JP5439032B2 - Medical observation system and processor - Google Patents
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Description
この発明は、対象物を走査して画像情報を取得する走査型医療用プローブを用いた医療用観察システムおよび該走査型プローブ用のプロセッサに関する。 The present invention relates to a medical observation system using a scanning medical probe that scans an object to acquire image information and a processor for the scanning probe.
医師が患者の体腔内を観察するときに使用する装置として、電子スコープが一般的に知られている。電子スコープを使用する医師は、電子スコープの挿入部を体腔内に挿入し、挿入部の先端に備えられた先端部を観察対象近傍に導く。そして、先端部に内蔵されたCCD(Charge Coupled Device)等の固体撮像素子により体腔内の画像が撮影される。体腔内で撮影された画像は、電子スコープからビデオプロセッサへ送信される。ビデオプロセッサでは、受信した画像に所定の処理を行ってモニタに体腔内の映像を表示させる。医師はこのようにモニタに表示される体腔内の映像を観察して検査や施術等を行う。 An electronic scope is generally known as an apparatus used when a doctor observes a body cavity of a patient. A doctor who uses the electronic scope inserts the insertion portion of the electronic scope into the body cavity and guides the distal end portion provided at the distal end of the insertion portion to the vicinity of the observation target. Then, an image in the body cavity is taken by a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) built in the tip. An image taken in the body cavity is transmitted from the electronic scope to the video processor. In the video processor, the received image is subjected to predetermined processing, and the image in the body cavity is displayed on the monitor. The doctor observes the image in the body cavity displayed on the monitor in this way, and performs examinations and treatments.
また、近年、電子スコープの挿入部を咽喉部に差し込まれることに因る患者の苦痛を軽減するために、固体撮像素子等を構成要素から排除することにより、電子スコープに比べて外径を細く構成した医療用プローブ、および該医療用プローブを用いた観察システムが提案されている。 Also, in recent years, in order to reduce the pain of the patient due to the insertion of the insertion part of the electronic scope into the throat part, the outer diameter is made thinner than that of the electronic scope by eliminating the solid-state imaging device and the like from the components. A configured medical probe and an observation system using the medical probe have been proposed.
かかる医療用プローブの一例が、特許文献1に開示されている。特許文献1に記載の医療用プローブでは、アクチュエータによって単一の光ファイバの先端を共振させ、該光ファイバの射出端から射出される走査光により、対象物を所定の走査パターンで走査する。そして、対象物からの反射光を検出して光電変換しビデオプロセッサに順次出力する。ビデオプロセッサは、光電変換された信号を処理して画像化しモニタに出力する。医師は、このようにして得られた体腔内の映像を、電子スコープを使用した場合と同様にモニタ上で観察して検査や施術等を行うことができる。 An example of such a medical probe is disclosed in Patent Document 1. In the medical probe described in Patent Document 1, the tip of a single optical fiber is resonated by an actuator, and the object is scanned in a predetermined scanning pattern by scanning light emitted from the emission end of the optical fiber. Then, the reflected light from the object is detected, photoelectrically converted, and sequentially output to the video processor. The video processor processes the photoelectrically converted signal, images it, and outputs it to the monitor. The doctor can observe the image in the body cavity obtained in this way on the monitor in the same manner as when using an electronic scope, and can perform examinations and treatments.
特許文献1に記載される医療用プローブでは、走査光により対象物上にジグザグ状の走査パターンが描かれるように光ファイバの先端を駆動させ、画像を取得する構成が提案されている。ここで、光ファイバの先端がジグザグ状の軌跡を描くように駆動させる場合、アクチュエータには、例えば、図9に記載される波形の駆動電圧が印加される。図9(a)は、アクチュエータによるX方向の振動を励起するための駆動電圧の波形を示し、図9(b)は、Y方向の振動を励起するための駆動電圧の波形を示す。尚、X方向およびY方向とは、医療用プローブの長手方向をZ方向としたときの、Z方向に直交しかつ互いに直交する二方向をいう。 In the medical probe described in Patent Document 1, a configuration has been proposed in which an image is acquired by driving the tip of an optical fiber so that a zigzag scanning pattern is drawn on an object by scanning light. Here, when driving the tip of the optical fiber so as to draw a zigzag locus, for example, a drive voltage having a waveform shown in FIG. 9 is applied to the actuator. FIG. 9A shows the waveform of the drive voltage for exciting vibration in the X direction by the actuator, and FIG. 9B shows the waveform of the drive voltage for exciting vibration in the Y direction. The X direction and the Y direction mean two directions orthogonal to the Z direction and orthogonal to each other when the longitudinal direction of the medical probe is the Z direction.
図9(a)に示されるように、アクチュエータのX方向には、画像1フレーム分を1周期とする、のこぎり波X0の駆動電圧が印加される。また、図9(b)に示されるように、アクチュエータのY方向には、所定の周波数の正弦波Y0の駆動電圧が印加される。そして、これらの駆動電圧が印加されるアクチュエータによって、光ファイバは図10に示すようにY方向を主走査方向とするジグザグ状の走査パターンSP0を描くように共振する。また、図10のY方向およびX方向は、当該医療用プローブにて取得した画像を表示するためのモニタにおける垂直方向および水平方向に対応する。すなわち、Y方向の走査によって、モニタの垂直方向に表示される画像情報が取得され、X方向の走査によって、モニタの水平方向に表示される画像情報が取得される。そのため、以降の説明において、Y方向を垂直方向、X方向を水平方向と定義する。 As shown in FIG. 9 (a), in the X direction of the actuator, one frame image is referred to as one cycle, the driving voltage of the sawtooth wave X 0 is applied. Further, as shown in FIG. 9 (b), in the Y direction of the actuator, the drive voltage of the sine wave Y 0 of a predetermined frequency is applied. Then, by the actuator to which these drive voltages are applied, the optical fiber resonates so as to draw a zigzag scanning pattern SP 0 with the Y direction as the main scanning direction as shown in FIG. Further, the Y direction and the X direction in FIG. 10 correspond to a vertical direction and a horizontal direction in a monitor for displaying an image acquired by the medical probe. That is, image information displayed in the vertical direction of the monitor is acquired by scanning in the Y direction, and image information displayed in the horizontal direction of the monitor is acquired by scanning in the X direction. Therefore, in the following description, the Y direction is defined as the vertical direction and the X direction is defined as the horizontal direction.
ここで、図10には、画像情報として検出されるスポットP0が走査パターンSP0上に黒点で示される。このように、垂直方向のジグザグ走査が行われた場合、垂直方向におけるスポットP0の数は、検出時のサンプリングレートを適宜設定することによって任意に設定することができる。これに対し、水平方向におけるスポットP0の数は、光ファイバの共振周波数によって決まる。そのため、光ファイバを物理的に動かして走査するための共振周波数の制約により、水平方向におけるスポットP0の数が十分に得られないことがある。そして、これにより、モニタに表示させるのに必要な画像情報が得られず、高解像度の画像を提供することができないといった問題がある。 Here, in FIG. 10, a spot P 0 detected as image information is indicated by a black dot on the scanning pattern SP 0 . In this way, when vertical zigzag scanning is performed, the number of spots P 0 in the vertical direction can be arbitrarily set by appropriately setting the sampling rate at the time of detection. On the other hand, the number of spots P 0 in the horizontal direction is determined by the resonance frequency of the optical fiber. For this reason, the number of spots P 0 in the horizontal direction may not be sufficiently obtained due to the restriction of the resonance frequency for scanning by physically moving the optical fiber. As a result, there is a problem that image information necessary for display on the monitor cannot be obtained, and a high-resolution image cannot be provided.
また、垂直方向のジグザグ走査によって得られる画像に対して、水平方向のエンハンス(輪郭強調)処理を行うと、水平方向の画像情報が少ないことから、画像に垂直方向の縦線が生じてしまうといった問題がある。また、水平方向のジグザグ走査を行った場合には、当該走査によって得られた画像に垂直方向のエンハンス処理を行うと、ファイバの振動によって得られる垂直方向の画像情報が少ないことから、画像の水平方向に横線が生じてしまう。このように、従来のジグザグ走査で取得される画像は、垂直または水平のエンハンス処理に弱いという問題もある。 In addition, if horizontal enhancement (contour emphasis) processing is performed on an image obtained by zigzag scanning in the vertical direction, there is little image information in the horizontal direction, and vertical vertical lines are generated in the image. There's a problem. In addition, when horizontal zigzag scanning is performed, if the vertical enhancement processing is performed on the image obtained by the scanning, the amount of vertical image information obtained by the vibration of the fiber is small. A horizontal line is generated in the direction. As described above, the image acquired by the conventional zigzag scanning also has a problem that it is vulnerable to vertical or horizontal enhancement processing.
さらに、特許文献1には、螺旋状の走査パターンを描くよう走査型医療用プローブを駆動する構成も提案されている。しかしながら、このように光ファイバを螺旋状に走査させて画像を取得する場合、エンハンス処理に対してはある程度強くなるが、螺旋の中心部と外周部でサンプルレートが異なることにより、画像が不均一となってしまうという問題があった。 Furthermore, Patent Document 1 proposes a configuration in which a scanning medical probe is driven so as to draw a spiral scanning pattern. However, when an image is acquired by spirally scanning the optical fiber in this way, the enhancement processing is somewhat strong, but the image is not uniform due to the difference in sample rate between the central portion and the outer peripheral portion of the spiral. There was a problem of becoming.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、エンハンス処理に強く、高解像度の画像を取得可能な医療用観察システムおよびプロセッサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a medical observation system and a processor that are resistant to enhancement processing and can acquire a high-resolution image.
上記の課題を解決するため、本発明により、光源からの照明光を走査させて対象物を観察する医療用プローブと、該医療用プローブを駆動するための駆動手段とからなる医療用観察システムが提供される。具体的には、医療用プローブは、光源から入射される照明光を導光して対象物に射出する導光手段と、導光手段から射出される照明光を対象物上で走査させるために、導光手段の射出端近傍を振動させる振動手段と、を備えており、駆動手段は、導光手段から射出される照明光が対象物上を互いに直交する2つの方向に走査するように、振動手段を駆動することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, according to the present invention, there is provided a medical observation system including a medical probe that scans illumination light from a light source and observes an object, and a driving unit that drives the medical probe. Provided. Specifically, the medical probe guides the illumination light incident from the light source and emits it to the object, and scans the illumination light emitted from the light guide means on the object. A vibrating means for vibrating the vicinity of the exit end of the light guide means, and the drive means scans the illumination light emitted from the light guide means in two directions orthogonal to each other on the object. The vibrating means is driven.
このように構成することにより、互いに直交する二方向において、十分な画像情報を取得することが可能となり、高解像度の画像を取得することができる。また、互いに直交する二方向において同様の画像情報の検出が行われるため、垂直と水平のいずれの方向においてもエンハンス処理に強い画像を取得することができる。 With this configuration, sufficient image information can be acquired in two directions orthogonal to each other, and a high-resolution image can be acquired. In addition, since similar image information is detected in two directions orthogonal to each other, an image that is resistant to enhancement processing can be acquired in both the vertical and horizontal directions.
また、上記駆動手段は、導光手段から射出される照明光が対象物上を医療用プローブの長手方向に対して垂直方向および水平方向に走査するように、振動手段を駆動する構成としても良い。 The driving means may be configured to drive the vibration means so that the illumination light emitted from the light guiding means scans on the object in the vertical direction and the horizontal direction with respect to the longitudinal direction of the medical probe. .
また、上記駆動手段は、振動手段に印加する駆動電圧の波形を、垂直方向および水平方向に対して交互に切り換えることにより、導光手段から射出される照明光が対象物上を垂直方向および平行方向に走査するように、振動手段を駆動する構成としても良い。このように構成することにより、複雑な駆動波形を予め備えておく必要がない。また、波形を任意に切り換えて振動手段を駆動することにより、所望の走査パターンを描いて走査を行うことが可能となる。 The driving means alternately switches the waveform of the driving voltage applied to the vibration means with respect to the vertical direction and the horizontal direction, so that the illumination light emitted from the light guiding means is vertically and parallel on the object. The vibration means may be driven so as to scan in the direction. With this configuration, it is not necessary to prepare a complicated driving waveform in advance. In addition, it is possible to perform scanning by drawing a desired scanning pattern by arbitrarily switching the waveform and driving the vibrating means.
また、上記駆動手段は導光手段から射出される照明光が、医療用プローブの長手方向に対して対象物上を互いに直交する2つの斜め方向に走査するように、振動手段を駆動する構成としても良い。このように構成することにより、一定の周波数によって振動手段を駆動することが可能となる。これにより、より安定した走査を行うことが可能となり、均一な画像を取得することができる。 The driving means drives the vibration means so that the illumination light emitted from the light guiding means scans the object in two oblique directions perpendicular to each other with respect to the longitudinal direction of the medical probe. Also good. By configuring in this way, it is possible to drive the vibration means at a constant frequency. As a result, more stable scanning can be performed, and a uniform image can be acquired.
また、上記医療用観察システムは、医療用プローブの受光手段によって受光された反射光を検出する検出手段と、検出手段によって検出された反射光に対応する画像を生成する画像生成手段と、画像生成手段によって生成された画像を表示する表示手段と、を更に備える構成としても良い。 The medical observation system includes a detection unit that detects reflected light received by the light receiving unit of the medical probe, an image generation unit that generates an image corresponding to the reflected light detected by the detection unit, and an image generation unit. It is good also as a structure further provided with the display means which displays the image produced | generated by the means.
また、上記画像生成手段は、互いに直交する2つの方向における一方の走査によって検出された反射光の基づいて得られる第1の画像と、互いに直交する2つの方向における他方の走査によって検出された反射光に基づいて得られる第2の画像とを重ねることにより、画像を生成する構成としても良い。 In addition, the image generation means includes a first image obtained based on reflected light detected by one scanning in two directions orthogonal to each other, and a reflection detected by the other scanning in two directions orthogonal to each other. It is good also as a structure which produces | generates an image by overlapping with the 2nd image obtained based on light.
また、上記画像生成手段は、画像情報を有さない画素に対して補間処理を行うための補間処理部を備える構成をしても良い。このように構成することにより、画像情報が存在しないスポットにおいても、周囲の画像情報を用いて補間することができ、より高解像度の画像を取得することができる。 The image generation unit may include an interpolation processing unit for performing an interpolation process on a pixel having no image information. With this configuration, even in a spot where image information does not exist, interpolation can be performed using surrounding image information, and a higher resolution image can be acquired.
さらに、本発明により、医療用プローブから射出される照明光が対象物上を互いに直交する2つの方向に走査するように、医療用プローブを駆動するための駆動手段と、医療用プローブの受光手段によって受光された反射光を検出する検出手段と、検出手段によって検出された反射光に対応する画像を生成する画像生成手段とを備える、光源からの照明光を走査させて対象物を観察する医療用プローブを駆動するためのプロセッサが提供される。 Furthermore, according to the present invention, the driving means for driving the medical probe and the light receiving means for the medical probe so that the illumination light emitted from the medical probe scans the object in two directions orthogonal to each other. Medical device for observing an object by scanning illumination light from a light source, comprising: detecting means for detecting reflected light received by the light source; and image generating means for generating an image corresponding to the reflected light detected by the detecting means. A processor for driving the probe is provided.
本発明の医療用観察システムによれば、水平/垂直いずれの方向のエンハンス処理にも強く、かつ高解像度の画像を取得することができ、より詳細な体腔内観察を行なうことが可能となる。 According to the medical observation system of the present invention, it is possible to acquire a high-resolution image that is strong against enhancement processing in either the horizontal or vertical directions, and can perform more detailed in-vivo observation.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の実施形態における走査型医療用プローブ10における先端部の内部構成を模式的に示す図である。また、図2は、走査型医療用プローブ10に接続されるプロセッサ20の構成を示すブロック図である。なお、図2においては、走査型医療用プローブ10とプロセッサ20との接続関係等を明確にするため、走査型医療用プローブ10の一部の構成も模式的に示している。また、モニタ30は周知の構成を有した受像装置であるため、図2においてモニタ30の詳細な構成は図示省略している。これらの走査型医療用プローブ10、プロセッサ20、およびモニタ30によって、本実施形態の医療用観察システム1が構成される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing an internal configuration of a distal end portion of a scanning
まず、図1を参照して、本実施形態の走査型医療用プローブ10の構成について説明する。走査型医療用プローブ10は、患者の体内に挿入される長尺の可撓管からなる挿入部と、プロセッサ20と電気的および光学的に接続される接続部とを備える。図1は、走査型医療用プローブ10の挿入部先端を示すものであり、該挿入部先端には、シングルモードファイバ110(以下、「SMF110」という)、アクチュエータ112、支持体114、筒体116、およびレンズユニット118が配置されている。また、これらの部材は可撓性を有する保護チューブであるシース130に収容されており、シース130の内部には、さらに複数の受光ファイバ120が円環上に埋設されている。
First, with reference to FIG. 1, the structure of the scanning
SMF110は、プロセッサ20から供給される走査光を体腔内まで伝送するためのファイバであり、走査型医療用プローブ10の接続部から、挿入部先端まで延在している。また、SMF110の先端付近は、円筒型のアクチュエータ112の長軸方向に設けられた貫通孔に通され、アクチュエータ112に接着材などで固定されている。
The
アクチュエータ112は、圧電素子などで形成され、複数の電極113Xおよび113Yを有している。そして、アクチュエータ112は、後述するプロセッサ20のX軸ドライバ220XおよびY軸ドライバ220Yから、各電極113Xおよび113Yに接続された電線(不図示)を通じて所定の駆動電圧が供給されることにより、所定の振動を開始する。また、アクチュエータ112は、支持体114に設けられた貫通孔に通されて支持される。これにより、SMF110の先端部が、支持体114に片持ち梁の状態で支持される。
The
筒体116は、ステンレスなどの金属で形成される円筒上の部品であり、レンズユニット118および支持体114の固定に用いられる他、走査型医療用プローブ10の先端部近傍に配置される部品を保護する役割を備えている。また、レンズユニット118は、複数のレンズから構成され、SMF110の射出端110aから射出される走査光を観察対象上に集光するための光学系である。
The
また、シース130内部に埋設される複数の受光ファイバ120は、観察対象によって反射された光を入射端120aから受光するためのファイバであり、走査型医療用プローブ10の接続部から挿入部先端まで延在している。複数の受光ファイバ120にて受光された反射光は、受光ファイバ120内を伝送され、走査型医療用プローブ10の接続部にて結合され、プロセッサ20へ送られる。
The plurality of
なお、本実施形態においては、体腔内を観察するために走査型医療用プローブ10単体が体腔内に直接挿入される。別の実施形態においては、例えば走査型医療用プローブ10の挿入部先端を観察対象近傍にスムーズに導くために挿入部にガイドワイヤ等を添えて挿入するようにしてもよい。また、例えば電子スコープ等が有する鉗子チャンネルに挿入部を挿入し通して挿入部先端を観察対象近傍に近接させるようにしてもよい。
In the present embodiment, the scanning
次に、本実施形態のプロセッサ20の構成について説明する。プロセッサ20は、走査型医療用プローブ10に照明光を供給するための光源部、走査型医療用プローブ10を駆動制御するための駆動部、走査型医療用プローブ10により取得される反射光を検出し、モニタ30での表示に適した画像信号を生成する信号処理部を備える。なお、本実施形態においては、プロセッサ20は、光源部、駆動部、信号処理部を備えた一体型のプロセッサであるが、別の実施形態では各部を別体で構成してもよい。
Next, the configuration of the
プロセッサ20の光源部は、観察対象を走査するための光源として、RGBの各波長に対応した光を供給するレーザー光源230R、230Gおよび230B、各レーザー光源230R、230Gおよび230Bを駆動するドライバ232R、232Gおよび232B、ならびにレーザー結合器234から構成される。ここで、RGBの各波長に対応する光源が備えられる理由は、カラー画像に対応するためである。したがって、光源は、例えば広帯域であるスーパーコンティニューム光等を発振する単一の白色ファイバレーザーとしてもよい。また、光源は、レーザー光源に限らず例えばLED(Light Emitting Diode)等の他の形態の光源としてもよい。
The light source unit of the
プロセッサ20の駆動部は、走査型医療用プローブ10のアクチュエータ112を駆動するためのX軸ドライバ220XおよびY軸ドライバ220Y、タイミングコントローラ240から出力される駆動信号をD/A変換するためのD/Aコンバータ222Xおよび222Yから構成される。
The drive unit of the
プロセッサ20の信号処理部は、受光ファイバ120によって伝搬される反射光をRGBの各波長を有する光へと分離するレーザー分離器254、分離されたRGB光を受光する検出器250R、250Gおよび250B、各検出器250R、250Gおよび250Bの出力をA/D変換するA/Dコンバータ252R、252Gおよび252B、A/D変換された信号に対して所定の処理を行う信号処理回路260、ならびに処理された信号を映像信号へと変換してモニタ300に出力するエンコーダ270から構成される。
The signal processing unit of the
また、上記各部は、同じくプロセッサ20が備えるシステムコントローラ210およびタイミングコントローラ240によって制御される。システムコントローラ210およびタイミングコントローラ240は、光源部、駆動部および信号処理部の各部における処理のタイミングを統括的にコントロールするものである。
The above-described units are controlled by a
次に、上述のような構成を備えた医療用観察システム1における体腔内観察の流れについて、各部の具体的な動作とともに説明する。まず、プロセッサ20に電源が投入されると、システムコントローラ210の制御の下、タイミングコントローラ240からドライバ232R、232Gおよび232Bに駆動信号が出力される。ドライバ232R、232Gおよび232Bは、該駆動信号に従ってレーザー光源230R、230Gおよび230Bを駆動する。そして、各レーザー光源230R、230Gおよび230Bは、RGBそれぞれの連続光を照射する。
Next, the flow of observation inside the body cavity in the medical observation system 1 having the above-described configuration will be described together with specific operations of each part. First, when the
各レーザー光源230R、230Gおよび230Bから照射されたレーザー光は、レーザー結合器234に入射される。そして、レーザー結合器234が備えるダイクロイックミラー等によって、RGBの各レーザー光が結合される。なお、図2においてレーザー結合器234内を進行するRGB光の光路長が異なるように見えるが、実際には、各光の光路長は同一である。そして、結合されたレーザー光(以下、「走査光」という)は、カップリングレンズ234aによって収束され、SMF110へと射出される。なお、レーザー光結合器234は、ダイクロイックミラーを使用した光結合器でなく、光ファイバ結合された各レーザー光源を光コンバイナに接続した構成としてもよい。また、光源が単一の白色ファイバレーザーである場合には、光源から射出される白色レーザーをそのままカップリングレンズ234aにて集束して射出すれば良い。
Laser light emitted from each of the laser light sources 230R, 230G, and 230B is incident on the
SMF110へと射出された光は、SMF110内を伝搬され、走査型医療用プローブ10の挿入部先端に位置するSMF110の射出端から射出される。そして、射出端110aから射出された走査光は、レンズユニット118によって、観察対象上に集光されスポットを形成する。かかるスポット径は、例えば数ミクロンオーダであり極めて小さいものである。
The light emitted to the
また、上述のように光源部が起動されるのと略同じタイミングで、タイミングコントローラ240から、アクチュエータ112を駆動するための駆動信号が、D/Aコンバータ222Xおよび222Yにそれぞれ出力される。D/Aコンバータ222Xおよび222Yは、入力される駆動信号をD/A変換し、X軸ドライバ220XおよびY軸ドライバ220Yにそれぞれ出力する。X軸ドライバ220XおよびY軸ドライバ220Yは、受信した駆動信号に従って、アクチュエータ112を駆動させる。図3は、X軸ドライバ220XおよびY軸ドライバ220Yによってアクチュエータ112に印加される駆動電圧波形を示す図である。図3(a)は、X軸ドライバ220Xから電極113Xに印加される駆動電圧の波形を示す図であり、図3(b)は、Y軸ドライバ220Yから電極113Yに印加される駆動電圧の波形を示す図である。
In addition, a drive signal for driving the
図3(a)に示される駆動波形X1および図3(b)に示される駆動波形Y1は、いずれも周波数の異なる正弦波およびのこぎり波からなる。ここで、1フレーム分の画像を取得するための走査期間を1サイクルとした場合、駆動波形X1は、前半の1/2サイクルが正弦波からなり、後半の1/2サイクルがのこぎり波からなる。また、駆動波形Y1は、前半の1/2サイクルがのこぎり波からなり、残りの1/2サイクルが正弦波からなる。また、駆動波形X1における正弦波の周波数と駆動波形Y1における正弦波の周波数、ならびに駆動波形X1におけるのこぎり波の周波数と駆動波形Y1におけるのこぎり波の周波数は、それぞれ同一である。 Drive waveform Y 1 shown in the driving waveform X 1 and 3 (b) shown in FIG. 3 (a) are both composed of a sine wave and sawtooth wave having different frequencies. Here, when the scanning period for acquiring an image of one frame as one cycle, the driving waveform X 1 is a 1/2 cycle of the first half consists of a sine wave, the second half of the half cycle from sawtooth Become. The driving waveform Y 1 is a 1/2 cycle of the first half consists of sawtooth, the other half cycle consists of a sine wave. The frequency of the sawtooth wave at a frequency and a driving waveform Y 1 of the sawtooth wave at a frequency, and the drive waveform X 1 of a sine wave at a frequency and a driving waveform Y 1 of a sine wave in the driving waveform X 1 are each identical.
尚、これらの駆動波形X1およびY1は、X軸ドライバ220XおよびY軸ドライバ220Yによって予め備えられる構成としても良いし、X軸ドライバ220XおよびY軸ドライバ220Yにて、駆動信号に基づいて、正弦波およびのこぎり波を所定のタイミングで切り換えて、図3(a)および図3(b)に示す波形を生成する構成としても良い。また、この場合の波形の切換えのタイミングは、1/2サイクルごとにタイミングコントローラ240によって制御される。
Incidentally, these driving waveforms X 1 and Y 1 may be used as the pre-equipped is constituted by an
そして、アクチュエータ112は、X軸ドライバ220XおよびY軸ドライバ220Yから印加される駆動電圧に応じて振動する。アクチュエータ112の振動はそれぞれ、SMF110の先端部のX方向、Y方向への共振運動を生じさせる。これにより、射出端110aは、X−Y平面に近似する面上において、所定の軌跡を描きながら振動する。その結果、図4に示される走査パターンSP1を描くようにSMF110の射出端110aから観察対象へ向けて走査光が放射される。
The
具体的には、SMF110の射出端110aは、まず図4に示される定点OからX方向(すなわち水平方向)を主走査方向とした走査を行う。そして、1/2サイクルが経過し定点Eに到達すると、図4に斜線矢印で示されるように、射出端110aが一旦定点Oの位置まで戻される。続いて、定点OからY方向(すなわち垂直方向)を主走査方向とした走査が行われ、射出端110aが定点Eに到達した時点で、1サイクルが終了し、1フレーム分の画像が取得される。
Specifically, the
このように観察対象が走査されることによって得られる反射光は、複数の受光ファイバ120にて受光される。そして、該反射光は受光ファイバ120によって伝送され、走査型医療用プローブ10の接続部にて結合されてプロセッサ20に送られる。プロセッサ20では、受光ファイバ120によって伝送された反射光が、レーザー分離器254にて、ダイクロイックミラー等によりR、G、およびBに対応する反射光に分離される。レーザー分離器254にて分離された各反射光は、それぞれ検出器250R、250Gおよび250Bに入射する。なお、光源部から供給される走査光は、単一のSMF110により導光されて観察対象にて反射される。そのため、反射光の光量は非常に少ない。このような微弱な光を確実にかつ低ノイズで検出する必要があるため、各検出器には光電子増倍管(PMT:Photomultiplier Tube)等の高感度光検出器が用いられる。
The reflected light obtained by scanning the observation target in this way is received by the plurality of
各検出器250R、250G、および250Bは、それぞれ検出した反射光を光電変換し、アナログ信号を生成する。そして、各検出器によって生成された信号は、A/Dコンバータ252R、252Gおよび252Bにそれぞれ出力される。各A/Dコンバータは、タイミングコントローラ240の制御の下、各検出器から出力されたアナログ信号をサンプリングおよびホールドして、図4の黒点で示される各スポットP1に対応する画素データへと変換する。そして各A/Dコンバータによって変換された画素データは、それぞれ信号処理回路260に出力される。
Each
信号処理回路260では入力された画素データから、画像データが生成される。信号処理回路260では、走査パターンSP1で取得された各画素データが、固体撮像素子でいうところの画素アドレスに順次記憶される。このときの画素アドレスの特定は、走査方向やサンプリングレート等の既知情報に基づき、予め設定される。信号処理回路260では、まず、水平方向を主走査方向とした走査によって得られる1/2サイクル分の画像が、第1フィールドとして信号処理回路260が備える図示しないメモリにバッファリングされる。また、続いて、垂直方向を主走査方向とした走査によって得られる1/2サイクル分の画像が、第2フィールドとしてメモリにバッファリングされる。このとき、水平走査および垂直走査においては、同じサンプリングレートで画素データが検出され、第1フィールドおよび第2フィールドは、同一数のスポットデータからなる。そして、バッファリングされた第1フィールドの画像と第2フィールドの画像とが重ね合わせられることにより、1フレーム分の画像データが生成される。
The
また、走査パターンSP1によって得られる画像データにおいては、SMF110における共振周波数の制約により、図4に示される走査パターンSP1上の白点で示されるブランクスポットBは画素データを有さない画素アドレスとなる。そのため、信号処理回路260にて、この部分に対する補間処理が行われる。この補間処理は、近接する画素データに基づいて行われる。例えば、図4に示すブランクスポットB1については、ブランクスポットB1の周囲に位置する8つのスポットP1における画素データに基づいて補間が行われる。
Further, in the image data obtained by scanning the pattern SP 1, the constraint of the resonant frequency in SMF110, pixel address blank spot B is that no pixel data indicated by white points on the scan pattern SP 1 shown in FIG. 4 It becomes. Therefore, the
そして、タイミングコントローラ240のタイミング制御に従い、信号処理回路260によって生成された画像データが読み出され、エンコーダ270に出力される。エンコーダ270は、入力された画素データをNTSC(National Television Standards Committee)やPAL(Phase Alternating Line)等の所定の規格に準拠した映像信号に変換してモニタ30に出力する。これにより、モニタ30に観察対象の映像が表示される。
Then, the image data generated by the
以上のように本実施形態によれば、SMF110によって、対象物上を垂直方向および水平方向の二方向において走査が行われる。そして、このように走査を行って画像を取得することにより、垂直/水平のいずれの方向においても、十分な画像情報を取得することが可能となり、高解像度の画像を取得することができる。さらに、画像情報が存在しないスポットにおいても、近接する画像情報を用いて補間することにより、より高解像度の画像を取得することができる。また、垂直/水平の両方向において均一に画像情報の検出が行われるため、垂直/水平のいずれの方向においてもエンハンス処理に強い画像を取得することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態の走査型医療用プローブ10では、1フレーム分の画像全体にわたって画像情報を検出するためのサンプルレートを一定にすることが可能である。そのため、螺旋状の走査を行う場合に比べて、より均一な画像を取得することが可能となる。
In the scanning
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態の医療用観察システムにおいては、アクチュエータ112に印加される駆動電圧の波形、および、それによるSMF110の走査パターンのみが第1の実施形態と異なるものであり、用いられる医療用プローブ、プロセッサ、およびモニタの構成は、第1の実施形態と同様である。そのため、以降の説明において、第1の実施形態と同様の部分については説明を省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the medical observation system of this embodiment, only the waveform of the drive voltage applied to the
図5は、X軸ドライバ220XおよびY軸ドライバ220Yによってアクチュエータ112に印加される駆動電圧波形を示す図である。図5(a)は、X軸ドライバ220Xから電極113Xに印加される駆動電圧の波形を示す図であり、図5(b)は、Y軸ドライバ220Yから電極113Yに印加される駆動電圧の波形を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing drive voltage waveforms applied to the
図5(a)に示される駆動波形X2および図5(b)に示される駆動波形Y2は、いずれも周波数の異なる正弦波およびのこぎり波からなる。ここで、第1の実施形態と同様に、1フレーム分の画像を取得するための走査期間を1サイクルとした場合、駆動波形X2は、前半の1/2サイクルが正弦波からなり、後半の1/2サイクルがのこぎり波からなる。また、駆動波形Y2は、前半の1/2サイクルがのこぎり波からなり、残りの1/2サイクルが正弦波からなる。また、駆動波形X1における正弦波の周波数と駆動波形Y1における正弦波の周波数、ならびに駆動波形X1におけるのこぎり波の周波数と駆動波形Y1におけるのこぎり波の周波数は、それぞれ同一である。さらに、第1の実施形態における駆動波形X1におけるのこぎり波は、正の傾きを有するものであるのに対し、本実施形態の駆動波形X2におけるのこぎり波は、負の傾きを有するものである点で相違する。 Drive waveform Y 2 shown in the driving waveform X 2 and FIG. 5 (b) shown in FIG. 5 (a), both consisting of a sine wave and sawtooth wave having different frequencies. Here, as in the first embodiment, when the scan period for acquiring an image of one frame as one cycle, the driving waveform X 2 is a 1/2 cycle of the first half consists of a sine wave, the second half 1/2 cycle consists of a sawtooth wave. The driving waveform Y 2 is a 1/2 cycle of the first half consists of sawtooth, the other half cycle consists of a sine wave. The frequency of the sawtooth wave at a frequency and a driving waveform Y 1 of the sawtooth wave at a frequency, and the drive waveform X 1 of a sine wave at a frequency and a driving waveform Y 1 of a sine wave in the driving waveform X 1 are each identical. Furthermore, sawtooth in the driving waveforms X 1 in the first embodiment, whereas those with a positive slope, sawtooth in the driving waveform X 2 of the present embodiment is one having a negative slope It is different in point.
アクチュエータ112は、X軸ドライバ220XおよびY軸ドライバ220Yから印加される駆動電圧に応じて振動し、SMF110の射出端110aがX−Y平面に近似する面上において、所定の軌跡を描くように共振する。これにより、図6に示される走査パターンSP2を描くようにSMF110の射出端110aから観察対象へ向けて走査光が放射される。
The
具体的には、SMF110の射出端110aは、まず図6に示される定点OからX方向(すなわち水平方向)を主走査方向とした走査を行う。そして、1/2サイクルが経過し定点Eに到達すると、続いて定点EからY方向(すなわち垂直方向)を主走査方向とした走査が行われる。そして、射出端110aが定点Oに到達した時点で、1サイクルが終了し、1フレーム分の画像が取得される。
Specifically, the
このように観察対象が走査されることによって得られる反射光は、第1の実施形態と同様に、複数の受光ファイバ120にて受光され、プロセッサ20に送られる。そして、プロセッサ20の信号処理回路260にて、第1の実施形態と同様に、補間処理等の信号処理が行われ、画像データが生成される。そして、タイミングコントローラ240のタイミング制御に従い、信号処理回路260によって生成された画像データが読み出され、エンコーダ270からモニタ30に出力される。これにより、モニタ30に観察対象の映像が表示される。
The reflected light obtained by scanning the observation object in this way is received by the plurality of
以上のように本実施形態によれば、SMF110によって、対象物上を垂直方向および水平方向の二方向において走査が行われる。そして、このように走査を行って画像を取得することにより、垂直/水平のいずれの方向においても、十分な画像情報を取得することが可能となる。また、本実施形態においては、SMF110の射出端110aの位置を一旦定点Oへと戻すことなく、一筆書きのように連続して走査を行うことが可能となる。これにより、第1の実施形態と同様の効果に加え、より高いフレームレートを実現することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態の医療用観察システムにおいても、アクチュエータ112に印加される駆動電圧の波形、および、それによるSMF110の走査パターンのみが第1および第2の実施形態と異なるものであり、用いられる医療用プローブ、プロセッサ、およびモニタの構成は、第1の実施形態と同様である。そのため、以降の説明において、第1の実施形態と同様の部分については説明を省略する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Also in the medical observation system of this embodiment, only the waveform of the drive voltage applied to the
図7は、X軸ドライバ220XおよびY軸ドライバ220Yによってアクチュエータ112に印加される駆動電圧波形を示す図である。図7(a)は、X軸ドライバ220Xから電極113Xに印加される駆動電圧の波形を示す図であり、図7(b)は、Y軸ドライバ220Yから電極113Yに印加される駆動電圧の波形を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing drive voltage waveforms applied to the
X軸ドライバ220XおよびY軸ドライバ220Yから図7(a)および図7(b)に示される駆動電圧が印加されることによって、アクチュエータ112が駆動される。これにより、SMF110の射出端110aが、X−Y平面に近似する面上において、所定の軌跡を描くように共振する。これにより、図8に示される走査パターンSP3を描くようにSMF110の射出端110aから観察対象へ向けて走査光が放射される。
The
具体的には、SMF110の射出端110aは、まず図8に示される定点Oから、図8の紙面上、Z方向に対して左斜め方向を主走査方向とする走査を行う。詳しくは、左斜め上方向および左斜め下方向を所定の振幅で交互に走査する。そして、1/2サイクルが経過し、射出端110aが定点Eに到達すると、射出端110aが、定点O’へと移動する。続いて、定点O’から右斜め方向を主走査方向とする走査が行われる。この場合も、右斜め上方向および右斜め下方向を所定の振幅で交互に走査する。そして、射出端110aが定点E’に到達した時点で、1サイクルが終了し、1フレーム分の画像が取得される。
Specifically, the
このように観察対象が走査されることによって得られる反射光は、第1の実施形態と同様に、複数の受光ファイバ120にて受光され、プロセッサ20に送られる。そして、プロセッサ20の信号処理回路260にて、第1の実施形態と同様に、補間処理等の信号処理が行われ、画像データが生成される。そして、タイミングコントローラ240のタイミング制御に従い、信号処理回路260によって生成された画像データが読み出され、エンコーダ270からモニタ30に出力される。これにより、モニタ30に観察対象の映像が表示される。
The reflected light obtained by scanning the observation object in this way is received by the plurality of
以上のように本実施形態によれば、SMF110によって、対象物上を左斜め方向および右斜め方向の二方向において走査が行われる。そして、このように走査を行って画像を取得することにより、垂直/水平のいずれの方向においても、十分な画像情報を取得することが可能となる。また、本実施形態では、1サイクルにおける駆動電圧の周波数が略一定である。そのため、第1および第2の実施形態における走査のように、駆動電圧波形の周波数を1/2サイクルごとに変化させる場合に比べ、より安定した走査を行うことが可能となる。これにより、第1の実施形態における効果に加え、より均一な画像を取得することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the
以上が本発明の実施形態であるが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば、上述の第1から第3の実施形態における走査方法は、ユーザによって任意に切換え可能な構成とすることができる。また、各走査におけるフレームレートについても、任意に設定可能な構成とすることができる。この場合、プロセッサ20の図示しないフロントパネルによってユーザの操作を受付け、システムコントローラ210によって、該操作に基づく制御がなされる。
The above is the embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the scanning methods in the first to third embodiments described above can be arbitrarily switched by the user. The frame rate in each scan can also be set arbitrarily. In this case, a user operation is received by a front panel (not shown) of the
1 医療用観察システム
10 走査型医療用プローブ
20 プロセッサ
30 モニタ
110 SMF
112 アクチュエータ
113X、113Y 電極
220X X軸ドライバ
220Y Y軸ドライバ
240 タイミングコントローラ
260 信号処理回路
1
112
Claims (6)
前記医療用プローブは、
前記光源から入射される照明光を導光して前記対象物に射出する導光手段と、
前記導光手段から射出される照明光を前記対象物上で走査させるために、前記導光手段の射出端近傍を振動させる振動手段と、を備え、
前記駆動手段は、前記導光手段から射出される照明光が前記対象物上を互いに直交する垂直方向および水平方向に走査するように、前記振動手段を駆動するものであり、
前記駆動手段は、前記振動手段に印加する駆動電圧の波形を、前記垂直方向における走査時と、前記水平方向における走査時とで交互に切り換えることを特徴とする医療用観察システム。 A medical observation system comprising a medical probe that scans illumination light from a light source and observes an object, and drive means for driving the medical probe,
The medical probe is
A light guide means for guiding the illumination light incident from the light source and emitting it to the object;
Vibrating means for vibrating the vicinity of the exit end of the light guide means in order to scan illumination light emitted from the light guide means on the object,
The drive means drives the vibration means so that illumination light emitted from the light guide means scans the object in a vertical direction and a horizontal direction orthogonal to each other ,
The medical observation system , wherein the drive means switches the waveform of the drive voltage applied to the vibration means alternately between scanning in the vertical direction and scanning in the horizontal direction .
前記検出手段によって検出された反射光に対応する画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段によって生成された画像を表示する表示手段と、を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の医療用観察システム。 Detecting means for detecting reflected light received by the light receiving means of the medical probe;
Image generating means for generating an image corresponding to the reflected light detected by the detecting means;
The medical observation system according to claim 1 , further comprising display means for displaying an image generated by the image generation means.
前記医療用プローブから射出される照明光が前記対象物上を走査するように、前記医療用プローブを駆動するための駆動手段と、
前記医療用プローブの受光手段によって受光された反射光を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された反射光に対応する画像を生成する画像生成手段と、を備え、
前記駆動手段は、前記医療用プローブから射出される照明光が前記対象物上を互いに直交する垂直方向および水平方向に走査するように、前記医療用プローブを駆動するものであり、
前記駆動手段は、前記医療用プローブに供給する駆動電圧の波形を、前記垂直方向における走査時と、前記水平方向における走査時とで交互に切り換えることを特徴とするプロセッサ。 A processor for driving a medical probe for observing an object by scanning illumination light from a light source,
Driving means for driving the medical probe so that illumination light emitted from the medical probe scans the object;
Detecting means for detecting reflected light received by the light receiving means of the medical probe;
Image generating means for generating an image corresponding to the reflected light detected by the detecting means ,
The drive means drives the medical probe so that illumination light emitted from the medical probe scans the object in a vertical direction and a horizontal direction perpendicular to each other.
The processor is characterized in that the drive voltage waveform supplied to the medical probe is switched alternately between scanning in the vertical direction and scanning in the horizontal direction .
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