JP5893813B1 - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

内視鏡装置（１００）は、被写体を撮像する複数の撮像素子（１０２ａ、１０２ｂ）と、撮像素子（１０２ａ、１０２ｂ）のそれぞれに独立して電力を供給する電源部（１０８ａ、１０８ｂ）と、撮像素子（１０２ａ、１０２ｂ）のそれぞれの異常を検出する異常検出部（１１４１）と、異常検出部（１１４１）で異常が検出された撮像素子への電力供給を停止させるように電源部を制御する制御部（１１４）とを有する。

Description

本発明は、内視鏡装置に関する。

複数の撮像素子によって被写体としての被検体を撮像する内視鏡装置が知られている。この種の内視鏡装置としては、例えば３次元内視鏡装置が挙げられる。３次元内視鏡装置は、視差を有する複数の撮像素子によって被写体を撮像するように構成された装置である。このような視差を有する複数の撮像素子によって得られる画像信号に対して適切な画像処理を施すことにより、立体視が可能な画像が生成される。

撮像素子は、種々の要因によって故障し得る。このような撮像素子の故障検出技術として、例えば日本国特開２００８−９３０２９号公報の技術が知られている。日本国特開２００８−９３０２９号公報の装置は、自家蛍光用高感度撮像素子と通常画像用撮像素子の何れかの異常動作を検出したときに、異常が発生していない側の撮像素子に切り替えて画像の表示を行うようにしている。

使用の継続が困難になるような状態の中でも撮像素子に過大な電流が発生する場合、撮像素子は通常使用の状態よりも発熱する可能性がある。このような発熱が内視鏡装置で発生してしまうと、患者又は医師等の術者に対して危害を与えてしまう可能性がある。このような危険を防止するためには、日本国特開２００８−９３０２９号公報のような撮像素子の切り替えではなく、撮像素子の電源自体をオフさせてから内視鏡装置を抜去する必要がある。このとき、故障していない撮像素子の電源までオフさせてしまうと、医師等の使用者は内視鏡画像を見ずに抜去作業を行わなければならない。

本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、患者又は医師等の術者に対して危害を与えてしまう可能性がある場合に内視鏡抜去作業に最低限必要な画像を見ながら抜去作業を行うことが可能な内視鏡装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一態様の内視鏡装置は、被写体を撮像する複数の撮像素子と、前記複数の撮像素子のそれぞれに独立して電力を供給する電源部と、前記複数の撮像素子のそれぞれの異常を検出する異常検出部と、前記異常検出部で異常が検出された撮像素子への電力供給を停止させ、異常が検出されなかった撮像素子への電力を供給し続け、該撮像素子を介して、被検体の画像を生成するように前記電源部を制御する制御部とを具備する。

本発明によれば、患者又は医師等の術者に対して危害を与えてしまう可能性がある場合に内視鏡抜去作業に最低限必要な画像を見ながら抜去作業を行うことが可能な内視鏡装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の一例の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の一例の構成を示すブロック図である。ここで、図１は、一実施形態に係る内視鏡装置の主要な構成のみを図示している。図１に示すように、内視鏡装置１００は、撮像素子１０２ａ、１０２ｂと、撮像素子駆動部１０４ａ、１０４ｂと、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）回路１０６ａ、１０６ｂと、電源部１０８ａ、１０８ｂと、デジタル信号処理（ＤＳＰ）回路１０９ａ、１０９ｂと、表示部１１０と、記憶部１１２と、制御部１１４とを有している。

撮像素子１０２ａ、１０２ｂは、２次元状に配置された画素を有し、図示しないレンズを介して被写体としての被検体を撮像して被検体に係る画像信号を生成する。内視鏡装置１００が３次元内視鏡である場合、撮像素子１０２ａと撮像素子１０２ｂとは、同一の構成を有しており、所定の視差を有するように配置される。そして、例えば撮像素子１０２ａは、右眼用の画像信号を生成し、撮像素子１０２ｂは、左眼用の画像信号を生成する。

撮像素子駆動部１０４ａは、制御部１１４による制御に従って、撮像素子１０２ａによる撮像のタイミング制御及び撮像素子１０２ａで生成された画像信号の読み出しのタイミング制御をする。撮像素子駆動部１０４ｂは、制御部１１４による制御に従って、撮像素子１０２ｂによる撮像のタイミング制御及び撮像素子１０２ｂで生成された画像信号の読み出しのタイミング制御をする。

ＡＦＥ１０６ａは、撮像素子１０２ａから読み出された画像信号に対してゲイン調整等の種々のアナログ処理を行う。また、ＡＦＥ１０６ａは、アナログ処理した画像信号をデジタル信号である画像データに変換する処理も行う。ＡＦＥ１０６ａで得られた画像データは、パラレルデータとしてＤＳＰ１０９ａに出力される。ＡＦＥ１０６ｂは、撮像素子１０２ｂから読み出された画像信号に対してゲイン調整等の種々のアナログ処理を行う。また、ＡＦＥ１０６ｂは、アナログ処理した画像信号をデジタル信号である画像データに変換する処理も行う。ＡＦＥ１０６ｂで得られた画像データは、パラレルデータとしてＤＳＰ１０９ｂに出力される。

ＤＳＰ１０９ａは、撮像素子１０２ａの種類に応じて、撮像素子１０２ａを駆動するための駆動パターン（撮像素子１０２ａの露光時間、ＡＦＥ１０６ａにおける画像信号のゲイン量等）の設定を撮像素子駆動部１０４ａ及びＡＦＥ１０６ａに対して行う。また、ＤＳＰ１０９ａは、ＡＦＥ１０６ａからパラレルデータとして入力された画像データを、ＬＶＤＳデータ等のシリアルデータに変換して制御部１１４に出力する。ＤＳＰ１０９ｂは、撮像素子１０２ｂの種類に応じて、撮像素子１０２ｂを駆動するための駆動パターン（撮像素子１０２ｂの露光時間、ＡＦＥ１０６ｂにおける画像信号のゲイン量等）の設定を撮像素子駆動部１０４ｂ及びＡＦＥ１０６ｂに対して行う。また、ＤＳＰ１０９ｂは、ＡＦＥ１０６ｂからパラレルデータとして入力された画像データを、ＬＶＤＳデータ等のシリアルデータに変換して制御部１１４に出力する。

表示部１１０は、ＤＳＰ１０９ａ及びＤＳＰ１０９ｂで得られ、制御部１１４で画像処理された画像データに基づく画像を表示する。内視鏡装置１００が３次元内視鏡である場合、表示部１１０は、２次元画像と３次元画像と切り替えて表示するように構成されている。２次元／３次元画像表示可能な表示部には、液晶ＧＲＩＮレンズ方式等の種々の方式が用いられ得る。

記憶部１１２は、制御部１１４によって実行される内視鏡装置１００の制御プログラムを記憶している。また、記憶部１１２は、撮像素子１０２ａと撮像素子１０２ｂのそれぞれの画素毎の感度差を記憶している。感度差は、撮像素子１０２ａと撮像素子１０２ｂとの設計誤差等に起因して生じる、撮像素子１０２ａと撮像素子１０２ｂとの出力信号の差異を比で表したものである。感度差の情報は、例えば内視鏡装置１００の製造時に測定され、記憶部１１２に記憶される。

制御部１１４は、内視鏡装置１００の動作を制御する。例えば、制御部１１４は、ＤＳＰ１０９ａ及びＤＳＰ１０９ｂを介して撮像素子駆動部１０４ａ及び撮像素子駆動部１０４ｂに対して制御信号を入力することによって撮像素子駆動部１０４ａ及び撮像素子駆動部１０４ｂの動作を制御する。この制御信号は、例えば、撮像素子１０２ａ及び１０２ｂの駆動パターンを指示する信号である。また、制御部１１４は、ＤＳＰ１０９ａ及びＤＳＰ１０９ｂからの画像データを処理して２次元画像又は３次元画像を生成する。また、制御部１１４は、３次元画像の生成時に感度差に応じて画像データを補正することも行う。例えば、撮像素子１０２ｂを介して得られる画像データを補正するとする。この場合、撮像素子１０２ｂを介して得られる画像データの内のある任意の画素の補正前の画素値をＹｂ、補正後の画素値をＹｂ´、感度差をαとしたときに、制御部１１４は、画素毎に以下の（式１）のようにして補正を行う。
Ｙｂ´＝α×Ｙｂ （式１）
また、制御部１１４は、異常検出部１１４１を有している。異常検出部１１４１は、撮像素子１０２ａを介して得られる画像データ（画像データＡ）及び撮像素子１０２ｂを介して得られる画像データ（画像データＢ）に基づいて撮像素子１０２ａ、１０２ｂの異常を検出する。制御部１１４は、異常検出部１１４１の検出結果に応じて電源部１０８ａ及び電源部１０８ｂの制御を行うことにより、撮像素子１０２ａ、撮像素子１０２ｂ、撮像素子駆動部１０４ａ、１０４ｂ、ＡＦＥ１０６ａ、１０６ｂ、ＤＳＰ１０９ａ、１０９ｂの電源のオンオフを制御する。

次に、本実施形態に係る内視鏡装置１００の動作について説明する。図２は、内視鏡装置１００の動作について示すフローチャートである。図２の動作は、制御部１１４によって制御される。

例えば、内視鏡装置１００の電源がオンされることにより、図２の動作は開始する。ステップＳ１０１において、制御部１１４は、内視鏡画像を表示部１１０に表示させるために、撮像素子１０２ａ及び撮像素子１０２ｂによる撮像を開始させる。すなわち、制御部１１４は、電源部１０８ａによって撮像素子１０２ａ、撮像素子駆動部１０４ａ、ＡＦＥ１０６ａ、ＤＳＰ１０９ａのそれぞれに駆動電力を供給するとともに、電源部１０８ｂによって撮像素子１０２ｂ、撮像素子駆動部１０４ｂ、ＡＦＥ１０６ｂ、ＤＳＰ１０９ｂのそれぞれに駆動電力を供給する。その後に、制御部１１４は、撮像素子１０２ａによる撮像を開始させるようにＤＳＰ１０９ａを介して撮像素子駆動部１０４ａを制御するとともに、撮像素子１０２ｂによる撮像を開始させるようにＤＳＰ１０９ｂを介して撮像素子駆動部１０４ｂを制御する。

ステップＳ１０２において、制御部１１４の異常検出部１１４１は、記憶部１１２から感度差を取得する。

ステップＳ１０３において、異常検出部１１４１は、画像データＡと画像データＢの対応する画素同士を比較して以下の（式２）の関係が成立するか否かを判定する。（式２）のＹａは画像データＡ内の基準の画素（１個でも複数でも良い）の画素値であり、Ｙｂは基準の画素と対応する画像データＢの画素の画素値であり、αは感度差、Ｙnoiseはノイズ成分である。
Ｙａ＝α×Ｙｂ＋Ｙnoise （式２）

３次元内視鏡装置のように、撮像素子１０２ａと撮像素子１０２ｂとに同一の被写体の像が結像する場合、通常は、感度差αとノイズ成分Ｙnoiseを考慮すれば、画像データＡと画像データＢの対応する画素同士の画素値は等しくなる。これに対し、撮像素子１０２ａと撮像素子１０２ｂの何れかに短絡等の異常が発生すると、感度差αを考慮しても、画像データＡと画像データＢの対応する画素同士の画素値は等しくならない。このように、（式２）の関係が成立しているか否かを判定することにより、撮像素子の系列に異常が発生しているか否かを判定することが可能である。なお、複数の画素についてステップＳ１０３の判定を行う場合、例えばある個数以上の画素について（式２）の関係が成立している場合に（式２）の関係が成立していると判定される。この他、画素値の加算値をＹａ及びＹｂとみなして（式２）と同様の判定を行うようにしても良い。

ステップＳ１０３において（式２）の関係が成立していると判定された場合、処理はステップＳ１０４に移行する。ステップＳ１０４において、制御部１１４は、画像データＡと画像データＢを処理して被検体に係る３次元画像を生成する。３次元画像の生成処理には周知の処理が用いられる。３次元画像の生成後、制御部１１４は、表示部１１０に３次元画像を表示させる。

ステップＳ１０３において（式２）の関係が成立していないと判定された場合、処理はステップＳ１０５に移行する。ステップＳ１０５において、異常検出部１１４１は、ＹａがＹｂよりも大きいか否かを判定する。ここでの比較も１組の画素について行うようにしても良いし、複数組の画素について行うようにしても良い。

ステップＳ１０５において、ＹａがＹｂよりも大きいと判定された場合に、処理はステップＳ１０６に移行する。本実施形態では、ＹａがＹｂよりも大きい場合には、撮像素子１０２ｂの系列の故障により、撮像素子１０２ｂからの正常な画像信号が制御部１１４まで入力されていない状況であるとみなす。このとき、ステップＳ１０６において、制御部１１４は、撮像素子１０２ｂの電源をオフする。すなわち、制御部１１４は、電源部１０８ｂを制御して、撮像素子１０２ｂ、撮像素子駆動部１０４ｂ、ＡＦＥ１０６ｂ、ＤＳＰ１０９ｂへの電力供給を停止させる。

ステップＳ１０５において、ＹａがＹｂよりも大きくないと判定された場合、すなわちＹｂがＹａよりも大きいと判定された場合に、処理はステップＳ１０７に移行する。本実施形態では、ＹｂがＹａよりも大きい場合には、撮像素子１０２ａの系列の故障により、撮像素子１０２ａからの正常な画像信号が制御部１１４まで入力されない状況であるとみなす。このとき、ステップＳ１０７において、制御部１１４は、撮像素子１０２ａの電源をオフする。すなわち、制御部１１４は、電源部１０８ａを制御して、撮像素子１０２ａ、撮像素子駆動部１０４ａ、ＡＦＥ１０６ａ、ＤＳＰ１０９ａへの電力供給を停止させる。

ステップＳ１０８において、制御部１１４は、電源をオフさせていない撮像素子を介して得られる画像データに基づく被検体に係る２次元画像を生成する。２次元画像の生成後、制御部１１４は、表示部１１０に２次元画像を表示させる。さらに、制御部１１４は、撮像素子の故障が発生していることを警告するための例えば表示を表示部１１０に行う。この警告を受けて、使用者は、内視鏡装置１００を被検体から抜去する作業を行うことになる。なお、ここでは警告を表示部１１０への表示により行う例を示しているが、警告は表示部１１０とは別の表示部に行うようにしても良い。また、音声等の他の手法によって警告を行うようにしても良い。

ステップＳ１０９において、制御部１１４は、内視鏡装置１００の動作を終了させるか否かを判定する。例えば図示しない電源スイッチがオフされた場合に、内視鏡装置１００の動作を終了させると判定される。ステップＳ１０９において、内視鏡装置１００の動作を終了させないと判定された場合に、処理はステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１０９において、内視鏡装置１００の動作を終了させると判定された場合に、図２の動作は終了する。

以上説明したように本実施形態によれば、複数の撮像素子を有する内視鏡装置において撮像素子の故障等使用の継続が困難な場合に、異常な撮像素子の電源のみをオフさせるようにしている。これにより、正常な撮像素子を用いて２次元の内視鏡画像を表示させることが可能である。したがって、使用者は内視鏡抜去作業に最低限必要な画像を見ながら内視鏡装置１００の抜去作業を行うことが可能である。

また、通常使用の継続が困難な場合には内視鏡画像の表示とともに使用者に対する警告も行われる。これにより、使用者は、直ちに撮像素子の異常に気付くことができる。

以下、本実施形態の変形例について説明する。前述した実施形態では、感度差を考慮した画像データＡと画像データＢとの対応する画素の画素値の比較によって撮像素子の異常を判定するようにしている。撮像素子の異常の判定手法は、この手法に限るものではない。

例えば、規定時間が経過しても規定の露光量が得られない撮像素子がある場合には、その撮像素子に異常が発生していると考えることができる。

また、撮像素子は、通常、欠陥画素を有している。この欠陥画素の画素値を補正するための手法として、欠陥画素の位置を予め記憶しておく他に、撮像素子の駆動中において閾値以上の画素値を有する画素を欠陥画素とみなし、欠陥画素の画素値を欠陥画素の周囲の画素の画素値を用いて補正する手法が知られている。この手法を用いて撮像素子の異常を判定することができる。例えば、撮像素子１０２ａの欠陥画素の個数がａ個であり、撮像素子１０２ｂの欠陥画素の個数がｂ個であるとする。ここで、撮像素子１０２ｂの系列に故障が発生し、撮像素子１０２ｂが高温になると画像データＢにおいて欠陥画素と見なされる画素の個数がｂ個よりも多くなる。一方、撮像素子１０２ｂが短絡する故障が発生すると撮像素子１０２ｂは駆動されないので、欠陥画素と見なされる画素の個数がｂ個よりも少なく（限りなくゼロに近く）なる。このように、欠陥画素の数の変化から撮像素子の系列の故障の判定を行うことができる。

また、個々の画素同士の比較でなく、複数の画素の画素値の加算値の時間変化によって撮像素子の系列の故障を判定することもできる。例えば、現在の判定時刻をｔとし、時刻ｔにおける画像データＡの画素値の加算値をＡｔ、時刻ｔにおける画像データＢの画素値の加算値をＢｔとする。また、１回前の判定時刻をｔ−１とし、時刻ｔ−１における画像データＡの画素値の加算値をＡｔ−１、時刻ｔ−１における画像データＢの画素値の加算値をＢｔ−１とする。短時間では被検体の像の変化は小さいと考えられる。したがって、通常、判定時刻ｔ−１と判定時刻ｔとの間では加算値の差は小さくなる。一方、撮像素子の系列に故障が発生すると、判定時刻ｔ−１と判定時刻ｔとの間では加算値の差は大きくなる。すなわち、以下の（式３）又は（式４）の場合には、撮像素子に故障が発生していると判定される。なお、（式３）及び（式４）のａｂｓは絶対値をとることを示している。また、βは、閾値である。
（撮像素子１０２ａの系列の故障の場合）
ａｂｓ｛（Ａｔ）−（Ａｔ−１）｝＞β （式３）
（撮像素子１０２ｂの系列の故障の場合）
ａｂｓ｛（Ｂｔ）−（Ｂｔ−１）｝＞β （式４）
このような判定であれば故障判定だけでなく、レンズや撮像素子の汚れ等に起因する画像データの劣化を判定することもできる。したがって、例えば劣化している画像データを使用しないなどの対策をとることができる。

また、例えば、それぞれの撮像素子の温度又は電流（画像信号の値）を常時又は間欠的に測定する手法が考えられる。この場合、ある温度を超えた又はある値よりも大きな画像信号を出力した撮像素子に異常が発生していると判定される。

また、前述した実施形態では、２つの撮像素子のそれぞれに対応した電源部が設けられている。しかしながら、２つの撮像素子のそれぞれに対して独立して電力を供給できるのであれば、電源部は必ずしも２つでなくて良い。

また、前述した実施形態においては、内視鏡装置１００の例として３次元内視鏡装置を挙げている。本実施形態の技術は、複数の撮像素子を有する内視鏡装置であれば３次元内視鏡装置でなくても良い。また、撮像素子の数も２つに限るものではない。例えば、３板撮像素子を有する内視鏡装置に対しても本実施形態の技術は適用され得る。

Claims (6)

1. 被写体を撮像する複数の撮像素子と、
   前記複数の撮像素子のそれぞれに独立して電力を供給する電源部と、
   前記複数の撮像素子のそれぞれの異常を検出する異常検出部と、
   前記異常検出部で異常が検出された撮像素子への電力供給を停止させ、異常が検出されなかった撮像素子への電力を供給し続け、該撮像素子を介して、被検体の画像を生成するように前記電源部を制御する制御部と、
   を具備する内視鏡装置。
2. 前記制御部は、前記異常が検出されたときに、異常が検出されたことを警告する請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記異常検出部は、前記複数の撮像素子のそれぞれから得られる複数の画像データにおける対応する画素同士の画素値の差と前記複数の撮像素子の感度差とに基づいて前記複数の撮像素子のそれぞれの異常を検出する請求項１に記載の内視鏡装置。
4. 前記異常検出部は、前記複数の撮像素子における欠陥画素の数の変化に基づいて前記複数の撮像素子のそれぞれの異常を検出する請求項１に記載の内視鏡装置。
5. 前記異常検出部は、前記複数の撮像素子のそれぞれから得られる複数の画像データのそれぞれにおける複数の画素の画素値の和の時間変化に基づいて前記複数の撮像素子のそれぞれの異常を検出する請求項１に記載の内視鏡装置。
6. 前記複数の撮像素子のそれぞれから得られる複数の画像データに基づく画像を表示する表示部をさらに具備し、
   前記制御部は、前記異常が検出されたときに、異常が検出されていない撮像素子から得られる画像データに基づく画像を前記表示部に表示させる請求項１に記載の内視鏡装置。

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