JP4758720B2

JP4758720B2 - 電子内視鏡システム

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Publication number: JP4758720B2
Application number: JP2005283497A
Authority: JP
Inventors: 一則阿部
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: EP1769727A3; US8294751B2; JP2007089839A; US20070070193A1; EP1769727A2

Description

本発明は、電子内視鏡とプロセッサ装置とからなり、これらの間で電波によって信号の遣り取りを行う電子内視鏡システムに関する。

従来から、医療分野において、電子内視鏡を利用した医療診断が盛んに行われている。電子内視鏡の体腔内に挿入される挿入部先端には、ＣＣＤなどの撮像素子が内蔵されており、このＣＣＤにより取得した撮像信号に対して、プロセッサ装置で信号処理を施すことで、モニタで体腔内の画像（内視鏡画像）を観察することができる。

一般的に、電子内視鏡とプロセッサ装置とは、信号ケーブルにより接続されているが、信号を変調する変調部、および信号を電波で送信する送信部を電子内視鏡に、電波を受信する受信部、および電波を元の信号に復調する復調部をプロセッサ装置にそれぞれ設けて、電波によって信号の遣り取りを行えるようにし、信号ケーブルを取り除いて電子内視鏡の操作性を向上させた、いわゆるワイヤレス電子内視鏡システムも考案されている（特許文献１および２参照）。

ワイヤレス電子内視鏡システムは、上述の如く、電子内視鏡の使用時に、信号ケーブルによる操作の制約がなくなり、操作性が向上する。そのうえ、信号ケーブルを用いた従来の電子内視鏡装置では、患者回路と二次回路との間で約４ｋＶの絶縁耐圧を維持することが必須となるが、ワイヤレス電子内視鏡システムでは、電子内視鏡とプロセッサ装置との間に信号ケーブルによる電気的接続が存在しないため、上記のように高い絶縁耐圧を維持する構成が不要となる。
特開昭６０−４８０１１号公報特開２００１−４６３３４号公報

ところで、上記のような電子内視鏡システムにおいて、電子内視鏡で得られた映像信号をプロセッサ装置で受信して、内視鏡画像としてモニタに表示するためには、電子内視鏡とプロセッサ装置との間で同期をとる必要がある。しかしながら、従来の電子内視鏡システムでは、映像信号とは別に、同期信号を表すデータ領域が確保され、これらを異なる送受信周波数帯域の電波で送受信していた。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、占有周波数帯域を必要最小限に止め、確実に同期信号を検出して映像信号から分離することができる電子内視鏡システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、撮像素子により体腔内の被観察体像を撮影して得られた撮像信号をデジタル化した映像信号に、直交変調を施してＲＦ信号を生成し、ＲＦ信号を電波として送信する電子内視鏡と、電波を受信して、前記ＲＦ信号から元の映像信号を復調し、復調した映像信号から内視鏡画像を生成するプロセッサ装置とからなる電子内視鏡システムにおいて、前記電子内視鏡は、前記映像信号を表す信号レベルの上下数値を、前記映像信号の垂直同期信号および水平同期信号の状態を表す同期符号として用いるとともに、前記上下数値を除く信号レベルで表される映像信号はそのままで、前記上下数値の信号レベルで表される映像信号を、前記上下数値を除く信号レベルの最大値および最小値に置換する符号化部を備え、前記プロセッサ装置は、前記同期符号を検出して、前記映像信号から前記垂直同期信号および前記水平同期信号を分離する同期分離部を備えたことを特徴とする。

本発明の電子内視鏡システムによれば、映像信号を表す信号レベルの上下数値を、映像信号の垂直同期信号および水平同期信号の状態を表す同期符号として用いるとともに、上下数値を除く信号レベルで表される映像信号はそのままで、上下数値の信号レベルで表される映像信号を、上下数値を除く信号レベルの最大値および最小値に置換する符号化部を備えた電子内視鏡と、同期符号を検出して、映像信号から垂直同期信号および水平同期信号を分離する同期分離部を備えたプロセッサ装置とからなるので、占有周波数帯域を必要最小限に止めることができる。また、確実に同期信号を検出して映像信号から分離することができる。

図１において、本発明を適用した電子内視鏡システム２は、電子内視鏡１０、およびプロセッサ装置１１から構成される。この電子内視鏡システム２は、電子内視鏡１０とプロセッサ装置１１との信号の遣り取りを電波１２にて行う、いわゆるワイヤレス電子内視鏡システムである。

電子内視鏡１０は、体腔内に挿入される挿入部１３と、挿入部１３の基端部分に連設された操作部１４とを備えている。挿入部１３の先端に連設された先端部１３ａには、体腔内の被観察体像の像光を取り込むための対物レンズ１５と、体腔内の被観察体像を撮影する撮像素子としてのＣＣＤ１６（例えば、画素サイズ；１２８０×９６０、フレームレート；３０フレーム／秒）、および照射レンズ１７と体腔内照明用のＬＥＤ光源（ＬＥＤ）１８（ともに図２参照）が内蔵されている。ＣＣＤ１６により取得された体腔内の画像は、プロセッサ装置１１に接続されたモニタ１９に内視鏡画像として表示される。

先端部１３ａの後方には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部２０が設けられている。この湾曲部２０は、操作部１４に設けられたアングルノブ１４ａが操作されて、挿入部１３内に挿設されたワイヤが押し引きされることにより、上下左右方向に湾曲動作し、先端部１３ａが体腔内の所望の方向に向けられるようになっている。

操作部１４の下方には、水が貯留される貯水タンク２１と、エアーが貯留されるエアーボンベ２２とが内蔵されたカートリッジ２３が着脱自在に取り付けられている。これら貯水タンク２１、エアーボンベ２２に貯留された水、エアーは、操作部１４の送水／送気ボタン１４ｂの操作に連動して、電子内視鏡１０内部に配設された送水パイプ、送気パイプを通って、先端部１３ａに形成された洗浄ノズル（図示せず）から対物レンズ１５に向けて噴射される。これにより、対物レンズ１５表面に付着した汚物などの除去や、体腔内への送気を行うことが可能となっている。ここで、カートリッジ２３は、電子内視鏡１０を使用する際に操作者の手の付け根が当接する位置に取り付けられており、電子内視鏡１０の操作性を安定化させる役割も果たしている。なお、符号２４は、処置具が挿通される鉗子口である。

図２において、電子内視鏡１０は、ＣＰＵ３０により全体の動作を統括的に制御される。ＣＰＵ３０には、電子内視鏡１０の動作を制御するための各種プログラムやデータが記憶されたＲＯＭ３１が接続されている。ＣＰＵ３０は、このＲＯＭ３１から必要なプログラムやデータを読み出し、電子内視鏡１０の動作制御を行う。

また、ＣＰＵ３０には、タイミングジェネレータ（ＴＧ）３２が接続されている。ＴＧ３２は、ＣＣＤ１６、後述するＡＦＥ３４、パラレル／シリアル変換部（Ｐ／Ｓ）３５に接続されており、これら各部にタイミング信号（クロックパルス）を送信する。ＣＣＤ１６、ＡＦＥ３４、およびＰ／Ｓ３５は、ＴＧ３２から送信されるタイミング信号に基づいて動作する。

ＬＥＤ１８には、駆動部３３が接続されている。駆動部３３は、ＣＰＵ３０の制御の下に、ＬＥＤ１８をオン／オフ駆動させる。ＬＥＤ１８から発せられた光は、照射レンズ１７を介して体腔内の被観察体に照射される。なお、先端部１３ａではなく操作部１４の内部にＬＥＤ１８を配し、ライトガイドで先端部１３ａに導光する構成としてもよい。

ＣＣＤ１６は、対物レンズ１５から入射した体腔内の被観察体像の像光を撮像面に結像させ、各画素からこれに応じた撮像信号を出力する。ＡＦＥ３４は、ＣＣＤ１６から入力された撮像信号に対して、相関二重サンプリング、増幅、およびＡ／Ｄ変換を施して、撮像信号をデジタルの映像信号（１０ビット、図３参照）に変換する。

Ｐ／Ｓ３５は、ＡＦＥ３４から入力されるデジタル映像信号を、パラレルデータからシリアルデータに変換する。また、Ｐ／Ｓ３５は、ＴＧ３２からのタイミング信号による映像信号の垂直、水平同期信号をシリアル変換する。

図３に模式的に示すように、Ｐ／Ｓ３５は、映像信号を表す１０ビットの信号レベルの「３ＦＦ（１６進表示）」を水平同期信号がアクティブの状態、「３ＦＥ」を水平同期信号の立ち上がり、「３ＦＤ」を垂直同期信号の立ち下がり、「００２」を垂直同期信号の立ち上がり、「００１」を水平同期信号の立ち下がり、「０００」を垂直同期信号がアクティブの状態を表す同期符号としてそれぞれ割り振る。また、Ｐ／Ｓ３５は、垂直、水平同期信号の状態を表すために用いた上下３個、合計６個の同期符号３ＦＤ〜３ＦＦ、０００〜００２で表される映像信号を、同期符号を除く信号レベルの最大値「３ＦＣ」および最小値「００３」に置換する。

図２に戻って、変調部３６は、Ｐ／Ｓ３５から出力されたシリアルデータに、例えば、４値ＰＳＫ（ＱＰＳＫ）方式を用いてデジタル直交変調を施す。送信部３７は、アンテナ３８を介して、変調部３６でデジタル直交変調が施された映像信号（以下、ＲＦ信号という）を電波１２としてプロセッサ装置１１に送信する。

コネクタ３９には、バッテリ４０が接続されている。バッテリ４０の電力は、ＣＰＵ３０により制御される電力供給部４１から、電子内視鏡１０の各部に供給される。なお、図１には示していないが、操作部１４の後部には、バッテリ４０を収納するバッテリ収納室が設けられており、コネクタ３９はその内部に配されている。

図４において、プロセッサ装置１１は、ＣＰＵ５０により全体の動作を統括的に制御される。ＣＰＵ５０には、プロセッサ装置１１の動作を制御するための各種プログラムやデータが記憶されたＲＯＭ５１が接続されている。ＣＰＵ５０は、このＲＯＭ５１から必要なプログラムやデータを読み出し、プロセッサ装置１１の動作制御を行う。

アンテナ５２は、電子内視鏡１０からの電波１２を受信する。受信部５３は、アンテナ５２で受信された電波１２、すなわちＲＦ信号を増幅する。復調部５４は、ＲＦ信号にデジタル直交検波を施して、ＲＦ信号を電子内視鏡１０で変調される前の映像信号に復調する。

同期分離部５５は、ＣＰＵ５０の制御の下に、Ｐ／Ｓ３５で割り振られた同期符号を検出して、この検出結果に基づいて、復調部５４で復調された映像信号から、振幅分離によって同期信号を分離し、続いて周波数分離により水平同期信号と垂直同期信号とを分離する。

映像信号処理部５６は、映像信号からデジタルのビデオ信号を生成する。ビデオ信号処理部５７は、映像信号処理部５６で生成されたビデオ信号に対して、マスク生成やキャラクタ情報付加などの各種画像処理を施す。バッファ５８は、ビデオ信号処理部５７で各種画像処理が施され、モニタ１９に内視鏡画像として表示されるビデオ信号を一旦格納する。

上記のように構成された電子内視鏡システム２で体腔内を観察する際には、ＬＥＤ光源１８をオンして、挿入部１３を体腔内に挿入し、体腔内を照明しながら、ＣＣＤ１６による内視鏡画像をモニタ１９で観察する。

このとき、対物レンズ１５から入射した体腔内の被観察体像の像光は、ＣＣＤ１６の撮像面に結像され、ＣＣＤ１６から撮像信号が出力される。ＣＣＤ１６から出力された撮像信号は、ＡＦＥ３４で相関二重サンプリング、増幅、およびＡ／Ｄ変換が施され、デジタルの映像信号に変換される。

ＡＦＥ３４から出力されたデジタルの映像信号は、Ｐ／Ｓ３５によりシリアルデータに変換される。また、ＴＧ３２からのタイミング信号による映像信号の垂直、水平同期信号も、Ｐ／Ｓ３５によりシリアル変換される。

Ｐ／Ｓ３５では、「３ＦＦ」が、水平同期信号がアクティブの状態、「３ＦＥ」が水平同期信号の立ち上がり、「３ＦＤ」が垂直同期信号の立ち下がり、「００２」が垂直同期信号の立ち上がり、「００１」が水平同期信号の立ち下がり、「０００」が、垂直同期信号がアクティブの状態を表す同期符号としてそれぞれ割り振られ、同期符号３ＦＤ〜３ＦＦ、０００〜００２で表される映像信号が、同期符号を除く信号レベルの最大値「３ＦＣ」および最小値「００３」に置換される。同期符号を除く信号レベル（「００３」〜「３ＦＣ」）で表される映像信号は、そのままの値でシリアル変換される。これにより、同期信号用にデータ領域を確保する必要がなく、映像信号と同一の周波数帯域の電波１２として送信することができる。

Ｐ／Ｓ３５から出力されたシリアルデータは、変調部３６でデジタル直交変調が施され、これによりＲＦ信号が生成される。ＲＦ信号は、送信部３７で増幅され、アンテナ３８から電波１２として送信される。

一方、プロセッサ装置１１では、電子内視鏡１０のアンテナ３８から送信された電波１２がアンテナ５２で受信されると、この電波１２、すなわちＲＦ信号が受信部５３で増幅される。復調部５４では、受信部５３で増幅されたＲＦ信号にデジタル直交検波が施され、電子内視鏡１０で変調される前の映像信号が復調される。

復調部５４で復調された映像信号は、ＣＰＵ５０の制御の下に、同期分離部５５で同期分離が施される。同期分離部５５では、Ｐ／Ｓ３５で割り振られた同期符号が検出される。そして、この検出結果に基づいて、復調部５４で復調された映像信号から、振幅分離によって同期信号が分離され、周波数分離により水平同期信号と垂直同期信号とが分離される。これにより、確実に映像信号から同期信号が分離される。

復調部５４で復調された映像信号は、映像信号処理部５６でデジタルのビデオ信号として出力される。映像信号処理部５６で出力されたビデオ信号は、ビデオ信号処理部５７で各種画像処理が施され、バッファ５８に一旦格納されて、モニタ１９に内視鏡画像として表示される。

なお、上記実施形態で挙げた同期符号に割り振る信号レベルは一例であり、本発明を特に限定するものではない。

電子内視鏡システムの構成を示す概略図である。電子内視鏡の内部構成を示すブロック図である。映像信号と同期符号との関係を模式的に示す説明図である。プロセッサ装置の内部構成を示すブロック図である。

符号の説明

２電子内視鏡システム
１０電子内視鏡
１１プロセッサ装置
１２電波
１６ＣＣＤ
１９モニタ
３０ＣＰＵ
３５パラレル／シリアル変換部（Ｐ／Ｓ）
３６変調部
３７送信部
５０ＣＰＵ
５３受信部
５４復調部
５５同期分離部

Claims

撮像素子により体腔内の被観察体像を撮影して得られた撮像信号をデジタル化した、複数の信号レベルで階調表現される映像信号に、直交変調を施してＲＦ信号を生成し、ＲＦ信号を電波として送信する電子内視鏡と、電波を受信して、前記ＲＦ信号から元の映像信号を復調し、復調した映像信号から内視鏡画像を生成するプロセッサ装置とからなる電子内視鏡システムにおいて、
前記電子内視鏡は、前記映像信号と、前記映像信号の垂直同期信号および水平同期信号の状態を表す同期符号を、映像信号を表す信号レベルと同数の信号レベルで表されるシリアルデータに変換する符号化部であり、前記同期符号はシリアルデータの信号レベルの上下数値で表し、前記上下数値を除くシリアルデータの信号レベルと同じ信号レベルで表される映像信号はそのままシリアルデータの同じ信号レベルで表し、前記上下数値のシリアルデータの信号レベルと同じ信号レベルで表される映像信号を、前記上下数値を除くシリアルデータの信号レベルの最大値および最小値に置換する符号化部を備え、
前記プロセッサ装置は、前記同期符号を検出して、前記映像信号から前記垂直同期信号および前記水平同期信号を分離する同期分離部を備えたことを特徴とする電子内視鏡システム。