被检体观察系统以及方法、胶囊型内窥镜系统的制作方法

被检体观察系统以及方法、胶囊型内窥镜系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及被检体观察系统以及方法、胶囊型内窥镜系统，进行利用白色光进行 的通常观察、及利用与该通常观察下的波长不同波长的光例如用于观察特定被检体的特殊 光进行的观察等多个观察。
【背景技术】
[0002] 例如内窥镜等被检体观察系统为了向被检体照射白色光等而具备发光装置。作为 这样的发光装置，当前开发出了在光纤顶端配置波长变换部件、利用波长变换部件将从小 型固体光源输出的光进行波长变换、从而使光变化为所希望的照射图案和颜色的装置。专 利文献1公开了通过激励光源和配置在光纤顶端的波长变换部件的组合而能够射出各种 各样的颜色的发光装置以及使用其的内窥镜装置。
[0003] 现有技术文献 [0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 :特开2005 - 205195号公报 发明概要
[0006] 发明要解决的课题
[0007] 专利文献1中，在光纤顶端配置多个波长变换部件，利用从激励光源输出的激励 光来激励这些波长变换部件，将在可视光区域的大范围中具有光谱成分的白色光作为内窥 镜用光源而射出，将该白色光向生物体内的被检体照射从而实现生物体内的通常光观察。 专利文献1中，在从发光装置射出与通常光观察的光不同波长的光的情况下，通过将种类 不同的波长变换部件用激励光源激励而实现。
[0008] 因此，专利文献1中，在进行利用白色光进行的通常光观察、和利用与白色光不同 波长的光进行的观察这多个观察的情况下，需要在光纤顶端配置发光特性不同的2个波长 变换部件。专利文献1中，将从激励光源输出的激励光向波长变换部件引导的导光部件、及 激励光源也根据情况的不同而需要多个，发光装置等的小型化困难。

【发明内容】

[0009]
[0010] 本发明的目的在于，提供一种考虑作为观察对象的被检体的吸收特性、采用通过 在特定波段中发光的1个激励光源和波长变换部的组合而能够在通常光观察及特殊光观 察等多个观察中使用的小型观察光源的被检体观察系统及其方法、胶囊型内窥镜系统。 [0011] 用于解决课题的手段
[0012] 本发明的主要方面的被检体观察系统，具备：被检体观察光源，发出包含规定波长 的光谱成分的观察光，将该观察光向被检体照射；以及图像取得部，拍摄来自被照射上述观 察光的上述被检体的照射区域的反射光，基于与蓝色区域、绿色区域以及红色区域对应的 多个图像信号，取得波长区域不同的至少2个观察图像；上述观察光在上述蓝色区域、上述 绿色区域以及上述红色区域中包含发光光谱的成分，上述蓝色区域的发光光谱，在上述被 检体中的特定观察对象的吸收强度相对低的波长区域中与其它区域相比较小。
[0013] 本发明的主要方面的被检体观察方法，通过发光而由被检体观察光源生成包含规 定波长的光谱成分的观察光并将该观察光向被检体照射，由摄像部拍摄来自被照射上述观 察光的上述被检体的照射区域的反射光，基于从上述摄像部输出的与蓝色区域、绿色区域 以及红色区域对应的多个图像信号，取得波长区域不同的至少2个观察图像，上述观察光 在上述蓝色区域、上述绿色区域以及上述红色区域中包含发光光谱的成分，上述蓝色区域 的发光光谱，在上述被检体中的特定观察对象的吸收强度相对低的波长区域中与其它区域 相比较小。
[0014] 本发明的主要方面的胶囊型内窥镜系统，设有上述被检体观察系统。
[0015] 发明效果
[0016] 根据本发明，能够提供一种考虑作为观察对象的被检体的吸收特性、采用通过在 特定波段中发光的1个激励光源和波长变换部的组合而能够在通常光观察和特殊光观察 这双方中使用的小型观察光源的被检体观察系统及其方法、胶囊型内窥镜系统。
【附图说明】
[0017] 图1是表示本发明的被检体观察系统的第一实施方式的块结构图。
[0018] 图2是表示该系统的被检体观察光源的具体结构图。
[0019] 图3是表示该系统的波长变换部件（第一荧光体）的吸收/荧光特性的图。
[0020] 图4是表示该系统的摄像部中的一般的CCD的灵敏度特性的图。
[0021] 图5是表示该系统的从被检体观察光源出射的观察光的光谱特性的图。
[0022] 图6是表示通过该系统观察的被检体的成为血管内的血红蛋白的吸收强度指标 的吸收系数的图。
[0023] 图7是表示该系统的波长变换单元的变形例的结构图。
[0024] 图8是表示该波长变换单元的变形例的第一荧光体的吸收/荧光特性的图。
[0025] 图9是表示该波长变换单元的变形例的第二荧光体的吸收/荧光特性的图。
[0026] 图10是表示应用本发明的被检体观察系统的第二实施方式的胶囊型内窥镜的结 构图。
[0027] 图11是表示该系统的被检体观察光源的构造图。
[0028] 图12是表示该系统的从被检体观察光源分别射出的观察光的光谱形状的图。
【具体实施方式】
[0029] [第一实施方式]
[0030] 以下，参照附图对本发明的第一实施方式进行说明。
[0031] 在说明本实施方式时，该实施方式的颜色区域和波长区域的关系如以下那样定 义。蓝色区域设为波长区域380nm~500nm，绿色区域设为波长区域500nm~600nm，红色 区域设为波长区域600nm~720nm。本实施方式中，摄像部的蓝像素、绿像素、红像素的灵敏 度最大时的波长区域分别设为蓝色区域、绿色区域、红色区域。
[0032] 被检体Q例如是人体等，是包含血管K的生物体组织J。在血管K内，血液流动，该 血液中包含血红蛋白。
[0033] 图1表示被检体观察系统100的块结构图。被检体观察系统100包含向人体等被 检体Q照射观察光P的被检体观察光源1和取得被检体Q的图像信息的图像取得部2。
[0034] 被检体观察光源1发出包含规定波长的光谱成分的观察光P，将该观察光P向被检 体Q照射，包含激励光源3、光源控制部4、导光部5以及波长变换部6。
[0035] 激励光源3出射在包含于蓝色区域内的波长区域400nm~440nm(或400nm~ 415nm)中具有发光峰值的波长的第一发光光谱成分的激励光H。
[0036] 光源控制部4对激励光源3进行驱动控制。
[0037] 导光部5将从激励光源3出射的激励光H向波长变换部6导光。
[0038] 波长变换部6将激励光H的一部分吸收并变换为与该激励光H相比长波长侧的波 长区域的波长变换光，射出作为激励光H和波长变换光的混合光的观察光P。
[0039] 图2表示被检体观察光源1的具体结构图。激励光源3例如是将第一光谱成分的 激励光H出射的半导体激光器，具体而言是激光二极管（LD)。激励光源3如上述那样发出 在包含于蓝色区域内的波长区域400nm~440nm(或400nm~415nm)中含有发光峰值的波 长的第一发光光谱。具体而言，半导体激光器3射出发光峰值为波长420nm( λ 1)、半峰宽为 波长数nm以下的蓝色区域的激励光Η，即第一光谱成分的蓝色的激光。
[0040] 光源控制部4对半导体激光器3进行驱动控制而使从该半导体激光器3出射激励 光H，对半导体激光器3的驱动电流、驱动方式例如脉冲驱动、连续驱动（CW)等进行控制。
[0041] 导光部5将从激励光源3出射的激励光H向波长变换部6导光。例如是光纤。光 纤5例如是具有芯径50 μ m、数值孔径FNA = 0. 2的多模光纤。在半导体激光器3与光纤5 之间，设有用于使从半导体激光器3出射的激励光H收敛并与光纤5耦合的耦合透镜（未 图示）。
[0042] 波长变换部6透射从激励光源3出射的蓝色区域的激励光H的一部分，并且吸收 蓝色区域的激励光H的一部分并波长变换为与该激励光H相比长波长侧的波长区域的光、 例如黄色区域的光，射出作为激励光H和波长变换光的混合光的观察光P。波长变换部6配 置在光纤5的射出端侧。波长变换部6由将作为波长变换部件的第一荧光体7、光透射部件 8、保持件9 一体形成的波长变换单元10构成。
[0043] 观察光P在蓝色区域、绿色区域以及红色区域中包含发光光谱的成分。蓝色区域 的发光光谱在血红蛋白等特定观察对象的吸收强度的光相对不易被吸收的波长区域中较 小。
[0044] 蓝色区域的发光光谱的峰值波长存在于，可视光区域中的相对于血红蛋白等特定 观察对象的吸收系数成为最大的吸收峰值波长的吸收系数的值具有5分之1以上的吸收系 数的波长区域内。
[0045] 蓝色区域的发光光谱的最大强度比绿色区域和红色区域的各发光光谱的最大强 度大。
[0046] 绿色区域的发光光谱的峰值波长存在于，绿色区域内包含的波长区域525nm~ 555nm内的相对于血红蛋白等特定观察对象的吸收系数成为最大的吸收峰值波长下的吸收 系数的值具有2分之1以上的吸收系数的波长区域内。
[0047] 具体而言，波长变换部6吸收从半导体激光器3出射的蓝色的激光（第一发光光 谱）的一部分。随之，波长变换部6波长变换为包含绿色区域内含有的波长区域525nm~ 555nm的宽的黄色区域的 荧光（第二发光光谱），并且使第一发光光谱和第二发光光谱重合 而作为观察光P出射。波长变换部6设定第一发光光谱和第二发光光谱的成分比率，以使 得将第一发光光谱和第二发光光谱按规定的比例混合而出射大致白色的光作为观察光P。
[0048] 第一荧光体7包含Eu (铕）活化的硅酸盐类荧光材料（以下，称为硅酸盐荧光材 料）。硅酸盐荧光材料吸收半导体激光器3发出的波长420nm的蓝色激光并发出黄色的荧 光（以下，称为黄色荧光）。具体而言，硅酸盐荧光材料吸收从例如作为激励光源3的激光 二极管出射的激励光H(第一光谱成分的蓝色的激光）的第一发光光谱，发出在波长525nm 以上含有峰值波长的第二发光光谱（黄色荧光）。
[0049] 第一荧光体7-般具有以下的光学性质。图3表示第一荧光体7的吸收/荧光 光谱特性。若将吸收强度为峰值的一半以上的区域定义为吸收光谱的吸收区域，则波长 380nm~780nm的可视光区域中的第一焚光体7的吸收区域大约为波长380nm~480nm。
[0050] 荧光光谱的荧光峰值存在于波长565nm( λ 2)，其半峰宽包含波长95nm的宽的荧 光光谱（第二发光光谱）。荧光光谱的波形包含长波长侧与短波长侧相比相对于荧光峰值 波长平缓倾斜的特性。荧光半峰宽的短波长端是波长521nm( λ 2 - 44nm)，荧光半峰宽的长 波长端是波长616nm( λ 2+5 Inm) 〇
[0051] 从第一荧光体7出射的黄色区域的荧光（第二发光光谱），在从绿色区域到红色区 域内包含的波长区域525nm~600nm中，包含连续的发光光谱成分。黄色区域的荧光（第 二发光光谱）的波长区域525nm~600nm的最小强度为第二发光光谱的峰值强度的5分之 1以上。
[0052] 第一荧光体7的制造方法，通过使粉末形状的硅酸盐荧光材料分散在硅树脂或玻 璃等密封材料中、并将密封材料固化而形成。考虑到硅酸盐荧光材料的激励光吸收率和波 长变换效率的特性等，荧光体7的厚度、在密封材料中混合的硅酸盐荧光材料的浓度条件 被设定为，用于将蓝色激光的一部分变换为所希望的荧光例如黄色荧光的规定的条件。
[0053] 光透射部件8由透射率高的玻璃或硅树脂形成。光透射部件8具有透射从光纤5 的射出端射出的激励光H和从第一荧光体7放射的波长变换光（黄色荧光）的性质。
[0054] 保持件9对光透射部件8和第一荧光体7进行保持，包含激励光H入射的入射部 和射出激励光H的一部分及黄色荧光的射出部。保持件9的内部形成为锥形状。在锥形状 的内周面，形成有将激励光H及黄色荧光进行正反射或扩散反射的反射部件。第一荧光体 7配置在从保持件9的入射部入射的激励光H的光路轴上。
[0055] 另一方面，图像取得部2拍摄来自被照射了观察光P的被检体Q的照射区域S的 反射光F，基于与蓝色区域、绿色区域以及红色区域对应的多个图像信号，取得波长区域不 同的被检体的至少2个观察图像、例如通常光观察图像和特殊光观察图像，包含摄像部11、 图像处理部12和图像输出部13。图像处理部12包含第1图像生成部12 - 1和第2图像 生成部12 - 2。
[0056] 摄像部11拍摄来自由被检体观察光源1照射的被检体Q的区域（照射区域）S的 反射光F的像，包含例如固体摄像元件（CCD)。CCD具备蓝色像素（B像素）、绿色像素（G像 素）以及红色像素（R像素），将从BGR像素输出的像素信号向图像处理部12传递。
[0057] 图4表示一般的CXD的灵敏度特性。具体而言，C⑶具备在蓝色区域内的波长 460nm(Ab)具有灵敏度峰值的B像素、在绿色区域内的波长540nm(Ag)具有灵敏度峰值的 G像素、以及在红色区域内的波长630nm( λ r)包含灵敏度峰值的R像素。第一光谱成分的 激励光H(蓝色的激光）存在于蓝色区域内。
[0058] B像素的灵敏度区域在长波长侧一直存在到波长540nm，R像素的灵敏度区域在短 波长侧一直存在到波长540nm。因而，根据B像素和G像素、G像素和R像素，包含在相邻的 波长区域灵敏度重叠的波长区域。
[0059] 这里，将与波长λ对应的B像素的受光灵敏度特性定义为b( λ)，将G像素的受光 灵敏度特性定义为g ( λ )，将R像素的受光灵敏度特性定义为r ( λ )。
[0060] 图像处理部12输入从摄像部11的CXD输出的B像素、G像素、R像素的各像素信 号，从这些像素信号，由第1图像生成部12 - 1生成被检体Q的作为第1图像的通常光观 察图像，由第2图像生成部12 - 2生成特殊光观察图像作为第2图像。
[0061] 具体而言，第1图像生成部12 - 1基于由摄像部11对反射光F进行拍摄时取得的 与蓝色区域、绿色区域、红色区域对应的各像素信号，生成被检体Q的通常光观察图像。艮Ρ， 第1图像生成部12 - 1基于从摄像部11的CCD输出的B像素、G像素、R像素的各像素信 号的电平（level)，生成通常光观察图像。
[0062] 第2图像生成部12 - 2基于从CXD输出的B像素、G像素、R像素的各像素信号中 的B像素、G像素的各像素信号的电平，生成对被检体Q中的特定观察对象、例如血管K中 流动的血红蛋白进行强调的特殊光观察图像。
[0063] 第1图像生成部12 - 1和第2图像生成部12 - 2分别包含在1个帧期间内并行 进行图像生成、生成通常光观察图像和特殊光观察图像这2个图像的功能。具体而言，第1 图像生成部12 - 1和第2图像生成部12 - 2分别基于通过摄像部11的B像素、G像素 、R 像素取得的1帧的各图像信号，取得被检体Q的同一部位的通常光观察图像和特殊光观察 图像。
[0064] 图像处理部12包含决定通常光观察图像和特殊光观察图像的生成时的颜色信息 的白平衡系数。例如，针对将观察光P的与波长λ对应的发光强度特性即ρ( λ)、与摄像部 11的CCD的受光灵敏度特性即b ( λ )、g( λ )、r ( λ )相乘而得到的灵敏度特性，利用反射特 性在可视光区域大致平坦的白色板设定白平衡系数。
[0065] 将观察光P的P ( λ )和摄像部11的CCD的b ( λ )、g ( λ )、r ( λ )分别相乘得到的 蓝色、绿色、红色的各色成分B、G、R如以下那样算出。
[0066] [数学式1]
[0067]
[0068]
[0069]
[0070]例如，白色板的反射特性（吸收特性）在可视光区域为一定的情况下，B/G为相对 于G的B的白平衡系数Wb，R/G为相对于G的R的白平衡系数Wr。
[0071] 颜色成分B、R的各白平衡系数Wb、Wr为I. 0的情况下，在将观察光P的光谱特性 和CCD的各像素的灵敏度特性相乘时，表现出B、G、R的各成分的平衡良好的情况。
[0072] 通过白平衡系数Wb和Wr的系数的修正，即使观察光P的光谱与白色光不同，也能 够实现通常光观察图像和特殊光观察图像的图像生成。
[0073] 白平衡系数Wb和Wb极度小或极度大的数值下，在颜色平衡设定时特定像素的噪 声被放大而生成图像的噪声变大，所以白平衡系数Wb和Wr优选1/3~3的范围。
[0074] 因而，关于观察光P中所占的颜色成分比率，红色区域包含的R像素包含最大灵 敏度的波长600nm以上的红色光量相比于绿像素包含最大灵敏度的波长区域例如波长 525nm~555nm的绿色光量优选为1/3以上。
[0075] 图像输出部13输出由图像处理部12生成的通常光观察图像和特殊光观察图像， 例如输出到未图示的CRT显示器或液晶显示器等。图像输出部13也可以包含将图像保存 在存储卡或硬盘等中的保存部。
[0076] 接着，说明如上述那样构成的系统的动作。
[0077] 从被检体观察光源1射出观察光P时的动作如以下那样。
[0078] 为了通过被检体观察系统100对被检体Q进行观察，光源控制部4基于来自外部 的输入设定信息使作为激励光源3的半导体激光器开启（ON)。当半导体激光器3变为开 启，该半导体激光器3出射波长420nm的蓝色的激光。
[0079] 从半导体激光器3出射的蓝色的激光向光纤5入射并在该光纤5中被导光，向位 于该光纤5的射出端侧的波长变换单元10入射。
[0080] 波长420nm的蓝色的激光包含第一荧光体7所含的硅酸盐荧光材料的吸收区域 的波长。入射到波长变换单元10的蓝色激光的一部分被第一荧光体7波长变换为在波长 565nm附近具有峰值的宽光谱的黄色荧光。
[0081] 入射到波长变换单元10且未被第一荧光体7吸收的波长420nm的蓝色激光、与被 第一荧光体7波长变换后的在波长565nm附近具有峰值的黄色荧光的混合光如图2所示那 样，从波长变换单元10的射出端作为观察光P射出。
[0082] 图5表示观察光P的光谱特性Ρ( λ)。所谓在各波长的区域（各色的区域）中包 含光谱成分，定义为存在相对于各色区域的最大强度大于1/20的强度的区域，假设相对于 最大强度为1/20以下的强度不含光谱成分。
[0083] 观察光（混合光）P主要由在波长420nm具有峰值的窄带的蓝色激光（第一光谱成 分）和在波长565nm附近包含峰值的黄色荧光（第二 光谱成分）构成。观察光（混合光） P设定了成为白色光附近那样的蓝色激光和黄色荧光的成分比率。
[0084] 观察光P的蓝色激光与黄色荧光之间的波长450nm~480nm的最大强度相对于蓝 色激光的峰值波长（λ 1)的强度成为1/20以下。该观察光P的波长450nm~480nm的光 量成为波长400nm~440nm的光量的1/20以下。
[0085] 观察光P的蓝色区域、绿色区域以及红色区域的光量比率例如为大约5 (蓝色）： 3 (绿色）：2 (红色）。蓝色激光的峰值波长λ 1与荧光峰值的波长λ 2的波长差分为大约 150nm。蓝色激光的半峰宽端与黄色荧光的半峰宽端的波长差分为大约80nm。
[0086] 从波长变换单元10射出的观察光P具有规定的配光角。观察光P通过配光角以 及波长变换单元10的射出端与被检体Q的距离，形成图1所示那样的照射被检体P的照射 区域S。
[0087] 接着，说明观察光P照射到被检体Q时的动作。
[0088] 被检体Q中，如图1所示那样存在血管K和生物体组织J (例如粘膜等）这2种至 少吸收特性不同的组织。
[0089] 图6表示成为被检体Q中的血管K内的血红蛋白的吸收强度指标的吸收系数。 在波长380nm~780nm的可视光区域，血红蛋白在波长415nm附近（λ hi)、波长540nm附 近（Xh2)、波长580nm附近（Xh3)的不同的各波长中具有吸收强度峰值，并且具有波长 415nm〇hl)附近的吸收强度最大的性质。
[0090] 一般而言，内窥镜的NBI观察中，将包含波长415nm附近（Ahl)和波长540nm附 近（λ1ι2)的各波长区域的2个波长的光、大约波长400nm~440nm的光、以及大约波长区 域525nm~555nm的光作为观察光来使用。
[0091] 并且，在NBI观察中，有如下技术：利用该2个波长的光具有从生物体组织J的表 面向内部侵入的光的深度及散射特性不同的性质这一情况而对比度良好地观察血管K等、 从而容易发现例如癌等的技术（特殊光观察）。
[0092] 本实施方式的观察光P包含利用波长420nm的蓝色激光和在波长565nm附近具有 峰值的黄色荧光而成为白色光的成分。
[0093] 波长420nm的蓝色激光在生物体组织J的比较表层部被吸收散射，所以对于生物 体组织J的表面附近的血管K的观察是有效的。
[0094] 另一方面，黄色荧光在宽的光谱中包含波长540nm附近（Ah2)的光。波长540nm 附近的光在照射到生物体组织J时被某种程度地散射，并且与波长420nm的光相比行进到 皮下深处。由此，波长540nm附近的光在皮下的血管K等被吸收散射，所以对于皮下组织的 血管K的观察是有效的。优选的是，对于荧光成分的峰值波长λ2而言，通过存在于绿色区 域的相对于血红蛋白的吸收峰值波长540nm( λ h2)的吸收系数为1/2以上的吸收系数的波 段内，从而成为在皮下组织的血管K的观察中被吸收的比例增加、和绿色像素的灵敏度增 加的方向。由此，通过荧光成分的峰值波长λ 2,能够得到对比度高的图像。
[0095] 相对于此，血红蛋白的吸收特性如图6所示那样示出从波长415nm附近Uhl)随 着向长波长侧移动而吸收强度急剧降低的倾向。例如，在将波长450nm的吸收系数与波长 415nm附近（Ahl)相比的情况下，血红蛋白的吸收特性在波长差35nm中降低到大约1/5〇
[0096] 相对于此，对于被检体Q内的生物体组织J而言，多表现出肤色到红色，例如作为 生物体组织J的吸收特性的一例，从蓝色区域到红色区域吸收系数平缓地降低。被检体Q 内的生物体组织J在蓝色区域的波长415nm附近（Ahl)小于血红蛋白的吸收系数。被检 体Q内的生物体组织J还存在在波长450nm附近大于血红蛋白的吸收系数的组织。
[0097] 为了高对比度地观察血管K，使血红蛋白的吸收系数比生物体组织J大的波长 415nm附近（Ahl)的光量多于血红蛋白的吸收系数比生物体组织J小的波长460nm附近的 光量。由此，血红蛋白相对于生物体组织J需要增加被吸收的观察光P中包含的蓝色区域 的光量的比例。
[0098] 对于在图像取得中使用的摄像部11的CCD的B像素而言，波长450nm附近的灵敏 度与波长415nm〇hl)附近相比高大约2倍左右。在波长区域450nm~480nm，相对于生物 体组织J的表面附近的血管（血红蛋白）比波长415nm( λ hi)难以被吸收。
[0099] 因而，如果从波长450nm起长波长侧的蓝色区域即波长区域450nm~480nm的光 量是波长415nm( λ hi)附近即波长区域400nm~440nm的光量的1/2左右的比率，则波长 区域450nm~480nm的光量在提高对比度时作为图像噪声带来影响。
[0100] 为了降低图像噪声，波长区域450nm~480nm的光量抑制为波长区域400nm~ 440nm的光量的1/5以下是有效的。并且，通过使该光量为1/10以下，除了图像噪声降低以 外，还能够得到对比度高的图像。
[0101] 作为通常光观察用的观察光P优选为白色光。对于观察光P而言，可以认为，特别 是为了观察在生物体组织J内较多的肤色至红色，在从绿色至红色的波长区域，连续的平 坦的光谱成分是有效的。
[0102] 接着，说明将观察光P的反射光F受光而生成通常光图像和特殊光图像的动作。
[0103] 观察光P根据照射区域S内的血管K或生物体组织J的吸收特性而一部分被吸收。 观察光P的剩余的一部分被散射、反射，被具有R像素、G像素和B像素的摄像部11的CCD 受光（接收）。
[0104] B像素的受光灵敏度特性由于存在于波长区域380nm~540nm，所以由B像素受光 的观察光P的反射光F成为蓝色激光和黄色荧光的短波长区域。但是，由于B像素的波长 520nm附近的灵敏度低，主要由B像素受光的成分成为蓝色激光。
[0105] G像素的受光灵敏度特性存在于波长区域460nm~640nm。不由G像素将蓝色区域 的光谱成分受光对于G像素的图像噪声的降低是有效的。为了使不由G像素将蓝色区域的 光谱成分受光，优选使观察光P包含的波长区域450nm~480nm的蓝色成分较少，或将蓝色 成分和绿色成分波长分离。即，波长450nm~480nm的成分中，成为波长400~440nm的峰 值强度的1/20以下的区域存在5nm以上。观察光P被设定为，在波长区域450nm~480nm， 例如，成为第一发光光谱的峰值强度的20分之1以下强度的波长区域连续并存在5nm以 上。
[0106] 观察光P的反射光F还包含波长580nm以上的红色区域成分。R像素在波长区域 540nm~720nm的灵敏度区域之中主要将红色的荧光成分受光。
[0107] 摄像部11中，由CXD受光的RGB的各像素的受光信号分别向图像处理部12传送。
[0108] 图像处理部12的第1图像生成部12 - 1基于从摄像部11的CXD输出的B像素、 G像素、R像素的各像素信号的电平，生成通常光观察图像。即，第1图像生成部12 - 1基 于B像素、G像素、R像素的各像素的受光信号、和规定的图像处理（白平衡、噪声降低、构造 强调、伽马修正等），生成观察光照射时的通常光观察图像。通常光观察图像利用观察光P 所含的全光谱成分而生成。
[0109] 图像处理部12的第2图像生成部12 - 2基于从摄像部11的CXD输出的B像素、 G像素的各像素信号的电平，生成特殊光观察图像。即，第2图像生成部12 - 2基于将B像 素的受光信号作为B像素与G像素的受光信号分配、将G像素的受光信号作为R像素的受 光信号分配的信号处理、以及规定的图像处理，生成观察光照射时的特殊光观察图像。特殊 光观察图像仅利用观察光所含的成分中的蓝色区域和绿色区域而生成。
[0110] 图像输出部13将由图像处理部12生成的通常光观察图像和特殊光观察图像向例 如CRT显示器或液晶显示器等输出。
[0111] 通过以上的动作，能够向被检体Q照射1个观察光P而取得通常光观察、和较高地 强调显示了血管的对比度的特殊光观察的2个图像。
[0112] 这样，根据上述第一实施方式，包含向被检体Q照射观察光P的被检体观察光源1、 和取得由被检体观察光源1照射的照射区域S的图像的图像取得部2,图像取得部2取得分 别不同的多个观察图像例如通常光观察图像和特殊光观察图像，因此能够考虑到作为观察 对象的被检体Q的吸收特性，通过在特定波段中发光的1个激励光源3和波长变换部件6 的组合，实现采用能够在通常光观察和特殊光观察这双方中使用的小型观察光源的被检体 观察系统100。
[0113] 观察光P的光谱成分之中，包含血红蛋白的吸收峰值附近的波长420nm的蓝色激 光、和绿色区域的血红蛋白的吸收峰值540nm，所以能够与通常光观察一起，实现仅利用观 察光所含的成分之中的蓝色区域和绿色区域的特殊光观察。特别是，观察光P所含的蓝色 光是窄带的蓝色激光，蓝色光和绿色光被分离，所以能够得到高对比度地表现出生物体组 织J的表面的血管K的图像。即，第2图像生成部12 - 2基于将B像素的受光信号作为B 像素和G像素的受光信号分配、将G像素的受光信号作为R像素的受光信号分 配的信号处 理、以及规定的图像处理，能够生成观察光照射时的特殊光观察图像。
[0114] 在观察光P的光谱成分中，实现还包含红色光的白色光，所以能够实现与规定的 图像取得部组合的通常光观察。
[0115] 观察光P的光谱仅利用1个激励光源3和1个作为波长变换部件的荧光体7构成， 所以在配置激励光源3和波长变换单元10的区域有限制的情况下，对于例如经鼻内窥镜等 特别有效。
[0116] 另外，上述第一实施方式可以如下那样变形。
[0117] 激励光源3在波长区域400nm~440nm中的第一荧光体7的吸收光谱为最大的波 长、与该波长区域400nm~440nm中的特定观察对象（血红蛋白）的吸收的峰值波长之间 的波长区域，存在激励光H的第一发光光谱的峰值波长。即，可以是，从半导体激光器3射 出的蓝色激光（激励光H的第一发光光谱）使用在血红蛋白的吸收系数大的波长400nm~ 440nm之间具有峰值波长的激光。
[0118] 摄像部11的(XD的蓝色区域的灵敏度峰值与440nm相比位于长波长侧的情况下， 蓝色激光的峰值波长可以存在于血红蛋白的吸收峰值的415nm与440nm之间。这因为能够 容易得到血管K的对比度高、明亮的图像从而优选。
[0119] 第一荧光体7所含的荧光材料不限于硅酸盐荧光材料（Eu活化的氧化物荧光材 料），也可以是吸收波长400nm~440nm的光、发出黄色的宽的荧光的荧光材料。也能够使 用Eu活化的氮氧化物荧光材料、Eu活化的硫化物荧光材料等。
[0120] 作为第一荧光体7所含的荧光材料，也可以使用具有Ce(铈）活化的石榴石晶体 构造的氧化物荧光材料（YAG，TAG)。Ce活化的石榴石类荧光材料是吸收波长430nm~470nm 的光而能够发出黄色荧光的材料，所以能够与例如在波长430nm~440nm具有峰值的蓝色 激光组合使用。作为激励第一荧光体7的激励光源3,可以使用出射在波长区域415nm~ 440nm具有第一发光光谱的峰值波长的激光的光源。
[0121] 如果观察光P中所占的蓝色区域的波长450nm~480nm的光量相比于波长 400nm~440nm的光量为1/5以下，则由G像素受光的蓝色光成分少，作为特殊光图像的噪 声成分的影响少。优选为1/10以下。
[0122] 以下，对变形例进行说明。
[0123] 图7表示波长变换单元10的结构图。波长变换单元10发出2个波长的荧光。波 长变换单元10对第一荧光体7 - 1加上第二荧光体7 - 2,将这些第一荧光体7 - 1和第 二荧光体7 - 2层叠而成。第二荧光体7 - 2吸收第一发光光谱或第二发光光谱，发出与 第二发光光谱的峰值波长相比在长波长侧具有峰值波长的第三发光光谱。
[0124] 第一发光光谱、第二发光光谱和第三发光光谱设定了第一发光光谱、第二发光光 谱和第三发光光谱的成分比率，以使得按规定的比例混合而作为观察光P出射大致白色的 光。
[0125] 具体而言，第一荧光体7 - 1吸收波长420nm的光而发出绿色区域的荧光，包含Eu 活化的氮氧化物荧光材料。图8表示第一荧光体7 - 1的吸收/荧光特性。
[0126] 第二荧光体7 -2发出红色区域的荧光，包含Eu活化的窒化物荧光材料。图9表 示第二荧光体7 - 2的吸收/荧光特性。第二荧光体7-2也可以是不吸收波长420nm而吸 收绿色荧光进行发光的荧光体材料。
[0127] 波长变换单元10射出将波长420nm的蓝色激光、绿色荧光以及红色荧光按规定的 比例混合而得到的白色光的观察光P。
[0128] 如果是这样的波长变换单元10,则观察光P成为在从绿色区域至红色区域中具有 平坦光谱的白色光，通常光观察时的彩色再现性提高。对于波长变换单元10而言，与上述 第一实施方式相比，红色区域的光谱成分直到长波长侧而存在，所以在被检体Q内的生物 体组织J中大量存在的红色组织的视觉表现能够再现性高地实现。
[0129] [第二实施方式]
[0130] 接着，参照【附图说明】本发明的第二实施方式。
[0131] 图10表示本发明的应用被检体观察系统100的胶囊型内窥镜20的结构图。被检 体观察系统100在胶囊型内窥镜20中搭载有多个被检体观察光源、例如6个被检体观察光 源1 一 1、1 一 2等。图10中从图不的关系上表不2个被检体观察光源1 一 1、1 一 2。
[0132] 被检体观察系统100具备导入被检体Q内而取得该被检体Q内的图像信息的摄像 部11。被检体观察系统100与上述图1所示的结构同样地包含：将由摄像部11取得的图 像信息向被检体Q外发送的胶囊型内窥镜20 ;配置在被检体Q外、接收来自胶囊型内窥镜 20的图像信息并生成被检体Q内的分别不同的多个图像例如通常光观察图像和特殊光观 察图像的图像处理部12 ;显示由图像处理部12生成的通常光观察图像和特殊光观察图像 的图像输出部13。
[0133] 胶囊型内窥镜20包含射出向被检体Q内照射的观察光P的2个被检体观察光源 1 一 1、1 一 2、以及将被照射到被检体Q内的观察光P的反射光F受光的摄像元件（摄像 部）10〇
[0134] 胶囊型内窥镜20包含由光透射性的部件形成的半球状的框体21。在框体21内， 设有中心部为空洞且形成为环状的基板22。在基板22上，如上述那样作为多个被检体观察 光源1 一 1、1 一 2等而设有例如6个被检体观察光源。在基板22上，设有向摄像元件10 聚光来自被检体Q的反射光F的透镜23。摄像元件10与透镜23设在同一光轴上。
[0135] 图11表示被检体观察光源1 一 1、1 一 2等的构造图。各被检体观察光源1 一 1、 1 一 2分别包含基板22、在基板22上搭载的作为激励光源的蓝色LED31、以及将蓝色LED31 覆盖而设置的焚光体32。在基板22的两端部，分别设有电极33 - 1、33 - 2。各电极33 - 1、33 - 2连接于未图示的电池，并且分别经由各金属线34 - 1、34 - 2而与蓝色LED31电 连接。因而，蓝色LED31接受来自未图示的电池的电力供给而进行发光动作。
[0136] 在基板22上，第一树脂35将蓝色LED31覆盖而设置。第一树脂35由光透射性的 树脂构成。在第一树脂35与蓝色LED31之间的空间，填充有第二树脂36。第二树脂36由 光透射性的树脂构成。
[0137] 蓝色LED31出射在波长420nm具有峰值、半峰宽约20nm的蓝色LED光（激励光 H) 〇
[0138] 荧光体32例如是硅酸盐粉末荧光材料，被密封到第一树脂35中。荧光体32也可 以密封到LED元件上的第二树脂36中。
[0139] 图12表示从各被检体观察光源1 一 1、1 一 2等分别射出的观察光P的光谱形状。 从各被检体观察光源1 一 1、1 一 2出射的观察光P，在波长420nm包含峰值，根据蓝色LED 光和黄色荧光的比率而作为白色光出射。波长区域450nm~480nm的光量相比于波长区域 440nm~440nm为10分之1以下。
[0140] 接着，说明如上述那样构成的系统的动作。另外，对于与上述第一实施方式同样的 动作说明其概略。
[0141] 蓝色LED31当接受来自电池的电力供给而进行发光动作时，出射在波长420nm具 有峰值且半峰宽约20nm的蓝色LED光（激励光H)。蓝色LED光透射第二树脂36而照射到 密封在第一树脂35中的荧光体32。
[0142] 荧光体32将从蓝色LED31出射的蓝色LED光的一部分吸收，并且波长变换为在 绿色区域内包含的黄色区域的荧光，并且使蓝色LED光和黄色区域的荧光重合而作为白色 光的观察光P出射。观察光P如上述那样在波长420nm包含峰值，根据蓝色LED光和黄色 荧光的比率而作为白色光出射。波长区域450nm~480nm的光量相比于波长区域440nm~ 440nm为10分之1以下。
[0143] 观察光P的一部分由于照射区域S内的血管K及生物体组织J的吸收特性而被吸 收。观察光P的剩余的一部分被散射、反射，被具有R像素、G像素和B像素的摄像部11的 CCD受光。
[0144] 摄像部11将由CCD受光的RGB的各像素的受光信号分别输出。RGB的各像素的受 光信号分别向图像处理部12传送。
[0145] 图像处理部12的第1图像生成部12 - 1基于从摄像部11的CXD输出的B像素、 G像素、R像素的各像素信号的电平，生成通常光观察图像。即，第1图像生成部12 - 1基 于B像素、G像素、R像素的各像素的受光信号、以及规定的图像处理（白平衡，噪声降低、构 造强调、伽马修正等），生成观察光照射时的通常光观察图像。通常光观察图像利用观察光 P所含的全光谱成分而生成。
[0146] 第2图像生成部12 - 2基于从摄像部11的CXD输出的B像素、G像素的各像素 信号的电平，生成特殊光观察图像。即，第2图像生成部12 - 2基于将B像素的受光信号 作为B像素和G像素的受光信号分配、将G像素的受光信号作为R像素的受光信号分配的 信号处理、以及规定的图像处理，生成观察光照射时的特殊光观察图像。特殊光观察图像仅 利用观察光所含的成分中的蓝色区域和绿色区域生成。 [0147] 图像输出部13将由图像处理部12生成的通常光观察图像和特殊光观察图像向例 如CRT显示器或液晶显示器等输出。
[0148] 这样，根据上述第二实施方式，在胶囊型内窥镜20中，从搭载蓝色LED31的被检体 观察光源1 一 1、1 一 2等出射观察光P，来自被检体Q的照射区域S的散射光、反射光由摄 像部11受光而输出其受光信号，由第1图像生成部12 - 1基于BGR像素的各像素信号的 电平生成通常光观察图像，由第2图像生成部12 - 2基于BG像素的各像素信号的电平生 成特殊光观察图像，所以能够实现与上述第一实施方式同样的效果，并且通过将波长420nm 的蓝色LED和黄色荧光组合得到的1种观察光源，能够使用通常光观察和特殊光观察这双 方，不需要为了多个观察用途配置多个颜色的LED从而能够小型化。
[0149] 由于对激励光源3使用LED，因此能够以消耗电流为几 mA的低LED驱动电流将观 察光P出射。
[0150] 因而，本实施方式对于应用于胶囊型内窥镜20那样的具有用电池驱动而出射观 察光P的小型构造的装置而言是有效的。
[0151] 另外，本发明不原样限定于上述实施方式，在实施阶段能够在不脱离其主旨的范 围内将构成要素变形而具体化。此外，通过上述实施方式所公开的多个构成要素的适当组 合，能够形成各种发明。例如，可以从实施方式所示的全部构成要素中删除几个构成要素。 并且，也可以将不同实施方式中的构成要素适当组合。
【主权项】
1. 一种被检体观察系统，其特征在于， 具备： 被检体观察光源，发出包含规定波长的光谱成分的观察光，将该观察光向被检体照射； 以及 图像取得部，拍摄来自被照射了上述观察光的上述被检体的照射区域的反射光，基于 与蓝色区域、绿色区域以及红色区域对应的多个图像信号，取得波长区域不同的至少2个 观察图像； 上述观察光在上述蓝色区域、上述绿色区域以及上述红色区域包含发光光谱的成分； 上述蓝色区域的发光光谱在上述被检体中的特定观察对象的吸收强度相对低的波长 区域中与其它区域相比较小。2. 如权利要求1记载的被检体观察系统，其特征在于， 上述被检体观察光源包含： 出射激励光的激励光源；以及 波长变换部，将从上述激励光源出射的上述激励光进行波长变换而发出上述观察光。3. 如权利要求2记载的被检体观察系统，其特征在于， 上述激励光源出射包含上述蓝色区域的上述激励光； 上述波长变换部，透射上述蓝色区域的上述激励光的一部分，并包含将上述激励光进 行波长变换而发出黄色区域的荧光的荧光体。4. 如权利要求1~3中任一项记载的被检体观察系统，其特征在于， 上述图像取得部包含： 第一图像生成部，基于通过上述反射光的拍摄取得的与上述蓝色区域、上述绿色区域 以及上述红色区域对应的上述各图像信号，生成上述被检体的通常光观察图像；以及 第二图像生成部，基于上述蓝色区域和上述绿色区域的上述各图像信号，生成强调上 述特定观察对象的特殊光观察图像。5. 如权利要求4记载的被检体观察系统，其特征在于， 上述图像取得部包含具有蓝色像素、绿色像素以及红色像素的摄像部； 上述第一图像生成部和上述第二图像生成部基于分别由上述摄像部的上述蓝色像素、 上述绿色像素以及上述红色像素取得的1帧的上述各图像信号，取得上述被检体的同一部 位的上述通常光观察图像和上述特殊光观察图像。6. 如权利要求1记载的被检体观察系统，其特征在于， 上述蓝色区域的发光光谱的峰值波长存在于，可视光区域中的相对于上述特定观察对 象的吸收系数成为最大的吸收峰值波长的吸收系数的值具有5分之1以上的吸收系数的波 长区域内； 上述蓝色区域的发光光谱的最大强度大于上述绿色区域和上述红色区域的各发光光 谱的最大强度。7. 如权利要求6记载的被检体观察系统，其特征在于， 上述绿色区域的发光光谱的峰值波长存在于，上述绿色区域内包含的波长区域 525nm~555nm内的相对于上述特定观察对象的吸收系数成为最大的吸收峰值波长下的吸 收系数的值具有2分之1以上的吸收系数的波长区域内。8. 如权利要求2记载的被检体观察系统，其特征在于， 上述激励光源发出在上述蓝色区域内包含的波长区域400nm~440nm含有发光峰值的 波长的第一发光光谱； 上述波长变换部，将上述第一发光光谱的一部分吸收，并波长变换为包含上述绿色区 域内包含的波长区域525nm~555nm的第二发光光谱，并且，使上述第一发光光谱和上述第 二发光光谱重合而作为上述观察光出射； 上述观察光的上述蓝色区域内包含的波长区域450nm~480nm的光量为波长区域 400nm~440nm的光量的5分之1以下； 上述红色区域内包含的波长区域600nm以上的光量为波长区域525nm~555nm的光量 的3分之1以上。9. 如权利要求8记载的被检体观察系统，其特征在于， 上述第二发光光谱在从上述绿色区域到上述红色区域内包含的波长区域525nm~ 600nm中，包含连续的发光光谱成分； 该波长区域525nm~600nm的最小强度为上述第二发光光谱的峰值强度的5分之1以 上。10. 如权利要求2记载的被检体观察系统，其特征在于， 上述激励光源包含激光二极管； 上述波长变换部包含将从上述激光二极管出射的上述第一发光光谱吸收并发出在波 长525nm以上具有峰值波长的第二发光光谱的第一荧光体； 上述被检体观察光源包含对上述第一光谱进行导光的导光部件，将从上述激光二极管 出射的上述第一发光光谱通过上述导光部件向上述第一荧光体照射。11. 如权利要求8记载的被检体观察系统，其特征在于， 在波长区域450nm~480nm中，上述观察光的成为上述第一发光光谱的峰值强度的20 分之1以下的强度的波长区域连续且存在5nm以上。12. 如权利要求10记载的被检体观察系统，其特征在于， 上述激励光源，在波长区域400nm~440nm中的上述第一焚光体的吸收光谱成为最大 的波长与上述波长区域400nm~440nm中的上述特定观察对象的吸收的峰值波长之间的波 长区域，存在上述第一发光光谱的峰值波长。13. 如权利要求10记载的被检体观察系统，其特征在于， 上述第一荧光体包含Ce活化的石榴石类荧光材料； 上述激励光源在波长区域415nm~440nm含有上述第一发光光谱的峰值波长。14. 如权利要求10记载的被检体观察系统，其特征在于， 上述波长变换部被设定了上述第一发光光谱和上述第二发光光谱的成分比率，以使得 按规定的比例将上述第一发光光谱和上述第二发光光谱混合而出射大致白色的光作为上 述观察光。15. 如权利要求10记载的被检体观察系统，其特征在于， 上述波长变换部除了上述第一荧光体以外还包含第二荧光体，该第二荧光体将上述第 一发光光谱或上述第二发光光谱吸收并发出与上述第二发光光谱的峰值波长相比在长波 长侧含有峰值波长的第三发光光谱。16. 如权利要求15记载的被检体观察系统，其特征在于， 设定了上述第一发光光谱、上述第二发光光谱以及上述第三发光光谱的成分比率，以 使得将上述第一发光光谱、上述第二发光光谱以及上述第三发光光谱按规定的比例混合而 出射大致白色的光作为上述观察光。17. 如权利要求8记载的被检体观察系统，其特征在于， 上述图像取得部包含摄像部，该摄像部具有在蓝色区域、绿色区域以及红色区域这3 个区域分别具有最大灵敏度的蓝色像素、绿色像素以及红色像素； 上述第一发光光谱存在于上述蓝色区域内。18. 如权利要求5记载的被检体观察系统，其特征在于， 上述激励光源，在波长400nm~440nm之间的上述特定观察对象的吸收峰值波长与 上述蓝色像素的受光灵敏度的峰值波长之间的波长区域，包含上述第一发光光谱的峰值波 长。19. 一种被检体观察方法，其特征在于， 通过发光而由被检体观察光源生成包含规定波长的光谱成分的观察光并将该观察光 向被检体照射， 由摄像部拍摄来自被照射了上述观察光的上述被检体的照射区域的反射光，基于从上 述摄像部输出的与蓝色区域、绿色区域以及红色区域对应的多个图像信号，取得波长区域 不同的至少2个观察图像； 上述观察光在上述蓝色区域、上述绿色区域以及上述红色区域包含发光光谱的成分； 上述蓝色区域的发光光谱在上述被检体中的特定观察对象的吸收强度相对低的波长 区域中与其它区域相比较小。20. -种胶囊型内窥镜系统，其特征在于， 设有权利要求1~18中的任1项记载的被检体观察系统。
【专利摘要】被检体观察系统包含被检体观察光源和图像取得部。上述被检体观察光源发出包含规定波长的光谱成分的观察光并向被检体照射。上述图像取得部拍摄来自上述被检体的照射区域的反射光，基于与蓝色区域、绿色区域以及红色区域对应的多个图像信号，取得波长区域不同的至少2个观察图像。上述观察光在上述蓝色区域、上述绿色区域以及上述红色区域包含发光光谱的成分。上述蓝色区域的发光光谱在上述被检体中的特定观察对象的吸收强度相对低的波长区域中与其它区域相比较小。
【IPC分类】A61B1/06, A61B1/00
【公开号】CN104883949
【申请号】CN201380068349
【发明人】田村和昭, 伊藤毅, 驹崎岩男
【申请人】奥林巴斯株式会社
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年12月25日
【公告号】EP2939587A1, US20150289764, WO2014104095A1