JP3662336B2

JP3662336B2 - 距離測定可能な内視鏡

Info

Publication number: JP3662336B2
Application number: JP10939496A
Authority: JP
Inventors: 和男袴田; 昌宏戸井田; 一郎宮川
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1996-04-30
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2016-04-30
Also published as: JPH09294708A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生体内部を観察するための内視鏡に関し、さらに詳細には、内視鏡先端から観察部位までの距離を測定可能とした内視鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、生体内部を観察したり、また観察しながら治療するために、内視鏡が広く用いられている。この内視鏡を使用する際には、治療操作のために、また生体内の観察部位に内視鏡先端を当てて傷付けることを防ぐために、内視鏡先端から観察部位までの距離を正確に測定したいという要求がある。
【０００３】
この距離を測定可能にした内視鏡の一つとして、例えば特公昭６１−２０４８８号公報に示されるように、内視鏡の導入管の鉗子チャンネルに挿通させた測定子を観察部位に向けて繰り出し、該測定子が観察部位に当接したときの繰り出し量に基づいて距離測定するものが知られている。
【０００４】
また、例えば特開昭６２−４９２０８号公報に示されるように、２本の計測用光ビームを用いる等して、観察部位に非接触で光学的に距離測定するものも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のような測定子を用いて距離測定する内視鏡においては、測定子によって生体内の観察部位を傷付ける恐れがある、測定子を挿通させるために鉗子チャンネルが使用できなくなる、といった問題が認められる。
【０００６】
他方、光学的に距離測定する従来の内視鏡においては、観察部位を傷付けることは防止できるものの、大掛かりな光ビーム照射系や計測光学系を組み込むために内視鏡の導入管の径が太くなって使い勝手が悪くなる、という問題が認められる。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、内視鏡先端から観察部位までの距離を該部位に非接触で、また鉗子チャンネルを使用せずに測定することができ、その上、導入管の径が距離測定のために特に太くなることもない内視鏡を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による距離測定可能な内視鏡は、生体の内部に導入される導入管に干渉計の一部を構成する光ファイバーを組み込み、この干渉計によって内視鏡先端から観察部位までの距離を測定するようにしたものであり、詳しくは請求項１に記載の通り、
上述のような導入管、該導入管の内部に配されて生体内部の像を結ぶ結像光学系、およびこの結像光学系が結んだ像を撮像する手段を有する内視鏡において、
先端部が該導入管の内部に配され、後端部がこの導入管の外に配された光ファイバーと、
この光ファイバーに上記後端から測定光を入射させて先端から出射させ、生体内部の部位に照射する、光学系の一部が前記結像光学系を構成する測定光照射系と、
上記部位で反射して光ファイバー内に戻り、その後端から出射した測定光を参照光と干渉させる、上記導入管の外に配された干渉光学系と、
この干渉光学系で干渉した測定光および参照光を検出する光検出器と、
この光検出器の出力に基づいて上記導入管の先端から上記部位までの距離を演算する演算手段と、
からなる干渉計が設けられたことを特徴とするものである。
【０００９】
なお上述の干渉光学系としては、請求項２に記載のように、ヘテロダイン干渉光学系を用いるのが望ましい。
【００１０】
また本発明の内視鏡においては、請求項３に記載のように、生体内部の部位の像を撮像する手段と、この撮像手段が撮像した像、および上記演算手段が演算した距離を示す情報を表示する画像表示手段を設けるのが望ましい。
【００１１】
さらに本発明の内視鏡においては、請求項４に記載のように、前記演算手段が演算した距離が所定距離よりも小さいときに警報を発する手段を設けるのが望ましい。
【００１２】
他方、本発明の内視鏡における測定光照射系としては、測定光として近赤外光を発するものを用いるのが望ましい。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の距離測定可能な内視鏡は、生体の内部に導入される導入管に光ファイバーが組み込みまれてなる干渉計によって距離測定するように構成されたものであるから、内視鏡先端から観察部位までの距離を該観察部位に非接触で測定可能となる。
【００１４】
また、測定光を伝搬させる光ファイバーとしては、十分に細いものが使用可能であるから、鉗子チャンネルを使用しなくても内視鏡導入管内に配設することができ、また、この光ファイバーを配設したことによって導入管の径が特に太くなることもない。
【００１５】
なお一般には、上記光ファイバーの先端側に、測定光を集光するための光学系を配することが必要であるが、そのような光学系は基本的に１枚のレンズで構成可能であるから、この光学系が設けられたとしても、導入管の径が特に太くなることはない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態による内視鏡の側面形状を示すものである。
【００１７】
この内視鏡は、白色光である照明光Ｌ１を発する照明光源10と、この照明光Ｌ１を集光する集光レンズ11と、集光された照明光Ｌ１が入射するように配置された光ファイバーからなるライトガイド12とを有している。このライトガイド12は、生体13の内部に導入される可撓性の導入管14内に収められている。またこの導入管14内には、偏波面保存ファイバー15の先端部が収められている。
【００１８】
偏波面保存ファイバー15の先端（図１中の左端）と向き合う位置には、結像レンズ16が設けられている。またこの結像レンズ16と偏波面保存ファイバー15との間には、偏波面保存ファイバー15側から順に集光レンズ17、λ／４板18、ダイクロイックミラー19が配設されている。そしてこのダイクロイックミラー19で反射した光を受ける位置には、ＣＣＤ撮像素子等の固体撮像素子20が設けられている。この固体撮像素子20は画像表示手段21に接続されている。
【００１９】
上記偏波面保存ファイバー15の後端は導入管14の外に出されており、この後端から該偏波面保存ファイバー15内に測定光Ｌ２を入射させる測定光照射系が、同じく導入管14の外に設けられている。
【００２０】
この測定光照射系は、直線偏光した光Ｌ４を発する光源22と、この光Ｌ４を平行光化するコリメーターレンズ23と、平行光とされた光Ｌ４を測定光Ｌ２と参照光Ｌ３とに分岐させるビームスプリッタ24と、測定光Ｌ２の周波数を所定量シフトさせる周波数シフターとしてのＡＯＭ（音響光学光変調器）25と、測定光Ｌ２の光路を９０°変えるミラー26と、λ／２板27と、偏光ビームスプリッタ28と、ミラー29と、集光レンズ30とから構成されており、測定光Ｌ２は集光レンズ30により偏波面保存ファイバー15の後端面上で集束するように集光されて、該ファイバー15内に入射する。
【００２１】
導入管14の外には、測定光Ｌ２と参照光Ｌ３とを干渉させる干渉光学系100 が配されている。この干渉光学系100 は、上記ビームスプリッタ24および偏光ビームスプリッタ28に加えて、ビームスプリッタ24からの参照光Ｌ３の周波数を所定量シフトさせる周波数シフターとしてのＡＯＭ31と、参照光Ｌ３の光路を９０°変えるミラー32と、λ／２板33と、偏光ビームスプリッタ34と、集光レンズ35と、この集光レンズ35によって集光された参照光Ｌ３が入射するように配された偏波面保存ファイバー36と、この偏波面保存ファイバー36の先端から出射した参照光Ｌ３を平行光化する集光レンズ37と、λ／４板38と、このλ／４板38を通過した参照光Ｌ３を反射させる可動ミラー39と、この可動ミラー39を図中で左右方向に移動させるミラー移動手段40と、後述のようにして入射して来る測定光Ｌ２と参照光Ｌ３とを合波するビームスプリッタ41とから構成されている。
【００２２】
上記ミラー移動手段40の駆動は、駆動制御回路42によって制御される。この駆動制御回路42は可動ミラー39の位置を示す位置信号Ｓ３を演算回路44に入力する。また、上記ビームスプリッタ41により合波された測定光Ｌ２と参照光Ｌ３の強度を検出する光検出器43が設けられ、この光検出器43も上記演算回路44に接続されている。
【００２３】
以下、上記構成の内視鏡の作用について説明する。生体13の内部の部位45を観察する際には、内視鏡の導入管14が生体13内に導入され、ライトガイド12から照明光Ｌ１が観察部位45に照射される。結像レンズ16は、この照明光Ｌ１による観察部位45の像を、ダイクロイックミラー19を介して固体撮像素子20上に結像させる。固体撮像素子20はこの像を撮像して、それを示す画像信号Ｓ１を画像表示手段21に入力する。
【００２４】
画像表示手段21はこの画像信号Ｓ１に基づいて画像を表示する。そこで術者や助手は、表示されたこの画像を観察することにより、観察部位45の状態や、導入管14と観察部位45との位置関係を確認することができる。
【００２５】
次に、内視鏡の先端つまり導入管14の先端と、観察部位45との間の距離を測定する点について説明する。光Ｌ４をビームスプリッタ24により分岐して得られた測定光Ｌ２は、λ／２板27により直線偏光の向きが調整されて偏光ビームスプリッタ28を透過し、集光レンズ30によって集光されて偏波面保存ファイバー15内に入射する。偏波面保存ファイバー15の先端から出射した測定光Ｌ２は、集光レンズ17を通過して平行光とされた後、λ／４板18によって直線偏光から楕円偏光に変換され、結像レンズ16により絞られて観察部位45上の一点を照射する。
【００２６】
観察部位45で反射した測定光Ｌ２はダイクロイックミラー19を透過し、集光レンズ17によって集光されて偏波面保存ファイバー15に入射し、該偏波面保存ファイバー15を伝搬して生体13外に導かれる。なお測定光Ｌ２は、観察部位45で反射することによりその楕円偏光の向きが反転し、その後λ／４板18を通過することにより、偏波面保存ファイバー15から観察部位45側に進む場合と比べて直線偏光の向きが９０°回転する。
【００２７】
偏波面保存ファイバー15の後端から出射した測定光Ｌ２は集光レンズ30によって平行光とされ、上述のように直線偏光の向きが９０°回転したことにより偏光ビームスプリッタ28で反射し、ビームスプリッタ41に入射する。
【００２８】
一方、光Ｌ４をビームスプリッタ24により分岐して得られた参照光Ｌ３は、ミラー32で反射した後、λ／２板33により直線偏光の向きが調整されて偏光ビームスプリッタ34を透過し、集光レンズ35により集光されて偏波面保存ファイバー36内に入射する。偏波面保存ファイバー36の先端から出射した参照光Ｌ３は、集光レンズ37を通過して平行光とされた後、λ／４板38によって直線偏光から楕円偏光に変換され、可動ミラー39に入射する。
【００２９】
参照光Ｌ３はこの可動ミラー39で反射し、元の光路を戻って偏光ビームスプリッタ34に入射する。なお参照光Ｌ３は、可動ミラー39で反射することによりその楕円偏光の向きが反転し、その後λ／４板38を通過することにより、偏波面保存ファイバー36から可動ミラー39側に進む場合と比べて直線偏光の向きが９０°回転する。そのため参照光Ｌ３は偏光ビームスプリッタ34において反射し、ビームスプリッタ41に入射して測定光Ｌ２と合波される。
【００３０】
ここで、測定光Ｌ２と参照光Ｌ３はそれぞれＡＯＭ25とＡＯＭ31によって互いに異なる周波数にシフトしているので、それらが合波されると干渉（ヘテロダイン干渉）により、両周波数の差の周波数のビート成分が生じる。合波された測定光Ｌ２および参照光Ｌ３を検出する光検出器43の出力信号Ｓ２は、演算回路44に入力される。
【００３１】
演算回路44は、光検出器43の出力信号Ｓ２をバンドパスフィルター等に通して上記ビート成分を抽出し、そのビート成分に基づいて導入管14の先端と観察部位45との間の距離を演算する。
【００３２】
すなわち、ビームスプリッタ24から観察部位45を経てビームスプリッタ41までに至る測定光Ｌ２の光路長と、ビームスプリッタ24から可動ミラー39を経てビームスプリッタ41までに至る参照光Ｌ３の光路長との差に応じて、上記ビート成分の位相が変化し、例えば上記光路長差が無いとき、該ビート成分は鋭いピークを示す。そこで演算回路44は、このピークが現れたときの可動ミラー39の位置（位置信号Ｓ３が示すものである）に基づいて、測定光Ｌ２の光路長を演算することができ、ひいては導入管14の先端から観察部位45までの距離を求めることができる。
【００３３】
演算回路44は、このようにして求めた距離を示す信号Ｓ４を画像表示手段21に入力し、その距離を示す情報を表示させる。この表示は図２に示すように、前述の固体撮像素子20が撮像した観察部位45の像Ｆと、距離情報Ｄおよび距離測定位置を示すマークＭとを合成してなされる。なお距離測定位置は偏波面保存ファイバー15が対向する位置であって、これは例えば固体撮像素子20による撮像範囲の中心となるように、該撮像範囲と対応付けることができるから、上記マークＭはこの対応に従った固定位置に表示すればよい。
【００３４】
次に図３を参照して、本発明の第２の実施の形態による内視鏡について説明する。なおこの図３において、図１中のものと同等の要素には同番号を付し、それらについての重複した説明は省略する（以下、同様）。
【００３５】
この第２の実施形態の内視鏡も、第１の実施形態と同様にヘテロダイン干渉光学系を用いて距離測定するものであるが、第１の実施形態がＯＣＤＲ（Optical Coherence Domain Reflectometry）と呼ばれる技術によるものであるのに対し、この第２の実施形態はＯＦＤＲ（Optical Frequency Domain Reflectometry）と呼ばれる技術によるものである。
【００３６】
すなわちこの第２の実施形態においては、直線偏光した光Ｌ４を発する光源50として、発振周波数を掃引することができる半導体レーザが用いられている。この半導体レーザからなる光源50は、例えばレーザ駆動回路51から与えられる注入電流の値が連続的に変えられることにより、発振周波数が掃引される。なおレーザ駆動回路51はこの発振周波数を示す信号Ｓ５を、演算回路52に入力する。
【００３７】
上記の光Ｌ４は偏波面保存ファイバー15内に入射してその先端から出射し、その一部は測定光Ｌ２として観察部位45上の一点を照射する。この測定光Ｌ２は観察部位45で反射して偏波面保存ファイバー15内に再度入射する。またこの光Ｌ４の一部は、例えばダイクロイックミラー19の端面等で反射し、参照光Ｌ３として偏波面保存ファイバー15内に再度入射する。
【００３８】
これらの測定光Ｌ２および参照光Ｌ３は偏光ビームスプリッタ28で反射して光検出器43に入射するが、この場合も両光が干渉して、それによるビート成分が光検出器43に検出される。その際、光Ｌ４の周波数が、測定光Ｌ２と参照光Ｌ３との光路長差に応じたある特定周波数になったとき、該ビート成分は鋭いピークを示す。そこで演算回路52は、このピークが現れたときの光Ｌ４の周波数（信号Ｓ５が示すものである）に基づいて、測定光Ｌ２の光路長を演算することができ、ひいては導入管14の先端から観察部位45までの距離を求めることができる。こうして求めた距離の表示は、第１の実施形態におけるのと同様に行なえばよい。
【００３９】
次に図４を参照して、本発明の第３の実施形態による内視鏡について説明する。この図４の内視鏡は、図１に示された内視鏡と比べると、破線で囲む部分のみが異なるものである。つまり図１に示されたミラー29に代えてダイクロイックミラー60が配され、このダイクロイックミラー60に向けて例えば青色領域の励起光Ｌ５を発する励起光源61が設けられている。そしてこの励起光Ｌ５の光路には、偏波面調整用のλ／２板62と、ダイクロイックミラー63とが配されている。
【００４０】
また、後述のようにしてダイクロイックミラー63に入射してそこで反射した蛍光Ｌ６が入射する位置には、該蛍光Ｌ６を集光する集光レンズ64と、励起光カットフィルター65と、蛍光Ｌ６を検出する光検出器66とが配設されている。
【００４１】
この内視鏡において、観察部位45の撮像や、導入管14の先端から観察部位45までの距離の測定は、第１の実施形態におけるのと同様になされる。その上で本例においては、腫瘍特定のための蛍光診断がなされ得る。つまり観察部位45には、腫瘍親和性を有し、光により励起されたとき蛍光を発する光感受性物質が予め吸収されている。そして観察部位45には、偏波面保存ファイバー15を伝搬させた励起光Ｌ５が照射される。この励起光Ｌ５は、結像レンズ16により絞られて観察部位45上の一点を照射する。
【００４２】
励起光Ｌ５が照射された観察部位45の箇所においては、上記光感受性物質から蛍光Ｌ６が発せられる。この蛍光Ｌ６は結像レンズ16により集光され、ダイクロイックミラー19を透過して偏波面保存ファイバー15に入射し、該偏波面保存ファイバー15を伝搬して生体13外に導かれる。
【００４３】
偏波面保存ファイバー41から出射した蛍光Ｌ６はダイクロイックミラー63で反射し、集光レンズ64により集光されて光検出器66に受光される。なお、観察部位45で反射して光検出器66に向かう励起光Ｌ５は、励起光カットフィルター65によってカットされる。光検出器66は蛍光Ｌ６の強度を示す蛍光検出信号Ｓ６を出力し、この蛍光検出信号Ｓ６は例えば前記画像表示手段21に入力される。
【００４４】
ここで、前記光感受性物質は腫瘍親和性を有するので、蛍光検出信号Ｓ６が所定レベルを上回った場合、基本的に蛍光Ｌ６は腫瘍部分から生じたと考えることができる。観察部位45における蛍光Ｌ６の検出箇所と固体撮像素子20による通常像撮像範囲とは互いに対応が取れるので、例えば通常像撮像範囲の中心点が蛍光Ｌ６の検出箇所となるようにし、また通常像撮像範囲の中心点が画像表示手段21の画面中心と揃うようにした上で、蛍光検出信号Ｓ６が所定レベルを上回ったとき画面中心にマークを表示させれば、通常像においてそのマークと重なっている箇所は腫瘍部であると判断できることになる。
【００４５】
また、このような表示によらず、蛍光検出信号Ｓ６が所定レベルを上回ったときに警報音を発するようにして、その警報音が発せられたとき画像表示手段21の画面中心にある通常像の箇所が腫瘍部であると判断することもできる。
【００４６】
なお測定光Ｌ２としては、生体での吸収が比較的少ない近赤外光を利用するのが望ましい。そのようにすれば、干渉光学系に戻って来る測定光Ｌ２の光量が高く確保され、ビート成分検出信号はＳ／Ｎが高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である内視鏡を示す概略側面図
【図２】図１の内視鏡における距離表示状態を示す概略図
【図３】本発明の第２の実施形態である内視鏡を示す概略側面図
【図４】本発明の第３の実施形態である内視鏡を示す概略側面図
【符号の説明】
10 照明光源
11 集光レンズ
12 ライトガイド
13 生体
14 内視鏡の導入管
15 偏波面保存ファイバー
16 結像レンズ
17 集光レンズ
18 λ／４板
19 ダイクロイックミラー
20 固体撮像素子
21 画像表示手段
22 干渉計の光源
23 コリメーターレンズ
24 ビームスプリッタ
25 ＡＯＭ（周波数シフター）
27 λ／２板
28 偏光ビームスプリッタ
30 集光レンズ
31 ＡＯＭ（周波数シフター）
33 λ／２板
34 偏光ビームスプリッタ
35 集光レンズ
36 偏波面保存ファイバー
37 集光レンズ
38 λ／４板
39 可動ミラー
40 ミラー移動手段
41 ビームスプリッタ
42 駆動制御回路
43 光検出器
44 演算回路
50 干渉計の光源
51 レーザ駆動回路
52 演算回路
60 ダイクロイックミラー
61 励起光源
62 λ／２板
63 ダイクロイックミラー
64 集光レンズ
65 励起光カットフィルター
66 光検出器
100 干渉光学系
Ｌ２測定光
Ｌ３参照光

Claims

生体の内部に導入される導入管、該導入管の内部に配されて生体内部の像を結ぶ結像光学系、およびこの結像光学系が結んだ像を撮像する手段を有する内視鏡において、
先端部が前記導入管の内部に配され、後端部が前記導入管の外に配された光ファイバーと、
この光ファイバーに前記後端から測定光を入射させて前記先端から出射させ、生体内部の部位に照射する、光学系の一部が前記結像光学系を構成する測定光照射系と、
前記部位で反射して前記光ファイバー内に戻り、その後端から出射した測定光を参照光と干渉させる、前記導入管の外に配された干渉光学系と、
この干渉光学系で干渉した前記測定光および参照光を検出する光検出器と、
この光検出器の出力に基づいて前記導入管の先端から前記部位までの距離を演算する演算手段と、
からなる干渉計が設けられたことを特徴とする距離測定可能な内視鏡。
前記干渉光学系として、ヘテロダイン干渉光学系が用いられたことを特徴とする請求項１記載の距離測定可能な内視鏡。
前記生体内部の部位の像を撮像する手段と、この撮像手段が撮像した像、および前記演算手段が演算した距離を示す情報を表示する画像表示手段とが設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の距離測定可能な内視鏡。
前記演算手段が演算した距離が所定距離よりも小さいときに警報を発する手段が設けられたことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の距離測定可能な内視鏡。
前記測定光照射系が、前記測定光として近赤外光を発するものであることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の距離測定可能な内視鏡。