JPWO2011099322A1 - 電子内視鏡システム - Google Patents

Abstract

電子内視鏡システムを、少なくとも可視光領域を含む光を放射する光源と、少なくとも可視光領域を含む連続的な波長域中の少なくとも１つの特定波長に透過ピークを持つと共に、該連続的な波長域中の該透過ピーク以外の全域に亘って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分布を持つ光学フィルタと、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と、光学フィルタを介した又は介さない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、から構成した。

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。電子内視鏡システムには、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。ところが、この種の電子内視鏡システムでは、観察可能な波長域が固定されているため、通常のカラー画像を撮像することができず、分光画像と通常のカラー画像とを比較診断することができないという問題が指摘されていた。

そこで、分光画像と通常のカラー画像との比較診断を可能にする電子内視鏡システムが、例えば特開平１−２９７０４２号公報（以下、「特許文献１」と記す。）で提案されている。具体的には、特許文献１に記載の電子内視鏡システムは、照射光路上に配置されたバンドパスフィルタターレットを切り替えることで照射光の波長域をコントロールして、分光画像と通常のカラー画像とを選択的に生成するように構成されている。これら両方の画像を撮像して見比べることにより、特定の生体構造と他の生体構造との関係が把握しやすくなり、診断精度が高まるという効果が期待される。

しかし、特許文献１に記載の電子内視鏡システムでは、分光画像と通常のカラー画像とを同時に観察することができず、両者を間接的に対比して観察することしかできない。そのため、特定の生体構造と他の生体構造との関係を必ずしも精度良く把握できないという欠点が指摘される。また、分光画像は、狭帯域フィルタによって光量が大幅にカットされるため、明るさが暗い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、特定の生体構造を強調する分光画像の明るさを向上させると共に特定の生体構造と他の生体構造との関係を術者に把握させるのに好適な電子内視鏡システム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、少なくとも可視光領域を含む光を放射する光源と、少なくとも可視光領域を含む連続的な波長域中の少なくとも１つの特定波長に透過ピークを持つと共に、該連続的な波長域中の該透過ピーク以外の全域に亘って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分布を持つ光学フィルタと、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と、光学フィルタを介した又は介さない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、該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たことを特徴とする。

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、特定の生体構造とその他の生体構造とを一画面に同時に収めつつ明るさ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。また、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も可能である。特定波長には、例えばヘモグロビンの吸収に適した波長が想定される。ヘモグロビンの吸収に適した波長は、例えば４００ｎｍ付近又は５５０ｎｍ付近である。

本発明に係る電子内視鏡システムは、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た構成としてもよい。この場合、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、又は照射光路から退避させる。

本発明によれば、特定の生体構造を強調する分光画像の明るさを向上させると共に特定の生体構造と他の生体構造との関係を術者に把握させるのに好適な電子内視鏡システムが提供される。

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。 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。 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から供給され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。より詳細には、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分光画像が表示され、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表示される。

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、４００ｎｍ付近、５５０ｎｍ付近、６５０ｎｍ付近に透過ピークを持つと共に、少なくとも可視光領域から赤外光領域（例えば３８０ｎｍ〜１０００ｎｍ）の範囲に亘って一定以上の透過率を持つ。

可視光領域から赤外光領域に亘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、特定の生体構造以外の他の生体構造の画像も同時に撮像されるようにしている。また、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。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、特定の生体構造とその他の生体構造とを一画面に同時に収めつつ明るさ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。

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４００ｎｍ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広い波長域の光であるため、波長の深達度に応じた種々の生体構造が観察されることとなる。

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５〜７に示すものが挙げられる。図５〜７の何れも、縦軸が透過率を示し、横軸が波長を示す。何れの分光特性例においても、所定波長域に少なくとも一つの透過ピークがあって、０よりも高くかつ透過ピークの半値よりも低い透過率が広域（少なくとも可視光領域）に亘って分布している。説明を加えると、図５の分光特性は、ヘモグロビンの吸収に適した波長域（３８０〜４２０ｎｍ）と、大腸組織の吸収に適した波長域（４７０〜４９０ｎｍ）に透過ピークを持つ。そのため、大腸の粘膜構造と表層付近の血管構造を明るい画像で観察するのに適している。図６の分光特性は、ヘモグロビンの吸収に適した波長域（３８０〜４２０ｎｍ、及び５５０〜５６０ｎｍ）に透過ピークを持つ。そのため、表層付近及び深層の血管構造を生体の粘膜構造と共に明るい画像で観察するのに適している。図７の分光特性は、ヘモグロビンの吸収に適した波長域（５５０〜５６０ｎｍ）に透過ピークを持つ。そのため、深層の血管構造を生体の粘膜構造と共に明るい画像で観察するのに適している。

【０００２】
を必ずしも精度良く把握できないという欠点が指摘される。また、分光画像は、狭帯域フィルタによって光量が大幅にカットされるため、明るさが暗いという欠点も指摘される。
［０００５］
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、特定の生体構造を強調する分光画像の明るさを向上させると共に特定の生体構造と他の生体構造との関係を術者に把握させるのに好適な電子内視鏡システムを提供することである。
［０００６］
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、少なくとも可視光領域を含む光を放射する光源と、少なくとも可視光領域を含む連続的な波長域中の少なくとも１つの特定波長域に透過ピークを持つと共に、該連続的な波長域中の該透過ピーク以外のほぼ全域に亘って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分布を持つ光学フィルタと、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、該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、光学フィルタは、（１）３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ、４７０ｎｍ〜４９０ｎｍ、５５０ｎｍ〜５６０ｎｍのうちの少なくとも１つの特定波長域に透過ピークを有すること、（２）上記（１）の少なくとも１つの特定波長域には３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ又は５５０ｎｍ〜５６０ｎｍの少なくとも一方の特定波長域が必ず含まれること、を満たす透過率分布を持つことを特徴とする。本発明に係る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を更に有する構成としてもよい。
［０００７］
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、特定の生体構造とその他の生体構造とを一画面に同時に収めつつ明るさ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。また、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も可能である。特定波長には、例えばヘモグロビンの吸収に適した波長が想定される。ヘモグロビンの吸収に適した波長は、例えば４００ｎｍ付近又は５５０ｎｍ付近である。
［０００８］
本発明に係る電子内視鏡システムは、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た構成としてもよい。この場合、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、又は照射光路から退避させる。

Claims (2)

1. 少なくとも可視光領域を含む光を放射する光源と、
   少なくとも可視光領域を含む連続的な波長域中の少なくとも１つの特定波長に透過ピークを持つと共に、該連続的な波長域中の該透過ピーク以外の全域に亘って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分布を持つ光学フィルタと、
   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、
   前記光学フィルタを介した又は介さない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、
   を有することを特徴とする電子内視鏡システム。
2. 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、
   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ことを特徴とする、請求項１に記載の電子内視鏡システム。