CN106037618B - 内窥镜用光源装置和内窥镜系统 - Google Patents
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Abstract
内窥镜用光源装置和内窥镜系统，能够使观察图像中的第1色素剂和第2色素剂的颜色差异清晰化。光源装置具有白色LED光源和频带限制部。白色LED光源具有发出蓝色的激励光的激励光源和接收激励光并发出黄色的荧光的荧光体层。白色LED光源通过荧光和一部分激励光的混合，射出具有横跨蓝色、绿色和红色区域而连续的光强度谱的射出光。频带限制部减少射出光中的阈值以上的波段的光。阈值为650nm以上。阈值处的第1色素剂(龙胆紫)的光反射率为一定值以上，第2色素剂(靛胭脂)的光反射率大致为零。
Description
技术领域
本发明涉及内窥镜用光源装置和内窥镜系统。
背景技术
在医疗领域中，广泛使用具有内窥镜、内窥镜用光源装置和处理器装置的内窥镜系统进行诊断。经由内窥镜内的光导从内窥镜的前端部向观察对象照射由光源装置产生的照明光。在内窥镜的前端部内置有摄像元件，通过摄像元件接收来自观察对象的返回光。处理器装置对由摄像元件得到的图像信号进行图像处理，生成观察图像。
作为光源装置，广泛普及通过氙灯等放电型光源发出白色的宽带光(白色光)。近年来，代替放电型光源而使用发光二极管(LED：Light Emitting Diode)等半导体光源。
在使用该半导体光源的光源装置中，公知有对从红色LED、绿色LED和蓝色LED发出的各光进行相加而生成白色光的相加方式的光源(例如参照日本特许第5654167号公报)。并且，在使用半导体光源的光源装置中，公知有通过激励荧光体而生成白色光的白色LED光源(例如参照日本特开2011-41758号公报)。
并且，在内窥镜系统中，根据诊断的目的，对观察对象进行色素散布，通过摄像元件对由色素着色的观察对象进行摄像(例如参照日本特开2010-131265号公报)。作为代表性的色素剂，具有龙胆紫和靛胭脂。龙胆紫也被称为结晶紫。
龙胆紫是紫色的色素剂，主要将大肠作为观察对象来使用。通过对观察对象散布龙胆紫，病变被染色成紫色，病变的表面的纹理清晰化。通过该纹理的图案，能够判断病变的性状(良性还是恶性)。
靛胭脂是蓝色的色素剂，将胃、小肠、大肠等作为观察对象而广泛使用。通过对观察对象散布靛胭脂，观察对象的表面的凹凸清晰化，病变醒目。
但是，在内窥镜系统中对散布了龙胆紫或靛胭脂等色素剂的观察对象进行观察的情况下，根据从内窥镜系统的光源装置向观察对象照射的照明光的光强度谱，观察图像中的色素剂的颜色变化。特别地，具备具有放电型光源的光源装置的内窥镜系统中观察到的色素剂的颜色和具备具有半导体光源的光源装置的内窥镜系统中观察到的相同色素剂的颜色有时产生差异。
如图6所示，龙胆紫(第1色素剂)的光反射率在大约470nm以下的波段和大约640nm以上的波段中为一定值以上。通过摄像元件接收大约470nm以下的波段的蓝色的反射光和大约640nm以上的波段的红色的反射光，由此，龙胆紫被观察为紫色。
与此相对，靛胭脂(第2色素剂)的光反射率在大约520nm以下的波段和大约670nm以上的波段中为一定值以上。通过摄像元件主要接收大约520nm以下的波段的光，由此，靛胭脂被观察为蓝色。
这样，根据向观察对象照射的照明光包含大约640nm以上的红色频带的波长成分的程度，观察到的龙胆紫和靛胭脂的颜色变化。例如，在照明光中红色频带的波长成分较少的情况下，龙胆紫和靛胭脂均被观察为蓝色，很难区分两者。相反，在照明光中的波长成分从红色频带拓宽到红外区域的情况下，龙胆紫和靛胭脂均被观察为紫色，很难区分两者。
发明内容
本发明的目的在于，提供能够使观察图像中的第1色素剂和第2色素剂的颜色差异清晰化的内窥镜用光源装置和内窥镜系统。
为了实现上述目的，本发明的内窥镜用光源装置具有半导体光源和频带限制部。半导体光源具有发出激励光的激励光源和通过激励光而发出荧光的荧光体层，射出具有横跨蓝色、绿色和红色区域的光强度谱的射出光。频带限制部在射出光中降低阈值以上的波段的光强度，阈值为650nm以上。在阈值处，第1色素剂的光反射率为一定值以上，光反射特性与第1色素剂不同的第2色素剂的光反射率大致为零。
优选射出光的光强度谱横跨蓝色、绿色和红色区域而连续，并且，具有700nm以上的波长成分。
优选第1色素剂是龙胆紫，第2色素剂是靛胭脂。
优选激励光是中心波长为450nm的蓝色光，荧光是黄色光。
优选射出光是荧光和激励光中的穿过荧光体层的成分的混合。优选半导体光源是白色发光二极管。
本发明的内窥镜系统具有半导体光源、频带限制部、照明部、摄像元件、观察图像生成部。半导体光源具有发出激励光的激励光源和通过激励光而发出荧光的荧光体层，射出具有横跨蓝色、绿色和红色区域的光强度谱的射出光。频带限制部在射出光中降低阈值以上的波段的光强度。阈值为650nm以上。在阈值处，第1色素剂的光反射率为一定值以上，光反射特性与第1色素剂不同的第2色素剂的光反射率大致为零。照明部向观察对象照射透射过频带限制部的光即照明光。摄像元件对来自观察对象的返回光进行摄像，输出彩色图像信号。观察图像生成部对彩色图像信号进行处理，生成观察图像。
优选内窥镜系统具有对观察对象散布第1色素剂或第2色素剂的色素散布部。优选第1色素剂是龙胆紫，第2色素剂是靛胭脂。
根据本发明，利用频带限制部从半导体光源的射出光中降低阈值以上的波段的光强度，该阈值为650nm以上，在阈值处，第1色素剂的光反射率为一定值以上，光反射特性与第1色素剂不同的第2色素剂的光反射率大致为零，所以，能够使观察图像中的第1色素剂和第2色素剂的颜色差异清晰化。
附图说明
图1是内窥镜系统的外观图。
图2是示出内窥镜系统的功能的框图。
图3的(A)是示出来自白色LED光源的射出光的光强度谱的图。
图3的(B)是示出频带限制部的光透射特性的图。
图3的(C)是示出龙胆紫和靛胭脂的光反射特性的图。
图4是示出滤色器的分光特性的图。
图5是示出通过频带衰减滤波器使光强度局部衰减后的射出光的光强度谱的图。
图6是示出龙胆紫和靛胭脂的光反射特性的图。
具体实施方式
在图1中，内窥镜系统10具有内窥镜12、内窥镜用光源装置14、处理器装置16、监视器18、控制台19。内窥镜12通过通用软线25而与光源装置14光连接，并且与处理器装置16电连接。
内窥镜12具有插入到被检体内的插入部12a、设置在插入部12a的基端部分的操作部12b、设置在插入部12a的前端侧的弯曲部12c、设置在弯曲部12c的前端的前端部12d。通过对操作部12b的角度旋钮12e进行操作，弯曲部12c进行弯曲动作。伴随该弯曲动作，前端部12d朝向期望的方向。并且，在操作部12b中，除了角度旋钮12e以外，还设置有变焦操作部13等。
处理器装置16与监视器18和控制台19电连接。监视器18是输出显示图像信息等的显示部。控制台19作为受理功能设定等输入操作的用户接口发挥功能。另外，能够在处理器装置16上连接记录图像信息等的外置记录部(未图示)。
并且，在内窥镜12上设置有钳子通道20。在钳子通道20中贯穿插入有用于对观察对象散布色素剂的散布管22。散布管22从设置于操作部12b的钳子入口20a插入到钳子通道20中。散布管22的至少前端22a从形成于内窥镜12的前端部12d的钳子出口20b露出。
在散布管22的基端侧连接有填充了龙胆紫(第1色素剂)或靛胭脂(第2色素剂)的注射器24。医师等用户通过对注射器24进行操作，能够从散布管22的前端22a朝向观察对象呈雾状散布色素剂。另外，本发明的“色素散布部”对应于包含散布管22和注射器24的结构。
在图2中，光源装置14具有白色LED光源30、光源控制部31和频带限制部32。白色LED光源30是由激励光源30a和荧光体层30b构成的半导体光源。激励光源30a是发出例如中心波长为大约450nm的蓝色光作为激励光的蓝色LED光源。荧光体层30b是使黄色荧光体分散在树脂材料中而得到的，接收从激励光源30a射出的激励光，发出黄色的荧光。作为该黄色荧光体，例如使用YAG(Y3Al5O12)荧光体。
从激励光源30a射出的激励光的一部分成分未在荧光体层30b中转换为荧光，直接透射过荧光体层30b。因此，如图3的(A)所示，从白色LED光源30射出混合了荧光LF和激励光LE的光(以下称为射出光LO)。
激励光LE是蓝色光，荧光LF是黄色光。因此，射出光LO具有横跨蓝色、绿色和红色区域而连续的光强度谱。射出光LO具有大约400nm～750nm左右的波段。该射出光LO入射到频带限制部32。另外，优选射出光LO具有700nm以上的波长成分。
如图3的(B)所示，频带限制部32是具有使阈值λT以上的波段的光减少的光透射特性的波长限制滤波器。在本实施方式中，设为λT＝670nm。关于频带限制部32，在小于大约670nm的波段中，光透射率大致为100％，在大约700nm以上的波段中，光透射率大致为0％。频带限制部32的半值波长为大约685nm。如图3的(A)所示，频带限制部32从射出光LO中降低大约670nm以上的波段的光强度。
透射过频带限制部32的射出光LO经由会聚透镜33而作为照明光入射到光导34。光导34内置于内窥镜12和通用软线25内，将从光源装置14供给的照明光传播到内窥镜12的前端部12d。另外，作为光导34，可以使用多模光纤。作为一例，可以使用芯径为大约105μm、包层径为大约125μm、包含外皮(保护层)的外径为0.3～0.5mm的细径的光缆。
在内窥镜12的前端部12d设置有照明光学系统35a和摄像光学系统35b。照明光学系统35a具有照明透镜36。从光导34射出的照明光经由照明透镜36向观察对象进行照射。另外，本发明的“照明部”对应于包含光导34和照明透镜36的结构。
摄像光学系统35b具有物镜37、变焦透镜38和摄像元件39。照明光的来自观察对象的返回光经由物镜37和变焦透镜38入射到摄像元件39。在摄像元件39中形成观察对象的光像。
变焦透镜38根据变焦操作部13的操作，在望远端与广角端之间移动。在不进行放大观察的情况下(非放大观察时)，变焦透镜38配置在广角端。在进行放大观察的情况下，变焦透镜38根据变焦操作部13的操作而从广角端向望远端移动。
摄像元件39是同时式的原色型彩色传感器，对观察对象的光像进行摄像并输出彩色的图像信号。作为摄像元件39，使用CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)型摄像传感器。
摄像元件39具备具有图4所示的第1分光透射特性39a的红色(R)滤色器、具有第2分光透射特性39b的绿色(G)滤色器、具有第3分光透射特性39c的蓝色(B)滤色器。在摄像元件39的各像素中设置有任意一个滤色器。即，摄像元件39具有设置有R滤色器的R像素、设置有G滤色器的G像素、设置有B滤色器的B像素，输出RGB形式的图像信号。该RGB图像信号是按照每1个像素分配RGB中的任意一个颜色信号而得到的，由R图像信号、G图像信号和B图像信号构成。
摄像元件39具有相关双取样电路和A/D(Analog to Digital：模拟至数字)转换器，将各图像信号作为数字信号进行输出。
处理器装置16具有摄像控制部40、接收部41、DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)42、噪声降低部43、观察图像生成部44、影像信号生成部45。摄像控制部40对基于摄像元件39的观察对象的摄像定时、来自摄像元件39的图像信号的输出定时进行控制。
接收部41接收从内窥镜12的摄像元件39输出的数字的RGB图像信号。DSP42对接收到的RGB图像信号实施缺陷校正处理、偏置处理、增益校正处理、线性矩阵处理、伽马转换处理和去马赛克处理等各种信号处理。
在缺陷校正处理中，对摄像元件39的缺陷像素的信号进行校正。在偏置处理中，从实施了缺陷校正处理后的RGB图像信号中去除暗电流成分，设定准确的零电平。在增益校正处理中，通过对偏置处理后的RGB图像信号乘以特定的增益值，对信号电平进行整理。对增益校正处理后的RGB图像信号实施用于提高颜色再现性的线性矩阵处理。然后，通过伽马转换处理对亮度和彩度进行整理。对线性矩阵处理后的RGB图像信号实施去马赛克处理(也称为同时化处理)，针对各像素生成RGB各色的信号。
噪声降低部43通过对在DSP42中被实施了去马赛克处理等的RGB图像信号实施噪声降低处理(基于移动平均法或中值滤波法等的处理)，降低噪声。降低了噪声后的RGB图像信号被输入到观察图像生成部44。
观察图像生成部44通过对从噪声降低部43输入的RGB图像信号进行颜色转换处理、色彩强调处理、构造强调处理等图像处理，生成观察图像。在颜色转换处理中，针对RGB图像信号，通过3×3的矩阵处理、灰度转换处理和三维LUT(一览表)处理等进行颜色转换处理。对颜色转换处理后的RGB图像信号进行色彩强调处理。构造强调处理是对表层血管或腺管开口形态等观察对象的构造进行强调的处理，对色彩强调处理后的RGB图像信号进行构造强调处理。
观察图像生成部44生成的观察图像被输入到影像信号生成部45。影像信号生成部45将观察图像转换为用于显示在监视器18中的影像信号。监视器18根据从影像信号生成部45输入的影像信号进行图像显示。
图3的(C)示出观察对象中散布的龙胆紫的光反射特性R1(λ)和靛胭脂的光反射特性R2(λ)。龙胆紫的光反射率在大约470nm以下的波段和大约640nm以上的波段中为一定值以上。靛胭脂的光反射率在大约520nm以下的波段和大约670nm以上的波段中为一定值以上。
在频带限制部32的阈值λT中，龙胆紫的光反射率为一定值Rc以上，靛胭脂的光反射率大致为零。即，阈值λT满足“R1(λT)≧Rc”和“R2(λT)≒0”的关系。在本实施方式中，“λT＝670nm”，一定值Rc是图3的(C)所示的5％～55％的范围W中包含的值(例如Rc＝40％)。并且，“R2(λT)≒0”是光反射率实质上视为零的值，例如未包含在范围W中，意味着满足“R2(λT)<5％”的关系。
如图3的(A)中虚线所示，关于照明光，由于通过频带限制部32降低了阈值λT(＝670nm)以上的波段的光强度，所以，在来自靛胭脂的反射光中仅包含大致大约520nm以下的波长成分。另一方面，在来自龙胆紫的反射光中，除了包含大约470nm以下的波长成分以外，还包含大约640nm～大约670nm的波长成分。
因此，在监视器18中显示的观察图像中，龙胆紫的散布部位被观察为紫色，靛胭脂的散布部位被观察为蓝色。这样，观察图像中的龙胆紫(第1色素剂)和靛胭脂(第2色素剂)的颜色差异清晰化。
接着，对本实施方式的内窥镜系统10的作用进行说明。首先，通过医师等用户，在将内窥镜12的插入部12a插入到大肠等被检体内的状态下进行被检体内的远景观察，进行筛查。此时，进行光源装置14的发光动作、基于内窥镜12内的摄像元件39的摄像动作、基于处理器装置16的观察图像的生成动作和监视器18上的观察图像的图像显示动作。
在光源装置14中，光源控制部31驱动白色LED光源30中的激励光源30a，由此射出蓝色的激励光LE，荧光体层30b接收激励光LE，由此发出黄色的荧光LF。从白色LED光源30射出混合了荧光LF和激励光LE中的穿过荧光体层30b的成分而得到的射出光LO。该射出光LO入射到频带限制部32，通过频带限制部32降低大约670nm以上的波段的光强度。
透射过频带限制部32的射出光LO经由会聚透镜33而作为照明光入射到光导34。入射到光导34的照明光从内窥镜12的前端部12d射出并对观察对象进行照明。
通过内窥镜12内的摄像元件39对由该照明光照明的观察对象进行摄像。摄像元件39生成数字的RGB图像信号并将其输入到处理器装置16。在处理器装置16中，通过DSP42对RGB图像信号实施各种信号处理，通过噪声降低部43进行噪声降低处理，将其输入到观察图像生成部44。观察图像生成部44对所输入的RGB图像信号进行各种图像处理，由此生成观察图像。观察图像经由影像信号生成部45显示在监视器18中。该观察图像以泛红的方式被显示。这是因为观察对象中的血红蛋白吸收短波光。
在筛查时，用户在检测到存在褐色斑(Brownish area)或发红等病变的可能性的部位(病变可能性部位)时，对变焦操作部13进行操作，进行放大显示包含该病变可能性部位的观察对象的放大观察。并且，用户对观察对象进行色素散布，以使得病变可能性部位清晰化。具体而言，用户在放大显示的观察图像中确认散布管22的前端22a的位置后，通过对填充了龙胆紫或靛胭脂等色素剂的注射器24进行操作，从前端22a对观察对象散布色素剂。
该放大观察中的发光动作、摄像动作、观察图像的生成动作和图像显示动作与远景观察的情况相同。在监视器18中显示包含被散布了色素剂的病变可能性部位的观察图像。
在本实施方式中，如上所述，由于照明光中大约670nm以上的波段的光强度被降低，所以，在监视器18中显示的观察图像中，龙胆紫的散布部位被观察为紫色，靛胭脂的散布部位被观察为蓝色。
这样，由本实施方式的内窥镜系统10观察到的观察对象在散布了龙胆紫的情况下和散布了靛胭脂的情况下，颜色差异清晰化，所以，医师等用户能够更加准确地判断病变部的性状。
另外，在上述实施方式中，设频带限制部32的阈值λT为670nm，但是，阈值λT只要是满足“R1(λT)≧Rc”和“R2(λT)≒0”的关系的值即可，不限于670nm。并且，频带限制部32的半值波长也不限于685nm，优选根据阈值λT进行设定。
并且，在上述实施方式中，将频带限制部32设置在光源装置14内，但是，除了光源装置14内的频带限制部32以外，还可以将频带限制部设置在内窥镜12内。或者，也可以将频带限制部32仅设置在内窥镜12内。
并且，在上述实施方式中，频带限制部32是降低红外区域的光强度的波长限制滤波器，但是，还可以设置从射出光LO中衰减绿色区域与红色区域之间的波段(波长580nm附近)的光强度的频带衰减滤波器。由此，如图5中虚线所示，射出光LO的光强度局部降低。由此，观察图像的颜色分离性提高。
并且，在上述实施方式中，白色LED光源30的荧光体层30b是使黄色荧光体分散在树脂材料中而得到的，但是，分散在树脂材料中的荧光体的种类不限于黄色荧光体。例如，荧光体层30b也可以是使绿色荧光体和红色荧光体分散在树脂材料中而得到的。该情况下，作为绿色荧光体，可以使用β-SiAlON(β-Si6-xAlxOxN8-x)荧光体。作为红色荧光体，可以使用CASN(CaAlSiN3：Eu2+)荧光体。
并且，在上述实施方式中，使激励光源30a发出蓝色的激励光，但是，也可以发出中心波长为蓝色区域以外的激励光。例如，作为激励光源30a，可以使用发出中心波长为大约405nm的激励光的紫色LED。该情况下，作为荧光体层30b，使用使蓝色荧光体、绿色荧光体和红色荧光体分散在树脂材料中而得到的荧光体层即可。作为蓝色荧光体，可以使用BAM(BaMgAl10O17：Eu2+)荧光体。作为绿色荧光体，可以使用β-SiAlON(β-Si6-xAlxOxN8-x)荧光体。作为红色荧光体，可以使用CASN(CaAlSiN3：Eu2+)荧光体。
并且，在上述实施方式中，使用原色型彩色传感器作为摄像元件39，但是，取而代之，也可以使用补色型彩色传感器。作为该补色型彩色传感器，优选具有青色(C)像素、品红色(Mg)像素、黄色(Y)像素和绿色(G)像素。这样，在摄像元件39是补色型彩色传感器的情况下，在处理器装置16中，只要进行将补色图像信号(CMYG图像信号)转换为原色图像信号(RGB图像信号)的运算即可。
并且，在上述实施方式中，使用CMOS型摄像传感器作为摄像元件39，但是，取而代之，也可以使用CCD(Charge-Coupled Device：电荷耦合器件)型摄像传感器。
在上述实施方式中，分开构成光源装置和处理器装置，但是，也可以利用一个装置构成光源装置和处理器装置。
本发明不限于上述实施方式，例如，能够进行上述实施方式或变形例的组合等，能够在不脱离本发明主旨的范围内进行适当变更。
Claims (9)
1.一种内窥镜用光源装置，其具有：
半导体光源，其具有发出激励光的激励光源和通过所述激励光而发出荧光的荧光体层，该半导体光源射出具有横跨蓝色、绿色和红色区域的光强度谱的射出光；以及
频带限制部，其在所述射出光中降低阈值以上的波段的光强度，所述阈值的取值范围为650nm以上，在所述阈值处，第1色素剂的光反射率为一定值以上，光反射特性与所述第1色素剂不同的第2色素剂的光反射率大致为零，
所述光强度谱横跨蓝色、绿色和红色区域而连续，并且具有700nm以上的波长成分，在对被散布有所述第1色素剂的观察对象照射被所述频带限制部降低了光强度的光的情况下，在来自所述观察对象的反射光中包含470nm以下的波长成分、和640nm以上且小于670nm的波长成分，在对被散布有所述第2色素剂的观察对象照射被所述频带限制部降低了光强度的光的情况下，在来自所述观察对象的反射光中包含520nm以下的波长成分。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其中，
所述阈值是670nm。
3.根据权利要求1所述的光源装置，其中，
所述第1色素剂是龙胆紫，所述第2色素剂是靛胭脂。
4.根据权利要求1所述的光源装置，其中，
所述激励光是中心波长为450nm的蓝色光，所述荧光是黄色光。
5.根据权利要求1所述的光源装置，其中，
所述射出光是所述荧光和所述激励光中的穿过所述荧光体层后的成分的混合。
6.根据权利要求5所述的光源装置，其中，
所述半导体光源是白色发光二极管。
7.一种内窥镜系统，其具有：
半导体光源，其具有发出激励光的激励光源和通过所述激励光而发出荧光的荧光体层，该半导体光源射出具有横跨蓝色、绿色和红色区域的光强度谱的射出光；
频带限制部，其在所述射出光中降低阈值以上的波段的光强度，所述阈值的取值范围为650nm以上，在所述阈值处，第1色素剂的光反射率为一定值以上，光反射特性与所述第1色素剂不同的第2色素剂的光反射率大致为零；
照明部，其向观察对象照射照明光，所述照明光是透过所述频带限制部后的光；
摄像元件，其对来自所述观察对象的返回光进行摄像，输出彩色图像信号；以及
观察图像生成部，其对所述彩色图像信号进行处理，生成观察图像，
所述光强度谱横跨蓝色、绿色和红色区域而连续，并且具有700nm以上的波长成分，在对被散布有所述第1色素剂的观察对象照射被所述频带限制部降低了光强度的光的情况下，在来自所述观察对象的反射光中包含470nm以下的波长成分、和640nm以上且小于670nm的波长成分，在对被散布有所述第2色素剂的观察对象照射被所述频带限制部降低了光强度的光的情况下，在来自所述观察对象的反射光中包含520nm以下的波长成分。
8.根据权利要求7所述的内窥镜系统，其中，
所述内窥镜系统还具有对所述观察对象散布所述第1色素剂或所述第2色素剂的色素散布部。
9.根据权利要求8所述的内窥镜系统，其中，
所述第1色素剂是龙胆紫，所述第2色素剂是靛胭脂。
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