JP5220961B2 - 生体内観察装置およびカプセル型内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体内観察装置およびカプセル型内視鏡装置に関するものである。

従来、血液に対する吸収強度の異なる２つの波長の光を照射する照明手段を備えた撮像装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。
この撮像装置によれば、ヘモグロビンの吸収波長である狭帯域光を照射することにより、血管の形状を抽出した画像と、それ以外の波長帯域の狭帯域光を照射して得られた画像とを別々に取得し、粘膜等の組織内における毛細血管の集積等を、染色によることなく観察することができる。

特開２００９−６６１４７号公報 特開２００９−１５３６２１号公報

しかしながら、小腸内視鏡や小腸用のカプセル内視鏡は、不明出血の患者に対して使用されることが多く、小腸部位での出血の有無発見のためのスクリーニングに利用される。このため、微細な出血も感度よく抽出することが望まれている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、小腸における微細な出血も感度よく抽出して、不明出血の患者の出血の有無を容易に発見することができる生体内観察装置およびカプセル型内視鏡装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様は、中心波長が約６００ｎｍである第１の波長帯域の照明光と中心波長が約４１５ｎｍである第２の波長帯域の照明光を発生する照明部と、前記２つの波長帯域の光にそれぞれ感度を有する撮像素子と撮像光学系とからなる撮像部と、該撮像部により撮像された画像を記憶する記憶部と、前記２つの波長帯域の照明光を時分割に交互に射出するように前記照明部を制御し、前記２つの波長帯域の照明光がそれぞれ射出されたときに取得された画像を前記記憶部に出力するように前記撮像部を制御する制御部とを備え、Ｒ領域の短波長側とＧ領域の長波長側で、それぞれの実質的な感度幅である、各領域における感度ピークに対して２５％以上の感度となる波長の幅のクロスする幅よりも、前記第１の波長帯域の帯域幅が広く、前記第１の波長帯域の照明光と前記第２の波長帯域の照明光から、前記Ｒ領域に感度を有する前記撮像素子の画素が、前記第１の波長帯域のうち長波長側で前記Ｒ領域に独立した輝度情報を得て、前記Ｇ領域に感度を有する前記撮像素子の画素が、前記第１の波長帯域のうち短波長側で前記Ｇ領域に独立した輝度情報を得て、ＲＧＢ各領域に独立した輝度情報を得ることにより、白色画像を生成し、前記照明部からの前記第１の波長帯域の照明光に対して、血液および背景組織が所定の閾値より高い反射率を有し、前記第２の波長帯域の照明光に対して、血液が前記閾値より低い反射率を有し、以下の条件を満足する生体内観察装置である。
（Ｒ１ｂ／Ｒ１ａ）＞（Ｒ２ｂ／Ｒ２ａ）
ここで、Ｒ１ａは、前記第１の波長帯域の照明光に対する背景組織の反射率、Ｒ１ｂは、前記第１の波長帯域の照明光に対する血液の反射率、Ｒ２ａは、前記第２の波長帯域の照明光に対する背景組織の反射率、Ｒ２ｂは、前記第２の波長帯域の照明光に対する血液の反射率である。

本発明の第１の態様によれば、照明部から発せられた２種類の照明光が生体組織に照射されると、第１の波長帯域の照明光が血液および背景組織において反射して、該第１の波長帯域に感度を有する撮像素子により撮影される。一方、第２の波長帯域の照明光は、血液により多く吸収され、その反射光が第２の波長帯域に感度を有する撮像素子により撮影される。２種類の照明光の波長帯域は、上記条件を満足するように選択されているので、第２の波長帯域の反射光画像が暗い場合に、照明部から生体組織までの距離が遠いために暗いのか出血により暗いのかを、第１の波長帯域の反射光画像の明暗によって容易に判別することができ、微細な出血も鮮明に抽出して、出血を容易に発見することができる。

また、照明部として、撮像素子のＧ領域およびＲ領域の両方に含まれる波長の単色ＬＥＤ、および撮像素子のＢ領域に含まれる波長の単色ＬＥＤの２種の単色ＬＥＤを採用することができる。この発光効率の良い単色ＬＥＤを採用することで、一般の白色ＬＥＤよりも消費電力を抑えることが可能となり、長寿命化やバッテリーの小型化が可能となる。

また、観察する生体組織として小腸が選択される場合には、胃や大腸に比べて生体的構造に変化が少ないので観察シーンが安定的であり、２種の単色ＬＥＤによる照明光でも分光推定処理を行い易い。そして、２種の単色ＬＥＤによる照明光からＲ領域、Ｇ領域およびＢ領域の３種類の画像を得て、白色光画像を推定処理することができる。

また、本発明の第２の態様は、カプセル状の筐体と、該筐体内に密封状態に配置された上記生体内観察装置とを備えるカプセル型内視鏡装置である。
本発明の第２の態様によれば、カプセル型の筐体内に上記生体内観察装置を密封状態に備えたカプセル型内視鏡装置では、２種の単色ＬＥＤを用いることで、発光効率の悪い白色ＬＥＤを使用する場合と比較して消費エネルギを低減しながら白色光画像を取得することができる。すなわち、バッテリの消耗を抑えることができ、外部からの給電を行わないカプセル型内視鏡装置の撮影時間を長くすることができ、あるいは、バッテリの小型化による筐体の小型化を図ることができる。

本発明によれば、小腸における微細な出血も感度よく抽出して、不明出血の患者の出血の有無を容易に発見することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る生体内観察装置を示すブロック図である。 図１の生体内観察装置の照明部および撮像部の波長特性を示すグラフである。 生体の反射率特性の一例を示すグラフである。 図１の生体内観察装置を筐体内に収容したカプセル型内視鏡装置を示すブロック図である。

本発明の一実施形態に係る生体内観察装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体内観察装置１は、図１に示されるように、生体に対して照明光を発生する照明部２と、生体からの反射光を撮影する撮像部３と、該撮像部３により取得された画像を記憶する記憶部４と、これらを制御する制御部５とを備えている。撮像部３は撮像光学系と撮像素子とを備える。

照明部２は、２つの異なる波長帯域の照明光を発生する。第１の波長帯域は、図２に示されるように、約６００ｎｍの中心波長を有し、例えば、４０ｎｍ程度の帯域幅を有している。第２の波長帯域は、約４１５ｎｍの中心波長を有し、例えば、４０ｎｍ程度の帯域幅を有している。ここで帯域幅とは、ピーク波長の強度に対して２５％以上の強度となる波長の幅である。

撮像部３の分光感度は、撮像素子の分光感度と撮像光学系（色補正フィルターが入っていればそれも含む）の分光透過特性の総合であり、本実施形態では図２に示すように約３８０〜５２０ｎｍのＢ領域、約４６０〜６１０ｎｍのＧ領域、約５９０〜７４０ｎｍのＲ領域に感度を有している。感度幅は、感度ピーク（本実施形態では約５５０ｎｍの感度）に対して２５％以上の感度となる波長の幅である。また、図２において、符号Ｒ_Ｒは、第１の波長帯域において、Ｒ領域に独立した輝度情報となる波長帯域、Ｒ_ＧはＧ領域に独立した輝度情報となる波長帯域である。

図３に、豚の血液、舌裏血管および口粘膜の反射率特性を示す。この反射率特性において、上述した第１の波長帯域の照明光に対して、口粘膜（背景組織）、舌裏血管（背景組織）および血液は所定の閾値より高い反射率を有している。また、第２の波長帯域の照明光に対して、血液は閾値より低い反射率を有している。

そして、第１の波長帯域の照明光に対する背景組織の反射率Ｒ１ａ、第１の波長帯域の照明光に対する血液の反射率Ｒ１ｂ、第２の波長帯域の照明光に対する背景組織の反射率Ｒ２ａ、第２の波長帯域の照明光に対する血液の反射率Ｒ２ｂとすると、以下の条件式が成立している。
（Ｒ１ｂ／Ｒ１ａ）＞（Ｒ２ｂ／Ｒ２ａ）

制御部５は、照明部２を制御して、第１の波長帯域の照明光と第２の波長帯域の照明光とを時分割に交互に射出させるようになっている。
また、制御部５は、撮像部３を制御して、第１の波長帯域の照明光と第２の波長帯域の照明光とがそれぞれ射出されたときに取得された画像を記憶部４に出力させるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る生体内観察装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る生体内観察装置１によれば、制御部５が照明部２を作動させて第１の波長帯域の照明光と第２の波長帯域の照明光とを交互に切り替えて生体に向けて照射したときに、生体において反射して戻る反射光が撮像部３によりそれぞれ撮影され反射光画像が取得される。

第２の波長帯域の照明光に対して、背景組織の反射率は閾値より高いが、血液の反射率が閾値より低いので、第２の波長帯域の照明光を照射したときに得られる画像中の暗い領域には出血が存在している可能性がある。その一方で、照明部２から離れた位置にある生体も画像中では暗い領域となる。したがって、この第２の波長帯域の照明光を照射したときに得られた画像のみでは、画像中の暗い領域が出血であるか照明部２から遠いためであるのかの判断が困難となる。

一方、第１の波長帯域の照明光に対して、血液および背景組織の両方が閾値より高い反射率を有しているので、照明部２から近い位置にある出血領域は画像中で暗い領域とはならず、ある程度の明るい画像が得られる。

すなわち、第２の波長帯域の照明光を照射したときに取得された画像において暗い領域が、第１の波長帯域の照明光を照射したときに取得された画像において明るい場合には、その領域に出血が存在する疑いがあると判断することができる。
また、第１の波長帯域の照明光を照射したときに取得される画像および第２の波長帯域の照明光を照射したときに取得される画像の両方において同じ領域が暗い場合には、照明部２と生体との距離が離れているために照明光が届いていないと判断することができる。

本実施形態に係る生体内観察装置１によれば、取得された画像から出血の存在する疑いのある画像を簡易にピックアップすることができ、画像取得後に膨大な数の画像を分析するための時間（読映時間）を大幅に短縮することができる。また、逆に、取得された画像に基づいてリアルタイムで出血の存在する疑いのある画像をピックアップすれば、記憶する画像数を減らすことができる。

また、本実施形態においては、第１の波長帯域としてカラーＣＣＤからなる撮像素子のＧ領域およびＲ領域の両方に含まれる波長帯域を選択しているので、取得された２枚の画像から分光推定処理を行って、Ｒ領域、Ｇ領域およびＢ領域の３種類の画像を得て、白色光画像を画像推定処理により生成することができる。

更に本実施形態では良好な白色画像を得るために、以下の特徴を有している。Ｒ領域の短波長側とＧ領域の長波長側で、それぞれの実質的な感度幅（各領域における感度ピークに対して２５％以上の感度となる波長の幅）のクロスする幅よりも、第１の波長帯域の帯域幅が広い。このような構成をとることにより、第１の波長帯域のうち、短波長側でＧ領域に実質的に独立した輝度情報を得ることが可能となり、長波長側でＲ領域に実質的に独立した輝度情報を得ることが可能となる。よって、ＲＧＢ各領域に独立した輝度情報を得ることができ、分光推定などの色再現処理をすることで、良好な白色画像を得ることが可能となる。

また、生体は図３に示すように赤領域の反射率が高いため、照明はＧ領域にウェイトを置いた方が、Ｒ領域とＧ領域とで得られる輝度情報をよりバランス良い強度比で得ることが可能となる。つまり、Ｒ領域の短波長側の実質的な感度限界波長（感度ピークに対して２５％となる波長）よりも、第１の波長帯域の短波長側波長（ピーク波長の強度に対して２５％となる波長）を短波長側とすることで更に良好な白色画像を得ることが可能となる。

特に、観察する生体組織として小腸が選択される場合には、胃や大腸に比べて生体的構造に変化が少ないので観察シーンが安定的であり、２つの狭い波長帯域の照明光でも十分に白色光画像を推定することができる。

なお、本実施形態に係る生体内観察装置１においては、出血領域の存在を確認するための画像を記憶部４に記憶していくこととしたが、これに代えて、取得された画像から出血領域の有無を判定する判定部（図示略）を設け、該判定部により出血領域が存在する疑いがあると判定された画像についてのみ記憶部４に記憶していくことにしてもよい。

また、図４に示されるように、本実施形態に係る生体内観察装置１を透明なカプセル状の筐体６内に収容したカプセル型内視鏡装置１０を構成することにしてもよい。図４においては、記憶部４に代えて、取得された画像を体外に向けて発信する発信部７を備えたものを示している。

カプセル型内視鏡装置１０の場合には、図示しないバッテリにより駆動されるので、本実施形態に係る生体内観察装置１のように２つの狭い波長帯域の照明光を照射する照明部２として、２種の単色ＬＥＤを使用することができ、バッテリの消耗を軽減することができるという効果がある。すなわち、２種の単色ＬＥＤからの照明のみによっても、画像推定により白色光画像を得ることができる。発光効率の低い白色ＬＥＤを使用する場合と比較して、バッテリの消耗を軽減できる。

また、バッテリ容量が十分な場合には、容量を減らすことが可能となり、その場合には、筐体６の小型化、装置全体の小型軽量化を図ることができるという利点がある。
また、出血領域の有無の判定結果をフィードバックして、出血の疑いがある領域に対して再撮影を行う際に、バッテリの消耗が軽減された分を利用して、照明光の強度を増大させることもできる。

１ 生体内観察装置
２ 照明部
３ 撮像部
６ 筐体
１０ カプセル型内視鏡装置

Claims (2)

1. 中心波長が約６００ｎｍである第１の波長帯域の照明光と中心波長が約４１５ｎｍである第２の波長帯域の照明光を発生する照明部と、
   前記２つの波長帯域の光にそれぞれ感度を有する撮像素子と撮像光学系とからなる撮像部と、
   該撮像部により撮像された画像を記憶する記憶部と、
   前記２つの波長帯域の照明光を時分割に交互に射出するように前記照明部を制御し、前記２つの波長帯域の照明光がそれぞれ射出されたときに取得された画像を前記記憶部に出力するように前記撮像部を制御する制御部とを備え、
   Ｒ領域の短波長側とＧ領域の長波長側で、それぞれの実質的な感度幅である、各領域における感度ピークに対して２５％以上の感度となる波長の幅のクロスする幅よりも、前記第１の波長帯域の帯域幅が広く、前記第１の波長帯域の照明光と前記第２の波長帯域の照明光から、前記Ｒ領域に感度を有する前記撮像素子の画素が、前記第１の波長帯域のうち長波長側で前記Ｒ領域に独立した輝度情報を得て、前記Ｇ領域に感度を有する前記撮像素子の画素が、前記第１の波長帯域のうち短波長側で前記Ｇ領域に独立した輝度情報を得て、ＲＧＢ各領域に独立した輝度情報を得ることにより、白色画像を生成し、
   前記照明部からの前記第１の波長帯域の照明光に対して、血液および背景組織が所定の閾値より高い反射率を有し、前記第２の波長帯域の照明光に対して、血液が前記閾値より低い反射率を有し、以下の条件を満足する生体内観察装置。
   （Ｒ１ｂ／Ｒ１ａ）＞（Ｒ２ｂ／Ｒ２ａ）
   ここで、Ｒ１ａは、前記第１の波長帯域の照明光に対する背景組織の反射率、Ｒ１ｂは、前記第１の波長帯域の照明光に対する血液の反射率、Ｒ２ａは、前記第２の波長帯域の照明光に対する背景組織の反射率、Ｒ２ｂは、前記第２の波長帯域の照明光に対する血液の反射率である。
2. カプセル状の筐体と、
   該筐体内に密封状態に配置された請求項１に記載の生体内観察装置とを備えるカプセル型内視鏡装置。

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