CN106068094A - 光源装置 - Google Patents

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CN106068094A CN201680000507.4A CN201680000507A CN106068094A CN 106068094 A CN106068094 A CN 106068094A CN 201680000507 A CN201680000507 A CN 201680000507A CN 106068094 A CN106068094 A CN 106068094A
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Abstract

本发明涉及一种光源装置，其构成为包括：光源，射出白色光；旋转式转台，在该旋转式转台上沿圆周方向排列配置多种特定波长光通过区域，其中，多种特定波长光为从所述光源射入的白色光中取出的各不相同的波长范围的光，进一步，在该旋转式转台上沿所述圆周方向并且在各个所述特定波长光通过区域之间排列设置使所述白色光通过的白色光通过区域；驱动装置，通过使所述旋转式转台旋转，以与规定的拍摄周期同步的定时将所述特定波长光通过区域和所述白色光通过区域交互插入所述白色光的光路。

Description

光源装置
技术领域
本发明涉及一种向被摄体照射光的光源装置。
背景技术
已知一种能够拍摄特殊的图像的内窥镜系统。例如在国际公开第2014/192781号文件(以下记为“专利文献1”)中记载了这种内窥镜系统的具体的构成。
专利文献1中记载的内窥镜系统具有光源装置，所述光源装置搭载有旋转滤波器。在旋转滤波器上，沿圆周方向排列配置有三个带通滤波器(两个选择性地使550nm波段的光透过的光带通滤波器、一个选择性地使650nm波段的光透过的光带通滤波器)和使白色光透过的普通观察用滤波器。控制器按照一定的旋转周期旋转驱动旋转滤波器，将各滤波器依次插入白色光的光路，并且依次进行通过透过各滤波器的照射光而进行的生物体组织的拍摄。控制器生成基于使用各带通滤波器拍摄到的图像的数据而示出生物体组织中的生物体分子的分布的图像(例如示出血红蛋白的氧饱和度的分布的图像)，并且使所生成的分布图像与使用普通观察用滤波器拍摄到的普通观察图像排列显示在显示画面内。
发明内容
在专利文献1中，配置于旋转滤波器的各滤波器(三个带通滤波器和一个普通观察用滤波器，共四个)按照与帧速率同步的定时被依次插入白色光的光路。但是，在该构成中，由于只能每四帧进行利用普通观察用滤波器进行的普通观察图像的拍摄，因此，被指出普通观察图像的刷新率低的问题。
本发明是鉴于以上的问题而完成的，其目的在于提供一种适于如下性能的光源装置：在向被摄体依次照射透过分光特性不同的多种光学滤波器的各种照射光和白色光的同时，抑制被白色光照射的被摄体的图像的刷新率的降低。
本发明的一实施方式所涉及的光源装置包括：光源，射出白色光；旋转式转台，在该旋转式转台上沿圆周方向排列配置多种特定波长光通过区域，其中，多种特定波长光为从由所述光源射入的白色光中取出的各不相同的波长范围的光，进一步，在该旋转式转台上沿所述圆周方向并且在各个所述特定波长光通过区域之间排列设置使所述白色光通过的白色光通过区域；驱动装置，通过使所述旋转式转台旋转，以与规定的拍摄周期同步的定时将所述特定波长光通过区域和所述白色光通过区域交互插入所述白色光的光路。
根据本发明的一实施方式，由于将白色光通过区域排列配置在各特定波长光通过区域之间，将特定波长光通过区域和白色光通过区域交互插入白色光的光路，因此，经过白色光通过区域的白色光每间隔一个拍摄周期照射至被摄体，而与特定波长光通过区域的种类/配置数无关。由于在光谱不同的多种照射光依次照射至被摄体的同时，白色光每间隔一个拍摄周期照射至被摄体，因此，能够在拍摄由各光谱的照射光照射的被摄体的图像的同时，每隔一个拍摄周期拍摄由白色光照射的被摄体的图像。
另外，在本发明的一实施方式中，多种特定波长光通过区域例如具有透过的光的波长范围不同的第一、第二特定波长光通过区域。在这种情况下，也可以形成为如下构成：在旋转式转台上，沿圆周方向依次排列配置第一特定波长光通过区域、白色光通过区域、第二特定波长光通过区域、白色光通过区域。
另外，在本发明的一实施方式中，也可以形成为各光通过区域以等角度间距配置于圆周方向的构成。
另外，在本发明的一实施方式中，白色光通过区域例如为配置有使白色光透过的光学滤波器的区域或者不具备光学滤波器的开口部。
根据本发明的一实施方式，提供一种适于如下性能的光源装置：在向被摄体依次照射透过分光特性不同的多种光学滤波器的各种照射光和白色光的同时，抑制被白色光照射的被摄体的图像的刷新率的降低。
附图说明
图1是将550nm附近放大的血红蛋白的吸收光谱。
图2是示出本发明的实施方式所涉及的电子内窥镜系统的构成的框图。
图3是从聚光透镜侧观察本发明的实施方式所涉及的处理器所具备的旋转滤波器部的正面图。
图4是示出与普通观察图像和氧饱和度分布图像相关的各处理的定时和期间的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下内容中，作为本发明的一实施方式，以电子内窥镜系统为例进行说明。本实施方式所涉及的电子内窥镜系统为能够基于通过波长范围不同的光拍摄到的多个图像对于被摄体的生物体信息(例如氧饱和度)进行定量分析并图像化的系统。
【血红蛋白的分光特性和氧饱和度的计算原理】
在对本实施方式所涉及的电子内窥镜系统的构成进行详细说明之前，对血红蛋白的分光特性和本实施方式中的氧饱和度的计算原理进行说明。
图1示出550nm附近的血红蛋白的吸收光谱。血红蛋白在550nm附近具有来源于卟啉的称为Q带的强吸收带。血红蛋白的吸收光谱根据氧饱和度(全血红蛋白中的氧合血红蛋白所占的比例)而发生变化。图1中的实线的波形表示氧饱和度为100％的情况下的(即氧合血红蛋白HbO的)吸收光谱，长虚线的波形表示氧饱和度为0％的情况下的(即还原血红蛋白Hb的)吸收光谱。另外，短虚线表示其中间的氧饱和度(10、20、30、…90％)情况下的血红蛋白(氧合血红蛋白和还原血红蛋白)的吸收光谱。
如图1所示，在Q带中，氧合血红蛋白和还原血红蛋白具有彼此不同的峰值波长。具体而言，氧合血红蛋白在波长542nm附近具有吸收峰P1、在波长578nm附近具有吸收峰P3。另一方面，还原血红蛋白在558nm附近具有吸收峰P2。由于图1为各成分(氧合血红蛋白、还原血红蛋白)的浓度之和为一定的两成分类的吸收光谱，因此，出现了与各成分的浓度(即氧饱和度)无关的、吸收为一定的等吸收点E1、E2、E3、E4。在以下的说明中，将被等吸收点E1和E2相夹的波长区域记为“波长范围R1”，将被等吸收点E2和E3相夹的波长区域记为“波长范围R2”将被等吸收点E3和E4相夹的波长区域记为“波长范围R3”。另外，将被等吸收点E1和E4相夹的波长区域(即合并波长范围R1、R2和R3)记为“波长范围R0”。
如图1所示，在邻接的等吸收点之间，吸收相对于氧饱和度单调地增加或者减少。另外，在邻接的等吸收点之间，血红蛋白的吸收相对于氧饱和度大致线性地变化。
具体而言，波长范围R1、R3中的血红蛋白的吸收AR1、AR3相对于氧合血红蛋白的浓度(氧饱和度)线性地单调增加，波长范围R2中的血红蛋白的吸收AR2相对于还原血红蛋白的浓度(1-氧饱和度)线性地单调增加。因此，通过下式(1)定义的指标X相对于氧合血红蛋白的浓度(氧饱和度)线性地单调增加。
(式1)
X＝(AR1+AR3)-AR2
因此，如果预先实验取得氧饱和度和指标X的定量关系的话，则能够从指标X的值计算氧饱和度。
【电子内窥镜系统的构成】
图2是示出本实施方式所涉及的电子内窥镜系统1的构成的框图。如图2所示，电子内窥镜系统1具有电子镜100、处理器200和监视器300。
处理器200具有系统控制器202和定时控制器204。系统控制器202执行存储器212中所存储的各种程序，并总括地控制电子内窥镜系统1整体。并且，系统控制器202连接于操作面板214。系统控制器202按照从操作面板214输入的手术医生的指示变更电子内窥镜系统1的各动作和用于各动作的参数。定时控制器204将调整各部的动作的定时的定时脉冲输出至电子内窥镜系统1内的各电路。
灯208在利用灯电源点火器206开始动作后射出照射光L。灯208例如为氙气灯、卤素灯、水银灯、金属卤化物灯等的高亮度灯或者LED(发光二极管)。照射光L主要为具有从可见光区域扩展至不可见的红外光区域的光谱的光(或者，至少包括可见光区域的白色光)。
由灯208射出的照射光L射入旋转滤波器部260。图3为从聚光透镜210侧观察旋转滤波器部260的正面图。如图3所示，旋转滤波器部260具有旋转式转台261、DC电机262、驱动器263和光断续器264。在旋转式转台261上配置四个光学滤波器。具体而言，在旋转式转台261上，沿圆周方向依次排列配置普通观察用(白色光用)滤波器Fn、第一氧饱和度观察用滤波器Fs1、普通观察用滤波器Fn、第二氧饱和度观察用滤波器Fs2。各光学滤波器具有扇形状，以对应于拍摄周期(帧周期)的角度间距(在此为90°的角度间距)配置。另外，各光学滤波器均为电介体多层膜滤波器，但是，也可以为其他方式的光学滤波器(例如将电介体多层膜用作反射膜的标准滤波器等)。此外，在以后的说明中，“帧”也可以调换为“半帧”。在本实施方式中，帧周期、半帧周期分别为1/30秒、1/60秒。
第一氧饱和度观察用滤波器Fs1为选择性地使550nm波段的光透过的光带通滤波器。如图1所示，第一氧饱和度观察用滤波器Fs1具有以低损失使从等吸收点E1至E4的波长范围(即波长范围R0)的光透过并且遮蔽其以外的波长区域的光的分光特性。第二氧饱和度观察用滤波器Fs2具有以低损失使从等吸收点E2至E3的波长范围(即波长范围R2)的光透过并且遮蔽其以外的波长区域的光的分光特性。
普通观察用滤波器Fn为阻隔紫外线滤波器。普通观察用滤波器Fn也可以调换为单纯的开口(无光学滤波器)或兼具光圈功能的切口(无光学滤波器)。
以下，为了便于说明，将透过第一氧饱和度观察用滤波器Fs1后的照射光L记为“第一氧饱和度观察光Ls1”，将透过第二氧饱和度观察用滤波器Fs2后的照射光L记为“第二氧饱和度观察光Ls2”，将透过普通观察用滤波器Fn后的照射光L记为“通常光Ln”。
驱动器263在利用系统控制器202的控制下驱动DC电机262。就旋转滤波器部260而言，旋转式转台261通过DC电机262进行旋转动作，从而将普通观察用滤波器Fn、第一氧饱和度观察用滤波器Fs1、普通观察用滤波器Fn、第二氧饱和度观察用滤波器Fs2的各光学滤波器依次插入照射光L的光路。由此，以与帧周期同步的定时，从由灯208射入的照射光L中依次取出光谱不同的照射光。具体而言，旋转式转台261在旋转动作中循环性地通过第一氧饱和度观察用滤波器Fs1取出第一氧饱和度观察光Ls1、通过普通观察用滤波器Fn取出通常光Ln、通过第二氧饱和度观察用滤波器Fs2取出第二氧饱和度观察光Ls2、通过普通观察用滤波器Fn取出通常光Ln。旋转式转台261的旋转位置和旋转的相位，通过利用光断续器264检测形成于旋转式转台261的外周附近的开口(未图示)来进行控制。
由旋转滤波器部260取出的照射光(第一氧饱和度观察光Ls1、第二氧饱和度观察光Ls2、通常光Ln)通过聚光透镜210进行聚光的同时，经由光圈片(羽根絞り)(未图示)而被限制为合适的光量，在LCB(光导束)102的射入端面被聚光并射入LCB102内。
射入LCB102内的照射光(第一氧饱和度观察光Ls1、第二氧饱和度观察光Ls2、通常光Ln)在LCB102内传播并从配置于电子镜100的前端的LCB102的射出端面射出，经由配光透镜104照射至被摄体。由此，被摄体被第一氧饱和度观察光Ls1、第二氧饱和度观察光Ls2、通常光Ln依次照射。来自被照射光照射的被摄体的返回光经由物镜106在固体拍摄元件108的受光面上形成光学图像。
固体拍摄元件108为具有拜耳型(ベイヤ型)像素配置的单板式彩色CCD(电荷耦合元件)图像传感器。固体拍摄元件108将在各受光面上的各像素成像而成的光学图像作为对应于光量的电荷而蓄积，从而生成R(红)、G(绿)、B(蓝)的图像信号并输出。此外，固体拍摄元件108并不限于CCD图像传感器，也可以调换为CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器或其他种类的拍摄装置。固体拍摄元件108还可以搭载有补色类滤波器。
旋转滤波器部260的各照射光(第一氧饱和度观察光Ls1、第二氧饱和度观察光Ls2、通常光Ln)的切换定时与固体拍摄元件108中的拍摄期间(帧期间)的切换定时同步。因此，固体拍摄元件108在一帧期间内接收第一氧饱和度观察光Ls1，生成第一氧饱和度观察用图像信号Ss1并输出，在接下来的一帧期间内接收通常光Ln，生成普通观察用图像信号Sn并输出，在接下来的一帧期间内，接收第二氧饱和度观察光Ls2，生成第二氧饱和度观察用图像信号Ss2并输出，在接下来的一帧期间内接收通常光Ln，生成普通观察用图像信号Sn并输出。也就是说，通过固体拍摄元件108依次生成第一氧饱和度观察用图像信号Ss1、普通观察用图像信号Sn、第二氧饱和度观察用图像信号Ss2、普通观察用图像信号Sn并输出。
在电子镜100的连接部内具有驱动器信号处理电路110。通过固体拍摄元件108按照帧周期向驱动器信号处理电路110依次输入各图像信号Ss1、Sn、Ss2、Sn。驱动器信号处理电路110对于通过固体拍摄元件108输入的图像信号实施规定的处理并输出至处理器200的前段信号处理电路220。
驱动器信号处理电路110还访问存储器112并读取电子镜100的固有信息。存储器112中所存储的电子镜100的固有信息包括例如固体拍摄元件108的像素数和灵敏度、能够动作的帧速率、型号等。驱动器信号处理电路110将从存储器112读取的固有信息输出至系统控制器202。
系统控制器202基于电子镜100的固有信息进行各种运算并生成控制信号。系统控制器202，以使用生成的控制信号进行适合于与处理器200连接的电子显示器的处理的方式控制处理器200内的各种电路的动作和定时。
定时控制器204根据系统控制器202的定时控制向驱动器信号处理电路110供给定时脉冲。驱动器信号处理电路110根据由定时控制器204供给的定时脉冲，按照与在处理器200侧处理的影像的帧速率同步的定时驱动控制固体拍摄元件108。
前段信号处理电路220，对于由驱动器信号处理电路110按照一帧周期依次输入的各图像信号Ss1、Sn、Ss2、Sn实施规定的信号处理并输出至帧存储器230。
帧存储器230具有三个帧存储器(第一氧饱和度观察用存储器230mA、第二氧饱和度观察用帧存储器230mB、普通观察用存储器230mC)。向各帧存储器写入(覆盖)通过前段信号处理电路220输入的各图像信号。具体而言，向第一氧饱和度观察用存储器230mA写入第一氧饱和度观察用图像信号Ss1、向第二氧饱和度观察用帧存储器230mB写入第二氧饱和度观察用图像信号Ss2、向普通观察用存储器230mC写入普通观察用图像信号Sn。帧存储器230将各帧存储器的图像信号与来自定时控制器204的定时脉冲同步地依次输出至后段信号处理电路240。
后段信号处理电路240使用上述式(1)，根据由帧存储器230输入的第一氧饱和度观察用图像信号Ss1和第二氧饱和度观察用图像信号Ss2计算指标X。
在后段信号处理电路240所具有的非易失性存储器(未图示)中存储表示预先实验性取得的血红蛋白的氧饱和度和指标X的值的定量关系的数值表。后段信号处理电路240参照该数值表取得与使用上式(1)算出的指标X的值相对应的氧饱和度SatO2(x，y)。后段信号处理电路240生成图像数据(氧饱和度分布图像数据)，所述图像数据为以在所取得的氧饱和度SatO2(x，y)基础上乘以规定的常数所得到的值为各像素(x，y)的像素值。
另外，后段信号处理电路240使用由帧存储器230输入的普通观察用图像信号Sn生成普通观察用图像数据。
后段信号处理电路240将氧饱和度分布图像数据和普通观察用图形数据转换为规定的影像格式信号。经转换的影像格式信号被输出至监视器300。由此，在监视器300的显示画面中显示氧饱和度分布图像和普通观察图像。
手术医生通过操作操作面板214能够设定观察图像的显示方式。作为观察图像的显示方式例如具有如下方式：将同一尺寸的氧饱和度分布图像和普通观察图像排列显示于一个画面中的方式；主画面显示一方的图像，子画面显示另一方的图像的方式；将按照手术医生的操作而选择的一方的图像全画面显示的方式；在普通观察图像上覆盖显示氧饱和度分布图像的方式。另外，在显示画面中能够叠加显示通过操作面板214输入的内窥镜观察的相关信息(例如手术医生名、患者名、观察日期和时间、观察所使用的照射光的种类等)。
图4的(a)至图4的(g)是示出与普通观察图像和氧饱和度分布图像相关的各处理的定时和期间的图。图4的(a)示出被摄体(体腔内)被照射光(第一氧饱和度观察光Ls1、第二氧饱和度观察光Ls2、通常光Ln)照射的期间。如图4的(a)所示，第一氧饱和度观察光Ls1、第二氧饱和度观察光Ls2每四帧地照射于被摄体，通常光Ln每两帧地照射于被摄体。图4的(b)示出第一氧饱和度观察用图像信号Ss1向第一氧饱和度观察用存储器230mA的写入定时和保持期间。图4的(c)示出第二氧饱和度观察用图像信号Ss2向第二氧饱和度观察用存储器230mB的写入定时和保持期间。图4的(d)示出普通观察用图像信号Sn向普通观察用存储器230mC的写入定时和保持期间。图4的(e)、图4的(f)、图4的(g)分别示出从帧存储器230读取第一氧饱和度观察用图像信号Ss1、第二氧饱和度观察用图像信号Ss2、普通观察用图像信号Sn的期间。
此外，在图4的例子中，图像信号向帧存储器230的写入开始定时(图4的(b)至图4的(d))相对于照射光的照射开始定时(图4的(a))延迟一帧期间显示，图像信号的读取开始定时(图4的(e)至图4的(g))以与图像信号向帧存储器的写入开始定时相同的定时显示。但是，这些定时为了便于良好区分而显示。实际上，照射、写入、读取的各处理并不是在图4的(a)至图4的(g)中所示的定时开始，而是略有延迟地依次开始。另外，在图4的例子中，照射、写入、读取的各处理的执行期间长度一律以一帧为单位长度，但是，这些执行期间长度也是为了便于良好区分而显示。实际上，照射、保持、读取的各处理的执行期间长度为不同的长度。
另外，在图4的(a)中，为了便于说明，照射光的照射期间以“照射光的符号(序数)”的表记示出。例如，在图4的(a)中，“Ls1(1)”表示第一氧饱和度观察光Ls1的初次的照射期间，“Ls2(2)”表示第一氧饱和度观察光Ls1的第二次的照射期间。
另外，在图4的(b)至图4的(d)中，为了便于说明，图像信号向帧存储器230的写入定时和保持期间以“图像信号的符号(序数)”的表记示出。例如，在图4的(b)中，“Ss1(1)”表示将被第一氧饱和度观察光Ls1(初次)照射的被摄体的第一氧饱和度观察用图像信号Ss1向第一氧饱和度观察用存储器230mA写入的定时和被写入的该图像信号的保持期间，“Ss1(2)”表示将被第一氧饱和度观察光Ls1(第二次)照射的被摄体的第一氧饱和度观察用图像信号Ss1向第一氧饱和度观察用存储器230mA写入的定时和被写入的该图像信号的保持期间。
另外，在图4的(e)至图4的(g)中，为了便于说明，图像信号的读取期间以“图像信号的符号(序数)”的表记示出。例如，在图4的(e)中，“Ss1(1)”表示从第一氧饱和度观察用存储器230mA读取第一氧饱和度观察用图像信号Ss1(初次)的期间，“Ss1(2)”表示从第一氧饱和度观察用存储器230mA读取第一氧饱和度观察用图像信号Ss1(第二次)的期间。
根据本实施方式，如图4所示，第一氧饱和度观察用图像信号Ss1、第二氧饱和度观察用图像信号Ss2每四帧更新，普通观察用图像信号Sn每两帧更新。因此，在监视器300的显示画面中，显示使用分光特性不同的两种光学滤波器(第一氧饱和度观察用滤波器Fs1、第二氧饱和度观察用滤波器Fs2)而取得的氧饱和度分布图像，同时，显示刷新率降低被抑制的(具体而言，更新频率为每两帧的)普通观察图像。由于普通观察图像的刷新率降低被抑制，因此，例如手术医生观察画面时所感受到的压力也得以减轻。
以上是本发明的例示的实施方式的说明。本发明的实施方式并不限定于上述说明的方式，在本发明的技术思想的范围内可进行各种各样的变形。例如将说明书中例示性写明的实施方式等或者显而易见的实施方式等适当组合得到的内容也包括在本申请的实施方式中。
在上述的实施方式中，虽然将光源装置内置于处理器200内，但是，在其他的实施方式中，也可以为使处理器200和光源装置分离的构成。在这种情况下，设置有用于在处理器200和光源装置之间发送/接收定时信号的有线或无线的通信装置。
另外，能够与通常光Ln组合的光并不限定于用于氧饱和度观察的光(第一氧饱和度观察光Ls1、第二氧饱和度观察光Ls2)。能够与通常光Ln组合的光例如可举出用于红外光观察的红外光、用于荧光观察的激发光、用于窄波段图像观察的窄波段光等。
另外，在上述的实施方式中，采用将旋转滤波器部260设置于灯208侧并且对于照射光L进行滤波处理的构成，但是，本发明并不限定于该构成。例如也可以采用将旋转滤波器部260设置于固体拍摄元件108侧并且对于来自被摄体的返回光进行滤波处理的构成。

Claims (4)

1.一种光源装置，其特征在于，包括：
光源，射出白色光；
旋转式转台，在该旋转式转台上沿圆周方向排列配置多种特定波长光通过区域，其中，多种特定波长光为从所述光源射入的白色光中取出的各不相同的波长范围的光，进一步，在该旋转式转台上沿所述圆周方向并且在各个所述特定波长光通过区域之间排列设置使所述白色光通过的白色光通过区域；
驱动装置，通过使所述旋转式转台旋转，以与规定的拍摄周期同步的定时将所述特定波长光通过区域和所述白色光通过区域交互插入所述白色光的光路。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，
所述多种特定波长光通过区域具有第一特定波长光通过区域和第二特定波长光通过区域，透过所述第一波长光通过区域和透过所述第二特定波长光通过区域的光的波长范围不同，
在所述旋转式转台上，沿所述圆周方向依次排列配置所述第一特定波长光通过区域、所述白色光通过区域、所述第二特定波长光通过区域、所述白色光通过区域。
3.根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，各个所述光通过区域以等角度间距配置在所述圆周方向上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光源装置，其特征在于，所述白色光通过区域为使所述白色光透过的光学滤波器或者不具备光学滤波器的开口部。
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