JP2011136005A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照射光を被観察部に照射する内視鏡挿入部を備えた内視鏡装置において、撮像中においても内視鏡挿入部の先端と被観察部との間の距離情報を簡易な構成で取得する。
【解決手段】被観察部の近傍に設置される処置具に設けられたマークの像Ｍを撮像し、その撮像されたマーク画像の大きさに基づいて、内視鏡挿入部先端と被観察部との距離情報を取得する。
【選択図】図７

Description

本発明は、体腔内に挿入され、照射光を被観察部に照射する内視鏡挿入部を備えた内視鏡装置に関するものである。

従来、体腔内の組織を観察する内視鏡システムが広く知られており、白色光の照射によって体腔内の被観察部を撮像して通常画像を得、この通常画像をモニタ画面上に表示する電子式内視鏡システムが広く実用化されている。

また、上記のような内視鏡システムとして、たとえば、特許文献１においては、通常画像とともに、励起光の照射によって被観察部から発せられた自家蛍光像を撮像して自家蛍光画像を得、これらの画像をモニタ画面上に表示する蛍光内視鏡システムが提案されている。

また、蛍光内視鏡システムとしては、たとえば、ＩＣＧ（インドシアニングリーン）を予め体内に投入し、励起光を被観察部に照射して血管内のＩＣＧの蛍光を検出することによって血管の蛍光画像を取得するものも提案されている。

ここで、上記のような内視鏡システムにおいては、体腔内に挿入される内視鏡挿入部の先端と被観察部との距離情報を得たい場合がある。

そして、たとえば、特許文献２には、被観察部に対して赤色や赤外のレーザースポット光を照射し、そのスポット光の反射光を２つの撮像素子によって撮像し、撮像素子に入射する光路の違いから距離を取得する方法が提案されている。

特開２００５−２０４９０５号公報 特許第３１９１９３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、観察用の照明光である白色光と距離測定用のスポット光を同時に照射すると、白色光の反射成分のために類似スポット光が生じ、正確な距離を測定することができない問題を生じる。すなわち、特許文献１に記載の方法では、通常画像の撮像中に距離の測定を行うことができない問題を生じる。

また、たとえば、内視鏡挿入部の先端と被観察部との距離情報に応じて被観察部に照射される励起光の強度を制御する場合などには、蛍光画像を撮像中に励起光の強度を制御する必要があるが、特許文献１に記載の方法では、赤色や赤外のレーザースポット光は蛍光画像には現われないため距離の測定を行うことができない。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、照射光を被観察部に照射する内視鏡挿入部を備えた内視鏡装置において、通常画像または蛍光画像の撮像中であっても内視鏡挿入部の先端と被観察部との間の距離情報を簡易な構成で取得することができる内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の内視鏡装置は、体腔内に挿入され、照射光を被観察部に照射する内視鏡挿入部と、内視鏡挿入部による照射光の照射によって被観察部から発せられた光を受光して被観察部の像を撮像する撮像部とを備えた内視鏡装置において、撮像部が、被観察部の近傍に設置される処置具に設けられたマークの像を撮像するものであり、撮像部によって撮像されたマーク画像の大きさに基づいて、内視鏡挿入部先端と被観察部との距離情報を取得する距離情報取得部を備えたことを特徴とする。

また、上記本発明の内視鏡装置においては、内視鏡挿入部を、照射光として励起光を照射するものとし、マークを、励起光の照射によって蛍光を発する蛍光材料によって設けられたものとすることができる。

また、処置具として円柱形状部分を有するものを用い、マークとして円柱形状部分の円周上にラインを設けるようにすることができる。

また、ラインを複数本設けるようにすることができる。

また、距離情報取得部を、複数のラインの大きさに基づいて円柱形状部分の傾き補正の施された距離情報を取得するものとすることができる。

また、ラインとして円柱形状部分の延伸方向について所定の幅を有するものを用い、距離情報取得部を、ラインの形状に基づいて円柱形状部分の傾き補正の施された距離情報を取得するものとすることができる。

また、励起光のピーク波長として７５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下を用い、蛍光のピーク波長として８００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下を用いることができる。

また、距離情報取得部によって取得された距離情報に基づいて、照射光の照射強度を制御する照射強度制御部をさらに設けることができる。

本発明の内視鏡装置によれば、被観察部の近傍に設置される処置具に設けられたマークの像を撮像し、その撮像されたマーク画像の大きさに基づいて、内視鏡挿入部先端と被観察部との距離情報を取得するようにしたので、光源や撮像系に新たな構成を追加することなく、通常画像の撮像中であっても内視鏡挿入部の先端と被観察部との間の距離情報を適切に取得することができる。

また、上記本発明の内視鏡装置において、照射光として励起光を照射し、励起光の照射によって蛍光を発する蛍光材料によってマークを形成するようにした場合には、蛍光画像の撮像中であっても内視鏡挿入部の先端と被観察部との間の距離情報を適切に取得することができる。

また、処置具として円柱形状部分を有するものを用い、マークとして、円柱形状部分の円周上に設けられたラインを用いるようにした場合には、処置具が回転などしたとしても、マークの長さを円柱形状部分の直径と同じ長さに維持することができるので、常に適切な距離情報を取得することができる。

また、ラインを複数本設けるようにした場合には、複数のラインの大きさに基づいて円柱形状部分の傾き補正の施された距離情報を取得することができ、より正確な距離情報を取得することができる。

また、ラインとして円柱形状部分の延伸方向について所定の幅を有するものを用いた場合にも、そのラインの形状に基づいて円柱形状部分の傾き補正の施された距離情報を取得することができ、より正確な距離情報を取得することができる。

また、距離情報取得部によって取得された距離情報に基づいて、照射光の照射強度を制御するようにした場合には、より適切な強度で被観察部に照射光を照射することができる。具体的には、たとえば、照射光として励起光を用いた場合には、被観察部に対して必要以上の励起光が照射されて被観察部が損傷を受けないようにするとともに、被観察部から十分な蛍光の強度を得られるような強度の励起光を照射することができる。

本発明の撮像装置の一実施形態を用いた腹腔鏡システムの概略構成図 硬質挿入部の概略構成図 撮像ユニットの概略構成図 画像処理装置および光源装置の概略構成を示すブロック図 鉗子の概略構成を示す図 図５Ａの一図拡大図 硬質挿入部と鉗子とが体腔内に挿入された状態の一例を示す図 マーク画像を含む通常画像の一例を示す図 マーク画像信号の範囲の大きさ情報Ｓ_１〜Ｓ_ｍと距離情報Ｌ_１〜Ｌ_ｍとを対応づけたルックアップテーブルの一例を示す図 マークのその他の実施形態を示す図 鉗子の回転軸と光学系の光軸との関係を示す図 鉗子の傾き補正された距離情報を取得する方法を説明するための図 鉗子が傾いている場合におけるマークＭ１およびマークＭ２の画像の一例を示す図 マークＭ１、Ｍ２の垂直距離D1、D2とマークＭ１、Ｍ２のエッジのピクセル長pix_w1、pix_w2との関係を表すルックアップテーブルの一例を示す図 実空間上の２点（光学系より下側）と画像上の２点（光学系より上側）との関係を示す図 鉗子の回転軸と光学系の光軸との関係を示す図 鉗子のマークと光学系の光軸との位置関係を示す図 鉗子が傾いていないときのマークＭ１、Ｍ２の画像と、鉗子が傾いているときのマークＭ１、Ｍ２の画像の一例を示す図 鉗子が傾いたときの距離情報D’、dを示す図 鉗子の傾き角を求める式を導き出す方法を説明するための図 画像上のマークのピクセルサイズの変化率Rと実空間での鉗子６の角度φの変化との関係を示すグラフ マークのその他の実施形態を示す図 鉗子が傾いていないときのマークＭ３の画像と、鉗子が傾いているときのマークＭ３の画像の一例を示す図

以下、図面を参照して本発明の内視鏡装置の一実施形態を用いた腹腔鏡システムについて詳細に説明する。図１は、本実施形態の腹腔鏡システム１の概略構成を示す外観図である。

本実施形態の腹腔鏡システム１は、図１に示すように、白色の通常光および励起光を射出する光源装置２と、光源装置２から射出された通常光および励起光を導光して被観察部に照射するとともに、通常光の照射により被観察部から反射された反射光に基づく通常像および励起光の照射により被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像を撮像する硬性鏡撮像装置１０と、硬性鏡撮像装置１０によって撮像された画像信号に所定の処理を施す画像処理装置３と、画像処理装置３において生成された表示制御信号に基づいて被観察部の通常画像および蛍光画像を表示するモニタ４とを備えている。

硬性鏡撮像装置１０は、図１に示すように、腹腔内に挿入される硬質挿入部３０と、硬質挿入部３０によって導光された被観察部の通常像および蛍光像を撮像する撮像ユニット２０とを備えている。

また、硬性鏡撮像装置１０は、図２に示すように、硬質挿入部３０と撮像ユニット２０とが着脱可能に接続されている。そして、硬質挿入部３０は接続部材３０ａ、挿入部材３０ｂ、ケーブル接続口３０ｃ、および照射窓３０ｄを備えている。なお、本実施形態においては、硬質挿入部３０と撮像制御ユニット２０とを着脱可能なように構成するようにしたが、これらを一体化した構成としてもよい。

接続部材３０ａは、硬質挿入部３０（挿入部材３０ｂ）の一端側３０Ｘに設けられており、たとえば撮像ユニット２０側に形成された開口２０ａに嵌め合わされることにより、撮像ユニット２０と硬質挿入部３０とが着脱可能に接続される。

挿入部材３０ｂは、腹腔内の撮影を行う際に腹腔内に挿入されるものであって、硬質な材料から形成され、たとえば、直径略１０ｍｍの円柱形状を有している。挿入部材３０ｂの内部には、被観察部の像を結像するためのレンズ群が収容されており、他端側３０Ｙから入射された被観察部の通常像および蛍光像はレンズ群を介して一端側３０Ｘの撮像ユニット２０側に射出される。

挿入部材３０ｂの側面にはケーブル接続口３０ｃが設けられており、このケーブル接続口３０ｃに光ケーブルＬＣが機械的に接続される。これにより、光源装置２と挿入部材３０ｂとが光ケーブルＬＣを介して光学的に接続されることになる。

照射窓３０ｄは、硬質挿入部３０の他端側３０Ｙに設けられており、光ケーブルＬＣによって導光された通常光および励起光を被観察部に対し照射するものである。なお、挿入部材３０ｂ内にはケーブル接続口３０ｃから照射窓３０ｄまで通常光および励起光を導光するライトガイドが収容されており（図示せず）、照射窓３０ｄはライトガイドによって導光された通常光および励起光を被観察部に照射するものである。

図３は、撮像ユニット２０の概略構成を示す図である。撮像ユニット２０は、硬質挿入部３０内のレンズ群により結像された被観察部の蛍光像を撮像して被観察部の蛍光画像信号を生成する第１の撮像系と、硬質挿入部３０内のレンズ群により結像された被観察部の通常像を撮像して通常画像信号を生成する第２の撮像系とを備えている。これらの撮像系は、通常像を反射するとともに、蛍光像を透過する分光特性を有するダイクロイックプリズム２１によって、互いに直交する２つの光軸に分けられている。

第１の撮像系は、被観察部において反射し、ダイクロイックプリズム２１を透過した励起光をカットする励起光カットフィルタ２２と、硬質挿入部３０から射出され、ダイクロイックプリズム２１および励起光カットフィルタ２２を透過した蛍光像Ｌ４を結像する第１結像光学系２３と、第１結像光学系２３により結像された蛍光像Ｌ４を撮像する高感度撮像素子２４とを備えている。

第２の撮像系は、硬質挿入部３０から射出され、ダイクロイックプリズム２１を反射した通常像Ｌ３を結像する第２結像光学系２５と、第２結像光学系２５により結像された通常像Ｌ３を撮像する撮像素子２６を備えている。

高感度撮像素子２４は、蛍光像Ｌ４の波長帯域の光を高感度に検出し、蛍光画像信号に変換して出力するものである。高感度撮像素子２４はモノクロの撮像素子である。

撮像素子２６は、通常像の波長帯域の光を検出し、通常画像信号に変換して出力するものである。撮像素子２６の撮像面には、３原色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）、またはシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）のカラーフィルタがベイヤー配列またはハニカム配列で設けられている。

また、撮像ユニット２０は、撮像制御ユニット２７を備えている。撮像制御ユニット２７は、高感度撮像素子２４から出力された蛍光画像信号および撮像素子２６から出力された通常画像信号に対し、ＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理を施し、ケーブル５（図１参照）を介して画像処理装置３に出力するものである。

画像処理装置３は、図４に示すように、通常画像入力コントローラ３１、蛍光画像入力コントローラ３２、画像処理部３３、メモリ３４、ビデオ出力部３５、操作部３６、ＴＧ（タイミングジェネレータ）３７、ＣＰＵ３８および距離情報取得部３９を備えている。

通常画像入力コントローラ３１および蛍光画像入力コントローラ３２は、所定容量のラインバッファを備えており、撮像ユニット２０の撮像制御ユニット２７から出力された１フレーム毎の通常画像信号および蛍光画像信号をそれぞれ一時的に記憶するものである。そして、通常画像入力コントローラ３１に記憶された通常画像信号および蛍光画像入力コントローラ３２に記憶された蛍光画像信号はバスを介してメモリ３４に格納される。

画像処理部３３は、メモリ３４から読み出された１フレーム毎の通常画像信号および蛍光画像信号が入力され、これらの画像信号に所定の画像処理を施し、バスに出力するものである。

距離情報取得部３９は、撮像ユニット２０から出力された通常画像信号または蛍光画像信号に基づいて、硬質挿入部３０の先端と被観察部との距離情報を取得するものである。

ここで、本実施形態の内視鏡システムにおいては、図５（Ａ）に示すような鉗子６が使用される。図５に示す鉗子６は、被観察部を挟持したり、所定の処置を施したりする作動部６ａと、作動部６ａが設けれ、細い円柱形状からなる柄部分６ｂと、操作者が作動部６ａの動作を行うための操作部６ｃとを備えている。そして、鉗子６の先端部分の柄部分６ｂの円周上には、図５（Ｂ）に示すように、距離計測用のマークＭが設けられている。本実施形態においては、このマークＭは、７５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の近赤外の励起光の照射によって８００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の蛍光を発する蛍光材料によってライン状に形成されている。なお、マークＭを形成する蛍光材料については、後述するＩＣＧなどの蛍光薬剤や自家蛍光の波長帯域と同じ波長帯域の蛍光を発する材料を用いることが望ましい。

そして、撮像ユニット２０から出力される通常画像信号および蛍光画像信号には、このマークＭを表す信号が含まれており、距離情報取得部３９は、このマークＭを表す信号の範囲の大きさに基づいて、硬質挿入部３０の先端と被観察部との距離情報を取得するものである。なお、距離情報取得部３９の作用については、後で詳述する。

ビデオ出力部３５は、画像処理部３３から出力された通常画像信号および蛍光画像信号がバスを介して入力され、所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力するものである。

操作部３６は、種々の操作指示や制御パラメータなどの操作者による入力を受け付けるものである。また、ＴＧ３７は、撮像ユニット２０の高感度撮像素子２４、撮像素子２６および後述する光源装置２のＬＤドライバ４５を駆動するための駆動パルス信号を出力するものである。また、ＣＰＵ３６は装置全体を制御するものである。

光源装置２は、図４に示すように、約４００〜７００ｎｍの広帯域の波長からなる通常光（白色光）Ｌ１を射出する通常光源４０と、通常光源４０から射出された通常光Ｌ１を集光する集光レンズ４２と、集光レンズ４２によって集光された通常光Ｌ１を透過するとともに、後述する特殊光Ｌ２を反射し、通常光Ｌ１および特殊光Ｌ２とを光ケーブルＬＣの入射端に入射させるダイクロイックミラー４３とを備えている。なお、通常光源４０としては、たとえばキセノンランプが用いられる。また、通常光源４０と集光レンズ４２との間には、絞り４１が設けられており、ＡＬＣ（Automatic light control）からの制御信号に基づいてその絞り量が制御される。

また、光源装置２は、蛍光色素であるＩＣＧ（インドシアニングリーン）を励起して蛍光を発生させる７５０〜８００ｎｍの近赤外光を励起光Ｌ２として射出するＬＤ光源４４と、ＬＤ光源４４を駆動するＬＤドライバ４５と、ＬＤ光源４４から射出された励起光Ｌ２を集光する集光レンズ４６と、集光レンズ４６によって集光された励起光Ｌ２をダイクロイックミラー４３に向けて反射するミラー４７とを備えている。

また、本実施形態においては、励起光Ｌ２として、上述したような波長帯域の光を用いるようにしたが、上記波長帯域の光に限定されず、マークＭを形成する蛍光材料、被検者に投入される蛍光色素の種類もしくは自家蛍光させる生体組織の種類によって適宜決定される。

ＬＤドライバ４５は、画像処理装置３の距離情報取得部３９において取得された距離情報に基づいて、ＬＤ光源４４から出力される励起光の強度を制御するものである。すなわち、被観察部に対して必要以上の励起光が照射されて被観察部が損傷を受けないようにするとともに、被観察部から十分な蛍光の強度を得られるように、距離情報が大きくなるにつれて励起光の強度が強くなり、距離情報が小さくなるにつれて励起光の強度を弱くなるようにＬＤ光源４４を駆動制御するものである。

次に、本実施形態の腹腔鏡システムの作用について説明する。

まず、光ケーブルＬＣが接続された硬質挿入部３０およびケーブル５が撮像ユニット２０に取り付けられた後、光源装置２および撮像ユニット２０および画像処理装置３の電源が投入され、これらが駆動される。

次に、図６に示すように、操作者により硬質挿入部３０および鉗子６が腹腔内に挿入され、鉗子６により被観察部が挟持されるとともに、硬質挿入部３０の先端が被観察部の近傍に設置される。

そして、光源装置２の通常光源４０から射出された通常光Ｌ１が、集光レンズ４２、ダイクロイックミラー４３および光ケーブルＬＣを介して硬質挿入部３０に入射され、硬質挿入部３０の照射窓３０ｄから被観察部に照射される。一方、光源装置２のＬＤ光源４４から射出された特殊光Ｌ２が、集光レンズ４６、ミラー４７、ダイクロイックミラー４３および光ケーブルＬＣを介して硬質挿入部３０に入射され、硬質挿入部３０の照射窓３０ｄから被観察部に通常光とともに照射される。

そして、通常光Ｌ１の照射によって被観察部から反射された反射光に基づく通常像が撮像されるとともに、特殊光Ｌ２の照射によって被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像が撮像される。なお、被観察部には、予めＩＣＧが投与されており、このＩＣＧから発せられる蛍光を撮像するものとする。

より具体的には、通常像の撮像の際には、通常光Ｌ１の照射によって被観察部から反射された反射光に基づく通常像Ｌ３が挿入部材３０ｂの先端３０Ｙから入射し、挿入部材３０ｂ内のレンズ群により導光されて撮像ユニット２０に向けて射出される。

撮像ユニット２０に入射された通常像Ｌ３は、ダイクロイックプリズム２１により撮像素子２６に向けて直角方向に反射され、第２結像光学系２５により撮像素子２６の撮像面上に結像され、撮像素子２６によって所定間隔を空けて順次撮像される。なお、本実施形態においては、通常画像は３０ｆｐｓのフレームレートで撮像されるものとする。

撮像素子２６から順次出力された通常画像信号は、撮像制御ユニット２７においてＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理が施された後、ケーブル５を介して画像処理装置３に順次出力される。

一方、蛍光像の撮像の際には、特殊光の照射によって被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像Ｌ４が挿入部材３０ｂの先端３０Ｙから入射し、挿入部材３０ｂ内のレンズ群により導光されて撮像ユニット２０に向けて射出される。

撮像ユニット２０に入射された蛍光像Ｌ４は、ダイクロイックプリズム２１および特殊光カットフィルタ２２を通過した後、第１結像光学系２３により高感度撮像素子２４の撮像面上に結像され、高感度撮像素子２４によって所定間隔を空けて撮像される。なお、本実施形態においては、蛍光画像は５〜１０ｆｐｓのフレームレートで撮像されるものとする。

高感度撮像素子２４から順次出力された蛍光画像信号は、撮像制御ユニット２７においてＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理が施された後、ケーブル５を介して画像処理装置３に順次出力される。

そして、画像処理装置３に入力された通常画像信号は、通常画像入力コントローラ３１において一時的に記憶された後、メモリ３４に格納される。そして、メモリ３４から読み出された１フレーム毎の通常画像信号は、画像処理部３３において階調補正処理およびシャープネス補正処理が施された後、ビデオ出力部３５に順次出力される。

そして、ビデオ出力部３５は、入力された通常画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、１フレーム毎の表示制御信号をモニタ４に順次出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて通常画像を表示する。

一方、画像処理装置３に入力された蛍光画像信号は、蛍光画像入力コントローラ３２において一時的に記憶された後、メモリ３４に格納される。そして、メモリ３４から読み出された１フレーム毎の蛍光画像信号は、画像処理部３３において所定の画像処理が施された後、ビデオ出力部３５に順次出力される。

そして、ビデオ出力部３５は、入力された蛍光画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、１フレーム毎の表示制御信号をモニタ４に順次出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて蛍光画像を表示する。

本実施形態においては、通常画像と蛍光画像とは操作者の指示に応じて切り替えて表示されるものとするが、これに限らず、同時に表示してもよい。図７に、モニタ４に表示された通常画像の一例を示す。

ここで、図７に示すように、通常画像内には鉗子６の先端に設けられたマークＭのマーク画像も含まれており、すなわち、通常画像信号にマーク画像を表すマーク画像信号が含まれている。また、本実施形態においては、マークＭを形成するものとして蛍光材料を用いるようにしたので、蛍光画像内にもマークＭの蛍光マーク画像が含まれており、すなわち、蛍光画像信号に蛍光マーク画像を表すマーク画像信号が含まれている。

本実施形態の腹腔鏡システムにおいては、通常画像信号に含まれるマーク画像信号または蛍光画像信号に含まれるマーク画像信号に基づいて、硬質挿入部３０の先端と被観察部との距離情報を取得する。

具体的には、まず、距離情報取得部３９に通常画像信号または蛍光画像信号が入力される。そして、距離情報取得部３９は、通常画像信号または蛍光画像信号からマーク画像信号を抽出する。マーク画像信号の抽出については、たとえば、パターン認識や画像信号の大きさなどに基づいて行うようにすればよい。なお、蛍光画像信号はモノクロ画像信号でありマーク画像信号の抽出が通常画像信号よりも容易であるため蛍光画像信号を用いる方が望ましい。

次に、距離情報取得部３９は、抽出されたマーク画像信号の範囲の大きさを取得する。具体的には、マーク画像信号の画素数をカウントし、その画素数をマーク画像信号の範囲の大きさ情報として取得する。

そして、距離情報取得部３９には、図８に示すような、マーク画像信号の範囲の大きさ情報Ｓ_１〜Ｓ_ｍと、硬質挿入部３０の先端と被観察部との距離情報Ｌ_１〜Ｌ_ｍとを対応づけたルックアップテーブルが設定されており、上述したように取得されたマーク画像信号の範囲の大きさ情報に基づいて、ルックアップテーブルを用いて所定の距離情報Ｌ_ｘを取得する。なお、ルックアップテーブルについては、予め硬質挿入部３０の先端と被観察部との距離を変化させながらマーク画像信号の範囲の大きさを取得して設定されているものとする。また、鉗子６の種類によってマークＭの大きさが異なる場合には、鉗子６の種類毎にルックアップテーブルを設け、操作者からの選択信号を受け付けていずれか１つのルックアップテーブルを選択するようにしてもよい。

また、図７に示すように、通常画像信号または蛍光画像信号内に複数のマーク画像信号が含まれている場合には、これらのマーク画像信号の１つを用いて距離情報を取得するか、もしくは、これらのマーク画像信号を用いて取得された距離情報の平均を取得するようにしてもよい。

そして、距離情報取得部３９において取得された距離情報Ｌ_ｘはＣＰＵ３８に出力され、ＣＰＵ３８において、入力された距離情報Ｌ_ｘに応じた励起光の強度が取得される。なお、ＣＰＵ３８には、予め距離情報と励起光の強度とを対応付けたルックアップテーブルなどが設定されているものとする。励起光の強度としては、被観察部に対して必要以上の励起光が照射されて被観察部が損傷を受けないようにするとともに、被観察部から十分な蛍光の強度を得られるような強度に設定されている。すなわち、距離情報が大きくなるにつれて励起光の強度が強くなり、距離情報が小さくなるにつれて励起光の強度を弱くなるように設定されている。また、被観察部が損傷を受けない範囲においては、操作者によって任意に励起光の強度を調整可能なようにしてもよい。

そして、ＣＰＵ３８は、上述したように取得した励起光の強度に基づいてＬＤドライバ４５に制御信号を出力し、ＬＤドライバ４５は、入力された制御信号に基づいてＬＤ光源４４から出力される励起光の強度を制御する。

また、上記実施形態の説明においては、鉗子６にライン状のマークＭを１本だけ設けるようにしたが、これに限らず、図９に示すように、鉗子６にライン状の複数のマークＭ１，Ｍ２を設けるようにしてもよい。そして、複数のマークＭ１，Ｍ２を設けるようにした場合には、被観察部に対する鉗子６の傾斜状態を検出することができ、その傾斜を補正した距離情報を取得することができる。たとえば、マークＭ１を用いて取得した距離情報とマークＭ２を用いて取得した距離情報とに基づいて傾斜を補正した距離情報を取得することができる。以下、その具体的な方法について説明する。

まず、前提として、図１０および図１１に示すように、鉗子６の回転軸（図１０のｙ’軸）または回転軸に平行な直線（図１０および図１１のｙ軸）が硬性鏡撮像装置１０の光学系（以下、単に「光学系」という）の光軸（ｚ軸）と直交するものとし、光学系の撮像方式がf*tanθであるものとする。

そして、図１１に示すように、マークＭ１とマークＭ２における鉗子６の延伸方向に直交する方向に延びる線分（以下、「エッジ」という）の両端の２点は、光学系から同一の垂直距離にあることになる。そして、光学系の撮像方式がf*tanθである場合、実空間の２点が光学系から同一距離Ｄにあるときには、画像上においてその２点間のピクセル長は距離Ｄのみに依存することになる。したがって、下式のように、マークＭ１のエッジのピクセル長pix_w1に基づいて、マークＭ１のエッジの光学系からの垂直距離Ｄ１を求めることができるとともに、マークＭ２のエッジのピクセル長pix_w2に基づいて、マークＭ２のエッジの光学系からの垂直距離Ｄ２を求めることができる。なお、下式におけるW1は、実空間でのマークＭ１のエッジの長さであり、W2は、実空間でのマークＭ２のエッジの長さである。また、図１２に鉗子６のマークＭ１およびマークＭ２の撮像画像の一例を示す。

なお、上式の焦点距離fについては、予め取得されているものとする。焦点距離ｆを取得する方法としては、たとえば、既知の長さWの被写体を光学系から距離Dの位置に水平に置き、被写体の画像上のピクセル長pix_wを読んで、下式に基づいて取得するようにすればよい。なお、長さWを固定し、距離Dとピクセル長pix_wを複数組取得する、もしくは、距離Dを固定し、長さWとピクセル長pix_wを複数組取得して下式に対してフィッティングするようにすれば、焦点距離fを精度良く求めることができる。

また、必ずしも上式を用いる必要はなく、たとえば、図１３に示すように、マークＭ１とマークＭ２とについて、それぞれ垂直距離D1、D2とピクセル長pix_w1、pix_w2との関係を予めルックアップテーブルとして設定しておき、そのルックアップテーブルを用いて垂直距離D1および垂直距離D2を取得するようにしてもよい。図１３に示すルックアップテーブルについては、マークＭ１、Ｍ２を光学系から距離Dの位置に水平に置き、距離Dを変化させながらマークＭ１、Ｍ２の画像上のピクセル長pix_w1、pix_w2を読みこんで作成するようにすればよい。なお、図１３は、マークＭ１の長さW1＜マーク２の長さW2の例であるが、これらが同一の長さである場合（W1=W2）には、同一曲線となるので、片方のマークについてのみ作成すれば十分である。

ここで、光学系の撮像方式がf*tanθである場合、実空間の２点が光学系から同一距離Ｄにあるとき、画像上においてその２点間のピクセル長が距離Ｄのみに依存することについて、さらに詳細に説明する。図１４は、実空間上の２点（光学系より下側）と画像上の２点（光学系より上側）との関係を示したものである。図１３より、Dtanθ=r、ftanθ=pix、Dtanθ’=r’、ftanθ’=pix’となるので、

となる。よって、

となる。したがって、画像上における２点間のピクセル長が距離Ｄのみに依存することがわかる。

そして、上述したようにして、マークＭ１、Ｍ２の画像上のピクセル長pix_w1、pix_w2に基づいて垂直距離D1、D2を求め、さらに、下式に基づいて鉗子６の回転角φを取得する。なお、Lは、実空間でのマークＭ１とマークＭ２との間の距離である（図１１参照）。

そして、次に、マークＭ１、Ｍ２の実空間上におけるx座標X1、X2を取得する（図１１参照）。具体的には、距離D1、D2を取得する際、焦点距離fを取得していた場合には、マークＭ１またはマークＭ２のエッジの画像上のx座標pix_x1またはpix_x2を読み取ることにより、下式に基づいてx座標X1、X2を取得することができる。

また、マークＭ１またはマークＭ２のエッジの画像上のx座標pix_x1またはpix_x2と実空間上におけるx座標X1、X2との関係を示すルックアップテーブルを使用するようにしてもよい。

そして、上述したようにして取得した距離D1、D2およびx座標X1、X2に基づいて、下式より距離R1および距離R2を取得する（図１１参照）。

そして、この距離R1と距離R2とに基づいて、硬質挿入部３０の先端と被観察部との距離情報を取得する。なお、硬質挿入部３０の先端と被観察部との距離情報としては、距離R1と距離D1とを取得するようにしてもよい。

ここで、上述した方法で距離情報を取得するようにした場合、たとえば、鉗子６が円柱形状であり直方体でない場合には、マークＭ１とマークＭ２のエッジが画像上で湾曲し、これらのピクセル長の測定が困難な場合がある。このような問題を生じることなく距離情報を取得することができる方法を以下に示す。

まず、前提として、図１０および図１１に示すように、鉗子６の回転軸（図１０のｙ’軸）または回転軸に平行な直線（図１０および図１１のｙ軸）が硬性鏡撮像装置１０の光学系（以下、単に「光学系」という）の光軸（ｚ軸）と直交するものとし、光学系の撮像方式がf*tanθであるものとする。

まず、前提として、図１５に示すように、ｙ軸を鉗子６の回転軸とし、ｚ軸を光学系の光軸とし、ｙ軸とｚ軸とが直交するものとする。また、一方のマークのエッジが光学系の光軸と交差するものとする。すなわち、光学系の光軸に交わるエッジが鉗子６の回転軸となる。なお、以下の説明では、マークＭ２の操作部側のエッジが光学系の光軸と交差するものとする。画像上での光軸のピクセル座標が既知であるので（通常は画像中央）、画像上において一方のマークのエッジが光軸のピクセル座標に重なるように鉗子６の位置を調整するようにすればよい（図１６参照）。また、光学系の撮像方式はf*tanθであるものとする。

そして、マークＭ２のエッジの画像上のピクセル長Wを取得する（図１７参照）。図１７は、鉗子６が傾いていないときのマークＭ１、Ｍ２の画像と、鉗子６が傾いているときのマークＭ１、Ｍ２の画像の一例を示すものである。

そして、マークＭ２のエッジの画像上のピクセル長Wに基づいて、マークＭ２のエッジと光学系との垂直距離Dを取得する。垂直距離Dを取得する方法としては、たとえば、上述した図１３に示すようなルックアップテーブルを用いるようにすればよい。

そして、さらに、垂直距離Dに基づいて、鉗子６が傾いていない場合におけるマークＭ１のx座標pix0を取得する（図１７参照）。なお、x座標pix0を取得する方法としては、マークＭ１のエッジの画像上のx座標pix0と実空間上における垂直距離Dとの関係を示すルックアップテーブルを使用するようにしてもよい。

次に、鉗子６が傾いているときのマークＭ１のエッジの画像上のx座標pix（図１７参照）を読み取り、Ｒ＝pix/pix0を取得する。そして、下式に基づいて、鉗子６の実空間上での傾き角φを取得する。

そして、上式で求めた傾き角φを下の２つの式に代入して、傾き補正のされた距離情報D’とdとが取得される（図１８参照）。

ここで、傾き角φを求めるために使用した上式の求め方について以下に説明する。

まず、図１９に、実空間上における鉗子６と、硬性鏡撮像装置１０によって撮像される画像との関係を示す。図１９に示すpix-pixが、鉗子６が傾いていない場合における画像であり、pix₊-pix_-が、鉗子６が角度φだけ傾いている場合における画像を表すものである。

そして、図１９に示すｘ_±は、下式のように表わすことができる。

そして、上式は下式のようにsinφの関数に変形することができる。

そして、上式をsinφについて解くと、下式のように表わすことができる。

一方、硬性鏡撮像装置側において、鉗子６に対して垂直に撮像する場合（φ＝0）、画像上の鉗子６のピクセルサイズを2×pixとすると、下式で表わすことができる。

また、鉗子６が角度φだけ傾いた場合には、下式で表わすことができる。

したがって、上式に基づいて、下式を導き出すことができる。

そして、θ_-から求められるφは、θ₊から求められるφの符号が反転したものであるので、θ₊のみを考えればよい。上式のsin²θ₊の式をφについて解くと、上述した傾き角φの式を求めることができる。なお、pix/pix+=Rである。また、図２０に、画像上のマークのピクセルサイズの変化率Rと実空間での鉗子６の角度φの変化との関係を上式に基づいて求めたグラフを示す。図２０においては、D/L=1、D/L=3、D/L=10の場合について示している。

また、上述したように鉗子６に対して複数のマークを設けるのではなく、図２１に示すように、鉗子６の柄部分６の延伸方向について所定の幅を有するライン状のマークＭ３を設けるようにしても鉗子６の傾斜を補正することができる。なお、鉗子６の傾斜をある程度正確に補正するためには、マークＭ３の幅は、鉗子の直径の１/２倍から５倍程度であることが望ましい。

たとえば、マークＭ３の鉗子先端側の辺Ｍａと鉗子操作部側の辺Ｍｂの長さを取得し、上述したマークＭ１のエッジをマークＭ３の辺Ｍａ（図２１および図２２参照）に、マークＭ２のエッジをマークＭ３の辺Ｍｂに置き換えて考えることによって、上述した方法と同様の方法によって傾き補正された距離情報を取得することができる。なお、図２２は、鉗子６が傾いていないときのマークＭ３の画像と、鉗子６が傾いているときのマークＭ３の画像の一例を示すものである。

また、図９や図２１に示すようにマークを設ける場合には、鉗子先端側のマークのエッジが分かるように、さらに細いラインを設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、マークとして、鉗子６の円周上に形成されたラインを用いるようにしたが、これに限らず、たとえば、矩形状のパターンを用いるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、マークを蛍光材料によって形成するようにしたが、これに限らず、たとえば、鉗子６の柄部分６ｂと異なる色の塗料によって形成し、通常画像信号に基づいて距離情報を取得するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、距離情報に基づいて励起光の強度を制御するようにしたが、距離情報に基づいて通常光の強度を制御するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、通常光源としてキセノンランプを用いるようにしたが、これに限らず、ＧａＮ系半導体レーザーを用いた高輝度白色光源(商品名：マイクロホワイト、日亜化学工業（株）製)を用いるようにしてもよい。この高輝度白色光源は、波長４４５ｎｍの半導体レーザーから出射する光を，光学レンズを用いて光ファイバに導光し，蛍光体材料を塗布した光ファイバのもう一方の端面から，全光束が５０１ｎｍの白色光を放出させるものである。

また、上記実施形態は、本発明の撮像装置を腹腔鏡システムに適用したものであるが、これに限らず、たとえば、軟性内視鏡装置を有するその他の内視鏡システムに適用してもよい。また、内視鏡システムに限らず、体内に挿入される挿入部を備えていない、いわゆるビデオカメラ型の医用画像撮像装置に適用してもよい。

１ 腹腔鏡システム
２ 光源装置
３ 画像処理装置
４ モニタ
６ 鉗子
１０ 硬性鏡撮像装置
２０ 撮像ユニット
３０ 硬質挿入部
３９ 距離情報取得部

Claims (8)

1. 体腔内に挿入され、照射光を被観察部に照射する内視鏡挿入部と、該内視鏡挿入部による照射光の照射によって前記被観察部から発せられた光を受光して前記被観察部の像を撮像する撮像部とを備えた内視鏡装置において、
   前記撮像部が、前記被観察部の近傍に設置される処置具に設けられたマークの像を撮像するものであり、
   前記撮像部によって撮像されたマーク画像の大きさに基づいて、前記内視鏡挿入部先端と前記被観察部との距離情報を取得する距離情報取得部を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記内視鏡挿入部が、前記照射光として励起光を照射するものであり、
   前記マークが、前記励起光の照射によって蛍光を発する蛍光材料によって設けられていることを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置。
3. 前記処置具が円柱形状部分を有するものであり、
   前記マークが、前記円柱形状部分の円周上に設けられたラインであることを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡装置。
4. 前記ラインが複数本設けられていることを特徴とする請求項３記載の内視鏡装置。
5. 前記距離情報取得部が、前記複数のラインの大きさに基づいて前記円柱形状部分の傾き補正の施された前記距離情報を取得するものであることを特徴とする請求項４記載の内視鏡装置。
6. 前記ラインが前記円柱形状部分の延伸方向について所定の幅を有し、
   前記距離情報取得部が、前記ラインの形状に基づいて前記円柱形状部分の傾き補正の施された前記距離情報を取得するものであることを特徴とする請求項３記載の内視鏡装置。
7. 前記励起光のピーク波長が７５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、
   前記蛍光のピーク波長が８００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の内視鏡装置。
8. 前記距離情報取得部によって取得された距離情報に基づいて、前記照射光の照射強度を制御する照射強度制御部を備えたことを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の内視鏡装置。

Images