JPH07136109A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スムーズに挿入できる内視鏡装置を提供する
こと。 【構成】 内視鏡２の挿入部の先端部１１には、光電変
換する機能を備えた多数の画素からなる光センサ部２６
及び差分処理等の演算を行う演算部２２Ｂとが積層化さ
れた３次元イメージセンサ２２が収納され、撮像した画
像情報を多数の画素から同時に読み出し、多数の演算素
子で並列的に処理し、演算処理装置３Ａ内の画像入力部
３４を経て画像処理回路３６に出力する。画像処理回路
３６は湾曲指示信号を生成する画像処理を行い、通電制
御回路４４を経てＳＭＡ４１の通電加熱を制御して、自
動挿入のための湾曲部１２の湾曲を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多数の画素と演算素子と
で並列的な信号処理を可能にする３次元回路素子を備え
た内視鏡装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内視鏡を使用した自動挿入システムは、
内視鏡先端からの画像情報により、明暗部を分け、か
つ、判断する事によって、管腔の位置を検知し、それに
向かって湾曲および挿入を行わせるものである。

【０００３】従来の内視鏡撮像手段としてのＣＣＤは、
各画素のセンサーラインからの電気情報を逐次読み出
し、画像プロセッサで処理を行う事によって判断してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この場合、内視鏡を挿
入する速度は、画像処理速度に依存するので、現状の構
成では、挿入をスムーズに行うのには画像処理速度が遅
すぎるという問題がある。

【０００５】本発明は上述した点にかんがみてなされた
もので、スムーズに挿入できる内視鏡装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、撮
像手段と、前記撮像手段からの撮像情報を演算する演算
手段とを備えた内視鏡装置において、前記撮像手段を形
成する多数の画素と、前記演算手段を形成する多数の演
算素子とが電気的に接続されて並列的に信号処理可能な
多層構造にされた３次元回路素子で形成することによ
り、撮像された信号を高速に読み出すことが可能である
と共に、自動挿入等のための画像処理を高速で行うこと
ができるようにしている。

【０００７】つまり、従来の逐次読み込み方式から並列
読み込み方式にし、かつ並列的な画像処理により画像処
理速度を向上している。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１ないし図３は本発明の第１実施例に係り、図
１は第１実施例の外観を示し、図２は第１実施例の構成
をブロック図で示し、図３は３次元イメージセンサの概
略の構成を示す。

【０００９】図１に示すように第１実施例の内視鏡装置
１は電動湾曲可能な内視鏡２と、この内視鏡２が接続さ
れる内視鏡制御装置３とから構成され、この内視鏡制御
装置３は湾曲制御の演算等を行う演算処置装置３Ａと、
内視鏡像を表示するモニタ３Ｂとから構成される。

【００１０】内視鏡２は細長の挿入部５と、この挿入部
５の基端に設けられた操作部６と、この操作部６から延
出されたユニバーサルケーブル７とを有し、このユニバ
ーサルケーブル７の末端のコネクタ８を演算処置装置３
Ａに接続することができる。挿入部５は硬質の先端部１
１と、この先端部１１に隣接して形成され、湾曲自在の
湾曲部１２と、この湾曲部１２の後端から操作部６の先
端まで延びる可撓性を有する可撓部１３とからなる。

【００１１】操作部６には湾曲操作を手動で行うことが
できるように例えば、ジョイスティック１４が設けてあ
り、このジョイスティック１４を操作することにより湾
曲部１２を所望の方向に湾曲できるようにしてある。

【００１２】図２は図１の具体的な構成を示す。図２に
示すように内視鏡２内にはライトガイド１５が挿通さ
れ、コネクタ８を演算処置装置３Ａに接続することによ
り光源部１６内のランプ１７の照明光がライトガイド１
５の手元側端面に供給される。このライトガイド１５で
伝送された照明光は先端部１１に固定されたライトガイ
ド１５の先端面からさらに照明窓に取り付けられた配光
レンズ１８を経て前方に出射され、生体内部を照明す
る。

【００１３】この照明窓に隣接する観察窓には対物レン
ズ２１が取り付けてあり、この対物レンズ２１の焦点面
に生体内部の像を結ぶ。この対物レンズ２１の焦点面
に、最上層が臨むように３次元回路素子としての３次元
イメージセンサ２２が取り付けてある。

【００１４】この３次元イメージセンサ２２は光電変換
する撮像部と、この撮像部を駆動すると共に、撮像され
た撮像情報に対する信号処理を行う演算処理部２２Ｂと
が積層化された３次元構造になっている。この３次元イ
メージセンサ２２は対物レンズ２１と共に、一体化され
て先端部１１内に組み込むことができるようにしてい
る。

【００１５】この３次元イメージセンサ２２は、イメー
ジセンサ駆動電源２３から電源ライン２４を介して駆動
用電源が供給される。この３次元メージセンサ２２は図
３に示すような構成である。例えば、４層構造でワンチ
ップ化された一つのデバイスとなっている。

【００１６】この３次元イメージセンサ２２は、光電変
換する撮像部としての光センサ部２６と、演算処理部２
２Ｂを形成する多数のセンサスイッチ素子で構成される
センサスイッチ部２７、多数のＡ／Ｄ変換素子で構成さ
れるＡ／Ｄ変換素子部２８、多数の差分回路素子で構成
される差分回路部２９が積層されている。

【００１７】光センサ部２６は正方格子状に多数の光セ
ンサ画素が配置され、対物レンズ２１で結像される光学
像を画素ごとに光電変換する。この光センサ部２６の各
画素はその下層のセンサスイッチ部２７に電気的に接続
されており（図３では縦線で模式的に示す）、センサス
イッチ部２７をスイッチ駆動信号で制御することによっ
て、例えば光センサ部２６の多数の画素に同時に読み出
しのための共通の駆動信号を印加し、かつ光電変換され
たアナログ信号を多数の画素分づつ各画素ごとに異なる
センサスイッチ素子を経て同時に読み出すことができる
ようにしている。

【００１８】センサスイッチ部２７は駆動ライン３１を
介してセンサ駆動回路３２と接続され、このセンサ駆動
回路３２からのスイッチ駆動信号で駆動制御される。こ
のセンサ駆動回路３２は電源ライン２４を介してイメー
ジセンサ駆動電源２３と接続され、このイメージセンサ
駆動電源２３から駆動用電源が供給される。なお、セン
サ駆動回路３２は駆動ライン３１を介して光センサ部２
６等にも駆動用電源を供給するようになっている。

【００１９】センサスイッチ部２７の下層のＡ／Ｄ変換
素子部２８はセンサスイッチ部２７で選択された多数の
アナログ信号を多数のＡ／Ｄ変換素子で１まとめでＡ／
Ｄ変換して、ディジタルデータに変換し、その下層に設
けられた差分処理する差分回路部２９の多数の差分回路
素子に導かれ、多数のディジタルデータが同時に差分処
理される。

【００２０】このように３次元イメージセンサ２３は、
画像情報を光センサ部２６で取り込み、取り込まれた画
像情報は演算処理部２２Ｂを形成する多数の演算処理素
子で多数の画素情報が同時に演算処理（この実施例では
差分処理するまでの演算処理）されるようになってい
る。

【００２１】上記差分回路部２９の出力端は図２に示す
ようにデータライン３３を介して画像入力部３４と接続
されている。この画像入力部３４の画像データは映像処
理回路３５と画像演算回路３６に転送される。この映像
処理回路３５は、画像データから標準的な映像信号を生
成し、モニタ３Ｂで光センサ部２６で撮像された画像を
表示する。

【００２２】一方、画像演算回路３６は光センサ部２６
で撮像された画像における暗部の中心位置を算出するた
めの画像処理を、差分処理された画像データから高速に
行い、暗部の中心が撮像面の中央に位置するように湾曲
部１２を湾曲させる指示信号を生成する。

【００２３】この画像演算回路３６も例えば多数の画像
演算回路で構成され、並列的な画像演算処理を行うこと
により、高速で暗部の中心位置を算出できるようにして
いる。

【００２４】この第１実施例における３次元イメージセ
ンサ２３の特徴として、従来のＣＣＤで行われていた逐
次読み出し方式とは異なり、光センサ部２６の各ライン
ごと等で並列的な信号読み出しを可能にする事で、画素
数が増えた場合にも高解像な情報が短時間で出力でき、
かつ、多数の画素情報を同時に差分処理を行わせてい
る。従って従来のＣＣＤからの逐次読み出し方式又はシ
リアルの画素出力によって、画像処理回路側で処理を行
わせていたものに対し、（この実施例では）所望の処理
後の出力を３次元イメージセンサ２３から直接得られ
る。これによって、従来例に比較して、非常に高速（例
えば処理の時間が１／１０ないし１／数１００程度）な
画像処理を行わせる事ができるようにしている。

【００２５】図２に示す先端部１１に隣接する湾曲部１
２には、図示しない湾曲駒が回動自在に連結され、その
内側に湾曲アクチュエータとしての形状記憶合金４１
（以下、ＳＭＡと略記する）とアングルワイヤ４２が内
蔵されている。このＳＭＡ４１の一方の端部はアングル
ワイヤ４２を介して先端部１１に固定され、ＳＭＡ４１
の他方の端部は湾曲部の後端部等に固定されている。

【００２６】また、このＳＭＡ４１の両端には通電加熱
できるように１対のリード線４３の一方の各端部が接続
され、このリード線４３の他方の各端部は演算処理装置
３Ａ内の通電制御回路４４に接続されている。

【００２７】この通電制御回路４４は１対のリード線４
３の間にＳＭＡ駆動電源４５とスイッチング素子４６と
が直列に接続され、このスイッチング素子４６は通電パ
ターン生成回路４７の例えばＰＷＭ（パルス幅変調）パ
ルスによりＯＮ／ＯＦＦされ、ＯＮの時にＳＭＡ４１に
通電加熱を行うようにしている。

【００２８】このＳＭＡ４１は通電加熱される事によ
り、予め記憶されている形状に湾曲するよう記憶処理が
行われている。図２では１方向湾曲用のＳＭＡ４１を示
しているが、例えば、湾曲部１２には、軸方向に沿って
９０°づつずれた４箇所に同様な湾曲アクチュエータを
設けてあり、通電加熱するＳＭＡ４１を制御する事によ
り、内視鏡２の先端側を上下左右等に湾曲する事ができ
る。

【００２９】上記通電パターン生成回路４７の入力端は
切換スイッチ４８と接続され、切換制御部４９により選
択された湾曲指示信号が入力されるようになっている。
つまり、切換スイッチ４８の接点ａがＯＮするように切
換え設定した場合には、手動による湾曲指示入力装置と
してのジョイスティック１４からの入力情報によって所
望の湾曲を行わせるようにしている。また、切換スイッ
チ４８の接点ｂがＯＮするように切換え設定した場合に
は、画像演算回路３６から自動による湾曲指示の入力情
報によって自動的に湾曲を行わせることができる。

【００３０】次にこの第１実施例の作用を説明する。術
者は、内視鏡２による生体内部の患部等の目的部位を観
察、或は診断等を行う場合には、挿入部５を生体内に挿
入し、目的部位を観察できる位置まで導入する必要があ
る。

【００３１】自動挿入（自動湾曲）で挿入操作を行う場
合には、術者は切換制御部４９を操作して、切換スイッ
チ４８の接点ｂがＯＮするように設定する。そして、挿
入部５の先端部１１を口腔等に入れ、挿入部５の基端側
等を押して挿入する操作を行う。

【００３２】この場合、光源部１６からの照明光はライ
トガイド１５により伝送され、その先端面から配光レン
ズ１８を経て生体内を照明する。照明された生体内は先
端面の対物レンズ２１によって３次元イメージセンサ２
２の光センサ部２６に像が結ばれ、この光サンサ部２６
によって光電変換される。

【００３３】光電変換された信号はセンサ駆動回路３２
で発生された例えば１（ないし数）ライン分の画素を駆
動するライン駆動信号が駆動ライン３１を介してセンサ
スイッチ部２７に出力され、このスイッチ部２７はライ
ン駆動信号が１（ないし数）ライン分の画素に共通に印
加されるようにセンサスイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦを制
御する。

【００３４】従って、光センサ部２６は１（ないし数）
ライン分の画素が同時に駆動され、光電変換されたアナ
ログ信号はセンサスイッチ部２７の１（ないし数）ライ
ン分のセンサスイッチ素子を経てＡ／Ｄ変換素子部２８
に転送される。そして、このＡ／Ｄ変換素子部２８によ
り１（ないし数）ライン分の画素が同時にディジタルデ
ータに変換され、差分回路部２９に順次転送される。

【００３５】差分回路部２９では１（ないし数）ライン
分の差分回路素子により、それらが同時に差分処理し、
差分処理したディジタルデータをデータライン３３を介
して画像入力部３４に転送する。画像入力部３４は転送
された差分処理後の画像データを映像処理回路３５と画
像演算部３６に転送し、映像処理回路３５は光センサ部
２６で撮像した画像をモニタ３Ｂに表示する。

【００３６】この映像処理回路３５に入力される信号は
差分処理されているので、加算処理等して映像信号を生
成する。この差分処理は、差分処理しない場合に比べて
特に映像表示に有利になるものでないが、映像処理には
それ程高速な処理が必要でないのと、多数の画素のデー
タが短時間に入力されるので障害になるものではない。

【００３７】一方、画像演算部３６は転送された差分処
理後の画像データから、例えば隣接する画素での暗い部
分に対応する画素側を判断したり、多数の差分データの
比較から最も暗い部分に属する画素を判断して、その中
央位置に対応する画素を暗部の中心と判断する演算処理
を短時間に行い（図２のモニタ３Ｂに表示されている画
像における暗部の中心位置を高速（短時間）で算出する
演算を行い）、この暗部が画面中央からずれている方向
及びずれ量も算出する。

【００３８】そして、暗部の中心が画面中央に位置する
ように湾曲部１２を湾曲させる指示信号を生成する。こ
の実施例では、暗部が画面中央に位置するようにＳＭＡ
４１を通電加熱するための指示信号を通電制御回路４４
の通電パターン生成回路４７に出力する。

【００３９】通電加熱パターン生成回路４７は入力され
た指示信号に応じて対応する方向のＳＭＡ４１を通電加
熱するためにスイッチング素子４６をＯＮ／ＯＦＦして
ＳＭＡ４１を通電加熱し、指示された方向に湾曲部１２
を湾曲させる。湾曲部１２は暗部が画面の中央に移動す
る方向に湾曲されるので、先端部１２は常時管腔方向に
向けられることになる。従って、術者は管腔の湾曲具合
に殆ど影響されることなく、単に挿入する操作を行うの
みで、管腔の深部側に導入できる。

【００４０】そして、所望の患部付近まで内視鏡２の先
端側が到達したならば、切換制御部４９により切換スイ
ッチ４８の接点ａがＯＮするように切換え、ジョイステ
ィック１４の手動操作によって、所望の湾曲部位を観察
する事が可能になる。

【００４１】以上の事から、内視鏡２の先端側の挿入方
向を自動判別し、かつ、高速な画像処理が行われる為
に、ほとんどリアルタイムでの自動判別および高精度の
挿入方向への湾曲が実現でき、従来の自動挿入式のもの
に比べて、スムーズな挿入を行う事ができる。

【００４２】これによって、診断時間の短縮化が実現で
き、患者への診断時における精神的・肉体的苦痛を大幅
に低減できると共に、術者の挿入操作の負担を軽減でき
るようになる。

【００４３】なお、挿入部５を前方に移動する挿入機構
（例えば挿入部５の外周面を挟持するように接触する１
対のローラと、一方のローラを回転するモータ）を設け
て、自動挿入機能を有する内視鏡装置の構成にすること
もできる。この場合、湾曲指示量が大きい時には、モー
タの回転を遅くするようにしても良い。

【００４４】次に本発明の第２実施例を説明する。第２
実施例の構成は、第１実施例とほとんど同じであり、異
なる点は、３次元イメージセンサ５１の構成である。図
４は第２実施例で使用される３次元回路素子としての３
次元イメージセンサ５１の構成を示す。

【００４５】最上層は光電変換素子部５２であり、ここ
から、画像入力情報を取り込む。次の第２層には、レベ
ル検出回路部５３が配置されており、光電変換素子部５
２で得られてアナログ量の電気信号をディジタル変換す
るものである。

【００４６】第３層には、各検出信号を記憶する第１フ
レームメモリ５４で、第４層は、第２フレームメモリ＆
演算回路部５５とからなる。また、各層には、信号の各
層間の転送および処理を制御する為の制御回路部５６が
各層に接続されている。この制御回路部５６は、減算回
路等で構成されている。この３次元イメージセンサ５１
も上記第１実施例同様、４層構造をワンチップ化したデ
バイスである。

【００４７】上記構成で、例えば、内視鏡２を挿入した
時の画像データを予め第２フレームメモリ＆演算回路部
５５の第２フレームメモリに記憶する。次に、次の画像
入力時間になった時に、新たに画像データを第１フレー
ムメモリ５４に入力する。そこで、第２フレームメモリ
内に記憶しておいた画像データと、現在取り込んだ第１
フレームメモリ５４とのデータの減算を行う。

【００４８】これによって、前の情報からどれだけ位置
ずれが生じたかが検知できる。前記の処理を行った後
は、画像入力データを第２フレームメモリに記憶させ
る。以上の処理を画像入力毎に行う事によって、リアル
タイムに内視鏡２の挿入方向が検知できるようになる。

【００４９】ここで、上記減算処理時に、第１実施例の
ように暗部を追跡する事によって、管腔内の挿入方向が
わかる。

【００５０】上記構成により、第１実施例と同様に、位
置ズレの分だけ位置ずれ方向に湾曲をかけてやるように
する。これによって、管腔内への自動挿入を行う事が容
易となる。上記した３次元イメージセンサ５１も、第１
実施例同様に、読み込みデータの並列処理を行っている
ので、高速な画像処理を行える事ができる。これによっ
て、スムーズな自動挿入が可能となり、診断時間の短縮
が達成され、患者への苦痛を低減できるようになる。

【００５１】次に本発明の第３実施例を説明する。管腔
内診断において、自動挿入が可能であるならば、一度検
査を実施した時に、その部位の画像データを覚えてお
き、内視鏡をその部位まで自動的に誘導させる事も可能
となる。従来、内視鏡診断において、検査毎にＸ線によ
って患者の位置を認識していたが、その事を不要にでき
れば、患者および術者の被曝の低減も可能になる。本実
施例では、このＸ線の被爆を低減する事を可能にする。

【００５２】本実施例の構成は、第２実施例とほとんど
同じであるが、３次元イメージセンサ６０に予め記憶し
ておいた患者画像情報を比較する為のメモリを付加した
事が特徴となっている。本実施例で使用される３次元イ
メージセンサ６０の構成を図５に示す。

【００５３】最上層には、光電変換素子部６１が設けて
あり、ここから、画像入力情報を取り込む。次の第２層
には、レベル検出回路部６２が配置されており、前記光
電変換素子部６１で得られたアナログ量の電気信号をデ
ィジタル変換するものである。第３層には、各検出信号
を記憶する第１フレームメモリ６３で、第４層は、フレ
ームメモリ＆演算回路部６４とからなる。

【００５４】第５層として、所望患部の画像データを記
憶させておく為の第３フレームメモリ６５が配置されて
いる。ここで、第３フレームメモリ６５に記憶する画像
データは、一度患部へ挿入し、その画像データを保存し
ておく必要がある。各層には、信号の各層間の転送およ
び処理を制御する為の制御回路部６６が各層に接続され
ている。この制御回路部６６は、減算回路等で構成され
ている。

【００５５】上記構成において、自動挿入を実施する方
法を示す。画像取り込み毎の画像処理法は、第２実施例
と同じであるが、画像取り込み毎に取り込み情報（第１
フレームメモリ６３に保存されるデータ）と第３フレー
ムメモリ６５に予め記憶されている患部の画像データと
も比較を行う。この比較で同じ画像情報と認識されれ
ば、所望の部位に内視鏡がアプローチできたという事に
なる。

【００５６】以上の事から、内視鏡２からの画像情報を
一度記憶させておけば、２度目の検査からは、自動的に
患部にアプローチできるので、毎回Ｘ線で患部を確認し
ながら挿入していたものが必要なくなる。これによっ
て、患者および術者のＸ線による被曝を低減できるよう
になる。

【００５７】なお、第１実施例では撮像手段を先端部１
１内に収納した電子内視鏡の場合で説明したが、本発明
はこれに限定されるものでなく、ファイバスコープの接
眼部に着脱自在に装着されるＴＶカメラに３次元イメー
ジセンサ２２を収納した場合にも適用できる。また、３
次元イメージセンサ２２は図３の構成に限定されるもの
でない。

【００５８】なお、上述の実施例では撮像された信号か
ら、挿入部の挿入を容易にするための湾曲部の湾曲量を
決定する信号を短時間に生成する処理を行う例について
説明したが、例えば撮像された２次元画像情報から３次
元画像を生成する画像処理を短時間に行う画像処理と
か、他の動作、機能を制御する場合にも適用できる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
速の演算処理が可能になるので、内視鏡の自動挿入等を
スムーズに、かつ、短時間で行う事ができるようにな
り、診断時間の短縮化が実現できる。また、患者への診
断時における精神的・肉体的苦痛を大幅に低減する事が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の外観を示す全体構成図。

【図２】第１実施例の構成を示すブロック図。

【図３】３次元イメージセンサの概略の構成を示す分解
斜視図。

【図４】本発明の第２実施例における３次元イメージセ
ンサの概略の構成を示す分解斜視図。

【図５】本発明の第３実施例における３次元イメージセ
ンサの概略の構成を示す分解斜視図。

【符号の説明】

１…内視鏡装置 ２…内視鏡 ３…内視鏡制御装置 ３Ａ…演算処理装置 ３Ｂ…モニタ ５…挿入部 １２…湾曲部 １４…ジョイスティック １５…ライトガイド ２１…対物レンズ ２２…３次元イメージセンサ ２２Ｂ…演算部 ２６…光センサ部 ２７…センサスイッチ部 ２８…Ａ／Ｄ変換素子部 ２９…差分回路部 ３１…駆動ライン ３２…センサ駆動回路 ３３…データライン ３５…映像処理回路 ３６…画像演算回路 ４１…ＳＭＡ ４２…アングルワイヤ ４４…通電制御回路 ４５…通電加熱電源 ４６…スイッチング素子 ４７…通電パターン生成回路 ４８…切換スイッチ ４９…切換制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像手段と、前記撮像手段からの撮像情
   報を演算する演算手段とを備えた内視鏡装置において、 前記撮像手段を形成する多数の画素と、前記演算手段を
   形成する多数の演算素子とが電気的に接続されて並列的
   に信号処理可能な多層構造にされた３次元回路素子で形
   成した事を特徴とする内視鏡装置。