JPWO2012132750A1 - 走査型内視鏡装置 - Google Patents

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Abstract

立体視観察可能な複数の視点からの画像を取得可能でありながら挿入部の細径化を図る。細長い挿入部(5)内に設けられ、照明光(L1,L2)を該照明光(L1,L2)の光軸に交差する方向に互いにずれた位置に照射する2つのコア(21a,22a)を有する光ファイバ(2)と、該光ファイバ(2)の長軸に交差する2軸方向にコア(21a,22a)を一体的に振動させることにより照明光(L1,L2)を2次元走査する駆動部(4)と、照明光(L1,L2)の戻り光を共通して受光する受光部と、該受光部によって受光された戻り光を別々に検出する検出部(8)と、該検出部(8)によって検出された戻り光から各照明光(L1,L2)の走査領域の画像を生成する画像生成部(9)とを備える走査型内視鏡装置(1)を提供する。

Description

本発明は、走査型内視鏡装置に関するものである。
従来、2つの光線を、観察対象のずれた位置に2次元走査しながら照射することにより、視点の異なる2つの画像(視差画像)を取得する走査型内視鏡装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。このような視差画像を用いて観察対象を立体視することができる。
米国特許出願公開第2009/0137893号明細書
しかしながら、特許文献1の場合、挿入部の先端部において、光線を走査するためのアクチュエータが各光線に対して1つずつ設けられている。したがって、挿入部の外径が大きくなってしまうという不都合がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、立体視観察可能な複数の視点からの画像を取得可能でありながら挿入部の細径化を図ることができる走査型内視鏡装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、被検体内に挿入される細長い挿入部内に長手方向に沿って設けられ、基端側からそれぞれ導光した照明光をその先端から、前記照明光の光軸に交差する方向に互いにずれた位置に照射する少なくとも2つのコア部を有する光ファイバ部材と、該光ファイバ部材の長手方向に交差する2軸方向に少なくとも2つの前記コア部の先端部を一体的に振動させることにより前記照明光を2次元走査させる駆動部と、少なくとも2つの前記照明光の戻り光を共通して受光する受光部と、該受光部によって受光された少なくとも2つの前記戻り光を別々に検出する検出部と、該各検出部によって検出された前記戻り光を、前記駆動部による前記照明光の照射位置に基づいて画像化することにより各照明光の走査領域の画像を生成する画像生成部とを備える走査型内視鏡装置を提供する。
本発明によれば、光ファイバ部材の2つのコア部から被検体内のずれた位置に照射された照明光が駆動部によって2次元走査される。これにより、画像生成部は、位置がずれた複数の走査領域の画像、すなわち、複数の視点から観察された画像からなる視差画像を生成することができる。
この場合に、複数のコア部を共通の駆動部によって振動させることにより、駆動部によって占められる挿入部の半径方向の面積が小さくて済む。これにより、挿入部の細径化を図ることができる。
上記発明においては、前記少なくとも2つのコア部から照射される前記照明光が、互いに異なる波長を有し、前記検出部が、前記受光部によって受光された戻り光を波長によって分岐する波長分岐機構と、該波長分岐機構によって分岐された各波長の戻り光を検出する少なくとも2つの光検出器とを備えた構成とされていてもよい。
このようにすることで、画像生成部は、各光検出器によって検出された各波長の戻り光の情報から各走査領域の画像を生成することとなる。これにより、被検体の異なる波長の光による画像が得られ、各画像から被検体の各波長の光に対する特性を観察することができる。
上記発明においては、前記少なくとも2つのコア部から照射される前記照明光が、互いに異なる偏光方向を有し、前記検出部が、前記受光部によって受光された戻り光を偏光方向によって分岐する偏光分岐機構と、該偏光分岐機構によって分岐された各偏光方向の戻り光を検出する少なくとも2つの光検出器とを備えた構成とされていてもよい。
このようにすることで、画像生成部は、各光検出器によって検出された各偏光方向の戻り光の情報から各走査領域の画像を生成することとなる。これにより、被検体の異なる偏光方向の光による画像が得られ、各画像から被検体の各偏光方向の光に対する特性を観察することができる。また、各コア部から照射される照明光として同一の波長帯域の光を用いることができる。
上記の波長分岐機構または偏光分岐機構を備えた構成においては、前記少なくとも2つのコア部に該コア部の基端側から前記照明光を入射する照明部を備え、該照明部が、前記少なくとも2つのコア部に同時に前記照明光を入射することとしてもよい。
このようにすることで、視点が異なる複数の画像を同時に取得することができる。
上記発明においては、前記少なくとも2つのコア部に該コア部の基端側から照明光を入射する照明部を備え、該照明部が、前記少なくとも2つのコア部に時分割で前記照明光を入射することとしてもよい。
このようにすることで、視点が異なる複数の画像を略同時に取得することができる。また、走査領域に照明光が照射される積算時間を短くして照明光が走査領域に与える影響を低減することができる。
上記発明においては、前記光ファイバ部材の先端側に設けられ、前記照明光を集束させる光学部材を備えることとしてもよい。
このようにすることで、被検体に照射される照明光のスポット径をより小さくして画像の分解能を向上することができる。
上記発明においては、前記光ファイバ部材の振動に応じて前記戻り光が画像化されるように前記駆動部と前記画像生成部とを同期させる制御部を備えることとしてもよい。
本発明によれば、立体視観察可能な複数の視点からの画像を取得可能でありながら挿入部の細径化を図ることができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る走査型内視鏡装置の全体構成図である。 図1の投光ファイバの先端部を拡大した図である。 図1の挿入部の先端面を示す図である。 図1の走査型内視鏡装置によって照明光が走査される2つの走査領域を示す図である。 図1の投光ファイバの変形例を示す図である。 図2の投光ファイバの先端面にGRINレンズが設けられた構成を示す図である。 図2の投光ファイバの先端面にボールレンズが設けられた構成を示す図である。
以下に、本発明の一実施形態に係る走査型内視鏡装置1について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る走査型内視鏡装置1は、平行法により立体視可能な視差画像を取得するものである。走査型内視鏡装置1は、図1に示されるように、照明光L1,L2を射出する投光ファイバ(光ファイバ部材)2、受光ファイバ3および投光ファイバ2の先端部を振動させるアクチュエータ(駆動部)4を有する挿入部5と、投光ファイバ2に照明光L1,L2を供給する照明ユニット6と、アクチュエータ4を駆動させる駆動ユニット7と、受光ファイバ3によって受光された照明光L1,L2の戻り光を光電変換する検出ユニット(検出部)8と、該検出ユニット8からの信号に基づいて視差画像を生成する画像生成ユニット9と、照明ユニット6および駆動ユニット7の作動を制御するとともに画像生成ユニット9により生成された視差画像をモニタ14に出力する制御ユニット10とを備えている。
挿入部5の内部には、投光ファイバ2および受光ファイバ3が長手方向に沿って配置されている。投光ファイバ2の先端側には照明光学系11が設けられている。
投光ファイバ2は、図2に示されるように、少なくとも先端部分において一体に接合された2つの光ファイバ21,22からなる。各光ファイバ21,22は、1つずつコア(コア部)21a,22aを有するシングルモードファイバである。一方のコア21aから射出された第1の照明光L1および他方のコア22aから射出された第2の照明光L2は、照明光学系11によって集束されて観察面Aに照射される。
ここで、後述するように、第1の照明光L1の波長と第2の照明光L2の波長は互いに異なる。したがって、これらの照明光L1,L2は、照明光学系11を通過する際に生じる収差によって、観察面A上において光軸に交差する方向にずれた位置を照射する。
このときの2つの照明光L1,L2の照射位置のずれ量dは、例えば、80μm以上500μm以下程度が好ましい。各光ファイバ21,22の直径を勘案すると、照射位置のずれ量dを80μmより小さくすることは困難である。一方、照射位置のずれ量dが500μmより大きい場合、挿入部5が太径化するため好ましくない。照射位置のずれ量dは、2つのコア21a,22a間の距離や各コア21a,22aからの照射光L1,L2の射出方向などを調節することにより設計されることもできる。
受光ファイバ3は、その先端面からなる受光面(受光部)31によって2つの照明光L1,L2の戻り光を共通して受光し、受光した戻り光を検出ユニット8へ導光する。ここで、図3に示されるように、受光ファイバ3は複数(図示する例では12)備えられ、挿入部5の先端面において受光面31が照明光学系11を周方向に囲んで配列されている。これにより、観察面Aからの戻り光の受光量が増大されるようになっている。
アクチュエータ4は、例えば、電磁式またはピエゾ式である。アクチュエータ4は、駆動ユニット7から駆動電圧(後述)が印加されることにより、投光ファイバ2の先端部分を、該投光ファイバ2の長手方向に交差する2軸方向(X方向およびY方向)に振動させる。これにより、2つの照明光L1,L2が同時に観察面A上において2次元走査される。走査方式は、特に限定はなく、スパイラル走査方式やラスタ走査方式などが用いられる。
ここで、2つの光ファイバ21,22の先端部分が互いに接合されていることにより、図4に示されるように、2つの照明光L1,L2の走査軌跡は同一形状となる。また、2つの照明光L1,L2によって走査される観察面A上の走査領域(図示する例ではスパイラル走査方式による走査領域)S1,S2が、2つの照明光L1,L2の照射位置のずれ量dだけずれることとなる。
照明ユニット6は、第1の波長を有する第1の照明光L1を一方のコア21aに入射し、第1の波長とは異なる第2の波長を有する第2の照明光L2を他方のコア22aに入射するように構成されている。第1の照明光L1および第2の照明光L2は、単一波長の連続波である。第1の波長および第2の波長は、例えば、532nmと440nmである。照明ユニット6は、例えば、第1の照明光L1と第2の照明光L2とをそれぞれ射出する2つの光源によって構成される。光源としては、導光効率に優れた単一波長の固体レーザーが好ましい。
駆動ユニット7は、アクチュエータ4を駆動させる駆動信号をデジタル信号として生成する信号生成部71と、該信号生成部71によって生成された駆動信号をアナログ信号に変換するD/A変換部72a,72bと、該D/A変換部72a,72bの出力を増幅する信号増幅部73とを備えている。
信号生成部71は、投光ファイバ2を振動させるX方向およびY方向についての2つの駆動信号を生成し、2つの駆動信号を別々のD/A変換部72a,72bに入力する。信号増幅部73は、D/A変換部72a,72bによって生成されたアナログ信号、つまり、駆動電圧を、アクチュエータ4の駆動に適した大きさまで増幅してアクチュエータ4に出力する。
検出ユニット8は、各受光ファイバ3によって導光されてきた戻り光を波長によって分配する波長分波器(波長分岐機構)81と、該波長分波器81によって分配された各戻り光を検出して光電変換する2つの光検出器82a,82bとを備えている。
波長分波器81は、入力された戻り光のうち、第1の波長を有する戻り光と第2の波長を有する戻り光を抽出して別々の光検出器82a,82bに出力する。
光検出器82a,82bは、例えば、フォトダイオードや光電子増倍管である。各光検出器82a,82bは、検出した戻り光の光量に応じた大きさの光電流を各A/D変換部91a,91bに出力する。
画像生成ユニット9は、各光検出器82a,82bから出力された光電流をデジタル信号に変換する2つのA/D変換部91a,91bと、該各A/D変換部91a,91bによって生成されたデジタル信号から2次元画像を生成する視差画像生成部92とを備えている。
視差画像生成部92は、各A/D変換部91a,91bから受け取ったデジタル信号と、制御ユニット10から受け取った照射光L1,L2の走査位置の情報(後述)とに基づいて、2つの2次元画像を生成する。ここで、2つの2次元画像は、第1の照明光L1による走査領域S1からの戻り光から生成した画像と、第2の照明光L2による走査領域S2からの戻り光から生成した画像である。すなわち、2つの2次元画像は、2つの照明光L1,L2の照射位置のずれ量dに相当する量だけ視点が平行に移動した画像である。これら2つの2次元画像から視差画像を構成することができる。
制御ユニット10は、信号生成部71に対して駆動信号の仕様、例えば、振動数や振幅などを指定する指定信号を出力するとともに、該指定信号の情報、つまり、照射光L1,L2の走査位置を含む情報を視差画像生成部92に出力する。
また、制御ユニット10は、視差画像生成部92から受け取った2つの2次元画像を、立体視観察に適した状態に画像再構築しモニタ14に表示させる。これにより、操作者は、走査型内視鏡装置1によって画像生成された観察面Aを立体視観察することができる。
この場合に、本実施形態によれば、2つの照明光L1,L2によって視差画像を取得する構成であっても、2つの照明光L1,L2を走査するアクチュエータ4が1つで済むので、挿入部5の細径化を図ることができるという利点がある。また、異なる波長の照明光L1,L2による観察面Aの画像が取得されるので、異なる波長帯域の光による同時観察が可能となる。例えば、第1の照明光L1を蛍光色素の励起光(例えば、近赤外光)に変更し、第2の励起光L2をRGBの3つの固体レーザーからの光を合波させた白色光に変更し、波長分波器81によって分配する戻り光の波長を適宜変更することにより、蛍光画像と白色光画像とを同時に観察することができる。
なお、本実施形態においては、各コア21a,22aから照射される照明光L1,L2の波長が互いに異なることとしたが、これに代えて、偏光方向が互いに異なることとしてもよい。この場合には、照明ユニット6が、例えば、異なる偏光方向の光を抽出して各コア21a,22aに出力する2つの偏光素子を備える。また、観察面Aと受光面31との間には、各偏光方向の光を抽出する偏光分波器(図示略、偏光分岐機構)が備えられる。
このようにしても、各走査領域S1,S2からの戻り光を区別して検出し、各走査領域S1,S2の画像を別々に生成することができる。また、第1の照明光L1および第2の照明光L2として同一波長の光を用いることが可能となる。
また、本実施形態においては、投光ファイバ2が単一のコアを有する2つの光ファイバ21,22からなることとしたが、これに代えて、図5に示されるように、2つのコア23a,23bを有する1つの光ファイバ23からなっていてもよい。
このようにしても、光軸に交差する方向にずれた位置を照射する2つの照明光を1つのアクチュエータ4によって同時に2次元走査して視差画像を得ることができる。
また、本実施形態においては、2つの光ファイバ21,22の先端面に、各コア21a,22aからから射出された照明光L1,L2を平行光にまたはより小さいスポット径に集束する光学部材が接合されていてもよい。光学部材としては、例えば、図6に示されるように、GRIN(屈折率分布)レンズ12や、図7に示されるように、ボールレンズ13が用いられる。このようにすることで、視差画像の分解能を向上することができる。このようにして光学部材を備える場合には、照明光学系11が省略されていてもよい。
また、本実施形態においては、照明光L1,L2として連続光を用いることとしたが、これに代えて、パルス光を用いることとしてもよい。
このようにすることで、観察面Aに照明光L1,L2が照射される積算時間が短くなるので、観察面Aに照明光L1,L2が与える影響を低減することができる。例えば、蛍光観察の際には蛍光色素の褪色を防止することができる。また、第1の照明光L1と第2の照明光L2を時分割で観察面Aに照射する場合には、観察面Aにおける生体分子の挙動などの時間分解測定を行うこともできる。
照明光L1,L2としてパルス光を用いる場合には、照明ユニット6が、2つの照明光L1,L2をパルスのタイミングをずらして各コア21a,22aに入射し、検出ユニット8が、パルスのタイミングに同期して戻り光を検出するように構成されていてもよい。この構成においては、照明光L1,L2の波長は同一であってもよく、異なっていてもよい。後者の場合は2つの異なる蛍光色素を用いた蛍光イメージングに適している。
また、本実施形態においては、投光ファイバ2が2つコア21a,22aを備えることとしたが、これに代えて、3つ以上のコアを備えることとしてもよい。例えば、単一のコアを有する3つ以上の光ファイバの先端部分を互いに接合した場合でも、全てのコアからの照射光を走査するアクチュエータ4が1つ済むので、挿入部5の細径化を図りながら3つ以上の照明光による観察面Aの画像を取得することができる。
1 走査型内視鏡装置
2 投光ファイバ
3 受光ファイバ
4 アクチュエータ(駆動部)
5 挿入部
6 照明ユニット(照明部)
7 駆動ユニット
8 検出ユニット(検出部)
9 画像生成ユニット(画像生成部)
10 制御ユニット
11 照明光学系
12 GRINレンズ(光学部材)
13 ボールレンズ(光学部材)
14 モニタ
21,22,23 光ファイバ(光ファイバ部材)
21a,22a,23a,23b コア(コア部)
31 受光面(受光部)
71 信号生成部
72a,72b D/A変換部
73 信号増幅部
81 波長分波器(波長分岐機構)
82a,82b 光検出器
91a,91b A/D変換部
92 視差画像生成部
A 観察面
L1 第1の照明光
L2 第2の照明光

Claims (7)

  1. 被検体内に挿入される細長い挿入部内に長手方向に沿って設けられ、基端側からそれぞれ導光した照明光をその先端から、前記照明光の光軸に交差する方向に互いにずれた位置に照射する少なくとも2つのコア部を有する光ファイバ部材と、
    該光ファイバ部材の長手方向に交差する2軸方向に少なくとも2つの前記コア部の先端部を一体的に振動させることにより前記照明光を2次元走査させる駆動部と、
    少なくとも2つの前記照明光の戻り光を共通して受光する受光部と、
    該受光部によって受光された少なくとも2つの前記戻り光を別々に検出する検出部と、
    該検出部によって検出された前記各戻り光を、前記駆動部による前記照明光の照射位置に基づいて画像化することにより各照明光の走査領域の画像を生成する画像生成部とを備える走査型内視鏡装置。
  2. 前記少なくとも2つのコア部から照射される前記照明光が、互いに異なる波長を有し、
    前記検出部が、前記受光部によって受光された戻り光を波長によって分岐する波長分岐機構と、該波長分岐機構によって分岐された各波長の戻り光を検出する少なくとも2つの光検出器とを備える請求項1に記載の走査型内視鏡装置。
  3. 前記少なくとも2つのコア部から照射される前記照明光が、互いに異なる偏光方向を有し、
    前記検出部が、前記受光部によって受光された戻り光を偏光方向によって分岐する偏光分岐機構と、該偏光分岐機構によって分岐された各偏光方向の戻り光を検出する少なくとも2つの光検出器とを備える請求項1に記載の走査型内視鏡装置。
  4. 前記少なくとも2つのコア部に該コア部の基端側から前記照明光を入射する照明部を備え、
    該照明部が、前記少なくとも2つのコア部に同時に前記照明光を入射する請求項2または請求項3に記載の走査型内視鏡装置。
  5. 前記少なくとも2つのコア部に該コア部の基端側から照明光を入射する照明部を備え、
    該照明部が、前記少なくとも2つのコア部に時分割で前記照明光を入射する請求項1に記載の走査型内視鏡装置。
  6. 前記光ファイバ部材の先端側に設けられ、前記照明光を集束させる光学部材を備える請求項1に記載の走査型内視鏡装置。
  7. 前記光ファイバ部材の振動に応じて前記戻り光が画像化されるように前記駆動部と前記画像生成部とを同期させる制御部を備える請求項1に記載の走査型内視鏡装置。
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