JP6687877B2 - 撮像装置及びそれを用いた内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象の凹凸状態を観察可能な撮像装置及びそれを用いた内視鏡装置に関する。

体内患部を撮影して画像化する内視鏡装置は平面的な画像しか撮影できず、患部の凹凸を見分けることができないことから、近年、患部の凹凸状態も観察することが可能な内視鏡装置が実用化されている（たとえば、下記の特許文献１）。

図８は、特許文献１に記載された内視鏡装置の概念構成図である。内視鏡装置１は本体部２の内部に一対の撮像部３、４を備えている。これらの撮像部３、４にはガイド体５に保護された二本の導光体６、７を介して観察対象（体内患部や手術器具等）の像が導かれるようになっており、撮像部３、４はそれぞれ観察対象の画像を生成して不図示の画像処理部に出力する。

ここで、二本の導光体６、７の観察対象側の端面間は距離Ｄだけ離れている。この距離Ｄは人体の両目間距離あるいはその両目間距離に近い値に相当する、いわゆる「視差距離」である。

特許文献１に記載された内視鏡装置１は、この「視差距離」に基づいて観察対象の凹凸状態を観察するものであり、一般的にいえばステレオ視（両眼立体視ともいう）の原理、つまり、同一の物体を異なる二つの視点から見ることによって、その三次元的な位置を測るという原理に基づくものである。

特開平７−３２３００４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された内視鏡装置１にあっては、二本の導光体６、７の観察対象側の端面間を距離Ｄだけ離さなければならず、この距離Ｄは人間の両目間距離またはそれに近い距離相当の「視差距離」であるため、距離Ｄに対応して二本の導光体６、７を保護するガイド体５の外径が太くなってしまうという問題点がある。

一般的に内視鏡装置１のガイド体５は、患者の口から喉を通って体内へと挿入されるが、太すぎるガイド体５は体内への挿入作業の困難を招き、さらに患者の苦痛や負担も増大するため、できるだけガイド体５を細くすることが求められている。

そこで、本発明の目的は、ガイド体の先端をできるだけ細くして体内への挿入作業を容易化し、さらに患者の負担も軽減できる撮像装置及びそれを用いた内視鏡装置を提供することにある。

本発明に係る撮像装置は、光の文様を生成する第一生成手段と、前記文様を観察対象に照射する照射手段と、前記観察対象と前記観察対象上の文様とを二次元画像として撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された二次元画像に含まれる文様を用いて立体感が得られる三次元画像を生成する第二生成手段と、前記撮像手段によって撮像された二次元画像と前記第二生成手段によって生成された三次元画像とを重畳して表示部に表示させる表示手段とを備えたことを特徴とし、また、本発明に係る内視鏡装置は前記の撮像装置を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、ガイド体の先端をできるだけ細くして体内への挿入作業を容易化し、さらに患者の負担も軽減できる撮像装置及びそれを用いた内視鏡装置を提供することができる。

第一実施形態に係る内視鏡装置の概念構成図である。 文様生成部１０７の概念図である。 文様Ｐ１２から凹凸状態を観察できることを示す説明図である。 立体画像の生成に必要な数値データを得るための説明図である。 立体画像の生成に必要な数値データを得るための説明図である。 第二実施形態に係る内視鏡装置の概念構成図である。 第三実施形態に係る内視鏡装置の概念構成図である。 特許文献１に記載された内視鏡装置の概念構成図である。

以下、本発明の実施形態を、内視鏡装置への適用を例にして、図面を参照しながら説明する。

（第一実施形態）
図１は、第一実施形態に係る内視鏡装置の概念構成図である。内視鏡装置１００は、画像を表示するための表示部１０１と、内視鏡装置１００の各部を格納する本体部１０２と、ガイド体１０３とを備える。

なお、この図では、表示部１０１を本体部１０２の外に出している（外付けにしている）が、この態様に限定されない。表示部１０１を本体部１０２に組み込む態様にしてもよい。

本体部１０２は、表示用の画像を生成する画像処理部１０４と、撮像部１０５と、光Ｐ１１を発光する光源１０６と、光Ｐ１１から光の文様（以下、単に文様という）Ｐ１２を生成する文様生成部１０７と、前記各部（画像処理部１０４や撮像部１０５及び文様生成部１０７など）の動作を制御する制御部１０８とを備え、さらに不図示の電源部等を備える。

なお、（光の）文様Ｐ１２とは、たとえば、ガラス板に文字や絵を描いて壁の前に置き、そのガラス板に光を当てると、ガラス板の文字や絵が壁に映し出されるが、この映し出された文字や絵のようなもののことを「文様」という。あるいはより一般的な表現では「影」や「模様」または「パターン」などということもできる。本実施形態では、この文様Ｐ１２を利用して観察対象の凹凸状態を観察する。詳細は後述する。

光源１０６は、たとえば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光ダイオードである。光源１０６から照射される光Ｐ１１の波長（または波長領域）は、この実施形態においては特に限定しない。可視領域の光を含む白色光であってもよいし、あるいは目に見えない（または見えにくい）波長領域の光（赤外光など）を含む広波長域の光であってもよい。

撮像部１０５は、所定の光感応撮像特性、たとえば、可視領域の光Ｐ１１の場合は可視領域の光感応撮像特性、あるいは、赤外領域の光を含む光Ｐ１１の場合は可視光域から赤外領域までの広い光感応撮像特性を有する、たとえば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide semiconductor）イメージセンサあるいはその他の方式の二次元撮像デバイスである。

ガイド体１０３は、本体部１０２の任意面に一端面１１０が取り付けられた柔軟性かつ所定の長さを有する円筒状の中実部材であり、このガイド体１０３の一端面１１０から他端面１１１にかけて、少なくとも二本の導光体（以下、第一導光体１１２及び第二導光体１１３）が内装されている。

これら二本の導光体（第一導光体１１２及び第二導光体１１３）はいずれも柔軟性があって、かつ低損失で光を端から端まで導くことができる、たとえば、光ファイバである。

第一導光体１１２は文様生成部１０７で生成された文様Ｐ１２をガイド体１０３の他端面１１１へと導き、また、第二導光体１１３はガイド体１０３の他端面１１１に近接して対向する不図示の観察対象（体内の患部や手術器具等）からの反射光Ｐ１３を撮像部１０５の撮像面１０９へと導く。

撮像部１０５は、その撮像面１０９に反射光Ｐ１３が照射されているとき、反射光Ｐ１３に含まれる観察対象の像を撮像して画像処理部１０４に出力する。なお、この図では省略しているが、撮像部１０５は、その撮像面１０９に結像レンズ等の光学系を有している。また、二本の導光体（第一導光体１１２及び第二導光体１１３）の各端面側またはいずれか一方の端面側にも、それぞれ必要に応じてレンズ等の光学系を設けておいてもよい。

図２は、文様生成部１０７の概念図である。先にも説明したとおり、文様Ｐ１２とは、光Ｐ１１を照射することによって任意の観察対象（実施形態の対象は患部や手術器具等）上に映し出される「影」や「模様」または「パターン」のようなもののことをいう。

文様Ｐ１２の形は様々考えられるが、ここでは二つのものを例示する。すなわち、第一の例は、図２（ａ）に示すように縦横等間隔に配置されたドット模様（ドット柄ともいう）であり、第二の例は、図２（ｂ）に示すように縦横等間隔に配列された格子模様（格子柄ともいう）である。いうまでもなく文様Ｐ１２はこれらの二つの例示に限定されない。他の様々な模様や柄であっても当然構わない。

第一の例及び第二の例は、たとえば、ガラスやアクリルなどの透明薄板状の硬質素材１１４の表面に塗料などで描いたり、印刷したり、刻印したりしてもよい。

第一の例及び第二の例のいずれにおいても、その硬質素材１１４の一方面に光源１０６からの光Ｐ１１を当てることにより、その硬質素材１１４の反対面側に位置する観察対象１１５の上に文様Ｐ１２（第一の例ではドット模様、第二の例では格子模様）を映し出すことができる。

図３は、文様Ｐ１２から凹凸状態を観察できることを示す説明図である。図３（ａ）は文様Ｐ１２がドット模様の場合であり、図３（ｂ）は文様Ｐ１２が格子模様の場合である。いずれの場合も観察対象１１５が平坦であれば、各図の左側に示すように文様Ｐ１２は整列を保って乱れがなく、一方、観察対象１１５が平坦でなければ、たとえば、各図の右側に示すように丘状に盛り上がっていれば、その盛り上がりに応じて文様Ｐ１２に乱れが生じる。たとえば、第一の例（ドット模様）ではドットの間隔が部分的に広がり、また、第二の例（格子模様）では格子の間隔が部分的に広がるので、このような文様Ｐ１２の乱れ方を時間を追って見ていくことにより、観察対象１１５の凹凸状態を感覚的に観察することができる。

つまり、図３の文様Ｐ１２の画像を表示部１０１の画面上に映し出すことにより、画面の表示から観察対象１１５（患部や手術器具等）の盛り上がりを感覚的に把握することができ、観察対象１１５の凹凸状態を目視で観察することが可能になる。

ところで、図３の文様Ｐ１２の画像（特に各図の右側の画像）を表示部１０１の画面上に映し出さず、文様Ｐ１２の乱れを時間軸上で数値化して、その数値データを用いて生成した立体画像（３Ｄ画像：Three-Dimensional画像）を表示部１０１の画面上に映し出すようにしてもよい。このようにすれば、観察対象１１５（実施形態では体内の患部や手術器具等）の凹凸状態をより正確に観察できるので好ましい。

図４及び図５は、立体画像の生成に必要な数値データを得るための説明図である。まず、図４に示すように、第一導光体１１２の端面位置（文様Ｐ１２の照射点）をＰａ、第二導光体１１３の端面位置（反射光Ｐ１３の入射点）をＰｂとすると、ＰａとＰｂはごくわずか離れている（少なくとも第一導光体１１２の半径と第二導光体１１３の半径を加えた距離だけ離れている）ため、Ｐａからの文様Ｐ１２の光軸と、Ｐｂへの反射光Ｐ１３の光軸とは互いに若干の角度で交差する。さらに、観察対象１１５の表面上における二つの光軸の交差位置は平坦な場合にはほぼフラットに並び（図４（ａ））、たとえば、盛り上がっている場所ではその盛り上がりの表面に沿って凸状に並ぶ（図４（ｂ））ことになる。

このような二つの光軸の交差位置の並びを模式化すると、図５（ａ）のようになる。この図において、座標（０、Ｈ）は図４の位置Ｐａに対応し、座標（ｄ、Ｈ）は図４の位置Ｐｂに対応する。また、座標（Ｘ₀、０）は凹凸がない場合の二つの光軸の交差位置を示し、座標（Ｘ、ｈ）は凹凸（この図では凸状の盛り上がり）がある場合の二つの光軸の交差位置を示している。なお、ｈは凸状の盛り上がりの高さである。

いま、座標（０、Ｈ）と座標（ｄ、Ｈ）の距離をｄ、座標（０、Ｈ）と座標（ｄ、Ｈ）と座標（Ｘ、ｈ）とのなす角をβ、座標（０、Ｈ）と座標（ｄ、Ｈ）と座標（Ｘ₀、０）とのなす角をβ₀、座標（ｄ、Ｈ）と座標（０、Ｈ）と座標（Ｘ、ｈ）とのなす角をαとすると、凸状の盛り上がりの最も高い場所の座標（Ｘ、ｈ）の「Ｘ」と「ｈ」の値（数値データ）は、それぞれ図５（ｂ）の式（１）と式（２）で求めることができる。

これらの式（１）と式（２）は、前記の距離ｄと三つの角度（β、β₀、α）を変数としているので、これらの変数を式（１）と式（２）に与えるだけで、観察対象１１５が平坦な場合の座標（Ｘ₀、０）から、観察対象１１５が盛り上がっている場合のその頂点の座標（Ｘ、ｈ）への変換を行うことができ、立体画像の生成に必要な数値データを得ることができる。

したがって、図５（ｂ）の式（１）と式（２）を用いることにより、観察対象１１５（体内の患部や手術器具等）の内視鏡装置１００との相対的な動き（時間軸上の変化）から、凹凸状態を数値化して立体画像（３Ｄ画像）を生成することができる。

以上のとおり、この第一実施形態によれば、文様Ｐ１２を用いて体内患部の凹凸状態を視覚化し、または数値化して立体化することができるので、近時の医療現場の要求に応えた内視鏡装置１００を提供することができる。加えて、この第一実施形態によれば、冒頭で説明した特許文献１に記載のものとの対比で、ガイド体１０３の外径を細くすることができ、この点（ガイド体１０３の外径を細くする）においても近時の医療現場の要求に応えた内視鏡装置１００を提供することができる。

これは、特許文献１に記載のものは、二本の導光体６、７の観察対象側の端面間を距離Ｄ（視差距離）だけ離さなければならないのに対して、この第一実施形態では、それほどの離隔距離を必要としないからである。具体的には少なくとも第一導光体１１２の半径と第二導光体１１３の半径とを加えた距離程度だけ離せばよいからである。たとえば、特許文献１に記載の距離Ｄの具体値は、有効な視差距離を考えると最低でも数ｍｍから数十ｍｍ程度は必要であろうし、または、より大きな視差を得るには数ｃｍ程度もしくはそれ以上になることもあり得る。これに対して、第一実施形態では、二本の導光体（第一導光体１１２と第二導光体１１３）の直径をそれぞれ１ｍｍ程度と仮定しても離隔距離は少なくとも「第一導光体１１２の半径と第二導光体１１３の半径を加えた距離程度」であるから、「半径＋半径」の高々１ｍｍ程度にしかなり得ない。

したがって、この第一実施形態によれば、ガイド体１０３の外径を細く（特許文献１のものとの対比で）することができ、近時の医療現場の要求に十二分に応えた内視鏡装置１００を提供することができる。

（第二実施形態）
次に、第二実施形態について説明する。前記の第一実施形態では文様Ｐ１２を作るための光Ｐ１１（光源１０６からの光Ｐ１１）の波長について特に限定しなかったが、この第二実施形態では文様Ｐ１２を作るための光Ｐ１１の波長を赤外域、つまり、「人の目に見えないまたは見えにくい波長域」としている。これは、文様Ｐ１２の乱れを数値化する場合は、むしろ観察対象１１５の上で文様Ｐ１２が人の目に見えてしまうと患部の観察に邪魔になるからである。この第二実施形態は文様Ｐ１２の乱れを数値化して立体画像を生成し、画面上に表示する内視鏡装置の例である。

図６は、第二実施形態に係る内視鏡装置の概念構成図である。内視鏡装置２００は、平面画像（二次元画像）を表示するための第一表示部２０１と、立体画像（三次元画像）を表示するための第二表示部２０２と、内視鏡装置２００の各部を格納する本体部２０３と、ガイド体２０４とを備える。

なお、この図では、第一表示部２０１と第二表示部２０２を本体部２０３の外に出しているが、この態様に限定されない。第一表示部２０１と第二表示部２０２の両方または一方を本体部２０３に組み込む態様にしてもよい。あるいは、二台の表示部（第一表示部２０１と第二表示部２０２）を設けず、一台の表示部の表示画面を二つの表示領域に分けて各々を第一表示部２０１の表示領域と第二表示部２０２の表示領域として使用する態様にしてもよい。

本体部２０３は、表示用の画像（平面画像と立体画像）を生成する画像処理部２０５と、撮像部２０６と、赤外域の光Ｐ２１を発光する第一光源２０７と、光Ｐ２１から光の文様Ｐ２２を生成する文様生成部２０８と、前記各部（画像処理部２０５や撮像部２０６及び文様生成部２０８など）の動作を制御する制御部２０９と、可視域の光Ｐ２３を発光する第二光源２１０とを備え、さらに不図示の電源部等を備える。

第一光源２０７と第二光源２１０は、たとえば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光ダイオードである。第一光源２０７から照射される光Ｐ２１の波長は赤外域（およそ７００ｎｍ程度から８５０ｎｍ程度まで）であり、また、第二光源２１０から照射される光Ｐ２３の波長は可視域（およそ４００ｎｍ程度から７００ｎｍ程度まで）である。

撮像部２０６は、可視域から赤外域までの広い光感応撮像特性を有する、たとえば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide semiconductor）イメージセンサあるいはその他の方式の二次元撮像デバイスである。

ガイド体２０４は、本体部２０３の任意面に一端面２１１が取り付けられた柔軟性かつ所定の長さを有する円筒状の中実部材であり、このガイド体２０４の一端面２１１から他端面２１２にかけて、少なくとも三本の導光体（以下、第一導光体２１３、第二導光体２１４及び第三導光体２１５）が内装されている。

これら三本の導光体（第一導光体２１３、第二導光体２１４及び第三導光体２１５）はいずれも柔軟性があって、かつ低損失で光を端から端まで導くことができる、たとえば、光ファイバである。

第一導光体２１３は文様生成部２０８で生成された文様Ｐ２２をガイド体２０４の他端面２１２へと導き、また、第二導光体２１４はガイド体２０４の他端面２１２に近接して対向する不図示の観察対象（体内の患部や手術器具等）からの反射光Ｐ２４を撮像部２０６の撮像面へと導き、さらに、第三導光体２１５は第二光源２１０からの光Ｐ２３をガイド体２０４の他端面２１２へと導く。

撮像部２０６は、その撮像面に反射光Ｐ２４が照射されているとき、反射光Ｐ２４に含まれる観察対象の像を撮像して画像処理部２０５に出力する。なお、この図では省略しているが、撮像部２０６は、その撮像面に結像レンズ等の光学系を有している。また、三本の導光体（第一導光体２１３、第二導光体２１４及び第三導光体２１５）の各端面側またはいずれか一方の端面側にも、それぞれ必要に応じてレンズ等の光学系を設けておいてもよい。

この第二実施形態によれば、人の目には見えないまたは見えにくい赤外域の光Ｐ２１を用いて文様Ｐ２２を生成するので、この文様Ｐ２２も人の目には見えず、または見えにくく、目視による対象（体内の患部や手術器具等）の観察を妨げない。また、対象の照明は、第三導光体２１５によって導かれた光Ｐ２３（可視域の光）によって行われるので、十分な明るさの下で目視による対象の観察を支障なく行うことができる。

（第三実施形態）
次に、第三実施形態について説明する。この第三実施態様は、前記の第二実施形態にステレオ視の機能を加えたものである。
図７は、第三実施形態に係る内視鏡装置の概念構成図である。内視鏡装置３００は、平面画像（二次元画像）を表示するための第一表示部３０１と、立体画像（三次元画像）を表示するための第二表示部３０２と、内視鏡装置３００の各部を格納する本体部３０３と、ガイド体３０４とを備える。

本体部３０３は、表示用の画像（平面画像と立体画像）を生成する画像処理部３０５と、二つの撮像部（第一撮像部３０６及び第二撮像部３０７）と、赤外域の光Ｐ３１を発光する第一光源３０８と、光Ｐ３１から光の文様Ｐ３２を生成する文様生成部３０９と、前記各部（画像処理部３０５、第一撮像部３０６、第二撮像部３０７及び文様生成部３０９など）の動作を制御する制御部３１０と、可視域の光Ｐ３３、Ｐ３４を発光する二つの光源（第二光源３１１及び第三光源３１２）とを備え、さらに不図示の電源部等を備える。

三つの光源（第一光源３０８、第二光源３１１及び第三光源３１２）は、たとえば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光ダイオードである。第一光源３０８から照射される光Ｐ３１の波長は赤外域（およそ７００ｎｍ程度から８５０ｎｍ程度まで）であり、また、第二光源３１１と第三光源３１２から照射される光Ｐ３３、Ｐ３４の波長は可視域（およそ４００ｎｍ程度から７００ｎｍ程度まで）である。

第一撮像部３０６及び第二撮像部３０７は、可視域から赤外域までの広い光感応撮像特性を有する、たとえば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide semiconductor）イメージセンサあるいはその他の方式の二次元撮像デバイスである。

ガイド体３０４は、本体部３０３の任意面に一端面３１３が取り付けられた柔軟性かつ所定の長さを有する円筒状の中実部材であり、このガイド体３０４の一端面３１３から他端面３１４にかけて、少なくとも五本の導光体（以下、第一導光体３１５、第二導光体３１６、第三導光体３１７、第四導光体３１８及び第五導光体３１９）が内装されている。

これら五本の導光体（第一導光体３１５、第二導光体３１６、第三導光体３１７、第四導光体３１８及び第五導光体３１９）はいずれも柔軟性があって、かつ低損失で光を端から端まで導くことができる、たとえば、光ファイバである。

第一導光体３１５は文様生成部３０９で生成された文様Ｐ３２をガイド体３０４の他端面３１４へと導き、第二導光体３１６は第二光源３１１からの光Ｐ３３をガイド体３０４の他端面３１４へと導き、第三導光体３１７はガイド体３０４の他端面３１４に近接して対向する不図示の観察対象（体内の患部や手術器具等）からの反射光Ｐ３５を第一撮像部３０６の撮像面へと導き、第四導光体３１８はガイド体３０４の他端面３１４に近接して対向する不図示の観察対象（体内の患部や手術器具等）からの反射光Ｐ３６を第二撮像部３０７の撮像面へと導き、さらに、第五導光体３１９は第三光源３１２からの光Ｐ３４をガイド体３０４の他端面３１４へと導く。

第一撮像部３０６及び第二撮像部３０７は、それぞれの撮像面に反射光Ｐ３５や反射光Ｐ３６が照射されているとき、反射光Ｐ３５や反射光Ｐ３６に含まれる観察対象の像を撮像して画像処理部３０５に出力する。なお、この図では省略しているが、第一撮像部３０６及び第二撮像部３０７は、それぞれの撮像面に結像レンズ等の光学系を有している。また、五本の導光体（第一導光体３１５、第二導光体３１６、第三導光体３１７、第四導光体３１８及び第五導光体３１９）の各端面側またはいずれか一方の端面側にも、それぞれ必要に応じてレンズ等の光学系を設けておいてもよい。

この第三実施形態によれば、前記の第二実施形態と同様に人の目には見えないまたは見えにくい赤外域の光Ｐ３１を用いて文様Ｐ３２を生成するので、目視による対象（体内の患部や手術器具等）の観察を妨げないこと、及び、対象の照明は、第二導光体３１６と第五導光体３１９によって導かれた光Ｐ３３とＰ３４（可視域の光）によって行われるので、十分な明るさの下で目視による対象の観察を行うことができることに加え、さらに、ステレオ視による立体画像の観察も行うことができるという効果が得られる。

これは、二つの撮像部（第一撮像部３０６及び第二撮像部３０７）と、これら二つの撮像部に観察対象の像を導くための導光体（第三導光体３１７及び第四導光体３１８）と、二つの可視光照明源（第二光源３１１及び第三光源３１２）と、これら二つの可視光照明源からの光Ｐ３３、Ｐ３４を観察対象（体内の患部や手術器具等）に導くための導光体（第二導光体３１６及び第五導光体３１９）とを備えたからである。

この構成により、観察対象（体内の患部や手術器具等）を二つの光Ｐ３３、Ｐ３４で立体的に照明することができ、しかも、二つの撮像部（第一撮像部３０６及び第二撮像部３０７）によって視差を利用した観察対象（体内の患部や手術器具等）の立体画像を撮像できるからである。

ここで、内視鏡装置について補足説明する。一般的に手術支援（手術ナビゲーション）においては体内に挿入した手術器具（さまざまな術具や硬性内視鏡等）の位置姿勢を正確に検出することが必要不可欠である。これは、手術器具の三次元形状測定を行う際に器具の先端座標を正確に検出しないと施術中に患部を損傷する危険性があるからである。このため、特に手術器具の先端座標の検出を高精度で行う必要がある。手術をしながら三次元断層像を撮像する場合は、撮像及び画像処理に十分に時間を取ることができないので、解像度や精度の面で限界がある。加えて、ＭＲＩ（核磁気共鳴画像法：Magnetic Resonance Imaging）やＸ線（X-ray）ＣＴ（Computed Tomography）の装置内で手術を行う手術支援システムでは、使用できる器具の制限や手術スペースの制約などの問題がある。手術支援システムでは、患者を動かさないように固定する必要もあり、患者の負担が大きく、また、固定器具が邪魔になるため手術野を制限してしまうという問題もある。

一方、そのような状況の中で、腹腔鏡手術は切開を最小限に留める（低侵襲である）ことから患者の回復も早く、肺がんや子宮がんなど、比較的大きな臓器においても近年実施されるようになってきた。

最近の腹腔鏡手術での事故は、比較的大きな臓器（肝臓など）で起きている。腹腔鏡手術は一部を除き、単眼カメラで行われており、患部との遠近感が分からず、重要脈管を傷つけるなどの事故が起きやすい。血管壁の損傷や重要脈管の誤認による切離などが原因の合併症や死亡事故が頻発している。さらに、血管を傷つけた場合の止血に関しては、開腹手術であれば指で押さえたり、クリップを当てたりして速やかに処置できるが、腹腔鏡手術においては、緊急時の対応にかなりの困難を伴い、極めて高度な熟練を要する。このように、腹腔鏡手術は切開を最小限に留めることから患者の回復が早いというメリットがある一方で、事故が起きた場合の対処が難しいという大きなデメリットがある。

腹腔鏡手術における事故の要因として、十分な手術支援が得られないことからくる、遠近感の補足が難しいことなどが上げられる。熟練した医師でなければ遠近感の補足が難しい。双眼（ステレオ視）の内視鏡も存在（冒頭で説明した特許文献１に記載のもの）するが、構造上の問題で、内視鏡の制約から対物レンズ間の距離（視差距離：図８の距離Ｄ）を大きくすることができず、大型臓器を立体的に観察することが難しい。したがって、ミスの発生を防ぎ、また、ミスに弱い腹腔鏡手術の方法そのものを改良すること、特に大型臓器の腹腔鏡手術に対応できる内視鏡装置が求められている。本件発明の具体的形態（第一実施形態〜第三実施形態）はかかる社会的要求に十分応え得るものである。すなわち、内視鏡装置の体内挿入部（ガイド体）の外径を細くして、容易に体内患部の立体画像を生成することができ、これによって、ミスの発生を防ぎ、ミスに弱い腹腔鏡手術の方法そのものを改良することができる内視鏡装置（特に大型臓器の腹腔鏡手術に対応できる内視鏡装置）を実現することができるからである。

また、ガイド体を太くせずに、精密な立体画像を観察できるため、患部の形状や体内挿入器具（術具や硬性内視鏡等）の位置及び姿勢も正確に測定することができ、患部の損傷を避けることができるうえ、さらに、高精度な立体表示により、手術中の誤認を防止することができ、特に大型臓器の腹腔鏡手術に適用して有効な内視鏡装置を提供することができる。

なお、以上の説明では、文様を用いて体内患部の凹凸状態を観察することを述べたが、これは文様の利用態様の一例である。たとえば、体内挿入器具（手術器具や内視鏡など）の体内における先端位置の把握を行う利用態様であってもよい。内視鏡装置（のガイド体）の先端部分が移動したときに、文様の相対的な変化量からその移動距離を演算することができる。また、手術器具の先端位置の把握も同様に文様の相対的な変化量から移動距離を演算して行うことができる。このように、体内挿入器具の位置や姿勢の検出が可能になるため、施術中に患部を損傷するという不測の事故を防止することができる。

なお、前記の第二実施形態や第三実施形態では、二台の表示部（第一表示部２０１と第二表示部２０２／第一表示部３０１と第二表示部３０２）を備え、それぞれに平面画像と立体画像とを表示しているが、これに限らない。たとえば、平面画像（現在の視野の二次元撮像画像）に過去の視野も含めた立体データ（三次元形状データ）をリアルタイムに重畳し、この重畳画像をいずれかの表示部または専用の表示部の画面上に表示するようにしてもよい。こうすれば、現在の特定方向だけから見た立体画像のみではなく、被観察部位全体の立体形状をリアルタイムに観察することができるようになるので、内視鏡装置を使って、特に大型臓器の立体感を観察することが可能になる。また、一般的な電子内視鏡装置に標準装備されている既存の構成を利用することができるので、装置構成の大幅な変更を招くことなく、容易に既存の電子内視鏡装置に適用することができる。

さらに、事前にＭＲＩやＸ線ＣＴ等で三次元断層像を撮像しておき、施術中には第一実施形態〜第三実施形態の内視鏡装置を用いて、より患部の臓器形状や位置を精密に測定するようにしてもよい。この場合、患部の臓器形状や位置をリアルタイムに測定しながら、事前に撮像した三次元断層像と位置合わせを行い、手術支援に用いてもよい。この手術支援システムによれば手術中は、非接触の光学式三次元形状測定装置を用いるだけなので、使用できる器具の制限や手術野の制約などの問題はほとんどなく、加えてＸ線等の被爆の心配もない。また、患者が動いても三次元形状測定装置で追従できるので、患者を固定する必要もない。

また、前記の第一実施形態〜第三実施形態では、文様生成部の具体例として、ガラスやアクリルなどの透明薄板状の硬質素材を用いたものを示したが、これに限定されない。たとえば、プロジェクタなどの投影部に用いられている液晶パネルを使用してもよい。液晶パネルを使用すれば高精細かつ精密な文様を生成できるうえ、文様の電子データを各種用意しておくだけで様々な文様を適宜選択して使用することができ、観察対象に適合した文様を用いることができる。

また、ある種の光学系や結晶体を用いて「干渉縞」を生成できることが知られている。干渉（Interference）とは、媒質中を同時に２つ以上の波が伝わるとき、各点での波の振幅がそれぞれの波による振幅を合成したものになる現象のことをいう。一般に波の強さは振幅の２乗に比例するが、干渉が起きているときは、合成波の強さは各成分波の強さの和にはならず、各成分波の振幅のベクトル和の２乗に比例する。単色光源を使って干渉の実験をすると、干渉を起す成分波の振動の位相が同位相となる個所では光は強くなり、逆位相となる個所では光は弱くなる。このような条件は交互に生じるので明暗の縞模様、つまり「干渉縞」が現れる。この干渉縞も文様の一つである。

以下、本発明の特徴を付記する。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
付記１は、光の文様を生成する第一生成手段と、前記文様を観察対象に照射する照射手段と、前記観察対象上の文様を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像を用いて立体感が得られる画像を生成する第二生成手段と、前記第二生成手段によって生成された画像を表示部に表示させる表示手段とを備えたことを特徴とする撮像装置である。
（付記２）
付記２は、前記文様はドット模様または格子模様であることを特徴とする付記１に記載の撮像装置である。
（付記３）
付記３は、前記第一生成手段は可視領域外の波長域の光の文様を生成することを特徴とする付記１または２に記載の撮像装置である。
（付記４）
付記４は、前記第二生成手段は、前記撮像手段によって撮像された画像に含まれる文様の時間軸上の変化を数値化し、この数値データに基づいて立体感が得られる画像を生成することを特徴とする付記１乃至３いずれかに記載の撮像装置である。
（付記５）
付記５は、前記撮像手段を複数備え、前記第二生成手段は、これら複数の撮像手段で撮影された複数の画像を用いてステレオ視の画像を生成することを特徴とする付記１乃至４いずれかに記載の撮像装置である。
（付記６）
付記６は、付記１乃至４いずれかに記載の撮像装置を用いたことを特徴とする内視鏡装置である。
（付記７）
付記７は、外部で撮影された三次元断層像を取り込む取り込み手段と、この取り込み手段によって取り込まれた三次元断層像と付記１乃至４いずれかに記載の撮像装置の第二生成手段によって生成された画像とを重畳する重畳手段とを備え、前記表示手段は、この重畳手段によって重畳された画像を表示部に表示させることを特徴とする付記６に記載の内視鏡装置である。

Ｐ１２ 文様
Ｐ２２ 文様
Ｐ３２ 文様
１００ 内視鏡装置（撮像装置）
１０１ 表示部
１０４ 画像処理部（第二生成手段、表示手段）
１０５ 撮像部（撮像手段）
１０７ 文様生成部（第一生成手段）
１１２ 第一導光体（照射手段）
２００ 内視鏡装置（撮像装置）
２０１ 表示部
２０２ 表示部
２０５ 画像処理部（第二生成手段、表示手段）
２０６ 撮像部（撮像手段）
２０８ 文様生成部（第一生成手段）
３００ 内視鏡装置（撮像装置）
３０１ 表示部
３０２ 表示部
３０５ 画像処理部（第二生成手段、表示手段）
３０６ 第一撮像部（撮像手段）
３０７ 第二撮像部（撮像手段）
３０９ 文様生成部（第一生成手段）
２１３ 第一導光体（照射手段）
３１５ 第一導光体（照射手段）

Claims (7)

1. 光の文様を生成する第一生成手段と、
   前記文様を観察対象に照射する照射手段と、
   前記観察対象と前記観察対象上の文様とを二次元画像として撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮像された二次元画像に含まれる文様を用いて立体感が得られる三次元画像を生成する第二生成手段と、
   前記撮像手段によって撮像された二次元画像と前記第二生成手段によって生成された三次元画像とを重畳して表示部に表示させる表示手段と
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記文様はドット模様または格子模様であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第一生成手段は可視領域外の波長域の光の文様を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記第二生成手段は、前記撮像手段によって撮像された二次元画像に含まれる文様の時間軸上の変化を数値化し、この数値データに基づいて立体感が得られる三次元画像を生成することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の撮像装置。
5. 前記撮像手段を複数備え、前記第二生成手段は、これら複数の撮像手段で撮影された複数の二次元画像を用いてステレオ視の三次元画像を生成することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の撮像装置。
6. 請求項１乃至４いずれかに記載の撮像装置を用いたことを特徴とする内視鏡装置。
7. 外部で撮影された三次元断層像を取り込む取り込み手段と、
   この取り込み手段によって取り込まれた三次元断層像と請求項１乃至４いずれかに記載の撮像装置の第二生成手段によって生成された三次元画像とを重畳する重畳手段とを備え、
   前記表示手段は、この重畳手段によって重畳された画像を表示部に表示させることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡装置。

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