JP5948191B2 - Endoscope probe device and endoscope system - Google Patents
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Description
本発明は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を取得する内視鏡用プローブ装置及び内視鏡システムに関する。 The present invention relates to an endoscopic probe device and an endoscope system that acquire an oxygen saturation image obtained by imaging the oxygen saturation of blood hemoglobin.
現在の医療分野においては、内視鏡を使ったガン診断が広く行われている。この内視鏡のガンの診断においては、内視鏡の挿入部を検体内に挿入し、その先端部から検体に照明光を照射した状態で、先端部の撮像素子で検体を撮像して画像を取得する。照明光として、青色から赤色にまで及ぶ広帯域光を用いた場合には、可視光の反射像が写し出された通常光画像が得られ、また、照明光として、特定波長の照明光を用いた場合には、検体上に表れる様々な生体情報が反映された特殊光画像が得られる。例えば、特許文献1では、通常光画像の他に、酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる異吸収波長域の光(酸素飽和度測定光)を照明光として用いることで、検体上における血中ヘモグロビンの酸素飽和度の分布を画像化した酸素飽和度画像を取得している。 In the current medical field, cancer diagnosis using an endoscope is widely performed. In this endoscope cancer diagnosis, the endoscope is inserted into the specimen, and the specimen is imaged with the imaging element at the distal end while the specimen is irradiated with illumination light from the distal end. To get. When broadband light ranging from blue to red is used as illumination light, a normal light image in which a reflected image of visible light is projected is obtained, and illumination light of a specific wavelength is used as illumination light Can obtain a special light image reflecting various biological information appearing on the specimen. For example, in Patent Document 1, in addition to a normal light image, light (oxygen saturation measurement light) in a different absorption wavelength range in which the absorption coefficient of oxyhemoglobin and the absorption coefficient of reduced hemoglobin are different is used as illumination light. An oxygen saturation image obtained by imaging the oxygen saturation distribution of blood hemoglobin is obtained.
この特許文献1のように、通常光画像に加えて、酸素飽和度画像を取得するためには、酸素飽和度測定光を生成するための照明手段が別途必要となり、また、撮像で得られた画像から酸素飽和度画像を生成するための画像処理プログラムや処理回路が別途必要となるため、内視鏡システムの光源装置やプロセッサ装置を大幅に設計変更する必要がある。そこで、特許文献2に示すように、内視鏡スコープの鉗子チャンネルに挿通した測定用プローブにより、酸素飽和度測定光を照射するとともに、酸素飽和度測定光で照明された体腔内を撮像することによって酸素飽和度画像を生成する。このように、内視鏡スコープとは別体の測定用プローブを用いることで、内視鏡システムを大幅に設計変更することなく、酸素飽和度画像を取得することができる。 As in Patent Document 1, in order to acquire an oxygen saturation image in addition to a normal light image, an illuminating means for generating oxygen saturation measurement light is separately required and obtained by imaging. Since an image processing program and a processing circuit for generating an oxygen saturation image from an image are separately required, it is necessary to significantly change the design of the light source device and the processor device of the endoscope system. Therefore, as shown in Patent Document 2, the measurement probe inserted into the forceps channel of the endoscope scope irradiates the oxygen saturation measurement light and images the inside of the body cavity illuminated by the oxygen saturation measurement light. To generate an oxygen saturation image. Thus, by using a measurement probe that is separate from the endoscope scope, an oxygen saturation image can be acquired without significantly changing the design of the endoscope system.
特許文献2では、測定用プローブから測定用の照明光を発する(図2)だけでなく、内視鏡スコープから測定用の照明光を発し、その反射像を撮像専用の測定用プローブで撮像することについても記載がある(図31)。このような撮像専用の測定用プローブを用いた場合には、測定用プローブ専用の光源装置を必要としないためコストを抑えることができ、また、測定用の照明光を導光するためのライトガイドも省略することができるため、測定用プローブ全体を細径化することができる。 In Patent Document 2, not only the measurement illumination light is emitted from the measurement probe (FIG. 2), but also the measurement illumination light is emitted from the endoscope scope, and the reflected image is captured by the measurement probe dedicated to imaging. This is also described (FIG. 31). When such a measurement probe dedicated for imaging is used, a light source device dedicated to the measurement probe is not required, so that the cost can be reduced, and a light guide for guiding illumination light for measurement is used. Since the measurement probe can also be omitted, the diameter of the entire measurement probe can be reduced.
特許文献2では、撮像専用の測定用プローブを用いた場合、内視鏡スコープから発せられる照明光の発光タイミングと測定用プローブでの撮像タイミングとを同期させるために、光源装置から発光タイミング信号を発信し、その発光タイミング信号に基づいて、測定用プローブの撮像を制御している。したがって、発光タイミング信号を外部に出力するための信号出力手段(コネクタ、信号ケーブル等)を光源装置に別途設ける必要があるため、光源装置の設計変更が必要となる。 In Patent Document 2, when a measurement probe dedicated to imaging is used, a light emission timing signal is output from the light source device in order to synchronize the emission timing of illumination light emitted from the endoscope scope and the imaging timing of the measurement probe. Based on the light emission timing signal, the imaging of the measurement probe is controlled. Therefore, since it is necessary to separately provide the light source device with signal output means (connector, signal cable, etc.) for outputting the light emission timing signal to the outside, it is necessary to change the design of the light source device.
本発明は、内視鏡システム全体の設計変更を行うことなく、簡単に、酸素飽和度画像を取得することができる内視鏡用プローブ及び内視鏡システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an endoscope probe and an endoscope system that can easily obtain an oxygen saturation image without changing the design of the entire endoscope system.
上記目的を達成するために、本発明は、検体に向けて第1ないし第3の色の照明光を異なる発光タイミングで照射する内視鏡装置と組み合わせて使用され、内視鏡装置からの第1ないし第3の色の照明光で照明された検体から第1ないし第3色の照明光に対応する第1ないし第3の色の反射光を受光する内視鏡用プローブ装置において、第1の色の反射光のうち酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる第1波長帯域の光を透過させ、第2及び第3の色の反射光はそのまま透過させる帯域制限手段と、帯域制限手段を透過した第1波長帯域の光と前記第2及び第3の色の反射光を受光して撮像する撮像手段と、第1ないし第3の色の照明光の発光タイミングと、第1波長帯域の光と第2及び第3の色の反射光の撮像タイミングとが同じになるように、撮像手段を制御する撮像制御部と、撮像手段により得られる画像情報に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成する酸素飽和度画像生成手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is used in combination with an endoscope apparatus that irradiates illumination light of first to third colors toward a specimen at different emission timings . An endoscopic probe apparatus that receives reflected light of first to third colors corresponding to illumination light of first to third colors from a specimen illuminated with illumination light of first to third colors . the light of the first wavelength band absorption coefficient of reduced hemoglobin and the absorption coefficient of oxyhemoglobin is different is transmitted out of the color of the reflected light, the reflected light of the second and third color and band limiting means which transmits it, the band Imaging means for receiving and imaging the light in the first wavelength band transmitted through the limiting means and the reflected light of the second and third colors, the emission timing of the illumination light of the first to third colors, and the first Imaging light of wavelength band and reflected light of second and third colors As the timing is the same, and an imaging control section for controlling the imaging means, on the basis of image information obtained by the imaging means, the oxygen saturation of producing oxygen saturation level image obtained by imaging the oxygen saturation of hemoglobin in blood Degree image generating means.
第1の色の光は青色光であり、第2の色の光は緑色光であり、第3の色の光は赤色光であることが好ましい。 It is preferable that the first color light is blue light, the second color light is green light, and the third color light is red light.
帯域制限手段は、青色帯域から赤色帯域に及ぶ広帯域光の反射光を受光するとともに、前記広帯域の反射光のうち、第1波長帯域の光と、この第1波長帯域とは異なる第2及び第3の波長帯域の光とを透過させることが好ましい。帯域制限手段は、第1波長帯域の光、第2波長帯域の光、第3波長帯域の光を、異なるタイミングで透過させる回転フィルタであり、撮像手段は、各波長帯域の光の透過タイミングに合わせてモノクロの撮像素子で撮像することがこのましい。帯域制限手段は、第1波長帯域の光と、第2及び第3波長帯域の光とを、異なるタイミングで透過させる回転フィルタであり、撮像手段は、各波長帯域の光の透過タイミングに合わせてカラーの撮像素子で撮像することが好ましい。帯域制限手段は、第1波長帯域の光、第2波長帯域の光、第3波長帯域の光を透過させる帯域制限フィルタであり、撮像手段は、帯域制限フィルタを透過した第1ないし第3波長帯域の光を、カラーの撮像素子で受光して撮像することが好ましい。 The band limiting means receives the reflected light of the broadband light ranging from the blue band to the red band, and among the reflected light of the broadband, the light of the first wavelength band and the second and second different from the first wavelength band. It is preferable to transmit light in the third wavelength band. The band limiting means is a rotary filter that transmits the light of the first wavelength band, the light of the second wavelength band, and the light of the third wavelength band at different timings, and the imaging means is configured to transmit the light of each wavelength band. In addition, it is preferable to capture images with a monochrome image sensor. The band limiting unit is a rotary filter that transmits the light of the first wavelength band and the light of the second and third wavelength bands at different timings, and the imaging unit matches the transmission timing of the light of each wavelength band. It is preferable to image with a color image sensor. The band limiting unit is a band limiting filter that transmits light in the first wavelength band, light in the second wavelength band, and light in the third wavelength band, and the imaging unit transmits the first to third wavelengths that have passed through the band limiting filter. It is preferable to pick up an image by receiving light in a band with a color image sensor.
第1波長帯域は青色帯域に含まれ、第2波長帯域は緑色帯域に含まれ、第3波長帯域は赤色帯域に含まれることが好ましい。第1波長帯域は460nm以上480nm以下であることが好ましい。 Preferably, the first wavelength band is included in the blue band, the second wavelength band is included in the green band, and the third wavelength band is included in the red band. The first wavelength band is preferably 460 nm or more and 480 nm or less.
本発明の内視鏡システムは、検体に向けて第1ないし第3の色の照明光を異なる発光タイミングで照射する内視鏡装置と、内視鏡装置と組み合わせて使用され、内視鏡装置からの第1ないし第3の色の照明光で照明された検体から第1ないし第3色の照明光に対応する第1ないし第3の色の反射光を受光する内視鏡用プローブ装置とを備え、内視鏡用プローブ装置は、第1の色の反射光のうち酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる第1波長帯域の光を透過させ、第2及び第3の色の反射光はそのまま透過させる帯域制限手段と、帯域制限手段を透過した第1波長帯域の光と第2及び第3の色の反射光を受光して撮像する撮像手段と、第1ないし第3の色の照明光の発光タイミングと、第1波長帯域の光と第2及び第3の色の反射光の撮像タイミングとが同じになるように、撮像手段を制御する撮像制御部と、撮像手段により得られる画像情報に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成する酸素飽和度画像生成手段とを有することを特徴とする。 An endoscope system according to the present invention is used in combination with an endoscope apparatus that irradiates a specimen with illumination light of first to third colors at different emission timings, and an endoscope apparatus. An endoscopic probe device for receiving first to third color reflected light corresponding to the first to third color illumination light from the specimen illuminated with the first to third color illumination light from The endoscopic probe device transmits light in a first wavelength band in which the extinction coefficient of oxyhemoglobin and the extinction coefficient of reduced hemoglobin of the reflected light of the first color are different, and the second and third colors Band limiting means for transmitting the reflected light as it is, imaging means for receiving and imaging the light of the first wavelength band and the reflected light of the second and third colors transmitted through the band limiting means, and first to third The emission timing of the illumination light of the color, the light in the first wavelength band and the second and second light The oxygen saturation of blood hemoglobin is imaged based on the imaging control unit that controls the imaging unit and the image information obtained by the imaging unit so that the imaging timing of the reflected light of the third color is the same. And oxygen saturation image generation means for generating an oxygen saturation image .
本発明によれば、検体内からの反射光のうち、第1波長帯域を含む光を帯域制限手段で切り出し、その切り出した第1波長帯域を含む光に基づいて酸素飽和度画像を作成している。そのため、内視鏡装置と内視鏡用プローブ装置の間に、コネクタ、信号ケーブル等の電気的な接続手段を設ける必要がない。したがって、内視鏡システム全体を設計変更することなく、簡単に、酸素飽和度画像を取得することができる。 According to the present invention, out of the reflected light from within the specimen, light including the first wavelength band is cut out by the band limiting unit, and an oxygen saturation image is created based on the cut out light including the first wavelength band. Yes. Therefore, it is not necessary to provide electrical connection means such as a connector and a signal cable between the endoscope apparatus and the endoscope probe apparatus. Therefore, it is possible to easily obtain an oxygen saturation image without changing the design of the entire endoscope system.
図1に示すように、第1実施形態の内視鏡システム10は、検体内を照明する光を発生する光源装置11と、光源装置11からの光を検体の被観察領域に照射し、その反射像を撮像する内視鏡装置12と、内視鏡装置12での撮像により得られた画像信号を画像処理するメインプロセッサ装置13と、メインプロセッサ装置13での画像処理によって得られた内視鏡画像を表示するメイン表示装置14と、キーボード等で構成される入力装置15とを備えている。なお、内視鏡装置12とメインプロセッサ装置13との間はユニバーサルケーブル20で接続されており、メインプロセッサ装置13とメイン表示装置14との間はケーブル21で接続されている。
As shown in FIG. 1, an
また、内視鏡システム10は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を測定するとともに、測定により得られた酸素飽和度を酸素飽和度画像として画像化する測定用プローブ装置23を備えている。測定用プローブ装置23は、内視鏡装置12の鉗子チャンネル12a(図2参照)に挿通され、検体内からの光を受光して撮像する測定用プローブ24と、測定用プローブ24の撮像により得られた画像情報を画像処理するサブプロセッサ装置25と、サブプロセッサ装置25での画像処理により得られる酸素飽和度画像を表示するサブ表示装置26とを備えている。なお、測定用プローブ24とサブプロセッサ装置25の間はケーブル27で接続されており、サブプロセッサ装置25とサブ表示装置26の間はケーブル28で接続されている。
The
内視鏡装置12には、操作部16側から順に、軟性部17、湾曲部18、スコープ先端部19が設けられている。軟性部17は可撓性を有しているため、屈曲自在にすることができる。湾曲部18は、操作部16に配置されたアングルノブ16aの回動操作により湾曲自在に構成されている。この湾曲部18は、検体の部位等に応じて、任意の方向、任意の角度に湾曲させることができるため、スコープ先端部19を所望の観察部位に向けることができる。
The
図2に示すように、光源装置11は、白色光源30と、この白色光源30からの広帯域光BBを青、緑、赤の3色のRGB光に波長分離する回転フィルタ31と、回転フィルタ31の回転軸に接続され、一定の回転速度で回転フィルタ31を回転させるモータ32とを備えている。白色光源30は、光源本体30aと、絞り30bとを備えている。光源本体30aはキセノンランプで構成され、青色帯域から赤色帯域に及ぶ可視光帯域の広帯域光BBを発光する。絞り30bは、その開度を調整することによって、白色光源30から出射して回転フィルタ31に入射する広帯域光BBの光量を調整する。なお、光源本体30aは、キセノンランプの他、白色LEDなどの半導体光源であってもよい。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、回転フィルタ31は、モータ32に接続された回転軸31aを回転中心として回転する。この回転フィルタ31には、回転軸31aを中心として、120°間隔で、それぞれBフィルタ部34a、Gフィルタ部34b、Rフィルタ部38cが設けられている。また、Bフィルタ34aとGフィルタ34bとの間、Gフィルタ34bとRフィルタ34cとの間、Rフィルタ34cとBフィルタ34aとの間は、広帯域光BBを遮光する遮光部34dとなっている。
As shown in FIG. 3, the
図4に示すように、Bフィルタ部34aは広帯域光BBから青色帯域(380〜500nm)のB光を透過させ、Gフィルタ部34bは広帯域光BBから緑色帯域(480〜620nm)のG光を透過させ、Rフィルタ部34cは広帯域光BBから赤色帯域(580〜720nm)のR光を透過させる。したがって、回転フィルタ31が回転することで、B光、G光、R光が回転フィルタ31から順次出射する。その際、回転フィルタ31には遮光部34dが設けられているため、ある色の光の照射が終わって、次の色の光の照射が開始するまでの間には、一定の遮光期間が存在する。これらB光、G光、R光は、集光レンズ36及び光ファイバ41を通して、内視鏡装置12のライドガイド28,29に入射する。
As shown in FIG. 4, the
図2に示すように、内視鏡装置12は電子内視鏡から構成され、ライトガイド28,29で導光された2系統(2灯)の光を被観察領域に向けて照射する照明部40と、被観察領域を撮像する1系統の撮像部41と、内視鏡装置12と光源装置11及びメインプロセッサ装置13とを着脱自在に接続するコネクタ部42を備えている。
As shown in FIG. 2, the
照明部40は、撮像部41の両脇に設けられた2つの照明窓43,44を備えており、各照明窓43,44の奥には、それぞれ投光ユニット47,54が収納されている。各投光ユニット47,54は、ライトガイド28,29からの光を、照明レンズ51を通して被観察領域に照射する。撮像部41は、スコープ先端部19の略中心位置に、被観察領域からの反射光を、対物レンズユニット(図示省略)を通して受光する1つの観察窓42を備えている。
The
観察窓42奥には、検体の被観察領域の像光を取り込むための対物レンズユニット(図示省略)等の光学系が設けられており、さらにその対物レンズユニットの奥には、被観察領域を撮像するCCD(Charge Coupled Device)などのメイン撮像素子60が設けられている。このメイン撮像素子60は各画素にカラーフィルタが設けられていないモノクロの撮像素子であり、対物レンズユニットからの光を受光面(撮像面)で受光し、受光した光を光電変換して撮像信号(アナログ信号)を出力する。なお、メイン撮像素子60として、IT(インターライントランスファー)型のCCDを使用するが、そのほか、グローバルシャッターを有するCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)を使用してもよい。
An optical system such as an objective lens unit (not shown) for capturing the image light of the observation region of the specimen is provided in the back of the
メイン撮像素子60から出力される撮像信号(アナログ信号)は、スコープケーブル67を通じてA/D変換器68に入力される。A/D変換器68は、撮像信号(アナログ信号)をその電圧レベルに対応する画像信号(デジタル信号)に変換する。変換後の画像信号は、コネクタ部42を介して、メインプロセッサ装置13に入力される。
An imaging signal (analog signal) output from the
撮像制御部70は、メイン撮像素子60の撮像制御を行う。この撮像制御部70では、図5に示すように、B光、G光、R光が検体内に順次照射されたときに、その検体内の反射像をメイン撮像素子60で順次撮像して電荷を蓄積する。そして、蓄積した電荷に基づいて、青色信号Bc、緑色信号Gc、赤色信号Rcを順次出力する。この一連の動作は、内視鏡システム10の電源がONになっている限り、繰り返し行われる。
The imaging control unit 70 performs imaging control of the
図2に示すように、メインプロセッサ装置13は、制御部71と、画像処理部72と、記憶部74とを備えており、制御部71にはメイン表示装置14及び入力装置15が接続されている。制御部71はメインプロセッサ装置13内の各部を制御するとともに、入力装置15から入力される入力情報に基づいて、内視鏡装置12の撮像制御部70及びメイン表示装置14の動作を制御する。
As shown in FIG. 2, the
画像処理部72は、内視鏡装置12から順次送信される青色信号Bc、緑色信号Gc、赤色信号Rcに対して、ホワイトバランスなどの各種画像処理を施す。そして、各種画像処理が施された青色信号Bc、緑色信号Gc、赤色信号Rcは、それぞれメイン表示装置14のBチャンネル、Gチャンネル、Rチャンネルに割り当てられる。これにより、メイン表示装置14上に、通常光画像が表示される。
The
測定用プローブ24は、内視鏡装置12によってB光、G光、R光で照明された検体からの反射光のうち、所定帯域の光のみを透過させる帯域制限フィルタ(Band Pass Filter)(以下「BPF」とする)100と、このBPF100を透過した光を受光して撮像するサブ撮像素子101とを備えている。なお、図示は省略するが、検体内からの反射光は、対物レンズユニットを通して、BPF100及びサブ撮像素子101に入射する。また、図2では、BPF100は、サブ撮像素子101の撮像面上に貼り付けているが、これに限らず、測定用プローブ24の先端受光面とサブ撮像素子101との間に設けてもよい。
The
図6に示すように、BPF100は、460nm以上の波長帯域の光を透過させる一方で、460nmを下回る波長帯域の光をカットする。したがって、BPF100は、内視鏡装置12から発せられる3色のB光、G光、R光のうち、B光については、460nmを下回る波長帯域の光がカットされて、460〜500nmの第1波長帯域の光が透過する。一方、G光、R光については、BPF100でほとんどカットされることなく、そのまま透過する。したがって、BPF100を透過したG光は、480〜620nmの広帯域に及ぶ第2波長帯域を有しており、BPF100を透過したR光は、580〜720nmの広帯域に及ぶ第3波長帯域を有している。なお、以下においては、BPF100透過後のB光をBn光と表記する一方、BPF100透過後のG光、R光については、そのままG光、R光と表記する。
As shown in FIG. 6, the
サブ撮像素子101は、メイン撮像素子60と同様、各画素にカラーフィルタが設けられていないモノクロの撮像素子である。このサブ撮像素子101は、BPF101を対物レンズユニットからの光を受光面(撮像面)で受光し、受光した光を光電変換して撮像信号(アナログ信号)を出力する。なお、サブ撮像素子101としては、メイン撮像素子60と同様、IT型のCCDのほか、グローバルシャッターを有するCMOSを使用してもよい。
Similar to the
図2に示すように、サブ撮像素子101から出力される撮像信号(アナログ信号)は、プローブ用ケーブル102を通じてA/D変換器104に入力される。A/D変換器104は、撮像信号(アナログ信号)をその電圧レベルに対応する画像信号(デジタル信号)に変換する。変換後の画像信号は、サブプロセッサ装置25に入力される。
As shown in FIG. 2, the imaging signal (analog signal) output from the
撮像制御部106は、サブ撮像素子101の撮像制御を行う。この撮像制御部106には、図7Aに示すように、メモリ106aに撮像制御プログラム107が予めインストールされている。この撮像制御プログラムに従って撮像制御を行うことで、B光、G光、R光の発光とサブ撮像素子101の撮像は、ほぼ同時に行われる。これにより、撮像制御部106は、光源装置11からB光、G光、R光の発光タイミングに関する情報を逐次取得することなく、サブ撮像素子101の撮像を制御することができる。
The
サブ撮像素子101の撮像制御は、B光、G光、R光の発光タイミングとサブ撮像素子101の撮像タイミングとを略一致させるための第1撮像制御と、この第1撮像制御の完了後、撮像制御プログラム107のみで、サブ撮像素子101の駆動制御を行う第2撮像制御とからなる。
The imaging control of the
第1撮像制御では、以下の手順に従って行われる。B光、G光、R光で照明された検体内に測定用プローブ24が挿入されると、サブ撮像素子101は、BPF100を通して、Bn光、G光、R光のいずれかを検出する。そして、撮像制御部106は、サブ撮像素子101での検出結果及び撮像制御プログラム107に基づいて、B光、G光、R光の発光タイミングとサブ撮像素子101の撮像タイミングとが同じになるように、サブ撮像素子101の撮像を制御する。そして、両者のタイミングがほぼ一致したときに、第1撮像制御が完了する。なお、両者のタイミングが一致したか否かの判定方法としては、例えば、一定期間に撮像した画像のうち一定の明るさ以上の画像が一定数以上となった場合に、両者のタイミングがほぼ一致したと判定することが好ましい(一方、両者のタイミングが合っていない場合には、遮光期間に撮像された画像の数が多いため、一定の明るさ以上の画像の数は少ない)。
The first imaging control is performed according to the following procedure. When the
第1撮像制御の次に行われる第2撮像制御は、撮像制御プログラム107のみに基づいて、B光、G光、R光の発光タイミングとサブ撮像素子101の撮像タイミングとがずれないように制御する。図7Bに示すように、内視鏡装置12からB光が検体に照射されると、その反射光が測定用プローブ24のBPF100を透過して、第1波長帯域の光を有するBn光がサブ撮像素子101に入射する。そして、サブ撮像素子101が、Bn光を光電変換して電荷を蓄積するとともに、蓄積した電荷に基づいて、青色信号Bを出力する。また、内視鏡装置12からG光、R光が照射されて、G光、R光がサブ撮像素子101に入射したときについても、同様の制御が行われる。これにより、サブ撮像素子101から緑色信号G、赤色信号Rが出力される。これら出力された青色信号B、緑色信号G、赤色信号Rは、サブプロセッサ装置25に順次送信される。以上の一連の動作は、測定用プローブ装置23の電源がONになっている限り、繰り返し行われる。
The second imaging control performed after the first imaging control is controlled based on only the
図2に示すように、サブプロセッサ装置25は、制御部110と、画像処理部112と、記憶部114とを備えており、制御部110にはサブ表示装置26が接続されている。制御部110はサブプロセッサ装置25内の各部を制御するとともに、測定用プローブ24の撮像制御部106及びメイン表示装置14の動作を制御する。
As illustrated in FIG. 2, the
図8に示すように、画像処理部112は、測定用プローブ24から送信された青色信号B、緑色信号G、赤色信号Rに基づいて、酸素飽和度画像を生成する酸素飽和度画像処理部122を備えている。酸素飽和度画像処理部122は、強度比算出部123と、相関関係記憶部124と、酸素飽和度算出部126と、画像生成部127とを備えている。強度比算出部84は、青色信号B、緑色信号G、赤色信号Rのうち、青色信号Bと緑色信号G間の信号強度の比を示す強度比B/Gと、緑色信号Gと赤色信号R間の信号強度の比を示す強度比R/Gとを求める。強度比算出部123では、同じ位置にある画素間の強度比を算出し、また、強度比は画像信号の全ての画素に対して算出される。なお、強度比は画像信号のうち血管部分の画素のみ求めてもよい。この場合、血管部分は、血管部分の画像信号とそれ以外の部分の画像信号との差に基づいて特定される。
As shown in FIG. 8, the
相関関係記憶部124は、強度比B/G及びR/Gと酸素飽和度との相関関係を記憶している。この相関関係は、図9に示すように、二次元空間上に酸素飽和度の等高線を定義した2次元テーブルで記憶されている。この等高線の位置、形は光散乱の物理的なシミュレーションで得られ、血液量に応じて変わるように定義されている。なお、強度比B/G,R/Gはlogスケールで記憶されている。
The
上記相関関係は、図10に示すような酸化ヘモグロビンや還元ヘモグロビンの吸光特性や光散乱特性と密接に関連性し合っている。ここで、曲線130は酸化ヘモグロビンの吸光係数を、曲線131は還元ヘモグロビンの吸光係数を示している。例えば、473nmのように吸光係数の差が大きい波長では、酸素飽和度の情報を取り易い。しかしながら、473nmの光に対応する信号を含む青色信号Bは、酸素飽和度だけでなく血液量にも依存度が高い。そこで、青色信号Bに加え、主として血液量に依存して変化する赤色信号Rと、青色信号Bと赤色信号Rのリファレンス信号(規格化用信号)となる緑色信号Gから得られる強度比B/G及びR/Gを用いることで、血液量に依存することなく、酸素飽和度を正確に求めることができる。
The above correlation is closely related to the light absorption characteristics and light scattering characteristics of oxyhemoglobin and reduced hemoglobin as shown in FIG. Here, the
また、470〜700nmの波長範囲の光は、粘膜組織内での散乱係数が小さく、かつ波長依存性が小さいという性質がある。このため、この波長範囲の光を照明光として用いることによって、血管の深さの影響を低減しつつ、血液量および酸素飽和度の情報を含む血液情報を得ることができる。 In addition, light in the wavelength range of 470 to 700 nm has a property that the scattering coefficient in the mucosal tissue is small and the wavelength dependency is small. Therefore, by using light in this wavelength range as illumination light, blood information including information on blood volume and oxygen saturation can be obtained while reducing the influence of blood vessel depth.
なお、相関関係記憶部124には、強度比R/Gと血液量との相関関係についても記憶させてもよい。この相関関係は、強度比R/Gが大きくなればなるほど血液量も大きくなるように定義される1次元テーブルとして記憶されている。この強度比R/Gと血液量の相関関係は血液量の算出時に用いられる。
The
酸素飽和度算出部126は、相関関係記憶部124に記憶された相関関係と強度比算出部123で求めた強度比B/G、R/Gとを用いて、各画素における酸素飽和度を求める。なお、以下の説明においては、酸素飽和度の算出に使用する青色信号B、緑色信号G、赤色信号Rの所定画素の輝度値を、それぞれB*、G*、R*する。これに伴い、各画素における強度比は、B*/G*、R*/G*となる。
The oxygen
酸素飽和度算出部126は、図11に示すように、相関関係記憶部124に記憶した相関関係から、強度比B*/G*、R*/G*に対応する対応点Pを特定する。そして、対応点Pが酸素飽和度=0%限界の等高線133と酸素飽和度=100%限界の等高線134との間にある場合に、その対応点Pが示すパーセント値を酸素飽和度とする。例えば、図11の場合であれば、対応点Pは60%の等高線上に位置するため、酸素飽和度は60%となる。
As shown in FIG. 11, the oxygen
一方、対応点が等高線133と等高線134との間から外れている場合、対応点が等高線133よりも上方に位置するときには酸素飽和度を0%とし、対応点が等高線134よりも下方に位置するときには酸素飽和度を100%とする。なお、対応点が等高線133と等高線134との間から外れている場合には、その画素における酸素飽和度の信頼度を下げてサブ表示装置26に表示しないようにしてもよい。
On the other hand, when the corresponding point is off between the
画像生成部127は、青色信号B、緑色信号G、赤色信号Rに基づいてベース画像を生成するとともに、このベース画像の色を酸素飽和度に応じて変化させた酸素飽和度画像を生成する。ベース画像を生成するに際して、狭帯域波長のBn光で生成された青色信号Bに対しては、明るさをアップさせる明るさ調整処理が施される。これは、青色信号Bは、広帯域波長のG光、R光で生成された緑色信号G、赤色信号Rと比較して、明るさが不足するためである。そして、明るさ調整処理後の青色信号B´、緑色信号G、赤色信号Rからベース画像が生成される。ベース画像は、青色信号B´の強度値を有するB画素と、緑色信号Gの強度値を有するG画素と、赤色信号Rの強度値を有するR画素で構成される。
The
そして、画像生成部127は、ベース画像の各画素の画素値に対して、酸素飽和度に応じたゲインを施す。例えば、酸素飽和度が60%以上の場合には、ベース画像のB画素の画素値、G画素の画素値、R画素の画素値のいずれに対しても、同じゲイン「1」が施される。これに対して、酸素飽和度が60%未満の場合は、B画素の画素値に対して「1」未満のゲインが施される一方で、G画素の画素値、R画素の画素値に対しては「1」を超えるゲインが施される。このゲイン処理後のベース画像のB画素の画素値、G画素の画素値、R画素の画素値が、表示装置14のB、G、Rチャンネルにそれぞれ割り当てられる。これにより、サブ表示装置26には酸素飽和度画像が表示される。
Then, the
この酸素飽和度画像上においては、高酸素の領域は通常画像の色で表示されるのに対して、酸素飽和度が一定値を下回る低酸素の領域では疑似カラーで表示される。なお、酸素飽和度画像では、低酸素領域だけでなく高酸素の領域(60〜100%)も疑似カラーで表示してもよい。 On this oxygen saturation image, the high oxygen region is displayed in the color of the normal image, whereas in the low oxygen region where the oxygen saturation is below a certain value, it is displayed in a pseudo color. In the oxygen saturation image, not only the low oxygen region but also the high oxygen region (60 to 100%) may be displayed in a pseudo color.
なお、上記第1実施形態では、測定用プローブ24の先端部に、BPF100及びサブ撮像素子101を設けたが、これに代えて、図12に示すように、サブプロセッサ装置25内にBPF100及びサブ撮像素子101を設けてもよい。この場合には、測定用プローブ24には、検体からの光を受光してサブプロセッサ装置25まで導光するライトガイド140が設けられる。ライトガイド140からの光は、集光レンズ141を通して、BPF100及びサブ撮像素子101に入射する。なお、A/D変換器104及び撮像制御部106は、測定用プローブ24の内部ではなく、サブプロセッサ装置25の内部に設けられる。
In the first embodiment, the
図13に示すように、第2実施形態の内視鏡システム200は、第1実施形態のように、R光、G光、B光を順次検体に照射するのではなく、広帯域光BBをそのまま検体上に照射する。そのため、内視鏡システム200においては、広帯域光BBを色分離するための回転フィルタ31が設けられていない。その代わりに、内視鏡装置12内で、カラーのメイン撮像素子201によって広帯域光BBの色分離を行う。メイン撮像素子201は、回転フィルタ31のBフィルタ部34aと同様の透過特性を有するB画素と、回転フィルタ31のGフィルタ部34bと同様の透過特性を有するG画素と、回転フィルタ31のRフィルタ部34cと同様の透過特性を有するR画素から構成される。したがって、第2実施形態では、メイン撮像素子201のB画素、G画素、R画素から出力される青色信号Bc、緑色信号Gc、赤色信号Rcに基づいて、通常光画像がメイン表示装置14に表示される。なお、その他については、第1実施形態の光源装置11、内視鏡装置12、メインプロセッサ装置13と略同様である。
As shown in FIG. 13, the
一方、測定用プローブ装置23では、サブプロセッサ装置25内に設けた回転フィルタ205によって、広帯域光BBの色分離を行う。そのため、検体内で反射した広帯域光BBの反射光を、測定用プローブ24内のライトガイド140を通して、回転フィルタ205まで導光させる。回転フィルタ205で色分離された光は、集光レンズ207を通して、モノクロのサブ撮像素子208に入射する。なお、その他については、図12に示す第1実施形態の測定用プローブ装置23と略同様である。
On the other hand, in the
図14に示すように、回転フィルタ205には、回転軸206を中心として、120°間隔で、Bnフィルタ部205aと、Gフィルタ部205bと、Rフィルタ部205cとが設けられている。また、各フィルタ部205a〜205cの間には、遮光部205dが設けられている。Bnフィルタ部205aは、広帯域光BBのうち460〜500nmの第1波長帯域の光であるBn光を透過させ、Gフィルタ部205bは、広帯域光BBのうち480〜620nmの第2波長帯域の光であるG光を透過させ、Rフィルタ部205cは、広帯域光BBのうち580〜720nmの第3波長帯域の光であるR光を透過させる。したがって、回転フィルタ205が回転することで、Bn光、G光、R光が回転フィルタ205から順次出射する。
As shown in FIG. 14, the
回転フィルタ205からの光が入射するサブ撮像素子208の撮像制御は、図15に示す手順で行われる。サブ撮像素子208にBn光が入射すると、サブ撮像素子208は、Bn光を光電変換して電荷を蓄積するとともに、蓄積した電荷に基づいて、青色信号Bを出力する。また、回転フィルタ205からサブ撮像素子208にG光、R光が入射したときについても、同様の制御が行われる。これにより、サブ撮像素子208から緑色信号G、赤色信号Rが出力される。
Imaging control of the
一方、図13〜図15に示す測定用プローブ装置23では、3色の色分離機能を持つ回転フィルタ205で広帯域光BBの色分離を行ったが、これに代えて、図16及び図17に示すように、2色の色分離機能を持つ回転フィルタ210及びRGBのカラーフィルタが設けられたカラーのサブ撮像素子(図示省略)を用いて、広帯域光BBの色分離を行ってもよい。
On the other hand, in the
図16に示すように、回転フィルタ210は、Bnフィルタ部210aとG,Rフィルタ部210bとが、回転軸211に関して対称の位置に設けられている。また、各フィルタ部201a、bの間には、遮光部210cが設けられている。Bnフィルタ部210aは、Bnフィルタ部205aと同様、広帯域光BBのうちBn光を透過させる。もう一方のG,Rフィルタ部210bは、広帯域光BBのうち第2及び第3波長帯域の光であるG、R光(G光、R光の混色光で黄色っぽい色の光)を透過させる。したがって、回転フィルタ210が回転することで、Bn光と、G,R光とが交互に回転フィルタ210から出射する。
As shown in FIG. 16, in the
回転フィルタ210からの光が入射するカラーのサブ撮像素子の撮像制御は、図17に示す手順で行われる。カラーのサブ撮像素子にBn光が入射すると、カラーのサブ撮像素子は、Bn光を光電変換して電荷を蓄積するとともに、蓄積した電荷に基づいて、青色信号B1、緑色信号G1、赤色信号R1の3色分の信号を出力する。次に、カラーのサブ撮像素子208にG、R光が入射すると、上記同様の制御が行われることにより、カラーのサブ撮像素子は、青色信号B2、緑色信号G2、赤色信号R2の3色分の信号を出力する。これら2フレーム分の画像信号のうち、青色信号B1、緑色信号G2、赤色信号R2が酸素飽和度の算出及び画像化に用いられる。なお、青色信号B1は第1実施形態の青色信号Bに、緑色信号G2は第1実施形態の緑色信号Gに、赤色信号R2は第1実施形態の赤色信号Rに、それぞれ対応している。
Imaging control of the color sub-imaging device on which the light from the
以上のように、図14に示す回転フィルタ205を用いた場合には、1フレームの酸素飽和度画像を生成するために3フレーム分の画像信号を取得する必要があるのに対して、図16及び図17に示すような回転フィルタ210及びカラーのサブ撮像素子(図示省略)を用いた場合には、1フレーム少ない2フレーム分の画像信号で酸素飽和度画像を生成することができる。そのため、時間分解能を優先するとともに、解像度もある程度確保しておきたい場合には、この方法で酸素飽和度画像を生成することが好ましい。
As described above, when the
図13〜図15と図16及び図17に示す測定用プローブ装置23では、回転フィルタ205、210などで広帯域光BBの色分離を行ったが、これに代えて、図18に示すように、第1実施形態で示したBPF100及びRGBのカラーフィルタが設けられたカラーのサブ撮像素子251を用いて、広帯域光BBの色分離を行ってもよい。この場合には、図19に示すように、検体で反射した広帯域光BBがBPF100を透過することにより、第1〜第3波長帯域を持つBn、G、R光が同時にサブ撮像素子251に入射する。このBn、G、R光の入射により、サブ撮像素子251は、Bn、G、R光を光電変換して電荷を蓄積するとともに、蓄積した電荷に基づいて、青色信号B、緑色信号G、赤色信号Rの3色分の信号を出力する。この1フレーム分の青色信号B、緑色信号G、赤色信号R2が酸素飽和度の算出及び画像化に用いられる。
In the
以上のように、図14や図16に示す回転フィルタ205、210などを用いた場合には、1フレームの酸素飽和度画像を生成するために複数フレーム分の画像信号が必要となるのに対して、図18に示すBPF100及びカラーのサブ撮像素子251を用いた場合には、1フレームだけで酸素飽和度画像を生成することができる。そのため、解像度よりも時間分解能を優先する場合には、この方法で酸素飽和度画像を生成することが好ましい。
As described above, when the rotary filters 205 and 210 shown in FIGS. 14 and 16 are used, an image signal for a plurality of frames is required to generate an oxygen saturation image of one frame. When the
なお、図18では、測定用プローブ24の先端部にBPF100及びサブ撮像素子251を設けたが、これに代えて、サブプロセッサ装置25内にBPF100及びサブ撮像素子251を設けてもよい(図12参照)。この場合には、図12と同様、検体からの広帯域光BBをサブプロセッサ装置25まで導光するライドガイド140を測定用プローブ24内に設ける必要がある。
In FIG. 18, the
なお、上記第1及び第2実施形態では、図20に示すように、内視鏡装置12の鉗子チャンネル12aの先端部に、測定用プローブ24の位置を調整するための一対のバルーン300を設けてもよい。この一対のバルーン300は、測定用プローブ24の先端部を挟み込むことによって、測定用プローブ24の先端部の位置を固定する。そして、バルーン300を膨らませたり、縮ませたりすることによって、測定用プローブ24の位置を微調整することができる。なお、このバルーンを用いる場合には、スネアなどの処置具を挿通するための鉗子チャンネルとは別系統の鉗子チャンネルに対して、一対のバルーン300を設けることが好ましい。
In the first and second embodiments, as shown in FIG. 20, a pair of
なお、上記第1及び第2実施形態では、血液量(酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの和)のうち酸化ヘモグロビンの占める割合である酸素飽和度を用いて酸素飽和度画像を生成したが、これに代えて又は加えて、「血液量×酸素飽和度(%)」から求まる酸化ヘモグロビンインデックスや、「血液量×(100−酸素飽和度)(%)」から求まる還元ヘモグロビンインデックスを用いてもよい。 In the first and second embodiments, the oxygen saturation image is generated using the oxygen saturation, which is the proportion of oxygenated hemoglobin in the blood volume (the sum of oxygenated hemoglobin and reduced hemoglobin). In addition or in addition, an oxygenated hemoglobin index obtained from “blood volume × oxygen saturation (%)” or a reduced hemoglobin index obtained from “blood volume × (100−oxygen saturation) (%)” may be used.
10,200 内視鏡システム
11 光源装置
23 測定用プローブ装置
24 測定用プローブ
31,205,210 回転フィルタ
100 BPF
101,208,251 サブ撮像素子
106 撮像制御部
107 撮像制御プログラム
122 酸素飽和度画像処理部
10,200
101, 208, 251
Claims (4)
前記第1の色の反射光のうち酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる第1波長帯域の光を透過させ、前記第2及び第3の色の反射光はそのまま透過させる帯域制限手段と、
前記帯域制限手段を透過した前記第1波長帯域の光と前記第2及び第3の色の反射光を受光して撮像する撮像手段と、
前記第1ないし第3の色の照明光の発光タイミングと、前記第1波長帯域の光と前記第2及び第3の色の反射光の撮像タイミングとが同じになるように、前記撮像手段を制御する撮像制御部と、
前記撮像手段により得られる画像情報に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成する酸素飽和度画像生成手段とを備えることを特徴とする内視鏡用プローブ装置。 Used in combination with an endoscope apparatus that irradiates the specimen with illumination light of the first to third colors at different emission timings, and with the illumination light of the first to third colors from the endoscope apparatus. In an endoscope probe device that receives reflected light of first to third colors corresponding to illumination light of the first to third colors from an illuminated specimen ,
The first is transmitted through the first wavelength band light absorption coefficient of the absorption coefficient and reduced hemoglobin oxygenated hemoglobin are different among the reflected light color, the second and third color light reflected band and transmits it limits Means,
Imaging means for receiving and imaging the light of the first wavelength band and the reflected light of the second and third colors transmitted through the band limiting means;
The imaging means is arranged so that the emission timing of the illumination light of the first to third colors is the same as the imaging timing of the light of the first wavelength band and the reflected light of the second and third colors. An imaging control unit to control ;
An endoscopic probe device comprising: an oxygen saturation image generating unit that generates an oxygen saturation image obtained by imaging oxygen saturation of blood hemoglobin based on image information obtained by the imaging unit .
前記内視鏡装置と組み合わせて使用され、前記内視鏡装置からの前記第1ないし第3の色の照明光で照明された検体から前記第1ないし第3色の照明光に対応する第1ないし第3の色の反射光を受光する内視鏡用プローブ装置とを備え、
前記内視鏡用プローブ装置は、
前記第1の色の反射光のうち酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる第1波長帯域の光を透過させ、前記第2及び第3の色の反射光はそのまま透過させる帯域制限手段と、
前記帯域制限手段を透過した第1波長帯域の光と前記第2及び第3の色の反射光を受光して撮像する撮像手段と、
前記第1ないし第3の色の照明光の発光タイミングと、前記第1波長帯域の光と前記第2及び第3の色の反射光の撮像タイミングとが同じになるように、前記撮像手段を制御する撮像制御部と、
前記撮像手段により得られる画像情報に基づいて、血中ヘモグロビンの酸素飽和度を画像化した酸素飽和度画像を生成する酸素飽和度画像生成手段とを有することを特徴とする内視鏡システム。 An endoscope apparatus that irradiates the specimen with illumination light of the first to third colors at different emission timings;
The first corresponding to the first to third color illumination light from the specimen that is used in combination with the endoscope apparatus and illuminated with the first to third color illumination light from the endoscope apparatus. Or an endoscopic probe device that receives reflected light of the third color,
The endoscopic probe device comprises:
Band limitation for transmitting light in the first wavelength band in which the absorption coefficient of oxyhemoglobin and the absorption coefficient of deoxyhemoglobin differ among the reflected light of the first color, and transmitting the reflected light of the second and third colors as they are Means,
Imaging means for receiving and imaging the first wavelength band light transmitted through the band limiting means and the reflected light of the second and third colors;
The imaging means is arranged so that the emission timing of the illumination light of the first to third colors is the same as the imaging timing of the light of the first wavelength band and the reflected light of the second and third colors. An imaging control unit to control;
An endoscope system, comprising: an oxygen saturation image generation unit that generates an oxygen saturation image obtained by imaging the oxygen saturation of blood hemoglobin based on image information obtained by the imaging unit .
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