(57)【要約】【課題】キセノンランプ等が放射した光のうち強度が落ち込んでいる波長域でも診断に足る十分な明るさの被写体像を得ることができる電子内視鏡システムを提供すること。【解決手段】電子内視鏡システムを、所定の波長域の光を放射する第一の光源と、該第一の光源の落ち込み領域の光を該第一の光源よりも高い強度で放射する第二の光源と、該第一、第二の光源から放射された光を結合する光結合手段と、該結合された光を被写体に照射する照射光学系と、該照射された被写体からの反射光を受光するカラーの固体撮像素子と、該固体撮像素子が出力する撮像信号を処理してモニタ表示可能なカラー画像を生成する画像生成手段と、から構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長域の光を放射する第一の光源と、
前記第一の光源の落ち込み領域の光を該第一の光源よりも高い強度で放射する第二の光源と、
前記第一、前記第二の光源から放射された光を結合する光結合手段と、
前記結合された光を被写体に照射する照射光学系と、
前記照射された被写体からの反射光を受光するカラーの固体撮像素子と、
前記固体撮像素子が出力する撮像信号を処理してモニタ表示可能なカラー画像を生成する画像生成手段と、
を有することを特徴とする電子内視鏡システム。
【請求項２】
前記第一の光源は、白熱電球又は放電ランプであり、前記第二の光源は、レーザ光源であることを特徴とする、請求項１に記載の電子内視鏡システム。
【請求項３】
前記所定の波長域の光は、少なくとも可視光領域を含み、前記第二の光源が放射する光の波長域は、ヘモグロビンの吸収に適した波長であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の電子内視鏡システム。
【請求項４】
前記第一の光源から放射された光を特定波長域に制限する光学フィルタと、
前記第一の光源と前記光結合手段との間の照射光路に前記光学フィルタを挿入し又は退避させる光学フィルタ切替手段と、
を更に有することを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電子内視鏡システム。
【請求項５】
ユーザによる入力操作を受け付ける操作手段を更に有し、
前記光学フィルタ切替手段は、前記操作手段が受け付けた入力操作に従って前記光学フィルタを前記照射光路に挿入し、又は該照射光路から退避させることを特徴とする、請求項４に記載の電子内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被写体のカラー画像を観察するための電子内視鏡システムに関連し、詳しくは、従来欠落しがちであった波長域の生体情報を十分な明るさで術者に観察させるのに好適な電子内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
患者の体腔内を診断するためのシステムとして、電子内視鏡システムが一般に知られ、実用に供されている。一般的な電子内視鏡システムは、自然光の届かない体腔内を照射してカラー画像を撮像するため、キセノンランプ等の白色光源を備えている。
【０００３】
キセノンランプを搭載した電子内視鏡システムの具体的構成例は、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の電子内視鏡システムは、キセノンランプから放射された白色光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に順に制限してライトガイドを介して被写体を照射し、各波長の反射光の画像を合成してカラー画像を得る、いわゆる面順次方式を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−４３２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、被写体を照射する光は、生体構造の撮影に必要な全波長域に亘って高い強度を有しているのが理想である。しかし、この種のキセノンランプとライトガイドとを合わせた分光特性は、生体構造の撮影に必要な波長域の全てで高い強度を有しているわけではない。一般的には、例えば４００ｎｍ付近の短波長域等で強度が大きく落ち込んでいる。このように、強度の低い波長域では、診断に足る十分な明るさの被写体像を得ることが難しく、必要な生体情報が欠落している可能性が指摘される。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、キセノンランプ等が放射した光のうち強度が落ち込んでいる波長域でも診断に足る十分な明るさの被写体像を得ることができる電子内視鏡システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る電子内視鏡システムは、所定の波長域の光を放射する第一の光源と、該第一の光源の落ち込み領域の光を該第一の光源よりも高い強度で放射する第二の光源と、該第一、第二の光源から放射された光を結合する光結合手段と、該結合された光を被写体に照射する照射光学系と、該照射された被写体からの反射光を受光するカラーの固体撮像素子と、該固体撮像素子が出力する撮像信号を処理してモニタ表示可能なカラー画像を生成する画像生成手段とを有したことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る電子内視鏡システムによれば、第一の光源の落ち込み領域の照射光量が別の光源である第二の光源によって補われるため、従来欠落しがちであった落ち込み領域の生体情報を十分な明るさで術者に観察させることができる。
【０００９】
第一の光源としては、例えば白熱電球、放電ランプ等が想定される。第二の光源としては、例えばレーザ光源が想定される。
【００１０】
所定の波長域の光は、例えば少なくとも可視光領域を含む光である。また、第二の光源が放射する光の波長域は、例えばヘモグロビンの吸収に適した波長である。ヘモグロビンの吸収に適した波長は、例えば４００ｎｍ付近又は５５０ｎｍ付近である。
【００１１】
本発明に係る電子内視鏡システムは、第一の光源から放射された光を特定波長域に制限する光学フィルタと、第一の光源と光結合手段との間の照射光路に光学フィルタを挿入し又は退避させる光学フィルタ切替手段とを更に有する構成としてもよい。また、本発明に係る電子内視鏡システムは、ユーザによる入力操作を受け付ける操作手段を更に有した構成としてもよい。この場合、光学フィルタ切替手段は、操作手段が受け付けた入力操作に従って光学フィルタを照射光路に挿入し、又は照射光路から退避させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、キセノンランプ等が放射した光のうち強度が落ち込んでいる波長域でも診断に好適な明るさの被写体像を得ることができる電子内視鏡システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態の電子内視鏡システムの外観図である。
【図２】本発明の実施形態の電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態の各光源の分光特性を示す図である。
【図４】本発明の実施形態で被写体に照射される光の分光特性を示す図である。
【図５】別の実施形態で被写体に照射される光の分光特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の電子内視鏡システムについて説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態の電子内視鏡システム１の外観図である。図１に示されるように、電子内視鏡システム１は、被写体を撮影するための電子スコープ１００を有している。電子スコープ１００は、可撓性を有するシース（外皮）１１ａによって外装された可撓管１１を備えている。可撓管１１の先端には、硬質性を有する樹脂製筐体によって外装された先端部１２が連結されている。可撓管１１と先端部１２との連結箇所にある湾曲部１４は、可撓管１１の基端に連結された手元操作部１３からの遠隔操作（具体的には、湾曲操作ノブ１３ａの回転操作）によって屈曲自在に構成されている。この屈曲機構は、一般的な電子スコープに組み込まれている周知の機構であり、湾曲操作ノブ１３ａの回転操作に連動した操作ワイヤの牽引によって湾曲部１４を屈曲させるように構成されている。先端部１２の方向が上記操作による屈曲動作に応じて変わることにより、電子スコープ１００による撮影領域が移動する。
【００１６】
図１に示されるように、電子内視鏡システム１は、プロセッサ２００を有している。プロセッサ２００は、電子スコープ１００からの信号を処理する信号処理装置と、自然光の届かない体腔内を電子スコープ１００を介して照射する光源装置とを一体に備えた装置である。別の実施形態では、信号処理装置と光源装置とを別体で構成してもよい。
【００１７】
プロセッサ２００には、電子スコープ１００の基端に設けられたコネクタ部１０に対応するコネクタ部２０が設けられている。コネクタ部２０は、コネクタ部１０に対応する連結構造を有し、電子スコープ１００とプロセッサ２００とを電気的にかつ光学的に接続するように構成されている。
【００１８】
図２は、電子内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、電子内視鏡システム１は、所定のケーブルを介してプロセッサ２００に接続されたモニタ３００を有している。なお、図１においては、図面を簡略化するため、モニタ３００を図示省略している。
【００１９】
図２に示されるように、プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２、タイミングコントローラ２０４を有している。システムコントローラ２０２は、電子内視鏡システム１を構成する各要素を制御する。タイミングコントローラ２０４は、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム１内の各種回路に出力する。
【００２０】
ランプ２０８は、ランプ電源イグナイタ２０６による始動後、主に可視光領域から不可視である赤外光領域に広がるスペクトルを持つ光（又は少なくとも可視光領域を含む光）を放射する。ランプ２０８には、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプ（白熱電球又は放電ランプ）が適している。ランプ２０８から放射された照射光は、集光レンズ２１０によって集光されつつ絞り２１２を介して適正な光量に制限される。
【００２１】
絞り２１２には、図示省略されたアームやギヤ等の伝達機構を介してモータ２１４が機械的に連結している。モータ２１４は例えばＤＣモータであり、ドライバ２１６のドライブ制御下で駆動する。絞り２１２は、モニタ３００に表示される映像を適正な明るさにするため、モータ２１４によって動作して開度が変化して、ランプ２０８から放射された光の光量を開度に応じて制限する。適正とされる映像の明るさの基準は、術者によるフロントパネル２１８の輝度調節操作に応じて設定変更される。なお、ドライバ２１６を制御して輝度調整を行う調光回路は周知の回路であり、本明細書においては省略することとする。
【００２２】
フロントパネル２１８の構成には種々の形態が想定される。フロントパネル２１８の具体的構成例には、プロセッサ２００のフロント面に実装された機能毎のハードウェアキーや、タッチパネル式ＧＵＩ（Graphical User Interface）、ハードウェアキーとＧＵＩとの組合せ等が想定される。
【００２３】
絞り２１２を通過した照射光は、光学フィルタ２１３によって分光されて、光結合器２１７に入射する。光学フィルタ２１３には、ドライバ２１６のドライブ制御下で駆動するモータ２１５が、図示省略されたアームやギヤ等の伝達機構を介して機械的に連結している。なお、図２においては、図面を簡略化する都合上、モータ２１５とドライバ２１６との結線は省略する。モータ２１５は、術者によるフロントパネル２１８の切替操作に応じて光学フィルタ２１３を光路に挿入し又は光路から退避させる。光学フィルタ２１３が光路から退避している期間は、絞り２１２を通過した照射光が光結合器２１７に直接入射する。
【００２４】
図３（ａ）は、ランプ２０８から放射されて光結合器２１７に入射する前の照射光の分光特性を示す図である。図３（ａ）の縦軸は、正規化した強度を示し、横軸は、波長（単位：ｎｍ）を示す。なお、図３（ａ）以外の他の分光特性図においても縦軸が強度を示し、横軸が波長を示す。図３（ａ）の実線は、光学フィルタ２１３を介さずに光結合器２１７に入射する照射光の分光特性を示し、破線は、光学フィルタ２１３を介して光結合器２１７に入射する照射光の分光特性を示す。以下、説明の便宜上、前者の分光特性を持つ光を「非帯域制限光」と記し、後者の分光特性を持つ光を「帯域制限光」と記す。
【００２５】
図３（ａ）に示されるように、非帯域制限光は、可視光領域から赤外光領域（例えば３８０ｎｍ〜１０００ｎｍ）の範囲に亘って強度を有する。しかし、分布範囲の端側（例えば４００ｎｍ付近の短波長域や１０００ｎｍ付近の長波長域）では、強度の落ち込みが大きく、例えば非帯域制限光のうち最も高い強度に対して半値以下の強度しかない。そのため、分布範囲の端側の波長域では診断に足る十分な明るさの被写体像を得ることが難しいという問題があった。なお、本明細書において、ランプ２０８の照射光のうち、最も高い強度に対して半値以下の強度しかない波長域を「落ち込み領域」と記す。
【００２６】
かかる問題を解消すべく、本実施形態のプロセッサ２００には、ランプ２０８以外に別途光源が搭載されている。具体的には、プロセッサ２００には、レーザ光源２１９が搭載されている。レーザ光源２１９は、ドライバ２１６のドライブ制御下で駆動して、所定波長のレーザ光を出力する。なお、図２においては、図面を簡略化する都合上、レーザ光源２１９とドライバ２１６との結線は省略する。レーザ光源２１９から出力されたレーザ光は、光結合器２１７に入射する。ここで、図３（ｂ）に、レーザ光源２１９が出力するレーザ光の分光特性を示す。図３（ｂ）に示されるように、レーザ光は、４００ｎｍ付近にピークを持つ。なお、別途搭載される光源はレーザ光源に限らず、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の他の形態の光源としてもよい。
【００２７】
光結合器２１７は、ランプ２０８からの照射光とレーザ光源２１９からのレーザ光とを同一光路に結合して射出し、ＬＣＢ（Light Carrying Bundle）１０２の入射端に入射させる。ＬＣＢ１０２の入射端に入射した照射光は、ＬＣＢ１０２内を全反射を繰り返すことによって伝播する。ＬＣＢ１０２内を伝播した照射光は、電子スコープ１００の先端に配されたＬＣＢ１０２の射出端から射出する。ＬＣＢ１０２の射出端から射出した照射光は、配光レンズ１０４を介して被写体を照射する。被写体からの反射光は、対物レンズ１０６を介して固体撮像素子１０８の受光面上の各画素で光学像を結ぶ。
【００２８】
固体撮像素子１０８は、例えば単板式カラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサであり、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に応じた撮像信号に変換する。変換された撮像信号は、プリアンプ１１０による信号増幅後、ドライバ信号処理回路１１２を介して信号処理回路２２０に出力される。なお、別の実施形態では、固体撮像素子１０８は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサであってもよい。
【００２９】
ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４にアクセスして電子スコープ１００の固有情報を読み出す。電子スコープ１００の固有情報には、例えば固体撮像素子１０８の画素数や感度、対応可能なレート、型番等が含まれる。ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４から読み出した固有情報をシステムコントローラ２０２に出力する。
【００３０】
システムコントローラ２０２は、電子スコープ１００の固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２０２は、生成された制御信号を用いて、プロセッサ２００に接続中の電子スコープに適した処理がされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。なお、システムコントローラ２０２は、電子スコープの型番と、この型番の電子スコープに適した制御情報とを対応付けたテーブルを有した構成としてもよい。この場合、システムコントローラ２０２は、対応テーブルの制御情報を参照して、プロセッサ２００に接続中の電子スコープに適した処理がされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。
【００３１】
タイミングコントローラ２０４は、システムコントローラ２０２によるタイミング制御に従って、ドライバ信号処理回路１１２にクロックパルスを供給する。ドライバ信号処理回路１１２は、タイミングコントローラ２０４から供給さるクロックパルスに従って、固体撮像素子１０８をプロセッサ２００側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。
【００３２】
信号処理回路２２０には、ドライバ信号処理回路１１２からの撮像信号が入力する。撮像信号は、クランプ、ニー、γ補正、補間処理、ＡＧＣ（Auto Gain Control）、ＡＤ変換等の処理後、各色信号別にフレーム単位でＲ、Ｇ、Ｂの各色用のフレームメモリ（不図示）にバッファリングされる。バッファリングされた各色信号は、タイミングコントローラ２０４によって制御されたタイミングでフレームメモリから掃き出されて、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternating Line）等の所定の規格に準拠した映像信号に変換される。変換された映像信号がモニタ３００に順次入力することにより、被写体の画像がモニタ３００の表示画面上に表示される。
【００３３】
図４は、被写体に照射される光の分光特性を示す図である。より詳細には、図４（ａ）は、光学フィルタ２１３を光路から退避させている期間の照射光の分光特性を示す。図４（ａ）に示されるように、照射光は、光学フィルタ２１３を光路から退避させている期間中、非帯域制限光とレーザ光とを重畳させた分光特性を持つ。なお、ＬＣＢ１０２、配光レンズ１０４による照射光の分光特性の変化は、無視できる程度に軽微である。そのため、図４においては、説明の便宜上、当該変化について考慮していない。
【００３４】
図４（ａ）に示されるように、レーザ光のピークは、非帯域制限光の短波長側（４００ｎｍ付近）の落ち込み領域を補っている。そのため、光学フィルタ２１３を光路から退避させている期間中は、４００ｎｍ付近の短波長域を含む可視光領域から赤外光領域近傍に至る広い波長域に亘って十分な強度の被写体像が得られる。なお、レーザ光のピークに対応する４００ｎｍ付近は、ヘモグロビンに吸収されやすい帯域である。そのため、モニタ３００の表示画面上には、例えば生体の粘膜構造等と共に、通常のカラー観察画像では欠落しがちであった血管も明瞭に表示されることとなる。
【００３５】
図４（ｂ）は、光学フィルタ２１３を光路に挿入している期間の照射光の分光特性を示す。図４（ｂ）に示されるように、照射光は、光学フィルタ２１３を光路に挿入している期間中、帯域制限光とレーザ光とを重畳させた分光特性を持つ。なお、帯域制限光は、例えば６８０ｎｍ付近にピークを持ち、レーザ光に比べて半値幅が広い。
【００３６】
光学フィルタ２１３を光路に挿入している期間中は、ランプ２０８の照射光が図４（ａ）の場合と比べて制限されている。そのため、特定の生体構造に対する検出感度が高くなる。具体的には、狭帯域光であるレーザ光により、生体中の血管が強調表示されることとなる。但し、図４（ｂ）に示されるように、赤色領域付近（６８０ｎｍ付近）にも緩やかなピークを持つ帯域制限光が見られる。そのため、モニタ３００の表示画面上には、強調表示された血管と共に、赤色成分を多く持つ生体の粘膜構造等が一画面に同時に表示されることとなる。
【００３７】
図４（ａ）、図４（ｂ）の各分光特性を比較すると、より一層広い波長域の生体構造を観察したい場合は、光学フィルタ２１３を光路に挿入し、血管をより一層明瞭に観察したい場合は、光学フィルタ２１３を光路から退避させるという使い方が想定される。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態の電子内視鏡システム１によれば、ランプ２０８の照射光のうちの落ち込み領域を別の光源であるレーザ光源２１９のレーザ光で補うことにより、欠落しがちであった血管を他の生体構造と共に明瞭に観察することができる。
【００３９】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば図３（ａ）に示されるように、ランプ２０８は、１０００ｎｍ付近の赤外領域でも強度が大きく落ち込んでいる。別の実施形態のプロセッサ２００は、この落ち込み領域を補うため、１０００ｎｍ付近のレーザ光を出力するレーザ光源を搭載した構成であってもよい。
【００４０】
図５は、更に別の実施形態で被写体に照射される光の分光特性を示す図である。かかる実施形態では、５５０ｎｍ付近にピークを持つレーザ光と、可視光領域から赤外光領域の範囲に亘って該ピークの半値程度の強度を持つランプ光とを重畳させている。ランプ光の強度をレーザ光に対して抑えることにより、特定の生体構造に対する検出感度の低下が効果的に抑えられている。レーザ光のピークに対応する５５０ｎｍ付近は、ヘモグロビンに吸収されやすい帯域である。そのため、モニタ３００の表示画面上には、強調表示された血管と共に、生体の粘膜構造等が一画面に同時に表示されることとなる。
【符号の説明】
【００４１】
１  電子内視鏡システム
１００  電子スコープ
２００  プロセッサ
２１３  光学フィルタ
２１７  光結合器
２１９  レーザ光源
２２０  信号処理回路
【図１】
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【図２】
2011161008.tif 000004
【図３】
2011161008.tif 000005
【図４】
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【図５】
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