JP2017225648A - 電子内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】電子内視鏡システムにおいて、被写体が電子スコープ（固体撮像素子）で撮像されてからモニタの表示画面に表示されるまでのタイムラグが大きい。【解決手段】電子内視鏡システムを、固体撮像素子で撮像された被写体の画像信号を出力する電子スコープと、電子スコープより画像信号が入力される患者回路と、固体撮像素子より出力されるＲＡＷ形式の画像信号を現像処理する現像回路と、患者回路と電気的に絶縁されており、現像処理後の画像信号が該患者回路より入力される二次回路とを備える構成とする。この構成において、現像回路は、電子スコープ内又は患者回路内に備えられている。【選択図】図１

Description

本発明は、電子内視鏡システムに関する。

電子スコープとプロセッサを備える電子内視鏡システムが知られている。プロセッサは、電子スコープ側の回路（患者回路）と、患者回路より入力される画像信号に対して処理を施す二次回路を備えている。患者回路と二次回路との間には、フォトカプラ等のアイソレータが配置されている。アイソレータにより、患者回路と二次回路とが直流電流に対して絶縁されるため、二次回路による患者の身体への電気的影響が防がれる。例えば特許文献１に、この種の電子内視鏡システムの具体的構成が記載されている。

特開２０１３−２１５３０８号公報

患者回路と二次回路を備える電子内視鏡システムにおいて、最小限の画像処理（例えばクランプ）しか施されないＲＡＷ形式の画像信号を患者回路からアイソレータを介して二次回路に伝送し、伝送されたＲＡＷ形式の画像信号を二次回路側でモニタ表示可能に処理する構成が知られている。ここで、一般に、フォトカプラ等のアイソレータは伝送レートが低い。従って、この構成では、被写体が電子スコープ（固体撮像素子）で撮像されてからモニタの表示画面に表示されるまでのタイムラグが大きいという問題が指摘される。

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、被写体が固体撮像素子で撮像されてからモニタの表示画面に表示されるまでのタイムラグを抑えるのに好適な電子内視鏡システムを提供することである。

本発明の一実施形態に係る電子内視鏡システムは、固体撮像素子で撮像された被写体の画像信号を出力する電子スコープと、電子スコープより画像信号が入力される患者回路と、固体撮像素子より出力されるＲＡＷ形式の画像信号を現像処理する現像回路と、患者回路と電気的に絶縁されており、現像処理後の画像信号が該患者回路より入力される二次回路とを備える。現像回路は、電子スコープ内又は患者回路内に備えられている。

また、本発明の一実施形態において、患者回路及び二次回路を備えるプロセッサは、複数種類の電子スコープに対応するコンフィギュレーションデータを格納するメモリと、電子スコープに接続されると、該電子スコープを認識する認識手段と、認識された電子スコープに対応するコンフィギュレーションデータを該電子スコープに送信する送信手段とを備える。電子スコープは、プロセッサより入力されるコンフィギュレーションデータに基づいてプログラミングされることにより、固体撮像素子より出力される画像信号を該プロセッサの機能に合わせて処理することが可能となる論理回路を備える。

また、本発明の一実施形態において、論理回路は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）である。

本発明の一実施形態によれば、被写体が固体撮像素子で撮像されてからモニタの表示画面に表示されるまでのタイムラグを抑えるのに好適な電子内視鏡システムが提供される。

本発明の一実施形態に係る電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電子スコープに備えられる信号処理回路の動作設定処理のフローチャートを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下においては、本発明の一実施形態として電子内視鏡システムを例に取り説明する。

［電子内視鏡システム１の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る電子内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、電子内視鏡システム１は、医療用に特化されたシステムであり、電子スコープ１００、プロセッサ２００及びモニタ３００を備えている。

プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２及びタイミングコントローラ２０４を備えている。システムコントローラ２０２は、プロセッサ２００内の不図示のメモリに記憶された各種プログラムを実行し、電子内視鏡システム１全体を統合的に制御する。また、システムコントローラ２０２は、操作パネル２１８に接続されている。システムコントローラ２０２は、操作パネル２１８より入力される術者からの指示に応じて、電子内視鏡システム１の各動作の実行及び各動作のためのパラメータの変更を行う。タイミングコントローラ２０４は、各部の動作のタイミングを調整するクロックパルスを必要な回路に供給する。

ペリフェラルコントロール２０６は、ランプ電源イグナイタ２０８及び調光モータ２１６を制御する。ランプ２１０は、ランプ電源部イグナイタ２０８による始動後、照射光を射出する。ランプ２１０は、例えば、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等の高輝度ランプである。なお、ランプ２１０は、ＬＤ（Laser Diode）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の半導体発光素子であってもよい。

ランプ２１０より射出された照射光は、集光レンズ２１２、絞り２１４を介してＬＣＢ（Light Carrying Bundle）１０２の入射端面に集光されてＬＣＢ１０２内に入射される。

絞り２１４には、アームやギヤ等の伝達機構を介して調光モータ２１６が機械的に連結している。調光モータ２１６は例えばＤＣモータであり、ペリフェラルコントロール２０６のドライブ制御下で駆動する。絞り２１４は、モニタ３００の表示画面に表示される映像を適正な明るさにするため、調光モータ２１６により動作され開度が変えられる。ランプ２１０より照射された照射光の光量は、絞り２１４の開度に応じて制限される。適正とされる映像の明るさの基準は、術者による操作パネル２１８の輝度調節操作に応じて設定変更される。

ＬＣＢ１０２内に入射された照射光は、ＬＣＢ１０２内を伝播する。ＬＣＢ１０２内を伝播した照射光は、電子スコープ１００の先端に配置されたＬＣＢ１０２の射出端面より射出され、電子スコープ１００の先端面に配置された配光レンズを介して被写体に照射される。照射光により照射された被写体からの戻り光は、電子スコープ１００の先端面に配置された対物レンズを介して固体撮像素子１０４の受光面上で光学像を結ぶ。

固体撮像素子１０４は、ベイヤ型画素配置を有する単板式カラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサである。固体撮像素子１０４は、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、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の画像信号を生成して、信号処理回路１０８に出力する。なお、固体撮像素子１０４は、ＣＣＤイメージセンサに限らず、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやその他の種類の撮像装置に置き換えられてもよい。固体撮像素子１０４はまた、補色系フィルタを搭載したものであってもよい。

電子スコープ１００は、プロセッサ２００（システムコントローラ２０２）と通信するスコープＣＰＵ１０６を備えている。

スコープＣＰＵ１０６は、電子スコープ１００がプロセッサ２００に接続されると、スコープＣＰＵ１０６の内部メモリにアクセスして電子スコープ１００の固有ＩＤを読み出し、読み出された固有ＩＤをプロセッサ２００のシステムコントローラ２０２に出力する。

システムコントローラ２０２は、スコープＣＰＵ１０６より入力される固有ＩＤに基づいて電子スコープ１００を認識（例えば電子スコープ１００の機種を認識）する。なお、別の実施形態では、電子スコープ１００がネットワーク抵抗を備える構成としてもよい。この場合、システムコントローラ２０２は、ネットワーク抵抗の信号レベル（ハイ又はロー）の組み合わせから、電子スコープ１００の機種を認識する。

プロセッサ２００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２８を備えている。ＲＯＭ２２８には、電子スコープの各機種に対応するコンフィギュレーションデータが格納されている。システムコントローラ２０２は、プロセッサ２００に接続された電子スコープ１００の機種を認識すると、認識した機種に対応するコンフィギュレーションデータをＲＯＭ２２８から読み出して、スコープＣＰＵ１０６に送信する。

信号処理回路１０８は、プログラミングによって設定変更可能なＰＬＤ（Programmable Logic Device）によって構成されており、例示的には、ＦＰＧＡである。信号処理回路１０８は、スコープＣＰＵ１０６が受信したコンフィギュレーションデータに基づいてプログラミングされることにより、固体撮像素子１０４より出力される画像信号をプロセッサ２００の機能に合わせて処理することが可能となる。

コンフィギュレーションデータは、回路動作を設定する情報を持つデータであり、ＨＤＬ（Hardware Description Language）等によって記述されるプログラミングリストやネットリストを含む。

信号処理回路１０８には、照射光により照射された被写体の画像信号がフレーム周期で固体撮像素子１０４より入力される。なお、以降の説明において「フレーム」は「フィールド」に置き替えてもよい。

信号処理回路１０８は、固体撮像素子１０４より入力されるＲＡＷ形式の画像信号に対してクランプ等の処理を施し、更に、現像処理（デモザイキング及びカラーマトリックス演算）を施してＲＧＢ形式の画像信号に変換し、プロセッサ２００に出力する。

プロセッサ２００は、患者回路２００Ａと二次回路２００Ｂを備えている。患者回路２００Ａと二次回路２００Ｂとの間には、複数のアイソレータ２２２が配置されている。アイソレータ２２２は、例えば、フォトカプラ、パルストランスを用いたアイソレータ、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）アイソレータである。アイソレータ２２２により、患者回路２２０Ａと二次回路２００Ｂとが直流電流に対して絶縁されるため、二次回路２００Ｂによる患者の身体への電気的影響が防がれる。

患者回路２００Ａには、前段信号処理回路２２０が備えられている。前段信号処理回路２２０は、信号処理回路１０８より入力される画像信号に対して所定の信号処理を施し、アイソレータ２２２を介して画像信号を二次回路２００Ｂ内の画像メモリ２２４に出力する。

一般に、電子内視鏡システムに搭載されるアイソレータは伝送レートが低い。そのため、データ容量の大きいＲＡＷ形式の画像信号を患者回路から二次回路に伝送する従来構成では、アイソレータの伝送レートがボトルネックとなり、被写体が電子スコープ（固体撮像素子）で撮像されてからモニタの表示画面に表示されるまでのタイムラグが大きいという問題があった。そこで、本実施形態では、電子スコープ１００内（信号処理回路１０８）で現像処理が行われる。これにより、容量の軽くなったＲＧＢ形式の画像信号が患者回路２００Ａからアイソレータ２２２を介して二次回路２００Ｂに伝送される。本実施形態では、患者回路２００Ａから二次回路２００Ｂへの画像信号の伝送時間が短くなるため、上記のタイムラグが抑えられる。

画像メモリ２２４は、前段信号処理回路２２０より入力される各フレームの画像信号を所定のタイミングで後段信号処理回路２２６に出力する。

後段信号処理回路２２６は、画像メモリ２２４より入力される画像信号を処理してモニタ表示用の画面データを生成し、生成されたモニタ表示用の画面データを所定のビデオフォーマット信号に変換する。変換されたビデオフォーマット信号は、モニタ３００に出力される。これにより、被写体のカラー画像がモニタ３００の表示画面に表示される。

図２は、電子スコープ１００に備えられる信号処理回路１０８の動作設定処理を示すフローチャートである。図２に示されるフローチャートは、例えば、電子内視鏡システム１が起動され且つ電子スコープ１００とプロセッサ２００とが接続されると開始される。なお、図２の例では、プロセッサ２００の対応画素数が１００万画素であり、３つの機種（固体撮像素子１０４の画素数が２００万画素、１００万画素、１０万画素の電子スコープ）に対応するコンフィギュレーションデータがＲＯＭ２２８に格納されているものとする。以下、説明の便宜上、固体撮像素子１０４の画素数が２００万画素の電子スコープを「電子スコープ１００Ａ」と記し、固体撮像素子１０４の画素数が１００万画素の電子スコープを「電子スコープ１００Ｂ」と記し、固体撮像素子１０４の画素数が１０万画素の電子スコープを「電子スコープ１００Ｃ」と記す。また、電子スコープ１００Ａに対応するコンフィギュレーションデータを「コンフィギュレーションデータＡ」と記し、電子スコープ１００Ｂに対応するコンフィギュレーションデータを「コンフィギュレーションデータＢ」と記し、電子スコープ１００Ｃに対応するコンフィギュレーションデータを「コンフィギュレーションデータＣ」と記す。

［図２のＳ１１（電子スコープの機種の認識）］
本処理ステップＳ１１では、スコープＣＰＵ１０６が、内部メモリにアクセスして電子スコープ１００の固有ＩＤを読み出し、読み出された固有ＩＤをシステムコントローラ２０２に出力する。次いで、システムコントローラ２０２が、スコープＣＰＵ１０６より入力される固有ＩＤに基づいて電子スコープ１００の機種を認識する。

［図２のＳ１２（コンフィギュレーションデータの読み出し）］
本処理ステップＳ１２では、システムコントローラ２０２により、処理ステップＳ１１（電子スコープの機種の認識）にて認識された機種に対応するコンフィギュレーションデータがＲＯＭ２２８から読み出される。

［図２のＳ１３（コンフィギュレーションデータＡの送信）］
本処理ステップＳ１３は、処理ステップＳ１２（コンフィギュレーションデータの読み出し）にてコンフィギュレーションデータＡがＲＯＭ２２８から読み出された場合（Ｓ１２：１００Ａ）に実行される。本処理ステップＳ１３では、システムコントローラ２０２により、ＲＯＭ２２８から読み出されたコンフィギュレーションデータＡがプロセッサ２００に接続されている電子スコープ１００ＡのスコープＣＰＵ１０６に送信される。

［図２のＳ１４（コンフィギュレーションデータＢの送信）］
本処理ステップＳ１４は、処理ステップＳ１２（コンフィギュレーションデータの読み出し）にてコンフィギュレーションデータＢがＲＯＭ２２８から読み出された場合（Ｓ１２：１００Ｂ）に実行される。本処理ステップＳ１４では、システムコントローラ２０２により、ＲＯＭ２２８から読み出されたコンフィギュレーションデータＢがプロセッサ２００に接続されている電子スコープ１００ＢのスコープＣＰＵ１０６に送信される。

［図２のＳ１５（コンフィギュレーションデータＣの送信）］
本処理ステップＳ１５は、処理ステップＳ１２（コンフィギュレーションデータの読み出し）にてコンフィギュレーションデータＣがＲＯＭ２２８から読み出された場合（Ｓ１２：１００Ｃ）に実行される。本処理ステップＳ１５では、システムコントローラ２０２により、ＲＯＭ２２８から読み出されたコンフィギュレーションデータＣがプロセッサ２００に接続されている電子スコープ１００ＣのスコープＣＰＵ１０６に送信される。

なお、プロセッサ２００に接続された電子スコープ１００が電子スコープ１００Ａ〜１００Ｃの何れにも該当しない場合、システムコントローラ２０２は、電子スコープ１００の機種を認識することができない。この場合、例えばモニタ３００の表示画面に所定のエラーメッセージが表示され、本フローチャートの処理が終了する。

［図２のＳ１６（コンフィギュレーションデータに基づくプログラミング）］
本処理ステップＳ１６では、スコープＣＰＵ１０６が受信したコンフィギュレーションデータに基づいて信号処理回路１０８がプログラミングされる。以下に、プログラミング例を３つ記す。

・プログラミング例１（コンフィギュレーションデータＡを受信した場合）
本例１では、信号処理回路１０８は、コンフィギュレーションデータＡに基づき、２００万画素の固体撮像素子１０４より入力される画像信号をプロセッサ２００の機能に合わせて１００万画素に間引くと共に、現像処理（デモザイキング及び電子スコープ１００Ａの固体撮像素子１０４の特性に適したカラーマトリックス演算）を行うことができるようにプログラミング構築される。

・プログラミング例２（コンフィギュレーションデータＢを受信した場合）
本例２では、信号処理回路１０８は、コンフィギュレーションデータＢに基づき、現像処理（デモザイキング及び電子スコープ１００Ｂの固体撮像素子１０４の特性に適したカラーマトリックス演算）を行うことができるようにプログラミング構築される。

・プログラミング例３（コンフィギュレーションデータＣを受信した場合）
本例３では、信号処理回路１０８は、コンフィギュレーションデータＣに基づき、１０万画素の固体撮像素子１０４より入力される画像信号をプロセッサ２００の機能に合わせて１００万画素に拡大（画素補間）すると共に、現像処理（デモザイキング及び電子スコープ１００Ｃの固体撮像素子１０４の特性に適したカラーマトリックス演算）を行うことができるようにプログラミング構築される。

なお、プログラミング例１の間引き処理及びプログラミング例３の拡大（画素補間）処理は周知の技術である。例えば特開２００４−３０５７６０号公報にその具体的一例が記載されている。

図２の例によれば、電子スコープ１００（信号処理回路１０８）がプロセッサ２００の機能に合わせてプログラミングされるため、例えば、電子スコープ１００の各機種用の処理回路をプロセッサ２００に個別に搭載する必要が無い。そのため、プロセッサ２００の回路規模を抑えつつ、様々な機種の電子スコープ１００が１台のプロセッサ２００で使用可能となる。言い換えると、電子スコープ１００は、接続されるプロセッサ２００の機種に合わせてその機能が変更される。そのため、１台の電子スコープ１００が様々な機種のプロセッサ２００で使用可能となる。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、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。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本発明の実施形態に含まれる。

上記の実施形態では、電子スコープ１００内（信号処理回路１０８）で現像処理が行われるが、別の実施形態では、患者回路２００Ａ内（前段信号処理回路２２０）で現像処理が行われてもよい。この場合も、容量の軽くなったＲＧＢ形式の画像信号が患者回路２００Ａからアイソレータ２２２を介して二次回路２００Ｂに伝送されるため、被写体が固体撮像素子１０４で撮像されてからモニタ３００の表示画面に表示されるまでのタイムラグが抑えられる。

また、上記の実施形態では、ＲＯＭ２２８が患者回路２００Ａ内に配置されているが、別の実施形態では、ＲＯＭ２２８が二次回路２００Ｂ内に配置されてもよい。

１ 電子内視鏡システム
１００ 電子スコープ
１０２ ＬＣＢ
１０４ 固体撮像素子
１０６ スコープＣＰＵ
１０８ 信号処理回路
２００ プロセッサ
２００Ａ 患者回路
２００Ｂ 二次回路
２０２ システムコントローラ
２０４ タイミングコントローラ
２０６ ペリフェラルコントロール
２０８ ランプ電源イグナイタ
２１０ ランプ
２１２ 集光レンズ
２１４ 絞り
２１６ 調光モータ
２１８ 操作パネル
２２０ 前段信号処理回路
２２２ アイソレータ
２２４ 画像メモリ
２２６ 後段信号処理回路
２２８ ＲＯＭ
３００ モニタ

Claims (3)

1. 固体撮像素子で撮像された被写体の画像信号を出力する電子スコープと、
   前記電子スコープより前記画像信号が入力される患者回路と、
   前記固体撮像素子より出力されるＲＡＷ形式の画像信号を現像処理する現像回路と、
   前記患者回路と電気的に絶縁されており、前記現像処理後の画像信号が該患者回路より入力される二次回路と、
   を備え、
   前記現像回路は、
   前記電子スコープ内又は前記患者回路内に備えられている、
   電子内視鏡システム。
2. 前記患者回路及び前記二次回路を備えるプロセッサは、
   複数種類の電子スコープに対応するコンフィギュレーションデータを格納するメモリと、
   前記電子スコープに接続されると、該電子スコープを認識する認識手段と、
   前記認識された電子スコープに対応するコンフィギュレーションデータを該電子スコープに送信する送信手段と、
   を備え、
   前記電子スコープは、
   前記プロセッサより入力されるコンフィギュレーションデータに基づいてプログラミングされることにより、前記固体撮像素子より出力される画像信号を該プロセッサの機能に合わせて処理することが可能となる論理回路
   を備える、
   請求項１に記載の電子内視鏡システム。
3. 前記論理回路は、
   ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）である、
   請求項２に記載の電子内視鏡システム。

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