JPH01164352A - 計測内視鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、体内の病変等の大きさを計測することがで
きる計測内視鏡に関する。

（従来の技術） 内視鏡による体内の病変等の大きさを計測することがで
きる従来技術としては、例えば第１２図ないし第１５図
に示すような装置を用いたものが知、れＴ　イ６　（Ｇ
　ａｓｔｒｏｅｎｔｅｒｏｌｏｇｉｃａｌ　　Ｅ　ｎ＋
Ａ。

ｏｐｙ　、　Ｖｏｌ、　　（２５）　６．　Ｊｕｎ、　
１９８３．　ｐ、８６８）。

第１２図中、１１はレーザ光源、１２は透過形ファイバ
回折格子であり、透過形ファイバ回折格子１２は、グラ
スファイバを平面状に並べたもの２枚を、各面のファイ
バ束が互いに直交するように組合わせて構成されている
。グラスファイバは、例えば直径２５μｍのものを一面
に１００本程度用いて正方形となるように構成しである
ので、透過形ファイバ回折格子１２は、−辺が２．５ｍ
ｍ程度となり、スコープ先端部に十分に装着できる大き
さとされている。

そして、レーザ光ｍ１１からのレーザ光が透過形ファイ
バ回折格子１２に垂直に入射されると、行列状に配列さ
れた二次元のスポット状の回折光であるパターン投影光
１３が得られ、これを透過形回折格子１２と平行なスク
リーン上に投影すると、行列状の二次元のスポット光パ
ターンが得られる。

第１３図は、スクリーンを傾むけて、そのスクリーンの
下方からパターン投影光１３を投影し、透過形ファイバ
回折格子１２と所定間隔をおいた上方から観測した場合
のスポット光パターンの投影像を示すものである。スポ
ット同士の間隔は、第１３図の上方側のものほど大きく
なっており、その間隔は、透過形ファイバ回折格子から
の距離に比例して大きくなる現象が観測されている。

上記の従来技術は、この現象を利用して観測点と病変等
の生じている被測定対象との距離、その大きさおよび高
まりや陥凹の程度等を計測するようにしている。

第１４図は、透過形ファイバ回折格子の配設点Ｇと対物
レンズまたは搬像素子等の配設点である観測点Ａとの間
に一定の間隔をとり、上述のように被測定対象１４に投
影されたスポット同士の間隔に、その被測定対象１４の
形状に応じた変化を生じさせると、被測定対象１４に関
する病変の大きさ等の所要の計測が可能となることを示
しているものである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上述のような計測内視鏡には、一般に観察用照
明光を出射する白色光光源が付設されて計測の他に通常
観察を行なう機能が備えられている。

しかしながら、被測定対象である生体等にパターン投影
光が投射されているときに観察用照明光が同時に照射さ
れると、その反射光により第１５図に示すようなハレー
ション光１５が生じて、パターン投影光によるスポット
の誤認識を生じたり、観察用照明光による背景光のため
バックグラウンドレベルが大きくなってスポットの検出
が困ガになり、正確な計測を行なうことが難しくなる場
合があるという問題点があった。

この発明は上記事情に基づいてなされたもので、パター
ン投射光によるスポットを明瞭に検出することができて
計測および通常観察を適切に行なうことのできる計測内
視鏡を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は上記問題点を解決するために、スコープ先端
側に、レーザ光を回折して被測定対象に計測用のパター
ン投影光を投射する透過形回折格子と、観察用照明光の
照射手段と、被測定対象をＲ＠する！ｌ［１像手段とを
備え、被測定対象の大きさ等の計測および通常観察を可
能とした内視鏡であって、前記計測用のパターン投影光
と観察用照明光との照射タイミングを制御する照射タイ
ミング制御手段を有することを要旨とする。

（作用） 照射タイミング制御手段により計測用のパターン投影光
と観察用照明光との照射タイζフグが制御され、計測時
には観察用照明光の影響が除去されて、被測定対象上に
パターン投影光による明瞭な行列状の二次元のスポット
光パターンが得られる。

そして、被測定対象上に投影されたこのスポット光パタ
ーンが搬像手段で搬像され、その画像が適宜に処理され
て撮像手段と被測定対象との距離、その大きさおよび高
まりゃ陥凹の程度等の計測が正確に行なわれる。

一方、観察用照明光による通常観察は、パターン投影光
の照射には格別影響を受けることなく行なわれる。

而して計測および通常観察が適切に行なわれる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図ないし第８図は、この発明の一実施例を示す図で
ある。

なお、第１図等において前記第１２図における機器また
は部材等と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を
以って示し、重複した説明を省略する。

まず、第１図および第２図を用いて計測内視鏡の構成を
説明すると、これらの図中、１６はレーザ光源１１から
のレーザ光を導びくだめの光ファイバ、１８は白色光光
源１７からの観察用照明光を導びくだめの光ファイバで
あり、これらの両光ファイバ１６．１８および次に述べ
る固体搬像素子に接続された信号線等が一体に束ねられ
て体内に挿入されるスコープ１９が構成されている。

そして、レーザ光を導びく光ファイバ１６の出射端面側
、即ちスコープ先端側に透過形ファイバ回折格子１２が
装着され、観察用照明光を導びくだめの光ファイバ１８
の出射端面側に観察用照明光の照射手段としての照明レ
ンズ２１が装着°されている。２２はａｍ手段としての
ＣＯＤからなる固体撮像素子であり、固体撮像素子２２
は、透過形ファイバ回折格子１２に対して視差に対応し
た所定の間隔Ｐａをおいて装着されている。上記の透過
形ファイバ回折格子１２、照明レンズ２１および固体搬
像素子２２は、第２図に示すように、スコープ先端側に
おけるスコープ１９の側部に配列されており、この実施
例における内視鏡は、側視形内視鏡として構成されてい
る。

また、２３はレーザ光用電源、２４は白色光用電源であ
り、これら両市源２３．２４には、照射タイミング制御
手段を構成する次のような各機器が接続されている。即
ち、まず白色光光源１７とその電源２４との間にパルサ
２５が接続され、このバルサ２５にそのタイミングを制
御するパルスタイミング制御回路２６が接続されている
。またレーザ光用および白色光用の両市源２．３．２４
には観察／計測切換スイッチ２７の切換信号線がそれぞ
れ接続され、さらに白色光用電源２４には標準／パルサ
切換コントローラ２８が接続されている。

一方、固体搬像素子２２の信号線２９には、カメラコン
トロールユニット３１が接続され、このカメラコントロ
ールユニット３１のテレビ信号出力線側には、デコーダ
３２および各色成分信号記憶用のメモリ３３ｒ、３３Ｑ
、３３ｂが順次接続されている。カメラコントロールユ
ニット３１には、スポット光パターンを処理するため別
途に輝度信号出力線が接続されており、この輝度信号出
力線に、２値化処理部３４、ノイズ処理部３５、細線化
処理部３６およびビクセル座標検出部３７が順次接続さ
れている。

次に第３図ないし第８図を用いて作用を説明する。

まず、照射タイミングの制御から説明すると、スコープ
１９が体内の所要部位に挿入されて観察／計測切換スイ
ッチ２７が観察モードに切換えられ、また標準／バルサ
切換コントローラ２８で標準モードが選択されると、内
視鏡は標準モードにおける通常観察モードとなって白色
光用型ｍ２４からの一定電圧が白色光光源１７に供給さ
れ、光ファイバ１８および照明レンズ２１を介して観察
用照明光のみが被測定対象に連続して照射される（第３
図■の標準モード）。

また、標準モード／パルサ切換コントローラ２８で標準
モードが選択されたまま、観察／計測切換スイッチ２７
が計測モードに切換えられると、電源の供給状態が切換
えられて内視鏡は計測モードとなり、レーザ光用電源２
３からの一定電圧がレーザ光源１１に供給され、レーザ
光が光ファイバ１６を介しモ透過形フ？イバ回折格子１
２に連続して照射される。したがって被測定対象には、
パターン投影光１３のみが投射されて観察用照明光の影
響のない明瞭な行列状の二次元のスポット光パターンが
得られる（第３図像））。

さらに、上記の計測モード状態において、標準／バルサ
切換コントローラ２８がパルスモードに切換えられると
、白色光用光源２４からの電圧がバルサ２５を介して白
色光光源１７に供給され、白色光光源１７がパルス点灯
されて被測定対象には、パターン投影光１３の連続投射
中に、パルスタイミング制御回路２６で所定の繰返し周
期に調整されたパルス状の観察用照明光が照射される（
第３図（ωの計測モード）。

そして、計測モードにおけるパルス状観察用照明光の照
射モードにおいては、固体′ｍ像素子２２の読出しクロ
ック（第３図（Ｃ））により、パターン投影光で生じる
スポット光パターンと、観察用照明光で生じる観察用の
画像との読出し制御が適切に行なわれ、例えばスポット
光パターンは固体撮像手段２２における偶数フィールド
で読出され、また観察用照明光による観察用画像は奇数
フィールドで読出されて計測と通常観察とが、並行して
進行される。

次いで上述のようにパターン投影光および観察用照明光
が適切なタイミングで照射されている被測定対象の計測
および通常観察の各Ｒ様を説明する。

通常観察の態様から説明すると、照明レンズ２１からの
観察用照明光が被測定対象に照射されているとき、その
像が固体撮像素子２２によりｍｔａされ、前述のように
、例えばその奇数フィールドで読出される。

固体撮像素子２２から読出された画像信号は、カメラコ
ントロールユニット３１に入力されて、そのカラープロ
セス回路により輝度信号Ｅｙおよび色差信号Ｅｔ、Ｅｑ
が得られ、さらに、これらの信号は、デコーダ３２でＲ
，Ｇ、Ｂの各色成分信号Ｅｒ、Ｅ（Ｊ、Ｅｂとされたの
ち、Ａ／Ｄ変換されて各メモリ３３ｒ、３３Ｑ、３３ｂ
にそれぞれ記録される。そしてメモリ３３ｒ、３３ｇ、
３３ｂから、テレビ信号が例えばＮＴＳＣ方式の標準信
号として出力され、図示省略のＣＲＴモニタにカラー画
像が表示されて、被測定対象の通常観察が行なわれる。

一方、計測態様においては輝度信号Ｅｙが２値化処理部
３４側に導ひかれて、スポット光の検出が行なわれる。

まず、２値化処理部３４により輝度信号Ｅｙについて、
基準の閾値レベルＴｈよりも輝度の大なる部分は「１」
、小なる部分は「０」として２値化処理が行なわれる。

パターン投影光１３の照射されている部位は輝度が高い
ため「１」となり、他の部分は「０」となってパターン
投影光１３の照射部位が検出される。

次いで、２値化処理された画像信号にノイズ処理部３５
でノイズ処理がされ、細線化処理部３６で細線化処理が
行なわれて投影されたスポットの各中心点、即ち、各ビ
クセルが得られる。得られたスポット光パターンの画像
は、行、列状のスポットの間隔が被測定対象の形状に応
じて変化している。

ビクセル座標検出部３７では、得られたスポット光パタ
ーンの画像により、まず第４図に示すように、Ｘ方向、
即ち視差方向のＯ次項の座標検出が行なわれる。０次項
の座標検出は、中心の０次の回折光のみを明るくする方
法（Ｇ　ａｓｔｒｏｅｎｔｅｒｏｌｏｇｉｃａｌ　　Ｅ
ｎｄｓｃｏｐｙ　、　Ｖｏｌ、　　（２５）　６．　Ｊ
ｕｎ。

１９８３、　ｐｐｓ６ｓ〜８７４）により行なわれる。

検出された０次項のＸ座標をＸ０ｐｉＸ（画面左端をＯ
）とする。

次に、第５図に示すように、固体搬像素子２２の配設さ
れている観察系の面からＯ次項スポットの照射されてい
る点を含む基準平面（観察系の面に平行）１０までの基
準側ＩＩ　Ｚ　ｏが次のような順序で演算される。

まず、０次項のみえる方向の角度θ０と画面の視野角２
βとのｊａｎの比が求められる。

ｔａｎθｏ　／　ｉ　ａ　ｎβ ＝　〔ｘｏｐ　ｉ　ｘ−（Ｘｐｎ／２＞）／（Ｘｐｎ／
２）・・・（１） したがって ｔａｎθｏ　−（Ｘｏｐ　ｉ　Ｘ−（Ｘｐｎ／２＞）−
ｔａｎβ／（ＸＩ）ｎ／２） ・・・（２） ここに Ｘｏｐｉｘ：０次項のビクセル座標 Ｘｐｎ　　　：画面のＸ方向のビクセル数基単側１１ｆ
ｉＺｏは、 Ｚ−Ｘ／ｌａｎθ０をまず求メ、 スポット光照射位置をＸ−ＰａとするとＺｏ　　−Ｐａ
／ｌａｎθｏ　　　　　　　　　　・・・（３）として
求められる。（３）式中のｔａｎθ０は、前記（２）式
で求められている。

次いで、０次項スポットの座標Ｘｏｐｉｘを中心にして
、第６図に示すように、各列のスポットの中心Ｘ座標Ｘ
ｈｐｉｘに番地付けが行なわれる。

番地付けは、Ｏ次項スポットをＯ番地とし、それよりＸ
ｈｐ　ｉ　ｘが小さい方に順次−１、−２、・・番地が
付され、ｘｈｐｉｘが大きい方に＋１、＋２、・・番地
が付される。

番地付けが行なわれたのら、第７図に示づように、観察
系の面から各次項のスポットまでの距離ｚｈが求められ
る。

まずｈ次項スポットを通る直線の方程式ＺはＺ＝　（Ｘ
−Ｐａ）／ｌａｎψｈ（４）ここにψｈはｈ次項の回折
角であり、 ｓｉｎψｈ−ｈ−λ／Ｄ （ｈ−ｈ±１、±２・・） λ：波長 り二回折格子（ファイバ）のピッチ ｈ次項スポットがθｈの方向にみえたとするとＺ−Ｘ／
ｌａｎθｈ　　　　　　　　　・＜５）ｈ次項スポット
の当っている点までの距離ｚｈは、上記（４）、（５）
式の交点として求められるので、次式のようになる。

Ｚｈ＝Ｐａ／　（ｔａｎθｈ−ｔａｎ（Ｊ）ｈ）・・・
（６） 各次項のスポットについて距ａｎｚｈを計算したのち、
第８図に示すように横軸にＸ座標ｘｈｐ　ｉＸをとり、
縦軸に（Ｚｎ−Ｚｏ　）をとって変位母曲線が作成され
る。ここに（Ｚｈ−Ｚｏ　）の値は、基準平面１０から
の凹凸変位量を表わしている。

上述のように、各次項のスポットまでの距＋ｍｚｈ　ｔ
３　に　’ＣＦ　ａ　位［１曲線ｘｈｐｉｘ対（Ｚｔｌ
−Ｚｏ　）が、視差に対応した所定の間隔ｐａに基づい
て求められる。この変位量曲線Ｘｈｐ　ｉ　ｘ対（Ｚｈ
−Ｚｏ　）は、第６図に示す各行のスポット列について
求められる。スポットの入っていないビクセルについて
は、その前後のスポットの変位量値により補間される。

このようにして観測点（固体１Ｉｉｌ像素子の配置点）
と病変等の生じている被測定対象間の距ｍｚｈ。

その大きさおよび変位量曲線からその高まりや陥凹の程
度等が計測される。

次に、第９図および第１０図には、この発明の他の実施
例を示す。

この実施例は、照射タイミング制御手段が機械的手段で
構成されている。即ち、レーザ光［１１とレーザ光ガイ
ド用の光ファイバ１６との間および白色光光Ｉ！１７と
観察用照明光ガイド用の光ファイバ１８との間に、機械
的照射タイミング制御手段としてのフィルタ（光チョッ
パ）３８．３９がそれぞれ回動可能に配設されている。

フィルタ３８により、レーザ光源１１からのレーザ光が
第１０図（Ｄに示すようなパルスレーザ光とされ、他の
フィルタ３９により白色光光源１７からのＩＩ察用照明
光が第１０図（ａ＞に示すようなパルス状観察用照明光
とされ、且つパルスレーザ光とパルス状観察用照明光と
が交互のタイミングで、各光ファイバ１６．１８に入射
される。而して被測定対象には、パターン投影光と観察
用照明光とがパルス状に交互に切換え照射される。

この実施例においても固体撮像素子から読出される画像
信号の処理系回路は、前記第１図と同様のものが配設さ
れている。

そして前記と同様に、固体撮像素子の読出しクロック（
第１０図（Ｃ）〉により、パターン投影光で得られるス
ポット光パターンが固体撮像素子における例えば偶数フ
ィールドで読出され、また観察用照明光による観察用の
画像が奇数フィールドで読出されて計測と通常観察とが
並行して行なわれる。

第１１図には、同上実施例におけるパターン投影光（同
図（ｂ））と観察用照明光（同図の））との照射タイミ
ングの変形例を示す。

この変形例は、フィルタ３８．３９の構成に所要の変更
を加えることにより、パターン投影光および観察用照明
光の両光のパルス幅を可能な範囲で十分に小さくし、観
察用照明光は奇数フィールド読出し用のクロック（第１
１図（ω）の直前に照明し、またパターン投影光は同ク
ロックの直後に投射するようにしたものである。

このような照射タイミングをとることにより、被測定対
象である生体等に動きがある場合に、通常観察と計測と
の間における誤差を少なくすることができる。

なお、第１０図および第１１図に示したパターン投影光
と観察用照明光との照射タイミングの態様は、前記第１
図に示した観察／計測切換スイッチ２７等からなる電気
的手段で構成した照射タイミング制御手段によっても実
現することができる。

また、被測定対象に動きがある場合に、通常観察時に動
画として観察する場合は、観察用照明光とパターン投影
光とを重ねて照射しておき、静止画像として撮像する場
合にのみ前記第１１図に示したような照射タイミングに
切換えてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、照射タイミン
グ制御手段により計測用のパターン投影光と観察用照明
光とを例えば交互に切換え照射するなど所要の照射タイ
ミングとなるように制御することができるので、計測時
にはＩＩ察用照明光の影響が除去されて被測定対象上に
パターン投影光による明瞭な行列状の二次元のスポット
光パターンが得られ、また通常観察時には観察用照明光
のみ等の照明とすることができて計測および通常観察を
適切に行なうことができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図はこの発明に係る計測内視鏡の一実
施例を示すもので、第１図は全体構成を示すブロック図
、第２図はスコープ先端部の構成図、第３図はパターン
投影光と観察用照明光との照射タイミングの一例を示す
タイミングチャート、第４図は被測定対象に投影された
スポット光パターンの画像を示す図、第５図は観察系の
面から０次光スポツトを含む基準平面までの基準距離の
演算法を説明するための図、第６図は各スポットへの番
地付けを説明するための図、第７図は観、察系の面から
各次項のスポットまでの距離の演算法を説明するための
図、第８図はビクセル座標検出部で作成された変位量曲
線の一例を示す特性図、第９図はこの発明の他の実施例
を示す要部構成図、第１０図は同上他の実施例によるパ
ターン投影光と観察用照明光との照射タイミングの一例
を示すタイミングチャート、第１１図は同上他の実施例
によるパターン投影光とＷ４察用照明光との照射タイミ
ングの変形例を示すタイミングチャート、第１２図は従
来の透過形ファイバ回折格子による回折光を示す図、第
１３図は同上回折光により得られるスポット光パターン
の投影像の一例を示す図、第１４図は第１２図の透過形
ファイバ回折格子を用いた被測定対象の観察例を示す図
、第１５図はスポット光パターンに観察用照明光の反射
光によりハレーション光が生じている状態を示す図であ
る。 １１：レーザ光源、 １２：透過形ファイバ回折格子、 １３：パターン投影光、 １７：観察用照明光を出射する白色光光源、１９ニスコ
ープ、 ２１：照明レンズ（観察用照明の照射手段）、２２：固
体撮像索子（Ｉｌ像手段）、 ２５：パルサ、 ２６：パルスタイミング制御回路、 ２７：観察／計測切換スイッチ、 ２８：標準／バルサ切換コントローラ、３８．３９：フ
ィルタ（機械的な照射タイミング制御手段）。 代二人Ｊ＋゛こ士二灯保男 第１図 １ム 第２図 第３図 第４図　　　　　　　　　第５図 第６図　　　　　　　　第７図 Ｚｈ　−７，０ 第１０図 第１１図 ＠１２図 、！１３図 第１４図　　　　　　　　　第１５図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）スコープ先端側に、レーザ光を回折して被測定対
   象に計測用のパターン投影光を投射する透過形回折格子
   と、観察用照明光の照射手段と、被測定対象を撮像する
   撮像手段とを備え、被測定対象の大きさ等の計測および
   通常観察を可能とした内視鏡であつて、 前記計測用のパターン投影光と観察用照明光との照射タ
   イミングを制御する照射タイミング制御手段を有するこ
   とを特徴とする計測内視鏡。
2. （２）前記照射タイミング制御手段により、計測時には
   パターン投影光のみが投射され、通常観察時には観察用
   照明光のみが照射されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の計測内視鏡。
3. （３）前記照射タイミング制御手段により、パターン投
   影光は連続して投射され、通常観察時に観察用照明光が
   パルス状に照射されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の計測内視鏡。
4. （４）前記照射タイミング制御手段により、パターン投
   影光と観察用照明光とがパルス状に交互に切換え照射さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の計
   測内視鏡。
5. （５）前記パターン投影光は前記撮像手段における偶数
   フィールド読出しに対応したタイミングで照射され、前
   記観察用照明光は前記撮像手段における奇数フィールド
   読出しに対応したタイミングで照射されることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項に記載の計測内視鏡。
6. （６）観察用照明光およびパターン投影光は、撮像手段
   における読出し用クロックの直前、直後にそれぞれ照射
   されることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の
   計測内視鏡。
7. （７）被測定対象を動画面として通常観察を行なうとき
   は、パターン投影光および観察用照明光の両光を同時に
   照射し、静止画像として撮像する際に前記照射タイミン
   グ制御手段により、パターン投影光と観察用照明光との
   照射タイミングを制御することを特徴とする特許請求の
   範囲第２項ないし第６項の何れかに記載の計測内視鏡。