JP5075524B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、波長の異なる２種類の光を内視鏡スコープから出射することが可能な内視鏡装置に関する。

生体組織は、紫外線等特定の波長の光（励起光）が照射されると、自家蛍光により蛍光を発する。自家蛍光は、病変組織では正常組織に比べて弱くなるので、近年この特性を利用して、自家蛍光画像により病変組織を検出する自家蛍光観察内視鏡システムが実用化されている。

自家蛍光画像では、自家蛍光が弱くなる病変組織に加えて、励起光がほとんど照射されない管腔部等についても暗くなるので、自家蛍光画像を取得するだけでは病変組織を特定することができない。したがって、自家蛍光観察内視鏡システムにおいては、病変組織を特定するために、白色光を生体内に照射したときに得られる白色光画像も併せて参照される。そのため、内視鏡スコープは、波長の異なる可視光と励起光を、その先端部から出射させる必要がある。

従来、上記２種類の光を出射するために、例えば特許文献１に開示されるように、内視鏡システムに白色光光源と励起光光源が設けられる構成が知られている。

また例えば、特許文献２、３に開示されるように、光源として励起光光源が使用されると共に、内視鏡スコープの先端部に蛍光体を備えたアダプタを着脱自在に取り付けられる構成が知られている。この構成によれば、アダプタが取り付けられているときは、光源から発した光が蛍光体で光波長変換され、白色光として生体内に出射される。一方、アダプタが取り外されると、光源から発した光は、そのまま励起光として生体内に照射される。
特開２００３−１６４４１７号公報 特開２００５−３２３７３７号公報 特開２００５−３２３７３８号公報

しかし、特許文献１の構成によれば、白色光光源と励起光光源の両方が設けられるため、内視鏡システムが大型化するという問題がある。

また、病変組織を特定しやすくするために、白色光画像と蛍光画像はモニタに同時に表示可能であることが好ましいが、この場合、白色光と励起光は高速に切り替えられて出射させる必要がある。しかし、特許文献２、３の構成によれば、アダプタの着脱は時間を要するので、白色光と励起光の切替を高速に行うことはできない。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、装置を大型化することなく、２種類の光を高速に切り替えて出射することが可能な内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内視鏡装置は、特定波長の光を発する光源と、スコープと、スコープの内部に挿通され、入射された光を伝播させて出射端から出射させることが可能な第１及び第２のライトガイド部と、光源からの光が入射され、その入射された光を第１及び第２のライトガイド部に入射させるように出射可能な光分岐器と、第１のライトガイド部の内部に設けられ、特定波長の光を透過させる光透過特性を有することにより、第１のライトガイド部を伝播する光源からの光を透過させ、第１のライトガイド部の出射端から出射させるフィルタ部とを備える。そして、フィルタ部は、その透過特性が変化させられることにより、光源からの光が出射端側へ伝播することを遮り、出射端から光源からの光が出射することを遮ることを特徴とする。

フィルタ部は光透過特性が変化させられることにより、特定波長の光を反射する光透過特性を有することが好ましい。この場合、光源からの光は、フィルタ部で反射されて光分岐器に再入射され、光分岐器は、その再入射された光を、第２のライトガイド部に入射させるように出射させる。

光分岐器は、例えば、光源から発せられた光を、透過させて第１のライトガイド部に入射させるとともに、再入射された光を反射させて第２のライトガイド部に向けて出射させる。また、光分岐器は、例えば光サーキュレータである。

本発明に係る内視鏡装置は、第１のライトガイド部の出射端から発する特定波長の光を、別の波長の光に変換する光波長変換部をさらに備えることが好ましい。

フィルタ部は、外力が加えられ、又は加熱若しくは冷却されることにより光透過特性が変化させられることが好ましい。この場合、第１のライトガイド部は、光ファイバ束で形成されるとともに、フィルタ部は光ファイバ束内部に設けられたグレーティングであることが好ましい。そして、第１のライトガイド部のグレーティングが形成された部分が長手方向に伸張又は収縮させられることにより、グレーティングはその光透過特性が変化することが好ましい。

本発明では、１つの光源から出射した光を、２つのライトガイド部を介して、異なる種類の光として出射することができると共に、光の出射・非出射の切替をフィルタ部によって高速に行うことができる。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態に係る電子内視鏡装置の模式図である。内視鏡装置１０は、操作部１１、挿入部１２、ケーブル１７、及び光源ユニット１４を有するスコープ１３と、不図示のプロセッサとを備える。スコープ１３は、操作部１１が使用者によって把持されるとともに、挿入部１２が体内に挿入されて使用される。

内視鏡装置１０は、自家蛍光画像を観察可能な電子内視鏡装置であって、例えば、後述するように、可視光及び励起光（紫外光）を交互に挿入部１２の先端部１２Ａから出射することができる。可視光が照射されたとき、生体組織で反射された光は、不図示の撮像素子で受光され、白色光画像（可視光画像）として観察される。一方、紫外光が照射された生体組織では自家蛍光が発光し、発光した自家蛍光は、撮像素子で受光され自家蛍光画像として観察される。

光源ユニット１４は、その内部にレーザーモジュールから成る光源１５を備える。光源１５は、図４に示すように、紫外領域にある波長λ１（特定波長）をピーク波長とする狭帯域の紫外光Ｕを発する。スコープ１３は、ケーブル１７によって光源ユニット１４に装着される。光源ユニット１４には、コネクタ１４Ａが設けられ、光源ユニット１４はコネクタ１４Ａを介して不図示のプロセッサに接続される。プロセッサは、撮像素子で生成された映像信号（白色光画像、可視光画像）をデータ処理し、これらの画像をモニタに表示にさせる。なお、光源１５はプロセッサに設けられていても良い。

スコープ１３は、プレライトガイド部２５並びに第１及び第２の分岐ライトガイド部３１、３２と、光分岐器２２と、グレーティング３３から成るフィルタ部と、光波長変換部２４と、第１及び第２の固定部３４、３５から成る外力印加部２７とを備える。プレライトガイド部２５並びに第１及び第２の分岐ライトガイド部３１、３２は光ファイバ束で形成される。

プレライトガイド部２５は、ケーブル１７の内部に挿通されており、その入射端がレーザーモジュール１５の出射端に光学的に接続される。また、プレライトガイド部２５の出射端は、操作部１１に設けられた光分岐器２２に光学的に接続されており、光源１５から出射した光は、プレライトガイド部２５を介して、光分岐器２２に入射される。なお、本実施形態のように、光源１５をスコープ１３に配置し、光源１５とライトガイドを一体構造になっているものを用いれば、スコープ１３とプロセッサ間をライトガイドで接続させる必要が無くより小型化できる。

第１及び第２の分岐ライトガイド部３１、３２は、スコープ１３の内部に挿通されており、それらの一端部３１Ａ、３２Ａが光分岐器２２に光学的に接続されるとともに、他端部３１Ｂ、３２Ｂが挿入部１２の先端部１２Ａに配置される。第１及び第２の分岐ライトガイド部３１、３２は、一端部３１Ａ、３２Ａに入射された光を伝播させて他端部（出射端）３１Ｂ、３２Ｂから出射させることができる。

図２、３それぞれは、光分岐器２２及び第１の分岐ライトガイド部３１の具体的な構成を示すための模式図である。なお、以下の説明においては、挿入部１２の先端部１２Ａ側を前方側、操作部１１側を後方側として説明する。

光分岐器２２は、ガラスやプラスチックで形成された透過板２２Ａと、その透過板の背面２２Ｘに被膜される透過膜２２Ｂと、正面２２Ｙに被膜される反射膜２２Ｃとから成る。光分岐器２２は、その背面２２Ｘが後方側に向けられ、かつプレライトガイド部２５の出射端２５Ｂから出射する紫外光Ｕの光路上に傾けられて配置される。紫外光Ｕは、背面２２Ｘから入射し、光分岐器２２の内部を透過し、かつ正面２２Ｙから出射して、第１の分岐ライトガイド部３１の一端部３１Ａに入射される。

第１の分岐ライトガイド部３１は、図３に示すように、コア３１Ｃと、そのコア３１Ｃを取り巻くクラッド３１Ｄから成り、そのコア３１Ｃの一部にはグレーティング３３が形成される。グレーティング３３は、コア３１Ｃに周期的な屈折率変調を加えた光波長フィルタである。グレーティング３３は、狭帯域フィルタであって、コア３１Ｃを伝播する光のうち以下の式（１）で表される波長λ及びその周辺波長の光のみを反射し、それ以外の波長の光を透過させる。
λ＝２ｎ_ｅｆｆ×Λ ・・・・（１）
なお、ｎ_ｅｆｆは導波モードの実行屈折率、Λはグレーティング周期である。

第１の分岐ライトガイド部３１の他端部３１Ｂの前方には、蛍光体から成る光波長変換部２４が配置される。また、第１の分岐ライトガイド部３１には、その長手方向における、グレーティング３３の前方側及び後方側それぞれにおいて、第１の分岐ライトガイド部３１の外周に、第１及び第２の固定部３４、３５が固定される。

第１の固定部３４は、さらに挿入部１２に固定されており、挿入部１２に対して相対的に移動することができない。一方、第２の固定部３５は、挿入部１２に固定されておらず、不図示のアクチュエータ等によって第１の分岐ライトガイド部３１の長手方向に沿って、挿入部１２に対して相対的に変位可能である。したがって、第２の固定部３５が長手方向に移動させられると、第１及び第２の固定部３４、３５の間の、第１の分岐ライトガイド部３１のグレーティング３３が形成された部分は、長手方向に伸張または収縮させられる。このように、第１の分岐ライトガイド部３１（すなわち、グレーティング３３）が、伸張または収縮させられると、グレーティング周期Λも変化し、グレーティング３３が反射する光の波長λも変化させられる。なお、例えば、アクチュエータとしては挿入部１２内部に配置された圧電素子が用いられ、アクチュエータの動作は操作部１１におけるボタン入力等の所定の操作によって制御される。

第１の分岐ライトガイド部３１は、初期状態、すなわち、第１及び第２の固定部３４、３５によって伸張または収縮させられていない状態では、式（１）における波長λは波長λ１より小さい波長λ２となる。したがって、グレーティング３３は、図４に示すように、波長λ２及びその周辺波長の光のみを反射し、それ以外の光を透過する光透過特性Ｎ１を有し、光源１５が出射する波長λ１をピーク波長とする紫外光Ｕは、グレーティング３３で透過させられる。

すなわち、初期状態では、第１の分岐ライトガイド部３１に入射された紫外光Ｕは、ライトガイド部のコア３３Ｃを伝播しかつグレーティング３３を透過して、出射端３１Ｂから出射する。ここで、出射端３３Ｂから出射した紫外光Ｕは、光波長変換部２４で可視光（好ましくは白色光）に変換されて、先端部１２Ａから可視光として外部に出射される。

一方、第２の固定部３５が後方側に変位させられ、第１の分岐ライトガイド部３１のグレーティング３３が形成された部分が伸張させられると、グレーティング周期Δも大きくなり、それにより式（１）における波長λは大きくなる。そして、第２の固定部３５が所定距離ΔＬ後方側に移動させられると、上記式（１）における波長λが波長λ１となり、グレーティング３３の光透過特性は、波長λ１及びその周辺波長の光のみを反射し、それ以外の光を透過する光透過特性Ｎ２に変化する（図４参照）。これにより、光源１５から出射した波長λ１をピーク波長とする紫外光Ｕは、グレーティング３３で反射させられるので、紫外光Ｕが他端部３１Ｂ側に伝播することが遮られ、先端部１２Ａから可視光が出射することが停止される。また、反射した紫外光Ｕは、第１の分岐ライトガイド部３１のコア３３Ｃを後方に向けて伝播して、図２に示すように、一端部３１Ａから光分岐器２２に再入射される。

光分岐器２２に再入射された紫外光Ｕは、図２に示すように、反射膜２２Ｃが被膜された正面２２Ｙで反射して、図２に示す下方側に出射される。そして、その紫外光Ｕは反射ミラー３５を介して、第２の分岐ライトガイド部３２の一端部３２Ａに入射される。第２の分岐ライトガイド部３２に入射された紫外光Ｕは、第２の分岐ライトガイド部３２を伝播して、第２の分岐ライトガイド部３２の他端部３２Ｂ（図１参照）から外部に出射される。

本実施形態では、可視光画像観察を行うとき、第１の分岐ライトガイド部３１が初期状態にされて、挿入部１２の先端部１２Ａから可視光が外部に出射される。一方、自家蛍光画像観察が行われるとき、第１の分岐ライトガイド部３１がΔＬ伸張され、第２の分岐ライトガイド部３２を介して、挿入部１２の先端部１２Ａから紫外光が出射される。

本実施形態では、第１の分岐ライトガイド部３１の伸張は、第２の固定部３５を移動させることのみをもって実現され、白色光及び紫外光の出射の切替は高速に行うことができる。さらには、自家蛍光観察内視鏡システムにおける光源を１個にすることができるので、内視鏡装置１０の小型化が実現できる。なお、本実施形態では、第１の分岐ライトガイド部３１の伸張長さを調整することにより、先端部１２Ａから紫外光と可視光の両方を出射させることも可能であり、またその出射比率や光量（パワー）も適宜調整可能である。

なお、第２の固定部３５の変位は、不図示のプロセッサの画像処理動作と連動することが好ましい。例えば、操作部１１によって、可視光画像観察を実施するように指示されると、第２の固定部３５は変位せずに第１の分岐ライトガイド部３１を介して先端部１２Ａから可視光が出射される。また、プロセッサではその指示（例えば、操作部からのタイミング信号の入力）に基づき、映像信号に対して可視光画像に応じた画像処理が行われる。自家蛍光画像観察を実施するように指示された場合も同様である。さらに例えば、可視光画像と、自家蛍光画像の両方を同時に観察するように指示されると、アクチュエータは連続的に変位させられ、１フィールド毎に可視光と励起光が交互に先端部１２Ａから出射することが好ましい。この場合、操作部１１では、アクチュエータの変位タイミングに合わせてタイミング信号が出力され、プロセッサではそのタイミング信号に基づき、映像信号に対して１フィールド毎交互に可視光画像及び自家蛍光画像に応じた画像処理が行われる。

図５は、第２の実施形態に係る光分岐器２２の構成を示す。第２の実施形態における光分岐器２２は、後方側から前方側に向けて、第１の複屈折結晶４１、ファラデー素子４２、第２の複屈折結晶４３がこの順に並べられて成る光サーキュレータである。

プレライトガイド部２５から出射された紫外光Ｕは、第１の複屈折結晶４１の背面４１Ｘに入射されて、光サーキュレータで屈折しつつ、第２の複屈折結晶４３の正面４３Ｙから出射し、第１の分岐ライトガイド部３１に入射される。

また、第１の分岐ライトガイド部３１のグレーティング３３で反射されて、第１の分岐ライトガイド部３１の一端部３１Ａから出射した紫外光Ｕは、第２の複屈折結晶の正面４３Ｙに再入射される。このとき正面４３Ｙにおいて紫外光Ｕは、出射する位置と同一位置に再入射される。

再入射された紫外光Ｕは、光サーキュレータで屈折しつつ、第１の複屈折結晶４１の背面４１Ｘから出射される。このとき紫外光Ｕは、背面４１Ｘにおいて、入射される位置とは異なる位置から出射され、不図示の反射ミラー等で適宜反射した上で、第２の分岐ライトガイド部３２に入射される。

以上のように、本実施形態でも第１の実施形態と同様に、光分岐器２２は、プレライトガイド部２５から出射された光を、第１の分岐ライトガイド部２１に入射させることができると共に、第１の分岐ライトガイド部２１から光分岐器２２に再入射された光を、第２の分岐ライトガイド部３２に入射させることができる。

次に、第３の実施形態について説明する。第１及び第２の実施形態では、グレーティング３３で反射した光を、第２の分岐ライトガイド部３２に入射させて、蛍光観察のときの励起光として使用したが、本実施形態では、第２の分岐ライトガイド部３２に入射させず、自家蛍光画像観察の励起光として使用されない。本実施形態では、光分岐器２２としてはビームスプリッターが使用され、光源１５からの紫外光Ｕは、ビームスプリッターで分割され、第１及び第２の分岐ライトガイド部３１、３２の両方に入射される。

可視光画像観察時、第１の分岐ライトガイド部３１は初期状態にされ、第１の分岐ライトガイド部３１に入射された紫外光Ｕは、グレーティング３３を透過し、光波長変換部２４で波長変換し、白色光として挿入部１２の先端部１２Ａから出射される。一方、第２の分岐ライトガイド部３２に入射された光も、挿入部１２の先端部１２Ａから紫外光として出射される。すなわち、本実施形態では、可視光画像観察時、生体組織には可視光と紫外光の両方が照射される。

生体組織で反射された可視光は撮像素子で受光され、可視光画像として観察される。また、生体組織で紫外光によって励起された自家蛍光も撮像素子に受光されるが、生体組織で励起された自家蛍光はそれほど強い光ではないので、自家蛍光が可視光画像観察に悪影響を及ぼすことはない。勿論、例えば光分岐器２２と、第２の分岐ライトガイド部３２の間にシャッターを設け、可視光画像観察時には、第２の分岐ライトガイド部３２を介して、紫外光がスコープから出射されないようにしても良い。

一方、蛍光画像観察時においては、第１の分岐ライトガイド部３１は伸張され、光分岐器２２から第１の分岐ライトガイド部３１に入射された光は、グレーティング３３で反射されることとなり、白色光は外部に向けて出射されない。一方、第２の分岐ライトガイド３２に入射された紫外光Ｕは、可視光画像観察時と同様に、外部に向けて出射される。すなわち、蛍光画像観察時には、第１の実施形態と同様に、紫外光のみが外部に向けて出射される。

なお、上記各実施形態では、グレーティング３３は、第１の分岐ライトガイド部３１が伸張されることにより、光透過特性が変化させられたが、収縮させられることにより、光透過特性が変化させられても良い。また、グレーティング３３は、加熱又は冷却されることにより、その屈折率が変化させられて、光透過特性が変化させられても良い。さらには、第１の分岐ライトガイド部３１のグレーティング３３が形成された部分が曲げられて光透過特性が変化させられても良い。

また、フィルタ部は、特定波長の光を反射し、かつその光透過特性が温度変化又はライトガイド部の伸縮により変えられるものであれば、グレーティングでなくても良い。また、第３の実施形態では、フィルタ部は、特定波長の光を吸収し、かつその吸収する特定波長を温度変化又はライトガイド部の伸縮により変えられるものであっても良い。

さらには、上記各実施形態では、さらに１以上の光分岐器が設けられ、光源からの光が、グレーティングが形成された第３の分岐ライトガイド部にさらに入射させられても良い。この場合、例えば、第３の分岐ライトガイド部に設けられたグレーティングからの光の反射量を計測することにより、例えばグレーティングが設けられた位置の温度が感知することが可能である。また、本実施形態では、可視光画像と自家蛍光画像を観察する内視鏡システムの例を示したが、光線力学的治療（ＰＤＴ）を行うための内視鏡システムに利用することも可能である。

第１の実施形態に係る電子内視鏡装置の模式図である。 第１の実施形態における光分岐器を示すための模式図である。 第１の分岐ライトガイド部を示す模式図である。 グレーティングにおいて反射される光の波長変化、及び光源からの光の波長を示すグラフである。 第２の実施形態における光分岐器を示すための模式図である。

符号の説明

１０ 電子内視鏡装置
１３ スコープ
１４ 光源ユニット
１５ 光源
２２ 光分岐器
２４ 光波長変換部
３１ 第１の分岐ライトガイド部
３２ 第２の分岐ライトガイド部
３３ グレーティング（フィルタ部）

Claims (8)

1. 特定波長の光を発する光源と、
   スコープと、
   前記スコープの内部に挿通され、入射された光を伝播させて出射端から出射させることが可能な第１及び第２のライトガイド部と、
   前記光源からの光が入射され、その入射された光を前記第１及び第２のライトガイド部に入射させるように出射可能な光分岐器と、
   前記第１のライトガイド部の内部に設けられ、前記特定波長の光を透過させる光透過特性を有することにより、前記第１のライトガイド部を伝播する前記光源からの光を透過させ、前記第１のライトガイド部の出射端から出射させるフィルタ部とを備え、
   前記フィルタ部は、その透過特性が変化させられることにより、前記特定波長の光を反射する光透過特性を有し、前記光源からの光が前記出射端側へ伝播することを遮り、前記出射端から前記光源からの光が出射することを遮り、
   前記光源からの光は、前記フィルタ部で反射されて前記光分岐器に再入射され、前記光分岐器は、その再入射された光を、前記第２のライトガイド部に入射させるように出射させることを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記第１のライトガイド部は、前記フィルタ部の両端に第１の固定部と第２の固定部を有し、
   前記第１の固定部は、前記第１のライトガイド部の長手方向に沿って固定され、
   前記第２の固定部は、前記第１のライトガイド部の長手方向に沿って変位するとともに、前記フィルタ部が長手方向に伸張または収縮させられることにより、前記透過特性が変化することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記光分岐器は、前記光源から発せられた光を、透過させて前記第１のライトガイド部に入射させるとともに、前記再入射された光を反射させて第２のライトガイド部に向けて出射させることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
4. 前記光分岐器は、光サーキュレータであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
5. 前記第１のライトガイド部の出射端から発する前記特定波長の光を、別の波長の光に変換する光波長変換部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
6. 前記フィルタ部は、外力が加えられ、又は加熱若しくは冷却されることにより光透過特性が変化させられることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
7. 前記第１のライトガイド部は、光ファイバ束で形成されるとともに、前記フィルタ部は前記光ファイバ束内部に設けられたグレーティングであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
8. 前記第１のライトガイド部の前記グレーティングが形成された部分が長手方向に伸張又は収縮されることにより、前記グレーティングはその光透過特性が変化することを特徴とする請求項７に記載の内視鏡装置。

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