內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在使用補(bǔ)色系攝像元件的窄波段光觀察中能夠維持表層血管等所關(guān)注的構(gòu)造的視覺辨別性的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及其工作方法。V-LED發(fā)出紫色窄波段光。G-LED發(fā)出綠色光，該綠色光被綠色窄波段濾光器進(jìn)行波長限制而成為綠色窄波段光。通過交替點(diǎn)亮V-LED和G-LED，紫色窄波段光和綠色窄波段光被交替照射到檢體內(nèi)。補(bǔ)色系攝像元件具有對紫色窄波段光和綠色窄波段光雙方進(jìn)行感應(yīng)的Cy像素及Mg像素。補(bǔ)色系攝像元件攝像處于用紫色窄波段光照明中的檢體并輸出第一圖像信號，攝像處于用綠色窄波段光照明中的檢體并輸出第二圖像信號?；谶@些第一及第二圖像信號，能夠分離表層血管等表層的構(gòu)造和中深層血管等中深層的構(gòu)造來進(jìn)行視覺辨別的特殊圖像被顯示于監(jiān)視器。
【專利說明】內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及其工作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用同時式攝像元件來進(jìn)行窄波段光觀察的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及其工作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在近年的醫(yī)療中，廣泛進(jìn)行使用了具備光源裝置、電子內(nèi)窺鏡、處理器裝置的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的診斷等。作為在內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中使用的觀察方法，除了使用通常的可見光來對檢體內(nèi)進(jìn)行觀察的通常光觀察之外，還進(jìn)行利用窄波段的照明光的窄波段光觀察。表征在檢體內(nèi)血管延伸的狀態(tài)的血管走行，在通常的可見光的情況下所獲得的光學(xué)信息中容易被隱藏，但是在窄波段觀察中，血管走行的狀態(tài)等的視覺辨別性得以提升。在該窄波段光觀察中，關(guān)注于表層血管的走行，根據(jù)該表層血管的形態(tài)來判斷病變部的發(fā)展度、深度方向的侵入深度等。
[0003]作為進(jìn)行窄波段光觀察的方式，除了交替地照射血紅蛋白的吸收系數(shù)高的中心波長為415±10nm的藍(lán)色窄波段光和中心波長為540±10nm的綠色窄波段光、且在每次照射各窄波段光時用單色的攝像元件來攝像反射像的巾貞順序方式(frame sequential method)之外，還有如日本專利4009626號公報所示那樣同時照射中心波長為415±10nm的藍(lán)色窄波段光和中心波長為540±10nm的綠色窄波段光、且用彩色的攝像元件同時檢測這些窄波段光的混色光的同時方式(simultaneous method)。
[0004]在日本專利4009626號公報所示的同時方式中，當(dāng)作為攝像元件而使用了具有Cy像素、Mg像素、Ye (黃色)像素以及G(綠色)像素的補(bǔ)色系攝像元件的情況下，由于補(bǔ)色系攝像元件的靈敏度在短波長側(cè)變低，因此通過攝像所獲得的圖像信號之中與藍(lán)色窄波段光對應(yīng)的信號分量所占的比例變少(參照圖7)。因而，表層血管的對比度必然變低。
[0005]此外，對藍(lán)色窄波段光進(jìn)行感應(yīng)的Cy像素以及Mg像素之中，由于Cy像素也對綠色窄波段光進(jìn)行感應(yīng)，因此無法只分離藍(lán)色窄波段光，此外由于Mg像素也對綠色窄波段光略有感應(yīng)，因此無法完全地只分離藍(lán)色窄波段光(參照圖8)。因而，不同層(表層和中深層)的像無法分離而混雜在一起，因此表層血管的對比度變低。
[0006]而且，作為內(nèi)窺鏡的導(dǎo)光部件而使用的束狀光纖的波長透過特性大多情形是:在大致440nm以下的短波長側(cè)，衰減率變高，從而透過率下降(參照圖12)。因此，與其他窄波段光相比，藍(lán)色窄波段光在束狀光纖中衰減的量多，因此通過攝像所獲得的圖像信號之中與藍(lán)色窄波段光對應(yīng)的信號分量所占的比例變少。因而，表層血管的對比度變低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于，提供一種即便是使用補(bǔ)色系攝像元件的窄波段光觀察也能維持表層血管等所關(guān)注的構(gòu)造的視覺辨別性的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及其工作方法。
[0008]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具備照射部、補(bǔ)色系攝像元件、圖像處理部和顯示部。照射部具有發(fā)出從檢體的表面向深度方向能透過第一透過距離的窄波段的第一照明光的第一半導(dǎo)體光源、發(fā)出特定波段的光的第二半導(dǎo)體光源、和在特定波段的光之中使能透過比第一透過距離長的第二透過距離的第二照明光透過的窄波段濾光器，該照射部向檢體內(nèi)依次照射第一照明光和第二照明光。補(bǔ)色系攝像元件具有對第一以及第二照明光雙方進(jìn)行感應(yīng)的特定像素，攝像處于用第一照明光照明中的檢體且攝像處于用第二照明光照明中的檢體而輸出圖像信號。圖像處理部基于圖像信號來創(chuàng)建特殊圖像。顯示部顯示特殊圖像。
[0009]優(yōu)選具有控制照射部而使第一照明光的照射時間長于第二照明光的照射時間的光源控制部。優(yōu)選具有控制補(bǔ)色系攝像元件而使攝像處于用第一照明光照明中的檢體時的電荷蓄積時間長于攝像處于用第二照明光照明中的檢體時的電荷蓄積時間的攝像控制部。優(yōu)選圖像信號包含攝像處于用第一照明光照明中的檢體而得到的第一圖像信號、和攝像處于用第二照明光照明中的檢體而得到的第二圖像信號，圖像處理部具有使在不同的時刻獲取的第一圖像信號和第二圖像信號同時化的同時化部。優(yōu)選同時化部使通過基于第一圖像信號的顏色變換處理而得到的藍(lán)色信號、和通過基于第二圖像信號的顏色變換處理而得到的綠色信號同時化。
[0010]優(yōu)選第一照明光是紫色窄波段光。優(yōu)選第一照明光是藍(lán)色窄波段光。優(yōu)選第二照明光是綠色窄波段光。優(yōu)選第二照明光是寬波段的綠色光。優(yōu)選特定像素是Cy像素、Mg像素。優(yōu)選第一照明光的波長范圍與第二照明光的波長范圍不重疊。優(yōu)選交替點(diǎn)亮第一半導(dǎo)體光源和第二半導(dǎo)體光源。優(yōu)選特殊圖像能夠?qū)⒌谝煌高^距離內(nèi)所含的構(gòu)造和第二透過距離內(nèi)所含的構(gòu)造分離來進(jìn)行視覺辨別。
[0011]本發(fā)明的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的工作方法包括照明光的照射步驟、攝像步驟、特殊圖像創(chuàng)建步驟和顯示步驟。在照射步驟中，照射部依次產(chǎn)生第一照明光和第二照明光，該照射部具有發(fā)出從檢體的表面向深度方向能透過第一透過距離的窄波段的第一照明光的第一半導(dǎo)體光源、發(fā)出特定波段的光的第二半導(dǎo)體光源、和在特定波段的光之中使能透過比第一透過距離長的第二透過距離的第二照明光透過的窄波段濾光器。在攝像步驟中，補(bǔ)色系攝像元件攝像處于用第一照明光照明中的檢體且攝像處于用第二照明光照明中的檢體而輸出圖像信號，該補(bǔ)色系攝像元件具有對第一以及第二照明光雙方進(jìn)行感應(yīng)的特定像素。在特殊圖像創(chuàng)建步驟中，圖像處理部基于圖像信號來創(chuàng)建特殊圖像。在顯示步驟中，顯示部顯示特殊圖像。
[0012](發(fā)明效果)
[0013]根據(jù)本發(fā)明，由于依次照射在補(bǔ)色系攝像元件的特定像素中進(jìn)行感應(yīng)的第一照明光和第二照明光，因此這些照明光在特定像素中不會發(fā)生混色。由此，在特殊圖像上，能夠?qū)⒌谝徽彰鞴獾牡谝煌高^距離內(nèi)所含的構(gòu)造和第二照明光的第二透過距離內(nèi)所含的構(gòu)造分離來進(jìn)行視覺辨別，因此，表層血管等所關(guān)注的構(gòu)造的視覺辨別性被維持而不會下降。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的外觀圖。
[0015]圖2是表示內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)成的框圖。
[0016]圖3是用于說明紫色窄波段光Vn和綠色窄波段光Gn的發(fā)光時刻以及照射時間Tv、Tg的說明圖。
[0017]圖4A是表示通常光的發(fā)光光譜的圖表。
[0018]圖4B是表示紫色窄波段光Vn以及綠色窄波段光Gn的發(fā)光光譜的圖表。
[0019]圖5是表示V-LED、B-LED、G-LED以及R-LED與第一?第三分色鏡的位置關(guān)系的俯視圖。
[0020]圖6是表示設(shè)于補(bǔ)色系攝像元件的顏色分離濾光器的濾光器排列的構(gòu)成的說明圖。
[0021]圖7是表示補(bǔ)色系攝像元件的各像素中的相對靈敏度的圖表。
[0022]圖8是表示相對于紫色窄波段光Vn以及綠色窄波段光Gn的補(bǔ)色系攝像元件的各像素的靈敏度的表。
[0023]圖9是用于說明窄波段光觀察模式下的補(bǔ)色系攝像元件的信號的讀出的說明圖。
[0024]圖10是用于說明紫色窄波段光Vn和綠色窄波段光Gn在補(bǔ)色系攝像元件中的受光時刻以及電荷蓄積時間Sv、Sg的說明圖。
[0025]圖11是表示本實(shí)施方式的一系列動作的流程圖。
[0026]圖12是表示束狀光纖的分光衰減率的圖表。

【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1所示，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)I具備:電子內(nèi)窺鏡(以下僅簡記為內(nèi)窺鏡)2，其被插入到檢體的體腔內(nèi)等，進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查；光源裝置3，其向該內(nèi)窺鏡2供應(yīng)照明光；處理器裝置4，其驅(qū)動內(nèi)窺鏡2的各設(shè)備，并且對由內(nèi)窺鏡2獲取到的圖像信號進(jìn)行信號處理；監(jiān)視器5，其輸入從該處理器裝置4輸出的影像信號，由此來顯示表征檢體內(nèi)的圖像的檢體圖像；和輸入裝置6，其對處理器裝置4輸入各種信息。內(nèi)窺鏡2具有:細(xì)長的插入部7、設(shè)于該插入部7的后端的操作部8、和從該操作部8延伸存在的通用電纜9，該通用電纜9的端部的光導(dǎo)向部連接器Ila可裝卸自由地與光源裝置3連接，信號連接器Ilb可裝卸自由地與處理器裝置4連接。
[0028]內(nèi)窺鏡系統(tǒng)I具備:使用波段從藍(lán)色波段至紅色波段的通常光，將通常光圖像顯示于監(jiān)視器5的通常光觀察模式；和使用紫色窄波段光Vn、綠色窄波段光Gn，將特殊圖像顯示于監(jiān)視器5的窄波段光觀察模式。這些通常光觀察模式和窄波段光觀察模式的切換指示，例如能夠通過基于設(shè)于內(nèi)窺鏡2的操作部8的觀測器開關(guān)等的模式切換開關(guān)14來進(jìn)行。另外，模式切換開關(guān)14除了由設(shè)于內(nèi)窺鏡2的觀測器開關(guān)構(gòu)成之外，既可以由腳踏開關(guān)構(gòu)成，也可以設(shè)置于處理器裝置4的前面板，還可以由輸入裝置6構(gòu)成等。
[0029]模式切換開關(guān)14通過模式切換操作而發(fā)出切換信號。該切換信號被輸入至處理器裝置4內(nèi)的控制電路15 (參照圖2)，如果輸入了切換信號，則該控制電路15控制光源裝置3的光源控制部21，產(chǎn)生與模式相應(yīng)的照明光。此外，控制電路15與照明光的切換控制聯(lián)動地，也進(jìn)行切換處理器裝置4內(nèi)的影像信號處理系統(tǒng)的特性的控制。而且，通過基于模式切換開關(guān)14的切換操作來切換影像信號處理系統(tǒng)的特性，從而可以進(jìn)行分別適于通常光觀察模式和窄波段光觀察模式的信號處理。
[0030]如圖2 所示，光源裝置 3 具備:V_LED (V1let Light Emitting D1de) 20a、B-LED(Blue Light Emitting D1de)20b、 G-LED(Green Light Emitting D1de)20c、R-LED (Red Light Emitting D1de) 20d、控制這四種顏色的LED的驅(qū)動的光源控制部21、以及在G-LED的光路上被插入脫離的綠色窄波段濾光器22。由光源裝置3產(chǎn)生的光，經(jīng)由被插通在插入部7內(nèi)的光導(dǎo)向部13以及照明透鏡27而照射到檢體內(nèi)。另外，綠色窄波段濾光器22由濾光器插入脫離部22a進(jìn)行插入脫離，該濾光器插入脫離部22a由控制電路15來驅(qū)動(參照圖5)。另外，也可以取代LED而使用LD(LaserD1de)。此外，V_LED20a對應(yīng)于本發(fā)明的“第一半導(dǎo)體光源”，G-LED20C對應(yīng)于本發(fā)明的“第二半導(dǎo)體光源”。此外，綠色窄波段濾光器22對應(yīng)于本發(fā)明的“窄波段濾光器”。
[0031]光源控制部21在通常光觀察模式時，在使綠色窄波段濾光器22從G-LED20C的光路上退出的狀態(tài)下，使V-LED20a、B_LED20b、G_LED20c以及R_LED20d全部點(diǎn)亮來產(chǎn)生通常光。另一方面，在窄波段光觀察模式時，在使綠色窄波段濾光器22插入在G-LED20C的光路上的狀態(tài)下，交替地點(diǎn)亮V-LED20a和G_LED20c，由此交替地產(chǎn)生紫色窄波段光Vn和綠色窄波段光Gn。由此，如圖3所示，在檢體內(nèi)被交替地照射紫色窄波段光Vn和綠色窄波段光Gn0
[0032]在此，由于紫色窄波段光Vn能透過從檢體的表面到表層附近為止的第一透過距離，因此在紫色窄波段光Vn的反射像中包含許多表層血管等第一透過距離內(nèi)所含的構(gòu)造的像。另一方面，由于綠色窄波段光Gn能透過從檢體的表面到中深層附近為止的第二透過距離，因此在綠色窄波段光Gn的反射像中包含許多中深層血管等第二透過距離內(nèi)所含的構(gòu)造的像。
[0033]此外，光源控制部21控制各LED20a?20d的光的照射時間。由于在通常光觀察模式時使各LED全部始終點(diǎn)亮，因此不進(jìn)行照射時間的控制。另一方面，在窄波段光觀察模式時，使紫色窄波段光Vn的照射時間Tv長于綠色窄波段光Gn的照射時間Tg。由于紫色窄波段光Vn相對于表層血管而具有高的光吸收特性(紫色窄波段光Vn的中心波長405± 1nm在可見光區(qū)域中血紅蛋白的吸光系數(shù)高)，因此通過延長照射時間Tv來提高補(bǔ)色系攝像元件29中的靈敏度，從而能夠提升表層血管的對比度。此外，在光導(dǎo)向部13中的藍(lán)色波段的光的損失大的情況下(參照圖11)，通過延長紫色窄波段光Vn的照射時間Tv，從而能夠補(bǔ)償該光的損失量。
[0034]V-LED20a產(chǎn)生中心波長為405± 10nm、波長范圍為380?440nm的紫色窄波段光Vn0 B-LED20b產(chǎn)生中心波長為460± 10nm、波長范圍為420?500nm的藍(lán)綠色窄波段光Bn。G-LED20c產(chǎn)生波長范圍至500?600nm的綠色光G。R_LED20d產(chǎn)生波長范圍至600?650nm的紅色光R。綠色窄波段濾光器22在由G-LED20C發(fā)出的綠色光G之中使530?550nm的綠色窄波段光透過。因此，如圖4A所示，在通常光觀察模式時，紫色窄波段光Vn、藍(lán)綠色窄波段光Bn、綠色光G、紅色光R這四種顏色的光發(fā)生混色，從而生成通常光。另一方面，如圖4B所示，在窄波段光觀察模式時，交替地生成來自V-LED20a的紫色窄波段光Vn、和被綠色窄波段濾光器22進(jìn)行了波長限制的綠色窄波段光Gn。
[0035]另外，雖然綠色窄波段光Gn由綠色窄波段濾光器22對來自G_LED20c的綠色光G進(jìn)行波長限制而生成，但是除此之外，也可以由綠色窄波段濾光器22對來自白色LED等的半導(dǎo)體光源的寬帶光(白色光)進(jìn)行波長限制而生成。即，在本發(fā)明中，在作為第二半導(dǎo)體光源所發(fā)出的光的波段的“特定波段”中，除了綠色光G的波段(500?600nm)之外也包含白色光等寬帶光的波段。
[0036]如圖5 所示，來自 V-LED20a、B-LED20b、G-LED20c 以及 R_LED20d 的光使用第一?第三分色鏡23a?23c而被合波。第一分色鏡23a使來自V_LED20a的紫色窄波段光Vn透過而使來自B-LED20b的藍(lán)綠色窄波段光Bn以大致90°的角度進(jìn)行反射。由此，在第一分色鏡23a中，紫色窄波段光Vn的光路和藍(lán)綠色窄波段光Bn的光路被統(tǒng)一。此外，第二分色鏡23b使來自G-LED20C的綠色光G或者綠色窄波段光Gn透過而使來自R_LED20d的紅色光R以大致90°的角度進(jìn)行反射。由此，在第二分色鏡23b中，綠色光G的光路或者綠色窄波段光Gn的光路和紅色光R的光路被統(tǒng)一。另外，在V-LED20a以及B_LED20b與第一分色鏡23a之間分別設(shè)有聚光透鏡24，在G-LED20C以及R_LED20d與第二分色鏡23b之間分別設(shè)有聚光透鏡24。
[0037]進(jìn)而，第三分色鏡23c使來自第一分色鏡23a的紫色窄波段光Vn以及藍(lán)綠色窄波段光Bn以大致90°的角度進(jìn)行反射，而使來自第二分色鏡23b的綠色光G或者綠色窄波段光Gn和紅色光R透過。由此，在第三分色鏡23c中，紫色窄波段光Vn的光路、藍(lán)綠色窄波段光Bn的光路、紅色光R的光路、或者綠色光G的光路(或者綠色窄波段光Gn的光路)被合波。經(jīng)過第三分色鏡23c后的光，經(jīng)由聚光透鏡24而被入射至光導(dǎo)向部13。
[0038]如圖2所示，在內(nèi)窺鏡2的前端部26，與照明窗相鄰地設(shè)有觀察窗，在該觀察窗安裝有物鏡28。該物鏡28使基于來自生物體組織的反射光的光學(xué)像進(jìn)行成像。在該物鏡28的成像位置配置有補(bǔ)色系攝像元件29，由該補(bǔ)色系攝像元件29進(jìn)行光電變換。另外，作為補(bǔ)色系攝像元件29,除了 CO)(Charge Coupled Device)之外,還可以使用CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)傳感器。
[0039]在補(bǔ)色系攝像元件29的攝像面，以各像素為單位來安裝圖6所示的補(bǔ)色系濾光器而作為進(jìn)行光學(xué)式顏色分離的顏色分離濾光器29a。因此，補(bǔ)色系攝像元件29具備品紅色(Mg)、綠色(G)、青色(Cy)以及黃色(Ye)這四種顏色的像素，Mg像素和G像素被交替地配置在水平方向上，在縱向上按照Mg像素、Cy像素、Mg像素以及Ye像素的排列順序、和G像素、Ye像素、G像素以及Cy像素的排列順序來分別配置。
[0040]在此，Mg像素、G像素、Cy像素以及Ye像素具有圖7所示那樣的分光靈敏度。鑒于該分光特性，在日本專利4009626號公報那樣的現(xiàn)有技術(shù)中，由于對用于血管強(qiáng)調(diào)的藍(lán)色窄波段光和綠色窄波段光進(jìn)行了同時照射，因此如圖8所示，在補(bǔ)色系攝像元件29的Cy像素和Mg像素中感應(yīng)出藍(lán)色窄波段光和綠色窄波段光雙方。因而，這兩種顏色的窄波段光發(fā)生混色而無法進(jìn)行顏色分離。即，因?qū)Ρ韺友艿膶Ρ榷忍嵘休^大貢獻(xiàn)的藍(lán)色窄波段光與對表層血管的對比度的貢獻(xiàn)不那么大的綠色窄波段光發(fā)生混色，因此對于病變部的診斷而言重要的表層血管的對比度下降了。
[0041]相對于此，在本發(fā)明中，在窄波段光觀察模式下，交替(分時)地照射對表層血管的對比度提升有較大貢獻(xiàn)的紫色窄波段光Vn、和對表層血管的對比度提升的貢獻(xiàn)不那么大但對中深層血管的對比度提升有較大貢獻(xiàn)的綠色窄波段光Gn，并在每次照射時進(jìn)行攝像，因此紫色窄波段光Vn和綠色窄波段光Gn在Cy像素和Mg像素中不會發(fā)生混色。由此，能夠提升或者維持表層血管的對比度，進(jìn)而也能夠提升或者維持中深層血管的對比度。
[0042]補(bǔ)色系攝像元件29由攝像控制部31來驅(qū)動控制。在該攝像控制部31中，從補(bǔ)色系攝像元件29之中劃分成奇數(shù)場和偶數(shù)場來讀出信號(交錯讀出)。此時，將縱向上相鄰的2列的像素相加并依次讀出，并且在奇數(shù)場和偶數(shù)場中錯開像素的列來讀出(參照圖6)。在此，在通常光觀察模式下，向檢體內(nèi)始終照射通常光，而在窄波段光觀察模式下，向檢體內(nèi)交替地照射紫色窄波段光Vn和綠色窄波段光Gn，因此從補(bǔ)色系攝像元件29讀出信號的時刻在通常光觀察模式和窄波段光觀察模式下不同。
[0043]在通常光觀察模式下，交替地讀出奇數(shù)場用的信號和偶數(shù)場用的信號。相對于此，在窄波段光觀察模式下，如圖9所示，與紫色窄波段光Vn和綠色窄波段光Gn的照射相匹配地連續(xù)進(jìn)行兩次奇數(shù)場的讀出，在該奇數(shù)場的讀出完成之后，與紫色窄波段光Vn和綠色窄波段光Gn的照射相匹配地連續(xù)進(jìn)行兩次偶數(shù)場的讀出。該一系列的讀出被反復(fù)進(jìn)行。另夕卜，在本實(shí)施方式中，雖然以交錯讀出的方式從補(bǔ)色系攝像元件29之中進(jìn)行信號的讀出，但是也可以取而代之，以順序讀出的方式進(jìn)行信號的讀出。此外，在圖9中，雖然在紫色窄波段光Vn和綠色窄波段光Gn的各個照射后進(jìn)行信號讀出，但是也可以取而代之，在紫色窄波段光Vn和綠色窄波段光Gn雙方照射完成之后進(jìn)行信號讀出。
[0044]如圖2所示，補(bǔ)色系攝像元件29與信號線的一端相連接，且將連接了該信號線的另一端的信號連接器連接于處理器裝置4，由此與處理器裝置4內(nèi)的攝像控制部31和相關(guān)雙重采樣電路(簡記為⑶S電路)32相連接。另外，內(nèi)窺鏡2具備產(chǎn)生固有的識別信息(ID)的ID產(chǎn)生部33，由ID產(chǎn)生部33產(chǎn)生的ID被輸入至控制電路15，控制電路15根據(jù)ID來識別與處理器裝置4連接的內(nèi)窺鏡2的種類、該內(nèi)窺鏡2所內(nèi)置的補(bǔ)色系攝像元件29的像素數(shù)種類等。
[0045]而且，控制電路15控制攝像控制部31以適當(dāng)?shù)仳?qū)動所識別的內(nèi)窺鏡2的補(bǔ)色系攝像元件29。攝像控制部31將與驅(qū)動補(bǔ)色系攝像元件29的攝像時刻相關(guān)的信息發(fā)送至控制電路15?？刂齐娐?5基于該與攝像時刻相關(guān)的信息來對選擇器51進(jìn)行驅(qū)動控制。
[0046]此外，攝像控制部31對補(bǔ)色系攝像元件29的電荷蓄積時間進(jìn)行控制。電荷蓄積時間的控制按照每個模式而不同。在通常光觀察模式下，被設(shè)定為一定的電荷蓄積時間。另一方面，在窄波段光觀察模式時，如圖10所示，照射紫色窄波段光Vn時的電荷蓄積時間Sv被設(shè)定得長于照射綠色窄波段光Gn時的電荷蓄積時間Sg。
[0047]紫色窄波段光Vn如上所述由于相對于表層血管而具有高的光吸收特性(紫色窄波段光Vn的中心波長405 ± 1nm在可見光區(qū)域中血紅蛋白的吸光系數(shù)高)，因此通過延長電荷蓄積時間Sv來提高補(bǔ)色系攝像元件29中的靈敏度，從而能夠提升表層血管的對比度。此外，在光導(dǎo)向部13中的藍(lán)色波段的光的損失大的情況下(參照圖12)，通過延長電荷蓄積時間Sv，能夠補(bǔ)償該光的損失量。
[0048]如圖2所示，補(bǔ)色系攝像元件29通過來自攝像控制部31的補(bǔ)色系攝像元件驅(qū)動信號的施加，從而攝像信號被輸入至⑶S電路32。由⑶S電路32從攝像信號之中提取信號分量并變換成基帶的信號之后，輸入至A/D變換電路34而變換成數(shù)字信號，并且輸入至明亮度檢波電路35而檢測明亮度(信號的平均亮度)。
[0049]由明亮度檢波電路35檢測出的明亮度信號被輸入至調(diào)光電路36，根據(jù)與基準(zhǔn)的明亮度(調(diào)光的目標(biāo)值)的差分來生成用于調(diào)光的調(diào)光信號。來自該調(diào)光電路36的調(diào)光信號被輸入至光源控制部21，控制V-LED20a、B-LED20b、G-LED20c及R_LED20d的發(fā)光量以成為作為基準(zhǔn)的明亮度。
[0050]從A/D變換電路34輸出的數(shù)字信號被輸入至Y/C分離電路37。Y/C分離電路37基于所輸入的數(shù)字信號來生成亮度信號Y和(作為廣義上的色信號C的)線順序(line-sequential)的色差信號 Cr( = 2R-G)、Cb ( = 2B-G)。亮度信號 Y 經(jīng)由 Y 電路 38而被輸入至選擇器39 (將該亮度信號記為Yh)，并且被輸入至對信號的通帶進(jìn)行限制的第一低通濾波器(簡記為LPF) 41。
[0051]第一 LPF41對應(yīng)于亮度信號Y而被設(shè)定為較寬的通帶，根據(jù)該第一 LPF41的通帶特性所設(shè)定的頻帶的亮度信號Yl被輸入至第一矩陣電路42。此外，色差信號Cr、Cb經(jīng)由對信號的通帶進(jìn)行限制的第二 LPF43而被輸入至(線順序)同時化電路44。在此情況下，由控制電路15根據(jù)觀察模式來變更第二 LPF43的通帶特性。具體而言，在通常光觀察模式時，第二 LPF43被設(shè)定為比第一 LPF41低的低頻帶。
[0052]另一方面，在窄波段光觀察模式時，第二 LPF43被變更為比通常光觀察模式時的低頻帶寬的頻帶。例如，第二 LPF43與第一 LPF41大致同樣地被設(shè)定(變更)為寬頻帶。同時化電路44生成已被同時化的色差信號Cr、Cb，該色差信號Cr、Cb被輸入至第一矩陣電路42。
[0053]第一矩陣電路42實(shí)施從亮度信號Y以及色差信號Cr、Cb到3原色信號R、G、B的顏色變換處理，并輸出至Y電路45。此外，該第一矩陣電路42由控制電路15進(jìn)行控制，根據(jù)補(bǔ)色系攝像元件29的顏色分離濾光器29a、V-LED20a、B-LED20b、G-LED20c以及R_LED20d的發(fā)光特性來變更(決定變換特性的)矩陣系數(shù)的值，以變換成無混色或者幾乎消除了混色的3原色信號Rl、GU BI。另外，在本實(shí)施方式中，有可能發(fā)生混色的情況僅為通常光觀察模式的情況，在窄波段光觀察模式的情況下，由于以分時的方式照射紫色窄波段光Vn和綠色窄波段光Gn，因此不會發(fā)生混色。
[0054]Y電路45也由控制電路15進(jìn)行控制。具體而言，在窄波段光觀察模式時，較之于通常光觀察模式時而變更成進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了 Y修正的特性的Y特性。由此，在低信號電平側(cè)的對比度被強(qiáng)調(diào)，成為更易于識別的顯示特性。由該Y電路45進(jìn)行了 Y修正的3原色信號R2、G2、B2被輸入至選擇器51。
[0055]選擇器51由控制電路15來控制切換。在通常光觀察模式的情況下，將3原色信號R2、G2、B2直接輸入至第二矩陣電路46。另一方面，在窄波段光觀察模式的情況下，選擇器51在攝像處于用紫色窄波段光Vn照明中的檢體時所得的3原色信號R2、G2、B2 (以下稱作“R2v、G2v、B2v”)之中，將藍(lán)色信號B2v輸入至同時化電路52，廢棄其他信號。此外，選擇器51在攝像處于用綠色窄波段光Gn照明中的檢體時所得的3原色信號R2、G2、B2 (以下稱作“R2g、G2g、B2g”)之中，將綠色信號G2g輸入至同時化電路52，廢棄其他信號。在輸入了藍(lán)色信號B2v、綠色信號G2g雙方之后，同時化電路52將這些信號B2v、G2g同時輸入至第二矩陣電路46。
[0056]第二矩陣電路46從R2、G2、B2或者B2v、G2v變換成亮度信號Y、和色差信號R_Y、B-Y。在此情況下，控制電路15在通常光觀察模式時設(shè)定第二矩陣電路46的矩陣系數(shù)，以從3原色信號R2、G2、B2僅變換為亮度信號Y和色差信號R_Y、B_Y。此外，控制電路15在窄波段光觀察模式時，從通常光觀察模式時的值變更第二矩陣電路46的矩陣系數(shù)，以生成加大了 B2v、G2g之中的B2v的權(quán)重后的亮度信號Ynbi以及色差信號R_Y、B_Y。
[0057]如果使用3行3列的矩陣A、K，則該情況下的變換式變?yōu)橄率健?br> [0058][數(shù)學(xué)式I]'Ynhi Λ ?Ο kl O)「O、
[0059]R-Y =A* O O k2 * G2g …(I)KB-}) {Ο 0 A3 J [ Blvj
[0060]其中，K由例如3個實(shí)數(shù)分量kl?k3(其他分量為0)構(gòu)成。此外，A為用于從RGB信號變換成Y色差信號的矩陣(matrix)，使用以下那樣的公知的運(yùn)算系數(shù)(2)等。
[0061][數(shù)學(xué)式2]
^ 0.299 0.587 0.114、
[0062]A= -0.299 -0.587 0.886 …(2)
、0.701 -0.587 -0.114y
[0063]由第二矩陣電路46輸出的亮度信號Ynbi被輸入至選擇器39。該選擇器39由控制電路15來控制切換。也就是說，在通常光觀察模式時選擇亮度信號Yh，在窄波段光觀察模式時選擇亮度信號Ynbi。
[0064]從第二矩陣電路46輸出的色差信號R-Y、B_Y與通過了選擇器39后的亮度信號Yh或者Ynbi(標(biāo)記為Yh/Ynbi) —起被輸入至放大電路47。由該放大電路47進(jìn)行了放大處理的亮度信號Yh/Ynbi，在由強(qiáng)調(diào)電路48進(jìn)行了輪廓強(qiáng)調(diào)之后被輸入至第三矩陣電路49，由放大電路47進(jìn)行了放大處理的色差信號R-Y、B-Y在不通過強(qiáng)調(diào)電路48的情況下被輸入至第三矩陣電路49。而且，在由第三矩陣電路49變換成3原色信號R、G、B之后，由未圖示的D/A變換電路變換成模擬的影像信號，并從影像信號輸出端輸出至監(jiān)視器5。另外，在通常光觀察模式和窄波段光觀察模式下，由于補(bǔ)色系攝像元件29中的信號的讀出時刻不同，因此關(guān)于監(jiān)視器5中的圖像顯示時刻，也根據(jù)各觀察模式而不同。
[0065]在監(jiān)視器5中，在通常光觀察模式時，顯示出拍到被通常光照明后的檢體的像的通常圖像。另一方面，在窄波段光觀察模式時，顯示出拍到被紫色窄波段光Vn或者綠色窄波段光Gn照明后的檢體的像的特殊圖像。在此，紫色窄波段光Vn能透過從檢體的表面到表層附近為止的第一透過距離，而綠色窄波段光Gn能透過從檢體的表面到中深層附近為止的第二透過距離(比第一透過距離長)。此外，由于紫色窄波段光Vn以及綠色窄波段光Gn并非同時向檢體照射而是交替地照射，因此這些窄波段光Vn、Gn在補(bǔ)色系攝像元件29中不會發(fā)生混色。此外，紫色窄波段光Vn的波長范圍380?440nm與綠色窄波段光Gn的波長范圍530?550nm不重疊。
[0066]因此，在特殊圖像中，能夠?qū)⒌谝煌高^距離的范圍內(nèi)所含的表層的構(gòu)造(例如表層血管)、和第二透過距離的范圍內(nèi)所含的中深層的構(gòu)造加以分離來進(jìn)行視覺辨別，并且能夠提升或者維持表層的構(gòu)造以及中深層的構(gòu)造的對比度。此外，由于使紫色窄波段光Vn的照射時間Tv長于綠色窄波段光Gn的照射時間Tg，而且使照射紫色窄波段光Vn時的電荷蓄積時間Sv長于照射綠色窄波段光Gn時的電荷蓄積時間Sg，因此在照射紫色窄波段光Vn時所得的信號的靈敏度提升。由此，能夠提升表層的構(gòu)造的對比度、尤其是對于病變部的診斷而言重要的部位的表層血管的對比度。
[0067]另外，關(guān)于輪廓強(qiáng)調(diào)，也可由強(qiáng)調(diào)電路48根據(jù)補(bǔ)色系攝像元件29等的種類來變更其強(qiáng)調(diào)特性(強(qiáng)調(diào)頻帶設(shè)為中低頻帶或設(shè)為中高頻帶)等。尤其在窄波段光觀察模式時，亮度信號Ynbi被強(qiáng)調(diào)處理。該情況下，在采用了式(I)的情況下，如后述進(jìn)行強(qiáng)調(diào)了基于B信號的生物體表層附近的毛細(xì)血管等的構(gòu)造的處理，從而能清晰地顯示所關(guān)注的圖像成分。
[0068]另外，從影像信號輸出端實(shí)際輸入至監(jiān)視器5的R、G、B的各通道中的3原色信號R、G、B，在窄波段光觀察模式時采用了式(I)的情況下成為G、B、B的信號(權(quán)重根據(jù)系數(shù)而不同)，尤其是B信號的比率變得最大，從而能夠以易于識別基于B信號的生物體表層附近的表層血管(毛細(xì)血管等)等的構(gòu)造對應(yīng)的內(nèi)窺鏡圖像的狀態(tài)來進(jìn)行顯示。也就是說，窄波段光觀察模式時分別被輸入至監(jiān)視器5的RGB通道中的信號實(shí)際上成為G、B、B信號(系數(shù)的值另當(dāng)別論)。
[0069]這樣，在本實(shí)施方式中的特征在于，與觀察模式的切換聯(lián)動地變更處理器裝置4的信號處理系統(tǒng)(更具體而言為Y/C分離電路37以后的信號處理系統(tǒng))中的處理特性，使得能進(jìn)行適于各觀察模式的信號處理。在此情況下的特征在于，不用對各觀察模式設(shè)置專用的處理電路，通過變更大體相同的處理電路中的處理特性，使得能進(jìn)行適于兩種觀察模式的處理，能由簡單的構(gòu)成來適當(dāng)?shù)貞?yīng)對兩種觀察模式。
[0070]以下，參照圖11來說明本實(shí)施方式所起到的作用。做手術(shù)的人如圖1所示那樣將內(nèi)窺鏡2與光源裝置3以及處理器裝置4連接，通過接通電源而處理器裝置4的控制電路15開始初始設(shè)定的處理，作為光源裝置3以及處理器裝置4的動作模式，例如設(shè)為通常光觀察模式的設(shè)定狀態(tài)。
[0071]在該狀態(tài)下，光源裝置3 使 V-LED20a、B_LED20b、G_LED20c、R-LED20d 全部點(diǎn)亮。由此，成為基于具有圖4A所示的發(fā)光光譜的通常光而由內(nèi)窺鏡2進(jìn)行攝像的狀態(tài)。此外，處理器裝置4側(cè)的各部也成為以通常光觀察模式的狀態(tài)來進(jìn)行信號處理的設(shè)定狀態(tài)。此時，在監(jiān)視器5中顯示出通常圖像。
[0072]做手術(shù)的人通過將內(nèi)窺鏡2的插入部7插入到患者的體腔內(nèi)，從而能夠進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查。在想要更詳細(xì)地觀察體腔內(nèi)的患部等的檢查對象組織的表層血管的走行狀態(tài)等的情況下，做手術(shù)的人操作模式切換開關(guān)14。控制電路15對模式切換開關(guān)14是否已被操作進(jìn)行監(jiān)視，在模式切換開關(guān)14未被操作的情況下維持該狀態(tài)，在模式切換開關(guān)14已被操作的情況下切換成窄波段光觀察模式。
[0073]控制電路15將光源裝置3以及處理器裝置4的動作模式變更成窄波段光觀察模式的設(shè)定狀態(tài)。具體而言，控制電路15針對光源裝置3而使V-LED20a、G-LED20c交替地點(diǎn)亮發(fā)光。由此，如圖4B所示，紫色窄波段光Vn和綠色窄波段光Gn被交替地照射到檢體內(nèi)。此外，光源裝置3的光源控制部21將紫色窄波段光Vn的照射時間Tv設(shè)定得長于綠色窄波段光Gn的照射時間Tg。
[0074]此外，控制電路15變更處理器裝置4中的各部的設(shè)定，具體而言，控制電路15控制攝像控制部31，如圖10所示那樣將照射紫色窄波段光Vn時的電荷蓄積時間Sv設(shè)定得長于照射綠色窄波段光Gn時的電荷蓄積時間Sg。此外，控制電路15使第二 LPF43的頻帶特性寬頻帶化來變更第一矩陣電路42的矩陣系數(shù)，以變更Y電路45的Y特性。
[0075]此外，控制電路15控制選擇器51，在攝像處于用紫色窄波段光Vn照明中的檢體時所得的3原色信號R2v、G2v、B2v之中使藍(lán)色信號B2v輸入至同時化電路52，并且在攝像處于用綠色窄波段光Gn照明中的檢體時所得的3原色信號R2g、G2g、B2g之中使綠色信號G2g輸入至同時化電路52。在被輸入了藍(lán)色信號B2v、綠色信號G2g雙方后，同時化電路52將這些信號B2v、G2g同時輸入至第二矩陣電路46。此外，控制電路15執(zhí)行變更第二矩陣電路46的矩陣系數(shù)以使信號B2v的信號分量的比率變大、或者切換選擇器39以使亮度信號Ynbi被選擇等的變更設(shè)定。根據(jù)以上動作，在窄波段光觀察模式時顯示出特殊圖像。
[0076]而且，控制電路15對模式切換開關(guān)14是否已被操作進(jìn)行監(jiān)視，在模式切換開關(guān)14未被操作的情況下，只要沒有結(jié)束診斷便維持該狀態(tài)，在模式切換開關(guān)14已被操作的情況下，返回到通常光觀察模式。
[0077]另外，在上述實(shí)施方式中，雖然在窄波段光觀察模式時使用的是綠色窄波段光Gn，但是也可以取而代之，使用沒有被綠色窄波段濾光器22進(jìn)行波長限制而波段達(dá)到寬波段的綠色光G。在使用了綠色光G的情況下，能夠以明亮的狀態(tài)來進(jìn)行窄波段光觀察。另外，在此情況下，在光源裝置3內(nèi)不設(shè)置綠色窄波段濾光器22。
[0078]另外，在上述實(shí)施方式中，雖然在窄波段光觀察模式時使用的是中心波長為405±10nm的紫色窄波段光Vn，但是只要是在藍(lán)色波段中血紅蛋白的吸光系數(shù)高的窄波段光即可，并不限定于此。例如，也可以取代紫色窄波段光Vn而使用中心波長為445±10nm的藍(lán)色窄波段光。在此情況下，藍(lán)色窄波段光的波長范圍與綠色窄波段光G的波長范圍530?550nm、綠色光G的波長范圍500?600nm不重疊。
[0079]另外,在上述實(shí)施方式中，雖然在窄波段光觀察模式時將從Y電路45輸出的信號通過選擇器51而送至同時化電路，使攝像處于用色窄波段光Vn照明中的檢體所得的信號和攝像處于用綠色窄波段光Gn照明中的檢體所得的信號同時化，但是也可以用其他的方式來進(jìn)行同時化。
[0080]另外，權(quán)利要求書中的“照射部”在本實(shí)施方式中對應(yīng)于組合“光源裝置3”和“內(nèi)窺鏡2之中用于對來自光源裝置3的光進(jìn)行導(dǎo)光并照射至檢體內(nèi)的部件(光導(dǎo)向部13等)”所得的部件。此外，權(quán)利要求書中的“圖像處理部”在本實(shí)施方式中對應(yīng)于“處理器裝置4”。此外，權(quán)利要求書中的“顯示部”對應(yīng)于“監(jiān)視器5”。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于，具備: 照射部，其具有發(fā)出從檢體的表面向深度方向能透過第一透過距離的窄波段的第一照明光的第一半導(dǎo)體光源、發(fā)出特定波段的光的第二半導(dǎo)體光源、和在所述特定波段的光之中使能透過比所述第一透過距離長的第二透過距離的第二照明光透過的窄波段濾光器，該照射部向檢體內(nèi)依次照射所述第一照明光和所述第二照明光； 補(bǔ)色系攝像元件，其具有對所述第一照明光以及第二照明光雙方進(jìn)行感應(yīng)的特定像素，該補(bǔ)色系攝像元件攝像處于用所述第一照明光照明中的檢體且攝像處于用所述第二照明光照明中的檢體而輸出圖像信號； 圖像處理部，其基于所述圖像信號來創(chuàng)建特殊圖像；和 顯示部，其顯示所述特殊圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具有:光源控制部，其控制所述照射部，使所述第一照明光的照射時間長于所述第二照明光的照射時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具有:攝像控制部，其控制所述補(bǔ)色系攝像元件，使攝像處于用所述第一照明光照明中的檢體時的電荷蓄積時間長于攝像處于用所述第二照明光照明中的檢體時的電荷蓄積時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具有:攝像控制部，其控制所述補(bǔ)色系攝像元件，使攝像處于用所述第一照明光照明中的檢體時的電荷蓄積時間長于攝像處于用所述第二照明光照明中的檢體時的電荷蓄積時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 所述圖像信號包含攝像處于用所述第一照明光照明中的檢體而得到的第一圖像信號、和攝像處于用所述第二照明光照明中的檢體而得到的第二圖像信號， 所述圖像處理部具有:同時化部，其使在不同的時刻獲取的所述第一圖像信號和所述第二圖像信號同時化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng),其特征在于， 所述同時化部使通過基于所述第一圖像信號的顏色變換處理而得到的藍(lán)色信號、和通過基于所述第二圖像信號的顏色變換處理而得到的綠色信號同時化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一照明光是紫色窄波段光。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一照明光是藍(lán)色窄波段光。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 所述第二照明光是綠色窄波段光。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 所述特定像素是Cy像素即青色像素、Mg像素即品紅色像素。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一照明光的波長范圍與所述第二照明光的波長范圍不重疊。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 交替點(diǎn)亮所述第一半導(dǎo)體光源和所述第二半導(dǎo)體光源。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于， 所述特殊圖像能夠?qū)⑺龅谝煌高^距離內(nèi)所含的構(gòu)造和所述第二透過距離內(nèi)所含的構(gòu)造分離來進(jìn)行視覺辨別。
14.一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，包括: 照射部依次產(chǎn)生第一照明光和第二照明光的步驟，該照射部具有發(fā)出從檢體的表面向深度方向能透過第一透過距離的窄波段的所述第一照明光的第一半導(dǎo)體光源、發(fā)出特定波段的光的第二半導(dǎo)體光源、和在所述特定波段的光之中使能透過比所述第一透過距離長的第二透過距離的所述第二照明光透過的窄波段濾光器； 補(bǔ)色系攝像元件攝像處于用所述第一照明光照明中的檢體且攝像處于用所述第二照明光照明中的檢體而輸出圖像信號的步驟，該補(bǔ)色系攝像元件具有對所述第一照明光以及第二照明光雙方進(jìn)行感應(yīng)的特定像素； 圖像處理部基于所述圖像信號來創(chuàng)建特殊圖像的步驟；和 顯示部顯示所述特殊圖像的步驟。
【文檔編號】A61B1/00GK104274146SQ201410313045
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月3日
【發(fā)明者】森本美范, 藤田寬 申請人:富士膠片株式會社