JP2011019693A - 医療用観察システム - Google Patents

Abstract

【課題】電子スコープ等の撮像手段から被検体までの撮影距離を測定するのに好適な構成の医療用観察システムを提供すること。
【解決手段】所定の波長域の照明光を導光する複数の導光路であって、ある波長の照明光が全ての導光路で導光されたとき、該波長の照明光によって被検体が均一に照明されるように配された複数の導光路と、少なくとも一つの導光路中に配置され、特定波長の照明光を所定期間遮蔽する手段と、所定期間中に照明された被検体の特定波長以外の波長に対応する光像を撮像する撮像手段と、撮像された光像に基づき被検体の画像を生成する手段と、所定期間中に照明された被検体の特定波長に対応する輝度分布を検出する手段と、検出された輝度分布に基づいて撮像手段から被検体までの撮影距離を計算する手段とを有する医療用観察システムを提供する。
【選択図】図２

Description

この発明は、電子スコープから被検体までの撮影距離を測定する医療用観察システムに関連し、詳しくは、被検体の照明するための既存の構成要素を利用して輝度分布ムラを意図的に生成し、該生成された輝度分布ムラに基づいて撮影距離を測定する医療用観察システムに関する。

医師が患者の体腔内を診断する際に使用する医療機器として、電子スコープが一般的に知られている。電子スコープを使用する医師は、電子スコープの挿入部を体腔内に挿入して、挿入部先端に備えられた先端部を被検体近傍に導く。医師は、先端部に搭載されたＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像素子により体腔内を撮影するため、電子スコープやビデオプロセッサの操作部を必要に応じて操作する。医師は、各種操作を行った結果得られる体腔内の映像をモニタを通じて観察し診断や施術等を行う。

近年の医療用観察システムには、医師による診断を補助すべく、電子スコープの先端から被検体までの撮影距離を測定する測距機能を実装したものがある。測距機能を有する医療用観察システムの具体的構成例は、例えば特許文献１〜３に記載されている。

特許文献１に記載の医療用観察システムは、回動自在な一対の反射板の角度を制御しつつ、一対のレーザ光源から発振されたレーザ光を各反射板で反射させて被検体上で交差させる。当該医療用観察システムは、二つのレーザ光が交差したときの各反射板の角度に基づいてＣＣＤの撮像面と被検体との撮影距離を測定する。

特許文献２に記載の医療用観察システムは、所定の測定光が電子スコープの先端部から斜めに角度付けされて放射される。電子スコープの先端部から被検体までの撮影距離は、撮影範囲内における測定光のスポット形成位置に基づいて計算される。

特許文献３に記載の医療用観察システムは、照明光の発光位置から被検体までの撮影距離が相違する別個独立した二系統の照明光学系を備えている。当該医療用観察システムにおいては、各照明光学系によって照明された被検体の画像が光源の発光の切替に同期して独立に撮影される。次いで、撮影された各照明光学系に対応する二枚の画像の輝度比に基づいて被検体までの撮影距離が測定される。

特開２００５−２７８９８０号公報 特許第３４４６２７２号明細書 特開２００２−６５５８１号公報

しかし、特許文献１に記載の医療用観察システムにおいては、反射板の角度調節を高精度に行う小型かつ精密な駆動機構が必要であり、先端部の構成が複雑化すると共に製造コスト面の負担が大きい問題が指摘される。

特許文献２に記載の医療用観察システムにおいては、電子スコープの基端から先端に至るまで測定光を伝送させるための専用の導光路を照明光用の導光路以外に別途組み込む必要がある。そのため、電子スコープの挿入部が大径化する。挿入部が大径化するほど、挿入部を患者の体腔内の微少な隙間に円滑に挿入させ難くなり、患者にかかる負担が大きいため望ましくない。

特許文献３に記載の医療用観察システムにおいては、照明用光源が複数灯必要とされるため、製造コスト面の負担が大きいことが問題視される。

なお、医師が電子スコープの鉗子チャンネルにメジャーを挿入し通して被検体に直接当てて、被検体までの距離を測定する方法が存在する。しかし、この種の測定作業には熟練を要するため、正確な測定が難しい問題が指摘されている。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電子スコープ等の撮像手段から被検体までの撮影距離を測定するのに好適な構成の医療用観察システムを提供することである。

上記の課題を解決する本発明の一形態に係る医療用観察システムは、所定の波長域の照明光を導光する複数の導光路であって、ある波長の照明光が全ての導光路で導光されたとき、該波長の照明光によって被検体が均一に照明されるように配された複数の導光路と、少なくとも一つの導光路中に配置され、所定の波長域のうち特定波長の照明光を所定期間遮蔽する遮蔽手段と、所定期間中に照明された被検体の特定波長以外の波長に対応する光像を撮像する撮像手段と、撮像された光像に基づき被検体の画像を生成する画像生成手段と、所定期間中に照明された被検体の特定波長に対応する輝度分布を検出する輝度分布検出手段と、検出された輝度分布に基づいて撮像手段から被検体までの撮影距離を計算する撮影距離計算手段とを有することを特徴としている。

かかる構成によれば、例えば測距用の複雑な駆動機能や測定光用の専用の光路等を別途設けることなく、既存の構成要素である導光路による配光を利用して撮影距離を測定することができる。そのため、測距機能の実装に伴う装置の大型化や製造コストの増加が好適に抑えられる。また、カラー画像の品質（例えば画質、フレームレート等）に実質的な影響を及ぼすことなく、撮影距離をリアルタイムで測定することができる。

遮蔽手段は、例えば、遮蔽帯域が異なる複数の開口フィルタが回転方向に設けられた回転フィルタと、複数の開口フィルタが撮像手段による撮像に同期したタイミングで導光路中に択一的に挿入されるように回転フィルタを回転制御する回転制御手段とを有した構成であってもよい。

回転フィルタは、面順次方式に対応した内視鏡用光源装置に搭載された一般的な回転フィルタとしてもよい。すなわち、回転フィルタは、Ｒ光以外を遮蔽する第一の開口フィルタ、Ｇ光以外を遮蔽する第二の開口フィルタ、Ｂ光以外を遮蔽する第三の開口フィルタを回転方向に有した構成であってもよい。本発明に係る医療用観察システムによれば、このような周知の回転フィルタを利用しつつ、被検体の撮影と撮影距離の測定とを同時に行うことができる。そのために、回転制御手段は、撮像手段によって一フレームが撮像される期間に同期させて回転フィルタを一回転させる。撮像手段は、第一、第二、第三の開口フィルタが導光路に挿入されている第一、第二、第三の期間中に照明された被検体のＲ光、Ｇ光、Ｂ光に対応する各光像を順次撮像する。画像生成手段は、撮像された各光像に基づき被検体のカラー画像を生成する。輝度分布検出手段は、第一、第二、第三の期間中に照明された被検体のＲ光以外、Ｇ光以外、Ｂ光以外の波長に対応する輝度分布を検出する。撮影距離計算手段は、検出された各輝度分布に基づいて撮像手段から被検体までの撮影距離を計算する。

本発明に係る医療用観察システムは、所定の波長域の照明光を放射する光源を更に有する構成としてもよい。かかる場合、回転フィルタは、例えば光源と導光路の入射端との間に配置されている。

ここで、輝度分布検出手段は、撮像手段により撮像された一フレームを複数の領域に分割し、該分割された各分割領域に対応する輝度値をサンプリングし、該サンプリングされた輝度値のなかからピーク値を検出する構成としてもよい。撮影距離計算手段は、該ピーク値と、所定の分割領域に対応する輝度値との比を計算し、該計算された比に基づいて撮影距離を計算する構成としてもよい。

上記所定の分割領域は、例えばその領域中心が、ピーク値に対応する分割領域の中心と、撮影範囲の中心を通る仮想的な直線上であって、該撮影範囲の中心を挟んで該ピーク値に対応する該分割領域と反対側の該撮影範囲周辺に位置する領域としてもよい。

ここで、撮影距離計算手段は、所定の関数を保持しており、計算された輝度比を用いて所定の関数を計算して撮影距離を求める構成としてもよい。

別の形態において、撮影距離計算手段は、輝度比と撮影距離とを対応付けた変換テーブルを有しており、計算された輝度比を用いて変換テーブルを参照して撮影距離を求める構成としてもよい。

本発明に係る医療用観察システムは、撮像手段により撮像される画像の輝度を設定する輝度設定手段を更に有する構成としてもよい。かかる場合、撮影距離計算手段は、設定される輝度毎に対応した所定の関数又は変換テーブルを保持しており、計算された輝度比を用いて所定の関数又は変換テーブルを参照して撮影距離を求める。

本発明に係る医療用観察システムは、撮影距離計算手段により計算された撮影距離を表現する表示情報を生成する表示情報生成手段と、該生成された表示情報を所定の表示装置に出力する表示情報出力手段とを更に有する構成としてもよい。

本発明に係る医療用観察システムは、撮影距離計算手段により計算された撮影距離と、撮像手段が有する対物光学系の焦点距離に基づいて、該撮像手段に撮像されている被検体のサイズを計算するサイズ計算手段と、該計算されたサイズを表現する情報を所定の表示装置に出力するサイズ情報出力手段とを更に有する構成としてもよい。

本発明の医療用観察システムによれば、例えば測距用の複雑な駆動機能や測定光用の専用の光路等を別途設けることなく、既存の構成要素である導光路による配光を利用して撮影距離を測定することができる。そのため、測距機能の実装に伴う装置の大型化や製造コストの増加が好適に抑えられる。

本発明の実施例１の医療用観察システムの外観図である。 本発明の実施例１の医療用観察システムの構成を模式的に示すブロック図である。 本発明の実施例１のプロセッサに内蔵された回転フィルタの構成を模式的に示した図である。 本発明の実施例１の電子スコープの挿入先端部の正面図である。 透過期間中の撮影範囲と照明光量分布との関係を視覚的に理解させるための補助的な説明図である。 遮蔽期間中の撮影範囲と照明光量分布との関係を視覚的に理解させるための補助的な説明図である。 本発明の実施例１においてプロセッサの距離算出部が実行する距離算出処理を示すフローチャート図である。 一方の配光窓から放射された照明光だけで照明された被検体のＧ成分（又はＢ成分）の輝度分布と撮影距離との関係を説明するための図である。 一方の配光窓から放射された照明光だけで照明された被検体のＧ成分（又はＢ成分）の輝度分布と撮影距離との関係を説明するための図である。 一方の配光窓から放射された照明光だけで照明された被検体のＧ成分（又はＢ成分）の輝度分布と撮影距離との関係を説明するための図である。 図８〜図１０の各図（ａ）の直線Ｌ上のＧ成分（又はＢ成分）の輝度分布を示した輝度分布図である。 本発明の実施例２のプロセッサに内蔵された回転フィルタの構成を模式的に示した図である。 本発明の実施例３の医療用観察システムの構成を模式的に示すブロック図である。

以下、添付された各図面を参照しつつ、本発明の実施形態の医療用観察システムについて説明する。なお、電子スコープには、一般に、鉗子チャンネルや送気送水ノズル等が備えられているが、本明細書又は各図面においては、本発明の特徴に直接的には関係しないこの種の構成要素は、その説明又は図示を便宜上省略している。

図１は、本発明の実施例１の医療用観察システム１の外観図である。図１に示されるように、医療用観察システム１は、患者の体腔内を撮像する電子スコープ１００を有している。電子スコープ１００は、可撓管によって外装された挿入可撓部１１を有している。挿入可撓部１１の先端には、硬質性を有する樹脂製筐体によって外装された挿入先端部１２が連結されている。挿入可撓部１１と挿入先端部１２との連結箇所は、挿入可撓部１１の基端に連結された手元操作部１３からの遠隔操作によって屈曲自在に構成されている。挿入先端部１２の方向が上記遠隔操作による屈曲動作に応じて変わることにより、電子スコープ１００による撮影領域が移動する。

図１に示されるように、医療用観察システム１は、プロセッサ２００を有している。プロセッサ２００は、電子スコープ１００からの信号を処理する信号処理装置と、自然光の届かない体腔内を電子スコープ１００を介して照明する光源装置とを一体に備えた装置である。別の実施の形態では、信号処理装置と光源装置を別体で構成してもよい。

プロセッサ２００には、電子スコープ１００の基端に設けられたコネクタ１０に対応するコネクタ部２０が設けられている。コネクタ部２０は、コネクタ部１０に対応する連結構造を有し、電子スコープ１００とプロセッサ２００とを電気的、光学的に接続するように構成されている。

図２は、本実施例１の医療用観察システム１の構成を模式的に示すブロック図である。図２に示されるように、医療用観察システム１は、所定のケーブルを介してプロセッサ２００に接続されたモニタ３００を有している。なお、図１においては、図面を簡略化するため、本発明に係る特徴的構成を有さないモニタ３００を図示省略している。

図２に示されるように、プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２、タイミングコントローラ２０４を有している。システムコントローラ２０２は、医療用観察システム１を構成する各要素を制御する。タイミングコントローラ２０４は、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスを医療用観察システム１内の各種回路に出力する。

プロセッサ２００の電源が投入されたとき、ランプ電源２０６からランプ２０８に電源が供給されてランプ２０８が点灯して、白色光を放射する。ランプ２０８には、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプなどの高輝度ランプが適している。ランプ２０８から放射された照明光は、集光レンズ２０９によって集光されてＬＣＢ（light carrying bundle）１０１の入射端に入射される。なお、画像生成に使用される波長の光は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光であるため、本明細書においては白色光とＲＧＢ光とを等価的に扱う。

ＬＣＢ（以下、「バンドル」と省略して記す。）１０１は、入射端から射出端に向かう途中、二本のバンドル１０１Ａ、１０１Ｂに分岐されている。照明光は、バンドル１０１の分岐点において光量が分けられて、バンドル１０１Ａ又は１０１Ｂを伝播される。バンドル１０１Ａを伝播された照明光は、電子スコープ１００の先端に配されたバンドル１０１Ａの射出端から射出される。バンドル１０１Ａの射出端から射出された照明光は、配光レンズ１０４Ａ、カバーガラス１０６Ａを介して被検体を照明する。

バンドル１０１Ｂを伝播された照明光は、プロセッサ２００の内部に配されたバンドル１０１Ｂの射出端から射出される。バンドル１０１Ｂの射出端から射出された照明光は、集光レンズ２１０により集光されつつ絞り２１２を介して適正な光量に制限されて、回転フィルタ２１５を介して電子スコープ１００が有するバンドル１０２の入射端に入射される。

絞り２１２には、図示省略されたアームやギヤなどの伝達機構を介してモータ２１４が機械的に連結されている。モータ２１４は例えばＤＣモータであり、ドライバ２１６のドライブ制御下で駆動する。絞り２１２は、モニタ３００に表示される映像を適正な明るさにするため、モータ２１４によって動作されて開度が変化して、ランプ２０８から放射された照明光の光量を開度に応じて制限する。適正とされる映像の明るさの基準は、術者によるフロントパネル２１８の輝度調節操作に応じて変更される。なお、ドライバ２１６を制御して輝度調整を行う調光回路は周知の回路であり、本明細書においては省略することとする。

図３は、本実施例１の回転フィルタ２１５の構成を模式的に示した図である。図３に示されるように、回転フィルタ２１５には、扇形の開口２１５ＡとＲ光透過フィルタ２１５Ｒが形成されている。回転フィルタ２１５には、図示省略されたギア等の伝達機構を介してモータ２１７が機械的に連結されている。モータ２１７は例えばＤＣモータであり、ドライバ２１６のドライブ制御下で駆動して、回転フィルタ２１５を点Ｃを中心に矢印Ａ方向に回転させる。

開口２１５ＡとＲ光透過フィルタ２１５Ｒは、回転フィルタ２１５の回転に伴い、照明光路中に択一的に挿入される。開口２１５Ａは、ランプ２０８から放射された全ての波長の照明光を、Ｒ光透過フィルタ２１５Ｒは、当該照明光のうちＲ光のみを、それぞれ透過させる。そのため、バンドル１０２の入射端には、全ての波長の又はＲ光の照明光が回転フィルタ２１５の回転に応じて周期的に入射する。以下、説明の便宜上、回転フィルタ２１５が全ての波長の照明光を透過させる期間を「透過期間」と記し、Ｒ光の照明光のみを透過させる期間を「遮蔽期間」と記す。なお、回転フィルタ２１５の回転速度、タイミングは、撮影画像のフレームレートに対応する速度、タイミングに設定されている。具体的には、透過期間は、連続した二フレームの撮影タイミングに同期し、遮蔽期間は、当該撮影タイミングの間の一フレームの撮影タイミングに同期する。

バンドル１０２の入射端に入射された照明光は、バンドル１０２の内部を全反射を繰り返すことによって伝播される。バンドル１０２を伝播された照明光は、電子スコープ１００の先端に配されたバンドル１０２の射出端から射出される。バンドル１０２の射出端から射出された照明光は、配光レンズ１０４Ｂ、カバーガラス１０６Ｂを介して被検体を照明する。

図４は、本実施例１の挿入先端部１２の正面図である。図４に示されるように、各バンドル１０１Ａ、１０２に対応する二つの配光窓（図４中カバーガラス１０６Ａ、１０６Ｂ）は、対物レンズ１１０及び固体撮像素子１１２を有する撮像系（図４では、外観に現れるカバーガラス１０８が示されている）の光軸を通る中心線Ｙを挟んで対称の位置に配置されている。説明を加えると、二つのカバーガラス１０６Ａ、１０６Ｂは、挿入先端部１２を正面から臨んだときの撮像系までの距離が等しくなるように配置されている。また、電子スコープ１００が有する各種光学部品は、透過期間中、各カバーガラス１０６Ａ、１０６Ｂを介して放射される照明光量が等しくなるように設計されている。そのため、被検体は、透過期間中、挿入先端部１２と被検体とが所定距離以上離れていることを条件として（別の表現によれば、挿入先端部１２が被検体に過度に接近しない限り）、撮影範囲内においてほぼ均一な光量分布の白色光で照明される。遮蔽期間中は、Ｒ光透過フィルタ２１５ＲによるＲ光以外の照明光（画像生成に使用されるＲ光以外の波長の光がＧ光、Ｂ光であるため、Ｒ光以外の照明光を便宜上「ＧＢ光」と記す。）の遮蔽（或いは減光であってもよい。）がバンドル１０２側の光路だけでなされている。そのため、被検体は、遮蔽期間中、撮影範囲内においてほぼ均一な光量分布のＲ光で照明されると同時に不均一な光量分布のＧＢ光で照明される。なお、配光窓を複数配することによって配光ムラを無くす構成は、電子スコープの製品分野において一般的に知られた構成である。

図５（ａ）〜図５（ｃ）は、透過期間中の撮影範囲と照明光量分布との関係を視覚的に理解させるための補助的な説明図である。図６（ａ）〜図６（ｃ）は、遮蔽期間中の撮影範囲と照明光量分布との関係を視覚的に理解させるための補助的な説明図である。各図中縦軸が照明光量を、横軸が撮影範囲を、それぞれ示している。何れも正規化されているため、単位はない。各図において撮影範囲は、便宜上一次元で表現されているが、実際には二次元である。図５（ａ）、図６（ａ）の符号ＲＡ、ＲＢは、カバーガラス１０６Ａ、１０６Ｂを介して放射されたＲ光の照明光量分布（破線）を、符号ＲＬは、照明光量分布ＲＡとＲＢとを合わせた撮影範囲全体のＲ光の照明光量分布（実線）を、それぞれ示している。図５（ｂ）、図６（ｂ）の符号ＧＡ、ＧＢは、カバーガラス１０６Ａ、１０６Ｂを介して放射されたＧ光の照明光量分布（破線）を、符号ＧＬは、照明光量分布ＧＡとＧＢとを合わせた撮影範囲全体のＧ光の照明光量分布（実線）を、それぞれ示している。図５（ｃ）、図６（ｃ）の符号ＢＡ、ＢＢは、カバーガラス１０６Ａ、１０６Ｂを介して放射されたＢ光の照明光量分布（破線）を、符号ＢＬは、照明光量分布ＢＡとＢＢとを合わせた撮影範囲全体のＢ光の照明光量分布（実線）を、それぞれ示している。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるように、被検体は、透過期間中ほぼ均一な光量分布のＲＧＢ光で照明される。図６（ａ）〜図６（ｃ）に示されるように、被検体は、遮蔽期間中ほぼ均一な光量分布のＲ光で照明されると同時に不均一な光量分布のＧＢ光で照明される。

照明光によって照明された被検体からの反射光は、カバーガラス１０８を介して対物レンズ１１０に入射され、対物レンズ１１０のパワーにより固体撮像素子１１２の受光面上で光学像を結ぶ。

固体撮像素子１１２は、例えばベイヤ型画素配置を有する単板式カラーＣＣＤであり、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に応じた画像信号に変換する。変換された画像信号は、プリアンプ１１４により増幅されてドライバ信号処理回路１１６に入力される。

ドライバ信号処理回路１１６は、タイミングコントローラ２０４のクロックパルスに基づき、固体撮像素子１１２をプロセッサ２００側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。メモリ１１８には、電子スコープ１００固有の情報（例えば固体撮像素子１１２の画素数や感度、対応可能なレート、或いは型番など）が格納されている。ドライバ信号処理回路１１６は、メモリ１１８にアクセスして電子スコープ１００固有の情報を読み出す。

ドライバ信号処理回路１１６は、読み出された固有情報をシステムコントローラ２０２に、画像信号を信号処理回路２２０に、それぞれ出力する。ドライバ信号処理回路１１６とシステムコントローラ２０２又は信号処理回路２２０との間には、フォトカップラなどを使用した絶縁回路（不図示）が配置されている。すなわち、電子スコープ１００とプロセッサ２００は、電気的に絶縁されている。

システムコントローラ２０２は、ドライバ信号処理回路１１６からの上記固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２０２は、生成された制御信号を用いて、プロセッサ２００に接続中の電子スコープに適した処理がされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。また、システムコントローラ２０２は、電子スコープの型番と、該型番の電子スコープに適した制御情報とを対応付けたテーブルを有した構成としてもよい。かかる場合、システムコントローラ２０２は、対応テーブルの制御情報を参照して、プロセッサ２００に接続中の電子スコープに適した処理がされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。

信号処理回路２２０は、ドライバ信号処理回路１１６からの画像信号に、クランプ、ニー、γ補正、補間処理、ＡＧＣ（Auto Gain Control）等の所定の信号処理を施してＡ／Ｄ変換し、フレーム単位のバッファリングを行う。信号処理回路２２０のバッファには、透過期間中、ほぼ均一な光量分布のＲＧＢ光で照明された被検体の画像信号がバッファリングされる。信号処理回路２２０は、バッファリングされたフレーム単位の画像信号をタイミングコントローラ２０４によるタイミングで掃き出して、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternating Line）等の所定の規格に準拠した映像信号に変換して、モニタ３００に順次出力する。これにより、被検体のカラー画像がモニタ３００に表示される。

一方、遮蔽期間中は、ほぼ均一な光量分布のＲ光と不均一な光量分布のＧＢ光で照明された被検体の画像信号が信号処理回路２２０のバッファにバッファリングされる。信号処理回路２２０が有する距離算出部２５０は、当該画像信号をバッファリングする毎に、ＧＢ光に対応する画像信号を用いて、図７に示される距離算出処理を実行する。なお、以降の本明細書中の説明並びに図面において、処理ステップは「Ｓ」と省略して記す。

図７の距離算出処理を詳細説明に先立ち、図８〜図１０を用いて、照明光量が不均一なＧ（又はＢ）の照明光によって照明された被検体のＧ成分（又はＢ成分）の輝度分布を説明する。

図８〜図１０の各図の（ａ）は、被検体のＧ成分（又はＢ成分）の輝度分布と撮影範囲との関係を模式的に示す図である。図８〜図１０の各図（ａ）において、被検体のＧ成分（又はＢ成分）の輝度分布は、等高線モデルを用いて示されている。曲率半径の小さい等高線ほどＧ（又はＢ）の照明光の中心に近く、Ｇ成分（又はＢ成分）に関して被検体が明るく照明されていることを示している。なお、図８〜図１０の各図（ａ）中、符号Ｏは、撮影範囲の中心を、符号Ｌは、撮影範囲中最も輝度の高い点及び中心Ｏを通る直線を、それぞれ示している。

図８〜図１０の各図の（ｂ）は、各図の（ａ）に対応する図であって、電子スコープ１００の挿入先端部１２から被検体４００までの撮影距離Ｄを模式的に示す図である。なお、各図の（ｂ）においては、図面を簡素化するため、電子スコープ１００の構成要素のうち各バンドル１０１Ａ、１０２、対物レンズ１１０、固体撮像素子１１２以外の構成要素の図示を省略している。

また、図８〜図１０の各図の（ｂ）においては、対物レンズ１１０の主点から被検体４００までの距離を便宜上撮影距離Ｄとして示したに過ぎない。ここで、電子スコープ１００の各種要素（例えば対物レンズ１１０の主点、挿入先端部１２の前面、固体撮像素子１１２の受光面等）の相対位置は既知である。よって、撮影距離Ｄは、例えば挿入先端部１２の前面から被検体４００までの距離と定義してもよく、或いは固体撮像素子１１２の受光面から被検体４００までの距離と定義してもよい。

図１１は、図８〜図１０の各図の（ａ）の直線Ｌ上のＧ成分（又はＢ成分）の輝度分布を示した輝度分布図である。図１１中縦軸が輝度値を、横軸が直線Ｌ上の座標を、それぞれ示している。図１１中、符号ＢＤ１は、撮影距離Ｄが図８の場合のＧ成分（又はＢ成分）の輝度分布を、符号ＢＤ２は、撮影距離Ｄが図９場合のＧ成分（又はＢ成分）の輝度分布を、符号ＢＤ３は、撮影距離Ｄが図１０の場合のＧ成分（又はＢ成分）の輝度分布を、それぞれ示している。

図８〜図１０を参照するところ、挿入先端部１２と被検体４００とが接近するほどＧ成分（又はＢ成分）の輝度分布のピーク位置が撮影範囲の中心Ｏから離れていくことが分かる。本実施例１の距離算出処理においては、このような輝度分布の特性を利用して撮影距離Ｄを測定する。

距離算出部２５０は、Ｇ、Ｂの各波長の光に対応する画像信号それぞれを用いて、図７に示されるＳ１０１〜Ｓ１０６の処理を行う。図９（ａ）及び図１１を用いて図７の距離算出処理を具体的に説明すると、距離算出部２５０は、バッファリングされた一フレーム中の各画像領域を細分化する。距離算出部２５０は、バッファリングされた画像信号から、細分化された各分割画像領域に対応するＧ、Ｂの各輝度値をサンプリングする（Ｓ１０１）。具体的には、距離算出部２５０は、Ｇ、Ｂの各輝度値をサンプリングするため、各分割画像領域に属する画素のＧ、Ｂの各輝度信号を用いてヒストグラム処理を行う。次いで、生成されたヒストグラムデータを用いて、分割画像領域毎にＧ、Ｂの各輝度の平均値を算出してサンプリングデータを得る。

距離算出部２５０は、サンプリングデータに基づいてピークとなるＧ、Ｂの各輝度値、及び該各輝度値に対応する分割画像領域Ｒ１を計算する（Ｓ１０２）。距離算出部２５０は、Ｇ、Ｂの各々に対して、計算された分割画像領域Ｒ１の中心と撮影範囲の中心Ｏを通る仮想的な直線Ｌを定義する（Ｓ１０３）。距離算出部２５０は、定義されたＧ、Ｂに対応する各直線Ｌ上の分割画像領域のなかから所定条件を満たす分割画像領域Ｒ２を特定する（Ｓ１０４）。分割画像領域Ｒ２は、例えばその領域中心が直線Ｌ上であって、中心Ｏを挟んで分割画像領域Ｒ１と反対側の撮影範囲周辺に位置する（撮影範囲の最周辺から所定画素分離れた位置の）分割画像領域として定義される。距離算出部２５０は、サンプリングデータのなかから分割画像領域Ｒ２に対応するＧ、Ｂの各輝度値を取得する（Ｓ１０５）。距離算出部２５０は、Ｇ、Ｂの各々に対して、分割画像領域Ｒ１とＲ２の輝度値の比（以下、「輝度比」と記す。）を計算する（Ｓ１０６）。

ここで、前述したように、Ｇ成分、Ｂ成分の輝度分布のピーク位置は、撮影距離Ｄに応じて撮影範囲の中心Ｏとの距離が変化する。してみると、撮影距離ＤとＧ、Ｂの各輝度比との間には、所定の関係が成立するといえる。当該関係は、輝度比をＢＲと定義した場合、所定の関数Ｄ＝ｆ（ＢＲ）によって表現される。距離算出部２５０は、Ｇ、Ｂの各々に対応した所定の関数Ｄ＝ｆ（ＢＲ）を保持している。距離算出部２５０は、Ｓ１０６の処理において計算されたＧ、Ｂの各輝度比を用いて所定の関数Ｄ＝ｆ（ＢＲ）を計算する。距離算出部２５０は、Ｇ、Ｂに対応する各関数の計算結果を平均化し、平均化されたその値を撮影距離Ｄとする（Ｓ１０７）。なお、別の実施形態において距離算出部２５０は、輝度比と撮影距離Ｄとを対応付けた変換テーブルを有したものとしてもよい。かかる場合、距離算出部２５０は、所定の関数Ｄ＝ｆ（ＢＲ）に代替して、変換テーブルを用いてＳ１０７の処理を行う。

撮影距離Ｄと輝度比との関係は、フロントパネル２１８の輝度調節操作で設定された目標となる明るさに依存して変わる。そのため、距離算出部２５０は、設定輝度（或いは絞り２１２の開度）毎に対応する関数又は変換テーブルを保持した構成としてもよい。かかる場合、距離算出部２５０は、設定輝度（或いは絞り２１２の開度）に応じた関数又は変換テーブルを参照して、輝度調節操作時においても撮影距離Ｄを求めることができる。また、かかる構成によれば、各設定輝度（或いは絞り２１２の開度）に適した関数又は変換テーブルを用いて撮影距離Ｄが計算されるため、撮影距離Ｄの精度が向上する効果が得られる。

輝度比は、被検体が色相の変化が大きいものである場合に、その影響を比較的受け難いパラメータである。よって、かかる場合には測定距離誤差が小さく好適である。

距離算出部２５０は次いで、計算された撮影距離Ｄを表す情報（例えばキャラクタやスケール、グリッド等）の信号を生成する（Ｓ１０８）。距離算出部２５０は、生成されたキャラクタ情報等の信号を、信号処理回路２２０から出力される画像信号に加算する（Ｓ１０９）。これにより、撮影距離Ｄを示すキャラクタ情報等が、被検体のカラー画像と共にモニタ３００に表示される。

本実施例１の医療用観察システム１によれば、測距用の複雑な駆動機能や測定光用の専用の光路を別途設けることなく、既存のバンドルを利用して距離算出処理を行うことができる。距離算出処理を行うために挿入先端部１２に追加される部品は特に無く、バンドル１０１を分岐させて一方（バンドル１０１Ｂ）の射出端を回転フィルタ２１５の手前に配するだけでよい。そのため、挿入先端部１２の大型化や製造コストの増加が最小限に抑えられている。なお、本実施例１に係る構成において、遮蔽期間中に遮蔽される照明光は、ＧＢ光に限らず、他の波長の光であってもよい。

図１２は、本実施例２の回転フィルタ２１５ｚの構成を模式的に示した図である。本実施例２の医療用観察システム１は、回転フィルタの構成と信号処理回路２２０の処理内容が本実施例１の医療用観察システム１と相違し、その他は同じである。本実施例２以降の各実施例の医療用観察システム１において、本実施例１の医療用観察システム１と同一の又は同様の構成には、同一の又は同様の符号を付して説明を省略する。

図１２に示されるように、本実施例２の回転フィルタ２１５ｚは、Ｒ光透過フィルタ２１５Ｒ、Ｇ光透過フィルタ２１５Ｇ、Ｂ光透過フィルタ２１５Ｂが形成されており、面順次方式に対応した一般的なプロセッサに搭載されている回転フィルタと同じ構成を有している。回転フィルタ２１５ｚは、一フレームに対応する周期で一回転する。そのため、バンドル１０２の入射端には、一周期の間に、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の照明光が順に入射する。以下、説明の便宜上、回転フィルタ２１５ｚがＲ光の照明光のみを透過させる期間を「Ｒ期間」と記し、Ｇ光の照明光のみを透過させる期間を「Ｇ期間」と記し、Ｂ光の照明光のみを透過させる期間を「Ｂ期間」と記す。

被検体は、Ｒ期間中、撮影範囲内においてほぼ均一な光量分布のＲ光で照明されると同時に不均一な光量分布のＧＢ光で照明される。Ｇ期間中は、撮影範囲内においてほぼ均一な光量分布のＧ光で照明されると同時に不均一な光量分布のＲＢ光で照明される。Ｂ期間中は、撮影範囲内においてほぼ均一な光量分布のＢ光で照明されると同時に不均一な光量分布のＲＧ光で照明される。

Ｒ期間に得られたＲ光に対応する画像信号、Ｇ期間に得られたＧ光に対応する画像信号、Ｂ期間に得られたＢ光に対応する画像信号はそれぞれ、信号処理回路２２０が有するＲ、Ｇ、Ｂ用の各フレームメモリにバッファリングされる。信号処理回路２２０は、バッファリングされた各フレームメモリの画像信号をタイミングコントローラ２０４によるタイミングで掃き出して映像信号に変換し、モニタ３００に順次出力する。これにより、被検体のカラー画像がモニタ３００に表示される。

一方、Ｒ期間に得られたＧ光、Ｂ光に対応する画像信号は、距離算出部２５０が有するバッファにバッファリングされる。距離算出部２５０は、バッファリングされたＧＢ光に対応する画像信号を用いて、図７に示される距離算出処理を実行する。距離算出部２５０は、次いで、Ｇ期間に得られたＲ光、Ｂ光に対応する画像信号を用いて距離算出処理を実行する。更に、Ｂ期間に得られたＲ光、Ｇ光に対応する画像信号を用いて距離算出処理を実行する。すなわち、本実施例２によれば、撮影距離Ｄが一フレーム期間中に複数回測定される。例えば撮影距離Ｄの精度を向上させるため、これらの測定結果の平均値をモニタ３００に出力し表示させることができる。また、カラー画像の品質（例えば画質、フレームレート等）に実質的な影響を及ぼすことなく、撮影距離Ｄをリアルタイムで測定することができる。

図１３は、本実施例３の医療用観察システム１ｙの構成を模式的に示すブロック図である。図１３に示されるように、医療用観察システム１ｙは、電子スコープ１００ｙ、プロセッサ２００ｙ、モニタ３００、バンドル分岐装置５００を有している。図１３に示されるように、電子スコープ１００ｙとプロセッサ２００ｙは、バンドル分岐装置５００を介して光学的に接続されている。

バンドル分岐装置５００は、バンドル１０１ｙを有している。バンドル１０１ｙの入射端は、バンドル分岐装置５００をプロセッサ２００ｙに接続させたとき、集光レンズ２１０を介してランプ２０８に結合される。バンドル１０１ｙは、入射端から射出端に向かう途中、二本のバンドル１０１Ａｙ、１０１Ｂｙに分岐されている。照明光は、バンドル１０１ｙの分岐点において光量が分けられて、バンドル１０１Ａｙ又は１０１Ｂｙを伝播される。バンドル１０１Ａｙを伝播された照明光は、電子スコープ１００の先端に配されたバンドル１０１Ａｙの射出端から射出される。バンドル１０１Ａｙの射出端から射出された照明光は、配光レンズ１０４Ａ、カバーガラス１０６Ａを介して被検体を照明する。

バンドル１０１Ｂｙを伝播された照明光は、バンドル分岐装置５００の内部に配されたバンドル１０１Ｂｙの射出端から射出される。バンドル１０１Ｂｙの射出端から射出された照明光は、集光レンズ５１２により集光されつつ回転フィルタ２１５を介して、バンドル１０２ｙの入射端に入射される。なお、モータ２１７による回転フィルタ２１５の回転は、ドライバ２１６によって制御されている。ここでは、図面を簡素化するため、ドライバ２１６とモータ２１７との結線を省略している。

バンドル１０２ｙを伝播された照明光は、電子スコープ１００の先端に配されたバンドル１０２ｙの射出端から射出される。バンドル１０２ｙの射出端から射出された照明光は、配光レンズ１０４Ｂ、カバーガラス１０６Ｂを介して被検体を照明する。カバーガラス１０６Ｂからは、回転フィルタ２１５によって異なる波長域にフィルタリングされた照明光が順次放射される。本実施例３に係る構成においても、輝度分布ムラを意図的に生成し、当該ムラを利用した距離算出処理を行うことができる。

本実施例３において距離算出部２５０は、例えばＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)によって提供されている。なお、距離算出部２５０は、バンドル分岐装置５００に実装されていてもよい。

以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えばバンドルは、三本以上に分岐された構成であってもよい。この場合、電子スコープ１００は、被検体を三以上の配光窓からの照明光によって均一に又は不均一に照明する。

撮影された被検体の大きさは、撮影距離Ｄと対物レンズ１１０の特定波長（照明光量分布が不均一な波長）に対する焦点距離を用いて計算することができる。かかる計算機能を距離算出部２５０に付加してモニタ３００上に表示させるようにしてもよい。

別の実施形態の医療用観察システムは、回転フィルタに代えて波長可変液晶フィルタを備えた構成であってもよい。

１ 医療用観察システム
１００ 電子スコープ
１０１Ａ、１０２ バンドル
１１２ 固体撮像素子
２００ プロセッサ
２０２ システムコントローラ
２２０ 信号処理回路
２５０ 距離算出部
３００ モニタ

Claims (12)

1. 所定の波長域の照明光を導光する複数の導光路であって、ある波長の照明光が全ての前記導光路で導光されたとき、該波長の照明光によって被検体が均一に照明されるように配された複数の導光路と、
   少なくとも一つの前記導光路中に配置され、前記所定の波長域のうち特定波長の照明光を所定期間遮蔽する遮蔽手段と、
   前記所定期間中に照明された被検体の前記特定波長以外の波長に対応する光像を撮像する撮像手段と、
   前記撮像された光像に基づき前記被検体の画像を生成する画像生成手段と、
   前記所定期間中に照明された被検体の前記特定波長に対応する輝度分布を検出する輝度分布検出手段と、
   前記検出された輝度分布に基づいて前記撮像手段から前記被検体までの撮影距離を計算する撮影距離計算手段と、
   を有することを特徴とする医療用観察システム。
2. 前記遮蔽手段は、
   遮蔽帯域が異なる複数の開口フィルタが回転方向に設けられた回転フィルタと、
   前記複数の開口フィルタが前記撮像手段による撮像に同期したタイミングで前記導光路中に択一的に挿入されるように前記回転フィルタを回転制御する回転制御手段と、
   を有することを特徴とする、請求項１に記載の医療用観察システム。
3. 前記複数の開口フィルタは、前記回転方向に三つの開口フィルタであって、
   Ｒ光以外を遮蔽する第一の開口フィルタ、
   Ｇ光以外を遮蔽する第二の開口フィルタ、
   Ｂ光以外を遮蔽する第三の開口フィルタ、
   を有し、
   前記回転制御手段は、前記撮像手段によって一フレームが撮像される期間に同期させて前記回転フィルタを一回転させ、
   前記撮像手段は、前記第一、前記第二、前記第三の開口フィルタが前記導光路に挿入されている第一、第二、第三の期間中に照明された被検体の前記Ｒ光、前記Ｇ光、前記Ｂ光に対応する各光像を順次撮像し、
   前記画像生成手段は、前記撮像された各光像に基づき前記被検体のカラー画像を生成し、
   前記輝度分布検出手段は、前記第一、前記第二、前記第三の期間中に照明された被検体の前記Ｒ光以外、前記Ｇ光以外、前記Ｂ光以外の波長に対応する輝度分布を検出し、
   前記撮影距離計算手段は、前記検出された各輝度分布に基づいて前記撮像手段から前記被検体までの撮影距離を計算することを特徴とする、請求項２に記載の医療用観察システム。
4. 前記所定の波長域の照明光を放射する光源を更に有し、
   前記回転フィルタは、前記光源と前記導光路の入射端との間に配置されていることを特徴とする、請求項２又は請求項３の何れか一項に記載の医療用観察システム。
5. 前記輝度分布検出手段は、
   前記撮像手段により撮像された一フレームを複数の領域に分割し、
   前記分割された各分割領域に対応する輝度値をサンプリングし、
   前記サンプリングされた輝度値のなかからピーク値を検出し、
   前記撮影距離計算手段は、
   前記ピーク値と、所定の前記分割領域に対応する輝度値との比を計算し、
   前記計算された比に基づいて前記撮影距離を計算することを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の医療用観察システム。
6. 前記所定の分割領域は、その領域中心が、前記ピーク値に対応する前記分割領域の中心と、前記撮影範囲の中心を通る仮想的な直線上であって、該撮影範囲の中心を挟んで該ピーク値に対応する該分割領域と反対側の該撮影範囲周辺に位置する分割領域であることを特徴とする請求項５に記載の医療用観察システム。
7. 前記撮影距離計算手段は、
   所定の関数を保持し、
   前記比を用いて前記所定の関数を計算し、前記撮影距離を求めることを特徴とする、請求項５又は請求項６の何れか一項に記載の医療用観察システム。
8. 前記撮像手段により撮像される画像の輝度を設定する輝度設定手段を更に有し、
   前記撮影距離計算手段は、前記設定される輝度毎に対応した前記所定の関数を保持していることを特徴とする、請求項７に記載の医療用観察システム。
9. 前記撮影距離計算手段は、
   前記比と前記撮影距離とを対応付けた変換テーブルを有し、
   前記比を用いて前記変換テーブルを参照し、前記撮影距離を求めることを特徴とする、請求項５又は請求項６の何れか一項に記載の医療用観察システム。
10. 前記撮像手段により撮像される画像の輝度を設定する輝度設定手段を更に有し、
    前記撮影距離計算手段は、前記設定される輝度毎に対応した前記変換テーブルを有していることを特徴とする、請求項９に記載の医療用観察システム。
11. 前記撮影距離計算手段により計算された前記撮影距離を表現する表示情報を生成する表示情報生成手段と、
    前記生成された表示情報を所定の表示装置に出力する表示情報出力手段と、
    を更に有することを特徴とする、請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の医療用観察システム。
12. 前記撮影距離計算手段により計算された前記撮影距離と、前記撮像手段が有する対物光学系の焦点距離に基づいて、該撮像手段に撮像されている前記被検体のサイズを計算するサイズ計算手段と、
    前記計算されたサイズを表現する情報を所定の表示装置に出力するサイズ情報出力手段と、
    を更に有することを特徴とする、請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の医療用観察システム。

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