JP4391998B2 - 内視鏡装置 - Google Patents
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Description
まず、感度良く酸素飽和度等を得るためには、照明光或いは反射光の透過波長帯域を制限するフィルタの透過帯域幅を狭くして、被写体の吸光スペクトルの変化を鋭敏に捉えられるようにすると有利である。しかし、フィルタの透過帯域幅を狭くすると、遠い距離から観察した時に十分な光量が得られず信号対ノイズ比が悪くなり、画像のノイズが目立ってしまうという問題があった。
また、従来の内視鏡装置では、被写体までの距離や被写体の形状によって、図14に示すような照明光が生体の粘膜に何度か反射する多重反射が生じ、この影響により、内視鏡挿入部先端から出射される照明光のスペクトルと被写体の見たい部位即ち関心領域に実際に照射される照明光のスペクトルとが異なるものになってしまい、観察される画像の色の再現性が悪化することがあった。特に臓器の奥の方に位置する関心領域を遠くから観察するときには多重反射の影響を受け易く、この関心領域の通常画像を観察すると、例えば赤みが強い観察画像が得られることがあった。更に、この多重反射の影響により、得られる画像が関心領域の生体粘膜そのものが持つ吸光特性や散乱特性を正確に反映しないことがあり、酸素飽和度やヘモグロビン量等を得る際の大きな誤差要因となっていた。
また、ヘモグロビンの酸素飽和度等の情報を得る際には、多くの波長により被写体を撮像した画像を用いるので、照明光或いは反射光の透過波長帯域を制限するフィルタを内視鏡装置に多数設ける構成にすると、内視鏡装置が大型化するとともに、新たに別の波長の光により被写体を観察しようとする際の拡張性が悪いという問題があった。
前記目的を達成するため、本発明の他の態様による内視鏡装置は、被写体に照射するための照明光を生成する光源と、前記被写体像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により得られた撮像信号に所定の画像処理を施す画像処理手段と、前記照明光の光路上に配設可能であって、通常光観察を行うための光成分を透過する第1フィルタと、前記被写体における所定の生体機能情報を得るための光成分を透過する第2フィルタと、を備えるフィルタ手段と、前記フィルタ手段における前記第1フィルタと前記第2フィルタとの何れかを前記照明光の光路上に切り替えて配置せしめるフィルタ切替手段と、前記フィルタ切替手段により前記第2フィルタが前記照明光の光路上に配置された状態において、さらに、前記画像処理手段に作用し、複数の観察モードを切り替える観察モード切替手段と、前記照明光の光路上に配設され、前記フィルタ切替手段および前記観察モード切替手段の作用に応じて、前記照明光の配光角を調節する配光角調節手段と、を具備したことを特徴とする。
図1ないし図8は本発明の第1の実施の形態に係り、図1は内視鏡装置の全体構成を示す説明図、図2は回転フィルタ板の構成を示す説明図、図3は半値全幅10nmのフィルタの分光透過特性を示す説明図、図4は半値全幅30nmのフィルタの分光透過特性を示す説明図、図5は脱酸素化ヘモグロビン及び酸素化ヘモグロビンの吸光特性を示す説明図、図6は被写体が近くに位置するときの光束に対するフィルタの位置を示す説明図、図7は被写体が遠くに位置するときの光束に対するフィルタの位置を示す説明図、図8は被写体が中間的な距離に位置するときの光束に対するフィルタの位置を示す説明図である。
光源装置1のランプ11からは、可視領域及び近赤外領域を含む波長領域の光が放射され、この光は、赤外カットフィルタ12と、照明光絞り13と、回転フィルタ板14を通過して、内視鏡2のライトガイド23に入射される。
通常観察時、つまりフィルタ切替スイッチ28によりフィルタ群41が選択されているときには、画像間演算回路36は、同時化メモリ35a、35b、35cから読み出した映像信号をそのままR信号、G信号、B信号として出力する。従って、赤、緑、青の各色の照明光に対応して得られた映像信号は、そのままモニタ4の赤、緑、青に対応して描出される。
先ず、被写体の距離が近くて画像が十分に明るいときには、図6に示すように、照明光の光束が半値全幅10nmのフィルタ群42aを通過するように、モータ16が駆動制御されて回転フィルタ板14の位置が調節される。このように照明光の波長帯域幅を狭く絞ることにより、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの吸光度の差が大きくなる波長の照明光に対応して得られる映像信号に含まれる各画素の信号レベルの精度が高くなり、精度良く酸素飽和度やヘモグロビン量を求めることができる。
また、被写体の距離が中間的な距離の場合には、図8に示すように、照明光の光束の一部が半値全幅10nmのフィルタ群42aを通り、一部が半値全幅30nmのフィルタ群42bを通るようにする。このように、照明光の光束が、フィルタ群42a及びフィルタ群42bに跨るような位置に、回転フィルタ板14が移動することにより、半値全幅10nmのフィルタ群42aを通過する光の量と半値全幅30nmのフィルタ群42bを通過する光の量の割合が調節され、被写体に照射される照明光の実質的な波長帯域幅が調節される。
なお、中間周のフィルタ群42が照明光路に挿入されている際に、照明光絞り13は、回転フィルタ板14の移動では対応できないような素早い調光変化が必要なときや、明るさ過度の画像の明るさを調整するときに補助的に利用されるように調光回路39で制御してもよい。
また、例えば半値全幅が10nmの狭波長帯域のフィルタを透過した照明光と例えば半値全幅が30nmの広波長帯域のフィルタを透過した照明光との量の割合を調節する手段は、本実施の形態のように空間的にそれぞれのフィルタを照明光が透過する面積を変化させる構成のものに限らず、例えばそれぞれのフィルタを透過する時間を変化させるように構成されたものでもよい。
また、照明光の波長帯域は、例えば550〜600nm付近の3つの波長帯域を用いてもよいし、3つの波長帯域だけではなく4つ以上の波長帯域を用いて連立方程式を解くことにより酸素飽和度やヘモグロビン量等の生体機能情報を演算するようにしてもよい。
また、酸素飽和度画像やヘモグロビン量画像がモニタ4に表示されているときにレリーズスイッチ27が操作された場合には、自動的に回転フィルタ板14の位置を移動して、通常画像も併せて画像記録装置に記録されるようにしてもよい。
また、照明光絞り13で照明光量を制御する代わりに、CCDの電子シャッタ機能を利用することで露光量を制御してもよい。
また、酸素飽和度やヘモグロビン量等の生体機能情報の演算を行う際に、画像をフリーズしてこのフリーズされた静止画像に対してマイクロコンピューターを用いて演算を行うように構成することで、画像間演算回路を小規模化してもよい。
また、所定の波長波長の光を透過するフィルタの代わりに、所定の波長帯域の光を反射するミラーを用いて構成してもよい。
また、撮像手段は、内視鏡挿入部に配置された構成に限らず、図示しない光学内視鏡の接眼部に着脱自在に取り付けられる構成であってもよい。
図9ないし図15は本発明の第2の実施の形態に係り、図9は内視鏡装置の全体構成を示す説明図、図10は赤外・可視切替フィルタの構成を示す説明図、図11は可視光透過フィルタ及び赤外光透過フィルタの分光透過特性を示す説明図、図12は回転フィルタ板の構成を示す説明図、図13はRフィルタとGフィルタとBフィルタの分光透過特性を示す説明図、図14は多重反射光が関心領域へ照射される様子を示す説明図、図15は配光角が調節された照明光を示す説明図である。なお、本実施の形態では、前記第1の実施の形態と同様に構成されている部位には同じ符号を付してその説明を省略する。
光源装置51のランプ11からは、可視光領域及び近赤外領域を含む波長領域の照明光が放射され、この照明光は、赤外・可視切替フィルタ61と、照明光絞り13と、回転フィルタ板63と、集光光学系17を通過して、内視鏡52のライトガイド23の光入射端に入射される。
このとき、赤外・可視切替フィルタ61は、フィルタ切替回路82により制御されるモータ62により回動駆動されてから回動位置が保持され、これにより、可視光透過フィルタ61aと赤外光透過フィルタ61bのいずれかが光路上に挿入される。このとき、フィルタ切替回路82は、フィルタ切替スイッチ28からの指示に応じて動作する。
また、回転フィルタ板63は、モータ15により回転駆動されることにより、可視光透過フィルタ61aが照明光路に挿入されているときには、赤、緑、青の光を順次透過させ、また、赤外光透過フィルタ61bが照明光路に挿入されているときには、赤、緑、青の代わりに、660nm±15nm、805nm±15nm、915nm±15nmの波長帯域の光を順次透過させる。図5を参照して前記第1の実施の形態で述べたように、805nmは、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの吸光度の差が少ない波長であり、また、660nmは脱酸素化ヘモグロビンの方が吸光度が大きい波長であり、915nmは酸素化ヘモグロビンの方が吸光度が大きい波長となっており、これらの波長を用いることにより酸素飽和度やヘモグロビン量を算出することができる。
また、照明範囲を狭くする際に、これに連動して光学的或いは電子的に画像を拡大し、照明光が照射されていない部位や配光が暗い部位はモニタ等に表示しないように制御してもよい。
また、多重反射光の影響を受け易い遠景の場合には照射光が狭く絞られ、多重反射光の影響を受け難い近接の場合には照射光が広めに照射されるように、被写体と内視鏡先端部の距離に応じて液晶レンズ71を制御してもよい。
また、本実施の形態では、照明範囲の変更は、赤外・可視切替フィルタ61の切替や観察モードつまり画像間演算回路36の動作モードの切替に応じて自動的に行われているが、使用者が必要な時にスイッチを押すことにより行われるようにしてもよい。
また、赤外光透過フィルタ61bを用いて観察するときには、回転フィルタ板63の回転速度を遅くしてCCD26の露光時間を長くすることで、露光量を増やして明るい画像を得るようにしてもよい。
また、本実施の形態の内視鏡は、撮像した画像から生体機能情報として酸素飽和度やヘモグロビン量を得るものであるが、これに限らず、例えば生体粘膜に含まれるヘモグロビン量の指標値であるヘモグロビンインデックス(IHb)等を得るものであってもよい。
図16及び図17は本発明の第3の実施の形態に係り、図16は内視鏡装置の全体構成を示す説明図、図17は波長可変フィルタ及びCCDの動作を示すタイミングチャートである。なお、本実施の形態では、前記第1の実施の形態と同様に構成されている部位には同じ符号を付してその説明を省略する。
波長制御回路55は、フィルタ切替スイッチ28の切替に応じて、通常観察用のフィルタ制御動作と、深層ヘモグロビン観察用のフィルタ制御動作、表層ヘモグロビン観察用のフィルタ制御動作の3つフィルタ制御動作のいずれかの制御動作を行う。
また、波長可変フィルタ111が透過する波長帯域は、波長制御回路112からの信号により制御されるので、例えば透過波長帯域の追加変更を行う際に、機構的な変更作業が削減され、この透過波長帯域の追加変更を行う際の拡張性が向上する。
従って、本実施の形態によれば、内視鏡装置を小型化し、且つ光の透過波長帯域の追加変更を行う際の拡張性を向上できるという効果が得られる。
また、深層ヘモグロビン観察用の波長帯域と表層ヘモグロビン観察用の波長帯域の光を交互に被写体に照射することにより、粘膜表層と深層のヘモグロビン情報をモニタ上に同時に表示したり、通常観察用の波長帯域とヘモグロビン観察用の波長帯域の光をを交互に被写体に照射することにより、通常画像と酸素飽和度分布画像やヘモグロビン分布から得られる血流量分布画像をモニタ上に同時に表示する等してもよい。
また、モニタ上に、現在選択されているフィルタの波長を表示するようにしてもよい。
また、波長制御回路112を例えばマイクロプロセッサを用いて構成し、任意の波長を使用者が設定して観察できる構成としてもよい。
また、波長可変フィルタ111と第1の実施の形態で述べたような回転フィルタ板とを照明光路上に選択的に挿入する構成とし、通常観察時には回転フィルタ板を用いて観察し、ヘモグロビン観察時には波長可変フィルタ111を用いるようにしてもよい。
また、ヘモグロビンの酸素飽和度やヘモグロビン量は、3つの波長帯域の光を順次被写体に照射して得た映像信号から算出を行っているが、これに限らず、4つ以上の波長帯域の光を用いてもよい。
また、照明光としてヘモグロビンの酸素飽和度やヘモグロビン量を得るための波長帯域の光が用いられているが、これに限らず、適切な波長帯域を選ぶことにより、チトクロームやミオグロビンの酸素代謝を得るために内視鏡装置を応用してもよい。
また、CCD26の前面に色分離のためのモザイクフィルタを設けることで、通常観察時には、各波長帯域を同時に撮像する同時式の撮像を行い、ヘモグロビン観察等の生体機能情報計測時には、波長可変フィルタ111を用いて、面順次式の撮像を行って観察するようにしてもよい。
(付記項1−1)
被写体を照明するための光源から発せられる照明光の光路上に設けられ第1の波長帯域の光を通過させる第1の波長制限手段と、
前記照明光の光路上に設けられ前記第1の波長帯域と中心波長が略同じで帯域幅が異なる第2の波長帯域の光を通過させる第2の波長制限手段と、
前記第1の波長制限手段を通過して前記被写体に照射される光の量と前記第2の波長制限手段を通過して前記被写体に照射される光の量との割合を変化させる手段とを備えたことを特徴とする内視鏡装置。
付記項1−1に記載の内視鏡装置であって、
前記第1の波長制限手段及び前記第2の波長制限手段は、光学的なフィルタで構成した。
前記第1の波長制限手段及び前記第2の波長制限手段は、お互いに接するように配置した。
付記項1−3に記載の内視鏡装置であって、
前記第1の波長制限手段及び前記第2の波長制限手段と前記照明光の光軸との前記光軸に垂直な方向の位置を調節することで前記割合を変化させる。
付記項1−1に記載の内視鏡装置であって、
前記第1の波長制限手段及び前記第2の波長制限手段が取り付け固定された固定手段を備え、
前記固定手段と前記照明光の光軸との前記光軸に垂直な方向の位置を調節することで前記割合を変化させる。
付記項1−5に記載の内視鏡装置であって、
前記固定手段の前記光軸に垂直な方向の位置を移動させる移動手段を備えた。(付記項1−7)
付記項1−6に記載の内視鏡装置であって、
前記移動手段は、モータで構成した。
付記項1−5に記載の内視鏡装置であって、
前記固定手段は回転可能に構成した回転体であり、
前記回転体を回転駆動するモータを設けた。
付記項1−8に記載の内視鏡装置であって、
前記第1の波長制限手段及び前記第2の波長制限手段は、お互いに同心円状に配置した。
付記項1−8に記載の内視鏡装置であって、
前記回転体が回転することで前記第1の波長制限手段及び前記第2の波長制限手段はそれぞれ複数の波長帯域の光を選択的に順次透過する。
付記項1−6に記載の内視鏡装置であって、
前記移動手段を駆動制御する制御手段を設けた。
付記項1−11に記載の内視鏡装置であって、
前記固定手段の位置を前記制御手段へ指示する入力手段を設けた。
付記項1−11に記載の内視鏡装置であって、
前記制御手段は、前記被写体の像を撮像して得られる映像信号に含まれる画像の明るさに応じて前記移動手段を駆動制御する。
付記項1−13に記載の内視鏡装置であって、
前記被写体の像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で得られる撮像信号から映像信号を得るべく映像信号処理を行う映像信号処理手段とを備えた。
付記項1−14に記載の内視鏡装置であって、
前記制御手段は、前記映像信号処理手段と同一筐体内に設けた。
付記項1−11に記載の内視鏡装置であって、
前記被写体の像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で得られる撮像信号から映像信号を得るべく映像信号処理を行う映像信号処理手段と、
前記映像信号に含まれる画像の色分布から前記被写体に含まれる含有物質の分布情報を得るべく演算を行う演算手段とを備えた。
付記項1−16に記載の内視鏡装置であって、
前記含有物質は、生体である被写体に含まれる色素を含む。
付記項1−17に記載の内視鏡装置であって、
前記色素は、ヘモグロビンを含む。
付記項1−18に記載の内視鏡装置であって、
前記ヘモグロビンは酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンを含み、
前記酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの分布情報から酸素飽和度を得る。
付記項1−16に記載の内視鏡装置であって、
前記制御手段は、前記演算手段による前記演算が行われるときに、前記照明光の透過波長帯域幅を狭くすべく前記移動手段を駆動制御する。
付記項1−1に記載の内視鏡装置であって、
前記第1の波長制限手段及び前記第2の波長制限手段は、前記光源と同一筐体内に設けた。
被写体に照射する照明光の反射光を撮像し、前記被写体に含まれる含有物質の前記照明光の波長に対する吸光特性を利用して前記被写体に含まれる前記含有物質の状態を計測することが可能な内視鏡装置において、
前記照明光の光路上に設けられ前記照明光の配光角を調節するための配光角調節手段を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
付記項2−1に記載の内視鏡装置であって、
前記含有物質は、生体である被写体に含まれる色素を含む。
付記項2−2に記載の内視鏡装置であって、
前記色素は、ヘモグロビンを含む。
付記項2−2に記載の内視鏡装置であって、
前記ヘモグロビンは酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンを含み、
前記酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの分布情報から酸素飽和度を得る。
付記項2−1に記載の内視鏡装置であって、
前記配光角調節手段は、電気的に制御されることで焦点距離が変化する液晶レンズを備えて構成した。
付記項2−1に記載の内視鏡装置であって、
前記被写体の像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で得られる撮像信号から映像信号を得るべく映像信号処理を行う映像信号処理手段と、
前記映像信号に含まれる画像の色分布から前記被写体に含まれる前記含有物質の状態を計測すべく演算を行う演算手段とを備えた。
被写体を照明する照明光の光路上或いは前記照明光の照射される前記被写体からの反射光による光学像の光路上の少なくともいずれかの光路上に設けられ透過波長帯域が可変の波長制限手段と、
前記波長制限手段による透過波長帯域を制御する波長制御手段とを備えたことを特徴とする内視鏡装置。
付記項3−1に記載の内視鏡装置であって、
前記波長制限手段は、波長可変フィルタを備えて構成した。
付記項3−1に記載の内視鏡装置であって、
前記波長制御手段は、複数の波長帯域の光を選択的に順次透過させるべく前記波長可変フィルタを制御する。
付記項3−1に記載の内視鏡装置であって、
前記波長制御手段は、複数の波長帯域を1組の波長帯域群とする複数の波長帯域群のうちから選択された1組の波長帯域群に含まれる複数の波長帯域の光を選択的に順次透過させるべく前記波長可変フィルタを制御する。
16…モータ
39…調光回路
40…フィルタ位置制御回路
42a…(半値全幅10nmの)フィルタ群
42b…(半値全幅30nmの)フィルタ群
71…液晶レンズ
81…液晶レンズ駆動回路
111…波長可変フィルタ
112…波長制御回路
Claims (8)
- 被写体に照射するための照明光を生成する光源と、
前記被写体像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により得られた撮像信号に所定の画像処理を施す画像処理手段と、
前記照明光の光路上に配設可能であって、透過波長の異なる複数のフィルタを備えるフィルタ手段と、
前記フィルタ手段を透過した各波長帯域の照明光に対応した画像成分をモニタに表示する観察モードと、前記フィルタ手段を透過した各波長帯域の照明光に対応した画像成分から所定の生体機能情報を算出して前記モニタに表示する他の観察モードとを、前記画像処理手段に作用して切り替える観察モード切替手段と、
前記照明光の光路上に配設され、前記観察モード切替手段の作用に応じて、前記照明光の配光角を調節する配光角調節手段と、
を具備したことを特徴とする内視鏡装置。 - 被写体に照射するための照明光を生成する光源と、
前記被写体像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により得られた撮像信号に所定の画像処理を施す画像処理手段と、
前記照明光の光路上に配設可能であって、通常光観察を行うための光成分を透過する第1フィルタと、前記被写体における所定の生体機能情報を得るための光成分を透過する第2フィルタと、を備えるフィルタ手段と、
前記フィルタ手段における前記第1フィルタと前記第2フィルタとの何れかを前記照明光の光路上に切り替えて配置せしめるフィルタ切替手段と、
前記フィルタ切替手段により前記第2フィルタが前記照明光の光路上に配置された状態において、さらに、前記画像処理手段に作用し、複数の観察モードを切り替える観察モード切替手段と、
前記照明光の光路上に配設され、前記フィルタ切替手段および前記観察モード切替手段の作用に応じて、前記照明光の配光角を調節する配光角調節手段と、
を具備したことを特徴とする内視鏡装置。 - 前記観察モード切替手段は、前記画像処理手段を制御して、前記撮像手段において得られた撮像信号に対して色および/または輝度を編集することにより、当該被写体における所定の生体機能情報を得る複数のモードを切り替え可能とすることを特徴とする請求項2に記載の内視鏡装置。
- 前記配光角調節手段は、前記フィルタ切替手段により前記第2フィルタが前記照明光の光路上に配置され、かつ、前記観察モード切替手段により、前記撮像手段において得られた撮像信号に対して色および輝度を編集しないモードが選択された際には、前記照明光の配光角を相対的に広くし、一方、前記観察モード切替手段により、前記撮像手段において得られた撮像信号に対して色および/または輝度を編集するモードが選択された際には、前記照明光の配光角を相対的に狭くするよう調節する
ことを特徴とする請求項3に記載の内視鏡装置。 - 前記観察モード切替手段は、前記画像処理手段を制御して、前記第2フィルタを透過した照明光に対応した画像成分をモニタに表示する第1の観察モードと、前記第2フィルタを透過した照明光に対応した画像成分から所定の生体機能情報を算出して前記モニタに表示する第2の観察モードと、を切り替え可能とすることを特徴とする請求項2に記載の内視鏡装置。
- 前記配光角調節手段は、前記フィルタ切替手段により前記第2フィルタが前記照明光の光路上に配置され、かつ、前記観察モード切替手段により、第1の観察モードが選択された際には、前記照明光の配光角を相対的に広くし、一方、前記観察モード切替手段により、前記第2の観察モードが選択された際には、前記照明光の配光角を相対的に狭くするよう調節する
ことを特徴とする請求項5に記載の内視鏡装置。 - 前記第1フィルタおよび第2フィルタは、それぞれ可視光を透過する可視光透過フィルタおよび赤外光を透過する赤外光透過フィルタである
ことを特徴とする請求項2−6のいずれか一項に記載の内視鏡装置。 - 前記被写体における所定の生体機能情報は、酸素飽和度、ヘモグロビン量またはヘモグロビンインデックスである
ことを特徴とする請求項1−7のいずれか一項に記載の内視鏡装置。
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