JP4757019B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、患者側回路と２次側回路を電気的に絶縁して映像処理を行う内視鏡装置に関する。

従来より内視鏡は、医療分野及び工業用分野における内視鏡検査に広く採用されるようになった。
また、最近においては、撮像手段を内蔵した電子内視鏡（ビデオスコープともいう）や、光学式内視鏡に撮像手段を内蔵したカメラヘッドを装着した電子式内視鏡（内視鏡撮像装置ともいう）は、内視鏡画像の記録等が簡単に行えるために広く用いられる状況にある。

例えば電子内視鏡あるいはカメラヘッドには固体撮像素子（以下、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）と称する）が内蔵され、そのＣＣＤを駆動制御して撮像した観察部位の撮像信号をビデオプロセッサで所定の信号処理を行いテレビ映像信号を生成させ、そのテレビ映像信号を用いてテレビモニタに撮像された観察部位の画像を表示する電子内視鏡装置が用いられている。
例えば電子内視鏡のように先端にＣＣＤを有する内視鏡挿入部を体腔内に挿入して、体腔内の観察部位を観察治療する医療用電子内視鏡のビデオプロセッサは、患者の安全性を確保するために、ＣＣＤの駆動回路や映像信号処理回路の一部を２次回路とは絶縁分離された患者回路に搭載している。

そこで、例えば特開２００４−２４２８７８号公報等に開示されている電子内視鏡装置では、ＣＣＤを駆動するための基準クロック信号が２次回路で生成される場合、患者回路へのクロック伝送には絶縁を確保しつつ信号伝送可能なアイソレーショントランス等のアイソレーションデバイスが用いられる。

アイソレーションデバイスとして、近年、ＬＶＤＳ（低電圧差動信号処理）デバイスが注目されている。このＬＶＤＳでは、高速な伝送速度、小さい信号振幅、低い消費電力、少ない電磁障害での信号伝送が可能となる。
特開２００４−２４２８７８号公報

最近においては、通常の単板タイプ等の単一の標準解像度の固体撮像素子を備えた電子内視鏡の他に、高画質化することができる、単板タイプ等の単一の高解像度の固体撮像素子を備えた電子内視鏡、あるいは３原色撮像用或いは３板タイプの複数の固体撮像素子を内蔵したカメラヘッドを用いて内視鏡検査を行うニーズがあるが、従来は、別体の映像信号処理装置を採用している。

このため、従来は、内視鏡検査に使用するカメラヘッドに応じて映像信号処理装置を変更しなければならないため、内視鏡検査を行う内視鏡撮像システムの準備に手間がかかる等の欠点があった。

一方、ＬＶＤＳでは、通常、パルストランスにてアイソレーションを行っているため、データの伝送においてはパルストランスの信号通過特性に対応した周波数により行う必要があるが、標準解像度ＣＣＤや高解像度ＣＣＤ等により撮像された映像データでは、伝送クロック及びデータビット数が異なるために、パルストランスの信号通過特性を安定化させることが難しいといった問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＬＶＤＳ方式におけるパルストランスの信号通過特性を安定化させて映像データをアイソレーション伝送することのできる内視鏡装置を提供することを目的としている。

本発明の内視鏡装置は、
撮像手段を有する内視鏡と、前記内視鏡からの映像信号を信号処理する信号処理装置とからなる内視鏡装置において、
前記信号処理装置が、
前記内視鏡からの映像信号をデジタルのパラレル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、
前記パラレル信号の各ビットより、ビット毎のビットデータと該ビットデータの反転データとを組み合わせたビットデータ組を生成し、該ビットデータ組をシリアルデータに変換するパラレル／シリアル変換手段と、
前記シリアルデータを電気的に絶縁して伝送するデータ絶縁伝送手段と
を備えて構成される。

本発明によれば、ＬＶＤＳ方式におけるパルストランスの信号通過特性を安定化させて映像データをアイソレーション伝送することができるという効果がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について述べる。

図１ないし図９は本発明の実施例１に係わり、図１は内視鏡撮像システムの全体構成図、図２は図１の３板タイプのカメラヘッドの内部構成を示すブロック図、図３は図１のビデオスコープ（電子内視鏡）の内部構成を示すブロック図、図４は図１の映像信号処理装置の内部構成を示すブロック図、図５は図４の映像信号処理装置の作用を説明する第１の図、図６は図４の映像信号処理装置の作用を説明する第２の図、図７は図４の映像信号処理装置の作用を説明する第３の図、図８は図４の映像信号処理装置の作用を説明する第４の図、図９は図４の映像信号処理装置の作用を説明する第５の図である。

図１に示すように、本発明の実施例１の内視鏡撮像システム１は、光学式内視鏡２と、この光学式内視鏡２に装着される３板タイプの標準解像度の撮像手段を内蔵したカメラヘッド３と、軟性の標準解像度の撮像手段を内蔵した電子内視鏡（以下、ビデオスコープと略記）５と、軟性の高解像度の撮像手段を内蔵したビデオスコープ５Ｈと、光学式内視鏡２又はビデオスコープ５，５Ｈに照明光を供給する光源装置６と、カメラヘッド３及びビデオスコープ５，５Ｈが選択的に接続され、映像信号生成の信号処理を行う映像信号処理装置７と、この映像信号処理装置７に接続され、カメラヘッド３或いはビデオスコープ５，５Ｈに内蔵された撮像手段により撮像された内視鏡画像に対応する映像信号を表示するモニタ８とから構成される。

そして、映像信号処理装置７は、これら種類の異なる内視鏡撮像装置の信号コネクタ９ａ、９ｃ、９ｃＨが選択的に接続されることにより、それぞれの出力信号から映像信号生成の処理を行う。

光学式内視鏡２は、体腔内に挿入される軟性（可撓性）の挿入部１１ａと、この挿入部１１ａの後端に設けられた操作部１２ａと、この操作部１２ａの後端に設けられた接眼部１３と、操作部１２ａから延出されたライトガイドケーブル１４とを有する。このライトガイドケーブル１４の端部に設けられたライトガイドコネクタ１５ａは、光源装置６に着脱自在に接続される。
また、ビデオスコープ５は、体腔内に挿入される軟性（可撓性）の挿入部１１ｂと、この挿入部１１ｂの後端に設けられた操作部１２ｂと、この操作部１２ｂから延出されたユニバーサルケーブル１６とを有する。このユニバーサルケーブル１６の端部に設けられたライトガイドコネクタ１５ｂは、光源装置６に着脱自在に接続される。

また、このライトガイドコネクタ１５ｂの側部から延出された信号ケーブル２０の端部には信号コネクタ９ｃが設けてあり、この信号コネクタ９ｃは、映像信号処理装置７の信号コネクタ受け１０に着脱自在に接続される。

同様に、ビデオスコープ５Ｈは、体腔内に挿入される軟性（可撓性）の挿入部１１ｂＨと、この挿入部１１ｂＨの後端に設けられた操作部１２ｂＨと、この操作部１２ｂＨから延出されたユニバーサルケーブル１６Ｈとを有する。このユニバーサルケーブル１６Ｈの端部に設けられたライトガイドコネクタ１５ｂＨは、光源装置６に着脱自在に接続される。

また、このライトガイドコネクタ１５ｂＨの側部から延出された信号ケーブル２０Ｈの端部には信号コネクタ９ｃＨが設けてあり、この信号コネクタ９ｃＨは、映像信号処理装置７の信号コネクタ受け１０に着脱自在に接続される。

光源装置６は、この光源装置６に接続されされたライトガイドケーブル１４或いは１６、１６Ｈを介して光学式内視鏡２或いはビデオスコープ５，５Ｈに照明光を供給する。そして、光学式内視鏡２或いはビデオスコープ５，５Ｈ内部の図示しないライトガイドにより照明光は伝送され、挿入部１１ａ或いは１１ｂの先端部の照明窓から出射される。照明窓から出射された照明光により、挿入部１１ａ或いは１１ｂ，１１ｂＨが挿入された体腔内の患部等の被写体が照明される。挿入部１１ａ或いは１１ｂ，１１ｂＨの先端部には、照明窓に隣接して観察窓が設けてあり、その観察窓に取り付けられた対物レンズにより被写体の光学像が結像される。

例えばビデオスコープ５の場合には、対物レンズの結像位置には、撮像手段として通常解像度の電荷結合素子（ＣＣＤと略記）４２（図３参照）が配置されている。ビデオスコープ５ＨもＣＣＤが高解像度である点を除いてデオスコープ５と同様である。

一方、光学式内視鏡２の場合には、対物レンズの結像位置には、イメージガイドの先端面が配置され、この先端面に結像された光学像は、接眼部１３付近に配置された後端面に伝送され、接眼部１３から肉眼で観察できると共に、カメラヘッド３が装着された場合には、カメラヘッド３に内蔵された撮像手段に光学像が結像されることになる。
カメラヘッド３は、光学式内視鏡２の接眼部１３に着脱自在に接続されるヘッド部１７ａから信号ケーブル１８ａがそれぞれ延出され、信号ケーブル１８ａの端部に設けられた信号コネクタ９ａは、映像信号処理装置７の信号コネクタ受け１０に着脱自在に接続される。

図２は、３板タイプのカメラヘッド（３板カメラヘッドともいう）３の詳細な構成を示す。

３板タイプのカメラヘッド３内は、内部にダイクロックプリズム２１を備え、被写体からの光学像をＲＧＢの３原色の光学像に分離する。ＲＧＢの３原色に分離された光学像は、Ｒ用ＣＣＤ２２、Ｇ用ＣＣＤ２３、Ｂ用ＣＣＤ２４によりそれぞれ撮像され、電気信号に変換される。それぞれのＣＣＤ出力信号は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）２５、２６、２７にそれぞれ入力される。

ＣＤＳ回路２５、２６、２７の出力信号は、信号コネクタ９ａの接点部１９の端子１Ａ，１Ｂ，２Ａをそれぞれ介して映像信号処理装置７に出力される。なお、信号コネクタ９ａの右端の接点部１９における符号は、端子番号を示す。

Ｒ用ＣＣＤ２２、Ｇ用ＣＣＤ２３、Ｂ用ＣＣＤ２４及びＣＤＳ回路２５、２６、２７は、タイミングジェネレータ２８に接続される。

このタイミングジェネレータ２８には、接点部１９を介して映像信号処理装置７から原発振クロック、同期信号及びタイミングジェネレータ制御信号が入力され、タイミングジェネレータ２８は、これらの信号に基づいてＣＣＤ駆動信号及びＣＤＳ回路用のサンプリング信号を発生し、ＣＣＤ２２、２３、２４及びＣＤＳ回路２５、２６、２７にそれぞれＣＣＤ駆動信号及びサンプリング信号を供給する。また、タイミングジェネレータ２８は、映像信号処理装置７にＣＤＳサンプリング信号に同期したクロックを端子８Ｂから供給する。

また、３板タイプのカメラヘッド３は、このカメラヘッド３を検出（識別）するためのカメラヘッド／スコープ検出用の検出抵抗２９（その抵抗値はＲ１）が設けてある。

図３は、ビデオスコープ５の詳細な構成を示すブロック図である。ＣＣＤ４２が高解像度である点を除いてビデオスコープ５Ｈもビデオスコープ５と同様な構成であるので、ビデオスコープ５を例に説明する。

ビデオスコープ５内には、補色モザイクフィルタ４１を備えた通常解像度のＣＣＤ４２と、このＣＣＤ４２から出力されるＣＣＤ出力信号を増幅するアンプ４３とを有しており、アンプ４３により増幅されされたＣＣＤ出力信号は、接点部１９の端子１７Ｂを介して映像信号処理装置７に出力される。

また、ビデオスコープ５内には、タイミングジェネレータ４４を備えており、映像信号処理装置７から原発振クロック、同期信号及びタイミングジェネレータ制御信号が入力され、タイミングジェネレータ４４は、これらの信号に基づいてＣＣＤ駆動信号を発生し、ＣＣＤ４２にＣＣＤ駆動信号を供給する。また、タイミングジェネレータ４４は、接点部１９の端子８Ｂを介して映像信号処理装置７にＣＤＳサンプリング信号に同期したクロックを供給する。

ビデオスコープ５内にもカメラヘッド３と同様に、カメラヘッド／スコープ検出用の検出抵抗４５（その抵抗値はＲ３）を備えている。

図４は、映像信号処理装置７の詳細を示すブロック図である。図４に示すように、映像信号処理装置７は、ビデオスコープ５等が接続される患者側回路１００ａと、該患者側回路１００ａと電気的に絶縁された２次側回路１００ｂとに分離されている。

映像信号処理装置７の患者側回路１００ａには、カメラヘッド３内のＣＣＤ２２、２３、２４あるいはビデオスコープ５、５Ｈ内のＣＣＤ４２を駆動するＣＣＤドライバ１０１と、ビデオスコープ５、５Ｈからの撮像信号を増幅するプリアンプ１０２と、プリアンプ１０２を介した撮像信号を相関二重サンプリングしデジタル化するＣＤＳ＆Ａ／Ｄ部１０３と、カメラヘッド３からの撮像信号をデジタル化するＡ／Ｄ部１０４とを備えている。

ＣＤＳ＆Ａ／Ｄ部１０３では、ビデオスコープ５からの撮像信号の場合は例えば１４ＭＨｚ，１２ｂｉｔのパラレル信号に変換し、ビデオスコープ５Ｈからの撮像信号の場合は例えば２８ＭＨｚ，１２ｂｉｔのパラレル信号に変換する。また、Ａ／Ｄ部１０４ではカメラヘッド３内のＣＣＤ２２、２３、２４からの撮像信号を１４ＭＨｚ，３６ｂｉｔのパラレル信号に変換する。

ＣＤＳ＆Ａ／Ｄ部１０３からの１２ｂｉｔのパラレル信号あるいはＡ／Ｄ部１０４からの３６ｂｉｔのパラレル信号は、ＬＶＤＳ変換部１０５に入力され、ＬＶＤＳ変換部１０５では入力されたパラレル信号をＬＶＤＳ伝送のためのシリアル信号に変換する。ＬＶＤＳ変換部１０５での変換の詳細については後述する。

前記ＣＣＤドライバ１０１及びＣＤＳ＆Ａ／Ｄ部１０３は、ドライブ制御部１０６により制御される。ドライブ制御部１０６は、フォトカプラ１０７を介して２次側回路１００ｂに設けられているクロック回路（ＣＬＫ）１０８からの基準クロックに基づきＣＣＤ制御信号を生成し、ＣＣＤドライバ１０１及びＣＤＳ＆Ａ／Ｄ部１０３を制御する。

なお、ＬＶＤＳ変換部１０５及びドライブ制御部１０６はＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）により構成されている。

ＬＶＤＳ変換部１０５により変換されたＬＶＤＳ伝送のためのシリアル信号は、ＬＶＤＳ伝送部１１０を介して２次側回路１００ｂのＬＶＤＳ変調部１１１に伝送される。

図５にＬＶＤＳ伝送部１１０の構成を示す。ＬＶＤＳ伝送部１１０は、ＬＶＤＳドライバ１１２、パルストランス１１３、ＬＶＤＳレシーバ１１４とから構成され、パルストランス１１３の前後にはチョークコイル１１５ａ，１１５ｂが設けられている。

図４に戻り、ＬＶＤＳ変調部１１１では、ＬＶＤＳ伝送部１１０を介して入力されたシリアル信号をＬＶＤＳ変換部１０５とは逆の変換を行い１２ｂｉｔのパラレル信号あるいは３６ｂｉｔのパラレル信号に変換する。１２ｂｉｔのパラレル信号すなわちビデオスコープ５（５Ｈ）からのパラレル信号の場合は、色処理部１１６で色分解処理、同時化処理等を行い画像メモリ１１７に格納し、３６ｂｉｔのパラレル信号すなわちカメラヘッド３からのパラレル信号の場合は、そのまま画像メモリ１１７に格納する。

そして、画像メモリ１１７に格納された画像データをＨＤ信号処理部１１８あるいはＳＤ信号処理部１１９で画像信号処理してモニタ８に出力する。

これら色処理部１１６、ＨＤ信号処理部１１８あるいはＳＤ信号処理部１１９は、制御部１２０により制御される。制御部１２０は、カメラヘッド３あるいはビデオスコープ５（５Ｈ）の検知抵抗２９、４５をフォトカプラ１２１を介して検知することで、映像処理の制御を行う。ここで、ＨＤ信号処理部１１８は高解像度の映像信号処理を行い、ＳＤ信号処理部１１９は標準解像度の映像信号処理を行う。

なお、ＬＶＤＳ変調部１１１、色処理部１１６、ＨＤ信号処理部１１８及びＳＤ信号処理部１１９はＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）により構成されている。

制御部１２０は、図示しないキーボード、プリンタ、ＰＣＭＣＩＡ、ＬＡＮ、フットスイッチ等の周辺機器とのインターフェイスを有すると共に、フロントパネル１２２とのインターフェイスを有している。さらに、制御部１２０は内部にキャラクタジェネレータ１２０ａを備えており、必要に応じたメッセージをモニタ８に表示させることができる。

つぎに、ＬＶＤＳ変換部１０５でのデータ変換について説明する。図６に示すように、本実施例のＬＶＤＳ伝送部１１０のパルストランス１１３は、例えば３００ＭＨｚ近傍に伝送特性のピークを有している。ＬＶＤＳ伝送部１１０での伝送クロック周波数は、例えば３３６ＭＨｚとしている。

一方、図７に示すように、標準解像度のビデオスコープ５のＣＣＤ４２からはデータレート１４ＭＨｚ、１２ｂｉｔの映像信号が、カメラヘッド３のＣＣＤ２２、２３、２４からはデータレート１４ＭＨｚ、１２ｂｉｔ×３の映像信号が、さらにビデオスコープ５ＨのＣＣＤ４２からはデータレート２８ＭＨｚ、１２ｂｉｔの映像信号が、ＬＶＤＳ変換部１０５に入力される。

例えばＴ0＝１／２８ＭＨｚとすると、図８に示すように、ビデオスコープ５のＣＣＤ４２からは２×Ｔ0の時間、１２ｂｉｔのＤ0〜Ｄ11のパラレルデータがＬＶＤＳ変換部１０５に入力される。そこで、ＬＶＤＳ変換部１０５は、まず、Ｄ0〜Ｄ11の反転データ/Ｄ0〜/Ｄ11（例えばＤ0＝０ならば反転データ/Ｄ0＝１）を生成する。

そして、「/Ｄ0、Ｄ0、/Ｄ1、Ｄ1、/Ｄ2、Ｄ2、/Ｄ3、Ｄ3、/Ｄ4、Ｄ4、/Ｄ5、Ｄ5」からなる１２ビットのパラレルデータと、「/Ｄ6、Ｄ6、/Ｄ7、Ｄ7、/Ｄ8、Ｄ8、/Ｄ9、Ｄ9、/Ｄ10、Ｄ10、/Ｄ11、Ｄ11」からなる１２ビットのパラレルデータを、それぞれＴ0の時間セットする。

すなわち、１４ＭＨｚ（＝２×Ｔ0）のデータレートにおける１２ビット入力の１チャンネルのパラレル／シリアル変換を、２８ＭＨｚ（＝Ｔ0）のデータレートにおける下位データ「/Ｄ0、Ｄ0、/Ｄ1、Ｄ1、/Ｄ2、Ｄ2、/Ｄ3、Ｄ3、/Ｄ4、Ｄ4、/Ｄ5、Ｄ5」と、上位データ「/Ｄ6、Ｄ6、/Ｄ7、Ｄ7、/Ｄ8、Ｄ8、/Ｄ9、Ｄ9、/Ｄ10、Ｄ10、/Ｄ11、Ｄ11」に変換する。

この変換により、ＬＶＤＳ伝送部１１０のＬＶＤＳドライバ１１２では、転送レートがＴ0／１２のチャンネルを１つ用いた状態で、１４ＭＨｚ×２４のビットデータを伝送することになる。

この伝送では、/Ｄi、Ｄi（ｉ＝０〜１１）というように、映像データのビットを１ビット毎に反転させて伝送しているので、伝送信号のＡＰＬ（平均値）を安定化させることができる。

また、データを１ビット毎に反転させることにより、チャンネル当たりのＬＶＤＳ信号のデータ周波数（１４ＭＨｚ×２４）が伝送クロック周波数（３３６ＭＨｚ）と同じとなるため、ＬＶＤＳ変調部１１１でのロック状態を安定させることができる。

同様に、図９に示すように、高解像度のビデオスコープ５ＨのＣＣＤ４２からはＴ0の時間、１２ｂｉｔのＤ0〜Ｄ11のパラレルデータがＬＶＤＳ変換部１０５に入力される。この場合は、転送レートがＴ0／１２のチャンネルを２つ用いた状態で、２８ＭＨｚ×１２のビットデータを伝送することになる。

この場合も/Ｄi、Ｄi（ｉ＝０〜１１）というように、映像データのビットを１ビット毎に反転させて伝送しているので、伝送信号のＡＰＬ（平均値）を安定化させることができる。

また、データを１ビット毎に反転させることにより、チャンネル当たりのＬＶＤＳ信号のデータ周波数（２８ＭＨｚ×１２）が伝送クロック周波数（３３６ＭＨｚ）と同じとなるため、ＬＶＤＳ変調部１１１でのロック状態を安定させることができる。

なお、カメラヘッド３のＣＣＤ２２、２３、２４からは、ＣＣＤ毎に図７に示したレートでデータがＬＶＤＳ変換部１０５に入力されるが、転送レートがＴ0／１２のチャンネルを３つ用いた状態で、それぞれのチャンネルで１４ＭＨｚ×２４のビットデータを伝送することになる。詳細は図８と同じであるので説明は省略する。

本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本発明の実施例１に係る内視鏡撮像システムの全体構成図 図１の３板タイプのカメラヘッドの内部構成を示すブロック図 図１のビデオスコープ（電子内視鏡）の内部構成を示すブロック図 図１の映像信号処理装置の内部構成を示すブロック図 図４の映像信号処理装置の作用を説明する第１の図 図４の映像信号処理装置の作用を説明する第２の図 図４の映像信号処理装置の作用を説明する第３の図 図４の映像信号処理装置の作用を説明する第４の図 図４の映像信号処理装置の作用を説明する第５の図

符号の説明

１…内視鏡撮像システム
２…光学式内視鏡
３…通常解像度３板（タイプの）カメラヘッド
５…通常解像度ビデオスコープ
５Ｈ…高解像度ビデオスコープ
７…映像信号処理装置
８…モニタ
９ａ、９ｂ、９ｃ…信号コネクタ
１０…信号コネクタ受け
１０１…ＣＣＤドライバ
１０２…プリアンプ
１０３…ＣＤＳ＆Ａ／Ｄ部
１０４…Ａ／Ｄ部
１０５…ＬＶＤＳ変換部
１０６…ドライブ制御部
１０７、１２１…フォトカプラ
１０８…クロック回路（ＣＬＫ）
１１０…ＬＶＤＳ伝送部
１１１…ＬＶＤＳ変調部
１１６…色処理部
１１７…画像メモリ
１１８…ＨＤ信号処理部
１１９…ＳＤ信号処理部
１２０…制御部

Claims (3)

1. 撮像手段を有する内視鏡と、前記内視鏡からの映像信号を信号処理する信号処理装置とからなる内視鏡装置において、
   前記信号処理装置は、
   前記内視鏡からの映像信号をデジタルのパラレル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、
   前記パラレル信号の各ビットより、ビット毎のビットデータと該ビットデータの反転データとを組み合わせたビットデータ組を生成し、該ビットデータ組をシリアルデータに変換するパラレル／シリアル変換手段と、
   前記シリアルデータを電気的に絶縁して伝送するデータ絶縁伝送手段と
   を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記データ絶縁伝送手段は、ＬＶＤＳ方式によりデータを伝送する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記パラレル／シリアル変換手段は、前記データ絶縁伝送手段の伝送レートに基づき、前記シリアルデータのデータ長を設定する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡装置。

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