JP4996153B2 - 拡大観察用内視鏡装置 - Google Patents

Description

この発明は、挿入部の先端にズーム光学系と共焦点光学系とが併設された拡大観察用内視鏡装置に関する。

体内の管腔臓器内を内視鏡で視覚的に観察して病変等の有無を検査する手技が広く一般に行われている。しかし、そのような内視鏡検査で病変を見つけても、その病変が癌であるか否か等の診断を行うのは困難な場合が多い。

そこで、内視鏡検査で怪しいと思われた部分については生検鉗子等を用いて組織採取が行われるが、癌でも何でもない場合が大半であるにもかかわらず、単なる検査のために体内の管腔壁の粘膜を損傷させて出血させてしまうことになる。

そこで近年は、１ｍｍに満たない範囲の顕微鏡的拡大像を得ることができる拡大観察用内視鏡装置が開発され、生検組織を採取することなく、内視鏡による直接観察だけで癌であるか否かの診断を相当の確率で行える可能性がでてきている（例えば、特許文献１、２）。
特開２００４−３４４２０１ 特開２００５−８０７６９

顕微鏡的拡大像しか得ることができない共焦点光学系では、広い範囲をくまなく観察してその中から怪しい部分を見つけるいわゆるスクリーニング検査を行うことができない。そこで、特許文献１、２等に記載された拡大観察用内視鏡装置では、スクリーニング検査を行うことができる通常の観察光学系と顕微鏡的拡大像を得ることができる共焦点光学系とが併設された構成になっている。

しかし、通常の観察光学系で得られる観察像は数倍から極近接観察画像でもせいぜい２０〜３０倍程度までであるのに対して、共焦点光学系で得られる顕微鏡的拡大像は例えば５００倍程度の高倍率である。

そのため、通常の観察光学系によるスクリーニング検査で異常が疑われる部位を見つけ、その部分を狙ってすぐに共焦点光学系による拡大観察を行っても、画像が突然細胞レベルの見慣れない風景になってしまうので、拡大して見ている部分がスクリーニング検査で異常が疑われた部位なのかどうかの判別がつかず、どこを拡大観察すればよいのか判断がつかない場合が少なくない。

そこで本発明は、共焦点光学系による顕微鏡的拡大像を、スクリーニング検査で見つけた異常が疑われる部位の観察像と視覚的に対応をつけて観察することができる拡大観察用内視鏡装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の拡大観察用内視鏡装置は、撮像素子の撮像面に投影される被写体像の倍率を遠隔操作によって可変な対物ズーム光学系と、光軸に垂直な２次元方向に走査される光学単ファイバの先端面の位置と被写体の位置とを共焦点の位置関係に配置して光学単ファイバからの出力を画像走査することにより被写体の顕微鏡的拡大像を得ることができる共焦点光学系とが挿入部の先端内に併設された拡大観察用内視鏡装置において、対物ズーム光学系により得られて表示される観察像の倍率を共焦点光学系により得られて表示される顕微鏡的拡大像の倍率と同じ倍率まで上げられるようにしたものである。ただし対物ズーム光学系により得られる観察像の最高倍率を共焦点光学系により得られる顕微鏡的拡大像の倍率の０．５倍〜１倍の範囲まで上げられるようにしたものであってもよい。

なお、対物ズーム光学系により得られて表示される観察像の最高倍率が、対物ズーム光学系自体による光学ズーム機能と撮像素子から出力されて得られた映像信号を電子制御により拡大する電子ズーム機能とを合わせることにより得られるようにしてもよい。

本発明によれば、対物ズーム光学系により得られて表示される観察像の倍率を共焦点光学系により得られて表示される顕微鏡的拡大像の倍率と同じ倍率又は０．５倍〜１倍の範囲まで上げられるようにしたことにより、スクリーニング観察像の倍率を次第に上げて顕微鏡的拡大像に近づけてから共焦点光学系による拡大観察に移ることができるので、共焦点光学系による顕微鏡的拡大像を、スクリーニング検査で見つけた異常が疑われる部位の観察像と視覚的に対応を付けて観察することができる。

撮像素子の撮像面に投影される被写体像の倍率を遠隔操作によって可変な対物ズーム光学系と、光軸に垂直な２次元方向に走査される光学単ファイバの先端面の位置と被写体の位置とを共焦点の位置関係に配置して光学単ファイバからの出力を画像走査することにより被写体の顕微鏡的拡大像を得ることができる共焦点光学系とが挿入部の先端内に併設された拡大観察用内視鏡装置において、対物ズーム光学系により得られて表示される観察像の倍率を共焦点光学系により得られて表示される顕微鏡的拡大像の倍率と同じ倍率まで上げられるようにする。

図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図２は、本発明の拡大観察用内視鏡装置のシステム全体を略示しており、体内に挿入される可撓性の挿入部１の最先端部に、観察窓や照明窓等が配置された先端部本体２が連結され、挿入部１の基端には、各種操作部材が配置された操作部３が連結されている。

先端部本体２には、観察倍率を遠隔操作によって可変な対物ズーム光学系２１と、顕微鏡的拡大像を得るための共焦点光学系２５とが内蔵されている。そして、操作部３には、挿入部１内に挿通配置された操作ワイヤ４を進退操作することにより対物ズーム光学系２１のズーム操作を行うための光学ズーム操作レバー３１と、対物ズーム光学系２１で得られた観察画像の電子ズーム操作を行うための電子ズーム操作ボタン３２等が配置されている。

操作部３から延出するコードの先端には、内視鏡の外部に配置されたビデオプロセッサ５と共焦点像プロセッサ６とに分かれて接続される第１のコネクタ７と第２のコネクタ８とが設けられている。

９は、ビデオプロセッサ５から出力される映像信号による画像を表示するためのメインモニタ、１０は、共焦点像プロセッサ６から出力される映像信号による拡大画像を表示するための共焦点像モニタである。

図３は、挿入部１の最先端部分の斜視図であり、先端部本体２の先端面に、照明光を放射するための照明窓１１と、その照明窓１１から放射された照明光により照明された被写体の光学像を被写体との間に距離をおいた位置から取り込むための通常観察用観察窓１２とが、前方に向けて並んで配置されている。１３は、処置具突出口である。

また、被写体の表面に当接又は極近接されてその被写体の拡大観察像を取り込むための拡大観察用観察窓１５が、先端部本体２の先端面から前方に突出した突出部の先端に前方に向けて配置されている。なお、送気送水ノズル等の図示は省略されている。

図４は挿入部１の最先端部分の側面断面図であり、スクリーニング検査を行うのに適した広い視野角の状態から例えばそれより３〜４倍程度拡大された状態の観察像を任意に得ることができるズーム光学系２１が通常観察用観察窓１２内に配置されている。２３は、固体撮像素子２２で得られた撮像信号を伝送するための信号ケーブルである。

対物ズーム光学系２１による被写体の結像位置には固体撮像素子２２の撮像面が配置されている。そして、対物ズーム光学系２１と固体撮像素子２２とを連動して軸線方向に動作させて対物ズーム光学系２１の焦点距離を変化させるズーム機構２４に操作ワイヤ４の先端が連結されていて、操作ワイヤ４が遠隔操作で進退させられると対物ズーム光学系２１の焦点距離が変化して、固体撮像素子２２の撮像面に結像する観察像の倍率が最大で３〜４倍程度変化する。なお、そのようなズーム機構２４は公知（例えば特開２００２−３０１０１５）なので詳細な説明は省略する。

共焦点光学系２５は拡大観察用観察窓１５内に配置されていて、その奥に配置された光学単ファイバ２６（シングルモードファイバ）の先端面２６ａの位置と拡大観察用観察窓１５の外表面位置（又は、それよりごく僅かに前方の位置）とが共焦点の位置関係になるようにセットされている。

光学単ファイバ２６の先端面２６ａは、例えば電磁力等を用いた走査機構２７により共焦点光学系２５の光軸に対して垂直な平面上で２次元的に走査され、光学単ファイバ２６内を伝送されてきてその先端面２６ａから射出されたレーザ光が拡大観察用観察窓１５の外表面付近の被写体で焦点を結んでそこから反射されると、その反射光が光学単ファイバ２６の先端面２６ａに焦点を結ぶ。なお、体内の粘膜面に蛍光色素が散布されている場合には、レーザ光により励起された蛍光が被写体になる。

したがって、光学単ファイバ２６内を通って基端側に戻される反射光をその先端面２６ａの走査運動に対応する位置に表示させることにより、拡大観察用観察窓１５の表面付近の被写体の１ｍｍ以下程度の領域（例えば０．５ｍｍの領域）の鮮明な顕微鏡的拡大像を得ることができる。その倍率は例えば５００倍程度である。

図５は、本発明の拡大観察用内視鏡装置のシステム構成のブロック図であり、共焦点像プロセッサ６内には、レーザ光源６１と受光素子６２とが、光カプラ６３によって光学単ファイバ２６の後端面２６ｂに並列に接続されている。したがって、レーザ光源６１からレーザ光が光学単ファイバ２６に入射されるだけでなく、光学単ファイバ２６の後端面２６ｂから射出された光が受光素子６２に入射する。

レーザ光源６１から光カプラ６３を経由して光学単ファイバ２６に入射したレーザ光は、光学単ファイバ２６の先端面２６ａから射出されて拡大観察用観察窓１５の表面付近の焦点位置で被写体に当たって反射され、その反射光が光学単ファイバ２６の先端面２６ａに焦点を結んで入射し、光学単ファイバ２６内を通って受光素子６２に入射する。

光学単ファイバ２６の先端面２６ａを走査する走査機構２７の動作制御は同期制御回路６５によって行われており、さらに映像信号処理回路６４において、受光素子６２からの出力信号が光学単ファイバ２６の先端面２６ａの動きと同期して画像走査されることにより画像化され、その映像信号が共焦点像モニタ１０に出力されて、拡大観察用観察窓１５の表面付近の被写体の１ｍｍ以下程度の領域の例えば５００倍程度の解像力の高い顕微鏡的拡大像が共焦点像モニタ１０に表示される。

挿入部１の先端の照明窓１１に設けられた凹レンズの裏側には、挿入部１内から第１のコネクタ７に至る空間内に配置された照明用ライトガイドファイババンドル２８の射出端が配置されている。

そして、光源装置を兼ねているビデオプロセッサ５内には、ライトガイドファイババンドル２８に供給するための照明光を発生する光源ランプ５１が配置されていて、光源ランプ５１から放射された照明光は集光レンズ５２によってライトガイドファイババンドル２８の入射端面付近に収束する。

また、ビデオプロセッサ５内には、固体撮像素子２２から出力された撮像信号を処理してメインモニタ９に映像信号を出力する映像信号処理回路５３が配置されているが、メインモニタ９に表示される観察像の倍率の例えば５倍までの範囲で任意に制御する電子ズーム制御回路５４が、映像信号処理回路５３とメインモニタ９との間に介挿接続されている。電子ズーム制御回路５４における倍率選択は操作部３に設けられた電子ズーム操作ボタン３２で行うことができる。

このような構成により、図１の図表にも示されるように、メインモニタ９に表示される通常観察像の倍率は、対物ズーム光学系２１と電子ズーム制御回路５４が共に最も低倍率になっている広角観察時に被写体との間に距離をとってスクリーニング検査を行っている時は数倍程度であり、被写体を通常観察用観察窓１２に極近接させた状態でも２０〜３０倍程度である。

しかし、操作部３で光学ズーム操作レバー３１を操作してズーム機構２４を動作させ、対物ズーム光学系２１による光学ズームを最高倍率の状態にすると被写体に対する極近接状態では１００倍程度まで倍率を上げることができ、さらに、電子ズーム操作ボタン３２を操作して電子ズーム制御回路５４を動作させて電子ズームを最高倍率の状態にすると５００倍まで倍率を上げることができる。

このようにして、本発明の拡大観察用内視鏡装置においては、操作部３に配置された光学ズーム操作レバー３１と電子ズーム操作ボタン３２を操作することにより、対物ズーム光学系２１により得られてメインモニタ９に表示される観察像の倍率を共焦点光学系２５により得られて共焦点像モニタ１０に表示される顕微鏡的拡大像の倍率と同じ倍率である５００倍まで上げることができる。

そのようにしてメインモニタ９に表示される拡大像は共焦点像モニタ１０に表示される拡大像と比べると解像力が低くて癌などの診断を行うのは困難である。しかし、スクリーニング検査で異常が疑われる部位を見つけた後、メインモニタ９に表示される観察像の倍率を次第に大きくし、異常が疑われる部位の像が拡大されていく変化の状態を観察してから共焦点光学系２５による共焦点像モニタ１０への顕微鏡的拡大像を観察することにより、メインモニタ９に表示される観察像と共焦点像モニタ１０に表示される顕微鏡的拡大像とを視覚的に対応をつけて観察することができる。その結果、スクリーニング検査で見つけた異常が疑われる部位を、共焦点光学系２５による顕微鏡的拡大像察像で確実に観察することができる。

なお、そのような目的を達成するためには、対物ズーム光学系２１により得られる観察像の倍率を共焦点光学系２５により得られる顕微鏡的拡大像の倍率と全く同じ倍率まで上げなくてもよく、例えば図６に示されるように、対物ズーム光学系２１により得られる観察像の最大倍率が共焦点光学系２５により得られる顕微鏡的拡大像の倍率の少なくとも０．５倍あれば、共焦点像モニタ１０に表示される顕微鏡的拡大像をメインモニタ９に表示される観察像と視覚的に対応をつけて観察することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば通常観察用観察窓１２と拡大観察用観察窓１５とを共用する一眼レフタイプにしたものであってもよい。また、共焦点光学系２５により得られて共焦点像モニタ１０に表示される顕微鏡的拡大像の倍率を可変にしたものであってもよい。

本発明の第１の実施例の拡大観察用内視鏡装置の対物ズーム光学系により得られて表示される観察像の倍率を示す図表である。 本発明の第１の実施例の拡大観察用内視鏡装置のシステム全体の略示図である。 本発明の第１の実施例の拡大観察用内視鏡装置の挿入部の最先端部分の斜視図である。 本発明の第１の実施例の拡大観察用内視鏡装置の挿入部の最先端部分の側面断面図である。 本発明の第１の実施例の拡大観察用内視鏡装置のシステム構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例の拡大観察用内視鏡装置の対物ズーム光学系により得られて表示される観察像の倍率を示す図表である。

符号の説明

１ 挿入部
２ 先端部本体
４ 操作ワイヤ
９ メインモニタ
１０ 共焦点像モニタ
１２ 通常観察用観察窓
１５ 拡大観察用観察窓
２１ 対物ズーム光学系
２２ 固体撮像素子
２４ ズーム機構
２５ 共焦点光学系
２６ 光学単ファイバ
２６ａ 先端面
２７ 走査機構
３１ 光学ズーム操作レバー
３２ 電子ズーム操作ボタン
５４ 電子ズーム制御回路

Claims (1)

1. 撮像素子の撮像面に投影される被写体像の倍率を遠隔操作によって可変な対物ズーム光学系が挿入部の先端に内蔵され、
   光軸に垂直な２次元方向に走査される光学単ファイバの先端面の位置と被写体の位置とを共焦点の位置関係に配置して上記光学単ファイバからの出力を画像走査することにより上記被写体の顕微鏡的拡大像を得ることができる共焦点光学系が上記挿入部の先端内に併設された拡大観察用内視鏡装置において、
   上記撮像素子から出力された撮像信号を処理する映像信号処理回路がビデオプロセッサに設けられると共に、上記映像信号処理回路で得られる画像の表示倍率を電子的に制御する電子ズーム制御回路が上記ビデオプロセッサに設けられ、
   上記挿入部の基端が連結された操作部に、上記対物ズーム光学系自体による光学ズームの倍率を変える操作を行うための光学ズーム操作レバーと、上記電子ズーム制御回路による電子ズームの倍率を変える操作を行うための電子ズーム操作ボタンとが設けられ、
   上記光学ズーム操作レバーにより上記光学ズームを最高倍率にする操作をすると共に上記電子ズーム操作ボタンにより上記電子ズームを最高倍率にする操作をしたときに得られて表示される観察像の倍率が、上記共焦点光学系により得られて表示される顕微鏡的拡大像の倍率と同じ倍率まで連続的に上がるようにしたことを特徴とする拡大観察用内視鏡装置。

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