医療用プローブ、および医療用観察システム
【課題】走査型医療用プローブにおける走査範囲をオフセットすることで、医療用プローブの画角を拡げることが可能な医療用プローブ、および該医療用プローブを備えた医療用観察システムを提供することを目的とする。
【解決手段】光源から照射された複数種類の波長の光を利用して対象物を観察するための医療用プローブであって、光源から入射された光を射出して、前記対象物上を走査する走査手段と、走査手段によって走査される対象物の反射光を、所定の光検出手段に出力する出力手段と、走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせる走査範囲オフセット手段とを有することを特徴とする医療用プローブ。
【解決手段】光源から照射された複数種類の波長の光を利用して対象物を観察するための医療用プローブであって、光源から入射された光を射出して、前記対象物上を走査する走査手段と、走査手段によって走査される対象物の反射光を、所定の光検出手段に出力する出力手段と、走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせる走査範囲オフセット手段とを有することを特徴とする医療用プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、対象物を観察するための医療用プローブおよび該医療用プローブを有する医療用観察システムに関し、詳しくは、極細径の光ファイバの先端を共振させてパルス光により対象物を走査し画像情報を取得する走査型医療用プローブ、および該走査型医療用プローブを有する医療用観察システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医師が患者の体腔内を観察するときに使用する装置として、電子スコープが一般的に知られている。電子スコープを使用する医師は、電子スコープの挿入部を体腔内に挿入し、挿入部の先端に備えられた先端部を観察対象近傍に導く。そして、先端部に内蔵されたＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像素子により体腔内を撮影するため、電子スコープやビデオプロセッサの操作部を必要に応じて操作する。医師は、これらの操作を行った結果得られる体腔内の映像をモニタ上で観察して検査や施術等を行う。
【０００３】
このように電子スコープは、患者の体内に挿入されて使用される。したがって、電子スコープには、患者の負担を軽減するためにより一層の細径化が望まれる。そして、電子スコープを細径化させるためには、各種内蔵部品の配置等を工夫する以外に各種内蔵部品自体を小型化させることが望まれる。なお、電子スコープには、固体撮像素子以外に、固体撮像素子の周辺回路やシールド部材、絶縁部材、対物レンズ、照明レンズ、レンズ保持枠、体内への照明光を供給するための光ファイババンドル等の部品が内蔵されている。
【０００４】
電子スコープの内蔵部品のなかでも固体撮像素子や光ファイババンドルは、外形寸法が大きく、また、対物レンズや照明レンズ等の他の部品の設計上可能な最小寸法を規定する。したがって、電子スコープを細径化させるためには、小型な固体撮像素子や細径な光ファイババンドルを搭載することが望まれる。しかしながら、これらの部品を安易に小型化や細径化させることはできない。何故ならば、例えば固体撮像素子を小型化させた場合には、解像度やダイナミックレンジ、ＳＮ比等が低下するといった弊害が生じるからである。また、光ファイババンドルを細径化、すなわち光ファイバの本数を削減した場合には、体腔内を照明するのに十分な光量を導光できなくなるからである。
【０００５】
そこで、固体撮像素子等を構成要素から排除することにより、電子スコープに比べて外径を細く構成することができる医療用プローブが提案されている。
【０００６】
かかる医療用プローブの一例は、特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の医療用プローブは、単一の光ファイバの先端を共振させて所定の走査光により対象物を所定の走査パターンで走査する。そして、対象物からの反射光を検出して光電変換しビデオプロセッサに順次出力する。ビデオプロセッサは、光電変換された信号を処理して画像化しモニタに出力する。医師は、このようにして得られた体腔内の映像を、電子スコープを使用した場合と同様にモニタ上で観察して検査や施術等を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００５−５０１２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１に記載の医療用プローブを用いて体腔内の観察を行なう場合は、術者（医師）が、モニタに表示される画像を観察しながら、プローブの先端部を観察したい部位へと導くように手動で医療用プローブを操作する。そして、目的の部位がモニタに表示されると、プローブの先端の位置を動かさないようにして、目的の部位の詳細な観察が行なわれる。しかしながら、医療用プローブは術者によって手動で操作されているため、操作のぶれによって、目的の部位がモニタの表示領域を逸脱してしまう場合がある。また、観察対象は生体であるため、常に静止しているわけではなく、変動することがある。そのため、目的の部位の観察を行なっている途中で、生体の変動により観察対象自体が移動したり、プローブの先端が動かされてしまうことにより、モニタに表示された観察対象（例えば病変部など）が観察しにくい位置に移動したり、モニタの表示領域から逸脱してしまうことがあった。
【０００９】
このような場合は、再度医療用プローブを手動で操作して、観察対象がモニタ上の見やすい位置に表示されるようにプローブ先端部の位置を調整する必要がある。しかしながら、観察対象が変動する度にプローブを操作するのは大変手間であり、また体腔内に位置するプローブの先端を、生体の変動に合わせて体の外から微調整するのは大変困難であった。さらに、このような調整のために時間がかかってしまい、結果として観察時間が長引いて患者への負担を増やしてしまうという恐れもあった。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、走査型医療用プローブにおける走査範囲をオフセットすることで、医療用プローブの画角を拡げることが可能な医療用プローブ、および該医療用プローブを備えた医療用観察システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するめ、本発明により、光源から入射された光を射出して、対象物上を走査する走査手段と、走査手段によって走査される対象物の反射光を、所定の光検出手段に出力する出力手段と、走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせる走査範囲オフセット手段とを有する医療用プローブが提供される。また、上記走査手段は、入射端が前記光源に光学的に接続されたシングルモードファイバからなる導光手段と、導光手段の射出端近傍を振動させる振動手段とから構成される。
【００１２】
このような構成により、走査手段の走査範囲がオフセットされ、医療用プローブの画角を拡げることが可能となる。これにより、医療用プローブを手動で操作しなくても、取得できる画像の範囲が広がるため、操作のぶれや観察対象の変動が生じた場合でも引き続き画像を取得することが可能となる。
【００１３】
また、上記走査範囲オフセット手段は、導光手段の射出端近傍に取り付けられた磁石と、磁石を引き付けるための電極とからなり、電極に電圧が印加されて、磁石が電極に引き付けられることにより、導光手段の射出端が変位される構成としても良い。このような構成により、導光手段の射出端位置を変位させることで、走査手段の走査範囲がオフセットされ、取得される画像の範囲をオフセットさせることができる。
【００１４】
さらに、上記電極は複数備えられており、該複数の電極にはそれぞれ異なる電圧が印加される構成としても良い。このような構成により、各電極へ印加する電圧を調整することにより、所望の方向へ走査範囲の中心をオフセットさせることができる。
【００１５】
走査範囲オフセット手段は、振動手段の中心軸を移動させるための圧電体からなり、圧電体は、電圧が印加されることにより変形して、振動手段の中心軸を変位させる構成としても良い。このような構成により、振動手段の中心軸を変位させることで、走査手段の走査範囲がオフセットされ、取得される画像の範囲もオフセットさせることができる。また、導光手段の走査の支点となる振動手段自体を動かすため、導光手段の走査に影響を与えずに、走査範囲をオフセットさせることができる。
【００１６】
上記圧電体は、振動手段を二方向から支持し、圧電体の変形により、振動手段の中心軸が該二方向に変位されるよう構成しても良い。このような構成により、走査手段による走査範囲を所定の方向へオフセットさせることが可能となる。
【００１７】
また、上記圧電体は、電極によって分割された複数の部分を有し、該複数の部分は、それぞれに個別に変形するよう構成されても良い。また、上記圧電体は、振動手段の外周を囲むように振動手段を支持し、複数の部分をそれぞれに個別に変形させることにより、振動手段の中心軸を所定の方向に変位させるよう構成しても良い。このような構成により、各複数の部分へ印加する電圧を調整することにより、所望の方向へ走査範囲の中心をオフセットさせることができる。
【００１８】
また、本発明により、上記いずれかの医療用プローブを有する医療用観察システムが提供される。該医療用観察システムは、上記いずれかの医療用プローブと、光源と、反射光を受光して信号を検出する光検出手段と、検出された信号に基づき画像情報を生成する画像情報生成手段と、生成された画像情報に基づき映像を生成し表示する映像表示手段と、走査範囲オフセット手段を制御するオフセット制御手段とを有することを特徴とする。
【００１９】
また、上記オフセット制御手段は、前記画像情報生成手段によって生成された画像情報に基づいて、前記走査範囲オフセット手段を制御するものであっても良い。具体的には、オフセット制御手段は、画像情報における特徴部を基準点として記憶する基準点メモリと、以降に生成された画像情報における特徴部の位置と、基準点メモリに記憶された基準点の位置との変動量を算出する変動量算出手段とを有する。そして、変動量算出手段により算出された変動量に対応して走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせるよう走査範囲オフセット手段を制御するよう構成される。このような構成により、画像情報の特徴部を自動的に追従するよう走査範囲オフセット手段を制御することができる。
【００２０】
また、上記医療用観察システムは、更に、操作者による入力を可能にする入力手段を有し、オフセット制御手段は、入力手段によって入力された内容に基づき、走査範囲オフセット手段を制御するものであっても良い。具体的には、入力手段は、タッチパネルで構成され、オフセット制御手段は、操作者により操作された前記タッチパネル上のポインタの始点および終点を記憶するするポインタメモリと、ポインタメモリに記憶されるポインタの始点から終点への変動量を算出する変動量算出手段とを有する。そして、変動量算出手段により算出された変動量に対応して、走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせるよう前記走査範囲オフセット手段を制御するよう構成される。このような構成により、術者は、タッチパネル上で所望の変動量をポインタ操作するだけで、走査範囲オフセット手段による、走査範囲のオフセットを制御することができる。
【００２１】
さらに、上記変動量算出手段は、操作者によって操作されたタッチパネル上のポインタから映像表示手段の中心位置への変動量を算出するよう構成しても良い。このような構成により、術者は、簡単なタッチパネル操作によって、目的の画像をモニタの中心に表示させることができる。
【００２２】
また、上記オフセット制御手段は、更に、変動量算出手段により算出された変動量を、走査範囲オフセット手段に印加する電圧値へと変換する電圧変換手段を有しても良い。
【００２３】
さらに、上記オフセット制御手段は、変動量が前記走査手段の可動領域を超える場合は、映像表示手段に矢印を表示させるよう構成しても良い。このような構成により、術者によって医療用プローブが操作される際に、どの方向へ動かせばよいかを術者に通知することができる。これにより、術者が病変部を探すために医療用プローブを操作する時間を短縮することができる。
【００２４】
また、本発明により、光源から入射された光を射出して、対象物上を走査する走査手段と、走査手段によって走査される対象物の反射光を、所定の光検出手段に出力する出力手段と、走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせる走査範囲オフセット手段と、を有するカプセル内視鏡が提供される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の医療用プローブ、および医療用観察システムによれば、操作ぶれや生体の変動により病変部の画像がモニタ上を移動した場合でも、医療用プローブを手動で操作することなく、医療用プローブの走査範囲の中心をオフセットさせることにより、容易に病変部の画像をモニタの適切な位置に表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態の走査型医療用プローブの先端部の内部構成を模式的に示す模式図である。
【図２】本発明のプロセッサおよびモニタの構成を示すブロック図である。
【図３】観察対象上に形成されるスポットを説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態のＤＳＰによる画素アドレスの変換処理の具体例を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の走査型医療用プローブにおける走査範囲のオフセットを模式的に示す模式図である。
【図６】本発明の第１の実施形態のオフセット制御部の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態のオフセット制御処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第１の実施形態のオフセット制御処理におけるモニタの表示例および変換テーブルを示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の走査型医療用プローブの先端部の内部構成を模式的に示す模式図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の（ａ）走査型医療用プローブの先端部の内部構成および（ｂ）圧電体の構成を模式的に示す模式図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態のオフセット制御部の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態のオフセット制御処理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第４の実施形態のオフセット制御処理におけるモニタの表示例および変換テーブルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における走査型医療用プローブを有する医療用観察システムについて説明する。
【００２８】
図１は、第１の実施形態の走査型医療用プローブ１００における先端部１３０近傍の内部構成を模式的に示す図である。また、図２は、走査型医療用プローブ１００に接続されるプロセッサ２００およびモニタ３００の構成を示すブロック図である。なお、図２においては、走査型医療用プローブ１００とプロセッサ２００との接続関係等を明確にするため、走査型医療用プローブ１００の一部の構成も模式的に示している。また、モニタ３００は周知の構成を有した受像装置であるため、図２においてモニタ３００の詳細な構成は図示省略している。これらの走査型医療用プローブ１００、プロセッサ２００、およびモニタ３００によって、本実施形態の医療用観察システムが構成される。
【００２９】
走査型医療用プローブ１００は、術者によって体内に挿入され、体腔内の画像を取得するための体腔内観察用のプローブである。走査型医療用プローブ１００は、プロセッサ２００から供給される照明光を体腔内まで伝送するシングルモードファイバ１１２（以下、「ＳＭＦ１１２」という）を備え、ＳＭＦ１１２の先端を共振させた状態で照明光を射出することにより、対象物を所定の走査パターンで走査する。そして、走査型医療用プローブ１００の外周に備えられた受光用ファイバ１４８にて、対象物からの反射光を受光してプロセッサ２００へ伝送する。
【００３０】
プロセッサ２００は、走査型医療用プローブ１００を駆動制御するとともに走査型医療用プローブ１００により取得される観察光（反射光）に基づき画像信号を生成する信号処理装置と、自然光の届かない体腔内に走査型医療用プローブ１００を通じて照明光を照射する光源装置とを内蔵した一体型のプロセッサである。なお、別の実施形態では信号処理装置と光源装置とを別体で構成してもよい。
【００３１】
図２に示されるように、走査型医療用プローブ１００は、基端部に光学的コネクタ部１１０および電気的コネクタ部１２０を有している。また、プロセッサ２００は、光学的コネクタ部２１０および電気的コネクタ部２２０を有している。光学的コネクタ部１１０が光学的コネクタ部２１０に差し込まれることにより、走査型医療用プローブ１００とプロセッサ２００が光学的に接続される。同じく、電気的コネクタ部１２０が電気的コネクタ部２２０に差し込まれることにより、走査型医療用プローブ１００とプロセッサ２００が電気的に接続される。また、プロセッサ２００とモニタ３００は、所定のケーブルを介して電気的に接続される。
【００３２】
このように走査型医療用プローブ１００、プロセッサ２００、およびモニタ３００がそれぞれ接続されてプロセッサ２００およびモニタ３００の電源が投入されると、術者は、医療用観察システムを使用して患者の体腔内を検査、施術等できるようになる。具体的には、術者は、走査型医療用プローブ１００の挿入部を体腔内に挿入して先端１３０を観察対象近傍に導く。そして、プロセッサ２００の操作部（不図示）を操作する。術者は、このような操作を行った結果得られる体腔内の映像をモニタ３００上で観察して検査や施術等を行う。
【００３３】
なお、本実施形態においては、体腔内を観察するために走査型医療用プローブ１００単体が体腔内に直接挿入される。別の実施形態においては、例えば先端１３０を観察対象近傍にスムーズに導くために挿入部にガイドワイヤ等を添えて挿入するようにしてもよい。また、例えば電子スコープ等が有する鉗子チャンネルに挿入部を挿入し通して先端部１３０を観察対象近傍に近接させるようにしてもよい。
【００３４】
次に、走査型医療用プローブ１００およびプロセッサ２００の具体的な構成を説明しつつ、本実施形態の医療用観察システムにおいて体腔内の映像がモニタ３００に表示されるまでの一連の流れを説明する。かかる一連の流れは、
（１）観察対象を走査して観察光を取得する処理
（２）観察光に基づき画像を生成し表示する処理
に大別される。
【００３５】
まず、「（１）観察対象を走査して観察光を取得する処理」について説明する。プロセッサ２００は、観察対象を走査するための光源としてＲＧＢの各波長に対応した光を照射するレーザ光源２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｂを有している。ＲＧＢの各波長に対応する光源が備えられる理由は、カラー画像に対応するためである。したがって、光源は、例えば広帯域であるスーパーコンティニューム光等を発振する単一の白色ファイバレーザとしてもよい。また、光源は、レーザ光源に限らず例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の他の形態の光源としてもよい。
【００３６】
プロセッサ２００は、該プロセッサ２００の各回路の信号処理タイミングを統括的に制御するタイミングコントローラ２４０を有している。タイミングコントローラ２４０は、ドライバ２３２Ｒ、２３２Ｇ、２３２Ｂの各ドライバ回路に同一の変調信号を同時に出力する。ドライバ２３２Ｒ、２３２Ｇ、２３２Ｂはそれぞれ、入力された変調信号に基づきレーザ光源２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｂを駆動する。これにより、レーザ光源２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｂはそれぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長に対応するパルス光（以下、「Ｒパルス光」、「Ｇパルス光」、「Ｂパルス光」と記す。）を同期したタイミングで発振する。尚、レーザ光源２３０Ｒ、２３０Ｇ、および２３０Ｂからの供給される光はパルス光に限定されるものではなく、連続光であっても良い。
【００３７】
各レーザ光源から発振されたＲパルス光、Ｇパルス光、Ｂパルス光は、ＲＧＢ結合器２３４に入射される。ＲＧＢ結合器２３４は、ダイクロイックミラー等によりＲパルス光、Ｇパルス光、Ｂパルス光を位相が揃った状態で結合する。（図２においてＲＧＢ結合器２３４内を進行するＲＧＢの各光の光路長が異なるように見えるが、実際には、各光の光路長は同一である）。ＲＧＢ結合器２３４は、結合されたパルス光（以下、「カラーパルス光」と記す。）をカップリングレンズ２３４ａにより収束して射出する。なお、ＲＧＢ結合器２３４は、ダイクロイックミラーを使用した光結合器でなく、光ファイバ結合された各レーザ光源を光コンバイナに接続した構成としてもよい。
【００３８】
なお、光源が単一の白色ファイバレーザである場合には、各色のパルス光を同期させるといったタイミング制御が不要となる。そのため、レーザ光源周辺の回路構成等を簡素化できるメリットがある。また、既に結合された状態のパルス光が発振されるため、ＲＧＢ結合器２３４が不要になるメリットもある。
【００３９】
カップリングレンズ２３４ａから射出されたカラーパルス光は、走査型医療用プローブ１００が有するＳＭＦ１１２の入射端１１２ａに入射される。ＳＭＦ１１２は、光学的コネクタ部１１０から先端部１３０に亘って、走査型医療用プローブ１００のシース１４５に収容されている。入射端１１２ａに入射されたカラーパルス光は、ＳＭＦ１１２内部を、全反射を繰り返すことにより伝送される。伝送されたカラーパルス光は、先端部１３０内部に配置されたＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂから射出される。
【００４０】
シース１４５は、可撓性を有する保護チューブである。シース１４５は、先端部１３０から光学的コネクタ部１１０にまで延びた形状を有し、走査型医療用プローブ１００が有する各種内蔵部品を保護している。シース１４５の外径は、走査型医療用プローブ１００が固体撮像素子等を有しない構成であるが故、電子スコープの外径に比べて格段に細い。そのため、走査型医療用プローブ１００は、電子スコープに比べてより一層の低浸襲性が達成されている。また、図１に示すように、走査型医療用プローブ１００の先端部１３０におけるシース１４５の内側には、ハウジングチューブ１０５が設けられている。ハウジングチューブ１０５は、ステンレスなどの金属で形成される円筒上の筒材であり、後述する対物光学系１４０および支持体１３４の固定に用いられる他、先端部１３０近傍に配置される部品を保護する役割を備えている。
【００４１】
ＳＭＦ１１２には、圧電素子等からなるアクチュエータ１３６が取り付けられている。具体的には、円筒型のアクチュエータ１３６の長軸方向に設けられた貫通孔に、ＳＭＦ１１２が通され、接着部１３７によって固定されている。そして、アクチュエータ１３６は、ハウジングチューブ１０５に取り付けられた支持体１３４に設けられた貫通孔に通されて支持されている。これにより、ＳＭＦ１１２の先端部１１２ｃ、具体的にはＳＭＦ１１２の内のアクチュエータ１３６の接着部１３７に固定された箇所から射出端１１２ｂまでの部分は、支持体１３４に片持ち梁の状態で支持される。また、本実施形態の走査型医療用プローブ１００には、走査範囲をオフセットさせるためのオフセット機構として、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂの近傍にとりけられた磁石１５０および複数の電極１６０を備えている。このオフセット機構の機能および作用については後ほど詳述する。
【００４２】
アクチュエータ１３６は、複数の電極１３８を有している。各電極１３８は、複数の電線１３５と接続されている。そして、複数の電線１３５の終端は電気的コネクタ部１２０内部に収容されている。各電線１３５は、電気的コネクタ部１２０と電気的コネクタ部２２０とを接続させたときに、プロセッサ２００が有するＸ軸／Ｙ軸ドライバ２３６に接続される。尚、以降の走査型医療用プローブ１００の構成の説明について、便宜上、走査型医療用プローブ１００の長手方向をＺ方向、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。
【００４３】
タイミングコントローラ２４０は、Ｘ軸／Ｙ軸ドライバ２３６に所定の駆動制御信号を出力する。Ｘ軸／Ｙ軸ドライバ２３６はＸ軸ドライバ回路およびＹ軸ドライバ回路から構成される。そして、所定の駆動制御信号に基づき、Ｘ軸／Ｙ軸ドライバ２３６のＸ軸ドライバ回路からはアクチュエータ１３６に第一の交流電圧が印加され、Ｙ軸ドライバ回路からはアクチュエータ１３６に第一の交流電圧と同一周波数であって位相が直交する第二の交流電圧が印加される。
【００４４】
アクチュエータ１３６は、印加された第一、第二の交流電圧に応じて振動する。アクチュエータ１３６の振動はそれぞれ、ＳＭＦ１１２の先端部１１２ｃのＸ方向、Ｙ方向への共振運動を生じさせる。そして、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂは、アクチュエータ１３６によるＸ方向および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をほぼ中心とする所定半径を有する円の軌跡を描く。
【００４５】
所定半径を有する円の軌跡を描く状態でアクチュエータ１３６に対する交流電圧の印加が停止される。すると、ＳＭＦ１１２の先端部１１２ｃの振動は徐々に減衰されていく。かかる減衰に伴って、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂは、ＸＹ近似面上で略渦巻パターンの軌跡を描きながら中心軸ＡＸに向かい、最終的には中心軸ＡＸ上で停止する。カラーパルス光は、アクチュエータ１３６への交流電圧の印加停止直後からＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂが中心軸ＡＸ上で停止する迄の期間（以下、「渦巻パターン期間」と記す。）、射出端１１２ｂから射出され続ける。
【００４６】
ハウジングチューブ１０５の先端は、複数のレンズから構成される対物光学系１４０により封止されている。そのため、カラーパルス光は、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂから射出されて一旦発散するものの、対物光学系１４０によって集光されて射出される。対物光学系１４０を通って射出されたカラーパルス光は、観察対象上にスポットを形成する。かかるスポット径は、例えば数ミクロンオーダであり極めて小さい。
【００４７】
図３に、観察対象上に形成されるスポットを説明するための図を示す。走査型医療用プローブ１００は、一枚の画像を得るために観察対象上に渦巻パターンＳＰを描くようにｎ個のスポットをスポットＳ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・、Ｓｎの順に形成する。各スポットの間隔は、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂの運動速度や各レーザ光源の変調周波数等に依存して決まる。渦巻パターンＳＰは、観察対象上にパルス光で無く連続光を走査した場合を想定して描かれた仮想的な走査軌跡である。
【００４８】
なお、実験等を重ねた結果、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂが停止した状態から所定半径を有する円の軌跡を描く状態に達する迄にかかる時間は既知である。同じく、渦巻パターン期間が開始され終了する迄にかかる時間も既知である。さらに、渦巻パターン期間中のＸＹ近似面におけるＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂの位置（または観察対象上における各スポット形成位置）も既知である。そのため、タイミングコントローラ２４０は、かかる既知の情報に基づき、Ｘ軸／Ｙ軸ドライバ２３６に対するタイミング制御（つまり、各アクチュエータに対する交流電圧の印加と停止のタイミング）、およびドライバ２３２Ｒ、２３２Ｇ、２３２Ｂに対するタイミング制御（つまり、渦巻パターン期間中における各レーザ光源の変調制御）のそれぞれをフレームレートに応じた周期で繰り返す。
【００４９】
走査型医療用プローブ１００のシース１４５の内部には、複数の受光用ファイバ１４８が円環上に埋設されている。各受光用ファイバ１４８は走査型医療用プローブ１００の基端部にて束ねられ、光学的コネクタ部１１０に収容されている。そして、観察対象上に形成された各カラーパルス光のスポットは、観察対象にて反射され受光用ファイバ１４８の入射端１４８ｂに入射される。入射端１４８ｂに入射された反射パルス光は、受光用ファイバ１４８内を伝送され、受光用ファイバ１４８の終端１４８ａから、光学的コネクタ部１１０と光学的コネクタ部２１０とを通ってプロセッサ２００へ送られる。
【００５０】
プロセッサ２００では、入射した反射パルス光をカップリングレンズ２３８ａにて収束させ、ＲＧＢ分離器２３８にて、ダイクロイックミラー等によりＲ、Ｇ、Ｂの各波長に対応する反射パルス光（以下、「反射Ｒパルス光」、「反射Ｇパルス光」、「反射Ｂパルス光」とする）に分離する。ＲＧＢ分離器２３８にて分離された各反射パルス光は、それぞれ検出器２５０Ｒ、２５０Ｇ、２５０Ｂに送られる。なお、上述したようにカラーパルス光は、単一のＳＭＦ１１２により導光されて観察対象にて反射される。そのため、反射パルス光の光量は非常に少ない。このような微弱な光を確実にかつ低ノイズで検出する必要があるため、検出器２５０Ｒ、２５０Ｇ、２５０Ｂには光電子増倍管（ＰＭＴ：Photomultiplier Tube）等の高感度光検出器が用いられる。
【００５１】
以上が「（１）観察対象を走査して観察光を取得する処理」についての説明になる。次に、「（２）観察光に基づき画像を生成し表示する処理」、つまり取得された各色の反射パルス光を画像化してモニタ３００に表示させるまでの一連の処理の流れを説明する。
【００５２】
検出器２５０Ｒ、２５０Ｇ、２５０Ｂは、受光された各反射パルス光を光電変換してアナログ信号を生成し後段の回路に出力する。検出器２５０Ｒ、２５０Ｇ、２５０Ｂより検出された反射Ｒパルス光、反射Ｇパルス光および反射Ｂパルス光に応じたアナログ信号は、サンプリングおよびホールドされてＡ／Ｄコンバータ２５２Ｒ、２５２Ｇ、２５２Ｂによりそれぞれデジタル信号列に変換される。そして変換されたデジタル信号列は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）２５４に入力される。
【００５３】
ＤＳＰ２５４では、Ａ／Ｄコンバータ２５２Ｒ、２５２Ｇ、２５２Ｂからのデジタル信号列をそれぞれラッチする。そして、ラッチされたデジタル信号列から、画像情報を生成する（後述の図６に示される画像情報生成部２５４ａ）。具体的には、まず、ラッチされたデジタル信号列における変極点、つまりピーク値を検出する。次いで、デジタル信号列中のピーク値が検出された地点、つまり時間Ｔを該ピーク値に関連付けて、関連付けデータを作成する。ここで、Ａ／Ｄコンバータ２５２Ｒ、２５２Ｇ、２５２Ｂからラッチしたデジタル信号列におけるピーク値を検出した時間Ｔは略同一である。そのため、所定の時間Ｔに対して、ＲＧＢの各デジタル信号列における３つのピーク値が関連付けられる。
【００５４】
次に、ＤＳＰ２５４は、関連付けデータの時間Ｔを例えば固体撮像素子でいうところの画素アドレスに変換する。具体的には、ＤＳＰ２５４には、各スポットに対応する時間Ｔと画素アドレスとの変換テーブルが予め保持されている。かかる変換テーブルは、既知の情報である渦巻パターン期間中の各スポットの形成位置および形成時間に基づき作成されている。ＤＳＰ２５４は、特定の時間Ｔに対応する関連付けデータが入力されたとき、変換テーブルに基づき該特定の時間Ｔを特定の画素アドレスに変換する。
【００５５】
図４を用いて、ＤＳＰ２５４による画素アドレスの変換処理の具体例を説明する。ここでは、説明の便宜上、各時間Ｔを１９×１９からなる画素アドレスに変換する場合を考える。ＤＳＰ２５４は、例えばスポットＳ１に対応する時間ｔ１の関連付けデータが入力された時、上記変換テーブルに基づき時間ｔ１を画素アドレス（３，１０）に変換する。次いで、時間ｔ２の関連付けデータが入力されたとき、上記変換テーブルに基づき時間ｔ２を画素アドレス（３，８）に変換する。ＤＳＰ２５４は、かかる画素アドレスへの変換処理を、入力されるデジタル信号に対応する時間Ｔに対して順次行う。
【００５６】
ＤＳＰ２５４は、上記のような画素アドレスへの変換処理により、画素アドレス（３，１０）に関連付けられたＲＧＢのピーク値に基づいて、画素アドレス（３，１０）における画像情報を生成する。そして、生成されたスポットＳ１〜Ｓｎに対応する一フレーム分の画像情報をメモリ（後述の図６に示される画像情報メモリ２５４ｂ）にバッファリングする。このとき、画像情報を有さない画素アドレスに関しては、例えば所定のマスキングデータを生成して補間される。
【００５７】
その後、タイミングコントローラ２４０のタイミング制御に従い、ＤＳＰ２５４のメモリにバッファリングされた画像情報が読み出され、エンコーダ２５６に出力される。エンコーダ２５６は、入力された画像情報をＮＴＳＣ（National Television Standards 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してモニタ３００に出力する。これにより、モニタ３００に観察対象の映像が表示される。
【００５８】
以上が走査型医療用プローブ１００を用いた通常の体腔内観察における処理の流れである。次に、本発明の特徴である、走査型医療用プローブ１００の走査範囲をオフセットして観察を行なう場合について説明する。通常、術者によって走査型医療用プローブ１００を移動させながら体腔内を観察している際に、病変部などの詳細に観察を行ないたい部位をモニタ上に発見した場合、走査型医療用プローブ１００の移動を止めて、当該病変部の詳細な観察が行なわれる。しかしながら、走査型医療用プローブ１００を動かしていないにも関わらず、体腔壁が変動することによってモニタ３００に表示される病変部が移動してしまうことがある。このような場合に、自動的に病変部を追尾してモニタに表示させるための、走査型医療用プローブ１００が備えるオフセット機構および該オフセット機構を制御するプロセッサ２００の構成および処理について以下に説明する。
【００５９】
図２に示すように、プロセッサ２００は上述の構成に加えオフセット制御部２６０およびモード切換えスイッチ２７０を有している。オフセット制御部２６０は、モード切換えスイッチ２７０およびＤＳＰ２５４に接続され、モード切換えスイッチ２７０の状態に応じて駆動される。モード切換えスイッチ２７０は、プロセッサ２００の外装に設けられた機械スイッチであり、術者によって、通常の観察を行なう通常観察モードと、病変部の追尾を行なう自動追尾モードの何れかに切り換えられる。また、オフセット制御部２６０はＤＳＰ２５４および電気的コネクタ部２２０に接続されており、ＤＳＰ２５４によって生成された画像情報に基づいて走査型医療用プローブ１００のオフセット機構の制御を行う。
【００６０】
走査型医療用プローブ１００のオフセット機構は、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂの近傍にとりけられた磁石１５０、ハウジングチューブ１０５の内側に取り付けられた複数の電極１６０、および電極１６０に接続された電線１６１から構成される。ここで、図１にはＹ軸方向において磁石１５０と対向する位置に二箇所取り付けられた電極１６０ａおよび１６０ｂしか示されていないが、Ｘ軸方向においても、磁石１５０と対向する位置に電極１６０ｃおよび１６０ｄが取り付けられている。また、各電極１６０ａ〜１６０ｄに接続された電線１６１の終端は、電気的コネクタ部１２０に収容されて電気的コネクタ部２２０と接続される。そして、オフセット制御部２６０より、電線１６１を介して電極１６０ａ〜１６０ｄへ電圧が印加されることにより、ＳＭＦ１１２に取り付けられた磁石１５０を電極側へ引きつけたり、反発させたりすることができる。
【００６１】
図５は、通常のＳＭＦ１１２の走査範囲ＳＡ１と、電極１６０ａに電圧が印加され、磁石１５０が電極１６０ａに引きつけられた状態におけるＳＭＦ１１２の走査範囲ＳＡ２とを模式的に示す図である。図５に示すように、通常の場合、具体的には、電極１６０ａ〜１６０ｄのいずれにも電圧が印加されていない場合は、ＳＭＦ１１２は、アクチュエータ１３６の振動により、対象物に対して図５に示す中心軸ＡＸを中心とする所定の走査範囲ＳＡ１を走査する。ここで、電極１６０ａに電圧が印加されると、ＳＭＦ１１２に取り付けられた磁石１５０が電極１６０ａに引きつけられると、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂがＹ軸方向へ移動する。そして、この状態のままアクチュエータ１３６が駆動されると、ＳＭＦ１１２は、図５に示すように中心軸ＡＸ’を中心とした走査範囲ＳＡ２を走査する。このように、電極１６０ａに電圧を印加することにより、ＳＭＦ１１２による走査範囲の中心軸ＡＸが、Ｙ軸方向へオフセットされる。
【００６２】
同様に、Ｘ軸方向に配置された電極１６０ｃまたは１６０ｄに電圧を加えることにより、ＳＭＦ１１２の走査範囲の中心軸ＡＸをＸ軸方向へオフセットさせることもできる。このように電極１６０ａ〜１６０ｄに電圧を加えてＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂの中心軸を移動させることにより、走査型医療用プローブ１００自体を動かすことなく、走査範囲をオフセットさせることができる。そのため、電極１６０ａ〜１６０ｄへ印加される電圧を調整することで、ＳＭＦ１１２の走査範囲をさまざまな方向へオフセットさせることが可能となり、走査型医療用プローブ１００の画角を拡げることができる。
【００６３】
次に、上述のようにＳＭＦ１１２の走査範囲をオフセットさせるための、プロセッサ２００におけるオフセット制御処理について説明する。図６は、プロセッサ２００が備えるＤＳＰ２５４およびオフセット制御部２６０の具体的な構成を示す図である。ＤＳＰ２５４は、上述したようにＡ／Ｄコンバータ２５２Ｒ、２５２Ｇ、２５２Ｂからのデジタル信号列を受信して画像情報を生成する画像情報生成部２５４ａ、および画像情報生成部２５４ａにて生成された画像情報を記憶する画像情報メモリ２５４ｂを備えている。そして、オフセット制御部２６０は、基準点メモリ２６０ａ、変動量演算回路２６０ｂ、Ｘ軸変動メモリ２６０ｃ、Ｙ軸変動メモリ２６０ｄ、Ｘ軸電圧変換回路２６０ｅ、Ｙ軸電圧変換回路２６０ｆを備えている。オフセット制御部２６０における各部は、モード切換えスイッチ２７０によって、自動追尾モードに切り換えられることにより駆動する。
【００６４】
続いて、図７および図８を参照して、オフセット制御部２６０の各部によって実施される走査範囲のオフセット制御について説明する。図７は、走査型医療用プローブ１００のオフセット制御処理の流れを示すフローチャートである。また、図８（ａ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）は、病変部Ｌ、モニタ表示領域ＤＡ、画像領域ＩＡ、およびファイバ可動領域ＦＡの位置関係を模式的に示す図であり、図８（ｂ）、（ｄ）は、ＤＳＰ２５４に記憶されている変換テーブルを模式的に示す図である。ここで、モニタ表示領域ＤＡとは、モニタ３００に表示される画像の範囲を示すものである。また、画像領域ＩＡは、ＳＭＦ１１２によって所定の走査範囲を走査することによって得られる画像の領域を示すものである。図８に示すように、モニタ３００は、走査型医療用プローブ１００によって取得される画像領域ＩＡの中心部をモニタ表示領域ＤＡに表示する。また、ファイバ可動領域ＦＡは、走査型医療用プローブ１００のオフセット機構によって走査範囲の中心軸ＡＸをオフセットさせることが可能な範囲を示すものである。尚、ここでの領域はいずれも走査型医療用プローブ１００の先端部１３０を固定した状態での領域である。そのため、ファイバ可動領域ＦＡは最大でもハウジングチューブ１０５の内径以下となる。
【００６５】
図７に示すように、まず、走査型医療用プローブ１００を用いた通常観察が行なわれる（Ｓ１）。そして、通常観察時に、図８（ａ）に示すように病変部Ｌがモニタ表示領域ＤＡ内に表示されると、術者によって病変部Ｌの目印として病変部Ｌの近傍にマーカーＭが付けられる。このマーカーＭは、ＥＳＤ（Endoscopic Submucosal Dissection：内視鏡的粘膜下層剥離術）のマーキングに用いられるＡＰＣ（Argon Plasma Coagulator）などによって体腔壁を焼灼することによって付けられる。そして、マーカーＭが付けられた病変部Ｌの自動追尾を行なうか否かが、モード切換えスイッチ２７０の状態によって判断される。
【００６６】
ここで、モード切換えスイッチ２７０が、通常モードである場合は（Ｓ２：Ｎｏ）、自動追尾を行わない通常観察が続行される。一方、モード切換えスイッチ２７０が自動追尾モードに切り換えられている場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、プロセッサ２００は、通常の画像処理に加え、病変部Ｌの自動追尾するための走査範囲オフセット処理を開始する。そして、まずマーカーＭの位置が基準点としてオフセット制御部２６０の基準点メモリ２６０ａに記憶される。詳しくは、上述のようにマーカーＭはＡＰＣによって病変近傍の体腔壁を焼いて白色に変色させることによって付けられる。そのため、画像情報メモリ２５４ｂに記憶された１フレーム分の画像情報および図８（ｂ）に示される変換テーブルに基づいて、白色の画像情報を有する画素アドレス（Ｘｓ、Ｙｓ）が基準点として検出され、基準点メモリ２６０ａに記憶される（Ｓ３）。
【００６７】
そして、続くＳ４では、以降に生成されるフレームの画像情報におけるマーカーＭの位置が継続して検出され、検出されたマーカーＭの位置が基準点と比べて変化したか否かが判断される。この判断は、基準点である画素アドレス（Ｘｓ、Ｙｓ）に対して、検出されたマーカーＭの画素アドレスがどれだけ変動したかに基づいて行われる。また、この場合、所定の閾値を設定し、当該閾値以上の変動があった場合のみ「変化した」と判断するようにすることで、問題とならないわずかな変動については、無視することができる。
【００６８】
そして、図８（ｃ）に示されるようにマーカーＭの位置が基準点と比べて変化した場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）、変動量演算回路２６０ｂにて、その変動量が算出される（Ｓ５）。具体的には、図８（ｄ）に示すように、基準点メモリ２６０ａに記憶された基準点における画素アドレス（Ｘｓ、Ｙｓ）と、検出されたマーカーＭの画素アドレス（Ｘａ、Ｙａ）から、マーカーＭのＸ軸における変動量Ｖｘ、およびＹ軸における変動分Ｖｙが算出される。そして、変動量演算回路２６０ｂにて算出されたＸ軸の変動量ＶｘがＸ軸変動メモリ２６０ｃに、Ｙ軸の変動量ＶｙがＹ軸変動メモリ２６０ｄにそれぞれ記憶される。
【００６９】
続いて、算出された変動量ＶｘおよびＶｙがファイバ可動領域ＦＡの範囲内であるか否かが判断される（Ｓ６）。上述のようにファイバ可動領域ＦＡは、ハウジングチューブ１０５の内径に制限される。そのため、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂのＸ軸方向への移動量およびＹ軸方向への移動量は、ハウジングチューブ１０５の内径に依存して制限される。そこで、Ｓ５では、モード切換えスイッチ２７０によって自動追尾処理に切り換えられてからのＸ軸変動量およびＹ軸変動量の合計を、Ｘ軸変動メモリ２６０ｃおよびＹ軸変動メモリ２６０ｄに記憶される情報に基づいて算出し、それぞれが許容範囲を超えているか否かが判断される。
【００７０】
ここで、変動量ＶｘおよびＶｙが、ファイバ可動領域ＦＡ内であると判断された場合（Ｓ６：Ｙｅｓ）、Ｘ軸電圧変換回路２６０ｅおよびＹ軸電圧変換回路２６０ｆの各々において、Ｘ軸およびＹ軸の変動量が各電極へ印加される電圧値へと変換される。この電圧値は、実験等によって各電極に様々な電圧を印加させたときのＳＭＦ１１２の中心軸ＡＸのオフセット量やオフセット方向に関する情報を求めておき、これらの情報に基づいて予め設定される。そして、Ｘ軸電圧変換回路２６０ｅおよびＹ軸電圧変換回路２６０ｆにおいて変換された電圧値に基づいて、電気的コネクタ部２２０、電気的コネクタ部１２０を介して電極１６０ａ〜１６０ｄへ電圧が印加される（Ｓ７）。
【００７１】
オフセット制御部２６０から、電極１６０ａ〜１６０ｄに電圧が印加されることにより、磁石１５０が電極に引きつけられて、ＳＭＦ１１２の先端部１１２ｃが傾いた状態と成る。そして、この状態でアクチュエータ１３６が駆動されると、ＳＭＦ１１２の先端部１１２ｃが共振運動を行ってオフセットされた中心軸ＡＸを中心として所定の走査範囲を走査する。これにより、ＳＭＦ１１２による走査範囲のオフセットに対応して、取得される画像の範囲（画像領域ＩＡ）もオフセットされ、図８（ｅ）に示されるように、病変部Ｌをモニタ領域ＤＡの中心に表示することができる。また、このとき、ＳＭＦ１１２の中心軸ＡＸがオフセットされたことにより、所定の走査範囲の全てが走査できない場合がある（図８（ｅ）の斜線部分）。このような場合は、走査されなかった部分の画素アドレスに関しては、所定のマスキングデータや、画像情報メモリ２５４ｂに記憶される画像情報に基づいて補間が行われる。
【００７２】
一方、変動量ＶｘおよびＶｙが、ファイバ可動領域ＦＡの範囲外であると判断された場合（Ｓ６：Ｎｏ）、プロセッサ２００は、図８（ｆ）に示すようにＸ軸またはＹ軸の変動量に基づいて、病変部Ｌが移動したと予想される方向に矢印を表示するように、モニタ３００を制御する（Ｓ８）。また、Ｓ４の処理において、入力されたフレームの画像情報内にマーカーＭの画像情報が検出されなかった場合も、Ｓ８の処理に進み、それまでのＸ軸およびＹ軸の変動量に基づいて、病変部Ｌが移動したと予想される方向に矢印を表示するように、モニタ３００を制御する。
【００７３】
Ｓ７またはＳ８の処理が終了すると、再びＳ２の処理へ戻る。そして、自動追尾モードから通常モードへ切り換えられるまで、Ｓ３からＳ８までの処理が繰り返され、マーカーＭの変動に追従して、ＳＭＦ１１２の走査範囲がオフセットされ、モニタ上の病変部Ｌの自動追尾が行われる。
【００７４】
上述のように、本実施形態においては、プロセッサ２００において、取得された画像情報から病変部の位置の変動が自動的に検出され、該変動量に基づいて、走査型医療用プローブ１００のオフセット機構が制御される。これにより、走査型医療用プローブ１００における走査範囲の中心軸が病変部の位置の変動に対応してオフセットされ、その結果、取得される画像領域を病変部に追従するようにオフセットさせることができる。そのため、術者は、手動操作によるぶれや生体の変動により、モニタ３００上の病変部の位置が変化するたびに走査型医療用プローブ１００の先端部１３０の位置を調整する必要がなく、モード切換えスイッチ２７０を切り換えるという簡単な操作のみで、病変部を自動追尾して観察を行なうことができる。また、病変部がファイバ可動領域の外に移動してしまった場合には、病変部が移動したと予想される方向へ矢印を表示させることにより、術者によって走査型医療用プローブ１００が操作される際に、どの方向へ動かせばよいかを術者に通知することができる。これにより、術者が病変部を探すために走査型医療用プローブ１００を操作する時間を短縮することができる。
【００７５】
次に、本発明の第２の実施形態における走査型医療用プローブ１００ａについて、図９を参照して説明する。図９は、本実施形態の走査型医療用プローブ１００ａにおける先端１３０ａ近傍の内部構成を模式的に示す図である。本実施形態の走査型医療用プローブ１００ａは、第１の実施形態における走査型医療用プローブ１００と同様の部品を多く含むため、ここでは、第１の実施形態の走査型医療用プローブ１００との違いについてのみ説明する。また、図９では、第１の実施形態における走査型医療用プローブ１００と同様の機能を有する部品には、図１と同じ番号が付されている。
【００７６】
まず、本実施形態においては、第１の実施形態における走査型医療用プローブ１００とは異なる方法で、アクチュエータ１３６ａが支持体１３４ａに支持されている。具体的には、支持体１３４ａは、Ｘ軸方向に延出した軸ＳＸを有しており、アクチュエータ１３６は、同じくＸ軸方向にあけられた貫通孔を有している。そして、支持体１３４ａの軸ＳＸをアクチュエータ１３６ａの貫通孔に通すことで、アクチュエータ１３６ａは、支持体１３４ａに軸ＳＸを支点としてＹ軸方向に回動可能に支持される。
【００７７】
また、本実施形態におけるオフセット機構は、ハウジングチューブ１０５の内側に取り付けられた、積層圧電体１７０ａおよび１７０ｂ、ならびに電線１７１から構成される。積層圧電体１７０ａおよび１７０ｂは、積層圧電セラミックスなどで形成される積層型の圧電素子である。積層圧電体１７０ａおよび１７０ｂは、電圧の印加によって積層方向へ変形する特性を備えている。図９に示すように、積層圧電体１７０ａおよび１７０ｂは、アクチュエータ１３６ａの支持体１３４より接着部１３７側の部分を、Ｙ軸上の二方向から支持するように取り付けられる。これにより、積層圧電体１７０ａおよび１７０ｂを変形させることで、アクチュエータ１３６ａをＹ軸方向に動かすことができる。
【００７８】
積層圧電体１７０ａおよび１７０ｂに接続された電線１７１の終端は、電気的コネクタ部１２０内部に収容されている。そして、本実施形態の走査型医療用プローブ１００ａにおけるオフセット機構は、第１の実施形態と略同じ構成および機能を備えたプロセッサ２００のオフセット制御部２６０によって制御される。具体的には、上述のような第１の実施形態における図７のフローチャートに従って、オフセット制御部２６０によって、マーカーＭの画像情報からＸ軸の変動量およびＹ軸の変動量が求められる。そして、求められた変動量が電圧値に変換され、該電圧値に基づいて積層圧電体１７０ａおよび１７０ｂに電圧が供給される。
【００７９】
ただし、本実施形態においては、上述のとおりアクチュエータ１３６ａはＹ軸方向にのみ動くことができる。すなわち、アクチュエータ１３６ａが取り付けられたＳＭＦ１１２の走査範囲の中心軸ＡＸも、Ｙ軸方向にのみオフセットが可能である。そのため、オフセット制御部２６０では、変動量演算回路２６０ｂで算出されたＹ軸方向への変動量（Ｖｘ）のみに対応する電圧が、積層圧伝素子１７０ａおよび１７０ｂへ供給される。
【００８０】
そして、例えば、積層圧電体１７０ａに電圧が印加され、積層圧電体１７０ａが変形（膨張）することにより、積層圧電体１７０ａによってアクチュエータ１３６ａが軸ＳＸを支点として時計回り（図９の紙面上下方向へ）に回動する。これにより、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂの位置も移動され、走査範囲の中心軸ＡＸもＹ軸方向にオフセットされる。そして、この状態を維持したままアクチュエータ１３６ａを駆動することにより、ＳＭＦ１１２の走査範囲、および画像取得範囲もオフセットされ、病変部ＬをＹ軸方向へ自動追尾することができる。
【００８１】
第１の実施形態においては、ＳＭＦ１１２の先端部１１２ｃを、接着部１３７を支点として傾けることによって、中心軸ＡＸをオフセットさせる構成としていたのに対し、本実施形態では、ＳＭＦ１１２を支持するアクチュエータ１３６ａ自体を傾けることによって中心軸ＡＸをオフセットさせる構成としている。これにより、本実施形態では、ＳＭＦ１１２の先端部１２ｃを傾けることなく、アクチュエータ１３６ａの中心軸と平行に保った状態から走査を開始することができる。これにより、本実施形態では、第１の実施形態における効果に加え、ＳＭＦ１１２による走査可動領域が広がり、より広い範囲での走査および画像の取得を行うことが可能となる。
【００８２】
続いて、本発明の第３の実施形態における走査型医療用プローブ１００ｂについて、図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照して説明する。図１０（ａ）は、本実施形態の走査型医療用プローブ１００ｂにおける先端１３０ｂ近傍の内部構成を模式的に示す図である。本実施形態の走査型医療用プローブ１００ｂにおいても、第１の実施形態における走査型医療用プローブ１００と同様の部品を多く含むため、ここでは、第１の実施形態の走査型医療用プローブ１００との違いについてのみ説明する。また、図１０（ａ）では、第１の実施形態における走査型医療用プローブ１００と同様の機能を有する部品には、図１と同じ番号が付されている。図１０（ｂ）は、アクチュエータ１３６ｂおよび円盤型圧電体１８０ａを走査型医療用プローブ１００ｂの先端部１３０ｂ側から見た図である。
【００８３】
まず、本実施形態のオフセット機構は、２つの円盤型圧電体１８０ａ、１８０ｂ、および電線１８１から構成される。そして、本実施形態のアクチュエータ１３６ｂは、支持体１３４ではなく、円盤型圧電体１８０ａおよび１８０ｂによって、ハウジングチューブ１０５内に支持されている。円盤型圧電体１８０ａおよび１８０ｂは、圧電セラミックスなどの電圧の印加によって変形する円盤型の圧電素子である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように円盤型圧電体１８０ａおよび１８０ｂは、中央に貫通孔を有するドーナツ形状を有しており、その貫通孔にアクチュエータ１３６ｂが挿入されている。
【００８４】
また、円盤型圧電体１８０ａおよび１８０ｂは、複数の電極１８５ａ〜１８５ｄを有している。そして、図１０（ｂ）に示すように、円盤型圧電体１８０ａおよび１８０ｂは、電極１８５ａ〜１８５ｄによって、４つのパート、Ｒ＋、Ｒ−、Ｌ＋およびＬ−に分割されている。電極１８５ａ〜１８５ｄには、電線１８１がそれぞれ接続されており、電線１８１の終端は電気的コネクタ部１２０内部に収容されている。そして、各電極１８５ａ〜１８５ｄへ印加される電圧を制御することによって、各パートＲ＋、Ｒ−、Ｌ＋およびＬ−を個別に変形させることができる。具体的には、例えば、電極１８５ａおよび１８５ｄに電圧を印加すると、電極１８５ａおよび１８５ｄの間にあるＲ＋が変形（例えば、膨張）する。
【００８５】
また、本実施形態の走査型医療用プローブ１００ｂにおけるオフセット機構も、第１および第２の実施形態と略同じ構成および機能を備えたプロセッサ２００のオフセット制御部によって制御される。具体的には、上述のような第１の実施形態における図７のフローチャートに従って、オフセット制御部２６０によって、マーカーＭの画像情報からＸ軸の変動量およびＹ軸の変動量が求められる。そして、求められた変動量が電圧値に変換され、該電圧値に基づいて電線１８１を介して、円盤型圧電体１８０ａおよび１８０ｂへ電圧が印加される。
【００８６】
ここで、本実施形態においてはアクチュエータ１３６ｂが円盤型圧電体１８０ｂに支持される箇所を支点として、アクチュエータ１３６ｂがＸ軸方向およびＹ軸方向へ回動できるよう構成される。そのため、円盤型圧電体１８０ｂは、円盤型圧電体１８０ａの変形によるアクチュエータ１３６ｂの回動を妨げない程度に変形させる必要がある。そのため、オフセット制御部２６０では、円盤型圧電体１８０ａの各電極１８５ａ〜１８５ｄおよび円盤型圧電体１８０ｂの各電極１８５ａ〜１８５ｄそれぞれに対して印加する電圧値を算出する。このような電圧値は、実際に実験などで円盤型圧電体１８０ａおよび１８０ｂの各電極１８５ａから１８５ｄへ電圧を印加した場合の、中心軸ＡＸのオフセット量や方向を求めておき、予め設定される。
【００８７】
そして、例えば電極１８５ａおよび１８５ｂに電圧が印加され、円盤型圧電体１８０ａのＬ＋が変形（膨張）すると、アクチュエータ１３６ｂの中心軸が円盤型圧電体１８０ｂに支持された部分を支点として、図１０（ｂ）の紙面上、右斜め下方向へと移動する。このとき、アクチュエータ１３６ｂの動きに追従して円盤型圧電体１８０ｂも変形するように、円盤型圧電体１８０ｂにも電圧が印加される。これにより、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂが移動し、走査範囲の中心軸ＡＸが右斜め下方向へオフセットされる。そして、この状態を維持したままアクチュエータ１３６ｂを駆動することにより、ＳＭＦ１１２の走査範囲、および取得される画像範囲もオフセットされ、病変部Ｌを自動追尾することができる。
【００８８】
本実施形態においては、第２の実施形態と同じくＳＭＦ１１２を支持するアクチュエータ１３６ｂを傾けることによって中心軸ＡＸの位置をオフセットさせる構成としている。そのため、第２の実施形態と同様に、ＳＭＦ１１２の先端部１１２ｃの可動領域が広がり、より広い範囲での走査を行うことが可能となる。さらに、本実施形態においては、アクチュエータ１３６ｂを２つの圧電体によって回動可能に支持する構成としている。そのためオフセット制御部によって、圧電体に印加する電圧を制御することにより、アクチュエータ１３６ｂを３６０度、自由な方向へと傾かせることができ、広範囲での病変部の追尾が可能となる。
【００８９】
以上説明された第１から第３の実施形態においては、走査型医療用プローブ１００、１００ａ、１００ｂにおける走査範囲のオフセットは、画像情報に基づいて、病変部の自動追尾を行うように制御されるものである。続く本発明の第４の実施形態では、走査型医療用プローブ１００、１００ａ、１００ｂにおける走査範囲のオフセットを、術者による操作に基づいて制御する場合について説明する。
【００９０】
本実施形態の医療用観察システムは、第１の実施形態と同様に、走査型医療用プローブ１００と、プロセッサ２００と、モニタ３００とから構成される。そして、本実施形態における各部の構成は、第１の実施形態における構成とほとんど同じであるため、相違点についてのみ説明を行う。まず、本実施形態においては、モニタ３００の表示画面が、表示と入力の２つの機能を有するタッチパネル３１０で構成される。そして、本実施形態のオフセット制御部２６５は、タッチパネル３１０の操作によって駆動される。
【００９１】
図１１は、本実施形態のオフセット制御部２６５の構成を示す図である。図１１に示すように、本実施形態のオフセット制御部２６５は、ポインタ位置メモリ２６５ａ、変動量演算回路２６５ｂ、Ｘ軸変動メモリ２６５ｃ、Ｙ軸変動メモリ２６５ｄ、Ｘ軸電圧変換回路２６５ｅ、Ｙ軸電圧変換回路２６５ｆを備えている。
【００９２】
図１２は、本実施形態におけるオフセット制御処理のフローチャートである。また、図１３（ａ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）は、病変部Ｌ、モニタ表示領域ＤＡ、画像領域ＩＡ、およびファイバ可動領域ＦＡの位置関係を模式的に示す図であり、図１３（ｂ）、（ｄ）は、ＤＳＰ２５４に記憶されている変換テーブルを示す図である。図１３において、モニタ領域ＤＡ、画像領域ＩＡ、およびファイバ可動領域ＦＡは、第１の実施形態と同様の領域を示す。また、モニタ領域ＤＡは、タッチパネル３１０の操作入力領域でもある。
【００９３】
本実施形態においても、まず、走査型医療用プローブ１００を用いた通常観察が行なわれる（Ｓ１１）。続くＳ１２では、タッチパネル３１０において走査が行われたか否かが判断される。ここで、図１３（ａ）のように病変部の一部がモニタに表示されている状態で、術者によってタッチペンなどのポインタを用いて、任意の点Ｐｓがタッチされると（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、オフセット制御部２６５のポインタ位置メモリ２６５ａにおいて、ポインタがタッチされた点Ｐｓに対応する画素アドレスが検出され、ポインタの始点として記憶される（Ｓ１３）。本実施形態の場合は、図１３（ｂ）に示すように画素アドレス（Ｘｓ、Ｙｓ）がポインタの始点として記憶される。
【００９４】
続いて、図１３（ｃ）に示すように、術者によって、点Ｐｓを始点として、ポインタがタッチパネル３１０にタッチされた状態のまま、任意の方向へスライドされる。Ｓ１４では、スライドが終了したか否か、すなわちポインタがタッチパネル３１０から離れたか否かが判断される。そして、ポインタのスライドが終了した場合（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、ポインタの終点、すなわちポインタがタッチパネル３１０から離れた点の画素アドレスが検出され、ポインタの終点としてポインタ位置メモリ２６５ａに記憶される（Ｓ１５）。本実施形態においては、図１３（ｄ）に示すように、ポインタの終点として点Ｐｆに対応する画素アドレス（Ｘａ、Ｙａ）が記憶される。
【００９５】
そして、続くＳ１６では、変動量演算回路２６５ｂにて、ポインタ位置メモリ２６５ａに記憶されたポインタの始点と終点から、変動量が算出される。具体的には、ポインタ位置メモリ２６５ａに記憶される始点の画素アドレス（Ｘｓ、Ｙｓ）と終点の画素アドレス（Ｘａ、Ｙａ）から、Ｘ軸における変動量Ｖｘ、およびＹ軸における変動分Ｖｙが算出される。そして、変動量演算回路２６５ｂにて算出されたＸ軸の変動量が、Ｘ軸変動メモリ２６５ｃに、Ｙ軸の変動量がＹ軸変動メモリ２６５ｄにそれぞれ記憶される。
【００９６】
続いて、算出されたＸ軸およびＹ軸の変動量が、ファイバ可動領域ＦＡの範囲内であるか否かが判断され（Ｓ１７）、ファイバ可動領域内である場合は、Ｘ軸電圧変換回路２６５ｅおよびＹ軸電圧変換回路２６５ｆの各々において、Ｘ軸およびＹ軸の変動量が各電極への電圧値へ変換される。そして、Ｘ軸電圧変換回路２６５ｅおよびＹ軸電圧変換回路２６５ｆにおいて変換された電圧値に基づいて、電気的コネクタ部を介して走査型医療用プローブ１００の電極１６０ａ〜１６０ｄへ電圧が印加される（Ｓ１８）。
【００９７】
その後、印加された電圧に基づいて、ＳＭＦ１１２の走査範囲の中心軸ＡＸがオフセットされる。そして、この状態でアクチュエータ１３６が駆動され、ＳＭＦ１１２の先端部１１２ｃが共振運動をして所定の走査範囲を走査する。このように走査範囲がオフセットされることにより、取得される画像の範囲も変動量に応じてオフセットされ、図１３（ｅ）に示されるように、病変部Ｌをモニタ領域ＤＡの中心に表示することができる。
【００９８】
また、第１の実施形態と同様に、Ｘ軸またはＹ軸の変動量が、ファイバ可動領域ＦＡ外であると判断された場合は（Ｓ１７：Ｎｏ）、図１３（ｆ）に示すようにＸ軸またはＹ軸の変動量に基づいて、病変部Ｌが移動したと予想される方向に矢印を表示するように、モニタ３００が制御される（Ｓ１９）。Ｓ１８またはＳ１９の処理が終了すると、再びＳ１２の処理へ戻る。そして、ポインタによるタッチパネル３１０の操作がなされるたびに、Ｓ１３からＳ１９までの処理が繰り返される。
【００９９】
上述のように、本実施形態においては、タッチパネル３１０において操作されるポインタの変動量に基づいて、ＳＭＦ１１２の中心軸ＡＸをオフセットさせる構成となっている。これにより、術者がタッチパネル３１０上でポインタを操作するだけで、ポインタの変動量と同じだけＳＭＦ１１２の走査範囲をオフセットさせることができる。これにより、走査型医療用プローブ１００の先端部１３０の位置を手動で操作しなくても、病変部をモニタ３００上の見やすい位置へ移動させることができる。また、ポインタによって、走査範囲の中心軸ＡＸをオフセットさせる方向やオフセット量を任意に設定できるため、術者が所望する場所を自由にモニタの中心へと表示させることができる。また、病変部が変動によりモニタ上を移動した場合も、タッチパネル３１０上の操作で簡単に追尾することが可能となる。
【０１００】
以上が本発明の実施形態であるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。例えば、上記実施形態においては、単一の光ファイバの先端を共振させて走査することによって体腔内観察を行なう医療用プローブについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、同じように単一の光ファイバの先端を共振させて走査することによって体腔内観察を行なうカプセル内視鏡においても本発明における構成を適用することが可能である。
【０１０１】
この場合は、特に、カプセル内視鏡の画像をリアルタイムで観察している場合において有効である。具体的には、体外に設置されたプロセッサに上記オフセット制御部を備え、オフセット制御部から、オフセット機構に印加すべき電圧に関する情報を含む信号を無線通信によってカプセル内視鏡へ送信する。そして、カプセル内視鏡では、受信した信号に基づいて各電極へ電圧を印加し、走査範囲をオフセットさせる。
【０１０２】
通常、カプセル内視鏡は、被験者によって嚥下されてからは、体内の脈動によって流れていくものであり、術者が希望する特定の観察箇所を撮影することは困難である。しかしながら、このように、カプセル内視鏡に本発明を適用させることにより、ファイバ可動領域内であれば、走査範囲をオフセットさせることにより、術者が所望する画像を取得し、観察することが可能となる。
【０１０３】
また、上記第１の実施形態においては、病変部の近傍に付けられたマーカーＭの位置を基準点として、マーカーＭの変動量に基づいて走査範囲を変更していたが、それ以外にも任意の画像情報における任意の特徴部をマーカーとして設定することができる。例えば、病変部自体をマーカーとして設定した場合、病変部に対応する画像情報（暗い部分）を含む画素アドレスを基準点として記憶し、病変部の位置の変動量を算出する。そして、上述のように算出された変動量から電圧値を求め、電極１６０ａから１６０ｄを制御することで、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
また、上記第４の実施形態以外にも、種々の方法においてタッチパネル３１０におけるポインタ操作に基づいて、中心軸ＡＸのオフセットを制御することが可能である。例えば、モニタ表示領域ＤＡ内において、モニタ表示領域ＤＡの中心に持っていきたい任意の点Ｐｏをポインタでタッチする。そして、タッチされた点Ｐｏに対応する画素アドレスと、モニタ表示領域ＤＡの中心点に対応する画素アドレスとの変動量を求める。そして、該変動量に基づいて、ＳＭＦ１１２の中心軸ＡＸをオフセットさせることによって、任意の点Ｐｏをモニタ表示領域ＤＡの中心点に表示させることが可能となる。
【０１０５】
この構成を利用して、例えば、図１３(ａ)のような表示がなされている場合に病変部Ｌの画像の上をポインタでタッチするだけで、タッチされた病変部Ｌがモニタ表示領域ＤＡの中心に表示される。これにより、より簡単なタッチパネルの操作において、上記第４の実施形態と同様の効果を奏することができる。また、その他にも、タッチパネル以外の入力手段によって入力された内容に基づいて、オフセット機構を制御する構成としても良い。例えば、キーボードなどにより、所望の変動量ＶｘおよびＶｙの値を直接入力し、該入力値に基づいて走査型医療用プローブ１００の走査範囲をオフセットさせるよう構成することも可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
１ 医療用観察システム
１００ 走査型医療用プローブ
１１２ ＳＭＦ
２００ プロセッサ
２４０ タイミングコントローラ
２５０ 光検出器
２５４ ＤＳＰ
２６０ オフセット制御部
３００ モニタ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、対象物を観察するための医療用プローブおよび該医療用プローブを有する医療用観察システムに関し、詳しくは、極細径の光ファイバの先端を共振させてパルス光により対象物を走査し画像情報を取得する走査型医療用プローブ、および該走査型医療用プローブを有する医療用観察システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医師が患者の体腔内を観察するときに使用する装置として、電子スコープが一般的に知られている。電子スコープを使用する医師は、電子スコープの挿入部を体腔内に挿入し、挿入部の先端に備えられた先端部を観察対象近傍に導く。そして、先端部に内蔵されたＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像素子により体腔内を撮影するため、電子スコープやビデオプロセッサの操作部を必要に応じて操作する。医師は、これらの操作を行った結果得られる体腔内の映像をモニタ上で観察して検査や施術等を行う。
【０００３】
このように電子スコープは、患者の体内に挿入されて使用される。したがって、電子スコープには、患者の負担を軽減するためにより一層の細径化が望まれる。そして、電子スコープを細径化させるためには、各種内蔵部品の配置等を工夫する以外に各種内蔵部品自体を小型化させることが望まれる。なお、電子スコープには、固体撮像素子以外に、固体撮像素子の周辺回路やシールド部材、絶縁部材、対物レンズ、照明レンズ、レンズ保持枠、体内への照明光を供給するための光ファイババンドル等の部品が内蔵されている。
【０００４】
電子スコープの内蔵部品のなかでも固体撮像素子や光ファイババンドルは、外形寸法が大きく、また、対物レンズや照明レンズ等の他の部品の設計上可能な最小寸法を規定する。したがって、電子スコープを細径化させるためには、小型な固体撮像素子や細径な光ファイババンドルを搭載することが望まれる。しかしながら、これらの部品を安易に小型化や細径化させることはできない。何故ならば、例えば固体撮像素子を小型化させた場合には、解像度やダイナミックレンジ、ＳＮ比等が低下するといった弊害が生じるからである。また、光ファイババンドルを細径化、すなわち光ファイバの本数を削減した場合には、体腔内を照明するのに十分な光量を導光できなくなるからである。
【０００５】
そこで、固体撮像素子等を構成要素から排除することにより、電子スコープに比べて外径を細く構成することができる医療用プローブが提案されている。
【０００６】
かかる医療用プローブの一例は、特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の医療用プローブは、単一の光ファイバの先端を共振させて所定の走査光により対象物を所定の走査パターンで走査する。そして、対象物からの反射光を検出して光電変換しビデオプロセッサに順次出力する。ビデオプロセッサは、光電変換された信号を処理して画像化しモニタに出力する。医師は、このようにして得られた体腔内の映像を、電子スコープを使用した場合と同様にモニタ上で観察して検査や施術等を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００５−５０１２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１に記載の医療用プローブを用いて体腔内の観察を行なう場合は、術者（医師）が、モニタに表示される画像を観察しながら、プローブの先端部を観察したい部位へと導くように手動で医療用プローブを操作する。そして、目的の部位がモニタに表示されると、プローブの先端の位置を動かさないようにして、目的の部位の詳細な観察が行なわれる。しかしながら、医療用プローブは術者によって手動で操作されているため、操作のぶれによって、目的の部位がモニタの表示領域を逸脱してしまう場合がある。また、観察対象は生体であるため、常に静止しているわけではなく、変動することがある。そのため、目的の部位の観察を行なっている途中で、生体の変動により観察対象自体が移動したり、プローブの先端が動かされてしまうことにより、モニタに表示された観察対象（例えば病変部など）が観察しにくい位置に移動したり、モニタの表示領域から逸脱してしまうことがあった。
【０００９】
このような場合は、再度医療用プローブを手動で操作して、観察対象がモニタ上の見やすい位置に表示されるようにプローブ先端部の位置を調整する必要がある。しかしながら、観察対象が変動する度にプローブを操作するのは大変手間であり、また体腔内に位置するプローブの先端を、生体の変動に合わせて体の外から微調整するのは大変困難であった。さらに、このような調整のために時間がかかってしまい、結果として観察時間が長引いて患者への負担を増やしてしまうという恐れもあった。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、走査型医療用プローブにおける走査範囲をオフセットすることで、医療用プローブの画角を拡げることが可能な医療用プローブ、および該医療用プローブを備えた医療用観察システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するめ、本発明により、光源から入射された光を射出して、対象物上を走査する走査手段と、走査手段によって走査される対象物の反射光を、所定の光検出手段に出力する出力手段と、走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせる走査範囲オフセット手段とを有する医療用プローブが提供される。また、上記走査手段は、入射端が前記光源に光学的に接続されたシングルモードファイバからなる導光手段と、導光手段の射出端近傍を振動させる振動手段とから構成される。
【００１２】
このような構成により、走査手段の走査範囲がオフセットされ、医療用プローブの画角を拡げることが可能となる。これにより、医療用プローブを手動で操作しなくても、取得できる画像の範囲が広がるため、操作のぶれや観察対象の変動が生じた場合でも引き続き画像を取得することが可能となる。
【００１３】
また、上記走査範囲オフセット手段は、導光手段の射出端近傍に取り付けられた磁石と、磁石を引き付けるための電極とからなり、電極に電圧が印加されて、磁石が電極に引き付けられることにより、導光手段の射出端が変位される構成としても良い。このような構成により、導光手段の射出端位置を変位させることで、走査手段の走査範囲がオフセットされ、取得される画像の範囲をオフセットさせることができる。
【００１４】
さらに、上記電極は複数備えられており、該複数の電極にはそれぞれ異なる電圧が印加される構成としても良い。このような構成により、各電極へ印加する電圧を調整することにより、所望の方向へ走査範囲の中心をオフセットさせることができる。
【００１５】
走査範囲オフセット手段は、振動手段の中心軸を移動させるための圧電体からなり、圧電体は、電圧が印加されることにより変形して、振動手段の中心軸を変位させる構成としても良い。このような構成により、振動手段の中心軸を変位させることで、走査手段の走査範囲がオフセットされ、取得される画像の範囲もオフセットさせることができる。また、導光手段の走査の支点となる振動手段自体を動かすため、導光手段の走査に影響を与えずに、走査範囲をオフセットさせることができる。
【００１６】
上記圧電体は、振動手段を二方向から支持し、圧電体の変形により、振動手段の中心軸が該二方向に変位されるよう構成しても良い。このような構成により、走査手段による走査範囲を所定の方向へオフセットさせることが可能となる。
【００１７】
また、上記圧電体は、電極によって分割された複数の部分を有し、該複数の部分は、それぞれに個別に変形するよう構成されても良い。また、上記圧電体は、振動手段の外周を囲むように振動手段を支持し、複数の部分をそれぞれに個別に変形させることにより、振動手段の中心軸を所定の方向に変位させるよう構成しても良い。このような構成により、各複数の部分へ印加する電圧を調整することにより、所望の方向へ走査範囲の中心をオフセットさせることができる。
【００１８】
また、本発明により、上記いずれかの医療用プローブを有する医療用観察システムが提供される。該医療用観察システムは、上記いずれかの医療用プローブと、光源と、反射光を受光して信号を検出する光検出手段と、検出された信号に基づき画像情報を生成する画像情報生成手段と、生成された画像情報に基づき映像を生成し表示する映像表示手段と、走査範囲オフセット手段を制御するオフセット制御手段とを有することを特徴とする。
【００１９】
また、上記オフセット制御手段は、前記画像情報生成手段によって生成された画像情報に基づいて、前記走査範囲オフセット手段を制御するものであっても良い。具体的には、オフセット制御手段は、画像情報における特徴部を基準点として記憶する基準点メモリと、以降に生成された画像情報における特徴部の位置と、基準点メモリに記憶された基準点の位置との変動量を算出する変動量算出手段とを有する。そして、変動量算出手段により算出された変動量に対応して走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせるよう走査範囲オフセット手段を制御するよう構成される。このような構成により、画像情報の特徴部を自動的に追従するよう走査範囲オフセット手段を制御することができる。
【００２０】
また、上記医療用観察システムは、更に、操作者による入力を可能にする入力手段を有し、オフセット制御手段は、入力手段によって入力された内容に基づき、走査範囲オフセット手段を制御するものであっても良い。具体的には、入力手段は、タッチパネルで構成され、オフセット制御手段は、操作者により操作された前記タッチパネル上のポインタの始点および終点を記憶するするポインタメモリと、ポインタメモリに記憶されるポインタの始点から終点への変動量を算出する変動量算出手段とを有する。そして、変動量算出手段により算出された変動量に対応して、走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせるよう前記走査範囲オフセット手段を制御するよう構成される。このような構成により、術者は、タッチパネル上で所望の変動量をポインタ操作するだけで、走査範囲オフセット手段による、走査範囲のオフセットを制御することができる。
【００２１】
さらに、上記変動量算出手段は、操作者によって操作されたタッチパネル上のポインタから映像表示手段の中心位置への変動量を算出するよう構成しても良い。このような構成により、術者は、簡単なタッチパネル操作によって、目的の画像をモニタの中心に表示させることができる。
【００２２】
また、上記オフセット制御手段は、更に、変動量算出手段により算出された変動量を、走査範囲オフセット手段に印加する電圧値へと変換する電圧変換手段を有しても良い。
【００２３】
さらに、上記オフセット制御手段は、変動量が前記走査手段の可動領域を超える場合は、映像表示手段に矢印を表示させるよう構成しても良い。このような構成により、術者によって医療用プローブが操作される際に、どの方向へ動かせばよいかを術者に通知することができる。これにより、術者が病変部を探すために医療用プローブを操作する時間を短縮することができる。
【００２４】
また、本発明により、光源から入射された光を射出して、対象物上を走査する走査手段と、走査手段によって走査される対象物の反射光を、所定の光検出手段に出力する出力手段と、走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせる走査範囲オフセット手段と、を有するカプセル内視鏡が提供される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の医療用プローブ、および医療用観察システムによれば、操作ぶれや生体の変動により病変部の画像がモニタ上を移動した場合でも、医療用プローブを手動で操作することなく、医療用プローブの走査範囲の中心をオフセットさせることにより、容易に病変部の画像をモニタの適切な位置に表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態の走査型医療用プローブの先端部の内部構成を模式的に示す模式図である。
【図２】本発明のプロセッサおよびモニタの構成を示すブロック図である。
【図３】観察対象上に形成されるスポットを説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態のＤＳＰによる画素アドレスの変換処理の具体例を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の走査型医療用プローブにおける走査範囲のオフセットを模式的に示す模式図である。
【図６】本発明の第１の実施形態のオフセット制御部の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態のオフセット制御処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第１の実施形態のオフセット制御処理におけるモニタの表示例および変換テーブルを示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の走査型医療用プローブの先端部の内部構成を模式的に示す模式図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の（ａ）走査型医療用プローブの先端部の内部構成および（ｂ）圧電体の構成を模式的に示す模式図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態のオフセット制御部の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態のオフセット制御処理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第４の実施形態のオフセット制御処理におけるモニタの表示例および変換テーブルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における走査型医療用プローブを有する医療用観察システムについて説明する。
【００２８】
図１は、第１の実施形態の走査型医療用プローブ１００における先端部１３０近傍の内部構成を模式的に示す図である。また、図２は、走査型医療用プローブ１００に接続されるプロセッサ２００およびモニタ３００の構成を示すブロック図である。なお、図２においては、走査型医療用プローブ１００とプロセッサ２００との接続関係等を明確にするため、走査型医療用プローブ１００の一部の構成も模式的に示している。また、モニタ３００は周知の構成を有した受像装置であるため、図２においてモニタ３００の詳細な構成は図示省略している。これらの走査型医療用プローブ１００、プロセッサ２００、およびモニタ３００によって、本実施形態の医療用観察システムが構成される。
【００２９】
走査型医療用プローブ１００は、術者によって体内に挿入され、体腔内の画像を取得するための体腔内観察用のプローブである。走査型医療用プローブ１００は、プロセッサ２００から供給される照明光を体腔内まで伝送するシングルモードファイバ１１２（以下、「ＳＭＦ１１２」という）を備え、ＳＭＦ１１２の先端を共振させた状態で照明光を射出することにより、対象物を所定の走査パターンで走査する。そして、走査型医療用プローブ１００の外周に備えられた受光用ファイバ１４８にて、対象物からの反射光を受光してプロセッサ２００へ伝送する。
【００３０】
プロセッサ２００は、走査型医療用プローブ１００を駆動制御するとともに走査型医療用プローブ１００により取得される観察光（反射光）に基づき画像信号を生成する信号処理装置と、自然光の届かない体腔内に走査型医療用プローブ１００を通じて照明光を照射する光源装置とを内蔵した一体型のプロセッサである。なお、別の実施形態では信号処理装置と光源装置とを別体で構成してもよい。
【００３１】
図２に示されるように、走査型医療用プローブ１００は、基端部に光学的コネクタ部１１０および電気的コネクタ部１２０を有している。また、プロセッサ２００は、光学的コネクタ部２１０および電気的コネクタ部２２０を有している。光学的コネクタ部１１０が光学的コネクタ部２１０に差し込まれることにより、走査型医療用プローブ１００とプロセッサ２００が光学的に接続される。同じく、電気的コネクタ部１２０が電気的コネクタ部２２０に差し込まれることにより、走査型医療用プローブ１００とプロセッサ２００が電気的に接続される。また、プロセッサ２００とモニタ３００は、所定のケーブルを介して電気的に接続される。
【００３２】
このように走査型医療用プローブ１００、プロセッサ２００、およびモニタ３００がそれぞれ接続されてプロセッサ２００およびモニタ３００の電源が投入されると、術者は、医療用観察システムを使用して患者の体腔内を検査、施術等できるようになる。具体的には、術者は、走査型医療用プローブ１００の挿入部を体腔内に挿入して先端１３０を観察対象近傍に導く。そして、プロセッサ２００の操作部（不図示）を操作する。術者は、このような操作を行った結果得られる体腔内の映像をモニタ３００上で観察して検査や施術等を行う。
【００３３】
なお、本実施形態においては、体腔内を観察するために走査型医療用プローブ１００単体が体腔内に直接挿入される。別の実施形態においては、例えば先端１３０を観察対象近傍にスムーズに導くために挿入部にガイドワイヤ等を添えて挿入するようにしてもよい。また、例えば電子スコープ等が有する鉗子チャンネルに挿入部を挿入し通して先端部１３０を観察対象近傍に近接させるようにしてもよい。
【００３４】
次に、走査型医療用プローブ１００およびプロセッサ２００の具体的な構成を説明しつつ、本実施形態の医療用観察システムにおいて体腔内の映像がモニタ３００に表示されるまでの一連の流れを説明する。かかる一連の流れは、
（１）観察対象を走査して観察光を取得する処理
（２）観察光に基づき画像を生成し表示する処理
に大別される。
【００３５】
まず、「（１）観察対象を走査して観察光を取得する処理」について説明する。プロセッサ２００は、観察対象を走査するための光源としてＲＧＢの各波長に対応した光を照射するレーザ光源２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｂを有している。ＲＧＢの各波長に対応する光源が備えられる理由は、カラー画像に対応するためである。したがって、光源は、例えば広帯域であるスーパーコンティニューム光等を発振する単一の白色ファイバレーザとしてもよい。また、光源は、レーザ光源に限らず例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の他の形態の光源としてもよい。
【００３６】
プロセッサ２００は、該プロセッサ２００の各回路の信号処理タイミングを統括的に制御するタイミングコントローラ２４０を有している。タイミングコントローラ２４０は、ドライバ２３２Ｒ、２３２Ｇ、２３２Ｂの各ドライバ回路に同一の変調信号を同時に出力する。ドライバ２３２Ｒ、２３２Ｇ、２３２Ｂはそれぞれ、入力された変調信号に基づきレーザ光源２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｂを駆動する。これにより、レーザ光源２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｂはそれぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長に対応するパルス光（以下、「Ｒパルス光」、「Ｇパルス光」、「Ｂパルス光」と記す。）を同期したタイミングで発振する。尚、レーザ光源２３０Ｒ、２３０Ｇ、および２３０Ｂからの供給される光はパルス光に限定されるものではなく、連続光であっても良い。
【００３７】
各レーザ光源から発振されたＲパルス光、Ｇパルス光、Ｂパルス光は、ＲＧＢ結合器２３４に入射される。ＲＧＢ結合器２３４は、ダイクロイックミラー等によりＲパルス光、Ｇパルス光、Ｂパルス光を位相が揃った状態で結合する。（図２においてＲＧＢ結合器２３４内を進行するＲＧＢの各光の光路長が異なるように見えるが、実際には、各光の光路長は同一である）。ＲＧＢ結合器２３４は、結合されたパルス光（以下、「カラーパルス光」と記す。）をカップリングレンズ２３４ａにより収束して射出する。なお、ＲＧＢ結合器２３４は、ダイクロイックミラーを使用した光結合器でなく、光ファイバ結合された各レーザ光源を光コンバイナに接続した構成としてもよい。
【００３８】
なお、光源が単一の白色ファイバレーザである場合には、各色のパルス光を同期させるといったタイミング制御が不要となる。そのため、レーザ光源周辺の回路構成等を簡素化できるメリットがある。また、既に結合された状態のパルス光が発振されるため、ＲＧＢ結合器２３４が不要になるメリットもある。
【００３９】
カップリングレンズ２３４ａから射出されたカラーパルス光は、走査型医療用プローブ１００が有するＳＭＦ１１２の入射端１１２ａに入射される。ＳＭＦ１１２は、光学的コネクタ部１１０から先端部１３０に亘って、走査型医療用プローブ１００のシース１４５に収容されている。入射端１１２ａに入射されたカラーパルス光は、ＳＭＦ１１２内部を、全反射を繰り返すことにより伝送される。伝送されたカラーパルス光は、先端部１３０内部に配置されたＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂから射出される。
【００４０】
シース１４５は、可撓性を有する保護チューブである。シース１４５は、先端部１３０から光学的コネクタ部１１０にまで延びた形状を有し、走査型医療用プローブ１００が有する各種内蔵部品を保護している。シース１４５の外径は、走査型医療用プローブ１００が固体撮像素子等を有しない構成であるが故、電子スコープの外径に比べて格段に細い。そのため、走査型医療用プローブ１００は、電子スコープに比べてより一層の低浸襲性が達成されている。また、図１に示すように、走査型医療用プローブ１００の先端部１３０におけるシース１４５の内側には、ハウジングチューブ１０５が設けられている。ハウジングチューブ１０５は、ステンレスなどの金属で形成される円筒上の筒材であり、後述する対物光学系１４０および支持体１３４の固定に用いられる他、先端部１３０近傍に配置される部品を保護する役割を備えている。
【００４１】
ＳＭＦ１１２には、圧電素子等からなるアクチュエータ１３６が取り付けられている。具体的には、円筒型のアクチュエータ１３６の長軸方向に設けられた貫通孔に、ＳＭＦ１１２が通され、接着部１３７によって固定されている。そして、アクチュエータ１３６は、ハウジングチューブ１０５に取り付けられた支持体１３４に設けられた貫通孔に通されて支持されている。これにより、ＳＭＦ１１２の先端部１１２ｃ、具体的にはＳＭＦ１１２の内のアクチュエータ１３６の接着部１３７に固定された箇所から射出端１１２ｂまでの部分は、支持体１３４に片持ち梁の状態で支持される。また、本実施形態の走査型医療用プローブ１００には、走査範囲をオフセットさせるためのオフセット機構として、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂの近傍にとりけられた磁石１５０および複数の電極１６０を備えている。このオフセット機構の機能および作用については後ほど詳述する。
【００４２】
アクチュエータ１３６は、複数の電極１３８を有している。各電極１３８は、複数の電線１３５と接続されている。そして、複数の電線１３５の終端は電気的コネクタ部１２０内部に収容されている。各電線１３５は、電気的コネクタ部１２０と電気的コネクタ部２２０とを接続させたときに、プロセッサ２００が有するＸ軸／Ｙ軸ドライバ２３６に接続される。尚、以降の走査型医療用プローブ１００の構成の説明について、便宜上、走査型医療用プローブ１００の長手方向をＺ方向、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。
【００４３】
タイミングコントローラ２４０は、Ｘ軸／Ｙ軸ドライバ２３６に所定の駆動制御信号を出力する。Ｘ軸／Ｙ軸ドライバ２３６はＸ軸ドライバ回路およびＹ軸ドライバ回路から構成される。そして、所定の駆動制御信号に基づき、Ｘ軸／Ｙ軸ドライバ２３６のＸ軸ドライバ回路からはアクチュエータ１３６に第一の交流電圧が印加され、Ｙ軸ドライバ回路からはアクチュエータ１３６に第一の交流電圧と同一周波数であって位相が直交する第二の交流電圧が印加される。
【００４４】
アクチュエータ１３６は、印加された第一、第二の交流電圧に応じて振動する。アクチュエータ１３６の振動はそれぞれ、ＳＭＦ１１２の先端部１１２ｃのＸ方向、Ｙ方向への共振運動を生じさせる。そして、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂは、アクチュエータ１３６によるＸ方向および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をほぼ中心とする所定半径を有する円の軌跡を描く。
【００４５】
所定半径を有する円の軌跡を描く状態でアクチュエータ１３６に対する交流電圧の印加が停止される。すると、ＳＭＦ１１２の先端部１１２ｃの振動は徐々に減衰されていく。かかる減衰に伴って、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂは、ＸＹ近似面上で略渦巻パターンの軌跡を描きながら中心軸ＡＸに向かい、最終的には中心軸ＡＸ上で停止する。カラーパルス光は、アクチュエータ１３６への交流電圧の印加停止直後からＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂが中心軸ＡＸ上で停止する迄の期間（以下、「渦巻パターン期間」と記す。）、射出端１１２ｂから射出され続ける。
【００４６】
ハウジングチューブ１０５の先端は、複数のレンズから構成される対物光学系１４０により封止されている。そのため、カラーパルス光は、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂから射出されて一旦発散するものの、対物光学系１４０によって集光されて射出される。対物光学系１４０を通って射出されたカラーパルス光は、観察対象上にスポットを形成する。かかるスポット径は、例えば数ミクロンオーダであり極めて小さい。
【００４７】
図３に、観察対象上に形成されるスポットを説明するための図を示す。走査型医療用プローブ１００は、一枚の画像を得るために観察対象上に渦巻パターンＳＰを描くようにｎ個のスポットをスポットＳ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・、Ｓｎの順に形成する。各スポットの間隔は、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂの運動速度や各レーザ光源の変調周波数等に依存して決まる。渦巻パターンＳＰは、観察対象上にパルス光で無く連続光を走査した場合を想定して描かれた仮想的な走査軌跡である。
【００４８】
なお、実験等を重ねた結果、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂが停止した状態から所定半径を有する円の軌跡を描く状態に達する迄にかかる時間は既知である。同じく、渦巻パターン期間が開始され終了する迄にかかる時間も既知である。さらに、渦巻パターン期間中のＸＹ近似面におけるＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂの位置（または観察対象上における各スポット形成位置）も既知である。そのため、タイミングコントローラ２４０は、かかる既知の情報に基づき、Ｘ軸／Ｙ軸ドライバ２３６に対するタイミング制御（つまり、各アクチュエータに対する交流電圧の印加と停止のタイミング）、およびドライバ２３２Ｒ、２３２Ｇ、２３２Ｂに対するタイミング制御（つまり、渦巻パターン期間中における各レーザ光源の変調制御）のそれぞれをフレームレートに応じた周期で繰り返す。
【００４９】
走査型医療用プローブ１００のシース１４５の内部には、複数の受光用ファイバ１４８が円環上に埋設されている。各受光用ファイバ１４８は走査型医療用プローブ１００の基端部にて束ねられ、光学的コネクタ部１１０に収容されている。そして、観察対象上に形成された各カラーパルス光のスポットは、観察対象にて反射され受光用ファイバ１４８の入射端１４８ｂに入射される。入射端１４８ｂに入射された反射パルス光は、受光用ファイバ１４８内を伝送され、受光用ファイバ１４８の終端１４８ａから、光学的コネクタ部１１０と光学的コネクタ部２１０とを通ってプロセッサ２００へ送られる。
【００５０】
プロセッサ２００では、入射した反射パルス光をカップリングレンズ２３８ａにて収束させ、ＲＧＢ分離器２３８にて、ダイクロイックミラー等によりＲ、Ｇ、Ｂの各波長に対応する反射パルス光（以下、「反射Ｒパルス光」、「反射Ｇパルス光」、「反射Ｂパルス光」とする）に分離する。ＲＧＢ分離器２３８にて分離された各反射パルス光は、それぞれ検出器２５０Ｒ、２５０Ｇ、２５０Ｂに送られる。なお、上述したようにカラーパルス光は、単一のＳＭＦ１１２により導光されて観察対象にて反射される。そのため、反射パルス光の光量は非常に少ない。このような微弱な光を確実にかつ低ノイズで検出する必要があるため、検出器２５０Ｒ、２５０Ｇ、２５０Ｂには光電子増倍管（ＰＭＴ：Photomultiplier Tube）等の高感度光検出器が用いられる。
【００５１】
以上が「（１）観察対象を走査して観察光を取得する処理」についての説明になる。次に、「（２）観察光に基づき画像を生成し表示する処理」、つまり取得された各色の反射パルス光を画像化してモニタ３００に表示させるまでの一連の処理の流れを説明する。
【００５２】
検出器２５０Ｒ、２５０Ｇ、２５０Ｂは、受光された各反射パルス光を光電変換してアナログ信号を生成し後段の回路に出力する。検出器２５０Ｒ、２５０Ｇ、２５０Ｂより検出された反射Ｒパルス光、反射Ｇパルス光および反射Ｂパルス光に応じたアナログ信号は、サンプリングおよびホールドされてＡ／Ｄコンバータ２５２Ｒ、２５２Ｇ、２５２Ｂによりそれぞれデジタル信号列に変換される。そして変換されたデジタル信号列は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）２５４に入力される。
【００５３】
ＤＳＰ２５４では、Ａ／Ｄコンバータ２５２Ｒ、２５２Ｇ、２５２Ｂからのデジタル信号列をそれぞれラッチする。そして、ラッチされたデジタル信号列から、画像情報を生成する（後述の図６に示される画像情報生成部２５４ａ）。具体的には、まず、ラッチされたデジタル信号列における変極点、つまりピーク値を検出する。次いで、デジタル信号列中のピーク値が検出された地点、つまり時間Ｔを該ピーク値に関連付けて、関連付けデータを作成する。ここで、Ａ／Ｄコンバータ２５２Ｒ、２５２Ｇ、２５２Ｂからラッチしたデジタル信号列におけるピーク値を検出した時間Ｔは略同一である。そのため、所定の時間Ｔに対して、ＲＧＢの各デジタル信号列における３つのピーク値が関連付けられる。
【００５４】
次に、ＤＳＰ２５４は、関連付けデータの時間Ｔを例えば固体撮像素子でいうところの画素アドレスに変換する。具体的には、ＤＳＰ２５４には、各スポットに対応する時間Ｔと画素アドレスとの変換テーブルが予め保持されている。かかる変換テーブルは、既知の情報である渦巻パターン期間中の各スポットの形成位置および形成時間に基づき作成されている。ＤＳＰ２５４は、特定の時間Ｔに対応する関連付けデータが入力されたとき、変換テーブルに基づき該特定の時間Ｔを特定の画素アドレスに変換する。
【００５５】
図４を用いて、ＤＳＰ２５４による画素アドレスの変換処理の具体例を説明する。ここでは、説明の便宜上、各時間Ｔを１９×１９からなる画素アドレスに変換する場合を考える。ＤＳＰ２５４は、例えばスポットＳ１に対応する時間ｔ１の関連付けデータが入力された時、上記変換テーブルに基づき時間ｔ１を画素アドレス（３，１０）に変換する。次いで、時間ｔ２の関連付けデータが入力されたとき、上記変換テーブルに基づき時間ｔ２を画素アドレス（３，８）に変換する。ＤＳＰ２５４は、かかる画素アドレスへの変換処理を、入力されるデジタル信号に対応する時間Ｔに対して順次行う。
【００５６】
ＤＳＰ２５４は、上記のような画素アドレスへの変換処理により、画素アドレス（３，１０）に関連付けられたＲＧＢのピーク値に基づいて、画素アドレス（３，１０）における画像情報を生成する。そして、生成されたスポットＳ１〜Ｓｎに対応する一フレーム分の画像情報をメモリ（後述の図６に示される画像情報メモリ２５４ｂ）にバッファリングする。このとき、画像情報を有さない画素アドレスに関しては、例えば所定のマスキングデータを生成して補間される。
【００５７】
その後、タイミングコントローラ２４０のタイミング制御に従い、ＤＳＰ２５４のメモリにバッファリングされた画像情報が読み出され、エンコーダ２５６に出力される。エンコーダ２５６は、入力された画像情報をＮＴＳＣ（National Television Standards 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してモニタ３００に出力する。これにより、モニタ３００に観察対象の映像が表示される。
【００５８】
以上が走査型医療用プローブ１００を用いた通常の体腔内観察における処理の流れである。次に、本発明の特徴である、走査型医療用プローブ１００の走査範囲をオフセットして観察を行なう場合について説明する。通常、術者によって走査型医療用プローブ１００を移動させながら体腔内を観察している際に、病変部などの詳細に観察を行ないたい部位をモニタ上に発見した場合、走査型医療用プローブ１００の移動を止めて、当該病変部の詳細な観察が行なわれる。しかしながら、走査型医療用プローブ１００を動かしていないにも関わらず、体腔壁が変動することによってモニタ３００に表示される病変部が移動してしまうことがある。このような場合に、自動的に病変部を追尾してモニタに表示させるための、走査型医療用プローブ１００が備えるオフセット機構および該オフセット機構を制御するプロセッサ２００の構成および処理について以下に説明する。
【００５９】
図２に示すように、プロセッサ２００は上述の構成に加えオフセット制御部２６０およびモード切換えスイッチ２７０を有している。オフセット制御部２６０は、モード切換えスイッチ２７０およびＤＳＰ２５４に接続され、モード切換えスイッチ２７０の状態に応じて駆動される。モード切換えスイッチ２７０は、プロセッサ２００の外装に設けられた機械スイッチであり、術者によって、通常の観察を行なう通常観察モードと、病変部の追尾を行なう自動追尾モードの何れかに切り換えられる。また、オフセット制御部２６０はＤＳＰ２５４および電気的コネクタ部２２０に接続されており、ＤＳＰ２５４によって生成された画像情報に基づいて走査型医療用プローブ１００のオフセット機構の制御を行う。
【００６０】
走査型医療用プローブ１００のオフセット機構は、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂの近傍にとりけられた磁石１５０、ハウジングチューブ１０５の内側に取り付けられた複数の電極１６０、および電極１６０に接続された電線１６１から構成される。ここで、図１にはＹ軸方向において磁石１５０と対向する位置に二箇所取り付けられた電極１６０ａおよび１６０ｂしか示されていないが、Ｘ軸方向においても、磁石１５０と対向する位置に電極１６０ｃおよび１６０ｄが取り付けられている。また、各電極１６０ａ〜１６０ｄに接続された電線１６１の終端は、電気的コネクタ部１２０に収容されて電気的コネクタ部２２０と接続される。そして、オフセット制御部２６０より、電線１６１を介して電極１６０ａ〜１６０ｄへ電圧が印加されることにより、ＳＭＦ１１２に取り付けられた磁石１５０を電極側へ引きつけたり、反発させたりすることができる。
【００６１】
図５は、通常のＳＭＦ１１２の走査範囲ＳＡ１と、電極１６０ａに電圧が印加され、磁石１５０が電極１６０ａに引きつけられた状態におけるＳＭＦ１１２の走査範囲ＳＡ２とを模式的に示す図である。図５に示すように、通常の場合、具体的には、電極１６０ａ〜１６０ｄのいずれにも電圧が印加されていない場合は、ＳＭＦ１１２は、アクチュエータ１３６の振動により、対象物に対して図５に示す中心軸ＡＸを中心とする所定の走査範囲ＳＡ１を走査する。ここで、電極１６０ａに電圧が印加されると、ＳＭＦ１１２に取り付けられた磁石１５０が電極１６０ａに引きつけられると、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂがＹ軸方向へ移動する。そして、この状態のままアクチュエータ１３６が駆動されると、ＳＭＦ１１２は、図５に示すように中心軸ＡＸ’を中心とした走査範囲ＳＡ２を走査する。このように、電極１６０ａに電圧を印加することにより、ＳＭＦ１１２による走査範囲の中心軸ＡＸが、Ｙ軸方向へオフセットされる。
【００６２】
同様に、Ｘ軸方向に配置された電極１６０ｃまたは１６０ｄに電圧を加えることにより、ＳＭＦ１１２の走査範囲の中心軸ＡＸをＸ軸方向へオフセットさせることもできる。このように電極１６０ａ〜１６０ｄに電圧を加えてＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂの中心軸を移動させることにより、走査型医療用プローブ１００自体を動かすことなく、走査範囲をオフセットさせることができる。そのため、電極１６０ａ〜１６０ｄへ印加される電圧を調整することで、ＳＭＦ１１２の走査範囲をさまざまな方向へオフセットさせることが可能となり、走査型医療用プローブ１００の画角を拡げることができる。
【００６３】
次に、上述のようにＳＭＦ１１２の走査範囲をオフセットさせるための、プロセッサ２００におけるオフセット制御処理について説明する。図６は、プロセッサ２００が備えるＤＳＰ２５４およびオフセット制御部２６０の具体的な構成を示す図である。ＤＳＰ２５４は、上述したようにＡ／Ｄコンバータ２５２Ｒ、２５２Ｇ、２５２Ｂからのデジタル信号列を受信して画像情報を生成する画像情報生成部２５４ａ、および画像情報生成部２５４ａにて生成された画像情報を記憶する画像情報メモリ２５４ｂを備えている。そして、オフセット制御部２６０は、基準点メモリ２６０ａ、変動量演算回路２６０ｂ、Ｘ軸変動メモリ２６０ｃ、Ｙ軸変動メモリ２６０ｄ、Ｘ軸電圧変換回路２６０ｅ、Ｙ軸電圧変換回路２６０ｆを備えている。オフセット制御部２６０における各部は、モード切換えスイッチ２７０によって、自動追尾モードに切り換えられることにより駆動する。
【００６４】
続いて、図７および図８を参照して、オフセット制御部２６０の各部によって実施される走査範囲のオフセット制御について説明する。図７は、走査型医療用プローブ１００のオフセット制御処理の流れを示すフローチャートである。また、図８（ａ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）は、病変部Ｌ、モニタ表示領域ＤＡ、画像領域ＩＡ、およびファイバ可動領域ＦＡの位置関係を模式的に示す図であり、図８（ｂ）、（ｄ）は、ＤＳＰ２５４に記憶されている変換テーブルを模式的に示す図である。ここで、モニタ表示領域ＤＡとは、モニタ３００に表示される画像の範囲を示すものである。また、画像領域ＩＡは、ＳＭＦ１１２によって所定の走査範囲を走査することによって得られる画像の領域を示すものである。図８に示すように、モニタ３００は、走査型医療用プローブ１００によって取得される画像領域ＩＡの中心部をモニタ表示領域ＤＡに表示する。また、ファイバ可動領域ＦＡは、走査型医療用プローブ１００のオフセット機構によって走査範囲の中心軸ＡＸをオフセットさせることが可能な範囲を示すものである。尚、ここでの領域はいずれも走査型医療用プローブ１００の先端部１３０を固定した状態での領域である。そのため、ファイバ可動領域ＦＡは最大でもハウジングチューブ１０５の内径以下となる。
【００６５】
図７に示すように、まず、走査型医療用プローブ１００を用いた通常観察が行なわれる（Ｓ１）。そして、通常観察時に、図８（ａ）に示すように病変部Ｌがモニタ表示領域ＤＡ内に表示されると、術者によって病変部Ｌの目印として病変部Ｌの近傍にマーカーＭが付けられる。このマーカーＭは、ＥＳＤ（Endoscopic Submucosal Dissection：内視鏡的粘膜下層剥離術）のマーキングに用いられるＡＰＣ（Argon Plasma Coagulator）などによって体腔壁を焼灼することによって付けられる。そして、マーカーＭが付けられた病変部Ｌの自動追尾を行なうか否かが、モード切換えスイッチ２７０の状態によって判断される。
【００６６】
ここで、モード切換えスイッチ２７０が、通常モードである場合は（Ｓ２：Ｎｏ）、自動追尾を行わない通常観察が続行される。一方、モード切換えスイッチ２７０が自動追尾モードに切り換えられている場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、プロセッサ２００は、通常の画像処理に加え、病変部Ｌの自動追尾するための走査範囲オフセット処理を開始する。そして、まずマーカーＭの位置が基準点としてオフセット制御部２６０の基準点メモリ２６０ａに記憶される。詳しくは、上述のようにマーカーＭはＡＰＣによって病変近傍の体腔壁を焼いて白色に変色させることによって付けられる。そのため、画像情報メモリ２５４ｂに記憶された１フレーム分の画像情報および図８（ｂ）に示される変換テーブルに基づいて、白色の画像情報を有する画素アドレス（Ｘｓ、Ｙｓ）が基準点として検出され、基準点メモリ２６０ａに記憶される（Ｓ３）。
【００６７】
そして、続くＳ４では、以降に生成されるフレームの画像情報におけるマーカーＭの位置が継続して検出され、検出されたマーカーＭの位置が基準点と比べて変化したか否かが判断される。この判断は、基準点である画素アドレス（Ｘｓ、Ｙｓ）に対して、検出されたマーカーＭの画素アドレスがどれだけ変動したかに基づいて行われる。また、この場合、所定の閾値を設定し、当該閾値以上の変動があった場合のみ「変化した」と判断するようにすることで、問題とならないわずかな変動については、無視することができる。
【００６８】
そして、図８（ｃ）に示されるようにマーカーＭの位置が基準点と比べて変化した場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）、変動量演算回路２６０ｂにて、その変動量が算出される（Ｓ５）。具体的には、図８（ｄ）に示すように、基準点メモリ２６０ａに記憶された基準点における画素アドレス（Ｘｓ、Ｙｓ）と、検出されたマーカーＭの画素アドレス（Ｘａ、Ｙａ）から、マーカーＭのＸ軸における変動量Ｖｘ、およびＹ軸における変動分Ｖｙが算出される。そして、変動量演算回路２６０ｂにて算出されたＸ軸の変動量ＶｘがＸ軸変動メモリ２６０ｃに、Ｙ軸の変動量ＶｙがＹ軸変動メモリ２６０ｄにそれぞれ記憶される。
【００６９】
続いて、算出された変動量ＶｘおよびＶｙがファイバ可動領域ＦＡの範囲内であるか否かが判断される（Ｓ６）。上述のようにファイバ可動領域ＦＡは、ハウジングチューブ１０５の内径に制限される。そのため、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂのＸ軸方向への移動量およびＹ軸方向への移動量は、ハウジングチューブ１０５の内径に依存して制限される。そこで、Ｓ５では、モード切換えスイッチ２７０によって自動追尾処理に切り換えられてからのＸ軸変動量およびＹ軸変動量の合計を、Ｘ軸変動メモリ２６０ｃおよびＹ軸変動メモリ２６０ｄに記憶される情報に基づいて算出し、それぞれが許容範囲を超えているか否かが判断される。
【００７０】
ここで、変動量ＶｘおよびＶｙが、ファイバ可動領域ＦＡ内であると判断された場合（Ｓ６：Ｙｅｓ）、Ｘ軸電圧変換回路２６０ｅおよびＹ軸電圧変換回路２６０ｆの各々において、Ｘ軸およびＹ軸の変動量が各電極へ印加される電圧値へと変換される。この電圧値は、実験等によって各電極に様々な電圧を印加させたときのＳＭＦ１１２の中心軸ＡＸのオフセット量やオフセット方向に関する情報を求めておき、これらの情報に基づいて予め設定される。そして、Ｘ軸電圧変換回路２６０ｅおよびＹ軸電圧変換回路２６０ｆにおいて変換された電圧値に基づいて、電気的コネクタ部２２０、電気的コネクタ部１２０を介して電極１６０ａ〜１６０ｄへ電圧が印加される（Ｓ７）。
【００７１】
オフセット制御部２６０から、電極１６０ａ〜１６０ｄに電圧が印加されることにより、磁石１５０が電極に引きつけられて、ＳＭＦ１１２の先端部１１２ｃが傾いた状態と成る。そして、この状態でアクチュエータ１３６が駆動されると、ＳＭＦ１１２の先端部１１２ｃが共振運動を行ってオフセットされた中心軸ＡＸを中心として所定の走査範囲を走査する。これにより、ＳＭＦ１１２による走査範囲のオフセットに対応して、取得される画像の範囲（画像領域ＩＡ）もオフセットされ、図８（ｅ）に示されるように、病変部Ｌをモニタ領域ＤＡの中心に表示することができる。また、このとき、ＳＭＦ１１２の中心軸ＡＸがオフセットされたことにより、所定の走査範囲の全てが走査できない場合がある（図８（ｅ）の斜線部分）。このような場合は、走査されなかった部分の画素アドレスに関しては、所定のマスキングデータや、画像情報メモリ２５４ｂに記憶される画像情報に基づいて補間が行われる。
【００７２】
一方、変動量ＶｘおよびＶｙが、ファイバ可動領域ＦＡの範囲外であると判断された場合（Ｓ６：Ｎｏ）、プロセッサ２００は、図８（ｆ）に示すようにＸ軸またはＹ軸の変動量に基づいて、病変部Ｌが移動したと予想される方向に矢印を表示するように、モニタ３００を制御する（Ｓ８）。また、Ｓ４の処理において、入力されたフレームの画像情報内にマーカーＭの画像情報が検出されなかった場合も、Ｓ８の処理に進み、それまでのＸ軸およびＹ軸の変動量に基づいて、病変部Ｌが移動したと予想される方向に矢印を表示するように、モニタ３００を制御する。
【００７３】
Ｓ７またはＳ８の処理が終了すると、再びＳ２の処理へ戻る。そして、自動追尾モードから通常モードへ切り換えられるまで、Ｓ３からＳ８までの処理が繰り返され、マーカーＭの変動に追従して、ＳＭＦ１１２の走査範囲がオフセットされ、モニタ上の病変部Ｌの自動追尾が行われる。
【００７４】
上述のように、本実施形態においては、プロセッサ２００において、取得された画像情報から病変部の位置の変動が自動的に検出され、該変動量に基づいて、走査型医療用プローブ１００のオフセット機構が制御される。これにより、走査型医療用プローブ１００における走査範囲の中心軸が病変部の位置の変動に対応してオフセットされ、その結果、取得される画像領域を病変部に追従するようにオフセットさせることができる。そのため、術者は、手動操作によるぶれや生体の変動により、モニタ３００上の病変部の位置が変化するたびに走査型医療用プローブ１００の先端部１３０の位置を調整する必要がなく、モード切換えスイッチ２７０を切り換えるという簡単な操作のみで、病変部を自動追尾して観察を行なうことができる。また、病変部がファイバ可動領域の外に移動してしまった場合には、病変部が移動したと予想される方向へ矢印を表示させることにより、術者によって走査型医療用プローブ１００が操作される際に、どの方向へ動かせばよいかを術者に通知することができる。これにより、術者が病変部を探すために走査型医療用プローブ１００を操作する時間を短縮することができる。
【００７５】
次に、本発明の第２の実施形態における走査型医療用プローブ１００ａについて、図９を参照して説明する。図９は、本実施形態の走査型医療用プローブ１００ａにおける先端１３０ａ近傍の内部構成を模式的に示す図である。本実施形態の走査型医療用プローブ１００ａは、第１の実施形態における走査型医療用プローブ１００と同様の部品を多く含むため、ここでは、第１の実施形態の走査型医療用プローブ１００との違いについてのみ説明する。また、図９では、第１の実施形態における走査型医療用プローブ１００と同様の機能を有する部品には、図１と同じ番号が付されている。
【００７６】
まず、本実施形態においては、第１の実施形態における走査型医療用プローブ１００とは異なる方法で、アクチュエータ１３６ａが支持体１３４ａに支持されている。具体的には、支持体１３４ａは、Ｘ軸方向に延出した軸ＳＸを有しており、アクチュエータ１３６は、同じくＸ軸方向にあけられた貫通孔を有している。そして、支持体１３４ａの軸ＳＸをアクチュエータ１３６ａの貫通孔に通すことで、アクチュエータ１３６ａは、支持体１３４ａに軸ＳＸを支点としてＹ軸方向に回動可能に支持される。
【００７７】
また、本実施形態におけるオフセット機構は、ハウジングチューブ１０５の内側に取り付けられた、積層圧電体１７０ａおよび１７０ｂ、ならびに電線１７１から構成される。積層圧電体１７０ａおよび１７０ｂは、積層圧電セラミックスなどで形成される積層型の圧電素子である。積層圧電体１７０ａおよび１７０ｂは、電圧の印加によって積層方向へ変形する特性を備えている。図９に示すように、積層圧電体１７０ａおよび１７０ｂは、アクチュエータ１３６ａの支持体１３４より接着部１３７側の部分を、Ｙ軸上の二方向から支持するように取り付けられる。これにより、積層圧電体１７０ａおよび１７０ｂを変形させることで、アクチュエータ１３６ａをＹ軸方向に動かすことができる。
【００７８】
積層圧電体１７０ａおよび１７０ｂに接続された電線１７１の終端は、電気的コネクタ部１２０内部に収容されている。そして、本実施形態の走査型医療用プローブ１００ａにおけるオフセット機構は、第１の実施形態と略同じ構成および機能を備えたプロセッサ２００のオフセット制御部２６０によって制御される。具体的には、上述のような第１の実施形態における図７のフローチャートに従って、オフセット制御部２６０によって、マーカーＭの画像情報からＸ軸の変動量およびＹ軸の変動量が求められる。そして、求められた変動量が電圧値に変換され、該電圧値に基づいて積層圧電体１７０ａおよび１７０ｂに電圧が供給される。
【００７９】
ただし、本実施形態においては、上述のとおりアクチュエータ１３６ａはＹ軸方向にのみ動くことができる。すなわち、アクチュエータ１３６ａが取り付けられたＳＭＦ１１２の走査範囲の中心軸ＡＸも、Ｙ軸方向にのみオフセットが可能である。そのため、オフセット制御部２６０では、変動量演算回路２６０ｂで算出されたＹ軸方向への変動量（Ｖｘ）のみに対応する電圧が、積層圧伝素子１７０ａおよび１７０ｂへ供給される。
【００８０】
そして、例えば、積層圧電体１７０ａに電圧が印加され、積層圧電体１７０ａが変形（膨張）することにより、積層圧電体１７０ａによってアクチュエータ１３６ａが軸ＳＸを支点として時計回り（図９の紙面上下方向へ）に回動する。これにより、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂの位置も移動され、走査範囲の中心軸ＡＸもＹ軸方向にオフセットされる。そして、この状態を維持したままアクチュエータ１３６ａを駆動することにより、ＳＭＦ１１２の走査範囲、および画像取得範囲もオフセットされ、病変部ＬをＹ軸方向へ自動追尾することができる。
【００８１】
第１の実施形態においては、ＳＭＦ１１２の先端部１１２ｃを、接着部１３７を支点として傾けることによって、中心軸ＡＸをオフセットさせる構成としていたのに対し、本実施形態では、ＳＭＦ１１２を支持するアクチュエータ１３６ａ自体を傾けることによって中心軸ＡＸをオフセットさせる構成としている。これにより、本実施形態では、ＳＭＦ１１２の先端部１２ｃを傾けることなく、アクチュエータ１３６ａの中心軸と平行に保った状態から走査を開始することができる。これにより、本実施形態では、第１の実施形態における効果に加え、ＳＭＦ１１２による走査可動領域が広がり、より広い範囲での走査および画像の取得を行うことが可能となる。
【００８２】
続いて、本発明の第３の実施形態における走査型医療用プローブ１００ｂについて、図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照して説明する。図１０（ａ）は、本実施形態の走査型医療用プローブ１００ｂにおける先端１３０ｂ近傍の内部構成を模式的に示す図である。本実施形態の走査型医療用プローブ１００ｂにおいても、第１の実施形態における走査型医療用プローブ１００と同様の部品を多く含むため、ここでは、第１の実施形態の走査型医療用プローブ１００との違いについてのみ説明する。また、図１０（ａ）では、第１の実施形態における走査型医療用プローブ１００と同様の機能を有する部品には、図１と同じ番号が付されている。図１０（ｂ）は、アクチュエータ１３６ｂおよび円盤型圧電体１８０ａを走査型医療用プローブ１００ｂの先端部１３０ｂ側から見た図である。
【００８３】
まず、本実施形態のオフセット機構は、２つの円盤型圧電体１８０ａ、１８０ｂ、および電線１８１から構成される。そして、本実施形態のアクチュエータ１３６ｂは、支持体１３４ではなく、円盤型圧電体１８０ａおよび１８０ｂによって、ハウジングチューブ１０５内に支持されている。円盤型圧電体１８０ａおよび１８０ｂは、圧電セラミックスなどの電圧の印加によって変形する円盤型の圧電素子である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように円盤型圧電体１８０ａおよび１８０ｂは、中央に貫通孔を有するドーナツ形状を有しており、その貫通孔にアクチュエータ１３６ｂが挿入されている。
【００８４】
また、円盤型圧電体１８０ａおよび１８０ｂは、複数の電極１８５ａ〜１８５ｄを有している。そして、図１０（ｂ）に示すように、円盤型圧電体１８０ａおよび１８０ｂは、電極１８５ａ〜１８５ｄによって、４つのパート、Ｒ＋、Ｒ−、Ｌ＋およびＬ−に分割されている。電極１８５ａ〜１８５ｄには、電線１８１がそれぞれ接続されており、電線１８１の終端は電気的コネクタ部１２０内部に収容されている。そして、各電極１８５ａ〜１８５ｄへ印加される電圧を制御することによって、各パートＲ＋、Ｒ−、Ｌ＋およびＬ−を個別に変形させることができる。具体的には、例えば、電極１８５ａおよび１８５ｄに電圧を印加すると、電極１８５ａおよび１８５ｄの間にあるＲ＋が変形（例えば、膨張）する。
【００８５】
また、本実施形態の走査型医療用プローブ１００ｂにおけるオフセット機構も、第１および第２の実施形態と略同じ構成および機能を備えたプロセッサ２００のオフセット制御部によって制御される。具体的には、上述のような第１の実施形態における図７のフローチャートに従って、オフセット制御部２６０によって、マーカーＭの画像情報からＸ軸の変動量およびＹ軸の変動量が求められる。そして、求められた変動量が電圧値に変換され、該電圧値に基づいて電線１８１を介して、円盤型圧電体１８０ａおよび１８０ｂへ電圧が印加される。
【００８６】
ここで、本実施形態においてはアクチュエータ１３６ｂが円盤型圧電体１８０ｂに支持される箇所を支点として、アクチュエータ１３６ｂがＸ軸方向およびＹ軸方向へ回動できるよう構成される。そのため、円盤型圧電体１８０ｂは、円盤型圧電体１８０ａの変形によるアクチュエータ１３６ｂの回動を妨げない程度に変形させる必要がある。そのため、オフセット制御部２６０では、円盤型圧電体１８０ａの各電極１８５ａ〜１８５ｄおよび円盤型圧電体１８０ｂの各電極１８５ａ〜１８５ｄそれぞれに対して印加する電圧値を算出する。このような電圧値は、実際に実験などで円盤型圧電体１８０ａおよび１８０ｂの各電極１８５ａから１８５ｄへ電圧を印加した場合の、中心軸ＡＸのオフセット量や方向を求めておき、予め設定される。
【００８７】
そして、例えば電極１８５ａおよび１８５ｂに電圧が印加され、円盤型圧電体１８０ａのＬ＋が変形（膨張）すると、アクチュエータ１３６ｂの中心軸が円盤型圧電体１８０ｂに支持された部分を支点として、図１０（ｂ）の紙面上、右斜め下方向へと移動する。このとき、アクチュエータ１３６ｂの動きに追従して円盤型圧電体１８０ｂも変形するように、円盤型圧電体１８０ｂにも電圧が印加される。これにより、ＳＭＦ１１２の射出端１１２ｂが移動し、走査範囲の中心軸ＡＸが右斜め下方向へオフセットされる。そして、この状態を維持したままアクチュエータ１３６ｂを駆動することにより、ＳＭＦ１１２の走査範囲、および取得される画像範囲もオフセットされ、病変部Ｌを自動追尾することができる。
【００８８】
本実施形態においては、第２の実施形態と同じくＳＭＦ１１２を支持するアクチュエータ１３６ｂを傾けることによって中心軸ＡＸの位置をオフセットさせる構成としている。そのため、第２の実施形態と同様に、ＳＭＦ１１２の先端部１１２ｃの可動領域が広がり、より広い範囲での走査を行うことが可能となる。さらに、本実施形態においては、アクチュエータ１３６ｂを２つの圧電体によって回動可能に支持する構成としている。そのためオフセット制御部によって、圧電体に印加する電圧を制御することにより、アクチュエータ１３６ｂを３６０度、自由な方向へと傾かせることができ、広範囲での病変部の追尾が可能となる。
【００８９】
以上説明された第１から第３の実施形態においては、走査型医療用プローブ１００、１００ａ、１００ｂにおける走査範囲のオフセットは、画像情報に基づいて、病変部の自動追尾を行うように制御されるものである。続く本発明の第４の実施形態では、走査型医療用プローブ１００、１００ａ、１００ｂにおける走査範囲のオフセットを、術者による操作に基づいて制御する場合について説明する。
【００９０】
本実施形態の医療用観察システムは、第１の実施形態と同様に、走査型医療用プローブ１００と、プロセッサ２００と、モニタ３００とから構成される。そして、本実施形態における各部の構成は、第１の実施形態における構成とほとんど同じであるため、相違点についてのみ説明を行う。まず、本実施形態においては、モニタ３００の表示画面が、表示と入力の２つの機能を有するタッチパネル３１０で構成される。そして、本実施形態のオフセット制御部２６５は、タッチパネル３１０の操作によって駆動される。
【００９１】
図１１は、本実施形態のオフセット制御部２６５の構成を示す図である。図１１に示すように、本実施形態のオフセット制御部２６５は、ポインタ位置メモリ２６５ａ、変動量演算回路２６５ｂ、Ｘ軸変動メモリ２６５ｃ、Ｙ軸変動メモリ２６５ｄ、Ｘ軸電圧変換回路２６５ｅ、Ｙ軸電圧変換回路２６５ｆを備えている。
【００９２】
図１２は、本実施形態におけるオフセット制御処理のフローチャートである。また、図１３（ａ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）は、病変部Ｌ、モニタ表示領域ＤＡ、画像領域ＩＡ、およびファイバ可動領域ＦＡの位置関係を模式的に示す図であり、図１３（ｂ）、（ｄ）は、ＤＳＰ２５４に記憶されている変換テーブルを示す図である。図１３において、モニタ領域ＤＡ、画像領域ＩＡ、およびファイバ可動領域ＦＡは、第１の実施形態と同様の領域を示す。また、モニタ領域ＤＡは、タッチパネル３１０の操作入力領域でもある。
【００９３】
本実施形態においても、まず、走査型医療用プローブ１００を用いた通常観察が行なわれる（Ｓ１１）。続くＳ１２では、タッチパネル３１０において走査が行われたか否かが判断される。ここで、図１３（ａ）のように病変部の一部がモニタに表示されている状態で、術者によってタッチペンなどのポインタを用いて、任意の点Ｐｓがタッチされると（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、オフセット制御部２６５のポインタ位置メモリ２６５ａにおいて、ポインタがタッチされた点Ｐｓに対応する画素アドレスが検出され、ポインタの始点として記憶される（Ｓ１３）。本実施形態の場合は、図１３（ｂ）に示すように画素アドレス（Ｘｓ、Ｙｓ）がポインタの始点として記憶される。
【００９４】
続いて、図１３（ｃ）に示すように、術者によって、点Ｐｓを始点として、ポインタがタッチパネル３１０にタッチされた状態のまま、任意の方向へスライドされる。Ｓ１４では、スライドが終了したか否か、すなわちポインタがタッチパネル３１０から離れたか否かが判断される。そして、ポインタのスライドが終了した場合（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、ポインタの終点、すなわちポインタがタッチパネル３１０から離れた点の画素アドレスが検出され、ポインタの終点としてポインタ位置メモリ２６５ａに記憶される（Ｓ１５）。本実施形態においては、図１３（ｄ）に示すように、ポインタの終点として点Ｐｆに対応する画素アドレス（Ｘａ、Ｙａ）が記憶される。
【００９５】
そして、続くＳ１６では、変動量演算回路２６５ｂにて、ポインタ位置メモリ２６５ａに記憶されたポインタの始点と終点から、変動量が算出される。具体的には、ポインタ位置メモリ２６５ａに記憶される始点の画素アドレス（Ｘｓ、Ｙｓ）と終点の画素アドレス（Ｘａ、Ｙａ）から、Ｘ軸における変動量Ｖｘ、およびＹ軸における変動分Ｖｙが算出される。そして、変動量演算回路２６５ｂにて算出されたＸ軸の変動量が、Ｘ軸変動メモリ２６５ｃに、Ｙ軸の変動量がＹ軸変動メモリ２６５ｄにそれぞれ記憶される。
【００９６】
続いて、算出されたＸ軸およびＹ軸の変動量が、ファイバ可動領域ＦＡの範囲内であるか否かが判断され（Ｓ１７）、ファイバ可動領域内である場合は、Ｘ軸電圧変換回路２６５ｅおよびＹ軸電圧変換回路２６５ｆの各々において、Ｘ軸およびＹ軸の変動量が各電極への電圧値へ変換される。そして、Ｘ軸電圧変換回路２６５ｅおよびＹ軸電圧変換回路２６５ｆにおいて変換された電圧値に基づいて、電気的コネクタ部を介して走査型医療用プローブ１００の電極１６０ａ〜１６０ｄへ電圧が印加される（Ｓ１８）。
【００９７】
その後、印加された電圧に基づいて、ＳＭＦ１１２の走査範囲の中心軸ＡＸがオフセットされる。そして、この状態でアクチュエータ１３６が駆動され、ＳＭＦ１１２の先端部１１２ｃが共振運動をして所定の走査範囲を走査する。このように走査範囲がオフセットされることにより、取得される画像の範囲も変動量に応じてオフセットされ、図１３（ｅ）に示されるように、病変部Ｌをモニタ領域ＤＡの中心に表示することができる。
【００９８】
また、第１の実施形態と同様に、Ｘ軸またはＹ軸の変動量が、ファイバ可動領域ＦＡ外であると判断された場合は（Ｓ１７：Ｎｏ）、図１３（ｆ）に示すようにＸ軸またはＹ軸の変動量に基づいて、病変部Ｌが移動したと予想される方向に矢印を表示するように、モニタ３００が制御される（Ｓ１９）。Ｓ１８またはＳ１９の処理が終了すると、再びＳ１２の処理へ戻る。そして、ポインタによるタッチパネル３１０の操作がなされるたびに、Ｓ１３からＳ１９までの処理が繰り返される。
【００９９】
上述のように、本実施形態においては、タッチパネル３１０において操作されるポインタの変動量に基づいて、ＳＭＦ１１２の中心軸ＡＸをオフセットさせる構成となっている。これにより、術者がタッチパネル３１０上でポインタを操作するだけで、ポインタの変動量と同じだけＳＭＦ１１２の走査範囲をオフセットさせることができる。これにより、走査型医療用プローブ１００の先端部１３０の位置を手動で操作しなくても、病変部をモニタ３００上の見やすい位置へ移動させることができる。また、ポインタによって、走査範囲の中心軸ＡＸをオフセットさせる方向やオフセット量を任意に設定できるため、術者が所望する場所を自由にモニタの中心へと表示させることができる。また、病変部が変動によりモニタ上を移動した場合も、タッチパネル３１０上の操作で簡単に追尾することが可能となる。
【０１００】
以上が本発明の実施形態であるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。例えば、上記実施形態においては、単一の光ファイバの先端を共振させて走査することによって体腔内観察を行なう医療用プローブについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、同じように単一の光ファイバの先端を共振させて走査することによって体腔内観察を行なうカプセル内視鏡においても本発明における構成を適用することが可能である。
【０１０１】
この場合は、特に、カプセル内視鏡の画像をリアルタイムで観察している場合において有効である。具体的には、体外に設置されたプロセッサに上記オフセット制御部を備え、オフセット制御部から、オフセット機構に印加すべき電圧に関する情報を含む信号を無線通信によってカプセル内視鏡へ送信する。そして、カプセル内視鏡では、受信した信号に基づいて各電極へ電圧を印加し、走査範囲をオフセットさせる。
【０１０２】
通常、カプセル内視鏡は、被験者によって嚥下されてからは、体内の脈動によって流れていくものであり、術者が希望する特定の観察箇所を撮影することは困難である。しかしながら、このように、カプセル内視鏡に本発明を適用させることにより、ファイバ可動領域内であれば、走査範囲をオフセットさせることにより、術者が所望する画像を取得し、観察することが可能となる。
【０１０３】
また、上記第１の実施形態においては、病変部の近傍に付けられたマーカーＭの位置を基準点として、マーカーＭの変動量に基づいて走査範囲を変更していたが、それ以外にも任意の画像情報における任意の特徴部をマーカーとして設定することができる。例えば、病変部自体をマーカーとして設定した場合、病変部に対応する画像情報（暗い部分）を含む画素アドレスを基準点として記憶し、病変部の位置の変動量を算出する。そして、上述のように算出された変動量から電圧値を求め、電極１６０ａから１６０ｄを制御することで、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
また、上記第４の実施形態以外にも、種々の方法においてタッチパネル３１０におけるポインタ操作に基づいて、中心軸ＡＸのオフセットを制御することが可能である。例えば、モニタ表示領域ＤＡ内において、モニタ表示領域ＤＡの中心に持っていきたい任意の点Ｐｏをポインタでタッチする。そして、タッチされた点Ｐｏに対応する画素アドレスと、モニタ表示領域ＤＡの中心点に対応する画素アドレスとの変動量を求める。そして、該変動量に基づいて、ＳＭＦ１１２の中心軸ＡＸをオフセットさせることによって、任意の点Ｐｏをモニタ表示領域ＤＡの中心点に表示させることが可能となる。
【０１０５】
この構成を利用して、例えば、図１３(ａ)のような表示がなされている場合に病変部Ｌの画像の上をポインタでタッチするだけで、タッチされた病変部Ｌがモニタ表示領域ＤＡの中心に表示される。これにより、より簡単なタッチパネルの操作において、上記第４の実施形態と同様の効果を奏することができる。また、その他にも、タッチパネル以外の入力手段によって入力された内容に基づいて、オフセット機構を制御する構成としても良い。例えば、キーボードなどにより、所望の変動量ＶｘおよびＶｙの値を直接入力し、該入力値に基づいて走査型医療用プローブ１００の走査範囲をオフセットさせるよう構成することも可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
１ 医療用観察システム
１００ 走査型医療用プローブ
１１２ ＳＭＦ
２００ プロセッサ
２４０ タイミングコントローラ
２５０ 光検出器
２５４ ＤＳＰ
２６０ オフセット制御部
３００ モニタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から照射された複数種類の波長の光を利用して対象物を観察するための医療用プローブであって、
前記光源から入射された光を射出して、前記対象物上を走査する走査手段と、
前記走査手段によって走査される前記対象物の反射光を、所定の光検出手段に出力する出力手段と、
前記走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせる走査範囲オフセット手段と、を有することを特徴とする医療用プローブ。
【請求項２】
前記走査手段は、
入射端が前記光源に光学的に接続されたシングルモードファイバからなる導光手段と、
前記導光手段の射出端近傍を振動させる振動手段と、から構成されることを特徴とする請求項１に記載の医療用プローブ。
【請求項３】
前記走査範囲オフセット手段は、
前記導光手段の射出端近傍に取り付けられた磁石と、
前記磁石を引き付けるための電極と、からなり、
前記電極に電圧が印加されて、前記磁石が前記電極に引き付けられることにより、前記導光手段の射出端が変位されることを特徴とする請求項２に記載の医療用プローブ。
【請求項４】
前記走査範囲オフセット手段は、前記電極を複数備え、
前記複数の電極にはそれぞれ異なる電圧が印加されることを特徴とする請求項３に記載の医療用プローブ。
【請求項５】
前記走査範囲オフセット手段は、前記振動手段の中心軸を移動させるための圧電体からなり、
前記圧電体は、電圧が印加されることにより変形して、前記振動手段の中心軸を変位させることを特徴とする請求項２に記載の医療用プローブ。
【請求項６】
前記圧電体は、前記振動手段を二方向から支持しており、
前記圧電体の変形により、前記振動手段の中心軸が該二方向に変位されることを特徴とする請求項５に記載の医療用プローブ。
【請求項７】
前記圧電体は、電極によって分割された複数の部分を有し、
前記複数の部分は、それぞれに個別に変形することを特徴とする請求項５に記載の医療用プローブ。
【請求項８】
前記圧電体は、前記振動手段を該振動手段の外周を囲むように支持しており、
前記複数の部分をそれぞれに個別に変形させることにより、前記振動手段の中心軸を所定の方向に変位させることを特徴とする請求項５に記載の医療用プローブ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の医療用プローブと、
前記光源と、
前記反射光を受光して信号を検出する光検出手段と、
前記検出された信号に基づき画像情報を生成する画像情報生成手段と、
前記生成された画像情報に基づき映像を生成し表示する映像表示手段と、
前記走査範囲オフセット手段を制御するオフセット制御手段と、
を有することを特徴とする医療用観察システム。
【請求項１０】
前記オフセット制御手段は、前記画像情報生成手段によって生成された画像情報に基づいて、前記走査範囲オフセット手段を制御することを特徴とする請求項９に記載の医療用観察システム。
【請求項１１】
前記オフセット制御手段は、
前記画像情報における特徴部を基準点として記憶する基準点メモリと、
以降に生成された画像情報における前記特徴部の位置と、前記基準点メモリに記憶された基準点の位置との変動量を算出する変動量算出手段と、を有し、
前記変動量算出手段により算出された変動量に対応して前記走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせるよう前記走査範囲オフセット手段を制御することを特徴とする請求項１０に記載の医療用観察システム。
【請求項１２】
前記医療用観察システムは、更に、
操作者による入力を可能にする入力手段を有し、
前記オフセット制御手段は、前記入力手段によって入力された内容に基づき、前記走査範囲オフセット手段を制御することを特徴とする請求項９に記載の医療用観察システム。
【請求項１３】
前記入力手段は、タッチパネルで構成され、
前記オフセット制御手段は、
操作者により操作された前記タッチパネル上のポインタの始点および終点を記憶するするポインタメモリと、
前記ポインタメモリに記憶される前記ポインタの始点から終点への変動量を算出する変動量算出手段と、を有し、
前記変動量算出手段により算出された変動量に対応して、前記走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせるよう前記走査範囲オフセット手段を制御することを特徴とする請求項１２に記載の医療用観察システム。
【請求項１４】
前記変動量算出手段は、前記操作者によって操作された前記タッチパネル上のポインタから前記映像表示手段の中心位置への変動量を算出することを特徴とする請求項１３に記載の医療用観察システム。
【請求項１５】
前記オフセット制御手段は、更に、
前記変動量算出手段により算出された変動量を、前記走査範囲オフセット手段に印加する電圧値へと変換する電圧変換手段を有することを特徴とする請求項１１から１４の何れか一項に記載の医療用観察システム。
【請求項１６】
前記オフセット制御手段は、前記変動量が前記走査手段の可動領域を超える場合は、前記映像表示手段に矢印を表示させることを特徴とする請求項１１から１５の何れか一項に記載の医療用観察システム。
【請求項１７】
光源から照射された複数種類の波長の光を利用して対象物を観察するためのカプセル内視鏡であって、
前記光源から入射された光を射出して、前記対象物上を走査する走査手段と、
前記走査手段によって走査される前記対象物の反射光を、所定の光検出手段に出力する出力手段と、
前記走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせる走査範囲オフセット手段と、を有することを特徴とするカプセル内視鏡。
【請求項１】
光源から照射された複数種類の波長の光を利用して対象物を観察するための医療用プローブであって、
前記光源から入射された光を射出して、前記対象物上を走査する走査手段と、
前記走査手段によって走査される前記対象物の反射光を、所定の光検出手段に出力する出力手段と、
前記走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせる走査範囲オフセット手段と、を有することを特徴とする医療用プローブ。
【請求項２】
前記走査手段は、
入射端が前記光源に光学的に接続されたシングルモードファイバからなる導光手段と、
前記導光手段の射出端近傍を振動させる振動手段と、から構成されることを特徴とする請求項１に記載の医療用プローブ。
【請求項３】
前記走査範囲オフセット手段は、
前記導光手段の射出端近傍に取り付けられた磁石と、
前記磁石を引き付けるための電極と、からなり、
前記電極に電圧が印加されて、前記磁石が前記電極に引き付けられることにより、前記導光手段の射出端が変位されることを特徴とする請求項２に記載の医療用プローブ。
【請求項４】
前記走査範囲オフセット手段は、前記電極を複数備え、
前記複数の電極にはそれぞれ異なる電圧が印加されることを特徴とする請求項３に記載の医療用プローブ。
【請求項５】
前記走査範囲オフセット手段は、前記振動手段の中心軸を移動させるための圧電体からなり、
前記圧電体は、電圧が印加されることにより変形して、前記振動手段の中心軸を変位させることを特徴とする請求項２に記載の医療用プローブ。
【請求項６】
前記圧電体は、前記振動手段を二方向から支持しており、
前記圧電体の変形により、前記振動手段の中心軸が該二方向に変位されることを特徴とする請求項５に記載の医療用プローブ。
【請求項７】
前記圧電体は、電極によって分割された複数の部分を有し、
前記複数の部分は、それぞれに個別に変形することを特徴とする請求項５に記載の医療用プローブ。
【請求項８】
前記圧電体は、前記振動手段を該振動手段の外周を囲むように支持しており、
前記複数の部分をそれぞれに個別に変形させることにより、前記振動手段の中心軸を所定の方向に変位させることを特徴とする請求項５に記載の医療用プローブ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の医療用プローブと、
前記光源と、
前記反射光を受光して信号を検出する光検出手段と、
前記検出された信号に基づき画像情報を生成する画像情報生成手段と、
前記生成された画像情報に基づき映像を生成し表示する映像表示手段と、
前記走査範囲オフセット手段を制御するオフセット制御手段と、
を有することを特徴とする医療用観察システム。
【請求項１０】
前記オフセット制御手段は、前記画像情報生成手段によって生成された画像情報に基づいて、前記走査範囲オフセット手段を制御することを特徴とする請求項９に記載の医療用観察システム。
【請求項１１】
前記オフセット制御手段は、
前記画像情報における特徴部を基準点として記憶する基準点メモリと、
以降に生成された画像情報における前記特徴部の位置と、前記基準点メモリに記憶された基準点の位置との変動量を算出する変動量算出手段と、を有し、
前記変動量算出手段により算出された変動量に対応して前記走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせるよう前記走査範囲オフセット手段を制御することを特徴とする請求項１０に記載の医療用観察システム。
【請求項１２】
前記医療用観察システムは、更に、
操作者による入力を可能にする入力手段を有し、
前記オフセット制御手段は、前記入力手段によって入力された内容に基づき、前記走査範囲オフセット手段を制御することを特徴とする請求項９に記載の医療用観察システム。
【請求項１３】
前記入力手段は、タッチパネルで構成され、
前記オフセット制御手段は、
操作者により操作された前記タッチパネル上のポインタの始点および終点を記憶するするポインタメモリと、
前記ポインタメモリに記憶される前記ポインタの始点から終点への変動量を算出する変動量算出手段と、を有し、
前記変動量算出手段により算出された変動量に対応して、前記走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせるよう前記走査範囲オフセット手段を制御することを特徴とする請求項１２に記載の医療用観察システム。
【請求項１４】
前記変動量算出手段は、前記操作者によって操作された前記タッチパネル上のポインタから前記映像表示手段の中心位置への変動量を算出することを特徴とする請求項１３に記載の医療用観察システム。
【請求項１５】
前記オフセット制御手段は、更に、
前記変動量算出手段により算出された変動量を、前記走査範囲オフセット手段に印加する電圧値へと変換する電圧変換手段を有することを特徴とする請求項１１から１４の何れか一項に記載の医療用観察システム。
【請求項１６】
前記オフセット制御手段は、前記変動量が前記走査手段の可動領域を超える場合は、前記映像表示手段に矢印を表示させることを特徴とする請求項１１から１５の何れか一項に記載の医療用観察システム。
【請求項１７】
光源から照射された複数種類の波長の光を利用して対象物を観察するためのカプセル内視鏡であって、
前記光源から入射された光を射出して、前記対象物上を走査する走査手段と、
前記走査手段によって走査される前記対象物の反射光を、所定の光検出手段に出力する出力手段と、
前記走査手段による走査範囲の中心をオフセットさせる走査範囲オフセット手段と、を有することを特徴とするカプセル内視鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１１５２５２（Ｐ２０１１−１１５２５２Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７３１１７（Ｐ２００９−２７３１１７）
【出願日】平成２１年１２月１日（２００９．１２．１）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１日（２００９．１２．１）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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