JP4734074B2 - 内視鏡装置 - Google Patents
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Description
例えば第1の従来例としての特開平5−84218号公報には、メチレンブルーで染色して、内視鏡観察を行う内視鏡装置が開示されている。
また、第2の従来例としての特開平6−339459号公報には色素を用いて色素内視鏡検査を行うことができる内視鏡装置が開示されている。また、この公報には、照明光の光量を変化させる機能も備えている。
図11は非特許文献1に記載されているメチレンブルーの吸光度係数の特性例を示す。図11に示すようにメチレンブルーの溶液は、600nm付近から700nm付近に大きな吸収ピークを有する。
Scott Prahl"Optical Absorption of Methylene Blue"「online」 「平成17年9月12日検索」、インターネット<URL:http:/omlc.ogi.edu/spectra/mb/index.html>
また、第1の従来例は、メチレンブルーを色素剤として用いる内視鏡装置において、赤の波長側の光量を増大し、これに対応して信号処理装置側でゲイン補正することを開示している。しかし、この第1の従来例は、メチレンブルーによる光増感物質の機能に対応した光量制御等を全く示唆も開示もしていない。
また、第3の従来例においては、信号処理を行うことを開示していない。
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、メチレンブルー等の赤の波長領域で光増感物質の機能を有し、その光増感物質の特性を考慮した内視鏡観察等を行うのに適した内視鏡装置を提供することを目的とする。
生体内における観察対象部位側に照明光を出射する照明手段と、
前記観察対象部位に投与される光増感物質に対し、前記照明光における励起光となる赤の波長領域の光量を少なくとも減少させる光量制御をする光量制御手段と、
前記赤の波長領域の光量を減少させる光量制御に対応して、前記照明光のもとで撮像した場合における赤の波長領域に対応する赤の色信号の輝度レベルを増大させる信号処理を行う信号処理手段と、
を備えることを特徴とする。
上記構成により、観察対象部位に対して光増感物質が投与されている場合、その光増感物質に対し励起光となる赤の波長領域の光量を減少させると共に、その光量の制御に対応して赤の波長領域に対応する赤の色信号の輝度レベルを増大させる信号処理を行うことにより、光増感物質の活性酸素種の発生を抑制し、かつホワイトバランスに近い特性を維持して適切な色調で内視鏡観察を行うことができるようにしている。
図1に示すように本発明の実施例1の内視鏡装置1は、体腔内に挿入可能で、体腔内の患部等の観察対象部位2を撮像して内視鏡観察等をする電子内視鏡(以下、スコープと略記)3と、このスコープ3が着脱自在に接続され、観察用の照明光を発生する光源装置4と、スコープ3が着脱自在に接続され、撮像された画像信号に対する信号処理等を行うプロセッサ5と、このプロセッサ5と接続され、プロセッサ5から出力される映像信号が入力され、この映像信号に対応する画像を表示するモニタ6とより構成される。
スコープ3の挿入部8内には照明光を伝送するライトガイドファイバ11が挿通されており、このライトガイドファイバ11の後端側はユニバーサルコード10内を挿通され、その後端のライトガイドコネクタ12を光源装置4に着脱自在に接続することにより、光源装置4から照明光が供給される。
このライトガイドファイバ11により伝送された照明光は、挿入部8の先端部の照明窓に取り付けられた先端面からさらに照明レンズ13を経て体腔内の観察対象部位2側に出射される。
また、スコープ3の挿入部8には、処置具等を挿通可能とするチャンネル16が設けてある。本実施例では、このチャンネル16を介して、染色する色素剤の機能を有すると共に、光増感の機能を有するメチレンブルー17の溶液を収納したシリンジ18を挿通して、観察対象部位2にメチレンブルー17の溶液を投与(より具体的には散布)して、観察することもできるようにしている。
本実施例においては、通常の面順次照明光による通常の観察モード(以下、第1の観察モード)の他に、このメチレンブルー17を散布(投与)した場合に適した染色ないしは光増感観察モード(以下、第2の観察モード)で観察することができるようにしている。 スコープ3における例えば操作部9には、第1及び第2の観察モードを切り換えるモード切換スイッチSW1と、第2の観察モードに切り換えた場合、染色ないしは光増感の機能に適した状態にしてユーザが簡単に変更設定できるように赤の波長帯域の光量を変更する光量変更スイッチSW2とが設けてある。
光源装置4は、可視域をカバーする光を放射するキセノンランプ等のランプ21を内蔵し、このランプ21はランプ点灯回路22からのランプ点灯電力により、その発光量を可変できるようにしている。
また、このランプ21の照明光路上にはその通過光量を増減する絞り23が設けてあり、この絞り23は絞りモータ24により開口量が調整される。
また、この絞り23を通過した光は、回転フィルタ25に入射され、この回転フィルタ25における周方向には、赤(R)、緑(G)、青(B)の各波長域の光を透過するR、G,Bフィルタ25R,25G,25Bが設けてある。図2はR、G,Bフィルタ25R,25G,25Bの透過特性を示す。図2に示すように、R、G,Bフィルタ25R,25G,25Bは、それぞれR、G、Bの各波長領域を広帯域で通す。
また、回転フィルタ25には、その回転位置を検出するセンサ28が、回転フィルタ25に近接して設けてあり、このセンサ28は光路中にどのフィルタが配置されているかを検出し、光源制御回路29に出力する。
この光源制御回路29は、センサ28の出力信号により、モータ26の回転速度を制御したり、光量変更スイッチSW2の指示操作に対応してランプ点灯回路22のランプ点灯電力を変更制御する。つまり、光路中にRフィルタ25Rが配置されたタイミングでランプ21の発光量を増大或いは減少する。なお、絞りモータ24は、プロセッサ5の調光回路30からの調光信号により絞り23の開口量を調整制御する。
一方、プロセッサ5は、CCD駆動回路31を内蔵し、このCCD駆動回路31により発生されるCCD駆動信号は、CCD15に印加される。CCD15は、CCD駆動信号の印加により、R,G,Bの面順次の照明光の下で撮像し、光電変換したCCD出力信号、つまりR,G,B信号を順次出力する。
R,G,B信号は、プロセッサ5内のアンプ32に入力され、増幅された後、プロセス回路33に入力される。このプロセス回路33によりCDS処理等がされた後、A/D変換回路34に入力され、アナログ信号からデジタル信号に変換された後、ホワイトバランス回路35を構成するゲイン可変アンプ35aに入力される。
また、プロセス回路33の出力信号は、調光信号を生成する調光回路30に入力され、調光信号が生成される。そして、この調光信号により、絞りモータ24を介して絞り23の開口量を調整する。
制御回路36は、ホワイトバランス調整時には、ゲイン可変アンプ35aの出力信号を取り込み、ホワイトバランスするようにゲイン可変アンプ35aのゲインの値を、ゲイン制御電圧によって調整する。つまり、ゲイン可変アンプ35aのゲイン制御端に印加するゲイン制御電圧によって調整する。
そして、ホワイトバランス調整後は、R,G,Bの色信号がゲイン可変アンプ35aに入力されるタイミングに上記ゲイン制御電圧を印加してホワイトバランス状態を維持する。
また、この制御回路36は、第2の観察モード時には、光量変更スイッチSW2の指示操作に対応した信号を上記のように光源制御回路29に送り、赤の照明光の光量を変更させると共に、この赤の照明光の光量の変更に同期してその照明光の照明状態で撮像したRの色信号のゲインを変更する。
この場合、制御回路36は、その内部の不揮発性メモリとしての例えばEEPROM36aには、ゲイン可変アンプ35aのゲインを任意の値に設定するルックアップテーブルの情報が格納されている。例えば、ルックアップテーブルには、ゲイン制御電圧と、このゲイン制御電圧により設定されるゲインとを関係付ける情報が格納されている。
このようにして本実施例では、赤の照明光の光量の変更を行った場合にも、ホワイトバランスが維持されるようにプロセッサ5における信号処理を制御する。
上記のようにゲイン可変アンプ35aの出力信号は、セレクタ37を経て同時化回路38を構成するR、G,Bメモリ38R,38G,38Bに順次格納される。
つまり、R、G、Bの各照明光の下で撮像されたR、G、Bの色信号は、それぞれR、G,Bメモリ38R,38G,38Bに順次格納される。
このような構成の本実施例による作用を以下に説明する。
スコープ3を体腔内に挿入して内視鏡検査を行う前に、図示しない白い被写体を用いてホワイトバランス調整を行う。白い被写体を撮像する状態に設定して、図示しないホワイトバランス調整スイッチを操作する。
すると、R,G,Bの面順次の照明光で照明された白の被写体を撮像したR,G、Bの色信号がゲイン可変アンプ35aに入力され、その出力信号を制御回路36は、取り込む。この初期状態においては、制御回路36は、例えばゲイン可変アンプ35aのゲインを1に設定した状態においてR,G,Bの色信号の輝度レベルの平均値を、この制御回路36内部のEEPROM36aに格納する。
つまり、R,G,Bの色信号がゲイン可変アンプ35aに入力されるタイミングにおいて、制御回路36は、ゲイン可変アンプ35aにゲイン制御電圧を印加して、ゲイン可変アンプ35aから出力されるR,G,Bの色信号の輝度レベルが揃うホワイトバランス状態のゲインGr,Gg,Gbに設定する。なお、制御回路36は、ホワイトバランス状態に調整後のゲインGr,Gg,Gb(或いはゲイン制御電圧)の値をEEPROM36aに格納保持する。
なお、ホワイトバランス調整する場合、1つの色信号を基準にして、他の2つの色信号を調整するようにしても良い。つまり、3つのゲインの内の1つを基準の値に固定して残りの2つの値を可変制御するようにしても良い。
また、この場合におけるゲインGr,Gg,Gbを図3(B)に示している。図3(B)では、簡単化のため、第1の観察モードにおけるゲインGr,Gg,Gbが同じある場合で示している(第1の観察モードに対する第2の観察モード時における動作を分かり易くするため)。
この第1の観察モードにおいて、調光機能が動作した場合においても、R,G,Bの照明光の光量が同時に変更されるため、図3(A)及び図3(B)の相対的な関係は同じになる。
この場合には、図1に示すようにシリンジ18のチューブをチャンネル16内に挿通し、さらにその先端側をチャンネル16の先端開口から突出させて観察対象部位2に対してメチレンブルー17を散布(投与)する。散布されたメチレンブルー17は、観察対象部位2の表面の凹凸の具合に応じて堆積し、その場合の染色濃度や、光吸収の強度により凹凸の具合がより識別し易くなる。
また、この場合には、術者は光量変更スイッチSW2における光量ダウンスイッチSWdを操作することにより、赤の照明光の光量を減少させる。
より一般的には、図3(A)の状態における赤の照明光の光量値を1としてその値から変更して例えば光量値Qrに設定した場合、その場合におけるRの色信号に対するゲイン値は、光量値Qrに反比例したゲイン値に設定される。
これにより、メチレンブルー17による活性酸素種の発生量を抑制して、しかもより観察対象部位2の凹凸の様子を識別し易い状態にでき、かつホワイトバランス状態を維持して観察することができる。
この場合には、術者は、光量アップスイッチSWuを操作することにより、図3(E)に示すように赤の照明光の光量が増大される。また、この操作により、図3(F)に示すようにRの色信号に対するゲインGrが小さくなり、ホワイトバランス状態が維持される。
赤の照明光の光量の増大により、病変部に散布されたメチレンブルー17は、その光を吸収して活性酸素種の発生量を大きくでき、発生させた活性酸素種を病変部に効率的に作用させて治療を行う薬剤として作用させることができる。
図3(C)及び(D)と、図3(E)及び(F)の場合の動作内容をフローチャートで示すと図4(A)と図4(B)のようになる。メチレンブルー17を観察対象部位2の凹凸の様子をより識別し易くする染色剤の機能を使用して観察する場合には、図4(A)に示すようにする。
つまり、ステップS1に示すように術者は、観察対象部位2の表面にメチレンブルー17を散布する。
また、ステップS2の操作に連動して制御回路36は、ステップS3に示すようにRの色信号に対するゲインを増大して、ホワイトバランス状態を維持する。これにより、自然な色調を確保できる。
一方、観察対象部位2に対してメチレンブルー17による光増感の機能を利用して薬剤による治療処置を行う場合には図4(B)のようにする。
次のステップS12において術者は、光量アップスイッチSWuを操作する。すると制御回路36は、光源装置4の光源制御回路29を介して、ランプ21の発光量を赤の照明光の出射時におけるその光量を増大させる。これにより、メチレンブルー17に赤の照明光が照射された際の光増感の機能により活性酸素種の発生を増大できる。そして、このメチレンブルー17が散布された病変部を活性酸素種により治療することができる。
また、ステップS12の操作に連動して制御回路36は、ステップS13に示すようにRの色信号に対するゲインを減少して、ホワイトバランス状態を維持する。これにより、自然な色調を確保できる。
このように本実施例によれば、メチレンブルー17を使用して観察や処置を行う場合、メチレンブルー17による光増感の特性、機能を考慮して照明及び信号処理を行うようにしているので、従来例よりもメチレンブルー17による光増感の特性、機能を有効に利用した適切な観察、処置等を行うことができる。
この内視鏡装置1Bは、スコープ3Bと、光源装置4Bと、プロセッサ5Bとモニタ6とからなる。
スコープ3Bは、図1のスコープ3において、CCD15の撮像面に色分離フィルタ51が設けられたカラー撮像用CCDを備えた、つまり同時式のスコープである。また、このスコープ3Bの操作部9には、実施例1の場合と類似して通常観察に対応した第1の観察モードに切り換えるモード切換スイッチSW1と、第2の観察モードにおける赤の照明光の光量を増大させる指示操作を行う光量アップスイッチSWuと、光量を低減する光量ダウンスイッチSWdとが設けてある。ここでも実施例1の場合と同様に光量アップスイッチSWuと光量ダウンスイッチSWdとを光量変更スイッチSW2と総称する。
このフィルタ板52は、回転板の周方向に透明部53Tの他に、第1の帯域フィルタ53A及び第2の帯域フィルタ53Bとが設けてある。そして、モータ54により、フィルタ板52を所定角度回転させることにより、透明部53Tが配置された状態から第1の帯域フィルタ53Aを光路中に配置したり、第2の帯域フィルタ53Bを光路中に配置したりすることができるようにしている。
図6は、第1の帯域フィルタ53Aと第2の帯域フィルタ53Bとの透過率特性を示す。
そして、モード切換スイッチSW1により第1の観察モードに設定された時には、図5に示すように光路中には透明部53Tが配置された状態となる。なお、透明部53Tは、開口と同様に、全ての波長域に対して透明な特性である。
また、光量アップスイッチSWuが操作されると、光路中には第2の帯域フィルタ53Bが配置された状態となる。この場合には、光源制御回路29は、さらにランプ点灯回路22によるランプ点灯電力を増大させて、図6の点線の等価特性53B′で示すように設定する。
また、本実施例におけるプロセッサ5Bは、CCD15の出力信号を増幅するアンプ32を有し、このアンプ32の出力信号はCDS回路54を経てA/D変換回路34と調光回路30に入力される。
A/D変換回路34の出力信号は、Y/C分離・同時化回路56に入力され、このY/C分離・同時化回路56により輝度信号Yと同時化された色差信号Cr/Cbが生成される。
このY/C分離・同時化回路56の出力信号は、マトリクス回路57に入力され、輝度信号Yと色差信号Cr/CbからRGB信号に変換される。
また、スコープ3Bの光量変更スイッチSW2等の指示操作による信号は、制御回路59に入力される。この制御回路59は、上記マトリクス回路57とホワイトバランス回路58の制御を行う。
つまり、制御回路59は、光源装置4Bの光源制御回路29と通信を行い、通常観察となる第1の観察モードにおいては、照明光路中に透明部53Tが配置された通常照明の状態に対応したホワイトバランス回路58によるホワイトバランス調整を行うと共に、マトリクス変換を行わせる。
このため、制御回路59内の例えばEEPROM59aには、透明部53Tの場合における変換マトリクス係数の情報の他に、第1の帯域フィルタ53A及び第2の帯域フィルタ53Bに設定された場合のマトリクス係数の情報も格納している。
このような構成による本実施例の作用を説明する。本実施例による作用は、実施例1における面順次にR,G,Bの照明を行っていたものを、同時に行うようにした場合と殆ど同じ作用となる。
つまり、第1の観察モードの場合には、光源装置4Bは、ランプ21による白色の照明光を出射し、観察対象部位2は白色光で照明される。
また、観察対象部位2側にメチレンブルー17を散布して染色することにより、凹凸の具合をより識別し易くして観察する場合には、実施例1で説明したように光量ダウンスイッチSWdを操作すれば良い。この操作を行うことにより、光路中に第1の帯域フィルタ53Aが配置され、赤の照明光の光量が減少する。そして、メチレンブルー17の光増感機能を抑制する状態にする。つまり、活性酸素種の発生を抑制する。
また、この場合、Rの色信号に対するゲインが増大されてホワイトバランスの状態が維持されて、適切な色調で観察することができる。
このように本実施例は、実施例1の場合と同様の効果を有する。
このフィルタ挿脱装置61は、光源制御回路29によりその動作が制御される。本実施例では、照明光路中にいずれのフィルタも配置していない状態は、実施例2における透明部53Tを照明光路中に配置した状態、つまり通常観察に対応する。
そして、フィルタ挿脱装置61により第1フィルタ62a或いは第2フィルタ62bを照明光路中に配置した場合には、実施例2における第1の帯域フィルタ53A或いは第2の帯域フィルタ53Bを配置した状態に対応する。
本実施例では、さらに第3フィルタ62cを照明光路中に配置することもでき、この第3フィルタ62cは、例えば図8に示す透過特性を有する。この第3フィルタ62cは、第1の帯域フィルタ53Aの透過特性において、赤の波長領域の光の透過を0にした特性になっている。
このため、本実施例のプロセッサ5Cは、実施例2のプロセッサ5Bにおける輪郭強調等の画像処理を行う画像処理回路39に、さらに図9に示す擬似R信号生成回路65を設けている。そして、例えばG信号から擬似的にR信号を生成する構成にしている。なお、図9ではプロセッサ5Cにおける主要部のみを示している。
図9に示すようにホワイトバランス回路58は、アンプ58R、58G、58Bにより構成されている。そして、赤カットスイッチSWcが操作された場合には、制御回路59は、擬似R信号生成回路65を動作状態に設定して、アンプ58Gから出力されるG信号を擬似R信号生成回路65に入力して擬似的にR信号を生成させるようにする。
この擬似R信号生成回路65に入力されたG信号は、G信号のままスルーしてD/A変換回路40Gに入力されると共に、空間周波数分離回路(図9中では単にF分離と略記)66に入力され、空間周波数分離回路66は、入力信号を所定の空間周波数を境界としてこれより高い周波数成分と、低い周波数成分に分離する。
そして、この空間周波数分離回路66から出力される高域側の信号は、第1の階調補正回路67aにより第1の階調補正されて、アンプ58Rの出力信号が入力される加算器68に加算されてR信号としてD/A変換回路40Rに入力される。
また、空間周波数分離回路66から出力される低域側の信号は、第2の階調補正回路67bにより第2の階調補正されて、アンプ58Rの出力信号が入力される加算器68に加算されてR信号としてD/A変換回路40Rに入力される。
従って、生体粘膜を観察した場合、実際の赤の波長領域の光で観察した如くに生体表層よりも深部側のより太い血管の走行状態の輪郭を捉えた画像を擬似的に赤で表示できる。このため、赤の波長領域を照明光に用いない場合にも、赤の波長領域を照明光に用いた如くに自然な色調で画像表示を行うことができる。
このため、本実施例によれば、実施例2において、さらに赤の照明光の光量を低減してその光量をカットした場合にも、機能的に自然な色調で画像表示ができる。その他は、実施例2と同様の作用効果を有する。なお、Gの色信号からRの色信号を生成する例を説明したが、G及びBにおける両方で或いはBの色信号から生成するようにしても良い。
また、本実施例では3つのフィルタ62a〜62cを照明光路中に挿脱自在にしたが、さらに挿脱できるフィルタ数を多くする等して、より適切な特性のものを選択設定できるようにしても良い。
なお、上述した各実施例において、例えば観察対象部位2側にメチレンブルー17等の光増感物質が投与されているか否かの検出手段を設けるようにしても良い。
この検出信号により制御回路59は、(手動で光量ダウンスイッチSWdを操作した如くに)自動的に赤の光量を減少させる(赤の)光量自動制御を行えるようにしても良い。これに連動して、赤の色信号のゲインを大きくする。
このようにすると、メチレンブルー17が観察対象部位2側に散布されていると、通常は自動的に赤の照明光を減少させて、メチレンブルー17による光増感物質による活性酸素種の発生量を自動的に抑制して観察することができる。このため、術者が手動で赤の光量を減少させる操作を行わなくても済み、操作性を向上できる。
なお、観察対象部位2側にメチレンブルー17等の光増感物質が投与されているか否かの検出手段を設ける具体例等を図5の場合で説明したが、他の実施例に適用しても良い。 なお、上述した各実施例においては、キセノンランプ等のランプ21を照明を行うための光源に用いていたが、これに限定されるものでなく、レーザダイオードや発光ダイオード(LED)を光源として用いるようにしても良い。
また、例えばLEDを用いた場合には、そのLEDを挿入部8の先端部に設けて、ライトガイドファイバ11を用いることなく、観察対象部位2側に照明光を出射するようにしても良い。また、上述した各実施例を部分的に組み合わせる等して構成される実施例等も本発明に属する。
1.本発明の内視鏡装置は、生体内に挿入可能な挿入部を有する内視鏡と、
生体内における観察対象部位側に照明光を出射する照明手段と、
前記照明光における前記観察対象部位に投与される光増感物質に対する活性酸素種の発生量を制御する赤の波長領域の光量制御をする光量制御手段と、
前記赤の波長領域の光量制御に対応して、前記照明光のもとで撮像した場合における赤の波長領域に対応する赤の色信号の輝度レベルを変更させる信号処理を行う信号処理手段と、
を備えることを特徴とする。
上記構成により、観察対象部位に対して光増感物質が投与されている場合、その光増感物質に対する活性酸素種の発生量を制御すると共に、赤の波長領域に対応する赤の色信号の輝度レベルを変更させる信号処理を行うことにより、光増感物質の活性酸素種の発生量を制御でき、かつホワイトバランスに近い特性を維持する等の適切な色調で内視鏡観察を行うことができる。
2…観察対象部位
3…スコープ
4…光源装置
5…プロセッサ
6…モニタ
11…ライトガイドファイバ
15…CCD
17…メチレンブルー
21…ランプ
25…回転フィルタ
25R…Rフィルタ
29…光源制御回路
35…ホワイトバランス回路
35a…ゲイン可変アンプ
36…制御回路
SW2…光量変更スイッチ
SWu…光量アップスイッチ
SWd…光量ダウンスイッチ
Claims (6)
- 生体内に挿入可能な挿入部を有する内視鏡と、
前記生体内における観察対象部位側に照明光を出射する照明手段と、
前記観察対象部位に投与される光増感物質に対し、前記照明光における励起光となる赤の波長領域の光量を少なくとも減少させる光量制御をする光量制御手段と、
前記赤の波長領域の光量を減少させる光量制御に対応して、前記照明光のもとで撮像した場合における赤の波長領域に対応する赤の色信号の輝度レベルを増大させる信号処理を行う信号処理手段と、
を備えることを特徴とする内視鏡装置。 - さらに前記光量制御手段が前記赤の波長領域の光量を増加する制御を行う場合には、前記信号処理手段は、前記照明光のもとで撮像した場合における前記赤の波長領域に対応する赤の色信号の輝度レベルを減少させる信号処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。
- 前記照明光は、前記赤の波長領域の光の他に、緑及び青の波長領域の光を含み、前記赤の波長領域の光量が殆ど0に減少された場合には、前記信号処理手段は、前記緑及び青の波長領域に対応する緑及び青の色信号の少なくとも一方から赤の波長領域に対応する赤の色信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。
- 前記光量制御手段による光量制御により、前記光増感物質による活性酸素種の発生を抑制することを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。
- 前記観察対象部位における病変部に対して、前記光増感物質を投与した場合には、前記光量制御手段は、さらに前記光増感物質による活性酸素種による光力学治療を行うために前記赤の波長領域の光量を増加することを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。
- 前記信号処理手段は、前記観察対象部位に光増感物質が投与されているか否かの検出手段を有し、前記検出手段の出力により前記光量制御手段による光量制御を行わせることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。
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