(57)【要約】【課題】被観察部への光の照射によって撮像された画像に基づいて、被観察部において発生した煙を検出する煙検出装置において、煙の誤検出を抑制し、高精度な煙検出を行う。【解決手段】第１の波長帯域を有する第１の光の被観察部への照射によってその被観察部から発せられた光に基づく第１の画像を時系列に取得し、第１の波長帯域よりも長波長の波長帯域を有する第２の光の被観察部への照射によって被観察部から発せられた光に基づく第２の画像を時系列に取得し、上記時系列に取得した第１の画像の経時変化量が所定量以上になった後、上記時系列に取得した第２の画像の経時変化量が所定量以上になった場合に、被観察部周辺において煙が発生したと判定する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長帯域を有する第１の光の被観察部への照射によって該被観察部から発せられた光に基づく第１の画像を取得する第１の画像取得部と、
前記第１の波長帯域よりも長波長の波長帯域を有する第２の光の被観察部への照射によって該被観察部から発せられた光に基づく第２の画像を取得する第２の画像取得部と、
前記第１の画像取得部によって時系列に取得された第１の画像の経時変化量が所定量以上になった後、前記第２の画像取得部によって時系列に取得された第２の画像の経時変化量が所定量以上になった場合に、前記被観察部周辺において煙が発生したと判定する煙発生判定部とを備えたことを特徴とする煙検出装置。
【請求項２】
前記煙発生判定部が、前記第１または第２の画像の色成分の経時変化量を取得するものであることを特徴とする請求項１記載の煙検出装置。
【請求項３】
前記煙発生判定部が、前記色成分の経時変化量として第１の波長成分と該第１の波長成分よりも短波長成分を含む第２の波長成分の経時変化量を取得するものであることを特徴とする請求項２記載の煙検出装置。
【請求項４】
前記第１の波長成分が赤成分であり、前記第２の波長成分が白成分であることを特徴とする請求項３記載の煙検出装置。
【請求項５】
前記煙発生判定部が、前記第１または第２の画像の周波数成分の経時変化量を取得するものであることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の煙検出装置。
【請求項６】
前記煙発生判定部が、前記周波数成分の経時変化量として高周波側の周波数成分と低周波側の周波数成分との比率の経時変化量を取得するものであることを特徴とする請求項５記載の煙検出装置。
【請求項７】
前記第１の画像取得部が、前記第１の光としての可視光の照射によって前記被観察部から発せされた反射光に基づく可視画像を前記第１の画像として取得するものであることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の煙検出装置。
【請求項８】
前記第２の画像取得部が、前記第２の光としての励起光の照射によって前記被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光画像を前記第２の画像として取得するものであることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の煙検出装置。
【請求項９】
前記励起光が近赤外光であることを特徴とする請求項８記載の煙検出装置。
【請求項１０】
前記煙発生判定部が、前記第１および第２の光の照射または非照射に応じて前記煙の発生の検出または非検出を切り替えるものであることを特徴とする請求項１から９いずれか１項記載の煙検出装置。
【請求項１１】
第１の波長帯域を有する第１の光の被観察部への照射によって該被観察部から発せられた光に基づく第１の画像を時系列に取得し、
前記第１の波長帯域よりも長波長の波長帯域を有する第２の光の被観察部への照射によって該被観察部から発せられた光に基づく第２の画像を時系列に取得し、
前記時系列に取得した前記第１の画像の経時変化量が所定量以上になった後、前記時系列に取得した第２の画像の経時変化量が所定量以上になった場合に、前記被観察部周辺において煙が発生したと判定することを特徴とする煙検出方法。
【請求項１２】
請求項１から１０いずれか１項記載の煙検出装置と、
前記第１および第２の光を前記被観察部に照射する光照射部と、
前記第１の光の被観察部への照射によって該被観察部から発せられた光に基づく第１の画像を撮像する第１の撮像部と、
前記第２の光の被観察部への照射によって該被観察部から発せられた光に基づく第２の画像を撮像する第２の撮像部とを備えたことを特徴とする画像撮像装置。
【請求項１３】
体内に挿入され、前記第１および第２の光の被観察部への照射によって該被観察部から発せられた光を導光する挿入部を備えたことを特徴とする請求項１２記載の画像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被観察部への光の照射によって取得された画像に基づいて、その被観察部において発生した煙を検出する煙検出方法および装置並びに画像撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、体腔内の組織を観察する内視鏡システムが広く知られており、白色光の照射によって体腔内の被観察部を撮像して通常画像を得、この通常画像をモニタ画面上に表示する電子式内視鏡システムが広く実用化されている。
【０００３】
また、上記のような内視鏡システムとして、たとえば、通常画像とともに、励起光の照射によって被観察部から発せられた自家蛍光像を撮像して自家蛍光画像を得、これらの画像をモニタ画面上に表示する蛍光内視鏡システムが提案されている。
【０００４】
また、蛍光内視鏡システムとしては、たとえば、ＩＣＧ（インドシアニングリーン）を予め体内に投入し、励起光を被観察部に照射して血管内のＩＣＧの蛍光を検出することによって血管の蛍光画像を取得するものも提案されている。
【０００５】
ここで、上述したような内視鏡システムを用いた術中においては、体腔内の組織の一部を電気メスで搾取したり、止血のために焼灼処置を行ったりする場合がある。そして、このような処置を行う際、組織から煙やミストが発生し、表示されている通常画像や蛍光画像の視界が悪くなったり、内視鏡の先端のレンズに汚れを生じたりする。また、特に蛍光内視鏡システムにおいては、上述したように煙によって視界が悪くなった場合に、そのまま励起光を被観察部へ照射し続けるのは安全性の観点から好ましくない。
【０００６】
したがって、上述したように煙等が発生した場合には、排煙装置を動作させて体腔内の排煙を行ったり、内視鏡の先端を洗浄したり、励起光を停止する必要があるが、内視鏡を体腔内に挿入して電気メスなどを用いて手術をしている状況において、排煙動作や内視鏡の洗浄動作や励起光の停止動作の操作を行うのは大変困難である。
【０００７】
そこで、たとえば、特許文献１においては、内視鏡の先端に煙やミストの濃度を測定する濃度測定器を設け、その濃度測定器によって測定された煙やミストの濃度が所定の閾値よりも高くなった場合に、自動的に排煙装置を動作させることが提案されている。また、特許文献１においては、内視鏡によって撮像された画像信号に対してエッジ抽出処理やパターン処理を施した結果に基づいて煙やミストの濃度情報を取得することも提案されている。
【０００８】
また、特許文献２においては、内視鏡によって撮像された画像内の動きや色を検出することによって煙を検出方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３０９１５６号公報
【特許文献２】特開平１１−３１８９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、たとえば、特許文献１のように濃度測定器を設けるようにした場合、コストアップとなり、また、内視鏡の先端の太径になってしまうため好ましくない。また、内視鏡によって撮像された画像のエッジなどによって煙を検出するようにしたのでは、煙によってエッジがボケているのか、もしくは撮影対象自体が平滑性の高いものなのか区別することができず、煙を誤検出してしまう可能性がある。
【００１１】
また、特許文献２のように、内視鏡によって撮像された画像内の動きや色を検出して煙を検出する場合においても、煙の動きなのか、もしくは内臓などの撮影対象自体の動きなのか区別することができない場合があり、また、色検出についても撮影対象自体が白っぽいものである可能性もあり、やはり煙を誤検出してしまう可能性がある。
【００１２】
本発明は、上記の問題に鑑み、内視鏡などによって撮像された画像に基づいて、被観察部において発生した煙を検出する煙検出方法および装置並びに画像撮像装置において、誤検出を抑制し、高精度な煙検出を行うことができる煙検出方法および装置並びに画像撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の煙検出装置は、第１の波長帯域を有する第１の光の被観察部への照射によってその被観察部から発せられた光に基づく第１の画像を取得する第１の画像取得部と、第１の波長帯域よりも長波長の波長帯域を有する第２の光の被観察部への照射によって被観察部から発せられた光に基づく第２の画像を取得する第２の画像取得部と、第１の画像取得部によって時系列に取得された第１の画像の経時変化量が所定量以上になった後、第２の画像取得部によって時系列に取得された第２の画像の経時変化量が所定量以上になった場合に、被観察部周辺において煙が発生したと判定する煙発生判定部とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、上記本発明の煙検出装置においては、煙発生判定部を、第１または第２の画像の色成分の経時変化量を取得するものとできる。
【００１５】
また、煙発生判定部を、色成分の経時変化量として第１の波長成分とその第１の波長成分よりも短波長成分を含む第２の波長成分の経時変化量を取得するものとできる。
【００１６】
また、上記第１の波長成分を赤成分とし、第２の波長成分を白成分とできる。
【００１７】
また、煙発生判定部を、第１または第２の画像の周波数成分の経時変化量を取得するものとできる。
【００１８】
また、煙発生判定部を、周波数成分の経時変化量として高周波側の周波数成分と低周波側の周波数成分との比率の経時変化量を取得するものとできる。
【００１９】
また、第１の画像取得部を、第１の光としての可視光の照射によって被観察部から発せされた反射光に基づく可視画像を第１の画像として取得するものとできる。
【００２０】
また、第２の画像取得部を、第２の光としての励起光の照射によって被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光画像を第２の画像として取得するものとできる。
【００２１】
また、励起光として近赤外光を用いることができる。
【００２２】
また、煙発生判定部を、第１および第２の光の照射または非照射に応じて煙の発生の検出または非検出を切り替えるものとできる。
【００２３】
本発明の煙検出方法は、第１の波長帯域を有する第１の光の被観察部への照射によってその被観察部から発せられた光に基づく第１の画像を時系列に取得し、第１の波長帯域よりも長波長の波長帯域を有する第２の光の被観察部への照射によって被観察部から発せられた光に基づく第２の画像を時系列に取得し、上記時系列に取得した第１の画像の経時変化量が所定量以上になった後、上記時系列に取得した第２の画像の経時変化量が所定量以上になった場合に、被観察部周辺において煙が発生したと判定することを特徴とする。
【００２４】
本発明の画像撮像装置は、上記煙検出装置と、第１および第２の光を被観察部に照射する光照射部と、第１の光の被観察部への照射によって被観察部から発せられた光に基づく第１の画像を撮像する第１の撮像部と、第２の光の被観察部への照射によって被観察部から発せられた光に基づく第２の画像を撮像する第２の撮像部とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、上記本発明の画像撮像装置においては、体内に挿入され、第１および第２の光の被観察部への照射によってその被観察部から発せられた光を導光する挿入部を備えたものとできる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の煙検出方法および装置並びに画像撮像装置によれば、第１の波長帯域を有する第１の光の被観察部への照射によって第１の画像を時系列に取得するとともに、第１の波長帯域よりも長波長の波長帯域を有する第２の光の被観察部への照射によって第２の画像を時系列に取得し、その時系列に取得された第１の画像の経時変化量が所定量以上になった後、上記時系列に取得された第２の画像の経時変化量が所定量以上になった場合に、被観察部周辺において煙が発生したと判定するようにしたので、互いに波長帯域の異なる光の照射による２つの画像の経時変化量に基づいて煙の発生を判定することができ、たとえば従来技術のように１つの画像の特徴のみに基づいて煙の発生を判定する場合と比較すると、誤検出を抑制することができ、高精度な煙検出を行うことができる。
【００２７】
ここで、上述したように互いに波長帯域の異なる光の照射による２つの画像の経時変化量に基づいて煙の発生を判定するようにしたのは、相対的に波長の短い第１の光は、煙による散乱が第２の光よりも発生しやすく、すなわち第２の画像よりも第１の画像の方が煙の画像が現れやすいからである。すなわち、被観察部周辺において煙が発生した場合、第２の画像に煙の画像が現れるタイミングよりも第１の画像に煙の画像が現れるタイミングの方が遅くなる。本発明は、このようなタイミング差が生じることを利用して、互いに波長帯域の異なる光の照射による２つの画像の経時変化量に基づいて煙の発生を判定するようにしたものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の煙検出装置の一実施形態を用いた硬性鏡システムの概略構成図
【図２】体腔挿入部の概略構成図
【図３】撮像ユニットの概略構成図
【図４】画像処理装置および光源装置の概略構成を示すブロック図
【図５】煙検出部の概略構成を示すブロック図
【図６】本発明の煙検出装置の一実施形態を用いた硬性鏡システムの作用を説明するためのフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の煙検出装置の一実施形態を用いた硬性鏡システムについて詳細に説明する。本実施形態の硬性鏡システムは、被観察部を手術中に発生した煙の検出方法に特徴を有するものであるが、まずは硬性鏡システム全体の構成について説明する。図１は、本実施形態の硬性鏡システム１の概略構成を示す図である。
【００３０】
本実施形態の硬性鏡システム１は、図１に示すように、白色光の通常光と近赤外光の励起光とを射出する光源装置２と、光源装置２から射出された通常光と励起光とを被観察部に照射するとともに、白色光の照射により被観察部から反射された反射光に基づく通常像と励起光の照射により被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像を撮像する硬性鏡撮像装置１０と、硬性鏡撮像装置１０によって撮像された画像信号に所定の処理を施すとともに、光源装置２と後述する送気送水装置５とに制御信号を出力するプロセッサ３と、プロセッサ３において生成された表示制御信号に基づいて被観察部の蛍光画像および通常画像を表示するモニタ４と、プロセッサ３からの制御信号に応じて硬性鏡撮像装置１０に生理食塩水および炭酸ガスを供給する送気送水装置５と、プロセッサ３から出力された制御信号に基づいて電気メス７の出力を制御する電気メス制御装置６とを備えている。
【００３１】
硬性鏡撮像装置１０は、図１に示すように、体腔内に挿入される体腔挿入部３０と、体腔挿入部３０によって導光された被観察部の通常像および蛍光像を撮像する撮像ユニット２０とを備えている。
【００３２】
また、硬性鏡撮像装置１０は、図１および図２に示すように、体腔挿入部３０と撮像ユニット２０とが着脱可能に接続されている。そして、体腔挿入部３０は接続部材３０ａ、挿入部材３０ｂ、ケーブル接続口３０ｃ、照射窓３０ｄ、撮像窓３０ｅおよび洗浄ノズル３０ｆを備えている。
【００３３】
接続部材３０ａは、体腔挿入部３０（挿入部材３０ｂ）の一端側３０Ｘに設けられており、たとえば撮像ユニット２０側に形成された開口２０ａに嵌め合わされることにより、撮像ユニット２０と体腔挿入部３０とが着脱可能に接続される。
【００３４】
挿入部材３０ｂは、体腔内の撮影を行う際に体腔内に挿入されるものであって、硬質な材料から形成され、たとえば、直径略５ｍｍの円柱形状を有している。挿入部材３０ｂの内部には、被観察部の像を結像するためのレンズ群が収容されており、他端側３０Ｙの撮像窓３０ｅから入射された被観察部の通常像および蛍光像はレンズ群を介して一端側３０Ｘの撮像ユニット２０側に射出される。
【００３５】
挿入部材３０ｂの側面にはケーブル接続口３０ｃが設けられており、このケーブル接続口３０ｃに光ケーブルＬＣが機械的に接続される。これにより、光源装置２と挿入部材３０ｂとが光ケーブルＬＣを介して光学的に接続されることになる。光ケーブルＬＣは、通常光および励起光を導光するバンドルファイバから形成されるものである。
【００３６】
照射窓３０ｄは、体腔挿入部３０の他端側３０Ｙに設けられており、光ケーブルＬＣによって導光された通常光および励起光を被観察部に対し照射するものである。なお、挿入部材３０ｂ内にはケーブル接続口３０ｃから照射窓３０ｄまで通常光および励起光を導光するバンドルファイバが収容されており（図示せず）、このバンドルファイバの先端が研磨されることによって照射窓３０ｄが形成されている。
【００３７】
挿入部材３０ｂの先端に設けられた洗浄ノズル３０ｆは、送気送水装置５から供給された生理食塩水や炭酸ガスを照射窓３０ｄや撮像窓３０ｅに吐出し、これらの洗浄するものである。なお、図２においては図示省略しているが、体腔挿入部３０には、送気送水装置５から供給された生理食塩水や炭酸ガスを洗浄ノズル３０ｆまで導くチューブなどが設けられているものとする。
【００３８】
図３は、撮像ユニット２０の概略構成を示す図である。撮像ユニット２０は、体腔挿入部３０内のレンズ群により結像された被観察部の蛍光像を撮像して被観察部の蛍光画像信号を生成する第１の撮像系と、体腔挿入部３０内のレンズ群により結像された被観察部の通常像を撮像して通常画像信号を生成する第２の撮像系とを備えている。これらの撮像系は、通常像を反射するとともに、蛍光像を透過する分光特性を有するダイクロイックプリズム２１によって、互いに直交する２つの光軸に分けられている。
【００３９】
第１の撮像系は、被観察部において反射し、ダイクロイックプリズム２１を透過した励起光の波長以下の光をカットするとともに、蛍光像Ｌ４を透過する励起光カットフィルタ２２と、体腔挿入部３０から射出され、ダイクロイックプリズム２１および励起光カットフィルタ２２を透過した蛍光像Ｌ４を結像する第１結像光学系２３と、第１結像光学系２３により結像された蛍光像Ｌ４を撮像する高感度撮像素子２４とを備えている。
【００４０】
第２の撮像系は、体腔挿入部３０から射出され、ダイクロイックプリズム２１を反射した通常像Ｌ３を結像する第２結像光学系２５と、第２結像光学系２５により結像された通常像Ｌ３を撮像する撮像素子２６を備えている。
【００４１】
高感度撮像素子２４は、蛍光像Ｌ４の波長帯域の光を高感度に検出し、蛍光画像信号に変換して出力するものである。本実施形態においては、高感度撮像素子２４としてモノクロ画像を撮像する撮像素子を用いるものとする。
【００４２】
撮像素子２６は、通常像の波長帯域の光を検出し、通常画像信号に変換して出力するものである。撮像素子２６の撮像面には、３原色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）、またはシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）のカラーフィルタがベイヤー配列またはハニカム配列で設けられている。
【００４３】
また、撮像ユニット２０は、撮像制御ユニット２７を備えている。撮像制御ユニット２７は、高感度撮像素子２４から出力された蛍光画像信号と撮像素子２６から出力された通常画像信号とに対し、ＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理を施し、ケーブルを介してプロセッサ３に出力するものである。
【００４４】
プロセッサ３は、図４に示すように、通常画像入力コントローラ３１、蛍光画像入力コントローラ３２、画像処理部３３、メモリ３４、ビデオ出力部３５、操作部３６、ＴＧ（タイミングジェネレータ）３７、ＣＰＵ３８および煙検出部３９を備えている。
【００４５】
通常画像入力コントローラ３１および蛍光画像入力コントローラ３２は、所定容量のラインバッファを備えており、通常画像入力コントローラ３１は、撮像ユニット２０の撮像制御ユニット２７から出力された１フレーム毎の通常画像信号を一時的に記憶するものであり、蛍光画像入力コントローラ３２は、蛍光画像信号をそれぞれ一時的に記憶するものである。そして、通常画像入力コントローラ３１に記憶された通常画像信号および蛍光画像入力コントローラ３２に記憶された蛍光画像信号はバスを介してメモリ３４に格納される。
【００４６】
画像処理部３３は、メモリ３４から読み出された１フレーム毎の通常画像信号および蛍光画像信号が入力され、これらの画像信号に所定の画像処理を施し、バスに出力するものである。
【００４７】
ビデオ出力部３５は、画像処理部３３から出力された通常画像信号および蛍光画像信号がバスを介して入力され、所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力するものである。
【００４８】
操作部３６は、種々の操作指示や制御パラメータなどの操作者による入力を受け付けるものである。また、ＴＧ３７は、撮像ユニット２０の高感度撮像素子２４、撮像素子２６および後述する光源装置２のＬＤドライバ４５を駆動するための駆動パルス信号を出力するものである。また、ＣＰＵ３８はシステム全体を制御するものである。
【００４９】
煙検出部３９は、硬性鏡撮像装置１０によって撮像され、時系列に順次入力された通常画像信号と蛍光画像信号とに基づいて、体腔内の被観察部を電気メス７などで処置した際に発生した煙を検出するものである。
【００５０】
図５は、煙検出部３９の具体的な構成を示す図である。煙検出部３９は、図５に示すように、色成分算出部５０と、周波数成分算出部５１と、基準情報記憶部５２と、煙発生判定部５３とを備えている。
【００５１】
色成分算出部５０は、時系列に入力された通常画像信号を分析し、通常画像信号に含まれる色成分の情報を順次算出するものであるが、本実施形態においては、具体的には、通常画像信号に含まれる赤色成分の情報と白色成分の情報とを算出し、その情報を基準情報記憶部５２および煙発生判定部５３に出力するものである。
【００５２】
ここで、赤色成分の情報と白色成分の情報とを取得するようにしたのは、被観察部において煙が発生していない場合には、通常画像信号には内臓などの赤色の成分が相対的に多く含まれ、一方、被観察部において煙が発生している場合には、通常画像信号には赤色の成分よりも白色の成分が相対的に多く含まれることになるので、これらの色成分の通常画像信号に含まれる比率は煙の有無を判定するための一つの指標となるからである。なお、本実施形態においては、煙を表す白色成分の他に赤色成分を算出するようにしたが、これに限らずその他の色成分を算出するようにしてもよく、たとえば肌色成分を算出するようにしてもよい。もしくは、赤色の成分と白色の成分との比率以外にも、その他の第１の波長成分とその第１の波長成分よりも短波長の成分を含む第２の波長成分との比率を取得するようにしてもよい。
【００５３】
周波数成分算出部５１は、時系列に入力された通常画像信号および蛍光画像信号を分析し、通常画像信号および蛍光画像信号に含まれる周波数成分の情報を順次算出するものであるが、本実施形態においては、具体的には、通常画像信号および蛍光画像信号に対してフーリエ変換を施して空間周波数成分の分布をそれぞれ算出し、その情報を基準情報記憶部５２および煙発生判定部５３に出力するものである。
【００５４】
ここで、通常画像信号および蛍光画像信号に含まれる周波数成分の情報を算出するようにしたのは、被観察部において煙が発生していない場合には、通常画像信号および蛍光画像信号には内臓の輪郭や血管などを表す高周波成分の画像信号が相対的に多く含まれ、一方、被観察部において煙が発生している場合には、煙によって内臓の輪郭や血管などがボケるため通常画像信号には低周波成分の画像信号が相対的に多く含まれることになるので、高周波側の周波数成分と低周波側の周波数成分との比率は煙の有無を判定するための一つの指標となるからである。
【００５５】
基準情報記憶部５２は、被観察部の通常画像と蛍光画像の撮像開始時において算出された通常画像信号の色成分情報と、通常画像信号および蛍光画像信号の周波数成分情報とを基準色成分情報と基準周波数成分情報として記憶するものである。この基準色成分情報と基準周波数成分情報とは、現在撮像されている通常画像信号と蛍光画像信号の色成分情報および周波数成分情報の経時変化量を算出するために基準となるものである。なお、本実施形態においては、撮像開始時において算出された色成分情報と周波数成分情報とを基準色成分情報と基準周波数成分情報として用いるようにしたが、これに限らず、撮像開始後の任意に時点において算出された色成分情報と周波数成分情報とを基準色成分情報と基準周波数成分情報として用いるようにしてもよい。
【００５６】
煙発生判定部５３は、時系列に入力される通常画像信号の色成分情報と周波数成分情報の経時変化量に基づいて通常画像内に煙が発生したと想定される第１の時刻を取得するとともに、時系列に入力される蛍光画像信号の周波数成分情報の経時変化量に基づいて蛍光画像内に煙が発生したと想定される第２の時刻とを取得し、この第１の時刻よりも第２の時刻が遅い場合に、被観察部周辺において煙が発生したと最終的に判定するものである。
【００５７】
ここで、上述したように通常画像内に煙が発生したと想定される第１の時刻と蛍光画像内に煙が発生したと想定される第２の時刻との両方の時刻を用いて煙の有無の判定を行うようにしたのは、たとえば、通常画像の色成分や周波数成分の情報の経時変化量のみに基づいて煙の有無を判定するようにしたのでは、煙が発生したために通常画像信号の低周波成分の割合が増加したのではなく、単に平滑性の高い臓器などが撮影対象となったために低周波成分の割合が増加している場合もあり、また、煙が発生したために通常画像信号の白色成分が増加したのではなく、単に白っぽい臓器などが撮影対象となったために白色成分の割合が増加している場合もあり、このような場合、煙の誤検出となる可能性があるからである。
【００５８】
さらに、通常画像を撮像する際に被観察部に照射される通常光（白色光）は、励起光よりも相対的に短い広域な波長帯域の光であるため、煙による散乱が励起光よりも発生しやすく、すなわち蛍光画像よりも通常画像の方が煙の画像が現れやすい。したがって、被観察部周辺において煙が発生した場合、通常画像に煙の画像が現れる時刻よりも蛍光画像に煙の画像が現れる時刻の方が遅くなる。本実施形態の煙検出部３９は、この時間差が発生する現象を利用して、通常画像内に煙が発生したと想定される第１の時刻と蛍光画像内に煙が発生したと想定される第２の時刻とを取得し、第１の時刻よりも第２の時刻の方が遅い場合に、煙が発生したと最終的に判定を行うことによって、より高精度な煙検出を行うようにしたものである。
【００５９】
そして、煙発生判定部５３は、被観察部周辺に煙が存在すると判定すると、煙検出信号をプロセッサ３のＣＰＵ３８に出力するものである。そして、ＣＰＵ３８は、入力された煙検出信号に応じて光源装置２、送気送水装置５および電気メス制御装置６に所定の制御信号を出力するものである。
【００６０】
図４に戻り、光源装置２は、約４００〜７００ｎｍの広帯域の波長からなる通常光（白色光）Ｌ１を射出する通常光源４０と、通常光源４０から射出された通常光Ｌ１を集光する集光レンズ４２と、集光レンズ４２によって集光された通常光Ｌ１を透過するとともに、後述する励起光Ｌ２を反射し、通常光Ｌ１および励起光Ｌ２とを光ケーブルＬＣの入射端に入射させるダイクロイックミラー４３とを備えている。なお、通常光源４０としては、たとえばキセノンランプが用いられる。また、通常光源４０と集光レンズ４２との間には、絞り４１が設けられており、ＡＬＣ（Automatic light control）４８からの制御信号に基づいてその絞り量が制御される。
【００６１】
また、光源装置２は、７５０〜８３０ｎｍの近赤外光を励起光Ｌ２として射出する近赤外ＬＤ光源４４と、近赤外ＬＤ光源４４を駆動するＬＤドライバ４５と、近赤外ＬＤ光源４４から射出された励起光Ｌ２を集光する集光レンズ４６と、集光レンズ４６によって集光された励起光Ｌ２をダイクロイックミラー４３に向けて反射するミラー４７とを備えている。
【００６２】
そして、本実施形態のＬＤドライバ４５は、煙検出部３９から出力された煙検出信号によってＣＰＵ３８から出力された制御信号に応じて、近赤外ＬＤ光源４４からの励起光Ｌ２の射出を停止させるものである。
【００６３】
なお、励起光Ｌ２としては、広帯域の波長からなる通常光よりも狭帯域の波長が用いられる。そして、励起光Ｌ２としては上記波長域の光に限定されず、蛍光色素の種類もしくは自家蛍光させる生体組織の種類によって適宜決定される。
【００６４】
送気送水装置５は、炭酸ガスが貯蔵されたＣＯ２ボンベや、生理食塩水が貯蔵された液体貯蔵タンクや、炭酸ガスや生理食塩素の送気送水を制御する送気送水制御部などを備えている。そして、送気送水制御部は、たとえばプロセッサ３の操作部３６において送気または送水の指示が受け付けられた場合に、送気送水を行って体腔挿入部３０に炭酸ガスまたは生理食塩水を供給するものであるとともに、さらに煙検出部３９から出力された煙検出信号によってＣＰＵ３８から出力された制御信号に応じて送気または送水を行うものである。
【００６５】
電気メス制御装置６は、使用者によって設定入力された電気メス７の出力に応じて電気メス７に制御信号を出力し、電気メス７の出力を制御するものであるとともに、さらに煙検出部３９から出力された煙検出信号によってＣＰＵ３８から出力された制御信号に応じて、現在設定されている電気メス７の出力を下げるように電気メス７に制御信号を出力するものである。
【００６６】
また、本実施形態においては、上述したように煙検出部３９において煙が検出された際、光源装置２からの励起光Ｌ２の射出を停止させたり、送気送水装置５によって送気送水を行って体腔挿入部３０の洗浄ノズル３０ｆから炭酸ガスまたは生理食塩水を吐出させるようにしたり、さらに電気メス制御装置６によって電気メス７の出力を下げるようにしたが、これに限らず、たとえば体腔内に炭酸ガスを注入するとともに、体腔内のガスを吸引する排煙装置を設け、煙検出部３９において煙が検出された際にこの排煙装置を動作させるようにしてもよい。
【００６７】
次に、本実施形態の硬性鏡システムの作用について、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００６８】
まず、操作者により体腔挿入部３０が体腔内に挿入され、体腔挿入部３０の先端が被観察部の近傍に設置される（Ｓ１０）。
【００６９】
そして、光源装置２の通常光源４０から射出された通常光Ｌ１が、集光レンズ４２、ダイクロイックミラー４３および光ケーブルＬＣを介して体腔挿入部３０に入射され、体腔挿入部３０の照射窓３０ｄから被観察部に照射される。一方、光源装置２の近赤外ＬＤ光源４４から射出された励起光Ｌ２が、集光レンズ４６、ミラー４７および光ケーブルＬＣを介して体腔挿入部３０に入射され、体腔挿入部３０の照射窓３０ｄから通常光Ｌ１と同時に被観察部に照射される。
【００７０】
そして、通常光Ｌ１の照射によって被観察部から反射された反射光に基づく通常像が撮像されるとともに、励起光Ｌ２の照射によって被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像が撮像される（Ｓ１２）。なお、被観察部には、予めＩＣＧが投与されており、このＩＣＧから発せられる蛍光を撮像するものとする。
【００７１】
具体的には、通常像の撮像の際には、通常光Ｌ１の照射によって被観察部から反射された反射光に基づく通常像Ｌ３が挿入部材３０ｂの先端３０Ｙから入射し、挿入部材３０ｂ内のレンズ群により導光されて撮像ユニット２０に向けて射出される。
【００７２】
撮像ユニット２０に入射された通常像Ｌ３は、ダイクロイックプリズム２１により撮像素子２６に向けて直角方向に反射され、第２結像光学系２５により撮像素子２６の撮像面上に結像され、撮像素子２６によって所定のフレームレートで順次撮像される。
【００７３】
撮像素子２６から順次出力された通常画像信号は、撮像制御ユニット２７においてＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理が施された後、ケーブルを介してプロセッサ３に順次出力される。
【００７４】
そして、プロセッサ３に入力された通常画像信号は、通常画像入力コントローラ３１において一時的に記憶された後、メモリ３４に格納される。そして、メモリ３４から読み出された１フレーム毎の通常画像信号は、画像処理部３３において階調補正処理およびシャープネス補正処理が施された後、ビデオ出力部３５に順次出力されるとともに、煙検出部３９に順次出力される。
【００７５】
そして、ビデオ出力部３５は、入力された通常画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、１フレーム毎の表示制御信号をモニタ４に順次出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて通常画像を表示する（Ｓ１４）。
【００７６】
また、煙検出部３９に入力された通常画像信号は、色成分算出部５０と周波数成分算出部５１とに入力される。そして、色成分算出部５０は、入力された通常画像信号を分析し、通常画像信号に含まれる赤色成分と白色成分とを算出し、撮像開始時に最初に撮像されたフレームの通常画像信号の赤色成分と白色成分を基準情報記憶部５２に出力して記憶させ（Ｓ１６）、それ以降のフレームの通常画像信号の赤色成分と白色成分とを煙発生判定部５３に順次出力する。また、周波数成分算出部５１は、入力された通常画像信号に対してフーリエ変換を施して空間周波数成分の分布を算出し、撮像開始時に最初に撮像されたフレームの通常画像信号の空間周波数成分の分布を基準情報記憶部５２に出力して記憶させ（Ｓ１６）、それ以降のフレームの通常画像信号の空間周波数成分の分布を煙発生判定部５３に順次出力する。
【００７７】
一方、蛍光像の撮像の際には、励起光の照射によって被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像Ｌ４が挿入部材３０ｂの先端３０Ｙから入射し、挿入部材３０ｂ内のレンズ群により導光されて撮像ユニット２０に向けて射出される。
【００７８】
撮像ユニット２０に入射された蛍光像Ｌ４は、ダイクロイックプリズム２１および励起光カットフィルタ２２を通過した後、第１結像光学系２３により高感度撮像素子２４の撮像面上に結像され、高感度撮像素子２４によって所定のフレームレートで撮像される。
【００７９】
高感度撮像素子２４から順次出力された蛍光画像信号は、撮像制御ユニット２７においてＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理が施された後、ケーブルを介してプロセッサ３に順次出力される。
【００８０】
そして、プロセッサ３に入力された蛍光画像信号は、蛍光画像入力コントローラ３２において一時的に記憶された後、メモリ３４に格納される。そして、メモリ３４から読み出された１フレーム毎の蛍光画像信号は、画像処理部３３において所定の画像処理が施された後、ビデオ出力部３５に順次出力されるとともに、煙検出部３９に順次出力される。
【００８１】
そして、ビデオ出力部３５は、入力された蛍光画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、１フレーム毎の表示制御信号をモニタ４に順次出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて蛍光画像を表示する（Ｓ１４）。
【００８２】
また、煙検出部３９に入力された蛍光画像信号は周波数成分算出部５１に入力される。周波数成分算出部５１は、入力された蛍光画像信号に対してフーリエ変換を施して空間周波数成分の分布を算出し、撮像開始時に最初に撮像されたフレームの蛍光画像信号の空間周波数成分の分布を基準情報記憶部５２に出力して記憶させ（Ｓ１６）、それ以降のフレームの蛍光画像信号の空間周波数成分の分布を煙発生判定部５３に順次出力する。
【００８３】
そして、上記のようにして通常画像および蛍光画像がモニタ４に表示されている状態において、煙検出部３９は、順次入力される通常画像信号の色成分情報と周波数成分情報の経時変化量をモニタリングするとともに（Ｓ１８）、順次入力される蛍光画像信号の周波数成分情報の経時変化量をモニタリングすることによって（Ｓ２０）、被観察部周辺における煙の発生の有無を検出する。
【００８４】
具体的には、まず、煙検出部３９の煙発生判定部５３は、基準情報記憶部５２に記憶されている過去の通常画像の基準色成分情報と基準周波数成分情報とを読み出すとともに、蛍光画像の基準周波数成分情報とを読み出す。
【００８５】
そして、煙発生判定部５３は、現在撮像されている通常画像信号に基づいて算出された色成分情報と周波数成分情報の経時変化量を算出する。具体的には、煙発生判定部５３は、現在撮像されている通常画像信号に含まれる赤色成分に対する白色成分の比率を算出するとともに、過去の通常画像の基準色成分情報に基づいて赤色成分に対する白色成分の比率を算出する。そして、現在撮像されている通常画像信号に基づいて算出された比率から基準色成分情報に基づいて算出された比率を減算することによって色成分情報の経時変化量を算出する。
【００８６】
また、煙発生判定部５３は、現在撮像されている通常画像信号の空間周波数成分の分布に基づいて、高周波側の空間周波数成分に対する低周波側の空間周波数成分の比率を算出するとともに、過去の通常画像の基準周波数成分情報に基づいて高周波側の空間周波数成分に対する低周波側の空間周波数成分の比率を算出する。そして、現在撮像されている通常画像信号に基づいて算出された比率から基準周波数成分情報に基づいて算出された比率を減算することによって通常画像の周波数成分情報の経時変化量を算出する。
【００８７】
そして、煙発生判定部５３は、上述したようにして算出した通常画像の色成分情報の経時変化量と周波数成分情報の経時変化量とがともに、それぞれについて予め設定された所定の閾値以上となったか否かをモニタリングする（Ｓ１８）。
【００８８】
一方、煙発生判定部５３は、現在撮像されている蛍光画像信号の空間周波数成分の分布に基づいて、高周波側の空間周波数成分に対する低周波側の空間周波数成分の比率を算出するとともに、過去の蛍光画像の基準周波数成分情報に基づいて高周波側の空間周波数成分に対する低周波側の空間周波数成分の比率を算出する。そして、現在撮像されている蛍光画像信号に基づいて算出された比率から基準周波数成分情報に基づいて算出された比率を減算することによって蛍光画像の周波数成分情報の経時変化量を算出する。
【００８９】
そして、煙発生判定部５３は、上述したようにして算出した蛍光画像の周波数成分情報の経時変化量が、予め設定された所定の閾値以上となったか否かをモニタリングする（Ｓ２０）。
【００９０】
ここで、上述したように、被観察部によって煙が発生した場合、蛍光画像よりも通常画像の方が煙の画像が現れやすく、通常画像に煙の画像が現れる時刻よりも蛍光画像に煙の画像が現れる時刻の方が遅くなることになる。
【００９１】
したがって、煙発生判定部５３は、この性質を利用して、通常画像の色成分情報の経時変化量と周波数成分情報の経時変化量とがともに所定の閾値以上となった第１の時刻を取得するとともに（Ｓ２２）、蛍光画像の周波数成分情報の経時変化量が所定の閾値以上になった第２の時刻を取得し（Ｓ２４）、第１の時刻よりも第２の時刻の方が遅い場合に（Ｓ２６，ＹＥＳ）、被観察部周辺において煙が発生したと判定する（Ｓ２８）。
【００９２】
そして、煙発生判定部５３は、被観察部周辺において煙が発生したと判定すると煙検出信号をＣＰＵ３８に出力する。ＣＰＵ３８は、入力された煙検出信号に応じて送気送水装置５に制御信号を出力し、送気送水装置５は、入力された制御信号に応じて送気または送水を行う（Ｓ３０）。また、ＣＰＵ３８は、入力された煙検出信号に応じて電気メス制御装置６にも制御信号を出力し、電気メス制御装置６は、入力された制御信号に応じて、現在の設定されている電気メス７の出力を低下させるように電気メス７に対して制御信号を出力する。また、上述したようにこのとき排煙機能を動作させるようにしてもよい。
【００９３】
なお、上記実施形態の硬性鏡システムにおいては、通常画像の経時変化量が所定の閾値以上となった第１の時刻と、蛍光画像の経時変化量が所定の閾値以上となった第２の時刻とを取得するようにしたが、必ずしもこれらの時刻を取得する必要はなく、要するに、通常画像の経時変化量が所定の閾値以上となった後に、蛍光画像の経時変化量が所定の閾値以上となったことを判定できるようにすればよい。たとえば、通常画像の経時変化量が所定の閾値以上となったときにフラグをたてるようにし、そのフラグがたった状態で蛍光画像の経時変化量が所定の閾値以上となった場合に煙が発生したと判定するようにしてもよい。
【００９４】
また、上記実施形態の硬性鏡システムにおいては、蛍光画像の経時変化量として、色成分情報を算出することなく周波数成分情報のみを算出するようにしたが、これは本実施形態においては、蛍光画像をモノクロ画像として撮影しているからであり、たとえば蛍光画像をカラー画像として撮像する場合には、蛍光画像についても色成分情報を算出し、その色成分情報の経時変化量を通常画像と同様にモニタリングするようにしてもよい。
【００９５】
また、上記実施形態の硬性鏡システムにおいては、画像における色成分情報と周波数成分情報の経時変化量をモニタリングするようにしたが、これに限らず、煙の発生よって画像上に変化が生じる情報であればその他の情報の経時変化量をモニタリングするようにしてもよい。
【００９６】
また、上記実施形態の硬性鏡システムにおいては、通常光および励起光の被観察部への照射開始および照射終了と、煙検出部３９における煙検出の動作開始と動作終了とを連動させるようにしてもよい。すなわち、通常光および励起光の被観察部への照射開始とともに煙検出の動作を開始し、通常光および励起光の被観察部への照射終了とともに煙検出の動作を終了させるようにしてもよい。
【００９７】
なお、上記実施形態においては、通常光と励起光とを同時に被観察部に照射して通常画像と蛍光画像とを同時に撮像する構成としたが、これに限らず、たとえば、通常光と励起光とを交互に時分割に被観察部に照射し、通常画像と蛍光画像とを時分割に撮像する構成としてもよい。
【００９８】
また、上記実施形態においては、第１の撮像系により蛍光画像を撮像するようにしたが、これに限らず、被観察部への特殊光の照射による被観察部の吸光特性に基づく画像を撮像するようにしてもよい。
【００９９】
また、上記実施形態は、本発明の煙検出装置を硬性鏡システムに適用したものであるが、これに限らず、たとえば、軟性内視鏡装置を有するその他の内視鏡システムに適用してもよい。また、内視鏡システムに限らず、体内に挿入される挿入部を備えていない、いわゆるビデオカメラ型の医用画像撮像装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１     硬性鏡システム
２     光源装置
３     プロセッサ
４     モニタ
５     送気送水装置
６     電気メス制御装置
７     電気メス
１０   硬性鏡撮像装置
２０   撮像ユニット
２４   高感度撮像素子
２６   撮像素子
３０   体腔挿入部
３０ｄ 照射窓
３０ｅ 撮像窓
３０ｆ 洗浄ノズル
３９   煙検出部
４０   通常光源
４４   近赤外ＬＤ光源
５０   色成分算出部
５１   周波数成分算出部
５２   基準情報記憶部
５３   煙発生判定部
【図１】
2013039224.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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