電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)以及用于內(nèi)窺鏡的光源的制作方法
【專利摘要】一種電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)以及用于內(nèi)窺鏡的光源。所述電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)包括：光源、濾光器、固態(tài)圖像攝像器件以及圖像生成單元，其中，所述光源發(fā)射具有可見光波長范圍的光；所述濾光器在包括可見光波長范圍的連續(xù)波長范圍內(nèi)的至少兩個特定波長處具有透射峰，并且具有高于零且低于所述至少兩個特定波長的透射峰之間的每個透射峰的一半的透射率，所述濾光器在除了所述至少兩個特定波長的透射峰之間的間隔之外的波長范圍透射率為零；所述固態(tài)圖像攝像器件接收來自于受到經(jīng)由濾光器的照明光的照射的目標(biāo)的反射光；所述圖像生成單元配置為通過處理由固態(tài)圖像攝像器件輸出的圖像信號而生成待顯示在監(jiān)視器上的彩色圖像。
【專利說明】電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)以及用于內(nèi)窺鏡的光源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于觀測目標(biāo)的彩色圖像的電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)以及用于內(nèi)窺鏡的光源，更具體地涉及適當(dāng)?shù)嘏渲脼槭共僮髡吣軌蛴^測特定生物結(jié)構(gòu)的電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)以及用于內(nèi)窺鏡的光源?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]作為用于對患者的體腔進(jìn)行診斷的系統(tǒng)，電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)是已知的并在實際中應(yīng)用的。在這樣的電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，存在電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)配置為經(jīng)過允許確定波段的光通過的窄帶濾光器來照明目標(biāo)，特定生物結(jié)構(gòu)對于從其穿過的該確定波段的光顯示出較高的吸收率，并且配置為通過接收來自于目標(biāo)的光的散射分量生成加亮特定生物結(jié)構(gòu)的光譜圖像，使得生物結(jié)構(gòu)的組織信息能夠被可視化。
[0003]在日本專利公開第3583731號(在下文中，被稱為專利文件I)中，描述了用于通過窄帶光進(jìn)行觀測的內(nèi)窺鏡裝置的實例。在專利文件I所描述的內(nèi)窺鏡裝置中，配置為使照明光的至少一個波長范圍的帶寬變窄的窄帶濾光器被布置在從照明光供應(yīng)單元到攝像單元行進(jìn)的光路上，并且生成具有通過窄帶光獲得的離散光譜分布的目標(biāo)的波段圖像。通過使用這種類型的內(nèi)窺鏡裝置，可以用一種在其中組織信息分層的方式在視覺上識別目標(biāo)的特定生物結(jié)構(gòu)的組織信息。因此，能夠獲得在生物結(jié)構(gòu)的組織表面中想要的深度處的組織信息。
[0004]然而，在專利文件I描述的內(nèi)窺鏡裝置中，由于照明光具有離散光譜分布，因此在除了發(fā)射的主要波長外的波段無法獲得信息。因此，存在目標(biāo)的組織信息部分丟失的可能性。此外，由于照明光的透射范圍受到窄帶濾光器的限制，因此光量減少，從而獲得的圖像的亮度降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]考慮到上述情況而做出本發(fā)明。本發(fā)明的優(yōu)點在于，提供了一種電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)以及用于內(nèi)窺鏡的光源，其配置為在利用窄帶光觀測特定生物結(jié)構(gòu)時，防止有關(guān)特定生物結(jié)構(gòu)的信息丟失并增強(qiáng)圖像亮度和對比度。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其包括:光源、濾光器、固態(tài)圖像攝像器件以及圖像生成單元，其中，所述光源發(fā)射具有可見光波長范圍的光；所述濾光器在包括可見光波長范圍的連續(xù)波長范圍內(nèi)的至少兩個特定波長處具有透射峰，并且具有高于零且低于所述至少兩個特定波長的透射峰之間的每個透射峰的一半的透射率；所述固態(tài)圖像攝像器件接收來自于受到經(jīng)由濾光器的照明光的照射的目標(biāo)的反射光；所述圖像生成單元配置為通過處理由固態(tài)圖像攝像器件輸出的圖像信號而生成待顯示在監(jiān)視器上的彩色圖像。所述濾光器在除了所述至少兩個特定波長的透射峰之間的間隔之外的波長范圍具有透射率為零。
[0007]當(dāng)經(jīng)由上述的濾光器照明目標(biāo)時，能夠生成并在監(jiān)視器上顯示出亮度和對比度增強(qiáng)的光譜圖像。此外，由于能夠獲得有關(guān)特定波長的透射峰之間的波長范圍的信息，因此能夠防止信息缺乏的發(fā)生。即是說，當(dāng)通過使用窄帶光來觀測特定生物結(jié)構(gòu)時，可以增強(qiáng)亮度和對比度，同時防止信息缺乏的發(fā)生。
[0008]所述至少兩個特定波長可包括420nm附近的波長范圍，在該波長范圍中，血紅蛋白具有較高的吸收特性。利用該構(gòu)造，可以觀測在表層附近和在深層中的血管結(jié)構(gòu)。
[0009]電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)可進(jìn)一步包括:濾光器切換單元和操作單元，其中所述濾光器切換單元配置為使濾光器能夠插入所述光源的照明光路，或者從所述光源的照明光路收回；所述操作單元配置為接收用戶操作。所述濾光器切換單元可以使所述濾光器能夠根據(jù)通過所述操作單元接收的用戶操作插入所述照明光路，或者從所述照明光路收回。因此，在需要時，通過從所述照明光路收回所述濾光器，可以在監(jiān)視器上顯示正常顏色的圖像。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于內(nèi)窺鏡的光源，其包括:光源和濾光器，其中，所述光源發(fā)射具有可見光波長范圍的光；濾光器，所述濾光器在包括可見光波長范圍的連續(xù)波長范圍內(nèi)的至少兩個特定波長處具有透射峰，并且具有高于零且低于所述至少兩個特定波長的透射峰之間的每個透射峰的一半的透射率。在除了所述至少兩個特定波長的透射峰之間的間隔之外的波長范圍，所述濾光器具有透射率為零。
[0011]利用該構(gòu)造，當(dāng)通過使用窄帶光來觀測特定生物結(jié)構(gòu)時，可以增強(qiáng)亮度和對比度，同時防止信息缺乏的發(fā)生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的實施方案的電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的外觀。 [0013]圖2為顯示根據(jù)實施方案的電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的構(gòu)造的框圖。
[0014]圖3為顯示根據(jù)實施方案的設(shè)置在處理器中的濾光器的光譜特性的圖。
[0015]圖4A顯示當(dāng)不使用濾光器照明目標(biāo)時獲得的觀測圖像，而圖4B顯示當(dāng)經(jīng)由濾光器照明目標(biāo)時獲得的觀測圖像。
[0016]圖5示出了根據(jù)另一個實施方案的設(shè)置在處理器中的濾光器的光譜特性。
【具體實施方式】
[0017]在下文中，參考所附附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實施方案。
[0018]圖1顯示根據(jù)實施方案的電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)I的外觀。如圖1所示，電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)I具有用于對目標(biāo)成像的電子觀測器100。電子觀測器100包括覆蓋有具有柔性的護(hù)套Ila的軟管11。外部覆蓋有具有剛性的樹脂外殼的尖端部單元12被聯(lián)接至軟管11的尖端。布置在軟管11和尖端部單元12之間的彎曲部14配置為通過來自于正面操作單元13的遠(yuǎn)程控制(例如，對彎曲操作旋鈕13a的旋轉(zhuǎn)操作)而自由地彎曲，正面操作單元13附接于軟管11的近端。該彎曲機(jī)構(gòu)具有安裝在一般的電子觀測器中的已知構(gòu)造，并且配置為結(jié)合對彎曲操作旋鈕13a的旋轉(zhuǎn)操作，通過拉動設(shè)置在軟管11中的操作線而使彎曲部14彎曲。通過由上述的彎曲操作來改變尖端部單元12的方向，能夠移動電子觀測器100的成像區(qū)域。
[0019]如圖1所示，電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)I具有處理器200。處理器200集成設(shè)置有處理來自于電子觀測器100的信號的信號處理器件，以及通過電子觀測器100照明自然光無法到達(dá)的體腔的光源。在另一個實施方案中，信號處理器件和光源可設(shè)置為分開的器件。
[0020]處理器220設(shè)置有對應(yīng)于設(shè)置在電子觀測器100的近端的連接器部分10的連接器部分20。連接器部分20具有對應(yīng)于連接器部分10的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，并且配置為電氣地且光學(xué)地連接處理器200與電子觀測器100。
[0021]圖2為顯示電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)I的構(gòu)造的框圖。如圖2所示，電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)I具有經(jīng)由電纜連接至處理器200的監(jiān)視器300。應(yīng)當(dāng)注意，為了簡單起見，在圖1中省略了監(jiān)視器300。
[0022]如圖2所示，處理器200具有系統(tǒng)控制器202和時序控制器204。系統(tǒng)控制器202控制組成電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)I的各個組件。時序控制器204輸出用于對在電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)I中的各個電路調(diào)整信號處理時序的時鐘脈沖。
[0023]在被燈功率點火器206激活后，燈208發(fā)射具有從可見光范圍向紅外范圍(即，不可見光范圍)擴(kuò)展的光譜特性的光(或者包括至少一個可見光范圍的光)。對于燈208，高亮度燈(比如氙燈、鹵素?zé)艋蛘呓饘冫u化物燈)是適合的。從燈208發(fā)射的照明光被聚光透鏡210聚焦，并且經(jīng)由孔徑光闌212被限制為具有適合的光量。
[0024]電動機(jī)214經(jīng)由傳動機(jī)構(gòu)(例如臂或齒輪，未示出)機(jī)械聯(lián)接至孔徑光闌212。電動機(jī)214例如為DC電動機(jī)，并且在驅(qū)動器216的控制下被驅(qū)動。通過電動機(jī)214激活孔徑光闌212以改變其孔徑尺寸 。為了調(diào)整在監(jiān)視器300上顯示的圖像的亮度以具有適合的亮度，孔徑光闌212依據(jù)其孔徑尺寸限制從燈208發(fā)射的光的光量。有關(guān)圖像的適合的亮度的參考值可以被設(shè)定或者響應(yīng)于由操作者通過前面板218進(jìn)行的對照度的調(diào)整操作而變化。由于通過控制驅(qū)動器216調(diào)整照度的彩色照相電路是已知的電路，因此省略其說明。
[0025]各種類型的窗體都可以被考慮作為前面板218的構(gòu)造。前面板218的具體構(gòu)造的實例包括為安裝在處理器200的前表面上的各自的功能提供的硬件密鑰、觸控面板GUI (圖形用戶界面)以及硬件密鑰和GUI的結(jié)合。
[0026]已經(jīng)穿過孔徑光闌212的照明光被濾光器213光譜地分開，并且入射在LCB(光導(dǎo)束)102的入口端面上。在驅(qū)動器216的控制下驅(qū)動的電動機(jī)215經(jīng)由傳動機(jī)構(gòu)(例如臂或齒輪，未示出)機(jī)械聯(lián)接至濾光器213。電動機(jī)215驅(qū)動濾光器213，使得濾光器213響應(yīng)于操作者對前面板218的切換操作而插入光路或者從光路收回。當(dāng)濾光器213處于從光路收回的位置時，穿過孔徑光闌212的照明光直接進(jìn)入LCB102的入口端面。對于電動機(jī)215，可以考慮加爾文(galvano)電動機(jī)或者伺服電動機(jī)。
[0027]已經(jīng)進(jìn)入LCB102的入口端面的照明光經(jīng)過LCB102傳播，同時反復(fù)全反射。已經(jīng)經(jīng)過LCB102傳播的照明光從布置在電子觀測器100的尖端的LCB102的出口端面出現(xiàn)。從LCB102的出口端面出現(xiàn)的照明光經(jīng)由光分布透鏡104照明目標(biāo)。從目標(biāo)反射的光被目標(biāo)透鏡106匯聚而形成在固態(tài)圖像攝像器件108的光接收表面的像素上的光學(xué)圖像。
[0028]固態(tài)圖像攝像器件108例如為單片彩色CCD (電荷耦合器件)成像傳感器，并且配置為響應(yīng)于在光接收表面的像素上形成的光學(xué)圖像的光量而聚集電荷，并且將電荷轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于R、G和B的圖像信號。在被前置放大器(未示出)放大之后，轉(zhuǎn)換的圖像信號經(jīng)由驅(qū)動器信號處理電路112輸出至信號處理電路220。在另一個實施方案中，固態(tài)圖像攝像器件108可以是CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)成像傳感器。
[0029]驅(qū)動器信號處理電路112訪問存儲器114以讀取電子觀測器100的特有信息。電子觀測器100的特有信息包括例如像素的數(shù)目、靈敏度、支持的速率以及固態(tài)圖像攝像器件108的型號。驅(qū)動器信號處理電路112將從存儲器114讀取的特有信息輸出至系統(tǒng)控制器 202。
[0030]基于電子觀測器100的特有信息，系統(tǒng)控制器202執(zhí)行各種計算并生成控制信號。利用生成的控制信號，系統(tǒng)控制器202控制在處理器200中的各個電路的操作和時序，使得能夠?qū)崿F(xiàn)適合于連接至處理器200的電子觀測器的處理。系統(tǒng)控制器202可具有在其中型號與適合于該型號的電子觀測器的控制信息相關(guān)聯(lián)的表。在這樣的情況中，系統(tǒng)控制器202參照表中的控制信息，并且控制在處理器200中的各個電路的操作和時序，使得能夠執(zhí)行適合于連接至處理器200的電子觀測器的處理。
[0031]根據(jù)系統(tǒng)控制器202的時序控制，時序控制器204向驅(qū)動器信號處理電路112提供時鐘脈沖。根據(jù)從時序控制器204提供的時鐘脈沖，驅(qū)動器信號處理電路112在時序與由處理器200側(cè)處理的圖像的幀速率同步時驅(qū)動并控制固態(tài)圖像攝像器件108。
[0032]圖像信號從驅(qū)動器信號處理電路112輸入至信號處理電路220。圖像信號經(jīng)受各種處理，包括鉗位處理(clamping process)、拐點處理(knee process)、Y-處理、內(nèi)插處理、AGC (自動增益控制)以及A-D轉(zhuǎn)換，并且此后分別以幀速率緩沖進(jìn)入對應(yīng)于R、G和B的幀存儲器。每個緩沖的彩色信號以由時序控制器204控制的時序清除，并且基于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)被轉(zhuǎn)換為視頻信號，所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)例如NTSC (國家電視系統(tǒng)委員會)或者PAL (相位交替線式掃描標(biāo)準(zhǔn))。通過順序地將轉(zhuǎn)換的視頻信號輸入監(jiān)視器300，目標(biāo)的圖像顯示在監(jiān)視器300上。當(dāng)通過將濾光器213插入光路來照亮目標(biāo)時，生成并顯示加亮特定生物組織(例如，在層結(jié)構(gòu)中分離血管(在表層的血管以及在深層的血管以不同的顏色顯示))的光譜圖像。當(dāng)在濾光器213從光路收回的狀態(tài)下照亮目標(biāo)時，生成并顯示正常顏色圖像。當(dāng)生成光譜圖像時，執(zhí)行與對正常顏色圖像的處理不同的顏色轉(zhuǎn)換處理。
[0033]圖3為顯示濾光器213的光譜特性的圖。在圖3中，豎直軸表示歸一化的透射率，而水平軸表示波長(單位:nm)。如圖3所示，濾光器213的光譜特性分別在420nm、550nm和650nm附近具有透射峰，并且在透射峰之間具有高于或等于的確定值的透射率。
[0034]在透射峰之間限定的透射率高于零且低于每個透射峰的一半。在該實施方案中，通過有意地對除了用于加亮特定生物組織的特定波長之外的光將透射率設(shè)定為高于零，濾光器213對光量的削減得以抑制并且光譜圖像的亮度被加強(qiáng)。此外，由于能夠得到有關(guān)透射峰之間的范圍的信息，因此能夠防止信息缺乏的發(fā)生。此外，通過將透射率設(shè)定為低于每個透射峰的一半，能夠有效地抑制對于特定生物組織的檢測靈敏度的變差。更優(yōu)選的是，透射峰之間的透射率的下限高于或等于每個透射峰的5%，并且透射峰之間的透射率的上限低于或等于每個透射峰的10%。因此，通過設(shè)定透射率，可以獲得具有較高對比度而同時保持確定亮度的圖像。
[0035]此外，在根據(jù)實施方案的濾光器213中，在除了透射峰之間的間隔之外的波長范圍的透射率為零。因而，通過與透射率在 從可見光范圍到紅外光范圍(例如，380nm到1000nm)的整個范圍上保持高于確定值的情況進(jìn)行比較，可以消除不需要的紅光分量。因此，能夠獲得具有更高對比度的圖像。即是說，根據(jù)實施方案，通過經(jīng)由濾光器213照亮目標(biāo)，可以生成具有更高亮度和對比度的光譜圖像，并且在監(jiān)視器300上顯示這樣的圖像。其還可以防止信息缺乏的發(fā)生。[0036]圖4A顯示當(dāng)不使用濾光器213照明目標(biāo)時獲得的觀測圖像。圖4B顯示當(dāng)經(jīng)由濾光器213照明目標(biāo)時獲得的觀測圖像。圖4A和圖4B通過拍攝相同的目標(biāo)(口腔)而獲得。如圖4A所示，當(dāng)不使用濾光器213時，口腔中的黏膜結(jié)構(gòu)被觀測為更亮的圖像。由于特定生物結(jié)構(gòu)沒有被加亮，圖像完全表現(xiàn)為圖4A中的光滑呆板的圖像。另一方面，當(dāng)使用濾光器213時，特定生物結(jié)構(gòu)被加亮，并且口腔中的黏膜結(jié)構(gòu)能夠被觀測為如圖4B所示的連同特定生物結(jié)構(gòu)的單個圖像。對應(yīng)于透射峰的420nm或550nm附近的波段是對于血紅蛋白的吸收帶。具體而言，420nm附近的波長對于血紅蛋白比550nm附近的波長更具吸收性。因此，在這種情況下觀測的特定生物結(jié)構(gòu)為在口腔中的血管。即使當(dāng)經(jīng)由濾光器213提供照明光時，照明光也不是窄帶光，而是具有確定寬度的。這樣的構(gòu)造使得可以防止信息缺乏的發(fā)生，并且可以觀測對應(yīng)于各自的波長侵入深度的各種類型的生物結(jié)構(gòu)。因而，能夠增強(qiáng)診斷性能。
[0037]前文是關(guān)于實施方案的說明。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明不被限制于上述構(gòu)造，并且能夠在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行變化。例如，濾光器213的光譜特性不限制于圖3中所示的光譜特性，而可依據(jù)待觀測的生物結(jié)構(gòu)的類型來設(shè)定。作為光譜特性的另一實例，圖5示出了濾光器213’的光譜特性。在圖5中，豎直軸表示歸一化的透射率，而水平軸表示波長(單位:nm)。如圖5所示，濾光器213’的光譜特性在420nm和550nm附近具有透射峰，并且具有高于或等于透射峰之間的確定值的透射率。如在圖3的情況中，高于或等于透射峰之間的確定值的透射率高于或等于零且低于透射峰的一半，并且優(yōu)選為透射峰的5%到10%。與圖3所示的在三個波段具有透射峰從而獲得自然顏色圖像的濾光器213相反，圖5所示的濾光器213’在兩個波段具有透射峰，從而能夠獲得具`有高對比度的圖像。
【權(quán)利要求】
1.一種電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng),包括: 光源，所述光源發(fā)射具有可見光波長范圍的光； 濾光器，所述濾光器在包括可見光波長范圍的連續(xù)波長范圍內(nèi)的至少兩個特定波長處具有透射峰，并且具有高于零且低于所述至少兩個特定波長的透射峰之間的每個透射峰的一半的透射率，所述濾光器在除了所述至少兩個波長的透射峰之間的間隔之外的波長范圍透射率為零； 固態(tài)圖像攝像器件，所述固態(tài)圖像攝像器件接收來自于受到經(jīng)由所述濾光器的照明光的照射的目標(biāo)的反射光；以及 圖像生成單元，所述圖像生成單元配置為通過處理由所述固態(tài)圖像攝像器件輸出的圖像信號而生成待顯示在監(jiān)視器上的彩色圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其中所述至少兩個特定波長包括420nm附近的波長范圍，在所述420nm附近的波長范圍中，血紅蛋白具有較高的吸收特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)， 進(jìn)一步包括: 濾光器切換單元，所述濾光器切換單元配置為使所述濾光器能夠插入所述光源的照明光路，或者從所述光源的照明光路收回；以及 操作單元，所述操作單元配置為接收用戶操作， 其中，所述濾光器切換單元使所述濾光器根據(jù)通過所述操作單元接收的用戶操作插入所述照明光路，或者從所述照明光路收回。
4.一種用于內(nèi)窺鏡的光源，包括: 光源，所述光源發(fā)射具有可見光波長范圍的光；以及 濾光器，所述濾光器在包括可見光波長范圍的連續(xù)波長范圍內(nèi)的至少兩個特定波長處具有透射峰，并且具有高于零且低于所述至少兩個特定波長的透射峰之間的每個透射峰的一半的透射率，在除了所述至少兩個波長的透射峰之間的間隔之外的波長范圍，所述濾光器具有透射率為零。
【文檔編號】A61B1/00GK103584832SQ201310358808
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月17日
【發(fā)明者】橫內(nèi)文香, 田中千成 申請人:Hoya株式會社