JP5282173B2 - 走査型内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、走査型内視鏡装置に関するものである。

従来、２つの光線を、観察対象のずれた位置に２次元走査しながら照射することにより、視点の異なる２つの画像（視差画像）を取得する走査型内視鏡装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような視差画像を用いて観察対象を立体視することができる。

米国特許出願公開第２００９／０１３７８９３号明細書

しかしながら、特許文献１の場合、挿入部の先端部において、光線を走査するためのアクチュエータが各光線に対して１つずつ設けられている。したがって、挿入部の外径が大きくなってしまうという不都合がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、立体視観察可能な複数の視点からの画像を取得可能でありながら挿入部の細径化を図ることができる走査型内視鏡装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、被検体内に挿入される細長い挿入部内に長手方向に沿って設けられ、基端側からそれぞれ導光した照明光をその先端から、前記照明光の光軸に交差する方向に互いにずれた位置に照射する少なくとも２つのコア部を有する光ファイバ部材と、該光ファイバ部材の長手方向に交差する２軸方向に少なくとも２つの前記コア部の先端部を一体的に振動させることにより前記照明光を２次元走査させる駆動部と、少なくとも２つの前記照明光の戻り光を共通して受光する受光部と、該受光部によって受光された少なくとも２つの前記戻り光を別々に検出する検出部と、該各検出部によって検出された前記戻り光を、前記駆動部による前記照明光の照射位置に基づいて画像化することにより各照明光の走査領域の画像を生成する画像生成部とを備える走査型内視鏡装置を提供する。

本発明によれば、光ファイバ部材の２つのコア部から被検体内のずれた位置に照射された照明光が駆動部によって２次元走査される。これにより、画像生成部は、位置がずれた複数の走査領域の画像、すなわち、複数の視点から観察された画像からなる視差画像を生成することができる。
この場合に、複数のコア部を共通の駆動部によって振動させることにより、駆動部によって占められる挿入部の半径方向の面積が小さくて済む。これにより、挿入部の細径化を図ることができる。

上記発明においては、前記少なくとも２つのコア部から照射される前記照明光が、互いに異なる波長を有し、前記検出部が、前記受光部によって受光された戻り光を波長によって分岐する波長分岐機構と、該波長分岐機構によって分岐された各波長の戻り光を検出する少なくとも２つの光検出器とを備えた構成とされていてもよい。
このようにすることで、画像生成部は、各光検出器によって検出された各波長の戻り光の情報から各走査領域の画像を生成することとなる。これにより、被検体の異なる波長の光による画像が得られ、各画像から被検体の各波長の光に対する特性を観察することができる。

上記発明においては、前記少なくとも２つのコア部から照射される前記照明光が、互いに異なる偏光方向を有し、前記検出部が、前記受光部によって受光された戻り光を偏光方向によって分岐する偏光分岐機構と、該偏光分岐機構によって分岐された各偏光方向の戻り光を検出する少なくとも２つの光検出器とを備えた構成とされていてもよい。

このようにすることで、画像生成部は、各光検出器によって検出された各偏光方向の戻り光の情報から各走査領域の画像を生成することとなる。これにより、被検体の異なる偏光方向の光による画像が得られ、各画像から被検体の各偏光方向の光に対する特性を観察することができる。また、各コア部から照射される照明光として同一の波長帯域の光を用いることができる。

上記の波長分岐機構または偏光分岐機構を備えた構成においては、前記少なくとも２つのコア部に該コア部の基端側から前記照明光を入射する照明部を備え、該照明部が、前記少なくとも２つのコア部に同時に前記照明光を入射することとしてもよい。
このようにすることで、視点が異なる複数の画像を同時に取得することができる。

上記発明においては、前記少なくとも２つのコア部に該コア部の基端側から照明光を入射する照明部を備え、該照明部が、前記少なくとも２つのコア部に時分割で前記照明光を入射することとしてもよい。
このようにすることで、視点が異なる複数の画像を略同時に取得することができる。また、走査領域に照明光が照射される積算時間を短くして照明光が走査領域に与える影響を低減することができる。

上記発明においては、前記光ファイバ部材の先端側に設けられ、前記照明光を集束させる光学部材を備えることとしてもよい。
このようにすることで、被検体に照射される照明光のスポット径をより小さくして画像の分解能を向上することができる。
上記発明においては、前記光ファイバ部材の振動に応じて前記戻り光が画像化されるように前記駆動部と前記画像生成部とを同期させる制御部を備えることとしてもよい。

本発明によれば、立体視観察可能な複数の視点からの画像を取得可能でありながら挿入部の細径化を図ることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る走査型内視鏡装置の全体構成図である。 図１の投光ファイバの先端部を拡大した図である。 図１の挿入部の先端面を示す図である。 図１の走査型内視鏡装置によって照明光が走査される２つの走査領域を示す図である。 図１の投光ファイバの変形例を示す図である。 図２の投光ファイバの先端面にＧＲＩＮレンズが設けられた構成を示す図である。 図２の投光ファイバの先端面にボールレンズが設けられた構成を示す図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る走査型内視鏡装置１について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る走査型内視鏡装置１は、平行法により立体視可能な視差画像を取得するものである。走査型内視鏡装置１は、図１に示されるように、照明光Ｌ１，Ｌ２を射出する投光ファイバ（光ファイバ部材）２、受光ファイバ３および投光ファイバ２の先端部を振動させるアクチュエータ（駆動部）４を有する挿入部５と、投光ファイバ２に照明光Ｌ１，Ｌ２を供給する照明ユニット６と、アクチュエータ４を駆動させる駆動ユニット７と、受光ファイバ３によって受光された照明光Ｌ１，Ｌ２の戻り光を光電変換する検出ユニット（検出部）８と、該検出ユニット８からの信号に基づいて視差画像を生成する画像生成ユニット９と、照明ユニット６および駆動ユニット７の作動を制御するとともに画像生成ユニット９により生成された視差画像をモニタ１４に出力する制御ユニット１０とを備えている。

挿入部５の内部には、投光ファイバ２および受光ファイバ３が長手方向に沿って配置されている。投光ファイバ２の先端側には照明光学系１１が設けられている。
投光ファイバ２は、図２に示されるように、少なくとも先端部分において一体に接合された２つの光ファイバ２１，２２からなる。各光ファイバ２１，２２は、１つずつコア（コア部）２１ａ，２２ａを有するシングルモードファイバである。一方のコア２１ａから射出された第１の照明光Ｌ１および他方のコア２２ａから射出された第２の照明光Ｌ２は、照明光学系１１によって集束されて観察面Ａに照射される。

ここで、後述するように、第１の照明光Ｌ１の波長と第２の照明光Ｌ２の波長は互いに異なる。したがって、これらの照明光Ｌ１，Ｌ２は、照明光学系１１を通過する際に生じる収差によって、観察面Ａ上において光軸に交差する方向にずれた位置を照射する。

このときの２つの照明光Ｌ１，Ｌ２の照射位置のずれ量ｄは、例えば、８０μｍ以上５００μｍ以下程度が好ましい。各光ファイバ２１，２２の直径を勘案すると、照射位置のずれ量ｄを８０μｍより小さくすることは困難である。一方、照射位置のずれ量ｄが５００μｍより大きい場合、挿入部５が太径化するため好ましくない。照射位置のずれ量ｄは、２つのコア２１ａ，２２ａ間の距離や各コア２１ａ，２２ａからの照射光Ｌ１，Ｌ２の射出方向などを調節することにより設計されることもできる。

受光ファイバ３は、その先端面からなる受光面（受光部）３１によって２つの照明光Ｌ１，Ｌ２の戻り光を共通して受光し、受光した戻り光を検出ユニット８へ導光する。ここで、図３に示されるように、受光ファイバ３は複数（図示する例では１２）備えられ、挿入部５の先端面において受光面３１が照明光学系１１を周方向に囲んで配列されている。これにより、観察面Ａからの戻り光の受光量が増大されるようになっている。

アクチュエータ４は、例えば、電磁式またはピエゾ式である。アクチュエータ４は、駆動ユニット７から駆動電圧（後述）が印加されることにより、投光ファイバ２の先端部分を、該投光ファイバ２の長手方向に交差する２軸方向（Ｘ方向およびＹ方向）に振動させる。これにより、２つの照明光Ｌ１，Ｌ２が同時に観察面Ａ上において２次元走査される。走査方式は、特に限定はなく、スパイラル走査方式やラスタ走査方式などが用いられる。

ここで、２つの光ファイバ２１，２２の先端部分が互いに接合されていることにより、図４に示されるように、２つの照明光Ｌ１，Ｌ２の走査軌跡は同一形状となる。また、２つの照明光Ｌ１，Ｌ２によって走査される観察面Ａ上の走査領域（図示する例ではスパイラル走査方式による走査領域）Ｓ１，Ｓ２が、２つの照明光Ｌ１，Ｌ２の照射位置のずれ量ｄだけずれることとなる。

照明ユニット６は、第１の波長を有する第１の照明光Ｌ１を一方のコア２１ａに入射し、第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の照明光Ｌ２を他方のコア２２ａに入射するように構成されている。第１の照明光Ｌ１および第２の照明光Ｌ２は、単一波長の連続波である。第１の波長および第２の波長は、例えば、５３２ｎｍと４４０ｎｍである。照明ユニット６は、例えば、第１の照明光Ｌ１と第２の照明光Ｌ２とをそれぞれ射出する２つの光源によって構成される。光源としては、導光効率に優れた単一波長の固体レーザーが好ましい。

駆動ユニット７は、アクチュエータ４を駆動させる駆動信号をデジタル信号として生成する信号生成部７１と、該信号生成部７１によって生成された駆動信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部７２ａ，７２ｂと、該Ｄ／Ａ変換部７２ａ，７２ｂの出力を増幅する信号増幅部７３とを備えている。

信号生成部７１は、投光ファイバ２を振動させるＸ方向およびＹ方向についての２つの駆動信号を生成し、２つの駆動信号を別々のＤ／Ａ変換部７２ａ，７２ｂに入力する。信号増幅部７３は、Ｄ／Ａ変換部７２ａ，７２ｂによって生成されたアナログ信号、つまり、駆動電圧を、アクチュエータ４の駆動に適した大きさまで増幅してアクチュエータ４に出力する。

検出ユニット８は、各受光ファイバ３によって導光されてきた戻り光を波長によって分配する波長分波器（波長分岐機構）８１と、該波長分波器８１によって分配された各戻り光を検出して光電変換する２つの光検出器８２ａ，８２ｂとを備えている。
波長分波器８１は、入力された戻り光のうち、第１の波長を有する戻り光と第２の波長を有する戻り光を抽出して別々の光検出器８２ａ，８２ｂに出力する。
光検出器８２ａ，８２ｂは、例えば、フォトダイオードや光電子増倍管である。各光検出器８２ａ，８２ｂは、検出した戻り光の光量に応じた大きさの光電流を各Ａ／Ｄ変換部９１ａ，９１ｂに出力する。

画像生成ユニット９は、各光検出器８２ａ，８２ｂから出力された光電流をデジタル信号に変換する２つのＡ／Ｄ変換部９１ａ，９１ｂと、該各Ａ／Ｄ変換部９１ａ，９１ｂによって生成されたデジタル信号から２次元画像を生成する視差画像生成部９２とを備えている。

視差画像生成部９２は、各Ａ／Ｄ変換部９１ａ，９１ｂから受け取ったデジタル信号と、制御ユニット１０から受け取った照射光Ｌ１，Ｌ２の走査位置の情報（後述）とに基づいて、２つの２次元画像を生成する。ここで、２つの２次元画像は、第１の照明光Ｌ１による走査領域Ｓ１からの戻り光から生成した画像と、第２の照明光Ｌ２による走査領域Ｓ２からの戻り光から生成した画像である。すなわち、２つの２次元画像は、２つの照明光Ｌ１，Ｌ２の照射位置のずれ量ｄに相当する量だけ視点が平行に移動した画像である。これら２つの２次元画像から視差画像を構成することができる。

制御ユニット１０は、信号生成部７１に対して駆動信号の仕様、例えば、振動数や振幅などを指定する指定信号を出力するとともに、該指定信号の情報、つまり、照射光Ｌ１，Ｌ２の走査位置を含む情報を視差画像生成部９２に出力する。
また、制御ユニット１０は、視差画像生成部９２から受け取った２つの２次元画像を、立体視観察に適した状態に画像再構築しモニタ１４に表示させる。これにより、操作者は、走査型内視鏡装置１によって画像生成された観察面Ａを立体視観察することができる。

この場合に、本実施形態によれば、２つの照明光Ｌ１，Ｌ２によって視差画像を取得する構成であっても、２つの照明光Ｌ１，Ｌ２を走査するアクチュエータ４が１つで済むので、挿入部５の細径化を図ることができるという利点がある。また、異なる波長の照明光Ｌ１，Ｌ２による観察面Ａの画像が取得されるので、異なる波長帯域の光による同時観察が可能となる。例えば、第１の照明光Ｌ１を蛍光色素の励起光（例えば、近赤外光）に変更し、第２の励起光Ｌ２をＲＧＢの３つの固体レーザーからの光を合波させた白色光に変更し、波長分波器８１によって分配する戻り光の波長を適宜変更することにより、蛍光画像と白色光画像とを同時に観察することができる。

なお、本実施形態においては、各コア２１ａ，２２ａから照射される照明光Ｌ１，Ｌ２の波長が互いに異なることとしたが、これに代えて、偏光方向が互いに異なることとしてもよい。この場合には、照明ユニット６が、例えば、異なる偏光方向の光を抽出して各コア２１ａ，２２ａに出力する２つの偏光素子を備える。また、観察面Ａと受光面３１との間には、各偏光方向の光を抽出する偏光分波器（図示略、偏光分岐機構）が備えられる。
このようにしても、各走査領域Ｓ１，Ｓ２からの戻り光を区別して検出し、各走査領域Ｓ１，Ｓ２の画像を別々に生成することができる。また、第１の照明光Ｌ１および第２の照明光Ｌ２として同一波長の光を用いることが可能となる。

また、本実施形態においては、投光ファイバ２が単一のコアを有する２つの光ファイバ２１，２２からなることとしたが、これに代えて、図５に示されるように、２つのコア２３ａ，２３ｂを有する１つの光ファイバ２３からなっていてもよい。
このようにしても、光軸に交差する方向にずれた位置を照射する２つの照明光を１つのアクチュエータ４によって同時に２次元走査して視差画像を得ることができる。

また、本実施形態においては、２つの光ファイバ２１，２２の先端面に、各コア２１ａ，２２ａからから射出された照明光Ｌ１，Ｌ２を平行光にまたはより小さいスポット径に集束する光学部材が接合されていてもよい。光学部材としては、例えば、図６に示されるように、ＧＲＩＮ（屈折率分布）レンズ１２や、図７に示されるように、ボールレンズ１３が用いられる。このようにすることで、視差画像の分解能を向上することができる。このようにして光学部材を備える場合には、照明光学系１１が省略されていてもよい。

また、本実施形態においては、照明光Ｌ１，Ｌ２として連続光を用いることとしたが、これに代えて、パルス光を用いることとしてもよい。
このようにすることで、観察面Ａに照明光Ｌ１，Ｌ２が照射される積算時間が短くなるので、観察面Ａに照明光Ｌ１，Ｌ２が与える影響を低減することができる。例えば、蛍光観察の際には蛍光色素の褪色を防止することができる。また、第１の照明光Ｌ１と第２の照明光Ｌ２を時分割で観察面Ａに照射する場合には、観察面Ａにおける生体分子の挙動などの時間分解測定を行うこともできる。

照明光Ｌ１，Ｌ２としてパルス光を用いる場合には、照明ユニット６が、２つの照明光Ｌ１，Ｌ２をパルスのタイミングをずらして各コア２１ａ，２２ａに入射し、検出ユニット８が、パルスのタイミングに同期して戻り光を検出するように構成されていてもよい。この構成においては、照明光Ｌ１，Ｌ２の波長は同一であってもよく、異なっていてもよい。後者の場合は２つの異なる蛍光色素を用いた蛍光イメージングに適している。

また、本実施形態においては、投光ファイバ２が２つコア２１ａ，２２ａを備えることとしたが、これに代えて、３つ以上のコアを備えることとしてもよい。例えば、単一のコアを有する３つ以上の光ファイバの先端部分を互いに接合した場合でも、全てのコアからの照射光を走査するアクチュエータ４が１つ済むので、挿入部５の細径化を図りながら３つ以上の照明光による観察面Ａの画像を取得することができる。

１ 走査型内視鏡装置
２ 投光ファイバ
３ 受光ファイバ
４ アクチュエータ（駆動部）
５ 挿入部
６ 照明ユニット（照明部）
７ 駆動ユニット
８ 検出ユニット（検出部）
９ 画像生成ユニット（画像生成部）
１０ 制御ユニット
１１ 照明光学系
１２ ＧＲＩＮレンズ（光学部材）
１３ ボールレンズ（光学部材）
１４ モニタ
２１，２２，２３ 光ファイバ（光ファイバ部材）
２１ａ，２２ａ，２３ａ，２３ｂ コア（コア部）
３１ 受光面（受光部）
７１ 信号生成部
７２ａ，７２ｂ Ｄ／Ａ変換部
７３ 信号増幅部
８１ 波長分波器（波長分岐機構）
８２ａ，８２ｂ 光検出器
９１ａ，９１ｂ Ａ／Ｄ変換部
９２ 視差画像生成部
Ａ 観察面
Ｌ１ 第１の照明光
Ｌ２ 第２の照明光

Claims (7)

1. 視差画像を取得する走査型内視鏡装置であって、
   第１光学特性を有する第１視点用の照明光を被写体に向けて出射する第１コア部と、
   該第１コア部と並列して設けられ、前記第１光学特性とは異なる第２光学特性を有する第２の視点用の照明光を前記被写体に向けて出射する第２コア部と、
   前記第１コア部および前記第２コア部の先端部を一体的に振動させることにより、前記第１コア部から出射された照明光および前記第２コア部から出射された照明光を２次元走査させる駆動部と、
   前記第１コア部から出射された照明光および前記第２コア部から出射された照明光の前記被写体からの戻り光を受光する受光部と、
   該受光部によって受光された前記戻り光を、前記第１光学特性を有する戻り光と、前記第２光学特性を有する戻り光とに分配する分波部と、
   該分波部によって分配された前記第１光学特性を有する戻り光を光電変換し、前記第１視点用の第１撮像信号を出力する第１光検出部と、
   前記分波部によって分配された前記第２光学特性を有する戻り光を光電変換し、前記第２視点用の第２撮像信号を出力する第２光検出部と、
   前記第１光検出部から出力された前記第１撮像信号に基づいて前記第１視点用の第１画像を生成するとともに、前記第２光検出部から出力された前記第２撮像信号に基づいて前記第２視点用の第２画像を生成する画像生成部とを備える走査型内視鏡装置。
2. 前記第１光学特性が、第１波長帯域であり、
   前記第２光学特性が、前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域である請求項１に記載の走査型内視鏡装置。
3. 前記第１光学特性が、第１偏光方向であり、
   前記第２光学特性が、前記第１偏光方向とは異なる第２偏光方向である請求項１に記載の走査型内視鏡装置。
4. 前記第１コア部から出射される前記第１光学特性を有する照明光と、前記第２コア部から出射される前記第２光学特性を有する照明光とを、前記被写体に同時に照射するように制御する光源制御部を備える請求項１に記載の走査型内視鏡装置。
5. 前記第１コア部から出射される前記第１光学特性を有する照明光と、前記第２コア部から出射される前記第２光学特性を有する照明光とを、前記被写体に時分割で照射するように制御する光源制御部を備える請求項１に記載の走査型内視鏡装置。
6. 前記第１コア部および前記第２コア部の先端側に設けられ、前記照明光を集束させる光学部材を備える請求項１に記載の走査型内視鏡装置。
7. 前記駆動部による前記第１コア部および前記第２コア部の振動に応じて前記戻り光が画像化されるように前記駆動部と前記画像生成部とを同期させる制御部を備える請求項１に記載の走査型内視鏡装置。

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