TWI665998B - 內視鏡裝置 - Google Patents

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Abstract

提供高解析度的小型輕量的內視鏡裝置。
本發明的內視鏡裝置(100)，具備：插 入體腔內，導引來自被攝物體的光的插入部(110)；裝設於插入部(110)，照射被攝物體的照明機構(120)；具備配置成矩陣狀的8K位階以上的畫素，接收藉由插入部(110)所導引的來自被攝物體的反射光，將被攝物體的攝像信號輸出的攝像元件，且可安裝插入部(110)及照明裝置(120)，並可藉由人手把持/搬運的攝像裝置；攝像裝置(130)，其內藏攝像元件(131)的架設部(135)的垂直於光軸的剖面積，係大於或等於以人手把持/運搬的把持部(136)的垂直於光軸的剖面積。

Description

內視鏡裝置
本發明係有關於內視鏡裝置。詳細為使用8K高解析度影像技術的內視鏡裝置。
將細長的插入部插入體腔內，用以攝影體腔內的樣子而施行微創手術的內視鏡正被廣泛地利用。最近，日本國民罹患癌症的機率約為50%，內視鏡的利用有更擴大的傾向。
此外，因為通信技術、影像處理技術、光學技術的發展，稱為8K的高解析度影像技術持續被實用化。不過，2K→4K→8K的變化並不只是單純的記憶體增加，在利用內視鏡的醫療機器領域、微創手術的領域，也持續引起實質的技術革新。若在內視鏡裝置適用8K高解析度影像技術，例如，可以辨識手術用的細線或臓器的微細患部、臓器/組織間的邊界，也實現細胞等級的觀察。藉此，手術的信賴性/確實性變高，醫療技術的進展備受期待。也就是說，臓器患部的識別性提高，不小心傷到患部以外的風險降低。又，手術視野能夠擴大，即便是施術範圍廣的情況下，手術也變得容易，手術機器位置的確認 或避免手術機器間的干擾也變得簡單。再來，也可以大畫面觀察，手術關係者全員能夠共有相同影像，溝通變得順利(參照非專利文獻1)。這樣的話，8K高解析度影像技術的利用潛在有巨大的發展性。
[先前技術文獻] [非專利文獻]
[非專利文獻1]山下紘正，「8K電視技術的在內視鏡手術的應用」，2015年度第1回光技術動向調査委員會，2015年5月25日公開
但是，在利用8K高解析度影像技術(以下，也會單稱8K)時，也持續發現需變革的點。
圖17表示從前的8K攝像裝置之例。至此為止因為8K影像技術也能在播送領域發展，安裝於內視鏡裝置而利用時會有大型且重量重的缺點。即便是2人的手術支援者抱著也相當重。又，在利用內視鏡裝置的微創手術，利用人手來控制攝像處所的微妙變化，操作內視鏡裝置時，將其小型化以將把持部收於手中者較合適。
本發明鑑於上述情事，目的為提供一種高解析度的小型輕量的內視鏡裝置。
為了解決上述課題，關於本發明的第1態樣的內視鏡裝置100，例如如圖1所示，具備：插入體腔內，導引來自被攝物體A的光的插入部110；裝設於插入部110，照射被攝物體A的照明機構120；具有搭載配置成矩陣狀的8K位階以上的畫素，接收藉由插入部110所導引的來自被攝物體A的反射光，將被攝物體A的攝像信號輸出的攝像元件131，且可安裝插入部110及照明裝置120，並可藉由人手把持/搬運的攝像裝置130；其中，攝像裝置130，其內藏攝像元件131的架設部135的垂直於光軸OA(圖5的一點鏈線)的剖面積，係大於或等於以前述人手把持/運搬的把持部136的垂直於光軸OA的剖面積較佳。
在這裡所稱「8K等級」或「8K相當」是指與能以8K(7680×4320畫素)實現的高精細解析度影像同等的解析度的程度。然而，在現實社會中，也有使用比4K解析度(3840×2160畫素)解析度還高的解析度的情形。因此，在這裡說的是比6K解析度(具體來說，係1訊框的畫素數為2000萬以上)還高的情況。因為是「8K位階以上」，故可以使用8K解析度(7680×4320畫素)以上的畫素數。
又，作為典型的剖面積，在8K之中架設部135為80±10mm×80±10mm、把持部136為60±10mm×53±10mm 較佳。若架設部135過大的話會變重，過小的話畫素間距不足則影像變得不鮮明。把持部136過大或過小都不容易把持。因為「8K以上」，故架設部135的剖面積較大也可以。
這樣構成的話，能夠提供具備高解析度的小型輕量的攝像裝置130之內視鏡裝置。
此外，例如將攝像裝置130置於水平面時因為使光軸呈水平等的理由，即便是在把持部136的後方安裝與架設部135同等剖面積的突緣等情形也一樣，將架設部135的剖面積與把持部136的剖面積相比較。
又，關於本發明的第2態樣的內視鏡裝置100，例如如圖1所示，具備：插入體腔內，導引來自被攝物體A的光的插入部110；裝設於插入部110，照射被攝物體A的照明機構120；具有搭載配置成矩陣狀的8K位階以上的畫素，接收藉由插入部110所導引的來自被攝物體A的反射光，將被攝物體A的攝像信號輸出的攝像元件131，且可安裝插入部110及照明裝置120，並可藉由人手把持/搬運的攝像裝置130；其中，攝像元件的間距為2.8μm以上，3.8μm以下。
畫素的間距(畫素間距)P為2.8~3.8μm較適切。間距過小會產生干涉影像會糢糊。過大的話基板會變大，體積/重量、速度等會變得不利。3.0~3.5μm又更適切。
又，關於本發明的第3態樣的內視鏡裝置 100，在第1態樣中，例如如圖1所示，照明裝置120、攝像裝置130、及控制裝置140分別以個別體構成，攝像裝置130的重量為500g以下。
在其中，在控制裝置140包含：控制部141、影像處理部142、記憶部143。將該等部分配置於攝像裝置130外，是為了使攝像裝置130輕量化。又，藉由將攝像裝置130的框體以輕量金屬或輕量塑膠(FRP等)製造，來將攝像裝置130輕量化。此外，即便控制裝置140的全部分並未配置於攝像裝置140之外，而僅將不影響重量的部分殘留於攝像裝置140內也可以。例如重量的90%以上配置於攝像裝置140之外也可以。
現時點從前經輕量化的內視鏡裝置重量為2.2kg(參照圖17)。在本態樣中，除了第1態樣的小型化以外，藉由上述輕量化，能使攝像裝置130的重量為500g以下。
這樣構成的話，能夠使攝像裝置比第1態樣更加輕量化。
又，關於本發明的第4態樣的內視鏡裝置100，在第1至第3中的任一態樣中，例如如圖1所示，插入部110具有：包含80度以上視角的對物透鏡112之透鏡系統、及將從照明裝置120所供給的光擴散而射出至被攝物體A的擴散層。
在此，藉由在對物透鏡使用廣角透鏡，能實現更廣的視角。作為8K相當，80度~180度較佳。
這樣構成的話，藉由透鏡系統，能將視角擴大。
又，關於本發明的第5態樣的內視鏡裝置100，在第1至第4中任一態樣中，例如如圖1及圖7所示，攝像裝置130具有將畫素電壓變換成畫素資料的A/D轉換部；該內視鏡裝置100更具備：具有將從攝像裝置130提供的畫素資料記憶的記憶部143、構築來自畫素資料的訊框資料，將訊框資料作加工處理，且使用數位變焦調整成訊框資料的倍率的影像處理部142之控制裝置140；將在影像處理部142所構築的訊框資料以大畫面顯示的顯示裝置150。
在此，數位變焦(電子變焦)指的是將攝影影像的一部分切取出並擴大。因為8K在細部也能得到高解析度，擴大也不會造成鮮明度劣化。此外，縱橫的倍率也可以改變。又，「大畫面」指的是30吋以上的監視器畫面。
這樣構成的話，藉由數位變焦，即便視角變大也能得到高解析度。
為了解決上述問題，關於本發明的第6態樣的內視鏡裝置100，例如圖1所示，具備：插入體腔內，導引來自被攝物體A的光的插入部110；裝設於插入部110，照射被攝物體A的照明機構120；具有搭載配置成矩陣狀的8K位階以上的畫素，接收藉由插入部110所導引的來自被攝物體A的反射光，將被攝物體A的攝像信號輸出的攝像元件131，且可安裝插入部110及照明裝置 120，並可藉由人手把持/搬運的攝像裝置130；且該內視鏡裝置100更具備：具有將從攝像裝置130提供的畫素資料記憶的記憶部143、構築來自畫素資料的訊框資料，將訊框資料作加工處理，且使用數位變焦調整成訊框資料的倍率的影像處理部142之控制裝置140；將在影像處理部142所構築的訊框資料以大畫面顯示的顯示裝置150；其中，插入部110的前端與被攝物體的距離A可在1至15cm內聚焦於被攝物體A。
在這裡，插入部110的前端與被攝物體A的距離，從手術空間的寬廣及容易觀察手術區域來看，為1至15cm較佳，8至12cm更佳。
這樣構成的話，因為將插入部110的前端與被攝物體A間的距離遠離，能夠在插入部110的前端與被攝物體A之間作出寬廣的手術空間。因此，不只是手術部分，也能夠顯示其周圍廣範圍的區域影像。又，能夠達成微創即單孔式手術，能減少手術器具間的衝突。
又，藉由在8K使用數位變焦，微小區域也能以高精細觀察。藉由放大/縮小，能同時在微小區域與廣範圍作切替。藉此，能夠短縮手術器具的取換時間。
又，因為以大畫面顯示，施術時手術關係者全員能共享影像。又，不需要放大鏡。
這樣的廣手術空間的創生和數位變焦和大畫面顯示能強力地改變手術環境。改善成信賴性高，安全/安心的醫療。
又，關於本發明的第7態樣的內視鏡裝置，插入部110的筒狀部111長度為10至20cm。
這樣構成的話，因為插入部110的長度縮短，能縮小因把持攝像裝置的操作者的手振所引起的影像搖動。又，因為較少的中繼透鏡數，光的減衰或像差減少，成為明亮的透鏡系統。因此，能得到鮮明的影像。
根據本發明，能夠提供高解析度的小型輕量內視鏡裝置。
100‧‧‧內視鏡裝置
110‧‧‧插入部
111‧‧‧筒狀部
112‧‧‧對物透鏡
113‧‧‧中空導光區域
114‧‧‧接目透鏡座架
115‧‧‧接目透鏡
120‧‧‧照明裝置
121‧‧‧光纖
122‧‧‧擴散層
123‧‧‧光源部
125‧‧‧LED元件
126‧‧‧第1驅動電路
130‧‧‧攝像裝置
131‧‧‧攝像元件
132‧‧‧第2驅動電路
133‧‧‧A/D轉換部
134‧‧‧發送部
135‧‧‧架設部
136‧‧‧把持部
137，137A，137B‧‧‧冷卻機構(珀耳帖元件)
138‧‧‧框體
139A‧‧‧吸氣口
139B‧‧‧排氣口
140‧‧‧控制裝置
141‧‧‧控制部
142‧‧‧影像處理部
143‧‧‧記憶部
144‧‧‧輸入輸出IF
145‧‧‧輸入裝置
146‧‧‧電纜
150‧‧‧顯示裝置
211‧‧‧圓周部
221‧‧‧光纖
231‧‧‧基板
232‧‧‧圓形框體
233‧‧‧光圈
234‧‧‧搭載攝像元件的基板的框部
A‧‧‧被攝物體
OA‧‧‧光軸
[圖1]表示有關實施例1的內視鏡裝置的構成的圖。
[圖2]表示照明裝置及攝像裝置的詳細構成的圖。
[圖3]用以說明攝像元件的畫素間距的圖。
[圖4]攝像裝置的外觀圖。
[圖5]表示攝像裝置的基板配置及框體尺寸的圖。圖5(a)為正面圖、圖5(b)為平面圖、圖5(c)為A-A剖面圖。
[圖6]攝像裝置的部件的組立圖。圖6(a)為分解圖、圖6(b)為組立後的完成體斜視圖。
[圖7]表示控制裝置的詳細構成的區塊圖。
[圖8]表示插入部中的筒狀部內的光纖配置的圖。圖 8(a)表示光纖為1條的構成、圖8(b)表示複數光纖沿著圓周配置的構成。
[圖9]表示8K與2K的內視鏡影像的比較例(其1)的圖。圖9(a)為內視鏡影像(攝影影像)、圖9(b)為在2K的256倍擴大影像、圖9(c)為在8K的256倍擴大影像的圖。
[圖10]用來說明使用8K內視鏡的新手術空間的圖。
[圖11]將8K內視鏡系統的構成例以模式表示的圖。
[圖12]表示8K與2K的內視鏡影像的比較例(其2)的圖。圖12(a)為2K內視鏡影像(攝影影像及其一部分擴大圖)、圖12(b)為8K內視鏡影像(攝影影像及其一部分擴大圖)。
[圖13]用以為說明臓器/組織間的邊界(黏接界面)的觀察法的圖。圖13(a)為用以說明能識明黏接界面的圖、圖13(b)為用以說明將黏接界面切離的圖。
[圖14]為比較2K內視鏡的視野與8K內視鏡的視野的圖。圖14(a)為表示8K內視鏡影像之例的圖、圖14(b)為表示2K內視鏡影像之例的圖。
[圖15]用來說明在單孔式手術中的8K內視鏡的優位性的圖。
[圖16]用來說明在手術器具交換時的8K內視鏡的優位性的圖。圖16(a)為用以說明以2K內視鏡的手術 器具的交換的圖、圖16(b)為用以說明以8K內視鏡的手術器具的交換的圖。
[圖17]表示從前的攝像裝置的例之圖。
[實施形態]
以下，參照圖式詳細說明有關本發明的實施形態的內視鏡裝置。
[實施例1]
圖1表示本實施例的內視鏡裝置的構成。關於本實施形態的內視鏡裝置100主要是作為腹腔鏡或管腔鏡使用的硬性鏡，具備：插入部110、照明裝置120、攝像裝置130、控制裝置140、及顯示裝置150。
插入部110為插入被檢驗者等的體腔內的細長構件。插入部110具有：筒狀部111、對物透鏡112、及中空導光區域113。
圓筒部111為由不銹鋼鋼材等金屬材或硬質的樹脂材等，例如，以直徑8mm~9mm的圓筒狀或楕圓筒狀形成的構件。在圓筒部111的基端附近的側面，以裝卸可能的方式安裝照明裝置120，此外，在圓筒部111的基端部，以裝卸可能的方式安裝攝像裝置130。
對物透鏡112為將照明裝置120所照射而被體腔內的被攝物體A反射的光吸收的導光機構。對物透鏡 112，例如，以廣角透鏡構成。藉此，可以得到更廣的視角。視角較佳為80度~180度以上。對物透鏡112配置成從插入部110的前端面露出。對物透鏡112，將來自被攝物體A的反射光集光，通過中空導光區域113，將被攝物體A的像成像在配置攝像裝置130的攝像元件131(參照圖2)的攝像面。對物透鏡112的側面被利用黏接劑等固定在筒狀部111的前端部的內壁面，插入部110的前端面被密封。
中空導光區域113為配置於圓筒部111的基端部與前端部之間的空間，作為將通過對物透鏡112的光導光至攝像裝置130的導光機構作用。
圖2表示內視鏡裝置100的照明裝置120與攝像裝置130的詳細構成的圖。照明裝置120具備：光纖121、擴散層122、光源部123。光纖121被從光源部123拉出，由黏接劑等固定於筒狀部111的內面，延伸至筒狀部圓筒部的前端部的擴散層122。
擴散層122(參照圖1)將通過光纖121的由光源部123所供應的光擴散並輸出。擴散層122，例如，由將入射光擴散並射出的擴散板或擴散透鏡等構成。將光擴散是為了覆蓋由廣角的對物透鏡112所得到的視角。
光源部123將用以照明被攝物體A的光供應至光纖121的基端部。光源部123具備LED(Light Emitting Diode)元件125及第1驅動電路126。此外，雖可以使用氙燈管來取代LED元件125，但在該情況下光源 部123與插入部110分離設置，通過長線將照明光導入插入部110。
LED元件125在內部內藏有發出紅(R)、綠(G)、藍(B)3色光的元件，將經混色而成的白色光照射至光纖121的入射端。
第1驅動電路126依照控制裝置140的控制來驅動LED元件125。第1驅動電路126依照控制裝置140的控制，藉由PWM控制等，將LED元件調光控制。
攝像裝置130以裝卸可能的方式裝設於插入部110的基端部，藉由通過圓筒部111的中空導光區域113而入射的光，將被攝物體A的影像攝像，並將攝像的影像提供至控制裝置140。更詳細來說，攝像裝置130具有：攝像元件131、第2驅動電路132、A/D轉換部133、發送部134。
圖3為用以說明攝像元件的畫素間距的圖。攝像元件131由所謂的8K，即7680×4320畫素(畫素)的色彩影像感測器構成。因此，根據8K的內視鏡裝置100，能夠得到高精細的攝像影像。
但是，僅將影像感測器的畫素數單純地設為8K(7680×4320畫素)，未必能在顯示裝置(顯示器)150上實現8K的真解析度(影像的緻密度)。
為了真的實現8K的解析度，「畫素的大小要大」是必要的。影像感測器的畫素大小若過小的話，因為光的繞射極限而無法解析，會變成模糊的影像。適用於內視鏡的 情況，因為有要能夠插入體腔內的這種限制，由於內視鏡的內藏透鏡的口徑非常小，若維持這樣的話，難以使用大型的影像感測器。
又，有考慮到將導入內視鏡內的光徑藉由擴大透鏡完全擴大至充滿影像感測器。但是，倍率越上升(越遠離焦距)，畫面上的影像圓的面積雖增加，但得到反射光的視角範圍就變得越窄。因此，會有影像感測器所接受的光(光子)量減少，影像會變暗的問題。這個問題可以藉由將在8K中影像感測器的感度變成4倍使液晶監視器變亮來解決。
為了實現8K的解析度，將攝像元件131的畫素間距P設為被攝物體A的照明時所使用的主要光的繞射極限以上的大小。具體來說，間距P係設定成比從擴散層122出射的照明光波長還大的值，即設定成比相當於LED元件125的發光光的波長的基準波長λ還大的值。此外，照明光包含複數波長的光時，基準波長λ為構成照明光的三原色光中波長最長的光，即意味地以紅光為主成份的波長。也就是說，意味著在對應紅色的光譜區域能量最大的波長。
又，若將透鏡系統的開口度(f值)加大的話，雖會變亮但解析度降低。將開口度縮小，雖解析度上升但變暗。因此，可以得知在8K中開口度(f值)為10~16，畫素的間距(畫素間距)P為2.8~3.8μm較適切。間距過小會產生干涉影像會糢糊。過大的話基板會變 大，體積/重量、速度等會變得不利。3.0~3.5μm又更適切。將畫素的間距P設為2.8~3.8μm的話，攝像元件131的尺寸成為約20~30mm×12~18mm。將其藉由搭載攝像元件131的基板的框部234、圓形的接目透鏡座架部114來包圍，再以矩形的框部及框體138來包圍後，搭載攝像元件131的架設部135的尺寸成為例如80mm×80mm×30mm。相對於此把持部136的尺寸，從把持及操作的容易度來看，例如成為60mm×53mm×105mm(參照圖5)。因此，在8K以上，考量縱/橫的尺寸會有±10mm的變化，典型地，內藏攝像元件131的架設部135的垂直於光軸的剖面積，係大於或等於以人手把持/搬運的把持部136的垂直於光軸的剖面積。此外，將架設部設為圓形的話，架設部的尺寸例如成為70mmΦ×30mm。這也一樣，內藏攝像元件131的架設部的垂直於光軸的剖面積，係大於或等於以人手把持/運搬的把持部的垂直於光軸的剖面積。
因為畫素數多，在1畫素可以記錄微細區域的色彩。例如在8K可以識別20μ的細線。(在2K雖以肉眼看得見畫素，但8K看不見)8K的畫素數(約3,300萬)為2K(約200萬)的16倍。在顯示裝置150(參照圖1)中，以畫素數=視角(監視器面積)×畫素密度來表示。例如，視野成為2K的4倍後，畫素密度也成為2K的4倍。觀察監視器畫面的視角設為在2K為30度、在4K為60度、在8K為100度的話，因為臨場感在100度幾乎飽和，若想要求臨場感的話，8K即已足夠。
攝像元件131可以具備相當於8K以上的畫素。又，在現實社會中，即便是8K以下的元件數，因為比4K能得到更鮮明的影像，因此會有將其稱為8K來販賣等的情形。因此，也可以說畫素數6K相當於8K。
圖4為攝像裝置130的外觀圖、圖5表示攝像裝置130的基板配置及框體尺寸的圖、圖6表示部件的組立圖。圖5(a)為正面圖、圖5(b)為平面圖、圖5(c)為A-A剖面圖。圖6(a)為分解圖、圖6(b)為組立後的完成體斜視圖。架設部135以約80mm×80mm×30mm來架設光圈233及攝像基板(搭載攝像元件131)。在架設部135安裝有架設接目透鏡115的接目透鏡座架部114，在接目透鏡座架部114安裝有插入部110。把持部136為約60mm×53mm×105mm，成為能在手中把持的尺寸。為了實裝要求有8K的畫素間距×畫素數的攝像基板，成為架設部135的剖面積≧把持部136的剖面積。在圖5中，137A為將搭載攝像元件131的基板冷卻的珀耳帖元件、137B為將留在攝像裝置130的控制用基板231(也可以沒有)冷卻的珀耳帖元件(也可以沒有)、232為以圓形框體抵接於接目透鏡座架部114的框體(相同尺寸)、連結至光圈233。在圖6中，232為圓形框體、234為搭載攝像元件131的基板的框體。
又，為了小型輕量化，框體138例如使用輕量金屬(Al等)或FRP(例如將尼龍粉體加工者)，藉由將控制裝置140的主要部、照明裝置120及冷卻用扇移 出從前的攝像裝置，藉此能夠實現重量為500g以下。藉此，操作/搬運變得容易，手術的信賴性大幅提升。
在這裡，回到圖2。第2驅動電路132依照控制裝置140的控制，控制攝像元件131的曝光開始及結束，此外，讀出各畫素的電壓信號(畫素電壓)。
A/D轉換部133將第2驅動電路132從攝像元件131讀出的畫素電壓轉換成數位資料(影像資料)，向發送部133輸出。
發送部134將從A/D轉換部133輸出的輝度資料輸出至控制裝置140。
圖7為表示控制裝置140的詳細構成的區塊圖。控制裝置140為控制內視鏡裝置100全體的裝置，具備：控制部141，影像處理部142、記憶部143、輸入輸出IF(介面)144、及輸入裝置145。
控制部141由CPU(Central Processing Unit)、記憶體等構成，使記憶部143記憶從發送部134發送的輝度資料，此外，使影像處理部142處理影像資料，此外，顯示於顯示裝置150。控制部141更控制第1驅動電路126、第2驅動電路132。
影像處理部142由影像處理器等構成，依照控制部141的控制，將記憶於記憶部143中的影像資料作處理，將1訊框份的影像資料(訊框資料)再生並再儲存於記憶部143。此外，影像處理部142對記憶於記憶部143中的訊框單位影像資料施加各種影像處理。例如，影 像處理部142進行將各影像框架以任意的倍率來擴大/縮小的擴大/縮小處理。
擴大/縮小係使用數位變焦。因為記憶部143蓄積有鮮明的影像，即便以數位變焦擴大影像也不會模糊。因此，因為能將廣視野的範圍的影像鮮明地顯示，能夠提供廣視野的手術空間。又，將數位變焦與影像處理(鮮明化處理)併用的話，例如藉由強調患部與其他部分的對比度來表現等，能夠得到更鮮明的影像。
根據本實施形態的內視鏡裝置100，作為照明裝置120的光源使用能得到高能量的LED元件125。因此，能夠得到高亮度照明光，進而得到高亮度影像。
圖8表示插入部110中的筒狀部111內的光纖121配置的圖。圖8(a)表示將本實施例的光纖121為1條的構成、圖8(b)表示從前的複數光纖221沿著圓筒部211配置的構成。
此外，因為將照明光藉由配置於圓筒部111內壁的光纖121來引導，能夠將圓筒部111的中空導光部113的空間有效活用於來自被攝物體A的光的導光。更具體說明的話，作為內視鏡裝置100的照明形態，如圖8(b)所示，在圓筒部211的圓周上配置光纖221的方式是已知的。在該方法中，因為照明用光纖221，圓筒部211內的空間被占有。因此，被攝物體影像的行經路被變窄，難以將大影像投影至攝像元件131的攝像面。相對於此，在內視鏡裝置100中，如圖8(a)所示，擴大圓筒 部111的中空導光部113能利用於來自被攝物體A的光的導光。內視鏡裝置100的情形，因為插入部的外徑有限制，對於有效活用導光中空部113能達成大的效果。
圖11為將8K內視鏡系統的構成例以模式表示的圖。8K內視鏡系統100的主要部為插入部110及攝像裝置130。插入部110例如由外形10mm、透鏡系統6mm的硬性鏡鏡筒來構成，攝像裝置130例如由作為攝像元件131而具有CMOS的8K攝影機頭來構成。作為照明裝置120的光源部123使用氙光源，結合插入部110的目鏡及攝像裝置130的透鏡架設部。在攝像裝置130所攝像的影像資料通過作為第2驅動電路132的攝影機控制單元記憶於作為控制裝置140的記憶部143的8K用記錄器，通過控制部141顯示於作為顯示裝置150的液晶監視器(表示出8K解析度)150。
圖9表示8K與2K的內視鏡影像的比較例(其1)。圖9(a)為2K內視鏡影像(攝影影像)、圖9(b)為在2K的256倍擴大影像(切取出一部分)、圖9(c)為在8K的256倍擴大影像的圖(切取出一部分)。該等內視鏡影像為表示豬的腹腔內者。在2K影像中若擴大的話有細部會崩潰成為無法辨識的情形，在8K影像中，能夠辨識例如10-0的縫合線(直徑0.020~0.029mm)。
圖12表示8K與2K的內視鏡影像的比較例(其2)。圖12(a)為2K內視鏡影像(攝影影像及其一 部分擴大圖)、圖12(b)為8K內視鏡影像(攝影影像及其一部分擴大圖)。大腸表面血管在2K影像中雖不鮮明，但在8K影像中可以以高精細觀察到。
圖13為用以為說明臓器/組織間的邊界(黏接界面)的觀察法的圖。圖13(a)為用以說明能識明黏接界面的圖、圖13(b)為用以說明將黏接界面切離的圖。為了安全地切離臓器/組織間的黏接界面，需要辨別邊界。若是8K內視鏡影像的話，難以辨明的邊界也能夠正確地辨別，並安全切離。也可以識別正常部分與癌等的異常部分。
圖14為比較2K內視鏡的視野與8K內視鏡的視野的圖。圖14(a)為表示8K內視鏡影像之例的圖、圖14(b)為表示2K內視鏡影像之例的圖。從前的2K內視鏡僅能看到狹窄的中心區域，在其周邊若有出血點的話就會漏掉。不過，8K內視鏡不只是中心區域(手術區域)，因為能夠切換包含其周圍廣範圍的影像或同時顯示，周邊的出血點也能被看到，能夠安心。
圖10用來說明使用8K內視鏡的新手術空間的圖。
在8K影像中，能擴大視角，且能以保持鮮明度擴大。因此，例如，能夠以縮小來掌握手術機器的前端位置，通過手術機器的出入操作，進行手術機器前端的定位，並放大觀測。又，若視角越廣，置於拉動固定攝影機的位置並攝影，能夠以數位變焦擴大並顯示寬廣的手術空 間。藉此，能實現廣視野的手術空間，也能夠適應施術範圍廣的手術。例如，不需移動攝影機即可回避手術機器的干擾等。又，也能夠將施術處所放大的擴大影像與放大前的廣視角影像一同顯示。
圖15為用來說明在單孔式手術中的8K內視鏡的優位性的圖。若使用8K內視鏡攝影的話，因為能在遠離被攝物體A的位置攝影，能易於避開與手術器具的衝突。雖單孔式手術被評價為微創性(患者的負擔小)，但手術器具移動自由度低。8K內視鏡可以從拉動位置攝影，觀察以數位變焦擴大的攝影影像以進行手術。因為內視鏡從手術位置遠離，手術變得容易。
圖16為用來說明在手術器具交換時的8K內視鏡的優位性的圖。圖16(a)為用以說明以2K內視鏡的手術器具的交換的圖、圖16(b)為用以說明以8K內視鏡的手術器具的交換的圖。2K內視鏡因為視野小，當取出至此為止使用的手術器具(i)、使取換的手術器具進入手術空間(ii)時，會跑出內視鏡的視野之外，為了進入視野內常需要勞力和時間。使用8K內視鏡攝影機的話，當取換手術器具(i)、(ii)後，縮小至廣範圍找尋取換的手術器具，進入視野內後放大(iii)來進行手術。藉此，因為手術器具的取換、移動也變得容易，能夠縮短手術時間。
在此說明有關手術空間。例如，插入部110的筒狀部111的長度以10~20cm(從前為20~30cm)， 侵入體腔內的侵入長度為0~150mm(從前為100~200mm)，對物透鏡系統的焦距為10~150mm。在超近距離也可以觀察，在廣範圍也可聚焦。此外，手術空間會因氣體的注入而膨脹。從前，因為以光學式觀察，能得到聚集且鮮明的影像的範圍雖小，但因為以數位變焦觀察攝影影像，在比較遠的地方也可以鮮明地觀察到被攝物體A的影像。藉由數位變焦所作的觀察與向體腔的侵入長度縮短，能夠擴大手術空間。例如，能夠使插入部110的前端與被攝物體A間的距離(手術空間的高度)在被攝物體上50~150mm。將侵入體腔的長度作為0~30mm，將插入部110的前端與被攝物體A之間的距離(手術空間的高度)設為在被攝物體上80到120mm的話，能擴大手術空間且能夠觀察到鮮明的影像因此較佳。此外，當需要在超近距離觀察時，10~50mm的觀察也是可能的。又，藉由使用數位變焦，不需要放大鏡，手術更容易。
又，因為插入部110的長度縮短，能縮小因把持攝像裝置的操作者的手振所引起的影像搖動。又，因為較短且較少的中繼透鏡數，光的減衰或像差減少，成為明亮的透鏡系統。因此，能得到鮮明的影像。
若手術空間變大的話，微創性(患者的負擔小)的單孔式手術(使口腔在1個地方)成為可能。能夠回避外科用刀、鉗子等手術機器之間的衝突，又，在取換手術機器時，能縮小而搜索手術器具，進行位置修正。藉此，能夠短縮手術時間。以這樣的方式使用8K影像顯示 技術，利用放大/縮小技術，能使手術的信賴性/安全性提高，縮短手術時間，大大地改變手術環境。這樣的廣手術空間的創生和數位變焦和大畫面顯示能大大地改變手術環境。改善成信賴性高，安全/安心的醫療。
記憶部143係記憶：控制部141的動作程式、影像處理部142的動作程式、從發送部134接收的影像資料、影像處理部142所再生的訊框資料、經處理的訊框資料等。
輸入輸出IF144作為控制部141與外部裝置之間資料的發送接收的介面而作用。輸入裝置145係由鍵盤、滑鼠、按鍵、觸控面板等構成，將使用者的指示通過輸入輸出IF144提供給控制部141。
顯示裝置150由具有8K對應的顯示畫素數之液晶顯示裝置等所構成，依照控制裝置140的控制，顯示操作畫面、攝像影像、處理完的影像等。
在8K，顯示裝置可以使用大畫面監視器。因為記憶部143記憶了7680×4320的畫素，例如使用30吋以上的大畫面監視器。即便是大畫面監視器也能自然地觀察。因此，手術關係者全員能夠共有相同影像，溝通變得順利。(手術者也可以看到來自攝像裝置的分岐影像)。
內視鏡與電視播放的攝影機不同，以專用的設施使用。因此，裝設於插入部110的攝像裝置130與控制裝置140係由數m程度的電纜146(參照圖2)連接。控制裝置140與顯示裝置150被載置於載置台等。
照明裝置120、攝像裝置130及控制裝置140由別體分別構成。因此，附屬於插入部110的構成(插入部110+攝像裝置130+照明裝置120)為輕量化且小型化，取回插入部110比較容易。此外，將照明裝置120及攝像裝置130與控制裝置140連結的電纜146，因施術室僅1~10m，與根據情況而動則超過數100m的放送現場不同。電纜146所造成的信號劣化微小，幾乎沒有因分離所造成的壞影響。
參照圖5(c)，說明有關攝像裝置130的冷卻機構137。
持續運轉攝像裝置130的話會發熱。提高構成攝像元件131的影像感測器的感度的話，發熱量會更增加。接著，若攝像裝置130的溫度上升的話，對於影像信號的雜訊成份會變大，信號的S/N比會降低，顯示於監視器畫面的影像畫質降低。因為以上的原因而設置冷卻機構137。
在本實施例中，將作為冷卻單元137的珀耳帖元件設於框體138內部，在珀耳帖元件137A的發熱側進行攝像元件131的散熱。也就是說，在框體138設有進行吸入外部氣體的吸氣口139A、將框體138的內部空氣排出的排氣口139B，吸氣口139A及排氣口139B以外成為密閉醸造(消毒用環氧乙烷氣體不會進入)。接著，在吸氣口139A及排氣口139B，分別以開關閥構件(圖未示)的一端連結/固定。又，將吸氣口139A以負壓源(圖未示)驅動，藉由該負壓吸引力從排氣口139B側將框體 138內的空氣排出，伴隨於此從吸氣口139A形成取入外氣的空氣流，形成冷卻流路。珀耳帖元件137A的發熱側因為有了該空氣流，與外氣溫的空氣作熱交換。珀耳帖元件137B將留在攝像裝置的基板139C的熱發散，其結果，即便是藉由攝像裝置130的驅動而框體138內發熱，也能有效率地冷卻，抑制了攝像裝置130的溫度上升。接著，該攝像裝置130的S/N比保持在高的狀態，以求對於影像信號的雜訊低減，將高畫質的影像顯示於監視器。此外，為了使混入排氣的塵埃不進入施術空間，將排氣管設為5m以上。
接著，說明具有上述構成的內視鏡裝置100的動作。
使用內視鏡100時，使用者(施術者)操作輸入裝置145，下達該內視鏡裝置100為ON的指示。回應該指示，控制部141使第1驅動電路126及第2驅動電路132為ON。
第1驅動電路126將光源(氙燈管、LED元件125等)點亮，第2驅動電路132使攝像元件131的攝像開始。
從LED元件125輸出的白色光，通過光纖121在擴散層122擴散並照射。
攝像元件131通過對物透鏡121及導光中空部123攝像入射的影像。從透鏡系統的開口度(f值)與攝像元件131的畫素間距P之間的關係來看，畫素的間距 P較佳為2.8~3.8μm，使用該範圍的畫素間距P。因此，能取得明亮且高解析度的影像。
第2驅動電路132從攝像元件131將各畫素的畫素電壓依序讀出，藉由A/D轉換部133轉換成數位影像資料，從發送部134通過電纜146向控制裝置140依序發送。
控制裝置140的控制部141藉由輸入輸出IF144將經發送的影像資料依序接收，並依序儲存於記憶部143。
影像處理部142在控制部141的控制下，將儲存於記憶部143中的影像資料作處理，將框架資料再生並同時進行適宜的加工處理。
控制部141將記憶部143所記憶的訊框資料適宜地讀出，藉由輸入輸出IF144供應至顯示裝置150並使其顯示。
使用者(施術者)在確認顯示裝置150的顯示的同時，將插入部110插入體腔。插入部110插入體腔後，被攝物體A被來自擴散層122的光所照明，攝像元件131攝像被攝物體A的影像，使攝像影像顯示於顯示裝置150。
如以上所述，根據本實施例，能夠提供高解析度的小型輕量內視鏡裝置。
[實施例2]
本實施例說明在攝像裝置130的框體138配置控制用按鍵的例。按鍵進行顯示裝置150的顯示位置的控制、擴大縮小的控制、插入部110的透鏡系統焦點的調整、光圈的調整等。該等控制/調整因為藉由手來進行所以方便。
其他的裝置構成與實施例1一樣，與實施例1一樣能夠提供高解析度的小型輕量內視鏡裝置。
[實施例3]
本實施例說明有關利用資料庫的例。若在記憶部143蓄積有過去的醫療診斷資料的話，在施術或資料的解析可以利用該等蓄積資料。例如，能夠進行隨著時間的經過而變化的影像的比較、健康狀態及異常狀態的比較等。藉此，與醫療/診斷技術的發展、信賴性的增加有所連結。
其他的裝置構成與實施例1一樣，與實施例1一樣能夠提供高解析度的小型輕量內視鏡裝置。
以上，雖說明有關本實施的形態，但本發明不限於上述實施形態，在不脫離本發明趣旨的範圍內，可以對實施形態加上各種的變更。
例如，在本實施例中，雖說明在插入部110安裝1條光纖的例子，但為了增加照明光也可以是複數條，包圍周圍全體在圓周部115設置複數條也可以。又，在本實施例中，雖說明接收來自插入部110內被攝物體的 反射光並傳至攝像裝置130的透鏡系統其對物透鏡112為1個的構成例，但通過複數中繼透鏡將來自被攝物體的反射光傳至攝像裝置130的構成也可以。又，在本實施例中，雖說明將插入部110的對物透鏡112水平設置的例子，但以傾斜設置也可以。當傾斜時，將插入部旋轉可以觀察更廣的範圍。又，作為影像處理，與時間的經過一同變化的影像作重合比較也可以。此時若利用半透明影像的話，能夠更容易掌握隨著時間經過的患部變化。此外，內視鏡裝置的各部的形狀/尺寸/重量、攝像元件或影像監視器的畫面尺寸等也可以在適切的範圍內適宜變更。
[產業上的利用可能性]
本發明利用於在微創手術中所使用的內視鏡裝置。

Claims (11)

  1. 一種內視鏡裝置，具備：插入體腔內，導引來自被攝物體的光的插入部；裝設於前述插入部，照射前述被攝物體的照明裝置；具有搭載配置成矩陣狀的8K位階以上的畫素，接收藉由前述插入部所導引的來自前述被攝物體的反射光，將前述被攝物體的攝像信號輸出的攝像元件，且可安裝前述插入部及前述照明裝置，並可藉由人手把持/搬運的攝像裝置；其中，前述攝像裝置的內部，具有：進行前述攝像元件的放熱的冷卻單元、及形成冷卻流路的吸氣口與排氣口；前述攝像裝置，除了前述吸氣口與排氣口以外被密閉；前述攝像裝置，其內藏前述攝像元件的架設部的垂直於光軸的剖面積，係大於或等於在前述光軸方向與前述架設部鄰接且由前述人手把持/運搬的把持部的垂直於光軸的剖面積。
  2. 一種內視鏡裝置，具備：插入體腔內，導引來自被攝物體的光的插入部；以裝卸可能的方式裝設於前述插入部的基端附近的面，照射前述被攝物體的照明裝置；具有搭載配置成矩陣狀的8K位階以上的畫素，接收藉由前述插入部所導引的來自前述被攝物體的反射光，將前述被攝物體的攝像信號輸出的攝像元件，且以裝卸可能的方式安裝前述插入部及前述照明裝置，並可藉由人手把持/搬運的攝像裝置；其中，前述攝像裝置的內部，具有：進行前述攝像元件的放熱的冷卻單元、及形成冷卻流路的吸氣口與排氣口；前述攝像裝置，除了前述吸氣口與排氣口以外被密閉；前述攝像裝置，其內藏前述攝像元件的架設部的垂直於光軸的剖面積，係大於或等於以前述人手把持/運搬的把持部的垂直於光軸的剖面積。
  3. 一種內視鏡裝置，具備：插入體腔內，導引來自被攝物體的光的插入部；裝設於前述插入部，照射前述被攝物體的照明裝置；導引前述照明裝置的照明光，且配置於前述插入部的內壁的光纖；具有搭載配置成矩陣狀的8K位階以上的畫素，接收藉由前述插入部所導引的來自前述被攝物體的反射光，將前述被攝物體的攝像信號輸出的攝像元件，且可安裝前述插入部及前述照明裝置，並可藉由人手把持/搬運的攝像裝置；其中，前述攝像裝置的內部，具有：進行前述攝像元件的放熱的冷卻單元、及形成冷卻流路的吸氣口與排氣口；前述攝像裝置，除了前述吸氣口與排氣口以外被密閉；前述攝像裝置，其內藏前述攝像元件的架設部的垂直於光軸的剖面積，係大於或等於以前述人手把持/運搬的把持部的垂直於光軸的剖面積。
  4. 一種內視鏡裝置，具備：插入體腔內，導引來自被攝物體的光的插入部；裝設於前述插入部，照射前述被攝物體的照明裝置；具有搭載配置成矩陣狀的8K位階以上的畫素，接收藉由前述插入部所導引的來自前述被攝物體的反射光，將前述被攝物體的攝像信號輸出的除了CCD以外的攝像元件，且可安裝前述插入部及前述照明裝置，並可藉由人手把持/搬運的攝像裝置；其中，前述攝像裝置的內部，具有：進行前述攝像元件的放熱的冷卻單元、及形成冷卻流路的吸氣口與排氣口；前述攝像裝置，除了前述吸氣口與排氣口以外被密閉；前述攝像元件的間距為2.8μm以上3.8μm以下。
  5. 一種內視鏡裝置，具備：插入體腔內，導引來自被攝物體的光的插入部；裝設於前述插入部，照射前述被攝物體的照明裝置；導引前述照明裝置的照明光，且配置於前述插入部的內壁的光纖；具有搭載配置成矩陣狀的8K位階以上的畫素，接收藉由前述插入部所導引的來自前述被攝物體的反射光，將前述被攝物體的攝像信號輸出的攝像元件，且可安裝前述插入部及前述照明裝置，並可藉由人手把持/搬運的攝像裝置；其中，前述攝像裝置的內部，具有：進行前述攝像元件的放熱的冷卻單元、及形成冷卻流路的吸氣口與排氣口；前述攝像裝置，除了前述吸氣口與排氣口以外被密閉；前述攝像元件的間距為2.8μm以上3.8μm以下。
  6. 如請求項1至請求項5中任1項所記載的內視鏡裝置，其中，前述照明裝置、前述攝像裝置、及控制裝置分別以個別體構成，且前述攝像裝置的重量為500g以下。
  7. 如請求項1至請求項5中任1項所記載的內視鏡裝置，其中，前述插入部具有：包含80度以上視角的對物透鏡之透鏡系統、及將從前述照明裝置所供給的光擴散而射出至前述被攝物體的擴散層。
  8. 如請求項1至請求項5中任1項所記載的內視鏡裝置，其中，前述攝像裝置具有將畫素電壓變換成畫素資料的A/D轉換部；且該內視鏡裝置更具備：具有將從前述攝像裝置提供的前述畫素資料記憶的記憶部、構築來自前述畫素資料的訊框資料，將前述訊框資料作加工處理，且使用數位變焦調整成前述訊框資料的倍率的影像處理部之控制裝置；將在前述影像處理部所構築的前述訊框資料以大畫面顯示的顯示裝置。
  9. 一種內視鏡裝置，具備：插入體腔內，導引來自被攝物體的光的插入部；裝設於前述插入部，照射前述被攝物體的照明裝置；具有搭載配置成矩陣狀的8K位階以上的畫素，接收藉由前述插入部所導引的來自前述被攝物體的反射光，將前述被攝物體的攝像信號輸出的攝像元件，且可安裝前述插入部及前述照明裝置，並可藉由人手把持/搬運的攝像裝置；且該內視鏡裝置更具備：具有將從前述攝像裝置提供的前述畫素資料記憶的記憶部、構築來自前述畫素資料的訊框資料，將前述訊框資料作加工處理，且使用數位變焦調整成前述訊框資料的倍率的影像處理部之控制裝置；將在前述影像處理部所構築的前述訊框資料以大畫面顯示的顯示裝置；其中，前述攝像裝置的內部，具有：進行前述攝像元件的放熱的冷卻單元、及形成冷卻流路的吸氣口與排氣口；前述攝像裝置，除了前述吸氣口與排氣口以外被密閉；前述插入部的前端與前述被攝物體的距離可在1至15cm內聚焦於前述被攝物體。
  10. 一種內視鏡裝置，具備：插入體腔內，導引來自被攝物體的光的插入部；裝設於前述插入部，照射前述被攝物體的照明裝置；導引前述照明裝置的照明光，且配置於前述插入部的內壁的光纖；具有搭載配置成矩陣狀的8K位階以上的畫素，接收藉由前述插入部所導引的來自前述被攝物體的反射光，將前述被攝物體的攝像信號輸出的攝像元件，且可安裝前述插入部及前述照明裝置，並可藉由人手把持/搬運的攝像裝置；且該內視鏡裝置更具備：具有將從前述攝像裝置提供的前述畫素資料記憶的記憶部、構築來自前述畫素資料的訊框資料，將前述訊框資料作加工處理，且使用數位變焦調整成前述訊框資料的倍率的影像處理部之控制裝置；將在前述影像處理部所構築的前述訊框資料以大畫面顯示的顯示裝置；其中，前述攝像裝置的內部，具有：進行前述攝像元件的放熱的冷卻單元、及形成冷卻流路的吸氣口與排氣口；前述攝像裝置，除了前述吸氣口與排氣口以外被密閉；前述插入部的前端與前述被攝物體的距離可在1至15cm內聚焦於前述被攝物體。
  11. 如請求項9或10記載的內視鏡裝置，其中，前述插入部的筒狀部長度為10至20cm。
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