JP2011050470A - Endoscope system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イメージガイドの入射端をシフトさせるシフト機構を内視鏡に備えた内視鏡システムに関する。 The present invention relates to an endoscope system in which an endoscope includes a shift mechanism that shifts an incident end of an image guide.
医療分野において、内視鏡は今や欠くことのできない医療器具の一つである。内視鏡は、いわゆる胃カメラやファイバスコープを使用していた黎明期から、現在はＣＣＤ等のイメージセンサを用いた電子内視鏡、あるいは患者に飲み込ませて体内画像を取得するカプセル型内視鏡が開発されるに到り、着実に技術的進歩を遂げている。 In the medical field, an endoscope is now an indispensable medical instrument. Endoscopes have been used since the early days when so-called gastric cameras and fiberscopes were used, and are now electronic endoscopes using image sensors such as CCDs, or capsule endoscopes that can be swallowed by a patient to obtain in-vivo images. As mirrors are developed, they are making steady technological progress.
内視鏡検査の分野では、患者の体内に挿入する挿入部の極細径化が希求されている。実際、現在に到るまで様々な細径化の試みがなされており、例えば膵管、胆管、乳管、気管支末端といった細管部の観察が可能な内視鏡も検討されている。 In the field of endoscopy, there is a demand for ultra-thin diameter insertion portions that are inserted into a patient's body. In fact, various attempts have been made to reduce the diameter until now, and endoscopes capable of observing narrow tubes such as pancreatic ducts, bile ducts, breast ducts, and bronchial ends have been studied.
ファイバスコープは、極言すれば、体内の被観察部位の像を伝達するイメージガイドと被観察部位に照明光を照射するライトガイドさえあれば体内画像を取得することが可能であるため、構造上極細径化に向いている。しかしながら、イメージガイドを構成する光ファイバ束のクラッドが像の伝達に寄与しないので、クラッドを投影した網目模様が体内画像に映り込み、体内画像の画質が悪くなるという問題があった。 In other words, the fiberscope can acquire in-vivo images as long as there is an image guide that transmits the image of the site to be observed in the body and a light guide that irradiates illumination light to the site to be observed. Suitable for diameter. However, since the clad of the optical fiber bundle constituting the image guide does not contribute to image transmission, there is a problem in that the mesh pattern projected on the clad is reflected in the in-vivo image and the image quality of the in-vivo image is deteriorated.
上記問題を踏まえて、特許文献１の第一実施形態のファイバスコープは、イメージガイドの入射端に配置された、イメージガイドの入射端に結像させるレンズ等の結像系光学部材を圧電素子で振動させることで、体内画像に網目模様が映り込むことを防止している。圧電素子は、イメージガイドの光ファイバまたはＣＣＤの画素の配列ピッチに応じて、結像系光学部材を上下左右方向に所定量振動させている。
In view of the above problem, the fiberscope of the first embodiment of
また、特許文献１の第二実施形態では、イメージガイドを用いずに、挿入部の先端にＣＣＤを配置した例が開示されている。第二実施形態では、ＣＣＤの前方に配置された結像系光学部材を第一実施形態と同じく振動させている。そして、この振動の間に、時分割的にＣＣＤの画素で像を受光し、得られたデータをフレームメモリに順次記憶して一フレーム分の画像を得ることで、高解像度化を実現している。
In the second embodiment of
結像系光学部材は、画像の明るさを確保するために、イメージガイドよりも径が大きいが、特許文献１では、結像系光学部材を圧電素子で振動させている。このため、ただでさえイメージガイドよりも径が大きい結像系光学部材を揺動可能に保持するための枠体や保持機構を取り付けるスペースがさらに必要になり、その分挿入部の径方向寸法が大きくなる。つまり、結像系光学部材を圧電素子で振動させることは、極細径化の妨げとなる。数十μｍ〜数ｍｍオーダーの極細径化を目指すためには、枠体や保持機構の取り付けスペースですら憂慮すべき問題となる。
The imaging system optical member has a diameter larger than that of the image guide in order to ensure the brightness of the image. However, in
特許文献１の第二実施形態は、高解像度化は実現可能となるものの、結像系光学部材に加えてＣＣＤを挿入部先端に配置する構成であるため、極細径化には程遠い。
In the second embodiment of
そこで、本出願人は、イメージガイドの入射端を圧電素子で周期的にシフトさせ、このシフト動作に同期して複数回撮像し、シフト量の情報等を加味しつつ、得られた複数の画像から一つの合成画像を生成することで、極細径化の達成と質の高い体内画像の取得という要請を両方満たした内視鏡システムの開発を検討している。 Therefore, the applicant of the present invention periodically shifts the incident end of the image guide with a piezoelectric element, images a plurality of times in synchronism with this shift operation, and takes a plurality of images obtained while taking into account shift amount information and the like. We are studying the development of an endoscopic system that satisfies both the requirements of achieving ultra-thin diameter and obtaining high-quality in-vivo images by generating a single composite image.
しかしながら、本出願人が検討している内視鏡システムは、照明光として白色光（通常照明光）を用いているため、細管部の表層しか観察することができない。折角極細径化を達成して、今まで観察が困難であった箇所を観察可能としても、表層のみの観察に限られているのでその効果を十分に発揮するには至っていない。 However, since the endoscope system examined by the present applicant uses white light (normal illumination light) as illumination light, only the surface layer of the thin tube portion can be observed. Even if it is possible to observe a portion that has been difficult to observe until now, it is limited to observation of only the surface layer, so that the effect has not been fully exhibited.
本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、その目的は、内視鏡検査における病変診断の可能性を広げることにある。 The present invention has been made in view of the above background, and an object thereof is to expand the possibility of lesion diagnosis in endoscopy.
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、複数本の光ファイバをバンドル化してなり、内視鏡の挿入部に挿通されるイメージガイドであり、対物光学系で入射端に結像された被観察部位の像を出射端に伝達するイメージガイドと、イメージガイドの入射端の外周に形成され、該入射端を周期的にシフト動作させる圧電素子と、シフト動作に同期して前記イメージガイドの出射端からの像を複数回撮像し、一つの合成画像の生成に供するイメージセンサと、通常照明光、および通常照明光とは波長域の異なる特殊照明光をシフト動作に同期して切り替え可能に照射する照明光発生手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an endoscope system according to the present invention is an image guide formed by bundling a plurality of optical fibers and inserted through an insertion portion of an endoscope. An image guide that transmits an image of the imaged site to be observed to the exit end, a piezoelectric element that is formed on the outer periphery of the entrance end of the image guide and that periodically shifts the entrance end, and in synchronization with the shift operation The image sensor that captures the image from the output end of the image guide a plurality of times, and synchronizes the image sensor that is used to generate one composite image, the normal illumination light, and the special illumination light having a wavelength range different from that of the normal illumination light to the shift operation. And illumination light generating means for irradiating the light source in a switchable manner.
通常照明光のみ照射、特殊照明光のみ照射、および通常照明光と特殊照明光の交互照射を操作入力に応じて切り替えるよう、前記照明光発生手段の駆動を制御する駆動制御手段を備えることが好ましい。 It is preferable to include drive control means for controlling the drive of the illumination light generating means so as to switch the normal illumination light only, the special illumination light only, and the alternate illumination of the normal illumination light and the special illumination light according to the operation input. .
また、通常照明光の像光によって得られる通常画像の表示、特殊照明光の像光によって得られる特殊画像の表示、および通常画像と特殊画像の同時表示をモニタにさせる表示制御手段を備えることが好ましい。 Further, the image processing apparatus includes display control means for causing a monitor to display a normal image obtained by image light of normal illumination light, a special image obtained by image light of special illumination light, and a simultaneous display of the normal image and the special image. preferable.
前記圧電素子は、前記イメージガイドの入射端を第一の位置から第二の位置、第二の位置から第三の位置と順に移動させ、最後は第一の位置に戻すことで一回の周期的なシフト動作をさせる。前記圧電素子は、前記照明光発生手段で通常照明光を照射して通常画像を取得しているときよりも、特殊照明光を照射して特殊画像を取得しているときのシフト位置を増やす。 The piezoelectric element moves the incident end of the image guide from the first position to the second position, from the second position to the third position in order, and finally returns to the first position to make one cycle. Shift operation. The piezoelectric element increases the shift position when acquiring the special image by irradiating the special illumination light, compared to when acquiring the normal image by irradiating the normal illumination light by the illumination light generating means.
前記照明光発生手段は、第一の波長を中心波長とする第一のレーザ光を出射する第一レーザ光源と、第一のレーザ光を光入射側に入射して伝送する光ファイバと、前記光ファイバの光出射側に配置され、第一のレーザ光により励起発光する第一波長変換材と、第一の波長よりも短波長の第二の波長を中心波長とする第二のレーザ光を出射する第二レーザ光源と、第二のレーザ光を前記光ファイバの光入射側の光路に導入する光カップリング手段と、前記光ファイバの光出射側より光路前方に設けられ、第二のレーザ光により第二の波長より長波長の特定の可視波長帯域の光を励起発光する第二波長変換材とを有することが好ましい。第一のレーザ光と前記第一波長変換材からの励起発光光とを混合して白色光を得、前記第二波長変換材からの励起発光光より特殊照明光を得る。 The illumination light generating means includes a first laser light source that emits a first laser light having a first wavelength as a center wavelength, an optical fiber that transmits the first laser light incident on a light incident side, and A first wavelength conversion material disposed on the light emitting side of the optical fiber and excited and emitted by the first laser light; and a second laser light having a second wavelength shorter than the first wavelength as a central wavelength. A second laser light source that emits light, an optical coupling means that introduces a second laser light into an optical path on the light incident side of the optical fiber, and a second laser provided in front of the optical path from the light emitting side of the optical fiber. It is preferable to have a second wavelength conversion material that excites and emits light in a specific visible wavelength band longer than the second wavelength by light. White light is obtained by mixing the first laser light and the excitation light emitted from the first wavelength conversion material, and special illumination light is obtained from the excitation light emitted from the second wavelength conversion material.
前記照明光発生手段は、通常照明光を発する通常照明光用光源と、特殊照明光を発する特殊照明光用光源を有することが好ましい。 The illumination light generating means preferably includes a normal illumination light source that emits normal illumination light and a special illumination light source that emits special illumination light.
前記照明光発生手段は、通常照明光、特殊照明光の波長帯成分を含む照明光を発する光源と、通常照明光を透過する領域、および特殊照明光を透過する領域より構成され、前記光源からの照明光の光路上に回転可能に配置されたフィルタと、前記フィルタをシフト動作に同期させて回転させる回転駆動手段とを有することが好ましい。 The illumination light generating means is composed of a light source that emits normal illumination light and illumination light including a wavelength band component of the special illumination light, a region that transmits the normal illumination light, and a region that transmits the special illumination light. It is preferable to have a filter rotatably arranged on the optical path of the illumination light, and a rotation driving means for rotating the filter in synchronization with the shift operation.
本発明によれば、白色光等の通常照明光、および通常照明光とは波長域の異なる赤外光等の特殊照明光を、イメージガイドの入射端のシフト動作に同期して切り替え可能に照射するので、細管部の表層以外の病変を診断することが可能となる。従って、内視鏡検査における病変診断の可能性を広げることができる。 According to the present invention, normal illumination light such as white light, and special illumination light such as infrared light having a wavelength range different from that of normal illumination light can be switched in synchronization with the shift operation of the incident end of the image guide. Therefore, it becomes possible to diagnose lesions other than the surface layer of the tubule. Therefore, the possibility of lesion diagnosis in endoscopy can be expanded.
図１において、内視鏡システム２は、内視鏡１０、プロセッサ装置１１、および光源装置１２からなる。内視鏡１０は、例えば膵管、胆管、乳管、気管支末端といった細管部を観察する際に用いられる。内視鏡１０は、患者の体内に挿入される可撓性の挿入部１３と、挿入部１３の基端部分に連設された操作部１４と、プロセッサ装置１１および光源装置１２にそれぞれ接続されるプロセッサ用コネクタ１５および光源用コネクタ１６と、操作部１４、各コネクタ１５、１６間を繋ぐユニバーサルコード１７とを有する。
In FIG. 1, the
挿入部１３は、例えば厚み５０μｍ、外径０．９ｍｍのテフロン（登録商標）等の可撓性材料からなる。操作部１４には、体内画像を静止画記録するためのレリーズボタン１８といった操作部材が設けられている。また、操作部１４の先端側には、電気メス等の処置具が挿通される鉗子口１９が設けられている。鉗子口１９は、挿入部１３内の鉗子チャンネル４６（図３参照）を通して、挿入部１３の先端部２０に設けられた鉗子出口２６（図２参照）に連通している。
The insertion portion 13 is made of a flexible material such as Teflon (registered trademark) having a thickness of 50 μm and an outer diameter of 0.9 mm, for example. The
プロセッサ装置１１は、光源装置１２と電気的に接続され、内視鏡システム２の動作を統括的に制御する。プロセッサ装置１１は、ユニバーサルコード１７や挿入部１３内に挿通された配線ケーブル４５（図３参照）を介して内視鏡１０に給電を行い、シフト機構３２（図３参照）の駆動を制御する。また、プロセッサ装置１１は、イメージガイド３１（図３参照）で伝達された被観察部位の像を、内蔵のＣＣＤ５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂ（図６参照、以下、まとめてＣＣＤ５８という）で受像し、これにより得られた撮像信号に各種処理を施して画像を生成する。プロセッサ装置１１で生成された画像は、プロセッサ装置１１にケーブル接続されたモニタ２１に体内画像として表示される。
The
先端部２０は、例えば厚み２５μｍ、外径０．８ｍｍのステンレス製パイプを基体とする。図２において、先端部２０の先端面２０ａには、上方中央に観察窓２５が、その直下に鉗子出口２６が設けられている。また、観察窓２５、鉗子出口２６以外の隙間を埋めるように、複数のライトガイド２７の先端がランダムに配置されている。
The
鉗子出口２６は、例えば外径０．３４ｍｍ、内径０．３ｍｍであり、ポリイミド等からなる鉗子チャンネル４６（図３参照）に連通している。ライトガイド２７は、例えば外径５０μｍの光ファイバからなる。ライトガイド２７は、挿入部１３、ユニバーサルコード１７に亘って挿通され、その入射端が光源用コネクタ１６内に位置している。ライトガイド２７は、入射端に入射した光源装置１２からの照明光を導光して、先端面２０ａから露呈した先端（出射端）から照明光を被観察部位に照射する。
The
ライトガイド２７は、複数本の光ファイバをバラで挿入部１３内に挿通させ、その後先端部２０に接着剤を流し込むことで先端部２０に固着される。各ライトガイド２７の出射端前方には、ライトガイド２７の出射端が配された部分を覆う照明窓２８が設けられている。照明窓２８と各ライトガイド２７の出射端の間には、波長変換部材２９（図６参照）が配されている。必要に応じて、固着後にライトガイド２７の出射端を表面研磨したり、照明窓２８に蛍光物質を塗り込む等して照明光を拡散させてもよい。
The
図３に示すように、観察窓２５の奥には、対物光学系３０、イメージガイド３１、およびイメージガイド３１をシフトさせるシフト機構３２が配されている。対物光学系３０は、鏡筒３３に保持され、被観察部位の像をイメージガイド３１の入射端に結像させる。対物光学系３０、鏡筒３３の外径はそれぞれ、例えば０．３５ｍｍ、０．４ｍｍである。また、鏡筒３３の軸方向長さは、例えば３．２ｍｍである。
As shown in FIG. 3, behind the
イメージガイド３１は、例えば外径０．２ｍｍの光ファイバ束からなる（図５参照）。イメージガイド３１は、挿入部１３、ユニバーサルコード１７内を挿通され、その出射端がプロセッサ用コネクタ１５内に位置している。イメージガイド３１は、対物光学系３０に面した入射端から取り込んだ被観察部位の像を出射端に伝達する。
The
図４にも示すように、シフト機構３２は、保持筒３４、圧電素子３５、および電極３６で構成される。保持筒３４は、例えば外径０．２６ｍｍ、内径０．２ｍｍのステンレス製パイプからなり、イメージガイド３１が内挿固定される。圧電素子３５は、例えば厚み１５μｍであり、保持筒３４の外周面を覆う円筒状に成膜されている。電極３６は、例えば厚み５μｍであり、圧電素子３５の外周面に成膜されている。
As shown in FIG. 4, the
シフト機構３２は、先端部２０の基体内に収容されている。シフト機構３２の外周面と先端部２０の基体の内周面との間には、例えば０．１ｍｍ程度の空洞３７が形成されている。
The
シフト機構３２は、イメージガイド３１の入射端とともに揺動する、先端面２０ａ側の揺動部３８と、イメージガイド３１とともに固定される、挿入部１３側の固定部３９とに分れる。揺動部３８では、シフト機構３２は先端部２０の基体に固着されておらず、イメージガイド３１は、固定部３９を支点として空洞３７内を揺動可能である。固定部３９では、シフト機構３２は接着剤４０で先端部２０の基体の内周面に固着されている。接着剤４０は、イメージガイド３１が剥き出しになるシフト機構３２の終端手前から、挿入部１３の先端途中に掛けて充填されている。揺動部３８、固定部３９の軸方向長さはそれぞれ、例えば４ｍｍ、１．９ｍｍであり、固定部３９と挿入部１３の先端途中を含む接着剤４０の充填範囲の軸方向長さは、例えば３．２ｍｍである。
The
電極３６は、周方向に９０°間隔（図２の上下左右方向に対して４５°傾いた位置）に設けられ、軸方向に平行に形成された四本の溝４１によって、上下、左右の二対、計四個に分割されている。揺動部３８では、各電極３６の間隔が溝４１の幅分しか空いておらず、各電極３６が幅広となっている。対して、固定部３９では溝４１が周方向に対称に拡がった形の切欠き４２が形成されて、幅狭部４３となっている。幅狭部４３は、圧電素子３５の後端付近まで延在している。溝４１および切欠き４２は、圧電素子３５の外周面全体に電極材料を成膜した後、エッチングによって形成される。
The
幅狭部４３の終端にはパッド４４が形成され、パッド４４には配線ケーブル４５が接続されている。パッド４４は、保持筒３４の終端にも形成されており、これにも配線ケーブル４５が接続されている。すなわち、保持筒３４は、圧電素子３５の共通電極としても機能する。
A
配線ケーブル４５は、例えば導線径１５μｍ、被覆外径２０μｍである。配線ケーブル４５は、イメージガイド３１の周囲を這うように挿入部１３、ユニバーサルコード１７内を挿通され、プロセッサ用コネクタ１５を介してプロセッサ装置１１に接続される。
The
上下、左右で対になった電極３６には、共通電極である保持筒３４に掛かる電圧を基準として、逆の極性の電圧が供給される。例えば保持筒３４の電位が０Ｖであった場合、上側の電極３６には＋５Ｖ、下側には−５Ｖといった具合である。こうすることで電極３６下の圧電素子３５が軸方向に伸縮し、この圧電素子３５の伸縮に連れて、固定部３９から先の揺動部３８が、イメージガイド３１の入射端とともに空洞３７内を揺動する。電圧を供給する電極３６の組み合わせや印加電圧の値を種々変更することで、揺動部３８を所定角度で所定量移動させることができる。
The
図５において、イメージガイド３１は、周知の如く、コア５０とクラッド５１からなる複数本（例えば６０００本）の光ファイバ５２を、六角最密状に束ねてバンドル化した構成である。本例では、コア５０、クラッド５１の径はそれぞれ、３μｍ、６μｍであり、光ファイバ５２の配列ピッチＰは６μｍである。
In FIG. 5, the
図６において、プロセッサ装置１１は、拡大光学系５５および三板式ＣＣＤ５６を有する。拡大光学系５５は、プロセッサ用コネクタ１５から露呈したイメージガイド３１の出射端に面する箇所に配置されている。拡大光学系５５は、イメージガイド３１で伝達された被観察部位の像を、適当な倍率で拡大して三板式ＣＣＤ５６に入射させる。
In FIG. 6, the
三板式ＣＣＤ５６は、拡大光学系５５の背後に配置されている。三板式ＣＣＤ５６は、周知の如く、色分解プリズム５７と、三台のＣＣＤ５８とから構成される。色分解プリズム５７は、三個のプリズムブロックと、プリズムブロックの接合面に配された二枚のダイクロイックミラーとからなる。色分解プリズム５７は、拡大光学系５５からの被観察部位の像を赤、青、緑色の波長帯域を有する光に分け、それぞれの光をＣＣＤ５８に向けて出射する。ＣＣＤ５８は、色分解プリズム５７からの各色光の入射光量に応じた撮像信号を出力する。なお、ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳイメージセンサを用いてもよい。
The three-plate CCD 56 is disposed behind the magnifying
イメージガイド３１のコア５０で伝達する像８０を、画素８１が配列されたＣＣＤ５８の撮像面に投影した図７において、像８０の中心は、画素８１の九個分の枡目の中心と略一致する。イメージガイド３１の出射端と色分解プリズム５７、ＣＣＤ５８は、像８０と画素８１が図示する位置関係となるように位置決めされている。
In FIG. 7 in which the image 80 transmitted by the
図６に戻って、ＣＣＤ５８からの撮像信号は、アナログフロントエンド（以下、ＡＦＥと略す）５９に入力される。ＡＦＥ５９は、相関二重サンプリング回路（以下、ＣＤＳと略す）、自動ゲイン制御回路（以下、ＡＧＣと略す）、およびアナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄと略す）から構成されている。ＣＤＳは、ＣＣＤ５８から出力される撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、ＣＣＤ５８で生じるリセット雑音およびアンプ雑音の除去を行う。ＡＧＣは、ＣＤＳによりノイズ除去が行われた撮像信号を所定のゲイン（増幅率）で増幅する。Ａ／Ｄは、ＡＧＣにより増幅された撮像信号を、所定のビット数のデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄでデジタル化された撮像信号は、デジタル信号処理回路（以下、ＤＳＰと略す）６５のフレームメモリ（図示せず）に一旦格納される。
Returning to FIG. 6, the imaging signal from the CCD 58 is input to an analog front end (hereinafter abbreviated as AFE) 59. The
ＣＣＤ駆動回路６０は、ＣＣＤ５８の駆動パルス（垂直／水平走査パルス、電子シャッタパルス、読み出しパルス、リセットパルス等）とＡＦＥ５９用の同期パルスとを発生する。ＣＣＤ５８は、ＣＣＤ駆動回路６０からの駆動パルスに応じて撮像動作を行い、撮像信号を出力する。ＡＦＥ５９の各部は、ＣＣＤ駆動回路６０からの同期パルスに基づいて動作する。なお、図では便宜上、ＣＣＤ駆動回路６０とＡＦＥ５９はＣＣＤ５８Ｇのみに繋がれているが、これらは実際にはＣＣＤ５８Ｒ、５８Ｂにも繋がれている。
The
圧電素子駆動回路６１は、配線ケーブル４５を介して電極３６および保持筒３４に繋がれている。圧電素子駆動回路６１は、ＣＰＵ６２の制御の下、圧電素子３５に電圧を供給する。
The piezoelectric
ＣＰＵ６２は、プロセッサ装置１１全体の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ６２は、図示しないデータバスやアドレスバス、制御線を介して各部と接続している。ＲＯＭ６３には、プロセッサ装置１１の動作を制御するための各種プログラム（ＯＳ、アプリケーションプログラム等）やデータ（グラフィックデータ等）が記憶されている。ＣＰＵ６２は、ＲＯＭ６３から必要なプログラムやデータを読み出して、作業用メモリであるＲＡＭ６４に展開し、読み出したプログラムを逐次処理する。また、ＣＰＵ６２は、検査日時、患者や術者の情報等の文字情報といった検査毎に変わる情報を、後述する操作部６８やＬＡＮ(Local Area Network)等のネットワークより得て、ＲＡＭ６４に記憶する。
The
ＤＳＰ６５は、ＡＦＥ５９からの撮像信号をフレームメモリから読み出す。ＤＳＰ６５は、読み出した撮像信号に対して、色分離、色補間、ゲイン補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等の各種信号処理を施し、一フレーム分の画像を生成する。またＤＳＰ６５は、後述するシフト撮影モードが選択されたときに、シフトの一周期で得られた複数の画像を合成して一つの高解像度な画像（以下、合成画像という）を出力する画像合成部６５ａ（図１０参照）を有する。このためＤＳＰ６５には、複数のフレームメモリが設けられている。ＤＳＰ６５で生成された画像（合成画像も含む）は、デジタル画像処理回路（以下、ＤＩＰと略す）６６のフレームメモリ（図示せず）に入力される。
The
ＤＩＰ６６は、ＣＰＵ６２の制御に従って各種画像処理を実行する。ＤＩＰ６６は、ＤＳＰ６５で処理された画像をフレームメモリから読み出す。ＤＩＰ６６は、読み出した画像に対して、電子変倍、あるいは色強調、エッジ強調等の各種画像処理を施す。ＤＩＰ６６で各種画像処理を施された画像は、表示制御回路６７に入力される。
The
表示制御回路６７は、ＤＩＰ６６からの処理済みの画像を格納するＶＲＡＭを有する。表示制御回路６７は、ＣＰＵ６２からＲＯＭ６３およびＲＡＭ６４のグラフィックデータを受け取る。グラフィックデータには、体内画像の無効画素領域を隠して有効画素領域のみを表示させる表示用マスク、検査日時、あるいは患者や術者の情報等の文字情報、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ；Graphical User Interface）といったものがある。表示制御回路６７は、ＤＩＰ６６からの画像に対して、表示用マスク、文字情報、ＧＵＩの重畳処理、モニタ２１の表示画面への描画処理といった各種表示制御処理を施す。
The
表示制御回路６７は、ＶＲＡＭから画像を読み出し、読み出した画像をモニタ２１の表示形式に応じたビデオ信号（コンポーネント信号、コンポジット信号等）に変換する。これにより、モニタ２１に体内画像が表示される。
The
操作部６８は、プロセッサ装置１１の筐体に設けられる操作パネル、内視鏡１０の操作部１４にあるボタン、あるいは、マウスやキーボード等の周知の入力デバイスである。ＣＰＵ６２は、操作部６８からの操作信号に応じて、各部を動作させる。
The
プロセッサ装置１１には、上記の他にも、画像に所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で画像圧縮を施す圧縮処理回路や、レリーズボタン１８の操作に連動して、圧縮された画像をＣＦカード、光磁気ディスク（ＭＯ）、ＣＤ−Ｒ等のリムーバブルメディアに記録するメディアＩ／Ｆ、ＬＡＮ等のネットワークとの間で各種データの伝送制御を行うネットワークＩ／Ｆ等が設けられている。これらはデータバス等を介してＣＰＵ６２と接続されている。
In addition to the above, the
光源装置１２は、中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光源（第一レーザ光源）７０と、中心波長３７５ｎｍの近紫外レーザ光源（第二レーザ光源）７１と、青色レーザ光源７０および近紫外レーザ光源７１からのレーザ光をそれぞれ平行光化するコリメータレンズ７２、７３と、二本のレーザ光を偏光合波する光カップリング手段である偏光ビームスプリッタ７４と、偏光ビームスプリッタ７４で同一光軸上に合波されたレーザ光を集光する集光レンズ７５とを有する。ＣＰＵ７６は、光源ドライバ７７、７８を経由して青色レーザ光源７０と近紫外レーザ光源７１の点灯、消灯制御を行う駆動制御手段として機能する。
The light source device 12 includes a blue laser light source (first laser light source) 70 having a central wavelength of 445 nm, a near ultraviolet laser light source (second laser light source) 71 having a central wavelength of 375 nm, a blue
青色レーザ光源７０からのレーザ光と近紫外レーザ光源７１からのレーザ光は、偏光ビームスプリッタ７４で合波され、集光レンズ７５によりライトガイド２７の入射端に入射される。ライトガイド２７は、入射されたレーザ光を、内視鏡１０の挿入部１３の先端側まで伝搬する。
The laser light from the blue
一方、ライトガイド２７の光出射側には、上述のように、第一波長変換材と第二波長変換材とが一体にされた波長変換部材２９が配置されている。波長変換部材２９は、複数種の蛍光物質を分散配置して一体に形成された一塊のブロックである。波長変換部材２９を構成する第一波長変換材は、青色レーザ光源７０からのレーザ光の一部を吸収して、緑色〜黄色に励起発光する複数種の蛍光体を有する。これにより、青色レーザ光源７０からのレーザ光と、このレーザ光から変換された緑色〜黄色の励起光とが合波されて、白色光つまり通常照明光が生成される。
On the other hand, on the light emitting side of the
波長変換部材２９を構成する第二波長変換材は、近紫外レーザ光源７１からのレーザ光を吸収して、緑色に励起発光する。この緑色に励起発光する材料としては、例えば、緑色蛍光体であるLiTbW2O8（小田喜 勉、"白色ＬＥＤ用蛍光体について"、電子情報通信学会技術研究報告ED2005-28、 CFM2005-20、SDM2005-28、 pp.69-74(2005-05))や、ベータサイアロン（β−sialon:Eu)青色蛍光体（広崎 尚登、"白色発光ダイオード用酸窒化物・窒化物蛍光体の温度依存性"、第５３回応用物理学関係連合講演会予稿集）等を用いることができる。波長変換部材２９は、第一波長変換材と第二波長変換材が有する各蛍光体をランダムに分散配置して一体に形成したものである。なお、各蛍光体をランダムに分散させる以外にも、例えば、第一波長変換材と第二波長変換材とをそれぞれ微小ブロック化し、これら微少ブロック同士を接合した構成にする等、蛍光体材料に応じて適宜な変更が可能である。
The second wavelength conversion material constituting the
上記構成により、ライトガイド２７から出射される各レーザ光は、波長変換部材２９に照射される。波長変換部材２９は、第一波長変換材によって、青色レーザ光源７０からの青色レーザ光の一部を吸収して、この青色レーザ光よりも長波長の光（緑色〜黄色の光）を励起発光し、青色レーザ光源７０からのレーザ光と合波されて、白色光つまり通常照明光が生成される。そして、波長変換部材２９は、第二波長変換材によって、近紫外レーザ光源７１からの近紫外レーザ光の一部ないしは全てを吸収して、狭帯域の緑色光、青色光に励起発光し、特殊照明光が生成される。これにより、第一波長変換材が励起発光した緑色〜黄色光と青色レーザ光との合波による通常照明光と、第二波長変換材が励起発光した狭帯域の緑色光、青色光による特殊照明光とが光路前方に出射される。
With the above configuration, each laser beam emitted from the
なお、特殊照明光としては、例えば４５０、５００、５５０、６００、７８０ｎｍ近傍の光を、単独または複数組み合わせたものを用いる。４５０ｎｍ近傍の特殊照明光による撮影は、表層の血管やピットパターン等の被観察部位表面の微細構造の観察に適している。５００ｎｍ近傍の照明光では、被観察部位の陥凹や***等のマクロな凹凸構造を観察することができる。５５０ｎｍ近傍の照明光は、ヘモグロビンによる吸収率が高く、微細血管や発赤の観察に適し、６００ｎｍ近傍の照明光は、肥厚の観察に適している。深層血管の観察には、インドシアニングリーン（ＩＣＧ；Indocyanine green）等の蛍光物質を静脈注射し、７８０ｎｍ近傍の照明光を用いることで明瞭に観察することができる。 As the special illumination light, for example, light in the vicinity of 450, 500, 550, 600, and 780 nm is used alone or in combination. Imaging with special illumination light in the vicinity of 450 nm is suitable for observing the fine structure on the surface of the site to be observed, such as blood vessels and pit patterns on the surface layer. With illumination light in the vicinity of 500 nm, it is possible to observe a macro uneven structure such as a depression or a bulge in the observation site. Illumination light in the vicinity of 550 nm has a high absorption rate by hemoglobin, and is suitable for observation of fine blood vessels and redness, and illumination light in the vicinity of 600 nm is suitable for observation of thickening. The deep blood vessels can be observed clearly by injecting a fluorescent substance such as indocyanine green (ICG) intravenously and using illumination light in the vicinity of 780 nm.
上記で挙げた特殊照明光の波長域は例示であり、もちろん上記以外の波長域の特殊照明光であっても可である。例えば、ヘモグロビンの吸収波長は５５０ｎｍ近傍の他にも４１５ｎｍ近傍があるので、微細血管や発赤の観察に際して、５５０ｎｍ近傍の照明光の代わりに４１５ｎｍ近傍の照明光を用いてもよい。 The wavelength range of the special illumination light mentioned above is an example, and of course, special illumination light in a wavelength range other than the above is also possible. For example, since the absorption wavelength of hemoglobin is in the vicinity of 415 nm in addition to the vicinity of 550 nm, illumination light in the vicinity of 415 nm may be used in place of the illumination light in the vicinity of 550 nm when observing the fine blood vessels and redness.
内視鏡システム２には、シフト機構３２を動作させないで撮影する通常撮影モードと、シフト機構３２を使用するシフト撮影モードとが用意されている。シフト撮影モードでは、シフト回数を四回、九回の二種類設定することが可能である。各モードの切り替えおよびシフト回数の設定は、操作部６８を操作することにより行われる。
The
シフト撮影モードが選択されてシフト回数が四回に設定（以下、単に四回シフトという）された場合、圧電素子駆動回路６１は、シフト機構３２の揺動部３８を駆動して、イメージガイド３１の入射端を図８に示すようにシフト動作させる。まず、揺動部３８は、（ａ）の初期位置から３０°左斜め下方向に、光ファイバ５２の配列ピッチＰの半分、つまり１／２Ｐ分イメージガイド３１の入射端を揺動させ、（ｂ）に示す一回シフトの位置に移動させる。そして、順次右斜め下方向、右斜め上方向、左斜め上方向に、最初と同じ角度、同じ移動量でシフトさせて、（ｃ）の二回シフト、（ｄ）の三回シフトの位置に移動させ、再び（ａ）の初期位置（四回シフトの位置）に戻す。揺動部３８は、圧電素子駆動回路６１によって、各シフト位置でその都度止められる。なお、実線はイメージガイド３１の入射端における実際のコア５０の位置、破線は一つ前の位置を表す。
When the shift photographing mode is selected and the number of shifts is set to four (hereinafter, simply referred to as four shifts), the piezoelectric
イメージガイド３１の入射端におけるコア５０は、（ａ）〜（ｄ）、そして再び（ａ）に戻る一周期のシフト動作を繰り返すことで、（ａ）の初期位置だけでは画像化されないクラッド５１の部分を埋めるような、図９（ａ）に示す菱形状の移動軌跡を辿る。
The core 50 at the incident end of the
因みにシフト回数が九回に設定（以下、単に九回シフトという）された場合の移動軌跡は、例えば図９（ｂ）に示す如くである。四回シフトの場合と比べて、各方向へのシフト動作が一回多くなる。但し、七回シフトから八回シフトの位置に移るときは、六回シフトから七回シフトの位置に移ったときの左斜め上方向から、左斜め下方向に方向が変えられる。また、八回シフトから初期位置（九回シフトの位置）に移るときは、角度が９０°に変えられて上方向に移動される。九回シフトの場合も四回シフトの場合と同様に、初期位置だけでは画像化されないクラッド５１の部分を埋めるような移動軌跡となる。そのうえ、隣接する三つのコア５０の初期位置と同じ位置（二回、四回、六回シフトの位置）に移動される。
Incidentally, the movement trajectory when the number of shifts is set to nine (hereinafter simply referred to as nine shifts) is as shown in FIG. 9B, for example. The shift operation in each direction is increased once compared to the case of four shifts. However, when shifting from the 7th shift to the 8th shift position, the direction is changed from the diagonally upper left direction when moving from the 6th shift to the 7th shift position to the diagonally lower left direction. Further, when moving from the eighth shift to the initial position (position of nine shifts), the angle is changed to 90 ° and moved upward. In the case of the nine-time shift, similarly to the case of the four-time shift, the movement locus fills the portion of the
図１０において、シフト撮影モードが選択されると、プロセッサ装置１１のＣＰＵ６２には、同期制御部６２ａ、圧電素子制御部６２ｂが構築され、また、ＤＳＰ６５の画像合成部６５ａが動作する。画像合成部６５ａおよび各制御部６２ａ、６２ｂは、シフト情報８５に基づいて互いに協働しながら各種処理を行う。
In FIG. 10, when the shift photographing mode is selected, a
シフト情報８５は、シフト機構３２の揺動部３８のシフト動作に関する情報である。シフト情報８５は、シフト回数、シフト方向とそのピッチ、図７に示すイメージガイド３１のコア５０で伝達する像８０とＣＣＤ５８の画素８１の位置関係等を含む。シフト回数の情報は操作部６８から与えられる。シフト方向、ピッチ、像８０と画素８１の位置関係といった基本的な情報は例えばＲＯＭ６３に記憶されており、ＲＯＭ６３から画像合成部６５ａおよび各制御部６２ａ、６２ｂに読み出される。
The
同期制御部６２ａは、ＣＣＤ駆動回路６０からＣＣＤ５８の駆動パルスの情報を受けて、圧電素子制御部６２ｂに圧電素子制御信号Ｓａを、画像合成部６５ａに画像合成信号Ｓｂをそれぞれ送信する。圧電素子制御部６２ｂは、圧電素子制御信号Ｓａに同期してシフト動作が行われるよう、圧電素子駆動回路６１の動作を制御する。同様に、画像合成部６５ａは、画像合成信号Ｓｂに同期して画像合成処理を実行し、各回のシフト位置で得られた画像Ｇ０、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３（四回シフトの場合を例示）の画素を、各シフト位置に対応させてマッピングすることにより、一つの合成画像Ｇｃを生成する。
The
より詳しくは、四回シフトの場合を例示した図１１において、同期制御部６２ａは、ＣＣＤ５８の電荷蓄積が終了した直後、すなわちＣＣＤ５８の画素８１から垂直転送路に一フレーム分の信号電荷が読み出されたとき（ＣＣＤ駆動回路６０からＣＣＤ５８に読み出しパルスが出力されたとき）に、圧電素子制御信号Ｓａを発する。また、同期制御部６２ａは、三回シフトの位置で得られた画像Ｇ３に該当するＣＣＤ５８の電荷読出出力が終了したときに、画像合成信号Ｓｂを発する。電荷読出出力とは、読み出しパルスに応じてＣＣＤ５８の画素８１から垂直転送路に信号電荷が読み出され、垂直転送、水平転送を経て、一フレーム分の撮像信号が出力されるまでの一連のＣＣＤ動作をいう。
More specifically, in FIG. 11 illustrating the case of the four-time shift, the
圧電素子駆動回路６１は、圧電素子制御信号Ｓａを受けて圧電素子３５に相応の電圧を供給し、揺動部３８を前回のシフト位置から次回のシフト位置に移動させる。同期制御部６２ａから圧電素子駆動回路６１に圧電素子制御信号Ｓａが発せられてから、揺動部３８が次回のシフト位置に移動するまでの時間は、ＣＣＤ５８が前回の電荷蓄積を終えてから次回の電荷蓄積を開始するまでの時間よりも短い。従って、揺動部３８が圧電素子駆動回路６１により次回のシフト位置に移動されて制止された状態で、常に次回の電荷蓄積が開始される。
The piezoelectric
画像合成部６５ａは、画像合成信号Ｓｂを受けて、各回のシフト位置で得られた画像Ｇ０〜Ｇ３をフレームメモリから読み出す。画像合成部６５ａは、各画像Ｇ０〜Ｇ３の画素を、各シフト位置に対応させてマッピングし、合成画像Ｇｃを出力する。合成時に各画像Ｇ０〜Ｇ３や合成画像Ｇｃに対して画素補間を施してもよい。
The
合成画像Ｇｃは、画像化されないクラッド５１の部分が画像化され、しかもその部分の画素値が一フレーム内の隣接画素の補間で得た擬似値ではなく、被観察部位の像を反映したものとなる。言い換えれば、通常撮影モードや各回のシフト位置で得られた画像よりも画素数が増え、よりきめ細かい画像となる。この画像の鮮明さは、四回シフトよりもサンプリング数が多い九回シフトのほうが当然より顕著になる。
In the composite image Gc, a portion of the
なお、ここで注意すべきは、各画像Ｇ０〜Ｇ３の実態は、シフト動作で各シフト位置にずらされたそれぞれ異なる像８０であるが、イメージガイド３１の出射端を固定して入射端における像８０のみをシフトさせており、ＣＣＤ５８の撮像面とイメージガイド３１の出射端の相対的な位置関係は変わらないので、データ上は各シフト位置とも同じ画素８１から出力されていて区別がつかないという点である。例えば、画像Ｇ０内のある位置の像８０と画像Ｇ１内の同じ位置の像８０とは、それぞれシフト位置が異なる像８０であるが、ＣＣＤ５８の同じ画素８１で撮像される。他の画像も同様である。このため、画像合成部６５ａは、シフト情報８５の像８０と画素８１の位置関係を元に、各画像の画素値が本来どの画素８１に該当するかをマッピングで割り出し、上記の画素補間等を行う。
It should be noted that the actual state of each of the images G0 to G3 is a different image 80 shifted to each shift position by the shift operation, but the image at the incident end with the output end of the
さらに、内視鏡システム２には、通常照明光を照射する通常照明光照射モードと、特殊照明光を照射する特殊照明光照射モードと、同時観察モードとが用意されている。各モードの切り替えは、通常撮影モード、シフト撮影モードの切り替えと同様、操作部６８を操作することにより行われる。
Further, the
通常照明光照射モードが選択された場合、ＣＰＵ７６は、光源ドライバ７７、７８を制御して、青色レーザ光源７０を点灯、近紫外レーザ光源７１を消灯させる。ライトガイド２７から出射される青色レーザ光は、波長変換部材２９に照射され、波長変換部材２９の第一波長変換材によって、緑色〜黄色の励起発光と青色レーザ光が合波されて、白色光（通常照明光）が生成される。この白色光が被観察部位に照射されるため照明光は通常照明光のみとなる。
When the normal illumination light irradiation mode is selected, the
一方、特殊照明光照射モードが選択された場合は、ＣＰＵ７６は、光源ドライバ７７、７８の駆動を制御して、青色レーザ光源７０を消灯、近紫外レーザ光源７１を点灯させる。ライトガイド２７から出射される近紫外レーザ光は、波長変換部材２９に照射され、波長変換部材２９の第二波長変換材が近紫外レーザ光の一部ないしは全てを吸収して、狭帯域の緑色光、青色光に励起発光する。この狭帯域の緑色光、青色光が被観察部位に照射されるため照明光は特殊照明光のみとなる。
On the other hand, when the special illumination light irradiation mode is selected, the
同時観察モードが選択された場合は、青色レーザ光源７０と、近紫外レーザ光源７１を、シフト動作の周期毎に交互に点消灯させる。被観察部位に照射される照明光は、図１２に示すように、シフト動作の周期毎に通常照明光と特殊照明光とに順次切り替わる。もしくは、青色レーザ光源７０は常時点灯、近紫外レーザ光源７１をシフト動作の周期毎に点灯と消灯を交互に繰り返してもよい。以下、通常照明光による撮影で得られた画像を通常画像、特殊照明光による撮影で得られた画像を特殊画像と呼ぶ。
When the simultaneous observation mode is selected, the blue
言う迄もないが、シフト撮影モードと通常照明光照射モードが選択された場合、画像合成部６５ａで生成される合成画像Ｇｃは通常画像であり、シフト撮影モードと特殊照明光照射モードが選択された場合は、合成画像Ｇｃは特殊画像である。シフト撮影モードと同時観察モードが選択された場合は、合成画像Ｇｃはシフト動作の周期毎に通常画像と特殊画像に変わる（図１２参照）。なお、図示はしていないが、ＤＳＰ６５（画像合成部６５ａ）およびＤＩＰ６６はそれぞれ、通常画像用と特殊画像用の二種類ある。
Needless to say, when the shift photographing mode and the normal illumination light irradiation mode are selected, the composite image Gc generated by the
表示制御回路６７は、通常照明光照射モードでは通常画像のみを、特殊照明光照射モードでは特殊画像のみを、それぞれモニタ２１に表示させる。同時観察モードでは、表示制御回路６７は、図１３（Ａ）に例示するように、通常画像と特殊画像をモニタ２１に並列表示、または（Ｂ）に示すように重畳表示させる。
The
次に、上記のように構成された内視鏡システム２の作用について説明する。内視鏡１０で患者の体内を観察する際、術者は、内視鏡１０と各装置１１、１２とを繋げ、各装置１１、１２の電源をオンする。そして、操作部６８を操作して、患者に関する情報等を入力し、検査開始を指示する。
Next, the operation of the
検査開始を指示した後、術者は、挿入部１３を体内に挿入し、光源装置１２からの照明光で体内を照明しながら、ＣＣＤ５８による体内画像をモニタ２１で観察する。
After instructing the start of the examination, the surgeon inserts the insertion portion 13 into the body and observes the in-vivo image by the CCD 58 on the
ＣＣＤ５８から出力された撮像信号は、ＡＦＥ５９の各部で各種処理を施された後、ＤＳＰ６５に入力される。ＤＳＰ６５では、入力された撮像信号に対して各種信号処理が施されて画像が生成される。ＤＳＰ６５で生成された画像は、ＤＩＰ６６に出力される。
The imaging signal output from the CCD 58 is input to the
ＤＩＰ６６では、ＣＰＵ６２の制御の下、ＤＳＰ６５からの画像に各種画像処理が施される。ＤＩＰ６６で処理された画像は、表示制御回路６７に入力される。表示制御回路６７では、ＣＰＵ６２からのグラフィックデータに応じて、各種表示制御処理が実行される。これにより、画像がモニタ２１に体内画像として表示される。
In the
図１４において、シフト撮影モードが選択された場合（Ｓ１０でｙｅｓ）、プロセッサ装置１１のＣＰＵ６２に同期制御部６２ａ、圧電素子制御部６２ｂが構築される。そして、シフト情報８５、およびＣＣＤ駆動回路６０からのＣＣＤ５８の駆動パルスの情報に基づいて、同期制御部６２ａから圧電素子制御部６２ｂに圧電素子制御信号Ｓａが、画像合成部６５ａに画像合成信号Ｓｂがそれぞれ送信される。
In FIG. 14, when the shift photographing mode is selected (Yes in S10), a
圧電素子制御信号Ｓａを受けた圧電素子制御部６２ｂによって、圧電素子駆動回路６１の動作が制御され、圧電素子駆動回路６１から圧電素子３５に相応の電圧が供給される。これにより、設定されたシフト回数に応じて、揺動部３８が所定角度、所定ピッチ分順次シフトされる（Ｓ１１）。そして、揺動部３８が各シフト位置に止まっているときに、ＣＣＤ５８による電荷蓄積が行われ、イメージガイド３１で伝達された被観察部位の像８０が各画素８１で撮像される（Ｓ１２）。揺動部３８が初期位置からシフトされて再び初期位置に戻り、一周期のシフト動作が終了するまで、Ｓ１１、Ｓ１２の処理が繰り返される（Ｓ１３でｎｏ）。
The operation of the piezoelectric
一周期のシフト動作が終了すると（Ｓ１３でｙｅｓ）、画像合成信号Ｓｂを受けた画像合成部６５ａによって画像合成処理が実行され、各回のシフト位置で得られた画像から、一つの合成画像が生成される（Ｓ１４）。生成された合成画像は、前述のようにＤＩＰ６６、表示制御回路６７を経由して、モニタ２１に表示される（Ｓ１５）。一方、通常撮影モードが選択された場合は、Ｓ１２の撮影は行われるが、Ｓ１１、Ｓ１４の処理は実行されない。これら一連の処理は、検査終了が指示される（Ｓ１６でｙｅｓ）まで繰り返される。
When the shift operation for one cycle is completed (yes in S13), the image composition processing is executed by the
操作部６８で通常照明光、または特殊照明光照射モードが選択された場合は、光源装置１２のＣＰＵ７６を介して光源ドライバ７７、７８が制御され、被観察部位には通常照明光、または特殊照明光のみが照射される。これにより、モニタ２１には、通常画像、または特殊画像のみが表示される。
When the normal illumination light or special illumination light irradiation mode is selected on the
操作部６８で同時観察モードが選択された場合は、光源装置１２のＣＰＵ７６を介して光源ドライバ７７、７８を制御され、被観察部位に照射される照明光が、シフト動作の周期毎に通常照明光と特殊照明光とに順次切り替えられる。これにより、モニタ２１には、通常画像と特殊画像とが並列表示、または重畳表示される。
When the simultaneous observation mode is selected by the
以上説明したように、通常照明光とは波長域の異なる特殊照明光を、イメージガイド３１の入射端のシフト動作に同期して、通常照明光と切り替え可能に照射するので、胆管、乳管、気管支末端といった細管部の表層だけでなく、例えば、表層の血管やピットパターン等の被観察部位表面の微細構造、被観察部位の陥凹や***等のマクロな凹凸構造、微細血管や発赤、肥厚、あるいは深層血管も観察することが可能となる。
As described above, the special illumination light having a wavelength range different from that of the normal illumination light is irradiated so as to be switched to the normal illumination light in synchronization with the shift operation of the incident end of the
通常照明光のみを照射する通常照明光照射モード、特殊照明光のみを照射する特殊照明光照射モード、および通常照明光と特殊照明光を交互照射する同時観察モードの切り替えが可能で、同時観察モードのときには、通常画像と特殊画像をモニタ２１に同時表示させるので、目的に合った内視鏡検査を行うことができる。
It is possible to switch between normal illumination light irradiation mode that emits only normal illumination light, special illumination light irradiation mode that emits only special illumination light, and simultaneous observation mode that alternately emits normal illumination light and special illumination light. In this case, since the normal image and the special image are simultaneously displayed on the
特殊照明光照射モード、または同時観察モードを選択して、特殊画像、または通常画像と特殊画像を同時に観察するとき、術者は、通常照明光照射モードで通常画像のみを観察するときよりも、通常画像では視認しにくい病変を確認するため、先端面２０ａを被観察部位に近付ける等して、被観察部位を相対的に拡大する傾向がある。そこで、特殊画像をより高精細な画質で取得するため、通常照明光照射モードでは四回シフトとし、特殊照明光照射モードおよび同時観察モードでは、九回シフトに自動的に切り替えてもよい。もしくは、同時観察モードで通常画像を取得するときには四回シフト、特殊画像のときには九回シフトとしてもよい。なお、シフトの回数には四回、九回の制限はなく、通常画像を取得する際よりも特殊画像を取得する際のシフト回数（シフト位置）が多ければよい。
When the special illumination mode or the simultaneous observation mode is selected and the special image or the normal image and the special image are observed at the same time, the operator is more likely to observe only the normal image in the normal illumination mode. In order to confirm a lesion that is difficult to visually recognize in a normal image, there is a tendency to relatively enlarge the site to be observed by bringing the
モニタ２１における通常画像および特殊画像の表示形態は、図１３に例示する通常画像と特殊画像との並列表示、重畳表示に限定されない。例えば、通常画像内に特殊画像の縮小画像を重畳して、いわゆる入れ子画像（ピクチャーインピクチャー、ＰｉｎＰ）としてもよい。さらには、モニタを複数台用意して、一台目は通常画像の表示用、二台目は特殊画像の表示用というように、マルチモニタ形式を採用してもよい。
The display form of the normal image and the special image on the
また、通常照明光と特殊照明光とを発生する光源装置についても、上記実施形態に限定されない。例えば、駆動電流に応じて照明光の発振波長を変更可能なＬＥＤやＬＤを用いても可である。光源が一つで済むので、部品コスト、設置スペースの削減に寄与することができる。 Further, the light source device that generates normal illumination light and special illumination light is not limited to the above embodiment. For example, an LED or LD that can change the oscillation wavelength of the illumination light according to the drive current may be used. Since only one light source is required, it is possible to contribute to the reduction of parts cost and installation space.
また、図１５に示す光源装置１００を用いてもよい。光源装置１００は、通常照明光用光源（以下、通常光源と略す）１０１と、特殊照明光用光源（以下、特殊光源と略す）１０２の二つの光源を有する。通常光源１０１は、赤から青までのブロードな波長の光（例えば、４８０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長帯の光、つまり通常照明光）を発生するキセノンランプや白色ＬＥＤ（発光ダイオード）等である。一方、特殊光源１０２は、通常光源１０１とは逆に特定の狭い波長帯域の光、つまり特殊照明光を発生させるものであり、例えば、青色ＬＥＤ、またはＬＤ（レーザーダイオード）である。特殊光源１０２は、４５０、５００、５５０、６００、７８０ｎｍ近傍の特殊照明光を、単独または複数組み合わせて発するものである。
Moreover, you may use the light source device 100 shown in FIG. The light source device 100 includes two light sources: a normal illumination light source (hereinafter abbreviated as a normal light source) 101 and a special illumination light source (hereinafter abbreviated as a special light source) 102. The
各光源１０１、１０２は、光源ドライバ７７、７８によって駆動される。絞り機構１０３、１０４は、各光源１０１、１０２の光射出側に配置され、集光レンズ１０５、１０６に入射される光量を増減させる。集光レンズ１０５、１０６は、絞り機構１０３、１０４を通過した光を集光して、ライトガイド２７の入射端に導光する。
The
ＣＰＵ７６は、プロセッサ装置１１のＣＰＵ６２と通信し、光源ドライバ７７、７８および絞り機構１０３、１０４の動作制御を行う。ライトガイド２７の出射端に導かれた照明光は、照明窓２８を介して体内の被観察部位に照射される。なお、この場合、ライトガイド２７と照明窓２８との間に波長変換部材２９は配されていない。
The
各光源１０１、１０２の光射出側に配された二本のライトガイド２７ａ、２７ｂは、周知の光ファイバの合波技術を用いて、光源装置１２内で合流して一本のライトガイド２７となる。なお、ライトガイド２７を２７ａ、２７ｂの二股に分けるのではなく、各光源１０１、１０２用に二本のライトガイドを設けてもよい。この構成によっても、上記実施形態と同様に、通常光源１０１のみを点灯させる通常照明光照射モード、特殊光源１０２のみを点灯させる特殊照明光照射モード、各光源１０１、１０２をシフト動作の周期毎に点灯させる同時観察モードを実行することが可能である。
The two
さらに、図１６に示す光源装置１１０を用いてもよい。光源装置１１０は、基本的な構成は上記した各光源装置と同様であるが、通常照明光用フィルタ部と特殊照明光用フィルタ部が一体化した円盤状のフィルタ１１１と、フィルタ１１１の回転軸１１１ａに接続されたモータ１１２と、モータ１１２の駆動を制御するモータドライバ１１３と、フィルタ１１１の回転位置を検出する位置センサ１１４とを有している。また、光源１１５として白色光を発するハロゲンランプを用いている。
Further, a light source device 110 shown in FIG. 16 may be used. The light source device 110 has the same basic configuration as each of the light source devices described above, but includes a disk-shaped
図１７において、フィルタ１１１は、通常照明光透過領域１２０および特殊照明光透過領域１２１を有する。これら各領域１２０、１２１は、各々が同じ中心角α（例えば３０°）を有する扇形で同数（例えば六個ずつ）あり、フィルタ１１１の周方向に沿って交互に配されている。
In FIG. 17, the
通常照明光透過領域１２０は、光源１１５からの白色光の波長帯成分、つまり通常照明光を透過する。特殊照明光透過領域１２１は、光源１１５からの白色光のうち、狭い波長帯成分（例えば４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、７８０ｎｍ近傍）の光、つまり特殊照明光を透過する。特殊照明光透過領域１２１を透過する特殊照明光は、三板式ＣＣＤ５６の各ＣＣＤ５８の各画素８１が感応する波長帯よりも狭い半値幅である。
The normal illumination
通常照明光照射モードまたは特殊照明光照射モードが選択された場合、フィルタ１１１は、モータ１１２によって通常照明光透過領域１２０または特殊照明光透過領域１２１が光源１１５の前面に対面する位置に停止される。
When the normal illumination light irradiation mode or the special illumination light irradiation mode is selected, the
同時観察モードが選択された場合、フィルタ１１１は、位置センサ１１４の検出結果に基づいたモータドライバ１１３の制御の下、モータ１１２によって各領域１２０、１２１を合せた個数分の周期（本例では１２周期）のシフト動作に対して一回転される。このため、シフト動作の周期毎に、各領域１２０、１２１が光源１１５の前面を順に横切り、通常照明光と特殊照明光が交互に被観察部位に照射される。モータ１１２は、四回シフトと九回シフトの切り替えに対応するため、四回シフトでは九回シフトよりもフィルタ１１１の回転速度（単位時間当たりの回転数）を２．２５倍速める。この構成によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
When the simultaneous observation mode is selected, the
シフト機構の構成は、円柱状に限らない。例えば四角柱状でもよい。この場合はイメージガイドを四角筒状の保持筒に内挿固定し、保持筒の四辺にそれぞれ電極を形成する。そして、上下左右に保持筒毎イメージガイドをシフト動作させる。例えば、初期位置から９０°左方向に√３／４Ｐ分シフトさせ、一回シフトの位置に移動させる。そして、初期位置に戻してから９０°下方向に１／４Ｐ分シフトさせ、二回シフトの位置に移動させる。二回シフトの位置から再度初期位置に戻した後、順次右方向、上方向にシフトさせ、再び初期位置に戻す。こうすることで、コア５０は十字状の移動軌跡を辿る。
The configuration of the shift mechanism is not limited to a cylindrical shape. For example, a quadrangular prism shape may be used. In this case, the image guide is inserted and fixed in a rectangular cylindrical holding cylinder, and electrodes are respectively formed on the four sides of the holding cylinder. Then, the image guide for each holding cylinder is shifted up, down, left and right. For example, it is shifted by √3 / 4P to the left by 90 ° from the initial position, and moved to the position of one shift. Then, after returning to the initial position, it is shifted by 90 ° downward by ¼ P, and moved to the position of the double shift. After returning from the double shift position to the initial position again, it is sequentially shifted rightward and upward, and then returned to the initial position again. By doing so, the
圧電素子にはヒステリシス特性があり、無秩序に駆動させるとシフト位置がずれるため、移動軌跡は毎回同じとし、常に同じ移動経路でシフト機構をシフトさせる。つまり、シフト機構をシフトさせる際の圧電素子の駆動順序を毎回同じにする。また、上下、左右で対になった電極に電圧を供給する順序も同じにする。シフト量の校正をする場合も同様である。 The piezoelectric element has a hysteresis characteristic, and the shift position shifts when driven in a chaotic manner. Therefore, the movement locus is the same every time, and the shift mechanism is always shifted along the same movement path. That is, the driving order of the piezoelectric elements when shifting the shift mechanism is made the same every time. In addition, the order in which the voltage is supplied to the paired electrodes on the top and bottom and the left and right is also made the same. The same applies when the shift amount is calibrated.
イメージガイドは揺動部が根元から撓ることでシフトをするので、各シフト位置にすぐには停止せず、しばらく振動してから止まる可能性がある。このため、シフト機構の停止後、シフト方向とは逆方向に瞬間的に揺動部が振れるように、圧電素子駆動回路で圧電素子を駆動する等の制振対策を講じることが好ましい。具体的には、反力をシミュレーションや実測で求めて、これを打ち消すための圧電素子の駆動電圧をＲＯＭに記憶させておき、圧電素子制御部がその駆動電圧の情報をＲＯＭから読み出して圧電素子駆動回路に与える。あるいは、空洞に絶縁性の粘性流体を封入してダンピング効果を利用し、制振対策を講じてもよい。 Since the image guide shifts when the swinging portion is bent from the base, there is a possibility that the image guide does not stop immediately at each shift position but stops after vibrating for a while. For this reason, after stopping the shift mechanism, it is preferable to take a vibration suppression measure such as driving the piezoelectric element with a piezoelectric element drive circuit so that the swinging part instantaneously swings in the direction opposite to the shift direction. Specifically, the reaction force is obtained by simulation or actual measurement, and the drive voltage of the piezoelectric element for canceling the reaction force is stored in the ROM, and the piezoelectric element control unit reads the drive voltage information from the ROM and outputs the piezoelectric element. Give to the drive circuit. Alternatively, an insulating viscous fluid may be sealed in the cavity and a damping effect may be used to take a vibration suppression measure.
なお、揺動部が次回のシフト位置に移動するまでの時間が、ＣＣＤが前回の電荷蓄積を終えてから次回の電荷蓄積を開始するまでの時間よりも短いと説明しているが、揺動部の長さ、材質、あるいはシフト量、さらには圧電素子自体の性能等が要因で、前者の時間が後者の時間よりも長くなることもあり得る。前述のようにイメージガイドの慣性質量が比較的重いことから、前者の時間が後者の時間よりも長くなる可能性が高い。 It is described that the time until the rocking unit moves to the next shift position is shorter than the time from when the CCD finishes the previous charge accumulation until the next charge accumulation starts. The former time may be longer than the latter time due to factors such as the length of the part, the material, the shift amount, and the performance of the piezoelectric element itself. As described above, since the inertial mass of the image guide is relatively heavy, the former time is likely to be longer than the latter time.
こうした場合には、揺動部がシフト位置に移動している間は、プロセッサ装置のＣＰＵの制御の下、ＣＣＤ駆動回路からＣＣＤに電子シャッタパルスを供給して電荷蓄積を開始する時間を遅らせ、揺動部がシフト位置に停止してから電荷蓄積を開始する。あるいは、揺動部がシフト位置に移動している間は光源を消灯し、揺動部がシフト位置に停止したら光源を点灯する。 In such a case, while the oscillating unit is moved to the shift position, under the control of the CPU of the processor device, the electronic shutter pulse is supplied from the CCD driving circuit to the CCD to delay the time for starting the charge accumulation, Charge accumulation starts after the rocking portion stops at the shift position. Alternatively, the light source is turned off while the swinging portion is moved to the shift position, and the light source is turned on when the swinging portion is stopped at the shift position.
揺動部が次回のシフト位置に移動するまでの時間を基準にしてＣＣＤを駆動しようとすると、前者の時間が後者の時間よりも長くなる場合はフレームレートを落とさなければならないが、電子シャッタパルスで電荷を掃き出すか、光源を点消灯させる上記いずれかの方法を採用すれば、フレームレートは現行を維持しつつブレのない画像を得ることができる。 If it is attempted to drive the CCD based on the time until the swing unit moves to the next shift position, if the former time is longer than the latter time, the frame rate must be reduced. If any one of the above-described methods of sweeping out the electric charge or turning off the light source is employed, a blur-free image can be obtained while maintaining the current frame rate.
なお、シフト撮影モードが選択されたときのみ画像合成部で画像合成処理をしているが、通常撮影モード時にも画像合成処理をしてもよい。クラッドの位置に対応する被観察部位の像を反映した画像は得られないが、クラッドの影は埋めることができる。 Note that the image composition processing is performed by the image composition unit only when the shift photographing mode is selected, but the image composition processing may also be performed during the normal photographing mode. Although an image reflecting the image of the observed region corresponding to the position of the clad cannot be obtained, the shadow of the clad can be filled.
また、シフトの一周期毎に画像合成部で画像合成処理を行い、一つの合成画像を出力しているが、この方法であると通常撮影モードに比べてフレームレートが落ちる。このフレームレート低下の対策としては、四回シフトの場合は通常撮影モードの四倍といったように、シフト撮影モードが選択されたときにフレームレートを上げることが考えられる。 In addition, the image composition process is performed by the image composition unit for each shift period and one composite image is output. However, this method has a lower frame rate than the normal shooting mode. As a countermeasure for this frame rate decrease, it is conceivable to increase the frame rate when the shift shooting mode is selected, such as four times the normal shooting mode in the case of four shifts.
具体的には、ＣＰＵ６２のシステムクロックのクロック信号の周期を変化させることで、ＣＣＤ駆動回路６０の駆動信号の周期を変化させる。あるいは、システムクロックのクロック信号は変化させずに、ＣＣＤ駆動回路６０に分周器を設け、この分周器でシステムクロックのクロック信号を分周することで変化させてもよい。同時観察モードでは、通常、特殊画像をシフト動作の周期毎に生成するため、これらの画像の同時性を保つという観点からも、フレームレートの低下を防止することは効果がある。
Specifically, the cycle of the drive signal of the
あるいは、例えば四回シフトの場合に、同じシフト周期の画像Ｇ０〜Ｇ３で合成画像Ｇｃを生成した後、その画像Ｇ１〜Ｇ３と次のシフト周期の画像Ｇ０から合成画像Ｇｃを生成するというように、画像の組み合わせを一画像ずつずらして、Ｇ０〜Ｇ３の画像のうちの一番古い画像を新しく得られた画像に順次置き換えながら合成画像Ｇｃを生成してもよい。こうすれば、クロック信号の周期を変化させたりする制御の面倒が省け、しかもフレームレートの低下を防ぐことができる。 Or, for example, in the case of four-time shift, after generating the composite image Gc with the images G0 to G3 having the same shift cycle, the composite image Gc is generated from the images G1 to G3 and the image G0 having the next shift cycle. Alternatively, the combined image Gc may be generated by shifting the combination of the images one by one and sequentially replacing the oldest image among the G0 to G3 images with a newly obtained image. In this way, it is possible to omit the troublesome control of changing the cycle of the clock signal, and to prevent the frame rate from being lowered.
三板式ＣＣＤ、モード切り替えとシフト回数の設定をする操作部、および画像合成部と同期制御部と圧電素子制御部の機能を実現するハードウェアを、プロセッサ装置とは別の筐体に搭載してもよいし、内視鏡に搭載してもよい。 A three-panel CCD, an operation unit that switches modes and sets the number of shifts, and hardware that implements the functions of the image composition unit, synchronization control unit, and piezoelectric element control unit are mounted in a separate housing from the processor unit. Alternatively, it may be mounted on an endoscope.
なお、イメージセンサとしては、単板式を用いてもよい。また、上記実施形態では、イメージガイドと配線ケーブルのプロセッサ装置への接続を同じコネクタで果たしているが、イメージガイドと配線ケーブルを別のコネクタに実装してもよい。 Note that a single plate type may be used as the image sensor. In the above embodiment, the image guide and the wiring cable are connected to the processor device by the same connector. However, the image guide and the wiring cable may be mounted on different connectors.
２ 内視鏡システム
１０ 内視鏡
１１ プロセッサ装置
１２、１００、１１０ 光源装置
２７ ライトガイド
２９ 波長変換部材
３１ イメージガイド
３２ シフト機構
５６ 三板式ＣＣＤ
５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂ ＣＣＤ
６０ ＣＣＤ駆動回路
６１ 圧電素子駆動回路
６２ ＣＰＵ
６２ａ 同期制御部
６２ｂ 圧電素子制御部
６５ デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）
６５ａ 画像合成部
７０ 青色レーザ光源
７１ 近紫外レーザ光源
７４ 偏光ビームスプリッタ
７６ ＣＰＵ
８０ 像
８１ 画素
８５ シフト情報
１０１ 通常照明光用光源（通常光源）
１０２ 特殊照明光用光源（特殊光源）
１１１ フィルタ
１１２ モータ
１１５ 光源
１２０ 通常照明光透過領域
１２１ 特殊照明光透過領域
2
58R, 58G, 58B CCD
60
62a
65a
80 images 81
102 Light source for special illumination light (special light source)
111 Filter 112 Motor 115
Claims (7)
イメージガイドの入射端の外周に形成され、該入射端を周期的にシフト動作させる圧電素子と、
シフト動作に同期して前記イメージガイドの出射端からの像を複数回撮像し、一つの合成画像の生成に供するイメージセンサと、
通常照明光、および通常照明光とは波長域の異なる特殊照明光をシフト動作に同期して切り替え可能に照射する照明光発生手段とを備えることを特徴とする内視鏡システム。 An image guide formed by bundling a plurality of optical fibers and being inserted into an insertion portion of an endoscope, and transmitting an image of a site to be observed imaged at an entrance end by an objective optical system to an exit end When,
A piezoelectric element formed on the outer periphery of the incident end of the image guide and periodically shifting the incident end;
An image sensor that captures an image from the output end of the image guide a plurality of times in synchronization with the shift operation, and serves to generate one composite image;
An endoscope system comprising: normal illumination light; and illumination light generation means for irradiating a special illumination light having a wavelength range different from that of the normal illumination light in a switchable manner in synchronization with the shift operation.
前記照明光発生手段で通常照明光を照射して通常画像を取得しているときよりも、特殊照明光を照射して特殊画像を取得しているときのシフト位置を増やすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内視鏡システム。 The piezoelectric element moves the incident end of the image guide from the first position to the second position, from the second position to the third position in order, and finally returns to the first position to make one cycle. Shift operation,
The shift position when irradiating special illumination light and acquiring a special image is increased as compared with when acquiring a normal image by irradiating the normal illumination light with the illumination light generating means. Item 5. The endoscope system according to any one of Items 1 to 3.
第一のレーザ光を光入射側に入射して伝送する光ファイバと、
前記光ファイバの光出射側に配置され、第一のレーザ光により励起発光する第一波長変換材と、
第一の波長よりも短波長の第二の波長を中心波長とする第二のレーザ光を出射する第二レーザ光源と、
第二のレーザ光を前記光ファイバの光入射側の光路に導入する光カップリング手段と、
前記光ファイバの光出射側より光路前方に設けられ、第二のレーザ光により第二の波長より長波長の特定の可視波長帯域の光を励起発光する第二波長変換材とを有し、
第一のレーザ光と前記第一波長変換材からの励起発光光とを混合して白色光を得、前記第二波長変換材からの励起発光光より特殊照明光を得ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内視鏡システム。 The illumination light generation means includes a first laser light source that emits a first laser light having a first wavelength as a center wavelength;
An optical fiber that transmits the first laser beam incident on the light incident side; and
A first wavelength conversion material disposed on the light exit side of the optical fiber and excited and emitted by a first laser beam;
A second laser light source that emits a second laser beam having a second wavelength shorter than the first wavelength as a central wavelength;
Optical coupling means for introducing a second laser beam into the optical path on the light incident side of the optical fiber;
A second wavelength conversion material that is provided in front of the optical path from the light exit side of the optical fiber, and that excites and emits light in a specific visible wavelength band longer than the second wavelength by the second laser light;
The first laser light and the excitation light emitted from the first wavelength conversion material are mixed to obtain white light, and the special illumination light is obtained from the excitation light emission from the second wavelength conversion material. Item 5. The endoscope system according to any one of Items 1 to 4.
特殊照明光を発する特殊照明光用光源を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内視鏡システム。 The illumination light generating means includes a light source for normal illumination light that emits normal illumination light,
The endoscope system according to claim 1, further comprising a light source for special illumination light that emits special illumination light.
通常照明光を透過する領域、および特殊照明光を透過する領域より構成され、前記光源からの照明光の光路上に回転可能に配置されたフィルタと、
前記フィルタをシフト動作に同期させて回転させる回転駆動手段とを有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内視鏡システム。 The illumination light generating means includes a light source that emits illumination light including wavelength components of normal illumination light and special illumination light, and
A filter that is configured of a region that transmits normal illumination light and a region that transmits special illumination light, and is disposed rotatably on the optical path of the illumination light from the light source;
The endoscope system according to any one of claims 1 to 4, further comprising a rotation driving unit that rotates the filter in synchronization with a shift operation.
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