JP6292560B2 - 内視鏡 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡に関し、より詳しくは、探触子の外周にイメージセンサーを取り付け、探触子の先端に１つ以上の光源を取り付け、探触子の直径を減少させることにより、内視鏡検査時、極めて狭い空間で３６０°探索が可能であるとともに、鮮明であり、目的に合う映像が得られる内視鏡に関する。

内視鏡は、超小型潜望鏡のような光学機器であって、パイプや船舶建造の狭い空間の検査のような工業用内視鏡と、人体内部の臓器検査のための医療用内視鏡とに分けられる。

この中、医療用内視鏡は、人体内部に直接投入して撮影することにより、人体内部を可視的に確認し、診断する装備であって、繊維光学内視鏡と電子内視鏡に大別される。

前記繊維光学内視鏡は、患者の臓器の内部を照らすライトガイドと、病変を先端部の対物レンズから肉眼に伝達するイメージガイドとの役割をする二つの光ファイバーを有するものであって、ライトガイドから外部の照明を人体内部に伝達するので、伝達過程において、光の損失が発生し、さらに鮮明なイメージを得るための十分な照明を確保するためには、ライトガイドの直径が大きくなり、しかも、イメージガイドからイメージ信号が伝達され、人体外部において結像されるので、これも、伝達中に損失が発生し、またはノイズが発生し、高解像度を確保し難く、正確かつ詳細なイメージを獲得し難くなる。

これに対して、電子内視鏡は、先端にＣＣＤまたはＣＭＯＳのような一種の電子カメラを有し、イメージガイドとしての光ファイバーは必要なく、照明を照らすライトガイド機能の光ファイバーのみを含むが、これも、十分な照明確保のために、ライトガイドが太くなり、内視鏡の先端にＣＣＤまたはＣＭＯＳを設けなければならないので、内視鏡の先端の直径が大きくなり、人体への投入時、異物感が大きく、内視鏡検査をするとき、ずっと被検者が苦痛を訴えるという問題点があった。

一方、従来の内視鏡に関する技術としては、特許文献１、特許文献２のような多数の技術が公開されているが、これらの内視鏡は、いずれも、人体内部に投入されるケーブルの内部の終端に、ケーブルの軸に垂直方向にイメージセンサーと光源が設けられているのみならず、照射される光がイメージセンサーにより干渉されないように光源を配置しなければならないので、内視鏡の先端部の直径が大きくなり、これにより、人体への挿入時、激しい拒否感を感じさせ、内視鏡検査をするとき、ずっと被検者が苦痛を訴えるという問題点があった。

さらに、従来の内視鏡は、イメージセンサーが内視鏡の進行方向の前方のみを撮影するので、大腸、小腸のような臓器内部の全体を確認するためには、内視鏡を回転または移動させなければならず、このような回転または移動により得られた映像を、別途イメージ処理プログラムを用いて結合する編集を行い、または検査者が以前に確認した位置を記憶した後、回転方向に基づき当該映像の位置を推定しなければならないので、正確な診断が行われないという問題点があった。

一方、工業用内視鏡の場合、パイプの溶接部の不良確認、船舶や機械等の製造過程中、人間が進入できない狭い場所の観察が求められる場合等、各種の産業分野に用いられるが、構造的な側面では、医療用内視鏡と大差がなく、医療用内視鏡の問題点のうち、人体の損傷及び感染と関連した問題点を除いた技術的な問題点、すなわち、光損失の発生による正確な映像が得られず、３６０°を一目で見渡せないので、操作が煩雑であり、これにより診断が不正確であるという問題点が同様に発生する。

特許文献１：大韓民国公開特許第１０‐２０１２‐０１０１４５０号公報
特許文献２：大韓民国公開特許第１０‐２０１４‐００６５２３１号公報

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、従来、探触子の先端の内側に位置したイメージセンサーを探触子の外周に取り付けることにより、探触子の直径を大幅に減少させ、イメージセンサーが探触子の外周を取り囲む形態で取り付けられるので、３６０°同時観察が可能となり、医療用の場合、内視鏡検査時、異物感を減少させ、臓器の損傷を減少させ、内視鏡検査に対する拒否感を大幅に減少させ、大腸、小腸、胃等の臓器内部のイメージが一度に得られ、工業用の場合も極めて狭い空間まで検査が可能であり、３６０°同時観察が可能であり、イメージ編集が必要なく、位置を推定する必要がなく、正確な診断及び検査が行われる内視鏡を提供することにある。

本発明の他の目的は、このように探触子の内部にイメージセンサーを設置しないことにより、生成した空間に１つ以上の光源を設置可能になるので、光損失が発生せず、鮮明な映像が得られ、正確な検査が可能であるとともに、多数の光源を設置する場合、内視鏡の使用目的に応じて、光源の点灯を制御し、所望の映像が得られるので、内視鏡による正確な診断及び検査が可能である内視鏡を提供することにある。

本発明のまた他の目的は、前記内視鏡を使い捨て用とし、医療用の場合、汚染及び疾病伝染の問題を解決することができる内視鏡を提供することにある。

上述した目的を達成するために、本発明は、探触子を形成するハウジングの外周面にイメージセンサーが密着して設置された内視鏡であることを特徴とする。

また、前記ハウジングの先端には、光を拡散させるためのレンズが設けられ、前記ハウジング内部のレンズの後方には、レンズに光を照射する１つ以上の光源が設けられ、このとき、光源は、赤色、緑色、青色、赤外線、紫外線ＬＥＤを含む。

また、前記内視鏡は、カプセル型またはケーブル接続型で形成され、使い捨て用に作製されてもよい。

本発明によれば、イメージセンサーが内視鏡の探触子を形成するハウジングの外周面に密着して設置されるので、ハウジングの内部に空間的余裕が生じ、探触子の全体の直径が小さくなるので、極めて狭い空間にも投入が可能であり、工業用の場合、従来、確認不可能であった狭い空間まで正確な検査が可能となり、医療用の場合、投入時の異物感が大幅に減少し、検査中、臓器の損傷が最小化するので、患者が安心して内視鏡検査を受けることができる。

また、前記イメージセンサーが探触子の外周を取り囲む形態で取り付けられるので、探触子の前進のみで３６０°同時観察が可能となり、３６０°全てを確認するために内視鏡を四方に回転させなくてもよいので、検査作業が容易であるのみならず、得られた映像の位置を推定する必要がなく、正確な診断が行われる。

また、前記ハウジングの内部に空間的余裕が生じるので、当該空間に１つ以上の光源を設けることできるので、従来、ライトガイドを用いて、外部の光を人体内部に伝達していた方式に比べて、直接光を照射するようになるので、光損失が少なく、鮮明な映像が得られ、多数の光源が設けられ、検査すべき位置及び目的に応じて、所望の光を照射し、正確な診断が行われる。

また、前記光源として赤外線や紫外線等の特殊目的の光源を用いる場合、治療等の効果も得られる。

さらに、内視鏡のハウジングの内部においてイメージが形成され、外部にデータが伝達されることにより、伝達過程での損失や抵抗が発生せず、鮮明な映像が得られる。

本発明による内視鏡の構造を示す部分断面図である。 ＣＭＯＳイメージセンサーの動作原理を示す図である。 本発明による内視鏡の他の実施例を示す図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明による好適な実施例について詳述する。

本発明による内視鏡は、図１に示すように、イメージセンサー１１０及び光源１２０を有する、人体内部を撮影するための探触子１００と、前記探触子１００と連結され、信号を送受信するケーブル２００と、で構成され、以下の実施例てば、医療用を例として説明する。

前記探触子１００は、人体内部への投入時、異物感を最大限減らすことができる形態を有するハウジング１３０と、前記ハウジング１３０の先端の外周面に密着して取り付けられるイメージセンサー１１０と、前記ハウジング１３０の先端に、ハウジング１３０の中心軸に垂直方向に設けられるレンズ１４０と、前記ハウジング１３０の内部におけるレンズ１４０の後方に設けられる光源１２０と、で構成される。

前記ハウジング１３０は、異物感を減らすために、プラスチック材質の円筒状に形成され、またはカプセル型に形成され、前記イメージセンサーの取付位置に合わせて外周面に、図示していないが、別途の溝が形成されてもよい。

また、イメージセンサー１１０は、公知の帯状のイメージセンサーであって、このような帯状のイメージセンサーの裏面を研削して薄くすると、裏面方向に巻き込まれ、ハウジング１３０の外周面に円筒状に一体に接着され、この過程における接着は、エポキシ樹脂等の接着剤を用いる。

また、前記イメージセンサー１１０は、多数のイメージセンサーを円筒状に配置し、探触子の外周面に設けられてもよい。

また、前記イメージセンサーは、ＣＭＯＳイメージセンサーを用い、前記した硬質基板以外に、最近、軟質基板の上にＣＭＯＳ回路を設ける技術が開発されているので、このような軟質基板を用いたＣＭＯＳイメージセンサーを用いてもよく、このような軟質基板を用いる場合、後面の研削過程を省略してもよい。

前記ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサーは、ＣＣＤセンサーとは異なり、入力した光を各画素（Ｐｉｘｅｌ）において電気信号に変化させ、これをデジタルデータとして出力するものであって、画素毎に回路が要求され、光を受け入れる面積が減少するので、ＣＭＯＳイメージセンサーは、各画素上に小さなマイクロレンズを載せ、各画素がより多量の光を読めるように、一箇所に集めて増幅させる。

図２を参照して、このようなＣＭＯＳイメージセンサーの動作を説明すると、先ず、マイクロレンズ（Ｍｉｃｒｏｎ Ｌｅｎｓ）を経て色フィルター配列（Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ Ａｒｒａｙ（ＣＦＡ））を通過した光が、画素上に結像され、これが電気信号に変換され、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）→アナログ処理を経てアナログ映像信号に完成され、これがＡＤＣを介してデジタル信号として出力されることが、一般のＣＭＯＳイメージセンサーの動作である。

一方、最近、Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ(ＳｏＣ)として、ＣＭＯＳイメージセンサーのＡＤＣ出力(Ｂａｙｅｒ Ｒａｗ)を受け、映像補正(Ｉｍａｇｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ)まで集積したイメージセンサーも用いられている。

前記レンズ１４０は、光源１２０から照射される光を拡散させる役割をするものであって、本発明の実施例では、凸レンズを用いる。

前記光源１２０は、１つ以上のＬＥＤを用いるが、例えば、赤色、青色、緑色、赤外線、紫外線ＬＥＤ等が用いられ、必要であれば、他の種類のＬＥＤも使用可能である。

このような光源１２０は、ハウジング１３０の内部に設けられる基板１５０の上に設けられるが、前記基板１５０には、データ送受信のための送受信モジュール（図示せず）が設けられ、電源が連結され、前記基板１５０とイメージセンサー１１０は、ワイヤ１６０ボンディングにより連結される。

また、図１では、ハウジングの内部に設けられる基板に３つのＬＥＤが設けられたものを例示しているが、多数個のＬＥＤを用いる場合、図３に示すように、イメージセンサーと同様に、前記多数個の光源１２０をハウジング１３０の外周面に取り付けると、内視鏡の直径を減らしながら、正確な検査が可能となり、この場合、レンズは、光源の先端にそれぞれ１つずつ設置し、または使用しなくてもよい。

また、前記光源１２０をハウジングの外周面に取り付けるためには、イメージセンサーを取り付ける技術をそのまま適用し、多数個のＬＥＤが設けられた基板の後面を研削し、または軟質回路基板を用い、または多数個のＬＥＤのそれぞれをハウジングにボンディングにより設置してもよい。

一方、前記基板に電源を供給するための電源供給ライン１７０と、イメージセンサーから得られたデータを外部に伝送し、内部光源等の制御信号を外部のコントローラから探触子に伝送するための光ファイバー（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｅｂｅｒ）等の制御ライン１８０とを、ケーブル２００の内部を貫通させ、外部から基板１５０と連結されるが、このようケーブルと基板の連結は、プラグ形態のコネクタを使用し、前記光ファイバーは、ガラス光ファイバーとプラスチック光ファイバーのいずれも使用可能であるが、プラスチック光ファイバーを用いることがさらに好ましい。

このように構成された内視鏡の先端のハウジングとケーブルの外部に、人体に無害な透明樹脂（例えば、透明シリコン）１９０を被覆して、内視鏡モジュールを完成し、完成した内視鏡は、直径約１ｍｍまで具現可能であるところ、１つのＬＥＤのサイズが０．２ｍｍ×０．２ｍｍ程度であり、イメージセンサーがハウジングの外部に設けられるので、直系約１ｍｍまで具現可能であり、５つのＬＥＤを全て用いるとしても、ＬＥＤを、イメージセンサーと同様に、ハウジングの外周面に密着して設置することができるので、直径２ｍｍ以下の内視鏡を具現可能になる。

このように本発明による内視鏡は、直径が２ｍｍ以下であるので、人体への挿入時、異物感が少なく、人体内部でも、臓器の内壁を損傷しないことになる。

また、前記イメージセンサーは、外部において結像されるものではなく、探触子において結像され、そのイメージデータが光ファイバーを通じて圧縮または非圧縮で外部に伝送されるので、損失無しに、鮮明な映像が得られ、イメージセンサーが円筒状に配置され、臓器の内部を前進しながら臓器の内部面の映像をリング状に同時に得ることができるので、探触子をいろいろな方向に回転させる必要がない。

また、光源が探触子に設けられるので、ライトガイドが必要なく、人体内部において光源から光が直接照射されるので、光損失が発生せず、明るいイメージが得られ、病変の位置または目的に合わせて、外部のコントローラから光源の点灯を制御し、イメージの明るさ及び色の差による映像分析が可能となるので、正確な診療が可能であり、必要であれば、赤外線または紫外線を用いて治療の効果も得られる。

すなわち、検査すべき病変の色と同じ系列の色を照射すると、当該光が病変に吸収されずに反射され、正確な映像が得られ、例えば、癌の場合、通常、病変が黒赤色であるので、赤色と赤外線ＬＥＤを用いると効果的であり、腫瘍等は、白色または黄色を呈するので、白色に対する検査が必要な場合、赤色、緑色、青色ＬＥＤを全て点灯し、白色光を照射し、黄色の病変の検査が必要な場合、緑色、青色ＬＥＤを照射し、紫外線（ＵＶ）ＬＥＤを用いると、病変の高低等を検出できるので、当該腫瘍の大きさを検出しようとするときに用いる。

このような本発明による内視鏡の映像は、８メガ級以上の解像度が得られ、価格も従来の内視鏡に比べて１／１０程度に大幅に減らすことになる。

また、前記内視鏡は、使い捨て用に作製され、汚染及び疾病伝染の問題を解決することもできる。

以上、医療用の内視鏡を例として説明したが、工業用内視鏡の場合も、人体の損傷及び感染のための設計が必要ないだけで、残りの機構的な部分はその構成が同一であるので、その説明を省略する。

また、前記光源は、ＬＥＤのみならず、レーザーを用いてもよい。

１００ 探触子
１１０ イメージセンサー
１２０ 光源
１３０ ハウジング
１４０ レンズ
２００ ケーブル

Claims (6)

1. 探触子（１００）を形成するハウジング（１３０）の外周面には、少なくともその先端側の部分を包み込むように、円筒状に一体に設けられ、基板上に画素が配列されたイメージセンサー（１１０）が密着して設置され、前記イメージセンサーの外側に人体に無害な透明樹脂（１９０）が被覆され、
   前記ハウジング（１３０）の内部には、前記イメージセンサー（１１０）により囲まれる領域内に、ＬＥＤ光源（１２０）、及び、これを搭載した基板（１５０）が設けられ、
   前記ハウジング（１３０）の先端には、ＬＥＤ光源（１２０）から照射される光を拡散させるレンズ（１４０）が、単一の凸レンズとして設けられたことを特徴とする内視鏡。
2. 探触子（１００）を形成するハウジング（１３０）の外周面には、少なくともその先端側の部分を包み込むように、円筒状に一体に設けられ、基板上に画素が配列されたイメージセンサー（１１０）が密着して設置され、
   前記ハウジング（１３０）の外周面における、前記イメージセンサー（１１０）の配置領域よりも根元側には、ＬＥＤ光源（１２０）が搭載されて配列された基板（１５０）が、円筒状に一体に設けられ、前記ハウジング（１３０）の外周面に密着して設置され、
   前記イメージセンサー（１１０）、前記ＬＥＤ光源（１２０）及び前記基板（１５０）の外側に、人体に無害な透明樹脂（１９０）が被覆されたことを特徴とする内視鏡。
3. 前記ＬＥＤ光源（１２０）は、赤色、緑色、青色、赤外線、紫外線ＬＥＤを含むＬＥＤ光源の中から選ばれた一つまたはこれらの組合せで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡。
4. 前記イメージセンサー（１１０）は、硬質基板の後面を研削し、または軟質基板を用いて、前記ハウジングの外周面に密着して設置されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡。
5. 前記基板（１５０）は、硬質基板の後面を研削し、または軟質基板を用いて、前記ハウジングの外周面に密着して設置されたものであることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡。
6. 前記内視鏡が、医療用または工業用であることを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡。