JP2005198794A - Endoscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内視鏡装置に関し、特に、波長帯域幅の異なる2つの光源を用いた内視鏡装置に関する。 The present invention relates to an endoscope apparatus, and more particularly, to an endoscope apparatus using two light sources having different wavelength bandwidths.
体腔内の観察や検査を行う内視鏡装置において、波長の短い光は生体組織表面から浅い領域にまで到達して反射し、波長の長い光は生体組織表面から深い領域にまで到達して反射する特性を使って、波長の異なる光を観察面に照射することのできる光源装置が提案されている。 In an endoscopic device that observes and examines the body cavity, light with a short wavelength reaches the shallow area from the surface of the living tissue and reflects, and light with a long wavelength reaches the deep area from the surface of the living tissue and reflects. There has been proposed a light source device that can irradiate an observation surface with light having different wavelengths by using such characteristics.
特許文献1は、キセノンランプなどの放電ランプによる白色光を、フィルタを使って波長の異なるR、G、Bの三色に分けて照射させ、フィルタの透過度合いを調整することによって生体組織表面から所望する深度の情報を得る装置を開示する。
しかし、この装置において光源となるキセノンランプなどの放電ランプによる白色光は、波長帯域が広く一定の波長分布の広がりを有している。そのため、フィルタを用いたとしても波長帯域を狭めることは困難で、所望の深度以外の領域の画像情報も得られてしまい鮮明な画像を得るまでに至らなかった。 However, white light emitted from a discharge lamp such as a xenon lamp that is a light source in this apparatus has a wide wavelength band and a constant wavelength distribution. Therefore, even if a filter is used, it is difficult to narrow the wavelength band, and image information in a region other than the desired depth is obtained, so that a clear image cannot be obtained.
図1に、一般的なCCDにおけるフィルタの分光特性と、後述する青色レーザー光の波長帯域をグラフで示す。400〜700nm程度の幅広い波長帯域を有する白色光では、フィルタによってBを中心とした分光、Gを中心とした分光、Rを中心とした分光を行うことは可能であるが、フィルタによる分光では、一定の幅以下に波長帯域を抑えることは困難であることが分かる。 FIG. 1 is a graph showing the spectral characteristics of a filter in a general CCD and the wavelength band of blue laser light described later. With white light having a wide wavelength band of about 400 to 700 nm, it is possible to perform spectrum centered on B, spectrum centered on G, and spectrum centered on R by a filter. It can be seen that it is difficult to suppress the wavelength band below a certain width.
また、白色光は、幅広い波長帯域を有するが比較的波長の長い500nm以上の波長帯域の成分が多く、比較的波長の短い500nm以下の波長帯域の成分が少ない。そのため通常観察画像を得ることには問題が生じないが、生体組織表面から浅い領域の画像を鮮明に得るために、フィルタによって波長の短い光だけを分光して照射すると照明光量不足が生じていた。 Further, white light has a wide wavelength band, but has many components in a wavelength band of 500 nm or more with a relatively long wavelength, and few components in a wavelength band of 500 nm or less with a relatively short wavelength. Therefore, there is no problem in obtaining a normal observation image. However, in order to obtain a clear image of a shallow region from the surface of a living tissue, if the light is split and irradiated only with light having a short wavelength, the amount of illumination light is insufficient. .
したがって本発明の目的は、通常観察画像に加えて生体組織表面から浅い領域における鮮明な画像を取得する装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus for acquiring a clear image in a shallow region from the surface of a living tissue in addition to a normal observation image.
本発明に係る内視鏡装置は、波長帯域の広い光を照射する第1光源部と、波長が短く且つ波長帯域が狭い光を照射する第2光源部と、第1、第2光源部を切り替えて観察面に照射する光源切り替え部と、第1、第2光源部の各光の照射時に撮像により得られた第1、第2画像信号のうち先に照射して得られた画像信号を一時記録する第1画像メモリ部と、第1、第2画像信号を合成する映像信号合成部とを備える内視鏡装置。これにより、白色光照射により得られる生体組織表面から深い領域の画像に加えて、励起光照射により得られる生体組織表面から浅い領域の画像を合成して、観察面の鮮明な画像を取得することが可能になる。 An endoscope apparatus according to the present invention includes a first light source unit that emits light having a wide wavelength band, a second light source unit that emits light having a short wavelength and a narrow wavelength band, and first and second light source units. A light source switching unit that switches and irradiates the observation surface, and an image signal obtained by first irradiating the first and second image signals obtained by imaging at the time of irradiation of each light of the first and second light source units. An endoscope apparatus comprising: a first image memory unit that temporarily records; and a video signal synthesis unit that synthesizes first and second image signals. In this way, in addition to the image of the deep region from the surface of the biological tissue obtained by irradiation with white light, the image of the shallow region from the surface of the biological tissue obtained by irradiation with excitation light is synthesized to obtain a clear image of the observation surface Is possible.
好ましくは、第1、第2画像信号のうち後に照射して得られた画像信号を一時記録する第2画像メモリ部をさらに備える。 Preferably, the image processing apparatus further includes a second image memory unit that temporarily records an image signal obtained by subsequent irradiation of the first and second image signals.
また、好ましくは、第1光源部は、放電ランプによる白色光源を有する。 Preferably, the first light source unit includes a white light source using a discharge lamp.
また、好ましくは、第2光源部は、レーザーによる青色光源を有する。これにより、特定の波長で狭い波長領域を有する光を励起光として照射することが可能となる。 Preferably, the second light source unit has a blue light source using a laser. This makes it possible to irradiate light having a narrow wavelength region at a specific wavelength as excitation light.
また、好ましくは、第2光源部が発する光の波長帯域は、400nmから420nmである。 Preferably, the wavelength band of light emitted from the second light source unit is 400 nm to 420 nm.
また、好ましくは、第2画像信号は、第2光源部の照射時に得られた画像信号のうち高周波成分だけを取り出して得られる。これにより、励起光照射により得られた画像のうち輪郭部分を強調させた第2画像信号を第1画像信号と合成させることができ、生体組織表面から浅い領域の画像をより鮮明に得ることが可能になる。 Preferably, the second image signal is obtained by extracting only a high-frequency component from the image signal obtained when the second light source unit is irradiated. As a result, the second image signal in which the contour portion of the image obtained by the excitation light irradiation is emphasized can be combined with the first image signal, and a shallow region image can be obtained more clearly from the surface of the living tissue. It becomes possible.
さらに好ましくは、第2画像信号を構成する画素信号のそれぞれは、第2光源部の照射時に撮像により得られた画像信号を構成する画素信号のそれぞれにおいて隣接画素との輝度情報の差分値である。これにより、励起光照射により得られた画像の輪郭部分の情報を簡易に得ることが可能になる。 More preferably, each of the pixel signals constituting the second image signal is a difference value of luminance information with the adjacent pixel in each of the pixel signals constituting the image signal obtained by imaging at the time of irradiation of the second light source unit. . Thereby, it becomes possible to easily obtain information on the contour portion of the image obtained by the excitation light irradiation.
以上のように本発明によれば、通常観察画像に加えて生体組織表面から浅い領域における鮮明な画像を取得する装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an apparatus that acquires a clear image in a shallow region from the surface of a living tissue in addition to a normal observation image.
以下、本発明の実施形態について、図2〜7を参照して説明する。図2は、内視鏡装置の構成図を示す。本実施形態に係る内視鏡装置は、電子スコープ10と、カラープロセッサ(電子内視鏡用プロセッサ)20と、カラーモニタ40とを備える。電子スコープ10は、カラープロセッサ20の制御により、被写体を撮像する。撮像により得られた画像信号はカラープロセッサ20によってカラーモニタ40で出力(画面表示)が可能な映像信号に変換される。変換された映像信号はアナログ信号でカラーモニタ40に伝達される。伝達された映像信号は、カラーモニタ40によって出力される。使用者は、カラーモニタ40による出力結果により、電子スコープで撮像された被写体映像を観察することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows a configuration diagram of the endoscope apparatus. The endoscope apparatus according to the present embodiment includes an
電子スコープ10は、撮像部11と、照明部12とを有し、照明部12が被写体に適度な光量を与えながら撮像部11が被写体を撮像する。
The
撮像部11は、対物レンズ11a、CCDなどの撮像素子11bとを有する。撮像素子11bの駆動は、後述する制御回路24が出力するクロックパルスに従って行われる。被写体の撮像によって撮像素子11bに蓄積された電荷は、画像信号としてRとGとBに色分離されて、映像信号処理部21に転送される。
The
照明部12は、白色光を発し、光誘導部材12b、配光レンズ12aを介して生体組織に照射する第1光源部26からの光、及び励起光を発し、光誘導部材12b、配光レンズ12aを介して、生体組織に照射する第2光源部27からの光を照射面に供給する。電子スコープ10と、カラープロセッサ20は、コネクタ部(不図示)で電気的、光学的に接続される。
The
カラープロセッサ20は、映像信号処理部21、制御回路24、第1、第2光源部26、27、及び光源切り替え部30を有しており、電子スコープ10で撮像し電荷転送された画像信号を、カラーモニタ40で出力できる映像信号に変換する。
The
映像信号処理部21は、電子スコープ10から送られてきた画像信号を前段映像信号処理回路21aでA/D変換、ガンマ補正、輪郭強調、及び増幅し、メモリ切り替え部21bを介して、第1、第2画像メモリ部21c、21dに順次一時記録する。メモリ切り替え部21bは、後述する光源切り替え部30で第1、第2光源部26、27のいずれかに切り替えられた光源に対応して画像信号を一時記録させるメモリを切り替える。第1画像メモリ部21cは、第1光源部26から供給された白色光照射による第1画像信号を一時記録する。第2画像メモリ部21dは、第2光源部27から供給された励起光照射による第2画像信号を一時記録する。第2画像信号は、第2光源部27から供給された励起光による画像信号のうち高周波成分だけを取り出した画像信号である。高周波成分の取り出しについては後述する。第1、第2画像メモリ部21c、21dに一時記録された第1、第2画像信号は、後段映像信号処理回路21eに転送される。後段映像信号処理回路21eは、転送された第1、第2画像信号を合成した後、Videoコンポジット信号、Y/C分離信号などの映像信号に変換し、D/A変換部21fでアナログ信号に変換された後、カラーモニタ40に出力する。
The video
制御回路24は、図示しないCPUとRAMとを有し、内視鏡装置各部の制御や信号の一時記録を行う。
The
第1光源部26は、白色光を発するキセノンランプなど印加された高電圧パルスによって放電を開始し白色光を発光する放電ランプによる白色光源を有する。第2光源部27は、励起光を含む青色レーザー光を発するレーザーダイオード(LD)などの励起光を発するレーザーによる青色光源を有する。発光された白色光、励起光は、光源切り替え部30、光ファイバなどの光誘導部材12b、配光部12aを介して被写体である生体組織(観察面)に照射される。白色光、励起光のいずれを照射させるかは、使用者が選択する。
The first
放電ランプによる白色光は、短い波長から長い波長まで波長帯域の広い広帯域光である。レーザーによる青色レーザー光の励起光は、短い波長(400nm〜420nm)で波長帯域の狭い狭帯域光である(図1参照)。 White light from a discharge lamp is broadband light having a wide wavelength band from a short wavelength to a long wavelength. The excitation light of the blue laser light by the laser is narrow-band light with a short wavelength (400 nm to 420 nm) and a narrow wavelength band (see FIG. 1).
光源切り替え部30は、第1、第2シャッタ30a、30bと、ハーフミラー30cと、励起光反射ミラー30dとを有する。第1、第2シャッタ30a、30bは、開閉により白色光や励起光を透過又は遮断させる。使用者によって、白色光を観察面に照射させる選択がされた場合には、第1シャッタ30aはオープン状態にして第1光源部26からの白色光を透過させ、第2シャッタ30bはクローズ状態にして第2光源部27からの励起光を遮断する。透過された白色光はハーフミラー30cを透過して光誘導部材12b、配光部12aを介して観察面に照射される。使用者によって、励起光を観察面に照射させる選択がされた場合には、第1シャッタ30aはクローズ状態にして第1光源部26からの白色光を遮断し、第2シャッタ30bはオープン状態にして第2光源部27からの励起光を透過させる。透過された励起光は、励起光反射ミラー30d、ハーフミラー30cを反射し、光誘導部材12b、配光部12aを介して観察面に照射される。第1、第2シャッタ30a、30bの開閉制御は、使用者の選択に対応する信号を受けた制御回路24が行う。
The light
カラーモニタ40は、映像信号を取り込んで表示することが可能な市販のカラーモニタであり、電子スコープ10で撮像され、カラープロセッサ20で変換された映像信号を、出力(画面表示)する。
The color monitor 40 is a commercially available color monitor that can capture and display a video signal, and outputs (screen display) the video signal that is captured by the
配光レンズ12aを介して白色光が生体組織に照射されると、生体組織で反射されたあるいは散乱した広帯域光が対物レンズ11aで集光され撮像素子11bで受光される。配光レンズ12aを介して励起光が生体組織に照射されると、生体組織で反射されたあるいは散乱した狭帯域光と、励起された生体組織が発する自家蛍光の双方が対物レンズ11aに集光され撮像素子11cで受光される。但し自家蛍光については微弱な光なので撮像結果には大きく影響しない。
When white light is irradiated onto the living tissue via the
生体組織に対する光の深さ方向の到達度合いは、その波長に依存する。すなわち短い波長の光は生体組織表面から浅い領域にまでしか光は到達せず、長い波長の光は生体組織表面から深い領域にまで光が到達する(図3参照)。 The degree of light reaching the living tissue in the depth direction depends on the wavelength. That is, light having a short wavelength reaches only a shallow region from the surface of the living tissue, and light having a long wavelength reaches the deep region from the surface of the living tissue (see FIG. 3).
波長帯域が広い放電ランプによる白色光は、生体組織表面から深い領域にまで光が到達し、到達した深さの範囲から反射、散乱した広帯域光によって生体組織表面から深い領域にある太い血管などを映し出すことが可能になる。そのため、生体組織の観察面の全体像を把握し易い。但し、白色光は比較的短い波長成分が多くは含まれないので、生体組織表面から浅い領域にある毛細血管などを映し出すことはできない。図4に、広帯域光による観察画像例を示す。 White light from a discharge lamp with a wide wavelength band reaches the deep region from the surface of the living tissue, and reflects from the reach depth range. It becomes possible to project. Therefore, it is easy to grasp the entire image of the observation surface of the living tissue. However, since white light does not include many relatively short wavelength components, it is not possible to project capillaries or the like in a shallow region from the surface of the living tissue. FIG. 4 shows an example of an observation image using broadband light.
波長が短く波長帯域が狭いレーザーによる青色レーザー光の励起光は、生体組織表面付近までしか光が到達せず、到達した深さの範囲から反射、散乱した狭帯域光によって粘膜表面の毛細血管などの微細構造を映し出すことが可能になる。そのため、生体組織表面から進行が始まる癌などを発見するのに役立つ。但し、生体組織表面から深い領域にある毛細血管よりも太い血管などを映し出すことはできない。図5に、図4と同じ被写体の観察面を撮像した狭帯域光による観察画像例を示す。 The blue laser beam excitation light from a laser with a short wavelength and narrow wavelength band reaches only near the surface of the living tissue, and capillary blood vessels on the mucous membrane surface due to the narrowband light reflected and scattered from the reach depth range. It is possible to project the fine structure of. Therefore, it is useful for finding cancers that begin to progress from the surface of living tissue. However, blood vessels that are thicker than capillaries in a deep region from the surface of the living tissue cannot be projected. FIG. 5 shows an example of an observation image using narrowband light obtained by imaging the same observation surface of the subject as in FIG.
従って、白色光の広帯域光による観察画像に、狭帯域光による観察画像を合成することで、被写体の観察面に関する鮮明な画像を得ることが可能になる。図6は、図4の広帯域光による観察画像に、図5の狭帯域光による観察画像を合成した画像例である。 Therefore, it is possible to obtain a clear image relating to the observation surface of the subject by combining the observation image based on the narrowband light with the observation image based on the broadband light of white light. FIG. 6 is an image example in which the observation image with narrowband light in FIG. 5 is combined with the observation image with broadband light in FIG. 4.
広帯域光による観察画像と狭帯域光による観察画像の合成については、第1画像信号と第2画像信号をそれぞれ第1、第2画像メモリ部21c、21dに一時記録しこれらを合成することによって得られる。第2画像信号は、狭帯域光による観察画像そのままでもよいが、第2画像信号のうち毛細血管など画像を構成する輪郭線に関する情報だけを取り出して合成を行った方がより鮮明な画像を得ることが出来る。
The composition of the observation image using the broadband light and the observation image using the narrow-band light is obtained by temporarily recording the first image signal and the second image signal in the first and second
毛細血管などの輪郭線に関する情報の取り出しは、狭帯域光による観察画像のうち高周波(高空間周波数)成分だけを取り出すことによって行う。具体的には、前段映像信号処理回路21aにおける輪郭強調処理で画像信号を構成する画素信号のそれぞれにおいて隣接画素との輝度情報の差分値、すなわちそれぞれの画素の輝度値と隣接画素の輝度の平均値との差分値を求める。各画素信号がこの差分値で構成される画像信号を第2画像信号として第2画像メモリ部21dに一時記録し第1画像信号と合成する。
Extraction of information related to contour lines such as capillaries is performed by extracting only a high-frequency (high spatial frequency) component from an observation image using narrowband light. Specifically, in each of the pixel signals constituting the image signal by the edge enhancement processing in the preceding stage video signal processing circuit 21a, the difference value of the luminance information with the adjacent pixel, that is, the average of the luminance value of each pixel and the luminance of the adjacent pixel The difference value from the value is obtained. An image signal in which each pixel signal is composed of the difference value is temporarily recorded in the second
これらの手順を図7のフローチャートで説明する。ステップS11で内視鏡操作が開始されると、ステップS12で第1シャッタ30aがオープン状態にされる。このとき第2シャッタ30bはクローズ状態である。ステップS13で第1光源部26から白色光を観察面に向かって照射する。ステップS14で、照射された白色光の反射による広帯域光を撮像し、第1画像信号を通常観察画像として第1メモリ21cに一時記録する。ステップS15で、第1シャッタ30aをクローズ状態にし、ステップS16で、第2シャッタ30bをオープン状態にする。ステップS17で、第2光源部27から青色レーザー光の励起光を観察面に向かって照射する。ステップS18で、照射された励起光の反射による狭帯域光を撮像し、狭帯域光画像として第2メモリ21dに一時記録する。このとき狭帯域光画像として一時記録するのは、輪郭線に関する情報を強調した第2画像信号である。ステップS19で、第2シャッタ30bをクローズ状態にする。ステップS20で、第1、第2画像メモリ21c、21dに一時記録された第1画像信号及び第2画像信号を合成する。ステップS21で、合成した画像信号を映像信号に変換してカラーモニタ40に表示する。ステップS22で、観察を継続するか否かすなわち映像信号処理を継続させるか否かを判断する。観察を継続する場合は、ステップS12に戻って次のフレームの撮像手順に入る。観察を継続せず終了する場合は、ステップS23で終了する。
These procedures will be described with reference to the flowchart of FIG. When the endoscope operation is started in step S11, the first shutter 30a is opened in step S12. At this time, the
なお、生体組織に照射させる光の光源を白色光と励起光のいずれかに切り替える光源切り替え部30は、第1、第2シャッタ30a、30bを用いるものとして説明したが、これは放電ランプのようにオンオフ信号により瞬時に点灯消灯が行えないものの場合に有効である。白色光の光源をLEDなど瞬時の点灯消灯が行えるものであれば、第1シャッタ30aを使用しなくてもよく、光源切り替え部30は、励起光を発する第2光源部27と白色光を発するLEDなどの光源とを交互にオンオフ切り替え制御ができる機能があればよい。
Note that the light
また、第1、第2画像信号を一時記録するメモリとして第1、第2画像メモリ部21c、21dとを有する形態を説明したが、先に照射する光に対応した画像信号(本実施形態では第1画像信号に相当)だけ一時記録し、後で照射する光に対応した画像信号(本実施形態では第2画像信号に相当)は一時記録せず、直接後段映像信号処理回路21eに転送して先に照射する光に対応した画像信号と合成する形態であってもよい。
Moreover, although the form which has the 1st, 2nd
10 電子スコープ
11 撮像部
12 照明部
20 カラープロセッサ
21 映像信号処理部
24 制御回路
26 第1光源部
27 第2光源部
30 光源切り替え部
40 カラーモニタ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
波長が短く且つ波長帯域が狭い光を照射する第2光源部と、
前記第1、第2光源部を切り替えて観察面に照射する光源切り替え部と、
前記第1、第2光源部の各光の照射時に撮像により得られた第1、第2画像信号のうち先に照射して得られた画像信号を一時記録する第1画像メモリ部と、
前記第1、第2画像信号を合成する映像信号合成部とを備える内視鏡装置。 A first light source unit that emits light having a wide wavelength band;
A second light source unit that emits light having a short wavelength and a narrow wavelength band;
A light source switching unit that switches the first and second light source units to irradiate the observation surface;
A first image memory unit for temporarily recording an image signal obtained by first irradiating the first and second image signals obtained by imaging at the time of irradiation of each light of the first and second light source units;
An endoscope apparatus comprising: a video signal synthesis unit that synthesizes the first and second image signals.
Each of the pixel signals constituting the second image signal is a difference value of luminance information with an adjacent pixel in each of the pixel signals constituting the image signal obtained at the time of irradiation of the second light source unit. The endoscope apparatus according to claim 6.
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