JP2761238B2

JP2761238B2 - 内視鏡装置

Info

Publication number: JP2761238B2
Application number: JP1101078A
Authority: JP
Inventors: 一成中村
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-04-20
Filing date: 1989-04-20
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JPH02279131A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、生体における色素濃度や色素の分光特性の
変化を観察するのに適した内視鏡装置に関する。

［従来の技術］近年、体腔内に細長の挿入部を挿入することにより、
体腔内臓器等を観察したり、必要に応じ処置具チャンネ
ル内に挿通した処置具を用いて各種治療処置のできる内
視鏡が広く利用されている。

また、電荷結像素子（CCD）等の固体撮像素子を撮像
手段に用いた電子内視鏡も種々提案されている。

ところで、生体情報の有効なものに、特開昭61−2576
92号公報や特開昭63−311937号公報に開示されているよ
うに、血液中のヘモグロビン量（Hb）やヘモグロビンの
酸素飽和度（SO₂）がある。

［発明が解決しようとする課題］前記従来例においては、前記ヘモグロビン量に対応す
る血流量の分布を示す像やヘモグロビンの酸素飽和度の
分布を示す像を、各々別途に表示していたため、これら
の画像は、医師が病変部の形態及び色調から診断を下し
ていた画像と全く異なる画像であるため、原画像との対
応が困難となり、診断に際し、多くの時間を必要とする
という問題点がある。また、前記ヘモグロビン量やヘモ
グロビン酸素飽和度等の複数の情報を対応づけることも
困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被
検体における分光特性に関連する複数の情報を同時に観
察可能にして、総合的な診断能をより向上させることが
できる内視鏡装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］本発明による内視鏡装置は、被写体の複数の機能情報
を取得可能な複数の特定波長帯域で被写体を撮像する撮
像手段と、前記撮像手段から出力される複数の波長帯域
の撮像信号に基づき、前記被写体における第１の機能情
報に対応する第１の機能情報信号および第２の機能情報
に対応する第２の機能情報信号を演算すると共に、該演
算結果として得られた前記第１の機能情報信号を色差平
面上における第１の変数を表す信号として出力し、前記
第２の機能情報信号を色差平面上における第２の変数を
表す信号として出力する演算手段と、前記第１の変数を
表す信号として出力された前記第１の機能情報信号およ
び前記第２の変数を表す信号として出力された第２の機
能情報信号に基づき、前記撮像手段で撮像した前記被写
体の疑似カラー画像を表示する表示手段とを備えたこと
を特徴とする。

［作用］本発明では、被検体の画像情報から、被検体における
分光特性に関連する複数の情報が得られ、この複数の情
報は、互いに目視的に分離可能で且つ同時に表示可能な
複数の画像信号に割り当てられ、この複数の画像信号が
表示される。

［実施例］以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図ないし第10図は本発明の第１実施例に係り、第
１図は本実施例の主要部である信号処理回路を示すブロ
ック図、第２図は生体情報の画像信号への割当てを示す
説明図、第３図は内視鏡装置の概略の構成を示すブロッ
ク図、第４図はバンドパスフィルタターレットを示す説
明図、第５図は内視鏡装置の全体を示す側面図、第６図
及び第７図はヘモグロビンの酸素飽和度の変化による血
液の吸光度の変化を示す説明図、第８図は回転フィルタ
の各フィルタ透過波長領域を示す説明図、第９図及び第
10図はバンドパスフィルタターレットの各フィルタの透
過波長領域を示す説明図である。

本実施例の内視鏡装置は、第５図に示すように、電子
内視鏡１を備えている。この電子内視鏡１は、細長で例
えば可撓性の挿入部２を有し、この挿入部２の後端に太
径の操作部３が連設されている。前記操作部３の後端部
からは側方に可撓性のケーブル４が延設され、このケー
ブル４の先端部にコネクタ５が設けられている。前記電
子内視鏡１は、前記コネクタ５を介して、光源装置及び
信号処理回路が内蔵されたビデオプロセッサ６に接続さ
れるようになっている。さらに、前記ビデオプロセッサ
６には、モニタ７が接続されるようになっている。

前記挿入部２の先端側には、硬性の先端部９及びこの
先端部９に隣接する後方側に湾曲可能な湾曲部10が順次
設けられている。また、前記操作部３に設けられた湾曲
操作ノブ11を回動操作することによって、前記湾曲部10
を左右方向あるいは上下方向に湾曲できるようになって
いる。また、前記操作部３には、前記挿入部２内に設け
られた処置具チャンネルに連通する挿入口12が設けられ
ている。

第３図に示すように、電子内視鏡１の挿入部２内に
は、照明光を伝達するライトガイド14が挿通されてい
る。このライトガイド14の先端面は、挿入部２の先端部
９に配置され、この先端部９から照明光を出射できるよ
うになっている。また、前記ライトガイド14の入射端側
は、ユニバーサルコード４内に挿通されてコネクタ５に
接続されている。また、前記先端部９には、対物レンズ
系15が設けられ、この対物レンズ系15の結像位置に、固
体撮像素子16が配設されている。この固体撮像素子16
は、可視領域を含め紫外領域から赤外領域に至る広い波
長域で感度を有している。前記固体撮像素子16には、信
号線26,27が接続され、これら信号線26,27は、前記挿入
部２及びユニバーサルコード４内に挿通されて前記コネ
クタ５に接続されている。

一方、ビデオプロセッサ６内には、紫外光から赤外光
に至る広帯域の光を発光するランプ21が設けられてい
る。このランプ21としては、一般的なキセノンランプや
ストロボランプ等を用いることができる。前記キセノン
ランプやストロボランプは、可視光のみならず紫外光及
び赤外光を大量に発光する。このランプ21は、電源部22
によって電力が供給されるようになっている。前記ラン
プ21の前方には、モータ23によって回転駆動される回転
フィルタ50が配設されている。この回転フィルタ50に
は、通常観察用の赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各波
長領域の光を透過するフィルタが、周方向に沿って配列
されている、この回転フィルタ50の各フィルタの透過特
性を第８図に示す。この図に示すように、本実施例で
は、Ｂを透過するフィルタは、赤外帯域における800nm
近傍の波長領域Ｂ′も透過する特性を有するものになっ
ている。

また、前記モータ23は、モータドライバ25によって回
転が制御されて駆動されるようになっている。

また、前記回転フィルタ50とライトガイド14入射端と
の間の照明光路上には、バンドパスフィルタターレット
51が配設されている。このバンドパスフィルタターレッ
ト51には、第４図に示すように、それぞれ異なるバンド
パス特性を有する２種類のフィルタ51a,51bが、周方向
に沿って配列されている。各フィルタ51a,51bの透過特
性を、第９図及び第10図に示す。

すなわち、フィルタ51aは、第９図に示すように、569
nmを中心とする狭帯域と、650nmを中心とする狭帯域
と、800nmを中心とする狭帯域とを透過する。フィルタ5
1bは、第10図に示すように、約400〜750nmの可視帯域を
透過する。

前記バンドパスフィルタターレット51は、フィルタ切
換装置55によって回転が制御されるモータ52によって回
転されるようになっている。また、前記フィルタ切換装
置55は、切換え回路43からの制御信号によって制御され
るようになっている。そして、前記切換え回路43によっ
て、観察波長を選択することにより、前記バンドパスフ
ィルタターレット51の各フィルタ51a,51bのうち、前記
切換え回路43で選択した観察波長に対応するフィルタが
照明光路上に介装されるようにモータ52が回転され、前
記バンドパスフィルタターレット51の回転方向の位置が
変更されるようになっている。

前記回転フィルタ50を透過し、R,G,Bの各波長領域の
光に時系列的に分離された光は、更に、前記バンドパス
フィルタターレット51の選択されたフィルタを透過し、
前記ライドガイド14の入射端に入射され、このライトガ
イド14を介して先端部９に導かれ、この先端部９から出
射されて、観察部位を照明するようになっている。

この照明光による観察部位からの戻り光は、対物レン
ズ系15によって、固体撮像素子16上に結像され、光電変
換されるようになっている。この固体撮像素子16には、
前記信号線126を介して、前記ビデオプロセッサ６内の
ドライバ回路31からの駆動パルスが印加され、この駆動
パルスによって読み出，、転送が行われるようになって
いる。この固体撮像素子16から読み出された映像信号
は、前記信号線27を介して、前記ビデオプロセッサ６内
または電子内視鏡１内に設けられたプリアンプ32に入力
されるようになっている。このプリアンプ32で増幅され
た映像信号は、プロセス回路33に入力され、γ補正及び
ホワイトバランス等の信号処理を施され、A/Dコンバー
タ34によって、デジタル信号に変換されるようになって
いる。このデジタルの映像信号は、セレクト回路35によ
って、例えば赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色に対
応する３つのメモリ（１）36a,メモリ（２）36b,メモリ
（３）36cに選択的に記憶されるようになっている。前
記メモリ（１）36a,メモリ（２）36b,メモリ（３）36c
は、同時に読み出され、D/Aコンバータ37によって、ア
ナログ信号に変換され、R,G,B色信号として出力される
と共に、エンコーダ38に入力され、このエンコーダ38か
らNTSCコンポジット信号として出力されるようになって
いる。

そして、前記R,G,B色信号はまた、NTSCコンポジット
信号が、カラーモニタ７に入力され、このカラーモニタ
７によって、観察部位がカラー表示されるようになって
いる。

また、前記ビデオプロセッサ６内には、システム全体
のタイミングを作るタイミングジェネレータ42が設けら
れ、このタイミングジェネレータ42によって、モータド
ライバ25,ドライバ回路31,セレクト回路35等の各回路間
の同期が取られている。

本実施例では、切換え回路43にて、フィルタ切換装置
55を制御し、バンドパスフィルタターレット51の各フィ
ルタ51a,51bのうちの一方を選択的に照明光路中に介装
すると、この選択されたフィルタによって、前記回転フ
ィルタ50を透過した光の波長領域が更に制限される。

フィルタ51aを選択すると、回転フィルタ50のＲ透過
フィルタが照明光路に介装されるタイミングで650nmを
中心とする狭帯域が透過し、Ｇ透過フィルタが照明光路
に介装されるタイミングで569nmを中心とする狭帯域が
透過し、Ｂ透過フィルタが照明光路に介装されるタイミ
ングで800nmを中心とする狭帯域が透過する。この３つ
の狭帯域の光は、それぞれ、R,Gのタイミングで被写体
に照射され、この照明光による被写体像が、固体撮像素
子16によって撮像される。そして、前記２つの波長域の
画像が、それぞれR,Gの画像として出力される。

ところで、第６図に、ヘモグロビンの酸素飽和度（SO
₂とも記す。）の変化による血液の吸光度（散乱反射ス
ペクトル）の変化を示しているが、この図に示すよう
に、569nmは、SO₂の変化によって血液の吸光度がほとん
ど変化しない波長である。また、第７図に、SO₂の変化
による血液の吸光度の変化を示すために、オキシ（酸
化）ヘモグロビンとデオキシ（還元）ヘモグロビンの分
光特性を示しているが、この図に示すように、800nm近
傍は、SO₂の変化によって血液の吸光度がほとんど変化
しない領域であり、また、前記569nmに比べて吸光度の
小さい領域である。また、650nm近傍は、SO₂の変化によ
って血液の吸光度が変化する領域である。従って、569n
mと800nmの２つの波長領域の画像によってヘモグロビン
量の分布を観察することができ、650nmと800nmの２つの
波長領域による画像によって、SO₂の変化を観察するこ
とができる。

また、フィルタ51bを選択すると、回転フィルタ50の
Ｂ透過フィルタの透過波長領域が、可視光のみに制限さ
れ、通常のR,G,Bの面順次光が被写体に照射され、この
照明光による被写体像が、固体撮像素子16によって撮像
される。従って、可視帯域における通常のカラー画像が
観察可能となる。

本実施例では、第３図に示すような内視鏡装置から出
力される生体粘膜面における色素であるヘモグロビンの
量及び酸素飽和度の情報を得るのに必要な３種の異なっ
た波長領域の画像信号が、更に、第１図に示す信号処理
回路に入力されるようになっている。この信号処理回路
は、入力される３種の画像信号をクランプするクランプ
回路101,102,103を備え、このクランプ回路101〜103に
より一定値にクランプされた信号は、それぞれ、γ′補
正回路104,105,106に入力されるようになっている。こ
のγ′補正回路104〜106は、内視鏡装置においてテレビ
画面等に表示するためにγ補正された画像データを、映
像信号レベルと映像の明るさとが直線関係となるような
γ補正（このようなγ補正を本実施例ではγ′補正と呼
ぶ。）するものである。前記γ′補正回路104〜106の出
力は、それぞれ、A/Dコンバータ107,108,109にて、アナ
ログ画像データからデジタル画像データに変換され、演
算処理部110に入力されるようになっている。この演算
処理部110は、３種の異なった波長領域の画像データか
ら、遠近または影による明暗を示す画像データ（Ｖ）
と、ヘモグロビンの分布を示す画像データ（Hb）と、ヘ
モグロビン酸素飽和度を示す画像データ（SO₂）とを演
算処理するようになっている。この演算処理部110の３
つの出力画像データは、それぞれ、D/Aコンバータ111,1
12,113にてアナログ画像データに変換され、マトリクス
回路114に入力されるようになっている。このマトリク
ス回路114は、明暗情報Ｖとヘモグロビン分布情報Hbと
ヘモグロビン酸素飽和度情報SO₂の各信号レベルを、テ
レビ画面に出力時に、輝度情報及び２つの直交する色を
示すベクトル、一般的にはＲ−Y,B−Ｙの平面になるよ
うに分配するようになっている。前記マトリクス回路11
4の３つの出力は、それぞれ、γ補正回路115,116,117に
て、テレビ画面に表示するためにγ補正され、バッファ
回路118,119,120を介して、R,G,B信号として出力される
ようになっている。

次に、本実施例の作用について説明する。

３種の異なった波長領域の画像信号は、クランプ回路
101〜103によりクランプされ、γ′補正回路104〜106に
てγ′補正され、A/Dコンバータ107〜109にてデジタル
画像データに変換され、演算処理部110に入力される。
そして、この演算処理部110にて、３種の異なった波長
領域の画像データから、明暗情報V,ヘモグロビン分布情
報Hb及びヘモグロビン酸素飽和度情報SO₂が、演算処理
によって得られる。すなわち、569nmと800nmの２つの波
長領域の画像の差によってヘモグロビン量分布情報Hbが
得られ、650nmと800nmの２つの波長領域による画像の差
によってヘモグロビン酸素飽和度情報SO₂が得られ、例
えば569nmと800nmの２つの波長領域の画像の和によって
明暗情報Ｖが得られる。この演算処理部110の３つの出
力画像データV,Hb,SO₂は、D/Aコンバータ111〜113にて
アナログ画像データに変換され、マトリクス回路114に
入力され、前記明暗情報Ｖとヘモグロビン分布情報Hbと
ヘモグロビン酸素飽和度情報SO₂の各信号レベルを、輝
度情報及び２つの直交する色を示すベクトルＲ−Y,B−
Ｙに分配する。そして、このマトリクス回路114の出力
が、γ補正回路115〜117にてγ補正され、バッファ回路
118〜120を介して、R,G,B信号として出力される。

ここで、前記マトリクス回路114において、第２図に
示すように、Ｒ−Ｙ軸にヘモグロビン分布情報Hbを、Ｂ
−Ｙ軸にヘモグロビン酸素飽和度情報SO₂を割り当てる
と、遠近または影は、輝度信号Ｙとして映像化されるた
め、目視上違和感を与えない映像となり、また、この映
像では、ヘモグロビン量及びヘモグロビン酸素飽和度の
変化の組み合わせにより、色相が次のように変化する。

正常または一般的なヘモグロビン量及びヘモグロビン
酸素飽和度のレベルをＲ−Y,B−Ｙ各々が原点、すなわ
ち無彩色に設定すると、酸素飽和度が変化せずヘモグロ
ビンが多い粘膜の部位は、ＲまたはMg（マゼンタ）方向
に色調が変化するので、赤く表現され、ヘモグロビンが
少ない部位は、G,Cy（シアン）方向に色調が変化するの
で、青緑に表現される。

また、ヘモグロビン量が多く且つヘモグロビン酸素飽
和度も大きい部位は彩度の高いオレンジとなり、ヘモグ
ロビン量が設定値で且つヘモグロビン酸素飽和度が大き
い部位はYe（黄）となる。

このように本実施例によれば、生体の情報として非常
に重要であるヘモグロビン量の分布及びヘモグロビン酸
素飽和度の変化が、色の変化として同時に且つ互いに識
別可能に把握可能となると共に、同時に明暗の情報も付
加されているため、病変部の形態診断も併せて行うこと
ができる。従って、医師の今までの医学知識を応用可能
となると共に、従来、微少なヘモグロビン量及びヘモグ
ロビン酸素飽和度の変化により生じていた微少な色差の
目視上の確認が容易になり、総合的な診断能が向上する
という効果がある。

尚、本実施例において、マトリクス回路による変換を
行わず、３種の映像信号をそのままR,G,Bに割り当てて
も良い。

第11図及び第12図は本発明の第２実施例に係り、第11
図は本実施例の主要部である信号処理回路を示すブロッ
ク図、第12図は生体情報の画像信号への割当てを示す説
明図である。

本実施例では、第１実施例における演算処理部110の
代りに、３種の異なった波長領域の画像データから明暗
情報V,ヘモグロビン分布情報及びヘモグロビン酸素飽和
度情報を演算処理する演算処理回路121と、この演算処
理回路121の出力を座標変換する座標変換回路122とを設
けている。その他の構成は、第１実施例と同様である。

本実施例では、演算処理回路121において算出される
ヘモグロビン量は、第12図に示すＲ−Y,B−Ｙ平面にお
けるベクトルの大きさであるＥとして算出され、ヘモグ
ロビン酸素飽和度は、そのベクトルの角度であるθで表
される値として算出される。

この算出されたθ及びＥは、座標変換回路122にて極
座標系から直交座標系のＲ−Y,B−Ｙ座標系に座標変換
される。尚、前記座標変換回路122では、演算処理回路1
21で算出される明暗情報Ｖは、第１実施例と同様に、輝
度信号Ｙに割り当てられる。前記座標変換回路122の３
つの出力画像データは、第１実施例と同様に、それぞ
れ、D/Aコンバータ111〜113にアナログ画像データに変
換され、マトリクス回路114にてR,G,B信号に適する配分
比に分配された後、γ補正回路115〜117にてγ補正さ
れ、バッファ回路118〜120を介して、R,G,B信号として
出力される。

本実施例では、テレビモニタ上に表現されるヘモグロ
ビン量及びヘモグロビン酸素飽和度の変化は、第12図に
示すように、ヘモグロビン量は彩度の変化として、ヘモ
グロビン酸素飽和度は色相の変化として表現される。

このように本実施例によれば、ヘモグロビン量とヘモ
グロビン酸素飽和度の変化を同時に観察できると共に、
２種の映像信号データを目視上分離可能となる。すなわ
ち、色の三属性の色相，彩度，明度のうち、色相と彩度
にそれぞれヘモグロビン酸素飽和度とヘモグロビン量と
を割り当てることにより、ヘモグロビン量の多いすなわ
ち血液の多い部位は赤の彩度が高くなり、ヘモグロビン
量の少ない部位は赤の彩度が低くなる。一方、ヘモグロ
ビン酸素飽和度の変化は、従来の内視鏡では観察困難で
あったが、本実施例によれば、算出したSO₂の変化を広
範囲な色相領域にて表現することで、診断能の向上とい
う効果がある。

尚、色相の変化領域は、360゜とはせずに、ある一定
の範囲に限定することで、ヘモグロビン酸素飽和度の最
大と最小の分離が容易となる。また、色相，彩度，明度
の各々への生体情報の割当は、本実施例の例に限らず、
例えば、明度にヘモグロビン量に割り当てても良い。

尚、本発明は、上記各実施例に限定されず、例えば、
生体情報としてヘモグロビン量とヘモグロビン酸素飽和
度のみてはなく、メチレンブルー，インドシアニングリ
ーン等の色素との組み合わせにおける生体の分光特性の
変化を表示しても良い。

また、ヘモグロビン量やヘモグロビン酸素飽和度の情
報を得るための波長領域は、実施例に示したものに限ら
ず、種々選択可能である。

また、内視鏡観察部位を透過照明により観察しても良
い。この場合は、生体の外から照明しても良いし、生体
内に光を導き、組織のみを透過照明しても良い。

また、本発明は、挿入部の先端部に固体撮像素子を有
する電子内視鏡に限らず、ファイバスコープ等の肉眼観
察が可能な内視鏡の接眼部に、あるいは接眼部と交換し
て、CCD等の固体撮像素子を有する外付けテレビカメラ
を接続して使用する内視鏡装置にも適用することができ
る。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、被検体における
分光特性に関連する複数の情報を、互いに目視的に分離
可能で且つ同時に表示可能な複数の画像信号に割り当て
たので、被検体の複数の情報を同時に観察可能になり、
総合的な診断能がより向上されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第10図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は本実施例の主要部である信号処理回路を示すブロッ
ク図、第２図は生体情報の画像信号への割当てを示す説
明図、第３図は内視鏡装置の概略の構成を示すブロック
図、第４図はバンドパスフィルタターレットを示す説明
図、第５図は内視鏡装置の全体を示す側面図、第６図及
び第７図はヘモグロビンの酸素飽和度の変化による血液
の吸光度の変化を示す説明図、第８図は回転フィルタの
各フィルタの透過波長領域を示す説明図、第９図及び第
10図はバンドパスフィルタターレットの各フィルタの透
過波長領域を示す説明図、第11図及び第12図は本発明の
第２実施例に係り、第11図は本実施例の主要部である信
号処理回路を示すブロック図、第12図は生体情報の画像
信号への割当てを示す説明図である。１……電子内視鏡、50……回転フィルタ 51……バンドパスフィルタターレット 110……演算処理部 114……マトリクス回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体の複数の機能情報を取得可能な複数
の特定波長帯域で被写体を撮像する撮像手段と、前記撮像手段から出力される複数の波長帯域の撮像信号
に基づき、前記被写体における第１の機能情報に対応す
る第１の機能情報信号および第２の機能情報に対応する
第２の機能情報信号を演算すると共に、該演算結果とし
て得られた前記第１の機能情報信号を色差平面上におけ
る第１の変数を表す信号として出力し、前記第２の機能
情報信号を色差平面上における第２の変数を表す信号と
して出力する演算手段と、前記第１の変数を表す信号として出力された前記第１の
機能情報信号および前記第２の変数を表す信号として出
力された第２の機能情報信号に基づき、前記撮像手段で
撮像した前記被写体の疑似カラー画像を表示する表示手
段と、を備えたことを特徴とする内視鏡装置。