CN115917394A - 医疗成像系统、医疗成像装置和操作方法 - Google Patents

医疗成像系统、医疗成像装置和操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及使能够捕获可以更好地观察术野的医疗图像的医疗成像系统、医疗成像装置和操作方法。医疗成像系统包含：第一成像元件，用于接收NIR光并输出第一图像信号；第二成像元件，用于接收普通光并输出第二图像信号；第三成像元件，用于接收至少普通光并输出第三图像信号；以及信号处理单元，用于使用第一图像信号、第二图像信号以及第三图像信号中的至少两个来执行用于生成扩展景深图像的景深扩展处理。从安装表面到第一成像元件的光路长度被配置为比从安装表面到第二成像元件的光路长度长、并且比从安装表面到第三成像元件的光路长度短。本技术可以应用于例如能够捕获EDOF图像的医疗成像系统。

Description

医疗成像系统、医疗成像装置和操作方法
技术领域
本公开涉及一种医疗成像系统、医疗成像装置和操作方法，并且更具体地，涉及使能够捕获其中可更好地观察术野的医疗图像的医疗成像系统、医疗成像装置和操作方法。
背景技术
通常，诸如内窥镜或显微镜的医疗观察装置获取具有较浅景深的图像。另一方面，在使用内窥镜、显微镜等的手术中，术野往往较深，因此需要捕获景深较深的医疗图像。
鉴于此，如在专利文献1中所公开的，已经提出了使用具有相位掩模的扩展景深(EDOF)光学系统来扩展景深以增加景深的内窥镜、显微镜等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开号2017-158764
发明内容
本发明要解决的问题
同时，分辨率和景深由光学系统的F数确定，并且它们具有权衡关系。即，当将F值设定为亮并且分辨率增加时，获得具有浅景深的图像，使得不可能获得实际上足以观察术野的图像质量。因此，需要捕获既具有高分辨率又具有深景深并且能够更好地观察术野的医疗图像。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于使能够捕获能够更好地观察术野的医疗图像。
问题的解决方案
根据本公开的一个方面的医疗成像系统和医疗成像装置包括：第一成像元件，接收从安装表面入射的入射光中的第一波长段的光并输出第一图像信号；第二成像元件，接收入射光中的不同于所述第一波长段的第二波长段的光并输出第二图像信号；第三成像元件，接收所述入射光中的至少所述第二波长段的光并输出第三图像信号；以及信号处理单元，执行景深扩展处理以使用第一图像信号、第二图像信号和第三图像信号中的至少两个生成通过扩展景深而获得的扩展景深图像，其中，从安装表面到第一成像元件的光路长度长于从安装表面到第二成像元件的光路长度、并且短于从安装表面到第三成像元件的光路长度。
根据本公开的一方面的操作方法是一种用于医疗成像系统的操作方法，所述方法包括：接收从安装表面入射的入射光中的第一波长段的光并且输出第一图像信号；接收入射光中不同于第一波长段的第二波长段的光并且输出第二图像信号；接收入射光中的至少第二波长段的光并且输出第三图像信号；以及执行景深扩展处理以生成通过使用第一图像信号、第二图像信号和第三图像信号中的至少两个来扩展景深而获得的扩展景深图像，其中，医疗成像系统被配置为使得从安装表面到第一成像元件的光路长度长于从安装表面到第二成像元件的光路长度并且短于从安装表面到第三成像元件的光路长度。
根据本公开的一个方面，通过接收从安装表面入射的入射光中的第一波长段的光来输出第一图像信号，通过从所述入射光中接收不同于所述第一波长段的第二波长段的光来输出第二图像信号，通过至少从所述入射光中接收所述第二波长段的光来输出第三图像信号，以及使用第一图像信号、第二图像信号和第三图像信号中的至少两个来执行用于生成通过扩展景深而获得的扩展景深图像的景深扩展处理。而且，从安装表面到第一成像元件的光路长度被设定为比从安装表面到第二成像元件的光路长度长，并且比从安装表面到第三成像元件的光路长度短。
附图说明
图1是示出根据第一实施方式的应用了本技术的医疗成像系统的配置示例的框图。
图2是用于描述距安装件的光学距离的示图。
图3是用于描述用于捕获医疗图像的方法的流程图。
图4是示出根据第二实施方式的医疗成像系统的配置示例的框图。
图5是示出根据第三实施方式的医疗成像系统的配置示例的框图。
图6是示出成像装置的配置示例的框图。
图7是示出图像传感器的使用示例的示图。
图8是示出内窥镜系统的示意性配置示例的图。
图9是示出图8所示的摄像头和相机控制单元(CCU)的功能配置示例的框图。
图10是示出了显微手术系统的示意性配置的示例的示图。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述应用本技术的具体实施方式。
<医疗成像系统的第一配置示例>
图1是示出根据第一实施方式的应用了本技术的医疗成像系统的配置示例的框图。
图1中所示的医疗成像系统11被假定用于例如内窥镜或手术显微镜，并且包括医疗成像装置12和信号处理装置13。例如，在医疗成像系统11中，来自术野(未示出)的光沿着由点划线表示的光轴进入医疗成像装置12，并且通过对术野成像而获得的图像从医疗成像装置12提供给信号处理装置13。然后，从医疗成像系统11输出通过在信号处理装置13中执行景深扩展处理而获得的EDoF图像、从普通光获得的彩色图像、以及从红外光获得的IR图像。
医疗成像装置12包括安装件21、分光系统22和成像模块23-1至23-3。
安装件21例如是将具有聚焦于术野中的期望患部的聚焦功能的成像透镜连接到医疗成像装置12的连接部。
分光系统22将经由安装件21入射在医疗成像装置12上的光分成将入射在成像模块23-1上的光、将入射在成像模块23-2上的光以及将入射在成像模块23-3上的光。
分光系统22包括第一棱镜31、第二棱镜32、第三棱镜33、波长分离镜34和半反射镜(half mirror)35。
例如，在分光系统22中，波长分离镜34设置在第一棱镜31与第二棱镜32之间，使得由波长分离镜34反射的光通过第一棱镜31入射在成像模块23-2上。此外，在分光系统22中，半反射镜35设置在第二棱镜32与第三棱镜33之间，通过该半反射镜，透射通过波长分离镜34并被半反射镜35反射的光通过第二棱镜32入射到成像模块23-3上，并且透射通过半反射镜35的光通过第三棱镜33入射到成像模块23-1上。
波长分离镜34分离具有预定波长的光。例如，波长分离镜34通过反射红外波长范围内的光并且透射可见波长范围内的光来分离红外光和可见光。因此，由波长分离镜34分离的红外光入射在成像模块23-2上。此外，由波长分离镜34分离的可见光被半反射镜35反射并且进入成像模块23-3，并且还透射通过半反射镜35并且进入成像模块23-1。
半反射镜35可以被设定为使得反射率和透射率相同(50：50)。半反射镜35例如也可以设定成反射率比透射率高、或者反射率比透射率低。通过使用其中反射率被设置为高于透射率的半反射镜35，进入成像模块23-3的光量可大于进入成像模块23-1的光量。通过使用其中反射率被设定为低于透射率的半反射镜35，进入成像模块23-1的光量可以大于进入成像模块23-3的光量。要注意的是，由于基本上难以使半反射镜35的反射率和透射率可变，因此反射率和透射率的设定是设计阶段的参数调整项。
成像模块23-1包括成像元件43-1和滤波器44-1，它们容纳在由壳体41-1和盖玻璃42-1封闭的空间中。此外，成像模块23-2和成像模块23-3具有相似的配置。
成像模块23-1的滤波器44-1是具有如图所示的拜耳阵列的RGB滤波器，并且成像元件43-1经由滤波器44-1捕获彩色图像。成像模块23-2的滤波器44-2是透射红外光的IR滤波器，并且成像元件43-2经由滤波器44-2捕获IR图像。成像模块23-3的滤波器44-3是如图所示的具有拜耳阵列的RGB滤波器，并且成像元件43-3经由滤波器44-3捕获彩色图像。
此外，医疗成像装置12被配置为使得从安装件21到成像模块23-1的光学距离短于从安装件21到成像模块23-3的光学距离。利用该配置，在调节了焦距以便在由成像模块23-1捕获的彩色图像中所需要的患部附近被聚焦时，焦点在由成像模块23-3捕获的图像中偏移。即，在由成像模块23-3捕获的彩色图像中，聚焦位置位于距期望的患部更远的点上。
在后文中，由成像模块23-1捕获的彩色图像称为近彩色图像，并且由成像模块23-3捕获的彩色图像视情况称为远彩色图像。因此，在医疗成像系统11中，从成像模块23-1输出的近彩色图像、从成像模块23-2输出的IR图像以及从成像模块23-3输出的远彩色图像从医疗成像装置12提供给信号处理装置13。
信号处理装置13进行景深扩展处理以生成EDOF图像，在EDOF图像中，通过从构成近彩色图像的像素值和构成远彩色图像的像素值之中选择在相同像素位置处的像素的像素值中具有较高对比度的像素值来扩展景深。作为用于选择具有较高对比度的像素值的选择方法，例如，可以使用从近彩色图像和远彩色图像中的每一者中提取边缘分量并且提取在每个图像区域中具有最大边缘的图像区域的方法。
此外，信号处理装置13可以对不发生偏移的图像执行用于消除可以从对比度差异映射看出的对比度差异的增强滤波处理，并将经过增强滤波处理的图像输出为EDOF图像。要注意的是，由于其目的是增加景深，所以在增强滤波器处理中不进行加权相加。此外，可以执行为了平滑近彩色图像和远彩色图像之间的切换部分的加权相加。例如，可以执行以下处理：基于近彩色图像对选择了远彩色图像的图像区域应用反锐化掩模，并且改变强调分量(远-近)的强度并进行相加。这使得可以控制强调分量并且避免图像质量劣化。
在医疗成像系统11中，通过设定半反射镜35的反射率和透射率使得进入成像模块23-1的光量大于进入成像模块23-3的光量，可以使近彩色图像更亮。在医疗成像系统11中，通过设定半反射镜35的反射率和透射率使得进入成像模块23-3的光量大于进入成像模块23-1的光量，可以使远彩色图像更亮。如上所述，在医疗成像系统11中，通过适当地增加远彩色图像或近彩色图像的灵敏度，可以实现更令人满意的SN比。
作为捕获IR图像的成像模块23-2，假定使用单色图像传感器，但是也可以使用彩色图像传感器而不是单色图像传感器。这里，假定捕获了IR图像进行描述。另一方面，例如在荧光观察中使用的IR光是780至800nm左右的NIR光(近红外：根据定义，包含在可见光中的一区域)。因此，在彩色图像传感器用作成像模块23-2的情况下，可以通过接收大部分NIR光来捕获图像。因此，医疗成像装置12可以具有采用彩色图像传感器的结构，该彩色图像传感器具有与成像模块23-1至23-3共同的配置。
在医疗成像系统11中，成像模块23-1至23-3(就距安装件21的光学距离而言)优选地按照捕获近彩色图像的成像模块23-1、捕获IR图像的成像模块23-2以及捕获远彩色图像的成像模块23-3的顺序布置，如图2的A中所示。而且，在成像模块23-2捕获V(紫色：激发波长为紫外线波长的的光)图像而非IR图像的情况下，成像模块优选地按照捕获近彩色图像的成像模块23-1、捕获V图像的成像模块23-2以及捕获远彩色图像的成像模块23-3的顺序布置，如图2的B中所示。此外，距安装件21的光学距离优选地在作为凸缘后距离的可接受的范围内。
在上述配置中，优选地，捕获IR图像的成像模块23-2相对于成像模块23-1与成像模块23-2之间的中心位于光学距离更长的一侧(图2中的右侧)。此外，在成像模块23-2捕获V图像的配置中，优选的是，捕获V图像的成像模块23-2相对于在成像模块23-1与成像模块23-2之间的中心位于光学距离更短的一侧(在图2中的左侧)。
成像模块23-2可以采用可移动配置，使得IR图像的图像捕获和V图像的图像捕获可以切换。利用该配置，在成像模块22-2是彩色图像传感器的情况下，通过移动成像模块23-2可以捕获IR图像和V图像两者。要注意的是，即使在成像模块23不可移动的配置中，也可以通过改变校正参数来捕获IR图像和V图像。
医疗成像系统11可以在用于输出使用近彩色图像和远彩色图像生成的EDOF图像的EDOF模式、用于输出使用近彩色图像和远彩色图像以及IR图像生成的EDOF图像的EDOF+IR模式、用于输出近彩色图像和IR图像的近IR模式、以及用于输出远彩色图像和IR图像的远IR模式之间切换。例如，医疗成像系统11可以根据手术的细节适当地切换这些模式并且选择这些模式中的一种模式。
当捕获IR图像的成像模块23-2是彩色图像传感器时，医疗成像系统11可以使用近彩色图像和IR图像、使用远彩色图像和IR图像、或者使用近彩色图像、远彩色图像和IR图像来生成EDOF图像。医疗成像系统11可以同时输出从近彩色图像和IR图像生成的EDOF图像以及从远彩色图像和IR图像生成的EDOF图像两者。
在成像模块23-2不是彩色图像传感器而是单色图像传感器的情况下，医疗成像系统11可以从由成像模块23-2捕获的IR图像中提取边缘分量并且对近彩色图像和远彩色图像执行对应于边缘分量的校正。医疗成像系统11可以通过使用近彩色图像或远彩色图像对IR图像执行景深扩展处理来扩展IR图像的景深。
将参考图3的流程图描述用于通过医疗成像系统11捕获医疗图像的方法。
在步骤S11中，成像模块23-1将通过接收透射通过波长分离镜34的可见波长范围内的光而获取的近彩色图像输出至信号处理装置13。
在步骤S12中，成像模块23-2将通过接收由波长分离镜34反射的红外波长范围内的光而获取的IR图像输出至信号处理装置13。
在步骤S13中，成像模块23-3将通过接收透射通过波长分离镜34的可见波长范围内的光而获取的远彩色图像输出至信号处理装置13。
在步骤S14中，信号处理装置13进行景深扩展处理以生成EDOF图像，在EDOF图像中使用近彩色图像和远彩色图像扩展了景深。然后，信号处理装置13输出EDOF图像和IR图像。
<医疗成像系统的第二配置示例>
图4是示出了根据第二实施方式应用了本技术的医疗成像系统的配置示例的框图。要注意的是，在图4中所示的医疗成像系统11A中，与在图1中的医疗成像系统11中的部件相同的部件由相同的参考标号标识，并且将省略其详细描述。
如图4所示，医疗成像系统11A包括医疗成像装置12A和信号处理装置13。医疗成像装置12A包括构成分光系统22A的波长分离镜34A，并且波长分离镜34A与图1中的波长分离镜34的不同之处在于反射可见波长范围内的光并且透射红外波长范围内的光。因此，在医疗成像装置12A中，由波长分离镜34A反射的可见光入射到的成像模块23-2A捕获彩色图像，并且通过波长分离镜34A透射的红外光入射到的成像模块23A-1和成像模块23A-3捕获IR图像。
即，成像模块23A-1的滤波器44A-1和成像模块23A-3的滤波器44A-3是IR滤波器。此外，成像模块23A-2的滤波器44A-2是如图所示的具有拜耳阵列的RGB滤波器。
医疗成像装置12A被配置为使得从安装件21到成像模块23A-3的光学距离长于从安装件21到成像模块23A-1的光学距离。利用该配置，当调整焦距使得期望的患部附近聚焦于由成像模块23A-1捕获的IR图像中时，焦点在由成像模块23A-3捕获的图像中偏移。即，聚焦位置位于由成像模块23A-3捕获的IR图像中距期望患部更远的点上。
在如上所述配置的医疗成像系统11A中，信号处理装置13可以通过使用由成像模块23A-1捕获的IR图像和由成像模块23A-3捕获的IR图像执行景深扩展处理，来生成其中景深被扩展的IR的EDOF图像。即，医疗成像系统11A可以输出由成像模块23A-2捕获的彩色图像、由成像模块23A-1和成像模块23A-3捕获的IR图像以及IR的EDOF图像。
在医疗成像系统11A中，半反射镜35的反射率和透射率可以如在图1的医疗成像系统11中那样设定。利用该配置，可以使成像模块23A-3捕获的IR图像变得更亮，或者可以使成像模块23A-1捕获的IR图像变得更亮，并且可以通过适当地增加任一个IR图像的灵敏度来实现更令人满意的SN比。
<医疗成像系统的第三配置示例>
图5是示出根据第三实施方式的应用了本技术的医疗成像系统的配置示例的框图。要注意的是，在图5中所示的医疗成像系统11B中，与在图1中的医疗成像系统11的部件相同的部件由相同的参考标号标识，并且将省略其详细描述。
如图5所示，医疗成像系统11B包括医疗成像装置12B和信号处理装置13。在医疗成像装置12B中，分光系统22B与图1中的分光系统22的不同之处在于：半反射镜35布置在第一棱镜31与第二棱镜32之间，并且波长分离镜34布置在第二棱镜32与第三棱镜33之间。此外，医疗成像装置12B与图1中的医疗成像装置12不同之处在于：成像模块23B-2的滤波器44B-2是如所示的具有拜耳阵列的RGB滤波器，并且成像模块23B-3的滤波器44B-3是IR滤波器。
因此，在医疗成像装置12B中，在波长上被波长分离镜34分离之前的光被半反射镜35反射并且进入成像模块23B-2，并且彩色图像被捕获。即，可以从由成像模块23B-2捕获的彩色图像中提取普通光分量和IR分量两者。
此外，医疗成像装置12B被配置为使得从安装件21到成像模块23B-2的光学距离长于从安装件21到成像模块23-1的光学距离。利用该配置，当调整焦距使得期望的患部附近聚焦于由成像模块23-1捕获的彩色图像中时，焦点在由成像模块23B-2捕获的图像中偏移。即，聚焦位置位于由成像模块23B-2捕获的彩色图像中距期望患部更远的点上。
在后文中，必要时，由成像模块23-1捕获的彩色图像称为近彩色图像，并且由成像模块23-2捕获的彩色图像称为远彩色图像。因此，在医疗成像系统11中，从成像模块23-1输出的近彩色图像、从成像模块23-2输出的远彩色图像、以及从成像模块23B-3输出的IR图像从医疗成像装置12B提供给信号处理装置13。
如上所述配置的医疗成像系统11B可以用于以时分方式发射普通光和IR光。例如，当发出普通光时，信号处理装置13执行景深扩展处理，以使用近彩色图像和远彩色图像的普通光分量生成普通光的EDOF图像。另一方面，当发射IR光时，信号处理装置13执行景深扩展处理以使用IR图像和远彩色图像的IR分量生成IR的EDOF图像。
要注意的是，尽管已给出假定发射IR光的描述，但是也可以通过包括作为RGB滤波器的滤波器44B-2的成像模块23B-2执行图像捕获，因为使用了在760nm处具有峰值的大致红色或NIR光。
将描述由信号处理装置13执行以在医疗成像系统11B中生成EDOF图像的景深扩展处理。
首先，信号处理装置13组合从成像模块23-1输出的近彩色图像和从成像模块23B-3输出的IR图像。
接下来，信号处理装置13生成选择映射，在选择映射中，从通过组合近彩色图像和IR图像、以及从成像模块23-2输出的远彩色图像获得的合成图像中，在相同像素位置处的像素的像素值当中选择出具有较高对比度的像素的像素值，并且生成表示其对比度差异的对比度差异映射。对于选择了远彩色图像的像素，选择映射是与值为1的输入图像的大小相同的表。对比度差异映射是与具有对比度差异的输入图像具有大小相同的表。
随后，信号处理装置13通过第一处理和第二处理从选择映射生成普通光的EDOF图像和IR的EDOF图像。在第一处理中，对于选择映射中值为0的像素，不具有偏移的图像被用作输出。在第二处理中，对于选择映射中值为1的像素，根据生成合成图像时近彩色图像和IR图像的比率从远彩色图像中分离普通光和IR，并且输出相应的图像。
如上所述，根据上述实施例中的每个实施例的医疗成像系统11可以同时获取三个图像：近彩色图像、IR图像和远彩色图像(具有用于生成EDOF图像的不同焦点的图像)。因此，医疗成像系统11可以获得两个图像：具有高分辨率和深景深的图像和另一光源的图像。
因此，医疗用成像系统11能够同时利用普通光使用高分辨率和深景深的图像进行观察以及使用IR图像进行深血管等的观察。例如，在对未经受EDOF的图像执行聚焦的情况下，具有深景深的另一图像也可聚焦。因此，当光源在普通光和IR之间切换时，医疗成像系统11可以消除焦点调节的需要。此外，在叠加时，可以获得两个光源的聚焦图像。
要注意的是，例如在日本特开2017-209154号公报中公开了通过改变光路长度来改变聚焦位置来进行EDOF的技术，但是没有说明不同波长的光的分离。另一方面，医疗成像系统11可以适于具有组合的多个光源的EDOF。
<电子设备的配置示例>
上述医疗成像装置12可以应用于包括诸如数字静态相机和数字相机的成像系统、具有成像功能的移动电话以及具有成像功能的另一设备的各种电子设备。
图6是示出安装在电子设备上的成像装置的配置示例的框图。
如图6所示，成像装置101包括光学系统102、成像元件103、信号处理电路104、监视器105以及存储器106，并且可以捕获静止图像和运动图像。
光学系统102包括一个或多个透镜，其将来自对象的图像光(入射光)引导至成像元件103，并且在成像元件103的光接收表面(传感器单元)上形成图像。
作为成像元件103，应用所述医疗成像装置12。根据经由光学系统102在光接收表面上形成的图像，电子在成像元件103中累积一定时间。然后，对应于积累在成像元件103中的电子的信号被提供给信号处理电路104。
信号处理电路104对从成像元件103输出的像素信号执行各种类型的信号处理。通过信号处理电路104进行信号处理而得到的图像(图像数据)被提供给监视器105并显示在监视器105上，或者被提供给存储器106并存储(记录)在存储器106中。
如上所述配置的成像装置101可以捕获例如医疗图像，其中，通过应用所述医疗成像装置12可以更好地观察术野。
<图像传感器的使用示例>
图7是示出所述图像传感器(成像元件)的使用示例的示图。
图像传感器可用于各种情况下用于感测光，诸如如下所述的可见光、红外光、紫外光和X射线。
·捕获用于观看的图像的装置，诸如数码相机和具有相机功能的移动装置
·用于交通的装置，诸如：车载传感器，捕获汽车前方、后方和周围的环境、汽车内部等的图像，用于安全驾驶，诸如自动停止、识别驾驶员的状况等；监控行驶车辆或道路的监控相机；或者测量车辆之间的距离的距离测量传感器等。
·用于家用电器(诸如，电视、冰箱、以及空调)的装置，捕获用户的手势的图像并且根据手势执行操作
·用于医疗和医疗的装置，诸如内窥镜和通过接收红外光执行血管造影的装置
·用于安全的装置，诸如用于犯罪预防的监控相机和用于个人认证的相机
·用于美容的装置，如捕获皮肤图像的皮肤测量装置和捕获头皮图像的显微镜
·用于运动的装置，诸如动作相机和用于运动用途的可穿戴相机等
·用于农业的装置，如用于监测田地和农作物状况的相机
<应用示例>
根据本公开的技术可以应用于医疗成像系统。医疗成像系统是使用成像技术的医疗系统，并且例如是内窥镜系统或显微镜系统。
[内窥镜系统]
参照图8和图9对内窥镜系统的示例进行说明。图8是示出可以应用根据本公开的技术的内窥镜系统5000的示意性配置示例的示图。图9是示出内窥镜5001和相机控制单元(CCU)5039的配置示例的示图。图8示出作为手术参与者的操作者(例如医生)5067使用内窥镜系统5000对病床5069上的患者5071进行手术的情形。如图8所示，内窥镜系统5000具有作为医疗成像装置的内窥镜5001、CCU 5039、光源装置5043、记录装置5053、输出装置5055以及用于支撑内窥镜5001的支撑装置5027。
在内窥镜手术中，称为套管针5025的插入辅助工具被刺入患者5071中。然后，通过套管针5025将与内窥镜5001连接的观测器5003和手术工具5021插入患者5071的体内。手术工具5021包括：诸如电手术刀的能量装置；以及镊子等。
在显示装置5041上显示手术图像，该手术图像是由内窥镜5001捕获患者5071的体内而得到的医疗图像。操作者5067在观看显示装置5041上显示的手术图像的同时使用手术工具5021对手术目标进行手术。医疗图像不限于手术图像，并且可以是在诊断期间捕获的诊断图像。
[内窥镜]
内窥镜5001是用于捕获患者5071的身体内部的相机，并且例如是包括下者的摄像头：用于聚集入射光的聚集光学系统50051、能够通过改变相机的焦距进行光学变焦的变焦光学系统50052、能够通过改变相机的焦距进行调焦的聚焦光学系统50053、以及光接收传感器50054，如图9所示的。内窥镜5001将经由所连接的观测器5003的光会聚到光接收传感器50054上以生成像素信号，并且经由传输系统将该像素信号输出到CCU5039。观测器5003是在前端具有物镜的插入部，其将来自所连接的光源装置5043的光引导到患者5071的体内。观测器5003例如是硬性观测器用硬性内窥镜和软性观测器用软性内窥镜。像素信号仅需要是基于从像素输出的信号的信号，并且例如是原始信号或图像信号。将内窥镜5001连接至CCU 5039的传输系统可以包括存储器，并且该存储器可以存储与内窥镜5001和CCU5039相关的参数。存储器可以设置在传输系统的连接部分处或电缆上。例如，传输系统的存储器可以存储内窥镜5001出厂之前的参数或者在施加电流时改变的参数，并且可以基于从存储器读取的参数改变内窥镜的操作。相机和传输系统的组合可以称为内窥镜。光接收传感器50054是用于将所接收的光转换成像素信号的传感器，并且例如是互补金属氧化物半导体(CMOS)成像传感器。光接收传感器50054优选地是具有拜耳阵列的能够彩色成像的成像传感器。例如，光接收传感器50054也优选地是具有与4K(3840水平像素×2160竖直像素)、8K(7680水平像素×4320竖直像素)、或者正方形4K(3840或者更多个水平像素×3840或者更多个竖直像素)的分辨率对应的多个像素的成像传感器。光接收传感器50054可以是一个传感器芯片或多个传感器芯片。例如，可以设置棱镜以将入射光划分为预定的波长段，并且可以通过不同的光接收传感器来对这些波长段成像。可以提供多个光接收传感器用于立体观看。光接收传感器50054可以是具有包括用于图像处理的算术处理电路的芯片结构的传感器，或者可以是用于飞行时间(ToF)的传感器。该传输系统例如为光缆系统或无线传输系统。无线传输仅需要能够发送由内窥镜5001生成的像素信号即可，并且例如，内窥镜5001可以无线地连接至CCU 5039，或者内窥镜5001可以经由手术室中的基站连接至CCU5039。此时，内窥镜5001不仅可以发送像素信号，而且可以同时发送与像素信号有关的信息(例如，像素信号的处理优先级和/或同步信号)。在内窥镜中，观测器可以与摄像头集成，并且光接收传感器可以设置在观测器的远端。
[CCU(相机控制单元)]
CCU 5039是用于以集成方式控制内窥镜5001和连接至CCU 5039的光源装置5043的控制装置，并且例如是包括如图9所示的现场可编程门阵列(FPGA)50391、中央处理单元(CPU)50392、随机存取存储器(RAM)50393、只读存储器(ROM)50394、图形处理单元(GPU)50395、以及接口(I/F)50396的图像处理装置。CCU 5039可以以集成方式控制连接至CCU5039的显示装置5041、记录装置5053、以及输出装置5055。CCU5039控制光源装置5043的照射定时、照射强度、照射光源的种类等。CCU5039还对从内窥镜5001输出的像素信号进行诸如显影处理(例如，去马赛克处理)和校正处理的图像处理，并且将处理后的图像信号(例如，图像)输出至诸如显示装置5041的外部装置。CCU 5039还向内窥镜5001发送控制信号，以控制内窥镜5001的驱动。控制信号是关于诸如相机的倍率或者焦距的成像条件的信息。CCU 5039可以具有图像的下转换功能，并且可以被配置为能够同时将较高分辨率(例如，4K)图像输出至显示装置5041并且将较低分辨率(例如，高清晰度(HD))图像输出至记录装置5053。
此外，CCU 5039可以经由用于将信号转换成预定通信协议(诸如，互联网协议(IP))的IP转换器连接至外部装置。IP转换器与外部装置之间的连接可使用有线网络来建立，或者网络的一部分或全部可使用无线网络来建立。例如，CCU 5039侧上的IP转换器可以具有无线通信功能，并且可以经由诸如第五代移动通信系统(5G)或第六代移动通信系统(6G)的无线通信网络将所接收的图像发送至IP切换器或输出侧IP转换器。
[光源装置]
光源装置5043是能够发射具有预定波长段的光的装置，并且包括例如多个光源和用于引导光源的光的光源光学系统。光源例如是氙灯、发光二极管(LED)光源或激光二极管(LD)光源。光源装置5043包括例如对应于红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的三原色的LED光源，并且控制每个光源的输出强度和输出定时以发射白光。光源装置5043除了具有用于发射普通光观察用的普通光的光源之外，还可以具有能够发射特殊光观察用的特殊光的光源。特殊光是与作为普通光观察用的光的普通光不同的规定波长段的光，例如是近红外光(波长760nm以上的光)、红外光、蓝光或紫外光。普通光例如是白光或绿光。在作为一种特殊光观察的窄频带光观察中，由于交替发射蓝色光和绿色光，因此能够利用生物体组织对光吸收的波长依赖性对粘膜表面的血管等预定组织以高对比度进行成像。在作为一种特殊光观察的荧光观察中，由于发射用于对注入生物体组织内的试剂进行激发的激发光，并且接收从生物体组织或试剂射出的荧光以得到荧光图像，因此，荧光观察能够促进操作者观察到例如操作者用普通光难以观察到的生物体组织。例如，在使用红外光的荧光观察中，发射近红外光作为激发光以激发注入到生物体组织中的试剂，诸如吲哚菁绿(ICG)，由此荧光观察可以促进观察生物体组织的深层结构。另外，在荧光观察中，可以使用通过被蓝色波长段中的特殊光激发而发射红色波长段的荧光的试剂(例如PDD或5-氨基乙酰丙酸(5-ALA))。通过CCU 5039的控制来设定光源装置5043的照射光的种类。CCU 5039也可以具有对光源装置5043和内窥镜5001进行控制以交替地进行普通光观察和特殊光观察的模式。此时，优选的是，将基于通过特殊光观察而得到的像素信号的信息与通过普通光观察而得到的像素信号叠加。
[记录装置]
记录装置5053是用于记录从CCU 5039获取的像素的设备，并且例如是记录器。记录装置5053将从CCU 5039获取的图像记录在硬盘驱动器(HDD)、超密度盘(SDD)和/或光盘中。记录装置5053可以连接到医院中从手术室外的设备可访问的网络。记录装置5053可以具有下转换功能或上转换功能。
[显示装置]
显示装置5041是能够显示图像的装置，并且例如是显示监视器。在CCU 5039的控制下，显示装置5041基于通过CCU 5039进行图像处理的像素信号来显示显示图像。显示装置5041可以包括相机和麦克风以用作输入设备，该输入设备允许通过视线识别、语音识别和手势来输入指令。
[输出装置]
输出装置5055是用于输出从CCU 5039获取的信息的设备，并且例如是打印机。例如，输出装置5055基于从CCU 5039获取的像素信号将打印图像打印在纸张上。
[支撑装置]
支撑装置5027是铰接臂，其包括基座5029、从基座5029延伸的臂5031和安装在臂5031的远端处的保持部5032，基座5029包括臂控制装置5045。臂控制装置5045包括诸如CPU的处理器，并且根据预定计算机程序操作以控制臂5031的驱动。支撑装置5027使用臂控制装置5045来控制构成臂5031的连杆5035的长度、关节5033的旋转角度、转矩等参数，以控制例如由保持部5032保持的内窥镜5001的位置和姿势。由此，能够将内窥镜5001的位置或姿势变更为期望的位置或姿势，使得能够将观测器5003插入到患者5071内，并且能够改变体内的观察部位。支撑装置5027用作用于在操作期间支撑内窥镜5001的内窥镜支撑臂。因此，支撑装置5027能够起到作为保持内窥镜5001的助手的观测仪(scopist)的角色。支撑装置5027可以是用于保持稍后将描述的显微镜装置5301的设备，并且可以被称为医疗支撑臂。支撑装置5027可以由臂控制装置5045使用自主控制方法来控制，或者可以使用臂控制装置5045基于用户的输入执行控制的控制方法来控制。控制方法可以是例如主从方法，其中，充当从设备的支撑装置5027基于主设备在用户手中的移动而被控制。支撑装置5027可以从手术室外部远程控制。
上面已经描述了根据本公开的技术可以应用的内窥镜系统5000的示例。例如，根据本公开的技术可以应用于显微镜系统。
[显微镜系统]
图10是示出根据本公开的技术可以应用于的微观手术系统的示意性配置的示例的示图。在以下的说明中，对与内窥镜系统5000相同的结构要素标注相同的附图标记，省略重复说明。
图10示意性示出了操作者5067使用显微手术系统5300对病床5069上的患者5071进行手术的情形。为了简单起见，图10未示出显微镜手术系统5300的部件之中的推车5037，并且以简化的方式示出显微镜装置5301而不是内窥镜5001。显微镜装置5301可以指设置在连杆5035的远端处的显微镜5303，或者可以指包括显微镜5303和支撑装置5027的总体配置。
如图10所示，在手术期间，显微镜手术系统5300用于在安装在手术室中的显示装置5041上以放大的方式显示通过显微镜装置5301捕获的手术部位的图像。显示装置5041被安装在面向操作者5067的位置中，并且操作者5067在使用显示装置5041上显示的图像观察手术部位的状态的同时对手术部位执行各种处理，诸如切除患部。
上面已经描述了根据本公开的技术可以应用的内窥镜系统5000和微观手术系统5300的相应示例。根据本公开的技术可以应用的系统不限于这种示例。例如，代替内窥镜5001或显微镜5303，支撑装置5027可以在其远端支撑另一观察装置或另一手术工具。作为其他的观察装置，例如可举出钳子、钳子、气腹用的气腹管、通过烧灼切开组织、封闭血管的能量处理器具等。通过使用支撑装置来支撑所述观察装置或手术工具，与医务人员手动支撑观察装置或手术工具的情况相比，可以更稳定地固定其位置并且可以降低医务人员的负担。根据本公开的技术可以应用于支撑除显微镜之外的这种部件的支撑装置。
根据本公开的技术可以应用于所述配置中的内窥镜5001或显微镜装置5301。由此，能够捕获能够更好地观察术野的医疗图像，能够更安全且可靠地进行操作。
<配置的组合的示例>
应注意，本技术还可具有以下配置。
(1)
一种医疗成像系统，包括：
第一成像元件，接收从安装表面入射的入射光中的第一波长段的光并输出第一图像信号；
第二成像元件，接收所述入射光中的不同于所述第一波长段的第二波长段的光并输出第二图像信号；
第三成像元件，接收所述入射光中的至少所述第二波长段的光并输出第三图像信号；以及
信号处理单元，所述信号处理单元执行景深扩展处理以使用所述第一图像信号、所述第二图像信号和所述第三图像信号中的至少两个图像信号生成通过扩展景深而获得的扩展景深图像，其中
从所述安装表面至所述第一成像元件的光路长度长于从所述安装表面至所述第二成像元件的光路长度并且短于从所述安装表面至所述第三成像元件的光路长度。
(2)
根据(1)的医疗成像系统，其中，
所述第二成像元件和所述第三成像元件接收可见波长的光，并且
所述信号处理单元通过在相同像素位置处的像素的像素值当中选择出具有较高对比度的像素值来生成所述扩展景深图像。
(3)
根据(1)或(2)的医疗成像系统，还包括：
分光系统，将所述入射光朝向所述第一成像元件、所述第二成像元件和所述第三成像元件中的每个成像元件分支，其中
所述分光系统被设置为使得入射在所述第三成像元件上的光量大于入射在所述第二成像元件上的光量。
(4)
根据(1)至(3)中任一项所述的医疗成像系统，其中，
所述第一成像元件接收近红外(NIR)光。
(5)
根据(1)至(4)中任一项所述的医疗成像系统，其中，
所述第一成像元件接收紫色(V)光。
(6)
根据(1)至(5)中任一项所述的医疗成像系统，其中，
所述第二成像元件和所述第三成像元件中的每个成像元件均包括滤波器，所述第一成像元件不包括滤波器，并且
所述信号处理单元使用所述第二图像信号和所述第三图像信号执行所述景深扩展处理。
(7)
根据(1)至(5)中任一项所述的医疗成像系统，其中，
所述第一成像元件、所述第二成像元件和所述第三成像元件中的每个包括滤波器，并且
所述信号处理单元使用所述第一图像信号和所述第三图像信号执行所述景深扩展处理。
(8)
根据(1)至(5)中任一项所述的医疗成像系统，其中，
所述第一成像元件和所述第三成像元件不包括滤波器，所述第二成像元件包括滤波器，并且
所述信号处理单元使用所述第一图像信号和所述第三图像信号执行所述景深扩展处理。
(9)
根据(1)至(8)中任一项所述的医疗成像系统，其中，
所述信号处理单元根据一模式来改变使用所述第一图像信号、所述第二图像信号和所述第三图像信号中的哪个组合执行所述景深扩展处理。
(10)
一种医疗成像装置，包括：
第一成像元件，接收从安装表面入射的入射光中的第一波长段的光并输出第一图像信号；
第二成像元件，接收所述入射光中的不同于所述第一波长段的第二波长段的光并输出第二图像信号；
第三成像元件，接收所述入射光中的至少所述第二波长段的光并输出第三图像信号；以及
信号处理单元，所述信号处理单元执行景深扩展处理以使用所述第一图像信号、所述第二图像信号和所述第三图像信号中的至少两个图像信号生成通过扩展景深而获得的扩展景深图像，其中
从所述安装表面至所述第一成像元件的光路长度长于从所述安装表面至所述第二成像元件的光路长度并且短于从所述安装表面至所述第三成像元件的光路长度。
(11)
一种用于医疗成像系统的操作方法，所述方法包括：
通过第一成像元件接收从安装表面入射的入射光中的第一波长段的光并且输出第一图像信号；
通过第二成像元件接收所述入射光中的不同于第一波长段的第二波长段的光并且输出第二图像信号；
通过第三成像元件接收所述入射光中的至少所述第二波长段的光并且输出第三图像信号；以及
执行景深扩展处理以使用所述第一图像信号、所述第二图像信号和所述第三图像信号中的至少两个图像信号生成通过扩展景深而获得的扩展景深图像，其中
所述医疗成像系统被配置为使得从所述安装表面至所述第一成像元件的光路长度长于从所述安装表面至所述第二成像元件的光路长度并且短于从所述安装表面至所述第三成像元件的光路长度。
应注意，本公开的实施方式不限于所述实施方式，并且在不背离本公开的主旨的情况下可以做出各种修改。此外，在本说明书中描述的效果仅仅是说明性的而不是限制性的，并且可以具有另外的效果。
参考符号列表
11 医疗成像系统
12 医疗成像装置
13 信号处理装置
20 安装件
21 分光系统
22 成像模块
31 第一棱镜
32 第二棱镜
33 第三棱镜
34 波长分离镜
35 半反射镜
41 壳体
42 盖玻璃
43 成像元件
44 滤波器。

Claims (11)

1.一种医疗成像系统，包括：
第一成像元件，接收从安装表面入射的入射光中的第一波长段的光并输出第一图像信号；
第二成像元件，接收所述入射光中的不同于所述第一波长段的第二波长段的光并输出第二图像信号；
第三成像元件，接收所述入射光中的至少所述第二波长段的光并输出第三图像信号；以及
信号处理单元，执行景深扩展处理以使用所述第一图像信号、所述第二图像信号和所述第三图像信号中的至少两个图像信号生成通过扩展景深而获得的扩展景深图像，其中，
从所述安装表面至所述第一成像元件的光路长度长于从所述安装表面至所述第二成像元件的光路长度、并且短于从所述安装表面至所述第三成像元件的光路长度。
2.根据权利要求1所述的医疗成像系统，其中，
所述第二成像元件和所述第三成像元件接收可见波长的光，并且
所述信号处理单元通过在相同像素位置处的像素的像素值当中选择出具有较高对比度的像素值来生成所述扩展景深图像。
3.根据权利要求1所述的医疗成像系统，还包括：
分光系统，将所述入射光朝向所述第一成像元件、所述第二成像元件和所述第三成像元件中的每个成像元件分支，其中，
所述分光系统被设置为使得入射在所述第三成像元件上的光量大于入射在所述第二成像元件上的光量。
4.根据权利要求1所述的医疗成像系统，其中，
所述第一成像元件接收近红外(NIR)光。
5.根据权利要求1所述的医疗成像系统，其中，
所述第一成像元件接收紫色(V)光。
6.根据权利要求1所述的医疗成像系统，其中，
所述第二成像元件和所述第三成像元件中的每个成像元件均包括滤波器，所述第一成像元件不包括滤波器，并且
所述信号处理单元使用所述第二图像信号和所述第三图像信号执行所述景深扩展处理。
7.根据权利要求1所述的医疗成像系统，其中，
所述第一成像元件、所述第二成像元件和所述第三成像元件中的每个包括滤波器，并且
所述信号处理单元使用所述第一图像信号和所述第三图像信号执行所述景深扩展处理。
8.根据权利要求1所述的医疗成像系统，其中，
所述第一成像元件和所述第三成像元件不包括滤波器，所述第二成像元件包括滤波器，并且
所述信号处理单元使用所述第一图像信号和所述第三图像信号执行所述景深扩展处理。
9.根据权利要求1所述的医疗成像系统，其中，
所述信号处理单元根据一模式来改变使用所述第一图像信号、所述第二图像信号和所述第三图像信号中的哪个组合执行所述景深扩展处理。
10.一种医疗成像装置，包括：
第一成像元件，接收从安装表面入射的入射光中的第一波长段的光并输出第一图像信号；
第二成像元件，接收所述入射光中的不同于所述第一波长段的第二波长段的光并输出第二图像信号；
第三成像元件，接收所述入射光中的至少所述第二波长段的光并输出第三图像信号；以及
信号处理单元，所述信号处理单元执行景深扩展处理，以使用所述第一图像信号、所述第二图像信号和所述第三图像信号中的至少两个图像信号生成通过扩展景深而获得的扩展景深图像，其中，
从所述安装表面至所述第一成像元件的光路长度长于从所述安装表面至所述第二成像元件的光路长度、并且短于从所述安装表面至所述第三成像元件的光路长度。
11.一种用于医疗成像系统的操作方法，包括：
通过第一成像元件接收从安装表面入射的入射光中的第一波长段的光并输出第一图像信号；
通过第二成像元件接收所述入射光中的不同于所述第一波长段的第二波长段的光并输出第二图像信号；
通过第三成像元件接收所述入射光中的至少所述第二波长段的光并输出第三图像信号；以及
执行景深扩展处理，以使用所述第一图像信号、所述第二图像信号和所述第三图像信号中的至少两个图像信号生成通过扩展景深而获得的扩展景深图像，其中，
所述医疗成像系统被配置为使得从所述安装表面至所述第一成像元件的光路长度长于从所述安装表面至所述第二成像元件的光路长度、并且短于从所述安装表面至所述第三成像元件的光路长度。
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