內(nèi)窺鏡裝置制造方法
【專利摘要】內(nèi)窺鏡裝置(1)具備光源裝置(4)、CCD(2)、根據(jù)CCD(2)的攝像信號生成圖像信號的視頻處理器(7)、觀察監(jiān)視器(5)以及調(diào)光電路(43)。調(diào)光電路(43)根據(jù)第一波長頻帶的第一圖像信號(P1)和第二波長頻帶的第二圖像信號(P2),對第一圖像信號(P1)附加大于第二圖像信號(P2)的權(quán)重來計算用于調(diào)整光源裝置(4)中的光量的調(diào)光信號并輸出該調(diào)光信號,其中,上述第一波長頻帶的第一圖像信號(P1)在被檢體的生物體組織的吸收特性方面從包含極大值的波長頻帶至極小值處的波長頻帶之間具有光譜特性的峰波長,上述第二波長頻帶的第二圖像信號(P2)是與第一圖像信號(P1)相比具有吸收特性的值低且生物體組織的散射特性得到抑制的光譜特性的峰波長。
【專利說明】內(nèi)窺鏡裝置
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種內(nèi)窺鏡裝置,特別是涉及一種能夠顯示被檢體內(nèi)部的血管的內(nèi)窺
鏡裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]以往,在醫(yī)療領域中,使用內(nèi)窺鏡進行著低侵入的各種檢查、手術(shù)。手術(shù)師在體腔內(nèi)插入內(nèi)窺鏡,觀察由設置在內(nèi)窺鏡插入部的前端部的攝像裝置拍攝得到的被攝體,根據(jù)需要能夠使用插入到處置器具通道內(nèi)的處置器具對病變部進行處置。使用內(nèi)窺鏡進行的手術(shù)不需要進行開腹等,因此具有患者的身體負擔小這種優(yōu)點。
[0003]內(nèi)窺鏡裝置構(gòu)成為包含內(nèi)窺鏡、與內(nèi)窺鏡相連接的圖像處理裝置以及觀察監(jiān)視器。通過設置于內(nèi)窺鏡插入部的前端部的攝像元件來拍攝病變部,在該監(jiān)視器中顯示其圖像。手術(shù)師能夠一邊觀察該監(jiān)視器所顯示的圖像一邊進行診斷或者需要的處置。
[0004]另外,在內(nèi)窺鏡裝置中不僅是使用了白色光的通常光觀察,還能夠進行使用了紅外光等特殊光的特殊光觀察以觀察內(nèi)部的血管。
[0005]在紅外內(nèi)窺鏡裝置的情況下,例如將在波長接近805nm的近紅外光處具有吸收峰的特性的吲哚花青綠(ICG)作為藥劑注入到患者的血液中。而且,從光源裝置將波長接近805nm和接近930nm的紅外光分時照射到被攝體。通過CXD拍攝得到的被攝體圖像的信號被輸入到紅外內(nèi)窺鏡裝置的處理器。例如日本特開2000-41942號公報所公開那樣,關于這種紅外內(nèi)窺鏡裝置,提出了以下裝置:處`理器將波長接近805nm的像分配至綠色信號(G)、將波長接近930nm的像分配至藍色信號⑶而輸出到監(jiān)視器。將由ICG吸收多的圖像的接近805nm的紅外光的像分配至綠色,因此手術(shù)師能夠以良好的對比度觀察投放ICG時的紅外圖像。
[0006]例如,使用內(nèi)窺鏡來切開、剝離存在病變部的粘膜下層的粘膜下層剝離術(shù)(以下稱為ESD (Endoscopic Submucosal Dissection))等中,為了避免電手術(shù)刀等切開粘膜中的較粗的血管,手術(shù)師確認這種血管的位置來進行切開等處置。有可能引起重度出血的血管從粘膜下層在固有肌層上分布。在ESD等手術(shù)中產(chǎn)生重度出血的情況下,此時必須進行止血作業(yè),因此導致手術(shù)時間延長。
[0007]但是,為了使用上述紅外內(nèi)窺鏡裝置來確認血管的位置,如上所述,需要靜脈注射ICG等藥劑這種煩雜的作業(yè)。
[0008]另外,在上述紅外內(nèi)窺鏡裝置的情況下,照明光的波長為近紅外光的波長,因此還存在導致圖像中的血管模糊的問題。
[0009]并且,在不使用紅外內(nèi)窺鏡裝置而顯示粘膜深部的較粗血管的情況下,還不知如何進行調(diào)光才能得到明亮度適當?shù)膱D像。
[0010]因此,本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的,目的在于提供一種不需要進行投放藥劑這種煩雜的作業(yè)并且能夠清楚且以適當?shù)拿髁炼蕊@示粘膜深部的血管的內(nèi)窺鏡裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]本發(fā)明的一個方式的內(nèi)窺鏡裝置具備:照明部,其對被檢體照射具有規(guī)定的波長頻帶的至少一個以上的照明光;攝像部,其拍攝基于上述照明部的照射的來自上述被檢體的返回光;圖像信號處理部,其根據(jù)上述攝像部的攝像信號生成圖像信號;顯示部,其根據(jù)上述圖像信號進行圖像顯示;以及調(diào)光部,其根據(jù)第一波長頻帶的第一圖像信號和第二波長頻帶的第二圖像信號,對上述第一圖像信號附加大于上述第二圖像信號的權(quán)重來計算用于調(diào)整上述照明部中的光量的調(diào)光信號并輸出該調(diào)光信號,其中,上述第一波長頻帶的第一圖像信號在上述被檢體的生物體組織的吸收特性方面從包含極大值的波長頻帶至極小值處的波長頻帶之間具有光譜特性的峰波長,上述第二波長頻帶的第二圖像信號與該第一圖像信號相比具有上述吸收特性的值低且上述生物體組織的散射特性得到抑制的光譜特性的峰波長。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖2是表示本發(fā)明的第一實施方式所涉及的旋轉(zhuǎn)濾波器14的結(jié)構(gòu)的圖。
[0014]圖3是用于說明本發(fā)明的第一實施方式所涉及的窄頻帶光觀察中的整體處理的流程的圖。
[0015]圖4是表示本發(fā)明的第一實施方式所涉及的靜脈血的光的吸收特性的圖。
[0016]圖5是用于說明本發(fā)明的第一實施方式所涉及的、第一窄頻帶光NLlU I)與第二窄頻帶光NL2 ( A 2)在生物體組織內(nèi)的光的傳播量的圖。
[0017]圖6是表示用于說明本發(fā)明的第一實施方式所涉及的、窄頻帶光觀察模式下內(nèi)窺鏡圖像中的血管的顯示例的內(nèi)窺鏡圖像的例子的圖。
[0018]圖7是用于說明本發(fā)明的第一實施方式所涉及的圖像處理部101的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0019]圖8是用于說明本發(fā)明的第一實施方式所涉及的、使用三個圖像信號的內(nèi)窺鏡圖像的顯示例的圖。
[0020]圖9是表示本發(fā)明的第二實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡裝置IA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖10是用于說明本發(fā)明的第二實施方式所涉及的窄頻帶光觀察下的整體處理的流程的圖。
[0022]圖11是表示用于說明本發(fā)明的第二實施方式所涉及的、從三個寬頻帶光的圖像信號B、G、R估計三個窄頻帶光的光譜圖像信號el、e2、e3的情況的光譜特性的圖。
[0023]圖12是表示用于說明本發(fā)明的第二實施方式所涉及的、從三個窄頻帶光Bn、Gn、Rn的圖像信號估計三個窄頻帶光的光譜估計圖像信號el、e21、e31的情況的光譜特性的圖。
[0024]圖13是用于說明本發(fā)明的第一實施方式所涉及的、圖像處理部IOlA中的對從攝像元件2得到的圖像進行的處理的流程的圖。
[0025]圖14是表示本發(fā)明的第三實施方式所涉及的旋轉(zhuǎn)濾波器14A的結(jié)構(gòu)的圖。
[0026]圖15是用于說明本發(fā)明的第三實施方式所涉及的特殊光觀察模式下的整體處理流程的圖。
[0027]圖16是用于說明本發(fā)明的第三實施方式所涉及的圖像處理部IOlB中的對從攝像元件2得到的圖像進行的處理的流程的圖。
[0028]圖17是表示用于說明本發(fā)明的第三實施方式所涉及的、從三個(或者兩個)寬頻帶光的圖像信號B、G、R估計至少一個窄頻帶光的光譜估計圖像信號el的情況的光譜特性的圖。
[0029]圖18是表示用于說明變形例6的靜脈血的光的吸收特性的圖。
[0030]圖19是使用能夠以中心波長IOnm步長按時間序列照射窄頻帶照明光的光譜內(nèi)窺鏡裝置對動物的腹腔內(nèi)進行拍攝得到的圖像的示意圖。
[0031]圖20是對圖19的多個單色圖像在縱軸示出各圖像中的行-A上的強度(對數(shù)顯示的像素值)的曲線圖。
【具體實施方式】
[0032]下面,參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。
[0033](第一實施方式)
[0034](內(nèi)窺鏡裝置的結(jié)構(gòu))
[0035]下面,參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。
[0036]首先,說明本實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡裝置的結(jié)構(gòu)。圖1是表示本實施方式所涉及的內(nèi)窺鏡裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
[0037]如圖1所示,本實施 方式的內(nèi)窺鏡裝置I包括:電子內(nèi)窺鏡3,其具有作為攝像元件的CCD 2,該CCD 2作為插入到體腔內(nèi)而拍攝體腔內(nèi)組織的生物體圖像信息獲取單元或者生物體圖像信息獲取部;光源裝置4,其將照明光提供給電子內(nèi)窺鏡3 ;以及視頻處理器7,其對來自電子內(nèi)窺鏡3的CXD 2的攝像信號進行信號處理,將內(nèi)窺鏡圖像顯示在觀察監(jiān)視器5中。內(nèi)窺鏡裝置I具有通常光觀察模式和窄頻帶光觀察模式這兩個模式。此外,在以下說明中,內(nèi)窺鏡裝置I的通常光觀察模式與以往的通常光觀察模式相同,因此省略說明通常光觀察模式的結(jié)構(gòu),主要說明窄頻帶光觀察模式。
[0038]CCD 2構(gòu)成接收照射到被檢體的照明光的返回光來拍攝被檢體的攝像部或者攝像單元。
[0039]作為照明單元或者照明部的光源裝置4構(gòu)成為包括:氙氣燈11,其發(fā)出照明光(白色光);熱線截止濾波器12,其切斷白色光的熱線;光圈裝置13,其對經(jīng)由熱線截止濾波器12的白色光的光量進行控制;作為頻帶限制單元或者頻帶限制部的旋轉(zhuǎn)濾波器14,其使照明光成為面順序光;聚光透鏡16,其使經(jīng)由旋轉(zhuǎn)濾波器14的面順序光會聚到配置于電子內(nèi)窺鏡3內(nèi)的光導件15的入射面;以及控制電路17,其對旋轉(zhuǎn)濾波器14的旋轉(zhuǎn)進行控制。氙氣燈11、旋轉(zhuǎn)濾波器14以及光導件15構(gòu)成對被檢體照射照明光的照射部或者照射單元。
[0040]圖2是表示旋轉(zhuǎn)濾波器14的結(jié)構(gòu)的圖。旋轉(zhuǎn)濾波器14是使來自作為光源的氙氣燈11的光透過的濾波器。如圖2所示,作為波長頻帶限制部或者波長頻帶限制單元的旋轉(zhuǎn)濾波器14構(gòu)成為圓盤狀,形成以中心為旋轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu),具有兩個濾波器群。在旋轉(zhuǎn)濾波器14的外周側(cè),沿著周向配置構(gòu)成用于輸出具有通常光觀察用的光譜特性的面順序光的濾波器組的R(紅)濾波器部14r、G(綠)濾波器部14g、B(藍)濾波器部14b作為第一濾波器群。[0041]在旋轉(zhuǎn)濾波器14的內(nèi)周側(cè),沿著周向配置使三個規(guī)定的窄頻帶波長的光透過的三個濾波器14-600、14-630、14-540作為第二濾波器群。
[0042]濾波器14-600構(gòu)成為作為窄頻帶光使波長接近600nmU D的光透過。濾波器14-630構(gòu)成為作為窄頻帶光使波長接近630nmU 2)的光透過。濾波器14-540構(gòu)成為作為窄頻帶光使波長接近540nmO 3)的光透過。
[0043]在此,所謂“接近”,在波長接近600nm的情況下意味著中心波長為600nm且寬度以波長600nm為中心而例如具有20nm(即波長600nm前后的波長590nm至610nm)的范圍的分布的窄頻帶光。對于其它波長的波長630nm和后述的波長540nm也相同。
[0044]旋轉(zhuǎn)濾波器14配置在從作為照明光的射出部的氙氣燈11到CXD 2的攝像面的光路上,在各模式下,進行限制以使照明光的多個波長頻帶中的至少兩個(在此為三個)波長頻帶變窄。
[0045]而且,控制電路17對用于使旋轉(zhuǎn)濾波器14旋轉(zhuǎn)的電動機18進行控制來對旋轉(zhuǎn)濾波器14的旋轉(zhuǎn)進行控制。
[0046]在電動機18上連接支架19a,在小齒輪19b上連接未圖示的電動機,將支架19a安裝成與小齒輪19b螺紋結(jié)合??刂齐娐?7通過對與小齒輪19b相連接的電動機的旋轉(zhuǎn)進行控制,能夠使旋轉(zhuǎn)濾波器14在箭頭d示出的方向上移動。因此,控制電路17根據(jù)后述的用戶的模式切換操作對與小齒輪1%相連接的電動機進行控制,以在通常光觀察模式時使第一濾波器群位于光路上,在窄頻帶光觀察模式時使第二濾波器群位于光路上。
[0047]此外,從電源部10對氙氣燈11、光圈裝置13、旋轉(zhuǎn)濾波器電動機18以及與小齒輪19b相連接的電動機(未圖示)提供電力。
[0048]因此,光源裝置4構(gòu)成在窄頻帶光觀察模式時對被檢體照射具有規(guī)定的波長頻帶的至少一個以上的照明光(在此,三個窄頻帶光)的照明單元或者照明部。在此,三個照明光中的一個是用于清楚顯示距粘膜的`表層部Imm~2mm的深部的血管的窄頻帶光,剩余的兩個是用于顯示更深部的血管的窄頻帶光以及用于顯示表層附近的范圍的毛細血管的窄頻帶光。因此,光源裝置4是在窄頻帶光觀察模式時通過限制為第一、第二和第三波長頻帶(后述)的頻帶限制單元或者頻帶限制部來照射至少一個以上的照明光的照明單元或者照明部。
[0049]視頻處理器7構(gòu)成為具備作為CXD驅(qū)動器的CXD驅(qū)動電路20、放大器22、處理電路23、A/D變換器24、白平衡電路(以下稱為W.B) 25、選擇器100、圖像處理部101、選擇器102、y校正電路26、放大電路27、強調(diào)電路28、選擇器29、同時化存儲器30、31、32、圖像處理電路33、D/A變換器34、35、36、定時發(fā)生器(以下稱為T.G) 37、模式切換電路42、調(diào)光電路43、調(diào)光控制參數(shù)切換電路44、控制電路200以及作為顯示圖像生成單元或者顯示圖像生成部的合成電路201。
[0050]CXD驅(qū)動電路20驅(qū)動設置于電子內(nèi)窺鏡3的CXD 2,使CXD 2輸出與旋轉(zhuǎn)濾波器14的旋轉(zhuǎn)同步的面順序的攝像信號。另外,放大器22對經(jīng)由設置于電子內(nèi)窺鏡3的前端的對物光學系統(tǒng)21通過CCD 2拍攝體腔內(nèi)組織而得到的面順序的攝像信號進行放大。
[0051]處理電路23對經(jīng)由放大器22的面順序的攝像信號進行相關雙采樣和噪聲去除等。A/D變換器24將經(jīng)由處理電路23的面順序的攝像信號變換為數(shù)字信號的面順序的圖像信號。[0052]ff.B 25對通過A/D變換器24數(shù)字化的面順序的圖像信號例如以圖像信號的G信號為基準進行增益調(diào)整以使圖像信號的R信號與圖像信號的B信號的明亮度相等而執(zhí)行白平衡處理。
[0053]此外,以波長接近600nm的窄頻帶光的返回光的亮度為基準來進行W.B25中的白
平衡調(diào)整。
[0054]選擇器100將來自W.B 25的面順序的圖像信號分配輸出至圖像處理部101內(nèi)的各部。
[0055]圖像處理部101是將來自上述選擇器100的通常光觀察用的RGB的圖像信號或者窄頻帶光觀察用的三個圖像信號變換為顯示用的圖像信號的圖像信號處理部或者圖像信號處理單元。圖像處理部101根據(jù)基于模式信號的來自控制電路200的選擇信號SS,將通常光觀察模式時和窄頻帶光觀察模式時的圖像信號輸出到選擇器102。
[0056]選擇器102將來自圖像處理部101的通常光觀察用圖像信號和窄頻帶光觀察用圖像信號的面順序的圖像信號依次輸出到Y(jié)校正電路26和合成電路201。
[0057]y校正電路26對來自選擇器102或者合成電路201的面順序的圖像信號實施Y校正處理。放大電路27對在Y校正電路26中進行了 Y校正處理的面順序的圖像信號進行放大處理。 強調(diào)電路28對在放大電路27中進行了放大處理的面順序的圖像信號實施輪廓強調(diào)處理。選擇器29和同時化存儲器30、31、32用于使來自強調(diào)電路28的面順序的圖像信號同時化。
[0058]圖像處理電路33讀出同時化存儲器30、31、32所存儲的面順序的各圖像信號,進行運動圖像顏色偏差校正處理等。D/A變換器34、35、36將來自圖像處理電路33的圖像信號變換為RGB的模擬影像信號而輸出到觀察監(jiān)視器5。從光源裝置4的控制電路17對T.G37輸入與旋轉(zhuǎn)濾波器14的旋轉(zhuǎn)同步的同步信號,T.G37將各種定時信號輸出到上述視頻處理器7內(nèi)的各電路。
[0059]另外,在電子內(nèi)窺鏡2中設置有用于切換通常光觀察模式和窄頻帶光觀察模式的模式切換開關41,該模式切換開關41的輸出被輸出到視頻處理器7內(nèi)的模式切換電路42。視頻處理器7的模式切換電路42將控制信號輸出到調(diào)光控制參數(shù)切換電路44和控制電路200。調(diào)光電路43根據(jù)來自調(diào)光控制參數(shù)切換電路44的調(diào)光控制參數(shù)和經(jīng)由處理電路23的攝像信號,對光源裝置4的光圈裝置13進行控制而進行適當?shù)拿髁炼瓤刂?。即,調(diào)光電路43生成與觀察模式相應的調(diào)光基準信號,輸出到光圈裝置13,由此在通常光觀察模式和窄頻帶光觀察模式各自的觀察模式下,控制光圈裝置13的光圈以得到適當?shù)膱D像信號。
[0060]視頻處理器7內(nèi)的各電路執(zhí)行與所指定的模式相應的規(guī)定的處理。執(zhí)行與通常光觀察模式和窄頻帶光觀察模式分別相應的處理,在觀察監(jiān)視器5中顯示通常光觀察用圖像或者窄頻帶光觀察圖像。
[0061]視頻處理器7構(gòu)成根據(jù)作為攝像單元或者攝像部的CXD 2的攝像信號來生成圖像信號的圖像信號處理單元或者圖像信號處理部。
[0062]如后文中所述,觀察監(jiān)視器5是根據(jù)距粘膜的表層部Imm至2mm左右的粘膜深部的、直徑為1_至2_左右的較粗血管的圖像信號來進行圖像顯示的顯示單元或者顯示部。
[0063](窄頻帶光觀察的整體處理的流程)
[0064]接著,簡單說明本實施方式中的窄頻帶光觀察的整體的大概流程。[0065]圖3是用于說明本實施方式所涉及的窄頻帶光觀察中的整體處理流程的圖。
[0066]手術(shù)師將內(nèi)窺鏡的插入部插入到體腔內(nèi),在通常光觀察模式下,使內(nèi)窺鏡插入部的前端部位于病變部附近。當確認處置對象的病變部時,手術(shù)師為了觀察從粘膜下層在固有肌層上分布的較粗的、例如直徑為1mm~2mm的深部血管,操作模式切換開關41來將內(nèi)窺鏡裝置I切換到窄頻帶光觀察模式。
[0067]在窄頻帶光觀察模式下,內(nèi)窺鏡裝置I的控制電路17對與小齒輪19b相連接的電動機進行控制使旋轉(zhuǎn)濾波器14的位置移動以從光源裝置4射出透過了第二濾波器群的光。并且,控制電路200也對視頻處理器7內(nèi)的各種電路進行控制以進行用于窄頻帶波長觀察的圖像處理。
[0068]如圖3所示,在窄頻帶光觀察模式下,來自照明光產(chǎn)生部51的窄頻帶波長的照明光從內(nèi)窺鏡3的插入部的前端部射出,透過粘膜層照射到在粘膜下層和固有肌層上分布的血管61。在此,照明光產(chǎn)生部51構(gòu)成為包含光源裝置4、旋轉(zhuǎn)濾波器14以及光導件15等,從內(nèi)窺鏡插入部的前端射出照明光。通過旋轉(zhuǎn)濾波器14的旋轉(zhuǎn),波長接近600nm的窄頻帶光、波長接近630nm的窄頻帶光以及波長接近540nm的窄頻帶光連續(xù)地且依次從光源裝置4射出,照射到被攝體。
[0069]波長接近600nm的窄頻帶光、波長接近630nm的窄頻帶光以及波長接近540nm的窄頻帶光的反射光分別被作為CCD 2的反射光接收部52接收。CCD2輸出各個反射光的攝像信號,經(jīng)由放大器22等提供給選擇器100。選擇器100根據(jù)來自T.G37的規(guī)定的定時,保持波長接近600nm的第一圖像信號P1、波長接近630nm的第二圖像信號P2以及波長接近540nm的第三圖像信號P3,提供給圖像處理部101。圖像處理部101包含用于窄頻帶光觀察模式的顏色變換處理部101b。
[0070]因此,視頻處理器7根據(jù)第一圖像信號P1、第二圖像信號P2以及第三波長頻帶的第三圖像信號P3來生成圖像信號,輸出到觀察監(jiān)視器5,其中,該第三波長頻帶的第三圖像信號P3與第一圖像信號Pl相比在吸收特性的值高的波長頻帶具有光譜特性的峰波長。
[0071]另外,各攝像信號還被`輸入到調(diào)光電路43。如在后文中所述,調(diào)光電路43根據(jù)觀察模式生成調(diào)光基準信號,輸出到光圈裝置13。
[0072]在使用內(nèi)窺鏡裝置I例如切開并剝離胃、食道、大腸等消化管內(nèi)壁的存在病變部的粘膜下層的ESD中,手術(shù)師必須避免電手術(shù)刀等切到組織中的較粗的血管。當將內(nèi)窺鏡裝置I設定到窄頻帶光觀察模式時,手術(shù)師能夠清楚地描繪生物體組織的表面下的血管。
[0073]在圖1的圖像處理部101的顏色變換處理部IOlb中,將各圖像信號分配至觀察監(jiān)視器5的RGB的各通道,提供給選擇器102。其結(jié)果,在觀察監(jiān)視器5的畫面5a上以高對比度顯示粘膜深部的較粗的血管61。因此,手術(shù)師能夠一邊注意顯示在觀察監(jiān)視器5的在粘膜下層和固有肌層上分布的血管61 —邊對病變部實施ESD。
[0074]在此,說明靜脈血的光的吸收特性。圖4是表示靜脈血的光的吸收特性的圖。圖4的縱軸為摩爾吸光系數(shù)(cnTVM),橫軸為波長。此外,三個窄頻帶光的照明光還受到生物體組織本身的散射特性的影響,對于生物體組織本身的散射特性,相對于波長的增加而大致單調(diào)減少,因此,作為生物體組織的吸收特性而說明圖4。
[0075]通常,在靜脈血中以大致60:40~80:20的比例包含氧合血紅蛋白(HbO2)和還原血紅蛋白(ffi)(以下,將兩者一起簡稱為血紅蛋白)。光被血紅蛋白吸收,但是其吸收系數(shù)根據(jù)每個光的波長不同而不同。圖4示出從400nm至大致800nm為止的每個波長的靜脈血的光的吸收特性,在從550nm至750nm的范圍內(nèi),吸收系數(shù)在大致波長576nm的點示出極大值,在波長730nm的點示出極小值。
[0076]在窄頻帶光觀察模式下,照射三個窄頻帶光,各個返回光被CCD2接收。
[0077]波長接近600nm的窄頻帶光(以下稱為第一窄頻帶光NLl)是從血紅蛋白的吸收特性的極大值ACmax(在此為波長576nm處的吸收系數(shù))至極小值ACmin(在此為波長730nm處的吸收系數(shù))的波長頻帶R內(nèi)的波長頻帶的光。
[0078]波長接近630nm的窄頻帶光(以下稱為第二窄頻帶光NL2)也是從血紅蛋白的吸收特性的極大值ACmax至極小值ACmin的波長頻帶R內(nèi)的光,但是為比第一窄頻帶光NLl的波長長、吸收系數(shù)低且生物體組織的散射特性得到抑制的波長頻帶的光。散射特性得到抑制意味著朝向長波長側(cè)散射系數(shù)變低。
[0079]即,光源裝置4照射第一照明光NLl,該第一照明光NLl在生物體組織的吸收特性方面從包含極大值ACmax的波長頻帶至極小值ACmin的波長頻帶之間具有光譜特性的峰波長。
[0080]并且,在此,光源裝置4還照射第二照明光NL2,該第二照明光NL2具有與通過第一照明光NLl得到的圖像信號Pl相比吸收特性中的值低且生物體組織的散射特性得到抑制的光譜特性的峰波長。
[0081]并且,光源裝置4還照射波長接近540nm的窄頻帶光(以下稱為第三窄頻帶光NL3)。第三窄頻帶光NL3 是從血紅蛋白的吸收特性的極大值ACmax至極小值ACmin的波長頻帶R外的波長頻帶的光,是從被檢體的粘膜表面的表層部僅能夠透過規(guī)定的距離的照明光。
[0082]CXD 2輸出三個窄頻帶光的各圖像的攝像信號。因此,各圖像包含基于第一、第二以及第三窄頻帶光NL1、NL2、NL3的各返回光的多個像素信號。
[0083]并且,說明作為照明光的第一窄頻帶光NLl和第二窄頻帶光NL2在生物體組織內(nèi)的光的傳播。圖5是用于說明第一窄頻帶光NLl U I)和第二窄頻帶光NL2 U 2)在生物體組織內(nèi)的光的傳播量的圖。第一窄頻帶光NLl和第二窄頻帶光NL2分別在生物體組織內(nèi)反復進行多重散射過程,其結(jié)果是作為返回光從粘膜表面射出。第一窄頻帶光NLl和第二窄頻帶光NL2分別具有平均自由行程MFP1、MFP2。而且,第一窄頻帶光NLl的平均自由行程MFPl比第二窄頻帶光NL2的平均自由行程MFP2短。
[0084]如圖5所示,波長接近600nmU I)的第一窄頻帶光NLl到達血管61附近,波長接近630nm(A2)的第二窄頻帶光NL2到達比血管61稍深的位置。由此,通過使用該第一窄頻帶光NLl,能夠顯示處于生物體粘膜的表層下的Imm~2mm的較深部的、直徑為1mm~2mm的較粗血管。
[0085]并且,如在后文中所述,通過還使用波長接近630nm(入2)的第二窄頻帶光NL2,能夠顯示更深部的更粗血管。
[0086]此外,在此,生成波長接近600nm的窄頻帶光的圖像信號,但是,如上所述,由于血管的直徑存在偏差等,進一步深度也各種各樣,因此生成在圖4示出的生物體組織的吸收特性方面從包含極大值的波長頻帶至極小值處的波長頻帶之間具有規(guī)定的波長寬度并具有光譜特性的峰波長的波長頻帶的圖像信號,由此能夠顯示粘膜深部的血管。[0087]因此,第一窄頻帶光NLl的波長頻帶優(yōu)選在從波長585nm至波長615nm的范圍具有光譜特性的峰波長。
[0088]圖19是使用能夠以中心波長IOnm步長按時間序列照射窄頻帶照明光的光譜內(nèi)窺鏡裝置對動物的腹腔內(nèi)進行拍攝得到的圖像的示意圖。具體地說,示出將540nm、600nm、630nm的各單色圖像分別分配至B通道、G通道、R通道得到的圖像。圖像中的血管Vl和血管V2是從圖像中的左上方向至右下方向分布的粗血管。與血管V2相比血管Vl位于距粘膜表面深的位置。在此,從540nm至680nm以IOnm步長拍攝了共計15個圖案的單色圖像。 [0089]圖20是對圖19的多個單色圖像在縱軸示出各圖像中的行-A上的強度(對數(shù)顯示的像素值)的圖表。圖20的橫軸為各圖像中的行-A上的像素的位置。血管Vl的像素的位置存在于接近25~50的位置,血管V2的像素的位置存在于接近75~110的位置。在存在于較淺部的血管V2以及位于深部的血管Vl兩方的血管中強度衰減的照明波長、即在血管Vl和血管V2中照明光被強吸收的波長根據(jù)圖20可知是大致590nm~620nm。
[0090]因而,在檢測存在于從較淺部分至深部的血管時,大致590nm~620nm的窄頻帶光成為重要的波長信息。血管Vl存在于距粘膜表面大約Imm~2mm左右的深部分。此外,本試驗結(jié)果與通過上述Beer-Lambert得到的邏輯計算結(jié)果(通過使用波長600nm前后的15nm之間的窄頻帶光能夠以高對比度顯示較粗血管)大致一致。
[0091]如上所述,光源裝置4還照射窄頻帶光NL2和第三窄頻帶光NL3,該窄頻帶光NL2與第一窄頻帶光NLl相比具有返回光的吸收特性中的值低且生物體組織的散射特性得到抑制的光譜特性的峰波長并且為波長頻帶與第一窄頻帶光NLl的波長頻帶不同的照明光,該第三窄頻帶光NL3從被檢體的表層部僅能夠透過定的距離。
[0092]窄頻帶光NL2是用于得到比以窄頻帶光NLl顯示的血管更深部的血管的圖像的窄頻帶光,窄頻帶光NL3是用于得到表層部的毛細血管的圖像的窄頻帶光。
[0093]接著,說明圖像處理部101中的處理。圖6是表示用于說明窄頻帶光觀察模式下的內(nèi)窺鏡圖像中的血管的顯示例的內(nèi)窺鏡圖像的例子的圖。
[0094]在通常光觀察模式下,在拍攝得到的內(nèi)窺鏡圖像EI內(nèi),距表層部Imm~2mm的深部血管在觀察監(jiān)視器5的內(nèi)窺鏡圖像EI上不顯示或者難以顯示。
[0095]與此相對,在窄頻帶光觀察模式下,當在拍攝得到的內(nèi)窺鏡圖像EI內(nèi)存在深部血管時,如圖6所示,血管61顯示在內(nèi)窺鏡圖像EI上。
[0096]因而,圖像處理部101構(gòu)成圖像輸出單元或者圖像輸出部,該圖像輸出單元或者圖像輸出部在攝像單元或者攝像部進行拍攝之后,輸出在生物體組織的吸收特性方面從包含極大值ACmax的波長頻帶至極小值ACmin處的波長頻帶之間具有光譜特性的峰波長的規(guī)定波長頻帶的圖像信號Pl U I)。
[0097](調(diào)光電路的處理)
[0098]調(diào)光電路43生成與觀察模式相應的調(diào)光基準信號Y。用戶操作模式切換開關41而指定的模式信號經(jīng)由模式切換電路42被輸入到調(diào)光控制參數(shù)切換電路44,調(diào)光控制參數(shù)切換電路44將與觀察模式相應的調(diào)光控制參數(shù)輸出到調(diào)光電路43。
[0099]在調(diào)光電路43中,根據(jù)來自處理電路23的三個攝像信號和來自調(diào)光控制參數(shù)切換電路44的調(diào)光控制參數(shù)來生成調(diào)光基準信號Y。以下,將通常光觀察模式時的調(diào)光基準信號Y設為調(diào)光基準信號Yw,將窄頻帶光觀察模式時的調(diào)光基準信號Y設為調(diào)光基準信號Yn0
[0100]在通常光觀察模式時,調(diào)光電路43根據(jù)以下式(I)生成調(diào)光基準信號Yw。
[0101][式1]
[0102]Yw = 0.3Ib(R) +0.6Ib(G) +0.1Ib (B)…式(1)
[0103]在此,Ib (R)表示R信號的亮度值,Ib (G)表示G信號的亮度值,Ib⑶表示B信號的亮度值。各亮度值例如為一幀中的各亮度值的平均值。如式(1)所示,在通常光觀察模式下,對R、G、B的各信號乘以各自的調(diào)光控制參數(shù)。在此,對G信號賦予作為最大權(quán)重的“0.6”。
[0104]在窄頻帶光觀察模式時,調(diào)光電路43根據(jù)以下式(2)生成調(diào)光基準信號Ynw。
[0105][式2]
[0106]Yn = 0.31b (630)+0.61b (600)+0.1Ib (540)…式(2)
[0107]在此,Ib (630)表示波長接近630nm的窄頻帶光信號的亮度值,Ib (600)表示波長接近600nm的窄頻帶光信號的亮度值,Ib (540)表示波長接近540nm的窄頻帶光信號的亮度值。各亮度值例如為一幀中的各亮度值的平均值。如式(2)所示,在窄頻帶光觀察模式下,對各窄頻帶信號NL1、NL2、NL3的各信號乘以各自的調(diào)光控制參數(shù)。在此,對波長接近600nm的窄頻帶光信號賦予作為最大權(quán)重的“0.6”。
[0108]此外,在此,式(2)的各調(diào)光控制參數(shù)的值為0.6、0.3、0.1,與式(I)相同,但是也可以不同。
[0109]如上所述,在式(I)中,對G信號附加最大權(quán)重而生成調(diào)光基準信號Yw。與此相對,在式(2)中,對波長接近600nm的窄頻帶信號附加最大權(quán)重而生成調(diào)光基準信號Yn。
[0110]在窄頻帶光觀察模式下,調(diào)光電路43對在此作為最重要的信號的波長接近600nm的第一窄頻帶光NLl的圖像信號乘以大于其它圖像信號的加權(quán)系數(shù)而生成調(diào)光基準信號Yn,根據(jù)該調(diào)光基準信號Yn控制光圈裝置13的光圈。
[0111]即,調(diào)光電路43構(gòu)成調(diào)光單元或者調(diào)光部,該調(diào)光單元或者調(diào)光部根據(jù)第一波長頻帶的第一圖像信號Pl和第二波長頻帶的第二圖像信號Ρ2,對第一圖像信號Pl附加大于第二圖像信號Ρ2的權(quán)重,計算用于調(diào)整作為照明單元或者照明部的光源裝置4中的光量的調(diào)光信號并輸出,其中,該第一波長頻帶的第一圖像信號Pl在圖4示出的被檢體的生物體組織的吸收特性方面從包含極大值的波長頻帶至極小值處的波長頻帶之間具有光譜特性的峰波長,該第二波長頻帶的第二圖像信號Ρ2具有與該第一圖像信號Pl相比吸收特性中的值低且生物體組織的散射特性得到抑制的光譜特性的峰波長。
[0112]在 申請人:進行的試驗中,通過在窄頻帶光觀察模式下使用上述調(diào)光基準信號Yn也能夠得到進行了適當?shù)恼{(diào)光的內(nèi)窺鏡圖像。在該試驗中,在窄頻帶光模式拍攝了豬的血液,但是對以往的G信號的波長頻帶的圖像信號附加最大權(quán)重而生成調(diào)光基準信號,結(jié)果是血液的紅的圖像局部亮度值飽和。
[0113]與此相對,如本實施方式那樣對波長接近600nm的第一窄頻帶光NLl的圖像信號附加高于其它圖像信號的權(quán)重而生成調(diào)光基準信號Yn的結(jié)果是,血液的紅的圖像的亮度值沒有飽和。
[0114]如上所述,調(diào)光電路43根據(jù)與觀察模式相應的調(diào)光參數(shù)對各窄頻帶光的亮度值附加權(quán)重來生成調(diào)光基準信號,特別是在窄頻帶光觀察模式時,對波長接近600nm的窄頻帶光附加最大權(quán)重來生成調(diào)光基準信號Yn。此外,也可以代替式(2)而設式(3’),將630設為630X α,、將600設為600Χ β,、將540設為540Χ Y ’來計算調(diào)光基準信號Yn。在此,α ’、β ’、Y ’是對后述的顏色變換處理部中的各圖像信號加權(quán)的加權(quán)系數(shù)。
[0115]接著,說明圖像處理部101的處理。圖像處理部101具有顏色變換處理部101b,執(zhí)行顏色變換處理。
[0116](圖像處理部的顏色變換處理)
[0117]接著,說明顏色變換處理部IOlb中的處理。顏色變換處理部IOlb被輸入第一圖像信號Pl ( λ I)、第二圖像信號Ρ2 ( λ 2)以及第三圖像信號Ρ3 ( λ 3)。
[0118]圖7是用于說明圖像處理部101的結(jié)構(gòu)的框圖。來自攝像元件的三個圖像信號被輸入到顏色變換處理部101b。顏色變換處理部IOlb對第一圖像信號Pl (λ I)、第二圖像信號Ρ2(λ2)以及第三圖像信號Ρ3( λ 3)實施基于通道分配的顏色變換處理,輸出到觀察監(jiān)視器5。
[0119]為了通過波長接近600nm的窄頻帶光NLl以高對比度顯示深部的血管61,顏色變換處理部IOlb將第一圖像信號Pl ( λ I)分配到BGR的三個通道以作為單色圖像輸出到觀察監(jiān)視器5。此外,在存在單色圖像顯示電路的情況下,也可以將第一圖像信號PlU I)輸入到單色圖像顯示電路,作為單色圖像而輸出到觀察監(jiān)視器5。
[0120]其結(jié)果,在窄頻帶光觀察模式下,在內(nèi)窺鏡圖像EI上以高對比度顯示圖6示出的血管61。
[0121]因而,圖像處理部101構(gòu)成圖像輸出單元或者圖像輸出部,該圖像輸出單元或者圖像輸出部根據(jù)通過作為攝像單元或者攝像部的CCD2拍攝返回光得到的圖像信號來輸出第一圖像信號Pl U I)。
[0122]此外,在顏色變換處理部IOlb中,除了第一圖像信號Ρ1(λ I)以外,也可以使用第二圖像信號P2U2)和第三圖像信號Ρ3(λ3)中的至少一個來進行顏色變換處理。以下,說明顏色變換處理部IOlb的顏色變換處理的變形例I~3。
[0123]首先,說明變形例I。
[0124]在變形例I的顏色變換處理部IOlb中,進行將第一圖像信號Pl (λ I)、第二圖像信號Ρ2 ( λ 2)以及第三圖像信號Ρ3 ( λ 3)分別分配到G、R、B通道的處理。
[0125]在此,例如在顏色變換處理部IOlb中進行以下式(3)的處理,將第一圖像信號Pl (λ I)的亮度值ImAU I)、第二圖像信號Ρ2( λ 2)的亮度值ImU 2)以及第三圖像信號Ρ3 ( λ 3)的亮度值Im( λ 3)分別分配到G、R、B通道。
[0126][式3]
/i\ /1 O 0\ I lm(A3) \
[0127]6=010 ImA(H) …式⑶
W 1 ο 11 \ um I
[0128]根據(jù)式(3),深部的較粗的血管61以微紅色顯示,因此手術(shù)師容易判明。
[0129]圖8是用于說明使用了三個圖像信號的內(nèi)窺鏡圖像的顯示例的圖。用實線表示的深部的血管61以微紅色顯示,并且,比血管61更深的血管61A(用一點劃線表示)以藍色顯示,用虛線表示的毛細血管61B大致以黃色顯示。特別是,生物體組織的粘膜以及粘膜表面上的血也大致以黃色顯示。
[0130]此外,在此,第三窄頻帶光NL3為波長接近540nm的光,但是為了得到表層信息,也可以是波長更短的光、例如波長接近460nm的光、波長接近415nm的光。
[0131]通過將吸收度高的波長接近600nm的窄頻帶光NLl分配到G通道、將吸收度低于窄頻帶光NLl的波長接近630nm的窄頻帶光NL2分配到R通道,由此夠?qū)⑸畈康难?1和61A分別以與生物體組織的表層色不同的顏色(微紅色)顯示。
[0132]另外,由于深部的血管61以及更深部的血管61A以不同的顏色顯示,因此即使在生物體組織的粘膜表面上存在由出血引起的血液,手術(shù)師也能夠容易視覺識別。
[0133]此外,也可以將第一圖像信號Pl ( λ I)、第二圖像信號Ρ2 ( λ 2)以及第三圖像信號Ρ3(λ3)分別分配到G、B、R通道。在該情況下,通過進行對式(3)的矩陣的各值乘以系數(shù)等的各圖像信號的強度調(diào)整等,使觀察監(jiān)視器5顯示與通過上述式(3)的顏色變換處理得到的圖像相同的顯示圖像。
[0134]此外,在顏色變換處理IOlb中也可以代替上述式(3)而使用以下式(4)。
[0135][式4]
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)窺鏡裝置,其特征在于,具備: 照明部,其對被檢體照射具有規(guī)定的波長頻帶的至少一個以上的照明光; 攝像部,其拍攝基于上述照明部的照射的來自上述被檢體的返回光; 圖像信號處理部,其根據(jù)上述攝像部的攝像信號生成圖像信號; 顯示部,其根據(jù)上述圖像信號進行圖像顯示;以及 調(diào)光部,其根據(jù)第一波長頻帶的第一圖像信號和第二波長頻帶的第二圖像信號,對上述第一圖像信號附加大于上述第二圖像信號的權(quán)重來計算用于調(diào)整上述照明部中的光量的調(diào)光信號并輸出該調(diào)光信號,其中,上述第一波長頻帶的第一圖像信號在上述被檢體的生物體組織的吸收特性方面從包含極大值的波長頻帶至極小值處的波長頻帶之間具有光譜特性的峰波長,上述第二波長頻帶的第二圖像信號與該第一圖像信號相比具有上述吸收特性的值低且上述生物體組織的散射特性得到抑制的光譜特性的峰波長。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡裝置,其特征在于, 上述圖像信號處理部根據(jù)上述第一圖像信號、上述第二圖像信號以及第三波長頻帶的第三圖像信號來生成上述圖像信號,該第三波長頻帶的第三圖像信號與上述第一圖像信號相比在上述吸收特性的值高的波長頻帶具有光譜特性的峰波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)窺鏡裝置,其特征在于, 還具備顏色平衡調(diào)整部,為了區(qū)分生物體信息,該顏色平衡調(diào)整部通過相對于上述第二圖像信號將上述第三圖像信號放大規(guī)定的量來進行顏色平衡調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡裝置,其特征在于, 上述照明部經(jīng)由限制為上述第一波長頻帶和上述第二波長頻帶的頻帶限制部照射上述至少一個以上的照明光, 上述圖像信號處理部根據(jù)由上述攝像部拍攝上述返回光得到的上述第一圖像信號和上述第二圖像信號來生成上述圖像信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡裝置,其特征在于, 上述攝像部經(jīng)由限制為上述第一波長頻帶和上述第二波長頻帶的頻帶限制部接收上述返回光來進行拍攝, 上述圖像信號處理部根據(jù)由上述攝像部拍攝上述返回光得到的上述第一圖像信號和上述第二圖像信號來生成上述圖像信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡裝置,其特征在于, 上述圖像信號處理部通過對上述返回光的攝像信號進行光譜估計處理來生成上述第一圖像信號和上述第二圖像信號并輸出該第一圖像信號和該第二圖像信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡裝置,其特征在于, 上述圖像信號處理部通過進行光譜估計處理生成上述第一圖像信號并輸出該第一圖像信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡裝置,其特征在于, 上述圖像信號處理部通過進行光譜估計處理生成上述第二圖像信號并輸出該第二圖像信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1~8中的任一項所述的內(nèi)窺鏡裝置,其特征在于, 上述第一波長頻帶在波長585nm至波長615nm的范圍內(nèi)具有上述光譜特性的峰波長。
10.根據(jù)權(quán)利要求1~8中的任一項所述的內(nèi)窺鏡裝置,其特征在于, 上述第二波長頻帶在波長610nm至波長730nm的范圍內(nèi)具有上述光譜特性的峰波長。
11.根據(jù)權(quán)利要求1~8中的任一項所述的內(nèi)窺鏡裝置,其特征在于, 上述第二波長頻帶在波長730nm以后的范圍內(nèi)具有上述光譜特性的波長峰值或者中心波長。
12.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的內(nèi)窺鏡裝置,其特征在于, 上述第三波長頻帶在波長400nm至波長585以下的范圍內(nèi)具有上述光譜特性的峰波長。
13.根據(jù)權(quán)利要求1~8中的任一項所述的內(nèi)窺鏡裝置,其特征在于, 上述內(nèi)窺鏡裝置具有通常光觀察模式和窄頻帶光觀察模式, 上述調(diào)光部在上述窄頻帶光觀察模式時計算輸出上述調(diào)光信號。
【文檔編號】A61B1/04GK103619233SQ201280029679
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】五十嵐誠, 山崎健二 申請人:奧林巴斯醫(yī)療株式會社