JPWO2017217231A1 - 制御装置 - Google Patents

Abstract

クロック信号に含まれるジッタ成分の影響を防止することができる医療撮像システムおよび制御装置を提供する。制御装置５は、生成部５１２が生成したクロック信号の周波数を、識別部５１１が識別した識別結果に応じた周波数に設定して出力する変更部５１３と、変更部５１３によって周波数が設定されたクロック信号を、生成部５１２から絶縁して伝送する絶縁伝送部５３と、生成部５１２から見て絶縁伝送部５３の後段側に設けられてなり、絶縁伝送部５３から伝送されたクロック信号に含まれるジッタ成分を除去する除去部５２２と、を備える。

Description

本発明は、電気的に絶縁されている回路間の信号伝送を行う医療撮像システムおよび制御装置に関する。

従来、被検体に接触する側の回路である患者回路と、患者回路との間でクロック信号の送受信等を行う側の回路であって、操作者の安全性を確保するためにグランドに接地された回路である二次回路と、を備える内視鏡システムでは、安全性を確保するため、患者回路と二次回路とを電気的に絶縁している。

患者回路と二次回路との間の信号伝送を行う技術として、患者回路と二次回路との間にパルストランスを設け、このパルストランスを介して患者回路と二次回路との伝送経路を形成する技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００４−２３００６１号公報

しかしながら、上述した特許文献１では、パルストランスを介して二次回路から患者回路へクロック信号を伝送しているため、パルストランスによってクロック信号に含まれるジッタ成分が増長されることにより、ジッタ成分の影響が顕著に表れることがあった。このため、ジッタ成分に対する対策が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、クロック信号に含まれるジッタ成分の影響を防止することができる医療撮像システムおよび制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る医療撮像システムは、被検体内に挿入され、該被検体内の画像データを生成する内視鏡と、該内視鏡が接続される制御装置と、を備えた医療撮像システムであって、前記内視鏡を駆動するためのクロック信号を生成する生成部と、前記制御装置に接続された前記内視鏡の種別を識別する識別部と、前記生成部が生成した前記クロック信号の周波数を、前記識別部が識別した識別結果に応じた周波数に変更して出力する変更部と、前記変更部によって前記周波数が変更された前記クロック信号を、前記生成部から絶縁して伝送する絶縁伝送部と、前記絶縁伝送部から伝送された前記クロック信号に含まれるジッタ成分を除去する除去部と、前記除去部が前記ジッタ成分を除去した前記クロック信号を前記内視鏡へ送信する送信部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る医療撮像システムは、上記発明において、前記変更部は、マルチクロックジェネレータであることを特徴とする。

また、本発明に係る医療撮像システムは、上記発明において、前記絶縁伝送部は、パルストランスを有することを特徴とする。

また、本発明に係る医療撮像システムは、上記発明において、前記絶縁伝送部は、フォトカプラを有することを特徴とする。

また、本発明に係る医療撮像システムは、上記発明において、前記制御装置は、電気的に絶縁される第１および第２の基板を備え、前記第１の基板には、前記生成部、前記識別部および前記変更部が設けられてなり、前記第２の基板には、前記除去部および前記送信部が設けられてなり、前記絶縁伝送部は、前記第１の基板と前記第２の基板との間を絶縁し、かつ、前記変更部によって前記周波数が変更された前記クロック信号を前記除去部へ伝送することを特徴とする。

また、本発明に係る医療撮像システムは、上記発明において、前記内視鏡は、前記制御装置に着脱自在に接続可能なコネクタ部を備え、前記除去部は、前記コネクタ部に設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係る制御装置は、被検体内に挿入され、該被検体内の画像データを生成する内視鏡が接続される制御装置であって、前記内視鏡を駆動するためのクロック信号を生成する生成部と、前記制御装置に接続された前記内視鏡の種別を識別する識別部と、前記生成部が生成した前記クロック信号の周波数を、前記識別部が識別した識別結果に応じた周波数に変更して出力する変更部と、前記変更部によって前記周波数が変更された前記クロック信号を、前記生成部から絶縁して伝送する絶縁伝送部と、前記絶縁伝送部から伝送された前記クロック信号に含まれるジッタ成分を除去する除去部と、前記除去部が前記ジッタ成分を除去した前記クロック信号を前記内視鏡へ送信する送信部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、クロック信号に含まれるジッタ成分の影響を防止することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る内視鏡システムの概略構成を示す図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係る内視鏡システムの要部の機能を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。以下、本発明を実施するための形態を図面とともに詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、本発明に係る医療撮像システムの一例として、患者等の被検体内の体内を撮像して表示する医療用の内視鏡システムについて説明する。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して説明する。

〔内視鏡システムの構成〕
図１は、本発明の一実施の形態に係る内視鏡システムの概略構成を示す図である。図１に示す内視鏡システム１は、被検体内に先端部を挿入することによって被検体内を撮像する内視鏡２（内視鏡スコープ）と、内視鏡２の先端から出射する照明光を発生する光源装置３と、画像を表示する表示装置４と、内視鏡２が被検体内を撮像して生成した画像データに所定の画像処理を施すとともに、内視鏡システム１全体の動作を統括的に制御する制御装置５（プロセッサ）と、を備える。

内視鏡２は、可撓性を有する細長形状をなす挿入部２１と、挿入部２１の基端側に接続され、各種の操作信号の入力を受け付ける操作部２２と、操作部２２から挿入部２１が延びる方向と異なる方向に延び、光源装置３および制御装置５と接続する各主ケーブルを内蔵するユニバーサルコード２３と、を備える。

挿入部２１は、後述する撮像装置（撮像部）を内蔵した先端部２４と、複数の湾曲駒によって構成された湾曲自在な湾曲部２５と、湾曲部２５の基端側に接続され、可撓性を有する長尺状の可撓患部２６と、を有する。

操作部２２は、湾曲部２５を上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ２２１と、体腔内に生体鉗子、レーザメスおよび検査プローブ等の処置具を挿入する処置具挿入部２２２と、光源装置３および制御装置５に加えて、送気手段、送水手段、送ガス手段等の周辺機器の操作指示信号を入力する操作入力部である複数のスイッチ２２３と、を有する。処置具挿入部２２２から挿入される処置具は、先端部２４を経由して開口部（図示せず）から表出する。

ユニバーサルコード２３は、ライトガイドと、集合ケーブルと、を少なくとも内蔵している。ユニバーサルコード２３は、光源装置３に着脱自在なコネクタ部２７（図１を参照）を有する。コネクタ部２７は、コイル状のコイルケーブル２７ａが延設し、コイルケーブル２７ａの延出端に制御装置５と着脱自在な電気コネクタ部２８を有する。電気コネクタ部２８は、内部にＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いて構成される。

光源装置３は、例えばハロゲンランプや白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を用いて構成される。光源装置３は、制御装置５の制御のもと、内視鏡２の挿入部２１の先端側から被写体に向けて所定の波長帯域の光（赤、緑および青）を順次照射する（面順次式）。

表示装置４は、制御装置５の制御のもと、制御装置５が画像処理を施した画像データに対応する画像および内視鏡システム１に関する各種情報を表示する。表示装置４は、液晶や有機ＥＬ（Electro Luminescence）等の表示パネル等を用いて構成される。

制御装置５は、内視鏡２から入力された画像データに対して所定の画像処理を施して表示装置４へ出力するとともに、内視鏡２に撮像部を駆動するためのクロック信号を含む制御信号を出力する。制御装置５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を用いて構成される。

次に、内視鏡システム１の要部の機能について説明する。図２は、内視鏡システム１の要部の機能を示すブロック図である。図２を参照して内視鏡システム１の各部の詳細および内視鏡システム１内の電気信号の経路について説明する。

〔内視鏡の構成〕
まず、内視鏡２の構成について説明する。
図２に示すように、内視鏡２は、光学系２０１と、撮像部２０２と、識別情報記録部２０３と、第１送受信部２０４と、を備える。

光学系２０１は、被写体像を撮像部２０２の受光面に結像する。光学系２０１は、１または複数のレンズおよびプリズム等を用いて構成される。

撮像部２０２は、制御装置５の制御のもと、光学系２０１が受光面に結像した被写体像を受光して光電変換を行うことによって、被写体の画像データを生成し、この画像データを第１送受信部２０４へ出力する。具体的には、撮像部２０２は、第１送受信部２０４を介して制御装置５から入力されるクロック信号に基づいて、被写体の画像データを生成し、この画像データを第１送受信部２０４へ出力する。撮像部２０２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像センサを用いて構成される。

識別情報記録部２０３は、内視鏡２を識別する識別情報を記録する。ここで、識別情報には、内視鏡２を識別するための内視鏡ＩＤ、内視鏡２の画角情報、内視鏡２の年式情報、内視鏡２の種別を示す種別情報、内視鏡２のスペック情報、内視鏡２の画像データの伝送方法、内視鏡２の画像データの伝送レート、および撮像部２０２を駆動するためのクロック信号の周波数に関するクロック情報が含まれる。識別情報記録部２０３は、例えばＲＯＭ（Reaｄ Only Memory）やＦｌａｓｈメモリ等を用いて構成される。

第１送受信部２０４は、撮像部２０２から入力された画像データおよび識別情報記録部２０３が記録する識別情報を制御装置５へ出力するとともに、制御装置５から入力されたクロック信号を撮像部２０２へ出力する。第１送受信部２０４は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いて構成される。また、第１送受信部２０４は、例えば内視鏡２のコネクタ部２７に配置される。

〔制御装置の構成〕
次に、制御装置５の構成について説明する。
制御装置５は、内視鏡２を駆動するためのクロック信号を生成するとともに、画像データにＡ／Ｄ変換等の画像処理を行うデジタル基板５１（二次回路基板）と、内視鏡２から入力された画像データを受信して所定の信号処理を行うアナログ基板５２（患者回路基板）と、デジタル基板５１とアナログ基板５２とを電気的に絶縁するとともに、デジタル基板５１とアナログ基板５２との間の信号伝送を行う絶縁伝送部５３と、を備える。デジタル基板５１およびアナログ基板５２は、互いに異なる基準電位に接地されている。

〔デジタル基板の構成〕
まず、デジタル基板５１について説明する。
デジタル基板５１は、回路を安定に動作させるための接地および内視鏡システム１の操作者の安全性を確保するための接地が施された回路基板である。デジタル基板５１は、識別部５１１と、生成部５１２と、変更部５１３と、画像処理部５１４と、記録部５１５と、制御部５１６と、を有する。

識別部５１１は、制御装置５に接続された内視鏡２の種別を識別する。具体的には、識別部５１１は、アナログ基板５２および絶縁伝送部５３を介して入力された識別情報に基づいて、制御装置５に接続された内視鏡２の種別を識別し、この識別結果を変更部５１３へ出力する。

生成部５１２は、制御装置５に接続される内視鏡２に設けられた撮像部２０２を駆動するためのクロック信号を生成して変更部５１３へ出力する。生成部５１２は、マスタークロックジェネレータを用いて構成される。

変更部５１３は、識別部５１１から入力された識別結果に基づいて、生成部５１２から入力されるクロック信号の周波数を識別部５１１の識別結果に応じた周波数に変更し、この周波数を変更したクロック信号を絶縁伝送部５３へ出力する。変更部５１３は、マルチクロックジェネレータを用いて構成される。

画像処理部５１４は、制御部５１６の制御のもと、絶縁伝送部５３を介して入力された画像データに対して所定の画像処理を行って表示装置４へ出力する。ここで、所定の画像処理とは、例えば、オプティカルブラック減算処理、ホワイトバランス調整処理、カラーマトリクス演算処理、ガンマ補正処理、色再現処理、エッジ強調処理およびフォーマット変換処理等のデジタルの画像処理である。画像処理部５１４は、ＦＰＧＡ等を用いて構成される。

記録部５１５は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）を用いて構成され、画像データや内視鏡システム１に関する各種情報を記録する。また、記録部５１５は、内視鏡システム１が実行するプログラムを記録するプログラム記録部５１５ａを有する。

制御部５１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を用いて構成され、内視鏡システム１を構成する各部を統括的に制御する。

〔アナログ基板の構成〕
次に、アナログ基板５２について説明する。
アナログ基板５２は、デジタル基板５１と絶縁され、デジタル基板５１の基準電位と異なる基準電位で接地された回路基板である。アナログ基板５２は、第２送受信部５２１と、除去部５２２と、を有する。

第２送受信部５２１は、絶縁伝送部５３を介して入力されたクロック信号を受信し、この受信したクロック信号を除去部５２２へ出力する。また、第２送受信部５２１は、後述する除去部５２２によってジッタ成分が除去されたクロック信号を受信し、このジッタ成分が除去されたクロック信号を、第２送受信部５２１を介して内視鏡２の第１送受信部２０４へ送信する。さらに、第２送受信部５２１は、内視鏡２の第１送受信部２０４から入力された画像データに対して、ノイズ除去処理やゲイン調整処理を行って後に、Ａ／Ｄ変換を行ってデジタルの画像データを生成し、このデジタルの画像データを、絶縁伝送部５３を介して画像処理部５１４へ出力する。第２送受信部５２１は、ＦＰＧＡ等を用いて構成される。なお、本実施の形態では、第２送受信部５２１が送信部として機能する。

除去部５２２は、生成部５１２から見て絶縁伝送部５３の後段側に設けられる。除去部５２２は、第２送受信部５２１から入力されたクロック信号に含まれるジッタ成分を除去して第２送受信部５２１へ出力する。除去部５２２は、クロッククリーナ等を用いて構成される。

次に、絶縁伝送部５３について説明する。
絶縁伝送部５３は、変更部５１３によって周波数が変更されたクロック信号を、生成部５１２から絶縁して第２送受信部５２１へ伝送する。絶縁伝送部５３は、アイソレーションアンプ等を用いて構成される。具体的には、絶縁伝送部５３は、第１パルストランス５３１と、第２パルストランス５３２と、を有する。

第１パルストランス５３１は、デジタル基板５１とアナログ基板５２との間に設けられてなり、変更部５１３から入力されたクロック信号を第２送受信部５２１へ伝送する。第１パルストランス５３１は、磁性体コアに一次巻線と二次巻線とが施されてなり、一次巻線と二次巻線とにより、デジタル基板５１とアナログ基板５２とを絶縁する。

第２パルストランス５３２は、デジタル基板５１とアナログ基板５２との間に設けられてなり、第２送受信部５２１から入力されたデジタルの画像データを画像処理部５１４へ伝送する。第２パルストランス５３２は、磁性体コアに一次巻線と二次巻線とが施されてなり、一次巻線と二次巻線とにより、デジタル基板５１とアナログ基板５２とを絶縁する。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、除去部５２２が絶縁伝送部５３から伝送されたクロック信号に含まれるジッタ成分を除去し、第２送受信部５２１が除去部５２２によってジッタ成分が除去されたクロック信号を内視鏡２へ送信するので、クロック信号に含まれるジッタ成分の影響を防止することができる。

また、本発明の一実施の形態によれば、変更部５１３をマルチクロックジェネレータによって構成し、変更部５１３が生成部５１２によって生成されたクロック信号の周波数を識別部５１１が取得した識別情報に基づく識別結果に応じた周波数に変更して出力するので、制御装置５に接続される内視鏡２の種別毎にクロック信号を発信する発信器の数を省略することができるので、回路基板の小型化を図ることができる。

さらに、本発明の一実施の形態によれば、変更部５１３をジッタ性能が劣るマルチクロックジェネレータによって構成した場合であっても、除去部５２２が絶縁伝送部５３から伝送されたクロック信号に含まれるジッタ成分を除去するので、クロック信号に含まれるジッタ成分の影響を防止することができる。

また、本発明の一実施の形態では、絶縁伝送部５３を第１パルストランス５３１および第２パルストランス５３２によって構成していたが、他のアイソレーションアンプを用いて構成してもよい。例えば画像データまたはクロック信号を光信号に変換して出力するとともに、光信号を受光して電気信号に変換するフォトカプラ等を用いて構成してもよい。

また、本発明の一実施の形態では、除去部５２２がアナログ基板５２に設けられていたが、例えば内視鏡２の電気コネクタ部２８内に設け、第１送受信部２０４が受信したクロック信号に対して、ジッタ成分を除去してもよい。

また、本発明の一実施の形態では、変更部５１３をマルチクロックジェネレータによって構成していたが、例えば互いに周波数が異なるクロック信号を選択可能なように複数のクロックジェネレータを用いて構成してもよい。

また、本発明の一実施の形態では、伝送ケーブルを介して画像データを制御装置５へ送信していたが、例えば有線である必要はなく、無線であってもよい。この場合、所定の無線通信規格（例えばＷｉ−Ｆｉ（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））に従って、画像データ等を制御装置へ送信するようにすればよい。もちろん、他の無線通信規格に従って無線通信を行ってもよい。

また、本発明の一実施の形態では、制御装置５と光源装置３とが別体であったが、これに限定されることなく、例えば制御装置と光源装置とを一体的に形成してもよい。

また、本発明の一実施の形態では、同時式の内視鏡を例に説明したが、面順次式の内視鏡であっても適用することができる。

また、本発明の一実施の形態では、被検体に挿入される内視鏡であったが、例えばカプセル型の内視鏡または被検体を撮像する撮像装置であっても適用することができる。

また、本発明の一実施の形態では、軟性内視鏡（上下内視鏡スコープ）以外にも、硬性内視鏡、副鼻腔内視鏡および電気メスや検査プローブ等の電磁両立性（Electro Magnetic Compatibility：EMC）対策が必要な医療装置であっても適用することができる。

以上、本願の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

１ 内視鏡システム
２ 内視鏡
３ 光源装置
４ 表示装置
５ 制御装置
２１ 挿入部
２２ 操作部
２７ コネクタ部
５１ デジタル基板
５２ アナログ基板
５３ 絶縁伝送部
２０１ 光学系
２０２ 撮像部
２０３ 識別情報記録部
５１１ 識別部
５１２ 生成部
５１３ 変更部
５１４ 画像処理部
５１５ 記録部
５１５ａ プログラム記録部
５１６ 制御部
５２１ 第２送受信部
５２２ 除去部
５３１ 第１パルストランス
５３２ 第２パルストランス

Claims (7)

1. 被検体内に挿入され、該被検体内の画像データを生成する内視鏡と、該内視鏡が接続される制御装置と、を備えた医療撮像システムであって、
   前記内視鏡を駆動するためのクロック信号を生成する生成部と、
   前記制御装置に接続された前記内視鏡の種別を識別する識別部と、
   前記生成部が生成した前記クロック信号の周波数を、前記識別部が識別した識別結果に応じた周波数に変更して出力する変更部と、
   前記変更部によって前記周波数が変更された前記クロック信号を、前記生成部から絶縁して伝送する絶縁伝送部と、
   前記絶縁伝送部から伝送された前記クロック信号に含まれるジッタ成分を除去する除去部と、
   前記除去部が前記ジッタ成分を除去した前記クロック信号を前記内視鏡へ送信する送信部と、
   を備えたことを特徴とする医療撮像システム。
2. 前記変更部は、マルチクロックジェネレータであることを特徴とする請求項１に記載の医療撮像システム。
3. 前記絶縁伝送部は、パルストランスを有することを特徴とする請求項１または２に記載の医療撮像システム。
4. 前記絶縁伝送部は、フォトカプラを有することを特徴とする請求項１または２に記載の医療撮像システム。
5. 前記制御装置は、
   電気的に絶縁される第１および第２の基板を備え、
   前記第１の基板には、前記生成部、前記識別部および前記変更部が設けられてなり、
   前記第２の基板には、前記除去部および前記送信部が設けられてなり、
   前記絶縁伝送部は、前記第１の基板と前記第２の基板との間を絶縁し、かつ、前記変更部によって前記周波数が変更された前記クロック信号を前記除去部へ伝送することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の医療撮像システム。
6. 前記内視鏡は、
   前記制御装置に着脱自在に接続可能なコネクタ部を備え、
   前記除去部は、前記コネクタ部に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の医療撮像システム。
7. 被検体内に挿入され、該被検体内の画像データを生成する内視鏡が接続される制御装置であって、
   前記内視鏡を駆動するためのクロック信号を生成する生成部と、
   前記制御装置に接続された前記内視鏡の種別を識別する識別部と、
   前記生成部が生成した前記クロック信号の周波数を、前記識別部が識別した識別結果に応じた周波数に変更して出力する変更部と、
   前記変更部によって前記周波数が変更された前記クロック信号を、前記生成部から絶縁して伝送する絶縁伝送部と、
   前記絶縁伝送部から伝送された前記クロック信号に含まれるジッタ成分を除去する除去部と、
   前記除去部が前記ジッタ成分を除去した前記クロック信号を前記内視鏡へ送信する送信部と、
   を備えたことを特徴とする制御装置。

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