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技術 電子内視鏡システムおよび内視鏡用光源装置

出願人 HOYA株式会社
発明者 横内文香田中千成
出願日 2016年7月22日 (3年1ヶ月経過) 出願番号 2016-144055
公開日 2016年12月15日 (2年9ヶ月経過) 公開番号 2016-209622
状態 特許登録済
技術分野 内視鏡 孔内観察装置 スタジオ装置
主要キーワード 屈曲機構 各観察画像 樹脂製筐体 フロント面 硬質性 ドライバ信号 照射光路 ガルバノモータ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年12月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

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。

概要

背景

患者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、特定の生体構造組織情報視認するために、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分光分布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。

概要

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。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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項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受光するカラー固体撮像素子と、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、電子内視鏡ステム

請求項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。

請求項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受け付け操作手段と、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。

請求項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

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

患者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。

0003

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分光分布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。

先行技術

0004

特許3583731号公報

発明が解決しようとする課題

0005

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。

0006

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。

課題を解決するための手段

0007

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。

0008

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。

0009

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血管構造を観察することが可能となる。

0010

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受け付け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。

0011

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。

発明の効果

0012

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。

図面の簡単な説明

0013

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。

実施例

0014

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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

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。

0021

絞り212には、図示省略されたアーム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。

0022

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。

0023

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サーボモータ等が想定される。

0024

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光学像を結ぶ。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

図3は、光学フィルタ213の分光特性を示す図である。図3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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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

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