JPWO2016203626A1 - 内視鏡システムおよび照明装置 - Google Patents

Abstract

本発明の内視鏡システムは、被写体（Ｓ）に向かって照明光（Ｌ１）を射出する照明部（３）、被写体（Ｓ）を撮像する撮像部（４）およびチャネル（９）を有する細長い挿入部（１）と、チャネル（９）内に配置された照明装置（２）とを備え、該照明装置（２）が、照明光（Ｌ１）よりも小さな発散角を有し、かつ、撮像部（４）が感度を有する照明光（Ｌ２）を被写体（Ｓ）に向かって射出する照明部（１０）と、該照明部（１０）の基端からチャネル（９）の外部へ延びる牽引部材（１１）とを有し、照明部（１０）は、牽引部材（１１）の牽引によってチャネル（９）内から抜去可能である。

Description

本発明は、内視鏡システムおよび照明装置に関するものである。

従来、狭角用の照明系と広角用の照明系とを備えた内視鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。内視鏡を体内に挿入するときには、内視鏡の先端から遠方の被写体までの距離感を得ることが重要である。広角用の照明系から射出される照明光に比べて、挟角用の照明系から射出される照明光は小さな発散角を有するので、より遠方の被写体まで届くことができる。したがって、挟角用の照明光を用いて、遠方の被写体までの距離の情報を得ることができる。

特開平５−２９７２８８号公報

しかしながら、特許文献１の内視鏡は２組の照明系を備えているため、挿入部が太くなるという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、遠方の被写体までの距離の情報を取得可能であり、かつ、挿入部を細径化することができる内視鏡システムおよび照明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。
本発明の第１の態様は、被写体に向かって第１の照明光を射出する第１の照明部、前記被写体を撮像する撮像部、および、長手方向に貫通するチャネルを有する細長い挿入部と、前記チャネル内に配置され前記被写体に向かって第２の照明光を射出する第２の照明部、および、該第２の照明部の基端に接続され前記チャネルの基端から外部へ延びる細長い牽引部材を有する照明装置とを備え、前記第２の照明部は、前記牽引部材が牽引されることによって前記チャネル内から抜去可能に設けられるとともに、前記第１の照明光よりも小さな発散角を有し、かつ、前記撮像部が感度を有する前記第２の照明光を射出する内視鏡システムである。

本発明の第１の態様によれば、第１の照明部から射出される第１の照明光で照明された被写体が撮像部によって撮像されることにより、被写体の画像を取得することができる。
この場合に、第１の照明光よりも小さな発散角を有する第２の照明光は、第１の照明光よりも遠方まで届き、第２の照明光が照射されている遠方の被写体が撮像部によって撮像される。したがって、第２の照明光が照射されている状態で撮像された画像から、挿入部の先端から遠方の被写体までの距離の情報を取得することができる。

さらに、挿入部を所望の位置まで挿入した後には、牽引部材を牽引して照明装置をチャネルから抜去することによって、チャネルを、処置具を挿入部の先端側へ導入するためチャネルとして使用することができる。このように、択一的に使用される第２の照明装置と処置具用チャネルとのためのスペースを共通とすることによって、挿入部を細径化することができる。

上記第１の態様においては、前記第２の照明光が、可視光であってもよい。
このようにすることで、遠方の被写体の可視光画像が撮像部によって取得されるので、挿入部の挿入操作を支援する情報として可視光画像を操作者に提供することができる。

上記第１の態様においては、前記第２の照明光が、非可視光であってもよい。
このようにすることで、撮像部によって撮像される画像には第２の照明光の反射光像は表示されない。したがって、挿入部の操作時にも、第１の照明光で照明されている被写体の通常の画像を操作者に提供することができる。

上記第１の態様においては、前記第２照明光が、略直円錐状に広がる拡散光であり、前記撮像部によって取得された画像内の前記第２の照明光による照明範囲の寸法に基づいて、前記挿入部の先端から前記被写体までの観察距離を算出する観察距離算出部を備えていてもよい。
被写体上の第２の照明光による照明範囲の寸法は、挿入部の先端から被写体までの距離に比例するので、第２の照明光による照明範囲の寸法から観察距離を得ることができる。

上記第１の態様においては、前記第２照明光が、略直円錐状に広がる拡散光であり、前記撮像部によって取得された画像内の前記第２の照明光による照明範囲内における明るさの分布に基づいて、前記挿入部の先端に対する前記被写体の傾斜方向を検出する傾斜方向検出部を備えていてもよい。
被写体上の第２の照明光の明暗は、挿入部の先端から被写体までの距離に依存するので、第２の照明光による照明範囲における明るさの分布から挿入部の先端に対する被写体の傾斜方向を検出することができる。

上記第１の態様においては、前記撮像部が、第１の画角と、該第１の画角よりも小さい第２の画角との間で画角を変更可能であってもよい。
このようにすることで、第１の照明光で被写体を照明して観察するときには撮像部の画角を第１の画角とし、第２の照明光で被写体を照明して観察するときには撮像部の画角を第２の画角とすることによって、撮像部による撮像範囲を照明光の照明範囲に応じて変更することができる。

上記発明においては、前前記照明装置が、前記チャネル内における長手方向の位置を変更可能に設けられていてもよい。
このようにすることで、第２の照明部をより先端側に配置することによって、第２の照明光がより遠方の被写体まで届く。これにより、より遠方の被写体までの距離の情報を得ることができる。

上記第１の態様においては、前記第２の照明部が、前記第２照明光の射出方向を変更可能であってもよい。
このようにすることで、挿入部の挿入方向等に応じて第２の照明光の射出方向を変更し、遠方の被写体の異なる位置までの距離情報を得ることができる。

本発明の第２の態様は、内視鏡の挿入部に設けられた長手方向に貫通するチャネル内に挿入可能であり、先端から照明光を射出する照明部と、該照明部の基端に接続され、前記チャネルの長さよりも大きな長さを有する細長い牽引部材と、前記照明部をチャネル内で位置決めする位置決め部材とを備え、前記照明部が、前記挿入部に設けられた照明部から射出される照明光よりも小さな発散角を有し、かつ、前記挿入部に設けられた撮像部が感度を有する前記照明光を射出し、前記位置決め部材は、前記照明部を、前記牽引部材が牽引されることによって前記チャネルから取り外し可能に位置決めする照明装置である。

本発明によれば、遠方の被写体までの距離の情報を取得可能であり、かつ、挿入部を細径化することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システムの挿入部の先端部の構成を示す図である。 図１の照明装置をチャネル内に装着する方法を説明する図である。 図１の内視鏡システムの変形例を示す図である。 図１の内視鏡システムのもう１つの変形例を示す図である。 図１の内視鏡システムのもう１つの変形例を示す図である。 図１の内視鏡システムのもう１つの変形例を示す図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る内視鏡システムについて図面を参照して説明する。
本実施形態に係る内視鏡システムは、図１に示されるように、体内に挿入可能な細長い挿入部１を備える内視鏡と、挿入部１内に挿入された照明装置２とを備えている。
内視鏡の挿入部１は、該挿入部１の先端１ａ前方に向かって第１の照明光Ｌ１を射出する第１の照明部３と、挿入部１の先端１ａと対向する被写体Ｓを撮像する撮像部４とを先端部に備えている。

第１の照明部３は、挿入部１の先端１ａに配置された第１の照明光学系５と、該第１の照明光学系５の基端側に配置され、第１の照明光学系５に向かって第１の照明光Ｌ１を射出する第１の発光部６とを備えている。
第１の照明光学系５は、第１の発光部６から入射した第１の照明光Ｌ１を発散させて被写体Ｓへ照射する。ここで、対物光学系７の視野の全体を第１の照明光Ｌ１で照明することができるように、第１の照明光学系５から射出される第１の照明光Ｌ１は、対物光学系７の画角よりも大きな発散角θ１を有する。

第１の発光部６は、例えば、挿入部１内に長手方向に沿って配置されたライトガイドであり、挿入部１の外側に配置された光源から基端に入射された白色光のような第１の照明光Ｌ１を先端まで導光し、該先端から第１の照明光Ｌ１を射出するようになっている。あるいは、第１の発光部６は、ＬＥＤまたはＬＤのような発光素子であってもよい。

撮像部４は、挿入部１の先端１ａに配置された対物光学系７と、該対物光学系７の基端側に配置された撮像素子８とを備えている。
対物光学系７は、被写体Ｓから対物光学系７に入射した光を結像する。
撮像素子８は、例えばＣＣＣイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサであり、対物光学系７の結像面に撮像面が配置され、対物光学系７によって形成された被写体Ｓの光学像を撮像する。撮像素子８によって取得された被写体Ｓの内視鏡画像は、図示しないディスプレイに表示されるようになっている。

挿入部１は、長手方向に貫通し、内視鏡用の処置具を挿入可能なチャネル９をさらに備えている。
照明装置２は、第２の照明部１０および該第２の照明部１０の基端に接続された牽引部材１１を備え、チャネル９内に挿入されている。
第２の照明部１０は、第２の照明光学系１２と、該第２の照明光学系１２の基端側に配置された第２の発光部１３と、第２の照明部１０および第２の発光部１３を内部に保持する外筒１４とを備えている。

第２の照明光学系１２は、第２の発光部１３から入射した第２の照明光Ｌ２を発散させて被写体Ｓへ照射する。ここで、対物光学系７の視野の一部のみを第２の照明光Ｌ２で照明することができるように、第２の照明光学系１２から射出される第２の照明光Ｌ２は、対物光学系７の画角よりも小さな発散角θ２を有する。
第２の発光部１３は、例えば、ＬＥＤまたはＬＤのような発光素子であり、第２の照明光学系１２に向かって第２の照明光Ｌ２を射出する。第２の照明光Ｌ２は、白色光のような可視光である。

牽引部材１１は、コイルワイヤのように、可撓性を有しつつ基端に与えられた運動を先端まで伝達可能な適度な剛性を有する細長い部材である。牽引部材１１は、チャネル９の長手方向の寸法よりも大きな長手方向の寸法を有し、牽引部材１１の基端部は、チャネル９の基端から挿入部１の外部へ延びている。
外筒１４は、チャネル９の内径よりも小さい外径を有する筒状の部材であり、外周面には、後述する位置決め部材１５の突起部１５ａが径方向に挿入可能な溝１４ａが形成されている。

照明装置２は、第２の照明部１０をチャネル９の内壁に対して一時的に固定するための位置決め部材１５をさらに備えている。位置決め部材１５は、チャネル９の内径と略等しい外径を有する円筒状の部材であり、チャネル９内に嵌合している。位置決め部材１５は、チャネル９の内周面と位置決め部材１５の外周面との間の摩擦によってチャネル９の内壁に対して固定されている。

また、位置決め部材１５は、半径方向内側に突出する突起部１５ａを内周面に有している。突起部１５ａが溝１４ａ内に入り込むことによって、第２の照明部１０は、チャネル９内において該チャネル９の長手方向に位置決めされるようになっている。突起部１５ａは、第２の照明部１０が基端側に牽引されたときに、該第２の照明部１０から受ける力によって弾性変形して溝１４ａ内から外れるような材料から形成されている。突起部１５ａは、第２の照明部１０が基端側に牽引されたときに容易に突起部１５ａが溝１４ａ内から外れるように、先端側から基端側に向かって傾斜した形状を有していてもよい。

図２は、照明装置２をチャネル９内に装着する手順を示している。照明装置２の装着には、第２の照明部１０の先端に接続された、ワイヤのような挿入用牽引部材２０が使用される。まず、位置決め部材１５をチャネル９内に該チャネル９の先端側から挿入し、チャネル９の先端部に配置する。次に、チャネル９の基端側から挿入用牽引部材２０を先頭にして照明装置２を挿入する。次に、挿入部１の先端１ａ面のチャネル９の開口から突出した挿入用牽引部材２０を牽引し、位置決め部材１５の突起部１５ａが外筒１４の溝１４ａに嵌る位置まで照明装置２を先端側へ牽引する。これにより、照明装置２をチャネル９内に装着することができる。照明装置２の装着後、挿入用牽引部材２０は除去される。

次に、このように構成された内視鏡システムの作用について説明する。
本実施形態に係る内視鏡システムを用いて体内を観察および処置するためには、たとえば、挿入部１を肛門から下部消化管に挿入し、挿入部１を下部消化管内で前進させる。挿入の過程においては、第２の照明部１０から第２の照明光Ｌ２を射出する。管状の下部消化管の内部において、小さな発散角θ２を有する第２の照明光Ｌ２は、挿入部１の先端１ａから遠方まで届き、遠方の視野を明るく照明することができる。したがって、操作者は、内視鏡画像から、挿入部１の挿入方向前方に位置する被写体Ｓまでの距離感を得ることができ、挿入部１の挿入操作を正確に行うことができる。

挿入部１を下部消化管内の患部の位置まで挿入した後、チャネル９の基端から挿入部１の外部に延びている牽引部材１１の基端部分を牽引することによって、第２の照明部１０を位置決め部材１５から取り外し、第２の照明部１０および牽引部材１１をチャネル９内から抜去する。これにより、チャネル９内には位置決め部材１５のみが残る。次に、患部の処置に使用する処置具をチャネル９内に挿入し、処置具によって患部の処置を行う。このときには、第１の照明部３から第１の照明光Ｌ１を射出する。患部の処置の際には、挿入部１の先端１ａを患部に近づけ患部を詳細に観察する。したがって、大きな発散角θ１を有する第１の照明光Ｌ１によって対物光学系７の視野の全体を明るく照明し、患部を鮮明に観察することができる。

このように、本実施形態によれば、挿入部１の体内での挿入操作時には、狭配光の第２の照明部１０を使用して遠方の視野を照明し、挿入方向前方に位置する被写体Ｓまでの距離の情報を良好に得ることができる。また、挿入部１を体内の目的位置まで挿入した後は、第２の照明部１０をチャネル９から抜去することによって、チャネル９を処置具用として使用することができる。このように、挿入部１の挿入時に特に必要とされる照明装置２と、挿入部１の挿入後に必要とされる処置具のためのスペースを共通化することによって、挿入部１を細径にすることができるという利点がある。

本実施形態においては、図３に示されるように、内視鏡画像内の第２の照明光Ｌ２による照明範囲の径寸法から、挿入部１の先端１ａから被写体Ｓまでの観察距離Ｄを算出する観察距離算出部１６が内視鏡に設けられていてもよい。
この場合、第２の照明部１０は、略直円錐状に発散する第２の照明光Ｌ２を被写体Ｓへ向かって射出する。したがって、挿入部１の先端１ａと対向する被写体Ｓ上の第２の照明光Ｌ２による照明範囲は、略円状となる。照明範囲の半径Ａと観察距離Ｄとの関係は下式によって表される。下式において、θは、第２の照明光学系１２から射出される第２の照明光Ｌ２の発散角θ２の半分（第２の照明光Ｌ２の直円錐形状において、中心線と母線とが成す角度）である。
Ｄ＝Ａ／ｔａｎθ

観察距離算出部１６は、撮像部４によって取得された内視鏡画像内から第２の照明光Ｌ２による照明範囲を抽出し、抽出された照明範囲の半径Ａを算出し、算出された半径Ａを用いて上式から観察距離Ｄを算出する。内視鏡画像内からの照明範囲の抽出は、例えば、所定の閾値以上の輝度値を有する領域を抽出することによって行われる。観察距離算出部１６によって検出された観察距離Ｄは、例えば、ディスプレイに表示される。
このようにすることで、挿入操作を支援する情報として観察距離Ｄを操作者に提供することができる。

図３の変形例においては、第２の照明光Ｌ２が、可視光に代えて、非可視領域の光（非可視光）であってもよい。第２の照明光Ｌ２の波長は、撮像素子８が感度を有する波長であればよく、例えば、生体組織への影響が少ない近赤外光が好適である。
第２の照明光Ｌ２が非可視光である場合、挿入部１の挿入時には、第１の照明光Ｌ１で被写体Ｓを照明すればよい。このようにしても、狭配光の第２の照明部１０を使用して取得された観察距離Ｄから、遠方の被写体Ｓまでの距離の情報を得ることができる。

また、本実施形態においては、図４に示されるように、内視鏡画像内の第２の照明光Ｌ２の明るさの分布から、挿入部１の先端１ａに対する被写体Ｓの傾斜方向を検出する傾斜方向検出部１７が内視鏡に設けられていてもよい。
本変形例においても、第２の照明部１０は、略直円錐状に拡散する第２の照明光Ｌ２を被写体Ｓへ向かって射出する。

挿入部１の長手方向に対して被写体Ｓが傾斜している場合、観察距離が被写体Ｓ上の位置によって異なり、被写体Ｓ上における第２の照明光Ｌ２の明るさは、観察距離が増大する程、低下する。傾斜方向検出部１７は、被写体Ｓ上の第２の照明光Ｌ２による照明範囲のうち、最も暗い方向を挿入部１の先端１ａから最も遠い方向として検出する。傾斜方向検出部１７によって検出された方向は、例えば、ディスプレイ上に表示される。このようにすることで、挿入部１を挿入すべき方向を操作者に提示することができる。

また、本実施形態においては、図５に示されるように、対物光学系７の画角が第１の画角と第２の画角との間で変更可能であり、第１の照明光Ｌ１および第２の照明光Ｌ２のいずれが被写体Ｓに照射されているかに応じて対物光学系７の画角を制御する画角制御部１８が内視鏡に設けられていてもよい。

第１の画角は、挿入部１の先端１ａを被写体Ｓに近接させて該被写体Ｓを観察するのに適した画角であり、第１の照明光Ｌ１の発散角θ１よりも大きくなっている。第２の画角は、第２の照明光Ｌ２による照明範囲を観察するのに適した画角であり、第１の画角よりも小さく、第２の照明光Ｌ２の発散角θ２よりも大きくなっている。

画角制御部１８は、第２の照明光学系１２から第２の照明光Ｌ２が射出されていないときには対物光学系７の画角を第１の画角とし、第２の照明光学系１２から第２の照明光Ｌ２が射出されているときには対物光学系７の画角を第２の画角とする。
このようにすることで、患部の観察および処置時には、対物光学系７の画角が広角となって広範囲を撮像することができ、挿入部１の挿入時には、対物光学系７の画角が挟角となって、第２の照明光Ｌ２によって照明されない部分が無駄に撮像されてしまうことを防ぐことができる。

また、本実施形態においては、第２の照明部１０が、図６に示されるように、チャネル９内において挿入部１の長手方向に移動可能に設けられていてもよい。
第２の照明部１０を挿入部１の先端１ａよりも突出した位置に配置することで、より遠くの被写体Ｓを第２の照明光Ｌ２で照明することができる。

また、本実施形態においては、図６に示されるように、第２の照明部１０が、第２の照明光Ｌ２の射出方向を変更可能であり、第２の照明部１０からの第２の照明光Ｌ２の射出方向を制御する照明制御部１９が内視鏡に設けられていてもよい。
このようにすることで、例えば、管腔の湾曲形状に応じて第２の照明光Ｌ２の射出方向を変更することで、湾曲した管腔内において管腔の奥を第２の照明光Ｌ２で確実に照明することができる。

１ 挿入部
２ 照明装置
３ 第１の照明部
４ 撮像部
５ 第１の照明光学系
６ 第１の発光部
７ 対物光学系
８ 撮像素子
９ チャネル
１０ 第２の照明部
１１ 牽引部材
１２ 第２の照明光学系
１３ 第２の発光部
１４ 外筒
１４ａ 溝
１５ 位置決め部材
１５ａ 突起部
１６ 観察距離算出部
１７ 傾斜方向検出部
１８ 画角制御部
１９ 照明制御部

Claims (9)

1. 被写体に向かって第１の照明光を射出する第１の照明部、前記被写体を撮像する撮像部、および、長手方向に貫通するチャネルを有する細長い挿入部と、
   前記チャネル内に配置され前記被写体に向かって第２の照明光を射出する第２の照明部、および、該第２の照明部の基端に接続され前記チャネルの基端から外部へ延びる細長い牽引部材を有する照明装置とを備え、
   前記第２の照明部は、前記牽引部材が牽引されることによって前記チャネル内から抜去可能に設けられるとともに、前記第１の照明光よりも小さな発散角を有し、かつ、前記撮像部が感度を有する前記第２の照明光を射出する内視鏡システム。
2. 前記第２の照明光が、可視光である請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記第２の照明光が、非可視光である請求項１に記載の内視鏡システム。
4. 前記第２照明光が、略直円錐状に広がる発散光であり、
   前記撮像部によって取得された画像内の前記第２の照明光による照明範囲の寸法に基づいて、前記挿入部の先端から前記被写体までの観察距離を算出する観察距離算出部を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の内視鏡システム。
5. 前記第２照明光が、略直円錐状に広がる発散光であり、
   前記撮像部によって取得された画像内の前記第２の照明光による照明範囲内における明るさの分布に基づいて、前記挿入部の先端に対する前記被写体の傾斜方向を検出する傾斜方向検出部を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の内視鏡システム。
6. 前記撮像部が、第１の画角と、該第１の画角よりも小さい第２の画角との間で画角を変更可能である請求項１から請求項５のいずれかに記載の内視鏡システム。
7. 前記照明装置が、前記チャネル内における長手方向の位置を変更可能に設けられている請求項１から請求項６のいずれかに記載の内視鏡システム。
8. 前記第２の照明部が、前記第２照明光の射出方向を変更可能である請求項１から請求項７のいずれかに記載の内視鏡システム。
9. 内視鏡の挿入部に設けられた長手方向に貫通するチャネル内に挿入可能であり、先端から照明光を射出する照明部と、
   該照明部の基端に接続され、前記チャネルの長さよりも大きな長さを有する細長い牽引部材と、
   前記照明部をチャネル内で位置決めする位置決め部材とを備え、
   前記照明部が、前記挿入部に設けられた照明部から射出される照明光よりも小さな発散角を有し、かつ、前記挿入部に設けられた撮像部が感度を有する前記照明光を射出し、
   前記位置決め部材は、前記照明部を、前記牽引部材が牽引されることによって前記チャネルから取り外し可能に位置決めする照明装置。

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