CN105832278B - 穿透率调整装置、观察装置及观察系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种穿透率调整装置、观察装置及观察系统。使用针对来自照明光供给部(6)的照明光或者来自被摄体的反射光至少血红蛋白的光吸收第1峰值(P1max)结束时(P1end)与光吸收第2峰值(P2max)开始时(P2start)之间的波长频带即460nm～500nm的光成分的穿透率降低为20％～70％的穿透率调整装置(32)，通过在观察体腔内时以相对于可见光观察没有变化的颜色再现来强调显示血管，从而能够进行与可见光观察相同的颜色再现，能够进一步强调显示血管。

Description

穿透率调整装置、观察装置及观察系统

本申请是申请日为2010年6月30日、国家申请号为201080031108.7、发明名称为“穿透率调整装置、观察装置及观察系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于调整特定波长的光来提高体内的被摄体对比度从而进行观察的穿透率调整装置、观察装置及观察系统。

背景技术

正在广泛使用无需切开就能够插入患者的体腔内来进行脏器内的检查、病变部位的确定、治疗等的内窥镜装置。

这种内窥镜装置一般使用为，利用与常规观察被检体内的自然光相近的白色照明光来将彩色观察图像显示在监视器上，但是，近年来，公开了一种能够优化体腔内壁的靠近粘膜表层的血管等的对比度来进行易于确定病变部位的观察的内窥镜系统，例如日本特开2007-289278号公报所记载的、能够进行照射特定的两种波长的光的窄带成像(NBI)的内窥镜系统。

相对于该日本特开2007-289278号公报的内窥镜系统，例如在日本特开2003-93343号公报中公开了一种在内窥镜装置中设置有红色成分截止滤波器的技术，该红色成分截止滤波器能够去除导致体腔内的粘膜与血管等的对比度降低的波长成分(长波长)，最小限度地确保彩色图像的红色成分，而强调显示粘膜及血管与其他组织之间的对比度。

另外，例如在日本特开2003-102684号公报中公开了一种为了使生物体内的粘膜较多地反射红色成分波长的光而在电子内窥镜装置上设置有波长校正滤波器的技术，该波长校正滤波器在不影响彩色图像的范围内截止该红色成分的光从而抑制光晕的产生。

但是，日本特开2007-289278号公报的内窥镜系统由于在窄带成像(NBI)中仅使用了蓝色(B)光和绿色(G)光这两种照明光，因此与普通的可见光观察相比较暗，而且，相对于普通的可见光观察时的颜色再现，在监视器中显示出不同的伪彩色的显示图像。

另外，在日本特开2003-93343号公报的内窥镜装置中，红色成分截止光学滤波器的分光穿透率在波长630nm处减半，在波长670nm处变成0，可见频带的红色光的一部分被完全截止，因此存在有在白平衡时产生增益噪声的不良影响这样的问题。而且，在日本特开2003-102684号公报的电子内窥镜装置中，公开了由于在观察生物体内时红色系统的颜色容易先饱和、而在不影响彩色的颜色再现的范围内使波长600nm～700nm的红色成分的光减少穿透的情况，但其目的在于减少光晕，关于血管的观察既没有特别公开也没有启示。

发明内容

因此，本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种在观察体内时能够进行与可见光观察相同的颜色再现、从而能够进一步强调显示血管的穿透率调整装置、观察装置及观察系统。

第1技术方案为一种穿透率调整装置，其特征在于，针对来自照明光供给部的照明光或者来自被该照明光照射的被摄体的反射光，至少降低血红蛋白的光吸收第1峰值结束时与光吸收第2峰值开始时之间的波长频带的光成分的穿透率。

第2技术方案为一种观察装置，其特征在于，包括：摄像部，其检测来自被照明光照射的体内的被摄体的反射光而拍摄被摄体像；以及穿透率调整部，其针对上述照明光或者上述反射光，至少降低血红蛋白的光吸收第1峰值结束时与光吸收第2峰值开始时之间的波长频带的光成分的穿透率。

第3技术方案为一种观察系统，其特征在于，包括：照明光供给部，其用于供给具有特定的波长频带的照明光；摄像部，其检测来自被上述照明光照射的体内的被摄体的反射光而拍摄被摄体像；以及穿透率调整部，其针对上述照明光或者上述反射光，至少降低血红蛋白的光吸收第1峰值结束时与光吸收第2峰值开始时之间的波长频带的光成分的穿透率。

第4技术方案为一种观察系统，其特征在于，包括：摄像部，其检测来自被照明光照射的体内的被摄体的反射光而拍摄被摄体像；以及光源，其照射至少减少了血红蛋白的光吸收第1峰值结束时与光吸收第2峰值开始时之间的波长频带的光成分的上述照明光。

根据上述各个技术方案的穿透率调整装置、观察装置或观察系统，在观察体内时，能够进行与可见光观察相同的颜色再现，从而能够进一步强调显示血管。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的观察系统的整体结构的立体图。

图2是表示本发明的第1实施方式的观察系统的概略结构的框图。

图3是表示本发明的第1实施方式的配置在内窥镜上的照明光学系统的配置结构的图。

图4是表示本发明的第1实施方式的变形例的、配置在内窥镜上的照明光学系统的配置结构的图。

图5是表示本发明的第1实施方式的与光波长对应的血红蛋白光吸收特性的图表。

图6是表示本发明的第1实施方式的光学滤波器对光波长的穿透特性的图表。

图7是表示本发明的第1实施方式的变形例的、光学滤波器对光波长的穿透特性的图表。图8是表示本发明的第1实施方式的变形例、且表示在转盘上配置有光学滤波器的光源装置内的结构的图。

图9是本发明的第1实施方式的图8的转盘的俯视图。

图10是表示本发明的第1实施方式的变形例、且表示在物镜组内配置有光学滤波器的摄像单元的结构的图。

图11是表示本发明的第2实施方式的LED的相对分光特性的图表。

图12是表示本发明的第3实施方式的固体摄像元件的光接收部的结构的示意图。

图13是表示由本发明的第3实施方式的固体摄像元件检测的分光光谱的相对灵敏度特性的图表。

具体实施方式

以下，使用附图来说明本发明的实施方式。

(第1实施方式)

首先，说明本发明的第1实施方式。

图1～图10涉及本发明的第1实施方式，图1是表示观察系统的整体结构的立体图，图2是表示观察系统的概略结构的框图，图3是表示配置在内窥镜上的照明光学系统的配置结构的图，图4是表示变形例的、配置在内窥镜上的照明光学系统的配置结构的图，图5是表示与光波长对应的血红蛋白光吸收特性的图表，图6是表示光学滤波器对光波长的穿透特性的图表，图7是表示变形例的、光学滤波器对光波长的穿透特性的图表，图8是表示变形例、且表示在转盘上配置有光学滤波器的光源装置内的结构的图，图9是图8的转盘的俯视图，图10是表示变形例、且表示在物镜组内配置有光学滤波器的摄像单元的结构的图。

图1及图2所示的、本实施方式的观察系统即内窥镜系统1构成为，主要包括：观察装置即内窥镜2；装置主体3，其一体地内置有与该内窥镜2相连接的摄像机控制单元(CCU)5和含有照明光供给部件的光源装置6；以及监视器4，其用于显示内窥镜图像。

内窥镜2包括：插入部10，其作为插入体内的体腔等中并向体内观察对象部位插入的细长的较长构件；操作部14，其把持部15与该插入部10的基端部连接设置；通用线缆21，其从该操作部14的侧面延伸设置；以及连接器部22，其设置在该通用线缆21的端部，而以装卸自如的方式连接于装置主体3。

插入部10在顶端侧具有顶端部11，在该顶端部11的后部连接有作为弯曲自如的可动部的弯曲部12。而且，在该弯曲部12的后部连接设置有由柔性的管状构件形成的长度长且具有挠性的可挠管部13。

另外，在操作部14上，根据预定配置有弯曲操作部17等，该弯曲操作部17包括弯曲操作旋钮19和固定杆18，该弯曲操作旋钮19以转动自如的方式重叠配置有两个用于进行弯曲部12的弯曲操作的操作体，该固定杆18用于将该弯曲操作旋钮19固定在期望的旋转位置处。另外，附图标记16是处理器具插入口，与贯穿在插入部10中的处理器具通道(未图示)的基端相连通。

如图2所示，内窥镜2内置有被摄体的摄像部件、同时也成为摄像部的摄像单元25，并包括：作为照明光学构件的照明透镜31；作为传送从光源装置6供给的照明光的传输部件、同时也是传送部的光导束33；以及夹设在该照明透镜31与光导束33之间的光学滤波器32。

摄像单元25包括：物镜光学系统即物镜组26，其由多个透镜及光学部件构成；CCD、CMOS等固体摄像元件27，其配置在该物镜组26的后方；以及元件电路部28，其用于对利用该固体摄像元件27接收的、利用物镜组26会聚的摄影光的像进行光电转换处理。另外，在内窥镜2与装置主体3相连接的状态下，元件电路部28与CCU 5进行电连接，并向CCU 5输出转换后的图像信号。另外，CCU 5对所输入的图像信号进行影像处理以使其适于在监视器4上显示，然后向监视器4输出影像信号。

如图3所示，照明透镜31在此使用平凹透镜。配置在该照明透镜31后方的光学滤波器32在本实施方式中为穿透率调整部件，构成了成为穿透率调整部的穿透率调整装置，其用于使由光导束33传送的白色照明光的特定波长频带减少成预定的穿透率。

另外，如图4所示，配置在光学滤波器32前方的照明透镜31也可以是平凸透镜。而且，在光学滤波器32与光导束33之间配置有用于减少照明不均匀的单一光纤杆37。

另外，在内窥镜2与装置主体3相连接的状态下，光导束33与光源装置6建立形成光传送路径。另外，光源装置6包括如下公知的构成部件：装置侧光导束34，其隔着未图示的光学部件与内窥镜2侧的光导束33相连接；透镜35，其用于将照明光会聚到装置侧光导束34上；以及氙气灯、卤素灯等照明光供给部(部件)即光源36等，其用于发出照明光。

据上，本实施方式的内窥镜系统1在被摄体上反射从光源装置6传送的、用照明光路的光轴LO表示的照明光，反射光的一部分成为用摄影光路的光轴RO表示的摄像光而被摄像单元25检测出，然后借助CCU 5在监视器4上显示内窥镜图像。

接着，说明本实施方式的光学滤波器32所具有的光学特性。

本实施方式的光学滤波器32根据血液中的血红蛋白对波长频带400nm～700nm的可见光线(白色光)的光吸收特性来设定特定波长频带的光成分的穿透率特性。

如图5所示，血红蛋白对可见光线(白色光)的光吸收特性可以利用具有两个光吸收峰值P1max、P2max的曲线来表示。另外，图5的曲线是用虚线表示氧化血红蛋白，用实线表示还原血红蛋白。

根据图5也可知，血红蛋白(在此为还原血红蛋白)对可见光线的光吸收峰值存在于成为光吸收第1峰值P1max的波长频带445nm附近～450nm和成为光吸收第2峰值P2max的波长550nm附近。另外，光吸收第1峰值P1max的波长频带445nm附近～450nm附近的光成为接近于紫色的蓝色光。另外，光吸收第2峰值P2max的波长550nm附近的光主要成为波长频带495nm附近～570nm附近的绿色至比该绿色光靠长波长侧的黄色光。

该光吸收第1峰值P1max与光吸收第2峰值P2max之间的波长频带成为接近绿色的蓝色光，随着成为光吸收第2峰值P2max以后的长波长频带而成为红色增强的光。

因而，血红蛋白具有主要吸收光吸收第1峰值P1max与光吸收第2峰值P2max附近的光、而反射除该光吸收第1峰值P1max及光吸收第2峰值P2max以外的光的特性，因此在视觉上显现红色。

该波长频带450nm附近～500nm附近的光由于几乎未被血红蛋白吸收而成为反射、散射光，导致血管的对比度降低，而难以进行观察。

因此，本实施方式的光学滤波器32构成为，使对体内的细胞组织成为血管的对比度降低的主要原因的波长450nm附近、在此是如图5所示那样在血红蛋白的光吸收第1峰值P1max完全结束的刚结束时(P1end)附近的波长频带460nm～500nm的光的穿透率降低。

另外，至少将波长频带460nm～500nm的光学滤波器32的光成分穿透率T2整体相对性地设为相对于波长频带445nm附近～450nm附近的光成分穿透率T1为穿透率70％以下，从而验证出与未设置光学滤波器32的情况相比、体内的血管的对比度较好这样的效果。

因此，如图6的实线所示，相对于血红蛋白的成为光吸收第1峰值P1max的波长频带445nm附近～450nm附近的光成分穿透率T1为95％的情况，光学滤波器32沿例如至少波长频带460nm～500nm的最大光成分穿透率T2max成为58％左右那种大致矩形形状的曲线进行设定。即，光学滤波器32的光成分穿透率T2具有最大相对穿透率相对于光成分穿透率T1约为61％(≈58％÷95％)的光穿透特性。

在该状态下，显示在内窥镜系统1的监视器4上的体内的被摄体的内窥镜图像成为相对于可见光(白色光)下的常规观察毫不逊色的普通的彩色再现，并且强调显示了血管相对于体内的细胞组织的对比度。

另外，为了设为与可见光(白色光)的照明光下的常规观察相同的颜色再现，优选的是将光学滤波器32设为具有至少波长频带460nm～500nm的光成分穿透率T2的整体相对于成为血红蛋白的光吸收第1峰值P1max的波长频带445nm附近～450nm附近的光成分穿透率T1相对达到光穿透率20％以上的光穿透特性。

另一方面，若光学滤波器32成为相对的光成分穿透率T2相对于光成分穿透率T1低于20％的光穿透特性，则虽然作为内窥镜系统1的内窥镜图像进一步对血管相对于体内的细胞组织的对比度进行强调显示，但是验证出内窥镜图像成为与常规观察不同的彩色再现。而且，若像本实施方式的内窥镜系统1的内窥镜2那样成为相对的光成分穿透率T2相对于光成分穿透率T1低于20％的光穿透特性，则验证出产生如下影响：由利用固体摄像元件27检测出摄影光而利用电子电路转换成信号的电子内窥镜所特有的白平衡时的增益带来的颜色噪声等。

因此，如图6的单点划线所示，若光学滤波器32沿着相对于光吸收第1峰值P1max的波长的光穿透率95％例如成为34％左右那样的大致矩形形状的曲线设定至少在波长频带460nm～500nm下最大的光成分穿透率T2max，则上述光成分穿透率T2相对于上述光成分穿透率T1的最大相对穿透率约为36％(≈34％÷95％)，在内窥镜系统1中，成为与常规观察相同的彩色再现，并且实际验证出血管相对于体内的细胞组织的对比度的进一步强调显示。

以上的结果，本实施方式的内窥镜系统1通过将光学滤波器32的光穿透特性设定为，将波长频带460nm～500nm的光成分穿透率T2相对于成为血红蛋白的光吸收特性的光吸收第1峰值P1max的波长频带445nm附近～450nm附近的光成分穿透率T1控制在相对穿透率20％～70％的范围内(图6的斜线所示的T2Area)，使内窥镜图像成为与常规观察相同的彩色再现，并且能够进行血管相对于体内的细胞组织的对比度的强调显示。

另外，在本实施方式中，针对来自光源装置6的可见光(白色光)即照明光，利用光学滤波器32光学减少至少波长频带460nm～500nm的分光光谱色，因此能够以不产生光晕等摄像有害物(有害光线)的方式提高血管显影效果。

另外，灯等光源36的种类的不同导致所发出的照明光的光成分不同，根据传送该照明光的光导束33、以及包含检测摄影光的物镜组26和固体摄像元件27的摄像单元25的光穿透率，确定照明光(或者被摄体的反射光)的分光特性(分光分布)。因此，波长频带460nm～500nm的光成分穿透率T2并不限定于沿着大致矩形形状的曲线的光穿透特性，如图7所示，例如也可以设定为沿着大致爪状的曲线的光穿透特性，以使得与根据各个照明光学系统、摄像光学系统的总的分光特性、以及穿透率特性计算出的分光分布配合地减少(截止)波长频带460nm～500nm的光。

另外，即使是如此与照明光学系统及摄像光学系统的总的分光分布配合地沿着大致爪状曲线的光穿透特性，光学滤波器32也设定为波长频带460nm～500nm的光成分穿透率T2相对于血红蛋白的光吸收特性中成为光吸收第1峰值P1max的波长频带445nm附近～450nm附近的光成分穿透率T1控制在相对穿透率20％～70％的范围内(图7的斜线所示的T2Area)。

以上的结果，本实施方式的内窥镜系统1利用减少与血红蛋白的光吸收特性对应的特定波长频带的分光光谱这一光学滤波器32的光穿透特性，能够进行与体内观察中的可见光(白色光)观察相同的颜色再现，从而能够以不会产生成为有害光线的光晕等的方式强调显示血管。因而，内窥镜系统1特别能够有效并稳定地强调显示粘膜表层的毛细血管。如以上说明那样，即使是与可见光观察相同的内窥镜图像，内窥镜系统1也能够强调显示体内的血管的对比度，因此具有提高血管显影效果、例如易于对血管的生成量增多的病变部位进行确定这样的优点。

另外，在本实施方式中，基于还原血红蛋白详细说明了光学滤波器32的光成分的穿透率特性，但是当然在氧化血红蛋白中也能够获得相同的作用效果。

另外，光学滤波器32只要配置在自光源装置6内的光源36至聚光(照明)光学系统即照明透镜之间、内窥镜2内的光导束33的入射端、内窥镜2的顶端部11内的照明光学系统内等的照明光的光路上、或者摄像单元25的物镜光学系统内、物镜光学系统与固体摄像元件27之间等的摄影光的光路上的任意一个位置即可。

例如，如图8及图9所示，也可以在配设在光源装置6内的转盘41上设置光学滤波器32。

另外，转盘41可以沿圆周方向形成有应急灯单元42、其他光学滤波器43及孔部44，并借助电动机45而旋转，在照明光的光轴LO上选择性地配置各个光学滤波器32、43、应急灯单元42及孔部44。

而且，在光源36上具有借助电动机47而旋转的、配置有RGB滤波器的转盘46。另外，这些转盘41、46也能够利用未图示的驱动装置沿与照明光的光轴LO正交的方向进退驱动。

另外，如图10所示，光学滤波器32也可以作为物镜组26的一部分配置在摄影光的光轴RO上。

(第2实施方式)

接着，说明本发明的第2实施方式。

图11涉及本发明的第2实施方式，是表示LED的相对分光特性的图表。另外，在本实施方式中，在第1实施方式所说明的构成部件中使用相同的附图标记来进行说明。

实际验证出如下效果：即使以不使用穿透率调整装置的方式改变光源装置6内的光源自身的分光特性并降低450nm附近～500nm附近的光，血管对比度也同样较好。

例如，当在配设在光源装置6内或者内窥镜2的插入部10的顶端部11内的光源中使用LED的情况下，通过改变荧光体的特性，能够获得期望的分光特性。另外，组合分光特性不同的多个LED也能够获得相同的效果。这样，如图11所示，例如关于第1LED～第3LED的3个光强度，通过将至少460nm～500nm的波长频带中的光强度相对设为相对于400nm～450nm的波长频带中的最大强度(在图中，光强度为1.0)为20％～70％(在图中，光强度为0.2～0.7)，能够减少使血管的对比度降低的波长频带的光。即使设为这种结构，也能够获得与上述第1实施方式所说明的使用了穿透率调整装置的情况相同的效果。

另外，在本实施方式中，难以获得像上述第1实施方式的光学滤波器那样的鲜明的分光特性。在该情况下，如图11的第4LED那样，只要460nm～500nm的波长频带中的平均光强度相对于400nm～450nm的波长频带中的最大强度为20％～70％，就能够获得与第1实施方式相同的效果。

(第3实施方式)

接着，说明本发明的第3实施方式。

图12及图13涉及本发明的第3实施方式，图12是表示固体摄像元件的光接收部的结构的示意图，图13是表示由固体摄像元件检测的分光光谱的相对灵敏度的图表。另外，在本实施方式中，也在第1实施方式所说明的构成部件中使用相同的附图标记来进行说明。

如图12所示，摄像单元25的固体摄像元件27在光接收传感器部27a上配置固体摄像元件片上滤色器(以下，简称作滤色器)39，该滤色器39以矩阵状配置有蓝色B1、蓝色B2、绿色G及红色R。

在此，如图13所示，关于滤色器39，蓝色B1中仅使波长频带350nm附近(在可见光中为400nm)～450nm附近的光穿透，蓝色B2中仅使波长频带450nm～500nm附近的光穿透，绿色G中仅使波长频带500nm附近～570nm附近的光穿透，红色R中仅使波长频带570nm附近～660nm附近的光穿透，由固体摄像元件27的光接收传感器部27a检测出该各个颜色B1、B2、G、R的穿透光并作为彩色图像引入。

因此，在本实施方式中，以与成为使血红蛋白相对于体内的细胞组织的显色对比度降低的主要原因的波长频带450nm附近～500nm附近配合的方式确定滤色器39的蓝色B2的穿透特性。而且，在利用摄像单元25对穿透滤色器39的蓝色B2的光进行光电转换的过程中，将电荷减少为20％～70％(图13所示的斜线区域内)，生成彩色合成的摄像信号。

如此，在本实施方式中，与第1实施方式的光学的穿透光调整不同，成为将由摄像单元25检测出的波长频带450nm附近～500nm附近的光的电荷降低为20％～70％的结构。

即使设为这种结构，本实施方式的内窥镜系统1也能够起到与第1实施方式相同的效果，能够进行与体内观察时的可见光(白色光)观察相同的颜色再现，从而能够以不产生成为有害光线的光晕等的方式强调显示体内的血管的对比度，因此具有提高血管显影效果、例如易于对血管的生成量增多的病变部位进行确定这样的优点。

另外，以上各个实施方式所述的技术特征并不限于该实施方式及变形例，此外，在实施阶段，在不脱离其主旨的范围内能够实施各种变形。

本申请是以2009年7月23日在日本提出申请的特愿2009-172421号作为要求优先权的基础而提出的申请，上述内容引用到基于特愿2009-172421号的申请的说明书、权利要求书及附图中。

Claims (5)

1.一种穿透率调整装置，其特征在于，

针对来自照明光供给部的白色光照明光或者来自被该照明光照射的被摄体的反射光，460nm～500nm的波长频带的穿透率设定在相对于血红蛋白的靠短波长侧的光吸收第1峰值波长的穿透率为20％～70％的范围。

2.一种观察装置，其特征在于，包括：

摄像部，其检测来自被白色光的照明光照射的体内的被摄体的反射光而拍摄被摄体像；以及

穿透率调整部，其针对上述照明光或者上述反射光，460nm～500nm的波长频带的穿透率设定在相对于血红蛋白的靠短波长侧的光吸收第1峰值波长的穿透率为20％～70％的范围。

3.根据权利要求2所述的观察装置，其特征在于，

上述穿透率调整部是配置在上述照明光或上述反射光的光路上的滤波器。

4.一种观察系统，其特征在于，包括：

照明光供给部，其用于供给具有特定的波长频带的照明光；

摄像部，其检测来自被上述照明光照射的体内的被摄体的反射光而拍摄被摄体像；以及

穿透率调整部，其针对上述照明光或者上述反射光，460nm～500nm的波长频带的穿透率设定在相对于血红蛋白的靠短波长侧的光吸收第1峰值波长的穿透率为20％～70％的范围。

5.根据权利要求4所述的观察系统，其特征在于，

上述穿透率调整部是配置在上述照明光或上述反射光的光路上的滤波器。