JP2016029961A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リレーレンズによる光学的な劣化が生じることがなく、体腔内の被写体の撮像を可能とする。
【解決手段】内視鏡装置１００は、体腔内の被写体を照明する照明手段１１２と、被写体からの反射光を導光する導光手段１１３，１１４とを有する挿入部１１０と、被写体を照明するための照明光を出射する光源部１２０と、導光手段により導光された反射光を受光して被写体の撮像信号を出力する撮像部１３０とを備える。導光手段は、挿入部１１０の先端部に配置され、被写体からの反射光を集光して出射する対物レンズ１１３と、対物レンズと撮像部との間に配置され、対物レンズにより出射された反射光を撮像部に導光する中空導光領域１１４とを含む。照明手段は、対物レンズおよび中空導光領域の外縁に配置され、光源部から出射される照明光を被写体付近に導光するファイバを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡装置に関する。

従来から、細長な挿入部を体腔の内部に挿入し、体腔内の様子を撮影する医療用の内視鏡装置が広く利用されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２７７１７３号公報

特許文献１が開示する内視鏡は、先端部の対物レンズと基部接眼レンズとの間に複数のレンズから構成されるリレーレンズを配置し、被写体像を伝達する。しかし、被写体像は、各レンズを通過するごとに光学的に劣化し、画質は低下してしまう。そこで、リレーレンズによる光学的な劣化が生じることがなく、体腔内の被写体の撮像を可能とする内視鏡に係る新たな技術が求められる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、リレーレンズによる光学的な劣化が生じることがなく、体腔内の被写体の撮像を可能とする内視鏡装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る内視鏡装置は、
体腔内に挿入され、前記体腔内の被写体を照明する照明手段と、 前記被写体からの反射光を導光する導光手段と、を有する挿入部と、
前記被写体を照明するための照明光を出射する光源部と、
前記導光手段により導光された前記反射光を受光し、前記被写体の撮像信号を出力する撮像部と、を備え、
前記導光手段は、
前記挿入部の先端部に配置され、前記被写体からの反射光を集光し、集光された前記反射光を出射する対物レンズと、
前記対物レンズと前記撮像部との間に配置され、前記対物レンズにより出射された前記反射光を前記撮像部に導光する中空導光領域と、を含み、
前記照明手段は、前記対物レンズおよび前記中空導光領域の外縁に配置され、前記光源部から出射される照明光を前記被写体付近に導光するファイバを含む、
ことを特徴とする。

前記光源部と前記撮像部は、それぞれ、前記挿入部に着脱自在に取り付けられるようにしてもよい。

前記挿入部が有する前記照明手段と前記導光手段とは、互いに着脱自在な別個の部品として構成してもよい。

手術器具が前記挿入部に着脱自在に取り付けられるようにしてもよい。

前記光源部は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）により構成してもよい。

本発明によれば、リレーレンズによる光学的な劣化が生じることがなく、体腔内の被写体を撮像することができる。

（Ａ）は、本発明の実施形態に係る内視鏡装置の構成を示す図である。（Ｂ）は、挿入部のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施形態に係る内視鏡装置の機能構成を示すブロック図である。 （Ａ）は、従来のＣＣＤカメラを使用した内視鏡装置が撮像した画像を示す図であり、（Ｂ）は、高感度カメラを使用した内視鏡装置が撮像した画像を示す図である。 第２変形例に係る挿入部の構成を示す図である。 （Ａ）は、第３変形例に係る挿入部の構成を示す図である。（Ｂ）は照明光導光部、（Ｃ）は反射光導光部の構成を示す図である。（Ｄ）は、挿入部のＤ−Ｄ断面図である。 第４変形例に係る挿入部の構成を示す図である。 第５変形例に係る挿入部の構成を示す図である。

本発明の実施形態に係る内視鏡装置について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態に係る内視鏡装置１００は、主に腹腔鏡や管腔鏡として用いられる硬性鏡であり、図１に示すように、挿入部１１０、光源装置１２０、撮像装置１３０、制御装置１４０、表示装置１５０を備える。光源装置１２０及び撮像装置１３０は、挿入部１１０に着脱可能に構成されている。

挿入部１１０は、被検験者の体腔内に挿入される細長の部材である。挿入部１１０は、筒状部１１１、照明部１１２、対物レンズ１１３、中空導光領域１１４、取込部１１５、アタッチメント１１６を備える。挿入部１１０の基端部には、撮像装置１３０が着脱可能に取り付けられ、一方、挿入部１１０の先端部には、対物レンズ１１３が設置されるとともに照明光の照射口である照射窓が形成されている。

筒状部１１１は、ステンレス鋼材等の金属材や硬質の樹脂材等が、円筒状あるいは楕円筒状に形成された部材である。また、筒状部１１１の基端部の側面には、光源装置１２０から出射された照明光を取り込むための取込部１１５が突設されている。挿入部１１０は、複数本の光ファイバを束ねたライトガイドが挿通された光ケーブルを介して光源装置１２０と光学的に接続される。

照明部１１２は、光源装置１２０から供給された照明光を取込部１１５から先端部に導光して被写体Ａを照明する照明手段である。照明部１１２は、筒状部１１１の内壁面に配置された光ファイバ層により構成されている。照明部１１２は、図１（Ｂ）に示すように、筒状部１１１の内壁の全周を覆うように複数本の光ファイバが重ねて配置され、接着材などで内壁面に形成されている。また、照明部１１２の先端部は、研磨され、筒状部１１１の先端面において照射窓が形成されている。これにより、被写体Ａは、照明部１１２の先端部から出射される環状の拡散光により照明される。

対物レンズ１１３は、照明部１１２の先端部から照射され、体腔内の被写体Ａで反射した光を取り込む導光手段である。対物レンズ１１３は、例えば、広角レンズで構成される。対物レンズ１１３は、挿入部１１０の先端面から露呈するように配置される。対物レンズ１１３は、被写体Ａからの反射光を集光し、挿入部１１０の基端部と先端部とに挟まれる空間である中空導光領域１１４を介して、被写体Ａの像を撮像装置１３０の撮像面に結像する。また、対物レンズ１１３の側面が挿入部１１０の先端部の内壁面（光ファイバ層）に接着剤等を用いて固定され、挿入部１１０の先端面は密封されている。

中空導光領域１１４は、筒状部１１１の基端部と先端部との間に配置される中空空間である。中空導光領域１１４は、照明部１１２の先端面から照射された照明光が被写体Ａで反射した反射光を、挿入部１１０の基端部に導光する導光手段として機能する。

取込部１１５は、光源装置１２０から光ケーブルを介して伝送された照明光を挿入部１１０内に取り込むためのコネクタ接続部である。取込部１１５は、光源装置１２０から取り込んだ照明光を、照明部１１２に伝搬する。例えば、光ケーブルに挿通されたライトガイドの出射面と、照明部１１２の光ファイバ層内に含まれる全光ファイバの基端部を集束して加熱融合などして形成した基端面とを突合せ接続することにより、光源装置１２０から取り込んだ照明光を照明部１１２に伝搬する。このようにして、光源装置１２０から取り込んだ照明光は挿入部１１０の照明部１１２に取り込まれる。

アタッチメント１１６は、挿入部１１０の基端部に配置され、挿入部１１０と撮像装置１３０とを着脱可能に接続するための部材である。アタッチメント１１６は、例えば、簡単な操作で確実に撮像装置１３０と着脱可能に係合させる係合機構を備え、撮像装置１３０と機械的に接続される。また、アタッチメント１１６には、筒状部１１１の内径と略等しい径の円形貫通孔が設けられている。これにより、対物レンズ１１３および中空導光領域１１４により導光された被写体Ａからの反射光は、遮られることなく撮像装置１３０に導光される。

光源装置１２０は、被写体Ａを照明する照明光を挿入部１１０に供給する。光源装置１２０は、図２に示すように、光源１２１、光源絞り１２２、光量制御部１２３を備える。また、光源装置１２０は、ライトガイドが挿通された光ケーブルを介して挿入部１１０と光学的に接続される。

光源１２１は、挿入部１１０と接続された光ケーブルに挿通されたライトガイドの基端面に、被写体Ａを照明するための照射光を出射する。ライトガイドの基端面に出射された照明光は、光ケーブルによって挿入部１１０の取込部１１５に伝送される。なお、光源装置１２０は、光源１２１から出射された照明光をライトガイドの基端面に集光、導光するためのレンズなどを備えてもよい。光源１２１は、例えば、キセノンランプ、メタルハライドランプ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等で構成され、約４００ｎｍ〜７００ｎｍの広帯域の波長からなる可視光（白色光）を出射する。

光源絞り１２２は、光量制御部１２３の制御に従って、絞りを開閉することにより、光源１２１の出射光量を調整する。

光量制御部１２３は、制御装置１４０の制御部１４１からの制御信号に従って、光源１２１および光源絞り１２２を駆動させて挿入部１１０に供給する照射光の光量を制御する。

撮像装置１３０は、挿入部１１０の基端部に配置され、被写体Ａの像を撮像する。撮像装置１３０は、光量が少ない体腔内でも被写体Ａを良好に撮像可能な高感度カメラで構成される。撮像装置１３０は、図２に示すように、レンズユニット１３１、撮像素子１３２、Ａ／Ｄ変換部１３３を備える。

レンズユニット１３１は、挿入部１１０の対物レンズ１１３および中空導光領域１１４によって導光された被写体Ａからの反射光を集光して撮像素子１３２に結像させる撮影光学系である。レンズユニット１３１は、焦点距離を可変とするズーム機構とピント合せを自動化するオートフォーカス機構を有し、被写体Ａの撮影画像の画角およびピントを調整する。

撮像素子１３２は、レンズユニット１３１と対向する位置に配置され、レンズユニット１３１により結像された被写体Ａの像の光を検知し、光電変換して電気信号（画像データ）を出力する。撮像素子１３２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等で構成される。

Ａ／Ｄ変換部１３３は、撮像素子１３２から出力されたアナログの画像データをデジタルの画像データに変換し、制御装置１４０に出力する。

制御装置１４０は、光源装置１２０、撮像装置１３０、表示装置１５０と電気的に接続され、各部の動作を統括的に制御する。制御装置１４０は、図２に示すように、制御部１４１、画像処理部１４２、記憶部１４３を備える。

制御部１４１は、画像処理部１４２や光源装置１２０の光量制御部１２３などの動作を制御する。制御部１４１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）から構成される。

例えば、挿入部１１０の先端部が観察領域から離れている状態では、照明光量の不足により被写体Ａからの反射光量は弱くなり、撮像画像は暗くなる。このような場合、制御部１４１は、光量制御部１２３を介して、撮像画像が所定の明るさになるように光源１２１および光源絞り１２２を制御する。

画像処理部１４２は、制御部１４１の制御に従って、撮像装置１３０のＡ／Ｄ変換部１３３から出力された撮像画像（デジタル画像データ）に各種の画像処理を施す。具体的には、画像処理部１４２は、撮像画像にＲＧＢ階調変換処理、色彩強調処理、シャープネス処理、ノイズ除去処理等を施すことにより、例えば、粘膜表層の毛細血管を高輝度、高コントラストで再現する。

記憶部１４３は、制御部１４１の制御に従って、撮影画像を画像データとして記憶する。記憶部１４３は、例えば、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリで構成される。記憶部１４３は、撮影画像の画像データとともに、撮影画像に関する付帯情報を対応付けて記憶してもよい。

表示装置１５０は、制御装置１４０から出力された撮像画像（画像信号）を表示する。表示装置１５０は、例えば、ＣＲＴモニタや液晶ディスプレイ等の動画表示可能な表示装置である。

ＣＣＤイメージセンサを備えるカメラ等でズーム機構を利用してズーム撮像された像を拡大すると、体腔内のような光量が少ない被写体Ａの像は暗くなってしまう。しかし、撮像装置１３０が備える高感度カメラは、高感度に撮像でき、光量が少ない状況においてズーム機構を用いて撮影された被写体Ａの像を拡大しても、像が暗くなることはない。

なお、本実施形態に係る内視鏡装置１００において、体腔内の被写体Ａを照明する照明手段は、光源１２１と、照明部１１２と、から構成される。また、被写体Ａからの反射光を導光する導光手段は、対物レンズ１１３と、中空導光領域１１４と、から構成される。

次に、内視鏡装置１００の作用について以下に説明する。

観察者は、内視鏡装置１００の電源を投入後、挿入部１１０を生体に外科的に開けられた開口等を通じて体腔内に挿入する。

光源装置１２０から出射された照明光は、挿入部１１０の取込部１１５から照明部１１２により導光され、筒状部１１１の先端面の照射窓から拡散されて出射される。照射窓から出射された照明光が被写体Ａを照明する。

照射窓から出射された照明光の被写体Ａからの反射光は、対物レンズ１１３で集光され、筒状部１１１の中空導光領域１１４に出射される。対物レンズ１１３から出射された反射光は、中空導光領域１１４を通過して、挿入部１１０の基端部に導光され、被写体Ａの像が撮像装置１３０のレンズユニット１３１を介して撮像素子１３２に結像される。

撮像装置１３０の撮像素子１３２に結像された被写体Ａの像は、電気信号に変換される。光電変換された電気信号は、Ａ／Ｄ変換部１３３によりデジタル信号に変換され、画像処理部１４２により各種の画像処理が施された後、制御装置１４０に出力される。

表示装置１５０は、撮像装置１３０から取得した被写体Ａの画像信号をディスプレイに表示する。

以上のように、本発明の本実施形態に係る内視鏡装置１００は、高感度カメラを備え、光量が少なくても感度よく体腔内の被写体Ａを撮像できる。また、内視鏡装置１００が備える挿入部１１０は、一般的に被写体像を結像させるために用いられるリレーレンズ等を内蔵する必要がないため、挿入部１１０の筒径を細くすることができ、また、生産コストを抑えることができる。また、リレーレンズ等を用いて被写体Ａからの反射光を導光しないことにより、解像度が高くなるとともに各種収差が小さくなり、被写体Ａの形状や色の再現性を高めることができる。

挿入部１１０の筒状部１１１の筒径を細くすると、筒状部１１１の内壁に配置される照明部１１２が備える光ファイバの本数を減らす必要がある。そのため、被写体Ａに対する照射光の光量が少なくなり、被写体Ａの像が暗くなってしまう。しかし、高感度カメラを用いて被写体Ａを撮像することにより、被写体Ａの像が暗くなることなく、感度よく撮像することができる。

図３（Ａ）は、従来のＣＣＤカメラを使用した内視鏡装置が体腔内を撮像した画像を示す図である。一方、同図（Ｂ）は、本発明の実施例に係る内視鏡装置１００が体腔内を撮像した画像を示す図である。

図３に示すように、内視鏡装置１００を用いることにより、従来のＣＣＤカメラを使用した内視鏡装置と比較して、感度よく体腔内の被写体Ａを撮像できる。また、従来の内視鏡装置と比べ、リレーレンズによる光学的な劣化が生じることがなく、解像度が高くなると共に歪みが小さくなり、被写体Ａの形状や色の再現性を高めることができる。

以上の結果から、内視鏡装置１００は、微弱な光信号であっても高感度に被写体Ａを撮像できることがわかった。

なお、本発明の技術的範囲は上記の実施形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。

内視鏡装置１００の制御装置１４０などに操作入力手段を設けるなどして、観察者が、表示装置１５０に表示される被写体Ａの撮像画像に基づいて、光源装置１２０から出射される照明光の光量、制御装置１４０の画像処理などを調整できるようにしてもよい。

光源装置１２０は、可視光、紫外光、赤外光等、任意の波長帯域の光を出射することができるようにしてもよい。また、光源装置１２０が出射する照明光の光量は、撮像装置１３０が被写体Ａを撮像できる程度の光量以上であれば任意である。

（第１変形例）
対物レンズ１１３は、被写体Ａから反射された反射光を集光して、撮像装置１３０の撮像素子１３２に結像することができればよく、その形状、サイズ、屈折率等は任意である。また、対物レンズ１１３の素材は、光学ガラス、プラスチック、蛍石等、光を透過する素材であれば任意である。また、対物レンズ１１３と、凹レンズや非球面レンズ等とを組み合わせてもよい。

（第２変形例）
上記の実施形態において、挿入部１１０と光源装置１２０とを光ケーブルを介して接続する例を説明したが、図４に示すように、光ケーブルを介すことなく挿入部１１０と光源装置１６０とを直接的に接続するようにしてもよい。光源装置１６０は、例えば、光源であるＬＥＤ、ＬＥＤに電源供給する小型バッテリ、コネクタ部を備える。光源装置１６０のコネクタ部を挿入部１１０の取込部１１５に挿入することにより、ＬＥＤが出射する照明光を挿入部１１０に供給する。光源装置１６０は、コネクタ部と取込部１１５との接続のみで挿入部１１０に保持され得る程度に、小型かつ軽量に作製されている。

このように光ケーブルを用いずに挿入部１１０と光源装置１６０を直接的に接続することにより、観察者による内視鏡装置１００の操作性を向上させることができる。さらに、撮像装置１３０および制御装置１４０が、それぞれ、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentifier）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）（ＩＥＥＥ８０２．１５．４）等の無線ＬＡＮ通信用または近距離通信用のインタフェースを備え、撮像装置１３０が撮像画像データを制御装置１４０に送信するようにしてもよい。このようにすれば、挿入部１１０に外部機器とのケーブル接続がなくなり、内視鏡装置１００の操作性をさらに向上させることができる。

（第３変形例）
また、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、上述した挿入部１１０は、被写体Ａへの照明光を導光する照明光導光部１７０と、被写体Ａからの反射光を導光する反射光導光部１８０とに分離可能な構成とすることもできる。照明光導光部１７０は、図５（Ｂ）に示すように、筒状部１７１、照明部１７２、取込部１７５、アタッチメント１７６を備える。また、反射光導光部１８０は、図５（Ｃ）に示すように、筒状部１８１、対物レンズ１８３を備える。照明光導光部１７０および反射光導光部１８０がそれぞれ備える各部位は、上述した挿入部１１０が備える各部位と同様の機能を有するため、説明は省略する。

図５（Ｄ）に示すように、反射光導光部１８０の筒状部１８１の外径は照明光導光部１７０の筒状部１７１の内径と略等しく、反射光導光部１８０の筒状部１８１は、照明光導光部１７０の筒状部１７１の内部に格納できるようになっている。筒状部１８１を筒状部１７１に挿入し、筒状部１８１の基端部を照明光導光部１７０のアタッチメント１７６に押し込むことにより、反射光導光部１８０は照明光導光部１７０に挿着され、照明光導光部１７０と反射光導光部１８０とが一体となる。アタッチメント１７６は、例えば、弾性素材で構成され、筒状部１８１の基端部とのスナップ嵌合機構を備えることにより、反射光導光部１８０を保持する。また、反射光導光部１８０を照明光導光部１７０から容易に取り外すことも可能である。図５（Ａ）に示すように、反射光導光部１８０を照明光導光部１７０に挿着した状態において、挿入部１１０として機能する。

挿入部１１０は、体腔内に挿入されるため、血液、体液、脂肪などが付着する。特に、反射光導光部１８０の対物レンズ１８３に血液などが付着した場合、体腔内の撮像や観察の続行が困難となる場合もある。また、付着した血液などは、熱や消毒剤によって変性固着し除去困難となることがある。このような場合であっても、第３変形例に係る挿入部１１０は、照明光導光部１７０と反射光導光部１８０の各々を適宜交換することができ、使用コストを下げることができる。また、反射光導光部１８０は、照明光導光部１７０と比較して安価であるため、一度使用したものを洗浄再使用することなく使い捨てる、いわゆるディスポーザブル製品として扱ってもよい。さらに、反射光導光部１８０の各部位を自然回帰材料で作製すれば、反射光導光部１８０の廃棄による環境汚染を防止することができる。

（第４変形例）
また、挿入部１１０は、手術その他の外科的処置に用いられる器具を備えるようにしてもよい。例えば、図６に示すように、体腔内の病変部の粘膜層を取り除くＥＭＲ（Endoscopic Mucosal Resection：内視鏡的粘膜切除術）と呼ばれる手術法に必要とされる把持鉗子２０１を備える鉗子部２００、スネア２１１を備えるスネア部２１０を、挿入部１１０に設けてもよい。また、鉗子部２００およびスネア部２１０等は、挿入部１１０に対して適宜着脱可能としてもよい。

（第５変形例）
また、図７に示すように、挿入部１１０の先端面に発光素子２２７を設けることもできる。この場合、電源装置２３０から電源ケーブル２２６を経由して発光素子２２７に電源を供給する。発光素子２２７は、例えば、ＬＥＤで構成される。このようにすれば、光源装置１２０からの出射光を照明部１１２が備える光ファイバにより挿入部１１０の先端部に導光することなく、直接的に被写体Ａを照明することができ、高感度に被写体Ａを撮像することができる。なお、体腔内は照明光によって損傷を受け易く、照明光の光量には上限がある。そこで、体腔内に与える損傷等を防止するため、発光素子２２７の光量や光拡散を調整するフィルタ（図示せず）等を別途備えてもよい。

撮像装置１３０は、被写体Ａを高感度に撮像できる撮像装置であれば、任意である。

１００…内視鏡装置、１１０…挿入部、１１１…筒状部、１１２…照明部、１１３…対物レンズ、１１４…中空導光領域、１１５…取込部、１１６…アタッチメント、１２０…光源装置、１２１…光源、１２２…光源絞り、１２３…光量制御部、１３０…撮像装置、１３１…レンズユニット、１３２…撮像素子、１３３…Ａ／Ｄ変換部、１４０…制御装置、１４１…制御部、１４２…画像処理部、１４３…記憶部、１５０…表示装置、１６０…光源装置、１７０…照明光導光部、１７１…筒状部、１７２…照明部、１７５…取込部、１７６…アタッチメント、１８０…反射光導光部、１８１…筒状部、１８３…対物レンズ、１８４…中空導光領域、２００…鉗子部、２０１…把持鉗子、２１０…スネア部、２１１…スネア、２２６…電源ケーブル、２２７…発光素子、２３０…電源装置、Ａ…被写体

Claims (5)

1. 体腔内に挿入され、前記体腔内の被写体を照明する照明手段と、前記被写体からの反射光を導光する導光手段と、を有する挿入部と、
   前記被写体を照明するための照明光を出射する光源部と、
   前記導光手段により導光された前記反射光を受光し、前記被写体の撮像信号を出力する撮像部と、を備え、
   前記導光手段は、
   前記挿入部の先端部に配置され、前記被写体からの反射光を集光し、集光された前記反射光を出射する対物レンズと、
   前記対物レンズと前記撮像部との間に配置され、前記対物レンズにより出射された前記反射光を前記撮像部に導光する中空導光領域と、を含み、
   前記照明手段は、前記対物レンズおよび前記中空導光領域の外縁に配置され、前記光源部から出射される照明光を前記被写体付近に導光するファイバを含む、
   ことを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記光源部と前記撮像部は、それぞれ、前記挿入部に着脱自在に取り付けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記挿入部が有する前記照明手段と前記導光手段とは、互いに着脱自在な別個の部品として構成される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内視鏡装置。
4. 前記挿入部には、手術器具が着脱自在に取り付けられる、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内視鏡装置。
5. 前記光源部は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）により構成される、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内視鏡装置。