JPS62174714A - 内視鏡装置 - 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】 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、光学式ファイバ東に
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
、光学式ファ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
、上記光学式ファ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
った後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光するので赤外波長
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
線カットフィ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ィルタを設ける必
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った。

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ようにすること
を目的とするものである。生体内の患部と正常部の観察
について、内視鏡装置の識別能力を増す方法として、本
発明では赤外線照射によって得られる不可視情報を可視
情報に変換する方法を採る。一般に知られているように
、固体撮像装置は近赤外領域で高感度である。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。ところ
で、被観察体から反射される光■は、生体内では可視光
波長領域の赤色（長波長）側で多いことは血液が赤色を
していることからも予想できる。さらに近赤外光で反射
率が大きくなることも発表されている。これらのことか
ら、生体内での赤外光から得られる情報は、生体内での
特徴抽出に役立つ可能性は充分にある。このように赤外
光で得られた画像情報はＴＶモニター上で特定の波長の
色で表示する。異なった赤外波長領域の画像だけをＴＶ
モニター上に（赤）、（緑）、（青）で表示する。要す
るに、生体内の患部を正常部と特徴づけられる波長領域
での像信号の抽出を可能にすることが重要である。

本発明の内視鏡装置は、複数の異なる赤外波長領域の光
により時系列的に被観察体を照明する手段と、 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の像を形成す
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わす電気信号を受けて画像の表
示を行う手段とを具えることを特徴とするものである。

次に図面にしたがって本発明の詳細な説明する。

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、はとんど４００ｎｍ〜１
２００ｎｍの波長まで平らであり、その反射率は数１０
％である。一方策１図Ｂは血液のスペクトルで、４００
ｎｍ〜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（８０
０ｎｍ〜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
はっきりし、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
光カットフィ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照明する。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ック信号を供給する
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ィルタ２２を通
して光導体１の入射端面１ａに入射し、被観察体への照
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ァイバを束ねたバンドルを使
用するのが望ましい。回転フィルタ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を以てスイッチングパ
ルス発生回路を構成し、回転フィルタ２２の回転角によ
っ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
等を回転フィルタ２２の回転と同期させる。すなわち、
ハーフミラ−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２８Ｂ
、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ッチ等の
高速動作のスイッチを用いる。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２８
Ｂ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２９、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、３
５は増幅器、３６はＡ／Ｄ変換器、３７は回転フィルタ
２２と同期して切換わるスイッチング回路、３８ａ、３
８ｂ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！Ｊ３８ａ、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にはリフレッシュ機
能をもたせ、何回も同じ信号を読み出させる。また各メ
モ’Ｊ３８ａ、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図は回転フィルタ２２を示す。回転フィルタ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９００
ｎｍ−１０００ｎｍ、部分４２は１１０００ｎ〜１ｌ１
００ｎのそれぞれの波長の光を透過するものとする。こ
のようなフィルタ２２の回転と同期して信号切換回路２
８を駆動し、例えば部分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を介して緑色チャン
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ィルタ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
１０００ｎ〜１ｌ１００ｎ、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、スリット状又は長
方形状であってもよい。

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で示
す。いま１．、Ｉ！２およびβ３の各赤外波長領域を通
す分光フィルタを用いて分光し、これら各赤外波長領域
の光によっ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ｐ、、、ｉ２及び１３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
え従来のような可視域のＲ，ＧおよびＢのフィルタを通
したとしても反射曲線へと反射曲線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
によっ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、その混合によ
って（重々の色調の像を表示しているので、これらの混
合によって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、３
色分解フィルタを回転させることにより時系列的に順次
被写体色像に対応した原色像信号を得る場合において、
欠点とされていた色分解−信号伝送一色合成の過程にお
ける色バランスの忠実性を高めることができる。すなわ
ち、従来上記欠点の原因とされていた ■　固体撮像素子の青感度の不良性、 ■　照明光の色温度を理想状態にすることの困難性、 ■　信号伝送路、信号処理回路での歪の不完全排除性、 ■　光合成の段階におけるＣＲＴの各原色発光スペクト
ルの理想状態への未到達性 等について、これら諸種の原因を取り除くことができ、
生体内部の患部と正常部の識別を容易かつ迅速に行うこ
とができ、加えて、従来に増して正確な検知を期待する
ことができる効果を有するものである。

【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
る回転フィルタを示す図、 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　　　　　　　　訃・・外匣９・・・レンズ
を通過した光 １０・・・ペンタプリズム　１１・・・グイクロイック
面１２・・・赤外波長領域光　１３・・・ミラー面１４
・・・光透過性ブロック ２０・・・モーフ　　　　　２１・・・光源２２・・・
回転フィルタ　　　２２ａ・・・光学フィルタ２３・・
・ハーフミラ−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２８Ｒ・・・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　　　　　３６・・・Ａ／Ｄ変換器３
７・・・スイッチング回路 ３８ａ、３８ｂ、３８ｃｍ情報収納メモＩＪ３９・・・
ＴＶ信号処理回路 ４０．４１．４２・・・フィルタ部分 第１図 ４００　　　ｆ３θＯｆ２θθ 坂長（ｎｔｎ） ；ｌマ今／７Ｉｎｌ 第２図 手　　続　　補　　正　　書 昭和６２年　２月２３日 特許庁長官　　黒　　１）　明　　雄　　殿２、発明の
名称 内視鏡装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （０３７）オリンパス光学工業株式会社４、代理人 １、明細書第２頁第１５〜１６行の「感光するので」を
「感度を有するので」に訂正する。 ２同第７頁第１７行の「減衰すので、」を「減衰するの
で、」に訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の異なる赤外波長領域の光により時系列的に被
   観察体を照明する手段と、 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
   の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 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わす電気信号を受
   けて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。