WO2017199926A1 - 内視鏡装置 - Google Patents

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WO2017199926A1
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image
subject
imaging device
unit
endoscope
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敏雄 千葉
紘正 山下
健吉 谷岡
高橋　哲
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カイロス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an endoscope apparatus. Specifically, the present invention relates to an endoscope apparatus using 8K high-resolution video technology.
  • An endoscope for performing a minimally invasive operation by inserting an elongated insertion portion into a body cavity and photographing a state inside the body cavity has been widely used. Recently, the probability of cancer in Japanese people is about 50%, and the use of endoscopes tends to expand further. *
  • the distinguishability of the affected part of the organ is increased, and the risk of unexpectedly damaging other than the affected part is also reduced.
  • the surgical field of view can be expanded, and it is easy to perform surgery even when the surgical scope is wide. This is convenient for confirming the position of the surgical instrument and avoiding interference between surgical instruments.
  • large-screen observation is also possible, and all persons involved in the operation can share the same image, thereby facilitating communication (see Non-Patent Document 1).
  • the use of 8K high-resolution video technology has great potential for development.
  • FIG. 17 shows an example of a conventional 8K imaging device.
  • 8K video technology has been developed in the broadcasting field, so it has been found that it is large and heavy to be used by being attached to an endoscope apparatus. It is heavy even if it is held by two surgery supporters.
  • subtle changes in the imaging location are controlled manually, and in order to operate the endoscopic device, it is necessary to downsize the gripping part to fit in the hand. Is preferred. *
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a small-sized and lightweight endoscope apparatus with high resolution.
  • an endoscope apparatus 100 is inserted into a body cavity and guides light from a subject A, for example, as shown in FIG.
  • an illumination device 120 that is mounted on the insertion unit 110 and illuminates the subject A, and pixels of 8K level or higher arranged in a matrix, and receives reflected light from the subject A guided by the insertion unit 110.
  • the image pickup device 131 includes an image pickup device 131 that outputs an image pickup signal of the subject A, and includes an image pickup device 130 to which the insertion unit 110 and the illumination device 120 can be attached.
  • the cross-sectional area perpendicular to the optical axis OA (the dashed line in FIG. 5) of the mount part 135 containing the element 131 is equal to the cross-sectional area perpendicular to the optical axis OA of the grip part 136 that is gripped and transported by hand. large. *
  • 8K level or “equivalent to 8K” refers to the degree of resolution equivalent to a high-definition resolution image that can be realized with 8K (7680 ⁇ 4320 pixels).
  • a resolution exceeding 4K resolution 3840 ⁇ 2160 pixels
  • 6K resolution specifically, the number of pixels in one frame is 20 million or more. Since it is “8K level or higher”, a pixel number of 8K resolution (7680 ⁇ 4320 pixels) or higher may be used.
  • the mounting portion 135 is preferably 80 ⁇ 10 mm ⁇ 80 ⁇ 10 mm, and the gripping portion 136 is preferably 60 ⁇ 10 mm ⁇ 53 ⁇ 10 mm. If the mount portion 135 is too large, the mount portion 135 becomes heavy. If the mount portion 135 is too small, the image becomes unclear due to insufficient pixel pitch. If the gripper 136 is too large or too small, it will be difficult to grip. Since it is “8K or more”, the cross-sectional area of the mount 135 may be larger. With this configuration, it is possible to provide an endoscope apparatus including an imaging device 130 that is small and light with high resolution.
  • the mount unit 135 when a flange having a cross-sectional area equivalent to that of the mount unit 135 is attached to the rear of the gripper 136 for the reason that the optical axis is horizontal when the imaging device 130 is placed on a horizontal plane, the mount unit 135 The cross-sectional area and the cross-sectional area of the gripper 136 are compared.
  • an endoscope apparatus 100 includes an insertion unit 110 that is inserted into a body cavity and guides light from a subject A, as shown in FIG.
  • the lighting device 120 that is mounted and illuminates the subject A and pixels of 8K level or higher arranged in a matrix are mounted, and the reflected light from the subject A guided by the insertion unit 110 is received, and the subject A is imaged.
  • An image pickup device 131 that outputs a signal, an insertion unit 110 and an illuminating device 120 can be attached, and an image pickup device 130 that can be gripped and transported manually is provided. 8 ⁇ m or less. *
  • the pixel pitch (pixel pitch) P is suitably 2.8 to 3.8 ⁇ m. If the pitch is too small, interference occurs and the image is blurred. If it is too large, the substrate becomes large, which is disadvantageous in terms of volume, weight and speed. 3.0-3.5 ⁇ m is more suitable. *
  • the illumination device 120, the imaging device 130, and the control device 140 are configured separately.
  • the weight of the imaging device 130 is 500 g or less.
  • the control device 140 includes a control unit 141, an image processing unit 142, and a storage unit 143. This is because these parts are arranged outside the imaging device 130 to reduce the weight of the imaging device 130.
  • the imaging device 130 can be reduced in weight by manufacturing the housing of the imaging device 130 with a lightweight metal or a lightweight plastic (FRP or the like). Even if the entire part of the control device 140 is not arranged outside the imaging device 140, a portion that does not significantly affect the weight may be left in the imaging device 140. For example, 90% or more by weight may be disposed outside the imaging device 140. At this time, the weight of the conventional endoscope apparatus that has been reduced in weight is 2.2 kg (see FIG. 17). In this aspect, in addition to the miniaturization according to the first aspect, the weight of the imaging device 130 can be reduced to 500 g or less by the above weight reduction. With this configuration, the imaging device can be further reduced in weight compared to the first aspect. *
  • the insertion unit 110 provides a viewing angle of 80 degrees or more.
  • a lens system including the objective lens 112 and a diffusion layer that diffuses light supplied from the illumination device 120 and emits the light to the subject A are provided.
  • a wide viewing angle can be realized by using a wide-angle lens as the objective lens.
  • As 8K 80 to 180 degrees is preferable. With this configuration, the viewing angle can be increased by the lens system.
  • the imaging apparatus 130 digitally converts the pixel voltage.
  • a storage unit 143 that stores the pixel data provided from the imaging device 130, constructs frame data from the pixel data, processes the frame data, and processes the frame data
  • a control device 140 having an image processing unit 142 that uses a digital zoom for data magnification adjustment, and a display device 150 that displays frame data constructed by the image processing unit 142 on a large screen.
  • the digital zoom (electronic zoom) is to cut out and enlarge a part of a captured image.
  • high resolution can be obtained even in details, so that the sharpness does not deteriorate even when enlarged. It is also possible to change the vertical and horizontal magnifications.
  • the “large screen” means a monitor screen of 30 inches or more. With this configuration, high resolution can be obtained even when the viewing angle is increased by digital zoom.
  • an endoscope apparatus 100 is inserted into a body cavity and guides light from a subject A, for example, as shown in FIG. And an illumination device 120 that is mounted on the insertion unit 110 and illuminates the subject A, and pixels of 8K level or higher arranged in a matrix, and receives reflected light from the subject A guided by the insertion unit 110.
  • the imaging device 131 includes an imaging device 131 that outputs an imaging signal of the subject A, can be attached with the insertion unit 110 and the illumination device 120, and can be gripped and transported manually, and pixels provided from the imaging device 130 A storage unit 143 that stores data, an image processing unit 142 that constructs frame data from pixel data, processes the frame data, and uses a digital zoom to adjust the magnification of the frame data And a display device 150 that displays the frame data constructed by the image processing unit 142 on a large screen, and the distance between the tip of the insertion unit 110 and the subject A is 1 to 15 cm. It is possible to focus on the subject A. *
  • the distance between the distal end of the insertion portion 110 and the subject A is preferably 1 to 15 cm and more preferably 8 to 12 cm in view of the size of the operation space and the visibility of the operation area.
  • the length of the cylindrical portion 111 of the insertion portion 110 is 10 to 20 cm.
  • the length of the insertion unit 110 is short, it is possible to reduce the fluctuation of the image due to the shaking of the operator who holds the imaging device.
  • the number of relay lenses is small, light attenuation and aberration are reduced, and a bright lens system is obtained. Therefore, a clear image can be obtained.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an endoscope apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the detailed structure of an illuminating device and an imaging device. It is a figure for demonstrating the pixel pitch of an image pick-up element. It is an external view of an imaging device. It is a figure which shows the board
  • FIG. 5A is a front view
  • FIG. 5B is a plan view
  • FIG. 5C is a cross-sectional view along the line AA. It is an assembly drawing of the components of an imaging device.
  • FIG. 6A is an exploded view
  • FIG. 6B is a perspective view of the finished product after assembly.
  • FIG. 8A shows a configuration in which one optical fiber is provided
  • FIG. 8B shows a configuration in which a plurality of optical fibers are arranged along the circumference.
  • FIG. 9A shows an endoscopic image (captured image)
  • FIG. 9B shows a 256 ⁇ enlarged image at 2K
  • FIG. 9C shows a 256 ⁇ enlarged image at 8K. It is a figure for demonstrating the new operation space using 8K endoscope.
  • FIG. 13A is a diagram for explaining that the adhesive interface can be identified
  • FIG. 13B is a diagram for explaining that the adhesive interface can be separated. It is the figure which compared the visual field of 2K endoscope with the visual field of 8K endoscope.
  • FIG. 14A is a diagram illustrating an example of an 8K endoscopic image
  • FIG. 14B is a diagram illustrating an example of a 2K endoscopic image. It is a figure for demonstrating the predominance of the 8K endoscope in a single hole type
  • 16A is a diagram for explaining replacement of a surgical instrument with a 2K endoscope
  • FIG. 16B is a diagram for explaining replacement of a surgical instrument with an 8K endoscope. It is a figure which shows the example of the conventional imaging device.
  • FIG. 1 shows a configuration of an endoscope apparatus according to the present embodiment.
  • the endoscope apparatus 100 according to the present embodiment is a rigid endoscope mainly used as a laparoscope or a luminoscope, and includes an insertion unit 110, an illumination device 120, an imaging device 130, a control device 140, and a display device 150.
  • an insertion unit 110 for insertion of an illumination device 120 and an imaging device 130.
  • the insertion portion 110 is an elongated member that is inserted into a body cavity of a subject or the like.
  • the insertion part 110 has a cylindrical part 111, an objective lens 112, and a hollow light guide region 113. *
  • the cylindrical portion 111 is a member in which a metal material such as a stainless steel material or a hard resin material is formed in, for example, a cylindrical shape or an elliptical cylindrical shape having a diameter of 8 mm to 9 mm.
  • the illumination device 120 is detachably attached to the side surface in the vicinity of the proximal end of the tubular portion 111, and the imaging device 130 is detachably attached to the proximal end portion of the tubular portion 111.
  • the objective lens 112 is a light guide unit that captures light irradiated from the illumination device 120 and reflected by the subject A in the body cavity.
  • the objective lens 112 is composed of, for example, a wide angle lens. Thereby, a wide viewing angle is obtained. The viewing angle is preferably 80 to 180 degrees or more.
  • the objective lens 112 is disposed so as to be exposed from the distal end surface of the insertion portion 110.
  • the objective lens 112 condenses the reflected light from the subject A, and connects the image of the subject A to the imaging surface on which the imaging element 131 (see FIG. 2) of the imaging device 130 is arranged via the hollow light guide region 113. Image.
  • the side surface of the objective lens 112 is fixed to the inner wall surface in the vicinity of the distal end of the cylindrical portion 111 using an adhesive or the like, and the distal end surface of the insertion portion 110 is sealed. *
  • the hollow light guide region 113 is a space disposed between the base end portion and the tip end portion of the cylindrical portion 111, and functions as a light guide unit that guides light that has passed through the objective lens 112 to the imaging device 130. . *
  • the lighting device 120 includes an optical fiber 121, a diffusion layer 122, and a light source unit 123.
  • the optical fiber 121 is drawn from the light source part 123, fixed to the inner surface of the cylindrical part 111 with an adhesive or the like, and extends to the diffusion layer 122 at the tip of the cylindrical part cylindrical part.
  • the diffusion layer 122 diffuses and outputs the light supplied from the light source unit 123 via the optical fiber 121.
  • the diffusion layer 122 is constituted by, for example, a diffusion plate or a diffusion lens that diffuses and emits incident light. This is because the light is diffused so as to cover the viewing angle obtained by the wide-angle objective lens 112. *
  • the light source unit 123 supplies light for illuminating the subject A to the proximal end portion of the optical fiber 121.
  • the light source unit 123 includes an LED (Light Emitting Diode) element 125 and a first driver circuit 126.
  • a xenon lamp can be used instead of the LED element 125.
  • the light source unit 123 is installed separately from the insertion unit 110, and illumination light is introduced into the insertion unit 110 through a long cord.
  • the LED element 125 includes an element that emits three colors of red (R), green (G), and blue (B) inside, and irradiates the incident end of the optical fiber 121 with white light of a mixed color. *
  • the first driver circuit 126 drives the LED element 125 according to the control of the control device 140.
  • the first driver circuit 126 performs dimming control of the LED element 125 by PWM control or the like according to the control of the control device 140.
  • the imaging device 130 is detachably attached to the proximal end portion of the insertion portion 110, captures an image of the subject A with light incident through the hollow light guide region 113 of the cylindrical portion 111, and captures the image on the control device 140. Supply images. More specifically, the imaging device 130 includes an imaging element 131, a second driver circuit 132, an A / D conversion unit 133, and a transmission unit 134. *
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the pixel pitch of the image sensor.
  • the image sensor 131 is a so-called 8K, that is, a color image sensor having 7680 ⁇ 4320 pixels (pixels). Therefore, according to the 8K endoscope apparatus 100, a high-definition captured image can be obtained. *
  • the number of pixels of the image sensor is simply set to 8K (7680 ⁇ 4320 pixels), it is not always possible to achieve a true resolution (image density) of 8K on the display device (display) 150.
  • the display device (display) 150 In order to achieve a true 8K resolution, it is necessary to have a large pixel size. If the pixel size of the image sensor is too small, the image cannot be resolved due to the light diffraction limit, resulting in a blurred image.
  • the diameter of the built-in lens of the endoscope is very small due to the restriction that it can be inserted into a body cavity, it is difficult to use a large image sensor as it is. *
  • the pixel pitch P of the image sensor 131 is set to be larger than the diffraction limit of the main light used for illumination of the subject A.
  • the pitch P is set to a value larger than the reference wavelength ⁇ corresponding to the wavelength of the illumination light emitted from the diffusion layer 122, that is, the wavelength of the light emitted from the LED element 125.
  • the reference wavelength ⁇ means the light having the longest wavelength among the three primary colors constituting the illumination light, that is, the wavelength of the main component of red light. That is, it means the wavelength having the largest energy in the spectral region corresponding to red.
  • the aperture (f value) of the lens system is increased, the lens system becomes brighter, but the resolution decreases. Decreasing the aperture increases the resolution but darkens. For this reason, it was found that an aperture (f value) of 10 to 16 at 8K and a pixel pitch (pixel pitch) P of 2.8 to 3.8 ⁇ m are appropriate. If the pitch is too small, interference occurs and the image is blurred. If it is too large, the substrate becomes large, which is disadvantageous in terms of volume, weight and speed. 3.0-3.5 ⁇ m is more suitable. When the pixel pitch P is 2.8 to 3.8 ⁇ m, the size of the image sensor 131 is about 20 to 30 mm ⁇ 12 to 18 mm.
  • the size of the mount portion 135 on which the image pickup device 131 is mounted is, for example, 80 mm ⁇ 80 mm ⁇ 30 mm.
  • the dimension of the gripping part 136 is, for example, 60 mm ⁇ 53 mm ⁇ 105 mm because of easy gripping and operation (see FIG. 5).
  • the cross-sectional area perpendicular to the optical axis of the mount unit 135 in which the imaging element 131 is built is manually gripped and transported. It becomes equal to or larger than the cross-sectional area perpendicular to the optical axis of the gripper 136.
  • the mount portion is circular, the size of the mount portion is, for example, 70 mm ⁇ ⁇ 30 mm. Even so, the cross-sectional area perpendicular to the optical axis of the mount portion incorporating the image sensor 131 is equal to or larger than the cross-sectional area perpendicular to the optical axis of the gripping portion that is manually gripped and transported.
  • the color of a fine area can be recorded in one pixel.
  • a 20 ⁇ thin yarn can be identified.
  • the number of 8K pixels (approximately 33 million) is 16 times that of 2K (approximately 2 million).
  • the number of pixels field of view (monitor area) ⁇ pixel density.
  • the pixel density also becomes 4 times 2K.
  • the viewing angle for viewing the monitor screen is 30 degrees at 2K, 60 degrees at 4K, and 100 degrees at 8K, the realistic sensation is almost saturated at 100 degrees, so 8K is sufficient to obtain a realistic sensation. *
  • the image sensor 131 may include pixels equivalent to 8K or more. In the real world, even if the number of elements is 8K or less, a clear image can be obtained as compared with 4K. For this reason, the number of pixels of 6K or more is equivalent to 8K. *
  • FIG. 4 is an external view of the image pickup apparatus 130
  • FIG. 5 is a diagram showing a substrate arrangement and housing dimensions of the image pickup apparatus 130
  • FIG. 6 is an assembly drawing of components.
  • FIG. 5A is a front view
  • FIG. 5B is a plan view
  • FIG. 5C is a cross-sectional view along the line AA.
  • FIG. 6A is an exploded view
  • FIG. 6B is a perspective view of the finished product after assembly.
  • the mount part 135 has a size of about 80 mm ⁇ 80 mm ⁇ 30 mm, and a diaphragm 233 and an image pickup substrate (on which the image pickup element 131 is mounted) are mounted.
  • the gripping portion 136 is about 60 mm ⁇ 53 mm ⁇ 105 mm, and has a size that can be gripped in the hand.
  • the cross-sectional area of the mount portion 135 ⁇ the cross-sectional area of the grip portion 136.
  • 137A is a Peltier element that cools the substrate on which the image sensor 131 is mounted
  • 137B is a Peltier element (which may be omitted) that cools the control substrate 231 (which may not be) left in the imaging device 130.
  • Reference numeral 232 denotes a circular frame, which is in contact with the frame of the eyepiece lens mount 114 (the same size) and is connected to the diaphragm 233.
  • reference numeral 232 denotes a circular frame
  • 234 denotes a substrate frame on which the image sensor 131 is mounted. *
  • the housing 138 is made of, for example, a light metal (Al or the like) or FRP (for example, nylon processed into powder).
  • a light metal Al or the like
  • FRP for example, nylon processed into powder
  • the second driver circuit 132 controls the start and end of exposure of the image sensor 131 according to the control of the control device 140, and reads the voltage signal (pixel voltage) of each pixel.
  • the A / D converter 133 converts the pixel voltage read from the image sensor 131 by the second driver circuit 132 into digital data (image data), and outputs the digital data to the transmitter 133.
  • the transmission unit 134 outputs the luminance data output from the A / D conversion unit 133 to the dressing device 140. *
  • FIG. 7 is a block diagram showing a detailed configuration of the control device 140.
  • the control device 140 controls the entire endoscope apparatus 100, and includes a control unit 141, an image processing unit 142, a storage unit 143, and an input / output IF (interface). 144 and an input device 145.
  • the control unit 141 includes a CPU (Central Processing Unit), a memory, and the like.
  • the control unit 141 stores the luminance data transmitted from the transmission unit 134 in the storage unit 143, causes the image processing unit 142 to process the image data, It is displayed on the display device 150.
  • the control unit 141 further controls the first driver circuit 126 and the second driver circuit 132. *
  • the image processing unit 142 includes an image processor and the like, processes image data stored in the storage unit 143 under the control of the control unit 141, reproduces image data (frame data) for one frame, and stores the storage unit. Re-accumulate at 143.
  • the image processing unit 142 performs various image processes on the image data in units of frames stored in the storage unit 143. For example, the image processing unit 142 performs an enlargement / reduction process for enlarging / reducing each image frame at an arbitrary magnification. *
  • Digital zoom is used for enlargement / reduction. Since a clear image is stored in the storage unit 143, the image is not blurred even when enlarged by digital zoom. For this reason, since an image in a wide visual field range can be clearly displayed, a wide visual field can be provided. In addition, when digital zoom is used in combination with image processing (sharpening processing), a clearer image can be obtained by, for example, expressing the contrast between the affected part and another part with emphasis. *
  • the LED element 125 capable of obtaining large energy is used as the illumination device 120 light source. For this reason, bright illumination light can be obtained, and consequently a bright image can be obtained.
  • FIG. 8 shows the arrangement of the optical fibers 121 in the cylindrical portion 111 in the insertion portion 110.
  • FIG. 8A shows a configuration in which one optical fiber 121 according to this embodiment is provided
  • FIG. 8B shows a configuration in which a plurality of conventional optical fibers 221 are arranged along the cylindrical portion 211.
  • the space of the light guide hollow portion 113 of the cylindrical portion 111 can be effectively used for light guide from the subject A.
  • a system in which an optical fiber 221 is arranged on the circumference of a cylindrical portion 211 as shown in FIG. 8B is known.
  • the illumination optical fiber 221 occupies the space in the cylindrical portion 211.
  • the path of the subject image is narrowed, and it is difficult to project a large image on the imaging surface of the imaging element 131.
  • the endoscope apparatus 100 as shown in FIG.
  • the light guide hollow portion 113 of the cylindrical portion 111 can be widely used for light guide from the subject A.
  • the effective use of the light guide hollow portion 113 has a great effect.
  • FIG. 11 schematically shows a concept of a configuration example of the 8K endoscope system.
  • the main parts of the 8K endoscope system 100 are an insertion unit 110 and an imaging device 130.
  • the insertion unit 110 is composed of a rigid lens barrel having an outer shape of 10 mm and a lens system of 6 mm, for example.
  • a xenon light source is used as the light source unit 123 of the illumination device 120, and the eyepiece of the insertion unit 110 and the lens mount of the imaging device 130 are combined.
  • Image data picked up by the image pickup device 130 is stored in an 8K recorder as a storage unit 143 of the control device 140 via a camera control unit as the second driver circuit 132, and as a display device 150 via the control unit 141. Displayed on a liquid crystal monitor 150 (showing 8K resolution). *
  • FIG. 9 shows a comparative example (No. 1) of 8K and 2K endoscopic images.
  • 9A shows a 2K endoscopic image (captured image)
  • FIG. 9B shows a 256 ⁇ enlarged image (partially cut out) at 2K
  • FIG. 9C shows a 256 ⁇ enlarged image at 8K. (Partially cut out).
  • These endoscopic images show the abdominal cavity of the pig.
  • the 2K image is enlarged, details may be crushed and become unrecognizable.
  • a 10-0 suture (diameter 0.020 to 0.029 mm) can be recognized. *
  • FIG. 12 shows a comparative example (No. 2) of endoscopic images of 8K and 2K.
  • FIG. 12A shows a 2K endoscope image (captured image and a partially enlarged view thereof), and
  • FIG. 12B shows an 8K endoscope image (captured image and a partially enlarged view thereof).
  • the large intestine surface blood vessel is unclear in the 2K image, but looks high-definition in the 8K image. *
  • FIG. 13 is a diagram for explaining how the boundary between the organ and tissue (adhesion interface) looks.
  • FIG. 13A is a diagram for explaining that the adhesive interface can be identified
  • FIG. 13B is a diagram for explaining that the adhesive interface can be separated.
  • 8K endoscopic image it is possible to accurately identify even a difficult-to-understand boundary and safely separate it. It is possible to distinguish between a normal part and an abnormal part such as cancer.
  • FIG. 14 is a diagram comparing the field of view of the 2K endoscope and the field of view of the 8K endoscope.
  • FIG. 14A is a diagram showing an example of an 8K endoscopic image
  • FIG. 14B is a diagram showing an example of a 2K endoscopic image. Since the conventional 2K endoscope only showed a narrow central area, even if there was a bleeding point in the vicinity, it was overlooked. However, in the 8K endoscope, not only the central region (surgical region) but also a wide range of images including the periphery of the 8K endoscope can be switched or displayed at the same time. *
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a new surgical space using an 8K endoscope.
  • 8K images can be enlarged with a wide viewing angle and sharpness. For this reason, for example, the position of the distal end of the surgical instrument can be grasped by zooming out, the distal end of the surgical instrument can be positioned through the operation of inserting / removing the surgical instrument, and zoomed in for observation.
  • the viewing angle is wide, it is possible to display a wide surgical space by taking a picture with a fixed camera pulled and enlarging with a digital zoom.
  • a surgical space with a wide visual field can be realized, and it can be well adapted to surgery with a wide surgical scope. For example, it is not necessary to move the camera, and it is possible to avoid interference with surgical equipment.
  • an enlarged image obtained by zooming in on the treatment site can be displayed together with an image with a wide field of view before zooming up. *
  • FIG. 15 is a diagram for explaining the superiority of the 8K endoscope in single-hole surgery.
  • an 8K endoscopic camera When an 8K endoscopic camera is used, it is possible to take an image from a position away from the subject A, so that it is easy to avoid collision of surgical instruments.
  • Single-hole surgery has been evaluated as being minimally invasive (small burden on the patient), but has a low degree of freedom to move surgical instruments.
  • an 8K endoscope an image can be taken from the pulled position, and surgery is performed by looking at the image taken with digital zoom. Since the endoscope can be moved away from the surgical position, surgery is also easier. *
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the superiority of the 8K endoscope when the surgical instrument is replaced.
  • 16A is a diagram for explaining replacement of a surgical instrument with a 2K endoscope
  • FIG. 16B is a diagram for explaining replacement of a surgical instrument with an 8K endoscope. Since the field of view of the 2K endoscope is narrow, when the surgical instrument used so far is taken out (i) and the surgical instrument to be replaced is put into the surgical space (ii), the field of view is out of the scope of the endoscope. Often it takes time to get inside. Using an 8K endoscope camera, after replacing the surgical instrument (i), (ii), zoom out extensively to find the replaced surgical instrument, put it in the field of view and zoom in (iii) Yes. As described above, since the surgical instrument can be easily replaced and moved, the operation time can be shortened. *
  • the surgical space will be described.
  • the length of the cylindrical part 111 of the insertion part 110 is 10 to 20 cm (conventional 20 to 30 cm)
  • the intrusion length into the body cavity is 0 to 150 mm (conventional 100 to 200 mm)
  • the focal length of the objective lens system Is 10 to 150 mm.
  • Observation at close range is possible, and the focus can be adjusted over a wide range.
  • the operation space is inflated with gas. Conventionally, since it was optically viewed, the range in which a focused and clear image could be obtained was narrow. However, since the captured image was observed with a digital zoom, the image of the subject A can be observed clearly even at a relatively long distance. is there.
  • the distance between the distal end of the insertion section 110 and the subject A can be any of 50 to 150 mm above the subject. If the length of penetration into the body cavity is 0 to 30 mm and the distance between the distal end of the insertion section 110 and the subject A (the height of the surgical space) is 80 to 120 mm above the subject, the surgical space can be widened and images can be observed clearly. This is preferable because it is possible. Note that observation at a close distance may be necessary, and observation of 10 to 50 mm is also possible.
  • the use of the digital zoom eliminates the need for a loupe and facilitates surgery. Further, since the length of the insertion unit 110 is short, it is possible to reduce the fluctuation of the image due to the hand shake of the operator who holds the imaging device. On the other hand, if the length is short, the number of relay lenses is small, light attenuation and aberration are reduced, and a bright lens system is obtained. Therefore, a clear image can be obtained. *
  • the operation space is wide, a single-hole operation (with one oral cavity) that is minimally invasive (the burden on the patient is small) becomes possible. Collisions between surgical instruments such as a scalpel and forceps can be avoided, and when replacing a surgical instrument, it is possible to zoom out and search for a surgical instrument to correct the position. Thereby, the operation time can be shortened.
  • the 8K image display technology is used and the zoom-in / zoom-out technology is used, the reliability and safety of the operation are improved, the operation time can be shortened, and the operation environment is greatly changed.
  • the creation of such a large surgical space, digital zoom, and large screen display greatly change the surgical environment. Reliable, safe and secure medical care will be improved. *
  • the storage unit 143 stores an operation program of the control unit 141, an operation program of the image processing unit 142, image data received from the transmission unit 134, frame data reproduced by the image processing unit 142, processed frame data, and the like.
  • the input / output IF 144 functions as an interface for data transmission / reception between the control unit 141 and an external device.
  • the input device 145 includes a keyboard, a mouse, a button, a touch panel, and the like, and supplies a user instruction to the control unit 141 via the input / output IF 144.
  • the display device 150 is configured by a liquid crystal display device or the like having a display pixel number corresponding to 8K, and displays an operation screen, a captured image, a processed image, and the like under the control of the control device 140.
  • 8K a large screen monitor can be used for the display device. Since the storage unit 143 stores 7680 ⁇ 4320 pixels, for example, a large screen monitor of 30 inches or more is used. It looks natural even on a large screen monitor. For this reason, all the persons involved in the operation can share a large screen image, and smooth communication can be achieved. (The surgeon can also see the branch image from the imaging device.)
  • Endoscopes are used in dedicated facilities, unlike TV broadcast cameras.
  • the imaging device 130 and the control device 140 attached to the insertion unit 110 are connected by a cable 146 (see FIG. 2) of about several meters.
  • the control device 140 and the display device 150 are mounted on a mounting table or the like.
  • the illumination device 120, the imaging device 130, and the control device 140 are separate from each other.
  • the configuration (insertion unit 110 + imaging device 130 + illumination device 120) attached to the insertion unit 110 is reduced in weight and size, and the insertion unit 110 is relatively easy to handle.
  • the cable 146 connecting the illumination device 120 and the imaging device 130 and the control device 140 is at most 1 to 10 m in the treatment room, and in some cases, is different from the broadcasting site exceeding several hundreds of meters. There is little signal degradation due to the cable 146, and there is almost no adverse effect due to separation. *
  • the cooling means 137 of the imaging device 130 is demonstrated.
  • heat is generated.
  • the sensitivity of the image sensor that constitutes the image sensor 131 is increased, the amount of heat generation further increases.
  • the temperature of the imaging device 130 increases, the noise component for the video signal increases, the S / N ratio of the signal decreases, and the image quality of the image displayed on the monitor screen decreases. From the above, the cooling means 137 is provided.
  • a Peltier element is provided inside the casing 138 as the cooling means 137, and the image sensor 131 is radiated on the heat generation side of the Peltier element 137A. That is, the housing 138 is provided with an intake port 139A for taking in outside air and an exhaust port 139B for exhausting the internal air of the housing 138, and other than the intake port 139A and the exhaust port 139B are hermetically brewed. Yes (no disinfection ethylene oxide gas). One end of an on-off valve member (not shown) is connected and fixed to the intake port 139A and the exhaust port 139B.
  • the intake port 139A is driven by a negative pressure source (not shown), and the air in the housing 138 is discharged from the exhaust port 139B side by this negative pressure suction force, and accordingly, outside air is taken in from the intake port 139A.
  • An air flow is formed and a cooling channel is formed.
  • the heat generation side of the Peltier element 137A faces this air flow, and heat exchange is performed with air at an outside temperature.
  • the Peltier element 137B dissipates the heat of the substrate 139C remaining in the imaging device. As a result, even if the housing 138 generates heat by driving the imaging device 130, the Peltier element 137B is efficiently cooled and the temperature of the imaging device 130 is increased. The rise is suppressed.
  • the exhaust pipe should be 5 m or longer so that dust mixed in the exhaust does not enter the treatment space.
  • the control unit 141 turns on the first driver circuit 126 and the second driver circuit 132.
  • the first driver circuit 126 lights a light source (xenon lamp, LED element 125, etc.), and the second driver circuit 132 starts imaging by the image sensor 131.
  • White light output from the LED element 125 is diffused by the diffusion layer 122 via the optical fiber 121 and irradiated.
  • the image sensor 131 captures an image that has entered through the objective lens 121 and the light guide hollow portion 123. From the relationship between the aperture (f value) of the lens system and the pixel pitch P of the image sensor 131, the pixel pitch P is preferably 2.8 to 3.8 ⁇ m, and the pixel pitch P in this range is used. did. For this reason, a bright and high-resolution image can be acquired. *
  • the second driver circuit 132 sequentially reads out the pixel voltage of each pixel from the image sensor 131, converts it into digital image data by the A / D conversion unit 133, and sequentially transmits from the transmission unit 134 to the control device 140 via the cable 146. Send. *
  • the control unit 141 of the control device 140 sequentially receives the transmitted image data via the input / output IF 144 and sequentially stores them in the storage unit 143.
  • the image processing unit 142 processes the image data stored in the storage unit 143, reproduces the frame data, and appropriately performs a processing process.
  • the control unit 141 appropriately reads the frame data stored in the storage unit 143, supplies the frame data to the display device 150 via the input / output IF 144, and displays the frame data.
  • the user inserts the insertion unit 110 into the body cavity while confirming the display on the display device 150.
  • the insertion unit 110 is inserted into the body cavity, the subject A is illuminated by the light from the diffusion layer 122, the image sensor 131 captures an image of the subject A, and the captured image is displayed on the display device 150.
  • buttons for control are arranged on the housing 138 of the imaging device 130.
  • the buttons perform control of the display position of the display device 150, control of enlargement / reduction, adjustment of the focus of the lens system of the insertion unit 110, adjustment of the diaphragm, and the like. It is convenient because these controls and adjustments can be performed at hand.
  • Other apparatus configurations are the same as in the first embodiment, and a small and light endoscope apparatus with high resolution can be provided as in the first embodiment.
  • an example in which one optical fiber is attached to the insertion portion 110 has been described.
  • a plurality of optical fibers may be used in order to increase illumination light, and a plurality of circumferential fibers 115 may be provided so as to surround the entire periphery. good.
  • the example in which the lens system that receives the reflected light from the subject in the insertion unit 110 and transmits the reflected light to the imaging device 130 is configured by one objective lens 112 has been described. The reflected light from the subject may be transmitted to the imaging device 130.
  • the example in which the objective lens 112 of the insertion unit 110 is horizontally installed has been described. However, the objective lens 112 may be installed with an inclination.
  • the present invention is used for an endoscope apparatus used for minimally invasive surgery.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Endoscope apparatus, 110 ... Insertion part, 111 ... Cylindrical part, 112 ... Objective lens, 113 ... Hollow light guide area, 114 ... Eyepiece lens mount, 115 ... Eyepiece, 120 ... Illumination device, 121 ... Optical fiber , 122 ... diffusion layer, 123 ... light source part, 125 ... LED element, 126 ... first driver circuit, 130 ... imaging device, 131 ... imaging element, 132 ... second driver circuit, 133 ... A / D conversion part, 134: Transmitter, 135 ... Mount, 136 ... Grip, 137, 137A, 137B ...
  • Cooling means (Peltier element), 138 ... Housing, 139A ... Inlet, 139B ... Exhaust, 140 ... Control device, 141 ... Control unit 142... Image processing unit 143 Storage unit 144 Input / output IF 145 Input device 146 Cable 150 Display device 211 Circumferential unit 22 ... optical fiber, 231 ... substrate, 232 ... circular frame, 233 ... diaphragm, the frame portion of the substrate for mounting the 234 ... imaging device, A ... subject, OA ... optical axis

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Abstract

高解像度で小型軽量の内視鏡装置を提供する。本発明に係る内視鏡装置１００は、体腔内に挿入され、被写体からの光を導光する挿入部１１０と、挿入部１１０に装着され、被写体を照明する照明装置１２０と、マトリクス状に配置された８Ｋレベル以上の画素を備え、挿入部１１０により導光された被写体からの反射光を受光し、被写体の撮像信号を出力する撮像素子を有し、挿入部１１０と照明装置１２０を取り付け可能であり、人手で把持・運搬可能な撮像装置とを備え、撮像装置１３０は、撮像素子１３１を内蔵するマウント部１３５の光軸に垂直な断面積が、人手で把持・運搬する把持部１３６の光軸に垂直な断面積に比して等しい又は大きい。

Description

内視鏡装置
本発明は、内視鏡装置に関する。詳しくは８Ｋ高解像度映像技術を用いた内視鏡装置に関する。
細長い挿入部を体腔に挿入し、体腔内の様子を撮影して低侵襲手術を施術するための内視鏡が広く利用されてきた。最近は、日本国民の癌にかかる確率が約５０％になり、内視鏡の利用がさらに広がる傾向にある。　
他方、通信技術、画像処理技術、光学技術の発展により、８Ｋと呼ばれる高解像度映像技術が実用化されつつある。ところで、２Ｋ→４Ｋ→８Ｋの変化は、単なるメモリの増加に留まらず、内視鏡を用いた医療機器の分野、低侵襲手術の分野で質的な技術革新も起こりつつある。内視鏡装置に８Ｋ高解像度映像技術を適用すると、例えば、手術用の細糸や臓器の微細な患部、臓器・組織間の境界の認識が可能となり、細胞レベルの観察も可能になる。これにより、手術の信頼性・確実性が高くなり、医療技術の進展が期待される。すなわち、臓器の患部の識別性が高くなり、不意に患部以外を傷つけるおそれも少なくなる。また、術視野を拡大でき、施術範囲が広い場合でも手術し易くなり、手術機器位置の確認や手術機器間の干渉を避けるにも便宜である。さらに、大画面観察も可能になり、手術関係者全員が同じ画像を共有でき、コミュニケーションがスムーズになる（非特許文献１参照）。このように、８Ｋ高解像度映像技術の利用は大きな発展性を秘めている。
山下紘正、「８Ｋテレビ技術の内視鏡手術への応用」、２０１５年度第１回光技術動向調査委員会、２０１５年５月２５日公開
しかしながら、８Ｋ高解像度映像技術（以下、単に８Ｋともいう。）の利用に当たり、変革すべき点も見出されつつある。　図１７に従来の８Ｋ撮像装置の例を示す。これまで８Ｋ映像技術は放送分野で発展してきたので、内視鏡装置に取り付けて利用するには大型で重いという欠点が見出された。２人の手術支援者で抱えても重いということである。また、内視鏡装置を用いる低侵襲手術では、撮像箇所の微妙な変更を人手でコントロールしており、内視鏡装置を操作するには、把持部を手中に収まるように小型化するのが好適である。　
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高解像度で小型軽量の内視鏡装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る内視鏡装置１００は、例えば図１に示すように、体腔内に挿入され、被写体Ａからの光を導光する挿入部１１０と、挿入部１１０に装着され、被写体Ａを照明する照明装置１２０と、マトリクス状に配置された８Ｋレベル以上の画素を搭載し、挿入部１１０により導光された被写体Ａからの反射光を受光し、被写体Ａの撮像信号を出力する撮像素子１３１を有し、挿入部１１０と照明装置１２０を取り付け可能であり、人手で把持・運搬可能な撮像装置１３０とを備え、撮像装置１３０は、撮像素子１３１を内蔵するマウント部１３５の光軸ＯＡ（図５の一点鎖線）に垂直な断面積が、人手で把持・運搬する把持部１３６の光軸ＯＡに垂直な断面積に比して等しい又は大きい。　
ここにおいて、「８Ｋレベル」又は「８Ｋ相当」とは８Ｋ（７６８０×４３２０画素）で実現できる高精細解像度画像と同等な解像度の程度をいう。しかるに、実社会では、４Ｋ解像度（３８４０×２１６０画素）の解像度を上回る解像度についても使用されることがある。したがって、ここでは６Ｋ解像度（具体的には１フレームの画素数が２０００万以上）を上回る場合をいうものとする。「８Ｋレベル以上」であるから、８Ｋ解像度（７６８０×４３２０画素）以上の画素数を用いても良い。　また、典型的断面積として、８Ｋではマウント部１３５で８０±１０ｍｍ×８０±１０ｍｍ、把持部１３６で６０±１０ｍｍ×５３±１０ｍｍが好ましい。マウント部１３５では大きすぎると重くなり、小さすぎると画素ピッチ不足で画像が不鮮明になる。把持部１３６で大きすぎる又は小さすぎると把持しにくくなる。「８Ｋ以上」であるからマウント部１３５の断面積はより大きくても良い。　このように構成すると、高解像度で小型軽量の撮像装置１３０を備える内視鏡装置を提供できる。　なお、例えば撮像装置１３０を水平面に置いた時に光軸を水平にするなどの理由で把持部１３６の後方にマウント部１３５と同等な断面積のフランジ等を取り付けた場合についても、マウント部１３５の断面積と把持部１３６の断面積で比較するものとする。　
また、本発明の第２の態様に係る内視鏡装置１００は、例えば図１に示すように、体腔内に挿入され、被写体Ａからの光を導光する挿入部１１０と、挿入部１１０に装着され、被写体Ａを照明する照明装置１２０と、マトリクス状に配置された８Ｋレベル以上の画素を搭載し、挿入部１１０により導光された被写体Ａからの反射光を受光し、被写体Ａの撮像信号を出力する撮像素子１３１を有し、挿入部１１０と照明装置１２０を取り付け可能であり、人手で把持・運搬可能な撮像装置１３０とを備え、撮像素子のピッチは２．８μｍ以上、３．８μｍ以下である。　
ピクセルのピッチ（画素ピッチ）Ｐは、２．８～３．８μｍが適切である。ピッチが小さすぎると干渉が生じて画像がぼけてくる。大きすぎると基板が大きくなり、体積・重さ、スピード等で不利になる。３．０～３．５μｍがさらに適切である。　
また、本発明の第３の態様に係る内視鏡装置１００は、第１の態様において、例えば図１に示すように、照明装置１２０、撮像装置１３０及び制御装置１４０がそれぞれ別体として構成され、撮像装置１３０の重量が５００ｇ以下である。　
ここにおいて、制御装置１４０には、制御部１４１、画像処理部１４２、記憶部１４３が含まれる。これらの部分を撮像装置１３０の外に配置して、撮像装置１３０を軽量化するためである。また、撮像装置１３０の筐体を軽量金属又は軽量なプラスチック（ＦＲＰ等）で製造することにより、撮像装置１３０を軽量化する。なお、制御装置１４０の全部分が撮像装置１４０の外に配置されなくても、重さにさほど影響しない部分が撮像装置１４０内に残されても良い。例えば重量で９０％以上が撮像装置１４０の外に配置されれば良い。　現時点で従来の軽量化された内視鏡装置の重量は２．２ｋｇ（図１７参照）である。本態様では、第１の態様による小型化に加えて、上記軽量化により、撮像装置１３０の重量を５００ｇ以下にできる。　このように構成すると、撮像装置を第１の態様に比してさらに軽量化できる。　
また、本発明の第４の態様に係る内視鏡装置１００は、第１ないし第３のいずれかの態様において、例えば図１に示すように、挿入部１１０は８０度以上の視野角をもたらす対物レンズ１１２を含むレンズ系と照明装置１２０から供給された光を拡散して被写体Ａに射出する拡散層を有する。　
ここにおいて、対物レンズに広角レンズを用いることにより、広い視野角を実現できる。８Ｋ相当として、８０度～１８０度が好ましい。　このように構成すると、レンズ系により、視野角を大きくできる。　
また、本発明の第５の態様に係る内視鏡装置１００は、第１ないし第４のいずれかの態様において、例えば図１及び図７に示すように、撮像装置１３０は、画素電圧をデジタルの画素データに変換するＡ／Ｄ変換部を有し、撮像装置１３０から提供される画素データを記憶する記憶部１４３と、画素データからフレームデータを構築し、フレームデータを加工処理し、かつフレームデータの倍率調整にデジタルズームを使用する画像処理部１４２とを有する制御装置１４０と、画像処理部１４２にて構築されたフレームデータを大画面に表示する表示装置１５０とを備える。　
ここにおいて、デジタルズーム（電子ズーム）とは、撮影画像の一部を切り出して拡大するものである。８Ｋでは細部でも高解像度が得られるので、拡大しても鮮明度が劣化しない。なお、縦横の倍率を変えることも可能である。また、「大画面」とは、３０インチ以上のモニタ画面をいうものとする。　このように構成すると、デジタルズームにより、視野角を大きくしても、高解像度を得られる。　
上記課題を解決するために、本発明の第６の態様に係る内視鏡装置１００は、例えば図１に示すように、体腔内に挿入され、被写体Ａからの光を導光する挿入部１１０と、挿入部１１０に装着され、被写体Ａを照明する照明装置１２０と、マトリクス状に配置された８Ｋレベル以上の画素を搭載し、挿入部１１０により導光された被写体Ａからの反射光を受光し、被写体Ａの撮像信号を出力する撮像素子１３１を有し、挿入部１１０と照明装置１２０を取り付け可能であり、人手で把持・運搬可能な撮像装置１３０と、撮像装置１３０から提供される画素データを記憶する記憶部１４３と、画素データからフレームデータを構築し、フレームデータを加工処理し、かつフレームデータの倍率調整にデジタルズームを使用する画像処理部１４２とを有する制御装置１４０と、画像処理部１４２にて構築されたフレームデータを大画面に表示する表示装置１５０とを備え、挿入部１１０の先端と被写体Ａとの距離を１ないし１５ｃｍのいずれかとして被写体Ａに焦点を合わせることが可能である。　
ここにおいて、挿入部１１０の先端と被写体Ａとの距離は、手術空間の広さ及び手術領域の見やすさから１ないし１５ｃｍが好適であり、８ないし１２ｃｍがより好適である。　このように構成すると、挿入部１１０の先端と被写体Ａとの距離を離せるので、挿入部１１０の先端と被写体Ａとの間に広い手術空間を作ることができる。このため、手術部分だけでなく、その周囲を含む広範囲の領域の画像を表示できる。また、低侵襲性である単孔式手術ができ、手術器具間の衝突を少なくできる。　また、８Ｋでデジタルズームを使用することによって、微小領域も高精細に見ることができる。ズームイン・ズームアウトにより、微小領域と広い範囲を切り替えて又は同時に表示できる。これにより、手術器具の取り換え時間を短縮できる。　また、大画面に表示するので、施術時に手術関係者全員が画像を共有できる。また、ルーペが不要である。　このように広い手術空間の創生とデジタルズームと大画面表示は手術環境を大きく変える。信頼性が高く、安全・安心な医療に改善される。　
また、本発明の第７の態様に係る内視鏡装置は、挿入部１１０の筒状部１１１の長さは１０ないし２０ｃｍである。　このように構成すると、挿入部１１０の長さが短いので、撮像装置を把持する操作者の手ぶれによる画像の揺らぎを小さくできる。また、少ないリレーレンズ数になり、光の減衰や収差が減少し、明るいレンズ系となる。したがって、鮮明な画像を得られる。
本発明によれば、高解像度で小型軽量の内視鏡装置を提供することができる。
実施例１に係る内視鏡装置の構成を示す図である。 照明装置と撮像装置の詳細構成を示す図である。 撮像素子の画素ピッチを説明するための図である。 撮像装置の外観図である。 撮像装置の基板配置及び筐体寸法を示す図である。図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は平面図、図５（ｃ）はＡ－Ａ断面図である。 撮像装置の部品の組み立て図である。図６（ａ）は分解図、図６（ｂ）は組み立て後の完成体斜視図である。 制御装置の詳細構成を示すブロック図である。 挿入部における筒状部内の光ファイバの配置を示す図である。図８（ａ）は光ファイバが１本の構成を、図８（ｂ）は複数の光ファイバが円周に沿って配置された構成を示す。 ８Ｋと２Ｋの内視鏡画像の比較例（その１）を示す図である。図９（ａ）は内視鏡画像（撮影画像）、図９（ｂ）は２Ｋでの２５６倍拡大画像、図９（ｃ）は８Ｋでの２５６倍拡大画像を示す図である。 ８Ｋ内視鏡を用いた新しい手術空間を説明するための図である。 ８Ｋ内視鏡システムの構成例を模式的に示す図である。 ８Ｋと２Ｋの内視鏡画像の比較例（その２）を示す図である。図１２（ａ）は、２Ｋ内視鏡画像（撮影画像及びその一部拡大図）、図１２（ｂ）は８Ｋ内視鏡画像（撮影画像及びその一部拡大図）である。 臓器・組織間の境界（接着界面）の見え方について説明するための図である。図１３（ａ）は接着界面が識別できることを説明するための図、図１３（ｂ）は接着界面を切離できることを説明するための図である。 ２Ｋ内視鏡の視野と８Ｋ内視鏡の視野を比較した図である。図１４（ａ）は８Ｋ内視鏡画像の例を示す図、図１４（ｂ）は２Ｋ内視鏡画像の例を示す図である。 単孔式手術における８Ｋ内視鏡の優位性を説明するための図である。 手術器具の交換時の８Ｋ内視鏡の優位性を説明するための図である。図１６（ａ）は２Ｋ内視鏡での手術器具の交換を説明するための図、図１６（ｂ）は８Ｋ内視鏡での手術器具の交換を説明するための図である。 従来の撮像装置の例を示す図である。
本発明の実施形態に係る内視鏡装置について、以下に図面を参照して詳細に説明する。
図１に本実施例に係る内視鏡装置の構成を示す。本実施例に係る内視鏡装置１００は主に腹腔鏡や管腔鏡として用いられる硬性鏡であり、挿入部１１０、照明装置１２０、撮像装置１３０、制御装置１４０及び表示装置１５０を備える。　
挿入部１１０は、被検験者等の体腔内に挿入される細長の部材である。挿入部１１０は、筒状部１１１、対物レンズ１１２及び中空導光領域１１３を有する。　
筒状部１１１は、ステンレス鋼材等の金属材や硬質の樹脂材等が、例えば、直径８ｍｍ～９ｍｍの円筒状あるいは楕円筒状に形成された部材である。筒状部１１１の基端近傍の側面には、照明装置１２０が着脱可能に取りつけられ、また、筒状部１１１の基端部には、撮像装置１３０が着脱可能に取り付けられている。　
対物レンズ１１２は、照明装置１２０から照射され、体腔内の被写体Ａで反射した光を取り込む導光手段である。対物レンズ１１２は、例えば、広角レンズで構成される。これにより、広い視野角が得られる。視野角は８０度～１８０度以上が好適である。対物レンズ１１２は、挿入部１１０の先端面から露呈するように配置される。対物レンズ１１２は、被写体Ａからの反射光を集光し、中空導光領域１１３を介して、被写体Ａの像を撮像装置１３０の撮像素子１３１（図２参照）が配置された撮像面に結像する。対物レンズ１１２の側面は、筒状部１１１の先端近傍の内壁面に接着剤等を用いて固定され、挿入部１１０の先端面は密封されている。　
中空導光領域１１３は、円筒部１１１の基端部と先端部との間に配置される空間であり、対物レンズ１１２を通過した光を、撮像装置１３０に導光する導光手段として機能する。　
図２に、内視鏡装置１００の照明装置１２０と撮像装置１３０の詳細構成を示す。照明装置１２０は、光ファイバ１２１と、拡散層１２２と、光源部１２３とを有する。光ファイバ１２１は、光源部１２３から引き出され、筒状部１１１の内面に接着剤などで固定され、筒状部円筒部の先端部の拡散層１２２まで延在している。　
拡散層１２２（図１参照）は、光ファイバ１２１を介して光源部１２３から供給される光を拡散して出力する。拡散層１２２は、例えば、入射した光を拡散して射出する拡散板又は拡散レンズにより構成される。広角の対物レンズ１１２で得られる視野角をカバーするように光を拡散するためである。　
光源部１２３は、被写体Ａを照明するための光を光ファイバ１２１の基端部に供給する。光源部１２３は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）素子１２５と第１のドライバ回路１２６とを備える。なお、ＬＥＤ素子１２５の代わりにキセノンランプを使用できるが、この場合は光源部１２３は挿入部１１０と分離して設置され、長いコードを介して照明光が挿入部１１０に導入される。　
ＬＥＤ素子１２５は、内部に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）３色を発光する素子を内蔵し、混色による白色光を光ファイバ１２１の入射端に照射する。　
第１のドライバ回路１２６は、制御装置１４０の制御に従って、ＬＥＤ素子１２５を駆動する。第１のドライバ回路１２６は、制御装置１４０の制御に従って、ＰＷＭ制御等により、ＬＥＤ素子１２５を調光制御する。　
撮像装置１３０は、挿入部１１０の基端部に着脱可能に装着され、円筒部１１１の中空導光領域１１３通過して入射した光により、被写体Ａの画像を撮像し、制御装置１４０に撮像した画像を供給する。より詳細には、撮像装置１３０は、撮像素子１３１と、第２のドライバ回路１３２と、Ａ／Ｄ変換部１３３と、送信部１３４とを有する。　
図３は撮像素子の画素ピッチを説明するための図である。撮像素子１３１は、いわゆる８Ｋ、即ち、７６８０×４３２０ピクセル（画素）のカラーイメージセンサから構成される。したがって、８Ｋの内視鏡装置１００によれば、高精細な撮像画像を得ることができる。　
しかしながら、イメージセンサの画素数を、単純に８Ｋ（７６８０×４３２０ピクセル）にするだけでは、表示装置（ディスプレイ）１５０上で８Ｋの真の解像度（画像の緻密さ）を実現できるとは限らない。　真に８Ｋの解像度を実現するためには、「画素のサイズが大きいこと」が必要である。イメージセンサの画素のサイズが小さすぎると、光の回折限界のために解像できず、ぼやけた画像になってしまう。内視鏡に適用する場合、体腔に挿入できるという制限から、内視鏡の内蔵レンズの径が非常に小さいため、そのままでは、大型のイメージセンサを使用することは困難である。　
また、内視鏡内を導かれてきた光の径を、拡大レンズによりイメージセンサいっぱいに広げることが考えられる。しかし、倍率を上げれば上げるほど（焦点距離を遠くとるほど）、画面上のイメージサークルの面積は増えるが、反射光を得る術野範囲が狭くなる。このため、イメージセンサで受ける光（光子）の量が減り、画像が暗くなってしまうという問題があった。この問題は、８Ｋではイメージセンサの感度が４倍になった、液晶モニタが明るくなったことで解決できた。　
８Ｋの解像度を実現するために、撮像素子１３１のピクセルのピッチＰは、被写体Ａの照明に使用される主要光の回折限界以上の大きさにする。具体的には、ピッチＰは、拡散層１２２から出射される照明光の波長、即ち、ＬＥＤ素子１２５の発光光の波長に相当する基準波長λより大きい値に設定される。なお、照明光が複数の波長の光を含む場合、基準波長λは、照明光を構成する三原色の光のうちの波長が最も長い光、即ち、赤い光の主成分の波長を意味する。即ち、赤色に対応するスペクトル領域でエネルギーの最も大きい波長を意味する。　
また、レンズ系の開口度（ｆ値）を大きくすると、明るくなるが、解像度が落ちる。開口度を小さくすると、解像度が上がるが、暗くなる。このため、８Ｋでは開口度（ｆ値）が１０～１６で、ピクセルのピッチ（画素ピッチ）Ｐは、２．８～３．８μｍが適切であることがわかった。ピッチが小さすぎると干渉が生じて画像がぼけてくる。大きすぎると基板が大きくなり、体積・重さ、スピード等で不利になる。３．０～３．５μｍがさらに適切である。ピクセルのピッチＰを、２．８～３．８μｍとすると、撮像素子１３１の寸法は、約２０～３０ｍｍ×１２～１８ｍｍとなる。これを撮像素子１３１を搭載する基板の枠部２３４、円形の接眼レンズマウント部１１４で囲み、更に矩形の枠部及び筐体１３８で囲むと、撮像素子１３１を搭載したマウント部１３５の寸法が例えば８０ｍｍ×８０ｍｍ×３０ｍｍとなる。これに対して把持部１３６の寸法は、把持および操作のし易さから、例えば６０ｍｍ×５３ｍｍ×１０５ｍｍとなる（図５参照）。したがって、８Ｋ以上では、縦・横の寸法に±１０ｍｍの変化を考えて、典型的には、撮像素子１３１を内蔵するマウント部１３５の光軸に垂直な断面積が、人手で把持・運搬する把持部１３６の光軸に垂直な断面積に比して等しく又は大きくなる。なお、マウント部を円形にすると、マウント部の寸法は例えば７０ｍｍφ×３０ｍｍとなる。それでも、撮像素子１３１を内蔵するマウント部の光軸に垂直な断面積が、人手で把持・運搬する把持部の光軸に垂直な断面積に比して等しく又は大きくなる。　
画素数が多いので、１画素には微細領域の色彩を記録できる。例えば８Ｋでは２０μの細糸を識別可能である。（２Ｋでは肉眼で画素が見えるが、８Ｋでは見えない。）　８Ｋの画素数（約３，３００万）は２Ｋ（約２００万）の１６倍である。表示装置１５０（図１参照）において、画素数＝視野（モニタ面積）×画素密度　で表される。例えば、視野が２Ｋの４倍になると、画素密度も２Ｋの４倍になる。モニタ画面を見る視野角は、２Ｋで３０度、４Ｋで６０度、８Ｋで１００度とすると、臨場感は１００度でほぼ飽和するので、臨場感を求めるなら、８Ｋで十分である。　
撮像素子１３１は、８Ｋ相当以上のピクセルを備えてもよい。また、実社会では、８Ｋ以下の素子数でも、４Ｋに比して鮮明な画像が得られることから、８Ｋと称して販売等される場合がある。このため、画素数６Ｋ以上を８Ｋ相当ということとする。　
図４に撮像装置１３０の外観図、図５に撮像装置１３０の基板配置及び筐体寸法を示す図、図６に部品の組み立て図を示す。図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は平面図、図５（ｃ）はＡ－Ａ断面図である。図６（ａ）は分解図、図６（ｂ）は組み立て後の完成体斜視図である。マウント部１３５は約８０ｍｍ×８０ｍｍ×３０ｍｍで、絞り２３３及び撮像基板（撮像素子１３１を搭載する）がマウントされている。マウント部１３５には接眼レンズ１１５がマウントされた接眼レンズマウント部１１４が取り付けられ、接眼レンズマウント部１１４には挿入部１１０が取り付けられる。把持部１３６は約６０ｍｍ×５３ｍｍ×１０５ｍｍで、手中に把持できる寸法になっている。８Ｋに要求される画素ピッチ×画素数の撮像基板を実装するために、マウント部１３５の断面積≧把持部１３６の断面積となっている。図５において、１３７Ａは撮像素子１３１を搭載する基板を冷却するペルチエ素子、１３７Ｂは撮像装置１３０に残された制御用基板２３１(なくても良い)を冷却するペルチエ素子(なくても良い)、２３２は円形枠体で、接眼レンズマウント部１１４の枠体に当接し（同じ寸法）、絞り２３３に連結されている。図６において、２３２は円形枠体、２３４は撮像素子１３１を搭載する基板の枠体である。　
また、小型軽量にするために、筐体１３８は例えば、軽量金属（Ａｌ等）又はＦＲＰ（例えばナイロンを紛体加工したもの）が使用され、従来の撮像装置から制御装置１４０の主要部、照明装置１２０及び冷却用ファンを外に出すことで、これにより、重量５００ｇ以下を実現できた。これにより、操作・運搬しやすくなり、手術の信頼性が大いに向上する。　
ここで、図２に戻る。第２のドライバ回路１３２は、制御装置１４０の制御に従って、撮像素子１３１の露光の開始と終了を制御し、また、各画素の電圧信号（画素電圧）を読み出す。　Ａ／Ｄ変換部１３３は、第２のドライバ回路１３２が撮像素子１３１から読み出した画素電圧をデジタルデータ（画像データ）に変換し、送信部１３３に出力する。　送信部１３４は、Ａ／Ｄ変換部１３３から出力された輝度データを御装装置１４０に出力する。　
図７は制御装置１４０の詳細構成を示すブロック図である。制御装置１４０は、内視鏡装置１００全体を制御するものであり、制御部１４１，画像処理部１４２、記憶部１４３，入出力ＩＦ（インタフェース）
１４４及び入力装置１４５を備える。　
制御部１４１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、メモリなどから構成され、送信部１３４から送信された輝度データを記憶部１４３に記憶させ、また、画像処理部１４２に画像データを処理させ、また、表示装置１５０に表示する。制御部１４１は、さらに、第１のドライバ回路１２６、第２のドライバ回路１３２を制御する。　
画像処理部１４２は、イメージプロセッサ等から構成され、制御部１４１の制御に従って、記憶部１４３に記憶された画像データを処理して、１フレーム分の画像データ（フレームデータ）を再生し、記憶部１４３に再蓄積する。また、画像処理部１４２は、記憶部１４３に記憶されているフレーム単位の画像データに種々の画像処理を施す。例えば、画像処理部１４２は、各画像フレームを任意の倍率で拡大・縮小する拡大・縮小処理を行う。　
拡大・縮小にはデジタルズームを使用する。記憶部１４３には鮮明な画像が蓄積されているので、デジタルズームで拡大しても画像がぼやけることはない。このため、広視野の範囲の画像を鮮明に表示できるので、広視野の手術空間を提供できる。また、デジタルズームを画像処理（鮮明化処理）と併用すると、例えば患部と他の部分とのコントラストを強調して表現する等により、一層鮮明な画像を得ることができる。　
本実施の形態の内視鏡装置１００によれば、照明装置１２０光源として大きなエネルギーが得られるＬＥＤ素子１２５を使用する。このため、明るい照明光を得ることができ、ひいては、明るい画像を得ることができる。　
図８に挿入部１１０における円筒部１１１内の光ファイバ１２１の配置を示す。図８（ａ）は本実施例に係る光ファイバ１２１が１本の構成を、図８（ｂ）は従来の複数の光ファイバ２２１が円筒部２１１に沿って配置された構成を示す。　
また、照明光を円筒部１１１の内壁に配置した光ファイバ１２１により導くので、円筒部１１１の導光中空部１１３の空間を被写体Ａからの光の導光に有効に活用することができる。より具体的に説明すると、内視鏡の照明の形態として、図８（ｂ）に示すように、円筒部２１１の円周上に光ファイバ２２１を配置する方式が知られている。この手法では、照明用光ファイバ２２１によって、円筒部２１１内の空間が占有されてしまう。このため、被写体画像の行路が狭められ、大きな画像を撮像素子１３１の撮像面に投影することが困難である。これに対し、内視鏡装置１００では、図８（ａ）に示すように、円筒部１１１の導光中空部１１３を広く被写体Ａからの光の導光に利用できる。内視鏡装置１００の場合、挿入部の外径に制限があるため、導光中空部１１３を有効に活用できることは大きな効果を奏する。　
図１１に８Ｋ内視鏡システムの構成例の概念を模式的に示す。８Ｋ内視鏡システム１００の主要部は挿入部１１０と撮像装置１３０である。挿入部１１０は例えば外形１０ｍｍ、レンズ系６ｍｍの硬性鏡鏡筒で構成され、撮像装置１３０は、例えば撮像素子１３１としてＣＭＯＳを有する８Ｋカメラヘッドで構成される。照明装置１２０の光源部１２３としてキセノン光源が使用され、挿入部１１０のアイピースと撮像装置１３０のレンズマウントとが結合される。撮像装置１３０で撮像された画像データは第２のドライバ回路１３２としてのカメラコントロールユニットを介して制御装置１４０の記憶部１４３としての８Ｋ用レコーダに記憶され、制御部１４１を介して表示装置１５０としての液晶モニタ（８Ｋ解像度を示す）１５０に表示される。　
図９に、８Ｋと２Ｋの内視鏡画像の比較例（その１）を示す。図９（ａ）に２Ｋ内視鏡画像(撮影画像）、図９（ｂ）に２Ｋでの２５６倍拡大画像（一部切り出し）、図９（ｃ）に８Ｋでの２５６倍拡大画像を示す（一部切り出し）。これら内視鏡画像は豚の腹腔内を示すものである。２Ｋ画像では拡大すると細部が潰れて認識不能になる場合があるが、８Ｋ画像では、例えば１０－０の縫合糸（直径０．０２０～０．０２９ｍｍ）を認識できる。　
図１２に、８Ｋと２Ｋの内視鏡画像の比較例（その２）を示す。図１２（ａ）に２Ｋ内視鏡画像（撮影画像及びその一部拡大図）、図１２（ｂ）に８Ｋ内視鏡画像（撮影画像及びその一部拡大図）を示す。大腸表面血管が２Ｋ画像では不鮮明であるが、８Ｋ画像では高精細に見えている。　
図１３は、臓器・組織間の境界（接着界面）の見え方について説明するための図である。図１３（ａ）は接着界面が識別できることを説明するための図、図１３（ｂ）は接着界面を切離できることを説明するための図である。臓器・組織間の接着界面を安全に切り離すためには境界を見定める必要がある。８Ｋ内視鏡画像なら、わかりづらい境界でも正確に見定め、安全に切り離せる。正常部分と癌等の異常部分の識別も可能である。　
図１４は、２Ｋ内視鏡の視野と８Ｋ内視鏡の視野を比較した図である。図１４（ａ）は８Ｋ内視鏡画像の例をす図、図１４（ｂ）２Ｋ内視鏡画像の例を示す図である。従来の２Ｋ内視鏡では狭い中心域しか見えなかったので、その周辺に出血点があっても見逃されていた。しかし、８Ｋ内視鏡では、中心域（手術領域）だけでなく、その周囲を含む広範囲の画像を切り替えて又は同時に表示できるので、周辺に出血点も見ることができ、安心である。　
図１０は８Ｋ内視鏡を用いた新しい手術空間を説明するための図である。　８Ｋ画像では、視野角を広く、かつ鮮明さを保持して拡大可能である。このため、例えば、ズームアウトで手術機器の先端位置を把握し、手術機器の出し入れ操作を介して、手術機器の先端の位置決めを行い、ズームインして観測可能である。また、視野角が広ければ、固定カメラを引いた位置に置いて撮影し、デジタルズームで拡大して広い手術空間を表示できる。これにより、広い視野の手術空間を実現でき、施術範囲の広い手術にもよく適応できる。例えば、カメラを移動せずにすむ、手術機器の干渉を回避できる等である。また、施術箇所をズームアップした拡大画像もズームアップする前の広い視野の画像と共に表示することも可能である。　
図１５は、単孔式手術における８Ｋ内視鏡の優位性を説明するための図である。８Ｋ内視鏡カメラを使用すると、被写体Ａから離れた位置から撮影できるので、手術器具の衝突を避け易くなる。単孔式手術は低侵襲性（患者の負担が小さい）と評価されているが、手術器具を動かす自由度が低い。８Ｋ内視鏡では引いた位置から撮影でき、デジタルズームで拡大した撮影画像を見て手術を行う。内視鏡を手術位置から離せるので、手術もやり易くなる。　
図１６は、手術器具の交換時の８Ｋ内視鏡の優位性を説明するための図である。図１６（ａ）は２Ｋ内視鏡での手術器具の交換を説明するための図、図１６（ｂ）は８Ｋ内視鏡での手術器具の交換を説明するための図である。２Ｋ内視鏡では視野が狭いので、それまで使用していた手術器具を取り出し（ｉ）、取り替える手術器具を手術空間に入れる（ｉｉ）時に、内視鏡の視野の外に出てしまい、視野内に入れるのに手間取ることがしばしばある。８Ｋ内視鏡カメラを使用すると、手術器具を取り替えた（ｉ），（ｉｉ）後に、広範囲にズームアウトして取り替えた手術器具を探し、視野内に入れてからズームインして（ｉｉｉ）手術を行える。このように、手術器具の取り替え、移動も容易になるので、手術時間を短縮できる。　
ここで手術空間について説明する。例えば、挿入部１１０の筒状部１１１の長さは１０～２０ｃｍ（従来は２０～３０ｃｍ）で、体腔への侵入長さは０～１５０ｍｍ（従来は１００～２００ｍｍ）、対物レンズ系の焦点距離は１０～１５０ｍｍである。至近距離での観察も可能になり、広い範囲で焦点を合わせられる。なお、手術空間はガスが注入されて膨らまされている。従来は、光学的に見ていたので、焦点を合わせかつ鮮明な画像を得られる範囲が狭かったが、デジタルズームで撮影画像を観察するので、比較的遠方でも被写体Ａの画像を鮮明に観察可能である。デジタルズームによる観察と体腔への侵入長さが短いことにより、手術空間を広くとることができる。例えば、挿入部１１０の先端と被写体Ａとの距離（手術空間の高さ）を被写体上５０～１５０ｍｍのいずれかにすることができる。体腔への侵入長さを０～３０ｍｍとし、挿入部１１０の先端と被写体Ａとの距離（手術空間の高さ）を被写体上８０から１２０ｍｍとすると、手術空間を広くできかつ画像を鮮明に観察できるので好適である。なお、至近距離での観察も必要な場合があり、１０～５０mmの観察も可能である。また、デジタルズームの使用により、ルーペが不要になり、手術が容易になる。　また、挿入部１１０の長さが短いので、撮像装置を把持する操作者の手ぶれによる画像の揺らぎを小さくできる。また、短いと、少ないリレーレンズ数になり、光の減衰や収差が減少し、明るいレンズ系となる。したがって、鮮明な画像を得られる。　
手術空間が広くとれると、低侵襲性（患者の負担が小さい）の単孔式手術（口腔を１か所にする）が可能になる。外科用メス、鉗子等の手術機器同士の衝突を回避でき、また、手術機器を取り替える時には、ズームアウトして手術器具をサーチし、位置修正が可能となる。これにより、手術時間を短縮できる。このように、８Ｋ画像表示技術を使用し、ズームイン・ズームアウト技術を用いると、手術の信頼性・安全性が高まり、手術時間を短くでき、手術環境が大きく変化する。このように、このように広い手術空間の創生とデジタルズームと大画面表示は手術環境を大きく変える。信頼性が高く、安全・安心な医療に改善される。　
記憶部１４３は、制御部１４１の動作プログラム、画像処理部１４２の動作プログラム、送信部１３４から受信した画像データ、画像処理部１４２が再生したフレームデータ、処理したフレームデータ等を記憶する。　
入出力ＩＦ１４４は、制御部１４１と外部装置との間のデータの送受信のインタフェースとして機能する。入力装置１４５は、キーボード、マウス、ボタン、タッチパネルなどから構成され、ユーザの指示を入出力ＩＦ１４４を介して制御部１４１に供給する。　
表示装置１５０は、８Ｋ対応の表示画素数を有する液晶表示装置等から構成され、制御装置１４０の制御に従って、操作画面、撮像画像、処理済画像などを表示する。　８Ｋでは、表示装置に大画面モニタを使用できる。記憶部１４３は７６８０×４３２０ピクセルの画素を記憶するので、例えば３０インチ以上の大画面モニタを使用する。大画面モニタでも、自然に見える。このため、手術関係者全員で大画面の画像を共有でき、スムーズなコミュニケーションが図れる。（手術者は撮像装置からの分岐画像を見ることもできる。）　
内視鏡はテレビ放送用のカメラと異なり、専用の施設で使用される。このため、挿入部１１０に装着された撮像装置１３０と制御装置１４０とは、数ｍ程度のケーブル１４６（図２参照）で接続される。制御装置１４０と表示装置１５０とは、載置台等に載置される。　照明装置１２０、撮像装置１３０及び制御装置１４０がそれぞれ別体とされている。このため、挿入部１１０に付属する構成（挿入部１１０＋撮像装置１３０＋照明装置１２０）は軽量化かつ小型化されており、挿入部１１０の取り回しは比較的容易である。また、照明装置１２０及び撮像装置１３０と制御装置１４０とを結ぶケーブル１４６は、施術室ではせいぜい１～１０ｍであり、場合により数１００ｍを超える放送の現場とはことなる。ケーブル１４６による信号の劣化もわずかであり、分離による悪影響はほとんどない。　
図５（ｃ）を参照して、撮像装置１３０の冷却手段１３７について説明する。　撮像装置１３０の稼働を継続すると発熱する。撮像素子１３１を構成するイメージセンサの感度を高くすると、発熱量がさらに増大する。そして、撮像装置１３０の温度が上昇すると、映像信号に対するノイズ成分が大きくなり、信号のＳ／Ｎ比が
低下して、モニタ画面に表示される画像の画質が低下する。以上のことから、冷却手段１３７を設けている。　
本実施例では、冷却手段１３７としてペルチエ素子を筐体１３８の内部に設け、ペルチエ素子１３７Ａの発熱側で撮像素子１３１の放熱を行っている。即ち、筐体１３８には外気の取り入れを行う吸気口１３９Ａと、筐体１３８の内部空気を排出する排気口１３９Ｂとが設けられており、吸気口１３９Ａ及び排気口１３９Ｂ以外は密閉醸造となっている（消毒用エチレンオキサイドガスが入らない）。そして、吸気口１３９Ａ及び排気口１３９Ｂには、それぞれ開閉弁部材（図示しない）の一端が連結・固定されている。また、吸気口１３９Ａを負圧源（図示しない）で駆動し、この負圧吸引力により排気口１３９Ｂ側から筐体１３８内の空気が排出され、これに伴って吸気口１３９Ａから外気が取り入れられる空気流が形成され、冷却流路が形成される。ペルチエ素子１３７Ａの発熱側がこの空気流に臨んでおり、外気温の空気と熱交換される。ペルチエ素子１３７Ｂは撮像装置に残された基板１３９Ｃの熱を放熱する、その結果、撮像装置１３０の駆動によって筐体１３８内が発熱しても、効率的に冷却されて、撮像装置１３０の温度の上昇が抑制される。したがって、この撮像装置１３０のＳ／Ｎ比が高い状態に保持され、映像信号に対するノイズの低減が図られて、高画質の画像がモニタに表示されることになる。なお、排気に混入した塵埃が施術空間に入らないように、排気管は５ｍ以上とする。　
次に、上記構成を有する内視鏡装置１００の動作について説明する。　内視鏡１００の使用時、ユーザ（施術者）は、入力装置１４５を操作し、この内視鏡装置１００のオンを指示する。この指示に応答し、制御部１４１は、第１のドライバ回路１２６と第２のドライバ回路１３２をオンする。　第１のドライバ回路１２６は、光源（キセノンランプ、ＬＥＤ素子１２５等）を点灯し、第２のドライバ回路１３２は、撮像素子１３１による撮像を開始する。　ＬＥＤ素子１２５から出力された白色光は、光ファイバ１２１を介して拡散層１２２で拡散され、照射される。　
撮像素子１３１は、対物レンズ１２１と導光中空部１２３を介して入射した映像を撮像する。レンズ系の開口度（ｆ値）と撮像素子１３１の画素のピッチＰとの関係から、画素のピッチＰが、２．８～３．８μｍが好適とされ、この範囲の画素のピッチＰを使用した。このため、明るく、解像度の高い画像を取得できる。　
第２のドライバ回路１３２は、撮像素子１３１から各画素の画素電圧を順次読み出し、Ａ／Ｄ変換部１３３によりデジタル画像データに変換し、送信部１３４から制御装置１４０に、ケーブル１４６を介して順次送信する。　
制御装置１４０の制御部１４１は、送信された画像データを入出力ＩＦ１４４を介して順次受信し、記憶部１４３に順次格納する。　
画像処理部１４２は、制御部１４１の制御下に、記憶部１４３に格納された画像データを処理しフレームデータを再生すると共に適宜加工処理を行う。　
制御部１４１は、記憶部１４３記憶されたフレームデータを適宜読み出し、入出力ＩＦ１４４を介して表示装置１５０に供給し、表示させる。　
ユーザ（施術者）は、表示装置１５０の表示を確認しながら、挿入部１１０を体腔に挿入する。挿入部１１０が体腔に挿入されると、被写体Ａが拡散層１２２からの光により照明され、撮像素子１３１は、被写体Ａの画像を撮像し、撮像画像が表示装置１５０に表示される。　
以上により、本実施例によれば、高解像度で小型軽量の内視鏡装置を提供することができる。
本実施例は、撮像装置１３０の筐体１３８に制御用のボタンが配置されている例を説明する。ボタンは表示装置１５０の表示位置の制御、拡大縮小の制御、挿入部１１０のレンズ系の焦点の調整、絞りの調整等を行う。これらの、制御・調整を手元で行えるので便宜である。　その他の装置構成は実施例１と同様であり、実施例１と同様に高解像度で小型軽量の内視鏡装置を提供することができる。
本実施例は、データベースを利用する例について説明する。記憶部１４３に過去の医療診断データを蓄積すれば、施術やデータの解析にこれら蓄積データを利用できる。例えば、時間の経過とともに変化する画像の比較、健康状態と異常状態の比較等が可能となる。これにより、医療・診断技術が発展し、信頼性の増加に繋がる。　その他の装置構成は実施例１と同様であり、実施例１と同様に高解像度で小型軽量の内視鏡装置を提供することができる。　
以上、本実施の形態について説明したが、本発明は以上の実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施の形態に種々の変更を加えられることは明白である。　
例えば、本実施例では、挿入部１１０に取り付ける光ファイバが1本の例を説明したが、照明光を増やすため複数本としても良く、周囲全体を取り囲むように円周部１１５に複数本としても良い。また、本実施例では挿入部１１０内の被写体からの反射光を受けて撮像装置１３０に伝えるレンズ系が、対物レンズ１１２が１個で構成される例を説明したが、複数のリレーレンズを介して被写体からの反射光を撮像装置１３０に伝える構成にしても良い。また、本実施例では、挿入部１１０の対物レンズ１１２を水平に設置する例を説明したが、傾斜をつけて設置しても良い。傾斜をつけた場合、挿入部を回転すると、広い範囲を観察できる。また、画像処理として、時間の経緯と共に変化した画像を重ね合わせて比較するようにしても良い。この場合半透明画像を用いると、時間の経緯による患部の変化を把握し易くなる。その他、内視鏡装置の各部の形状・寸法・重量、撮像素子や画像モニタの画面寸法等は適切な範囲で適宜変更可能である。
本発明は、低侵襲手術に使用する内視鏡装置に利用される。
１００…内視鏡装置、１１０…挿入部、１１１…筒状部、１１２…対物レンズ、１１３…中空導光領域、１１４…接眼レンズマウント、１１５…接眼レンズ、１２０…照明装置、１２１…光ファイバ、１２２…拡散層、１２３…光源部、１２５…ＬＥＤ素子、１２６…第１のドライバ回路、１３０…撮像装置、１３１…撮像素子、１３２…第２のドライバ回路、１３３…Ａ／Ｄ変換部、１３４…送信部、１３５…マウント部、１３６…把持部、１３７，１３７Ａ，１３７Ｂ…冷却手段（ペルチエ素子）、１３８…筐体、１３９Ａ…吸気口、１３９Ｂ…排気口、１４０…制御装置、１４１…制御部、１４２…画像処理部、１４３…記憶部、１４４…入出力ＩＦ、１４５…入力装置、１４６…ケーブル、１５０…表示装置、２１１…円周部、２２１…光ファイバ、２３１…基板、２３２・・・円形枠体、２３３・・・絞り、２３４・・・撮像素子を搭載する基板の枠部、Ａ・・・被写体、ＯＡ・・・光軸

Claims (7)

  1. 体腔内に挿入され、被写体からの光を導光する挿入部と；　前記挿入部に装着され、前記被写体を照明する照明装置と；　マトリクス状に配置された８Ｋレベル以上の画素を搭載し、前記挿入部により導光された前記被写体からの反射光を受光し、前記被写体の撮像信号を出力する撮像素子を有し、前記挿入部と前記照明装置を取り付け可能であり、人手で把持・運搬可能な撮像装置とを備え；　前記撮像装置は、前記撮像素子を内蔵するマウント部の光軸に垂直な断面積が、前記人手で把持・運搬する把持部の光軸に垂直な断面積に比して等しい又は大きい；　内視鏡装置。
  2. 体腔内に挿入され、被写体からの光を導光する挿入部と；　前記挿入部に装着され、前記被写体を照明する照明装置と；　マトリクス状に配置された８Ｋレベル以上の画素を搭載し、前記挿入部により導光された前記被写体からの反射光を受光し、前記被写体の撮像信号を出力する撮像素子を有し、前記挿入部と前記照明装置を取り付け可能であり、人手で把持・運搬可能な撮像装置とを備え；　前記撮像素子のピッチは２．８μｍ以上、３．８μｍ以下である；　内視鏡装置。
  3. 前記照明装置、前記撮像装置及び制御装置がそれぞれ別体として構成され、前記撮像装置の重量が５００ｇ以下である；　請求項１又は請求項２に記載の内視鏡装置。
  4. 前記挿入部は８０度以上の視野角をもたらす対物レンズを含むレンズ系と前記照明装置から供給された光を拡散して前記被写体に射出する拡散層とを有する；　請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の内視鏡装置。
  5. 前記撮像装置は、画素電圧を画素データに変換するＡ／Ｄ変換部を有し；　前記撮像装置から提供される前記画素データを記憶する記憶部と、前記画素データからフレームデータを構築し、前記フレームデータを加工処理し、かつ前記フレームデータの倍率調整にデジタルズームを使用する画像処理部とを有する制御装置と；　前記画像処理部にて構築された、前記フレームデータを大画面に表示する表示装置とを備える；　請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の内視鏡装置。
  6. 体腔内に挿入され、被写体からの光を導光する挿入部と；　前記挿入部に装着され、前記被写体を照明する照明装置と；　マトリクス状に配置された８Ｋレベル以上の画素を搭載し、前記挿入部により導光された前記被写体からの反射光を受光し、前記被写体の撮像信号を出力する撮像素子を有し、前記挿入部と前記照明装置を取り付け可能であり、人手で把持・運搬可能な撮像装置と；　前記撮像装置から提供される前記画素データを記憶する記憶部と、前記画素データからフレームデータを構築し、前記フレームデータを加工処理し、かつ前記フレームデータの倍率調整にデジタルズームを使用する画像処理部とを有する制御装置と；　前記画像処理部にて構築された、前記フレームデータを大画面に表示する表示装置とを備え；　前記挿入部の先端と前記被写体との距離を１ないし１５ｃｍのいずれかとして前記被写体に焦点を合わせることが可能である；　内視鏡装置。
  7. 前記挿入部の筒状部の長さは１０ないし２０ｃｍである；　請求項６に記載の内視鏡装置。
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