DE102009056428A1

DE102009056428A1 - Endoskopsystem mit Abtastfunktion

Info

Publication number: DE102009056428A1
Application number: DE102009056428A
Authority: DE
Inventors: Yuichi Shibasaki
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2010-07-08
Also published as: US20100134608A1; JP2010125270A

Abstract

Ein Endoskopsystem ist ausgestattet mit einem Lichtquellensystem, das ausgebildet ist, Beleuchtungslicht auszusenden, einem Abtaster, der ausgebildet ist, einen Zielbereich in vorbestimmten Zeitintervallen mit dem Beleuchtungslicht abzutasten, indem er das Endstück einer Abtastfaser in Schwingung versetzt, und einem Bildaufnehmer, der ausgebildet ist, das an dem Ziel reflektierte Beleuchtungslicht zu empfangen und einem Beobachtungsbild entsprechende Bilddaten zu erfassen. Das Endoskopsystem hat ferner eine Beleuchtungssteuerung, die das Lichtquellensystem ansteuert, während eines Abtastintervalls erstes Beleuchtungslicht mit einer ersten spektralen Charakteristik auszusenden, und während eines Rückführintervalls zweites Beleuchtungslicht mit einer zweiten spektralen Charakteristik auszusenden.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Endoskopsystem, das ein zu beobachtendes Ziel, z. B. Gewebe, mit Beleuchtungslicht abtastet. Insbesondere betrifft sie die Beleuchtung eines Beobachtungsziels.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein Endoskopsystem mit Abtastfunktionalität ist mit einer Abtastfaser, z. B. einer Einmodenfaser ausgestattet, die sich in einem Endoskop befindet. Wie in US 6 294 775 und US 7 159 782 beschrieben, ist das Endstück der Abtastfaser von einem Aktor, z. B. eine piezoelektrischen Vorrichtung, gehalten, der das Endstück spiralförmig in Schwingung versetzt, indem er die Amplitude (Wellenform) moduliert und verstärkt. Folglich tastet das durch die Abtastfaser tretende Beleuchtungslicht einen Beobachtungsbereich spiralförmig ab.
Das an dem Beobachtungsbereich reflektierte Licht gelangt in eine Bildfaser und wird über die Bildfaser an einen Prozessor übertragen. Das übertragene Licht wird von Fotosensoren in Bildpixelsignale umgesetzt. Dann wird jedes einzelne der Bildpixelsignale, die in der zeitlichen Abfolge erfasst werden, mit einer Abtastposition verknüpft. So wird ein Pixelsignal in jedem Pixel identifiziert, und es werden Bildsignale erzeugt. Die spiralförmige Abtastung wird periodisch auf Grundlage eines vorbestimmten Zeitintervalls (Bildrate) durchgeführt, und es werden Bildpixelsignale entsprechend einem Einzelbild mit der Bildrate sukzessive aus den Fotosensoren ausgelesen.
Nachdem eine spiralförmige Abtastung zur Erzeugung eines kreisförmigen Bildes entsprechend einem Einzelbild abgeschlossen ist, kehrt das Faserendstück in einem verbleibenden Einzelbildintervall (im Folgenden wird dieses Intervall als „Rückführintervall” bezeichnet) aus einer Abtastendposition in eine Abtaststartposition zurück. Dabei kehrt das Faserendstück, das stark ausgelenkt worden ist, rasch in die zentrale Position zurück. Wegen dieser raschen Bewegung des Faserendstücks ist eine präzise Steuerung einer Abtastposition in dem Rückführintervall schwierig. Im Ergebnis können Bilddaten in dem Rückführintervall nicht direkt genutzt werden, da die nicht die gleiche Bildqualität aufweisen wie Bilddaten, die in dem auf die spiralförmige Abtastung bezogenen Intervall erhalten werden.
Wird eine Abtastfaser mit einem herkömmlichen Endoskopsystem verwendet, so wird das für die Abtastung bestimmte Beleuchtungslicht normalem Beleuchtungslicht überlagert, das von einer Lichtquelle, z. B. einer Halogenlampe, ausgesendet wird. Dies macht es schwierig, ein Bild speziell unter der Verwendung der Abtastfaser zu erzeugen.
Kurzdarstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Endoskopsystem bereitzustellen, dass im Stande ist, durch effektives Beleuchten eines Zielbereichs ein Beobachtungsbild zu erfassen, das für die Diagnose erforderlich ist.
Ein Endoskopsystem nach der vorliegenden Erfindung ist ausgestattet mit einem Lichtquellensystem, das ausgebildet ist, Beleuchtungslicht auszusenden, einem Abtaster, der ausgebildet ist, einen Zielbereich in vorbestimmten Zeitintervallen periodisch mit dem Beleuchtungslicht abzutasten, indem er das Endstück einer Abtastfaser in Schwingung versetzt, und einem Bildaufnehmer, der ausgebildet ist, das an einem Ziel reflektierte Beleuchtungslicht zu empfangen und einem Beobachtungsbild entsprechende Bilddaten zu erfassen.
Das Endoskopsystem hat ferner eine Beleuchtungssteuerung, die das Lichtquellensystem ansteuert, während eines Abtastintervalls erstes Beleuchtungslicht mit einer ersten spektralen Charakteristik auszusenden, und während eines Rückführintervalls zweites Beleuchtungslicht mit einer zweiten spektralen Charakteristik auszusenden. Das Abtastintervall stellt ein Intervall dar, währenddessen sich das Faserendstück längs einer Spiralbahn bewegt. Dagegen stellt das Rückführintervall ein Intervall dar, währenddessen das Faserendstück direkt in eine Abtaststartposition zurückkehrt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Beobachtungsbild, das verschieden von einem dem Abtastintervall zugeordneten Bild ist, während des Rückführintervalls erhalten. Obgleich die Bildqualität des Rückführintervall-Bildes im Vergleich zur Bildqualität des Abtastintervalls unzureichend ist, kann dieses Bild genutzt werden, eine Gewebediagnose in Kombination mit dem Bild des Abtastintervalls vorzunehmen. Außerdem kann das Bild des Rückführintervalls seinen Anforderungen an die Bildqualität genügen, indem eine Bildrate herabgesetzt wird.
Während des Rückführintervalls schwingt das Faserendstück üblicherweise in der Nähe einer Mittelachse, die einem zentralen Bereich eines Beobachtungsbildes entspricht. Deshalb kann die Beleuchtungssteuerung den zentralen Teil eines Beobachtungsbereich mit dem zweiten Beobachtungslicht beleuchten. So wird eine für die Beobachtung erforderliche, zuverlässige Bildinformation erfasst.
Beispielsweise wird das erste Beleuchtungslicht auf Licht mit einem Spektrum im Bereich kurzer Wellenlängen, z. B. Anregungslicht, eingestellt. Berücksichtigt man, dass Luminanzdaten in dem Rückführintervall nützlich sind, kann das zweite Beleuchtungslicht auf Licht eingestellt werden, das ein im Wesentlichen gleichförmiges Spektrum über den gesamten Wellenlängenbereich aufweist, z. B. Weißlicht. So kann eine Bedienperson einen eindeutigen Bereich in einem Beobachtungsbild, das mit dem ersten Beleuchtungslicht erhalten wird, mit einem entsprechenden Bereich in einem Normalbeobachtungsbild vergleichen, das mit dem zweiten Beleuchtungslicht erhalten wird.
Tritt zwischen den beiden Bildern eine Luminanzdifferenz auf, so ist die Wahrscheinlichkeit für Gewebe hoch. Das Endoskop kann ausgestattet sein mit einem Luminanzdetektor, der einen ersten Luminanzpegel eines ersten Pegels erfasst, das während des Abtastintervalls durch Beleuchtung mit dem ersten Beleuchtungslicht erhalten wird, und der einen zweiten Luminanzpegel eines zweiten Bildes erfasst, das während des Rückführintervalls durch Beleuchtung mit dem zweiten Beleuchtungslicht erhalten wird; und mit einem Korrekturprozessor, der eine Bildverarbeitung oder eine Helligkeitseinstellung vornimmt, wenn eine Luminanzdifferenz zwischen dem ersten Luminanzpegel und dem zweiten Luminanzpegel einen Schwellwert übersteigt. Insbesondere kann der Korrekturprozessor die Bildverarbeitung vornehmen, wenn der erste Luminanzpegel größer ist als der zweite Luminanzpegel und die Luminanzdifferenz den Schwellwert übersteigt. Unter Berücksichtigung, dass ein zentraler Bereich eines Beobachtungsbereiches hauptsächlich in dem Rückführintervall beleuchtet wird, erfasst der Luminanzdetektor den ersten Luminanzpegel aus einem zentralen Bereich des ersten Bildes.
Eine Einrichtung zum Steuern von Beleuchtungslicht in einem Endoskopsystem mit einer Abtasteinheit nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine erste Beleuchtungssteuerung, die eine Lichtquelle in einem Abtastintervall, in dem sich das Faserendstück spiralförmig bewegt, erstes Beleuchtungslicht mit einer ersten spektralen Charakteristik aussenden lässt; und eine zweite Beleuchtungssteuerung, die die Lichtquelle während eines Rückführintervalls, in dem das Faserendstück in eine Abtaststartposition zurückkehrt, zweites Beleuchtungslicht mit einer zweiten spektralen Charakteristik aussenden lässt.
Ein computerlesbares Medium nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, das ein Programm zum Steuern von Beleuchtungslicht in einem Endoskopsystem mit einer Abtasteinheit speichert, hat ein erstes Beleuchtungscodesegment, das eine Lichtquelle während eines Abtastintervalls, in dem sich das Faserendstück spiralförmig bewegt, erstes Beleuchtungslicht mit einer ersten spektralen Charakteristik aussenden lässt; und ein zweites Beleuchtungscodesegment, das die Lichtquelle während eines Rückführintervalls, in dem das Faserendstück in eine Abtaststartposition zurückkehrt, zweites Beleuchtungslicht mit einer zweiten spektralen Charakteristik aussenden lässt.
Ein Verfahren zum Steuern von Beleuchtungslicht in einem Endoskopsystem mit einer Abtasteinheit nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht vor: a.) es einer Lichtquelle zu ermöglichen, während eines Abtastintervalls, in dem sich das Faserendstück spiralförmig bewegt, erstes Beleuchtungslicht mit einer ersten spektralen Charakteristik auszusenden; und b.) es der Lichtquelle zu ermöglichen, während eines Rückführintervalls, in dem das Faserendstück in eine Abtaststartposition zurückkehrt, zweites Beleuchtungslicht mit einer zweiten spektralen Charakteristik auszusenden.
Ein Endoskopsystem nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist im Stande, unter Verwendung eines herkömmlichen Endoskopsystems ein Bild mit Abtastbeleuchtungslicht zu erhalten. Das Endoskopsystem ist ausgestattet mit einer ersten Beleuchtungsvorrichtung, die ausgebildet ist, einen Zielbereich gleichförmig und kontinuierlich mit erstem Beobachtungslicht zu beleuchten; eine zweite Beleuchtungsvorrichtung, die ausgebildet ist, den Zielbereich mit Abtastbeleuchtungslicht, das verschieden von dem normalen Beobachtungslicht ist, zu beleuchten, während der Zielbereich mit dem Abtastbeleuchtungslicht periodisch abgetastet wird; und einer Beleuchtungssteuerung, die die Beleuchtung mit dem Abtastbeleuchtungslicht während eines Rückführintervalls aussetzt. Das Rückführintervall ist ein Intervall, das vom Ende eines Abtastintervalls bis zum Beginn eines nachfolgenden Abtastintervalls reicht, das ein Bild entsprechend einem Einzelbild enthält.
Das Endoskopsystem hat ferner einen Luminanzdetektor, der sowohl einen ersten Luminanzpegel des Rückführintervalls als auch einen zweiten Luminanzpegel des Abtastintervalls erfasst, und einen Bildsignalprozessor, der auf Grundlage einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Luminanzpegel Bilddaten des Abtastbeleuchtungslichts erzeugt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, worin:
1 ein Blockdiagramm eines Endoskopsystems nach einem ersten Ausführungsbeispiel ist;
2 eine optische Abtastfaser und eine Abtasteinheit in schematischer Darstellung zeigt;
3 eine Darstellung ist, die eine Schwingung des Faserendstücks eines Beobachtungsbildes in dem Simultanbeobachtungsmodus zeigt;
4 ein Flussdiagramm eines Beleuchtungsprozesses und einer in dem Simultanbeobachtungsmodus vorgesehenen Bildverarbeitung ist;
5 eine Darstellung ist, die Fluoreszenzbeobachtungsbild und ein Normalbeobachtungsbild zeigt;
6 ein Blockdiagramm eines Endoskopsystems nach zweitem Ausführungsbeispiel ist; und
7 eine Darstellung ist, die den zeitlichen Ablauf der Beleuchtung zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm eines Endoskopsystems nach einem ersten Ausführungsbeispiel. 2 zeigt eine optische Abtastfaser und eine Abtasteinheit in schematischer Darstellung.
Das Endoskopsystem ist mit einem Prozessor 30 und einem Endoskop 10 ausgestattet, das eine Abtastfaser 17 und eine Bildfaser 14 enthält. Die Einmoden-Abtastfaser 17 überträgt Beleuchtungslicht, während die Bildfaser 14 Licht überträgt, das an einem Beobachtungsziel, z. B. Gewebe, reflektiert wird. Das Endoskop 10 ist lösbar an den Prozessor 30 angeschlossen, der mit dem Monitor 60 verbunden ist.
Der Prozessor 30 hat drei Laser 20R, 20G und 20B, die rotes, grünes bzw. blaues Licht aussenden und die durch drei Lasertreiber 22R, 22G bzw. 22B angesteuert werden. Rotes, grünes und blaues Licht werden gleichzeitig von den Laser 20R, 20G und 20B ausgesendet und durch einen Satz 24 halb durchlässiger Spiegel und eine Sammellinse 25 gesammelt. Folglich gelangt weißes Licht in die Abtastfaser 17 und läuft zu dem Endstück 10T des Endoskops 10. Das aus der Abtastfaser 17 austretende Licht beleuchtet ein zu beobachtendes Ziel S.
Üblicherweise verwendet eine Bedienperson das Fiberskop 10 in einem normalen Beobachtungsmodus, nämlich in einem Zustand kontinuierlicher Beleuchtung mit Weißlicht, so dass ein Vollfarbbild angezeigt wird. Eine Be dienperson kann jedoch zudem einen Fluoreszenzbeobachtungsmodus und einen Simultanbeobachtungsmodus wählen, indem sie eine Tastatur (nicht gezeigt), die mit dem Videoprozessor 30 verbunden ist, betätigt. In dem Fluoreszenzbeobachtungsmodus wird ein Zielbereich kontinuierlich mit Anregungslicht kurzer Wellenlängen beleuchtet. Dabei wird nur der Laser 20B angesteuert, blaues Licht als „Anregungslicht” auszusenden. Ein Beobachtungsbild des Zielbereichs, das auf der Fluoreszenzstrahlung basiert, wird auf dem Monitor 60 angezeigt (im Folgenden als „Fluoreszenzbeobachtungsbild” bezeichnet). Eine Bedienperson kann so Gewebe, z. B. Krebs, leicht entdecken.
In dem Simultanbeobachtungsmodus werden, wie später beschrieben, nacheinander Anregungslicht und Weißlicht in jedem Bildintervall ausgesendet. Das Anregungslicht und das Weißlicht gelangen dann durch den Satz 24 halbdurchlässiger Spiegel und die Sammellinse 25 in die Abtastfaser 17 und treten nacheinander aus dem Endoskopendstück 10T aus. Somit werden ein Normalbeobachtungsbild und ein Fluoreszenzbeobachtungsbild gleichzeitig angezeigt.
Wie in 2 gezeigt, befindet sich in dem Endstück 10T des Fiberskops 10 eine Abtasteinheit 16. Die Abtasteinheit 16 hat einen zylindrischen Aktor 18 und tastet ein Ziel S mit Beleuchtungslicht ab. Die optische Faser 17 geht durch die Achse des Aktors 18, und das Endstück 17A der optischen Abtastfaser 17 ist freitragend an dem Aktor 18 gelagert.
Der am dem distalen Endstück 10T des Videoskops 10 befestigte Aktor 18 ist ein piezoelektrischer, rohrförmiger Aktor, der das Endstück 17A der optischen Faser 17 in zwei Dimensionen in Resonanz bringt. Konkret versetzt der Aktor das Endstück 17A entsprechend einem Resonanzmodus bezüglich zweier Achsen in Schwingung, die senkrecht zueinander liegen. Die Schwingung des Endstücks 17A versetzt die Position der Endfläche 17S spiralförmig aus der axialen Richtung der optischen Faser 17.
Das von der Endfläche 17S der optischen Faser 17 ausgesendete Licht tritt durch eine Objektivlinse 19, bevor es das Ziel S erreicht. Es entsteht ein durch einen Abtaststrahl verfolgtes Muster, d. h. eine Abtastlinie PT bildet ein Spiralmuster (vgl. 2). Da das Spiralintervall in radialer Richtung eng ist, wird der gesamte Beobachtungsbereich S von dem spiralförmig abtastenden Licht beleuchtet.
Im Falle des Weißlichtes gelangt das an dem Ziel S reflektierte Licht in die Bildfaser 17 und wird zu dem Prozessor 30 geleitet. Tritt das reflektierte Licht aus der Bildfaser 17 aus, so wird es durch eine optische Linse 26 und einen Satz 27 halbdurchlässiger Spiegel in R-, G- und B-Licht geteilt. Die geteilten R-, G- und B-Lichtkomponenten laufen dann weiter zu Fotosensoren 28R, 28G bzw. 28B, die das R-, das G- und das B-Licht in Bildpixelsignale entsprechend R, G und B umsetzt.
Wird das Anregungslicht ausgesendet, so wird ein Sperrfilter von einem Aktor 41 von außerhalb eines Strahlengangs in das Innere des Strahlengangs bewegt. Der reflektierte Lichtanteil des Anregungslichtes wird so beseitigt. Von dem Zielbereich S ausgesendete Fluoreszenzstrahlung gelangt in den Fotosensor 28B, so dass der Fluoreszenzstrahlung entsprechende Bildpixelsignale erzeugt werden. In dem Simultanbeobachtungsmodus ist das Sperrfilter 39 während der Abgabe des Anregungslichtes in dem Strahlengang angeordnet.
Die erzeugten analogen Bildpixelsignale, die R, G und B (oder Fluoreszenzstrahlung) entsprechen, werden von A/D-Wandlern 29R, 29G und 29B in digi tale Bildpixelsignale umgesetzt und dann einer Signalverarbeitungsschaltung 32 zugeführt, in der ein Zuordnungsprozess durchgeführt wird. Die sukzessive erzeugten digitalen Bildpixelsignale werden in der Reihenfolge eines spiralförmigen Abtastmusters gruppiert. In dem Zuordnungsprozess wird jedes digitale Bildpixelsignal mit einer entsprechenden Abtastposition verknüpft, so dass rastergruppierte Bildpixelsignale erzeugt werden, wenn die Abtastung vorgenommen wird. Folglich wird die Pixelposition jedes der digitalen Bildpixelsignale nacheinander identifiziert, und es werden digitale Bildpixelsignale entsprechend einem Einzelbild erzeugt.
Die erzeugten zweidimensionalen digitalen Bildpixelsignale werden verschiedenartigen Bildverarbeitungsprozessen unterzogen, die einen Weißabgleichprozess beinhalten, so dass Videosignale erzeugt werden. Die erzeugten Videosignale werden über einen Codierer 37 an den Monitor 60 gesendet, so dass auf dem Monitor 60 ein Beobachtungsbild angezeigt wird.
Eine Systemsteuerung 40, die eine ROM-Einheit enthält, eine RAM-Einheit und eine CPU steuern den Betrieb des Videoprozessors 30 und des Videoskops 10 durch Ausgabe von Steuersignalen an die Signalverarbeitungsschaltung 32, eine Zeitsteuerung 34, die Lasertreiber 22R, 22G und 22B, etc. In der ROM-Einheit ist ein Steuerprogramm gespeichert. Die Zeitsteuerung 34 gibt Synchronisationssignale an Fasertreiber 36A, 36B zur Ansteuerung der Abtasteinheit 16 sowie an die Lasertreiber 22R, 22G und 22B aus, um die Schwingung des Endstücks 17A mit der zeitlichen Steuerung der Lichtabgabe zu synchronisieren.
Die Abgabe der Laser 20R, 20G und 20B wird durch Treibersignale gesteuert, die von den Lasertreibern 22R, 22G und 22B geliefert werden. So ist die auf ein Ziel fallende Menge an Beleuchtungslicht (Lichtintensität) einstellbar. In der Signalverarbeitungsschaltung 32 werden Luminanzsignale aus den digitalen Bildpixelsignalen erzeugt und an die Systemsteuerung 40 gesendet. Die Systemsteuerung 40 gibt Steuersignale an die Lasertreiber 22R, 22G und 22B aus, um die Beleuchtungslichtmenge einzustellen. So kann eine geeignete Helligkeit aufrecht erhalten werden.
3 ist eine Darstellung, die eine Schwingung des Faserendstücks sowie ein Beobachtungsbild in dem Simultanbeobachtungsmodus zeigt.
Eine der Schwingung des Faserendstücks 17T entsprechende spiralförmige Abtastung wird periodisch mit einer vorgegebenen Bildrate durchgeführt. Ein einzelnes Bildintervall kann in ein Abtastintervall „K1” zur Erzeugung eines Beobachtungsbildes entsprechend einem Einzelbild sowie ein Rückführintervall „K2” unterteilt werden, in dem das Faserendstück 17A in einen Abtaststartpunkt (d. h. eine zentrale Position längs der Achse der optische Faser 17) zurückkehrt, um die Abtastung mit Beleuchtungslicht in einem nachfolgenden Bildintervall zu starten.
In 3 sind Amplituden des Faserendstücks 17A in horizontaler Richtung (oder vertikaler Richtung) gezeigt. In dem Abtastintervall führt das Faserendstück 17A eine spiralförmige Resonanzschwingung aus der zentralen Position in eine finale Abtastposition aus. Das Faserendstück 17A ist in der finalen Abtastposition am stärksten ausgelenkt und wird in dem sehr kurzen Rückführintervall gezwungen, augenblicklich in die zentrale Position zurückzukehren. Das Faserendstück 17A kehrt in einer abklingenden Schwingung rasch in die zentrale Position zurück.
In dem Abtastintervall „K1” wird ein Fluoreszenzbeobachtungsbild L1 entsprechend einem Einzelbild unter Beleuchtung mit Anregungslicht erzeugt.
Weist ein Beobachtungsbereich beispielsweise von Krebs befallenes Gewebe auf, so strahlt das Gewebe keine Fluoreszenzstrahlung aus. Folglich kommt ein Bereich Q mit einem vergleichsweise geringen Luminanzpegel zum Vorschein.
Dagegen wird in dem Rückführintervall „K2” Weißlicht ausgesendet, so dass ein Normalbeobachtungsbild angezeigt wird. In dem Rückführintervall „K2” ist die Schwingung des Faserendstücks 17A nicht stabil, da das Faserendstück 17A gezwungen wird, rasch in die zentrale Position zurückzukehren. Folglich ist es schwierig, eine Zuordnung zwischen Abtastpositionen und den Pixelpositionen erfasster Bildpixelsignale herzustellen. Ferner weist ein in dem Rückführintervall „K2” erzeugtes Bild auch keine ausreichende Bildqualität auf, die für die Gewebediagnose benötigt wird.
Jedoch schwingt das Faserendstück 17A während des Rückführintervalls „K2” in einer der zentralen Position benachbarten Position, wie durch einen Pfeil P gezeigt ist. So beleuchtet das Weißlicht hauptsächlich einen zentralen Teil eines Zielbereichs. Deshalb kann das Normalbeobachtungsbild genutzt werden, um präzise Luminanzdaten für diesen zentralen Bereich zu erfassen.
Im Falle des Fluoreszenzbeobachtungsbereichs L1 ist es schwierig, zu bestimmen, ob ein Bereich geringer Luminanz einem Gewebebereich entspricht oder lediglich einem reliefartigen Teil (konkaver Teil), der einen Bereich geringer Luminanz verursacht. Dies liegt daran, dass die Intensität des Anregungslichtes schwach ist.
Liegt jedoch der Bereich geringer Luminanz im zentralen Teil des Fluoreszenzbeobachtungsbildes L1, und ist der mit Weißlicht erhaltene zentrale Teil des Normalbeobachtungsbildes M1 kein Bereich geringer Luminanz, so ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass der zentrale Bereich geringer Luminanz Gewebe entspricht. Ist eine Luminanzdifferenz zwischen dem Normalbeobachtungsbild M1 und dem Fluoreszenzbeobachtungsbild L1 vorhanden, so zeigt dies an, dass in einem Zielbereich Gewebe existiert. Anschießend wird eine Bildverarbeitung zur Verdeutlichung eines Gewebeteils durchgeführt.
4 ist ein Flussdiagramm eines Beleuchtungsprozesses und einer Bildverarbeitung in dem Simultanbeobachtungsmodus. 5 ist eine Darstellung, die ein Fluoreszenzbeobachtungsbild und ein Normalbeobachtungsbild zeigt.
In Schritt S101 werden die Lasertreiber 22R, 22G und 22B angesteuert, nur Anregungslicht auszusenden. In Schritt S102 wird aus einer Folge von Luminanzdaten, die während eines Abtastintervalls erfasst werden, ein mittlerer Luminanzpegel Y_F berechnet. Der mittlere Luminanzpegel Y_F repräsentiert einen mittleren Luminanzwert des zentralen Bereiches T des Fluoreszenzbeobachtungsbildes L1 (im Folgenden als „Luminanzberechnungsbereich” bezeichnet).
In 5 ist der Luminanzberechnungsbereich T zum Berechnen des mittleren Luminanzpegels Y_F gezeigt. Der Luminanzbereich T ist ein kreisförmiger Bereich mit einer zentralen Position, die einem Abtaststartpunkt entspricht, und ist auf Grundlage eines Bereiches festgelegt, der in dem Rückführintervall mit Weißlicht beleuchtet wird.
In Schritt S103 werden die Lasertreiber 22R, 22G und 22B angesteuert, nach dem Ende des Abtastintervalls Weißlicht auszusenden. Dann wird in Schritt S104 ein mittlerer Luminanzpegel Y_W des Luminanzberechnungsbereichs T des Normalbeobachtungsbildes M1 berechnet.
In Schritt S105 wird ermittelt, ob der mittlere Luminanzpegel Y_W des Normalbeobachtungsbildes größer ist als der mittlere Luminanzpegel Y_F des Fluoreszenzbeobachtungsbildes. Wird festgestellt, dass der mittlere Luminanzpegel Y_W größer ist als der mittlere Luminanzpegel Y_F, so fährt der Prozess mit Schritt S106 fort, in dem ermittelt wird, ob der mittlere Luminanzpegel Y_W des Normalbeobachtungsbildes größer ist als ein Schwellwert X_W. Ist der mittlere Luminanzpegel Y_W größer als der Schwellwert X_W, so wird die Möglichkeit, dass Gewebe in dem Luminanzberechnungsbereich (zentraler Teil) T vorhanden ist, als hoch eingeschätzt, und der Prozess fährt mit Schritt S109 fort.
In Schritt S109 wird an dem Fluoreszenzbeobachtungsbild ein Prozess zur Bildkorrektur durchgeführt. Konkret wird in der Signalverarbeitungsschaltung 32 ein Konturverstärkungsprozess durchgeführt, in dem eine Bedienperson anhand des auf dem Monitor 60 angezeigten Fluoreszenzbeobachtungsbildes einen Gewebezustand diagnostiziert.
Wird dagegen in Schritt S106 festgestellt, dass der mittlere Luminanzpegel Y_W gleich oder kleiner ist als der Schwellwert X_W, so wird angenommen, dass zwischen dem Normalbeobachtungsbild und dem Fluoreszenzbeobachtungsbild keine wesentliche Luminanzdifferenz vorhanden ist. In diesem Zustand wird kein Bildkorrekturprozess durchgeführt (S108).
Wird in Schritt S105 festgestellt, dass der mittlere Luminanzpegel Y_W des Normalbeobachtungsbildes nicht größer ist als der mittlere Luminanzpegel Y_F des Fluoreszenzbeobachtungsbildes, so fährt der Prozess mit Schritt S107 fort, in dem ermittelt wird, ob der mittlere Luminanzpegel Y_F größer ist als ein Schwellwert X_F.
Wird festgestellt, dass der mittlere Luminanzpegel Y_F nicht größer ist als der Schwellwert X_F, so wird angenommen, dass zwischen „Y_F” und „Y_W” keine Luminanzdifferenz vorhanden ist, und der Bildkorrekturprozess wird nicht durchgeführt. Ist dagegen der mittlere Luminanzpegel Y_F größer als der Schwellwert X_F, so wird festgestellt, dass in dem zentralen Teil eine Abnormalität vorhanden ist. Dann wird der Bildkorrekturprozess durchgeführt (S110). Obgleich hier von dem zentralen Teil eines Zielbereichs Fluoreszenzstrahlung ausgesendet wird, wird der Bildkorrekturprozess durchgeführt, um den bezüglich der Luminanzpegel eindeutigen Teil zu diagnostizieren. Es ist darauf hinzuweisen, dass auf die Durchführung des Bildkorrekturprozesses in Schritt S110 verzichtet werden kann, falls das Vorhandensein eines Bereiches besonders hoher Luminanz für die Diagnose nicht wichtig ist.
Wird eine spiralförmige Abtastung in dem nachfolgenden Bildintervall als notwendig erachtet (Schritt S111), so kehrt der Prozess zu Schritt S101 zurück, und die Schritte S101–S111 werden wiederholt.
Das Endoskopsystem nach vorliegendem Ausführungsbeispiel hat also die Abtastfaser 17, die einen Beobachtungsbereich mit Beleuchtungslicht abtastet. In dem Simultanbeobachtungsmodus steuert die Systemsteuerung 40 die Lasertreiber 22R, 22G und 22B so an, Anregungslicht in dem Abtastintervall (K1) und normales Weißlicht in dem Rückführintervall (K2) in dieser Reihenfolge auszusenden. Tritt in dem Luminanzberechnungsbereich T eine Luminanzdifferenz zwischen dem Fluoreszenzbeobachtungsbild und dem Normalbeobachtungsbild auf, so wird der Bildkorrekturprozess durchgeführt. So werden in dem Fluoreszenzbeobachtungsbild L1 Gewebekonturen deutlich angezeigt, so dass eine Bedienperson unterschiedliche Gewebezustände präzise diagnostizieren kann.
Anstelle des Bildkorrekturprozesses kann ein Helligkeitseinstellprozess angewandt werden, bei dem eine Beleuchtungslichtmenge eingestellt wird. In diesem Fall wird die Helligkeitseinstellung auf Grundlage eine mittleren Luminanzpegels durchgeführt, der in einem vorhergehenden Bildintervall erfasst worden ist. Es kann ein anderer Bereich als der zentrale kreisförmige Bereich T zur Erfassung eines Luminanzpegels auf Grundlage der Bewegung des Faserendstücks in dem Rückführintervall festgelegt werden.
Außerdem ist es möglich, den Bildkorrekturprozess oder den Helligkeitseinstellprozess auf Grundlage der Luminanzdifferenz nicht durchzuführen, d. h. nur die simultane Anzeige des Fluoreszenzbeobachtungsbildes und des Normalbeobachtungsbildes vorzunehmen. Eine Bedienperson kann eine Diagnose des Gewebes durch Vergleich des Normalbeobachtungsbildes mit dem Fluoreszenzbeobachtungsbildes vornehmen.
Es ist möglich, nur in einem Teil des gesamten Rückführintervalls mit Weißlicht zu beleuchten. In diesem Fall kann eine Beleuchtung mit Anregungslicht während eines vorgegebenen Intervalls entsprechend dem Beleuchtungsintervall für Weißlicht vorgenommen werden. Auch kann während des Abtastintervalls mit Weißlicht beleuchtet werden. In diesem Fall kann während des Rückführintervalls mit Anregungslicht beleuchtet werden.
Außerdem kann während des Abtastintervalls und des Rückführintervalls mit anderem Beleuchtungslicht als Anregungslicht oder Weißlicht gearbeitet werden. Wird beispielsweise eine Kapillare in einer tiefen Schicht einer Organinnenwand beobachtet, so kann während eines Abtastintervalls mit Licht einer Wellenlänge nahe 500 nm beleuchtet werden. Als Abtastverfahren kann eine andere Abtastung als eine spiralförmige Abtastung durchgeführt werden.
Im Folgenden wird das zweite Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass ein Videoskop mit einer Abtastfaser verwendet wird, und zwei Lichtquellen vorgesehen sind.
6 ist ein Blockdiagramm eines Endoskopsystems nach zweitem Ausführungsbeispiel.
Ein an einem Videoskop 100 angeschlossener Videoprozessor 130 ist mit einer Lampe 133 zur Normalbeobachtung und einem Laser 137 zur Spezialbeobachtung ausgestattet. Eine in dem Videoprozessor 130 vorgesehene Steuerung 140 steuert den Betrieb des Videoprozessors 130. Von der Lampe 133 ausgesendetes Licht tritt durch einen Lichtleiter 14, der aus einem Bündel optischer Fasern besteht, und tritt aus dem Endoskopendstück 10T aus. So wird ein gesamter Zielbereich gleichförmig mit Beleuchtungslicht beleuchtet.
An dem Zielbereich S reflektiertes Licht gelangt zu einem Lichtempfangsbereich eines CCD 12, so dass ein Objektbild auf dem Lichtempfangsbereich erzeugt wird. Dabei wird ein chipintegriertes Farbfilterverfahren als Bildverarbeitungsverfahren angewandt. Ein Komplementärfarbfilter (nicht gezeigt), bestehend aus vier Farbelementen – Gelb (Y), Magenta (Mg), Zyan (Cy) und Grün (G) – ist in einem schachbrettartigen Muster so angeordnet, dass jedes Element der vier Farbelemente einem Pixel gegenüberliegt. In dem CCD 54 werden anhand des Lichtes, das durch das Komplementärfarbfilter tritt, Bildpixelsignale durch den fotoelektrischen Effekt erzeugt. Die analogen Bildpixelsignale werden in regelmäßigen Zeitintervallen (z. B. 1/60 – oder 1/50 Sekundenintervallen) aus dem CCD 54 ausgelesen.
Die Bildpixelsignale werden in einer Anfangsverarbeitungsschaltung (nicht gezeigt) einem Verstärkungsprozess, einem A/D-Wandlungsprozess sowie einem Rauschunterdrückungsprozess unterzogen. Anschließend werden digitale Bildsignale in einer Signalverarbeitungsschaltung 132 einem Weißabgleichsprozess, einem Gammakorrekturprozess, etc. unterzogen. So werden Videosignale erzeugt und an den Monitor 60 gesendet.
Das Endstück einer Abtastfaser 117 wird von einer Abtasteinheit 116 zweidimensional so in Schwingung versetzt, dass ein Zielbereich S spiralförmig mit Beleuchtungslicht abgetastet wird. Das von einem Laser 137 ausgesendete Beleuchtungslicht ist Licht kurzer Wellenlängen. Betätigt eine Bedienperson die Tastatur, um einen bestimmten Teil einer detaillierten Diagnose zu unterziehen, so wird dieser bestimmte Teil mit Laserlicht beleuchtet. Die Abtasteinheit 116 wird von einer Fasersteuerung 138 so angesteuert, dass sie das Faserendstück mit einer zeitlichen Abstimmung, die zum Auslesen der Bildpixelsignale geeignet ist, periodisch in Resonanz versetzt.
7 ist eine Darstellung, die die zeitliche Steuerung der Beleuchtung zeigt. Während des Abtastintervalls werden gleichzeitig Weißlicht aus der Lampe 133 und kurzwelliges Licht aus dem Laser 137 ausgesendet. Dagegen wird während des Rückführintervalls nur Weißlicht ausgesendet. Der Lasertreiber 136 wird von der Systemsteuerung 140 angesteuert, die Abgabe von kurzwelligem Licht auszusetzen.
Die Signalverarbeitungsschaltung 132 erfasst den Luminanzpegel eines jeden Pixels in einem Bild, das während des Abtastintervalls durch die Beleuchtung mit Weißlicht und kurzwelligem Licht erzeugt wird, und erfasst den Luminanzpegel eines jeden Pixels in einem Bild, das während des Rückführintervalls durch Beleuchtung allein mit Weißlicht erzeugt wird. Dann berechnet die Signalverarbeitungsschaltung 132 die Differenz zwischen dem auf gemischtes Licht bezogenen Luminanzpegel und dem allein auf Weißlicht bezogenen Luminanzpegel. So werden Bilddaten, die allein auf kurzwelligem Licht basieren, erzeugt und auf dem Monitor 60 angezeigt.
Auf diese Weise kann das Endoskopsystem, welches das Videoskop mit Abtastfunktion aufweist, zusätzlich zu einem Normalbeobachtungsbild ein spezielles Bild basierend auf kurzwelligem Licht anzeigen. Eine Bedienperson kann so eine Diagnose sowohl anhand eines Bildes, das durch ein herkömmliches Videoskop und einen Bildsensor erzeugt wird, als auch anhand eines speziellen Bildes vornehmen, das für eine detaillierte Beobachtung spezieller Gewebezustände benötigt wird.
Anstelle des in dem zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenen Videoskops kann ein Fiberskop vom Sondentyp mit einer Abtastfaser verwendet werden. In diesem Fall wird das Fiberskop vom Sondentyp in eine Zange eingesetzt, die in einem herkömmlichen Videoskop vorgesehen ist.
Anstatt das Endstück in Schwingung zu versetzen, kann die Abtastung mit Beleuchtungslicht durch Antreiben einer optischen Linse vorgenommen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6294775 [0002]
- US 7159782 [0002]

Claims

Endoskop, umfassend: ein Lichtquellensystem, das ausgebildet ist, Beleuchtungslicht auszusenden; einen Abtaster, der ausgebildet ist, einen Zielbereich in vorbestimmten Zeitintervallen periodisch mit dem Abtastlicht abzutasten, indem er das Endstück einer Abtastfaser in Schwingung versetzt; einen Bildaufnehmer, der ausgebildet ist, das an dem Ziel reflektierte Beleuchtungslicht zu empfangen und einem Beobachtungsbild entsprechende Bilddaten zu erfassen; und eine Beleuchtungssteuerung, die das Lichtquellensystem ansteuert, während eines Abtastintervalls, in dem sich das Faserendstück spiralförmig bewegt, erstes Beleuchtungslicht mit einer ersten spektralen Charakteristik auszusenden und während eines Rückführintervalls, in dem das Faserendstück in eine Abtaststartposition zurückkehrt, zweites Beleuchtungslicht mit einer zweiten spektralen Charakteristik auszusenden.
Endoskopsystem nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungssteuerung den zentralen Teil eines Beobachtungsbildes mit dem zweiten Beleuchtungslicht beleuchtet.
Endoskopsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Luminanzdetektor, der einen ersten Luminanzpegel eines ersten Bildes erfasst, das während des Abtastintervalls durch Beleuchten mit dem ersten Beleuchtungslicht erhalten wird, und der einen zweiten Luminanzpegel eines zweiten Bildes erfasst, das während des Rückführintervalls durch Beleuchten mit dem zweiten Beleuchtungslicht erhalten wird; und einen Korrekturprozessor, der eine Bildverarbeitung oder eine Helligkeitseinstellung vornimmt, wenn eine Luminanzdifferenz zwischen dem ersten Luminanzpegel und dem zweiten Luminanzpegel einen Schwellwert übersteigt.
Endoskopsystem nach Anspruch 3, wobei der Korrekturprozessor die Bildverarbeitung vornimmt, wenn der erste Luminanzpegel größer ist als der zweite Luminanzpegel und die Luminanzdifferenz den Schwellwert übersteigt.
Endoskopsystem nach Anspruch 4, wobei der Luminanzdetektor den ersten Luminanzpegel aus einem zentralen Bereich des ersten Bildes erfasst.
Endoskopsystem nach Anspruch 1, wobei das erste Beleuchtungslicht Licht mit einem Spektrum in einem Bereich kurzer Wellenlängen ist.
Endoskopsystem nach Anspruch 1, wobei das zweite Beleuchtungslicht Licht mit einem über den gesamten Wellenlängenbereich im Wesentlichen gleichförmigen Spektrum ist.
Einrichtung zum Steuern von Beleuchtungslicht in einem Endoskopsystem mit einer Abtasteinheit, umfassend: eine erste Beleuchtungssteuerung, die eine Lichtquelle in einem Abtastintervall, in dem sich das Faserendstück spiralförmig bewegt, erstes Beleuchtungslicht mit einer ersten spektralen Charakteristik aussenden lässt; und eine zweite Beleuchtungssteuerung, die die Lichtquelle in einem Rückführintervall, in dem das Faserendstück in eine Abtaststartposition zurückkehrt, zweites Beleuchtungslicht mit einer zweiten spektralen Charakteristik aussenden lässt.
Computerlesbares Medium, das ein Programm zum Steuern von Beleuchtungslicht in einem Endoskopsystem mit einer Abtasteinheit speichert, umfassend: ein erstes Beleuchtungscodesegment, das eine Lichtquelle während eines Abtastintervalls, in dem sich das Faserendstück spiralförmig bewegt, erstes Beleuchtungslicht mit einer ersten spektralen Charakteristik aussenden lässt; und eine zweites Beleuchtungscodeelement, das die Lichtquelle in einem Rückführintervall, in dem das Faserendstück in eine Abtaststartposition zurückkehrt, zweites Beleuchtungslicht mit einer zweiten spektralen Charakteristik aussenden lässt.
Verfahren zum Steuern von Beleuchtungslicht in einem Endoskopsystem mit einer Abtasteinheit, bei dem: einer Lichtquelle ermöglicht wird, in einem Abtastintervall, in dem sich das Faserendstück spiralförmig bewegt, erstes Beleuchtungslicht mit einer ersten spektralen Charakteristik auszusenden; und der Lichtquelle ermöglicht wird, in einem Rückführintervall, in dem das Faserendstück in eine Abtaststartposition zurückkehrt, zweites Beleuchtungslicht mit einer zweiten spektralen Charakteristik auszusenden.
Endoskop, umfassend: eine erste Beleuchtungsvorrichtung, die ausgebildet ist, einen Zielbereich gleichförmig und kontinuierlich mit normalem Beobachtungslicht zu beleuchten; eine zweite Beleuchtungsvorrichtung, die ausgebildet ist, den Zielbereich mit Abtastbeleuchtungslicht, das verschieden von dem normalen Beobachtungslicht ist, zu beleuchten, während der Zielbereich periodisch mit Abtastbeleuchtungslicht abgetastet wird; eine Beleuchtungssteuerung, die die Beleuchtung mit dem Abtastbeleuchtungslicht während eines Rückführintervalls aussetzt, wobei das Rückführintervall ein Intervall ist, das vom Ende eines Abtastintervalls bis zum Beginn eines nachfolgenden Abtastintervalls reicht, das ein Bild entsprechend einem Einzelbild enthält; einen Luminanzdetektor, der einen ersten Luminanzpegel des Rückführintervalls und einen zweiten Luminanzpegel des Abtastintervalls erfasst; und einen Bildsignalprozessor, der aus dem Abtastbeleuchtungslicht Bilddaten auf Grundlage einer Differenz zwischen dem ersten Luminanzpegel und dem zweiten Luminanzpegel erzeugt.