JP2014180377A

JP2014180377A - 内視鏡システム

Info

Publication number: JP2014180377A
Application number: JP2013056034A
Authority: JP
Inventors: Minoru Okoba; 稔大古場
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2014-09-29
Also published as: US20140288366A1

Abstract

【課題】処置具での反射光と体内観察時の臓器での反射光の明るさ、波長が同じ場合、どちらも鮮明に見えて観察したくないものが妨害要素となっていた。また羊水中では逆にファイバー単体では、観察したくとも、透明度が高く見えないという課題があった。
【解決手段】体内を観察するための波長と、一部でも違う波長の光を処置具観察用の照明光として備え、強度を独立に調整できて、透光性材料からなる処置具であって、処置具観察用の照明光の波長範囲の処置具の視認性を体内観察用の波長範囲の処置具の視認性に対して相対的に高くする。
【選択図】図１

Description

本発明は内視鏡と同時に用いる処置具の内視鏡像における視認性を制御するための内視鏡システムに関する。

内視鏡を用いた処置、手術において、縫合作業用の鉗子や、止血用のレーザーファイバーなどの処置具を併用することが知られている。これらを用いた処置の際、処置具が視界の妨害となり、患部を観察し辛い場合がある。一方、処置具を移動して視野からはずすと、元の位置に配置することが困難である。そのため、体内の観察の妨害とならないような処置具が望まれる。

対物レンズが配置される面と同面に、レーザーファイバーなどの処置具を挿通させる処置具挿通孔が設けられた内視鏡が知られる。単孔式手術では、処置具挿通孔に光ファイバーを通し、先端からレーザーを照射することで血管の止血等をおこなう。内視鏡は体への侵襲性を下げるため、直径が細くなっており、対物レンズとレーザーファイバーなどの処置具との配置される距離が小さい。このため、モニターの画面に写る処置具の占有率が高く、より一層患部の観察を妨げる。

特許文献１は、対物レンズが複数ある立体内視鏡を開示する。特許文献１では、上記のように、内視鏡の処置具挿通孔に処置具を通して処置する場合、画面占有率が高いのみでなく、処置具挿通孔から出る処置具に対する左目と右目の視差が大きく、より強い妨害感を呈するという課題を示す（図６）。この課題に対し、特許文献１は、部材を透明にすることで解決する。また、完全に透明であると、逆に、レーザーファイバーの先端を視認できずに、想定外に臓器を傷つけてしまい、危険であるという観点から、処置具の先端部分のみ、不透光性被覆剤で覆うことにより、部分的な視認性を高めている。

特開2008-136671 号公報

特許文献１に記載の技術では、処置具であるファイバーの位置によって、透光性が違う。先端のみに不透光性の材質を利用した場合、ファイバーを短く内視鏡の先端から出した状態で処置を行おうとすると、不透光性の材質による妨害感が生じる。すなわち、透光性のコーティング部分と不透光性のコーティングの部分が場所に依存すると、作業によっては、妨害感が生じる場合がある。したがって、妨害感を生じることなく、必要に応じて処置具に対する視認性が変更、かつ、視認性が処置具全体に設けられることが望ましい。

照射部と、処置具を有する内視鏡システムであって、照射部は、第一の波長領域の光と第二の波長領域の光を発し、第一の波長領域の光に対する処置具の視認性が、第二の波長領域の光に対する処置具の視認性よりも高いことを特徴とする内視鏡システムを提供する。

本発明の内視鏡システムは必要に応じて、照射する光の波長によって、処置具の視認性を切り替えることができる。体内観察を行う波長領域（第二の波長領域）の光に対する視認性を低くすることで、体内観察の際には処置具の視認性が低く、一方、処置具観察を行う波長領域（第一の波長領域）の光に対する処置具の視認性は高いため、処置具観察の際の視認性が相対的に上がる。更に本発明の内視鏡システムでは処置具の観察用の照明光の強度を調整することにより、処置具の視認性の調整を可能とすることもできる。

内視鏡先端（ａ）と、処置具の映る内視鏡で撮像された映像（ｂ）立体内視鏡先端（ａ）と、処置具の映る内視鏡で撮像された映像（ｂ）内視鏡システム各照明光の発光スペクトル実施例1と比較例1の処置具表面の正反射率実施例2と比較例2の処置具表面の正反射率

本発明は、照射部と、処置具を有する内視鏡システムであって、照射部は、第一の波長領域の光と第二の波長領域の光を発し、第一の波長領域の光に対する処置具の視認性は、第二の波長領域の光に対する処置具の視認性よりも高いことを特徴とする内視鏡システムを提供する。

処置具は、内視鏡を使用した処置に用いる道具全般をいい、例として、ナイフ、鉗子、ファイバー、拡張用器具、その他アクセサリーなど、あらゆるものを含む。

また、本発明の処置具の表面は、保護や、視認性向上のため、処置具部材の表面を被覆層で被覆することができる。被覆層は処置具部材とは屈折率の異なる材料で構成することができる。

処置具は、体内観察用の光の照射の際に、視認性が低いほうが有利である。したがって処置具部材は内部が透光性な材質で作られているものが好ましく、例えば、ＳｉＯ_２が主成分の無機ガラスが好適に用いられる。透光性がなく内部の拡散反射が高いものや、特殊な色をしているものは、正反射の調整により、周囲の体内の色と同じになることは無いため、視認性を低下させることはできない。

被覆層には特に限定はないが、波長に応じた反射率を物性値として示す材料であれば、照明の波長に依存的に処置具の視認性が変えられる。処置具の被覆材のコーティングの方法としては、スパッタリング、ゾルゲル材料によるディップ工法を行った後に、焼成するなどあるが、ディップ工法が好適に用いられる。被覆層の好ましい例としてＩＴＯ（酸化インジウムスズ：ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）を挙げることができる。

上記の構成とすることで、処置具は、体内観察のための第の波長領域の光に対する視認性が低く、一方、処置具観察のための波長領域（第一の波長領域）の光に対する視認性が高くすることができる。

本発明における第二の波長領域は好ましくは４５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下である。第一の波長領域は第二の波長領域と重複しなければ特に制限はない。

なお、処置具の視認性とは、内視鏡システムにおける処置具の目視のしやすさであり、具体的には、照射される光の波長領域における、処置具部材の表面の反射率（反射率が高ければ視認性が高い）、あるいは、実際に、その波長領域の光の照射下で、処置具を内視鏡システムで観察したときに測定される数値、モニターで示される強度（例えば諧調数で示される）などによって決めることができる。視認性がより高いとは、照射される光の波長領域における、処置具部材の表面の反射率、その波長領域の光の照射下で処置具を内視鏡システムで観察したときに測定される数値、モニターで示される強度、あるいはこれらに順ずる数値のうち、いずれか少なくともひとつにおいて、数値がより高いことをいう。

なお、処置具は、４５０ｎｍ以下の波長で励起発光する蛍光体を含んでもよい。その場合、処置具部材に含んでもよいし、あるいは、被覆層に含んでもよい。蛍光体の例としてＺｎ_２ＳｉＯ_４を挙げることができる。

本発明の内視鏡システムでは、一の照射部から第一の波長領域の光と第二の波長領域の光を発してもよい。その場合、光源を一とする場合は、フィルターを用いることで、波長の変換が可能である。あるいは、一の波長領域の光を発する第一の照射部と、第二の波長領域の光を発する第二の照射部とをそれぞれ有してもよい。また、照射部は光源と光ファイバーを、さらに、特定波長の光を選択的に透過させるフィルターを有することができる。また、照射部は、発光素子を有してもよい。いずれの場合も、第一の波長領域の光、及び第二の波長領域の光はその両方が、あるいはその一方の強度を可変とすることができる。

本発明の内視鏡システムは、処置具を挿通させるための処置具挿通チャネルを有することができる。さらに、本発明の内視鏡システムは、複数の前記撮像部を有し、複数の撮像部により得られた情報から３次元画像を生成する回路を有することができる。

また、本発明は、照射部と、撮像部と、処置具とを備えた内視鏡を用いた撮像方法であって、照射部は、第一の波長領域の光を発する第一のモードと、第二の波長領域の光を発する第二のモードとを有し、前記第一のモードの照明を用いて、前記処置具を観察する第一の観察工程と、前記第二のモードの照明を用いて、前記観察対象を観察する第二の観察工程を有することを特徴とする撮像方法を提供する。

本発明の内視鏡システムを使用する環境に特に制限はないが、好ましい例として羊水などの液中での使用が想定される。

以下、本発明を実施するための形態について、図３を参考しながら説明する。

図３に本実施形態の内視鏡システムの例の図を示す。内視鏡システム３２には、内視鏡７、ディスプレイ１０、ビデオプロセッサー２０、光源３０などが含まれる。光源から内視鏡先端部まで、光源３０の光は光ファイバー３１で導光される。本図では、光源３０と光ファイバー３１を含めたものが、照射部に相当する。ただし、照射部はこのほかにフィルターなど、その他の部品を含んでもよい。また、光源３０と光ファイバー３１の組み合わせではなく、照射部として、ＬＥＤを有してもよい。内視鏡７は、操作者が把持する操作部１８と、被観察者の体内に挿入する内視鏡先端部１を含む。内視鏡先端は、対物レンズと、受像素子としてＣＣＤやＣＭＯＳセンサーなどを有し、内視鏡先端部１の被観察物の像を撮像できる構造をとなっているものや、ファイバーや、リレーレンズにより、内視鏡先端１から内視鏡の操作部１８まで、光の状態で像を伝送し、受像素子を内視鏡操作部につけるものなどがある。図３に記載した内視鏡は、処置具挿通孔を内視鏡内にもち、処置具が先端から出るタイプの内視鏡を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、上記タイプの内視鏡でも、処置具挿通孔を持たず、処置具が内視鏡の外から体内に挿入され、内視鏡の視野内に写るタイプの内視鏡システムであってもかまわない。処置具が内視鏡先端から出るタイプの内視鏡システムのほうが、処置具が視野を占有する面積が大きいため、本発明の効果は大きくなる。また、図３に記載した内視鏡は、硬性内視鏡であるが、本発明において内視鏡は硬性内視鏡であっても、軟性内視鏡であってもよい。また、内視鏡は、対物レンズを複数備え、視差量により距離感を得る立体内視鏡であってもよい。内視鏡で体内を観察する際には、内視鏡先端１を体内に挿入し観察する。

内視鏡先端に関しては、図１から図３を用いてさらに詳細に説明する。図１は単眼タイプの内視鏡でありと図２は複眼タイプの内視鏡の例を示す。図１（ａ）は内視鏡先端、図１（ｂ）は、処置具の映る内視鏡で撮像された映像を示す。図２（ａ）は立体内視鏡先端、図２（ｂ）は、立体内視鏡で処置具の映る内視鏡で撮像された映像を示す。図１、図２に示す内視鏡において、２は対物レンズ、３は処置具挿通孔、８は照射口（照射部の出口部分であって光ファイバーの末端に相当する）である。内視鏡先端１には少なくとも、照明光出口８と対物レンズ２が付いている。

照射口８からは被検体の内部を観察するための光（照射光）が被検体の内部に向かって照射される。照射光は、図３に示すように光源３０より、光ファイバー３１や、レンズを介して、内視鏡先端部１にある照射口８まで光を誘導してくるものであってもよいし、がＬＥＤなどを内視鏡先端１の部分の照射口８付近に設けてもよい。

図１から図２に示す対物レンズ２は内視鏡先端部１に配置され、照射口８から放出された照明光の観察対象物や、周辺を取り囲むものからの反射光を受光する。受光された光は図３に示す内視鏡７の内部に設けられたＣＣＤ等の受光素子の上で結像し、観察像を電気信号へ変換する。

図３の操作部１８は被検体の外部で、観察者、または観察作業の補助の者が手や機材により把持して操作する。本実施形態で説明する内視鏡においては、照明光が光ファイバーで誘導されているタイプの内視鏡を説明するため、操作部１８には光導入口９が設けられ、内視鏡７の内部を光導入口９から照射口８まで、光ファイバーが通っている。光を多く内視鏡先端へ運ぶために光ファイバーは細径のファイバーを１万本程度束ねるのが好適である。

光源３０は、中に、ランプ光源がある。特に本発明においては、体内観察用の光の波長と、処置具観察用の照明の波長が異なるため、それぞれ独立のランプ光源を使う場合もあれば、１つのランプ光源で、カラーフィルターを用いて、波長毎の輝度を調整する場合もある。独立したランプ光源を使う場合、体内観察用の光源としてはキセノンランプ、ハロゲンランプが用いられ、短波長から長波長まで比較的輝度に極端な波長ムラの無いキセノンランプが好適に利用される。また、用途に応じて、特定波長のみを用いるため、カラーフィルターとの併用やＬＥＤランプを用いる。また、処置具観察用の光源としては、体内観察用の光源と重ならない波長を選択的に選ぶため、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＬＥＤランプ、またはこれらのランプとカラーフィルターの組み合わせが選ばれる。特に、体内観察用の波長と重なりが少なくなる場合を想定するため、体内にあまりない色の青色が好適であり、そのため青色ＬＥＤランプなどが好適に用いられる。本発明においてはこれらのランプ光源に対し独立に、輝度を調整できる。そのためには、独立に引火電圧を調整できるようにする場合もあれば、独立に、調整用のＮＤフィルターを設ける場合もある。

ランプ光源で発光した光は、光ファイバーの中を通り、合成され、照射口８より、体内を照射する。図３に図示するように光源を内視鏡外部に設けるのではなく、内視鏡先端１にＬＥＤライトを設ける子場合もあり、その場合内視鏡先端１の内部に体内観察用ＬＥＤと、処置具観察用ＬＥＤの２つを用いてもよいし、一方のみをＬＥＤとして、一方を図３の様式としてもよい。

内視鏡先端部１で撮像された像は内視鏡内部を伝送され信号ケーブルを介してビデオプロセッサー２０へ伝送される。

ディスプレイ１０は内視鏡により撮像された映像を外部の観察者が観察可能にするために映像を表示する。ディスプレイ１０への接続においてはビデオプロセッサーを介する場合もあれば、介さない場合もある。

こうして出来上がった内視鏡システムを用いることで体内の観察像へ影響を与えることなく、処置具の視認性を変更することが可能となる。

［実施例１］
次に本発明の実施例１について説明する。本発明に用いた内視鏡システムは、内視鏡として、市販のφ１０ｍｍ、長さ３００ｍｍの硬性内視鏡を用いた。ＣＣＤは１２３万画素のものを用いた。

本実施例において光源３０に入る体内観察用の照明としては３００ｗのキセノンランプを用い、シグマ光機製のシャープカットフィルターを複数併用して、カットして、体内観察用の照明光の発光スペクトルを形成した。体内において、臓器等は赤色が中心的な色を占めるため、その赤色をよく観察するために、第二の波長領域を形成する体内観察用照明光の発光スペクトルは発光強度のピークに対して５０％以上となる波長範囲が、６２０ｎｍ〜６７０ｎｍに含まれるようにした。また、第一の波長領域を形成する、処置具観察用の照明は、１００ｗの白色ＬＥＤランプに、レーザークリエイト社製のブルーバンドパスフィルターを利用して処置具観察用の照明光を形成した。発光スペクトルは発光強度のピークに対して５０％以上となる波長範囲が、４３５ｎｍ〜４７５ｎｍに含まれるようなとした。分光放射スペクトルの観察は、標準拡散板に照明光４５度法にて照射し、標準拡散板表面の輝度を測定することにより行った。フィルター通過後の各照明光の発光スペクトルを図４に示す。特に、処置具照明光は最大の分校放射輝度が最大の状態を示す。処置具を照明しない場合は、この明るさから、円形可変ＮＤフィルターを介して処置具照明光を減光していった。
処置具は、ＳｉＯ_２製の内部透過率が９９％以上のファイバーを用いた。
処置具の表面にはゾルゲル法によりＩＴＯ膜を形成した。

体内観察を行う波長範囲として、照明光と同じ６２０ｎｍ〜６７０ｎｍとした。一般的に体内観察を行う光の波長範囲としては、体内観察用の照明光の範囲であり、視感度曲線の１％以上の範囲となる４００〜７１０ｎｍの重なった範囲をとる。
また、処置具観察を行う波長範囲として、４３５〜４７５ｎｍとする。ＩＴＯ膜を形成した場合の体内観察を行う波長範囲の空気中での正反射率の平均値は、４．３％となり、処置具観察を行う範囲波長範囲における処置具表面の正反射率の平均値は９．１％となり、図５のように、相対的に約２倍と高い。

このように作成した、処置具と照明を備えた内視鏡システムを用いて、処置具の視認性の変化の範囲を確認した。視認性の変化は、体内観察用の照明のみを点灯させた場合の、画面上の処置具およびその周辺の平均輝度と、体内観察用の照明に加え、処置具観察用の照明を点灯させた場合の画面上の処置具、およびその周辺の平均輝度の変化の割合で評価した。

今回は階調輝度特性がリニアなモニターを使い、階調数で、比較を行った。処置具観察用の照明をつけることにより、１０ｂｉｔ表示において、３．４階調から７．１階調へと約１０８％変化した。さらにこの１０８％は、元来、体内観察用の照明にない特別な色のため、視認性が高い。

［比較例１］
処置具の表面にはゾルゲル法により、光ファイバーの基材と同じ、ＳｉＯ_２が主成分の、反射率の波長依存性の少ないタイプのガラス膜を形成した以外は、実施例１と同じ方法で作成した。この際の体内観察を行う波長範囲の空気中での正反射率の平均値は、７．２％となり、処置具観察を行う範囲波長範囲における処置具表面の正反射率の平均値は７．７％となり、図５のように、相対的に約1倍と変わらない。

こうして出来上がった視認性の変化の範囲は５．５階調から、８．６階調へと約５７％の変化にとどまった。すなわち、視認性を倍変えることができない。

また、比較例１に対して、実施例１は約２倍の効果を実現することが可能となった。

［実施例２］
実施例１と違う点は、羊水など水中での利用を想定して、内視鏡先端を水中に入れて、水中で評価をおこなった点である。この場合、ファイバーの屈折率とファイバーを取り巻く周囲の屈折率が近くなり、正反射率が極端に落ち、透明度が増す。その分、視認度の変化の影響も顕著になる。この際の液中での正反射率は図６のようになり、体内観察したい波長範囲の正反射率の平均値は、０．１８％となり、処置具観察を行う波長範囲における処置具表面の正反射率の平均値は２．０％となり、相対的に約１０倍となる。このような使用環境で使った内視鏡システムにおいて、処置具観察用の照明をつけることにより、１０ｂｉｔ表示において、０．１６階調から０．９８階調へと約４９７．３％も変化した。

［比較例２］
比較例１との違いは、実施例１と違う点は、羊水など水中での利用を想定して、内視鏡先端を水中に入れて、水中で評価をおこなった点である。この際の体内観察を行う波長範囲の空気中での正反射率の平均値は、１．１％となり、処置具観察を行う範囲波長範囲における処置具表面の正反射率の平均値は１．４％となり、図５のように、相対的に約１．３倍と、ほとんど変わらない。

こうして評価した内視鏡システムにおける視認性の変化の範囲は１２．５４階調から、１３．０９階調へと約６４％の変化にとどまった。

すなわち、比較例2に対して、実施例２は、８倍の視認性の調整が可能となった。

［実施例３］
実施例１と異なる点は、体内観察用の照明光の波長として４５０ｎｍ〜７１０ｎｍと、体内観察用の波長を広げたことである。これにより、比較例に比べ、視認性の向上とともに、処置具観察光がある場合とない場合の、体内観察像の色ずれも低減される。

［実施例４］
実施例１と異なる点は、ＩＴＯのコーティングの代わりに、励起波長が２５０−４００ｎｍであり、発光色が緑色であるＺｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ系蛍光体を含む膜を処置具表面に形成した点である。これにより、処置具観察用の照明の波長を半値が３５０〜４００ｎｍの照明とすることで、励起波長に対応させた。こうして評価した内視鏡システムにおける視認性の変化の範囲は５．４８階調から、１１．８９階調へと約１１７％変化させることができるようになった。

実施例、比較例の結果をまとめると下記表のようになる。

１：内視鏡先端
２：対物レンズ
３：処置具挿通孔
４：処置具
５：モニター上の処置具の右目像
６：モニター上の処置具の左目像
７：内視鏡
８：照射口
９：光導入口
１０：ディスプレイ
１８：操作部
２０：ビデオプロセッサー
３０：光源
３１：光ファイバー
３２：内視鏡システム

Claims

照射部と、処置具を有する内視鏡システムであって、
照射部は、第一の波長領域の光と第二の波長領域の光を発し、
第一の波長領域の光に対する処置具の視認性は、第二の波長領域の光に対する処置具の視認性よりも高いことを特徴とする内視鏡システム。
処置具は、処置具部材と、被覆層を有し、被覆層は処置具部材とは屈折率の異なる材料で構成されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
処置具部材はＳｉＯ_２により構成され、被覆層はＩＴＯにより構成されることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
前記第二の波長領域は４５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
前記処置具は、さらに、４５０ｎｍ以下の波長で励起発光する蛍光体を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
前記蛍光体は、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４を有する蛍光体であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
照射部は、第一の波長領域の光を発する第一の照射部と、前記第二の波長領域の光を発する第二の照射部とを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
前記照射部は光源と光ファイバーを有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
前記照射部の少なくとも一つは、発光素子を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
前記処置具を挿通させるための処置具挿通チャネルを有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
前記照射部は、特定波長の光を選択的に透過させるフィルターを有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の内視鏡システムであって、
さらに、複数の前記撮像部を有し、
複数の撮像部により得られた情報から３次元画像を生成する回路を有することを特徴とする内視鏡システム。
照射部と、撮像部と、処置具とを備えた内視鏡を用いた撮像方法であって、
照射部は、第一の波長領域の光を発する第一のモードと、第二の波長領域の光を発する第二のモードとを有し、
前記第一のモードの照明を用いて、前記処置具を観察する第一の観察工程と、
前記第二のモードの照明を用いて、観察対象を観察する第二の観察工程を有することを特徴とする撮像方法。