JP2020130538A - 医療用光源装置及び医療用観察システム - Google Patents

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Abstract

【課題】利便性を向上させること。【解決手段】医療用光源装置100は、第1の波長帯域の光を発光する第1の光源31と、第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の光を発光する第2の光源32と、第1,第2の光源31,32の動作をそれぞれ制御し、第1,第2の光源31,32をそれぞれパルス発光させる光源制御部941とを備える。光源制御部941は、第1の光源31がパルス発光する頻度に対して第2の光源32がパルス発光する頻度を少なくした状態で第1,第2の光源31,32の動作を制御する。【選択図】図2

Description

本発明は、医療用光源装置及び医療用観察システムに関する。
従来、被写体となる生体内(観察対象)を撮像(観察)する医療用観察システムにおいて、第1,第2の光源を有する医療用光源装置を搭載した構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の医療用光源装置では、第1の光源は、白色光を発光する。一方、第2の光源は、生体内に含まれる蛍光物質を励起する励起光を発光する。そして、当該医療用光源装置では、第1,第2の光源を時分割で交互に発光させる。
特開2013−102899号公報
ここで、特許文献1に記載の医療用光源装置において、第1,第2の光源の仕様として、寿命に大きな差がある場合を想定する。例えば、第1の光源をLED(Light Emitting Diode)で構成し、第2の光源を半導体レーザで構成した場合には、第1の光源は、第2の光源よりも寿命が長いものとなる。
そして、上述した場合には、特許文献1に記載の医療用光源装置では、第1,第2の光源を時分割で交互に発光させているため、第1,第2の光源の使用時間が略同一のものとなり、第2の光源は、第1の光源よりも早い時期に寿命による交換が必要となる。すなわち、第1,第2の光源を略同一の時期に交換することとなる構成とすれば利便性の向上が図れるところ、交換時期が異なることになるため、利便性を向上させることができない、という問題がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、利便性を向上させることができる医療用光源装置、及び医療用観察システムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る医療用光源装置は、第1の波長帯域の光を発光する第1の光源と、前記第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の光を発光する第2の光源と、前記第1の光源及び前記第2の光源の動作をそれぞれ制御し、前記第1の光源及び前記第2の光源をそれぞれパルス発光させる光源制御部とを備え、前記光源制御部は、前記第1の光源がパルス発光する頻度に対して前記第2の光源がパルス発光する頻度を少なくした状態で前記第1の光源及び前記第2の光源の動作を制御することを特徴とする。
また、本発明に係る医療用光源装置では、上記発明において、前記光源制御部は、周期的に繰り返される各期間のうち、第1の期間に前記第1の光源をパルス発光させるとともに、前記第1の期間とは異なる期間であり、かつ、前記第1の期間よりも頻度の少ない期間である第2の期間に前記第2の光源をパルス発光させることを特徴とする。
また、本発明に係る医療用光源装置では、上記発明において、前記第1の光源は、白色光を発光する光源であり、前記第2の光源は、蛍光物質を励起する励起光を発光する光源であることを特徴とする。
また、本発明に係る医療用光源装置では、上記発明において、前記第1の光源は、LEDであり、前記第2の光源は、半導体レーザであることを特徴とする。
本発明に係る医療用観察システムは、上述した医療用光源装置と、前記医療用光源装置からの光が照射された観察対象を撮像する撮像装置とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る医療用観察システムでは、上記発明において、前記光源制御部は、周期的に繰り返される各期間のうち、第1の期間に前記第1の光源をパルス発光させるとともに、前記第1の期間とは異なる期間であり、かつ、前記第1の期間よりも頻度の少ない期間である第2の期間に前記第2の光源をパルス発光させ、前記撮像装置は、撮像することで撮像画像を生成する撮像素子を1つのみ有する撮像部を備え、前記撮像素子は、前記第1の期間において、前記観察対象を撮像することで第1の撮像画像を生成し、前記第2の期間において、前記観察対象を撮像することで第2の撮像画像を生成することを特徴とする。
また、本発明に係る医療用観察システムでは、上記発明において、前記撮像装置にて順次、生成された前記第1の撮像画像及び前記第2の撮像画像を処理する制御装置をさらに備え、前記制御装置は、前記第1の撮像画像に対して第1の画像処理を実行する第1の画像処理部と、前記第2の撮像画像に対して前記第1の画像処理とは異なる第2の画像処理を実行する第2の画像処理部とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る医療用観察システムでは、上記発明において、前記制御装置は、データを記憶するメモリと、前記メモリへのデータの書込み及び読出しを制御するメモリコントローラとを備え、前記メモリコントローラは、前記撮像装置にて順次、生成された前記第1の撮像画像及び前記第2の撮像画像を前記メモリに順次、書き込むとともに、前記メモリから読み出した前記第1の撮像画像を前記第1の画像処理部に入力させ、前記メモリから読み出した前記第2の撮像画像を前記第2の画像処理部に入力させることを特徴とする。
また、本発明に係る医療用観察システムでは、上記発明において、前記メモリコントローラは、前記第2の期間において撮像された前記第1の撮像画像を擬似的に生成するために、前記メモリから直前に読み出した前記第1の撮像画像を再度、前記メモリから読み出し、当該再度、読み出した前記第1の撮像画像を前記第1の画像処理部に入力させることを特徴とする。
また、本発明に係る医療用観察システムでは、上記発明において、前記メモリコントローラは、前記第1の期間において撮像された前記第2の撮像画像を擬似的に生成するために、前記メモリから直前に読み出した前記第2の撮像画像を再度、前記メモリから読み出し、当該再度、読み出した前記第2の撮像画像を前記第2の画像処理部に入力させることを特徴とする。
本発明に係る医療用光源装置及び医療用観察システムによれば、利便性を向上させることができる。
図1は、実施の形態に係る医療用観察システムの構成を示す図である。 図2は、カメラヘッド及び制御装置の構成を示すブロック図である。 図3は、制御装置の動作を示すフローチャートである。 図4は、制御装置の動作を説明する図である。 図5は、制御装置の動作を説明する図である。
以下に、図面を参照して、本発明を実施するための形態(以下、実施の形態)について説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付している。
〔医療用観察システムの概略構成〕
図1は、本実施の形態に係る医療用観察システム1の構成を示す図である。
医療用観察システム1は、医療分野において用いられ、被写体となる生体内(観察対象)を撮像(観察)するシステムである。この医療用観察システム1は、図1に示すように、挿入部2と、光源装置3と、ライトガイド4と、カメラヘッド5と、第1伝送ケーブル6と、表示装置7と、第2伝送ケーブル8と、制御装置9と、第3伝送ケーブル10とを備える。
本実施の形態では、挿入部2は、硬性内視鏡で構成されている。すなわち、挿入部2は、全体が硬質、または一部が軟質で他の部分が硬質である細長形状を有し、生体内に挿入される。この挿入部2内には、1または複数のレンズを用いて構成され、被写体からの光(被写体像や蛍光像)を集光する光学系が設けられている。
光源装置3は、ライトガイド4の一端が接続され、制御装置9による制御の下、当該ライトガイド4の一端に生体内に照射する光を供給する。この光源装置3は、図1に示すように、第1の光源31と、第2の光源32とを備える。
第1の光源31は、第1の波長帯域の光を発光する。本実施の形態では、第1の光源31は、白色光を発光するLEDで構成されている。
第2の光源32は、第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の光を発光する。本実施の形態では、近赤外の波長帯域の近赤外励起光を発光する半導体レーザで構成されている。当該近赤外励起光は、インドシアニングリーン等の蛍光物質を励起する励起光である。
そして、光源装置3では、具体的には後述するが、制御装置9による制御の下、周期的に繰り返される各期間T(図4参照)のうち、第1の期間T1(図4参照)において第1の光源31が発光し、第2の期間T2において第2の光源32が発光する。
なお、本実施の形態では、光源装置3は、制御装置9とは別体で構成されているが、これに限らず、当該制御装置9内部に設けられた構成を採用しても構わない。
ライトガイド4は、一端が光源装置3に着脱自在に接続されるとともに、他端が挿入部2に着脱自在に接続される。そして、ライトガイド4は、光源装置3から供給された光(白色光や近赤外励起光)を一端から他端に伝達し、挿入部2に供給する。挿入部2に供給された光は、当該挿入部2の先端から出射され、生体内に照射される。生体内に白色光が照射された場合には、当該生体内で反射された被写体像が挿入部2内の光学系により集光される。また、生体内に近赤外励起光が照射された場合には、当該生体内における病変部に集積するインドシアニングリーン等の蛍光物質(薬剤)が励起され、当該生体内から発せられた蛍光像が挿入部2内の光学系により集光される。
カメラヘッド5は、本発明に係る撮像装置に相当する。このカメラヘッド5は、挿入部2の基端(接眼部21(図1))に着脱自在に接続される。そして、カメラヘッド5は、制御装置9による制御の下、挿入部2にて集光された被写体像や蛍光像を撮像し、当該撮像による画像信号(RAW信号)を出力する。当該画像信号は、例えば、4K以上の画像信号である。
なお、カメラヘッド5の詳細な構成については、後述する。
第1伝送ケーブル6は、一端がコネクタCN1(図1)を介して制御装置9に着脱自在に接続され、他端がコネクタCN2(図1)を介してカメラヘッド5に着脱自在に接続される。そして、第1伝送ケーブル6は、カメラヘッド5から出力される画像信号等を制御装置9に伝送するとともに、制御装置9から出力される制御信号、同期信号、クロック、及び電力等をカメラヘッド5にそれぞれ伝送する。
なお、第1伝送ケーブル6を介したカメラヘッド5から制御装置9への画像信号等の伝送は、当該画像信号等を光信号で伝送してもよく、あるいは、電気信号で伝送しても構わない。第1伝送ケーブル6を介した制御装置9からカメラヘッド5への制御信号、同期信号、クロックの伝送も同様である。
表示装置7は、液晶または有機EL(Electro Luminescence)等を用いた表示ディスプレイで構成され、制御装置9による制御の下、当該制御装置9からの映像信号に基づく画像を表示する。
第2伝送ケーブル8は、一端が表示装置7に着脱自在に接続され、他端が制御装置9に着脱自在に接続される。そして、第2伝送ケーブル8は、制御装置9にて処理された映像信号を表示装置7に伝送する。
制御装置9は、CPU(Central Processing Unit)やFPGA(Field-Programmable Gate Array)等で構成され、光源装置3、カメラヘッド5、及び表示装置7の動作を統括的に制御する。
なお、制御装置9の詳細な構成については、後述する。
第3伝送ケーブル10は、一端が光源装置3に着脱自在に接続され、他端が制御装置9に着脱自在に接続される。そして、第3伝送ケーブル10は、制御装置9からの制御信号を光源装置3に伝送する。
〔カメラヘッドの構成〕
次に、カメラヘッド5の構成について説明する。
図2は、カメラヘッド5及び制御装置9の構成を示すブロック図である。
なお、図2では、説明の便宜上、制御装置9及びカメラヘッド5と第1伝送ケーブル6との間のコネクタCN1,CN2、制御装置9及び表示装置7と第2伝送ケーブル8との間のコネクタ、制御装置9及び光源装置3と第3伝送ケーブル10との間のコネクタの図示を省略している。
カメラヘッド5は、図2に示すように、レンズユニット51と、撮像部52と、通信部53とを備える。
レンズユニット51は、1または複数のレンズを用いて構成され、挿入部2にて集光された被写体像や蛍光像を撮像部52(撮像素子521)の撮像面に結像する。
撮像部52は、制御装置9による制御の下、生体内を撮像する。この撮像部52は、図2に示すように、撮像素子521と、信号処理部522とを備える。
撮像素子521は、レンズユニット51が結像した被写体像や蛍光像を受光して電気信号(アナログ信号)に変換するCCD(Charge Coupled Device)またはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等で構成されている。そして、撮像素子521は、制御装置9による制御の下、光源装置3の発光タイミングに同期して、周期的に繰り返される各期間T(図4参照)毎に撮像を行う。以下では、説明の便宜上、撮像素子521により第1の期間T1において撮像することで生成された画像を被写体画像(本発明に係る第1の撮像画像に相当)と記載し、撮像素子521により第2の期間T2において撮像することで生成された画像を蛍光画像(本発明に係る第2の撮像画像に相当)と記載する。また、被写体画像及び蛍光画像を纏めて撮像画像と記載する。
信号処理部522は、撮像素子521にて生成された撮像画像(アナログ信号)に対して信号処理を行って撮像画像(RAW信号(デジタル信号))を出力する。
通信部53は、第1伝送ケーブル6を介して、撮像部52から出力される撮像画像(RAW信号(デジタル信号))を制御装置9に送信するトランスミッタとして機能する。この通信部53は、例えば、第1伝送ケーブル6を介して、制御装置9との間で、1Gbps以上の伝送レートで撮像画像の通信を行う高速シリアルインターフェースで構成されている。
〔制御装置の構成〕
次に、制御装置9の構成について図2を参照しながら説明する。
制御装置9は、図2に示すように、通信部91と、メモリ92と、観察画像生成部93と、制御部94と、入力部95と、出力部96と、記憶部97とを備える。
通信部91は、第1伝送ケーブル6を介して、カメラヘッド5(通信部53)から出力される撮像画像(RAW信号(デジタル信号))を受信するレシーバとして機能する。この通信部91は、例えば、通信部53との間で、1Gbps以上の伝送レートで撮像画像の通信を行う高速シリアルインターフェースで構成されている。
メモリ92は、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等で構成されている。このメモリ92は、カメラヘッド5(通信部53)から順次、出力される撮像画像を複数フレーム分、一時的に記憶可能とする。
観察画像生成部93は、制御部94による制御の下、カメラヘッド5(通信部53)から順次、出力され、通信部91にて受信した撮像画像(RAW信号(デジタル信号))を処理する。この観察画像生成部93は、図2に示すように、メモリコントローラ931と、第1の画像処理部932と、第2の画像処理部933と、重畳画像生成部934と、表示制御部935とを備える。
メモリコントローラ931は、メモリ92への撮像画像の書込み及び読出しを制御する。より具体的に、メモリコントローラ931は、カメラヘッド5(通信部53)から順次、出力され、通信部91にて受信した撮像画像(被写体画像及び蛍光画像)をメモリ92に順次、書き込む。また、メモリコントローラ931は、メモリ92から被写体画像を特定のタイミングで読み出すとともに、当該読み出した被写体画像を第1の画像処理部932に入力させる。さらに、メモリコントローラ931は、メモリ92から蛍光画像を特定のタイミングで読み出すとともに、当該読み出した蛍光画像を第2の画像処理部933に入力させる。
第1の画像処理部932は、入力した被写体画像(RAW信号(デジタル信号))に対して、第1の画像処理を実行する。
当該第1の画像処理としては、例えば、オプティカルブラック減算処理、ホワイトバランス調整処理、デモザイク処理、色補正処理、ガンマ補正処理、RGB信号(第1の撮像画像)を輝度信号及び色差信号(Y,C/C信号)に変換するYC処理等を例示することができる。
第2の画像処理部933は、入力した蛍光画像(RAW信号(デジタル信号))に対して、第1の画像処理とは異なる第2の画像処理を実行する。
当該第2の画像処理としては、入力した蛍光画像(RAW信号(デジタル信号))から輝度信号(Y信号)のみを生成する処理、及び、全画像領域において輝度値が特定の閾値以上となる画素位置(インドシアニングリーン等の蛍光物質が励起された画素位置)を他の画素位置と識別する強調処理等を例示することができる。
重畳画像生成部934は、第1の画像処理部932にて第1の画像処理が実行された後の被写体画像と、第2の画像処理部933にて第2の画像処理が実行された後の蛍光画像とを全ての領域について対応する領域(画素)同士で重畳して重畳画像を生成する。
表示制御部935は、制御部94による制御の下、重畳画像生成部934にて生成された重畳画像に基づいて、表示用の映像信号を生成する。そして、表示制御部935は、第2伝送ケーブル8を介して、当該映像信号を表示装置7に出力する。
制御部94は、例えば、CPUやFPGA等を用いて構成され、第1〜第3伝送ケーブル6,8,10を介して制御信号を出力することで、光源装置3、カメラヘッド5、及び表示装置7の動作を制御するとともに、制御装置9全体の動作を制御する。この制御部94は、図2に示すように、光源制御部941と、撮像制御部942とを備える。そして、光源制御部941及び第1,第2の光源31,32は、本発明に係る医療用光源装置100(図2)に相当する。なお、光源制御部941及び撮像制御部942の機能については、後述する「制御装置の動作」において説明する。
入力部95は、マウス、キーボード、及びタッチパネル等の操作デバイスを用いて構成され、医師等のユーザによるユーザ操作を受け付ける。そして、入力部95は、当該ユーザ操作に応じた操作信号を制御部94に出力する。
出力部96は、スピーカやプリンタ等を用いて構成され、各種情報を出力する。
記憶部97は、制御部94が実行するプログラムや、制御部94の処理に必要な情報等を記憶する。
〔制御装置の動作〕
次に、上述した制御装置9の動作について説明する。
図3は、制御装置9の動作を示すフローチャートである。図4及び図5は、制御装置9の動作を説明する図である。具体的に、図4(a)は、同期信号を示すタイムチャートである。図4(b)は、第1,第2の光源31,32の発光タイミングを示すタイムチャートである。なお、図4(b)では、第1の光源31が発光している期間内に「WLI」の文字を付し、第2の光源32が発光している期間内に「IR」の文字を付している。図4(c)は、撮像素子521からの撮像画像の出力タイミングを示すタイムチャートである。図4(d)、図4(h)、及び図4(l)は、撮像素子521にて生成された被写体画像のメモリ92への書込みタイミングを示すタイムチャートである。図4(e)、図4(i)、及び図4(m)は、メモリ92からの被写体画像の読出しタイミングを示すタイムチャートである。なお、図4(d)、図4(e)、図4(h)、図4(i)、図4(l)、及び図4(m)では、撮像されたタイミングが異なることを判別可能とするために、各被写体画像を各被写体画像WLI1〜WLI6としている。図4(f)、図4(j)、及び図4(n)は、撮像素子521にて生成された蛍光画像のメモリ92への書込みタイミングを示すタイムチャートである。図4(g)、図4(k)、及び図4(o)は、メモリ92からの蛍光画像の読出しタイミングを示すタイムチャートである。なお、図4(f)、図4(g)、図4(j)、図4(k)、図4(n)、及び図4(o)では、撮像されたタイミングが異なることを判別可能とするために、各蛍光画像を各蛍光画像IR1〜IR3としている。図5(a)は、第1の画像処理部932に順次、入力される被写体画像WLI1〜WLI6を時系列で並べた図である。図5(b)は、第2の画像処理部933に順次、入力される蛍光画像IR1〜IR3を時系列で並べた図である。なお、図5(b)では、蛍光画像IR1〜IR3において、生体内でインドシアニングリーン等の蛍光物質(薬剤)が励起した励起領域を白で表現し、当該励起領域以外の領域を黒で表現している。図5(c)は、重畳画像生成部934にて順次、生成された重畳画像D1〜D7を時系列で並べた図である。なお、図5(c)では、重畳画像D1〜D7において、上述した励起領域を斜め線で表現している。
先ず、光源制御部941は、以下に示すように、第1,第2の光源31,32の時分割駆動を実行する(ステップS1)。
光源制御部941は、同期信号(図4(a))に基づいて、図4(b)に示すように、周期的に繰り返される各期間Tのうち、第1の期間T1において第1の光源31をパルス発光させ、当該第1の期間T1とは異なる期間であり、かつ、当該第1の期間T1よりも頻度の少ない第2の期間T2において第2の光源32をパルス発光させる。
本実施の形態では、周期的に繰り返される各期間Tは、図4(b)に示すように、第1の期間T1が2回、連続した後、第2の期間T2となる期間T0が繰り返されたものである。すなわち、第2の期間T2の頻度は、第1の期間T1の半分である。言い換えれば、第1の期間T1と第2の期間T2との比率は、2:1である。
また、図4(b)では、第1の期間T1が開始されるタイミングSTにおいて第1の光源31のパルス発光を開始し、第1の期間T1が終了する前のタイミングENにおいて第1の光源31のパルス発光を終了しているが、これに限らない。例えば、第1の期間T1中、常時、第1の光源31をパルス発光させても構わない。なお、第2の光源32のパルス発光も同様である。
ステップS1の後、撮像制御部942は、同期信号(図4(a))に基づいて、第1,第2の光源31,32の発光タイミングに同期させ、撮像素子521に各期間Tにおいて被写体像及び蛍光像をそれぞれ撮像させる(ステップS2〜S4)。すなわち、撮像素子521は、第1の期間T1である場合(ステップS2:Yes)、言い換えれば、生体内に白色光が照射された場合には、当該生体内で反射された被写体像を撮像して被写体画像を生成する(ステップS3)。一方、撮像素子521は、第2の期間T2である場合(ステップS2:No)、言い換えれば、生体内に近赤外励起光が照射された場合には、当該生体内におけるインドシアニングリーン等の蛍光物質(薬剤)が励起され、当該生体内から発せられた蛍光像を撮像して蛍光画像を生成する(ステップS4)。
ステップS3及びステップS4の後、メモリコントローラ931は、同期信号(図4(a))に基づいて、以下に示すように、メモリ92への撮像画像の書込み及び読出しを制御する(ステップS5)。
なお、以下の説明(ステップS5〜S8)では、説明の便宜上、第1の期間T11〜T16においてそれぞれ撮像された被写体画像WLI1〜WLI6、及び第2の期間T21〜T23においてそれぞれ撮像された蛍光画像IR1〜IR3の処理についてのみ説明する。そして、第2の期間T23の後に撮像された被写体画像及び蛍光画像の処理については説明を省略する。
メモリコントローラ931は、図4(b)中、最も早い第1の期間T11において撮像された被写体画像WLI1を撮像素子521からの当該被写体画像WLI1の出力タイミング(図4(c))と略同時の第1の書込みタイミングW1(図4(d))でメモリ92に書き込む。また、メモリコントローラ931は、第1の期間T11の直後の第1の期間T12(図4(b))において撮像された被写体画像WLI2を撮像素子521からの当該被写体画像WLI2の出力タイミング(図4(c))と略同時の第2の書込みタイミングW2(図4(d))でメモリ92に書き込む。
また、メモリコントローラ931は、メモリ92への被写体画像WLI2の書込みを完了したタイミングと略同時の第1の読出しタイミングR1(図4(e))でメモリ92から被写体画像WLI1を読み出し、当該読み出した被写体画像WLI1を第1の画像処理部932に入力させる。さらに、メモリコントローラ931は、メモリ92からの被写体画像WLI1の読出しを完了したタイミングと略同時の第2の読出しタイミングR2(図4(e))でメモリ92から被写体画像WLI2を読み出し、当該読み出した被写体画像WLI2を第1の画像処理部932に入力させる。また、メモリコントローラ931は、第1の期間T12の直後の第2の期間T21(図4(b))において撮像された被写体画像を擬似的に生成するために、メモリ92からの被写体画像WLI2の読出しを完了したタイミングと略同時の第3の読出しタイミングR3(図4(e))でメモリ92から再度、被写体画像WLI2を読み出し、当該再度、読み出した被写体画像WLI2を第1の画像処理部932に入力させる。
なお、以下では、説明の便宜上、第2の読出しタイミングR2でメモリ92から読み出した被写体画像WLI2を1回目の被写体画像WLI2と記載する。また、第3の読出しタイミングR3でメモリ92から再度、読み出した被写体画像WLI2を2回目の被写体画像WLI2と記載する。
また、メモリコントローラ931は、第2の期間T21において撮像された蛍光画像IR1を撮像素子521からの当該蛍光画像IR1の出力タイミング(図4(c))と略同時の第3の書込みタイミングW3(図4(f))でメモリ92に書き込む。さらに、メモリコントローラ931は、第3の読出しタイミングR3でメモリ92から蛍光画像IR1を読み出し、当該読み出した蛍光画像IR1を第2の画像処理部933に入力させる。また、メモリコントローラ931は、第2の期間T21の直後の第1の期間T13(図4(b))において撮像された蛍光画像を擬似的に生成するために、メモリ92からの蛍光画像IR1の読出しを完了したタイミングと略同時の第4の読出しタイミングR4(図4(g))でメモリ92から再度、蛍光画像IR1を読み出し、当該再度、読み出した蛍光画像IR1を第2の画像処理部933に入力させる。さらに、メモリコントローラ931は、第1の期間T13の直後の第1の期間T14(図4(b))において撮像された蛍光画像を擬似的に生成するために、メモリ92からの2回目の蛍光画像IR1の読出しを完了したタイミングと略同時の第5の読出しタイミングR5(図4(g))でメモリ92から再度(3回目)、蛍光画像IR1を読み出し、当該再度、読み出した蛍光画像IR1を第2の画像処理部933に入力させる。
なお、以下では、説明の便宜上、第3の読出しタイミングR3でメモリ92から読み出した蛍光画像IR1を1回目の蛍光画像IR1と記載する。また、第4の読出しタイミングR4でメモリ92から再度(2回目)、読み出した蛍光画像IR1を2回目の蛍光画像IR1と記載する。さらに、第5の読出しタイミングR5でメモリ92から再度(3回目)、読み出した蛍光画像IR1を3回目の蛍光画像IR1と記載する。
また、メモリコントローラ931は、第1の期間T13において撮像された被写体画像WLI3を撮像素子521からの当該被写体画像WLI3の出力タイミング(図4(c))と略同時の第4の書込みタイミングW4(図4(h))でメモリ92に書き込む。さらに、メモリコントローラ931は、第1の期間T14において撮像された被写体画像WLI4を撮像素子521からの当該被写体画像WLI4の出力タイミング(図4(c))と略同時の第5の書込みタイミングW5(図4(h))でメモリ92に書き込む。
また、メモリコントローラ931は、メモリ92への被写体画像WLI4の書込みを完了したタイミングと略同時の第4の読出しタイミングR4でメモリ92から被写体画像WLI3を読み出し、当該読み出した被写体画像WLI3を第1の画像処理部932に入力させる。さらに、メモリコントローラ931は、メモリ92からの被写体画像WLI3の読出しを完了したタイミングと略同時の第5の読出しタイミングR5でメモリ92から被写体画像WLI4を読み出し、当該読み出した被写体画像WLI4を第1の画像処理部932に入力させる。また、メモリコントローラ931は、第1の期間T14の直後の第2の期間T22(図4(b))において撮像された被写体画像を擬似的に生成するために、メモリ92からの被写体画像WLI4の読出しを完了したタイミングと略同時の第6の読出しタイミングR6(図4(i))でメモリ92から再度、被写体画像WLI4を読み出し、当該再度、読み出した被写体画像WLI4を第1の画像処理部932に入力させる。
なお、以下では、説明の便宜上、第5の読出しタイミングR5でメモリ92から読み出した被写体画像WLI4を1回目の被写体画像WLI4と記載する。また、第6の読出しタイミングR6でメモリ92から再度、読み出した被写体画像WLI4を2回目の被写体画像WLI4と記載する。
また、メモリコントローラ931は、第2の期間T22において撮像された蛍光画像IR2を撮像素子521からの当該蛍光画像IR2の出力タイミング(図4(c))と略同時の第6の書込みタイミングW6(図4(j))でメモリ92に書き込む。さらに、メモリコントローラ931は、第6の読出しタイミングR6でメモリ92から蛍光画像IR2を読み出し、当該読み出した蛍光画像IR2を第2の画像処理部933に入力させる。また、メモリコントローラ931は、第2の期間T22の直後の第1の期間T15(図4(b))において撮像された蛍光画像を擬似的に生成するために、メモリ92からの蛍光画像IR2の読出しを完了したタイミングと略同時の第7の読出しタイミングR7(図4(k))でメモリ92から再度、蛍光画像IR2を読み出し、当該再度、読み出した蛍光画像IR2を第2の画像処理部933に入力させる。さらに、メモリコントローラ931は、第1の期間T15の直後の第1の期間T16(図4(b))において撮像された蛍光画像を擬似的に生成するために、メモリ92からの2回目の蛍光画像IR2の読出しを完了したタイミングと略同時の第8の読出しタイミングR8(図4(k))でメモリ92から再度(3回目)、蛍光画像IR2を読み出し、当該再度、読み出した蛍光画像IR2を第2の画像処理部933に入力させる。
なお、以下では、説明の便宜上、第6の読出しタイミングR6でメモリ92から読み出した蛍光画像IR2を1回目の蛍光画像IR2と記載する。また、第7の読出しタイミングR7でメモリ92から再度(2回目)、読み出した蛍光画像IR2を2回目の蛍光画像IR2と記載する。さらに、第8の読出しタイミングR8でメモリ92から再度(3回目)、読み出した蛍光画像IR2を3回目の蛍光画像IR2と記載する。
また、メモリコントローラ931は、第1の期間T15において撮像された被写体画像WLI5を撮像素子521からの当該被写体画像WLI5の出力タイミング(図4(c))と略同時の第7の書込みタイミングW7(図4(l))でメモリ92に書き込む。さらに、メモリコントローラ931は、第1の期間T16において撮像された被写体画像WLI6を撮像素子521からの当該被写体画像WLI6の出力タイミング(図4(c))と略同時の第8の書込みタイミングW8(図4(m))でメモリ92に書き込む。
また、メモリコントローラ931は、メモリ92への被写体画像WLI6の書込みを完了したタイミングと略同時の第7の読出しタイミングR7でメモリ92から被写体画像WLI5を読み出し、当該読み出した被写体画像WLI5を第1の画像処理部932に入力させる。さらに、メモリコントローラ931は、メモリ92からの被写体画像WLI5の読出しを完了したタイミングと略同時の第8の読出しタイミングR8でメモリ92からの被写体画像WLI6を読み出し、当該読み出した被写体画像WLI6を第1の画像処理部932に入力させる。また、メモリコントローラ931は、第1の期間T16直後の第2の期間T23(図4(b))において撮像された被写体画像を擬似的に生成するために、メモリ92からの被写体画像WLI6の読出しを完了したタイミングと略同時の第9の読出しタイミングR9(図4(m))でメモリ92から再度、被写体画像WLI6を読み出し、当該再度、読み出した被写体画像WLI6を第1の画像処理部932に入力させる。
なお、以下では、説明の便宜上、第8の読出しタイミングR8でメモリ92から読み出した被写体画像WLI6を1回目の被写体画像WLI6と記載する。また、第9の読出しタイミングR9でメモリ92から再度、読み出した被写体画像WLI6を2回目の被写体画像WLI6と記載する。
また、メモリコントローラ931は、第2の期間T23において撮像された蛍光画像IR3を撮像素子521からの当該蛍光画像IR3の出力タイミング(図4(c))と略同時の第9の書込みタイミングW9(図4(n))でメモリ92に書き込む。さらに、メモリコントローラ931は、第9の読出しタイミングR9でメモリ92から蛍光画像IR3を読み出し、当該読み出した蛍光画像IR3を第2の画像処理部933に入力させる。また、メモリコントローラ931は、第2の期間T23の直後の第1の期間T17(図4(b))において撮像された蛍光画像を擬似的に生成するために、メモリ92からの蛍光画像IR3の読出しを完了したタイミングと略同時の第10の読出しタイミングR10(図4(o))でメモリ92から再度、蛍光画像IR3を読み出し、当該再度、読み出した蛍光画像IR3を第2の画像処理部933に入力させる。さらに、メモリコントローラ931は、第1の期間T17の直後の第1の期間T18(図4(b))において撮像された蛍光画像を擬似的に生成するために、メモリ92からの2回目の蛍光画像IR3の読出しを完了したタイミングと略同時の第11の読出しタイミングR11(図4(o))でメモリ92から再度(3回目)、蛍光画像IR3を読み出し、当該再度、読み出した蛍光画像IR3を第2の画像処理部933に入力させる。
なお、以下では、説明の便宜上、第9の読出しタイミングR9でメモリ92から読み出した蛍光画像IR3を1回目の蛍光画像IR3と記載する。また、第10の読出しタイミングR10でメモリ92から再度(2回目)、読み出した蛍光画像IR3を2回目の蛍光画像IR3と記載する。さらに、第11の読出しタイミングR11でメモリ92から再度(3回目)、読み出した蛍光画像IR3を3回目の蛍光画像IR3と記載する。
以上を纏めると、被写体画像WLI1〜WLI6は、第1の画像処理部932に対して、図5(a)に示すように、被写体画像WLI1、1回目の被写体画像WLI2、2回目の被写体画像WLI2、被写体画像WLI3、1回目の被写体画像WLI4、2回目の被写体画像WLI4、被写体画像WLI5、1回目の被写体画像WLI6、及び2回目の被写体画像WLI6の順に入力する。また、蛍光画像IR1〜IR3は、第2の画像処理部933に対して、図5(b)に示すように、1回目の蛍光画像IR1、2回目の蛍光画像IR1、3回目の蛍光画像IR1、1回目の蛍光画像IR2、2回目の蛍光画像IR2、3回目の蛍光画像IR2、及び1回目の蛍光画像IR3の順に入力する。
ステップS5の後、第1,第2の画像処理部932,933は、以下に示す処理を実行する(ステップS6)。
すなわち、第1の画像処理部932は、順次、入力した各被写体画像WLI1〜WLI6に対して順次、第1の画像処理を実行する。また、第2の画像処理部933は、順次、入力した各蛍光画像IR1〜IR3に対して順次、第2の画像処理を実行する。
ステップS6の後、重畳画像生成部934は、以下に示す処理を実行する(ステップS7)。
すなわち、重畳画像生成部934は、図5(c)に示すように、同一の第3の読出しタイミングR3でメモリ92からそれぞれ読み出され、第1の画像処理が実行された2回目の被写体画像WLI2と、第2の画像処理が実行された1回目の蛍光画像IR1とを全ての領域について対応する画素同士で重畳して重畳画像D1を生成する。同様に、重畳画像生成部934は、被写体画像WLI3及び2回目の蛍光画像IR1から重畳画像D2、1回目の被写体画像WLI4及び3回目の蛍光画像IR1から重畳画像D3、2回目の被写体画像WLI4及び1回目の蛍光画像IR2から重畳画像D4、被写体画像WLI5及び2回目の蛍光画像IR2から重畳画像D5、1回目の被写体画像WLI6及び3回目の蛍光画像IR2から重畳画像D6、2回目の被写体画像WLI6及び1回目の蛍光画像IR3から重畳画像D7を順次、生成する。
ステップS7の後、表示制御部935は、重畳画像生成部934にて順次、生成された重畳画像D1〜D7に基づく映像信号を順次、生成し、当該映像信号を表示装置7に順次、出力する(ステップS8)。これにより、表示装置7には、重畳画像D1〜D7が順次、表示される。
以上説明した本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
本実施の形態に係る医療用光源装置100では、第1の光源31は、白色光を発光するLEDである。一方、第2の光源32は、近赤外励起光を発光する半導体レーザである。すなわち、第1,第2の光源31,32の仕様として、第1の光源31は、第2の光源32よりも寿命が長い。また、医療用光源装置100では、光源制御部941は、第1の光源31がパルス発光する頻度に対して第2の光源32がパルス発光する頻度を少なくした状態で第1,第2の光源31,32の動作を制御する。
このため、寿命の短い第2の光源32の使用時間を寿命の長い第1の光源31の使用時間よりも短くし、第1,第2の光源31,32の寿命差を低減することができる。したがって、本実施の形態に係る医療用光源装置100によれば、第1,第2の光源31,32の交換時期を略同一の時期にすることができ、利便性を向上させることができる。
また、本実施の形態に係る医療用観察システム1では、光源制御部941は、第1の期間T1に第1の光源31をパルス発光させるとともに、第2の期間T2に第2の光源32をパルス発光させる。また、撮像素子521は、第1の期間T1において撮像することで被写体画像WLI1〜WLI6を生成し、第2の期間T2において撮像することで蛍光画像IR1〜IR3を生成する。そして、被写体画像WLI1〜WLI6は、第1の画像処理部932に入力される。一方、蛍光画像IR1〜IR3は、第2の画像処理部933に入力される。
このため、被写体画像WLI1〜WLI6に対して第1の画像処理を実行し、蛍光画像IR1〜IR3に対して第1の画像処理とは異なる第2の画像処理を実行することができる。すなわち、被写体像及び蛍光像の特性に応じて適切な画像処理を実行することができ、適切な重畳画像D1〜D7を表示装置7に表示させることができる。
また、本実施の形態に係る医療用観察システム1では、メモリコントローラ931は、第2の期間T2において撮像された被写体画像を擬似的に生成するために、メモリ92から直前に読み出した被写体画像を再度、メモリ92から読み出し、当該再度、読み出した被写体画像を第1の画像処理部932に入力させる。同様に、メモリコントローラ931は、第1の期間T1において撮像された蛍光画像を擬似的に生成するために、メモリ92から直前に読み出した蛍光画像を再度、メモリ92から読み出し、当該再度、読み出した蛍光画像を第2の画像処理部933に入力させる。また、第1の期間T1と第2の期間T2との比率は、2:1である。
ここで、第1の期間T1と第2の期間T2とが1:1である場合に、メモリコントローラ931が上記同様の処理を行った場合を想定する。また、撮像素子521のフレームレートが60fpsであるとする。この場合には、60fpsで撮像された被写体画像が2回連続で表示されるとともに、当該表示が繰り返されることとなるため、当該被写体画像のフレームレートは、30fpsとなる。なお、蛍光画像も同様である。すなわち、被写体画像及び蛍光画像の双方のフレームレートが比較的に低い(30fps)ため、双方の映像が滑らかに動き難く、表示品質を向上させることが難しい。
一方で、本実施の形態のように構成した場合には、時系列で並ぶ3枚の被写体画像のうち、2枚が同一の画像となるため、当該被写体画像のフレームレートは、40fpsとなる。また、時系列で並ぶ3枚の蛍光画像が同一の画像となるため、当該蛍光画像のフレームレートは、20fpsとなる。すなわち、被写体画像及び蛍光画像のうち、映像の動きの滑らかさを判別し易い被写体画像のフレームレートを比較的に高くすることができ、表示品質を向上させることができる。
(その他の実施の形態)
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。
上述した実施の形態では、第1の光源31が白色光を発光し、第2の光源32が近赤外励起光を発光していたが、これに限らない。第1,第2の光源31,32としては、第1の光源31が第1の波長帯域の光を発光し、第2の光源32が第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の光を発光していれば、その他の構成を採用しても構わない。この際、第1,第2の波長帯域は、一部が重複する帯域であってもよく、あるいは、全く重複しない帯域であっても構わない。
ところで、従来、癌細胞を検出する癌診断法の一つである光線力学診断(Photo Dynamic Diagnosis:PDD)が知られている。
当該光線力学診断では、例えば5-アミノレブリン酸(以下、5-ALAと記載)等の光感受性物質が用いられる。当該5-ALAは、元来、動植物の生体内に含まれる天然アミノ酸である。この5-ALAは、体内投与後に細胞内に取り込まれ、ミトコンドリア内でプロトポルフィリンに生合成される。そして、癌細胞では、当該プロトポルフィリンが過剰に集積する。また、当該癌細胞に過剰集積するプロトポルフィリンは、光活性を有する。このため、当該プロトポルフィリンは、励起光(例えば375nm〜445nmの波長帯域の青色可視光)で励起すると、蛍光(例えば600nm〜740nmの波長帯域の赤色蛍光)を発光する。このように、光感受性物質を用いて癌細胞を蛍光発光させる癌診断法を光線力学診断という。
そして、上述した実施の形態において、白色光を発光するLEDで第1の光源31を構成し、プロトポルフィリンを励起する励起光(例えば375nm〜445nmの波長帯域の青色可視光)を発光する半導体レーザで第2の光源32を構成しても構わない。このように構成した場合であっても、上述した実施の形態と同様の効果を奏する。
上述した実施の形態では、第1,第2の光源31,32は、時分割駆動(時間的に異なる期間にそれぞれ発光)していたが、これに限らず、パルス発光する頻度が第1の光源31よりも第2の光源32の方が少ない関係を維持していれば、同一の時間にパルス発光している構成を採用しても構わない。また、第1の光源31と第2の光源32とのパルス発光する頻度の比率は、2:1に限らず、上述した関係であれば、いずれの比率を採用しても構わない。
上述した実施の形態において、例えば、入力部95への操作によって、2つの光源のうち、パルス発光させる頻度を少なくする方、あるいは、多くする方を選択可能な構成を採用しても構わない。
上述した実施の形態では、被写体画像と蛍光画像とを重畳表示していたが、これに限らず、ピクチャインピクチャ(PinP)等により表示装置7上の異なる画面に被写体画像と蛍光画像とをそれぞれ表示する構成としても構わない。また、表示装置7を複数、設け、被写体画像と蛍光画像とを異なる表示装置7にそれぞれ表示する構成を採用しても構わない。
上述した実施の形態では、挿入部2を硬性内視鏡で構成した医療用観察システム1に本発明に係る医療用光源装置を搭載していたが、これに限らない。例えば、挿入部2を軟性内視鏡で構成した医療用観察システムに本発明に係る医療用光源装置を搭載しても構わない。また、被写体内(生体内)や被写体表面(生体表面)の所定の視野領域を拡大して観察する手術用顕微鏡(例えば、特開2016−42981号公報参照)等の医療用観察システムに本発明に係る医療用光源装置を搭載しても構わない。
上述した実施の形態において、カメラヘッド5の一部の構成や制御装置9の一部の構成を例えばコネクタCN1やコネクタCN2に設けても構わない。
1 医療用観察システム
2 挿入部
3 光源装置
4 ライトガイド
5 カメラヘッド
6 第1伝送ケーブル
7 表示装置
8 第2伝送ケーブル
9 制御装置
10 第3伝送ケーブル
21 接眼部
31 第1の光源
32 第2の光源
51 レンズユニット
52 撮像部
53 通信部
91 通信部
92 メモリ
93 観察画像生成部
94 制御部
95 入力部
96 出力部
97 記憶部
100 医療用光源装置
521 撮像素子
522 信号処理部
931 メモリコントローラ
932 第1の画像処理部
933 第2の画像処理部
934 重畳画像生成部
935 表示制御部
941 光源制御部
942 撮像制御部
CN1,CN2 コネクタ
D1〜D7 重畳画像
EN,ST タイミング
IR1〜IR3 蛍光画像
R1 第1の読出しタイミング
R2 第2の読出しタイミング
R3 第3の読出しタイミング
R4 第4の読出しタイミング
R5 第5の読出しタイミング
R6 第6の読出しタイミング
R7 第7の読出しタイミング
R8 第8の読出しタイミング
R9 第9の読出しタイミング
R10 第10の読出しタイミング
R11 第11の読出しタイミング
T,T0 期間
T1,T11〜T18 第1の期間
T2,T21〜T23 第2の期間
W1 第1の書込みタイミング
W2 第2の書込みタイミング
W3 第3の書込みタイミング
W4 第4の書込みタイミング
W5 第5の書込みタイミング
W6 第6の書込みタイミング
W7 第7の書込みタイミング
W8 第8の書込みタイミング
W9 第9の書込みタイミング
WLI1〜WLI6 被写体画像

Claims (10)

  1. 第1の波長帯域の光を発光する第1の光源と、
    前記第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の光を発光する第2の光源と、
    前記第1の光源及び前記第2の光源の動作をそれぞれ制御し、前記第1の光源及び前記第2の光源をそれぞれパルス発光させる光源制御部とを備え、
    前記光源制御部は、
    前記第1の光源がパルス発光する頻度に対して前記第2の光源がパルス発光する頻度を少なくした状態で前記第1の光源及び前記第2の光源の動作を制御する
    ことを特徴とする医療用光源装置。
  2. 前記光源制御部は、
    周期的に繰り返される各期間のうち、第1の期間に前記第1の光源をパルス発光させるとともに、前記第1の期間とは異なる期間であり、かつ、前記第1の期間よりも頻度の少ない期間である第2の期間に前記第2の光源をパルス発光させる
    ことを特徴とする請求項1に記載の医療用光源装置。
  3. 前記第1の光源は、
    白色光を発光する光源であり、
    前記第2の光源は、
    蛍光物質を励起する励起光を発光する光源である
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の医療用光源装置。
  4. 前記第1の光源は、
    LEDであり、
    前記第2の光源は、
    半導体レーザである
    ことを特徴とする請求項3に記載の医療用光源装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか一つに記載の医療用光源装置と、
    前記医療用光源装置からの光が照射された観察対象を撮像する撮像装置とを備える
    ことを特徴とする医療用観察システム。
  6. 前記光源制御部は、
    周期的に繰り返される各期間のうち、第1の期間に前記第1の光源をパルス発光させるとともに、前記第1の期間とは異なる期間であり、かつ、前記第1の期間よりも頻度の少ない期間である第2の期間に前記第2の光源をパルス発光させ、
    前記撮像装置は、
    撮像することで撮像画像を生成する撮像素子を1つのみ有する撮像部を備え、
    前記撮像素子は、
    前記第1の期間において、前記観察対象を撮像することで第1の撮像画像を生成し、
    前記第2の期間において、前記観察対象を撮像することで第2の撮像画像を生成する
    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. 前記撮像装置にて順次、生成された前記第1の撮像画像及び前記第2の撮像画像を処理する制御装置をさらに備え、
    前記制御装置は、
    前記第1の撮像画像に対して第1の画像処理を実行する第1の画像処理部と、
    前記第2の撮像画像に対して前記第1の画像処理とは異なる第2の画像処理を実行する第2の画像処理部とを備える
    ことを特徴とする請求項6に記載の医療用観察システム。
  8. 前記制御装置は、
    データを記憶するメモリと、
    前記メモリへのデータの書込み及び読出しを制御するメモリコントローラとを備え、
    前記メモリコントローラは、
    前記撮像装置にて順次、生成された前記第1の撮像画像及び前記第2の撮像画像を前記メモリに順次、書き込むとともに、前記メモリから読み出した前記第1の撮像画像を前記第1の画像処理部に入力させ、前記メモリから読み出した前記第2の撮像画像を前記第2の画像処理部に入力させる
    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. 前記メモリコントローラは、
    前記第2の期間において撮像された前記第1の撮像画像を擬似的に生成するために、前記メモリから直前に読み出した前記第1の撮像画像を再度、前記メモリから読み出し、当該再度、読み出した前記第1の撮像画像を前記第1の画像処理部に入力させる
    ことを特徴とする請求項8に記載の医療用観察システム。
  10. 前記メモリコントローラは、
    前記第1の期間において撮像された前記第2の撮像画像を擬似的に生成するために、前記メモリから直前に読み出した前記第2の撮像画像を再度、前記メモリから読み出し、当該再度、読み出した前記第2の撮像画像を前記第2の画像処理部に入力させる
    ことを特徴とする請求項8または9に記載の医療用観察システム。
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