JP7166821B2 - 医療用撮像装置及び医療用観察システム - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の医療用撮像装置(撮像装置及び画像データ補正装置)では、ファイバスコープにて取り込まれ、複数の光ファイバの基端から出射された被検体からの被写体像を撮像する。
ここで、光ファイバは、光を伝送するコア部と、当該コア部の外周面に設けられたクラッド部とから構成されている。当該クラッド部は、光を伝送しない光非伝送部である。また、光ファイバを束ねた構成における光ファイバ同士の隙間も光を伝送しないため、光非伝送部の一部となる。このため、医療用撮像装置にて撮像された撮像画像には、上述した光非伝送部にて光が伝送されないため、当該光非伝送部に相当する輝度の低い格子状模様が存在する場合がある。そして、撮像画像に当該格子状模様が存在している場合には、被検体を観察し難いものとなる。
そこで、特許文献1に記載の医療用撮像装置では、撮像画像に対して画像処理を施すことで当該撮像画像に存在する格子状模様をぼかしている。
図1は、本実施の形態に係る医療用観察システム1の構成を示す図である。
医療用観察システム1は、医療分野において用いられ、被検体内(生体内)を観察するシステムであり、観察対象等に合わせて生体内に挿入する挿入部をファイバスコープ2a(図1)または硬性鏡2b(図1)に変更可能に構成されている。
この医療用観察システム1は、図1に示すように、ファイバスコープ2aと、硬性鏡2bと、光源装置3と、ライトガイド4と、カメラヘッド5と、第1伝送ケーブル6と、表示装置7と、第2伝送ケーブル8と、制御装置9と、第3伝送ケーブル10とを備える。
硬性鏡2bは、全体が硬質、または一部が軟質で他の部分が硬質である細長形状を有し、基端に第2の接眼部21b(図1)が設けられたものであり、生体内に挿入される。この硬性鏡2b内には、1または複数のレンズを用いて構成され、被写体像を集光する光学系が設けられている。
本実施の形態では、第1,第2の接眼部21a,21bには、例えばRFID(Radio Frequency Identification)タグ等の第1,第2のタグ22a,22b(図2参照)がそれぞれ設けられている。そして、第1のタグ22aは、ファイバスコープ2a固有の第1の識別情報を記録する。また、第2のタグ22bは、硬性鏡2b固有の第2の識別情報を記録する。
ライトガイド4は、一端が光源装置3に着脱自在に接続されるとともに、他端がファイバスコープ2aまたは硬性鏡2bに着脱自在に接続される。そして、ライトガイド4は、光源装置3から供給された光を一端から他端に伝達し、ファイバスコープ2aまたは硬性鏡2bに供給する。ファイバスコープ2aまたは硬性鏡2bに供給された光は、当該ファイバスコープ2aまたは当該硬性鏡2bの先端から出射され、生体内に照射される。生体内に照射され、当該生体内で反射された光(被写体像)は、ファイバスコープ2aまたは硬性鏡2bにて取り込まれる。
なお、カメラヘッド5の詳細な構成については、後述する。
なお、第1伝送ケーブル6を介したカメラヘッド5から制御装置9への画像信号等の伝送は、当該画像信号等を光信号で伝送してもよく、あるいは、電気信号で伝送しても構わない。第1伝送ケーブル6を介した制御装置9からカメラヘッド5への制御信号、同期信号、クロックの伝送も同様である。
第2伝送ケーブル8は、一端が表示装置7に着脱自在に接続され、他端が制御装置9に着脱自在に接続される。そして、第2伝送ケーブル8は、制御装置9にて処理された映像信号を表示装置7に伝送する。
なお、制御装置9の詳細な構成については、後述する。
第3伝送ケーブル10は、一端が光源装置3に着脱自在に接続され、他端が制御装置9に着脱自在に接続される。そして、第3伝送ケーブル10は、制御装置9からの制御信号を光源装置3に伝送する。
次に、カメラヘッド5の構成について説明する。
図2は、カメラヘッド5及び制御装置9の構成を示すブロック図である。
なお、図2では、説明の便宜上、制御装置9及びカメラヘッド5と第1伝送ケーブル6との間のコネクタCN1,CN2、制御装置9及び表示装置7と第2伝送ケーブル8との間のコネクタ、制御装置9及び光源装置3と第3伝送ケーブル10との間のコネクタの図示を省略している。
カメラヘッド5は、図2に示すように、レンズユニット51と、レンズ駆動部52と、レンズ位置検出部53と、撮像部54と、通信部55と、検出部56とを備える。
フォーカスレンズ511は、1または複数のレンズを用いて構成され、光軸に沿って移動することにより、焦点を調整する。
また、レンズユニット51には、フォーカスレンズ511を光軸に沿って移動させるフォーカス機構(図示略)が設けられている。
レンズ位置検出部53は、フォトインタラプタ等の位置センサを用いて構成され、フォーカスレンズ511のレンズ位置(以下、フォーカス位置と記載)を検出する。そして、レンズ位置検出部53は、第1伝送ケーブル6を介して、フォーカス位置に応じた検出信号を制御装置9に出力する。
検出部56は、例えば、RFID検出回路等で構成され、制御装置9による制御の下、第1のタグ22aに記録された第1の識別情報、または第2のタグ22bに記録された第2の識別情報を取得する。そして、検出部56は、第1伝送ケーブル6を介して、当該取得した第1の識別情報または第2の識別情報を制御装置9に出力する。
次に、制御装置9の構成について図2を参照しながら説明する。
制御装置9は、図2に示すように、通信部91と、画像処理部92と、表示制御部93と、制御部94と、入力部95と、出力部96と、記憶部97とを備える。
通信部91は、第1伝送ケーブル6を介して、カメラヘッド5(通信部55)から出力される画像信号(RAW信号(デジタル信号))を受信するレシーバとして機能する。この通信部91は、例えば、通信部55との間で、1Gbps以上の伝送レートで画像信号の通信を行う高速シリアルインターフェースで構成されている。
例えば、画像処理部92は、画像信号(RAW信号(デジタル信号))に対して、当該デジタル信号を増幅するデジタルゲインを乗算する。また、画像処理部92は、デジタルゲインを乗算した後の画像信号(RAW信号(デジタル信号))に対してオプティカルブラック減算処理、デモザイク処理等のRAW処理を施し、当該RAW信号(画像信号)をRGB信号(画像信号)に変換する。さらに、画像処理部92は、当該RGB信号(画像信号)を輝度信号及び色差信号(Y,CB/CR信号)に変換する。また、画像処理部92は、画像信号(デジタル信号)に対して、ホワイトバランス調整処理、ガンマ補正、輪郭強調、色調補正等の補正処理を実行する。さらに、画像処理部92は、画像信号(Y,CB/CR信号等)に対して、カメラヘッド5を制御(第1,第2のオートフォーカス制御を実行)するための以下に示す検波処理を実行する。
例えば、画像処理部92は、撮像部54にて撮像された1フレームの撮像画像全体における一部の領域である検波領域の画素毎の画素情報(輝度信号(Y信号)等)に基づいて、当該検波領域内の画像のコントラストや周波数成分を検出する。そして、画像処理部92は、当該検出により得られた検波情報(コントラストや周波数成分等)を制御部94に出力する。
モード切替部941は、検出部56にて取得された第1の識別情報または第2の識別情報と記憶部97に記憶された参照情報とを照合し、カメラヘッド5にファイバスコープ2aが接続されているか、あるいは、硬性鏡2bが接続されているかを判定する。そして、モード切替部941は、カメラヘッド5にファイバスコープ2aが接続されていると判定した場合に、レンズ制御部942のモードをファイバモードに切り替える。一方、モード切替部941は、カメラヘッド5に硬性鏡2bが接続されていると判定した場合に、レンズ制御部942のモードを通常モードに切り替える。
なお、第1,第2のオートフォーカス制御の詳細については、後述する。
出力部96は、スピーカやプリンタ等を用いて構成され、各種情報を出力する。
記憶部97は、制御部94が実行するプログラムや、制御部94の処理に必要な情報等を記憶する。当該制御部94の処理に必要な情報としては、モード切替部941にて用いられる参照情報と、レンズ制御部942にて用いられる第1,第2の移動範囲情報とを例示することができる。
当該参照情報は、ファイバスコープを示す第1のスコープ情報、及び第1の識別情報が関連付けられた第1の関連情報と、硬性鏡を示す第2のスコープ情報、及び第2の識別情報が関連付けられた第2の関連情報とを含む情報である。すなわち、モード切替部941は、検出部56にて第1の識別情報が取得された場合には、当該第1の識別情報と当該参照情報とを照合した結果、当該第1の識別情報に第1のスコープ情報が関連付けられていることを認識することにより、カメラヘッド5にファイバスコープ2aが接続されていると判定する。一方、モード切替部941は、検出部56にて第2の識別情報が取得された場合には、当該第2の識別情報と当該参照情報とを照合した結果、当該第2の識別情報に第2のスコープ情報が関連付けられていることを認識することにより、カメラヘッド5に硬性鏡2bが接続されていると判定する。
当該第1,第2の移動範囲情報の詳細については、後述する。
以上説明したカメラヘッド5及び制御装置9は、本発明に係る医療用撮像装置100(図1,図2)に相当する。
次に、上述した制御装置9の動作について説明する。
図3は、制御装置9の動作を示すフローチャートである。
なお、以下では、説明の便宜上、制御装置9の動作として、第1,第2のオートフォーカス制御を主に説明する。
先ず、モード切替部941は、第1伝送ケーブル6を介して、検出部56に制御信号を出力し、第1のタグ22aに記憶されている第1の識別情報、または第2のタグ22bに記憶されている第2の識別情報を取得させる。そして、モード切替部941は、検出部56にて取得された第1の識別情報または第2の識別情報と記憶部97に記憶された参照情報とを照合し、カメラヘッド5にファイバスコープ2aが接続されているか否かを判定する(ステップS1)。
ステップS2の後、レンズ制御部942は、記憶部97から第1の移動範囲情報を読み出し(ステップS3)、以下に示す第1のオートフォーカス制御を実行する(ステップS4)。この後、制御装置9は、本制御フローを終了する。
ここで、第1の移動範囲情報は、第1のオートフォーカス制御において、フォーカス位置を変更する(フォーカスレンズ511を移動させる)第1の移動範囲Ra1(図4)を示す情報である。具体的に、第1の移動範囲Ra1は、ファイバスコープ2aを構成する光ファイバの基端とフォーカスレンズ511との間に存在する物体が合焦となるフォーカス位置PS(以下、移動開始位置PSと記載)から、ファイバスコープ2aの先端から被検体側に向けて10cm~20cm程度、離れた位置に存在する物体が合焦となるフォーカス位置PE(以下、移動終了位置PEと記載)までの範囲である。
ここで、合焦評価値としては、画像処理部92にて検出されたコントラストや、画像処理部92にて検出された周波数成分のうち高周波成分の和を例示することができる。なお、合焦評価値は、値が大きいほどフォーカスが合っていることを示す。
ここで、フォーカス位置FP2よりも近点側のフォーカス位置FP1は、ファイバスコープ2aを構成する複数の光ファイバの基端が合焦となるフォーカス位置であり、本発明に係る第1のレンズ位置に相当する。このため、フォーカスレンズ511をフォーカス位置FP1に位置付けた場合には、撮像画像CI0には、図5に示すように、当該複数の光ファイバにおける光非伝送部(クラッド部や光ファイバ同士の隙間等)に相当する輝度の低い格子状模様PTが存在する。
一方、フォーカス位置FP2は、被検体が合焦となるフォーカス位置であり、本発明に係る第2のレンズ位置に相当する。このため、フォーカスレンズ511をフォーカス位置FP2に位置付けた場合には、撮像画像CI1は、図6に示すように、上述した格子状模様PTが存在することがなく、被検体が鮮明な画像となる。
カメラヘッド5に硬性鏡2bが接続されていないと判定した場合(ステップS5:No)には、制御装置9は、ステップS1に戻る。
一方、カメラヘッド5に硬性鏡2bが接続されていると判定した場合(ステップS5:Yes)には、モード切替部941は、レンズ制御部942のモードを通常モードに切り替える(ステップS6)。
ステップS6の後、レンズ制御部942は、記憶部97から第2の移動範囲情報を読み出し(ステップS7)、以下に示す第2のオートフォーカス制御を実行する(ステップS8)。この後、制御装置9は、本制御フローを終了する。
ここで、第2の移動範囲情報は、第2のオートフォーカス制御において、フォーカス位置を変更する第2の移動範囲Ra2(図7)を示す情報である。本実施の形態では、第2の移動範囲Ra2は、第1の移動範囲Ra1と同一の範囲である。すなわち、第2の移動範囲Ra2は、移動開始位置PSから移動終了位置PEまでの範囲である。
そして、レンズ制御部942は、記憶部97に記憶させた複数の第2のフォーカス情報に基づいて、合焦評価値が1番目に大きい値となるピーク位置(フォーカス位置FP3(図7))を算出する。また、レンズ制御部942は、当該フォーカス位置FP3とレンズ位置検出部53にて検出された現時点のフォーカス位置とに基づいて、当該現時点のフォーカス位置から当該フォーカス位置FP3にフォーカスレンズ511を移動させるための移動方向(近点側への方向または遠点側への方向)と移動量とを算出する。そして、レンズ制御部942は、当該移動方向及び当該移動量に応じた制御信号をレンズ駆動部52に出力し、当該フォーカス位置FP3にフォーカスレンズ511を位置付ける。以上のように、本実施の形態では、レンズ制御部942は、第1のオートフォーカス制御と同様に、所謂、山登り法により第2のオートフォーカス制御を実行する。
なお、上述した第1,第2のオートフォーカス制御は、常時、実行する所謂、コンティニュアスAFを採用してもよく、あるいは、カメラヘッド5等に設けられた操作ボタン(図示略)の操作に応じて実行する所謂、ワンタッチAFを採用しても構わない。
本実施の形態に係る医療用撮像装置100は、当該医療用撮像装置100にファイバスコープ2aが接続されている場合に、第1のオートフォーカス制御を実行する。すなわち、医療用撮像装置100は、レンズ駆動部52を動作させてフォーカスレンズ511を第1の移動範囲Ra1内で移動させるとともに被写体像の合焦状態を評価する。そして、医療用撮像装置100は、ファイバスコープ2aを構成する光ファイバの基端が合焦となるフォーカス位置FP1からずれたフォーカス位置FP2にフォーカスレンズ511を位置付ける。
このため、撮像画像CI1は、ファイバスコープ2aを構成する複数の光ファイバを起因とした格子状模様PTが軽減した画像となる。また、画像処理ではなく、フォーカス位置を変更することで格子状模様PTを軽減させているため、当該画像処理を起因として撮像画像CI1に偽色が発生することもない。
したがって、本実施の形態に係る医療用撮像装置100によれば、複数の光ファイバを起因とした格子状模様PTを軽減するとともに偽色による画質劣化を抑制した撮像画像CI1を生成することができる、という効果を奏する。
また、フォーカス位置FP2は、被検体が合焦となるフォーカス位置である。このため、被検体が鮮明な撮像画像CI1を生成することができる。
そして、本実施の形態に係る医療用撮像装置100は、第1のオートフォーカス制御において、フォーカスレンズ511を第1の移動範囲Ra1内で近点側から遠点側に向けて移動させる。このため、第1のオートフォーカス制御において、迅速にフォーカス位置FP2を見付けることができる。すなわち、第1のオートフォーカス制御を迅速に実行することができる。
このため、医療用撮像装置100にファイバスコープ2a及び硬性鏡2bのどちらが接続された場合であっても、被検体が鮮明な撮像画像を生成することができ、利便性の向上を図ることができる。
図8は、本実施の形態の変形例を示す図である。具体的に、図8は、図4に対応した図である。
上述した実施の形態において、第1の移動範囲情報として、図8に示した本変形例に係る第1の移動範囲Ra1´を示す情報を採用しても構わない。具体的に、第1の移動範囲Ra1´は、フォーカス位置FP1よりも遠点側の移動開始位置PS´から移動終了位置PEまでの範囲である。
そして、第1の移動範囲情報として、第1の移動範囲Ra1´を示す情報を採用した場合には、レンズ制御部942は、ステップS4において、以下に示す第1のオートフォーカス制御を実行する。
そして、レンズ制御部942は、記憶部97に記憶させた複数の第2のフォーカス情報に基づいて、合焦評価値が1番目に大きい値となるピーク位置(フォーカス位置FP2(図8))を算出する。また、レンズ制御部942は、当該フォーカス位置FP2とレンズ位置検出部53にて検出された現時点のフォーカス位置とに基づいて、当該現時点のフォーカス位置から当該フォーカス位置FP2にフォーカスレンズ511を移動させるための移動方向(近点側への方向または遠点側への方向)と移動量とを算出する。そして、レンズ制御部942は、当該移動方向及び当該移動量に応じた制御信号をレンズ駆動部52に出力し、当該フォーカス位置FP2にフォーカスレンズ511を位置付ける。
以上説明した本変形例のように第1の移動範囲Ra1´を採用した場合であっても、上述した実施の形態と同様の効果を奏する。
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態及びその変形例によってのみ限定されるべきものではない。
上述した実施の形態及びその変形例において、フォーカス位置FP2としては、フォーカス位置FP1からずれた位置であれば、上述した実施の形態及びその変形例で説明した位置に限らず、その他の位置としても構わない。
上述した実施の形態及びその変形例では、第1,第2のオートフォーカス制御において、フォーカスレンズ511を近点側から遠点側に向けて移動させていたが、これに限らず、遠点側から近点側に向けて移動させても構わない。
上述した実施の形態及びその変形例において、カメラヘッド5の一部の構成や制御装置9の一部の構成を例えばコネクタCN1やコネクタCN2に設けても構わない。
2a ファイバスコープ
2b 硬性鏡
3 光源装置
4 ライトガイド
5 カメラヘッド
6 第1伝送ケーブル
7 表示装置
8 第2伝送ケーブル
9 制御装置
10 第3伝送ケーブル
21a 第1の接眼部
21b 第2の接眼部
22a 第1のタグ
22b 第2のタグ
51 レンズユニット
52 レンズ駆動部
53 レンズ位置検出部
54 撮像部
55 通信部
56 検出部
91 通信部
92 画像処理部
93 表示制御部
94 制御部
95 入力部
96 出力部
97 記憶部
100 医療用撮像装置
941 モード切替部
942 レンズ制御部
511 フォーカスレンズ
521 モータ
522 ドライバ
CI0,CI1 撮像画像
CN1,CN2 コネクタ
FP1~FP3 フォーカス位置
PE 移動終了位置
PS,PS´ 移動開始位置
PT 格子状模様
Ra1,Ra1´ 第1の移動範囲
Ra2 第2の移動範囲
Claims (6)
- 複数の光ファイバを有するファイバスコープと、硬性鏡とがそれぞれ接続可能な医療用撮像装置であって、
当該医療用撮像装置に前記ファイバスコープが接続されている場合に、前記ファイバスコープにて取り込まれ、前記複数の光ファイバの基端から出射された被検体からの被写体像を撮像するとともに、当該医療用撮像装置に前記硬性鏡が接続されている場合に、前記硬性鏡にて取り込まれ、前記硬性鏡の基端から出射された被写体像を撮像する撮像部と、
光軸に沿って移動することで焦点を調整するフォーカスレンズを有し、前記被写体像を前記撮像部に結像するレンズユニットと、
前記フォーカスレンズを前記光軸に沿って移動させるレンズ駆動部と、
第1の移動範囲を示す第1の移動範囲情報と、第2の移動範囲を示す第2の移動範囲情報とをそれぞれ記憶する記憶部と、
第1のオートフォーカス制御と、第2のオートフォーカス制御とをそれぞれ実行するレンズ制御部とを備え、
前記レンズ制御部は、
当該医療用撮像装置に前記ファイバスコープが接続されている場合に、前記第1の移動範囲情報を前記記憶部から読み出し、前記レンズ駆動部を動作させて前記フォーカスレンズを前記第1の移動範囲情報に基づく前記第1の移動範囲内で移動させるとともに前記被写体像の合焦状態を評価し、前記光ファイバの基端が合焦となる第1のレンズ位置からずれた位置に前記フォーカスレンズを位置付ける前記第1のオートフォーカス制御を実行し、
当該医療用撮像装置に前記硬性鏡が接続されている場合に、前記第2の移動範囲情報を前記記憶部から読み出し、前記レンズ駆動部を動作させて前記フォーカスレンズを前記第2の移動範囲情報に基づく前記第2の移動範囲内で移動させるとともに前記被写体像の合焦状態を評価し、前記被検体が合焦となる第2のレンズ位置に前記フォーカスレンズを位置付ける前記第2のオートフォーカス制御を実行する
ことを特徴とする医療用撮像装置。 - 前記レンズ制御部は、
前記第1のオートフォーカス制御により、前記第1のレンズ位置よりも遠点側にずれた位置に前記フォーカスレンズを位置付ける
ことを特徴とする請求項1に記載の医療用撮像装置。 - 前記第1の移動範囲は、
前記第1のレンズ位置を含む範囲であり、
前記レンズ制御部は、
前記第1のオートフォーカス制御において、前記レンズ駆動部を動作させて前記フォーカスレンズを前記第1の移動範囲内で近点側から遠点側に向けて移動させるとともに前記被写体像の合焦状態を評価し、前記フォーカスレンズが前記第1のレンズ位置を超えた位置に前記フォーカスレンズを位置付ける
ことを特徴とする請求項1または2に記載の医療用撮像装置。 - 前記第1の移動範囲は、
前記第1のレンズ位置よりも遠点側の範囲であり、
前記レンズ制御部は、
前記第1のオートフォーカス制御において、前記レンズ駆動部を動作させて前記フォーカスレンズを前記第1の移動範囲内で近点側から遠点側に向けて移動させるとともに前記被写体像の合焦状態を評価し、前記第1のレンズ位置よりも遠点側にずれた位置に前記フォーカスレンズを位置付ける
ことを特徴とする請求項1または2に記載の医療用撮像装置。 - 前記レンズ制御部は、
前記第1のオートフォーカス制御により、前記第2のレンズ位置に前記フォーカスレンズを位置付ける
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一つに記載の医療用撮像装置。 - 複数の光ファイバを有するファイバスコープと、
前記ファイバスコープが接続可能な請求項1~5のいずれか一つに記載の医療用撮像装置とを備える
ことを特徴とする医療用観察システム。
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