JP2005261826A - 内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】 体内器官の内壁面から所定の深さの部分の観察を可能にする。
【解決手段】 光源１０はＦｓパルスレーザであり、約０．７８μｍのパルス光、すなわち近赤外線のパルス光を射出する。光源１０から射出されるパルス光を集光レンズ１１によりライトガイド１２の入射端面に集光する。ライトガイド１２をその出射面が電子スコープの挿入部先端に達するよう電子スコープ内に挿通させる。ライトガイド１２は赤外線通信用の単一の光ファイバーである。ライトガイド１２の出射端から出射する近赤外線の波形をシリコンレンズ１４と光伝導素子１５により所定の配光角を呈するテラヘルツ光とし、体内器官の内壁面Ｓに照射する。内壁面Ｓで反射されたテラヘルツ光を電子スコープの挿入部先端の撮像部２０の電気光学結晶、面光源、一対の偏光子により可視光化し、結像レンズによりＣＣＤの撮像面に結像させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可視光の範囲外の光にも適応可能な内視鏡システムに関する。

従来、医療現場で用いられるファイバースコープや電子内視鏡装置の電子スコープは可撓性を有する挿入部を備えており、その挿入部が患者の体内に挿入される。これらのスコープには光ファイバーであるライトガイドが挿通されている。ファイバースコープが接続される光源装置や電子スコープが接続される画像信号処理プロセッサ内の光源から供給される光はライトガイドにより各スコープの挿入部先端へ導かれ、患者の体内に照射光として射出される。挿入部の先端から射出された照射光は被観察体により反射され、再び挿入部の先端に入射する。

ファイバースコープでは、挿入部先端から入射した光は対物光学系や接眼光学系を介して観察者の目に導かれる。また、電子内視鏡装置の場合、電子スコープの挿入部先端から入射した光は、挿入部先端に設けられたＣＣＤで光電変換された後、画像信号処理プロセッサ内で所定の画像処理が施される。そして、画像処理が施された画像信号は画像信号処理プロセッサに接続されたＴＶモニタへ送られ、ＴＶモニタのディスプレイに被観察体が表示される。
特開２００３−９３３４３号公報

通常、上述の照明光は可視光（約４００ｎｍ（ナノメータ）〜７００ｎｍの波長域の光）である。従って、ファイバースコープやＴＶモニタでは肉眼で直接観察する場合と変わらない画像を視認することしかできない。すなわち、器官の内壁面の表面を観察することしかできなかった。ところが、体内の病変部位は器官の内壁面の表面下に存在していることがあり、そのような病変部位を従来のファイバースコープや電子内視鏡で発見するには限界があった。

本発明は、以上の問題を解決するものであり、体内器官の内壁面において通常の可視光では観察できない部分の観察を可能にすることを目的とする。

本発明に係る内視鏡システムは、被観察体にテラヘルツ光を照射するための照射光供給手段と、可視光に感度を有する撮像手段と、照射光供給手段から照射され、被観察体により反射されるテラヘルツ光を撮像手段を介して視認可能にするための光学的変換手段とを備えたことを特徴とする。

照射光供給手段は、例えば、近赤外線を射出する光源と、近赤外線を伝送するための光ファイバーからなるライトガイドと、ライトガイドから射出される近赤外線をテラヘルツ光に変換する発振素子とを有する。

また、照射光供給手段は、例えば、テラヘルツ光を射出する光源と、テラヘルツ光を伝送するための光ファイバー束からなるライトガイドと、ライトガイドから射出されるテラヘルツ光を被観察体に導くための配光レンズとを有する。

光学的変換手段は、例えば、被観察体からの反射光が入射する対物レンズと、対物レンズを透過したテラヘルツ光における電場強度の変化を複屈折率の変化に変換させる電気光学結晶と、電気光学結晶の一面で反射した可視光における複屈折率の変化を光強度へ変換する偏光子とを有する。

本願発明によれば、内視鏡システムにおいて照射光としてテラヘルツ光を照射し、被観察体により反射されたテラヘルツ光を可視光に変換している。従って、被観察体の表面のみならず、被観察体の表面から所定の深さの位置の状態も視認することができる。

図１は、本発明に係る第１実施形態が適用される電子内視鏡システムのシステム構成図である。図２は図１の発振素子（後述）の詳細図である。図３は図１の撮像部（後述）の詳細図である。図１、図２及び図３により第１実施形態について以下説明する。図１において、光源１０は、Ｆｓ（フェムト秒）パルスレーザであり、約０．７８μｍ（マイクロメータ）幅８０ｆｓのパルス光、すなわち近赤外線のパルス光を射出する。光源１０から射出されたパルス光は、集光レンズ１１によりライトガイド１２の入射端面に集光される。ライトガイド１２は、電子スコープ（図示せず）内を挿通させられる。その出射端面は電子スコープの挿入部先端に達している。ライトガイド１２は、赤外線通信用の単一の光ファイバーであり、近赤外線の波長領域の光を伝達するのに適した特性を有する。

電子スコープの挿入部先端においてライトガイド１２の出射端の近傍には、シリコンレンズ１４と光伝導素子（光スイッチ素子）１５からなる発振素子１３が配設される。ライトガイド１２の出射端から出射される近赤外線のパルス光はシリコンレンズ１４に取り付けられた光伝導素子１５によりテラヘルツ光に変換され、シリコンレンズ１４により所定の配光角を呈した該テラヘルツ光が体内器官の内壁面Ｓに照射される。本明細書では、「テラヘルツ光」とは、周波数が約０．３ＴＨｚ（テラヘルツ）〜３ＴＨｚ（１ＴＨｚ＝１０¹²Ｈｚ）の電磁波をさす。ＤＣ電源１９は光伝導素子１５にＤＣバイアス電圧（後述）を与える電源である。

図２により発振素子１３の主に光伝導素子１５について詳説する。なお、図２（ａ）は発振素子１３の側面図、図２（ｂ）は同背面図（近赤外線のパルス光入射方向から見た平面図）を示す。光伝導素子１５は高速応答する半導体基板（光伝導基板）１６上につくられ、その構造は１対の平行伝送線路１７とその中央に配置された微小ダイポールアンテナ１８とからなる。微小ダイポールアンテナ１８の中央には微小なギャップ（数μｍ）があり、このギャップ間に適当なバイアス電圧（３０Ｖ位）を印加する。このギャップに半導体のバンドギャップよりも高い光子エネルギーをもつ近赤外線のパルス光を照射すると、半導体中に電子と正孔の自由キャリアーが生成され、パルス状の電流が流れる。この電気パルスが空中に放射されると電磁波パルス、即ちテラヘルツ光となる。

図１に戻って、内壁面Ｓで反射されたテラヘルツ光は、電子スコープの挿入部先端に設けられた撮像部２０へ導かれる。内壁面Ｓで反射されたテラヘルツ光は、内壁面Ｓの各照射位置の医学的状態に応じて電場強度に変化が生じており、撮像部２０では入射したテラヘルツ光の電場強度に変化に基づく輝度変化を有する画像信号が生成される。電子スコープは画像処理装置３０に接続されており、撮像部２０で生成された画像信号は画像処理装置３０へ入力される。画像処理装置３０では、入力された画像信号に所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像信号は、画像処理装置３０に接続されたＴＶモニタ６０へ出力される。その結果、被観察体がＴＶモニタ６０に表示される。

図３により撮像部２０について詳説する。内壁面Ｓで反射されたテラヘルツ光は、まず、ＴＰＸ（ポリメチルペンテン）等で形成された対物レンズ２１を介してテルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）結晶等で形成される電気光学結晶２２の一方の面２２ａへ導かれる。電気光学結晶２２のテラヘルツ光像面の各点では、入射するテラヘルツ光における各照射位置の医学的状態に応じた電場強度に比例して屈折率の変化が生じ、電気光学結晶２２の他方の面２２ｂへ入射する光に対して複屈折が誘起される状態となる。換言すると、入射するテラヘルツ光における電界の変化が電気光学結晶２２により複屈折率の変化に変換される。

一方、発光面から均一な可視光を発光するＥＬ発光素子等の面光源２３から照射された光は、反射ミラー２４を介して１対の偏光子２５の一方の偏光子２５Ａを通過して特定の偏光を有する光とされた後、電気光学結晶２２の面２２ｂに入射し、反射して他方の偏光子２５Ｂに入射する。尚、偏光子２５Ｂは、偏光子２５Ａを通過し特定の偏光を有する状態とされた光が入射された場合に、その光を透過しないよう偏光子２５Ａに対して光学的に調整されている。換言すれば、偏光子２５Ａを通過しただけの光は通過しないよう、偏光子２５Ｂは光学的に調整されている。従って、上述のように、電気光学結晶２２の面２２ａへ上記のテラヘルツ光が入射した状態で、面２２ｂに入射した光に対して複屈折が誘起された光が反射されて偏光子２５Ｂに入射すると、偏光子２５Ｂから電気光学結晶２２の複屈折率に応じた光強度の光が出射される。すなわち、偏光子２５Ｂでは電気光学結晶２２の複屈折率の変化が可視光の光強度の変化へ変換される。偏光子２５Ｂを出射した可視光は、反射ミラー２６を介して結像レンズ２７によりＣＣＤ２８の撮像面に結像される。ＣＣＤ２８では、入射した光が光電変換され光強度の変化に応じた輝度変化を有する画像信号が生成される。

なお、面光源２３、反射ミラー２４、偏光子２５Ａと偏光子２５Ｂ、反射ミラー２６、結像レンズ２７、ＣＣＤ２８との間には光学的な干渉を防止するための遮光壁２９が設けられている。また、対物レンズ２１、電気光学結晶２２、面光源２３、反射ミラー２４、２６、偏光子２５Ａ、２５Ｂ、結像レンズ２７、ＣＣＤ２８、遮光壁２９は電子スコープの挿入部先端内に設けられる。更に、もし反射ミラー２４、２６を使わない構成とすると、面光源２３、集光レンズ２７、ＣＣＤ２８を図３に示す位置よりも外側に設けなければならない。従って、反射ミラー２４、２６を設けたことにより、挿入部先端を細径化することができる。

図４は、本発明に係る第２実施形態が適用される電子内視鏡システムのシステム構成図である。図４において第１実施形態と同様の要素には同一の符号が付されている。光源５０はテラヘルツ光を出射するレーザ装置である。光源５０には例えば、ＣＯ２レーザ、ＱＣレーザ、差波長レーザ、ＬＰＯレーザ等が用いられる。光源５０から出射されたテラヘルツ光は、集光レンズ５１を介してライトガイド５２の入射面に集光される。ライトガイド５２は、第１実施形態のライトガイド１２と同様、不図示の電子スコープ内を挿通しており、その出射面は電子スコープの挿入部先端に達している。ライトガイド５２は複数の光ファイバの束であり、光ファイバにはテラヘルツ光を電子スコープの挿入部先端まで導くべく、例えば、フォトニック結晶ファイバ、シリコン結晶ファイバ、アルミ中空ファイバ等が用いられる。ライトガイド５２から出射するテラヘルツ光は配光レンズ５３を介して体内器官の内壁面Ｓに照射される。

尚、被観察体により反射されたテラヘルツ光を処理する撮像部２０等の構成は第１実施形態と同様なので説明を省略する。

以上のように、第１及び第２実施形態によれば、透過性を有するテラヘルツ光が被観察体である体内器官の内壁面Ｓに照射され、その反射光が電子スコープの挿入部先端に入射するよう構成される。すなわち、照射光は内壁面Ｓの表面から所定の深さまで透過し、そこで反射されたテラヘルツ光の電場強度に対応した光強度を有する可視光が電子スコープ内のＣＣＤ２８の撮像領域に結像される。従って、内壁面Ｓから所定の深さに生じた病変部位を観察することが可能となる。その結果、内壁面Ｓの表面を観察するだけでは発見することができない病変部位の早期発見が可能となる。

尚、第１及び第２実施形態ではテラヘルツ光を照射する構成とテラヘルツ光を可視化する構成を中心に説明したが、これらの電子内視鏡システムは、テラヘルツ光による観察に関する構成と共に、通常の可視光を照射し、その反射光を撮像する通常観察も可能なように、通常観察用照明光学系及び通常観察用撮像部の各構成をも備えていることは言うまでもない。

本発明に係る第１実施形態が適用される電子内視鏡システムのシステム構成図である。 図１の発振素子の詳細図である。 図１の撮像部の詳細図である。 本発明に係る第２実施形態が適用される電子内視鏡システムのシステム構成図である。

符号の説明

１０、５０ 光源
１１、５１ 集光レンズ
１２、５２ ライトガイド
１３ 発振素子
１４ シリコンレンズ
１５ 光伝導素子
２０ 撮像部
２１ 対物レンズ
２２ 電気光学結晶
２３ 面光源
２４、２６ 反射ミラー
２５Ａ、２５Ｂ 偏光子
２７ 結像レンズ
２８ ＣＣＤ
３０ 画像処理装置
６０ ＴＶモニタ

Claims (4)

1. 被観察体にテラヘルツ光を照射するための照射光供給手段と、
   可視光に感度を有する撮像手段と、
   前記照射光供給手段から照射され、前記被観察体により反射されるテラヘルツ光を前記撮像手段を介して視認可能にするための光学的変換手段と
   を備えたことを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記照射光供給手段は、
   近赤外線を射出する光源と、
   近赤外線を伝送するための光ファイバーからなるライトガイドと、
   前記ライトガイドから射出される近赤外線をテラヘルツ光に変換する発振素子とを有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記照射光供給手段は、
   テラヘルツ光を射出する光源と、
   テラヘルツ光を伝送するための光ファイバー束からなるライトガイドと、
   前記ライトガイドから射出されるテラヘルツ光を被観察体に導くための配光レンズとを有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
4. 前記光学的変換手段は、
   被観察体からの反射光が入射する対物レンズと、
   前記対物レンズを透過したテラヘルツ光における電場強度の変化を複屈折率の変化に変換させる電気光学結晶と、
   前記電気光学結晶の一面で反射した可視光における複屈折率の変化を光強度へ変換する偏光子とを有することを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の内視鏡システム。
   
   

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