JP2003334156A - 電荷増幅型固体撮像素子を備えた蛍光観察兼用電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子内視鏡装置と同等に扱いやすく、高画質
の蛍光観察用画像を表示する。 【解決手段】 プロセッサ１０に着脱自在に接続される
ビデオスコープ５０に、インパクトイオン化現象を起こ
すことによって光電変換により生じた電荷を増幅可能な
固体撮像素子５４を設ける。また、キセノンランプ３４
とライトガイド５１の入射端５１Ａとの間にＥＸフィル
タを設ける。蛍光観察スイッチ３０Ａが操作された場
合、ＥＸフィルタ４６を移動させて励起光を観察部位Ｓ
へ照射させる。そして、電荷増幅型固体撮像素子５４に
おいて生じた信号電荷を増幅する。増幅処理が施されて
いる間、ペルチェ冷却素子５９によって電荷増幅型固体
撮像素子５４を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、励起光照射により
生体組織から発せられる蛍光に基いて、観察部位の悪性
病変組織を観察できる蛍光観察用内視鏡装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特定波長領域の光である励起光を
体内の生体組織に照射すると、生体組織から緑色波長領
域の光を主成分とする蛍光が発せられる自家蛍光という
現象が知られている。この自家蛍光は、正常組織の発光
強度が病変組織の発光強度より強いことが特徴であり、
画面に表示することによって観察部位に病変組織が存在
するか確認することができる。

【０００３】医療分野において、この自家蛍光を利用し
た蛍光観察用の内視鏡システムが実現されており、従来
の汎用の内視鏡システムとは異なった構成が採用されて
いる。蛍光観察兼用内視鏡システムでは、キセノンラン
プ等を使って可視帯域の光（通常光）を生体組織に照射
し画像を観察する通常観察と、励起光を照射して観察す
る蛍光観察が切り替え可能であり、オペレータの操作に
よって切り替えられる。通常観察の場合、観察部位に反
射した光によって観察部位の画像が形成され、これによ
り観察部位の画像（通常画像）がモニタに再現される。
一方、蛍光観察の場合、励起光によって自家蛍光が生体
組織から発生し、その自家蛍光によって形成される観察
部位の画像（蛍光画像）がモニタに再現される。

【０００４】自家蛍光が微弱な光であることから、通
常、自家蛍光を増幅させるイメージインテンシファイア
が撮像素子と対物光学系との間に設けられている（例え
ば、特開２００１−２０４６８３号参照）。これによ
り、自家蛍光による映像も明るく表示される。但し、イ
メージインテンシファイアを電子内視鏡装置のビデオス
コープ（電子内視鏡）先端に設けることが困難であるた
め、蛍光観察にはファイバスコープが使用される。具体
的には、ファイバスコープの接眼部にイメージインテン
シファイアを含む撮像装置（カメラボックス）が接続さ
れ、ファイバスコープ内のイメージガイド用光ファイバ
ー束を通った光が撮像装置へ導かれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ファイバスコ
ープおよび蛍光観察用の撮像装置を独自に構成しなけれ
ばならないため、蛍光観察兼用内視鏡システム全体が大
型化され、蛍光観察時の準備作業に手間取り、また観
察、処置等を行う時においてもファイバスコープの操作
性が悪い。また、イメージインテンシファイア特有の性
質として焼き付き、残像、歪みが生じやすく、さらに、
色情報が欠落した映像が表示されてしまう。そのため、
蛍光観察において正確な診断をすることが難しい。

【０００６】そこで本発明では、電子内視鏡装置と同等
に扱いやすく、高画質の蛍光観察用画像を表示すること
ができる蛍光観察兼用電子内視鏡装置を得ることを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の蛍光観察兼用電
子内視鏡装置は、従来の電子内視鏡装置の構成と基本的
に同一の構成によって蛍光観察をも実現できる電子内視
鏡装置である。すなわち、撮像素子を有するビデオスコ
ープと撮像素子から読み出された画像信号を処理するプ
ロセッサとを備えた電子内視鏡装置であって、プロセッ
サにはモニタやキーボードなどが接続される。本発明の
電子内視鏡装置では、撮像素子が、インパクトイオン化
現象を起こすことによって光電変換により生じた電荷を
増幅可能な単一の電荷増幅型固体撮像素子であることを
特徴する。電荷増幅型固体撮像素子には、可視光の波長
領域全体に渡った分光特性を有する光源特性光が被写体
へ照射された時の反射光と、紫外線領域から青色波長領
域に含まれる光を主成分とする励起光が被写体へ照射さ
れた時に生じる自家蛍光とが導かれ、光電変換によって
信号電荷が生じる。通常観察時には、例えばハロゲンラ
ンプなどから放射される光を被写体へ照射すればよい。
また、蛍光観察時には、例えば励起光のみ透過されるフ
ィルタを必要に応じて光の経路に配置すればよい。電子
内視鏡装置は、被写体像を表示するため、光源特性光が
被写体へ照射されるときに電荷増幅型固体撮像素子から
読み出される通常画像信号を処理するとともに、励起光
が被写体へ照射されるときに電荷増幅型固体撮像素子か
ら読み出される蛍光観察画像信号を処理する信号処理回
路とを備えており、電荷増幅型固体撮像素子は、自家蛍
光を受光した時、光電変換により生じた電荷を増幅させ
ることを特徴とする。

【０００８】蛍光観察時に電荷増幅処理が施されること
により、強度が微弱な自家蛍光に対しても明るい観察画
像を表示することができる。また、信号電荷を出力する
前に増幅処理が施されるため、ノイズを増幅させること
なく信号出力レベルを上げることができる。さらに、イ
メージインテンシファイアを使用した場合の焼き付き、
残像などが生じないため、より高画質の蛍光観察画像を
表示することができる。その結果、微細な病変部に対し
ても正確に診断できる。

【０００９】従来の蛍光観察用内視鏡装置では、強度が
微弱な自家蛍光に対して感度を高めるために蛍光観察用
の撮像素子にカラーフィルタは配置されておらず、その
ため、グレースケールの映像がモニタに表示される。本
発明においてカラーフィルタを電荷増幅型固体撮像素子
の受光面上に配置している場合、蛍光観察時においても
通常観察と同じようにカラー画像を表示することが実現
でき、励起光と自家蛍光の波長の差によって病変部が明
瞭に区別され、適正な診断を下すことが可能となる。

【００１０】電荷増幅処理を施す場合、電荷増幅型固体
撮像素子における温度が高くなり、電荷増幅型固体撮像
素子の回路に不具合が発生する恐れがある。そのため、
電子内視鏡装置は、電荷増幅型固体撮像素子を冷却する
ため、電荷増幅型固体撮像素子と接触するように配置さ
れる冷却素子を備えるのがよい。冷却素子としては、例
えばペルチェ効果により冷却するペルチェ冷却素子が適
用される。

【００１１】オペレータが蛍光観察を選択したときに励
起光が被写体へ照射され、かつ電荷増幅処理および撮像
素子の冷却が自動的に行われるのがよい。そのため、電
子内視鏡装置は、励起光を照射することにより観察する
蛍光観察方式と光源特性光を照射することにより観察す
る通常観察方式のどちらか一方を選択するための観察方
式選択操作部と、光源特性光および励起光のいずれか一
方を選択的に被写体へ照射する光照射手段とを備え、観
察方式選択操作部に対する操作によって蛍光観察が選択
された場合、光照射手段を制御して励起光を被写体へ照
射し、電荷増幅型固体撮像素子において電荷増幅処理を
実行させるとともに、冷却素子を駆動させる蛍光観察実
行処理手段とを備えるのが望ましい。

【００１２】オペレータは選択操作部を操作するだけで
観察モードを切り替えることができる。また、冷却素子
にペルチェ冷却素子を用いた場合、連続的に電荷増幅型
固体撮像素子を冷却すると、ペルチェ効果による廃熱に
より冷却素子と接する電荷増幅型固体撮像素子の温度が
逆に上昇する恐れがある。電荷増幅処理を実行するとき
だけ冷却することにより、温度上昇を防ぐことができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下では、図面を参照して本発明
の実施形態である蛍光観察兼用電子内視鏡装置について
説明する。

【００１４】図１は、本実施形態である蛍光観察兼用電
子内視鏡装置のブロック図である。

【００１５】蛍光観察兼用電子内視鏡装置は、胃など体
内の器官に対して通常観察のもとで検査、手術などを行
うための装置であるとともに、蛍光観察により癌等病変
部の診断を行うことができる内視鏡装置である。いずれ
の観察の場合も、検査等が開始されると、ビデオスコー
プが観察部位の撮影のため体内へ挿入される。

【００１６】本実施形態である蛍光観察兼用電子内視鏡
装置では、電荷増幅型固体撮像素子５４を有するビデオ
スコープ５０と、ビデオスコープ５０から送られてくる
画像信号を処理するプロセッサ１０とが備えられてお
り、被写体像を表示するモニタ３９がプロセッサ１０に
接続される。ビデオスコープ５０はプロセッサ１０に着
脱自在に接続可能であり、キーボード３５がプロセッサ
１０に接続される。

【００１７】プロセッサ１０には光源としてキセノンラ
ンプ３４が設けられており、キセノンランプ３４から放
射した光は、赤外線カットフィルタ４４、ＥＸフィルタ
４６、さらには集光レンズおよび絞り（図示せず）を介
してビデオスコープ５０内に設けられたライトガイド５
１の入射端５１Ａに入射する。赤外線カットフィルタ４
４はキセノンランプから放射される光のうち赤外線波長
領域の光を遮断するフィルタであり、また、ＥＸフィル
タ４６は、実質的に紫外線領域から青色波長領域の光の
みを透過させるフィルタである。ＥＸフィルタ４６は、
アクチュエータであるソレノイド３７によって駆動さ
れ、必要に応じて入射端５１Ａへ入射する光の光路内へ
移動される。この時、キセノンランプ３４から放射した
光はＥＸフィルタ４６により励起光となり、該励起光が
ライトガイド５１の入射端５１Ａに入射する。

【００１８】ライトガイド５１は、キセノンランプ３４
から放射された光をビデオスコープ５０の先端部へ導く
ための光ファイバー束であり、入射端５１Ａに入射した
光はビデオスコープ５０の先端部から出射する。これに
より、観察部位Ｓに光が照射される。観察部位Ｓにおい
て反射した光は、対物レンズ（ここでは図示せず）を通
って電荷増幅型固体撮像素子５４の受光面に到達し、そ
の結果、観察部位Ｓの像が電荷増幅型固体撮像素子５４
の受光面に形成される。なお、励起光が照射された観察
部位Ｓにおいて反射した励起反射光は、対物レンズと電
荷増幅型固体撮像素子５４との間に配置された励起光カ
ットフィルタ（図示せず）により遮断される。本実施形
態では、カラー撮像方式として単板同時式が適用されて
おり、ＣＣＤの受光面上にはイエロー（Ｙｅ）、シアン
（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）、グリーン（Ｇ）の色要素
が市松状に並べられた補色カラーフィルタ（図示せず）
が受光面の各画素に対応するよう配置されている。電荷
増幅型固体撮像素子５４では、補色カラーフィルタを通
る色に応じた被写体像の画像信号が光電変換により発生
し、１フレームもしくは１フィールド分の画像信号が、
色差線順次方式に従って所定時間間隔ごとに順次読み出
される。カラーテレビジョン方式としては例えばＮＴＳ
Ｃ方式が適用されており、１／３０（１／６０）秒間隔
ごとに１フレーム（１フィールド）分の画像信号が順次
読み出され、プロセッサ１０へ送られる。電荷増幅型固
体撮像素子５４は、撮像素子駆動回路５６によって駆動
される。

【００１９】プロセッサ１０の信号処理回路２０には、
画像信号読み出しのタイミング（ディレイタイム）を調
整するタイミング回路、ホワイトバランス調整のために
Ｒ，Ｇ，Ｂのゲインコントロールを行うＲおよびＢゲイ
ン回路、ガンマ補正を行うためのガンマ補正回路、輝度
信号、色差信号を生成するためのカラーマトリクス回路
などの回路が含まれている（いずれも図示せず）。信号
処理回路２０に入力された画像信号に対して様々な処理
が各回路において施され、その結果、映像信号が生成さ
れる。生成された映像信号は、ＮＴＳＣコンポジット信
号、Ｙ／Ｃ分離信号（Ｓビデオ信号）、ＲＧＢ分離信号
などのビデオ信号としてモニタ３９へ出力され、これに
より被写体像が動画像としてモニタ３９に表示される。

【００２０】ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含
むシステムコントロール回路２４は、プロセッサ１０全
体を制御しており、撮像素子駆動回路５６、信号処理回
路２０などの各回路に制御信号を出力するとともに、プ
ロセッサ全体の動作を実行するためのプログラムを格納
したＲＯＭ（図示せず）を有する。ビデオスコープ５０
内にはデータ書き換え可能なＥＥＰＲＯＭ５７が設けら
れており、ビデオスコープ５０の特性に関するデータが
ＥＥＰＲＯＭ５７にあらかじめ記憶されている。ビデオ
スコープ５０がプロセッサ１０に接続されると、ＥＥＰ
ＲＯＭ５７内に格納されたデータがプロセッサ１０へ送
られ、システムコントロール回路２４内のメモリ（図示
せず）に格納される。また、ビデオスコープ５０の装着
および取り外しを検出するための検出回路（図示せず）
が設けられており、ビデオスコープ５０が着脱されると
システムコントロール回路２４へ検出信号が送られる。

【００２１】プロセッサ１０のフロントパネルには一連
のパネルスイッチ３０が設けられており、パネルスイッ
チ３０に対する操作に応じた処理が実行される。本実施
形態では、通常観察モードおよび蛍光観察モードのいず
れかの観察モードがオペレータによって選択可能であ
り、通常観察モードと蛍光観察モードを切り替えるため
の蛍光観察スイッチ３０Ａがフロントパネルに設けられ
ている。通常観察モードでは、可視光の波長領域全体に
渡ってほぼ一様な分光分布特性を有するキセノンランプ
３４の光（以下では、光源特性光という）を観察部位Ｓ
に照射した場合に形成される画像（以下では、通常観察
画像という）がモニタ３９に表示される。一方、蛍光観
察モードでは、主に紫外線領域から青色波長領域に含ま
れる光であって生体組織から自家蛍光を発生させる光
（以下では励起光という）を観察部位Ｓに照射し、その
場合、励起光の観察部位Ｓでの自家蛍光によって形成さ
れる画像（以下では蛍光観察画像という）がモニタ３９
に表示される。蛍光観察モードに切り替えられた場合、
ソレノイド３７が駆動してＥＸフィルタ４６が光の経路
内に移動する。その結果、励起光が観察部位Ｓへ照射さ
れる。

【００２２】蛍光観察モードが設定されると、ＥＸフィ
ルタ４６は、入射端５１Ａへ入射する光の光路内へ移動
されると共に、電荷増幅型固体撮像素子５４において電
荷増幅処理が施されるように、撮像素子駆動回路５６へ
制御信号が送られる。光電変換により生じた信号電荷は
電荷増幅処理によって増幅され、信号処理回路２０へ送
られる。その結果、蛍光観察画像がモニタ３９に表示さ
れる。

【００２３】図２は、ビデオスコープ５０の先端部５０
Ａの内部構成を模式的に示した図である。

【００２４】ビデオスコープ５０の先端部５０Ａには、
光ファイバー束５１の出射端５１Ｂから射出される光を
拡散させるための配光レンズ５５と、被写体像を電荷増
幅型固体撮像素子５４の受光面に結像させるための対物
レンズ５３と励起光カットフィルタ（図示せず）とが設
けられており、また、電荷増幅型固体撮像素子５４の背
面５４Ｂ（受光面５４Ａの反対側）には、電荷増幅型固
体撮像素子５４を冷却するためのペルチェ冷却素子５９
が設けられている。ペルチェ冷却素子５９は、ペルチェ
効果によって電荷増幅型固体撮像素子５４を熱電冷却す
るデバイスであり、システムコントロール回路２４（図
１）から送られてくる制御信号に基づいて作動する。

【００２５】本実施形態で適用される電荷増幅型固体撮
像素子５４は、インパクトイオン化現象を起こして２次
電子を発生させることにより、電荷を増幅させることが
できる固体撮像素子である。したがって、従来の撮像素
子のように信号電荷を読み出して増幅器で増幅させなく
てよい。また、電荷増幅処理が撮像素子において実行さ
れるため、電荷増幅型固体撮像素子５４から電荷を読み
出すときのノイズは増幅されず、ノイズの重畳なく信号
の出力レベルを上げることができる。本実施形態では、
オペレータが蛍光観察スイッチ３０Ａを操作することに
よって電荷増幅処理が実行される。さらに、電荷増幅処
理が実行されている間、ペルチェ冷却素子５９が作動す
るようシステムコントロール回路２４（図１）により制
御される。蛍光観察スイッチ３０Ａが操作されない場
合、電荷の増幅処理は実行されずに電荷増幅型固体撮像
素子５４から画像信号として蓄積電荷が読み出される。

【００２６】図３は、通常観察および蛍光観察の各モー
ドにおける処理動作を示したフローチャートである。

【００２７】ステップＳ１０１では、蛍光観察スイッチ
３０Ａに対する信号レベルが検出される。ステップＳ１
０２では、オペレータの操作によって蛍光観察スイッチ
３０Ａの信号レベルがＯＮ状態に対応するレベルである
か否かが判断される。

【００２８】ステップＳ１０２において、蛍光観察スイ
ッチ３０Ａの信号レベルがＯＮ状態ではないと判断され
た場合、ステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６で
は、電荷増倍処理動作を行わずに信号電荷が出力される
ように撮像素子駆動回路５６へ制御信号が出力され、こ
の制御信号に基づいて電荷増幅型固体撮像素子５４が駆
動される。そして、ステップＳ１０７では、ペルチェ冷
却素子５９が駆動しないように制御信号が送られる。ス
テップＳ１０８では、通常観察モードにおける処理が施
される。ステップＳ１０８が実行されると、ステップＳ
１０９へ移る。

【００２９】一方、ステップＳ１０２において蛍光観察
スイッチ３０Ａの信号レベルがＯＮ状態であると判断さ
れた場合、ステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０３
では、ペルチェ冷却素子５９が駆動するように制御信号
が送られる。そして、ステップＳ１０４では、電荷増幅
処理動作が実行されるように制御信号が撮像素子駆動回
路５６へ送られ、この制御信号に基づいて電荷増幅型固
体撮像素子５４が駆動される。ただし、増幅処理におけ
る増幅倍率は、自家蛍光の強度に従って定められる。さ
らに、観察部位Ｓへ励起光を照射するため、ＥＸフィル
タ４６が駆動されて光ファイバー束５１の出射端５１Ｂ
と配光レンズ５５との間の光路内に配置される。ステッ
プＳ１０５では、蛍光観察モードに従って画像信号が処
理されるように、制御信号がシステムコントロール回路
２４から信号処理回路２０へ制御信号が送られる。ステ
ップＳ１０５が実行されると、ステップＳ１０９へ移
る。

【００３０】ステップＳ１０９では、観察を終了するた
めビデオスコープ５０がプロセッサ１０から取り外され
たか否かが判断される。ビデオスコープ５０は取り外さ
れていないと判断された場合、ステップＳ１０１へ戻
る。一方、ビデオスコープ５０が取り外されたと判断さ
れた場合、この通常観察および蛍光観察の各モードにお
ける処理動作のルーチンは終了する。

【００３１】このように本実施形態によれば、オペレー
タが蛍光観察スイッチ３０Ａを操作すると、ＥＸフィル
タ４６の駆動によって励起光が観察部位Ｓに照射し、自
家蛍光から観察部位Ｓの像が電荷増幅型固体撮像素子５
４に形成される。電荷増幅型固体撮像素子５４では電荷
増幅処理が施され、増幅された信号電荷が信号処理回路
２０へ送られる。

【００３２】なお、キセノンランプ３４の代わりに、ハ
ロゲンランプ、メタルハライドランプなど、可視光およ
び紫外線領域から青色波長領域に含まれる光を放射する
ランプを光源として適用すればよい。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明の蛍光観察兼蛍光観
察兼用電子内視鏡装置用電子内視鏡装置によれば、電子
内視鏡装置と同等に扱いやすく、高画質の蛍光観察用画
像を表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態である蛍光観察兼用電子内視鏡装置
のブロック図である。

【図２】ビデオスコープ先端部の内部構成を模式的に示
した図である。

【図３】通常観察および蛍光観察モードにおける処理動
作のフローチャートを示した図である。

【符号の説明】

１０ プロセッサ ２０ 信号処理回路 ２４ システムコントロール回路 ３０Ａ 蛍光観察スイッチ ３４ キセノンランプ ３７ ソレノイド ４６ ＥＸフィルタ ５０ ビデオスコープ ５１ 光ファイバー束 ５４ 電荷増幅型固体撮像素子 ５９ ペルチェ冷却素子

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｍ Ｆターム(参考） 2G043 AA03 BA16 EA01 FA01 FA05 FA06 GA08 GB07 GB18 GB28 HA01 HA05 JA02 KA02 KA03 LA03 MA03 MA12 2H040 BA00 BA11 CA10 GA02 GA04 GA10 GA12 4C061 CC06 FF47 LL02 MM05 NN01 NN05 PP15 QQ09 RR04 RR14 RR17 RR26 SS07 WW17 5C054 AA01 CA04 CC07 EA01 HA12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インパクトイオン化現象を起こすことに
   よって光電変換により生じた電荷を増幅可能な固体撮像
   素子であって、可視光の波長領域全体に渡った分光特性
   を有する光源特性光が被写体へ照射された時の反射光
   と、紫外線領域から青色波長領域に含まれる光を主成分
   とする励起光が被写体へ照射された時に生じる自家蛍光
   とを受光する単一の電荷増幅型固体撮像素子と、 被写体像を表示するため、前記光源特性光が被写体へ照
   射されるときに前記電荷増幅型固体撮像素子から読み出
   される通常画像信号を処理するとともに、前記励起光が
   被写体へ照射されるときに前記電荷増幅型固体撮像素子
   から読み出される蛍光観察画像信号を処理する信号処理
   回路とを備え、 前記電荷増幅型固体撮像素子が、前記自家蛍光を受光し
   た時、光電変換により生じた電荷を増幅させることを特
   徴とする蛍光観察兼用電子内視鏡装置。
2. 【請求項２】 前記電荷増幅型固体撮像素子を冷却する
   ため、前記電荷増幅型固体撮像素子と接触するように配
   置される冷却素子をさらに有することを特徴とする請求
   項１に記載の電子内視鏡装置。
3. 【請求項３】 前記励起光を照射することにより観察す
   る蛍光観察方式と前記光源特性光を照射することにより
   観察する通常観察方式のどちらか一方を選択するための
   観察方式選択操作部と、 前記光源特性光および前記励起光のいずれか一方を選択
   的に被写体へ照射する光照射手段と、 前記電荷増幅型固体撮像素子を冷却するため、前記電荷
   増幅型固体撮像素子と接触するように配置される冷却素
   子と、 前記観察方式選択操作部に対する操作によって前記蛍光
   観察が選択された場合、前記光照射手段を制御して前記
   励起光を被写体へ照射し、前記電荷増幅型固体撮像素子
   において電荷増幅処理を実行させるとともに、前記冷却
   素子を駆動させる蛍光観察実行処理手段とをさらに有す
   ることを特徴とする請求項１に記載の蛍光観察兼用電子
   内視鏡装置。