JP4967096B2

JP4967096B2 - 内視鏡、内視鏡アタッチメント、および、内視鏡装置

Info

Publication number: JP4967096B2
Application number: JP2006138386A
Authority: JP
Inventors: 隆真光吉; 寛志吉村; 正嗣谷内田; 俊哉鈴木
Original assignee: Shimane University NUC
Current assignee: Shimane University NUC
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-05-18
Also published as: JP2007307090A

Description

本発明は、内視鏡、内視鏡アタッチメント、および、内視鏡装置に関し、特に、術野方向である前方および術野方向と垂直な方向である側方が同時に観察できる内視鏡、内視鏡アタッチメント、および、内視鏡装置に関する。

従来、体内の状態を調べたり、手術をしたりする際に内視鏡が用いられている。特に、近年では腹腔鏡を用いた腹腔鏡手術が盛んに行われている。腹腔鏡手術は、開腹手術に比べて傷口が小さな分、患者の負担も少なく術後の回復が早いなど様々なメリットがある。

特許第２５５６５１４号特許第３７２４０８３号

しかしながら、従来の技術では以下の問題点があった。従来の内視鏡は、硬性鏡の場合は、硬性鏡の挿入方向のみの観察に終始し、例えば鉗子を差し込む場合には位置確認がしづらいという問題点があった。また、軟性鏡の場合は、先端を自由に曲げられるため任意の方向を観察できるが、実際には接触させたくない患部に先端が接触してしまう場合もあるといった問題点や、既に鉗子が入っているため首が曲げられない場合があるといった問題点があった。また、これらを解決するために複数の内視鏡を挿入するというのは現実的ではない。

また、潜在的な要請として、内視鏡の太さはできるだけ小さなものが望まれる。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、従来の内視鏡と同程度の大きさ以下であって、前方と側方を同時に観察できる内視鏡、内視鏡アタッチメント、および、内視鏡装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の内視鏡は、レンズ光学系が内筒に収められ、光源が内筒と外筒との間に収められ、内筒と外筒とが内接した内視鏡であって、術野側の先端にレンズ光学系の光軸と軸を一致させた切頭２葉双曲面鏡をレンズ光学系に対向させて配置し、当該切頭２葉双曲面鏡は外筒の大きさに合わせて切り取られ、２葉双曲面形状と切頭位置と光源位置とを、ハレーションが生じない位置関係として、切頭部分からは術野方向の映像を取り込み、双曲面鏡からは側周方向の映像を取り込むようにしたことを特徴とする。

すなわち、請求項１にかかる発明は、従来の内視鏡の太さを維持しつつ、切頭２葉双曲面鏡を用いてハレーションを生じさせることなく、前方視および高精細な側方視を同時に観察可能となる。なお、請求項１にかかる発明は全周を一度に観察できないが、内視鏡を回転させれば所望の方向の側方視が可能となる。なお、内接とは、実質的に内接していればよく、筒の厚みや設計上の問題から若干の間隔が空いている態様を妨げない。すなわち、内接とは、この意味において同心でないことを意味する。なお、内筒と外筒はツラが揃っていることを想定しているが、必ずしも揃っておらず、内筒が飛び出ていても良い。
また、ハレーションを生じさせないとは、光源から射出される光が切頭２葉双曲面鏡を介して焦点に至らないことを意味する。

また、請求項２に記載の内視鏡は、請求項１に記載の内視鏡において、切頭位置を、術野方向の面積：側周方向の面積＝３：７〜９：１の範囲で調整したことを特徴とする。

すなわち、請求項２にかかる発明は、前方および側方を良好に観察可能となる。なお、高精細な側方視が可能なため、術野方向の面積：側周方向の面積＝９：１であっても十分実用に耐えることができる。

また、請求項３に記載の内視鏡アタッチメントは、レンズ光学系が内筒に光源が内筒と外筒との間にそれぞれ収められ、内筒と外筒とが内接し、先端面が筒の軸に対して垂直に形成された、内視鏡に適用する内視鏡アタッチメントであって、取り付けたときに前記レンズ光学系の軸と一致する軸を有し前記先端面に対向する切頭２葉双曲面鏡と、内視鏡先端に接合させる接合部と、を具備し、当該切頭２葉双曲面鏡は前記外筒の大きさに合わせて切り取られており、２葉双曲面形状と切頭位置とを、ハレーションが生じない位置関係としたことを特徴とする。

すなわち、請求項３にかかる発明は、既存の非同心内視鏡に取り付けるだけで、ハレーションを生じさせることなく、前方視および高精細な側方視を同時に実現する。なお、先端面は必ずしも平面である必要はなく、球面であっても、内筒が飛び出して段差が形成された形状であってもよい。この場合は、軸に対して先端面が垂直に形成されているとは、球面の中心が軸上にあることを意味する。また、内接とは、実質的に内接していればよく、筒の厚みや設計上の問題から若干の間隔が空いている態様を妨げない。すなわち、内接とは、この意味において同心でないことを意味する。

また、請求項４に記載の内視鏡アタッチメントは、請求項３に記載の内視鏡アタッチメントにおいて、切頭位置を、術野方向の面積：側周方向の面積＝３：７〜９：１の範囲で調整したことを特徴とする。

すなわち、請求項４にかかる発明は、前方および側方を良好に観察可能となる。

また、請求項５に記載の内視鏡装置は、請求項１もしくは２に記載の内視鏡、または、請求項３もしくは４に記載の内視鏡アタッチメントを接合した内視鏡により取り込まれた側周方向の像をパノラマ画像に変換して術野方向の像とともに画像出力装置に表示させることを特徴とする。

すなわち、請求項５にかかる発明は、側方視で取り込んだ画像も直感的に把握可能となる。なお、ここで、パノラマ画像とは、側周方向の画像は、もともとドーナツ形状または扇型状であり歪んでいるので、縦横に歪みのないように矯正した画像をいう。また、パノラマ画像は横長で一体的に展開されている必要はなく、最終的に分割されていても良い。

本発明によれば、従来の内視鏡と同程度の大きさ以下であって、光源が必須の構成であるにもかかわらずハレーションを生じさせることなく側方も前方と同時に観察できる内視鏡、内視鏡アタッチメント、および、内視鏡装置を提供可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
＜実施の形態１＞
実施の形態１では、同心円形状の内視鏡について説明する。図１は、本実施の形態の内視鏡を含んだ内視鏡装置の構成例を示した模式図である。内視鏡装置１は、内視鏡２と、内視鏡２から取り込んだ映像を加工、変換する処理装置３と、処理装置３で処理された映像を出力するモニタ４と、光源ユニット５と、から構成される。処理装置３は、汎用のパーソナルコンピュータであり、後述するように、ドーナツ形状として取り込まれる映像をパノラマ展開し、術野方向の映像とともに、医者が患者の体内の状態を認識できるように処理する。

図２は、図１に示した内視鏡２の先端部分を示した模式図であって、図２（ａ）は、断面図であり、図２（ｂ）は、Ａ−Ａ断面からみた平面図である。ここでは説明の便宜のため、内視鏡２の先端部を内視鏡１００と表記することとする。内視鏡１００は、レンズ系１０１と、切頭２葉双曲面鏡１０２と、光源１０３と、透明保護筒１０４と、透明平板１０５と、内筒体１０６と、外筒体１０７と、から構成される。

レンズ系１０１は内筒体１０６で保持され、切頭部１０８からの術野方向の映像と側周方向の映像（ドーナツ形状の画像）とを接眼側（映像の取り込み側）へ送り出す。側周方向の画像（透明保護筒１０４の側面３６０°の画像）は、図示したように、切頭２葉双曲面鏡１０２を介してレンズ系１０１に取り込まれる。なお、レンズ系１０１は、接眼側のレンズ系（図示せず）と相対的に決定されるものであり、必ずしも図示した構成に限られず、種々の構成を採用可能である。

２葉双曲面を用いる理由は、側周方向の画像が単一の焦点から得られるため、数学的な変換により歪みのないパノラマ画像に変換できるからである。また、２葉双曲面とは、虚焦点に集まる光が曲面で反射して実焦点に到達するという特徴を有する。なお、実際の実焦点は、レンズ系により移動するが、図ではレンズ系がない場合の実焦点を印した。

光源１０３は外筒体１０７と内筒体１０６との間に設けられ、術野方向に光を射出する。なお、射出された光は、切頭２葉双曲面鏡１０２で反射するが、直接光が焦点に到達しないように、すなわち、ハレーションが生じないように、切頭２葉双曲面鏡１０２の形状、切頭部１０８の切断位置、外筒体１０７の径を調整する。また、このとき、術野方向の情報量（面積）の割合と側周方向の情報量（面積）の割合とを３：７〜７：３の範囲で光学設計をおこなうことにより、術野方向の映像を重視しつつ、周囲の状況も好適に把握可能となる。

なお、レンズ系１０１から取り込まれた側周方向の画像はドーナツ形状の歪んだ画像であるので処理装置３（図１参照）内の画像変換部（図示せず）によりパノラマ画像に変換する。モニタ４に出力する際は、３６０°のパノラマ画像では位置関係が把握しにくいので、例えば、４分割し、中央画像（術野画像）の上部画像、右部画像、下部画像、左部画像、のように十字に分割画面を配置して表示させる態様であっても良い（図１参照）。

ここで、光学系の設計について説明する。図３は、光学系の設計を説明するための説明図である。ここでは、説明の便宜上内筒体も外筒体も厚みが０であり、２葉双曲面鏡の底面の径と、外筒体の径が同一であるとする。

外筒体の半径をｒ_１、レンズ光学系の先端と実焦点Ｆ（図３参照）の距離をｄとする。２葉双曲面鏡の半径方向の変数ｒ、軸方向の変数をｚとした場合の２葉双曲面鏡の形状決定方程式は、ａ、ｃを決定すべきパラメータとして次式で表すことができる。

なお、焦点ｆとａ、ｃとの関係は、ｆ^２＝ａ^２＋ｃ^２である。

このとき、光源から射出される光が焦点Ｆに到達しない細小の切頭半径をｒ_ｍｉｎ、また、術野方向の面積と全面積（術野方向の面積＋側周方向の面積）の割合をｔ^２：１として、ｔをパラメータとした切頭半径ｒ_ｃｕｔは、それぞれ、次式で表すことができる。

従って、ｒ_ｍｉｎ≦ｒ_ｃｕｔであるように各種パラメータを設定し、かつ、０．３≦ｔ^２≦０．７になるように適宜ｔを決定することにより、所望の光学系を設計できる。

以上は、レンズ系１０１の先端面と光源１０３の先端面が揃った例について説明したが、レンズ系１０１より、光源１０３の先端面を引っ込めた構成（内筒体１０６が外筒体１０７より突き出た構成）としても良い。このようにすれば、内筒体１０６によって焦点Ｆ方向への光が遮蔽されるため設計の自由度を高めることができる。

以上、実施の形態１の内視鏡装置によれば、術野方向と側方視とを同時におこなうことができ、例えば、鉗子の挿入状況をリアルタイムで把握可能となる。また、患部が大きな場合は、術野以外の状況も把握可能となる。

＜実施の形態２＞
実施の形態２では、同一中心でない、すなわち、光学系を封入した内筒と光源を封入した外筒とが内接した内視鏡について説明する。以降この内視鏡を内接型内視鏡と称することとする。ここでは、市販の内接型内視鏡に内視鏡アタッチメントを装着した内視鏡について説明する。なお、実施の形態２では、特に断らない限り、実施の形態１と同様の構成については同一の符号をふるものとする。

図４は、実施の形態２の内視鏡の先端部分を示した模式図である。このうち、図４（ａ）は、断面図であり、図４（ｂ）は、Ｂ−Ｂ断面からみた平面図である。また、図５は、内視鏡アタッチメントを模式的に表した斜視図である。内視鏡アタッチメント２０１は、切頭２葉双曲面鏡１０２と、透明保護筒１０４と、透明曲板２０５と、から構成される。また、内視鏡２００は、レンズ系１０１と、光源１０３と、内筒体１０６と、外筒体１０７と、から構成される。内視鏡アタッチメント２０１は、透明保護筒１０４の内側端部に形成されたねじ山２０３により、外筒体１０７の外周先端に設けられたねじ山２０２に螺合して接合する構成となっている。

内視鏡アタッチメント２０１を取り付けることにより、内視鏡２００は、切頭部１０８から術野方向の画像を取り込むと同時に、図面右側の側周方向の画像も接眼側へ送り出すなお、内視鏡１００と異なり、内視鏡アタッチメント２０１を取り付けた内視鏡２００は、全周を見渡せないが、適宜回転させれば見たい方向を見ることができ、また、全周を見渡すより相対的に解像度が高まる（高精細となる）という利点を有する。

光源１０３は外筒体１０７と内筒体１０６との間に設けられ、術野方向に光を射出するが、２葉双曲面鏡１０２の形状、切頭部１０８の切断位置は、ハレーションが生じないように適宜調整された構成を有する。

なお、側周方向から取り込まれた画像は歪み、かつその端部は幅が狭く使用できないので、適宜端部を切捨て画像変換部により歪みのない画像に変換する。目安としては、周囲９０°以上、好ましくは１８０°程度の画像となるように抽出、変換する。

なお、光学系は、実施の形態１と同様に設計できる。ただし、０．３≦ｔ^２≦０．９とすることができる。これは、側周方向が実質的に制限されている分、当該方向からの映像部分は高精細であるため、その分術野方向の面積を割くことが可能となるからである。

以上の説明は、頂部と底部を切り取った２葉双曲面鏡についての説明であるが、幅の狭い方の側周方向からの映像は用いないため、２葉双曲面鏡のこの部分を更に削ぎ取り、前方視の視野を広げても良い。図６（ａ）は、この関係を説明する説明図であって、側方視として１８０°の視野角を確保しつつ、それ以外は前方視を可能とした、２葉双曲面鏡および外筒体の径を示した平面図である。なお、図４において光軸をより左に寄せ、切頭部１０８と外筒体１０７が内接するようにすると、幅の狭い側周方向が最小限の構成となる（図６（ｂ）参照）。

以上の説明は、主として硬性鏡を例に挙げて説明したが、軟性鏡にも適用可能である。

実施の形態１の内視鏡を含んだ内視鏡装置の構成例を示した模式図である。図１に示した内視鏡の先端部分を示した模式図である。光学系の設計を説明するための説明図である。実施の形態２の内視鏡の先端部分を示した模式図である。内視鏡アタッチメントを模式的に表した斜視図である。視野角を確保しつつ、それ以外は前方視を可能とした、２葉双曲面鏡および外筒体の径を示した平面図である。

符号の説明

１内視鏡装置
２内視鏡
３処理装置
４モニタ
５光源ユニット
１００内視鏡
１０１レンズ系
１０２切頭２葉双曲面鏡
１０３光源
１０４透明保護筒
１０５透明平板
１０６内筒体
１０７外筒体
１０８切頭部
２００内視鏡
２０１内視鏡アタッチメント
２０２ねじ山
２０３ねじ山
２０５透明曲板

Claims

レンズ光学系が内筒に収められ、光源が内筒と外筒との間に収められ、内筒と外筒とが内接した内視鏡であって、
術野側の先端にレンズ光学系の光軸と軸を一致させた切頭２葉双曲面鏡をレンズ光学系に対向させて配置し、
当該切頭２葉双曲面鏡は外筒の大きさに合わせて切り取られ、
２葉双曲面形状と切頭位置と光源位置とを、ハレーションが生じない位置関係として、
切頭部分からは術野方向の映像を取り込み、双曲面鏡からは側周方向の映像を取り込むようにしたことを特徴とする内視鏡。
切頭位置を、術野方向の面積：側周方向の面積＝３：７〜９：１の範囲で調整したことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
レンズ光学系が内筒に光源が内筒と外筒との間にそれぞれ収められ、内筒と外筒とが内接し、先端面が筒の軸に対して垂直に形成された、内視鏡に適用する内視鏡アタッチメントであって、
取り付けたときに前記レンズ光学系の軸と一致する軸を有し前記先端面に対向する切頭２葉双曲面鏡と、
内視鏡先端に接合させる接合部と、
を具備し、
当該切頭２葉双曲面鏡は前記外筒の大きさに合わせて切り取られており、
２葉双曲面形状と切頭位置とを、ハレーションが生じない位置関係としたことを特徴とする内視鏡アタッチメント。
切頭位置を、術野方向の面積：側周方向の面積＝３：７〜９：１の範囲で調整したことを特徴とする請求項３に記載の内視鏡アタッチメント。
請求項１もしくは２に記載の内視鏡、または、請求項３もしくは４に記載の内視鏡アタッチメントを接合した内視鏡により取り込まれた側周方向の像をパノラマ画像に変換して術野方向の像とともに画像出力装置に表示させることを特徴とする内視鏡装置。