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Endoscope device

阅读:846发布:2021-05-17

专利汇可以提供Endoscope device专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an endoscope device capable of obtaining a bright captured image optimal for observing a structure and a component of a living body such as a microscopic blood vessel of a surface layer without making an operator intentionally adjust image processing and a light emission ratio between white illumination light and special light, such as a light emission amount while observing a captured image, in a special light observation.SOLUTION: The endoscopic device is provided which includes a light source part having a light source for emitting wide band light and a filter part equipped with an optical filter set for narrowing the band width of the spectrum of wide band light to form narrow band light with a predetermined wavelength band to emit surface sequential light, an imaging means for taking a captured image to output captured image information, an image processing means for performing predetermined image processing to the captured image information, and an imaging information detecting means for detecting an automatic exposure value, imaging magnification or subject information as imaging information. The optical filter set and an image processing condition are changed so as to change the detecting and emphasizing degrees of the structure and the component of the living body of the subject.,下面是Endoscope device专利的具体信息内容。

  • 可視領域を含む広い波長帯域を持つ広帯域光を出射する光源、および該光源から出射される前記広帯域光のスペクトルの帯域幅を狭めて所定の波長帯域の狭帯域光とする青色及び緑色の2色の光学フィルタの組からなり、それぞれ前記波長帯域の幅が異なる少なくとも2組の光学フィルタセットを備えるフィルタ部と有し、該フィルタ部の各組のフィルタセットの前記2色の光学フィルタを前記広帯域光に作用させて前記狭帯域光からなる面順次光を被写体となる生体に照射する光源部と、
    前記光源部から順次被写体に照射される前記面順次光、前記生体からの戻り光により、前記被写体の撮像画像を撮像し、撮像画像情報を出力する撮像手段と、
    前記撮像画像情報に所定の画像処理を施す画像処理手段と、
    前記撮像手段による前記被写体の撮像のための自動露光値もしくは撮像倍率、または前記撮像手段により撮影される前記被写体の前記生体の構造・成分に関する被写体情報を撮像情報として検出する撮影情報検出手段と、を有し、
    前記撮影情報検出手段によって検出された前記撮影情報に基づいて、前記被写体の前記生体の構造・成分の検出および強調度を変化させるように、前記フィルタ部の前記光学フィルタセットおよび前記画像処理部における画像処理条件を変更することを特徴とする内視鏡装置。
  • さらに、前記フィルタ部の前記少なくとも2組の光学フィルタセットの内から、前記撮影情報に基づいて、選択する1組の光学フィルタセットを変更するフィルタセット変更手段を有する請求項1に記載の内視鏡装置。
  • 前記撮像情報は、前記自動露光値であり、
    前記フィルタセット変更手段は、前記フィルタ部の前記少なくとも2組の光学フィルタセットの内、前記自動露光値が小さいときには前記波長帯域の幅が狭い方の組の光学フィルタセットを選択し、前記自動露光値が大きいときには前記波長帯域の幅が広い方の組の光学フィルタセットを選択する請求項2に記載の内視鏡装置。
  • 前記撮像情報は、前記撮像倍率であり、
    前記フィルタセット変更手段は、前記フィルタ部の前記少なくとも2組の光学フィルタセットの内、前記撮像倍率が大きいときには前記波長帯域の幅が狭い方の組の光学フィルタセットを選択し、前記撮像倍率が小さいときには前記波長帯域の幅が広い方の組の光学フィルタセットを選択する請求項2に記載の内視鏡装置。
  • 前記フィルタセット変更手段によって前記光学フィルタセットが変更された場合に、前記撮像画像のホワイトバランスが変化しないように、前記撮像手段の電気的なゲイン、撮像時間、および前記画像処理の色調調整の少なくとも1つを変更する請求項2〜4のいずれかに記載の内視鏡装置。
  • さらに、前記光源部の前記光源から出射される前記広帯域光、または前記狭帯域光の光量を調節する光学絞りを有し、
    前記フィルタセット変更手段によって前記光学フィルタセットが変更された場合に、前記撮像画像の明るさが変化しないように、前記光学絞りを制御する、もしくは前記撮像手段の電気的なゲイン、撮像時間、および前記画像処理の色調調整の少なくとも1つを変更する請求項2〜5のいずれかに記載の内視鏡装置。
  • 前記画像処理手段は、前記撮像情報に基づいて前記撮像画像の周波数強調特性を変更する画像強調手段を有する請求項1〜6のいずれかに記載の内視鏡装置。
  • 前記画像強調手段は、前記撮像画像の少なくとも2つ以上の周波数帯域を強調する周波数帯域強調手段を有し、
    該周波数帯域強調手段は、前記撮像情報に基づいて強調する前記周波数帯域を変化させることを含む周波数強調特性を変更する請求項7に記載の内視鏡装置。
  • 前記撮像情報は、前記自動露光値であり、
    前記周波数帯域強調手段は、前記自動露光値が大きくなるに従って、強調する前記周波数帯域を低い周波数に変更する請求項8に記載の内視鏡装置。
  • 前記撮像情報は、前記自動露光値であり、
    前記周波数帯域強調手段が強調する前記周波数帯域は、バンドパス特性であり、
    前記周波数帯域強調手段は、前記自動露光値が第1の所定値を超えると、強調する前記周波数帯域の幅を増大させるように変更する請求項8または9に記載の内視鏡装置。
  • 前記撮像情報は、前記自動露光値であり、
    前記周波数帯域強調手段は、強調する前記周波数帯域を、前記自動露光値が第2の所定値以下の時はバンドパス特性にしておき、前記第2の所定値を超えるとハイパス特性に変更する請求項8〜10のいずれかに記載の内視鏡装置。
  • 前記撮像情報は、前記撮像倍率であり、
    前記周波数帯域強調手段は、前記撮像倍率が大きくなるに従って、強調する前記周波数帯域を高い周波数に変更する請求項8に記載の内視鏡装置。
  • 前記撮像情報は、ブラウニッシュ領域のサイズ、または血管の太さに関連する前記被写体情報であり、
    前記画像強調手段は、前記ブラウニッシュ領域のサイズ、または前記血管の太さに基づいて前記撮像画像の周波数強調特性を変更する請求項7に記載の内視鏡装置。
  • 前記画像強調手段は、前記撮像画像の少なくとも2つ以上の周波数帯域を強調する周波数帯域強調手段を有し、
    該周波数帯域強調手段は、前記ブラウニッシュ領域のサイズ、または前記血管の太さに基づいて強調する前記周波数帯域を変化させることを含む周波数強調特性を変更する請求項13に記載の内視鏡装置。
  • 前記周波数帯域強調手段は、前記血管の太さが小さくなるに従って、強調する前記周波数帯域を高い周波数に変更する請求項14に記載の内視鏡装置。
  • 前記周波数帯域強調手段は、前記ブラウニッシュ領域のサイズが所定サイズ以下の時は、強調する前記周波数帯域がバンドパス特性であり、前記ブラウニッシュ領域のサイズが前記所定サイズを超えると、強調する前記周波数帯域の幅を増大させるように変更する請求項14に記載の内視鏡装置。
  • 前記撮影情報検出手段は、前記撮影画像から前記撮影情報を検出する請求項1〜16のいずれかに記載の内視鏡装置。
  • 前記撮影情報検出手段は、前記撮影画像の明るさから、前記自動露光値を検出する請求項17に記載の内視鏡装置。
  • 说明书全文

    本発明は、白色照明光等の広帯域光をフィルタによって特定の狭帯域光として特殊光観察を行うことのできる内視鏡装置に関する。

    近年、特定の狭い波長帯域光(狭帯域光)を生体の粘膜組織に照射し、生体組織の所望の深さの組織情報を得る、いわゆる特殊光観察を行うことができる内視鏡装置が活用されている。 この種の内視鏡装置は、例えば粘膜層或いは粘膜下層に発生する新生血管の微細構造、病変部の強調等、通常の観察像では得られない生体情報を簡単に可視化できる。 例えば、観察対象が癌病変部である場合、青色(B)の狭帯域光を粘膜組織に照射すると組織表層の微細血管や微細構造の状態がより詳細に観察できるため、病変部をより正確に診断することができる。

    一方、生体組織に対する光の深さ方向の深達度は、光の波長に依存し、波長の短い青色(B)光は、生体組織での吸収特性及び散乱特性により表層付近までしか光は深達せず、そこまでの深さの範囲で吸収、散乱を受けるため、主として表層組織の情報を含む戻り光として観測することができ、B光より波長が長い緑色(G)光の場合、B光が深達する範囲よりさらに深い所まで深達し、その範囲で吸収、散乱を受けるため、主として中層組織及び表層組織の情報を含む戻り光として観測することができ、G光より波長が長い赤色(R)光は、さらに深い組織まで光が到達し、その範囲で吸収、散乱を受けるため、主として深層組織及び中層組織の情報を含む戻り光として観測することができることが知られている。
    すなわち、B光、G光、及びR光を照射して得られる各戻り光をCCD等の撮像センサによって受光して得られる画像信号は、それぞれ、主として表層組織の情報、主として中層組織及び表層組織の情報、及び主として深層組織及び中層組織の情報を含むことが知られている。

    このため、特殊光観察では、生体組織の内の組織表層の微細血管や微細構造を観察しやすくするために、生体組織に照射する狭帯域光として、主として生体組織の中層及び深層組織の観察に適した赤色(R)の狭帯域光を用いずに、表層組織の観察に適した青色(B)の狭帯域光と中層組織及び表層組織の観察に適した緑色(G)の狭帯域光と2種類の狭帯域光のみを用い、B狭帯域光の照射によって撮像センサで得られる、主として表層組織の情報を含むB画像信号(B狭帯域データ)とG狭帯域光の照射によって撮像センサで得られる、主として中層組織及び表層組織の情報を含むG画像信号(G狭帯域データ)のみを用いて画像処理を行い、モニタ等に疑似カラー画像表示して観察することが行われている。

    従って、画像処理においては、撮像センサで得られたG画像信号(G狭帯域データ)を所定の係数をかけてカラー画像のR画像データに割り付け、B画像信号(B狭帯域データ)をそれぞれ所定の係数をかけてカラー画像のG画像データ及びB画像データに割り付け、3ch(チャンネル)のカラー画像データからなる疑似カラー画像を生成し、モニタ等に表示している。
    このため、狭帯域光による戻り光を撮像センサで受光して得られた2つのGB画像信号を表示部に疑似カラー表示するためのRGBカラー画像データに変換する狭帯域光モードにおける画像処理は、通常光による戻り光を撮像センサで受光して得られた3つのRGB画像信号を表示部にカラー表示するためのRGBカラー画像データに変換する通常光モードにおける画像処理とは異なるものとなっている。

    また、R狭帯域光、G狭帯域光及びB狭帯域光を用いる特殊光観察においても、表層組織の微細血管や微細構造の観察を目的とする場合には、R画像信号(R狭帯域データ)を用いずに、上述のように、G画像信号及びB画像信号のみを用いて画像処理を行い、モニタ等に疑似カラー画像表示して観察することが行われている。
    この場合にも、画像処理において、同様に、G画像信号をR画像データに割り付け、B画像信号をG画像データ及びB画像データに割り付け、3chカラー画像データからなる疑似カラー画像を生成し、モニタ等に表示している。
    その結果、いずれの場合にも、モニタ等に表示された疑似カラー画像は、主として表層組織の情報を含むB画像信号(B狭帯域データ)を多く含んでいるため、表層組織の微細血管や微細構造の状態がより詳細に表現されたものとなり、表層組織の微細血管や微細構造が観察しやすくなることが知られている(特許文献1及び2参照)。

    以上のような特殊光観察においては、病変組織と特殊光の照射位置との距離が近い場合には、明るく見えやすい組織表層の微細血管や微細構造を画像化できるが、距離が離れるにつれて、暗くて見えにくくなるという問題が知られていた。
    また、前述のとおり病変組織と特殊光の照射位置との距離が変化し、被写体組織の拡大率が変更されることで、撮像素子に投影される血管の画素サイズが変化すると、表層微細血管を認識し難くなる問題が知られていた。
    さらに、撮影位置が離れると、一本一本の表層微細血管ではなく、ブラウニッシュ領域と呼ばれる表層微細血管の密集した領域、そのひとつひとつの塊が観察対象となり、撮像画像に対して適用すべき画像処理が異なるが、これらの画像処理の切替は、一般的に手動で行われており、必ずしも適切な画像強調が行われないといった問題があった。

    特許第3559755号公報

    特許第3607857号公報

    本発明の目的は、特殊光観察において、操作者が撮像画像を観察しつつ意図的に出射光量等の特殊光と白色照明光の発光比率及び画像処理の調整をする必要なく、表層微細血管等の生体の構造・成分の観察に関して最適かつ明るい撮像画像を得ることができる内視鏡装置を提供することにある。

    上記課題を解決するために、本発明は、可視領域を含む広い波長帯域を持つ広帯域光を出射する光源、および該光源から出射される前記広帯域光のスペクトルの帯域幅を狭めて所定の波長帯域の狭帯域光とする青色および緑色の2色の光学フィルタの組からなり、それぞれ前記波長帯域の幅が異なる少なくとも2組の光学フィルタセットを備えるフィルタ部と有し、該フィルタ部の各組のフィルタセットの前記2色の光学フィルタを前記広帯域光に作用させて前記狭帯域光からなる面順次光を被写体となる生体に照射する光源部と、前記光源部から順次被写体に照射される前記面順次光、前記生体からの戻り光により、前記被写体の撮像画像を撮像し、撮像画像情報を出する撮像手段と、前記撮像画像情報に所定の画像処理を施す画像処理手段と、前記撮像手段による前記被写体の撮像のための自動露光値もしくは撮像倍率、または前記撮像手段により撮影される前記被写体の前記生体の構造・成分に関する被写体情報を撮像情報として検出する撮影情報検出手段と、を有し、前記撮影情報検出手段によって検出された前記撮影情報に基づいて、前記被写体の前記生体の構造・成分の検出および強調度を変化させるように、前記フィルタ部の前記光学フィルタセットおよび前記画像処理部における画像処理条件を変更することを特徴とする内視鏡装置を提供する。

    さらに、本発明は、前記フィルタ部の前記少なくとも2組の光学フィルタセットの内から、前記撮影情報に基づいて、選択する1組の光学フィルタセットを変更するフィルタセット変更手段を有することが好ましい。

    前記撮像情報は、前記自動露光値であり、前記フィルタセット変更手段は、前記フィルタ部の前記少なくとも2組の光学フィルタセットの内、前記自動露光値が小さいときには前記波長帯域の幅が狭い方の組の光学フィルタセットを選択し、前記自動露光値が大きいときには前記波長帯域の幅が広い方の組の光学フィルタセットを選択することが好ましく、また、前記撮像情報は、前記撮像倍率であり、前記フィルタセット変更手段は、前記フィルタ部の前記少なくとも2組の光学フィルタセットの内、前記撮像倍率が大きいときには前記波長帯域の幅が狭い方の組の光学フィルタセットを選択し、前記撮像倍率が小さいときには前記波長帯域の幅が広い方の組の光学フィルタセットを選択することが好ましい。

    さらに、前記フィルタセット変更手段によって前記光学フィルタセットが変更された場合に、前記撮像画像のホワイトバランスが変化しないように、前記撮像手段の電気的なゲイン、撮像時間、および前記画像処理の色調調整の少なくとも1つを変更することが好ましい。

    本発明は、さらに、前記光源部の前記光源から出射される前記広帯域光、または前記狭帯域光の光量を調節する光学絞りを有し、前記フィルタセット変更手段によって前記光学フィルタセットが変更された場合に、前記撮像画像の明るさが変化しないように、前記光学絞りを制御する、もしくは前記撮像手段の電気的なゲイン、撮像時間、および前記画像処理の色調調整の少なくとも1つを変更することが好ましい。

    前記画像処理手段は、前記撮像情報に基づいて前記撮像画像の周波数強調特性を変更する画像強調手段を有することが好ましく、前記画像強調手段は、前記撮像画像の少なくとも2つ以上の周波数帯域を強調する周波数帯域強調手段を有し、該周波数帯域強調手段は、前記撮像情報に基づいて強調する前記周波数帯域を変化させることを含む周波数強調特性を変更することが好ましい。

    前記撮像情報は、前記自動露光値であり、前記周波数帯域強調手段は、前記自動露光値が大きくなるに従って、強調する前記周波数帯域を低い周波数に変更することが好ましく、また、前記撮像情報は、前記自動露光値であり、前記周波数帯域強調手段が強調する前記周波数帯域は、バンドパス特性であり、前記周波数帯域強調手段は、前記自動露光値が第1の所定値を超えると、強調する前記周波数帯域の幅を増大させるように変更することが好ましく、さらに、前記撮像情報は、前記自動露光値であり、前記周波数帯域強調手段は、強調する前記周波数帯域を、前記自動露光値が第2の所定値以下の時はバンドパス特性にしておき、前記第2の所定値を超えるとハイパス特性に変更することが好ましい。

    前記撮像情報は、前記撮像倍率であり、前記周波数帯域強調手段は、前記撮像倍率が大きくなるに従って、強調する前記周波数帯域を高い周波数に変更することが好ましく、また、前記撮像情報は、ブラウニッシュ領域のサイズ、または血管の太さに関連する前記被写体情報であり、前記画像強調手段は、前記ブラウニッシュ領域のサイズ、または前記血管の太さに基づいて前記撮像画像の周波数強調特性を変更することが好ましい。

    前記画像強調手段は、前記撮像画像の少なくとも2つ以上の周波数帯域を強調する周波数帯域強調手段を有し、該周波数帯域強調手段は、前記ブラウニッシュ領域のサイズ、または前記血管の太さに基づいて強調する前記周波数帯域を変化させることを含む周波数強調特性を変更することが好ましく、前記周波数帯域強調手段は、前記血管の太さが小さくなるに従って、強調する前記周波数帯域を高い周波数に変更することが好ましく、前記周波数帯域強調手段は、前記ブラウニッシュ領域のサイズが所定サイズ以下の時は、強調する前記周波数帯域がバンドパス特性であり、前記ブラウニッシュ領域のサイズが前記所定サイズを超えると、強調する前記周波数帯域の幅を増大させるように変更することが好ましい。

    そして、前記撮影情報検出手段は、前記撮影画像から前記撮影情報を検出することが好ましく、また、前記撮影情報検出手段は、前記撮影画像の明るさから、前記自動露光値を検出することが好ましい。

    本発明の内視鏡装置によれば、特殊光観察において、被写体となる生体の撮影に必要な自動露光値または撮像倍率、もしくは撮影される生体の構造・成分に関する被写体情報を撮像情報として検出し、検出された撮影情報に基づいて、生体の構造・成分の検出および強調度を変化させるように、帯域幅が異なる光学フィルタセットおよび画像処理条件を変更するので、特殊光観察をする場合、例えば、病変部を拡大して、もしくは近位から撮像し、表層微細血管を観察する場合も、病変部を遠位から撮像し、表層微細血管の密集したブラウニッシュ領域を観察する場合も、操作者が撮像画像を観察しつつ意図的にこれらの光源の発光条件および撮像画像の画像処理条件の調整や変更をする必要がなく、病変部や表層微細血管等の特殊光観察に最適かつ明るい撮像画像を得ることができる。

    本発明の一実施形態の内視鏡装置の全体構成の一実施例を模式的に示すブロック図である。

    図1に示す内視鏡装置の光源部に設置される着脱可能な(A)第1のフィルタセット、(B)第2のフィルタセット、(C)通常光観察用フィルタセットの一例を示す模式図である。

    図1に示す内視鏡装置のプロセッサの一実施例の詳細構成を含む各部の信号処理系を示すブロック図である。

    図3に示すフィルタセット選択部が備える、自動露光(AE)値からフィルタセットを選択するためのテーブルの一実施例を示すグラフである。

    図3に示す特殊光画像処理部の構造強調部が備える周波数強調フィルタの一実施例を示すグラフである。

    図1に示す内視鏡装置で実施される狭帯域光観察の一実施例のフローを示すフローチャートである。

    本発明に係る内視鏡装置を、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。
    図1は、本発明の一実施形態の内視鏡装置の全体構成の一実施例を模式的に示すブロック図である。
    同図に示すように、本発明の内視鏡装置10は、内視鏡12と、光源部14と、プロセッサ16と、入出力部18とを有する。 ここで、光源部14及びプロセッサ16は、内視鏡12の制御装置を構成し、内視鏡12は、光源部14と光学的に接続され、プロセッサ16と電気的に接続される。 また、プロセッサ16は、入出力部18と電気的に接続される。 そして、入出力部18は、画像情報等を出力表示する表示部(モニタ)38、画像情報等を出力する記録部(記録装置)42(図3参照)、及び通常観察モード(通常光モードともいう)や特殊光観察モード(特殊光モードともいう)などのモード切替や機能設定等の入力操作を受け付けるUI(ユーザインタフェース)として機能する入力部(モード切替部)40を有する。

    内視鏡12は、その先端から照明光を出射する照明光学系と、被観察領域を撮像する撮像光学系とを有する、電子内視鏡である。 なお、図示しないが、内視鏡12は、被検体内に挿入される内視鏡挿入部と、内視鏡挿入部の先端の湾曲操作や観察のための操作を行う操作部と、内視鏡12を制御装置の光源部14及びプロセッサ16に着脱自在に接続するコネクタ部を備える。 さらに、図示はしないが、操作部及び内視鏡挿入部の内部には、組織採取用処置具等を挿入する鉗子チャンネルや、送気・送用のチャンネル等、各種のチャンネルが設けられる。

    内視鏡12の先端部分には、図1に示すように、被観察領域へ光を照射する照射口30Aと、照射口30Aに隣接し被観察領域からの戻り光を受光する受光部30Bとを備え、受光部30B側に、被観察領域の画像情報を取得するCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の撮像素子(センサ)32が配置されている。 内視鏡12の照射口30Aには、照射光学系を構成するカバーガラスやレンズ(図示せず)が配置され、受光部30Bには、照明光学系を構成するカバーガラスやレンズ(図示せず)が配置され、受光部30Bの撮像素子32の受光面には撮像光学系を構成する対物レンズユニット(図示せず)が配置される。 ここで、撮像素子32は、後述するように異なる色の狭帯域光からなる面順次光の戻り光を受光するものであるので、モノクロ撮像センサであれば良いが、受光領域にカラーフィルタ(例えば、RGBカラーフィルタや補色フィルタ)を備えたカラー撮像センサや補色センサであっても良い。

    また、対物レンズユニットは、対物レンズ(図示せず)を備える。 対物レンズの画(視野角)は、レンズの寸法および焦点距離により一意に求まり、撮像光学系で結像される撮像画像は、内視鏡12の先端が被写体に近づくと大きくなり、遠ざかると小さくなるので、被写体撮像の際の被写体と撮像画像との倍率である撮像倍率は、撮影画像の画角から求めることができる。
    このようにして撮影倍率を求めることができるが、撮影倍率を求める方法は、これに限定されず、種々の方法を用いることができる。
    例えば、特開2000−230807号に開示されるように、撮像光学系の光軸に平行な平行光を照明光学系からレーザ等によって被写体へ照射し、その戻り光によって撮像光学系で結像される実像の、撮像視野に対する長さを計測することで、撮像倍率を自動的に検出することができる。

    さらに、対物レンズユニットは、撮像倍率を変えるために、光軸方向に移動可能な結像レンズ(図示せず)と、その結像レンズを移動させるレンズ駆動機構(図示せず)とを備える高倍率撮影機構を有していても良い。 この場合、レンズ駆動機構は、例えば圧電素子で構成されたアクチュエータからなり、結像レンズを光軸方向に移動することで、撮像倍率を更に変更することができる。
    内視鏡挿入部は、操作部の操作により湾曲自在にされ、内視鏡12が使用される被検体の部位等に応じて、任意の方向及び任意の角度に湾曲でき、照射口30A及び受光部30Bを、すなわち撮像素子32の観察方向を、所望の観察部位に向けることができる。

    光源部14は、白色光源20、光源絞り22、着脱可能なフィルタセットを備えるフィルタ部24、集光レンズ26、及び光ファイバ28からなる。
    白色光源20は、通常光モード及び特殊光モードの両方に用いられる白色照明光用光源であり、例えばキセノン光源を発光源として備えている。 もちろん、励起光光源と蛍光体による疑似白色光を用いてもよい。
    白色光源20の照射光量は、光源絞り22によって絞られることで調整される。
    また、光源絞り22によって絞れられた照射光は、フィルタ部24を透過することで発光スペクトルの帯域幅が狭められて所定の狭帯域光とされ、集光レンズ26によって集光され、光ファイバ28に入力され、コネクタ部に伝送され、内視鏡12の照明光学系を構成する光ファイバ28によって、内視鏡12の先端部まで伝播される。

    フィルタ部24は、図2に示すように、円盤状に構成され中心を回転軸として透過帯域の異なる2種類(例えば、B1、G1)または3種類(例えば、RGB)の光学フィルタが組み合わされたフィルタセットが複数セット用意され、その中から選択された1つのフィルタセットが、白色光源20からの白色照明光の光路に配置されるように構成されている。
    フィルタ部24には、例えば、図2(A)〜(C)に示すように、特殊光観察のための第1のフィルタセット24A及び第2のフィルタセット24Bと、通常光観察のための通常光フィルタセット24Cとの3組のフィルタセットを備える。 フィルタ部24は、さらに、第1及び第2のフィルタセット以外の狭帯域光観察のための第3のフィルタセット(例えば、半値幅が第1及び第2のフィルタセットよりも広いもの)を複数備えてもよい。 これらのフィルタセットは、その内の1つのフィルタセットが、図示しないフィルタセット入替手段によって、フィルタ部24の白色照明光の光路に配置され、かつ撮像情報に応じて入れ替えられる。

    特殊光観察に用いられる第1のフィルタセット24Aは、例えば、図2(A)に示すように、光学フィルタB (中心440nm、半値幅25nm)とG (中心540nm、半値幅25nm)とからなり、第2のフィルタセット24Bは、例えば、図2(B)に示すように、光学フィルタB (中心440nm、半値幅40nm)とG (中心540nm、半値幅60nm)とからなる。 また、通常光観察に用いられる通常光フィルタセットは、例えば、図2(C)に示すように、RGBの3色のフィルタからなる。 なお、第1のフィルタセット24Aの光学フィルタB を透過する中心波長440nmの青色レーザ光は、生体の構造・成分の分光スペクトル特性に応じて、好ましくは合致して狭帯域化された波長帯域幅を持つ狭帯域光であるので、生体の構造・成分の検出能が優れている。
    なお、図示例のビルタブ24に用意されるフィルタセットは、3枚の回転フィルタ板からなる3枚のフィルタセット24A〜24Cからなるが、本発明はこれに限定されず、1枚の回転フィルタ板に同心円状に配置された2組以上のフィルタセットからなるものでも良い。

    白色光源20、光源絞り22、及びフィルタ部24は、光源制御部48によって制御されており、白色光源20からの白色光の照射、光源絞り22による光量の調節(光量絞り22の大きさの調節)、並びに、第1のフィルタセット24A、第2のフィルタセット24B、及び通常光フィルタセット24Cのフィルタセット入替手段による入れ替えは、光源制御部48からの指示に基づいて行われる。
    フィルタ部24の白色照明光の光路に配置されたフィルタセットは、図示しないフィルタ回転手段によって回転させられ、所定間隔ごとに、フィルタが切り替わるため、光源部14からは、所定間隔ごとに異なる狭帯域光からなる面順次光が照射され、これら異なる狭帯域光からなる面順次光の戻り光を撮像することで、面順次の撮影が行われることとなる。
    例えば、第1のフィルタセット24Aを用いて撮像を行った場合には、白色光源20からの照射光は、所定間隔ごとに光学フィルタB とG とを透過するため、所定間隔ごとにB の狭帯域光とG の狭帯域光とが照射されることとなる。 また、第2のフィルタセット24Bを用いて撮像を行った場合には、B2の狭帯域光とG2の狭帯域光とが所定間隔ごとに照射され、通常光フィルタセット24Cを用いて撮像を行った場合には、R光、G光、B光が所定間隔ごとに照射される。
    光ファイバ28は、マルチモードファイバであり、一例として、コア径105μm、クラッド径125μm、外皮となる保護層を含めた径がφ0.3〜0.5mmの細径なファイバケーブルを使用できる。

    上述したように、白色光源20から照射された白色光は、フィルタ部24によって所定の狭帯域光とされ、内視鏡12の先端部の照射口30Aから被写体の被観察領域に向けて照射される。 そして、狭帯域光が照射された被観察領域からの戻り光が、受光部30Bを介して撮像素子32の受光面上に結像され、撮像素子32によって被観察領域が撮像される。
    撮像後に撮像素子32から出力される撮像画像の画像信号は、スコープケーブル34を通じてプロセッサ16の画像処理システム36に入力される。

    次に、こうして撮像素子32によって撮像された撮像画像の画像信号は、プロセッサ16の画像処理システム36を含む信号処理系によって画像処理され、モニタ38や記録装置42に出力され、ユーザの観察に供される。
    図3は、本発明の内視鏡装置のプロセッサの一実施例の詳細構成を含む各部の信号処理系を示すブロック図である。
    同図に示すように、内視鏡装置10の信号処理系は、内視鏡12の信号処理系と、光源14の信号処理系と、プロセッサ16の信号処理系(画像処理システム36)と、入出力部18のモニタ38、入力部(モード切替部)40及び記録装置42と、を有する。

    内視鏡12の信号処理系は、撮像後に撮像素子26からの撮像画像の画像信号の信号処理系として、アナログ信号である撮像画像信号に相関二重サンプリング(CDS)や自動利得制御(AGC)を行うためのCDS・AGC回路44と、CDS・AGC回路44でサンプリングと利得制御が行われたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するA/D変換器(A/Dコンバータ)46とを有する。 A/D変換器46でA/D変換されたデジタル画像信号は、コネクタ部を介してプロセッサ16の画像処理システム36に入力される。
    また、光源部14の信号処理系は、白色光源20のオンオフ制御、光源絞り22の大きさの制御及びフィルタ部24におけるフィルタセットの入れ替え及び回転の制御を行うことで、照射光の光量及び帯域を制御する光源制御部48を有する。
    ここで、光源制御部48は、内視鏡装置10の稼働開始に伴う光源オン信号に応じて白色光源20を点灯したり、モード切替部40からの通常光モードと特殊光モードとの切替信号に応じてフィルタ部24におけるフィルタセットの入れ替え制御(第1のフィルタセット24A及び第2のフィルタセット24B(特殊光モード)と第3のフィルタセット24C(通常光モード)との入れ替え)を行ったり、後述する光量算出部50から算出された画像のB光及びG光の光量等や発光強度等に応じて、白色光34の発光強度、すなわち光源20からの照射光を絞る光源絞り22の大きさを制御する。 すなわち、光源制御部48は、後述するフィルタセット選択部58と共に、後述する撮影情報検出部56で検出された自動露光(AE)値(光量値)、撮影倍率、またはブラウニッシュ領域のサイズや血管の太さ等の生体の構造・成分に関する被写体情報などの撮像情報に基づいて、フィルタ部24の複数組の光学フィルタセットの内から、選択される1組の光学フィルタセットを変更するフィルタセット変更手段として機能する。

    さらに、プロセッサ16の信号処理系は、画像処理システム36(図1参照)であって、光量算出部50と、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)52と、ノイズ除去回路54と、画像処理切替部(スイッチ)60と、通常光画像処理部62と、特殊光画像処理部64と、画像表示信号生成部66とを有する。
    光量算出部50は、内視鏡12のA/D変換器46からコネクタを介して入力されたデジタル画像信号を用いて、撮像素子26で受光した戻り光の光量、例えば、B光の光量及びG光の光量、すなわち画像のB光及びG光の光量等を算出する。
    そして、光量算出部50は、算出された撮像画像のRGB値をもとに撮像画像の明るさ(輝度値)を算出し、撮影情報算出部56へ出力する。

    撮影情報算出部56は、算出された撮像画像の明るさに基づき、撮影情報を算出する。 ここで、撮影情報としては、被写体(生体)の撮像のための自動露光(AE)値(光量値)や撮影倍率、またはブラウニッシュ領域のサイズや血管の太さ等の生体の構造・成分に関する被写体情報等を上げることができる。
    ここで、自動露光値(AE値)とは、撮像の際の露出を自動的に決定するためのパラメータであり、撮像素子26で検出される戻り光の光量(明るさ)を基準に決定される。 動画撮影においても、撮像素子26の蓄積時間(RGBカラーフィルタに対応するCCDやCMOSの蓄積時間)に応じて定まる1フレーム当たりの撮影時間における戻り光の光量によって決定される。

    撮像倍率は、前述のとおり、撮影画像の画角から求めることができ、通常は、前述のとおり自動的に検出される。 さらに、撮像光学系が高倍率撮影機構を有している場合には、撮像倍率は、対物レンズと結像レンズとのレンズ間距離とに応じて変更される。
    また、被写体情報とは、遠景撮影における病変部等の表層微細血管が密集した領域、すなわち茶色がかったブラウニッシュ領域のサイズや拡大撮影や近景撮影における個々の血管太さ等の生体の構造・成分に関する情報である。 ブラウニッシュ領域のサイズまたは血管太さは、撮像画像から茶色がかったブラウニッシュ領域を抽出したり、個々の血管を抽出することにより検出される。 ブラウニッシュ領域の抽出は、色や形状を検出する種々の公知の方法を用いることができる。 本発明においては、撮像画像における、検出されるブラウニッシュ領域のサイズまたは血管太さが変わると、撮像画像に適用される画像処理が変更されるのが好ましい。
    これらの撮影情報が検出されると、フィルタセット選択部58及び後述する特殊光画像処理部64へ出力される。

    フィルタセット選択部58は、撮影情報検出部56で検出された撮影情報に基づいて、フィルタ部24に撮影に必要なフィルタセットを、予め用意されたフィルタセット(例えば第1のフィルタセット24およびと第2のフィルタセット24B)の中から選択する。 フィルタセット選択部58は、例えば、図4に示すようなAE値とフィルタセットとの関係を示すテーブルを持ち、算出されたAE値とこのテーブルに基づいて、フィルタ部24に配置すべきフィルタセットを選択する。
    選択されたフィルタセットの情報は、光源制御部48へ出力される。
    なお、フィルタ部24に配置すべきフィルタセットが変わると、撮像画像のホワイトバランスも変化するため、選択されたフィルタセットの情報がCDS・AGC44へ出力され、このフィルタセット24の情報に基づいてホワイトバランスを取るためのCDS・AGC回路44のゲインも変更されて、撮像素子26の電気的なゲインが変更される。

    DSP52(デジタルシグナルプロセッサ)は、光量算出部50で光源光量が検出された後、A/D変換器46から出力されたデジタル画像信号にガンマ補正、色補正処理を行う。
    ノイズ除去回路54は、DSP52でガンマ補正、色補正処理が施されたデジタル画像信号から、例えば、移動平均法やメディアンフィルタ法等の画像処理におけるノイズ除去方法を行ってノイズを除去する。
    こうして、内視鏡12からプロセッサ16に入力されたデジタル画像信号は、DSP52及びノイズ除去回路54でガンマ補正、色補正処理及びノイズ除去等の前処理がなされる。

    画像処理切替部60は、後述するモード切替部(入力部)の指示(切替信号)に基づいて前処理されたデジタル画像信号を後段の通常光画像処理部62に送るか、特殊光画像処理部64に送るかを切り替えるスイッチである。
    なお、本発明においては、区別のため、通常光画像処理部62及び特殊光画像処理部64による画像処理前のデジタル画像信号を画像信号といい、画像処理前後のデジタル画像信号を画像データと呼ぶことにする。
    通常光画像処理部62は、通常光モードにおいて、白色光による前処理済デジタル画像信号に適した通常光用画像処理を施す部分であって、色変換部68と、色彩強調部70と構造強調部72とを有する。

    色変換部68は、前処理済のRGB3チャンネルのデジタル画像信号に、3×3のマトリックス処理、階調変換処理、3次元LUT処理などの色変換処理を行い、色変換処理済RGB画像データに変換する。
    色彩強調部70は、画面内の血管と粘膜との色味の差をつけて、血管を見易くなるように強調するためのものであって、色変換処理済RGB画像データに対して、画面を見ながらする処理、例えば、画面全体の平均の色味を見て、その色味を平均値より血管と粘膜との色味の差をつける方向に強調する処理を行う。
    構造強調部72は、色彩強調処理済RGB画像データに対して、シャープネスや輪郭強調等の構造強調処理を行う。
    構造強調部72で構造強調処理が施されたRGB画像データは、通常光用画像処理済RGB画像データとして通常光画像処理部62から画像表示信号生成部66に入力される。

    特殊光画像処理部64は、特殊光モードにおいて、フィルタセット24により狭帯域光とされたB光及びG光による前処理済デジタル画像信号に適した特殊光用画像処理を施す部分であって、特殊光色変換部74と色彩強調部76と、構造強調部78とを有する。
    特殊光色変換部74は、入力された前処理済のRGB3チャンネルのデジタル画像信号のG画像信号に所定係数をかけてR画像データに割り付け、同B画像信号にそれぞれ所定係数をかけてG画像データ及びB画像データに割り付け、RGB画像データを生成した後、生成されたRGB画像データに、色変換部68と同様に3×3マトリックス処理、階調変換処理、3次元LUT処理などの色変換処理を行う。

    色彩強調部76は、色彩強調部70と同様に、画面内の血管と粘膜との色味の差を付けて、血管を見易くなるように強調するためのものであって、色変換処理済RGB画像データに対して、画面を見ながらする処理、例えば、画面全体の平均の色味を見て、その色味を平均値より血管と粘膜との色味の差をつける方向に強調する処理を行う。
    構造強調部78は、構造強調部72と同様に、色彩強調処理済RGB画像データに対して、シャープネスや輪郭強調等の構造処理を行う。
    また、構造強調部72の構造処理に加えて、構造強調部78は、撮影情報算出部56からの撮影情報、例えば、AE値に基づき、前述の色彩強調処理済RGB画像データに対して、周波数強調処理を行う。

    ここで行う周波数強調処理は、図5(A)〜図5(C)のように、AE値によって異なる。 ここでは、撮影情報の代表例として、AE値を用いる場合に付いて説明するが、本発明は、これに限定されないのは言うまでもない。
    AE値が第1の所定値(α)より小さい場合、つまり、内視鏡先端が被写体に近づき、必要光量が少なくて良い拡大観察を想定している場合、表層微細血管を撮影対象として想定しており、細かい表層微細血管の構造が細い線として個々に分離できるように、図5(A)のように高周波の部分を強調できる周波数強調フィルタを前述のRGB画像データに適用する。
    また、AE値が第1の所定値と第2の所定値との間の所定の範囲(αからβの範囲)にある場合、つまり、内視鏡先端が被写体から少し離れ、拡大観察より多少光量が必要な近景観察を想定している場合、表層微細血管の細かい構造を撮影対象とするよりももう少し大きな微細血管の1つ1つを撮影対象として想定しており、表層微細血管の雰囲気を強調できるように、図5(B)のように中周波の部分を強調できる周波数強調フィルタを前述のRGB画像データに適用する。

    さらに、AE値が第2の所定値(β)より大きい場合、つまり、内視鏡先端が被写体から離れ、さらに多くの光量が必要な遠景観察を想定している場合、1つ1つの表層微細血管ではなく、表層微細血管が密集し、塊として存在する、茶色がかったブラウニッシュ領域と呼ばれる領域を撮影対象として想定している。
    ブラウニッシュ領域と呼ばれる領域は、早期ガンで想定されるものであり、1mm程度のものが多いが、中には、2mm、3mmのものもある。 この周波数帯域を強調しようとしてバンドパス特性のフィルタを用いると、このバンドパスの帯域から少しでも外れた場合、強調されないので、様々な大きさのブラウニッシュ領域全てを強調するには、ハイパス特性のフィルタを用いるのが良い。
    これより、ブラウニッシュ領域を撮影対象として想定している場合には、図5(C)のように高周波数全体を強調できるハイパスフィルタを周波数強調フィルタとして前述のRGB画像データに適用するのが好ましい。
    構造強調部72でAE値に基づいて最適な周波数強調処理が施されたRGB画像データは、特殊光用画像処理済RGB画像データとして特殊光画像処理部64から画像表示信号生成部66に入力される。

    画像表示信号生成部66は、通常光モードでは通常光画像処理部62から入力された画像処理済RGB画像データを、特殊光モードでは特殊光画像処理部64から入力された画像処理済RGB画像データを、モニタ38でソフトコピー画像として表示するための、又は記録装置42でハードコピー画像として出力するための表示画像信号に変換する。
    モニタ38は、通常光モードでは、白色光を照射して撮像素子26で得られ、プロセッサ16で前処理及び通常光画像処理がなされた表示画像信号に基づく通常観察用画像をソフトコピー画像として表示し、特殊光モードでは、白色光に加え、特殊光を照射して撮像素子26で得られ、プロセッサ16で前処理及び特殊光画像処理がなされた表示画像信号に基づく特殊光観察画像をソフトコピー画像として表示する。
    記録装置42も、通常光モードでは、白色光を照射して得られた通常観察画像をハードコピー画像として出力し、特殊光モードでは、白色光及び特殊光を照射して得られた特殊光観察画像をハードコピー画像として出力する。
    なお、必要に応じて、画像表示信号生成部66で生成された表示画像信号は、画像情報として、図示しないが、メモリやストレージ装置からなる記憶部に記憶されても良い。

    一方、モード切替部(入力部)40は、通常光モードと特殊光とを切り替えるためのモード切替ボタンを有し、モード切替部40からのモード切替信号は、光源14の光源制御部48に入力される。 ここで、モード切替部40は、入出力部18の入力部40として配置されているが、プロセッサ16、内視鏡12の操作部、または光源部14に配置されてもよい。 なお、モード切替部40からの切替信号は、光源制御部48及び画像処理切替60へ出力される。
    本発明の内視鏡装置は、基本的に以上のように構成される。

    以下に、本発明の内視鏡装置の作用を、図6を用いてステップごとに説明する。
    本実施形態においては、まず最初に、通常光モードで通常光観察が行われているものとする。 白色光源20が点灯され、白色光による撮像画像データについて、通常光画像処理部64で通常光画像処理が行われているものとする。
    ここで、ユーザによって特殊光モードへの切替が行われる。 ユーザがモード切替部40を操作することでモード切替信号(特殊光ON)が出力され、画像処理切替部60における画像処理が特殊光モードに切り替えられる(S10)。

    次いで、光源部14の光源制御部40にもモード切替信号が入力され、光源制御部40によって、フィルタ部24に配置された通常光フィルタセット24Cが第1のフィルタセット24Aに切替られる(S12)。

    フィルタ部24のフィルタセットが第1のフィルタセット24Aに切替られると、それに伴って光源絞り22が調節され、白色光源20から所望の光量の照射光が第1のフィルタセットに入力される(S14)。

    次に、フィルタ部24において第1のフィルタセット24Aは、所定の速度で回転し、被写体に向けて狭帯域光B1と狭帯域光G1とが面順次光として所定間隔で交互に照射される。 (S16)。

    交互に順次照射される狭帯域光B と狭帯域光G とは、それぞれ被写体によって反射され、戻り光として撮像素子30に入射して、撮像素子30により交互に撮像画像情報が取得される(S18)。

    撮像素子30によって取得されたそれぞれの撮像画像情報は、ホワイトゲインを調整され、デジタルデータに変換された後、光量算出部50に送られる。 それぞれの撮像画像情報から、光量算出部50において、その撮像画像(RGB画像)の明るさ(輝度値)が算出される(S20)。

    光量算出部50で算出されたRGB画像の明るさ(輝度値)の情報は、撮影情報算出部56に送られ、撮像のためのAE値が算出される(S22)。
    また、AE値の代わりに、撮像における撮影倍率、または、被写体の情報(ブラウニッシュ領域のサイズ、または血管の太さ等)が算出されてもよい。
    算出されたAE値は、フィルタセット選択部58及び特殊光画像処理部64へ出力される。

    フィルタセット選択部58は、算出されたAE値を受け、AE値に基づいて再度フィルタセットを選択する(S24)。 フィルタセット選択部58は、図4に示すように、AE値と対応するフィルタセットとの関係を表すテーブルを備え、AE値に応じてフィルタセット(例えば、第2のフィルタセット24B)を選択する。 選択されたフィルタセットの情報は、ホワイトバランスゲインの調整のために、CDS・AGC44へ出力され、また、フィルタセット24を選択されたものに入れ替えるために、光源制御部48へ出力される。

    光源制御部48は、選択されたフィルタセットの情報に基づき、図示しないフィルタセット入替手段により、フィルタ部24の第1のフィルタセット24Aを選択されたフィルタセット(例えば、第2のフィルタセット24B)に入れ替え、白色光源からの照射光量が所定光量となるように光源絞り22を制御する(S26)。

    また、CDS・AGC44は、選択されたフィルタセットの情報に基づき、ホワイトバランスゲインを調整する(S28)。
    照射光量が変化すると、それに合わせてホワイトバランスゲインも変化するため、ホワイトバランスゲインが一定値を保つようにCDS・AGCが調整される。 また、CDS・AGCのホワイトバランスゲインを調整する代わりに、撮像時間または画像処理の色調調整を変更してもよい。

    また、撮影情報算出部56で算出されたAE値に基づいて、撮像画像に対する画像処理が変更される(S30)。 AE値に基づいて変更される画像処理は、特殊光画像処理部64の構造強調部80で行われる。

    フィルタ部24のフィルタセットが変更された後、狭帯域光観察が行われる。 白色光源20から照射された白色光は、光源絞り22で所定の光量に絞られ、変更後のフィルタセット24(例えば、第2のフィルタセット24B)へ入射する。 入射した白色光は、第2のフィルタセット24Bによって所定間隔で交互に狭帯域光B と狭帯域光G とされ、光ファイバ28を通って内視鏡12先端の照射口30Aより交互に照射される。
    狭帯域光観察において、順次得られた撮像画像情報は、特殊光画像処理部64へ出力され、特殊光色変換部74及び色彩強調部76を通って前述の画像処理を施され、構造強調部78に入力される。 構造強調部78では、前述のようにAE値に応じて、図5(A)〜図5(C)に記載の周波数強調フィルタが適用される(S32)。

    特殊光画像処理部64において、AE値に応じた周波数強調フィルタを適用され、画像処理を受けた画像情報は、画像表示信号生成部66へ出力される。 画像表示信号生成部66は、該画像情報から画像表示信号を生成し、出力する。
    出力された該画像表示信号は、特殊光画像としてモニタ38で表示され、記録装置42で記録される(S34)。

    以上、本発明の内視鏡装置について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。

    10 内視鏡装置 12 内視鏡 14 光源部 16 プロセッサ 18 入出力部 20 白色光源 22 光源絞り 24 フィルタ部 24A 第1のフィルタセット 24B 第2のフィルタセット 24C 通常光フィルタセット 26 集光レンズ 28 光ファイバ 30A 照射口 30B 受光部 32 撮像素子 34 スコープケーブル 36 画像処理システム 38 表示部(モニタ)
    40 入力部(モード切替部)
    42 記録部(記録装置)
    44 CDS・AGC回路 46 A/D変換器(A/Dコンバータ)
    48 光源制御部 50 光量算出部 52 DSP(デジタルシグナルプロセッサ)
    54 ノイズ除去回路 56 撮影情報算出部 58 フィルタセット選択部 60 画像処理切替部(スイッチ)
    62 通常光画像処理部 64 特殊光画像処理部 66 画像表示信号生成部 68 色変換部 70、76 色彩強調部 72、78 構造強調部 74 特殊光色変換部

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