WO2017149812A1 - 内視鏡システム、内視鏡システムの作動方法 - Google Patents
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Abstract
内視鏡システムは、被検体を撮像して電気信号を出力する撮像部(11)と、電気信号に信号補正を行うプロセッサ(21)と、信号補正後の電気信号に画像処理を行う画像処理部(31)と、を備え、撮像部(11)とプロセッサ(21)との間と、プロセッサ(21)と画像処理部(31)との間と、の少なくとも一方に、電気信号を光信号に変換するE/O変換器(51)と、光信号を伝送する光ファイバ(52)と、光信号を電気信号に変換するO/E変換器(53)と、が配設されている。
Description
本発明は、撮像装置とプロセッサと映像信号を生成する画像処理装置とを備える内視鏡システム、および該内視鏡システムの作動方法に関する。
撮像装置としての機能を備える内視鏡は、先端部において光学像を取得する細長の挿入部を備えている。そして、挿入部を被検体内に挿入することにより、外部からは観察できない被検体の内部を、内視鏡像として観察することが可能となっている。
特に、電子内視鏡では、被検体の光学像を撮像素子等を用いて光電変換し、電気的な信号として画像処理装置へ伝送し、画像処理装置で処理した後に、モニタ等の表示部に内視鏡画像として表示し、観察するようになっている。
こうした電子内視鏡を用いた内視鏡システムでは、より確実な判断および処置を行うために、より高精細な内視鏡画像が要求されている。
高精細な内視鏡画像の撮像信号はデータ量が大きいために、金属導線を用いて電気信号を伝送するのに代えて、電気的な撮像信号を光信号に変換して光ファイバを用いて伝送し、伝送後に光信号から電気的な撮像信号に変換して画像処理等に供する内視鏡システムが提案されている。
例えば、国際公開第2012/46856号には、受光部によって出力された画素情報を伝送する光ファイバケーブルおよび電気ケーブルと、光ファイバケーブルから送信された画素情報または電気ケーブルから送信された画素情報をもとに画像を生成する画像処理部と、画像処理部が生成した画像を表示部に表示させると共に、光ファイバケーブルに伝送異常があるか否かを判断し、光ファイバケーブルにおける伝送異常の有無に応じて、光ファイバケーブルから送信された画素情報および電気ケーブルから送信された画素情報のいずれか一方を画像処理部の処理対象の画素情報として選択する制御部と、を備える内視鏡システムが記載されている。
画像処理を行うコントロールモジュールには、各種機能を搭載した内視鏡が接続されるが、内視鏡の種類が多くなるとコントロールモジュールが行う処理が複雑化することから、互換性の確保が困難なケースが発生している。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、内視鏡をコントロールモジュールへ互換性をもって接続し、撮像信号を高速に伝送することができる内視鏡システム、内視鏡システムの作動方法を提供することを目的としている。
本発明のある態様による内視鏡システムは、被検体を撮像して電気信号として出力する撮像装置と、前記撮像装置から出力された前記電気信号に対して所定の信号補正を行って出力するプロセッサと、前記プロセッサから出力された信号補正後の前記電気信号に画像処理を行って映像信号を生成する画像処理装置と、を備え、前記撮像装置と前記プロセッサとの間と、前記プロセッサと前記画像処理装置との間と、の少なくとも一方に、前記電気信号を光信号に変換する電気光変換器と、前記電気光変換器により変換された前記光信号を伝送する光伝送部材と、前記光伝送部材により伝送された前記光信号を前記電気信号に変換する光電気変換器と、が配設されている。
本発明のある態様による内視鏡システムの作動方法は、撮像装置が、被検体を撮像して電気信号として出力し、プロセッサが、前記撮像装置から出力された前記電気信号に対して所定の信号補正を行って出力し、画像処理装置が、前記プロセッサから出力された信号補正後の前記電気信号に画像処理を行って映像信号を生成し、前記撮像装置と前記プロセッサとの間と、前記プロセッサと前記画像処理装置との間と、の少なくとも一方に配設された電気光変換器が、前記電気信号を光信号に変換し、前記少なくとも一方に配設された光伝送部材が、前記電気光変換器により変換された前記光信号を伝送し、前記少なくとも一方に配設された光電気変換器が、前記光伝送部材により伝送された前記光信号を前記電気信号に変換することを特徴とする。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
[実施形態1]
図1から図10は本発明の実施形態1を示したものであり、図1は内視鏡システムの基本的な構成を示す図である。
図1から図10は本発明の実施形態1を示したものであり、図1は内視鏡システムの基本的な構成を示す図である。
図1に示すように、内視鏡システムは、内視鏡10と、インプットモジュール20と、コントロールモジュール30と、内視鏡10とインプットモジュール20とを接続する第1ケーブル50Aと、インプットモジュール20とコントロールモジュール30とを接続する第2ケーブル50Bと、を備えている。
内視鏡10は、被検体を撮像して電気信号として出力する撮像部11を備えている。
インプットモジュール20は、中継基板とも呼ばれ、撮像部11から出力された電気信号に対して所定の信号補正を行って出力するプロセッサ21を備えている。
コントロールモジュール30は、信号処理装置とも呼ばれ、プロセッサ21から出力された信号補正後の電気信号に画像処理を行って映像信号を生成する画像処理部31を備えている。
第1ケーブル50Aは、一端が内視鏡10に、他端がインプットモジュール20にそれぞれ着脱可能に接続されていて、内視鏡10とインプットモジュール20との間で信号を伝送するためのものである。
第2ケーブル50Bは、一端がインプットモジュール20に、他端がコントロールモジュール30にそれぞれ着脱可能に接続されていて、インプットモジュール20とコントロールモジュール30との間で信号を伝送するためのものである。
そして、この内視鏡システムは、撮像部11とプロセッサ21との間と、プロセッサ21と画像処理部31との間と、の少なくとも一方に、電気信号を光信号に変換する電気光変換器(具体的には、後述するE/O変換器51)と、電気光変換器により変換された光信号を伝送する光伝送部材(具体的には、後述する光ファイバ52)と、光伝送部材により伝送された光信号を電気信号に変換する光電気変換器(具体的には、後述するO/E変換器53)と、が配設されている。
すなわち、光信号を伝送する光伝送部材は、第1ケーブル50Aと第2ケーブル50Bとの少なくとも一方に配設されている。
撮像部11は、例えばCMOS撮像素子として構成された撮像装置であって、被検体からの反射光を受光して光電変換を行う受光部12(図9等参照)を備えている。この受光部12からの撮像信号の出力について、図2および図3を参照して説明する。
ここに、図2は受光部12からの出力が2系統である場合の例を示す図、図3は受光部12からの出力が4系統である場合の例を示す図である。
本実施形態の撮像部11は、被検体を撮像して、複数系統のデジタル信号として出力するように構成されている。具体的に、受光部12を複数の撮像エリアに分割して、各撮像エリア毎に異なる系統として撮像信号を出力するようになっている。
図2に示す例では、受光部12が第1の撮像エリアA1と第2の撮像エリアA2との2つに分割されており、それぞれの撮像エリアA1,A2からの撮像信号が、異なる系統として出力される。
また、図3に示す例では、受光部12が第1~第4の撮像エリアA1~A4の4つに分割されており、それぞれの撮像エリアA1~A4からの撮像信号が、異なる系統として出力される。
なお、撮像エリアの分割は必須ではないが、複数系統で出力することにより、情報の伝送速度を向上することができる利点がある。そして、撮像エリアを分割する場合に、分割数は2以上の適宜の数で良いし、撮像エリアの分割方法は、図2や図3に示すような局所領域毎に分割する方法に限るものではない。一例を挙げれば、nを自然数としたときに、奇数ラインである(2n-1)ラインの全部を第1の撮像エリアに設定し、偶数ラインである2nラインの全部を第2の撮像エリアに設定するような分割方法を採用しても構わない。
本実施形態においては、図2に示すような2系統の出力を採用した場合を例に挙げて説明する。
図4は、ケーブルの種類を示す表図である。この図4に示す各種類のケーブルは、第1ケーブル50Aと第2ケーブル50Bとの何れにも適用可能となっている。なお、図4~図7においては、内視鏡10からインプットモジュール20を経由してコントロールモジュール30に至る信号伝送経路の内の少なくとも一部が光信号に関連する場合の構成要素を模式的に示しており、その他の一般的な構成(例えば、図9に示すメタル線55など)は図示を省略している。
なお、撮像信号は、内視鏡10からインプットモジュール20を経由してコントロールモジュール30へ伝送されるために、内視鏡10側が撮像信号の伝送経路における上流側、コントロールモジュール30側が下流側となる。そこで、この図4から後述する図7においては、図1に合わせて、左側が上流側、右側が下流側となるように図示を行っている。
ケーブルX1は、受光部12からの2系統の出力に各対応して、光伝送部材である光ファイバ52を2系統備えており、光信号を伝送する。さらに、ケーブルX1内の上流側(光ファイバ52の上流端)には電気光変換器(E/O変換器)51が、ケーブルX1内の下流側(光ファイバ52の下流端)には光電気変換器(O/E変換器)53が、それぞれ設けられている。
ここに、E/O変換器51は、例えば発光素子と発光素子駆動部とを含み、入力された電気信号に応じて発光素子駆動部が発光素子を駆動することにより、光信号を生成して出力する。また、O/E変換器53は、例えば、光信号を電流信号に変換するフォトダイオードと、電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプとを含み、入力された光信号を電気信号に変換して出力する。
従って、ケーブルX1は、金属伝送部材であるメタル線54から電気信号を受信して、E/O変換器51により光信号に変換し、変換した光信号を光ファイバ52により伝送し、光ファイバ52により伝送された光信号をO/E変換器53により電気信号に変換し、変換した電気信号をメタル線54へ送信するように構成されている。つまり、ケーブルX1は、入力および出力が電気信号であって、電気光変換、光信号伝送、および光電気変換を行う。
次に、ケーブルX2は、光ファイバ52を2系統備えており、ケーブルX2内の下流側(光ファイバ52の下流端)にO/E変換器53が設けられている。そして、ケーブルX2は、入力が光信号、出力が電気信号であって、光信号伝送、および光電気変換を行う。
ケーブルX3は、光ファイバ52を2系統備えており、ケーブルX3内の上流側(光ファイバ52の上流端)にE/O変換器51が設けられている。そして、ケーブルX3は、入力が電気信号、出力が光信号であって、電気光変換、および光信号伝送を行う。
ケーブルX4は、光ファイバ52を2系統備えている。そして、ケーブルX4は、入力および出力が光信号であって、光信号伝送を行う。
ケーブルX5は、メタル線54を2系統備えている。そして、ケーブルX5は、入力および出力が電気信号であって、電気信号伝送を行う。
次に、図5は内視鏡10の種類を示す表図である。
内視鏡A1は、出力系統毎のE/O変換器51を内部に備えており、撮像部11から出力された電気信号をE/O変換器51により電気光変換してから、光ファイバ52へ光信号として出力する。従って、内視鏡A1は、出力が光信号である。
内視鏡A2は、E/O変換器51を備えておらず、撮像部11から出力された電気信号をメタル線54へ出力する。すなわち、内視鏡A1は、出力が電気信号である。
続いて、図6は、インプットモジュール20の種類を示す表図である。
インプットモジュールB1は、プロセッサ21よりも上流側の内部にO/E変換器53を、プロセッサ21よりも下流側の内部にE/O変換器51を、それぞれ備えており、入力および出力が光信号である。
インプットモジュールB2は、プロセッサ21よりも下流側の内部にE/O変換器51を備えており、入力が電気信号、出力が光信号である。
インプットモジュールB3は、プロセッサ21よりも上流側の内部にO/E変換器53を備えており、入力が光信号、出力が電気信号である。
インプットモジュールB4は、E/O変換器51とO/E変換器53の何れも備えておらず、入力および出力が電気信号である。
図7は、コントロールモジュール30の種類を示す表図である。
コントロールモジュールC1は、内部にO/E変換器53を備えており、光ファイバ52を介して受信した光信号をO/E変換器53により光電気変換してから、画像処理部31へ入力する。従って、コントロールモジュールC1は、入力が光信号である。
コントロールモジュールC2は、O/E変換器53を備えておらず、メタル線54により伝送された電気信号を画像処理部31へ入力する。すなわち、コントロールモジュールC2は、入力が電気信号である。
図4~図7に示したような種類の内視鏡10、第1ケーブル50A、インプットモジュール20、第2ケーブル50B、コントロールモジュール30の可能な組み合わせは、図8に示すようになる。ここに、図8は、内視鏡10とコントロールモジュール30を、インプットモジュール20を経由してケーブル50A,50Bにより接続するときの組み合わせを示す表図である。
例えば、内視鏡10が内視鏡A1である場合には、出力が光信号であるために、第1ケーブル50Aとしては、入力が光信号となるケーブルX2,X4のみが接続可能であり、入力が電気信号となるケーブルX1,X3,X5は接続することができない。
逆に、内視鏡10が内視鏡A2である場合には、出力が電気信号であるために、第1ケーブル50Aとしては、入力が電気信号となるケーブルX1,X3,X5のみが接続可能であり、入力が光信号となるケーブルX2,X4は接続することができない。
こうして、内視鏡10の出力信号と第1ケーブル50Aの入力信号とは、光/電気信号の種類が一致しなくてはならない。
同様に、第1ケーブル50Aの出力信号とインプットモジュール20の入力信号、インプットモジュール20の出力信号と第2ケーブル50Bの入力信号、第2ケーブル50Bの出力信号とコントロールモジュール30の入力信号は、光/電気信号の種類がそれぞれ一致する必要がある。
こうした制限の下で、可能な組み合わせを示すのが図8の表図である。
図4に示す第1ケーブル50Aの種類、および第2ケーブル50Bの種類が決まれば、図5に示す内視鏡10の種類、図6に示すインプットモジュール20の種類、図7に示すコントロールモジュール30の種類がそれぞれ一意に決まる。
従って、可能な組み合わせは、第1ケーブル50AがX1~X5までの5通り、第2ケーブル50BがX1~X5までの5通りであるために、5×5=25通りである。
ただし、本実施形態においては、第1ケーブル50Aと第2ケーブル50Bとの少なくとも一方に光信号を伝送する光伝送部材が配設されることを前提としている。従って、図8の表の最下行欄における、第1ケーブル50Aと第2ケーブル50Bとの両方に電気信号を伝送するケーブルX5が配設される構成は、本実施形態の構成には該当せず、組み合わせ番号にN/Aと記載されている。
このために、本実施形態における可能な組み合わせは、図8に示すように、(1)~(24)までの24通りとなる。
例えば、第1ケーブル50AとしてケーブルX1~X4の何れかを用いる場合(組み合わせ番号(1)~(20)の場合)には、第1ケーブル50Aは光ファイバ52を含むことになる。このときには、E/O変換器51は、内視鏡10内、または第1ケーブル50A内における光ファイバ52の内視鏡10側に配設される。また、O/E変換器53は、第1ケーブル50A内における光ファイバ52のインプットモジュール20側、またはインプットモジュール20内に配設される。
第1ケーブル50Aは、一端が内視鏡10に接続されるために、第1ケーブル50Aの太さは内視鏡10の取り回し易さ(操作性)に影響する。一般的な観察時における内視鏡10からインプットモジュール20までの距離は、インプットモジュール20からコントロールモジュール30までの距離よりも長く、つまり第1ケーブル50Aの長さは比較的長いために、第1ケーブル50Aの太さが内視鏡10の取り回し易さに与える影響は比較的大きい。
このとき、第1ケーブル50Aとして、メタル線54で撮像信号を伝送するタイプ(ケーブルX5)を用いて撮像部11の高画素化に対応した高速伝送を実現しようとすると、撮像信号を多数の系統に分けて多数の信号線を用いて伝送する必要があり、第1ケーブル50Aが太径化して内視鏡10の取り回し性が低下することになってしまう。
これに対して、第1ケーブル50Aとして、光ファイバ52で撮像信号を伝送するタイプ(ケーブルX1~X4)を用いることで、1本、もしくは小数本の線でも単位時間当たりに大容量のデータ伝送が可能となり、第1ケーブル50Aの細径化を図って内視鏡10の取り回し性を向上することができる。
さらに、内視鏡10は、様々な種類のコントロールモジュール30に組み合わせて接続されることがあるが、このときには、インプットモジュール20も様々な種類のものを用いる必要がある。この場合でも、内視鏡10とインプットモジュール20との接続に、着脱可能な第1ケーブル50Aを用いているために、第1ケーブル50AとしてケーブルX1~X4の何れか適した種類のものを使用することで、光信号による高速伝送を実現しながら広範な互換性を確保することができる。
また、第2ケーブル50BとしてケーブルX1~X4の何れかを用いる場合(組み合わせ番号(1)~(4),(6)~(9),(11)~(14),(16)~(19),(21)~(24)の場合)には、第2ケーブル50Bは光ファイバ52を含むことになる。このときには、E/O変換器51は、インプットモジュール20内、または第2ケーブル50B内における光ファイバ52のインプットモジュール20側に配設される。また、O/E変換器53は、第2ケーブル50B内における光ファイバ52のコントロールモジュール30側、またはコントロールモジュール30内に配設される。
上述したように、内視鏡10とコントロールモジュール30とは様々に組み合わされるが、インプットモジュール20とコントロールモジュール30との接続に、着脱可能な第2ケーブル50Bを用いているために、第1ケーブル50BとしてケーブルX1~X4の何れか適した種類のものを使用することで、光信号による高速伝送を実現しながら広範な互換性を確保することができる。
特に、第2ケーブル50BとしてケーブルX1,X2の何れかを用いる場合には、光信号による高速伝送を実現しながら、コントロールモジュール30として、電気信号を入力する従来の構成の機器をそのまま使用することができる。また、第2ケーブル50BとしてケーブルX1,X3の何れかを用いる場合には、光信号による高速伝送を実現しながら、インプットモジュール20として、電気信号を出力する構成の機器をそのまま使用することができる。
図9は、内視鏡システムの一構成例を示す図である。
この図9に示す例は、第1ケーブル50Aおよび第2ケーブル50Bの両方に、ケーブルX1が用いられており、図8における組み合わせ番号(13)で示す構成となっている。
撮像部11は、被検体を撮像して例えば複数系統のデジタル信号として出力する撮像装置であり、受光部12と、駆動部13と、タイミングジェネレータ(TG)14と、ノイズ除去部15a,15bと、A/D変換器16a,16bと、を備えている。
受光部12は、光電変換を行う画素が2次元状に複数配列されており、図示しない対物光学系により結像された被検体の光学像を光電変換して、アナログの撮像信号(電気信号)を出力するものである。
駆動部13は、タイミング信号に基づき受光部12を駆動するものであり、受光部12に配列された各画素をリセットしてリセット信号を読み出すことで露光を開始し、所定の露光時間に達した時点で各画素の画素信号を読み出すことで露光を終了する制御を行う駆動回路である。
TG14は、コントロールモジュール30の後述する駆動信号生成部33からの駆動信号に基づいてタイミング信号を生成し、撮像部11内の各回路、例えば、駆動部13、ノイズ除去部15a,15b、A/D変換器16a,16bへ供給する。従って、撮像部11内の各回路は、タイミング信号に基づき連携して動作を行う。
ノイズ除去部15aは、例えば図2の撮像エリアA1からの撮像信号に対してノイズ除去処理を行い、ノイズ除去部15bは、例えば撮像エリアA2からの撮像信号に対してノイズ除去処理を行う。具体的に、ノイズ除去部15a,15bは、露光で得られた画素信号からリセット信号を減算する相関二重サンプリングを各画素信号に対して行うことにより、リセットノイズを除去する。なお、さらにその他のノイズを除去するようにノイズ除去部15a,15bを構成しても構わないことは勿論である。
A/D変換器16aは、ノイズ除去部15aから出力されたアナログの撮像信号をデジタルの撮像信号(電気信号)に変換し、A/D変換器16bは、ノイズ除去部15bから出力されたアナログの撮像信号をデジタルの撮像信号(電気信号)に変換する。
A/D変換器16a,16bから出力されるデジタルの撮像信号は、メタル線54を介して、第1ケーブル50AのE/O変換器51へそれぞれ伝送される。
ここに、内視鏡10は、硬性鏡と軟性鏡の何れであっても構わない。
例えば、内視鏡10が硬性鏡として構成されている場合には、撮像部11はカメラヘッドに配設されており、硬性鏡の先端で被検体からの反射光を受光してイメージガイドファイババンドルにより光を伝送し、カメラヘッドの撮像部11で光電変換を行うことになる。また、内視鏡10がE/O変換器51を備える構成(図5の内視鏡A1)を採用する場合には、E/O変換器51もカメラヘッドに配設される。
一方、内視鏡10が軟性鏡として構成されている場合には、撮像部11は細長の挿入部の先端部に配設される。また、内視鏡10がE/O変換器51を備える構成(図5の内視鏡A1)を採用する場合には、E/O変換器51を挿入部に配設することも可能であるが、挿入部の細径化を図る観点からは、挿入部を操作する操作部内にE/O変換器51を配設することが好ましい。
図9に示す例の第1ケーブル50Aは、E/O変換器51、光ファイバ52、およびO/E変換器53を備え、各系統毎に、E/O変換器51により撮像信号を光信号に変換し、変換した光信号を光ファイバ52により伝送し、伝送された光信号をO/E変換器53により電気信号に変換して、メタル線54を介してインプットモジュール20へ出力するようになっている。
続いて、インプットモジュール20は、上述した所定の信号補正を行うプロセッサ21を備えている。ここに、プロセッサ21が行う所定の信号補正は、内視鏡10から受信した機種依存性、あるいは個体依存性のある撮像信号を、より汎用性の高い撮像信号に変換する処理となっている。なお、以下では、プロセッサ21が所定の信号補正を行うための処理プログラムに従って動作を行うものとして説明するが、プロセッサ21が所定の信号補正を行う専用の処理回路として構成されることを妨げるものではない。なお、処理プログラムに従って動作を行う構成を採用した場合には、後述する実施形態2において説明するように、処理プログラムを書き換えることで、処理内容を修正したり、新しい処理を行わせたりすることが可能となる。
プロセッサ21が行う所定の信号補正としては、例えば、内視鏡10の対物光学系の光学特性の補正情報に基づく補正、撮像部11の欠陥画素情報に基づく画素欠陥補正、撮像部11のホワイトバランス特性情報に基づくホワイトバランス補正、撮像部11の色ばらつき補正情報に基づく色ばらつき補正、接続先であるコントロールモジュール30が処理する信号と互換性のある映像フォーマットの信号への変換、などが挙げられる。プロセッサ21は、例えば、これらの処理の内の少なくとも1つを行う。
インプットモジュール20は、処理後の撮像信号を、メタル線54を介して、第2ケーブル50BのE/O変換器51へ伝送する。
図9に示す例の第2ケーブル50Bは、E/O変換器51、光ファイバ52、およびO/E変換器53を備え、各系統毎に、E/O変換器51により撮像信号を光信号に変換し、変換した光信号を光ファイバ52により伝送し、伝送された光信号をO/E変換器53により電気信号に変換して、メタル線54を介してコントロールモジュール30へ出力するようになっている。
そして、第1,第2ケーブル50A,50B内において、複数の光ファイバ52は、互いに並列となるように配置されている。
なお、第1,第2ケーブル50A,50Bに配置される複数の光ファイバ52は、例えば石英ガラスで極めて細径(例えば、径0.125mm等)に形成されていて非常に脆弱であるために、各光ファイバ52を例えば紫外線硬化型樹脂で一次被覆した後に、さらに、例えば保護チューブで覆って保護している。このときには、一次被覆された複数の光ファイバ52を1まとめにして保護チューブで被覆しても良いし、一次被覆された複数の光ファイバ52のそれぞれを個別に保護チューブで被覆しても構わない。
また、第1,第2ケーブル50A,50Bに配置されるメタル線55は、後述するように、一般に複数の線により構成されるが、このときに、複数の線を個別に保護チューブで被覆しても良いし、絶縁状態にした2つ以上の線を1つの保護チューブでまとめて保護しても構わない。
そして、第1,第2ケーブル50A,50B内における複数の光ファイバ52と複数の線でなるメタル線55の配置は、適宜でも構わないが、例えばケーブル中心軸に対称になるようにすると良い。ケーブル中心軸に対称な配置を採用すれば、第1,第2ケーブル50A,50Bを任意の方向に同一の曲率で曲げることができ、特定方向に曲げ易く他の特定方向に曲げ難いということが生じないために、第1,第2ケーブル50A,50Bの取り回しを容易にすることができる。
ケーブル中心軸に対称な配置としては、例えば、1まとめにした複数の光ファイバ52を軸中心として周りを取り巻くように複数の線でなるメタル線55を対称に配置する、あるいは、1まとめにしたメタル線55を軸中心として周りを取り巻くように複数の光ファイバ52を対称に配置する、等が挙げられる。何れの配置を採用した場合でも、メタル線55が、第1,第2ケーブル50A,50Bにかかる張力から光ファイバ52を守るテンションメンバとしての機能を果たすことができる。
コントロールモジュール30は、画像処理部31と、基準クロック生成部32と、駆動信号生成部33と、を備えている。
画像処理部31は、インプットモジュール20から受信した、汎用性が高められた撮像信号に、各種の画像処理を行って映像信号を生成する画像処理装置である。
具体的に、画像処理部31は、O/E変換器53から出力された2つの系統の撮像信号(例えば、撮像エリアA1に係る撮像信号および撮像エリアA2に係る撮像信号)を統合して、全画面の画像を構成する。さらに、画像処理部31は、統合した全画面の画像に対して、例えば、デモザイキング処理、ホワイトバランス処理、ノイズリダクション処理、カラーマトリクス処理、ガンマ変換処理などの一般的な画像処理を行って映像信号を生成し出力する。
基準クロック生成部32は、例えば水晶発振器を含み、基準となる周波数の基準クロックを生成する基準クロック生成回路である。
駆動信号生成部33は、基準クロック生成部32により生成された基準クロックに基づき、撮像部11を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成回路である。駆動信号生成部33と内視鏡10のTG14との間には、第2ケーブル50B、インプットモジュール20、および第1ケーブル50Aを介してメタル線55が配設されており、駆動信号生成部33により生成された駆動信号(電気信号)は、このメタル線55を介してTG14へ伝送される。
従って、本実施形態の第1,第2ケーブル50A,50Bは、撮像信号を伝送する光ファイバ52およびメタル線54だけでなく、駆動信号等の制御信号を伝送する金属伝送部材であるメタル線55が配設されている。このメタル線55は、上述したように、一般に複数の線により構成されていて、例えば信号伝送線やグランド線などを含んでいる。
なお、図9に示す例では、内視鏡10内にTG14を、コントロールモジュール30内に基準クロック生成部32および駆動信号生成部33を、それぞれ配設する構成(下記表1における(5)の構成)としたが、この構成に限るものではなく、下記表1の構成の何れかをとることができる。ここに、表1ではTG14、基準クロック生成部32、および駆動信号生成部33について、符号のみを記載している。
[表1]
従って、(1)~(9)の内の何れかの構成を採用する場合には、メタル線55は、基準クロックと駆動信号とタイミング信号との内の少なくとも1つを伝送する。一方、(10)の構成を採用する場合には、メタル線55自体を設けなくても構わない。また、(4)、(7)、または(9)の構成を採用する場合には、第2ケーブル50B内にメタル線55を設けなくても構わない。
従って、(1)~(9)の内の何れかの構成を採用する場合には、メタル線55は、基準クロックと駆動信号とタイミング信号との内の少なくとも1つを伝送する。一方、(10)の構成を採用する場合には、メタル線55自体を設けなくても構わない。また、(4)、(7)、または(9)の構成を採用する場合には、第2ケーブル50B内にメタル線55を設けなくても構わない。
なお、例えば(10)の構成の場合に、TG14、基準クロック生成部32、および駆動信号生成部33は、内視鏡10が硬性鏡として構成されている場合にはカメラヘッド内に配設され、内視鏡10が軟性鏡として構成されている場合には挿入部先端部の撮像部11内または上述した操作部内に配設される。特に軟性鏡の場合には、例えば、TG14を撮像部11内に配置し、基準クロック生成部32および駆動信号生成部33を操作部内に配置する、あるいは、TG14および駆動信号生成部33を撮像部11内に配置し、基準クロック生成部32を操作部内に配置する、等の適宜の分離配置が可能である。(8)および(9)の構成の場合も同様に、TG14を撮像部11内に配置し、駆動信号生成部33を操作部内に配置する分離配置が可能である。
表示部40は、モニタ等を有して構成されており、画像処理部31により生成された映像信号を観察可能に表示する。
次に、図10は、内視鏡システムの撮影処理を示すフローチャートである。
内視鏡システムの電源がオンされてメイン処理(例えば、図12参照)が開始され、メイン処理において撮影開始が指示されると、この図10に示す撮影処理に入る。
すると、基準クロック生成部32により生成された基準クロックに基づいて、駆動信号生成部33が駆動信号を生成する。生成された駆動信号は、メタル線55を介して、コントロールモジュール30から内視鏡10のTG14へ送信される(ステップS1)。
TG14は、受信した駆動信号に基づいてタイミング信号を生成し、撮像部11内の各回路へ供給する。駆動部13は、受信したタイミング信号に基づき、受光部12を制御して撮像を行わせ、撮像信号を出力させる。出力された撮像信号は、ノイズ除去部15a,15bによりノイズを除去され、A/D変換器16a,16bによりデジタル信号に変換されて、内視鏡10の撮像部11から第1ケーブル50Aを介してインプットモジュール20のプロセッサ21へ送信される(ステップS2)。
プロセッサ21は、受信した撮像信号に所定の信号補正を行って、補正後の撮像信号を第2ケーブル50Bを介してコントロールモジュール30の画像処理部31へ送信する(ステップS3)。
画像処理部31は、受信した撮像信号に上述したような画像処理を行って、映像信号を生成する(ステップS4)。
画像処理部31により生成された映像信号は、表示部40へ送信されて、表示部40に映像が表示される(ステップS5)。
その後、例えばコントロールモジュール30内の図示しないCPU等の制御装置が撮影を終了するか否かを判定し(ステップS6)、終了しないと判定された場合には、上述したステップS1の処理に戻る。
一方、ステップS7において、撮影を終了すると判定された場合には、この撮影処理からメイン処理へリターンする。
このような実施形態1によれば、撮像部11とプロセッサ21との間と、プロセッサ21と画像処理部31との間と、の少なくとも一方において、撮像信号である電気信号を光信号に変換して伝送するようにしたために、撮像信号を高速に伝送することが可能となる。
また、内視鏡10とコントロールモジュール30との間にプロセッサ21を備えるインプットモジュール20を配置したために、内視鏡10をコントロールモジュール30へ互換性をもって接続することができる。これにより、コントロールモジュール30側の構成を複雑化させることなく、内視鏡10とコントロールモジュール30との互換性を高めることができる。
内視鏡10とインプットモジュール20とを第1ケーブル50Aにより接続し、インプットモジュール20とコントロールモジュール30とを第2ケーブル50Bにより接続したために、各種の内視鏡10と各種のコントロールモジュール30とを、内視鏡10およびコントロールモジュール30の種類に適したインプットモジュール20を介して所望の組み合わせで接続することが可能となる。
第1ケーブル50AとしてケーブルX1~X4の何れかを用いる場合には、E/O変換器51が、内視鏡10内と、第1ケーブル50A内における光ファイバ52の内視鏡10側との何れに配設されていても構わず、O/E変換器53が、第1ケーブル50A内における光ファイバ52のインプットモジュール20側と、インプットモジュール20内との何れに配設されていても構わないために、配置の自由度が高まる。
同様に、第2ケーブル50BとしてケーブルX1~X4の何れかを用いる場合には、E/O変換器51が、インプットモジュール20内と、第2ケーブル50B内における光ファイバ52のインプットモジュール20側との何れに配設されていても構わず、O/E変換器53が、第2ケーブル50B内における光ファイバ52のコントロールモジュール30側と、コントロールモジュール30内との何れに配設されていても構わないために、配置の自由度が高まる。
さらに、プロセッサ21が、内視鏡10の対物光学系の光学特性の補正情報に基づく補正と、撮像部11の欠陥画素情報に基づく画素欠陥補正と、撮像部11のホワイトバランス特性情報に基づくホワイトバランス補正と、撮像部11の色ばらつき補正情報に基づく色ばらつき補正と、の内の少なくとも1つを行うことで、内視鏡10の機種依存性あるいは個体依存性を低減して、撮像信号の汎用性を高めることができる。
また、プロセッサ21が、所定の信号補正として、コントロールモジュール30が処理する信号と互換性のある映像フォーマットの信号に変換する処理を行うことで、コントロールモジュール30が広範な種類の映像フォーマットに対応する必要がなくなり、コントロールモジュール30の構成を簡単にしてコストを低減することができる。
そして、メタル線55を介して、タイミング信号を駆動部13に対して送信するか、または、タイミング信号を生成するための駆動信号を撮像部11に対して送信するようにしたために、内視鏡10が駆動信号生成部33を備える必要がなく、あるいはさらにTG14も備える必要がなくなるために、内視鏡10の構成を簡単にして、内視鏡10の軽量、細径化に寄与することが可能となる。
[実施形態2]
図11および図12は本発明の実施形態2を示したものであり、図11は内視鏡システムの一構成例を示す図である。この実施形態2において、上述の実施形態1と同様である部分については同一の符号を付すなどして説明を適宜省略し、主として異なる点についてのみ説明する。
図11および図12は本発明の実施形態2を示したものであり、図11は内視鏡システムの一構成例を示す図である。この実施形態2において、上述の実施形態1と同様である部分については同一の符号を付すなどして説明を適宜省略し、主として異なる点についてのみ説明する。
本実施形態は、上述した実施形態1に加えて、さらにプロセッサ21が実行する処理プログラムを変更することができるように構成したものとなっている。
なお、図11に示す例は、第1ケーブル50Aおよび第2ケーブル50Bの両方に、ケーブルX2が用いられており、図8における組み合わせ番号(1)で示す構成となっている。
内視鏡10は、上述した撮像部11を備えると共に、さらに、信号制御部17と、EEPROM18と、各系統毎のE/O変換器51と、を備えている。
また、インプットモジュール20は、上述したプロセッサ21を備えると共に、さらに、プロセッサ21の下流側にE/O変換器51を備えている。
そして、画像処理部31とプロセッサ21とは第2ケーブル50Bに含まれるメタル線56を介して電気通信可能に接続されており、信号制御部17とプロセッサ21とは第1ケーブル50Aに含まれるメタル線57を介して電気通信可能に接続されている。
信号制御部17は、EEPROM18に記録されている内視鏡情報を読み出してメタル線57を介してインプットモジュール20のプロセッサ21へ送信する制御を行う信号制御回路である。
EEPROM18は、内視鏡情報(内視鏡10に係る各種の情報)を不揮発に記録する記録装置である。このEEPROM18は、内視鏡情報として、例えば、対物光学系の光学特性の補正情報と、撮像部11の欠陥画素情報と、撮像部11のホワイトバランス特性情報と、撮像部11の色ばらつき補正情報と、の内の少なくとも1つを記録している。また、EEPROM18は、内視鏡情報として、内視鏡10のシリアル番号も記録している。
そして、プロセッサ21は、内視鏡情報をパラメータとした所定の信号補正として、内視鏡10の対物光学系の光学特性の補正情報に基づく補正と、撮像部11の欠陥画素情報に基づく画素欠陥補正と、撮像部11のホワイトバランス特性情報に基づくホワイトバランス補正と、撮像部11の色ばらつき補正情報に基づく色ばらつき補正と、の内の少なくとも1つを行う。
内視鏡10において各系統毎に設けられたE/O変換器51は、上述したように、入力された電気信号を光信号に変換して出力する。
次に、図12は、内視鏡システムの作用を示すフローチャートである。
この図12においては、内視鏡システムの電源がオンされたときに実行されるメイン処理における、インプットモジュール20のプロセッサ21へ処理プログラム等を送信することに関わる処理を主に記載しており、その他の処理は記載を省略している。
内視鏡システムの電源がオンされてこの処理が開始されると、コントロールモジュール30は、インプットモジュール20のプロセッサ21により実行される処理プログラム(所定の信号補正を行うための処理プログラム)を、メタル線56を介してプロセッサ21へ送信する(ステップS11)。
なお、図11に示す構成例では、画像処理部31が処理プログラムを記録しており、画像処理部31が処理プログラムを送信することを前提としているが、これに限るものではない。例えば、コントロールモジュール30内に別途の記録装置を設けて処理プログラムを記録し、コントロールモジュール30内のCPU等の制御装置が記録装置から処理プログラムを読み出して送信するようにしても構わない。
プロセッサ21は、既存の処理プログラムを、画像処理部31から受信した処理プログラムに更新する(ステップS12)。これにより、プロセッサ21は、最新の処理プログラムを実行することが可能となる。なお、送信および更新は処理プログラム全体である必要はなく、処理プログラムの一部のみの送信および更新であっても構わない。
また、内視鏡10の信号制御部17は、撮像部11が電気信号である撮像信号を出力する前に、EEPROM18から内視鏡情報を読み出して、読み出した内視鏡情報を、メタル線57を介してプロセッサ21へ送信する(ステップS13)。
プロセッサ21は、信号制御部17から受信した内視鏡情報に基づいて、処理プログラムを実行する際に必要なプログラムパラメータを設定する(ステップS14)。これにより、プロセッサ21は、内視鏡10の構成に適したパラメータで処理プログラムを実行して、所定の信号補正を行うことが可能となる。
ただし、例えば内視鏡情報を送信しないタイプの内視鏡10である場合などの、プロセッサ21が内視鏡10から内視鏡情報を取得できない場合には、プロセッサ21は規定のパラメータに基づいて処理プログラムを実行することが可能となっている。
こうしてプロセッサ21による処理プログラムの実行準備が整った後に、上述した実施形態1の図10に示した撮影処理が実行される(ステップS15)。これにより、プロセッサ21は、図10のステップS3において、内視鏡情報をパラメータとして、処理プログラムにより所定の信号補正を行うことになる。
そして、例えば電源スイッチの操作により内視鏡システムの電源をオフする指示が入力されたか否かを判定し(ステップS16)、入力されていない場合にはステップS15の撮影処理を繰り返して実行し、入力された場合にはこの処理を終了する。
なお、この図12に示す処理は、内視鏡システムの電源がオンされたときの自動処理として、コントロールモジュール30が処理プログラムをプロセッサ21へ送信し、信号制御部17が内視鏡情報をプロセッサ21へ送信することを想定している。しかし、これに限らず、ユーザからの指示を受けて各処理を行うようにしても構わないし、パラメータをユーザからの入力に基づき設定するようにしても良い。
また、上述では、処理プログラムをコントロールモジュール30からプロセッサ21へ送信するようにしたが、これに代えて、処理プログラムを内視鏡10からプロセッサ21へ送信するようにしても構わない。
この場合には、EEPROM18は、所定の信号補正を行うための処理プログラムを記録し、信号制御部17は、EEPROM18に記録されている処理プログラムを読み出して、読み出した処理プログラムをメタル線57を介してプロセッサ21へ送信する。このときに、EEPROM18に記録する処理プログラムを、内視鏡情報に応じたプログラムとすれば、処理プログラムとは別途に内視鏡情報を送信する処理が不要となる。こうして、プロセッサ21は、信号制御部17から送信された処理プログラムにより所定の信号補正を行う。
このような実施形態2によれば、上述した実施形態1とほぼ同様の効果を奏するとともに、コントロールモジュール30が所定の信号補正を行うための処理プログラムをプロセッサ21へ送信するようにしたために、プロセッサ21は、最新の処理プログラムを実行することが可能となる。
また、信号制御部17が、撮像部11が電気信号を出力する前に、EEPROM18から読み出した内視鏡情報をプロセッサ21へ送信するようにしたために、内視鏡10の構成に適した信号補正を行うことが可能となる。
そして、処理プログラムの送信や内視鏡情報の送信を専用のメタル線を介して行うことで、撮像信号の送信に影響を与えることがない。
さらに、内視鏡システムの電源がオンされたときの自動処理として、処理プログラムおよび内視鏡情報をプロセッサ21へ送信するようにしたために、内視鏡システムを使用する時点での最新の処理を、ユーザに負担を掛けることなく行うことができる。
加えて、プロセッサ21は、所定の信号補正を行うためのパラメータを、内視鏡10に設けられたEEPROM18に記録されている内視鏡情報に基づいて設定しているために、内視鏡10を接続するだけで、内視鏡10に合致した内視鏡情報を確実に取得することが可能となる。
また、内視鏡10の信号制御部17が、EEPROM18に記録されている処理プログラムを読み出してプロセッサ21へ送信することによっても、プロセッサ21は、内視鏡10に適した最新の処理プログラムを実行することが可能となる。
なお、上述した各部は、回路として構成されていても良い。そして、任意の回路は、同一の機能を果たすことができれば、単一の回路として実装されていても良いし、複数の回路を組み合わせたものとして実装されていても構わない。さらに、任意の回路は、目的とする機能を果たすための専用回路として構成されるに限るものではなく、汎用回路に処理プログラムを実行させることで目的とする機能を果たす構成であっても構わない。
また、上述では主として内視鏡システムについて説明したが、内視鏡システムを上述したように作動させる作動方法であっても良いし、コンピュータに内視鏡システムと同様の処理を行わせるための処理プログラム、該処理プログラムを記録するコンピュータにより読み取り可能な一時的でない記録媒体、等であっても構わない。
さらに、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明の態様を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
本出願は、2016年3月3日に日本国に出願された特願2016-041250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。
Claims (13)
- 被検体を撮像して電気信号として出力する撮像装置と、
前記撮像装置から出力された前記電気信号に対して所定の信号補正を行って出力するプロセッサと、
前記プロセッサから出力された信号補正後の前記電気信号に画像処理を行って映像信号を生成する画像処理装置と、
を備え、
前記撮像装置と前記プロセッサとの間と、前記プロセッサと前記画像処理装置との間と、の少なくとも一方に、前記電気信号を光信号に変換する電気光変換器と、前記電気光変換器により変換された前記光信号を伝送する光伝送部材と、前記光伝送部材により伝送された前記光信号を前記電気信号に変換する光電気変換器と、が配設されていることを特徴とする内視鏡システム。 - 前記撮像装置を有する内視鏡と、
前記プロセッサを有するインプットモジュールと、
前記画像処理装置を有するコントロールモジュールと、
前記内視鏡と前記インプットモジュールとを接続する第1ケーブルと、
前記インプットモジュールと前記コントロールモジュールとを接続する第2ケーブルと、
をさらに備え、
前記第1ケーブルと前記第2ケーブルとの少なくとも一方は、前記光伝送部材を含むことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡システム。 - 前記第1ケーブルは、前記光伝送部材を含み、
前記電気光変換器は、前記内視鏡内、または前記第1ケーブル内における前記光伝送部材の前記内視鏡側に配設され、
前記光電気変換器は、前記第1ケーブル内における前記光伝送部材の前記インプットモジュール側、または前記インプットモジュール内に配設されていることを特徴とする請求項2に記載の内視鏡システム。 - 前記第2ケーブルは、前記光伝送部材を含み、
前記電気光変換器は、前記インプットモジュール内、または前記第2ケーブル内における前記光伝送部材の前記インプットモジュール側に配設され、
前記光電気変換器は、前記第2ケーブル内における前記光伝送部材の前記コントロールモジュール側、または前記コントロールモジュール内に配設されていることを特徴とする請求項2に記載の内視鏡システム。 - 前記第2ケーブルは、金属伝送部材を含み、
前記コントロールモジュールは、前記金属伝送部材を介して、前記所定の信号補正を行うための処理プログラムを前記プロセッサへ送信し、
前記プロセッサは、前記処理プログラムにより前記所定の信号補正を行うことを特徴とする請求項2に記載の内視鏡システム。 - 前記第1ケーブルは、金属伝送部材を含み、
前記内視鏡は、内視鏡情報を記録する記録装置と、前記記録装置に記録されている前記内視鏡情報を読み出す信号制御回路と、をさらに有し、
前記信号制御回路は、前記撮像装置が前記電気信号を出力する前に、前記記録装置から読み出した前記内視鏡情報を、前記金属伝送部材を介して前記プロセッサへ送信し、
前記プロセッサは、前記内視鏡情報をパラメータとして、前記処理プログラムにより前記所定の信号補正を行うことを特徴とする請求項5に記載の内視鏡システム。 - 内視鏡システムの電源がオンされたときの自動処理として、前記コントロールモジュールが前記処理プログラムを前記プロセッサへ送信し、前記信号制御回路が前記内視鏡情報を前記プロセッサへ送信することを特徴とする請求項6に記載の内視鏡システム。
- 前記記録装置は、前記内視鏡情報として、対物光学系の光学特性の補正情報と、前記撮像装置の欠陥画素情報と、前記撮像装置のホワイトバランス特性情報と、前記撮像装置の色ばらつき補正情報と、の内の少なくとも1つを記録し、
前記プロセッサは、前記内視鏡情報をパラメータとした前記所定の信号補正として、前記内視鏡の対物光学系の光学特性の補正情報に基づく補正と、前記撮像装置の欠陥画素情報に基づく画素欠陥補正と、前記撮像装置のホワイトバランス特性情報に基づくホワイトバランス補正と、前記撮像装置の色ばらつき補正情報に基づく色ばらつき補正と、の内の少なくとも1つを行うことを特徴とする請求項6に記載の内視鏡システム。 - 前記プロセッサは、前記所定の信号補正として、前記コントロールモジュールが処理する信号と互換性のある映像フォーマットの信号に変換する処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡システム。
- 前記第1ケーブルは、金属伝送部材を含み、
前記内視鏡は、前記所定の信号補正を行うための処理プログラムを記録する記録装置と、前記記録装置に記録されている前記処理プログラムを読み出す信号制御回路と、をさらに有し、
前記信号制御回路は、前記記録装置から読み出した前記処理プログラムを、前記金属伝送部材を介して前記プロセッサへ送信し、
前記プロセッサは、前記処理プログラムにより前記所定の信号補正を行うことを特徴とする請求項2に記載の内視鏡システム。 - 前記撮像装置は、被検体からの反射光を受光して光電変換を行う受光部と、タイミング信号に基づき前記受光部を駆動する駆動回路と、を有し、
前記第1ケーブルは、金属伝送部材を含み、
前記金属伝送部材は、前記タイミング信号と、前記タイミング信号を生成するための駆動信号と、前記駆動信号を生成するための基準クロックと、の内の少なくとも1つを伝送することを特徴とする請求項2に記載の内視鏡システム。 - 前記撮像装置は、被検体からの反射光を受光して光電変換を行う受光部と、タイミング信号に基づき前記受光部を駆動する駆動回路と、を有し、
前記内視鏡は、前記タイミング信号を生成するタイミングジェネレータと、前記タイミング信号を生成するための駆動信号を生成する駆動信号生成回路と、前記駆動信号を生成するための基準クロックを生成する基準クロック生成回路と、を有することを特徴とする請求項2に記載の内視鏡システム。 - 撮像装置が、被検体を撮像して電気信号として出力し、
プロセッサが、前記撮像装置から出力された前記電気信号に対して所定の信号補正を行って出力し、
画像処理装置が、前記プロセッサから出力された信号補正後の前記電気信号に画像処理を行って映像信号を生成し、
前記撮像装置と前記プロセッサとの間と、前記プロセッサと前記画像処理装置との間と、の少なくとも一方に配設された電気光変換器が、前記電気信号を光信号に変換し、
前記少なくとも一方に配設された光伝送部材が、前記電気光変換器により変換された前記光信号を伝送し、
前記少なくとも一方に配設された光電気変換器が、前記光伝送部材により伝送された前記光信号を前記電気信号に変換することを特徴とする内視鏡システムの作動方法。
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