DE60031349T2

DE60031349T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Fluoreszenzbildern

Info

Publication number: DE60031349T2
Application number: DE60031349T
Authority: DE
Inventors: c/o Fuji Photo Film Co. Kazuo Ashigarakami-gun Hakamata
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2020-11-18
Also published as: DE60031349D1; US6529768B1; EP1101438A1; EP1101438B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds, bei dem bzw. bei der Eigenfluoreszenz, die von Lebendkörper-Geweben erzeugt wird, wenn diese mit Anregungslicht belichtet werden, als Bild erfaßt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung zum Abbilden von Fluoreszenz, die von einer Meßstelle erzeugt wird, wenn diese Anregungslicht ausgesetzt wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Es wurden bislang Forschungen mit Bezug auf Methoden durchgeführt, bei denen Eigenfluoreszenz, die von einem Eigen- oder intrinsischen Farbstoff in Lebendkörper-Geweben erzeugen wird, wenn diese mit Anregungslicht bestrahlt werden, als Bild erfaßt wird, das so mittels Eigenfluoreszenz erzeugte Bild analysiert wird und eine Änderung des Gewebezustands des Lebendkörper-Gewebes aufgrund unterschiedlicher Arten von Erkrankungen abhängig von dem Analyseergebnis ermittelt wird.
Die von den Lebendkörper-Geweben erzeugte Eigenfluoreszenz ist schwach, und bislang wurden Bildsensoren mit hoher Empfindlichkeit für den Nachweis schwacher Eigenfluoreszenz in Form eines Bilds eingesetzt. Um zum Beispiel die Eigenfluoreszenz abzubilden, wurden bislang hochempfindliche CCD-Bildsensoren (ladungsgekoppelte Bauelemente als Bildsensoren) eingesetzt, die in der Lage sind, Pixel-Binning durchzuführen, das ist eine Verarbeitung zum Integrieren von Signalladungen mehrerer Pixel in jedem der CCD-Bildsensorchips und Auslesen der integrierten Signalleitungen. Außerdem wurden bislang Elektronen-Vervielfachungs-Bildsensoren, beispielsweise ICCDs zum Abbilden von Eigenfluoreszenz verwendet.
Beispielsweise kann man das Anregungslicht auf Lebendkörper-Gewebe in dem eine komplizierte Form oder dergleichen aufweisenden Körperhohlraum abstrahlen, und ein Fluoreszenzbild der von den Lebendkörper-Geweben erzeugten Eigenfluoreszenz kann unter Verwendung eines Endoskopsystems erfaßt werden. In diesen Fällen ist es wünschenswert, wenn die Eigenfluoreszenz, die von erkrankten Geweben, beispielsweise Krebsgeweben, die sich an einer Stelle (einem entfernten Punkt) in 50 mm Abstand vom vorderen Ende einer Meßsonde des Endoskopsystems befinden, erzeugt werden, mit einem Rauschabstand von mindestens 1 erfaßt wird.
In solchen Fällen allerdings, in denen die Methode des Pixel-Binnings eingesetzt wird, werden zusammen mit den Signalladungen aufgrund von Dunkelrauschen auftretende elektrische Ladungen, die in den in den Pixeln akkumulierten Signalladungen für das Pixel-Binning enthalten sind, integriert, wenn die Signalladungen in mehreren Pixeln auftreten, die Eigenfluoreszenz aufgenommen haben und in den CCD-Bildsensorchips integriert werden.
Da die von Krebsgeweben erzeugte Eigenfluoreszenz schwach ist, kommt es also häufig vor, daß die Anzahl von elektrischen Ladungen, die in jedem Pixel durch Dunkelrauschen auftreten, größer ist als die Anzahl elektrischer Ladungen, die in jedem Pixel aufgrund der Aufnahme von Eigenfluoreszenz auftreten. In derartigen Fällen ist selbst dann, wenn die Signalladungen, die in den mehreren Pixeln angesammelt wurden, durch Pixel-Binning integriert werden, der Pegel des Signals für die Eigenfluoreszenz, die durch Krebsgewebe hervorgerufen wird, geringer als der Signalpegel aufgrund von Dunkelrauschen. Aus diesem Grund läßt sich der Rauschabstand nicht erhöhen und wird niedriger als 1. Auch in solchen Fällen, in denen die Elektronenvervielfachungs-Bildsensoren eingesetzt werden, kommt es häufig vor, daß die von Krebsgeweben hervorgerufene Eigenfluoreszenz an einem entfernten Punkt nicht mit einem Rauschabstand von mindestens 1 erfaßt werden kann aufgrund des Auftretens von Dunkelrauschen und Lese-Rauschen, wenn die Einstellung des Bildsensors nicht ausreichend exakt vorgenommen wird.
Außerdem wird angestrebt, daß die Eigenfluoreszenz, die von normalem Gewebe erzeugt wird, welches sich an einer Stelle (das heißt an einem nahen Punkt) mit Abstand von 5 mm vom vorderen Ende der Meßsonde des Endoskopsystems befindet, derart erfaßt wird, daß keine Sättigung der Lichtaufnahmekapazität einer bildgebenden Vorrichtung erreicht wird.
Allerdings sind die dynamischen Bereiche von Elektronenvervielfachungs-Bildsensoren, beispielsweise ICCDs, schmaler als die Größenordnung von 10¹. Wenn daher die Einstellung des Bildsensors nicht ausreichend exakt vorgenommen wird, wird die Sättigung der Lichtaufnahmekapazität der bildgebenden Vorrichtung erreicht. In solchen Fällen, wenn die Methode zum Durchführen des Pixel-Binnings verwendet wird, läßt sich bei den Pixeln in einer Zone, in denen die Intensität des empfangenen Lichts groß ist, die Anzahl der dem Pixel-Binning unterzogenen Pixel auf einen kleinen Wert einstellen. Auf diese Weise läßt sich die Anzahl der dem Pixel-Binning unterzogenen Pixeln abhängig von der Intensität des empfangenen Lichts einstellen. In solchen Fällen allerdings, in denen die Einstellung des Bildsensors nicht ausreichend exakt vorgenommen wird, kommt es zu Problemen dadurch, daß die Sättigung in der Lichtaufnahmekapazität der Bildgebungsvorrichtung erreicht wird.
Die US-5 699 798 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum optischen Abbilden von festem Tumorgewebe entweder durch Nutzung von Eigenfluoreszenz oder extrinsisch durch Injektion eines Farbstoffs. Die US-5 699 798 diskutiert die Bedeutung der Zunahme des Rauschabstands durch Verringern des Rauschsignals (zum Beispiel durch CCD-Kühlung) sowie die Methode des Streckens oder Verbreitens der Pixelintensitätswerte, um einen maximalen dynamischen Bereich zu erzielen. Im Beispiel II wird ein zuverlässiges Bild durch Nutzung von nicht-intrinsischer Fluoreszenz durch Optimieren der Verstärkung und des Offsets des Photodetektors erhalten.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Hauptziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds, bei dem ein Eigenfluoreszenzbild, welches von einer Meßstelle von Lebendkörper-Geweben an einem entfernten Punkt mit einem hohen Rauschabstand erfaßt werden kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds, bei dem ein Eigenfluoreszenzbild, erzeugt aus einer Meßstelle von Lebendkörper-Geweben an einem nahen Punkt derart erfaßt werden kann, daß keine Sättigung der Lichtaufnahmekapazität einer bildgebenden Vorrichtung erreicht wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds.
Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Fluoreszenz-Abbildungsvorrichtung, bei der das Lese-Rauschen unterdrückt und ein Rauschabstand eines detektierten Bilds vergrößert werden kann, so daß abträgliche Einflüsse nicht auf der Anzeige eines Fluoreszenzbilds als dynamisches Bild in Erscheinung treten.
Die vorliegende Erfindung schafft ein erstes Verfahren zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds, welches folgende Schritte umfaßt:

i) Detektieren von Eigenfluoreszenz, die aus Lebendkörper-Geweben bei Bestrahlung der Lebendkörper-Gewebe mit Anregungslicht erzeugt wird, mit Hilfe eines Bildsensors, wobei das Anregungslicht die Lebendkörper-Gewebe veranlaßt, die Eigenfluoreszenz zu produzieren, und
ii) Auslesen der detektierten Eigenfluoreszenz als ein Bild,

RN + DN < 0,22 × P × H × G.

Die vorliegende Erfindung schafft außerdem ein zweites Verfahren zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds, welches folgende Schritte umfaßt:

(RN + DN) × 1.000 × G < Fd

(RN + DN) × 1.000 × G < Fw.

Außerdem schafft die Erfindung eine erste Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds mit folgenden Merkmalen:

i) einen Bildsensor zum Detektieren von Eigenfluoreszenz, die aus Lebendkörper-Geweben erzeugt wurde, wenn die Lebendkörper-Gewebe mit Anregungslicht bestrahlt wurden, welches bewirkt, daß die Lebendkörper-Gewebe die Eigenfluoreszenz produzieren, und
ii) eine Ausleseeinrichtung zum Auslesen der detektierten Eigenfluoreszenz als Bild,

RN + DN < 0,22 × P × H × G.

Außerdem schafft die Erfindung eine zweite Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds, umfassend folgende Merkmale:

(RN + DN) × 1.000 × G < Fd

(RN + DN) × 1.000 × G < Fw.

In der ersten und der zweiten Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds gemäß der Erfindung kann die Lesefrequenz so eingestellt werden, daß sie der Bedingung RN = DN entspricht.
Außerdem kann bei der ersten und der zweiten Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds gemäß der Erfindung der Bildsensor vom CCD-Typ eines Bildsensors oder vom MOS-Typ (Metall-Oxid-Halbleiter) des Bildsensors sein.
In den oben beschriebenen Formeln bedeutet RN die Anzahl von elektrischen Ladungen, die durch Lese-Rauschen auftreten (diese Anzahl bestimmt sich durch die Lesefrequenz und die Fläche eines Pixels), DN bedeutet die Anzahl elektrischer Ladungen, die durch Dunkelrauschen auftreten (diese Anzahl bestimmt sich durch die Lesefrequenz, die Fläche eines Pixels, die Gesamtanzahl von Pixeln, die Anzahl von Pixeln, die dem Pixel-Binning unterzogen werden, die Anzahl von Leseanschlüssen, die Belichtungszeit und die Sensortemperatur), P die Strahlungs-Ausgangsleistung des Anregungslichts (in mW) ist, H der Quantenwirkungsgrad des Bildsensors ist und G den Elektronenmultiplikationsfaktor des Bildsensors darstellt, Fd die Anzahl elektrischer Ladungen ist, die der Floating-Diffusions-Kapazität entsprechen, und Fw die Anzahl elektrischer Ladungen ist, die der Full-Well-Kapazität entsprechen.
Außerdem lassen sich RN und DN durch folgende Formeln darstellen: RN = 0.17S0.777 × f1/2 DN = (tread + texp) × S × n × ed(T) tread = (N/n)/(f × 106 × M) + {(n – 1) × (N/n)}/(f × 107 × M) d(T) = 4.1913 × 10–6 × (273 + T)3 – 3.8015 × 10–3 × (273 + T)2 + 1.2197 × (273 + T) – 136wobei S die Fläche eines Pixels (in μm²), f die Lesefrequenz (in Megapixel/s), N die Gesamtpixelzahl, n die dem Pixel-Binning unterzogene Anzahl von Pixeln, M die Anzahl von Leseanschlüssen, texp die Belichtungszeit (in s) und T die Temperatur des Bildsensors (in °C) ist.
Bei dem ersten und dem zweiten Verfahren zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds gemäß der Erfindung und bei der ersten und der zweiten Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds gemäß der Erfindung kann das Bild in Form von Bildern erfaßt werden, die sukzessive alle 1/30 Sekunden pro Bildrahmen wie in üblichen Fällen aufgenommen werden. Alternativ kann das Bild in Form von Bildern erfaßt werden, die sukzessive beispielsweise alte 1/10 Sekunden pro Bildrahmen aufgenommen werden, so daß selbst im Fall, daß die Bewegung der aufgenommenen Bilder nicht als glatte Bewegung wahrgenommen werden kann, die Meßstelle sukzessive betrachtet werden kann.
Der Begriff „Anzahl elektrischer Ladungen entsprechend einer Kapazität" soll hier den Wert bezeichnen, den man erhält, wenn man sowohl die Floating-Diffusions-Kapazität Fd als auch die Full-Well-Kapazität Fw umwandelt in die Anzahl elektrischer Ladungen, so daß die Einheiten der obigen Formeln als Anzahl elektrischer Ladungen in Erscheinung treten.
Das erste und das zweite Verfahren zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds gemäß der Erfindung können miteinander kombiniert werden. Außerdem können die erste und die zweite Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds gemäß der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere läßt sich das Bild dadurch erfassen, daß man den Bildsensor derart einrichtet, daß die Lesefrequenz, die Fläche eines Pixels, die Gesamtanzahl von Pixeln, die dem Pixel-Binning unterzogene Anzahl von Pixeln, die Anzahl von Leseanschlüssen, die Belichtungszeit, der Quantenwirkungsgrad, der Elektronenmultiplikationsfaktor, die Sensortemperatur, die Floating-Diffusions-Kapazität und die Full-Well-Kapazität des Bildsensors die drei folgenden Bedingungsformeln erfüllen: RN + DN < 0,22 × P × H × G (RN + DN) × 1.000 × G < Fd (RN + DN) × 1.000 × G < Fw.
Eine Vorrichtung zur Fluoreszenzabbildung gemäß obigen Angaben enthält weiterhin:

i) eine Bestrahlungseinrichtung zum Aufstrahlen von Anregungslicht auf eine Meßstelle, wobei das Anregungslicht die Meßstelle dazu bringt, Fluoreszenz zu erzeugen, und
ii) eine Bildgebungseinrichtung, die den Bildsensor enthält, um die Fluoreszenz zu detektieren, die von der Meßstelle erzeugt wurde, wobei die Bildgebungseinrichtung mit einer Bildgebungsfläche versehen ist, welche eine Mehrzahl von in zweidimensionaler Form angeordneten Pixeln enthält,

In der Fluoreszenz-Abbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann die Bildgebungseinrichtung eine Einrichtung unterschiedlicher Arten sein, ausgestattet mit der Bildgebungsfläche, die ihrerseits eine Mehrzahl von Pixeln enthält, die in zweidimensionaler Form angeordnet sind. Beispielsweise kann die Bildgebungseinrichtung ein üblicher CCD-Sensor, ein MOS-Bildsensor, ein Bildsensor mit Rückseiten-Lichtauffall, der eine hochempfindliche Abbildung liefern kann, oder ein Multiplikations-Typ-Bildsensor sein, der mit einer Multiplikationseinrichtung kombiniert ist.
Die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung sollte vorzugsweise derart modifiziert sein, daß die Bildgebungsfläche unterteilt ist in N Bildgebungsblöcke, wobei N mindestens 2 beträgt,
jeder der Ausgangsanschlüsse für einen der N Bildgebungsblöcke vorgesehen ist, und
die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung außerdem aufweist:
eine Zusammensetzungseinrichtung zum Kombinieren von Bildsignalen, die von den Ausgangsanschlüssen ausgegeben werden, um ein ein Bild repräsentierendes Bildsignal zu bilden,
eine Korrekturwert-Berechnungseinrichtung zum Berechnen von Korrekturwerten entsprechend den Schwankungen der Ausgangscharakteristik unter N Ausgangskanälen, die von den N Bildgebungsblöcken zu der Zusammensetzungseinrichtung verlaufen,
eine Korrektureinrichtung zum Durchführen einer Kompensation der Schwankungen in den Ausgangscharakteristika, und
eine Korrekturwert-Einstelleinrichtung zum Einstellen der Korrekturwerte in der Korrektureinrichtung.
In solchen Fällen sollte die Korrektureinrichtung vorzugsweise durch eine Signaltransformationseinrichtung gebildet sein, die Offset-Werte und Tonkurven-Korrekturwerte enthält.
Außerdem sollte die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung, bei der die Korrektureinrichtung durch die Signaltransformationseinrichtung gebildet ist, vorzugsweise derart modifiziert sein, daß die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung durch eine Bildbelichtungszone und eine belichtungsfreie Zone gebildet wird,
jeder der Bildgebungsblöcke eine der belichtungsfreien Zonen enthält,
die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung die Offset-Werte, die als die Korrekturwerte fungieren, aus Bildsignalen berechnet, die in einem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung fällt, und die über die zugehörigen Ausgangskanäle ausgegeben wurden, wobei die Offset-Werte derart berechnet werden, daß Signalstärken von Bildsignalen, die in den belichtungsfreien Zonen der Abbildungsblöcke detektiert wurden, annähernd identische Werte annehmen, und
die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung die Tonkurven-Korrekturwerte, welche als die Korrekturwerte fungieren, aus den Bildsignalen berechnet, die in einem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung fällt, und die über die zugehörigen Ausgangskanäle ausgegeben wurden, wobei die Tonkurven-Korrekturwerte derart berechnet werden, daß Signalstärken von Bildsignalen, die an den benachbarten Enden der zueinander benachbarten Bildgebungsblöcke detektiert werden, annähernd identische Werte annehmen.
Außerdem kann die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung, bei der die Korrektureinrichtung durch die Signaltransformationseinrichtung gebildet wird, derart modifiziert werden, daß die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung die als Korrekturwerte fungierenden Offset-Werte berechnet aus Bildsignalen, die in einem Zustand detektiert werden, in welchem Licht am Auftreffen auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung gehindert ist, und die über die jeweiligen Ausgangskanäle ausgegeben werden, wobei die Offset-Werte derart berechnet werden, daß die Signalstärken von Bildsignalen, die in den Bildgebungsblöcken detektiert wurden, nahezu identische Werte annehmen, und
die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung die Tonkurven-Korrekturwerte, welche als die Korrekturwerte fungieren, aus den Bildsignalen berechnet, die in einem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung fällt, und die über die zugehörigen Ausgangskanäle ausgegeben wurden, wobei die Tonkurven-Korrekturwerte derart berechnet werden, daß Signalstärken von Bildsignalen, die an den benachbarten Enden der zueinander benachbarten Bildgebungsblöcke detektiert werden, annähernd identische Werte annehmen.
Außerdem kann in der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung die Korrektureinrichtung durch eine Verstärkungseinrichtung gebildet werden, in welcher Offset-Werte und Verstärkungen einstellbar sind.
Außerdem sollte die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung, bei der die Korrektureinrichtung durch die Verstärkungseinrichtung gebildet ist, vorzugsweise derart modifiziert werden, daß die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung durch eine Bildbelichtungszone und belichtungsfreie Zonen gebildet wird, wobei
jeder der Bildgebungsblöcke eine der belichtungsfreien Zonen enthält,
die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung die Offset-Werte, die als die Korrekturwerte fungieren, aus Bildsignalen berechnet, die in einem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung fällt, und die über die zugehörigen Ausgangskanäle ausgegeben wurden, wobei die Offset-Werte derart berechnet werden, daß Signalstärken von Bildsignalen, die in den belichtungsfreien Zonen der Abbildungsblöcke detektiert wurden, annähernd identische Werte annehmen, und
wobei die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung die Verstärkungseinstellwerte, die als die Korrekturwerte fungieren, aus den Bildsignalen berechnet, die in einem Zustand detektiert werden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung fällt, und die über die betreffenden Ausgangskanäle ausgegeben wurden, wobei die Verstärkungseinstellwerte derart berechnet werden, daß Signalstärken von Bildsignalen, die an den benachbarten Enden von Bildgebungsblöcken, die einander benachbart sind, detektiert wurden, annähernd identische Werte annehmen.
Außerdem kann die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung, bei der die Korrektureinrichtung durch die Verstärkungseinrichtung gebildet wird, derart modifiziert werden, daß die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung die als die Korrekturwerte fungierenden Offset-Werte berechnet aus Bildsignalen, in welchem Licht am Auftreffen auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung gehindert ist, und die über die jeweiligen Ausgangskanäle ausgegeben wurden, wobei die Offset-Werte derart berechnet werden, daß die Signalstärken von Bildsignalen, die in den Bildgebungsblöcken detektiert wurden, nahezu identische Werte annehmen, und
wobei die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung die Verstärkungseinstellwerte, die als die Korrekturwerte fungieren, aus den Bildsignalen berechnet, die in einem Zustand detektiert werden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung fällt, und die über die betreffenden Ausgangskanäle ausgegeben wurden, wobei die Verstärkungseinstellwerte derart berechnet werden, daß Signalstärken von Bildsignalen, die an den benachbarten Enden von Bildgebungsblöcken, die einander benachbart sind, detektiert wurden, annähernd identische Werte annehmen.
Außerdem sollte die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung vorzugsweise so modifiziert werden, daß die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung durch eine Bildbelichtungszone und durch belichtungsfreie Zonen gebildet wird, die Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung außerdem aufweist eine Rückstell-Beurteilungseinrichtung zum Treffen einer Beurteilung für jeden Abbildungsvorgang sowie darüber, ob ein Rückstellen der Korrekturwerte auszuführen ist oder nicht, wobei die Beurteilung nach Maßgabe des Vorhandenseins oder des Fehlens einer Signalstärkenänderung des Bildsignals erfolgt, welches in einer der belichtungsfreien Zonen detektier wurde,
die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung derart arbeitet, daß in solchen Fällen, in denen von der Rückstell-Beurteilungseinrichtung beurteilt wird, daß ein Zurücksetzen der Kor rekturwerte vorzunehmen ist, die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung neue Korrekturwerte berechnet, und
die Korrekturwert-Einstelleinrichtung die neuen Korrekturwerte, die von der Korrekturwert-Berechnungseinrichtung berechnet wurden, als die Korrekturwerte in der Korrekturwerteinrichtung einstellt.
Wie oben erläutert wurde, erfolgt die Beurteilung darüber, ob die Neueinstellung der Korrekturwerte vorgenommen werden soll oder nicht, abhängig vom Vorhandensein oder vom Fehlen einer Signalintensitätsänderung eines Bildsignals, welches in einer der belichtungsfreien Zonen detektiert wurde. In Fällen beispielsweise, in denen eine Änderung in einem Mittelwert von Signalintensitäten des Bildsignals stattfindet, welches in einer der belichtungsfreien Zonen detektiert wurde, oder in Fällen, in denen es zu einer Änderung der Signalintensität entsprechend einer vorbestimmten Stelle oder dergleichen kommt, wird die Beurteilung getroffen, daß die Neueinstellung der Korrekturwerte vorzunehmen ist. In solchen Fällen, in denen keine Änderung erfolgt, wird beurteilt, daß die Korrekturwerte nicht geändert werden sollen.
Außerdem läßt sich die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung derart modifizieren, daß die Bildgebungsfläche aufgeteilt ist in N Bildgebungsblöcke, wobei N mindestens 2 beträgt,
jeder der Ausgangsanschlüsse für einen der N Bildgebungsblöcke vorgesehen ist, und
die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung weiterhin aufweist:
eine Zusammensetzungseinrichtung zum Kombinieren von Bildsignalen, die von den Ausgangsanschlüssen ausgegeben wurden, um ein ein Bild repräsentierendes Bildsignal zu bilden,
eine Korrekturwert-Speichereinrichtung zum Speichern von Korrekturwerten zum Kompensieren von Schwankungen in der Ausgangscharakteristik, wobei die Korrekturwerte berechnet wurden nach Maßgabe der Schwankungen der Ausgangscharakteristika unter den N Ausgangskanälen, die sich von den N Bildgebungsblöcken zu der Zusammensetzungseinrichtung erstrecken,
eine Korrektureinrichtung zum Durchführen einer Kompensation der Schwankungen in den Ausgangscharakteristika, und
eine Korrekturwert-Einstelleinrichtung zum Einstellen der Korrekturwerte in der Korrektureinrichtung.
In solchen Fällen kann die Korrektureinrichtung durch eine Signaltransformationseinrichtung gebildet werden, die Offset-Werte und Tonkurven-Korrekturwerte speichert. In diesen Fällen sollte die Korrekturwert-Speichereinrichtung vorzugsweise die Offset-Werte und die Tonkurven-Korrekturwerte als die Korrekturwerte speichern.
Alternativ kann die Korrektureinrichtung auch durch eine Verstärkungseinrichtung gebildet werden, in welcher Offset-Werte und Verstärkungen justierbar sind. In diesen Fällen sollte die Korrekturwert-Speichereinrichtung vorzugsweise die Offset-Werte und die Verstärkungs-Justierwerte als die Korrekturwerte speichern.
Die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung, bei der die Korrekturwert-Speichereinrichtung verwendet wird, sollte vorzugsweise derart modifiziert werden, daß die Korrekturwert-Speichereinrichtung Signalintensität oder Mittelwert von Signalintensitäten eines Bildsignals speichert, welches in einem Zustand detektiert wurde, in welchem Licht am Auftreffen auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung gehindert wurde, und entsprechende Korrekturwerte,
wobei die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung außerdem aufweist: eine Rücksetz-Beurteilungseinrichtung zum Treffen einer Beurteilung bei jeder Abbildungsoperation dahingehend, ob ein Zurücksetzen der Korrekturwerte erfolgen soll oder nicht, wobei die Beurteilung nach Maßgabe des Vorhandenseins oder des Fehlens einer Änderung in der Signalintensität oder eines Mittelwerts von Signalintensitäten eines Bildsignals vorgenommen wird, welches in einem Zustand detektiert wurde, in welchem Licht an einem Auftreffen auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung gehindert wird, und
die Korrektur-Einstelleinrichtung derart arbeitet, daß in solchen Fällen, in denen von der Rücksetz-Beurteilungseinrichtung beurteilt wurde, daß das Zurücksetzen der Korrekturwerte vorgenommen werden soll, die Korrekturwert-Einstelleinrichtung diejenigen Korrekturwerte, die der Signalstärke oder dem Mittelwert der Signalstärken des Bildsignals in Verbindung mit der Beurteilung, daß die Rücksetzung der Korrekturwerte vorzunehmen ist, entsprechen, aus den in der Korrekturwert-Speichereinrichtung gespeicherten Korrekturwerten liest und die Korrekturwerte, die auf diese Weise aus der Korrekturwert-Speichereinrichtung ausgelesen wurden, als die Korrekturwerte in der Korrektureinrichtung einstellt.
Außerdem sollte die Fluoreszenz-Abbildungsvorrichtung, bei der die Korrekturwert-Speichereinrichtung verwendet wird, vorzugsweise so modifiziert werden, daß die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung durch eine Bildbelichtungszone und belichtungsfreie Zonen gebildet wird,
die Korrektur-Speichereinrichtung Signalintensität oder einen Mittelwert von Signalintensitäten eines Bildsignals, welches in einer der belichtungsfreien Zonen detektiert wurde, und die entsprechenden Korrekturwerte speichert,
und die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung außerdem aufweist: eine Rücksetz-Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen bei jeder Abbildungsoperation, ob ein Zurücksetzen der Korrekturwerte vorzunehmen ist oder nicht, wobei die Beurteilung nach Maßgabe des Vorhandenseins oder des Fehlens einer Änderung in der Signalintensität oder eines Mittelwerts von Signalintensitäten eines Bildsignals erfolgt, welches in einer der belichtungsfreien Zonen detektiert wurde, und
die Korrektur-Einstelleinrichtung derart arbeitet, daß in solchen Fällen, in denen von der Rücksetz-Beurteilungseinrichtung beurteilt wurde, daß das Zurücksetzen der Korrekturwerte vorgenommen werden soll, die Korrekturwert-Einstelleinrichtung diejenigen Korrekturwerte, die der Signalstärke oder dem Mittelwert der Signalstärken des Bildsignals in Verbindung mit der Beurteilung, daß die Rücksetzung der Korrekturwerte vorzunehmen ist, entsprechen, aus den in der Korrekturwert-Speichereinrichtung gespeicherten Korrekturwerten liest und die Korrekturwerte, die auf diese Weise aus der Korrekturwert-Speichereinrichtung ausgelesen wurden, als die Korrekturwerte in der Korrektureinrichtung einstellt.
Außerdem sollte die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung, bei der die Korrekturwert-Speichereinrichtung verwendet wird, vorzugsweise derart modifiziert werden, daß die Korrekturwert-Speichereinrichtung Information über eine Temperatur in der Nähe der Bildgebungseinrichtung und entsprechende Korrekturwerte speichert, die durch die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung berechnet wurden, wobei die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung außerdem aufweist:
eine Temperaturdetektoreinrichtung zum Detektieren der Temperatur in der Nähe der Bildgebungseinrichtung, und
eine Rücksetz-Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen bei jeder Abbildungsoperation, ob ein Zurücksetzen der Korrekturwerte erfolgen soll oder nicht, wobei die Beurteilung nach Maßgabe des Vorhandenseins oder des Fehlens einer Temperaturänderung in der Nähe der Bildgebungseinrichtung erfolgt, und
die Korrekturwert-Einstelleinrichtung derart arbeitet, daß in Fällen, in denen von der Rücksetz-Beurteilungseinrichtung beurteilt wurde, daß ein Zurücksetzen der Korrekturwerte erfolgen soll, die Korrekturwert-Einstelleinrichtung die Korrekturwerte, die der Temperatur in der Nähe der Bildgebungseinrichtung in Verbindung mit der Beurteilung der Rücksetzeinrichtung, daß die Korrekturwerte zurückgesetzt werden sollen, aus den in der Korrekturwert-Speichereinrichtung gespeicherten Korrekturwerte ausliest und die so aus der Korrekturwert-Speichereinrichtung ausgelesenen Korrekturwerte als die Korrekturwerte in der Korrektureinrichtung einstellt.
In der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung sollte der Wert von N vorzugsweise auf höchstens 64 eingestellt werden, vorzugsweise sollte er höchstens 8 betragen.
Bei dem ersten Verfahren zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds und der ersten Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds gemäß der Erfindung, wobei die von dem Bildsensor detektierte Eigenfluoreszenz als das Bild erfaßt wird, wird der Bildsensor so eingestellt, daß er die folgende Bedingungsformel erfüllt: RN + DN < 0,22 × P × H × G.
Deshalb wird die Anzahl elektrischer Ladungen, die in der Bildgebungsvorrichtung aufgrund von Dunkelrauschen und Leserauschen auftreten, auf einen kleineren Wert beschränkt als die Anzahl elektrischer Ladungen, die in der Bildgebungsvorrichtung durch die Eigenfluoreszenz auftreten, die an der Meßstelle erzeugt wird. Dementsprechend ist das Fluoreszenzbild in der Lage, mit hohem Rauschabstand erfaßt zu werden.
Bei dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds und bei der zweiten Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds, bei dem bzw. bei der die von dem Bildsensor detektierte Eigenfluoreszenz als das Bild aufgenommen wird, wird der Bildsensor derart eingestellt, daß er folgende Bedingungsformel erfüllt: (RN + DN) × 1.000 × G < Fd (RN + DN) × 1.000 × G < Fw.
Aus diesem Grund können die Floating-Diffusions-Kapazität und die Full-Well-Kapazität der Bildvorrichtung ausreichend große Werte im Vergleich zu der Anzahl elektrischer Ladungen annehmen, die in der Bildvorrichtung aufgrund von Dunkelrauschen und von Leserauschen auftreten. Im Ergebnis kann das Fluoreszenzbild derart aufgenommen wer den, daß in der Lichtaufnahmekapazität der Bildgebungsvorrichtung nicht der Sättigungsgrenzwert erreicht wird.
Bei der ersten und der zweiten Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds gemäß der Erfindung läßt sich, wenn die Lesefrequenz f des Bildsensors so eingestellt wird, daß die Bedingung RN = DN erfüllt ist, die Summe der Anzahl elektrischer Ladungen, die aufgrund von Dunkelrauschen auftreten, und der Anzahl elektrischer Ladungen aufgrund von Leserauschen, minimiert werden.
Außerdem kann bei der ersten und der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds, bei der der Bildsensor vom CCD-Typ oder vom MOS-Typ ist, der Raumbedarf für den Bildsensor gering gehalten werden.
Bei der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung, bei der die Bildgebungseinrichtung mit einer Mehrzahl von Ausgangsanschlüssen versehen ist, kann die Anzahl von einem Ausgangsanschluß zugeordneten Pixeln auf die Hälfte oder noch weniger im Vergleich zu solchen Fällen verringert werden, in denen die Bildgebungseinrichtung mit nur einem einzigen Ausgangsanschluß ausgestattet ist. Selbst wenn daher die Lesefrequenz auf einen niedrigen Wert eingestellt wird, können Signalladungen für sämtliche Pixel innerhalb der Lesezeit gelesen werden. Folglich kann das Leserauschen unterdrückt werden, und der Rauschabstand des detektierten Bilds kann gesteigert werden, so daß abträgliche Einflüsse bei der Anzeige des Fluoreszenzbilds als dynamisches Bild nicht in Erscheinung treten.
Wenn die Bildgebungsfläche in N Bildgebungsblöcke oder Abbildungsblöcke unterteilt ist, wobei N mindestens 2 beträgt, und jeder der Ausgangsanschlüsse für einen der N Bildgebungsblöcke, läßt sich in einfacher Weise die Bildgebungseinrichtung mit einer Mehrzahl von Ausgangsanschlüssen ausgestalten. In diesen Fällen allerdings geht die Gleichförmigkeit der Charakteristik des Ausgabesystems, die dem Bildsensor naturgemäß eigen ist, verloren. Insbesondere kommt es zu Schwankungen in der Ausgabecharakteristik unter den N Ausgangskanälen, die sich von den N Bildgebungsblöcken zu der Zusammensetzungseinrichtung zum Zusammensetzen eines Bildsignals eines Bilds erstreckt, welches aus Bildsignalen besteht, die von den Ausgangsanschlüssen ausgegeben wurden, so daß in dem erzeugten Bild getrennte Linienmuster in Erscheinung treten. Bei der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung jedoch werden die Korrekturwerte nach Maßgabe von Schwankungen in der Ausgangscharakteristik unter den N Ausgangskanälen berechnet, die sich von den N Bildgebungsblöcken zu der Zusammensetzungseinrichtung erstrecken. Außerdem werden die berechneten Korrekturwerte in der Korrektureinrichtung eingestellt, um die Schwankungen in der Ausgangscharakteristik zu kompensieren. Deshalb können die Schwankungen der Ausgangscharakteristik kompensiert werden, und man kann verhindern, daß Probleme in Form von getrennten Linienmustern in dem erzeugten Bild auftreten.
Bei der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung, bei der die Korrektureinrichtung durch die Signaltransformationseinrichtung gebildet wird, welche die Offset-Werte und die Tonkurven-Korrekturwerte speichert, kann die Kompensation der Ausgangscharakteristik in einfacher Weise vorgenommen werden.
Bei der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung, bei der jeder der Bildgebungsblöcke eine der belichtungsfreien Zonen enthält, können die Offset-Werte und die Tonkurven-Korrekturwerte, die als die Korrekturwerte fungieren, berechnet werden aus den Bildsignalen, die in einem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung auftrifft. Deshalb können die Berechnungen der Korrekturwerte derart ausgeführt werden, daß ein normaler Abbildungsvorgang nicht behindert wird.
Bei der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung können die Offset-Werte, die als die Korrekturwerte fungieren, aus den Bildsignalen berechnet werden, die in einem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht am Auftreffen auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung gehindert wird, und die Tonkurven-Korrekturwerte, die als die Korrekturwerte fungieren, können berechnet werden aus den Bildsignalen, die in dem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung auftrifft. In diesen Fällen brauchen nicht sämtliche Bildgebungsblöcke notwendi gerweise die belichtungsfreien Zonen enthalten, und deshalb kann die Flexibilität bei der Art und Weise der Aufteilung der Bildgebungsblöcke gesteigert werden.
Bei der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung, bei der die Korrektureinrichtung durch die Verstärkungseinrichtung gebildet wird, in der die Offset-Werte und die Verstärkungen justierbar sind, kann die Verstärkungseinrichtung, die bisher in einer Signalverarbeitungsschaltung vorgesehen war, als Korrektureinrichtung genutzt werden. Deshalb brauchen keine neuen Schaltungsteile vorgesehen zu werden, die Fertigungskosten können niedrig gehalten werden.
Außerdem können bei der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung, bei der jeder der Bildgebungsblöcke eine der belichtungsfreien Zonen enthält, die Offset-Werte und die Verstärkungseinstellwerte, die als die Korrekturwerte fungieren, berechnet werden aus den Signalen, welche in dem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung auftrifft. Deshalb können die Korrekturwert-Berechnungen derart durchgeführt werden, daß der eigentliche Abbildungsvorgang nicht beeinträchtigt wird.
Bei der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung können die Offset-Werte als Korrekturwerte berechnet werden aus den Bildsignalen, die in einem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht an einem Auftreffen auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung gehindert wird, und die Verstärkungseinstellwerte können als Korrekturwerte berechnet werden aus den Bildsignalen, die in dem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung auftrifft. In diesen Fällen brauchen nicht sämtliche Bildgebungsblöcke notwendigerweise die belichtungsfreien Zonen enthalten, so daß die Flexibilität bei der Art und Weise der Unterteilung der Bildgebungsblöcke gesteigert werden kann.
Es ist bekannt, daß die Ausgangscharakteristika der Ausgangskanäle bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen schwanken. Auch das Bildsignal, welches in der belichtungsfreien Zone der Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung erfaßt wurde, ist vornehm lich beeinflußt durch Dunkelstrom und schwankt bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen. Wenn daher in der Signalintensität des Bildsignals, welches in der belichtungsfreien Zone der Bildgebungsfläche detektiert wurde, keine Änderung stattfindet, so kann daraus gefolgert werden, daß in der Ausgangscharakteristik keine Änderung stattfindet. Dementsprechend kann eine Änderung der Signalintensität des Bildsignals, welches in einer der belichtungsfreien Zonen detektiert wurde, für jeden Abbildungsvorgang untersucht werden. In solchen Fällen, in denen keine Änderung der Signalintensität auftritt, kann davon ausgegangen werden, daß in der Ausgangscharakteristik keine Änderung stattfindet, und Korrekturen können unter Verwendung der Korrekturwerte ausgeführt werden, die von der Korrektureinrichtung bereits eingestellt wurden. Auf diese Anzahl läßt sich die Häufigkeit der Berechnungen für neue Korrekturwerte reduzieren, und die Verarbeitungszeit für die Kompensation der Ausgangscharakteristika kann kurzgehalten werden.
Bei der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung, bei der die Korrekturwert-Speichereinrichtung eingesetzt wird, können die Korrekturwerte, die gemäß den Schwankungen der Ausgangscharakteristika von den N Ausgangskanälen zwischen den N Bildgebungsblöcken hin zu der Zusammensetzungseinrichtung berechnet und in der Korrekturwert-Speichereinrichtung abgespeichert werden, in der Korrektureinrichtung zum Durchführen einer Kompensation der Schwankungen der Ausgangscharakteristika eingestellt werden. Aus diesem Grund kann die Anzahl von einem Ausgangsanschluß zugeordneten Pixeln auf einen kleineren Wert als dann verringert werden, wenn die Bildgebungseinrichtung mit nur einem einzigen Ausgangsanschluß ausgestattet ist. Selbst wenn daher die Lesefrequenz auf einen niedrigen Wert eingestellt ist, können die Signalladungen für sämtliche Pixel innerhalb der Lesezeit ausgelesen werden. Dementsprechend läßt sich Leserauschen unterdrücken, und der Rauschabstand des detektierten Bilds läßt sich verbessern, so daß keine abträglichen Einflüsse bei der Darstellung des Fluoreszenzbilds als dynamisches Bild in Erscheinung treten. Außerdem können Schwankungen der Ausgangscharakteristika kompensiert werden, und man kann die Probleme des Auftretens von getrennten Linienmustern in dem erzeugten Bild verhindern, so daß keine abträglichen Einflüsse bei der Darstellung des Fluoreszenzbilds als dynamisches Bild in Erscheinung treten.
Bei der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung, bei der die Korrekturwert-Speichereinrichtung verwendet wird, kann die Korrektureinrichtung durch die Signaltransformationseinrichtung gebildet werden, die die Offset-Werte und die Tonkurven-Korrekturwerte speichert, und die Korrekturwert-Speichereinrichtung kann die Offset-Werte und die Tonkurven-Korrekturwerte als die Korrekturwerte abspeichern. In diesen Fällen kann eine einfache Kompensation der Ausgangscharakteristika vorgenommen werden.
Bei der Fluoreszenz-Abbildungsvorrichtung, bei der die Korrektureinrichtung durch die Verstärkungseinrichtung gebildet wird, in der die Offset-Werte und die Verstärkungen justierbar sind, speichert die Korrekturwert-Speichereinrichtung die Offset-Werte und die Verstärkungseinstellwerte als die Korrekturwerte, und die Verstärkungseinrichtung, die bislang in einer Signalverarbeitungsschaltung enthalten war, kann als die Korrektureinrichtung genutzt werden. Hierdurch brauchen keine neuen Schaltungsteile vorgesehen zu werden, die Fertigungskosten können niedrig gehalten werden.
Bei der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung, bei der die Korrekturwert-Speichereinrichtung verwendet wird, kann diese die Signalintensität oder den Mittelwert von Signalintensitäten des Bildsignals speichern, welches in einem Zustand detektiert wurde, in welchem Licht am Auftreffen auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung gehindert wird, ebenso die entsprechenden Korrekturwerte. Außerdem läßt sich für jeden Abbildungsvorgang eine Änderung der Signalintensität oder des Mittelwerts von Signalintensitäten des in dem Zustand, in welchem Licht am Auftreffen auf die Bildgebungsfläche gehindert wird, detektierten Bildsignals untersuchen. In solchen Fällen, in denen eine Änderung der Signalintensität oder des Mittelwerts von Signalintensitäten des Bildsignals auftritt, können die Korrekturwerte, die der Signalintensität oder des Mittelwerts von Signalintensitäten des Bildsignals entsprechen, welches zu der Beurteilung gehört, daß die Neueinstellung der Korrekturwerte vorzunehmen ist, aus den in der Korrek turwert-Speichereinrichtung abgespeicherten Korrekturwerten gelesen werden, um in der Korrektureinrichtung als die Korrekturwerte eingestellt zu werden. In derartigen Fällen kann die Verarbeitung zum Berechnen der Korrekturwerte entfallen, und die Verarbeitungszeit zum Kompensieren der Ausgangscharakteristika kann kurzgehalten werden.
Bei der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung, bei der die Korrekturwert-Speichereinrichtung verwendet wird, kann diese die Signalintensität oder den Mittelwert von Signalintensitäten des Bildsignals speichern, welches in einer der belichtungsfreien Zonen detektiert wurde, ebenso entsprechende Korrekturwerte. Außerdem kann bei jedem Abbildungsvorgang eine Änderung der Signalintensität oder des Mittelwerts von Signalintensitäten des Bildsignals, welches in einer der belichtungsfreien Zonen detektiert wurde, untersucht werden. In solchen Fällen, in denen eine Änderung der Signalintensität oder des Mittelwerts von Signalintensitäten des Bildsignals stattfindet, können die Korrekturwerte, die der Signalintensität oder dem Mittelwert von Signalintensitäten des Bildsignals entsprechend der Beurteilung, daß die Neueinstellung der Korrekturwerte vorzunehmen ist, aus den Korrekturwerten ausgelesen werden, die in der Korrekturwert-Speichereinrichtung gespeichert wurden, um als Korrekturwerte in der Korrektureinrichtung eingestellt zu werden. In diesen Fällen kann die Verarbeitung zum Berechnen der Korrekturwerte entfallen, und die Verarbeitungszeit zum Ausführen der Kompensation der Ausgangscharakteristika kann kurzgehalten werden. Außerdem läßt sich eine Änderung der Signalintensität oder des Mittelwerts von Signalintensitäten des Bildsignals, welches in einer der belichtungsfreien Zonen detektiert wurde, unter Einsatz eines normalen Abbildungsvorgangs erfaßt werden. Hierdurch läßt sich die Verarbeitung zum Kompensieren der Ausgangscharakteristika vereinfachen.
Bei der Fluoreszenz-Abbildungsvorrichtung, bei der die Korrekturwert-Speichereinrichtung verwendet wird, kann diese Information über die Temperatur in der Nähe der Bildgebungseinrichtung und die dazugehörigen Korrekturwerte speichern, die von der Korrekturwert-Berechnungseinrichtung berechnet wurden, und die Temperaturdetektiereinrichtung zum Detektieren der Temperatur kann ebenfalls in der Nähe der Abbildungseinrichtung angeordnet sein. Außerdem läßt sich bei jedem Abbildungsvorgang eine Temperaturänderung in der Nähe der Abbildungseinrichtung untersuchen. In solchen Fällen, in denen eine Temperaturänderung stattfindet, können die Korrekturwerte, die der Temperatur in der Nähe der Bildgebungseinrichtung in Verbindung mit der Beurteilung entsprechen, daß die Neueinstellung der Korrekturwerte vorzunehmen ist, aus den Korrekturwerten, die in der Korrekturwert-Speichereinrichtung abgespeichert sind, ausgelesen und als Korrekturwerte in der Korrektureinrichtung eingestellt werden. In diesen Fällen kann die Verarbeitung zum Berechnen der Korrekturwerte entfallen, und die zum Durchführen der Kompensation der Ausgangscharakteristika erforderliche Verarbeitungszeit kann kurzgehalten werden. Außerdem läßt sich die Erfassung und der Vergleich der Temperatur in der Nähe der Bildgebungseinrichtung durch eine einfache Verarbeitung ausführen. Aus diesem Grund kann die Verarbeitung zum Kompensieren der Ausgangscharakteristika noch weiter vereinfacht werden.
Bei der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung, bei der der Wert von N, das heißt der Anzahl der Unterteilungen der Bildgebungsfläche, in den Bereich von 2 bis 64 fällt, kann die Lesefrequenz auf einen niedrigen Wert eingestellt werden, und man kann das Leserauschen unterdrücken, so daß periphere Schaltungen und die Kompensationsverarbeitung nicht kompliziert werden. Außerdem können dann, wenn der Wert N, das ist die Anzahl von Unterteilungen der Bildgebungsfläche, in den Bereich von 2 bis 8 fällt, die peripheren Schaltungen und die Kompensationsverarbeitung noch weiter vereinfacht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Fluoreszenz-Endoskopsystems, in welchem eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds gemäß der Erfindung verwendet wird,
2 ist eine anschauliche Darstellung eines Bestrahlungsbereichs für Anregungslicht,
3 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Abstand eines vorderen Endes einer Meßsonde zu einem Objekt und der Leistungsdichte des Anregungslichts,
4 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN und einer Fläche eines Pixels S,
5 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN und einer Lesefrequenz f,
6 ist eine graphische Darstellung der Beziehung der Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN und der Lesefrequenz f sowie der Fläche eines Pixels S,
7 ist eine graphische Darstellung der Beziehung der Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN und der Lesefrequenz f sowie der Fläche eines Pixels S,
8 ist eine graphische Darstellung der Beziehung der Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN und der Lesefrequenz f sowie der Fläche eines Pixels S,
9 ist eine schematische Ansicht eines Endoskopsystems, in welchem eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungseinrichtung verwendet wird,
10 ist eine schematische Ansicht, die einen Teil eines in dem Endoskopsystem verwendeten CCD-Bildsensors zeigt, wobei in dem System die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird,
11 ist eine schematische Ansicht eines Endoskopsystems, in welchem eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird,
12 ist eine schematische Ansicht eines Endoskopsystems, in der eine dritte Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird,
13 ist eine schematische Ansicht eines Endoskopsystems, in der eine vierte Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird,
14 ist eine schematische Ansicht eines Endoskopsystems, in der eine fünfte Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird,
15 ist eine schematische Ansicht eines Endoskopsystems, in der eine sechste Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird, und
16 ist eine graphische Darstellung der Spektralintensitätsverteilungen von Fluoreszenz, die von normalen Geweben erzeugt wird, und Fluoreszenz, die von erkranktem Gewebe erzeugt wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden wird die Erfindung in größerer Einzelheit anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht eines Fluoreszenz-Endoskopsystems, bei dem eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds gemäß der Erfindung verwendet wird.
Bezugnehmend auf 1 enthält ein Fluoreszenz-Endoskopsystem 800 eine Lichtquelleneinheit 810 zum Erzeugen von Anregungslicht Le mit einer Wellenlänge von 410 nm. Das Fluoreszenz-Endoskopsystem 800 enthält außerdem eine Endoskopeinheit 820 zum Aufnehmen des Anregungslichts Le aus der Lichtquelleneinheit 810, zum Aufstrahlen des Anregungslichts Le durch eine optische Faser 21 auf Lebendkörper-Gewebe 1, von Abbildungs-Eigenfluoreszenz Kj, welches von den Lebendkörper-Geweben 1 bei Bestrah lung mit dem Anregungslicht Le erzeugt wurde, mit Hilfe eines Bildsensors 25, und zum Ausgeben eines Bildsignals, welches repräsentativ für das Bild der Eigenfluoreszenz Kj ist, über ein Kabel 26. Das Fluoreszenz-Endoskopsystem 800 enthält weiterhin eine Bildsignal-Ausleseeinheit 830 zum Auslesen des Bilds von der Endoskopeinheit 820 und zum Transformieren des Bildsignals in ein Videosignal. Das Fluoreszenz-Endoskopsystem 800 enthält schließlich eine Anzeigeeinrichtung 840 zum Empfangen des Videosignals und der Bildsignal-Ausleseeinheit 830, zum Reproduzieren eines sichtbaren Bilds aus dem Videosignal und zum Anzeigen des sichtbaren Bilds.
Die Endoskopeinheit 820 enthält einen Operationsteil 822, der mit der Lichtquelleneinheit 810 und der Bildsignal-Ausleseeinheit 830 gekoppelt ist. Außerdem enthält die Endoskopeinheit 820 ein Meßsondenteil 821, welches mit einer Bestrahlungslinse 22 zum Bestrahlen der Lebendkörper-Gewebe 1 mit dem Anregungslicht Le und mit einer Bilderzeugungslinse 23 zum Formen des Bilds des Lebendkörper-Gewebes 1 ausgestattet ist. Das mit Hilfe der Eigenfluoreszenz Kj, die von dem Lebendkörper-Gewebe 1 erzeugt wird, gewonnene Bild gelangt über ein Prisma 24 auf den Bildsensor 25. (Das Bild der Lebendkörper-Gewebe 1, welches durch die Eigenfluoreszenz Kj erhalten wird, wird im folgenden als Eigenfluoreszenzbild Zj bezeichnet.) Die optische Faser (Lichtleitfaser) und das Kabel 26 verlaufen in der Endoskopeinheit 820 ausgehend von dem Operationsteil 822 bis zu dem Meßsondenteil 821. Ein Anregungslicht-Sperrfilter zum Sperren von Licht mit einer Wellenlänge von 410 nm ist mit einer Lichtaufnahmefläche des Bildsensors 25 kombiniert.
Im folgenden wird beschrieben, wie das Fluoreszenz-Endoskopsystem 800 arbeitet. Das Anregungslicht Le, welches von der Lichtquelleneinheit 810 erzeugt wird, trifft auf die Stirnfläche 21a der optischen Faser 21 auf, wird durch diese hindurchgeleitet und tritt aus einer Stirnfläche 21b der optischen Faser 21 aus. Das aus der Stirnfläche 21b ausgetretene Anregungslicht Le wird über die Bestrahlungslinse 22 als Anregungslicht mit einem Streuwinkel von etwa 120° und einer Ausgangsleistung von 100 mW abgestrahlt. Das Eigenfluoreszenzbild Zj der Eigenfluoreszenz Kj, die von den Lebendkörper-Geweben 1 erzeugt wird, wenn diese mit dem Anregungslicht Le bestrahlt werden, gelangt durch die Bilderzeugungslinse 23 auf das Prisma 24. Die Richtung des optischen Wegs des Eigenfluoreszenzbilds Zj wird von dem Prisma 24 um einen Winkel von etwa 90° umgeleitet, und auf dem Bildsensor 25 wird das Eigenfluoreszenzbild Zj erzeugt. Dabei wird das Anregungslicht Le von dem Anregungslicht-Sperrfilter gesperrt, welches kombiniert ist mit der Lichtaufnahmefläche des Bildsensors 25, so daß von diesem ausschließlich das Eigenfluoreszenzbild Zj empfangen wird. Dieses wird von dem Bildsensor 25 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das so gewonnene Bildsignal wird über das Kabel 26 geleitet und von der Bildsignal-Ausleseeinheit 830 gelesen. Das Bildsignal wird von der Bildsignal-Ausleseeinheit 830 in das Videosignal umgewandelt, welches von der Einheit 830 auf die Anzeigevorrichtung 840 gegeben wird. Die Anzeigevorrichtung 840 erzeugt aus dem Videosignal ein sichtbares Bild und stellt dieses als sichtbares Bild dar.
Bei der ersten Ausführungsform der Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds gemäß der Erfindung werden die Bedingungen derart eingestellt, wie es unten erläutert wird, damit die Eigenfluoreszenz Kj, die von einem Meßbereich geliefert wird, der sich von einem nahen Punkt zu einem Fernpunkt erstreckt, mit ausreichend hohem Rauschabstand erfaßt wird, so daß die Lichtaufnahmekapazität der Bildgebungsvorrichtung nicht in Sättigung gelangen kann.
Damit insbesondere die Intensität der Eigenfluoreszenz Kj, die von den erkrankten Geweben erzeugt wird, beispielsweise von Krebsgeweben, die sich in der Meßzone an dem Fernpunkt befinden, mit einem Rauschabstand von mindestens 1 erfaßt werden kann, ist der Bildsensor 25 gemäß folgender Formel (1) eingerichtet: RN + DN < 0,22 × P × H × G (1)
Damit die Eigenfluoreszenz Kj, die von einem Nahpunkt erfaßt wird, so aufgenommen wird, daß die Lichtaufnahmekapazität der Bildgebungsvorrichtung nicht in Sättigung gelangt, wird der Bildsensor 25 gemäß folgenden Formeln (2) und (3) eingestellt: (RN + DN) × 1.000 × G < Fd (2) (RN + DN) × 1.000 × G < Fw (3)
In den obigen Formeln ist RN die Anzahl elektrischer Ladungen, die durch Leserauschen auftreten, DN ist die Anzahl elektrischer Ladungen durch Dunkelrauschen (das heißt aufgrund von Dunkelstrom), P ist die Strahlungs-Ausgangsleistung des Anregungslichts (in mW), H ist der Quantentwirkungsgrad des Bildsensors, G ist der Elektronen-Multiplikationsfaktor des Bildsensors, Fd repräsentiert die Anzahl elektrischer Ladungen entsprechend der Floating-Diffusions-Kapazität, und Fw ist die Anzahl elektrischer Ladungen entsprechend der Full-Well-Kapazität.
Außerdem lassen sich RN und DN in folgender Weise darstellen: RN = 0.17S0.777 × f1/2 DN = (tread + texp) × S × n × ed(T) tread = (N/n)/(f × 106 × M) + {(n – 1) × (N/n)}/(f × 107 × M) d(T) = 4.1913 × 10–6 × (273 + T)3 – 3.8015 × 10–3 × (273 + T)2 + 1.2197 × (273 + T) – 136wobei S die Fläche eines Pixels (in μm²) ist, f die Lesefrequenz (in Megapixel/s) ist, N die Gesamtanzahl von Pixeln bedeutet, n die Anzahl von Pixeln ist, die dem Pixel-Binning unterzogen werden, M die Anzahl von Leseanschlüssen ist, texp die Belichtungszeit (in s) ist und T die Temperatur des Bildsensors (in °C) ist.
Zunächst wird beschrieben, wie die rechte Seite der Formel (1) definiert ist. Ein erstes Erfordernis bei der Bilderfassung des Fluoreszenz-Endoskops besteht darin, daß die Ei genfluoreszenz Kj, die von Krebsgeweben an einer Stelle erzeugt wird, die 50 mm vom vorderen Ende des Meßprobenteils 821 beabstandet ist, wenn Anregungslicht Le mit einer Wellenlänge von 410 nm auf die Krebsgewebe gestrahlt wird, mit einem Rauschabstand von mindestens 1 detektiert wird. Insbesondere wird, wie in 2 zu sehen ist, gefordert, daß, wenn das Anregungslicht Le mit einer Strahlungs-Ausgangsleistung von 100 mW unter einem Streuwinkel von 120° von einem Abstrahlpunkt Q der Bestrahlungslinse 22 abgestrahlt wird, die von dem Krebsgewebe an einer Stelle B mit einem Abstand von 50 mm von dem Abstrahlpunkt Q erzeugte Eigenfluoreszenz Kj als ein Bild erfaßt wird, bei dem der Rauschabstand mindestens 1 beträgt.
Wie durch einen Punkt b1 in dem doppelt-logarithmischen Graphen der 3 angegeben ist, beträgt die Leistungsdichte des Anregungslichts Le, welches auf die Stelle B bei der oben beschriebenen Einstellung aufgestrahlt wird, 0,004 (mW/mm²). Das Bild der Eigenfluoreszenz Kj, die von den Krebsgeweben erzeugt wird, wenn diese dem Anregungslicht Le mit der Leistungsdichte von 0,004 (mW/mm²) ausgesetzt werden, läßt sich auf einem Pixel des Bildsensors 25 mit Hilfe der Bilderzeugungslinse 23 erzeugen und läßt sich für eine Belichtungszeit von 1/30 Sekunden nachweisen. Wenn in diesen Fällen beispielsweise der Quantenwirkungsgrad H und der Elektronen-Multiplikationsfaktor G des Bildsensors 25 den Wert 1 haben und die Fläche eines Pixels 10 μm² beträgt, entspricht die Anzahl elektrischer Ladungen, die sich in dem Pixel des Bildsensors 25 angesammelt haben, etwa 22. Damit 22 elektrische Ladungen mit einem Rauschabstand von mindestens 1 gelesen werden können, ist es notwendig, daß die Anzahl elektrischer Ladungen, die Rauschen bedeuten und aus demselben Pixel ausgelesen werden, auf einen Wert kleiner als 22 beschränkt wird.
Damit die oben beschriebene Einstellung sich noch mehr verallgemeinern läßt, läßt sich in solchen Fällen, in denen die Strahlungs-Ausgangsleistung P des Anregungslichts Le 100 mW beträgt und der Quantentwirkungsgrad H sowie der Elektronen-Multiplikationsfaktor G des Bildsensors 25 einen Wert von 1 haben, selbst dann, wenn die Fläche eines Pixels S und die Anzahl der dem Pixel-Binning unterzogenen Pixel, die als einem Pixel äquivalent verarbeitet werden, sich ändern, die kleinste Anzahl elektrischer Ladungen, die aus einem, Pixel (oder den als äquivalent zu einem Pixel verarbeiteten Pixeln) mit einem Rauschabstand von mindestens 1 gelesen werden, als fester Wert 22 angenommen werden. Außerdem erfolgt eine solche Einstellung, daß die Summe der elektrischen Ladungen aufgrund von Dunkelrauschen und von Leserauschen aus einem Pixel (oder mehreren, als ein Pixel verarbeiteten Pixeln) auftreten, kleiner als 22 wird.
Wenn die oben beschriebene Einstellung als Referenzeinstellung benutzt wird, sind die Strahlungs-Ausgangsleistung P des Anregungslichts Le, der Quantenwirkungsgrad H des Bildsensors 25 und der Elektronen-Multiplikationsfaktor G des Bildsensors 25 Variable, und die kleinste Anzahl elektrischer Ladungen aus einem Pixel (oder den als ein Pixel verarbeiteten mehreren Pixeln), die mit einem Rauschabstand von mindestens 1 gelesen werden sollen, berechnet. Die Rechnung erfolgt nach folgender Formel: 22 × (P/100) × H × G = 0,22 × P × H × G (Teile)
Deshalb ist die so erhaltene Formel für die rechte Seite der obigen Formel (1) definiert.
Speziell beträgt die Bestrahlungs-Ausgangsleistung P 100 mW, und die Bilddetektierung erfolgt mit frontseitiger Belichtung unter Einsatz des CCD-Bildsensors. Außerdem beträgt der Quantenwirkungsgrad des Bildsensors H = 0,4; der Elektronen-Multiplikationsfaktor des Bildsensors beträgt G = 1. Nach den oben beschriebenen Bedingungen beträgt also die Minimum-Einstellzahl für die elektrischen Ladungen, die sich in einem Pixel (oder den als äquivalent einem Pixel verarbeiteten Pixeln) ansammeln, 0,22 × 100 × 0,4 × 1 = 8,8. Die Minimum-Einstellzahl 8,8 für elektrische Ladungen, die sich in einem Pixel (oder in den als ein Pixel verarbeiteten Pixeln) ansammeln, wird im folgenden abgerundet und vereinfacht zu 10 angenommen.
Im folgenden wird erläutert, wie die linke Seite der Formel (1) definiert wird. In solchen Fällen, in denen das Eigenfluoreszenzbild Zj erfaßt wird durch vorderseitige Belichtung unter Verwendung des CCD-Bildsensors in der oben beschriebenen Weise, ist es erforderlich, daß die Summe der Anzahl elektrischer Ladungen aufgrund von Dunkelrauschen und der Anzahl elektrischer Ladungen aufgrund von Leserauschen, die aus einem Pixel stammen (oder aus den äquivalent zu einem Pixel verarbeiteten Pixeln), beschränkt wird auf einen Wert kleiner als 10. Die zum Erfüllen des Erfordernisses benötigte Einstellung läßt sich in verschiedener Weise ausführen, beispielsweise wie im folgenden ausgeführt wird.
Wenn mit Hilfe des CCD-Bildsensors eine frontseitige Belichtung vorgenommen wird, läßt sich beispielsweise eine solche Einstellung vornehmen, daß T = 20 (°C), N = 250.000 (Teile), n = 16 (Teile), f = 1 (Megapixel/s) und M = 1 (Anschluß). Außerdem läßt sich texp stufenweise auf 1/10, 1/30, 1/100 und 1/300 (s) einstellen, während die Fläche eines Pixels S auf verschiedene Werte von 1 bis 100 (μm²) eingestellt werden kann. In derartigen Fällen wird die Beziehung zwischen dem Wert der Fläche eines Pixels S und der Summe DN + RN der Anzahl elektrischer Ladungen aufgrund von Dunkelrauschen und der Anzahl elektrischer Ladungen durch Leserauschen durch den in 4 gezeigten Graphen dargestellt. (Die Summe DN + RN wird im folgenden als Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN bezeichnet.) In 4 ist die Fläche eines Pixels S auf der X-Achse aufgetragen, die Gesamtanzahl der Rauschladungen DRN ist auf der Y-Achse aufgetragen. Wie aus 4 hervorgeht, ist der Einstellbereich, bei dem die Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN aus einem Pixel (oder aus den äquivalent zu einem Pixel verarbeiteten Pixeln) auf kleiner als 10 (Teile) beschränkbar ist, der Bereich Y < 10, bezeichnet als „Fläche 1". Insbesondere kann beispielsweise die Einstellung mit Hilfe von Einstellwerten derart geschehen, daß DRN = 6 (Teile) unter den Bedingungen texp = 1/300 (s) und S = 5 (μm²), wie am Punkt u1 dargestellt ist, mit Hilfe von Einstellwerten DRN = 9 (Teile) unter den Bedingungen texp = 1/100 (s) und S = 6,5 (μm²) am Punkt u2, oder mit Einstellwerten DRN = 4 (Teile) unter den Bedingungen texp = 1/30 (s) und S = 2 (μm²), dargestellt am Punkt u3.
Als weiteres Beispiel kann in Fällen der frontseitigen Belichtung mit dem CCD-Bildsensor eine solche Einstellung erfolgen, daß T = 20 (°C), N = 250.000 (Teile), n = 16 (Teile), M = 1, 2, 4 und 8 (Anschlüsse), S = 10 (μm²) und texp = 1/100 (s). Außerdem läßt sich die Lesefrequenz f auf verschiedene Werte von f = 0,1 (Megapixel/s) bis f = 100 (Megapixel/s) einstellen. In diesem Fall wird die Beziehung zwischen dem Wert der Lese frequenz f und der Gesamtzahl von Rauschladungen DRN durch den in 5 gezeigten Graphen repräsentiert. In 5 ist die Lesefrequenz f auf der X-Achse und ist die Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN auf der Y-Achse aufgetragen. Wie aus 5 hervorgeht, ist der Einstellbereich, mit dem die Gesamtzahl von Rauschladungen DRN aus einem Pixel (oder den als ein Pixel behandelten Pixeln) auf kleiner als 10 (Teile) beschränkbar ist, der Bereich Y < 10, dargestellt als „Fläche 2". Speziell kann beispielsweise die Einstellung mit Einstellwerten vorgenommen werden, die DRN = 6 (Teile) unter den Bedingungen M = 8 (Anschlüsse) und f = 5 (Megapixel/s) gemäß einem Punkt v1 entsprechen, Einstellwerten, die DRN = 9 (Teile) unter Bedingungen M = 2 (Anschlüsse) und f = 1 (Megapixel/s) gemäß Punkt v2 entsprechen, oder Einstellwerten, die DRN = 7 (Teile) unter den Bedingungen M = 1 (Anschluß) und f = 10 (Megapixel/s) gemäß Punkt v3 entsprechen.
Als weiteres Beispiel können in solchen Fällen, in denen eine vorderseitige Belichtung mit dem CCD-Bildsensor vorgenommen wird, folgende Einstellung vorgenommen werden: T = 0, 10 und 20 (°C), N = 250.000 (Teile), n = 16 (Teile), M = 1 (Anschluß) und texp = 1/30 (s). Ferner läßt sich die Fläche eines Pixels S jeweils um 10 (μm²) schrittweise variieren von S = 10 (μm²) bis S = 100 (μm²), und die Lesefrequenz f läßt sich in unterschiedlichen Werten variieren, ausgehend von f = 0,1 (Megapixel/s) bis f = 20 (Megapixel/s). In diesen Fällen wird die Beziehung zwischen der Lesefrequenz f, der Fläche eines Pixels S und der Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN durch die dreidimensionalen Graphen in den 6, 7 und 8 dargestellt. In den 6, 7 und 8 ist die Lesefrequenz f auf der X-Achse aufgezeichnet, die Fläche eines Pixels S ist auf der Y-Achse aufgetragen, und die Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN ist auf der Z-Achse aufgetragen. Wie in 6, 7 und 8 gezeigt ist, ist der Einstellungsbereich, bei dem die Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN aus einem Pixel (oder den als ein Pixel behandelten Pixeln) auf weniger als 10 (Teile) beschränkbar ist, der durch die ausgezogene Linie unterhalb der Z = 10 Ebene dargestellte Bereich. Dieser Bereich ist in 6 als „Fläche 3a", in 7 als „Fläche 3b" und in 8 als „Fläche 3c" dargestellt. Die graphische Darstellung der 6 gilt für die Fälle T = 0 (°C). Die graphische Darstellung in 7 gilt für die Fälle T = 10 (°C) und 8 gilt für die Fälle T = 20 (°C).
Wie in 6 bei „Fläche 3a" angegeben ist, wird in solchen Fällen, in denen T = 0 (°C) gilt, der Einstellbereich, bei dem die Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN für ein Pixel (oder die als ein Pixel behandelten Pixel) auf einen Wert kleiner als 10 (Teile) beschränkt, nämlich auf eine einer großen Vielfalt von Kombinationen von Werten. Wie allerdings in 7 durch die „Fläche 3b" dargestellt ist, wird in solchen Fällen, in denen die Bildsensortemperatur T den Wert T = 10 (°C) hat, der Einstellbereich, in welchem die Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN aus einem Pixel (oder den als ein Pixel behandelten Pixeln) auf einen Wert kleiner als 10 (Teile) beschränkt werden kann, schmal. Wie außerdem in 8 durch die „Fläche 3c" angedeutet ist, wird für den Fall einer Bildsensortemperatur T = 20 (°C), der Einstellbereich, bei dem die Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN aus einem Pixel (oder den als ein Pixel behandelten Pixeln) auf weniger als 10 (Teile) beschränkt werden kann, noch schmaler.
Wie oben beschrieben wurde, läßt sich der einzelne Bereich zum Erfüllen der Bedingungen nach der Formel (1), wo die Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN aus einem Pixel (oder den als ein Pixel behandelten Pixeln) auf weniger als 10 (Teile) beschränkt werden kann, aus unterschiedlichen Kombinationen von Einstellwerten ausgewählt werden.
Wenn das Fluoreszenz-Endoskopsystem derart ausgebildet wird, daß das Eigenfluoreszenzbild Zj nicht durch die Bildfaser geleitet wird, sondern direkt auf dem Bildsensor erzeugt wird, so besteht für die Größe des Bildsensors die folgende Beschränkung nach der Formel (4): Focus × tanθ = D/2 (4)in der „Focus" die Brennweite der Bilderzeugungslinse ist, θ einen Wert von 50 (Grad) bis 60 (Grad) bedeutet und D die Länge der Diagonalen des Bildsensors ist.
Speziell in solchen Fällen, in denen die Länge der Diagonalen D des Bildsensors bestimmt wird, besteht eine Beschränkung für die Beziehung zwischen der Gesamtanzahl von Pixeln N und der Fläche eines Pixels S. Deshalb ist es erforderlich, daß der Bereich die Formel (4) bei der Auswahl aus den oben beschriebenen Bereichen erfüllt und die Einstellwerte des Bildsensors hierdurch festgelegt werden.
In Fällen, in denen eine rückseitige Belichtung unter Verwendung des CCD-Bildsensors stattfindet, wird der Quantenwirkungsgrad H zu H = 0,9, also dem etwa Zweifachen des Quantenwirkungsgrads H bei der vorderseitigen Belichtung. In diesen Fällen können also die Werte derart eingestellt werden, daß die Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN kleiner als etwa 20 wird.
Damit die Eigenfluoreszenz Kj, die für den Nahpunkt erzeugt wird, als Bild derart erfaßt werden kann, daß die Sättigung in der Lichtaufnahmekapazität der Bildgebungsvorrichtung nicht erreicht wird, wird der Bildsensor 25 entsprechend den Formeln (2) und (3) folgendermaßen eingerichtet:
Eine zweite Bilderfassungs-Anforderung für das Fluoreszenz-Endoskop besteht darin, daß die von dem Normalgewebe in einem Abstand von 5 mm vor dem vorderen Ende des Meßsondenteils 821 bei einer Wellenlänge von 410 nm des Anregungslichts Le erzeugt wird, derart erfaßt wird, daß die Lichtaufnahmekapazität des Pixels des Bildsensors 25 nicht in Sättigung gelangt. Wie insbesondere in 2 gezeigt ist, ist es erforderlich, daß, wenn das Anregungslicht Le mit einer Abstrahlleistung von 100 mW und einem Divergenzwinkel von 120° von dem Abstrahlpunkt Q der Abstrahllinse 22 abgestrahlt wird, die Eigenfluoreszenz Kj, die von dem Normalgewebe an einer Stelle A mit 5 mm Abstand von dem Abstrahlpunkt Q erzeugt wird, als ein Bild derart aufgenommen wird, daß die Lichtaufnahmekapazität der Bildgebungsvorrichtung nicht in Sättigung gerät.
Wie durch einen Punkt a1 in dem doppelt-logarithmischen Graphen der 3 dargestellt ist, entspricht die Leistungsdichte des Anregungslichts Le, welches mit der oben beschriebenen Einstellung auf die Stelle A gestrahlt wird, 0,4 (mW/mm²), was das 100-Fache der Leistungsdichte des Anregungslichts Le ist, die auf die Stelle B aufgestrahlt wird. Wenn das Bild von Krebsgeweben an der Stelle B aufgenommen wird, so kann das Bild der Eigenfluoreszenz Kj, die von dem Normalgewebe erzeugt wird, wenn dieses mit dem Anre gungslicht Le einer Leistungsdichte von 0,4 (mW/mm²) belichtet wird, auf dem Bildsensor 25 mit Hilfe der Bilderzeugungslinse 23 erzeugt und mit einer Belichtungszeit von 1/30 Sekunden erfaßt werden. Wenn in solchen Fällen beispielsweise der Quantenwirkungsgrad H und der Elektronen-Multiplikationsfaktor G des Bildsensors 25 den Wert 1 haben und die Fläche eines Pixels S den Wert 10 μm² hat, so entspricht die Anzahl elektrischer Ladungen (der Signalladungen), die sich an dem Pixel des Bildsensors 25 angesammelt haben, etwa 22.000, was 1.000-mal so viel ist wie die Anzahl von elektrischen Ladungen, die in einem Pixel dann angesammelt werden, wenn das Bild von Krebsgewebe an der Stelle B erfaßt wird. (Wenn das Anregungslicht Le mit gleicher Leistungsdichte auf normales Gewebe und auf Krebsgewebe aufgestrahlt wird, so erzeugt das normale Gewebe Eigenfluoreszenz Kj mit einer Intensität, die etwa 10-mal so hoch ist wie die Intensität der Eigenfluoreszenz Kj, die von dem Krebsgewebe hervorgerufen wird. Außerdem ist in diesem Fall die leistungsdichte des Anregungslichts Le, welches auf die Stelle A aufgestrahlt wird, 100-mal so hoch wie die Leistungsdichte des Anregungslichts Le, welches auf die Stelle B aufgestrahlt wird. Deshalb ist die Anzahl elektrischer Ladungen, die sich an dem Pixel des Bildsensors 25 ansammeln, 1.000-mal so groß wie die Anzahl elektrischer Ladungen, die sich in einem Pixel ansammeln, wenn das Bild von Krebsgewebe an der Stelle B erfaßt wird.)
Um insbesondere die zweite Bilderfassungsanforderung zu erfüllen, wenn der Elektronen-Multiplikationsfaktor G den Wert 1 hat, muß die Lichtaufnahmekapazität der Bildgebungsvorrichtung mindestens 1.000-mal so groß sein wie die Intensität des Rauschens. Aus diesem Grund muß der dynamische Bereich der Bildgebungsvorrichtung größer als 1:1.000 sein.
In solchen Fällen, in denen das Fluoreszenz-Endoskopsystem in der Praxis eingesetzt wird, muß das Bild des Krebsgewebes, welches an dem entfernten Punkt erfaßt werden soll, mit einem Rauschabstand von mindestens 1 erfaßt werden, und es muß ein dynamischer Bereich für die Lichtaufnahmekapazität der Bildgebungsvorrichtung erreicht werden, der die Eigenfluoreszenz Kj aufnimmt, die von dem an dem nahen Punkt befindlichen Normalgewebe erzeugt wird. Deshalb ist es notwendig, den Bildsensor 25 derart einzurichten, daß die Bedingung gemäß der Formel (1) erfüllt ist, wobei gleichzeitig die Bedingungen nach den Formeln (2) und (3) erfüllt werden. Allerdings handelt es sich bei der Anzahl von Feldladungen Fd entsprechend der Floating-Diffusions-Kapazität um einen Wert, der in Beziehung zu der Lesefrequenz f steht, und die Anzahl elektrischer Ladungen Fw entsprechend der Full-Well-Kapazität ist ein Wert, der in Beziehung zu der Fläche eines Pixels S steht. Deshalb lassen sich die Anzahl elektrischer Ladungen Fd entsprechend der Floating-Diffusions-Kapazität und die Anzahl elektrischer Ladungen Fw entsprechend der Full-Well-Kapazität nicht unabhängig von der Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN bestimmen. Dementsprechend läßt sich als spezielles Mittel zum Einstellen des Bildsensors 25 derart, daß die Bedingung nach Formel (1) erfüllt ist und gleichzeitig die Bedingungen nach den Formeln (2) und (3) erfüllt sind, der Einstellbereich für den Bildsensor 25, der die erste Bilderfassungsanforderung erfüllt, das heißt die Formel (1), festlegen durch Verwenden der in den 4 bis 8 dargestellten graphischen Darstellungen und dergleichen, und die Einstellwerte für den Bildsensor 25, die die Bedingungen der Formeln (2) und (3) erfüllen, das sind die Einstellwerte zum Erhalten eines größeren dynamischen Bereichs als 1:1.000, können anschließend aus dem zuvor ermittelten Einstellbereich ausgewählt werden. Auf diese Weise lassen sich die Einstellwerte für den Bildsensor 25 ermitteln, die das erste Bilderfassungserfordernis und das zweite Bilderfassungserfordernis erfüllen. Insbesondere lassen sich die Einstellwerte für den Bildsensor 25 ermitteln, die die Formeln (1), (2) und (3) erfüllen.
Außerdem kann innerhalb des Einstellbereichs für den Bildsensor 25, der in der oben beschriebenen Weise ermittelt wurde, der Einstellbereich für die Bildsensortemperatur T festgelegt werden, während der Wert für die Lesefrequenz f, der die Bedingung RN = DN erfüllt, ausgewählt werden kann. Unter der Bedingung des Einstellwerts für die Bildsensortemperatur T können in diesen Fällen das erste und das zweite Bilderfassungserfordernis erfüllt werden, und man kann die Gesamtanzahl von Rauschladungen DRN minimieren.
In solchen Fällen, in denen der Bildsensor 25 ein CCD-Bildsensor oder ein MOS-Bildsensor ist, läßt sich der Raumbedarf zur Aufnahme des Bildsensors klein halten. Der CCD-Bildsensor kann ein frontseitiger Belichtungstyp oder ein rückseitiger Belichtungstyp sein.
Bei der Ausführungsform der Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds gemäß der Erfindung erfolgt die Bilderfassung dadurch, daß die Büdgebungsvorrichtung derart eingestellt wird, daß die Formeln (1), (2) und (3) erfüllt sind. Alternativ kann die Bilderfassung dadurch erfolgen, daß die Bildgebungsvorrichtung so eingestellt wird, daß nur die Formel (1) erfüllt ist. Als weitere Alternative kann die Bilderfassung so vorgenommen werden, daß die Bildgebungsvorrichtung so eingerichtet wird, daß sie die Formeln (2) und (3) erfüllt. Im erstgenannten Fall können zumindest die Effekte des Erfassens des Bildes von Krebsgeweben, die sich an dem entfernten Punkt befinden, mit einem Rauschabstand von mindestens 1 erhalten werden. Im letztgenannten Fall können zumindest die Effekte zum Erzielen des dynamischen Bereichs von mindestens 1:1.000 erreicht werden.
Wie oben ausgeführt wurde, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds das Abbild der Eigenfluoreszenz, die von einer Meßstelle an dem entfernten Punkt erzeugt wird, mit einem hohen Rauschabstand erfaßt werden, und das Bild der Eigenfluoreszenz, welches von einer Meßstelle an dem nahen Punkt erzeugt wird, kann derart aufgenommen werden, daß die Sättigung der Lichtaufnahmekapazität der Bildgebungsvorrichtung nicht erreicht wird.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung erläutert.
Ein Endoskopsystem, bei dem eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung eingesetzt wird, wird im folgenden anhand der 9 und 10 beschrieben. 9 ist eine schematische Ansicht des Endoskopsystems, in welchem die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird. In dem Endoskopsystem wird Anregungslicht auf eine Meßstelle in einem lebenden Körper gestrahlt, und von der Meßstelle erzeugte Fluoreszenz wird durch eine Bildfaser geleitet und von einem CCD-Bildsensor mit vier Ausgangsanschlüssen detektiert. Außerdem werden die derart detektierten Signale in einem Bildspeicher abgespeichert und zur Darstellung eines Fluoreszenzbilds auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre (CRT) verwendet. Wenn Signalladungen von dem CCD-Bildsensor gelesen werden, werden die Signalladungen mit einer Lesefrequenz von 3,67 MHz gelesen, was dem 1/4-Fachen der herkömmlichen Lesefrequenz von 14,7 MHz entspricht. Außerdem ist das Endoskopsystem mit einer Look-Up-Tabelle ausgestattet, um Schwankungen der Ausgangscharakteristik der Ausgangsanschlüsse des CCD-Bildsensors zu kompensieren, und ferner ist ein Bildspeicher vorgesehen, der die durch die Kompensation erhaltenen Bildsignale speichert.
Das Endoskopsystem, in welchem die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird, enthält ein Endoskop 100 zum Einführen in eine Körperzone eines Patienten, die als erkrankter Körperteil vermutet wird, und eine Beleuchtungseinheit 110 mit einer Lichtquelle zum Erzeugen von Anregungslicht, welches zum Erhalten eines Fluoreszenzbilds eingesetzt wird. Das Endoskopsystem enthält außerdem eine Abbildungs- oder Bildgebungseinheit 120 zum Empfangen der Fluoreszenz, die von der Meßstelle in dem lebenden Körper bei Bestrahlung der Meßstelle mit dem Anregungslicht erzeugt wird, um Bildsignale zu erzeugen, die das Fluoreszenzbild repräsentieren. Das Endoskopsystem enthält weiterhin eine Bildverarbeitungseinheit 130 zum Ausführen einer Bildverarbeitung zwecks Darstellung des Fluoreszenzbilds, welches von der Bildgebungseinheit 120 detektiert wurde, in Form eines sichtbaren Bilds. Weiterhin enthält das Endoskopsystem eine Steuereinheit 140 zum Steuern der Abbildungsvorgänge. Das Endoskopsystem enthält ferner eine CRT-Anzeigevorrichtung 150 zum Anzeigen des Fluoreszenzbilds, welches von der Bildverarbeitungseinheit 130 verarbeitet wurde, in Form eines sichtbaren Bilds.
Eine Lichtführung 101 und eine Bildfaser 102 verlaufen innerhalb des Endoskops 100 bis hin zu dessen vorderem Ende. Eine Beleuchtungslinse 103 befindet sich an einem vorderen Ende der Lichtführung 101, das heißt am vorderen Ende des Endoskops 100. Die Bildfaser 102 wird durch Glasfasern gebildet, wobei sich an dem vorderen Ende der Bild faser 102 eine Sammellinse 104 befindet. Die Lichtführung 101 besteht aus einer Quarzglasfaser und ist mit der Beleuchtungseinheit 110 verbunden.
Die Beleuchtungseinheit 110 enthält einen GaN-Halbleiterlaser 111 zum Erzeugen von Anregungslicht L1, welches zum Gewinnen eines Fluoreszenzbilds benutzt wird, ferner eine elektrische Stromquelle 112, die elektrisch mit dem GaN-Halbleiterlaser 111 verbunden ist.
Die Bildgebungseinheit 120 enthält ein Anregungslicht-Sperrfilter 121 zum Ausfiltern von Licht mit Wellenlängen in einer Wellenlängenzone von höchstens 430 nm in der Nähe der Wellenlänge des Anregungslichts L1 von der Fluoreszenz L2, die durch die Bildfaser 102 gelangt ist. Die Bildgebungseinheit 120 enthält weiterhin einen CCD-Bildsensor 123.
Wie in 10 gezeigt ist, ist der CCD-Bildsensor 123 mit einer Abbildungsfläche 11 ausgestattet, die ein Feld oder ein Array aus n × m Pixel enthält. Eine Zone innerhalb eines innerhalb der Umfangsseiten der Abbildungsflächen 11 befindlichen Kreises ist eine Bildbelichtungszone 12, die für die Abbildung genutzt wird. Bereiche außerhalb der Bildbelichtungszone 12 der Abbildungsfläche 11 sind belichtungsfreie Zonen 13, 13, die durch dünne Metallschichten und dergleichen gesperrt sind. Die Abbildungsfläche 11 ist in vier Abbildungsblöcke 14a, 14b, 14c und 14d unterteilt. Für diese Abbildungsblöcke 14a, 14b, 14c und 14d sind Horizontal-Schieberegister 15a, 15b, 15c und 15d vorgesehen. Diese sind mit zugehörigen Ausgangsschaltungen 16a, 16b, 16c und 16d verbunden, und diese wiederum sind mit Ausgangsanschlüssen 17a, 17b, 17c bzw. 17d gekoppelt.
Die Bildverarbeitungseinheit 130 enthält Verstärker 131a, 131b, 131c und 131d zum Verstärken von Bildsignalen, die durch den CCD-Bildsensor 123 erhalten wurden. Die Bildverarbeitungseinheit 130 enthält ferner Analog-/Digital-Wandler 132a, 132b, 132c und 132d zum Digitalisieren der Bildsignale, die von den Verstärkern 131a, 131b, 131c und 131d verstärkt wurden. Weiterhin enthält die Bildverarbeitungseinheit 130 einen Bildspeicher 133 zum Speichern der digitalen Bildsignale, und eine Look-Up-Tabelle 134 zum Durchführen einer Transformation der von dem Bildspeicher 123 erhaltenen Bildsignale. Die Bildverarbeitungseinheit 130 enthält weiterhin einen Bildspeicher 135 zum Speichern der von der Look-Up-Tabelle 134 erhaltenen Signale, und einen Digital-/Analogwandler 136 zum Durchführen einer Digital-/Analog-Umwandlung des Bildsignals und zum Zuführen des gewonnenen Analog-Bildsignals zu der CRT-Anzeigevorrichtung 150.
Die Steuereinheit 140 enthält einen Korrektursteuerteil 142 zum Steuern der Korrekturworgänge zum Kompensieren der verschiedenen Bildsignal-Ausgabecharakteristika. Die Steuereinheit 140 enthält weiterhin einen Zeitsteuerteil 142, der an die einzelnen Einheiten angeschlossen ist und die Betriebszeiten steuert. Der Korrektursteuerteil 141 ist an den Bildspeicher 133 und an die Look-Up-Tabelle 134 angeschlossen.
Der CCD-Bildsensor 123 bildet die Bildgebungseinrichtung der Fluoreszenz-Bildgebungseinrichtung gemäß der Erfindung. Die Look-Up-Tabelle 134 bildet die Signaltransformationseinrichtung der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung. Der Bildspeicher 133 bildet die Zusammensetzungseinrichtung der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Der Korrektursteuerteil 141 bildet die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung und die Korrekturwert-Einstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung.
Im folgenden wird beschrieben, wie das Endoskopsystem, in welchem die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird, arbeitet.
Die elektrische Stromquelle 112 für den GaN-Halbleiterlaser 111 wird abhängig von einem Steuersignal aus dem Zeitsteuerteil 142 betrieben, und das Anregungslicht L1 mit einer Wellenlänge von 410 nm wird von dem GaN-Halbleiterlaser 111 erzeugt. Das Anregungslicht L1 läuft durch eine Linse 113 und trifft auf die Lichtführung 101. Das Anregungslicht L1 wird durch die Lichtführung 101 zu dem vorderen Ende des Endoskops 100 geleitet und über die Beleuchtungslinse 103 auf eine Meßstelle 1 gestrahlt.
Wenn die Meßstelle 1 mit dem Anregungslicht L1 belichtet wird, wird von der Meßstelle Fluoreszenz L2 erzeugt, die von der Sammellinse 104 gesammelt wird und auf das vordere Ende der Bildfaser 102 auftritt. Die Fluoreszenz L2 läuft durch die Bildfaser 102 und trifft auf das Anregungslicht-Sperrfilter 121 der Abbildungseinheit 120. Licht, dessen Wellenlänge in einen Wellenlängenbereich von höchstens 430 nm in der Nähe der Wellenlänge des Anregungslichts L1 fällt, wird von dem Sperrfilter 121 aus der Fluoreszenz L2 ausgefiltert, und von einer Linse 122 wird ein Bild der Fluoreszenz L2 auf dem CCD-Bildsensor 123 erzeugt.
In dem CCD-Bildsensor 123 wird das Fluoreszenzlicht L2 von der Bildgebungsfläche 11 photoelektrisch umgewandelt, und die resultierenden Signalladungen werden bei Pixeln der Bildgebungsblöcke 14a, 14b, 14c und 14d angesammelt und mit den einzelnen Zeitvorgaben in die Horizontal-Schieberegister 15a, 15b, 15c bzw. 15d transferiert und von den Ausgangsschaltungen 16a, 16b, 16c und 16d aus Spannungssignalen in elektrische Strom-Bildsignale umgewandelt. Die so erhaltenen Bildsignale werden aus den Ausgangsanschlüssen 17a, 17b, 17c und 17d ausgegeben.
Außerdem werden abhängig von einem Steuersignal, welches von dem Zeitsteuerteil 142 kommt, die von den jeweiligen Bildgebungsblöcken 14a, 14b, 14c und 14d stammenden Bildsignale mit einer Lesefrequenz von 3,67 MHz an den Ausgangsanschlüssen 17a, 17b, 17c und 17d gelesen und in die Verstärker 131a, 131b, 131c und 131d der Bildverarbeitungseinheit 130 eingegeben.
Die von den Verstärkern 131a, 131b, 131c und 131d verstärkten Bildsignale werden von den Analog-/Digitalwandlern 132a, 132b, 132c bzw. 132d und die so erhaltenen digitalen Bildsignale werden in dem Bildspeicher 133 abgespeichert.
Der Korrektursteuerteil 141 liest die Bildsignale aus dem Bildspeicher 133 und berechnet Korrekturwerte zum Kompensieren von Schwankungen in der Ausgangscharakteristik der vier Ausgangskanäle, die sich von den Bildgebungsblöcken 14a, 14b, 14c und 14d des CCD-Bildsensors 123 bis hin zu dem Bildspeicher 133 erstrecken. Die Korrekturwerte werden in folgender Weise berechnet:
Als erstes berechnet der Korrektursteuerteil 141 den Mittelwert der Signalintensitäten des Bildsignals, die in der belichtungsfreien Zone jedes der Bildgebungsblöcke 14a, 14b, 14c und 14d erhalten wurde. Außerdem wird für jeden der Bildgebungsblöcke 14b, 14c und 14d ein Offset-Wert derart berechnet, daß der für jeden Bildgebungsblock erhaltene Mittelwert in etwa identisch wird mit dem Mittelwert, der für den Bildgebungsblock 14a berechnet wird.
Anschließend wird der Offset-Wert für den Bildgebungsblock 14b von den Signalintensitäten des Bildsignals subtrahiert, welches in der Bildbelichtungszone des Bildgebungsblocks 14b detektiert wurde. In der gleichen Weise werden die Offset-Werte für die Bildgebungsblöcke 14c und 14d von den Signalintensitäten der Bildsignale subtrahiert, die in den Bildbelichtungszonen der Bildgebungsblöcke 14c und 14d detektiert wurden. Anschließend werden die Signalintensität des Bildsignals, welches am rechten Ende des Bildgebungsblocks 14a erfaßt wurde, und die Signalintensität des Bildsignals, welches am linken Ende des Bildgebungsblocks 14b erfaßt wurde, miteinander verglichen. Dann, wird ein Tonkurven-Korrekturwert für den Bildgebungsblock 14b derart berechnet, daß die Signalintensität des am linken Ende des Bildgebungsblocks 14b detektierten Bildsignals annähernd identisch mit der Signalintensität des am rechten Ende des Bildgebungsblocks 14a erfaßten Bildsignals wird. Durch Verwendung des Tonkurven-Korrekturwerts für den Bildgebungsblock 14b werden die Signalintensitäten für den Block 14b erneut berechnet. Außerdem wird die Signalintensität des am rechten Ende des Bildgebungsblocks 14c detektierten Bildsignals mit der Signalintensität des am linken Ende des Bildgebungsblocks 14d detektierten Bildsignals verglichen. Ein Zwischen-Tonkurven-Korrekturwert für den Bildgebungsblock 14d wird dann so berechnet, daß die Sigalintensität des am linken Ende des Bildgebungsblocks 14d erfaßten Bildsignals annähernd identisch wird mit der Signalintensität des am rechten Ende des Bildgebungsblocks 14c detektierten Bildsignals. Durch Verwendung des Tonkurven-Korrekturwerts für den Bildgebungsblock 14d werden die Signalintensitäten für den Bildgebungsblock 14d erneut berechnet. Außerdem werden die Signalintensitäten der Bildsignale, die dem unteren Ende des Bildgebungsblocks 14a und dem unteren Ende des Bildgebungsblocks 14b entsprechen, verglichen mit den Signalintensitäten der Bildsignale, die dem oberen Ende des Bildgebungsblocks 14c bzw. dem oberen Ende des Bildgebungsblocks 14d entsprechen. Die Tonkurven-Korrekturwerte für die Bildgebungsblöcke 14c und 14d werden dann so berechnet, daß die Signalintensitäten der dem oberen Ende des Bildgebungsblocks 14c und dem oberen Ende des Bildgebungsblocks 14d entsprechenden Bildsignale annähernd identisch werden mit den Signalintensitäten der Bildsignale, die dem unteren Ende des Bildgebungsblocks 14a bzw. dem unteren Ende des Bildgebungsblocks 14b entsprechen.
Der Korrektursteuerteil 141 stellt die Offset-Werte der Tonkurven-Korrekturwerte, die den Bildgebungsblöcken 14b, 14c und 14d entsprechen, in der Look-Up-Tabelle 134 ein. Außerdem werden die in den Bildgebungsblöcken 14a, 14b, 14c und 14d detektierten Bildsignale aus dem Bildspeicher 133 ausgelesen und der Look-Up-Tabelle 134 zugeführt. In der Look-Up-Tabelle 134 werden die Bildsignale unter Verwendung der Offset-Werte und der Tonkurven-Korrekturwerte, die den jeweiligen Bildgebungsblöcken entsprechen, transformiert. Die aus der Look-Up-Tabelle 134 erhaltenen Bildsignale werden in dem Bildspeicher 135 gespeichert. Das im Bildgebungsblock 14a detektierte Bildsignal wird in einer Eins-Zu-Eins-Entsprechung in der Look-Up-Tabelle 134 transformiert und in dem Bildspeicher 135 abgespeichert.
Das aus dem Bildspeicher 135 kommende Bildsignal wird in dem Digital-/Analogwandler 136 einer Digital-Analog-Umwandlung unterworfen, und das von dem Wandler 136 erhaltene Signal dient zum Darstellen eines Fluoreszenzbilds 2 auf der CRT-Anzeigevorrichtung 150.
Wie oben beschrieben, besitzt der CCD-Bildsensor 123 vier Ausgangsanschlüsse, wobei die Anzahl der einem Ausgangsanschluß zugeordneten Pixel sich auf 1/4 reduziert. Selbst wenn daher die Lesefrequenz auf einen Wert verringert wird, der 1/4-mal so groß ist wie die ursprüngliche Lesefrequenz, können die Signalladungen sämtlicher. Pixel innerhalb der Lesezeit gelesen werden. Dementsprechend kann Leserauschen unterdrückt werden, und der Rauschabstand des detektierten Bilds kann verbessert werden, so daß keine abträglichen Einflüsse bei der Darstellung des Fluoreszenzbilds in einem dynamischen Bild erscheinen.
Außerdem werden die Korrekturwerte abhängig von den Schwankungen in der Ausgangscharakteristik der vier Ausgangskanäle berechnet, die von den vier Bildgebungsblöcken 14a, 14b, 14c und 14d bis hin zu dem Bildspeicher 133 verlaufen. Die berechneten Korrekturwerte werden in der Nachschlagetabelle 134 eingestellt. Deshalb können die Schwankungen der Ausgangscharakteristika der vier Ausgangskanäle kompensiert werden, und man kann verhindern, daß Probleme in Form von Linienmuster-Trennungen in dem erzeugten Bild in Erscheinung treten.
In solchen Fällen, in denen die Nachschlagetabelle 134, welche die Offset-Werte und die Tonkurven-Korrekturwerte speichert, benutzt wird, kann die Kompensation der Ausgangscharakteristika in einfacher Weise vorgenommen werden.
Außerdem enthält jeder der Bildgebungsblöcke 14a, 14b, 14c und 14d eine der belichtungsfreien Zonen. Aus diesem Grund können die Offset-Werte und die Tonkurven-Korrekturwerte, welche als Korrekturwerte fungieren, aus den Bildsignalen berechnet werden, die bei dem normalen Abbildungsvorgang des CCD-Bildsensors 123 erfaßt wurden, und die Korrekturwerte können in der Look-Up-Tabelle 134 eingestellt werden. Folglich können die Sammeloperationen derart durchgeführt werden, daß der normale Abbildungsvorgang nicht beeinträchtigt wird.
Ein Endoskopsystem, bei dem eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird, wird im folgenden anhand der 11 erläutert. 11 ist eine schematische Ansicht, die das Endoskopsystem zeigt, bei dem die zweite Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung gemäß der Erfindung eingesetzt wird. In dem Endoskopsystem wird Anregungslicht auf die Meßstelle in einem lebenden Körper gerichtet, und die von der Meßstelle erzeugte Fluoreszenz wird über die Bildfaser geleitet und von dem vier Ausgangsanschlüsse aufweisenden CCD-Bildsensor detektiert. Außerdem werden die so detektierten Bildsignale in dem Bildspeicher gespeichert und für die Anzeige eines Fluoreszenzbilds auf der CRT-Anzeigevorrichtung verwendet. Wenn Signalladungen von dem CCD-Bildsensor gelesen werden, so werden die Signalladungen mit einer Lesefrequenz von 3,67 MHz gelesen, was 1/4-mal so viel ist wie die herkömmliche Lesefrequenz. Außerdem ist das Endoskopsystem mit Nachschlagetabellen zum Kompensieren von Schwankungen der Ausgangscharakteristika zwischen den Ausgangsanschlüssen des CCD-Bildsensors ausgestattet. Die Nachschlagetabellen befinden sich in der Stufe vor dem Bildspeicher.
In 11 sind ähnliche Elemente wie in 9 mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Das Endoskopsystem, in welchem die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird, enthält das Endoskop 100 zum Einführen in einen Körperbereich eines Patienten, der als erkrankter Bereich vermutet wird, und die Beleuchtungseinheit 110 mit der Lichtquelle zum Erzeugen von Anregungslicht, welches dazu dient, ein Fluoreszenzbild zu gewinnen. Außerdem enthält das Endoskopsystem die Abbildungseinheit 120 zum Empfangen der Fluoreszenz, die von der Meßstelle im lebenden Körper bei Bestrahlung der Meßstelle mit dem Anregungslicht erzeugt wird, wodurch Bildsignale entstehen, die das Fluoreszenzbild darstellen. Das Endoskopsystem enthält weiterhin eine Bildverarbeitungseinheit 200 zum Ausführen einer Bildverarbeitung zwecks Darstellung des Fluoreszenzbilds, welches von der Bildgebungseinheit 120 erfaßt wurde, als sichtbares Bild. Weiterhin enthält das Endoskopsystem eine Steuereinheit 210 zum Steuern der Abbildungsvorgänge. Das Endoskopsystem enthält schließlich auch eine CRT-Anzeigevorrichtung 150 zum Darstellen des Fluoreszenzbilds, welches von der Bildverarbeitungseinheit 200 verarbeitet wurde, als sichtbares Bild.
Die Bildverarbeitungseinheit 200 enthält die Verstärker 131a, 131b, 131c und 131d zum Verstärken der Bildsignale, die von dem CCD-Bildsensor 123 erhalten wurden. Weiterhin enthält die Bildverarbeitungseinheit 200 die Analog-/Digitalwandler 132a, 132b, 132c und 132d zum Digitalisieren der von den Verstärkern 131a, 131b, 131c und 131d ver stärkten Bildsignale. Die Bildverarbeitungseinheit 200 enthält weiterhin Nachschlagetabellen 201a, 201b, 201c und 201d zum Durchführen einer Transformation der digitalen Bildsignale und zum Kompensieren der Ausgabecharakteristik. Die Bildverarbeitungseinheit 200 enthält weiterhin einen Bildspeicher 202 zum Speichern der Bildsignale, die von der Kompensation der Ausgangscharakteristika erhalten wurden. Die Bildverarbeitungseinheit 200 enthält weiterhin einen Digital-/Analogwandler 136 zum Durchführen einer Digital-/Analog-Wandlung des Bildsignals, welches von dem Bildspeicher 202 empfangen wurde, und zum Zuführen des gewonnenen analogen Bildsignals zu der CRT-Anzeigevorrichtung 150. Die Look-Up-Tabelle 201a ist eine „Nachschlagetabelle" zum Durchführen der Signaltransformation in einer Eins-Zu-Eins-Entsprechung. Die Look-Up-Tabellen 201b, 201c und 201d sind Tabellen, welche Offset-Werte und Tonkurven-Korrekturwerte als Einstellgrößen speichern.
Die Steuereinheit 210 enthält einen Korrektursteuerteil 211 zum Steuern der Korrekturvorgänge zum Kompensieren der Schwankungen in der Bildsignal-Ausgabecharakteristik. Außerdem enthält die Steuereinheit 210 einen Zeitsteuerteil 212, der an die einzelnen Einheiten angeschlossen ist und die Betriebszeitabläufe steuert. Der Korrektursteuerteil 211 ist an den Bildspeicher 202 und an die Look-Up-Tabellen 201b, 201c und 201d angeschlossen.
Der CCD-Bildsensor 123 stellt die Abbildungseinrichtung oder Bildgebungseinrichtung der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung dar. Die Look-Up-Tabellen 201a, 201b, 201c und 201d bilden die Signaltransformationseinrichtung der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung. Der Bildspeicher 202 bildet die Zusammensetzungseinrichtung der Fluoreszenz-Abbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Der Korrektursteuerteil 211 bildet die Neueinstellungs-Beurteilungseinrichtung, die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung und die Korrekturwert-Einstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung.
Im folgenden wird beschrieben, wie das Endoskopsystem, in welchem die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird, arbeitet.
Abhängig von einem seitens des Zeitsteuerteils 212 zugeführten Steuersignal wird das Anregungslicht L1 mit einer Wellenlänge von 410 nm von dem GaN-Halbleiterlaser 111 erzeugt und auf die Meßstelle 1 aufgestrahlt.
Das von der Meßstelle 1 erzeugte Fluoreszenzlicht L2 läuft durch die Bildfaser 102 und trifft auf das Anregungslicht-Sperrfilter 121 der Bildgebungseinheit 120 auf. Auf dem CCD-Bildsensor 123 wird das Bild der Fluoreszenz L2 erzeugt.
Abhängig von einem Steuersignal seitens des Zeitsteuerteils 212 werden die Bildsignale, die von den Bildgebungsblöcken 14a, 14b, 14c und 14d erfaßt wurden, mit einer Lesefrequenz von 3,67 MHz an den Ausgangsanschlüssen 17a, 17b, 17c und 17d des CCD-Bildsensors 123 gelesen und in die Verstärker 131a, 131b, 131c und 131d der Bildverarbeitungseinheit 200 eingegeben.
Die von den Verstärkern 131a, 131b, 131c und 131d verstärkten Bildsignale werden von Analog-/Digitalwandlern 132a, 132b, 132c und 132d digitalisiert, und die so erhaltenen digitalen Signale werden einer Signaltransformation in Look-Up-Tabellen 201a, 201b, 201c und 201d unterzogen. Die durch die Signaltransformation erhaltenen Bildsignale werden in dem Bildspeicher 202 gespeichert. Entsprechend den Korrekturvorgängen, die zuvor ausgeführt wurden, werden die Offset-Werte und die Tonkurven-Korrekturwerte, die als die Korrekturwerte zur Kompensation von Schwankungen in den Ausgangscharakteristika, in den Look-Up-Tabellen 201b, 201c und 201d gespeichert.
Der Korrektursteuerteil 211 liest das Bildsignal, welches von der belichtungsfreien Zone des Bildgebungsblocks 14a des CCD-Bildspeichers 123 detektiert wurde, aus dem Bildspeicher 202 aus. Der Korrektursteuerteil 211 berechnet den Mittelwert der Signalintensität des so gelesenen Bildsignals. Außerdem beurteilt der Korrektursteuerteil 211, ob der berechnete Mittelwert sich um mindestens einen vorbestimmten Wert gegenüber einem Referenz-Mittelwert geändert hat oder nicht. Die Signalintensität des Bildsignals, welches in der belichtungsfreien Zone des Bildgebungsblocks 14a detektiert wurde, spiegeln die Umgebungstemperatur wieder. Es ist außerdem bekannt, daß, wenn die Umgebungstemperatur sich nicht ändert, in den Schwankungen der Ausgangscharakteristik der verschiedenen Ausgangskanäle nur wenig Änderung stattfindet. Wenn also eine Änderung um mindestens den vorbestimmten Wert nicht in dem Mittelwert auftritt, kann dieser bedeuten, daß es keine Änderung in der Ausgangscharakteristik der vier Ausgangskanäle gegeben hat.
Wenn also beurteilt wird, daß eine Änderung um mindestens den vorbestimmten Wert im Mittelwert der Signalintensitäten des in der belichtungsfreien Zone detektierten Bildsignals nicht stattgefunden hat, führt der Korrektursteuerteil 211 keine Neuberechnungen und Neueinstellungen für die Offset-Werte und die Tonkurven-Korrekturwerte aus.
In diesen Fällen erfolgt abhängig von dem Steuersignal aus dem Zeitsteuerteil 212 die normale Bildverarbeitung. Außerdem wird das aus dem Bildspeicher 202 ausgelesene Bildsignal einer Digital-/Analogumwandlung von dem Wandler 136 unterzogen. Das von dem Wandler 136 erhaltene Bildsignal dient für die Anzeige des Fluoreszenzbilds 2 auf der CRT-Anzeigevorrichtung 150.
In solchen Fällen, in denen beurteilt wurde, daß eine Änderung um mindestens den vorbestimmten Wert in dem Mittelwert der Signalintensität des Bildsignals aus der belichtungsfreien Zone stattgefunden hat, wird wie bei dem Korrektursteuerteil 141 der ersten Ausführungsform nach 9 das von dem Bildgebungsblock 14a der Bildgebungsfläche 11 detektierte Bildsignal als Referenzbildsignal hergenommen, und die Offset-Werte sowie die Tonkurven-Korrekturwerte für die Kompensation von Schwankungen der Ausgangscharakteristik unter den Ausgangskanälen werden erneut berechnet. Außerdem werden die so berechneten neuen Offset- und Tonkurven-Korrekturwerte nach diesen Berechnungen in den Look-Up-Tabellen 201b, 201c und 201d gespeichert. Durch den bildgebenden Vorgang nach erneuter Einstellung der Korrekturwerte wird ein Bild, welches mit den neuen Korrekturwerten korrigiert wurde, angezeigt.
Die Look-Up-Tabelle 201a ist eine „Nachschlagetabelle" zum Durchführen der Signalumwandlung in eine Eins-Zu-Eins-Beziehung. Bei der zweiten Ausführungsform dient die Look-Up-Tabelle 201a zum Minimieren der Schwankungen der Ausgangscharakteristika. Allerdings kann die Look-Up-Tabelle 201a entfallen.
Bei der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung lassen sich die gleichen Effekte erzielen wie bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung. Auch bei der zweiten Ausführungsform läßt sich die Anzahl von Berechnungen für neue Korrekturwerte reduzieren, und die zum Kompensieren der Ausgangscharakteristika erforderliche Verarbeitungszeit kann kurzgehalten werden. Außerdem braucht kein spezieller Bildspeicher zum Speichern der Bildsignale vorgesehen zu werden, die aus der Kompensation der Ausgabecharakteristika erhalten werden. Aus diesem Grund kann die Signalverarbeitungsschaltung vereinfacht werden.
Anhand der 12 wird ein Endoskopsystem beschrieben, welches von einer dritten Ausführungsform einer Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung Gebrauch macht. 12 ist eine schematische Darstellung des Endoskopsystems, bei dem die dritte Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird. In dem Endoskopsystem wird Anregungslicht auf die in einem lebenden Körper befindliche Meßstelle gestrahlt, von welcher Fluoreszenz erzeugt wird, die durch die Bildfaser geleitet und von dem vier Ausgangsanschlüsse aufweisenden CCD-Bildsensor detektiert wird. Auf diese Weise wird auf der CRT-Anzeigevorrichtung das Fluoreszenzbild angezeigt. Wenn Signalladungen aus dem CCD-Bildsensor gelesen werden, werden diese mit einer Lesefrequenz von 3,67 MHz gelesen, was das 1/4-Fache der herkömmlichen Lesefrequenz ist. Außerdem ist jeder der Ausgangsanschlüsse des CCD-Bildsensors mit einem der Verstärker ausgestattet, in denen die Offset-Werte und die Verstärkungen justierbar sind. Die Verstärker führen eine Verstärkung der Bildsignale und die Kompensation der Ausgangscharakteristik durch. In 12 sind ähnliche Elemente wie in 11 mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Endoskopsystem, bei dem die dritte Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung eingesetzt wird, enthält das Endoskop 100 zum Einführen in eine Körperzone eines Patienten, von der eine Erkrankung angenommen wird, und die mit der Lichtquelle zum Erzeugen von Anregungslicht ausgestattete Beleuchtungseinheit 110, die dazu dient, ein Fluoreszenzbild zu gewinnen. Das Endoskopsystem enthält außerdem eine Bildgebungseinheit 120 zum Aufnehmen der Fluoreszenz, die von der Meßstelle in dem lebenden Körper bei Bestrahlung mit dem Anregungslicht erzeugt wird, und zum Erzeugen von Bildsignalen, die das Fluoreszenzbild repräsentieren. Das Endoskopsystem enthält weiterhin eine Bildverarbeitungseinheit 300 zum Durchführen einer Bildverarbeitung zwecks Darstellung des Fluoreszenzbilds, welches von der Bildgebungseinheit 120 detektiert wurde, als sichtbares Bild. Weiterhin enthält das Endoskopsystem eine Steuereinheit 310 zum Steuern der Abbildungsvorgänge. Das Endoskopsystem enthält weiterhin eine CRT-Anzeigevorrichtung 150 zum Anzeigen des Fluoreszenzbilds, welches von der Bildverarbeitungseinheit 300 verarbeitet wurde, in Form eines sichtbaren Bilds.
Die Bildverarbeitungseinheit 300 enthält Verstärker 301a, 301b, 301c und 301d zum Verstärken der Bildsignale, die von dem CCD-Bildsensor 123 erhalten wurden. Die Bildverarbeitungseinheit 300 enthält außerdem die Analog-/Digitalwandlerschaltungen 132a, 132b, 132c und 132d zum Digitalisieren der Bildsignale, die von den Verstärkern 301a, 301b, 301c und 301d verstärkt wurden. Weiterhin enthält die Bildverarbeitungseinheit 300 einen Bildspeicher 302 zum Speichern der digitalisierten Bildsignale. Die Bildverarbeitungseinheit 300 enthält weiterhin einen Digital-/Analogwandler 136 zum Durchführen einer Digital-Analog-Umwandlung des Bildsignals, welches von dem Bildspeicher 302 empfangen wurde, und zum Zuführen der gewonnenen Analog-Bildsignale zu der CRT-Anzeigevorrichtung 150.
Die Steuereinheit 310 enthält einen Korrektur-Steuerteil 311 zum Steuern der Korrekturvorgänge zwecks Kompensation der Schwankungen in den Bildsignal- Ausgabecharakteristika. Die Steuereinheit 310 enthält weiterhin einen Zeitsteuerteil 312, der mit den jeweiligen Einheiten verbunden ist und die Betriebs-Zeitabläufe steuert. Der Korrektursteuerteil 311 ist mit dem Bildspeicher 302 und den Verstärkern 301b, 301c und 301d verbunden.
Die Verstärker 301a, 301b, 301c und 301d bilden die Verstärkungseinrichtung der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung. Der Bildspeicher 302 bildet die Zusammensetzungseinrichtung der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung. Der Korrektursteuerteil 311 bildet die Neueinstell-Beurteilungseinrichtung, die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung und die Korrekturwert-Einstelleinrichtung der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung.
Im folgenden wird beschrieben, wie das Endoskopsystem arbeitet, in welchem von der dritten Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung Gebrauch gemacht wird.
Abhängig von einem Steuersignal aus dem Zeitsteuerteil 312 wird von dem GaN-Halbleiterlaser 111 das Anregungslicht 1 mit einer Wellenlänge von 410 nm erzeugt und auf die Meßstelle 1 aufgestrahlt.
Die von der Meßstelle 1 erzeugte Fluoreszenz L2 gelangt durch die Bildfaser 102 und trifft auf das Anregungslicht-Sperrfilter 121 der Bildgebungseinheit 120. Das Bild der Fluoreszenz L2 wird auf dem CCD-Bildsensor 123 erzeugt.
Abhängig von einem Steuersignal aus dem Zeitsteuerteil 312 werden die Bildsignale, die von den Bildgebungsblöcken 14a, 14b, 14c und 14d detektiert werden, mit einer Lesefrequenz von 3,67 MHz an den Ausgangsanschlüssen 17a, 17b, 17c und 17d des CCD-Bildsensors 123 gelesen und in die Verstärker 301a, 301b, 301c und 301d der Bildverarbeitungseinheit 300 eingegeben.
Die von den Verstärkern 301a, 301b, 301c und 301d verstärkten Bildsignale werden von den Analog-/Digitalwandlerschaltungen 132a, 132b, 132c und 132d digitalisiert, und die so erhaltenen digitalen Bildsignale werden in den Bildspeicher 302 gespeichert. Entsprechend den zuvor ausgeführten Korrekturmaßnahmen werden die Offset-Werte und die Verstärkungen der Verstärker 301b, 301c und 301d auf die Werte für die Kompensation der Schwankungen der Ausgabecharakteristika eingestellt.
Wie in dem Korrektursteuerteil 211 nach 11 liest der Korrektursteuerteil 311 das Bildsignal, welches in der belichtungsfreien Zone des Bildgebungsblocks 14a des CCD-Bildsensors 123 detektiert wurde, aus dem Bildspeicher 302 aus. Der Korrektursteuerteil 311 berechnet den Mittelwert der Signalintensitäten des so gelesenen Bildsignals. Außerdem beurteilt der Korrektursteuerteil 311, ob der berechnete Mittelwert sich gegenüber einem Referenzmittelwert um mindestens einen vorbestimmten Betrag geändert hat oder nicht. Wenn festgestellt wird, daß keine Änderung um mindestens den vorbestimmten Wert im Mittelwert der Signalintensitäten des in der belichtungsfreien Zone detektierten Bildsignals stattgefunden hat, führt der Korrektursteuerteil 311 keine Neuberechnungen durch und es erfolgt auch keine Neueinstellung der Offset-Werte und der Verstärkungs-Einstellwerte, welche als Korrekturwerte fungieren. In diesen Fällen folgt eine normale Bildverarbeitung. Außerdem wird das aus dem Bildspeicher 302 kommende Bildsignal in dem Digital-/Analogwandler 136 einer Digital-Analog-Wandlung unterzogen. Das aus dem Wandler 136 erhaltene Bildsignal dient zur Anzeige des Fluoreszenzbilds 2 auf der CRT-Anzeigevorrichtung 150.
Wenn beurteilt wurde, daß eine mindestens einem vorbestimmten Werte entsprechende Änderung im Mittelwert der Signalintensitäten des in der belichtungsfreien Zone detektierten Bildsignals stattgefunden hat, berechnet der Korrektursteuerteil 311 die als Korrekturwerte fungierenden Offset-Werte und Verstärkungs-Einstellwerte in der im folgenden beschriebenen Weise.
Als erstes berechnet der Korrektursteuerteil 311 den Mittelwert der Signalintensitäten des Bildsignals, welches in der belichtungsfreien Zone jedes der Bildgebungsblöcke 14a, 14b, 14c und 14d detektiert wurde. Weiterhin wird für jeden der Bildgebungsblöcke 14b, 14c und 14d ein Offset-Wert derart berechnet, daß der für jeden Bildgebungsblock erhaltene Mittelwert annähernd identisch wird mit dem für den Bildgebungsblock 14a berechneten Mittelwert.
Im Anschluß daran wird der Offset-Wert für den Bildgebungsblock 14b von den Signalintensitäten des Bildsignals subtrahiert, die in der Bildbelichtungszone des Bildgebungsblocks 14b detektiert wurde. In der gleichen Weise werden die Offset-Werte für die Bildgebungsblöcke 14c und 14d von den Signalintensitäten der Bildsignale subtrahiert, die in den Bildbelichtungszonen der Bildgebungsblöcke 14c und 14d detektiert wurden. Anschließend daran werden die Signalintensität des am rechten Ende des Bildgebungsblocks 14a detektierten Bildsignals und die Signalintensität des am linken Ende des Bildgebungsblocks 14b detektierten Bildsignals miteinander verglichen. Ein Verstärkungs-Einstellwert für den Bildgebungsblock 14b wird anschließend derart berechnet, daß die Signalintensität des am linken Ende des Bildgebungsblocks 14b detektierten Bildsignals annähernd identisch wird mit der Signalintensität des am rechten Ende des Bildgebungsblocks 14a detektierten Bildsignals. Durch Verwendung des Verstärkungs-Einstellwerts für den Bildgebungsblock 14b werden erneut die Signalintensitäten für den Bildgebungsblock 14b berechnet. Außerdem werden die Signalintensität des am rechten Ende des Bildgebungsblocks 14c detektierten Bildsignals und die Signalintensität des am linken Ende des Bildgebungsblocks 14d detektierten Bildsignals miteinander verglichen. Dann wird ein Zwischen-Verstärkungseinstellwert für den Bildgebungsblock 14d derart berechnet, daß die Signalintensität des Bildsignals, welches am linken Ende des Bildgebungsblocks 14d detektiert wurde, annähernd identisch werden kann mit der Signalintensität des am rechten Ende des Bildgebungsblocks 14c detektierten Bildsignals. Durch Verwendung des Verstärkungs-Einstellwerts für den Bildgebungsblock 14d werden die Signalintensitäten für den Bildgebungsblock 14d erneut berechnet. Weiterhin werden die Signalintensitäten der Bildsignale, die dem unteren Ende des Bildgebungsblocks 14a und dem unteren Ende des Bildgebungsblocks 14b entsprechen, verglichen mit den Signalintensitäten der Bildsignale, die dem oberen Ende des Bildgebungsblocks 14c bzw. dem oberen Ende des Bildgebungsblocks 14d entsprechen. Verstärkungs-Einstellwerte für die Bildgebungsblöcke 14c und 14d werden dann derart berechnet, daß die Signalintensitäten der Bildsignale, die dem oberen Ende des Bildgebungsblocks 14c und dem oberen Ende des Bildgebungsblocks 14d entsprechen, annähernd identisch werden mit den Signalintensitäten der Bildsignale, die dem unteren Ende des Blocks 14a und dem unteren Ende des Blocks 14b entsprechen.
Der Korrektursteuerteil 311 justiert die Offset-Werte und die Verstärkungen der Verstärker 301b, 301c und 301d unter Verwendung der Offset-Werte und der Verstärkungseinstellwerte, die den Bildgebungsblöcken 14b, 14c und 14d entsprechen.
Bei dem Bildgebungsvorgang, der im Anschluß an die erneut eingestellten Korrekturwerte vorgenommen wird, werden die mit den neuen Korrekturwerten korrigierten Bildsignale in dem Speicher 302 gespeichert und für die Darstellung eines Fluoreszenzbilds auf der CRT-Anzeigevorrichtung 150 verwendet.
Mit der dritten Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung werden die gleichen Effekte wie bei der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung erzielbar. Außerdem können bei der dritten Ausführungsform Verstärker, die bislang in einer Signalverarbeitungsschaltung vorhanden waren, als Korrektureinrichtung zum Kompensieren der Schwankungen in der Ausgangscharakteristik verwendet werden. Deshalb brauchen keine neuen Schaltungsteile vorgesehen zu werden, die Signalverarbeitungsschaltung kann einfach aufgebaut sein, und die Fertigungskosten können niedrig gehalten werden.
Ein Endoskopsystem, in welchem eine vierte Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird, wird im folgenden anhand der 13 erläutert. 13 ist eine schematische Ansicht des Endoskopsystems, bei dem die vierte Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung eingesetzt wird. In dem Endoskopsystem wird Anregungslicht auf die Meßstelle in einem lebenden Körper aufgestrahlt, und die von der Meßstelle erzeugte Fluoreszenz wird durch die Bildfaser geleitet und von dem vier Ausgangsanschlüsse aufweisenden CCD-Bildsensor detektiert. Auf diese Weise wird das auf der CRT-Anzeigevorrichtung angezeigte Fluoreszenzbild erzeugt. Wenn Signalladungen aus dem CCD-Bildsensor gelesen werden, erfolgt dies mit einer Lesefrequenz von 3,67 MHz, was dem 1/4-Fachen der herkömmlichen Lesefrequenz entspricht. Außerdem ist jeder der Ausgangsanschlüsse des CCD-Bildsensors mit einem der Verstärker ausgestattet, in welchem die Offset-Werte und Verstärkungen justierbar sind. Die Verstärker führen eine Verstärkung der Bildsignale und die Kompensation für die Ausgabecharakteristik durch. Außerdem ist das Endoskopsystem mit einem Korrekturwert-Speicherteil zum Speichern von Mittelwerten der Signalintensitäten von Bildsignalen ausgestattet, die in dem Zustand detektiert wurden, in welchem das Licht an einem Auftreffen auf die Bildgebungsfläche des CCD-Bildsensors gehindert ist, und zum Speichern der entsprechenden Offset-Werte und entsprechenden Verstärkungs-Einstellwerte, die als die Korrekturwerte in den Verstärkern einzustellen sind. In 13 sind ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in 12.
Das Endoskopsystem, in welchem die vierte Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird, enthält das Endoskop 100 zum Einführen in einen Körperbereich eines Patienten, der als erkrankter Bereich vermutet wird, und die mit der Lichtquelle zum Erzeugen des Anregungslichts versehene Beleuchtungseinheit wird bei der Gewinnung eines Fluoreszenzbilds verwendet. Das Endoskopsystem enthält weiterhin die Bildgebungseinheit 120 zum Empfangen der Fluoreszenz, die von der Meßstelle in dem lebenden Körper erzeugt wurde, als diese mit dem Anregungslicht bestrahlt wurde, und außerdem dient die Bildgebungseinheit zum Erzeugen von Bildsignalen, die dem Bild der Fluoreszenz entsprechen. Das Endoskopsystem enthält weiterhin die Bildverarbeitungseinheit 300 zum Ausführen einer Bildverarbeitung zwecks Anzeige des Fluoreszenzbilds, welches von der Bildgebungseinheit 120 detektiert wurde, als sichtbares Bild. Weiterhin enthält das Endoskopsystem eine Steuereinheit 400 zum Steuern der Bildgebungsoperationen. Das Endoskopsystem enthält weiterhin die CRT-Anzeigevorrichtung 150 zum Anzeigen des Fluoreszenzbilds, welches von der Bildverarbeitungseinheit 300 verarbeitet wurde, als sichtbares Bild.
Die Steuereinheit 400 enthält einen Korrektursteuerteil 401 zum Steuern der Korrekturvorgänge zum Kompensieren von Schwankungen in der Bildsignal-Ausgabecharakteristik. Die Steuereinheit 400 enthält weiterhin einen Korrekturwert- Speicherteil 402 zum Vorab-Speichern der Mittelwerte der Signalintensitäten von Bildsignalen, die von dem Bildgebungsblock 14a in einem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht am Auftreffen auf die Bildgebungsfläche 11 des CCD-Bildsensors 123 gesperrt wurde, und der entsprechenden Offset-Werte und der entsprechenden Verstärkungs-Einstellwerte, die als Korrekturwerte fungieren. Die Steuereinheit 400 enthält weiterhin einen Zeitsteuerteil 403, der mit den jeweiligen Einheiten verbunden ist und den zeitlichen Betriebsablauf steuert. Der Korrektursteuerteil 401 ist mit dem Bildspeicher 302 und mit den Verstärkern 301b, 301c und 301d verbunden.
Der Korrektursteuerteil 401 liest das von dem Bildgebungsblock 14a in einem Zustand detektierte Bildsignal, in welchem das Licht an einem Auftreffen auf die Bildgebungsfläche 11 des CCD-Bildsensors 123 gehindert war, aus dem Bildspeicher 302 aus. Der Korrektursteuerteil 401 berechnet den Mittelwert der Signalintensitäten des so gelesenen Bildsignals. Außerdem beurteilt der Korrektursteuerteil 401, ob der berechnete Mittelwert sich gegenüber einem Referenzmittelwert um mindestens einen vorbestimmten Betrag geändert hat oder nicht. Wenn beurteilt wird, daß eine Änderung um mindestens den vorbestimmten Betrag gegenüber dem Mittelwert der Signalintensitäten des Bildsignals nicht stattgefunden hat, führt der Korrektursteuerteil 401 keine Neueinstellung der Offset- und Verstärkungs-Einstellwerte, die als die Korrekturwerte fungieren, durch. In diesen Fällen wird eine normale Bildverarbeitung durchgeführt.
In den Fällen, in denen beurteilt wird, daß eine Änderung um den mindestens vorbestimmten Betrag im Mittelwert der Signalintensitäten des oben beschriebenen Bildsignals stattgefunden hat, wählt der Korrektursteuerteil 401 die dem Mittelwert entsprechenden Offset-Werte und Verstärkungs-Einstellwerte unter den im Korrekturwert-Speicherteil 402 abgespeicherten Werten aus. Die Offset-Werte und die Verstärkungs-Einstellwerte gemäß dieser Auswahl werden als Korrekturwerte hergenommen.
Die Verstärker 301a, 301b, 301c und 301d bilden die Verstärkungseinrichtung der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung. Der Bildspeicher 302 bildet die Zusammensetzungseinrichtung der Vorrichtung. Der Korrektursteuerteil 401 bildet die Neueinstellungs- Beurteilungseinrichtung und die Korrekturwert-Einstelleinrichtung der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung. Der Korrekturwert-Speicherteil 402 bildet die Korrekturwert-Speichereinrichtung der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung.
Im folgenden wird beschrieben, wie das Endoskopsystem arbeitet, in welchem die vierte Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird.
Der Korrekturwert-Speicherteil 402 speichert vorab die Mittelwerte von Signalintensitäten der Bildsignale, die von dem Bildgebungsblock 14a in einem Zustand detektiert wurden, in welchem das Licht an einem Auftreffen auf die Bildgebungsfläche 11 des CCD-Bildsensors 123 gehindert war, außerdem die Offset-Werte und die Verstärkungs-Einstellwerte, die als die den jeweiligen Mittelwerten entsprechenden Korrekturwerte fungieren. Die Bildsignale, aus denen die Mittelwerte berechnet werden, sind diejenigen, die bezüglich unterschiedlicher Temperaturen erhalten wurden, die in den Temperaturbereich fallen, in welchem das Endoskopsystem verwendet wird. Außerdem wurden die Offset-Werte und die Verstärkungs-Einstellwerte in der gleichen Weise berechnet wie die Offset-Werte und die Verstärkungs-Einstellwerte der dritten Ausführungsform nach 12.
Wenn der Bildgebungsvorgang ausgeführt wird, werden zunächst abhängig von einem Steuersignal aus dem Zeitsteuerteil 403 Bildsignale in dem Zustand detektiert, in welchem Licht am Auftreffen auf die Bildgebungsfläche 11 gehindert ist. Die so detektierten Bildsignale werden den Verstärkern 301a, 301b, 301c und 301d in der Bildverarbeitungseinheit 300 zugeleitet. Anschließend wird das Anregungslicht L1 mit einer Wellenlänge von 410 nm durch den GaN-Halbleiterlaser 111 erzeugt und auf die Meßstelle 1 aufgestrahlt. Die von der Meßstelle 1 erzeugte Fluoreszenz L2 gelangt durch die Bildfaser 101 und trifft auf das Anregungslicht-Sperrfilter 121 der Bildgebungseinheit 120 auf. Das Bild der Fluoreszenz L2 wird auf dem CCD-Bildsensor 123 erzeugt.
Abhängig von einem Steuersignal aus dem Zeitsteuerteil 403 werden die Bildsignale, die von den Bildgebungsblöcken 14a, 14b, 14c und 14d detektiert wurden, mit einer Lesefre quenz von 3,67 MHz an den Ausgangsanschlüssen 17a, 17b, 17c und 17d des CCD-Bildsensors 123 gelesen und in die Verstärker 301a, 301b, 301c und 301d der Bildverarbeitungseinheit 300 eingespeist.
In den Verstärkern 301a, 301b, 301c und 301d werden die Bildsignale sukzessive verstärkt. Die von den Verstärkern 301a, 301b, 301c und 301d verstärkten Bildsignale werden von den Analog-/Digitalwandlerschaltungen 132a, 132b, 132c und 132d digitalisiert, und die digitalisierten Bildsignale werden sukzessive in dem Bildspeicher 302 gespeichert. Gemäß den zuvor ausgeführten Korrekturoperationen wurden die Offset-Werte und die Verstärkungen der Verstärker 301b, 301c und 301d auf die Werte zum Kompensieren der Schwankungen der Ausgangscharakteristika eingestellt.
Der Korrektursteuerteil 401 liest das Bildsignal, welches von dem Bildgebungsblock 14a des CCD-Bildsensors 123 in einem Zustand detektiert wurde, in welchem Licht am Auftreffen auf die Bildgebungsfläche 11 des CCD-Bildsensors 123 gehindert wurde, aus dem Bildspeicher 302 aus. Der Korrektursteuerteil 401 berechnet den Mittelwert der Signalintensitäten des so gelesenen Bildsignals. Außerdem macht der Korrektursteuerteil 401 eine Beurteilung dahingehend, ob der berechnete Mittelwert sich gegenüber einem Referenzmittelwert um mindestens einen vorbestimmten Betrag geändert hat oder nicht. Wird beurteilt, daß eine Änderung um mindestens den vorbestimmten Betrag im Mittelwert der Signalintensitäten des oben beschriebenen Bildsignals nicht stattgefunden hat, so führt der Korrektursteuerteil 401 keine Neueinstellung der Offset-Werte und der Verstärkungs-Einstellwerte durch, die als die Korrekturwerte fungieren. In diesen Fällen löscht der Korrektursteuerteil 401 die Bildsignale, die in dem Zustand detektiert wurden, in welchem das Licht am Auftreffen auf die Bildgebungsfläche 11 des CCD-Bildsensors 123 gehindert wurde. Außerdem wird bezüglich des Fluoreszenzbilds die übliche Bildverarbeitung durchgeführt, wobei anschließend eine Detektierung des Bilds durch den Bildgebungsvorgang stattfindet. Außerdem wird das aus dem Bildspeicher 302 kommende Bildsignal einer Digital-Analog-Wandlung von dem Digital-/Analogwandler 136 unterzogen. Das von dem Wandler 136 erhaltene Bildsignal dient zum Anzeigen des Fluoreszenzbilds 2 auf der CRT-Anzeigevorrichtung 150.
Wenn beurteilt wird, daß eine Änderung des Mittelwerts der Signalintensitäten des oben beschriebenen Bildsignals um mindestens den vorbestimmten Betrag stattgefunden hat, selektiert der Korrektursteuerteil 401 die Offset-Werte und die Verstärkungs-Einstellwerte, die dem Mittelwert entsprechen, aus den Werten, die in dem Korrekturwert-Speicherteil 402 gespeichert wurden. Außerdem stellt der Korrektursteuerteil 401 die Offset-Werte und die Verstärkungen der Verstärker 301b, 301c und 301d unter Verwendung der Offset- und Verstärkungs-Einstellwerte ein, die ausgewählt wurden und den Bildgebungsblöcken 14b, 14c und 14d entsprechen. Anschließend löscht der Korrektursteuerteil 401 die in dem Zustand detektierten Bildsignale, in welchem das Licht an einem Auftreffen auf die Bildgebungsfläche 11 des CCD-Bildsensors 123 gehindert war. Außerdem wird das Fluoreszenzbild der üblichen Bildverarbeitung unterzogen, und das Bild wird dann durch den Bildgebungsvorgang detektiert. Weiterhin wird als Mittelwert der jetzt berechnete Mittelwert hergenommen, der als neuer Referenzmittelwert fungiert.
Bei dem Bildgebungsvorgang, der nach der so vorgenommenen Neueinstellung der Korrekturwerte durchgeführt wird, werden die Bildsignale, die mit den neuen Korrekturwerten korrigiert wurden, in dem Bildspeicher 302 abgespeichert und dienen zur Darstellung des Fluoreszenzbilds auf der CRT-Anzeigevorrichtung 150.
Wie oben erläutert wurde, werden bei der vierten Ausführungsform die Offset-Werte und die Verstärkungs-Einstellwerte, welche als die Korrekturwerte fungieren und abhängig von den Schwankungen der Ausgabecharakteristika der vier Ausgangskanäle zwischen den vier Bildgebungsblöcken und dem Bildspeicher 302 berechnet wurden und in dem Korrekturwert-Speicherteil 402 abgespeichert wurden, in den Verstärkern 301b, 301c und 301d eingestellt. Deshalb läßt sich die Anzahl von einem Ausgangsanschluß zugeordneten Pixeln auf einen Wert reduzieren, der kleiner ist als dann, wenn der CCD-Bildsensor mit nur einem einzigen Ausgangsanschluß ausgestattet ist. Selbst wenn daher die Lesefrequenz auf einen niedrigen Wert eingestellt wird, können Signalladungen sämtlicher Pixel innerhalb der Lesezeit gelesen werden. Dementsprechend läßt sich das Leserauschen unterdrücken, und man kann den Rauschabstand für das detektierte Bild verbessern, so daß abträgliche Einflüsse nicht bei der Darstellung des Fluoreszenzbilds als dynamisches Bild in Erscheinung treten. Außerdem können die Schwankungen der Ausgabecharakteristika kompensiert werden, und man kann verhindern, daß Probleme in Form von Linienmustertrennungen in dem erzeugten Bild in Erscheinung treten, so daß keine abträglichen Einflüsse bei der Anzeige des Fluoreszenzbilds als dynamisches Bild in Erscheinung treten.
Auch bei der vierten Ausführungsform können Verstärker, die bislang in einer Signalverarbeitungsschaltung enthalten waren, als die Korrektureinrichtung genutzt werden. Deshalb brauchen keine neuen Schaltungsteile vorgesehen zu werden, die Fertigungskosten können niedrig gehalten werden.
Bei der vierten Ausführungsform speichert der Korrekturwert-Speicherteil 402 vorab die Mittelwerte von Signalintensitäten von Bildsignalen, die von dem Bildgebungsblock 14a in einem Zustand erfaßt wurden, in welchem Licht am Auftreffen auf die Bildgebungsfläche 11 des CCD-Bildsensors 123 gehindert wird, außerdem speichert er die Offset-Werte und die Verstärkungs-Einstellwerte, die als die den jeweiligen Mittelwerten entsprechenden Korrekturwerte fungieren. Aus diesem Grund kann die Verarbeitung zum Berechnen der Korrekturwerte entfallen und die Verarbeitungszeit zum Kompensieren der Ausgangscharakteristika kurzgehalten werden.
In der vierten Ausführungsform besitzt die Bildgebungsfläche 11 des CCD-Bildsensors 123 belichtungsfreie Zonen. Wenn ein CCD-Bildsensor, in welchem die Gesamtfläche der Bildgebungsfläche 11 als Bildbelichtungszone verwendet wird, eingesetzt wird, ist eine Kompensation der Ausgabecharakteristika möglich. In solchen Fällen allerdings, in denen die Korrekturwerte berechnet werden, ist es notwendig, daß die Offset-Werte aus den Bildsignalen berechnet werden, die in einem Zustand erfaßt wurden, in welchem Licht an einem Auftreffen auf die Bildgebungsfläche des CCD-Bildsensors gehindert ist, und die Verstärkungs-Einstellwerte aus den Bildsignalen errechnet werden, die in einem Zustand erfaßt wurden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche des CCD-Bildsensors auftrifft.
In der oben beschriebenen vierten Ausführungsform werden die Mittelwerte der Signalintensitäten von Bildsignalen, die von dem Bildgebungsblock 14a in einem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht am Auftreffen auf die Bildgebungsfläche 11 des CCD-Bildsensors 123 gehindert wurde, ebenso wie die entsprechenden Offset-Werte und die entsprechenden Verstärkungs-Einstellwerte in dem Korrekturwert-Speicherteil 402 gespeichert. Alternativ können beispielsweise Signalintensitäten von Bildsignalen, die an einem vorbestimmten Pixel in dem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht am Auftreffen auf die Bildgebungsfläche 11 gehindert wird, oder Mittelwerte von Signalintensitäten von Bildsignalen, die von der Bildgebungsfläche 11 in dem vorerwähnten Zustand erfaßt wurden, ebenso wie die entsprechenden Offset-Werte und die entsprechenden Verstärkungs-Einstellwerte in dem Korrekturwert-Speicherteil 402 abgespeichert werden. In diesem Fall kann in dem Korrektursteuerteil 401 eine Änderung der Signalintensität des Bildsignals, welches an dem vorbestimmten Pixel erfaßt wurde, oder eine Änderung des Mittelwerts der Signalintensitäten der von der Bildgebungsfläche 11 erfaßten Bildsignale überwacht werden. Abhängig von den Ergebnissen dieser Überwachung kann eine Beurteilung dahingehend vorgenommen werden, ob die erneute Einstellung der Offset-Werte und der Verstärkungs-Einstellwerte durchzuführen ist oder nicht.
Bei der vierten Ausführungsform werden außerdem die Verstärker als die Korrektureinrichtung verwendet. Alternativ können wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung eine oder mehrere Look-Up-Tabellen als Korrektureinrichtung verwendet werden. In diesen Fällen können wie bei der ersten oder der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung die Offset-Werte und die Tonkurven-Korrekturwerte als die Korrekturwerte hergenommen werden.
Die vierte Ausführungsform läßt sich in folgender Weise modifizieren: Anstatt Korrekturwerte vorab in dem Korrekturwert-Speicherteil 402 abzuspeichern, können, wenn die Korrekturwerte zur Zeit der Bildgebung berechnet werden, der Mittelwert der Signalintensitäten des Bildsignals, welches von dem Bildgebungsblock 14a in einem Zustand detektiert wurde, in welchem das Licht an einem Auftreffen auf die Bildgebungsfläche 11 des CCD-Bildsensors 123 gehindert war, und die entsprechenden Korrekturwerte in dem Korrekturwert-Bildspeicherteil 402 gespeichert werden. Wenn von dem Korrektursteuerteil 401 beurteilt wurde, daß Neuberechnungen der Korrekturwerte vorzunehmen sind, so können die entsprechenden Korrekturwerte verwendet werden, wenn die Korrekturwerte entsprechend dem Mittelwert von Signalintensitäten des Bildsignals, welches von dem Bildgebungsblock 14a zu dieser Zeit detektiert wurde, in dem Korrekturwert-Speicherteil 402 gespeichert wurde. Wenn die Korrekturwerte, die dem Mittelwert von Signalintensitäten des Bildsignals entsprechen, die von dem Bildgebungsblock 14a zu jener Zeit detektiert wurde, nicht in dem Korrekturwert-Speicherteil 402 gespeichert wurden, können neue Korrekturwerte berechnet werden. Durch diese Modifikation der vierten Ausführungsform brauchen unter normalen Abbildungsbedingungen keine unnötigen Korrekturwerte gespeichert zu werden. Aus diesem Grund läßt sich die Speicherkapazität für den Korrekturwert-Speicherteil 402 gering halten.
Ein Endoskopsystem, in welchem eine fünfte Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird, wird im folgenden anhand der 14 erläutert. 14 ist eine schematische Ansicht, die das Endoskopsystem zeigt, in welchem die fünfte Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird. In dem Endoskopsystem wird Anregungslicht auf die Meßstelle in einem lebenden Körper gestrahlt, und die von der Meßstelle erzeugte Fluoreszenz wird durch die Bildfaser geleitet und von dem vier Ausgangsanschlüsse aufweisenden CCD-Bildsensor detektiert. Auf diese Weise wird das Fluoreszenzbild auf der CRT-Anzeigevorrichtung dargestellt. Wenn Signalladungen von dem CCD-Bildsensor gelesen werden, werden diese mit einer Lesefrequenz von 3,67 MHz gelesen, was 1/4-mal so hoch ist wie die herkömmliche Lesefrequenz. Weiterhin ist jeder der Ausgangsanschlüsse des CCD-Bildsensors mit einem der Verstärker ausgestattet, in denen die Offset-Werte und Verstärkungen justierbar sind. Die Verstärker führen eine Verstärkung der Bildsignale und eine Kompensation der Ausgabecharakteristika durch. Außerdem ist das Endoskopsystem mit einem Korrekturwert-Speicherteil zum Speichern der Mittelwerte von Signalintensitäten von Bildsignalen ausgestattet, die in einer der belichtungsfreien Zonen detektiert wurden, außerdem zum Speichern der entsprechenden Offset-Werte und entsprechenden Verstärkungs-Einstellwerte, die als die Korrekturwerte in den Verstärkern eingestellt werden. In 14 sind ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in 12.
Das Endoskopsystem, in welchem die fünfte Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird, enthält das Endoskop 100 zum Einführen in einen Körperbereich eines Patienten, von dem eine Erkrankung angenommen wird, und die Beleuchtungseinheit 110 mit der Lichtquelle zum Erzeugen des Anregungslichts zum Gewinnen eines Fluoreszenzbilds. Das Endoskopsystem enthält außerdem die Bildgebungseinheit 120 zum Aufnehmen der Fluoreszenz, die von der Meßstelle in dem lebenden Körper bei Bestrahlung mit dem Anregungslicht erzeugt wird, und zum Bilden von Bildsignalen, die das Bild der Fluoreszenz darstellen. Das Endoskopsystem enthält weiterhin die Bildverarbeitungseinheit 300 zum Ausführen einer Bildverarbeitung zwecks Darstellung des Fluoreszenzbilds, welches von der Bildgebungseinheit 120 erfaßt wurde, in Form eines sichtbaren Bilds. Das Endoskopsystem enthält weiterhin eine Steuereinheit 500 zum Steuern der Abbildungsvorgänge. Das Endoskopsystem enthält weiterhin eine CRT-Anzeigevorrichtung 150 zum Anzeigen des Fluoreszenzbilds, welches von der Bildverarbeitungseinheit 300 verarbeitet wurde, als sichtbares Bild.
Die Steuereinheit 500 enthält einen Korrektursteuerteil 501 zum Steuern der Korrekturvorgänge zum Kompensieren von Schwankungen der Bildsignal-Ausgabecharakteristik. Weiterhin enthält die Steuereinheit 500 einen Korrekturwert-Speicherteil 502 zum Vorab-Speichern der Mittelwerte von Signalintensitäten von Bildsignalen, die in der belichtungsfreien Zone des Bildgebungsblocks 14a de Bildgebungsfläche 11 des CCD-Bildsensors 123 detektiert wurden, und der entsprechenden Offset-Werte und der entsprechenden Verstärkungs-Einstellwerte, die als die Korrekturwerte fungieren. Die Steuereinheit 500 enthält weiterhin einen Zeitsteuerteil 503, der an die jeweiligen Einheiten angeschlossen ist und die Betriebsablaufzeitpunkte steuert. Der Korrektursteuerteil 501 ist mit dem Bildspeicher 302 und den Verstärkern 301b, 341c und 301d verbunden.
Der Korrektursteuerteil 501 liest das in der belichtungsfreien Zone des Bildgebungsblocks 14a der Bildgebungsfläche 11 des CCD-Bildsensors 123 detektierte Bildsignal aus dem Speicher 302 aus. Der Korrektursteuerteil 501 berechnet den Mittelwert der Signalintensitäten des so gelesenen Bildsignals. Außerdem beurteilt der Korrektursteuerteil 501, ob der berechnete Mittelwert sich um mindestens einen vorbestimmten Betrag gegenüber einem Referenzmittelwert geändert hat oder nicht. Wird festgestellt, daß eine Änderung um mindestens den vorbestimmten Betrag im Mittelwert der Signalintensitäten des Bildsignals gemäß obiger Erläuterung nicht aufgetreten ist, führt der Korrektursteuerteil 501 keine Neueinstellung der Offset-Werte und Verstärkungs-Einstellwerte durch, welche als die Korrekturwerte fungieren. In diesen Fällen wird ein normaler Bildverarbeitungsvorgang ausgeführt.
Wenn beurteilt wird, daß eine Änderung um mindestens den vorbestimmten Wert im Mittelwert der Signalintensitäten des oben beschriebenen Bildsignals aufgetreten ist, wählt der Korrektursteuerteil 501 die Offset-Werte und die Verstärkungs-Einstellwerte, welche dem Mittelwert entsprechen, unter den in dem Korrekturwert-Speicherteil 502 gespeicherten Offset-Werten und Verstärkungs-Einstellwerten aus, und diese so gewählten Werte werden als die Korrekturwerte eingestellt.
Die Verstärker 301a, 301b, 301c und 301d bilden die Verstärkungseinrichtung der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung. Der Bildspeicher 302 stellt die Zusammensetzungseinrichtung der Vorrichtung dar. Der Korrektursteuerteil 501 bildet die Neueinstellungs-Beurteilungseinrichtung und die Korrekturwert-Einstelleinrichtung der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung. Der Korrekturwert-Speicherteil 502 bildet die Korrekturwert-Speichereinrichtung der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung.
Im folgenden wird beschrieben, wie das Endoskopsystem arbeitet, in welchem die fünfte Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung eingesetzt wird.
Der Korrekturwert-Speicherteil 502 speichert vorab die Mittelwerte von Signalintensitäten von Bildsignalen, die in der belichtungsfreien Zone des Bildgebungsblocks 14a detektiert wurden, und die als die den Mittelwerten entsprechenden Korrekturwerte fungierenden Offset-Werte und Verstärkungs-Einstellwerte. Die Bildsignale, aus denen die Mittel werte berechnet wurden, sind diejenigen, die in bezug auf verschiedene unterschiedliche Temperaturen erhalten wurden, die in den Temperaturbereich fallen, in welchem das Endoskop verwendet wird. Außerdem sind die Offset-Werte und die Verstärkungs-Einstellwerte in der gleichen Weise berechnet worden wie bei der dritten Ausführungsform nach 12.
Wenn ein Abbildungsvorgang ausgeführt wird, wird von dem GaN-Halbleiterlaser 111 Anregungslicht L1 mit einer Wellenlänge von 410 nm erzeugt und auf die Meßstelle 1 aufgestrahlt.
Die von der Meßstelle 1 erzeugte Fluoreszenz L2 läuft durch die Bildfaser 102 und trifft auf das Anregungslicht-Sperrfilter 121 der Abbildungseinheit 120. Das Bild der Fluoreszenz L2 wird auf dem CCD-Bildsensor 123 erzeugt.
Abhängig von einem seitens der Zeitsteuerschaltung 503 kommenden Steuersignal werden die Bildsignale, die von den jeweiligen Bildgebungsblöcken 14a, 14b, 14c und 14d detektiert wurden, mit einer Lesefrequenz von 3,67 MHz an den Ausgangsanschlüssen 17a, 17b, 17c und 17d des CCD-Bildsensors 123 gelesen und in die Verstärker 301a, 301b, 301c und 301d der Bildverarbeitungseinheit 300 eingegeben.
In den Verstärkern 301a, 301b, 301c und 301d werden die Bildsignale verstärkt. Die verstärkten Signale werden von Analog-/Digital-Wandlerschaltungen 132a, 132b, 132c und 132d digitalisiert, und die so erhaltenen digitalen Bildsignale werden in den Bildspeicher 302 gespeichert. Abhängig von den zuvor ausgeführten Korrekturoperationen sind die Offset-Werte und die Verstärkungen für die Verstärker 301b, 301c und 301d auf die Werte zum Kompensieren der Schwankungen der Ausgangscharakteristika einjustiert.
Wie in dem Korrektursteuerteil 311 der 12 liest der Korrektursteuerteil 501 das Bildsignal, welches in der belichtungsfreien Zone des Bildgebungsblocks 14a des CCD-Bildsensors 123 detektiert wurde, aus dem Bildspeicher 302 aus. Der Korrektursteuerteil 501 berechnet den Mittelwert der Signalintensitäten des so gelesenen Bildsignals. Außer dem beurteilt der Korrektursteuerteil 501, ob der berechnete Mittelwert sich um mindestens einen vorbestimmten Betrag gegenüber einem Referenzmittelwert geändert hat oder nicht. In solchen Fällen, in denen festgestellt wurde, daß eine Änderung um mindestens den vorbestimmten Betrag im Mittelwert der Signalintensitäten des oben beschriebenen Bildsignals nicht stattgefunden hat, führt der Korrektursteuerteil 501 keine Neueinstellung der Offset-Werte und der Verstärkungs-Einstellwerte aus, die als die Korrekturwerte fungieren. In diesen Fällen wird eine normale Bildverarbeitung durchgeführt. Außerdem wird das aus dem Bildspeicher geholte Bildsignal von dem Digital-/Analogwandler 136 einer Digital-Analog-Umwandlung unterzogen, und das von dem Wandler 136 erhaltene Signal wird zum Anzeigen des Fluoreszenzbilds 2 auf der CRT-Anzeigevorrichtung 150 verwendet.
In solchen Fällen, in denen beurteilt wurde, daß eine Änderung um mindestens den vorbestimmten Betrag in dem Mittelwert der Signalintensität des oben beschriebenen Bildsignals stattgefunden hat, wählt der Korrektursteuerteil 501 die Offset-Werte und die Verstärkungs-Einstellwerte, die dem Mittelwert entsprechen, aus den in dem Korrekturwert-Speicherteil 502 abgespeicherten Werten aus. Außerdem justiert der Korrektursteuerteil 501 die Offset-Werte und die Verstärkungen der Verstärker 301b, 301c und 301d unter Verwendung der Offset-Werte und der Verstärkungs-Einstellwerte, die derart ausgewählt wurden, und den Bildgebungsblöcken 14b, 14c und 14d entsprechen. Außerdem wird als Mittelwert derjenige Mittelwert als neuer Referenzmittelwert eingestellt, der gerade berechnet wurde.
Bei dem Bildgebungsvorgang, der nach der so erfolgten Neueinstellung der Korrekturwerte durchgeführt wird, werden die Bildsignale, die mit den neuen Korrekturwerten korrigiert wurden, in dem Bildspeicher 302 gespeichert und dienen bei der Anzeige eines Fluoreszenzbilds auf der CRT-Anzeigevorrichtung 150.
Wie oben ausgeführt wurde, ist bei der fünften Ausführungsform die Steuereinheit 500 mit dem Korrekturwert-Speicherteil 502 zum Vorab-Speichern der Mittelwerte von Signalintensitäten der Bildsignale ausgestattet, welche in der belichtungsfreien Zone detek tiert wurden, und der entsprechenden Offset-Werte und der entsprechenden Verstärkungs-Einstellwerte, die als die Korrekturwerte fungieren. In solchen Fällen, in denen eine Änderung im Mittelwert des in der belichtungsfreien Zone detektierten Bildsignals stattgefunden hat, können die Offset-Werte und die Verstärkungs-Einstellwerte aus dem Korrekturwert-Speicherteil 502 ausgelesen und erneut eingestellt werden. Deshalb können die gleichen Effekte wie bei der vierten Ausführungsform erzielt werden. Außerdem kann die Änderung des Mittelwerts der Signalintensitäten des Bildsignals, welches in der belichtungsfreien Zone erfaßt wurde, unter Verwendung eines normalen Bildgebungsvorgangs nachgewiesen werden. Aus diesem Grund läßt sich die Verarbeitung zum Kompensieren der Ausgabecharakteristika vereinfachen.
Bei der oben beschriebenen fünften Ausführungsform werden die Mittelwerte der in der belichtungsfreien Zone detektierten Bildsignale und die entsprechenden Offset-Werte und Verstärkungs-Einstellwerte in dem Korrekturwert-Steuerteil 502 abgespeichert. Alternativ können in dem Korrekturwert-Speicherteil 501 die Signalintensitäten von Bildsignalen, die an einem vorbestimmten Pixel in der belichtungsfreien Zone nachgewiesen werden, oder Mittelwerte der Signalintensitäten von Bildsignalen, die in einem vorbestimmten Bereich der belichtungsfreien Zone detektiert wurden, im Verein mit den entsprechenden Offset-Werten und Verstärkungs-Einstellwerten gespeichert werden. In derartigen Fällen läßt sich eine Änderung der Signalintensität des Bildsignals, welches an dem vorbestimmten Pixel in der belichtungsfreien Zone detektiert wurde, oder eine Änderung im Mittelwert der Signalintensitäten des Bildsignals, welches in dem vorbestimmten Bereich der belichtungsfreien Zone detektiert wurde, überwachen. Abhängig von den Ergebnissen der Überwachung kann eine Beurteilung dahingehend vorgenommen werden, ob eine Neueinstellung der Offset-Werte und der Verstärkungs-Einstellwerte durchgeführt werden soll oder nicht.
Auch bei der fünften Ausführungsform werden die Verstärker als Korrektureinrichtung eingesetzt. Alternativ können wie bei der ersten oder zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung eine oder mehrere Look-Up-Tabellen als Korrektureinrichtung verwendet werden. In diesen Fällen kann wie bei der ersten oder der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung die Menge der Offset-Werte und Tonkurven-Korrekturwerte als Korrekturwerte verwendet werden.
Die fünfte Ausführungsform kann in der im folgenden beschriebenen Weise modifiziert werden. Anstatt de Korrekturwerte vorab im Korrekturwert-Speicherteil 502 zu speichern, können, wenn die Korrekturwerte zur Zeit des Bildgebungsvorgangs berechnet werden, der Mittelwert der Signalintensität des Bildsignals, welches in der belichtungsfreien Zone des Bildgebungsblocks 14a de Bildgebungsfläche 11 detektiert wurde, und die entsprechenden Korrekturwerte in dem Korrekturwert-Speicherteil 502 gespeichert werden. Wenn von dem Korrektursteuerteil 501 beurteilt wird, daß die Neuberechnungen der Korrekturwerte vorzunehmen sind und die Korrekturwerte entsprechend dem Mittelwert von Signalintensitäten des Bildsignals aus der belichtungsfreien Zone des Bildgebungsblocks 14a zu dieser Zeit in den Korrekturwert-Speicherteil 502 abgespeichert wurden, können die entsprechenden Korrekturwerte verwendet werden. Wenn die Korrekturwerte entsprechend dem Mittelwert von Signalintensitäten des Bildsignals, welches in der belichtungsfreien Zone des Bildgebungsblocks 14a zu dieser Zeit detektiert wurde, nicht in dem Korrekturwert-Speicherteil 502 abgespeichert worden sind, können neue Korrekturwerte berechnet werden. Mit der Modifizierung der fünften Ausführungsform brauchen unter üblichen Abbildungsbedingungen nicht benötigte Korrekturwerte nicht gespeichert zu werden. Aus diesem Grund kann die Speicherkapazität des Korrekturwert-Speicherteils auf einen niedrigen Wert eingestellt werden.
Ein Endoskopsystem, bei dem eine sechste Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird, wird im folgenden anhand der 15 erläutert. 15 ist ein schematisches Diagramm des Endoskopsystems, bei dem die sechste Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird. In dem Endoskopsystem wird Anregungslicht auf die Meßstelle in einem lebenden Körper gestrahlt, und die von der Meßstelle erzeugte Fluoreszenz wird durch die Bildfaser geleitet und von dem CCD-Bildsensor mit vier Ausgangsanschlüssen detektiert. Auf diese Weise wird das Fluoreszenzbild auf der CRT-Anzeigevorrichtung dargestellt. Wenn von dem CCD- Bildsensor Signalladungen gelesen werden, so werden diese mit einer Lesefrequenz von 3,67 MHz gelesen, was das 1/4-Fache der herkömmlichen Lesefrequenz ist. Weiterhin ist jeder der Ausgangsanschlüsse des CCD-Bildsensors mit einem der Verstärker ausgestattet, in dem die Offset-Werte und Verstärkungen justierbar sind. Die Verstärker führen eine Verstärkung der Bildsignale und die Kompensation der Ausgabecharakteristika durch. Außerdem ist das Endoskopsystem mit einem Korrekturwert-Speicherteil zum Speichern von Information über Temperaturen in der Nähe des CCD-Bildsensors und zum Speichern der entsprechenden Offset-Werte und der entsprechenden Verstärkungs-Einstellwerte ausgestattet, die als Korrekturwerte in den Verstärkern einzustellen sind. In 14 sind ähnliche Elemente wie in 12 mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Endoskopsystem, in welchem die sechste Ausführungsform der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung verwendet wird, enthält das Endoskop 100 zum Einführen in einem Körperbereich eines Patienten, der als erkrankt angenommen wird, und die Beleuchtungseinheit 110 mit der Lichtquelle zum Erzeugen von Anregungslicht, die zum Erhalten eines Fluoreszenzbilds eingesetzt wird. Das Endoskopsystem enthält weiterhin eine Abbildungseinheit 600 zum Empfangen der Fluoreszenz, die von der Meßstelle in dem lebenden Körper bei Bestrahlung der Meßstelle mit dem Anregungslicht erzeugt wird, und zum Bilden von Bildsignalen, die das Fluoreszenzbild repräsentieren. Das Endoskop enthält weiterhin die Bildverarbeitungseinheit 300 zum Ausführen einer Bildverarbeitung zwecks Darstellung des Fluoreszenzbilds, welches von der Bildgebungseinheit 600 detektiert wurde, als sichtbares Bild. Darüber hinaus enthält das Endoskopsystem eine Steuereinheit 610 zum Steuern der Abbildungsoperationen. Das Endoskopsystem enthält weiterhin eine CRT-Anzeigevorrichtung 150 zum Anzeigen des Fluoreszenzbilds, welches von der Bildverarbeitungseinheit 300 verarbeitet wurde, als sichtbares Bild.
Die Abbildungseinheit 600 enthält das Anregungslicht-Sperrfilter 121 zum Herausfiltern von Licht, welches in eine Wellenlängenzone von höchstens 430 nm in der Nähe der Wellenlänge des Anregungslichts L1 fällt, aus der Fluoreszenz, die durch die Bildfaser 102 gelangt ist. Die Abbildungseinheit 600 enthält weiterhin den CCD-Bildsensor 123 und einen Thermistor 601 zum Fühlen der Temperatur des CCD-Bildsensors 123.
Die Steuereinheit 610 enthält einen Korrektursteuerteil 611 zum Steuern der Korrekturvorgänge zum Kompensieren von Schwankungen der Bildsignal-Ausgabecharakteristika. Weiterhin enthält die Steuereinheit 610 einen Korrekturwert-Speicherteil 612 zum Vorab-Speichern von Information für die Temperaturen des CCD-Bildsensors 123 und der entsprechenden Offset-Werte und entsprechenden Verstärkungs-Einstellwerte, die als die Korrekturwerte fungieren. Weiterhin enthält die Steuereinheit 610 einen Zeitsteuerteil 613, der an die jeweiligen Einheiten angeschlossen ist und den zeitlichen Betriebsablauf steuert. Der Korrektursteuerteil 611 ist mit dem Bildspeicher 302 und den Verstärkern 301b, 301c und 301d verbunden.
Der Korrektursteuerteil 611 empfängt Informationen über die Temperatur in der Nähe des CCD-Bildsensors 123 von dem Thermistor 601. Außerdem beurteilt der Korrektursteuerteil 611, ob die Temperatur sich um mindestens einen vorbestimmten Betrag gegenüber einer Referenztemperatur geändert hat oder nicht. Wird festgestellt, daß eine Temperatur um mindestens den vorbestimmten Betrag in der Nähe des CCD-Bildsensors 123 nicht stattgefunden hat, so führt der Korrektursteuerteil 611 keine Neueinstellung der Offset-Werte und der Verstärkungs-Einstellwerte aus, die als die Korrekturwerte fungieren. In diesen Fällen wird eine übliche Bildverarbeitung durchgeführt.
In den Fällen, in denen festgestellt wird, daß eine Änderung der Temperatur in der Nähe des CCD-Bildsensors 123 um mindestens den vorbestimmten Betrag stattgefunden hat, wählt der Korrektursteuerteil 611 die Offset-Werte und Verstärkungs-Einstellwerte, die der detektierten Temperatur entsprechen, aus den in dem Korrekturwert-Speicherteil 612 gespeicherten Offset-Werten und Verstärkungs-Einstellwerten aus, und diese Werte werden als die Korrekturwerte eingestellt.
Die Verstärker 301a, 301b, 301c und 301d bilden die Verstärkungseinrichtung der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung. Der Bildspeicher 302 bildet die Zusammensetzungseinrichtung der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung. Der Thermistor 601 bildet die Temperatur-Detektoreinrichtung der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung. Der Korrekturspeicherteil 611 bildet die Neueinstellungs-Beurteilungseinrichtung und die Korrekturwert- Einstelleinrichtung der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung. Der Korrekturwert-Speicherteil 612 bildet die Korrekturwert-Speichereinrichtung der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung.
Im folgenden wird beschrieben, wie das Endoskopsystem arbeitet, in welchem die sechste Ausführungsform der Fluoreszenz-Bilgebungsvorrichtung verwendet wird.
Der Korrekturwert-Speicherteil 612 speichert vorab die Information über die Temperaturen in der Nähe des CCD-Bildsensors 123, die in den Temperaturbereich fallen, in welchem das Endoskopsystem verwendet wird, außerdem die entsprechenden Offset-Werte und die entsprechenden Verstärkungs-Einstellwerte, die als die Korrekturwerte fungieren. Außerdem sind die Offset-Werte und die Verstärkungs-Einstellwerte in der gleichen Weise berechnet worden wie bei der dritten Ausführungsform nach 12.
Wenn eine Abbildungsoperation durchgeführt wird, wird von dem GaN-Halbleiterlaser 111 das Anregungslicht L1 mit einer Wellenlänge von 410 nm erzeugt und auf die Meßstelle 1 aufgestrahlt.
Das von der Meßstelle 1 erzeugte Fluoreszenzlicht L2 läuft durch die Bildfaser 102 und trifft auf das Anregungslicht-Sperrfilter 121 der Abbildungseinheit 600. Das Bild der Fluoreszenz L2 wird auf dem CCD-Bildsensor 123 erzeugt.
Abhängig von einem Steuersignal aus dem Zeitsteuerteil 613 werden die Bildsignale, die von den Bildgebungsblöcken 14a, 14b, 14c und 14d detektiert wurden, an den Ausgangsanschlüssen 17a, 17b, 17c bzw. 17d des CCD-Bildsensors 123 mit einer Lesefrequenz von 3,67 MHz gelesen und in die Verstärker 301a, 301b, 301c und 301d der Bildverarbeitungseinheit 300 eingegeben.
In den Verstärkern 301a, 301b, 301c und 301d werden die Bildsignale verstärkt, und die verstärkten Signale werden von Analog-/Digital-Wandlerschaltungen 132a, 132b, 132c und 132d digitalisiert. Die so erhaltenen digitalen Bildsignale werden in dem Bildspeicher 302 gespeichert. Abhängig von den zuvor ausgeführten Korrekturvorgängen wurden die Offset-Werte und die Verstärkungen der Verstärker 301b, 301c und 301d auf die Werte zur Kompensation von Schwankungen der Ausgabecharakteristika einjustiert.
Der Korrektursteuerteil 611 empfängt die Information über die Temperatur des CCD-Bildsensors 123 von dem Thermistor 601. Außerdem beurteilt der Korrektursteuerteil 611, ob die erfaßte Temperatur sich gegenüber einer Referenztemperatur um mindestens einen vorbestimmten Betrag geändert hat oder nicht. In den Fällen, in denen beurteilt wird, daß eine Änderung in der Temperatur um mindestens den vorbestimmten Betrag nicht stattgefunden hat, führt der Korrektursteuerteil 611 keine Neueinstellung der Offset-Werte und der Verstärkungs-Einstellwerte aus, die als die Korrekturwerte fungieren. In diesen Fällen wird eine normale Bildverarbeitung durchgeführt. Außerdem wird das aus dem Bildspeicher 302 ausgelesene Bildsignal von dem Digital-Analog-Wandler 136 einer Digital-Analog-Umwandlung unterzogen. Das von dem Digital-Analog-Wandler 136 erhaltene Bildsignal dient zur Anzeige des Fluoreszenzbilds 2 auf der CRT-Anzeigevorrichtung 150.
Wenn festgestellt wurde, daß in der Temperatur eine Änderung um mindestens den vorbestimmten Betrag stattgefunden hat, wählt der Korrektursteuerteil 611 diejenigen Offset-Werte und Verstärkungs-Einstellwerte, die der detektierten Temperatur entsprechen, aus den in dem Korrekturwert-Speicherteil 612 gespeicherten Werten aus. Der Korrektursteuerteil 611 justiert die Offset-Werte und die Verstärkungen der Verstärker 301b, 301c und 301d mit Hilfe der Offset-Werte und der Verstärkungs-Einstellwerte, die so ausgewählt wurden und den Bildgebungsblöcken 14b, 14c und 14d entsprechen. Außerdem wird die zum jetzigen Zeitpunkt detektierte Temperatur als die neue Referenztemperatur eingestellt.
Mit Hilfe des Bildgebungsvorgangs, der nach Neueinstellung der Korrekturwerte durchgeführt wird, werden die mit den neuen Korrekturwerten korrigierten Bildsignale in den Bildspeicher 302 gespeichert und werden zum Darstellen des Fluoreszenzbilds auf der CRT-Anzeigevorrichtung 150 verwendet.
Wie oben beschrieben wurde, wird bei der sechsten Ausführungsform der Thermistor 601 zum Erfassen der Temperatur in der Nähe des CCD-Bildsensors 123 verwendet. Außerdem ist die Steuereinheit 610 mit dem Korrekturwert-Speicherteil 612 zur Vorab-Speicherung von Information über die Temperaturen in der Nähe des CCD-Bildsensors 123, die in den Temperaturbereich fallen, in welchem das Endoskopsystem eingesetzt wird, und zum Speichern der entsprechenden Offset-Werte und der entsprechenden Verstärkungs-Einstellwerte, die als Korrekturwerte verwendet werden, ausgestattet. Wenn eine Änderung in der Temperatur des CCD-Bildsensors 123 stattgefunden hat, können die Offset-Werte und die Verstärkungs-Einstellwerte aus der Korrekturwert-Speichereinrichtung 612 ausgelesen und erneut eingestellt werden. Deshalb können die gleichen Effekte erzielt werden wie bei der vierten Ausführungsform. Außerdem kann das Erfassen der Temperatur mit dem Thermistor 601 ebenso wie der Vergleich der Temperatur mit der Referenztemperatur durch eine einfache Verarbeitung durchgeführt werden. Aus diesem Grund läßt sich die Verarbeitung zum Kompensieren der Ausgabecharakteristika vereinfachen.
In der sechsten Ausführungsform werden die Verstärker als Korrektureinrichtung verwendet. Alternativ können wie bei der ersten oder der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung ein oder mehrere Look-Up-Tabellen als Korrektureinrichtung eingesetzt werden. In diesen Fällen könne wie bei der ersten oder der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung die Offset-Werte und die Tonkurven-Korrekturwerte als die Korrekturwerte benutzt werden.
Die sechste Ausführungsform läßt sich in folgender Weise modifizieren: Anstatt die Korrekturwerte vorab in dem Korrekturwert-Speicherteil 612 abzuspeichern, wenn die Korrekturwerte zur Zeit des Bildgebungsvorgangs berechnet werden, können die Information über die Temperatur in der Nähe des CCD-Bildsensors 123 und die entsprechenden Korrekturwerte in dem Korrekturwert-Speicherteil 612 gespeichert werden. Wenn von dem Korrektursteuerteil 611 beurteilt wurde, daß die Neuberechnungen der Korrekturwerte durchzuführen sind und die der Temperatur in der Nähe des CCD-Bildsensors 123 ent sprechenden Korrekturwerte zu dieser Zeit in dem Korrekturwert-Speicherteil 612 gespeichert wurden, können die entsprechenden Korrekturwerte verwendet werden. Wenn die Korrekturwerte entsprechend der Temperatur in der Nähe des CCD-Bildsensors 123, die zu dieser Zeit erfaßt wurde, nicht im Korrekturwert-Speicherteil 612 abgespeichert wurde, können neue Korrekturwerte berechnet werden. Mit Hilfe der Modifizierung der sechsten Ausführungsform brauchen während normaler Abbildungsvorgänge Korrekturwerte, die einem Temperaturbereich entsprechen, bei dem das Endoskopsystem nicht verwendet wird, nicht gespeichert zu werden. Aus diesem Grund kann die Speicherkapazität des Korrekturwert-Speicherteils 612 einen geringen Wert haben.
Bei den obigen Ausführungsformen der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung ist die Bildgebungsfläche 11 des CCD-Bildsensors 123 in vier Bildgebungsblöcke unterteilt. Allerdings ist die Anzahl der Unterteilungen der Bildgebungsfläche 11 nicht auf vier beschränkt, es ist ein beliebiger Wert möglich. Wenn die Anzahl von Bildgebungsblöcken, in die die Bildgebungsfläche 11 aufgeteilt ist, auf einen großen Wert eingestellt ist, so wird die Anzahl von Pixeln, deren Bildsignal von einem Ausgangsanschluß gelesen wird, klein, und dementsprechend kann die Lesefrequenz auf einen noch kleineren Wert eingestellt werden. Außerdem läßt sich das Leserauschen noch stärker unterdrücken. Ferner wird es möglich, das Bildsignal mit optimaler Lesefrequenz zu lesen, die zu dem kleinsten Leserauschen gehört. Wenn allerdings die Anzahl von Bildgebungsblöcken, in die die Bildgebungsfläche 11 unterteilt ist, einen großen Wert annimmt, so werden die Peripherieschaltungen kompliziert, und die Zeit zum Ausführen der Kompensationsverarbeitung wird lang. Aus diesem Grund ist es schwierig, die Anzahl der Bildgebungsblöcke, in die die Bildgebungsfläche 11 unterteilt ist, auf einen größeren Wert als 64 einzustellen. Deshalb sollte die Anzahl von Bildgebungsblöcken, in die die Bildgebungsfläche 11 aufgeteilt ist, vorzugsweise in den Bereich von 2 bis 64 fallen.
Auch in Fällen, in denen die Anzahl von Bildgebungsblöcken, in die die Bildgebungsfläche 11 unterteilt ist, in den Bereich von 2 bis 8 fällt, kann die Kompensationsverarbeitung mit einem einfachen Aufbau der Peripherieschaltungen ausgeführt werden. Darüber hinaus läßt sich die Lesefrequenz optimieren, indem man die Binning-Auslesemethode zum Addieren der Signalladungen an mehreren Pixeln kombiniert und die Summe der Signalladungen liest.
Bei den obigen Ausführungsformen der Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung werden, wenn die Korrekturwerte berechnet werden, die Offset-Werte abhängig von den Signalintensitäten der Bildsignale berechnet, die in den belichtungsfreien Zonen 13, 13 detektiert wurden. Alternativ können die als die Korrekturwerte fungierenden Offset-Werte abhängig von den Bildsignalen berechnet werden, die in einem Zustand detektiert wurden, in welchem das Licht an einem Auftreffen auf die Bildgebungsfläche 11 gehindert wird, und die Tonkurven-Korrekturwerte und die Verstärkungs-Einstellwerte können abhängig von den üblich erfaßten Bildsignalen berechnet werden, die in einem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche 11 auftrifft. In diesen Fällen können selbst dann, wenn die Bildgebungsfläche 11 in 3 × 3 Bildgebungsböcke unterteilt ist, für den Abbildungsblock in der Nähe der Mitte der Bildbelichtungszone ohne die belichtungsfreie Zone die Offset-Werte in passender Weise berechnet werden.
Es ist bekannt, daß in solchen Fällen, in denen das Anregungslicht mit einer Wellenlängen im Anregungswellenlängenbereich für eine Eigenfärbung im lebenden Körper auf das Gewebe aufgestrahlt wird, das Fluoreszenz-Spektrum für die von dem normalen Gewebe erzeugte Fluoreszenz und die von erkranktem Gewebe erzeugte Fluoreszenz Schwankungen unterliegt. 16 zeigt typische Fluoreszenz-Spektren der Fluoreszenz, die von normalem Gewebe erzeugt wird, und Fluoreszenz, die von erkranktem Gewebe erzeugt wird, wobei die Fluoreszenz-Spektren von den Erfindern aufgenommen wurden. Es wird angenommen, daß die so erzeugte Fluoreszenz sich aus einer Überlagerung der Fluoreszenzen ergibt, die durch unterschiedliche Arten von Eigenfärbungen in dem lebenden Gewebe hervorgerufen wird, so zum Beispiel Flavin, Collagen, Fibronectin und Porphyrin.
Wie oben beschrieben wurde, ändert sich das Spektrum der Fluoreszenz für normales Gewebe einerseits und erkranktes Gewebe andererseits. Systeme zum Darstellen des Orts und eines Infiltrationsbereichs für erkranktes Gewebe als Fluoreszenzbild durch Ausnut zung einer derartigen Charakteristik wurden bislang vorgeschlagen. Bei den vorgeschlagenen Systemen wird die Fluoreszenz detektiert, die von einer Meßstelle in einem lebenden Körper erzeugt wird, wenn die Meßstelle mit dem Anregungslicht bestrahlt wird, und ein die Intensität der Fluoreszenz oder eine Verteilung von Lichtintensitäten des Fluoreszenz-Spektrums reflektiert, wird auf einem Monitor dargestellt. Üblicherweise sind die vorgeschlagenen Systeme mit Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtungen zum Abbilden der Fluoreszenz ausgestattet, die von der Meßstelle in dem lebenden Körper erzeugt wird, wenn die Meßstelle mit dem Anregungslicht bestrahlt wird. Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind bei solchen Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtungen einsetzbar.

Claims

Verfahren zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds, umfassend die Schritte: i) Detektieren von Eigenfluoreszenz, die aus Lebendkörper-Geweben bei Bestrahlung der Lebendkörper-Gewebe mit Anregungslicht erzeugt wird, mit Hilfe eines Bildsensors, wobei das Anregungslicht die Lebendkörper-Gewebe veranlaßt, die Eigenfluoreszenz zu produzieren, und ii) Auslesen der detektierten Eigenfluoreszenz als ein Bild, wobei das Bild dadurch erfaßt wird, daß der Bildsensor so eingestellt wird, daß eine Lesefrequenz, ein Gebiet eines Pixels, eine Gesamtanzahl von Pixeln, eine Anzahl von Pixeln, die einem Pixel-Binning unterzogen werden, eine Anzahl von Leseanschlüssen, eine Belichtungszeit, ein Quantenwirkungsgrad, ein Elektronenmultiplikationsfaktor und eine Sensortemperatur des Bildsensors folgende Bedingungsformel erfüllen: RN + DN < 0,22 × P × H × Gwobei RN die Anzahl von elektrischen Ladungen ist, die durch Lese-Rauschen auftreten, DN die Anzahl elektrischer Ladungen ist, die durch Dunkelrauschen auftreten, P die Strahlungs-Ausgangsleistung des Anregungslichts (in mW) ist, H der Quantenwirkungsgrad des Bildsensors ist und G den Elektronenmultiplikationsfaktor des Bildsensors darstellt.
Verfahren zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds, umfassend folgende Schritte: i) Detektieren von Eigenfluoreszenz, die aus Lebendkörper-Geweben bei Bestrahlung der Lebendkörper-Gewebe mit Anregungslicht erzeugt wird, mit Hilfe eines Bildsensors, wobei das Anregungslicht die Lebendkörper-Gewebe veranlaßt, die Eigenfluoreszenz zu produzieren, und ii) Auslesen der detektierten Eigenfluoreszenz als ein Bild, wobei das Bild dadurch erfaßt wird, daß der Bildsensor derart eingestellt wird, daß eine Lesefrequenz, ein Gebiet eines Pixels, eine Gesamtanzahl von Pixeln, eine Anzahl von Pixeln, die einem Pixel-Binning unterzogen werden, eine Anzahl von Leseanschlüssen, eine Belichtungszeit, ein Quantenwirkungsgrad, ein Elektronenmultiplikationsfaktor, eine Sensortemperatur, eine Floating-Diffusion-Kapazität und eine Full-Well-Kapazität des Bildsensors folgenden Bedingungsformeln entsprechen: (RN + DN) × 1000 × G < Fd (RN + DN) × 1000 × G < Fwwobei RN die Anzahl von elektrischen Ladungen ist, die durch Lese-Rauschen auftreten, DN die Anzahl elektrischer Ladungen ist, die durch Dunkelrauschen auftreten, G den Elektronenmultiplikationsfaktor des Bildsensors darstellt, Fd die Anzahl elektrischer Ladungen ist, die der Floating-Diffusions-Kapazität entsprechen, und Fw die Anzahl elektrischer Ladungen ist, die der Full-Well-Kapazität entsprechen.
Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds, umfassend: i) einen Bildsensor zum Detektieren von Eigenfluoreszenz, die aus Lebendkörper-Geweben erzeugt wurde, wenn die Lebendkörper-Gewebe mit Anregungs licht bestrahlt wurden, welches bewirkt, daß die Lebendkörper-Gewebe die Eigenfluoreszenz produzieren, und ii) eine Ausleseeinrichtung zum Auslesen der detektierten Eigenfluoreszenz als Bild, wobei der Bildsensor derart eingestellt ist, daß eine Lesefrequenz, ein Gebiet eines Pixels, eine Gesamtanzahl von Pixeln, eine Anzahl von Pixeln, die einem Pixel-Binning unterzogen werden, eine Anzahl von Leseanschlüssen, eine Belichtungszeit, ein Quantenwirkungsgrad, ein Elektronenmultiplikationsfaktor und eine Sensortemperatur des Bildsensors folgende Bedingungsformel erfüllen: RN + DN < 0,22 × P × H × Gwobei RN die Anzahl von elektrischen Ladungen ist, die durch Lese-Rauschen auftreten, DN die Anzahl elektrischer Ladungen ist, die durch Dunkelrauschen auftreten, P die Strahlungs-Ausgangsleistung des Anregungslichts (in mW) ist, H der Quantenwirkungsgrad des Bildsensors ist und G den Elektronenmultiplikationsfaktor des Bildsensors darstellt.
Vorrichtung zum Erfassen eines Fluoreszenzbilds, umfassend: i) einen Bildsensor zum Detektieren von Eigenfluoreszenz, die aus Lebendkörper-Geweben erzeugt wurde, wenn die Lebendkörper-Gewebe mit Anregungslicht bestrahlt wurden, welches bewirkt, daß die Lebendkörper-Gewebe die Eigenfluoreszenz produzieren, und ii) eine Ausleseeinrichtung zum Auslesen der detektierten Eigenfluoreszenz als Bild, wobei der Bildsensor derart eingestellt ist, daß eine Lesefrequenz, ein Gebiet eines Pixels, eine Gesamtanzahl von Pixeln, eine Anzahl von Pixeln, die einem Pixel-Binning unterzogen werden, eine Anzahl von Leseanschlüssen, eine Belichtungszeit, ein Quantenwirkungsgrad, ein Elektronenmultiplikationsfaktor, eine Sensortemperatur, eine Floating-Diffusion-Kapazität und eine Full-Well-Kapazität des Bildsensors folgenden Bedingungsformeln entsprechen: (RN + DN) × 1000 × G < Fd (RN + DN) × 1000 × G < Fwwobei RN die Anzahl von elektrischen Ladungen ist, die durch Lese-Rauschen auftreten, DN die Anzahl elektrischer Ladungen ist, die durch Dunkelrauschen auftreten, G den Elektronenmultiplikationsfaktor des Bildsensors darstellt, Fd die Anzahl elektrischer Ladungen ist, die der Floating-Diffusions-Kapazität entsprechen, und Fw die Anzahl elektrischer Ladungen ist, die der Full-Well-Kapazität entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Lesefrequenz so eingestellt ist, daß sie der Bedingung RN = DN entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der der Bildsensor ein CCD-Bildsensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der der Bildsensor ein Metalloxid-Halbleiter-Bildsensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, umfassend: i) eine Bestrahlungseinrichtung zum Aufstrahlen von Anregungslicht auf eine Meßstelle, wobei das Anregungslicht die Meßstelle dazu bringt, Fluoreszenz zu erzeugen, und ii) eine Bildgebungseinrichtung, die den Bildsensor (25) enthält, um die Fluoreszenz zu detektieren, die von der Meßstelle erzeugt wurde, wobei die Bildgebungseinrichtung mit einer Bildgebungsfläche versehen ist, welche eine Mehrzahl von in zweidimensionaler Form angeordneten Pixeln enthält, wobei die Bildgebungseinrichtung mit einer Mehrzahl von Ausgangsanschlüssen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildgebungsfläche unterteilt ist in N Bildgebungsblöcke, wobei N mindestens 2 beträgt, jeder der Ausgangsanschlüsse für einen der N Bildgebungsblöcke vorgesehen ist, und die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung weiterhin aufweist: eine Zusammensetzungseinrichtung zum Kombinieren von Bildsignalen, die von den Ausgangsanschlüssen ausgegeben wurden, um ein ein Bild repräsentierendes Bildsignal zu bilden, eine Korrekturwert-Berechnungseinrichtung zum Berechnen von Korrekturwerten entsprechend den Schwankungen der Ausgangscharakteristik unter N Ausgangskanälen, die von den N Bildgebungsblöcken zu der Zusammensetzungseinrichtung verlaufen, eine Korrektureinrichtung zum Durchführen einer Kompensation der Schwankungen in den Ausgangscharakteristika, und eine Korrekturwert-Einstelleinrichtung zum Einstellen der Korrekturwerte in der Korrektureinrichtung.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Korrektureinrichtung gebildet wird aus einer Signaltransformationseinrichtung, die Offset-Werte und Tonkurven-Korrekturwerte enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung durch eine Bild-Belichtungszone und belichtungsfreie Zonen gebildet wird, jeder der Bildgebungsblöcke eine der belichtungsfreien Zonen enthält, die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung die Offset-Werte, die als die Korrekturwerte fungieren, aus Bildsignalen berechnet, die in einem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung fällt, und die über die zugehörigen Ausgangskanäle ausgegeben wurden, wobei die Offset-Werte derart berechnet werden, daß Signalstärken von Bildsignalen, die in den belichtungsfreien Zonen der Abbildungsblöcke detektiert wurden, annähernd identische Werte annehmen, und die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung die Tonkurven-Korrekturwerte, welche als die Korrekturwerte fungieren, aus den Bildsignalen berechnet, die in einem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung fällt, und die über die zugehörigen Ausgangskanäle ausgegeben wurden, wobei die Tonkurven-Korrekturwerte derart berechnet werden, daß Signalstärken von Bildsignalen, die an den benachbarten Enden der zueinander benachbarten Bildgebungsblöcke detektiert werden, annähernd identische Werte annehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung die als die Korrekturwerte fungierenden Offset-Werte berechnet aus Bildsignalen, die in einem Zustand detektiert werden, in welchem Licht am Auftreffen auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung gehindert ist, und die über die jeweiligen Ausgangskanäle ausgegeben wurden, wobei die Offset-Werte derart berechnet werden, daß die Signalstärken von Bildsignalen, die in den Bildgebungsblöcken detektiert wurden, nahezu identische Werte annehmen, und die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung die Tonkurven-Korrekturwerte, welche als die Korrekturwerte fungieren, aus den Bildsignalen berechnet, die in einem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung fällt, und die über die zugehörigen Ausgangskanäle ausgegeben wurden, wobei die Tonkurven-Korrekturwerte derart berechnet werden, daß Signalstärken von Bildsignalen, die an den benachbarten Enden der zueinander benachbarten Bildgebungsblöcke detektiert werden, annähernd identische Werte annehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei dem die Korrektureinrichtung gebildet wird durch eine Verstärkungseinrichtung, in welcher Offset-Werte und Verstärkungen einstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung durch eine Bild-Belichtungszone und belichtungsfreie Zonen gebildet wird, jeder der Bildgebungsblöcke eine der belichtungsfreien Zonen enthält, die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung die Offset-Werte, die als die Korrekturwerte fungieren, aus Bildsignalen berechnet, die in einem Zustand detektiert wurden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung fällt, und die über die zugehörigen Ausgangskanäle ausgegeben wurden, wobei die Offset-Werte derart berechnet werden, daß Signalstärken von Bildsignalen, die in den belichtungsfreien Zonen der Abbildungsblöcke detektiert wurden, annähernd identische Werte annehmen, und wobei die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung die Verstärkungseinstellwerte, die als die Korrekturwerte fungieren, aus den Bildsignalen berechnet, die in einem Zustand detektiert werden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung fällt, und die über die betreffenden Ausgangskanäle ausgegeben wurden, wobei die Verstärkungseinstellwerte derart berechnet werden, daß Signalstärken von Bildsignalen, die an den benachbarten Enden von Bildgebungsblöcken, die einander benachbart sind, detektiert wurden, annähernd identische Werte annehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung die als die Korrekturwerte fungierenden Offset-Werte berechnet aus Bildsignalen, die in einem Zustand detektiert werden, in welchem Licht am Auftreffen auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung gehindert ist, und die über die jeweiligen Ausgangskanäle ausgegeben wurden, wobei die Offset-Werte derart berechnet werden, daß die Signalstärken von Bildsignalen, die in den Bildgebungsblöcken detektiert wurden, nahezu identische Werte annehmen, und wobei die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung die Verstärkungseinstellwerte, die als die Korrekturwerte fungieren, aus den Bildsignalen berechnet, die in einem Zustand detektiert werden, in welchem Licht auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung fällt, und die über die betreffenden Ausgangskanäle ausgegeben wurden, wobei die Verstärkungseinstellwerte derart berechnet werden, daß Signalstärken von Bildsignalen, die an den benachbarten Enden von Bildgebungsblöcken, die einander benachbart sind, detektiert wurden, annähernd identische Werte annehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, 10, 11, 12, 13 oder 14, bei der die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung durch eine Bildbelichtungszone und belichtungsfreie Zonen gebildet wird, die Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung außerdem aufweist: eine Rückstell-Beurteilungseinrichtung zum Treffen einer Beurteilung für jeden Abbildungsvorgang sowie darüber, ob ein Rückstellen der Korrekturwerte auszuführen ist oder nicht, wobei die Beurteilung nach Maßgabe des Vorhandenseins oder des Fehlens einer Signalstärkenänderung des Bildsignals erfolgt, welches in einer der belichtungsfreien Zonen detektiert wurde, die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung derart arbeitet, daß in solchen Fällen, in denen von der Rückstell-Beurteilungseinrichtung beurteilt wird, daß ein Zurücksetzen der Korrekturwerte vorzunehmen ist, die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung neue Korrekturwerte berechnet, und die Korrekturwert-Einstelleinrichtung die neuen Korrekturwerte, die von der Korrekturwert-Berechnungseinrichtung berechnet wurden, als die Korrekturwerte in der Korrektureinrichtung einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, umfassend: i) eine Bestrahlungseinrichtung zum Aufstrahlen von Anregungslicht auf eine Meßstelle, wobei das Anregungslicht die Meßstelle dazu bringt, Fluoreszenz zu erzeugen, und ii) eine Bildgebungseinrichtung, die den Bildsensor (25) enthält, um die Fluoreszenz zu detektieren, die von der Meßstelle erzeugt wurde, wobei die Bildgebungseinrichtung mit einer Bildgebungsfläche versehen ist, welche eine Mehrzahl von in zweidimensionaler Form angeordnete Pixel enthält, wobei die Bildgebungseinrichtung mit einer Mehrzahl von Ausgangsanschlüssen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildgebungsfläche unterteilt ist in N Bildgebungsblöcke, wobei N mindestens 2 beträgt, jeder der Ausgangsanschlüsse für einen der N Bildgebungsblöcke vorgesehen ist, und die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung weiterhin aufweist: eine Zusammensetzungseinrichtung zum Kombinieren von Bildsignalen, die von den Ausgangsanschlüssen ausgegeben wurden, um ein ein Bild repräsentierendes Bildsignal zu bilden, eine Korrekturwert-Speichereinrichtung zum Speichern von Korrekturwerten zum Kompensieren von Schwankungen in der Ausgangscharakteristik, wobei die Korrekturwerte berechnet wurden nach Maßgabe der Schwankungen der Ausgangscharakteristika unter den N Ausgangskanälen, die sich von den N Bildgebungsblöcken zu der Zusammensetzungseinrichtung erstrecken, eine Korrektureinrichtung zum Durchführen einer Kompensation der Schwankungen in den Ausgangscharakteristika, und eine Korrekturwert-Einstelleinrichtung zum Einstellen der Korrekturwerte in der Korrektureinrichtung.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Korrektureinrichtung durch eine Signaltransformationseinrichtung gebildet wird, die Offset-Werte und Tonkurven-Korrekturwerte speichert, und die Korrekturwert-Speichereinrichtung die Offset-Werte und die Tonkurven-Korrekturwerte als die Korrekturwerte speichert.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Korrektureinrichtung durch eine Verstärkungseinrichtung gebildet wird, in welcher Offset-Werte und Verstärkungen einstellbar sind, und die Korrekturwert-Speichereinrichtung die Offset-Werte und die Verstärkungseinstellwerte als die Korrekturwerte speichert.
Vorrichtung nach Anspruch 16, 17 oder 18, bei die Korrekturwert-Speichereinrichtung Signalstärke oder einen Mittelwert von Signalstärken eines Bildsignals speichert, welches in einem Zustand detektiert wurde, in welchem Licht am Auftreffen auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung gehindert wurde, und entsprechende Korrekturwerte speichert, wobei die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung außerdem aufweist: eine Rücksetz-Beurteilungseinrichtung zum Treffen einer Beurteilung bei jeder Abbildungsoperation dahingehend, ob ein Zurücksetzen der Korrekturwerte erfolgen soll oder nicht, wobei die Beurteilung nach Maßgabe des Vorhandenseins oder des Fehlens einer Änderung in der Signalintensität oder eines Mittelwerts von Signalintensitäten eines Bildsignals vorgenommen wird, welches in einem Zustand detektiert wurde, in welchem Licht an einem Auftreffen auf die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung gehindert wird, und die Korrekturwert-Einstelleinrichtung derart arbeitet, daß in solchen Fällen, in denen von der Rücksetz-Beurteilungseinrichtung beurteilt wurde, daß das Zurücksetzen der Korrekturwerte vorgenommen werden soll, die Korrekturwert-Einstelleinrichtung diejenigen Korrekturwerte, die der Signalstärke oder dem Mittelwert der Signalstärken des Bildsignals in Verbindung mit der Beurteilung, daß die Rücksetzung der Korrekturwerte vorzunehmen ist, entsprechen, aus den in der Korrekturwert-Speichereinrichtung gespeicherten Korrekturwerten liest und die Korrekturwerte, die auf diese Weise aus der Korrekturwert-Speichereinrichtung ausgelesen wurden, als die Korrekturwerte in der Korrektureinrichtung einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, 17 oder 18, bei der die Bildgebungsfläche der Bildgebungseinrichtung durch eine Bildbelichtungszone und belichtungsfreie Zonen gebildet wird, die Korrekturwert-Speichereinrichtung Signalintensität oder einen Mittelwert von Signalintensitäten eines Bildsignals, welches in einer der belichtungsfreien Zonen detektiert wurde, und die entsprechenden Korrekturwerte speichert, und die Fluoreszenz-Bildgebungsvorrichtung außerdem aufweist: eine Rücksetz-Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen bei jeder Abbildungsoperation, ob ein Zurücksetzen der Korrekturwerte vorzunehmen ist oder nicht, wobei die Beurteilung nach Maßgabe des Vorhandenseins oder des Fehlens einer Änderung in der Signalintensität oder eines Mittelwerts von Signalintensitäten eines Bildsignals erfolgt, welches in einer der belichtungsfreien Zonen detektiert wurde, und die Korrekturwert-Einstelleinrichtung derart arbeitet, daß in solchen Fällen, in denen von der Rücksetz-Beurteilungseinrichtung beurteilt wurde, daß das Zurücksetzen der Korrekturwerte vorgenommen werden soll, die Korrekturwert-Einstelleinrichtung diejenigen Korrekturwerte, die der Signalstärke oder dem Mittelwert der Signalstärken des Bildsignals in Verbindung mit der Beurteilung, daß die Rücksetzung der Korrekturwerte vorzunehmen ist, entsprechen, aus den in der Korrekturwert-Speichereinrichtung gespeicherten Korrekturwerten liest und die Korrekturwerte, die auf diese Weise aus der Korrekturwert-Speichereinrichtung ausgelesen wurden, als die Korrekturwerte in der Korrektureinrichtung einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, 17 oder 18, bei der die Korrekturwert-Speichereinrichtung Information über eine Temperatur in der Nähe der Bildgebungseinrichtung und entsprechende Korrekturwerte, die von der Korrekturwert-Berechnungseinrichtung berechnet wurden, speichert, wobei die Fluoreszenzbildgebungsvorrichtung außerdem aufweist: eine Temperaturdetektoreinrichtung zum Detektieren der Temperatur in der Nähe der Bildgebungseinrichtung, und eine Rücksetz-Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen bei jeder Abbildungsoperation, ob ein Zurücksetzen der Korrekturwerte erfolgen soll oder nicht, wobei die Beurteilung nach Maßgabe des Vorhandenseins oder des Fehlens einer Temperaturänderung in der Nähe der Bildgebungseinrichtung erfolgt, und die Korrekturwert-Einstelleinrichtung derart arbeitet, daß in Fällen, in denen von der Rücksetz-Beurteilungseinrichtung beurteilt wurde, daß ein Zurücksetzen der Korrekturwerte erfolgen soll, die Korrekturwert-Einstelleinrichtung die Korrekturwerte, die der Temperatur in der Nähe der Bildgebungseinrichtung in Verbindung mit der Beurteilung der Rücksetzeinrichtung, daß die Korrekturwerte zurückgesetzt werden sollen, aus den in der Korrekturwert-Speichereinrichtung gespeicherten Korrekturwerten ausliest und die so aus der Korrekturwert-Speichereinrichtung ausgelesenen Korrekturwerte als die Korrekturwerte in der Korrektureinrichtung einstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, bei der der Wert von N höchstens 64 beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, bei der der Wert von N höchstens 8 beträgt.