JP6058235B1 - 内視鏡システム - Google Patents
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Abstract
被写体を撮像する撮像素子244を有する内視鏡2と、照明部242からの照明光強度と照射時間を制御する調光部304と、エイミング用単色レーザー光を照射可能なレーザープローブ7を挿通する挿通チャネル247と、撮像素子244の撮像信号のゲインを制御するゲイン調整部302cと、エイミング用単色レーザー光を照射した際における被写体に係るハレーションを検知するエイミングレーザーハレーション検知部311と、エイミング用単色レーザー光によるハレーションが検知された場合、調光部304とゲイン制御部302cを制御する制御部309とを備える。
Description
本発明は、内視鏡システム、例えば、被写体の観察画像を画像信号として出力可能な撮像部を有するとともにレーザープローブを利用可能な内視鏡システムに関する。
従来、医療用分野及び工業用分野においては、被検体を観察する撮像部を備えた内視鏡が広く用いられている。また、内視鏡に着脱自在に接続され、内視鏡に係る各種信号処理をビデオプロセッサと称する信号処理装置により担い、内視鏡システムを構成する技術も知られるところにある。
一方、近年、泌尿器分野では腎臓内で生成された石が尿管または尿道に詰まる尿路結石に対し、内視鏡下での処置が行われるようになっている。
この内視鏡下での処置とは具体的に、たとえば、内視鏡の挿入部に形成された挿通チャンネルにYAGレーザー装置に接続されたレーザープローブを挿通し、その後たとえば尿管等に詰まった石に対して当該YAGレーザーを照射することによりこれら石を砕いて採取する処置が知られている(日本国特開2009−288682号公報参照)。
ところで上述した如きレーザープローブから照射される、いわゆるYAGレーザー等のレーザー光は不可視光であるため、砕石対象物の照射位置を確認しやすくするために、これら砕石照射用のYAGレーザーを照射する前に照射位置確認用の可視光レーザー(以下、エイミングレーザー)を照射することが行われている(日本国特開2009−288682号公報参照)。
しかし、上述したエイミングレーザーの出力エネルギーが高い場合、モニター上の内視鏡画像ではエイミングレーザーのポイントがハレーションを起こして測定部位の視認性が悪化してしまうという問題があった。
すなわち、エイミングレーザー光は狭帯域の強度の高い光であるため、エイミングレーザーに係る波長の光だけ出力レベルが極端に大きくなり、結果的にハレーションを起こしてしまう虞があった。
ここで上述したハレーションを防止するためには、エイミングレーザー装置側の出力エネルギーの調節をすることが考えられるが、内視鏡システムに組み合わされるエイミングレーザー装置は複数の種類種別が存在することから、内視鏡装置側からエイミングレーザー装置側の出力エネルギーの調節をすることは困難であるのが現状である。
また、電子シャッタを搭載していないイメージセンサを備える内視鏡においては、上述した如き状況で生じるハレーションの低減は困難である。
上述した問題に対し従来、内視鏡先端部に搭載するイメージセンサのレンズ部分に配置された、赤外光をカットする光学フィルタ(IRカットフィルタ)の厚みを増すことで、エイミングレーザー光のイメージセンサへの入射エネルギーを強く抑える対策を行っていた。
しかし、前記光学フィルタの厚みを増加させることは、内視鏡先端部におけるイメージセンサユニット部の長さ方向の増大に繋がってしまい、これにより、内視鏡先端部の湾曲角度が小さくなってしまい、製品スペックを悪化させてしまうという問題があった。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、イメージセンサユニット部の大きさを変えることなく、エイミングレーザーを照射する際の視認性を向上させることができる内視鏡システムを提供することを目的とする。
本発明の一態様の内視鏡システムは、被写体を撮像する撮像素子を有する内視鏡と、前記被写体に照明光を照射する照明部と、前記照明部からの照明光強度と照射時間を制御する調光部と、前記内視鏡に設けられ、前記被写体の所定位置に対してレーザー照射位置を確認するためのエイミング用単色レーザー光を照射可能なレーザープローブを少なくとも挿通するための挿通チャネルと、前記撮像素子から出力された撮像信号のゲインを制御するゲイン制御部と、前記エイミング用単色レーザー光を照射した際における前記被写体に係るハレーションを検知するハレーション検知部と、少なくとも前記調光部および前記ゲイン制御部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ハレーション検知部において前記エイミング用単色レーザー光によるハレーションが検知された場合、前記照明光を調光するよう前記調光部を制御すると共に、前記ゲインを制御するよう前記ゲイン制御部を制御する。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。
また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる内視鏡システムの概略構成を示す斜視図であり、図2は、第1の実施の形態にかかる内視鏡システムの要部の機能構成を示すブロック図である。
さらに、図3は、第1の実施の形態にかかる内視鏡システムにレーザー装置からレーザープローブを挿入した際の状態を示した要部斜視図であり、図4は、第1の実施の形態にかかる内視鏡システムにレーザー装置からレーザープローブを挿入した際の要部の機能構成を示すブロック図である。
図1および図2に示すように、内視鏡システム1は、被検体の体腔内に先端部を挿入することによって被写体の体内画像を撮像し当該被写体像の画像信号を出力する内視鏡2と、内視鏡2から出力される画像信号に対して所定の画像処理を施すとともに内視鏡システム1全体の動作を統括的に制御するビデオプロセッサ3と、内視鏡2の先端から出射するための照明光を発生する光源装置4と、ビデオプロセッサ3において画像処理が施された画像を表示する表示装置5と、を備える。
また、図3および図4に示すように、本実施形態において内視鏡システム1における内視鏡2には、YAGレーザー光およびエイミング用単色レーザー光を生成するレーザー装置6に接続されたレーザープローブ7であって、前記YAGレーザー光および前記エイミング用単色レーザー光を照射可能なレーザープローブ7が挿通されるようになっている。このレーザープローブ7については後に詳述する。
前記レーザー装置6は、被写体の所定位置に存する対象物を砕石するためのレーザー光を生成するYAGレーザー光源と、当該YAGレーザーによるレーザー照射位置を確認するためのエイミング用単色レーザー光を生成するエイミングレーザー光源と、を備えるが、詳しくは後述する。
図1および図2に戻って、内視鏡2は、いわゆる膀胱腎盂ビデオスコープであって、可撓性を有する細長形状をなす挿入部21と、挿入部21の基端側に接続され、各種の操作信号の入力を受け付ける操作部22と、操作部22から延出されビデオプロセッサ3および光源装置4と接続する各種ケーブルを内蔵するユニバーサルコード23と、を備える。
挿入部21は、後述する撮像素子を内蔵した先端部24と、たとえばフッ素ゴムにより形成され上下2方向に湾曲自在な湾曲部25と、湾曲部25の基端側に接続され、たとえばフッ素樹脂により形成された可撓性を有する長尺状の軟性管部26と、を有する。
先端部24は、たとえばポリスルフォン等を用いて構成され、図1、図2および図5に示すように、光源装置4が発生した光の導光路をなすライトガイド241と、ライトガイド241の先端に設けられた照明部である照明レンズ242と、当該照明レンズ242の先端側に配設された照明レンズ窓24bと、被写体像を集光する対物レンズ24aと、対物レンズ24aを含む対物光学系243と、対物光学系243の結像位置に設けられ、対物光学系243が集光した光を受光して電気信号に光電変換するとともに所定の信号処理を施す撮像装置としての撮像素子244と、上述したレーザープローブ7等の処置具が挿通される処置具チャンネル247と、当該処置具チャンネル247の先端開口部24cと、を有する。
図2を参照して、撮像素子244の電気的な構成を説明する。
図2に示すように、撮像素子244は、対物光学系243からの光を光電変換して電気信号を画像情報として出力するセンサ部244a(撮像部)と、センサ部244aが出力した電気信号に対してノイズ除去およびA/D変換を行うアナログフロントエンド244b(以下、「AFE部244b」という)と、AFE部244bが出力したデジタル信号をパラレル/シリアル変換して外部に送信するP/S変換部244c(送信部)と、センサ部244aの駆動タイミング、AFE部244bおよびP/S変換部244cにおける各種信号処理のパルスを発生するタイミングジェネレータ244d(同期信号発生部)と、撮像素子244の動作を制御する制御部244eと、各種設定情報を記憶する記憶部244kと、を有する。
図2に示すように、撮像素子244は、対物光学系243からの光を光電変換して電気信号を画像情報として出力するセンサ部244a(撮像部)と、センサ部244aが出力した電気信号に対してノイズ除去およびA/D変換を行うアナログフロントエンド244b(以下、「AFE部244b」という)と、AFE部244bが出力したデジタル信号をパラレル/シリアル変換して外部に送信するP/S変換部244c(送信部)と、センサ部244aの駆動タイミング、AFE部244bおよびP/S変換部244cにおける各種信号処理のパルスを発生するタイミングジェネレータ244d(同期信号発生部)と、撮像素子244の動作を制御する制御部244eと、各種設定情報を記憶する記憶部244kと、を有する。
撮像素子244は、本実施形態においては、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ(CIS)を採用する。タイミングジェネレータ244dは、ビデオプロセッサ3から送信される各種駆動信号(同期信号)を受信する。
センサ部244aは、光量に応じた電荷を蓄積するフォトダイオードおよびフォトダイオードが蓄積した電荷を増幅する増幅器をそれぞれ有する複数の画素が2次元マトリックス状に配設された受光部244fと、受光部244fの複数の画素のうち読み出し対象として任意に設定された画素が生成した電気信号を画像情報として読み出す読み出し部244gと、を有する。
AFE部244bは、電気信号(アナログ)に含まれるノイズ成分を低減するノイズ低減部244hと、電気信号の増幅率(ゲイン)を調整して一定の出力レベルを維持するAGC(Auto Gain Control)部244iと、AGC部244iを介して出力された電気信号をA/D変換するA/D変換部244jと、を有する。ノイズ低減部244hは、たとえば相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling)法を用いてノイズの低減を行う。
制御部244eは、ビデオプロセッサ3から受信した設定データにしたがって、先端部24の各種動作を制御する。なお、制御部244eは、CPU等を用いて構成される。
記憶部244kは、本実施形態においては、フラッシュメモリまたはDRAM(Dynamic Random Access Memory )等の半導体メモリを用いて実現され、ビデオプロセッサ3の識別情報および面順次式もしくは同時式の観察方式を示す観察情報(なお本実施形態においてビデオプロセッサ3は面順次の観察方式を採用)、撮像素子244の撮像速度(フレームレート)、およびセンサ部244aの任意の画素からの画素情報の読み出し速度またはシャッタ制御設定ならびにAFE部244bが読み出した画素情報の伝送制御情報等を記憶する。
操作部22と先端部24との間には、ビデオプロセッサ3との間で電気信号の送受信を行う複数の信号線が束ねられた集合ケーブル245が接続され、操作部22とコネクタ部27との間には集合ケーブル224が接続されている。なお、複数の信号線には、撮像素子244が出力した画像信号をビデオプロセッサ3へ伝送する信号線およびビデオプロセッサ3が出力する制御信号を撮像素子244へ伝送する信号線等が含まれる。
また、本実施形態において、電気信号の送受信には2本の信号線(差動信号線)を用いて一つの信号を伝送する方式(差動伝送)が用いられる。この差動伝送方式は、差動信号線間の電圧をそれぞれ正(+)および負(−、位相反転)とすることによって、各線にノイズが混入してもキャンセルできるため、シングルエンド信号に比べてノイズに強く、データの高速伝送が可能となる。
なお、上述した差動伝送は、ユニバーサルコード23または軟性管部26の長さが長い場合には用いられることが好ましいが、この長さが短い場合は、シングルエンド信号を用いるシングルエンド信号伝送であっても適用可能である。
図1に戻って、操作部22は、湾曲部25を上下方向に湾曲させる湾曲ノブ221と、少なくともレーザープローブ7等の処理具を挿入する処置具挿入部222と、送気手段または送水手段等の切り替えを行う信号、並びにビデオプロセッサ3または光源装置4の設定を入力する複数の入力スイッチを備えるスイッチ223と、を有する。
本実施形態においては、レーザープローブ7が処置具挿入部222から挿入された際、当該レーザープローブ7は、先端部24の処置具チャンネル247を経由して先端部24の先端開口部24cから先端部7aが表出するようになっている。
一方、本実施形態においては、コネクタ部27から先端部24に信号を伝送する場合においては、ユニバーサルコード23で信号を中継して、差動信号をシングルエンド信号に変換する回路を配設する。
ここで差動信号を先端部24まで伝送させる場合、この差動信号からシングルエンド信号に変換する変換回路を差動バッファとしてもよいし、先端部24からコネクタ部27に伝送する差動信号を一度操作部22で中継し、差動バッファを配置するようにしてもよい。
なお、例えば、ユニバーサルコード23内の差動の信号伝達にはツイナックス線、挿入部21内のシングルエンド信号伝送には同軸線を適用するというように、挿入部21およびユニバーサルコード23でそれぞれの伝送に適した撮像ケーブルで構成することが好ましい。
ユニバーサルコード23は、ライトガイド241と、集合ケーブル224と、を少なくとも内蔵している。ユニバーサルコード23は、光源装置4に着脱自在なコネクタ部27(図1を参照)を有する。
コネクタ部27は、コイル状のコイルケーブル27aが延設し、コイルケーブル27aの延出端にビデオプロセッサ3と着脱自在な電気コネクタ部28を有する。
このコネクタ部27は、内部に内視鏡2の制御を行う制御部271と、FPGA(Field Programmable Gate Array )272と、内視鏡2の各構成部の動作の基準となる基準クロック信号(例えば、68MHzのクロック)を生成する基準クロック生成部273と、コンフィグレーションデータを記録する第1EEPROM274と、撮像情報を含む内視鏡固有データを記録する第2EEPROM275と、を有する。
つぎに、ビデオプロセッサ3の構成について説明する。
ビデオプロセッサ3は、S/P変換部301と、画像処理部302と、明るさ検出部303と、調光部304と、読出アドレス設定部305と、駆動信号生成部306と、入力部307と、記憶部308と、制御部309と、基準クロック生成部310と、エイミングレーザーハレーション検知部311と、を備えて構成される。
ビデオプロセッサ3は、S/P変換部301と、画像処理部302と、明るさ検出部303と、調光部304と、読出アドレス設定部305と、駆動信号生成部306と、入力部307と、記憶部308と、制御部309と、基準クロック生成部310と、エイミングレーザーハレーション検知部311と、を備えて構成される。
なお、本実施の形態では、ビデオプロセッサ3として面順次を採用する構成を例に説明するが、本発明は同時式であっても適用することができる(同時式については第2の実施形態参照)。
S/P変換部301は、当該ビデオプロセッサ3に内視鏡2が接続された際、内視鏡2から出力された画像信号(デジタル信号)をシリアル/パラレル変換する。
画像処理部302は、S/P変換部301から出力されたパラレル形態の画像信号に所定の画像処理を施し、表示装置5が表示する体内画像を生成する。また、画像処理部302は、同時化部302aと、ホワイトバランス(WB)調整部302bと、ゲイン制御部であるゲイン調整部302cと、γ補正部302dと、D/A変換部302eと、フォーマット変更部302fと、サンプル用メモリ302gと、静止画像用メモリ302hと、を有する。
同時化部302aは、画素情報として入力された画像信号を、画素ごとに設けられた3つのメモリ(図示せず)に入力し、読み出し部244gが読み出した受光部244fの画素のアドレスに対応させて、各メモリの値を順次更新しながら保持するとともに、これら3つのメモリの画像信号をRGB画像信号として同時化する。
また、同時化部302aは、同時化したRGB画像信号をホワイトバランス調整部302bへ順次出力するとともに、一部のRGB画像信号を、明るさ検出などの画像解析用としてサンプル用メモリ302gへ出力する。
ホワイトバランス調整部302bは、RGB画像信号のホワイトバランスを自動的に調整する。具体的には、ホワイトバランス調整部302bは、RGB画像信号に含まれる色温度に基づいて、RGB画像信号のホワイトバランスを自動的に調整する。
ゲイン調整部302cは、RGB画像信号のゲイン調整を行う。ゲイン調整部302cは、ゲイン調整を行ったRGB信号をγ補正部302dへ出力するとともに、一部のRGB画像信号を、静止画像表示用として静止画像用メモリ302hへ出力する。なお、詳細については後述する。
γ補正部302dは、表示装置5に対応させてRGB画像信号の階調補正(γ補正)を行う。
D/A変換部302eは、γ補正部302dが出力した画像信号をアナログ信号に変換する。
フォーマット変更部302fは、アナログ信号に変換された画像信号をハイビジョン方式等の動画用のファイルフォーマットに変更して表示装置5に出力する。
<エイミングレーザー照射の際のハレーション検知機能>
次に、ビデオプロセッサ3における、エイミングレーザー照射の際のハレーション検知機能に係る構成について説明する。
次に、ビデオプロセッサ3における、エイミングレーザー照射の際のハレーション検知機能に係る構成について説明する。
エイミングレーザーハレーション検知部311は、本発明を特徴づける回路であって、内視鏡2における挿通チャネル247に挿通されたレーザープローブ7からエイミングレーザーを照射した際における被写体のハレーションを検知する回路である。
またエイミングレーザーハレーション検知部311は、制御部309から出力されるタイミング制御信号に基づいて、同時化部302aにおいて同時化される前のRGB画像信号をそれぞれ内部のメモリに保持するようになっている。
ここで、前記エイミングレーザーハレーション検知部311における内部メモリに保持されたRGB画像信号のうち、“R”の信号レベルを“Rs”、“G”の信号レベルを“Gs”、“B”の信号レベル“Bs”とすると、エイミングレーザーハレーション検知部311は、“Rs”と“Gs”との輝度レベル比率である“Rs/Gs”と、“Rs”と“Bs”との輝度レベル比率である“Rs/Bs”とから、“R”単色のエイミングレーザーによるハレーションを検出するようになっている。
すなわち、まず、輝度レベルがモニター画面上でハレーションを引き起こすRの信号レベル“Rs”の規定レベル値を“Rs_full”とし、エイミングレーザー光として認識する輝度レベル比率“Rs/Gs”および“Rs/Bs”の規定レベル値をそれぞれ、“RGaim_ratio”、“RBaim_ratio”とする。
なお、前記規定レベル値“Rs_full”、“RGaim_ratio”、“RBaim_ratio”は、内視鏡システムごとの光源光量または撮像信号ゲインによって定まる特定の値であり、本実施形態においては、制御部309内においてパラメータとして保持(図示せず)するようになっている。
そしてエイミングレーザーハレーション検知部311は、RGB画像信号のR信号レベル“Rs”並びに輝度レベル比率“Rs/Gs”および“Rs/Bs”が、いずれも上述した規定レベル値を超えた場合にはエイミングレーザー光によるハレーションとして検知し、エイミングレーザーによるハレーション情報を明るさ検出部303に出力する。
<エイミングレーザー照射の際の明るさ制御機能>
次に、ビデオプロセッサ3における、エイミングレーザー照射の際の明るさ制御機能に係る構成について説明する。
次に、ビデオプロセッサ3における、エイミングレーザー照射の際の明るさ制御機能に係る構成について説明する。
明るさ検出部303は、サンプル用メモリ302gが保持するRGB画像信号から、各画素に対応する明るさレベルを検出し、検出した明るさレベルを内部に設けられたメモリに記録するとともに制御部309へ出力する。
また、明るさ検出部303は、制御部309の制御下に、検出した明るさレベルをもとに目標の明るさとなるようにホワイトバランス調整値、ゲイン調整値および光照射量値を算出し、ホワイトバランス調整値をホワイトバランス調整部302bへ、ゲイン調整値をゲイン調整部302cへ、光照射量値を調光部304へ出力する。
ここで制御部309の制御下における明るさ検出部303によるゲイン調整値および光照射量値の出力制御は、光照射量値を優先する。そして、制御部309の制御下に明るさ検出部303は、明るさが足りない場合には光照射量値を上げるように制御し、それでも明るさの目標値に達しない場合にはゲイン調整値を上げるように制御する。
また、本実施形態において明るさ検出部303は、エイミングレーザーハレーション検知部311からのハレーション情報に基づいて、調光動作におけるゲイン調整値と光照射量値との比率を変更して動作させるように制御する。
すなわち、エイミングレーザーハレーション検知部311がハレーションを検知した場合には、明るさ検出部303は制御部309の制御下に、エイミングレーザーハレーションのレベルが一定のレベルに下がるまでゲイン調整部302cのゲインを下げる(状況によっては負方向ゲインを掛ける)ようにゲイン調整値の出力を制御すると共に、調光部304へ出力する光照射量値を上げることで、表示画像の明るさが目標のレベルになるように制御する。
さらに明るさ検出部303は、エイミングレーザーハレーションレベルが規定値以下の場合には上述した制御は行わず(ゲイン調整部302cのゲインは正方向ゲイン)、明るさが目標レベルに達するようにゲイン調整部302cのゲイン調整値と調光部304の光照射量との制御を行う。
また調光部304は、制御部309の制御下において、明るさ検出部303が算出した光照射量値に基づいて光源装置4が発生する光の種別、光量、発光タイミング等を設定し、この設定した条件を含む光源同期信号を光源装置4へ送信する。
また読出アドレス設定部305は、制御部309の制御下において、センサ部244aの受光面における読み出し対象の画素および読み出し順序を、内視鏡2における制御部271と通信することにより設定する機能を有する。このとき内視鏡2における制御部271は、第2EEPROM275に格納されているセンサ部224aの種類情報を読み出し、ビデオプロセッサ3へ送信する。
また、読出アドレス設定部305は、AFE部244bが読み出すセンサ部244aの画素のアドレスを設定する機能を有する。そして、読出アドレス設定部305は、設定した読み出し対象の画素のアドレス情報を同時化部302aへ出力する。
駆動信号生成部306は、内視鏡2を駆動するための駆動用のタイミング信号(水平同期信号(HD)および垂直同期信号(VD))を生成し、FPGA272、集合ケーブル224,245に含まれる所定の信号線を介してタイミングジェネレータ244d(撮像素子244)へ送信する。このタイミング信号は、読み出し対象の画素のアドレス情報を含む。
また、駆動信号生成部306は、内視鏡2からビデオプロセッサ3に送信される電気信号の送信制御を行なうためのスタンバイ信号を生成する。ここで、スタンバイ信号は、P/S変換部244cによる電気信号(画像情報)のFPGA272側への送信を送信状態または停止状態(スタンバイ状態)のいずれかに設定する信号である。
入力部307は、フロントパネルまたはキーボードにより設定されるフリーズ、レリーズ等の内視鏡システム1の動作を指示する動作指示信号の入力を受け付ける。
記憶部308は、フラッシュメモリまたはDRAM(Dynamic Random Access Memory)等の半導体メモリを用いて実現される。記憶部308は、内視鏡システム1を動作させるための各種プログラム、および内視鏡システム1の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータを記憶する。
また、記憶部308は、ビデオプロセッサ3の識別情報および観察情報を記憶する。ここで、識別情報には、ビデオプロセッサ3の固有情報(ID)、年式、制御部309のスペック情報および伝送レート情報が含まれる。
制御部309は、CPU等を用いて構成され、ビデオプロセッサ3(特にエイミングレーザーハレーション検知部311)、内視鏡2および光源装置4を含む各構成部の駆動制御、および各構成部に対する情報の入出力制御等を行う。
また制御部309は、撮像制御のための設定データを、ビデオプロセッサ3に接続された内視鏡2におけるコネクタ部27のFPGA272に送信し、撮像素子244に必要な信号およびデータを集合ケーブル224,245に含まれる所定の信号線を介して制御部244eに送信する。
基準クロック生成部310は、内視鏡システム1の各構成部の動作の基準となる基準クロック信号を生成し、内視鏡システム1の各構成部に対して生成した基準クロック信号を供給する。
つぎに、光源装置4の構成について説明する。
光源装置4は、光源41と、光源ドライバ42と、回転フィルタ43と、駆動部44と、駆動ドライバ45と、光源制御部46と、を備える。
光源装置4は、光源41と、光源ドライバ42と、回転フィルタ43と、駆動部44と、駆動ドライバ45と、光源制御部46と、を備える。
光源41は、白色LED(Light Emitting Diode)またはキセノンランプ等を用いて構成され、光源制御部46の制御のもと、白色光を発生する。
光源ドライバ42は、光源41に対して光源制御部46の制御のもとで電流を供給することにより、光源41に白色光を発生させる。光源41が発生した光は、回転フィルタ43および集光レンズ(図示せず)および前記ライトガイド241を経由して先端部24の照明レンズ窓24bから照射される。
回転フィルタ43は、光源41が発した白色光の光路上に配置され、回転することにより光源41が発する白色光を所定の波長帯域を有する光のみを透過させる。具体的には、回転フィルタ43は、赤色光(R)、緑色光(G)および青色光(B)のそれぞれの波長帯域を有する光を透過させる赤色フィルタ431、緑色フィルタ432および青色フィルタ433を有する。
回転フィルタ43は、回転することにより、赤、緑および青の波長帯域(例えば、赤:600nm〜800nm、緑:500nm〜600nm、青:400nm〜500nm)を有する光を順次透過させる。これにより、光源41が発する白色光は、狭帯域化した赤色光、緑色光および青色光のいずれかの光を内視鏡2に順次出射することができる。
駆動部44は、ステッピングモータやDCモータ等を用いて構成され、ビデオプロセッサ3から送信される同期信号を基準として回転フィルタ43を回転動作させる。駆動ドライバ45は、光源制御部46の制御のもと、駆動部44に所定の電流を供給する。
光源制御部46は、調光部304から送信された調光信号に従って光源41に供給する電流量を制御する。
また、光源制御部46は、制御部309の制御下において、駆動ドライバ45を介して駆動部44を駆動することにより、回転フィルタ43を回転させる。
表示装置5は、映像ケーブルを介してビデオプロセッサ3が生成した体内画像をビデオプロセッサ3から受信して表示する機能を有する。表示装置5は、液晶または有機EL(Electro Lumines cence )等を用いて構成される。
次に、レーザー装置6について説明する。
図3は、第1の実施の形態にかかる内視鏡システムにレーザー装置からレーザープローブを挿入した際の状態を示した要部斜視図であり、図4は、第1の実施の形態にかかる内視鏡システムにレーザー装置に接続されたレーザープローブを挿入した際の要部の機能構成を示すブロック図である。
図3は、第1の実施の形態にかかる内視鏡システムにレーザー装置からレーザープローブを挿入した際の状態を示した要部斜視図であり、図4は、第1の実施の形態にかかる内視鏡システムにレーザー装置に接続されたレーザープローブを挿入した際の要部の機能構成を示すブロック図である。
図3および図4に示すように、本実施形態において内視鏡システム1における内視鏡2には、上述したように、レーザー装置6に接続されたレーザープローブ7が挿通されるようになっている。
前記レーザー装置6は、図4に示すように、被写体の所定位置に存する対象物を砕石するためのレーザー光を生成するYAGレーザー光源62と、当該YAGレーザーによるレーザー照射位置を確認するためのエイミング用単色レーザー光(以下、エイミングレーザー光)を生成するエイミングレーザー光源61と、を備える。
また、レーザー装置6は、前記YAGレーザー光源62から出力されたYAGレーザー光の光路上に配設されたターニングミラー67と、前記エイミングレーザー光源61から出力されたエイミングレーザー光の光路上に配設されたターニングミラー66と、前記YAGレーザー光または前記エイミングレーザー光を選択的に照射するフォーカシングレンズ65と、前記YAGレーザー光源62、エイミングレーザー光源61、ターニングミラー66およびターニングミラー67を制御する制御部63と、制御部63に対してレーザー光の切替操作等の所定の入力情報を提供する入力部64と、を備える。
そしてレーザー装置6においては、入力部64からの切替操作指示に応じた制御部63により、YAGレーザー光源62からのYAGレーザー光の出力と、エイミングレーザー光源61からのエイミングレーザー光の出力が切り替えられるようになっている。
レーザープローブ7は、その基端側においてレーザー装置6に接続可能であって、先端側は内視鏡2における処置具挿入部222から挿入され、先端部24の処置具チャンネル247を経由して先端部24の先端開口部24cから先端部7aが表出するようになっている。
また、レーザー装置6における制御部63に制御され、YAGレーザー光またはエイミング用単色レーザー光が照射可能となっている。
次に、本実施形態におけるエイミングレーザー照射の際のハレーション検知手法について説明する。
図6は、第1の実施の形態にかかる内視鏡システムにおけるエイミングレーザーハレーション検知部の制御作用を示したフローチャートであり、図7は、第1の実施の形態にかかる内視鏡システムにおける明るさ検知部の制御作用を示したフローチャートである。
エイミングレーザーハレーション検知部311は、まず、制御部309から出力されるタイミング制御信号に基づいて、同時化部302aにおいて同時化される前のRGB画像信号をそれぞれ内部のメモリに保持する。
そして、エイミングレーザーハレーション検知部311は、図6に示すように、前記内部メモリに保持されたRGB画像信号のうち、Rの信号レベル“Rs”が規定レベル値“Rs_full”に達しているか否かを検出する(ステップS1)。
このステップS1において、Rの信号レベル“Rs”が規定レベル値“Rs_full”に達していなければ、エイミングレーザーハレーション検知部311は、エイミングレーザーハレーションは生じていないと判定する(ステップS4)。
一方、ステップS1において、Rの信号レベル“Rs”が規定レベル値“Rs_full”に達している場合は、エイミングレーザーハレーション検知部311は、エイミングレーザーハレーションが生じている可能性があるとして、次に、“Rs”と“Gs”との輝度レベル比率である“Rs/Gs”と、規定レベル値“RGaim_ratio”とを比較する(ステップS2)。
ここで、輝度レベル比率“Rs/Gs”が規定レベル値“RGaim_ratio”未満であるときは、エイミングレーザーハレーション検知部311は、エイミングレーザーハレーションは生じていないと判定する(ステップS4)。
一方、ステップS2において、輝度レベル比率“Rs/Gs”が規定レベル値“RGaim_ratio”以上である場合は、エイミングレーザーハレーション検知部311は、次に、“Rs”と“Bs”との輝度レベル比率である“Rs/Bs”と、規定レベル値“RBaim_ratio”とを比較する(ステップS3)。
ここで、エイミングレーザーハレーション検知部311は、輝度レベル比率“Rs/Bs”が規定レベル値“RBaim_ratio”未満であるときは、エイミングレーザーハレーションは生じていないと判定し(ステップS4)、一方、輝度レベル比率“Rs/Bs”が規定レベル値“RBaim_ratio”以上であるときは、エイミングレーザーハレーションが生じていると判定する(ステップS5)。
このとき、同時化部302aにおいて同時化される前のRGB画像信号の出力レベルは、図8に示すように、エイミングレーザーに係る狭帯域のR波長の光の信号出力レベルだけが極端に大きくなり、結果的にハレーションを起こしている。
そしてエイミングレーザーハレーション検知部311は、エイミングレーザー光によるハレーションを検知すると、エイミングレーザーによるハレーション情報を明るさ検出部303に出力する。
次に、本実施形態における明るさ検出部303による調光制御、特に、エイミングレーザーハレーションを検知した後の調光制御について説明する。
図7は、第1の実施の形態にかかる内視鏡システムにおける明るさ検知部の制御作用を示したフローチャートである。
まず、本実施形態において明るさ検出部303は、サンプル用メモリ302gが保持するRGB画像信号から、各画素に対応する明るさレベルを検出し、検出した明るさレベルを内部に設けられたメモリに記録するとともに制御部309へ出力する。
そして明るさ検出部303は、制御部309の制御下に、検出した明るさレベルをもとに目標の明るさとなるようにホワイトバランス調整値、ゲイン調整値および光照射量値を算出し、ホワイトバランス調整値をホワイトバランス調整部302bへ、ゲイン調整値をゲイン調整部302cへ、光照射量値を調光部304へ出力する。
ここで制御部309の制御下における明るさ検出部303によるゲイン調整値および光照射量値の出力制御は、通常時においては、光照射量値を優先するように設定されている。
すなわち、制御部309の制御下に明るさ検出部303は、明るさが足りない場合には光照射量値を上げるように制御し、それでも明るさの目標値に達しない場合にはゲイン調整値を上げるように制御するようになっている。
一方、本実施形態において明るさ検出部303は、エイミングレーザーハレーション検知部311からのハレーション情報に基づいて、調光動作におけるゲイン調整値と光照射量値との比率を変更して動作させるように制御するようになっている。
すなわち、図7に示すように、エイミングレーザーハレーション検知部311がハレーションを検知した場合には(ステップS11)、エイミングレーザーハレーションのレベルが一定のレベルに下がるまで、まず、ゲイン調整部302cのゲイン値を下げるようにゲイン調整値の出力を制御する(ステップS15)。なお、このステップS15においては、状況によっては負方向ゲインを掛ける。
このステップS15におけるゲイン調整値の減少は、エイミングレーザーハレーション検知部311がハレーションを検知しない状態になるまで続けられる(ステップS16)。
そして、ステップS15、16において、ゲイン調整値の調整によりエイミングレーザーハレーションのレベルが一定のレベルに下がると、明るさ検出部303は制御部309の制御下に、調光部304へ出力する光照射量値を上げるよう制御する(ステップS17)。
このステップS17における光照射量値の調整は、表示画像の明るさが目標の輝度レベルに達するまで続けられる(ステップS18)。
一方、ステップS11において、エイミングレーザーハレーション検知部311によりハレーションが検知されない場合には(ステップS11)、明るさ検出部303は制御部309の制御下に、通常の調光制御を行うようになっている(ステップS12〜ステップS14)。
ここで本実施形態においては、上述したエイミングレーザーハレーションレベルが規定値以下の場合の通常の調光制御においては、明るさ検出部303は、上述した制御は行わず(ゲイン調整部302cのゲインは正方向ゲイン)、明るさが目標レベルに達するようにゲイン調整部302cのゲイン調整値と調光部304の光照射量との制御を行う。
すなわち、明るさ検出部303によるゲイン調整値および光照射量値の出力制御は、光照射量値を優先し、明るさが足りない場合には光照射量値を上げるように制御し(ステップS12)、それでも明るさの目標値に達しない場合にはゲイン調整値を上げるように制御する(ステップS13)。
そして、明るさ検出部303は、ホワイトバランス調整値、ホワイトバランス調整部、および光照射量を調光部304へ出力する。
以上説明したように、本第1の実施形態の内視鏡システムによると、イメージセンサのレンズ部分に搭載する光学フィルタ(IRカットフィルタ)の厚みを増すことなく、エイミングレーザー光のイメージセンサへの入射エネルギーを強く抑えることができ、すなわち、イメージセンサユニット部の大きさを変えることなく、エイミングレーザーを照射する際の視認性を向上させることができるという効果を奏する。
以上説明したように、本第1の実施形態の内視鏡システムによると、イメージセンサのレンズ部分に搭載する光学フィルタ(IRカットフィルタ)の厚みを増すことなく、エイミングレーザー光のイメージセンサへの入射エネルギーを強く抑えることができ、すなわち、イメージセンサユニット部の大きさを変えることなく、エイミングレーザーを照射する際の視認性を向上させることができるという効果を奏する。
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
上述した第1の実施形態の内視鏡システム1はいわゆる面順次式の観察方式を採用するが、本第2の実施形態の内視鏡システム101は、同時式の観察方式を採用する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
上述した第1の実施形態の内視鏡システム1はいわゆる面順次式の観察方式を採用するが、本第2の実施形態の内視鏡システム101は、同時式の観察方式を採用する。
図9は、本発明の第2の実施の形態にかかる内視鏡システムにレーザー装置に接続されたレーザープローブを挿入した際の要部の機能構成を示すブロック図である。
本第2の実施形態の内視鏡システム101は、その基本的な構成は第1の実施形態の内視鏡システム1と同様である。したがって、ここでは第1の実施形態との差異のみの説明にとどめ、共通する部分の説明については省略する。
図9に示すように、本第2の実施形態の内視鏡システム101は、第1の実施形態と同様に、被検体の体腔内に先端部を挿入することによって被写体の体内画像を撮像し当該被写体像の画像信号を出力する内視鏡102と、内視鏡102から出力される画像信号に対して所定の画像処理を施すとともに内視鏡システム101全体の動作を統括的に制御するビデオプロセッサ103と、内視鏡102の先端から出射するための照明光を発生する光源装置104と、ビデオプロセッサ103において画像処理が施された画像を表示する表示装置5と、を備える。
また、第2の実施形態においても、内視鏡102には、YAGレーザー光およびエイミング用単色レーザー光を生成するレーザー装置6に接続されたレーザープローブ7であって、前記YAGレーザー光および前記エイミング用単色レーザー光を照射可能なレーザープローブ7が挿通されるようになっている。
そして、本第2の実施形態の内視鏡システム101は、上述したように同時式の観察方式を採用し、内視鏡102の撮像素子244における受光部244fには、各画素に対応するRGB3原色のカラーフィルタ(図示せず)が配設されている。
また、光源装置104は、第1の実施形態における光源装置4とは異なり、光源41、光源ドライバ42および光源制御部46を備えて構成される。
そして、光源41は、白色LED(Light Emitting Diode)またはキセノンランプ等を用いて構成され、光源制御部46の制御のもと、白色光を発生する。また、光源ドライバ42は、光源41に対して光源制御部46の制御のもとで電流を供給することにより、光源41に白色光を発生させる。光源41が発生した光は、集光レンズ(図示せず)およびライトガイド241を経由して先端部24の先端から照射される。
光源制御部46は、調光部304から送信された調光信号に従って光源41に供給する電流量を制御する。
また、第2の実施形態においてビデオプロセッサ103は、第1の実施形態と同様に、S/P変換部301と、画像処理部302と、明るさ検出部303と、調光部304と、読出アドレス設定部305と、駆動信号生成部306と、入力部307と、記憶部308と、制御部309と、基準クロック生成部310と、エイミングレーザーハレーション検知部311と、を備えて構成される。
また、画像処理部302は、第1の実施形態と同様に、S/P変換部301から出力されたパラレル形態の画像信号に所定の画像処理を施し、表示装置5が表示する体内画像を生成する。また、画像処理部302は、同時化部302aと、ホワイトバランス(WB)調整部302bと、ゲイン調整部302cと、γ補正部302dと、D/A変換部302eと、フォーマット変更部302fと、サンプル用メモリ302gと、静止画像用メモリ302hと、を有する。
同時化部302aは、本第2の実施形態においては、上述した撮像素子244における前記カラーフィルタを介して画素情報として入力された画像信号を、画素ごとに設けられた3つのメモリ(図示せず)に入力し、読み出し部244gが読み出した受光部244fの画素のアドレスに対応させて、各メモリの値を順次更新しながら保持するとともに、これら3つのメモリの画像信号をRGB画像信号として同時化する。
また、同時化部302aは、同時化したRGB画像信号をホワイトバランス調整部302bへ順次出力するとともに、一部のRGB画像信号を、明るさ検出などの画像解析用としてサンプル用メモリ302gへ出力する。
ホワイトバランス調整部302b、ゲイン調整部302c、γ補正部302d、D/A変換部302e、フォーマット変更部302f、サンプル用メモリ302gおよび静止画像用メモリ302hについては、第1の実施形態と同様なので、ここでの説明は省略する。
<エイミングレーザー照射の際のハレーション検知機能>
次に、ビデオプロセッサ103における、エイミングレーザー照射の際のハレーション検知機能に係る構成について説明する。
次に、ビデオプロセッサ103における、エイミングレーザー照射の際のハレーション検知機能に係る構成について説明する。
エイミングレーザーハレーション検知部311は、第1の実施形態と同様に、内視鏡102における挿通チャネル247に挿通されたレーザープローブ7からエイミングレーザーを照射した際における被写体のハレーションを検知する回路である。
またエイミングレーザーハレーション検知部311は、制御部309から出力されるタイミング制御信号と、上述した撮像素子244における前記カラーフィルタ配列とに基づいてRGB画像信号をそれぞれ内部のメモリに保持するようになっている。
さらに、第1の実施形態と同様に、エイミングレーザーハレーション検知部311における内部メモリに保持されたRGB画像信号の信号レベルを、それぞれ“Rs”、“Gs”、“Bs”とし、輝度レベル比率“Rs/Gs”と“Rs/Bs”とから、R単色のエイミングレーザーによるハレーションを検出するようになっている。
また、上記同様の規定レベル値“Rs_full”、“RGaim_ratio”、“RBaim_ratio”は、本第2の実施形態においても、制御部309内においてパラメータとして保持(図示せず)するようになっている。
そしてエイミングレーザーハレーション検知部311は、RGB画像信号のR信号レベル“Rs”並びに輝度レベル比率“Rs/Gs”および“Rs/Bs”が、いずれも上述した規定レベル値を超えた場合にはエイミングレーザー光によるハレーションとして検知し、エイミングレーザーによるハレーション情報を明るさ検出部303に出力する。
<エイミングレーザー照射の際の明るさ制御機能>
本第2の実施形態におけるビデオプロセッサ103における、エイミングレーザー照射の際の明るさ制御機能に係る構成については、第1の実施形態と同様であり、本第2の実施形態においても明るさ検出部303は、エイミングレーザーハレーション検知部311からのハレーション情報に基づいて、調光動作におけるゲイン調整値と光照射量値との比率を変更して動作させるように制御する。
本第2の実施形態におけるビデオプロセッサ103における、エイミングレーザー照射の際の明るさ制御機能に係る構成については、第1の実施形態と同様であり、本第2の実施形態においても明るさ検出部303は、エイミングレーザーハレーション検知部311からのハレーション情報に基づいて、調光動作におけるゲイン調整値と光照射量値との比率を変更して動作させるように制御する。
すなわち、エイミングレーザーハレーション検知部311がハレーションを検知した場合には、明るさ検出部303は制御部309の制御下に、エイミングレーザーハレーションのレベルが一定のレベルに下がるまでゲイン調整部302cのゲインを下げる(状況によっては負方向ゲインを掛ける)ようにゲイン調整値の出力を制御すると共に、調光部304へ出力する光照射量値を上げることで、表示画像の明るさが目標のレベルになるように制御する。
さらに明るさ検出部303は、エイミングレーザーハレーションレベルが規定値以下の場合には上述した制御は行わず(ゲイン調整部302cのゲインは正方向ゲイン)、明るさが目標レベルに達するようにゲイン調整部302cのゲイン調整値と調光部304の光照射量との制御を行う。
また調光部304は、制御部309の制御下において、明るさ検出部303が算出した光照射量値に基づいて光源装置104が発生する光の光量等を設定し、この設定した条件を光源装置104へ送信する。
制御部309は、CPU等を用いて構成され、ビデオプロセッサ103(特にエイミングレーザーハレーション検知部311)、内視鏡102および光源装置104を含む各構成部の駆動制御、および各構成部に対する情報の入出力制御等を行う。
また制御部309は、撮像制御のための設定データを、ビデオプロセッサ103に接続された内視鏡102におけるコネクタ部27のFPGA272に送信し、撮像素子244に必要な信号およびデータを集合ケーブル224,245に含まれる所定の信号線を介して制御部244eに送信する。
その他のビデオプロセッサ103の構成、表示装置5、およびレーザー装置6等の構成は、第1の実施形態と同様であるので、ここでの説明は省略する。
次に、本第2の実施形態におけるエイミングレーザー照射の際のハレーション検知手法およびエイミングレーザーハレーションを検知した後の調光制御について説明する。
エイミングレーザーハレーション検知部311は、まず、制御部309から出力されるタイミング制御信号と、上述した撮像素子244における前記カラーフィルタ配列とに基づいてRGB画像信号をそれぞれ内部のメモリに保持する。
その後エイミングレーザーハレーション検知部311は、第1の実施形態と同様に、前記内部メモリに保持されたRGB画像信号のうち、Rの信号レベル“Rs”が規定レベル値“Rs_full”に達しているか否かを検出し(図6のステップS1参照)、Rの信号レベル“Rs”が規定レベル値“Rs_full”に達し、かつ、輝度レベル比率“Rs/Gs”および“Rs/Bs”が、規定レベル値以上である場合は、エイミングレーザーハレーションが生じていると判定する(図6のステップS2、S3,S5参照)。
そしてエイミングレーザーハレーション検知部311は、エイミングレーザー光によるハレーションを検知すると、エイミングレーザーによるハレーション情報を明るさ検出部303に出力し、エイミングレーザーハレーションのレベルが一定のレベルに下がるまで、ゲイン調整部302cのゲイン値を下げるようにゲイン調整値の出力を制御し(図7のステップS15、S16参照)、ゲイン調整値の調整によりエイミングレーザーハレーションのレベルが一定のレベルに下がると、明るさ検出部303は制御部309の制御下に、調光部304へ出力する光照射量値を上げるよう制御する(図7のステップS17参照)。
このステップS17における光照射量値の調整は、表示画像の明るさが目標の輝度レベルに達するまで続けられる(図7のステップS18参照)。
一方、エイミングレーザーハレーション検知部311によりハレーションが検知されない場合には、明るさ検出部303は制御部309の制御下に、通常の調光制御を行うようになっている(図7のステップS12〜ステップS14参照)。
以上説明したように、本第2の実施形態の内視鏡システムによると、第1の実施形態と同様に、イメージセンサのレンズ部分に搭載する光学フィルタ(IRカットフィルタ)の厚みを増すことなく、エイミングレーザー光のイメージセンサへの入射エネルギーを強く抑えることができ、すなわち、イメージセンサユニット部の大きさを変えることなく、エイミングレーザーを照射する際の視認性を向上させることができるという効果を奏する。
なお、上述したエイミングレーザーハレーション検知部311に係る機能は、上述した実施形態においてはビデオプロセッサ3(103)に設けるものとしたがこれに限定されることなく、例えば内視鏡2(102)における撮像素子244、操作部22またはコネクタ部27に設ける構成も本発明に含まれる。
さらに、上述した実施の形態では、本発明の実施形態として内視鏡システムの構成を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、本発明は画像処理機能と有する他の撮像システムに対しても適用することができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
本発明によれば、イメージセンサユニット部の大きさを変えることなく、エイミングレーザーを照射する際の視認性を向上させることができる内視鏡システムを提供することができる。
本出願は、2015年5月20日に日本国に出願された特願2015−103087号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。
Claims (3)
- 被写体を撮像する撮像素子を有する内視鏡と、
前記被写体に照明光を照射する照明部と、
前記照明部からの照明光強度と照射時間を制御する調光部と、
前記内視鏡に設けられ、前記被写体の所定位置に対してレーザー照射位置を確認するためのエイミング用単色レーザー光を照射可能なレーザープローブを少なくとも挿通するための挿通チャネルと、
前記撮像素子から出力された撮像信号のゲインを制御するゲイン制御部と、
前記エイミング用単色レーザー光を照射した際における前記被写体に係るハレーションを検知するハレーション検知部と、
少なくとも前記調光部および前記ゲイン制御部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ハレーション検知部において前記エイミング用単色レーザー光によるハレーションが検知された場合、前記照明光を調光するよう前記調光部を制御すると共に、前記ゲインを制御するよう前記ゲイン制御部を制御する
ことを特徴とする内視鏡システム。 - 前記制御部は、前記撮像信号のゲインを下げると共に前記照明光の明るさを上げるよう前記調光部と前記ゲイン制御部とを制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡システム。 - 前記制御部は、前記エイミング用単色レーザー光の同色成分の色ゲインを下げると共に、前記照明光であって少なくとも前記エイミング用単色レーザー光の波長を含む前記照明光の光量を上げるよう前記調光部と前記ゲイン制御部とを制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡システム。
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