JP2007215748A

JP2007215748A - 超音波内視鏡システム

Info

Publication number: JP2007215748A
Application number: JP2006039470A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Sato; 智夫佐藤
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】正確な医療診断に供する高品質な内視鏡画像および超音波画像を、低コスト且つ画像の更新レートを損ねることなく得る。
【解決手段】超音波内視鏡システムを構成する超音波プローブ２、およびプロセッサ装置２０は、撮像信号の取り込みタイミングを制御する駆動制御信号をＣＣＤ１５に出力するドライバ２７、および超音波を発生させるための励振パルスを超音波トランスデューサ１２に出力するパルサ３１を備える。ドライバ２７は、パルサ３１から励振パルスが出力される期間Ｔ_ＵＳに、駆動制御信号の発信を中断する。励振パルスの出力が終了すると、ドライバ２７は、再び駆動制御信号をＣＣＤ１５に出力する。また、Ｔ_ＵＳでは、切り替えスイッチ２９がオフし、ＡＭＰ２８とＡ／Ｄ２３との接続を切断する。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像素子、および超音波トランスデューサが先端に配された超音波内視鏡を用いた超音波内視鏡システムに関する。

近年、医療分野において、内視鏡を利用した医療診断が実用化されている。内視鏡の先端には、体腔内の被観察部位の像光を撮像して内視鏡画像を得るためのＣＣＤなどの撮像素子が配されている。このような内視鏡には、撮像素子だけでなく、被観察部位に超音波を照射し、被観察部位からのエコー信号を受信して超音波画像を得るための超音波トランスデューサが先端に配された、いわゆる超音波内視鏡がある。

超音波内視鏡では、撮像素子と超音波トランスデューサとが近接して設けられ、これらに接続される配線も近接して引き回されているため、撮像素子から出力される撮像信号が超音波トランスデューサを励振させるための励振パルスによりノイズを受け易く、また、撮像素子の駆動を制御する駆動制御信号が超音波トランスデューサで受信したエコー信号により出力される受信信号にノイズを与えるという相互干渉によって、内視鏡画像または超音波画像にノイズが発生するという問題があった。

上記問題を解決するために、ダミーの超音波トランスデューサおよびダミー同軸ケーブルを設け、本物の超音波トランスデューサおよび同軸ケーブルとの双方に発生したノイズ成分を差動アンプにより相殺または低減することで、受信信号のＳ／Ｎ比を向上させた体腔内超音波診断装置が提案されている（特許文献１参照）。

また、フットスイッチの操作に応じて内視鏡画像および超音波画像の取得を選択し、選択されていない側の駆動を止めるようにしてノイズの発生を防ぎ、駆動を止めた側の画像は駆動を止める直前の画像を表示するようにした電子内視鏡装置が提案されている（特許文献２参照）。この特許文献２では、内視鏡画像または超音波画像のフレーム、フィールド、あるいは水平走査線を単位として、これらの比率を観察の中心となる画像に応じて変化させることも述べられている。
特開平６−６３０４４号公報特開平６−１６９８８８号公報

超音波トランスデューサを複数配列したアレイタイプの超音波内視鏡では、配線の本数が多くなるため、内視鏡挿入部が太くなって患者への負担が増すという問題があるが、特許文献１に記載の技術を採用した場合、ダミー用の配線のために益々配線の本数が多くなってしまう。また、本物の同軸ケーブルとほぼインピーダンスの等しいダミー同軸ケーブルを用意する必要があり、超音波トランスデューサの個数が多くなると実現性に乏しいという問題があった。

また、特許文献２に記載の技術では、フットスイッチで選択されなかった方の画像は静止画だけとなる。また、内視鏡画像または超音波画像のフレーム、フィールド、あるいは水平走査線を単位として、これらの比率を観察の中心となる画像に応じて変化させた場合は、どちらの画像も動画像が出力されるが、差程重要視されない画像についても通常と同様の画像処理を施しているため、その分の処理に掛かる電力を無駄に消費していた。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、正確な医療診断に供する高品質な内視鏡画像および超音波画像を、低コスト且つ画像の更新レートを損ねることなく得ることができる超音波内視鏡システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、体腔内の被観察部位の像光を撮像して撮像信号を出力する撮像素子と、被観察部位に超音波を照射し、被観察部位からのエコー信号を受信して受信信号を出力する超音波トランスデューサとが先端に配された超音波内視鏡を用いた超音波内視鏡システムにおいて、前記撮像信号の取り込みタイミングを制御する駆動制御信号を前記撮像素子に出力するドライバと、前記超音波を発生させるための励振パルスを前記超音波トランスデューサに出力するパルサとを備え、前記ドライバは、前記駆動制御信号による前記受信信号への干渉、または、前記励振パルスによる前記撮像信号への干渉を低減するように、前記駆動制御信号の発信を所定期間中断することを特徴とする。

なお、前記撮像信号を伝送する伝送路の接続、切断を切り替える切り替え手段を備え、前記切り替え手段は、前記所定期間に前記伝送路を切断することが好ましい。

前記所定期間は、前記励振パルスが出力される期間であることが好ましい。あるいは、前記所定期間は、前記受信信号のうち、前記駆動制御信号の干渉を受ける深部からのエコー信号による受信信号を出力している期間であることが好ましい。

請求項５に記載の発明は、体腔内の被観察部位の像光を撮像して撮像信号を出力する撮像素子と、被観察部位に超音波を照射し、被観察部位からのエコー信号を受信して受信信号を出力する超音波トランスデューサとが先端に配された超音波内視鏡を用いた超音波内視鏡システムにおいて、前記撮像信号の取り込みタイミングを制御する駆動制御信号を前記撮像素子に出力するドライバと、前記超音波を発生させるための励振パルスを前記超音波トランスデューサに出力するパルサとを備え、前記ドライバは、前記励振パルスが出力される期間、前記駆動制御信号の発信を中断することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、体腔内の被観察部位の像光を撮像して撮像信号を出力する撮像素子と、被観察部位に超音波を照射し、被観察部位からのエコー信号を受信して受信信号を出力する超音波トランスデューサとが先端に配された超音波内視鏡を用いた超音波内視鏡システムにおいて、前記撮像信号の取り込みタイミングを制御する駆動制御信号を前記撮像素子に出力するドライバと、前記超音波を発生させるための励振パルスを前記超音波トランスデューサに出力するパルサとを備え、前記ドライバは、前記受信信号のうち、前記駆動制御信号の干渉を受ける深部からのエコー信号による受信信号を出力している期間、前記駆動制御信号の発信を中断することを特徴とする。

本発明の超音波内視鏡システムによれば、撮像信号の取り込みタイミングを制御する駆動制御信号を撮像素子に出力するドライバと、超音波を発生させるための励振パルスを超音波トランスデューサに出力するパルサとを備え、ドライバは、駆動制御信号による受信信号への干渉、または、励振パルスによる撮像信号への干渉を低減するように、駆動制御信号の発信を所定期間中断するので、配線の本数を多くすることなく、内視鏡画像および超音波画像へのノイズの発生を抑制することができる。したがって、正確な医療診断に供する高品質な内視鏡画像および超音波画像を、低コスト且つ画像の更新レートを損ねることなく得ることができる。

図１および図２において、超音波内視鏡２の先端２ａには、超音波トランスデューサアレイ（図面上でＵＳと表現する場合がある。図３参照）１０が配設されている。この超音波トランスデューサアレイ１０には、凸状に形成された台座１１上に、複数の超音波トランスデューサ１２が一次元アレイ状に配列されてなる、いわゆるコンベックス電子走査方式が採用されている。

先端２ａに接続されたシース１３の上部には、体腔内の被観察部位の像光を取り込むための対物光学系１４と、像光を撮像して撮像信号を出力するＣＣＤ１５とが搭載され、中央部には、穿刺針１６が挿通される穿刺針用チャンネル１７が設けられている。

また、シース１３の上部および下部には、プロセッサ装置２０（図３参照）と、超音波トランスデューサアレイ１０およびＣＣＤ１５とを電気的に接続するアレイ用配線ケーブル１８およびＣＣＤ用配線ケーブル１９が、穿刺針用チャンネル１７を挟むように挿通されている。なお、煩雑を避けるために図示はしていないが、超音波トランスデューサ１２同士の隙間には、エポキシ樹脂からなる充填材が充填されている。また、超音波トランスデューサアレイ１０上には、シリコン樹脂などからなり、超音波トランスデューサアレイ１０から発せられる超音波を体腔内の被観察部位に向けて収束させる音響レンズが取り付けられている。

図３において、超音波内視鏡２とともに本発明の超音波内視鏡システムを構成するプロセッサ装置２０は、内視鏡用プロセッサ部２０ａと、超音波用プロセッサ部２０ｂとから構成され、ＣＰＵ２１により全体の動作を統括的に制御される。内視鏡用プロセッサ部２０ａには、ＣＣＤ用タイミングジェネレータ２２、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）２３、内視鏡画像処理回路２４、内視鏡画像用メモリ２５、およびＤ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）２６が設けられている。

超音波内視鏡２内のＣＣＤ１５の近傍には、ドライバ２７と、ＡＭＰ２８および切り替えスイッチ２９とが設けられている。ドライバ２７は、ＣＣＤ用タイミングジェネレータ２２から送信される垂直、水平転送クロックに基づいて、ＣＣＤ１５で出力される撮像信号を、周知の垂直転送路、水平転送路を介して転送するための駆動制御信号をＣＣＤ１５に送信し、撮像信号を取り込むタイミングを制御する。

ＡＭＰ２８は、ＣＣＤ１５から出力された撮像信号を増幅する。切り替えスイッチ２９は、通常は撮像信号を伝送するためにオンされており、後述する励振パルスが出力される期間オフされ、撮像信号の伝送を切断する。

Ａ／Ｄ２３は、ＡＭＰ２８で増幅された撮像信号に対してＡ／Ｄ変換を施し、撮像信号をデジタル化する。内視鏡画像処理回路２４は、Ａ／Ｄ２３でデジタル化された撮像信号に対して、階調変換、ホワイトバランス調整、γ補正などの各種画像処理を施した後、テレビ信号の走査方式（ＮＴＳＣ方式）に変換する。

内視鏡画像用メモリ２５は、内視鏡画像処理回路２４から出力されるテレビ信号を一時的に格納する。Ｄ／Ａ２６は、内視鏡画像用メモリ２５からのテレビ信号に対してＤ／Ａ変換を施し、テレビ信号をアナログ化する。Ｄ／Ａ２６でアナログ化されたテレビ信号は、内視鏡画像用モニタ３０に内視鏡画像として表示される。

一方、超音波用プロセッサ部２０ｂには、パルサ３１、ＵＳ用タイミングジェネレータ３２、レシーバ３３、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）３４、超音波画像処理回路３５、超音波画像用メモリ３６、およびＤ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）３７が設けられている。

パルサ３１は、超音波トランスデューサアレイ１０を構成する超音波トランスデューサ１２の個数分設けられており、ＵＳ用タイミングジェネレータ３２から送信される駆動パルスに基づいて、超音波トランスデューサ１２に超音波を発生させるための励振パルス（パルス電圧）を送信する。

レシーバ３３は、体腔内の被観察部位からのエコー信号により超音波トランスデューサ１２から出力される受信信号を受信する。Ａ／Ｄ３４は、レシーバ３３からの受信信号に対してＡ／Ｄ変換を施し、受信信号をデジタル化する。超音波画像処理回路３５は、Ａ／Ｄ３４でデジタル化された受信信号に対して、位相整合演算などの各種画像処理を施した後、テレビ信号の走査方式（ＮＴＳＣ方式）に変換する。なお、パルサ３１と同様に、レシーバ３３、Ａ／Ｄ３４は、超音波トランスデューサ１２の個数分設けられている。

超音波画像用メモリ３６は、超音波画像処理回路３５から出力されるテレビ信号を一時的に格納する。Ｄ／Ａ３７は、超音波画像用メモリ３６からのテレビ信号に対してＤ／Ａ変換を施し、テレビ信号をアナログ化する。Ｄ／Ａ３７でアナログ化されたテレビ信号は、超音波画像用モニタ３８に超音波画像として表示される。

ＣＣＤ用タイミングジェネレータ２２、およびＵＳ用タイミングジェネレータ３２は、ＣＰＵ２１に接続されたメインタイミングジェネレータ３９からの同期信号によって同期駆動される。メインタイミングジェネレータ３９は、内視鏡画像用メモリ２５、および超音波画像用メモリ３６にも接続しており、これらのデータ書き込み・読み出しタイミングも管理している。

図４のタイミングチャートに示すように、ドライバ２７は、パルサ３１から励振パルスが出力される期間Ｔ_ＵＳに、駆動制御信号の発信を中断する。励振パルスの出力が終了すると、ドライバ２７は、再び駆動制御信号をＣＣＤ１５に出力する。また、上述のように、Ｔ_ＵＳでは、切り替えスイッチ２９がオフし、ＡＭＰ２８とＡ／Ｄ２３との接続を切断する。なお、駆動制御信号の発信を中断する期間Ｔ_{ＣＣＤ−ｂｒ}では、撮像信号の取り込みは行われず、したがって１フレーム分の撮像期間Ｔ_ＣＣＤは、Ｔ_{ＣＣＤ−ｂｒ}の分だけ長くなる。

体腔内の内視鏡画像および超音波画像を取得する際には、超音波内視鏡２の挿入部が体腔内に挿入され、内視鏡画像を取得する指示がなされると、ＣＣＤ１５により対物光学系１４からの体腔内の像光が撮像され、ドライバ２７により制御される取り込みタイミングに合わせて、ＣＣＤ１５から撮像信号が出力される。

ＣＣＤ１５から出力された撮像信号は、ＡＭＰ２８で増幅され、切り替えスイッチ２９を介してＡ／Ｄ２３に入力され、Ａ／Ｄ２３でＡ／Ｄ変換されてデジタル化される。Ａ／Ｄ２３でデジタル化された撮像信号は、内視鏡画像処理回路２４で階調変換、ホワイトバランス調整、γ補正などの各種画像処理が施された後、テレビ信号の走査方式に変換される。

内視鏡画像処理回路２４から出力されたテレビ信号は、内視鏡画像用メモリ２５に一時的に格納され、Ｄ／Ａ２６でＤ／Ａ変換が施されてアナログ化される。Ｄ／Ａ２６でアナログ化されたテレビ信号は、内視鏡画像用モニタ３０に内視鏡画像として表示される。

内視鏡画像用モニタ３０により内視鏡画像が観測されながら、体腔内の被観察部位が探索され、体腔内の被観察部位に先端２ａが到達し、超音波画像を取得する指示がなされると、超音波用タイミングジェネレータ３２からの駆動パルスに基づいて、パルサ３１から超音波トランスデューサ１２に励振パルスが送信される。これにより超音波トランスデューサ１２が励振され、超音波トランスデューサ１２から体腔内の被観察部位に超音波が照射される。体腔内の被観察部位からは、照射された超音波に応じたエコー信号が反射される。

体腔内の被観察部位からのエコー信号は、超音波トランスデューサ１２で受信され、これにより超音波トランスデューサ１２から受信信号が出力される。出力された受信信号は、レシーバ３３で受信され、Ａ／Ｄ３４でＡ／Ｄ変換が施されてデジタル化される。Ａ／Ｄ３４でデジタル化された受信信号は、超音波画像処理回路３５で位相整合演算などの各種画像処理が施された後、テレビ信号の走査方式に変換される。

超音波画像処理回路３５から出力されたテレビ信号は、超音波画像用メモリ３６で一時的に格納され、Ｄ／Ａ３７でＤ／Ａ変換されてアナログ化される。Ｄ／Ａ３７でアナログ化されたテレビ信号は、超音波画像用モニタ３８に内視鏡画像として表示される。

パルサ３１から励振パルスが出力される期間Ｔ_ＵＳでは、ドライバ２７からの駆動制御信号の発信が中断される。励振パルスの出力が終了すると、再び駆動制御信号が出力される。また、Ｔ_ＵＳでは、切り替えスイッチ２９がオフされ、ＡＭＰ２８とＡ／Ｄ２３との接続が切断される。

以上詳細に説明したように、パルサ３１から励振パルスが出力される期間Ｔ_ＵＳに、ドライバ２７からの駆動制御信号の発信を中断させ、切り替えスイッチ２９をオフして、ＡＭＰ２８とＡ／Ｄ２３との接続を切断するようにしたので、励振パルスによる撮像信号への干渉を防ぐことができる。

なお、上記実施形態では、励振パルスによる撮像信号への干渉を防ぐようにしたが、駆動制御信号による受信信号への干渉を防ぐように、駆動制御信号の発信を中断してもよい。すなわち、図５に示すように、駆動制御信号の干渉を受ける深部からのエコー信号（例えばエコー信号の受信開始から３０μｓ以降のエコー信号）の受信中Ｔ_Ｅ−ｄに、駆動制御信号を中断する期間Ｔ_{ＣＣＤ−ｂｒ}を設けるようにしてもよい。ここで、励振パルスの送信周期は１００〜２５０μｓであるのに対して、励振パルスを発するのに要するデータセット時間（超音波トランスデューサ１２の切り替えや送信遅延時間のオフセットに要する時間）は２０〜３０μｓであり、この間はエコー信号を受信していない。また、音響レンズの効果により２０ｍｍ程度の深さまでのエコー信号は飽和気味になる。この２０ｍｍを時間に換算すると、浅部からのエコー信号の受信時間Ｔ_Ｅ−ｓは３０μｓとなるので、データセット時間と合わせると６０μｓとなる。一方、内視鏡画像の画素を６４０×４８０、フレームレートを３０フレーム／秒とすると、内視鏡画像の１水平走査線の周期は約６９μｓとなり、このように励振パルスの送信毎に内視鏡画像の１水平走査線を収集するようにしても、フレームレートを損なわずに画像を生成することができる。この場合、エコー信号の受信期間Ｔ_Ｅのうち、浅部からのエコー信号の受信中Ｔ_Ｅ−ｓで駆動制御信号が発信されているが、Ｔ_Ｅ−ｓではエコー信号が飽和する程大きいため、駆動制御信号による干渉の影響を受けても、充分なＳ／Ｎ比を確保することができる。これにより、駆動制御信号による受信信号への干渉を防ぐことができる。なお、この場合も上記実施形態と同様に、Ｔ_{ＣＣＤ−ｂｒ}に切り替えスイッチで撮像信号の伝送路を切断するようにしてもよい。

上記実施形態では、コンベックス電子走査方式の超音波内視鏡２を例示して説明したが、ラジアル電子走査方式などの他の走査方式を採用した超音波内視鏡についても、本発明は適用することが可能である。また、内視鏡用と超音波用を兼用したプロセッサ装置２０を用い、内視鏡画像用、超音波画像用に個別のモニタ２９、３７を用意しているが、プロセッサ装置、およびモニタの構成はこれに限定されず、内視鏡用と超音波用で別々のプロセッサ装置を用いてもよいし、モニタを１台にして２画面に分割して画像を表示してもよい。

超音波内視鏡の先端の構成を示す拡大断面図である。超音波内視鏡の先端の構成を示す平面図である。本発明の超音波内視鏡システムの構成を示すブロック図である。超音波内視鏡システムの各部の動作タイミングを示すタイミングチャートである。超音波内視鏡システムの各部の動作タイミングの別の実施形態を示すタイミングチャートである。

符号の説明

２超音波内視鏡
１０超音波トランスデューサアレイ
１２超音波トランスデューサ
１５ＣＣＤ
２０プロセッサ装置
２１ＣＰＵ
２７ドライバ
２９切り替えスイッチ
３１パルサ

Claims

体腔内の被観察部位の像光を撮像して撮像信号を出力する撮像素子と、被観察部位に超音波を照射し、被観察部位からのエコー信号を受信して受信信号を出力する超音波トランスデューサとが先端に配された超音波内視鏡を用いた超音波内視鏡システムにおいて、
前記撮像信号の取り込みタイミングを制御する駆動制御信号を前記撮像素子に出力するドライバと、
前記超音波を発生させるための励振パルスを前記超音波トランスデューサに出力するパルサとを備え、
前記ドライバは、前記駆動制御信号による前記受信信号への干渉、または、前記励振パルスによる前記撮像信号への干渉を低減するように、前記駆動制御信号の発信を所定期間中断することを特徴とする超音波内視鏡システム。
前記撮像信号を伝送する伝送路の接続、切断を切り替える切り替え手段を備え、
前記切り替え手段は、前記所定期間に前記伝送路を切断することを特徴とする請求項１に記載の超音波内視鏡システム。
前記所定期間は、前記励振パルスが出力される期間であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波内視鏡システム。
前記所定期間は、前記受信信号のうち、前記駆動制御信号の干渉を受ける深部からのエコー信号による受信信号を出力している期間であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波内視鏡システム。
体腔内の被観察部位の像光を撮像して撮像信号を出力する撮像素子と、被観察部位に超音波を照射し、被観察部位からのエコー信号を受信して受信信号を出力する超音波トランスデューサとが先端に配された超音波内視鏡を用いた超音波内視鏡システムにおいて、
前記撮像信号の取り込みタイミングを制御する駆動制御信号を前記撮像素子に出力するドライバと、
前記超音波を発生させるための励振パルスを前記超音波トランスデューサに出力するパルサとを備え、
前記ドライバは、前記励振パルスが出力される期間、前記駆動制御信号の発信を中断することを特徴とする超音波内視鏡システム。
体腔内の被観察部位の像光を撮像して撮像信号を出力する撮像素子と、被観察部位に超音波を照射し、被観察部位からのエコー信号を受信して受信信号を出力する超音波トランスデューサとが先端に配された超音波内視鏡を用いた超音波内視鏡システムにおいて、
前記撮像信号の取り込みタイミングを制御する駆動制御信号を前記撮像素子に出力するドライバと、
前記超音波を発生させるための励振パルスを前記超音波トランスデューサに出力するパルサとを備え、
前記ドライバは、前記受信信号のうち、前記駆動制御信号の干渉を受ける深部からのエコー信号による受信信号を出力している期間、前記駆動制御信号の発信を中断することを特徴とする超音波内視鏡システム。