JP2016209622A - 電子内視鏡システムおよび内視鏡用光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】狭帯域光による特定の生体構造の観察を行う場合に、情報の欠落を防ぐとともに、画像の明るさおよびコントラストを向上させる。
【解決手段】電子内視鏡システムは、光源と、可視光領域を含む連続的な波長域中の複数の特定波長の各々に透過ピークを有する光学フィルタと、光学フィルタを介した照射光によって照射された被写体からの反射光を受光する固体撮像素子と、固体撮像素子が出力する撮像信号を処理してモニタ表示可能なカラー画像を生成する画像生成手段とを有する。複数の特定波長は、４２０ｎｍ付近、５５０ｎｍ付近及び６５０ｎｍ付近である。また、光学フィルタは、各特定波長の透過ピーク間の波長域において、一定の透過率であって、０よりも高くかつ該透過ピークの半値よりも低い透過率を有し、各特定波長の透過ピーク間の波長域の透過率が、該各特定波長の透過ピーク間以外の波長域の透過率よりも高い。
【選択図】図３

Description

この発明は、被写体のカラー画像を観察するための電子内視鏡システムおよび内視鏡用光源装置に関連し、詳しくは、特定の生体構造を術者に観察させるのに好適な電子内視鏡システムおよび内視鏡用光源装置に関する。

患者の体腔内を診断するためのシステムとして、電子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、電子内視鏡システムには、特定の生体構造の組織情報を視認するために、該特定の生体構造に高い吸収特性を持つ波長域の光を透過させる狭帯域フィルタを通して被写体を照射し、その散乱成分を受光して特定の生体構造を強調する分光画像を生成する機能を搭載したものが知られている。

このような狭帯域光による観察を行う内視鏡装置の一例が、特許文献１に記載される。特許文献１に記載の内視鏡装置では、照明光の少なくとも一つ以上の波長領域の帯域を狭めるよう制限する狭帯域フィルタを照明光供給手段から撮像手段に至る光路上に配設し、狭帯域の光により得られる被写体の離散的な分光分布のバンド像を撮像手段に結像させる構成となっている。このような内視鏡装置を用いることにより、被写体の特定の生体構造の組織情報を層レベルで分離して視認することが可能となり、生体構造の組織表面近くの所望の深部の組織情報を得ることができる。

特許３５８３７３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の内視鏡装置では、照明光が離散的な分光分布とされるために、透過される主波長以外の波長領域においては情報を得ることができず、情報が欠落してしまう可能性がある。また、狭帯域フィルタにより照明光の透過領域が限定されることによって、光量が少なくなり、得られる画像の明るさが暗くなってしまうという欠点も指摘される。

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、狭帯域光により特定の生体構造の観察を行う場合に、情報の欠落を防ぐとともに、画像の明るさおよびコントラストを向上させることが可能な電子内視鏡システムおよび内視鏡用光源装置を提供することである。

上記の課題を解決する本発明の一形態に係る電子内視鏡システムは、可視光領域を含む光を放射する光源と、可視光領域を含む連続的な波長域中の少なくとも２つの特定波長に透過ピークを有し、該少なくとも２つの特定波長の透過ピーク間において０よりも高くかつ該透過ピークの半値よりも低い透過率を有し、少なくとも２つの特定波長の透過ピーク間以外の波長域の透過率が０である、光学フィルタと、光学フィルタを介した照射光によって照射された被写体からの反射光を受光するカラーの固体撮像素子と、固体撮像素子が出力する撮像信号を処理してモニタ表示可能なカラー画像を生成する画像生成手段と、を有することを特徴とする。

本発明に係る光学フィルタを介して被写体を照射した場合、明るさおよびコントラストが向上した分光画像を生成してモニタの表示画面に表示させることができる。さらに、特定波長の透過ピーク間の波長領域における情報を取得することができるため、情報の欠落を防ぐことも可能となる。

また、上記少なくとも２つの特定波長はヘモグロビンの吸収が大きい帯域である４２０ｎｍ付近を含んでも良い。これにより、表層付近および深層の血管構造を観察することが可能となる。

また、本発明の電子内視鏡システムは、光源の照射光路に対して光学フィルタを挿入し又は退避させる光学フィルタ切替手段、およびユーザによる入力操作を受け付ける操作手段を更に有してもよい。さらに、光学フィルタ切替手段は、操作手段が受け付けた入力操作に従って光学フィルタを照射光路に挿入し、又は該照射光路から退避させても良い。このように光学フィルタを照射光路から必要に応じて退避させることで、通常のカラー画像を表示画面に表示させることが可能となる。

さらに、本発明により、可視光領域を含む光を放射する光源と、可視光領域を含む連続的な波長域中の少なくとも２つの特定波長に透過ピークを有し、該少なくとも２つの特定波長の透過ピーク間において０よりも高くかつ該透過ピークの半値よりも低い透過率を有し、少なくとも２つの特定波長の透過ピーク間以外の波長域の透過率が０である、光学フィルタと、を有することを特徴とする内視鏡用光源装置が提供される。

本発明によれば、狭帯域光により特定の生体構造の観察を行う場合に、情報の欠落を防ぐとともに画像の明るさおよびコントラストを向上させることができる電子内視鏡システムおよび内視鏡用光源装置が提供される。

本発明の実施形態の電子内視鏡システムの外観図である。 本発明の実施形態の電子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プロセッサが有する光学フィルタの分光特性を示す図である。 光学フィルタ２１３を介して被写体を照射した場合と介さずに被写体を照射した場合の各観察画像を示す図である。 別の実施形態のプロセッサが有する光学フィルタの分光特性を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の電子内視鏡システムについて説明する。

図１は、本実施形態の電子内視鏡システム１の外観図である。図１に示されるように、電子内視鏡システム１は、被写体を撮影するための電子スコープ１００を有している。電子スコープ１００は、可撓性を有するシース（外皮）１１ａによって外装された可撓管１１を備えている。可撓管１１の先端には、硬質性を有する樹脂製筐体によって外装された先端部１２が連結されている。可撓管１１と先端部１２との連結箇所にある湾曲部１４は、可撓管１１の基端に連結された手元操作部１３からの遠隔操作（具体的には、湾曲操作ノブ１３ａの回転操作）によって屈曲自在に構成されている。この屈曲機構は、一般的な電子スコープに組み込まれている周知の機構であり、湾曲操作ノブ１３ａの回転操作に連動した操作ワイヤの牽引によって湾曲部１４を屈曲させるように構成されている。先端部１２の方向が上記操作による屈曲動作に応じて変わることにより、電子スコープ１００による撮影領域が移動する。

図１に示されるように、電子内視鏡システム１は、プロセッサ２００を有している。プロセッサ２００は、電子スコープ１００からの信号を処理する信号処理装置と、自然光の届かない体腔内を電子スコープ１００を介して照射する光源装置とを一体に備えた装置である。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。

プロセッサ２００には、電子スコープ１００の基端に設けられたコネクタ部１０に対応するコネクタ部２０が設けられている。コネクタ部２０は、コネクタ部１０に対応する連結構造を有し、電子スコープ１００とプロセッサ２００とを電気的にかつ光学的に接続するように構成されている。

図２は、電子内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、電子内視鏡システム１は、所定のケーブルを介してプロセッサ２００に接続されたモニタ３００を有している。なお、図１においては、図面を簡略化するため、モニタ３００を図示省略している。

図２に示されるように、プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２、タイミングコントローラ２０４を有している。システムコントローラ２０２は、電子内視鏡システム１を構成する各要素を制御する。タイミングコントローラ２０４は、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム１内の各種回路に出力する。

ランプ２０８は、ランプ電源イグナイタ２０６による始動後、主に可視光領域から不可視である赤外光領域に広がるスペクトルを持つ光（又は少なくとも可視光領域を含む光）を放射する。ランプ２０８には、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプが適している。ランプ２０８から放射された照射光は、集光レンズ２１０によって集光されつつ絞り２１２を介して適正な光量に制限される。

絞り２１２には、図示省略されたアームやギヤ等の伝達機構を介してモータ２１４が機械的に連結している。モータ２１４は例えばＤＣモータであり、ドライバ２１６のドライブ制御下で駆動する。絞り２１２は、モニタ３００に表示される映像を適正な明るさにするため、モータ２１４によって動作して開度が変化して、ランプ２０８から放射された光の光量を開度に応じて制限する。適正とされる映像の明るさの基準は、術者によるフロントパネル２１８の輝度調節操作に応じて設定変更される。なお、ドライバ２１６を制御して輝度調整を行う調光回路は周知の回路であり、本明細書においては省略することとする。

フロントパネル２１８の構成には種々の形態が想定される。フロントパネル２１８の具体的構成例には、プロセッサ２００のフロント面に実装された機能毎のハードウェアキーや、タッチパネル式ＧＵＩ（Graphical User Interface）、ハードウェアキーとＧＵＩとの組合せ等が想定される。

絞り２１２を通過した照射光は、光学フィルタ２１３によって分光されて、ＬＣＢ（Light Carrying Bundle）１０２の入射端に入射する。光学フィルタ２１３には、ドライバ２１６のドライブ制御下で駆動するモータ２１５が、図示省略されたアームやギヤ等の伝達機構を介して機械的に連結している。モータ２１５は、術者によるフロントパネル２１８の切替操作に応じて光学フィルタ２１３を光路に挿入し又は光路から退避させる。光学フィルタ２１３が光路から退避している期間は、絞り２１２を通過した照射光がＬＣＢ１０２の入射端に直接入射する。なお、モータ２１５には、例えばガルバノモータやサーボモータ等が想定される。

ＬＣＢ１０２の入射端に入射した照射光は、ＬＣＢ１０２内を全反射を繰り返すことによって伝播する。ＬＣＢ１０２内を伝播した照射光は、電子スコープ１００の先端に配されたＬＣＢ１０２の射出端から射出する。ＬＣＢ１０２の射出端から射出した照射光は、配光レンズ１０４を介して被写体を照射する。被写体からの反射光は、対物レンズ１０６を介して固体撮像素子１０８の受光面上の各画素で光学像を結ぶ。

固体撮像素子１０８は、例えば単板式カラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサであり、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に応じた撮像信号に変換する。変換された撮像信号は、プリアンプ１１０による信号増幅後、ドライバ信号処理回路１１２を介して信号処理回路２２０に出力される。なお、別の実施形態では、固体撮像素子１０８は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサであってもよい。

ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４にアクセスして電子スコープ１００の固有情報を読み出す。電子スコープ１００の固有情報には、例えば固体撮像素子１０８の画素数や感度、対応可能なレート、型番等が含まれる。ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４から読み出した固有情報をシステムコントローラ２０２に出力する。

システムコントローラ２０２は、電子スコープ１００の固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２０２は、生成された制御信号を用いて、プロセッサ２００に接続中の電子スコープに適した処理がされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。なお、システムコントローラ２０２は、電子スコープの型番と、この型番の電子スコープに適した制御情報とを対応付けたテーブルを有した構成としてもよい。この場合、システムコントローラ２０２は、対応テーブルの制御情報を参照して、プロセッサ２００に接続中の電子スコープに適した処理がされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。

タイミングコントローラ２０４は、システムコントローラ２０２によるタイミング制御に従って、ドライバ信号処理回路１１２にクロックパルスを供給する。ドライバ信号処理回路１１２は、タイミングコントローラ２０４から供給さるクロックパルスに従って、固体撮像素子１０８をプロセッサ２００側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。

信号処理回路２２０には、ドライバ信号処理回路１１２からの撮像信号が入力する。撮像信号は、クランプ、ニー、γ補正、補間処理、ＡＧＣ（Auto Gain Control）、ＡＤ変換等の処理後、各色信号別にフレーム単位でＲ、Ｇ、Ｂの各色用のフレームメモリ（不図示）にバッファリングされる。バッファリングされた各色信号は、タイミングコントローラ２０４によって制御されたタイミングでフレームメモリから掃き出されて、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る。変換された映像信号がモニタ３００に順次入力することにより、被写体の画像がモニタ３００の表示画面上に表示される。ここで、光学フィルタ２１３を光路に挿入して被写体を照射している期間は、特定の生体構造を強調する（例えば血管を層構造（表層と深層の血管の色が異なる）で分離する）分光画像が生成され、表示される。また、光学フィルタ２１３を光路から退避させて被写体を照射している期間は、通常のカラー画像が生成され、表示される。また、分光画像を生成する場合には、通常のカラー画像を生成する場合と異なる色変換処理が行われる。

図３は、光学フィルタ２１３の分光特性を示す図である。図３の縦軸は、正規化した透過率を示し、横軸は、波長（単位：ｎｍ）を示す。図３に示されるように、光学フィルタ２１３の分光特性は、４２０ｎｍ付近、５５０ｎｍ付近、６５０ｎｍ付近に透過ピークを持つと共に、各透過ピーク間において一定以上の透過率を持つ。

各透過ピーク間における一定以上の透過率は、０もより高くかつ各透過ピークの半値より低い。本実施形態では、特定の生体構造を強調するための特定波長の光以外の透過率を０よりも意図的に高くすることで、光学フィルタ２１３によってカットされる光量を抑制して分光画像の明るさを向上させると同時に、各透過ピーク間における情報についても取得することができ、情報の欠落を防ぐことが可能となる。さらに、かかる透過率を各透過ピークの半値よりも低く設定することで、特定の生体構造に対する検出感度の低下も効果的に抑えている。より好ましくは、各透過ピーク間における透過率の下限を各透過ピーク値の５％以上とし、上限を各透過ピークの１０％以下とすることが望ましい。このような透過率とすることにより、ある程度の明るさを保ちつつ、コントラストの高い画像を得ることができる。

さらに、本実施形態の光学フィルタ２１３においては、各透過ピーク間以外の波長領域の透過率は０となっている。これにより、可視光領域から赤外光領域（例えば３８０ｎｍ〜１０００ｎｍ）の全域に亘って一定以上の透過率を持つ場合に対し、不要な赤成分を排除することができ、よりコントラストの高い画像を得ることが可能となる。すなわち、本実施形態によれば、光学フィルタ２１３を介して被写体を照射することで、明るさおよびコントラストが向上した分光画像を生成してモニタ３００の表示画面に表示させることができるとともに、情報が欠落してしまうことを防ぐことが可能となる。

図４（ａ）は、光学フィルタ２１３を介さずに被写体を照射した場合の観察画像を示し、図４（ｂ）は、光学フィルタ２１３を介して被写体を照射した場合の観察画像を示す。図４（ａ）と図４（ｂ）に示す各画像は、同じ被写体（口腔内）を撮像したものである。光学フィルタ２１３を介さない場合は、図４（ａ）に示されるように、口腔内の粘膜構造が明るめの画像として観察される。特定の生体構造が強調されていないため、全体的にのっぺりとした画像となっている。光学フィルタ２１３を介した場合は、図４（ｂ）に示されるように、特定の生体構造が強調されつつも、口腔内の粘膜構造が当該特定の生体構造と共に一画面でかつ明るめの画像として観察される。透過ピークに対応する４２０ｎｍ付近又は５５０ｎｍ付近は、ヘモグロビンに吸収されやすい帯域であり、５５０ｎｍ付近よりも４２０ｎｍ付近の方がより吸収されやすい帯域である。そのため、ここで観察される特定の生体構造は、口腔内の血管である。また、光学フィルタ２１３を介した場合も、照射光が狭帯域光で無く、ある程度広い波長域の光であるため、情報の欠落を防ぐことができるとともに、波長の深達度に応じた種々の生体構造の観察が可能となり、診断能が向上する。

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。例えば光学フィルタ２１３の分光特性は、図３に示すものに限定されず、観察対象の生体構造に応じて適宜設定される。このような分光特性として、例えば図５に示す光学フィルタ２１３’などが挙げられる。図５の縦軸は、正規化した透過率を示し、横軸は、波長（単位：ｎｍ）を示す。図５に示されるように、光学フィルタ２１３’の分光特性は、４２０ｎｍ付近および５５０ｎｍ付近に透過ピークを持つと共に、各透過ピーク間において一定以上の透過率を持つ。光学フィルタ２１３’の透過各ピーク間における一定以上の透過率は、図３の光学フィルタ２１３と同様に、０もより高くかつ各透過ピークの半値より低く、より好ましくは各透過ピーク値の５％から１０％である。ここで、図３の光学フィルタ２１３では、３つの波長域に透過ピークを有することにより、自然な色味の画像を得ることができるのに対し、図５の光学フィルタ２１３’では、２つの波長域に透過ピークを有することにより、よりコントラストの高い画像を得ることができる。

１ 電子内視鏡システム
１００ 電子スコープ
２００ プロセッサ
２１３ 光学フィルタ
２２０ 信号処理回路

Claims (4)

1. 可視光領域を含む光を放射する光源と、
   可視光領域を含む連続的な波長域中の複数の特定波長の各々に透過ピークを有する光学フィルタと、
   前記光学フィルタを介した照射光によって照射された被写体からの反射光を受光するカラーの固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子が出力する撮像信号を処理してモニタ表示可能なカラー画像を生成する画像生成手段と、
   を有し、
   前記複数の特定波長は、
   ４２０ｎｍ付近、５５０ｎｍ付近及び６５０ｎｍ付近であり、
   前記光学フィルタは、
   各前記特定波長の透過ピーク間の波長域において、一定の透過率であって、０よりも高くかつ該透過ピークの半値よりも低い透過率を有し、
   前記各特定波長の透過ピーク間の波長域の透過率が、該各特定波長の透過ピーク間以外の波長域の透過率よりも高い、
   電子内視鏡システム。
2. 前記光学フィルタは、
   各前記特定波長の透過ピーク間の波長域において、一定の透過率であって、前記透過ピークの５％〜１０％の範囲に収まる透過率を有する、
   請求項１に記載の電子内視鏡システム。
3. 前記光源の照射光路に対して前記光学フィルタを挿入し又は退避させる光学フィルタ切替手段と、
   ユーザによる入力操作を受け付ける操作手段と、
   を更に有し、
   前記光学フィルタ切替手段は、
   前記操作手段が受け付けた入力操作に従って前記光学フィルタを前記照射光路に挿入し、又は該照射光路から退避させる、
   請求項１または請求項２に記載の電子内視鏡システム。
4. 可視光領域を含む光を放射する光源と、
   可視光領域を含む連続的な波長域中の複数の特定波長の各々に透過ピークを有する光学フィルタと、
   を有し、
   前記複数の特定波長は、
   ４２０ｎｍ付近、５５０ｎｍ付近及び６５０ｎｍ付近であり、
   前記光学フィルタは、
   各前記特定波長の透過ピーク間の波長域において、一定の透過率であって、０よりも高くかつ該透過ピークの半値よりも低い透過率を有し、
   前記各特定波長の透過ピーク間の波長域の透過率が、該各特定波長の透過ピーク間以外の波長域の透過率よりも高い、
   内視鏡用光源装置。