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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Endoskopsystem, das einen Zielbereich
wie z. B. Gewebe mit Beleuchtungslicht abtastet. Insbesondere betrifft sie
die Steuerung des Beleuchtungslichts.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Ein
Endoskopsystem mit Abtastfunktion hat einen Abtastlichtleiter wie
z. B. einen Singlemode-Faserlichtleiter, der sich in einem Endoskop
befindet. Wie die
USP
6 294 775 und
7
159 782 beschreiben, wird der Spitzenteil des Abtastlichtleiters
an einem Antrieb wie z. B. einer piezoelektrischen Vorrichtung gehalten,
der den Spitzenteil in spiralförmige Schwingungen versetzt,
indem die Amplitude (Signalform) der Schwingung moduliert und verstärkt wird.
Daher wird das durch den Abtastlichtleiter geführte Beleuchtungslicht
spiralförmig abtastend über einen Betrachtungsbereich
geführt.
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Das
an dem Betrachtungsbereich reflektierte Licht tritt in einen Bildlichtleiter
ein und wird über diesen einem Prozessor zugeführt.
Das übertragene Licht wird durch Fotosensoren in Pixelsignale
umgesetzt. Dann wird jedes in zeitlicher Folge erfasste Pixelsignal
einer Abtastposition zugeordnet. Somit wird von jedem Pixel ein
Pixelsignal identifiziert, und es werden Bildsignale erzeugt. Die
spiralförmige Abtastung wird periodisch in vorbestimmten
Zeitintervallen (Bildrate) durchgeführt, und entsprechend
einer Sampling-Rate werden die Pixelsignale eines Bildfeldes nacheinander
aus den Fotosensoren ausgelesen.
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Für
jede spiralartige Abtastumdrehung ist die Zahl gesampleter Pixelsignale
konstant. Deshalb ist die Länge einer Kreisbewegung im
zentralen Bereich eines Betrachtungsbildes kurz, so dass ein Pixelintervall
zwischen benachbarten erfassten Pixelsignalen relativ kurz ist,
verglichen mit dem äußeren Teil des Betrachtungsbereichs.
Ferner sind die Pixelinformationen zwischen benachbarten Pixelsignalen
im Zentralbereich nahezu gleich. Andererseits ist ein Intervall
zwischen Bildpixeln, die zweidimensional angeordnet sind und ein
Betrachtungsbild aufbauen, über das gesamte Bild konstant.
Deshalb sind nicht alle Pixelsignale rasterartig angeordnet. Ein
Teil der erfassten Pixelsignale wird für das Betrachtungsbild genutzt,
während die übrigen Pixelsignale unberücksichtigt
bleiben.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Endoskopsystem
anzugeben, bei dem durch effektives Nutzen erfasster Pixelsignale ein
für die Diagnose nützliches Betrachtungsbild erzielt
wird.
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Ein
Endoskopsystem nach der vorliegenden Erfindung hat eine Lichtquelle,
die erstes Beleuchtungslicht und zweites Beleuchtungslicht abgibt;
einen optischen Lichtleiter, der das erste und das zweite Beleuchtungslicht
zum Spitzenteil eines Betrachtungsgeräts überträgt;
und einen Abtaster zum spiralförmigen Abtasten eines Zielbereichs
mit dem Beleuchtungslicht durch Schwingungsbewegung des Spitzenteils
des optischen Lichtleiters.
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Das
Endoskopsystem hat ferner eine Beleuchtungssteuerung, die zwischen
dem ersten Beleuchtungslicht und dem zweiten Beleuchtungslicht entsprechend
einer Abtastposition umschaltet, so dass Bereiche, die mit dem ersten
Beleuchtungslicht beleuchtet werden, mit Bereichen gemischt werden, die
mit dem zweiten Beleuchtungslicht beleuchtet werden; und einen Bildgenerator,
der Pixelsignale auf der Basis des an dem Zielbereich reflektierten Lichts
mit einer vorgegebenen Sampling-Rate erfasst und der ein Betrachtungsbild
aus den erfassten Pixelsignalen erzeugt. Dann erzeugt der Bildgenerator
ein erstes Betrachtungsbild aus Pixelsignalen, die mit dem ersten
Beleuchtungslicht erzeugt wurden, und ein zweites Betrachtungsbild
aus Pixelsignalen, die mit dem zweiten Beleuchtungslicht erzeugt
wurden.
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Bei
der vorliegenden Erfindung werden Bereiche des ersten Beleuchtungslichts
und Bereiche des zweiten Beleuchtungslichts in einem Bildintervall gemischt,
d. h. ein Intervall zum Abtasten eines gesamten Bereiches eines
Betrachtungsbildes. Da eine Abtastposition, die sehr nahe einander
benachbart sind, mit dem ersten Beleuchtungslicht und dem zweiten
Beleuchtungslicht beleuchtet werden, kann ein Pixelsignal entsprechend
dem ersten Beleuchtungslicht und ein Pixelsignal entsprechend dem zweiten
Beleuchtungslicht an weitgehend derselben Position erfasst werden.
Deshalb können separat das erste und das zweite Betrachtungsbild
erzeugt werden, die denselben Zielbereich mit weitgehend übereinstimmender
Auflösung darstellen.
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Um
das erste Beleuchtungslicht und das zweite Beleuchtungslicht sicher
zu streuen, kann die Beleuchtungssteuerung abwechselnd zwischen
dem ersten Beleuchtungslicht und dem zweiten Beleuchtungslicht umschalten,
so dass Impulslicht abgegeben wird.
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Wenn
zwei Bilder gleichzeitig dargestellt werden, kann das Endoskopsystem
mit einem Anzeigeprozessor ausgerüstet sein, der das erste
Betrachtungsbild und das zweite Betrachtungsbild gleichzeitig darstellt.
Ferner kann die Lichtquelle drittes Beleuchtungslicht abgeben. Die
Beleuchtungssteuerung kann zwischen dem ersten Beleuchtungslicht, dem
zweiten Beleuchtungslicht und dem dritten Beleuchtungslicht umschalten,
so dass Bereiche, die mit dem ersten Beleuchtungslicht beleuchtet
wurden, Bereiche, die mit dem zweiten Beleuchtungslicht beleuchtet
wurden, und Bereiche, die mit dem dritten Beleuchtungslicht beleuchtet
wurden, gemischt werden. Ferner kann der Bildgenerator ein drittes
Betrachtungsbild aus den Pixelsignalen erzeugen, die durch das dritte
Beleuchtungslicht hervorgerufen werden. Der Anzeigeprozessor kann
das erste Betrachtungsbild, das zweite Betrachtungsbild und das dritte
Betrachtungsbild gleichzeitig darstellen.
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Die
Lichtquelle kann jegliches Beleuchtungslicht mit spezieller Wellenlänge
abgeben, z. B. normales oder Standardlicht, das ein Vollfarbenbild
erzeugt, Anregungslicht, das ein Fluoreszenzbild erzeugt, und langwelliges
Licht in oder nahe dem Infrarotspektrum. Bei der Krebsdiagnose können
Weißlicht und Anregungslicht (nahes Infrarotlicht) angewendet
werden.
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Die
Abtastrate kann auf einen konstanten Wert in jeder spiralförmigen
Abtastbahn eingestellt sein. Wenn zu viele Pixelsignale, verglichen
mit der zur Erzeugung eines Betrachtungsbildes erforderlichen Auflösung,
erfasst werden, werden jedoch die meisten erfassten Pixelsignale
unberücksichtigt bleiben. Andererseits kommt in dem Außenbereich
des Betrachtungsbildes ein Pixelintervall zwischen erfassten Pixelsignalen
einem Pixelintervall zwischen benachbarten Pixelsignalen zum Erzeugen
eines Betrachtungsbildes nahe.
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Deshalb
kann die Beleuchtungssteuerung zwischen dem ersten Beleuchtungslicht
und dem zweiten Beleuchtungslicht in einem Teilbereich umschalten.
In dem Teilbereich ist die Zahl erfasster Pixelsignale größer
als die zum Erzeugen eines Betrachtungsbildes erforderliche Anzahl.
Mit anderen Worten, ist ein Pixelintervall gesampelter Pixelsignale
kürzer als ein Pixelintervall von Bildpixeln. Beispielsweise
kann die Beleuchtungssteuerung zwischen dem ersten Beleuchtungslicht
und dem zweiten Beleuchtungslicht in einem zentralen Teil eines gesamten
Abtastbereichs umschalten. Ferner kann die Beleuchtungssteuerung
den Bereich außerhalb des Teilbereichs kontinuierlich mit
dem ersten Beleuchtungslicht oder dem zweiten Beleuchtungslicht beleuchten.
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Da
zwei Bilder gleichzeitig darzustellen sind, kann der Teilbereich
so definiert sein, dass die Auflösung des ersten Betrachtungsbildes
mit derjenigen des zweiten Betrachtungsbildes übereinstimmt.
Andererseits ist der Teilbereich entsprechend einem Verhältnis
der Zahl unberücksichtigter Pixelsignale zur Zahl erfasster
Pixelsignale für eine Kreisbewegung der Abtastung definiert.
Beispielsweise ist der Teilbereich so definiert, dass das Verhältnis
50% oder größer ist.
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Um
wahlweise verschiedene Bilder zu erhalten und darzustellen, kann
die Beleuchtungssteuerung zwischen dem ersten Beleuchtungslicht
und dem zweiten Beleuchtungslicht umschalten, als Licht, das den
Teilbereich und den Bereich außerhalb des Teilbereichs
beleuchtet.
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Wenn
das Beleuchtungslicht ähnlich dem Infrarotlicht oder nahezu
Infrarotlicht ist, kann die Entfernung zu dem Zielbereich gemessen
werden. Deshalb kann das Endoskop einen Entfernungsmessprozessor
enthalten, der den Abstand von dem Spitzenteil des Betrachtungsgeräts
zum Zielbereich misst. Der Entfernungsmessprozessor misst den Abstand mit
dem dritten Beleuchtungslicht, das langwelliges Licht in oder nahe
dem Infrarotspektrum ist.
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Eine
Einrichtung zum Steuern des Beleuchtungslichts enthält
gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
eine Lichtquelle, die erstes Beleuchtungslicht und zweites Beleuchtungslicht
abgibt; und eine Beleuchtungssteuerung, die die Abgabe des ersten
und des zweiten Beleuchtungslichts bei der spiralförmigen
Abtastung eines Zielbereichs mit dem Beleuchtungslicht durch Schwingungsbewegung
des Spitzenteils des Lichtleiters steuert. Die Beleuchtungssteuerung
schaltet zwischen dem ersten Beleuchtungslicht und dem zweiten Beleuchtungslicht
entsprechend einer Abtastposition um, um Bereiche, die mit dem ersten
Beleuchtungslicht beleuchtet wurden, mit Bereichen, die mit dem
zweiten Beleuchtungslicht beleuchtet wurden, zu mischen. Ferner
hat eine Einrichtung zum Erzeugen eines Betrachtungsbildes gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Pixelsignaldetektor, der
bei einer vorgegebenen Sampling-Rate Pixelsignale auf der Basis
von Licht erfasst, das von der vorstehenden Einrichtung abgegeben
wird und an dem Zielbereich reflektiert wird; und einen Bilderzeugungsprozessor,
der ein Betrachtungsbild aus den erfassten Pixelsignalen erzeugt.
Der Bilderzeugungsprozessor erzeugt ein erstes Betrachtungsbild aus
Pixelsignalen, die sich aus dem ersten Beleuchtungslicht ergeben,
und ein zweites Betrachtungsbild aus Pixelsignalen, die sich aus
dem zweiten Beleuchtungslicht ergeben.
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Ein
Verfahren zum Steuern der Abgabe von Beleuchtungslicht besteht gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung aus den folgenden Schrit ten:
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a.)
Abgabe eines ersten Beleuchtungslichts und eines zweiten Beleuchtungslichts;
b.) Steuern der Abgabe des ersten und des zweiten Beleuchtungslichts
bei spiralförmiger Abtastung eines Zielbereichs mit dem
Beleuchtungslicht durch Schwingungsbewegung des Spitzenteils des
Lichtleiters; und
c.) Umschalten zwischen dem ersten Beleuchtungslicht
und dem zweiten Beleuchtungslicht entsprechend einer Abtastposition,
um Bereiche, die durch das erste Beleuchtungslicht beleuchtet werden,
mit Bereichen, die durch das zweite Beleuchtungslicht beleuchtet
werden, zu mischen. Ein Verfahren zum Erzeugen eines Betrachtungsbildes
enthält gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung die Schritte: e.) Erfassen von Pixelsignalen
auf der Basis von Licht, das nach dem vorstehenden Verfahren abgegeben
wird und an dem Zielbereich reflektiert wird, mit einer vorgegebenen
Sampling-Rate; und
f.) Erzeugen eines ersten Betrachtungsbildes
aus Pixelsignalen, die aus dem ersten Beleuchtungslicht erzeugt
wurden, und Erzeugen eines zweiten Betrachtungsbildes aus Pixelsignalen,
die aus dem zweiten Beleuchtungslicht erzeugt wurden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird besser verständlich aus der
folgenden Beschreibung vorzugsweiser Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Endoskopsystems gemäß einer
ersten Ausführungsform ist;
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2 eine
Darstellung des Abtastlichtleiters, der Abtasteinheit und des spiralförmigen
Abtastmusters ist;
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3 Beleuchtungsbereiche
darstellt;
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4 ein Zeitdiagramm von Beleuchtungslicht
ist;
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5 ein
Flussdiagramm des Beleuchtungssteuerprozesses ist; und
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6A und 6B Darstellungen
von Bildfeldern in dem Doppelbildmodus und dem Dreibildmodus sind.
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Beschreibung der vorzugsweisen
Ausführungsformen
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Es
werden im Folgenden vorzugsweise Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Endoskopsystems gemäß einer
ersten Ausführungsform. 2 ist eine
Darstellung des Abtastlichtleiters, der Abtasteinheit und des spiralförmigen
Abtastmusters.
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Das
Endoskopsystem hat einen Prozessor 30 und ein Endoskop 10,
das einen Abtastlichtleiter 17 und einen Bildlichtleiter 14 enthält.
Der Singlemode Abtastlichtleiter 17 überträgt
Beleuchtungslicht, während der Bildlichtleiter 14 Licht überträgt,
das an einem Betrachtungsziel S wie z. B. Gewebe reflektiert wird.
Der Bildlichtleiter 14 gabelt sich um eine optische Linse 19 auf.
Das Endoskop 10 ist mit dem Prozessor 30 lösbar
verbunden, und der Monitor 60 ist mit dem Prozessor 30 verbunden.
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Der
Prozessor 30 hat Laser 20R, 20G und 20B,
die Rotlicht, Grünlicht und Blaulicht abgeben. Die Laser 20R, 20G und 20B werden
durch Lasertreiber 22R, 22G und 22B jeweils
angesteuert. Das gleichzeitig abgegebene Rotlicht, Grünlicht
und Blaulicht wird durch halbdurchlässige Spiegelgruppen 24 und
eine Sammellinse 25 gesammelt. Daher tritt in den Abtastlichtleiter 17 Weißlicht
ein und wird zum Spitzenteil 10T des Endoskops 10 übertragen.
Das aus dem Abtastlichtleiter 17 austretende Licht beleuchtet
das Ziel S.
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Der
Laser 20B kann nur kurzwelliges Blaulicht entsprechend
einem „Anregungslicht” abgeben. Ferner gibt ein
Laser 20I, der durch einen Lasertreiber 22I angesteuert
wird, nahes Infrarotlicht mit langen Wellenlängen ab, die
den Wellenlängen des Infrarotspektrums nahe kommen.
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Wie 2 zeigt,
ist eine Abtasteinheit 16 in dem Spitzenteil 10T des
Betrachtungsgeräts angeordnet. Die Abtasteinheit 16,
die einen zylindrischen Antrieb 18 hat, tastet das Ziel
S mit Beleuchtungslicht ab. Der Lichtleiter 17 ist durch
die Achse des Antriebs 18 hindurchgeführt. Der
Spitzenteil 17A des Lichtleiters, der aus dem Antrieb 18 austritt,
ist an diesem gehalten.
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Der
an dem Spitzenteil 10T des Betrachtungsgeräts
angeordnete Antrieb 18 ist hier ein piezoelektrischer rohrförmiger
Antrieb, der den Spitzenteil 17A des Lichtleiters in zwei
Richtungen resonanzartig bewegt. Konkret gesprochen, bewegen zwei
piezoelektrische Vorrichtungen in dem Antrieb 18 den Spitzenteil 17A des
Lichtleiters in Richtung zweier Achsen (X-Achse und Y-Achse), die
rechtwinklig zueinander stehen, in einem Resonanzbetrieb. Die Schwingungsbewegung
des Spitzenteils 17A des Lichtleiters verlagert die Position
der Endfläche 17S des Lichtleiters spiralförmig
gegenüber der Achsrichtung des optischen Faserlichtleiters 17.
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Das
an der Endfläche 17S des Abtastlichtleiters 17 austretende
Licht läuft durch eine Objektivlinse 19 und erreicht
das Ziel S. Der von dem Abtaststrahl durchlaufene Weg, d. h. eine
Abtastbahn PT, bildet ein spiralförmiges Muster (siehe 2).
Da ein Spiralintervall AT zwischen benachbarten Abtastbahnen in
radialer Richtung schmal ist, wird der gesamte Betrachtungsbereich
S durch spiralförmig abtastendes Licht beleuchtet.
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Das
an dem Ziel S reflektierte Licht tritt in den Bildlichtleiter 14 ein
und wird dem Prozessor 30 zugeführt. Wenn das
reflektierte Licht aus dem Bildlichtleiter 14 austritt,
wird es durch eine optische Linse 26 und halbdurchlässige
Spiegelgruppen 27 in Rotlicht R, Grünlicht G und
Blaulicht B getrennt. Das getrennte R-, G- und B-Licht wird dann
den Fotosensoren 28R, 28G und 28B jeweils
zugeführt, die das R-, das G- und das B-Licht in Pixelsignale
entsprechend den Farben R, G und B umsetzen. Die Pixelsignale werden
entsprechend einer vorgegebenen Sampling-Rate erfasst.
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Die
erzeugten analogen Pixelsignale werden durch A/D-Umsetzer 29R, 29G und 29B umgesetzt, bevor
sie in einem ersten Bildspeicher 33A oder in einem zweiten
Bildspeicher 33B gespeichert werden. Die gespeicherten
Pixelsignale werden dann einem Signalprozessor 32 zugeführt,
in dem ein Mapping-Prozess durchgeführt wird. Die nacheinander erzeugten
digitalen R-, G- und B-Pixelsignale werden entsprechend der Folge
eines Abtastmusters angeordnet. In dem Mapping-Prozess wird jedem
der digitalen R-, G- und B-Pixelsignale eine entsprechende Abtastposition
zugeordnet, so dass rasterartig angeordnete Bildpixelsignale erzeugt
werden. Daher ist die Pixelposition eines jeden digitalen R-, G-
und B-Bildpixelsignals in Folge identifiziert, und es werden die
digitalen R-, G- und B-Bildpixelsignale für ein Bildfeld
nacheinander erzeugt.
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In
dem Signalprozessor 32 werden die erzeugten zweidimensionalen
Bildpixelsignale verschiedenen Bildverarbeitungsprozeduren unterzogen,
wozu ein Weißabgleichprozess gehört, um Videosignale
zu erzeugen. Die Videosignale werden dem Monitor 60 über
einen Codierer 37 zugeführt, so dass ein Betrachtungsbild
auf dem Monitor 60 dargestellt wird.
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In
dem Endoskopsystem können mehrere Darstellungsarten durch
Betätigen eines Betriebsartschalters 50 eingestellt
werden, der sich an einem Bedienfeld des Videoprozessors 30 befindet.
Hier können drei unterschiedliche Betriebsarten gewählt werden,
eine Normalbetrachtung zum Erhalten eines Vollfarbenbildes (Normal/Standardbild);
ein Doppelbildbetrieb für ein Vollfarbenbild und ein Fluoreszenzbild;
und ein Dreibildbetrieb für ein Vollfarbenbild, ein Fluoreszenzbild
und ein (nahe) Infrarotbild.
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Wenn
der Doppelbildbetrieb gewählt ist, wird das Ziel S abwechselnd
mit Weißlicht und mit Anregungslicht beleuchtet. Somit
tritt abwechselnd reflektiertes Weißlicht und Fluoreszenzlicht
in den Spitzenteil 10T des Betrachtungsgeräts
ein. Ein Filter 70 in dem Spitzenteil 10T des
Betrachtungsgeräts wird wahlweise in den Weg des aus dem
Bildlichtleiter 14 austretenden Lichts eingeschaltet. Während
des Beleuchtungsintervalls mit Anregungslicht wird das Aussonderungsfilter 70 von
außerhalb des optischen Weges direkt in den optischen Weg
mit einem Betätiger 72 positioniert. Somit wird
reflektiertes Anregungslicht ausgefiltert, während reflektiertes
Weißlicht und Fluoreszenzlicht abwechselnd die Fotosensoren 28R, 28G und 28B erreicht.
Pixelsignale aus dem Weißlicht und Pixelsignale aus dem
Fluoreszenzlicht werden abwechselnd erzeugt und vorübergehend
in dem ersten Bildspeicher 33A beziehungsweise in dem zweiten
Bildspeicher 33B gespeichert. Dann werden Videosignale
aus dem Weißlicht und Videosignale aus dem Anregungslicht
an den Monitor 60 abgegeben, so dass ein normales Betrachtungsbild
und ein fluoreszierendes Bild gleichzeitig dargestellt werden.
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Ist
der Dreibildbetrieb gewählt, werden Weißlicht,
Anregungslicht und Infrarotlicht abwechselnd abgegeben. Ein Fotosensor 28I setzt
das reflektierte Licht in Pixelsignale um, und die erfassten Pixelsignale
werden vorübergehend in einem dritten Bildspeicher 33C gespeichert.
In dem Signalprozessor 32 werden Bildpixelsignale aus dem
Infrarotlicht zusätzlich zu Bildpixelsignalen aus dem Weißlicht
und Bildpixelsignalen aus dem Fluoreszenzlicht erzeugt. Somit werden
ein Normalbild, ein Fluoreszenzbild und ein Infrarotbild auf dem
Monitor 60 gleichzeitig dargestellt.
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Eine
Systemsteuerung 40, die eine ROM-Einheit, eine RAM-Einheit
und eine CPU enthält, steuert den Betrieb des Videoprozessors 30 und des
Videoskops 10 durch Abgabe von Steuersignalen an den Signalprozessor 32,
eine Zeitsteuerung 34 und die Lasertreiber 22R, 22G, 22B und 22I usw.
Ein Steuerprogramm ist in der ROM-Einheit gespeichert. Die Zeitsteuerung 34 gibt
Synchronisiersignale an Lichtleitertreiber 36A und 36B ab,
um die Abtasteinheit 16 zu steuern, sowie an die Lasertreiber 22R, 22G, 22B und 22I,
um die Schwingungsbewegung des Spitzenteils 17A mit dem
zeitlichen Verlauf der Lichtabgabe zu synchronisieren.
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Die
Ausgangssignale der Laser 20R, 20G, 20B und 20I werden
durch Treibersignale der Lasertreiber 22R, 22G, 22B und 22I gesteuert.
Somit ist die Menge des Beleuchtungslichtes (Lichtintensität)
das auf ein Ziel fällt, einstellbar. In dem Signalprozessor 32 werden
Luminanzsignale aus den digitalen Bildpixelsignalen erzeugt und
dann der Systemsteuerung 40 zugeführt. Die Systemsteuerung 40 gibt
Steuersignale an die Lasertreiber 22R, 22G, 22B und 22I ab, um
die Beleuchtungslichtmenge einzustellen. So wird die richtige Helligkeit beibehalten.
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In
dem Dreibildbetrieb misst die Systemsteuerung 40 den Abstand
von dem Spitzenteil 10T des Betrachtungsgeräts
zu dem Ziel S mit Bildpixelsignalen des Infrarotlichts. Dann benutzt
die Systemsteuerung 40 den erfassten Abstand zum Einstellen
der Intensität des Anregungslichts zum Steuern der Amplitude
der Pixelsignale aus der Fluoreszenz. Als Ergebnis kann der Benutzer
unter Bezugnahme auf den Abstand diagnostizieren, ob ein dunkler
Teil eines Fluoreszenzbildes Gewebe ist oder nicht.
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3 zeigt
Beleuchtungsbereiche. 4 ist ein Zeitdiagramm
des Beleuchtungslichtes.
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Die
Größe eines Bildfeldes eines kreisrunden Betrachtungsbildes
wird durch eine spiralförmige Abtastung gebildet, und die
Anzahl der Abtastbahnen in radialer Richtung hängt von
der Anzahl spiralförmiger Kreisbewegungen ab. Ein Abtastabschnitt
von einem Abtastpunkt auf einer gegebenen geraden Linie zu einem
weiteren Abtastpunkt auf derselben geraden Linie in radialer Richtung,
wobei zwei Punkte durch eine spiralförmige 360°-Abtastbewegung
getrennt sind, wird hier als „eine Abtastbahn” gezählt (siehe
Abtastbahn AA-AA' in 3).
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Bei
der Normalbetrachtung wird ein Betrachtungsbild entsprechend einem
gesamten Abtastbereich M mit der Auflösung von 500×500
Bildpixeln (Bildpunkte) dargestellt. Mit anderen Worten: Es sind 250
Pixel von einem Zentralpunkt O, der einem Abtaststartpunkt entspricht,
zu einem Punkt außerhalb des Abtastmusters in radialer
Richtung angeordnet.
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Pixelsignale
werden durch die Fotosensoren 28R, 28G und 28B mit
vorbe stimmter Sampling-Rate erzeugt. Hier ist die Anzahl abgetasteter
Pixel in jeder Umdrehung (eine Spiralbahn) konstant. Beispielsweise
ist die Zahl der Abtastungen auf 2000/Spiralbahn gesetzt. Die Winkelgeschwindigkeit
einer Spiralabtastung ist gleichfalls konstant. Deshalb ist ein Pixelintervall
zwischen benachbarten Pixelsignalen im Zentralbereich des Abtastbereichs
M so kurz, dass die benachbarten Pixelsignale einander überlagert
sind. Dies liegt daran, dass die Länge einer Kreisbewegung
relativ kurz ist. Andererseits ist das Intervall zwischen benachbarten
Pixelsignalen im Außenbereich ähnlich einem Intervall
zwischen den Bildpixeln, die das Betrachtungsbild aufbauen. Das Intervall
ist nämlich zur Realisierung einer Auflösung von
500×500 Bildpunkten geeignet. Deshalb wird bei der Normalbetrachtung
nur ein Teil der im Zentralbereich erfassten Pixelsignale gewählt
oder gesamplet, um das Betrachtungsbild aufzubauen.
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Andererseits
wird der Zentralbereich in dem Doppelbildbetrieb abwechselnd mit
Weißlicht und mit Anregungslicht beleuchtet, um Impulslicht
zu erzeugen. Der Bereich außerhalb des Zentralbereichs
wird aber nur mit Weißlicht beleuchtet. Die Größe
des Zentralbereichs, der kleiner als der gesamte Abtastbereich M
ist, ist so definiert, dass die Auflösung eines Normalbildes
mit derjenigen eines Fluoreszenzbildes übereinstimmt. Die
Größe des Zentralbereichs, der mit Weißlicht
und mit Anregungslicht beleuchtet wird, wird folgendermaßen
bestimmt.
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Wenn
2000 abgetastete Pixelsignale vorliegen, ergibt sich eine Abtastbahn,
die Bildpixel unter Anwendung nur der Hälfte der 2000 Pixelsignale
erzeugen kann (1000 Pixelsignale), aus der folgenden Formel. Die
Länge einer Kreisbewegung ist mit I bezeichnet, was auch
der Zahl der Pixelsignale entspricht, die bei enger Anordnung längs
einer Abtastbahn verwendet werden. Der Radius der zu erhaltenden
Abtastbahn ist hier mit r bezeichnet. I
= 2000/2 = 2·π·r (1)r = 159 ergibt
sich aus der Formel (1).
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Wenn
das Intervall zwischen den Abtastbahnen in radialer Richtung eng
ist, entspricht der Radius r einer Abtastbahn weitgehend der Anzahl
der Spiralbahnen innerhalb dieser bestimmten Abtastbahn. Deshalb
kann in einem Bereich N1 mit dem Radius r = 159, nämlich
in einem Bereich N1 der die 159 Spiralbahnen enthält, ein
Betrachtungsbild mit der Hälfte oder weniger der erfassten
Pixelsignale erzeugt werden. Mit anderen Worten: Mehr als die Hälfte
der erfassten Pixelsignale überlappen einander weitgehend.
Somit kann bei abwechselnder Abgabe von Weißlicht und Anregungslicht
in dem Bereich N1 ein Bild aus dem Weißlicht und ein Bild
aus dem Anregungslicht erzeugt werden, die beide übereinstimmende
Auflösung haben.
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In 4A ist
die Zeitsteuerung der Beleuchtung in dem Doppelbildbetrieb dargestellt.
Nach Beginn der Abtastung wird der Bereich N1 abwechselnd mit Weißlicht
(WL) und mit Anregungslicht (FL) beleuchtet. Liegt aber der Abtastpunkt
außerhalb des Bereiches N1, so wird der Außenbereich
nur mit Weißlicht beleuchtet.
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Andererseits
wird in dem Dreibildbetrieb ein Bereich kleiner als der Bereich
N1 abwechselnd mit Weißlicht, Anregungslicht und nahem
Infrarotlicht (IR) beleuchtet. Wenn die Abtastrate 2000/Spiralbahn
ist, ergibt sich eine Abtastbahn, die Bildpixel durch Anwendung
nur eines Drittels der 2000 Pixelsignale erzeugen kann, aus der
folgenden Formel: I = 2000/3 = 2·π·r (2)
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Der
Radius r = 106 ergibt sich aus der vorstehenden Formel. Deshalb
wird ein Bereich N2, der die 102 innersten Spiralbahnen enthält,
abwechselnd mit Weißlicht, Anregungslicht und nahem Infrarotlicht
beleuchtet. In 4B ist die Beleuchtungssteuerung
für den Dreibildbetrieb dargestellt.
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5 ist
ein Flussdiagramm des Beleuchtungssteuerprozesses. 6A und 6B sind
Ansichten von Bildfeldern in dem Doppelbildbetrieb beziehungsweise
in dem Dreibildbetrieb.
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In
Schritt S101 wird gefragt, ob der Doppelbildbetrieb oder der Dreibildbetrieb
durch den Benutzer gewählt wurde. Ist der normale Betrachtungsbetrieb
eingestellt, wird der gesamte Abtastbereich nur mit Weißlicht
(WL) beleuchtet (Schritt S127), und ein Standard-Vollfarbenbild
wird auf dem gesamten Bildfeld des Monitors 60 dargestellt.
Andererseits geht der Prozess zu Schritt S102, wenn der Doppelbild- oder
der Dreibildbetrieb gewählt ist.
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In
Schritt S102 wird bestimmt, ob der Doppelbildbetrieb gewählt
wurde. Ist dies der Fall, so steuert die Zeitsteuerung 34 die
Lasertreiber 22R, 22G und 22B zur Abgabe
von Weißlicht (WL) und von Anregungslicht (FL) abwechselnd
(Schritt S103). Die Lasertreiber 22R, 22G und 22B schalten
zwischen gleichzeitiger Abgabe von R-, G- und B-Licht und der Abgabe
von kurzwelligem Licht entsprechend der Abtastrate (2000/Spirale)
um.
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In
Schritt S104 wird die Anzahl der Samplings aus der Abtastrate berechnet.
Die Anzahl SS der Samplings entspricht einer abgetasteten Pixelposition.
Wenn die gesamplete Pixelposition eine ungerade Zahl ist (= 2k – 1),
wird die Pixelposition mit Weißlicht beleuchtet. Wenn die
gesamplete Pixelposition eine gerade Zahl ist (= 2k), wird die Pixelposition
mit Anregungslicht be leuchtet. Pixelsignale ungeradzahliger Positionen
werden in dem ersten Bildspeicher 33A gespeichert (Schritt
S105), während Pixelsignale geradzahliger Positionen in
dem zweiten Bildspeicher 33B gespeichert werden (Schritt
S106).
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In
Schritt S107 wird bestimmt, ob eine gegenwärtige Abtastposition
in dem Bereich N1 liegt, der in 3 gezeigt
ist. Während das Innere des Bereiches N1 abgetastet wird,
werden die Schritte S103 bis S106 wiederholt. Wenn aber eine gegenwärtige Abtastposition
außerhalb des Bereiches N1 liegt, geht der Prozess zu Schritt
S108.
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In
Schritt S108 werden die Lasertreiber 22R, 22G und 22B so
gesteuert, dass sie kontinuierlich weißes Licht abgeben;
erfasste Pixelsignale werden in dem ersten Bildspeicher 33A gespeichert,
und der Prozess des Schritts S108 setzt sich fort, bis der gesamte
Abtastbereich beleuchtet ist (S109).
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In
dem Bereich N1 gibt es eine Anzahl überschüssiger
Pixelsignale, die zum Erzeugen eines Normalbildes und eines Fluoreszenzbildes
nicht erforderlich sind. Dies liegt daran, dass die Zahl der Spiralbahnen
im Bereich N1 kleiner als die 159 Spiralbahnen ist, welche die gesamte
Menge der Pixelsignale enthalten, die weitgehend zum Erzeugen beider
Bilder benutzt werden. Diese zusätzlichen Pixelsignale
werden nicht berücksichtigt. Redundante Pixelsignale außerhalb
des Bereiches N1 werden gleichfalls nicht berücksichtigt.
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In
dem Signalprozessor 32 werden Bildpixelsignale des Standardbildes
und Bildpixelsignale des Fluoreszenzbildes erzeugt und dann jeweils
vorübergehend in dem ersten Bildspeicher 33A und
in dem zweiten Bildspeicher 33B gespeichert. Bildpixelsignale
für das Normalbild werden an den Signalprozessor 32 in
einem ersten Bildintervall ausgegeben, während Bildpixeldaten
für das Fluoreszenzbild dem Signalprozessor in einem zweiten
Bildintervall zugeführt werden (Schritte S110 bis S112).
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In 6A ist
das Bildfeld des Doppelbildbetriebes dargestellt. Ein Normalbild
I (WL) aus Weißlicht hat die Größe des
gesamten Abtastbereichs M. Ein Fluoreszenzbild G (FL) aus Anregungslicht
hat eine Größe entsprechend dem Abtastbereich
N1, der kleiner als der gesamte Abtastbereich M ist.
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Wenn
andererseits in Schritt S102 festgestellt wird, dass der Dreibildbetrieb
gewählt ist, geht der Prozess zu Schritt S113. In Schritt
S113 werden die Lasertreiber 22R, 22G, 22B und 22I so
gesteuert, dass sie Weißlicht, Anregungslicht und nahes
Infrarotlicht abwechselnd abgeben. Das Schalten zwischen den Lichtquellen
erfolgt synchron mit der Zeitsteuerung der erfassten Pixelsignale
auf der Basis der Sampling-Rate.
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Erfasste
Pixelsignale werden in drei Gruppen geteilt; d. h. Pixelsignale
aus Weißlicht, Pixelsignale aus Fluoreszenzlicht und Pixelsignale
aus nahem Infrarotlicht, entsprechend der Sampling-Anzahl SS. Diese
drei Gruppen der Pixelsignale werden in dem ersten Speicher 33A,
in dem zweiten Speicher 33B und in dem dritten Speicher 33C jeweils
gespeichert (Schritte S114 bis 118).
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Während
der Bereich N2 abgetastet wird, werden die Schritte S113 bis 118
wiederholt (Schritt S119). Bewegt sich die Abtastposition außerhalb
des Bereiches N2, werden die Laser 20R, 20G und 20B so
gesteuert, dass sie nur Weißlicht abgeben, und erfasste
Pixelsignale werden in dem ersten Speicher 33A gespeichert
(Schritt S120). Redundante Pixelsignale werden ähnlich
wie bei dem Doppelbildbetrieb nicht berücksichtigt.
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Schritt
S120 wird fortgesetzt, bis die Abtastung des gesamten Abtastbereichs
abgeschlossen ist (Schritt S121). Drei Gruppen Bildpixelsignale
werden bei drei Bildintervallen ausgegeben. Bildpixelsignale eines
Normalbildes werden bei einem ersten Bildintervall ausgegeben, Bildpixelsignale
eines Fluoreszenzbildes werden bei einem zweiten Bildintervall ausgegeben
und Bildpixelsignale eines Infrarotbildes werden bei einem dritten
Bildintervall ausgegeben (Schritte S122 bis S126). Die Schritte
S101 bis S127 werden wiederholt, bis eine Betrachtung beendet wird
(Schritt S128).
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In 6B ist
ein Bildfeld dargestellt, auf dem ein Normalbild I (WL), ein Fluoreszenzbild
G (FL) und ein Infrarotbild J (IR) gleichzeitig dargestellt werden. Die
Größe des Fluoreszenzbildes G und des Infrarotbildes
J entspricht der Größe des Abtastbereichs N2, der
in 3 gezeigt ist. In dem Dreibildbetrieb wird zusätzlich
zur Darstellung der drei Bilder der Abstand von dem Spitzenteil
des Lichtleiters zu dem Ziel gemessen, und die Abstandsinformation 100 wird gleichfalls
auf dem Bildfeld dargestellt.
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Wird
ein (nicht dargestellter) Beleuchtungsschalter an dem Prozessor 30 während
des Doppelbildbetriebes oder des Dreibildbetriebes betätigt,
so ändert sich ferner das Beleuchtungslicht für
den Zentralbereich und den Bereich außerhalb des Zentralbereichs.
Bei dem Doppelbildbetrieb wird bei Schritt S108 Anregungslicht anstelle
des Weißlichtes abgegeben. Dadurch werden ein Fluoreszenzbild
entsprechend der Größe des gesamten Abtastbereichs
M und ein Normalbild entsprechend dem Bereich N1 dargestellt (siehe 6A).
Bei Dreibildbetrieb wird Anregungslicht anstelle von Weißlicht
bei Schritt S120 abgegeben. Dadurch wird ein Fluoreszenzbild mit
der Größe des gesamten Abtastbereichs M dargestellt
(siehe 6B).
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Auf
diese Weise wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
Beleuch tungslicht spiralförmig abtastend durch Schwingungsbewegung
des Spitzenteils des Lichtleiters zweidimensional abtastend bewegt.
Dann wird in dem Doppelbildbetrieb abwechselnd Weißlicht
und Anregungslicht in dem Bereich N1 abgegeben, und außerhalb
dieses Bereiches N1 wird Weißlicht abgegeben. In dem Dreibildbetrieb
werden Weißlicht, Anregungslicht und nahes Infrarotlicht
abwechselnd in dem Bereich N2 abgegeben, und es wird Weißlicht
außerhalb des Bereiches N2 abgegeben.
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In
den Bereichen N1 oder N2, wo viele Pixelsignale einander überlappen,
werden zwei Bilder oder drei Bilder unterschiedlichen Typs gleichzeitig mit übereinstimmender
Auflösung dargestellt. Es können nämlich
mehrere Bilder, die zu einer Diagnose geeignet sind, gleichzeitig
dargestellt werden. Ferner kann ein Benutzer durch Bezugnahme auf
den Abstand von dem Spitzenteil des Betrachtungsgeräts zu
dem Gewebe das Gewebe diagnostizieren.
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Eine
Kombination oder Mischung unterschiedlicher Typen von Beleuchtungslicht
kann in dem Doppelbildbetrieb oder dem Dreibildbetrieb gewählt
werden. Beispielsweise können bei Doppelbildbetrieb Anregungslicht
und nahes Infrarotlicht abgegeben werden. Ferner kann ein anderes
Beleuchtungslicht als das vorstehend beschriebene Licht abgegeben
werden. Beispielsweise kann Licht mit einem schmalen Wellenlängenbereich
zum Betrachten von Blut oder einer Schleimhautmembran abgegeben
werden.
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Die
Größe der Abtastbereiche N1 und N2 kann wahlweise
entsprechend der Auflösung eines Betrachtungsbildes, der
Sampling-Rate usw. definiert werden. Auch kann in einem Bereich,
wo viele Pixelsignale einander überlappen und redundant
sind, anstelle einer abwechselnden Lichtabgabe Beleuchtungslicht
abgegeben werden, um Bereiche, die mit einer Lichtart beleuchtet
werden, mit Bereichen zu mischen, die durch die andere Lichtart
beleuchtet werden. Bei dem Abtastverfahren kann das Beleuchtungslicht
durch Antrieb einer optischen Linse abtastend bewegt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6294775
P [0002]
- - US 7159782 P [0002]