JPH059005B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は生体体腔内または機械的構成部品等の
空洞内を観察するために使用する内視鏡装置に関
するものである。

従来このような内視鏡においては、光学式フア
イバ束により被観察体の像を生体体腔外或いは空
洞外に導き出し、光学式フアイバの出射端面に結
像された光学像を、接眼レンズ系を介して観察し
ている。また他の方法として、上記光学式フアイ
バの代わりに内視鏡の鞘の先端位置に固体撮像装
置を設置し、この固体撮像装置の受光面に結像さ
れた光学像を電気信号に変換しリード線により生
体体腔外或いは空洞外に導き出し、必要な信号処
理を行つた後TVモニター上に表出しようとする
試みも提案されている。

上述された内視鏡においては、被観察体から得
られる情報は可視光波長領域に限定されている。
すなわち、前者は光学的に直接肉眼で像を見るの
で当然可視光波長領域外のものは観察できない
し、後者の場合固体撮像装置は赤外波長領域にも
感度を有するので赤外波長領域の像情報は検出可
能であるが、像をカラー化する場合赤外波長領域
の像情報は色バランスをとる上で邪魔になる。そ
こで、色の忠実性を上げる目的で、普通は赤外線
カツトフイルタ等で赤外波長領域の照明光は被観
察体に照射しないようにするか、あるいは、照射
しても固体撮像装置受光面には達しないようなフ
イルタを設ける必要がある。

このような内視鏡で被観察体の像を観察する場
合、特に生体内では患部と正常部とを見わけるの
に微妙な色調の差を検知しなければならない。一
般にその差を検知（認知）するには高度な知識と
経験が必要とされ、その上検知するまでに長時間
を要し、また検知の間中注意力も集中していなけ
ればならなかつた。

本発明は、上述のような欠点をなくし、患部と
正常部の識別を迅速かつ容易に行うことができる
内視鏡装置を提供することを目的とするものであ
る。

本発明の内視鏡装置は、赤外光を含む照明光を
放射する光源と、 この光源から放射される照明光を、複数の赤外
波長領域の光に分割し、時系列的に順次被観察体
に照射する波長領域分割手段と、 被観察体の内部に挿入される部分の先端に設け
られ、被観察体からの光を受けて結像面に被観察
体像を形成する光学系と、 この光学系の結像面位置に配置され、前記時系
列的に照射される各赤外波長領域の光による被観
察体像を電気信号に変換する固体撮像装置と、 この固体撮像装置から出力される上記各赤外波
長領域の光による被観察体像を表す電気信号を受
けてカラー画像の表示を行う手段とを具えること
を特徴とするものである。

このように本発明においては、互いに異なる複
数の赤外波長領域の光による被観察体像を表す電
気信号を合成してカラー画像を表示するようにし
たため、可視波長領域の光による被観察体像のみ
を表示する場合や赤外波長領域の光による被観察
体像のみを表示する場合に比べて正常部と患部と
を色分けして表示することができ、これらを正確
かつ容易に識別することができる。また、赤外波
長領域の光は生体粘膜を透過して皮下組織に達
し、血液に似たような組織または血液を多量に含
む組織である患部はこの赤外波長領域の光を吸収
するので生体粘膜深部の情報をも得ることができ
る。生体粘膜における分光特性の変化は可視波長
領域における変化だけでなく、特定の赤外波長領
域における変化も存在する。従来の可視光による
被観察体の像を撮像する内視鏡では赤外波長領域
における分光特性の変化を検出することは不可能
である。また、赤外光による被観察体の像を撮像
する従来の内視鏡においては、特定の赤外波長領
域における変化が積分されてしまうため、十分な
コントラストを得ることができない。本発明にお
いては、複数の赤外波長領域の光による像を合成
してカラー表示するので、分光特性の変化を色調
の変化として観察することができ、患部と正常部
とを明確に識別することができる。

一般に知られているように、固体撮像装置は近
赤外領域に対して高感度を有している。また、照
明用光源も一般には可視波長領域よりも赤外波長
領域で多くのエネルギーを放射することが知られ
ている。したがつて、本発明による内視鏡装置を
実施する上での技術的困難はない。

本発明による内視鏡装置においては、複数の赤
外波長領域の光によつて得られた被観察体像を合
成してカラー画像を表示する態様は、生体内の患
部を正常部と明確に識別できるようなものであれ
ばどのようなものでも良いが、後述する実施例の
ように白色で表示される正常部の中に患部を特定
の色で表示するようにするのが好適である。

次に図面にしたがつて本発明を詳細に説明す
る。

第１図ＡおよびＢは人体臓器の反射スペクトル
を示す。第１図Ａは胃のスペクトルで、ほとんど
400nｍ〜1200nｍの波長まで平らであり、その反
射率は数10％である。一方第１図Ｂは血液のスペ
クトルで、400nｍ〜1200nｍまで数％から100％
近くまで変化している。両者を比較すると、特に
赤外波長領域（800nｍ〜1200nｍ）でその差が大
きいことがわかる。例えば、胃の中に血液に似た
ような組織あるいは血液を多量に含んだようなも
のが存在し、その存在を認知しようとした場合、
近赤外波長領域で比較した方がその差がはつきり
し、その効果が著しいことは明らかである。

現状の光学的内視鏡では、人間の比視感度
（400nｍ〜700nｍ）の波長領域でのみしか観察し
て判断することができない。一方CCDの感度領
域は400nｍから1200nｍに及んでおり、近赤外波
長領域の情報を得るのに充分である。また、一般
の光源に用いられる光源ランプは、可視光よりむ
しろ近赤外波長領域の波長のエネルギーを多量に
放射している。近赤外波長領域の波長で被観察体
を照射することは、一般に用いられる赤外光カツ
トフイルタの分光特性をより長波長側に移すだけ
でよく、その技術的困難性はない。

第２図は本発明による内視鏡装置の一例の体腔
内に挿入される部分の先端を示す。本例は直視型
であり、光源（第３図参照）からの光を光導体１
で内部に導き、照明用ガラス窓２を通して被観察
物体を証明する。被観察物体からの反射光を撮像
用ガラス窓３を経て取り入れ、結像レンズ４によ
りCCD、BBD等の自己走査型２次元固体撮像装
置５の受光面に結像させる。この固体撮像装置５
は多数の感光素子を平面的に配列したものであ
る。その出力信号をリード線束６を経て外部へ導
出する。このリード線束６には外部の発振器（第
３図参照）から固体撮像装置５を動作させるため
のクロツク信号を供給するリード線をも含むもの
である。

光導体１およびリード線束６を鞘７内に挿入す
る。またレンズ４および固体撮像装置５は外匣８
内に配置し、これを鞘７の先端に配置する。

第３図Ａは外部に配置される部分の一実施例の
構成を示す。鞘７の端部から突出する光導体１の
入射端面１ａと対向して光源２１を配置する。光
源２１は赤外線を放射するもので、ここから出た
光線は回転フイルタ２２を通して光導体１の入射
端面１ａに入射し、被観察体への証明光とされ
る。なお光導体１のコアは、一般に多成分のガラ
スでは近赤外波長領域で減衰するので、近赤外波
長領域でも減衰しない石英等を心材に用いたフア
イバを束ねたバンドルを使用するのが望ましい。
回転フイルタ２２はモータ２０により所定速度で
定速回転させるように配置する。受光素子２４お
よび色切換信号回路２５を以てスイツチングパル
ス発生回路を構成し、回転フイルタ２２の回転角
によつて変化する通過波長領域を検出して、固体
撮像装置５の駆動パルスおよび固体撮像装置５か
ら得られる像信号等を回転フイルタ２２の回転と
同期させる。すなわち、ハーフミラー２３で反射
した光を受光素子２４に入射させ、この受光素子
２４の出力を色切換信号回路２５に供給する。色
切換信号回路２５は電流増幅器およびレベル検出
回路を以て構成し、受光素子２４の出力電流信号
を電圧信号に変換し、レベル検出回路で、青、緑
および赤色のそれぞれのタイミング信号を作る。
更にこのような色切換信号回路の電流増幅器の出
力を微分し、レベルを揃えて発振回路２７のトリ
ガ信号とする。信号切換回路２８は、撮像装置５
からリード線束６を経て外部に導出される画像信
号を増幅器２６を経て受信し、光導体１に入射す
る赤外光の種類に同期して各別の出力端子２８
Ｂ，２８Ｇおよび２８Ｒに供給する動作を行うも
のである。この信号切換回路２８には半導体アナ
ログスイツチ等の高速動作のスイツチを用いる。
発振回路２７では色切換回路２５からのトリガ信
号を受け、撮像装置５の走査信号およびモニター
用ブラウン管３４の水平偏向回路３２および垂直
偏向回路３３への同期信号を供給する。水平偏向
回路３２はモニター用ブラウン管３４の青、緑お
よび赤の各ビームを水平方向に振らせるための出
力増幅器で構成し、垂直偏向回路３３はこれらの
ビームを垂直方向に振らせる出力増幅器で構成す
る。

信号切換回路２８の出力端子２８Ｇ，２８Ｒお
よび２８Ｂからの各出力を、モニター用ブラウン
管３４の緑格子、赤格子および青格子を動作させ
るのに充分な電圧となるように、緑色増幅器２
９、赤色増幅器３０および青色増幅器３１にそれ
ぞれ供給する。

第３図Ｂは外部に配置される部分のさらに他の
実施例の構成を示す図で、６′は固体撮像装置か
らの信号線、３５は増幅器、３６はＡ／Ｄ変換
器、３７は回転フイルタ２２と同期して切換わる
スイツチング回路、３８ａ，３８ｂおよび３８ｃ
は各波長領域の情報を収納するメモリ、３９は
TVモニターに表示するに必要なTV信号処理回
路である。本例では、３波長領域の情報を時系列
的に順次各波長領域に割当てられたメモリ３８
ａ，３８ｂおよび３８ｃに書込み、読出すときは
同時に読出して、TVモニターに適合した信号処
理を行う。メモリ３８ａ，３８ｂおよび３８ｃに
はフレツシユ機能をもたせ、何回も同じ信号を読
み出させる。また各メモリ３８ａ，３８ｂおよび
３８ｃはそれぞれ複数のメモリから成り、読み出
しながら書き込むこともできる。

第４図は回転フイルタ２２を示す。回転フイル
タ２２は３つの部分４０，４１および４２に等分
され、例えば、部分４０は800nｍ〜900nｍ、部
分４１は900nｍ〜1000nｍ、部分42は1000nｍ〜
1100nｍのそれぞれの波長の光を透過するものと
する。このようなフイルタ２２の回転と同期して
信号切換回路２８を駆動し、例えば赤色部分４０
を透過した赤外光により得られる像信号を緑色出
力端子２８Ｇを介して緑色チヤンネルに供給し、
モニタ用ブラウン管３４上で緑色像として映出さ
せ、部分４１を透過した赤外光により得られる像
信号を赤色出力端子２８Ｒを経て赤色像として表
示し、部分４２を透過した赤外光で得られる像信
号を青色出力端子２８Ｂを経て青色像として表示
することができる。この場合各照明光波長領域か
ら得られた像信号は、必ずしもモニター用ブラウ
ン管３４上で同じか似たような色で表示させる必
要はなく、例えば部分４０に対応する出力を赤色
に、部分４１のそれは青色に、部分４２のそれは
緑色にそれぞれ表示することは当然考えられる。
またその組合せは多数あるが、患部と正常部との
識別が最もし易いように、これらの組合せを行え
ば良い。

本発明に用いる回転フイルタ２２の各部分は、
上述した波長領域の組合せだけに限られるもので
はなく、種々の赤外波長領域を設定することがで
きる。例えば部分４０〜４２の透過波長領域をそ
れぞれ900〜1000nｍ、1000〜1100nｍ、1100〜
1200nｍとすることができる。しかしながら、波
長領域の組合せはこれに限られるものではない。
なお、本実施例においては、入射端面１ａを円形
状としたが、スリツト状又は長方形状であつても
よい。

第５図は生体体腔内の正常部と患部についての
反射曲線図で、正常部の反射曲線をＡ、患部の反
射曲線をＢを示す。いまl₁、l₂およびl₃の各赤外
波長領域を通す分光フイルタを用いて分光し、こ
れら各赤外波長領域の光によつて固体撮像装置か
ら得られる電気信号を、例えばそれぞれＲ（赤
色）、Ｇ（緑色）およびＢ（青色）の電気信号に同
期させて画像表示すると、正常部については反射
曲線Ａがほぼ平坦な軌跡を描くためＲ、Ｇおよび
Ｂの反射率が一定となり、その結果混色されて白
色となる。しかし患部についてみると、反射曲線
Ｂの如き軌跡を描き波長領域l₁、l₂及l₃における
各反射率をα、βおよびγとするとαR＋βG＋
γBの割合で混色されるため、正常な白色の表示
装置に色のついた患部の部分が明瞭に色が出て表
示される。可視域ではたとえば従来のような可視
域のＲ、ＧおよびＢのフイルタを通したとしても
反射曲線Ａと反射曲線Ｂはほとんど同じなため、
正常部と異常部の差を表示装置で識別することは
困難である。

本発明は上述した例にのみ限定されるものでは
なく、幾多の変更、変形が可能である。上述した
例では３個の赤外波長領域の像を得る例について
説明したが、これに限定されるものではない。赤
外波長領域を数多くとることによつてさらに多く
の情報を得ることもできる。この場合、現在普及
しているTVモニターではＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、
Ｂ（青色）の３原色を発光し、この混合によつて
種々の色調の像を表示しているので、これらの混
合によつて３色以上の色像を表示してもよいし、
あるいは各赤外波長領域ごとの像を一度フレーム
メモリに蓄えておいて順次切換えて、メモリから
の像信号を３波長領域づつ読み出して、３原色に
TVモニター上で表示することも考えられる。

以上詳述したように、本発明の内視鏡装置によ
れば、複数の赤外波長領域の光による被観察体の
像を順次に形成して固体撮像装置で撮像し、得ら
れる電気信号を合成してカラー画像として表示す
るようにしたので、生体粘膜部における分光特性
の変化を特定の色調の変化として表示することが
で、したがつて正常部と患部とを正確、迅速かつ
容易に識別することができ、診断に対してきわめ
て有用な情報を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ＡおよびＢは人体臓器の反射スペクトル
の状態を示す図、第２図は本発明による内視鏡装
置の一例の体腔内に挿入される部分の先端を示す
断面図、第３図ＡおよびＢはそれぞれ本発明によ
る内視鏡装置の外部に配置される部分の構成を示
す図、第４図は本発明の内視鏡装置に使用する回
転フイルタを示す図、第５図は生体体腔内の正常
部と患部についての反射曲線を示す図である。 １……光導体、２……照明用ガラス窓、３……
撮像用ガラス窓、４……結像レンズ、５，５ａ，
５ｂ……固体撮像装置、６……リード線束、６′
……固体撮像装置からの信号線、７……鞘、８…
…外匣、９……レンズを通過した光、１０……ペ
ンタプリズム、１１……ダイクロイツク面、１２
……赤外波長領域光、１３……ミラー面、１４…
…光透過性ブロツク、２０……モータ、２１……
光源、２２……回転フイルタ、２２ａ……光学フ
イルタ、２３……ハーフミラー、２４……受光素
子、２５……色切換信号回路、２６……増幅器、
２７……発振回路、２８……信号切換回路、２８
Ｒ……赤色出力端子、２８Ｇ……緑色出力端子、
２８Ｂ……青色出力端子、２９……緑色増幅器、
３０……赤色増幅器、３１……青色増幅器、３２
……水平偏向回路、３３……垂直偏向回路、３４
……モニター用ブラウン管、３５……増幅器、３
６……Ａ／Ｄ変換器、３７……スイツチング回
路、３８ａ，３８ｂ，３８ｃ……情報収納メモ
リ、３９……TV信号処理回路、４０，４１，４
２……フイルタ部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 赤外光を含む照明光を放射する光源と、 この光源から放射される照明光を、複数の赤外
   波長領域の光に分割し、時系列的に順次被観察体
   に照射する波長領域分割手段と、 被観察体の内部に挿入される部分の先端に設け
   られ、被観察体からの光を受けて結像面に被観察
   体像を形成する光学系と、 この光学系の結像面位置に配置され、前記時系
   列的に照射される各赤外波長領域の光による被観
   察体像を電気信号に変換する固体撮像装置と、 この固体撮像装置から出力される上記各赤外波
   長領域の光による被観察体像を表す電気信号を受
   けてカラー画像の表示を行う手段とを具えること
   を特徴とする内視鏡装置。