DE102006038814A1

DE102006038814A1 - Elektronisches Endoskop, Endoskoplichtquelleneinheit, Endoskopprozessor und elektronisches Endoskopsystem

Info

Publication number: DE102006038814A1
Application number: DE102006038814A
Authority: DE
Inventors: Kohei Iketani
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2007-02-22
Also published as: US8451327B2; US20070040906A1

Abstract

Beschrieben ist ein Endoskopsystem (10) mit einer Abbildungsvorrichtung (43), einer Eingabeeinheit (44) und einer Signalverarbeitungseinheit (21). Die Abbildungsvorrichtung (43) hat erste, zweite, dritte und vierte Pixel. Die ersten, zweiten, dritten und vierten Pixel sind von den ersten, zweiten, dritten und vierten Farbfiltern bedeckt. Die ersten, zweiten, dritten und vierten Farbfilter lassen eine erste, eine zweite, eine dritte bzw. eine vierte Lichtkomponente durch. Die erste Lichtkomponente erreicht entsprechend der Anordnung des Objekts eine Tiefe unterhalb der Organwand. Die zweite Lichtkomponente gehört zu einer Farbe, zu der auch die erste Lichtkomponente gehört. Das Wellenlängenband der zweiten Lichtkomponente ist verschieden von dem der ersten Lichtkomponente. Die Eingabeeinheit (44) erfasst eine benutzerseitig vorgenommene Eingabe, durch die einer von mehreren vorbestimmten Darstellungsmodi ausgewählt wird. Die Signalverarbeitungseinheit (21) nimmt an den von den ersten Pixeln erzeugten Pixelsignalen eine konturenverstärkende Verarbeitung vor. Diese konturenverstärkende Verarbeitung wird ausgeführt, wenn ein Modus zum Darstellen eines Schmalbandbildes ausgewählt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Endoskop, eine Endoskoplichtquelleneinheit, einen Endoskopprozessor und ein elektronisches Endoskopsystem, die es ermöglichen, ein Organbild aufzunehmen und das aufgenommene Bild darzustellen.

Bekanntlich hängt die Tiefe, bis zu der Licht unter eine Organwand eindringt, von der Wellenlänge des Lichtes ab. Wird Licht mit einer kurzen Wellenlänge auf ein Organ gestrahlt, und erreicht dieses Licht in dem Organ nur einen oberflächlichen Bereich unter der Organwand, so ist die Intensität des Lichtes, das an Gewebe reflektiert wird, welches sich in diesem oberflächlichen Organbereich befindet, vergleichsweise stark, wie in 6 durch das Bezugszeichen "Ts" angedeutet ist. Erreicht dagegen Licht mit einer langen Wellenlänge einen tieferliegenden Organbereich, so ist die Intensität des Lichtes, das an Gewebe reflektiert wird, welches sich in diesem tiefen Organbereich befindet, vergleichsweise stark. Dies ist in 6 mit dem Bezugszeichen "Td" angedeutet.

Wird Licht in einem schmalen kurzwelligen Wellenlängenband auf ein Organ gestrahlt, so kann dadurch Gewebe, welches sich in einem oberflächlichen Bereich unter der Organwand befindet, z. B. ein Kapillargefäß, deutlich dargestellt werden. Ein Endoskopsystem, das ein Bild eines solchen Organbereichs aufnimmt, nutzt in vorteilhafter Weise die vorstehende beschriebene Eigenschaft. Jedoch ist ein solches Endoskopsystem in der Regel vergleichsweise kompliziert aufgebaut. Ein Beispiel hierfür ist ein nach dem Halb- oder Teilbildfolgeverfahren arbeitendes Bildaufnahmesystem.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisches Endoskop, eine Endoskoplichtquelleneinheit, einen Endoskopprozessor und ein elektronisches Endoskopsystem anzugeben, die es unter Verwendung eines vergleichsweise einfachen Aufbau ermöglichen, ein Bild von Organgewebe aufzunehmen und darzustellen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sieht ein elektronisches Endoskop mit einer Abbildungsvorrichtung vor. Die Abbildungsvorrichtung hat ein erstes Pixel. Das erste Pixel ist von einem ersten Farbfilter bedeckt. Das erste Farbfilter wird von einer ersten Komponente durchdrungen. Die erste Lichtkomponente erreicht eine entsprechend der Lage des Objektes vorbestimmte Tiefe unter einer Organwand.

Die Wellenlänge der ersten Lichtkomponente liegt in einem Wellenlängenband zwischen 400 nm und 450 nm.

Die Erfindung sieht ferner eine Endoskoplichtquelleneinheit vor, die eine Lichtquelle, ein Lichtquellenfilter und einen Filterantrieb enthält. Die Lichtquelle sendet Beleuchtungslicht auf ein Objekt aus. Das Lichtquellenfilter filtert eine Lichtkomponente innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbandes aus dem Beleuchtungslicht aus. Der Filterantrieb bringt das Lichtquellenfilter in den Strahlengang des Beleuchtungslichtes ein. Alternativ entfernt der Filterantrieb das Lichtquellenfilter aus dem Strahlengang.

Eine Lichtkomponente, deren Wellenlänge kürzer als 550 nm ist, kann das Lichtquellenfilter durchdringen.

Ferner sieht die Erfindung einen Endoskopprozessor mit einer Eingabeeinheit und einer Signalverarbeitungseinheit vor. Die Eingabeeinheit erfasst eine von dem Benutzer vorgenommene Eingabe, durch die einer von mehreren vorbestimmten Darstellungsmodi ausgewählt wird. Die Signalverarbeitungseinheit nimmt nur für ein von dem ersten Pixel erzeugtes Pixelsignal eine konturenverstärkende Verarbeitung vor. Dieser Prozessor zur Konturenverstärkung des genannten Pixelsignals wird durchgeführt, wenn ein Darstellungsmodus zum Darstellen eines Schmalbandbildes ausgewählt ist, der einen der vorbestimmten Darstellungsmodi bildet.

Die Erfindung wird im Folgenden mitsamt ihren Merkmalen und Vorteilen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Darin zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das den internen Aufbau eines elektronischen Endoskopsystems zeigt, das ein elektronisches Endoskop, eine Endoskoplichtquelleneinheit und einen Endoskopprozessor nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält;
2 die spektrale Charakteristik des Lichtquellenfilters;
3 die spektrale Charakteristik der Farbfilter;
4 die Anordnung der Farbfilter auf der Empfangsfläche;
5 ein Flussdiagramm, das die von einem Endoskopprozessor durchgeführte Signalverarbeitung zum Darstellen eines Standardbildes oder eines Schmalbandbildes beschreibt; und
6 eine Darstellung, die die unterschiedlichen Tiefen zeigt, die Licht unterschiedlicher Wellenlängen unterhalb einer Organwand erreicht.
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
1 zeigt ein elektronisches Endoskopsystem 10 mit einem Endoskopprozessor 20, einem elektronischen Endoskop 40 und einem Monitor 50. Der Endoskopprozessor 20 ist an das elektronische Endoskop 40 und den Monitor 50 angeschlossen. Eine Lichtquelleneinheit 30 ist in dem Endo skopprozessor 20 untergebracht. Die Lichtquelleneinheit 30 sendet Licht zum Beleuchten eines nicht gezeigten Objektes aus. Das von der Lichtquelleneinheit 30 abgegebene Licht wird über einen Lichtleiter 41, der in dem elektronischen Endoskop 40 untergebracht ist, auf das Objekt gestrahlt.
Eine Abbildungsvorrichtung 43, z. B. ein CCD-Bildsensor, ist in dem Kopfende eines Einführrohrs 42 des Endoskops 40 montiert. Die Abbildungsvorrichtung 43 nimmt ein optisches Bild des Objektes auf. Dann erzeugt die Abbildungsvorrichtung 43 ein dem aufgenommenen optischen Bild entsprechendes Bildsignal. Dieses Bildsignal wird an den Endoskopprozessor 20 gesendet. In dem Endoskopprozessor 20 ist eine Bildsignalverarbeitungseinheit 21 enthalten. Die Bildsignalverarbeitungseinheit 21 verarbeitet das Bildsignal in vorbestimmter Weise. Das so verarbeitete Bildsignal wird an den Monitor 50 gesendet. Auf dem Monitor 50 wird dann auf Grundlage des gesendeten Bildsignals das Bild dargestellt.
Die Lichtquelleneinheit 30 enthält eine Lichtquelle 31, eine Kondensorlinse 32, ein Lichtquellenfilter 33, einen Filterantriebsmechanismus 34, einen Motor 35 und einen Positionsdetektor 36. Die Lichtquelle 31 sendet Weißlicht aus. Die Kondensorlinse 32 ist in dem Strahlengang angebracht, der von der Lichtquelle 31 zum Eintrittsende des Lichtleiters 41 führt. Die Kondensorlinse 32 bündelt das Licht auf das Eintrittsende des Lichtleiters 41, so dass das Licht auf das Eintrittsende fällt.
Das Lichtquellenfilter 33 ist an dem Filterantriebsmechanismus 34 gehalten. Der Filterantriebsmechanismus 34 kann das Lichtquellenfilter 33 verschieben. Auf diese Weise kann das Lichtquellenfilter 33 in den Strahlengang eingebracht und aus diesem entfernt werden. Das Verschieben des Lichtquellenfilters 33 erfolgt über eine entsprechende Ansteuerung des Motors 35. Der Motor 35 wird von einer Systemsteuerung 22 gesteuert.
Der Filterantriebsmechanismus 34 ist mit dem Positionsdetektor 36 ausgestattet. Der Positionsdetektor 36 erfasst die Position des Lichtquellenfilters 33. Die Position des Lichtquellenfilters 33 wird in Form eines Signals von dem Positionsdetektor 36 an die Systemsteuerung 22 gesendet. Die Systemsteuerung 22 steuert den Motor 35 anhand der Position des Lichtquellenfilters 33.
Wie in 2 gezeigt, besteht das Lichtquellenfilter 33 aus einem Material, das die Rotlichtkomponente und einen Teil der Grünlichtkomponente sperrt, während es den anderen Teil der Grünlichtkomponente sowie die Blaulichtkomponente durchlässt. Beispielsweise lässt dieses Material Lichtkomponenten durch, deren Wellenlängen kürzer als 550 nm sind.
Wird das Lichtquellenfilter 33 in den Strahlengang eingebracht, so fallen ein Teil der Grünlichtkomponente sowie die Blaulichtkomponente, die in dem Weißlicht vorhanden sind, auf das Eintrittsende des Lichtleiters 41. Wird dagegen das Lichtquellenfilter 33 aus dem Strahlengang entfernt, so fällt das gesamte Weißlicht auf das Eintrittsende des Lichtleiters 41.
Mit dem Einbringen und Entfernen des Lichtquellenfilters 33 wird begonnen, wenn der Benutzer einen Änderungsschalter 44 betätigt, der an dem elektronischen Endoskop 40 angebracht ist. Der Änderungsschalter 44 ist mit der Systemsteuerung 22 verbunden. Die Systemsteuerung 22 steuert den Motor 35 entsprechend der von dem Benutzer vorgenommenen Betä tigung des Änderungsschalters 44 so, dass das Lichtquellenfilter 33 in den Strahlengang eingebracht oder aus diesem entfernt wird.
Das aus dem Austrittsende des Lichtleiters 41 abgestrahlte Licht beleuchtet durch eine Zerstreuungslinse 45 einen peripheren Bereich nahe dem Kopfende des Einführrohrs 42. Die Bilderzeugungsvorrichtung 43 nimmt über eine Objektivlinse 46 ein optisches Bild des beleuchteten Objektes auf. Ein Treiber 23 steuert die Abbildungsvorrichtung 43 so, dass diese eine entsprechende Bildaufnahmeoperation ausführt. Die Abbildungsvorrichtung 43 erzeugt dann ein Bildsignal.
Eine Vielzahl von Pixeln bildet eine Empfangsfläche der Abbildungsvorrichtung 43. Wenn die Abbildungsvorrichtung 43 die vorstehend genannte Bildaufnahmeoperation ausführt, erzeugt jedes Pixel ein Pixelsignal entsprechend der empfangenen Lichtmenge. Das Bildsignal beinhaltet demnach eine Vielzahl von Pixelsignalen, die von den Pixeln erzeugt werden.
Jedes Pixel ist mit einem Rotfilter, einem Grünfilter, einem ersten Blaufilter oder einem zweiten Blaufilter bedeckt. Wie in 3 gezeigt, lässt das erste Blaufilter eine Blaulichtkomponente durch, deren Wellenlänge innerhalb eines Wellenlängenbandes von 400 nm bis 450 nm liegt (vergl. B1). Das zweite Blaufilter lässt eine Blaulichtkomponente durch, deren Wellenlänge innerhalb eines Wellenlängenbandes von 450 nm bis 500 nm liegt (vergl. B2). Das Grünfilter lässt eine Grünlichtkomponente durch, deren Wellenlänge innerhalb eines Wellenlängenbandes von 500 nm bis 600 nm liegt (vergl. G). Das Rotfilter lässt eine Rotlichtkomponente durch, deren Wellenlänge innerhalb eines Wellenlängenbandes von 600 nm bis 700 nm liegt (vergl. R).
Wie in 4 gezeigt, sind das Rotfilter (R) und das erste Blaufilter (B1) wiederholt und abwechselnd, d.h. gleichsam verschachtelt, längs einer ersten Spalte angeordnet. Das Grünfilter (G) und das zweite Blaufilter (B2) sind wiederholt und abwechselnd (verschachtelt) längs einer zweiten Spalte angeordnet. Die erste und die zweite Spalte sind wiederum wiederholt und abwechselnd (verschachtelt) angeordnet. Zudem ist das zweite Blaufilter in der gleichen Zeile wie das Rotfilter angeordnet, während das erste Blaufilter in der gleichen Zeile wie das Grünfilter angeordnet ist.
Das Pixelsignal, das von dem jeweiligen, mit dem zugehörigen Farbfilter bedeckten Pixel erzeugt wird, stellt ein Signal dar, das der Menge der empfangenen Farblichtkomponente entspricht, die durch das zugehörige Farbfilter geht. Entsprechend erzeugt ein mit dem Rotfilter bedecktes Pixel eine R-Signalkomponente entsprechend der Menge der empfangenen Rotlichtkomponente. Ein Pixel, das mit dem Grünfilter bedeckt ist, erzeugt eine G-Signalkomponente entsprechend der Menge der empfangenen Grünlichtkomponente. Ein Pixel, das mit dem ersten Blaufilter bedeckt ist, erzeugt eine B1-Signalkomponente entsprechend der Menge der empfangenen Blaulichtteilkomponente, die eine bestimmte Wellenlänge aufweist. Ein Pixel, das mit dem zweiten Blaufilter bedeckt ist, erzeugt eine B2-Signalkomponente entsprechend der Menge der empfangenen Blaulichtteilkomponente, die eine von der vorstehend genannten Wellenlänge verschiedene Wellenlänge aufweist. Die R-, G-, B1- und B2-Signalkomponenten werden an die Bildsignalverarbeitungseinheit 21 gesendet.
Befindet sich das Lichtquellenfilter 33 in dem Strahlengang, so ist der Intensitätspegel der R-Signalkomponente im Wesentlichen gleich Null, da in diesem Fall die Rotlichtkomponente nicht auf das Objekt gestrahlt wird.
Die Bildsignalverarbeitungseinheit 21 enthält eine erste Signalverarbeitungsschaltung 24, eine zweite Signalverarbeitungsschaltung 25, eine Schmalbandbild-Verarbeitungsschaltung 26 (im Folgenden auch als NBI-Schaltung bezeichnet), eine Normal- oder Standardbild-Verarbeitungsschaltung 27 (im Folgenden auch als NI-Schaltung bezeichnet) sowie einen Umschaltkreis 28.
Das Bildsignal, das die R-, G-, B1- und B2-Signalkomponente enthält, wird an die erste Signalverarbeitungsschaltung 24 gesendet. Die erste Signalverarbeitungsschaltung 24 wandelt das Bildsignal von einem analogen Signal in ein digitales Signal und führt an letzterem eine vorbestimmte Signalverarbeitung durch.
Das so verarbeitete Bildsignal wird entweder an die NBI-Schaltung 26 oder die NI-Schaltung 27 gesendet. Die erste Signalverarbeitungsschaltung 24, die NBI-Schaltung 26 und die NI-Schaltung 27 sind an eine Zeitsteuerung 29 angeschlossen. Die Zeitsteuerung 29 steuert die Signalverarbeitung, die jeweils in der ersten Signalverarbeitungsschaltung 24, der NBI-Schaltung 26 und der NI-Schaltung 27 durchgeführt wird. Außerdem bestimmt die Zeitsteuerung 29, ob die erste Signalverarbeitungsschaltung 24 das Bildsignal an die NBI-Schaltung 26 oder die NI-Schaltung 27 sendet.
Die Zeitsteuerung 29 ist mit der Systemsteuerung 22 verbunden. Die Systemsteuerung 22 steuert den Betrieb der Zeitsteuerung 29. Um die Schaltung, an die das Bildsignal gesendet wird, zu wechseln, steuert die Systemsteuerung 22 die Zeitsteuerung 29 entsprechend der an dem Ände rungsschalter 44 vorgenommenen Eingabe. Auf diese Weise wird die Schaltung bestimmt, an die das Bildsignal gesendet wird.
Die NI-Schaltung 27 nimmt an dem Bildsignal eine vorbestimmte Signalverarbeitung vor, z. B. eine Farbseparation, einen Weißabgleich, eine Interpolation, eine Gammakorrektur und eine Y/C-Verarbeitung: Dabei werden die B1- und die B2-Signalkomponente aufsummiert und auf diese Weise ein Signal erzeugt, das der Blaulichtkomponente entspricht. Die vorbestimmte Signalverarbeitung wird an diesem erzeugten, der Blaulichtkomponente entsprechenden Signal vorgenommen. Bei der Aufsummierung der B1- und der B2-Signalkomponente werden die beiden genannten Signalkomponenten separat voneinander gewichtet. Dabei werden die Gewichte, mit denen die B1- und die B2-Signalkomponente multipliziert werden, entsprechend einer von dem Benutzer vorgenommenen Eingabe modifiziert, die letzterer an einem nicht gezeigten Bedienfeld oder an einer Tastatur 37 vornimmt, die an die Zeitsteuerung 29 angeschlossen ist.
Andererseits nimmt die NBI-Schaltung 26 an dem Bildsignal eine Farbseparation, eine Interpolation und eine Gammakorrektur vor. Nach der Gammakorrektur führt die NBI-Schaltung 26 nur an der B1-Signalkomponente eine konturenverstärkende oder randbetonende Verarbeitung durch. Ferner nimmt die NBI-Schaltung 26 auch für die B1-Signalkomponente (die zuvor konturenverstärkt worden ist), an der B2-Signalkomponente und der G-Signalkomponente eine Y/C-Verarbeitung vor. Die NBI-Schaltung 26 kann auch so arbeiten, dass sie die B1-Signalkomponente, die zuvor der Konturenverstärkung unterzogen worden ist, verstärkt, worauf die verstärkte B1-Signalkomponente anstelle der unverstärkten B1-Signalkomponente für die Y/C-Verarbeitung genutzt werden kann. Ein Verstärkungsfaktor, mit dem die B1-Signalkomponente verstärkt wird, kann durch eine Eingabe modifiziert werden, die der Benutzer an dem Bedienfeld oder der Tastatur 37 vornimmt.
Das Bildsignal, an dem die NI-Schaltung 27 oder die NBI-Schaltung 26 die oben beschriebene Signalverarbeitung vorgenommen hat, wird an den Umschaltkreis 28 gesendet. Der Umschaltkreis 28 sendet das Bildsignal, das entweder von der NI-Schaltung 27 oder der NBI-Schaltung 26 ausgegeben wird, an die zweite Signalverarbeitungsschaltung 25.
Die zweite Signalverarbeitungsschaltung 25 wandelt das gesendete Bildsignal in ein zusammengesetztes Videosignal. Die zweite Signalverarbeitungsschaltung 25 führt außerdem eine vorbestimmte Signalverarbeitung durch, z. B. eine D/A-Wandlung, eine Klammerung und eine Austastung.
Das so verarbeitete zusammengesetzte Videosignal wird an den Monitor 50 ausgegeben. Wie oben beschrieben, wird dann auf dem Monitor 50 das aufgenommene Objekt dargestellt. Wird Weißlicht auf das Objekt gestrahlt, so wird ein Normal- oder Standardbild des Objektes auf Grundlage des Bildsignals dargestellt, an dem die NI-Schaltung 27 die oben beschriebene Signalverarbeitung vorgenommen hat. Wird dagegen Blau/Grünlicht auf das Objekt gestrahlt, indem das Lichtquellenfilter 33 in den Strahlengang eingebracht wird, so wird ein Schmalbandbild des Objektes auf Grundlage des Bildsignals dargestellt, an dem die NBI-Schaltung 26 die oben beschriebene Signalverarbeitung vorgenommen hat. In dem Schmalbandbild wird Gewebe, das in einer bestimmten Tiefe unterhalb der Organwand liegt, verstärkt.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm nach 5 eine von dem Endoskopprozessor 20 durchgeführte Signalverarbeitung zum Darstellen eines Standardbildes oder eines Schmalbandbildes erläutert.
In Schritt S100 wird das gesamte Endoskopsystem initialisiert. In dieser Initialisierung wird die Abbildungsvorrichtung 43 in den Stand gesetzt, ein optisches Bild aufzunehmen, die Lichtquelle 31 in den Stand gesetzt, Weißlicht auszusenden, und die Bildsignalverarbeitungseinheit 21 in den Stand gesetzt, die oben beschriebene Signalverarbeitung durchzuführen.
Nach der Initialisierung fährt der Prozess mit Schritt S101 fort. In Schritt S101 wird ermittelt, ob der Änderungsschalter 44 auf den Modus zum Darstellen des Standardbildes, im Folgenden als Standardbildmodus, oder den Modus zum Darstellen des Schmalbandbildes, im Folgenden als Schmalbandbildmodus bezeichnet, eingestellt ist.
Ist der Änderungsschalter 44 auf den Schmalbandbildmodus geschaltet, so fährt der Prozess mit Schritt S102 fort. In Schritt S102 wird das Lichtquellenfilter 33 in den Strahlengang eingebracht. Dann fährt der Prozess mit Schritt S103 fort. In Schritt S103 wird das von der Abbildungsvorrichtung 43 erzeugte Bildsignal an die NBI-Schaltung 26 gesendet, in der das Bildsignal einer Schmalbandbild- oder NBI-Verarbeitung unterzogen wird. Dabei stellt die NBI-Verarbeitung die von der NBI-Schaltung 26 durchgeführte Signalverarbeitung einschließlich der nur an der B1-Signalkomponente vorgenommenen Konturenverstärkung dar.
Nach der NBI-Verarbeitung fährt der Prozess mit Schritt S104 fort. In Schritt S104 schaltet der Umschaltkreis 28 auf die NBI-Schaltung 26, um das Schmalbandbild darzustellen.
Ist in Schritt S101 der Änderungsschalter 44 auf den Standardbildmodus eingestellt, so fährt der Prozess mit Schritt S105 fort. In Schritt S105 wird das Lichtquellenfilter 33 aus dem Strahlengang des von der Lichtquelle 31 ausgesendeten Lichtes entfernt. Anschließend fährt der Prozess mit Schritt S106 fort. In Schritt S106 wird das von der Abbildungsvorrichtung 43 erzeugte Bildsignal an die NI-Schaltung 27 gesendet, in der dann eine Standardbild- oder NI-Verarbeitung an dem gesendeten Bildsignal vorgenommen wird. Dabei stellt die NI-Verarbeitung die von der NI-Schaltung 27 durchgeführte Signalverarbeitung dar.
Nach der NI-Verarbeitung fährt der Prozess mit Schritt S107 fort. In Schritt S107 schaltet der Umschaltkreis 28 auf die NI-Schaltung 27, um das Standardbild darzustellen.
Nach Schritt S104 oder S107 fährt der Prozess mit Schritt S108 fort. In Schritt S108 wird das zusammengesetzte Videosignal auf Grundlage des (der NBI-Verarbeitung oder der NI-Verarbeitung unterzogenem) Bildsignals erzeugt. Das zusammengesetzte Videosignal wird dann den Monitor 50 gesendet.
In Schritt S109 wird ermittelt, ob ein Eingabebefehl vorliegt, die durch das elektronische Endoskop 40 vorgenommene Beobachtung zu beenden. Liegt ein solcher Eingabebefehl zur Beendigung vor, so wird die Verarbeitung zur Darstellung des Bildes beendet. Andernfalls kehrt der Prozess zu Schritt S101 zurück. Die Schritte S101 bis S109 werden so lange wiederholt, bis ein Eingabebefehl zur Beendigung vorliegt.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann ein bestimmtes Gewebe unter der Organwand klar und deutlich beobachtet werden, ohne mit einem rotierenden Farbfilter arbeiten zu müssen, das in einem Bildaufnahmesystem verwendet wird, das nach dem Halbbildfolgeverfahren arbeitet. Da kein nach dem Halbbildfolgeverfahren arbeitendes Bildaufnahmesystem, sondern ein Einchip-Bildaufnahmesystem bei dem elektronischen Endoskopsystem 10 zur Anwendung kommt, kann ein Bild hoher Qualität dargestellt werden, was eine noch präzisere Diagnose ermöglicht. Da der gesamte Mechanismus, der bei dem elektronischen Endoskopsystem 10 vorgesehen ist, einfacher aufgebaut ist als bei einem Endoskopsystem, das nach einem Halbbildfolgeverfahren arbeitet, kann der gesamte Mechanismus vereinfacht und die Instandhaltung und Wartung vergleichsweise aufwandsarm gehalten werden.
Im Folgenden werden die einzelnen Funktionen des elektronischen Endoskops 40, der Lichtquelleneinheit 30 und des Endoskopprozessors 20 beschrieben, die das elektronische Endoskopsystem 10 bilden.
Zunächst wird die Funktion des elektronischen Endoskops 40 beschrieben.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann das elektronische Endoskop 40 ein einem Schmalbandbild entsprechendes Bildsignal erzeugen, selbst wenn Weißlicht auf das Objekt gestrahlt wird. Der Grund hierfür liegt darin, dass mit einem Teil der Pixel, die mit einem Farbfilter bedeckt sind, das eine empfangene Lichtkomponente in einem bestimmten Wellenlängenband durchlässt, ein Pixelsignal erzeugt werden kann, das der Menge der empfangenen, dieses bestimmte Wellenlängenband aufweisenden Lichtkomponente entspricht, die eine gewünschte Tiefe unterhalb der Organwand erreicht.
Insbesondere kann das elektronische Endoskop ein Pixelsignal entsprechend der Menge einer empfangenen Lichtkomponente erzeugen, deren Wellenlänge innerhalb eines Wellenlängenbandes von 400 nm bis 500 nm liegt. Die Lichtkomponente, deren Wellenlänge innerhalb eines Wellenlängenbandes von 400 nm bis 500 nm liegt, erreicht eine Tiefe unterhalb der Organwand, in der Kapillargefäße vorhanden sind. Auf diese Weise kann ein genaues Bild eines Kapillargefäßes, das ein wichtiges Beobachtungsziel bildet, im Detail dargestellt werden.
Zudem kann ein Pixel, das mit dem ersten Blaufilter bedeckt ist, ein Pixelsignal entsprechend der Menge einer empfangenen Lichtkomponente erzeugen, deren Wellenlänge etwa bei 420 nm liegt. Eine Lichtkomponente, deren Wellenlänge bei etwa 420 nm liegt, wird von Hämoglobin am stärksten absorbiert. Das Bild des Kapillargefäßes kann so noch detailreicher dargestellt werden. Außerdem kann ein Bild eines blutenden Körperteils deutlich und klar dargestellt werden.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann das elektronische Endoskop 40 nicht nur ein einem Schmalbandbild entsprechendes Bildsignal, sondern auch ein einem Normal- oder Standardbild entsprechendes Bildsignal präzise erzeugen. Zum Darstellen eines Schmalbandbildes wird herkömmlicherweise entweder nur das erste oder nur das zweite Blaufilter für eine Abbildungsvorrichtung verwendet. Mit einer solchen Abbildungsvorrichtung kann ein Standardbild nicht präzise dargestellt werden, da die Blaulichtkomponente eines mit Weißlicht bestrahlten Objektes nicht vollständig aufgenommen werden kann, indem nur ein Pixelsignal erzeugt wird, das dem empfangenen Licht entspricht, das durch das erste oder das zweite Blaufilter geht. Wie oben beschrieben, kann jedoch das elektronische Endoskop 40 Bildsignale erzeugen, die einem präzisen Standardbild entsprechen, da die Blaulichtkomponente durch Aufsummieren von Pixelsignalen erfasst werden kann, die von Pixeln erzeugt werden, die separat von dem ersten und dem zweiten Blaufilter bedeckt sind.
So sind in dem elektronischen Endoskop 40 des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels jeweils vier Pixel, die in zwei Zeilen und in zwei Spalten angeordnet sind, separat mit dem Rotfilter, dem Grünfilter, dem ersten Blaufilter oder dem zweiten Blaufilter bedeckt. Auf diese Weise kann ein Bild dargestellt werden, das identische Auflösungen in Spaltenrichtung und in Zeilenrichtung aufweist.
In dem elektronischen Endoskop 40 nach oben beschriebenem Ausführungsbeispiel werden das erste Blaufilter und das zweite Blaufilter verwendet. Durch das erste Blaufilter tritt Licht in einem Wellenlängenband von 400 nm bis 450 nm, so dass ein Kapillargefäß aufgenommen werden kann, welches oberflächlich unter der Organwand, d. h. nur in geringer Tiefe unter der Organwand angeordnet ist. Durch das zweite Blaufilter tritt Licht in einem Wellenlängenband von 450 nm bis 500 nm. Es können jedoch beliebige Filter zur Anwendung kommen, die Licht in einem bestimmten Wellenlängenband durchlassen, sofern dieses Licht die Tiefe erreicht, in der das zu betrachtende Gewebe unterhalb der Organwand angeordnet ist.
In dem elektronischen Endoskop 40 nach oben beschriebenem Ausführungsbeispiel kann ferner die B1- oder die B2-Signalkomponente zum Darstellen eines Schmalbandbildes erzeugt werden, das auf die Blaulichtkomponente bezogen ist. Es ist jedoch ebenso möglich, eine Rot- oder eine Grünsignalkomponente entsprechend der in einem schmalen Wellenlängenband liegenden Rot- oder Grünlichtkomponente zu erzeugen, indem einige Pixel mit einem Rot- oder einem Grünfilter belegt werden, das nur die Rot- oder Grünlichtkomponente innerhalb des vorbestimmten schmalen Wellenlängenbandes durchlässt.
Im Weiteren wird die Funktion der Lichtquelleneinheit 30 beschrieben.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann Gewebe, das oberflächlich unter der Organwand liegt, betrachtet werden, indem die Blaulichtkomponente des an dem Objekt reflektierten Lichtes erfasst wird. In der Regel ist die Empfindlichkeit einer Abbildungsvorrichtung, z. B. eines CCDs, gegenüber der Blaulichtkomponente ist geringer als gegenüber der Rot- oder der Grünlichtkomponente. Demzufolge wird zur Erzeugung eines Bildsignals, das einem mit einer Blaulichtkomponente gewonnenen Schmalbandbild entspricht, vorzugsweise eine größere Lichtmenge auf das Objekt gestrahlt. Andererseits ist es im Hinblick darauf, das mit Licht bestrahlte Organ vor einer Schädigung, z. B. einer Verbrennung zu schützen, von Vorteil, wenn das Organ mit einer möglichst geringen Lichtmenge bestrahlt wird. Die in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendete Lichtquelleneinheit 30 ist im Stande, Licht auszusenden, aus dem die Rotlichtkomponente entfernt ist, die hauptsächlich für eine Organschädigung durch Verbrennung verantwortlich ist. Auf diese Weise kann eine Organverbrennung verhindert werden, selbst wenn die Lichtquelle 31 eine vergleichsweise hohe Lichtmenge abgibt, um ein klares Schmalbandbild darzustellen.
Wie später noch genauer beschrieben, erzeugt der Endoskopprozessor 20 das zusammengesetzte Videosignal, das einem Schmalbandbild entspricht, nicht nur auf Grundlage der B1- und der B2-Signalkomponente, sondern auch auf Grundlage der G-Signalkomponente. Im Stand der Technik war es bisher schwierig, eine B1- und eine B2-Signalkomponente zu erzeugen, deren Signalintensitäten hoch genug waren, um ein deutliches und klares Schmalbandbild darstellen zu können, ohne zugleich die G-Signalkomponente zu sättigen. Dies lag daran, dass bei einer Bestrahlung des Organs mit Weißlicht die in der Abbildungsvorrichtung empfangene Menge der Blaulichtkomponente geringer als die der Grünlichtkomponente war. Um dieses Problem zu lösen, wird in der Lichtquelleneinheit 30 ein Teil der Grünlichtkomponente aus dem von der Lichtquelle 31 ausgesendeten Weißlicht herausgefiltert. Demzufolge ist die Lichtquelleneinheit 30 im Stande, B1-, B2- und G-Signalkomponenten in nahezu gleichen Lichtmengen auszusenden, so dass B1- und B2-Signalkomponenten mit ausreichend hoher Signalintensität erzeugt werden können, ohne zugleich die G-Signalkomponente zu sättigen.
In der Lichtquelleneinheit 30 nach oben beschriebenem Ausführungsbeispiel geht die Lichtkomponente, deren Wellenlänge kürzer als 500 nm ist, durch das Lichtquellenfilter 33 hindurch. Es sind jedoch auch andere optische Filter anwendbar, die es der Abbildungsvorrichtung 43 ermöglichen, die B1-, B2- und G-Signalkomponenten mit nahezu gleichen Signalintensitäten zu erzeugen.
Im Folgenden wird die Funktion des Endoskopprozessors 20 beschrieben.
Im Stand der Technik stellt ein elektronisches Endoskopsystem ein Schmalbandbild in einer einzigen Farbe dar, da das Schmalbandbild durch Bestrahlung eines Objektes ausschließlich mit Licht innerhalb eines schmalen Wellenlängenbandes erzeugt wird. Dagegen erzeugt in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Endoskopprozessor 20 ein einem Schmalbandbild entsprechendes Bildsignal auf Grundlage von Pixelsignalen, die nicht nur den Lichtmengen der in einem schmalen Wellenlängenband liegenden empfangenen Lichtkomponenten entsprechen, sondern auch die Lichtmengen anderer empfangener Lichtkomponenten beinhalten. Der Endoskopprozessor 20 ist so im Stande, ein Schmalbandbild lebhafter darzustellen, als dies ein herkömmlicher Endoskopprozessor kann.
Werden andererseits zur Darstellung eines Schmalbandbildes gleichzeitig Pixelsignale genutzt, die zum Einen den Lichtmengen empfangener Lichtkomponenten eines vorbestimmten schmalen Wellenlängenbandes und andererseits den Lichtmengen empfangener Lichtkomponenten eines anderen Wellenlängenbandes entsprechen, so ist ein herkömmliches Endoskopsystem bisher infolge der unterschiedlichen Empfindlichkeiten der in ihm verwendeten Abbildungsvorrichtung gegenüber den in Rede stehenden Wellenlängenbändern nicht im Stande, ein Gewebe, das der Benutzer betrachten möchte, deutlich genug darzustellen. Insbesondere ist die Empfindlichkeit gegenüber der Blaulichtkomponente geringer als die Empfindlichkeiten gegenüber der Rot- und der Grünlichtkomponente. Demzufolge ist Gewebe, das hauptsächlich die Blaulichtkomponente reflektiert, in dem gesamten Schmalbandbild unsichtbar. Dagegen wird in dem Endoskopprozessor 20 nach oben beschriebenem Ausführungsbeispiel ein einem Schmalbandbild entsprechendes Bildsignal anhand der B1-Signalkomponente, an der eine konturenverstärkende Verarbeitung vorgenommen worden ist, sowie anhand anderer Signalkomponenten erzeugt. Auf diese Weise kann ein Schmalbandbild anhand von anderen Primärfarbsig nalkomponenten dargestellt und dabei das zu betrachtende Gewebe, beispielsweise ein Kapillargefäß, klar und deutlich angezeigt werden.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erzeugt der Endoskopprozessor 20 ein der Blaulichtkomponente entsprechendes Bildsignal auf Grundlage der B1- und der B2-Signalkomponente. Demzufolge können sowohl ein Standardbild als auch ein Schmalbandbild präzise auf dem Monitor dargestellt werden.
In dem Endoskopprozessor 20 nach oben beschriebenem Ausführungsbeispiel können die Gewichte, mit denen die B1- und die B2-Signalkomponente multipliziert werden, geändert werden. Demzufolge kann auf dem Monitor 50 ein Standardbild mit einem verbesserten Farbton dargestellt werden.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel nimmt der Endoskopprozessor 20 in der NBI-Schaltung 26 eine Y/C-Verarbeitung an der B1-Signalkomponente (die zuvor konturenverstärkend verarbeitet worden ist), der B2-Signalkomponente und der G-Signalkomponente vor. Es ist jedoch ebenso möglich, die Y/C-Verarbeitung nicht nur an den vorstehend genannten Farbsignalkomponenten, sondern auch an der R-Signalkomponente vorzunehmen. Die Signalintensität der R-Signalkomponente ist im Wesentlichen Null, wenn das Lichtquellenfilter 33 in dem Schmalbandbildmodus in den Strahlengang eingebracht ist, so dass die R-Signalkomponente von der Y/C-Verarbeitung in der NBI-Schaltung 26 ausgeschlossen werden kann, um Rechenzeit zu sparen. Fällt aber auch ohne Verwendung der Lichtquelleneinheit 30 Weißlicht auf das Objekt und übersteigt die Signalintensität der R-Signalkomponente den Wert Null, so ist es von Vorteil, auch die R-Signalkomponente für die Y/C-Verarbeitung heranzuziehen.

Claims

Elektronisches Endoskop (40), umfassend eine Bilderzeugungsvorrichtung (43) mit einem ersten Pixel, das von einem ersten Farbfilter bedeckt ist, das eine erste Lichtkomponente durchlässt, die entsprechend der Lage des zu betrachtenden Objektes eine vorbestimmte Tiefe unter einer Organwand erreicht.
Elektronisches Endoskop (40) nach Anspruch 1, bei dem die erste Lichtkomponente zu einer von drei Primärfarben gehört und die Abbildungsvorrichtung (43) ferner umfasst: – ein zweites Pixel, das von einem zweiten Farbfilter bedeckt ist, welches eine zweite Lichtkomponente durchlässt, die zu der gleichen Primärfarbe wie die erste Lichtkomponente gehört und deren Wellenlängenband von dem der ersten Lichtkomponente verschieden ist; – ein drittes Pixel, das von einem dritten Farbfilter bedeckt ist, welches eine dritte Lichtkomponente durchlässt, die zu einer Primärfarbe gehört, die von der Primärfarbe der ersten Lichtkomponente verschieden ist; und – ein viertes Pixel, das von einem vierten Farbfilter bedeckt ist, welches eine vierte Lichtkomponente durchlässt, die zu einer Primärfarbe gehört, die von den Primärfarben der ersten Lichtkomponente und der dritten Lichtkomponente verschieden ist.
Elektronisches Endoskop (40) nach Anspruch 2, bei dem – die Abbildungsvorrichtung (43) eine erste Pixelreihe, die durch eine sich wiederholende und abwechselnde Anordnung des ersten und des dritten Pixels längs einer ersten Richtung gebildet ist, und eine zweite Pixelreihe aufweist, die durch eine sich wiederholende und abwechselnde Anordnung des zweiten und des vierten Pixels längs der genannten ersten Richtung gebildet ist, und – die erste Pixelreihe und die zweite Pixelreihe wiederholt und abwechselnd längs einer zweiten Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung liegt, auf einer Empfangsfläche der Abbildungsvorrichtung (43) angeordnet sind.
Elektronisches Endoskop (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wellenlänge der ersten Lichtkomponente innerhalb eines Wellenlängenbandes zwischen 400 nm und 450 nm liegt.
Elektronisches Endoskop (40) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Wellenlänge der zweiten Lichtkomponente innerhalb eines Wellenlängenbandes zwischen 450 nm und 500 nm, die Wellenlänge der dritten Lichtkomponente innerhalb eines Wellenlängenbandes zwischen 500 nm und 600 nm und die Wellenlänge der vierten Lichtkomponente innerhalb eines Wellenlängenbandes zwischen 600 nm und 700 nm liegt.
Endoskoplichtquelleneinheit (30), umfassend: – eine Lichtquelle (31), die Beleuchtungslicht auf ein Objekt aussendet; – ein Lichtquellenfilter (33), das eine Lichtkomponente innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbandes aus dem Beleuchtungslicht herausfiltert; und – einen Filterantrieb (34, 35, 36), der das Lichtquellenfilter (33) in den Strahlengang des Beleuchtungslichtes einbringt oder aus diesem entfernt.
Endoskoplichtquelleneinheit (30) nach Anspruch 6, bei der das Lichtquellenfilter (33) so ausgebildet ist, dass es eine Blaulichtkomponente oder eine Grünlichtkomponente durchlässt.
Endoskoplichtquelleneinheit (30) nach Anspruch 6 oder 7, bei der das Lichtquellenfilter (33) so ausgebildet ist, dass es eine Lichtkomponente mit einer Wellenlänge durchlässt, die kürzer als 550 nm ist.
Endoskopprozessor (20), umfassend: – eine Eingabeeinheit (44) zum Erfassen einer benutzerseitig vorgenommenen Eingabe, durch die einer von mehreren vorbestimmten Darstellungsmodi zum Darstellen eines mit einem elektronischen Endoskop (40) nach einem der Ansprüche 2 bis 5 aufgenommenen Bildes auswählbar ist; und – eine Signalverarbeitungseinheit (21), die eine konturenverstärkende Verarbeitung nur für ein von dem ersten Pixel erzeugtes Pixelsignal vornimmt, wenn ein Schmalbandbildmodus ausgewählt ist, der einer der vorbestimmten Darstellungsmodi ist.
Endoskopprozessor (20) nach Anspruch 9, bei dem die Signalverarbeitungseinheit (21) durch Aufsummieren des ersten und des zweiten Pixelsignals, die von dem ersten und dem zweiten Pixel erzeugt werden, ein erstes Bildsignal erzeugt, das eine erste Farbsignalkomponente der ersten Lichtkomponente enthält, wenn die Abbildungsvorrichtung (43) ein optisches Bild des Objektes aufnimmt.
Endoskopprozessor (20) nach Anspruch 10, bei dem das erste und das zweite Pixelsignal separat voneinander gewichtet werden können und die Gewichte, mit denen das erste und das zweite Pixelsignal multipliziert werden, beim Aufsummieren des ersten und des zweiten Pixelsignals zur Erzeugung der ersten Farbsignalkomponente änderbar sind.
Elektronisches Endoskopsystem, umfassend: – eine Abbildungsvorrichtung (43) mit einem ersten Pixel, das von einem ersten Farbfilter bedeckt ist, das eine erste Lichtkomponente durchlässt, die entsprechend der Lage des zu betrachtenden Objektes eine vorbestimmte Tiefe unter einer Organwand erreicht, mit einem zweiten Pixel, das von einem zweiten Farbfilter bedeckt ist, welches eine zweite Lichtkomponente durchlässt, die zu der gleichen Primärfarbe wie die erste Lichtkomponente gehört und deren Wellenlängenband von dem der ersten Lichtkomponente verschieden ist, mit einem dritten Pixel, das von einem dritten Farbfilter bedeckt ist, welches eine dritte Lichtkomponente durchlässt, die zu einer Primärfarbe gehört, die von der Primärfarbe der ersten Lichtkomponente verschieden ist, und mit einem vierten Pixel, das von einem vierten Farbfilter bedeckt ist, welches eine vierte Lichtkomponente durchlässt, die zu einer Primärfarbe gehört, die von den Primärfarben der ersten Lichtkomponente und der dritten Lichtkomponente verschieden ist; – eine Eingabeeinheit (44) zum Erfassen einer benutzerseitig vorgenommenen Eingabe, durch die einer von mehreren vorbestimmten Darstellungsmodi zum Darstellen eines mit der Abbildungsvorrichtung (43) aufgenommenen Bildes auswählbar ist; und – eine Signalverarbeitungseinheit (21), die eine konturenverstärkende Verarbeitung nur für ein von dem ersten Pixel erzeugtes Pixelsignal vornimmt, wenn ein Schmalbandbildmodus ausgewählt ist, der einer der vorbestimmten Darstellungsmodi ist.
Elektronisches Endoskopsystem (10) nach Anspruch 12, ferner umfassend: – eine Lichtquelle (31), die Beleuchtungslicht auf ein Objekt aussendet; – ein Lichtquellenfilter (33), das die vierte Lichtkomponente und einen Teil der dritten Lichtkomponente aus dem Beleuchtungslicht herausfiltert; und – einen Filterantrieb (34, 35, 36), der das Lichtquellenfilter (33) in den Strahlengang des Beleuchtungslichtes einbringt, wenn der Schmalbandbildmodus ausgewählt ist.