JP4652732B2

JP4652732B2 - 内視鏡装置

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Publication number: JP4652732B2
Application number: JP2004199752A
Authority: JP
Inventors: 啓二半田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2024-07-06
Also published as: JP2006020727A

Description

本発明は、蛍光観察を可能とした内視鏡用の励起光遮断フィルタを有する内視鏡装置に関する。

近年、内視鏡装置は、医療用分野及び工業用分野で広く用いられる。上記内視鏡装置は、細長の内視鏡挿入部を体腔内に挿入することで、切開を必要とせずに体腔内の患部等の被検対象部位を診断したり、必要に応じて処置具を挿入して治療処置を行うことができる。
上記内視鏡装置は、被検対象部位の被写体像を上記内視鏡挿入部の先端部から対物光学系により取り込み、イメージガイド等を介してＣＣＤ（電荷結合素子）等の撮像素子に結像したり、イメージガイどを介することなくＣＣＤに結像する。
撮像素子により光電変換された信号は、カメラコントロールユニット（以下、ＣＣＵ）で信号処理され、モニタの表示面に内視鏡画像が表示される。

また、近年、内視鏡装置は、可視光を用いた通常の内視鏡観察に加えて、励起光を照射して蛍光観察可能にした内視鏡装置がある。
このように蛍光観察可能にした内視鏡装置の従来例としての特表平１１−５１１３６９号公報には、照明系により被写体側を照明する波長範囲と撮像系による撮像波長範囲との重なりあう部分の波長範囲が最高５０ｎｍ内にある限り、撮像系は５％以上の分光透過率に設定した主旨のものを開示している。
特表平１１−５１１３６９号公報

しかしながら、観察対象部位側から発せられる蛍光の強度は、一般的に非常に微弱であるため、上記のように重なりあう部分での分光透過率が設定されていると、蛍光に対して励起光による背景用（バックグラウンド用）照明光のために、蛍光画像が埋もれてしまい、蛍光画像を適正な明るさで観察できなくなる可能性がある。

（発明の目的）
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、背景照明光の強度を抑制して、適正な明るさで蛍光観察ができるような励起光を発生する励起光遮断フィルタを有する内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様による内視鏡装置は、励起光を遮断する励起光遮断フィルタを備えた内視鏡に対して可視光と、蛍光観察用の励起光とを選択的に供給可能な光源装置と、
透過波長領域内に、前記励起光を透過する背景照明用の励起光透過波長帯域が形成され、且つこの励起光透過波長帯域における前記励起光の透過光量を前記励起光の全光量に対して０％より大きくかつ２％以下とした励起光遮断フィルタを、対物レンズと撮像素子との間に配置した内視鏡と、
を備え、
前記励起光遮断フィルタの前記励起光透過波長帯域は、０より大きく５０ｎｍ以内であることを特徴とする。

本発明によれば、背景用照明光の強度を抑制して、蛍光観察に適した励起光を発生できる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１ないし図５は本発明の実施例１に係り、図１は本発明の実施例１を備えた内視鏡装置の全体構成を示し、図２は光源装置内の回転板のフィルタの構成を示し、図３は励起光照射用フィルタの透過率特性を、蛍光観察用フィルタの透過率特性と共に示し、図４は撮像素子に設けられた光学フィルタの透過率特性を示し、図５は本実施例における動作説明のための使用例を示す。
図１に示すように本発明の実施例１を備えた特殊光観察用の内視鏡装置１は、体腔内に挿入される電子内視鏡２と、この電子内視鏡２に照明光を供給する光源装置３と、電子内視鏡２に内蔵された撮像手段に対する信号処理を行うカメラコントロールユニット（ＣＣＵと略記）４と、このＣＣＵ４から出力される標準的な映像信号が入力されることにより、撮像手段で撮像された内視鏡画像を表示するモニタ５とから構成される。

電子内視鏡２は、細長の挿入部７と、この挿入部７の後端に設けられた操作部（或いは把持部）８とを有し、この操作部８からライトガイドケーブル９及び信号ケーブル１０が延出され、その末端のライトガイドコネクタ１１及び信号コネクタ１２は、それぞれ光源装置３及びＣＣＵ４に接続される。なお、ライトガイドケーブル９や信号ケーブル１０を電子内視鏡２から着脱自在な構造にしても良い。
挿入部１１内に挿通された照明光を伝送するライトガイド１５は、操作部８から延出されたライトガイドケーブル９内を挿通され、ライトガイドコネクタ１１が光源装置３に接続されることにより、光源装置３から照明光が供給される。
光源装置３内には図示しないランプ点灯回路から供給されるランプ点灯電源により点灯するキセノンランプ等のランプ２１が設けてあり、このランプ２１は、照明光として可視領域の光を発生する。

この光は、回転板（ターレット板）２２に取り付けられ、照明光路上に配置されるフィルタ２３Ａ、２３Ｂ（図２参照）の１つのフィルタを通り、集光レンズ２４により集光されてライトガイド１５の入射端面に入射される。入射端面に入射された光は、このライトガイド１５により挿入部１１の先端側に伝送される。つまり、挿入部１１の先端部１６の照明窓に取り付けられたライトガイド先端面に伝送される。そして、その先端面から出射され、患部等の被写体側を照明する。
この回転板２２は、モータ２５により回転自在に保持され、モータ２５の駆動を制御するモータ制御回路（或いは回転板制御回路）２６により、照明光路上に配置されるフィルタが選択設定される。
この回転板２２には図２に示すように例えば遮光製の円板における回転方向に設けた２つの窓に可視光を透過する可視光照射用フィルタ２３Ａと、励起光を照射する励起光照射用フィルタ２３Ｂとが取り付けてある。

可視光照射用フィルタ２３Ａは、略３８０ｎｍ〜７００ｎｍの可視光の波長域を透過する通常光観察用フィルタである。また、励起光照射用フィルタ２３Ｂは、励起光のピーク波長に合わせたピーク値を持ち、前記ピーク値を含む透過波長幅が１５ｎｍ以上の光を透過する蛍光観察時に用いられる励起光用フィルタである。
この励起光照射用フィルタ２３Ｂは、より具体的には図３に示すように例えば４１０ｎｍでその透過率がピークとなり、その透過波長域は、１５ｎｍ以上であり、後述する電子内視鏡２側の励起光カットフィルタとして機能する蛍光観察用フィルタ３０の特性に合わせて設定されている。
挿入部１１の先端部１６における照明窓に隣接する観察窓には、対物レンズ２７が取り付けてあり、照明された患部等の被写体の光学像を結ぶ。その結像位置には、撮像素子として例えば電荷結合素子（ＣＣＤと略記）２８が配置され、結像された光学像は、ＣＣＤ２８により光電変換される。

このＣＣＤ２８の撮像面には、可視光の照明光の場合において、カラー撮像ができるように光学的に色分離する光学フィルタとして例えばカラーモザイクフィルタ２９が配置されている。
また、このＣＣＤ２８の撮像面と対物レンズ２７との間には、蛍光観察する場合における励起光をカット（遮断）し、かつ蛍光の波長帯域を透過して蛍光観察するための蛍光観察用フィルタ（励起光カットフィルタ）３０が配置されている。この蛍光観察用フィルタ３０の分光特性を図３に示す。
この蛍光観察用フィルタ３０は、励起光ピークの波長を含まず、蛍光波長域（図３の符号３１）を含み、かつ励起光によるピーク波長の周辺側の一部の波長域を含むような透過域を持つフィルタである。

つまり、蛍光のみの波長域を透過域とすると、形状等の把握がしにくいので、励起光における蛍光波長域３１とは異なる微弱な光強度の部分を透過させて背景用照明光（背景光或いはバックグラウンド光とも言う）として利用する。
この場合の背景光の波長帯域は、励起光照射用フィルタ２３Ｂにおける遮断波長付近となる長波長側の裾部分と、蛍光観察用フィルタ３０の短波長側の裾部分とが重なり合う重なり部３２により形成される。
この重なり部３２の波長幅は、例えば０より大きく５０ｎｍ以内で、重なり部３２での全透過光量は、励起光照射用フィルタ２３Ｂを通して発せられる励起光の全透過光量に対してその２％以下に設定されている。

このように本実施例においては、電子内視鏡２の撮像手段に設けられた励起光遮断フィルタとしての機能を持つ蛍光観察用フィルタ３０に、励起光照射用フィルタ２３Ｂにより照射される励起光の２％以下の光量のみが透過するように設定してあるので、蛍光観察用フィルタ３０により蛍光観察する場合のバックグラウンド光の強度が大きくなり過ぎることを有効に防止できるようにしていることが特徴となっている。また、本実施例では、励起光を通す波長帯域を、０より大きく例えば５０ｎｍ以内に設定して、蛍光観察する波長帯域側に影響を及ぼさないようにしている。
換言すると、本光源装置３は、撮像側に設けた励起光遮断フィルタにおける透過波長領域内の遮断波長付近に、励起光を透過する０より大きくかつ５０ｎｍ以内の背景照明用の励起光透過波長帯域が形成され、かつ励起光透過波長帯域における励起光の透過光量が前記励起光の全光量の２％以下となる励起光を発生する励起光発生手段を備えている。

この場合、光源装置３側で上記のような特性の励起光を発生するようにしているが、発生される励起光に対して、電子内視鏡２の蛍光観察用フィルタ３０側の特性を、上記のように設定しても良い。
なお、本実施例に係る電子内視鏡２においては、可視光の照明状態においては、カラー撮像が行えるようにＣＣＤ２８に取り付けたカラーモザイクフィルタ２９は、例えばＲ，Ｇ，Ｂの各波長を透過するＲ．Ｇ，Ｂフィルタ２９ｒ、２９ｇ、２９ｂ（図４参照）からなる。この場合、Ｂフィルタ２９ｂは、図４に示すように蛍光観察用フィルタ３０により、その合成の透過帯域が長波長側の一部に狭められる。
このため、本実施例では、可視光の照射時における通常観察モードにおいては、後述するようにＢの色信号に対するゲインを増大させる制御を行うようにしている。
ＣＣＤ２８は、電子内視鏡２内を挿通された信号線と接続されており、信号コネクタ１２をＣＣＵ４に接続することにより、ＣＣＵ４内に設けたＣＣＤドライバ４１からのＣＣＤドライブ信号がＣＣＤ２８に印加される。

ＣＣＤ２８で光電変換された撮像信号は、ＣＣＵ４内のプリプロセス回路４２に入力される。そして、増幅された後、相関二重サンプリング処理などが行われ、撮像信号からベースバンドの信号成分が抽出された後、色分離回路４３に入力され、この色分離回路４３によりＲ，Ｇ，Ｂの色信号に分離される。
色分離回路４３の出力信号は、アンプ部４４に入力される。このアンプ部４４は、通常観察モード時には、Ｂの色信号に対しては、他の色信号よりも大きなゲインに設定できるようにしている。アンプ部４４のゲイン制御は、ＣＰＵ４５が行う。
アンプ部４４の出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路４６に入力され、このＡ／Ｄ変換回路４６によりデジタルの色信号に変換される。
この信号は、メモリ４７に入力され、このメモリ４７に色成分の画像データが一時格納される。このメモリ４７への書き込み及び読み出しの動作は、ＣＰＵ４５により制御される。

メモリ４７から読み出された信号は、ポストプロセス回路４８を経てモニタ５に出力される。
また、例えば、電子内視鏡２の操作部８には、観察モード切り替えスイッチ４９が設けてあり、この観察モード切り替えスイッチ４９による操作信号は、ＣＰＵ４５に入力される。
例えば通常観察モードに設定されている場合においては、ＣＰＵ４５は、光源装置３が可視光をライトガイド１５に供給するように回転板制御回路２６を制御する。この場合、回転板制御回路２６は、ＣＰＵ４５からの制御信号により、照明光路中に可視光照射用フィルタ２３Ａが配置されるようにモータ２５の回転量を制御する。
一方、通常観察モードの設定状態において、術者等のユーザが、観察モード切り替えスイッチ４９を操作して、蛍光観察モードに切り替えると、その操作信号がＣＰＵ４５に入力される。そして、ＣＰＵ４５は、回転板制御回路２６を制御し、回転板制御回路２６は、ＣＰＵ４５からの制御信号により、照明光路中に励起光照射用フィルタ２３Ｂが配置されるようにモータ２５の回転量を制御する。

なお、電子内視鏡２には、処置具を挿通可能とするチャンネル５０（図５参照）を有し、処置具を挿通して病変組織を切除等の処置を行うこともできる。
このような構成による内視鏡装置１による作用を、例えば病変部に薬剤を投与して蛍光観察する場合の例で説明する。
図５に示すように腫瘍部５１として例えば膀胱癌の癌組織を検査し、治療する場合には、術者は、例えば５−ＡＬＡ(5-Aminolevulinic acid)の水溶液を膀胱内に１時間〜２時間溜めておく。
すると、５−ＡＬＡは、投与された後、ProtoporphyrinＩＸに変化し、腫瘍部５１に蓄積する。そして、このようにProtoporphyrinＩＸが腫瘍部５１に蓄積されている間に、例えば図５では図示していない切除用の電極や操作用ハンドル等を備えたレゼクトスコープにより、腫瘍部５１を剥離する処置を行う。

この場合、レゼクトスコープの光学視管（但し、ビデオ光学視管）として電子内視鏡２を使用し、図５に示すようにこの電子内視鏡２の観察下で、図示しない切除用の電極を操作して腫瘍部５１を切除する。
この切除を行う場合には、通常観察モードから蛍光観察モードに切り替える。すると、上述したようにＣＰＵ４５の制御下において、光源装置３の照明光路中には、可視光照射用フィルタ２３Ａから励起光照射用フィルタ２３Ｂが配置されるように切り替えられて、蛍光観察モードとなる。
この状態においては、励起光照射用フィルタ２３Ｂを透過した光は、４１０ｎｍにその透過率がピークとなるピーク波長の励起光となり、この励起光が腫瘍部５１付近に照射される。

５−ＡＬＡが投与されて化学変化を起こし、ProtoporphyrinＩＸの状態で腫瘍観察した場合には、その部分は６３０ｎｍで蛍光を発生する。
本実施例の光源装置３においては、電子内視鏡２の撮像手段に設けられた蛍光観察用フィルタ３０を透過してＣＣＤ２８に励起光が入射される光量が、励起光全体の２％以下（但し０より大）になるように、励起光を発生する構成にしている。従って、背景光の強度のために蛍光により撮像した蛍光画像のコントラスト等が不鮮明になること等を有効に防止でき、観察し易い蛍光画像が得られる。
また、本実施例によれば、観察し易い適切な蛍光画像を得ることができると共に、背景光により腫瘍部５１等の輪郭等の把握もできる。従って、腫瘍部５１を切除する操作を円滑に行うことができる。

特に、蛍光波長域３１と重なり部３２とを色分離できないような場合においては、従来例では背景光のために蛍光の画像情報が埋もれてしまい易くなるが、本実施例によれば、重なり部３２による背景光の光量を抑制しているので、そのような場合においても、埋もれてしまうことを軽減して、より観察し易い蛍光画像が得られることになる。
なお、蛍光波長域３１と重なり部３２との波長帯域がある程度以上異なっている場合には、色分離フィルタとしてのカラーモザイクフィルタ２９により両者を光学的に色分離できる。従って、ＣＣＵ４において、両者を異なる色で表示する信号処理したり、同じ色で合成して表示する処理を行うこともできる。
つまり、ユーザにより蛍光画像と背景光による背景画像とを識別し易い状態で表示したり、合成して腫瘍部５１等の輪郭を識別しやすいように表示することもできる。

なお、蛍光観察により、蛍光を発生する腫瘍部５１が、例えば切除すべきレベル以上で観察されると術者が判断した場合には、その腫瘍部５１を引き続いて切除する処置を行うこともできる。
この場合には、通常観察モードに切り替え、術者は、チャンネル５０内に切除用の処置具を挿通して、その処置具により腫瘍部５１を切除する処置を行うことができる。
以上説明したように本実施例の光源装置３によれば、背景光の強度が大きくなり過ぎることを防止して蛍光観察に適した励起光を発生できる。
また、本実施例の内視鏡装置１によれば、背景光の強度が大きくなり過ぎることなく、観察に適した蛍光画像が得られると共に、励起光による背景画像により輪郭等の把握の機能を確保できる。

つまり、本実施例の内視鏡装置１によれば、蛍光観察時における蛍光と、励起光による背景光とのバランスをより適切に確保できる。
なお、上述の説明おいては、内視鏡として電子内視鏡２の場合で説明したが、光学式内視鏡の接眼部に撮像手段を内蔵したテレビカメラを装着したテレビカメラ装着式内視鏡の場合にも適用することができる。この場合にも、同様の効果が得られる。
また、電子内視鏡２は、挿入部７が軟性の軟性内視鏡でも、硬性の硬性内視鏡のいずれでも良い。同様にテレビカメラ装着式内視鏡の場合においても、光学式内視鏡は、挿入部が軟性の軟性内視鏡でも、硬性の硬性内視鏡のいずれでも良い。
なお、本実施例では励起光透過波長帯域における励起光の透過光量が前記励起光の全光量の２％以下となる励起光を発生する励起光発生手段を形成しているので、重なり部３２の波長幅を、０より大きく５０ｎｍ以内に制限しないで、単に０ｎｍより大きくしたものでも良い。

次に本発明の実施例２を図６を参照して説明する。本実施例を備えた内視鏡装置は、図１と同様の構成であり、光源装置３に内蔵された励起光照射用フィルタ２３Ｂは、図３に示した特性とは一部異なる特性に設定している。
つまり、本実施例の光源装置における励起光照射用フィルタ２３Ｂは、図６に示すような特性に設定している。
この励起光照射用フィルタ２３Ｂは、透過率が最大となるピーク波長は、実施例１と同様であるが、長波長側の裾部分の特性が実施例１と異なっている。つまり、背景光に用いられる部分の透過率が小さく、かつ透過波長特性がブロードな波長帯域になっている。この場合においても、蛍光観察用フィルタ３０の短波長側の裾部分との重なり合う重なり部３２におけるその波長帯域は、５０ｎｍ以内であり、かつ重なり部３２による透過光量は、励起光の全光量における２％以下である。

その他の構成は、実施例１とほぼ同等である。また、本実施例は、実施例１と同様の作用となる。
さらに本実施例においては、励起光照射用フィルタ２３Ｂと蛍光観察用フィルタ３０との製造上の特性にばらつきがあっても、励起光照射用フィルタ２３Ｂにおける蛍光観察用フィルタ３０との重なり部３２の透過率特性が小さく、かつブロードな波長域に跨っているので背景光の光量に及ぼす影響を低減化できる。
なお、本実施例における変形例として、図７に示すようにさらに蛍光観察用フィルタ３０における長波長側の裾部分の透過率特性を、図６に示した励起光照射用フィルタ２３Ｂの場合のように透過率特性が小さく、かつブロードな波長帯域に跨がるようにしても良い。

この場合には、本実施例の場合よりもさらに励起光照射用フィルタ２３Ｂと蛍光観察用フィルタ３０との製造上の特性にばらつきがあっても、背景光の光量に及ぼす影響を低減化できる。
つまり、本実施例及びその変形例によれば、励起光照射用フィルタ２３Ｂと蛍光観察用フィルタ３０との製造上の特性にばらつきがあっても、背景光の光量に及ぼす影響を低減化できる。

［付記］
１．励起光を遮断する励起光遮断フィルタを備えた内視鏡と、可視光及び蛍光観察用の励起光とを選択的に供給可能な光源装置とを備えた内視鏡装置において、
前記励起光遮断フィルタにおける透過波長領域内の遮断波長付近に、前記励起光を透過する０より大きく５０ｎｍ以内の背景照明用の励起光透過波長帯域が形成され、かつ前記励起光透過波長帯域における前記励起光の透過光量が前記励起光の全光量の２％以下となるように励起光の発生特性又は前記励起光遮断フィルタの透過特性を設定したことを特徴とする内視鏡装置。
１′．励起光を遮断する励起光遮断フィルタを備えた内視鏡と、可視光及び蛍光観察用の励起光とを選択的に供給可能な光源装置とを備えた内視鏡装置において、
前記励起光遮断フィルタにおける透過波長領域内の遮断波長付近に、前記励起光を透過する背景照明用の励起光透過波長帯域が形成され、かつ前記励起光透過波長帯域における前記励起光の透過光量が前記励起光の全光量の２％以下となるように励起光の発生特性又は前記励起光遮断フィルタの透過特性を設定したことを特徴とする内視鏡装置。

２．付記１において、前記励起光の発生特性は、前記励起光透過波長帯域においてはその強度が小さく広帯域に分布した励起光を発生する特性を有する。
３．付記１において、前記励起光遮断フィルタの透過特性は、前記励起光透過波長帯域においてはその透過率が小さく広帯域に分布した特性を有する。
４．照明手段により発生される励起光を利用して蛍光観察を行う内視鏡において、
前記励起光の波長帯域に対して、内視鏡の撮像手段に設けた励起光遮断フィルタにおける透過波長領域内の遮断波長付近に、前記励起光を透過する０より大きく５０ｎｍ以内の背景照明用の励起光透過波長帯域を有し、かつ前記励起光透過波長帯域における前記励起光の透過光量が前記励起光の全光量の２％以下となる励起光を透過するように前記励起光遮断フィルタの特性を設定したことを特徴とする内視鏡。

４′．照明手段により発生される励起光を利用して蛍光観察を行う内視鏡において、
前記励起光の波長帯域に対して、内視鏡の撮像手段に設けた励起光遮断フィルタにおける透過波長領域内の遮断波長付近に、前記励起光を透過する背景照明用の励起光透過波長帯域を有し、かつ前記励起光透過波長帯域における前記励起光の透過光量が前記励起光の全光量の２％以下となる励起光を透過するように前記励起光遮断フィルタの特性を設定したことを特徴とする内視鏡。

体内の腫瘍部等の検査対象部位に薬剤を投与する等して腫瘍部等をから発光する蛍光観察する場合、背景光の強度を抑制して、観察し易い蛍光画像を得ることができる。

本発明の実施例１を備えた内視鏡装置の全体構成を示す構成図。光源装置内の回転板のフィルタの構成を示す正面図。励起光照射用フィルタの透過率特性を蛍光観察用フィルタの透過率特性と共に示す特性図。撮像素子に設けられた光学フィルタの透過率特性を示す特性図。本実施例における動作説明のための使用例を示す説明図。本発明の実施例２における励起光照射用フィルタの透過率特性を蛍光観察用フィルタの透過率特性と共に示す特性図。変形例における励起光照射用フィルタの透過率特性を蛍光観察用フィルタの透過率特性と共に示す特性図。

符号の説明

１…内視鏡装置
２…電子内視鏡
３…光源装置
４…ＣＣＵ
５…モニタ
７…挿入部
１５…ライトガイド
２１…ランプ
２２…回転板
２３Ａ…可視光照射用フィルタ
２３Ｂ…励起光照射用フィルタ
２５…モータ
２６…回転板制御回路
２７…対物レンズ
２８…ＣＣＤ
２９…カラーモザイクフィルタ
３０…蛍光観察用フィルタ
３１…蛍光波長帯域
３２…重なり部
４３…色分離回路
４４…アンプ
４５…ＣＰＵ
４７…メモリ
代理人弁理士伊藤進

Claims

励起光を遮断する励起光遮断フィルタを備えた内視鏡に対して可視光と、蛍光観察用の励起光とを選択的に供給可能な光源装置と、
透過波長領域内に、前記励起光を透過する背景照明用の励起光透過波長帯域が形成され、且つこの励起光透過波長帯域における前記励起光の透過光量を前記励起光の全光量に対して０％より大きくかつ２％以下とした励起光遮断フィルタを、対物レンズと撮像素子との間に配置した内視鏡と、
を備え、
前記励起光遮断フィルタの前記励起光透過波長帯域は、０より大きく５０ｎｍ以内であることを特徴とする内視鏡装置。