JP2006149846A - 血管観察システム - Google Patents

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【課題】通常の血管処理時に加えて、うっ血や出血時にも血管走行を観察することができる血管観察システムを提供する。
【解決手段】赤外光を含む照明光を出射する光源装置7と、照明光に含まれる赤外光による被写体からの反射光を受光して光電変換し、被写体の像の撮像信号を出力する赤外光センサー23と、赤外光センサー23から出力される被写体の像の撮像信号を温度情報に変換し、温度情報を基に被写体における血管の位置を特定して血管走行画像信号を出力するサーモグラフィー処理装置12とを備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、生体組織の内部の血管走行を観察する血管観察システムに関し、特に腹腔鏡手術などの外科手術に用いる血管観察システムに関する。
従来から、医療分野で内視鏡が広く用いられるようになっており、最近では、光学式内視鏡の接眼部に撮像手段を備えたテレビカメラを装着したテレビカメラ外付け内視鏡や、先端部に固体撮像素子等の撮像手段を内蔵した電子内視鏡などによって撮像された、被写体の画像をモニタに表示する電子内視鏡装置も普及しつつある。
近年、外科手術の手技の発達に伴い、従来の開腹手術に換えて、腹部に小さな穴をあけて硬性内視鏡を挿入し、腹腔内を観察したり手術を行ったりする内視鏡下の外科手術が普及してきている。内視鏡下の外科手術としては、例えば胃切除手術などが挙げられる。胃は、大網や小網などで固定されており、大網や小網には動脈、静脈、毛細血管などの各種血管が走行している。胃切除手術では、まず、大網や小網の血管処理を行ってから大網や小網を切除し、その後に胃を切除する。開腹手術の場合、術者は体腔内の術部に直接触れて、血管の脈動を指先などから感じることができるが、内視鏡下で手術を行う場合は術部を直接触れることができないために、血管観察システムによってモニタ等に映し出された体腔内の画像などから血管走行の情報を得ている。
血管観察システムとしては、一般に、赤外光を用いて生体組織の内部の血管を検査するシステムが開発されている。これは、血液中のヘモグロビンの光吸収特性を利用し、ヘモグロビン数を計測したり、生体組織内部の血管走行を画像化したりするものである。血管走行を確認する場合には、固定した手指などに近赤外光レーザーを照射し、レーザー光が吸収される場所を血管として画像化している。また、観察対象の生体組織に対して単色光を照射し、血管の中を流れている血液の粒子によって散乱される光を検出し、散乱光の周波数を分析することで血管走行を検出する血管観察システムも開発されている(例えば、特許文献1参照)。
特開昭55−63634号公報
しかしながら、これらの提案においては、血管処理に伴う出血やうっ血などにより、血管走行が観察できなくなってしまうという問題があった。
そこで、本発明においては、通常の血管処理時に加えて、うっ血や出血時にも血管走行を観察することができる血管観察システムを提供することを目的とする。
本発明の血管観察システムは、赤外光を含む照明光を出射する光源部と、該光源部から出射される前記照明光を被写体へ導くライトガイドと、前記照明光に含まれる前記赤外光による前記被写体からの反射光を受光して光電変換し、前記被写体の像の撮像信号を出力する赤外光検出部と、前記赤外光検出部から出力される前記被写体の像の撮像信号を温度情報に変換し、該温度情報を基に前記被写体における血管の位置を特定して血管走行画像信号を出力する赤外光信号処理部とを備えている。
通常の血管処理時に加えて、うっ血や出血時にも血管走行を観察することができる血管観察システムを実現することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
(第1の実施の形態)
まず、図1に基づき、本発明の第1の実施の形態に係わる血管観察システム1の全体構成について説明する。図1は、本実施の形態に係わる血管観察システム1の全体構成を説明する概略図である。図1に示すように、本実施の形態の血管観察システム1は、体腔内を照明して撮像する腹腔鏡システム2と、体腔内の血管や他臓器の温度を測定してこれらの間の温度差を表示するサーモグラフィーシステム3と、腹腔鏡システム2によって撮像された体腔内の内視鏡画像や、サーモグラフィーシステム3によって検出された体腔内の血管走行状態を表示する画像表示部としてのTVモニタ4と、腹腔鏡システム2から出力される画像信号とサーモグラフィーシステム3から出力される画像信号とを選択的に切り替えてTVモニタ4に出力する信号切替部としてのスイッチャー5とから構成されている。
腹腔鏡システム2は、先端部に固体撮像素子等の撮像手段を備えたビデオ硬性鏡6と、ビデオ硬性鏡6に照明光を供給する光源装置7と、ビデオ硬性鏡6から出力される撮像信号を画像処理する内視鏡画像処理部としてのTVカメラ8とから構成されている。ビデオ硬性鏡6と光源装置7とは、ビデオ硬性鏡6の側面から延出されたライトガイドケーブル9を介して接続されており、ビデオ硬性鏡6とTVカメラ8とは、ビデオ硬性鏡6の基端側から延出されたケーブルを介して接続されている。サーモグラフィーシステム3は、例えば胃部などの術部の血管走行にアクセスする細長で硬性のプローブ10と、プローブ10の基端側にケーブルを介して接続され、プローブ10の先端部11で受光した術部からの反射光を信号処理するサーモグラフィー処理装置12とから構成されている。サーモグラフィー処理装置12は、TVモニタ4へ血管走行信号を出力する画像信号出力部を構成する。
ここで、サーモグラフィーシステム3の構成について図2を用いて詳しく説明する。図2は、サーモグラフィーシステム3の構成を説明する概略図である。プローブ10の先端部11には集光レンズ21が配置されている。この集光レンズ21によって集光された術部からの反射光は、プローブ10の内部を挿通されたイメージガイド22によってサーモグラフィー処理装置12まで伝播され、サーモグラフィー処理装置12に備えられた、赤外光検出部としての赤外線センサー23に入射される。非接触型の赤外線温度センサーである赤外センサー23としては、ハイブリッドデバイスと呼ばれるタイプ、あるいはショットキーフォトダイオードタイプが用いられる。尚、ハイブリッドデバイスの赤外線センサーは、走査部を有する電荷結合素子(CCD)を電荷転送部として用い、例えばHgCdTeやInSbなどを画素分割して生成した赤外線半導体であるpn接合ダイオードを光検出部、すなわち感光部として用い、これらをインジュームパンプやリード線で接続して形成される。また、ショットキーフォトダイオードタイプの赤外線センサーは、pn接合型の赤外線センサーにおける光検出部を、pn接合ダイオードの代わりに、例えば金属とシリコンとのショットキーフォトダイオードを用いて形成される。
サーモグラフィー処理装置12は、赤外線センサー23の他に、赤外線センサー23から出力される撮像信号を増幅するアンプ24と、アナログの撮像信号をデジタル化するA/D変換回路25と、デジタル撮像信号を基にして観察部位の温度変化を画像化する画像信号を生成する温度変換画像処理回路26とを備えている。
次に、上述のように構成された血管観察システム1の作用について説明する。本実施の形態においては、胃切除手術に血管観察システム1を用いる場合について説明する。胃切除手術においては、図1に示すように、ビデオ硬性鏡6を挿通させるポート32aと、プローブ10を挿通させるポート32bとが患者31の腹部に形成されている。ビデオ硬性鏡6とプローブ10とはそれぞれのポート32a、32b内に挿通されることで、術部である胃に到達することができる。
血管観察システム1の電源が投入され、ビデオ硬性鏡6がポート32aに、プローブ10がポート32bにそれぞれ挿通された状態になされると、赤外光を含んだ可視光が光源装置7から出射され、ライトガイドケーブル9を介してビデオ硬性鏡6の先端から術部へ照射される。術部からの反射光は、腹腔鏡システム2のビデオ硬性鏡6の図示しない撮像手段と、サーモグラフィーシステム3のプローブ10に配置された集光レンズ21を介してイメージガイド22の端部のそれぞれに集光される。
サーモグラフィーシステム3において集光された術部からの反射光は、イメージガイド22によってサーモグラフィー処理装置12まで伝播され、サーモグラフィー処理装置12に備えられた赤外線センサー23に入射される。赤外線センサー23では受光された反射光が光電変換されて、術部の像であるアナログの撮像信号が生成される。撮像信号は、アンプ24へ出力されて増幅される。増幅された撮像信号はA/D変換回路25へ出力され、デジタル化される。デジタル化された撮像信号は温度変換画像処理回路26へ出力される。温度変換画像処理回路26では、撮像信号が温度情報に変換された後、温度情報、詳しくは体腔内の血管と他臓器との温度差の情報を基にして血管の位置を特定し、血管走行を画像化する画像信号が生成される。スイッチャー5においてサーモグラフィーシステム3が選択されている場合、画像信号はスイッチャー5を経由してTVモニタ4へ出力され、TVモニタ4には術部の血管走行が表示される。
一方、腹腔鏡システム2において集光された術部からの反射光は、ビデオ硬性鏡6の図示しない撮像手段により光電変換されて撮像信号が生成される。撮像信号はTVカメラ8へ出力されて信号処理され、画像信号が生成される。スイッチャー5において腹腔鏡システム2が選択されている場合、画像信号は腹腔鏡システム2を経由してTVモニタ4へ出力され、TVモニタ4には術部の内視鏡画像が表示される。尚、スイッチャー5から出力する画像の切り替えは、術者が自由に操作することができるようになされている。よって、術部の内視鏡画像と血管走行とをそれぞれ必要な時に切り替えてTVモニタ4上で確認することができる。
このように、本実施の形態の血管観察システムでは、赤外線センサーを用いて体腔内の血管と他臓器との温度差を測定することで血管位置を特定し、表示できるようにしたことで、通常の血管処理時に加えて、うっ血や出血時にも血管走行を観察することができる。
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態における血管観察システム41の構成を、図3を用いて説明する。図3は、本実施の形態に係わる血管観察システム41の構成を説明するブロック図である。
図3に示すように、本実施の形態の血管観察システム41は、先端部に固体撮像素子等の撮像手段などを備えたビデオ硬性鏡42と、ビデオ硬性鏡42に照明光を供給する光源装置43と、ビデオ硬性鏡42から出力される撮像信号を画像処理するTVカメラ44と、体腔内の内視鏡画像や血管走行状態を表示するTVモニタ45とから構成されている。ビデオ硬性鏡42と光源装置43とは、ビデオ硬性鏡42の側面から延出されたライトガイドケーブル46を介して接続されており、ビデオ硬性鏡42とTVカメラ44とは、ビデオ硬性鏡42の基端側から延出されたケーブルを介して接続されている。
ビデオ硬性鏡42の先端には、集光レンズ51と固体撮像素子としてのCCD52とから構成される通常の内視鏡観察用の撮像部53と、集光レンズ54と赤外線センサー55とから構成される赤外光検出部56とが配置されている。尚、CCD52は集光レンズ51の結像位置に配置されており、赤外線センサー55は集光レンズ54の結像位置に配置されている。非接触型の赤外線温度センサーである赤外線センサー55は、第1の実施の形態における赤外線センサー23と同様に、赤外線センサーである。また、ビデオ硬性鏡42には、先端まで照明光を伝達するライトガイド57が配置されている。ライトガイド57はライトガイドケーブル46内を挿通されて光源装置43に接続されており、光源装置43から出射される照明光はこのライトガイド57によってビデオ硬性鏡42の先端まで伝達させる。図4は、ビデオ硬性鏡42の先端部の斜視図である。
TVカメラ44には、撮像部53から出力される信号を処理する内視鏡画像処理部61と、赤外光検出部56から出力される信号を処理するサーモグラフィー処理部62と、通常観察サーモグラフィー変換回路63とが設けられている。内視鏡画像処理部61は、プリプロセス回路64と、色分離回路65と、アンプ66と、A/D変換回路67と、メモリ68と、ポストプロセス回路69とから構成されている。CCD52から出力された撮像信号は、プリプロセス回路64で各種前処理が施された後に色分離回路65へ出力される。色分離回路65では、時系列に送られてくる撮像信号が、例えば1入力3出力のセレクタなどによってR、G、Bの各色信号に分離される。分離された信号は、所定の範囲の電気信号(例えば、0〜1ボルト)に増幅するためのアンプ66に入力される。アンプ66で増幅された色信号は、A/D変換回路67へ出力されてデジタル信号に変換される。デジタル化された各色信号は、記憶手段としてのメモリ68に一旦格納され、ポストプロセス回路69へ出力される。ポストプロセス回路69へ時系列に入力された色信号は、色調補正、γ補正、強調処理などの各種信号処理が行われた後、同時化されてアナログ変換され、通常観察サーモグラフィー変換回路63へ出力される。
一方、サーモグラフィー処理部62は、赤外線センサー55から出力される撮像信号を増幅するアンプ70と、アンプ70から出力されたアナログの撮像信号をデジタル化するA/D変換回路71と、A/D変換回路71から出力されたデジタル撮像信号を基にして観察部位の温度変化を画像化する画像信号を生成する温度変換画像処理回路72とから構成されている。通常観察サーモグラフィー変換回路63は、内視鏡画像処理部61から出力される画像信号とサーモグラフィー処理部62から出力される画像信号とを選択的に切り替えたり、両方の画像信号を重畳したりして、TVモニタ45に出力する。
次に、上述のように構成された血管観察システム41の作用について説明する。ビデオ硬性鏡42が術部を処置できる位置に配置され、血管観察システム41の電源が投入されると、赤外光を含んだ可視光が光源装置43から出射され、ライトガイド57に導かれてビデオ硬性鏡42の先端から術部へ照射される。術部からの反射光は、ビデオ硬性鏡42の集光レンズ51、54に到達し、それぞれによって集光される。
集光レンズ54において集光された術部からの反射光は、赤外線センサー55に入射される。赤外線センサー55では受光された反射光が光電変換されて、術部の像であるアナログの撮像信号が生成される。撮像信号は、TVカメラ44のアンプ70へ出力されて増幅される。増幅された撮像信号はA/D変換回路71へ出力され、デジタル化される。デジタル化された撮像信号は温度変換画像処理回路72へ出力される。温度変換画像処理回路72では、撮像信号が温度情報に変換された後、温度情報、詳しくは体腔内の血管と他臓器との温度差の情報を基にして血管の位置を特定し、血管走行を画像化する画像信号が生成される。撮像信号を基にして観察部位の温度変化を画像化する画像信号が生成される。
一方、集光レンズ51において集光された術部からの反射光は、CCD52により光電変換されて撮像信号が生成される。撮像信号はTVカメラ44のプリプロセス回路64へ出力され、色分離回路65、アンプ66、A/D変換回路67、メモリ68、ポストプロセス回路69の各処理回路等で所定の信号処理がなされ、画像信号が生成される。通常観察サーモグラフィー変換回路63では、温度変換画像処理回路72から出力された画像信号と、ポストプロセス回路69から出力された画像信号とのうち、どちらか片方の画像信号、もしくはこれらを重畳した画像信号を、術者などから入力された指示に従ってTVモニタ45へ出力する。尚、通常観察サーモグラフィー変換回路63から出力される画像の制御は、術者が自由に操作することができるようになされている。よって、術部の内視鏡画像と血管走行とをそれぞれ必要な時に切り替えたり、重畳したりしてTVモニタ45上で確認することができる。
このように、本実施の形態の血管観察システムでは、赤外線センサーを用いて体腔内の血管と他臓器との温度差を測定することで血管位置を特定し、表示できるようにしたことで、通常の血管処理時に加えて、うっ血や出血時にも血管走行を観察することができる。また、通常の内視鏡観察用の撮像部53と赤外光検出部56とを共にビデオ硬性鏡42に設け、撮像部53の集光レンズ51と赤外光検出部56の集光レンズ54とを近接して配置することで、血管走行を内視鏡画像に重畳して観察することができるため、観察性が向上する。
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。本実施の形態における血管観察システム81の構成を、図5を用いて説明する。図5は、本実施の形態に係わる血管観察システム81の構成を説明するブロック図である。尚、本実施の形態における血管観察システム81の構成は、ビデオ硬性鏡42に設けられた撮像部53のCCD52と赤外光検出部56の赤外線センサー55とを、これらの機能を一体化したハイブリッドセンサー82に置き換えれば、第2の実施の形態の血管観察システム41と同様の構成であるので、同じ構成については同じ符号を付して説明は省略する。ここでは特徴となる、ビデオ硬性鏡42の構成についてのみ説明する。
図5に示すように、ビデオ硬性鏡83の先端には、集光レンズ84とハイブリッドセンサー82とが配置されている。ハイブリッドセンサー82は、通常の内視鏡観察に用いる固体撮像素子としてのCCDと、血管走行観察に用いる赤外線センサーとが一体に形成されたセンサーであり、集光レンズ84の結像位置に配置されている。また、ビデオ硬性鏡83には、先端まで照明光を伝達するライトガイド57が配置されている。ライトガイド57はライトガイドケーブル46内を挿通されて光源装置43に接続されており、光源装置43から出射される照明光はこのライトガイド57によってビデオ硬性鏡43の先端まで伝達させる。図6は、ビデオ硬性鏡83の先端部の斜視図である。
次に、上述のように構成された血管観察システム81の作用について説明する。ビデオ硬性鏡83が術部を処置できる位置に配置され、血管観察システム81の電源が投入されると、赤外光を含んだ可視光が光源装置43から射出され、ライトガイド57に導かれてビデオ硬性鏡83の先端から術部へ照射される。術部からの反射光がビデオ硬性鏡83の集光レンズ84によって集光され、ハイブリッドセンサー82に入射される。ハイブリッドセンサー82にはCCDと赤外線センサーとが搭載されており、赤外線センサーでは受光された反射光が光電変換されて、術部の像であるアナログの撮像信号が生成され、TVカメラ44のアンプ70へ出力される。一方、ハイブリッドセンサー82のCCDでは、受光された反射光が光電変換されて撮像信号が生成され、TVカメラ44のプリプロセス回路64へ出力される。TVカメラ44における信号処理等、以降の作用は第2の実施の形態の血管観察システム41と同様の作用であるので、説明を省略する。
このように、本実施の形態の血管観察システムでは、非接触型の赤外線センサーを用いて体腔内の血管と他臓器との温度差を測定することで血管位置を特定し、表示できるようにしたことで、通常の血管処理時に加えて、うっ血や出血時にも血管走行を観察することができる。また、通常の内視鏡観察用の撮像部であるCCDと、血管走行観察に用いる赤外線センサーとを一体化し、ハイブリッドセンサー82としてビデオ硬性鏡83に設置することで、システムの小型化を図ることができる。
以上の実施の形態から、次の付記項に記載の点に特徴がある。
(付記項1)先端に集光レンズとライトガイドケーブルとを有するプローブを備え、前記集光レンズにより受光した像を、前記ライトガイドケーブルによって赤外線センサーに結合し、前記赤外線センサーから受信した温度情報から、体腔内の臓器と血管との温度差により前記血管を同定することを特徴とする、血管観察システム。
(付記項2)前記赤外線センサーが、硬性鏡の先端に配置されていることを特徴とする、付記項1に記載の血管観察システム。
(付記項3)前記赤外線センサーが、通常観察のCCDと一体化されて、前記硬性鏡の先端に配置されていることを特徴とする、付記項1または付記項2に記載の血管観察システム。
第1の実施の形態に係わる血管観察システム1の全体構成を説明する概略図である。 サーモグラフィーシステム3の構成を説明する概略図である。 第2の実施の形態に係わる血管観察システム41の構成を説明するブロック図である。 ビデオ硬性鏡42の先端の斜視図である。 第3の実施の形態に係わる血管観察システム81の構成を説明するブロック図である。 ビデオ硬性鏡83の先端の斜視図である。
符号の説明
1 血管観察システム、
2 腹腔鏡システム、
3 サーモグラフィーシステム、
4 TVモニタ、
5 スイッチャー、
6 ビデオ硬性鏡、
7 光源装置、
8 TVカメラ、
9 ライトガイドケーブル、
10 プローブ、
11 先端部、
12 サーモグラフィー処理装置、
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (7)

  1. 赤外光を含む照明光を出射する光源部と、
    該光源部から出射される前記照明光を被写体へ導くライトガイドと、
    前記照明光に含まれる前記赤外光による前記被写体からの反射光を受光して光電変換し、前記被写体の像の撮像信号を出力する赤外光検出部と、
    前記赤外光検出部から出力される前記被写体の像の撮像信号を温度情報に変換し、該温度情報を基に前記被写体における血管の位置を特定して血管走行画像信号を出力する赤外光信号処理部と、
    を備えたことを特徴とする血管観察システム。
  2. さらに、前記赤外光信号処理部からの前記血管走行信号を入力し、血管走行画像を表示する画像表示部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の血管観察システム。
  3. 前記赤外光検出部は、内視鏡の先端部に配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の血管観察システム。
  4. 前記赤外光検出部は、通常光の撮像手段に一体に形成されていることを特徴とする請求項3に記載の血管観察システム。
  5. 赤外光を含む照明光を出射する光源部と、
    該光源部から出射される前記照明光を被写体へ導くライトガイドと、
    前記照明光に含まれる前記赤外光による前記被写体からの反射光を受光して光電変換し、前記被写体の像の撮像信号を出力する赤外光検出部と、
    前記赤外光検出部から出力される前記被写体の像の撮像信号を温度情報に変換し、該温度情報を基に前記被写体における血管の位置を特定して血管走行画像信号を出力する赤外光信号処理部と、
    該赤外光信号処理部から出力される前記血管走行信号を表示する画像表示部と、
    を備えたことを特徴とする血管観察システム。
  6. 赤外光を含む照明光を出射する光源部と、
    該光源部から出射される前記照明光を被写体へ導くライトガイドと、前記照明光による前記被写体からの反射光を撮像して撮像信号を生成する撮像部とを備えた電子内視鏡と、
    前記照明光に含まれる前記赤外光による前記被写体からの反射光を受光して光電変換し、前記被写体の像の撮像信号を出力する赤外光検出部と、
    前記撮像部から出力される前記撮像信号を画像処理して内視鏡画像信号を生成する内視鏡画像処理部と、
    前記赤外光検出部から出力される前記被写体の像の撮像信号を温度情報に変換し、前記温度情報を基に前記被写体における血管の位置を特定して血管走行画像信号を出力する赤外光信号処理部と、
    前記内視鏡画像信号と前記血管走行画像信号とを受信して、どちらか一方の画像信号を出力する信号切替部と、
    前記信号切替部から出力される前記画像信号を表示する画像表示部と、
    を備えたことを特徴とする血管観察システム。
  7. 赤外光を含む照明光を出射する光源部と、
    前記光源部から出射される前記照明光を被写体へ導くライトガイドと、前記照明光による前記被写体からの反射光を撮像して撮像信号を生成する撮像部と、前記照明光に含まれる前記赤外光による前記被写体からの反射光を受光して光電変換し、前記被写体の像の撮像信号を出力する赤外光検出部とを備えた電子内視鏡と、
    前記撮像部から出力される前記撮像信号を画像処理して内視鏡画像信号を生成する内視鏡画像処理部と、
    前記赤外光検出部から出力される前記被写体の像の撮像信号を温度情報に変換し、前記温度情報を基に前記被写体における血管の位置を特定して血管走行画像信号を出力する赤外光信号処理部と、
    前記内視鏡画像信号と前記血管走行画像信号とを受信して、どちらか一方の画像信号、または両方を重畳した画像信号を出力する信号切替部と、
    前記信号切替部から出力される前記画像信号を表示する画像表示部と、
    を備えたことを特徴とする血管観察システム。

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