專利名稱：內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的處理器裝置和圖像生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于順次施加兩種或多種彩色光并計(jì)算血液中的血色素的氧飽和度水平以及對(duì)計(jì)算的氧飽和度水平進(jìn)行成像的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、用于內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的處理器裝置和圖像生成方法。
背景技術(shù)：
近年來在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，使用內(nèi)窺鏡系統(tǒng)進(jìn)行診斷已經(jīng)變得通用。內(nèi)窺鏡系統(tǒng)包括光源裝置、處理器裝置、和內(nèi)窺鏡裝置。使用內(nèi)窺鏡系統(tǒng)進(jìn)行正常觀察和特殊觀察是已知的。在正常觀察中，諸如白光的寬波段光用于照射對(duì)像中的感興趣區(qū)。這能夠有效地在總體上觀察感興趣區(qū)。在特殊觀察中，根據(jù)觀察的目的使用特定波長(一個(gè)或多個(gè))的照明光。在正常觀察中，來自光源裝置的諸如氙的寬波段光通過內(nèi)窺鏡裝置的發(fā)光部被施加到感興趣區(qū)。通過彩色圖像傳感器對(duì)反射圖像進(jìn)行成像。獲取到的圖像信號(hào)被發(fā)送到處理器裝置。因此，彩色標(biāo)準(zhǔn)圖像顯示在處理器裝置的監(jiān)視器上。在特殊觀察中，觀察血管強(qiáng)調(diào)圖像和氧飽和度圖像。這能夠發(fā)現(xiàn)在正常觀察中難以發(fā)現(xiàn)的腫瘤。為了觀察血管強(qiáng)調(diào)圖像，在血液中的血色素的吸收系數(shù)較高的波長范圍內(nèi)的照明光用于在監(jiān)視器顯示特定深度的血管被強(qiáng)調(diào)的圖像，使用吸收率基于血液中的血色素的量而變化的波長范圍內(nèi)的照明光計(jì)算氧飽和度水平。氧飽和度水平被成像并顯示在監(jiān)視器上。氧飽和度水平的觀察被認(rèn)為能夠有效地發(fā)現(xiàn)腫瘤，這是因?yàn)槟[瘤組織處于缺氧或低氧狀態(tài)。例如，在美國專利申請(qǐng)公開第2011/0237884號(hào)(對(duì)應(yīng)于日本專利公開待審出版物第2011-194151號(hào))中，使用 藍(lán)波段中的三種窄波段光(分別具有405nm、440nm和560nm的峰值波長)或綠波段中的三種窄波段光(分別具有540nm、560nm和580nm)。當(dāng)三種窄波段光逐幀地朝向感興趣區(qū)被順次發(fā)射時(shí)，圖像傳感器對(duì)感興趣區(qū)成像。因此，獲取圖像數(shù)據(jù)的三個(gè)幀。在圖像數(shù)據(jù)的三個(gè)幀的獲取之間存在時(shí)間滯后，從而導(dǎo)致三個(gè)相應(yīng)幀的圖像中的位置偏移。為了解決該問題，用于提取血管的裝置用于在各個(gè)圖像中提取相應(yīng)的血管，并且計(jì)算圖像的偏移量以使相應(yīng)的血管彼此對(duì)準(zhǔn)。三個(gè)幀的圖像中的一個(gè)相對(duì)于參考幀的圖像移動(dòng)偏移量，剩余圖像也相對(duì)于參考幀的圖像移動(dòng)偏移量。因此，三個(gè)幀的圖像相互對(duì)準(zhǔn)。之后，由三個(gè)幀的圖像數(shù)據(jù)逐像素地計(jì)算血管的氧飽和度水平。然后，表示氧飽和度水平的分布的氧飽和度圖像被生成并以偽色彩顯示在監(jiān)視器上。血色素的吸收特性和消化道粘膜的散射特性基于波段而顯著變化。因此，用三種相應(yīng)的波長觀察到的血管的形狀彼此不同。在美國專利申請(qǐng)公開第2011/0237884號(hào)中，難以執(zhí)行圖像的精確配準(zhǔn)或?qū)?zhǔn)，這是因?yàn)橐?jì)算不同波長的圖像之間的偏移量。血管根據(jù)與表層的深度被分為表層血管和深層血管(中間深和深)。必須計(jì)算包括表層血管和深層血管的血管的氧飽和度水平。為了檢測(cè)表層血管，藍(lán)色波長范圍中的窄波段光是有效的。為了檢測(cè)中間深度血管，綠色波長范圍內(nèi)的窄波段光是有效的。為了檢測(cè)深層血管，紅色波長范圍內(nèi)的窄波段光是有效的。因此，需要藍(lán)色圖像、綠色圖像和紅色圖像來計(jì)算表層血管和深層血管的氧飽和度水平。在藍(lán)色圖像中，強(qiáng)調(diào)表層血管，而深層血管不顯眼。相反，在紅色圖像中，深層血管被強(qiáng)調(diào)，而表層血管不顯眼。為了使各個(gè)幀的圖像彼此配準(zhǔn)或?qū)?zhǔn)，例如，由藍(lán)色圖像和紅色圖像中的相應(yīng)血管的位置計(jì)算偏移量。在這種情況下，比較表層血管被強(qiáng)調(diào)的圖像與不顯眼的表層血管的圖像。因此，不能準(zhǔn)確地計(jì)算偏移量，從而使得配準(zhǔn)困難。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種能夠精確地匹配幀(frame)之間的圖像的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、 所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的處理器裝置和圖像生成方法。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)包括發(fā)光部、圖像信號(hào)獲取部、偏移量計(jì)算器、配準(zhǔn)部、氧飽和度圖像發(fā)生器和顯示部。發(fā)光部在相應(yīng)的幀中至少將第一照明光和第二照明光施加到感興趣區(qū)。第一照明光的波長范圍不同于第二照明光的波長范圍。感興趣區(qū)包括血管。圖像信號(hào)獲取部具有彩色圖像傳感器，所述彩色圖像傳感器具有至少由三原色構(gòu)成的像素陣列。圖像信號(hào)獲取部在每一個(gè)幀中對(duì)感興趣區(qū)進(jìn)行成像。圖像信號(hào)獲取部對(duì)被第一照明光照射的感興趣區(qū)進(jìn)行成像以獲取第一幀的三色信號(hào)。圖像信號(hào)獲取部對(duì)被第二照明光照射的感興趣區(qū)進(jìn)行成像以獲取第二幀的三色信號(hào)。偏移量計(jì)算器根據(jù)相同色彩的色彩信號(hào)計(jì)算第一幀的圖像與第二幀的圖像之間的偏移量。配準(zhǔn)部根據(jù)偏移量使第一幀和第二幀的色彩信號(hào)中用于計(jì)算血液中的血色素的氧飽和度水平的預(yù)定色彩信號(hào)的圖像對(duì)準(zhǔn)。氧飽和度圖像發(fā)生器根據(jù)對(duì)準(zhǔn)的預(yù)定色彩信號(hào)生成氧飽和度水平的氧飽和度圖像。顯示部顯示氧飽和度圖像。
優(yōu)選的是三色信號(hào)是藍(lán)色信號(hào)、綠色信號(hào)和紅色信號(hào)，并且第一照明光和第二照明光中的每一個(gè)都是白色光，并且偏移量計(jì)算器計(jì)算根據(jù)綠色信號(hào)所生成的綠色圖像之間的偏移量。
優(yōu)選的是第一幀的藍(lán)色信號(hào)以及第二幀的綠色信號(hào)和紅色信號(hào)用于計(jì)算氧飽和度水平，并且配準(zhǔn)部移動(dòng)第一幀的藍(lán)色信號(hào)以與第二幀的綠色信號(hào)和紅色信號(hào)對(duì)準(zhǔn)。
優(yōu)選的是第一照明光和第二照明光是通過利用波長轉(zhuǎn)換器對(duì)具有不同波長范圍的相應(yīng)窄波段光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換而被生成的。優(yōu)選的是每一個(gè)窄波段光都是激光束。優(yōu)選的是激光束的中心波長分別是473nm和445nm。
優(yōu)選的是發(fā)光部在相應(yīng)的幀中將第一照明光、第二照明光和第三照明光施加到感興趣區(qū)。第三照明光的波長范圍不同于第一照明光和第二照明光中的每一個(gè)的波長范圍。 圖像信號(hào)獲取部在每一個(gè)幀中對(duì)感興趣區(qū)進(jìn)行成像。優(yōu)選的是圖像信號(hào)獲取部對(duì)被第一照明光照射的感興趣區(qū)進(jìn)行成像以獲取第一幀的三色信號(hào)。優(yōu)選的是圖像信號(hào)獲取部對(duì)被第二照明光照射的感興趣區(qū)進(jìn)行成像以獲取第二幀的三色信號(hào)。優(yōu)選的是圖像信號(hào)獲取部對(duì)被第三照明光照射的感興趣區(qū)進(jìn)行成像以獲取第三幀的三色信號(hào)。優(yōu)選的是偏移量計(jì)算器計(jì)算第一幀與第二幀的相同色彩的色彩信號(hào)的圖像之間的第一偏移量和第二幀與第三幀的相同色彩的色彩信號(hào)的圖像之間的第二偏移量。優(yōu)選的是配準(zhǔn)部根據(jù)第一偏移量和第二偏移量使第一幀、第二幀和第三幀的色彩信 號(hào)中用于計(jì)算氧飽和度水平的預(yù)定色彩信號(hào)的圖像對(duì)準(zhǔn)。
本發(fā)明的用于內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的處理器裝置包括接收器、偏移量計(jì)算器、配準(zhǔn)部和氧飽和度圖像發(fā)生器。接收器從內(nèi)窺鏡裝置接收第一幀和第二幀中的每一個(gè)的三色信號(hào)。偏移量計(jì)算器根據(jù)相同色彩的色彩信號(hào)計(jì)算第一幀的圖像與第二幀的圖像之間的偏移量。配準(zhǔn)部根據(jù)偏移量使第一幀和第二幀的色彩信號(hào)中用于計(jì)算血液中的血色素的氧飽和度水平的預(yù)定色彩信號(hào)的圖像對(duì)準(zhǔn)。氧飽和度圖像發(fā)生器根據(jù)對(duì)準(zhǔn)的預(yù)定色彩信號(hào)生成氧飽和度水平的氧飽和度圖像。本發(fā)明的圖像生成方法包括獲取步驟、計(jì)算步驟、配準(zhǔn)步驟以及生成不好走。在獲取步驟中，至少具有不同波長范圍的第一照明光和第二照明光在相應(yīng)的幀中被施加到包括血管的感興趣區(qū)。通過具有至少由三原色構(gòu)成的像素陣列的彩色圖像傳感器在每一個(gè)幀中對(duì)感興趣區(qū)進(jìn)行成像。彩色圖像傳感器圖像對(duì)被第一照明光照射的感興趣區(qū)進(jìn)行成像以獲取第一幀的三色信號(hào)。彩色圖像傳感器圖像對(duì)被第二照明光照射的感興趣區(qū)進(jìn)行成像以獲取第二幀的三色信號(hào)。在計(jì)算步驟中，根據(jù)相同色彩的色彩信號(hào)計(jì)算第一幀的圖像與第二幀的圖像之間的偏移量。在對(duì)準(zhǔn)步驟中，根據(jù)偏移量使第一幀和第二幀的色彩信號(hào)中用于計(jì)算血液中的血色素的氧飽和度水平的預(yù)定色彩信號(hào)的圖像。在生成步驟中，根據(jù)對(duì)準(zhǔn)的色彩信號(hào)生成氧飽和度水平的氧飽和度圖像。根據(jù)本發(fā)明，相應(yīng)幀的根據(jù)相同色彩的色彩信號(hào)生成的圖像之間的偏移量被計(jì)算以使幀彼此對(duì)準(zhǔn)。因此，色彩信號(hào)彼此被精確地對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)精確對(duì)準(zhǔn)的色彩信號(hào)對(duì)氧飽和度水平進(jìn)行成像。因此，氧飽和度水平的信息被準(zhǔn)確地顯示。圖像中表層血管和深層血管彼此對(duì)精確對(duì)準(zhǔn)。


本發(fā)明的以上及其它目的和優(yōu)點(diǎn)當(dāng)結(jié)合附圖獲悉時(shí)從優(yōu)選實(shí)施例的以下具體描述變得更加清楚，其中整個(gè)視圖中相同的附圖表示相同或相應(yīng)的部件，其中:圖1是內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的外視圖；圖2是內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的方框圖；圖3是顯示第一白色光和第二白色光的發(fā)射光譜的曲線圖；圖4A顯示了圖像傳感器的B、G和R像素的排列；

圖4B是顯示B、G和R像素中的每一個(gè)的光譜透射率的曲線圖；圖5A是描述在正常模式下圖像傳感器的成像控制的說明圖；圖5B被描述在氧飽和度模式下的圖像傳感器的成像控制的說明圖；圖6是描述幀之間的偏移量的計(jì)算和配準(zhǔn)處理的說明圖；圖7A-7G是描述用于計(jì)算方形區(qū)域SI在X方向上的偏移量Λ Xl和方形區(qū)域SI在Y方向上的偏移量Λ Yl的方法的說明圖；圖8是顯示藍(lán)色圖像FRlb和綠色圖像FR2g的配準(zhǔn)的說明圖；圖9是顯示氧飽和度水平和信號(hào)比B1/G2和R2/G2的相關(guān)性的曲線圖；圖10是顯示血色素的吸收系數(shù)的曲線圖；圖11是顯示血量和信號(hào)比R2/G2的相關(guān)性的曲線圖；圖12是描述如何使用圖9的曲線圖從信號(hào)比獲得氧飽和度水平的曲線圖；圖13是顯示在氧飽和度模式下的過程的流程圖14是另一個(gè)實(shí)施例的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的方塊圖15示出了旋轉(zhuǎn)濾光器；
圖16是顯示旋轉(zhuǎn)濾光器的B濾光部、G濾光部、R濾光部和BN濾光部中的每一個(gè)的光譜透射率的曲線圖17A是描述另一個(gè)實(shí)施例的在正常模式下的成像控制的說明圖17B是描述另一個(gè)實(shí)施例的在氧飽和度模式下的成像控制的說明圖18是顯示另一個(gè)實(shí)施例的幀之間的偏移量的計(jì)算和配準(zhǔn)處理的說明圖19是顯示藍(lán)色圖像FRlb和綠色圖像FR2g的配準(zhǔn)的說明圖；以及
圖20是顯示紅色圖像FR3r和綠色圖像FR2g的配準(zhǔn)的說明圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)10設(shè)有光源裝置11、內(nèi)窺鏡裝置12、處理器裝置13、顯示裝置14和輸入裝置15。光源裝置11產(chǎn)生照明光。當(dāng)用照明光照射對(duì)像中的感興趣區(qū)時(shí)， 內(nèi)窺鏡裝置12對(duì)所述感興趣區(qū)成像。處理器裝置13執(zhí)行通過用內(nèi)窺鏡裝置12成像而獲得圖像信號(hào)的圖像處理。顯示裝置14顯示由圖像處理等生成的內(nèi)窺鏡圖像。輸入裝置15 包括鍵盤等。
內(nèi)窺鏡裝置12從操作部16側(cè)依此順序設(shè)有柔性管部17、彎曲部18和遠(yuǎn)端部19。 柔性管部17在體腔內(nèi)并沿著體腔彎曲。兩個(gè)角度旋鈕16a設(shè)置在操作部16上。彎曲部18 通過旋轉(zhuǎn)兩個(gè)角度旋鈕16a而在彼此正交的兩個(gè)方向上彎曲。通過在兩個(gè)方向上的彎曲組合，彎曲部18以任意期望的角度并在任意期望的方向上彎曲以將遠(yuǎn)端部19朝向感興趣區(qū)引導(dǎo)。
內(nèi)窺鏡系統(tǒng)10設(shè)有正常模式和氧飽和度模式。在正常模式下，正常圖像被顯示在顯示裝置14上。正常圖像是在從藍(lán)色到紅色的波長范圍內(nèi)的可見光的對(duì)像圖像。在氧飽和度模式下，氧飽和度圖像被顯示在顯示裝置14上。氧飽和度圖像是表示感興趣區(qū)中的血管內(nèi)的血色素的氧飽和度水平的圖像。這些模式基于信息輸入根據(jù)需要通過內(nèi)窺鏡裝置12 的切換開關(guān)21、輸入裝置15等被切換。
如圖2所示，光源裝置11設(shè)有兩種激光器LDl和LD2以及光源控制器20。激光器 LDl發(fā)射具有473nm的中心波長的第一激光束。通過設(shè)置在內(nèi)窺鏡裝置12的遠(yuǎn)端部19中的磷光體50對(duì)第一激光束進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換。磷光體50將第一激光束轉(zhuǎn)換成第一白色光(偽白色光)。激光器LD2發(fā)射具有445nm的中心波長的第二激光束。通過磷光體50也對(duì)第二激光束進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換，并且第二激光束被轉(zhuǎn)換成第二白色光。要注意的是第一激光束優(yōu)選地在440nm至460nm的波長范圍 內(nèi)。第二激光束優(yōu)選地在460nm至480nm的波長范圍內(nèi)。
從激光器LDl發(fā)射的第一激光束通過聚光透鏡(未不出)入射在光纖24上。從激光器LD2發(fā)射的第二激光束通過聚光透鏡(未不出)入射在光纖25上。要注意的是激光器LDl和LD2可以例如是寬區(qū)域類型InGaN激光二極管、InGaNAs激光二極管或GaNAs激光二極管。
光源控制器20控制或調(diào)節(jié)激光器LDl和LD2中的每一個(gè)的發(fā)射時(shí)序。在該實(shí)施例中，在正常模式中，激光器LD2被打開，同時(shí)激光器LDI關(guān)閉。在氧飽和度模式中，激光器 LDl和LD2逐幀地被相互切換。即，例如，在一個(gè)幀中，激光器LDl被打開，同時(shí)激光器LD2被關(guān)閉。在下一個(gè)巾貞中，LDl被打開，同時(shí)激光器LD2被關(guān)閉。分束器22將來自光纖24的第一激光束分成兩個(gè)路徑。激光束的兩個(gè)路徑入射在相應(yīng)的光導(dǎo)28和29上。分束器22還將來自光纖25的第二激光束分成兩個(gè)路徑。激光束的兩個(gè)路徑入射在相應(yīng)的光導(dǎo)28和29上。光導(dǎo)28和29中的每一個(gè)都由光纖的光纖束構(gòu)成。內(nèi)窺鏡裝置12是電子內(nèi)窺鏡。內(nèi)窺鏡裝置12設(shè)有發(fā)光部33、成像部34和連接器36。發(fā)光部33將透射通過光導(dǎo)28和29的激光束的兩個(gè)路徑施加到感興趣區(qū)。成像部34對(duì)感興趣區(qū)成像。連接器36以可拆卸的方式連接內(nèi)窺鏡裝置12、光源裝置11和處理器裝置13。發(fā)光部33設(shè)有兩個(gè)照明窗43和44。成像部34設(shè)置在照明窗43與44之間。照明窗43和44中的每一個(gè)都將第一白色光或第二白色光施加到感興趣區(qū)。成像部34設(shè)有位于遠(yuǎn)端部19的近似中心處的捕獲窗42。捕獲窗42接收從感興趣區(qū)反射的反射光。投射單兀47和54分別容納在照明窗43和44的后面。來自光導(dǎo)28的第一激光束或第二激光束從投射單元47被投射到磷光體50。來自光導(dǎo)29的第一激光束或第二激光束從投射單元54被投射到另一磷光體50。在通過第一激光束進(jìn)行照射時(shí)，磷光體50通過相應(yīng)的透鏡51朝向感興趣區(qū)發(fā)射第一白色光。在通過第二激光束進(jìn)行照射時(shí)，磷光體50通過相應(yīng)的透鏡51朝向感興趣區(qū)發(fā)射第二白色光。磷光體50包括諸如YAG或BAM(BaMgAlltlO17)的熒光物質(zhì)。這些熒光物質(zhì)吸收來自激光器LDl和LD2的第一激光束和第二激光束的一部分。當(dāng)通過第一激光束或第二激光束進(jìn)行照射時(shí)，被激發(fā)的磷光體50發(fā)射從綠色到紅色的光(熒光)。熒光和未被吸收并透射通過磷光體50的激發(fā)光(第一激光束或第二激光束)合并以產(chǎn)生白色光(偽白色光)。要注意的是磷光體50優(yōu)選地具有大致長方體形狀。熒光物質(zhì)可以通過粘合劑形成為大致長方體磷光體50。·熒光物質(zhì)的混合物可以在諸如無機(jī)玻璃的樹脂上形成為大致長方體磷光體50。Micro White (或麗,注冊(cè)商標(biāo))可以用作磷光體50。如圖3所示，當(dāng)?shù)谝患す馐肷湓谕渡鋯卧?7和54上時(shí)，具有中心波長為473nm的第一激光束的波長范圍和近似480nm至700nm的波長范圍的第一白色光朝向感興趣區(qū)被發(fā)射。通過第一激光束激發(fā)的熒光的發(fā)射強(qiáng)度在近似480nm至700nm的波長范圍內(nèi)增加。當(dāng)?shù)诙す馐肷湓谕渡鋯卧?7和54上時(shí)，具有中心波長為445nm的第二激光束的波長范圍和近似460nm至700nm的波長范圍的第二白色光朝向感興趣區(qū)被發(fā)射。由第二激光束激發(fā)的熒光的發(fā)射強(qiáng)度在近似460nm至700nm的波長范圍內(nèi)增加。要注意的是本發(fā)明的白色光不需要包括可見光的所有波長成分。以示例的方式使用上述偽白色光。白色光可以包括在特定波長范圍內(nèi)的諸如原色(紅色(R)、綠色(G)或藍(lán)色(B))的光的光。本發(fā)明的白色光可以例如是具有從綠色到紅色的波長成分的光或具有從藍(lán)色到綠色的波長成分的光。諸如物鏡單元(未示出)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在捕獲窗42的后面。物鏡單元捕獲對(duì)像中的感興趣區(qū)的圖像光。圖像傳感器60設(shè)置在物鏡單元的后面。圖像傳感器60接收感興趣區(qū)的圖像光以對(duì)該圖像光成像。圖像傳感器60例如是CCD (電荷耦合裝置)或CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體器)。圖像傳感器60由成像控制器70控制。圖像傳感器60的光接收表面(成像表面)接收來自物鏡單元光。圖像傳感器60以光電方式將接收到的光轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)(模擬信號(hào))并輸出該圖像信號(hào)。圖像傳感器60是彩色CCD。如圖4A所示，像素群以矩陣陣列布置在圖像傳感器60的光接收表面中。像素群由多個(gè)像素組構(gòu)成，且每一個(gè)都包括B像素60b、 G像素60g和R像素60r。B像素60b設(shè)有B濾色器。G像素60g設(shè)有G濾色器。R像素60r 設(shè)有R濾色器。B濾色器、G濾色器和R濾色器分別顯示如在圖4B中由曲線63、64和65所示的在藍(lán)色波段、綠色波段和紅色波段中的光譜透射率。因此，來自被第一白色光或第二白色光照射的感興趣區(qū)的反射光根據(jù)反射光的波長穿過R濾色器、G濾色器和B濾色器。
從圖像傳感器60輸出的模擬圖像信號(hào)通過儀器電纜67被輸入到A/D轉(zhuǎn)換器68。 A/D轉(zhuǎn)換器68根據(jù)模擬圖像信號(hào)的電壓電平將模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)。數(shù)字圖像信號(hào)通過連接器36被輸入給處理器裝置13的圖像處理器73。
處理器裝置13設(shè)有控制器72、圖像處理器73、和存儲(chǔ)器74。顯示裝置14和輸入裝置15連接到控制器72。控制器72根據(jù)從輸入裝置15或內(nèi)窺鏡裝置12的切換開關(guān)輸入的信息控制圖像處理器73、光源裝置11的光源控制器20、內(nèi)窺鏡裝置12的成像控制器70 和顯示裝置14中的每一個(gè)的操作。
圖像處理器73設(shè)有正常圖像處理器80和氧飽和度圖像處理器81。圖像處理器 73執(zhí)行從內(nèi)窺鏡裝置12獲取到的圖像信號(hào)的圖像處理。正常圖像處理器80執(zhí)行在正常模式下獲取到的圖像信號(hào)的圖像處理。因此，正常圖像被生成。
如圖5A所示，在正常模式下，在一個(gè)幀周期中執(zhí)行兩個(gè)步驟:累積步驟和讀取步驟。在累積步驟中，由第二白色光(被表示為“445nm+磷光體”，表示通過將445nm的第二激光束施加到磷光體50生成第二白色光)的光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷。在讀取步驟中，累積的電荷被讀出。累積步驟和讀取步驟在正常模式中交替重復(fù)。
在氧飽和度模式中，如圖5B所示，在第一幀和第二幀中的每一個(gè)中執(zhí)行累積步驟和讀取步驟。在第一幀的累積步驟中，由第一白色光(表示為“473nm+MW”，表示通過將 473nm的第一激光束施加到磷光體50生成第一白色光)的光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷被累積。在第一幀的讀取步驟中，讀出被累積的電荷。在第二幀的累積步驟中，由第二白色光的光電轉(zhuǎn)換生成的電荷被累積。在第二幀的讀取步驟中，讀出累積的電荷。在氧飽和度模式中重復(fù)對(duì)兩個(gè)幀的成像控制。
在氧飽和度模式下在第一幀中，藍(lán)色信號(hào)B1、綠色信號(hào)Gl和紅色信號(hào)Rl從圖像傳感器60的相應(yīng)B像素、G像素和R像素被輸出。在氧飽和度模式下在第二幀中，藍(lán)色信號(hào) B2、綠色信號(hào)G2和紅色信號(hào)R2分別從B像素、G像素和R像素被輸出。
如圖6所示，基于從內(nèi)窺鏡裝置12輸入的圖像信號(hào)，氧飽和度圖像處理器81計(jì)算感興趣區(qū)中的血液內(nèi)的血色素的氧飽和度水平并生成表示氧飽和度水平的氧飽和度圖像。 為了計(jì)算氧飽和度水平，如圖6所示，以示例的方式使用第一幀的藍(lán)色信號(hào)BI以及第二幀的綠色信號(hào)G2和紅色信號(hào)R2。
在計(jì)算氧飽和 度水平之前，在用于計(jì)算氧飽和度水平的信號(hào)B1、G2和R2中執(zhí)行配準(zhǔn)或?qū)?zhǔn)過程以校正對(duì)準(zhǔn)誤差(第一幀與第二幀之間的色彩配準(zhǔn)誤差和圖像配準(zhǔn)誤差)。 使用同樣色彩的圖像計(jì)算幀之間的偏移量。通常，由于血色素的吸收特性和消化道粘膜的散射特性，因此根據(jù)所使用的波長不同地對(duì)血管進(jìn)行成像。為此，使用同樣色彩的圖像信號(hào)計(jì)算的偏移量(或圖像之間的偏移量)比使用不同色彩的圖像信號(hào)(例如，藍(lán)色信號(hào)和紅色信號(hào))計(jì)算的偏移量更加準(zhǔn)確。在該實(shí)施例中，使用綠色信號(hào)Gl和G2計(jì)算各個(gè)幀的圖像之間的偏移量。氧飽和度圖像處理器81設(shè)有偏移量計(jì)算器82、配準(zhǔn)部83、信號(hào)比計(jì)算器84、相關(guān)性存儲(chǔ)器85、氧飽和度計(jì)算器86和氧飽和度圖像發(fā)生器88。偏移量計(jì)算器82計(jì)算第一幀的圖像信號(hào)與第二幀的圖像信號(hào)之間的偏移量AF(更確切地，相應(yīng)幀的圖像之間的偏移量Λ F)。使用第一幀的綠色信號(hào)Gl和第二幀的綠色信號(hào)G2計(jì)算偏移量AF。綠色信號(hào)Gl的信號(hào)特征類似于綠色信號(hào)G2的信號(hào)特征。首先，如圖7Α和7Β所示，一個(gè)幀中的每一個(gè)綠色信號(hào)Gl和G2的所有像素被分成在縱向方向和橫向方向上以3X3的方式排列的九個(gè)方形區(qū)域SI至S9。這里，X方向表示諸如綠色信號(hào)Gl和2的圖像信號(hào)的縱向方向。Y方向表不圖像信號(hào)的橫向方向。接下來，如圖7C-7F所示，產(chǎn)生綠色信號(hào)Gl的方形區(qū)域SI在X方向上的累積直方圖ΗΧ1，并且產(chǎn)生綠色信號(hào)Gl的方形區(qū)域SI在Y方向上的累積直方圖ΗΥ1。累積直方圖中的每一個(gè)都表示方形區(qū)域SI在X方向或Y方向上的像素值的頻率(發(fā)生的數(shù)量)。在累積直方圖中，垂直軸線表示頻率，而水平軸線表示像素值。以類似的方式，產(chǎn)生綠色信號(hào)G2的方形區(qū)域SI在X方向上的累積直方圖ΗΧ2，并且產(chǎn)生綠色信號(hào)G2的方形區(qū)域SI在Y方向上的累積直方圖ΗΥ2。然后，如圖7G所示，由累積直方圖HXl與累積直方圖ΗΧ2之間的比較運(yùn)算計(jì)算方形區(qū)域SI在X方向上的偏移量ΛΧ1。當(dāng)累積直方圖HXl的圖案基本上與累積直方圖ΗΧ2的圖案相同時(shí)，偏移量ΛΧ1是零或極小。偏移量ΛΧ1隨著累積直方圖HXl和ΗΧ2的圖案之間的差異增加而增加。以類似的方式，由累積直方圖HYl與累積直方圖ΗΥ2之間的比較運(yùn)算計(jì)算方形區(qū)域SI在Y方向上的偏移量ΛΥ1。當(dāng)計(jì)算方形區(qū) 域SI的偏移數(shù)量ΛΧ1和Λ Yl時(shí)，以類似于以上方式分別計(jì)算方形區(qū)域S2至S9的偏移量ΛΧ2至ΛΧ9以及偏移量八￥2至八￥9。在計(jì)算所有方形區(qū)域SI至S9在綠色信號(hào)Gl與G2之間的偏移量ΛΧ1至ΛΧ9以及偏移量Λ Yl至Λ Υ9之后，由公式(I)和(2)所示計(jì)算整個(gè)信號(hào)在X方向上的總偏移量(以下簡(jiǎn)稱為偏移量)AFx和整個(gè)信號(hào)在Y方向上的總偏移量(以下簡(jiǎn)稱為偏移量)AFy。AFx=AXl+AX2+...+ Δ X9 (I)AFy=AYl+AY2+...+ Δ Y9 (2)如圖8所不,偏移量AFx和AFy對(duì)應(yīng)于第一巾貞和第二巾貞的圖像之間的偏移量。圖8概念上顯不了圖像之間的偏移。偏移量計(jì)算器82計(jì)算偏移量AFx和AFy。配準(zhǔn)部83使用圖像之間的偏移量Λ Fx和Λ Fy對(duì)準(zhǔn)第一幀的藍(lán)色信號(hào)B1、第二幀的綠色信號(hào)G2和第二幀的紅色信號(hào)R2。藍(lán)色信號(hào)B1、綠色信號(hào)G2和紅色信號(hào)R2用于計(jì)算氧飽和度水平。配準(zhǔn)部83使由第一幀的藍(lán)色信號(hào)BI構(gòu)成的藍(lán)色圖像FRlb在一個(gè)方向上移動(dòng)偏移量AFx和AFy以消除相應(yīng)的第一幀與第二幀的圖像之間的偏移。這消除了相應(yīng)幀的圖像之間的偏移。因此，在第一幀的相應(yīng)藍(lán)色圖像FRlb、第二幀的綠色圖像FR2g和紅色圖像FR2r中的像素相互對(duì)準(zhǔn)。綠色圖像FR2g由第二幀的綠色信號(hào)G2構(gòu)成。紅色圖像FR2r由第二幀的紅色信號(hào)R2構(gòu)成。要注意的是，反之，可以移動(dòng)第二幀的圖像FR2g和FR2r以與第一幀的藍(lán)色圖像FRlb對(duì)準(zhǔn)。配準(zhǔn)(對(duì)準(zhǔn))允許準(zhǔn)確地計(jì)算氧飽和度水平。在配準(zhǔn)之后，信號(hào)比計(jì)算器84計(jì)算信號(hào)比B1/G2和R2/G2。信號(hào)比B1/G2是第一幀的藍(lán)色圖像FRlb和第二幀的綠色圖像FR2g中的相應(yīng)像素之間的信號(hào)比。信號(hào)比R2/G2 是第二幀的紅色信號(hào)FR2r和第二幀的綠色圖像FR2g中的相應(yīng)像素之間的信號(hào)比。對(duì)第一幀和第二幀中的每一個(gè)像素計(jì)算信號(hào)比。要注意的是可以僅對(duì)圖像信號(hào)的脈管部分中的像素計(jì)算信號(hào)比。根據(jù)脈管部分的圖像信號(hào)與不是脈管部分的部分的圖像信號(hào)之間的差異確定脈管部分。
相關(guān)性存儲(chǔ)器85儲(chǔ)存信號(hào)比B1/G2、R2/G2和氧飽和度水平間的相關(guān)性。如圖9 所示，相關(guān)性存儲(chǔ)在二維表格中，在所述二維表格中，氧飽和度水平的等高線被限定在二維空間中。等高線的位置和形狀由光散射的物理模擬獲得，并根據(jù)血量變化。例如，等高線之間的間隔隨著血量的變量增加或減小。這里，信號(hào)比B1/G2和R2/G2以對(duì)數(shù)標(biāo)尺被存儲(chǔ)。
上述相關(guān)性與圖10所示的氧基血紅素和去氧基血紅素的光吸收特性和光散射特性密切相關(guān)。這里，曲線90顯示了氧基血紅素的吸收系數(shù)。曲線91顯示了去氧基血紅素的吸收系數(shù)。容易通過473nm的光獲得關(guān)于氧飽和度水平的信息，其中在473nm的光下，氧基血紅素的吸收系數(shù)與去氧基血紅素的吸收系數(shù)之間的差較大。然而，包括對(duì)應(yīng)于473nm 的光的信號(hào)成分的藍(lán)色信號(hào)BI高度取決于氧飽和度水平和血量。為了在不依賴于血量的情況下準(zhǔn)確地計(jì)算氧飽和度水平，除了藍(lán)色信號(hào)BI之外，還使用信號(hào)比B1/G2和R2/G2。利用藍(lán)色信號(hào)B1、紅色信號(hào)R2和綠色信號(hào)G2計(jì)算信號(hào)比B1/G2和R2/G2。紅色信號(hào)R2對(duì)應(yīng)于主要基于血量變化的光。綠色信號(hào)G2是藍(lán)色信號(hào)BI和紅色信號(hào)R2的基準(zhǔn)信號(hào)。
要注意的是相關(guān)性存儲(chǔ)器85還存儲(chǔ)如圖11所示的信號(hào)比R1/G1與血量之間的相關(guān)性。相關(guān)性被存儲(chǔ)在一維表格中，在所述一維表格中，血量隨著信號(hào)比R1/G1的增加而增加。信號(hào)比R1/G1與血量之間的相關(guān)性用于計(jì)算血量。
基于血液中的血色素的吸收系數(shù)的波長相關(guān)特性，存在三個(gè)要點(diǎn)。
1.在接近470nm的波長范圍內(nèi)(例如，在具有470nm±10nm的中心波長的藍(lán)色波長范圍內(nèi))，吸收系數(shù)根據(jù)氧飽和度水平的變化而顯著變化。
2.當(dāng)在從540nm到580nm的綠色波長范圍內(nèi)被平均時(shí)，吸收系數(shù)很可能不受氧飽和度水平的影響。
3.在從590nm至700nm的紅色波長范圍內(nèi)，吸收系數(shù)表現(xiàn)根據(jù)氧飽和度水平的變化而顯著變化。然而，實(shí)際上，吸收系數(shù)很可能不受氧飽和度水平的影響，這是因?yàn)槲障禂?shù)的值極其小。
如圖9所示， 信號(hào)比B1/G2的信號(hào)值隨著信號(hào)比R2/G2的增加而增加(即，等于0% 極限的氧飽和度水平的等高線朝向右上方方向延伸)。這是因?yàn)檠亢托盘?hào)比R2/G2彼此相關(guān)，即，血量隨著信號(hào)比R2/G2的增加而增加。在信號(hào)B1、G2和R2的信號(hào)值中，當(dāng)血量增加時(shí)，綠色信號(hào)G2的信號(hào)值在藍(lán)色信號(hào)BI的信號(hào)值之后最大程度地減小。這是因?yàn)榫G色信號(hào)G2中的波長成分(540nm至580nm)的吸收系數(shù)高于藍(lán)色信號(hào)BI中的波長成分(大約 470nm)的吸收系數(shù)(參見圖10)。因此，在信號(hào)比B1/G2中，隨著血量的增加，信號(hào)值G2 (分母)的減小大于信號(hào)值BI (分子)的減小。即，信號(hào)比B1/G2隨著血量的增加而增加。
氧飽和度計(jì)算器86借助于存儲(chǔ)在相關(guān)性存儲(chǔ)器85中的相關(guān)性以及由信號(hào)比計(jì)算器84計(jì)算的信號(hào)比B1/G2和R2/G2計(jì)算每一個(gè)像素中的氧飽和度水平。如圖12所示，根據(jù)存儲(chǔ)在相關(guān)性存儲(chǔ)器85中的相關(guān)性確定對(duì)應(yīng)于由信號(hào)比計(jì)算器84計(jì)算的信號(hào)比Bl*/G2* 和R2*/G2*的點(diǎn)P。當(dāng)點(diǎn)P位于下限線93 (氧飽和度水平=0%極限)和上限線94 (氧飽和度水平=100%極限)之間時(shí)，氧飽和度水平是由點(diǎn)P所定位的等高線表示的百分比。例如，在圖12中，點(diǎn)P位于“60%”的等高線上，使得氧飽和度水平的百分比為60%。如果點(diǎn)P位于下限線93與上限線94之間的范圍外，例如，當(dāng)點(diǎn)P位于下限線93以上時(shí)，確定氧飽和度水平為0%。當(dāng)點(diǎn)P位于上限線94以下時(shí)，確定氧飽和度水平為100%。要注意的是當(dāng)點(diǎn)P位于下限線93與上限線94之間的范圍外時(shí)，像素中的氧飽和度水平的可靠性可能會(huì)降低從 而不顯示氧飽和度水平。氧飽和度圖像發(fā)生器88根據(jù)由氧飽和度計(jì)算器86計(jì)算的氧飽和度水平生成氧飽和度圖像。氧飽和度圖像被顯示在顯示裝置14上。氧飽和度圖像可以以例如對(duì)應(yīng)于不同氧飽和度水平的色彩(稱為“偽色彩”，其中偽色彩不同于在正常圖像中使用的標(biāo)準(zhǔn)色彩)被顯示?？蛇x地，在氧飽和度圖像中僅氧飽和度水平小于預(yù)定值的缺氧或低氧區(qū)域可以以偽色彩被顯示，而除了該缺氧或低氧區(qū)域之外的區(qū)域可以以在正常圖像中所使用的標(biāo)準(zhǔn)色彩被顯示。接下來，參照?qǐng)D13的流程圖，描述本發(fā)明的操作。當(dāng)使用內(nèi)窺鏡裝置12的切換開關(guān)21將正常模式切換到氧飽和度模式時(shí)，具有473nm的中心波長的第一激光束激發(fā)磷光體50以發(fā)射第一白色光。第一白色光照射感興趣區(qū)。作為由B像素、G像素和R像素構(gòu)成的彩色CCD的圖像傳感器60對(duì)來自感興趣區(qū)的反射光進(jìn)行成像。因此，獲得第一幀的圖像信號(hào)。圖像信號(hào)由藍(lán)色信號(hào)B1、綠色信號(hào)Gl和紅色信號(hào)Rl構(gòu)成。之后，具有445nm的中心波長的第二激光束激發(fā)磷光體50以發(fā)射第二白色光。第二白色光照射感興趣區(qū)。圖像傳感器60對(duì)來自感興趣區(qū)的反射光進(jìn)行成像。因此，獲得第二幀的圖像信號(hào)。該圖像信號(hào)由藍(lán)色信號(hào)B2、綠色信號(hào)G2和紅色信號(hào)R2構(gòu)成。當(dāng)獲得第二幀的圖像信號(hào)時(shí)，偏移量計(jì)算器82計(jì)算第一幀的綠色圖像FRlg與第二幀的綠色圖像FR2g在X方向上的偏移量Λ Fx和在Y方向上的偏移量AFy。根據(jù)綠色圖像FRlg和FR2g的方形區(qū)域SI之間的偏移量、方形區(qū)域S2之間的偏移量、方形區(qū)域S3之間的偏移量、方形區(qū)域S4之間的偏移量、方形區(qū)域S5之間的偏移量、方形區(qū)域S6之間的偏移量、方形區(qū)域S7之間的偏移量、方形區(qū)域S8之間的偏移量、方形區(qū)域S9之間的偏移量計(jì)算偏移量Λ Fx和AFy。根據(jù)偏移量Λ Fx和Λ Fy，用于計(jì)算氧飽和度水平的藍(lán)色圖像FRlb、綠色圖像FR2g和紅色圖像FR2r相互對(duì)準(zhǔn)。然后，信號(hào)比計(jì)算器84計(jì)算第一幀與第二幀的圖像或第二幀的圖像的相應(yīng)像素之間的信號(hào)比B1/G2和R2/G2。對(duì)每一個(gè)像素計(jì)算該信號(hào)比B1/G2和R2/G2。之后，氧飽和度計(jì)算器86由存儲(chǔ)在相關(guān)性存儲(chǔ)器85中的相關(guān)性計(jì)算對(duì)應(yīng)于由信號(hào)比計(jì)算器84計(jì)算的信號(hào)比B1/G2和R2/G2的氧飽和度水平。對(duì)每一個(gè)像素計(jì)算氧飽和度水平。根據(jù)氧飽和度水平，生成氧飽和度圖像。將氧飽和度圖像顯示在顯示裝置14上。要注意的是，在以上實(shí)施例中，來自半導(dǎo)體光源的照明光用于照射對(duì)像中的感興趣區(qū)?？蛇x地，可以使用發(fā)射寬波段光的諸如氙氣燈的白色光源。在這種情況下，旋轉(zhuǎn)濾光器用于分離期望波長(一個(gè)或多個(gè))的光與寬波段光以照射感興趣區(qū)(旋轉(zhuǎn)濾光法)。在圖14中，除了內(nèi)窺鏡裝置101和光源裝置102之外，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)100具有類似于內(nèi)窺鏡系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。以下，描述內(nèi)窺鏡裝置101和光源裝置102中的每一個(gè)的結(jié)構(gòu)及其相關(guān)部件。除了內(nèi)窺鏡裝置101和光源裝置102之外的部件的描述被省略。內(nèi)窺鏡裝置101與內(nèi)窺鏡裝置12的不同在于遠(yuǎn)端部的發(fā)光部33不設(shè)有磷光體50。來自光源裝置102的光通過光導(dǎo)28和29施加到感興趣區(qū)。除了此，內(nèi)窺鏡裝置101 類似于內(nèi)窺鏡裝置12。
光源裝置102設(shè)有白色光源110、旋轉(zhuǎn)濾光器112、電動(dòng)機(jī)113、切換結(jié)構(gòu)114。白色光源Iio發(fā)射寬波段光BB(400nm至700nm)。旋轉(zhuǎn)濾光器112將寬波段光BB分離成B、G 和R三種色彩。電動(dòng)機(jī)113連接到旋轉(zhuǎn)濾光器112的旋轉(zhuǎn)軸線112a從而以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)濾光器112。切換機(jī)構(gòu)114在徑向方向上切換旋轉(zhuǎn)濾光器112。
白色光源110設(shè)有光源主體I IOa和孔徑光闌110b。光源主體IlOa發(fā)射寬波段光 BB。孔徑光闌IlOb改變或調(diào)節(jié)寬波段光BB的光量。光源主體IlOa例如由氙氣燈、鹵素?zé)艋蚪饘冫u素?zé)魳?gòu)成?？讖焦怅@IlOB的開口的尺寸由光量控制器(未示出)控制。
如圖15所示，旋轉(zhuǎn)濾光器112繞著連接到電動(dòng)機(jī)113的旋轉(zhuǎn)軸112a旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)濾光器112沿徑向方向從旋轉(zhuǎn)軸112a依此順序設(shè)有第一濾光區(qū)域120和第二濾光區(qū)域121。 第一濾光區(qū)域120和第二濾光區(qū)域121具有不同的藍(lán)色通帶。第一濾光區(qū)域120和第二濾光區(qū)域121中的一個(gè)根據(jù)所選擇的模式設(shè)定在寬波段光BB的光路上。在正常模式中，第一濾光區(qū)域120設(shè)定在寬波段光BB的光路上。在氧飽和度模式中，第二濾光區(qū)域121設(shè)定在寬波段光BB的光路上。切換機(jī)構(gòu)114在徑向方向上切換旋轉(zhuǎn)濾光器112以從第一濾光區(qū)域120切換到第二濾光區(qū)域121，反之亦然。
第一濾光區(qū)域120設(shè)有B濾光部120a、G濾光部120b和R濾光部120c，每一個(gè)都為具有120度圓心角的扇形形狀。如圖16所示，B濾光部120a將藍(lán)色波段(380nm至500nm) 的B光從寬波段光BB發(fā)射出來。G濾光部120b將綠色波段(450nm至630nm)的G光從寬波段光BB發(fā)射出來。R濾光部120c將紅色波段(580nm至760nm)的R光從寬波段光BB發(fā)射出來。B光、G光和R光根據(jù)旋轉(zhuǎn)濾光器112的旋轉(zhuǎn)順次通過旋轉(zhuǎn)濾光器112。B光、G光和RR通過聚光透鏡116和光纖117入射在光導(dǎo)28和29上。
第二濾光區(qū)域121設(shè)有BN濾光部121a、G濾光部121b和R濾光部121c，每一個(gè)都為具有120度圓心角的扇形形狀。G濾光部121b的光透射特性類似于G濾光部120b的光透射特性。R濾光部121c的光透射特性類似于R濾光部120c的光透射特性。如圖16所示，BN濾光部121從寬波段光BB中發(fā)射在450nm至500nm的波長范圍中的藍(lán)色窄波段光 BN。類似于G濾光部120b，G濾光部121b發(fā)射在綠色波段(450nm至630nm)中的G光。類似于R濾光部120c，R濾光部121c發(fā)射在紅色波段(580nm至760nm)中的R光。因此，BN 光、·G光和R光根據(jù)旋轉(zhuǎn)濾光器112的旋轉(zhuǎn)順次通過旋轉(zhuǎn)濾光器112。BN光、G光和R光通過聚光透鏡116和光纖117入射在光導(dǎo)28和29上。
因?yàn)閮?nèi)窺鏡系統(tǒng)100采用旋轉(zhuǎn)濾光法，因此對(duì)內(nèi)窺鏡系統(tǒng)100的成像控制不同于內(nèi)窺鏡系統(tǒng)10的成像控制。在正常模式中，如圖17A所示，B光、G光和R光通過旋轉(zhuǎn)濾光器的單個(gè)旋轉(zhuǎn)被連續(xù)發(fā)射。同時(shí)，彩色圖像傳感器60對(duì)感興趣區(qū)順次成像并輸出幀順序圖像信號(hào)(用于每一個(gè)色彩的照明光的藍(lán)色信號(hào)、綠色信號(hào)和紅色信號(hào)，在三個(gè)幀中總共9個(gè)色彩信號(hào))。在正常模式中重復(fù)該過程。根據(jù)輸出的幀順序圖像信號(hào)中對(duì)應(yīng)于B光的藍(lán)色信號(hào)、對(duì)應(yīng)于G光的綠色信號(hào)和對(duì)應(yīng)于R光的紅色信號(hào)生成作為通過白色光的照射獲得的圖像的正常光圖像。
在氧飽和度模式中，如圖17B所示，通過彩色圖像傳感器60在三個(gè)相應(yīng)幀中順次捕獲BN光的圖像光、G光的圖像光和R光的圖像光，并相應(yīng)地輸出幀順序圖像信號(hào)。在氧飽和度模式中重復(fù)該過程。要注意的是，在第一幀中，通過用BN光照射來進(jìn)行成像而分別獲得藍(lán)色信號(hào)、綠色信號(hào)和紅色信號(hào)，并且所述藍(lán)色信號(hào)、所述綠色信號(hào)和所述紅色信號(hào)被表示為bl、gl和rL.在第二幀中，通過用G光照射來進(jìn)行成像而分別獲得藍(lán)色信號(hào)、綠色信號(hào)和紅色信號(hào)，并且所述藍(lán)色信號(hào)、所述綠色信號(hào)和所述紅色信號(hào)被表示為b2、g2和r2。在第三幀中，通過用R光照射來進(jìn)行成像而分別獲得藍(lán)色信號(hào)、綠色信號(hào)和紅色信號(hào)，并且所述藍(lán)色信號(hào)、所述綠色信號(hào)和所述紅色信號(hào)被表示為b3、g3和r3。不同于以上實(shí)施例，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)100使用第一幀的藍(lán)色信號(hào)bl、第二幀的綠色信號(hào)g2和第三幀的紅色信號(hào)r3計(jì)算氧飽和度水平。在使用信號(hào)bl、g2、和r3計(jì)算氧飽和度水平之前，執(zhí)行配準(zhǔn)過程。在配準(zhǔn)過程中，由藍(lán)色信號(hào)bl構(gòu)成的圖像和由紅色信號(hào)r3構(gòu)成的圖像與由綠色信號(hào)g2構(gòu)成的圖像對(duì)準(zhǔn)。要注意的是藍(lán)色信號(hào)bl中的波長成分(450nm至500nm)不同于圖6所示的藍(lán)色信號(hào)BI中的波長成分(473nm的中心波長)。然而，在每一個(gè)波長成分中，氧基血紅素的吸收系數(shù)高于去氧基血紅素的吸收系數(shù)。因此，波長成分之間的差不會(huì)影響氧飽和度水平的計(jì)算。在配準(zhǔn)過程中，如圖18所示，計(jì)算第一幀與第二幀之間的第一偏移量和第二幀與第三幀之間的第二偏移量。第一偏移量是由綠色信號(hào)gl構(gòu)成的圖像與由綠色信號(hào)g2構(gòu)成的圖像之間的偏移量，其中由綠色信號(hào)gl構(gòu)成的圖像和由綠色信號(hào)g2構(gòu)成的圖像在信號(hào)特征和圖像結(jié)構(gòu)方面是類似的。為了計(jì)算第一偏移量，使用以上實(shí)施例中描述的用于計(jì)算偏移量的方法。因此，計(jì)算由綠色信號(hào)gl構(gòu)成的圖像與由綠色信號(hào)g2構(gòu)成的圖像之間在X方向上的偏移量Λ Flx和在Y方向上的偏移量Λ Fly。第二偏移量是由紅色信號(hào)r2構(gòu)成的圖像與由紅色信號(hào)r3構(gòu)成的圖像之間的偏移量，其中由紅色信號(hào)r2構(gòu)成的圖像和由紅色信號(hào)r3構(gòu)成的圖像在信號(hào)特征和圖像結(jié)構(gòu)方面是類似的。使用以上實(shí)施例中描述的用于計(jì)算偏移量的方法計(jì)算第二偏移量。因此，計(jì)算由紅色信號(hào)r2構(gòu)成的圖像與由紅色信號(hào)r3構(gòu)成的圖像之間在X方向上的偏移量Λ F2x和在Y方向上的偏移量AF2y。在計(jì)算相應(yīng)幀的圖 像之間的第一偏移量和第二偏移量中的每一個(gè)之后，如圖19所不，由第一巾貞的藍(lán)色信號(hào)bl構(gòu)成的圖像FRlb在一個(gè)方向上移動(dòng)第一偏移量(AFlx、AFly)以消除第一幀與第二幀之間的偏移。因此，由第一幀的藍(lán)色信號(hào)bl構(gòu)成的圖像FRlb與由第二幀的綠色信號(hào)g2構(gòu)成的圖像FR2g之間的偏移量被消除，因此，圖像FRlb和FR2g中的相應(yīng)像素相互對(duì)準(zhǔn)。如圖20所示，由第三幀的紅色信號(hào)r3構(gòu)成的圖像FR3r在一個(gè)方向上移動(dòng)第二偏移量(AF2x、AF2y)以消除第二幀與第三幀之間的偏移。因此，由第二幀的綠色信號(hào)g2構(gòu)成的圖像FR2g與由第三幀的紅色信號(hào)r3構(gòu)成的圖像FR3r之間的偏移量被消除，因此，圖像FRlb、FR2g和FR3r相互對(duì)準(zhǔn)或配準(zhǔn)。在圖像的配準(zhǔn)之后，根據(jù)藍(lán)色信號(hào)b1、綠色信號(hào)g2和紅色信號(hào)r3計(jì)算氧飽和度水平。因?yàn)槿齻€(gè)圖像(FRlb、FR2g和FR3r)彼此對(duì)準(zhǔn)，因此，每一個(gè)像素中的氧飽和度水平被準(zhǔn)確地計(jì)算。以類似于以上實(shí)施例的方式計(jì)算氧飽和度水平。要注意的是信號(hào)比bl/g2對(duì)應(yīng)于以上實(shí)施例的信號(hào)比B1/G2。信號(hào)比r3/g2對(duì)應(yīng)于以上實(shí)施例的信號(hào)比R2/G2。相關(guān)性存儲(chǔ)器85存儲(chǔ)信號(hào)比bl/g2和r3/g2與氧飽和度水平間的相關(guān)性。要注意的是氧飽和度水平在以上實(shí)施例中被成像?？蛇x地或此外，氧基血紅素指標(biāo)或去氧基血紅素可以被成像。使用公式“血量(氧基血紅素和去氧基血紅素的總和)X氧飽和度水平(%) ”計(jì)算氧基血紅素指標(biāo)。使用公式“血量X (100-氧飽和度水平)(%) ”計(jì)算去氧基血紅素指標(biāo)。
在本發(fā)明中可以進(jìn)行各種改變和修改，并且所述改變和修改可以被理解為在本發(fā)明內(nèi)。
要注意的是在以上實(shí)施例中，彩色圖像傳感器具有以矩陣布置的加原色(B、G和 R)的像素。代替地，可以使用減原色(￥』和0的像素陣列?？梢允褂美绨▎紊玚的4 種或更多種像素。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，包括發(fā)光部，用于在相應(yīng)的幀中至少將第一照明光和第二照明光施加到感興趣區(qū)，所述第一照明光的波長范圍不同于所述第二照明光的波長范圍，所述感興趣區(qū)包括血管；圖像信號(hào)獲取部，所述圖像信號(hào)獲取部具有彩色圖像傳感器，所述彩色圖像傳感器具有至少由三原色構(gòu)成的像素陣列，所述圖像信號(hào)獲取部在每一個(gè)幀中對(duì)所述感興趣區(qū)進(jìn)行成像，所述圖像信號(hào)獲取部對(duì)被所述第一照明光照射的感興趣區(qū)進(jìn)行成像以獲取第一幀的三色信號(hào)，所述圖像信號(hào)獲取部對(duì)被所述第二照明光照射的感興趣區(qū)進(jìn)行成像以獲取第二幀的三色信號(hào)；偏移量計(jì)算器，用于根據(jù)相同色彩的色彩信號(hào)計(jì)算所述第一幀的圖像與所述第二幀的圖像之間的偏移量；配準(zhǔn)部，用于根據(jù)所述偏移量對(duì)準(zhǔn)所述第一幀和所述第二幀的色彩信號(hào)中用于計(jì)算血液中的血色素的氧飽和度水平的預(yù)定色彩信號(hào)的圖像；氧飽和度圖像發(fā)生器，用于根據(jù)對(duì)準(zhǔn)的所述預(yù)定色彩信號(hào)生成所述氧飽和度水平的氧飽和度圖像；以及顯示部，用于顯示所述氧飽和度圖像。
2.據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，所述三色信號(hào)是藍(lán)色信號(hào)、綠色信號(hào)和紅色信號(hào)，所述第一照明光和所述第二照明光中的每一個(gè)都是白色光，以及所述偏移量計(jì)算器計(jì)算根據(jù)所述綠色信號(hào)生成的綠色圖像之間的偏移量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，所述第一幀的藍(lán)色信號(hào)和所述第二幀的綠色信號(hào)和紅色信號(hào)用于計(jì)算所述氧飽和度水平，并且所述配準(zhǔn)部移動(dòng)所述第一幀的藍(lán)色信號(hào)以與所述第二幀的綠色信號(hào)和紅色信號(hào)對(duì)準(zhǔn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，所述第一照明光和所述第二照明光是通過利用波長轉(zhuǎn)換器對(duì)具有不同波長范圍的相應(yīng)窄波段光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換而生成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng),其中,所述窄波段光中的每一個(gè)都是激光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，所述激光束的中心波長分別是473nm和 445nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中，所述發(fā)光部在相應(yīng)的幀中將所述第一照明光、所述第二照明光和所述第三照明光施加到所述感興趣區(qū)，并且所述第三照明光的波長范圍不同于所述第一照明光和所述第二照明光中的每一個(gè)的波長范圍，以及所述圖像信號(hào)獲取部在每一個(gè)幀中對(duì)所述感興趣區(qū)成像，并且所述圖像信號(hào)獲取部對(duì)被所述第一照明光照射的感興趣區(qū)進(jìn)行成像以獲取所述第一幀的三色信號(hào)，所述圖像信號(hào)獲取部對(duì)被所述第二照明光照射的感興趣區(qū)進(jìn)行成像以獲取所述第二幀的三色信號(hào)，以及所述圖像信號(hào)獲取部對(duì)被所述第三照明光照射的感興趣區(qū)進(jìn)行成像以獲取第三幀的三色信號(hào)，并且所述偏移量計(jì)算器計(jì)算第一幀與第二幀的相同色彩的色彩信號(hào)的圖像之間的第一偏移量和所述第二幀與所述第三幀的相同色彩的色彩信號(hào)的圖像之間的第二偏移量，并且配準(zhǔn)部根據(jù)所述第一偏移量和所述第二偏移量使所述第一幀、所述第二幀和所述第三幀的色彩信號(hào)中用于計(jì)算所述氧飽和度水平的預(yù)定色彩信號(hào)的圖像對(duì)準(zhǔn)。
8.一種用于內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的處理器裝置，所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)包括照明裝置和內(nèi)窺鏡裝置， 所述照明裝置在相應(yīng)的幀中至少將第一照明光和第二照明光施加到包括血管的感興趣區(qū)，所述第一照明光的波長范圍不同于所述第二照明光的波長范圍，所述內(nèi)窺鏡裝置利用彩色圖像傳感器在每一個(gè)幀中對(duì)所述感興趣區(qū)進(jìn)行成像，所述彩色圖像傳感器具有至少由三原色構(gòu)成的像素陣列，所述內(nèi)窺鏡裝置對(duì)被所述第一照明光照射的感興趣區(qū)進(jìn)行成像以獲取第一幀的三色信號(hào)，所述內(nèi)窺鏡裝置對(duì)被所述第二照明光照射的感興趣區(qū)進(jìn)行成像以獲取第二幀的三色信號(hào)，所述處理器裝置包括 接收器，用于從所述內(nèi)窺鏡裝置接收所述第一幀和所述第二幀中的每一個(gè)的三色信號(hào); 偏移量計(jì)算器，用于根據(jù)相同色彩的色彩信號(hào)計(jì)算所述第一幀的圖像與所述第二幀的圖像之間的偏移量； 配準(zhǔn)部，用于根據(jù)所述偏移量使所述第一幀和所述第二幀的色彩信號(hào)中的用于計(jì)算血液中的血色素的氧飽和度水平的預(yù)定色彩信號(hào)對(duì)準(zhǔn)；和 氧飽和度圖像發(fā)生器，用于根據(jù)對(duì)準(zhǔn)的所述預(yù)定色彩信號(hào)生成所述氧飽和度水平的氧飽和度圖像。
9.一種圖像生成方法，包括以下步驟 在相應(yīng)的幀中至少將具有不同波長范圍的第一照明光和第二照明光施加到包括血管的感興趣區(qū)，并且通過彩色圖像傳感器在每一個(gè)幀中對(duì)所述感興趣區(qū)進(jìn)行成像，所述彩色圖像傳感器具有至少由三原色構(gòu)成的像素陣列，所述彩色圖像傳感器對(duì)被所述第一照明光照射的感興趣區(qū)進(jìn)行成像以獲取第一幀的三色信號(hào)，所述彩色圖像傳感器對(duì)被所述第二照明光照射的感興趣區(qū)進(jìn)行成像以獲取第二幀的三色信號(hào)； 根據(jù)相同色彩的色彩信號(hào)計(jì)算所述第一幀的圖像與所述第二幀的圖像之間的偏移量; 根據(jù)所述偏移量使所述第一幀和所述第二幀的色彩信號(hào)中的用于計(jì)算血液中的血色素的氧飽和度水平的預(yù)定色彩信號(hào)的圖像對(duì)準(zhǔn)；以及 根據(jù)對(duì)準(zhǔn)的所述預(yù)定色彩信號(hào)生成所述氧飽和度水平的氧飽和度圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的處理器裝置和圖像生成方法。第一白色光和第二白色光分別通過被具有473nm和445nm的中心波長的第一激光束和第二激光束的磷光體激發(fā)而產(chǎn)生。第一白色光和第二白色光在相應(yīng)的幀中被順次施加到對(duì)像中的感興趣區(qū)。彩色圖像傳感器在每一個(gè)幀中對(duì)感興趣區(qū)進(jìn)行成像。根據(jù)由第一幀和第二幀的綠色信號(hào)計(jì)算的圖像之間的偏移量，第一幀的藍(lán)色信號(hào)的圖像移動(dòng)以與第二幀的綠色信號(hào)的圖像和紅色信號(hào)的圖像對(duì)準(zhǔn)。在對(duì)準(zhǔn)之后，表示血液中的血色素的氧飽和度水平的氧飽和度圖像從第一幀的藍(lán)色信號(hào)以及第二幀的綠色信號(hào)和紅色信號(hào)生成，并被顯示在顯示器上。
文檔編號(hào)A61B1/06GK103251370SQ20131003849
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月14日
發(fā)明者山口博司, 齋藤孝明, 飯?zhí)镄⒅?申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社