內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、處理器設(shè)備和圖像顯示方法
【專利摘要】顯示其中血液中的血紅蛋白的氧飽和度水平被精確地可視化的高度可靠的圖像。彩色圖像傳感器(60)捕獲窄帶光的反射圖像，所述窄帶光具有這樣的波長范圍，其中消光系數(shù)隨血液中血紅蛋白的氧飽和度水平變化而改變。由此獲得藍(lán)色信號(hào)(B1)、綠色信號(hào)(G1)和紅色信號(hào)(R1)。彩色圖像傳感器捕獲白光的反射圖像。由此獲得藍(lán)色信號(hào)(B2)、綠色信號(hào)(G2)和紅色信號(hào)(R2)。在包括血液量和氧飽和度水平在內(nèi)的兩種以上類型的生物功能信息中，基于所述藍(lán)色信號(hào)(B1)、綠色信號(hào)(G2)和紅色信號(hào)(R2)僅獲得氧飽和度水平。使氧飽和度水平可視化以產(chǎn)生氧飽和度圖像。
【專利說明】內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、處理器設(shè)備和圖像顯示方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于將與血液中血紅蛋白的氧飽和度水平相關(guān)的信息可視化為氧飽和度圖像的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、處理器設(shè)備和圖像顯示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，包括光源設(shè)備、內(nèi)窺鏡設(shè)備和處理器設(shè)備的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)已被廣泛用于醫(yī)療中。除了使用寬帶白光作為照明光的正常光觀察以外，血管增強(qiáng)觀察已經(jīng)進(jìn)入實(shí)踐。在血管增強(qiáng)觀察中，使用具有窄帶波長的窄帶光來在顯示中增強(qiáng)觀察對(duì)象中的血管。
[0003]除了血管增強(qiáng)觀察以外，血管的吸收性質(zhì)以及活組織的光散射性質(zhì)被用于從獲得自內(nèi)窺鏡設(shè)備的圖像信號(hào)提取與血管相關(guān)的生物功能信息。與血管相關(guān)的生物功能信息包括血液中血紅蛋白的氧飽和度水平和血管的深度。提取的生物功能信息被可視化。例如，在專利文獻(xiàn)I中，根據(jù)氧飽和度水平分配不同顏色?；诜峙涞念伾a(chǎn)生偽彩色氧飽和度圖像。例如，使用這樣的氧飽和度圖像有助于發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致氧飽和度水平格外低的癌癥。由此改善診斷性能。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本專利號(hào)2648494
[0007]發(fā)明概述
[0008]本發(fā)明要解決的問題
[0009]通常，活組織中光的反射率依賴于以下三個(gè)因素而變化:血液中血紅蛋白的氧飽和度水平，血管的深度，和血液量(其對(duì)應(yīng)于血管的尺寸或血管的密度)。雖然專利文獻(xiàn)I能夠?qū)⒀躏柡投人降姆植伎梢暬癁閳D像并且顯示該圖像，但是沒有考慮到血管深度和血液量變化對(duì)氧飽和度水平的影響。因此，在專利文獻(xiàn)I的情況中，可能顯示的是其中血液中血紅蛋白的氧飽和度水平被不準(zhǔn)確地可視化的較不可靠的圖像。
[0010]本發(fā)明的目的是提供能夠顯示其中血液中血紅蛋白的氧飽和度水平被精確可視化的高度可靠的圖像的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、處理器設(shè)備和圖像顯示方法。
[0011]解決問題的方式
[0012]為了實(shí)現(xiàn)以上和其他目的，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，圖像生成器，和顯示部。照明部照明對(duì)象。圖像信號(hào)獲取部接收和成像來自由所述照明部照射的對(duì)象的反射光并且由此獲得第一圖像信號(hào)、第二圖像信號(hào)和第三圖像信號(hào)。第一圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第一波長范圍的第一反射光。在第一波長范圍中消光系數(shù)根據(jù)血液中血紅蛋白的氧飽和度水平而變化。第二圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第二波長范圍的第二反射光。在第二波長范圍中消光系數(shù)根據(jù)血液量而變化。第三圖像信號(hào)用于標(biāo)準(zhǔn)化第一和第二信號(hào)并且對(duì)應(yīng)于包括第三波長范圍的第`三反射光。第三波長范圍不同于第一和第二波長范圍。圖像生成器基于第一至第三圖像信號(hào)產(chǎn)生氧飽和度圖像。在氧飽和度圖像中氧飽和度水平被可視化。顯示部顯示氧飽和度圖像。[0013]優(yōu)選的是，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)包括標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)獲取部和第一相關(guān)性存儲(chǔ)部。標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)獲取部獲得第一標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)和第二標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)。第一標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)通過用第三圖像信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化第一圖像信號(hào)獲得。第二標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)通過用第三圖像信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化第二圖像信號(hào)獲得。第一相關(guān)性存儲(chǔ)部存儲(chǔ)第一標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)和第一顏色信息之間的第一相關(guān)性和第二標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)和第二顏色信息之間的第二相關(guān)性。在此情況中，除了所述氧飽和度圖像以外所述圖像生成器還產(chǎn)生血液量圖像。所述圖像生成器利用第一相關(guān)性和通過標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)獲取部獲得的第一標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)產(chǎn)生所述氧飽和度圖像。圖像生成器利用第二相關(guān)性和通過標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)獲取部獲得的第二標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)產(chǎn)生血液量圖像。在所述血液量圖像中所述血液量被可視化。
[0014]優(yōu)選的是，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)包括標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)獲取部和第二相關(guān)性存儲(chǔ)部。標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)獲取部獲得第一標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)和第二標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)。第一標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)通過用第三圖像信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化第一圖像信號(hào)獲得。第二標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)通過用第三圖像信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化第二圖像信號(hào)獲得。第二相關(guān)性存儲(chǔ)部存儲(chǔ)第一標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)、第二標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)和第三顏色信息之間的第三相關(guān)性。在此情況中，所述圖像生成器利用通過標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)獲取部獲得的第一和第二標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)和第三相關(guān)性產(chǎn)生所述 氧飽和度圖像。此外，優(yōu)選的是，圖像生成器具有氧飽和度計(jì)算器和氧飽和度圖像生成器。氧飽和度計(jì)算器基于第一至第三圖像信號(hào)獲得不依賴于血液量的氧飽和度水平。氧飽和度圖像生成器基于通過氧飽和度計(jì)算器獲得的氧飽和度水平產(chǎn)生氧飽和度圖像。
[0015]優(yōu)選的是，圖像信號(hào)獲取部利用彩色圖像傳感器成像用藍(lán)色窄帶光照射的對(duì)象，從而獲得第一圖像信號(hào)。優(yōu)選的是，圖像信號(hào)獲取部利用所述彩色圖像傳感器成像用白光照射的對(duì)象從而獲得第二和第三圖像信號(hào)。優(yōu)選的是，所述白光是通過將預(yù)定波長的激發(fā)光施加于波長轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的偽白光。
[0016]優(yōu)選的是，照明部向所述對(duì)象相繼施加第一照明光、第二照明光和第三照明光。第一照明光具有第一波長范圍。第二照明光具有第二波長范圍。第三照明光具有第三波長范圍。在此情況中，圖像信號(hào)獲取部利用單色圖像傳感器接收和成像相繼施加的第一至第三照明光的反射光，從而相繼獲得第一至第三圖像信號(hào)。
[0017]優(yōu)選的是，照明部向所述對(duì)象同時(shí)施加第一照明光和第四照明光。第一照明光具有第一波長范圍。第四照明光具有第二和第三波長范圍。在此情況中，圖像信號(hào)獲取部利用彩色圖像傳感器接收和成像同時(shí)施加的第一和第四照明光的反射光，從而獲得第一至第
二圖像號(hào)。
[0018]優(yōu)選的是，第一波長范圍或第二波長范圍在460至700nm的范圍內(nèi)。優(yōu)選的是，第一波長范圍在藍(lán)色區(qū)內(nèi)，并且第二波長范圍在紅色區(qū)內(nèi)，并且第三波長范圍在綠色區(qū)內(nèi)。優(yōu)選的是，第一和第三波長范圍在綠色區(qū)內(nèi)且第二波長范圍在紅色區(qū)內(nèi)。
[0019]處理器設(shè)備包括接收器和圖像生成器。接收器從內(nèi)窺鏡設(shè)備接收第一至第三圖像信號(hào)。內(nèi)窺鏡設(shè)備接收和成像來自用照明部照射的對(duì)象的反射光，從而獲得第一至第三圖像信號(hào)。第一圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第一波長范圍的第一反射光。在第一波長范圍中消光系數(shù)根據(jù)血液中血紅蛋白的氧飽和度水平而變化。第二圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第二波長范圍的第二反射光。在第二波長范圍中消光系數(shù)根據(jù)血液量而變化。第三圖像信號(hào)用于標(biāo)準(zhǔn)化第一和第二圖像信號(hào)并且對(duì)應(yīng)于包括第三波長范圍的第三反射光。第三波長范圍不同于第一和第二波長范圍。圖像生成器基于第一至第三圖像信號(hào)產(chǎn)生氧飽和度圖像。在氧飽和度圖像中氧飽和度水平被可視化。
[0020]本發(fā)明的圖像顯示方法包括用于照明對(duì)象的照明步驟，圖像信號(hào)獲取步驟，圖像產(chǎn)生步驟，和顯示步驟。在圖像信號(hào)獲取步驟中，圖像信號(hào)獲取部接收和成像來自對(duì)象的反射光，從而獲得第一圖像信號(hào)、第二圖像信號(hào)和第三圖像信號(hào)。第一圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第一波長范圍的第一反射光。在第一波長范圍中消光系數(shù)根據(jù)血液中血紅蛋白的氧飽和度水平而變化。第二圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第二波長范圍的第二反射光。在第二波長范圍中消光系數(shù)根據(jù)血液量而變化。第三圖像信號(hào)用于標(biāo)準(zhǔn)化第一和第二圖像信號(hào)并且對(duì)應(yīng)于包括第三波長范圍的第三反射光。第三波長范圍不同于第一和第二波長范圍。在圖像產(chǎn)生步驟中，基于第一至第三圖像信號(hào)產(chǎn)生氧飽和度圖像。在氧飽和度圖像中氧飽和度水平被可視化。在顯示步驟中，氧飽和度圖像顯示在顯示部上。[0021]發(fā)明效果
[0022]基于第一、第二和第三圖像信號(hào)產(chǎn)生其中氧飽和度水平被可視化的氧飽和度圖像。第一圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第一波長范圍的第一反射光，其中消光系數(shù)根據(jù)血液中血紅蛋白的氧飽和度水平而變化。與第一波長范圍不同，第二圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第二波長范圍的第二反射光，其中消光系數(shù)根據(jù)血液量而變化。血液量指示血液中血紅蛋白的量。第三圖像信號(hào)用于標(biāo)準(zhǔn)化第一和第二圖像信號(hào)，并且對(duì)應(yīng)于包括不同于第一和第二波長范圍的第三波長范圍的第三反射光。基于產(chǎn)生的氧飽和度圖像顯示屏幕。由此顯示其中血液中血紅蛋白的氧飽和度水平被精確可視化的高度可靠的圖像。
[0023]附圖簡述
[0024]圖1是第一實(shí)施方案的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的外視圖。
[0025]圖2是內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的示意圖。
[0026]圖3是鏡遠(yuǎn)側(cè)部的正視圖。
[0027]圖4是這樣的圖，其顯示氧飽和度測(cè)量光束和白光的發(fā)射光譜。
[0028]圖5是這樣的圖，其顯示R、G和B濾色器的光譜透射率。
[0029]圖6A是說明性視圖，其顯示在正常光觀察模式中圖像傳感器的成像控制。
[0030]圖6B是說明性視圖，其顯示在生物功能信息觀察模式中圖像傳感器的成像控制。
[0031]圖7是這樣的圖，其顯示血液量和信號(hào)比R2/G2之間的相關(guān)性。
[0032]圖8是這樣的圖，其顯示氧飽和度水平與信號(hào)比B1/G2和R2/G2之間的相關(guān)性。
[0033]圖9是這樣的圖，其顯示血紅蛋白的消光系數(shù)。
[0034]圖1OA是說明性視圖，其顯示利用圖7中的圖從信號(hào)比獲取血液量的方法。
[0035]圖1OB是說明性視圖，其顯示利用圖8中的圖從信號(hào)比獲取氧飽和度水平的方法。
[0036]圖11是這樣的圖，其顯示血液量和色差信號(hào)之間的關(guān)系。
[0037]圖12是這樣的圖，其顯示氧飽和度水平和色差信號(hào)之間的關(guān)系。
[0038]圖13是并排顯示血液量圖像和氧飽和度圖像的顯示設(shè)備的屏幕的示意圖。
[0039]圖14是顯示血液量圖像和氧飽和度圖像中的一個(gè)的顯示設(shè)備的屏幕的示意圖。
[0040]圖15是流程圖，其顯示本發(fā)明的操作。
[0041]圖16是框圖，其顯示用于產(chǎn)生血液量圖像和氧飽和度圖像的步驟。
[0042]圖17是框圖，其顯示第二實(shí)施方案的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的略圖。[0043]圖18是框圖，其顯示第三實(shí)施方案的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的略圖。
[0044]圖19是這樣的圖，其表示白光的發(fā)射光譜。
[0045]圖20是旋轉(zhuǎn)濾光器的正視圖。
[0046]圖21是旋轉(zhuǎn)濾光器的正視圖，所述旋轉(zhuǎn)濾光器的透射特性與圖20的旋轉(zhuǎn)濾光器的透射特性不同。
[0047]圖22是旋轉(zhuǎn)濾光器的正視圖，所述旋轉(zhuǎn)濾光器的透射特性與圖20和21的旋轉(zhuǎn)濾光器的透射特性不同。
[0048]圖23是框圖，其顯示第四實(shí)施方案的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的配置。
[0049]圖24是色表，其顯示信號(hào)比B1/G2和色差信號(hào)之間的關(guān)系。
[0050]圖25A是色表，其顯示在信號(hào)比R2/G2大于或等于預(yù)定值的情況中信號(hào)比B1/G2和色差信號(hào)之間的關(guān)系。
[0051]圖25B是色表，其顯示在信號(hào)比R2/G2小于預(yù)定值的情況中信號(hào)比B1/G2和色差信號(hào)之間的關(guān)系。
[0052]實(shí)施發(fā)明的方式
[0053]如在圖1中所示，第一實(shí)施方案的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)10包括光源設(shè)備11，內(nèi)窺鏡設(shè)備12，處理器設(shè)備13，顯示設(shè)備14，和輸入設(shè)備15。光源設(shè)備11產(chǎn)生用于照明對(duì)象內(nèi)部的光。內(nèi)窺鏡設(shè)備12引導(dǎo)來自光源設(shè)備11的光并且將所述光作為照明光施加到對(duì)象的觀察區(qū)域并且對(duì)觀察區(qū)域進(jìn)行成像。處理`器設(shè)備13對(duì)利用內(nèi)窺鏡設(shè)備12捕獲的內(nèi)窺鏡圖像進(jìn)行圖像處理。顯示設(shè)備14顯示通過圖像處理產(chǎn)生的內(nèi)窺鏡圖像等。輸入設(shè)備15由鍵盤等組成。
[0054]內(nèi)窺鏡系統(tǒng)10設(shè)置有正常光觀察模式和生物功能信息觀察模式。在正常光觀察模式中，正常光圖像顯示在顯示設(shè)備14上。正常光圖像是藍(lán)色至紅色的波長范圍內(nèi)的可見光的對(duì)象圖像。在生物功能信息觀察模式中，氧飽和度圖像和血液量圖像顯示在顯示設(shè)備14上。氧飽和度圖像以偽彩色表示關(guān)于對(duì)象的血液中血紅蛋白的氧飽和度水平的信息。血液量圖像以偽彩色表示關(guān)于對(duì)象中血液量的信息。在需要時(shí)，基于從內(nèi)窺鏡設(shè)備的選擇開關(guān)17或輸入設(shè)備15輸入的命令切換觀察模式。
[0055]鏡32從操作部35側(cè)其以下面的順序設(shè)置有柔性部38，彎曲部39，和鏡遠(yuǎn)側(cè)部40。柔性部38是柔性的，以致當(dāng)插入鏡32時(shí)，柔性部38在對(duì)象內(nèi)部彎曲。通過旋轉(zhuǎn)設(shè)置在操作部35中的角度旋鈕35a來彎曲彎曲部39。彎曲部39可以在垂直和水平方向上以任意角度彎曲從而將鏡遠(yuǎn)側(cè)部40指引到所需的觀察部位。
[0056]如在圖2中所示，光源設(shè)備11包括兩種類型的激光光源LDl和LD2，光源控制器20，組合器21，和耦合器22。激光光源LDl產(chǎn)生用于測(cè)量氧飽和度水平的窄帶光束(氧飽和度測(cè)量光束)。激光光源LD2產(chǎn)生用于使得熒光體50產(chǎn)生白光(偽白光)的激發(fā)光束。突光體50被布置在內(nèi)窺鏡設(shè)備的遠(yuǎn)側(cè)部。來自激光光源LDl的光束通過聚光透鏡(未顯75 )入射到光纖24上。來自激光光源LD2的光束通過聚光透鏡(未顯不)入射到光纖25上。注意，對(duì)于激光光源LDl和LD2中的每個(gè)，可以使用寬區(qū)InGaN激光二極管，InGaNAs激光二極管，GaNAs激光二極管等。
[0057]光源控制器20控制激光光源LDl和LD2以調(diào)節(jié)激光光源LDl和LD2中每個(gè)的發(fā)射定時(shí)以及激光光源LDl和LD2之間的光量比。在該實(shí)施方案中，在正常光觀察模式中，激光光源LDl關(guān)閉和激光光源LD2打開。另一方面，在生物功能信息觀察模式中，以預(yù)定的時(shí)間間隔交替打開激光光源LDl和LD2。
[0058]組合器21組合來自光纖24的光束和來自光纖25的光束。作為分光器的耦合器22將組合的光束分成四路光束。在四路光束中，耦合器22允許來自激光光源LDI的光束透射通過光導(dǎo)26和27。耦合器22允許來自激光光源LD2的光束透射通過光導(dǎo)28和29。光導(dǎo)26至29中的每一個(gè)由光纖束組成，所述光纖束是束在一起的多根光纖。注意，來自激光光源LDl和LD2的光束可以直接入射到光導(dǎo)26至29上而不使用組合器21和耦合器22。
[0059]內(nèi)窺鏡設(shè)備12是電子內(nèi)窺鏡并且包括鏡32(見圖1)，照明部33，成像部34，操作部35，和連接器部36。照明部33施加通過各個(gè)光導(dǎo)26至29透射的四路光束。單個(gè)成像部34對(duì)觀察區(qū)域進(jìn)行成像。操作部35用于彎曲鏡32的彎曲部并且用于執(zhí)行觀察操作。連接器部36以可拆卸的方式連接鏡32，光源設(shè)備11，和處理器設(shè)備13。
[0060]鏡遠(yuǎn)側(cè)部40設(shè)置有照明部33和成像部34。成像部34設(shè)置有基本上位于鏡遠(yuǎn)側(cè)部40的中心處的捕獲窗42。來自對(duì)象區(qū)域的反射光入射到捕獲窗42上。照明部33包括設(shè)置在成像部34的各側(cè)上的兩個(gè)照明窗43和44。照明窗43和44中的每個(gè)將氧飽和度測(cè)量光束和白光中之一投射到觀察區(qū)域。
[0061 ] 兩個(gè)投射單元46和47容納在照明窗43后。投射單元46將來自光導(dǎo)26的氧飽和度測(cè)量光束通過透鏡48投射到觀察區(qū)域。投射單元47將來自光導(dǎo)28的激發(fā)光束施加到熒光體50以投射白光。白光通過透鏡51施加到觀察區(qū)域。注意，兩個(gè)投射單元53和54容納在照明窗44后。投射單元53類似于投射單元46。投射單元54類似于投射單元47。
[0062]光學(xué)系統(tǒng)如物鏡單元被設(shè)置在捕獲窗42之后。物鏡單元攝入來自對(duì)象的觀察區(qū)域的圖像光。圖像傳感器60被設(shè)置在物鏡單元后。圖像傳感器60是CCD (電荷耦合元件)，CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)等。圖像傳感器60接收來自觀察區(qū)域的圖像光以對(duì)觀察區(qū)域進(jìn)行成像。
[0063]圖像傳感器60的光接收表面(成像表面)接收來自物鏡單元的光。圖像傳感器60將接收到的光光電變換以輸出成像信號(hào)(模擬信號(hào))。成像控制器70控制圖像傳感器60的成像。自圖像傳感器60輸出的成像信號(hào)(模擬信號(hào))通過鏡纜67輸入到A/D轉(zhuǎn)換器68。A/D轉(zhuǎn)換器68將成像信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于成像信號(hào)的電壓水平的圖像信號(hào)(數(shù)字信號(hào))。在轉(zhuǎn)換后，圖像信號(hào)通過連接器部36輸入到處理器設(shè)備13的圖像處理器73。
[0064]處理器設(shè)備13包括控制器72，圖像處理器73，和存儲(chǔ)器74。顯示設(shè)備14和輸入設(shè)備15連接于控制器72。控制器72基于指定觀察模式的命令等控制圖像處理器73、光源設(shè)備11的光源控制器20、內(nèi)窺鏡設(shè)備12的成像控制器70、和顯示設(shè)備14的操作。所述命令輸出自內(nèi)窺鏡設(shè)備12的選擇開關(guān)17或輸入設(shè)備15。
[0065]如在圖3中所示，在鏡遠(yuǎn)側(cè)部40中，捕獲窗42被布置在照明窗43和44之間。四個(gè)投射單元46、47、53和54以交錯(cuò)的配置布置，其中投射單元47和54的輸出表面之間的直線LI以及投射單元 6和53的輸出表面之間的直線L2在捕獲窗42的中心部分處彼此相交。此布置防止照明中的不均勻性。投射單元47和54中的每個(gè)設(shè)置有熒光體50。投射單元46和53不設(shè)置熒光體50。
[0066]熒光體50包括若干種類型的熒光物質(zhì)，例如，YAG熒光物質(zhì)或BAM(BaMgAlltlO17)。這些熒光物質(zhì)吸收來自激光光源LD2的激發(fā)光束的一部分以發(fā)出綠色至紅色光。當(dāng)將激發(fā)光施加到熒光體50時(shí)，從被激發(fā)的熒光體50發(fā)出的綠色至紅色光(熒光)和通過熒光體50而未被吸收的激發(fā)光被組合以產(chǎn)生白光(偽白光)。注意，該突光體可以被稱為MicroWhite (注冊(cè)商標(biāo))或麗。
[0067]因此，如在圖4中所示，從各自包含熒光體50的投射單元47和54發(fā)射的白光具有的發(fā)射光譜包括中心波長為445nm的激發(fā)光的波長范圍，和其中由激發(fā)光產(chǎn)生的熒光的發(fā)射強(qiáng)度增加的大致從450nm至700nm的波長范圍。另一方面，從都不具有熒光體50的投射單元46和53中的每個(gè)發(fā)射的氧飽和度測(cè)量光束具有的發(fā)射光譜在473nm的中心波長附近的波長范圍內(nèi)。
[0068]注意，本發(fā)明的白光不一定包括可見光的所有波長分量。白光可以僅包括在特定波長范圍內(nèi)的光，例如，原色R(紅)、G(綠)或B(藍(lán))的光，如上述偽白光。換言之，本發(fā)明的白光可以例如包含具有從綠色到紅色的波長分量的光或具有從藍(lán)色到綠色的波長分量的光。 [0069]圖像傳感器60是彩色(XD。在圖像傳感器60的光接收表面上，各自設(shè)置有R濾色器的多個(gè)R像素，各自設(shè)置有G濾色器的多個(gè)G像素，和各自設(shè)置有B濾色器的多個(gè)B像素以R、G和B像素的組按矩陣排列。如在圖5中所示，B濾色器具有由曲線63表示的光譜透射率。G濾色器具有由曲線64表不的光譜透射率。R濾色器具有由曲線65表不的光譜透射率。因此，反射自觀察區(qū)域的反射光的白光通過所有R、G和B濾色器。由此，輸出自圖像傳感器60的R、G和B像素中的每種的信號(hào)包括關(guān)于白光的反射圖像的信息。另一方面，關(guān)于氧飽和度測(cè)量光束的反射圖像的信息主要包含在輸出自B或G像素的信號(hào)中，因?yàn)檠躏柡投葴y(cè)量光束的中心波長為473nm。
[0070]成像控制器70根據(jù)觀察模式不同地控制圖像傳感器60的成像。如在圖6A中所示，在正常光觀察模式中，在單幀周期內(nèi)進(jìn)行兩步，蓄積通過白光(445nm+熒光體(在該實(shí)施方案中因此指示白光，因?yàn)榘坠馐峭ㄟ^將445nm的激發(fā)光施加至熒光體50產(chǎn)生的)的光電變換獲得的電荷的步驟以及讀出蓄積的電荷的步驟。在正常光觀察模式中重復(fù)這兩個(gè)步驟。
[0071]另一方面，在生物功能信息觀察模式中，如在圖6B中所示，在單幀周期(第一幀)內(nèi)進(jìn)行兩步，蓄積通過氧飽和度測(cè)量光束(473nm的窄帶光)的光電變換獲得的電荷的步驟和讀出蓄積的電荷的步驟。然后，在單幀周期(第二幀)內(nèi)進(jìn)行兩步，蓄積通過白光(445nm+MW)的光電變換獲得的電荷的步驟和讀出蓄積的電荷的步驟。在生物功能信息觀察模式中重復(fù)兩幀的成像控制。
[0072]注意，第一幀的圖像信號(hào)由輸出自圖像傳感器60的B像素的藍(lán)色信號(hào)BI，輸出自圖像傳感器60的G像素的綠色信號(hào)Gl，和輸出自圖像傳感器60的R像素的紅色信號(hào)Rl組成。第二幀的圖像信號(hào)與在正常光觀察模式中獲得的圖像信號(hào)相同。第二幀的圖像信號(hào)由輸出自B像素的藍(lán)色信號(hào)B2，輸出自G像素的綠色信號(hào)G2，和輸出自R像素的紅色信號(hào)R2組成。
[0073]注意，多個(gè)通道(未顯示)被設(shè)置在內(nèi)窺鏡設(shè)備12的操作部35和鏡32的內(nèi)部。通道包括鉗子通道(樣品采集裝置等通過所述鉗子通道插入)和氣/水通道。
[0074]如在圖2中所示，圖像處理器73包括正常光圖像處理部80和功能圖像處理部82。圖像處理器73對(duì)來自內(nèi)窺鏡設(shè)備12的圖像信號(hào)執(zhí)行預(yù)定圖像處理。正常光圖像處理部80對(duì)在正常光觀察模式中獲得的圖像信號(hào)進(jìn)行預(yù)定圖像處理從而產(chǎn)生正常光圖像。
[0075]功能圖像處理部82基于從內(nèi)窺鏡設(shè)備輸入的圖像信號(hào)計(jì)算關(guān)于對(duì)象血液量的信息和關(guān)于對(duì)象血液中血紅蛋白的氧飽和度水平的信息。功能圖像處理部82產(chǎn)生其中計(jì)算的血液量以偽彩色被可視化的血液量圖像，和其中計(jì)算的氧飽和度水平以偽彩色被可視化的氧飽和度圖像。功能圖像處理部82包括信號(hào)比計(jì)算器84，相關(guān)性存儲(chǔ)器85，血液量和氧飽和度計(jì)算器86，血液量圖像生成器87，和氧飽和度圖像生成器88。
[0076]在生物功能信息觀察模式中獲得的圖像信號(hào)之中，信號(hào)比計(jì)算器84計(jì)算第一幀的藍(lán)色信號(hào)BI和第二幀的綠色信號(hào)G2之間的信號(hào)比B1/G2，和第二幀的綠色信號(hào)G2和第二幀的紅色信號(hào)R2之間的信號(hào)比R2/G2。由此，藍(lán)色信號(hào)BI和紅色信號(hào)R2被綠色信號(hào)G2標(biāo)準(zhǔn)化。計(jì)算圖像信號(hào)的每個(gè)像素的信號(hào)比。注意，可以僅計(jì)算圖像信號(hào)的血管部分的像素的信號(hào)比。在此情況中，基于血管部分的圖像信號(hào)和除血管部分之外的其他部分的圖像信號(hào)之間的差異來確定血管部分。
[0077]相關(guān)性存儲(chǔ)器85存儲(chǔ)信號(hào)比B1/G2和R2/G2、血液量和氧飽和度水平之間的相關(guān)性。如在圖7中所示，信號(hào)比和血液量之間的相關(guān)性被存儲(chǔ)在一維表中，所述一維表被定義為使得血液量隨信號(hào)比R2/G2增加。注意，信號(hào)比R2/G2由對(duì)數(shù)分度表示。
[0078]信號(hào)比和氧飽和度水平之間的相關(guān)性存儲(chǔ)在圖8所示的二維表中。二維表定義在二維空間上的氧飽和度水平的等高線。等高線的位置和形狀通過光散射的物理模擬獲得，并且根據(jù)血液量而變化。例如，等高線之間的間隔隨血液量的變化而增加或減小。注意，信號(hào)比B1/G2和R2/G2以對(duì)數(shù)分度表示。
[0079]上述相關(guān)性 與圖9中顯示的氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白的光吸收性質(zhì)和光散射性質(zhì)緊密相關(guān)。在圖9中，曲線90表示氧合血紅蛋白的消光系數(shù)。曲線91表示去氧血紅蛋白的消光系數(shù)。如在圖9中所示，容易獲得關(guān)于在波長例如473nm(在此處消光系數(shù)之間的差異大)處的氧飽和度水平的信息。然而，包含對(duì)應(yīng)于473nm的光的信號(hào)的藍(lán)色信號(hào)高度依賴于氧飽和度水平和血液量兩者。因此，信號(hào)比B1/G2和R2/G2被用于精確地獲得血液量和氧飽和度水平。信號(hào)比B1/G2和R2/G2獲得自藍(lán)色信號(hào)BI以及紅色信號(hào)R2和綠色信號(hào)G2。紅色信號(hào)R2對(duì)應(yīng)于主要依賴于血液量而變化的光。綠色信號(hào)G2用于標(biāo)準(zhǔn)化藍(lán)色信號(hào)BI和紅色信號(hào)R2。
[0080]以下三種觀察獲得自血液中血紅蛋白的消光系數(shù)的波長依賴性。
[0081](I)在接近470nm的波長范圍中(例如，在中心波長為470nm± IOnm的藍(lán)色波長范圍中)，消光系數(shù)根據(jù)氧飽和度水平的變化而顯著變化。
[0082](2)當(dāng)在540nm至580nm的綠色波長范圍中取平均時(shí)，消光系數(shù)可能不受氧飽和度水平影響。
[0083](3)在590nm至700nm的紅色波長范圍中，消光系數(shù)表現(xiàn)為根據(jù)氧飽和度水平顯著變化。然而，實(shí)際上，消光系數(shù)可能不受氧飽和度水平影響，因?yàn)橄庀禂?shù)的值非常小。
[0084]470至700nm的波長范圍中的光具有這樣的特性，即粘膜組織中的散射系數(shù)小并且波長依賴性小。通過使用此波長范圍中的光作為照明光，獲得血液信息同時(shí)減小血液深度的影響。血液信息包括關(guān)于血液量的信息和關(guān)于氧飽和度水平的信息。
[0085]血液量和氧飽和度計(jì)算器86利用存儲(chǔ)在相關(guān)性存儲(chǔ)器85中的相關(guān)性和由信號(hào)比計(jì)算器84獲得的信號(hào)比B1/G2和R2/G2計(jì)算每個(gè)像素中的血液量和氧飽和度水平兩者。此處，描述了在例I和例2中的每一個(gè)中用于計(jì)算血液量和氧飽和度水平的方法。在例I中，獲得信號(hào)比Bl*/G2*和R2*/G2*。在例2中，獲得信號(hào)比Bl*/G2*(其與在例I中獲得的相同)和信號(hào)比R2**/G2# (其不同于例I中的信號(hào)比)。
[0086]首先，描述例I (Bl*/G2*，R2*/G2*)。對(duì)應(yīng)于信號(hào)比R2*/G2*的血液量Hl獲得自圖1OA中顯示的相關(guān)性。然后，從圖1OB中顯示的相關(guān)性，在由信號(hào)比Bl*/G2*指示的氧飽和度水平(0%至約80%)之中，獲得對(duì)應(yīng)于血液量Hl的氧飽和度水平。獲得的氧飽和度水平為60%。
[0087]接下來，描述例2(B1*/G2*，R2**/G2林)。獲得對(duì)應(yīng)于信號(hào)比R2**/G2**的血液量H2，如圖1OA中所示。血液量H2小于例I的血液量Hl。然后，以與例I類似的方式，從圖1OB中顯示的相關(guān)性，在由信號(hào)比Bl*/G2*指示的氧飽和度水平(0%至約80%)之中，獲得對(duì)應(yīng)于血液量H2的氧飽和度水平。獲得的氧飽和度水平為20%,其遠(yuǎn)小于例I的氧飽和度水平。
[0088]如上所述，信號(hào)比Bl*/G2*包括這樣的波長分量，其中氧合血紅蛋白的消光系數(shù)不同于去氧血紅蛋白的消光系數(shù)。信號(hào)比Bl*/G2*包含相當(dāng)大量的涉及氧飽和度水平的信息。然而，信號(hào)比Bl*/G2*還依賴于血液量。因此，信號(hào)比Bl*/G2*在0%至80%的范圍中顯著波動(dòng)。例如，雖然例I和2具有相同的信號(hào)比Bl*/G2*，由于血液量的差異導(dǎo)致氧飽和度水平的差異達(dá)到40%。即，由信號(hào)比Bl*/G2*指示的氧飽和度水平的值是不精確的，因?yàn)樾盘?hào)比B 1*/G2*包括關(guān)于血液量和氧飽和度水平兩者的信息。在本發(fā)明中，首先，從信號(hào)比R2/G2獲得血液量。然后，在由信號(hào)比B1/G2指示的氧飽和度水平中，獲得對(duì)應(yīng)于血液量的氧飽和度水平。由此計(jì)算不依賴于血液量的氧飽和度水平。
[0089]注意，如在圖1OB中所示，在對(duì)應(yīng)于信號(hào)比B1/G2和R2/G2的點(diǎn)Pl位于下限線93上方的情況中，氧飽和度水平為0%。在點(diǎn)P2位于上限線94下方的情況中，氧飽和度水平為100%。注意，如果點(diǎn)不位于下限線9`3和上限線94之間，則像素的氧飽和度水平可能不被顯
/Jn ο
[0090]血液量圖像生成器87產(chǎn)生血液量圖像，所述血液量圖像以偽彩色顯示由血液量和氧飽和度計(jì)算器86計(jì)算的血液量。血液量圖像由包含亮度Y以及色差信號(hào)Cb和Cr的視頻信號(hào)組成。綠色信號(hào)G2被分配給亮度Y。綠色信號(hào)G2對(duì)應(yīng)于在其中血紅蛋白的光吸收相對(duì)高的波長范圍中的反射光。因此，基于綠色信號(hào)G2產(chǎn)生的圖像允許可視地觀察粘膜、血管等的表面不平。因此，偽彩色圖像的總體亮度通過將綠色信號(hào)G2分配給亮度來定義。
[0091]根據(jù)色表87a，對(duì)應(yīng)于血液量的信號(hào)值被分配給色差信號(hào)Cb和Cr。如在圖11中所示，在色表87a中，色差信號(hào)Cb的信號(hào)值被定義為隨血液量增加而減小。色差信號(hào)Cr的信號(hào)值被定義為隨血液量增加而增加。因此，血液量圖像的紅色隨血液量增加而增加。當(dāng)血液量減小時(shí)，紅色的色度減小并且變得接近單色。注意，色表87a還顯示信號(hào)比R2/G2與色差信號(hào)Cb和Cr之間的關(guān)系，以致血液量圖像可以基于信號(hào)比R2/G2產(chǎn)生，而不用計(jì)算血液量。
[0092]氧飽和度圖像生成器88產(chǎn)生氧飽和度圖像，所述氧飽和度圖像以偽彩色顯示由血液量和氧飽和度計(jì)算器86獲得的氧飽和度水平。以與血液量圖像相似的方式,氧飽和度圖像由包含亮度Y以及色差信號(hào)Cb和Cr的視頻信號(hào)組成。綠色信號(hào)G2被分配給亮度Y。根據(jù)色表88a，對(duì)應(yīng)于氧飽和度水平的信號(hào)值被分別分配給色差信號(hào)Cb和Cr。[0093]如在圖12中所示，在氧飽和度水平高的情況中，在色表88a中，色差信號(hào)Cr的信號(hào)值被定義為正，而色差信號(hào)Cb的信號(hào)值被定義為負(fù)。另一方面，在氧飽和度水平低的情況中，色差信號(hào)Cr的信號(hào)值被定義為負(fù)，而色差信號(hào)Cb的信號(hào)值被定義為正。在氧飽和度水平處于中間水平的情況中，這樣定義信號(hào)值以致色差信號(hào)Cr的信號(hào)值和色差信號(hào)Cb的信號(hào)值之間的大小關(guān)系顛倒。因此，隨著氧飽和度水平增加，氧飽和度圖像的顏色從藍(lán)色變?yōu)闇\藍(lán)色，變?yōu)榫G色，變?yōu)辄S色，變?yōu)槌壬優(yōu)榧t色。
[0094]因此產(chǎn)生的血液量圖像和氧飽和度圖像被顯示在顯示設(shè)備14上。如在圖13中所示，氧飽和度圖像和血液量圖像的尺寸可以縮小并且縮小的圖像可以同時(shí)并排顯示。備選地，如在圖14中所示，使用者可以操作設(shè)置在輸入設(shè)備15中的圖像選擇裝置以選擇氧飽和度圖像和血液量圖像中的一個(gè)。所選的圖像被顯示在顯示設(shè)備14上。因此，使用血液量圖像和氧飽和度圖像兩者來進(jìn)行內(nèi)窺鏡診斷。因此，提高診斷病變、如由氧飽和度水平和血液量兩者表征的未分化的早期胃癌的能力。
[0095]接下來，參照?qǐng)D15中的流程圖和圖16中的框圖來描述本發(fā)明的操作。注意，在正常光觀察模式中，鏡32被插入到體腔例如消化道中。通過操作角度旋鈕35a，將鏡遠(yuǎn)側(cè)部40設(shè)置到所需的觀察區(qū)域。由此進(jìn)行正常光觀察。在正常光觀察中，用白光照射的觀察區(qū)域的彩色正常光圖像被顯示在顯示設(shè)備14上。
[0096]在假設(shè)觀察區(qū)域?yàn)椴∽兊那闆r中，操作內(nèi)窺鏡設(shè)備的選擇開關(guān)17以將觀察模式切換為生物功能信息觀察模式。當(dāng)觀察模式切換為生物功能信息觀察模式時(shí)，作為中心波長為473nm的窄帶光束的氧飽和度測(cè)量光束被從鏡遠(yuǎn)側(cè)部40施加到對(duì)象內(nèi)部。來自觀察區(qū)域等的反射光由圖像傳感器60捕獲。圖像傳感器60是由B像素、G像素和R像素構(gòu)成的彩色(XD。由此，獲得第一幀的圖像信號(hào)。第一幀的圖像信號(hào)由藍(lán)色信號(hào)B1、綠色信號(hào)Gl和紅色信號(hào)Rl組成。
[0097]在獲得第一幀的圖像信號(hào)后，將利用中心波長為445nm的激發(fā)光產(chǎn)生的白光通過鏡遠(yuǎn)側(cè)部40施加到對(duì)象的內(nèi)部`。來自對(duì)象的反射光由圖像傳感器60捕獲。由此，獲得第二幀的圖像信號(hào)(正常光圖像信號(hào))。第二幀的圖像信號(hào)由藍(lán)色信號(hào)B2、綠色信號(hào)G2和紅色信號(hào)R2組成。
[0098]在獲得第二幀的圖像信號(hào)后，信號(hào)比計(jì)算器84獲得信號(hào)比B1/G2和R2/G2。在獲得信號(hào)比后，血液量和氧飽和度計(jì)算器86基于存儲(chǔ)在相關(guān)性存儲(chǔ)器85中的相關(guān)性獲得血液量和氧飽和度水平。血液量對(duì)應(yīng)于由信號(hào)比計(jì)算器84獲得的信號(hào)比R2/G2。氧飽和度水平對(duì)應(yīng)于由信號(hào)比計(jì)算器84獲得的信號(hào)比B1/G2和R2/G2。獲得每個(gè)像素的血液量和氧飽和度水平。
[0099]在獲得每個(gè)像素的血液量和氧飽和度水平后，參照血液量圖像生成器87中的色表87a。由此，獲得對(duì)應(yīng)于血液量的色差信號(hào)Cb和Cr?；讷@得的色差信號(hào)Cb和Cr以及被分配以綠色信號(hào)G2的亮度Y產(chǎn)生血液量圖像。血液量圖像以偽彩色顯示血液量。以類似方式使用色表88a產(chǎn)生氧飽和度圖像。氧飽和度圖像以偽彩色顯示氧飽和度水平。產(chǎn)生的血液量圖像和產(chǎn)生的氧飽和度圖像被顯示在顯示設(shè)備14上。
[0100]注意,在第一實(shí)施方案中，使用兩幀圖像信號(hào)來計(jì)算血液量和氧飽和度水平。第一幀的圖像信號(hào)通過施加中心波長為473nm的窄帶光獲得。第二幀的圖像信號(hào)通過施加白光來獲得。白光發(fā)射自被中心波長為445nm的激發(fā)光激發(fā)的熒光體。備選地，如將在圖17中顯示的第二實(shí)施方案中所述，血液量和氧飽和度水平可以獲得自單幀的圖像信號(hào)。單幀的圖像信號(hào)通過捕獲用白光照射的對(duì)象內(nèi)部的圖像而獲得。白光發(fā)射自被來自激光光源LDl的、中心波長為473nm的激發(fā)光激發(fā)的熒光體50。注意，與施加來自四個(gè)相應(yīng)的投射單元46、47、53和54的四路光束的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)10不同，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)100施加來自兩個(gè)相應(yīng)的投射單元47和54的兩路光束。
[0101]在圖像信號(hào)中，藍(lán)色信號(hào)B包括對(duì)應(yīng)于中心波長為473nm的激發(fā)光的信號(hào)和對(duì)應(yīng)于來自被激發(fā)的熒光體的光中的少量光的信號(hào)。綠色信號(hào)G包括對(duì)應(yīng)于來自被激發(fā)的熒光體的光中的、主要在540nm至580nm的波長范圍中的光譜照度的信號(hào)。紅色信號(hào)R包括對(duì)應(yīng)于少量激發(fā)光的信號(hào)和對(duì)應(yīng)于來自被激發(fā)的熒光體的光中的、在590nm至700nm的波長范圍中的光譜照度的信號(hào)。
[0102]因此，用于計(jì)算血液量的信號(hào)比是R/G。用于計(jì)算氧飽和度水平的信號(hào)比是B/G和R/G。信號(hào)比R/G對(duì)應(yīng)于上述信號(hào)比R2/G2。信號(hào)比B/G對(duì)應(yīng)于上述信號(hào)比B1/G2。用于計(jì)算血液量和氧飽和度水平的方法與以上相似，所以省略了對(duì)其的描述。注意，綠色信號(hào)G被分配給亮度從而產(chǎn)生偽彩色血液量圖像和偽彩色氧飽和度圖像。
[0103]如在圖18中所示，第三實(shí)施方案的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)120采用旋轉(zhuǎn)濾光器類型的光源設(shè)備11。因此，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)120設(shè)置有寬帶光源121，旋轉(zhuǎn)濾光器122，光纖123，和旋轉(zhuǎn)控制器124，而不是第一和第二實(shí)施方案中所用的激光光源LDl和LD2，光源控制器20，和組合器
21。寬帶光源121 (例如，氙燈等)發(fā)出具有圖19中所示的光譜強(qiáng)度的白光。旋轉(zhuǎn)濾光器122透射白光中的氧飽和度測(cè)量光的波長分量或全部白光。透射通過旋轉(zhuǎn)濾光器122的光入射到光纖123上。旋 轉(zhuǎn)控制器124控制旋轉(zhuǎn)濾光器122的旋轉(zhuǎn)。
[0104]入射到光纖123上的光由耦合器22分成兩路光。兩路光中的一路通過光導(dǎo)26從投射單元46施加到對(duì)象內(nèi)部。另一路光通過光導(dǎo)27從投射單元53施加到對(duì)象內(nèi)部。注意，除了上述以外，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)120的其他部件具有與圖2中所示的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)10類似的配置，所以省略了對(duì)其的描述。
[0105]如在圖20中所示，旋轉(zhuǎn)濾光器122由帶通濾光器125和開口 126組成。帶通濾光器125透射白光中的、46011111至48011111的波長范圍中的氧飽和度測(cè)量光(見圖4)。開口 126允許全部白光穿過其通過。通過旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)濾光器122，氧飽和度測(cè)量光和白光被交替施加到對(duì)象內(nèi)部。類似于第一實(shí)施方案，通過施加氧飽和度測(cè)量光獲得第一幀的圖像信號(hào)B1、G1、Rl0通過施加白光獲得第二幀的圖像信號(hào)B2、G2和R2。以與第一實(shí)施方案類似的方式，從獲得的兩幀圖像信號(hào)產(chǎn)生氧飽和度圖像。
[0106]在第三實(shí)施方案中，在第一幀中，藍(lán)色信號(hào)BI包括對(duì)應(yīng)于460nm至480nm的波長范圍的光的信號(hào)。在第二幀中，藍(lán)色信號(hào)B2包括對(duì)應(yīng)于400nm至530nm的波長范圍的光的信號(hào)。綠色信號(hào)G2包括對(duì)應(yīng)于540nm至580nm的波長范圍的光的信號(hào)。紅色信號(hào)R2包括對(duì)應(yīng)于590nm至700nm的波長范圍的光的信號(hào)。注意，用于計(jì)算血液量和氧飽和度水平的方法與第一實(shí)施方案的方法類似，所以省略了對(duì)其的描述。
[0107]注意，在第三實(shí)施方案中，可以使用圖21中顯示的旋轉(zhuǎn)濾光器130而不是圖20中顯示的旋轉(zhuǎn)濾光器122。旋轉(zhuǎn)濾光器130的第一透射部分131透射來自寬帶光源121的白光中的處于460nm至480nm的波長范圍的第一透射光。第二透射部分132透射白光中的處于540至580nm的波長范圍的第二透射光。第三透射部分133透射白光中的處于590nm至700nm的波長范圍的第三透射光。當(dāng)旋轉(zhuǎn)濾光器130旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一至第三透射光被相繼施加到對(duì)象。
[0108]在使用旋轉(zhuǎn)濾光器130的情況中，每次施加一種透射光時(shí)，單色圖像傳感器127捕獲一張圖像。因此，通過施加第一至第三透射光分別獲得三幀的圖像信號(hào)。通過施加第一透射光獲得的圖像信號(hào)是藍(lán)色信號(hào)B。通過施加第二透射光獲得的圖像信號(hào)是綠色信號(hào)G。通過施加第三透射光獲得的圖像信號(hào)是紅色信號(hào)R。
[0109]因此，用于計(jì)算血液量的信號(hào)比是R/G。用于計(jì)算氧飽和度水平的信號(hào)比為B/G和R/G。信號(hào)比R/G對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施方案的信號(hào)比R2/G2。信號(hào)比B/G對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施方案的信號(hào)比B1/G2。用于計(jì)算血液量和氧飽和度水平的方法類似于第一實(shí)施方案的方法，所以省略了對(duì)其的描述。注意，綠色信號(hào)G被分配給亮度從而產(chǎn)生偽彩色血液量圖像和偽彩色氧飽和度圖像。
[0110]在第三實(shí)施方案中，注意，可以使用圖22中顯示的旋轉(zhuǎn)濾光器150而不是圖21中顯示的旋轉(zhuǎn)濾光器130。旋轉(zhuǎn)濾光器150的每個(gè)透射部分的透射率與旋轉(zhuǎn)濾光器130不同。旋轉(zhuǎn)濾光器150的第一透射部分透射處于530nm至550nm的波長范圍的第一透射光。第二透射部分透射處于555nm至565nm的波長范圍的第二透射光。第三透射部分透射處于590nm至700nm的波長范圍的第三透射光。當(dāng)旋轉(zhuǎn)濾光器150旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一至第三透射光被相繼施加到對(duì)象。
[0111]在使用旋轉(zhuǎn)濾光器150的情況中，每次施加一種透射光時(shí)，單色圖像傳感器127捕獲一張圖像。圖像傳感器60的G像素主要對(duì)第一和第二透射光敏感，以致當(dāng)施加第一和第二透射光時(shí)獲得綠色信號(hào)Ga和Gb作為圖像信號(hào)。圖像傳感器60的R像素主要對(duì)第三透射光敏感，以致獲得紅色信號(hào)Re作為圖像信號(hào)。此處，Ga和Re是這樣的圖像信號(hào)，其對(duì)應(yīng)于兩個(gè)相應(yīng)的波長范圍的 反射光，在所述兩個(gè)波長范圍中的每個(gè)中，消光系數(shù)根據(jù)血液中血紅蛋白的氧飽和度水平而變化。Gb是這樣的圖像信號(hào)，其對(duì)應(yīng)于單一波長范圍的反射光，在所述單一波長范圍中，消光系數(shù)不變化。因此,Ga/Gb依賴于氧飽和度水平和血液量而變化。Rc/Gb主要依賴于血液量而變化。
[0112]因此，信號(hào)比Rc/Gb用于計(jì)算血液量。信號(hào)比Ga/Gb和Rc/Gb用于計(jì)算氧飽和度水平。信號(hào)比Rc/Gb對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施方案的信號(hào)比R2/G2。信號(hào)比Ga/Gb對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施方案的信號(hào)比B1/G2。用于計(jì)算血液量和氧飽和度水平的方法相似于第一實(shí)施方案中的方法，所以省略了對(duì)其的描述。注意，綠色信號(hào)Ga或Gb被分配給亮度從而產(chǎn)生偽彩色血液量圖像和偽彩色氧飽和度圖像。
[0113]如在圖23中所示，第四實(shí)施方案的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)200使用半反射鏡201，反射鏡202，和窄帶濾光器203和204而不是第三實(shí)施方案中顯示的旋轉(zhuǎn)濾光器122來產(chǎn)生用于計(jì)算血液量和氧飽和度水平的光。彩色圖像傳感器60用于對(duì)對(duì)象內(nèi)部進(jìn)行成像。內(nèi)窺鏡系統(tǒng)200的其他部件的配置相似于第三實(shí)施方案的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)120。
[0114]在光源設(shè)備11中，半反射鏡201將發(fā)射自寬帶光源121的白光分成兩路白光。兩路白光中的一路入射到窄帶濾光器203上。另一路白光被反射鏡202反射并且然后入射到窄帶濾光器204上。窄帶濾光器203透射白光中的處于460nm至480nm的波長范圍的光。窄帶濾光器204透射白光中的處于540nm至700nm的波長范圍的光。通過窄帶濾光器203的光通過透鏡203a和光導(dǎo)26被施加到對(duì)象內(nèi)部。通過窄帶濾光器204的光通過透鏡204a和光導(dǎo)27被施加到對(duì)象內(nèi)部。通過窄帶濾光器203和204的光被同時(shí)施加到對(duì)象內(nèi)部。
[0115]因此，在通過圖像捕獲獲得的圖像信號(hào)中，對(duì)應(yīng)于460至480nm的光的信號(hào)包含在藍(lán)色信號(hào)B中。對(duì)應(yīng)于540至580nm的光的信號(hào)包含在綠色信號(hào)G中。對(duì)應(yīng)于590至700nm的光的信號(hào)包含在紅色信號(hào)R中。
[0116]因此，信號(hào)比R/G用于計(jì)算血液量。信號(hào)比B/G和R/G用于計(jì)算氧飽和度水平。信號(hào)比R/G對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施方案的信號(hào)比R2/G2。信號(hào)比B/G對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施方案的信號(hào)比B1/G2。用于計(jì)算血液量和氧飽和度水平的方法類似于第一實(shí)施方案的方法，所以省略了對(duì)其的描述。注意，綠色信號(hào)G被分配給亮度從而產(chǎn)生偽彩色血液量圖像和偽彩色氧飽和度圖像。
[0117]在以上實(shí)施方案中，以偽彩色可視化與血液量相關(guān)的信息從而產(chǎn)生血液量圖像。以偽彩色可視化與氧飽和度水平相關(guān)的信息從而產(chǎn)生氧飽和度圖像。注意，備選地，與血液量和氧飽和度水平相關(guān)的信息可以被可視化為單色圖像(利用單色中的黑與白之間的漸變)。
[0118]在以上實(shí)施方案中，將藍(lán)色信號(hào)BI和紅色信號(hào)R2中的每個(gè)都除以綠色信號(hào)G2以標(biāo)準(zhǔn)化藍(lán)色信號(hào)BI和紅色信號(hào)R2。藍(lán)色信號(hào)BI包含其中消光系數(shù)根據(jù)血液中血紅蛋白的氧飽和度水平而變化的波長分量。紅色信號(hào)R2包含其中消光系數(shù)根據(jù)表示血液中的血紅蛋白的量的血液量而變化的波長分量。注意，藍(lán)色信號(hào)BI和紅色信號(hào)R2的標(biāo)準(zhǔn)化不限于以上。
[0119]在以上實(shí)施方案中，利用存儲(chǔ)在相關(guān)性存儲(chǔ)器85中的相關(guān)性，自信號(hào)比B1/G2和R2/G2計(jì)算氧飽和度水平。基于計(jì)算的氧飽和度水平產(chǎn)生氧飽和度圖像。注意，可以基于信號(hào)比B1/G2來產(chǎn)生氧飽和度圖像，而不計(jì)算氧飽和度水平。在此情況中，使用色表300來產(chǎn)生氧飽和度圖像，在色表300中，信號(hào)比B1/G2與色差信號(hào)Cr和Cb相關(guān)聯(lián)，如在圖24中所示(以與以上實(shí)施方案相似的方式將G2分配給亮度信號(hào)Y)。
[0120]此處，信號(hào)比B1/G2的“BI`”具有這樣的波長分量(所述波長分量對(duì)應(yīng)于中心波長473nm)，其中氧合血紅蛋白的消光系數(shù)大于去氧血紅蛋白的消光系數(shù)。因此，“BI”的信號(hào)值隨氧飽和度水平下降而增加。另一方面，“G2”具有這樣的波長分量(所述波長分量對(duì)應(yīng)于540至580nm)，其中氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白的系數(shù)之間的大小關(guān)系頻繁地顛倒。因此，“G2”的信號(hào)值不隨氧飽和度水平的變化而變化。
[0121]因此，信號(hào)比Bl/G2(即，“BI”除以“G2”)的信號(hào)值隨氧飽和度水平下降而增加。在圖24所示的色表300中，為了在氧飽和度水平下降時(shí)使氧飽和度圖像上的血管的顏色從“紅色變?yōu)槌壬優(yōu)辄S色變?yōu)榫G色變?yōu)闇\藍(lán)色變?yōu)樗{(lán)色”，在信號(hào)比B1/G2小(高氧飽和度水平)的情況中，色差信號(hào)Cr的信號(hào)值被定義為正，并且色差信號(hào)Cb的信號(hào)值被定義為負(fù)。在信號(hào)比B1/G2處于中間水平(中間氧飽和度水平)的情況中，色差信號(hào)Cr和Cb的信號(hào)值之間的大小關(guān)系顛倒。在信號(hào)比B1/G2大(低氧飽和度水平)的情況中，色差信號(hào)Cr的信號(hào)值被定義為負(fù)并且色差信號(hào)Cb的信號(hào)值被定義為正。
[0122]可以基于信號(hào)比B1/G2和R2/G2產(chǎn)生氧飽和度圖像，而不用計(jì)算氧飽和度水平(以與以上實(shí)施方案相似的方式將G2分配給亮度信號(hào)Y)。在此情況中，使用色表302和303，在色表302和303中的每個(gè)中，信號(hào)比B1/G2和R2/G2與色差信號(hào)Cr和Cb相關(guān)聯(lián)，如在圖25A和25B中所示。在信號(hào)比R2/G2的信號(hào)值大于或等于預(yù)定值的情況中使用色表302。在信號(hào)比R2/G2的信號(hào)值小于預(yù)定值的情況中使用色表303。
[0123]考慮活組織內(nèi)部的光散射性質(zhì)以及氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白的光吸收性質(zhì)，在信號(hào)比R2/G2大于或等于預(yù)定值的情況中(在血液量大的情況中)信號(hào)比B1/G2的信號(hào)值變化的范圍大于在信號(hào)比R2/G2小于預(yù)定值的情況中(在血液量小的情況中)信號(hào)比B1/G2的信號(hào)值變化的范圍。因此，色表302中信號(hào)比B1/G2的范圍Ra (最小值La-最大值Ma)大于色表303中信號(hào)比B1/G2的范圍Rb (最小值Lb-最大值Mb)。注意，通過使用色表302或303所致的血管顏色的改變與通過使用色表300所致的那些相似。
[0124]在以上實(shí)施方案中，氧飽和度水平被可視化。代替地或另外地，氧合血紅蛋白指數(shù)或去氧血紅蛋白指數(shù)可以被可視化。氧合血紅蛋白指數(shù)通過“血液量(氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白的總和)X氧飽和度水平(%) ”獲得。去氧血紅蛋白指數(shù)通過“血液量X (100 -氧飽和度水平)(%) ”獲得。
[0125]附圖標(biāo)記描述 [0126]10、100、120、200 內(nèi)窺鏡系統(tǒng)
[0127]11光源設(shè)備
[0128]12內(nèi)窺鏡設(shè)備
[0129]13處理器設(shè)備
[0130]14顯示設(shè)備
[0131]32 鏡
[0132]33照明部
[0133]34成像部
[0134]50熒光體
[0135]60圖像傳感器。
【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，所述照明部用于照明對(duì)象； 圖像信號(hào)獲取部，所述圖像信號(hào)獲取部用于接收并成像來自由所述照明部照射的對(duì)象的反射光，從而獲得第一圖像信號(hào)、第二圖像信號(hào)和第三圖像信號(hào)，所述第一圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第一波長范圍的第一反射光，在所述第一波長范圍中消光系數(shù)根據(jù)血液中血紅蛋白的氧飽和度水平變化，所述第二圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第二波長范圍的第二反射光，在所述第二波長范圍中消光系數(shù)根據(jù)血液量變化，所述第三圖像信號(hào)用于標(biāo)準(zhǔn)化所述第一和所述第二圖像信號(hào)，所述第三圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第三波長范圍的第三反射光，所述第三波長范圍不同于所述第一和所述第二波長范圍； 圖像生成器，所述圖像生成器用于基于所述第一至所述第三圖像信號(hào)產(chǎn)生氧飽和度圖像，在所述氧飽和度圖像中所述氧飽和度水平被可視化；和顯示部，所述顯示部用于顯示所述氧飽和度圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于包括: 標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)獲取部，所述標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)獲取部用于獲取第一標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)和第二標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)，所述第一標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)通過用所述第三圖像信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化所述第一圖像信號(hào)獲得，所述第二標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)通過用所述第三圖像信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化所述第二圖像信號(hào)獲得；和 第一相關(guān)性存儲(chǔ)部，所述第一相關(guān)性存儲(chǔ)部用于存儲(chǔ)所述第一標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)和第一顏色信息之間的第一相關(guān)性和所述第二標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)和第二顏色信息之間的第二相關(guān)性， 其中除了所述氧飽和度圖像以外所述圖像生成器還產(chǎn)生血液量圖像，并且所述圖像生成器利用所述第一標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)和所述第一相關(guān)性產(chǎn)生所述氧飽和度圖像，并且所述圖像生成器利用所述第二標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)和所述第二相關(guān)性產(chǎn)生所述血液量圖像，并且在所述血液量圖像中所述血液量被可視化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于包括: 標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)獲取部，所述標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)獲取部用于獲取第一標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)和第二標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)，所述第一標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)通過用所述第三圖像信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化所述第一圖像信號(hào)獲得，所述第二標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)通過用所述第三圖像信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化所述第二圖像信號(hào)獲得；和 第二相關(guān)性存儲(chǔ)部，所述第二相關(guān)性存儲(chǔ)部用于存儲(chǔ)所述第一標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)、所述第二標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)和第三顏色信息之間的第三相關(guān)性； 其中所述圖像生成器利用所述第一和所述第二標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)和所述第三相關(guān)性產(chǎn)生所述氧飽和度圖像。
4.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生成器具有氧飽和度計(jì)算器和氧飽和度圖像生成器，所述氧飽和度計(jì)算器用于基于所述第一至所述第三圖像信號(hào)獲取不依賴于所述血液量的所述氧飽和度水平，所述氧飽和度圖像生成器用于基于通過所述氧飽和度計(jì)算器獲得的所述氧飽和度水平產(chǎn)生所述氧飽和度圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于所述圖像信號(hào)獲取部利用彩色圖像傳感器成像用藍(lán)色窄帶光照射的所述對(duì)象，從而獲得所述第一圖像信號(hào)，并且所述圖像信號(hào)獲取部利用所述彩色圖像傳感器成像用白光照射的所述對(duì)象從而獲得所述第二和所述第三圖像信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于所述白光是通過將預(yù)定波長的激發(fā)光施加于波長轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的偽白光。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于所述照明部向所述對(duì)象相繼施加第一照明光、第二照明光和第三照明光，并且所述第一照明光具有所述第一波長范圍，并且所述第二照明光具有所述第二波長范圍，并且所述第三照明光具有所述第三波長范圍， 并且所述圖像信號(hào)獲取部利用單色圖像傳感器接收和成像所述相繼施加的第一至第三照明光的反射光，從而相繼獲得所述第一至所述第三圖像信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，其特征在于所述照明部向所述對(duì)象同時(shí)施加第一照明光和第四照明光，并且所述第一照明光具有所述第一波長范圍，并且所述第四照明光具有所述第二和所述第三波長范圍，并且 所述圖像信號(hào)獲取部利用彩色圖像傳感器接收和成像所述同時(shí)施加的第一和第四照明光的反射光，從而獲得所述第一至所述第三圖像信號(hào)。
9.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波長范圍或所述第二波長范圍在460至700nm的范圍內(nèi)。
10.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波長范圍在藍(lán)色區(qū)內(nèi)，并且所述第二波長范圍在紅色區(qū)內(nèi)，并且所述第三波長范圍在綠色區(qū)內(nèi)。
11.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和所述第三波長范圍在綠色區(qū)內(nèi)并且所述第二波長范圍在紅色區(qū)內(nèi)。
12.與內(nèi)窺鏡設(shè)備一起使用的處理器設(shè)備，所述內(nèi)窺鏡設(shè)備用于接收并成像來自用照明部照射的對(duì)象的反射光，從而獲得第一至第三圖像信號(hào)，所述第一圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第一波長范圍的第一反射光，在所述第一波長范圍中消光系數(shù)根據(jù)血液中血紅蛋白的氧飽和度水平變化，所述第二圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第二波長范圍的第二反射光，在所述第二波長范圍中消光系數(shù)根據(jù)血液量變化`，所述第三圖像信號(hào)用于標(biāo)準(zhǔn)化所述第一和所述第二圖像信號(hào)，所述第三圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第三波長范圍的第三反射光，所述第三波長范圍不同于所述第一和所述第二波長范圍；所述處理器設(shè)備的特征在于包括: 接收器，所述接收器用于接收來自所述內(nèi)窺鏡設(shè)備的所述第一至所述第三圖像信號(hào)；和 圖像生成器，所述圖像生成器用于基于所述第一至所述第三圖像信號(hào)產(chǎn)生氧飽和度圖像，在所述氧飽和度圖像中所述氧飽和度水平被可視化。
13.一種圖像顯示方法，其特征在于包括: 照明步驟，所述照明步驟用于照明對(duì)象； 圖像信號(hào)獲取步驟，所述圖像信號(hào)獲取步驟用于利用圖像信號(hào)獲取部接收并成像來自所述對(duì)象的反射光，從而獲得第一圖像信號(hào)、第二圖像信號(hào)和第三圖像信號(hào)，所述第一圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第一波長范圍的第一反射光，在所述第一波長范圍中消光系數(shù)根據(jù)血液中血紅蛋白的氧飽和度水平變化，所述第二圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第二波長范圍的第二反射光，在所述第二波長范圍中消光系數(shù)根據(jù)血液量變化，所述第三圖像信號(hào)用于標(biāo)準(zhǔn)化所述第一和所述第二圖像信號(hào)，所述第三圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于包括第三波長范圍的第三反射光，所述第三波長范圍不同于所述第一和所述第二波長范圍； 圖像產(chǎn)生步驟，所述圖像產(chǎn)生步驟用于基于所述第一至所述第三圖像信號(hào)產(chǎn)生氧飽和度圖像，在所述氧飽和度圖像中所述氧飽和度水平被可視化；和顯示步驟，所述顯示步 驟用于在顯示部上顯示所述氧飽和度圖像。
【文檔編號(hào)】A61B1/04GK103732116SQ201280038419
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月5日
【發(fā)明者】齋藤孝明 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社