WO2015190255A1 - 内視鏡 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an endoscope.
- the ⁇ pigment observation method '' that disperses various dyes during endoscopy and observes their reactions is considered useful for early recognition of lesions, especially cancer, determination of lesion area, and evaluation of penetration. ing.
- the dye used varies depending on the site and lesion.
- a blue pigment which absorbs yellow and red components on the long wavelength side is often used to provide contrast with the color.
- Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-273900 discloses one such dye observation method.
- an indigo carmine aqueous solution having a concentration of 0.08 to 0.25 w / v% and an aqueous acetic acid solution having a concentration of 3.0 to 5.0 w / v% are placed simultaneously or at a predetermined time. It is said that the boundary between the lesioned part and the normal part can be easily recognized by spraying on the observed part.
- An object of the present invention is to provide an endoscope capable of obtaining an observation image equivalent to that before the pigment dispersion even after the pigment dispersion.
- the present invention is an endoscope for observing a subject on which a pigment is dispersed, and the pigment is a material having a light absorption wavelength region and a light transmission wavelength region within a visible light wavelength region, and the endoscope Has observation mode switching means for switching between a plurality of observation modes, and the plurality of observation modes includes a dye effective observation mode capable of obtaining an image in which the dye is well visible, and the dye is not substantially visually recognized. It includes a dye-ineffective observation mode that can acquire images.
- an endoscope capable of acquiring an observation image equivalent to that before the pigment dispersion even after the pigment dispersion.
- FIG. 1 shows a schematic configuration of an endoscope according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a graph showing the relationship between the number of laser beams and color reproducibility.
- FIG. 3 shows absorption spectra of indigo carmine, toluidine blue and crystal violet (pioctane).
- FIG. 4 shows the absorption spectrum of indigo carmine.
- FIG. 5 shows each spectrum of narrowband light included in the effective dye illumination light in the endoscope of FIG. 1 superimposed on the absorption spectra of indigo carmine, toluidine blue, and crystal violet (pioctanine).
- FIG. 6 shows each spectrum of narrow-band light included in the pigment invalid illumination light in the endoscope of FIG.
- FIG. 7 shows the spectra of blood and melanin, which are the main components of the living body, superimposed on the emission wavelength of the laser.
- FIG. 8 shows two types of effective dye observation images and ineffective dye observation images obtained using the endoscope of FIG.
- FIG. 9 shows a schematic configuration of an endoscope having a configuration using a gas light source.
- FIG. 10 is a plan view of the turret shown in FIG.
- FIG. 11 shows the spectrum of effective dye illumination light in the endoscope of FIG. 9 superimposed on the absorption spectra of indigo carmine, toluidine blue, and crystal violet (pioctane).
- FIG. 12 shows the spectrum of the pigment invalid illumination light in the endoscope of FIG. 9 superimposed on the absorption spectra of indigo carmine, toluidine blue, and crystal violet (pioctane).
- FIG. 13 shows an example of a dye effective observation mode image and a dye invalid observation mode image displayed simultaneously by the image display unit.
- the present embodiment is an endoscope capable of performing “normal light observation”.
- the endoscope refers to an observation device having an observation function at the distal end of an elongated insertion portion in order to observe, image, and diagnose in a narrow closed space.
- normal light observation refers to observation that reproduces an image of the appearance of a subject when illuminated with sunlight or white illumination.
- illumination for creating an image for normal light observation is referred to as normal light illumination.
- this endoscope can obtain a normal light observation image in which the pigment is well visible by effectively applying the optical characteristics of the pigment to the illumination light on the subject on which the pigment is dispersed.
- ⁇ Observation '' and ⁇ Dye-invalidation observation '' that can obtain a normal light observation image in which the dye is substantially invisible because the dye behaves almost as a transparent liquid by substantially invalidating the optical characteristics of the dye with respect to the illumination light Two types of normal light observation are possible.
- FIG. 1 shows a schematic configuration of the endoscope according to the present embodiment.
- This endoscope has a light source unit 12 that outputs light for illuminating a subject, an optical fiber 20 that guides light from the light source unit 12, and a function of irradiating the subject with illumination light and photographing the subject.
- a scope insertion portion 22 is provided.
- the optical fiber 20 may be composed of a single fiber or a bundle fiber in which a plurality of fibers are bundled.
- the scope insertion unit 22 has a light conversion member 24 that converts light guided by the optical fiber 20 into light suitable for illumination of the subject, and an optical image of the subject that is converted into an electrical signal at the distal end thereof.
- the image sensor 26 is provided for output.
- the light conversion member 24 may be, for example, a light distribution conversion member that converts light distribution, and may be configured by a lens or a diffusion member.
- the light conversion member 24 is not necessarily a necessary element, and may have a configuration in which the light guided by the optical fiber 20 is irradiated to the subject as it is depending on the performance required for the endoscope.
- light output from the light source unit 12 is referred to as light source light
- light emitted from the scope insertion unit 22 is referred to as illumination light.
- the image pickup device 26 is not necessarily required to be installed at the distal end portion of the scope insertion portion 22.
- An optical member may be installed at the distal end of the scope insertion unit 22, and the imaging element 26 may be installed behind the scope insertion unit 22 or outside the scope insertion unit 22.
- a system in which the user optically directly observes a subject image by installing an eyepiece lens behind the scope insertion unit 22 it doesn't matter.
- the endoscope also includes an image forming unit 32 that forms an image based on an electrical signal output from the image sensor 26 and an image display unit 34 that displays an image formed by the image forming unit 32.
- the visible light is light having a wavelength of 380 nm to 780 nm.
- illumination light that combines a plurality of single-wavelength light such as laser light can sufficiently improve the performance (color rendering) as illumination light (eg: A. Neumann et al., Opt. Exp., 19, S4, A982 (July 4, 2011)).
- the present inventors performed calculation of the average color rendering index Ra, which is one of the illuminator quality evaluation parameters defined by JIS and the like, for various wavelengths and the number of laser beams. As a result, as shown in FIG. 2, it has been found that by combining a plurality of laser beams having different wavelengths, a performance equivalent to or higher than that of a broad spectrum general illumination conventionally used can be obtained. It was.
- Ra average color rendering index
- the light source unit 12 is a light source configured based on such a background, and includes a plurality of lasers 14A, 14B, 14C, 14D, 14E, and 14F that emit light having a plurality of different wavelengths, and lasers 14A to 14F.
- a plurality of optical fibers 16 that are optically coupled to each other and a combiner 18 that mixes light guided by the plurality of optical fibers 16 are provided.
- the lasers 14A to 14F can emit light having different center wavelengths, such as visible light.
- laser 14A can emit light with a wavelength of 440 nm
- laser 14B can emit light with a wavelength of 470 nm
- laser 14C can emit light with a wavelength of 530 nm
- laser 14D Light with a wavelength of 590 nm can be emitted
- laser 14E can emit light with a wavelength of 640 nm
- laser 14F can emit light with a wavelength of 680 nm.
- the predetermined dye is a dye that is assumed to be used in observation using an endoscope, and emphasizes subject information that is difficult to obtain by normal light observation in a medical endoscope. It is a dye used for observation purposes.
- This dye includes a fluorescent dye.
- a fluorescent dye is a dye that absorbs a specific wavelength and emits light having a wavelength different from that wavelength.
- the dye is a material having a light absorption wavelength region and a light transmission wavelength region in the visible light wavelength region.
- spraying includes not only spraying a liquid containing a pigment on a subject but also pouring the subject into a subject, which is poured locally into the subject.
- Indigo carmine, toluidine blue, and crystal violet (pioctane) are known as main pigments to be dispersed on the subject.
- Indigo carmine is a representative dye of the contrast method that is most frequently used at present, and is widely used for normal, detailed, and detailed examinations for lesions in the stomach, small intestine, and large intestine. Since it is relatively harmless to the human body and highly safe, it can be used with peace of mind for any patient. Instead of showing any reaction with the living body, the liquid accumulates in the recesses on the inner wall, thereby enabling observation with emphasis on fine irregularities.
- Toluidine blue is a pigment mainly used for lesions of the esophagus. When a defect occurs in the esophagus epithelium, the defect is emphasized and observed by staining the necrotic material adhering to it in blue. enable.
- Crystal violet is a pigment that stains cell nuclei, and is mainly used for magnifying endoscopes of the large intestine. By staining the cell nucleus constituting the lesion in blue, it is possible to highlight and observe the lesion. Diagnosis that determines the nature of the lesion (benign or malignant, etc.) by observing this pattern with a magnifying endoscope has been established.
- the endoscope also includes observation mode switching means 42 that switches between a plurality of observation modes.
- the plurality of observation modes can acquire a normal light image in which a normal light image in which the pigment dispersed in the subject is well visible can be acquired, and a normal light image in which the pigment dispersed in the subject is not substantially visually recognized.
- Both the dye effective observation mode and the dye invalid observation mode are modes for observing an image that realizes the appearance of the subject when the subject is irradiated with white light.
- the observation mode switching means 42 also has an interface for selecting the observation mode by the user.
- the light source unit 12 can selectively output a plurality of types of light source light, and accordingly, the scope insertion unit 22 selects a plurality of types of illumination light. Can be injected. That is, the type of illumination light emitted from the scope insertion unit 22 to the subject can be switched by the observation mode switching unit 42.
- the plurality of types of illumination light includes dye effective illumination light emitted when the dye effective observation mode is selected and dye invalid illumination light emitted when the dye invalid observation mode is selected.
- the endoscope is also provided with a spectrum control means 44 that changes the irradiation spectrum of the illumination light in accordance with the switching of the observation mode by the observation mode switching means 42 in order to produce the dye effective illumination light and the dye invalid illumination light.
- the spectrum control unit 44 can independently control lighting and extinction of the lasers 14A to 14F and their outputs.
- the endoscope also includes an image forming method storage unit 46 for each observation mode that supplies information on an image forming method suitable for each observation mode to the image forming unit 32.
- the image forming unit 32 acquires information on the observation mode selected by the observation mode switching unit 42 from the observation mode switching unit 42, acquires a corresponding image forming method from the image forming method storage unit 46 for each observation mode, An image suitable for the selected observation mode is formed.
- the endoscope also has control condition storage means 48 for supplying control condition information for creating a plurality of types of illumination light to the spectrum control means 44.
- the spectrum control unit 44 controls each of the lasers 14A to 14F based on the control condition information supplied from the control condition storage unit 48.
- the control condition information may be, for example, information indicating a combination of lasers 14A to 14F that are turned on / off to produce dye effective illumination light and dye invalid illumination light.
- the control condition information is further displayed by the user when switching the observation mode.
- information indicating the outputs of the lasers 14A to 14F may be included so that the brightness of images obtained in the dye effective observation mode and the dye invalid observation mode are substantially the same.
- the dye effective illumination light includes light having a wavelength outside the main absorption wavelength region of the dye dispersed on the subject and light having a wavelength within the main absorption wavelength region of the dye dispersed on the subject.
- Dye-ineffective illumination light has light with a wavelength outside the main absorption wavelength region of the dye dispersed on the subject, but has light with a wavelength within the main absorption wavelength region of the dye dispersed on the subject. Not done.
- main absorption wavelength region means a wavelength region range in which the absorption spectrum of the dye exhibits an absorption rate higher than 1/2 of the absorption rate at the wavelength having the highest absorption rate of visible light. And If the light has a wavelength that is absorbed at an absorption rate of 1/2 or less than the absorption rate of the absorption peak wavelength, the transparency of the dye can be ensured by irradiating with a sufficient amount of light.
- the main absorption wavelength region is more desirably a wavelength region range exhibiting an absorption rate higher than 1/10 of the absorption rate of the absorption peak wavelength. If the light has a wavelength that is absorbed at an absorption rate of 1/10 or less than the absorption rate of the absorption peak wavelength, the transparency of the dye can be sufficiently ensured regardless of the amount of light.
- “Having light” means that the intensity of the light is 1 ⁇ 2 or more of the light having the highest intensity among the light of various wavelengths included in the illumination light.
- No light means that the intensity of the light is 1/10 or less of the light having the highest intensity among the light of various wavelengths included in the illumination light.
- the light has a wavelength within the main absorption wavelength region of the dye dispersed on the subject and has a half or more intensity with respect to the strongest light included in the illumination light, the presence or absence is This greatly affects the optical function of the dye. In other words, if such light is included in the illumination light, the optical characteristics of the dye will work effectively, and the resulting image will show the dye well. Conversely, if such light is not included in the illumination light, the optical properties of the dye are substantially nullified, and for such illumination light the dye behaves as a nearly transparent liquid and the resulting image Will be substantially invisible to the pigment.
- the light has a wavelength within the main absorption wavelength region of the dye dispersed on the subject and has an intensity of 1/10 or less with respect to the strongest light included in the illumination light, the presence or absence thereof Has little effect on the optical function of the dye. That is, even if such light is included in the illumination light, the light is hardly transmitted to the image sensor 26 and does not cause a problem.
- the dye invalid illumination light preferably includes both light having a short wavelength and light having a long wavelength with respect to the main absorption wavelength region of the dye dispersed on the subject.
- the dye invalid illumination light has light of wavelengths on both sides of the dye absorption wavelength region, and light in a purple region or a deep red region around 700 nm is obtained. It is preferable to obtain information on a blue region or a red region by using it as an alternative light to light in the dye absorption wavelength region.
- FIG. 3 shows absorption spectra of indigo carmine, toluidine blue and crystal violet (pioctanine).
- Indigo carmine, toluidine blue and crystal violet (pioctanine) are typical pigments frequently used in pigment observation methods.
- light having a wavelength of less than 540 nm and light having a wavelength of 670 nm or more have an absorptivity of 1 ⁇ 2 or less for any of indigo carmine, toluidine blue, and crystal violet (pioctane).
- the pigment dispersed on the subject may be any of indigo carmine, toluidine blue, and crystal violet (pioctane).
- the pigment effective illumination light may include visible light having a wavelength of less than 540 nm and light having a wavelength of 540 nm or more and less than 670 nm.
- the dye invalid illumination light has visible light with a wavelength of less than 540 nm, does not have light with a wavelength of 540 nm or more and less than 670 nm, and instead has visible light with a wavelength of 670 nm or more. It is good to be.
- Such pigment effective illumination light and pigment ineffective illumination light are also effective in a pigment observation method for a subject on which any of indigo carmine, toluidine blue, and crystal violet (pioctane) is dispersed.
- the absorption spectrum of indigo carmine is shown in FIG. As can be seen from FIG. 4, light having a wavelength of less than 555 nm and light having a wavelength of 650 nm or more have an absorptivity with respect to indigo carmine of 1 ⁇ 2 or less.
- the pigment dispersed on the subject may be indigo carmine.
- the dye effective illumination light may include visible light having a wavelength of less than 555 nm and light having a wavelength of 555 nm or more and less than 650 nm.
- the dye invalid illumination light has visible light with a wavelength of less than 555 nm, does not have light with a wavelength of 555 nm or more and less than 650 nm, and instead has visible light with a wavelength of 650 nm or more. It is good to be.
- Such pigment effective illumination light and pigment ineffective illumination light are effective for a pigment observation method for a subject on which indigo carmine is dispersed.
- Narrow band light is light in which the full width at half maximum (FWHM) of the emission spectrum of light emitted from one light source is less than 50 nm.
- the dye invalid illumination light may have one or more narrow band lights of visible light on both the long wavelength side and the short wavelength side of the main absorption region of the dye.
- the wavelengths of the long-wavelength side and the short-wavelength light closest to the main absorption region of the dye are as close as possible to the main absorption region of the dye.
- the full width at half maximum (FWHM) is narrower than 50 nm, which is half of that, to avoid faithful color reproduction while avoiding the absorption wavelength of the dye.
- FWHM full width at half maximum
- narrowband light having a wavelength close to the absorption wavelength region of the dye can be included in the illumination light, and subject information in the vicinity of the dye absorption wavelength region can be faithfully acquired through the dye.
- a laser having the narrowest full width at half maximum (FWHM) is desirable, and if it is a laser, narrowband light having a wavelength close to the dye absorption wavelength can be easily included in the illumination light.
- Another desirable light source is an LED, an OLED, or some phosphor excited by some light source that generates a narrow band light having a full width at half maximum (FWHM) of 50 nm or less.
- Laser light (narrow band light) emitted from one or more lasers 14A to 14F in the light source unit 12 is guided by the optical fiber 16 and mixed by the combiner 18 to become light source light.
- the light source light is guided to the light conversion member 24 at the distal end portion of the scope insertion portion 22 by the optical fiber 20 and is converted into illumination light suitable for illumination by the light conversion member 24.
- the illumination light is emitted forward from the tip of the scope insertion portion 22.
- the image sensor 26 provided at the distal end of the scope insertion unit 22 acquires an optical image of the subject illuminated by the illumination light, converts it into an electrical signal, and supplies it to the image forming unit 32.
- the image forming unit 32 converts the supplied electrical signal into a signal suitable for display and transmits the signal to the image display unit 34.
- the image display unit 34 displays an image according to the received signal.
- the effective dye observation mode is selected by the user
- the effective dye observation mode is selected by the observation mode switching means 42 and the information is transmitted to the spectrum control means 44.
- the spectrum control unit 44 receives from the control condition storage unit 48 information on the combination of the lasers 14A to 14F that are turned on and off in order to produce dye effective observation light, and information on the outputs of the lasers 14A to 14F that are turned on. Obtaining and controlling turning on / off of the lasers 14A to 14F and their outputs in accordance with the control condition information.
- a laser 14A having an emission wavelength of 440 nm, a laser 14B having an emission wavelength of 470 nm, a laser 14C having an emission wavelength of 530 nm, a laser 14D having an emission wavelength of 580 nm, and a laser 14E having an emission wavelength of 640 nm are turned on.
- the light obtained by mixing light of these emission wavelengths usually functions as illumination light.
- illumination light with good performance is irradiated to the subject, a faithful subject reflection image appears, and the image is received by the image sensor 26.
- the image forming unit 32 performs image processing by processing the electrical signal received from the image sensor 26 according to an image forming method suitable for the dye effective observation mode. Therefore, the image forming unit 32 acquires in advance information indicating that the effective dye observation mode is selected from the observation mode switching unit 42, and sets an image forming method suitable for the effective dye observation mode for each observation mode. The image formation is executed with reference to FIG.
- the spectrum control means 44 turns on / off the lasers 14A to 14F according to the control condition information for producing the dye invalid illumination light through the same process as described above. The output is controlled.
- a laser 14A having an emission wavelength of 440 nm, a laser 14B having an emission wavelength of 470 nm, a laser 14C having an emission wavelength of 530 nm, and a laser 14F having an emission wavelength of 680 nm are turned on.
- Illumination light obtained by mixing light of these emission wavelengths also functions as normal illumination light, similar to the dye effective illumination light.
- the image forming unit 32 performs image processing by performing signal processing on the electrical signal received from the image sensor 26 according to an image forming method suitable for the dye invalid observation mode.
- each spectrum of narrow-band light contained in this dye effective illumination light is shown in FIG. 5 superimposed on the absorption spectra of indigo carmine, toluidine blue, and crystal violet (pioctane).
- each spectrum of the narrow-band light contained in this pigment invalid illumination light is shown in FIG. 6 superimposed on the absorption spectra of indigo carmine, toluidine blue, and crystal violet (pioctane).
- the light of wavelength 590 nm and the light of wavelength 640 nm are strongly absorbed by the indigo carmine dye, the light of wavelength 440 nm, the light of wavelength 470 nm and the wavelength
- the light at 530 nm is mainly reflected by the indigo carmine dye. For this reason, only the concave portion where indigo carmine accumulates exhibits a blue color, and good dye effective observation becomes possible.
- the pigment-ineffective illumination light is irradiated to a subject sprayed with an indigo carmine aqueous solution
- the pigment-ineffective illumination light does not contain light having a wavelength within the absorption wavelength region of the indigo carmine pigment. Since there is no light scattering property or reflection property in the wavelength region, the presence of the dye is not substantially imaged. For this reason, indigo carmine behaves in the same manner as a “transparent liquid” under non-pigmented illumination light, and the biological color of the subject underneath is faithfully imaged.
- FIG. 7 shows the spectra of blood and melanin, which are the main components of the living body, superimposed on the emission wavelengths of the lasers 14A to 14F. From FIG. 7, when limited to the use for imaging the living body, the absorption of hemoglobin and melanin is about the same at around 640 nm and around 680 nm, so light of these wavelengths is used instead. On the other hand, it can be seen that there is almost no influence on the obtained biological image.
- the electrical signal output from the image sensor 26 is processed in the image forming unit 32 according to an image forming method suitable for the observation mode.
- the electrical signal output from the image sensor 26 in the dye invalid observation mode includes color information corresponding to light having a wavelength of 580 nm and light having a wavelength of 640 nm, which is not included in the dye invalid illumination light, and light having a wavelength of 530 nm and wavelength of 680 nm. Signal processing is performed so as to compensate based on light. Thereby, in both the dye effective observation mode and the dye ineffective observation mode, an image that realizes the appearance of the subject when the subject is irradiated with white light can be obtained.
- the illumination light for normal light observation is not limited to “white light”.
- the illumination light for realizing the appearance when illuminating white light does not need to be white light, especially in an observation device in an environment where there is almost no external light such as an endoscope, imaging under non-white illumination light However, it is relatively easy to reproduce the information so that it looks good when illuminated with white light.
- Observation that applies switching between dye effective observation and dye ineffective observation is not limited to normal light observation.
- Dye effective observation and dye invalidity in the type of observation that highlights specific substances, components, shapes, etc., such as blood vessels, cells, fluorescent substances, etc. of a subject by irradiating single or multiple colors of specific wavelength light Observation may be switched.
- the light source applied to the light source unit 12 is not limited to a solid light source such as a laser or an LED.
- a gas light source such as xenon or halogen may be used.
- These light sources generally have an emission spectrum over the entire visible light range.
- a cut filter that cuts light within the absorption wavelength region of the dye is provided in front of the light source. Should be installed.
- FIG. 9 shows a schematic configuration of an endoscope having such a configuration. 9, members denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. 1 are similar members, and detailed description thereof is omitted.
- FIG. 10 is a plan view of the turret shown in FIG.
- the light source unit 52 includes a light source 54 having an emission spectrum over the entire visible light range, a lens 56 that changes light emitted from the light source 54 into substantially parallel light, and converts the parallel light into convergent light.
- the lens 58 is coupled to the optical fiber 20, and the turret 62 is disposed between the lens 56 and the lens 58.
- the turret 62 is supported by a motor 70 so as to be rotatable around a rotation shaft 68.
- the turret 62 has a plurality of, for example, two light transmission windows 64 that can be selectively disposed on the optical paths of the lens 56 and the lens 58. Each of the two light transmission windows 64 is provided with an optical filter 66A suitable for producing dye effective illumination light and an optical filter 66B suitable for producing dye invalid illumination light.
- the optical filter 66A may be transparent over the entire visible light range, and may be constituted by, for example, a simple transparent plate or an opening.
- the optical filter 66B may be configured by, for example, a band cut filter or a color filter that blocks light having a wavelength of 540 nm or more and less than 670 nm.
- the spectrum control unit 44 controls the motor 70 according to the observation mode selected by the observation mode switching unit 42, that is, according to which one of the dye effective observation mode and the dye invalid observation mode is selected.
- Optical filters 66A and 66B suitable for the above are selectively arranged on the optical paths of the lens 56 and the lens 58.
- This pigment effective illumination light is shown in FIG. 11 superimposed on the absorption spectra of indigo carmine, toluidine blue and crystal violet (pioctane).
- the spectrum of this pigment invalid illumination light is shown in FIG. 12 superimposed on the absorption spectra of indigo carmine, toluidine blue, and crystal violet (pioctane).
- the dye By observing with dye effective illumination light after spraying the dye, the dye can be accurately captured and good dye observation can be performed.
- the surface structure of the living body that is not affected by the pigment can be imaged by switching to the pigment invalid illumination light and observing.
- control condition storage means 48 Since the control condition storage means 48 is provided, it is possible to realize illumination switching that matches the observation mode switched by the observation mode switching means 42 and that does not give a sense of incongruity in brightness or color when the observation mode is switched.
- the illumination light is configured by combining narrow-band light
- the illumination light can include light with a wavelength that is quite close to the absorption wavelength region of the dye, and the dye is invalidated by normal light observation that does not give a sense of incongruity to the observed image. be able to.
- the dye invalid illumination light has narrowband light on both the short wavelength side and the long wavelength side of the main absorption region of the dye, color information can be obtained over almost the entire visible light range.
- the present embodiment is an endoscope having a “simultaneous observation mode” capable of simultaneously viewing a dye effective observation mode image and a dye invalid observation mode image.
- the device configuration of the endoscope is the same as that shown in FIG.
- the observation mode switching means 42 switches the observation mode alternately between the dye effective observation mode and the dye invalid observation mode.
- the switching cycle is set in accordance with the imaging cycle of the image sensor 26. For example, it is set to one frame of imaging by the image sensor 26.
- the imaging device 26 captures an image with a period of 30 Hz, the combination of the lasers 14A to 14F that are turned on to produce the dye effective illumination light and the dye invalid illumination light is switched at a period of 30 Hz.
- the image forming unit 32 applies an image forming method suitable for the dye effective observation mode and an image forming method suitable for the dye invalid observation mode to the reception signal supplied from the image sensor 26 by switching at a period of 30 Hz. Perform image formation. That is, the image forming unit 32 alternately forms a dye effective observation mode image and a dye invalid observation mode image at a cycle of 30 Hz, and sends the image information to the image display unit 34.
- the image display unit 34 displays, for example, the dye effective observation mode image and the dye invalid observation mode image side by side in accordance with the received image information.
- the dye effective observation mode image and the dye invalid observation mode image are not necessarily displayed side by side. In order to make it easier for the user to understand, it is also possible to display by performing image processing such as image superposition or superposition.
- the effective dye observation mode and the ineffective dye observation mode can be provided substantially simultaneously by switching the two types of illumination light alternately, the effective dye observation mode image and the ineffective dye observation mode image can be obtained simultaneously.
- the light source can be switched instantaneously, and the dye effective observation mode image and the dye invalid observation mode image can be simultaneously displayed well without any display defects such as delay and brightness instability.
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Abstract
内視鏡は、複数の観察モードを切り替える観察モード切替手段42を有している。複数の観察モードは、被写体に散布された色素が良く視認される画像を取得できる色素有効観察モードと、被写体に散布された色素が実質的に視認されない画像を取得できる色素無効観察モードを含んでいる。
Description
本発明は、内視鏡に関する。
現在、内視鏡検査中に各種色素の散布を行い、その反応等を観察する「色素観察法」が、病変、特にガンの早期認識、病変範囲の確定、侵達度の評価に有用とされている。色素には様々な種類があり、それぞれ原理や色彩が異なるなどの特徴がある。部位や病変によっても使用する色素は異なる。しかし、生体色が主に赤色系統の色を呈すことから、それとのコントラストをつけるために青色の色素(長波長側の黄色・赤色成分を吸収する)が用いられることが多い。
特開2008-273900号公報は、そのような色素観察法のひとつを開示している。同文献では、内視鏡検査の際に、濃度0.08~0.25w/v%のインジゴカルミン水溶液と濃度3.0~5.0w/v%の酢酸水溶液を同時にまたは所定の時間を置いて観察部位に散布することで、病変部位と正常部位との境界を容易に認識できるとしている。
しかし、一度色素を散布した後では、観察対象である生体表面全体を青色色素が覆ってしまうため、色素の散布前と同等の観察画像を得ることができない、という不具合がある。
本発明の目的は、色素の散布後においても色素の散布前と同等の観察画像を取得できる内視鏡を提供することである。
本発明は、色素が散布された被写体を観察するための内視鏡であり、前記色素は、可視光波長領域内に光吸収波長領域と光透過波長領域のある材料であり、前記内視鏡は、複数の観察モードを切り替える観察モード切替手段を有しており、前記複数の観察モードは、前記色素が良く視認される画像を取得できる色素有効観察モードと、前記色素が実質的に視認されない画像を取得できる色素無効観察モードを含んでいる。
本発明によれば、色素の散布後においても色素の散布前と同等の観察画像を取得できる内視鏡が提供される。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
[第1の実施形態]
本実施形態は、「通常光観察」を行うことができる内視鏡である。ここで、内視鏡とは、狭い閉空間内を観察、撮像、診断するため、細長い挿入部の先端に観察機能を有する観察装置をいう。また、通常光観察とは、太陽光や白色を呈する照明を照射したときの被写体見栄えを画像再現する観察をいう。また、通常光観察の画像を作り出すための照明を通常光照明と呼ぶこととする。
本実施形態は、「通常光観察」を行うことができる内視鏡である。ここで、内視鏡とは、狭い閉空間内を観察、撮像、診断するため、細長い挿入部の先端に観察機能を有する観察装置をいう。また、通常光観察とは、太陽光や白色を呈する照明を照射したときの被写体見栄えを画像再現する観察をいう。また、通常光観察の画像を作り出すための照明を通常光照明と呼ぶこととする。
また、この内視鏡は、色素が散布された被写体に対して、照明光に対して色素の光学特性が有効に作用することにより色素が良く視認される通常光観察画像を取得できる「色素有効観察」と、照明光に対して色素の光学特性が実質的に無効化されることにより色素がほぼ透明液体として振舞うために色素が実質的に視認されない通常光観察画像を取得できる「色素無効観察」の2種類の通常光観察が可能である。
本実施形態による内視鏡の概略構成を図1に示す。この内視鏡は、被写体を照明するための光を出力する光源部12と、光源部12からの光を導光する光ファイバ20と、被写体に照明光を照射するとともに被写体を撮影する機能をもつスコープ挿入部22を備えている。
光ファイバ20は、単線ファイバで構成されても、複数のファイバを束ねたバンドルファイバで構成されてもよい。
スコープ挿入部22は、その先端部に、光ファイバ20によって導光された光を被写体の照明に適した光に変換する光変換部材24と、被写体の光学像を取得して電気信号に変換して出力する撮像素子26を備えている。
光変換部材24は、たとえば、配光を変換する配光変換部材であってよく、レンズや拡散部材で構成されてよい。光変換部材24は、必ずしも必要な要素ではなく、内視鏡に求められる性能によっては、光ファイバ20によって導光された光がそのまま被写体に照射される構成であってもよい。
以下の説明では、光源部12から出力される光を光源光、スコープ挿入部22から射出される光を照明光と呼ぶこととする。
撮像素子26は、スコープ挿入部22の先端部に設置されることは必ずしも求められない。スコープ挿入部22の先端部には光学部材を設置し、スコープ挿入部22の後方やスコープ挿入部22の外に撮像素子26を設置した構成としても構わない。また、スコープ挿入部22に光学部材を設置し、撮像素子26を設置する代わりに、スコープ挿入部22の後方に接眼レンズを設置することで、使用者が被写体像を光学的に直接観察するシステムでも構わない。
内視鏡はまた、撮像素子26から出力された電気信号に基づいて画像を形成する画像形成部32と、画像形成部32によって形成された画像を表示する画像表示部34を備えている。
〔光源部〕
従来、高品質で画像再現性の高い観察は、可視光波長領域全域にわたり波長欠落のないブロードな光を照明光として被写体に照射することが不可欠と考えられてきた。ここで、可視光とは、380nm~780nmの波長を有している光である。
従来、高品質で画像再現性の高い観察は、可視光波長領域全域にわたり波長欠落のないブロードな光を照明光として被写体に照射することが不可欠と考えられてきた。ここで、可視光とは、380nm~780nmの波長を有している光である。
しかし近年、レーザ光のような単波長の光を複数組み合わせる照明光でも、十分に照明光としての性能(演色性)を高くすることが可能なことが明らかとなってきている(例:A. Neumann et al., Opt. Exp., 19, S4, A982(July 4, 2011))。
本発明者らは、JIS等で定められている照明器品質評価パラメータの一つである平均演色指数Raの計算を、様々な波長や本数のレーザ光に対して行った。その結果、図2のように、複数本の波長の異なるレーザ光をうまく組み合わせることにより、従来から用いられてきたブロードなスペクトルの一般照明と同等か、それ以上の性能が得られることがわかってきた。
このことにより、従来用いていた気体光源やLEDよりもはるかに小さな発光領域から光密度と平行度の高い光を出力するレーザを、演色性が必要な通常光観察用光源として用いることができると期待されるようになってきた。特に、内視鏡のような閉空間内を観察する用途の観察装置においては、レーザ光は、光ファイバなどの細径導光部材に非常に高効率に導入しやすいため、低消費電力で高輝度高演色照明を細径にて実現できるという独自の利点が得られる。
光源部12は、このような背景に基づいて構成された光源であり、互いに異なる複数の波長の光をそれぞれ発する複数のレーザ14A,14B,14C,14D,14E,14Fと、レーザ14A~14Fにそれぞれ光結合された複数本の光ファイバ16と、複数本の光ファイバ16によって導光された光を混合するコンバイナ18を備えている。
レーザ14A~14Fは、それぞれ、その中心波長が互いに異なる光たとえば可視光を発することができる。たとえば、レーザ14Aは、440nmの波長の光を発することができ、レーザ14Bは、470nmの波長の光を発することができ、レーザ14Cは、530nmの波長の光を発することができ、レーザ14Dは、590nmの波長の光を発することができ、レーザ14Eは、640nmの波長の光を発することができ、レーザ14Fは680nmの波長の光を発することができる。
〔色素〕
この内視鏡は、「色素観察法」に用いられることが想定されている。したがって、被写体としては、所定の色素が散布された被写体が想定されている。ここで、所定の色素とは、内視鏡を用いた観察において使用されることを想定している色素であり、医療用内視鏡においては、通常光観察では得られにくい被写体情報を強調して観察する用途に使用される色素のことである。この色素には蛍光色素も含まれる。蛍光色素とは、ある特定の波長を吸収し、その波長とは異なる波長の光を発する色素のことである。また色素は、可視光波長領域内に光吸収波長領域と光透過波長領域のある材料である。また、散布とは、色素を含む液体を被写体に吹きつけることのほかに、被写体に流し込む、被写体内に局注することも含むこととする。
この内視鏡は、「色素観察法」に用いられることが想定されている。したがって、被写体としては、所定の色素が散布された被写体が想定されている。ここで、所定の色素とは、内視鏡を用いた観察において使用されることを想定している色素であり、医療用内視鏡においては、通常光観察では得られにくい被写体情報を強調して観察する用途に使用される色素のことである。この色素には蛍光色素も含まれる。蛍光色素とは、ある特定の波長を吸収し、その波長とは異なる波長の光を発する色素のことである。また色素は、可視光波長領域内に光吸収波長領域と光透過波長領域のある材料である。また、散布とは、色素を含む液体を被写体に吹きつけることのほかに、被写体に流し込む、被写体内に局注することも含むこととする。
被写体に散布される主な色素としては、インジゴカルミン、トルイジンブルー、クリスタルバイオレット(ピオクタニン)が知られている。
インジゴカルミンは、現在最も使用される頻度の高いコントラスト法の代表的な色素であり、胃・小腸・大腸の病変に対して、通常検査から精密検査まで幅広く使用されている。人体に対して比較的無害で安全性も高いため、どのような患者に対しても安心して使用できる。生体と何らかの反応を示すのではなく、液が内壁凹部に溜まることにより、細かい凹凸を強調して観察することを可能にする。
トルイジンブルーは、主に食道の病変に使用される色素であり、食道上皮に欠損が生じた場合、そこに付着した壊死物質を青色に染色することにより、欠損部を強調して観察することを可能にする。
クリスタルバイオレット(ピオクタニン)は、細胞核を染色する色素であり、主に大腸の拡大内視鏡の際に使用される。病変を構成する細胞核を青色に染色することにより、病変部を強調して観察することを可能にする。この模様のパターンを拡大内視鏡で観察することで病変の性状(良性か悪性かなど)を判断する診断学が確立されている。
〔観察モード切替手段〕
内視鏡はまた、複数の観察モードを切り替える観察モード切替手段42を備えている。ここで、複数の観察モードは、被写体に散布された色素が良く視認される通常光画像を取得できる色素有効観察モードと、被写体に散布された色素が実質的に視認されない通常光画像を取得できる色素無効観察モードを含んでいる。色素有効観察モードと色素無効観察モードはいずれも、被写体に白色光を照射したときの被写体見栄えを実現した像を観察するモードである。観察モード切替手段42は、使用者による観察モードの選択のためのインターフェースも兼ね備えている。
内視鏡はまた、複数の観察モードを切り替える観察モード切替手段42を備えている。ここで、複数の観察モードは、被写体に散布された色素が良く視認される通常光画像を取得できる色素有効観察モードと、被写体に散布された色素が実質的に視認されない通常光画像を取得できる色素無効観察モードを含んでいる。色素有効観察モードと色素無効観察モードはいずれも、被写体に白色光を照射したときの被写体見栄えを実現した像を観察するモードである。観察モード切替手段42は、使用者による観察モードの選択のためのインターフェースも兼ね備えている。
観察モード切替手段42による観察モードの切り替えに応じて、光源部12は、複数種類の光源光を選択的に出力可能であり、これに伴い、スコープ挿入部22は、複数種類の照明光を選択的に射出可能である。つまり、スコープ挿入部22から被写体に照射される照明光は、観察モード切替手段42によって、その種類が切り替え可能である。
複数種類の照明光は、色素有効観察モードが選択されたときに射出される色素有効照明光と、色素無効観察モードが選択されたときに射出される色素無効照明光を含んでいる。
内視鏡はまた、色素有効照明光と色素無効照明光を作り出すために、観察モード切替手段42による観察モードの切り替えに応じて照明光の照射スペクトルを変更するスペクトル制御手段44を備えている。スペクトル制御手段44は、各レーザ14A~14Fの点灯消灯とその出力を独立して制御することが可能である。
内視鏡はまた、観察モード毎に適した画像形成方法の情報を画像形成部32に供給する観察モード毎画像形成方法記憶手段46を備えている。画像形成部32は、観察モード切替手段42によって選択された観察モードの情報を観察モード切替手段42から取得し、それに対応する画像形成方法を観察モード毎画像形成方法記憶手段46から取得して、選択された観察モードに適した画像を形成する。
内視鏡はまた、複数種類の照明光を作り出すための制御条件情報をスペクトル制御手段44に供給する制御条件記憶手段48を有している。スペクトル制御手段44は、制御条件記憶手段48から供給される制御条件情報に基づいて、各レーザ14A~14Fを制御する。制御条件情報は、たとえば、色素有効照明光と色素無効照明光を作り出すために点灯消灯するレーザ14A~14Fの組み合わせを示す情報であってよく、好ましくは、さらに、観察モードの切替時に使用者が受ける違和感をなくすため、色素有効観察モードと色素無効観察モードにおいて得られる画像の明るさがほぼ同じになるようなレーザ14A~14Fの出力を示す情報を有していてよい。
〔色素有効照明光と色素無効照明光〕
色素有効照明光は、被写体に散布された色素の主な吸収波長領域を外れた波長の光と、被写体に散布された色素の主な吸収波長領域内の波長の光を有している。
色素有効照明光は、被写体に散布された色素の主な吸収波長領域を外れた波長の光と、被写体に散布された色素の主な吸収波長領域内の波長の光を有している。
色素無効照明光は、被写体に散布された色素の主な吸収波長領域を外れた波長の光を有しているが、被写体に散布された色素の主な吸収波長領域内の波長の光を有していない。
ここで、「主な吸収波長領域」とは、その色素の吸収スペクトルにおいて、可視光のうち最も吸収率の高い波長における吸収率に対し、その1/2よりも高い吸収率を示す波長領域範囲とする。吸収ピーク波長の吸収率よりも1/2以下の吸収率で吸収される波長の光であれば、十分な光量を照射することによって色素の透明度を確保できる。
主な吸収波長領域は、より望ましくは、吸収ピーク波長の吸収率の1/10よりも高い吸収率を示す波長領域範囲であるとよい。吸収ピーク波長の吸収率よりも1/10以下の吸収率で吸収される波長の光であれば、光量によらず、色素の透明度を十分に確保できる。
「光を有している」とは、その光の強度が、照明光に含まれるさまざまな波長の光のうち、最も強度の強い光に対して、1/2以上であることとする。
「光を有していない」とは、その光の強度が、照明光に含まれるさまざまな波長の光のうち、最も強度の強い光に対して、1/10以下であることとする。
被写体に散布された色素の主な吸収波長領域内の波長を有し、かつ、照明光に含まれる最も強度の強い光に対して1/2以上の強度をもつ光であれば、その有無は、色素の光学的機能に大きく影響を与える。つまり、このような光が照明光に含まれていれば、色素の光学特性が有効に作用し、得られる画像は、色素が良く視認されるものとなる。反対に、このような光が照明光に含まれていなければ、色素の光学特性は実質的に無効化され、このような照明光に対しては、色素はほぼ透明液体として振舞い、得られる画像は、色素が実質的に視認されないものとなる。
被写体に散布された色素の主な吸収波長領域内の波長を有し、かつ、照明光に含まれる最も強度の強い光に対して1/10以下の強度をもつ光であれば、その有無は、色素の光学的機能にほとんど影響を与えない。つまり、このような光が照明光に含まれていたとしても、その光は、ほとんど撮像素子26まで伝わらず問題にならない。
色素無効照明光は、被写体に散布された色素の主な吸収波長領域に対して、短波長側の波長の光と長波長側の波長の光の両方を有していることが好ましい。例えば、赤色を主に吸収する色素に対する色素無効照明光の場合、赤色領域のスペクトル成分を全て除去しただけにとどまると、被写体の赤色成分情報が欠落してしまう。青色を主に吸収する色素に関しても同様である。色素吸収領域付近の被写体情報が大きく欠落することを避けるために、色素無効照明光が色素吸収波長領域の両側の波長の光を有するようにし、紫色領域または700nm前後の深い赤色領域の光を、色素吸収波長領域の光の代替光として用いて、青色領域または赤色領域の情報を得ることが好ましい。
〔代表的な色素と色素有効照明光と色素無効照明光〕
インジゴカルミンとトルイジンブルーとクリスタルバイオレット(ピオクタニン)の吸収スペクトルを図3に示す。インジゴカルミンとトルイジンブルーとクリスタルバイオレット(ピオクタニン)は、色素観察法において頻繁に使用される代表的な色素である。図3から分かるように、540nm未満の波長の光と670nm以上の波長の光は、インジゴカルミンとトルイジンブルーとクリスタルバイオレット(ピオクタニン)のいずれに対しても、吸収率が1/2以下である。被写体に散布される色素は、インジゴカルミンとトルイジンブルーとクリスタルバイオレット(ピオクタニン)のいずれかであってよい。この場合、色素有効照明光は、540nm未満の波長の可視光と540nm以上670nm未満の波長の光を有しているとよい。また、色素無効照明光は、540nm未満の波長の可視光を有しており、540nm以上670nm未満の波長の光を有しておらず、その代わりに670nm以上の波長の可視光を有しているとよい。このような色素有効照明光と色素無効照明光であれば、インジゴカルミンとトルイジンブルーとクリスタルバイオレット(ピオクタニン)のいずれが散布された被写体に対する色素観察法においても有効である。
インジゴカルミンとトルイジンブルーとクリスタルバイオレット(ピオクタニン)の吸収スペクトルを図3に示す。インジゴカルミンとトルイジンブルーとクリスタルバイオレット(ピオクタニン)は、色素観察法において頻繁に使用される代表的な色素である。図3から分かるように、540nm未満の波長の光と670nm以上の波長の光は、インジゴカルミンとトルイジンブルーとクリスタルバイオレット(ピオクタニン)のいずれに対しても、吸収率が1/2以下である。被写体に散布される色素は、インジゴカルミンとトルイジンブルーとクリスタルバイオレット(ピオクタニン)のいずれかであってよい。この場合、色素有効照明光は、540nm未満の波長の可視光と540nm以上670nm未満の波長の光を有しているとよい。また、色素無効照明光は、540nm未満の波長の可視光を有しており、540nm以上670nm未満の波長の光を有しておらず、その代わりに670nm以上の波長の可視光を有しているとよい。このような色素有効照明光と色素無効照明光であれば、インジゴカルミンとトルイジンブルーとクリスタルバイオレット(ピオクタニン)のいずれが散布された被写体に対する色素観察法においても有効である。
インジゴカルミンの吸収スペクトルを図4に示す。図4から分かるように、555nm未満の波長の光と650nm以上の波長の光は、インジゴカルミンに対する吸収率が1/2以下である。被写体に散布される色素は、インジゴカルミンであってよい。この場合、色素有効照明光は、555nm未満の波長の可視光と555nm以上650nm未満の波長の光を有しているとよい。また、色素無効照明光は、555nm未満の波長の可視光を有しており、555nm以上650nm未満の波長の光を有しておらず、その代わりに650nm以上の波長の可視光を有しているとよい。このような色素有効照明光と色素無効照明光は、インジゴカルミンが散布された被写体に対する色素観察法に有効である。
〔狭帯域光〕
色素有効照明光と色素無効照明光は、複数の狭帯域光を組み合わせた光により構成されていることが望ましい。狭帯域光とは、一つの光源から射出される光の発光スペクトルの半値全幅(FWHM)が50nmを下回る光である。また、色素無効照明光は、色素の主な吸収領域の長波長側と短波長側の両方にそれぞれ一つ以上の可視光の狭帯域光を有しているとよい。さらに、色素の主な吸収領域に最も近い長波長側と短波長側の狭帯域光の波長は、それぞれ、色素の主な吸収領域のなるべく近いとよい。これにより、色素の本来の光学的機能を低減させつつ、色素吸収領域付近の被写体情報を取得することが可能となり、色素無効観察の際の被写体見栄えの違和感を低減することができる。通常光観察を例にとると、一般的にカラー撮像する場合、400nm台を青色領域、500nm台を緑色領域など、100nm毎に、時に少しずつオーバーラップさせながら3種類(3色)の被写体情報を取得することで忠実な色再現を実現している。3色のうちどの色が欠落してしまっても忠実な色再現ができなくなるため、必ず3色それぞれの波長領域に、照明光を構成している光の波長が存在することが望ましい。1色100nmとすると、色素の吸収波長を避けて忠実な色再現を得ようとするとその半分の50nmよりも狭い半値全幅(FWHM)の狭帯域光であることが望ましいことになる。これにより、色素の吸収波長領域に近接した波長の狭帯域光を照明光に含めることができ、色素吸収波長領域付近の被写体情報を、色素を透過して忠実に取得することが可能となる。光源としては、最も半値全幅(FWHM)が狭いレーザが望ましく、レーザであれば、色素吸収波長に近接した波長の狭帯域光を容易に照明光に含ませることできる。また半値全幅(FWHM)が50nm以下の狭帯域光を発生するLED、OLED、または何らかの光源により励起される一部の蛍光体も望ましい光源の一つである。
色素有効照明光と色素無効照明光は、複数の狭帯域光を組み合わせた光により構成されていることが望ましい。狭帯域光とは、一つの光源から射出される光の発光スペクトルの半値全幅(FWHM)が50nmを下回る光である。また、色素無効照明光は、色素の主な吸収領域の長波長側と短波長側の両方にそれぞれ一つ以上の可視光の狭帯域光を有しているとよい。さらに、色素の主な吸収領域に最も近い長波長側と短波長側の狭帯域光の波長は、それぞれ、色素の主な吸収領域のなるべく近いとよい。これにより、色素の本来の光学的機能を低減させつつ、色素吸収領域付近の被写体情報を取得することが可能となり、色素無効観察の際の被写体見栄えの違和感を低減することができる。通常光観察を例にとると、一般的にカラー撮像する場合、400nm台を青色領域、500nm台を緑色領域など、100nm毎に、時に少しずつオーバーラップさせながら3種類(3色)の被写体情報を取得することで忠実な色再現を実現している。3色のうちどの色が欠落してしまっても忠実な色再現ができなくなるため、必ず3色それぞれの波長領域に、照明光を構成している光の波長が存在することが望ましい。1色100nmとすると、色素の吸収波長を避けて忠実な色再現を得ようとするとその半分の50nmよりも狭い半値全幅(FWHM)の狭帯域光であることが望ましいことになる。これにより、色素の吸収波長領域に近接した波長の狭帯域光を照明光に含めることができ、色素吸収波長領域付近の被写体情報を、色素を透過して忠実に取得することが可能となる。光源としては、最も半値全幅(FWHM)が狭いレーザが望ましく、レーザであれば、色素吸収波長に近接した波長の狭帯域光を容易に照明光に含ませることできる。また半値全幅(FWHM)が50nm以下の狭帯域光を発生するLED、OLED、または何らかの光源により励起される一部の蛍光体も望ましい光源の一つである。
〔動作〕
光源部12内の一つ以上のレーザ14A~14Fから発せられたレーザ光(狭帯域光)は、光ファイバ16によって導光され、コンバイナ18によって混合されて光源光となる。光源光は、光ファイバ20によってスコープ挿入部22の先端部の光変換部材24まで導光され、光変換部材24によって照明に適した照明光に変えられる。照明光は、スコープ挿入部22の先端から前方に射出される。
光源部12内の一つ以上のレーザ14A~14Fから発せられたレーザ光(狭帯域光)は、光ファイバ16によって導光され、コンバイナ18によって混合されて光源光となる。光源光は、光ファイバ20によってスコープ挿入部22の先端部の光変換部材24まで導光され、光変換部材24によって照明に適した照明光に変えられる。照明光は、スコープ挿入部22の先端から前方に射出される。
スコープ挿入部22の先端部に設けられた撮像素子26は、照明光によって照らされた被写体の光学像を取得し、これを電気信号に変換して画像形成部32に供給する。画像形成部32は、供給される電気信号を、表示に適した信号に変換し、画像表示部34に送信する。画像表示部34は、受信した信号に従って画像を表示する。
使用者により色素有効観察モードが選択された場合、観察モード切替手段42において色素有効観察モードが選択され、その情報がスペクトル制御手段44に伝えられる。スペクトル制御手段44は、それを受けて、制御条件記憶手段48から、色素有効観察光を作り出すために点灯消灯するレーザ14A~14Fの組み合わせの情報と、点灯するレーザ14A~14Fの出力の情報を取得して、その制御条件情報に従ってレーザ14A~14Fの点灯消灯とその出力を制御する。
たとえば、色素有効照明光を作り出すため、発光波長440nmのレーザ14Aと、発光波長470nmのレーザ14B、発光波長530nmのレーザ14C、発光波長580nmのレーザ14D、発光波長640nmのレーザ14Eが点灯される。
これらの発光波長の光を混合した光は、通常照明光として機能する。その結果、被写体に対して性能の良い照明光が照射され、忠実な被写体反射像があらわれ、その像が撮像素子26により受像される。
画像形成部32は、撮像素子26から受信した電気信号を、色素有効観察モードに適した画像形成方法に従って信号処理して画像形成を行う。そのため、画像形成部32は、観察モード切替手段42から色素有効観察モードが選択されているという情報をあらかじめ取得し、色素有効観察モードに適した画像形成方法を観察モード毎画像形成方法記憶手段46から参照して画像形成を実行する。
一方、使用者により色素無効観察モードが選択された場合、上記と同様なプロセスを経て、スペクトル制御手段44によって、色素無効照明光を作り出すための制御条件情報に従ってレーザ14A~14Fの点灯消灯とその出力が制御される。
たとえば、色素無効照明光を作り出すため、発光波長440nmのレーザ14Aと、発光波長470nmのレーザ14Bと、発光波長530nmのレーザ14Cと、発光波長680nmのレーザ14Fが点灯される。
これらの発光波長の光を混合した照明光も、上記色素有効照明光と同様、通常照明光として機能する。
画像形成部32は、撮像素子26から受信した電気信号を、色素無効観察モードに適した画像形成方法に従って信号処理して画像形成を行う。
この色素有効照明光に含まれる狭帯域光の各スペクトルを、インジゴカルミンとトルイジンブルーとクリスタルバイオレット(ピオクタニン)の吸収スペクトルに重畳して図5に示す。また、この色素無効照明光に含まれる狭帯域光の各スペクトルを、インジゴカルミンとトルイジンブルーとクリスタルバイオレット(ピオクタニン)の吸収スペクトルに重畳して図6に示す。
例えばインジゴカルミン水溶液が散布された被写体に、この色素有効照明光を照射すると、波長590nmの光と波長640nmの光は、インジゴカルミン色素に強く吸収され、波長440nmの光と波長470nmの光と波長530nmの光は、インジゴカルミン色素によって主に反射される。このため、インジゴカルミンのたまる凹部のみ青色を呈することとなり、良好な色素有効観察が可能となる。
一方、インジゴカルミン水溶液が散布された被写体に、この色素無効照明光を照射すると、色素無効照明光はインジゴカルミン色素の吸収波長領域内の波長の光を含んでいないため、また、インジゴカルミンは吸収波長領域において光散乱特性や反射特性は有していないため、色素の存在は実質的に撮像されない。そのため、色素無効照明光下においては、インジゴカルミンは「透明液体」と同等の振る舞いとなり、その下にある被写体の生体色が忠実に撮像される。
図7は、生体の主成分である血液、メラニンのスペクトルを、レーザ14A~14Fの発光波長に重畳して示している。この図7から、生体内を撮像する用途に限定すると、640nm付近と680nm付近では、ヘモグロビンとメラニンの吸収はいずれも同程度の強さであるため、これらの波長の光を代替的に使用することに対して、得られる生体画像にほとんど影響がないことが分かる。
さらに、撮像素子26から出力される電気信号は、画像形成部32において、観察モードに適した画像形成方法に従って信号処理される。たとえば、色素無効観察モードにおいて撮像素子26から出力される電気信号は、色素無効照明光に含まれない波長580nmの光と波長640nmの光に対応する色情報を、波長530nmの光と波長680nmの光に基づいて補うようにして信号処理される。それにより、色素有効観察モードと色素無効観察モードのいずれにおいても、被写体に白色光を照射したときの被写体見栄えを実現した像が得られる。
この内視鏡を利用して、色素有効観察モードと色素無効観察モードを切り替えることにより、図8に示すような2種類の観察画像が得られる。
〔変形例〕
通常光観察としての照明光は「白色光」に限らない。白色光を照明した時の見栄えを実現するための照明光は白色光である必要はなく、特に内視鏡など外光のほとんど入らない環境下での観察装置では、白色でない照明光下で撮像し、その情報を白色光照明した時の見栄えに再現処理することは比較的容易である。
通常光観察としての照明光は「白色光」に限らない。白色光を照明した時の見栄えを実現するための照明光は白色光である必要はなく、特に内視鏡など外光のほとんど入らない環境下での観察装置では、白色でない照明光下で撮像し、その情報を白色光照明した時の見栄えに再現処理することは比較的容易である。
色素有効観察と色素無効観察の切り替えを適用する観察は通常光観察に限らない。特定の波長光を単色もしくは複数色照射することで被写体の一部の血管や細胞、蛍光物質など特定の物質、成分、形状などを強調して表示する種類の観察において、色素有効観察と色素無効観察を切り替えてもよい。
光源部12に適用される光源は、レーザやLEDのような固体光源に限らない。キセノンやハロゲンのような気体光源が用いられてもよい。これらの光源は、一般的に、可視光全域にわたる発光スペクトルを有している。この場合、色素の吸収波長領域内の波長の光を含まない色素無効照明光に対応する発光スペクトルとするためには、色素の吸収波長領域内の光をカットするカットフィルタを、上記光源の前方に設置すればよい。
そのような構成による内視鏡の概略構成を図9に示す。図9において、図1に示した部材と同一の参照符号を付した部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。また図10は、図9に示されたターレットの平面図である。
この内視鏡では、光源部52は、可視光全域にわたる発光スペクトルを有している光源54と、光源54から発せられた光をほぼ平行光に変えるレンズ56と、平行光を収束光に変換して光ファイバ20に結合させるレンズ58と、レンズ56とレンズ58の間に配置されたターレット62を有している。ターレット62は、モータ70によって、回転軸68のまわりに回転可能に支持されている。またターレット62は、レンズ56とレンズ58の光路上に選択的に配置され得る複数たとえば二つの光透過窓64を有している。二つの光透過窓64には、それぞれ、色素有効照明光を作り出すのに適した光学フィルタ66Aと、色素無効照明光を作り出すのに適した光学フィルタ66Bが設けられている。
光学フィルタ66Aは、可視光全域にわたって透明であってよく、たとえば、単なる透明板や開口で構成されてよい。光学フィルタ66Bは、たとえば、540nm以上670nm未満の波長の光を遮断するバンドカットフィルタまたはカラーフィルタで構成されてよい。
スペクトル制御手段44は、観察モード切替手段42によって選択された観察モードに応じて、すなわち色素有効観察モードと色素無効観察モードのどちらが選択されているかに応じて、モータ70を制御して、観察モードに適した光学フィルタ66A,66Bをレンズ56とレンズ58の光路上に選択的に配置させる。
この色素有効照明光のスペクトルを、インジゴカルミンとトルイジンブルーとクリスタルバイオレット(ピオクタニン)の吸収スペクトルに重畳して図11に示す。また、この色素無効照明光のスペクトルを、インジゴカルミンとトルイジンブルーとクリスタルバイオレット(ピオクタニン)の吸収スペクトルに重畳して図12に示す。
〔効果〕
色素有効照明光で観察することで生体内の色再現性が高い。
色素有効照明光で観察することで生体内の色再現性が高い。
色素散布後に色素有効照明光で観察を行うことで色素を正確に捉えることができ、良好な色素観察を行うことができる。
色素散布後に、色素無効照明光に切り替えて観察を行うことで色素に影響されない生体本来の表面構造を撮像することができる。
制御条件記憶手段48を有しているため、観察モード切替手段42により切替られた観察モードに合致し、かつ観察モード切替時に明るさや色に違和感のない照明切替が実現できる。
狭帯域光を組み合わせて照明光が構成されているため、色素の吸収波長領域にかなり接近した波長の光を照明光に含めることができ、観察像に違和感のない通常光観察で色素無効化することができる。
色素無効照明光は、色素の主な吸収領域の短波長側と長波長側の両方に狭帯域光を有しているため、可視光のほぼ全域にわたって色情報を取得することができる。
[第2の実施形態]
本実施形態は、色素有効観察モード画像と色素無効観察モード画像を同時視認できる「同時観察モード」を有する内視鏡である。
本実施形態は、色素有効観察モード画像と色素無効観察モード画像を同時視認できる「同時観察モード」を有する内視鏡である。
内視鏡の装置構成は、図1に示されたものと同様である。
使用者により同時観察モードが選択されると、観察モード切替手段42は、観察モードを、色素有効観察モードと色素無効観察モードを交互に切り替える。切り替えの周期は、撮像素子26の撮像周期に合わせて設定される。例えば、撮像素子26による撮像の1フレームに合わせられる。撮像素子26が30Hzの周期で撮像する場合、色素有効照明光と色素無効照明光を作り出すために点灯するレーザ14A~14Fの組み合わせが30Hzの周期で切り替えられる。
画像形成部32は、撮像素子26から供給される受信信号に対して、色素有効観察モードに適した画像形成方法と色素無効観察モードに適した画像形成方法を30Hzの周期で切り替えて適用して画像形成を行う。すなわち、画像形成部32は、30Hzの周期で、色素有効観察モード画像と色素無効観察モード画像を交互に形成し、それらの画像情報を画像表示部34に送る。画像表示部34は、受け取った画像情報にしたがって、色素有効観察モード画像と色素無効観察モード画像を同時にたとえば並べて表示する。
画像表示部34によって同時に表示される色素有効観察モード画像と色素無効観察モード画像の一例を図13に示す。
色素有効観察モード画像と色素無効観察モード画像は必ずしも並べて表示する必要はない。より使用者にとってわかりやすいように、画像重畳や重ね合わせ等の画像処理を行って表示することも可能である。
〔効果〕
2種類の照明光を交互に切り替えることで色素有効観察モードと色素無効観察モードを実質的に同時に提供することができるため、色素有効観察モード画像と色素無効観察モード画像が同時に得られる。
2種類の照明光を交互に切り替えることで色素有効観察モードと色素無効観察モードを実質的に同時に提供することができるため、色素有効観察モード画像と色素無効観察モード画像が同時に得られる。
光源としてレーザ光を用いているため、瞬時に光源切替が可能であり、遅延や明るさ不安定性などの表示不具合無く、色素有効観察モード画像と色素無効観察モード画像を良好に同時表示できる。
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。
A. Neumann et al., Opt. Exp., 19, S4, A982(July 4, 2011)
Claims (11)
- 色素が散布された被写体を観察するための内視鏡であり、
前記色素は、可視光波長領域内に光吸収波長領域と光透過波長領域のある材料であり、
前記内視鏡は、複数の観察モードを切り替える観察モード切替手段を有しており、
前記複数の観察モードは、前記色素が良く視認される画像を取得できる色素有効観察モードと、前記色素が実質的に視認されない画像を取得できる色素無効観察モードを含んでいる、内視鏡。 - 前記内視鏡は、前記観察モード切替手段による観察モードの切り替えに応じて、複数種類の照明光を選択的に射出可能であり、
前記複数種類の照明光は、前記色素有効観察モードが選択されたときに射出される色素有効照明光と、前記色素無効観察モードが選択されたときに射出される色素無効照明光を含んでおり、
前記色素有効照明光は、前記色素の主な吸収波長領域を外れた波長の可視光と、前記色素の主な吸収波長領域内の波長の光を有しており、
前記色素無効照明光は、前記色素の主な吸収波長領域を外れた波長の可視光を有しているが、前記色素の主な吸収波長領域内の波長の光を有していない、請求項1に記載の内視鏡。 - 前記内視鏡は、前記色素有効照明光と前記色素無効照明光を作り出すために、前記観察モード切替手段による観察モードの切り替えに応じて照明光の照射スペクトルを変更するスペクトル制御手段をさらに有している、請求項2に記載の内視鏡。
- 前記内視鏡はさらに、光源と、前記光源から発せられた光のスペクトルを適宜変更するスペクトル変更部を有し、前記スペクトル変更部は、前記光源から発せられた光の光路上に選択的に配置され得る複数の光透過窓と、前記複数の光透過窓の少なくとも一つに設けられた前記光源から発せられた光のスペクトルを変更する光学フィルタを備えており、
前記スペクトル制御手段は、前記光源から発せられた光の光路上に配置される前記光透過窓の位置を制御する、請求項3に記載の内視鏡。 - 前記内視鏡は、複数種類の光をそれぞれ発する複数の光源をさらに有しており、
前記スペクトル制御手段は、前記複数の光源の点灯消灯とその出力を制御する、請求項3に記載の内視鏡。 - 前記内視鏡は、前記複数種類の照明光を作り出すための制御条件情報を前記スペクトル制御手段に供給する制御条件記憶手段をさらに有しており、
前記スペクトル制御手段は、前記制御条件記憶手段から供給される制御条件情報に基づいて制御を行う、請求項4または5に記載の内視鏡。 - 前記色素有効観察モードと前記色素無効観察モードは、被写体に白色光を照射したときの被写体見栄えを実現した通常光画像を観察するモードである、請求項6に記載の内視鏡。
- 前記複数種類の照明光は、それぞれ、複数の狭帯域光を組み合わせた光により構成されており、
前記狭帯域光は、一つの光源から射出される光の発光スペクトルの半値全幅(FWHM)が50nmを下回る光である、請求項7に記載の内視鏡。 - 前記色素無効照明光は、前記色素の主な吸収波長領域の長波長側と短波長側の両方にそれぞれ一つ以上の可視光の狭帯域光を有している、請求項8に記載の内視鏡。
- 前記色素は、インジゴカルミン、トルイジンブルー、クリスタルバイオレットのいずれかであり、
前記色素有効照明光は、540nm未満の波長の可視光と、540nm以上670nm未満の波長の光を有しており、
前記色素無効照明光は、540nm以上670nm未満の波長の光を有しておらず、540nm未満の波長成分の可視光と、670nm以上の波長成分の可視光を有している、請求項9に記載の内視鏡。 - 前記色素は、インジゴカルミンであり、
前記色素有効照明光は、555nm未満の波長の可視光と、555nm以上650nm未満の波長の光を有しており、
前記色素無効照明光は、555nm以上650nm未満の波長の光を有しておらず、555nm未満の波長の可視光と、650nm以上の波長の可視光を有している、請求項9に記載の内視鏡。
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