JP2954596B2

JP2954596B2 - 内視鏡装置

Info

Publication number: JP2954596B2
Application number: JP1030643A
Authority: JP
Inventors: 一成中村; 正秀菅野
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1989-02-08
Publication date: 1999-09-27
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: JPH01308531A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、例えば血液中のヘモグロビンの量や酸素飽
和度等の変化を表す画像と、通常画像とを選択して観察
できるよう改良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、必要に応じて処置具チャン
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、電化結合素子（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、血液中のヘモグロビンの量や酸素飽和度の
分布を知ることが、病変の早期発見等に役立つことが知
られている。血液中のヘモグロビンの量や酸素飽和度を
求める方法としては、血液中のヘモグロビンに関連のあ
る複数の特定の波長領域の画像から求める方法がある。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、これらの方法を用いた従来の装置で
は、例えば血液中のヘモグロビンの量或いは酸素飽和度
等の変化を表す画像と可視領域の通常画像とを観察する
場合、異なる光の透過特性を有する複数のフィルタ群を
一枚の回転フィルタ上に同一半径上に配置すると各フィ
ルタ照明光の照射期間が短くなり、その結果、照明光量
が低下してしまうという問題点があった。また、前記異
なる光の透過特性を有する複数のフィルタ群をそれぞれ
異なる回転フィルタとして照明光路上に配置可能とした
場合でも、複数枚の回転フィルタを必要とするため装置
が大型になるという欠点があった。

本発明は、これらの事情に鑑みてなされたものであっ
て、照明光量を低下させることなく、また、装置を大型
化することなく、例えば血液中のヘモグロビンの量或い
は酸素飽和度等の変化を表す画像と可視領域の通常画像
とを選択して観察できるようにした内視鏡装置を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］前記目的を達成するために、本発明による内視鏡装置
は、光源ランプから発生された照明光に基づき異なる波
長域の照明光を順次照射する内視鏡装置において、円盤
状に形成され、周方向に回転される回転フィルタと、第
１の画像用の異なる波長域の光が透過可能な複数のフィ
ルタが前記回転フィルタの同一半径上に形成された第１
のフィルタ群と、この第１のフィルタ群の内側に設けら
れ、第２の画像用の異なる波長域の光が透過可能な複数
のフィルタが前記回転フィルタの同一半径上に形成され
た、前記第１のフィルタ群とは異なる光の透過特性を有
する第２のフィルタ群と、前記回転フィルタを移動さ
せ、少なくとも前記第１のフィルタ群または第２のフィ
ルタ群を前記照明光の光路上に位置可能とするフィルタ
群切換手段と、このフィルタ群切換手段に対応して、前
記第１の画像用の異なる波長域の光による第１の画像ま
たは前記第２の画像用の異なる波長域の光による第２の
画像を表示する画像表示手段と、具備したことを特徴と
する。

［作用］フィルタ群切換手段によって、回転フィルタを移動さ
せ、この回転フィルタに同一半径上に形成された第１の
フィルタ群、またはこの第１のフィルタ群の内側に回転
フィルタの同一半径上に形成され前記第１のフィルタ群
とは異なる光の透過特性を有する第２のフィルタ群を照
明光の光路上に選択的に位置させ、第１のフィルタ群の
各波長域による照明光と、第２のフィルタ群の各波長域
による照明光とを任意に切り換えて照射する。そして、
切り換えられたフィルタ群に対応した画像、例えば血液
中のヘモグロビンの量や酸素飽和度等の変化を表す画像
と、通常画像とを選択して観察することができる。

［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図は内視鏡装置の構成を示すブロック図、第２図は回
転フィルタを示す説明図、第３図は内視鏡装置の全体を
示す側面図、第４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５図は回転
フィルタの特殊画像用の各フィルタの透過波長域を示す
説明図、第６図は回転フィルタの特殊画像用の各フィル
タの透過波長域の他の例を示す説明図、第７図は回転フ
ィルタの通常観察用の各フィルタの分光透過特性を示す
説明図、第８図は回転フィルタの特殊画像用の各フィル
タの分光透過特性を示す説明図、第９図はヘモグロビン
の量や酸素飽和度を求めるための処理回路を示すブロッ
ク図、第10図はヘモグロビンの量や酸素飽和度を求める
ための処理回路の他の例を示すブロック図である。

本実施例の内視鏡装置は、第３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１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は、
第２図に示すように、同心状に区分された３つの部分を
有している。最外周部には、通常観察用の赤（Ｒ），緑
（Ｇ），青（Ｂ）の波長領域の光を透過するフィルタ51
a,51b,51cが、周方向に沿って同一半径上に配列され、
中央部には、特殊画像用の波長λ11,λ12,λ13を中心と
する狭帯域の光を透過するフィルタ52a,52b,52cが、周
方向に沿って同一半径上に配列され、また、最内周部に
は、特殊画像用の波長λ21,λ22,λ23を中心とする狭帯
域の光を透過するフィルタ53a,53b,53cが、周方向に沿
って同一半径上に配列されている。

尚、前記フィルタ51a,51b,51cの透過特性は、第７図
に示す。一方、前記波長λ11,λ12,λ13及び、波長λ2
1,λ22,λ23は、第５図に示すように設定されている。
すなわち、λ11,λ12,λ13等の特殊画像用の１組の波長
群は、第５図に示すように、ヘモグロビンの酸素飽和度
（SO₂とも記す。）の変化により血液の吸光度の変化す
る波長、例えばλ12と、その波長の近傍であって、SO₂
の変化による血液の吸光度の変化の少ない波長、例えば
λ11,λ13の組み合わせになっている。

尚、第５図では、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吸光特性を示している。

また、500〜600nm付近におけるSO₂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、第４図に示
す。この帯域における特殊画像用の波長群としては、第
４図に示すように、例えば、569nm,577nm,586nmの組が
選択される。

第５図に示すように、300〜1000nmのにおいては、特
殊画像用の波長群としては、300〜400nmにおける前記λ
11,λ12,λ13、400nm付近における前記λ21,λ22,λ23
の他にも、400〜500nmにおけるλ31,λ32,λ33、500〜6
00nmにおけるλ41,λ42,λ43、450〜850nmにおけるλ5
1,λ52,λ53等も設定可能であり、前記回転フィルタ50
の中央部及び最内周部の領域のフィルタ52a,52b,52c及
び53a,53b,53cの透過波長としては、前記λ11,λ12,λ1
3及びλ21,λ22,λ23に限らず、例えば、前述の５つの
波長群のうちの任意の波長群を選択することができる。

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。

本実施例では、切換え回路43からの制御信号によって
制御されるフィルタ切換装置55が設けられている。この
フィルタ切換装置55は、ランプ21とライトガイド14入射
端との間の照明光路の光軸に対する前記回転フィルタ50
及びモータ23の位置を変化させることによって、前記回
転フィルタ50の最外周部と中央部と最内周部のいずれか
の部分を、選択的に、前記照明光路に介装するようにな
っている。

前記回転フィルタ50を透過し、選択された波長群内の
各波長領域の光に時系列的に分離された光は、前記ライ
トガイド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26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し，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色信号または、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、回転フィルタ50の最外周部を、照明光路中
に介装すると、前記ランプ21から出射された光は、前記
回転フィルタ50のR,G,Bを透過するフィルタ51a,51b,51c
を順次透過して、R,G,Bの各波長領域の光に時系列的に
分割される。そして、このR,G,Bの光が、ライトガイド1
4を介して、先端部９に伝達され、被写体に照射され
る。この可視帯域におけるR,G,Bの面順次照明光による
被写体からの戻り光は、対物レンズ系15によって固体撮
像素子16上に結像され、この固体撮像素子16によって被
写体像が撮像される。従って、モニタ７には、通常の可
視画像がカラー表示される。

一方、前記切換え回路43にて、フィルタ切換装置55を
制御し、回転フィルタ50の中央部または最内周部を、照
明光路中に介装すると、前記ランプ21から出射された光
は、前記回転フィルタ50の波長群（λ11,λ12,λ13）ま
たは（λ21,λ22,λ23）を透過するフィルタ52a,52b,52
cまたは53a,53b,53cを順次透過して、前記波長群内の各
波長領域の光に時系列的に分割される。そして、この光
が、ライトガイド14を介して、先端部９に伝達され、被
写体に照射される。この照明光による被写体からの戻り
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、この固体撮像素子１によって被写体像が撮像され
る。したがって、モニタ７には、波長群（λ11,λ12,λ
13）または（λ21,λ22,λ23）による画像が疑似カラー
表示される。この画像によって、SO₂やヘモグロビン量
の変化を観察することができる。

尚、メモリ36a,36b,36cのうちの一つまたは二つを選
択的に読み出すことにより、前記波長群のうちの一つま
たは二つの波長域による画像を得ることも可能である。

また、特殊画像を選択したときには、前記ビデオプロ
セッサ６からのR,G,B信号を、第９図に示すような信号
処理回路60にて処理することにより、SO₂や、ヘモグロ
ビン量を示す画像を得ることが可能である。

選択された波長群内の各波長をλ1,λ2,λ３として、
前記信号処理回路60について説明する。尚、前記波長λ
1,λ３は、SO₂によって吸光度がまったく変らない波
長、波長λ２は、SO₂によって吸光度が大きく変化する
波長である。

前記信号処理回路60は、３入力１出力の３つのセレク
タ61a,61b,61cを有し、各セレクタの各入力端には、選
択された波長群内の各波長に対応する画像信号が、それ
ぞれ印加されるようになっている。また、前記各セレク
タは、互いに異なる波長に対応する画像信号を選択して
出力するようになっている。例えば、セレクタ61aは波
長λ１に対応する画像信号を、セレクタ61bは波長λ２
に対応する画像信号を、セレクタ61cは波長λ３に対応
する画像信号を、それぞれ出力するようになっている。
前記各セレクタの出力は、それぞれ、逆γ補正回路62a,
62b,62cに入力され、前記ビデオプロセッサ６で既にγ
補正が行われていることから、これを元に戻すために逆
γ補正が行われる。前記逆γ補正回路の出力は、それぞ
れ、レベル調整回路63a,63b,63cに入力される。このレ
ベル調整回路は、レベル調整制御信号発生回路64からの
レベル調整制御信号によってレベルが調整され、３つの
レベル調整回路63a,63b,63cによって、全体のレベル調
整が行われる。更に、例えば第５図のような酸素飽和度
の変化による血液の吸光度の変化を示す図の縦軸がlog
軸であることから、前記レベル調整回路の出力は、それ
ぞれ、logアンプ65a,65b,65cによって、対数変換され
る。

３つのlogアンプのうちの２つのlogアンプ65a,65bの
出力は、差動アンプ66aに入力され、波長λ１に対応す
る画像信号と波長λ２に対応する画像信号との差が演算
されるようになっている。また、同様に、２つlogアン
プ65b,65cの出力は、差動アンプ66bに入力され、波長λ
２に対応する画像信号と波長λ３に対応する画像信号と
の差が演算されるようになっている。このように、２つ
の波長に対応する画像信号の差から、被検体に酸素がど
れだけ溶け込んでいるか、すなわち、酸素飽和度を知る
ことができる。また、酸素が多く溶け込んでいるという
ことは、つまり、酸素を多く消費しているということで
あり、これによって、血流がどれ位かが分かる。

前記差動アンプ66a,66bの出力は、酸素飽和度SO₂を求
めるために用いられ、除算器67に入力され、この除算器
67で所定の演算を行うことにより、前記SO₂が求められ
る。また、前記差動アンプ66bの出力は、血流量，ヘモ
グロビン量を求めるために用いられる。前記除算器67の
出力及び差動アンプ66bの出力は、２入力のセレクタ68
に入力され、このセレクタ68から、SO₂を示す信号と血
流量，ヘモグロビン量を示す信号の一方が選択的に出力
されるようになっている。

前記セレクタ68の出力信号は、計測に使用する場合に
は、そのまま取り出され、一方、表示させる場合には、
γ補正回路69によって、再度γ補正を行い、モニタに出
力される。

第10図に示す信号処理回路70は、第９図に示す信号処
理回路60が計算をハード的に行うものであるのに対し、
ソフト的に（つまり、マイコンで）処理を行うものであ
る。すなわち、前記信号処理回路70は、選択された波長
群内の各波長に対応する画像データをそれぞれ記憶する
３つのメモリ71a,71b,71cを有し、この各メモリに記憶
されたデータは、マイクロプロセッサ72に入力され、こ
のマイクロプロセッサ72によって、SO₂や、血流量，ヘ
モグロビン量を求めるための所定の計算が行われる。

尚、血流量の観察，測定を行う場合には、第６図にお
いて、a,b,c,dで示す各波長領域のうちのａとｂ、ｂと
ｃ、またはｂとｄの波長領域の組み合わせを使用するよ
うにしても良い。

このように、本実施例では、照明光路の光軸に対する
回転フィルタ50及びモータ23の位置を変化させることに
よって、照明光を時系列的に分離する波長の組み合わせ
を、（R,G,B）、（λ11,λ12,λ13）、（λ21,λ22,λ2
3）の３つの波長群から選択することができる。従っ
て、観察部位や観察目的等に応じて最適な波長領域を選
択して、通常画像、及び異なる波長領域における血液中
のヘモグロビンの酸素飽和度や量，血流量等の変化を示
す画像を切換えて観察することができる。また、回転フ
ィルタ50の最外周部には、通常観察用の波長領域の光を
透過するフィルタ51a,51b,51cが中央部と最内周部には
特殊画像用の波長領域の光を透過するフィルタ52a,52b,
52cとフィルタ53a,53b,53cがそれぞれ周方向に沿って同
一半径上に配列されているので、従来のように、異なる
光の透過特性を有するフィルタ群の全てを回転フィルタ
の周方向に沿って同一半径上に設ける必要がなく、フィ
ルタの開口率を上げることができ、また、その結果、各
フィルタの照明光の照射期間が長くなり、十分な照明光
量を得ることができる。また、十分な照明光量が得られ
るのでランプ21を小型化することも可能となる。

また、粘膜に対する光の透過特性が、各波長群によっ
て異なることから、選択する波長群によって、観察また
は計測される画像に粘膜の厚さ方向の変化による違いが
生じる。従って、例えば、各波長群毎のSO₂やヘモグロ
ビン量を示す画像間の差をとって比較することにより、
粘膜の極表面のSO₂やヘモグロビン量の変化から、内部
における変化までを観察，計測可能になり、粘膜の厚さ
方向を含む３次元的なSO₂やヘモグロビン量の変化を観
察，計測可能になる。このことは、病変の早期発見及び
浸潤範囲の決定等に役立つという効果がある。

尚、回転フィルタ50に設ける波長群の数は、３つに限
らず、複数であれば良い。

尚、本発明は、上記実施例に限定されず、例えば、波
長領域群の組み合わせは、第５図や第６図に示すものに
限らず、任意の組み合わせが可能である。

また、本発明は、被観察体の反射光を受光するものに
限らず、被観察体を透過した光を受光するものであって
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肉眼観察
が可能な内視鏡の接眼部に、あるいは、前記接眼部と交
換して、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、照明光として
第１のフィルタ群の各波長域による照明光と、第２のフ
ィルタ群の各波長域による照明光とを、容易に切り換え
て照射でき、例えば血液中のヘモグロビンの量或いは酸
素飽和度の変化を表す画像と可視領域の画像とを選択し
て観察することができる。

さらに、回転フィルタの最外周部、中央部、最内周部
に異なる光の透過特性を有するフィルタ群をそれぞれ配
置できるので、フィルタの開口率を上げることができ、
その結果、各フィルタの照明光の照射期間が長くなり十
分な照明光量を得ることができる。また、十分な照明光
量が得られるのでランプを小型化することができ、装置
自体の小型化も可能となる。

【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
図は内視鏡装置の構成を示すブロック図、第２図は回転
フィルタを示す説明図、第３図は内視鏡装置の全体を示
す側面図、第４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５図は回転フ
ィルタの特殊画像用の各フィルタの透過波長域を示す説
明図、第６図は回転フィルタの特殊画像用の各フィルタ
の透過波長域の他の例を示す説明図、第７図は回転フィ
ルタの通常観察用の各フィルタの分光透過特性を示す説
明図、第８図は回転フィルタの特殊画像用の各フィルタ
の分光透過特性を示す説明図、第９図はヘモグロビンの
量や酸素飽和度を求めるための処理回路を示すブロック
図、第10図はヘモグロビンの量や酸素飽和度を求めるた
めの処理回路の他の例を示すブロック図である。１……電子内視鏡、６……ビデオプロセッサ７……モニタ、15……対物レンズ系 16……固体撮像素子、21……ランプ 50……回転フィルタ 55……フィルタ切換装置

フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−111227（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−182705（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−217216（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−174716（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−114176（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−63300（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−151705（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源ランプから発生された照明光に基づき
異なる波長域の照明光を順次照射する内視鏡装置におい
て、円盤状に形成され、周方向に回転される回転フィルタ
と、第１の画像用の異なる波長域の光が透過可能な複数のフ
ィルタが前記回転フィルタの同一半径上に形成された第
１のフィルタ群と、この第１のフィルタ群の内側に設けられ、第２の画像用
の異なる波長域の光が透過可能な複数のフィルタが前記
回転フィルタの同一半径上に形成された、前記第１のフ
ィルタ群とは異なる光の透過特性を有する第２のフィル
タ群と、前記回転フィルタを移動させ、少なくとも前記第１のフ
ィルタ群または第２のフィルタ群を前記照明光の光路上
に位置可能とするフィルタ群切換手段と、このフィルタ群切換手段に対応して、前記第１の画像用
の異なる波長域の光による第１の画像または前記第２の
画像用の異なる波長域の光による第２の画像を表示する
画像表示手段と、を具備したことを特徴とする内視鏡装置。