JP2011036484A - 医療用観察システム - Google Patents

Abstract

【課題】診断等の準備中における電子スコープの先端部の発熱を抑えるのに好適な医療用観察システムを提供すること。
【解決手段】照明光を照射する照明手段と、該照射された照明光を導光して被写体を照明し、該被写体の画像を撮像する電子スコープと、該撮像された画像に基づいて照明手段の照明光量を制御する照明光量制御手段と、該電子スコープを支持する支持手段と、該支持手段による電子スコープの支持を検知する支持検知手段と、該支持が検知されたとき、照明光量制御手段による照明光量の制御を中断して該照明光量を所定の光量に制限する照明光量制限手段とを有する医療用観察システムを提供する。
【選択図】図３

Description

この発明は、体腔内を照明して映像を撮像する医療用観察システムに関する。

医師が患者の体腔内を診断する際に使用する医療機器として、電子スコープが一般的に知られている。電子スコープを使用する医師は、電子スコープの挿入部を体腔内に挿入して、挿入部先端に備えられた先端部を被写体近傍に導く。医師は、電子スコープやビデオプロセッサの操作部を必要に応じて操作して、光源装置から放射された照明光によって被写体を照明する。医師は、照明された被写体の反射光像を先端部に搭載されたＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像素子により撮像する。医師は、撮像された被写体の映像をモニタを通じて観察し診断や施術等を行う。

光源装置には、撮像される被写体の映像を適正な明るさに維持するための自動調光回路が実装されている。自動調光回路が実装された光源装置の具体的構成例は、特許文献１，２等に記載されている。

ところで、電子スコープは、診断等の準備中、専用カートのハンガーに掛けられている。このとき、被写体となり得る物体は、電子スコープを体腔内に挿入したときと比べて電子スコープの先端部近傍に位置しないことが多い。すなわち、先端部と被写体との距離は離れていることが多く、この場合、照明光が被写体に十分に照射されていない。そのため、固体撮像素子によって撮像される映像は基本的に暗い。映像が暗い場合、自動調光回路は映像を明るくするため、照明光量を増加させるように調光を制御する。

このような調光制御が行われている状態が継続すると、電子スコープの先端部が過度な照明光量によって発熱する虞がある。この場合、先端部に実装された回路素子等に負担がかかり、電子スコープの製品寿命が短くなる問題が生じる。特許文献２に記載の光源装置は、このような技術的課題を解決するため、絞りの開口が全開位置付近で所定時間継続したときに光源の光出力を低下させて減光するように構成されている。

特開２０００−３４２５３２号公報 特開２００２−２８２２０７号公報

しかし、特許文献２に記載の光源装置においては、照明光量が一定時間経過するまで過大であるため、電子スコープの先端部の発熱が効果的に抑えられない。また、診断等を実際に開始するときに上記の減光動作を解除する必要があり、操作の煩雑さが指摘される。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、診断等の準備中における電子スコープの先端部の発熱を抑えるのに好適な医療用観察システムを提供することである。

上記の課題を解決する本発明の一形態に係る医療用観察システムは、照明光を照射する照明手段と、該照射された照明光を導光して被写体を照明し、該被写体の画像を撮像する電子スコープと、該撮像された画像に基づいて照明手段の照明光量を制御する照明光量制御手段と、該電子スコープを支持する支持手段と、該支持手段による電子スコープの支持を検知する支持検知手段と、該支持が検知されたとき、照明光量制御手段による照明光量の制御を中断して該照明光量を所定の光量に制限する照明光量制限手段とを有することを特徴としたシステムである。

かかる構成によれば、電子スコープを診断等の準備中に支持手段に支持させる作業に連動して照明光量が速やかに減光されるため、過度な照明光による電子スコープの先端部の発熱が効果的に抑えられる。このとき、照明光は完全には落とさない。これは、照明手段を構成する部品等に不具合が生じた等の誤解を術者に与えないためである。

照明光量制御手段は、支持手段による電子スコープの支持の解除が検知されたとき、術者の操作負担を軽減するために、解除の検知から所定時間経過後に照明光量の制御を再開する自動復帰機能を有した構成としてもよい。また、照明光量制御手段は、当該解除の検知から所定時間経過するまでの間、照明光量を徐々に増加させる構成としてもよい。

照明手段は、照明光を発光する光源と、該発光された照明光の光量を可変する可変絞りとを有した構成としてもよい。この構成において、照明光量制限手段は、可変絞りの開度調節又は光源の出力調節の少なくとも一方の調節を行い、照明光量を所定の光量に制限してもよい。

電子スコープをハンガーに掛ける行為は、診断等の準備をする過程で必然的にとられる行為である。そこで、支持手段は、照明光量が一連の診断準備作業中に術者が意識せずとも減光されるように、電子スコープを搬送するためのカートに設けられたハンガーとしてもよい。

本発明によれば、診断等の準備中における電子スコープの先端部の発熱を抑えるのに好適な医療用観察システムが提供される。

本発明の実施形態の医療用観察システムの外観図である。 本発明の実施形態の医療用観察システムの構成を模式的に示すブロック図である。 本発明の実施形態の電子スコープをハンガーに掛けた状態であって、ハンガー周辺の構造を拡大して示す図である。 本発明の実施形態においてシステムコントローラが行う減光処理を示すフローチャートである。

以下、添付された各図面を参照しつつ、本発明の実施形態の医療用観察システムについて説明する。なお、電子スコープには、一般に、鉗子チャンネルや送気送水ノズル等が備えられているが、本明細書又は各図面においては、本発明の特徴に直接的には関係しないこの種の構成要素は、その説明又は図示を便宜上省略している。

図１は、本実施形態の医療用観察システム１の外観図である。図１に示されるように、医療用観察システム１は、被写体を撮像する電子スコープ１００を有している。電子スコープ１００は、可撓管によって外装された挿入可撓部１１を有している。挿入可撓部１１の先端には、硬質性を有する樹脂製筐体によって外装された挿入先端部１２が連結されている。挿入可撓部１１と挿入先端部１２との連結箇所は、挿入可撓部１１の基端に連結された手元操作部１３からの遠隔操作によって屈曲自在に構成されている。挿入先端部１２の方向が上記遠隔操作による屈曲動作に応じて変わることにより、電子スコープ１００による撮影領域が移動する。

図１に示されるように、医療用観察システム１は、プロセッサ２００を有している。プロセッサ２００は、電子スコープ１００からの信号を処理する信号処理装置と、自然光の届かない体腔内を電子スコープ１００を介して照明する光源装置とを一体に備えた装置である。別の実施の形態では、信号処理装置と光源装置を別体で構成してもよい。

図１に示されるように、プロセッサ２００はカートＫに積載されている。カートＫは、医療用観察システム１を構成する各種機器を積載、搬送するための専用カートである。プロセッサ２００には、電子スコープ１００の基端に設けられたコネクタ１０に対応するコネクタ部２０が設けられている。コネクタ部２０は、コネクタ１０に対応する連結構造を有し、電子スコープ１００とプロセッサ２００とを電気的、光学的に接続するように構成されている。プロセッサ２００に接続された電子スコープ１００は、例えば診断等の準備中、カートＫに設けられたハンガーＨに掛けられている。

図２は、本実施形態の医療用観察システム１の構成を模式的に示すブロック図である。図２に示されるように、医療用観察システム１は、所定のケーブルを介してプロセッサ２００に接続されたモニタ３００を有している。なお、図１においては、図面を簡略化するため、本発明に係る特徴的構成を有さないモニタ３００を図示省略している。

以下、図２を用いて医療用観察システム１の構成要素を説明しつつ、診断中（少なくとも電子スコープ１００をハンガーＨから外した状態）の各構成要素の処理動作も併せて説明する。

図２に示されるように、プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２、タイミングコントローラ２０４を有している。システムコントローラ２０２は、医療用観察システム１を構成する各要素を制御する。タイミングコントローラ２０４は、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスを医療用観察システム１内の各種回路に出力する。

プロセッサ２００の電源が投入されたとき、ランプ電源２０６からランプ２０８に電源が供給されてランプ２０８が点灯して、白色光を放射する。ランプ２０８には、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプなどの高輝度ランプが適している。ランプ２０８から放射された照明光は、集光レンズ２１０によって集光されてＬＣＢ（light carrying bundle）１０２の入射端に入射される。

絞り２１２には、図示省略されたアームやギヤなどの伝達機構を介してモータ２１４が機械的に連結されている。モータ２１４は例えばＤＣモータであり、ドライバ２１６のドライブ制御下で駆動する。絞り２１２は、モニタ３００に表示される映像を適正な明るさにするため、モータ２１４によって動作されて開度が変化して、ランプ２０８から放射された照明光の光量を開度に応じて制限する。なお、適正とされる映像の明るさの基準は、術者によるフロントパネル２１８の輝度調節操作に応じて変わる。

ＬＣＢ１０２の入射端に入射された照明光は、ＬＣＢ１０２の内部を全反射を繰り返すことによって伝播される。ＬＣＢ１０２を伝播された照明光は、電子スコープ１００の先端に配されたＬＣＢ１０２の射出端から射出される。ＬＣＢ１０２の射出端から射出された照明光は、配光レンズ１０４を介して被写体を照明する。被写体からの反射光は、対物レンズ１０６に入射されて、対物レンズ１０６により固体撮像素子１０８の受光面上で光学像を結ぶ。

固体撮像素子１０８は、例えばベイヤ型画素配置を有する単板式カラーＣＣＤであり、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に応じた画像信号に変換する。変換された画像信号は、プリアンプ１１０により増幅されてドライバ信号処理回路１１２に入力される。

ドライバ信号処理回路１１２は、タイミングコントローラ２０４のクロックパルスに基づき、固体撮像素子１０８をプロセッサ２００側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。メモリ１１４には、電子スコープ１００固有の情報（例えば固体撮像素子１０８の画素数や感度、対応可能なレート、或いは型番など）が格納されている。ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４にアクセスして電子スコープ１００固有の情報を読み出す。

ドライバ信号処理回路１１２は、読み出された固有情報をシステムコントローラ２０２に、画像信号を信号処理回路２２０に、それぞれ出力する。ドライバ信号処理回路１１２とシステムコントローラ２０２又は信号処理回路２２０との間には、フォトカップラなどを使用した絶縁回路（不図示）が配置されている。すなわち、電子スコープ１００とプロセッサ２００は、電気的に絶縁されている。

システムコントローラ２０２は、ドライバ信号処理回路１１２からの上記固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２０２は、生成された制御信号を用いて、プロセッサ２００に接続中の電子スコープに適した処理がされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。また、システムコントローラ２０２は、電子スコープの型番と、該型番の電子スコープに適した制御情報とを対応付けたテーブルを有した構成としてもよい。かかる場合、システムコントローラ２０２は、対応テーブルの制御情報を参照して、プロセッサ２００に接続中の電子スコープに適した処理がされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。

ドライバ信号処理回路１１２から出力された画像信号は、前段信号処理回路２２２に入力される。前段信号処理回路２２２は、入力された画像信号に、クランプ、ニー、γ補正、補間処理、ＡＧＣ（Auto Gain Control）等の所定の信号処理を施して、Ａ／Ｄコンバータ２２４に出力する。Ａ／Ｄコンバータ２２４は、入力された画像信号をデジタル信号列に変換して画像メモリ２２６に出力する。

画像メモリ２２６は、入力された画像信号をフレーム単位でバッファリングする。画像メモリ２２６は、バッファリングした画像信号を、輝度信号生成回路２２８、後段信号処理回路２３０の各回路に所定のタイミングで掃き出す。後段信号処理回路２３０は、画像メモリ２２６からの画像信号をＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternating Line）等の所定の規格に準拠した映像信号に変換して、モニタ３００に順次出力する。これにより、被写体のカラー画像がモニタ３００に表示される。

輝度信号生成回路２２８は、画像メモリ２２６からのＲ、Ｇ、Ｂの各色に応じた画像信号に基づき１フレーム分の（つまり全画素の）輝度信号を演算する。輝度信号生成回路２２８は、演算された輝度信号を用いてヒストグラム処理を行う。輝度信号生成回路２２８は、生成されたヒストグラムデータを用いて、１フレーム分の被写体像の輝度の平均値を示す平均輝度値を算出して、調光回路２３２に出力する。

術者は、フロントパネル２１８を操作して、被写体像の基準となる明るさを示す参照輝度値を設定することができる。調光回路２３２は、輝度信号生成回路２２８により算出された平均輝度値と、フロントパネル２１８にて設定されている参照輝度値とを比較して差分を求める。調光回路２３２は、平均輝度値と参照輝度値との差分に基づいて、目標となる絞り２１２の開度を計算する。

調光回路２３２には、図示省略されたセンサ（例えばモータ２１４に連結支持された光学式ロータリエンコーダ等）から絞り２１２の開度（実測値）が入力される。調光回路２３２は、絞り２１２の実測開度と目標開度とを比較して、その差分に応じた駆動制御信号を生成してドライバ２１６に出力する。ドライバ２１６は、入力された駆動制御信号に応じた電圧をモータ２１４に供給し駆動させて、絞り２１２の開度を調節する。これにより、体腔内への照射光量が適正量に制限されて、モニタ３００に表示される映像が適正な明るさになる。

ここで、診断等の準備中は、挿入先端部１２と被写体との距離が離れていることが多い。かかる場合、照明光が被写体に十分に照射されないため、撮像される被写体の映像が必然的に暗くなる。そのため、調光回路２３２は、絞り２１２の開度を上げるように調光制御を行って照明光量を増加させ、映像の明るさの改善を試みる。このような増光状態が継続すると、挿入先端部１２が過度な照明光量によって発熱する虞があることは、先に述べた通りである。本実施形態の医療用観察システム１は、このような技術的課題を好適に解決するため、次の通りに構成されている。

図３は、電子スコープ１００をハンガーＨに掛けた状態であって、ハンガーＨ周辺の構造を拡大して示す図である。図３（又は図２）に示されるように、ハンガーＨには磁石Ｍが埋設されている。一方、電子スコープ１００にはリードスイッチＳＷが埋設されている。リードスイッチＳＷは、例えば一対の金属導体を封入体の中に僅かな隙間をもって封入した構造を有している。リードスイッチＳＷは、初期的には、一対の金属導体が接触していないため非導通状態である。このとき、リードスイッチＳＷからシステムコントローラ２０２のへの入力は「Ｌ」である。

リードスイッチＳＷと磁石Ｍは、電子スコープ１００をハンガーＨに掛けたときに互いに近接するように配置されている。そのため、リードスイッチＳＷは、電子スコープ１００をハンガーＨに掛けたとき、内部に封入された金属導体が磁石Ｍの磁力によって接触して導通状態になる。リードスイッチＳＷが導通状態になると、リードスイッチＳＷからシステムコントローラ２０２への入力は「Ｌ」から「Ｈ」に切り替わる。システムコントローラ２０２は、入力が「Ｈ」に切り替わると、図４に示される減光処理を実行する。なお、本明細書中の説明並びに図面において、減光処理の各処理ステップは「Ｓ」と省略して記す。

図４に示されるように、システムコントローラ２０２は、所定の第一の制御信号を調光回路２３２に出力する（Ｓ１）。調光回路２３２は、所定の第一の制御信号が入力されると、ドライバ２１６を介して、絞り２１２が全閉位置近傍で固定されるように開度調節を行う。すなわち、照明光量は、電子スコープ１００がハンガーＨに掛けられると、被写体の明るさに拘わらず一定の微少な量に直ぐさま制限される。そのため、診断等の準備中における挿入先端部１２の発熱が効果的に抑えられる。このとき、照明光は完全には落とされていない。これは、ランプ２０８をはじめとする光源関連の部品に不具合が生じた等の誤解を術者に与えないためである。

電子スコープ１００をハンガーＨに掛ける行為は、診断等の準備をする過程で必然的にとられる行為である。照明光量が一連の診断準備作業中に術者が意識せずとも減光されるため、操作の煩雑さが無い。

Ｓ２の処理では、システムコントローラ２０２は、リードスイッチＳＷからシステムコントローラ２０２への入力を監視する。システムコントローラ２０２は、入力が「Ｈ」である限り（Ｓ２：ＮＯ）、Ｓ１の処理を継続的に繰り返す。

例えば診断等の準備が終わって電子スコープ１００がハンガーＨから外されたとき、リードスイッチＳＷは、一対の金属導体が離れて非導通状態になる。このときリードスイッチＳＷからシステムコントローラ２０２への入力が「Ｈ」から「Ｌ」に切り替わる。システムコントローラ２０２は、「Ｌ」への切り替わりを検知すると（Ｓ２：ＹＥＳ）、Ｓ３の処理を実行する。

Ｓ３の処理では、システムコントローラ２０２は、所定の第二の制御信号を調光回路２３２に出力する。調光回路２３２は、所定の第二の制御信号が入力されると、絞り２１２の開度調節を被写体の明るさとは無関係にドライバ２１６を介して行う。具体的には、調光回路２３２は、絞り２１２の開度を所定時間を掛けて徐々に開放側に上げていく。調光回路２３２は、所定時間が経過した時点で通常動作に復帰して、モニタ３００に表示される映像が適正な明るさに維持されるように調光制御を行う。ここで所定時間は、電子スコープ１００をハンガーＨから外して挿入先端部１２を患者の体腔内に挿入するのに十分な時間である。そのため、電子スコープ１００をハンガーＨから外したときに、過度な照明光が術者や患者等の眼に不意に入ってしまう虞がない。また、調光機能が所定時間経過後に自動的に復帰するため、術者に対する操作負担が好適に抑えられる。

以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば図４のＳ１の処理では、絞り２１２の開度調節に代えて、又は開度調節に併せて、ランプ２０８の出力を調節して（低下させて）照明光量を制限するようにしてもよい。

本実施形態においては、電子スコープ１００が洗浄されることを鑑みて非接触型スイッチ（すなわちリードスイッチＳＷ）を採用し、スイッチが外観に露出しない構成としている。別の実施形態では、防水構造であれば接触型スイッチを採用してもよい。

１ 医療用観察システム
１００ 電子スコープ
２００ プロセッサ
２０２ システムコントローラ
２２０ 信号処理回路
３００ モニタ
Ｈ ハンガー
Ｋ カート
Ｍ 磁石
ＳＷ リードスイッチ

Claims (5)

1. 照明光を照射する照明手段と、
   前記照射された照明光を導光して被写体を照明し、該被写体の画像を撮像する電子スコープと、
   前記撮像された画像に基づいて前記照明手段の照明光量を制御する照明光量制御手段と、
   前記電子スコープを支持する支持手段と、
   前記支持手段による前記電子スコープの支持を検知する支持検知手段と、
   前記支持が検知されたとき、前記照明光量制御手段による前記照明光量の制御を中断して該照明光量を所定の光量に制限する照明光量制限手段と、
   を有することを特徴とする医療用観察システム。
2. 前記照明光量制御手段は、前記支持の解除が検知されたとき、該解除の検知から所定時間経過後に前記照明光量の制御を再開することを特徴とする、請求項１に記載の医療用観察システム。
3. 前記照明光量制御手段は、前記解除の検知から前記所定時間経過するまでの間、前記照明光量を徐々に増加させることを特徴とする、請求項２に記載の医療用観察システム。
4. 前記照明手段は、
   前記照明光を発光する光源と、
   前記発光された照明光の光量を可変する可変絞りと、
   を有し、
   前記照明光量制限手段は、前記可変絞りの開度調節又は前記光源の出力調節の少なくとも一方の調節を行い、前記照明光量を前記所定の光量に制限することを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の医療用観察システム。
5. 前記支持手段は、前記電子スコープを搬送するためのカートに設けられたハンガーであることを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の医療用観察システム。

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