JP2006325973A - 画像生成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】生体に対する観察に費やす時間を短くすることができる画像生成装置を提供する。
【解決手段】本発明における画像生成装置は、各々偏光状態の異なる少なくとも2種類の照明光を出射する光源装置と、前記少なくとも2種類の照明光が各々有する偏光状態のうち、所定の一の偏光状態の光のみを透過させる偏光フィルタと、前記偏光フィルタを透過した透過光を結像する対物光学系と、前記対物光学系により結像された像を撮像し、撮像信号として出力する撮像素子と、前記偏光フィルタの光入射側を覆う位置に配置され、外周面が遮光部材により覆われた透明部材とを先端部に具備した光学観察装置と、前記プローブから出力される前記撮像信号に基づき、偏光画像信号を生成して出力する画像処理装置とを有する。
【選択図】図1
【解決手段】本発明における画像生成装置は、各々偏光状態の異なる少なくとも2種類の照明光を出射する光源装置と、前記少なくとも2種類の照明光が各々有する偏光状態のうち、所定の一の偏光状態の光のみを透過させる偏光フィルタと、前記偏光フィルタを透過した透過光を結像する対物光学系と、前記対物光学系により結像された像を撮像し、撮像信号として出力する撮像素子と、前記偏光フィルタの光入射側を覆う位置に配置され、外周面が遮光部材により覆われた透明部材とを先端部に具備した光学観察装置と、前記プローブから出力される前記撮像信号に基づき、偏光画像信号を生成して出力する画像処理装置とを有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、画像生成装置に関し、特に、生体において組織学的な観察を行うことのできる画像生成装置に関するものである。
近年、生体内の細胞に対する組織学的な観察が、癌の早期発見、早期診断において重要であるとして注目されている。
そして、そのような観察を行うことを可能とする装置として、例えば、通常の倍率による観察に加え、生体内の細胞に対して組織学的な観察を行うことのできる倍率(一般的な顕微鏡における20倍〜100倍の倍率)による拡大観察を行うことが可能である内視鏡装置等の装置が提案されている。
特許文献1において提案されている光学的観察プローブ及び内視鏡観察装置は、通常倍率の撮像手段と、高倍率撮像手段とを構成として有している。そのため、前記光学的観察プローブ及び前記内視鏡観察装置は、前述した構成を有することにより、予め色素により染色された部位の細胞に対し、通常の倍率における観察と、組織学的な観察、すなわち、拡大観察とを行うことを可能としている。
特許文献1において提案されている光学的観察プローブ及び内視鏡観察装置を用いて拡大観察を行う場合、観察を行う毎に色素散布を行う必要が生じる。そのため、特許文献1において提案されている光学的観察プローブ及び内視鏡観察装置を用いた場合、例えば、観察対象となる部位の細胞の染色状態によっては、1回の観察において、複数回の色素散布が必要となるため、拡大観察の際の操作性が低下し、その結果、生体に対する観察に費やす時間が長くなってしまうという課題が生じている。
本発明は、前述した点に鑑みてなされたものであり、生体に対する観察に費やす時間を短くすることができる画像生成装置を提供することを目的としている。
本発明における第1の画像生成装置は、各々偏光状態の異なる少なくとも2種類の照明光を出射する光源装置と、前記少なくとも2種類の照明光が各々有する偏光状態のうち、所定の偏光状態の光のみを透過させる偏光フィルタと、前記偏光フィルタを透過した透過光を結像する対物光学系と、前記対物光学系により結像された像を撮像し、撮像信号として出力する撮像素子と、前記偏光フィルタの光入射側を覆う位置に配置され、外周面が遮光部材により覆われた透明部材とを先端部に具備した光学観察装置と、前記光学観察装置から出力される前記撮像信号に基づき、偏光画像信号を生成して出力する画像処理装置とを有することを特徴とする。
本発明における第2の画像生成装置は、前記第1の画像生成装置において、前記光学観察装置は、内視鏡の内部に挿通可能な構造を有するプローブであることを特徴とする。
本発明における第3の画像生成装置は、前記第1の画像生成装置において、前記光学観察装置は、内視鏡であることを特徴とする。
本発明における第4の画像生成装置は、前記第1乃至第3の画像生成装置において、前記少なくとも2種類の照明光には、平行偏光を有する平行偏光照明光と、垂直偏光を有する垂直偏光照明光とが含まれることを特徴とする。
本発明における第5の画像生成装置は、前記第4の画像生成装置において、前記所定の偏光状態は、平行偏光であり、前記透過光は、前記平行偏光照明光が生体において散乱した後方散乱光であることを特徴とする。
本発明における第6の画像生成装置は、前記第1乃至第3の画像生成装置において、前記少なくとも2種類の照明光には、平行偏光を有し、生体に蛍光を励起させる平行偏光励起光と、垂直偏光を有し、生体に蛍光を励起させる垂直偏光励起光とが含まれることを特徴とする。
本発明における第7の画像生成装置は、前記第6の画像生成装置において、前記所定の偏光状態は、平行偏光であり、前記透過光は、前記平行偏光励起光及び前記垂直偏光励起光により生体において励起された蛍光であることを特徴とする。
本発明における画像生成装置によると、生体に対する観察に費やす時間を短くすることができる。
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の実施形態)
図1から図7は、本発明の第1の実施形態に係るものである。図1は、第1の実施形態に係る画像生成装置の構成の一例を示す図である。図2は、第1の実施形態に係る画像生成装置が有する一方の光源装置に設けられた、偏光フィルタ部の構成の一例を示す図である。図3は、第1の実施形態に係る画像生成装置において用いられる光学的観察プローブの先端部の構成の一例を示す断面図である。図4は、図3に示す光学的観察プローブの先端面の構成の一例を示す図である。図5は、第1の実施形態に係る画像生成装置が有する一方のビデオプロセッサの構成の一例を示す図である。図6は、第1の実施形態の変形例に係る画像生成装置の構成の一例を示す図である。図7は、第1の実施形態の変形例に係る画像生成装置において用いられる内視鏡の先端面の構成の一例を示す図である。
図1から図7は、本発明の第1の実施形態に係るものである。図1は、第1の実施形態に係る画像生成装置の構成の一例を示す図である。図2は、第1の実施形態に係る画像生成装置が有する一方の光源装置に設けられた、偏光フィルタ部の構成の一例を示す図である。図3は、第1の実施形態に係る画像生成装置において用いられる光学的観察プローブの先端部の構成の一例を示す断面図である。図4は、図3に示す光学的観察プローブの先端面の構成の一例を示す図である。図5は、第1の実施形態に係る画像生成装置が有する一方のビデオプロセッサの構成の一例を示す図である。図6は、第1の実施形態の変形例に係る画像生成装置の構成の一例を示す図である。図7は、第1の実施形態の変形例に係る画像生成装置において用いられる内視鏡の先端面の構成の一例を示す図である。
画像生成装置としての内視鏡装置1は、図1に示すように、内部に図示しない処置具挿通路を有し、一部が生体としての体腔内に挿入される内視鏡2と、前記処置具挿通路に挿通可能な構造を有する光学的観察プローブ3と、内視鏡2に対し、低倍率観察としての通常観察に用いられる照明光を供給する光源装置4Aと、内視鏡2から出力される撮像信号に対する信号処理を行うビデオプロセッサ5Aとを有する。
さらに、内視鏡装置1は、図1に示すように、光学的観察プローブ3に対し、高倍率観察としての拡大観察に用いられる照明光を供給する光源装置4Bと、光学的観察プローブ3から出力される撮像信号に対する信号処理を行うビデオプロセッサ5Bと、ビデオプロセッサ5Aから出力される画像信号に基づく内視鏡画像及びビデオプロセッサ5Bから出力される偏光画像信号に基づく拡大観察画像を表示するモニタ6と、モニタ6に出力される画像信号及び偏光画像信号を記録する記録装置7とを有する。
内視鏡2は、可撓性を有し、体腔内に挿入される挿入部10と、挿入部10の後端側に設けられた操作部11と、操作部11の側部から延出されたユニバーサルコード12とを有し、ユニバーサルコード12の後端側に設けられたコネクタ13を介し、光源装置4Aに対して着脱自在に接続することができる。
ユニバーサルコード12は、コネクタ13から延出した信号ケーブル29を介し、ビデオプロセッサ5Aに対して着脱自在に接続することができる。
内視鏡2の挿入部10は、図示しない硬質の先端部18と、先端部18の後端に湾曲自在な構造を有して設けられた湾曲部19と、湾曲部19の後端から操作部11の前端までの部分に設けられた可撓部20とから構成される。
先端部18は、対物光学系としての図示しない対物レンズと、該図示しない対物レンズの結像位置に設けられた、CCD(電荷結合素子)等である図示しない撮像素子とを有している。
前記図示しない撮像素子は、前記図示しない対物レンズにより結像された被写体の像を光電変換した後、撮像信号として出力する。
湾曲部19は、湾曲自在な構造として、例えば、図示しない湾曲駒及びワイヤ等を内部に有し、操作部11に設けられた図示しない湾曲ノブが操作されることにより、上下及び左右に湾曲されるような構造を有している。
また、操作部11は、図示しない処置具及び光学的観察プローブ3等を挿入することができるような構造を有する、処置具挿入口21が前端付近に設けられている。
処置具挿入口21は、内視鏡2の内部に設けられた、図示しない処置具挿通路に連通している。このような構成により、例えば、図1に示すように、光学的観察プローブ3は、処置具挿入口21から挿入されると、図示しない処置具挿通路を介し、挿入部10の先端部18から突出される。
光源装置4Aは、図1に示すように、モータ8と、R(赤)、G(緑)及びB(青)の波長帯域の光を透過するフィルタが各々設けられ、モータ8に取り付けられたRGBフィルタ部9と、レンズ9Aと、キセノンランプ等により構成される、白色光を発生するランプ14とを内部に有している。
RGBフィルタ部9は、モータ8により回転されると、R、G及びBの波長帯域の光を透過する各々のフィルタが順次かつ連続的にランプ14の光軸上に介挿されるような構成を有している。
このような構成を光源装置4Aが有することにより、例えば、ランプ14から出射された白色光は、モータ8により回転されるRGBフィルタ部9を経て、面順次のRGB光として出射される。前記RGB光は、レンズ9Aにより集光され、コネクタ13から突出するライトガイド15の入射端面に入射される。さらに、前記RGB光は、内視鏡2の内部を挿通するように設けられたライトガイド15を介し、ライトガイド15の出射端面から、図示しない照明レンズを経て出射された後、体腔内の患部等としての観察部位17を照明する。
光源装置4Bは、図1に示すように、モータ48と、互いに偏光状態の異なる光を透過する2種類のフィルタを有し、モータ48に取り付けられた偏光フィルタ部49と、レンズ49Aと、キセノンランプ等により構成される、白色光を発生するランプ46とを内部に有している。
偏光フィルタ部49には、図2に示すように、互いに偏光状態が90度異なる第1偏光フィルタ49aと、第2偏光フィルタ49bとが設けられている。また、偏光フィルタ部49は、モータ48により回転されると、第1偏光フィルタ49a及び第2偏光フィルタ49bが順次かつ連続的にランプ46の光軸上に介挿されるような構成を有している。なお、本実施形態においては、第1偏光フィルタ49a及び第2偏光フィルタ49bは、いずれも同じ波長帯域の光を透過する直線偏光フィルタとして構成されているとする。また、本実施形態においては、第1偏光フィルタ49aは、ランプ46が発した光を、平行偏光を有する平行偏光照明光として出射するものとし、また、第2偏光フィルタ49bは、ランプ46が発した光を、垂直偏光を有する垂直偏光照明光として出射するとして構成されているものとする。
さらに、第1偏光フィルタ49a及び第2偏光フィルタ49bは、前述したような構成に限るものではなく、例えば、いずれも円偏光フィルタとして構成されていても良いし、各々が異なる波長帯域の光を透過するような構成を有していても良い。また、偏光フィルタ部49は、2枚の偏光フィルタを有するに限るものではなく、2枚以上の偏光フィルタを有するような構成であっても良い。
このような構成を光源装置4Bが有することにより、例えば、ランプ46から出射された白色光は、モータ48により回転される偏光フィルタ部49を経て、偏光状態が90度異なる2種類の照明光として出射される。前記2種類の照明光は、レンズ49Aにより集光され、光学的観察プローブ3の後端側に設けられたコネクタ43から突出するように配置された偏波面保存ファイバ55の入射端面に入射される。さらに、前記2種類の照明光は、光学的観察プローブ3の内部を挿通するように設けられた偏波面保存ファイバ55を介し、偏波面保存ファイバ55の出射端面から、(図1には図示しない)照明レンズを経て出射された後、観察部位17のうち、高倍率の拡大観察が行われる局所的な部位である関心部位17aを照明する。
なお、光源装置4Bのランプ46は、白色光を発するものに限るものではなく、例えば、特定の波長帯域を有する光を発するような光源を使用するものであっても良い。
光学的観察プローブ3は、プローブ先端部3aが先端側に設けられており、また、光源装置4Bに対して着脱自在に接続されるコネクタ43が後端側に設けられているような構成を有する。また、光学的観察プローブ3は、コネクタ43から延出した信号ケーブル47を介し、ビデオプロセッサ5Bに対して着脱自在に接続することができる。
光学観察装置としての光学的観察プローブ3のプローブ先端部3aは、図3に示すように、対物光学系としての対物レンズ51と、CCD(電荷結合素子)等である撮像素子52と、撮像素子52に接続された信号線53と、照明レンズ54と、照明光の出射端面に照明レンズ54が設けられた偏波面保存ファイバ55と、対物レンズ51の光入射側に設けられた偏光フィルタ56と、透明部材57と、遮光部材57aとを有して構成されている。
撮像素子52は、対物レンズ51の結像位置に設けられており、対物レンズ51により結像された被写体の像を撮像した後、撮像信号として信号線53に対して出力する。
信号線53は、光学的観察プローブ3を挿通するように設けられており、撮像素子52から出力された撮像信号をビデオプロセッサ5Bに伝送する。なお、撮像素子52は、光学的観察プローブ3において、プローブ先端部3aに設けられているような構成のものに限らず、例えば、対物レンズ51により結像された後、偏波面保存ファイバにより伝送された被写体の像を、光学的観察プローブ3の後端側において撮像するような構成のものであっても良い。
偏光フィルタ56は、対物レンズ51の光入射側に設けられており、第1偏光フィルタ49aまたは第2偏光フィルタ49bのいずれかを透過した際の偏光状態を有する光と同一の偏光状態を有する光のみを透過させるような構成を有している。なお、本実施形態においては、偏光フィルタ56は、第1偏光フィルタ49aを透過した際の偏光状態を有する光と同一の偏光状態の光のみを透過するような構成を有しているものであるとする。
偏波面保存ファイバ55は、プローブ先端部3aにおいては、対物レンズ51と、撮像素子52と、偏光フィルタ56との周囲を、例えば、リング状に囲むように配置されている。また、偏波面保存ファイバ55は、光学的観察プローブ3の外周面を構成する、樹脂等の遮光性を有する部材により形成された筒体3bの内壁に、接着剤等により水密的に固定されて設けられている。さらに、偏波面保存ファイバ55は、光学的観察プローブ3を挿通するように設けられており、コネクタ43から突出するように配置された入射端面において入射された照明光を伝送する。そして、関心部位17aは、偏波面保存ファイバ55により伝送された、前記照明光により照明される。
プラスチック及びガラス等からなる透明部材57は、照明レンズ54の光出射側と、偏光フィルタ56との光入射側とを覆うように設けられている。また、透明部材57は、筒体3bと略同様の遮光性を有する部材により形成された、遮光部材57aにより外周面が覆われるように設けられている。透明部材57が前述したような構成を有することにより、透明部材57に入射された光は、偏光状態が保存されたまま出射される。
なお、プローブ先端部3aが有する各部は、光学的観察プローブ3の先端面において、例えば、図4に示すような位置に各々配置されている。
図1に示すように、ビデオプロセッサ5Aは、先端部18に設けられた図示しない撮像素子を駆動するための撮像素子駆動回路31と、内視鏡2の先端部18に設けられた図示しない撮像素子から出力される撮像信号に対して信号処理を行い、画像信号を生成する画像処理回路32とを内蔵している。
画像処理回路32は、先端部18に設けられた図示しない撮像素子から出力された後、コネクタ13から延出する信号ケーブル29を介して伝送された撮像信号に対して画像処理を行うことにより、画像信号を生成してモニタ6に出力する。モニタ6は、画像処理回路32から出力された画像信号に基づき、内視鏡画像表示領域33に内視鏡画像を表示する。
画像処理装置としてのビデオプロセッサ5Bは、撮像素子52を駆動するための、図示しない撮像素子駆動回路を有している。また、ビデオプロセッサ5Bは、光学的観察プローブ3から出力される撮像信号に基づいて少なくとも2つの偏光画像信号を生成し、さらに、該少なくとも2つの偏光画像信号から1つの偏光画像信号を生成するような画像処理を行う機能を有している。また、ビデオプロセッサ5Bは、生成した前記1つの偏光画像信号をビデオプロセッサ5Aに出力する。
画像処理装置としてのビデオプロセッサ5Bは、撮像素子52を駆動するための、図示しない撮像素子駆動回路を有している。また、ビデオプロセッサ5Bは、光学的観察プローブ3から出力される撮像信号に基づいて少なくとも2つの偏光画像信号を生成し、さらに、該少なくとも2つの偏光画像信号から1つの偏光画像信号を生成するような画像処理を行う機能を有している。また、ビデオプロセッサ5Bは、生成した前記1つの偏光画像信号をビデオプロセッサ5Aに出力する。
ビデオプロセッサ5Bは、前述した機能を実現するための構成として、例えば、図5に示すように、画像処理回路61と、遅延回路62と、第1画像記憶回路63aと、第2画像記憶回路63bと、差分回路64とを内部に有している。
前述したような構成を有するビデオプロセッサ5Bに対し、光学的観察プローブ3の信号ケーブル47から撮像信号が出力された場合、該撮像信号は、まず、画像処理回路61に入力される。
画像処理回路61は、前記撮像信号に基づき、例えば、関心部位17aに対して平行偏光を有する照明光を照射した際の後方散乱光の像を、第1の偏光画像信号として生成し、また、関心部位17aに対して垂直偏光を有する照明光を照射した際の後方散乱光の像を、第2の偏光画像信号として生成する処理を行う。その後、画像処理回路61は、第1の偏光画像信号及び第2の偏光画像信号のうち、時間的に先に生成した一方の偏光画像信号を遅延回路62に出力し、また、時間的に後に生成した他方の変更画像信号を第2画像記憶回路63bに出力する処理を行う。
第1の偏光画像信号及び第2の偏光画像信号は、画像処理回路61が前述したような処理を行うことにより、第1画像記憶回路63a及び第2画像記憶回路63bから、略同一のタイミングにおいて、差分回路64に対して出力される。
差分回路64は、第1画像記憶回路63a及び第2画像記憶回路63bから出力される、第1の偏光画像信号と第2の偏光画像信号とに基づいて差分処理を行った後、該差分処理を行った後の信号を偏光画像信号として出力する。
なお、ビデオプロセッサ5Aの画像処理回路32は、内視鏡2から出力される撮像信号に基づいて生成した画像信号と、外部信号入力端から入力されるビデオプロセッサ5Bの偏光画像信号とを、出力段に設けられた図示しないミキサにより混合してモニタ6に出力することができるような構成を有している。これにより、モニタ6には、ビデオプロセッサ5Aにおいて生成された画像信号に基づく内視鏡画像が内視鏡画像表示領域33に表示されると共に、ビデオプロセッサ5Bにおいて生成された偏光画像信号に基づく拡大観察画像が、内視鏡画像表示領域33に隣接した、拡大観察画像表示領域34に表示される。
次に、本実施形態の内視鏡装置1の作用について説明を行う。
まず、術者等は、内視鏡装置1の各部を接続し、各部の電源を投入した後、モニタ6の内視鏡画像表示領域33に表示される内視鏡画像を見ながら、内視鏡2の挿入部10を体腔内に挿入してゆく。そして、術者等は、関心部位17aを含む所望の観察部位17に内視鏡2の先端部18が到達した際に、処置具挿入口21から挿入された光学的観察プローブ3を先端部18から突出させた後、プローブ先端部3aの先端面に設けられた透明部材57を関心部位17aに当接させるような操作を行う。
プローブ先端部3aの先端面が関心部位17aに当接された状態においては、偏波面保存ファイバ55により偏光状態が保存されつつ伝送された、平行偏光を有する平行偏光照明光と、垂直偏光を有する垂直偏光照明光とが、関心部位17aに対して各々交互に照射される。そして、平行偏光照明光の後方散乱光及び垂直偏光照明光の後方散乱光のうち、平行偏光を有するもののみが、各々透明部材57と、偏光フィルタ56とを透過して対物レンズ51により結像される。
なお、平行偏光照明光の後方散乱光のうち、対物レンズ51により結像されるものには、関心部位17aの表層付近において、平行偏光照明光のうち、単散乱または散乱回数が数回の、偏光状態が保存された散乱光と、関心部位17aの深層において、偏光フィルタ56を透過可能な偏光状態となるように多重散乱した多重散乱光との両方の光が含まれている。また、垂直偏光照明光の後方散乱光のうち、対物レンズ51により結像されるものには、関心部位17aの表層付近において、垂直偏光照明光の偏光状態が保存されたまま散乱した光は含まれず、関心部位17aの深層において、偏光フィルタ56を透過可能な偏光状態となるように散乱及び反射した光のみが含まれている。
そして、対物レンズ51により結像された平行偏光照明光の後方散乱光の像及び垂直偏光照明光の後方散乱光の像は、撮像素子52により撮像信号として各々変換された後、ビデオプロセッサ5Bに対して出力される。
ビデオプロセッサ5Bは、撮像素子52から出力された撮像信号に基づき、平行偏光照明光の後方散乱光の像、すなわち、平行偏光を有する照明光を照射した際の後方散乱光の像に応じた第1の偏光画像信号と、垂直偏光照明光の後方散乱光の像、すなわち、垂直偏光を有する照明光を照射した際の後方散乱光の像に応じた第2の偏光画像信号とを生成する。そして、ビデオプロセッサ5Bは、第1の偏光画像信号と第2の偏光画像信号とに対して差分処理を行った後の信号である、偏光画像信号をビデオプロセッサ5Aに対して出力する。
ビデオプロセッサ5Aは、ビデオプロセッサ5Bから出力される偏光画像信号と、内視鏡2から出力される撮像信号に基づいて生成した画像信号とを、出力段に設けられた図示しないミキサにより混合してモニタ6に出力する。これにより、モニタ6には、ビデオプロセッサ5Aにおいて生成された画像信号に基づく内視鏡画像が内視鏡画像表示領域33に表示されると共に、ビデオプロセッサ5Bにおいて生成された偏光画像信号に基づく拡大観察画像が拡大観察画像表示領域34に表示される。
なお、本実施形態の内視鏡装置1は、前述した作用に類似した作用を有する、図6に示すような、内視鏡装置100として構成されるものであっても良い。
図6に示すように、画像生成装置としての内視鏡装置100は、一部が生体としての体腔内に挿入される内視鏡101と、内視鏡101に対し、通常観察用照明光及び拡大観察用照明光を供給する光源装置103と、内視鏡101から出力される撮像信号に対する信号処理を行うビデオプロセッサ104と、ビデオプロセッサ104から出力される画像信号に基づく内視鏡画像と、ビデオプロセッサ104から出力される偏光画像信号に基づく拡大観察画像とを表示するモニタ105とを有して構成される。また、光学観察装置としての内視鏡101は、可撓性を有し、体腔内に挿入される挿入部102と、挿入部102の後端側に設けられた操作部102aとを有している。
挿入部102は、光源装置103から出射される通常観察用照明光を伝送し、該照明光を挿入部102の先端側前方に照射する通常観察用照明光学系121と、通常観察用照明光学系121により照射された観察部位106を撮像する通常観察用撮像光学系122とを内部に有している。さらに、挿入部102は、光源装置103から出射される拡大観察用照明光を伝送し、該照明光を挿入部102の先端側前方に照射する拡大観察用照明光学系123と、拡大観察用照明光学系123により照射された関心部位106aを撮像する拡大観察用撮像光学系124とが設けられている。なお、関心部位106aは、観察部位106のうち、高倍率の観察としての拡大観察が行われる局所的な部位である。
通常観察用照明光学系121は、通常観察用照明光を伝送するライトガイド111と、ライトガイド111により伝送された通常観察用照明光を挿入部102の先端前方に照射し、観察部位106を照明する照明レンズ112とを有して構成される。
また、通常観察用撮像光学系122は、通常観察用照明光により照明された観察部位106の像を結像する対物レンズ113と、対物レンズ113の結像位置に設けられ、観察部位106の像を撮像し、撮像信号として出力する、例えば、CCD等である撮像素子114とを有して構成される。
一方、拡大観察用照明光学系123は、拡大観察用照明光を伝送する、例えば、偏波面保存ファイバ等からなるライトガイド115と、ライトガイド115により伝送された拡大観察用照明光を挿入部102の先端前方に照射し、関心部位106aを照明する照明レンズ116からなる。
また、拡大観察用撮像光学系124は、拡大観察用照明光により照明された関心部位106aの像を結像する、対物光学系としての対物レンズ117と、対物レンズ117の結像位置に設けられ、関心部位106aの像を撮像し、撮像信号として出力する、例えば、CCD等である撮像素子118とを有して構成される。なお、撮像素子118は、内視鏡101において、挿入部102の先端部に設けられているような構成のものに限らず、例えば、対物レンズ117により結像された後、偏波面保存ファイバにより伝送された被写体の像を、内視鏡101の操作部102a側において撮像するような構成のものであっても良い。
光源装置103は、白色光を発する通常観察用の光源として、例えば、キセノンランプからなるランプ131と、モータ132と、モータ132により回転駆動されるRGBフィルタ部133と、ランプ131により発せられた後、RGBフィルタ部133を介して出射される照明光である、通常観察用照明光をライトガイド111の入射端に集光するレンズ134とを有する。
また、光源装置103は、白色光を発する拡大観察用の光源として、例えば、キセノンランプからなるランプ135と、モータ136と、モータ136により回転駆動される偏光フィルタ部137と、ランプ135により発せられた後、偏光フィルタ部137を介して出射される照明光である、拡大観察用照明光をライトガイド115の入射端に集光するレンズ138とを有する。なお、光源装置103のランプ135は、白色光を発するものに限るものではなく、例えば、特定の波長帯域を有する光を発するような光源を使用するものであっても良い。
さらに、光源装置103は、ランプ131及びランプ135の発光状態及び消光状態の切り替えを制御するための光源切り替え回路139を有している。
RGBフィルタ部133は、前述したRGBフィルタ部9と略同様の構成を有しており、モータ132により回転されると、R、G及びBの波長帯域の光を透過する各々のフィルタが順次かつ連続的にランプ131の光軸上に介挿されるような構成を有している。
偏光フィルタ部137は、前述した偏光フィルタ部49と略同様の構成を有しており、モータ136により回転されると、互いに偏光状態が90度異なる第1の偏光フィルタと、第2の偏光フィルタとが順次かつ連続的にランプ135の光軸上に介挿されるような構成を有している。なお、内視鏡装置100の偏光フィルタ部137は、ランプ135が発した光を、平行偏光を有する平行偏光照明光及び垂直偏光を有する垂直偏光照明光として出射するとして構成されているものとする。
なお、通常観察用照明光学系121と、通常観察用撮像光学系122と、ランプ131と、RGBフィルタ部133と、レンズ134とは、低倍率の観察としての通常観察に最適化された構成を各々有する光学系であるとする。
また、拡大観察用照明光学系123と、拡大観察用撮像光学系124と、ランプ135と、偏光フィルタ部137と、レンズ138とは、高倍率の組織学的観察、すなわち、拡大観察に最適化された構成を各々有する光学系であるとする。
なお、通常観察および拡大観察を行う際に、各々の観察に応じた照明光を出射する光源装置103は、前述したような構成を有するものに限らず、例えば、LED等により構成された光源が、操作部102aまたは挿入部102の先端部に設けられたような構成であっても良い。
内視鏡101の操作部102aは、リレー回路125を内部に有し、また、切り替えスイッチ126を外装表面上に有している。
切り替えスイッチ126は、術者等により操作されると、指示信号をビデオプロセッサ104に対して出力する。切り替えスイッチ126から出力された指示信号は、ビデオプロセッサ104に入力される。ビデオプロセッサ104は、切り替えスイッチ126から出力された指示信号に基づき、リレー回路125に対して制御信号を出力する。リレー回路125は、ビデオプロセッサ104から出力された制御信号に基づき、撮像素子114及び撮像素子118の駆動状態及び撮像状態を切り替える。
画像処理装置としてのビデオプロセッサ104は、撮像素子114または撮像素子118のいずれかを駆動するためのCCD駆動信号を生成する撮像素子駆動回路141と、撮像素子114または撮像素子118から出力される撮像信号に対し、内視鏡画像または拡大観察画像をモニタ105に表示させるような信号処理を行う画像信号処理回路142と、切り替えスイッチ126からの指示信号に基づき、各種制御信号を生成する切り替え制御回路143とを有している。
また、ビデオプロセッサ104は、撮像素子118から、リレー回路125を介して出力される撮像信号に基づいて少なくとも2つの偏光画像信号を生成し、さらに、該少なくとも2つの偏光画像信号から1つの偏光画像信号を生成するような画像処理を行う機能を有している。なお、このような機能を実現するために、内視鏡装置100のビデオプロセッサ104は、例えば、前述したような、図5に示すビデオプロセッサ5Bが有する構成と略同様の構成を画像信号処理回路142において有するものであるとする。
切り替え制御回路143は、リレー回路125と、画像信号処理回路142と、撮像素子駆動回路141と、光源切り替え回路139と、モータ132と、モータ136とに対し、切り替えスイッチ126からの指示信号に基づく制御信号を出力する。
例えば、術者等に操作されることにより、切り替えスイッチ126から第1の指示信号が出力された場合、切り替え制御回路143は、リレー回路125に対し、撮像素子118とビデオプロセッサ104との接続を切断すると共に、撮像素子駆動回路141からの駆動信号を撮像素子114へ出力させ、さらに、撮像素子114からの撮像信号を画像信号処理回路142へ出力させるような制御を行うための制御信号を出力する。
また、切り替え制御回路143は、切り替えスイッチ126から第1の指示信号が出力された場合、撮像素子駆動回路141及び画像信号処理回路142に対しては、撮像素子114に対応した処理として、通常観察に対応した処理を行わせるような制御信号を出力する。そのため、このような状態において、モニタ105は、画像信号処理回路142から出力される画像信号に基づき、通常観察の像としての観察部位106の像を内視鏡画像として表示する。
さらに、切り替え制御回路143は、切り替えスイッチ126から第1の指示信号が出力された場合、光源切り替え回路139に対しては、ランプ131を点灯させ、かつ、ランプ135を消灯させるような制御信号を出力すると共に、モータ132の回転駆動を開始させ、かつ、モータ136の回転駆動を停止させるような制御信号を出力する。
また、例えば、術者等に操作されることにより、切り替えスイッチ126から第2の指示信号が出力された場合、切り替え制御回路143は、リレー回路25に対し、撮像素子114とビデオプロセッサ104との接続を切断すると共に、撮像素子駆動回路141からの駆動信号を撮像素子118へ出力させ、さらに、撮像素子118からの撮像信号を画像信号処理回路142へ出力させるような制御を行うための制御信号を出力する。
そして、切り替え制御回路143は、切り替えスイッチ126から第2の指示信号が出力された場合、撮像素子駆動回路141及び画像信号処理回路142に対しては、撮像素子118に対応した処理として、拡大観察に対応した処理を行わせるような制御信号を出力する。そのため、このような状態において、モニタ105は、画像信号処理回路142から出力される画像信号に基づき、拡大観察の像としての関心部位106aの像を拡大観察画像として表示する。
さらに、切り替え制御回路143は、切り替えスイッチ126から第2の指示信号が出力された場合、光源切り替え回路139に対しては、ランプ135を点灯させ、かつ、ランプ131を消灯させるような制御信号を出力すると共に、モータ136の回転駆動を開始させ、かつ、モータ132の回転駆動を停止させるような制御信号を出力する。
なお、RGBフィルタ部133に設けられた、図示しないR、G及びBの波長帯域の光を透過する各々のフィルタは、低倍率の観察としての通常観察に最適化された透過率を有するものであり、また、偏光フィルタ部137に設けられた、図示しない偏光状態が90度異なる第1の偏光フィルタ及び第2の偏光フィルタは、高倍率の観察としての拡大観察に最適化された透過率を有するものであるとする。
挿入部102の先端面より突出した突出部161は、拡大観察用照明光学系123の照明レンズ116と、拡大観察用撮像光学系124の対物レンズ117と、偏光フィルタ171と、透明部材172と、遮光部材172aとを有して構成されている。
偏光フィルタ171は、対物レンズ117の光入射側に設けられており、偏光フィルタ部137に設けられた、図示しない偏光状態が90度異なる第1の偏光フィルタまたは第2の偏光フィルタのいずれかを透過した際の偏光状態を有する光と同一の偏光状態を有する光のみを透過させるような構成を有している。
プラスチック及びガラス等からなる透明部材172は、偏光フィルタ171の光入射側と、照明レンズ116の光出射側を覆うように設けられている。また、透明部材172は、遮光性を有する部材により形成された、遮光部材172aにより外周面が覆われるように設けられている。透明部材172が前述したような構成を有することにより、透明部材172に入射された光は、偏光状態が保存されたまま出射される。
なお、挿入部102が有する各部は、挿入部102及び突出部161の先端面において、例えば、図7に示すような位置に各々配置されている。また、挿入部102の先端面の処置具突出口181は、挿入部102を挿通するように設けられた、図示しない処置具挿通路に連通している。
次に、内視鏡装置100の作用について説明を行う。
まず、術者等は、内視鏡装置100の各部を接続し、各部の電源を投入する。その後、術者等は、切り替えスイッチ126を操作することにより、切り替えスイッチ126から第1の指示信号を出力させ、内視鏡装置100の各部を通常観察用の状態とする。そして、術者等は、モニタ105に表示される内視鏡画像を見ながら、内視鏡101の挿入部102を体腔内に挿入してゆく。
さらに、術者等は、関心部位106aを含む所望の観察部位106に挿入部102が到達した際に、挿入部102の突出部161の先端面に設けられた透明部材172を関心部位106aに当接させるような操作を行う。その後、術者等は、切り替えスイッチ126を操作することにより、切り替えスイッチ126から第2の指示信号を出力させ、内視鏡装置100の各部を拡大観察用の状態とする。
突出部161の先端面が関心部位106aに当接された状態においては、ライトガイド115により偏光状態が保存されつつ伝送された、平行偏光を有する平行偏光照明光と、垂直偏光を有する垂直偏光照明光とが、関心部位106aに対して各々交互に照射される。
そして、平行偏光照明光の後方散乱光及び垂直偏光照明光の後方散乱光のうち、平行偏光を有するもののみが、各々透明部材172と、偏光フィルタ171とを透過して対物レンズ117により結像される。
なお、平行偏光照明光の後方散乱光のうち、対物レンズ117により結像されるものには、関心部位106aの表層付近において、平行偏光照明光のうち、単散乱または散乱回数が数回の、偏光状態が保存された散乱光と、関心部位106aの深層において、偏光フィルタ171を透過可能な偏光状態となるように多重散乱した多重散乱光との両方の光が含まれている。また、垂直偏光照明光の後方散乱光のうち、対物レンズ117により結像されるものには、関心部位106aの表層付近において、垂直偏光照明光の偏光状態が保存されたまま散乱した光は含まれず、関心部位106aの深層において、偏光フィルタ171を透過可能な偏光状態となるように散乱及び反射した光のみが含まれている。
そして、対物レンズ117により結像された平行偏光照明光の後方散乱光の像及び垂直偏光照明光の後方散乱光の像は、撮像素子118により撮像信号として各々変換された後、ビデオプロセッサ104に対して出力される。
ビデオプロセッサ104は、撮像素子118から出力された撮像信号に基づき、平行偏光照明光の後方散乱光の像、すなわち、平行偏光を有する照明光を照射した際の後方散乱光の像に応じた第1の偏光画像信号と、垂直偏光照明光の後方散乱光の像、すなわち、垂直偏光を有する照明光を照射した際の後方散乱光の像に応じた第2の偏光画像信号とを生成する。そして、ビデオプロセッサ104は、第1の偏光画像信号と第2の偏光画像信号とに対して差分処理を行った後の信号である、偏光画像信号をモニタ105に対して出力する。これにより、モニタ105には、ビデオプロセッサ104において生成された偏光画像信号に基づく拡大観察画像が表示される。
以上述べたように、本実施形態の内視鏡装置1は、偏光状態の異なる2種類の照明光が関心部位に照射された際に得られる、該関心部位における2つの偏光画像信号に対して差分処理を行うことにより、該関心部位における深層からの多重散乱光を除去しつつ、該関心部位における表層の像をモニタ6に表示することができる。これにより、本実施形態の内視鏡装置1を用いて拡大観察を行う場合、術者等は、関心部位を色素により染色することなく、該関心部位の細胞に対する組織学的な観察を行うことができ、その結果、生体に対する観察に費やす時間を従来に比べて短くすることができる。
また、以上述べたように、本実施形態の内視鏡装置100は、通常観察を行う際に用いられる照明光学系及び撮像光学系と、拡大観察を行う際に用いられる照明光学系及び撮像光学系とが、内視鏡101において一体化したような構成を有している。さらに、本実施形態の内視鏡装置100は、通常観察用の照明光を出射する光源と、拡大観察用の照明光を出射する光源とが、光源装置103において一体化したような構成を有している。これにより、本実施形態の内視鏡装置100を用いて拡大観察を行う場合、術者等は、関心部位を色素により染色することなく、さらに、拡大観察用のプローブ等を内視鏡101において挿抜するような操作を行うことなく、該関心部位の細胞に対する組織学的な観察を行うことができ、その結果、生体に対する観察に費やす時間をさらに短くすることができる。
なお、本実施形態の画像生成装置においては、発明の要旨を逸脱しない範囲において、その構成を種々変更することができる。
(第2の実施形態)
図8から図14は、本発明の第2の実施形態に係るものである。なお、第1の実施形態と同様の構成を持つ部分については、詳細説明は省略する。また、第1の実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を用いて説明は省略する。
図8から図14は、本発明の第2の実施形態に係るものである。なお、第1の実施形態と同様の構成を持つ部分については、詳細説明は省略する。また、第1の実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を用いて説明は省略する。
図8は、第2の実施形態に係る画像生成装置の構成の一例を示す図である。図9は、第2の実施形態に係る画像生成装置が有する一方の光源装置に設けられた、偏光フィルタ部の構成の一例を示す図である。図10は、第2の実施形態に係る画像生成装置において用いられる光学的観察プローブの先端部の構成の一例を示す断面図である。図11は、図10に示す光学的観察プローブの先端面の構成の一例を示す図である。図12は、第2の実施形態に係る画像生成装置が有する一方のビデオプロセッサの構成の一例を示す図である。図13は、第2の実施形態の変形例に係る画像生成装置の構成の一例を示す図である。図14は、第2の実施形態の変形例に係る画像生成装置において用いられる内視鏡の先端面の構成の一例を示す図である。
画像生成装置としての内視鏡装置201は、図8に示すように、第1の実施形態と略同様の構成を有する内視鏡2と、内視鏡2の処置具挿入口21に挿入可能な構造であり、かつ、図示しない処置具挿通路に挿通可能な構造を有する光学的観察プローブ203と、第1の実施形態と略同様の構成を有する光源装置4Aと、第1の実施形態と略同様の構成を有するビデオプロセッサ5Aとを有する。
さらに、内視鏡装置201は、図8に示すように、光学的観察プローブ203に対し、高倍率観察としての拡大観察に用いられる照明光を供給する光源装置204Bと、光学的観察プローブ203から出力される撮像信号に対する信号処理を行うビデオプロセッサ205Bと、第1の実施形態と略同様の構成を有するモニタ6と、第1の実施形態と略同様の構成を有する記録装置7とを有する。
光源装置204Bは、図8に示すように、モータ248と、互いに偏光状態の異なる光を透過する2種類のフィルタを有し、モータ248に取り付けられた偏光フィルタ部249と、レンズ249Aと、キセノンランプ等により構成される、白色光を発生するランプ246とを内部に有している。
偏光フィルタ部249には、図9に示すように、生体において自家蛍光を励起させる波長帯域としての、例えば、青色の波長帯域の光を透過し、かつ、互いに偏光状態が90度異なる第1偏光フィルタ249aと、第2偏光フィルタ249bとが設けられている。
また、偏光フィルタ部249は、モータ248により回転されると、第1偏光フィルタ249a及び第2偏光フィルタ249bが順次かつ連続的にランプ246の光軸上に介挿されるような構成を有している。なお、本実施形態においては、第1偏光フィルタ249a及び第2偏光フィルタ249bは、いずれも同じ波長帯域を透過する直線偏光フィルタとして構成されているとする。また、本実施形態においては、第1偏光フィルタ249aは、ランプ246が発した光を、平行偏光を有し、かつ、生体に蛍光を励起させる平行偏光励起光として出射するものとし、また、第2偏光フィルタ249bは、ランプ246が発した光を、垂直偏光を有し、かつ、生体に蛍光を励起させる垂直偏光励起光として出射するとして構成されているものとする。
さらに、第1偏光フィルタ249a及び第2偏光フィルタ249bは、前述したような構成に限るものではなく、例えば、いずれも円偏光フィルタとして構成されていても良いし、紫外域の波長帯域を透過するような構成を有していても良い。また、偏光フィルタ部49は、2枚の偏光フィルタを有するに限るものではなく、2枚以上の偏光フィルタを有するような構成であっても良い。
このような構成を光源装置204Bが有することにより、例えば、ランプ246から出射された白色光は、モータ248により回転される偏光フィルタ部249を経て、偏光状態が90度異なり、かつ、生体において蛍光を励起させる波長帯域を有する2種類の照明光として出射される。前記2種類の照明光は、レンズ49Aにより集光され、光学的観察プローブ203の後端側に設けられたコネクタ243から突出するように配置された偏波面保存ファイバ255の入射端面に入射される。さらに、前記2種類の照明光は、光学的観察プローブ203の内部を挿通するように設けられた偏波面保存ファイバ255を介し、偏波面保存ファイバ255の出射端面から、(図8には図示しない)照明レンズを経て出射された後、観察部位17のうち、高倍率の拡大観察が行われる局所的な部位である関心部位17aを照明する。
光学観察装置としての光学的観察プローブ203は、プローブ先端部203aが先端側に設けられており、また、光源装置204Bに対して着脱自在に接続されるコネクタ243が後端側に設けられているような構成を有する。また、光学的観察プローブ203は、コネクタ243から延出した信号ケーブル247を介し、ビデオプロセッサ205Bに対して着脱自在に接続することができる。
光学的観察プローブ203のプローブ先端部203aは、図3に示すように、対物光学系としての対物レンズ251と、高感度CCD等である撮像素子252と、撮像素子252に接続された信号線253と、照明レンズ254と、照明光の出射端面に照明レンズ254が設けられた偏波面保存ファイバ255と、対物レンズ251の光入射側に設けられた偏光フィルタ256と、透明部材57と、遮光部材57aと、対物レンズ251の光入射側に設けられた励起光カットフィルタ258とを有して構成されている。
撮像素子252は、対物レンズ251の結像位置に設けられており、対物レンズ251により結像された被写体の像を撮像した後、撮像信号として信号線253に対して出力する。
信号線253は、光学的観察プローブ203を挿通するように設けられており、撮像素子252から出力された撮像信号をビデオプロセッサ205Bに伝送する。なお、撮像素子252は、光学的観察プローブ203において、プローブ先端部203aに設けられているような構成のものに限らず、例えば、対物レンズ251により結像された後、偏波面保存ファイバにより伝送された被写体の像を、光学的観察プローブ203の後端側において撮像するような構成のものであっても良い。
偏光フィルタ256は、対物レンズ251の光入射側に設けられており、第1偏光フィルタ249aまたは第2偏光フィルタ249bのいずれかを透過した際の偏光状態を有する光と同一の偏光状態を有する光のみを透過するような構成を有している。なお、本実施形態においては、偏光フィルタ256は、第1偏光フィルタ249aを透過した際の偏光状態を有する光と同一の偏光状態の光のみを透過させるような構成を有しているものであるとする。
励起光カットフィルタ258は、本実施形態のプローブ先端部203aにおいては、対物レンズ251の光入射側であり、かつ、対物レンズ251及び偏光フィルタ256に挟まれるような位置に設けられている。また、励起光カットフィルタ258は、光源装置204Bから出射される2種類の励起光が有する波長帯域の光を遮断するような構成を有している。
偏波面保存ファイバ255は、プローブ先端部203aにおいては、対物レンズ251と、撮像素子252と、偏光フィルタ256と、励起光カットフィルタ258との周囲を、例えば、リング状に囲むように配置されている。また、偏波面保存ファイバ55は、光学的観察プローブ203の外周面を構成する、樹脂等の遮光性を有する部材により形成された筒体203bの内壁に、接着剤等により水密的に固定されて設けられている。さらに、偏波面保存ファイバ255は、光学的観察プローブ203を挿通するように設けられており、コネクタ243から突出するように配置された入射端面において入射された照明光を伝送する。そして、関心部位17aは、偏波面保存ファイバ255により伝送された、前記照明光により照明される。
プラスチック及びガラス等からなる透明部材257は、照明レンズ254の光出射側と、偏光フィルタ256との光入射側とを覆うように設けられている。また、透明部材257は、筒体203bと略同様の遮光性を有する部材により形成された、遮光部材257aにより外周面が覆われるように設けられている。透明部材257が前述したような構成を有することにより、透明部材257に入射された光は、偏光状態が保存されたまま出射される。
なお、プローブ先端部203aが有する各部は、光学的観察プローブ203の先端面において、例えば、図11に示すような位置に各々配置されている。
ビデオプロセッサ205Bは、撮像素子252を駆動するための、図示しない撮像素子駆動回路を有している。また、ビデオプロセッサ205Bは、光学的観察プローブ203から出力される撮像信号に基づいて少なくとも2つの偏光蛍光画像信号を生成し、さらに、該少なくとも2つの偏光蛍光画像信号から1つの偏光蛍光画像信号を生成するような画像処理を行う機能を有している。また、ビデオプロセッサ205Bは、生成した前記1つの偏光蛍光画像信号をビデオプロセッサ5Aに出力する。
画像処理装置としてのビデオプロセッサ205Bは、前述した機能を実現するための構成として、例えば、図12に示すように、画像処理回路261と、遅延回路262と、第1画像記憶回路263aと、第2画像記憶回路263bと、差分回路64とを内部に有している。
前述したような構成を有するビデオプロセッサ205Bに対し、光学的観察プローブ203の信号ケーブル247から撮像信号が出力された場合、該撮像信号は、まず、画像処理回路261に入力される。
画像処理回路261は、前記撮像信号に基づき、例えば、関心部位17aに対して平行偏光を有する励起光を照射した際に励起される自家蛍光の像を、第1の偏光蛍光画像信号として生成し、また、関心部位17aに対して垂直偏光を有する励起光を照射した際に励起される自家蛍光の像を、第2の偏光蛍光画像信号として生成する処理を行う。その後、画像処理回路261は、第1の偏光画像信号及び第2の偏光画像信号のうち、時間的に先に生成した一方の偏光画像信号を遅延回路262に出力し、また、時間的に後に生成した他方の変更画像信号を第2画像記憶回路263bに出力する処理を行う。
第1の偏光蛍光画像信号及び第2の偏光蛍光画像信号は、画像処理回路261が前述したような処理を行うことにより、第1画像記憶回路263a及び第2画像記憶回路263bから、略同一のタイミングにおいて、差分回路264に対して出力される。
差分回路264は、第1画像記憶回路263a及び第2画像記憶回路263bから出力される、第1の偏光蛍光画像信号と第2の偏光蛍光画像信号とに基づいて差分処理を行った後、該差分処理を行った後の信号を偏光蛍光画像信号として出力する。
なお、ビデオプロセッサ5Aの画像処理回路32は、内視鏡2から出力される撮像信号に基づいて生成した画像信号と、外部信号入力端から入力されるビデオプロセッサ205Bの偏光蛍光画像信号とを、出力段に設けられた図示しないミキサにより混合してモニタ6に出力することができるような構成を有している。これにより、モニタ6には、ビデオプロセッサ5Aにおいて生成された画像信号に基づく内視鏡画像が内視鏡画像表示領域33に表示されると共に、ビデオプロセッサ205Bにおいて生成された偏光蛍光画像信号に基づく拡大観察画像が、内視鏡画像表示領域33に隣接した、拡大観察画像表示領域234に表示される。
次に、本実施形態の内視鏡装置201の作用について説明を行う。
まず、術者等は、内視鏡装置201の各部を接続し、各部の電源を投入した後、モニタ6の内視鏡画像表示領域33に表示される内視鏡画像を見ながら、内視鏡2の挿入部10を体腔内に挿入してゆく。そして、術者等は、関心部位17aを含む所望の観察部位17に内視鏡2の先端部18が到達した際に、処置具挿入口21から挿入された光学的観察プローブ203を先端部18から突出させた後、プローブ先端部203aの先端面に設けられた透明部材257を関心部位17aに当接させるような操作を行う。
プローブ先端部203aの先端面が関心部位17aに当接された状態においては、偏波面保存ファイバ255により偏光状態が保存されつつ伝送された、平行偏光を有し、かつ、生体に蛍光を励起させる平行偏光励起光と、垂直偏光を有し、かつ、生体に蛍光を励起させる垂直偏光励起光とが、関心部位17aに対して各々交互に照射される。そして、平行偏光励起光及び垂直偏光励起光により生体において励起された自家蛍光のうち、平行偏光を有するもののみが、透明部材257と、偏光フィルタ256と、励起光カットフィルタ258とを透過して対物レンズ251により結像される。
なお、平行偏光励起光により生体において励起された自家蛍光のうち、対物レンズ251により結像されるものには、関心部位17aの表層付近において、平行偏光励起光の偏光状態が保存されたまま励起された蛍光と、関心部位17aの表面より深い層において励起され、偏光フィルタ56を透過可能な偏光状態となるように多重散乱した蛍光との両方の光が含まれている。また、垂直偏光励起光により生体において励起された蛍光のうち、対物レンズ251により結像されるものには、関心部位17aの表層付近において、垂直偏光励起光の偏光状態が保存されたまま励起された蛍光は含まれず、関心部位17aの深層において励起され、偏光フィルタ256を透過可能な偏光状態となるように多重散乱した蛍光のみが含まれている。
そして、対物レンズ251により結像された、生体において励起された蛍光の像は、撮像素子252により撮像信号として各々変換された後、ビデオプロセッサ205Bに対して出力される。
ビデオプロセッサ205Bは、撮像素子252から出力された撮像信号に基づき、平行偏光励起光により生体において励起された蛍光の像、すなわち、平行偏光を有し、かつ、生体に蛍光を励起させる照明光を照射した際に生体から発せられる蛍光の像に応じた第1の偏光蛍光画像信号と、垂直偏光励起光により生体において励起された蛍光の像、すなわち、垂直偏光を有し、かつ、生体に蛍光を励起させる照明光を照射した際に生体から発せられる蛍光の像に応じた第2の偏光蛍光画像信号とを生成する。そして、ビデオプロセッサ205Bは、第1の偏光蛍光画像信号と第2の偏光蛍光画像信号とに対して差分処理を行った後の信号である、偏光蛍光画像信号をビデオプロセッサ5Aに対して出力する。
ビデオプロセッサ5Aは、ビデオプロセッサ205Bから出力される偏光蛍光画像信号と、内視鏡2から出力される撮像信号に基づいて生成した画像信号とを、出力段に設けられた図示しないミキサにより混合してモニタ6に出力する。これにより、モニタ6には、ビデオプロセッサ5Aにおいて生成された画像信号に基づく内視鏡画像が内視鏡画像表示領域33に表示されると共に、ビデオプロセッサ205Bにおいて生成された偏光蛍光画像信号に基づく拡大観察画像が拡大観察画像表示領域234に表示される。
なお、本実施形態の内視鏡装置201においてビデオプロセッサ5Aが行う処理は、内視鏡画像と拡大観察画像とを、モニタ6において別々に表示させるような処理を行うものに限らない。例えば、ビデオプロセッサ5Aは、ビデオプロセッサ205Bから出力される偏光蛍光画像信号を、内視鏡2から出力される撮像信号に基づいて生成した画像信号に対して重畳して出力することにより、内視鏡画像と拡大観察画像とが1つの画像として合成された合成画像をモニタ6に表示させるような処理を行うものであっても良い。
なお、本実施形態の内視鏡装置201は、前述した作用に類似した作用を有する、図13に示すような、内視鏡装置300として構成されるものであっても良い。
図13に示すように、画像生成装置としての内視鏡装置300は、一部が生体としての体腔内に挿入される内視鏡301と、内視鏡301に対し、通常観察用照明光及び拡大観察用照明光を供給する光源装置303と、内視鏡301から出力される撮像信号に対する信号処理を行うビデオプロセッサ304と、ビデオプロセッサ304から出力される画像信号に基づく内視鏡画像と、ビデオプロセッサ304から出力される偏光画像信号に基づく拡大観察画像とを表示するモニタ305とを有して構成される。また、光学観察装置としての内視鏡301は、可撓性を有し、体腔内に挿入される挿入部302と、挿入部302の後端側に設けられた操作部302aとを有している。
挿入部302は、光源装置303から出射される通常観察用照明光を伝送し、該照明光を挿入部302の先端側前方に照射する通常観察用照明光学系321と、通常観察用照明光学系321により照射された観察部位106を撮像する通常観察用撮像光学系322とを内部に有している。さらに、挿入部302は、光源装置303から出射される拡大観察用照明光を伝送し、該照明光を挿入部302の先端側前方に照射する拡大観察用照明光学系323と、拡大観察用照明光学系323により照射された関心部位106aを撮像する拡大観察用撮像光学系324とが設けられている。なお、関心部位106aは、観察部位106のうち、高倍率の観察としての拡大観察が行われる局所的な部位である。
通常観察用照明光学系321は、通常観察用照明光を伝送するライトガイド311と、ライトガイド311により伝送された通常観察用照明光を挿入部302の先端前方に照射し、観察部位106を照明する照明レンズ312とを有して構成される。
また、通常観察用撮像光学系322は、通常観察用照明光により照明された観察部位106の像を結像する対物レンズ313と、対物レンズ313の結像位置に設けられ、観察部位106の像を撮像し、撮像信号として出力する、例えば、CCD等である撮像素子314とを有して構成される。
一方、拡大観察用照明光学系323は、拡大観察用照明光を伝送する、例えば、偏波面保存ファイバ等からなるライトガイド315と、ライトガイド315により伝送された拡大観察用照明光を挿入部302の先端前方に照射し、関心部位106aを照明する照明レンズ316からなる。
また、拡大観察用撮像光学系324は、拡大観察用照明光により照明された関心部位106aの像を結像する、対物光学系としての対物レンズ317と、対物レンズ317の結像位置に設けられ、関心部位106aの像を撮像し、撮像信号として出力する、例えば、CCD等である撮像素子318とを有して構成される。なお、撮像素子318は、内視鏡301において、挿入部302の先端部に設けられているような構成のものに限らず、例えば、対物レンズ317により結像された後、偏波面保存ファイバにより伝送された被写体の像を、内視鏡301の操作部302a側において撮像するような構成のものであっても良い。
光源装置303は、白色光を発する通常観察用の光源として、例えば、キセノンランプからなるランプ331と、モータ332と、モータ332により回転駆動されるRGBフィルタ部333と、ランプ331により発せられた後、RGBフィルタ部333を介して出射される照明光である、通常観察用照明光をライトガイド311の入射端に集光するレンズ334とを有する。
また、光源装置303は、白色光を発する拡大観察用の光源として、例えば、キセノンランプからなるランプ335と、モータ336と、モータ336により回転駆動される偏光フィルタ部337と、ランプ335により発せられた後、偏光フィルタ部337を介して出射される照明光である、拡大観察用照明光をライトガイド315の入射端に集光するレンズ338とを有する。なお、光源装置303のランプ335は、白色光を発するものに限るものではなく、例えば、特定の波長帯域を有する光を発するような光源を使用するものであっても良い。
さらに、光源装置303は、ランプ331及びランプ335の発光状態及び消光状態の切り替えを制御するための光源切り替え回路339を有している。
RGBフィルタ部333は、第1の実施形態の説明において前述したRGBフィルタ部9と略同様の構成を有しており、モータ332により回転されると、R、G及びBの波長帯域を透過する各々のフィルタが順次かつ連続的にランプ331の光軸上に介挿されるような構成を有している。
偏光フィルタ部337は、前述した偏光フィルタ部249と略同様の構成を有しており、モータ336により回転されると、互いに偏光状態が90度異なる第1の偏光フィルタと、第2の偏光フィルタとが順次かつ連続的にランプ335の光軸上に介挿されるような構成を有している。なお、内視鏡装置300の偏光フィルタ部337は、ランプ335が発した光を、平行偏光を有し、かつ、生体に蛍光を励起させる平行偏光励起光及び垂直偏光を有し、かつ、生体に蛍光を励起させる垂直偏光励起光として出射するとして構成されているものとする。
なお、通常観察用照明光学系321と、通常観察用撮像光学系322と、ランプ331と、RGBフィルタ部333と、レンズ334とは、低倍率の観察としての通常観察に最適化された構成を各々有する光学系であるとする。
また、拡大観察用照明光学系323と、拡大観察用撮像光学系324と、ランプ335と、偏光フィルタ部337と、レンズ338とは、高倍率の組織学的観察、すなわち、拡大観察に最適化された構成を各々有する光学系であるとする。
なお、通常観察および拡大観察を行う際に、各々の観察に応じた照明光を出射する光源装置303は、前述したような構成を有するものに限らず、例えば、LED等により構成された光源が、操作部302aまたは挿入部302の先端部に設けられたような構成であっても良い。
内視鏡301の操作部302aは、リレー回路325を内部に有し、また、切り替えスイッチ326を外装表面上に有している。
切り替えスイッチ326は、術者等により操作されると、指示信号をビデオプロセッサ304に対して出力する。切り替えスイッチ326から出力された指示信号は、ビデオプロセッサ304に入力される。ビデオプロセッサ304は、切り替えスイッチ326から出力された指示信号に基づき、リレー回路325に対して制御信号を出力する。リレー回路325は、ビデオプロセッサ304から出力された制御信号に基づき、撮像素子314及び撮像素子318の駆動状態及び撮像状態を切り替える。
画像処理装置としてのビデオプロセッサ304は、撮像素子314または撮像素子318のいずれかを駆動するためのCCD駆動信号を生成する撮像素子駆動回路341と、撮像素子314または撮像素子318から出力される撮像信号に対し、内視鏡画像または拡大観察画像をモニタ305に表示させるような信号処理を行う画像信号処理回路342と、切り替えスイッチ326からの指示信号に基づき、各種制御信号を生成する切り替え制御回路343とを有している。
また、ビデオプロセッサ304は、撮像素子318から、リレー回路325を介して出力される撮像信号に基づいて少なくとも2つの偏光画像信号を生成し、さらに、該少なくとも2つの偏光画像信号から1つの偏光画像信号を生成するような画像処理を行う機能を有している。なお、このような機能を実現するために、内視鏡装置300のビデオプロセッサ304は、例えば、前述したような、図12に示すビデオプロセッサ5Bが有する構成と略同様の構成を画像信号処理回路342において有するものであるとする。
切り替え制御回路343は、リレー回路325と、画像信号処理回路342と、撮像素子駆動回路341と、光源切り替え回路339と、モータ332と、モータ336とに対し、切り替えスイッチ326からの指示信号に基づく制御信号を出力する。
例えば、術者等に操作されることにより、切り替えスイッチ326から第1の指示信号が出力された場合、切り替え制御回路343は、リレー回路325に対し、撮像素子318とビデオプロセッサ304との接続を切断すると共に、撮像素子駆動回路341からの駆動信号を撮像素子314へ出力させ、さらに、撮像素子314からの撮像信号を画像信号処理回路342へ出力させるような制御を行うための制御信号を出力する。
また、切り替え制御回路343は、切り替えスイッチ326から第1の指示信号が出力された場合、撮像素子駆動回路341及び画像信号処理回路342に対しては、撮像素子314に対応した処理として、通常観察に対応した処理を行わせるような制御信号を出力する。そのため、このような状態において、モニタ305は、画像信号処理回路142から出力される画像信号に基づき、通常観察の像としての観察部位106の像を内視鏡画像として表示する。
さらに、切り替え制御回路343は、切り替えスイッチ326から第1の指示信号が出力された場合、光源切り替え回路339に対しては、ランプ331を点灯させ、かつ、ランプ335を消灯させるような制御信号を出力すると共に、モータ332の回転駆動を開始させ、かつ、モータ336の回転駆動を停止させるような制御信号を出力する。
また、例えば、術者等に操作されることにより、切り替えスイッチ326から第2の指示信号が出力された場合、切り替え制御回路343は、リレー回路25に対し、撮像素子314とビデオプロセッサ304との接続を切断すると共に、撮像素子駆動回路341からの駆動信号を撮像素子318へ出力させ、さらに、撮像素子318からの撮像信号を画像信号処理回路342へ出力させるような制御を行うための制御信号を出力する。
そして、切り替え制御回路343は、切り替えスイッチ326から第2の指示信号が出力された場合、撮像素子駆動回路341及び画像信号処理回路342に対しては、撮像素子318に対応した処理として、拡大観察に対応した処理を行わせるような制御信号を出力する。そのため、このような状態において、モニタ305は、画像信号処理回路342から出力される画像信号に基づき、拡大観察の像としての関心部位106aの像を拡大観察画像として表示する。
さらに、切り替え制御回路343は、切り替えスイッチ326から第2の指示信号が出力された場合、光源切り替え回路339に対しては、ランプ335を点灯させ、かつ、ランプ331を消灯させるような制御信号を出力すると共に、モータ336の回転駆動を開始させ、かつ、モータ332の回転駆動を停止させるような制御信号を出力する。
なお、RGBフィルタ部333に設けられた、図示しないR、G及びBの波長帯域を透過する各々のフィルタは、低倍率の観察としての通常観察に最適化された透過率を有するものであり、また、偏光フィルタ部337に設けられた、図示しない偏光状態が90度異なる第1の偏光フィルタ及び第2の偏光フィルタは、高倍率の観察としての拡大観察に最適化された透過率を有するものであるとする。
挿入部302の先端面より突出した突出部361は、拡大観察用照明光学系323の照明レンズ316と、拡大観察用撮像光学系324の対物レンズ317と、偏光フィルタ371と、透明部材372と、遮光部材372aと、励起光カットフィルタ373とを有して構成されている。
偏光フィルタ371は、対物レンズ317の光入射側に設けられており、偏光フィルタ部337に設けられた、図示しない偏光状態が90度異なる第1の偏光フィルタまたは第2の偏光フィルタのいずれかを透過した際の偏光状態を有する光と同一の偏光状態を有する光のみを透過させるような構成を有している。
プラスチック及びガラス等からなる透明部材372は、偏光フィルタ371の光入射側と、照明レンズ316の光出射側を覆うように設けられている。また、透明部材372は、遮光性を有する部材により形成された、遮光部材372aにより外周面が覆われるように設けられている。透明部材372が前述したような構成を有することにより、透明部材372に入射された光は、偏光状態が保存されたまま出射される。
励起光カットフィルタ373は、本実施形態の突出部361においては、対物レンズ317の光出射側であり、かつ、対物レンズ317及び撮像素子318に挟まれるような位置に設けられている。また、励起光カットフィルタ373は、光源装置303から出射される2種類の励起光が有する波長帯域の光を遮断するような構成を有している。
なお、挿入部302が有する各部は、挿入部302及び突出部361の先端面において、例えば、図14に示すような位置に各々配置されている。また、挿入部302の先端面の処置具突出口381は、挿入部302を挿通するように設けられた、図示しない処置具挿通路に連通している。
次に、内視鏡装置300の作用について説明を行う。
まず、術者等は、内視鏡装置300の各部を接続し、各部の電源を投入する。その後、術者等は、切り替えスイッチ326を操作することにより、切り替えスイッチ326から第1の指示信号を出力させ、内視鏡装置300の各部を通常観察用の状態とする。そして、術者等は、モニタ305に表示される内視鏡画像を見ながら、内視鏡301の挿入部302を体腔内に挿入してゆく。
さらに、術者等は、関心部位106aを含む所望の観察部位106に挿入部302が到達した際に、挿入部302の突出部361の先端面に設けられた透明部材372を関心部位106aに当接させるような操作を行う。その後、術者等は、切り替えスイッチ326を操作することにより、切り替えスイッチ326から第2の指示信号を出力させ、内視鏡装置300の各部を拡大観察用の状態とする。
突出部361の先端面が関心部位106aに当接された状態においては、ライトガイド315により偏光状態が保存されつつ伝送された、平行偏光を有し、かつ、生体に蛍光を励起させる平行偏光励起光と、垂直偏光を有し、かつ、生体に蛍光を励起させる垂直偏光励起光とが、関心部位106aに対して各々交互に照射される。そして、平行偏光励起光及び垂直偏光励起光により生体において励起された蛍光のうち、平行偏光を有するもののみが、透明部材372と、偏光フィルタ371とを透過して対物レンズ317により結像される。なお、平行偏光励起光の反射光及び垂直偏光励起光の反射光は、対物レンズ317による結像の際に、励起光カットフィルタ373により取り除かれる。
なお、平行偏光励起光により生体において励起された蛍光のうち、対物レンズ317により結像されるものには、関心部位106aの表層付近において、平行偏光励起光の偏光状態が保存されたまま励起された蛍光と、関心部位106aの深層において励起され、偏光フィルタ371を透過可能な偏光状態となるように多重散乱した蛍光との両方の光が含まれている。また、垂直偏光励起光により生体において励起された蛍光のうち、対物レンズ317により結像されるものには、関心部位106aの表層付近において、垂直偏光励起光の偏光状態が保存されたまま励起された蛍光は含まれず、関心部位106aの深層において励起され、偏光フィルタ371を透過可能な偏光状態となるように多重散乱した蛍光のみが含まれている。
そして、対物レンズ317により結像された、生体において励起された自家蛍光の像は、撮像素子318により撮像信号として各々変換された後、ビデオプロセッサ304に対して出力される。
ビデオプロセッサ304は、撮像素子318から出力された撮像信号に基づき、平行偏光励起光により生体において励起された蛍光の像、すなわち、平行偏光を有し、かつ、生体に蛍光を励起させる照明光を照射した際に生体から発せられる蛍光の像に応じた第1の偏光蛍光画像信号と、垂直偏光励起光により生体において励起された蛍光の像、すなわち、垂直偏光を有し、かつ、生体に蛍光を励起させる照明光を照射した際に生体から発せられる蛍光の像に応じた第2の偏光蛍光画像信号とを生成する。そして、ビデオプロセッサ304は、第1の偏光蛍光画像信号と第2の偏光蛍光画像信号とに対して差分処理を行った後の信号である、偏光画像信号をモニタ305に対して出力する。これにより、モニタ305には、ビデオプロセッサ304において生成された偏光蛍光画像信号に基づく拡大観察画像が表示される。
以上述べたように、本実施形態の内視鏡装置201は、偏光状態の異なる2種類の照明光が関心部位に照射された際に得られる、該関心部位における2つの偏光蛍光画像信号に対して差分処理を行うことにより、該関心部位における深層からの多重散乱光を除去しつつ、該関心部位における表層の像をモニタ6に表示することができる。これにより、本実施形態の内視鏡装置201を用いて拡大観察を行う場合、術者等は、関心部位を色素により染色することなく、該関心部位の細胞に対する組織学的な観察を行うことができ、その結果、生体に対する観察に費やす時間を従来に比べて短くすることができる。
また、以上述べたように、本実施形態の内視鏡装置300は、通常観察を行う際に用いられる照明光学系及び撮像光学系と、拡大観察を行う際に用いられる照明光学系及び撮像光学系とが、内視鏡301において一体化したような構成を有している。さらに、本実施形態の内視鏡装置300は、通常観察用の照明光を出射する光源と、拡大観察用の照明光を出射する光源とが、光源装置303において一体化したような構成を有している。これにより、本実施形態の内視鏡装置300を用いて拡大観察を行う場合、術者等は、関心部位を色素により染色することなく、さらに、拡大観察用のプローブ等を内視鏡301において挿抜するような操作を行うことなく、該関心部位の細胞に対する組織学的な観察を行うことができ、その結果、生体に対する観察に費やす時間をさらに短くすることができる。
なお、本実施形態の画像生成装置においては、発明の要旨を逸脱しない範囲において、その構成を種々変更することができる。
1,100,201,300・・・内視鏡装置、2,101,301・・・内視鏡、3,203・・・光学的観察プローブ、3a,203a・・・プローブ先端部、3b,203b・・・筒体、4A,4B,103,204B,303・・・光源装置、5A,5B,104,205B,304・・・ビデオプロセッサ、6,105,305・・・モニタ、7・・・記録装置、8,48,132,136,248,332,336・・・モータ、9,133,333・・・RGBフィルタ部、9A,49A,134,138,249A,334,338・・・レンズ、10,102,302・・・挿入部、11,102a,302a・・・操作部、12・・・ユニバーサルコード、13,43,243・・・コネクタ、14,46,131,135,246,331,335・・・ランプ、15,111,115,311,315・・・ライトガイド、17,106,・・・観察部位、17a,106a・・・関心部位、18・・・先端部、19・・・湾曲部、20・・・可撓部、21・・・処置具挿入口、25・・・リレー回路、29,47,247・・・信号ケーブル、31,141,341・・・撮像素子駆動回路、32,61,261・・・画像処理回路、33・・・内視鏡画像表示領域、34,234・・・拡大観察画像表示領域、49,137,249,337・・・偏光フィルタ部、49a,49b,249a,249b・・・偏光フィルタ、51,113,117,251,313,317・・・対物レンズ、52,114,118,252,314,318・・・撮像素子、53,253・・・信号線、54,112,116,254,312,316・・・照明レンズ、55,255・・・偏波面保存ファイバ、56,256・・・偏光フィルタ、57,172,257,372・・・透明部材、57a,172a,257a,372a・・・遮光部材、62,262・・・遅延回路、63a,63b,263a,263b・・・画像記憶回路、64,264・・・差分回路、121,321・・・通常観察用照明光学系、122,322・・・通常観察用撮像光学系、123,323・・・拡大観察用照明光学系、124,324・・・拡大観察用撮像光学系、125,325・・・リレー回路、126,326・・・スイッチ、139,339・・・光源切り替え回路、142,342・・・画像信号処理回路、143,343・・・切り替え制御回路、161,361・・・突出部、171,371・・・偏光フィルタ、172,372・・・透明部材、172a,372a・・・遮光部材、181,381・・・処置具突出口、258,373・・・励起光カットフィルタ
Claims (7)
- 各々偏光状態の異なる少なくとも2種類の照明光を出射する光源装置と、
前記少なくとも2種類の照明光が各々有する偏光状態のうち、所定の一の偏光状態の光のみを透過させる偏光フィルタと、前記偏光フィルタを透過した透過光を結像する対物光学系と、前記対物光学系により結像された像を撮像し、撮像信号として出力する撮像素子と、前記偏光フィルタの光入射側を覆う位置に配置され、外周面が遮光部材により覆われた透明部材とを先端部に具備した光学観察装置と、
前記光学観察装置から出力される前記撮像信号に基づき、偏光画像信号を生成して出力する画像処理装置と、
を有することを特徴とする画像生成装置。 - 前記光学観察装置は、内視鏡の内部に挿通可能な構造を有するプローブであることを特徴とする請求項1に記載の画像生成装置。
- 前記光学観察装置は、内視鏡であることを特徴とする請求項1に記載の画像生成装置。
- 前記少なくとも2種類の照明光には、平行偏光を有する平行偏光照明光と、垂直偏光を有する垂直偏光照明光とが含まれることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一に記載の画像生成装置。
- 前記所定の一の偏光状態は、平行偏光であり、前記透過光は、前記平行偏光照明光が生体において散乱した後方散乱光であることを特徴とする請求項4に記載の画像生成装置。
- 前記少なくとも2種類の照明光には、平行偏光を有し、生体に蛍光を励起させる平行偏光励起光と、垂直偏光を有し、生体に蛍光を励起させる垂直偏光励起光とが含まれることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一に記載の画像生成装置。
- 前記所定の一の偏光状態は、平行偏光であり、前記透過光は、前記平行偏光励起光及び前記垂直偏光励起光により生体において励起された蛍光であることを特徴とする請求項6に記載の画像生成装置。
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