Das Bestrahlen mit Licht einer bestimmten Wellenlänge regt
lebendes Gewebe so an, dass dieses fluoresziert. Ferner ist die
Intensität
der Fluoreszenz eines abnormalen lebenden Gewebes, das beispielsweise
durch einen Tumor oder Krebs angegriffen ist, schwächer als
die eines normalen lebenden Gewebes. Eine solche Erscheinung tritt
auch bei subkutanem lebendem Gewebe unter der Wand einer Körperhöhle auf.
Die
US-A 6 371 908 beschreibt eine Diagnose-Hilfsgerät, das unter
Ausnutzung dieser Erscheinung Abnormalitäten subkutanen lebenden Gewebes
unter einer Körperhöhlenwand
auffindet. Ein solches Diagnose-Hilfsgerät stellt ein spezielles Bild
auf einem Monitor dar. Dieses Bild zeigt den angegriffenen Bereich
in einer vorbestimmten Farbe (beispielsweise Rot) in einem monochromatischen
Bild einer Körperhöhle.
Das Diagnose-Hilfsgerät gibt abwechselnd sichtbares
Licht (Referenzlicht) innerhalb eines vorbestimmten schmalen Wellenwellenbandes
zum Beleuchten der Körperhöhle und
Anregungslicht zum Anregen lebenden Gewebes über ein Lichtleitfaserbündel ab,
das zu einem Endoskop führt.
Das Diagnose-Hilfsgerät
spezifiziert Positionen von Pixeln, die angegriffene Bereiche darstellen,
indem Fluoreszenzbilddaten, die das Endoskop während der Bestrahlung mit dem
Anregungslicht aufnimmt, mit Referenzbilddaten verglichen werden,
die sich mit dem Endoskop während
der Beleuchtung mit dem Referenzlicht ergeben. Dann erzeugt das
Diagnose-Hilfsgerät
Farbbilddaten aus den Referenzbilddaten und setzt die Farbe der
spezifizierten Pixel in den Farbbilddaten in Rot um, wodurch Bilddaten
eines speziellen Betrachtungsbildes erzeugt werden.
Das Diagnose-Hilfsgerät bestimmt,
ob ein Pixel als angegriffener Bereich darzustellen ist, indem der
Helligkeitswert des Pixels in den Fluoreszenzbilddaten mit dem Helligkeitswert
des Pixels an der entsprechenden Position in den Referenzbilddaten
verglichen wird. Das Diagnose-Hilfsgerät bestimmt also, ob ein Pixel
als in einem angegriffenen Bereich liegend darzustellen ist, indem
die Intensität
des von einer Stelle der Körperhöhlenwand
abgegebenen Fluoreszenzlichtes mit der Intensität des an derselben Position
der Körperhöhlenwand
reflektierten Referenzlichtes verglichen wird. Bei dem konventionellen Diagnose-Hilfsgerät fällt der
Bestrahlungsbereich für das
Referenzlicht an der Körperhöhlenwand
fast mit demjenigen des Anregungslichtes zusammen, damit keine Vergleichsfehler
verursacht werden.
Während
die Intensität
des von dem lebenden Gewebe abgegebenen Fluoreszenzlichtes extrem
schwach, verglichen mit derjenigen des auf das Gewebe strahlenden
Anregungslichtes ist, ist die Intensität des Fluoreszenzlichtes proportional
derjenigen des Anregungslichtes. Deshalb muss das lebende Gewebe
mit dem Anregungslicht möglichst
stark bestrahlt werden, um ein aus den Fluoreszenzbilddaten mit
dem Diagnose-Hilfsgerät
erhaltenes Bild scharf darzustellen.
Die
US-A 6 537 211 beschreibt ein Diagnose-Hilfsgerät, das eine
an einer Lichtquelle liegende Spannung nur dann in einem zulässigen Bereich
erhöht,
wenn es lebendes Gewebe mit Anregungslicht bestrahlt.
Die Intensität des an der Fläche einer
Körperhöhlenwand
reflektierten Referenzlichtes ist extrem stärker als diejenige des von
ihr ausgehenden Fluoreszenzlichtes. Deshalb muss die Intensität des Referenzlichtes
in einem solchen konventionellen Diagnose-Hilfsgerät so gesteuert
werden, dass keine Fehler beim Vergleich der Fluoreszenzbilddaten
mit den Referenzbilddaten auftreten. Eine mechanische Apertur kann
zum Steuern der Intensität
des Referenzlichtes eingesetzt werden.
Die Steuerung durch die mechanische
Apertur kann jedoch eine Inkonsistenz der Bestrahlungsbereiche des
Referenzlichtes und des Anregungslichtes verursachen. Diese führt wiederum
zu Fehlern beim Vergleich der Fluoreszenzbilddaten mit den Referenzbilddaten,
wodurch das Problem auftritt, dass der angegriffene, durch den Vergleich
bestimmte Bereich nicht der real angegriffene Bereich ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung,
ein verbessertes Diagnose-Hilfsgerät anzugeben, mit dem die Intensität des Referenzlichtes
gesteuert werden kann, ohne die mit dem Anregungslicht und dem Referenzlicht
bestrahlten Bereiche zu verändern.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Bei einem Diagnose-Hilfsgerät nach der
Erfindung wird die Intensität
des Anregungslichtes und die des Referenzlichtes abhängig von
den maximalen Helligkeitswerten der Fluoreszenzbilddaten und der
Referenzbilddaten gesteuert, die sich in dem Bilddaten-Erfassungsteil
ergeben. Wenn der Zusammenhang des maximalen Helligkeitswertes der
Fluoreszenzbilddaten und der Intensität des Anregungslichtes sowie
der Zusammenhang des maximalen Helligkeitswertes der Referenzbilddaten
und der Intensität
des Referenzlichtes vorbestimmt sind, d.h. wenn der erste und der
zweite Operationsausdruck in geeigneter Weise bestimmt sind, fällt der
als angegriffener Bereich in dem speziellen Betrachtungsbild auf
einem Monitor dargestellte Bereich in den Betrachtungsbilddaten
mit dem tatsächlich
angegriffenen Bereich zusammen.
Der Lichtabgabeteil kann eine Lichtquelle enthalten,
die ihre Lichtintensität
abhängig
von der anliegenden Spannung ändert.
Hierbei steuert die Lichtsteuerung die Intensitäten des Anregungslichtes und
des Referenzlichtes durch Änderung
der an der Lichtquelle anliegenden Spannung.
Bei der Weiterbildung nach Anspruch
3 kann die Bedienungsperson die Kontur und die Ungleichmäßigkeit
der Körperhöhlenwand
durch die bestimmten Betrachtungsbilddaten spezifizieren und Teile
definieren, bei denen eine hohe Wahrscheinlichkeit einer Erkrankung
wie z.B. Tumor oder Krebs vorliegt, indem sie rote Teile und/oder
Blockteile der vorbestimmten Farbe (z.B. Rot) in den Betrachtungsbilddaten
als Flecken erkennt.
Die Erfindung wird im Folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher
erläutert.
Darin zeigen:
1 das
Blockdiagramm eines Endoskopsystems mit einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
2 Einzelheiten
eines Lichtabgabeteils des in 1 gezeigten
Diagnose-Hilfsgeräts,
3 das
Zeitdiagramm der Ausgangssignale des Anregungslichtes und des Referenzlichtes sowie
eines Treibersignals,
4 das
Blockdiagramm eines Bildverarbeitungsteils des Diagnose-Hilfsgeräts,
5 ein
Flussdiagramm eines in einer Betrachtungsbild-Erzeugerschaltung des Bilderzeugungsteils
ausgeführten
Prozesses,
6A eine
grafische Darstellung des Zusammenhangs eines ersten Intensitätskoeffizienten und
des maximalen Helligkeitswertes der Fluoreszenzbilddaten, und
6B eine
grafische Darstellung des Zusammenhangs eines zweiten Intensitätskoeffizienten und
des maximalen Helligkeitswertes der Referenzbilddaten.
In 1 ist
das Blockdiagramm eines Endoskopsystems dargestellt, das ein Videoendoskop 1, eine
Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2, ein Diagnose-Hilfsgerät 3,
einen Bildwähler 4 und
einen Monitor 5 enthält.
Zunächst wird das Videoendoskop 1 erläutert. Dieses
hat ein flexibles Einführrohr 1a,
das in einen lebenden Körper
einzuführen
ist, und einen Bedienteil 1b, an dem Bedienhebel (nicht
dargestellt) einen Biegemechanismus (nicht dargestellt) betätigen, der
in das Ende des Einführrohrs 1a eingebaut
ist.
Eine Verteillinse 11 und
eine Objektivlinse 12 sind in die Stirnfläche des
Einführrohrs 1a eingebaut, und
eine Instrumentenöffnung 1c eines
Instrumentenkanals 13 liegt an der Stirnfläche. Die
andere Instrumentenöffnung 1d des
Instrumentenkanals 13 liegt auf der Seite des Bedienteils 1b.
Ein Behandlungsinstrument wie ein elektrisches Skalpell kann durch
den Instrumentenkanal 13 geführt werden.
Ein mit der Objektivlinse 12 erzeugtes
Objektbild wird von einem Bildsensor 15 aufgenommen. Ein
Lichtleiter 14 zum Übertragen
von Licht auf die Verteillinse 11 sowie mit dem Bildsensor 15 verbundene
Signalleitungen 16 und 17 sind durch das Einführrohr 1a geführt.
Der Lichtleiter 14 und die
Signalleitungen 16 und 17 sind auch durch ein
flexibles Rohr 1e geführt, das
von dem Einführrohr 1a auf
der Seite des Bedienteils 1b ausgeht, und ihre proximalen
Enden sind an einer Endfläche
eines Verbinders C befestigt, der an dem proximalen Ende des flexiblen
Rohrs 1e befestigt ist.
Nun wird die Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2 erläutert. Diese
enthält
eine Zeitsteuerung 21, eine Systemsteuerung 22,
eine Bildverarbeitungsschaltung 23, einen Lichtabgabeteil 24 und
eine Stromversorgung 25, die diese Schaltungen elektrisch
speist. Ferner enthält
die Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2 ein Gegenstück (nicht
dargestellt) für
den oben beschriebenen Verbinder C. Durch Einsetzen des Verbinders
C in das Gegenstück
wird das proximate Ende des Lichtleiters 14 in den Lichtabgabeteil 24 eingesetzt,
die Signalleitung 16 mit der Systemsteuerung 22 verbunden
und die Signalleitung 17 mit der Bildverarbeitungsschaltung 23 verbunden.
Die Zeitsteuerung 21 erzeugt
verschiedene Referenzsignale und steuert ihr Abgabe. Verschiedene
Prozesse in der Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2 werden
abhängig
von diesen Referenzsignalen ausgeführt.
Die Systemsteuerung 22 steuert
das gesamte System der Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2.
Die Systemsteuerung 22 ist mit dem Diagnose-Hilfsgerät 3 über Leitungen
C1 und C2 verbunden. Die Systemsteuerung 2 sendet normalerweise
die Referenzsignale an das Diagnose-Hilfsgerät 3 über die
Leitung C1. Ferner empfängt
die Systemsteuerung 22 ein Umschaltsignal von dem Diagnose-Hilfsgerät 3 über die
Leitung C2 und steuert das Ein- und Ausschalten der Lichtabgabe
des Lichtabgabeteils 24 abhängig von dem Umschaltsignal.
Außerdem gibt
die Systemsteuerung 22 wiederholt ein Treibersignal an
den Bildsensor 15 über
die Signalleitung 16 mit einem konstanten Zeitintervall
ab, das durch das Referenzsignal bestimmt ist, während die Stromversorgung eingeschaltet
bleibt. Da das Treibersignal normalerweise ohne Referenz zur Lichtabgabe
des Lichtabgabeteils 24 übertragen wird, gibt der Bildsensor 15 die
Bilddaten wiederholt an die Bildverarbeitungsschaltung 23 ab.
Die Bildverarbeitungsschaltung 23 erfasst das
von dem Bildsensor 15 abgegebene Bildsignal als analoges
Signal zu jedem durch das Referenzsignal bestimmten Zeitpunkt. Die
Bildverarbeitungsschaltung 23 erfasst die Bilddaten also
laufend. Drei durch das Referenzsignal vorgegebene Zeitsignale bilden
einen Zyklus. Die Bildverarbeitungsschaltung 23 setzt die
erhaltenen Bilddaten zu einem ersten Zeitsignal in einem Zyklus
in eine Blaukomponente (B), zu einem zweiten Zeitsignal im Zyklus
in eine Rotkomponente (R) und zu einem dritten Zeitsignal in dem
Zyklus in eine Grünkomponente
(G) um. Dann gibt die Bildverarbeitungsschaltung 23 jeweilige Farbkomponenten-Bilddaten
als drei analoge Farbkomponentensignale R, G und B an das Diagnose-Hilfsgerät 3 über eine
Leitung C3. Außerdem
gibt die Bildverarbeitungsschaltung 23 ein analoges Verbund-
Videosignal wie z.B. ein PAL-Signal oder ein NTSC-Signal an den
Bildwähler 4 über eine
Leitung C4 ab.
Der Lichtabgabeteil 24 ermöglicht das
sogenannte Zeitfolgeverfahren. Er hat eine Lichtquelle, die weißes Licht
abgibt, ein RGB-Farbrad, das Farbfilter für die R-, die G- und die B-Komponente
enthält, eine
Bündelungslinse
und einen Verschluss. Das RGB-Farbrad dreht sich derart, dass jeweils
ein Filter in den optischen Weg des Weißlichtes eingesetzt wird. Das
durch die Filter durchgelassene Blaulicht, Rotlicht und Grünlicht wird
durch die Bündelungslinse
gebündelt
und fällt
nacheinander auf das proximale Ende des Lichtleiters 14.
Das Blaulicht, das Rotlicht und das Grünlicht werden über den
Lichtleiter 14 geführt
und durch die Verteillinse 11 gestreut, um das der Spitze
des Videoendoskops 1 gegenüberstehende Objekt zu beleuchten.
Dann wird ein jeweils mit dem Blaulicht, mit dem Rotlicht und mit
dem Grünlicht erzeugtes
Bild sequenziell auf der Aufnahmefläche des Bildsensors 15 erzeugt.
Der Bildsensor 15 setzt
die Objektbilder aus Blaulicht, aus Rotlicht und aus Grünlicht in
die analogen Bilddaten um, die also Blaubilddaten, Rotbilddaten
und Grünbilddaten
sind. Die umgesetzten Analogbilddaten werden der Bildverarbeitungsschaltung 23 über die
Signalleitung 17 zugeführt.
Der Lichtabgabeteil 24 wird
durch die Systemsteuerung 22 so gesteuert, dass die Zeitpunkte, zu
denen das Blaulicht, das Rotlicht und das Grünlicht auf den Lichtleiter 14 fallen,
mit dem ersten , dem zweiten und dem dritten Zeitsignal der Referenzsignale
synchronisiert sind. Daher werden die Blaukomponentendaten aus den
Blaubilddaten, die Rotkomponentendaten aus den Rotbilddaten und
die Grünkomponentendaten
aus den Grünbilddaten
erzeugt. Die Bildverarbeitungsschaltung 23 setzt die empfangenen
Farbbilddaten in ein RGB-Videosignal um und setzt dieses dann in
ein NTSC-Videosignal oder ein PAL-Videosignal um.
Es wird nun das Diagnose-Hilfsgerät 3 beschrieben.
Dieses hat eine Sonde 31, eine Systemsteuerung 32,
einen Schalter 33, einen Lichtabgabeteil 34, eine
Bildverarbeitungsschaltung 35 und eine Stromversorgung 36,
die diese Schaltungen elektrisch speist.
Die Sonde 31 besteht aus
einer Vielzahl gebündelter
Lichtleitfasern oder einer einzigen flexiblen Lichtleitfaser, über die
ultraviolettes und sichtbares Licht übertragen werden kann, und
einer die Lichtleitfasern einschließenden Hülle. Die Sonde 31 ist
durch den Instrumentenkanal 13 des Videoendoskops 1 so geführt, dass
ihr Ende aus der Spitze des Einführteils 1a herausragt.
Die Systemsteuerung 32 steuert
das gesamte System des Diagnose-Hilfsgeräts 3. Der Schalter 33,
der ein externer Fußschalter
oder ein Schalter an einem Bedienfeld (nicht dargestellt) sein kann,
ist mit der Systemsteuerung 32 verbunden. Diese ändert ihren
Zustand zwischen einem Normal-Betrachtungsbetrieb und einem Spezial-Betrachtungsbetrieb
abhängig
von dem Zustand des Schalters 33. Die Systemsteuerung 32 ist
mit der Systemsteuerung 22 der Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2 über die Leitung
C2 verbunden und gibt ein erstes Umschaltsignal für den Normal-Betrachtungsbetrieb
oder ein zweites Umschaltsignal für den Spezial-Betrachtungsbetrieb
an die Systemsteuerung 22 der Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2 ab.
Die Systemsteuerung 22 steuert den Lichtabgabeteil 24 zur Abgabe
von Licht, wenn das erste Umschaltsignal zugeführt wird, und zur Unterbrechung
der Lichtabgabe, wenn das zweite Umschaltsignal zugeführt wird.
Ferner wird das Referenzsignal aus
der Systemsteuerung 22 der Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2 normalerweise
der Systemsteuerung 32 über
die Leitung C1 zugeführt.
Die Systemsteuerung 32 steuert den Lichtabgabeteil 34 und
die Bildverarbeitungsschaltung 35 entsprechend dem Referenzsignal
in dem Spezial-Betrachtungsbetrieb und unterbricht diese Steuerung
bei Normal-Betrachtungsbetrieb.
Ferner ist die Systemsteuerung 32 mit dem Bildwähler 4 verbunden
und gibt das erste und das zweite Umschaltsignal an den Bildwähler 4.
Der Lichtabgabeteil 34 bewirkt,
dass ultraviolettes Licht (das Anregungslicht) lebendes Gewebe anregt
und das sichtbare Licht in einem vorbestimmten schmalen Band (das
Referenzlicht) auf das proximale Ende der Sonde 31 fällt.
2 zeigt
die Einzelheiten des Lichtabgabeteils 34. Dieser enthält eine
Lichtquelle 34a zur Abgabe von Licht einschließlich Referenzlicht
und Anregungslicht, ein optisches System 34b zur Leitung
des von der Lichtquelle 34a abgegebenen Lichtes auf das proximate
Ende der Sonde 31 und eine Lichtsteuerung 34c zur
Steuerung der Intensität
des von der Lichtquelle 34a abgegebenen Lichtes.
Das optische System 34b enthält eine
Kollimatorlinse 340, einen dichroitischen Spiegel 341,
einen ersten Spiegel 342, ein Anregungsfilter 343,
einen zweiten Spiegel 344, einen Anregungslichtverschluss 345,
ein Referenzlichtfilter 346, einen Referenzlichtverschluss 347,
einen Strahlkombinierer 348 und eine Bündelungslinse 349.
Divergentes Licht der Lichtquelle 34a wird durch
die Kollimatorlinse 340 in paralleles Licht umgesetzt,
das auf den dichroitischen Spiegel 341 fällt. Das
Anregungslicht wird an dem dichroitischen Spiegel 34 auf
den ersten Spiegel 342 reflektiert, das Referenzlicht tritt
durch den dichroitischen Spiegel 341 hindurch. Das an dem
dichroitischen Spiegel 341 reflektierte Licht wird an dem
ersten Spiegel 342 auf das Anregungsfilter 343 reflektiert.
Das durch das Anregungsfilter
343 hindurchtretende Anregungslicht wird
an dem zweiten Spiegel 344 reflektiert. Wenn der Anregungslichtverschluss 345 öffnet, wird
das Anregungslicht an dem Strahlkombinierer 348 reflektiert
und durch die Bündelungslinse 349 auf
das proximale Ende der Sonde 31 gebündelt. Das durch den dichroitischen
Spiegel 341 hindurchtretende Licht fällt auf das Referenzlichtfilter 346. Öffnet der
Referenzlichtverschluss 347, so wird das Referenzlicht durch
den Strahlkombinierer 348 geleitet und mit der Bündelungslinse 349 auf
das proximate Ende der Sonde 331 gebündelt.
Ferner werden das Öffnen und
das Schließen
des Anregungslichtverschlusses 345 und des Referenzlichtverschlusses 347 durch
die Systemsteuerung 32 über
jeweilige Betätigen
oder Antriebe (nicht dargestellt) gesteuert. Der Anregungslichtverschluss 345 öffnet bei
dem ersten Zeitsignal des Referenzsignals und schließt bei dem
zweiten und dem dritten Zeitsignal. Andererseits öffnet der
Referenzlichtverschluss 347 bei dem zweiten Zeitsignal
und schließt
bei dem ersten und dem dritten Zeitsignal. Entsprechend fallen das
Anregungslicht und das Referenzlicht abwechselnd auf das proximale
Ende der Sonde 31.
Die Lichtsteuerung 34c steuert
die Spannung der Stromversorgung 36 für die Lichtquelle 34a. Die
Lichtsteuerung 34c ist mit der Systemsteuerung 32 verbunden
und ändert
die der Lichtquelle 34a zugeführte Spannung abhängig von
der Systemsteuerung 32 so, dass die Intensität des von
der Lichtquelle 34a abgegebenen Lichtes gesteuert wird.
Die Systemsteuerung 32 bewirkt eine Zunahme der Intensität des von
der Lichtquelle 34a abgegebenen Lichtes über die
Lichtsteuerung 34c zwischen einer minimalen Referenzintensität bis zu
einer vorbestimmten Intensität
bei dem ersten und dem zweiten Zeitsignal. 3 ist ein Zeitdiagramm, das den Zusammenhang der
zeitlichen Steuerung des Einfallens des Anregungslichtes auf das
proximale Ende der Sonde 31, das Einfallens des Referenzlichtes
auf das proximale Ende der Sonde 31 und der Zeitfolge des
Treibersignals VD darstellt, welches einen Zyklus bestimmt. Die vertikale
Achse in 3 für das Anregungslicht
und das Referenzlicht zeigt die Intensität des jeweils auf das proximale
Ende der Sonde 31 fallenden Lichtes. Wie 3 zeigt, fällt das Anre gungslicht auf
die Sonde 31 zum ersten Zeitsignal, das Referenzlicht zum zweiten
Zeitsignal. Zu anderen Zeiten ist die Lichtintensität Null,
da die Verschlüsse 345 und 347 geschlossen
sind. Die Intensität
des Anregungslichtes zum ersten Zeitsignal und die Intensität des Referenzlichtes
zum zweiten Zeitsignal werden durch die Systemsteuerung 32 abhängig von
Intensitätskoeffizienten
bestimmt, die von der Bildverarbeitungsschaltung 35 geliefert
werden. Da die Werte der Intensitätskoeffizienten sich in noch
zu beschreibender Weise bei jedem Zyklus ändern, ändern sich auch die Intensitäten bei
dem ersten und dem zweiten durch die Systemsteuerung 32 vorgegebenen
Zeitsignal in jedem Zyklus. Die Lichtquelle 34a kann Licht
mit der minimalen Referenzintensität abgeben oder die Lichtabgabe
zu einem von dem Zeitpunkt des ersten und des zweiten Zeitsignals
unterschiedlichen Zeitpunkt unterbrechen. Letzteres wird vorzugsweise
angewendet, um den Stromverbrauch zu reduzieren.
Wie oben beschrieben, wird eine Körperhöhlenwand
als Objekt abwechselnd mit dem Referenzlicht und dem Anregungslicht über die
Sonde 31 bestrahlt, wenn sie der Spitze der Sonde 31 gegenübersteht,
da der Lichtabgabeteil 34 das Referenzlicht und das Anregungslicht
auf das proximale Ende der Sonde 31 abgibt. Das Anregungslicht
regt subkutanes lebendes Gewebe unter der Körperhöhlenwand zur Fluoreszenz an.
Das Referenzlicht wird an der Oberfläche der Körperhöhlenwand reflektiert. Wenn diese
nicht mit dem Anregungslicht oder dem Referenzlicht bestrahlt wird,
gibt sie kein Licht ab. Das Bild des fluoreszierenden Objekts, das
Bild des das Referenzlicht reflektierenden Objekts und das Bild
des kein Licht abgebenden Objekts werden von dem Bildsensor 15 zu
dem ersten, dem zweiten und dem dritten Zeitsignal jeweils aufgenommen.
Diese aufgenommenen Bilder werden in Fluoreszenzbilddaten, Referenzbilddaten
und Dunkelbilddaten umgesetzt. Diese Bilddaten werden nacheinander
als analoge Signale der Bildverarbeitungsschaltung 23 in
der Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2 über die Signalleitung 17 zugeführt.
Bei dem Normal-Betrachtungsbetrieb
wird der Lichtabgabeteil 24 nacheinander Blaulicht, Rotlicht
und Grünlicht
abgeben, da die Systemsteuerung 22 in der Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2 durch
das erste Umschaltsignal angesteuert wird. Zu diesem Zeitpunkt gibt
der Lichtabgabeteil 34 des Diagnose-Hilfsgerätes 3 kein Licht ab.
Entsprechend werden die Blaubilddaten, die Rotbilddaten und die Grünbilddaten
nacheinander der Bildverarbeitungsschaltung 23 in der Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2 bei
Normal-Betrachtungsbetrieb zugeführt, so
dass die Bildverarbeitungsschaltung 23 drei (B, R und G)
analoge Farbkomponentensignale für
ein Farbbild sowie ein analoges Verbund-Videosignal abgibt. Die analogen Farbkomponentensignale
werden der Bildverarbeitungsschaltung 35 in dem Diagnose-Hilfsgerät 3 über die
Leitung C3 zugeführt,
und das analoge Verbund-Videosignal wird dem Bildwähler 4 über die
Leitung C4 zugeführt.
Ferner arbeitet die Bildverarbeitungsschaltung 35 in dem
Diagnose-Hilfsgerät 3 nicht
in dem Normal-Betrachtungsbetrieb, auch wenn sie die analogen RGB-Farbkomponentensignale
erhält.
Andererseits empfängt die Systemsteuerung 22 in
der Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2 das zweite
Umschaltsignal in dem Spezial-Betrachtungsbetrieb,
so dass der Lichtabgabeteil 24 kein Licht abgibt. Zu dieser
Zeit gibt der Lichtabgabeteil 34 in dem Diagnose-Hilfsgerät 3 abwechselnd
das Anregungslicht und das Referenzlicht ab. Entsprechend werden
die Fluoreszenzbilddaten, die Referenzbilddaten und die Dunkelbilddaten
der Bildverarbeitungsschaltung 23 in der Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2 zugeführt. Dann
setzt die Bildverarbeitungsschaltung 23 die Fluoreszenzbilddaten,
die Referenzbilddaten und die Dunkelbilddaten jeweils in die Blaukomponentendaten,
die Rotkomponentendaten und die Grünkomponentendaten um. Die Bildverarbeitungsschaltung 23 erzeugt
drei (RGB) analoge Farbkomponentensignale und ein analoges Verbund-Videosignal
aus einem Satz von drei Komponentenbilddaten, überträgt die analogen RGB-Bildsignale
auf die Bildverarbeitungsschaltung 35 in dem Diagnose-Hilfsgerät 3 über die
Leitung C3 und überträgt das analoge
Verbund-Videosignal zu dem Bildwähler 4 über die
Leitung C4.
Die Bildverarbeitungsschaltung 35 erzeugt Bilddaten
als Diagnosematerial (Spezialbetrachtungsbilddaten) aus den analogen
RGB-Farbkomponentensignalen, welche von der Bildverarbeitungsschaltung 23 in
der Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2 abgegeben werden. 4 zeigt den allgemeinen
Aufbau der Bildverarbeitungsschaltung 35. Diese enthält eine
Zeitsteuerung 350, einen Analog/Digital-Wandler 351,
einen Fluoreszenzbildspeicher 352, eine Schaltung 354 zum
Erzeugen eines Spezialbetrachtungsbildes, einen Digital/Analog-Wandler 355 und
einen Codierer 356. Der Analog/Digital-Wandler 351 und
die Speicher 352 und 353 entsprechen dem Bilddaten-Erfassungsteil.
Die Zeitsteuerung 350 empfängt das
Referenzsignal von der Systemsteuerung 32 und steuert den
Prozess in der Bildverarbeitungsschaltung 35 abhängig von
dem Referenzsignal.
Der Analog/Digital-Wandler 351 ist
mit der Bildverarbeitungsschaltung 23 in der Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2 über die
Leitung C3 verbunden und setzt die analogen RGB-Farbkomponentensignale
aus der Bildverarbeitungsschaltung 23 in digitale Farbkomponentensignale um.
Der Fluoreszenzbildspeicher 352 und
der Referenzbildspeicher 353 sind mit dem Analog/Digital-Wandler 351 verbunden.
Der Fluoreszenzbildspeicher 352 speichert die B-Komponente
der digitalen RGB-Farbkomponentensignale, und der Referenzbildspeicher 353 speichert
die R-Komponente. Daher werden das Fluoreszenzbildsignal und das Referenzbildsignal
jeweils in dem Fluoreszenzbildspeicher 352 und dem Referenzbildspeicher 353 gespeichert.
Die Schaltung 354 zum Erzeugen des Spezialbetrachtungsbildes
liest das Fluoreszenzbildsignal und das Referenzbildsignal aus den
Speichern 352 und 353 unter zeitlicher Steuerung
mit dem Referenzsignal aus der Zeitsteuerung 350.
Die Schaltung 354 zum Erzeugen
des Spezialbetrachtungsbildes enthält ein ROM, in dem ein noch
zu beschreibendes Programm gespeichert ist, eine CPU zum Ausführen des
aus dem ROM gelesenen Programms und ein RAM als Arbeitsspeicher
für die
CPU o.ä.
Die Schaltung 354 zum Erzeugen des Spezialbetrachtungsbildes
erzeugt entsprechende Bilddaten aus den Fluoreszenzbilddaten und den
Referenzbilddaten in noch zu beschreibender Weise und gibt die erzeugten
Daten als digitale RGB-Farbkomponentensignale an den Digital/Analog-Wandler 355.
Dieser setzt die digitalen RGB-Farbkomponentensignale
aus der Schaltung 354 in analoge Farbkomponentensignale
um und gibt diese Signale an den Codierer 356.
Der Codierer 356 setzt die
analogen RGB-Farbkomponentensignale aus dem Digital/Analog-Wandler 355 in
ein analoges Verbund-Videosignal wie in PAL-Signal oder ein NTSC-Signal um. Ferner
ist der Codieren 356 mit dem Bildwähler 4 über die
Leitung C6 verbunden und gibt das analoge Verbund-Videosignal der
Spezialbetrachtungsbilddaten an den Bildwähler 4 ab.
Der mit der Schaltung 354 ausgeführte Prozess
wird im Folgenden beschrieben. Die CPU der Schaltung 354 liest
ein Programm aus dem ROM, um den Prozess auszuführen, solange die elektrische Speisung
eingeschaltet ist. 5 ist
ein Flussdiagramm, das diesen Prozess darstellt.
Nach Start des Prozesses wartet die
CPU auf Fluoreszenzbilddaten und Referenzbilddaten aus dem jeweiligen
Speicher 352 bzw. 353 (S101). Wenn die GPU beide
Bilddaten empfängt,
sondert sie den maximalen und den minimalen Helligkeitswert aus
allen Pixeln der Fluoreszenzbilddaten aus (S102). Dann standardisiert
die CPU die Helligkeitswerte aller Pixel in den Fluoreszenzbilddaten
durch Umsetzen des maximalen Helligkeitswertes in die maximale Gradation
(z.B. "255"), des minimalen
Helligkeitswertes in die minimale Gradation (z.B: "0") und der Zwischenwerte der Helligkeit
in jeweils entsprechende Gradationen (S103). Die Gradation eines
Pixels ist äquivalent
einem standardisierten Helligkeitswert. Ferner setzt die CPU den
maximalen Helligkeitswert aus S102 als Variable S ein (S104).
Dann extrahiert die GPU die maximalen
und die minimalen Helligkeitswerte aller Pixel der Referenzbilddaten
(S105) und standardisiert die Helligkeitswerte aller Pixel in den
Referenzbilddaten in derselben Weise wie in dem Prozess bei S103
(S106). Ferner setzt die CPU den maximalen Helligkeitswert von S105
als Variable T ein (S107).
Dann erzeugt die CPU Farbbilddaten
zum Darstellen eines einfarbigen Bildes auf dem Monitor 5 abhängig von
den Referenzbilddaten vor der Standardisierung (S108).
Wenn die Punkte (i, j) eines zweidimensionalen
Koordinatensystems für
alle Pixel der Fluoreszenzbilddaten und der Referenzbilddaten Werte
zwischen (0,0) und (m, n) haben, führt die CPU eine erste Schleife
L1 aus, in der i von 0 bis n jeweils um 1 erhöht wird. In der ersten Schleife
L1 führt
die CPU eine zweite Schleife L2 aus, in der j von 0 bis n jeweils um
1 erhöht
wird.
In der zweiten Schleife L2 berechnet
die CPU den Unterschied der Gradationen an dem Punkt (i, j), indem
die Gradation nach Standardisierung an dem Punkt (i, j) in den Fluoreszenzbilddaten
von der Gradation nach Standardisierung an dem Punkt (i, j) in den
Referenzbilddaten (S201) subtrahiert wird. Dann bestimmt die CPU,
ob die Differenz an dem Punkt (i, j) größer als ein vorbestimmter Schwellenwert
ist (S202). Ist die Differenz an dem Punkt (i, j) gleich oder größer als
der vorbestimmte Schwellenwert (S202, JA), so setzt die CPU die
Gradation des Pixels an dem Punkt (i, j) in den Farbbilddaten, erzeugt
bei S108, in die Gradation um, die eine vorbestimmte Farbe auf dem
Monitor darstellt (S203). Beispielsweise ist der RGB-Wert des umgesetzten
Pixels (255, 0, 0) und stellt auf dem Monitor Rot dar. Wenn andererseits
die Differenz an dem Punkt (i, j) kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert
ist (S202, NEIN), so wird die Gradation des Pixels an dem Punkt
(i, j) in den Farbbilddaten, erzeugt bei S108, beibehalten.
Nachdem die CPU den Prozess von S201 bis
S203 für
die Punkte (i, 0) bis (i, n) wiederholt hat, tritt der Prozess aus
der zweiten Schleife L2 aus.
Nachdem die CPU die zweite Schleife
L2 für die
Punkte (0, j) bis (m, j) wiederholt hat, tritt der Prozess aus der
ersten Schleife L1 aus. Entsprechend wird der Prozess von S201 bis
S203 für
alle Punkte in dem zweidimensionalen Koordinatensystem mit der ersten
und der zweiten Schleife L1 und L2 wiederholt.
Nach Austritt aus der ersten Schleife
L1 gibt die CPU die Farbbilddaten als Spezialbetrachtungsbilddaten
an den Digital/Analog-Wandler 355 ab (S109).
Dann berechnet die CPU den ersten
Intensitätskoeffizienten
y1 (S110) aus dem Wert der Variablen S, die den maximalen Helligkeitswert
der Fluoreszenzbilddaten enthält,
entsprechend dem folgenden ersten Operationsausdruck: y1 = –α1S
+ β1 (1)
Hierin sind α1 und β1 vorbestimmte
Konstanten. Der erste Intensitätskoeffizient
y1 dient zum Bestimmen der Lichtintensität bei dem
ersten Zeitsignal (zur Aufnahme eines Fluoreszenzbildes).
Dann berechnet die CPU einen zweiten
Intensitätskoeffizienten
y2 (S111) aus dem Wert der Variablen T,
die den maximalen Helligkeitswert der Referenzbilddaten enthält, nach
dem folgenden zweiten Operationsausdruck: y2 = –α2T + β2 (2)
Hierin sind α2 und β2 vorbestimmte
Konstanten. Der zweite Intensitätskoeffizient
y2 dient zum Bestimmen der Lichtintensität bei dem
zweiten Zeitsignal (zur Aufnahme eines Referenzbildes).
Danach sendet die CPU den ersten
und den zweiten Intensitätskoeffizienten
y1 und y2, die bei S110
und S111 berechnet wurden, zu der Systemsteuerung 32 (S112).
Die CPU kehrt dann zu S101 zurück
und erwartet die Eingabe der nächsten
Fluoreszenzbilddaten und der nächsten
Referenzbilddaten aus den Speichern 352 und 353.
Entsprechend dem in 5 gezeigten Prozess erzeugt die Schaltung 354 Spezialbetrachtungsbilddaten
immer dann, wenn sie die Fluoreszenzbilddaten und die Referenzbilddaten
aus dem Fluoreszenzbildspeicher 352 und dem Referenzbildspeicher 353 erhält, und
gibt die Spezialbetrachtungsbilddaten an den Digital/Analog-Wandler 355 ab.
Die Schaltung 354 zum Erzeugen
des Spezialbetrachtungsbildes ist äquivalent einem Intensitätsmessteil,
wenn sie die Schritte S102, S104, S105 und S107 ausführt. Ferner
ist sie äquivalent
einem Rechenteil, wenn sie die Schritte S110 und S111 ausführt. Außerdem sind
die Schaltung 354 bei Ausführung des Schrittes S112, die
Systemsteuerung 32 und die Lichtsteuerung 34c äquivalent
einer Lichtsteuerung.
Die Schaltung 354 zum Erzeugen
des Spezialbetrachtungsbildes ist äquivalent einem Abschnitt zur
Erfassung der Informationen des erkrankten Bereichs, wenn sie die
Schritte S101 bis S103, S105, S106, L1, L2 und S201 ausführt. Ferner
ist sie äquivalent
einem Bilderzeugungsabschnitt, wenn sie den Schritt S108 ausführt. Außerdem ist
sie äquivalent
einem Bildaufbauabschnitt, wenn sie die Schritte S202 und S203 ausführt. Außerdem ist
sie äquivalent
einem Ausgabeabschnitt, wenn sie den Schritt S109 ausführt.
Nun wird die Funktion des Bildwählers 4 beschrieben.
Dieser erhält
als Eingangssignale das erste Umschaltsignal entsprechend dem Normal-Betrachtungsbetrieb,
das zweite Umschaltsignal entsprechend dem Spezial-Betrachtungsbetrieb
von der Systemsteuerung 32 in dem Diagnose-Hilfsgerät 3.
Der Bildwähler 4 gibt das analoge
Verbund-Videosignal ab, das von der Bildverarbeitungsschaltung 23 in
der Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2 dem Monitor 5 zugeführt wird,
damit dieser das Normalbetrachtungsbild im Normal-Betrachtungsbetrieb
darstellt. Andererseits gibt der Bildwähler 4 das analoge
Verbund-Videosignal ab, das von der Bildverarbeitungsschaltung 35 in
dem Diagnose-Hilfsgerät 3 dem
Monitor 5 zugeführt
wird, damit dieser das Spezialbetrachtungsbild in dem Spezial-Betrachtungsbetrieb
darstellt.
Als nächstes wird der Betrieb des
vorstehend als Ausführungsbeispiel
beschriebenen Systems erläutert.
Die Bedienungsperson schaltet die Stromversorgung der Beleuchtungs/Verarbeitungseinrichtung 2 und
des Diagnose-Hilfsgerätes 3 ein
und betätigt den
Schalter 33 zum Setzen der Betrachtungsart auf Normal-Betrachtungsbetrieb.
Dann setzt sie den Einführteil 1a des
Videoendoskops 1 in die Körperhöhle eines Patienten ein und
richtet das distale Ende auf den zu betrachtenden Bereich. Der Monitor 5 stellt das
Farbbild des dem distalen Ende des Videoendoskops 1 gegenüberstehenden
Bereichs als Normalbetrachtungsbild dar. Die Bedienungsperson kann nun
den Zustand der Körperhöhlenwand
durch Betrachten dieses Bildes feststellen.
Ferner betrachtet die Bedienungsperson
den speziellen Bereich, der durch die Betrachtung des Normalbetrachtungsbildes
ausgewählt
wird, mit Hilfe des Diagnose-Hilfsgeräts 3. Sie führt die
Sonde 31 des Diagnose-Hilfsgeräts 3 in den Instrumentenkanal 13 von
der Öffnung 1d her
ein, so dass das Ende der Sonde 31 aus der Geräteöffnung 1c am
distalen Ende des Videoendoskops 1 hervorsteht. Dann betätigt die
Bedienperson den Schalter 33, um die Betrachtungsart auf
Spezial-Betrachtungsbetrieb umzuschalten. Dann werden das Anregungslicht
und das Referenzlicht abwechselnd an der Spitze der Sonde 31 abgegeben,
und der Bildsensor 15 nimmt abwechselnd das Bild des fluoreszierenden
Objekts und das Bild der mit dem Referenzlicht bestrahlten Körperhöhlenwand
auf. Die Spezialbetrachtungsdaten werden wiederholt aus den Fluoreszenzbilddaten
und den Referenzbilddaten nach der Bildaufnahme erzeugt, und die
erzeugten Spezialbetrachtungsbilddaten werden dem Monitor 5 als
das analoge Verbund-Videosignal zugeführt. Der Monitor 5 stellt
das einfarbige Spezialbetrachtungsbild des Bereichs dar, der dem
distalen Ende des Videoendoskops 1 gegenübersteht.
In dem Spezialbetrachtungsbild wird der erkrankte Bereich beispielsweise
rot dargestellt.
Gleichzeitig mit der Erzeugung der
Spezialbetrachtungsbilddaten werden der erste und der zweite Intensitätskoeffizient
y1 und y2, die die
Intensität
des Anregungslichtes und des Referenzlichtes gegenüber einem
vorbestimmten Minimalwert bestimmen, wiederholt aus den Fluoreszenzbilddaten und
den Referenzbilddaten berechnet, die immer wieder abgerufen werden.
Der erste und der zweite Intensitätskoeffizient y1 und
y2 dienen zur Steuerung der Lichtabgabe
mit der Lichtquelle 34a zu dem ersten bzw. zweiten Zeitsignal.
Dadurch steigen die Intensitäten
des Anregungslichtes und des Referenzlichtes am proximalen Ende
der Sonde 31 ausgehend von der jeweiligen vorbestimmten
minimalen Intensität.
Da die Zunahme der Lichtintensitäten des Anregungslichtes
und des Referenzlichtes entsprechend den in den Beziehungen (1)
und (2) definierten Konstanten α1, α2, β1 und β2 unterschiedlich sind, wenn ihre Werte bestimmt
werden, um keine Fehler bei dem Vergleich der Fluoreszenzbilddaten
mit den Referenzbilddaten zu verursachen, wird der tatsächlich erkrankte
Bereich auf dem Monitor 5 in dem Spezialbetrachtungsbild
richtig dargestellt. Deshalb kann die Bedienungsperson einen Umriss
und eine Ungleichmäßigkeit
der Körperhöhlenwand
feststellen, während
sie das Spezialbetrachtungsbild anschaut, und kann lebendes Gewebe
erkennen, das relativ schwach fluoresziert, d.h. sie kann die Teile,
bei denen die Wahrscheinlichkeit der Erkrankung durch Tumor oder
Krebs hoch ist, als fleckige Rotteile und/oder rote Blockteile in
dem Spezialbetrachtungsbild erkennen.
Da der erste und der zweite Intensitätskoeffizient
y1 und y2 mit zunehmenden
maximalen Helligkeitswerten in den Fluoreszenzbilddaten und den
Referenzbilddaten linear abnehmen, wie es die Beziehungen (1) und
(2) zeigen, sind die Änderungsraten des
ersten und des zweiten Intensitätskoeffizienten y1 und y2 identisch,
wenn der Wert der Konstante α1 gleich dem Wert der Konstante α2 ist.
Da aber die Intensität
des an der Fläche
des Objekts reflektierten Referenzlichtes größer als die Intensität des davon ausgehenden
Fluoreszenzlichtes ist, muss der Wert der Konstante β1 größer als
der Wert der Konstante β2 sein.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ändern sich
der erste und der zweite Intensitätskoeffizient y1 und
y2 linear abhängig von den maximalen Helligkeitswerten.
Die Koeffizienten können
aber nach den in 6A und 6B dargestellten Zusammenhängen bestimmt
werden.
Wie 6A zeigt,
kann der erste Intensitätskoeffizient
y1 für
das Anregungslicht konstant einen maximalen Wert haben, wenn der
maximale Helligkeitswert der Fluoreszenzbilddaten kleiner als der vorbestimmte
Wert ist. Mit dieser Einstellung wird der erste Intensitätskoeffizient
y1 maximal, wenn der Helligkeitswert der
Fluoreszenzbilddaten zu gering ist, was die Fehlermöglichkeit
beim Vergleich der Fluoreszenzbilddaten mit den Referenzbilddaten
verringern kann. Der Maximalwert des Intensitätskoeffizienten wird bestimmt,
um die obere Grenze der an der Lichtquelle 34a anliegenden
Spannung so festzulegen, dass die Lichtquelle 34a nicht
beschädigt
wird.
Wie 6B zeigt,
kann der zweite Intensitätskoeffizient
y2 für
das Referenzlicht konstant den Minimalwert haben, wenn der maximale
Helligkeitswert der Referenzbilddaten größer als der vorbestimmte Wert
ist. Da die Intensität
des an dem Objekt reflektierten Referenzlichtes größer als
diejenige des von ihm ausgehenden Fluoreszenzlichtes ist, ist eine Zunahme
der Intensität
des Referenzlichtes nicht immer erforderlich. Wird der zweite Intensitätskoeffizient
y2 auf den Minimalwert gestellt, so trifft
das Referenzlicht mit der minimalen Referenzintensität zu dem
zweiten Zeitsignal auf die Sonde 31.
Wie vorstehend beschrieben, führt die
Erfindung zu einem verbesserten Diagnose-Hilfsgerät, mit dem
die Intensität
des Referenzlichtes steuerbar ist, ohne den mit dem Anregungslicht
und dem Referenzlicht bestrahlten Bereich dabei zu verändern.