JP2006263009A - Electronic endoscope - Google Patents
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Description
本発明は、電子内視鏡とプロセッサ装置とからなり、これらの間で電波によって信号の遣り取りを行う電子内視鏡装置に関する。 The present invention relates to an electronic endoscope apparatus that includes an electronic endoscope and a processor device, and exchanges signals by radio waves between them.
従来から、医療分野において、電子内視鏡を利用した医療診断が盛んに行われている。電子内視鏡の体腔内に挿入される挿入部先端には、CCDなどの撮像素子が内蔵されており、このCCDにより取得した撮像信号に対して、プロセッサ装置で信号処理を施すことで、モニタで体腔内の画像(内視鏡画像)を観察することができる。 Conventionally, medical diagnosis using an electronic endoscope has been actively performed in the medical field. An imaging element such as a CCD is built in the distal end of the insertion portion to be inserted into the body cavity of the electronic endoscope, and the image signal acquired by the CCD is subjected to signal processing by the processor device, thereby being monitored. With this, an image inside the body cavity (endoscopic image) can be observed.
普通、電子内視鏡とプロセッサ装置とは、信号ケーブルにより接続されているが、信号を変調する変調部、および信号を電波で送信する送信部を電子内視鏡に、電波を受信する受信部、および電波を元の信号に復調する復調部をプロセッサ装置にそれぞれ設けて、電波によって信号の遣り取りを行えるようにし、信号ケーブルを取り除いて電子内視鏡の操作性を向上させた、いわゆるワイヤレス電子内視鏡装置も考案されている(特許文献1および2参照)。
Usually, an electronic endoscope and a processor device are connected by a signal cable, but a modulation unit that modulates a signal and a transmission unit that transmits a signal by radio waves are used as an electronic endoscope and a reception unit that receives radio waves. , And a demodulator that demodulates radio waves into the original signals, each of which is provided with a processor unit so that signals can be exchanged by radio waves, and the signal cable is removed to improve the operability of the electronic endoscope. An endoscope apparatus has also been devised (see
ワイヤレス電子内視鏡装置は、上述の如く、電子内視鏡の使用時に、信号ケーブルによる操作の制約がなくなり、操作性が向上する。そのうえ、信号ケーブルを用いた従来の電子内視鏡装置では、患者回路と二次回路との間で約4kVの絶縁耐圧を維持することが必須となるが、ワイヤレス電子内視鏡装置では、電子内視鏡とプロセッサ装置との間に信号ケーブルによる電気的接続が存在しないため、上記のように高い絶縁耐圧を維持する構成が不要となる。
ところで、最近の電子内視鏡には、より高精細な内視鏡画像を得ることを目的として、高画素のCCDが搭載されている。このため、上記のようなワイヤレス電子内視鏡装置の分野では、高画素のCCDから出力される信号を、如何に効率よく、且つ信頼性高くプロセッサ装置に送信することができるか否かが重要な課題となっている。また、医療機器の無線伝送で使用可能な周波数帯域に制約があるため(1.2GHzまたは2.4GHz)、この周波数帯域に対応した方式で信号の送受信を行う必要がある。 By the way, recent electronic endoscopes are equipped with a high-pixel CCD for the purpose of obtaining a higher-definition endoscope image. For this reason, in the field of the wireless electronic endoscope apparatus as described above, it is important how efficiently and reliably the signal output from the high pixel CCD can be transmitted to the processor apparatus. It is a difficult issue. In addition, since there is a restriction on the frequency band that can be used for wireless transmission of medical devices (1.2 GHz or 2.4 GHz), it is necessary to transmit and receive signals using a method corresponding to this frequency band.
しかしながら、特許文献1および2に記載の技術は、信号の変調・復調にアナログ変調方式を用いているので、単位時間に扱える信号のデータ量が少なく、高画素のCCDに適したものであるとは言い難い。また、ノイズの影響を受けやすいためにC/N比(Carrier to Noise Ratio;搬送波電力対雑音電力比)が低く、信頼性に欠けるという問題もあった。
However, since the techniques described in
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、より効率的、且つ高い信頼性で電波による信号の送受信を行うことができる電子内視鏡装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electronic endoscope apparatus that can transmit and receive signals by radio waves more efficiently and with high reliability.
上記目的を達成するために、本発明は、体腔内の被観察体像を撮影する撮像素子、撮像素子により取得される撮像信号をデジタルの画像信号に変換する信号変換部、画像信号にデジタル直交変調を施してRF信号に変調する変調部、およびRF信号を電波として送信する送信部を有する電子内視鏡と、電波を受信する受信部、電波で表されるRF信号にデジタル直交検波を施して元の画像信号に復調する復調部、復調された画像信号に各種信号処理を施して内視鏡画像を生成する信号処理部、および内視鏡画像を表示する画像表示部を有するプロセッサ装置とからなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides an image sensor that captures an image of an object to be observed in a body cavity, a signal converter that converts an image signal acquired by the image sensor into a digital image signal, and a digital orthogonal to the image signal. An electronic endoscope having a modulation unit that modulates and modulates an RF signal, and a transmission unit that transmits the RF signal as a radio wave, a reception unit that receives the radio wave, and performs digital quadrature detection on the RF signal represented by the radio wave A processor having a demodulator that demodulates the original image signal, a signal processor that performs various signal processing on the demodulated image signal to generate an endoscope image, and an image display that displays the endoscope image; It is characterized by comprising.
なお、前記変調部および復調部は、多値位相変調方式を用いて前記直交変調および前記直交検波を行うことが好ましい。 The modulation unit and the demodulation unit preferably perform the quadrature modulation and the quadrature detection using a multi-level phase modulation method.
本発明の電子内視鏡装置によれば、体腔内の被観察体像を撮影する撮像素子、撮像素子により取得される撮像信号をデジタルの画像信号に変換する信号変換部、画像信号にデジタル直交変調を施してRF信号に変調する変調部、およびRF信号を電波として送信する送信部を有する電子内視鏡と、電波を受信する受信部、電波で表されるRF信号にデジタル直交検波を施して元の画像信号に復調する復調部、復調された画像信号に各種信号処理を施して内視鏡画像を生成する信号処理部、および内視鏡画像を表示する画像表示部を有するプロセッサ装置とからなるので、より効率的、且つ高い信頼性で電波による信号の送受信を行うことができる。 According to the electronic endoscope apparatus of the present invention, an image sensor that captures an image of an object to be observed in a body cavity, a signal converter that converts an image signal acquired by the image sensor into a digital image signal, and a digital orthogonal to the image signal An electronic endoscope having a modulation unit that modulates and modulates an RF signal, and a transmission unit that transmits the RF signal as a radio wave, a reception unit that receives the radio wave, and performs digital quadrature detection on the RF signal represented by the radio wave A processor having a demodulator that demodulates the original image signal, a signal processor that performs various signal processing on the demodulated image signal to generate an endoscope image, and an image display that displays the endoscope image; Therefore, it is possible to transmit and receive signals by radio waves more efficiently and with high reliability.
図1において、本発明を適用した電子内視鏡装置2は、電子内視鏡10、およびプロセッサ装置11から構成される。この電子内視鏡装置2は、電子内視鏡10とプロセッサ装置11との信号の遣り取りを電波12にて行う、いわゆるワイヤレス電子内視鏡装置である。
In FIG. 1, an
電子内視鏡10は、体腔内に挿入される挿入部13と、挿入部13の基端部分に連設された操作部14とを備えている。挿入部13の先端に連設された先端部13aには、体腔内の被観察体像の像光を取り込むための対物レンズ15と、体腔内の被観察体像を撮影する撮像素子としてのCCD16(例えば、画素サイズ;1280×960、フレームレート;30フレーム/秒)、および照射レンズ17と体腔内照明用のLED光源(LED)18(ともに図2参照)が内蔵されている。CCD16により取得された体腔内の画像は、プロセッサ装置11に接続されたモニタ19に内視鏡画像として表示される。
The
先端部13aの後方には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部20が設けられている。この湾曲部20は、操作部14に設けられたアングルノブ14aが操作されて、挿入部13内に挿設されたワイヤが押し引きされることにより、上下左右方向に湾曲動作し、先端部13aが体腔内の所望の方向に向けられるようになっている。
A
操作部14の下方には、水が貯留される貯水タンク21と、エアーが貯留されるエアーボンベ22とが内蔵されたカートリッジ23が着脱自在に取り付けられている。これら貯水タンク21、エアーボンベ22に貯留された水、エアーは、操作部14の送水/送気ボタン14bの操作に連動して、電子内視鏡10内部に配設された送水パイプ、送気パイプを通って、先端部13aに形成された洗浄ノズル(図示せず)から対物レンズ15に向けて噴射される。これにより、対物レンズ15表面に付着した汚物などの除去や、体腔内への送気を行うことが可能となっている。ここで、カートリッジ23は、電子内視鏡10を使用する際に操作者の手の付け根が当接する位置に取り付けられており、電子内視鏡10の操作性を安定化させる役割も果たしている。なお、符号24は、処置具が挿通される鉗子口である。
A
図2において、CPU30は、電子内視鏡10の全体の動作を統括的に制御する。CPU30には、電子内視鏡10の動作を制御するための各種プログラムやデータが記憶されたROM31が接続されている。CPU30は、このROM31から必要なプログラムやデータを読み出し、電子内視鏡10の動作制御を行う。
In FIG. 2, the
LED18には、駆動部32が接続されている。駆動部32は、CPU30の制御の下に、LED18をオン/オフ駆動させる。LED18から発せられた光は、照射レンズ17を介して体腔内の被観察体に照射される。なお、先端部13aではなく操作部14の内部にLED18を配し、ライトガイドで先端部13aに導光する構成としてもよい。
A
CCD16は、対物レンズ15から入射した体腔内の被観察体像の像光を撮像面に結像させ、各画素からこれに応じた撮像信号を出力する。AFE33は、CCD16から入力された撮像信号に対して、相関二重サンプリング、増幅、およびA/D変換を施して、撮像信号をデジタルの画像信号(10bit、図3参照)に変換する。
The
変調部34は、詳しくは後述するように、AFE33から出力されたデジタルの画像信号にデジタル直交変調を施す。送信部35は、アンテナ36を介して、変調部34でデジタル直交変調が施された画像信号(以下、RF信号という)を電波12としてプロセッサ装置11に送信する。
The
コネクタ37には、バッテリ38が接続されている。バッテリ38の電力は、CPU30により制御される電力供給部39から、電子内視鏡10の各部に供給される。なお、図1には示していないが、操作部14の後部には、バッテリ38を収納するバッテリ収納室が設けられており、コネクタ37はその内部に配されている。
A
図3において、変調部34は、パラレル/シリアル変換回路(P/S)40、256QAM(Quadrature Amplitude Modulation;直交振幅変調)変調回路(256QAM MOD)41、シリアル/パラレル変換回路(S/P)42、逆フーリエ変換回路(IFFT)43、デジタル直交変調回路44、D/A変換器45、アップコンバータミキサ46、およびバンドパスフィルタ(BPF)47などからなる。
In FIG. 3, the
P/S40は、AFE32から入力される10bitのデジタル画像信号を、パラレルデータからシリアルデータに変換する。256QAM MOD41は、256QAM変調方式に則って、P/S40でシリアル変換された画像信号を、同相成分Iと直交成分Qとにシンボルマッピングする。
The P /
S/P42は、256QAM MOD41でマッピングされた一つのシンボルをN個のパラレルデータに変換する。IFFT43は、S/P42でパラレル変換されたデータに逆フーリエ変換を施し、N個のサブキャリアの和に変換する。これにより、256QAM MOD41でマッピングされたシンボルをそれぞれベースとするIQベースバンドOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing;直交周波数分割多重)信号(以下、単にベースバンド信号という)が生成される。
The S /
デジタル直交変調回路44は、多値PSK(Phase Shift Keying;位相変調)方式、例えば2値PSK(BPSK)方式、4値PSK(QPSK)方式を用いて、IFFT43から出力されたベースバンド信号にデジタル直交変調を施し、PLL(Phase Locked Loop;位相同期ループ)回路48を介して発振器49から入力される周波数制御信号に基づいて、中間周波数IF(Intermediate Frequency)をもつIF信号を出力する。
The digital
D/A45は、デジタル直交変調回路44から出力されたIF信号にD/A変換を施す。アップコンバータミキサ46は、D/A45でD/A変換されたIF信号と、PLL回路48を介して発振器49から入力される周波数制御信号とから、RF信号を生成する。BPF47は、アップコンバータミキサ46で生成されたRF信号に帯域制限をかけて不要部分を除去し、所望の周波数帯域(1.2GHzまたは2.4GHz)を有するRF信号を出力する。
The D /
送信部35は、電力増幅器(PA)50と、RFスイッチ(RF−SW)51とからなる。PA50は、BPF47から出力されたRF信号をプロセッサ装置11で受信可能な電力レベルにまで増幅する。RF−SW51は、電子内視鏡装置2で採用されているTDMA(Time Division Multiple Access;時分割多重接続)方式のチャネルバーストタイミングに合わせてオン/オフ駆動する。PA50で電力増幅されたRF信号は、このRF−SW51を経由して、サーキュレータ(図示せず)でアンテナ36に給電され、アンテナ36から電波12として送信される。
The
図4において、CPU60は、プロセッサ装置11の全体の動作を統括的に制御する。CPU60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やデータが記憶されたROM61が接続されている。CPU60は、このROM61から必要なプログラムやデータを読み出し、プロセッサ装置11の動作制御を行う。
In FIG. 4, the
アンテナ62は、電子内視鏡10からの電波12を受信する。アンテナ62で受信された電波12は、サーキュレータ(図示せず)で受信部63に供給される。受信部63は、電波12、すなわちRF信号を増幅する。復調部64は、詳しくは後述するように、RF信号にデジタル直交検波を施して、RF信号を電子内視鏡10で変調される前の画像信号に復調する。
The
同期分離部65は、CPU60の制御の下に、復調部64で復調された画像信号から、振幅分離によって同期信号を分離し、 続いて周波数分離により水平同期信号と垂直同期信号とを分離する。ビデオ信号処理部66は、画像信号からデジタルのビデオ信号を生成する。画像処理部67は、ビデオ信号処理部66で生成されたビデオ信号に対して、マスク生成やキャラクタ情報付加などの各種画像処理を施す。バッファ68は、画像処理部67で各種画像処理が施され、モニタ19に内視鏡画像として表示されるビデオ信号を一旦格納する。
Under the control of the
図5において、受信部63は、RFスイッチ(RF−SW)70と低雑音増幅器(LNA)71とからなる。RF−SW70は、前述のRF−SW51と同様に、電子内視鏡装置2で採用されているTDMA方式のチャネルバーストタイミングに合わせてオン/オフ駆動する。LNA71は、RF−SW70を経由して入力されるRF信号を増幅する。
In FIG. 5, the receiving
復調部64は、ダウンコンバータミキサ72、バンドパスフィルタ(BPF)73、A/D変換器(A/D)74、デジタル直交検波回路75、フーリエ変換回路(FFT)76、パラレル/シリアル変換回路(P/S)77、256QAM復調回路(256QAM DEMOD)78、およびシリアル/パラレル変換回路(S/P)79などからなる。
The
ダウンコンバータミキサ72は、LNA71で増幅されたRF信号と、PLL回路80を介して発振器81から入力される周波数制御信号とから、IF信号を生成する。BPF73は、ダウンコンバータミキサ72で生成されたIF信号に帯域制限をかけて不要部分を除去する。A/D74は、BPF73で帯域制限がかけられたIF信号にA/D変換を施す。
The down-
デジタル直交検波回路75は、デジタル直交変調回路44と同様に、例えばBPSK方式、QPSK方式などを用いて、A/D74でA/D変換されたIF信号にデジタル直交検波を施し、PLL回路80を介して発振器81から入力される周波数制御信号に基づいて、ベースバンド信号を出力する。
Similarly to the digital
FFT76は、デジタル直交検波回路75から出力されたベースバンド信号にフーリエ変換を施し、ベースバンド信号の元であるパラレルデータを出力する。P/S77は、FFT76から出力されたパラレルデータをシリアルデータに変換し、同相成分Iと直交成分Qとにシンボルマッピングされたデータを出力する。256QAM DEMOD78は、256QAM変調方式に則って、P/S77でシリアル変換されたデータを復調する。S/P79は、256QAM DEMOD78で復調されたデータをパラレルデータに変換する。これにより、電子内視鏡10で変調される前の画像信号が復調される。
The
上記のように構成された電子内視鏡装置2で体腔内を観察する際には、挿入部13を体腔内に挿入して、LED光源18をオンして体腔内を照明しながら、CCD16による内視鏡画像をモニタ19で観察する。
When the inside of the body cavity is observed with the
このとき、対物レンズ15から入射した体腔内の被観察体像の像光は、CCD16の撮像面に結像され、CCD16から撮像信号が出力される。CCD16から出力された撮像信号は、AFE33で相関二重サンプリング、増幅、およびA/D変換が施され、デジタルの画像信号に変換される。
At this time, the image light of the observed body image in the body cavity incident from the
AFE33から出力されたデジタルの画像信号は、変調部34でデジタル直交変調が施される。変調部34では、P/S40によって、AFE32から入力されるデジタル画像信号がパラレルデータからシリアルデータに変換される。次いで、256QAM MOD41により、P/S40でシリアル変換された画像信号が、同相成分Iと直交成分Qとにシンボルマッピングされる。
The digital image signal output from the
S/P42では、256QAM MOD41でマッピングされた一つのシンボルがN個のパラレルデータに変換される。S/P42でパラレル変換されたデータは、IFFT43で逆フーリエ変換が施され、N個のサブキャリアの和に変換されて、これによりベースバンド信号が生成される。
In S / P42, one symbol mapped by 256QAM MOD41 is converted into N parallel data. The data converted in parallel by S /
デジタル直交変調回路44では、多値PSK方式にて、IFFT43から出力されたベースバンド信号にデジタル直交変調が施され、PLL回路48を介して発振器49から入力される周波数制御信号に基づいて、IF信号が出力される。
In the digital
デジタル直交変調回路44から出力されたIF信号は、D/A45でD/A変換を施され、アップコンバータミキサ46に入力される。アップコンバータミキサ46では、D/A45でD/A変換されたIF信号と、PLL回路48を介して発振器49から入力される周波数制御信号とから、RF信号が生成される。
The IF signal output from the digital
アップコンバータミキサ46で生成されたRF信号は、BPF47で帯域制限がかけられ、所望の周波数帯域を有するRF信号となる。RF信号は、送信部35のPA50で増幅され、RF−SW51を経由して、サーキュレータでアンテナ36に給電され、アンテナ36から電波12として送信される。
The RF signal generated by the up-
一方、プロセッサ装置11では、電子内視鏡10のアンテナ36から送信された電波12がアンテナ62で受信されると、この電波12がサーキュレータで受信部63に供給される。受信部63では、RF−SW70を経由して入力されるRF信号が、LNA71で増幅される。
On the other hand, in the
LNA71で増幅されたRF信号は、復調部64のダウンコンバータミキサ72に入力される。ダウンコンバータミキサ72では、LNA71で増幅されたRF信号と、PLL回路80を介して発振器81から入力される周波数制御信号とから、IF信号が生成される。ダウンコンバータミキサ72で生成されたIF信号は、BPF73で帯域制限がかけられ、A/D74でA/D変換が施される。
The RF signal amplified by the
デジタル直交検波回路75では、多値PSK方式にて、A/D74でA/D変換されたIF信号にデジタル直交検波が施され、PLL回路80を介して発振器81から入力される周波数制御信号に基づいて、ベースバンド信号が出力される。
In the digital
デジタル直交検波回路75から出力されたベースバンド信号は、FFT76でフーリエ変換が施され、ベースバンド信号の元であるパラレルデータとなる。次いで、このパラレルデータがP/S77でシリアルデータに変換され、同相成分Iと直交成分Qとにシンボルマッピングされたデータとなる。そして、256QAM DEMOD78により、256QAM変調方式に則って復調され、最後に、256QAM DEMOD78で復調されたデータがS/P79でパラレルデータに変換されることで、電子内視鏡10で変調される前の画像信号が復調される。
The baseband signal output from the digital
復調部64で復調された画像信号は、CPU60の制御の下に、同期分離部65で同期分離が施され、ビデオ信号処理部66でデジタルのビデオ信号として出力される。ビデオ信号処理部66で出力されたビデオ信号は、画像処理部67で各種画像処理が施され、バッファ68に一旦格納されて、モニタ19に内視鏡画像として表示される。以上のようにして、電子内視鏡10とプロセッサ装置11との間で、電波12により信号が送受信される。
The image signal demodulated by the
以上詳細に説明したように、電子内視鏡装置2は、体腔内の被観察体像を撮影するCCD16、CCD16により取得される撮像信号をデジタルの画像信号に変換するAFE33、画像信号にデジタル直交変調を施してRF信号に変調する変調部34、およびRF信号を電波として送信する送信部35を有する電子内視鏡10と、電波を受信する受信部63、電波で表されるRF信号にデジタル直交検波を施して元の画像信号に復調する復調部64、復調された画像信号に各種信号処理を施して内視鏡画像を生成する同期分離部65、ビデオ信号処理部66、画像処理部67、および内視鏡画像を表示するモニタ19を有するプロセッサ装置11とからなるので、より効率的、且つ高い信頼性で電波による信号の送受信を行うことができる。
As described above in detail, the
なお、上記実施形態で挙げた変調部34、送信部35、受信部63、および復調部64の構成は一例であり、本発明を特に限定するものではない。
Note that the configurations of the
2 電子内視鏡装置
10 電子内視鏡
11 プロセッサ装置
12 電波
16 CCD
19 モニタ
30 CPU
33 AFE
34 変調部
35 送信部
41 256QAM変調回路(256QAM MOD)
44 デジタル直交変調回路
60 CPU
63 受信部
64 復調部
75 デジタル直交検波回路
78 256QAM復調回路(256QAM DEMOD)
2
19
33 AFE
34
44 Digital
63
Claims (2)
撮像素子により取得される撮像信号をデジタルの画像信号に変換する信号変換部、
画像信号にデジタル直交変調を施してRF信号に変調する変調部、
およびRF信号を電波として送信する送信部を有する電子内視鏡と、
電波を受信する受信部、
電波で表されるRF信号にデジタル直交検波を施して元の画像信号に復調する復調部、
復調された画像信号に各種信号処理を施して内視鏡画像を生成する信号処理部、
および内視鏡画像を表示する画像表示部を有するプロセッサ装置とからなることを特徴とする電子内視鏡装置。 An image sensor for taking an image of a body to be observed in a body cavity
A signal converter that converts an image signal acquired by the image sensor into a digital image signal;
A modulation unit that performs digital quadrature modulation on an image signal to modulate an RF signal;
And an electronic endoscope having a transmission unit for transmitting RF signals as radio waves,
A receiver for receiving radio waves,
A demodulator that performs digital quadrature detection on an RF signal represented by radio waves and demodulates the original image signal;
A signal processor that performs various signal processing on the demodulated image signal to generate an endoscopic image;
An electronic endoscope apparatus comprising: a processor device having an image display unit for displaying an endoscope image.
The electronic endoscope apparatus according to claim 1, wherein the modulation unit and the demodulation unit perform the quadrature modulation and the quadrature detection using a multilevel phase modulation method.
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