2017 Fiscal Year Research-status Report

鏡視下手術支援ロボットも臓器同定が可能な可視光・不可視光同時撮像内視鏡の開発研究

Research Project

Project/Area Number	16K12915
Research Institution	Tokyo Denki University
Principal Investigator	宮脇富士夫東京電機大学, 理工学部, 教授 (50174222)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	鏡視下手術支援ロボット / 器械出し看護師ロボット / 臓器同定 / 内視鏡 / 透過・遮断フィルタ / 不可視光撮像 / 可視光撮像 / キセノン光
Outline of Annual Research Achievements	現在研究開発中の可視光・不可視光同時撮像内視鏡は内蔵する2個の光束分割プリズムによって3つの光路（可視光路、赤外光路、紫外光路）に分割するが、H28年度は紫外光路と赤外光路用のフィルタの選択と評価をまず分光測定によって行った。しかし、近紫外光用カメラと近赤外光用カメラの故障により画像評価には至らなかった。 H29年度は、故障のため評価ができなかったカメラの同機種（1/3インチ CMOS 35万画素、株式会社NSK）を入手し、それぞれの前面に評価済みのフィルタを設置して画像評価を行った。１）内視鏡の先端部を人体模型の手前3～5 cmに設置し、先端の側孔からキセノン光を照射し、人体模型の映像を取得した。キセノン光に含まれる大量の赤外線のため近赤外光用カメラは明瞭な画像が得られた。一方、近紫外光透過フィルタはその仕様から1000 nm以上の赤外光を良く透過することが分かっており、キセノン光に含まれる大量の赤外光によってごく僅かではあるが近紫外光用カメラも感光していた（画像としては認識不能）。２）上記と同じ条件で、人体模型に近紫外光源（ピーク波長375 nm）を照射して（分光器測定では、内視鏡表面に13万カウント以上の近紫外光が入光する条件）内視鏡画像を取得した。しかし、近赤外光用カメラは勿論のこと近紫外光用カメラにも全く写っていなかった。次に、内視鏡の構造による近紫外光減衰率を調べたところ、まずロッドレンズで約16%、最初のプリズム表面で約10%、このプリズムの光路分割で約30%、2個目のプリズム表面で約10%、この光路分割で約30%と分かった。さらに近紫外光透過フィルタによって約40％低下するので、結局元の約20%の近紫外光しか近紫外光用カメラには到達できていなかったと推察できたが、約2.6万カウント強の近紫外光が届いているはずであるため、当該カメラの能力に問題があると判断した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason １）H28年度に紫外光路と赤外光路の末端に設置していた近紫外光用カメラと近赤外光用カメラが故障したために、H28年度当初から研究計画が大幅に遅れた。この故障も完全に画像が取得できないほどではなく、かすかに画像が取得できていたために、当初は故障では無くフィルタなどの問題ではないかといろいろ検討した結果、理由判明までに時間を要した。結局、製造業者に内視鏡自体の精査を依頼して初めて、不具合の原因はカメラの故障であり、カメラに設定以上の電流が流れたためと判明した。２）同機種のカメラはすでに製造中止になっていたが、サイズ的にこれらでなければ内視鏡に装着できないため、何とか探し出して入手した。３）紫外光路と赤外光路の末端にH28年度に分光測定によって評価した近紫外光透過フィルタと近赤外光透過フィルタをそれぞれ設置し、その後面に新規に購入した近紫外光用カメラと近赤外光用カメラをそれぞれ接続して画像評価を行った。しかし、近紫外光用カメラのCMOSに当然画像が写るべきレベルの近紫外光が入光しているはずにも拘わらず、画像が全く写っておらず、このカメラは近紫外光用カメラとしては不適切であると判断した。４）そこで、市販のカメラの中で予算内で購入可能であり、かつ近紫外光まで撮像可能なカメラを調査して、500万画素CMOS白黒センサカメラ（アートレイ）；型番：ARTCAM-500MI-BW-WOM-OP（白黒モデル）を購入した。しかし、このカメラはその筐体サイズおよび画素サイズからして、そのままでは試作内視鏡に接続できないという問題があったので、本内視鏡の試作を担当した専門業者と相談して、H30年度に例えば光学的アダプタなど何らかの方法で本内視鏡に接続できるように工夫し、近紫外光用カメラの画像解析を行う予定である。
Strategy for Future Research Activity	H29年度に購入した近紫外光まで撮像可能なカメラ（500万画素CMOS白黒センサカメラ（アートレイ）；型番：ARTCAM-500MI-BW-WOM-OP（白黒モデル））は1/2.5インチであり、現在の標準カメラ（1/3インチ）とは、素子サイズおよび筐体のサイズが異なり、そのまま接続する訳にはいかない。したがって、光学的アダプタなど何らかの工夫をして接続し、近紫外光領域の画像解析を行う予定である。
Causes of Carryover	H29年度に購入した近紫外光まで撮像可能なカメラ（500万画素CMOS白黒センサカメラ（アートレイ）；型番：ARTCAM-500MI-BW-WOM-OP（白黒モデル））を何らかの方法で試作内視鏡に接続して、近紫外光の画像解析をするために残した。これを光学アダプタなどの作製費や専門業者による内視鏡への接続および光路調整費などに使用する予定である。