JP2008136628A - 内視鏡挿入形状解析システム - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡の挿入部の挿入操作を従来に比べてスムーズにすることが可能な内視鏡挿入形状解析システムを提供する。
【解決手段】本発明の内視鏡挿入形状解析システムは、被検体内に挿入された内視鏡の挿入部における複数の箇所の座標値に基づき、前記挿入部の挿入形状を検出する挿入形状検出部と、前記挿入形状に応じた線分を生成するとともに、前記線分上に複数の分割点を設定する挿入形状分割部と、前記挿入部の基端側における移動速度に基づいて前記挿入部に対して挿入操作がなされているか否かを検出するとともに、前記複数の分割点のうち、所定の座標軸における座標値が局所的に極大となり、かつ、前記挿入操作に伴って変動する前記移動速度の伝達率が所定の閾値未満である一の分割点を検出する挿入停止点推定部と、 を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡挿入形状解析システムに関し、特に、被検体内に挿入された内視鏡の挿入部による大腸の伸展を検出可能な内視鏡挿入形状解析システムに関するものである。

内視鏡は、医療分野及び工業分野等において従来広く用いられている。また、内視鏡は、例えば、医療分野においては、生体組織等に対して観察及び種々の処置を行う際に用いられている。

特に、内視鏡が有する挿入部を被験者の肛門側から挿入し、下部消化管に対して観察や種々の処置を行う場合においては、該挿入部を屈曲した体腔内に円滑に挿入するために、体腔内における該挿入部の位置、屈曲状態等を検出することのできる内視鏡挿入形状解析システムが、内視鏡と併せて用いられている。

前述した内視鏡挿入形状検出システムと略同様の機能を有する装置としては、例えば、特許文献１の内視鏡挿入形状解析装置がある。

特許文献１の内視鏡挿入形状解析装置は、所定の期間内において、大腸内に挿入された内視鏡の先端部の移動距離が所定の閾値以下であり、かつ、該大腸内に挿入された内視鏡の挿入部の長さが増加し続けていることを検出した場合に、該大腸の伸展が生じていると判定するような機能を有している。
特開２００４−３５８０９５号公報

一般的に、内視鏡の先端部が大腸内の脾湾曲部以降に到達している場合、内視鏡の挿入部の中間部が腸管を押すことにより大腸の伸展が生じる。しかし、特許文献１の内視鏡挿入形状解析装置は、大腸の伸展が内視鏡の挿入部のどの位置において生じているかを特定するための構成を有していないことにより、前述したような、内視鏡の挿入部の中間部において生じる大腸の伸展を検出することができない場合がある。その結果、特許文献１の内視鏡挿入形状解析装置においては、ユーザが内視鏡の挿入部の挿入操作をスムーズに行うことができない、という課題が生じている。

本発明は、前述した点に鑑みてなされたものであり、内視鏡の挿入部の挿入操作を従来に比べてスムーズにすることが可能な内視鏡挿入形状解析システムを提供することを目的としている。

本発明における第１の内視鏡挿入形状解析システムは、被検体内に挿入された内視鏡の挿入部における複数の箇所の座標値に基づき、前記挿入部の挿入形状を検出する挿入形状検出部と、前記挿入形状に応じた線分を生成するとともに、前記線分上に複数の分割点を設定する挿入形状分割部と、前記挿入部の基端側における移動速度に基づいて前記挿入部に対して挿入操作がなされているか否かを検出するとともに、前記複数の分割点のうち、所定の座標軸における座標値が局所的に極大となり、かつ、前記挿入操作に伴って変動する前記移動速度の伝達率が所定の閾値未満である一の分割点を検出する挿入停止点推定部と、を有することを特徴とする。

本発明における第２の内視鏡挿入形状解析システムは、被検体内に挿入された内視鏡の挿入部における複数の箇所の座標値に基づき、前記挿入部の挿入形状を検出する挿入形状検出部と、前記挿入形状に応じた線分を生成するとともに、前記線分上に複数の分割点を設定する挿入形状分割部と、前記挿入部の基端側における挿入軸方向の移動速度に基づいて前記挿入部に対して挿入操作がなされているか否かを検出するとともに、前記複数の分割点のうち、所定の座標軸における座標値が局所的に極大となり、かつ、前記挿入操作に伴って変動する局所的な曲率半径が所定の閾値未満となる一の分割点を検出する挿入停止点推定部と、を有することを特徴とする。

本発明における第３の内視鏡挿入形状解析システムは、前記第１または前記第２の内視鏡挿入形状解析システムにおいて、さらに、前記一の分割点において前記被検体内の大腸が伸展している旨を示すための、告知情報を表示部に出力させるための処理を行う告知部を有することを特徴とする。

本発明における内視鏡挿入形状解析システムによると、内視鏡の挿入部の挿入操作を従来に比べてスムーズにすることが可能である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１から図８は、本発明の実施形態に係るものである。図１は、本発明の実施形態に係る生体観測システムの要部の構成の一例を示す図である。図２は、図１の内視鏡挿入形状検出装置において検出される、図１の内視鏡の挿入部に設けられたソースコイルの座標を示す図である。図３Ａは、図１の内視鏡挿入形状検出装置において生成される、挿入形状データの概要を示す図である。図３Ｂは、図３Ａのフレームデータ各々に含まれるデータ及び情報の概要を示す図である。図３Ｃは、図３Ｂのコイル座標データに含まれる３次元座標データの概要を示す図である。図４は、図１の画像処理装置において、挿入停止点を検出する際に行われる処理の一例を示すフローチャートである。

また、図５は、図１の画像処理装置において、図４の一連の処理により検出された挿入停止点を評価する際に行われる処理の一例を示すフローチャートである。図６は、図５の一連の処理の処理結果に応じてディスプレイに表示される第１のマーカーの一例を示す図である。図７は、図５の一連の処理の処理結果に応じてディスプレイに表示される第２のマーカーの一例を示す図である。図８は、図１の画像処理装置において、図４の一連の処理により検出された挿入停止点を評価する際に行われる処理の、図５とは異なる例を示すフローチャートである。

生体観測システム１は、図１に示すように、内視鏡６による被験者の内部の観察が可能な内視鏡装置２と、該被験者の内部に挿入された内視鏡６の挿入形状を検出するとともに、該挿入形状を挿入形状データとして出力する内視鏡挿入形状検出装置３と、内視鏡挿入形状検出装置３から出力される挿入形状データに応じた各種処理を行う画像処理装置４と、を有して構成されている。
内視鏡装置２は、被験者の内部に存在する大腸等に挿入可能であるとともに、該被験者の内部の被写体を撮像し、撮像信号として出力する内視鏡６と、該被写体を照明するための照明光を内視鏡６に対して供給する光源装置７と、内視鏡６から出力される撮像信号に対して信号処理を行い、映像信号として出力するビデオプロセッサ８と、ビデオプロセッサ８から出力される映像信号に基づき、内視鏡６により撮像された被写体の像を内視鏡観察画像として表示するモニタ９と、を有して構成されている。

内視鏡６は、被験者の内部に挿入可能な細長の挿入部１１と、挿入部１１の後端に設けられた操作部１２とを有している。挿入部１１の内部には、一端側が挿入部１１の先端部１４に配置されているとともに、他端側が光源装置７に接続可能である、ライトガイド１３が挿通されている。これにより、光源装置７から供給される照明光は、ライトガイド１３を介し、挿入部１１の先端部１４に設けられた図示しない照明窓から出射される。

なお、挿入部１１の先端部１４の後端側には、湾曲自在に構成された図示しない湾曲部が設られている。そして、前記図示しない湾曲部は、操作部１２に設けられた図示しない湾曲操作ノブ等の操作により湾曲させることができる。

先端部１４には、図示しない照明窓に隣接して設けられた、図示しない観察窓に対物レンズ１５が取り付けられている。また、対物レンズ１５の結像位置には、電荷結合素子（ＣＣＤと略記）等からなる撮像素子１６の撮像面が配置されている。

撮像素子１６は、信号線を介してビデオプロセッサ８と接続されており、対物レンズ１５により結像された被写体の像を光電変換し、撮像信号としてビデオプロセッサ８へ出力する。

ビデオプロセッサ８は、撮像素子１６から出力される撮像信号に基づいて映像信号を生
成するための信号処理を行う。そして、ビデオプロセッサ８は、前記信号処理により生成した映像信号である、例えばＲＧＢ信号をモニタ９に出力する。そして、モニタ９の表示面には、撮像素子１６において撮像された被写体の像が内視鏡観察画像として表示される。

なお、光源装置７は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）からなる面順次の照明光を供給する場合には、各々の光が供給される期間に同期した同期信号をビデオプロセッサ８に出力するものとする。このとき、ビデオプロセッサ８は、光源装置７から出力される前記同期信号に同期して信号処理を行うものとする。

内視鏡６の操作部１２には、前述した図示しない湾曲操作ノブに加え、レリーズ指示等の指示を行うことが可能な図示しないスイッチが設けられている。

また、内視鏡６の挿入部１１の内部には、長手方向に所定の間隔を有して複数のソースコイルＣ_０、Ｃ_１、…、Ｃ_Ｍ−１（Ｃ_０〜Ｃ_Ｍ−１と略記）が配置されている。そして、ソースコイルＣ_０〜Ｃ_Ｍ−１は、内視鏡挿入形状検出装置３から出力される駆動信号に応じ、各々周囲に磁界を発生する。

そして、ソースコイルＣ_０〜Ｃ_Ｍ−１において発せられた磁界は、内視鏡挿入形状検出装置３が具備する、複数のセンスコイルが内蔵されたセンスコイルユニット１９により検出される。

内視鏡挿入形状検出装置３は、内視鏡６に設けられたソースコイルＣ_０〜Ｃ_Ｍ−１において発せられた磁界を検出するセンスコイルユニット１９と、センスコイルユニット１９によって検出された磁界の検出信号に基づいて挿入部１１の形状（挿入形状）を推定する形状処理装置２１と、形状処理装置２１によって推定された挿入形状を表示するディスプレイ２２とを有して構成されている。

センスコイルユニット１９は、患者が横たわる検査ベッドの周辺部などに配置され、ソースコイルＣ_０〜Ｃ_Ｍ−１による磁界を検出し、検出した該磁界を検出信号として形状処理装置２１に出力する。

挿入形状検出部としての形状処理装置２１は、検出信号に基づいて、ソースコイルＣ_０〜Ｃ_Ｍ−１の各位置座標データの算出を行うとともに、算出した該位置座標データに基づいて挿入部１１の挿入形状を推定する。また、形状処理装置２１は、推定した挿入部１１の挿入形状の映像信号を生成するとともに、生成した映像信号である、例えばＲＧＢ信号をディスプレイ２２に対して出力する。これにより、ディスプレイ２２の表示画面には、挿入部１１の挿入形状が画像表示される。さらに、形状処理装置２１は、内視鏡６による観察が行われている最中に、挿入部１１の挿入形状を示す３次元座標情報、及び形状表示属性等の挿入形状データを連続的に生成し、通信ポート２１ａを介して画像処理装置４に出力する。

なお、本実施形態の形状処理装置２１は、例えば、レリーズスイッチが操作された際の挿入形状データのみを画像処理装置４に出力することができるものとする。

また、本実施形態の内視鏡挿入形状検出装置３は、形状処理装置２１による形状検出処理により生成された後、ディスプレイ２２に表示される挿入形状の画像の回転角及び拡大縮小率等の形状表示属性を、図示しない操作パネル等において指示及び入力することにより、変更することができるものとする。

なお、ビデオプロセッサ８は、例えば、患者の氏名、生年月日、性別、年齢、患者コード及び検査日時等の情報である検査情報を入力するための図示しない操作パネルを有している。そして、前記図示しない操作パネルにおいて入力された検査情報は、通信ポート８ａを介して画像処理装置４にも送信される。

画像処理装置４は、内視鏡挿入形状検出装置３から出力される挿入形状データと、ビデオプロセッサ８から出力される検査情報とに基づき、ユーザを補助または支援可能な挿入補助情報を生成するための解析処理を行うパーソナルコンピュータ（以下、単にＰＣと称する）２５と、ＰＣ２５に対する各種指示及び入力を行うことが可能なマウス２６及びキーボード２７と、ＰＣ２５の解析処理により生成された告知情報等を再生または表示可能な、表示部としてのディスプレイ２８とを有している。

ＰＣ２５は、内視鏡挿入形状検出装置３の形状処理装置２１の通信ポート２１ａから出力される挿入形状データを取り込む通信ポート２５ａと、前記内視鏡装置２のビデオプロセッサ８の通信ポート８ａから出力される検査情報を取り込む通信ポート２５ｂと、ビデオプロセッサ８で生成された動画像の映像信号を所定の圧縮画像データに変換する動画像入力ボード２５ｃと、画像処理等の処理を行うＣＰＵ３１と、ＣＰＵ３１における前記画像処理に用いられる処理プログラムが格納された処理プログラム格納部３２と、ＣＰＵ３１により処理されたデータ等を一時的に格納するメモリ３３と、ＣＰＵ３１により処理された画像データ等を記憶するハードディスク（以下、単にＨＤＤと称する）３４とを有する。そして、ＰＣ２５が有する各部は、バスライン３５により相互に接続されている。

画像処理装置４の動画像入力ボード２５ｃには、ビデオプロセッサ８で生成された動画像の映像信号として、例えばＹ／Ｃ信号が入力される。そして、動画像入力ボード２５ｃは、前記動画像の映像信号を、例えば、ＭＪＰＥＧ形式等の所定の圧縮形式を用いて圧縮動画像データに変換するとともに、該圧縮動画像データをハードディスク３４等に対して出力する。

なお、通信ポート２５ａにおいて取り込まれた挿入形状データ、及び、通信ポート２５ｂにおいて取り込まれた検査情報は、例えば、ＨＤＤ３４に対して出力されることにより、ＰＣ２５内において保存可能である。

また、本実施形態の内視鏡挿入形状解析システムは、形状処理装置２１と、ＣＰＵ３１とを要部として有して構成されているものとする。

ここで、内視鏡挿入形状検出装置３が挿入形状データを生成する際に行う処理について説明を行う。
内視鏡挿入形状検出装置３の形状処理装置２１は、内視鏡６の撮像素子１６から１フレーム分の撮像信号が出力されるタイミングに応じ、内視鏡６の挿入部１１に内蔵されたＭ個のソースコイルＣ_０〜Ｃ_Ｍ−１の３次元座標を含む挿入形状データを生成する。また、形状処理装置２１は、前記挿入形状データを画像処理装置４へ出力するとともに、前記挿入形状データに基づいて挿入部１１の挿入形状の画像を生成し、該挿入形状の画像をディスプレイ２２へ出力する。

なお、第ｊフレーム（ただし、ｊ＝０、１、２…）における、挿入部１１の先端側からｉ番目（ただし、ｉ＝０、１、…、Ｍ−１）のソースコイルＣｉの３次元座標は、図２のように（Ｘ_ｉ ^ｊ，Ｙ_ｉ ^ｊ，Ｚ_ｉ ^ｊ）として示されるものとする。

この内視鏡挿入形状検出装置３で検出されたソースコイルＣ_０〜Ｃ_Ｍ−１の座標系のデータを含む挿入形状データは、図３Ａ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、画像処理装置４に順次送信される。そして、各フレームデータは、図３Ｂに示すように、挿入形状データの作成時刻、表示属性、付属情報及びソースコイルの（３次元）座標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３Ｃに示すように、挿入部１１の先端側から基端側（操作部１２側）に順次配置されたソースコイルＣ_０〜Ｃ_Ｍ−１の３次元座標をそれぞれ示すデータである。なお、内視鏡挿入形状検出装置３による検出範囲外のソースコイルの３次元座標は、例えば、検出範囲外であることが分かるような所定の座標値（例えば（０，０，０））として設定されるものとする。

次に、本実施形態の生体観測システム１の作用について説明を行う。

ユーザにより内視鏡６の挿入部１１が被検体の肛門側から体腔内へ挿入されると、挿入部１１の先端部１４に設けられた撮像素子１６により、該体腔内に存在する被写体が撮像される。撮像素子１６により撮像された被写体の像は、撮像信号として出力され、ビデオプロセッサ８により信号処理が施されて映像信号に変換された後、モニタ９に対して出力される。これにより、モニタ９には、撮像素子１６により撮像された被写体の像が内視鏡観察画像として表示される。

内視鏡挿入形状検出装置３は、ソースコイルＣ_０〜Ｃ_Ｍ−１各々から発せられた磁界をセンスコイルユニット１９において検出するとともに、該磁界に応じて出力される検出信号に基づく挿入部１１の挿入形状を形状処理装置２１において推定する。これにより、ディスプレイ２２には、形状処理装置２１において推定された挿入部１１の挿入形状が表示される。

また、内視鏡挿入形状検出装置３の形状処理装置２１は、各ソースコイルの位置情報を含むフレームデータを、通信ポート２１ａを介して画像処理装置４のＰＣ２５が有するＣＰＵ３１へ順次出力する。

ＣＰＵ３１は、内視鏡挿入形状検出装置３から順次出力されるフレームデータに基づき、被検体内に挿入された挿入部１１のうち、ユーザによる挿入部１１の挿入操作を停止させる要因が存在する箇所である、挿入停止点を検出するための処理として、図４のフローチャートに示す挿入停止点検出処理を行う。

まず、挿入形状分割部としてのＣＰＵ３１は、内視鏡挿入形状検出装置３から順次出力されるフレームデータが有するコイル座標データに対し、例えば、Ｃａｔｍｕｌｌ−Ｒｏｍ曲線の方程式を適用することにより、被検体内に挿入された挿入部１１において最も先端側に配置されたソースコイル（ソースコイルＣ_０）から、被検体内に挿入された挿入部１１において最も基端側に配置されたソースコイルまでの各ソースコイルにより形成される、挿入部１１の挿入状態に応じた線分を算出するとともに、該線分を分割する（図４のステップＳ１）。なお、ＣＰＵ３１は、前述した図４のステップＳ１の処理において、挿入部１１の挿入状態に応じた線分を、例えば、ｎ個の分割点Ｄ_１〜Ｄ_ｎにより分割するものとする。また、本実施形態において、各分割点は、先端側から基端側にかけて、Ｄ_１、Ｄ_２、…、Ｄ_ｎ-1、Ｄ_ｎと設定されるものであるとする。また、各分割点は、隣接する分割点間の距離が所定の値ｄになるように、等間隔に分割設定されるものであるとする。

また、ＣＰＵ３１は、ｎ個の分割点Ｄ_１〜Ｄ_ｎにおける移動速度Ｖ_１〜Ｖ_ｎを、過去のフレームデータから求めた分割点座標値と、現在のフレームデータから求めた分割点座標値との差分により算出する。さらに、ＣＰＵ３１は、ｎ個の分割点Ｄ_１〜Ｄ_ｎにおける挿入軸方向をＣａｔｍｕｌｌ−Ｒｏｍ曲線の１次微分値により算出するとともに、ｎ個の分割点Ｄ_１〜Ｄ_ｎにおける挿入軸方向に移動速度Ｖ_１〜Ｖ_ｎを射影することにより、ｎ個の分割点Ｄ_１〜Ｄ_ｎにおける挿入軸方向の移動速度Ｖ_ａ１〜Ｖ_ａｎを算出する。

次に、ＣＰＵ３１は、分割点Ｄ_１〜Ｄ_ｎのうち、被検体内に挿入された挿入部１１において基端側に存在するｎ番目の分割点Ｄ_ｎの挿入軸方向の移動速度Ｖ_ａｎを前述した演算を行うことにより取得し（図４のステップＳ２）、その後さらに、該移動速度Ｖ_ａｎが閾値Ｔ１（Ｔ１＞０）よりも大きいか否かを検出する。そして、ＣＰＵ３１は、移動速度Ｖ_ａｎが閾値Ｔ１よりも大きいことを検出した場合（図４のステップＳ３）、挿入部１１に対して挿入操作がなされていると判定し、後述する図４のステップＳ４の処理を引き続き行う。また、ＣＰＵ３１は、移動速度Ｖ_ａｎが閾値Ｔ１以下であることを検出した場合（図４のステップＳ３）、挿入部１１に対して挿入操作がなされていないと判定し、図４に示す挿入停止点検出処理を終了する。

なお、本実施形態において、ｎ番目の分割点Ｄ_ｎの挿入軸方向の移動速度Ｖ_ａｎは、時間によらず一定であるとする。

ＣＰＵ３１は、図４のステップＳ３の処理において、移動速度Ｖ_ａｎが閾値Ｔ１よりも大きいことを検出した後、分割点Ｄ_ｎから先端部１４側に隣接する分割点Ｄ_ｎ−１を分割点Ｄ_ｉとして設定する（図４のステップＳ４）。

さらに、ＣＰＵ３１は、例えば、ビデオプロセッサ８、メモリ３３及びＨＤＤ３４のうちの少なくともいずれか一に記憶されている内視鏡６の機種情報を読み込むとともに、該機種情報に基づき、図４のステップＳ４の処理において設定された分割点Ｄ_ｉが挿入部１１の（図示しない）湾曲部に存在するか否かを検出する。そして、ＣＰＵ３１は、分割点Ｄ_ｉが挿入部１１の（図示しない）湾曲部に存在することを検出した場合（図４のステップＳ５）、分割点Ｄ_ｉがユーザの操作により湾曲可能な位置にあると判定し、図４に示す挿入停止点検出処理を終了する。また、ＣＰＵ３１は、分割点Ｄ_ｉが挿入部１１の（図示しない）湾曲部に存在しないことを検出した場合（図４のステップＳ５）、図４のステップＳ６の処理を引き続き行う。

ＣＰＵ３１は、図４のステップＳ５の処理において、分割点Ｄ_ｉが挿入部１１の（図示しない）湾曲部に存在しないことを検出すると、その後さらに、分割点Ｄ_ｉの挿入軸方向の移動速度Ｖ_ａｉを取得し（図４のステップＳ６）、該移動速度Ｖ_ａｉが閾値Ｔ２未満であるか否かを検出する。そして、ＣＰＵ３１は、移動速度Ｖ_ａｉが閾値Ｔ２未満であることを検出した場合（図４のステップＳ７）、ユーザによる挿入部１１の挿入操作を停止させる要因が分割点Ｄ_ｉに存在する可能性があると判定し、後述する図４のステップＳ９の処理を引き続き行う。また、ＣＰＵ３１は、移動速度Ｖ_ａｉが閾値Ｔ２以上であることを検出した場合（図４のステップＳ７）、分割点Ｄ_ｉから先端部１４側に隣接する分割点Ｄ_ｉ−１を設定する（図４のステップＳ８）とともに、該分割点Ｄ_ｉ−１に対し、図４のステップＳ５からステップＳ７までの処理を再度行う。

ＣＰＵ３１は、図４のステップＳ７の処理において、移動速度Ｖ_ａｉが閾値Ｔ２未満であることを検出した後、分割点Ｄ_ｉから先端部１４側に隣接する分割点Ｄ_ｉ−１を分割点Ｄ_ｋとして設定する（図４のステップＳ９）。

さらに、ＣＰＵ３１は、前述した内視鏡６の機種情報に基づき、図４のステップＳ９の処理において設定された分割点Ｄ_ｋが挿入部１１の（図示しない）湾曲部に存在するか否かを検出する。そして、ＣＰＵ３１は、分割点Ｄ_ｋが挿入部１１の（図示しない）湾曲部に存在することを検出した場合（図４のステップＳ１０）、分割点Ｄ_ｋがユーザの操作により湾曲可能な位置にあると判定し、図４に示す挿入停止点検出処理を終了する。また、ＣＰＵ３１は、分割点Ｄ_ｋが挿入部１１の（図示しない）湾曲部に存在しないことを検出した場合（図４のステップＳ１０）、図４のステップＳ１１の処理を引き続き行う。

挿入停止点推定部としてのＣＰＵ３１は、図４のステップＳ１０の処理において、分割点Ｄ_ｋが挿入部１１の（図示しない）湾曲部に存在しないことを検出すると、その後さらに、分割点Ｄ_ｋのｙ座標が極大値をとるか否かを検出する（図４のステップＳ１１）。なお、本実施形態におけるｙ軸は、体腔内手前側（例えば肛門側）から奥側（例えば胃側）にかけての座標軸として設定されているものであるとする。また、
具体的には、ＣＰＵ３１は、分割点Ｄ_ｋ−２、Ｄ_ｋ−１、Ｄ_ｋ、Ｄ_ｋ＋１及びＤ_ｋ＋２の、分割点Ｄ_ｋの近傍に位置する５つの分割点のｙ座標の値を各々比較し、該５つの分割点のｙ座標のうち、分割点Ｄ_ｋのｙ座標の値が最大値であることを検出した場合に、分割点Ｄ_ｋのｙ座標が極大値をとると判定する。

ＣＰＵ３１は、分割点Ｄ_ｋのｙ座標が極大値をとると判定した場合（図４のステップＳ１１）、ユーザによる挿入部１１の挿入操作を停止させる要因が分割点Ｄ_ｋに存在すると判定し、該分割点Ｄ_ｋを挿入停止点として検出した（図４のステップＳ１３）後、図４に示す挿入停止点検出処理を終了する。また、ＣＰＵ３１は、分割点Ｄ_ｋのｙ座標が極大値をとらないと判定した場合（図４のステップＳ１１）、分割点Ｄ_ｋから先端部１４側に隣接する分割点Ｄ_ｋ−１を設定する（図４のステップＳ１２）とともに、該分割点Ｄ_ｋ−１に対し、図４のステップＳ１０及びステップＳ１１の処理を再度行う。

その後、ＣＰＵ３１は、図４の挿入停止点検出処理において用いたフレームデータよりも時系列的に後（例えば１から数フレーム後）に存在する他のフレームデータに基づき、図４の挿入停止点検出処理により検出した挿入停止点Ｄ_ｋに対する評価を行うための処理として、図５のフローチャートに示す挿入停止点評価処理を行う。

ＣＰＵ３１は、前記他のフレームデータに基づき、被検体内に挿入された挿入部１１において基端側に存在するｎ番目の分割点Ｄ_ｎの挿入軸方向の移動速度Ｖ_ａｎを取得するとともに（図５のステップＳ２１）、挿入停止点Ｄ_ｋの挿入軸方向の移動速度Ｖ_ａｋを取得する（図５のステップＳ２２）。

また、ＣＰＵ３１は、前記他のフレームデータに基づいて挿入停止点Ｄ_ｋにおける移動速度Ｖ_ｋを取得するとともに、挿入停止点Ｄ_ｋにおける、挿入軸方向に垂直な方向の移動速度Ｖ_ｒｋを下記数式（１）を用いて算出する（図５のステップＳ２３）。

その後、ＣＰＵ３１は、移動速度Ｖ_ａｎが閾値Ｔ１よりも大きいか否かを検出する。そして、ＣＰＵ３１は、移動速度Ｖ_ａｎが閾値Ｔ１よりも大きいことを検出した場合（図５のステップＳ２４）、挿入部１１に対して挿入操作がなされていると判定し、後述する図５のステップＳ２５の処理を引き続き行う。また、ＣＰＵ３１は、移動速度Ｖ_ａｎが閾値Ｔ１以下であることを検出した場合（図５のステップＳ２４）、挿入部１１の操作が行われていない状態、または、挿入部１１に対して抜去操作がなされている状態のいずれかであると判定し、図５の一連の処理を終了する。

さらに、挿入停止点推定部としてのＣＰＵ３１は、移動速度Ｖ_ａｎに対する移動速度Ｖ_ａｋの割合、すなわち、Ｖ_ａｋ／Ｖ_ａｎの値が閾値Ｔ３未満であるか否かを検出する。そして、ＣＰＵ３１は、挿入部１１が挿入される際の移動速度Ｖ_ａｎの伝達率を示す値である、Ｖ_ａｋ／Ｖ_ａｎの値が閾値Ｔ３未満であることを検出した場合（図５のステップＳ２５）、挿入停止点Ｄ_ｋに対する評価を行うために、後述する図５のステップＳ２６の処理を引き続き行う。また、ＣＰＵ３１は、Ｖ_ａｋ／Ｖ_ａｎの値が閾値Ｔ３以上であることを検出した場合（図５のステップＳ２５）、挿入停止点Ｄ_ｋにおける大腸の伸展が解消されたと判定し、図５の一連の処理を終了する。

ＣＰＵ３１は、移動速度Ｖ_ａｎに対する移動速度Ｖ_ｒｋの割合、すなわち、Ｖ_ｒｋ／Ｖ_ａｎの値が閾値Ｔ４未満であるか否かを検出する。そして、告知部としてのＣＰＵ３１は、Ｖ_ｒｋ／Ｖ_ａｎの値が閾値Ｔ４未満であることを検出した場合（図５のステップＳ２６）、挿入停止点Ｄ_ｋにおいて大腸の伸展が生じていると判定するとともに、該挿入停止点Ｄ_ｋの位置を示す告知情報としての第１のマーカーを、例えば図６に示すような状態として、挿入部１１の挿入形状に重畳させつつディスプレイ２８に表示させる制御を行った後（図５のステップＳ２７）、図５の一連の処理を終了する。また、告知部としてのＣＰＵ３１は、Ｖ_ｒｋ／Ｖ_ａｎの値が閾値Ｔ４以上であることを検出した場合（図５のステップＳ２６）、挿入停止点Ｄ_ｋにおいて大腸が伸展する直前の状態であると判定するとともに、該挿入停止点Ｄ_ｋの位置を示す告知情報としての第２のマーカーを、例えば図７に示すような状態として、挿入部１１の挿入形状に重畳させつつディスプレイ２８に表示させる制御を行った後（図５のステップＳ２８）、図５の一連の処理を終了する。

なお、ＣＰＵ３１は、図４のステップＳ３、図５のステップＳ２４及び図５のステップＳ２５の各処理において、挿入部１１の操作が行われていない状態、挿入部１１に対して抜去操作がなされている状態、及び、挿入停止点Ｄ_ｋにおける大腸の伸展が解消された状態のうちのいずれかの状態であると判定した場合、ディスプレイ２８に表示されている各マーカーを非表示にする処理を併せて行うものとする。

また、ＣＰＵ３１は、大腸の伸展が生じていることにより患者に大きな負荷がかかっていることを示すために、例えば、図６及び図７に示すように、挿入部１１により大腸の伸展が生じている位置を示す第１のマーカーの形状及び（または）サイズを、挿入部１１により大腸の伸展が生じる直前の位置を示す第２のマーカーの形状及び（または）サイズに比べて目立つようにディスプレイ２８に表示させるものであるとする。

さらに、本実施形態の図４に示す挿入停止点検出処理、及び、図５に示す挿入停止点評価処理は、この順番に行われるものに限らず、逆の順番に行われるものであっても良い。

以上に述べたように、本実施形態の内視鏡挿入形状解析システムを具備する生体観測システム１は、図４及び図５に示す各処理を行うことにより、大腸の伸展が生じている位置を検出するとともにユーザに示すことができ、その結果、内視鏡６の挿入部１１の挿入操作を従来に比べてスムーズにすることができる。

なお、ＣＰＵ３１は、挿入停止点Ｄ_ｋにおける挿入軸方向に垂直な方向の移動速度Ｖ_ｒｋに基づいて挿入部１１により大腸の伸展が生じている位置を検出するものに限らず、例えば、該挿入停止点Ｄ_ｋにおける局所的な曲率半径に基づいて挿入部１１により大腸の伸展が生じている位置を検出するものであっても良い。その場合、ＣＰＵ３１は、図４の挿入停止点検出処理において用いたフレームデータよりも時系列的に後（例えば１から数フレーム後）に存在する他のフレームデータに基づき、図４の挿入停止点検出処理により検出した挿入停止点Ｄ_ｋに対する評価を行うための処理として、（図５の挿入停止点評価処理に代わり、）図８のフローチャートに示す挿入停止点評価処理を行う。

ここで、図８の挿入停止点評価処理の詳細についての説明を行う。

ＣＰＵ３１は、前記他のフレームデータに基づき、被検体内に挿入された挿入部１１において基端側に存在するｎ番目の分割点Ｄ_ｎの挿入軸方向の移動速度Ｖ_ａｎを取得するとともに（図８のステップＳ３１）、挿入停止点Ｄ_ｋにおける局所的な曲率半径Ｒ_ｋを算出する（図８のステップＳ３２）。なお、挿入停止点Ｄ_ｋにおける局所的な曲率半径Ｒ_ｋは、例えば、Ｃａｔｍｕｌｌ−Ｒｏｍ曲線の方程式の１次微分値及び２次微分値を用いることにより算出することができる。

その後、ＣＰＵ３１は、移動速度Ｖ_ａｎが閾値Ｔ１よりも大きいか否かを検出する。そして、ＣＰＵ３１は、移動速度Ｖ_ａｎが閾値Ｔ１よりも大きいことを検出した場合（図８のステップＳ３３）、挿入部１１に対して挿入操作がなされていると判定し、後述する図８のステップＳ３４の処理を引き続き行う。また、ＣＰＵ３１は、移動速度Ｖ_ａｎが閾値Ｔ１以下であることを検出した場合（図８のステップＳ３３）、挿入部１１の操作が行われていない状態、または、挿入部１１に対して抜去操作がなされている状態のいずれかであると判定し、図８の一連の処理を終了する。

さらに、ＣＰＵ３１は、挿入停止点Ｄ_ｋにおける局所的な曲率半径Ｒ_ｋが閾値Ｔ５未満であるか否かを検出する。そして、ＣＰＵ３１は、挿入停止点Ｄ_ｋにおける局所的な曲率半径Ｒ_ｋが閾値Ｔ５未満であることを検出した場合（図８のステップＳ３４）、後述する図８のステップＳ３５の処理を引き続き行う。また、ＣＰＵ３１は、挿入停止点Ｄ_ｋにおける局所的な曲率半径Ｒ_ｋが閾値Ｔ５以上であることを検出した場合（図８のステップＳ３４）、挿入停止点Ｄ_ｋにおける大腸の伸展が解消されたと判定し、図８の一連の処理を終了する。

その後、告知部としてのＣＰＵ３１は、挿入停止点Ｄ_ｋにおける局所的な曲率半径Ｒ_ｋが閾値Ｔ６（Ｔ６＜Ｔ５）未満であるか否かを検出する。そして、ＣＰＵ３１は、挿入停止点Ｄ_ｋにおける局所的な曲率半径Ｒ_ｋが閾値Ｔ６未満であることを検出した場合（図８のステップＳ３５）、挿入停止点Ｄ_ｋにおいて大腸の伸展が生じていると判定するとともに、該挿入停止点Ｄ_ｋの位置を示す告知情報としての第１のマーカーをディスプレイ２８に表示させる制御を行った後（図８のステップＳ３６）、図８の一連の処理を終了する。また、告知部としてのＣＰＵ３１は、挿入停止点Ｄ_ｋにおける局所的な曲率半径Ｒ_ｋが閾値Ｔ６以上であることを検出した場合（図８のステップＳ３５）、挿入停止点Ｄ_ｋにおいて大腸が伸展する直前の状態であると判定するとともに、該挿入停止点Ｄ_ｋの位置を示す告知情報としての第２のマーカーをディスプレイ２８に表示させる制御を行った後（図８のステップＳ３７）、図８の一連の処理を終了する。

なお、ＣＰＵ３１は、図８のステップＳ３３及び図８のステップＳ３４の各処理において、挿入部１１の操作が行われていない状態、挿入部１１に対して抜去操作がなされている状態、及び、挿入停止点Ｄ_ｋにおける大腸の伸展が解消された状態のうちのいずれかの状態であると判定した場合、ディスプレイ２８に表示されている各マーカーを非表示にする処理を併せて行うものとする。

また、ＣＰＵ３１は、大腸の伸展が生じていることにより患者に大きな負荷がかかっていることを示すために、例えば、図６に示すように、挿入部１１により大腸の伸展が生じている位置を示す第１のマーカーの形状及び（または）サイズを、挿入部１１により大腸の伸展が生じる直前の位置を示す第２のマーカーの形状及び（または）サイズに比べて目立つようにディスプレイ２８に表示させるものであるとする。

さらに、本実施形態の図４に示す挿入停止点検出処理、及び、図８に示す挿入停止点評価処理は、この順番に行われるものに限らず、逆の順番に行われるものであっても良い。

以上に述べたように、本実施形態の内視鏡挿入形状解析システムを具備する生体観測システム１は、図４及び図８に示す各処理を行うことにより、大腸の伸展が生じている位置を検出するとともにユーザに示すことができ、その結果、内視鏡６の挿入部１１の挿入操作を従来に比べてスムーズにすることができる。

なお、前述した第１のマーカー及び第２のマーカーは、図形によるものに限らず、例えば、ユーザに大腸の伸展を告知可能な文字列またはグラフ等によるものであっても良い。また、前述した第１のマーカー及び第２のマーカーは、大腸の伸展状態に伴って表示状態が段階的に変化するようなものとして構成されても良い。

また、本実施形態のＣＰＵ３１は、図５及び図８に示す挿入停止点評価処理のうち、どちらか一方のみを行うものに限らず、大腸の伸展の検出精度の向上を図るために、例えば、並列処理により両方の挿入停止点評価処理を同時に行い、該並列処理の結果に基づいて大腸の伸展が生じている位置を評価するものであっても良い。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。

本発明の実施形態に係る生体観測システムの要部の構成の一例を示す図。 図１の内視鏡挿入形状検出装置において検出される、図１の内視鏡の挿入部に設けられたソースコイルの座標を示す図。 図１の内視鏡挿入形状検出装置において生成される、挿入形状データの概要を示す図。 図３Ａのフレームデータ各々に含まれるデータ及び情報の概要を示す図。 図３Ｂのコイル座標データに含まれる３次元座標データの概要を示す図。 図１の画像処理装置において、挿入停止点を検出する際に行われる処理の一例を示すフローチャート。 図１の画像処理装置において、図４の一連の処理により検出された挿入停止点を評価する際に行われる処理の一例を示すフローチャート。 図５の一連の処理の処理結果に応じてディスプレイに表示される第１のマーカーの一例を示す図。 図５の一連の処理の処理結果に応じてディスプレイに表示される第２のマーカーの一例を示す図。 図１の画像処理装置において、図４の一連の処理により検出された挿入停止点を評価する際に行われる処理の、図５とは異なる例を示すフローチャート。

符号の説明

１・・・生体観測システム、２・・・内視鏡装置、３・・・内視鏡挿入形状検出装置、４・・・画像処理装置、６・・・内視鏡、７・・・光源装置、８・・・ビデオプロセッサ、８ａ，２１ａ，２５ａ，２５ｂ・・・通信ポート、９・・・モニタ、１１・・・挿入部、１２・・・操作部、１３・・・ライトガイド、１４・・・先端部、１５・・・対物レンズ、１６・・・撮像素子、１９・・・センスコイルユニット、２１・・・形状処理装置、２２，２８・・・ディスプレイ、２５ｃ・・・動画像入力ボード、２６・・・マウス、２７・・・キーボード、３１・・・ＣＰＵ、３２・・・処理プログラム格納部、３３・・・メモリ、３３ａ・・・フレームデータ、３３ｂ・・・解析データ、３３ｃ・・・挿入形状解析情報、３４・・・ハードディスク、３５・・・バスライン

Claims (3)

1. 被検体内に挿入された内視鏡の挿入部における複数の箇所の座標値に基づき、前記挿入部の挿入形状を検出する挿入形状検出部と、
   前記挿入形状に応じた線分を生成するとともに、前記線分上に複数の分割点を設定する挿入形状分割部と、
   前記挿入部の基端側における移動速度に基づいて前記挿入部に対して挿入操作がなされているか否かを検出するとともに、前記複数の分割点のうち、所定の座標軸における座標値が局所的に極大となり、かつ、前記挿入操作に伴って変動する前記移動速度の伝達率が所定の閾値未満である一の分割点を検出する挿入停止点推定部と、
   を有することを特徴とする内視鏡挿入形状解析システム。
2. 被検体内に挿入された内視鏡の挿入部における複数の箇所の座標値に基づき、前記挿入部の挿入形状を検出する挿入形状検出部と、
   前記挿入形状に応じた線分を生成するとともに、前記線分上に複数の分割点を設定する挿入形状分割部と、
   前記挿入部の基端側における挿入軸方向の移動速度に基づいて前記挿入部に対して挿入操作がなされているか否かを検出するとともに、前記複数の分割点のうち、所定の座標軸における座標値が局所的に極大となり、かつ、前記挿入操作に伴って変動する局所的な曲率半径が所定の閾値未満となる一の分割点を検出する挿入停止点推定部と、
   を有することを特徴とする内視鏡挿入形状解析システム。
3. さらに、前記一の分割点において前記被検体内の大腸が伸展している旨を示すための、告知情報を表示部に出力させるための処理を行う告知部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内視鏡挿入形状解析システム。

Images