CN109195502B - 活体观察系统 - Google Patents
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Abstract
活体观察系统(1)具有光源装置(3)、照相机单元(22)、图像处理部(42)以及控制部(44),该照相机单元(22)具有接收来自被检体的光而生成摄像信号的多个像素。图像处理部(42)具有白色光观察图像生成模式和深部血管观察图像生成模式,生成各种彩色图像。控制部(44)在彩色图像中的血液的区域的大小为规定的值以上时,进行将观察图像生成模式从白色光观察图像生成模式向深部血管观察图像生成模式切换的控制。
Description
技术领域
本发明涉及活体观察系统,尤其涉及能够进行观察模式的切换的活体观察系统。
背景技术
照射照明光来获得体腔内的内窥镜图像的内窥镜装置被广泛使用。手术医生能够使用内窥镜装置,来一边观察显示在监视器上的活体组织的内窥镜图像一边进行各种诊断、或者进行必要的处置。
作为活体观察系统的内窥镜装置具有通过白色光的照明光来照射活体组织从而观察活体组织的通常光观察模式、以及通过特殊光的照明光来照射活体组织从而观察活体组织的特殊光观察模式等多个观察模式。
在日本特开2006-341078号公报中,提出了如下的内窥镜装置:即使在观察的粘膜组织的种类不同的情况下,也能够设定分光图像的生成特性等,使得可以获得适当的色调的观察图像。
并且,在日本特开2012-152333号公报中,提出了如下的内窥镜系统:根据观察对象的活体组织的种类来控制射出照明光的光源,使得可以获得适于观察的内窥镜图像。
在一边观察内窥镜图像一边对活体组织实施处置时,虽然手术医生以不会损伤血管等的方式进行处置,但有时会发生出血。当发生出血时,手术医生发现出血点,使用高频手术刀或止血钳子对该出血点实施止血处置。
在白色光下,血液整体以红的色调来显示,因此很难视觉辨认出血点,但通过切换为能够使用红色波段的光来观察粘膜深部的血管的观察模式,手术医生能够视觉辨认出血点。
但是,观察模式的切换操作很繁杂,手术医生无法进行快速的止血处置。例如在频繁发生出血的情况下,手术医生必须反复进行观察模式的切换操作。
因此,本发明的目的在于,提供一种活体观察系统,不需要观察模式的切换操作而能够自动地进行向能够视觉辨认出血点的观察模式的切换。
发明内容
用于解决课题的手段
本发明的一个方式的活体观察系统具有:光源部,其生成用于照射到被检体的照明光;摄像部,其具有接收来自被所述照明光照射的所述被检体的光而生成摄像信号的多个像素;彩色图像生成部,其具有第一观察图像生成模式和第二观察图像生成模式作为观察图像生成模式,并生成所述第一观察图像生成模式和第二观察图像生成模式中的各模式下的所述被检体的彩色图像,在该第一观察图像生成模式下,根据所述摄像信号生成所述被检体的第一观察图像,在该第二观察图像生成模式下,根据所述摄像信号生成与所述第一观察图像不同的所述被检体的第二观察图像;以及控制部,其在所述彩色图像生成部所生成的所述彩色图像中的血液的区域的大小为第一值以上时,进行将所述彩色图像生成部中的所述观察图像生成模式从所述第一观察图像生成模式向所述第二观察图像生成模式切换的控制。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的活体观察系统的主要部分的结构的图。
图2是用于说明本发明的实施方式的活体观察系统的具体结构的一例的图。
图3是示出本发明的实施方式的内窥镜的照相机单元中设置的分光镜的光学特性的一例的图。
图4是示出本发明的实施方式的内窥镜的照相机单元中设置的摄像元件的感光度特性的一例的图。
图5是示出本发明的实施方式的内窥镜的照相机单元中设置的摄像元件的感光度特性的一例的图。
图6是示出本发明的实施方式的从设置于光源装置的各光源发出的光的一例的图。
图7是用于说明本发明的实施方式的处理器中设置的图像处理部的具体结构的一例的图。
图8是示出本发明的实施方式的控制部44对观察模式的切换处理的流程的例子的流程图。
图9是用于说明本发明的实施方式的白色光观察模式下的观察图像OG(N)中的出血区域的图。
图10是用于说明本发明的实施方式的深部血管模式下的观察图像OG(D)中的出血区域和出血点的图。
图11是示出本发明的实施方式的血液对光的波长的吸光特性的示意性的曲线图。
图12是用于说明本发明的实施方式的观察模式的切换引起的观察图像的变化的图。
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。
(结构)
如图1所示,作为内窥镜装置的活体观察系统1具有:内窥镜2,其构成为插入到被检体内并且对该被检体内的活体组织等被摄体进行拍摄而输出图像信号;光源装置3,其构成为将照射到该被摄体的光提供给内窥镜2;处理器4,其构成为根据从内窥镜2输出的图像信号而生成观察图像并输出;以及显示装置5,其构成为将从处理器4输出的观察图像显示在画面上。图1是示出实施方式的活体观察系统的主要部分的结构的图。这里,活体观察系统1具有白色光观察图像生成模式和深部血管观察图像生成模式这两个观察模式作为观察图像生成模式。
内窥镜2构成为具有:光学视管21,其具有细长的插入部6;以及照相机单元22,其能够相对于光学视管21的目镜部7装卸。
光学视管21构成为具有:细长的插入部6,其能够插入到被检体内;把持部8,其设置于插入部6的基端部;以及目镜部7,其设置于把持部8的基端部。
如图2所示,在插入部6的内部贯穿插入有光导11,该光导11用于传送经由线缆13a提供的光。图2是用于说明实施方式的活体观察系统的具体结构的一例的图。
如图2所示,光导11的出射端部配置在插入部6的前端部的照明透镜15的附近。另外,光导11的入射端部配置于光导接头12,该光导接头12设置于把持部8。
如图2所示,在线缆13a的内部贯穿插入有光导13,该光导13用于传送从光源装置3提供的光。另外,在线缆13a的一个端部设置有能够相对于光导接头12装卸的连接部件(未图示)。另外,在线缆13a的另一个端部设置有能够相对于光源装置3装卸的光导连接器14。
在插入部6的前端部设置有照明透镜15和物镜17,该照明透镜15用于将光导11所传送的光向外部射出,该物镜17用于获得与从外部入射的光对应的光学像。另外,在插入部6的前端面相互相邻地设置有:配置有照明透镜15的照明窗(未图示)和配置有物镜17的观察窗(未图示)。
如图2所示,在插入部6的内部设置有中继透镜18,该中继透镜18具有用于将物镜17所获得的光学像向目镜部7传送的多个透镜LE。即,中继透镜18构成为:具有作为传送从物镜17入射的光的传送光学系统的功能。
如图2所示,在目镜部7的内部设置有目镜19,该目镜19用于能够用肉眼观察中继透镜18所传送的光学像。
照相机单元22构成为具有分光镜23、摄像元件25A和25B。
分光镜23构成为:使经由目镜19射出的出射光所包含的可见区域的光向摄像元件25A侧透射过,并且将该出射光所包含的近红外区域的光向摄像元件25B侧反射。
例如如图3所示,分光镜23构成为:使属于可见区域的波段的分光透射率为100%。另外,例如如图3所示,分光镜23构成为:使分光透射率=50%的波长即半值波长为750nm。图3是示出实施方式的内窥镜的照相机单元中设置的分光镜的光学特性的一例的图。
即,分光镜23具有作为分光光学系统的功能,构成为将经由目镜19射出的光分离成可见区域的光和近红外区域的光这两个波段的光而射出。
另外,分光镜23只要具有作为上述的分光光学系统的功能,则也可以构成为半值波长为与750nm不同的其他波长。
摄像元件25A构成为例如具有彩色CCD。另外,摄像元件25A配置在照相机单元22的内部能够接收透射过分光镜23的可见区域的光的位置。另外,摄像元件25A构成为具有:多个像素,它们用于对透射过分光镜23的可见区域的光进行光电转换而进行拍摄;以及原色滤色镜,其设置在将该多个像素配置成二维状而成的摄像面上。另外,摄像元件25A构成为:根据从处理器4输出的摄像元件驱动信号而被驱动,并且通过对透射过分光镜23的可见区域的光进行拍摄而生成摄像信号,并将该生成的摄像信号向信号处理电路26输出。
摄像元件25A构成为:在R(红色)、G(绿色)以及B(蓝色)的各波段中具有图4中例示那样的感光度特性。即,摄像元件25A构成为:一方面在包含R、G以及B的各波段在内的可见区域中具有感光度,另一方面在可见区域以外的波段中不具有感光度或者大致不具有感光度。图4是示出实施方式的内窥镜的照相机单元中设置的摄像元件的感光度特性的一例的图。
摄像元件25B构成为例如具有单色CCD。另外,摄像元件25B配置在照相机单元22的内部能够接收分光镜23所反射的近红外区域的光的位置。另外,摄像元件25B构成为具有多个像素,该多个像素用于对分光镜23所反射的近红外区域的光进行光电转换而进行拍摄。另外,摄像元件25B构成为:根据从处理器4输出的摄像元件驱动信号而被驱动,并且通过对分光镜23所反射的近红外区域的光进行拍摄而生成摄像信号,并将该生成的摄像信号向信号处理电路26输出。
摄像元件25B构成为:在近红外区域中具有图5中例示那样的感光度特性。具体而言,摄像元件25B构成为:例如一方面在包含R、G以及B的各波段在内的可见区域中不具有感光度或者大致不具有感光度,另一方面至少在包含700nm~900nm在内的近红外区域中具有感光度。图5是示出实施方式的内窥镜的照相机单元中设置的摄像元件的感光度特性的一例的图。
因此,摄像元件25A和25B构成具有接收来自被照明光照射的被检体的光而生成摄像信号的多个像素的摄像部。
信号处理电路26构成为:对从摄像元件25A输出的摄像信号实施相关双采样处理和A/D转换处理等规定的信号处理,由此生成包含红色成分的图像(以下也称为R图像)、绿色成分的图像(以下也称为G图像)、以及蓝色成分的图像(以下也称为B图像)中的至少一个图像的图像信号CS,并将该生成的图像信号CS向与信号线缆28连接的处理器4输出。连接器29设置于信号线缆28的端部,信号线缆28经由连接器29与处理器4连接。信号处理电路26构成为:对从摄像元件25B输出的摄像信号实施相关双采样处理和A/D转换处理等规定的信号处理,由此生成与近红外成分的图像(以下也称为IR图像)对应的图像信号IRS,并将该生成的图像信号IRS向与信号线缆28连接的处理器4输出。
另外,在以下的说明中,为简单起见,举图像信号CS所包含的R图像和B图像具有相同的分辨率RA并且图像信号IRS所表示的IR图像具有比该分辨率RA大的分辨率RB的情况为例进行说明。
光源装置3是生成用于照射到被检体的照明光的光源部,该光源装置3构成为具有发光部31、合波器32、聚光透镜33以及光源控制部34。
发光部31构成为具有红色光源31A、绿色光源31B、蓝色光源31C以及红外光源31D。
红色光源31A构成为例如具有灯、LED或者LD。另外,红色光源31A构成为发出R光,该R光是如下的窄带光:属于可见区域中的红色波段,并且在被检体的活体组织的血红蛋白的吸光特性上包含极大值的波段至包含极小值的波段之间被分别设定中心波长和带宽。具体而言,如图6中例示的那样,红色光源31A构成为发出中心波长被设定在600nm附近并且带宽被设定为20nm的R光。图6是示出实施方式的从设置于光源装置的各光源发出的光的一例的图。
另外,R光的中心波长不限于被设定在600nm附近的情况,例如只要设定为属于580~620nm之间的波长WR即可。另外,R光的带宽不限于被设定为20nm的情况,例如只要设定为与波长WR对应的规定的带宽即可。
红色光源31A构成为根据光源控制部34的控制而切换成点亮状态或者熄灭状态。另外,红色光源31A构成为在点亮状态下产生与光源控制部34的控制对应的强度的R光。
绿色光源31B构成为例如具有灯、LED或者LD。另外,绿色光源31B构成为发出属于绿色区域的窄带光即G光。具体而言,如图6中例示的那样,绿色光源31B构成为发出中心波长被设定在540nm附近并且带宽被设定为20nm的G光。
另外,G光的中心波长只要被设定为属于绿色区域的波长WG即可。另外,G光的带宽不限于被设定为20nm的情况,例如只要设定为与波长WG对应的规定的带宽即可。
绿色光源31B构成为根据光源控制部34的控制而切换成点亮状态或者熄灭状态。另外,绿色光源31B构成为在点亮状态下产生与光源控制部34的控制对应的强度的G光。
蓝色光源31C构成为例如具有灯、LED或者LD。另外,蓝色光源31C构成为发出属于蓝色区域的窄带光即B光。具体而言,如图6中例示的那样,蓝色光源31C构成为发出波长比可见区域的红色波段短的光,即发出中心波长被设定在460nm附近并且带宽被设定为20nm的B光。
另外,在B光的中心波长被设定为属于蓝色区域的波长WB这一限制下,例如也可以设定在470nm附近。另外,B光的带宽不限于被设定为20nm的情况,例如只要设定为与波长WB对应的规定的带宽即可。
蓝色光源31C构成为:根据光源控制部34的控制而切换成点亮状态或者熄灭状态。另外,蓝色光源31C构成为:在点亮状态下产生与光源控制部34的控制对应的强度的B光。
红外光源31D构成为例如具有灯、LED或者LD。另外,红外光源31D构成为发出IR光,该IR光是如下的窄带光:以属于近红外区域且血红蛋白的吸收特性中的吸收系数比波长WR(例如600nm)的吸收系数低并且抑制了活体组织的散射特性的方式,被分别设定中心波长和带宽。即,IR光是波长比R光长的波段且血红蛋白吸光特性中的吸收系数比R光低并且抑制了活体组织的散射特性的窄带光。具体而言,如图6中例示的那样,红外光源31D构成为发出中心波长被设定在800nm附近并且带宽被设定为20nm的IR光。
另外,在上述的“抑制了活体组织的散射特性”这样的语句中含有“活体组织的散射系数朝向长波长侧变低”的意思。另外,IR光的中心波长不限于被设定在800nm附近的情况,例如只要被设定为属于790~810nm之间的波长WIR即可。另外,IR光的带宽不限于被设定为20nm的情况,例如只要被设定为与波长WIR对应的规定的带宽即可。
红外光源31D构成为:根据光源控制部34的控制而切换成点亮状态或者熄灭状态。另外,红外光源31D构成为:在点亮状态下产生与光源控制部34的控制对应的强度的IR光。
合波器32构成为:能够对从发光部31发出的各光进行合波并使其入射到聚光透镜33。
聚光透镜33构成为:对经由合波器32入射的光进行会聚并使其向光导13射出。
光源控制部34构成为:根据从处理器4输出的系统控制信号而对发光部31的各光源进行控制。
光源装置3具有用于白色光观察图像生成模式(以下称为白色光模式)的照明模式和用于深部血管观察图像生成模式(以下称为深部血管模式)的照明模式这两个照明模式,并能够在两个照明模式间进行切换。
白色光模式是如下模式:生成在向被检体照射白色光作为照明光时获得的白色光观察图像并显示在显示装置5上。光源装置3在用于白色光模式的照明模式时,将红色光源31A、绿色光源31B以及蓝色光源31C点亮。深部血管模式是如下模式:生成在照射R光、IR光以及B光时获得的用于观察被检体的深部血管的深部血管观察图像并显示在显示装置5上。光源装置3在用于深部血管模式的照明模式时,将红色光源31A、蓝色光源31C以及红外光源31D点亮。
处理器4构成为具有摄像元件驱动部41、图像处理部42、输入I/F(接口)43以及控制部44。
摄像元件驱动部41构成为例如具有驱动器电路等。另外,摄像元件驱动部41构成为:生成用于分别驱动摄像元件25A和25B的摄像元件驱动信号并输出。
另外,摄像元件驱动部41也可以根据来自控制部44的驱动指令信号而分别驱动摄像元件25A和25B。即,摄像元件驱动部41也可以以在白色光模式时仅驱动摄像元件25A,在深部血管模式时驱动摄像元件25A和25B的方式,分别驱动摄像元件25A和25B。
图像处理部42构成为例如具有图像处理电路等。另外,图像处理部42构成为:根据从内窥镜2输出的图像信号CS和IRS、从控制部44输出的系统控制信号,而生成与活体观察系统1的观察图像生成模式对应的观察图像并向显示装置5输出。另外,例如如图7所示,图像处理部42构成为具有颜色分离处理部42A、分辨率调整部42B以及观察图像生成部42C。图7是用于说明实施方式的处理器中设置的图像处理部的具体结构的一例的图。
颜色分离处理部42A构成为例如进行颜色分离处理,以将从内窥镜2输出的图像信号CS分离成R图像、G图像以及B图像。另外,颜色分离处理部42A构成为:生成与通过上述的颜色分离处理而获得的R图像对应的图像信号RS,并将该生成的图像信号RS向分辨率调整部42B输出。另外,颜色分离处理部42A构成为:生成与通过上述的颜色分离处理而获得的B图像对应的图像信号BS,并将该生成的图像信号BS向分辨率调整部42B输出。另外,颜色分离处理部42A构成为:生成与通过上述的颜色分离处理而获得的G图像对应的图像信号GS,并将该生成的图像信号GS向观察图像生成部42C输出。
分辨率调整部42B构成为:根据从控制部44输出的系统控制信号,例如在被设定为白色光模式的情况下,将从颜色分离处理部42A输出的图像信号RS和BS直接向观察图像生成部42C输出。
分辨率调整部42B构成为:根据从控制部44输出的系统控制信号,例如在被设定为深部血管模式的情况下,进行像素插值处理,以使从颜色分离处理部42A输出的图像信号RS所表示的R图像的分辨率RA提高至与从内窥镜2输出的图像信号IRS所表示的IR图像的分辨率RB一致。另外,分辨率调整部42B构成为:根据从控制部44输出的系统控制信号,例如在被设定为深部血管模式的情况下,进行像素插值处理,以使从颜色分离处理部42A输出的图像信号BS所表示的B图像的分辨率RA提高至与从内窥镜2输出的图像信号IRS所表示的IR图像的分辨率RB一致。
分辨率调整部42B构成为:根据从控制部44输出的系统控制信号,例如在被设定为深部血管模式的情况下,将从内窥镜2输出的图像信号IRS直接向观察图像生成部42C输出。另外,分辨率调整部42B构成为:根据从控制部44输出的系统控制信号,例如在被设定为深部血管模式的情况下,生成与实施了上述像素插值处理后的R图像对应的图像信号ARS,并将该生成的图像信号ARS向观察图像生成部42C输出。另外,分辨率调整部42B构成为:根据从控制部44输出的系统控制信号,例如在被设定为深部血管模式的情况下,生成与实施了上述像素插值处理后的B图像对应的图像信号ABS,并将该生成的图像信号ABS向观察图像生成部42C输出。
即,分辨率调整部42B构成为:在被设定为深部血管模式的情况下,在由观察图像生成部42C进行观察图像的生成之前,进行如下的处理:以使从颜色分离处理部42A输出的图像信号RS所表示的R图像的分辨率、从颜色分离处理部42A输出的图像信号BS所表示的B图像的分辨率以及从内窥镜2输出的图像信号IRS所表示的IR图像的分辨率一致。
观察图像生成部42C构成为:根据从控制部44输出的系统控制信号,例如在被设定为白色光模式的情况下,将从分辨率调整部42B输出的图像信号RS所表示的R图像分配给显示装置5的与红色对应的R通道,将从颜色分离处理部42A输出的图像信号GS所表示的G图像分配给显示装置5的与绿色对应的G通道,将从分辨率调整部42B输出的图像信号BS所表示的B图像分配给显示装置5的与蓝色对应的B通道,由此生成观察图像,并将该生成的观察图像向显示装置5输出。
观察图像生成部42C构成为:根据从控制部44输出的系统控制信号,例如在被设定为深部血管模式的情况下,通过将从分辨率调整部42B输出的图像信号IRS所表示的IR图像分配给显示装置5的与红色对应的R通道,将从分辨率调整部42B输出的图像信号ARS所表示的R图像分配给显示装置5的与绿色对应的G通道,将从分辨率调整部42B输出的图像信号ABS所表示的B图像分配给显示装置5的与蓝色对应的B通道,而生成观察图像,并将该生成的观察图像向显示装置5输出。
如上所述,图像处理部42构成如下的彩色图像生成部:具有白色光模式和深部血管模式作为观察图像生成模式,生成白色光模式和深部血管模式中的每一个模式下的被检体的彩色图像,在该白色光模式下,根据摄像信号生成被检体的白色光观察图像,在该深部血管模式下,根据摄像信号生成与白色光观察图像不同的被检体的深部血管观察图像。
输入I/F43构成为具有一个以上的开关和/或按钮,该开关和/或按钮能够进行与作为用户的手术医生的操作对应的指示等。具体而言,输入I/F43构成为例如具有观察图像生成模式切换开关(未图示),该观察图像生成模式切换开关能够根据用户的操作,而进行用于将活体观察系统1的观察图像生成模式设定(切换)成白色光模式或深部血管模式的任意模式的指示。
控制部44构成为例如具有CPU或FPGA(Field Programmable Gate Array:现场可编程门阵列)等控制电路。另外,控制部44构成为:根据在输入I/F43的观察图像生成模式切换开关中进行的指示,而生成用于进行与活体观察系统1的观察图像生成模式对应的动作的系统控制信号,并将该生成的系统控制信号向光源控制部34和图像处理部42输出。
控制部44包含比较判定部44a。比较判定部44a在白色光模式时判定出血区域的大小是否为规定的值THA1以上,并且在深部血管模式时判定从出血点起的出血区域的大小是否为规定的值THA2以下。值THA2比值THA1小。
具体而言,比较判定部44a在白色光模式时,对基于出血的内窥镜图像中的红的各像素的像素值与规定的值THR1进行比较,根据规定的值THR1以上的像素的数量来计算出血区域的大小,判定出血区域的大小是否为规定的值THA1以上。并且,比较判定部44a在深部血管模式时,对基于出血的内窥镜图像中的绿的各像素的像素值与规定的值THR2进行比较,根据规定的值THR2以下的像素的数量来计算包含出血点在内的血液浓度高的区域的大小,判定该区域的大小是否为规定的值THA2以下。包含出血点在内的区域是仅存在未被水等稀释的血液的区域,血液的浓度高。
控制部44根据比较判定部44a的判定结果,将观察图像生成模式从当前的观察图像生成模式向其他观察图像生成模式切换。具体而言,控制部44在白色光模式时,当出血区域的大小为规定的值THA1以上时,将观察图像生成模式切换为深部血管模式,并且在深部血管模式时,当血液的浓度高的区域的大小为规定的值THA2以下时,将观察图像生成模式切换为白色光模式。
显示装置5构成为例如具有LCD(液晶显示器)等,从而能够显示从处理器4输出的观察图像等。
(动作)
接下来,对本实施方式的活体观察系统1的动作等进行说明。
首先,手术医生等用户在连接活体观察系统1的各部并接通电源之后,通过对输入I/F43进行操作,来进行用于将活体观察系统1的观察模式设定为白色光模式的指示。
控制部44根据来自输入I/F43的指示,在检测到设定为白色光模式的情况下,生成用于从光源装置3同时射出R光、G光以及B光的系统控制信号并向光源控制部34输出。另外,控制部44根据来自输入I/F43的指示,在检测到设定为白色光模式的情况下,生成用于进行与白色光模式对应的动作的系统控制信号并向分辨率调整部42B和观察图像生成部42C输出。
光源控制部34根据从控制部44输出的系统控制信号,进行用于使红色光源31A、绿色光源31B以及蓝色光源31C为点亮状态的控制,并且进行用于使红外光源31D为熄灭状态的控制。
而且,通过在光源控制部34中进行以上所述的动作,包含R光、G光以及B光在内的白色光即WL光作为照明光而被照射到被摄体,根据该WL光的照射而从该被摄体发出的反射光即WLR光作为返回光而从物镜17入射。另外,从物镜17入射的WLR光经由中继透镜18和目镜19而向照相机单元22射出。
分光镜23使经由目镜19射出的WLR光向摄像元件25A侧透射。
摄像元件25A通过对透射过分光镜23的WLR光进行拍摄而生成摄像信号,并将该生成的摄像信号向信号处理电路26输出。
信号处理电路26对从摄像元件25A输出的摄像信号实施相关双采样处理和A/D转换处理等规定的信号处理,由此生成包含R图像、G图像以及B图像在内的图像信号CS,并将该生成的图像信号CS向处理器4输出。
颜色分离处理部42A进行用于将从内窥镜2输出的图像信号CS分离成R图像、G图像以及B图像的颜色分离处理。另外,颜色分离处理部42A将与通过上述的颜色分离处理而获得的R图像对应的图像信号RS和与通过上述的颜色分离处理而获得的B图像对应的图像信号BS,向分辨率调整部42B输出。另外,颜色分离处理部42A将与通过上述的颜色分离处理而获得的G图像对应的图像信号GS向观察图像生成部42C输出。
分辨率调整部42B根据从控制部44输出的系统控制信号,将从颜色分离处理部42A输出的图像信号RS和BS直接向观察图像生成部42C输出。
观察图像生成部42C根据从控制部44输出的系统控制信号,将从分辨率调整部42B输出的图像信号RS所表示的R图像分配给显示装置5的R通道,将从颜色分离处理部42A输出的图像信号GS所表示的G图像分配给显示装置5的G通道,将从分辨率调整部42B输出的图像信号BS所表示的B图像分配给显示装置5的B通道,由此生成观察图像,并将该生成的观察图像向显示装置5输出。而且,根据这样的观察图像生成部42C的动作,例如如下观察图像显示在显示装置5上,该观察图像具有与用肉眼观察活体组织等被摄体时大致相同的色调。
另一方面,用户一边确认显示在显示装置5上的观察图像,一边将插入部6插入到被检体内,在将插入部6的前端部配置在该被检体内的期望的观察部位的附近的状态下,能够通过对输入I/F43进行操作,来进行用于将活体观察系统1的观察图像生成模式设定为深部血管模式的指示。
控制部44根据来自输入I/F43的指示,在检测到设定为深部血管模式的情况下,生成用于从光源装置3同时射出R光、B光以及IR光的系统控制信号并向光源控制部34输出。另外,控制部44根据来自输入I/F43的指示,在检测到设定为深部血管模式的情况下,生成用于进行与深部血管模式对应的动作的系统控制信号并向分辨率调整部42B和观察图像生成部42C输出。
光源控制部34根据从控制部44输出的系统控制信号,进行用于使红色光源31A、蓝色光源31C以及红外光源31D为点亮状态的控制,并且进行用于使绿色光源31B为熄灭状态的控制。
而且,通过在光源控制部34中进行以上所述的动作,包含R光、B光以及IR光在内的照明光即SL光被照射到被摄体,响应于该SL光的照射而从该被摄体发出的反射光即SLR光作为返回光从物镜17入射。另外,从物镜17入射的SLR光经由中继透镜18和目镜19而向照相机单元22射出。
分光镜23使经由目镜19射出的SLR光所包含的R光和B光向摄像元件25A侧透射,并且使该SLR光所包含的IR光向摄像元件25B侧反射。
摄像元件25A通过对透射过分光镜23的R光和B光进行拍摄而生成摄像信号,并将该生成的摄像信号向信号处理电路26输出。
摄像元件25B通过对分光镜23所反射的IR光进行拍摄而生成摄像信号,并将该生成的摄像信号向信号处理电路26输出。
信号处理电路26对从摄像元件25A输出的摄像信号实施相关双采样处理和A/D转换处理等规定的信号处理,由此生成包含R图像和B图像在内的图像信号CS,并将该生成的图像信号CS向处理器4输出。另外,信号处理电路26对从摄像元件25B输出的摄像信号实施相关双采样处理和A/D转换处理等规定的信号处理,由此生成与IR图像对应的图像信号IRS,并将该生成的图像信号IRS向处理器4输出。
颜色分离处理部42A进行用于将从内窥镜2输出的图像信号CS分离成R图像和B图像的颜色分离处理。另外,颜色分离处理部42A将与通过上述的颜色分离处理而获得的R图像对应的图像信号RS和与通过上述的颜色分离处理而获得的B图像对应的图像信号BS向分辨率调整部42B输出。
分辨率调整部42B根据从控制部44输出的系统控制信号,将从内窥镜2输出的图像信号IRS直接向观察图像生成部42C输出。另外,分辨率调整部42B根据从控制部44输出的系统控制信号,进行像素插值处理,以使从颜色分离处理部42A输出的图像信号RS所表示的R图像的分辨率RA提高至分辨率RB,生成与实施了该像素插值处理后的R图像对应的图像信号ARS,并将该生成的图像信号ARS向观察图像生成部42C输出。另外,分辨率调整部42B根据从控制部44输出的系统控制信号,进行像素插值处理,以使从颜色分离处理部42A输出的图像信号BS所表示的B图像的分辨率RA提高至分辨率RB,生成与实施了该像素插值处理后的B图像对应的图像信号ABS,并将该生成的图像信号ABS向观察图像生成部42C输出。
观察图像生成部42C根据从控制部44输出的系统控制信号,将从分辨率调整部42B输出的图像信号IRS所表示的IR图像分配给显示装置5的R通道,将从分辨率调整部42B输出的图像信号RS所表示的R图像分配给显示装置5的G通道,将从分辨率调整部42B输出的图像信号BS所表示的B图像分配给显示装置5的B通道,由此生成观察图像,并将该生成的观察图像向显示装置5输出。而且,根据这样的观察图像生成部42C的动作,例如如下观察图像显示在显示装置5上,在该观察图像中,存在于活体组织的深部的粗径的血管根据R图像与IR图像的对比度比而被强调。
根据以上的活体观察系统1,用户设定期望的观察图像生成模式时,在该设定的观察图像生成模式下生成的观察图像显示在显示装置5上,但在用户正在对活体组织进行处置时,自动进行白色光模式与深部血管模式之间的观察图像生成模式的切换。
例如,用户通过对输入I/F43进行规定的操作,将从现在起进行处置这样的信息、即处置开始信息向控制部44输入。
图8是示出控制部44对观察模式的切换处理的流程的例子的流程图。
当被输入处置开始信息时,控制部44以白色光模式驱动图像处理部42和光源装置3(步骤(以下简记为S)1)。
比较判定部44a根据观察图像生成部42C所输出的观察图像来判定出血区域的大小是否为第一值THR1以上(S2)。
图9是用于说明白色光观察模式下的观察图像OG(N)中的出血区域的图。图9示出观察图像OG(N)和观察图像OG(N)的R图像中的一个水平行LL中的各像素的像素值的曲线图。在图9的观察图像OG(N)中,出血区域BR用斜线表示。
作为内窥镜图像的观察图像OG(N)由R图像、G图像以及B图像这三个图像构成。比较判定部44a对观察图像OG(N)的R图像中的各像素的像素值与值THR1进行比较,提取像素值为值THR1以上的像素,并根据提取的像素的数量来计算观察图像OG(N)中的出血区域BR的大小。比较判定部44a判定计算出的出血区域BR的大小S是否为值THA1以上。
如图9所示,在观察图像OG(N)中的R图像中的某一水平行LL包含出血区域BR的像素时,出血区域BR内的各像素的像素值比出血区域BR的像素以外的区域的像素的像素值大。因此,比较判定部44a能够通过对R图像中的所有的水平行上的各像素的像素值与值THR1进行比较,来求出出血区域BR的大小S。
如上所述,图像处理部42在白色光模式下,生成如下彩色图像,该彩色图像是将在摄像元件25A中生成的摄像信号所包含的红色信号、绿色信号以及蓝色信号分别分配给显示白色光观察图像的显示装置5的与红色对应的R通道、显示装置5的与绿色对应的G通道以及显示装置5的与蓝色对应的B通道而得的,控制部44在白色光模式下,根据分配给显示装置5的与红色对应的R通道的摄像信号的像素值,来计算血液的区域的大小,判定血液的区域的大小是否为值THA1以上。
另外,由于有时在内窥镜图像中包含光晕区域,因此也可以从出血区域BR的像素中去除光晕区域的像素。例如,也可以是,在即使R图像的像素值为值THR1以上,与该像素对应的位置的G图像中的像素和B图像中的像素的各像素值也为规定的值以上时,进行如下处理:将R图像中的该像素作为光晕区域的像素而不包含于计算出血区域BR的大小的像素。或者,也可以是,即使R图像中的像素的像素值为值THR1以上,也根据与该像素对应的位置处的G图像中的像素和B图像中的像素的各像素值的比例,进行如下处理:将该R图像中的该像素作为光晕区域的像素而不包含于计算出血区域BR的大小的像素。
控制部44在出血区域BR的大小S为规定的值THA1以上时(S2:“是”),进行向深部血管模式的切换(S3)。
此时,控制部44通过将使观察图像生成模式向深部血管模式切换的系统控制信号向光源装置3和图像处理部42输出来进行向深部血管模式的切换。
具体而言,在由控制部44将图像处理部42从白色光模式切换为深部血管模式时,控制部44对光源装置3进行从用于白色光模式的照明模式切换为用于深部血管模式的照明模式的控制。
如上所述,控制部44根据作为彩色图像生成部的图像处理部42所生成的彩色图像中的血液的区域的像素数,来计算血液的区域的大小,当计算出的血液的区域的大小为值THA1以上时,进行将图像处理部42中的观察图像生成模式从作为第一观察图像生成模式的白色光模式向作为第二观察图像生成模式的深部血管模式切换的控制。
因此,当在处置中发生出血时,自动地切换为深部血管模式,因此手术医生不用进行观察图像生成模式的切换操作就能够快速地进行止血处置。
另外,当止血处置结束时,手术医生为了继续在止血处置之前进行的处置而必须将观察图像生成模式返回到白色光模式。在止血处置频繁发生的情况下,手术医生必须反复进行观察图像生成模式向白色光模式的切换操作。
因此,这里,当止血结束时,进行观察图像生成模式从深部血管模式向白色光模式自动切换的处理。
因此,在S3之后,比较判定部44a根据观察图像生成部42C所输出的观察图像,来判定从出血点起的出血区域的大小是否为规定的值THA2以下(S4)。
图10是用于说明深部血管模式下的观察图像OG(D)中的出血区域和出血点的图。图11是示出血液对光的波长的吸光特性的示意性的曲线图。
图10示出观察图像OG(D)和观察图像OG(D)的G图像中的一个水平行LL中的各像素的像素值的曲线图。在图10的观察图像OG(D)中存在斜线所表示的出血区域BR,在出血区域BR中存在出血点BRc和从出血点BRc流出的血液的浓度未被稀释的血液流BRf。
图11的纵轴是摩尔吸光系数(cm-1/M),横轴是波长。在图11中示出表示仅血液的吸光特性的曲线图g1(实线所示)和表示被水稀释后的血液的吸光特性的曲线图g2(虚线所示)。
通常,在静脉血液中,以大致60:40的比例包含氧化血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(Hb)(以下,将两者一并简称为血红蛋白)。光虽然被血红蛋白吸收,但其吸收系数按照光的每个波长而不同。图11示出从400nm至大致700nm的每个波长的静脉血液的光的吸收特性。对波长600nm附近的光的吸光率在仅血液的情况(g1)和被水稀释后的血液的情况(g2)下不同。如图11所示。纯粹的血液对波长600nm附近的光的吸光率比被水稀释后的血液对波长600nm附近的光的吸光率高。
作为内窥镜图像的观察图像OG(D)是彩色图像,在深部血管模式时,各图像信号像上述那样被分配给显示装置5的各通道,从分辨率调整部42B输出的图像信号ARS所表示的R图像被分配给显示装置5的与绿色对应的G通道。
比较判定部44a对观察图像OG(D)的G图像中的各像素与值THR2进行比较,提取值THR2以下的像素,并根据提取的值THR2以下的像素的数量,来计算观察图像OG中的血液的浓度高的区域(以下也称为高浓度血液区域)BRa的大小。在图10中,高浓度血液区域BRa是出血点BRc和血液流BRf的区域。比较判定部44a判定计算出的高浓度血液区域BRa的大小Sa是否为规定的值THA2以下。
如图10所示,在观察图像OG的G图像中的一个水平行LL包含高浓度血液区域BRa的像素时,高浓度血液区域BRa的像素的像素值比高浓度血液区域BRa以外的区域的像素的像素值小。这是因为,如图11中所示那样,由于仅血液对600nm附近的光的吸光率比被水稀释后的血液对600nm附近的光的吸光率高,因此在高浓度血液区域BRa中,绿色变弱。
如图10所示,在白色光模式下红色显示的出血区域BR在深部血管模式下透明而难以看到,但出血点BP和从出血点BP流出的血流部分BF是高浓度血液区域,绿色变弱,从而在显示装置5上显示为橙色。另外,在图10中,出血点BP和血流部分BF用黑色表示。
如上所述,通过对G图像中的所有的水平行上的各像素的像素值与值THR2进行比较,来求出高浓度血液区域BRa的大小Sa。
而且,判定该求出的高浓度血液区域BRa的大小Sa是否为规定的值THA2以下(S4)。
在高浓度血液区域BRa的大小Sa不为规定的值THA2以下时(S4:“否”),止血不充分,因此继续S4的判定处理。
控制部44在高浓度血液区域BRa的大小Sa为规定的值THA2以下时(S4:“是”),认为已经止血了,因此将观察图像生成模式向白色光模式切换(S5)。
具体而言,控制部44通过将使观察图像生成模式向白色光模式切换的系统控制信号向光源装置3和图像处理部42输出,来进行向白色光模式的切换。
如上所述,图像处理部42在深部血管模式下,生成如下彩色图像,该彩色图像是将在摄像元件25A和25B中生成的摄像信号所包含的与中心波长为600nm的光对应的摄像信号、与中心波长为800nm的光对应的摄像信号以及与中心波长为460nm的光对应的摄像信号分别分配给显示深部血管观察图像的显示装置5的与绿色对应的G通道、显示装置5的与红色对应的R通道以及显示装置5的与蓝色对应的B通道而得的,控制部44在深部血管模式下,根据分配给显示装置5的与绿色对应的G通道的摄像信号的像素值,来计算从出血点起的出血区域的大小,当从出血点起的出血区域的大小为值THA2以下时,进行将图像处理部42中的观察图像生成模式从深部血管模式向白色光模式切换的控制。
然后,判定是否存在对输入I/F43进行的处置结束的输入(S6),在处置结束的情况下(S6:“是”),处理结束。
如果处置未结束(S6:“否”),则处理返回到S2。
另外,在S2中,在出血区域的大小不为规定的值THR1以上时,处理转移到S6。
图12是用于说明基于观察模式的切换的观察图像的变化的图。在处置过程中,在没有出血时,在显示装置5上显示白色光观察模式的观察图像OG(N)。但是,当发生出血而观察图像OG(N)中的出血区域BR的大小S为规定的尺寸以上时,显示在显示装置5上的观察图像从观察图像OG(N)自动地切换为深部血管观察模式的观察图像OG(D)。
由于在观察图像OG(D)中能够视觉辨认出血点BP,因此手术医生能够立即进行止血处置。
当进行了止血处置而高浓度血液区域BRa的大小Sa为规定的尺寸以下时,显示在显示装置5上的观察图像从观察图像OG(D)自动地切换为白色光观察模式的观察图像OG(N)。
因此,当止血结束时,能够立即继续粘膜切开等处置。如图12所示,显示在显示装置5上的观察图像在白色光观察模式的观察图像OG(N)与深部血管观察模式的观察图像OG(D)之间自动地切换。
如上所述,根据上述的实施方式,能够提供如下的活体观察系统:不需要观察模式的切换操作而能够自动地进行向能够视觉辨认出血点的观察模式的切换。
另外,在上述的实施方式中,白色光观察模式和深部血管观察模式的各观察图像是通过照射与各模式对应的多个照明光而从来自被摄体的反射光生成的,但也可以通过所谓分光估计的图像处理而生成。
另外,在上述的光源装置3中,与各波段对应的LED等连续点亮,但也可以使用白色光源和旋转滤镜,以面序方式依次照射与观察模式对应的三个颜色的照明光。
另外,在上述的实施方式中,内窥镜是硬性镜,但也可以是柔性镜。
本发明不限于上述的实施方式,在不改变本发明的主旨的范围内可以进行各种变更、改变等。
本申请是以2016年5月19日在日本申请的日本特愿2016-100594号作为优先权主张的基础而申请的,上述的公开内容在本申请说明书、权利要求书中被引用。
Claims (5)
1.一种活体观察系统,其特征在于,
该活体观察系统具有:
光源部,其能够切换第一照明模式和第二照明模式,在该第一照明模式下,射出用于生成第一观察图像的光作为用于照射到被检体的照明光,在该第二照明模式下,射出第一波段的光、第二波段的光以及第三波段的光作为所述照明光,该第一波段是可见区域的红色波段且是在所述被检体的活体组织的血红蛋白吸光特性上包含极大值的波段至包含极小值的波段之间的窄带,该第二波段是波长比所述第一波段长的波段且是血红蛋白吸收特性中的吸收系数比该第一波段的光低且抑制了所述活体组织的散射特性的窄带,该第三波段的波长比所述可见区域的红色波段短;
摄像部,其具有接收来自所述被检体的光而生成摄像信号的多个像素;
彩色图像生成部,其具有第一观察图像生成模式和第二观察图像生成模式作为观察图像生成模式,并生成所述第一观察图像生成模式和所述第二观察图像生成模式中的各模式下的所述被检体的彩色图像,在该第一观察图像生成模式下,根据所述摄像信号生成所述被检体的所述第一观察图像,在该第二观察图像生成模式下,生成第二观察图像,该第二观察图像是在照射所述第一波段的光、所述第二波段的光以及所述第三波段的光时获得、且用于观察所述被检体的深部血管的深部血管观察图像;以及控制部,其进行如下控制:在所述第二观察图像生成模式下,根据在所述摄像部中生成的所述摄像信号所包含的与所述第一波段的光对应的摄像信号的像素值,计算从出血点起的出血区域的大小,当从所述出血点起的出血区域的大小为第一值以下时,将所述彩色图像生成部中的所述观察图像生成模式从所述第二观察图像生成模式向所述第一观察图像生成模式切换,并且当所述彩色图像生成部所生成的所述彩色图像中的所述出血区域的大小为第二值以上时,将所述彩色图像生成部中的所述观察图像生成模式从所述第一观察图像生成模式向所述第二观察图像生成模式切换。
2.根据权利要求1所述的活体观察系统,其特征在于,
所述控制部计算所述彩色图像中的所述出血区域的像素数,并根据计算出的所述像素数来判定所述出血区域的大小是否为所述第二值以上,在判定的结果为所述出血区域的大小为所述第二值以上的情况下,进行将所述彩色图像生成部中的所述观察图像生成模式从所述第一观察图像生成模式向所述第二观察图像生成模式切换的控制。
3.根据权利要求1所述的活体观察系统,其特征在于,
所述第一观察图像生成模式是生成在向所述被检体照射白色光作为所述照明光时获得的白色光观察图像的白色光观察图像生成模式。
4.根据权利要求3所述的活体观察系统,其特征在于,
所述彩色图像生成部在所述白色光观察图像生成模式下,生成彩色图像,该彩色图像是将在所述摄像部中生成的所述摄像信号所包含的红色信号、绿色信号以及蓝色信号分别分配给显示所述第一观察图像的显示装置的与红色对应的通道、所述显示装置的与绿色对应的通道以及所述显示装置的与蓝色对应的通道而得的,
所述控制部在所述白色光观察图像生成模式下,根据分配给所述显示装置的与红色对应的通道的摄像信号的像素值,来判定所述出血区域的大小是否为所述第二值以上。
5.根据权利要求1所述的活体观察系统,其特征在于,
所述第一值比所述第二值小。
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