などに固定されていない遊離部分では挿入部が螺旋状にループを描く場合がある。このような挿入部がループを描いた状態、すなわち、腸がループ形状に変形した状態での挿入操作は患者に苦痛を与える。このため、特開号公報には、挿入時の挿入部のループ発生を認知し、術者
に警告を発生することのできる内視鏡形状検出装置が開示されている。
また、特開号公報には、挿入部の形状を測定するために挿入部に配設される磁界発生素子の数は有限であるため、センサ間の挿入部の位置を補間処理により補う方法が開示されている。
特開号公報に開示された内視鏡形状検出装置は、挿入部に配設された複数の磁界発生素子と、体腔外の磁界検知手段との組み合わせにより挿入部の形状を検出している。
図1Aおよび図1Bは、内視鏡形状検出装置による内視鏡形状の検出を説明するための図であり、図2Aおよび図2Bは挿入部20のループの巻き方とループ解消方法を説明するための図である。
図1Aに示すように、内視鏡形状検出装置は、挿入部に配設された複数の磁界発生素子と、体腔外の磁界検知手段との組み合わせにより、例えば8個の磁界発生素子C1~C8の各々の3次元座標を取得することができる。そして、内視鏡形状検出装置は、図1Bに示すように、各座標点を補間することで挿入部
の形状を検知することができる。しかし、磁界発生素子と磁界検知手段との組み合わせによる位置情報検出には誤差が生じることがある。
そして、位置情報検出誤差のために、ループ発生箇所において、ループの巻き方を誤って表示してしまう、すなわち、発生したループの巻き方を誤って逆方向に表示してしまうことがあった。しかし、ループの巻き方向という位置情報は術者にとり非常に重要である。なぜなら、図2に示すように、ループの巻き
方によりループを解消するために、術者が操作する挿入部の回転方向が異なるためである。
図2Aは挿入部20の先端部20a側が基端部20b側よりも術者にとり手前にあるループを示している。図2Aに示したループを解消するには、術者は挿入部の基端部20b側を時計回りに回転する必要がある。これに対して、図2Bに示したループは挿入部20の先端部20a側が基端部20b側よりも術者
にとり後側にある。図2Bに示したループを解消するには、術者は挿入部の基端部20b側を反時計回りに回転する必要がある。
挿入部のループの巻き方が、誤って逆に表示される位置表示誤り現象は、「すり抜け」と呼ばれている。例えば、先端部側の挿入部が基端部側の挿入部より術者に近い位置にある状態(図2A)から、先端部側の挿入部が基端部側の挿入部より術者に遠い位置にある状態(図2B)に変化することは、あたかも、
先端部側の挿入部が基端部側の挿入部をすり抜けていったように見えるためである。
さらに、図2Cに示すように、挿入部20の形状表示が誤りなく正しく表示されていても、ループの交差部においては、先端部20a側の挿入部と基端部20b側の挿入部のどちらが術者に近い位置にあるかの判別が困難となる場合がある。このループの交差部における識別困難現象は2次元の表示画面上で3次
元の内視鏡形状を表示しているために発生する現象である。
前述のように、内視鏡形状解析装置の「すり抜け」現象、およびループの交差部における識別困難現象は、術者の誤った内視鏡操作を招く可能性があり、かかる挿入部の位置表示誤りの発生を確実に発見できる内視鏡形状解析装置、および内視鏡形状の識別性の高い内視鏡形状解析装置が望まれていた。
本発明は、挿入部の位置表示誤りの発生を確実に発見する内視鏡形状解析装置、および内視鏡形状の識別性の高い内視鏡形状解析装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明の内視鏡形状解析装置は、挿入部の複数の座標値を取得する座標取得手段と、取得した前記複数の座標値を、記憶する記憶手段と、前記複数の座標値に基づいて、第1の直線および前記第1の直線と位置の比較を行う第2の直線とを設定する直線設定手段と、前記記憶手段に記憶さ
れた過去の第1の直線と現在の第1の直線との相対的な位置関係に基づいて、過去の第2の直線を座標変換し第3の直線を算出する座標変換手段と、前記現在の第1の直線と、前記現在の第2の直線と、前記第3の直線との位置関係から前記挿入部の位置表示の誤りの有無を判断する判断手段とを有する。
また、本発明の内視鏡形状解析装置は、挿入部の複数の座標値を取得する座標取得手段と、取得した前記複数の座標値を記憶する記憶手段と、前記複数の座標値に基づいて、第1の直線、および第1の直線から最小の大きさの最短ベクトルを有する第2の直線とを設定する直線設定手段と、前記記憶手段に記憶さ
れた過去の第1の直線と現在の第1の直線との相対的な位置関係に基づいて、過去の第2の直線を座標変換し第3の直線を算出する座標変換手段と、前記現在の第1の直線と、前記現在の第2の直線と、前記第3の直線との位置関係から前記挿入部の位置表示の誤りの有無を判断する判断手段と、前記判断手段の
判断に基づいて、前記第2の直線を修正する修正手段とを有する。
図1Aは、内視鏡形状検出装置による内視鏡形状の検出を説明するための図である。 図1Bは、内視鏡形状検出装置による内視鏡形状の検出を説明するための図である。 図2Aは、挿入部のループの巻き方とループ解消方法を説明するための図である。 図2Bは、挿入部のループの巻き方とループ解消方法を説明するための図である。 図2Cは、挿入部のループ交差部の表示の例を示した図である。 図3は、第1の実施の形態の内視鏡形状解析装置の構成を説明するための構成図である。 図4は、第1の実施の形態の内視鏡形状解析装置の動作の流れを説明するためのフローチャートである。 図5Aは、第1の実施の形態の直線設定手段の動作を説明するための説明図である。 図5Bは、第1の実施の形態の直線設定手段の動作を説明するための説明図である。 図5Cは、第1の実施の形態の直線設定手段の動作を説明するための説明図である。 図5Dは、第1の実施の形態の直線設定手段の動作を説明するための説明図である。 図6Aは、第1の実施の形態の座標変換手段の動作を説明するための説明図である。 図6Bは、第1の実施の形態の座標変換手段の動作を説明するための説明図である。 図6Cは、第1の実施の形態の座標変換手段の動作を説明するための説明図である。 図6Dは、第1の実施の形態の座標変換手段の動作を説明するための説明図である。 図6Eは、第1の実施の形態の座標変換手段の動作を説明するための説明図である。 図7Aは、第1の実施の形態の判断手段の動作を説明するための説明図である。 図7Bは、第1の実施の形態の判断手段の動作を説明するための説明図である。 図7Cは、第1の実施の形態の判断手段の動作を説明するための説明図である。 図8は、第2の実施の形態の内視鏡形状解析装置の動作の流れを説明するためのフローチャートである。 図9Aは、第2の実施の形態の判断手段の動作を説明するための説明図である。 図9Bは、第2の実施の形態の判断手段の動作を説明するための説明図である。 図10Aは、第2の実施の形態の判断手段の動作を説明するための説明図である。 図10Bは、第2の実施の形態の判断手段の動作を説明するための説明図である。 図11は、第3の実施の形態の内視鏡形状解析装置の構成を説明するための構成図である。 図12は、第3の実施の形態の内視鏡形状解析装置の動作の流れを説明するためのフローチャートである。 図13Aは、第3の実施の形態の修正手段の動作を説明するための説明図である。 図13Bは、第3の実施の形態の修正手段の動作を説明するための説明図である。 図14Aは、第3の実施の形態の修正手段の動作を説明するための説明図である。 図14Bは、第3の実施の形態の修正手段の動作を説明するための説明図である。 図15Aは、第3の実施の形態の修正手段の動作を説明するための説明図である。 図15Bは、第3の実施の形態の修正手段の動作を説明するための説明図である。 図16は、第3の実施の形態の修正手段の動作を説明するための説明図である。 図17は、第3の実施の形態の修正手段の動作を説明するための説明図である。 図18は、第3の実施の形態の修正手段の動作を説明するための説明図である。 図19は、第3の実施の形態の修正手段の動作を説明するための説明図である。 図20は、第3の実施の形態の内視鏡形状解析装置の挿入部のループ交差部の表示の例を示した図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
&第1の実施の形態&
図3は、本発明の第1の実施の形態の内視鏡形状解析装置1の構成を説明するための構成図である。
図3に示すように、本実施の形態の内視鏡システム2は、内視鏡検査を行う内視鏡装置3と、この内視鏡装置3と接続され内視鏡検査の補助に用いられる内視鏡形状解析装置1とを備える。内視鏡形状解析装置1は、例えば、ベッドに横たわる患者(不図示)の体腔内に可撓性を有する細長の挿入部20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。なお、内視鏡システム2は、図示しない光源部、撮像素子、制御部等の通常の内視鏡機能を有する。
挿入部20は、先端部20a、湾曲部および可撓管とが先端部20aから基端部20bに順次連接されて構成されている。挿入部20には鉗子チャンネルが設けてあり、この鉗子チャンネルの挿入口から例えば複数個の磁気発生素子(またはソースコイル)30を有するプローブを挿通することにより、挿入部2
0内にソースコイル30が設置される。あるいは、あらかじめソースコイル30が配設された挿入部20を有する内視鏡を用いてもよい。
このソースコイルプローブの後端から延出されたソースコイル30と接続された配線は、端子21を介して内視鏡形状解析装置1に接続される。そして、内視鏡形状解析装置1の座標取得手段41から高周波信号(駆動信号)を印加することにより、ソースコイル30は磁界を周囲に放射する。
また、患者が横たわるベッド(不図示)の近傍にはソースコイル30からの磁界を検出する複数のセンスコイルを内蔵したセンスコイルユニット31が配置されている。
以下、内視鏡形状解析装置1の詳細な構成について説明する。内視鏡形状解析装置1は、図3に示すように、ソースコイル30を駆動し、センスコイルユニット31が受信した信号から各ソースコイル30の座標値を取得する座標取得手段41と、取得した前記複数の座標値を、記憶する記憶手段である記憶手段
42と、複数のソースコイル30の座標値に基づいて、第1の直線Aおよび第1の直線と位置の比較を行う第2の直線Bとを設定する直線設定手段43と、記憶手段に記憶された過去の第1の直線A1と現在の第1の直線Aとの相対的な位置関係に基づいて、過去の第2の直線B1を座標変換し第3の直線B2を
算出する座標変換手段44と、現在の第1の直線Aと、前記現在の第2の直線Bと、第3の直線B2との位置関係から挿入部20の位置表示の誤りの有無を判断する判断手段45とを有する。
また、内視鏡形状解析装置1は、各ソースコイル30の座標値から内視鏡形状を表示するための表示画像作成手段47と、内視鏡形状を表示するための表示手段48と、判断手段45からの情報に基づき警告を発生する警告発生手段46とを有する。
複数のソースコイル30すなわち、磁界発生コイルは、挿入部20に所定の間隔で特定の位置に配設されている。ソースコイル30の配設間隔は等間隔でなく、例えば、先端部側は基端部側に比べて、より密に配設してもよい。
それぞれのソースコイル30を異なる周波数の正弦波の駆動信号電流で駆動することで、それぞれのソースコイル30の3次元座標を区別して取得する。なお、座標取得手段41による各ソースコイル30の空間位置座標、すなわち3次元座標の取得方法は本出願人が先に出願した特開号
公報等に詳細に記載しており、本実施の形態においても同様な方法により取得するため、詳細な説明は省略する。
次に、図4から図7Cを用いて、本実施の形態の内視鏡形状解析装置1による挿入部20の位置表示誤り、すなわち「すり抜け」現象発生の有無の判断方法を説明する。図4は、本実施の形態の内視鏡形状解析装置1の動作の流れを説明するためのフローチャートであり、図5Aから図5Dは直線設定手段の動作
を説明するための説明図であり、図6Aから図6Eは、座標変換手段の動作を説明するための説明図であり、図7Aから図7Cは判断手段の動作を説明するための説明図である。
以下、図4のフローチャートに従い内視鏡形状解析装置1による挿入部20の位置表示誤り、すなわち「すり抜け」現象発生の有無の判断方法を説明する。
&ステップS11およびステップS12&
なお、以下の説明は説明を簡単にするために、図5Aに示すような、8個のソースコイルC1~C8が特定箇所に配設された挿入部20を有する内視鏡の形状解析について説明する。
最初に、直線設定手段43は、座標取得手段41からの、複数の座標値に基づいて、位置表示誤り発生の有無を検査する、すなわち「すり抜け」現象発生の有無の判断を行う対象とする第1の直線Aおよび第2の直線Bとを設定する。
直線設定手段43は、図5Bに示すように、隣り合う各ソースコイルを結ぶ7本の直線L1~L7を算出する。そして、例えば、図5Cに示すように、直線設定手段43は、選択された一の直線L3の重心(中点)から他の直線への重心(中点)へのベクトルを算出する。さらに直線設定手段43は、順に、7本
全ての直線について算出済みのベクトルと方向のみが異なるベクトルを除いて、他の直線への重心(中点)へのベクトルを算出する。合計21本のベクトルの中で大きさが最も小さいベクトル(最短ベクトル)の基点となった直線L3とL6を、直線設定手段43は、それぞれ第1の直線A、第2の直線Bとして
設定する。
なお、直線L3を第2の直線B、L6を第1の直線Aとしても以下の処理は同様で同様の結果が得られる。また、直線設定手段43は全ての直線間のベクトルを算出する必要はなく、前回の直線設定時に比較的近接していた直線のみについて算出してもよい。
また、最短ベクトルABとしては、各直線の重心(中点)を基準とする替わりに、直線Aと直線Bとの間の最小の大きさのベクトルABを基準としてもよい。
&ステップS13&
ステップS12で算出した最短ベクトルABの大きさが所定値以上(Yes)場合には「すり抜け」現象が発生することはないため、内視鏡形状解析装置1は、「すり抜け未発生」と判断する(ステップS21)。
すなわち、「すり抜け」現象は、内視鏡の直径をd、被検体壁(腸壁)の厚さをtとした時に、前述の最短ベクトルの大きさFが以下の式で示される関係の場合に発生するからである。
F&K=k×(d+2t)
ここで、kは、処置の内容および内視鏡形状解析装置1の位置情報検出誤差の程度により異なるが、5以下であり、好ましくは3以下である。前記範囲を超えると、「すり抜け」現象が発生することはない。隣り合う挿入部20間の距離が位置情報検出誤差を超えているためである。
&ステップS14&
ステップS12で算出した最短ベクトルABの大きさFが所定値K:k×(d+2t)未満(No)場合には、内視鏡形状解析装置1は、直線Bを「すり抜け」現象が発生する可能性のある判定対象として、ステップS15以降の処理を行う。
&ステップS15&
座標変換手段44は、直線設定手段が設定した2本の直線(第1の直線および第2の直線)の両端の各ソースコイルの過去の座標値を記憶手段42から取得する。
なお、記憶手段42は、各ソースコイルの座標値を時系列的に記憶している。ここで、時系列的に記憶するとは、過去の各ソースコイルの座標値を時間の情報とともに記憶していることを意味する。ソースコイルの座標値の取得周期は例えば0.01~1秒程度であるが、記憶手段42は少なくとも前回、座標取
得手段41が取得したソースコイルの座標値を記憶している。なお、記憶手段42が記憶する過去の各ソースコイルの座標値が前回、取得したソースコイルの座標値のみの場合には、時間情報を記憶することは不要である。
座標変換手段44が取得する過去の座標値は、前回、座標取得手段41が取得した座標値あるいは、術者があらかじめ指定した所定の期間、例えば1~5秒前に座標取得手段41が取得した座標値である。術者による内視鏡挿入の速度により最適の過去の座標値は異なるためである。
&ステップS16&
座標変換手段44は、第1の直線Aの移動に関する変換関数を生成する。
以下、図6Aに示す現在の状態の第1の直線Aと第2の直線Bに対して、過去の第1の直線A1と第2の直線B1が図6Bに示す状態であった場合を例に説明する。第1の直線AおよびA1はソースコイルC(i)とC(i+1)、第2の直線BおよびB1はソースコイルC(j)とC(j+1)のそれぞれが検
出した座標値を結ぶ直線である。
すなわち、第1の直線AおよびA1についてみると、図6Cに示すようにソースコイルC(i)とC(i+1)は移動している。移動はソースコイルC(i)とC(i+1)を結ぶベクトルC(i)C(i+1)の重心(中心)の平行移動と回転移動であり、変換関数で表現することができる。
変換に用いる変換関数としては、例えば、クォータニオン(Quaternion)を用いることができる。クォータニオンは四元数であり、2つのベクトルpおよびqの関係を示すクォータニオンは、以下の手順で生成する。すなわち、最初に、ベクトルpとベクトルqの外積rを求める。ここで、外積rはベ
クトルpおよびベクトルqに直交する。次に、ベクトルpとベクトルqのなす角度θを内積により求める。そして、外積rを軸としてθだけ回転するクォータニオンを生成する。
&ステップS17&
座標変換手段44は、図6Dに示すように、過去の第2の直線B1をステップS16で生成した第1の直線Aの移動に関する変換関数で、現在の第1の直線Aを基準とした基準座標系に変換し、第3の直線B2を算出する。言い換えれば、座標変換手段44は、記憶手段42に記憶された過去の第1の直線A1と
現在の第1の直線Aとの相対的な位置関係に基づいて、過去の第2の直線B1を座標変換し第3の直線B2を算出する。この、第3の直線B2は、第1の直線Aが全く移動しなかった状態での、過去の第2の直線B1の位置を示している。
すなわち、図6Eに示すように、第1の直線Aに対して、第2の直線Bは第3の直線B2の位置から現在の位置に移動していることが解る。
判断手段45は、図6Eに示す、第1の直線Aと第2の直線Bと第3の直線B2との位置から、「すり抜け」現象の発生の有無を判断する。
なお、図4における(I)表示は、第2の実施の形態の内視鏡形状解析装置1の処理への分岐である。
&ステップS18&
本実施の形態の内視鏡形状解析装置1の判断手段45は、図7Aおよび図7Bに示すように、現在の第2の直線Bの両端部と第3の直線B2の両端部の4点のうちのいずれか3点を頂点とする三角形を求める。ここで、第2の直線Bの両端部と第3の直線B2の両端部の4点のうちのいずれか3点を頂点とする三
角形は、図7Aおよび図7BにおいてT1~T4で示すように、4個ある。
&ステップS19&
本実施の形態の内視鏡形状解析装置1の判断手段45は、図7Aおよび図7Bに示すように、現在の第2の直線Bの両端部と第3の直線B2の両端部の4点のうちのいずれか3点を頂点とする4つの三角形のいずれかを、現在の第1の直線Aが貫通している場合(Yes)に、挿入部20の位置表示に誤りがある
と判断する(ステップS20)。反対に、判断手段45は4つの三角形の全てが現在の第1の直線Aが貫通していない場合(No)に、挿入部20の位置表示に誤りはないと判断する(ステップS22)。
すなわち、判断手段45は、第1の直線Aが、4個の三角形(T1~T4)のうちの1個以上の平面を貫通していた場合には、「すり抜け」現象が発生していると判断する。
なお、図7Cに示すように、判断手段45は、第2の直線Bの両端部と第3の直線B2の両端部の4点を結ぶ4角形と第1の直線Aとの関係を調べることからも、「すり抜け」現象の発生の有無は判断できる。しかし、3次元空間上の4点を結ぶ4角形は、2次元平面にはなく、歪んだ4角形である。このため、
ポリゴンにより表現するためには、さらに処理が必要となる。これに対して3次元空間上の4点のうちのいずれか3点を頂点とする三角形は、いずれもが2次元図形である。このため、三角形を用いたポリゴンによる貫通判定は容易であり、かつ、「すり抜け」現象の発生の有無の判定に誤差が生じにくい。
&ステップS21&
判断手段45からの「すり抜け」現象の発生の情報に基づき、警告発生手段46は警告を発生する。警告発生手段46が発する警告は、表示画像作成手段47を介して表示手段48に表示される視覚による警告以外に、公知の音、光または振動等による警告であってもよい。
なお、内視鏡形状解析装置1は、コイル間直線の間の最短ベクトルの大きさが十分に小さい場合には交差関係を正確に特定することは困難である。このため、内視鏡形状解析装置1は、コイル間直線の最短ベクトルの大きさが十分な大きさになるまでは、上記処理を停止しておくことが好ましい。また、術者の操
作段階により、「すり抜け」現象が発生する可能性がない場合には、やはり上記処理を停止しておくことが好ましい。すなわち、必要に応じて術者は上記処理を開始および停止することができる。
本実施の形態の内視鏡形状解析装置1は、挿入部20の過去の位置情報と、現在の位置情報とを元に位置表示誤りの発生を判断する。このため、内視鏡形状解析装置1は挿入部20の位置表示誤りの発生を確実に発見することができる。
&第2の実施の形態&
次に、図8から図10Bを用いて、第2の実施の形態の内視鏡形状解析装置1B(不図示)による挿入部20の位置表示誤り、すなわち「すり抜け」現象発生の有無の判断方法を説明する。本実施の形態の内視鏡形状解析装置1Bは、第1の実施の形態の内視鏡形状解析装置1と類似しているため、同じ構成要素
には同じ符号を付し説明は省略する。図8は、本実施の形態の内視鏡形状解析装置1Bの動作の流れを説明するためのフローチャートであり、図9Aから図10Bは内視鏡形状解析装置1Bの判断手段45B(不図示)の動作を説明するための説明図である。
以下、図8のフローチャートに従い内視鏡形状解析装置1Bによる挿入部20の位置表示誤り、すなわち「すり抜け」現象発生の有無の判断方法を説明する。
なお、本実施の形態の内視鏡形状解析装置1Bの構成および一部の動作は、第1の実施の形態の内視鏡形状解析装置1と同様のため、異なる箇所のみを説明する。すなわち、本実施の形態の内視鏡形状解析装置1Bの動作は、図4に示したステップS11からS17までは内視鏡形状解析装置1と同様であるが、
判断手段45Bによる位置表示誤りの判定手法が異なる。
&ステップS41&
判断手段45Bは、図9Aに示すように、第1の直線Aと第3の直線B2との間の最小の大きさのベクトルAB2を求める。ここで、直線AとベクトルABおよびベクトルAB2は、直交しており、図9Aに示すθ1およびθ2はいずれも90度である。
&ステップS42&
判断手段45Bは、ベクトルAB2の大きさが所定の値以上かどうか判断する。ここで、所定の値とは、ステップS13で用いたKが好ましいが、Kとは異なる値を用いることもできる。
&ステップS43&
ベクトルAB2の大きさが、所定の値以上の場合(ステップS42:Yes)には、判断手段45Bは、ベクトルABおよびベクトルAB2がなす角度θ3を算出する。なお、第1の直線Aと第2の直線Bとの間の最小の大きさのベクトルABは、ステップS12で算出済みである。また、図9Bは、直線Aの軸
垂直方向から観察したベクトルABおよびベクトルAB2を示している。
&ステップS44~S46&
判断手段45Bは、ベクトルABおよびベクトルAB2がなす角度θ3が90度以上の場合(Yes)に、「すり抜け」現象が発生していると判断し(ステップS45)、警告発生手段46は警告を発生する(ステップS46)。
&ステップS47&
ステップS42において、ベクトルAB2の大きさが所定の値未満の場合(No)、判断手段45Bは、図10Aに示すように、直線Bに隣接する直線Cについて、ステップS17と同様の手法で、過去の直線C1から現在の第1の直線Aを基準とした基準座標系に変換し、第4の直線C2を算出する。
これは、判断手段45Bが、挿入部20が大きく移動し、「すり抜け」現象が、直線Bと直線Cの間で発生していないかを判断するためである。なお、直線Bに隣接する直線Cとは、直線Bの両端のソースコイルC(j)とC(j+1)のいずれかを共用する2本の直線のうちの、直線Aに隣接した、すなわち小
さい大きさのベクトルを有する直線である。
&ステップS48&
判断手段45Bは、直線Aと直線C2の間の最小の大きさのベクトルAC2が、所定の大きさ未満の場合、挿入部20の位置表示に誤りはないと判断する(ステップS50)。ここで、所定の値とは、ステップS14で用いたKが好ましいが、Kとは異なる値を用いることもできる。
&ステップS49&
ベクトルAC2の大きさが、所定の値以上の場合(ステップS48:Yes)には、判断手段45Bは、ベクトルABおよびベクトルAC2がなす角度θ4を算出する。なお、図10Bは、直線Aの軸垂直方向から観察したベクトルABおよびベクトルAC2を示している。
&ステップS44~S46&
判断手段45Bは、ベクトルABおよびベクトルAC2がなす角度θ4が90度以上の場合(Yes)に、「すり抜け」現象が発生していると判断し(ステップS45)、警告発生手段46は警告を発生する(ステップS46)。
&ステップS50&
ステップS48において、ベクトルAC2が、所定の大きさ未満の場合、および、ステップS44においてベクトルABおよびベクトルAC2がなす角度θ4が90度未満の場合、判断手段45Bは、「すり抜け」現象は発生していない、すなわち、位置表示に誤りはないと判断する。
本実施の形態の内視鏡形状解析装置1Bの判断手段45Bは、第1の直線Aに隣接する2本の直線のうちの一の直線である直線Cが、第1の直線Aの移動に関する変換関数による座標変換後に、第2のベクトルであるベクトルAB2よりも短く現在の第1の直線Aからの最短長の第3のベクトルであるベクトルA
C2を有する場合には、第1のベクトルであるベクトルABと第3のベクトルであるベクトルAC2とがなす角度θ4に基づいて、挿入部20の位置表示の誤りの有無を判断する。
本実施の形態の内視鏡形状解析装置1Bは、挿入部20の過去の位置情報と、現在の位置情報とを元に位置表示誤りの発生を判断する。このため、内視鏡形状解析装置1Bは挿入部20の位置表示誤りの発生を確実に発見することができる。また、内視鏡形状解析装置1Bは、ベクトルを基に位置表示誤りの発生
を判定するため、内視鏡形状解析装置1が有する効果に加えて、処理が容易である。
&第3の実施の形態&
次に、図11から図20を用いて、本発明の第3の実施の形態の内視鏡形状解析装置1Cによる表示画像の修正方法を説明する。本実施の形態の内視鏡形状解析装置1Cは、第1の実施の形態の内視鏡形状解析装置1と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図11は、本実施の形態の内視鏡システム2Cの構成を説明するための構成図である。図11に示すように、本実施の形態の内視鏡形状解析装置1Cは、判断手段45の判断に基づいて、第2の直線Bを修正する修正手段50を有する。
次に、図12は、本実施の形態の内視鏡形状解析装置1Cの動作の流れを説明するためのフローチャートであり、図13から図12は修正手段50の動作を説明するための説明図である。
以下、図12のフローチャートに従い内視鏡形状解析装置1Cによる表示画像の修正方法を説明する。なお、本実施の形態の内視鏡形状解析装置1Cの構成および一部の動作は、第1の実施の形態の内視鏡形状解析装置1と同様のため、異なる箇所のみを説明する。すなわち、本実施の形態の内視鏡形状解析装置
1CのステップS61からS70までの動作は、図4に示した内視鏡形状解析装置1のステップS11からS20までの動作と同様であるが、修正手段50による第2の直線Bを修正するステップS71およびS72を有する。
&ステップS69&
内視鏡形状解析装置1と同様に、内視鏡形状解析装置1Cの判断手段45は、第1の直線Aが、4個の三角形(T1~T4)のうちの1個以上の平面を貫通していた場合には、「すり抜け」現象が発生していると判断する。
なお、判断手段45からの「すり抜け」現象の発生の情報に基づき、警告発生手段46は術者に発生を知らせるために、警告を発生してもよい。
&ステップS70、ステップS71&
修正手段50は、判断手段45が挿入部20の位置表示の誤りが発生したと判断した場合には、修正方法1による直線Bの修正を行う。修正方法1は、最短ベクトルの方向と逆方向に、第2の直線Bの端点を移動する修正方法である。修正方法1による直線Bの端点を移動量は、最短ベクトルABの大きさFに所
定値を加算した量となる。ここで、所定値はステップS63の所定値Kと同じ値を使用することができるが、異なる値でも良い。すなわち、直線Bは直線Aから所定値の大きさの最短ベクトルを有する直線に修正される。
&ステップS72、ステップS73&
修正手段50は、判断手段45が挿入部20の位置表示の誤りが発生していないと判断した場合には、修正手段50は、修正方法2による直線Bの修正を行う。修正方法2は、最短ベクトルの方向に、第2の直線Bの端点を移動する修正方法である。修正方法2による直線Bの端点を移動量は、所定値から最短ベ
クトルABの大きさFを減算した量となる。ここで、所定値はステップS63の所定値と同じ値を使用することができるが、異なる値でも良い。すなわち、直線Bは直線Aから所定値の大きさの最短ベクトルを有する直線に修正される。
以下、図13Aから図15Bを用いて、修正手段50による修正方法について説明する。図13Aおよび図13Bは、直線A、Bが互いに近接していない場合の説明図であり、図14Aおよび図14Bは直線A、Bが互いに近接しているが、「すり抜け」現象が未発生の場合の修正方法2を説明するための説明図
であり、図15Aおよび図15Bは、「すり抜け」現象が発生の場合の修正方法1を説明するための説明図である。
図13Aおよび図13Bは、直線A、B間の最短ベクトルABの大きさFが所定値K以上の場合であり、図13Aは3次元空間上の直線Aおよび直線Bを示した図であり、図13Bは、最短ベクトルABを含む平面における直線Aおよび直線Bを示した図である。直線Aと直線Bとの距離が大きく離れているため
、交差部における識別困難現象も発生する可能性は低い。このため、内視鏡形状解析装置1は、問題なしと判断し、以降の処理は行わない。
図14Aおよび図14Bは、直線A、B間の最短ベクトルABの大きさFが所定値K未満であるが、位置表示の誤りが発生していない場合の修正方法2を説明するための説明である。図14Aは3次元空間上の直線A、直線Bおよび修正後の直線bを示した図であり、図14Bは、最短ベクトルABを含む平面に
おける直線A、直線Bおよび修正後の直線bを示した図である。修正手段50は、直線Aと直線Bとは近接しており、識別困難現象が発生する可能性があるため、直線Bを直線Aから遠ざける修正を行う。位置表示の誤りが発生していないため、修正方法2による修正であり、直線Bの端点を移動量は、所定値か
ら最短ベクトルABの大きさFを減算した量、すなわち(K-F)となる。
図15Aおよび図15Bは、直線A、B間の最短ベクトルABの大きさFが所定値K未満であり、かつ、位置表示の誤りが発生している場合の修正方法1を説明するための説明である。図15Aは3次元空間上の直線A、直線Bおよび修正後の直線bを示した図であり、図15Bは、最短ベクトルABを含む平面
における直線A、直線Bおよび修正後の直線bを示した図である。修正手段50は、直線Aと直線Bとは近接しており、識別困難現象が発生する可能性があるため、直線Bを直線Aから遠ざける修正を行う。位置表示の誤りが発生しているため、修正方法1による修正であり、直線Bの端点を移動量は、所定値に
最短ベクトルABの大きさFを加算した量、すなわち(K+F)となる。
直線Bの修正方法としては、図16および図17に示すように、直線Bの両端部の2つのソースコイルC(j)およびC(j+1)の座標を上記で説明した所定の座標に移動することが好ましい。なお、2つのソースコイルC(j)およびC(j+1)の移動は、直線Bだけでなく、直線Bと接続している2本の
直線、言い換えれば、ソースコイルC(j)およびC(j+1)を共用している2本の直線も同時に移動することを意味する。
なお、直線Bの修正方法としては、図18および図19に示すように、第2の直線Bの端点間に仮想のソースコイルC(k)を内挿、すなわち、仮想座標を内挿する方法も用いることができる。この場合には直線Bは修正され2本の直線b1およびb2になる。しかし、図18に示すように1個の仮想のソースコ
イルC(k)を設ける修正方法では、直線Bと接続している直線C等と不自然な形状となる、すなわち修正が破綻を生じることもある。このため、仮想のソースコイルC(k)を設ける場合には2個以上の仮想のソースコイルを設けることが好ましい。
また、修正手段50が第2の直線Bを修正した場合には、表示されている内視鏡形状が修正がある形状であることを術者に通知することが好ましい。この通知方法としては、例えば、表示手段48の表示画面上に特定のマークを表示することや、修正された直線Bを特別な色で表示する等の方法を用いることがで
さらに、内視鏡形状解析装置1は、識別性を高めるために、図20に示すように、第1の直線Aと第2の直線Bの少なくとも最短ベクトルABの端点周辺の表示色または表示明るさの少なくともいずれかを異ならせる表示画像作成手段47を有することが好ましい。図20は表示手段48の表示画面48aの一例
を示した図である。少なくとも最短ベクトルABの端点周辺の第1の直線Aと第2の直線Bとは、表示画面における挿入部20の交差部分の周辺であり、第1の直線Aと第2の直線Bの全部の表示色または表示明るさの少なくともいずれかを異ならせてもよい。なお、ここでの、第1の直線Aおよび第2の直線B
とは、表示画像作成手段47が挿入部形状の画像を形成する際に使用する4つの座標点を明示するためのものであり、実際に表示画面に表示される画像は第1の直線Aおよび第2の直線Bそのものではなく、図13に示すような第1の直線Aおよび第2の直線Bが補間処理された曲線であっても同様である。
なお、表示画像作成手段47は、上記のステップ13において所定値未満の場合に設定された第1の直線Aと第2の直線Bについて上記の表示色等を異なる形態とする処理を行うが、上記のステップ13とは異なる判断基準により処理を行ってもよい。
挿入部20の交差している部分の表示色または表示明るさの少なくともいずれかを互いに異ならせることで、交差部分における挿入部20の前後関係が、術者に明瞭に識別することができるようになる。
本実施の形態の内視鏡形状解析装置1Cは、内視鏡形状解析装置1が有する効果に加えて、挿入部20の形状を識別性の高い形状に修正するため、内視鏡形状の識別性が高い。そして、内視鏡形状解析装置1Cは、特に、位置表示の誤りの有無の判断に基づき、修正を行うために修正の誤りがない。
&第3の実施の形態の変形例1&
以下、上記実施の形態の内視鏡形状解析装置1Cの変形例として、異なる方法による挿入部20の位置表示誤り、すなわち「すり抜け」現象発生の有無の判断方法を用いる内視鏡形状解析装置について説明する。
本変形例においては、内視鏡形状解析装置は、挿入部20の位置表示誤りの有無を判断するために、まず、直線Aと直線Bの最短ベクトルABと、直線Aと直線2の最短ベクトルAB2を算出する。そして、さらに、内視鏡形状解析装置1は、ベクトルABおよびベクトルAB2がなす角度θ3を算出する。そし
て、判断手段45は、この角度θ3に基づき「すり抜け」現象の発生の有無を判断する。θ3が90度以上の場合に、「すり抜け」現象が発生していると判断する。つまり、判断手段45は、2つのベクトルがなす角度θ3が90度以上の場合に挿入部20の位置表示に誤りがあると判断する。
すなわち、本変形例の内視鏡形状解析装置1の判断手段45は、現在の第1の直線Aから現在の第2の直線Bへの最短長の第1のベクトルであるベクトルABと、現在の第1の直線Aから第3の直線B2への最短長の第2のベクトルであるベクトルAB2とがなす角度に基づいて、挿入部20の位置表示の誤りの
有無を判断する。
なお、判断手段は45、第1の直線Aに隣接する2本の直線のうちの一の直線である直線Cが、第1の直線Aの移動に関する変換関数による座標変換後に、第2のベクトルであるベクトルAB2よりも短く現在の第1の直線Aからの最短長の第3のベクトルであるベクトルAC2を有する場合には、第1のベクト
ルであるベクトルABと第3のベクトルであるベクトルAC2とがなす角度θ4に基づいて、挿入部20の位置表示の誤りの有無を判断してもよい。
本変形例の内視鏡形状解析装置は、ポリゴンによる貫通判定を用いる第3の実施の形態の内視鏡形状解析装置1Cと同様の効果を有し、さらに内視鏡形状解析装置1Cよりも高速で処理が可能である。
本発明は、上述した実施の形態および変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
本出願は、日に日本国に出願された特願号および日に日本国に出願された特願号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。
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