JP2009056205A - カプセル型内視鏡および小型診断機器 - Google Patents

Abstract

【課題】診断に適した一体的広範囲の撮影画像を得る。
【解決手段】カプセル型内視鏡システムにおいて、カプセル状容器１２の両端にある撮影窓１２Ａ、１２Ｂの側に、それぞれ第１の撮像系２０、第２の撮像系３０を設ける。そして、第１の撮像系に設けられた結像光学系２４の光軸Ｅ１、および第２の撮像系３０に設けられた結像光学系３４の光軸Ｅ２を、容器１２の中心軸Ｌに対してそれぞれ角度αだけ傾斜させ、それに合わせて撮像素子２２、３２を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、カプセル型内視鏡、あるいは、カプセル型内視鏡を含めた、器官、配管等を内部電源によって進行しながら内部を撮影可能な小型診断機器に関し、特に、器官内部を複数の方向から観察する撮影システムに関する。

カプセル型内視鏡は、光源部、撮像系を備え、嚥下によって消化器官に送られると、小腸内壁など体腔内部の画像を捉え、体外の受信機へ映像信号を送信する。器官内部の広範囲な画像を得るため、例えば、複数の撮像系がカプセル内部に配置される（特許文献１参照）。特に、カプセル型内視鏡の進行方向およびその逆方向を同時に撮影する場合、カプセル状容器の長手方向に沿った両端部にそれぞれ撮像系が配置される。両端部の撮像系から得られる２つの画像を同時に表示することで、様々な方向から病変部が観察可能になる。
特表２００５−５０３１８２号公報（図４）

容器の両端部に撮像系を備えたカプセル型内視鏡の場合、２つの撮像系は正反対の方向を向くように配置されているため、得られる２つの撮影画像は、全く別の方向から捉えられた画像になる。したがって、２つの画像を同時表示した場合、観察者にとって連続的な繋がりを感じられない。すなわち、２つの画像が連続した広範囲な一体的画像として視認されない。このことは、撮影画像を観察する医師に対して関連性のない２つの画像を同時に見ながら病変部を発見することを要求し、診断が困難になる。

また、２つの撮影画像を得るために記録される画像データのデータ量が膨大になるが、病変部の有無に関係なく２つの画像を記録し続けると、診断に必要のない無駄な画像データを大量に記録することになってしまう。

本発明のカプセル型内視鏡は、長手方向に沿って相対する両端部に撮影用の窓を設けたカプセル状容器によって構成される内視鏡であって、第１の結像光学系および第１の撮像素子を有し、一方の端部の窓を通して被写体を捉える第１の撮像系と、第２の結像光学系および第２の撮像素子を有し、他方の端部の窓を通して被写体を捉える第２の撮像系とを備える。第１の撮像系、第２の撮像系は、両方の窓から撮影可能であれば任意の構成でよいが、例えば、カプセル状容器の対称線となる軸に沿って配置され、また、第１の結像光学系の光軸（第１の光軸という）と、第２の結像光学系の光軸（第２の光軸という）が同一平面上に規定される。第１、第２の撮像系による２つの観察画像は、例えば表示システムにおいて、同じ画面に並べられて同時に表示される。

本発明では、第１の撮像系及び第２の撮像系の視野範囲が重なるように、第１の結像光学系の第１の光軸および第２の結像光学系の第２の光軸が、容器の長手方向に対してそれぞれ所定角度傾いていることを特徴とする。傾斜角度は、それぞれ０より大きく、９０°より小さい範囲で定められる。カプセル型内視鏡が長手方向に沿って進む場合、２つの撮像系によって得られる進行方向の画像とその逆方向の画像には、器官内壁で撮影範囲が重なる、あるいは撮影範囲がより近い部分が存在する。そのため２つの画像が一体的な繋がりのある広域画像として視認され、病変部の像がカプセル型内視鏡の進行に合わせて進行方向側の画像から逆方向側の画像へ移動しても、一連の流れの中で連続的に確認される。

進行方向側および逆方向側の画像において撮影範囲が重なった部分があれば、より一体的な広域画像として捉えやすい。したがって、容器の長手方向に沿った中心線から視野範囲の交差する位置までの距離が、器官内部の半径に相応する所定距離より短くなるように、第１の光軸および第２の光軸が傾斜しているのが望ましい。一方、撮影画像の関連性を強化するため、２つの画像が対称的であるのがよい。そのため、第１の光軸および第２の光軸の容器の長手方向に対する傾きが、同じであるのが望ましい。この場合、２つの観察画像の繋がりが一方向に沿って自然に感じられる。

さらに本発明の内視鏡システムは、カプセル型内視鏡によって得られる撮影画像を処理するシステムであって、第１の撮像素子から所定のフレームレートで得られる第１の一連の画像と、第２の撮像素子から所定のフレームレートで得られる第２の一連の画像とに対し、それぞれ前後の画像変化量を比較する比較手段と、画像変化量が相対的に大きい一連の画像に対し、フレームレートを相対的に上げるフレームレート調整手段とを備える。ここで、フレームレートは、画像信号の読み出し間隔を示す。また、画像変化量として例えば差分をとればよい。このような構成は、コンピュータなどの診断システム、あるいは、カプセル型内視鏡もしくはレシーバに設ければよい。記録する画像データ量を増加させないため、第１の一連の画像と、第２の一連の画像の記録されるデータ総和量を一定として、それに合わせてフレームレートの割合を変更すればよい。

本発明の他の態様である小型診断機器は、長手方向に沿って相対する両端部に撮影用の窓を設けた容器と、一方の端部の窓を通して被写体を捉える第１の撮像系と、他方の端部の窓を通して被写体を捉える第２の撮像系とを備え、第１の撮像系及び第２の撮像系の視野範囲が重なるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、診断に適した一体的広範囲の撮影画像を得ることができる。

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態であるカプセル型内視鏡の概略的な内部構成を示した図である。

カプセル型内視鏡１０は、外殻となるカプセル状容器１２を備え、筒状の容器本体１２Ｄの両端に、半球状（ドーム状）の透明な撮影窓１２Ａ、１２Ｂが取り付けられている。容器１２の内部には、撮影窓１２Ａの側（前方）に第１の撮像系２０、撮影窓１２Ｂの側（後方）に第２の撮像系３０が設けられ、ともに容器１２の長手方向に沿った中心軸Ｌに沿って配置されている。カプセル状容器は、中心軸Ｌに対して対称性をもつ。

第１の撮像系２０は、撮像素子２２、結像光学系２４を備え、撮像素子２２の周囲には複数のＬＥＤ２６が所定間隔で配置されている。撮像素子２２の受光面には、Ｒ、Ｇ、Ｂエレメントが市松状に配置された色フィルタ（図示せず）が設置されている。結像光学系２４は、ここでは広範囲を撮影できるレンズで構成され、撮影窓１２Ａを通して器官内部を捉える。撮像素子２２は、結像光学系２４の後方側に配置され、その受光面は結像光学系２４の光軸Ｅ１に垂直であり、光軸Ｅ１が受光面を通る。第２の撮像系３０も、同様に撮像素子３２、結像光学系３４、複数のＬＥＤ３６を備え、撮影窓１２Ｂを通して被写体となる後方の器官内壁を撮影する。

第１の撮像系２０、第２の撮像系３０は、それぞれ中心軸Ｌに対して傾いた方向を向き、容器１２内部において対称的に配置されている。結像光学系２４の光軸Ｅ１は、容器１２の中心軸Ｌに対して所定角度α（０＜α＜９０°）の方向を向き、撮像素子２２も角度αだけ傾いている。結像光学系３４の光軸Ｅ２も同様に中心軸Ｌに対して角度α傾いている。第１の撮像系２０、第２の撮像系３０は同一方向に向けて傾斜し、結像光学系２４の光軸Ｅ１、結像光学系３４の光軸Ｅ２は、同一平面上に規定される。

カプセル型内視鏡１０が嚥下によって消化器官内を進行すると、複数のＬＥＤ２６、３６による照明光が、撮影窓１２Ａ、１２Ｂを通して器官内壁の前方、後方を照らす。器官内壁からの反射光が撮影窓１２Ａ、１２Ｂを介してレンズ２４、３４にそれぞれ入射し、これにより、前方側の被写体像が撮像素子２２に形成され、後方側の被写体像が３２にそれぞれ形成される。撮像素子２２、３２で発生したＲ，Ｇ，Ｂの画像信号は、交互に所定のフレームレートで読み出され（例えば５秒間隔）、フレキシブル基板（図示せず）を介してリジッド回路基板４２へ送られる。

回路基板４２において画像信号から得られる映像信号は、回路基板４２と電気的に接続される回路基板４４に設けられた送信部（ここでは、図示せず）から無線通信によって体外へ送信される。体外に設置されたレシーバ（ここでは、図示せず）が送信された映像信号を受信する。レシーバに記録された画像データは、診断システム（ここでは、図示せず）のモニタに表示される。回路基板４４に設けられた電源制御部（図示せず）は、光源、撮像素子等への電源供給を制御する。

図２は、観察画像を示した図である。

図２には、診断時においてモニタに表示される観察画像、およびカプセル型内視鏡１０の進行具合が図示されている。ここでは、カプセル型内視鏡１０が、撮影窓１２Ａを先頭にし、長手方向に沿って器官内部を蠕動運動に従って移動するものとする。

上述したように光軸Ｅ１、第２の光軸Ｅ２が同一平面上にあるため、カプセル型内視鏡１０が中心軸Ｌ周りで自転をしない状況では、第１の撮像系２０、第２の撮像系３０の上下方向は一致し、左右方向は対称的になっている。

また、光軸Ｅ１、Ｅ２が中心軸Ｌに対して所定角度αの方向を向き、第１の撮像系２０（第１の結像光学系２４）の視野範囲と第２の撮像系３０（第２の結像光学系２４）の視野範囲Ｖ１、Ｖ２は互いに重なる（図２の破線参照）。ここでは、視野範囲Ｖ１、Ｖ２はともに１４０°前後に定められている。

モニタに表示される２つの観察画像ＩＲ１、ＩＲ２は、それぞれ第１の撮像系２０、第２の撮像系３０によって得られる画像である。中心軸Ｌから視野範囲の重なる交差位置Ｍまでの距離ＴＳが、器官内壁Ｒの平均径ＴＲより短くなるように傾斜角度αが定められているため、２つの撮影画像ＩＲ１、ＩＲ２には、撮影範囲の重なるエリアＲＭが生じる。図２に示すように、重複した撮影部分を一体的に表示するため、観察画像ＩＲ１、ＩＲ２は中央付近で連なって表示される。

画像ＩＲ１は、器官の前方方向（進行方向）を表示し、画像ＩＲ２はその逆方向を表示している。カプセル型内視鏡１０がゆっくりと（微小速度で）移動する場合、まず画像ＩＲ１に腫瘍Ｔの像ＴＭが表われ、カプセル型内視鏡１０が進むにつれて画像ＩＲ１、ＩＲ２の中央付近に腫瘍像ＴＭが移動し、画像ＩＲ２に表示される（図２では、第２の撮像系３０によって腫瘍像ＴＭが画像ＩＲ２に表示されている）。このように、カプセル型内視鏡１０が移動する間、連続的に連なった２つの観察画像ＩＲ１、ＩＲ２が一体的な広域画像として表示される。

図３は、内視鏡型カプセルを含む内視鏡システムの概略的ブロック図である。

カプセル型内視鏡１０は、信号処理回路４６、送信部４８を備え、撮像素子２２、３２において生成された画像信号は、駆動回路４７から出力されるクロックパルス信号に基づいて読み出される。撮像素子２２で生成される一連の画像信号と、撮像素子３２で生成される一連の画像信号は、所定のフレームレートで交互に読み出される。

無線通信によって体外のレシーバ５０に送信された画像信号は、レシーバ５０の受信回路５２で受信され、フラッシュメモリ５４に一時的に記録される。レシーバ５０は、ケーブルによって診断システム７０に接続され、フラッシュメモリ５４の画像データが診断システム７０へ送られる。

コンピュータなどによって構成される診断システム７０は、画像信号分離回路７２、画像信号合成回路７４を備え、モニタ８０が接続される。画像信号分離回路７２では、撮像素子２２、３２から交互に読み出された画像信号が、撮像素子２２によって生成された画像信号（以下では、前方の画像信号という）と、撮像素子３２によって生成された画像信号（以下では、後方の画像信号という）とに分離され、画像信号合成回路７４へ送られる。画像信号合成回路７４は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などによって構成され、所定のプログラムに基づき、後述する差分検出、画像信号合成処理を実行する。

図４は、画像信号合成回路７４において実行されるフレームレート変更処理のフローチャートである。

ステップＳ１０１では、前方の１フレーム分の画像信号、後方の１フレーム分の画像信号に対し、前回読み出された１フレーム分の画像信号との差分がそれぞれ検出される。そして、ステップＳ１０２では、前方の画像信号、後方の画像信号に対してそれぞれ差分値の総和が算出される。ここでは、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの画素信号について差分値が検出され、その絶対値の総和が算出される。

ステップＳ１０３では、前方の画像信号の差分値の総和が後方の画像信号の差分値の総和より大きいか否かが判断される。例えば、前方側の撮像素子２２によって得られる撮影画像に腫瘍が表示され、後方側の撮影画像に腫瘍が存在しない場合、カプセル型内視鏡１０の移動に合わせて腫瘍の位置が移動する。したがって、腫瘍がない後方の画像信号に比べて前方の画像信号の差分値の総和が大きくなる。さらにカプセル型内視鏡１０が移動し、今度は後方側の撮像素子３２によって得られる撮影画像に腫瘍が表示されると、後方側の画像信号の方が差分値の総和が大きくなる。

ステップＳ１０３において、前方の画像信号の差分値の総和が後方の画像信号の差分値の総和より大きい、すなわち、重要な診断情報が前方側の撮影画像に含まれていると判断されると、ステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４では、前方の画像信号のフレームレートを上げ、後方側の画像信号のフレームレートを下げるようにフレームレートが調整される。そして、修正されたフレームレートによって前方側の画像信号と後方側の画像信号が合成され、２つの撮影画像が一体的にモニタ８０に表示される。ここでは、全体の画像データの総和量は変更せず、フレームレートを２：１の割合に設定する。

一方、ステップＳ１０３において、前方の画像信号の差分値の総和が後方の画像信号の差分値の総和より大きくないと判断されると、ステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０５では、後方側の画像信号フレームレートを上げ、前方側の画像信号のフレームレートを下げるようにフレームレートが調整される。

このように本実施形態によれば、カプセル状容器１２の両端にある撮影窓１２Ａ、１２Ｂの側に、それぞれ第１の撮像系２０、第２の撮像系３０が設けられる。そして、第１の撮像系に設けられた結像光学系２４の光軸Ｅ１、および第２の撮像系３０に設けられた結像光学系３４の光軸Ｅ２が、容器１２の中心軸Ｌに対してそれぞれ角度αだけ傾斜し、それ合わせて撮像素子２２，３２が傾斜して配置される。これにより、第１の撮像系２０による前方（進行方向）側の観察画像ＩＲ１とその逆方向の観察画像ＩＲ２が一体的な繋がりのある広域画像としてモニタに表示される。

さらに、第１の撮像系２０によって得られる前方側の画像信号と、第２の撮像系３０によって得られる後方側の画像信号に対し、それぞれ差分値が算出される。そして、差分値が大きい、すなわち重要な画像情報が含まれる画像信号に対して、フレームレートが相対的に高く設定される。これにより、必要な画像データを効率よく記録することができる。

光軸Ｅ１、Ｅ２を同一平面上にあるように構成しなくてもよい。また、撮像素子、結像光学系の位置は任意である。例えば、撮像素子を中心軸Ｌに対して垂直にする一方で光学系を傾斜させ、リレー光学系を設けるように構成してもよい。さらに、２つの観察画像が重複するエリアを持たせる代わりに、一体的な繋がりのある画像を得られる限りの範囲で、視野範囲が互いに近づくように第１、第２の撮像系を配置してもよい。この場合、視野が重なるように光軸Ｅ１、Ｅ２の傾斜角度αを０＜α＜９０°の範囲で定めればよい。

前後の画像の差分値を算出する方法として、周波数成分で差分値を算出してもよい。また、フレームレートについては、相対的に一方の画像信号のフレームレートが他方の画像信号のフレームレートより大きくなるように設定すればよい。また、フレームレートの調整は、カプセル型内視鏡、あるいはレシーバにおいて実行処理するように構成してもよい。

カプセル型内視鏡を配管検査などの工業用内視鏡として適用してもよく、さらに、内視鏡に限らず、内部電源を持って配管、器官内部を進行しながら撮影可能な小型診断機器に適用してもよい。

本実施形態であるカプセル型内視鏡の概略的な内部構成を示した図である。 観察画像を示した図である。 内視鏡型カプセルを含む内視鏡システムの概略的ブロック図である。 画像信号合成回路において実行されるフレームレート変更処理のフローチャートである。

符号の説明

１０ カプセル型内視鏡
１２ 容器
１２Ａ、１２Ｂ 撮影窓
２０ 第１の撮像系
２２ 撮像素子（第１の撮像素子）
２４ 結像光学系（第１の結像光学系）
３０ 第２の撮像系
３２ 撮像素子（第２の撮像素子）
３４ 結像光学系（第２の結像光学系）
７４ 画像信号合成回路
Ｅ１ 光軸（第１の光軸）
Ｅ２ 光軸（第２の光軸）
Ｌ 中心軸（長手方向）

Claims (6)

1. 長手方向に沿って相対する両端部に撮影用の窓を設けたカプセル状容器と、
   第１の結像光学系および第１の撮像素子を有し、一方の端部の窓を通して被写体を捉える第１の撮像系と、
   第２の結像光学系および第２の撮像素子を有し、他方の端部の窓を通して被写体を捉える第２の撮像系とを備え、
   前記第１の撮像系及び前記第２の撮像系の視野範囲が重なるように、前記第１の結像光学系の第１の光軸および前記第２の結像光学系の第２の光軸が、前記容器の長手方向に対してそれぞれ所定の角度傾いていることを特徴とするカプセル型内視鏡。
2. 前記容器の長手方向に沿った中心線から視野範囲の交差する位置までの距離が、器官内部の半径に相応する所定距離より短くなるように、前記第１の光軸および前記第２の光軸が傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡。
3. 前記第１の光軸および前記第２の光軸の前記容器の長手方向に対する傾きが、同じであることを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡。
4. 請求項１に記載されたカプセル型内視鏡によって得られる撮影画像を処理する内視鏡システムであって、
   前記第１の撮像素子から所定のフレームレートで得られる第１の一連の画像と、前記第２の撮像素子から所定のフレームレートで得られる第２の一連の画像とに対し、それぞれ前後の画像変化量を比較する比較手段と、
   画像変化量が相対的に大きい一連の画像に対し、フレームレートを相対的に上げるフレームレート調整手段と
   を備えたことを特徴とする内視鏡システム。
5. 前記第１の一連の画像および前記第２の一連の画像の記録データ総和量が一定であることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡システム。
6. 長手方向に沿って相対する両端部に撮影用の窓を設けた容器と、
   一方の端部の窓を通して被写体を捉える第１の撮像系と、
   他方の端部の窓を通して被写体を捉える第２の撮像系とを備え、
   前記第１の撮像系及び前記第２の撮像系の視野範囲が重なるように構成されていることを特徴とする小型診断機器。

Images