JP5244623B2 - 光走査型内視鏡プロセッサおよび光走査型内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査型内視鏡を用いて、通常画像とともに自家蛍光を利用した情報を生成する光走査型内視鏡プロセッサに関する。

光走査型内視鏡が提案されている（特許文献１参照）。光走査型内視鏡では、照明光を伝達する光ファイバの先端を変位可能に支持し、光ファイバの先端を連続的に変位することにより照明光の走査が行なわれる。

従来の光走査型内視鏡では、赤色光、緑色光、および青色光を混合した白色光が照明光として観察対象領域に照射され、その反射光による画像が作成され、モニタに表示される。

観察対象領域における白色光に対する反射光の光学像である通常画像においては病変部と健常部との視覚的差異が小さい。それゆえ、病変部と推定可能な領域と健常部との判別を容易にする情報の生成が望まれていた。

特許第３９４３９２７号公報

したがって、本発明では、励起光を照射するときに生体が発する自家蛍光に関する情報を通常画像とともに作成する光走査型内視鏡プロセッサの提供を目的とする。

本発明の光走査型内視鏡プロセッサは、第１の入射端から第１の出射端に伝達した光を第１の出射端からビーム状に出射する供給光伝達路と第１の出射端を伝達した光の出射方向に対して垂直な方向に変位させる駆動部と第１の出射端から光が照射された観察対象領域の反射光および観察対象領域が発光する光を第２の入射端から第２の出射端まで伝達する撮像光伝達路とを有する光走査型内視鏡を駆動する光走査型内視鏡プロセッサであって、第１の入射端に生体に照射すると自家蛍光を発光させる励起光を供給する励起光光源と、第1の入射端に参照光を供給する参照光光源と、第２の出射端から出射する励起光以外の光を透過する励起光カットフィルタと、参照光を第１の入射端に供給するときに観察対象領域における参照光に対する励起光カットフィルタを透過した反射光の光量に応じた参照画素信号を生成する受光ユニットと、参照画素信号に基づいて参照光が照射されたときの観察対象領域全体の画像である参照画像を作成する画像作成部とを備えることを特徴としている。

なお、第２の出射端から出射する自家蛍光成分の分光スペクトルを検出する分光器と、第１の出射端が所定の位置にあるときに励起光光源に励起光を出射させ分光器に自家蛍光成分の分光スペクトルを検出させ第１の出射端が所定の位置以外の位置にあるときに参照光光源に参照光を出射させ受光ユニットに参照光に対する反射光を検出させる第１の制御部とを備えることが好ましい。

なお、画像作成部は、励起光が照射された位置を示す標識を含む観察対象領域全体の画像と分光器により検出された自家蛍光成分の分光スペクトルの画像とを含む複数の画像を作成することが好ましい。

また、所定の位置を指定するための入力装置を備えることが好ましい。

また、受光ユニットは励起光を第１の入射端に供給するときに観察対象領域において発光し励起光カットフィルタを透過した自家蛍光成分の光量に応じた蛍光画素信号を生成し、画像作成部は蛍光画素信号に基づいて励起光が照射されたときに観察対象領域から発する自家蛍光画像を作成することが好ましい。

また、駆動部により第１の出射端が所定の変位経路に沿って変位する期間である変位期間における第１の時期には励起光光源に励起光を出射させ受光ユニットが生成する蛍光画素信号に基づいて画像作成部に自家蛍光画像を作成させ、第１の時期と同じ変位期間における第２の時期には参照光光源に参照光を出射させ受光ユニットが生成する参照画素信号に基づいて画像作成部に参照画像を作成させる第２の制御部を備えることが好ましい。

本発明の光走査型内視鏡装置は、生体に照射すると自家蛍光を発光させる励起光を出射する励起光光源と、可視領域である参照光を出射する参照光光源と、励起光光源および参照光光源から出射された励起光と参照光とを第１の入射端から第１の出射端に伝達し伝達した参照光を第１の出射端からビーム状に出射する供給光伝達路と、第１の出射端を光の出射方向に対して垂直な方向に変位させる駆動部と、第１の出射端から観察対象領域に照射される参照光に対する観察対象領域における反射光と少なくとも自家蛍光成分とを第２の入射端に入射させ入射した光を第２の出射端まで伝達する撮像光伝達路と、第２の出射端から出射する励起光以外の光を透過する励起光カットフィルタと、参照光を第１の入射端に供給するときに観察対象領域における参照光に対する反射光の光量に応じた参照画素信号を生成する受光ユニットと、参照画素信号に基づいて参照光が照射されたときの観察対象領域全体の画像である参照画像を作成する画像作成部とを備えることを特徴としている。

なお、撮像光伝達路は反射光成分を第２の入射端に入射させ入射した反射光成分を第２の出射端まで伝達し、励起光カットフィルタは第２の出射端と受光ユニットとの間に設けられることが好ましい。

あるいは、励起光カットフィルタは第２の入射端より観察対象領域側に設けられることが好ましい。

本発明によれば、参照光を照射したときの観察対象領域の反射光の光学像に相当する参照画像信号とともに励起光を照射したときに発光する自家蛍光に関する情報を生成することが可能である。

本発明の一実施形態を適用した光走査型内視鏡プロセッサを有する光走査型内視鏡装置の外観を概略的に示す外観図である。 光走査型内視鏡プロセッサの内部構成を概略的に示すブロック図である。 光源ユニットの内部構成を概略的に示すブロック図である。 光走査型内視鏡の内部構成を模式的に示すブロック図である。 第１、第２の実施形態の光供給ファイバの出射端の第１、第２の径方向に沿った変位量を示すグラフである。 ファイバ駆動部により駆動される光供給ファイバの出射端の変位経路である。 出射レンズから光が出射する状態を説明するための図である。 受光ユニットの内部構成を概略的に示すブロック図である。 参照画像モードにおける光源ユニット、受光ユニット、画像信号処理回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 参照画像モードにおいてモニタに表示される参照画像である。 分光スペクトルモードにおける光源ユニット、受光ユニット、画像信号処理回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 分光スペクトルモードにおいてモニタに表示される参照画像と分光スペクトルのグラフ画像である。 蛍光画像モードにおける光源ユニット、受光ユニット、画像信号処理回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 蛍光画像モードにおいてモニタに表示される蛍光画像である。 ２画像モードにおける光源ユニット、受光ユニット、画像信号処理回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 ２画像モードにおいてモニタに表示される参照画像と蛍光画像である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態を適用した光走査型内視鏡装置の外観を概略的に示す外観図である。

光走査型内視鏡装置１０は、光走査型内視鏡プロセッサ２０、光走査型内視鏡５０、およびモニタ１１によって構成される。光走査型内視鏡プロセッサ２０は、光走査型内視鏡５０、およびモニタ１１に接続される。

なお、以下の説明において光供給ファイバ（図１において図示せず）の出射端（第１の出射端）および反射光ファイバ（図１において図示せず）の入射端（第２の入射端）は光走査型内視鏡５０の挿入管５１の遠位端側に配置される端部であり、光供給ファイバの入射端（第１の入射端）および反射光ファイバの出射端（第２の出射端）は光走査型内視鏡プロセッサ２０と接続されるコネクタ５２に配置される端部である。

光走査型内視鏡プロセッサ２０から観察対象領域ＯＡに照射する光が供給される。供給された光は光供給ファイバ（供給光伝達路）により挿入管５１の遠位端に伝達され、観察対象領域内の一点に向かって照射される。光が照射された観察対象領域上の一点における反射光および／または自家蛍光が、光走査型内視鏡５０の挿入管５１の先端から光走査型内視鏡プロセッサ２０に伝達される。

光供給ファイバの出射端の向く方向が、ファイバ駆動部（図１において図示せず）により変えられる。先端の方向を変えることにより、光供給ファイバから照射される光が観察対象領域上に走査される。ファイバ駆動部は、光走査型内視鏡プロセッサ２０により制御される。

光走査型内視鏡プロセッサ２０は光の照射位置において散乱する反射光および自家蛍光を受光し、受光量に応じた画素信号を生成する。走査する領域全体の画素信号を生成することにより、１フレームの画像信号を生成する。生成した画像信号がモニタ１１に送信され、画像信号に相当する画像がモニタ１１に表示される。

図２に示すように、光走査型内視鏡プロセッサ２０には、光源ユニット３０、受光ユニット４０、スキャン駆動回路２１、画像信号処理回路２２、タイミングコントローラ２３、およびシステムコントローラ２４（第１の制御部、第２の制御部）などが設けられる。

後述するように、光源ユニット３０から観察対象領域に照射する光が光供給ファイバ５３に供給される。スキャン駆動回路２１は、ファイバ駆動部５４（駆動部）に光供給ファイバ５３を駆動させる。

光が照射された観察対象領域の反射光および自家蛍光が、光走査型内視鏡５０により光走査型内視鏡プロセッサ２０に伝達される。光走査型内視鏡プロセッサ２０に伝達された反射光および自家蛍光は、受光ユニット４０に受光される。受光ユニット４０により、受光量に応じた画素信号が生成される。画素信号は、画像信号処理回路２２に送信される。

画像信号処理回路２２は、推定される光の照射位置に応じた画像メモリ２５上のアドレスに画素信号を格納する。観察対象領域全体に対応する画素信号を格納すると、画像信号処理回路２２は画素信号に所定の信号処理を施し、１フレームの画像信号としてエンコーダ２６を介してモニタ１１に送信する。

光走査型内視鏡プロセッサ２０と光走査型内視鏡５０とを接続すると、光源ユニット３０と光走査型内視鏡５０に設けられる光供給ファイバ５３とが、および受光ユニット４０と反射光ファイバ５５（撮像光伝達路）とが光学的に接続される。

また、光走査型内視鏡プロセッサ２０と光走査型内視鏡５０とを接続すると、スキャン駆動回路２１と光走査型内視鏡５０に設けられるファイバ駆動部５４とが電気的に接続される。

なお、光源ユニット３０、受光ユニット４０、スキャン駆動回路２１、画像信号処理回路２２、およびエンコーダ２６は、タイミングコントローラ２３により各部位の動作の時期が制御される。また、タイミングコントローラ２３および光走査型内視鏡装置１０の各部位の動作はシステムコントローラ２４により制御される。

また、システムコントローラ２４によりフロントパネル２７（入力装置）上には、光走査型内視鏡装置１０を操作するための操作ボタン（図示せず）が表示される。使用者が表示される操作ボタンを押圧することによりコマンド入力が可能である。コマンド入力に基づいて、システムコントローラ２４は、光走査型内視鏡装置１０の各部位を制御する。

図３に示すように、光源ユニット３０は、赤色光レーザ３１ｒ（参照光光源）、緑色光レーザ３１ｇ（参照光光源）、青色光レーザ３１ｂ（参照光光源）、励起光レーザ３１ｅｘ（励起光光源）、第１〜第３のフィルタ３２ａ〜３２ｃ、集光レンズ３３、およびレーザ駆動回路３４などによって構成される。

赤色光レーザ３１ｒ、緑色光レーザ３１ｇ、青色光レーザ３１ｂは、それぞれ、赤色光レーザービーム、緑色光レーザービーム、青色光レーザービームを発する。励起光レーザ３１ｅｘは、生体に照射すると自家蛍光を励起させる励起光、例えば紫外光レーザービームを発する。

第１のフィルタ３２ａは緑色光レーザ３１ｇが発する帯域の緑色光を反射し、他の帯域の光を透過する光学フィルタである。第２のフィルタ３２ｂは青色光レーザ３１ｂが発する帯域の青色光を反射し、他の帯域の光を透過する光学フィルタである。第３のフィルタ３２ｃは励起光レーザ３１ｅｘが発する帯域の紫外光を反射し、他の帯域の光を透過する光学フィルタである。

光供給ファイバ５３と光源ユニット３０とが接続された状態において、赤色光レーザ３１ｒから出射される赤色光レーザービームを光供給ファイバ５３の入射端に導くための光路中に、第１〜第３のフィルタ３２ａ〜３２ｃ、および集光レンズ３３が配置される。なお、第１〜第３のフィルタ３２ａ〜３２ｃは赤色光レーザービームの光路に対して４５°傾斜させた状態で固定される。

緑色光レーザ３１ｇが発する緑色光レーザービームが第１のフィルタ３２ａにより反射され第２、第３のフィルタ３２ｂ、３２ｃを透過して光供給ファイバ５３の入射端に入射するように、緑色光レーザ３１ｇが配置される。

青色光レーザ３１ｂが発する青色光レーザービームが第２のフィルタ３２ｂにより反射され第３のフィルタ３２ｃを透過して光供給ファイバ５３の入射端に入射するように、青色光レーザ３１ｂが配置される。

励起光レーザ３１ｅｘが発する紫外光レーザービームが第３のフィルタ３２ｃにより反射され光供給ファイバ５３の入射端に入射するように、紫外光レーザ３１ｅｘが配置される。

紫外光レーザービーム、青色光レーザービーム、緑色光レーザービーム、および赤色光レーザービームは集光レンズ３３により集光されて、光供給ファイバ５３の入射端に入射する。

光走査型内視鏡装置１０では、白色光が照射された観察対象領域の画像である参照画像を観察するための参照画像モード、観察対象領域内の一点における自家蛍光の分光スペクトルを参照画像とともに観察するための分光スペクトルモード、励起光を照射したときに観察対象領域において発する観察対象領域の自家蛍光の画像である自家蛍光画像を観察するための自家蛍光画像モード、参照画像と自家蛍光画像とを同時に観察する２画像モードが設けられる。

参照画像モード、分光スペクトルモード、および２画像モードにおいて、赤色光レーザービーム、緑色光レーザービーム、および青色光レーザービームが混合されたビーム状の白色光が光供給ファイバ５３に供給される。分光スペクトルモード、自家蛍光画像モード、および２画像モードにおいて、紫外光が光供給ファイバ５３に供給される。

赤色光レーザ３１ｒ、緑色光レーザ３１ｇ、青色光レーザ３１ｂ、および励起光レーザ３１ｅｘはレーザ駆動回路３４により駆動される。レーザ駆動回路３４は、タイミングコントローラ２３により発光と消灯の時期を制御する。なお、各モードにおける各レーザの発光と消灯の時期については、後に説明する。

次に、光走査型内視鏡５０の構成について詳細に説明する。図４に示すように、光走査型内視鏡５０には、光供給ファイバ５３、ファイバ駆動部５４、反射光ファイバ５５、および出射レンズ５６などが設けられる。

光供給ファイバ５３および反射光ファイバ５５は、コネクタ５２から挿入管５１の遠位端まで延設される。前述のように、光源ユニット３０から出射されるビーム状の白色光または紫外光が、光供給ファイバ５３の入射端に入射する。入射端に入射したこれらの光は出射端側に伝達される。

ファイバ駆動部５４が、光供給ファイバ５３の出射端付近に設けられる。ファイバ駆動部５４は圧電素子を有する。圧電素子は、光供給ファイバ５３の径方向であって互いに垂直な第１、第２の径方向、すなわち光供給ファイバ５３の出射端の軸方向と垂直な方向に光供給ファイバ５３を傾斜させる。

光供給ファイバ５３の傾斜量は、スキャン駆動回路２１から送信されるファイバ駆動信号により調整される。なお、図５に示すように、光供給ファイバ５３の出射端は第１、第２の径方向に沿って振幅の増加と減少を繰返しながら振動するように駆動される。なお、振動の周波数は第１、第２の径方向において同一となるように調整される。また、振幅の増加時期と減少時期も第１、第２の径方向において一致するように調整される。

第１、第２の径方向に沿ってこのような振動をさせることにより、図６に示すような渦巻き型の変位経路を通るように光供給ファイバ５３の先端は変位し、光が観察対象領域上で走査される。

なお、光供給ファイバ５３を屈曲させない状態における光供給ファイバ５３の出射端の位置が基準点ｓｐに定められる。基準点ｓｐから振幅を増加させながら振動させる期間（図５走査期間）に、観察対象領域への白色光または紫外光の照射と、画素信号の生成または分光スペクトルの検出とが実行される。

また、最大振幅になるまで変位させると単一画像を作成するための走査を終了し、振幅を減少させながら振動させて光供給ファイバ５３の出射端を基準点ｓｐにまで戻し（図５制動期間参照）、再び次の画像を作成するための走査が実行される。

光供給ファイバ５３の出射端が基準点ｓｐに位置するときの光の出射方向に、出射レンズ５６が配置される。出射レンズ５６は、光軸が光供給ファイバ５３の出射端が基準点ｓｐに位置するときの光の光束と平行な状態で光走査型内視鏡５０に固定される。

光供給ファイバ５３から出射した白色光および紫外光は出射レンズ５６を透過して、観察対象領域の一点に向けて出射する（図７参照）。白色光が照射された観察対象領域ＯＡの一点における反射光が散乱し、散乱した反射光が反射光ファイバ５５の入射端に入射する。また、紫外光が照射された観察対象領域ＯＡの一点における反射光および自家蛍光が散乱し、散乱した反射光および自家蛍光が反射光ファイバ５５の入射端に入射する。

光走査型内視鏡５０には複数の反射光ファイバ５５が設けられる。反射光ファイバ５５の先端は、出射レンズ５６の周囲を囲むように配置される（図７参照）。観察対象領域ＯＡ上の一点において散乱した反射光および自家蛍光は、各反射光ファイバ５５に入射する。

反射光ファイバ５５に入射した反射光は、反射光ファイバ５５の出射端まで伝達される。前述のように、反射光ファイバ５５は基端において受光ユニット４０に接続される。反射光ファイバ５５に伝達された反射光は、受光ユニット４０に向かって出射する。

図８に示すように、受光ユニット４０には、コリメータレンズ４１、励起光カットフィルタ４２、第１、第２のビームスプリッタ４３ａ、４３ｂ、ハーフミラー４４、赤色光受光器４５ｒ、緑色受光器４５ｇ、青色光受光器４５ｂ、第１〜第３のＡ／Ｄコンバータ４６ａ〜４６ｃ、および分光器４７が設けられる。

反射光ファイバ５５の出射端から出射される光の出射方向に、コリメータレンズ４１、励起光カットフィルタ４２、ハーフミラー４４、第１、第２のビームスプリッタ４３ａ、４３ｂ、および赤色光受光器４５ｒが配置される。

複数の反射光ファイバ５５が束ねられたバンドルから出射する光は、コリメータレンズ４１を透過して励起光カットフィルタ４２に到達する。励起光カットフィルタ４２は、励起光レーザ３１ｅｘが出射する紫外光を減衰させ、それ以外の帯域の光を透過する光学フィルタである。したがって、紫外光の反射光以外の光、すなわち白色光に対する反射光および自家蛍光を透過する。

励起光カットフィルタ４２を透過した光は、ハーフミラー４４に到達する。ハーフミラー４４はコリメータレンズ４１から出射する光に対して傾斜した状態で固定される。ハーフミラー４４に入射する光の一部が反射され、残りの一部の光を透過する。ハーフミラー４４に反射された光は分光器４７に入射する。分光器４７は、入射した光の分光スペクトルを４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲で１０ｎｍ毎に検出する。

分光器４７は、検出した分光スペクトルに相当するスペクトル信号を生成する。生成されたスペクトル信号は、デジタル信号として画像信号処理回路２２に送信される。

ハーフミラー４４透過した光は、第１のビームスプリッタ４３ａに到達する。第１のビームスプリッタ４３ａはコリメータレンズ４１から出射する光に対して傾斜しており、青色光成分を反射して青色光受光器４５ｂに入射させる。また、第１のビームスプリッタ４３ａは青色光帯域以外の成分の光を透過して、第２のビームスプリッタ４３ｂに到達させる。

第２のビームスプリッタ４３ｂは第１のビームスプリッタ４３ａから出射する光に対して傾斜しており、緑色光成分を反射して緑色光受光器４５ｇに入射させる。また、第２のビームスプリッタ４３ｂは緑色光帯域以外の成分の光を透過して、赤色光受光器４５ｒに入射させる。

赤色光受光器４５ｒ、緑色光受光器４５ｇ、および青色光受光器４５ｂは光電子増倍管であって、それぞれ反射光ファイバ５５により伝達された観察対象領域上の一点における散乱光の青色光成分、緑色光成分、および赤色光成分の受光量に応じた画素信号を生成する。

青色光受光器４５ｂ、緑色光受光器４５ｇ、および赤色光受光器４５ｂが生成した画素信号は、第１〜第３のＡ／Ｄコンバータ４６ａ〜４６ｃによりアナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された画像信号は、画像信号処理回路２２に送信される。

画像信号処理回路２２には、タイミングコントローラ２３からスキャン駆動回路２１を制御するための制御信号も送信される。画像信号処理回路２２は、制御信号に基づいて、光が照射されている位置を推定し、推定した位置に対応する画像メモリ２５のアドレスに受信した画素信号を格納する。

なお、画像メモリ２５には参照画像格納領域と蛍光画像格納領域が設けられる。参照画像を形成するときには画素信号を参照画像格納領域において対応するアドレスに格納し、蛍光画像を形成するときには画素信号を蛍光画像格納領域において対応するアドレスに格納する。

前述のように、照射する光を観察対象領域上に走査し、それぞれの位置における反射光または自家蛍光に基づいて、画素信号が生成され、対応する画像メモリ２５のアドレスに格納される。走査始点から走査終点までの間に格納した各位置における画素信号により、観察対象領域の光学像に対応する画像信号が形成される。

また、画像信号処理回路２２はスペクトル信号に基づいて、分光スペクトルのグラフ画像を作成する。作成されたグラフ画像はグラフ画像信号として、画像メモリ２５に設けられるグラフ画像格納領域に格納される。

画像信号処理回路２２によって、設定されるモードに応じて参照画像格納領域に格納された参照画像信号、蛍光画像格納領域に格納された蛍光画像信号、および／またはグラフ画像信号が読出される。画像信号処理回路２２は、読出した画像信号に所定の信号処理を施して、エンコーダ２６を介してモニタ１１に送信する。

以上のような構成の光走査型内視鏡装置１０の動作モードが、参照画像モード、分光スペクトルモード、蛍光画像モード、または２画像モードに設定されたときの各部位の動作について図９、図１１、図１３、図１５のタイミングチャートを用いて説明する。なお、いずれのモードにおいても、光供給ファイバ５３の出射端は渦巻き型変位経路に沿って変位するように駆動される。

参照画像モードにおいて光供給ファイバ５３の出射端が基準点ｓｐに戻ると、第１のフレームの参照画像信号を生成するための走査が開始される。走査を開始すると（タイミングｔ１参照）、タイミングコントローラ２３から光源ユニット３０、受光ユニット４０、および画像信号処理回路２２に送信される周期的なサンプリングクロック信号に同期して、白色光の照射、すなわち赤色光、緑色光、および青色光の同時照射、参照画素信号の生成、および生成した参照画素信号の参照画像格納領域への格納が行なわれる。

白色光の照射、画素信号の生成、および参照画素信号の格納は、光供給ファイバ５３の出射端が走査終点に対応する変位終点に変位するまで繰返される（期間ｐ１参照）。出射端が変位終点に到達し、第１のフレームの参照画像信号生成のための走査を終了すると（タイミングｔ２参照）、前述のように出射端は基準点ｓｐに戻される。出射端が基準点ｓｐに戻ると、再び第１のフレームの次の第２のフレームの参照画像信号を作成するための走査が開始される。

第１のフレームの参照画像信号作成のための走査終了時から第２のフレームの参照画像信号作成のための走査終了時までの間に、参照画像格納領域に格納された第１のフレームの参照画像信号が画像信号処理回路２２に読出される（期間ｐ２参照）。

読出された参照画像信号に対して画像信号処理回路２２により所定の信号処理が施され、エンコーダ２６を介してモニタ１１に送信される。モニタ１１には、参照画像ＲＩが表示される（図１０参照）。

分光スペクトルモードでは、分光スペクトルを検出する観察対象領域ＯＡ上の位置がシステムコントローラ２４により認識される。分光スペクトルを検出する位置は光供給ファイバ５３の出射端の変位位置として認識される。初期状態では、例えば基準点ｓｐに設定されており、後述するようにフロントパネル２７への操作入力により変更可能である。

分光スペクトルを検出するときの光供給ファイバ５３の出射端の変位位置を認識して、光供給ファイバ５３の出射端が基準点ｓｐに戻ると、第１のフレームの参照画像信号を生成するための走査が開始される。

参照画像モードと同様に、走査を開始すると（図１１タイミングｔ１参照）、タイミングコントローラ２３から光源ユニット３０、受光ユニット４０、および画像信号処理回路２２に送信される周期的なサンプリングクロック信号に同期して、白色光の照射、参照画素信号の生成、および生成した参照画素信号の参照画像格納領域への格納が行なわれる。以後、光供給ファイバ５３の出射端の位置が分光スペクトルを検出する位置に到達するまで、白色光の照射、画素信号の生成、および参照画素信号の格納が繰返される。

走査途中において、分光スペクトルを検出する位置に出射端が変位するときに（タイミングｔ２参照）、白色光の照射停止、紫外光の照射、分光スペクトルの検出、およびスペクトル信号に基づくグラフ画像信号のグラフ画像格納領域への格納がサンプリングクロック信号に同期して行なわれる。

分光スペクトルの検出を終了すると、以後は再び、参照画像モードと同様に、光供給ファイバ５３の出射端が変位終点に到達するまで、白色光の照射、参照画素信号の生成、および参照画素信号の参照画像格納領域への格納が繰返される。なお、分光スペクトルの検出時には画素信号が生成されないので、分光スペクトルの検出位置の前後において生成した参照画素信号により、実際の画素信号が生成されなかった位置における画素信号が補間される。

光供給ファイバ５３の出射端が変位終点に到達すると、前述のように出射端は基準点ｓｐに戻される。出射端が基準点ｓｐに戻ると、再び第１のフレームの次の第２のフレームの参照画像信号を作成するための走査が開始される。

第１のフレームの参照画像信号作成のための走査終了時から第２のフレームの参照画像信号作成のための走査終了時までの間に、参照画像格納領域およびグラフ画像格納領域それぞれに格納された第１のフレームの参照画像信号およびグラフ画像信号が画像信号処理回路２２に読出される（期間ｐ１参照）。

読出された参照画像信号に対して画像信号処理回路２２により所定の信号処理が施される。また所定の信号処理が施された参照画像信号に対して、分光スペクトルを検出した位置を示すマーカーを参照画像にスーパーインポーズするための信号処理が施される。

さらに、参照画像とグラフ画像を同時に表示するための画像縮小処理および表示アドレス割り当て処理が施される。参照画像とグラフ画像とを含む混合画像に相当する画像信号が、エンコーダ２６を介してモニタ１１に送信される。

モニタ１１には、白色光を照射したときの参照画像ＲＩおよび分光スペクトルのグラフＧＩが表示される（図１２参照）。なお、参照画像ＲＩには、分光スペクトルを検出した位置を示すマーカーＭが表示される。

フロントパネル２７への操作入力を行なうことにより、参照画像ＲＩに表示されているマーカーＭの位置を移動させることが可能である。マーカーＭの位置が変えられると、移動したマーカーＭの位置が分光スペクトルを検出する位置としてシステムコントローラ２４に認識される。

蛍光画像モードにおいて光供給ファイバ５３の出射端が基準点ｓｐに戻ると、第１のフレームの蛍光画像信号を生成するための走査が開始される。走査を開始すると（図１３タイミングｔ１参照）、タイミングコントローラ２３から光源ユニット３０、受光ユニット４０、および画像信号処理回路２２に送信される周期的なサンプリングクロック信号に同期して、紫外光の照射、蛍光画素信号の生成、および生成した蛍光画素信号の蛍光画像格納領域への格納が行なわれる。

紫外光の照射、蛍光画素信号の生成、および蛍光画素信号の格納は、光供給ファイバ５３の出射端が変位終点に変位するまで繰返される（期間ｐ１参照）。出射端が変位終点に到達し、第１のフレームの蛍光画像信号生成のための走査を終了すると（タイミングｔ２参照）、前述のように出射端は基準点ｓｐに戻される。出射端が基準点ｓｐに戻ると、再び第１のフレームの次の第２のフレームの蛍光画像信号を作成するための走査が開始される。

第１のフレームの蛍光画像信号作成のための走査終了時から第２のフレームの蛍光画像信号作成のための走査終了時までの間に、蛍光画像格納領域に格納された第１のフレームの蛍光画像信号が画像信号処理回路２２に読出される（期間ｐ２参照）。

読出された蛍光画像信号に対して画像信号処理回路２２により所定の信号処理が施され、エンコーダ２６を介してモニタ１１に送信される。モニタ１１には、蛍光画像ＦＩが表示される（図１４参照）。

２画像モードにおいて光供給ファイバ５３の出射端が基準点ｓｐに戻ると、第１のフレームの参照画像信号および第１のフレームの蛍光画像信号を生成するための走査が開始される。走査を開始後、タイミングコントローラ２３から光源ユニット３０、受光ユニット４０、および画像信号処理回路２２に送信される周期的なサンプリングクロック信号に同期して、白色光または紫外光の照射、参照画素信号または蛍光画素信号の生成、および生成した参照画素信号の参照画像信号への格納または蛍光画素信号の蛍光画像格納領域への格納が実行される。

なお、走査開始後、サンプリングクロック信号がＨＩＧＨとなる順番が奇数であるとき（第２の時期）に、白色光の照射、参照画素信号の生成、および生成した参照画素信号の参照画像格納領域への格納が実行される（図１５タイミングｔ１参照）。また、サンプリングクロック信号がＨＩＧＨになる順番が偶数であるとき（第１の時期）に、紫外光の照射、蛍光画素信号の生成、および生成した蛍光画素信号の蛍光画像格納領域への格納が実行される（タイミングｔ２参照）。

白色光または紫外光の照射、参照画素信号または蛍光画素信号の生成、および参照画素信号または蛍光画素信号の格納は、光供給ファイバ５３の出射端が変位終点に変位するまでの間（変位期間）繰返される（期間ｐ１参照）。出射端が変位終点に到達し、第１のフレームの参照画像信号および第１のフレームの蛍光画像信号生成のための走査を終了すると（タイミングｔ３参照）、前述のように出射端は基準点ｓｐに戻される。出射端が基準点ｓｐに戻ると、再び第１のフレームの次の第２のフレームの参照画像信号および蛍光画像信号を生成するための走査が開始される。

なお、サンプリングクロック信号がＨＩＧＨになる順番が偶数であるときには、白色光の反射光に応じた参照画素信号が生成されない。そこで、本実施形態では、前後する奇数の順番において白色光を照射して生成した参照画素信号を用いて、順番が偶数であるときに対応する位置の画素信号が補間される。

同様に、サンプリングクロック信号がＨＩＧＨになる順番が奇数であるときには、紫外光による自家蛍光に応じた蛍光画素信号が生成されない。そこで、本実施形態では、前後する偶数の順番において紫外光を照射したときに生成した蛍光画素信号を用いて、順番が奇数であるときに対応する位置の画素信号が補間される。

あるいは、画素信号を補間すること無く、第１のフレームの参照画像信号を作成するための走査においてサンプリングクロック信号がＨＩＧＨになる順番が奇数であるときに白色光の照射、参照画素信号の生成、参照画素信号の参照画像格納領域への格納を行い、第２のフレームの参照画像信号を作成するための走査においてサンプリングクロック信号がＨＩＧＨになる順番が偶数であるときに白色光の照射、参照画素信号の生成、参照画素信号の参照画像格納領域への格納を行なってもよい。

同様に、画素信号を補間すること無く、第１のフレームの蛍光画像信号を作成するための走査においてサンプリングクロック信号がＨＩＧＨになる順番が偶数であるときに紫外光の照射、蛍光画素信号の生成、蛍光画素信号の蛍光画像格納領域への格納を行い、第２のフレームの蛍光画像信号を作成するための走査においてサンプリングクロック信号がＨＩＧＨになる順番が奇数であるときに紫外光の照射、蛍光画素信号の生成、蛍光画素信号の蛍光画像格納領域への格納を行なってもよい。

第１のフレームの参照画像信号作成のための走査終了時から第２のフレームの参照画像信号作成のための走査終了時までの間に、参照画像格納領域および蛍光画像格納領域それぞれに格納された第１のフレームの参照画像信号および第１のフレームの蛍光画像信号が画像信号処理回路２２に読出される（期間ｐ２参照）。

読出された参照画像信号および蛍光画像信号に対して画像信号処理回路２２により所定の信号処理が施される。さらに、参照画像と蛍光画像を同時に表示するための画像縮小処理および表示アドレス割り当て処理が施される。参照画像と蛍光画像とを含む混合画像に相当する画像信号が、エンコーダ２６を介してモニタ１１に送信される。モニタ１１には、参照画像ＲＩおよび蛍光画像ＦＩが表示される（図１６参照）。

以上のように、本実施形態の光走査型内視鏡プロセッサによれば、白色光を照射したときの観察対象領域の光学像である参照画像と、蛍光画像や自家蛍光の分光スペクトルなどの自家蛍光に関する情報を生成することが可能である。

また、本実施形態の光走査型内視鏡プロセッサによれば、参照画像と蛍光画像の２画像を同時表示する場合に、従来の撮像素子を用いた内視鏡装置に比べて動解像度を改善させることが可能である。

従来の撮像素子を用いた内視鏡装置では連続するフレームまたはフィールド毎に白色光の照射と励起光の照射を切替えるため、参照画像および蛍光画像は２フレームまたは２フィールドに１回更新される。

一方、本実施形態の光走査型内視鏡プロセッサによれば、単一の走査期間において白色光と紫外光との照射を切替えながら画素信号を生成させているので、１フレーム毎に参照画像と蛍光画像とを更新することが可能である。このように、参照画像および蛍光画像の更新頻度が高いので、動解像度が改善される。

なお、本実施形態では、分光器２７が設けられ観察対象領域ＯＡ上の一点における分光スペクトルの検出、および蛍光画像を作成可能な構成であるが、分光スペクトルの検出および蛍光画像の作成のいずれか一方が可能であればよい。いずれか一方が可能であれば、参照画像のみを表示可能な構成に比べて、使用者が病変部を推定するために用いる情報を提供可能となる。

また、本実施形態では、参照画像と分光スペクトルのグラフ画像とが同時に表示される構成であるが蛍光画像と分光スペクトルのグラフ画像とが同時に表示される構成であってもよい。あるいは、分光スペクトルのグラフ画像が単独で表示される構成であってもよい。

また、本実施形態では、励起光として紫外光が用いられる構成であるが、照射した生体に自家蛍光を励起させる他の帯域の光であってもよい。

また、本実施形態では、赤色光、緑色光、および青色光を同時に照射して混色させた白色光を光源ユニットから照射する構成であるが、出射する光は白色光に限られない。受光ユニット４０で検出可能な帯域の光を用いれば、本実施形態と同様の効果を得ることは可能である。

また、本実施形態では、分光スペクトルを検出する位置をフロントパネル２７への操作入力により変更可能な構成であるが、変更出来なくてもよい。

また、本実施形態では、参照画像と蛍光画像との２画像を同時に表示可能な構成であるが、同時表示は出来なくてもよい。

また、本実施形態では、光供給ファイバ５３の出射端を渦巻き型変位経路に沿って変位させる構成であるが、変位経路は渦巻き型に限られない。他の変位経路に沿って変位させても本実施形態と同じ効果を得ることは可能である。

また、本実施形態では、赤色光、緑色光、青色光、および紫外光を出射する光源にレーザを用いる構成であるが、他の種類の光源を用いてもよい。ただし、光走査型内視鏡では、観察対象領域内の極小の一点に対して光が照射されることが好ましく、強い指向性を有する光を出射するためにレーザを用いることが好ましい。

また、本実施形態では、励起光カットフィルタ４２が受光ユニット４０に設けられる構成であるが、観察対象領域ＯＡにおける反射光および自家蛍光から励起光以外の光を透過させて受光ユニット４０に伝達させることが可能であれば、どこに設けられてもよい。例えば、反射光ファイバ５５の入射端に設けられてもよい。

１０ 光走査型内視鏡装置
２０ 光走査型内視鏡プロセッサ
２１ スキャン駆動回路
２２ 画像信号処理回路
２３ タイミングコントローラ
２４ システムコントローラ
２７ フロントパネル
３０ 光源ユニット
３１ｒ、３１ｇ、３１ｂ、３１ｅｘ 赤色光レーザ、緑色光レーザ、青色光レーザ、励起光レーザ
３４ レーザ駆動回路
４０ 受光ユニット
４２ 励起光カットフィルタ
４４ ハーフミラー
４５ｒ、４５ｇ、４５ｂ 赤色光受光器、緑色光受光器、青色光受光器
４７ 分光器
５０ 光走査型内視鏡
５３ 光供給ファイバ
５４ ファイバ駆動部
５５ 反射光ファイバ
ＦＩ 蛍光画像
ＧＩ グラフ画像
Ｍ マーカー
ＲＩ 参照画像

Claims (8)

1. 第１の入射端から第１の出射端に伝達した光を前記第１の出射端からビーム状に出射する供給光伝達路と、前記第１の出射端を伝達した光の出射方向に対して垂直な方向に変位させる駆動部と、前記第１の出射端から光が照射された観察対象領域の反射光および前記観察対象領域が発光する光を第２の入射端から第２の出射端まで伝達する撮像光伝達路とを有する光走査型内視鏡を駆動する光走査型内視鏡プロセッサであって、
   前記第１の入射端に、生体に照射すると自家蛍光を発光させる励起光を供給する励起光光源と、
   前記第１の入射端に、参照光を供給する参照光光源と、
   前記第２の出射端から出射する前記励起光以外の光を透過する励起光カットフィルタと、
   前記参照光を前記第１の入射端に供給するときに前記観察対象領域における前記参照光に対する前記励起光カットフィルタを透過した反射光の光量に応じた参照画素信号を生成する受光ユニットと、
   前記参照画素信号に基づいて、前記参照光が照射されたときの前記観察対象領域全体の画像である参照画像を作成する画像作成部と、
   前記第２の出射端から出射する前記自家蛍光成分の分光スペクトルを検出する分光器と、
   前記第１の出射端が所定の位置にあるときに前記励起光光源に励起光を出射させ前記分光器に前記自家蛍光成分の分光スペクトルを検出させ、前記第１の出射端が前記所定の位置以外の位置にあるときに前記参照光光源に前記参照光を出射させ前記受光ユニットに前記参照光に対する反射光を検出させる第１の制御部とを備える
   ことを特徴とする光走査型内視鏡プロセッサ。
2. 前記画像作成部は、前記励起光が照射された位置を示す標識を含む前記観察対象領域全体の画像と、前記分光器により検出された前記自家蛍光成分の分光スペクトルの画像とを含む複数の画像を作成することを特徴とする請求項１に記載の光走査型内視鏡プロセッサ。
3. 前記所定の位置を指定するための入力装置を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光走査型内視鏡プロセッサ。
4. 前記受光ユニットは、前記励起光を前記第１の入射端に供給するときに前記観察対象領域において発光し前記励起光カットフィルタを透過した前記自家蛍光成分の光量に応じた蛍光画素信号を生成し、
   前記画像作成部は、前記蛍光画素信号に基づいて前記励起光が照射されたときに前記観察対象領域から発する自家蛍光画像を作成する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光走査型内視鏡プロセッサ。
5. 前記駆動部により前記第１の出射端が所定の変位経路に沿って変位する期間である変位期間における第１の時期には前記励起光光源に前記励起光を出射させ前記受光ユニットが生成する前記蛍光画素信号に基づいて前記画像作成部に前記自家蛍光画像を作成させ、前記第１の時期と同じ前記変位期間における第２の時期には前記参照光光源に前記参照光を出射させ前記受光ユニットが生成する前記参照画素信号に基づいて前記画像作成部に前記参照画像を作成させる第２の制御部を備えることを特徴とする請求項４に記載の光走査型内視鏡プロセッサ。
6. 生体に照射すると自家蛍光を発光させる励起光を出射する励起光光源と、
   可視領域である参照光を出射する参照光光源と、
   前記励起光光源および前記参照光光源から出射された前記励起光と前記参照光とを第１の入射端から第１の出射端に伝達し、伝達した前記参照光を前記第１の出射端からビーム状に出射する供給光伝達路と、
   前記第１の出射端を、光の出射方向に対して垂直な方向に変位させる駆動部と、
   前記第１の出射端から観察対象領域に照射される前記参照光に対する前記観察対象領域における反射光と少なくとも前記自家蛍光成分とを第２の入射端に入射させ、入射した光を第２の出射端まで伝達する撮像光伝達路と、
   前記第２の出射端から出射する前記励起光以外の光を透過する励起光カットフィルタと、
   前記参照光を前記第１の入射端に供給するときに前記観察対象領域における前記参照光に対する前記励起光カットフィルタを透過した反射光の光量に応じた参照画素信号を生成する受光ユニットと、
   前記参照画素信号に基づいて、前記参照光が照射されたときの前記観察対象領域全体の画像である参照画像を作成する画像作成部と、
   前記第２の出射端から出射する前記自家蛍光成分の分光スペクトルを検出する分光器と、
   前記第１の出射端が所定の位置にあるときに前記励起光光源に励起光を出射させ前記分光器に前記自家蛍光成分の分光スペクトルを検出させ、前記第１の出射端が前記所定の位置以外の位置にあるときに前記参照光光源に前記参照光を出射させ前記受光ユニットに前記参照光に対する反射光を検出させる第１の制御部とを備える
   ことを特徴とする光走査型内視鏡装置。
7. 前記撮像光伝達路は前記反射光成分を前記第２の入射端に入射させ、入射した前記反射光成分を前記第２の出射端まで伝達し、
   前記励起光カットフィルタは前記第２の出射端と前記受光ユニットとの間に設けられることを特徴とする請求項６に記載の光走査型内視鏡装置。
8. 前記励起光カットフィルタは、前記第２の入射端より前記観察対象領域側に設けられることを特徴とする請求項６に記載の光走査型内視鏡装置。

Images