WO2005087080A1

WO2005087080A1 - 内視鏡システム、内視鏡装置および画像処理装置

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Publication number: WO2005087080A1
Application number: PCT/JP2005/003523
Authority: WO
Inventors: Masaaki Miyagi; Seisuke Takase; Hiroki Moriyama
Original assignee: Olympus Corporation
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2005-09-22
Also published as: CN100387181C; CN2741506Y; US20070049795A1; EP1723897A1; EP1723897B1; JP2005258062A; CN1666704A; EP1723897A4

Abstract

　観察部位の内径において所定の湾曲操作が可能な細径な挿入部を有する第１の内視鏡（１１）と、第１の内視鏡（１１）の湾曲範囲に比して、観察部位の内径により湾曲範囲が制限される太径な挿入部を有する第２の内視鏡（１２）とからなり、第１の内視鏡（１１）の観察光学系の視野角に比して、第２の内視鏡（１２）の観察光学系の視野角を広くする。このような構成とすることによって、太径な挿入部を有する第２の内視鏡（１２）に関しても、第１の内視鏡（１１）と同程度の観察範囲を実現することが可能である。

Description

明細書

内視鏡システム、内視鏡装置および画像処理装置

技術分野

[0001] 本発明は、内視鏡機能により挿入部の外径が異なり、観察部位内での湾曲範囲が制限される内視鏡において、挿入部外径により湾曲範囲が制限されても同一観察部位の観察が可能な内視鏡システムに関する。

背景技術

[0002] 従来から医療分野において、先端に観察光学系を有する挿入部を体腔内に挿入して、体腔内の生体組織を観察する内視鏡装置が用いられている。又、工業分野においてもパイプ内、挟路内等の観察に内視鏡装置が用いられている。

[0003] この内視鏡は、挿入部が細径であることが求められている。しかし、内視鏡の機能によって挿入部の外径が異なる。例えば、内視鏡により体腔内の生体組織を観察する機能のみの場合は、照明窓に設けた照明レンズに照明光を導光するライトガイド、観察窓に設けた対物レンズからの観察部位光を案内するイメージガイド、または、ィメージガイドに代えて対物レンズの焦点位置に設けた固体撮像素子と信号ケーブルによって構成されるために、挿入部の外径は細径化できる。又、挿入部に前記ライトガイド、イメージガイド、信号ケーブル以外に、生体組織を採取するための鉗子を揷通させる挿通チャンネル、生体組織に送水送気する送水送気チャンネル、吸水吸引する吸水吸気チャンネル等の機能追加と、前記固体撮像素子の高画素化による機能の高度化により挿入部の外径が太くなる。

[0004] 医療用の内視鏡において、観察する体腔内部位によって部位の形状、及び内径が異なる。このために、観察対象部位に応じた外径の挿入部を有する内視鏡が用いられている。しかし、観察対象部位が同じであっても、前述したように、内視鏡機能によつて挿入部の外径が異なり、観察部位をより鮮明に細部まで観察でき、かつ、複数の処置が可能な内視鏡の挿入部は太くなる。

[0005] 一方、内視鏡の挿入部の先端側には、観察部位の形状に沿って先端部を上下左右に湾曲させる湾曲部が設けられている。この湾曲部の湾曲範囲は、挿入部の外径と、挿入される管腔の内径に左右される。つまり、挿入部が観察部位である管腔に挿入された際に、挿入部の外径と管腔の内壁との間に十分な空間が得られる場合は、湾曲部の湾曲範囲は広くなるが、挿入部の外径と管腔の内壁との間の空間が不十分であると、挿入部の先端と側面が内壁に当接して湾曲部の湾曲範囲が狭くなる。これにより、挿入部先端の観察窓に設けられる対物レンズの視野角が同じであると、挿入部の外径により湾曲範囲が異なり、対物レンズにより観察される観察部位の画角が異なる。

[0006] このように、挿入部の外径と、挿入される観察部位の内径とにより、観察窓から観察できる観察部位の画角が異なることから、観察窓に設けられる対物レンズ群を光軸方向に移動駆動させて、観察画角を可変にする内視鏡が提案されている（例えば、特許文献 1参照)。

[0007] 特許文献 1 :特開 2001— 258823号公報（第 5頁、図 10、図 11)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 従来の内視鏡は、内視鏡を高機能化すると、挿入部の外径が太くなる。一方、所定の内径の観察空間内、例えば、大腸等の内視鏡観察を行う場合、大腸の内径に対して、比較的細径に形成された細径揷入部を挿入して湾曲操作すると、細径揷入部の外側と大腸の内壁との間の空間が比較的広く取れるために、湾曲部による湾曲範囲が比較的広くなるが、この細径揷入部に比して、挿入部を太径とした内視鏡は、太径内視鏡の外側と大腸内壁との間の空間が狭くなるために、湾曲部による湾曲範囲が狭くなる。

[0009] このように、挿入部の外径と観察空間の内径との間の空間寸法により挿入部の湾曲範囲が制限される為に、前記特許文献 1に提案されているように、挿入部の先端に設けられて、る観察光学系を構成する対物レンズ群を光軸方向に移動させて、画角を可変にすることにより湾曲範囲が狭くても観察画角を維持させる内視鏡がある。このように観察画角を調整可能な対物レンズ移動機能を設けることは、内視鏡を更に高機能化し、挿入部の外径を太くする要因となる。

[0010] 一方、大腸のように内径が比較的均一であり多数のヒダを有する観察空間を内視鏡観察する際には、生体組織の患部の治療処置が可能な機能を有する太径揷入部の内視鏡が用いられる。この大腸の内視鏡観察において、大腸の内壁により挿入部の湾曲範囲が制限される中で、大腸のヒダの裏側まで観察できる内視鏡システムが求められている。

[0011] 本発明は、このような事情に鑑みてなされ、観察空間に対して比較的太径の挿入部を有する内視鏡にぉ、て、細径な揷入部の内視鏡と同等以上の観察画角を確保できる内視鏡システムを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

[0012] 本発明の内視鏡システムは、観察空間に一部を挿入した状態にて使用される複数の内視鏡を備えた内視鏡システムにお、て、所定の観察空間にて所定の湾曲範囲に渡って湾曲可能な湾曲部が設けられた挿入部と、湾曲部の湾曲動作に応じて光軸方向が変化すると共に所定の視野角を有する観察光学系を内蔵した先端部とを備えた第 1の内視鏡と、前記所定の観察空間にて前記第 1の内視鏡と比較して狭い範囲に制限された湾曲範囲に渡って湾曲可能な湾曲部が設けられた挿入部と、湾曲部の湾曲動作に応じて光軸方向が変化すると共に、前記第 1の内視鏡と比較して広い視野角を有する観察光学系を内蔵した先端部とを備えた第 2の内視鏡とを備えたことを特徴とする。

[0013] また、本発明の内視鏡システムは、上記の発明において、前記第 1の内視鏡の湾曲角度と前記第 2の内視鏡の湾曲角度とが同じ角度において、前記第 2の内視鏡の観察光学系の視野角は、前記第 1の内視鏡の観察光学系の視野角と同等以上の広角にしたことを特徴とする。

[0014] また、本発明の内視鏡システムは、上記の発明において、前記第 2の内視鏡の挿入部の外径は、前記第 1の内視鏡の挿入部の外径よりも大きいことを特徴とする。

[0015] また、本発明の内視鏡装置は、被検体内に挿入される挿入部に、前記被検体内の部位を観察する観察光学系と湾曲操作に応じて湾曲動作する湾曲部を有する内視鏡において、前記観察光学系の視野角を、前記被検体内の同一部位における湾曲部の湾曲範囲が前記内視鏡の湾曲部の湾曲範囲よりも大きい別の内視鏡の観察光学系の視野角よりも大きくしたことを特徴とする。 [0016] また、本発明の内視鏡装置は、上記の発明において、前記別の内視鏡と同一の内視鏡を動作させるための装置に接続可能であることを特徴とする。

[0017] また、本発明の内視鏡装置は、観察対象内に一部を挿入した状態にて使用される内視鏡装置であって、所定の観察空間にて所定の湾曲範囲に渡って湾曲可能な湾曲部と、所定の視野角を有し、前記湾曲部の湾曲動作に応じて光軸方向が変化する観察光学系を内蔵した先端部とを備え、前記観察光学系の視野角と前記湾曲部の湾曲範囲は、一方の値に基づき他方の値が定められたことを特徴とする。

[0018] また、本発明の内視鏡装置は、上記の発明において、前記視野角および前記湾曲範囲は、あらかじめ定められた観察範囲に応じて定められることを特徴とする。

[0019] また、本発明の画像処理装置は、異なる視野角を有する複数の観察光学系によつて取得された観察画像データを処理可能な画像処理装置であって、表示する観察画像を生成した前記観察光学系の視野角に基づき、他の観察光学系によって取得された観察画像データとの間における、単位視野角に対応した領域の表示画面上の表示サイズの差を低減するよう前記観察画像データの表示サイズを定める表示サイズ決定部と、前記表示サイズ決定部によって導出された表示サイズとなるよう前記観察画像データを電子的に拡大および Zまたは縮小する処理を行うサイズ変換処理部とを備えたことを特徴とする。

[0020] また、本発明の画像処理装置は、上記の発明において、前記観察画像データは、所定の視野角の観察光学系を備えた第 1の内視鏡と、該第 1の内視鏡と比較して広い視野角の観察光学系を備えた第 2の内視鏡とによって取得されたものであって、前記表示サイズ決定部は、前記第 2の内視鏡によって取得された観察画像データの表示サイズが、前記第 1の内視鏡によって取得された観察画像データの表示サイズに対して相対的に大きくなるよう表示サイズを決定することを特徴とする。

[0021] また、本発明の画像処理装置は、上記の発明において、前記表示サイズ決定部は、前記表示画面上における単位視野角に対応した領域の表示サイズが前記観察光学系の視野角の相違にかかわらずほぼ等しくなるよう前記観察画像データの表示サィズを決定することを特徴とする。

[0022] また、本発明の画像処理装置は、上記の発明にお、て、前記サイズ変換処理部は、前記観察画像データに拡大処理を施した場合に、あら力じめ定めた前記表示画面上の表示サイズを実現するよう前記観察画像データの中央部分のみ切り出す処理をさらに行うことを特徴とする。

発明の効果

[0023] 本発明の内視鏡システム、及び内視鏡装置は、限られた観察空間内における内視鏡観察治療において、高機能な内視鏡の太径揷入部は観察空間により湾曲範囲が制限されるが、観察視野は、細径揷入部と同等の視野範囲を確保でき、内視鏡観察が効率的に行える効果を有して、る。

図面の簡単な説明

[0024] [図 1]図 1は、本発明に係る内視鏡システムの一実施形態の全体構成を示すブロック図である。

[図 2]図 2は、本発明に係る内視鏡システムに用いる内視鏡挿入部の湾曲範囲と視野角を説明する説明図である。

[図 3]図 3は、本発明に係る内視鏡システムにおける内視鏡挿入部の湾曲角度と視野角の関係を示す図である。

[図 4]図 4は、本発明に係る内視鏡システムにおけるモニターに表示される観察画像の表示方法を説明する説明図である。

[図 5]図 5は、本発明に係る内視鏡システムにおけるモニターに表示される観察画像のズーム表示を説明する説明図である。

[図 6]図 6は、本発明に係る内視鏡システムにおける内視鏡装置の構成を説明する説明図である。

符号の説明

[0025] 11 第 1の内視鏡

12 第 2の内視鏡

13 カメラコントロールユニット（CCU、接続装置）

14 モニター

15, 31 対物レンズ

16, 32 固体撮像素子 (CCD) 17, 33 相関二重サンプリング回路 (CDS回路）

18, 34 アナログ Zデジタル変換回路 (AZD回路)

20 視野角導出部

21 信号分離回路 (SZP回路）

22 デジタル信号処理回路 (DSP回路）

23 文字情報重畳回路

24 文字情報入力回路

25 デジタル Zアナログ変換回路 (DZA回路）

26 画像表示信号回路

27 基準信号発生回路 (SSG回路）

28 タイミング信号発生回路 (TZG回路）

29 表示サイズ決定部

発明を実施するための最良の形態

[0026] 以下、本発明の内視鏡システムの実施形態について、図を用いて説明する。本発明に係る内視鏡システムの一実施形態について、図 1乃至図 3を用いて説明する。図 1は本発明に係る内視鏡システムの一実施形態の全体構成を示すブロック図、図 2は本発明に係る内視鏡システムに用いる内視鏡挿入部の湾曲範囲と視野角を説明する説明図、図 3は内視鏡システムにおける内視鏡挿入部の湾曲角度と視野角の関係を示し、図 3 (a)は太径の揷入部の湾曲角と視野角の説明図、図 3 (b)は細径の挿入部の湾曲角と視野角の説明図である。

[0027] 最初に、本発明に係る内視鏡システムに用いる内視鏡装置の概略構成について図 6を用いて説明する。内視鏡装置は、内視鏡 51、光源装置 52、ビデオプロセッサ 55 、モニター 56からなる。内視鏡 51は、先端部 53、湾曲部 63、可撓部 57、操作部 58 、ユニバーサルコード ₅₉、内視鏡コネクタ 60から構成されている。

[0028] この内視鏡 51の先端部 53は、図示していないが照明窓、観察窓、鉗子チャンネル口、送水送気チャンネル口等が設けられている。この先端部 53の観察窓には、観察部位を撮像する固体撮像素子 54が設けられている。この先端部 53の後端に湾曲部 63が連設されている。この湾曲部 63は、複数の湾曲駒が配置され、操作部 58に設けられている湾曲ノブ力延出されている湾曲ワイヤにより上下左右に湾曲する。この湾曲部 63の後端に可撓部 57が連設されている。この可撓部 57は、可撓性部材により長尺に形成されている。

[0029] 前記先端部 53、湾曲部 63、および可撓部 57には、ライトガイド、信号ケーブル、鉗子チャンネル、送水送気チャンネルが設けられている。前記ライトガイドの先端は前記先端部 53の照明窓に配置されている。前記信号ケーブルの先端は観察窓に設けられた固体撮像素子 54に接続されてヽる。前記鉗子チャンネルの先端は前記先端部 53の鉗子チャンネル口に配置されている。前記送水送気チャンネルは前記先端部 53の送水送気チャンネル口に配置されて、る。

[0030] 前記ライトガイドの基端は、前記操作部 58からユニバーサルコード 59、内視鏡コネクタ 60を介して、前記光源装置 52に接続される。前記信号ケーブルの基端は、前記操作部 58力ユニバーサルコード 59と内視鏡コネクタ 60を介して、ビデオプロセッサ 55に接続されている。前記鉗子チャンネルの基端は、前記操作部 58に設けられた鉗子挿入孔に接続されている。前記送水送気チャンネルの基端は、前記操作部 5 8に設けられた送水送気チャンネル口金に接続され、操作部 58に設けられた送水送気スィッチにより送水送気される。

[0031] 前記光源装置 52は、照明ランプとこの照明ランプの点灯制御回路を有しており、内視鏡コネクタ 60のライトガイドの基端に照明光を投射する。前記ビデオプロセッサ 55 は、前記先端部 53に設けられた固体撮像素子 54を駆動させると共に、撮像生成された観察部位像の撮像信号を取り込み、その撮像信号に対して所定の信号処理を行い標準的映像信号を生成する。前記モニター 56は、前記ビデオプロセッサ 55において生成された標準的映像信号を基に前記固体撮像素子 54によって撮像された観察部位像を再生表示する。なお、このモニター 56には、前記観察部位像のほかに、例えば、患者の氏名、年齢、性別、内視鏡観察日時等の情報も同時に表示されるようになっている。

[0032] このような内視鏡装置に用いた本発明に係る内視鏡システムの構成について、図 1 を用いて説明する。この内視鏡システムは、前記内視鏡 51に相当する第 1の内視鏡 11と第 2の内視鏡 12、前記ビデオプロセッサ 55に相当するものであって請求の範囲における画像処理装置の一例として機能するカメラコントロールユニット（以下、 ecu と称する） 13、モニター 56に相当するモニター 14力もなつている。なお、第 1と第 2の内視鏡 11, 12から観察部位に投射する照明光を生成する光源装置は図示していない。

[0033] 前記第 1の内視鏡 11は、一般的な視野角、例えば、 140°の視野角を有し、第 1の内視鏡 11における観察光学系として機能する第 1の対物レンズ 15、この第 1の対物レンズ 15の結像位置に配置され、観察部位像を撮像する固体撮像素子 (以下、 CC Dと称する） 16、この CCD16により撮像生成された撮像信号の相関二重サンプリング処理を行う CDS回路 17、この CDS回路 17において処理されたアナログ撮像信号をデジタル撮像信号に変換するアナログ Zデジタル変換回路 (以下、 AZD回路と称する） 18からなつている。

[0034] 前記第 2の内視鏡 12は、前記第 1の内視鏡 11の第 1の対物レンズ 15よりも大きい視野角、例えば、 170°の視野角を有し、第 2の内視鏡 12における観察光学系として機能する第 2の対物レンズ 31、この第 2の対物レンズ 31の結像位置に配置され、観察部位像を撮像する固体撮像素子（以下、 CCDと称する） 32、この CCD32により撮像生成された撮像信号の相関二重サンプリング処理を行う CDS回路 33、この CDS 回路 33におヽて処理されたアナログ撮像信号をデジタル撮像信号に変換するアナログ Zデジタル変換回路 (以下、 AZD回路と称する） 34からなつて、る。

[0035] 前記 CCU13は、分離処理回路（以下、 SZP回路と称する） 21、デジタル信号処理回路 (以下、 DSP回路と称する） 22、文字情報重畳回路 23、文字情報入力回路 2 4、デジタル Zアナログ信号変換回路 (以下、 DZA回路と称する） 25、請求の範囲におけるサイズ変換処理部の一例として機能する画像表示信号回路 26、基準信号発生回路 (以下、 SSG回路と称する） 27、タイミング信号発生回路 (以下、 TZG回路と称する) 28、所定の制御信号に基づき観察画像データを撮像した観察光学系の視野角を導出する視野角導出部 20および導出した視野角に基づきモニター 14に表示する際の観察画像データの表示サイズを決定する表示サイズ決定部 29から構成される。

[0036] 前記 SZP回路 21は、前記第 1の内視鏡 11の AZD回路 18からのデジタル撮像信号、又は前記第 2の内視鏡 12の AZD回路 34からのデジタル撮像信号の輝度信号と色信号等を分離処理する。前記 DSP22は、前記 SZP回路 21において分離された輝度信号と色信号に対して、所定のデジタル信号処理を行うと共に、ホワイトバランス、 γ補正などの補正処理を行い、デジタル内視鏡画像信号を生成する。

[0037] 前記文字情報重畳回路 23は、前記 DSP回路 22において信号処理されたデジタル内視鏡画像信号に、例えば、患者の氏名、年齢、性別、内視鏡観察日時などの内視鏡観察情報を示す文字情報信号を重畳させる。この文字情報重畳回路 23において、重畳される文字情報信号は、前記文字情報入力回路 24において、図示していない、キーボードから術者により入力された前記内視鏡観察情報により生成される。この文字情報重畳回路 23において、文字情報が重畳されたデジタル内視鏡画像信号は、前記 DZA回路 25において、観察画像データに変換されて画像表示信号回路 26へ出力される。なお、前記文字情報重畳回路 23において、生成された文字情報信号が重畳されたデジタル内視鏡画像信号は、 CCU13に揷脱可能に設けたメモリ 30に記録する。

[0038] 視野角導出部 20は、入力される観察画像データの撮像に用いられた観察光学系の視野角を導出する機能を有する。具体的には、視野角導出部 20は、例えば外部から入力される所定の制御信号に基づき画像処理装置たる CCU 13に入力された観察画像データの視野角を導出し、表示サイズ決定部 29に対して視野角の具体的な値を出力する。なお、視野角導出部 20に入力される制御信号の内容としては、視野角の具体的な値を含むものとしても良いし、入力された観察画像データを取得したものが第 1の内視鏡 11、第 2の内視鏡 12のいずれであるかを示す情報であっても良い。すなわち、例えば視野角導出部 20はあらかじめ第 1の内視鏡 11に備わる観察光学系（第 1の対物レンズ 15)の視野角および第 2の内視鏡 12に備わる観察光学系（第 2の対物レンズ 31)の視野角を把握しており、制御信号に基づき観察画像データを取得した内視鏡がいずれのものであるかを把握することによって対応する視野角を導出することとしても良い。

[0039] また、制御信号を生成する機構としては、例えばキーボード等の入力手段としても良いが、第 1の内視鏡 11、第 2の内視鏡 12が制御信号を生成することとしても良い。すなわち、例えば、第 1の内視鏡 11、第 2の内視鏡 12は、自己を識別するための識別信号を生成する機能をさらに備え、力かる識別信号を制御信号として観察画像データに重畳した形で画像処理装置たる CCU13に出力することとしても良!、。

[0040] 表示サイズ決定部 29は、視野角導出部 20によって導出された観察光学系の視野角に基づき、モニター 14上における観察画像データの表示サイズを決定する機能を有する。具体的には、表示サイズ決定部 29は、複数の観察光学系によって取得された観察画像データに関して、モニター 14上に表示する際に視野角の違いに応じて生じうる単位視野角に対応した領域 (例えば、視野角 1° に対応した観察画像上の領域)の表示面積の差を緩和し、より好ましくは解消するよう、観察画像データ全体の表示サイズを決定する機能を有する。

[0041] 画像表示信号回路 26は、請求の範囲におけるサイズ変換処理部の一例として機能するものである。具体的には、画像表示信号回路 26は、 DZA回路 25から供給されたアナログ形式の観察画像データに基づき、モニター 14に観察画像と内視鏡観察情報とを表示するための標準的映像信号に変換する機能を有する。そして、かかる変換処理を行う際に、画像表示信号回路 26は、表示サイズ決定部にて決定された観察画像データの表示画面上における表示サイズとなるよう、観察画像データに対して電子的な拡大または Zおよび縮小処理を行う機能を有する。

[0042] 前記 SSG回路 27は、前記 SZP回路 21、 DSP回路 22、文字情報重畳回路 23、 D ZA回路 25、画像表示信号回路 26の駆動を制御する基準信号を生成出力する。前記 TZG回路 28は、前記 SSG回路 27からの基準信号により、前記第 1と第 2の内視鏡 11, 12のそれぞれの CCD16, 32の駆動制御のタイミング信号を生成する。

[0043] なお、前記第 1の内視鏡 11は、一般的な視野角の 140°の第 1の対物レンズ 15を有すると共に、図示していないが、内視鏡としての機能が一般的である挿入部の外径が比較的細い内視鏡である。この第 1の内視鏡 11に比して、前記第 2の内視鏡 12 は、前述したように、第 2の対物レンズ 31の視野角が 170°と広角であると共に、図示していないが、内視鏡としての機能が高度化されて、前記第 1の内視鏡 11の挿入部の外径よりも太い内視鏡である。

[0044] 又、前記第 1の内視鏡 11と第 2の内視鏡 12は、前記 CCU13に必要に応じてコネクタなどを用いて接続され、或いは、前記 CCU13にコネクタにより常時接続され、図示して！/、な、切換スィッチにより接続切換が可能とする。

[0045] 次に、前記第 1と第 2の内視鏡 11, 12の挿入部と、観察部位が存在する観察空間との関係について、図 2を用いて説明する。前記第 1の内視鏡 11と第 2の内視鏡 12 の挿入部 45は、先端から先端部 44、湾曲部 43、可撓部 42からなつている。前記先端部 44には、第 1の対物レンズ 15と CCD16、または第 2の対物レンズ 31と CCD32 が配置されている。

[0046] 前記湾曲部 43を湾曲操作させた際の先端部 44の光軸方向と、可撓部 42の軸方向とにより形成される湾曲角を αとし、前記先端部 44に配置された第 1の対物レンズ 15、または第 2の対物レンズ 31の視野角を |8とする。又、挿入部 45の外径を φ 1とし、挿入部 45が挿入される管腔 41の内径を φ 2とする。

[0047] 今、挿入部 45の外径 φ 1が管腔 41の内径 φ 2に対して 1Ζ4の揷入部 45 ( φ 1 = φ 2Ζ4)を管腔 41内に挿入して湾曲操作すると、先端部 44と可撓部 42とが管腔 41 の内壁に当接まで湾曲させた際の湾曲角 (Xは、比較的大きくなる。

[0048] これに対して、挿入部 45の外径 φ 1が管腔 41の内径 φ 2に対して 1Ζ2の揷入部 4 5 ( φ 1 = φ 2Ζ2)を管腔 41内に挿入して湾曲操作すると、先端部 44と可撓部 42とが管腔 41の内壁に当接まで湾曲させた際の湾曲角 aは、比較的小さくなる。つまり、同一内径 Φ 2の管腔に対して、挿入部 45の外径 φ 1が細径（ φ 2/4)の湾曲角 α は大きぐ揷入部 45の外径 φ 1が太径（ φ 2Ζ2)の湾曲角 αは小さい（ φ 2/4 = a > φ 2/2 = a )

[0049] 従って、先端部 44に設けられている対物レンズの視野角 βが細径と太径ともに同じであると、挿入部 45の外径 φ 1と管腔 41の内径 φ 2との差が小さい太径の揷入部 45の湾曲角 αが小さくなり観察画角が狭くなる。又、挿入部 45の外径 φ 1と管腔 41 の内径 φ 2との差が大きい細径の揷入部 45の湾曲角 _αが大きくなり観察画角が広くなる。

[0050] このように、同一内径 φ 2の管腔 41に外径 φ 1の異なる挿入部 45を挿入して湾曲操作すると、湾曲角度 αに相違が生じて、先端部 44の観察画角の相違となる。この挿入部 45の外径 φ 1による湾曲角 αの相違は、図 2に示すように、直管状の管腔 41 の観察時には比較的影響は軽微である。しかし、観察対象である身体の各種管腔は

、屈曲しており、内壁には複雑な形状のヒダがあり、挿入部 45の外形 φ 1が太径であり湾曲角 αが小さい場合は、挿入部 45の挿入方向のヒダの裏側の観察ができないことが多々発生している。

[0051] そこで、図 1に示す本発明に係る内視鏡の挿入部 45の外径 φ 1と、対物レンズ 15、 31の視野角の異なる第 1の内視鏡 11と第 2の内視鏡 12を用いて、内部に複雑な形状のヒダがある管腔内の観察時の湾曲範囲について、図 3を用いて説明する。

[0052] 図 3 (a)は、第 2の内視鏡 12の挿入部 12'を大腸 41 'に挿入して湾曲操作させた状態を示しており、この挿入部 12'は、太径の外径 φ 3を有し (以下、単に太径第 2挿入部 12 'と称する）、最大湾曲角 α ΐとしている。図 3 (b)は、第 1の内視鏡 11の挿入部 11 'を大腸 41 'に挿入して湾曲操作させた状態を示しており、この挿入部 11 'は、細径の外径 φ 4 ( φ 4< φ 3)を有し (以下、単に細径第 1挿入部 11，と称する）、最大湾曲角 α 2 ( α 2 > α 1)としている。

[0053] 前記太径第 2挿入部 12'の先端部 44に設けられた対物レンズ 31の視野角と、前記細径第 1挿入部 11 'の先端部 44に設けられた対物レンズ 15の視野角とが同じ視野角 β 2であるとする。この状態で、図 3 (a)に示すように、太径第 2挿入部 12'を最大湾曲角 ex 1まで湾曲させた場合の全観測画角は、最大湾曲角 ex 1に対物レンズ 31 の視野角 j8 2の 1Z2を加算した 1 + |8 2Z2)となる。一方、図 3 (b)に示すように、細径第 1挿入部 11 'を最大湾曲角《2まで湾曲させた場合の全観測画角は、最大湾曲角 α 2に対物レンズ 31の視野角 j8 2の 1Z2を加算した 2+ j8 2Z2)となる。この細径第 1挿入部 11 'と太径第 2挿入部 12'は、湾曲角 αが α 2 > α 1であることから、全観測画角は、細径第 1挿入部 11 ' ( α 2+ β 2/2) >太径第 2挿入部 12' ( α ΐ + β 2/2)となる。この結果、太径第 2挿入部 12'の全観測画角は狭く大腸 41 ' のヒダの裏側が観測できなくなる。

[0054] そこで、前記太径第 2挿入部 12'の先端部 44に設けられる対物レンズ 31の視野角 ι8を広角視野角 |8 1 ( |8 1 > |8 2)とする。これにより太径第 2挿入部 12'の全観察画角は、最大湾曲角 a 1に広角視野角 j8 1の 1Z2を加算した（ a 1+ β 1/2)となる。この結果、太径第 2挿入部 12'の全観察画角 1+ |8 1Z2)は、前記対物レンズ 3 1の視野角 j8 2の時の全観察画角（ α 1 + |8 2/2)によりも広く（ α 1 + 1/2) > ( a l + β 2/2)なる。よって、前記細径第 1挿入部 11，の全観察画角（ひ 2+ |8 2/2 )とほぼ同等（ α 1 + j8 1/2) = ( α 2+ β 2/2)とすることができ、大腸 41，のヒダの裏側までの観察が可能となる。

[0055] すなわち、第 2の内視鏡 12は、内視鏡機能の高度化により挿入部 12'の外径 φ 2 が太くなることで、管腔の内壁により最大湾曲角 (X 1が制限されることで、前記観測画角が狭くなるが、対物レンズ 31を広角視野角 β 1にすることにより、全体観測画角の拡大を図ることができる。

[0056] なお、狭い視野角 β 2の細径第 1挿入部 11 'を有する第 1の内視鏡 11は、広角視野角 β 1の太径第 2挿入部 12'を有する第 2の内視鏡 12に比較して、対物レンズの製作が容易であり、観察部位に投射させる照明光の投射範囲も狭いことからライトガイドを構成するファイバーの本数を少なくでき、内視鏡の製作コストを安価にできる利点がある。

[0057] また、本実施形態では複数の内視鏡 (第 1の内視鏡 11、第 2の内視鏡 12)を備えた内視鏡システムを例に説明したが、単一の内視鏡の構造を設計する際にも本実施形態の考え方を応用することが可能である。具体的には、単一の内視鏡の構造に関して、所定の観察空間中における湾曲部 43の湾曲範囲と観察光学系の視野角を、一方の値に基づき他方の値を定めることが好ま、。

[0058] 従来は、湾曲部 43の観察空間内における湾曲範囲および観察光学系の視野角の具体的な値は、挿入部 45の径または観察光学系の性能等に応じてそれぞれ別個に定められていた。このため、湾曲範囲および視野角に基づき定まる観察画角の値は、製品の種類毎に異なる値となる可能性があり、複数の内視鏡を併用して処置等を行う場合には、観察画角の相違に起因して内視鏡の操作性が低下する等の問題が存在した。これに対して、湾曲範囲および視野角に関して互いに関連づけて定めることにより、観察対象に適した観察画角を実現できる等の利点を有する。また、湾曲範囲と視野角とを互いに関連づけて設計することによって、例えば広角の観察光学系を使用した場合には、所定の観察画角を実現するには湾曲部の湾曲範囲を小さな範囲とすることが可能であり、例えば挿入部の外径を大きく確保することが可能となる等の利点が生ずることとなる。

[0059] 次に、前記第 1と第 2の内視鏡 11, 12が接続される CCU13の動作について説明する。前述したように、それぞれ異なる視野角の観察光学系を有する第 1と第 2の内視鏡 11, 12において被検体内部の観察画像が撮像され、この第 1と第 2の内視鏡 1 1, 12の出力に基づいて、画像処理装置である CCU13の SZP回路 21、 DSP回路 22、文字情報重畳回路 23、 DZA回路 25等により所定の信号処理が施されてアナログ形式の観察画像データが生成される。一方で、視野角導出部 20は、入力された制御信号に基づき観察画像データを取得した観察光学系の視野角を導出して表示サイズ決定部 29に対して出力し、表示サイズ決定部 29は、導出された視野角に基づき観察画像データのモニター 14の表示画面上の表示サイズを変化させる。

[0060] 具体的には、表示サイズ決定部 29は、第 1の内視鏡 11によって取得された観察画像データの単位視野角に対応した領域の表示サイズと、第 2の内視鏡 12によって取得された観察画像データの単位視野角に対応した領域の表示サイズとの差を緩和または解消するよう観察画像データの表示サイズを適当な値に決定する。例えば、 CC D16、 32が同等の画素数を有する場合には、第 1の内視鏡 11および第 2の内視鏡 1 2のそれぞれで取得された観察画像データは、モニター 14の表示画面上では同等の表示サイズの画像として表示される。このように観察光学系の視野角が異なる場合には、全体の表示サイズが同等であるために単位視野角に対応した領域の表示サイズが相違することとなり、表示サイズ決定部 29は、力かる単位視野角に対応した領域の表示サイズの差を低減または解消するよう観察画像データ全体の表示サイズを決定する。

[0061] そして、サイズ変換処理部として機能する画像表示信号回路 26は、 DZA回路 25 力も出力されたアナログ形式の観察画像データをモニター 14にて表示可能な標準的映像信号に変換する際に、表示サイズ決定部 29にて決定された表示サイズにてモニター 14の表示画面上で表示されるよう、観察画像データを電子的に拡大または縮小する処理を行う。

[0062] 図 4 (a)—図 4 (c)は、モニター 14の表示画面上に表示される画像の例を示す模式図である。図 4 (a)—図 4 (c)に示すように、表示画面上には前記内視鏡 11, 12の C CD16, 32にお、て撮像された観察部位の内視鏡画像が表示される観察画像表示領域 (以下、単に画像表示領域と称する） 14aと、前記文字情報入力回路 24から入力されて、前記文字情報重畳回路 23において重畳された患者情報、観察日時などの内視鏡観察情報が表示される内視鏡観察情報表示領域 (以下、単に情報表示領域と称する） 14bとが形成される。

[0063] 図 4 (a)は、第 1の内視鏡 11によって取得された観察画像データの表示態様を示す模式図であり、図 4 (b)は、第 1の内視鏡 11の観察光学系よりも大きな視野角の観察光学系を備えた第 2の内視鏡 12によって取得された観察画像データに対して拡大'縮小処理を行わなカゝつた場合の表示態様を示す模式図である。なお、理解を簡単にするため図 4 (a)—図 4 (c)に示す例では同一対象に関する観察画像データを図示しており、第 1の内視鏡 11に備わる CCD16、第 2の内視鏡 12に備わる CCD32 の画素数、受光面の形状 ·寸法等が同一であるものとする。

[0064] 図 4 (a)と図 4 (b)を比較すると明らかなように、表示サイズに関して画像表示信号回路 26にて拡大 ·縮小処理を行うことなくモニター 14に出力した場合には、視野角の相違に応じて、モニター 14の表示画面上における観察対象の表示サイズが相違することとなる。すなわち、 CCD16、 CCD32の画素数等が同一である場合には、視野角が相違するにもかかわらず観察画像データ全体の表示サイズがほぼ同一のものとなるため、視野角が相対的に広い観察光学系を備えた第 2の内視鏡によって取得された観察画像データは、第 1の内視鏡によって取得された観察画像データと比較して、単位視野角に対応した領域の表示サイズ力小さなものとなる。換言すれば、同一の対象を撮像したにもかかわらず、視野角の相違に起因して、第 2の内視鏡によって取得された観察画像データを表示した図 4 (b)の例では、図 4 (a)の例と比較して、表示画面上における撮像対象の表示サイズが小さなものとなる。

[0065] すなわち、前記第 1の内視鏡において撮像された観察画像の範囲は、前記第 1の対物レンズ 15の視野角によって定まり、力かる視野角に対応した観察画像が、図 4 ( a)に示すようにモニター 14の表示画面上の画像表示領域 14aに観察画像 19として表示され、かつ、情報表示領域 14bに内視鏡観察情報が表示される。

[0066] 一方、前記第 2の内視鏡 12において撮像された観察画像は、前記第 1の対物レンズ 15よりも広角な第 2の対物レンズ 31の視野角による観察画角となり、この第 2の対物レンズ 31の視野角内の観察画角の観察画像力図 4 (b)に示すように、モニター 1 4の画像表示領域 14aに観察画像 19 'として表示され、かつ、情報表示領域 14bに内視鏡観察情報が表示される。

[0067] つまり、モニター 14の画像表示領域 14aに表示する第 1の内視鏡 11の観察画像 1 9に対して、前記第 1の内視鏡 11よりも広い視野角により撮像された第 2の内視鏡 12 の観察画像 19 'として表示される。このように、モニター 14の画像表示領域 14aに表示される第 2の内視鏡 12の観察画像 19 'は、広い視野角に応じた画像として表示されるが、その観察画角内の個々の観察部位は小さく表示される。このために、観察部位の認識がしにくかったり、見逃すことがあるという問題を生じる。

[0068] これに対して、本実施形態では、上述した表示サイズ決定部 29および画像表示信号回路 26の作用により、第 2の内視鏡 12によって取得された観察画像データは、図 4 (c)に示す態様にて表示画面上に表示される。すなわち、第 1の内視鏡によって取得された観察画像データと単位視野角に対応した領域の表示サイズがほぼ同等となるよう観察画像データ全体の表示サイズが拡大されており、この結果、同一の対象に関してモニター 14の表示画面上における表示サイズが等しくなつた状態で観察画像データが表示されることとなる。

[0069] 具体的には、図 4 (c)に示すように、モニター 14の画像表示領域 14a'のように拡大させ、かつ、情報表示領域 14b 'を縮小させる。つまり、モニター 14の表示画面上の画像表示領域 14aを画像表示領域 14a'のように拡大させることで、この拡大表示領域 14a'に表示される観察画像 19a'が共に拡大表示される。この拡大観察画像 19a 'により観察部位の表示を大きくさせることにより、図 4 (a)の場合と同程度に観察部位を認識でき、見逃しの解消を図ることができる。なお、第 2の内視鏡 12の CCD32を第 1の内視鏡 11の CCD16よりも高画素の CCDを用いると、この拡大観察画像 19a，への拡大による画質劣化を低減できる。

[0070] 次に、観察画像データ処理の変形例につ!、て、図 5を用いて説明する。本変形例では、画像表示信号回路 26は、表示サイズ決定部 29によって決定された表示サイズとなるよう観察画像データを拡大したことにより観察画像データの表示サイズがあら力じめ定めた所定のサイズよりも大きくなつた場合に、観察画像の中央部分を切り出すことによって表示サイズを調整する機能をさらに備えることとする。

[0071] 前述したように、前記広角な第 2の対物レンズ 31を有する第 2の内視鏡 12により撮像された広角観察画像 19 'が図 5 (a)に示すように、モニター 14の画像表示領域 14 aに表示される。このモニター 14の画像表示領域 14aに表示される第 2の内視鏡 12 による広角観察画像 19 'により広い観察範囲の観察が可能となる。しかし、この広い観察画角力個々の観察部位の状態が観察できることも望ましい。

[0072] このため、本変形例では、サイズ変換処理部たる画像表示信号回路 26は、表示サィズ決定部 29によって決定された表示サイズとなるよう観察画像データに対して所定の処理を行った後、観察画像の中央部分に対応したデータを抽出して周辺部分に対応したデータをカットすることにより、図 5 (b)に示すように画像表示領域 14aのサイズを維持しつつ、中央部分を拡大した中央画像部分 19c 'を表示することが可能である。力かる態様にて観察画像を表示することによって、上述したように個々の観察部位の状態が観察可能であると共に、例えばモニタ 14に備わる表示画面のサイズが小さぐ観察画像全体を拡大表示することが困難である場合等の有効であるという利点を有する。

[0073] 以上説明したように、本発明の内視鏡システム、及び内視鏡装置は、広い視野角により撮像された広角内視鏡観察像をモニターに表示すると撮像画角は広いが、個々の観察部位は小さく表示される。この広角観察画像を表示するモニターの画像表示領域を拡大することにより広角観察画像全体を大きく表示させて、視認性を向上させることができる。又、広角観察画像の周囲の画像部分除いた画像部分を伸張拡大処理してモニターの画像表示領域に表示させることにより広角観察画像の視認性が向上できる。

産業上の利用可能性

[0074] 以上のように、本発明にかかる内視鏡システム、内視鏡装置および画像処理装置は、内視鏡は、例えば医療分野において、視野角の広い内視鏡に関して有用であり、特に複数の内視鏡装置を扱う使用形態において顕著な効果を発揮する。

Claims

請求の範囲

[1] 観察空間に一部を挿入した状態にて使用される複数の内視鏡を備えた内視鏡システムにおいて、

所定の観察空間にて所定の湾曲範囲に渡って湾曲可能な湾曲部が設けられた挿入部と、湾曲部の湾曲動作に応じて光軸方向が変化すると共に所定の視野角を有する観察光学系を内蔵した先端部とを備えた第 1の内視鏡と、

前記所定の観察空間にて前記第 1の内視鏡と比較して狭!、範囲に制限された湾曲範囲に渡って湾曲可能な湾曲部が設けられた挿入部と、湾曲部の湾曲動作に応じて光軸方向が変化すると共に、前記第 1の内視鏡と比較して広い視野角を有する観察光学系を内蔵した先端部とを備えた第 2の内視鏡と、

を備えたことを特徴とする内視鏡システム。

[2] 前記第 1の内視鏡の湾曲角度と前記第 2の内視鏡の湾曲角度とが同じ角度において、前記第 2の内視鏡の観察光学系の視野角は、前記第 1の内視鏡の観察光学系の視野角と同等以上の広角にしたことを特徴とする請求項 1記載の内視鏡システム。

[3] 前記第 2の内視鏡の挿入部の外径は、前記第 1の内視鏡の挿入部の外径よりも大きいことを特徴とする請求項 1または 2に記載の内視鏡システム。

[4] 被検体内に挿入される挿入部に、前記被検体内の部位を観察する観察光学系と湾曲操作に応じて湾曲動作する湾曲部を有する内視鏡装置において、

前記観察光学系の視野角を、前記被検体内の同一部位における湾曲部の湾曲範囲が前記内視鏡の湾曲部の湾曲範囲よりも大きい別の内視鏡の観察光学系の視野角よりも大きくしたことを特徴とする内視鏡装置。

[5] 前記内視鏡は、前記別の内視鏡と同一の内視鏡を動作させるための装置に接続可能であることを特徴とする請求項 4記載の内視鏡装置。

[6] 観察対象内に一部を挿入した状態にて使用される内視鏡装置であって、

所定の観察空間にて所定の湾曲範囲に渡って湾曲可能な湾曲部と、

所定の視野角を有し、前記湾曲部の湾曲動作に応じて光軸方向が変化する観察光学系を内蔵した先端部とを備え、

前記観察光学系の視野角と前記湾曲部の湾曲範囲は、一方の値に基づき他方の値が定められたことを特徴とする内視鏡装置。

[7] 前記視野角および前記湾曲範囲は、あらかじめ定められた観察範囲に応じて定められることを特徴とする請求項 6に記載の内視鏡装置。

[8] 異なる視野角を有する複数の観察光学系によって取得された観察画像データを処理可能な画像処理装置であって、

表示する観察画像を生成した前記観察光学系の視野角に基づき、他の観察光学系によって取得された観察画像データとの間における、単位視野角に対応した領域の表示画面上の表示サイズの差を低減するよう前記観察画像データの表示サイズを定める表示サイズ決定部と、

前記表示サイズ決定部によって導出された表示サイズとなるよう前記観察画像データを電子的に拡大および Zまたは縮小する処理を行うサイズ変換処理部と、を備えたことを特徴とする画像処理装置。

[9] 前記観察画像データは、所定の視野角の観察光学系を備えた第 1の内視鏡と、該第 1の内視鏡と比較して広い視野角の観察光学系を備えた第 2の内視鏡とによって取得されたものであって、

前記表示サイズ決定部は、前記第 2の内視鏡によって取得された観察画像データの表示サイズが、前記第 1の内視鏡によって取得された観察画像データの表示サイズに対して相対的に大きくなるよう表示サイズを決定することを特徴とする請求項 8に記載の画像処理装置。

[10] 前記表示サイズ決定部は、前記表示画面上における単位視野角に対応した領域の表示サイズが前記観察光学系の視野角の相違にかかわらずほぼ等しくなるよう前記観察画像データの表示サイズを決定することを特徴とする請求項 8または 9に記載の画像処理装置。

[11] 前記サイズ変換処理部は、前記観察画像データに拡大処理を施した場合に、あらかじめ定めた前記表示画面上の表示サイズを実現するよう前記観察画像データの中央部分のみ切り出す処理をさらに行うことを特徴とする請求項 8— 10のいずれか一つに記載の画像処理装置。