JP2011255015A - Endoscopic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内視鏡装置に関し、より詳しくは、光源を制御して内視鏡の撮像に使用される照明光の光量を補正する装置に関する。 The present invention relates to an endoscope apparatus, and more particularly, to an apparatus that corrects the amount of illumination light used for imaging an endoscope by controlling a light source.
医師が患者の体腔内を観察するときに使用する装置として、内視鏡が一般的に知られている。内視鏡を使用する医師は、内視鏡の挿入部を体腔内に挿入し、挿入部の先端部を観察対象部位の近傍に導く。そして、先端部に内蔵された撮像素子により体腔内の画像が撮像される。体腔内で撮像された画像信号は、内視鏡からビデオプロセッサへ送信される。ビデオプロセッサは、受信した画像信号に所定の処理を行って体腔内の画像をモニタに表示する。医師はモニタに表示される体腔内の画像を観察して検査や施術などを行う。 An endoscope is generally known as an apparatus used when a doctor observes a body cavity of a patient. A doctor who uses the endoscope inserts the insertion portion of the endoscope into the body cavity and guides the distal end portion of the insertion portion to the vicinity of the site to be observed. And the image in a body cavity is imaged with the image pick-up element incorporated in the front-end | tip part. The image signal imaged in the body cavity is transmitted from the endoscope to the video processor. The video processor performs predetermined processing on the received image signal and displays an image in the body cavity on the monitor. The doctor observes the image in the body cavity displayed on the monitor and performs examinations and treatments.
従来の一般的な内視鏡では、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)など、観察画像を取得するための撮像素子が用いられているが、これらの代替となるものとして特許文献1に開示される次世代の撮像システムが提案されている。この撮像システムでは、走査用光ファイバとレーザ光を用いて観察対象部位を走査し、観察対象部位のドット毎の色情報を得て画像化する。 Conventional general endoscopes use an image sensor for acquiring an observation image, such as a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS). A next-generation imaging system disclosed in Document 1 has been proposed. In this imaging system, an observation target region is scanned using a scanning optical fiber and laser light, and color information for each dot of the observation target region is obtained and imaged.
特許文献1には、このような撮像システムを用いた従来の走査型内視鏡における、内視鏡挿入部の先端部が示されている。円筒型の圧電素子に走査用の光ファイバが挿し通されている。圧電素子には電極が設けられ、この電極によって圧電素子が駆動される。圧電素子は、固定材によって挿入部のシース内に固定されているとともに、接着剤によって走査用光ファイバと接合されている。 Patent Document 1 discloses a distal end portion of an endoscope insertion portion in a conventional scanning endoscope using such an imaging system. A scanning optical fiber is inserted through a cylindrical piezoelectric element. The piezoelectric element is provided with an electrode, and the piezoelectric element is driven by the electrode. The piezoelectric element is fixed in the sheath of the insertion portion by a fixing material, and is joined to the scanning optical fiber by an adhesive.
圧電素子は光ファイバの先端部を共振させ、これによって、光ファイバの先端部が螺旋状に走査され、かかる螺旋状の走査が所定の周期で繰り返される。この所定の周期で光ファイバから出射された光は、光学レンズによって観察対象物に集光され、観察対象物上を上記の走査パターンで走査し、観察対象物からの反射光は、光ファイバを中心として円環状に配置された複数の受光用の光ファイバを伝搬してビデオプロセッサ内の受光部に到達する。なお、走査用の光ファイバ先端の螺旋状の走査が所定周期で繰り返し実行され、これにより、フルカラー画像がモニタに表示される技術原理は、特許文献1のほか、特許文献2や非特許文献1などの技術文献に記載されている。 The piezoelectric element resonates the tip of the optical fiber, whereby the tip of the optical fiber is scanned spirally, and this spiral scanning is repeated at a predetermined cycle. The light emitted from the optical fiber at this predetermined period is condensed on the observation target by the optical lens, scanned on the observation target with the above scanning pattern, and the reflected light from the observation target is transmitted through the optical fiber. It propagates through a plurality of light receiving optical fibers arranged in an annular shape as the center and reaches a light receiving portion in the video processor. The technical principle that a spiral scan of the tip of the scanning optical fiber is repeatedly executed at a predetermined cycle, whereby a full-color image is displayed on the monitor is described in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1. Are described in technical literature.
上記の従来の走査型内視鏡システムにおいては、ビデオプロセッサにおいて光源から出射されたレーザ光を伝搬するための光ファイバと内視鏡においてレーザ光を挿入部の先端に導光するための出射光ファイバとを、内視鏡及びビデオプロセッサに設けられた光コネクタを光結合手段として用いて接続する。そして、挿入部の先端から出射されるレーザ光の光量が所定光量を超えないようにするため、ビデオプロセッサ側に設けられた、挿入部先端を差し込むことができる校正用治具により、光源の出射光量を初期化する必要がある。校正用治具は非滅菌とされることが多いため、医療用装置を扱う現場では、滅菌済みの内視鏡を非滅菌の治具と接触させなければならない。従って、校正時に衛生管理上の懸念が生じる。また、仲介治具を別途用いて内視鏡と校正用治具を接続する場合、仲介治具の製造コストや校正時における仲介治具の取り付け及び取り外しに伴う作業の手間など、新たな問題が生じる可能性がある。さらに、術者が校正作業を行わずに施術を開始した場合、施術開始時に危険域とみなされる光量にて照明光が出射されたり、照明光が所望の光量に満たず施術に支障をきたしたりする可能性がある。 In the conventional scanning endoscope system described above, an optical fiber for propagating the laser light emitted from the light source in the video processor and an emitted light for guiding the laser light to the distal end of the insertion portion in the endoscope. The fiber is connected using an optical connector provided in the endoscope and the video processor as optical coupling means. Then, in order to prevent the amount of laser light emitted from the distal end of the insertion portion from exceeding a predetermined amount, the light source is emitted by a calibration jig provided on the video processor side that can insert the distal end of the insertion portion. It is necessary to initialize the amount of light. Since the calibration jig is often non-sterile, a sterilized endoscope must be brought into contact with the non-sterile jig at the site where the medical device is handled. This raises concerns about hygiene management during calibration. Also, when connecting the endoscope and the calibration jig separately using a mediation jig, there are new problems such as the manufacturing cost of the mediation jig and the labor involved in installing and removing the mediation jig during calibration. It can happen. In addition, if the surgeon starts the procedure without performing calibration work, the illumination light is emitted with a light quantity that is regarded as a dangerous area at the start of the procedure, or the illumination light does not reach the desired light quantity, causing a hindrance to the procedure. there's a possibility that.
また、内視鏡とビデオプロセッサとの接続を繰り返し行うことにより、光コネクタの接続部における端面の劣化、端面に生じたキズ、端面に付着したゴミ、端面のずれなどが原因で、光量損失が発生する。光コネクタにおける光量損失が大きい場合、照明光の光量が低下するため内視鏡の撮像画像の画質が低下する可能性がある。また、内視鏡側の光量の損失を補うためにビデオプロセッサ側の光源のレーザ出力を上げる場合、光源からの出射光量が過剰になる可能性もある。 In addition, repeated connection between the endoscope and the video processor results in light loss due to deterioration of the end face of the optical connector connection, scratches on the end face, dust adhering to the end face, misalignment of the end face, etc. appear. If the light loss at the optical connector is large, the light quantity of the illumination light is reduced, and the image quality of the captured image of the endoscope may be reduced. Further, when the laser output of the light source on the video processor side is increased in order to compensate for the loss of the light amount on the endoscope side, the amount of light emitted from the light source may become excessive.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、対象部位の撮像に用いられる照明光の伝搬における光量損失、特に照明光の伝搬経路上に用いられる光コネクタにおける光量損失を検知して、照明光の光量を補正する内視鏡装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances. It is an object of the present invention to detect a light amount loss in propagation of illumination light used for imaging of a target region, in particular, a light amount loss in an optical connector used on a propagation path of illumination light, and to correct the light amount of illumination light. A mirror device is provided.
本発明の一実施形態による内視鏡装置は、所定の波長帯域を有する光を出射する光源と、光源からの光と光結合手段を介して結合され、該光を伝搬する出射光ファイバと、出射光ファイバにより伝搬された光を対象部位に走査させる走査手段と、出射光ファイバからの漏れ光を受光する受光素子と、受光素子の受光量に基づいて光源の出射光量を補正する光量補正手段とを有する。また、内視鏡装置は、受光素子の受光量を第1の閾値と比較する受光量比較手段をさらに有し、光量補正手段は、受光量比較手段による比較の結果に基づいて光源の出射光量の補正を行う。 An endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention includes a light source that emits light having a predetermined wavelength band, an output optical fiber that is coupled with light from the light source via an optical coupling unit, and propagates the light, Scanning means for scanning the light propagated by the outgoing optical fiber over the target portion, a light receiving element for receiving the leaked light from the outgoing optical fiber, and a light quantity correcting means for correcting the outgoing light quantity of the light source based on the amount of light received by the light receiving element And have. The endoscope apparatus further includes a received light amount comparing unit that compares the received light amount of the light receiving element with a first threshold, and the light amount correcting unit is based on a result of comparison by the received light amount comparing unit. Perform the correction.
好ましくは、光量補正手段は、受光量比較手段による比較の結果が、受光素子の受光量が第1の閾値と異なることを示す場合は、光源の出射光量の補正を行い、受光量比較手段による比較の結果が、受光素子の受光量が第1の閾値と等しいことを示す場合は、光源の出射光量の補正を行わない。 Preferably, the light quantity correction means corrects the emitted light quantity of the light source when the comparison result by the light reception quantity comparison means indicates that the light reception quantity of the light receiving element is different from the first threshold value, and the light reception quantity comparison means When the comparison result indicates that the amount of light received by the light receiving element is equal to the first threshold value, the amount of light emitted from the light source is not corrected.
さらに、受光量比較手段は、受光素子の受光量が第1の閾値と異なる場合に、受光素子の受光量を第1の閾値よりも小さい第2の閾値と比較し、光量補正手段は、受光量比較手段による比較の結果が、受光素子の受光量が第2の閾値より小さいことを示す場合は、光源の出射光量の補正を行わない。 Further, when the received light amount of the light receiving element is different from the first threshold value, the received light amount comparing unit compares the received light amount of the light receiving element with a second threshold value smaller than the first threshold value, and the light amount correcting unit When the result of comparison by the amount comparison means indicates that the amount of light received by the light receiving element is smaller than the second threshold value, the amount of light emitted from the light source is not corrected.
さらに好ましくは、内視鏡装置は、光源の出射光量の初期設定値に基づいて第1の閾値を設定する閾値設定手段をさらに有する。従って、光量補正時における光源の出射光量を施術用の初期設定値よりも小さい値に設定して行うことで、光源からの出射光量を確実に安全域に収めて光量補正を行うことができ、光量補正時の安全性を向上させることが期待できる。また、受光素子は、光結合手段の近傍に配置されている。これにより、光結合手段における光量損失をより精度良く検知して光量補正を行うことができる。そして、内視鏡装置は、受光量比較手段による比較の結果が受光素子の受光量が第2の閾値より小さいことを通知する通知手段をさらに有する。 More preferably, the endoscope apparatus further includes a threshold setting unit that sets a first threshold based on an initial setting value of the emitted light amount of the light source. Therefore, by setting the emitted light quantity of the light source at the time of light quantity correction to a value smaller than the initial setting value for the treatment, the emitted light quantity from the light source can be reliably stored in a safe range and the light quantity can be corrected. It can be expected to improve safety during light amount correction. The light receiving element is arranged in the vicinity of the optical coupling means. Thereby, the light quantity loss in the optical coupling means can be detected with higher accuracy and the light quantity can be corrected. The endoscope apparatus further includes notification means for notifying that the result of comparison by the received light amount comparing means is that the received light amount of the light receiving element is smaller than the second threshold value.
また、所定の波長帯域は、赤(R)、緑(G)、青(B)の各色光の波長を含み、第1及び第2の閾値は、R,G,Bの光ごとに設定されており、受光量比較手段は、光源からR,G,Bごとに出射された光を受光素子が受光する受光量を、R,G,Bの光ごとに第1の閾値と比較し、受光素子の受光量が第1の閾値と異なる場合に、受光素子の受光量をR,G,Bの光ごとに第2の閾値と比較し、光量補正手段は、R,G,Bの光ごとに、受光量比較手段による比較の結果が受光素子の受光量が第2の閾値より小さいことを示す場合は、光源の出射光量の補正を行う。そして、所定の波長帯域は、受光素子の受光感度が低い波長を含み、受光素子の受光面、受光素子の近傍、出射光ファイバのうち少なくとも1つに、受光素子の受光感度が低い波長にて励起して蛍光を発する蛍光部材が塗布されている。これにより、光源がR,G,Bの各色光を出射するLEDにより構成され可視光観察を行う内視鏡装置においても、光源から特定の短波長の光のみを出射して特殊光観察を行う内視鏡においても、好適に光源の出射光量を制御することができる。 The predetermined wavelength band includes wavelengths of light of red (R), green (G), and blue (B), and the first and second threshold values are set for each of R, G, and B light. The received light amount comparing means compares the received light amount received by the light receiving element for each of R, G, B from the light source with a first threshold value for each of R, G, B light, When the received light amount of the element is different from the first threshold value, the received light amount of the light receiving element is compared with the second threshold value for each of R, G, and B light, and the light amount correcting means is set for each of R, G, and B light. In addition, when the comparison result by the received light amount comparing means indicates that the received light amount of the light receiving element is smaller than the second threshold value, the emitted light amount of the light source is corrected. The predetermined wavelength band includes a wavelength at which the light receiving sensitivity of the light receiving element is low, and at least one of the light receiving surface of the light receiving element, the vicinity of the light receiving element, and the outgoing optical fiber has a wavelength at which the light receiving sensitivity of the light receiving element is low. A fluorescent member that emits fluorescence when excited is applied. As a result, even in an endoscope apparatus in which the light source is composed of LEDs that emit R, G, and B color lights and performs visible light observation, special light observation is performed by emitting only light of a specific short wavelength from the light source. Also in the endoscope, the amount of light emitted from the light source can be suitably controlled.
本発明の内視鏡装置によれば、工場出荷時や初期接続時における受光素子の受光量に基づいて閾値を設定し、該閾値に基づいて光源(複数の波長を用いる場合は各波長の光)の光量補正を行うことにより、光源の出射光量を好適な値に設定して施術を行うことができる。また、複数の波長の光を用いて施術を行う場合は、各波長の光量のバランスも調整することができる。さらに、校正用治具を用いる必要がないため、内視鏡先端の滅菌状態を維持しつつ光量補正を実行することができ、治具の滅菌などの作業の手間も省くことができる。 According to the endoscope apparatus of the present invention, the threshold value is set based on the amount of light received by the light receiving element at the time of factory shipment or initial connection, and the light source (the light of each wavelength when a plurality of wavelengths are used) based on the threshold value. ), The operation can be performed with the light quantity emitted from the light source set to a suitable value. Moreover, when performing a treatment using light of a plurality of wavelengths, the balance of the light amounts of the respective wavelengths can be adjusted. Furthermore, since it is not necessary to use a calibration jig, it is possible to perform light quantity correction while maintaining the sterilized state of the endoscope tip, and it is possible to save work such as jig sterilization.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における内視鏡装置について説明する。なお、複数の図にまたがって同じ部材を示す場合は同じ符号を付すこととする。 Hereinafter, an endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected when showing the same member over several figures.
図1に第1の実施形態における内視鏡装置100の模式図を示す。図に示すように、内視鏡装置100は、対象部位を撮像するための走査型の内視鏡1を有する。内視鏡1は、可撓性を有するシースによって外装された可撓管6を備える。可撓管6の先端には、硬質性を有する樹脂によって外装された先端部4が連結されている。なお、可撓管6と先端部4とは、湾曲部5によって連結されている。湾曲部5は、可撓管6の基端に連結された操作部7に回動自在に設けられたアングルノブ8によって屈曲自在に構成されている。湾曲部5の屈曲機構は、一般的な内視鏡に組み込まれている周知の機構であり、アングルノブ8の回動操作に連動した操作ワイヤの牽引によって湾曲部5を屈曲させる。上記操作による屈曲動作に応じて先端部4の方向が変わることにより、内視鏡1による撮像領域が変更される。操作部7はユニバーサルケーブル9及び基部10を介してビデオプロセッサ2に接続されている。さらにビデオプロセッサ2はモニタ3に接続されている。
FIG. 1 shows a schematic diagram of an
図2は、内視鏡1の基部10及びビデオプロセッサ2の構成を示すブロック図である。基部10とビデオプロセッサ2とは、出射光ファイバコネクタ17、受光ファイバコネクタ18、電気コネクタ19を介して光学的又は電気的に接続される。ビデオプロセッサ2の光源23a〜23cからはそれぞれR,G,Bの各色に対応する波長の光が出射される。光源23a〜23cから出射された光は、それぞれ光合波器20に導光されて白色光に合波される。光合波器20にて合波された白色光は、光ファイバによって出射光ファイバコネクタ17に伝搬される。光結合手段である出射光ファイバコネクタ17には、出射光ファイバ13が接続されている。出射光ファイバ13は、内視鏡1の基部10からユニバーサルケーブル9、操作部7、可撓管6、湾曲部5に挿通され、先端部4まで延在している。よって、出射光ファイバコネクタ17に伝搬された白色光は、先端部4における出射光ファイバ13の出射端まで伝搬される。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the
先端部4に設けられた走査手段により、出射光ファイバ13の出射端は螺旋状の軌跡を描くように移動され、該出射端から出射された白色光は対象部位に進行する。対象部位により反射された戻り光としての白色光は、先端部4に配置された受光ファイバ14の端面に入射する。なお、先端部4における構成及び走査手段の動作の詳細については後述する。受光ファイバ14は、出射光ファイバ13と同様に、基部10からユニバーサルケーブル9、操作部7、可撓管6、湾曲部5に挿通され、先端部4まで延在している。よって、対象部位からの戻り光は、先端部4から基部10に伝搬される。そして、受光ファイバ14により基部10に伝搬された戻り光は、受光ファイバコネクタ18及び光ファイバを介してビデオプロセッサ2の受光器21に導光される。受光器21において、戻り光はダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムなどの光学素子によってR,G,Bの各成分に分離されて各成分検出用の光電子増倍管に導かれる。各光電子増倍管で検出されたR,G,B各成分の光は光電変換された後、映像信号処理回路24に送られる。
The exit end of the exit
映像信号処理回路24は、入力された信号に、クランプ、ニー、γ補正、補間処理、AGC(Auto Gain Control)などの種々の信号処理を施した後、処理した信号をデジタル信号列に変換して画像メモリ26に出力する。画像メモリ26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。映像信号処理回路24は、画像メモリ26から所定のタイミングで掃き出された画像信号を映像信号出力回路27に送る。映像信号出力回路27は、画像信号をNTSC(National Television System Committee)やPAL(Phase Alternating Line)などの所定の規格に準拠した映像信号に変換して、モニタ3に出力する。これにより、対象部位のカラー画像がモニタ3に表示される。
The video
基部10のメモリ11には、内視鏡1に関する情報が記憶されている。サブCPU16は、メモリ11から先端部4の走査手段の動作に必要な情報を読み出して走査ドライバ15に必要な設定値を指定する。また、内視鏡1をビデオプロセッサ2に接続したときに、サブCPU16は、メモリ11に記憶されている情報のうち内視鏡1の識別情報や走査手段のプロパティ情報など、ビデオプロセッサ2内での処理に必要な情報を電気コネクタ19を介してビデオプロセッサ2のCPU25に送信する。
Information about the endoscope 1 is stored in the
CPU25は、サブCPU16から電気コネクタ19を介して取得した情報をメモリ22に格納する。CPU25は、走査手段などの内視鏡1の制御に必要な信号をサブCPU16に送る。また、CPU25は、光源23a〜23cの光量の制御や映像信号処理回路24における画像処理の制御を行う。
The
ここで、図3を参照しながら内視鏡1の先端部4の構成について詳しく説明する。図3に示すように、挿入部4の長手方向にZ軸を定め、挿入部4の先端側に向かう方向を正のZ方向とする。そして、Z軸に垂直な平面をXY直交座標系の平面(XY平面)とする。紙面に垂直で奥に進む方向を正のX方向、紙面上方向を正のY方向とする。出射光ファイバ13の先端側の中途部は、圧電素子30及び電極31などから構成された円筒型あるいは箱型の圧電素子ユニットに挿し通されており、接着剤35によって圧電素子ユニットの先端と接着固定されている。圧電素子ユニットは固定材33によってシース34内に固定されている。電極31には電線32a〜32dが接続されており、各電線は、基部10の走査ドライバ15内のX軸ドライバ(図示せず)又はY軸ドライバ(図示せず)に接続される。
Here, the configuration of the
圧電素子30は出射光ファイバ13の先端を共振させる一対のアクチュエータからなる。アクチュエータは圧電アクチュエータである。X軸ドライバは、走査ドライバ15から送信される駆動制御信号に基づいて一方のアクチュエータに第1の交流電圧を印加する。また、Y軸ドライバは、走査ドライバ15から送信される駆動制御信号に基づいて他方のアクチュエータに第1の交流電圧と同一の周波数で位相が直交する第2の交流電圧を印加する。
The
2つのアクチュエータは印加される第1及び第2の交流電圧に応じて振動し、出射光ファイバ13の先端のX軸方向及びY軸方向への共振運動を生じさせる。その結果、出射光ファイバ13の先端の出射端は、アクチュエータが発生させるX軸方向及びY軸方向への運動エネルギーの合成により、XY平面に近似する面上において挿入部4の中心軸AXを中心とする所定半径の円の軌跡を描く。
The two actuators vibrate in accordance with the applied first and second AC voltages, and cause a resonance motion in the X-axis direction and the Y-axis direction of the tip of the outgoing
そして、出射光ファイバ13の先端が所定半径の円の軌跡を描いている状態で、アクチュエータへの交流電圧の印加が停止され、出射光ファイバ13の先端の共振が減衰する。この減衰により、出射光ファイバ13の先端はXY平面に近似する面上において渦巻パターンの軌跡を描きながら中心軸AXに向かい、最終的に中心軸AX上で停止する。出射光ファイバ13の先端が中心軸AX上で停止した後、再びそれぞれのアクチュエータに交流電圧が印加され、出射光ファイバ13の先端は上記所定半径の円の軌跡を描く状態になる。こうして出射光ファイバ13の先端は上記動作を繰り返す。出射光ファイバ13から出射された白色光は、対象部位によって反射され、受光ファイバ14の先端面に入射する。
Then, the application of the AC voltage to the actuator is stopped in a state where the tip of the outgoing
次に図4を参照しながら、本実施形態における光量補正について説明する。内視鏡1の基部10内において、出射光ファイバ13の近傍に受光素子12が出射光ファイバ13と対向するように設けられている。受光素子12としてはフォトダイオードやアバランシェフォトダイオード、光電子増倍管などが用いられる。受光素子12は、内視鏡1の基板上に配置されている。出射光ファイバ13の側面からの漏れ光は、受光素子12によって受光され、信号処理回路42において受光量が電気信号に変換されてA/D変換された後、信号出力部43を介してサブCPU16に出力される。
Next, the light amount correction in the present embodiment will be described with reference to FIG. In the
ここで図5(a)〜(c)のグラフを参照しながら、受光素子12の感度や出力信号の信号量について説明する。図5(a)に示すような、光量が同一すなわち出力が同一であるR,G,Bの各波長の光を受光素子12に受光させる場合を考える。受光素子12は、図5(b)のグラフに示すように、短波長から長波長に向かって感度が上がる受光感度特性を有する。従って、受光素子12の最大感度における出力信号の信号量を100とすると、同一光量のR,G,Bの各波長の光を受光した受光素子12は、図5(c)に示すようにR,G,B光に対して出力信号の信号量がそれぞれ90,70,30と、異なる信号量の信号を出力する。
Here, the sensitivity of the
図6(a)〜(c)には、本実施形態における光量補正処理のフローチャートを示す。なお、本実施形態では、R,G,B各光の初期設定値に基づく光源23a〜23cの出射光量SR0,SG0,SB0、初期設定値にて光源23a〜23cからR,G,Bの各光を出射した場合の受光素子12における受光量OR0,OG0,OB0などのデータを工場出荷時にあらかじめメモリ11,22に記憶しておく。本実施形態では、R,G,B光のうちR光の光量補正を最初に行う。図6(a)にR光の光量補正処理のフローチャートを示す。まず、ステップS101において、CPU25がビデオプロセッサ2のメモリ22からSR0,SG0,SB0の各値を読み出し、内視鏡1のメモリ11からOR0,OG0,OB0の各値を読み出し、工場出荷時のデータを読み出した後でステップS103に進む。
FIGS. 6A to 6C are flowcharts of the light amount correction process in the present embodiment. In the present embodiment, the emitted light amounts S R0 , S G0 , S B0 of the
ステップS103において、受光量比較回路28は、光源23aの出力がSR0の50%である場合の受光素子12における受光量OR1を計算する。ここで、光量補正時に保証するために光源23aの出力をSR0の50%を設定している。従って、光源の出力を工場出荷時の値より小さい値に設定することにより、光量補正時における光源の出射光量を確実に安全域に収めることができる。もちろん、任意の割合を採用してもよいし、工場出荷時の値SR0に設定して光源23を出力してもよい。次に、ステップS105において、出射光量をSR0の50%に設定して光源23aからR光の出射を行う。そして、ステップS107において、受光素子12による受光量OR2を測定し、測定結果がCPU25を介して受光量比較回路28に送られる。
In step S103, the received light
ステップS109において、受光量比較回路28はOR2とOR1の比較を行い、これら2つの値がほぼ等しいか否かの判定を行う。CPU25は、値がほぼ等しいと判定された場合は、光源23aの光量を補正する必要はないとみなしてR光の光量補正処理を終了し、G光の光量補正処理に移る。また、OR2とOR1がほぼ等しいと判定されない場合は、光源23aの光量を補正する必要があるとみなしてステップS111に進む。
In step S109, the received light
ステップS111では、受光量比較回路28がOR2がOR1の20%以下であるか否かを判定する。OR2がOR1の20%以下である場合は、出射光ファイバコネクタ17の接続部にゴミの付着や大きなキズ、軸ずれなどの致命的な欠陥が発生しているために出射光ファイバ13を伝搬するR光の光量が極端に低下している可能性が高い。そこで、光量補正処理を行わずにステップS113に進んでモニタ3にエラー表示を行い、本実施形態の光量補正処理を終了する。モニタ3に当該エラーが表示された場合は、術者は出射光ファイバコネクタ17のゴミの除去や交換などの作業を適宜行った上で、本実施形態の光量補正処理を再度実行する。OR2がOR1の20%以下でない場合は、上記のような致命的な欠陥が発生している可能性は低く、エラーを表示して術者にゴミの除去や交換の作業を促す必要はないとみなすことができるため、ステップS115に進み、CPU25は光量補正手段として、受光素子12の受光量がOR1になるまで光源23aの出射光量を変更する処理を行う。OR2=OR1になったらR光の光量補正処理を終了して、G光の光量補正処理に移る。なお、ステップS109におけるOR2とOR1がほぼ等しいか否かの判定の基準としては、OR2とOR1の差がOR1の10%以内や20%以内に収まるか否かなどの許容範囲を用いることができる。また、ステップS111においては、OR2がOR1の20%以下であるか否かを判定する代わりに、OR2がOR1の50%以下であるか否かを判定することができる。これにより、致命的な欠陥が発生している可能性が高いとは必ずしも言えない場合でも、エラー表示を行って術者に出射光ファイバコネクタの状態をチェックするように促す構成とすることができる。
In step S111, it determines whether the received light
次に、図6(b)を参照しながら、G光の光量補正処理について説明する。ステップS201において、受光量比較回路28は、光源23bの出力がSG0の50%である場合の受光素子12における受光量OG1を計算する。ここでも、光源23bの出力は、SG0の50%以外の任意の割合を設定してもよいし、工場出荷時の値SG0に設定してもよい。次に、ステップS203において、出射光量をSG0の50%に設定して光源23bからG光の出射を行う。そして、ステップS205において、受光素子12による受光量OG2を測定し、測定結果が受光量比較回路28に送られる。
Next, the G light amount correction process will be described with reference to FIG. In step S201, the received light
ステップS207において、受光量比較回路28がOG2とOG1の比較を行い、これら2つの値がほぼ等しいか否かの判定を行う。CPU25は、値がほぼ等しいと判定された場合は、光源23bの光量を補正する必要はないとみなしてG光の光量補正処理を終了して、G光の光量補正処理に移る。また、OG2とOG1がほぼ等しいと判定されない場合は、光源23bの光量を補正する必要があるとみなしてステップS209に進む。なお、R光の光量補正処理と同様、OG2とOG1がほぼ等しいか否かの判定の基準として、OG2とOG1の差がOG1の10%以内や20%以内に収まるか否かなどの許容範囲を用いることができる。
In step S207, the received light
ステップS209では、受光量比較回路28がOG2がOG1の20%以下であるか否かを判定する。OG2がOG1の20%以下である場合は、第1の実施形態におけるステップS111と同様に、補正処理を行わずにステップS211に進んでモニタ3にエラー表示を行い、本実施形態の光量補正処理を終了する。モニタ3に当該エラーが表示された場合は、術者は出射光ファイバコネクタ17のゴミの除去や交換などの作業を適宜行った上で、本実施形態の光量補正処理を再度実行する。OG2がOG1の20%以下でない場合は、ステップS213に進み、光量補正手段であるCPU25が、受光素子12の受光量がOG1になるまで光源23bの出射光量を変更する処理を行う。OG2=OG1になったらG光の光量補正処理を終了して、B光の光量補正処理に移る。なお、G光の光量補正処理においても、ステップS209で、OG2がOG1の20%以下であるか否かを判定する代わりに、OG2がOG1の50%以下であるか否かを判定することができる。図6(c)に示すように、B光の光量補正処理は、SG0,OG1,OG2の代わりに、それぞれSB0,OB1,受光素子12による受光量OB2を用いること以外はG光の光量補正処理と同じ条件及び内容の処理であるため、説明は省略する。以上のR,G,B各光の光量補正処理を実行することにより、施術時においても、内視鏡先端から出射される照明光のR,G,B光の比率すなわちカラーバランスを工場出荷時の状態に合わせ、光源の出射光量を好適な値に設定することができる。
In step S209, it determines whether the received light
上記の光量補正処理の終了後、内視鏡装置100を用いて対象部位の撮像を行う際は、光源23a〜23cから出射されたR,G,B光が、光合波器20により白色光に合波され、出射光ファイバコネクタ17及び出射光ファイバ13を経由して先端部4の走査機構により対象部位に出射される。撮像時に対象部位に出射される白色光の光量を変更する場合は、受光素子12によって検知される白色光の漏れ光の光量に基づいて、光量補正処理によって補正されたR,G,B光の比率を維持しつつ、各光源から初期設定値にて光を出射した場合の白色光の光量を上限として、光源23a〜23cの制御電圧を変更してR,G,B各光の出射光量を調整する。
When the target part is imaged using the
ここで、光量補正処理後に白色光の光量を調整する別の方法について説明する。本実施形態では、圧電素子30のアクチュエータに対する交流電圧の印加が停止されてから出射光ファイバ13の先端がXY平面に近似する面において走査されて中心軸AX上で停止するまでの期間(渦巻パターン期間と呼ぶ)に対象部位の撮像を行う。各渦巻パターン期間の間の期間を、撮像を行っていない中断期間とする。そこで、渦巻パターン期間においては対象部位の撮像を行うため光源23a〜23cを同時点灯してR,G,B光を出射し、中断期間においては光源23a〜23cのいずれかを点灯する個別点灯に切り替え、受光素子12にて各光源から出射されるR,G,B光の光量を検知し、上記の光量補正処理によって設定されたR,G,B光の比率が保たれていることやR,G,B各光の光量が初期設定値を超えていないことを確認し、必要に応じて各光源の出射光量を制御することができる。渦巻パターン期間と中断期間を周期的に繰り返しながら走査を行って撮像をしているので、中断期間は周期的に発生するため、白色光の光量調整も周期的かつ自動的に行うことができる。
Here, another method for adjusting the amount of white light after the light amount correction processing will be described. In the present embodiment, a period from when the application of the AC voltage to the actuator of the
次に、本発明の第2の実施形態における内視鏡装置について説明する。本実施形態における内視鏡装置に用いられる内視鏡は、共焦点内視鏡である。図7は、本実施形態における内視鏡装置の内視鏡の基部210とビデオプロセッサ220を示すブロック図である。光源223から出射された光は、光分波合波器221、出射光ファイバコネクタ216、出射光ファイバ213を介して内視鏡の先端部の共焦点光学ユニット200に伝搬される。なお、光源223から出射された光を無反射で終端するためのダンパー222が光分波合波器221に接続されている。
Next, an endoscope apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. The endoscope used for the endoscope apparatus according to the present embodiment is a confocal endoscope. FIG. 7 is a block diagram showing the
図8は、内視鏡の先端部に組み込まれた共焦点光学ユニット200の構成を示す概略図である。便宜上、共焦点光学ユニット200の長手方向を正のZ方向とし、Z方向に直交しかつ互いに直交するX方向、Y方向を設定する。また、図7の紙面上方向を正のX方向とし、紙面手前側を向く方向を正のY方向とする。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of the confocal
図8に示されるように、共焦点光学ユニット200は、ユニットの各構成部材を収容する金属製の外筒201を有している。外筒201は、外筒201の内壁面形状に対応する外壁面形状を有する内筒202を、同軸でかつZ方向に摺動自在に保持している。出射光ファイバ213の出射端は、外筒201と内筒202の各基端面に形成された開口を通じて内筒202の内部に支持されている。外筒201は、対物光学系203を有している。対物光学系203は、図示しないレンズ枠に保持された複数枚からなる光学レンズを有している。レンズ枠は、外筒201の内部において、内筒202と相対的に固定され支持されている。そのため、レンズ枠に保持された光学レンズ群は、外筒201の内部を内筒202と一体となってZ軸方向にスライドする。
As shown in FIG. 8, the confocal
出射光ファイバ213の出射端の近傍は、図示しない圧電アクチュエータによって振動する。この圧電アクチュエータは、基部210の走査ドライバ214によって駆動制御される。出射光ファイバ213の出射端は、圧電アクチュエータの振動によって、XY平面に近似する面上を周期的に移動する。出射端から出射される光は、対物光学系203を介して焦点を結びつつ出射端のXY平面に近似する面上の移動に伴って、被写体を二次元走査する。
The vicinity of the exit end of the exit
共焦点光学ユニット200は、内筒202の基端面と外筒201の内壁面との間に、圧縮コイルばね204を有している。圧縮コイルばね204は、内筒202の基端面と外筒201の内壁面とによって、Z方向に沿って自然長から初期的に圧縮した状態で狭持されている。また、共焦点光学ユニット200は、Z方向に長尺な棒状の形状記憶合金205を有している。形状記憶合金205は、通電によって加熱されると、圧縮コイルばね204の復元力に抗してZ方向に収縮する。形状記憶合金205の一端と固定されている内筒202は、形状記憶合金205の収縮に伴い、内筒202に支持された出射光ファイバ213と共に外筒201の内部をZ方向に後退する。形状記憶合金205の収縮量は、形状記憶合金205への通電量によって制御される。
The confocal
出射光ファイバ213の出射端から出射された光は、対物光学系203を介して対象部位の表面又は表層で焦点を結ぶ。この焦点位置は、出射光ファイバ213の出射端の進退に応じてZ方向に変位する。すなわち、共焦点光学ユニット200は、圧電アクチュエータによる出射端の2軸方向の移動と、圧縮コイルばね204及び形状記憶合金205による出射端の1軸方向の移動とを行うことによって、被写体を三次元走査する。
The light emitted from the emission end of the emission
共焦点光学ユニット200によって対象部位を走査された光は、対象部位にて反射して出射光ファイバ213に戻り、戻り光として出射光ファイバ213を伝搬して出射光ファイバコネクタ216を経由して光分波合波器221に進行する。そして、光分波合波器221にて光源223からの光の光路から分岐され受光ファイバ224を伝搬して受光器225に入射する。戻り光は、受光器225にて受光信号に変換されて映像信号処理回路226に出力される。
The light scanned on the target part by the confocal
映像信号処理回路226は、入力された信号に種々の信号処理を施した後、処理した信号をデジタル信号列に変換して画像メモリ230に出力する。画像メモリ230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。映像信号処理回路226は、画像メモリ230から所定のタイミングで掃き出された画像信号を映像信号出力回路227に送る。映像信号出力回路227は、画像信号をNTSCやPALなどの所定の規格に準拠した映像信号に変換して、モニタに出力する。これにより、対象部位の観察画像がモニタに表示される。
The video
基部210のメモリ211には、内視鏡に関する情報が記憶されている。サブCPU215は、メモリ211から共焦点光学ユニット200の動作に必要な情報を読み出して走査ドライバ214に必要な設定値を指定する。また、内視鏡をビデオプロセッサ220に接続したときに、サブCPU215はメモリ211に記憶されている情報のうち内視鏡の識別情報や共焦点光学ユニット200のプロパティ情報などのビデオプロセッサ220内での処理に必要な情報を、電気コネクタ217を介してビデオプロセッサ220のCPU229に送信する。
Information relating to the endoscope is stored in the
CPU229は、サブCPU215から電気コネクタ217を介して受信した情報をメモリ228に格納する。CPU229は、共焦点光学ユニット200などの内視鏡の制御に必要な信号をサブCPU215に送る。また、CPU229は、光源223の光量の制御や映像信号処理回路226における画像処理の制御を行う。
The
本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、工場出荷時に初期設定値にて光源223から光を出射した際の出射光ファイバ213からの漏れ光を受光素子212にて受光し、光源223の出射光量、受光素子212における受光量などのデータをあらかじめメモリ211,228に記憶しておく。そして、図6(a)に示す第1の実施形態と同様に、所定の出射光量にて光源223から光を出射し、工場出荷時のデータに基づいて受光素子212における受光量が所望の値になるように、第1の実施形態と同様に光量補正処理の演算を行う。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the
共焦点観察や薬剤蛍光観察、自家蛍光観察などを行うために光源223から短波長の光を出射することもある。受光素子は、図5(b)のグラフに示したように、短波長から長波長に向かって感度が上がる受光感度特性を有する。従って、図9(a)に示す短波長の光を光源223から出射した場合、図9(b)に示すように、この光に対する受光素子212の感度は低く、図9(c)に示すように、受光素子212が出力する信号量は小さい。そこで、図10に示すように受光素子212の受光面に、光源223から出射される光の波長にて励起して蛍光を発する蛍光部材を塗布する。また、受光素子212の周辺部や出射光ファイバ213の受光素子212と対向する部分などに、同様の蛍光部材212a,212bをそれぞれ塗布してもよい。これにより、図9(c)に示すように、出射光ファイバ213からの漏れ光を受光素子212の受光感度が高い波長の光に変換して、短波長の漏れ光も感度よく検知して、上述の光量補正処理の光量制御の精度を向上させることができる。なお、蛍光部材212a,212bに用いる素材としては、例えば、光源223から青色又は青紫色の波長の光を出射する場合はサイアロン蛍光体を使用し、光源223から緑色の波長の光を出射する場合はボロンジピロメテンを使用することができる。
In order to perform confocal observation, drug fluorescence observation, autofluorescence observation, and the like, light having a short wavelength may be emitted from the
従来の共焦点内視鏡では、内視鏡側で照明光の光量をモニタするには内視鏡側に光分波合波器を設け、光分波合波器から出力される光を受光素子で受光する必要があった。このため、光分波合波器や対象部位からの戻り光を伝搬するための受光用光ファイバ、受光用光ファイバを内視鏡とビデオプロセッサとの間で接続するための光コネクタなど、複雑な構成を有する部材を内視鏡内に設ける必要があり、内視鏡の小型化や細径化を図る上で支障となる可能性がある。しかし、第2の実施形態に説明したように、本発明により、光分波合波器をビデオプロセッサ側に設け内視鏡を小型化しつつ、内視鏡側において簡易な構成で照明光の光量を検知して補正を行うことが可能となる。 In a conventional confocal endoscope, an optical demultiplexer is provided on the endoscope side to monitor the amount of illumination light on the endoscope side, and the light output from the optical demultiplexer is received. It was necessary to receive light with the element. For this reason, it is complicated to use an optical demultiplexer / multiplexer, a light receiving optical fiber for propagating return light from the target site, and an optical connector for connecting the light receiving optical fiber between the endoscope and the video processor. It is necessary to provide a member having such a structure in the endoscope, which may hinder the reduction in size and diameter of the endoscope. However, as described in the second embodiment, according to the present invention, the light demultiplexing / multiplexing unit is provided on the video processor side, and the endoscope is downsized, and the amount of illumination light is reduced with a simple configuration on the endoscope side. Can be detected and corrected.
以上が本発明における実施形態に関する説明である。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種々の変形が可能である。例えば、受光素子は基部に設ける必要も基板上に配置する必要もなく、出射光ファイバの漏れ光を受光することが可能な任意の位置に配置することができる。また、上記の説明では、光量補正処理における光量補正の基準となるデータを工場出荷時に取得するデータとしているが、出荷後の初回接続時にデータを取得する構成としてもよい。また、上記の説明では、走査型内視鏡と共焦点内視鏡を用いているが、分光内視鏡のほか、治療機能やレーザアブレーションが可能な内視鏡やプローブに上記の構成を採用することでも、本発明の効果を達成することができる。 The above is the description regarding the embodiment of the present invention. The present invention is not limited to the above-described configuration, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the light receiving element does not need to be provided on the base or disposed on the substrate, and can be disposed at an arbitrary position where light leaked from the outgoing optical fiber can be received. In the above description, data used as a reference for light amount correction in the light amount correction process is data acquired at the time of shipment from the factory, but data may be acquired at the first connection after shipment. In the above description, the scanning endoscope and the confocal endoscope are used. However, in addition to the spectroscopic endoscope, the above configuration is applied to an endoscope and a probe capable of a therapeutic function and laser ablation. By doing so, the effects of the present invention can be achieved.
また、観察する対象部位や実行する観察の種類に応じて必要なR,G,B光の比率は異なる。そこで、各種観察に応じたR,G,B光の比率ごとに光量補正処理における光量補正の基準となるデータをメモリ11,22に記憶することも可能である。例えば上記の説明において、工場出荷時に、各種観察に応じたR,G,B光の比率にて各光源から各色光を出射した際の受光素子12における受光量をメモリ11,22に記憶しておき、光量補正処理の開始時に術者が指定した観察の種類に応じて光量補正の基準となるデータを読み出す構成としてもよい。さらに、光量補正処理における光量補正の基準となるデータは内視鏡側のメモリに記憶しておき、ビデオプロセッサとの接続時に必要なデータをビデオプロセッサ側のメモリに格納することもできる。そして、上記の説明では、R光、G光、B光の順に光量補正処理を行っているが、任意の順序で光量補正処理を行うことができる。
In addition, the ratios of the R, G, and B lights that are required vary depending on the target site to be observed and the type of observation to be performed. Therefore, it is also possible to store in the
1 内視鏡
4 先端部
12,212 受光素子
13,213 出射光ファイバ
17,216 出射光ファイバコネクタ
23a,23b,23c,223 光源
25,229 CPU
28,231 受光量比較回路
200 共焦点光学ユニット
212a,212b 蛍光部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
28, 231 Received light
Claims (9)
前記光源からの光と光結合手段を介して結合され、該光を伝搬する出射光ファイバと、
前記出射光ファイバにより伝搬された光を対象部位に走査させる走査手段と、
前記出射光ファイバからの漏れ光を受光する受光素子と、
前記受光素子の受光量に基づいて前記光源の出射光量を補正する光量補正手段と、を有する、
ことを特徴とする内視鏡装置。 A light source that emits light having a predetermined wavelength band;
An outgoing optical fiber coupled with light from the light source via optical coupling means and propagating the light;
Scanning means for scanning light propagated by the outgoing optical fiber over a target site;
A light receiving element for receiving leakage light from the outgoing optical fiber;
A light amount correction means for correcting the amount of light emitted from the light source based on the amount of light received by the light receiving element,
An endoscope apparatus characterized by that.
前記光量補正手段は、前記受光量比較手段による比較の結果に基づいて前記光源の出射光量の補正を行う、
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。 The endoscope apparatus further includes a received light amount comparing means for comparing a received light amount of the light receiving element with a first threshold value,
The light amount correction unit corrects the amount of light emitted from the light source based on a comparison result by the received light amount comparison unit.
The endoscope apparatus according to claim 1.
前記受光量比較手段による比較の結果が、前記受光素子の受光量が前記第1の閾値と異なることを示す場合は、前記光源の出射光量の補正を行い、
前記受光量比較手段による比較の結果が、前記受光素子の受光量が前記第1の閾値と等しいことを示す場合は、前記光源の出射光量の補正を行わない、
ことを特徴とする請求項2に記載の内視鏡装置。 The light amount correction means includes
When the result of comparison by the received light amount comparing means indicates that the received light amount of the light receiving element is different from the first threshold value, the emitted light amount of the light source is corrected,
When the comparison result by the received light amount comparison means indicates that the received light amount of the light receiving element is equal to the first threshold value, correction of the emitted light amount of the light source is not performed.
The endoscope apparatus according to claim 2.
前記光量補正手段は、前記受光量比較手段による比較の結果が、前記受光素子の受光量が前記第2の閾値より小さいことを示す場合は、前記光源の出射光量の補正を行わない、
ことを特徴とする請求項3に記載の内視鏡装置。 The received light amount comparing means compares the received light amount of the light receiving element with a second threshold value smaller than the first threshold value when the received light amount of the light receiving element is different from the first threshold value;
The light amount correction unit does not correct the emitted light amount of the light source when the comparison result by the received light amount comparison unit indicates that the received light amount of the light receiving element is smaller than the second threshold value.
The endoscope apparatus according to claim 3.
前記第1及び第2の閾値は、R,G,Bの光ごとに設定されており、
前記受光量比較手段は、前記光源からR,G,Bごとに出射された光を前記受光素子が受光する受光量を、R,G,Bの光ごとに前記第1の閾値と比較し、該受光素子の受光量が該第1の閾値と異なる場合に、該受光素子の受光量をR,G,Bの光ごとに前記第2の閾値と比較し、
前記光量補正手段は、R,G,Bの光ごとに、前記受光量比較手段による比較の結果が前記受光素子の受光量が前記第2の閾値より小さいことを示す場合は、前記光源の出射光量の補正を行う、
ことを特徴とする請求項4から請求項7のいずれか一項に記載の内視鏡装置。 The predetermined wavelength band includes wavelengths of light of red (R), green (G), and blue (B).
The first and second threshold values are set for each of R, G, and B light,
The received light amount comparing means compares the received light amount received by the light receiving element for each of R, G, and B from the light source with the first threshold value for each of R, G, and B light, When the amount of light received by the light receiving element is different from the first threshold, the amount of light received by the light receiving element is compared with the second threshold for each of R, G, and B light;
The light amount correcting means emits light from the light source when the result of comparison by the received light quantity comparing means indicates that the received light quantity of the light receiving element is smaller than the second threshold value for each of R, G, and B light. Correct the amount of light,
The endoscope apparatus according to any one of claims 4 to 7, wherein the endoscope apparatus is characterized.
前記受光素子の受光面、該受光素子の近傍、前記出射光ファイバのうち少なくとも1つに、該受光素子の受光感度が低い波長にて励起して蛍光を発する蛍光部材が塗布されている、
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の内視鏡装置。 The predetermined wavelength band includes a wavelength at which the light receiving sensitivity of the light receiving element is low,
At least one of the light-receiving surface of the light-receiving element, the vicinity of the light-receiving element, and the outgoing optical fiber is coated with a fluorescent member that emits fluorescence when excited at a wavelength at which the light-receiving sensitivity of the light-receiving element is low.
The endoscope apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the endoscope apparatus is characterized in that:
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