內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、其處理器裝置和圖像顯示方法
【專利摘要】通過旋轉(zhuǎn)設(shè)定在寬帶光源(30)的光路中的、用于特殊觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器(32)將第一至第四窄帶光N1至N4相繼施加到觀察對(duì)象。基于第一和第四窄帶光N1和N4的反射圖像產(chǎn)生其中表層血管以及中層至深層血管被增強(qiáng)的血管增強(qiáng)圖像。基于第二至第四窄帶光N2至N4的反射圖像產(chǎn)生對(duì)血液中血紅蛋白的圖像氧飽和度水平進(jìn)行成像的氧飽和度圖像。產(chǎn)生的血管增強(qiáng)圖像和氧飽和度圖像并排地顯示在監(jiān)視器(14)上。
【專利說明】?jī)?nèi)窺鏡系統(tǒng)、其處理器裝置和圖像顯示方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用具有特定波長(zhǎng)的特殊光觀察體腔內(nèi)部的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，所述內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的處理器裝置，和圖像顯示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在目前的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，廣泛地進(jìn)行使用內(nèi)窺鏡的癌癥診斷。在此內(nèi)窺鏡癌癥診斷中，內(nèi)窺鏡的插入部被引入到人體腔中。在將具有預(yù)定波長(zhǎng)的照明光從所述插入部的遠(yuǎn)端部分施加到觀察對(duì)象的同時(shí)，通過設(shè)置在遠(yuǎn)端部分處的成像設(shè)備對(duì)觀察對(duì)象進(jìn)行成像以獲得其中反映呈現(xiàn)在觀察對(duì)象中的多種類型的生物學(xué)信息的圖像。例如，根據(jù)日本專利號(hào)3559755，通過使用具有特定波長(zhǎng)的窄帶光作為照明光獲得其中在寬帶照明光如白光下不明顯的表層血管和表層微細(xì)結(jié)構(gòu)被強(qiáng)調(diào)顯示的圖像。使用清楚顯示表層血管和表層微細(xì)結(jié)構(gòu)的該圖像進(jìn)行診斷，使得不僅可能辨別癌癥而且還可能評(píng)估癌癥的分期。
[0003]此外，根據(jù)日本專利號(hào)2648494，通過使用具有其中氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白間的吸光系數(shù)不同的波長(zhǎng)帶的光作為照明光對(duì)血液中血紅蛋白的氧飽和度水平進(jìn)行成像。例如，特定程度的癌癥在其中心顯示低氧狀態(tài)，同時(shí)在其外周顯示含氧量高的狀態(tài)。因此，使用如上所述的氧飽和度水平的圖像有助于直觀地了解癌癥的狀況。
[0004]發(fā)明概述
[0005]本發(fā)明要解決的問題
[0006]在基于強(qiáng)調(diào)顯示的表層微細(xì)血管等進(jìn)行癌癥診斷的情況中，如在日本專利號(hào)3559755中所述，需要預(yù)先了解對(duì)癌癥特異性的血管圖案等。此外，為了由血管圖案評(píng)估癌癥的分期，需要相當(dāng)多的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。另一方面，在使用氧飽和度水平的圖像進(jìn)行癌癥診斷的情況中，如在日本專利號(hào)2648494中所述，癌癥可以容易地被辨別。然而，至于癌癥分期等的詳細(xì)癌癥診斷，除了氧飽和度水平的信息以外還需要包括表層微細(xì)血管的圖案在內(nèi)的血管形狀的信息。
[0007]本發(fā)明的目的在于提供能夠獲取表層微細(xì)血管等的血管形狀信息和血液中血紅蛋白的氧飽和度水平兩者、用于診斷病變?nèi)绨┌Y的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的處理器裝置，以及圖像顯示方法。
[0008]解決問題的手段
[0009]為實(shí)現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)包括照明部，圖像信號(hào)獲取部，圖像生成部，和顯示部。照明部向觀察對(duì)象相繼施加在穿透到活體組織中的特定層的深度的波長(zhǎng)帶中的光中的處于具有高的血紅蛋白吸光系數(shù)的波長(zhǎng)帶中的第一照明光，和處于其中氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白具有不同的吸光系數(shù)的波長(zhǎng)帶中的第二照明光。圖像信號(hào)獲取部通過在用所述第一照明光照射下對(duì)觀察對(duì)象進(jìn)行成像獲得第一圖像信號(hào)并且通過在用所述第二照明光照射下對(duì)觀察對(duì)象進(jìn)行成像獲得第二圖像信號(hào)。圖像生成部?jī)H基于第一圖像信號(hào)產(chǎn)生第一對(duì)象圖像，并且基于第二圖像信號(hào)產(chǎn)生第二對(duì)象圖像。顯示部顯示第一和第二對(duì)象圖像。[0010]圖像信號(hào)獲取部?jī)?yōu)選地包括定位單元，所述定位單元用于在所述第一和第二圖像信號(hào)之間進(jìn)行對(duì)象圖像的定位。
[0011]優(yōu)選的是，圖像信號(hào)獲取部還包括結(jié)構(gòu)增強(qiáng)單元，所述結(jié)構(gòu)增強(qiáng)單元用于向所述第一和第二圖像信號(hào)施加結(jié)構(gòu)增強(qiáng)處理以增強(qiáng)所述觀察對(duì)象的結(jié)構(gòu)；并且在進(jìn)行所述結(jié)構(gòu)增強(qiáng)處理之后，所述定位單元在第一和第二圖像信號(hào)之間進(jìn)行對(duì)象圖像的定位。觀察對(duì)象的結(jié)構(gòu)優(yōu)選地包括血管結(jié)構(gòu)。
[0012]照明部可以包括用于發(fā)射處于寬波長(zhǎng)帶中的寬帶光的寬帶光源和用于相繼透射所述寬帶光中的第一和第二照明光的旋轉(zhuǎn)濾光器。照明部可以包括用于發(fā)射第一和第二照明光的多個(gè)半導(dǎo)體光源。
[0013]第一照明光至少包含具有處于藍(lán)色區(qū)中的波長(zhǎng)帶的藍(lán)色窄帶光和具有處于綠色區(qū)中的波長(zhǎng)帶的綠色窄帶光。第二照明光至少包含具有兩個(gè)非等吸收度波長(zhǎng)的窄帶光和具有等吸收度波長(zhǎng)的窄帶光，在所述兩個(gè)非等吸收度波長(zhǎng)處氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白之間的吸光系數(shù)的大小關(guān)系彼此不同，而在所述等吸收度波長(zhǎng)處氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白具有相同的吸光系數(shù)。第一對(duì)象圖像是其中表層血管以及中層至深層血管被增強(qiáng)的血管增強(qiáng)圖像。第二對(duì)象圖像是對(duì)血液中血紅蛋白的氧飽和度水平進(jìn)行成像的氧飽和度圖像。
[0014]優(yōu)選的是，藍(lán)色窄帶光處于410± IOnm的波長(zhǎng)帶中，具有兩個(gè)非等吸收度波長(zhǎng)的窄帶光處于440± IOnm和470± IOnm的波長(zhǎng)帶中，且綠色窄帶光和等吸收度波長(zhǎng)的窄帶光處于540 ± IOnm的波長(zhǎng)帶中。
[0015]優(yōu)選的是，第二照明光還包括處于650±10nm的波長(zhǎng)帶中的窄帶光和處于910±10nm的波長(zhǎng)帶中的窄帶光，作為具有非等吸收度波長(zhǎng)的窄帶光。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的處理器裝置包括圖像信號(hào)獲取部和圖像生成部。圖像信號(hào)獲取部獲得第一圖像信號(hào)和第二圖像信號(hào)，所述第一圖像信號(hào)通過在用在穿透到活體組織中的特定層的深度的光中的處于具有高的血紅蛋白吸光系數(shù)的波長(zhǎng)帶中的第一照明光照射下通過內(nèi)窺鏡設(shè)備對(duì)觀察對(duì)象進(jìn)行成像獲得，所述第二圖像信號(hào)通過在用處于其中氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白具有不同的吸光系數(shù)的波長(zhǎng)帶中的第二照明光照射下通過所述內(nèi)窺鏡設(shè)備對(duì)所述觀察對(duì)象進(jìn)行成像獲得。圖像生成部接收第一和第二圖像信號(hào)，并且僅基于第一圖像信號(hào)產(chǎn)生第一對(duì)象圖像，和基于第二圖像信號(hào)產(chǎn)生第二對(duì)象圖像。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示方法包括圖像信號(hào)獲取步驟，圖像生成步驟，和顯示步驟。在圖像信號(hào)獲取步驟中，第一圖像信號(hào)通過在用在穿透到活體組織中的特定層的深度的光中的處于具有高的血紅蛋白吸光系數(shù)的波長(zhǎng)帶中的第一照明光照射下通過內(nèi)窺鏡設(shè)備對(duì)觀察對(duì)象進(jìn)行成像獲得，第二圖像信號(hào)通過在用處于其中氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白具有不同的吸光系數(shù)的波長(zhǎng)帶中的第二照明光照射下通過所述內(nèi)窺鏡設(shè)備對(duì)所述觀察對(duì)象進(jìn)行成像獲得。在圖像生成步驟中，由接收所述第一和第二圖像信號(hào)的圖像生成部?jī)H基于第一圖像信號(hào)產(chǎn)生第一對(duì)象圖像，和基于第二圖像信號(hào)產(chǎn)生第二對(duì)象圖像。在顯示步驟中，第一和第二對(duì)象圖像被顯示在顯示部上。
[0018]發(fā)明效果
[0019]根據(jù)本發(fā)明，獲得第一對(duì)象圖像和第二對(duì)象圖像。第一對(duì)象圖像通過用在處于穿透到活體組織中的特定深度的波長(zhǎng)帶中的光中的處于具有高的血紅蛋白吸光系數(shù)的波長(zhǎng)帶中的第一照明光照射產(chǎn)生。第二對(duì)象圖像通過用處于其中氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白具有不同的吸光系數(shù)的波長(zhǎng)帶中的第二照明光照射產(chǎn)生。通過將第一和第二對(duì)象圖像顯示在顯示部上，能夠從第一對(duì)象圖像獲取關(guān)于包括表層毛細(xì)血管等的血管形狀的信息，并且從第二對(duì)象圖像獲取血液中血紅蛋白的氧飽和度水平。
[0020]在相繼施加至少第一照明光和第二照明光的情況中，對(duì)象圖像的定位在第一圖像信號(hào)和第二圖像信號(hào)之間進(jìn)行，所述第一圖像信號(hào)通過在用第一照明光照射下對(duì)觀察對(duì)象進(jìn)行成像獲得，所述第二圖像信號(hào)在用第二照明光照射下對(duì)觀察對(duì)象進(jìn)行成像獲得。因此，能夠獲得高質(zhì)量的第一和第二對(duì)象圖像，而不出現(xiàn)偽像等。
[0021]附圖簡(jiǎn)述
[0022]圖1是內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的立體圖；
[0023]圖2是示意圖，其顯示根據(jù)第一實(shí)施方案的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)； [0024]圖3是用于正常觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器的平面圖；
[0025]圖4是用于特殊觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器的平面圖；
[0026]圖5是這樣的圖表，其用于說明正常觀察模式下的CXD的操作；
[0027]圖6是這樣的圖表，其用于說明特殊觀察模式下的CXD的操作；
[0028]圖7是這樣的圖表，其用于說明在增強(qiáng)的第一至第四窄帶圖像之間的定位；
[0029]圖8是這樣的圖表，其中血管增強(qiáng)圖像和氧飽和度圖像并排顯示在監(jiān)視器上；
[0030]圖9是這樣的圖，其顯示血紅蛋白的吸光系數(shù)和第一和第四窄帶光的光量分布；
[0031]圖10是這樣的圖，其顯示氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白的吸光系數(shù)；
[0032]圖11是流程圖，其用于說明特殊觀察模式下的操作流程；
[0033]圖12是平面圖，其顯示不同于圖4的用于特殊觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器；和
[0034]圖13是示意圖，其顯示根據(jù)第二實(shí)施方案的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0035]發(fā)明描述
[0036]如在圖1中所示，根據(jù)第一實(shí)施方案的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)10由以下組成:電子內(nèi)窺鏡11，電子內(nèi)窺鏡11用于對(duì)人體腔的內(nèi)部成像；處理器裝置12，處理器裝置12用于基于通過成像獲得的信號(hào)產(chǎn)生圖像；光源裝置13，光源裝置13用于提供用于對(duì)體腔內(nèi)部照明的光；和監(jiān)視器14，監(jiān)視器14用于顯示由處理器裝置12產(chǎn)生的圖像。
[0037]該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)10可在使用具有從藍(lán)色延伸到紅色的波長(zhǎng)帶的光作為觀察對(duì)象的照明光的正常觀察模式和使用具有限制在特定譜帶內(nèi)的波長(zhǎng)的窄帶光作為照明光的特殊觀察模式之間進(jìn)行切換。這些模式之間的切換利用設(shè)置在電子內(nèi)窺鏡11上的模式切換器SW20進(jìn)行。
[0038]電子內(nèi)窺鏡11包括要被引入到體腔中的柔性插入部16，設(shè)置在插入部16的近端部分上的操作部17，以及用于將操作部17與處理器裝置12和光源裝置13相連的通用電纜18。
[0039]插入部16在其遠(yuǎn)端具有由一系列接合件構(gòu)成的彎曲部19。彎曲部19響應(yīng)于對(duì)設(shè)置在操作部17上的角度旋鈕21的操作上下左右地靈活地彎曲。彎曲部19設(shè)置有遠(yuǎn)端部分16a，遠(yuǎn)端部分16a包含用于對(duì)體腔內(nèi)部成像的光學(xué)系統(tǒng)等。通過對(duì)彎曲部19的彎曲操作，遠(yuǎn)端部部分16a貓準(zhǔn)所需方向。
[0040]在處理器裝置12和光源裝置13的側(cè)面，連接器24與通用電纜18相連。連接器24是復(fù)合型連接器，其包括通信連接器和光源連接器。電子內(nèi)窺鏡11通過該連接器24可拆卸地與處理器裝置12和光源裝置13相連。
[0041]如在圖2中所示，光源裝置13設(shè)置有寬帶光源30，用于正常觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器31，用于特殊觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器32，濾光器切換器34，和聚光透鏡39。寬帶光源30是氙燈，白色LED，微型白光源等。寬帶光源30發(fā)射具有從藍(lán)色區(qū)延伸到紅區(qū)(400至700 μ m)的波長(zhǎng)的寬帶光(白光)BB。
[0042]在正常觀察模式下，用于正常觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器31通過濾光器切換器34設(shè)置在寬帶光源30的光路中。如在圖3中所示，用于特殊觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器31由藍(lán)光透射區(qū)31b、綠光透射區(qū)31g和紅光透射區(qū)31r組成，藍(lán)光透射區(qū)31b用于透射來自寬帶光源30的寬帶光BB中的藍(lán)色區(qū)中的藍(lán)光B，綠光透射區(qū)31g用于透射寬帶光BB中的綠色區(qū)中的綠光G，紅光透射區(qū)31r用于透射寬帶光BB中的紅區(qū)中的紅光R，藍(lán)光透射區(qū)31b、綠光透射區(qū)31g和紅光透射區(qū)31r沿周向布置。因此，通過旋轉(zhuǎn)用于正常觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器31，以相繼的方式從寬帶光BB中獲取藍(lán)光B、綠光G和紅光R。這三種顏色的光通過聚光透鏡39入射到光導(dǎo)43上。
[0043]在特殊觀察模`式下，用于特殊觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器32通過濾光器切換器34設(shè)置在寬帶光源30的光路中。如在圖4中所示，用于正常觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器32由第一窄帶光透射區(qū)32a、第二窄帶光透射區(qū)32b、第三窄帶光透射區(qū)32c和第四窄帶光透射區(qū)32d組成，第一窄帶光透射區(qū)32a用于透射來自寬帶光源30的寬帶光BB中的處于410 土 IOnm的波長(zhǎng)帶中的第一窄帶光NI，第二窄帶光透射區(qū)32b用于透射寬帶光BB中的處于440 土 IOnm的波長(zhǎng)帶中的第二窄帶光N2，第三窄帶光透射區(qū)32c用于透射寬帶光BB中的處于470土 IOnm的波長(zhǎng)帶中的第三窄帶光N3，第四窄帶光透射區(qū)32d用于透射寬帶光BB中的處于540土nm的波長(zhǎng)中的第四窄帶光N4，第一窄帶光透射區(qū)32a、第二窄帶光透射區(qū)32b、第三窄帶光透射區(qū)32c和第四窄帶光透射區(qū)32d沿周向布置。因此，通過旋轉(zhuǎn)用于特殊觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器32，以相繼的方式從寬帶光BB中獲取第一至第四窄帶光NI至N4。第一至第四窄帶光NI至N4通過聚光透鏡39入射到光導(dǎo)43上。
[0044]如在圖2中所示，電子內(nèi)窺鏡11設(shè)置有光導(dǎo)43、(XD44、模擬前端電路(AFE)45和成像控制器46。光導(dǎo)43由大直徑光纖、光纖束等組成。由用于正常觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器31或用于特殊觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器32提取的光入射到光導(dǎo)43的入射端上。另一方面，光導(dǎo)43的出射端指向包含在遠(yuǎn)端部分16a中的照明透鏡48，這樣通過光導(dǎo)43的光被施加于觀察對(duì)象。反射自觀察對(duì)象的光通過包含在遠(yuǎn)端部分16a中的成像窗50和聚光透鏡51入射到(XD44上。注意，可以使用CMOS成像設(shè)備等代替(XD。
[0045](XD44在其成像表面44a處接收來自聚光透鏡51的入射光，并且累積通過對(duì)所接收的光的光電變換獲得的信號(hào)電荷。讀取累積的信號(hào)電荷作為成像信號(hào)。將讀取的成像信號(hào)傳輸?shù)紸FE45。AFE45包括用于將相關(guān)雙采樣處理施加于來自CCD44的成像信號(hào)的相關(guān)雙采樣電路(⑶S)，用于在通過⑶S的降噪后放大成像信號(hào)的自動(dòng)增益控制電路(AGC)，和用于將由AGC放大的成像信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有預(yù)定位數(shù)的數(shù)字成像信號(hào)和用于將數(shù)字成像信號(hào)輸入到處理器裝置12(都沒有顯示在附圖中)的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Α/D)。注意，不具有分色濾光片(例如，RGB濾光片)的單色CCD被用作CCD44。
[0046]成像控制器46與處理器裝置12的控制器59連接，并且根據(jù)來自控制器59的命令傳輸驅(qū)動(dòng)信號(hào)至CCD44。CCD44基于來自成像控制器46的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以預(yù)定的幀率將成像信號(hào)輸出到AFE45。
[0047]成像控制器46在正常觀察模式和特殊觀察模式下執(zhí)行不同的控制操作。在正常觀察模式下，如在圖5中所示，在一個(gè)幀周期中執(zhí)行兩個(gè)步驟，即累積由藍(lán)光B的光電變換產(chǎn)生的信號(hào)電荷的步驟和讀取累積的信號(hào)電荷作為藍(lán)色成像信號(hào)的步驟。在下一個(gè)幀周期中，執(zhí)行兩個(gè)步驟，即累積由綠光G的光電變換產(chǎn)生的信號(hào)電荷的步驟和讀取累積的信號(hào)電荷作為綠色成像信號(hào)的步驟。在再下一個(gè)幀周期中，執(zhí)行兩個(gè)步驟，即累積由紅光R的光電變換產(chǎn)生的信號(hào)電荷的步驟和讀取累積的信號(hào)電荷作為紅色成像信號(hào)的步驟。通過三個(gè)幀周期中的步驟讀取的藍(lán)色成像信號(hào)、綠色成像信號(hào)和紅色成像信號(hào)被傳輸?shù)教幚砥餮b置12。
[0048]另一方面，在特殊觀察模式下，如在圖6中所示，在一個(gè)幀周期中執(zhí)行兩個(gè)步驟，即累積由第一窄帶光NI的光電變換產(chǎn)生的信號(hào)電荷的步驟和讀取累積的信號(hào)電荷作為第一窄帶成像信號(hào)的步驟。在下一個(gè)幀周期中執(zhí)行兩個(gè)步驟，即累積由第二窄帶光N2的光電變換產(chǎn)生的信號(hào)電荷的步驟和讀取累積的信號(hào)電荷作為第二窄帶成像信號(hào)的步驟。在再下一個(gè)幀周期中執(zhí)行兩個(gè)步驟，即累積由第三窄帶光N3的光電變換產(chǎn)生的信號(hào)電荷的步驟和讀取累積的信號(hào)電荷作為第三窄帶成像信號(hào)的步驟。在再下一個(gè)幀周期中執(zhí)行兩個(gè)步驟，即累積由第四窄帶光N4的光電變換產(chǎn)生的信號(hào)電荷的步驟和讀取累積的信號(hào)電荷作為第四窄帶成像信號(hào)的步驟。通過四個(gè)幀周期中的步驟讀取的第一至第四窄帶成像信號(hào)被傳輸?shù)教幚砥餮b置12。 [0049]如在圖2中所示，處理器裝置12設(shè)置有數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 55，幀存儲(chǔ)器56，觀察圖像生成器57，和顯示控制電路58，并且控制器59控制這些部件。DSP55向從電子內(nèi)窺鏡11傳輸?shù)某上裥盘?hào)施加色分離，顏色插值，白平衡調(diào)節(jié)，Y校正等，并且產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于每個(gè)成像信號(hào)的圖像。在正常觀察模式下，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于藍(lán)色成像信號(hào)的藍(lán)色圖像，對(duì)應(yīng)于綠色成像信號(hào)的綠色圖像，對(duì)應(yīng)于紅色成像信號(hào)的紅色圖像。在特殊觀察模式下，分別產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于第一至第四窄帶成像信號(hào)的第一至第四窄帶圖像。由DSP55產(chǎn)生的這些圖像被存儲(chǔ)至幀存儲(chǔ)器56。
[0050]觀察圖像生成器57包括正常圖像生成器60和特殊圖像生成器61。正常圖像生成器60產(chǎn)生正常圖像，其中藍(lán)色圖像被分配給顯示器的B通道，綠色圖像被分配給G通道，紅色圖像被分配給紅色通道。顯示控制電路58將產(chǎn)生的正常圖像顯示在監(jiān)視器14上。
[0051]特殊圖像生成器61包括血管增強(qiáng)單元62，定位單元63，血管增強(qiáng)圖像生成單元64，和氧飽和度圖像生成單元65。血管增強(qiáng)單元62通過頻率濾波處理增強(qiáng)第一至第四窄帶圖像中的血管部分?？紤]到在用于獲得第一至第四窄帶圖像的第一至第四窄帶光之間消化道粘膜的血紅蛋白光吸收性質(zhì)和光散射性質(zhì)的差異，在增強(qiáng)血管部分中，表層血管在第一和第二窄帶圖像中被增強(qiáng)，表層血管和中層血管在第三窄帶圖像中被增強(qiáng)，并且中層血管在第四窄帶圖像中被增強(qiáng)。這些其中預(yù)定的血管被增強(qiáng)的增強(qiáng)的第一至第四窄帶圖像被存儲(chǔ)至幀存儲(chǔ)器56。
[0052]注意，例如，預(yù)定的二維濾子被用于每層的血管增強(qiáng)。為了產(chǎn)生二維濾子，首先基于電子內(nèi)窺鏡11的遠(yuǎn)端部分16a和觀察區(qū)之間的距離及其放大率的假設(shè)獲得對(duì)應(yīng)于圖像中每層的血管的頻率。接下來，在頻率間隔中設(shè)計(jì)僅增強(qiáng)該頻帶的濾子，并且對(duì)濾子進(jìn)行傅里葉變換從而對(duì)應(yīng)于實(shí)空間。在此，需要調(diào)節(jié)頻率間隔中二維濾子的性質(zhì)以致二維濾子的大小被設(shè)定在例如約5X5的真實(shí)大小。
[0053]定位單元63基于增強(qiáng)的第一至第四窄帶圖像在增強(qiáng)的第一至第四窄帶圖像之間進(jìn)行定位。如在圖7中所示，在其中表層血管被增強(qiáng)的增強(qiáng)的第一至第三窄帶圖像(表層血管增強(qiáng)組)之間進(jìn)行定位，并且在其中中層血管被增強(qiáng)的增強(qiáng)的第三和第四窄帶圖像(中層血管增強(qiáng)組)之間進(jìn)行定位。因?yàn)樵诟鶕?jù)被增強(qiáng)的血管的類型分組的圖像之間進(jìn)行定位，所以可以提高定位的精確度。定位后增強(qiáng)的第一至第四窄帶圖像被存儲(chǔ)至幀存儲(chǔ)器56。
[0054]作為用于在增強(qiáng)的第一至第三窄帶圖像之間進(jìn)行定位的方法，將增強(qiáng)的第一窄帶圖像上下左右地移動(dòng)幾個(gè)像素，并且獲得與增強(qiáng)的第二窄帶圖像的差。通過多次重復(fù)該步驟，獲得使每個(gè)像素的差分信號(hào)的絕對(duì)值的總和最小化的位移量。然后，將增強(qiáng)的第一窄帶圖像移動(dòng)此位移量。因此，完成增強(qiáng)的第一窄帶圖像的定位。同樣，對(duì)于增強(qiáng)的第三窄帶圖像，執(zhí)行與用于增強(qiáng)的第一窄帶圖像的處理相同的處理。注意，以相似方式進(jìn)行增強(qiáng)的第三窄帶圖像和增強(qiáng)的第四窄帶圖像之間的定位。
[0055]血管增強(qiáng)圖像生成單元64通過以下方式產(chǎn)生血管增強(qiáng)圖像:將已增強(qiáng)且已定位的第一窄帶圖像分配給B和G通道進(jìn)行顯示，并且將已增強(qiáng)且已定位的第四窄帶圖像分配給R通道進(jìn)行顯示。氧飽和度圖像生成單元65通過以下方式產(chǎn)生氧飽和度圖像:將已增強(qiáng)且已定位的第三窄帶圖像分配給B通道進(jìn)行顯示，并且將已增強(qiáng)且已定位的第四窄帶圖像分配給G通道進(jìn)行顯示，并且將已增強(qiáng)且已定位的第二窄帶圖像分配給R通道進(jìn)行顯示。顯示控制電路58將產(chǎn)生的血管增強(qiáng)圖像和氧飽和度圖像并排地顯示在監(jiān)視器14上，如在圖8中所示。如上所述并排地顯示血管增強(qiáng)圖像和氧飽和度圖像有助于容易地辨別是否存在癌癥和進(jìn)行詳細(xì)的癌癥診斷如癌癥的分期。
[0056]在顯示在監(jiān)視器14上的血管增強(qiáng)圖像中，表層血管被穿透到表層血管的深度的第一窄帶光NI增強(qiáng)，中層血管被穿透到中層血管的深度的第四窄帶光N4增強(qiáng)。這是因?yàn)椋缭趫D9中所示，血液中的血紅蛋白的吸光性質(zhì)在藍(lán)色區(qū)中的用于產(chǎn)生增強(qiáng)的第一窄帶圖像的第一窄帶光NI的波長(zhǎng)帶處具有峰，并且在綠色區(qū)中的用于產(chǎn)生增強(qiáng)的第四窄帶圖像的第四窄帶光N4的波長(zhǎng)帶處具有峰。
[0057]在顯示在監(jiān)視器14上的氧飽和度圖像中，具有高氧飽和度水平的部分被著色為紅色而不是藍(lán)色，而具有低氧飽和度水平的部分被著色為藍(lán)色而不是紅色。這是因?yàn)?，如在圖10中所示，氧合血紅蛋白Hb02和去氧血紅蛋白Hb的吸光系數(shù)的大小關(guān)系在用于產(chǎn)生增強(qiáng)的第二窄帶圖像的第二窄帶光N2和用于產(chǎn)生增強(qiáng)的第三窄帶圖像的第三窄帶光N3之間是反向的，并且用于產(chǎn)生增強(qiáng)的第四窄帶圖像的第四窄帶光N4在氧合血紅蛋白Hb02和去氧血紅蛋白Hb的吸光系數(shù)方面是相等的。
[0058]本發(fā)明的操作將根據(jù)圖11的流程圖來描述。首先，操作模式切換器SW20以建立特殊觀察模式。因此，用于特殊觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器32被設(shè)定在寬帶光源30的光路中。旋轉(zhuǎn)用于特殊觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器32相繼地將第一至第四窄帶光NI至N4施加到觀察對(duì)象。
[0059]設(shè)置在電子內(nèi)窺鏡11中的(XD44對(duì)用第一窄帶光NI照射的觀察對(duì)象進(jìn)行成像，并且輸出第一窄帶成像信號(hào)。以同樣的方式，CCD44對(duì)用第二窄帶光N2照射的觀察對(duì)象進(jìn)行成像，并且輸出第二窄帶成像信號(hào)。CCD44對(duì)用第三窄帶光N3照射的觀察對(duì)象進(jìn)行成像，并且輸出第三窄帶成像信號(hào)。(XD44對(duì)用第四窄帶光N4照射的觀察對(duì)象進(jìn)行成像，并且輸出第四窄帶成像信號(hào)。[0060]設(shè)置在處理器裝置12中的DSP55向已獲得的第一至第四窄帶成像信號(hào)施加多種類型的處理。經(jīng)處理的第一至第四窄帶成像信號(hào)被存儲(chǔ)至幀存儲(chǔ)器56作為第一至第四窄帶圖像。之后，血管增強(qiáng)單元62向第一至第四窄帶圖像施加血管增強(qiáng)處理。因?yàn)槭褂么┩傅奖韺友艿纳疃鹊乃{(lán)色區(qū)中的第一至第三窄帶光NI至N3產(chǎn)生第一至第三窄帶圖像，向其施加頻率濾波處理以增強(qiáng)表層血管。另一方面，因?yàn)槭褂么┩傅街袑友艿纳疃鹊乃{(lán)色-綠色區(qū)中的第三和第四窄帶光N3和N4產(chǎn)生第三和第四窄帶圖像，所以向其施加濾波處理以增強(qiáng)中層血管。因此，獲得增強(qiáng)的第一至第四窄帶圖像。
[0061]接下來，定位單元63在增強(qiáng)的第一至第四窄帶圖像之間進(jìn)行對(duì)象圖像的定位。定位單元63使要定位的窄帶圖像上下左右移動(dòng)數(shù)個(gè)像素，并且計(jì)算與作為基準(zhǔn)的窄帶圖像的差。通過將該步驟重復(fù)多次，獲得使該差的絕對(duì)值最小化的位移量。然后，將要定位的窄帶圖像移動(dòng)該位移量。因此，完成窄帶圖像的定位。在定位后增強(qiáng)的第一至第四窄帶圖像被再次存儲(chǔ)至幀存儲(chǔ)器56 。
[0062]然后，基于已增強(qiáng)且已定位的第一至第四窄帶圖像產(chǎn)生血管增強(qiáng)圖像，并且基于已增強(qiáng)且已定位的第二至第四窄帶圖像產(chǎn)生氧飽和度圖像。產(chǎn)生的血管增強(qiáng)圖像和氧飽和度圖像并排地顯示在監(jiān)視器14上。在特殊觀察模式期間重復(fù)上述操作流程。
[0063]注意，在以上第一實(shí)施方案中使用的是相繼透射第一至第四窄帶光NI至N4的用于特殊觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器32。代替該旋轉(zhuǎn)濾光器，如在圖12中所示，可以使用用于特殊觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器80，其設(shè)置有類似于用于特殊觀察的旋轉(zhuǎn)濾光器32的第一至第四窄帶光透射區(qū)32a至32d的第一至第四窄帶光透射區(qū)80a至80d，用于透射寬帶光BB中的具有650 土 IOnm的波長(zhǎng)帶的第五窄帶光N5的第五窄帶光透射區(qū)80e，和用于透射寬帶光BB中的具有910 ± IOnm的波長(zhǎng)帶的第六窄帶光N6的第六窄帶光透射區(qū)80f。像這樣地使用第五和第六窄帶光N5和N6允許以高精度對(duì)中層血管的氧飽和度水平成像。
[0064]血管增強(qiáng)單元62將血管增強(qiáng)處理施加于使用第五和第六窄帶光N5和N6獲得的第五和第六窄帶圖像，如同其他圖像一樣，以產(chǎn)生第五和第六窄帶圖像。因?yàn)榈谖搴偷诹瓗Ч釴5和N6穿透到深層血管的深度，所以優(yōu)選對(duì)第五和第六窄帶圖像進(jìn)行深層血管增強(qiáng)處理。除此之外，優(yōu)選對(duì)第五和第六窄帶圖像進(jìn)行中層血管增強(qiáng)處理以有助于利用第四窄帶圖像的定位。之后，在增強(qiáng)的第五和第六窄帶圖像與另一個(gè)增強(qiáng)的第一至第四窄帶圖像之間進(jìn)行定位。定位方法與以上第一實(shí)施方案的定位方法是相同的。
[0065]為了產(chǎn)生氧飽和度圖像，如同以上第一實(shí)施方案一樣，基于第二至第四窄帶光N2至N4產(chǎn)生第一氧飽和度圖像，并且基于第四至第六窄帶光N4至N6產(chǎn)生第二氧飽和度圖像。以與以上第一實(shí)施方案相同的方式，將第一氧飽和度圖像分配給RGB通道以進(jìn)行顯示。另一方面，至于第二氧飽和度圖像，已增強(qiáng)且已定位的第六窄帶圖像被分配給B通道以進(jìn)行顯示，已增強(qiáng)且已定位的第四窄帶圖像被分配給G通道以進(jìn)行顯示，并且已增強(qiáng)且已定位的第五窄帶圖像被分配給R通道以進(jìn)行顯示。
[0066]產(chǎn)生的血管增強(qiáng)圖像、第一氧飽和度圖像和第二氧飽和度圖像并排顯示在監(jiān)視器14上。表層血管的氧飽和度水平的分布準(zhǔn)確地反映在第一氧飽和度圖像中。中層至深層血管的氧飽和度水平的分布準(zhǔn)確地反映在第二氧飽和度圖像中。因此，使用第一和第二氧飽和度圖像使得能夠觀察活體組織的深度方向上的氧飽和度狀態(tài)。
[0067]如在圖13中所示，根據(jù)第二實(shí)施方案的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)100采用在光源裝置101中使用可在開啟(ON)和關(guān)閉(OFF)之間高速切換的半導(dǎo)體光源的方法，而不是如在第一實(shí)施方案中所述的旋轉(zhuǎn)濾光器方法。作為半導(dǎo)體光源，可以使用激光器、LED(發(fā)光二極管)等。注意，除光源裝置以外的部件與第一實(shí)施方案中的那些相同，所以省略了對(duì)其的描述。
[0068]除了與第一實(shí)施方案相同的寬帶光源30以外，光源裝置101還設(shè)置有用于發(fā)射具有410 ± IOnm的波長(zhǎng)帶的第一窄帶光NI的第一半導(dǎo)體光源102，用于發(fā)射具有440 ± IOnm的波長(zhǎng)帶的第二窄帶光N2的第二半導(dǎo)體光源103，用于發(fā)射具有470± IOnm的波長(zhǎng)帶的第三窄帶光N3的第三半導(dǎo)體光源104，和用于發(fā)射具有540 土nm的波長(zhǎng)帶的第四窄帶光N4的第四半導(dǎo)體光源105，和用于控制第一至第四半導(dǎo)體光源102至105的操作的光源控制器106。 [0069]來自寬帶光源30的寬帶光BB通過聚光透鏡39入射到光纖30a上。另一方面，來自第一至第四半導(dǎo)體光源102至105的第一至第四窄帶光NI至N4分別入射到光纖102a至105a上。這些光纖30a以及102a至105a經(jīng)由耦合器110連接到光導(dǎo)43。因此，被引導(dǎo)通過光纖30a以及102a至105a中的每一個(gè)的光通過耦合器110進(jìn)入光導(dǎo)43。光源裝置101具有快門112，快門112可在插入到寬帶光源30的光路中以阻止寬帶光BB進(jìn)入光纖30a的位置和從光路退回以允許寬帶光BB進(jìn)入光纖30a的位置之間移動(dòng)。注意，如果寬帶光源30使用可以在ON和OFF之間瞬時(shí)切換的光源如白光LED，則不需要設(shè)置快門112。
[0070]在第二實(shí)施方案中，在正常觀察模式下，快門112被設(shè)定在退回的位置。此時(shí)，第一至第四半導(dǎo)體光源102至105總是關(guān)閉的。因此，僅寬帶光BB被施加到觀察對(duì)象，并且基于寬帶光BB產(chǎn)生正常圖像。另一方面，在特殊觀察模式下，在快門112被設(shè)定在退回的位置的同時(shí)，第一至第四半導(dǎo)體光源102至105被相繼開啟。因此，第一至第四窄帶光NI至N4相繼被施加到觀察對(duì)象，而寬帶光BB被阻斷。
[0071]注意，在以上第一和第二實(shí)施方案中對(duì)氧飽和度水平成像，但是代替其或除此之外還可以計(jì)算通過“血液體積(氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白的總和)X氧飽和度水平(%) ”計(jì)算的氧合血紅蛋白指數(shù)或通過“血液體積X (100-氧飽和度水平)(%) ”計(jì)算的去氧血紅蛋白指數(shù)。
[0072]注意，在以上第一和第二實(shí)施方案中，施加血管增強(qiáng)處理以提高在圖像之間定位血管的精確度。然而，如果基于不同于血管的觀察對(duì)象如粘膜邊緣的不同類型的結(jié)構(gòu)、輪廓等進(jìn)行定位，則增強(qiáng)處理可以被施加于多種類型的結(jié)構(gòu)和輪廓。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于包括: 照明部，所述照明部用于向觀察對(duì)象相繼施加在穿透到活體組織中的特定層的深度的波長(zhǎng)帶中的光中的處于具有高的血紅蛋白吸光系數(shù)的波長(zhǎng)帶中的第一照明光，和處于其中氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白具有不同的吸光系數(shù)的波長(zhǎng)帶中的第二照明光； 圖像信號(hào)獲取部，所述圖像信號(hào)獲取部用于通過在用所述第一照明光照射下對(duì)所述觀察對(duì)象進(jìn)行成像獲得第一圖像信號(hào)和通過在用所述第二照明光照射下對(duì)所述觀察對(duì)象進(jìn)行成像獲得第二圖像信號(hào)； 圖像生成部，所述圖像生成部用于基于所述第一圖像信號(hào)產(chǎn)生第一對(duì)象圖像，和用于基于所述第二圖像信號(hào)產(chǎn)生第二對(duì)象圖像；和 顯示部，所述顯示部用于顯示所述第一和第二對(duì)象圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于所述圖像信號(hào)獲取部包括定位單元，所述定位單元用于在所述第一和第二圖像信號(hào)之間進(jìn)行對(duì)象圖像的定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于 所述圖像信號(hào)獲取部還包括結(jié)構(gòu)增強(qiáng)單元，所述結(jié)構(gòu)增強(qiáng)單元用于向所述第一和第二圖像信號(hào)施加結(jié)構(gòu)增強(qiáng)處理以增強(qiáng)所述觀察對(duì)象的結(jié)構(gòu)；并且 在進(jìn)行所述結(jié)構(gòu)增強(qiáng)處理之后，所述定位單元在所述第一和第二圖像信號(hào)之間進(jìn)行所述對(duì)象圖像的定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于所述觀察對(duì)象的所述結(jié)構(gòu)包括血管結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于所述照明部包括: 寬帶光源，所述寬帶光源用于發(fā)射處于寬波長(zhǎng)帶中的寬帶光；和 旋轉(zhuǎn)濾光器，所述旋轉(zhuǎn)濾光器用于相繼透射所述寬帶光中的所述第一和第二照明光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于所述照明部包括用于發(fā)射所述第一和第二照明光的多個(gè)半導(dǎo)體光源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于 所述第一照明光至少包含具有處于藍(lán)色區(qū)中的波長(zhǎng)帶的藍(lán)色窄帶光和具有處于綠色區(qū)中的波長(zhǎng)帶的綠色窄帶光，并且所述第二照明光至少包含具有兩個(gè)非等吸收度波長(zhǎng)的窄帶光和具有一個(gè)等吸收度波長(zhǎng)的窄帶光，在所述兩個(gè)非等吸收度波長(zhǎng)處所述氧合血紅蛋白和所述去氧血紅蛋白之間的吸光系數(shù)的大小關(guān)系彼此不同，而在所述一個(gè)等吸收度波長(zhǎng)處所述氧合血紅蛋白和所述去氧血紅蛋白之間的所述吸光系數(shù)是相同的； 所述第一對(duì)象圖像是其中表層血管以及中層至深層血管被增強(qiáng)的血管增強(qiáng)圖像，而所述第二對(duì)象圖像是對(duì)血液中血紅蛋白的氧飽和度水平進(jìn)行成像的氧飽和度圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于 所述藍(lán)色窄帶光處于410± IOnm的波長(zhǎng)帶中； 具有所述兩個(gè)非等吸收度波長(zhǎng)的所述窄帶光處于440± IOnm和470± IOnm的波長(zhǎng)帶中；并且 所述綠色窄帶光和具有所述等吸收度波長(zhǎng)的所述窄帶光處于540±10nm的波長(zhǎng)帶中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于所述第二照明光還包括處于650±10nm的波長(zhǎng)帶中的窄帶光和處于910± IOnm的波長(zhǎng)帶中的窄帶光，作為具有所述非等吸收度波長(zhǎng)的所述窄帶光。
10.一種內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的處理器裝置，其特征在于包括: 圖像信號(hào)獲取部，所述圖像信號(hào)獲取部用于獲得第一圖像信號(hào)和第二圖像信號(hào)，所述第一圖像信號(hào)通過在用在穿透到活體組織中的特定層的深度的光中的處于具有高的血紅蛋白吸光系數(shù)的波長(zhǎng)帶中的第一照明光照射下通過內(nèi)窺鏡設(shè)備對(duì)觀察對(duì)象進(jìn)行成像獲得，所述第二圖像信號(hào)通過在用處于其中氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白具有不同的吸光系數(shù)的波長(zhǎng)帶中的第二照明光照射下通過所述內(nèi)窺鏡設(shè)備對(duì)所述觀察對(duì)象進(jìn)行成像獲得；和 圖像生成部，所述圖像生成部用于接收所述第一和第二圖像信號(hào)并且基于所述第一圖像信號(hào)產(chǎn)生第一對(duì)象圖像，和基于所述第二圖像信號(hào)產(chǎn)生第二對(duì)象圖像。
11.一種圖像顯示方法，其特征在于包括: 圖像信號(hào)獲取步驟，所述圖像信號(hào)獲取步驟用于獲得第一圖像信號(hào)和第二圖像信號(hào)，所述第一圖像信號(hào)通過在用在穿透到活體組織中的特定層的深度的光中的處于具有高的血紅蛋白吸光系數(shù)的波長(zhǎng)帶中的第一照明光照射下通過內(nèi)窺鏡設(shè)備對(duì)觀察對(duì)象進(jìn)行成像獲得，所述第二圖像信號(hào)通過在用處于其中氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白具有不同的吸光系數(shù)的波長(zhǎng)帶中的第二照明光照射下通過所述內(nèi)窺鏡設(shè)備對(duì)所述觀察對(duì)象進(jìn)行成像獲得; 圖像生成步驟，所述圖像生成步驟用于由接收所述第一和第二圖像信號(hào)的圖像生成部基于所述第一圖像信號(hào)產(chǎn)生第一對(duì)象圖像，和基于所述第二圖像信號(hào)產(chǎn)生第二對(duì)象圖像；和 顯示步驟，所述顯示步驟用于在顯示部上顯示所述第一和第二對(duì)象圖像。
【文檔編號(hào)】A61B1/00GK103648353SQ201280033244
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月6日
【發(fā)明者】齋藤孝明, 山口博司, 飯?zhí)镄⒅? 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社