JPS63160634A

JPS63160634A - 内視鏡装置

Info

Publication number: JPS63160634A
Application number: JP61306515A
Authority: JP
Inventors: 伸一螺良
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-12-24
Filing date: 1986-12-24
Publication date: 1988-07-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、医療用内視鏡装置の改良に関し、さらに詳し
くは、とくに画像処理を行なう内視鏡診断装置において
、モアレ縞を用いて三次元物体く患部）の形状認識、測
定を行なうことが可能な、モアレトポゲラフィン、とく
にインコレーレント光学情報処理による画像認識機構を
具備した内視鏡装置に関するものである。

（従来の技術）電子内視鏡に代表される内視鏡診断装置は、十二指腸、
直腸、大腸、食道、耳鼻、および膀胱などの生体の治療
や検査に広く用いられている。

従来の内視鏡による診断は、光源からの光を光ファイバ
ーで内視鏡先端へ伝送し、患部を照射して、その反射光
をＣＯＤ等の検出器で受光することにより行なわれてい
る。

したがって患部の表面形状は、医師が反射光の色、反射
率および形のでき方等により判断しているのが実情であ
る。

（発明が解決しようとする問題点）しかるに上述した従来の内視鏡を用いる診断において、
検出対象となる患部は、粘膜質等の軟部組織であり、毛
細血管が網羅されて、大部分が赤色を呈するため、これ
を検出器から監視する場合の画像は、変化の表れにくい
、いわゆるノッペリとした画像となる。

したがって、例えば患部に小さな腫瘍があった場合には
、医師がその存在そのものを確認しにくいばかりか、そ
のＨ１！が突起しているのか、または陥没しているのか
の判別も極めてとりにくいという問題があった。

この問題を解決するための従来技術として、緑色のフィ
ルターを通して画像にコントラストをつける方法が知ら
れているが、根本的な解決は得られておらず、かえって
診断の要素となる色情報が阻害されてしまうという欠点
があった。

このように従来の内視鏡装置では、患部の色や光具合の
判別は可能であるが、とくに入りくんだ構造の組織や器
官を有する患部の突起やくぼみ部分が極めて読み取りに
くい画像しか得ることができず、診断、治療に重要な情
報を取得することが困難であった。

本発明は上述した従来の内視鏡装置が有する問題点を解
決するために検討した結果、達成されたものである。

したがって本発明の目的は、患部の三次元形状、構造を
ＯＩ！可能で、診断、治療効果がすぐれた内視鏡装置を
提供することにある。

［発明の構成Ｊ（問題点を解決するための手段）すなわち本発明は、患部の照明および検出を、格子を通
して行なうことにより、等高線を示すモアレ縞を含む診
断画像を取得可能に構成したことを特徴とする内視鏡装
置を、その要旨とするものである。

（作用）本発明の内？ｆ４１Ｉ装置は、従来の表示画像の品質を
保持しつつ、モアレ縞を用いた等高線という直感性に強
く訴える表示方法で画像のｇｉｉができるため、医師に
診断しやすいモニター画像を提供することが可能である
。

そして本発明の内視鏡装置は、等高線の標高差を変化さ
せること、等高線表示を行なわないことおよび等高線を
パターン計測することが可能であり、患部の正確な大き
さを知ることができる上、その操作の多用性にも極めて
富むものである。

（実施例）以下、本発明の内視鏡診断装置の実施例について図面を
用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の内視鏡装置を用いて得られる画像パタ
ーンを示す説明図、第２図（ａ）、（ｂ）はそれぞれモ
アレ縞の形成過程を示す説明図であり、第３図（ａ）は
本発明の内視鏡装置の第１実施例を示す内８１１！先端
の斜視図、（ｂ）は同先端正面図、（Ｃ）は同全体断面
説明図、第４図（ａ）は同第１実施例の変態を示す内視
鏡本体先端の斜視図、（ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ同断面
説明図であり、第５図（ａ）は本発明の内視鏡装置の第
２実施例を示す内部照明格子型内視鏡の先端断面説明図
、（ｂ）は外部照明格子型内視鏡の全体断面説明図、第
６図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ同第２実施例における基
本光学系の説明図、第７図（ａ）は同第２実施例の格子
ビツヂ可変状態を示す斜視図、（ｂ）は平面図、（Ｃ）
は側面説明図である。

まず、本発明の内視鏡を用いて得られる画像パターンは
、第１図にその一例を示したとおりであり、三次元の表
面形状が一目でわかり易い等高線パターンの画像である
。

この等高線は、格子を利用してモアレ縞を発生すること
により作り出され、この原理を示したのが第２図である
。

すなわち第２図に示したように、点光源Ｓから発した光
は、格子面Ｇを通過することにより、物体（患部）０に
格子の影像を成す。この格子像をもとの格子を通して視
点（検出点）Ｅで見ることにより、モアレ縞が生じるの
である。

この場合に、点光源Ｓと検出点Ｅとを格子面Ｇから等距
１１ｆ（ｕ）に置くことにより、図中に破線で示したよ
うに、モアレ縞は患部Ｏの正確な等高線となる。

そしてモアレ縞は、点光源Ｓが格子面Ｇの隙間を通って
扇状に広がる光の帯が患部表面と交わる線と、同様に視
点Ｅから扇状に広がる可視範囲の帯とが交わる交点の連
なりとして得られる。

ここで点光源Ｓとと視点Ｅの格子面Ｇからの高さが異な
る時は、場所によって第２図（ａ＞のようにモアレ縞が
変化するが、これらの高さく！Ｌ〉が等しい時は、第２
図（ｂ）のように、場所にかかわりなく一定なモアレ縞
となり、患部Ｏの正確な等高線となる。

ただし、これは等高線であり、等標高線ではないため、
等高線の次数が上がると、その標高差が増していくこと
になり、その関係は次式で与えられることが知られてい
る。

ここで、Ｎ：次数ｄ：光源Ｓと視点Ｅの間隔斐：光源Ｓおよび視点Ｅと格子面Ｇとの距離ＳＯ：格子間隔しかし内視鏡は、その構造ができるだけ小さいことが望
ましいため、明るい光源がとれないが、ある限られた深
さとエリアを検出するものであるから、上記の高さｉｔ
）はあまり問題とならない。

また気管治療の場合には、患部が奥に進んでいるため光
が戻ってこず、ある深さ以上では暗部となるが、その部
分は内視鏡をさらに奥へ進めればよいため、同様にあま
り問題にはならない。

本発明の内視鏡装置は、上述したモアレ縞による等高線
の原理を内視鏡に応用したものであり、そのモアレ縞の
形成手段としては、以下に述べる第１実施例に示した実
格子を用いる方法および第２実施例に示した照明格子像
を用いる方法の二法がある。

まず、第３図に示した第１実施例は、内視鏡の先端部に
おいて、本体３０４の外側に実格子部３０５を構成した
ものである。

この実格子部３０５は矢印３０６方向にスライド可能で
あり、これにより上記（Ａ）式の（！Ｌ）を変化させ、
等高線の間隔を適当に変化させることができる。

この操作は、あらかじめ数段階の交の長さを用意してお
き、それをユーザー（医師）が選択することにより行な
うこともできるし、また実格子部３０５を連続スライド
させて、交の移動量を測定装置で測定することにより行
なうこともできる。

図において、３０３は視点Ｅに相当する観察窓であり、
３０２は光源Ｓに相当する照明窓である。

照明窓３０２が二つあるのは、患部に対して斜めから照
明し、患部に不完全照明部が残ることを防止するためと
、患部照明量の格子の影によりやや減少する部分をおき
なうためである。

上述した（Ａ）式かられかるように、ｄが同じであれば
、左右どちらからでも同じ等高線が得られる。

しかして第３図（ｂ）に示したように、二つの照明窓３
０２の中点に観察窓３０３を配置し、照明窓３０２と観
察窓３０３の中心点が直線３１４上にあるように配置す
る必要がある。

さらに原理により、格子３０１と上記直１３１４とは、
垂直に交°わるようにする必要もある。

次にこの第１実施例の内視鏡装置の内部構造を示したの
が第３図（Ｃ）である。

第３図（Ｃ）においては、照明窓３０２を点光源とする
ように、実際の照明光源装置３１３よりレンズ３１１．
３１２を通して、光繊１４３０７により照明窓３０２ま
で光を送るアラインメントとなっている。

この照明窓３０２から発せられた光は、格子３０１を通
って、患部を照らし、その反射光は再度格子３０１を通
ってレンズ系３０９に結像され、ＣＯＤ等の検出器３１
０で検出された信号は信号１１３０８により送られる。

レンズ系３０９は、検出位置が原理囚の視点Ｅと光学的
に同等となるよう、結像系を成していることが必要であ
る。

そしてレンズ系３０９は、一度にある程度の深さの患部
をｄｅｔｅｃｔするために、焦点深度の深いものである
ことが望ましい。

また格子３０１は、照明を明るくして等高線を存在させ
ればよいことから、ことさら太い縞を必要とせず、目の
粗いもの（格子比が大きいもの）であって、かつ黒色の
ものを使用するのが望ましい。

さらに、本発明で使用する格子は、矩形格子に限らず、
正弦波格子およびランダム格子等を目的に応じて使いわ
けることができる。

なおこの格子３０１を本体３０４の先端面の近接位置に
持ってくる場合には、検出系のレンズ系３０９の焦点外
となるため、格子面がレンズ系３０９の瞳面に近くなり
、格子像が見えなくなる。

したがって、等高線を観察する必要がないときには、格
子３０１を本体３０４の先端に近接させ、通常画像を観
察することができる。

また格子３０１により高調波が発生し、それに基因する
モアレ縞が局所的に発止することがある。

これは高調波によるモアレ縞と、基本的な等高線パター
ンを成すモアレ縞の周期が整数倍になった位置に発生す
る。しかし原理囚かられかるように、格子３０１を格子
像と垂直な方向にずらしても、基本的なモアレ縞に変化
を起こすことはなく、高調波によるモアレ縞は消えるこ
とになる。

したがってこの高調波によるモアレ縞を除去するために
、格子３０１を格子像と垂直な方向に移動可能にするこ
とが必要であり、その装置構造を示したのが第４図であ
る。

すなわち第４図（ａ）の態様においては、格子３０１全
体をすのこ状の戸のように構成し、これを通常は実格子
部３０５にはめておき、必要な時にはバネ等の重力で先
端部横方向（矢印４０６方向）に移動させるようにした
ものである。

また第４図（ｂ）は、格子としてフィルム等透明な素材
にプリントした格子フィルム４０２を用い、これを実格
子部３０５の枠等に、巻上駆動装置４０１を介して取付
けたものであり、必要に応じて駆動装置４０１を駆動し
、格子フィルム４０２を４０６方向に移動することがで
きる。

さらに第４図（Ｃ）は、上記格子フィルム４０２を内視
鏡本体３０４に設けた駆動装置４０１により移動させる
ようにした態様であり、この場合の格子フィルム４０２
は、例えば４０４のようにエンドレスフィルムであって
もよい。

次に、第５図に示した第２実施例は、内視鏡の先端部が
上述した第１実施例のように、複雑な形状になるのを避
けるために、格子そのものの代りに、格子像を先端部に
投影するように構成したものであり、その基本光学系を
示したのが第６図である。

すなわち、この第２実施例においては、上記第１実施例
の格子３０１の位置に格子像６０１を結像させることを
特徴とするものであり、この格子像６０１は照明系格子
５０２から照明系レンズ５０３を経て投影される。

そしてこの照明格子５０２は、第５図（ａ）のように内
視鏡先端部に配置される場合と、第６図（ｂ）のように
内視鏡外部の光源３１３に近い位置に配置される場合と
がある。

上記の照明系格子５０２および格子像６０１により照ら
され、患部から反射されてきた光は、検出系格子５０１
を配置した検出光学系で検出される。ここで照明系格子
５０２と検出系格子５０１の格子ピッチは、配置に応じ
て光学的に同等であることはいうまでもない。さらには
、必要に応じて照明系格子５０２のピッチを、検出系格
子５０１のビッヂの整数倍にとる等変化させることによ
リ、等高線パターンを変化させることも可能である。

なおこの第２実施例の方式において、等電線の標高差を
可変にする場合には、吏を変更することがむつかしいた
め、格子ピッチＳｏを変更することになるが、このため
には第６図（ａ）の方式よりも、第６図（ｂ）の方式の
法が有利である。

標高差の可変を達成するため、第７図に示したように、
球面レンズ系７０１に加えてシリンドリカルレンズ系７
０２を用いたレンズ系を用いる必要がある。

なおここでは、格子７０３として、図示したように格子
ピッチを数種類代えたものを配列したものを用い、その
中から適した格子を選択することができる。

このように、実格子に代えて、投影格子像を用いること
によっても、モアレ縞による等＾線を作り出すことがで
きる。

そして上記においては、格子像を含んだ患部を像として
検出し、これを画像処理する際に検出系格子を加えるこ
ともでき、例えばテレビの走査線そのものを検出系格子
とすることもできる。

次に本発明の内視鏡装置を用いる場合の標高解析につい
て説明する。

上述したように、実格子面からの等電線の次数Ｎを求め
れば、上記（Ａ）式により正確な標高を求めることがで
きる。

しかし物体（患部）に実際に実格子面を接触させるよう
な操作を行なわない限り正確な次数を得ることができな
いが、物体から実格子面までの距離はそれほど大きくな
く、しかも次数はかなり低次であるため、近似式を採用
してもかなりの精度を得ることができ、その算出は次の
ように行なうことができる。

次数１１、Ｔｌ、の時の標高差Δには、Δｉ＝　　ｈ□
ｚ　　　ｋｎ。

ｙ］１　　　γ］２　　１ｔ　イ収　ン辷　−ｚ、　　
　°た　め、と　な　リ、ここで乙ｎ３ηよ一孔：次数の差装置により、５ｏｓｄ１１は与えられるので、医師は必
要な患部のモアレ縞（等電線）の数を数え、それを本装
置に入力すれば、近似的な値だが、その患部の標高差（
隆起の高さ等）を知ることができるのである。

［発明の効果］以上、実施例により詳細に説明したように、本発明の内
視鏡装置は、従来の表示画像の品質を保持しつつ、モア
レ縞を用いた等電線という直感性に強く訴える表示方法
で画像の認識ができるため、医師に診断しやすいモニタ
ー画像を提供することが可能である。

そして本発明の内視鏡装置は、等電線の標高差を変化さ
せること、等高線表示を行なわないことおよび等電線を
パターン計測することが可能であり、患部の正確な大き
さを知ることができる上、その操作の多用性にも極めて
富むものである。

したがって本発明の内視鏡装置によれば、従来の画像を
良好に保持しつつ、さらに三次元物体の標高差等を把握
することが可能であり、従来の内視鏡による診断効果を
極めて高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内視鏡装置を用いて得られる画像パタ
ーンを示す説明図、第２図（ａ）、（ｂ）はそれぞれモ
アレ縞の形成過程を示す説明図であり、第３図（ａ）は
本発明の内視鏡装置の第１実施例を示す内視鏡先端の斜
視図、（ｂ）は同先端正面図、（Ｃ）同は全体断面説明
図、第４図（ａ）は同第１実施例の変態を示す内視鏡本
体先端の斜視図、（ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ同断面説明
図であり、第５図（ａ）は本発明の内視１装置の第２実
施例を示す内部照明格子型内視鏡の先端断面説明図、（
ｂ）は外部照明格子型内視鏡の全体断面説明図、第６図
（ａ）、（ｂ）はそれぞれ同第２実施例における基本光
学系の説明図、第７図（ａ）は同第２実施例の格子ピッ
チ可変状態を示す斜視図、（ｂ）は平面図、（Ｃ）は側
面説明図である。Ｘ・・・突起Ｓ・・・点光源Ｇ・・・格子面Ｅ・・・視点（検出点）Ｏ・・・物体（患部）３０１・・・格子３０２・・・照明窓３０３・・・観察窓３０４・・・内視鏡本体先端３０５・・・実格子部３０９・・・光学レンズ系３１０・・・検出器（ＣＣＵ））５０１・・・検出系格子５０２・・・照明系格子５０３・・・照明系レンズ６０１・・・格子像７０１・・・球面レンズ７０２・・・シリンドリカルレンズ代理人　　弁理士　　則　近　　憲　佑代理人　　弁理
士　　大　胡　　典　夫第３図（ａ）第４ＦＡ（ａ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）患部の照明および検出を、格子を通して行なうこ
とにより、等高線を示すモアレ縞を含む診断画像を取得
可能に構成したことを特徴とする内視鏡装置。
（２）観察窓およびその両端の二つの照明窓を、夫々の
中心点が直線状になるように配列した本体先端部の外周
に、筒状の実格子部をスライド可能に設けてなり、この
実格子部先端の格子は、前記観察窓および二つの照明窓
の中心点を結ぶ直線と垂直に対向していること特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項に記載の内視鏡装置。
（３）実格子部先端の格子が、内視鏡本体先端の観察窓
および二つの照明窓の中心点を結ぶ直線方向にスライド
可能であることを特徴とする特許請求の範囲第（２）項
に記載の内視鏡装置。
（４）内視鏡本体内部または外部に設けた照明用格子か
ら、患部に格子像を投影し、これを内視鏡本体先端部に
設けた検出用格子を通して結像するように構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の内視鏡
装置。
（５）照明用格子が内視鏡本体先端の光学系内部に設け
られていることを特徴とする特許請求の範囲第（４）項
に記載の内視鏡装置。
（６）照明用格子が内視鏡本体外部の照明光源部に設け
られていることを特徴とする特許請求の範囲第（４）項
に記載の内視鏡装置。