WO2014024529A1 - 走査型内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

　照明光を発光する光源部（２）と、照明光を導光し先端から指向性をもって被検体へ照射する光ファイバ（３）と、光ファイバ（３）の先端を走査する駆動素子（７）および走査駆動部（８）と、光ファイバ（３）の先端と同一の指向性で光を検出する第１光検出部（１１）と、光ファイバ（３）の先端の走査範囲全体からの光を検出する第２光検出部（１２）と、第１光検出部（１１）の検出結果と第２光検出部（１２）の検出結果とを加算し、走査駆動部（８）からの光ファイバ（３）の先端の方向の情報に基づいて、加算結果がどの方向からの光を検出した結果になるかを算出して画像を構成する画像処理部（１５）と、を備える走査型内視鏡装置（１）。

Description

走査型内視鏡装置

　本発明は、指向性のある照明光を走査して被検体の画像を取得する走査型内視鏡装置に関する。

　従来より、被検体に対して指向性をもって照明光を照射し、照明光の照射方向を走査させながら反射光を受光することにより、被検体の画像を取得する走査型内視鏡装置が提案されている。

　例えば、特開２００８－１６５２３６号公報に記載された技術では、スコープ先端部にアクチュエータを設け、光ファイバ先端部（１２Ｐ）を螺旋状に振動させる。さらに、光ファイバ（１２）には、アクチュエータ（１６）の後方に光屈折部（１２Ｔ）を設け、クラッド（１２Ｂ）に傾斜面（１２Ｘ、１２Ｙ）を形成する。そして、光屈折部（１２Ｔ）の後方における光ファイバ（１２）の周囲に複数のフォトセンサ（１４）を設け、クラッド（１２Ｂ）より高い屈折率をもつ樹脂（１９）をフォトセンサ（１４）とアクチュエータ（１６）の間に充填する。クラッド（１２Ｂ）を進行する反射光は傾斜面（１２Ｘ）から射出し、フォトセンサ（１４）に入射する。これにより、精度よく光を伝達し、簡易な構成によって被写体情報を得るとされている。

　また、特開２０１１－５５９３９号公報に記載された技術では、走査型内視鏡のプローブ（１５）をビデオスコープ（１０）の鉗子チャンネル（１０Ｆ）に挿入可能な内視鏡装置において、診断モードが設定されると、白色光と励起光を交互に照射し、フルカラー画像である通常観察画像と、蛍光観察画像を生成し、プローブ先端部（１５Ｔ）の突出長さおよびスコープ先端部（１０Ｔ）の湾曲角（ω）を検出する。検出された突出長さおよび湾曲角に基づき、蛍光観察画像の拡大／縮小倍率および位相シフト量を決定し、合成切替回路（３６）において、病変部などの観察対象サイズが通常観察画像の観察対象サイズと一致するように、決定された倍率に従って蛍光観察画像の拡大／縮小処理を行い、決定された位相シフト量に従って位相シフト処理を実行する。これにより、プローブを使用可能な内視鏡装置において、２つの画像間でずれのない合成画像を得るとされている。

　さらに、特開２０１０－１１７４４２号公報に記載された技術では、光走査型内視鏡は光供給ファイバ（５３）、ファイバ駆動部（５４）、および先端光学ユニット（６０）を有する。光供給ファイバ（５３）は出射端から光を出射する。ファイバ駆動部（５４）は光供給ファイバ（５３）を第１の直線（Ｌ１）から屈曲させる。先端光学ユニット（６０）は第１、第２のミラー（６１、６２）を有する。第１のミラー（６１）は光供給ファイバ（５３）が出射した光を第２のミラー（６２）に向けて反射する。第２のミラー（６２）は第１のミラー（６１）により反射された光を第１の方向を正ベクトルとして含む方向であって、第１の直線（Ｌ１）上の点に向かう方向に反射する。これにより、渦巻き型の走査を行う光走査型内視鏡における渦巻きの中心近辺における画像の歪みを低減化するとされている。

　こうした走査型内視鏡装置では、照明光を導光する光ファイバの出射端の方向を変化可能に構成し、光ファイバの出射端の方向を時間の経過と共に変化させることにより照明光の走査を行う。一方、被検体からの光を受光する構成は、例えば、照明光の走査範囲内からの光を全て受光可能なようになされる。

　従って、受光した光がどの方向からの光であるか（つまり、被検体のどの部分からの光であるか）を示す情報は、受光した光により生成される信号には含まれていない。そこで、受光した光は、出射した光が照射された被検体部分からの戻り光であると推定して、内視鏡画像の構成が行われている。

　上述したような従来の走査型内視鏡装置の構成は、受光範囲内に被検体からの戻り光以外の光が存在しない場合には被検体の画像を正確に構成することができるが、戻り光以外の外部要因光（光ファイバから出射される照明光の戻り光ではない光、例えば、電気メスや治療用レーザなどの、被検体に対して発光を伴う処置を行うための処置具により発生した光）が存在する場合には、外部要因光が生じている位置を視認可能な画像として構成することができなかった。

　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、外部要因光の位置を視認可能な画像を構成す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している。

　上記の目的を達成するために、本発明の一態様による走査型内視鏡装置は、照明光を発光する光源部と、前記照明光を導光し、先端から指向性をもって被検体へ照射する導光部と、前記導光部の前記先端の方向を変化させる走査を行う走査部と、前記導光部の前記先端と同一の指向性をもって光を検出する第１光検出部と、前記第１光検出部よりも広い指向性をもって前記走査部による前記導光部の前記先端の走査範囲からの光を検出する第２光検出部と、前記第１光検出部の検出結果と前記第２光検出部の検出結果とを加算し、前記走査部からの前記導光部の前記先端の方向の情報に基づいて、該加算結果がどの方向からの光を検出した結果になるかを算出して画像を構成する画像処理部とを備えている。

本発明の実施形態１における走査型内視鏡装置の構成例を示す図。 上記実施形態１における走査型内視鏡装置の構成の変形例を示す図。 上記実施形態１の走査型内視鏡装置における光走査の様子を示す図。 上記実施形態１において、処置具により発生した光が観察視野内に存在する様子を示す図。 上記実施形態１において、第１光検出部による検出結果の例を示す図。 上記実施形態１において、第２光検出部による検出結果の例を示す図。 上記実施形態１において、画像処理部により第１光検出部の検出結果と第２光検出部の検出結果とを加算した結果を示す図。 本発明の実施形態２における走査型内視鏡装置の構成例を示す図。

　以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

［実施形態１］
　図１から図７は本発明の実施形態１を示したものであり、図１は走査型内視鏡装置の構成例を示す図である。

　図１に示す走査型内視鏡装置１は、光源部２と、光ファイバ３と、分岐光ファイバ４と、光カプラ５と、内視鏡６と、駆動素子７と、走査駆動部８と、光ファイババンドル９と、第１光検出部１１と、第２光検出部１２と、画像処理部１５と、モニタ１６と、を備えている。

　光源部２は、照明光を発光するものであり、例えば複数色の照明光、具体的には赤色（Ｒ）狭帯域光を発光する赤色発光レーザ、緑色（Ｇ）狭帯域光を発光する緑色発光レーザ、青色（Ｂ）狭帯域光を発光する青色発光レーザを備えたカラーの照明光を発光するものとなっている。ここに、光源としてレーザを用いているのは、コヒーレントな光が発光されるために、拡散することが少ない（つまり高い指向性の）光線を得ることができるからである。なお、ここでは光源部２がＲＧＢの３色成分を備えたカラーの照明光を発光するものとしているが、モノクロ画像を取得すれば足りるのであればモノクロ用の照明光を発光するものであっても勿論構わない。あるいは、紫外光、赤外光、狭帯域光観察（ＮＢＩ：Narrow Band Imaging）用光などの光を発光するものであっても良い。

　光ファイバ３は、光源部２から発光された照明光を導光して、先端から指向性をもって被検体へ照射する導光部であり、出射光の拡散を抑制するために例えばシングルモード型の光ファイバが用いられている。この光ファイバ３の先端は、内視鏡６の先端に配置されている。照射された照明光は、被検体により反射されて戻り光となり、光ファイババンドル９の先端、および光ファイバ３の先端から入射する。

　分岐光ファイバ４および光カプラ５は、導光部の一部であって、光ファイバ３の先端から入射した戻り光を光源部２とは異なる位置へ導光する分岐部である。すなわち、光カプラ５は、光ファイバ３による導光経路上に配置されていて、光源部２から発光された照明光を光ファイバ３の先端側へ導くが、分岐光ファイバ４側へは導かない。また、光カプラ５は、光ファイバ３の先端から入射した戻り光を、分岐光ファイバ４側へ導くが、光源部２側へは導かない。

　内視鏡６は、被検体内への挿入を行うものであり、光ファイバ３および光ファイババンドル９が内部に挿通され、駆動素子７も配設されている。

　駆動素子７および走査駆動部８は、光ファイバ３の先端の方向を変化させる走査を行う走査部である。駆動素子７は光ファイバ３の先端を移動する駆動源であり、例えばピエゾ素子等として構成されている。また、走査駆動部８は、駆動素子７へ供給する駆動電流を制御するドライバである。

　光ファイババンドル９は、先端が内視鏡６の先端に配設されていて、被検体からの戻り光を受光して基端側へ導光するものである。この光ファイババンドル９は、光ファイバ３の走査範囲内の全ての方向からの光を受光可能な、広い指向性の受光を行う。

　第１光検出部１１は、光ファイバ３、光カプラ５、および分岐光ファイバ４を介して導光された戻り光を検出することにより、光ファイバ３の先端と同一の指向性をもって光を検出するものである。

　第２光検出部１２は、光ファイババンドル９を介して導光された戻り光を検出することにより、第１光検出部１１よりも広い指向性をもって駆動素子７および走査駆動部８による光ファイバ３の先端の走査範囲からの光を検出するものである。

　画像処理部１５は、第１光検出部１１の検出結果と第２光検出部１２の検出結果とを加算し、走査駆動部８からの光ファイバ３の先端の方向の情報に基づいて、加算結果がどの方向からの光を検出した結果になるかを算出して画像を構成し、モニタ１６へ出力するものである。

　モニタ１６は、画像処理部１５により構成された画像を表示するものである。

　また、図２は走査型内視鏡装置１の構成の変形例を示す図である。

　この図２に示す変形例においては、第２光検出部１２を、内視鏡６の先端部における光ファイバ３の先端の近傍に配設している。このために、光ファイババンドル９は設けられていない。この第２光検出部１２が、光ファイバ３の走査範囲内の全ての方向からの光を受光可能な広い指向性の受光を行うのは、上述と同様である。第２光検出部１２が小型軽量であれば、このような構成を採用しても良い。

　次に、図３は走査型内視鏡装置１における光走査の様子を示す図である。

　駆動素子７および走査駆動部８による光ファイバ３の先端の走査は、例えばこの図３に示すように行われる。

　すなわち、観察視野１６ａの中心点Ａから方向の変化を開始して、光ファイバ３の先端の方向を螺旋状（スパイラル状）の経路に沿って変化させ、中心から最も離れた最遠点Ｂに至らせる。その後は、被検体への照明光の照射をオフにしてから光ファイバ３の先端の方向を最遠点Ｂから中心点Ａまで戻して同様の動作を行っても良いし、あるいは最遠点Ｂから螺旋状の経路を逆方向に辿って中心点Ａまで戻っても構わないし、その他の方法を採用しても良い。便宜上、本実施形態においては最遠点Ｂから螺旋状の経路を逆方向に辿って中心点Ａまで戻る方法を採用しているものとする。

　第２光検出部１２は、上述したように、図３に示すような走査範囲からの光を全て受光可能な、広い指向性をもって光を検出する。従って、第２光検出部１２で検出した光が、走査範囲内におけるどの点からの光であるのかは、第２光検出部１２の検出結果のみからは判定することができない。

　そこで、画像処理部１５は、走査駆動部８から光ファイバ３の先端の方向の情報（つまり、照明光の照射方向の情報）を受信して、第２光検出部１２の検出結果が、光ファイバ３の先端の方向にある被検体からの光であると推定して、第２光検出部１２の検出信号を推定した該当位置にマッピングすることにより画像を構成している。

　次に、図４は処置具２１により発生した光が観察視野１６ａ内に存在する様子を示す図である。

　内視鏡６による検査時には、処置具２１が併用して用いられることがある。この処置具２１が、電気メスや治療用レーザなどの、被検体に対して発光を伴う処置を行うためのものである場合には、この図４に示すように、観察視野１６ａ内に外部要因光２１ａ（光ファイバ３から出射される照明光の戻り光ではない光）が生じることになる。さらに、処置具２１に限らず何らかの原因で、外部要因光２１ａが生じることが考えられる。

　このような場合に得られる図４の点線で示すライン上の信号の様子を、図５および図６を参照して説明する。図５は第１光検出部１１による検出結果の例を示す図、図６は第２光検出部１２による検出結果の例を示す図である。

　まず、第１光検出部１１は、光ファイバ３の先端が向いている方向からの光を検出するものであるために、光ファイバ３の先端が外部要因光２１ａを向いていないときには戻り光のみを検出する。一方、第１光検出部１１は、光ファイバ３の先端が外部要因光２１ａを向いているときには、戻り光および外部要因光２１ａを検出することになる。従って、第１光検出部１１の検出信号ｆ１には、外部要因光２１ａを検出した場合に対応するピークｆ１ａが表れる。

　一方、第２光検出部１２は、外部要因光２１ａが観察視野１６ａ内（つまり、走査範囲内）にある場合には、光ファイバ３の走査方向がどの方向であるかに関わらず外部要因光２１ａを常に検出することになる。従って、第２光検出部１２の検出信号ｆ２には、被検体からの照明光の戻り光の信号成分と、外部要因光２１ａの信号成分ｆ２ａとが含まれ、しかも外部要因光２１ａの輝度レベルが例えば時間的に変動することなく一定である場合には、信号成分ｆ２ａも一定となる。

　そこで、画像処理部１５は、図５に示すような第１光検出部１１の検出信号ｆ１と、図６に示すような第２光検出部１２の検出信号ｆ２とに基づき、次の数式１に示すような演算を行い、画像信号をｆを生成するようになっている。

［数１］
　　　　　　　　　　　　　　　ｆ＝α×ｆ１＋ｆ２
　ここにαは、検出信号ｆ１の信号強度を検出信号ｆ２の信号強度に合わせるための補正係数である。

　すなわち、第１光検出部１１は例えば１本のファイバで構成される光ファイバ３を介して検出を行うが、第２光検出部１２は複数のファイバを束ねて構成される光ファイババンドル９を介して検出を行っている。光ファイババンドル９には多くのファイバを重ねることが可能であるので、第２光検出部１２では明るい光を受光することが可能である。さらに、第１光検出部１１が検出する戻り光の導光経路上には光カプラ５が設けられているが、第２光検出部１２が検出する戻り光の導光経路上には光カプラ５は存在していない。また、光カプラ５としてどのような製品を採用するかに応じて分岐光ファイバ４側へ導光される光量が変化する等の、性能差があると考えられる。加えて、第１光検出部１１に用いる光センサ等と、第２光検出部１２に用いる光センサ等とが同一性能であるとは限らず、異なる製品を用いた場合の性能差がある場合や、同一製品であっても個体毎の性能差がある場合も考えられる。従って、被検体の同一部分からの光を受光しても、検出信号ｆ１の信号強度と検出信号ｆ２の信号強度とが異なることがあると考えられるために、このような相違を補正するための補正係数がαである。この補正係数αは、走査型内視鏡装置１のシステム構成に応じて所定値に定められ、画像処理部１５内に予め記憶されている。

　図７は、画像処理部１５により第１光検出部１１の検出結果と第２光検出部１２の検出結果とを加算した結果を示す図である。

　上述したような処理により生成された画像信号ｆは、外部要因光２１ａに起因する信号成分として、第２光検出部１２からの信号成分ｆ２ａと、第１光検出部１１の検出信号ｆ１におけるピークｆ１ａに対応するピークｆａとを含んでいる。従って、画像信号ｆに基づきモニタ１６に表示される画像は、戻り光による被検体像を明るく観察することができると共に、外部要因光２１ａが被検体のどの位置に発生しているかを観察することも可能となっている。

　なお、上述した補正係数αは、システム構成に応じて定められた所定値に固定されるに限るものではなく、ユーザが補正係数αを所望に変更することができるようにしても良い。例えば、補正係数αの値を所定値よりも大きくすれば、外部要因光２１ａに起因するピークｆａをより明瞭に観察することが可能となる。一方、補正係数αの値を所定値よりも小さくすれば外部要因光２１ａに起因するピークｆａを目立たなくさせることができ、特に補正係数αを０に設定すれば外部要因光２１ａに煩わされることなく戻り光による被検体像を観察することが可能になる。

　また、上述では第１光検出部１１の検出信号ｆ１と第２光検出部１２の検出信号ｆ２とに基づく画像信号ｆの合成を数式１により行っているが、これに限るものではなく、より複雑な方法を採用しても構わない。

　例えば、図５において外部要因光２１ａに起因しているのはピークｆ１ａであるために、なるべくこのピークｆ１ａのみを抽出して補正係数αを乗算してから、第２光検出部１２の検出信号ｆ２に加算するようにしても構わない。外部要因光２１ａが観察画面１６ａ内における狭い範囲内のみにおいて発生していて、ピークｆ１ａが検出信号ｆ１の平均値に与える影響が小さい場合には、ピークｆ１ａのみを概略抽出する比較的簡易な方法として、第１光検出部１１の検出信号ｆ１から、検出信号ｆ１の平均値＜ｆ１＞を減算する方法が考えられる。この場合には、数式１に代えて次の数式２に基づき画像信号をｆを生成すれば良い。

［数２］
　　　　　　　　　　ｆ＝α×（ｆ１－＜ｆ１＞）＋ｆ２
　検出信号ｆ１から平均値＜ｆ１＞を減算すれば、検出信号ｆ１に含まれる戻り光成分（図５に示すピークｆ１ａ以外のなだらかな信号成分）が概略除去され、ほぼピークｆ１ａのみが残ることになる。従って、この数式２に基づき画像信号をｆを生成すれば、第２光検出部１２の検出結果が画像全体に渡ってレベルアップするのを抑制することができ、画像のコントラストを向上することができる。しかも、（ｆ１－＜ｆ１＞）の演算により抽出されるピークｆ１ａには戻り光成分が概略含まれていないために、補正係数αを乗算することで、検出信号ｆ２の強度に対する、外部要因光２１ａに起因するピークｆ１ａの強度の比をより正確に反映することが可能となる。

　このような実施形態１によれば、外部要因光の位置を視認可能な画像を構成して、モニタ１６に表示することができる。従って例えば、処置具２１により発光を伴う処置が行われている被検体の部位を確認することが可能となる。

　また、数式１に基づく処理を行う場合には、処理が比較的簡単であるために、処理負荷を軽減したり、処理のリアルタイム性を向上したりすることが可能となる。

　一方、数式２に基づく処理を行う場合には、比較的簡単な処理でありながら、画像の品質を向上することが可能となる。

　このとき、第１光検出部１１の検出結果に補正係数αを乗算しているために、戻り光により構成される被検体像と、外部要因光による像との光量比を適切な比に合わせることができる。そして、補正係数αを所望の値に変更可能にする場合には、外部要因光による像を目立たせるかあるいは目立たなくさせるかを、ユーザの好みに合わせることが可能となる。

　さらに、第１光検出部１１は、照明光を照射する光ファイバ３自体を戻り光の受光に用いているために、照明光の照射方向と受光する光の方向とを完全に一致させることができ、しかも製造時の高精度な位置合わせ等が不要となる。

　加えて、図２に示したように第２光検出部１２を光ファイバ３の先端の近傍に配設する場合には、図１に示したようなファイババンドル９が不要となり、ファイババンドル９に代えて信号線のみを配置すれば良いために、内視鏡６の細径化を図ることが可能となる利点がある。

［実施形態２］
　図８は本発明の実施形態２を示したものであり、走査型内視鏡装置の構成例を示す図である。この実施形態２において、上述の実施形態１と同様である部分については同一の符号を付すなどして説明を適宜省略し、主として異なる点についてのみ説明する。

　本実施形態の走査型内視鏡装置１は、上述した実施形態１の光カプラ５および分岐光ファイバ４に代えて、第２導光部である第２光ファイバ４Ａを設けたものとなっている。

　この第２光ファイバ４Ａは、内視鏡６内において光ファイバ３に沿って一体的に配設され、特に先端が、光ファイバ３の先端と同一の方向を向くように一体化されている。

　そして、第２光ファイバ４Ａは、光ファイバ３の先端と同一の指向性をもって、駆動素子７および走査駆動部８により一体に走査される。

　その結果、第１光検出部１１は、第２光ファイバ４Ａを介して導光された光を検出することにより、光ファイバ３の先端と同一の指向性をもって光を検出することになる。

　なお、本実施形態の構成においても、上述した実施形態１の図２に示した構成と同様に、第２光検出部１２を内視鏡６の先端部における光ファイバ３の先端の近傍に配設しても勿論構わない。

　このような実施形態２の構成を採用しても、上述した実施形態１とほぼ同様の効果を奏することができるとともに、光カプラ５等の光学部材が不要になる利点がある。

　なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明の態様を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。

　本出願は、２０１２年８月７日に日本国に出願された特願２０１２－１７５２４４号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (5)

1. 　照明光を発光する光源部と、
   　前記照明光を導光し、先端から指向性をもって被検体へ照射する導光部と、
   　前記導光部の前記先端の方向を変化させる走査を行う走査部と、
   　前記導光部の前記先端と同一の指向性をもって光を検出する第１光検出部と、
   　前記第１光検出部よりも広い指向性をもって前記走査部による前記導光部の前記先端の走査範囲からの光を検出する第２光検出部と、
   　前記第１光検出部の検出結果と前記第２光検出部の検出結果とを加算し、前記走査部からの前記導光部の前記先端の方向の情報に基づいて、該加算結果がどの方向からの光を検出した結果になるかを算出して画像を構成する画像処理部と、
   　を備えることを特徴とする走査型内視鏡装置。
2. 　前記導光部は、該導光部の前記先端から入射した光を前記光源部とは異なる位置へ導光する分岐部を備えており、
   　前記第１光検出部は、前記分岐部を介して導光された前記光を検出することにより、前記導光部の前記先端と同一の指向性をもって光を検出することを特徴とする請求項１に記載の走査型内視鏡装置。
3. 　先端が、前記導光部の前記先端と同一の指向性をもって前記走査部により一体に走査されるように構成された第２導光部をさらに備え、
   　前記第１光検出部は、前記第２導光部を介して導光された光を検出することにより、前記導光部の前記先端と同一の指向性をもって光を検出することを特徴とする請求項１に記載の走査型内視鏡装置。
4. 　前記画像処理部は、前記第１光検出部の検出結果に補正係数を乗算してから、前記第２光検出部の検出結果と加算することを特徴とする請求項１に記載の走査型内視鏡装置。
5. 　前記第２光検出部は、前記導光部の前記先端の近傍に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の走査型内視鏡装置。

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