JP2014068692A - 内視鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】カバーガラスへの衝撃を軽減するとともに脱落を防止することが可能な内視鏡を提供すること。
【解決手段】外筒と、外筒内に配置され、体腔内に光を照射して画像を取得する画像取得手段と、外筒の先端部に取り付けられるカバーガラスと、を備える内視鏡において、カバーガラスを、外筒の内側から取り付けられるとともに、内視鏡の先端面となる凸面と、該凸面よりも低くかつ該凸面と平行に形成される凹面とからなる、凸型の断面形状を有する構成とし、さらに、凹面をカバーガラスを外筒に固定するための接着面とした。
【選択図】図４

Description

この発明は、体腔内観察を行うための内視鏡に関し、より詳しくは内視鏡の先端部の構造に関する。

従来、患者の体腔内を診断するための内視鏡を用いた内視鏡システムが一般に知られ、実用に供されている。また、近年、光ファイバによって導光されるレーザ光を観察部位に対して走査させ、その反射光を受光して画像化する走査型内視鏡システムも知られている。さらに、走査型内視鏡システムの一つとして、薬剤が投与された生体組織にレーザ光を照射し、その生体組織から発せられる蛍光のうち、共焦点光学系の焦点位置と共役の位置に配置されたピンホールを介した成分のみを抽出することにより、その生体組織を、通常の内視鏡光学系によって得られる観察像より高倍率で観察可能にする走査型共焦点内視鏡システムも提案されている。

このような走査型共焦点内視鏡システムの一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の走査型共焦点内視鏡システムでは、光ファイバをＸ−Ｙ方向に走査させるとともにＺ方向へ進退させることで、被写体を三次元走査する。これにより、高倍率かつ高解像度の三次元画像を得ることができる。このような共焦点内視鏡システムを用いて観察を行う場合、内視鏡の先端を被写体に接触させて、Ｚ方向に対して複数の被写体画像を取得する。そのため、内視鏡の先端部には、被写体である器官の内壁に直接触れても良いようにカバーガラスが備えられている。

特許４５３８２９７号

特許文献１に記載される内視鏡では、先端部の外枠に対し、カバーガラスを外側（すなわち被写体側）から取り付ける構造となっている。そのため、内視鏡の使用時において、カバーガラスは外部からの衝撃にさらされやすくなっている。また、このようにカバーガラスを外側から取り付けた場合、何らかの衝撃が加わった際などに、カバーガラスが外側（すなわち被写体である患者の体内）へ脱落してしまう恐れもある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、カバーガラスへの衝撃を軽減するとともに脱落を防止することが可能な内視鏡を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明の内視鏡は、外筒と、外筒内に配置され、体腔内に光を照射して画像を取得する画像取得手段と、外筒の内側から外筒の先端部に取り付けられるカバーガラスと、を備える。また、カバーガラスは、内視鏡の先端面となる凸面と、該凸面よりも低くかつ該凸面と平行に形成される凹面とからなる、凸型の断面形状を有し、凹面は、カバーガラスを外筒に固定するための接着面であることを特徴とする。

このような構成により、カバーガラスへの衝撃を軽減することが可能になるとともに、カバーガラスが外側（すなわち被検者の体内）に脱落することを防止することができる。さらに、凹面を接着面とすることで、組み立ての際の作業性も向上する。

また、凸面は研磨面であり、凹面はスリ面であっても良い。このような構成により、被写体に直接接触する面が滑らかに形成されるとともに、外筒との接着面における接着強度を上げることができる。

また、凸面は、外筒の先端面よりも突出しても良い。このような構成により、カバーガラスの凸面を適切に被写体に接触させることが可能となる。

また、上記内視鏡は、カバーガラスを外筒との間で保持する保持部材をさらに備えても良く、当該保持部材を、外周面にねじ部が形成される環状のねじ部材としても良い。このような構成により、カバーガラスをより強固に固定することができるとともに、外側への脱落だけでなく、内側への脱落も防止することが可能となる。

また、上記内視鏡の画像取得手段は、共焦点画像を取得するための共焦点光学ユニットであっても良く、入射端に入射する光を出射端まで導光し、該出射端から被写体に出射する光ファイバを含んでも良い。さらに、上記内視鏡は、光ファイバの出射端から出射される光が被写体上を走査するよう光ファイバの出射端を駆動させる光ファイバ走査手段をさらに備えても良い。

本発明によれば、カバーガラスへの衝撃を軽減するとともに脱落を防止することが可能な内視鏡が提供される。

本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システムが有する共焦点光学ユニットの構成を概略的に示す図である。 ＸＹ近似面上における光ファイバの先端の回転軌跡を示す図である。 本発明の第一実施形態における共焦点光学ユニットの先端部の構成を示す拡大図である。 本発明の第二実施形態における共焦点光学ユニットの先端部の構成を示す拡大図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の内視鏡について説明する。本実施形態では、本発明を走査型共焦点内視鏡システムに適用した場合について説明する。

図１は、本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１は、共焦点顕微鏡の原理を応用して設計されたシステムであり、高倍率かつ高解像度の被写体を観察するのに好適に構成されている。図１に示されるように、走査型共焦点内視鏡システム１は、システム本体１００、共焦点プローブ２００、モニタ３００を有している。走査型共焦点内視鏡システム１を用いた共焦点観察は、可撓性を有する管状の共焦点プローブ２００の先端面を被写体に当て付けた状態で行う。

システム本体１００は、光源１０２、光分波合波器（フォトカップラ）１０４、ダンパ１０６、ＣＰＵ１０８、ＣＰＵメモリ１１０、光ファイバ１１２、受光器１１４、映像信号処理回路１１６、画像メモリ１１８、映像信号出力回路１２０を有している。共焦点プローブ２００は、光ファイバ２０２、共焦点光学ユニット２０４、サブＣＰＵ２０６、サブメモリ２０８、走査ドライバ２１０を有している。

光源１０２は、ＣＰＵ１０８の駆動制御に従い、患者の体腔内に投与された薬剤を励起する励起光を射出する。励起光は、光分波合波器１０４に入射する。光分波合波器１０４のポートの一つには、光コネクタ１５２が結合している。光分波合波器１０４の不要ポートには、光源１０２から射出された励起光を無反射終端するダンパ１０６が結合している。前者のポートに入射した励起光は、光コネクタ１５２を通過して共焦点プローブ２００内に配置された光学系に入射する。

光ファイバ２０２の基端は、光コネクタ１５２を通じて光分波合波器１０４と結合している。光ファイバ２０２の先端は、共焦点プローブ２００の先端部に組み込まれた共焦点光学ユニット２０４内に収められている。光分波合波器１０４を射出した励起光は、光コネクタ１５２を通過して光ファイバ２０２の基端に入射後、光ファイバ２０２を伝送して光ファイバ２０２の先端から射出される。

図２（ａ）は、共焦点光学ユニット２０４の構成を概略的に示す図である。以下、共焦点光学ユニット２０４を説明する便宜上、共焦点光学ユニット２０４の長手方向をＺ方向と定義し、Ｚ方向に直交しかつ互いに直交する二方向をＸ方向、Ｙ方向と定義する。図２（ａ）に示されるように、共焦点光学ユニット２０４は、各種構成部品を収容する金属製の外筒２０４Ａを有している。外筒２０４Ａは、外筒２０４Ａの内壁面形状に対応する外壁面形状を持つ内筒２０４Ｂを同軸（Ｚ方向）にスライド自在に保持している。光ファイバ２０２の先端（以下、符号「２０２ａ」を付す。）は、外筒２０４Ａ、内筒２０４Ｂの各基端面に形成された開口を通じて内筒２０４Ｂに収容支持されており、走査型共焦点内視鏡システム１の二次的な点光源として機能する。点光源である先端２０２ａの位置は、ＣＰＵ１０８による制御に基づいて周期的に変化する。

サブメモリ２０８は、共焦点プローブ２００の識別情報や各種プロパティ等のプローブ情報を格納している。サブＣＰＵ２０６は、システム起動時にサブメモリ２０８からプローブ情報を読み出して、システム本体１００と共焦点プローブ２００とを電気的に接続する電気コネクタ１５４を介してＣＰＵ１０８に送信する。ＣＰＵ１０８は、送信されたプローブ情報をＣＰＵメモリ１１０に格納する。ＣＰＵ１０８は、格納したプローブ情報を必要時に読み出して共焦点プローブ２００の制御に必要な信号を生成して、サブＣＰＵ２０６に送信する。サブＣＰＵ２０６は、ＣＰＵ１０８から送信された制御信号に従って、走査ドライバ２１０に必要な設定値を指定する。

走査ドライバ２１０は、指定された設定値に応じたドライブ信号を生成して、先端２０２ａ付近の光ファイバ２０２の外周面に接着固定された二軸アクチュエータ２０４Ｃを駆動制御する。図２（ｂ）は、二軸アクチュエータ２０４Ｃの構成を概略的に示す図である。図２（ｂ）に示されるように、二軸アクチュエータ２０４Ｃは、走査ドライバ２１０と接続された一対のＸ軸用電極（図中「Ｘ」、「Ｘ’」）及びＹ軸用電極（図中「Ｙ」、「Ｙ’」）を圧電体上に形成した圧電アクチュエータである。

走査ドライバ２１０は、交流電圧Ｘを二軸アクチュエータ２０４ＣのＸ軸用電極間に印加して圧電体をＸ方向に共振させると共に、交流電圧Ｘと同一周波数であって位相が直交する交流電圧ＹをＹ軸用電極間に印加して圧電体をＹ方向に共振させる。交流電圧Ｘ、Ｙはそれぞれ、振幅が時間に比例して線形に増加して、時間（Ｘ）、（Ｙ）をかけて実効値（Ｘ）、（Ｙ）に達する電圧として定義される。光ファイバ２０２の先端２０２ａは、二軸アクチュエータ２０４ＣによるＸ方向、Ｙ方向への運動エネルギーが合成されることにより、Ｘ−Ｙ平面に近似する面（以下、「ＸＹ近似面」と記す。）上において中心軸ＡＸを中心に渦巻状のパターンを描くように回転する。先端２０２ａの回転軌跡は、印加電圧に比例して大きくなり、実効値（Ｘ）、（Ｙ）の交流電圧が印加された時点で最も大きい径を有する円の軌跡を描く。図３に、ＸＹ近似面上の先端２０２ａの回転軌跡を示す。

光源１０２から出射される励起光は、二軸アクチュエータ２０４Ｃへの交流電圧の印加開始直後から印加停止までの期間中、ＣＰＵ１０８から光源１０２に供給されるレーザ駆動信号に従って、光ファイバ２０２の先端２０２ａから所定の発光パターンで出射される。以下、説明の便宜上、この期間を「サンプリング期間」と記す。サンプリング期間が経過して二軸アクチュエータ２０４Ｃへの交流電圧の印加が停止すると、光ファイバ２０２の振動が減衰する。ＸＹ近似面上における先端２０２ａの円運動は、光ファイバ２０２の振動の減衰に伴って収束し、所定時間後に中心軸ＡＸ上で停止する。以下、説明の便宜上、サンプリング期間が終了してから先端２０２ａが中心軸ＡＸ上に停止するまでの期間（より正確には、中心軸ＡＸ上での停止を保証するため、停止までに要する計算上の時間より僅かに長い期間）を「制動期間」と記す。一フレームに対応する期間は、一つのサンプリング期間と一つの制動期間で構成される。制動期間を短縮するため、制動期間の初期段階に二軸アクチュエータ２０４Ｃに逆相電圧を印加して制動トルクを積極的に加えてもよい。

光ファイバ２０２の先端２０２ａの前方には、対物光学系２０４Ｄが設置されている。対物光学系２０４Ｄは、複数枚の光学レンズで構成されており、図示省略されたレンズ枠を介して内筒２０４Ｂに保持されている。そのため、レンズ枠に保持された光学レンズ群は、外筒２０４Ａの内部を内筒２０４Ｂと一体となってＺ方向にスライドする。また、外筒２０４Ａの最先端（すなわち対物光学系２０４Ｄの前方）には、カバーガラス２０５が保持されている。

内筒２０４Ｂの基端面と外筒２０４Ａの内壁面との間には、圧縮コイルばね２０４Ｅ及び形状記憶合金２０４Ｆが取り付けられている。圧縮コイルばね２０４Ｅは、自然長からＺ方向に初期的に圧縮狭持されている。形状記憶合金２０４Ｆは、Ｚ方向に長尺な棒形状を持ち、常温下で外力が加わると変形して、一定温度以上に加熱されると形状記憶効果で所定の形状に復元する性質を有している。形状記憶合金２０４Ｆは、形状記憶効果による復元力が圧縮コイルばね２０４Ｅの復元力より大きくなるように設計されている。走査ドライバ２１０は、サブＣＰＵ２０６が指定した設定値に応じたドライブ信号を生成して、形状記憶合金２０４Ｆを通電し加熱して伸縮量を制御する。形状記憶合金２０４Ｆは、伸縮量に応じて内筒２０４Ｂを光ファイバ２０２ごとＺ方向に進退させる。

光ファイバ２０２の先端２０２ａを射出した励起光は、対物光学系２０４Ｄおよびカバーガラス２０５を透過して被写体の表面又は表層でスポットを形成する。スポット形成位置は、点光源である先端２０２ａの進退に応じてＺ軸方向に変位する。すなわち、共焦点光学ユニット２０４は、二軸アクチュエータ２０４Ｃによる先端２０２ａのＸＹ近似面上の周期的な円運動とＺ方向の進退を併せることで、被写体を三次元走査する。

光ファイバ２０２の先端２０２ａは、対物光学系２０４Ｄの前側焦点位置に配置されているため、共焦点ピンホールとして機能する。先端２０２ａには、励起光により励起された被写体の散乱成分（蛍光）のうち先端２０２ａと光学的に共役な集光点からの蛍光のみが入射する。蛍光は、光ファイバ２０２を伝送後、光コネクタ１５２を通過して光分波合波器１０４に入射する。光分波合波器１０４は、入射した蛍光を光源１０２から射出される励起光と分離して光ファイバ１１２に導く。蛍光は、光ファイバ１１２を伝送して受光器１１４で検出される。受光器１１４は、微弱な光を低ノイズで検出するため、例えば光電子増倍管等の高感度光検出器としてもよい。

受光器で検出された検出信号は、映像信号処理回路１１６に入力する。映像信号処理回路１１６は、ＣＰＵ１０８の制御下で動作して、検出信号を一定のレートでサンプルホールド及びＡＤ変換してデジタル検出信号を得る。ここで、イメージング期間中の光ファイバ２０２の先端２０２ａの位置（軌跡）が決まると、当該位置に対応する観察領域（走査領域）中のスポット形成位置、当該スポット形成位置からの戻り光を検出してデジタル検出信号を得る信号取得タイミングがほぼ一義的に決まる。本実施形態においては、予め、校正治具等を用いた実測結果を参考に信号取得タイミングからスポット形成位置が推定され、推定位置に対応する画像上の位置が決定されている。ＣＰＵメモリ１１０には、決定された信号取得タイミングと画素位置（画素アドレス）とを関連付けたリマップテーブルが格納されている。

映像信号処理回路１１６は、リマップテーブルを参照して、各デジタル検出信号により表現される点像の画素アドレスへの割り当てを信号取得タイミングに応じて行う。以下、説明の便宜上、上記の割り当て作業をリマッピングと記す。映像信号処理回路１１６は、リマッピング結果に従って、各点像の空間的配列によって構成される画像の信号を画像メモリ１１８にフレーム単位でバッファリングする。バッファリングされた信号は、所定のタイミングで画像メモリ１１８から映像信号出力回路１２０に掃き出されて、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternating Line）等の所定の規格に準拠した映像信号に変換されてモニタ３００に出力される。モニタ３００の表示画面には、高倍率かつ高解像度の被写体の三次元共焦点画像が表示される。

続いて、第一実施形態における共焦点光学ユニット２０４の先端部の構造について、図４を参照して説明する。図４は、共焦点光学ユニット２０４の先端部の構造を示す拡大図である。図４に示すように、共焦点光学ユニット２０４の先端面には、カバーガラス２０５が取り付けられている。本実施形態のカバーガラス２０５は、共焦点光学ユニット２０４の先端面となる凸面２０５Ａと、凸面２０５Ａの周囲に形成される凹面２０５Ｂとからなる凸型の断面形状を有する円形のガラスであり、外筒２０４Ａの内側から取り付けられている。

凸面２０５Ａは、外筒２０４Ａの開口部の内径と略同じ外径を有し、外筒２０４Ａの開口部を塞ぐよう配置される面である。観察の際には、光ファイバ２０２の先端２０２ａを射出した励起光が、凸面２０５Ａを通過する。また、凸面２０５Ａは、外筒２０４Ａの先端面よりも突出するよう形成されており、観察の際には、凸面２０５Ａが直接被写体（器官の内壁など）に接触する。そのため、凸面２０５Ａは、滑らかな研磨面とされる。

また、凹面２０５Ｂは、凸面２０５Ａよりも一段低く、かつ凸面２０５Ａと平行に形成される面である。本実施形態では、凹面２０５Ｂに接着材を塗布し、外筒２０４Ａの先端部内壁における保持部２０４Ｇと当接させることで、カバーガラス２０５が外筒２０４Ａに固定される。そのため、凹面２０５Ｂは、接着強度が高くなるよう、表面に微細な凹凸が形成されるスリ面とされる。

上述のように、本実施形態では、カバーガラス２０５の接着面（凹面２０５Ｂ）を外筒２０４Ａの内側（保持部２０４Ｇ）に設けることで、観察中に加わる衝撃を外筒２０４Ａによって吸収することができ、カバーガラス２０５への衝撃を軽減することが可能となる。また、カバーガラス２０５が外側（すなわち被検者の体内）に脱落することも防止される。さらに、平面で形成される凹面２０５Ｂを接着材の塗布面とすることで、比較的容易に接着剤を塗布することができ、組立作業性も向上する。

続いて、第二実施形態における共焦点光学ユニット２０４１の先端部の構造について、図５を参照して説明する。図５は、共焦点光学ユニット２０４１の先端部の構造を示す拡大図である。本実施形態の共焦点光学ユニット２０４１は、保持部材２０６を備えること以外は、第一実施形態と略同様の構成となっている。そのため、同じ構成部材に対しては、同じ参照番号が付される。

図５に示されるように、共焦点光学ユニット２０４１の先端には、第一の実施形態と同様にカバーガラス２０５が取り付けられている。カバーガラス２０５の形状、凸面２０５Ａおよび凹面２０５Ｂの構成、ならびに外筒２０４１Ａへの取り付けは、第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。本実施形態では、さらに、カバーガラス２０５を内側（対物光学系２０４Ｄ側）から外側（被写体側）へ押さえて、外筒２０４１Ａとの間で保持するための保持部材２０６を備えている。保持部材２０６は、外周面にねじ部２０６Ａを備える環状のねじ部材である。また、本実施形態では、外筒２０４１Ａの内周面にもねじ部２０４１Ｓが形成されており、これらのねじ部を締め付けることにより、カバーガラス２０５が保持される。これにより、カバーガラス２０５が強固に固定されるとともに、カバーガラス２０５のＺ方向における動きが抑制される。

本実施形態では、第一実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、保持部材２０６を備えることで、カバーガラス２０５をより確実に固定することができる。また、カバーガラス２０５の外側への脱落だけでなく、内側への脱落も防止することが可能となる。

以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。まず、上記実施形態は、走査型共焦点内視鏡に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、先端部にカバーガラスを備えるその他の内視鏡にも本発明を適用することが可能である。

また、上記実施形態では、外筒２０４Ａの内壁に直接カバーガラス２０５を取り付ける構造としたが、カバーガラス２０５を取り付けるための保持枠を外筒２０４Ａ内に別途備えることも可能である。

１ 走査型共焦点内視鏡システム
１００ システム本体
１０２ 光源
１０４ 光分波合波器
１０６ ダンパ
１０８ ＣＰＵ
１１０ ＣＰＵメモリ
１１２ 光ファイバ
１１４ 受光器
１１６ 映像信号処理回路
１１８ 画像メモリ
１２０ 映像信号出力回路
２００ 共焦点プローブ
２０２ 光ファイバ
２０４、２０４１ 共焦点光学ユニット
２０５ カバーガラス
２０６ サブＣＰＵ
２０８ サブメモリ
２１０ 走査ドライバ

Claims (7)

1. 外筒と、
   前記外筒内に配置され、体腔内に光を照射して画像を取得する画像取得手段と、
   前記外筒の内側から該外筒の先端部に取り付けられるカバーガラスと、を備え、
   前記カバーガラスは、内視鏡の先端面となる凸面と、該凸面よりも低くかつ該凸面と平行に形成される凹面とからなる、凸型の断面形状を有し、
   前記凹面は、前記カバーガラスを前記外筒に固定するための接着面であることを特徴とする、内視鏡。
2. 前記凸面は研磨面であり、前記凹面はスリ面であることを特徴とする、請求項１に記載の内視鏡。
3. 前記凸面は、前記外筒の先端面よりも突出することを特徴とする、請求項１または２に記載の内視鏡。
4. 前記カバーガラスを前記外筒との間で保持する保持部材をさらに備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の内視鏡。
5. 前記保持部材は、外周面にねじ部が形成される環状のねじ部材であることを特徴とする、請求項４に記載の内視鏡。
6. 前記画像取得手段は、共焦点画像を取得するための共焦点光学ユニットであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の内視鏡。
7. 前記画像取得手段は、入射端に入射する前記光を出射端まで導光し、該出射端から被写体に出射する光ファイバを含み、
   前記内視鏡は、さらに、前記光ファイバの出射端から出射される前記光が被写体上を走査するよう前記光ファイバの出射端を駆動させる光ファイバ走査手段を備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の内視鏡。

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