JP2005152130A - 内視鏡撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】 蛍光部及び蛍光部以外の被写体像を適切な明るさで観察する。
【解決手段】 内視鏡撮像システム１ａにおいて、撮像手段２１ａは、光源装置２ａからの青色励起光により光感受性物質を含む被写体が発した反射光を赤色、青色及び緑色に分光する分光手段（２５Ａ，２５Ｂ）と、前記分光手段（２５Ａ，２５Ｂ）で分光した赤色、青色及び緑色をそれぞれ撮像可能な赤色、青色及び緑色用の撮像素子３０，３１，３２とを設け、画像処理回路４０は、所定の動作モードのときに、各撮像素子３０，３１，３２からの映像信号の青色光画像及び蛍光画像の輝度を調整して合成するようにしたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、青色光画像及び蛍光画像の輝度を調整して特定の光波長の画像でも適切な明るさで得ることができる内視鏡撮像システムに関する。

従来の内視鏡撮像システムでは、可視光を用いた通常の内視鏡観察に加えて、励起光を照射して蛍光観察を行うものがある。そして、蛍光観察の中には、ＰＤＤ（Ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）と呼ばれれ、腫瘍親和性のある光感受性物質を予め腫瘍部に吸収させておき、励起光を照射して腫瘍を蛍光させて診断する方法がある。

ＰＤＤは、青色の励起光を照射すると赤く蛍光するが、蛍光は励起光に比べて微弱のため、蛍光画面を見るためには、受光側で励起光を遮断する必要がある。ただし、完全に遮断してしまうと、蛍光部以外の生体状態が見えなくなる。そのため、受光側では、蛍光とのバランスを取りながら、一定レベルの励起光を透過させる必要がある。しかしながら、光源のバンドパスフィルタは、出射光の波長のバラツキが多いため、励起光の透過料を一定にするのが難しいという問題があった。

図５は、上述した問題を解決した従来の内視鏡撮像システムを示す図である。図６は、前記従来の内視鏡撮像システムが備えているフィルタの特性図であって、横軸には波長を、縦軸には透過率を、それぞれとったものである。

この図５において、従来の内視鏡撮像システム１は、複数のフィルタを備え紫外線から可視光領域までの波長の照明光を照射可能な光源装置２と、前記照明光を被写体に導きかつ前記被写体像を取り込むＰＤＤ内視鏡３と、前記ＰＤＤ内視鏡３の接眼部に着脱自在に接続される単板カメラヘッド４と、前記単板カメラヘッド４内にある撮像装置からの撮像信号を処理して標準的な映像信号に変換するカメラコントロールユニット（以下、「ＣＣＵ」という）５と、前記ＣＣＵ５からの出力される映像信号を表示するモニタ６とから構成されている（特許文献１：ドイツ特許第１９９０２１８４号公報）。

さらに、上記従来の内視鏡撮像システム１を説明すると、前記光源装置２は、光を放射するキセノンランプ等のランプ１０と、ランプ１０の照明光路上に設けられ、ＰＤＤ励起波長を透過し角度調整可能なバンドパスフィルタ１１と、照明光を集光するためのレンズ１２等を備えている。

前記ＰＤＤ内視鏡３は、光源装置２から入射照明光を内視鏡先端部１３にまで伝送するライトガイドファイバ１４と、先端部１３に設けた照明レンズ１５と、被写体からの像を伝送するための対物レンズ１６と、対物レンズ１６で集光した像を伝送する光ファイバケーブルの束からなるイメージカイド１７と、前記イメージカイド１７からの像を透過するＰＤＤフィルタ１８と、ＰＤＤフィルタ１８の隣接して設けられた接眼レンズ１９とを備えている。

単板カメラヘッド４には撮像手段２１が設けられている。前記撮像手段２１は、結像レンズ２２と、ＩＲカットフィルタ２３と、撮像素子としてのＣＣＤ２４とを備えており、ＰＤＤ内視鏡３から伝達された被写体像を結像レンズ２２で結像し、ＩＲカットフィルタ２３を通してＣＣＤ２４に供給して撮像信号を得ることができるようになっている。

前記ＣＣＵ５は前記ＣＣＤ２４からの撮像信号を画像処理して映像信号として出力できるようになっている。

前記ＣＣＵ５にはモニタ６が接続されており、前記モニタ６は前記ＣＣＵ５からの映像信号を映像化できる装置である。

このような従来の内視鏡撮像システム１では、光源装置２の角度調整可能なバンドパスフィルタ１１の角度を調整することにより、蛍光とのバランスを取りながら、一定レベルの励起光を透過させるようにして、被写体の観察う行うようにしていた。
ドイツ特許第１９９０２１８４号公報

しかしながら、上記従来の内視鏡撮像システムによれば、各光源装置２毎にバンドパスフィルタ１１の角度調節を行う必要があって、調整に熟練を要し、かつ調整に時間がかかるという不都合があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、蛍光部及び蛍光部以外の被写体像を適切な明るさで観察することのできる内視鏡撮像システムを提供することを目的としている。

請求項１記載の発明に係る内視鏡撮像システムは、少なくとも青色励起光を含む可視光波長の光を照射可能な照明手段と、前記照明手段からの照明光により照明された被写体からの反射光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段から取り込んだ撮像信号を処理し映像信号の生成及び色変換を行う画像処理手段からの映像信号を出力できるカメラコントロールユニットとからなる内視鏡撮像システムにおいて、
前記撮像手段は、前記前記照明手段からの青色励起光により光感受性物質を含む被写体が発した反射光を赤色、青色及び緑色に分光する分光手段と、前記分光手段で分光した赤色、青色及び緑色をそれぞれ撮像可能な赤色、青色及び緑色用の撮像素子とを設け、前記画像処理手段は、前記各撮像素子からの映像信号の青色光画像及び蛍光画像の輝度を調整して合成する手段を設けてなることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の内視鏡撮像システムにおいて、前記複数の撮像素子は、青色光画像を受光する青色及び緑色用の撮像素子と、蛍光画像を受光する赤色用の撮像素子との３つのＣＣＤであることを特徴とするものである。

請求項３記載の発明では、請求項１，２記載の内視鏡撮像システムにおいて、前記蛍光画像を受光する赤色用の撮像素子は、その光受光面に、赤色光のみを透過する赤色バンドパスフィルタを設けたことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明では、請求項１記載の内視鏡撮像システムにおいて、前記画像処理手段は、前記青色光画像と蛍光画像の輝度調整が蛍光画面の輝度レベルに青色画像の輝度レベルを下げることを特徴とするものである。

本発明によれば、蛍光部及び蛍光部以外の被写体像を適切な明るさで観察することができるという効果がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について述べる。

図１ないし図３は本発明の実施例１に係わり、図１は内視鏡撮像システムを示すブロック図、図２は図１の内視鏡撮像システムに用いられるＣＣＵの構成例を示すブロック図、図３は図１の内視鏡撮像システムで用いるバンドパスフィルタ及びＲバンドパスフィルタの特性を示す図である。

この図１ないし図３に示す実施例１の内視鏡撮像システムにおいて、図５及び図６に示した内視鏡撮像システムと同一構成要素には同一符合を付して説明する。

図１に示すように、本実施例の内視鏡撮像システム１ａは、青色励起光を含む可視光波長の光を照射可能な照明手段である光源装置２ａと、前記照明光を被写体に導きかつ前記被写体像を取り込む内視鏡３ａと、前記内視鏡３の接眼部に着脱自在に接続され、前記光源装置２ａからの青色励起光により光感受性物質を含む被写体が発した反射光を赤色、青色及び緑色に分光した赤色、青色及び緑色をそれぞれ撮像可能とした撮像手段を有するカメラヘッド４ａと、前記カメラヘッド４ａの撮像手段から取り込んだ撮像信号の青色光画像及び蛍光画像の輝度を調整して合成する画像処理手段を備えたカメラコントロールユニット（以下、「ＣＣＵ」という）５ａと、前記ＣＣＵ５ａからの出力される映像信号を表示するモニタ６とから構成されている。

さらに、上記内視鏡撮像システム１ａを説明すると、前記光源装置２ａは、光を放射するキセノンランプ等のランプ１０と、ランプ１０の照明光路上に設けられ、ＰＤＤ励起波長を透過し角度が固定されたバンドパスフィルタ１１ａと、照明光を集光するためのレンズ１２と有して構成される。

前記内視鏡３ａは、前記光源装置２ａから入射照明光を内視鏡先端部１３にまで伝送するライトガイドファイバ１４と、先端部１３に設けた照明レンズ１５と、被写体からの像を伝送するための対物レンズ１６と、対物レンズ１６で集光した像を伝送する光ファイバケーブルの束からなるイメージカイド１７と、イメージカイド１７の端末に設けられた接眼レンズ１９とを備えている。すなわち、この内視鏡３ａは、従来のものと異なって、ＰＤＤフィルタ１８を組み込んでいない。

前記カメラヘッド４ａには撮像手段である撮像装置２１ａが設けられている。前記撮像装置２１ａは、結像レンズ２２と、ＩＲカットフィルタ２３と、ダイクロイックミラー２５Ａおよびダイクロイックミラー２５Ｂと、赤色光のみ透過するＲバンドパスフィルタ２７と、赤外波長成分を制限するＩＲカットフィルタ２８と、赤外波長成分を制限するためのＩＲカットフイルタ２９と、蛍光画像を受光する赤色用の撮像素子３０と、青色光画像を受光する緑色用の撮像素子３１と、青色光画像を受光する青色用の撮像素子３２とを備えたものである。

また、ダイクロイックミラー２５Ａは、可視光の赤色光を反射し、他の可視光成分を透過する性能を有している。ダイクロイックミラー２５Ｂは、可視光の緑成分を反射し、他の可視光の短波長成分（青色）を透過する特性を有している。

前記赤色用の撮像素子３０の受光面には、赤色光のみを透過する赤色バンドパスフィルタ（Ｒバンドパスフィルタ）２７を設けている。前記緑色用の撮像素子３１の受光面には、ＩＲカットフィルタ２８を設けている。

前記青色用の撮像素子３２の受光面には、青色用の撮像素子３２を設けている。これら赤色用の撮像素子３０、緑色用の撮像素子３１および青色用の撮像素子３２からの撮像信号は、ＣＣＵ５ａに供給されるようになっている。

前記ＣＣＵ５ａは、画像処理手段である画像処理回路４０と、モード設定スイッチ４１とを備えている。前記ＣＣＵ５ａの画像処理回路４０は、前記青色光画像と蛍光画像の輝度調整が蛍光画面の輝度レベルに青色画像の輝度レベルを下げる手段を備えたものである。また、前記ＣＣＵ５ａは、光源装置２ａに接続されており、ＣＣＵ５ａのモードに応じて光源装置２ａのバンドパスフィルタ１１ａの切換えを行えるようになっている。

図２に示すように、前記ＣＣＵ５ａにおける画像処理回路４０は、緑色用の撮像素子３１および青色用の撮像素子３２からの撮像信号を取込み信号処理するＧＢ処理回路５０と、赤色用の撮像素子３０からの撮像信号を取込み信号処理をするＲ処理回路５１と、前記ＧＢ処理回路５０からのＧＢ信号と前記Ｒ処理回路５１からのＲ信号とを比較合成する比較合成回路５２と、前記比較合成回路５２からの出力信号を映像信号にする映像処理回路５３と、モード設定スイッチ４１からのモード設定信号を取込み、このモード設定信号により前記比較合成回路５２の動作を制御するＣＰＵ５４とを備えたものである。

このように構成された内視鏡撮像システム１ａの作用を図１及び図２を基に図３も参照して説明する。ここに、図３は、本実施例の内視鏡撮像システムで用いるバンドパスフィルタ及びＲバンドパスフィルタの特性を示す図であって、横軸に波長を、縦軸に透過率を、それぞれとったものである。

前記光源装置２ａのランプ１０から出力された照明光は、図３に示す特性を有するバンドパスフィルタ１１ａを透過し、レンズ１２で集光されてライトガイドファイバ１４に導かれ、照明レンズ１５から被写体に照射される。

被写体からの反射光は、対物レンズ１６で集光されてイメージカイド１７を伝達し、接眼レンズ１９でカメラヘッド４ａの撮像手段２１ａに供給される。

前記撮像装置２１ａでは、取り込んだ反射光を結像レンズ２２でダイクロイックミラー２５Ａに与える。ダイクロイックミラー２５Ａで反射された赤外線成分の光学像は、図３に示す赤色で透過特性を有するＲバンドパスフィルタ２７を透過して赤色用の撮像素子３０に赤色像として結像される。

また、ダイクロイックミラー２５Ａを透過した赤外成分を除いた光学像は、ダイクロイックミラー２５Ｂで反射されて緑成分の光学像のみをＩＲカットフィルタ２８を透過して緑色用の撮像素子３１に緑色像として結像される。

さらに、ダイクロイックミラー２５Ｂを透過した光学像は、ＩＲカットフイルタ２９を透過して青色用の撮像素子３２に青色像として結像される。

前記撮像素子３０，３１，３２に受光された各色の反射像は、前記撮像素子３０，３１，３２によって電気信号に変換されて、撮像信号としてＣＣＵ５ａに送出される。

前記ＣＣＵ５ａでは、ＧＢ処理回路５０で緑色用の撮像素子３１および青色用の撮像素子３２からの撮像信号を信号処理し、Ｒ処理回路５１で赤色用の撮像素子３０からの撮像信号を信号処理し、前記ＧＢ処理回路５０からのＧＢ信号と前記Ｒ処理回路５１からのＲ信号とを比較合成回路５２で比較合成する。

また、比較合成回路５２は、ＣＰＵ５４からの指令により動作が制御される。また、ＣＰＵ５４は、モード設定スイッチ４１からの設定指令信号を比較合成回路５２に与える。ここで、モード設定スイッチ４１は、通常モードと、ＰＤＤ画像モードとの設定するものである。

モード設定スイッチ４１が通常モードに設定されると、ＣＰＵ５４は比較合成回路５２に通常設定モードの動作に設定する。これにより、比較合成回路５２は、ＧＢ信号とＲ信号を同等に合成する。

モード設定スイッチ４１がＰＤＤモードに設定されると、ＣＰＵ５４は比較合成回路５２にＰＤＤ設定モードの動作に設定する。これにより、比較合成回路５２は、ＧＢ信号の輝度を所定のレベルまで下げてからＲ信号に重畳するようにしている。

この比較合成回路５２から出力された信号は、映像処理回路５３で映像信号にされてモニタ６に供給される。

以上説明したように本実施例の内視鏡撮像システム１ａによれば、照明光の一定にするために必要な各光源毎の角度調整が不要にり、適正な画像情報を提供することができる。

また、上述した内視鏡撮像システム１ａによれは、ＰＤＤフィルタを組み込まないため、通常の内視鏡で観察できることになるため、システム構成が簡単になる。

さらに、上述した内視鏡撮像システム１ａによれば、ＰＤＤフィルタがないため、青色が遮断されることがないため、通常観察時の色再現性がよくなる。

加えて、上述した内視鏡撮像システム１ａによれば、赤色用の撮像素子３０、緑色用の撮像素子３１及び青色用の撮像素子３２の３つのＣＣＤを設けたので、従来の一つのＣＣＤよりも解像度が向上する。

なお、本実施例では、モード設定スイッチ４１はＣＣＵ５ａに設けたが、これに限ることなく、例えばカメラヘッド４ａにモード設定スイッチ４１を設けてもよい。

図４は本発明を実施例２に係る内視鏡撮像システムに用いる画像処理手段を示すブロック図である。

実施例２は、実施例１とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。

本実施例の内視鏡撮像システムは、図４に示すように、実施例１とほぼ同一構成をしており、画像処理回路４０の比較合成回路５２が光源装置２ａの光量制御手段（図示せず）と接続されていて、情報の交換ができるようになっている。

要するに、本実施例の内視鏡撮像システムでは、前記画像処理手段４０が光源装置２ａの光量制御に連動しており、所定の動作モードのときには、前記光源装置２ａから必要最小限の励起光を発生させるようにしたことを特徴とするものである。

この内視鏡撮像システムは、基本的には、内視鏡撮像システム１ａと同様に動作するが、ＰＤＤモードに設定されたときに、Ｒ処理回路５１からの蛍光画像の輝度レベルを一定になるように、励起光の光量を自動的に調整する。ＰＤＤＫ 光感受性物質は、励起光の光量が大きくなると、蛍光も強くなるが蛍光時間が短くなる経過がある（フォトブリーチング現象）。そのきため、必要最小限の励起光にすることで長時間蛍光するようにしている。ＰＤＤの蛍光画像は、腫瘍の診断及び処置に用いられるため、できるだけ長時間蛍光していることが重要であり、このように構成動作させるようにしたものである。

この本実施例によれば、上記実施例１の利点に加えて、適正なＰＤＤ蛍光画像を長時間保つことが可能になる。また、この方法によれば、蛍光部の輝度レベルをユーザーの好みに合わせて変更することも可能である。

［付記］
（付記項１） 前記画像処理手段は、光源装置の光量制御に連動しており、所定の動作モードのときには、前記光源装置から必要最小限の励起光を発生させるようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡撮像システム。

本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本発明を実施例１に係る内視鏡撮像システムを示すブロック図 図１の内視鏡撮像システムに用いられるＣＣＵの構成例を示すブロック図 図１の内視鏡撮像システムで用いるバンドパスフィルタ及びＲバンドパスフィルタの特性を示す図 本発明を実施例２に係る内視鏡撮像システムに用いる画像処理手段を示すブロック図 従来の内視鏡撮像システムを示す図 従来の内視鏡撮像システムが備えているフィルタの特性図

符号の説明

１，１ａ，１ｂ…内視鏡撮像システム
２ａ…光源装置
３ａ…内視鏡
４ａ…カメラヘッド
５ａ…ＣＣＵ
６…モニタ
２２…結像レンズ
２５Ａ…ダイクロイックミラー
２５Ｂ…ダイクロイックミラー
２７…Ｒバンドパスフィルタ
２８…ＩＲカットフィルタ
２９…ＩＲカットフイルタ
３０…赤色用の撮像素子（赤色用のＣＣＤ）
３１…緑色用の撮像素子（緑色用のＣＣＤ）
３２…青色用の撮像素子（青色用のＣＣＤ）
４０…画像処理回路
５０…ＧＢ処理回路
５１…Ｒ処理回路
５２…比較合成回路
代理人 弁理士 伊藤 進

Claims (4)

1. 少なくとも青色励起光を含む可視光波長の光を照射可能な照明手段と、
   前記照明手段からの照明光により照明された被写体からの反射光を受光して撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段から取り込んだ撮像信号を処理し映像信号の生成及び色変換を行う画像処理手段からの映像信号を出力できるカメラコントロールユニットと
   からなる内視鏡撮像システムにおいて、
   前記撮像手段は、前記前記照明手段からの青色励起光により光感受性物質を含む被写体が発した反射光を赤色、青色及び緑色に分光する分光手段と、前記分光手段で分光した赤色、青色及び緑色をそれぞれ撮像可能な赤色、青色及び緑色用の撮像素子とを有し、
   前記画像処理手段は、前記各撮像素子からの映像信号の青色光画像及び蛍光画像の輝度を調整して合成する手段を有する
   ことを特徴とする内視鏡撮像システム。
2. 前記複数の撮像素子は、青色光画像を受光する青色及び緑色用の撮像素子と、蛍光画像を受光する赤色用の撮像素子からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡撮像システム。
3. 前記蛍光画像を受光する赤色用の撮像素子は、その光受光面に、赤色光のみを透過する赤色バンドパスフィルタを設けた
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡撮像システム。
4. 前記画像処理手段は、前記青色光画像と蛍光画像の輝度調整が蛍光画面の輝度レベルに青色画像の輝度レベルを下げる
   ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡撮像システム。

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