JP7224963B2 - 医療用制御装置及び医療用観察システム - Google Patents
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Description
光線力学診断では、例えば5-アミノレブリン酸(以下、5-ALAと記載)等の光感受性物質が用いられる。当該5-ALAは、元来、動植物の生体内に含まれる天然アミノ酸である。この5-ALAは、体内投与後に細胞内に取り込まれ、ミトコンドリア内でプロトポルフィリンに生合成される。そして、癌細胞では、当該プロトポルフィリンが過剰に集積する。また、当該癌細胞に過剰集積するプロトポルフィリンは、光活性を有する。このため、当該プロトポルフィリンは、励起光(例えば375nm~445nmの波長帯域の青色可視光)で励起すると、蛍光(例えば600nm~740nmの波長帯域の赤色蛍光)を発光する。このように、光感受性物質を用いて癌細胞を蛍光発光させる癌診断法を光線力学診断という。
そして、特許文献1に記載の光線力学診断装置は、励起光によって励起された光感受性物質からの蛍光を撮像して蛍光撮像画像を生成する蛍光撮像装置と、当該蛍光撮像装置の光路前段に設けられ、当該蛍光撮像装置に向かう全ての励起光をカットする光学フィルタとを備える。
また、本開示に係る医療用制御装置は、撮像することで撮像画像を生成する撮像素子を有する撮像装置の動作を制御し、第1の期間に光源装置から出射され観察対象を介した通常光を前記撮像素子にて撮像させて第1の撮像画像を生成させるとともに、第2の期間に前記光源装置から出射され前記観察対象を介した励起光と前記励起光によって励起された前記観察対象からの蛍光とを前記撮像素子にて撮像させて第2の撮像画像を生成させる撮像制御部と、前記第2の撮像画像に含まれる前記励起光の成分を削除する調整処理を実行する調整処理実行部と、前記第1の撮像画像に前記調整処理が実行された後の前記第2の撮像画像を重畳して重畳画像を生成する重畳画像生成部とを備え、前記調整処理は、色補正マトリクス処理であって、前記第2の撮像画像に含まれる赤、緑、及び青の各波長帯域の光の成分を行列要素とする入力マトリクスを特定の色補正マトリクスに乗算することによって、前記蛍光の成分以外の成分を削除する。
〔医療用観察システムの概略構成〕
図1は、実施の形態1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、被写体となる生体内(観察対象)を撮像(観察)するシステムである。この医療用観察システム1は、図1に示すように、挿入部2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。
第1の光源31は、第1の波長帯域の通常光を出射(発光)する。実施の形態1では、第1の光源31は、白色光を発光するLED(Light Emitting Diode)で構成されている。
なお、実施の形態1では、励起光を青の波長帯域の光とし、蛍光を赤の波長帯域の光とした場合を例示しているが、これに限らない。例えば、励起光が赤、緑、及び青の各波長帯域の2つの波長帯域の一方の波長帯域の光であり、蛍光が当該2つの波長帯域の他方の波長帯域の光であれば、その他の構成を採用しても構わない。
なお、実施の形態1では、光源装置3は、制御装置9とは別体で構成されているが、これに限らず、当該制御装置9内部に設けられた構成を採用しても構わない。
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、撮像部52と、通信部53とを備える。
撮像部52は、制御装置9による制御の下、生体内を撮像する。この撮像部52は、図2に示すように、撮像素子521と、信号処理部522とを備える。
撮像素子521は、レンズユニット51が結像した第1の被写体像(通常光)や第2の被写体像(励起光及び蛍光)を受光して電気信号(アナログ信号)に変換するCCD(Charge Coupled Device)またはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等で構成されている。そして、撮像素子521は、制御装置9による制御の下、光源装置3の発光タイミングに同期して、交互に繰り返される第1,第2の期間毎に撮像を行う。以下では、説明の便宜上、撮像素子521により第1の期間において第1の被写体像(通常光)を撮像することで生成された画像を通常光画像(本開示に係る第1の撮像画像に相当)と記載し、撮像素子521により第2の期間において第2の被写体像(励起光及び蛍光)を撮像することで生成された画像をPDD画像(本開示に係る第2の撮像画像に相当)と記載する。また、通常光画像及びPDD画像を纏めて撮像画像と記載する。
信号処理部522は、撮像素子521にて生成された撮像画像(アナログ信号)に対して信号処理を行って撮像画像(RAW信号(デジタル信号))を出力する。
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、メモリ92と、観察画像生成部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53)から出力される撮像画像(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53との間で、1Gbps以上の伝送レートで撮像画像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。
メモリ92は、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等で構成されている。このメモリ92は、カメラヘッド5(通信部53)から順次、出力される撮像画像を複数フレーム分、一時的に記憶可能とする。
当該第1の画像処理としては、オプティカルブラック減算処理、ホワイトバランス調整処理、デモザイク処理、色補正マトリクス処理、ガンマ補正処理、RGB信号(通常光画像)を輝度信号及び色差信号(Y,CB/CR信号)に変換するYC処理等を例示することができる。
当該第2の画像処理としては、上述した第1の画像処理と同様に、オプティカルブラック減算処理、ホワイトバランス調整処理、デモザイク処理、色補正マトリクス処理、ガンマ補正処理、RGB信号(PDD画像)を輝度信号及び色差信号(Y,CB/CR信号)に変換するYC処理等を例示することができる。
調整処理は、PDD画像に含まれる蛍光の成分以外の成分(励起光の成分を含む)を削除する処理である。具体的に、励起光は、青の波長帯域の光である。また、蛍光は、赤の波長帯域の光である。このため、調整処理では、PDD画像に含まれるR,G,Bの各画素値のうち、蛍光の成分(R値)以外の成分(G値及び励起光の成分(B値))を削除する(G,B値をそれぞれ「0」にする)。例えば、ホワイトバランス調整処理において、R,G,Bの各画素値に乗算するゲインを適宜、調整することによって、PDD画像に含まれるR,G,Bの各画素値のうち、R値以外のG,B値を削除することができる。また、例えば、色補正マトリクス処理において、PDD画像に含まれるR,G,Bの各画素値を行列要素とする入力マトリクスに乗算する色補正マトリクスを適宜、調整することによって、PDD画像に含まれるR,G,Bの各画素値のうち、R値以外のG,B値を削除することができる。
色変更処理は、PDD画像の全画像領域において、輝度値が特定の閾値以上となる画素位置(プロトプルフィリンが励起された画素位置)を特定の色(例えば、蛍光(赤)とは異なる色)に変更する処理である。
すなわち、第2の画像処理部933は、本開示に係る調整処理実行部に相当する。
ここで、重畳処理としては、以下に示す第1の重畳処理及び第2の重畳処理を例示することができる。なお、以下では、PDD画像において、輝度値が特定の閾値以上となる画素で構成される領域を蛍光領域と記載する。
第1の重畳処理は、通常光画像において、蛍光領域と同一の画素位置となる領域をPDD画像における蛍光領域の画像に置き換える処理である。
第2の重畳処理は、PDD画像の蛍光領域における各画素位置の輝度値に応じて、通常光画像における蛍光領域と同一の画素位置となる領域の各画素に付す蛍光を示す色の明るさを変更する処理である。
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。
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。図4ないし図7は、制御装置9の動作を説明する図である。具体的に、図4は、1フレームの通常光画像WLIを示す図である。図5は、メモリコントローラ931によってメモリ92から読み出され、第2の画像処理部933に入力された1フレームのPDD画像SPBを示す図である。なお、図5では、PDD画像SPBにおいて、生体内で励起光によって励起されたプロトポルフィリンが蛍光発光した蛍光成分の領域(蛍光領域)を白で表現し、当該蛍光領域以外の領域(励起光成分の領域)をドットで表現している。図6は、PDD画像SPBに対して第2の画像処理が実行された後のPDD画像SPAを示す図である。図7は、重畳画像生成部934にて生成された1フレームの重畳画像D1を示す図である。
ステップS5の後、第1,第2の画像処理部932,933は、以下に示す処理を実行する(ステップS6)。
すなわち、第1の画像処理部932は、メモリコントローラ931によってメモリ92から順次、読み出された各通常光画像(例えば、図4に示した通常光画像WLI)に対して順次、第1の画像処理を実行する。
また、第2の画像処理部933は、メモリコントローラ931によってメモリ92から順次、読み出された各PDD画像(例えば、図5に示したPDD画像SPB)に対して順次、第2の画像処理を実行する。ここで、第2の画像処理は、調整処理を含む。このため、例えば、図5及び図6に示すように、PDD画像SPBに対して調整処理が実行されると、PDD画像SPBに含まれる蛍光領域(図5では白で表現)以外の励起光成分の領域(図5ではドットで表現)の画素値が「0」に設定(図6では黒で表現)されたPDD画像SPAが生成される。また、第2の画像処理は、色変更処理を含む。このため、例えば、図5及び図6に示すように、PDD画像SPBに対して色変更処理が実行されると、PDD画像SPBに含まれる蛍光領域(図5では白で表現)が特定の色(図6では斜線で表現)に変更されたPDD画像SPAが生成される。
実施の形態1に係る制御装置9は、交互に繰り返される第1,第2の期間のうち、第1の期間に光源装置3から通常光を出射させ、第2の期間に光源装置3から励起光を出射させる。また、制御装置9は、第1の期間に第1の被写体像(通常光)を撮像させて通常光画像を生成させ、第2の期間に第2の被写体像(励起光及び蛍光)を撮像させてPDD画像を生成させる。そして、制御装置9は、通常光画像に対して第1の画像処理を実行し、PDD画像に対して調整処理を含む第2の画像処理を実行する。すなわち、調整処理によってPDD画像に含まれる励起光成分が削除されるため、従来の励起光をカットする光学フィルタを用いる必要がない。
そして、医師等は、第2の調整処理が実行された後のPDD画像(例えば、図6に示したPDD画像SPA)の他、通常光画像(例えば、図4に示した通常光画像WLI)を観察(実施の形態1では、重畳画像(例えば、図7に示した重畳画像D1を観察)することにより、蛍光成分の領域に相当する癌細胞が生体内のどの位置にあるかを認識することができる。したがって、制御装置9は、観察に適した画像を生成することができる。
また、医療用観察システム1の構成として、撮像素子521を1つのみ有する単板型の構成とし、かつ、従来の光学フィルタを用いない構成とすることにより、構造の簡素化を図ることができる。
このため、蛍光成分の領域(癌細胞に相当する領域)を他の領域に対して強調して表示することが可能となる。したがって、制御装置9は、より一層、観察に適した画像を生成することができる。
次に、実施の形態2について説明する。
以下の説明では、上述した実施の形態1と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
図8は、実施の形態2に係る制御装置9の動作を示すフローチャートである。
実施の形態2では、上述した実施の形態1に対して、表示装置7に表示させる画像が異なるのみである。すなわち、実施の形態2では、上述した実施の形態1に対して、表示制御部935の機能が異なるのみである。
以下、図8を参照しつつ、表示制御部935の機能について説明する。
具体的に、表示制御部935は、ステップS8Aにおいて、ピクチャインピクチャ処理等を実行し、第1の画像処理部932から順次、出力される各通常光画像(例えば、図4に示した通常光画像WLI)と、第2の画像処理部933から順次、出力される各PDD画像(例えば、図6に示したPDD画像SPA)と、重畳画像生成部934にて順次、生成された各重畳画像との対応する3つの画像をそれぞれ同時に表示するための映像信号を順次、生成し、当該映像信号を表示装置7に順次、出力する。これにより、表示装置7には、通常光画像(例えば、図4に示した通常光画像WLI)とPDD画像(例えば、図6に示したPDD画像SPA)と重畳画像(例えば、図7に示した重畳画像D1)とがそれぞれ同時に表示される。
次に、実施の形態3について説明する。
以下の説明では、上述した実施の形態1と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
上述した実施の形態1では、硬性内視鏡(挿入部2)を用いた医療用観察システム1に本開示を適用していた。
これに対して、実施の形態3では、挿入部の先端側に撮像部を有する所謂ビデオスコープを用いた医療用観察システムに本開示を適用している。
実施の形態3に係る医療用観察システム1Bは、図9に示すように、生体内に挿入部2Bを挿入することによって観察部位の体内画像を撮像して画像信号を出力する内視鏡11と、内視鏡11の先端から出射する照明光を発生する光源装置3と、内視鏡11から出力された画像信号を処理する制御装置9と、制御装置9に第2伝送ケーブル8を介して接続し、制御装置9にて処理された映像信号に基づく画像を表示する表示装置7とを備える。
挿入部2Bは、図9に示すように、先端部22と、先端部22の基端側に接続され、複数の湾曲駒によって構成された湾曲自在な湾曲部23と、湾曲部23の基端側に接続され、可撓性を有する長尺状の可撓管部24とを備える。
そして、先端部22内部には、具体的な図示は省略したが、上述した実施の形態1で説明した撮像部52と略同様の構成が内蔵されている。また、操作部111内部には、具体的な図示は省略したが、上述した実施の形態1で説明した通信部53と略同様の構成が内蔵されている。そして、先端部22(撮像部)にて撮像された画像信号は、操作部111及びユニバーサルコード112を介して、制御装置9に出力される。
なお、実施の形態3に係る医療用観察システム1Bにおいて、上述した実施の形態2で説明した表示態様を実行する構成を採用しても構わない。
次に、実施の形態4について説明する。
以下の説明では、上述した実施の形態1と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
上述した実施の形態1では、硬性内視鏡(挿入部2)を用いた医療用観察システム1に本開示を適用していた。
これに対して、実施の形態4では、被検体内部(生体内)や被検体表面(生体表面)の所定の視野領域を拡大して撮像する手術用顕微鏡を用いた医療用観察システムに本開示を適用している。
実施の形態4に係る医療用観察システム1Cは、図10に示すように、被検体を観察するための画像を撮像して画像信号を出力する手術用顕微鏡12と、手術用顕微鏡12から出力された画像信号を処理する制御装置9と、制御装置9に第2伝送ケーブル8を介して接続し、制御装置9にて処理された映像信号に基づく画像を表示する表示装置7とを備える。
そして、制御装置9は、図10に示すように、ベース部123に設置されている。また、具体的な図示は省略したが、ベース部123には、手術用顕微鏡12から被写体に照射する照明光を生成する光源装置3も設置されている。
なお、ベース部123は、床面上に移動可能に設けるのではなく、天井や壁面等に固定して支持部122を支持する構成としてもよい。
なお、実施の形態4に係る医療用観察システム1Cにおいて、上述した実施の形態2で説明した表示態様を実行する構成を採用しても構わない。
ここまで、本開示を実施するための形態を説明してきたが、本開示は上述した実施の形態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1~4では、光源装置3は、第1の波長帯域の通常光として白色光を出射可能とするとともに、第2の波長帯域の励起光として青の波長帯域の光を出射可能としていたが、これに限らず、第1の波長帯域の通常光及び第2の波長帯域の励起光としてその他の光をそれぞれ採用しても構わない。この際、第1,第2の波長帯域は、一部が重複する帯域であってもよく、あるいは、全く重複しない帯域であっても構わない。
2,2B 挿入部
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
11 内視鏡
12 手術用顕微鏡
21 接眼部
22 先端部
23 湾曲部
24 可撓管部
31 第1の光源
32 第2の光源
51 レンズユニット
52 撮像部
53 通信部
91 通信部
92 メモリ
93 観察画像生成部
94 制御部
95 入力部
96 出力部
97 記憶部
111 操作部
112 ユニバーサルコード
121 顕微鏡部
122 支持部
123 ベース部
521 撮像素子
522 信号処理部
931 メモリコントローラ
932 第1の画像処理部
933 第2の画像処理部
934 重畳画像生成部
935 表示制御部
941 光源制御部
942 撮像制御部
CN1,CN2 コネクタ
D1 重畳画像
SPA,SPB PDD画像
WLI 通常光画像
Claims (12)
- 撮像することで撮像画像を生成する撮像素子を有する撮像装置の動作を制御し、第1の期間に光源装置から出射され観察対象を介した通常光を前記撮像素子にて撮像させて第1の撮像画像を生成させるとともに、第2の期間に前記光源装置から出射され前記観察対象を介した励起光と前記励起光によって励起された前記観察対象からの蛍光とを前記撮像素子にて撮像させて第2の撮像画像を生成させる撮像制御部と、
前記第2の撮像画像に含まれる前記励起光の成分を削除する調整処理を実行する調整処理実行部と、
前記第1の撮像画像に前記調整処理が実行された後の前記第2の撮像画像を重畳して重畳画像を生成する重畳画像生成部とを備え、
前記調整処理は、
ホワイトバランス調整処理であって、前記第2の撮像画像に含まれる赤、緑、及び青の各波長領域の光の成分に対して特定のゲインをそれぞれ乗算することによって、前記第2の撮像画像に含まれる前記蛍光の成分以外の成分を削除する医療用制御装置。 - 撮像することで撮像画像を生成する撮像素子を有する撮像装置の動作を制御し、第1の期間に光源装置から出射され観察対象を介した通常光を前記撮像素子にて撮像させて第1の撮像画像を生成させるとともに、第2の期間に前記光源装置から出射され前記観察対象を介した励起光と前記励起光によって励起された前記観察対象からの蛍光とを前記撮像素子にて撮像させて第2の撮像画像を生成させる撮像制御部と、
前記第2の撮像画像に含まれる前記励起光の成分を削除する調整処理を実行する調整処理実行部と、
前記第1の撮像画像に前記調整処理が実行された後の前記第2の撮像画像を重畳して重畳画像を生成する重畳画像生成部とを備え、
前記調整処理は、
色補正マトリクス処理であって、前記第2の撮像画像に含まれる赤、緑、及び青の各波長帯域の光の成分を行列要素とする入力マトリクスを特定の色補正マトリクスに乗算することによって、前記第2の撮像画像に含まれる前記蛍光の成分以外の成分を削除する医療用制御装置。 - 前記通常光は、
白色光であり、
前記励起光は、
赤、緑、及び青の各波長帯域のうちの2つの波長帯域の一方の波長帯域の光であり、
前記蛍光は、
前記2つの波長帯域の他方の波長帯域の光である請求項1または2に記載の医療用制御装置。 - 前記励起光は、
プロトポルフィリンを励起する前記青の波長帯域の光である請求項3に記載の医療用制御装置。 - 前記調整処理では、
前記第2の撮像画像に含まれる前記赤、緑、及び青の各波長帯域の光の成分のうちの前記蛍光の成分以外の成分を削除する請求項1~4のいずれか一つに記載の医療用制御装置。 - 前記重畳画像を表示するための映像信号を生成する表示制御部をさらに備える請求項1~5のいずれか一つに記載の医療用制御装置。
- 前記第1の撮像画像と前記調整処理が実行された後の前記第2の撮像画像と前記重畳画像との少なくとも2つの画像をそれぞれ表示するための映像信号を生成する表示制御部をさらに備える請求項1~5のいずれか一つに記載の医療用制御装置。
- 前記調整処理実行部は、
前記第2の撮像画像に含まれる前記蛍光の成分の色を特定の色に変更する色変更処理を実行する請求項1~7のいずれか一つに記載の医療用制御装置。 - 前記光源装置の動作を制御し、前記第1の期間に前記光源装置から前記通常光を出射させるとともに、前記第2の期間に前記光源装置から前記励起光を出射させる光源制御部をさらに備える請求項1~8のいずれか一つに記載の医療用制御装置。
- 前記第1の撮像画像に対して第1の画像処理を実行する画像処理部をさらに備え、
前記調整処理実行部は、
前記第2の撮像画像に対して前記第1の画像処理とは異なる第2の画像処理を実行する請求項1~9のいずれか一つに記載の医療用制御装置。 - 前記第1の画像処理及び前記第2の画像処理は、
オプティカルブラック減算処理、ホワイトバランス調整処理、デモザイク処理、色補正マトリクス処理、ガンマ補正処理、及びYC処理の少なくともいずれかの処理を含む請求項10に記載の医療用制御装置。 - 第1の波長帯域の通常光、及び前記第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の励起光をそれぞれ出射可能とする光源装置と、
撮像することで撮像画像を生成する撮像素子を1つのみ有する撮像装置と、
前記光源装置及び前記撮像装置の動作をそれぞれ制御する請求項1~11のいずれか一つに記載の医療用制御装置とを備える医療用観察システム。
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