医療用内視鏡は、光学画像技術を用いて人体の内部組織や体腔を観察する医療機器です。その基本原理は、光の透過、画像の取得、処理を通じて視覚的な診断や外科手術を実現することです。基本的な動作原理は以下のとおりです。
1. 光学撮像システム
(1)照明システム
冷光源照明:LEDまたはキセノンランプを使用して高輝度、低発熱の照明を提供し、その光は光ファイバー束を通して内視鏡の先端に伝送され、検査領域を照らします。
特殊光モード: 一部の内視鏡では、血管や病変組織のコントラストを強調するために蛍光 (ICG など)、狭帯域光 (NBI) などをサポートしています。
(2)画像取得
従来の光学内視鏡(硬性内視鏡):画像はレンズ群を通して伝送され、接眼レンズの端は医師が直接観察するか、カメラに接続されます。
電子内視鏡(ソフト内視鏡):フロントエンドに高解像度の CMOS/CCD センサーが統合されており、画像を直接収集して電気信号に変換し、処理のためにホストに送信します。
2. 画像伝送と処理
信号伝送:
電子内視鏡は、ケーブルまたは無線で画像データを送信します。
一部の 4K/3D 内視鏡では、リアルタイムのパフォーマンスを確保するために光ファイバーまたは低遅延デジタル信号 (HDMI/SDI など) を使用します。
画像処理: ホストは、元の信号に対してノイズ低減、シャープ化、HDR 強化を実行し、高解像度の画像を出力します。
3. 表示と記録
4K/3D ディスプレイ: 超高精細の手術視野を表示し、一部のシステムでは分割画面 (白色光 + 蛍光コントラストなど) をサポートします。
画像ストレージ: 医療記録のアーカイブ、教育、遠隔相談用に 4K ビデオまたはスクリーンショットの録画をサポートします。
4. 補助機能(ハイエンドモデル)
AI支援診断:病変(ポリープや腫瘍など)をリアルタイムでマーキングします。
ロボット制御: 一部の内視鏡には、精密な操作を実現するためにロボットアームが組み込まれています。
まとめ
医療用内視鏡の基本原理は次のとおりです。
照明(光ファイバー/LED)→画像取得(レンズ/センサー)→信号処理(ノイズ低減/HDR)→表示(4K/3D)をインテリジェント技術と組み合わせることで、診断と治療の精度を向上させます。