JPWO2016170820A1

JPWO2016170820A1 - 生体観察システム

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Abstract

生体観察システムは、生体組織を含む被観察領域に対して照射される照明光として、可視域の赤色光または近赤外光のいずれかである第１の照明光と、第１の照明光とは異なる可視域の光である第２の照明光と、を供給する光源部と、被観察領域から発せられた戻り光を受光して出力信号を出力する光検出部と、第１の照明光の照射に応じて被観察領域から発せられた戻り光を周波数解析して得られる周波数スペクトルを示す周波数スペクトル信号を出力する信号処理部と、出力信号に基づいて強度画像を生成し、周波数スペクトル信号に基づいて周波数スペクトル画像を生成する画像生成部と、強度画像と周波数スペクトル画像とを用いて被観察領域の観察画像を生成して表示させる表示制御部と、を有する。

Description

本発明は、生体観察システムに関し、特に、体腔内の生体組織に対して外科的処置を施す際に利用可能な生体観察システムに関するものである。

体腔内の生体組織に対して外科的処置を施す際に利用可能な種々の技術が従来提案されている。

具体的には、例えば、国際公開番号ＷＯ２０１３／１３４４１１号には、体腔内の生体組織に対して外科的処置を施す際に用いられる処置具であって、手術中の手術野に近接する位置に配置されるとともに、光源からの光が照射された当該手術野からの戻り光を受光する光学センサを当該処置具に設け、当該光学センサから出力される検知信号に基づいて当該手術野の生体組織の内部に存在する血管の特性を取得するための構成が開示されている。

しかし、国際公開番号ＷＯ２０１３／１３４４１１号に開示された構成によれば、処置具に設けられた光学センサの検出範囲が狭いため、例えば、手術野における生体組織の深部に存在する所望の血管の分布状態を一度に確認することができない、という問題点が生じている。そのため、国際公開番号ＷＯ２０１３／１３４４１１号に開示された構成によれば、例えば、体腔内の生体組織に対して外科的処置を施す術者に対して過度な負担を強いてしまう、という前述の問題点に応じた課題が生じている。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、体腔内の生体組織に対して外科的処置を施す術者の負担を軽減することが可能な生体観察システムを提供することを目的としている。

本発明の一態様の生体観察システムは、生体組織を含む被観察領域に対して照射される照明光として、少なくとも、可視域の赤色光または近赤外光のいずれか一方の光である第１の照明光と、前記第１の照明光とは異なる可視域の光である第２の照明光と、を供給するように構成された光源部と、前記照明光の照射に応じて前記被観察領域から発せられた戻り光を受光し、当該受光した戻り光の強度に応じた出力信号を出力するように構成された光検出部と、前記光検出部から出力される前記出力信号を周波数解析することにより、前記第１の照明光の照射に応じて前記被観察領域から発せられた戻り光の周波数スペクトルを示す周波数スペクトル信号を抽出するように構成された信号処理部と、前記照明光の照射に応じて前記光検出部から出力される前記出力信号に基づいて１つ以上の強度画像を生成するとともに、前記第１の照明光の照射に応じて前記信号処理部から出力される前記周波数スペクトル信号に基づいて周波数スペクトル画像を生成するように構成された画像生成部と、前記１つ以上の強度画像のうちの少なくとも１つの強度画像と、前記周波数スペクトル画像と、を用いて前記被観察領域の観察画像を生成して表示させるための動作を行うように構成された表示制御部と、を有する。

実施例に係る生体観察システムの要部の構成を示す図。実施例に係る生体観察システムの光源部の構成の一例を説明するための図。実施例に係る生体観察システムの光走査プローブに設けられたアクチュエータ部の構成を説明するための断面図。実施例に係る生体観察システムの光検出部の構成の一例を説明するための図。実施例に係る生体観察システムの画像処理部の構成の一例を説明するための図。実施例に係る生体観察システムの表示装置に表示される観察画像の一例を模式的に示した図。実施例に係る生体観察システムの画像処理部において生成される画像の一例を模式的に示した図。実施例に係る生体観察システムの画像処理部において生成される画像の一例を模式的に示した図。実施例に係る生体観察システムの画像処理部において生成される画像の一例を模式的に示した図。実施例に係る生体観察システムの画像処理部において生成される画像の一例を模式的に示した図。実施例に係る生体観察システムの表示装置に表示される観察画像の一例を模式的に示した図。実施例の変形例に係る生体観察システムの光検出部の構成の一例を説明するための図。実施例の変形例に係る生体観察システムの画像処理部の構成の一例を説明するための図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。

図１から図１３は、本発明の実施例に係るものである。図１は、実施例に係る生体観察システムの要部の構成を示す図である。

生体観察システム１は、例えば、図１に示すように、光源部２と、光ファイバ３と、光走査プローブ４と、アクチュエータ部５と、走査駆動部６と、光ファイババンドル７と、光検出部８と、画像処理部９と、表示装置１０と、入力装置１１と、制御部１２と、を有して構成されている。

光源部２は、生体組織を含む被観察領域を照明するための照明光を生成して光ファイバ３の入射端部へ供給することができるように構成されている。また、光源部２は、図２に示すように、半導体光源２１ａ、２１ｂ及び２１ｃと、合波器２２と、を有して構成されている。図２は、実施例に係る生体観察システムの光源部の構成の一例を説明するための図である。

半導体光源２１ａは、例えば、ＬＤ（レーザーダイオード）またはＬＥＤ（発光ダイオード）を具備し、制御部１２の制御に応じてオンまたはオフすることができるように構成されている。また、半導体光源２１ａは、制御部１２の制御に応じてオンされた際に、中心波長が青色域に属する光であるＢ光を合波器２２へ出射するように構成されている。

半導体光源２１ｂは、例えば、ＬＤまたはＬＥＤを具備し、制御部１２の制御に応じてオンまたはオフすることができるように構成されている。また、半導体光源２１ｂは、制御部１２の制御に応じてオンされた際に、中心波長が緑色域に属する光であるＧ光を合波器２２へ出射するように構成されている。

半導体光源２１ｃは、例えば、ＬＤまたはＬＥＤを具備し、制御部１２の制御に応じてオンまたはオフすることができるように構成されている。また、半導体光源２１ｃは、制御部１２の制御に応じてオンされた際に、中心波長が赤色域〜近赤外域（例えば６００ｎｍ〜１０００ｎｍ）に属する光であるＲ光を合波器２２へ出射するように構成されている。なお、本実施例においては、好適には、Ｒ光の中心波長が、６３０ｎｍ、６７０ｎｍ、７８０ｎｍまたは９４０ｎｍのいずれかであればよい。

合波器２２は、半導体光源２１ａから発せられたＢ光と、半導体光源２１ｂから発せられたＧ光と、半導体光源２１ｃから発せられたＲ光と、を合波して光ファイバ３の入射端部へ出射することができるように構成されている。

すなわち、光源部２は、生体組織を含む被観察領域に対して照射される照明光として、可視域の赤色光または近赤外光のいずれか一方の光であるＲ光と、当該Ｒ光とは異なる可視域の光であるＧ光と、当該Ｒ光及び当該Ｇ光のいずれとも異なる可視域の光であるＢ光と、を個別にまたは同時に供給することができるように構成されている。

光ファイバ３は、例えば、シングルモードファイバ等により構成されている。また、光ファイバ３の光入射面を含む入射端部は、光源部２に接続されている。また、光ファイバ３の光出射面を含む出射端部は、光走査プローブ４の先端部に配置されている。すなわち、光ファイバ３は、光源部２から供給される照明光を伝送し、当該伝送した照明光を出射端部から被観察領域へ出射することができるように構成されている。

光走査プローブ４は、被検者の体腔内に挿入可能な細長形状を具備して構成されている。また、光走査プローブ４の内部には、光ファイバ３と、光ファイババンドル７と、がそれぞれ挿通されている。また、光走査プローブ４の内部には、走査駆動部６から供給される駆動信号に応じて光ファイバ３の出射端部を揺動するように構成されたアクチュエータ部５が設けられている。

光ファイバ３及びアクチュエータ部５は、光走査プローブ４の長手軸方向に垂直な断面において、例えば、図３に示す位置関係を具備するようにそれぞれ配置されている。図３は、実施例に係る生体観察システムの光走査プローブに設けられたアクチュエータ部の構成を説明するための断面図である。

光ファイバ３とアクチュエータ部５との間には、図３に示すように、接合部材としてのフェルール４１が配置されている。具体的には、フェルール４１は、例えば、ジルコニア（セラミック）またはニッケル等により形成されている。

フェルール４１は、図３に示すように、四角柱として形成されており、光走査プローブ４の長手軸方向に直交する第１の軸方向であるＸ軸方向に対して垂直な側面４２ａ及び４２ｃと、光走査プローブ４の長手軸方向に直交する第２の軸方向であるＹ軸方向に対して垂直な側面４２ｂ及び４２ｄとを有する。また、フェルール４１の中心には、光ファイバ３が固定配置されている。なお、フェルール４１は、柱形状を具備する限りにおいては、四角柱以外の他の形状として形成されていてもよい。

アクチュエータ部５は、走査駆動部６から供給される駆動信号に基づいて光ファイバ３の出射端部を揺動することにより、当該出射端部を経て被観察領域へ出射される照明光の照射位置を所定の走査経路に沿って変位させることができるように構成されている。また、アクチュエータ部５は、図３に示すように、側面４２ａに沿って配置された圧電素子５ａと、側面４２ｂに沿って配置された圧電素子５ｂと、側面４２ｃに沿って配置された圧電素子５ｃと、側面４２ｄに沿って配置された圧電素子５ｄと、を有している。

圧電素子５ａ〜５ｄは、予め個別に設定された分極方向を具備するとともに、走査駆動部６から供給される駆動信号に応じて伸縮するように構成されている。

走査駆動部６は、例えば、駆動回路を具備して構成されている。また、走査駆動部６は、制御部１２の制御に基づき、アクチュエータ部５を駆動させるための駆動信号を生成し、当該生成した駆動信号をアクチュエータ部５に供給するように構成されている。

光ファイババンドル７は、例えば、複数の光ファイバを束ねて構成されている。光ファイババンドル７の入射端部は、光走査プローブ４の先端部に配置されている。また、光ファイババンドル７の出射端部は、光検出部８に接続されている。すなわち、光ファイババンドル７は、光ファイバ３を経て出射される照明光の照射に応じて被観察領域から発せられた戻り光を受光するとともに、当該受光した戻り光を光検出部８へ伝送することができるように構成されている。

光検出部８は、光ファイババンドル７の出射端部を経て入射される戻り光を受光し、当該受光した戻り光の強度に応じた電気信号を生成し、当該生成した電気信号をデジタル信号に変換して順次出力するように構成されている。すなわち、光検出部８は、被観察領域に対する照明光の照射に応じて当該被観察領域から発せられた戻り光を受光し、当該受光した戻り光の強度に応じた出力信号を出力するように構成されている。また、光検出部８は、例えば、図４に示すように、光検出素子８１と、Ａ／Ｄ変換回路８２と、を有して構成されている。図４は、実施例に係る生体観察システムの光検出部の構成の一例を説明するための図である。

光検出素子８１は、例えば、ＰＤ（フォトダイオード）またはＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）を具備して構成されている。また、光検出素子８１は、光ファイババンドル７の出射端部を経て入射される戻り光を受光し、当該受光した戻り光の強度に応じた電気信号を生成してＡ／Ｄ変換回路８２へ順次出力するように構成されている。

Ａ／Ｄ変換回路８２は、光検出素子８１から出力される電気信号をデジタル信号に変換して画像処理部９に順次出力するように構成されている。

画像処理部９は、制御部１２の制御に基づき、光検出部８から順次出力されるデジタル信号を画素情報としてマッピングするマッピング処理等を行うことにより観察画像を生成し、当該生成した観察画像を表示装置１０へ出力するように構成されている。また、画像処理部９は、例えば、図５に示すように、セレクタ９１と、信号処理回路９２と、画像生成回路９３と、表示制御回路９４と、を有して構成されている。図５は、実施例に係る生体観察システムの画像処理部の構成の一例を説明するための図である。

セレクタ９１は、制御部１２の制御に基づき、光検出部８から入力されるデジタル信号の出力先を切り替えるための動作を行うことができるように構成されている。

信号処理回路９２は、セレクタ９１から出力されるデジタル信号に対し、例えば、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）またはＦＦＴ（高速フーリエ変換）等の処理を施すことにより、照明光の照射に応じて被観察領域から発せられた戻り光を周波数解析することで得られる周波数スペクトルを示す周波数スペクトル信号を生成し、当該生成した周波数スペクトル信号を画像生成回路９３へ出力するように構成されている。

画像生成回路９３は、制御部１２の制御に基づき、例えば、所定の走査経路で被観察領域の走査が行われている際に、当該所定の走査経路における照明光の照射位置に対応するラスタ形式の画素位置を特定し、セレクタ９１から順次出力されるデジタル信号の階調値の大きさに応じた輝度値を画素情報として当該特定した画素位置にマッピングするマッピング処理等を行うことにより１フィールド分の画像（以降、強度画像とも称する）を生成し、当該生成した画像を表示制御回路９４へ出力するように構成されている。

画像生成回路９３は、制御部１２の制御に基づき、例えば、所定の走査経路で被観察領域の走査が行われている際に、当該所定の走査経路における照明光の照射位置に対応するラスタ形式の画素位置を特定し、信号処理回路９２から順次出力される周波数スペクトル信号により示される周波数スペクトルの大きさの平均値または積算値に応じた輝度値を画素情報として当該特定した画素位置にマッピングするマッピング処理等を行うことにより１フィールド分の画像（以降、周波数スペクトル画像とも称する）を生成し、当該生成した画像を表示制御回路９４へ出力するように構成されている。

表示制御回路９４は、制御部１２の制御に基づき、画像生成回路９３から出力される各画像を用いて表示装置１０の赤色チャンネル（以降、Ｒチャンネルとも称する）、緑色チャンネル（以降、Ｇチャンネルとも称する）及び青色チャンネル（以降、Ｂチャンネルとも称する）に割り当てることにより１フレーム分の観察画像を生成し、当該生成した観察画像を表示装置１０へ出力するように構成されている。すなわち、表示制御回路９４は、画像生成回路９３から出力される１つ以上の強度画像のうちの少なくとも１つの強度画像と、周波数スペクトル画像と、を用いて被観察領域の観察画像を生成して表示させるための動作を行うことができるように構成されている。

表示装置１０は、例えば、液晶ディスプレイ等を具備して構成されている。また、表示装置１０は、画像処理部９から出力される観察画像等を表示することができるように構成されている。

入力装置１１は、例えば、ユーザによる操作が可能なスイッチ及び／またはボタン等のユーザインターフェースを具備して構成されている。また、入力装置１１は、ユーザの操作に応じた種々の指示を制御部１２に対して行うことができるように構成されている。具体的には、入力装置１１には、例えば、表示装置１０に表示される観察画像の表示モードを、複数の表示モードの中から選択した１つの表示モードに設定するための指示を行うことが可能なスイッチである表示モード切替スイッチ（不図示）が設けられている。

制御部１２は、例えば、ＣＰＵ等の制御回路を具備して構成されている。

制御部１２は、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光を所定の照明パターンで被観察領域に照射するための制御を光源部２に対して行うとともに、セレクタ９１に入力されるデジタル信号の出力先を当該所定の照明パターンに応じて切り替えさせるための制御を画像処理部９に対して行うように構成されている。

制御部１２は、被観察領域を所定の走査経路で２次元走査する際に用いられる駆動信号を生成させるための制御を走査駆動部６に対して行うとともに、当該所定の走査経路に応じたマッピング処理を画像生成回路９３において行わせるための制御を画像処理部９に対して行うように構成されている。

具体的には、制御部１２は、例えば、被観察領域を渦巻状の走査経路で走査する際に用いられる駆動信号として、所定の変調を正弦波に対して施すことにより得られる信号波形を具備する駆動信号ＤＳＸと、当該第１の駆動信号の位相を９０°ずらした信号波形を具備する駆動信号ＤＳＹと、を生成させるための制御を走査駆動部６に対して行うことができるように構成されている。なお、このような制御が行われる場合においては、例えば、走査駆動部６により生成された駆動信号ＤＳＸが圧電素子５ａ及び５ｃに供給され、かつ、走査駆動部６により生成された駆動信号ＤＳＹが圧電素子５ｂ及び５ｄに供給されることにより、被観察領域を渦巻状の走査経路で２次元走査することができる。

すなわち、光走査プローブ４は、制御部１２による制御に応じて走査駆動部６から供給される駆動信号に基づき、光源部２から供給されるＲ光、Ｇ光及びＢ光の照射位置を渦巻状等の所定の走査経路に沿って変位させることにより被観察領域を走査するとともに、当該被観察領域から発せられた戻り光を光検出部８へ伝送するように構成されている。

制御部１２は、入力装置１１の表示モード切替スイッチにおいて設定された表示モードに対応する観察画像が表示されるように、表示制御回路９４による表示装置１０の各色チャンネルに対する画像の割り当て方法を設定するための制御を画像処理部９に対して行うように構成されている。すなわち、制御部１２は、入力装置１１の表示モード切替スイッチにおいて設定された表示モードに対応する観察画像を表示させるための制御を画像処理部９に対して行うように構成されている。

続いて、以上に述べたような構成を具備する生体観察システム１の作用について説明する。

術者等のユーザは、生体観察システム１の各部を接続して電源を投入した後、例えば、入力装置１１の走査開始スイッチ（不図示）をオンすることにより、光走査プローブ４による被観察領域の走査を開始させるための指示を制御部１２に対して行う。また、ユーザは、生体観察システム１の各部を接続して電源を投入した後、入力装置１１の表示モード切替スイッチを操作することにより、白色光画像を観察画像として表示させる表示モードＭＷに設定するための指示を制御部１２に対して行う。

制御部１２は、走査開始スイッチがオンされたことを検知し、かつ、表示モードＭＷに設定されたことを検知した際に、例えば、Ｒ光と、Ｇ光と、Ｂ光と、が時分割で照射され、かつ、当該Ｒ光の照射頻度と、当該Ｇ光の照射頻度と、当該Ｂ光の照射頻度と、が相互に同一になるような照明パターンＩＰＫで被観察領域を照明するための制御を光源部２に対して行う。そして、このような照明パターンＩＰＫに係る制御によれば、１フレーム分の観察画像を生成するための走査が行われる期間内において、Ｒ光の照射回数：Ｇ光の照射回数：Ｂ光の照射回数＝１：１：１になるように被観察領域が照明される。

制御部１２は、セレクタ９１に入力されるデジタル信号の出力先を照明パターンＩＰＫに応じて切り替えさせるための制御を画像処理部９に対して行う。

具体的には、制御部１２は、例えば、照明パターンＩＰＫのうちのＲ光、Ｇ光及びＢ光の照射タイミングに応じてセレクタ９１に入力されるデジタル信号の出力先を画像生成回路９３に設定するための制御を画像処理部９に対して行う。

制御部１２は、走査開始スイッチがオンされたことを検知した際に、被観察領域を走査経路ＳＰで２次元走査する際に用いられる駆動信号を生成させるための制御を走査駆動部６に対して行うとともに、当該走査経路ＳＰに応じたマッピング処理を画像生成回路９３において行わせるための制御を画像処理部９に対して行う。

そして、以上に述べたような制御部１２の制御によれば、照明パターンＩＰＫに応じた照明光が走査経路ＳＰに沿うように照射されることにより被観察領域が２次元走査され、当該照明光の照射に応じて当該被観察領域から発せられる戻り光が光ファイババンドル７を経由して光検出部８に入射され、当該戻り光の強度に応じて生成されたデジタル信号が画像処理部９へ順次出力される。

また、以上に述べたような制御部１２の制御によれば、照明パターンＩＰＫのうちのＲ光の照射タイミングにおいて光検出部８により生成されたデジタル信号ＤＲＳがセレクタ９１を経由して画像生成回路９３へ出力され、当該照明パターンＩＰＫのうちのＧ光の照射タイミングにおいて光検出部８により生成されたデジタル信号ＤＧＳがセレクタ９１を経由して画像生成回路９３へ出力され、当該照明パターンＩＰＬのうちのＢ光の照射タイミングにおいて光検出部８により生成されたデジタル信号ＤＢＳがセレクタ９１を経由して画像生成回路９３へ出力される。

画像生成回路９３は、制御部１２の制御に基づき、走査経路ＳＰにおけるＲ光の照射位置に対応するラスタ形式の画素位置を特定し、セレクタ９１から順次出力されるデジタル信号ＤＲＳの階調値の大きさに応じた輝度値を画素情報として当該特定した画素位置にマッピングするマッピング処理等を行うことにより１フィールド分の強度画像ＰＲを生成し、当該生成した強度画像ＰＲを表示制御回路９４へ出力する。

画像生成回路９３は、制御部１２の制御に基づき、走査経路ＳＰにおけるＧ光の照射位置に対応するラスタ形式の画素位置を特定し、セレクタ９１から順次出力されるデジタル信号ＤＧＳの階調値の大きさに応じた輝度値を画素情報として当該特定した画素位置にマッピングするマッピング処理等を行うことにより１フィールド分の強度画像ＰＧを生成し、当該生成した強度画像ＰＧを表示制御回路９４へ出力する。

画像生成回路９３は、制御部１２の制御に基づき、走査経路ＳＰにおけるＢ光の照射位置に対応するラスタ形式の画素位置を特定し、セレクタ９１から順次出力されるデジタル信号ＤＢＳの階調値の大きさに応じた輝度値を画素情報として当該特定した画素位置にマッピングするマッピング処理等を行うことにより１フィールド分の強度画像ＰＢを生成し、当該生成した強度画像ＰＢを表示制御回路９４へ出力する。

制御部１２は、表示モードＭＷに設定されたことを検知した際に、強度画像ＰＲを表示装置１０のＲチャンネルに割り当てさせ、強度画像ＰＧを表示装置１０のＧチャンネルに割り当てさせ、強度画像ＰＢを表示装置１０のＢチャンネルに割り当てさせるための制御を画像処理部９に対して行う。

表示制御回路９４は、制御部１２の制御に基づき、表示モードＭＷに設定された際に、例えば、画像生成回路９３から出力される１フィールド分の強度画像ＰＲを表示装置１０のＲチャンネルに割り当て、画像生成回路９３から出力される１フィールド分の強度画像ＰＧを表示装置１０のＧチャンネルに割り当て、画像生成回路９３から出力される１フィールド分の強度画像ＰＢを表示装置１０のＢチャンネルに割り当てる動作を行うことにより１フレーム分の観察画像を生成し、当該生成した観察画像を表示装置１０へ出力する。

一方、ユーザは、表示モードＭＷの設定時に表示装置１０に表示される白色光画像を確認しつつ、光走査プローブ４を被検体の体腔内に挿入してゆくことにより、当該体腔内の所望の生体組織ＬＭを被観察領域として走査可能な位置に光走査プローブ４の先端部を配置する。そして、このようなユーザの操作に応じ、例えば、図６に示すような、所望の生体組織ＬＭの粘膜層に存在する細径の血管ＶＡと、当該所望の生体組織ＬＭの粘膜下層に存在する血管ＶＢと、当該所望の生体組織ＬＭの固有筋層に存在する太径の血管ＶＣと、を含む白色光画像ＩＷＬが観察画像として表示装置１０に表示される。図６は、実施例に係る生体観察システムの表示装置に表示される観察画像の一例を模式的に示した図である。

ここで、以上に述べた生体観察システム１の各部の動作等によれば、表示モードＭＷにおいて所望の生体組織ＬＭが２次元走査された際に、例えば、図７〜図９に示すような、血管ＶＡ、ＶＢ及びＶＣを流れる血液によるＲ光の吸収及び散乱の大きさに応じた輝度値を有する強度画像ＰＲと、血管ＶＡ及びＶＢを流れる血液によるＧ光の吸収及び散乱の大きさに応じた輝度値を有する強度画像ＰＧと、血管ＶＡを流れる血液によるＢ光の吸収及び散乱の大きさに応じた輝度値を有する強度画像ＰＢと、が画像生成回路９３において生成される。そのため、表示モードＭＷに設定された際に表示装置１０に表示される白色光画像ＩＷＬは、図６に例示したような、血管ＶＡ及びＶＢを視認することが可能である一方で、血管ＶＣを視認することが困難な画像として表示される。図７、図８及び図９は、実施例に係る生体観察システムの画像処理部において生成される画像の一例を模式的に示した図である。

これに対し、本実施例においては、強度画像ＰＲ、ＰＧ及びＰＢのうちの少なくとも１つの画像と、図１０に例示するような周波数スペクトル画像ＰＦと、を用いて生成された観察画像を表示するための表示モードとして、３つの表示モードＭＤＡ、ＭＤＢ及びＭＤＣを設けることにより、血管ＶＣの視認性を白色光画像ＩＷＬに比べて向上させるようにしている。このような表示モードＭＤＡ、ＭＤＢ及びＭＤＣのうちのいずれかの表示モードに設定された際に行われる具体的な処理等について、以下に説明する。図１０は、実施例に係る生体観察システムの画像処理部において生成される画像の一例を模式的に示した図である。なお、以降においては、簡単のため、既述の構成等に関する具体的な説明を適宜省略するものとする。

ユーザは、被検体の体腔内の所望の生体組織ＬＭを被観察領域として走査可能な位置に光走査プローブ４の先端部を配置した状態において、入力装置１１の表示モード切替スイッチを操作することにより、表示モードＭＤＡ、ＭＤＢ及びＭＤＣのうちの１つの表示モードに設定するための指示を制御部１２に対して行う。

制御部１２は、表示モードＭＤＡ、ＭＤＢ及びＭＤＣのうちの１つの表示モードに設定されたことを検知した際に、例えば、Ｒ光と、Ｇ光と、Ｂ光と、が時分割で照射され、かつ、当該Ｒ光の照射頻度が当該Ｇ光の照射頻度及び当該Ｂ光の照射頻度のそれぞれに対して高くなるような照明パターンＩＰＬで被観察領域を照明するための制御を光源部２に対して行う。そして、このような照明パターンＩＰＬに係る制御によれば、例えば、１フレーム分の観察画像を生成するための走査が行われる期間内において、Ｒ光の照射回数：Ｇ光の照射回数：Ｂ光の照射回数＝９：１：１になるように被観察領域が照明される。

制御部１２は、セレクタ９１に入力されるデジタル信号の出力先を照明パターンＩＰＬに応じて切り替えさせるための制御を画像処理部９に対して行う。

具体的には、制御部１２は、例えば、照明パターンＩＰＬのうちのＲ光の照射タイミングに応じてセレクタ９１に入力されるデジタル信号の出力先を信号処理回路９２及び画像生成回路９３の両方に設定するとともに、当該照明パターンＩＰＬのうちのＧ光及びＢ光の照射タイミングに応じてセレクタ９１に入力されるデジタル信号の出力先を画像生成回路９３に設定するための制御を画像処理部９に対して行う。

そして、以上に述べたような制御部１２の制御によれば、照明パターンＩＰＬに応じた照明光が走査経路ＳＰに沿うように照射されることにより被観察領域が２次元走査され、当該照明光の照射に応じて当該被観察領域から発せられる戻り光が光ファイババンドル７を経由して光検出部８に入射され、当該戻り光の強度に応じて生成されたデジタル信号が画像処理部９へ順次出力される。

また、以上に述べたような制御部１２の制御によれば、照明パターンＩＰＬのうちのＲ光の照射タイミングにおいて光検出部８により生成されたデジタル信号ＤＲＳがセレクタ９１を経由して信号処理回路９２及び画像生成回路９３へ出力され、当該照明パターンＩＰＬのうちのＧ光の照射タイミングにおいて光検出部８により生成されたデジタル信号ＤＧＳがセレクタ９１を経由して画像生成回路９３へ出力され、当該照明パターンＩＰＬのうちのＢ光の照射タイミングにおいて光検出部８により生成されたデジタル信号ＤＢＳがセレクタ９１を経由して画像生成回路９３へ出力される。

信号処理回路９２は、セレクタ９１を経由して入力されるデジタル信号ＤＲＳに対してＤＦＴまたはＦＦＴ等の処理を施すことにより、Ｒ光の照射に応じて被観察領域から発せられた戻り光を周波数解析することで得られる周波数スペクトルを示す周波数スペクトル信号ＢＦＳを生成し、当該生成した周波数スペクトル信号ＢＦＳを画像生成回路９３へ出力する。

画像生成回路９３は、制御部１２の制御に基づいてマッピング処理等を行うことにより、１フィールド分の強度画像ＰＲ、ＰＧ及びＰＢを生成し、当該生成した強度画像ＰＲ、ＰＧ及びＰＢを表示制御回路９４へ出力する。

また、画像生成回路９３は、制御部１２の制御に基づき、走査経路ＳＰにおけるＲ光の照射位置に対応するラスタ形式の画素位置を特定し、信号処理回路９２から順次出力される周波数スペクトル信号ＢＦＳにより示される周波数スペクトルの大きさの平均値または積算値に応じた輝度値を画素情報として当該特定した画素位置にマッピングするマッピング処理等を行うことにより１フィールド分の周波数スペクトル画像ＰＦを生成し、当該生成した周波数スペクトル画像ＰＦを表示制御回路９４へ出力する。すなわち、周波数スペクトル画像ＰＦは、血管ＶＣを流れる血液に含まれる赤血球等の散乱体による周波数シフトを受けたＲ光の散乱の大きさに応じた輝度値を有する画像として生成される。

制御部１２は、例えば、表示モードＭＤＡに設定されたことを検知した際に、周波数スペクトル画像ＰＦを表示装置１０のＲチャンネルに割り当てさせ、強度画像ＰＧを表示装置１０のＧチャンネルに割り当てさせ、強度画像ＰＢを表示装置１０のＢチャンネルに割り当てさせるための制御を画像処理部９に対して行う。

表示制御回路９４は、制御部１２の制御に基づき、表示モードＭＤＡに設定された際に、例えば、画像生成回路９３から出力される１フィールド分の周波数スペクトル画像ＰＦを表示装置１０のＲチャンネルに割り当て、画像生成回路９３から出力される１フィールド分の強度画像ＰＧを表示装置１０のＧチャンネルに割り当て、画像生成回路９３から出力される１フィールド分の強度画像ＰＢを表示装置１０のＢチャンネルに割り当てる動作を行うことにより１フレーム分の観察画像を生成し、当該生成した観察画像を表示装置１０へ出力する。

そして、以上に述べたような処理等によれば、表示モードＭＤＡに設定された際に、血管ＶＡ及びＶＢを視認可能であるとともに、血管ＶＣの視認性が白色光画像ＩＷＬに比べて向上した観察画像が表示装置１０に表示される。

また、制御部１２は、例えば、表示モードＭＤＢに設定されたことを検知した際に、強度画像ＰＲ及び周波数スペクトル画像ＰＦを用いて得られる画像を表示装置１０のＲチャンネルに割り当てさせ、強度画像ＰＧを表示装置１０のＧチャンネルに割り当てさせ、強度画像ＰＢを表示装置１０のＢチャンネルに割り当てさせるための制御を画像処理部９に対して行う。

表示制御回路９４は、制御部１２の制御に基づき、表示モードＭＤＢに設定された際に、例えば、画像生成回路９３から出力される１フィールド分の強度画像ＰＲ及び１フィールド分の周波数スペクトル画像ＰＦを用いた演算処理の演算結果として得られる１フィールド分の画像を表示装置１０のＲチャンネルに割り当て、画像生成回路９３から出力される１フィールド分の強度画像ＰＧを表示装置１０のＧチャンネルに割り当て、画像生成回路９３から出力される１フィールド分の強度画像ＰＢを表示装置１０のＢチャンネルに割り当てる動作を行うことにより１フレーム分の観察画像を生成し、当該生成した観察画像を表示装置１０へ出力する。なお、表示モードＭＤＢにおいて、表示装置１０のＲチャンネルに割り当てる画像を得る際に行われる演算処理は、例えば、強度画像ＰＲ及び周波数スペクトル画像ＰＦを加算する加算処理であってもよく、強度画像ＰＲ及び周波数スペクトル画像ＰＦを平均化する平均化処理であってもよく、または、周波数スペクトル画像ＰＦから強度画像ＰＲを除する除算処理であってもよい。

そして、以上に述べたような処理等によれば、表示モードＭＤＢに設定された際に、血管ＶＡ及びＶＢを視認可能であるとともに、血管ＶＣの視認性が表示モードＭＤＡの観察画像に比べてさらに向上した観察画像が表示装置１０に表示される。

また、制御部１２は、例えば、表示モードＭＤＣに設定されたことを検知した際に、強度画像ＰＲを表示装置１０のＲチャンネルに割り当てさせ、周波数スペクトル画像ＰＦを表示装置１０のＧチャンネルに割り当てさせ、強度画像ＰＢを表示装置１０のＢチャンネルに割り当てさせるための制御を画像処理部９に対して行う。

表示制御回路９４は、制御部１２の制御に基づき、表示モードＭＤＣに設定された際に、例えば、画像生成回路９３から出力される１フィールド分の強度画像ＰＲを表示装置１０のＲチャンネルに割り当て、画像生成回路９３から出力される１フィールド分の周波数スペクトル画像ＰＦを表示装置１０のＧチャンネルに割り当て、画像生成回路９３から出力される１フィールド分の強度画像ＰＢを表示装置１０のＢチャンネルに割り当てる動作を行うことにより１フレーム分の観察画像を生成し、当該生成した観察画像を表示装置１０へ出力する。

そして、以上に述べたような処理等によれば、表示モードＭＤＣに設定された際に、血管ＶＡ及びＶＢを視認可能であるとともに、血管ＶＣの視認性が表示モードＭＤＢの観察画像に比べてさらに向上した観察画像が表示装置１０に表示される。

なお、本実施例によれば、表示モードＭＤＣに設定された際に、例えば、Ｒ光と、Ｂ光と、が時分割で照射され、かつ、当該Ｒ光の照射頻度が当該Ｂ光の照射頻度のそれぞれに対して高くなるような照明パターンＩＰＴで被観察領域を照明するための制御が制御部１２により行われるようにしてもよい。

また、本実施例によれば、表示モードＭＤＣに設定された際に、以下のような動作が制御部１２及び表示制御回路９４により行われるものであってもよい。

制御部１２は、例えば、表示モードＭＤＣに設定されたことを検知した際に、強度画像ＰＲを表示装置１０のＲチャンネルに割り当てさせ、強度画像ＰＲ及び周波数スペクトル画像ＰＦを用いて得られる画像を表示装置１０のＧチャンネルに割り当てさせ、強度画像ＰＢを表示装置１０のＢチャンネルに割り当てさせるための制御を画像処理部９に対して行う。

表示制御回路９４は、制御部１２の制御に基づき、表示モードＭＤＣに設定された際に、例えば、画像生成回路９３から出力される１フィールド分の強度画像ＰＲを表示装置１０のＲチャンネルに割り当て、画像生成回路９３から出力される１フィールド分の強度画像ＰＲ及び１フィールド分の周波数スペクトル画像ＰＦを用いた演算処理の演算結果として得られる１フィールド分の画像を表示装置１０のＧチャンネルに割り当て、画像生成回路９３から出力される１フィールド分の強度画像ＰＢを表示装置１０のＢチャンネルに割り当てる動作を行うことにより１フレーム分の観察画像を生成し、当該生成した観察画像を表示装置１０へ出力する。なお、表示モードＭＤＣにおいて、表示装置１０のＧチャンネルに割り当てる画像を得る際に行われる演算処理は、例えば、強度画像ＰＲ及び周波数スペクトル画像ＰＦを加算する加算処理であってもよく、強度画像ＰＲ及び周波数スペクトル画像ＰＦを平均化する平均化処理であってもよく、または、周波数スペクトル画像ＰＦから強度画像ＰＲを除する除算処理であってもよい。

すなわち、以上に述べたような処理等によれば、表示モードＭＤＡ、ＭＤＢ及びＭＤＣのうちのいずれかの表示モードに設定された際に、例えば、図１１に示すような、所望の生体組織ＬＭに含まれる血管ＶＣの視認性が図１０の白色光画像ＩＷＬに比べて向上した観察画像ＩＤＶが表示装置１０に表示される。図１１は、実施例に係る生体観察システムの表示装置に表示される観察画像の一例を模式的に示した図である。

以上に述べたように、本実施例によれば、所望の生体組織ＬＭを含む被観察領域を光走査プローブ４で２次元走査することにより、当該被観察領域の深部に存在する血管ＶＣの分布状態を一度に確認可能な観察画像が表示装置１０に表示される。従って、本実施例によれば、例えば、所望の生体組織ＬＭに対して外科的処置を施す際に、血管ＶＣの損傷を回避しつつ安全に処置を進めることができ、その結果、体腔内の生体組織に対して外科的処置を施す術者の負担を軽減することができる。

また、本実施例によれば、Ｒ光の照射に応じて被観察領域から発せられた戻り光に基づいて強度画像ＰＲ及び周波数スペクトル画像ＰＦを一度に得ることができるため、表示装置１０に観察画像を表示する際のフレームレートを各表示モード間において略一定にすることができる。従って、本実施例によれば、表示モードの切り替えに伴って生じ得る視覚的な違和感を抑制することができ、その結果、体腔内の生体組織に対して外科的処置を施す術者の負担を軽減することができる。

また、本実施例によれば、Ｒ光の照射頻度がＧ光の照射頻度及びＢ光の照射頻度のそれぞれに対して高くなるような照明パターンＩＰＬで被観察領域を照明し、さらに、当該Ｒ光の戻り光に含まれる周波数スペクトルの大きさを積算または平均しているため、ＳＮ比の高い周波数スペクトル画像ＰＦを生成することができる。従って、本実施例によれば、表示モードＭＤＡ、ＭＤＢ及びＭＤＣにおいて、血管ＶＣを視認し易い観察画像を表示させることができ、その結果、体腔内の生体組織に対して外科的処置を施す術者の負担を軽減することができる。

なお、本実施例の光検出素子８１は、ＰＤまたはＡＰＤ等のような、光ファイババンドル７の出射端部を経て入射される戻り光を一点ずつ受光して電気信号を生成する素子（点検出器）により構成されているものに限らず、例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等のような、光ファイババンドル７の出射端部を経て入射される戻り光を２次元的に受光して電気信号を生成することが可能な素子（２次元検出器）により構成されていてもよい。

また、本実施例の生体観察システム１は、光ファイバ３の出射端部を揺動しながら照明光を照射することにより被観察領域を２次元走査するように構成されているものに限らず、例えば、光ファイバ３の出射端部を揺動させることなく所定の範囲内の被観察領域を一度にかつ２次元的に照明するように構成されていてもよい。

一方、本実施例によれば、例えば、図１２に示す光検出部８Ａを光検出部８の代わりに具備し、かつ、図１３に示す画像処理部９Ａを画像処理部９の代わりに具備するように生体観察システム１を変形してもよい。このような変形例に係る構成等について、以下に説明する。図１２は、実施例の変形例に係る生体観察システムの光検出部の構成の一例を説明するための図である。図１３は、実施例の変形例に係る生体観察システムの画像処理部の構成の一例を説明するための図である。

光検出部８Ａは、図１２に示すように、ダイクロイックプリズム８１Ｐと、光検出素子８１Ａ、８１Ｂ及び８１Ｃと、Ａ／Ｄ変換回路８２Ａ、８２Ｂ及び８２Ｃと、を有して構成されている。

ダイクロイックプリズム８１Ｐは、例えば、プリズム及びダイクロイックフィルタを組み合わせて形成された分光素子であり、光ファイババンドル７の出射端部を経て入射される戻り光をＲ光、Ｇ光及びＢ光の波長帯域毎に分離するように構成されている。

光検出素子８１Ａは、例えば、ＰＤまたはＡＰＤを具備し、ダイクロイックプリズム８１Ｐにより分離された戻り光に含まれるＲ光を受光し、当該受光したＲ光の強度に応じた電気信号を生成してＡ／Ｄ変換回路８２Ａへ出力するように構成されている。

光検出素子８１Ｂは、例えば、ＰＤまたはＡＰＤを具備し、ダイクロイックプリズム８１Ｐにより分離された戻り光に含まれるＧ光を受光し、当該受光したＧ光の強度に応じた電気信号を生成してＡ／Ｄ変換回路８２Ｂへ出力するように構成されている。

光検出素子８１Ｃは、例えば、ＰＤまたはＡＰＤを具備し、ダイクロイックプリズム８１Ｐにより分離された戻り光に含まれるＢ光を受光し、当該受光したＢ光の強度に応じた電気信号を生成してＡ／Ｄ変換回路８２Ｃへ出力するように構成されている。

Ａ／Ｄ変換回路８２Ａは、光検出素子８１Ａから出力される電気信号をデジタル信号に変換して画像処理部９Ａに順次出力するように構成されている。

Ａ／Ｄ変換回路８２Ｂは、光検出素子８１Ｂから出力される電気信号をデジタル信号に変換して画像処理部９Ａに順次出力するように構成されている。

Ａ／Ｄ変換回路８２Ｃは、光検出素子８１Ｃから出力される電気信号をデジタル信号に変換して画像処理部９Ａに順次出力するように構成されている。

画像処理部９Ａは、図１３に示すように、画像処理部９からセレクタ９１を取り除いたものと略同様の構成を具備している。そのため、画像処理部９Ａにおいては、Ａ／Ｄ変換回路８２Ａから出力されるデジタル信号が信号処理回路９２及び画像生成回路９３の両方に入力されるように構成されている。また、画像処理部９Ａにおいては、Ａ／Ｄ変換回路８２Ｂから出力されるデジタル信号と、Ａ／Ｄ変換回路８２Ｃから出力されるデジタル信号と、がそれぞれ画像生成回路９３に入力されるように構成されている。

画像処理部９Ａの信号処理回路９２は、Ａ／Ｄ変換回路８２Ａから出力されるデジタル信号に対し、例えば、ＤＦＴまたはＦＦＴ等の処理を施すことにより、照明光の照射に応じて被観察領域から発せられた戻り光を周波数解析することで得られる周波数スペクトルを示す周波数スペクトル信号を生成し、当該生成した周波数スペクトル信号を画像生成回路９３へ出力するように構成されている。

画像処理部９Ａの画像生成回路９３は、制御部１２の制御に基づき、例えば、所定の走査経路で被観察領域の走査が行われている際に、当該所定の走査経路における照明光の照射位置に対応するラスタ形式の画素位置を特定し、Ａ／Ｄ変換回路８２Ａ、８２Ｂ及び８２Ｃから順次出力されるデジタル信号の階調値の大きさに応じた輝度値を画素情報として当該特定した画素位置にマッピングするマッピング処理等を行うことにより１フィールド分の画像を生成し、当該生成した画像を表示制御回路９４へ出力するように構成されている。

そして、以上に述べたような本変形例に係る構成によれば、例えば、Ｒ光と、Ｇ光及びＢ光を混合した混合光と、が時分割で照射され、かつ、当該Ｒ光の照射頻度が当該混合光の照射頻度に対して高くなるような照明パターンＩＰＭで被観察領域を照明するための制御が制御部１２により行われた場合であっても、前述の各表示モードに対応する観察画像を表示させるための動作を行うことができる。そのため、以上に述べたような本変形例に係る構成によれば、前述の各表示モードにおいて、前述の実施例に係る構成よりも高いフレームレートで観察画像を表示させることができる。なお、前述の照明パターンＩＰＭに係る制御によれば、例えば、１フレーム分の観察画像を生成するための走査が行われる期間内において、Ｒ光の照射回数：混合光の照射回数＝９：２になるように被観察領域が照明される。

一方、以上に述べたような本変形例に係る構成においては、前述の照明パターンＩＰＭに限らず、例えば、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光が同時に照射され、かつ、当該Ｒ光の照射光量が当該Ｇ光の照射光量及び当該Ｂ光の照射光量のそれぞれに対して高くなるような照明パターンＩＰＮで被観察領域を照明するための制御が制御部１２により行われるようにしてもよい。

本発明は、上述した実施例及び変形例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。

本出願は、２０１５年４月２１日に日本国に出願された特願２０１５−８６９７８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、図面に引用されたものとする。

本発明の一態様の生体観察システムは、少なくとも可視域の赤色域から近赤外域までに中心波長を有する第１の照明光を含む照明光を生成する光源部と、前記照明光が照射された被観察領域から発せられた戻り光を受光し、当該受光した戻り光の強度に応じた出力信号を出力する光検出部と、前記光検出部から出力される前記出力信号から、前記第１の照明光の照射に応じて前記被観察領域から発せられた戻り光の周波数スペクトルを示す周波数スペクトル信号を生成する信号処理部と、前記光検出部から出力される前記出力信号に基づいて強度画像を生成するとともに、前記信号処理部から出力される前記周波数スペクトル信号に基づいて周波数スペクトル画像を生成する画像生成部と、前記強度画像と、前記周波数スペクトル画像と、を用いて前記被観察領域の観察画像を生成して表示させるための動作を行う表示制御部と、を有する。

Claims

生体組織を含む被観察領域に対して照射される照明光として、少なくとも、可視域の赤色光または近赤外光のいずれか一方の光である第１の照明光と、前記第１の照明光とは異なる可視域の光である第２の照明光と、を供給するように構成された光源部と、
前記照明光の照射に応じて前記被観察領域から発せられた戻り光を受光し、当該受光した戻り光の強度に応じた出力信号を出力するように構成された光検出部と、
前記光検出部から出力される前記出力信号を周波数解析することにより、前記第１の照明光の照射に応じて前記被観察領域から発せられた戻り光の周波数スペクトルを示す周波数スペクトル信号を抽出するように構成された信号処理部と、
前記照明光の照射に応じて前記光検出部から出力される前記出力信号に基づいて１つ以上の強度画像を生成するとともに、前記第１の照明光の照射に応じて前記信号処理部から出力される前記周波数スペクトル信号に基づいて周波数スペクトル画像を生成するように構成された画像生成部と、
前記１つ以上の強度画像のうちの少なくとも１つの強度画像と、前記周波数スペクトル画像と、を用いて前記被観察領域の観察画像を生成して表示させるための動作を行うように構成された表示制御部と、
を有することを特徴とする生体観察システム。
前記光源部は、前記第１の照明光と、前記第２の照明光と、前記第１の照明光及び前記第２の照明光のいずれとも異なる可視域の光である第３の照明光と、を前記照明光として供給するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の生体観察システム。
前記第１の照明光と、前記第２の照明光と、前記第３の照明光と、を時分割で前記被観察領域に対して照射させるとともに、前記第１の照明光の照射頻度を前記第２の照明光の照射頻度及び前記第３の照明光の照射頻度のそれぞれに対して高くするための制御を前記光源部に対して行うように構成された制御部をさらに有し、
前記画像生成部は、前記第１の照明光、前記第２の照明光及び前記第３の照明光の照射に応じて前記光検出部から出力される前記出力信号に基づいて３つの強度画像を生成するように構成されており、
前記表示制御部は、前記３つの強度画像のうちの少なくとも１つの強度画像と、前記周波数スペクトル画像と、を用いて前記被観察領域の観察画像を生成して表示させるための動作を行うように構成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の生体観察システム。
前記第１の照明光と、前記第２の照明光及び前記第３の照明光を混合した混合光と、を時分割で前記被観察領域に対して照射させるとともに、前記第１の照明光の照射頻度を前記混合光の照射頻度に対して高くするための制御を行うように構成された制御部をさらに有し、
前記画像生成部は、前記第１の照明光及び前記混合光の照射に応じて前記光検出部から出力される前記出力信号に基づいて３つの強度画像を生成するように構成されており、
前記表示制御部は、前記３つの強度画像のうちの少なくとも１つの強度画像と、前記周波数スペクトル画像と、を用いて前記被観察領域の観察画像を生成して表示させるための動作を行うように構成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の生体観察システム。
前記第１の照明光と、前記第２の照明光と、前記第３の照明光と、を同時に前記被観察領域に対して照射させるとともに、前記第１の照明光の照射光量を前記第２の照明光の照射光量及び前記第３の照明光の照射光量のそれぞれに対して高くするための制御を行うように構成された制御部をさらに有し、
前記画像生成部は、前記照明光の照射に応じて前記光検出部から出力される前記出力信号に基づいて３つの強度画像を生成するように構成されており、
前記表示制御部は、前記３つの強度画像のうちの少なくとも１つの強度画像と、前記周波数スペクトル画像と、を用いて前記被観察領域の観察画像を生成して表示させるように構成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の生体観察システム。
前記光源部から供給される前記照明光の照射位置を所定の走査経路に沿って変位させることにより前記被観察領域を走査するとともに、前記被観察領域から発せられた戻り光を前記光検出部へ伝送するように構成された光走査プローブをさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の生体観察システム。