JP6087030B2

JP6087030B2 - 内視鏡システム

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Publication number: JP6087030B2
Application number: JP2016546542A
Authority: JP
Inventors: 勉浦川; 英明木内; 尊正三上
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2035-09-09
Also published as: EP3248535A1; CN106999022A; JPWO2016117165A1; WO2016117165A1; US20170258298A1; EP3248535A4

Description

本発明は、画像情報を光伝送方式で伝送する内視鏡システムに関する。

従来、医療分野においては、患者等の被検体の臓器を観察する際に内視鏡システムが用いられている。内視鏡システムは、例えば先端に撮像素子が設けられ、可撓性を有する細長形状をなし、被検体の体腔内に挿入される挿入部を有する内視鏡と、ケーブルおよびコネクタを介して挿入部と接続して撮像素子が撮像した体内画像の画像処理を行い、体内画像を表示装置に表示させる情報処理装置と、を備える。

近年、より鮮明な画像観察を可能とする高画素数の撮像素子が開発されており、内視鏡への高画素数の撮像素子の使用が検討されている。また、被検体への導入のしやすさを考慮し、挿入部の細径化が求められている。さらに、挿入部の細径化を実現しながら、撮像素子と情報処理装置との間で大容量の信号を高速に伝送するために、光ファイバおよび光導波路を用いた伝送方式が内視鏡システムでも採用されている。

光ファイバおよび光導波路を用いた内視鏡システムにおいて、光ファイバおよび光導波路による伝送状態の検出のために、テストデータを送信し、受信したテストデータの符号誤り率により伝送状態を確認した後伝送を行う内視鏡システムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−０６１０３２号公報

しかしながら、特許文献１では、符号誤り率のみから伝送状態を確認するため、光の伝送経路、例えば、光コネクタ部、光ファイバ、光電素子部等のどこに不具合が発生したか判別することは困難であるため、伝送状態が低下した場合、伝送状態の回復作業に時間を要してしまうことがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、符号誤り率と光の受信感度に基づき伝送状態を正確に判断しえ、これにより伝送状態に不具合が生じた場合でも迅速に対処可能な内視鏡システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる内視鏡システムは、被検体を撮像する撮像素子と、前記撮像素子から出力される撮像信号およびテストデータを光信号に変換して出力する第１の光電素子と、前記第１の光電素子から出力された前記光信号を伝送する光ファイバと、前記光ファイバにより伝送された前記光信号を受信する第２の光電素子と、前記第２の光電素子により電気信号に変換された前記テストデータの受信感度を測定する光量測定部と、前記テストデータの符号誤り率を測定する符号誤り率測定部と、前記受信感度と前記符号誤り率とに基づき、前記テストデータの伝送状態を判定する判定部と、を有する情報処理装置と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡システムは、上記発明において前記テストデータの伝送レベルおよび／または前記伝送レベルを回復させる指示を表示する表示装置を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡システムは、上記発明において、前記第１の光電素子と接続される前記光ファイバの端部を保持する第１の光コネクタと、前記第２の光電素子と接続される前記光ファイバの端部を保持する第２の光コネクタと、を備え、前記第１の光コネクタは、内視鏡に電気信号を送信する電気ケーブルを保持する内視鏡側の第１のコネクタ内に内蔵され、前記第２の光コネクタは、内視鏡に電気信号を送信する電気ケーブルを保持する情報処理装置側の第２のコネクタ内に内蔵され、前記第１のコネクタは、前記テストデータの伝送レベルを記憶する伝送レベル記憶部を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡システムは、上記発明において、前記第１の光電素子の駆動電流を増幅させる電流制御部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、光ファイバおよび光導波路を用いた内視鏡システムにおいて、伝送状態を符号誤り率と光の受信感度により判断するため、不具合が発生した箇所の判別が容易となり、不具合を短時間で解消することができる。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示す模式図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの要部のブロック図である。図３は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの伝送状態を判断する対比表である。図４は、本発明の実施の形態１の変形例にかかる内視鏡システムの要部のブロック図である。図５は、本発明の実施の形態２にかかる内視鏡システムの要部のブロック図である。

以下の説明では、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）として、内視鏡システムについて説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの概略構成を示す模式図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの要部のブロック図である。

図１および図２に示すように、本実施の形態１にかかる内視鏡システム１は、被検体内に導入され、被検体の体内を撮像して被検体内の画像信号を生成する内視鏡２と、内視鏡２が撮像した画像信号に所定の画像処理を施すとともに内視鏡システム１の各部を制御する情報処理装置３（外部プロセッサ）と、内視鏡２の照明光を生成する光源装置４と、情報処理装置３による画像処理後の画像信号を画像表示する表示装置５と、を備える。

内視鏡２は、被検体内に挿入される挿入部６と、挿入部６の基端部側であって術者が把持する操作部７と、操作部７より延伸する可撓性のユニバーサルコード８と、を備える。

挿入部６は、照明ファイバ（ライトガイドケーブル）、電気ケーブル２８および光ファイバ１３ａ、１３ｂ等を用いて実現される。挿入部６は、後述する撮像素子１０を内蔵した先端部６ａと、複数の湾曲駒によって構成された湾曲自在な湾曲部６ｂと、湾曲部６ｂの基端部側に設けられた可撓性を有する可撓管部６ｃと、を有する。先端部６ａには、照明レンズを介して被検体内を照明する照明部、被検体内を撮像する観察部、処置具用チャンネルを連通する開口部６ｄおよび送気・送水用ノズル（図示せず）が設けられている。

先端部６ａは、集光用の光学系の結像位置に設けられ、光学系が集光した光を受光して電気信号に光電変換して所定の信号処理を施す撮像素子１０と、撮像素子１０から入力された画像情報を含む電気信号を光信号に変換して情報処理装置３に送信する第１の光電素子１１と、を有する。

撮像素子１０は、テストデータを記憶するテストデータ記憶部１２を有する。撮像素子１０は、内視鏡システム１の電源が入力された際、または後述する情報処理装置３を介して指示信号が入力された際、第１の光電素子１１から送信される信号の伝送状態を確認するために、テストデータ記憶部１２に記憶されるテストデータを、第１の光電素子１１を介して情報処理装置３に送信する。

操作部７は、湾曲部６ｂを上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ７ａと、生体鉗子、レーザメス等の処置具が挿入される処置具挿入部７ｂと、情報処理装置３、光源装置４、送気装置、送水装置および送ガス装置等の周辺機器の操作を行う複数のスイッチ部７ｃと、を有する。処置具挿入部７ｂから挿入された処置具は、内部に設けられた処置具用チャンネルを経て挿入部６先端の開口部６ｄから表出する。

ユニバーサルコード８は、照明ファイバ、電気ケーブル２８および光ファイバ１３ａ、１３ｂ等を用いて構成される。ユニバーサルコード８は、基端で分岐しており、分岐した一方の端部が第１のコネクタ８ａであり、他方の基端が照明コネクタ８ｂである。第１のコネクタ８ａは、情報処理装置３の第２のコネクタ８ｃに対して着脱自在である。照明コネクタ８ｂは、光源装置４に対して着脱自在である。さらに、図２に示すように、第１のコネクタ８ａには、光ファイバ１３ａを保持する第１の光コネクタ１６ａが内蔵され、第２のコネクタ８ｃには、光ファイバ１３ｃを保持する第２の光コネクタ１６ｃが内蔵される。先端部６ａに内蔵される撮像素子１０が撮像した画像信号は、第１の光電素子１１、光ファイバ１３ａ、光ファイバ１３ｃ、および光ファイバ１３ａおよび光ファイバ１３ｃをつなぐ光信号（図２に点線で示す）を介して情報処理装置３に伝送する。

情報処理装置３は、第１の光電素子１１から送信された画像情報を含む光信号を電気信号に変換する第２の光電素子２０と、第２の光電素子２０から入力された画像情報をもとに、表示装置５に表示する体内画像を生成する画像処理部２１と、第２の光電素子２０が受信した光信号の受信感度を測定する光量測定部２２と、内視鏡システム１の動作を支持する動作指示信号等の各種信号の入力を行う入力部２３と、内視鏡システム１を動作させるための各種プログラムを記憶する記憶部２４と、各部の駆動制御や、各部の情報の入出力制御を行う制御部２５と、を有する。また、制御部２５は、第２の光電素子２０が受信したテストデータの符号誤り率（ビットエラーレート、以下「ＢＥＲ」ということもある）を測定するＢＥＲ測定部２６と、光量測定部２２が測定した受信感度とＢＥＲ測定部２６が測定したＢＥＲとに基づき伝送状態を判定する判定部２７と、を備える。

光源装置４は、光を発する光源や、集光レンズ等を用いて構成される。光源装置４は、情報処理装置３の制御のもと、光源から光を発し、照明コネクタ８ｂ、ユニバーサルコード８の照明ファイバおよび第１のコネクタ８ａを介して接続された内視鏡２へ、被写体である被検体内に対する照明光として供給する。

表示装置５は、液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）を用いた表示ディスプレイ等を用いて構成される。表示装置５は、映像ケーブル５ａを介して情報処理装置３によって所定の画像処理が施された画像を含む各種情報を表示する。これにより、術者は、表示装置５が表示する画像（体内画像）を見ながら内視鏡２を操作することにより、被検体内の所望の位置の観察および性状を判定することができる。

つぎに、実施の形態１にかかる内視鏡システム１における伝送状態の確認について、図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施の形態１にかかる内視鏡システムの伝送状態を判断する対比表である。

内視鏡システム１において電源が入力されると、撮像素子１０のテストデータ記憶部１２に記憶されたテストデータが第１の光電素子１１に出力される。第１の光電素子１１は、電気信号として受信したテストデータを光信号に変換し、第１の光コネクタ１６ａに保持される光ファイバ１３ａ、光ファイバ１３ａおよび光ファイバ１３ｃをつなぐ光信号（図２に点線で示す）、第２の光コネクタ１６ｃに保持される光ファイバ１３ｃを介して情報処理装置３の第２の光電素子２０に送信する。第２の光電素子２０は、受信した光信号を電気信号に変換した後、光量測定部２２と、ＢＥＲ測定部２６にそれぞれ出力する。

光量測定部２２は、電気信号に変換されたテストデータの受信感度を電流値として測定し、ＢＥＲ測定部は、受信したテストデータの符号誤り率（ＢＥＲ）を算出する。判定部２７は、光量測定部２２が測定した受信感度と、ＢＥＲ測定部が算出した符号誤り率とに基づき、図３に示す対比表から受信した信号の伝送レベルを判定する。

図３に示す対比表は、縦軸がＢＥＲ、横軸が電流値である。図３では、正常なＢＥＲ値は１０^−１２以下、受信可能な電流値は１０〜１００μＡとして示しているが、この数値は第１の光電素子１１および第２の光電素子２０として使用する素子の性能により変わるものであり、あくまで例示である。

図３に示すように、符号誤り率と受信感度により、伝送レベルはレベル１〜レベル５に分類される。レベル１は、ＢＥＲ値が１０^−１２以下、受信感度が３０μＡ以上１００μＡ以下であり、受信したテストデータがこの範囲である場合、実使用上問題なしと判断される。伝送レベルがレベル１と判定されると、表示装置５には、何も表示しないか、あるいは伝送レベルが１であり、内視鏡観察に問題がない旨表示される。

ＢＥＲ値が１０^−１２以下、受信感度が１０μＡ以上３０μＡ未満の場合、伝送レベルはレベル２と判定され、表示装置５には、伝送レベルが２であり、内視鏡観察に問題がない旨表示される。伝送レベルがレベル２である場合、内視鏡観察を続行することは可能であるが、受信感度が低下し、その後の使用により不具合が生じる場合がある。そのため、伝送レベルを回復させるための手法が表示装置５に表示される。伝送レベルがレベル２に低下する理由として、第１の光コネクタ１６ａもしくは第２の光コネクタ１６ｃの汚れ、または第１の光コネクタ１６ａもしくは第２の光コネクタ１６ｃの接触不良が考えられる。したがって、表示装置５には、「第１のコネクタ８ａ（第１の光コネクタ１６ａ）を情報処理装置３の第２のコネクタ８ｃから取り外して、第１のコネクタ８ａ（第１の光コネクタ１６ａ）および第２のコネクタ８ｃ（第２の光コネクタ１６ｃ）の端面を拭いてください。」、「第１のコネクタ８ａ（第１の光コネクタ１６ａ）を第２のコネクタ８ｃにきちんと接続して下さい。」等の指示が表示される。

ＢＥＲ値が１０^−１２より大きく、受信感度が１０μＡ以上３０μＡ未満の場合、伝送レベルはレベル３と判定され、表示装置５には、伝送レベルが３であり、内視鏡観察に問題がある旨表示される。伝送レベルがレベル３である場合、内視鏡観察を続行するには問題があるため、表示する手法により伝送レベルが回復しない場合は、内視鏡観察は中止される。伝送レベルがレベル３に低下する理由として、第１の光コネクタ１６ａもしくは第２の光コネクタ１６ｃの汚れ、接続不良、光ファイバ１３ａ、１３ｂの破損、または第１の光電素子１１の故障が考えられる。表示装置５には、術者により行うことができる手法として、「第１のコネクタ８ａ（第１の光コネクタ１６ａ）を情報処理装置３の第２のコネクタ８ｃから取り外して、第１のコネクタ８ａ（第１の光コネクタ１６ａ）および第２のコネクタ８ｃ（第２の光コネクタ１６ｃ）の端面を拭いてください。」、「第１の電気コネクタ８ａ（第１の光コネクタ１６ａ）を第２のコネクタ８ｃにきちんと接続して下さい。」等の指示が表示される。術者が第１のコネクタ８ａ（第１の光コネクタ１６ａ）および第２のコネクタ８ｃ（第２の光コネクタ１６ｃ）の端面を清掃し、第１のコネクタ８ａ（第１の光コネクタ１６ａ）が第２のコネクタ８ｃに再接続されると、再度撮像素子１０からテストデータが送信され、伝送レベルが判定される。

ＢＥＲ値が１０^−１２より大きく、受信感度が１０μＡ未満の場合、伝送レベルはレベル４と判定され、表示装置５には、伝送レベルが４であり、内視鏡観察に問題がある旨表示される。伝送レベルがレベル４である場合、光ファイバ１３ａ、１３ｂの破損による光量の低下が第１に考えられ、術者による伝送レベルの回復は困難であるため、内視鏡２の検査が必要である旨、表示装置５に表示される。

ＢＥＲ値が１０^−１２より大きく、受信感度が３０μＡより大きい場合、伝送レベルはレベル５と判定され、表示装置５には、伝送レベルが５であり、内視鏡観察に問題がある旨表示される。伝送レベルがレベル５である場合、第１の光電素子１１の故障が第１に考えられ、レベル４の場合と同様に、術者による伝送レベルの回復は困難であるため、内視鏡２の検査が必要である旨、表示装置５に表示される。

伝送レベルがレベル３〜レベル５と判断された場合、内視鏡２はサービスセンター等に検査に出されるが、伝送レベルによりサービスセンターでの対応が容易になる。

実施の形態１にかかる内視鏡システム１では、符号誤り率と光の受信感度に基づき伝送状態を正確に判断できるので、術者またはサービスセンターでの内視鏡の伝送レベルの回復も容易に行うことができる。

実施の形態１では、伝送レベルを符号誤り率と受信感度によりレベル分けし、伝送レベルを回復させる指示を表示装置５に表示しているが、内視鏡に伝送レベルを記憶する記憶部を備えることにより、伝送レベルを表示装置に表示せずに、伝送レベルを回復させる指示のみ表示装置５に表示してもよい。

図４は、本発明の実施の形態１の変形例にかかる内視鏡システムの要部のブロック図である。変形例にかかる内視鏡システム１Ａにおいて、第１のコネクタ８ａは、テストデータの伝送レベルを記憶する伝送レベル記憶部１５を備える。

伝送レベル記憶部１５には、伝送レベル、あるいは伝送状態を判断する符号誤り率と受信感度の実数値が記憶される。伝送レベルが低下した場合、伝送レベルを回復するための指示が表示装置５に表示され、該指示によっても、伝送レベルが回復しない場合には、内視鏡２はサービスセンターに検査に出される。サービスセンターでは、伝送レベル記憶部１５に記憶された伝送レベル、あるいは符号誤り率と受信感度の実数値に基づき、故障箇所の判断や修理を迅速に行うことができる。なお、伝送レベル、または伝送状態を判断する符号誤り率と受信感度の実数値が記憶される伝送レベル記憶部１５は、第２のコネクタ８ｃに設けられていてもよく、あるいは、伝送レベル、または伝送状態を判断する符号誤り率と受信感度の実数値は、伝送レベル記憶部１５を設けることなく、情報処理装置３内の記憶部２４に記憶してもよい。

なお、実施の形態１では、撮像素子１０が撮像した画像情報を１系列の伝送ライン（１つの第１の光電素子１１、光ファイバ１３ａ、第１の光コネクタ１６ａ、光信号、第２の光コネクタ１６ｃおよび光ファイバ１３ｃ）で情報処理装置３に送信するが、発熱量を低減しながらより多くの画像情報を送信するために、２系列の伝送ライン（２つの第１の光電素子および光ファイバ）により送信してもよい。２系列の伝送ラインにより画像情報を送信する場合、系列毎に伝送レベルを判断し、表示装置５に表示する。２系列の伝送ラインのうち、１系列の伝送レベルが低下した場合、短期間であれば、伝送レベルが低下していない伝送ラインを使用してすべての画像情報を送信することができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２にかかる内視鏡システムの要部のブロック図である。実施の形態２にかかる内視鏡システム１Ｂでは、第１の光電素子１１の駆動電流を増幅させる電流制御部１４を備え、受信感度が低い場合に、電流制御部１４により第１の光電素子１１の駆動電流が増幅され、第１の光電素子１１が送信する光信号の出力が上げられる。

内視鏡システム１Ｂでは、実施の形態１と同様に、電源が入力されると、撮像素子１０のテストデータ記憶部１２に記憶されたテストデータが第１の光電素子１１に出力され、第１の光電素子１１によりテストデータは光信号に変換された後、第１の光コネクタ１６ａに保持される光ファイバ１３ａ、光ファイバ１３ａおよび光ファイバ１３ｃをつなぐ光信号（図５に点線で示す）、第２の光コネクタ１６ｃに保持される光ファイバ１３ｃを介して情報処理装置３の第２の光電素子２０に送信される。第２の光電素子２０は、受信した光信号を電気信号に変換した後、光量測定部２２と、ＢＥＲ測定部２６にそれぞれ出力し、受信感度および符号誤り率が測定される。

実施の形態２では、光量測定部２２により測定された受信感度が所定値より低い場合、制御部２５から電気ケーブル２９を介して電流制御部１４に駆動電流を増幅する制御信号が出力される。受信感度が所定値より大きい場合、たとえば、レベル５であれば内視鏡観察に問題がある旨表示装置５に表示される。

電流制御部１４に制御信号が入力されると、電流制御部１４は、第１の光電素子１１の駆動電流を増幅させ、第１の光電素子１１が送信する光信号の出力が上昇する。

電流制御部１４により第１の光電素子１１が送信する光信号の出力が上昇した後、撮像素子１０から再度テストデータが送信され、伝送レベルが判定される。光信号の出力が上昇すると、受信感度が増加するとともに、ＢＥＲが低下する。

光信号の出力レベルの上昇によっても、伝送レベルが回復しない場合には、実施の形態１と同様に、各伝送レベル、および伝送レベルを回復させるための指示が表示装置５に表示される。

実施の形態２では、受信感度が低下した際、電流制御部により第１の光電素子が送信する光信号の出力を上げることができるので、伝送レベルの低下が認められる場合でも、ノイズの少ない画像を得ることができる。

１内視鏡システム
２内視鏡
３情報処理装置
４光源装置
５表示装置
６挿入部
６ａ先端部
６ｂ湾曲部
６ｃ可撓管部
６ｄ開口部
７操作部
７ａ湾曲ノブ
７ｂ処置具挿入部
７ｃスイッチ部
８ユニバーサルコード
８ａ第１のコネクタ
８ｂ照明コネクタ
８ｃ第２のコネクタ
１０撮像素子
１１第１の光電素子
１２テストデータ記億部
１３ａ、１３ｃ光ファイバ
１４電流制御部
１５伝送レベル記憶部
１６ａ第１の光コネクタ
１６ｃ第２の光コネクタ
２０第２の光電素子
２１画像処理部
２２光量測定部
２３入力部
２４記憶部
２５制御部
２６ＢＥＲ測定部
２７判定部
２８、２９電気ケーブル

Claims

被検体を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子から出力される撮像信号およびテストデータを光信号に変換して出力する第１の光電素子と、
前記第１の光電素子から出力された前記光信号を伝送する光ファイバと、
前記光ファイバにより伝送された前記光信号を受信する第２の光電素子と、前記第２の光電素子により電気信号に変換された前記テストデータの受信感度に相当する電流値を測定する光量測定部と、前記テストデータの符号誤り率を測定する符号誤り率測定部と、前記電流値と前記符号誤り率とに基づき、前記テストデータの伝送レベルを判定する判定部と、前記判定部が判定した伝送レベルに基づき、前記伝送レベルの低下理由の推測と前記伝送レベルを回復させる指示を行う制御部と、前記テストデータの伝送レベルおよび／または前記伝送レベルを回復させる指示を表示する表示装置と、を有する情報処理装置と、
を備え、
前記判定部は、前記符号誤り率測定部が測定した前記テストデータの前記符号誤り率が正常範囲か異常範囲かを判定し、前記光量測定部が測定した前記テストデータの受信感度に相当する電流値に基づき受信可能な範囲か否かを判定し、前記符号誤り率が正常範囲または異常範囲、および前記電流値が受信可能範囲内または範囲外との組み合わせに基づき、前記内視鏡が観察継続可能な伝送レベルか否かを判定することを特徴とする内視鏡システム。
前記判定部は、前記符号誤り率の正常範囲または異常範囲、および前記電流値の受信可能範囲内の所定範囲との組み合わせに基づき、前記内視鏡が観察継続可能な伝送レベルか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
前記第１の光電素子と接続される前記光ファイバの端部を保持する第１の光コネクタと、
前記第２の光電素子と接続される前記光ファイバの端部を保持する第２の光コネクタと、
を備え、
前記第１の光コネクタは、内視鏡に電気信号を送信する電気ケーブルを保持する内視鏡側の第１のコネクタ内に内蔵され、
前記第２の光コネクタは、内視鏡に電気信号を送信する電気ケーブルを保持する情報処理装置側の第２のコネクタ内に内蔵され、
前記第１のコネクタは、前記テストデータの伝送レベルを記憶する伝送レベル記憶部を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
前記第１の光電素子の駆動電流を増幅させる電流制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。