JP2006006921A - 電子内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】 通常観察時の映像に対して遜色のない明るさで、特定波長の光を用いたときの映像を観察させることができる電子内視鏡システムを提供する。
【解決手段】 対象物を撮像して画像信号を出力する撮像手段を有した電子内視鏡と、電子内視鏡に該対象物を照明するための照明光を提供する光源であって、照明光度がそれぞれ異なる複数の光源と、該画像信号に処理を施してモニタ表示可能な映像信号に変換する信号処理手段とを備えた電子内視鏡システムにおいて、何れの光源を使用しているかを検知する使用光源検知手段を更に備えさせ、信号処理手段を、該検知結果に応じて該画像信号の強度を所定のレベルに調整するように機能させる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、撮像手段を有した電子内視鏡、該電子内視鏡に照明光を提供する光源、及び、該撮像素子の出力信号を処理する信号処理手段を備えた電子内視鏡システムに関し、特に、照明光度がそれぞれ異なる複数の光源を備えた電子内視鏡システムに関する。

内視鏡システムを用いて医者が患者の体腔内を診察するときに、通常の可視光領域の光を体腔内に照射し患部を観察する通常観察と共に、特定の波長の光の照射に対して患部が比較的弱い励起光を発することを利用して、特定の波長の光のみを照射し患部を観察することが提案され実用に供されている。

また特開平１１−３１８８０６号公報には、内視鏡先端部に信号ケーブルで配線された発光素子を備え付けて特定の波長の光を照射する内視鏡装置が提案されている。
特開平１１−３１８８０６号公報

しかしながら上記特許文献１に示されたような内視鏡システムにおいて特定波長（例えば紫外線）の光で患部を照射した場合、その反射光量は、一般に、通常観察時のものと比較して低い。このため、モニタに表示される映像が暗くなってしまう傾向にあった。

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、通常観察時の映像に対して遜色のない明るさで、特定波長の光を用いたときの映像を観察させることができる電子内視鏡システムを提供することを課題としている。

上記の課題を解決する本発明の一態様に係る電子内視鏡システムは、対象物を撮像して画像信号を出力する撮像手段を有した電子内視鏡と、電子内視鏡に該対象物を照明するための照明光を提供する光源であって、照明光度がそれぞれ異なる複数の光源と、該画像信号に処理を施してモニタ表示可能な映像信号に変換する信号処理手段とを備えたものであり、何れの光源を使用しているかを検知する使用光源検知手段を更に備え、信号処理手段が、該検知結果に応じて、該画像信号の強度を所定のレベルに調整することを特徴とする。

なお、上記電子内視鏡システムにおいて、撮像手段が電子シャッタ機能を有し、信号処理手段が、使用光源検知手段の検知結果に応じて該電子シャッタのスピードを調整するようにしても良い。

また、上記電子内視鏡システムにおいて、信号処理手段が、使用光源検知手段の検知結果に応じて該画像信号の増幅率を調整するようにしても良い。

また、上記電子内視鏡システムにおいて、撮像手段が電子シャッタ機能を有し、信号処理手段が、使用光源検知手段の検知結果に応じて、該電子シャッタのスピードと該画像信号の増幅率の双方を調整するようにしても良い。なお、上記電子内視鏡システムが、該画像信号の強度を検知する信号強度検知手段を更に備えたものであっても良く、この場合、信号処理手段が、検知された強度に応じて、該電子シャッタのスピード及び該画像信号の増幅率の各々の調整量を設定することができる。

また、上記電子内視鏡システムにおいて、複数の光源には、少なくとも、白色光を照射する第一の光源、及び、該白色光をエネルギーとして蓄積し、当該エネルギーにより所定波長の光を放射する第二の光源が含まれていても良い。

また、上記電子内視鏡システムにおいて、使用光源検知手段は、記第一の光源がオンされているときには第一の光源を使用光源と判定し、第一の光源がオフされているときには第二の光源を使用光源と判定しても良い。

本発明の内視鏡システムを採用した場合、使用されている光源に応じて画像信号の強度を所定のレベルに調整できるため、例えば照明光度の低い光源で対象物を照明した場合であっても明るい映像をモニタに表示させることが可能となる。

本発明の内視鏡システムでは、キセノンランプやハロゲンランプの光により患部を照射する通常観察と、特定の波長の光を放射する蓄光デバイスの照射光による観察の２種類の観察が想定されている。基本となる照射光の光源にはランプが使用され、副次的な照射光の光源として蓄光ガラスが使用される。

最初に、内視鏡システムの構成と通常観察時の各部の動作について説明する。図１は、本発明の内視鏡システム１００の概略図である。内視鏡システム１００は、内視鏡１とプロセッサ２を備える。プロセッサ２は、ランプ３と集光レンズ４を備える。ランプ３には、キセノンランプやハロゲンランプが使用される。

図１を用いて、通常観察時の内視鏡システム１００の処理について説明する。プロセッサ２に備えられた「第一の光源」としてのランプ３から発光された「照射光」としての光は、集光レンズ４でライトガイド５の入射端に集光されて内視鏡１に伝送される。内視鏡１に伝送された光は、内視鏡１に挿通されたライトガイド５を介して内視鏡先端部６に伝送され、「対象物」としての観察部位を照射する。観察部位の光学像は内視鏡先端部６に備えられた図１に示されない撮像素子により撮像されて画像信号１４に変換され、画像信号１４は内視鏡１に挿通された信号ケーブル１１を介してプロセッサ２に伝送され、図１に示されない画像処理回路にてモニタ表示用の映像信号１３に変換処理される。その後、映像信号１３はモニタ１２に伝送され観察部位の映像が表示される。

図２は、本発明の内視鏡先端部６の概略図である。内視鏡１は、内視鏡先端部６、ライトガイド５、ガラス板１５と図２では示されない撮像素子を備える。内視鏡先端部６は、対物レンズ７、配光レンズ８、カンシ口９を備える。ライトガイド５により伝送された光は、出射端側で分岐されたライトガイド５を介してそれぞれの配光レンズ８に到達して観察部位を照射する。照射された観察部位からの反射光は対物レンズ７に入射し、対物レンズ７により観察部位の光学像が図２では示されない撮像素子の受光面に結像される。カンシ口９は、観察部位付近のものに医療処置を施す処置具類を引き出す為に設けられた穴である。

図３は、本発明の内視鏡先端部６を内視鏡１の側面から見た概略図である。内視鏡１は、内視鏡先端部６、ライトガイド５、「撮像手段」としての撮像素子１０、信号ケーブル１１、ガラス板１５を備える。図３では、撮像素子１０は、内視鏡先端部６内に配置され対物レンズ７からの光を受光する。この撮像素子１０は、ＣＣＤ素子などが好ましい。対物レンズ７からの光は、撮像素子１０で撮像され画像信号１４に変換される。画像信号１４は、信号ケーブル１１によってプロセッサ２に伝送される。プロセッサ２において、画像信号１４は後述の処理（段落００３０及び００３１参照）と同様の信号処理が施されて映像信号に変換され、モニタ１２に出力されて映像として表示される。

次に蓄光デバイスの照射による患部の観察時について説明する。まず蓄光デバイスとは何かについて説明する。蓄光デバイスとは、光をある一定時間照射されることにより光のエネルギーを蓄え、その蓄えられたエネルギーにより一定時間、可視光、赤外線、及び紫外線などの所定の波長の電磁波を放出するものである。また蓄光デバイスは、電気ケーブルやライトガイドなどの有線方式のエネルギー供給を必要としない、独立して配置可能なデバイスである。この蓄光デバイスとしては、蓄光ガラスなどが知られている。また蓄光ガラスは、その組成成分を変える事により、任意の波長の電磁波を照射することが可能となっている。本実施形態において蓄光ガラスの発する波長は、主に赤外線付近、紫外線付近の波長域が想定されている。

次に蓄光ガラスが配置される場所について説明する。蓄光ガラスは、ランプ３の光が一定時間照射され且つ蓄光ガラスから発生する電磁波を対物レンズ７で観察可能な部位に照射できる所なら基本的には内視鏡システム１００のどこに配置されても良い。本実施例では、内視鏡先端部６の先端に蓄光ガラスで形成されたガラス板１５を取り付けることを主に想定している（図２参照）。またこのガラス板１５は、内視鏡先端部６に取り付けが容易であるように、カバーガラス形状としてもよい。更に、カバーガラスの一部を蓄光ガラスで形成する構成としても良い。このガラス板１５には、光が通過できるように内視鏡先端部６の対物レンズ７、配光レンズ８、及びカンシ口９に相当する位置に穴が開けられている。また、蓄光ガラスで形成された、配光レンズ８（図２参照）、集光レンズ４（図１参照）、ライトガイド５（図１参照）の少なくとも一つを光源として使用する構成としても良い。またガラス板１５を取り付けず、内視鏡先端部６の一部を蓄光ガラスにしても良い。

次に蓄光ガラスを光源に使用した場合の内視鏡システムの動作について説明する。条件としてガラス板１５、配光レンズ８、集光レンズ４、ライトガイド５の少なくとも一つが「第二の光源」としての蓄光ガラスで形成されているものとする。まず、ランプ３により集光レンズ４が照射され、照射された光が集光レンズ４及びライトガイド５を介して内視鏡先端部６に伝送されることが一定時間行われる（図１参照）。内視鏡先端部６に伝送された光は、配光レンズ８を通過して、対象物を一定時間照射する。このときの対象物は何でも良い。一定時間照射することにより、蓄光デバイスであり得るガラス板１５、配光レンズ８、集光レンズ４、ライトガイド５の何れかに光のエネルギーが蓄えられる。

蓄光デバイスを光源として用いた観察を行う場合、先ず、ランプ３の電源をＯＮ（オン）して発光させ、ガラス板１５等の蓄光デバイスに受光させる。ガラス板１５等の蓄光デバイスは、その状態が、蓄積される光エネルギー量に応じて基底状態から励起状態に向かって徐々に変化していく。術者は、患部を照射するのに十分なエネルギーが蓄光デバイスに蓄えられたと判断した時点でランプ３の電源をＯＦＦ（オフ）にする。なお、ランプ３の電源をＯＦＦすべきタイミングは、蓄光デバイスの組成成分や形状、サイズ等の各パラメータに基づいて予め決まっている。このため、術者は、適切なタイミングでランプ３の電源をＯＦＦさせることができる。光エネルギーの供給が遮断されると、蓄光デバイスは、基底状態に戻ろうと作用して、途中、長い準安定な期間をもって発光する。すなわちガラス板１５、配光レンズ８、集光レンズ４、又は、ライトガイド５等は、基底状態に戻る過程で特定波長の光（赤外線付近や、紫外線付近等）を放射する。これにより、特定波長の光で患部が照射され、赤外線や紫外線等を用いた患部の観察を行うことが可能となる。

本実施の形態では、赤外線や紫外線等の放射に電気的エネルギーが不要なため、これらの特定波長を放射する光源専用の信号ケーブルを備える必要がなくなる。従って内視鏡を細径化させることが可能となり、又、断線などによるエネルギー供給の不備もなくなる。また、内視鏡に不可欠な構成（ガラス板１５、配光レンズ８、集光レンズ４、又は、ライトガイド５等）を光源として使用しているため、上記特定波長専用の光源を新たに追加する必要がなく、構成の簡略化、コストダウン等が達成され得る。また更に、上記特定波長用のフィルタを光路中に設ける必要がない点からも、構成の簡略化、コストダウン等が達成され得る。

ガラス板１５、配光レンズ８、集光レンズ４、ライトガイド５などの光学部品は電気配線などの接続物が極めて少ないため取り外しが簡単であり、観察したい患部の種類に応じて異なる波長の電磁波を放出する蓄光ガラスに取り替えることにより、簡単に所望の波長の電磁波を照射することが可能となる。

なお蓄光デバイスからの光の強度は大きくない為、これを照明光として用いた場合、撮像素子１０から出力された画像信号の強度（信号レベル）が、後述されるように、プロセッサ２において所定のレベルとなるように通常観察時の画像信号と比べて増幅されている。なお、ここでいう所定のレベルとは、蓄光デバイスを光源として用いたときの映像を、通常観察時の映像に対して遜色のない明るさでモニタに表示させるための画像信号の強度レベルに相当する。

次に上記の蓄光デバイスを用いた内視鏡システムの画像信号の強度調整について説明する。最初に内視鏡システムの制御系の構成について説明し、次に蓄光デバイスによる照射時の画像信号１４の増幅方法について説明する。

図４は、内視鏡システム１００の制御系の詳細図である。図４は、図１には示されていない制御系の構成を主に追加したものである。内視鏡システム１００は、内視鏡１、プロセッサ２を備える。内視鏡１は、対物レンズ７、配光レンズ８、ガラス板１５、撮像素子１０、ＣＣＤ制御回路１８を備える。

またプロセッサ２は、ランプ３、集光レンズ４、ランプ制御回路２０、絶縁回路２３、画像信号処理回路２４、アンプ２５、メモリ２８、ビデオ画像処理回路３１、制御部３２を備える。そしてプロセッサ２の外部には、キーボードなどの外部入力インターフェイス３９があり、制御部３２に接続されている。なお、制御部３２は、ランプ３の電源がＯＮされていると判定したときには使用光源が当該ランプ３であると判断し、以下に説明される画像信号の強度調整処理（段落００３２から００３７参照）を実行しない。これに対して、ランプ３の電源がＯＦＦされていると判定したときには使用光源がガラス板１５等の蓄光デバイスであると判断し、強度調整処理を実行する。

配光レンズ８は、通常観察時にはプロセッサ２内に配置されたランプ３から伝送されてきた光を観察対象物に照射することを行う。また、配光レンズ８は、蓄光ガラスで形成されており、ランプ３の電源ＯＦＦ後には、光を観察対象物に照射する光源の一つとしても機能する。蓄光ガラスで形成されたガラス板１５は、ランプ３が照射されている間に光エネルギーを蓄え、ランプ３の電源ＯＦＦ後には、光を観察対象物に照射する主な光源として機能する。

対物レンズ７は、観察対象物からの反射光を集光して撮像素子１０に光を導く。撮像素子１０は、対物レンズ７からの光を受光して、光電変換を行い画像信号１４を出力する。

撮像素子１０から出力された画像信号１４は、ＣＣＤ制御回路１８を経由してプロセッサ２に伝送される。画像信号１４は、絶縁回路２３で電気的に絶縁された状態で伝送され、画像信号処理回路２４に入力する。画像信号処理回路２４に入力された画像信号１４は、所定の信号処理を施された後アンプ２５に入力されその強度が増幅される。図４においては、アンプ２５に入力される画像信号１４は色分離処理されており、アンプ２５として赤成分の信号を増幅するアンプ２５Ｒ、緑成分の信号を増幅するアンプ２５Ｇ、青成分の信号を増幅するアンプ２５Ｂが示されている。ランプ３によって白色光が照射される通常観察時に、画像信号１４の各色成分を増幅するために、３種類のアンプ２５が配設されている。

各アンプ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂは、それぞれ、制御部３２からの増幅信号３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂに基づいて各色成分の信号（画像信号１４の各色成分１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ）を所定の明るさの映像信号１３が得られるように増幅する。増幅された画像信号はデジタルデータとしてメモリ２８に格納されたのちビデオ画像処理回路３１に送信される。ビデオ画像処理回路３１において、画像信号１４は、モニタ表示用の映像信号１３に変換され、モニタ１２に出力されて映像として表示される。

次に蓄光デバイスによる照射時の画像信号１４の増幅処理（画像信号の強度調整処理）について説明する。第一の方法として、撮像素子１０の電子シャッタ機能によって画像信号１４の強度を所定のレベルに調整（増幅）させるものがある。使用光源がガラス板１５等の蓄光デバイスであると判定した場合、制御部３２は、例えば撮像素子１０から出力される画像信号の強度を検出し、その検出結果に基づいてＣＣＤ制御回路１８を制御する。ＣＣＤ制御回路１８は、制御部３２の制御に基づいて撮像素子１０の駆動タイミングを制御し、撮像素子１０から出力される画像信号の強度が所定のレベルとなるように、撮像素子１０の受光面の露光時間を調整する（具体的には露光時間を長く設定する。また別の言い方をすると、シャッタスピードを低速にする）。これにより、蓄光デバイスの照射光による観察において、通常観察時と同等な明るさの映像信号１３の取得が可能となる。

第二の方法として、アンプ２５の増幅率を適切に設定することによって画像信号１４の強度を所定のレベルに調整させるものがある。使用光源がガラス板１５等の蓄光デバイスであると判断した場合、制御部３２は、例えば撮像素子１０から出力される画像信号の強度を検出し且つアンプ２５Ｒ又は２５Ｂの何れか一方を選択する。そして上記検出結果に応じて、選択されたアンプにおける信号の増幅率を他のアンプにおける信号の増幅率よりも上げて（又は選択されたアンプだけで信号増幅処理が実行されるようにアンプ２５を制御し）、選択アンプから出力される画像信号の強度が所定のレベルとなるように設定する。これにより、蓄光デバイスの照射光による観察において、通常観察時と同等な明るさの映像信号１３の取得が可能となる。

例えば、ガラス板１５等の蓄光デバイスが赤外線を放射するものである場合、制御部３２は、アンプ２５Ｒにおける信号の増幅率をアンプ２５Ｇ及び２５Ｂにおける信号の増幅率よりも上げて（又はアンプ２５Ｒだけで信号増幅処理が実行されるようにアンプ２５を制御し）、アンプ２５Ｒから出力される画像信号の強度が所定のレベルとなるように設定する。これにより、赤外線を放射する蓄光デバイスを用いた観察において、通常観察時と同等な明るさの赤成分を有した（すなわち赤外線近傍の色合いが強調された）映像信号１３の取得が可能となる。

また、例えば、ガラス板１５等の蓄光デバイスが紫外線を放射するものである場合、制御部３２は、アンプ２５Ｂにおける信号の増幅率をアンプ２５Ｒ及び２５Ｇにおける信号の増幅率よりも上げて（又はアンプ２５Ｂだけで信号増幅処理が実行されるようにアンプ２５を制御し）、アンプ２５Ｂから出力される画像信号の強度が所定のレベルとなるように設定する。これにより、紫外線を放射する蓄光デバイスを用いた観察において、通常観察時と同等な明るさの青成分を有した（すなわち紫外線近傍の色合いが強調された）映像信号１３の取得が可能となる。

なお、ガラス板１５等の蓄光デバイスを別の波長の電磁波を放射するものに取り換えた場合、術者が、キーボードなどの外部入力インターフェイス３９を操作し、制御部３２によって選択されるアンプの設定を行う。これにより、例えば赤外線を放射するものから紫外線を放射するものに蓄光デバイスを取り換えた場合であっても、制御部３２は、照明光の帯域近傍の色成分を高めるアンプにより、画像信号を適切に増幅させることができる。

第三の方法として、撮像素子１０の電子シャッタ機能及びアンプ２５による画像信号の増幅処理の両方によって画像信号１４の強度を所定のレベルに調整させるものがある。使用光源がガラス板１５等の蓄光デバイスであると判断した場合、制御部３２は、例えば撮像素子１０から出力される画像信号の強度を検出し、その検出結果に基づいて自身に内蔵されているＲＯＭ等に保存された組合せデータを読み出す。前記のＲＯＭには、組合せデータとして、段階的な値のデータであって、制御部３２によって検出され得る画像信号の強度データが複数保存されている。また更に、これらの強度データの各々に関連付けられて、シャッタスピードの設定値及びアンプ２５における信号の増幅率のデータが保存されている。制御部３２は、アンプ２５から出力される画像信号の強度が所定のレベルとなるように、読み出された組合せデータに基づいてＣＣＤ制御回路１８及びアンプ２５を制御する。なお、シャッタスピードの設定値及びアンプ２５における信号の増幅率を、術者が、外部入力インターフェイス３９（キーボード）によって設定するようにしても良い。

図１は、本発明の内視鏡システム１００の概略図である。 図２は、本発明の内視鏡先端部６の概略図である。 図３は、本発明の内視鏡先端部６を内視鏡１の側面から見た概略図である。 図４は、内視鏡システム１００の制御系の詳細図である。

符号の説明

１ 内視鏡
２ プロセッサ
３ ランプ
４ 集光レンズ
５ ライトガイド
６ 内視鏡先端部
７ 対物レンズ
８ 配光レンズ
９ カンシ口
１０ 撮像素子
１１ 信号ケーブル
１２ モニタ
１３ 映像信号
１４ 画像信号
１５ ガラス板
２５ アンプ
１００ 内視鏡システム

Claims (7)

1. 対象物を撮像して画像信号を出力する撮像手段を有した電子内視鏡と、前記電子内視鏡に該対象物を照明するための照明光を提供する光源であって、照明光度がそれぞれ異なる複数の光源と、該画像信号に処理を施してモニタ表示可能な映像信号に変換する信号処理手段とを備えた電子内視鏡システムにおいて、
   何れの光源を使用しているかを検知する使用光源検知手段を更に備え、
   前記信号処理手段が、該検知結果に応じて、該画像信号の強度を所定のレベルに調整すること、を特徴とする電子内視鏡システム。
2. 前記撮像手段が電子シャッタ機能を有し、
   前記信号処理手段が、前記使用光源検知手段の検知結果に応じて該電子シャッタのスピードを調整すること、を特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
3. 前記信号処理手段が、前記使用光源検知手段の検知結果に応じて該画像信号の増幅率を調整すること、を特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
4. 前記撮像手段が電子シャッタ機能を有し、
   前記信号処理手段が、前記使用光源検知手段の検知結果に応じて、該電子シャッタのスピードと該画像信号の増幅率の双方を調整すること、を特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
5. 該画像信号の強度を検知する信号強度検知手段を更に備え、
   前記信号処理手段が、検知された強度に応じて、該電子シャッタのスピード及び該画像信号の増幅率の各々の調整量を設定すること、を特徴とする請求項４に記載の電子内視鏡システム。
6. 前記複数の光源には、少なくとも、白色光を照射する第一の光源、及び、該白色光をエネルギーとして蓄積し、当該エネルギーにより所定波長の光を放射する第二の光源が含まれること、を特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の電子内視鏡システム。
7. 前記使用光源検知手段は、
   前記第一の光源がオンされているときには前記第一の光源を使用光源と判定し、
   前記第一の光源がオフされているときには前記第二の光源を使用光源と判定すること、を特徴とする請求項６に記載の電子内視鏡システム。

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