JP2023096182A - 内視鏡装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(1) 複数の光源の出射光を用いて照明光を得る内視鏡用照明装置であって、
半導体発光素子を発光源とする第1の光源と、
前記第1の光源とは異なる発光波長の半導体発光素子を発光源とする第2の光源と、
前記第1、第2の光源の少なくとも一方からの出射光により励起発光する波長変換部材と、
前記第1の光源からの出射光と前記第2の光源からの出射光との光量比を変更する光量比変更手段と、
を備えた内視鏡用照明装置。
(2) 上記内視鏡照明装置からの照明光を内視鏡挿入部の先端から出射する照明光学系と、
前記照明光が照射された被照明領域からの光を受光して画像信号を出力する撮像素子を含む撮像光学系と、
を備えた内視鏡装置。
図1は、本発明の実施形態を説明するための内視鏡用光源装置を用いた内視鏡装置の模式的構成図、図2は図1に示す内視鏡装置のブロック構成図である。
図1に示す内視鏡装置100は、内視鏡11と、この内視鏡11が接続される制御装置13とを有する。制御装置13には、画像情報等を表示する表示部15と、入力操作を受け付ける入力部17が接続されている。内視鏡11は、内視鏡挿入部19の先端から照明光を出射する照明光学系と、被観察領域を撮像する撮像素子を含む撮像光学系とを有する、電子内視鏡である。
細径なケーブルを使用できる。
図5は生体組織の粘膜表層の血管を模式的に表した説明図である。生体組織の粘膜表層は、粘膜深層の血管B1から樹脂状血管網等の毛細血管B2が粘膜表層までの間に形成され、生体組織の病変はその毛細血管B2等の微細構造に現れることが報告されている。そこで近年では、内視鏡装置を用いて、特定の狭帯域の波長光により粘膜表層の毛細血管を画像強調して観察し、微小病変の早期発見や、病変範囲の診断が試みられている。
の血管情報が得られ、波長500nm付近の波長域λbでは、さらに深層の血管を含む血
管情報が得られる。そのため、生体組織表層の血管観察には、中心波長360~800nm、好ましくは365~515nm、さらに好ましくは中心波長400nm~470nmの光源が用いられる。
図8は内視鏡装置100による観察画像を表示する表示部15の表示画面71の例を示している。表示画面71には、内視鏡装置による観察画像を表示する内視鏡画像領域73と、通常の白色光照明による観察画像を内視鏡画像領域73に表示させる通常画像切り替えボタン75、紫色レーザ光の狭帯域照明光による観察画像を表示させる狭帯域光画像切り替えボタン77が設けられ、さらに光量比を調整する調整用バー79とつまみ81が設けられている。そして、マウスやキーボード等の入力部17からの指示に基づいて、つまみ81を調整用バー79内でスライド移動させ、所望の観察画像となるように光量比を調整する。
図2に示す光源制御部55は、入力部17からの指示に基づいて各光源51,53の出射光量を制御する。各光源51,53は、図10に示すような印加電流と発光量との関係R1を有しており、各光源51,53への印加電流を制御することで所望の発光量を得ている。例えば、発光量Laを得るためには、印加電流をIbとして関係R1に基づく発光量Lbを確保し、さらに、微調整代としての発光量LbとLaとの差ΔLを、印加電流にパルス変調されたパルス電流を重畳することで得る。
血中に含まれるヘモグロビンは、前述のように400~420nm付近の波長に吸収の極大があり、ヘモグロビンの吸収波長帯に含まれるか、又は吸収波長帯に近い発光波長の各光源51,53からの出射光は、血管情報を高コントラストで捉えることができる。また、各光源51,53の発光波長がヘモグロビンの吸収波長帯を挟んで、それぞれ同程度の吸収率に設定されることにより、血管情報の強弱が各光源51,53の光量比によって影響を受けることがない。つまり、各光源51,53の光量比を変更しても、血管像自体の検出感度が一定に保たれる。
上記の説明において、図2に示す青色レーザ光源51、紫色レーザ光源53からの出射光の光量比を、入力部17からの指示により光源制御部55が任意に設定できるとした。ここでは、予め複数種の光量比を登録しておき、入力部17からいずれかの光量比を指定する場合を説明する。
図4に示す画像処理部65には、画像信号R,G,Bが入力されて、この画像信号R,G,Bは輝度算出部65aにより輝度の正規化が行われ、Rnorm,Gnorm,Bnormの画像データに変換される。これら正規化された画像データRnorm,Gnorm,Bnormは、光量比に応じた色調への補正が色合わせ部65bで行われる。即ち、色合わせ部65bは、色調補正後の画像データRadj,Gadj,Badjを、(1)式で示すような演算により求める。
まず、ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンの吸収特性の違いを利用して、観察画像内の血液の酸素濃度分布を求める内視鏡装置について説明する。
図22に波長450nm~700nmにおける酸素濃度の低いヘモグロビンHbと酸素飽和した酸化ヘモグロビンHbO2の吸収スペクトルを示した。観察用の照明光として、ヘモグロビンHbと、酸化ヘモグロビンHbO2との吸収が等しくなる等吸収点の波長λ1と、双方の吸収が異なる波長λ2とを選択して、波長λ1の照明光による観察画像の輝度Ab1と、波長λ2の照明光による観察画像の輝度Ab2を求める。
Oindx = k・(Ab2/Ab1) ・・・(2)
ただし、kは係数である。
図24に光源装置41と内視鏡11の構成例を示した。内視鏡装置300は、中心波長445nmの青色レーザ光源51からの青色レーザ光が、図示しない集光レンズを介して光ファイバ45Aに導入されるまでの光路途中に、中心波長405nmの紫色レーザ光源53からの紫色レーザ光を合流させる光カップリグ手段としてのダイクロイックプリズム95を備える。
蛍光体について”、電子情報通信学会技術研究報告ED2005-28, CFM2005-20,SDM2005-28, pp.69-74(2005-05)等を参照)、ベータサイアロン(β-sialon:Eu)青色蛍光体(広崎 尚登、解 栄軍、佐久間 健、“サイアロン系信蛍光体とそれを用いた白色LEDの開発”、応用物理学会誌 第74巻、第11号、pp.1449-1452(2005)、あるいは、山元 明 東京工科大パイオニクス学部、応用物理学会誌 第76巻 第3号、p.241(2007)を参照)、CaAlSiN3赤色蛍光体等を組み合わせて用いることができる。ベータサイアロンは、β型窒化ケイ素結晶にアルミニウムと酸とが固溶したSi6-zAl2O2N8-z(zは固溶量)の組成で示される結晶である。蛍光体97は、これらLiTbW2O8とベータサイアロン、CaAlSiN3を混在させたものとしてもよく、また、これらの蛍光体を層状に重ねた構成としてもよい。
(1) 複数の光源の出射光を用いて照明光を得る内視鏡用照明装置であって、
半導体発光素子を発光源とする第1の光源と、
前記第1の光源とは異なる発光波長の半導体発光素子を発光源とする第2の光源と、
前記第1、第2の光源の少なくとも一方からの出射光により励起発光する波長変換部材と、
前記第1の光源からの出射光と前記第2の光源からの出射光との光量比を変更する光量比変更手段と、
を備えた内視鏡用照明装置。
この内視鏡用照明装置によれば、第1の光源と第2の光源の出射光の光量比が変更自在であるので、第1の光源からの出射光成分が多い照明光と、第2の光源からの出射光成分が多い照明光と、その中間の照明光とを任意に発生させることができる。したがって、生体組織の吸収特性および散乱特性に応じて、診断に適した照明光を提供でき、生体組織の所望の組織情報が、より明瞭な状態で取得可能となる。
前記第1の光源と前記第2の光源のうち、少なくとも一方の半導体発光素子の発光波長が400nm乃至470nmの範囲に含まれる内視鏡用照明装置。
この内視鏡用照明装置によれば、400nm乃至470nmの半導体発光素子の光を使用することで、特に生体組織の表層部における血管を強調させて観察できる。
前記波長変換部材は、該波長変換部材が励起光により発光する発光光と、前記第1、第2の光源の少なくとも一方からの出射光と、によって白色光を生成する蛍光体である内視鏡用照明装置。
この内視鏡用照明装置によれば、半導体発光素子からの光を励起光とした波長変換部材の発光により白色光を生成するため、高い発光効率で高強度の白色光が得られる。また、半導体発光素子を励起光源として用いるため、白色光の強度を容易に調整でき、しかも、白色光の色温度、色度の変化が少ない。
前記第1、第2の光源とは異なる発光波長の半導体発光素子を発光源とする少なくとも1つの第3の光源を、光源毎に発光波長を異ならせて更に備えた内視鏡用照明装置。
この内視鏡用照明装置によれば、発光波長の異なる第3の光源を更に備えることで、照明光の波長帯域を拡大でき、照明光の波長選択の自由度が向上する。これにより、例えば、紫色光や青色光による血管強調画像、緑色光と赤色光とによる酸素濃度の分布画像等、種々の画像形成用の照明光を得ることができる。
前記第1の光源から前記波長変換部材までの光路途中に配置され、少なくとも前記第2の光源からの出射光を前記第1の光源からの出射光と合わせて前記波長変換部材へ導光する光カップリング手段を備えた内視鏡用照明装置。
この内視鏡用照明装置によれば、光カップリング手段から波長変換部材までの間が一系統の光路で済み、内視鏡用照明装置を内視鏡装置に組み込む際に、スペース効率をより高めた簡素な構成にできる。
前記第1の光源および前記第2の光源の各発光波長のうち、いずれか一方がヘモグロビンの吸収波長帯の最大ピーク波長を挟んだ短波長側に、他方が長波長側にそれぞれ設定された内視鏡用照明装置。
この内視鏡用照明装置によれば、血管情報を高コントラストで捉えることができる。また、ヘモグロビンの吸収波長の極大付近の照明光成分を少なくすることで、組織表面層に滲出した血液の吸収によって観察画像が暗くなることを防止できる。
前記光量比変更手段が、前記各光源からの出射光の光量をそれぞれ独立して変更する内視鏡用照明装置。
この内視鏡用照明装置によれば、出射光の光量を光源毎に変更自在にすることで、各光源光により最終的に形成される照明光の分光特性を、自由度を高めて調整できる。
所望の光量比を指定する光量比情報が入力される入力手段を更に備え、
前記光量比変更手段が、前記入力手段に入力された光量比情報に基づいて、前記所望の光量比となる前記各光源の出射光量をそれぞれ決定する内視鏡用照明装置。
この内視鏡用照明装置によれば、入力手段から入力のあった光量比情報により、光量比が指定され、この光量比となるような光源の出射光量が決定される。つまり、光量比を指定した通りに自在に変更できる。
複数種の光量比をキー情報と関係付けた光量比テーブルが記憶された記憶手段を更に備え、
前記光量比情報が前記キー情報を含み、
前記光量比変更手段が、前記入力手段から入力された光量比情報に含まれるキー情報に基づき、前記光量比テーブルを参照して前記所望の光量比を決定する内視鏡用照明装置。
この内視鏡用照明装置によれば、光量比情報に含まれるキー情報に基づいて、光量比テーブルを参照して所望の光量比が決定される。つまり、光量比テーブルに予め光量比をキー情報毎に登録しておくことで、キー情報を指定するだけで、このキー情報に対応する光量比が自動的に決定される。
前記キー情報が、内視鏡装置の術者の識別情報である内視鏡用照明装置。
この内視鏡用照明装置によれば、内視鏡の術者の嗜好に応じて、術者毎に任意の光量比に設定できる。
前記キー情報が、内視鏡装置の個体識別情報である内視鏡用照明装置。
この内視鏡用照明装置によれば、内視鏡装置の個体毎の種類や特性に応じて、個体毎に光量比を設定することができる。
前記入力手段が、前記光量比テーブルに設定された複数種の光量比のいずれかを指定する切り替えスイッチである内視鏡用照明装置。
この内視鏡用照明装置によれば、切り替えスイッチの操作により、複数種の光量比の中から所望の光量比を任意に指定でき、光量比の切り替えが迅速かつ簡単に行える。
前記照明光が照射された被観察領域を撮像する撮像素子が前記内視鏡挿入部に搭載され、観察画像となる画像信号を出力する撮像手段と、
を備えた内視鏡装置。
この内視鏡装置によれば、第1の光源と第2の光源からの各出射光の光量比が所望の光量比に設定された照明光を被観察領域に照射し、この被観察領域を撮像素子により撮像することで、光量比に対応した観察画像が得られる。つまり、診断に適した照明光を照射でき、生体組織の所望の組織情報を、より明瞭な状態で取得可能となる。
少なくとも前記第1の光源および前記第2の光源を、前記撮像素子の画像信号1フレーム内に発光させる光源制御手段を備えた内視鏡装置。
この内視鏡用照明装置によれば、画像信号1フレーム内で各光源を発光させて撮像素子により撮像することで、複数の光源からの出射光が共に被観察領域に照射された観察画像を得ることができる。
前記光源制御手段が、少なくとも前記第1の光源および前記第2の光源を、前記撮像素子の画像信号1フレーム内で互いに異なるタイミングで発光させる内視鏡装置。
この内視鏡装置によれば、各光源を同時に発光させる必要がなくなり、被検体への負担や装置の消費電力を抑えることができる。
前記撮像素子から出力された画像信号に基づく表示用観察画像を生成する画像処理手段と、
前記表示用観察画像を含む情報を表示する表示手段と、
を備えた内視鏡装置。
この内視鏡装置によれば、撮像素子からの画像信号の情報を表示手段に表示させることで、観察画像の確認が容易となり内視鏡診断をより円滑に実施できる。
前記表示手段が、前記第1の光源からの出射光および前記波長変換部材からの励起発光光を含む可視光下で撮像した第1の画像情報と、
前記可視光に加えて前記第2の光源からの出射光を含む照明光下で撮像した第2の画像情報とを、同一画面内で同時に表示する内視鏡装置。
この内視鏡装置によれば、波長帯域の広い可視光を照明光としたときの観察画像である第1の画像情報と、狭帯域光を含む照明光による観察画像である第2の画像情報とを、表示手段の同一画面内で同時に表示する。これにより、通常の観察画像と、特定の情報が強調された画像とを対比観察することが容易になる。
前記表示手段が、前記第1の光源からの出射光および前記波長変換部材からの励起発光光を含む可視光下で撮像した第1の画像情報と、
前記可視光に加えて前記第2の光源からの出射光を含む照明光下で撮像した第2の画像情報とのいずれか一方の画像情報を、互いに重ね合わせて同時に表示する内視鏡装置。
この内視鏡装置によれば、通常の観察画像と、特定の情報が強調された画像とが重ね合わされて表示され、対比観察することが容易となる。
前記画像処理手段から出力される観察画像を含む情報を記録する記録手段を備え、
前記記録手段が、前記観察画像と前記光量比とを関係付けて記録する内視鏡装置。
この内視鏡装置によれば、観察画像が、この観察画像の撮像時に設定された光量比と関係づけられて記録されるため、記録された観察画像に対して、撮像時の光量比に応じて画像処理する等、観察画像の活用範囲を拡大できる。
13 制御装置
15 表示部
17 入力部
19 内視鏡挿入部
21 撮像素子
23 操作部
35 先端部
37A,37B 照射口
41 光源装置
43 プロセッサ
45A,45B,45C,45D 光ファイバ
51 青色レーザ光源(第1の光源)
53 青色レーザ光源(第2の光源)
55 光源制御部
57 蛍光体(波長変換部材)
59 光偏向・拡散部材
65 画像処理部
67 制御部
71 表示画面
73 内視鏡画像領域
75 通常画像切り替えボタン
77 狭帯域光切り替えボタン
79 調整用バー
81 つまみ
83 記憶部
85 調整部
87 選択ボタン
89 スイッチ(切り替えスイッチ)
91 青緑色レーザ光源
93 赤色レーザ光源
95 ダイクロイックプリズム
97 蛍光体(波長変換部材)
100,200,300 内視鏡装置
A,B プロファイル
B1,B2 血管
内視鏡挿入部と操作部を有する内視鏡を備え、複数の光源の出射光を用いた照明光を、前記内視鏡挿入部の先端側から出射して、被観察領域の観察画像を出力する内視鏡装置であって、
青色半導体発光素子を発光源とする第1の光源と、
紫色半導体発光素子を発光源とする第2の光源と、
前記操作部に設けられ、前記第1の光源から出射される光と前記第2の光源から出射される光との光量比を、一回の押下操作の度に予めプリセットされた異なる比に順次設定する光量比設定手段と、
前記内視鏡挿入部に搭載され、前記照明光が照射された被観察領域からの反射光を撮像して血管情報を含む観察画像の画像信号を出力する撮像素子と、
前記光量比設定手段で設定された光量比に基づいて、前記撮像素子の画像1フレーム分の光蓄積時間と同期したパルス波形を用いたパルス変調制御によって、前記第1の光源の出射光量と前記第2の光源の出射光量を制御する光源制御部と、
を備えた内視鏡装置。
図24に光源装置41と内視鏡11の構成例を示した。内視鏡装置300は、中心波長445nmの青色レーザ光源51からの青色レーザ光が、図示しない集光レンズを介して光ファイバ45Aに導入されるまでの光路途中に、中心波長405nmの紫色レーザ光源53からの紫色レーザ光を合流させる光カップリング手段としてのダイクロイックプリズム95を備える。
Claims (19)
- 複数の光源の出射光を用いて照明光を得る内視鏡用照明装置であって、
半導体発光素子を発光源とする第1の光源と、
前記第1の光源とは異なる発光波長の半導体発光素子を発光源とする第2の光源と、
前記第1、第2の光源の少なくとも一方からの出射光により励起発光する波長変換部材と、
前記第1の光源からの出射光と前記第2の光源からの出射光との光量比を変更する光量比変更手段と、
を備えた内視鏡用照明装置。 - 請求項1記載の内視鏡用照明装置であって、
前記第1の光源と前記第2の光源のうち、少なくとも一方の半導体発光素子の発光波長が400nm乃至470nmの範囲に含まれる内視鏡用照明装置。 - 請求項1または請求項2記載の内視鏡用照明装置であって、
前記波長変換部材は、該波長変換部材が励起光により発光する発光光と、前記第1、第2の光源の少なくとも一方からの出射光と、によって白色光を生成する蛍光体である内視鏡用照明装置。 - 請求項1~請求項3のいずれか1項記載の内視鏡用照明装置であって、
前記第1、第2の光源とは異なる発光波長の半導体発光素子を発光源とする少なくとも1つの第3の光源を、光源毎に発光波長を異ならせて更に備えた内視鏡用照明装置。 - 請求項1~請求項4のいずれか1項記載の内視鏡用照明装置であって、
前記第1の光源から前記波長変換部材までの光路途中に配置され、少なくとも前記第2の光源からの出射光を前記第1の光源からの出射光と合わせて前記波長変換部材へ導光する光カップリング手段を備えた内視鏡用照明装置。 - 請求項2~請求項5のいずれか1項記載の内視鏡用照明装置であって、
前記第1の光源および前記第2の光源の各発光波長のうち、いずれか一方がヘモグロビンの吸収波長帯の最大ピーク波長を挟んだ短波長側に、他方が長波長側にそれぞれ設定された内視鏡用照明装置。 - 請求項1~請求項6のいずれか1項記載の内視鏡用照明装置であって、
前記光量比変更手段が、前記各光源からの出射光の光量をそれぞれ独立して変更する内視鏡用照明装置。 - 請求項1~請求項7のいずれか1項記載の内視鏡用照明装置であって、
所望の光量比を指定する光量比情報が入力される入力手段を更に備え、
前記光量比変更手段が、前記入力手段に入力された光量比情報に基づいて、前記所望の光量比となる前記各光源の出射光量をそれぞれ決定する内視鏡用照明装置。 - 請求項8記載の内視鏡用照明装置であって、
複数種の光量比をキー情報と関係付けた光量比テーブルが記憶された記憶手段を更に備え、
前記光量比情報が前記キー情報を含み、
前記光量比変更手段が、前記入力手段から入力された光量比情報に含まれるキー情報に基づき、前記光量比テーブルを参照して前記所望の光量比を決定する内視鏡用照明装置。 - 請求項9記載の内視鏡用照明装置であって、
前記キー情報が、内視鏡装置の術者の識別情報である内視鏡用照明装置。 - 請求項9記載の内視鏡用照明装置であって、
前記キー情報が、内視鏡装置の個体識別情報である内視鏡用照明装置。 - 請求項9~請求項11のいずれか1項記載の内視鏡用照明装置であって、
前記入力手段が、前記光量比テーブルに設定された複数種の光量比のいずれかを指定する切り替えスイッチである内視鏡用照明装置。 - 請求項1~請求項12のいずれか1項記載の内視鏡用照明装置からの照明光を、体腔内に挿入される内視鏡挿入部の先端側から出射する照明手段と、
前記照明光が照射された被観察領域を撮像する撮像素子が前記内視鏡挿入部に搭載され、観察画像となる画像信号を出力する撮像手段と、
を備えた内視鏡装置。 - 請求項13記載の内視鏡装置であって、
少なくとも前記第1の光源および前記第2の光源を、前記撮像素子の画像信号1フレーム内に発光させる光源制御手段を備えた内視鏡装置。 - 請求項14記載の内視鏡装置であって、
前記光源制御手段が、少なくとも前記第1の光源および前記第2の光源を、前記撮像素子の画像信号1フレーム内で互いに異なるタイミングで発光させる内視鏡装置。 - 請求項13~請求項15のいずれか1項記載の内視鏡装置であって、
前記撮像素子から出力された画像信号に基づく表示用観察画像を生成する画像処理手段と、
前記表示用観察画像を含む情報を表示する表示手段と、
を備えた内視鏡装置。 - 請求項16記載の内視鏡装置であって、
前記表示手段が、前記第1の光源からの出射光および前記波長変換部材からの励起発光光を含む可視光下で撮像した第1の画像情報と、
前記可視光に加えて前記第2の光源からの出射光を含む照明光下で撮像した第2の画像情報とを、同一画面内で同時に表示する内視鏡装置。 - 請求項16または請求項17記載の内視鏡装置であって、
前記表示手段が、前記第1の光源からの出射光および前記波長変換部材からの励起発光光を含む可視光下で撮像した第1の画像情報と、
前記可視光に加えて前記第2の光源からの出射光を含む照明光下で撮像した第2の画像情報とのいずれか一方の画像情報を、互いに重ね合わせて同時に表示する内視鏡装置。 - 請求項13~請求項18のいずれか1項記載の内視鏡装置であって、
前記画像処理手段から出力される観察画像を含む情報を記録する記録手段を備え、
前記記録手段が、前記観察画像と前記光量比とを関係付けて記録する内視鏡装置。
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