专利名称：诊断系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种诊断系统，该诊断系统生成对在活组织中具有病变部分的可能性较闻的区域进行指不的指标。
背景技术：
近来，已经提出具有光谱仪功能的电子内窥镜，例如在日本专利临时公开N0.2007-135989A中所描述的。通过应用这种内窥镜，可以获得活组织的光谱特性(关于频率的光吸收率分布)，比如消化器官的黏膜，例如胃或直肠。众所周知，物质的光谱特性反映了关于包含在作为观察目标的活组织的表层附近的成分的类型或密度的信息，其建立在属于分析化学的学术框架的领域中。在该领域中还众所周知的是，组成复合组织的物质的光谱特性反映了通过对组成复合组织的基本成分的光谱特性进行叠加而获得的信息。存在一种具有化学结构的物质很少包含在活体组织的健康部分中，而包含在活组织中的病变部分中的情况。因此，包含病变部分的活组织的光谱特性不同于仅包含健康部分的活组织的光谱特性。由于健康部分和病变部分的光谱特性如上所述的彼此不同，因此通过比较健康部分和病变部分的光谱特性来判断活组织是否包含病变部分变得可行
发明内容
`如上所述，通过获得在活组织中的光谱信息，从光谱特性来判断在活体中病变部分的存在变得可行。然而，用于通过存在于活组织中的病变部分所引起的光谱特性做出判断，并从而确定病变部分的位置和区域的方法并没有被提出。本发明致力于解决上述问题。也即，本发明的目的是提供一种用于生成有助于判断在活组织中病变部分的区域的指标的诊断系统。为实现上述目标，根据本发明的诊断系统包括:光谱图像拍摄装置，所述光谱图像拍摄装置在体腔中在预定波长范围之内拍摄光谱图像，并且获得光谱图像数据；图像处理装置，所述图像处理装置获得所述光谱图像数据，并从所述光谱图像数据计算对具有病变部分的可能性较高的区域进行指示的指标；以及监视器，在所述监视器上显示所述指标。对于所述光谱图像中的每个坐标，所述图像处理装置计算在所述预定波长范围之内的所有光谱图像的强度值的累积值与在特定波段中的光谱图像的强度值之间的比率，作为所述指标。如上所述，对于在活组织中病变部分的光谱特性，在特定波段中的强度不同于健康部分的强度。然而，很难保持生物材料的反射角度为常数。因此，对于从光谱图像数据获得的光谱，总光量根据照明光到材料的照明角度而变化。出于该原因，根据本发明，首先获得光谱图像的图像像素的强度值的累积值，并且基于该累积值归一化图像像素的强度值。获得特定图像像素的目标波段的光谱强度与特定图像像素的强度值的累积强度之间的比率，并且由照明光与材料的照明角度引起的强度值的波动得以纠正。通过该过程获得的指标指示了特定波段的光谱特性与整个波长范围的光谱特性的比率。例如，具有较大比率的区域表示目标波长范围的强度分量较大，也即，光谱特性的变化相对于其他区域突出。此夕卜，当光谱特性针对病变部分的改变为已知时，该区域表示为待注明为病变部分的区域。当二维区域的光谱信息可用时，通过对图像像素的每一个进行如上所述的处理，获取病变信息作为区域诊断的结果变得可行。优选的是，可以操作所述图像处理装置以在监视器上显示指标图，所述指标图为所述指标的图形表示。应用该构造，可以通过参考所述指标图，容易地判断出哪个区域具有病变部分的可能性较高。通过结合所述光谱图像数据的蓝色、绿色和红色波段的数据，所述图像处理装置可以生成彩色图像数据；并且所述彩色图像数据和所述指标图并排布置，并显示在所述监视器上。应用该构造，可以通过对由所述光谱图像拍摄装置拍摄的活组织的彩色图像和所述指标图进行比较，容易地判断出哪个区域具有病变部分的可能性较高。优选的是，所述特定波段是其最大波长小于550nm到590nm的血红蛋白吸收波段的波段。例如，所述特定波段为480nm到520nm。如上所述，根据本发明，可以获得有助于判断在活组织中病变的存在区域的指标。
图1为显示根据本发明的实施方案的诊断系统的方框图。图2为显示在胃黏膜的图像中多图像像素的光谱的曲线图。图2 (a)为显示胃黏膜的健康部分的光谱的实例的曲线图，而图2 (b)是为显示胃黏膜的病变部分的光谱的实例的曲线图。
图3为显示在执行图2中所示的光谱的归一化处理之后所获得的光谱的实例的曲线图。图4为说明用于执行指标图的表示的程序的流程图，该程序通过根据本发明的实施方案的诊断系统的光谱图像处理单元来执行。图5显示了根据实例的指标图。
具体实施例方式下面，将参考所附附图来描述根据本发明的实施方案。图1为根据实施方案的诊断系统I的方框图。根据实施方案的诊断系统I被配置为生成待由医生参考的指标图像，用于诊断消化器官(比如胃或直肠)的疾病。诊断系统I包括电子内窥镜100、用于电子内窥镜的处理器200和图像显示装置300。在用于电子内窥镜的处理器200中，容纳有光源单元400和图像处理单元500。电子内窥镜100包括待插入体腔的插入管110和设置在插入管110的尖端部分(插入管尖端部分)111的目标光学系统121。通过容纳在插入管尖端部分111中的摄像器件141的光接收表面上的目标光学系统121来形成围绕插入管尖端部分111的活组织T的图像。摄像器件141定期地(例如，间隔1/30秒)输出对应于形成在光接收表面上的图像的图像信号。由摄像器件141输出的图像信号经由电缆142被传输到用于电子内窥镜的处理器200的图像处理单元500。图像处理单元500包括AD转换电路510、暂时存储器520、控制器530、视频存储器540和信号处理电路550。AD转换电路510对从电子内窥镜100的摄像器件141经由电缆142传输的图像信号执行AD转换以输出数字图像数据。从AD转换电路510输出的数字图像数据被传输到暂时存储器520并被存储在暂时存储器520中。控制器530对存储在暂时存储器520中的一段或多段图像数据进行处理以生成一段显示图像数据，并将该显示图像数据传输到视频存储器540。例如，控制器530产生了从图像数据段生成的显示图像数据，并将该显示图像数据存储在视频存储器540中，在该显示图像数据中布置并显示了多个图像数据段，或者在该显示图像数据中显示了通过使多个图像数据段经图像处理而获得的图像和作为图像处理的结果而获得的曲线图。信号处理电路550将存储在视频存储器540中的显示图像数据转换为具有预定格式(例如，NTSC格式)的视频信号，并输出该视频信号。从信号处理电路550输出的视频信号输入到图像显示装置300。因此，由电子内窥镜100所拍摄的内窥镜图像显示在图像显示装置300上。导光管131设置在电子内窥镜100中。导光管131的尖端部分131a布置为接近插入管尖端部分111，并且导光管131近端部分131b连接到用于电子内窥镜的处理器200。用于电子内窥镜的处理器200在其中包括具有产生大量白光的光源430的光源单元400(稍后描述)，例如氙灯。由光源单元400所产生的光入射到导光管131的近端部分131b上。已经进入导光管131的近端部分131b的光穿过导光管131被引导到尖端部分131a，并从尖端部分131a射出。在电子内窥镜100的插入管尖端部分111中的导光管131的尖端部分131a的附近设置有透镜132。从导光管131的尖端部分131a射出的光穿过透镜132，并且照亮靠近插入管尖端部分111的活组织T。如上所述，用于电子内窥镜的处理器200既具有作为视频处理器的功能，又具有作为光源装置的功能，该视频处理器处理从电子内窥镜100的摄像器件141输出的图像信号，该光源装置提供照亮 靠近电子内窥镜100的插入管尖端部分111到电子内窥镜100的导光管131的活组织T的照明光。在该实施方案中，用于电子内窥镜的处理器200的光源单元400包括光源430、准直透镜440、光谱滤光器410、滤光器控制单元420和聚光透镜450。从光源430射出白光由准直透镜440转换成准直光束，穿过光谱滤光器410，然后穿过聚光透镜450入射到导光管131的近端部分131b上。光谱滤光器410是将源自光源430的白光分解为预定波长(即选择波长)的光的圆板类型的滤光器，并且根据其旋转角度来选择并输出400nm、405nm、410nm、…、800nm的窄带光(约5nm的带宽)。光谱滤光器410的旋转角度由连接到控制器530的滤光器控制单元420来控制。由于控制器530经由滤光器控制单元420来控制光谱滤光器410的旋转角度，预定波长的光入射到导光管131的近端部分131b上，并且照亮靠近插入管尖端部分111的活组织T。然后，从活组织T反射的光聚集到如上所述的摄像器件141的光接收表面上，并且图像信号经由电缆142传输到图像处理单元500。图像处理单元500配置为这样一种装置，该装置以间隔5nm的波长经由电缆142从获得的活组织T的图像中获得多个光谱图像。具体而言，当光谱滤光器410选择并输出中心波长为400nm、405nm、410nm、…、800nm的窄带光(约5nm的带宽)时，获得各自波长的光谱图像。图像处理单元500具有处理由光谱滤光器410生成的多个光谱图像的功能，并且具有生成对病变部分的位置进行指示的彩色图像或指标图像的功能，如下文中所述。然后，图像处理单元500控制图像显示装置300来显示已处理的光谱图像。应当注意，作为光谱滤光器410，例如可以应用法布里-珀罗滤光器或应用透射型衍射光栅的滤光器。如上所述，通过应用具有不同波长的多个光谱图像，根据该实施方案的图像处理单元500具有生成对具有病变部分的可能性较高的区域的位置进行指示的指标图像的功能。下面，对指标图生成功能进行说明。首先，对以其为基础，通过根据该实施方案的图像处理单元500生成指标图的指标进行说明。图2为表示在胃黏膜的图像中多图像像素的光谱的曲线图。具体而言，图2
(a)表示对应于胃黏膜的健康部分的图像像素的光谱，而图2 (b)表示对应于胃黏膜的病变部分的图像像素的光谱。如图2所示，无论该光谱是健康部分还是病变部分，胃黏膜图像的光谱在600nm到700nm的波长具有大峰值(第一峰值)并且具有中心波长为500nm的小峰值(第二峰值)。如图2所示， 能够确认，健康部分的图像像素的光谱基本上类似于病变部分的图像像素的光谱。然而，当对二维分布的多个点执行检测时，由于在照明光与对象之间的角度的不同或电子内窥镜100的插入管尖端部分111 (图1)到点的距离的不同，对于检测有用的光量根据点而变化。为了纠正光量差异的影响，无论图2中所示的每个光谱的强度值如何，通过用在每个波长的相对强度的信息来代替每个光谱的强度值使得图2中所示的每个光谱被归一化，用于比较。在下面的流程中，执行归一化。在如上所述的归一化中，参考其最大强度在所有的多个样本图像像素中最大的图像像素，获得用于归一化其他图像像素的系数。我们定义胃粘膜的图像中每个图像像素的光谱为OnUi),其中n表示样本编号。也即，频谱表示在每个二维点的光谱强度。应当注意，在图像像素中，健康部分的图像像素和病变部分的图像像素是混合的。λ i表示光谱的每个中心波长，且采用A1=^OnnKλ 2=405nm,…、λ 81=800nm中的一个值。首先，搜索样本N，其0η( λ )的最大值在所有样本中最大。然后，对于η古N的0η( λ )，获得满足下面的表达式(I)的常数Κη。表达式(I)
SimXlog 0￥(1,-)= ITrtX^log On(Ii)在该表达式中，K表示通过计算光量差异而被优化的一组系数。在该计算中，使用对数表示来反映物质的化学密度；然而，正常的反射强度也可以被应用到计算中。经由上述过程，通过对图2所示的光谱进行归一化得到的光谱如图3所示。在图3中，实线表示对应于胃黏膜的健康部分的图像像素的归一化光谱，虚线表示对应于胃黏膜的病变部分的图像像素的归一化光谱。如图3所示，在归一化之后，对于第一峰值，图像像素之间几乎没有不同。另一方面，很明显，对于第二峰值，健康部分的图像像素具有比病变部分的图像像素高的水平。此外，对于在第一峰值和第二峰值之间的波谷(在波长550nm附近)的水平，健康部分的图像像素略高于病变部分的图像像素。也即，在480nm到590nm的波段中，健康部分的图像像素的水平比病变部分的图像像素的水平高。因此，可以理解为能够在中心为480nm到590nm的范围二维地提取光谱水平差。众所周知，550nm到590nm的波段为血红蛋白吸收波段。换言之，如果在550nm到590nm的波段中一个部分的水平低，则仅该部分具有高密度的血管，并且来自血液的信息得以追踪的可能性很高。出于该原因，在该实施方案中，具有最大波长小于血红蛋白的吸收波段的范围，例如在波长500nm附近的范围(480nm到520nm)，被用为指示病变部分的新标记。也即，分别定义的480nm到520nm的波段和血红蛋白的吸收波段的两段信息被应用，因此提供了更详细和更可靠的诊断支持信息。也即，根据实施方案的诊断系统I应用中心为480nm到520nm的波段中的水平作为指示病变部分的标记，并且生成对具有病变部分的可能性较高的区域的位置进行指示的指标图。因此，可以基于包含病变部分的各种类型的特征变化的光谱性质信息来提供诊断支持信息。然而，应当注意，上述的归一化处理具有较重的处理负荷，并且在内窥镜观察期间，很难在显示作为实时移动的图像的指标的同时，执行归一化处理。出于该原因，在该实施方案中，归一化处理被简化并且在极短的时段内获得指标。如图2所示，对于趋于均值的内窥镜图像的每个图像像素的强度值的贡献，第一峰值附近的分量的贡献为主导，而趋于均值的第二峰值附近的分量的贡献较低。因此，通过计算在第二峰值附近的强度值与在由光谱图像获得的内窥镜图像中的图像像素的强度值的累积值的比率而获得的数据作为指标，该指标指示了对于在所上所述的归一化光谱(将Kn乘以每个图像像素的强度值)中500nm波长附近的强度值的情况下，具有病变部分的可能性较高的区域的位置。在该实施方案中，通过用第二峰值附近的强度值去除图像像素的强度值的累积值而获得的数据用作指示具有病变部分的可能性较高的区域的位置的指标。也即，基于光谱图像，通过根据以下表达式(2)进行计算，从坐标(X，y)的图像像素的强度值O1 (X，y, λ )获得坐标(X, y)的指标O。(x, y)。
权利要求
1.一种诊断系统，包括: 光谱图像拍摄装置，所述光谱图像拍摄装置在体腔中在预定波长范围之内拍摄光谱图像，并且获得光谱图像数据； 图像处理装置，所述图像处理装置获得所述光谱图像数据，并从所述光谱图像数据计算对具有病变部分的可能性高的区域进行指示的指标；以及监视器，在所述监视器上显示所述指标， 其中，对于所述光谱图像中的每个坐标，所述图像处理装置计算在所述预定波长范围中的所有光谱图像的强度值的累积值与在特定波段中的光谱图像的强度值之间的比率，作为所述指标。
2.根据权利要求1所述的诊断系统， 其中，操作所述图像处理装置以显示指标图，所述指标图为所述指标的图形表示。
3.根据权利要求2所述的诊断系统， 其中: 通过结合所述光谱图像数据的蓝色、绿色和红色波段的数据，所述图像处理装置生成彩色图像数据；以及 所述彩色图像数据和所述指标图并排布置，并显示在所述监视器上。
4.根据权利要求1至3的任一项所述的诊断系统， 其中，所述特定波段是其最大波长小于550nm到590nm的血红蛋白吸收波段的波段。
5.根据权利要求4所述的诊断系统，其中所述特定波段为480nm到520nm。
全文摘要
一种诊断系统具有光谱图像拍摄装置，所述光谱图像拍摄装置用于在体腔中在预定波长范围内拍摄光谱图像，并且获得光谱图像数据；图像处理装置，所述图像处理装置用于获得所述光谱图像数据，并从所述光谱图像数据计算对为病变部位的可能性较高的区域进行指示的指标值；以及监视器，所述监视器用于显示指标值。对于所述光谱图像中的每个坐标，所述图像处理装置计算指标值，所述指标值为在整个预定波长范围的光谱图像的亮度的累积值与特定波段的光谱图像的亮度的比率。
文档编号A61B1/04GK103167822SQ20118004835
公开日2013年6月19日 申请日期2011年9月6日 优先权日2010年10月7日
发明者千叶亨, 小原佳巳, 桥爪诚, 松本主之, 小西晃造, 富川盛雅, 村田正治 申请人:Hoya株式会社, 国立大学法人九州大学