JP2001518241A - 可視光エネルギーと赤外線光エネルギーを別個に処理する画像システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 身体侵襲性処置に近接する部分を保護するために、保護される部分を好ましくは赤外線光エネルギーで照射し、侵襲性処置をする位置全体を光学システムを通して映し出す。このシステムにより、赤外線光エネルギーと可視光エネルギーの双方がひとつ以上のビデオカメラ（１２７）に導かれる。可視光エネルギーと赤外線光エネルギーを表わす信号を別個に異なって処理するのに、可視光エネルギーと赤外線光エネルギーを分離するための様々な構造が用いられる。所望の場合には、ビデオカラーモニタ（１２８）上に、表示のために結合されたり別個に表示される。ひとつの例では、前記位置は内視鏡（１２９）からの光によって照射される。光源と内視鏡との間にフィルタが配置され、このフィルタによって赤外線光エネルギーが阻止され、カメラに供給される光の色矯正が与えられる。

Description

【発明の詳細な説明】 可視光エネルギーと赤外線光エネルギーを別個に処理する画像システム 関連出願 本出願は、１９９５年６月７日に出願された米国特許出願第０８／４７２，７ ８５号の一部継続出願である。これは、１９９４年１２月８日に出願された米国 特許出願第０８／３５５，１６４号に関連し、“身体侵襲性処置中の身体部分の 保護用透照”という題名であり、１９９４年９月１５日に出願された同名の米国 特許出願第０８／３０５，２９６号の一部継続出願であり、１９９３年２月１１ 日に出願された米国特許出願第０８／０１６，５６５号(現在は放棄されている) の一部継続出願である１９９４年２月２日に出願された米国特許出願第０８／１ ９０，５１６号に関連し、いずれの題名も“赤外線放射カテーテルを用いた解剖 学的導管の検知”である。 技術の分野 本発明は、操作領域内の様々な身体部分と同様に操作位置を画像に映し出す方 法及び装置に関し、さらに詳細には、器官、血管、導管などを不注意によって損 傷するのを防止するために、操作領域にあるの器官や血管などと同様に、操作位 置を同時に又は代わるがわる表示することに関する。 発明の背景 本発明者の一人の先願には、身体侵襲性処置の領域にある様々な身体部分を、 必ずしも赤外線でなくてもよいが、主に赤外線で照射するための様々な方法と装 置が開示されており、この身体部分は、不注意による切開または他の損傷または 外傷に対して保護されるべきである。赤外線の光エネルギーは可視光よりもかな り広範囲の組織の周囲に浸透するので、赤外線の光エネルギーが好ましい。この 点に関しては、１９９４年１２月８日に出願された米国特許出願第０８／３５５ ， １６４号の第２７と２８ページを参照されたい。 赤外線の光エネルギーを手術において使用する例示的な方法の一つでは、患者 の尿管中にカテーテルを挿入しそのカテーテル中に光ガイドを挿入する。光ガイ ドはその手前側の端部を赤外線の光源に接続し、ガイド管の末端側の所定長さか らガイドの長さ方向を横切って赤外線の光エネルギーが放射される。赤外線光エ ネルギーを検知し、それで保護すべき身体部分の位置を探し当てるには様々な方 法が用いられる。 赤外線の光エネルギーを検知する様々な方法には、このようなエネルギーに感 応性のビデオカメラ、操作位置に沿ったモニタ上に形成される画像を表示する手 段、保護される身体部分の位置を可聴的及び可視的に示すようにした検知機、な らびにこれらの方法の組合わせが含まれる。 前述の先願に示されるようにこのシステムでは、可視光及び赤外光の画像が、 同じ信号チャネルを通って現像され、その中で開示された装置では、一組の信号 を他に比べて選択的に強めたり、または処置する位置の映像を高画質にする両信 号に様々なディジタル技術を応用した信号を、別個に操作することはできなかっ た。さらに、赤外光と可視光は、通常は画像レンズから等距離に焦点を結ばない ので、画像の一つが他に比べてわずかに不鮮明になることがあった。 内視鏡光源の使用によりさらなる問題が生じた。光源により、手術しているま たは調べている領域内に赤外線が導入される。このようなさらなる赤外線は、赤 外線に対するシステムの利得を低減させる。さらに、腹腔鏡カメラからＩＲフィ ルタを取外すことにより、このようなフィルタによるある一定の色補償が低減し 、例えば乾燥した血液が暗赤色ではなくほとんど黒色に見える。 発明の目的 本発明の目的は、別個の操作と、異なる光源のエネルギーに関連した信号をカ ラーモニタ上に表示することを許容する、赤外線光エネルギと可視光エネルギー の映像システムを提供することである。 本発明の他の目的は、保護すべき部分を赤外線の光エネルギーで照射し、手術 している位置を可視光エネルギーで照射し、そして光信号の別個の処理の後に、 赤外線光エネルギーによって与えられる画像と共に手術位置の全てを、カラーモ ニタ上に同時に又は交互に表示することにより、手術位置に近接する身体部分の 損傷又は他の身体侵襲性処置に対する保護システムを提供することである。 本発明のさらに他の目的は、手術位置のありのままに発生した色信号と、手術 位置の仮の色信号とを、同時にカラーモニタ上に表示することである。 本発明のさらに他の目的は、色信号と赤外線信号の双方を放射する場面を見る こと、色信号の操作と共に又は操作なしに、或いは赤外線の光信号に加えられた 仮の色と共に又はこの色なしに、これらの信号をどのようにして個々に又は同時 に表示すべきかの制御を許容しつつ、これらの信号を別個に処理しカラーモニタ 上にこれらを表示することである。 さらに他の目的は、色信号と赤外線の光信号の双方を部位から集めること、並 びに、別個のチャネル内又は単一チャネル内のその後の信号処理を行うことであ る。 本発明のさらに他の目的は、内視鏡に赤外線ブロックと色補償フィルタを付け 加え、内視鏡の光源によって手術位置内にＩＲ光が導入されないようにし、かつ 映像領域で発生された色が補償されてその位置の実際の画像を提供することであ る。 本発明のさらに他の目的は、手術位置又は身体侵襲性処置の位置を見るのに用 いる腹腔鏡カメラから、赤外線ブロックと色増倍フィルタを取除いてこのフィル タを内視鏡の光源路に付け加えることであり、これによって、内視鏡の光源より も赤外線光源からの光エネルギーに対するカメラの応答性が増す。 本発明の簡単な説明 本発明の一つの実施態様によれば、可視光と赤外光の別個の光路が与えられ、 これによって画像レンズからの信号処理が互いに別個に達成される。特に、画像 レンズ又は内視鏡結合レンズからの光が、光の伝搬軸（光学軸）の方向に対して ４５°に向けられた二色性フィルタを有するビームスプリッタプリズムに向けら れる。可視光は、プリズムを直接透過して光学軸に沿ったプリズムから光の出口 領域に取付けられた標準の色ＣＣＤカメラチップに進行する。赤外線ブロックフ ィルタが、通常、標準のビデオカラーカメラのＣＣＤの前に位置し、このフィル タはカメラから取外されて可視光の光路に置かれ、二色性フィルタを透過した赤 外光を除去する。可視光ＣＣＤからの信号は、従来のようにして又はエッジ増倍 のような様々な増倍技術で処理してもよい。 赤外線光エネルギーは、右角度で二色性フィルタから光軸路と赤外線に感応性 のモノクロームＣＣＤカメラチップに直接的に反射する。このチップはまた、二 色性フィルタによって反射されたあらゆる可視光を除去するブロックフィルタな しに又はこれと共にプリズムの端部に取付けられる。二つの光スペクトルの異な る焦点距離を矯正するために、プリズムを透過する二つの光スペクトルの光路長 を適当に調節してもよい。 赤外光に感応性の現今のＣＣＤによって発生された信号が、利得増加、デジタ ルエッジ検知、擬疑色の追加等の多くの方法で処理される。さらに手動又は電気 的な制御調節によって、一方の又は他方の光画像を交互に表示し、又は双方を同 時に表示することが可能である。同時に表示され又は同じ表示強度を与える場合 に、画像の利得を別個に制御する能力によって他に対してある一つの増倍を可能 にする。 本発明の他の実施態様では、単一チャネル内において、可視光及び赤外線の光 エネルギー信号の処理と、別個表示とを許容する方法とシステムが提供される。 この実施態様では、赤外線ブロックフィルタと可視光ブロックフィルタとが、滑 りかつ回転可能なディスク等（以下、”スライド”という）に配置されている。 このスライドを移動させることによって、赤外線に感応性のカラービデオカメラ への光路に一つ以上のフィルタが挿入される。個々の信号の最初の処理は、スラ イドの位置に依存して様々な処理回路をイン又はアウトにスイッチすることによ って、好ましい実施態様におけるようにしてもよい。スライドはまた光路長を補 償してもよく、カメラは可視光エネルギーと同様に赤外線光エネルギーに感応性 でなければならない。光と赤外線の阿像を同時に表示することは、システムに用 いられる貯蔵なしには直接達成されない。しかしながら、例えば、システム内の 電子部品に同期した回転ディスクを用いることによって、双方の画像を極めて明 瞭に表示することが可能である。もし、信号が貯蔵されれば、双方の画像の信号 が同時に表示され、単一の信号の組として組合されて表示され、又は別々に表示 される。 さらに別のシステムでは、回転ディスクは赤外線透過フィルタと同様に赤、緑 及び青の透過フィルタを有し、全てのフィルタはディスクに沿った環状光路に配 置されている。カメラはモノクロームビデオカメラであり、システム内の電子部 品に同期した信号処理回路により、映像範囲の色を再生するために所望の色が混 合される。ＩＲフィルタがカメラの前に在る場合、保護される身体部分が、手術 位置の他の部分やその部分の身体部分から区別されて目立つように、紫や非常に 明るい緑のようなあらゆる所望の目に見える色で電気的に置換してもよい。赤外 線フィルタは、通常の画像オプティクスの異なるＩＲ焦点距離を矯正するための 補償オプティクスを有する。 回転輪の実施態様は分割プリズムによる方法に比べて、画像が逆転せず、全動 作ビデオが得られ、表示エラーがなく、棚のないハードウエアが利用できる結果 、コスト的にも有利である点で、有利であることに注意すべきである。 回転ディスクを用いる代りに、Ｖａｒｉｓｐｅｃ ＲＧＢフィルタのような液 晶シャッターを用いてもよい。単一色の表示時間の長さが容易に制御されるので 、このようなシャッターの利点は明らかである。例えば与えられた状況で、仮の 色と共に緑のみと赤外線の表示により外科医が望む詳細が与えられるのを、外科 医は見出せるであろう。この後のシステム（及び、もしサーボモータが用いられ る場合は、回転ディスクシステム）では、外科医は表示の完全（かつ、他のこと がからんでいない）制御を有する。彼はＩＲ信号の仮の赤色表示を容易に有する ことができ、したがって、映像中の異なる要素の赤〜緑表示を有することができ る。直上で示したように、サーボ制御を用いて固定色とＩＲセグメントとの間の みを移動させることによって、同様の効果が回転ディスクで達成可能である。二 方向のステッパーモータもまた用いてもよいが、サーボ制御と全く同様の制御の 容易 性は得られない。上述のスライドと結晶制御と共に液晶フィルタを用いることが でき、高度な制御容易性をもつが非常に簡単なシステムが得られることも、興味 深い。このようなものでは、赤、緑及び青の構造の液晶フィルタを光学路に直列 に配列してもよく、この光学路の各フィルタに渡って電圧を印加することによっ て各フィルタがエネルギー化される。 このようなフィルタは、”Ｖａｒｉｓｐｅｃ”として、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｒ ｅｓｅｒｃｈ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｍｂｒｉｄｇ ｅ、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓから入手可能である。 上述のように、標準の内視鏡カメラはシリコンＣＣＤ上にＩＲフィルタを有し 、このフィルタはまた、処置位置から受取った光に対する色補償を供給する。本 発明に従って、このフィルタはカメラから取外され、内視鏡の光源からの光路に 配置される。この処置は、多くの利益をもったいくつかの結果をもたらす。内視 鏡により赤外線光エネルギーが、ＩＲ源からの赤外光に対するカメラの応答性を 低減させる処置位置に導かれるのを防止し、その結果、カメラが赤外光に対して 感応性になる。さらに、カメラのＣＣＤの前に配置されたときに、モニタ上の色 表示はより実際的であり、かつフィルタによって予め発生された色表現に近づく ように、カメラから取外されたフィルタはその中に色補償を有する。 本発明に従い、内視鏡光源から内視鏡への光ケーブルは、光源からの赤外線を 阻止しシアン色を光に加えるフィルタを収容する。Ｈｏｙａ ＣＭ５００光フィ ルタが、シアン色であり近赤外光を阻止し、手術領域を照明する光にシアン色を 加える。裸眼かつ肉眼では、光ケーブルから出る光がシアン色に見える。しかし ながら、手術領域を照明する、このフィルタにかけられたシアン色の光は、腹腔 鏡カメラによって撮られた内視処置の間、器官と部品からの反射光を矯正又は補 償する。正味の効果は、上述のカメラを用いて画像領域の色忠実度の改善にある 。 カメラが正確な色忠実度の画像を示すために、下記のことが達成されなければ ならない。 １．ＣＭ５００赤外及び光補償フィルタをカメラから取外し、可視光と赤外光 が透過するフィルタに取代える必要がある。 ２．ＣＭ５００補償フィルタ又は他の適当なフィルタは、内視鏡の光源と手術 領域との間に配置される。典型的な内視鏡カメラでは、ＣＭ５００フィルタは手 術領域とＣＣＤとの間に配置される。 ３．ＣＭ５００色補償フィルタを備えた内視鏡ケーブルを用いた内視鏡処理中 における、身体の腔への入射光には赤外線が含まれずシアン色である。 ４．他の補償フィルタはキセノンと金属ハライドの光源以外の光源に用いられ 、この他の光源で作動するカメラを矯正する。 発明者によって意図され発明を実施するための本発明の最良の方法と共に、本 発明の上記の及び他の特徴、目的及び利点は、本発明の様々な実施態様について の下記の説明を読み、かつ添付図面を精読することにより更に明確になろう。 図面の簡単な説明 添付図面の図１は、本発明の実施に用いられる、ビームスプリッタとそれに続 く回路構成要素を示す。 図２は、信号処理回路のブロック図である。 図３は、単一チャネルで処理される信号を受け入れる、赤外線及び色フィルタ を備えたスライドを示す。 図４は、色光及び赤外光のエネルギー信号を別個に処理する、単一チャネルを 用いた映像システムを示す。 図５は、図３のシステムで使用される回転ディスクを示す。 図６は、ＬＣＤフィルタを用いた色分離システムを示す。 図７は、赤外光と、可視光スペクトルの赤、緑及び青の光信号とを分離するプ リズムシステムを示す。 図８は、可視光及び赤外光エネルギーに対する、腹腔鏡カメラの感度のグラフ である。 図９は、色矯正と赤外線ブロックのフィルタを備えた内視鏡の図である。 図１０は、図９の内視鏡を用いたシステムを示す。発明の詳細な説明 添付図面の特に図１に言及すると、本発明の第１の実施態様に従った画像シス テムが示されている。ビームスプリッタプリズム２は、プリズムの上部左側隅か ら下部右側隅へ約４５°で延出する二色性フィルタ４を有する。図１に示すよう に、光は画像レンズからプリズムに左側から入り、可視光はフィルタを直接透過 して光の光学軸に沿ってプリズムの右端に進行する。電荷結合デバイス（ＣＣＤ ）カラーカメラチップ６は、プリズム２の右側の垂直面（図１に示すように）に 保持されている。二色性フィルタを通らないあらゆる赤外線光エネルギーがＣＣ Ｄで阻止されるように、チップ６は標準的な赤外線ブロックフィルタ（６ａ）を 備える。チップからの出力信号は、信号処理電子部品８と表示電子部品１０を経 て、カラーＴＶモニタ１２に送信され、ここでカラー画像が表示される。 光学路に沿ってプリズム２に入った赤外線光エネルギーは、右側角度で光学路 を進行しカメラの第２ＣＣＤ１４に当たるように、二色性フィルタによってこの 場合は９０°で反射される。このカメラが赤外線光エネルギーに対して感応性で あるように、このＣＣＤ１４は従来の赤外線光エネルギーブロックフィルタを有 する。もし都合がよければ、フィルタ４によって偏向された可視光を除去する可 視光ブロックフィルタ１４ａを用いてもよい。 赤外線画像は、可視光画像に対して逆転している。この問題は、矯正レンズの 使用、又は多くの反射を用いたプリズムの使用、又は全信号をデジタル化し赤外 線画像を逆転する従来のデジタル技術の使用によって矯正される。このような方 法は、Ｆａｕｓｔｉｎｉの米国特許第３，７５６，２３１号に開示されるような 呼びかけ信号上で、ディジットを逆転するＡ／Ｄコンバータと貯蔵とを必要とす る。 ＣＣＤ１４はＩＲに高感度でモノクロームに感応性のチップである。チップ１ ４からの出力信号は、信号処理電子部品１６と表示電子部品１０とモニタ１２と を経て進行する。 モニタ１２上の表示が２つの信号の合成となるように、信号処理電子部品８と １６からの信号は表示電子部品１０で結合される。通常は、色彩異常の結果とし て、可視光と赤外光は画像レンズから同距離に焦点を結ばず、可視光画像又は赤 外光画像のいずれか一つが部分的に不鮮明な画像となる。矯正焦点距離に必要な 程度ひとつの光路を他より長くするようにプリズムを方形にすることによって、 又は特定深さのフィルタを挿入することによって、この問題は本発明に従い容易 に矯正される。特に、赤外光の光路が可視光の光路より長くされる。 画像レンズは、内視鏡画像レンズであってもよい。このようなレンズは、１９ ９４年９月１５日に出願された、共に出願中の出願第０８／３０５，２９６号で も使用され、この出願の全開示内容は参考として本明細書に挙げられている。一 方、このレンズは、特許された米国特許出願第０８／１９０，５１６号の図４に 示される光学部品のレンズであってもよい。この出願の開示内容も、参考として 本明細書に挙げられている。このようなレンズは、Ｕｎｉｖｅｒｓｅ Ｋｏｕｇ ａｋｕ又はＦ Ｐｒｉｍｅ Ｏｐｔｉｃｓ及び他から入手可能である。右、左、 上及び下の名称は図１に示された対象物を示し、そして、光学軸に対する要素の 相対的位置が同じに維持されている限り、レンズ、プリズム、ＣＣＤ等の位置を 容易に変更してもよいので、このようなレンズは限定されるものではない。 信号処理電子部品の回路構成要素は、本質的には標準的な信号処理回路であり 、単純化システムが図２のブロック図に示されている。 添付図面の図２について言及すると信号処理電子部品は電子部品８を含み、こ の電子部品８についてのみ言及する。チャネル８と１６の電子部品は同一でもよ く、プレアンプ１８、関連するダブルサンプラー２０、及びデジタル信号プロセ ッサ２４により処理する信号を発生させるためのアナログ−デジタルコンバータ ２２でもよい。メモリ２６に蓄えられ使用者が選択した処理プログラムによって 、処理は制御される。このプログラムは、容易な端部増倍、利得制御、画像コー リング及びガンマ制御等を含む。要素２６に対応するプロセッサ１６内の要素の 場合、赤外線の誘導信号に色が加えられる。プレアンプ１８と他の要素は、本発 明の他の２つの実施態様において用いられることに、注意すべきである。 表示電子部品１０は、２つのチャネルの信号が同期伝送としてフレームからフ レームによってデジタル−アナログコンバータに貯蔵される、例えば、フレーム バッファーメモリを含む全ての標準的な要素を備え、信号は結合されてビデオア ンプ、同期発生器、偏向制御回路、それからカラーモニタに供給される。 用いられる要素は全て標準品であり、プログラムは現在規格によって比較的簡 単なものである。 添付図面の特に図３に言及すると、単一チャネルシステムに使用するスライド が示されている。光ガイド２８を伝わる画像は光をレンズ３０に導き、このレン ズ３０はスライド３４を通った光をカラービデオカメラＣＣＤ３２上に収束させ る。スライドは、色透過フィルタ３６とＩＲ透過フィルタ３８とを備え、圧縮バ ネ４０によって図３に示すように上方位置に付勢されている。スライドは、外科 医又は彼／彼女のアシスタントによって操作されるための形状となっており、単 にスライドを押し下げることによって映像を代えることができる。 ＣＣＤ３２は、省略してあるＩＲブロックフィルタを有する。ＩＲブロックフ ィルタは赤外線光エネルギーに感応性であり、この赤外線光エネルギーはフィル タ３８が押し下げられたときにＣＣＤ３２に向かって通過する。ＣＣＤ３２はそ の信号を図２のプレアンプ１８のようなプレアンプに供給し、それから図２の回 路８又は１６を通過する。 スライド３４は、センサ４４によって検知可能な、切欠４２又は他の検出可能 な物理的特徴（磁石、鏡等）を有する。センサによって、使用者が選択した処理 プログラムに通じる回路構成要素に信号が送られ、このプログラムは、カラーの ための一つ、赤外線のための一つとしてどれを用いるかを選択するために図２の 要素２６に貯蔵されている。２つの信号セットが個々に表示されてもよく、或い は、同時に表示するために貯蔵されそして結合されてもよい。 他の単一チャネルシステムは、添付図面の図４と図５に示される。このシステ ムは、省略してあるＩＲブロックフィルタを備えたモノクロームＣＣＤビデオカ メラのみを用いており、全ての色は回路処理によって与えられる。 特に、例えば光ガイドを伝わる画像を経た光源からの光を受けるレンズ５０は 、通った光をモノクロームＣＣＤカメラ５２上に収束させる。図５を参照すると 、フィルタ輪５４は、フィルタ輪の回りに環状列に配置した赤、緑、青及び赤外 線 の透過フィルタを有し、追加原色を構成する赤、緑及び青の色は完全な可視スペ クトルを処理するビデオに用いられる。フィルタ輪は、後に説明する目的のため に周囲にインデックス切欠５６を有する。 図４に戻ると、フィルタ輪５４はモータコントローラ６０の制御下にモータ５ ８によって回転する。輪５４の周囲は、インデックスセンサ６４中のスロット６ ２を通って回転し、このセンサは輪の特定位置のための同期信号を発生する。イ ンデックスセンサからの信号はモータコントローラを通って処理され、モータの 角度位置が制御され、それから書込コントローラ６６に送られる。 ビデオカメラ５もまた、その出力信号を書込コントローラに送る。この書込コ ントローラは、フィルタ輪の位置によって決定されるようにデュアルポートフレ ームメモリ回路６８、７０及び７２に信号を分配する。したがって、赤のフィル タがレンズ５０とカメラ５２との間に位置する場合、カメラ５２によつて発生さ れる信号は回路６８でゲート制御される。同様にして、緑と青の信号が回路７０ と７２で続いてゲート制御される。慣習的な方法では、これらの信号はデジタル 信号に変換され自動照合表に送られ、例えば入ってくる赤信号の大きさによって 決定される強度をもった信号が、”読む”すなわち書読回路６８の出力回路に適 用可能となる。同様に、ＩＲフィルタがレンズとカメラとの間に位置する場合は 、発生した信号は、それ自身の自動照合表を有するＩＲの書読回路７４に送られ る。 書込コントローラ６６が、システムコントローラ７６に示された出力制御信号 を送る。コントローラ７６は、赤のコントローラ７８に信号を出力する。この要 素はシステムの出力に適当に時間を合せ、表示される信号である、色、赤外線又 は双方の選択も許容する。したがって、赤の回路を伝える読込回路がモニタにゲ ート制御され、赤のＣＲＴ蛍光体上でモニタ８０の電子ビームの衝突で、読込コ ントローラがこれと同期する。 図３のように、個々の信号処理は所望のように行なってよく、この処理は読込 コントローラ７８、書読回路又は双方においてにおいて達成されるが、最も適切 なのはシステムコントローラ７６においてである。このコントローラは、キーボ ード８２からの入力、ＲＳ２３２入力又はフロントパネル上の回転制御を有して いてもよい。特に赤外線信号に色を加えて映像の特定要素を強調するために、或 いは実際の色を生成するために又は色強度の増大と仮の色を隠し若しくはこれを 与えるためにめに、制御は色混合にわたってもよい。また、特定の色要素が長時 間映し出されているように、輪５４を停止してもよい。 同じ融通性が、他の設計のシステム、特に図１のシステムから利用可能であり 、制御の同じ度合いが図３で用いられる標準回路から利用可能である。とにかく 、図４のシステムにより、モノクロームカメラを用いる単一チャネルシステムに は、最大の融通性と無理のないコストが与えられる。単一のカメラを使用するこ とにより、コストが低減され、かつプリズムを基礎としたシステムの問題点であ る、画像の逆転と色の不一致が回避される。もし、物理要素が操作室等で用いら れるべきときは、これらは極めて小さくできる。モーターディスク構造は、図４ に示すものより容易に小さくでき、その結果、操作室の物理システム全体に問題 は生じない。 モノクロームカメラはＥＬＭＯ ＴＳＥ−２７０として入手可能であり、デュ アルポートフレームメモリはＦｉｄｅｌｉｔｙ １００又はＤａｔａ Ｔｒａｎ ｓｌａｔｉｏｎ他のＶｉｓｉｏｎ−ＥＺであってもよく、システムコントローラ ７６に貯蔵される画像ソフトウエアーは、Ｖｉｓｉｌｏｇ又はＩｍａｇｅ−Ｐｒ ｏとしてＮＯＥＳＩＳから入手可能であり、またＭｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔ ｉｃｓ他から入手可能である。出色のためモノクローム画像を処理する回路は、 Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｒｅｓｅｒｃｈ ＆ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ， Ｉｎｃ．から入手可能である。精密モータは、Ｇｌｏｂｅ又はＭｉｃｒｏ−Ｍｏ から入手可能である。もし所望であれば、キーボード８２を経た書込コントロー ラ又は他の入力制御により、上述のような色、端部増倍のような他の処理である 表示機能の全てを、従来のプログラムを用いた従来の方法で制御してもよい。 前述したように、カラー輪を連続して配置された一連のＬＣＤカラーフィルタ （赤、緑及び青）によって置き換え、ロータリスイッチなどのよく知られた技術 によって連続してエネルギー化してもよい。スイッチは、信号を素早く処理する 電子スイッチであってもよく、或いは、外科医若しくは付添いが３色のうちの単 一色若しくは２色を選択できるように手動操作又はキーボード制御であってもよ い。このようなシステムの利点は寸法と、機械的遅鈍のないことである。 このシステムは図６に示され、極めて単純である。これは、４つのＬＣＤフィ ルタ８１、８３、８５及び８７を用い、これらはＩＲ用フィルタ８１と異なる色 用の他の各フィルタである。簡単のために機械スイッチとして示されている電圧 制御スイッチ８９は、その色の光が透過するフィルタ能力を制御する。色又はモ ノクロームＣＣＤ９３も用いられる。 各フィルタは、エネルギー化されたときを除いて、ＩＲから可視光スペクトル に至る全ての光を透過させる。エネルギー化されたときは、設計されたある色の みを透過させる。したがって、ＩＲのみを透過させたいときは、フィルタ８１が エネルギー化され、ＩＲのみがシステムを透過する。他のフィルタ８３、８５及 び８７の各々は、赤、緑及び青が連続的に透過するように連続的にエネルギー化 さ、ＩＲフィルタもまた連続した状態にある。このように、移動部のない固定さ れた色連続システムが提供される。 図６の装置の利点は、いくつかの他の実施態様が有する、ＩＲ分離プリズム、 並びに画像の逆転、光路長、機械的問題をなくしたことである。 今、特に添付図面の図７について言及すると、その後のプロセスのため赤、緑 及び青の信号を分離する他の方法が示されている。 ビームスプリッタプリズム８２には、可視光エネルギーを赤外線光エネルギー から分離するために二色性フィルタ８４が用いられる。図１の実施態様における ように、赤外線光エネルギーは、フィルタ８４で反射して可視光ブロックフィル タ８６を通って、赤外線光エネルギーに感応性のモノクロームカメラに結合され たＣＣＤ８８に至り、それから処理回路へと至る。 可視光は、光路に沿ってＩＲブロックフィルタ９０を透過しプリズムセット９ ２、９４、９７に進行し、可視光を赤、緑及び青の光エネルギーに分離する。緑 色の光エネルギーは光学軸に沿って直接進行し、トリムフィルタ９６を透過して ＣＣＤ９８に至る。青色の光エネルギーはプリズム９４で偏向され、プリズム９ ２を逆透過し、トリムフィルタ１０２を透過してＣＣＤ１０４に至る。赤色の光 エネルギーは、後部と次いでプリズム９４の全面で偏向され、トリムフィルタ１ ０８を透過してＣＣＤ１１０に至る。 ＣＣＤ８８、９８、１０４及び１１０はモノクロームであり、図４の実施態様 に関連して議論されたように処理されてもよい。 色矯正を提供し、かつ尿管から放射される赤外線光エネルギーに対する装置利 得を増加させる、本発明の特徴について言及する。 スペクトル感度の観点から、商業的に入手可能な全ての内視鏡カメラは、単一 又は３チップのシリコンフォトダイオードＣＣＤのいずれかを使用している。シ リコンＣＣＤの典型的な電流応答は３００ｎｍから１，１５０ｎｍの範囲にあり 、約９００ｎｍにピークがある。内視鏡カメラは、単一チップのシリコンＣＣＤ を用いており、それ故このカメラは、すなわち、本システムでは３００ｎｍから １，１５０ｎｍの波長のシリコンＣＣＤに制限される。 本発明の映像システムでは、異なる光フィルタリング機構が採用される。この 重大な修正は、赤外線の透照構造を明らかにし、手術領域の実際の忠実度をもつ たカラー画像を許容しようとするときに重要である。このカメラは、商業的に入 手可能な他の単一チップＣＣＤ内視鏡カメラのように、ある範囲において可視光 を検知する。しかしながら、そのカメラからＩＲフィルタを取外す結果として、 カメラは可視光と同様に赤外線を検知する（図８参照）。ＩＲフィルタは、可視 光と同様にＩＲ光エネルギーを透過させるサファイア窓によって置き換えられる 。したがって、このカメラは内視鏡の光源センサと共に用いられる場合に、尿管 を透照した赤外線を効率的に検知するが、これは通常の内視鏡カメラではできな いものである（図８）。本発明のカメラとここで用いられる商業的に入手可能な カメラとの唯一の相違は、３００〜２７００ｎｍの範囲で光を透過させるサファ イアフィルタと共に、ＩＲブロックフィルタと色補償フィルタで置き換えている ことである。 図９について言及すると、光ケーブルが、内視鏡の光源からの赤外光を阻止し 、かつ手術領域を照射する光にシアン色を加えるフィルタ１１４を収容している 。裸眼の肉眼では、光ケーブルを出る光はシアン色に見える。しかしながら、フ ィ ルタを透過して手術領域を照射するシアン色の光は、器官又は機器から反射した 光を、カメラによって撮られた内視鏡処置の間に矯正又は補償する。前記に示し たように、正味の効果は、本発明によるカメラによって得られる、映像領域の色 忠実度の改善にある。 上記の開示がなされれば、他の多くの特徴、修正及び改善は、当業者にとって 明らかになるであろう。それ故、このような特徴、修正及び改善は、本発明の一 部であると考えられ、本発明の範囲は以下の請求の範囲から決定されるべきであ る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カッツ、ハワード アメリカ合衆国 20854 メリーランド、 ポトマック、マルセイユ・ドライブ 9109

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．手術位置の画像を第１スペクトルで形成し、 保護されるべき身体部分の画像を第２スペクトルで形成し、 これらスペクトルの一方の画像を他方のスペクトルの画像と別個に処理し、 手術又は身体侵襲性処置の間の損傷から、また偶発的な外傷から身体部分を保 護する方法であって、 共通の光学路に沿った前記双方のスペクトルで画像を形成し、 前記２つのスペクトルの光信号を分離し、 異なるスペクトルの光信号から各々生じる信号を発生させ、 前記画像を高画質にするために、前記スペクトルの少なくともひとつの光信号 によって発生された信号を処理し、 前記２つのスペクトルの光信号を選択的に表示する方法。 ２．ビデオモニタ上に前記信号を表示する段階を備えた、請求項１に記載の保護 方法。 ３．共通の光学路に対してある角度で位置する赤外線反射フィルタを有するプリ ズムに、光学路にある前記双方のスペクトルの光信号を透過させることによって 、前記光信号のスペクトルが達成される、請求項１に記載の保護方法。 ４．前記スペクトルの少なくともひとつの信号色を代える段階を備えた、請求項 １に記載の保護方法。 ５．前記第１スペクトルの信号が、色の放射源の情報を伝達する信号であり、 前記第２スペクトルの信号が、赤外線の放射源の情報を伝達する信号であり、 前記色画像と赤外線画像とを、カラーモニタ上に選択的に表示する段階を備え た、請求項１に記載の保護方法。 ６．カラービデオカメラによって前記第１スペクトルの信号を検知し、赤外線光 エネルギーに対して感応性のモノクロームビデオカメラによって前記第２スペク トルの信号を検知することを備えた、請求項５に記載の保護方法。 ７．前記光学路内に、前記第２スペクトルの光信号が透過可能な第１フィルタを 選択的に挿入し、かつ、前記第１スペクトルの光信号のみを透過させる第２フィ ルタを少なくとも挿入することによって、前記光信号の分離が達成される、請求 項１に記載の保護方法。 ８．前記分離された色信号の光学路に位置する輪を回転すると共に、連続的に配 置された赤、緑及び青のフィルタによって、前記第１スペクトルの光信号が分離 される、請求項７に記載の保護方法。 ９．少なくとも前記第１スペクトルの光信号がプリズムによってで赤、緑及び青 の光信号に分離される、請求項７に記載の保護方法。 １０．前記双方のスペクトルの光エネルギーに対して感応性のモノクロームビデ オカメラによって前記双方のスペクトル信号を検知し、赤外線、赤、緑及び青の 信号を表わすと共に最初のスペクトルの色を選択的に再生する、請求項７に記載 の保護方法。 １１．第１スペクトルの信号のための前記フィルタが、前記第１スペクトルの色 を選択的に透過させ、 前記最初の色を再生するために、赤、緑及び青の信号を表わすモノクローム信 号を処理する、請求項１０に記載の保護方法。 １２．赤、緑及び青を表わす前記第１スペクトルの信号が選択的に透過する、請 求項１１に記載の保護方法。 １３．前記第２スペクトルの画像の色を加える段階をを更に備えた、請求項１に 記載の保護方法。 １４．フィルタを光学路内に位置させて検知し、前記光学路内のフィルタ機能に 合わせて信号処理を変化させることを更に備えた、請求項７に記載の保護方法。 １５．前記２つのスペクトル信号の処理を分離することによって発生する信号を 再度結合し、かつ、カラーモニタ上に生成した画像を表示することを更に備えた 、請求項１４に記載の保護方法。 １６．前記第１スペクトルの画像を表わす信号色を選択的に表示する段階を更に 備えた、請求項１３に記載の保護方法。 １７．前記第１スペクトルの信号を液晶フィルタに透過させ、かつ、異なる色ス ペクトルの光を透過させるように前記液晶フィルタの特性を変える、請求項１に 記載の保護方法。 １８．身体侵襲性処置の位置に近接する身体部分への損傷を防止するシステムで あって、 可視光と赤外光の別個の表示を備えた画像システムと、 可視光エネルギーと赤外線光エネルギーを含む光路に対してある角度で位置す ると共に可視光エネルギーを透過させ赤外線光エネルギーを反射させるフィルタ を有するプリズムと、 前記可視光エネルギーに対して感応性であり、該可視光エネルギーを受けるよ うに位置し、赤外線光エネルギーに対して非感応性である第１のビデオカメラと 、 実質的に赤外線光エネルギーに対してのみ感応性であり、該赤外線光エネルギ ーのみを実質的に受けるように位置する第２のビデオカメラとを備え、 前記各ビデオカメラは、それらに向けられた光エネルギーが示す信号を発生さ せ、 前記各信号を処理する異なった手段と、 この処理後に前記信号を表示する手段と、を更に備えたシステム。 １９．ビデオモニタと、該ビデオモニタ上の信号を表示する手段とを備えた、請 求項１８に記載のシステム。 ２０．前記ビデオモニタがカラー表示モニタである、請求項１８に記載のシステ ム。 ２１．前記第１のビデオカメラがカラーカメラであり、 前記第２のビデオカメラがモノクロームカメラであり、 前記第２のビデオカメラからの信号を処理する手段が、色を表示する信号に前 記第２のビデオカメラからの前記信号を加える手段を有する、請求項１８に記載 のシステム。 ２２．身体侵襲性処置の位置に近接する身体部分への損傷を防止するシステムで あって、 可視光エネルギーと赤外線光エネルギーの双方を透過させる光導体を有し、こ れら可視光エネルギーと赤外線光エネルギーを別個に処理する画像システムと、 前記赤外線光エネルギーを前記可視光エネルギーから分離する手段と、 前記赤外線光エネルギーによって伝達される情報と前記可視光エネルギーによ って伝達される情報とを、別個に処理する手段と、 前記双方の光スペクトルの信号を目で見えるようにする手段とを、備えたシス テム。 ２３．前記結合された信号を目で見えるようにする手段が、カラービデオモニタ を備えた、請求項２２に記載のシステム。 ２４． 前記赤外線光エネルギーを前記可視光エネルギーから分離する前記手段 が、 光路中に配置され、可視光エネルギーと赤外線光エネルギーとの分離セグメン トを備えたフィルタと、 前記分離セグメントの一方又は他方を前記光路に沿って光エネルギーにさらす 手段と、 前記光学路内のフィルタ機能に合わせて前記各分離セグメントを透過した光エ ネルギーを処理する手段とを備えた、請求項２２に記載のシステム。 ２５．前記結合された信号を目で見えるようにする手段が、カラービデオモニタ を備えた、請求項２４に記載のシステム。 ２６．前記フィルタが、 赤、緑、青及び赤外線の光を透過させる部分と、 前記赤、緑、青及び赤外線の光を透過させる部分を、前記光路内に選択的に挿 入する手段と、 可視画像信号を再生するために、前記光セグメントの少なくともひとつを表示 する手段とを備えた、請求項２４に記載のシステム。 ２７．色画像を再生するのに加えられる各色の量を決定する自動照合表と、該自 動照合表に信号を送るゲート制御手段を備えた、請求項２４に記載のシステム。 ２８．前記フィルタが、該フィルタの分離セグメント上に配置されると共に可視 光エネルギーと赤外線光エネルギーを透過させるフィルタを有するスライドであ る、請求項２４に記載のシステム。 ２９．前記フィルタが、 液晶フィルタと、 該液晶フィルタを透過する光スペクトルを選択的に制御する手段とを備えた、 請求項２４に記載のシステム。 ３０．前記フィルタが少なくとも各色を選択的に透過させる液晶フィルタを備え 、該液晶フィルタが光学路に連続して配置された、請求項２９に記載のシステム 。 ３１．前記フィルタが前記光路中に連続したＩＲフィルタも備えた、請求項３０ に記載のシステム。 ３２．赤、緑及び青の光エネルギーを分割光路内に分離するプリズム手段を更に 備えた、請求項２２に記載のシステム。 ３３．身体侵襲性処置の位置を照射する光源と、 前記処置位置へ至る光路内のフィルタとを更に備え、 該フィルタが、赤外線光エネルギーを阻止し、かつ色補償を与える、請求項２ ２に記載の身体部分への損傷を防止するシステム。 ３４．身体侵襲性処置の位置を照射する光源と、 前記処置位置への光路内のフィルタと、 前記位置の光を前記画像システムに向ける手段とを更に備え、 前記フィルタが、赤外線光エネルギーを阻止し、かつ色補償を与える、請求項 ２２に記載の身体部分への損傷を防止するシステム。 ３５．前記フィルタがＨｏｙａ ＣＭ５００である、請求項３３に記載の身体部 分への損傷を防止するシステム。 ３６．内視鏡を更に備え、前記フィルタが前記光源と前記内視鏡との間に配置さ れた、請求項３３に記載の身体部分への損傷を防止するシステム。 ３７．手術位置を照射し、広範囲のスペクトル光エネルギー源を備えた手段と、 前記光を前記手術位置に導入する手段と、 前記光源と前記導入手段との間に位置するフィルタと、 前記手術位置を映し出す手段とを備え、 前記フィルタが、前記手術位置に導入された光から赤外線光エネルギーを取除 き、かつ、前記手術位置を映し出す手段に色矯正された光を供給するために色補 償を与えるシステム。