JP5028002B2

JP5028002B2 - 電子内視鏡システム

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Publication number: JP5028002B2
Application number: JP2005283495A
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: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: US20070070195A1; EP1769726A2; US7999845B2; EP1769726B1; JP2007089837A; EP1769726A3

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。

普通、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、電子内視鏡には、内視鏡画像の静止画像を取得する際に操作されるフリーズスイッチや、内視鏡画像を動画像として記録する際に操作される動画記録スイッチなどの種々の操作スイッチが設けられている。

従来のワイヤレス電子内視鏡装置では、内視鏡画像を送信する際とは別の周波数帯域を用いて、上記各種スイッチからの操作入力信号をプロセッサ装置に電波送信している。しかしながら、電子内視鏡システムは、実際には病院内の専用の処置室に複数台纏めて設置されるため、上記のように１台の電子内視鏡システムで使用周波数帯域を多く占有すると、装置同士の混信が発生するおそれがあるため、同一の場所に設置可能な台数が制限されるという問題があった。

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、同一の場所に設置可能な台数を増やす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ＲＦ信号の垂直帰線消去期間内における水平走査期間に、術者により操作される操作部からの操作入力信号を重畳するデータ重畳部を備え、前記プロセッサ装置は、前記操作入力信号が重畳されているか否かをサンプリングして、前記操作入力信号の内容を解析するデータ解析部と、前記データ解析部の解析結果に基づいて、前記操作入力信号に対応した各部の動作を制御する動作制御部とを備えたことを特徴とする。

なお、前記データ重畳部は、前記垂直帰線消去期間の始まりから所定の間隔をあけて前記操作入力信号を重畳し、前記データ解析部は、前記所定の間隔を検知したときにのみ、前記サンプリングを行うことが好ましい。

また、前記操作部は、前記内視鏡画像の静止画像を取得する際に操作されるフリーズスイッチ、静止画像を記録する際に操作されるレリーズスイッチ、前記内視鏡画像の拡大・縮小を行う際に操作されるズームスイッチ、前記内視鏡画像を動画像として記録する際に操作される動画記録スイッチ、および前記内視鏡画像を印刷出力する際に操作されるプリントスイッチのうちの少なくともいずれか１つであることが好ましい。

本発明の電子内視鏡システムによれば、ＲＦ信号の垂直帰線消去期間内における水平走査期間に、術者により操作される操作部からの操作入力信号を重畳するデータ重畳部を備えた電子内視鏡、および、操作入力信号が重畳されているか否かをサンプリングして、操作入力信号の内容を解析するデータ解析部と、データ解析部の解析結果に基づいて、操作入力信号に対応した各部の動作を制御する動作制御部と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１つのチャネルで賄うことができる。したがって、同一の場所に設置可能な台数を増やすことができる。

図１において、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装置である。

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、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／送気スイッチ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。

操作部１４には、上述のアングルノブ１４ａ、送水／送気スイッチ１４ｂの他に、内視鏡画像の静止画像を取得する際に操作されるフリーズスイッチ１４ｃ、メモリカードなどの記録媒体（図示せず）に静止画像を記録する際に操作されるレリーズスイッチ１４ｄ、内視鏡画像の拡大・縮小を行う際に操作されるズームスイッチ１４ｅ、動画記録装置（図示せず）に内視鏡画像を動画像として記録する際に操作される動画記録スイッチ１４ｆ、およびプリンタ（図示せず）に内視鏡画像を印刷出力する際に操作されるプリントスイッチ１４ｇが設けられている。

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、前述の操作部１４と、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とが接続されている。ＣＰＵ３０は、ＲＯＭ３１から必要なプログラムやデータを内蔵ＲＡＭに読み出し、電子内視鏡１０の動作制御を行う。

また、ＣＰＵ３０は、操作部１４の各種スイッチ１４ｃ〜１４ｇからの操作入力信号に、スタートコード、エンドコード、並びにチェックサム、スイッチの種類を表す情報、オン／オフ、長押しなどの操作の状況を表す情報を付加し、後述するデータ重畳部３５に送信する。

ＬＥＤ１８には、駆動部３２が接続されている。駆動部３２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。ＡＦＥ３３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に変換する。変調部３４は、ＡＦＥ３３から出力されたデジタルの映像信号に対して、例えばデジタル直交変調を施してＲＦ信号を生成する。

データ重畳部３５は、変調部３４で生成されたＲＦ信号の垂直帰線消去期間Ｔｂｌ内における水平走査期間Ｔｈ（ともに図４参照）に、ＣＰＵ３０で各種情報が付加された操作入力信号を重畳する。図３に示すように、データ重畳部３５は、クランプ回路５０、同期分離回路５１、垂直同期分離回路５２、ＰＬＬ（Phase Locked Loop；位相同期ループ）５３、タイミングジェネレータ（ＴＧ）５４、メモリ５５、レベル変換回路５６、および重畳回路５７を備えている。

クランプ回路５０は、変調部３４と交流結合されており、変調部３４で生成されたＲＦ信号の直流分を再生した、図４（Ａ）に示す信号（Ａ）を出力する。同期分離回路５１は、信号（Ａ）の映像信号成分を除去して、図４（Ｂ）に示す同期信号（Ｂ）を出力する。垂直同期分離回路５２は、同期分離回路５１で信号（Ａ）から分離された同期信号（Ｂ）から、図４（Ｃ）に示す垂直同期信号（Ｃ）を取り出して、これをＴＧ５４に出力する。

ＰＬＬ５３は、同期信号（Ｂ）から、図４（Ｄ）に示す水平同期信号（Ｄ）を取り出して、これをＴＧ５４に出力する。また、ＰＬＬ５３は、水平走査周期の整数倍に位相同期した、操作入力信号をメモリ５５に取り込むタイミングを規定する高周波クロック信号を生成し、これをＴＧ５４に出力する。

ＴＧ５４は、垂直同期信号（Ｃ）、水平同期信号（Ｄ）、およびクロック信号を元に、メモリ５５による操作入力信号の読み出し・書き込みタイミングや、メモリアドレスを規定するメモリ制御信号を生成し、これをメモリ５５に送信する。また、ＴＧ５４は、重畳回路５７による操作入力信号の重畳タイミングを規定する、図４（Ｅ）に示す重畳タイミング信号（Ｅ）を生成し、これを重畳回路５７に送信する。

メモリ５５は、ＴＧ５４からのメモリ制御信号で規定されるタイミングで、操作部１４の各種スイッチ１４ｃ〜１４ｇからの操作入力信号をＣＰＵ３０から読み出して記憶するとともに、レベル変換回路５６に出力する。レベル変換回路５６は、クランプ回路５０から出力された信号（Ａ）に重畳するために適したレベルとなるように、操作入力信号のレベルを変換する。

重畳回路５７は、ＴＧ５４からの重畳タイミング信号（Ｅ）で規定されるタイミングで、垂直帰線消去期間Ｔｂｌの始まりから所定の間隔（ここでは水平走査期間Ｔｈ４個分）をあけて、クランプ回路５０から出力された信号（Ａ）にレベル変換回路５６で変換された操作入力信号を重畳し、最終的に電波１２として送信する、図４（Ｆ）に示すＲＦ信号（Ｆ）を出力する。

なお、図４では、例として偶数フィールドの終了時から奇数フィールドの開始時までの垂直帰線消去期間Ｔｂｌ付近の波形を示している。また、図４中のＰｅ、Ｐｏは、偶数フィールド、奇数フィールドの水平走査映像信号を、Ｔｖは垂直同期期間を示す。さらに、Ｄａ〜Ｄｃは、重畳回路５７により重畳された操作入力信号を示し、これらはそれぞれ最大２０ビット程度のデータを表現することが可能となっている。

図２に戻って、送信部３６は、アンテナ３７を介して、ＲＦ信号を電波１２としてプロセッサ装置１１に送信する。なお、操作部１４の各種スイッチ１４ｃ〜１４ｇが操作されていないときは、データ重畳部３５は作動せず、したがって送信部３６には、信号（Ａ）がそのまま出力される。

コネクタ３８には、例えば、定格電圧１．２Ｖのニッケル−水素電池が２個直列接続されたバッテリ３９が接続されている。バッテリ３９の電力は、ＣＰＵ３０により制御される電力供給部４０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３９を収納するバッテリ収納室が設けられており、コネクタ３８はその内部に配されている。

図５において、プロセッサ装置１１は、ＣＰＵ６０により全体の動作を統括的に制御される。ＣＰＵ６０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ＲＯＭ６１が接続されている。ＣＰＵ６０は、ＲＯＭ６１から必要なプログラムやデータを内蔵ＲＡＭに読み出し、プロセッサ装置１１の動作制御を行う。

アンテナ６２は、電子内視鏡１０からの電波１２を受信する。受信部６３は、アンテナ６２で受信された電波１２、すなわちＲＦ信号を増幅する。復調部６４は、ＲＦ信号に対して、例えば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６５は、ＣＰＵ６０の制御の下に、復調部６４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。ビデオ信号処理部６６は、映像信号からデジタルのビデオ信号を生成する。映像信号処理部６７は、ビデオ信号処理部６６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６８は、映像信号処理部６７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。

データ解析部６９は、復調部６４で復調された映像信号に、操作入力信号が重畳されているか否かをサンプリングする。このとき、データ解析部６９は、操作入力信号を重畳するときにあけられた所定の間隔を検知したときにのみ、サンプリングを行う。

映像信号に操作入力信号が重畳されていた場合、データ解析部６９は、映像信号から操作入力信号を取り出して、その内容を解析し、解析結果をＣＰＵ６０に送信する。ＣＰＵ６０は、データ解析部６９からの解析結果に基づいて、操作入力信号に対応した各部の動作を制御する。例を挙げると、データ解析部６９の解析結果が、フリーズスイッチ１４ｃが操作されたことを示していた場合、ＣＰＵ６０は、映像信号処理回路６７の動作を制御して、バッファ６８へのデータの書き込みを停止させる。これにより、モニタ１９には、フリーズ画像が表示される。

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、ＡＦＥ３３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。

ＡＦＥ３３から出力されたデジタルの映像信号は、変調部３４でデジタル直交変調が施され、ＲＦ信号が生成される。ＲＦ信号は、送信部３６で増幅され、アンテナ３７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３７から送信された電波１２がアンテナ６２で受信されると、この電波１２、すなわちＲＦ信号が受信部６３で増幅される。復調部６４では、受信部６３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６４で復調された映像信号は、ＣＰＵ６０の制御の下に、同期分離部６５で同期分離が施される。ビデオ信号処理部６６では、映像信号からデジタルのビデオ信号が生成される。ビデオ信号処理部６６で出力されたビデオ信号は、映像信号処理部６７で各種画像処理が施され、バッファ６８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。

続いて、操作部１４の各種スイッチ１４ｃ〜１４ｇが操作された際の処理手順について説明する。操作部１４の各種スイッチ１４ｃ〜１４ｇが操作されると、各種スイッチ１４ｃ〜１４ｇから操作入力信号がＣＰＵ３０に発せられる。ＣＰＵ３０では、操作入力信号にスタートコード、エンドコード、並びにチェックサム、スイッチの種類を表す情報、オン／オフ、長押しなどの操作の状況を表す情報が付加される。ＣＰＵ３０で各種情報が付加された操作入力信号は、データ重畳部３５に送信される。

データ重畳部３５では、変調部３４で変調された映像信号がクランプ回路５０で直流分を再生され、信号（Ａ）が出力される。そして、同期分離回路５１により、信号（Ａ）の映像信号成分が除去され、同期信号（Ｂ）が出力される。次いで、垂直同期分離回路５２により、同期信号（Ｂ）から垂直同期信号（Ｃ）を取り出され、ＴＧ５４に出力される。

ＰＬＬ５３では、同期信号（Ｂ）から水平同期信号（Ｄ）が取り出され、ＴＧ５４に出力される。また、水平走査周期の整数倍に位相同期した、操作入力信号をメモリ５５に取り込むタイミングを規定する高周波クロック信号が生成され、ＴＧ５４に出力される。

ＴＧ５４では、垂直同期信号（Ｃ）、水平同期信号（Ｄ）、およびクロック信号を元に、メモリ５５を制御するためのメモリ制御信号、および重畳回路５７を制御するための重畳タイミング信号（Ｅ）が生成され、メモリ５５、および重畳回路５７に送信される。

ＣＰＵ３０で各種情報が付加された操作入力信号は、メモリ制御信号で規定されるタイミングでメモリ５５に読み出され、レベル変換回路５６に出力される。レベル変換回路５６では、クランプ回路５０から出力された信号（Ａ）に重畳するために適したレベルとなるように、操作入力信号のレベルが変換される。

レベル変換回路５６から出力された操作入力信号は、重畳回路５７にて、ＴＧ５４からの重畳タイミング信号（Ｅ）で規定されるタイミングで、垂直帰線消去期間Ｔｂｌの始まりから所定の間隔をあけて、クランプ回路５０から出力された信号（Ａ）に重畳される。そして、この信号（Ｆ）が送信部３６に送信され、アンテナ３７を介して電波１２としてプロセッサ装置１１に送信される。

データ解析部６９では、ＲＦ信号（Ｆ）を受信したことが検知されると、復調部６４で復調された映像信号から操作入力信号が取り出されてその内容が解析され、解析結果がＣＰＵ６０に送信される。そして、データ解析部６９からの解析結果に基づいて、ＣＰＵ６０により操作入力信号に対応した各部の動作が制御される。これにより、内視鏡画像を生成するための映像信号、および操作部１４の各種スイッチ１４ｃ〜１４ｇからの操作入力信号の遣り取りを、１つの周波数帯域の電波１２で行うことができる。

また、データ重畳部３５では、垂直帰線消去期間Ｔｂｌの始まりから所定の間隔をあけて操作入力信号を重畳し、データ解析部６９では、所定の間隔を検知したときにのみ、操作入力信号が重畳されているか否かのサンプリングを行うようにしたので、処理時間を短縮化させることができる。

なお、上記実施形態で挙げたデータ重畳部３５の構成は一例であり、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。データ重畳部の内部構成を示すブロック図である。データ重畳部内の各信号の波形を示すタイミングチャートである。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
１４操作部
１４ｃフリーズスイッチ
１４ｄレリーズスイッチ
１４ｅズームスイッチ
１４ｆ動画記録スイッチ
１４ｇプリントスイッチ
１６ＣＣＤ
１９モニタ
３０ＣＰＵ
３５データ重畳部
６０ＣＰＵ
６９データ解析部

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ＲＦ信号の垂直帰線消去期間内における水平走査期間に、術者により操作される操作部からの操作入力信号を重畳するデータ重畳部を備え、
前記プロセッサ装置は、前記操作入力信号が重畳されているか否かをサンプリングして、前記操作入力信号の内容を解析するデータ解析部と、
前記データ解析部の解析結果に基づいて、前記操作入力信号に対応した各部の動作を制御する動作制御部とを備え、
前記データ重畳部は、映像信号の直流成分を再生するクランプ回路と、
映像信号から同期信号を分離するための同期分離回路と、
同期信号から垂直同期信号を分離する垂直同期分離回路と、
同期信号から水平同期信号を分離するとともに、水平走査周期の整数倍に位相同期した高周波クロック信号を生成する位相同期ループ回路と、
操作入力信号を読み書きするメモリと、
操作入力信号のレベルを変換するレベル変換回路と、
前記クランプ回路と前記レベル変換回路の出力に接続され、前記ＲＦ信号に操作入力信号を重畳する重畳回路と、
垂直、水平同期信号および高周波クロック信号に基づき、前記メモリによる操作入力信号の読み出し・書き込みタイミングを規定するメモリ制御信号、および前記重畳回路による操作入力信号の重畳タイミングを規定する重畳タイミング信号を生成するタイミング発生器とを含むことを特徴とする電子内視鏡システム。
前記データ重畳部は、前記垂直帰線消去期間の始まりから所定の間隔をあけて前記操作入力信号を重畳し、
前記データ解析部は、前記所定の間隔を検知したときにのみ、前記サンプリングを行うことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
前記操作部は、前記内視鏡画像の静止画像を取得する際に操作されるフリーズスイッチ、静止画像を記録する際に操作されるレリーズスイッチ、前記内視鏡画像の拡大・縮小を行う際に操作されるズームスイッチ、前記内視鏡画像を動画像として記録する際に操作される動画記録スイッチ、および前記内視鏡画像を印刷出力する際に操作されるプリントスイッチのうちの少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項１または２に記載の電子内視鏡システム。