特開 2023-18984 挿入支援システム、挿入支援方法、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023018984

(43)【公開日】2023-02-09

(54)【発明の名称】挿入支援システム、挿入支援方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G02B 23/24 20060101AFI20230202BHJP

   A61B 1/045 20060101ALI20230202BHJP

   H04N 7/18 20060101ALI20230202BHJP

【ＦＩ】

G02B23/24 A

A61B1/045 623

G02B23/24 B

H04N7/18 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021123407

(22)【出願日】2021-07-28

(71)【出願人】

【識別番号】322004393

【氏名又は名称】株式会社エビデント

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100139686

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 史朗

(74)【代理人】

【識別番号】100147267

【弁理士】

【氏名又は名称】大槻 真紀子

(74)【代理人】

【識別番号】100207789

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 良平

(72)【発明者】

【氏名】重久 理行

【テーマコード（参考）】

2H040

4C161

5C054

【Ｆターム（参考）】

2H040BA22

2H040DA54

2H040GA02

2H040GA10

2H040GA11

4C161AA29

4C161HH55

5C054CC07

5C054CF06

5C054CF08

5C054CG05

5C054EA01

5C054EA03

5C054EA05

5C054EA07

5C054FC14

5C054FD03

5C054FE05

5C054FE06

5C054FE12

5C054FE18

5C054FF02

5C054GB01

5C054HA12

(57)【要約】

【課題】目標位置における挿入部の状態を被検体の観察に適している状態にするための挿入操作を支援することができる挿入支援システム、挿入支援方法、およびプログラムを提供する。
【解決手段】挿入支援システムは、設定部、状態推定部、経路算出部、状態検出部、および挿入支援部を有する。前記設定部は、形状情報において第１の位置および第２の位置を設定する。前記状態推定部は、前記第１の位置における先端部の第１の状態を推定する。前記経路算出部は、前記先端部が通る経路を算出する。前記状態検出部は前記第２の位置における前記先端部の第２の状態を検出する。前記挿入支援部は、前記先端部が前記第２の位置から前記経路を通って前記第１の位置に到達し、かつ前記先端部の状態が前記第２の状態から前記第１の状態に変化するための前記挿入操作に必要な挿入支援情報を情報通知装置に出力する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検体の光学像を取得する先端部を有する挿入部が被検体に挿入されるときに前記挿入部の挿入操作を支援する挿入支援システムであって、
形状情報において第１の位置および第２の位置を設定する設定部であって、前記形状情報は前記被検体の３次元形状を示し、前記第１の位置は目標位置を示し、前記第２の位置は前記第１の位置と異なる前記設定部と、
前記挿入部の仕様に基づいて前記第１の位置における前記先端部の第１の状態を推定する状態推定部と、
前記先端部が前記第２の位置から前記第１の位置まで移動するときに前記先端部が通る経路を算出する経路算出部と、
前記第２の位置における前記先端部の第２の状態を検出する状態検出部と、
前記先端部が前記第２の位置から前記経路を通って前記第１の位置に到達し、かつ前記先端部の状態が前記第２の状態から前記第１の状態に変化するための前記挿入操作に必要な挿入支援情報を情報通知装置に出力する挿入支援部と、
を有する挿入支援システム。

【請求項2】

前記３次元形状が分岐部を有する場合、前記経路算出部は、前記第１の状態で前記第１の位置に配置された前記先端部を前記３次元形状において前記第２の位置まで移動させ、前記先端部が前記第１の位置から前記第２の位置まで移動する間に通る前記分岐部を記録し、
前記経路算出部は、前記分岐部を通る経路候補を含む２つ以上の経路候補を算出し、前記２つ以上の経路候補のうちの１つを前記経路として選択する
請求項１に記載の挿入支援システム。

【請求項3】

前記３次元形状が分岐部を有する場合、前記経路算出部は、前記分岐部を通る経路候補を含む２つ以上の経路候補を算出し、
前記経路算出部は、前記挿入部および前記被検体の少なくとも一方に関する１つ以上の指標に従って、前記２つ以上の経路候補を分析し、
前記経路算出部は、前記２つ以上の経路候補の分析結果に基づいて前記２つ以上の経路候補の１つを前記経路として選択する
請求項１に記載の挿入支援システム。

【請求項4】

重要度が前記１つ以上の指標を含む２つ以上の指標の各々に予め設定され、
前記経路算出部は、前記２つ以上の指標および前記重要度に従って、前記２つ以上の経路候補を分析し、
前記２つ以上の指標の各々に設定された前記重要度は変更できる
請求項３に記載の挿入支援システム。

【請求項5】

前記経路算出部は、前記挿入部の大きさを示す情報と、前記被検体の形状を示す情報との少なくとも１つを使用することにより前記２つ以上の経路候補を分析する
請求項３に記載の挿入支援システム。

【請求項6】

前記挿入操作が実施されるとき、前記先端部の位置を検出する位置検出部をさらに有し、
前記設定部は、前記第２の位置を前記位置検出部によって検出された前記位置に設定する
請求項１に記載の挿入支援システム。

【請求項7】

前記状態推定部は、前記第１の位置における前記先端部の状態が第１の観察状態、第２の観察状態、および第３の観察状態の少なくとも１つになるような前記第１の状態を推定し、
前記第１の観察状態は、前記先端部に配置された観察光学系の光軸の方向が前記被検体の表面に垂直な状態であり、
前記第２の観察状態は、前記先端部における所定の方向が、前記３次元形状における所定の方向と一致する状態であり、
前記第３の観察状態は、前記先端部と前記被検体との距離が前記被検体の観察に適した状態である
請求項１に記載の挿入支援システム。

【請求項8】

前記挿入操作は、前記挿入部を前記被検体内で移動させる操作と、前記挿入部を湾曲させる操作と、前記挿入部を捻じる操作との少なくとも１つを示す
請求項１に記載の挿入支援システム。

【請求項9】

前記挿入支援情報は、前記第２の位置と前記第１の位置との距離、前記先端部の方向を前記経路に沿った方向と一致させるための前記先端部の前記方向の変化量、および前記挿入部の捻じり状態を前記第１の状態における前記挿入部の捻じり状態と一致させるための捻じり量の少なくとも１つを含む
請求項１に記載の挿入支援システム。

【請求項10】

前記挿入支援情報は、前記先端部が通った位置の履歴を含む
請求項１に記載の挿入支援システム。

【請求項11】

前記経路算出部は、前記先端部に装着される光学アダプタの仕様に基づいて前記経路を算出する
請求項１に記載の挿入支援システム。

【請求項12】

被検体の光学像を取得する先端部を有する挿入部が被検体に挿入されるときに前記挿入部の挿入操作を支援する挿入支援方法であって、
設定部が形状情報において第１の位置および第２の位置を設定する設定ステップであって、前記形状情報は前記被検体の３次元形状を示し、前記第１の位置は目標位置を示し、前記第２の位置は前記第１の位置と異なる前記設定ステップと、
状態推定部が前記挿入部の仕様に基づいて前記第１の位置における前記先端部の第１の状態を推定する状態推定ステップと、
前記先端部が前記第２の位置から前記第１の位置まで移動するときに前記先端部が通る経路を経路算出部が算出する経路算出ステップと、
状態検出部が前記第２の位置における前記先端部の第２の状態を検出する状態検出ステップと、
前記先端部が前記第２の位置から前記経路を通って前記第１の位置に到達し、かつ前記先端部の状態が前記第２の状態から前記第１の状態に変化するための前記挿入操作に必要な挿入支援情報を挿入支援部が情報通知装置に出力する挿入支援ステップと、
を有する挿入支援方法。

【請求項13】

被検体の光学像を取得する先端部を有する挿入部が被検体に挿入されるときに前記挿入部の挿入操作を支援する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記処理は、
形状情報において第１の位置および第２の位置を設定する設定ステップであって、前記形状情報は前記被検体の３次元形状を示し、前記第１の位置は目標位置を示し、前記第２の位置は前記第１の位置と異なる前記設定ステップと、
前記挿入部の仕様に基づいて前記第１の位置における前記先端部の第１の状態を推定する状態推定ステップと、
前記先端部が前記第２の位置から前記第１の位置まで移動するときに前記先端部が通る経路を算出する経路算出ステップと、
前記第２の位置における前記先端部の第２の状態を検出する状態検出ステップと、
前記先端部が前記第２の位置から前記経路を通って前記第１の位置に到達し、かつ前記先端部の状態が前記第２の状態から前記第１の状態に変化するための前記挿入操作に必要な挿入支援情報を情報通知装置に出力する挿入支援ステップと、
を有するプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、挿入支援システム、挿入支援方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

ボイラー、パイプ、および航空機エンジン等の内部の異常および腐食等の検査に工業用の内視鏡装置が使用されている。内視鏡装置は、画像を取得するための挿入部を有する。ユーザーは、挿入部を被検体に挿入し、被検体内の検査部位の画像を取得する。ユーザーは、その画像を観察し、検査部位を検査する。

【0003】

医療分野では、生体の３次元（３Ｄ）画像データを使用することにより、内視鏡の挿入経路を算出する技術がある。その技術は、Ｘ線を生体に照射するＣＴスキャンなどを使用することにより３Ｄ画像データを取得する。その技術は、肺などの細い器官の検査において、その器官の壁を傷つけない最適な挿入経路を判断することができる。

【0004】

特許文献１に開示された技術は、気管支の内径に基づいて内視鏡の先端の方向を判断する方法を提供する。特許文献２に開示された技術は、経路の最小の曲率に基づいて経路を選択する方法を提供する。

【0005】

工業用内視鏡の分野において、上記の技術と同様の技術が開示されている。特許文献３に開示された技術は、被検体の３Ｄ形状情報を使用することにより、挿入経路を設定する。挿入部が突起、非常に狭い場所、または挿入部を極端に曲げる必要がある場所を通る場合、挿入経路が不適切であることが確認される。この場合、他の経路が提示される。

【0006】

上記の経路算出機能が提供されるため、検査の現場において検査者が挿入部を挿入する作業の効率が向上する。また、検査者の検査スキルによらず、検査者は挿入部を検査部位に容易に到達させることができ、信頼度の高い検査を実施することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第６０３０４３５号公報

【特許文献2】特許第５１２３６１５号公報

【特許文献3】特許第４４６４６４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

挿入部が検査部位に到達したとき、挿入部の姿勢などが理想的な状態にならず、検査に適していない画像が取得される可能性がある。しかしながら、従来技術では、検査部位を観察するための目標位置における挿入部の状態は考慮されていない。

【0009】

本発明は、目標位置における挿入部の状態を被検体の観察に適している状態にするための挿入操作を支援することができる挿入支援システム、挿入支援方法、およびプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、被検体の光学像を取得する先端部を有する挿入部が被検体に挿入されるときに前記挿入部の挿入操作を支援する挿入支援システムであって、形状情報において第１の位置および第２の位置を設定する設定部であって、前記形状情報は前記被検体の３次元形状を示し、前記第１の位置は目標位置を示し、前記第２の位置は前記第１の位置と異なる前記設定部と、前記挿入部の仕様に基づいて前記第１の位置における前記先端部の第１の状態を推定する状態推定部と、前記先端部が前記第２の位置から前記第１の位置まで移動するときに前記先端部が通る経路を算出する経路算出部と、前記第２の位置における前記先端部の第２の状態を検出する状態検出部と、前記先端部が前記第２の位置から前記経路を通って前記第１の位置に到達し、かつ前記先端部の状態が前記第２の状態から前記第１の状態に変化するための前記挿入操作に必要な挿入支援情報を情報通知装置に出力する挿入支援部と、を有する挿入支援システムである。

【0011】

本発明の挿入支援システムにおいて、前記３次元形状が分岐部を有する場合、前記経路算出部は、前記第１の状態で前記第１の位置に配置された前記先端部を前記３次元形状において前記第２の位置まで移動させ、前記先端部が前記第１の位置から前記第２の位置まで移動する間に通る前記分岐部を記録し、前記経路算出部は、前記分岐部を通る経路候補を含む２つ以上の経路候補を算出し、前記２つ以上の経路候補のうちの１つを前記経路として選択する。

【0012】

本発明の挿入支援システムにおいて、前記３次元形状が分岐部を有する場合、前記経路算出部は、前記分岐部を通る経路候補を含む２つ以上の経路候補を算出し、前記経路算出部は、前記挿入部および前記被検体の少なくとも一方に関する１つ以上の指標に従って、前記２つ以上の経路候補を分析し、前記経路算出部は、前記２つ以上の経路候補の分析結果に基づいて前記２つ以上の経路候補の１つを前記経路として選択する。

【0013】

本発明の挿入支援システムにおいて、重要度が前記１つ以上の指標を含む２つ以上の指標の各々に予め設定され、前記経路算出部は、前記２つ以上の指標および前記重要度に従って、前記２つ以上の経路候補を分析し、前記２つ以上の指標の各々に設定された前記重要度は変更できる。

【0014】

本発明の挿入支援システムにおいて、前記経路算出部は、前記挿入部の大きさを示す情報と、前記被検体の形状を示す情報との少なくとも１つを使用することにより前記２つ以上の経路候補を分析する。

【0015】

本発明の挿入支援システムは、前記挿入操作が実施されるとき、前記先端部の位置を検出する位置検出部をさらに有し、前記設定部は、前記第２の位置を前記位置検出部によって検出された前記位置に設定する。

【0016】

本発明の挿入支援システムにおいて、前記状態推定部は、前記第１の位置における前記先端部の状態が第１の観察状態、第２の観察状態、および第３の観察状態の少なくとも１つになるような前記第１の状態を推定し、前記第１の観察状態は、前記先端部に配置された観察光学系の光軸の方向が前記被検体の表面に垂直な状態であり、前記第２の観察状態は、前記先端部における所定の方向が、前記３次元形状における所定の方向と一致する状態であり、前記第３の観察状態は、前記先端部と前記被検体との距離が前記被検体の観察に適した状態である。

【0017】

本発明の挿入支援システムにおいて、前記挿入操作は、前記挿入部を前記被検体内で移動させる操作と、前記挿入部を湾曲させる操作と、前記挿入部を捻じる操作との少なくとも１つを示す。

【0018】

本発明の挿入支援システムにおいて、前記挿入支援情報は、前記第２の位置と前記第１の位置との距離、前記先端部の方向を前記経路に沿った方向と一致させるための前記先端部の前記方向の変化量、および前記挿入部の捻じり状態を前記第１の状態における前記挿入部の捻じり状態と一致させるための捻じり量の少なくとも１つを含む。

【0019】

本発明の挿入支援システムにおいて、前記挿入支援情報は、前記先端部が通った位置の履歴を含む。

【0020】

本発明の挿入支援システムにおいて、前記経路算出部は、前記先端部に装着される光学アダプタの仕様に基づいて前記経路を算出する。

【0021】

本発明は、被検体の光学像を取得する先端部を有する挿入部が被検体に挿入されるときに前記挿入部の挿入操作を支援する挿入支援方法であって、設定部が形状情報において第１の位置および第２の位置を設定する設定ステップであって、前記形状情報は前記被検体の３次元形状を示し、前記第１の位置は目標位置を示し、前記第２の位置は前記第１の位置と異なる前記設定ステップと、状態推定部が前記挿入部の仕様に基づいて前記第１の位置における前記先端部の第１の状態を推定する状態推定ステップと、前記先端部が前記第２の位置から前記第１の位置まで移動するときに前記先端部が通る経路を経路算出部が算出する経路算出ステップと、状態検出部が前記第２の位置における前記先端部の第２の状態を検出する状態検出ステップと、前記先端部が前記第２の位置から前記経路を通って前記第１の位置に到達し、かつ前記先端部の状態が前記第２の状態から前記第１の状態に変化するための前記挿入操作に必要な挿入支援情報を挿入支援部が情報通知装置に出力する挿入支援ステップと、を有する挿入支援方法である。

【0022】

本発明は、被検体の光学像を取得する先端部を有する挿入部が被検体に挿入されるときに前記挿入部の挿入操作を支援する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記処理は、形状情報において第１の位置および第２の位置を設定する設定ステップであって、前記形状情報は前記被検体の３次元形状を示し、前記第１の位置は目標位置を示し、前記第２の位置は前記第１の位置と異なる前記設定ステップと、前記挿入部の仕様に基づいて前記第１の位置における前記先端部の第１の状態を推定する状態推定ステップと、前記先端部が前記第２の位置から前記第１の位置まで移動するときに前記先端部が通る経路を算出する経路算出ステップと、前記第２の位置における前記先端部の第２の状態を検出する状態検出ステップと、前記先端部が前記第２の位置から前記経路を通って前記第１の位置に到達し、かつ前記先端部の状態が前記第２の状態から前記第１の状態に変化するための前記挿入操作に必要な挿入支援情報を情報通知装置に出力する挿入支援ステップと、を有するプログラムである。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、挿入支援システム、挿入支援方法、およびプログラムは、目標位置における挿入部の状態を被検体の観察に適している状態にするための挿入操作を支援することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施形態による内視鏡装置の全体構成を示す斜視図である。

【図2】本発明の実施形態による内視鏡装置の内部構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の実施形態による内視鏡装置の主要な構成を示すブロック図である。

【図4】本発明の実施形態による内視鏡装置の動作の手順を示すフローチャートである。

【図5】本発明の実施形態による内視鏡装置の動作の手順を示すフローチャートである。

【図6】本発明の実施形態における形状情報および位置情報の例を示す図である。

【図7】本発明の実施形態における装置設定情報の例を示す図である。

【図8】本発明の実施形態による内視鏡装置の動作の手順を示すフローチャートである。

【図9】本発明の実施形態による内視鏡装置の動作の手順を示すフローチャートである。

【図10】本発明の実施形態における挿入部の先端部の目標状態の例を示す図である。

【図11】本発明の実施形態における挿入部の先端部の目標状態の例を示す図である。

【図12】本発明の実施形態における挿入部の先端部の目標状態の例を示す図である。

【図13】本発明の実施形態による内視鏡装置の動作の手順を示すフローチャートである。

【図14】本発明の実施形態における経路候補の例を示す図である。

【図15】本発明の実施形態における分岐管理テーブルの例を示す図である。

【図16】本発明の実施形態による内視鏡装置の動作の手順を示すフローチャートである。

【図17】本発明の実施形態における挿入部の曲がり負荷の量を算出する方法を示す図である。

【図18】本発明の実施形態における経路候補の傾斜の特性を分析する方法を示す図である。

【図19】本発明の実施形態における挿入部の径に応じた挿入部の配置の制限の例を示す図である。

【図20】本発明の実施形態における挿入部の硬質部長に応じた挿入部の配置の制限の例を示す図である。

【図21】本発明の実施形態における挿入部の湾曲長に応じた挿入部の配置の制限の例を示す図である。

【図22】本発明の実施形態における経路候補の分析結果の例を示す図である。

【図23】本発明の実施形態による内視鏡装置の動作の手順を示すフローチャートである。

【図24】本発明の実施形態における経路のモデルを示す図である。

【図25】本発明の実施形態における挿入支援情報が生成されるときの挿入部の状態を示す図である。

【図26】本発明の実施形態における表示部に表示された挿入支援情報の例を示す図である。

【図27】本発明の実施形態の第１の変形例における挿入部の湾曲長に応じた挿入部の配置の制限の例を示す図である。

【図28】本発明の実施形態の第１の変形例における挿入部の湾曲長に応じた挿入部の配置の制限の例を示す図である。

【図29】本発明の実施形態の第１の変形例における挿入部の湾曲長に応じた挿入部の配置の制限の例を示す図である。

【図30】本発明の実施形態の第２の変形例における表示部に表示された挿入支援情報の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態による内視鏡装置１（挿入支援システム）の外観を示す。図１に示す内視鏡装置１は、挿入部２、本体部３、操作部４、表示部５、および挿入長検出部６を有する。

【0026】

挿入部２は、被検体の内部に挿入される。ユーザー（検査者）は、挿入操作を実施し、挿入部２を被検体に挿入する。挿入部２は、細長い管状である。挿入部２は、先端部２０および湾曲部２１を有する。先端部２０は挿入部２の先端に配置されている。先端部２０は、硬質な材料で形成された硬質部を有する。光学アダプタ７が先端部２０に装着される。湾曲部２１は先端部２０の基端側に配置されている。湾曲部２１は、所定の方向に湾曲することができる。挿入部２は、被検体の光学像を撮像信号に変換し、かつ撮像信号を本体部３に出力する。

【0027】

本体部３は、挿入部２を収納する収納部を備えた制御装置である。操作部４は、内視鏡装置１に対するユーザーの操作を受け付ける。表示部５は、表示画面を有し、かつ挿入部２によって取得された被検体の画像を表示画面に表示する。

【0028】

操作部４は、ユーザーインタフェース（入力装置）である。例えば、操作部４は、ボタン、スイッチ、キー、マウス、ジョイスティック、タッチパッド、トラックボール、およびタッチパネルの少なくとも１つである。ユーザーは、操作部４を使用する湾曲操作を実施することにより、湾曲部２１を湾曲させる。あるいは、ユーザーは、操作部４を操作することにより照明の状態を制御する。また、ユーザーは、操作部４を操作することにより、内視鏡装置１の状態を設定するための情報を内視鏡装置１に入力する。操作部４を有する入力装置が本体部３と有線接続されていてもよいし、または無線接続されていてもよい。

【0029】

表示部５は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等のモニタ（ディスプレイ）である。表示部５は、タッチパネルであってもよい。その場合、操作部４および表示部５は一体化される。ユーザーは、体の一部（例えば、指）または道具を使用することにより表示部５の画面をタッチする。表示部５は、本体部３と有線接続されていてもよいし、または無線接続されていてもよい。操作部４および表示部５が一体化される場合、表示部５を含む端末として、タブレット、スマートフォン、またはパソコンなどの情報端末を用いてもよい。

【0030】

例えば、挿入長検出部６は、ロータリーエンコーダーおよび２つのローラーを有する。２つのローラーは、挿入部２を挟むように配置される。２つのローラーは、挿入部２と接触している。挿入部２が移動すると２つのローラーが回転する。ロータリーエンコーダーは、２つのローラーのうちの少なくとも１つの回転量を検出することにより、被検体内の空間に挿入された挿入部２の長さ（挿入長）を検出する。挿入長は、先端部２０の位置と対応する。

【0031】

ユーザーは、表示部５に表示された画像を見ながら、湾曲操作および挿入操作を実施する。挿入部２が被検体に挿入されるとき、内視鏡装置１は、挿入部２の挿入操作を支援する。ユーザーは、検査部位を探し、適切な状態で検査部位が画像に写るように先端部２０を配置する。その後、ユーザーは被検体の検査を実施する。

【0032】

図２は、内視鏡装置１の内部構成を示す。挿入部２の先端部２０は、レンズ２２、撮像素子２３、および姿勢センサ２４を有する。

【0033】

本体部３は、画像処理部３０、記録部３１、外部ＩＦ（インターフェース）３２、操作処理部３３、位置検出部３４、姿勢検出部３５、光源３６、照明制御部３７、モータ３８、湾曲制御部３９、状態検出部４０、経路処理部４１、挿入支援部４２、メモリ４３、および電源部４４を有する。

【0034】

光学アダプタ７はレンズ７０を有する。レンズ７０に入射した光はレンズ７０を通り、レンズ２２に入射する。レンズ７０およびレンズ２２は観察光学系を構成する。レンズ２２に入射した光はレンズ２２を通り、撮像素子２３に入射する。撮像素子２３は、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサである。撮像素子２３は、レンズ２２を通った光が入射する撮像面２３ａを有する。撮像素子２３は、撮像面２３ａに入射した光を撮像信号に変換する。

【0035】

撮像素子２３によって生成された撮像信号は、被検体の画像を含む。したがって、撮像素子２３は、被検体の光学像を取得し、その被検体の画像を生成する。撮像素子２３によって生成された画像は本体部３に出力される。

【0036】

姿勢センサ２４は、３軸の加速度センサ、３軸のジャイロセンサ、および地磁気センサの少なくとも１つを有する。姿勢センサ２４は、先端部２０の姿勢に関する値を計測し、計測された値を本体部３に出力する。その値は、加速度、角速度、および地磁気の少なくとも１つを示す。

【0037】

画像処理部３０は、撮像素子２３から出力された撮像信号を処理することにより、被検体の画像を処理する。例えば、画像処理部３０は、画質を向上させるために、ノイズ除去、明るさ調整、および色調整などの処理を実行する。また、画像処理部３０は、Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ（ＳＬＡＭ）などの自己位置推定を実行し、先端部２０の位置および姿勢を算出する。さらに、画像処理部３０は、挿入支援部４２によって生成された挿入支援情報を被検体の画像に重畳する。

【0038】

画像処理部３０によって処理された画像は、表示部５または記録部３１に出力される。表示部５は、画像処理部３０によって処理された画像を表示する。記録部３１は、記録媒体を有し、画像処理部３０によって処理された画像を記録媒体に記録する。

【0039】

外部ＩＦ３２は、外部ＰＣ８と接続される。外部ＰＣ８は、汎用的なパーソナルコンピュータである。外部ＰＣ８は、被検体情報を出力する。タブレットまたはスマートフォンなどの情報端末が外部ＰＣの代わりに使用されてもよい。

【0040】

被検体情報は、形状情報、材質情報、および位置情報を含む。形状情報は、被検体の３Ｄ形状（３Ｄモデル）を示す。例えば、形状情報は、３Ｄ－ＣＡＤを使用することにより生成される。あるいは、形状情報は、ＳＬＡＭなどの技術を使用することにより、過去の検査において取得された画像から生成される。形状情報は、被検体の３つ以上の点の３Ｄ座標を含む。ＳＬＡＭなどの技術を使用することにより生成された形状情報は、３Ｄ座標を含み、かつ画像を取得したカメラの位置情報および姿勢情報を含む。材質情報は、被検体の材質を示す。位置情報は、３Ｄ形状における起点および終点の少なくとも一方を示す。起点は、挿入操作が実行されるときに先端部２０が配置されている位置を示す。終点は、被検体の観察位置である目標位置を示す。例えば、形状情報が示す３Ｄ形状が表示部５に表示される。ユーザーは、操作部４を操作することにより、その３Ｄ形状における起点および終点を予め指定する。

【0041】

外部ＰＣ８から出力された被検体情報は、外部ＩＦ３２に入力される。外部ＩＦ３２は、被検体情報を経路処理部４１に出力する。

【0042】

外部ＩＦ３２は、ネットワーク（クラウド）上のサーバーと接続されてもよい。被検体情報がそのサーバーから出力され、かつ外部ＩＦ３２に入力されてもよい。

【0043】

外部ＩＦ３２は、被検体情報を記憶するメモリカード等の記録媒体と接続されてもよい。被検体情報がその記録媒体から読み出され、かつ外部ＩＦ３２に入力されてもよい。

【0044】

操作処理部３３は、操作部４と接続される。操作部４は、ユーザーが実施した操作に応じた情報を出力する。操作処理部３３は、内視鏡装置１の状態を、操作部４から出力された情報に応じた状態に設定する。

【0045】

位置検出部３４は、挿入長検出部６から出力された挿入長に基づいて被検体の内部における先端部２０の位置を検出する。姿勢検出部３５は、姿勢センサ２４から出力された値に基づいて先端部２０の姿勢を検出する。

【0046】

光源３６は、Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ（ＬＥＤ）等であり、照明光を生成する。照明光は、挿入部２に配置されたライトガイド２５を経由して先端部２０から照射される。照明制御部３７は、操作部４から出力された情報に基づいて光源３６を制御することにより、照明のオン、照明のオフ、および照明の強度を設定する。

【0047】

モータ３８は、複数のアングルワイヤー２６と接続されている。複数のアングルワイヤー２６は、挿入部２に配置され、湾曲部２１と接続されている。モータ３８は、複数のアングルワイヤー２６を牽引することにより、湾曲部２１を湾曲させる。湾曲制御部３９は、操作部４から出力された情報に基づいてモータ３８を制御することにより、湾曲部２１の角度を制御する。つまり、湾曲制御部３９は、先端部２０の姿勢を制御する。

【0048】

状態検出部４０は、先端部２０の位置および姿勢を検出する。状態検出部４０は、検出された位置および姿勢を示す情報を挿入支援部４２に出力する。経路処理部４１は、先端部２０が目標位置に到達するまでに先端部２０が通る最適経路を算出する。挿入支援部４２は、挿入部２の挿入操作を支援するための挿入支援情報を生成する。

【0049】

メモリ４３は、内視鏡装置１によって処理された情報を記憶する。メモリ４３は、例えば、半導体メモリであり、ＲＡＭ領域およびＲＯＭ領域を含んでいてよい。電源部４４は、内視鏡装置１の各部に駆動電力を供給する。

【0050】

画像処理部３０、操作処理部３３、位置検出部３４、姿勢検出部３５、照明制御部３７、湾曲制御部３９、状態検出部４０、経路処理部４１、および挿入支援部４２の少なくとも１つは、プロセッサおよび論理回路の少なくとも１つで構成されてもよい。例えば、プロセッサは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、およびＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）の少なくとも１つである。例えば、論理回路は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）およびＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）の少なくとも１つである。画像処理部３０等は、１つまたは複数のプロセッサを含んでもよい。画像処理部３０等は、１つまたは複数の論理回路を含んでもよい。

【0051】

内視鏡装置１のコンピュータがプログラムを読み込み、かつ読み込まれたプログラムを実行してもよい。そのプログラムは、画像処理部３０等の動作を規定する命令を含む。つまり、画像処理部３０等の機能はソフトウェアにより実現されてもよい。

【0052】

上記のプログラムは、例えばフラッシュメモリのような「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」により提供されてもよい。そのプログラムは、そのプログラムを保持するコンピュータから、伝送媒体を経由して、あるいは伝送媒体中の伝送波により内視鏡装置１に伝送されてもよい。プログラムを伝送する「伝送媒体」は、情報を伝送する機能を有する媒体である。情報を伝送する機能を有する媒体は、インターネット等のネットワーク（通信網）および電話回線等の通信回線（通信線）を含む。上述したプログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上述したプログラムは、差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。前述した機能は、コンピュータに既に記録されているプログラムと差分プログラムとの組合せによって実現されてもよい。

【0053】

図３は、内視鏡装置１の主要な構成を示す。図３を使用することにより、挿入部２の挿入操作を支援するための処理を説明する。

【0054】

図３に示す構成の概略を説明する。経路処理部４１は、設定部４１０、目標状態推定部４１１（状態推定部）、および経路算出部４１２を有する。設定部４１０は、形状情報において終点（第１の位置）および起点（第２の位置）を設定する。形状情報は被検体の３Ｄ形状を示す。終点は目標位置を示す。起点は終点と異なる。目標状態推定部４１１は、挿入部２の仕様に基づいて終点における先端部２０の第１の状態を推定する。経路算出部４１２は、先端部２０が起点から終点まで移動するときに先端部２０が通る経路を算出する。状態検出部４０は、起点における先端部２０の第２の状態を検出する。挿入支援部４２は、先端部２０が起点から上記の経路を通って終点に到達し、かつ先端部２０の状態が第２の状態から第１の状態に変化するための挿入操作に必要な挿入支援情報を表示部５（情報通知装置）に出力する。

【0055】

図３に示す構成の詳細を説明する。操作処理部３３は、操作部４から出力された情報に基づいて装置設定情報を取得する。装置設定情報は、挿入部情報および光学アダプタ情報を含む。挿入部情報は挿入部２の仕様を示す。光学アダプタ情報は光学アダプタ７の仕様を示す。

【0056】

画像処理部３０は、画像回転機能を持ってもよい。画像処理部３０が画像回転機能を持つ場合、画像処理部３０は画像を任意の方向に回転させることができる。装置設定情報は、画像回転機能が設定されているか否かを示す情報を含んでもよい。

【0057】

光学アダプタ７の仕様の１つである光学アダプタ７の種類として、直視アダプタおよび側視アダプタがある。直視アダプタは、挿入部２の長手方向に見た被検体の光学像を取得する。側視アダプタは、挿入部２の側面に垂直な方向に見た被検体の光学像を取得する。直視状態と側視状態とを切り替えることができる光学アダプタがある。装置設定情報は、直視状態および側視状態のいずれか一方を示す情報を含んでもよい。

【0058】

例えば、メモリ４３は、装置設定情報を記憶する。ユーザーは、操作部４を操作することにより、使用される挿入部２および光学アダプタ７の情報を内視鏡装置１に入力する。操作処理部３３は、操作部４から出力された情報に基づいて、使用される挿入部２および光学アダプタ７を特定する。操作処理部３３は、特定された挿入部２と対応する挿入部情報をメモリ４３から取得し、かつ特定された光学アダプタ７と対応する光学アダプタ情報をメモリ４３から取得する。

【0059】

前述したように、外部ＰＣ８は、被検体情報を出力する。被検体情報は、前述した形状情報、材質情報、および位置情報を含む。外部ＰＣ８は、装置設定情報を出力してもよい。外部ＰＣ８から出力された装置設定情報が外部ＩＦ３２に入力されてもよい。

【0060】

画像処理部３０は、ＳＬＡＭなどの自己位置推定を実行し、先端部２０の位置および姿勢を算出する。画像処理部３０は、算出された位置および姿勢の各々を示す情報を出力する。位置検出部３４は、先端部２０の位置を検出し、検出された位置を示す情報を出力する。姿勢検出部３５は、先端部２０の姿勢を検出し、検出された姿勢を示す情報を出力する。

【0061】

状態検出部４０は、画像処理部３０、位置検出部３４、および姿勢検出部３５から出力された情報に基づいて先端部２０の位置および姿勢を検出する。状態検出部４０は、上記の情報の全てを使用する必要はない。状態検出部４０は、画像処理部３０によって算出された位置と、位置検出部３４によって検出された位置との一方または両方を使用することにより先端部２０の位置を検出してもよい。状態検出部４０は、画像処理部３０によって算出された姿勢と、姿勢検出部３５によって検出された姿勢との一方または両方を使用することにより先端部２０の姿勢を検出してもよい。状態検出部４０は、被検体の構造または必要な位置精度などに応じて、先端部２０の位置または姿勢を検出するために使用される情報を選択してもよい。

【0062】

状態検出部４０は、湾曲制御部３９から出力された情報に基づいて湾曲部２１の湾曲状態を検出してもよい。これにより、状態検出部４０は、湾曲部２１の概略形状を検出することができる。状態検出部４０は、先端部２０の姿勢を検出するために、画像処理部３０または姿勢検出部３５によって検出された姿勢に加えて湾曲部２１の概略形状を使用してもよい。

【0063】

設定部４１０は、被検体情報に含まれる位置情報に基づいて終点および起点を設定する。設定部４１０は、先端部２０の現在の位置を起点として設定してもよい。その場合、設定部４１０は、状態検出部４０から出力された先端部２０の位置を起点として設定する。

【0064】

目標状態推定部４１１は、先端部２０が終点に仮想的に配置された状態における先端部２０の目標状態を推定する。その目標状態は、被検体の観察に適している状態を示す。設定部４１０は、その目標状態が実現される位置を終点として設定する。

【0065】

経路算出部４１２は、先端部２０を終点から起点に向かって被検体の３Ｄ形状上で仮想的に移動させ、先端部２０が通る経路を記録する。３Ｄ形状が分岐部を有していない場合、経路算出部４１２は、１つ以上の経路候補を算出する。３Ｄ形状が１つ以上の分岐部を有する場合、経路算出部４１２は、分岐部における分岐のパターンを考慮し、２つ以上の経路候補を算出する。経路算出部４１２は、挿入部２が各経路候補を通るときの挿入部２の状態を分析し、１つ以上の経路候補のいずれか１つを最適経路として選択する。

【0066】

挿入支援部４２は、状態検出部４０によって検出された先端部２０の位置および姿勢と、経路処理部４１によって算出された最適経路と、被検体情報に含まれる形状情報とに基づいて挿入支援情報を生成する。具体的には、挿入支援部４２は、最適経路における先端部２０の理想的な姿勢と先端部２０の現在の姿勢とのずれ量を算出する。このとき、挿入支援部４２は、最適経路における挿入部２の捻じり状態と挿入部２の現在の捻じり状態とのずれ量を算出する。

【0067】

挿入支援部４２は、挿入支援情報を生成する。挿入支援情報は、先端部２０の姿勢を調整するための操作を支援する情報を含む。また、挿入支援情報は、挿入部２の捻じり状態を調整するための操作を支援する情報を含む。挿入支援部４２は、画像処理部３０を経由して挿入支援情報を表示部５に出力する。

【0068】

図４は、内視鏡装置１が実行する主要な処理を示す。被検体情報および装置設定情報を含む検査条件が内視鏡装置１に入力される（ステップＳＡ）。ステップＳＡの後、経路処理部４１は最適経路を算出する（ステップＳＢ）。ステップＳＢの後、挿入支援部４２は挿入支援情報を生成する（ステップＳＣ）。ステップＳＣが実行されたとき、図４に示す処理が終了する。図４に示す処理は繰り返されてもよい。

【0069】

図５は、図４に示すステップＳＡにおいて実行される処理を示す。外部ＩＦ３２は、外部ＰＣ８から出力された被検体情報を取得する（ステップＳＡ１）。ステップＳＡ１の後、操作処理部３３は、操作部４から出力された情報に基づいて装置設定情報を取得する（ステップＳＡ２）。ステップＳＡ２の後、状態検出部４０は、先端部２０の位置および姿勢を検出する（ステップＳＡ３）。ステップＳＡ３が実行されたとき、図５に示す処理が終了する。

【0070】

ステップＳＡ１、ステップＳＡ２、およびステップＳＡ３の順番は、図５に示す順番に限らない。ステップＳＡ１、ステップＳＡ２、およびステップＳＡ３は、任意の順番で実行されてもよい。

【0071】

図６は、被検体情報に含まれる形状情報および位置情報の例を示す。形状情報は、被検体の３Ｄ形状ＳＵＢ１０を示す。図６に示す被検体は配管である。位置情報は、起点ＰＳ１０および終点ＰＥ１０を示す。３Ｄ形状ＳＵＢ１０は、分岐部ＢＲ１０および分岐部ＢＲ１１を有する。起点ＰＳ１０から終点ＰＥ１０に向かう経路は、分岐部ＢＲ１１において２つの経路に分岐する。その２つの経路は、分岐部ＢＲ１０において合流する。

【0072】

図６に示す観察対象ＯＴ１０の位置および観察対象ＯＴ１０の方向は予め設定されている。観察対象ＯＴ１０は、検査部位である。被検体情報は、これらの情報も含む。

【0073】

図７は、装置設定情報の例を示す。装置設定情報は、挿入部２の仕様を含む挿入部情報および光学アダプタ７の仕様を含む光学アダプタ情報を含む。挿入部情報は、挿入部２の径ＤＭ１０を示す情報を含む。挿入部情報は、硬質部長Ｌ１０および湾曲長Ｌ１１の各々を示す情報を含む。硬質部長Ｌ１０は、先端部２０の硬質部の長さを示す。湾曲長Ｌ１１は、先端部２０および湾曲部２１の全体の長さを示す。光学アダプタ情報は、光学アダプタ７の観察方向ＯＤ１０を示す情報を含む。観察方向ＯＤ１０は、レンズ７０などの観察光学系の光軸と平行である。光学アダプタ情報は、光学アダプタ７の焦点範囲ＦＲ１０および光学アダプタ７の画角ＡＧ１０の各々を示す情報を含む。

【0074】

図８は、図４に示すステップＳＢにおいて実行される処理を示す。目標状態推定部４１１は、終点における先端部２０の目標状態を推定する（ステップＳＢ１）。ステップＳＢ１の後、経路算出部４１２は、終点における先端部２０の状態が目標状態となる１つ以上の経路候補を算出する（ステップＳＢ２）。ステップＳＢ２の後、経路算出部４１２は、１つ以上の経路候補のいずれか１つを最適経路として選択する（ステップＳＢ３）。ステップＳＢ３が実行されたとき、図８に示す処理が終了する。

【0075】

図９は、図８に示すステップＳＢ１において実行される処理を示す。挿入部２が被検体に挿入され、かつ検査部位に到達したことを想定する。この状態における先端部２０の位置および姿勢が推定される。以下の処理では、先端部２０は、被検体情報に含まれる形状情報が示す３Ｄ形状上に仮想的に配置される。

【0076】

まず、目標状態推定部４１１は、ステップＳＡ１において取得された被検体情報に含まれる位置情報を参照し、位置情報が示す終点に先端部２０を配置する。このとき、目標状態推定部４１１は、ステップＳＡ２において取得された装置設定情報に含まれる光学アダプタ情報を参照する。目標状態推定部４１１は、先端部２０が光学アダプタ７の視野（図７の画角ＡＧ１０）に入り、かつ光学アダプタ７の焦点範囲（図７の焦点範囲ＦＲ１０）に入るように先端部２０を配置する。目標状態推定部４１１は、先端部２０の状態が目標状態となるように先端部２０を配置する（ステップＳＢ１００）。

【0077】

図１０、図１１、および図１２は、先端部２０の目標状態の例を示す。

【0078】

図１０は、先端部２０が被検体に正対するかどうかを示す。図１０に示す状態ＳＴ１０において、先端部２０は被検体に正対している。このとき、先端部２０に配置されたレンズ２２の光軸ＯＡ１０の方向は被検体の表面に垂直である。つまり、図１０に示す角度ＡＧ１１は９０度である。先端部２０は光学像ＯＩ１０を取得する。

【0079】

図１０に示す状態ＳＴ１１において、先端部２０は被検体に正対していない。このとき、先端部２０に配置されたレンズ２２の光軸ＯＡ１０の方向は被検体の表面に垂直ではない。先端部２０は光学像ＯＩ１１を取得する。

【0080】

光学像ＯＩ１０は、光学像ＯＩ１１よりも被検体の観察に適している。状態ＳＴ１０は目標状態であり、状態ＳＴ１１は目標状態ではない。

【0081】

図１１は、先端部２０の所定方向が被検体の所定方向と一致するかどうかを示す。先端部２０の所定方向は、先端部２０の構造において予め設定された方向である。被検体の所定方向は、被検体の３Ｄ形状において予め設定された方向である。

【0082】

図１１に示す状態ＳＴ１２において、先端部２０の上方向、下方向、左方向、および右方向はそれぞれ被検体の上方向、下方向、左方向、および右方向と一致する。先端部２０は光学像ＯＩ１２を取得する。

【0083】

図１１に示す状態ＳＴ１３において、挿入部２が捻じれている。そのため、先端部２０の上方向は被検体の下方向と一致し、かつ先端部２０の下方向は被検体の上方向と一致する。先端部２０は光学像ＯＩ１３を取得する。

【0084】

光学像ＯＩ１２は、光学像ＯＩ１３よりも被検体の観察に適している。状態ＳＴ１２は目標状態であり、状態ＳＴ１３は目標状態ではない。

【0085】

図１２は、先端部２０と被検体との距離が被検体の観察に適しているかどうかを示す。図１２に示す状態ＳＴ１４において、先端部２０と被検体との距離はＤ１０である。このとき、被検体の検査部位は光学アダプタ７の視野に入り、かつ光学アダプタ７の焦点距離は適切である。先端部２０は光学像ＯＩ１４を取得する。

【0086】

図１２に示す状態ＳＴ１５において、先端部２０と被検体との距離はＤ１１である。このとき、被検体の検査部位の一部は光学アダプタ７の視野に入らず、かつ光学アダプタ７の焦点距離は適切ではない。先端部２０は光学像ＯＩ１５を取得する。

【0087】

光学像ＯＩ１４は、光学像ＯＩ１５よりも被検体の観察に適している。状態ＳＴ１４は目標状態であり、状態ＳＴ１５は目標状態ではない。

【0088】

目標状態推定部４１１は、先端部２０の状態が状態ＳＴ１０、状態ＳＴ１２、および状態ＳＴ１４の少なくとも１つと同様な目標状態になるように先端部２０を配置する。目標状態は、状態ＳＴ１０、状態ＳＴ１２、および状態ＳＴ１４の全てと同様である必要はない。目標状態は、状態ＳＴ１０、状態ＳＴ１２、および状態ＳＴ１４の１つまたは２つと同様であってもよい。

【0089】

ステップＳＢ１００の後、目標状態推定部４１１は、先端部２０の配置が被検体の壁によって邪魔されるか否かを判断する（ステップＳＢ１０１）。

【0090】

先端部２０の配置が被検体の壁によって邪魔されると目標状態推定部４１１がステップＳＢ１０１において判断した場合、目標状態推定部４１１は、画像処理部３０を経由してメッセージを表示部５に出力する（ステップＳＢ１０２）。そのメッセージは、光学アダプタ７の交換をユーザーに促す、または検査を実施できないことをユーザーに通知する。

【0091】

先端部２０の配置が被検体の壁によって邪魔されないと目標状態推定部４１１がステップＳＢ１０１において判断した場合、設定部４１０は、ステップＳＢ１００において先端部２０が配置された位置を最終的な終点として設定する。また、設定部４１０は、ステップＳＢ１００における先端部２０の姿勢を目標姿勢として設定する（ステップＳＢ１０３）。ステップＳＢ１０２またはステップＳＢ１０３が実行されたとき、図９に示す処理が終了する。

【0092】

図１３は、図８に示すステップＳＢ２において実行される処理を示す。設定部４１０は、被検体情報に含まれる位置情報が示す起点を設定する（ステップＳＢ２００）。

【0093】

経路算出部４１２は、先端部２０の位置をステップＳＢ１０３において設定された終点に設定する。これにより、経路算出部４１２は、先端部２０を被検体の３Ｄ形状における終点に配置する。また、経路算出部４１２は、先端部２０の姿勢をステップＳＢ１０３において設定された目標姿勢に設定する（ステップＳＢ２０１）。

【0094】

ステップＳＢ２０１の後、経路算出部４１２は、先端部２０が被検体の壁に沿って起点に近づくように先端部２０を３Ｄ形状上で移動させる（ステップＳＢ２０２）。

【0095】

先端部２０が分岐部を通る場合、経路算出部４１２は分岐部の位置を記録する（ステップＳＢ２０３）。ステップＳＢ２０３の後、経路算出部４１２は、分岐部の形状に応じて先端部２０の移動方向を設定する（ステップＳＢ２０４）。先端部２０が分岐部を通らない場合、ステップＳＢ２０３およびステップＳＢ２０４は実行されない。

【0096】

ステップＳＢ２０４の後、経路算出部４１２は、先端部２０が被検体の壁に接触したか否かを判断する（ステップＳＢ２０５）。

【0097】

先端部２０が被検体の壁に接触したと経路算出部４１２がステップＳＢ２０５において判断した場合、経路算出部４１２はその壁の位置を記録する（ステップＳＢ２０９）。ステップＳＢ２０９の後、経路算出部４１２は、先端部２０の位置をその壁の位置に設定する（ステップＳＢ２１０）。ステップＳＢ２１０の後、ステップＳＢ２０２が実行される。

【0098】

先端部２０が被検体の壁に接触していないと経路算出部４１２がステップＳＢ２０５において判断した場合、経路算出部４１２は、先端部２０が起点に到達したか否かを判断する（ステップＳＢ２０６）。

【0099】

先端部２０が起点に到達していないと経路算出部４１２がステップＳＢ２０６において判断した場合、ステップＳＢ２０２が実行される。先端部２０が起点に到達したと経路算出部４１２がステップＳＢ２０６において判断した場合、経路算出部４１２は、分岐部の位置および壁の位置を含む経路候補を記録する（ステップＳＢ２０７）。

【0100】

ステップＳＢ２０７の後、経路算出部４１２は各分岐部における全ての分岐状態が経路候補に反映されたか否かを判断する（ステップＳＢ２０８）。

【0101】

経路候補に反映されていない分岐状態が残っていると経路算出部４１２がステップＳＢ２０８において判断した場合、ステップＳＢ２０１が実行される。その後、経路算出部４１２は、前述した処理を実行し、新しい経路候補における分岐部の位置および壁の位置を記録する。全ての分岐状態が経路候補に反映されたと経路算出部４１２がステップＳＢ２０８において判断した場合、図１３に示す処理が終了する。

【0102】

図１４は、経路候補の例を示す。起点ＰＳ１０および終点ＰＥ１０が被検体の３Ｄ形状ＳＵＢ１０上に設定される。３Ｄ形状ＳＵＢ１０は、分岐部ＢＲ１０および分岐部ＢＲ１１を有する。図１４において、経路候補ＰＨ１０および経路候補ＰＨ１１が示されている。

【0103】

経路算出部４１２は、ステップＳＢ２０１において先端部２０の位置を終点ＰＥ１０に設定する。経路算出部４１２は、ステップＳＢ２０２において先端部２０を起点ＰＳ１０に向かって移動させる。

【0104】

先端部２０が分岐部ＢＲ１０を通るため、経路算出部４１２は、ステップＳＢ２０３において分岐部ＢＲ１０の位置を記録する。先端部２０は、分岐部ＢＲ１０において方向ＤＲ１１または方向ＤＲ１２に移動することができる。例えば、経路算出部４１２は、ステップＳＢ２０４において先端部２０の移動方向を方向ＤＲ１１に設定する。

【0105】

経路算出部４１２は、分岐部における分岐の状態を管理するための分岐管理テーブルを使用する。図１５（ａ）、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）、および図１５（ｄ）は、分岐管理テーブルの例を示す。先端部２０が分岐部ＢＲ１０を通るとき、経路算出部４１２は、分岐部ＢＲ１０における方向ＤＲ１１を含む第１の分岐状態を分岐管理テーブルに記録する。図１５（ａ）は、このときの分岐管理テーブルＴＢ１０を示す。

【0106】

先端部２０が３Ｄ形状ＳＵＢ１０の壁に接触した場合、経路算出部４１２は、ステップＳＢ２０９およびステップＳＢ２１０を実行する。その後、先端部２０は分岐部ＢＲ１１を通る。経路算出部４１２は、ステップＳＢ２０３において分岐部ＢＲ１１の位置を記録する。先端部２０は、分岐部ＢＲ１１において方向ＤＲ１２に移動することができる。経路算出部４１２は、ステップＳＢ２０４において先端部２０の移動方向を方向ＤＲ１２に設定する。このとき、経路算出部４１２は、分岐部ＢＲ１１における方向ＤＲ１２を第１の分岐状態と関連付ける。図１５（ｂ）は、このときの分岐管理テーブルＴＢ１１を示す。

【0107】

先端部２０が起点ＰＳ１０に到達したとき、分岐部ＢＲ１０における方向ＤＲ１２を含む分岐状態は分岐管理テーブルＴＢ１１に記録されていない。そのため、経路算出部４１２は、ステップＳＢ２０８において、経路候補に反映されていない分岐状態が残っていると判断する。経路算出部４１２は、ステップＳＢ２０１において先端部２０の位置を終点ＰＥ１０に再度設定する。経路算出部４１２は、ステップＳＢ２０２において先端部２０を起点ＰＳ１０に向かって移動させる。

【0108】

先端部２０が分岐部ＢＲ１０を通るため、経路算出部４１２は、ステップＳＢ２０３において分岐部ＢＲ１０の位置を記録する。分岐部ＢＲ１０における方向ＤＲ１２が分岐管理テーブルＴＢ１１に記録されていないため、経路算出部４１２は、ステップＳＢ２０４において先端部２０の移動方向を方向ＤＲ１２に設定する。このとき、経路算出部４１２は、分岐部ＢＲ１０における方向ＤＲ１２を含む第２の分岐状態を分岐管理テーブルに記録する。図１５（ｃ）は、このときの分岐管理テーブルＴＢ１２を示す。

【0109】

その後、先端部２０は分岐部ＢＲ１１を通る。経路算出部４１２は、ステップＳＢ２０３において分岐部ＢＲ１１の位置を記録する。経路算出部４１２は、ステップＳＢ２０４において先端部２０の移動方向を方向ＤＲ１２に設定する。このとき、経路算出部４１２は、分岐部ＢＲ１１における方向ＤＲ１２を第２の分岐状態と関連付ける。図１５（ｄ）は、このときの分岐管理テーブルＴＢ１３を示す。

【0110】

先端部２０が起点ＰＳ１０に到達したとき、分岐管理テーブルＴＢ１３は、分岐部ＢＲ１０および分岐部ＢＲ１１に関する全ての分岐状態の情報を記憶する。そのため、経路算出部４１２は、ステップＳＢ２０８において、全ての分岐状態が経路候補に反映されたと判断する。

【0111】

図１６は、図８に示すステップＳＢ３において実行される処理を示す。経路算出部４１２は、各経路候補における挿入部２の曲がり負荷を分析する（ステップＳＢ３００）。

【0112】

挿入部２が曲がっているとき、被検体と挿入部２との間の摩擦力が大きくなる。その摩擦力は、挿入部２が被検体に挿入されるときに曲がり負荷を挿入部２に加える。そのため、ユーザーが挿入部２を被検体に挿入しにくくなる。挿入部２が曲がる量が多いほど、曲がり負荷は大きくなる。

【0113】

図１７（ａ）、図１７（ｂ）、および図１７（ｃ）は、挿入部２の曲がり負荷の量を算出する方法を示す。図１７（ａ）は、経路候補の例を示す。図１７（ａ）に示す経路候補ＰＨ１２は、位置Ｐ１１において角度θ１だけ曲がり、位置Ｐ１２において角度θ２だけ曲がる。角度θ１および角度θ２は９０度である。

【0114】

図１７（ｂ）は、挿入部２の曲がり量の変化を示す。図１７（ｂ）における横軸は経路候補ＰＨ１２における位置Ｐを示し、図１７（ｂ）における縦軸は挿入部２の曲がり量を示す。挿入部２の曲がり量は角度θとして示されている。

【0115】

図１７（ｃ）は、曲がり負荷の量を示す。図１７（ｃ）における横軸は経路候補ＰＨ１２における位置Ｐを示し、図１７（ｃ）における縦軸は曲がり負荷の量Ｌｄを示す。経路算出部４１２は、図１７（ｂ）に示す曲がり量の変化の微分値を算出し、かつその微分値の絶対値を曲がり負荷の量Ｌｄとして算出する。このとき、経路算出部４１２は、被検体の形状情報を使用する。経路算出部４１２は、急激かつ大きな曲がりの量を算出することができる。

【0116】

経路算出部４１２は、各経路候補における微分値の絶対値の総和を算出する。その総和は、経路候補における曲がり負荷の量を示す。曲がり負荷の量が非常に大きい場合、経路算出部４１２は、その経路候補を使用できないと判断する。曲がり負荷の量が小さい場合、経路算出部４１２は、その経路候補を使用できると判断する。

【0117】

ステップＳＢ３００の後、経路算出部４１２は、各経路候補における経路が有する傾斜の特性を分析する（ステップＳＢ３０１）。

【0118】

図１８（ａ）および図１８（ｂ）は、傾斜の特性を分析する方法を示す。図１８（ａ）は、経路候補ＰＨ１３の傾斜の特性を示す。図１８（ａ）において、経路候補ＰＨ１３の高さの変化が示されている。経路候補ＰＨ１３は位置Ｐ１３から位置Ｐ１４まで上っており、位置Ｐ１４から位置Ｐ１５まで下っている。位置Ｐ１３から位置Ｐ１４までの傾斜の傾きはＴ１であり、位置Ｐ１４から位置Ｐ１５までの傾斜の傾きはＴ２である。

【0119】

図１８（ｂ）は、経路候補ＰＨ１３における傾斜の傾きの変化を示す。図１８（ｂ）における横軸は経路候補ＰＨ１３における位置Ｐを示し、図１８（ｂ）における縦軸は傾斜の傾きＴを示す。

【0120】

上っている傾斜の傾きが大きく、かつその傾斜が長い場合、挿入部２を動かすために必要な力は大きい。経路算出部４１２は、傾斜の傾きが閾値Ｔｔｈよりも大きく、かつその傾斜の長さが閾値Ｌｌｍｔよりも長いか否かを判断する。このとき、経路算出部４１２は、被検体の形状情報を使用する。図１８（ｂ）に示す例では、傾きＴ１は閾値Ｔｔｈよりも大きい。また、傾きＴ１を持つ傾斜の長さは閾値Ｌｌｍｔよりも長い。そのため、経路算出部４１２は、経路候補ＰＨ１３を使用できないと判断する。

【0121】

経路算出部４１２は、各経路候補における傾斜の傾きを算出する。その傾きが閾値Ｔｔｈよりも大きく、かつその傾きを持つ傾斜の長さが閾値Ｌｌｍｔよりも長い場合、経路算出部４１２は、その経路候補を使用できないと判断する。傾斜の傾きが閾値Ｔｔｈ以下である、または閾値Ｔｔｈよりも大きな傾きを持つ傾斜の長さが閾値Ｌｌｍｔ以下である場合、経路算出部４１２は、その経路候補を使用できると判断する。

【0122】

硬質部を除く挿入部２の大部分は柔らかく、曲がりやすい。挿入部２が傾斜を上っているとき、先端部２０の方向が左または右に変化しやすく、かつ挿入部２が倒れやすい。挿入部２の倒れを抑制する壁などが挿入部２の両側にない場合、挿入部２が傾斜を上ることができない可能性がある。経路算出部４１２は、被検体の壁などと挿入部２との距離に基づいて、経路候補を使用できるか否かを判断してもよい。

【0123】

ステップＳＢ３０１の後、経路算出部４１２は、各経路候補における被検体の構造と挿入部２の構造とに起因する挿入部２の配置の制限を分析する（ステップＳＢ３０２）。

【0124】

ステップＳＢ３０１、ステップＳＢ３０２、およびステップＳＢ３０３の順番は、図１６に示す順番に限らない。ステップＳＢ３０１、ステップＳＢ３０２、およびステップＳＢ３０３は、任意の順番で実行されてもよい。

【0125】

図１９、図２０、および図２１は、被検体の構造と挿入部２の構造とに起因する挿入部２の配置の制限の例を示す。

【0126】

図１９は、挿入部２の径に応じた挿入部２の配置の制限の例を示す。図１９に示す状態ＳＴ１６において、挿入部２が挿入される被検体内の空間の幅ＷｓはＷ１と同じである。幅Ｗ１は、挿入部２が被検体内の空間を通るために必要なその空間の幅を示す。幅Ｗ１は、挿入部２の径以上である。状態ＳＴ１６において挿入部２は被検体内の空間を通ることができる。

【0127】

図１９に示す状態ＳＴ１７において、挿入部２が挿入される被検体内の空間の幅ＷｓはＷ１よりも小さい。状態ＳＴ１７において挿入部２は被検体内の空間を通ることができない。

【0128】

経路算出部４１２は、挿入部情報を使用することにより、幅Ｗ１を算出する。経路算出部４１２は、被検体の形状情報を使用することにより、各経路候補における空間の幅Ｗｓを算出する。経路算出部４１２は、幅Ｗｓが幅Ｗ１以上であるか否かを判断する。幅Ｗｓが幅Ｗ１よりも小さい場合、経路算出部４１２は、その経路候補を使用できないと判断する。幅Ｗｓが幅Ｗ１以上である場合、経路算出部４１２は、その経路候補を使用できると判断する。

【0129】

図２０は、挿入部２の硬質部長に応じた挿入部２の配置の制限の例を示す。図２０に示す状態ＳＴ１８において、被検体の曲がり部における幅の最小値Ｗｍはｒ１以上である。幅ｒ１は、先端部２０の硬質部が曲がり部を通るために必要な曲がり部の幅を示す。状態ＳＴ１８において挿入部２は曲がり部を通ることができる。

【0130】

図２０に示す状態ＳＴ１９において、被検体の曲がり部における幅の最小値Ｗｍはｒ１よりも小さい。状態ＳＴ１９において挿入部２は曲がり部を通ることができない。

【0131】

経路算出部４１２は、挿入部情報を使用することにより、幅ｒ１を算出する。経路算出部４１２は、被検体の形状情報を使用することにより、各経路候補における曲がり部の幅の最小値Ｗｍを算出する。経路算出部４１２は、最小値Ｗｍが幅ｒ１以上であるか否かを判断する。最小値Ｗｍが幅ｒ１よりも小さい場合、経路算出部４１２は、その経路候補を使用できないと判断する。最小値Ｗｍが幅ｒ１以上である場合、経路算出部４１２は、その経路候補を使用できると判断する。

【0132】

図２１は、挿入部２の湾曲長に応じた挿入部２の配置の制限の例を示す。図２１に示す状態ＳＴ２０において、被検体の壁と壁との距離Ｗ２は距離Ｒ１以上である。距離Ｒ１は、挿入部２が湾曲した状態で挿入部２が検査部位ＩＰ１０の光学像を取得するために必要な壁の間隔を示す。距離Ｒ１は湾曲長以上である。状態ＳＴ２０において挿入部２の先端部２０は検査部位ＩＰ１０と正対することができる。

【0133】

図２１に示す状態ＳＴ２１において、被検体の壁と壁との距離Ｗ２は距離Ｒ１よりも小さい。状態ＳＴ２１において挿入部２の先端部２０は検査部位ＩＰ１０と正対することができない。

【0134】

経路算出部４１２は、挿入部情報を使用することにより、距離Ｒ１を算出する。経路算出部４１２は、被検体の形状情報を使用することにより、各経路候補における距離Ｗ２を算出する。経路算出部４１２は、距離Ｗ２が距離Ｒ１以上であるか否かを判断する。距離Ｗ２が距離Ｒ１よりも小さい場合、経路算出部４１２は、その経路候補を使用できないと判断する。距離Ｗ２が距離Ｒ１以上である場合、経路算出部４１２は、その経路候補を使用できると判断する。

【0135】

ステップＳＢ３０２の後、経路算出部４１２は、ステップＳＢ３００からＳＢ３０２の各々における各経路候補の分析結果を参照する。経路算出部４１２は、使用できないと判断された結果を持つ経路候補があるか否かを判断する（ステップＳＢ３０３）。

【0136】

使用できないと判断された結果を持つ経路候補がないと経路算出部４１２がステップＳＢ３０３において判断した場合、経路算出部４１２は、最も良好な分析結果を持つ経路候補を最適経路として選択する（ステップＳＢ３０５）。

【0137】

使用できないと判断された結果を持つ経路候補があると経路算出部４１２がステップＳＢ３０３において判断した場合、経路算出部４１２は、画像処理部３０を経由してメッセージを表示部５に出力する（ステップＳＢ３０４）。そのメッセージは、内視鏡装置１の交換をユーザーに促す、または検査を実施できないことをユーザーに通知する。ステップＳＢ３０４またはステップＳＢ３０５が実行されたとき、図１６に示す処理が終了する。

【0138】

図２２は、ステップＳＢ３００からＳＢ３０２の各々における各経路候補の分析結果の例を示す。各経路候補の分析結果は、ステップＳＢ３００における曲がり負荷の分析結果と、ステップＳＢ３０１における傾斜の特性の分析結果と、ステップＳＢ３０２における挿入部２の配置の制限の分析結果とを含む。各分析結果は、結果Ａ、結果Ｂ、および結果Ｃのいずれか１つである。結果Ａは、経路候補が良好であることを示す。結果Ｂは、分析結果は結果Ａに分類されないが経路候補を使用できることを示す。結果Ｃは、経路候補を使用できないことを示す。

【0139】

経路候補１から４の各々の分析結果が図２２に示されている。また、各経路候補の全長（経路長）が図２２に示されている。経路算出部４１２は、ステップＳＢ３０３において、結果Ｃを持つ経路候補があるか否かを判断する。

【0140】

経路候補１の曲がり負荷の分析結果は結果Ｃである。経路候補２の制限の分析結果は結果Ｃである。経路候補３の傾斜の特性の分析結果は結果Ｃである。そのため、経路算出部４１２は、経路候補１から３を最適経路として選択しない。経路候補４は、結果Ｃを持たない。そのため、経路算出部４１２は、経路候補４を最適経路として選択する。

【0141】

使用できないと判断された結果を持たない２つ以上の経路候補がある場合、経路算出部４１２は、相対的に良好な分析結果を持つ経路候補を最適経路として選択してもよい。あるいは、経路算出部４１２は、最も短い経路長を持つ経路候補を最適経路として選択してもよい。

【0142】

上記の例では、経路算出部４１２は、挿入部２および被検体の少なくとも一方に関する２つ以上の指標に従って、各経路候補を分析する。上記の例では、第１の指標、第２の指標、および第３の指標が使用される。第１の指標は、挿入部２が各経路候補上で曲がるときに挿入部２に加わる負荷に関する。第２の指標は、各経路候補における傾斜の特性に関する。第３の指標は、挿入部２および被検体の各々の構造に起因する挿入部２の配置の制限に関する。経路算出部４１２は、１つの指標のみに従って、各経路候補を分析してもよい。

【0143】

例えば、経路算出部４１２は、以下の処理を実行する。経路算出部４１２は、各指標に従って各経路候補を分析し、かつ分析結果に応じた指標値を算出する。例えば、図２２に示す結果Ａの指標値は２であり、図２２に示す結果Ｂの指標値は１であり、図２２に示す結果Ｃの指標値は０である。例えば、経路算出部４１２は、以下の式（１）を使用することにより、各経路候補の３つの指標値の合計ＳＵＭを算出する。
ＳＵＭ＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３ （１）

【0144】

式（１）における値Ｉ１は、第１の指標の値を示す。式（１）における値Ｉ２は、第２の指標の値を示す。式（１）における値Ｉ３は、第３の指標の値を示す。経路算出部４１２は、最も小さい合計ＳＵＭを持つ経路候補を最適経路として選択する。

【0145】

各指標の重要度に応じた重み係数が各指標に設定されてもよい。経路算出部４１２は、各指標および重み係数に従って各経路候補を分析してもよい。例えば、各指標の重み係数は、最適経路を選択するためにその指標を使用するか否かを示す。例えば、第１の指標の重み係数は１であり、第２の指標の重み係数は１であり、第３の指標の重み係数は０である。この場合、第１の指標および第２の指標は最適経路を選択するために使用されるが、第３の指標は最適経路を選択するために使用されない。

【0146】

経路算出部４１２は、以下の処理を実行してもよい。経路算出部４１２は、各指標値に各指標の重み係数を乗算することにより、補正された指標値を算出する。経路算出部４１２は、各経路候補の３つの補正された指標値の合計を算出する。例えば、経路算出部４１２は、以下の式（２）を使用することにより、各経路候補の３つの補正された指標値の合計ＳＵＭを算出する。
ＳＵＭ＝Ｃ１＊Ｉ１＋Ｃ２＊Ｉ２＋Ｃ３＊Ｉ３ （２）

【0147】

式（２）における値Ｃ１は第１の指標の重み係数を示し、値Ｉ１は第１の指標の値を示す。式（２）における値Ｃ２は第２の指標の重み係数を示し、値Ｉ２は第２の指標の値を示す。式（２）における値Ｃ３は第３の指標の重み係数を示し、値Ｉ３は第３の指標の値を示す。経路算出部４１２は、最も小さい合計ＳＵＭを持つ経路候補を最適経路として選択する。

【0148】

上記の重み係数は、メモリ４３に予め記憶される。重み係数は変更できてもよい。例えば、ユーザーは、操作部４を操作することにより重み係数を内視鏡装置１に入力してもよい。メモリ４３に記憶された重み係数は、内視鏡装置１に入力された重み係数に変更されてもよい。

【0149】

図２３は、図４に示すステップＳＣにおいて実行される処理を示す。挿入支援部４２は、先端部２０が終点に配置された状態における撮像素子２３の撮像面２３ａの方向を算出する（ステップＳＣ１）。このとき、先端部２０の姿勢は目標姿勢に設定される。

【0150】

図２４は、経路のモデルを示す。先端部２０が終点に配置されているとき、先端部２０は検査部位ＩＰ１１の光学像を取得する。先端部２０の姿勢が目標姿勢に設定されるため、先端部２０は検査部位ＩＰ１１と正対する。

【0151】

図２４に示すベクトルＵａおよびベクトルＶａが定義される。ベクトルＵａは検査部位ＩＰ１１の表面と平行であり、かつ基準方向と一致する。例えば、基準方向は、検査部位ＩＰ１１における上方向と定義される。ベクトルＶａは検査部位ＩＰ１１の表面に垂直である。ベクトルＵａおよびベクトルＶａは、被検体におけるグローバル座標系によって定義される。グローバル座標系は、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を持つ。グローバル座標系における位置（３Ｄ座標）は、Ｘ座標、Ｙ座標、およびＺ座標によって定義される。

【0152】

一方、撮像素子２３の撮像面２３ａにおけるローカル座標系が定義される。ローカル座標系は、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を持つ。ｘ軸の方向は撮像面２３ａ内の水平方向と同じであり、かつｙ軸の方向は撮像面２３ａ内の垂直方向と同じである。ｚ軸の方向は撮像面２３ａに垂直である。ローカル座標系における位置（３Ｄ座標）は、ｘ座標、ｙ座標、およびｚ座標によって定義される。

【0153】

先端部２０が終点に配置されているとき、撮像面２３ａは検査部位ＩＰ１１と正対し、かつ撮像面２３ａの上方向は検査部位ＩＰ１１の上方向と一致する。そのため、ローカル座標系のｚ軸の方向はベクトルＶａの方向と一致し、かつローカル座標系のｙ軸の方向はベクトルＵａの方向と一致する。

【0154】

ステップＳＣ１の後、挿入支援部４２は、先端部２０を最適経路に沿って捻じりなく終点から起点まで移動させたときの撮像面２３ａの回転状態を算出する（ステップＳＣ２）。

【0155】

ローカル座標系のｚ軸上に単位ベクトルｉが設定される。単位ベクトルｉの方向はｚ軸の方向と一致する。単位ベクトルｉの方向は、挿入部２の移動方向を示す。先端部２０が終点に配置されているとき、単位ベクトルｉはベクトルＶａと平行である。

【0156】

挿入支援部４２は、先端部２０が曲がり位置を通るときの単位ベクトルｉの回転量を算出する。曲がり位置は、被検体の分岐部の位置または被検体の壁の位置である。挿入支援部４２は、先端部２０が曲がり位置を通る前の単位ベクトルｉ_０を算出する。また、挿入支援部４２は、先端部２０が曲がり位置を通った後の単位ベクトルｉ_１を算出する。このとき、挿入支援部４２は、被検体の形状情報を使用することにより各単位ベクトルをグローバル座標系における値として算出する。

【0157】

挿入支援部４２は、曲がり位置における単位ベクトルｉの回転量を算出するために、単位ベクトルｉと回転行列との関係を使用する。挿入支援部４２は、最小二乗法などの方法を使用することにより単位ベクトルｉの回転量θ_１を算出する。回転量θ_１は、グローバル座標系における行列として表される。挿入支援部４２は、グローバル座標系における回転量をローカル座標系における回転量に変換する。このとき、単位ベクトルｉはｚ軸を中心として回転しないという条件（φ＝０）が使用される。単位ベクトルｉは、ｘ軸またはｙ軸を中心に回転することができる。

【0158】

挿入支援部４２は、先端部２０が起点に到達するまで上記の処理を繰り返す。挿入支援部４２は、単位ベクトルｉ_２等を算出し、かつ回転量θ_２等を算出する。先端部２０が起点に配置されているとき、先端部２０は検査部位ＩＰ１２の光学像を取得する。

【0159】

図２４に示すベクトルＵｂおよびベクトルＶｂが定義される。ベクトルＵｂは検査部位ＩＰ１２の表面と平行であり、かつ基準方向と一致する。例えば、基準方向は、検査部位ＩＰ１２における上方向と定義される。ベクトルＶｂは検査部位ＩＰ１２の表面に垂直である。ベクトルＵｂおよびベクトルＶｂは、グローバル座標系によって定義される。起点における単位ベクトルｉがベクトルＶｂと一致したとき、挿入支援部４２は、先端部２０が起点に到達したと判断する。

【0160】

挿入支援部４２は、起点と終点との間の各曲がり位置における単位ベクトルｉの回転量を使用することにより、グローバル座標系における回転量の総和を算出する。これにより、挿入支援部４２は、起点における撮像面２３ａの回転状態を算出する。その回転状態は、起点における先端部２０の姿勢を示す。

【0161】

各曲がり位置において単位ベクトルｉはｚ軸を中心として回転しない。起点における撮像面２３ａの上記の回転状態が実現されている場合、挿入部２がｚ軸を中心に回転することなく先端部２０は起点から終点に移動する。

【0162】

挿入部２の挿入操作は、挿入部２を押すまたは引く操作と、挿入部２を捻じる操作と、湾曲部２１を湾曲させる操作とを主に含む。これらの操作が実施されるため、挿入操作は複雑であり、かつユーザーが操作に熟練している必要がある。被検体に挿入されている挿入部２の部分が長い場合、挿入部２を捻じる操作には大きな力が必要である。そのため、ユーザーの作業が煩わしい。挿入支援部４２は、ステップＳＣ２において、挿入部２を捻じる操作の実施を抑制するために起点における撮像面２３ａの理想的な回転状態を算出する。

【0163】

ステップＳＣ２の後、挿入支援部４２は、状態検出部４０によって検出された先端部２０の位置および姿勢と、経路処理部４１によって算出された最適経路と、被検体情報に含まれる形状情報とに基づいて挿入支援情報を生成する。挿入支援部４２は、画像処理部３０を経由して挿入支援情報を表示部５に出力し、挿入支援情報を表示部５に表示する（ステップＳＣ３）。ステップＳＣ３が実行されたとき、図２３に示す処理が終了する。

【0164】

挿入支援部４２は、ステップＳＣ３において以下の処理を実行する。図２５は、挿入支援情報が生成されるときの挿入部２の状態を示す。挿入支援部４２は、先端部２０の現在の方向ＤＲ２０と、最適経路ＰＨｂの方向ＤＲ２１との間の角度ＡＧ２０の大きさを算出する。先端部２０の現在の方向ＤＲ２０は、状態検出部４０によって検出された先端部２０の姿勢によって示される。最適経路ＰＨｂの方向ＤＲ２１は、最適経路および形状情報によって示される。挿入支援部４２は、最適経路ＰＨｂの方向ＤＲ２１および角度ＡＧ２０の大きさを示す矢印の画像を生成し、その画像を表示部５に表示する。その画像は、挿入支援情報に含まれる。

【0165】

図２６は、表示部５に表示された挿入支援情報の例を示す。表示部５は、画像処理部３０によって処理された画像ＩＭＧ２０を表示する。挿入操作を支援するためのウィンドウＷＤ２０が画像ＩＭＧ２０上に表示される。矢印ＡＲ２０がウィンドウＷＤ２０において表示される。矢印ＡＲ２０の長さは、角度ＡＧ２０の大きさを示す。角度ＡＧ２０の範囲は０度から１８０度である。角度ＡＧ２０が１８０度であるとき、矢印ＡＲ２０は最も長い。

【0166】

矢印ＡＲ２０の方向は、撮像素子２３の撮像面２３ａにおける最適経路ＰＨｂの方向を示す。通常、撮像面２３ａの上方向、下方向、左方向、および右方向がそれぞれ、湾曲操作の上方向、下方向、左方向、および右方向と一致するように内視鏡装置１は設計される。例えば、ユーザーは、操作部４のジョイスティックを矢印ＡＲ２０の方向に倒す。これにより、先端部２０は、最適経路ＰＨｂの方向ＤＲ２１を向く。

【0167】

挿入支援部４２は、撮像面２３ａの最適な上方向ＤＲ２２と、撮像面２３ａの現在の上方向ＤＲ２３との間の角度ＡＧ２１の大きさを算出する。撮像面２３ａの最適な上方向ＤＲ２２は、ステップＳＣ２において算出される。撮像面２３ａの現在の上方向ＤＲ２３は、状態検出部４０によって検出された先端部２０の姿勢によって示される。挿入支援部４２は、角度ＡＧ２１の大きさを示す矢印の画像を生成し、その画像を表示部５に表示する。その画像は、挿入支援情報に含まれる。

【0168】

矢印ＡＲ２１がウィンドウＷＤ２０において表示される。矢印ＡＲ２１の方向は、角度ＡＧ２１の大きさを示す。矢印ＡＲ２１が表示部５の表示画面における上方向を向くとき、挿入部２の捻じり状態は理想的である。ユーザーは、矢印ＡＲ２１が上方向を向くように挿入部２を捻じる。

【0169】

挿入支援部４２は、状態検出部４０によって検出された先端部２０の位置と最適経路の終点との距離を算出する。挿入支援部４２は、算出された距離を示す距離情報を表示部５に表示する。距離情報は、挿入支援情報に含まれる。距離情報ＤＩ２０が画像ＩＭＧ２０上に表示される。

【0170】

上記の例では、経路処理部４１は、外部ＰＣ８から出力された被検体情報に含まれる形状情報を使用する。先端部２０の現在の位置が起点として設定される場合、経路処理部４１は、被検体上の基準位置から現在の位置までの位置の変化量に基づいて、現在の位置と対応する被検体の３Ｄ形状上の位置を算出してもよい。例えば、基準位置は、挿入部２が挿入される入り口の位置である。経路処理部４１は、算出された位置を起点として使用してもよい。経路処理部４１は、先端部２０が基準位置から現在の位置まで移動する間の先端部２０の姿勢の変化量に基づいて、起点における先端部２０の姿勢を算出してもよい。例えば、基準位置における先端部２０の姿勢は既知である。

【0171】

画像処理部３０は、自己位置推定を通して算出された位置および姿勢を含む形状情報を生成してもよい。経路処理部４１は、ステップＳＡ１においてその形状情報を画像処理部３０から取得してもよい。経路処理部４１は、その形状情報を使用することによりステップＳＢにおいて最適経路を算出してもよい。先端部２０の現在の位置が起点として設定される場合、起点は、その形状情報が示す３Ｄ形状上の位置と関連付けられている。起点における先端部２０の姿勢は、その形状情報に含まれる姿勢情報と関連付けられている。

【0172】

挿入支援部４２は、挿入支援情報を表示部５（情報通知装置）に表示する。挿入支援情報を出力する方法は、これに限らない。

【0173】

挿入支援部４２の出力部は、音データをスピーカーに出力し、挿入支援情報と対応する音をスピーカーに発生させてもよい。挿入支援部４２は、振動のパターンを示す制御信号を振動発生器に出力し、比較情報と対応するパターンを持つ振動を振動発生器に発生させてもよい。挿入支援部４２は、発光のパターンを示す制御信号を光源に出力し、挿入支援情報と対応するパターンを持つ光を光源に発生させてもよい。

【0174】

本発明の各態様の挿入支援方法は、被検体の光学像を取得する先端部２０を有する挿入部２が被検体に挿入されるときに挿入部２の挿入操作を支援する。挿入支援方法は、設定ステップ、状態推定ステップ、経路算出ステップ、状態検出ステップ、および挿入支援ステップを有する。設定部４１０は、設定ステップ（ステップＳＢ２００およびステップＳＢ２０１）において、形状情報において第１の位置（終点）および第２の位置（起点）を設定する。形状情報は被検体の３Ｄ形状を示す。第１の位置は目標位置を示す。第２の位置は第１の位置と異なる。目標状態推定部４１１は、状態推定ステップ（ステップＳＢ１）において、挿入部２の仕様に基づいて第１の位置における先端部２０の第１の状態を推定する。経路算出部４１２は、経路算出ステップ（ステップＳＢ２）において、先端部２０が第２の位置から第１の位置まで移動するときに先端部２０が通る経路を算出する。状態検出部４０は、状態検出ステップ（ステップＳＡ３）において、第２の位置における先端部２０の第２の状態を検出する。挿入支援部４２は、挿入支援ステップ（ステップＳＣ）において、先端部２０が第２の位置から上記の経路を通って第１の位置に到達し、かつ先端部２０の状態が第２の状態から第１の状態に変化するための挿入操作に必要な挿入支援情報を表示部５（情報通知装置）に出力する。

【0175】

本発明の各態様は、以下の変形例を含んでもよい。被検体の３Ｄ形状が分岐部を有する場合、経路算出部４１２は、第１の状態で第１の位置（終点）に配置された先端部２０を３Ｄ形状において第２の位置（起点）まで移動させる（ステップＳＢ２０２）。経路算出部４１２は、先端部２０が第１の位置から第２の位置まで移動する間に通る分岐部を記録する（ステップＳＢ２０３）。経路算出部４１２は、分岐部を通る経路候補を含む２つ以上の経路候補を算出し（ステップＳＢ２０７）、２つ以上の経路候補のうちの１つを上記の経路（最適経路）として選択する（ステップＳＢ３０５）。

【0176】

本発明の各態様は、以下の変形例を含んでもよい。被検体の３Ｄ形状が分岐部を有する場合、経路算出部４１２は、分岐部を通る経路候補を含む２つ以上の経路候補を算出する（ステップＳＢ２０７）。経路算出部４１２は、挿入部２および被検体の少なくとも一方に関する１つ以上の指標に従って、２つ以上の経路候補を分析する（ステップＳＢ３００、ステップＳＢ３０１、およびステップＳＢ３０２）。経路算出部４１２は、２つ以上の経路候補の分析結果に基づいて２つ以上の経路候補の１つを上記の経路（最適経路）として選択する（ステップＳＢ３０５）。

【0177】

本発明の各態様は、以下の変形例を含んでもよい。重要度（重み係数）が２つ以上の指標の各々に予め設定される。経路算出部４１２は、２つ以上の指標および重要度に従って、２つ以上の経路候補を分析する（ステップＳＢ３００、ステップＳＢ３０１、およびステップＳＢ３０２）。２つ以上の指標の各々に設定された重要度は変更できる。

【0178】

本発明の各態様は、以下の変形例を含んでもよい。経路算出部４１２は、挿入部２の大きさを示す情報と、被検体の形状を示す情報との少なくとも１つを使用することにより２つ以上の経路候補を分析する（ステップＳＢ３００、ステップＳＢ３０１、およびステップＳＢ３０２）。

【0179】

本発明の各態様は、以下の変形例を含んでもよい。挿入操作が実施されるとき、位置検出部（画像処理部３０または位置検出部３４）は、先端部２０の位置を検出する。設定部４１０は、第２の位置（起点）を位置検出部によって検出された位置に設定する（ステップＳＢ２００）。

【0180】

本発明の各態様は、以下の変形例を含んでもよい。目標状態推定部４１１は、第１の位置（終点）における先端部２０の状態が第１の観察状態、第２の観察状態、および第３の観察状態の少なくとも１つになるような第１の状態を推定する（ステップＳＢ１００）。第１の観察状態（図１０）は、先端部２０に配置された観察光学系の光軸ＯＡ１０の方向が被検体の表面に垂直な状態である。第２の観察状態（図１１）は、先端部２０における所定の方向が、被検体の３Ｄ形状における所定の方向と一致する状態である。第３の観察状態（図１２）は、先端部２０と被検体との距離が被検体の観察に適した状態である。

【0181】

本発明の各態様は、以下の変形例を含んでもよい。挿入操作は、挿入部２を被検体内で移動させる操作と、挿入部２を湾曲させる操作と、挿入部２を捻じる操作との少なくとも１つを示す。

【0182】

本発明の各態様は、以下の変形例を含んでもよい。挿入支援情報は、第２の位置（起点）と第１の位置（終点）との距離、先端部２０の方向を上記の経路（最適経路）に沿った方向と一致させるための先端部２０の方向の変化量、および挿入部２の捻じり状態を第１の状態における挿入部２の捻じり状態と一致させるための捻じり量の少なくとも１つを含む。

【0183】

従来技術では、検査部位を観察するための目標位置における挿入部２の状態は考慮されていない。そのため、種々の挿入支援が実施され、目標位置に先端部２０が到達したとしても、結果として挿入部２の状態が悪く、被検体の画像が見にくくなる場合がある。また、被検体の内部における物理的制約がある状況で挿入部２を捻るまたは曲げる操作が必要になる場合がある。さらに、挿入経路に関する特性および内視鏡の物理的な制約も考慮されていないため、挿入支援に従う挿入操作が実際には困難になる場合がある。

【0184】

挿入支援部４２は、終点における先端部２０の状態が目標状態になるための挿入操作に必要な挿入支援情報を表示部５に出力する。そのため、内視鏡装置１は、目標位置における挿入部２の状態を被検体の観察に適している状態にするための挿入操作を支援することができる。

【0185】

経路算出部４１２は、挿入部２に加わる負荷が小さい経路を算出することができる。そのため、挿入操作においてユーザーが挿入部２に加える力の大きさが低減される。

【0186】

挿入支援部４２は、挿入部２の捻じり状態を含む先端部２０の姿勢を最適にするための挿入支援情報を生成することができる。そのため、挿入操作の煩雑さが軽減される。ユーザーは、検査現場において試行錯誤によって挿入操作を実施する必要がない。そのため、作業効率が向上する。また、ユーザーの検査スキルによらず、ユーザーは挿入部２を検査部位に容易に到達させることができ、信頼度の高い検査を実施することができる。

【0187】

挿入部２は、モータを有する駆動装置を使用することにより被検体に挿入されてもよい。この場合においても、経路算出部４１２によって算出された最適経路を使用することにより、挿入部２に加わる負荷が低減される。

【0188】

（第１の変形例）
本発明の実施形態の第１の変形例を説明する。光学アダプタ情報は、光学アダプタ７の光学特性を示す情報を含む。具体的には、光学アダプタ情報は、光学アダプタ７の視野の特性を示す情報を含む。目標状態推定部４１１は、ステップＳＢ１００において、光学アダプタ７の視野の特性に応じて先端部２０を終点に配置する。

【0189】

図２７、図２８、および図２９は、挿入部２の湾曲長に応じた挿入部２の配置の制限の例を示す。光学アダプタ７の視野の特性に応じて、挿入部２の配置の制限は変化する。

【0190】

図２７は、光学アダプタ７が側視アダプタである場合の湾曲長に関する挿入部２の配置の制限の例を示す。側視アダプタは、挿入部２の側面に垂直な方向に見た被検体の光学像を取得する。図２７に示す矢印ＡＲ２２は、検査部位ＩＰ２０の観察に必要な側視アダプタと検査部位ＩＰ２０との距離を示す。矢印ＡＲ２２の先端は、目標位置を示す。

【0191】

矢印ＡＲ２２の先端の位置を基準とする範囲ＲＧ２０が設定される。範囲ＲＧ２０は扇形である。範囲ＲＧ２０の幅Ｒ２は湾曲長と同じである。範囲ＲＧ２０の角度ＡＧ２２は、側視アダプタの視野の広さに応じて設定される。

【0192】

図２７に示す状態ＳＴ２２において、範囲ＲＧ２０の円弧の一部は、被検体の壁によって囲まれた空間内にある。状態ＳＴ２２において側視アダプタは、検査部位ＩＰ２０の光学像を取得することができる。

【0193】

図２７に示す状態ＳＴ２３において、範囲ＲＧ２０の円弧は、被検体の壁によって囲まれた空間内にない。状態ＳＴ２３において側視アダプタは、検査部位ＩＰ２０の光学像を取得することができない。

【0194】

経路算出部４１２は、挿入部情報および光学アダプタ情報を使用することにより、範囲ＲＧ２０を設定する。経路算出部４１２は、範囲ＲＧ２０の円弧の少なくとも一部が、被検体の壁によって囲まれた空間内にあるか否かを判断する。範囲ＲＧ２０の円弧の全体がその空間内にない場合、経路算出部４１２は、その経路候補を使用できないと判断する。範囲ＲＧ２０の円弧の少なくとも一部がその空間内にある場合、経路算出部４１２は、その経路候補を使用できると判断する。

【0195】

図２８は、光学アダプタ７が狭角アダプタである場合の湾曲長に関する挿入部２の配置の制限の例を示す。狭角アダプタは、狭い視野を持つ。図２８に示す矢印ＡＲ２３は、検査部位ＩＰ２１の観察に必要な狭角アダプタと検査部位ＩＰ２１との距離を示す。矢印ＡＲ２３の先端は、目標位置を示す。

【0196】

矢印ＡＲ２３の先端の位置を基準とする範囲ＲＧ２１が設定される。範囲ＲＧ２１は扇形である。範囲ＲＧ２１の幅Ｒ３は湾曲長と同じである。範囲ＲＧ２１の角度ＡＧ２３は、狭角アダプタの視野の広さに応じて設定される。

【0197】

図２８に示す状態ＳＴ２４において、範囲ＲＧ２１の円弧は、被検体の壁によって囲まれた空間内にある。状態ＳＴ２４において狭角アダプタは、検査部位ＩＰ２１の光学像を取得することができる。

【0198】

図２８に示す状態ＳＴ２５において、範囲ＲＧ２１の円弧は、被検体の壁によって囲まれた空間内にない。状態ＳＴ２５において狭角アダプタは、検査部位ＩＰ２１の光学像を取得することができない。

【0199】

経路算出部４１２は、挿入部情報および光学アダプタ情報を使用することにより、範囲ＲＧ２１を設定する。経路算出部４１２は、範囲ＲＧ２１の円弧の少なくとも一部が、被検体の壁によって囲まれた空間内にあるか否かを判断する。範囲ＲＧ２１の円弧の全体がその空間内にない場合、経路算出部４１２は、その経路候補を使用できないと判断する。範囲ＲＧ２１の円弧の少なくとも一部がその空間内にある場合、経路算出部４１２は、その経路候補を使用できると判断する。

【0200】

図２９は、光学アダプタ７が広角アダプタである場合の湾曲長に関する挿入部２の配置の制限の例を示す。広角アダプタは、広い視野を持つ。図２９に示す矢印ＡＲ２４は、検査部位ＩＰ２２の観察に必要な広角アダプタと検査部位ＩＰ２２との距離を示す。矢印ＡＲ２４の先端は、目標位置を示す。

【0201】

矢印ＡＲ２４の先端の位置を基準とする範囲ＲＧ２２が設定される。範囲ＲＧ２２は扇形である。範囲ＲＧ２２の幅Ｒ４は湾曲長と同じである。範囲ＲＧ２２の角度ＡＧ２４は、広角アダプタの視野の広さに応じて設定される。

【0202】

図２９に示す状態ＳＴ２６において、範囲ＲＧ２２の円弧の一部は、被検体の壁によって囲まれた空間内にある。状態ＳＴ２６において広角アダプタは、検査部位ＩＰ２２の光学像を取得することができる。

【0203】

図２９に示す状態ＳＴ２７において、範囲ＲＧ２２の円弧の一部は、被検体の壁によって囲まれた空間内にある。状態ＳＴ２７において広角アダプタは、検査部位ＩＰ２２の光学像を取得することができる。

【0204】

広角アダプタが使用される場合、被検体を斜め方向に観察する状態が許容されやすい。被検体内の空間の幅が狭く、かつ湾曲角度が小さい場合であっても、広角アダプタは被検体の光学像を取得することができる。

【0205】

経路算出部４１２は、挿入部情報および光学アダプタ情報を使用することにより、範囲ＲＧ２２を設定する。経路算出部４１２は、範囲ＲＧ２２の円弧の少なくとも一部が、被検体の壁によって囲まれた空間内にあるか否かを判断する。範囲ＲＧ２２の円弧の全体がその空間内にない場合、経路算出部４１２は、その経路候補を使用できないと判断する。範囲ＲＧ２２の円弧の少なくとも一部がその空間内にある場合、経路算出部４１２は、その経路候補を使用できると判断する。

【0206】

光学アダプタ７は、直視状態と側視状態とを切り替えることができる光学アダプタであってもよい。その光学アダプタが使用される場合、経路算出部４１２は、経路長の影響が低減された経路候補を算出することができる。

【0207】

画像処理部３０は画像回転機能を持ってもよい。挿入支援部４２は、装置設定情報に基づいて、画像回転機能が画像処理部３０に設定されているか否かを判断してもよい。画像回転機能が画像処理部３０に設定されていると挿入支援部４２が判断した場合、図２３に示すステップＳＣ１およびステップＳＣ２が実行される必要はない。

【0208】

本発明の各態様は、以下の変形例を含んでもよい。経路算出部４１２は、先端部２０に装着される光学アダプタ７の仕様に基づいて経路（最適経路）を算出する。

【0209】

経路算出部４１２は、光学アダプタ７の光学特性に基づいて、挿入部２の配置の制限を分析することができる。挿入支援部４２は、画像回転機能の設定に基づいて、挿入部２を捻じる操作を支援するか否かを判断することができる。

【0210】

（第２の変形例）
本発明の実施形態の第２の変形例を説明する。第２の変形例における挿入支援情報は、挿入部２の挿入履歴を含む。

【0211】

挿入支援部４２は、状態検出部４０によって検出された先端部２０の位置をメモリ４３に記録する。挿入支援部４２は、被検体情報に含まれる形状情報に基づいて被検体の３Ｄ形状の画像を生成する。また、挿入支援部４２は、メモリ４３に記憶されている先端部２０の１つ以上の位置を読み出す。挿入支援部４２は、その１つ以上の位置を３Ｄ形状の画像に重畳する。挿入支援部４２は、画像処理部３０を経由してその画像を表示部５に出力する。

【0212】

図３０は、表示部５に表示された挿入支援情報の例を示す。図２６に示す部分と同じ部分の説明を省略する。

【0213】

ウィンドウＷＤ２１が画像ＩＭＧ２０上に表示される。被検体の３Ｄ形状３Ｄ２０および挿入履歴ＩＨ２０がウィンドウＷＤ２１において表示される。挿入履歴ＩＨ２０は、先端部２０の１つ以上の位置の履歴を示す。挿入履歴ＩＨ２０は３Ｄ形状３Ｄ２０の画像に重畳されている。経路算出部４１２によって算出された最適経路が３Ｄ形状３Ｄ２０の画像に重畳されてもよい。

【0214】

本発明の各態様は、以下の変形例を含んでもよい。挿入支援情報は、先端部２０が通った位置の履歴を含む。

【0215】

挿入部２が挿入された位置から現在の位置に先端部２０が到達するまでの実際の経路を表示することが有効である。その経路は、挿入部２の全体の現在の曲がり状態を表し、かつ挿入部２が通った上り傾斜または下り傾斜の位置を表す。ユーザーは、挿入履歴を参照することにより、挿入部２のこれからの挿入操作が容易であるか否かを判断することができる。

【0216】

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態およびその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。

【符号の説明】

【0217】

１ 内視鏡装置
２ 挿入部
３ 本体部
４ 操作部
５ 表示部
６ 挿入長検出部
７ 光学アダプタ
２０ 先端部
２１ 湾曲部
２２，７０ レンズ
２３ 撮像素子
２３ａ 撮像面
２４ 姿勢センサ
２５ ライトガイド
２６ アングルワイヤー
３０ 画像処理部
３１ 記録部
３２ 外部ＩＦ
３３ 操作処理部
３４ 位置検出部
３５ 姿勢検出部
３６ 光源
３７ 照明制御部
３８ モータ
３９ 湾曲制御部
４０ 状態検出部
４１ 経路処理部
４２ 挿入支援部
４３ メモリ
４４ 電源部
４１０ 設定部
４１１ 目標状態推定部（状態推定部）
４１２ 経路算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】