JP6710151B2 - 内視鏡装置及び内視鏡装置の作動方法 - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態の内視鏡装置9(内視鏡システムともいう)の全体構成を示す概略図である。図1に示すように、内視鏡装置9は、電子内視鏡10(以下、単に内視鏡10と略す)と、光源装置11と、プロセッサ12と、モニタ13と、を備える。
図2は、第1実施形態の内視鏡装置9の内部構成の概略図である。図2に示すように、内視鏡装置9は、本発明の蛍光物質に相当する蛍光色素33が投与された、すなわち蛍光色素33で標識された観察部位34の蛍光観察と、この観察部位34の通常観察(本発明の照明光観察に相当)と、を両立して行う。
光源装置11は、内視鏡10のライトガイド28と、後述の照射レンズ45及び照明窓46と共に、本発明の光照射部を構成する。この光源装置11は、半導体光源36Rと、半導体光源36Gと、半導体光源36Bと、ダイクロイックフィルタ37と、ダイクロイックフィルタ38と、レンズ39と、光源制御部40と、を備える。
内視鏡10は、ライトガイド28と、照射レンズ45と、照明窓46と、観察窓47と、集光レンズ48と、撮像素子49と、駆動回路50と、信号処理部51と、画像信号出力部52と、信号ケーブル29と、不図示の流体チューブ及び送気送水ノズルと、を備える。
プロセッサ12は、駆動制御部55と、画像信号取得部56と、画像生成部57と、表示制御部58と、記憶部59と、を備えている。
次に、上記構成の内視鏡装置9において良好な蛍光画像64が得られる条件について説明する。通常観察と蛍光観察とを同時に行いながら良好な蛍光画像64を得るために、本実施形態の内視鏡装置9は、以下の基準[A]及び基準[B]を満たしている。
図7は、蛍光色素33であるフルオレセインの吸収スペクトル及び蛍光スペクトルを示したグラフであって、基準[B]を満たすための条件を示したグラフである。なお、図中において吸収スペクトルは点線で表示し、蛍光スペクトルは実線で表示している。
次に、図8を用いて基準[A]を満たすための条件について説明を行う。ここで、図8は、撮像素子49の各色の画素53の分光感度特性を示したグラフである。この図8は、撮像素子49の各色のカラーフィルタ54R,54G,54Bの分光透過率特性を実質的に示すと共に、基準[A]を満たすための条件を示している。本明細書では、各色の画素53の分光感度特性が、各色のカラーフィルタ54R,54G,54Bの分光透過率特性を表すものとして説明を行う(以下同じ)。青色のカラーフィルタ54Bは分光透過率特性66Bを有し、緑色のカラーフィルタ54Gは分光透過率特性66Gを有し、赤色のカラーフィルタ54Rは分光透過率特性66Rを有している。ここで、分光透過率特性66Bは本発明の第1分光透過率特性に相当し、且つ分光透過率特性66Gは本発明の第2分光透過率特性に相当し、両者の波長領域の一部は互いに重複している。
次に、図9を用いて上記構成の内視鏡装置9の作用、特に通常観察及び蛍光観察について説明を行う。ここで、図9は、内視鏡装置9による通常観察及び蛍光観察の処理の流れ(内視鏡装置の作動方法)を示すフローチャートである。
以上のように、第1実施形態の内視鏡装置9によれば、上述の基準[A]及び基準[B]が満たされるように、蛍光色素33と、光源装置11(励起光EL)と、撮像素子49のカラーフィルタ54の分光透過率特性と、を適切に選択することにより、先端部21内に蛍光観察用のフィルタ又は励起光の強度を減少させるフィルタ等を配置することなく、良好な蛍光画像64が得られる。その結果、簡単な構成で通常観察と蛍光観察とを両立させることができる。
<蛍光色素:ローダミングリーン>
上記第1実施形態では、蛍光色素33としてフルオレセインを用いているが、フルオレセイン以外の蛍光色素33を用いてもよい。例えば、蛍光色素33としてローダミングリーンを用いてもよい。
また、蛍光色素33として、フルオレセインよりもストークスシフトが大きいプロトポルフィリン(protoporphyrin)IX[PpIX]を用いてもよい。なお、PpIXは、光力学的診断(Photodynamic Diagnosis:PDD)で使用される5−アミノレブリン酸(5-aminolevulinic acid:5-ALA)が細胞内で代謝系酵素により変換されたものである。
また、蛍光色素33として、上述のフルオレセイン等の代わりに「SYPRO Red」を用いてもよい。
なお、蛍光色素33としてSYPRO Redを用いる場合には、励起光ELとして緑色光GLを用いるが、既述の図8に示したように、緑色光GLの中で一定以上の波長領域の光は赤色のカラーフィルタ54Rを透過するため、励起光EL(緑色光GL)が蛍光FLと同様に赤色の画素53で検出されてしまう。その結果、励起光ELと蛍光FLとの分離が困難、すなわち既述の「センサ色分離」が悪化するおそれがあり、さらに蛍光FLを検出する際のS/N比(signal-to-noise ratio)が悪化するおそれがある。
次に、本発明の第3実施形態の内視鏡装置9Aについて説明する。上記第1実施形態では、本発明の照明光観察として、観察部位34で反射された白色光Wの反射光WR、すなわち観察部位34の白色光像を観察する通常観察を行っている。これに対して、第3実施形態では、本発明の照明光観察として、通常観察に加えて、波長制限された狭帯域光を用いて観察部位34の表層血管像及び中層血管像を観察する狭帯域光観察を行う。この狭帯域光観察は、既述の蛍光観察と同時に行われる。なお、第3実施形態では、蛍光色素33として、緑色光GLを励起光ELとして吸収して赤色の蛍光FL(赤色蛍光)を発する既述のSYPRO Red等が用いられる。
本発明の第4実施形態の内視鏡装置9Bについて説明する。上記第3実施形態の内視鏡装置9Aは、通常観察と蛍光観察と狭帯域光観察とを行う。これに対して、第4実施形態の内視鏡装置9Bは、通常観察、蛍光観察、及び狭帯域光観察に加えて、酸素飽和度を判別可能に表示する酸素飽和度画像80を取得及び観察する酸素飽和度観察を行う。なお、第4実施形態では、蛍光色素33としてフルオレセイン等を用いる。
以下、本発明について行った実施例(比較例)を示し、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例(比較例)に限定されるものではない。なお、実施例1〜27の中で実施例6,7,9〜11,24,26は比較例である。
上記各実施形態では、蛍光色素33として「フルオレセイン」、「ローダミングリーン」、「PpIX」、及び「SYPRO Red」を例に挙げて説明したが、他の蛍光色素33を用いてもよい。この場合には、蛍光色素33の種類に応じて既述の基準[A]及び基準[B]が満たされるように、光源装置11及び撮像素子49(カラーフィルタ54)を適宜選択する。また、この場合には、励起光ELの波長領域を適宜制限するフィルタを光源装置11に設けてもよい。
9A 内視鏡装置
9B 内視鏡装置
10 電子内視鏡(内視鏡)
11 光源装置
11A 光源装置
11B 光源装置
12 プロセッサ
12A プロセッサ
12B プロセッサ
13 モニタ
15 挿入部
16 操作部
17 ユニバーサルコード
19 軟性部
20 湾曲部
21 先端部
23 湾曲操作ノブ
24 送気送水ボタン
25 吸引ボタン
26 処置具導入口
28 ライトガイド
29 信号ケーブル
30A コネクタ
30B コネクタ
33 蛍光色素
34 観察部位
36B 半導体光源
36B1 半導体光源
36B2 半導体光源
36G 半導体光源
36R 半導体光源
36V 半導体光源
37 ダイクロイックフィルタ
38 ダイクロイックフィルタ
38A ダイクロイックフィルタ
39 レンズ
40 光源制御部
45 照射レンズ
46 照明窓
47 観察窓
48 集光レンズ
49 撮像素子
50 駆動回路
51 信号処理部
52 画像信号出力部
53 画素
54 カラーフィルタ
54B カラーフィルタ
54G カラーフィルタ
54R カラーフィルタ
55 駆動制御部
56 画像信号取得部
57 画像生成部
58 表示制御部
59 記憶部
60 観察画像生成部
61 蛍光画像生成部
63 観察画像
64 蛍光画像
64a 蛍光単体画像
64b 背景画像
66B 分光透過率特性
66G 分光透過率特性
66R 分光透過率特性
68 波長制限フィルタ
70 ダイクロイックフィルタ
72 狭帯域光画像生成部
74 狭帯域光画像
80 酸素飽和度画像
82 長波長カットフィルタ
83 短波長カットフィルタ
85 酸素飽和度画像生成部
B1 信号成分
B2 信号成分
BL 青色光
BL1 第1青色光
BL2 第2青色光
Bb 信号成分
Bf 信号成分
EL 励起光
ELx 狭帯域励起光
FL 蛍光
G1 信号成分
G2 信号成分
GL 緑色光
GLx 狭帯域緑色光
GR 反射光
Gb 信号成分
Gf 信号成分
IC 合成光撮像信号
IF 蛍光撮像信号
IS 反射光撮像信号
ISb 青色反射光撮像信号
P1 第1ピーク値
P2 第2ピーク値
P3 第3ピーク値
R1 信号成分
R2 信号成分
RL 赤色光
Rb 信号成分
Rf 信号成分
S1〜S5 内視鏡装置の作動方法
S10〜S19 内視鏡装置の作動方法
T1 期間
T2 所定期間
T3 期間
VL 紫色光
VR 反射光
W 白色光
W1 第1波長領域
W1A 第1波長領域
W2 第2波長領域
W2A 第2波長領域
W3 第3波長領域
W3A 第3波長領域
W4 第4波長領域
WR 反射光
Claims (13)
- 観察部位に照明光を照射して前記観察部位の観察を行う照明光観察と、前記観察部位に対して励起光を照射して前記観察部位に含まれる蛍光物質を励起発光させて蛍光を観察する蛍光観察と、を行う内視鏡装置において、
前記観察部位に向けて前記照明光及び前記励起光を切り替えて照射する光照射部と、
前記光照射部から前記照明光が照射された場合には前記観察部位にて反射された前記照明光の反射光を撮像して反射光撮像信号を出力し、且つ前記光照射部から前記励起光が照射された場合には前記蛍光を撮像して蛍光撮像信号を出力する撮像部と、
前記撮像部に設けられ、前記照明光及び前記励起光が透過するカラーフィルタであって、第1分光透過率特性を有する第1カラーフィルタ、及び前記第1分光透過率特性よりも透過率のピークが長波長側にある第2分光透過率特性を有する第2カラーフィルタを含むカラーフィルタと、を備え、
前記蛍光物質の吸収強度のピーク値を第1ピーク値とし、前記蛍光物質の吸収強度が前記第1ピーク値に対して10%以上となる波長領域を第1波長領域とした場合、前記励起光の波長領域の少なくとも一部は前記第1波長領域に含まれ、
前記第1分光透過率特性の透過率のピーク値を第2ピーク値とし、前記第2分光透過率特性の透過率のピーク値を第3ピーク値とし、前記第1分光透過率特性の透過率が前記第2ピーク値に対して60%以上となる波長領域を第2波長領域とし、前記第2分光透過率特性の透過率が前記第3ピーク値に対して40%以下となる波長領域を第3波長領域とした場合、前記励起光の波長領域は前記第2波長領域及び前記第3波長領域に含まれ、
前記第2分光透過率特性の透過率が前記第3ピーク値に対して80%以上となる波長領域を第4波長領域とした場合、前記蛍光の強度がピークとなる波長は前記第4波長領域に含まれ、
前記光照射部は、紫色及び青色を含む青色系の波長領域に含まれる3種類以上の前記励起光であって、且つ光強度のピーク波長が互いに異なる3種類以上の前記励起光をそれぞれ出射する3種類以上の半導体光源を有し、
前記半導体光源は、紫色光を出射する第1半導体光源と、青色光の波長領域の中で予め定めた波長よりも長波長側をカットした短波長側の波長領域の第1青色光を出射する第2半導体光源と、前記青色光の波長領域の中で前記予め定めた波長よりも短波長側をカットした長波長側の波長領域の第2青色光を出射する第3半導体光源と、を含み、
前記光照射部は、前記照明光として前記第1半導体光源からの前記紫色光と前記第2半導体光源からの前記第1青色光とを出射し、且つ前記励起光として前記第2半導体光源からの前記第1青色光と前記第3半導体光源からの前記第2青色光とを出射する内視鏡装置。 - 前記第1波長領域は、前記蛍光物質の吸収強度が前記第1ピーク値に対して50%以上となる波長領域である請求項1に記載の内視鏡装置。
- 前記第1波長領域は青色光の波長領域に含まれ、且つ前記蛍光は緑色蛍光である請求項1又は2に記載の内視鏡装置。
- 前記励起光は、青色光である請求項3に記載の内視鏡装置。
- 前記第1分光透過率特性の波長領域と前記第2分光透過率特性の波長領域との一部が重複している請求項3又は4に記載の内視鏡装置。
- 前記第2波長領域は、前記第1分光透過率特性の透過率が前記第2ピーク値に対して80%以上となる波長領域である請求項1から5のいずれか1項に記載の内視鏡装置。
- 前記第3波長領域は、前記第2分光透過率特性の透過率が前記第3ピーク値に対して20%以下となる波長領域である請求項1から6のいずれか1項に記載の内視鏡装置。
- 前記照明光は白色光であり、
前記光照射部は、前記観察部位に向けて、前記第2青色光を含む前記白色光と、前記第2青色光とを切り替えて出射する特殊出射モードを有し、
前記撮像部は、前記光照射部が前記特殊出射モードである場合、前記白色光の反射光を撮像して前記反射光撮像信号を出力し、且つ前記第2青色光の反射光を撮像して青色反射光撮像信号を出力し、
前記撮像部から出力された前記反射光撮像信号と前記青色反射光撮像信号とに基づき、前記観察部位の酸素飽和度を表す酸素飽和度画像を生成する酸素飽和度画像生成部を備える請求項1から7のいずれか1項に記載の内視鏡装置。 - 前記半導体光源は、発光ダイオードである請求項1から8のいずれか1項に記載の内視鏡装置。
- 前記第1カラーフィルタ及び前記第2カラーフィルタは、原色カラーフィルタである請求項1から9のいずれか1項に記載の内視鏡装置。
- 前記撮像部から出力された前記反射光撮像信号及び前記蛍光撮像信号に基づき、前記観察部位の蛍光画像を生成する蛍光画像生成部を備える請求項1から10のいずれか1項に記載の内視鏡装置。
- 前記撮像部は、2次元配列された複数の画素、及び前記カラーフィルタを有する撮像素子を有し、
前記光照射部から前記励起光が照射されている場合に前記撮像素子の前記画素に蓄積される電荷の蓄積時間を、前記光照射部から前記照明光が照射されている場合の前記蓄積時間よりも長くする前記撮像素子の駆動制御部を備える請求項1から11のいずれか1項に記載の内視鏡装置。 - 照明光及び励起光を選択的に出射する光照射部と、第1分光透過率特性を有する第1カラーフィルタ、及び前記第1分光透過率特性よりも透過率のピークが長波長側にある第2分光透過率特性を有する第2カラーフィルタを含むカラーフィルタを有する撮像部と、を備えており、前記光照射部から前記照明光を出射して観察部位の観察を行う照明光観察と、前記光照射部から励起光を出射して前記観察部位に含まれる蛍光物質を励起発光させて蛍光を観察する蛍光観察と、を行う内視鏡装置の作動方法において、
前記光照射部は、前記照明光及び前記励起光を切り替えて出射し、
前記撮像部は、前記光照射部から前記照明光が出射された場合には前記観察部位にて反射された前記照明光の反射光を撮像して反射光撮像信号を出力し、且つ前記光照射部から前記励起光が出射された場合には前記蛍光を撮像して蛍光撮像信号を出力し、
前記蛍光物質の吸収強度のピーク値を第1ピーク値とし、前記蛍光物質の吸収強度が前記第1ピーク値に対して10%以上となる波長領域を第1波長領域とした場合、前記励起光の波長領域の少なくとも一部は前記第1波長領域に含まれ、
前記第1分光透過率特性の透過率のピーク値を第2ピーク値とし、前記第2分光透過率特性の透過率のピーク値を第3ピーク値とし、前記第1分光透過率特性の透過率が前記第2ピーク値に対して60%以上となる波長領域を第2波長領域とし、前記第2分光透過率特性の透過率が前記第3ピーク値に対して40%以下となる波長領域を第3波長領域とした場合、前記励起光の波長領域は前記第2波長領域及び前記第3波長領域に含まれ、
前記第2分光透過率特性の透過率が前記第3ピーク値に対して80%以上となる波長領域を第4波長領域とした場合、前記蛍光の強度がピークとなる波長は前記第4波長領域に含まれ、
前記光照射部は、紫色及び青色を含む青色系の波長領域に含まれる3種類以上の前記励起光であって、且つ光強度のピーク波長が互いに異なる3種類以上の前記励起光をそれぞれ出射する3種類以上の半導体光源を有し、
前記半導体光源は、紫色光を出射する第1半導体光源と、青色光の波長領域の中で予め定めた波長よりも長波長側をカットした短波長側の波長領域の第1青色光を出射する第2半導体光源と、前記青色光の波長領域の中で前記予め定めた波長よりも短波長側をカットした長波長側の波長領域の第2青色光を出射する第3半導体光源と、を含み、
前記光照射部は、前記照明光として前記第1半導体光源からの前記紫色光と前記第2半導体光源からの前記第1青色光とを出射し、且つ前記励起光として前記第2半導体光源からの前記第1青色光と前記第3半導体光源からの前記第2青色光とを出射する内視鏡装置の作動方法。
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