DE60304623T2

DE60304623T2 - Bildbearbeitungsvorrichtung für die Beobachtung von Fluoreszenz

Info

Publication number: DE60304623T2
Application number: DE60304623T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Sagamihara-shi Ozawa; Katsuichi Hachioji-shi Imaizumi; Shunya Hachioji-shi Akimoto; Kazuhiro Sagamihara-shi Gono
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: US7324674B2; DE60304623D1; US20040037454A1; EP1374755A1; JP2004024611A; JP3869324B2; EP1374755B1

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung, durch die ein Fluoreszenzbild erhalten wird.
2. Beschreibung des relevanten Standes der Technik
In den letzten Jahren haben Endoskopvorrichtungen auf dem Gebiet der medizinischen Behandlung sowie auf dem industriellen Gebiet zunehmend Anwendung gefunden. Insbesondere auf dem Gebiet der medizinischen Behandlung sind Endoskopvorrichtungen verfügbar, durch die, zusätzlich zum Erhalten eines normalen Bildes unter Verwendung von normalem weißen Licht, ein Bild erhalten wird, in dem normales Gewebe und erkranktes Gewebe leicht zu erkennen sind.
Als Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung, die bei einer solchen Endoskopvorrichtung eingesetzt wird, wie zum Beispiel in der japanischen Laid-Open-Patentschrift Nr. 2001-137174 offenbart, wurde eine Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung vorgeschlagen, durch die ein Bildsignal erzeugt wird, wobei im Wesentlichen die relative Intensität der Fluoreszenz in Farbe und die Intensität des Referenzlichtes in Luminanz umgewandelt wird.
Wie zum Beispiel in der japanischen Laid-Open-Patentschrift Nr. 2000-270265 offenbart, wurde außerdem eine Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung vorgeschlagen, durch die ein synthetisiertes Bild erstellt wird, wobei ein Fluoreszenzbild und ein Hintergrundbild übereinander gelegt werden, indem ein einzelner Kanal dem Bildsignal eines Fluoreszenzbildes und ein anderer Kanal dem Bildsignal eines Reflexionslichtbildes zugewiesen wird, und zwar bei einem Bildsignal, das zum Erstellen eines Bildes zur Fluoreszenzbeobachtung verwendet wird.
Bei der in der japanischen Laid-Open-Patentschrift Nr. 2001-137174 beschriebenen Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung jedoch, ist die Intensität der von normalem Gewebe emittierten Fluoreszenz bei jedem Patienten anders, so dass auch der Farbton des normalen Gewebes bei jedem Patienten anders ist. Daher kann es möglicherweise schwierig sein, erkranktes Gewebe und normales Gewebe zu erkennen.
Bei der in der japanischen Laid-Open-Patentschrift Nr. 2000-270265 beschriebenen Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung ist das Wellenlängenband des Reflexionslichtbildes ein Breitband, das demjenigen zum Bilden eines Weißlichtbildes gleicht, so dass auch hier die Kontrastinformationen, durch die normales Gewebe und erkranktes Gewebe visuell voneinander unterschieden werden, in dem synthetisierten Bild schlecht sind.
Darüber hinaus ist, bei der in der japanischen Laid-Open-Patentschrift Nr. 2000-270265 beschriebenen Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung, der Veränderlichkeitsbereich der Luminanz von normalem Gewebe im Fluoreszenzbild größer als beim Reflexionslichtbild, so dass, wenn bezogen auf sowohl das Fluoreszenzbild als auch das Reflexionslichtbild dieselbe Kalkulationsbearbeitung durchgeführt wird, die Möglichkeit großer Variationen des erzeugten Farbtons der normalen Gebiete besteht.
Folglich ist es bei der in der japanischen Laid-Open-Patentschrift Nr. 2000-270265 beschriebenen Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung schwierig, ein synthetisiertes Bild zu erhalten, in dem normales Gewebe und erkranktes Gewebe ausreichend leicht zu erkennen sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung bereitzustellen, die eine einfache Bauart hat und durch die ein Bild erhalten wird, in dem normales Gewebe und erkranktes Gewebe ausreichend leicht zu erkennen sind.
Eine erfindungsgemäße Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung umfasst:
einen Bildsyntheseabschnitt, der ein synthetisiertes Bild durch Synthetisieren eines Bildsignals eines durch Bestrahlungslicht erzeugten Reflexionslichtbildes, das durch Bestrahlen von Körpergewebe mit Bestrahlungslicht erhalten wird, und eines Bildsignals eines Fluoreszenzbildes generiert, das durch Bestrahlen von Körpergewebe mit Anregungslicht erhalten wird, und
einen Verstärkungseinstellabschnitt, der die Verstärkung des Bildsignals des Reflexionslichtbildes und/oder des Bildsignals des Fluoreszenzbildes so einstellt, dass die Grenzlinie der Farbtöne von normalem Gewebe und erkranktem Gewebe bezogen auf ein vorgeschriebenes standardmäßiges Chromatizitätsdiagramm innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, wobei normale und erkrankte Gewebearten in dem durch den Bildsyntheseabschnitt generierten synthetisierten Bild in verschiedenen Farbtönen dargestellt werden.
Eine erfindungsgemäße Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung umfasst außerdem:
eine Lichtquelle, die ein Bestrahlungslicht, das aus zwei unterschiedlichen Wellenlängenbändern besteht, nämlich einem Wellenlängenband, das ein optisches Absorptionsband von Hämoglobin umfasst, und einem Wellenlängenband, das ein optisches Nicht-Absorptionsband von Hämoglobin umfasst, und ein Anregungslicht abgibt, das innerhalb eines Wellenlängenbands zur Fluoreszenzanregung liegt,
einen Bildaufnahmeabschnitt, der jeweils zwei Reflexionslichtbilder, die durch Reflexionslicht erzeugt wurden, das durch Reflexion nach dem Bestrahlen von Körpergewebe mit Bestrahlungslicht der zwei unterschiedlichen Wellenlängenbänder von der Lichtquelle erhalten wurde, und ein Fluoreszenzbild aufnimmt, das durch Fluoreszenz erzeugt wurde, die durch Bestrahlen von Körpergewebe mit Anregungslicht von der Lichtquelle angeregt wurde, und
einen Bildbearbeitungsabschnitt, der durch Durchführen einer Signalverarbeitung der Bildsignale der zwei Reflexionslichtbilder, die durch eine Bildaufnahme durch den Bildaufnahmeabschnitt erhalten wurden, und des Bildsignals des Fluoreszenzbildes ein bearbeitetes Bild generiert,
wobei der Bildbearbeitungsabschnitt umfasst:
einen Signaleingabeabschnitt, der drei Bildsignale eingibt, nämlich die Bildsignale der zwei durch den Bildaufnahmeabschnitt aufgenommenen Reflexionslichtbilder und das Bildsignal des Fluoreszenzbildes,
einen Bildsyntheseabschnitt, der ein synthetisiertes Bild durch Durchführen einer Bildsynthese des Bildsignals des Wellenlängenbandes, welches das optische Absorptionsband von Hämoglobin umfasst, des Bildsignals des Wellenlängenbandes, welches das optische Nicht-Absorptionsband von Hämoglobin umfasst, und des Fluoreszenzbildsignals generiert, und
einen Verstärkungseinstellabschnitt, der die Verstärkung der drei durch den Signaleingabeabschnitt eingegebenen Bildsignale so einstellt, dass die Grenzlinie der Farbtöne von normalen und erkrankten Gewebearten, die auf dem synthetisierten Bild dargestellt sind, welches durch den Bildsyntheseabschnitt synthetisiert worden ist, innerhalb eines Bereichs liegt, der durch die vier, auf das CIE-1976-UCS-Chromatizitätsdiagramm bezogenen Punkte (0,21, 0,53), (0,18, 0,50), (0,23, 0,44) und (0,25, 0,49) definiert ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtbauart einer Endoskopvorrichtung zeigt, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst;
2 ist eine Ansicht, die die Bauart eines Wechselfilters zeigt, in dem ein Filter zur normalen Beobachtung und ein Filter zur Fluoreszenzbeobachtung vorgesehen sind;
3A ist ein Diagramm, das die Durchlasscharakteristik bezogen auf die Wellenlänge des Filters zur normalen Beobachtung zeigt;
3B ist ein Diagramm, das die Durchlasscharakteristik bezogen auf die Wellenlänge des Filters zur Fluoreszenzbeobachtung zeigt;
3C ist ein Diagramm, das die Durchlasscharakteristik bezogen auf die Wellenlänge eines Anregungslicht-Sperrfilters zeigt;
4A ist ein Diagramm, das die Charakteristik der optischen Intensität bezogen auf die Wellenlänge zeigt, wobei die Intensität photoelektrisch mittels eines CCD erfasst wird, wenn ein weißer Gegenstand im normalen Beobachtungsmodus beobachtet wird;
4B ist ein Diagramm, das die Charakteristik der optischen Intensität bezogen auf die Wellenlänge zeigt, wobei die Intensität photoelektrisch mittels eines CCD erfasst wird, wenn Haut im Fluoreszenzbeobachtungsmodus beobachtet wird;
5A ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Charakteristik der Intensitätsverteilung bezogen auf Körpergewebe zeigt, die anhand der Wellenlänge eines Fluoreszenzbildes erhalten wird;
5B ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Charakteristik der Intensitätsverteilung bezogen auf Körpergewebe zeigt, die anhand der Wellenlänge des Reflexionslichts erhalten wird;
6 ist ein Blockdiagramm, das die Bauart der Bildbearbeitungsschaltung gemäß 1 zeigt;
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Bildanzeige zeigt, wenn ein interessierendes Gebiet in einem auf einem Bildschirm angezeigten synthetisierten Bild festgelegt ist;
8 ist ein Chromatizitätsdiagramm, bei dem die Durchschnittswerte der Pixel in interessierenden Gebieten, die in Bezug auf normales Gewebe und erkranktes Gewebe in einem synthetisierten Bild festgelegt sind, graphisch dargestellt sind;
9 ist eine Ansicht, die die Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktionen, die jeweils für die vertikale Achse V und die horizontale Achse U ermittelt wurden, wobei von einer normalen Verteilung von Ansammlungen von normalem Gewebe und erkranktem Gewebe ausgegangen wird, bezogen auf das UCS-Chromatizitätsdiagramm gemäß 8 zeigt;
10 ist ein Chromatizitätsdiagramm, in dem Grenzpunkte graphisch dargestellt sind, wobei einige Punkte anzeigen, dass es möglich ist, normales Gewebe und erkranktes Gewebe zu erkennen, und einige andere Punkte, dass eine solche Erkennung schwierig ist, wenn die Verstärkungen geändert werden;
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines auf einem Bildschirm angezeigten synthetisierten Bildes zeigt, wenn sich ein Grenzpunkt im Zentrum eines durch die vier Grenzpunkte gemäß 10 definierten Bereichs befindet;
12A ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines synthetisierten Bildes zeigt, das in auf Gelb basierenden Farben angezeigt wird, und zwar von Beispielen auf einem Bildschirm angezeigter synthetisierter Bilder, wenn sich ein Grenzpunkt außerhalb eines durch die vier Grenzpunkte gemäß 10 definierten Bereichs befindet;
12B ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines synthetisierten Bildes zeigt, das in auf Orange basierenden Farben angezeigt wird, und zwar von Beispielen auf einem Bildschirm angezeigter synthetisierter Bilder, wenn sich ein Grenzpunkt außerhalb eines durch die vier Grenzpunkte gemäß 10 definierten Bereichs befindet;
12C ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines synthetisierten Bildes zeigt, das in auf Grün basierenden Farben angezeigt wird, und zwar von Beispielen auf einem Bildschirm angezeigter synthetisierter Bilder, wenn sich ein Grenzpunkt außerhalb eines durch die vier Grenzpunkte gemäß 10 definierten Bereichs befindet;
12D ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines synthetisierten Bildes zeigt, das in auf Blau basierenden Farben angezeigt wird, und zwar von Beispielen auf einem Bildschirm angezeigter synthetisierter Bilder, wenn sich ein Grenzpunkt außerhalb eines durch die vier Grenzpunkte gemäß 10 definierten Bereichs befindet;
13 ist ein Chromatizitätsdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel zeigt, in dem Grenzpunkte graphisch dargestellt sind, wobei einige Punkte anzeigen, dass es möglich ist, normales Gewebe und erkranktes Gewebe zu erkennen, und einige andere Punkte, dass eine solche Erkennung schwierig ist, wenn die Verstärkungen geändert werden;
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines auf einem Bildschirm angezeigten synthetisierten Bildes zeigt, wenn sich ein Grenzpunkt im Zentrum eines durch die vier Grenzpunkte gemäß 13 definierten Bereichs befindet;
15A ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines synthetisierten Bildes zeigt, das in auf Grün basierenden Farben angezeigt wird, und zwar von Beispielen auf einem Bildschirm angezeigter synthetisierter Bilder, wenn sich ein Grenzpunkt außerhalb eines durch die vier Grenzpunkte gemäß 13 definierten Bereichs befindet;
15B ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines synthetisierten Bildes zeigt, das in auf Violett basierenden Farben angezeigt wird, und zwar von Beispielen auf einem Bildschirm angezeigter synthetisierter Bilder, wenn sich ein Grenzpunkt außerhalb eines durch die vier Grenzpunkte gemäß 13 definierten Bereichs befindet;
15C ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines synthetisierten Bildes zeigt, das in einer auf Gelb basierenden Farbe angezeigt wird, und zwar von Beispielen auf einem Bildschirm angezeigter synthetisierter Bilder, wenn sich ein Grenzpunkt außerhalb eines durch die vier Grenzpunkte gemäß 13 definierten Bereichs befindet;
15D ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines synthetisierten Bildes zeigt, das in auf Orange basierenden Farben angezeigt wird, und zwar von Beispielen auf einem Bildschirm angezeigter synthetisierter Bilder, wenn sich ein Grenzpunkt außerhalb eines durch die vier Grenzpunkte gemäß 13 definierten Bereichs befindet;
16A ist ein Diagramm, das die Durchlasscharakteristik eines Filters bezogen auf die Wellenlänge zeigt, das zusätzlich zu einem Wechselfilter bereitgestellt ist, um Anregungslicht nahe 400 nm zu entfernen;
16B ist ein Diagramm, das die Durchlasscharakteristik der optischen Intensität bezogen auf die Wellenlänge zeigt, wobei die Intensität photoelektrisch mittels eines CCD ermittelt wird, wenn Haut im Fluoreszenzbeobachtungsmodus eines Filters beobachtet wird, das zusätzlich zu einem Wechselfilter bereitgestellt ist, um nahe 400 nm Anregungslicht zu entfernen;
17A ist ein Diagramm, das die Durchlasscharakteristik eines Filter bezogen auf die Wellenlänge zeigt, das anstelle eines Anregungslicht-Sperrfilters bereitgestellt ist, um Anregungslicht nahe 400 nm zu entfernen; und
17B ist ein Diagramm, das die Charakteristik der optischen Intensität bezogen auf die Wellenlänge zeigt, wobei die Intensität photoelektrisch mittels eines CCD ermittelt wird, wenn Haut im Fluoreszenzbeobachtungsmodus eines Filters beobachtet wird, das anstelle eines Anregungslicht-Sperrfilters bereitgestellt ist, um Anregungslicht nahe 400 nm zu entfernen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Eine Endoskopvorrichtung 1A, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst und in 1 gezeigt ist, umfasst ein elektronisches Endoskop 2A zur Durchführung einer Beobachtung durch Einführen in eine Körperhöhlung, eine Lichtquelleneinrichtung 3A, die normales Licht zur normalen Beobachtung und Anregungslicht abstrahlt, eine Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung (nachfolgend einfach als Bildbearbeitungsvorrichtung bezeichnet) 4A, die eine Signalbearbeitung zum Erstellen eines normalen Beobachtungsbildes und eines Fluoreszenzbildes durchführt, und einen Bildschirm 5, der dazu in der Lage ist, ein durch normales Licht erzeugtes normales Bild und ein mittels Fluoreszenz erzeugtes Fluoreszenzbild anzuzeigen.
Das elektronische Endoskop 2A umfasst einen lang gestreckten Einführabschnitt 7, der in eine Körperhöhlung eingeführt wird. Dieser Einführabschnitt 7 umfasst eine Bestrahllungseinrichtung und eine Bildaufnahmeeinrichtung in einem distalen Endabschnitt 8. Außerdem ist in diesen Einführabschnitt 7 eine Lichtleiterfaser 9 zum Übertragen (Leiten) von normalem Licht bei normaler Beobachtung und von Anregungslicht eingesetzt. Ein Lichtquellenanschlussstück 10, das am proximalen Ende auf der Basisseite dieser Lichtleiterfaser 9 vorgesehen ist, ist leicht lösbar mit der Lichtquelleneinrichtung 3A verbunden.
Die Lichtquelleneinrichtung 3A umfasst eine Lampe 12, die vom Infrarot-Wellenlängenband bis zum sichtbaren Lichtband reichendes Licht abstrahlt und durch eine Lampentreiberschaltung 11 betrieben wird, um Licht abzustrahlen, eine Lichtquellenblende 13, die die Lichtmenge von der Lampe 12 beschränkt und in einem optischen Bestrahlungspfad vorgesehen ist, der durch diese Lampe 12 erzeugt wird, einen Wechselfilterabschnitt 14, der in dem optischen Bestrahlungspfad vorgesehen ist, und eine Kollektivlinse 15, die das durch diesen Wechselfilterabschnitt 14 tretende Licht sammelt.
Dieser Wechselfilterabschnitt 14 umfasst ein Wechselfilter 17, wobei das im optischen Pfad angeordnete Filter durch einen Verschiebemotor 20 ausgewechselt und mittels eines Drehmotors 16 gedreht wird, und einen Verschiebemotor 20, der das Wechselfilter 17 zusammen mit dem Drehmotor 16 in eine Richtung verschiebt, die senkrecht zur optischen Achse verläuft, indem er ein Ritzel 19 drehend antreibt, das mit einer Zahnstange 18 in Eingriff steht, die am Drehmotor 16 befestigt ist.
Das Wechselfilter 17 ist mit einem Normalbeobachtungs-RGB-Filter 21 und einem Fluoreszenzbeobachtungsfilter 22 ausgestattet, und zwar jeweils konzentrisch mit der inneren Kreislinie bzw. der äußeren Kreislinie, wie in 2 gezeigt. Das Wechselfilter 17 ist dafür ausgelegt, entweder in einen Betriebszustand im normalen Bildmodus (auch "normaler Modus" genannt) versetzt zu werden, in dem das Normalbestrahlungsfilter 21 durch Betreiben des Verschiebemotors 20 in den optischen Pfad gebracht wird, oder in einen Betriebszustand überwechseln zu können, in dem der Fluoreszenzbildmodus (auch "Fluoreszenzmodus" genannt) durch Wechseln vom Normalbestrahlungsfilter 21 zum Fluoreszenzbestrahlungsfilter 22 eingestellt wird.
Das RGB-Filter 21 ist so ausgeführt, dass es in drei gleiche R-, G- und B-Filter 21a, 21b und 21c aufgeteilt ist, die jeweils Licht der Wellenlängenbänder R (Rot), G (Grün) und B (Blau) in Umfangsrichtung durchlassen. Die jeweiligen R-, G- und B-Filter 21a, 21b und 21c werden durch Drehen des RGB-Filters 21 mittels des Drehmotors 16 im Wesentlichen kontinuierlich nacheinander in den optischen Pfad eingebracht.
Außerdem besitzen die R-, G- und B-Filter 21a, 21b und 21c Filtercharakteristika, die jeweils Licht der Wellenlängenbänder 600 bis 700 nm, 500 bis 600 nm bzw. 400 bis 500 nm durchlassen, wie durch die Durchlasscharakteristika in 3A gezeigt. In 3 und anderen Figuren sind die Filter entsprechend ihren Filterdurchlasscharakteristika unter Verwendung der Symbole R, G, B anstelle der Symbole 21a, 21b, 21c dargestellt (dasselbe gilt für das nachfolgend beschriebene Fluoreszenzbeobachtungsfilter 22).
Auch das Fluoreszenzbeobachtungsfilter 22 ist so ausgeführt, dass es in drei gleiche R1-, G1- und E1-Filter 22a, 22b und 22c aufgeteilt ist, die jeweils Schmalband-Rotlicht (R1), Schmalband-Grünlicht (G1) und Schmalband-Anregungslicht (E1) in Umfangsrichtung durchlassen. Die jeweiligen R1-, G1- und E1-Filter 22a, 22b und 22c des Fluoreszenzbeobachtungsfilters 22 werden durch den Drehantrieb des Drehmotors 16 nacheinander in den optischen Pfad eingebracht.
Auch die R1-, G1- und E1-Filter 22a, 22b und 22c besitzen Filtercharakteristika, die jeweils Licht der Wellenlängenbänder 590 bis 610 nm, 540 bis 560 nm und 390 bis 445 nm durchlassen, wie durch die Durchlasscharakteristika in 3B gezeigt.
Das Bestrahlungslicht von der Lichtquelleneinrichtung 3A wird durch eine Lichtleiterfaser 9 zum distalen Ende des Einführabschnitts 7 des elektronischen Endoskops 2A übertragen (geleitet). Diese Lichtleiterfaser 9 überträgt die Fluoreszenz zur Fluoreszenzbeobachtung und das normale Licht zur normalen Beobachtung mit geringen Übertragungsverlusten. Diese Lichtleiterfaser 9 wird beispielsweise durch eine Multi-Komponentenglasfaser oder eine Quarzfaser oder eine andere Art von Faser gebildet.
Das zur distalen Endfläche der Lichtleiterfaser 9 übertragene Licht tritt durch eine Bestrahlungslinse 24 hindurch, die an einem Bestrahlungsfenster montiert ist, das der distalen Endfläche derselben zugewandt ist, und breitet sich zu der zu beobachtenden Stelle in der Körperhöhlung aus.
Ein Beobachtungsfenster ist im distalen Ende 8 benachbart zu diesem Bestrahlungsfenster bereitgestellt. Im distalen Ende 8 sind hinter dem Beobachtungsfenster ein Objektlinsensystem 25 zum Formen eines optischen Bildes, eine Blende 26 zum räumlichen Beschränken der Einfallmenge zum Erzielen einer Fokussierung von fern zu nah, ein Anregungslicht-Sperrfilter 27 zum Blockieren des Anregungslichts sowie ein ladungsgekoppeltes Bauelement (Charge-Coupled Element, das mit CCD abgekürzt wird) 28 angeordnet, das ein Bildaufnahmeelement darstellt, welches Bilder der Fluoreszenz und des Reflexionslichts aufnimmt und beispielsweise eine monochromatische Bildaufnahme (oder eine Schwarz-/Weiß-Bildaufnahme) durchführt.
Es wäre möglich, anstelle des CCD 28, als Bildaufnahmeelement, das ein Bild der Fluoreszenz und des Reflexionslichts aufnimmt, ein CMD-(Charge Modulation Device-Ladungsmodulationsbauteil-)Bildaufnahmeelement, ein C-MOS-Bildaufnahmeelement, einen AMI (Amplified MOS Imager – verstärkten MOS-Bildsensor) oder einen BCCD (Back-Illuminated-CCD) zu verwenden.
Das Anregungslicht-Sperrfilter 27 ist ein Filter zum Blockieren des Anregungslichts, das zum Erzeugen von Fluoreszenz während der Fluoreszenzbeobachtung verwendet wird. Die Charakteristik dieses Anregungslicht-Sperrfilters 27 ist in 3C gezeigt. Wie in 3C gezeigt, weist dieses Filter eine Charakteristik auf, die ein Wellenlängenband von 470 bis 700 nm durchlässt, d.h. sichtbares Licht, ohne die Wellenlängen (400 bis 470 nm) eines Teils des Blaubands.
Dieses elektronische Endoskop 2A ist mit einem Bereichsschalter 29 zum Durchführen eines Befehlsbetriebs zum Wählen des Fluoreszenzbildmodus und des Normalbildmodus und/oder eines Befehlsbetriebs zum Anhalten oder Freigeben ausgestattet. Das Betriebssignal von diesem Bereichsschalter 29 wird in eine Steuerschaltung 37 eingegeben. Die Steuerschaltung 37 führt in Übereinstimmung mit diesem Betriebssignal einen Steuerbetrieb durch.
Der Benutzer kann beispielsweise den Normalmodusschalter der Modenwechselschalter im Bereichsschalter 29 betätigen. Nachdem dies durchgeführt worden ist, wird ein Zustand erzeugt, in dem Bestrahlungslicht des normalen Modus, d.h. R-, G-, B-Licht, nacheinander durch die Lichtquelleneinrichtung 3A unter Steuerung der Steuerschaltung 37 der Lichtleiterfaser 9 zugeführt wird. Darüber hinaus wird eine Signalbearbeitung entsprechend dem normalen Modus durch Steuern der Steuerschaltung 37 von der Bildbearbeitungsvorrichtung 4A durchgeführt.
4A zeigt die optische Intensität an der Lichtaufnahmefläche (Bildaufnahmefläche) des CCD 28, wenn ein Bild eines weißen Gegenstands, wie etwa weißes Papier, unter Verwendung des normalen Modus aufgenommen wird.
In diesem Fall wird die Bestrahlung mit R-, G-, B-Licht durch die R-, G- und B-Filter 21a, 21b, 21c mit den in 3A gezeigten Charakteristika durchgeführt. Wie in 3C gezeigt, ist die Filtercharakteristik des Anregungslicht-Sperrfilters 27, das vor dem CCD 28 angeordnet ist, eine Charakteristik, die das gesamte G- und R-Licht, aber nur einen Teil des B-Lichts, auf der Seite der langen Wellenlänge desselben durchlässt. Folglich wird bei der optischen Intensität an der Lichtaufnahmefläche (Bildaufnahmefläche) des CCD 28, die Seite der kurzen Wellenlänge von B, die durch die strichpunktierte Linie in 4A dargestellt ist, blockiert. Das CCD 28 kann daher nur einen Teil des B-Lichts auf der Seite der langen Wellenlänge erfassen, wie durch die durchgezogene Linie dargestellt.
Folglich fällt während der Dauer der Bestrahlung mit B-Licht durch das B-Filter 21c die photoelektrisch durch das CCD 28 erfasste Lichtmenge von dem Niveau ab, das während der Dauer der Bestrahlung mit R-Licht und G-Licht durch die anderen R- und G-Filter 21a und 21b photoelektrisch erfasst wurde.
Demzufolge ist die Steuerschaltung 37 (zur Lösung dieses Problems) im normalen Beobachtungsmodus dafür ausgelegt, ein Normalbild zu erhalten, indem ein "Weißausgleich" entweder durch Erhöhen der Bestrahlungslichtmenge oder durch Erhöhen des Verstärkungsfaktors im Bildbearbeitungssystem durchgeführt wird, wenn ein Bild während der Bestrahlungsdauer unter Verwendung des B-Filters 21c aufgenommen wird, im Vergleich zur Aufnahme eines Bildes während der Bestrahlungsdauer unter Verwendung der R- und G-Filter 21a und 21b.
Darüber hinaus kann der Benutzer den Fluoreszenzmodusschalter des Modenwechselschalters im Bereichsschalter 29 betätigen. Nachdem dies durchgeführt worden ist, nimmt die Lichtquelleneinrichtung 3A einen Zustand an, in dem Bestrahlungslicht des Fluoreszenzmodus, d.h. R1-, G1- und E1-Licht, nacheinander durch Steuern der Steuerschaltung 37 der Lichtleiterfaser 9 zugeführt wird. Darüber hinaus nimmt durch Steuern der Steuerschaltung 37 auch die Bildbearbeitungsvorrichtung 4A einen Zustand an, in dem entsprechend dem Fluoreszenzmodus eine Signalbearbeitung durchgeführt wird.
4A zeigt die optische Intensität an der Lichtaufnahmefläche (Bildaufnahmefläche) des CCD 28, wenn zum Beispiel Haut unter Verwendung des Fluoreszenzmodus beobachtet wird.
In diesem Fall wird die Haut durch die in 3B gezeigten R1-, G1- und E1-Filter 22a, 22b und 22c bestrahlt. Das durch die R1-, G1-Filter 22a, 22b erzeugte Reflexionslicht befindet sich innerhalb des Durchlassbandes des Anregungslicht-Sperrfilters 27, so dass der Reflexionscharakteristik der Haut entsprechendes Licht durch das CCD 28 photoelektrisch erfasst wird. Wie jedoch durch die strichpunktierte Linie in 4B gezeigt, befindet sich das durch das Anregungslicht des E1-Filters 22c erzeugte Reflexionslicht außerhalb des Durchlassbands des Anregungslicht-Sperrfilters 27 und wird somit blockiert. Darüber hinaus wird der Teil der durch das Anregungslicht erzeugten Fluoreszenz, der sich innerhalb des Durchlassbandes des Anregungslicht-Sperrfilters 27 befindet, photoelektrisch durch das CCD 28 erfasst. Es wird darauf hingewiesen, dass die Lichtmenge dieser Fluoreszenz erheblich geringer als die Reflexionslichtmenge ist, wenn eine Bestrahlung unter Verwendung der R1- und G1-Filter 22a und 22b durchgeführt wird, daher ist die Lichtmenge dieser Fluoreszenz in 4B multipliziert zum Beispiel mit einem Faktor von 10 (mit × 10 bezeichnet) dargestellt.
Das CCD 28 wird durch ein CCD-Steuersignal von einer CCD-Treiberschaltung 31 betrieben, die in der Bildbearbeitungsvorrichtung 4A vorgesehen ist, wobei das optische Bild auf dem CCD 28 einer photoelektrischen Umwandlung unterzogen und das erhaltene Bildsignal ausgegeben wird.
Der Verlustbetrag dieses Bildsignals während der Kabelübertragung wird durch einen Vorverstärker 32 verstärkt, der eine in der Bildbearbeitungsvorrichtung 4A bereitgestellte Signaleingabeeinrichtung darstellt. Das Bildsignal wird dann durch eine automatische Verstärkungssteuer-(AGC – Automatic Gain Control)Schaltung 33 auf ein vorgeschriebenes Niveau weiter verstärkt. Das Bildsignal wird dann durch eine A/D-Umwandlungsschaltung 34 von einem analogen Signal in ein digitales Signal (Bilddaten) umgewandelt. Die umgewandelten Bilddaten passieren einen Multiplexer 35, der ein Schalten durchführt, und werden in einem ersten Rahmenspeicher 36a, einem zweiten Rahmenspeicher 36b und einem dritten Rahmenspeicher 36c zwischengespeichert.
Die CCD-Treiberschaltung 31 wird durch eine Steuerschaltung 37 gesteuert. Insbesondere im normalen Modus ist, wie noch beschrieben wird, die photoelektrisch durch das CCD 28 erfasste Lichtmenge, wenn die Bestrahlung unter Verwendung des B-Filters 21c durchgeführt wird, geringer als in dem Fall, in dem die Bestrahlung unter Verwendung der anderen R-, G-Filter 21a und 21b durchgeführt wird, so dass die Steuerschaltung 37 in Bezug auf die CCD-Treiberschaltung 31 eine elektronische Shutter-Funktion (Blendenfunktion) ausführt.
Auch im Fluoreszenzmodus ist die photoelektrisch durch das CCD 28 erfasste Lichtmenge während der Zeitspanne, in der der das Fluoreszenzbild durch Bestrahlung mit Anregungslicht durch das E1-Filter 22c erhalten wird, viel geringer als beim Reflexionslicht, wenn die Bestrahlung mit den R1- und G1-Filtern 22a und 22b durchgeführt wird, so dass die Steuerschaltung 37 ebenso eine elektronische Shutter-Funktion auf die CCD-Treiberschaltung 31 anwendet.
Darüber hinaus steuert die Steuerschaltung 37 den Verschiebemotor 20 in Übereinstimmung mit dem gewählten Modus.
Der Drehmotor 16 wird ebenfalls durch die Steuerschaltung 37 gesteuert und ist dafür ausgelegt, an die Steuerschaltung 37 das Codiersignal einer Codiereinheit (nicht gezeigt) auszugeben, die beispielsweise auf der Drehwelle des Drehmotors 16 montiert ist. Die Steuerschaltung 37 steuert die CCD-Treiberschaltung 31 und/oder das Umschalten etc. des Multiplexers 35 in Synchronisation mit dem Ausgang der Codiereinheit.
Die Steuerschaltung 37 steuert außerdem das Umschalten des Multiplexers 35, so dass, im normalen Modus, die infolge einer Bestrahlung unter Verwendung der R-, G- und B-Filter 21a, 21b und 21c aufgenommenen Bilddaten dafür ausgelegt sind, nacheinander im ersten Rahmenspeicher 36a, zweiten Rahmenspeicher 36b bzw. dritten Rahmenspeicher 36c gespeichert zu werden.
Ebenso steuert die Steuerschaltung 37 im Fluoreszenzmodus das Umschalten des Multiplexers 35, so dass die infolge der Bestrahlung unter Verwendung der R1-, G1- und E1-Filter 22a, 22b und 22c aufgenommenen Signale, jeweils nacheinander im ersten Rahmenspeicher 36a, zweiten Rahmenspeicher 36b bzw. dritten Rahmenspeicher 36c gespeichert werden.
Die in den Rahmenspeichern 36a bis 36c gespeicherten Bilddaten werden in eine Bildbearbeitungsschaltung 38 eingegeben. Die Bildbearbeitungsschaltung 38 führt dann eine Bildbearbeitung durch, die die Eingangssignale in Ausgangssignale eines Farbtons umwandelt, wobei normale Gewebeteile und erkrankte Gewebeteile leicht zu erkennen sind. Die Bilddaten werden dann von einer D/A-Umwandlungsschaltung 39 in analoge RGB-Signale umgewandelt und an den Bildschirm 5 ausgegeben.
Bei dieser Ausführungsform ist die Bildbearbeitungsvorrichtung 4A dafür ausgelegt, im Fluoreszenzbildmodus drei Bildsignale in den Vorverstärker 32 einzugeben, welcher eine Bildeingabeeinrichtung darstellt, d.h. ein Bildsignal eines Reflexionslichtbildes, das durch Aufnehmen des von Körpergewebe reflektierten Lichts unter Verwendung der zwei schmalbandigen Arten von Bestrahlungslicht G1 und R1 erhalten wurde, und ein Bildsignal des Fluoreszenzbildes, das durch Aufnehmen der durch das Anregungslicht E1 vom Körpergewebe erzeugten Fluoreszenz erhalten wurde.
Bei dieser Ausführungsform ist eine Bildbearbeitungsschaltung 38 als Syntheseeinrichtung außerdem dafür ausgelegt, ein synthetisiertes Einzelbild zu erzeugen, wobei, von den RGB-Kanälen, das Bildsignal auf der Seite der langen Wellenlänge des Reflexionslichtes (das Wellenlängenband, das das optische Nicht-Absorptionsband von Hämoglobin umfasst) dem B-Kanal, das Bildsignal des Fluoreszenzbildes dem G-Kanal und das Bildsignal auf der Seite der kurzen Wellenlänge des Reflexionslichtes (das Wellenlängenband, das das optische Absorptionsband von Hämoglobin umfasst) dem R-Kanal zugewiesen wird. Darüber hinaus ist die Bildbearbeitungsschaltung 38 bei dieser Ausführungsform dafür ausgelegt, die Verstärkungen der drei eingegebenen Bildsignale einzustellen, wie nachfolgend beschrieben.
Bei dieser Bildbearbeitungsvorrichtung 4A ist außerdem eine Lichteinstellschaltung 40 vorgesehen, die den Öffnungsbetrag der Lichtquellenblende 13 in der Lichtquelleneinrichtung 3A in Antwort auf das vom Vorverstärker 32 erhaltene Signal automatisch steuert. Diese Lichteinstellschaltung 40 wird durch die Steuerschaltung 37 gesteuert.
Darüber hinaus steuert diese Steuerschaltung 37 den Lampenstrom der Lampentreiberschaltung 11, die die Lichtabgabe der Lampe 12 steuert. Diese Steuerschaltung 37 führt außerdem Steueraktionen durch, die durch manuelle Betätigung des Bereichsschalters 29 spezifiziert werden.
Außerdem umfasst das elektronische Endoskop 2A einen Bereichs-ID-Erzeugungsabschnitt 41, der charakteristische ID-Informationen (Identifikationsinformationen) erzeugt, die zumindest den Gerätetyp umfassen. Wenn das elektronische Endoskop 2A mit der Bildbearbeitungsvorrichtung 4A verbunden ist, ermittelt eine in der Bildbearbeitungsvorrichtung 4A vorgesehene Gerätetypermittlungsschaltung 42 die Gerätetypinformationen des damit verbundenen elektronischen Endoskops 2A und sendet diese Gerätetypinformationen an die Steuerschaltung 37.
Die Steuerschaltung 37 gibt ein Steuersignal aus, das Parameter zur Matrixumwandlung und dergleichen der Bildbearbeitungsschaltung 38 in Übereinstimmung mit den Charakteristika des Gerätetyps des damit verbundenen elektronischen Endoskops 2A auf geeignete Werte einstellt. Die Bildbearbeitungsschaltung 38 ist außerdem mit einem Einstellschalter 43 verbunden, der dazu in der Lage ist, die Parameter zur Matrixumwandlung und dergleichen selektiv einzustellen.
Die Endoskopvorrichtung 1A ist außerdem dazu in der Lage, den Trennungsgrad von normalen und erkrankten Gewebeteilen zu erhöhen, und zwar durch Einstellen der in den 3A bis 3C gezeigten Filtercharakteristika: des RGB-Filters 21 und des Filters 22 des Wechselfilters 17 zur Fluoreszenzbeobachtung der Lichtquelleneinrichtung 3A sowie des Anregungslicht-Sperrfilters 27, das im optischen Bildaufnahmepfad des elektronischen Endoskops 2A bereitgestellt ist.
5A zeigt ein Beispiel der Charakteristik der Intensitätsverteilung des vom Körpergewebe erhaltenen Fluoreszenzbildes in Bezug auf die Wellenlänge. 5B zeigt ein Beispiel der Charakteristik der Intensitätsverteilung des vom Körpergewebe erhaltenen Reflexionslichts in Bezug auf die Wellenlänge.
Wie aus 5A ersichtlich ist, zeigt die Intensitätscharakteristik des Fluoreszenzbildes eine Verteilungscharakteristik mit einer Spitze nahe 520 nm. Bei dieser Ausführungsform ist die durch das Anregungslicht-Sperrfilter 27 erzeugte Durchlasscharakteristik so eingestellt, dass sie das Wellenlängenband nahe 520 nm umfasst.
Darüber hinaus zeigt die Wellenlängencharakteristik des Reflexionslichts gemäß 5B eine starke Absorption aufgrund von Hämoglobin nahe 550 nm und außerdem ein Tal, in dem die reflektierte Intensität nahe dieser Wellenlänge abfällt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Umgebung von 600 nm ein Nicht-Absorptionsband von Hämoglobin darstellt. Die mittige Wellenlängen der zwei Filter 22a, 22b (G1 und R1 in der Figur) sind auf 550 nm und 600 nm eingestellt.
Das bedeutet bei dieser Ausführungsform, dass dieses Band des R1-Filters 22a auf einen Bereich festgelegt ist, in dem der optische Absorptionsgrad von oxygeniertem Hämoglobin niedrig ist, und dieses Band des G1-Filters 22b auf einen Bereich festgelegt ist, in dem der optische Absorptionsgrad von oxygeniertem Hämoglobin hoch ist.
Das G1- und R1-Licht, die die erste und zweite Bestrahlungslichtart (Reflexionslicht) darstellen, welche zur Bestrahlung im Fluoreszenzmodus und zur Bildaufnahme unter Verwendung des Reflexionslichts desselben eingesetzt werden, besitzen Wellenlängenbreiten, die beispielsweise auf 20 nm eingestellt sind (oder auf weniger als 20 nm eingestellt werden könnten).
Der Durchlassgrad des Lichts des (Bereichs der langen Wellenlänge des) blauen Bereichs, der durch das E1-Filter 22c blockiert wird, und des (Bereichs der kurzen Wellenlänge des) blauen Bereiches, der durch das Anregungslicht-Sperrfilter 27 blockiert wird, ist auf maximal OD4 (1/10.000) eingestellt.
Im Wellenlängenbereich des Fluoreszenzbildes ist dessen Luminanzniveau relativ niedriger als das des durch das Reflexionslicht erzeugten Bildes, da die Intensität dieses Fluoreszenzbildes geringer als die Intensität des durch das Reflexionslicht erzeugten Bildes ist, wobei eine Erkennung unter Verwendung des Farbtons daher ebenfalls schwierig wird. Das Wellenlängenband des Fluoreszenzbildes wird daher auf ein Breitband eingestellt, das zumindest die Wellenlänge des Spitzenwerts (nahe 520 nm) des Fluoreszenzspektrums umfasst, um die Erkennung unter Verwendung des Farbtons durch Erhöhen des Luminanzniveaus zu erleichtern.
Wie vorstehend beschrieben, ist bei dieser Ausführungsform die Intensität des Fluoreszenzbildes wesentlich schwächer als die des unter Verwendung von Reflexionslicht erhaltenen Bildes, so dass das Anregungslicht-Sperrfilter 27, wie in 5A gezeigt, dafür angepasst ist, eine Charakteristik zu besitzen, durch die ein Fluoreszenzbild erhalten wird, die das Wellenlängenband nahe 520 nm umfasst, wobei eine Spitzenintensität erreicht wird. Auf diese Weise kann mit der Bildbearbeitungsvorrichtung 4A dieser Ausführungsform ein Fluoreszenzbild mit gutem S/N (Rauschabstand) erhalten werden.
Auch bei dieser Ausführungsform ist die Bildbearbeitungsvorrichtung 4A dafür ausgelegt, die Verstärkungen der drei Bildsignale durch die Bildbearbeitungsschaltung 38 so einzustellen, dass die Grenzlinie der Farbtöne von normalem Gewebe und erkranktem Gewebe innerhalb des Bereichs enthalten ist, der, wie nachfolgend beschrieben, durch vier Punkte im Chromatizitätsdiagramm der CIE (Commission Internationale d'Eclairage) 1976 UCS (Uniform-Chromaticity-Scale diagram) definiert ist, so dass ein Farbton (einschließlich der Luminanz) erzeugt wird, durch den normales Gewebe und erkranktes Geweben auf dem synthetisierten Bild im Fluoreszenzbildmodus leicht zu erkennen sind.
Wie im 6 gezeigt, wird eine Nachschlagetabelle (in der Figur mit NST abgekürzt) 51 in der Bildbearbeitungsschaltung 38 angepasst.
Diese Nachschlagetabelle 51 ist über einen Parameterbestimmungsabschnitt 52 mit einem ROM 53 verbunden. Dieser Parameterbestimmungsabschnitt 47 ist mit einer Steuerschaltung 37 und einem Einstellschalter 43 verbunden.
Eine Mehrzahl an Ausgangswerten wird vorab im ROM 53 gespeichert, wobei die Ausgangswerte, die mit Hilfe des Parametereinstellabschnitts 52 durch das Steuersignal von der Steuerschaltung 37 bestimmt werden, und die Einstellung des Einstellschalters 43 in der Nachschlagetabelle 51 eingestellt werden.
Bei dieser Ausführungsform speichert der ROM 53 Ausgangswerte, die die Verstärkungen von drei Bildpunkten so einstellen können, dass die Grenzlinie der Farbtöne von normalem Gewebe und erkranktem Gewebe innerhalb eines Bereiches liegt, der durch die vier, auf das CIE-1976-UCS-Chromatizitätsdiagramm bezogenen Punkte (0,21, 0,53), (0,18, 0,50), (0,23, 0,44) und (0,25, 0,49) definiert ist.
Die Nachschlagetabelle 51 ist so ausgeführt, dass die entsprechenden Ausgangswerte in Bezug auf drei Signale, die von den Eingangsanschlüssen Ta bis Tc eingegeben werden, gelesen und von den Ausgangsanschlüssen Ta', Tb' und Tc' an die R-, G- und B-Kanäle ausgegeben werden. Im normalen Modus ist die Nachschlagetabelle 51 dafür eingestellt, eine Charakteristik zu besitzen, durch die die Eingangssignale direkt und ohne Modifikation ausgegeben werden.
Die Bilddaten, die von den Ausgangsanschlüssen Ta', Tb' und Tc' an die R-, G- und B-Kanäle ausgegeben werden, werden an den Bildschirm 5 ausgegeben, nachdem sie von einer D/A-Umwandlungsschaltung 39 in analoge RGB-Signale umgewandelt worden sind, und als synthetisiertes Bild auf diesem Bildschirm 5 angezeigt.
Der Grund, warum die Grenzlinie der Farbtöne von normalem Gewebe und erkranktem Gewebe so festgelegt wird, dass sie in einem Bereiches enthalten ist, der durch die vier, auf das CIE-1976-UCS-Chromatizitätsdiagramm bezogenen Punkte (0,21 0,53), (0,18, 0,50), (0,23, 0,44) und (0,25, 0,49) definiert ist, wie vorstehend beschrieben, wird nun unter Bezugnahme auf die 7 bis 12 beschrieben.
7 ist ein Beispiel für eine Bildanzeige, wenn das interessierende Gebiet in Bezug auf das auf dem Bildschirm 5 angezeigte synthetisierte Bild festgelegt ist. Die Farbbezeichnungen in 7 stellen die in der Nähe derselben angezeigte Farbe dar. Die Anzeige wird tatsächlich mit der bezeichneten Farbe durchgeführt. Nachfolgend wird das synthetisierte Bild wie vorstehend beschrieben dargestellt.
In diesem Fall ist erkranktes Gewebe nahe dem Zentrum des Bildes in dem synthetisierten Bild vorhanden und wird gemäß 7 in einer orangen Farbe angezeigt. Das umliegende normale Gewebe wird in Violett angezeigt. Die Blutgefäße werden in einer ins Violette spielenden, roten Farbe angezeigt und sind in manchen Abschnitten schwer vom normalen Gewebe zu unterscheiden.
In diesem Fall wird das interessierende Gebiet durch Bezugnahme auf normales Gewebe und erkranktes Gewebe im synthetisierten Bild festgelegt und der Durchschnitt der Pixelwerte in diesem Gebiet ermittelt. Der ermittelte Durchschnittswert ist der Durchschnittsfarbton in dem interessierenden Gebiet. Dies wird im CIE-1976-UCS-Chromatizitätsdiagramm graphisch dargestellt.
Bei diesem Vorgang wird ein interessierendes Gebiet unter Zuhilfenahme von beispielsweise einer Gesamtzahl von 288 Datenpunkten spezifiziert, indem jeweils zwei Stellen für das normale Gewebe und das erkrankte Gewebe bezogen auf 144 erkrankte Stellen im unteren Verdauungstrakt festgelegt und diese Daten im Chromatizitätsdiagramm graphisch dargestellt werden. 8 zeigt ein Chromatizitätsdiagramm, in dem solche Daten graphisch dargestellt sind.
In dem in 8 gezeigten Chromatizitätsdiagramm ist erkranktes Gewebe längs einer Richtung verteilt, die beginnend in der Nähe von U 0,22, V 0,575 schräg nach links oben verläuft, und erkranktes Gewebe längs einer Richtung, die beginnend in der Nähe von U 0,22, V 0,575 schräg nach rechts unten verläuft.
Angenommen, dass die Ansammlungen von normalem Gewebe und erkranktem Gewebe normalen Verteilungen entsprechen, dann stellen sich die jeweiligen Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktionen der vertikalen Achse V und der horizontalen Achse U wie in 9 gezeigt dar. Die Schnittpunkte der Funktionen des normalen Gewebes und des erkrankten Gewebes sind die Grenzpunkte der jeweiligen Ansammlungen.
Dieser Vorgang wird in Bezug auf die synthetisierten Bilder durch Verändern der Verstärkungen der drei Signale auf verschiedene Weise durchgeführt, die in die vorstehend beschriebene Bildbearbeitungsschaltung 38 eingegeben werden, d.h. die Bildsignale der Reflexionslichtbilder, die durch Aufnehmen des vom Körpergewebe reflektierten Lichts unter Verwendung der zwei Arten von Schmalbandbestrahlungslicht, G1 und R1, erhalten wurden, und das Bildsignal des Fluoreszenzbildes, das durch Aufnehmen der vom Körpergewebe durch das Anregungslicht E1 erzeugten Fluoreszenz erhalten wird, wobei die Grenzpunkte im Chromatizitätsdiagramm graphisch dargestellt werden, in dem einige Punkte anzeigen, dass die Erkennung von normalem Gewebe und erkranktem Gewebe möglich ist, und andere Punkte, dass eine solche Erkennung in dem synthetisierten Bild schwierig ist.
Wie vorstehend beschrieben, erzeugt die Bildbearbeitungsschaltung 38 dann ein synthetisiertes Bild, wobei das Bildsignal der Seite der langen Wellenlänge (das Wellenlängenband, das das optische Nicht-Absorptionsband von Hämoglobin umfasst) des Reflexionslichts dem B-Kanal der RGB-Kanäle, das Bildsignal des Fluoreszenzbildes dem G-Kanal der RGB-Kanäle und das Bildsignal der Seite der kurzen Wellenlänge (das Wellenlängenband, das das optische Absorptionsband von Hämoglobin umfasst) des Reflexionslichts dem R-Kanal derselben zugewiesen wird.
10 ist ein Chromatizitätsdiagramm, in dem die Grenzpunkte graphisch dargestellt sind, wobei einige Punkte, die anzeigen, dass eine Erkennung von normalem Gewebe und erkranktem Gewebe möglich ist, und andere Punkte, die anzeigen, dass eine solche Erkennung schwierig ist, wenn die Verstärkungen verändert werden, graphisch dargestellt sind.
Wie in 10 gezeigt, sind die Grenzpunkte des Gebietes, in dem eine Erkennung von normalem und erkranktem Gewebe möglich ist, innerhalb eines Bereiches verteilt, der durch die vier Grenzpunkte (0,21, 0,53), (0,18, 0,50), (0,23, 0,44) und (0,25, 0,49) definiert ist.
Das Einstellen der Verstärkungen derart, dass die Grenzpunkte innerhalb eines Bereiches liegen, der durch diese vier Grenzpunkte (0,21, 0,53), (0,18, 0,50), (0,23, 0,44) und (0,25, 0,49) definiert ist, ist daher eine Voraussetzung dafür, normales und erkranktes Gewebe auf dem synthetisierten Bild erkennen zu können.
Wenn beispielsweise die Verstärkungen der drei Signale, die in die Bildbearbeitungsschaltung 38 eingegeben werden, wie vorstehend beschrieben so eingestellt werden, dass sich ein Grenzpunkt im Zentrum des durch die obigen vier Grenzpunkte definierten Bereichs befindet, wird ein synthetisiertes Bild wie in 11 gezeigt angezeigt.
11 ist ein auf dem Bildschirm 5 angezeigtes synthetisiertes Bild, wobei sich ein Grenzpunkt im Zentrum des durch die obigen vier Grenzpunkte definierten Bereichs befindet.
Wie in 11 gezeigt, wird in dem synthetisierten Bild das nahe dem Zentrum des Bildes vorhandene erkrankte Gewebe in einer rosaroten Farbe angezeigt. Das normale Gewebe rund um das erkrankte Gewebe wird in einer gelblich-grünen Farbe angezeigt. Auf diese Weise lassen sich normales Gewebe und erkranktes Gewebe leicht erkennen. Die Blutgefäße werden in einer blauen Farbe angezeigt und lassen sich so leicht vom Gewebe unterscheiden.
Im Gegensatz dazu werden, wenn die Synthese beispielsweise mit den Verstärkungen der in die Bildbearbeitungsschaltung 38 wie vorstehend beschrieben eingegebenen drei Signale durchgeführt wird, welche so eingestellt sind, dass die Grenzpunkte innerhalb und außerhalb des durch die obigen vier Grenzpunkte definierten Bereichs liegen, synthetisierte Bilder angezeigt, wie in den 12A bis 12D dargestellt.
In den in den 12A bis 12D gezeigten synthetisierten Bildern werden das normale Gewebe und das erkrankte Gewebe in Farben desselben Farbsystems angezeigt und sind daher nicht leicht zu erkennen.
In dem in 12A gezeigten synthetisierten Bild beispielsweise wird das erkrankte Gewebe in einer orangen Farbe angezeigt. Außerdem wird das das erkrankte Gewebe umgebende normale Gewebe in einer gelben Farbe angezeigt. Auf diese Weise ist es schwierig, das normale Gewebe und das erkrankte Gewebe leicht zu identifizieren. Die Blutgefäße werden in einer dunkelgrünen Farbe angezeigt, so dass eine Unterscheidung derselben von den Gewebearten schwierig ist.
Ebenso lassen sich, in den in den 12B bis 12D gezeigten synthetisierten Bildern, das normale Gewebe und das erkrankte Gewebe nicht leicht erkennen. In den in den 12B bis 12D gezeigten synthetisierten Bildern geben die Farbbezeichnungen die Farbe an, die in der Umgebung angezeigt wird.
Der Betrieb dieser wie vorstehend ausgeführt gebauten Ausführungsform ist nachfolgend beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, verbindet der Benutzer das Lichtquellenanschlussstück 10 des elektronischen Endoskops 2A mit der Lichtquelleneinrichtung 3A und ein Signalanschlussstück (nicht gezeigt) des elektronischen Endoskops 2A mit der Bildbearbeitungsvorrichtung 4A. Der Benutzer stellt dann den Betriebszustand ein, indem er die Energiequelle der jeweiligen Einrichtungen durch Herstellen des in 1 gezeigten Verbindungszustands anschließt. Nachdem dies durchgeführt worden ist, führt die Steuerschaltung 37 den Anfangseinstellbetrieb durch und übt die Steuerung so aus, dass die Einstellung derart durchgeführt wird, dass der Betrieb in diesem anfänglich eingestellten Zustand zum Beispiel im normalen Modus durchgeführt wird.
In diesem normalen Modus steuert die Steuerschaltung 37 den Verschiebemotor 20 der Lichtquelleneinrichtung 3A derart, dass das Wechselfilter 17 in eine Position gebracht wird, in der das RGB-Filter 21 am Innenumfang des Wechselfilters 17 im optischen Bestrahlungspfad liegt.
Die Steuerschaltung 37 dreht dann den Drehmotor 16. Die R-, G- und B-Filter 21a, 21b und 21c des Wechselfilters 17 werden dann nacheinander im optischen Bestrahlungspfad angeordnet, was zur Folge hat, dass aus dem weißen Licht der Lampe 12 erhaltenes R-, G- und B-Bestrahlungslicht zum Gegenstand der Beobachtung abgestrahlt wird.
In diesem normalen Modus werden die R-, G- und B-Filter 21a, 21b und 21c für das durch das Wechselfilter erzeugte Bestrahlungslicht (für den Beobachtungsgegenstand) nacheinander im optischen Bestrahlungspfad angeordnet.
Der Gegenstand der Bildaufnahme wird nacheinander mit R-, G- und B-Licht bestrahlt und das von dem Gegenstand der Bildaufnahme reflektierte R-, G- und B-Licht vom CCD 28 aufgenommen. Das vom CCD 28 aufgenommene Signal wird durch die Bildbearbeitungsvorrichtung 4A verstärkt und einer A/D-Umwandlung unterzogen, bevor es nacheinander im ersten Rahmenspeicher 36a, zweiten Rahmenspeicher 36b und dritten Rahmenspeicher 36c durch sukzessives Umschalten des Multiplexers 35 unter Verwendung der Steuerschaltung 37 gespeichert wird.
Die Bilddaten der R-, G- und B-Farbkomponenten, die in diesen Rahmenspeichern 36a bis 36c gespeichert werden, werden innerhalb einer vorgeschriebenen Rahmenzeitspanne (z.B. 33 ms, d.h. 1/30 Sek.) gleichzeitig gelesen und in die Bildbearbeitungsschaltung 38 eingegeben.
Im normalen Modus gibt diese Bildbearbeitungsschaltung 38 das Eingangssignal aus wie es ist.
Auf diese Weise passieren die Bilddaten der R-, G- und B-Farbkomponenten die D/A-Umwandlungsschaltung 39, um in ein standardmäßiges analoges Bildsignal um gewandelt zu werden, in diesem Fall in ein RGB-Signal, und werden von den R-, G- und B-Kanälen an den Bildschirm 5 ausgegeben. Ein normales Beobachtungsbild wird in Farbe auf dem Anzeigeschirm des Bildschirms 5 angezeigt (wenn die Bestrahlung mit weißem Licht durchgeführt wird, das den Farbton reflektiert, wenn der Gegenstand der Bildaufnahme direkt beobachtet wird).
Wie vorstehend beschrieben, wird die durch den Gegenstand der Bildaufnahme reflektierte Lichtmenge, wenn die Bestrahlung durch das B-Filter 21c durchgeführt wird, photoelektrisch durch das CCD 28 erfasst, nachdem die Seite der kurzen Wellenlänge desselben durch das Anregungslicht-Sperrfilter 27 blockiert worden ist, so dass die im Bild dieses B-Farbbestandteils photoelektrisch erfasste Lichtmenge geringer ist als die in den Bildern der anderen R- und G-Farbbestandteile photoelektrisch erfasste Lichtmenge. Wenn keine Einstellungen durchgeführt würden, würde der Weißausgleich verloren gehen.
Um dies zu verhindern, verwendet die Steuerschaltung 37 die CCD-Treiberschaltung 31, um den Verstärkungsfaktor des CCD 28 zu erhöhen, beispielsweise auf das Doppelte, wenn die Bildaufnahme während der Bestrahlungsdauer mit dem B-Filter 21c durchgeführt wird.
Die Steuerschaltung 37 steuert außerdem die Lampentreiberschaltung 11, um den Lampenstrom zu erhöhen, beispielsweise den Wert des normalen Lampenstromes, der zum Betreiben der Lampe 12 während der Dauer der Bestrahlung durch das B-Filter 21c verwendet wird, um die Menge des Bestrahlungslichts B zu erhöhen.
Die Steuerschaltung 37 steuert auch die CCD-Treiberschaltung 31, um die Funktion eines elektronischen Shutters (Blende) des CCD 28 auszuführen. Das bedeutet, in den R- und G-Bestrahlungszeitspannen, ist die Steuerschaltung 37 dafür ausgelegt, die Bildaufnahme nur während eines Teils der Bestrahlungszeitspanne durchzuführen, wobei die CCD-Treiberschaltung 31 dazu verwendet wird, das CCD 28 so zu betreiben, dass eine kürzere Bildaufnahmezeitspanne erzeugt wird, im Gegensatz dazu, ist die Steuerschaltung 37 in der B-Bestrahlungszeitspanne dafür ausgelegt, eine lange Bildaufnahmezeitspanne zu erzeugen, wobei die gesamte B-Bestrahlungszeitspanne zur Bildaufnahme genutzt wird.
Auf diese Weise wird ein normales Bild auf dem Bildschirm 5 angezeigt, an dem ein Weißausgleich durchgeführt worden ist. Im Hinblick auf die Einstellung der Bildaufnahmezeitspanne durch den elektronischen Shutter, wird ein spezifischer Wert der Bildaufnahmezeitspanne vorab in einem Speicher oder dergleichen (nicht gezeigt) in der Steuerschaltung 37 gespeichert, so dass, wenn das Bild eines weißen Gegenstands aufgenommen wird, dieser Gegenstand in Weiß auf dem Bildschirm 5 angezeigt wird (oder die durch den elektronischen Shutter definierte Bildaufnahmezeitspanne kann spezifisch eingestellt werden, indem das Bild eines weißen Gegenstands mit der anfänglichen Einstellung nach dem Anschließen der Energiequelle aufgenommen wird). Die Steuerschaltung 37 könnte dafür ausgelegt sein, anstelle der Bildaufnahmezeitspanne des elektronischen Shutters, den Wert des CCD-Verstärkungsfaktors oder den Wert des Lampenstroms im Speicher zu speichern. Diese Werte könnten einzeln oder in Kombination eingesetzt werden.
Auf diese Weise kann die Endoskopvorrichtung 1A zum Beobachten eines Gegenstands im normalen Modus verwendet werden.
Andererseits, wenn ein Benutzer eine Fluoreszenzbeobachtung eines Gegenstands durchführen möchte, wie etwa zum Beispiel einer erkrankten Stelle, die den fraglichen Gegenstand darstellt, betätigt der Benutzer den Fluoreszenzmodusschalter des Modenwechselschalters des Bereichsschalters 29.
Bei Erhalt dieses Betriebssignals führt die Steuerschaltung 37 einen Wechsel zum Fluoreszenzmodus durch, indem sie den Verschiebemotor 20 der Lichtquelleneinrichtung 3A betreibt, wodurch das Wechselfilter 17 verschoben wird, so dass das Fluoreszenzbeobachtungsfilter 22 in einen Zustand gebracht wird, in dem es im optischen Bestrahlungspfad angeordnet ist.
Wenn der Fluoreszenzmodus derart eingestellt ist, wird die Lichtleiterfaser 9 des elektronischen Endoskops 2A in einen solchen Zustand versetzt, dass Bestrahlungslicht des Fluoreszenzmodus, d.h. R1-, G1-, E1-Licht, wie in 3B gezeigt nacheinander zugeführt wird.
Der Gegenstand wird dadurch nacheinander mit R1-, G1- und E1-Licht bestrahlt. Wenn es mit R1- und G1-Licht bestrahlt wird, führt das elektronische Endoskop 2A denselben Betrieb durch wie bei der sukzessiven Bestrahlung mit R- und G-Licht im normalen Modus. Das bedeutet, dass, bei dem elektronischen Endoskop 2A in diesem Fall durch den Gegenstand reflektiertes R1- und G1-Licht photoelektrisch vom CCD 28 erfasst wird. Unter diesen Umständen führt das CCD 28 eine Bildaufnahme durch, ohne durch das Anregungslicht-Sperfilter 27 beeinträchtigt zu werden.
Im Gegensatz dazu wird, wenn das elektronische Endoskop eine Bestrahlung unter Verwendung des Anregungslichts E1 durchführt, das Reflexionslicht dieses Anregungslichts E1 praktisch vollständig durch das Anregungslicht-Sperrfilter 27 blockiert und die Fluoreszenz von dem Gegenstand, die innerhalb des Durchlassbands dieses Anregungslicht-Sperrfilters 27 liegt, dann photoelektrisch durch das CCD 28 erfasst.
Die Intensität dieser Fluoreszenz ist wesentlich geringer als die Intensität des durch den Gegenstand reflektierten R1- und G1-Lichts. Folglich ist ein helles Fluoreszenzbild (das sich leicht mit dem Bild des durch den Gegenstand reflektierten R1- und G1-Lichts vergleichen lässt) dafür ausgelegt, angezeigt zu werden, indem die Steuerschaltung 37 der Bildbearbeitungsvorrichtung 4A eine R- und G-Bestrahlung im vorstehend beschriebenen normalen Modus sowie eine B-Bestrahlung durchführt und einen der Signalbearbeitung gemäß dem vorherigen Fall ähnlichen Betrieb ausführt.
Insbesondere ist die Steuerschaltung 37 dafür ausgelegt, wenn eine Bildaufnahme des durch den Gegenstand reflektierten R1- und G1-Lichts durchgeführt wird, unter Verwendung des elektronischen Shutters die durch das CCD 28 aufgenommenen Bilddaten nur während eines Teils der Zeitspanne der Bestrahlungsdauer im ersten Rahmenspeicher 36a und zweiten Rahmenspeicher 36b zu speichern.
Im Gegensatz dazu, erhöht die Steuerschaltung 37, wenn die Bestrahlung mit dem Anregungslicht E1 durchgeführt wird während dieses Fluoreszenzbild aufgenommen wird, den Verstärkungsfaktor des CCD 28, beispielsweise von einem Faktor von 10 auf einen Faktor von ungefähr 100, und auch den Lampenstrom sowie die Bestrahlungslichtmenge des Anregungslichts. In diesem Fall speichert die Steuerschaltung 37 die aufgenommenen Fluoreszenzbilddaten im dritten Rahmenspeicher 36c.
Die Steuerschaltung 37 liest dann gleichzeitig die Bilddaten des ersten Rahmenspeichers 36a in den dritten Rahmenspeicher 36c in einer einzelnen Rahmenzeitspanne ein und gibt diese Bilddaten an die Bildbearbeitungsschaltung 38 aus.
Die Bildbearbeitungsschaltung 38 ist wie in 6 gezeigt ausgeführt, so dass für die Eingangssignale R1, G1 und EX die entsprechenden Ausgangswerte aus der Nachschlagetabelle 51 ausgelesen und an die R-, G- und B-Kanäle ausgegeben werden. Die Bildbearbeitungsschaltung 38 erzeugt ein synthetisiertes Bild, wobei von den RGB-Kanälen das Bildsignal auf der Seite der langen Wellenlänge des Reflexionslichts (das Wellenlängenband, das das optische Nicht-Absorptionsband von Hämoglobin umfasst) dem B-Kanal zugewiesen wird, das Bildsignal des Fluoreszenzbildes dem G-Kanal und das Bildsignal auf den Seite der kurzen Wellenlänge des Reflexionslichts (das Wellenlängenband, das das optische Absorptionsband von Hämoglobin umfasst) dem R-Kanal zugewiesen wird.
Auch in diesem Fall wird eine Kompensation im Hinblick auf den Typ des elektronischen Endoskops 2A und/oder die Charakteristika des Gegenstands der Bildaufnahme anhand der Ausgangswerte der Bildbearbeitungsschaltung 38 und auch der Ausgangssignale R', G' und B' durchgeführt, wobei die Verstärkungen der drei Bildsignale so eingestellt werden, dass die Grenzlinie der Farbtöne von normalem Gewebe und erkranktem Gewebe in einem Bereich enthalten ist, der durch die vier, auf das CIE-1976-UCS-Chromatizitätsdiagramm bezogenen Punkte (0,21, 0,53), (0,18, 0,50), (0,23, 0,44) und (0,25, 0,49) definiert ist.
Die Bilddaten, die an die R-, G- und B-Kanäle ausgegeben werden, werden dann durch eine D/A-Umwandlungsschaltung 39 in ein analoges RGB-Signal umgewandelt und dieses analoge Signal an den Bildschirm 5 ausgegeben und in Pseudofarbe als synthetisiertes Bild auf diesem Bildschirm 5 angezeigt.
Wie unter Bezugnahme auf 11 beschrieben, lassen sich normales Gewebe und erkranktes Gewebe dann in dem auf dem Bildschirm 5 angezeigten synthetisierten Bild leicht erkennen.
Infolge dessen wird mit der Bildbearbeitungsvorrichtung 4A gemäß dieser Ausführungsform ein synthetisiertes Bild erhalten, bei dem sich normales Gewebe und erkranktes Gewebe leicht erkennen lassen, indem die Verstärkungen der drei Bildsignale unter Verwendung der Bildbearbeitungsschaltung 38 so eingestellt werden, dass die Grenzlinie der Farbtöne von normalem Gewebe und erkranktem Gewebe in einem Bereich enthalten ist, der durch die vier, auf das CIE-1976-UCS-Chromatizitätsdiagramm bezogenen Punkte (0,21, 0,53), (0,18, 0,50), (0,23, 0,44) und (0,25, 0,49) definiert ist.
Folglich wird mit der Bildbearbeitungsvorrichtung 4A gemäß dieser Ausführungsform der Vorteil erzielt, dass aufgrund einer einfachen Bauart ein Bild erhalten werden kann, bei dem sich normales Gewebe und erkranktes Gewebe sehr leicht erkennen lassen.
Außerdem kann die Bildbearbeitungsschaltung 38 so ausgeführt werden, dass ein einzelnes Bild synthetisiert wird, bei dem ein Bildsignal der Seite der kurzen Wellen länge (das Wellenlängenband, das das optische Absorptionsband von Hämoglobin umfasst) des Reflexionslichts dem B-Kanal der RGB-Kanäle, das Bildsignal eines Fluoreszenzbildes dem G-Kanal derselben und das Bildsignal der Seite der langen Wellenlänge (das Wellenlängenband, das das optische Nicht-Absorptionsband von Hämoglobin umfasst) des Reflexionslichts dem R-Kanal derselben zugewiesen wird.
In diesem Fall ist die Bildbearbeitungsschaltung 38 dafür ausgelegt, die Verstärkungen der drei Eingangsbildsignale so einzustellen, dass die Grenzlinie der Farbtöne von normalem Gewebe und erkranktem Gewebe in einem Bereich enthalten ist, der durch die vier, auf das in 13 gezeigte CIE-1976-UCS-Chromatizitätsdiagramm bezogenen Punkte (0,22, 0,52), (0,18, 0,50), (0,22, 0,45) und (0,25, 0,49) definiert ist.
13 ist ein Chromatizitätsdiagramm, das auf dieselbe Art und Weise erhalten wurde wie unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben, in dem die Grenzpunkte graphisch dargestellt sind, wobei einige Punkte anzeigen, dass normales Gewebe und erkranktes Gewebe erkennbar ist, und andere Punkte, dass eine solche Erkennung schwierig ist, wenn die Verstärkungen geändert werden.
Wie in 13 gezeigt, sind die Grenzpunkte in dem Gebiet, in dem normales Gewebe und erkranktes Gewebe leicht zu erkennen sind, innerhalb eines Bereichs verteilt, der durch die vier, auf das CIE-1976-UCS-Chromatizitätsdiagramm bezogenen Grenzpunkte (0,22, 0,52), (0,18, 0,50), (0,22, 0,45) und (0,25, 0,49) definiert ist.
Daher ist das Einstellen der Verstärkungen derart, dass die Grenzpunkte in einem Bereich liegen, der durch die vier, auf das CIE-1976-UCS-Chromatizitätsdiagramm bezogenen Grenzpunkte (0,22, 0,52), (0,18, 0,50), (0,22, 0,45) und (0,25, 0,49) definiert ist, Voraussetzung dafür, die Erkennung von normalem Gewebe und erkranktem Gewebe in dem synthetisierten Bild zu erleichtern.
Somit wird, beispielsweise wenn die Synthese mit den Verstärkungen der drei, in die Bildbearbeitungsschaltung 38 eingegebenen Signale durchgeführt wird, wie vorstehend beschrieben, die so eingestellt sind, dass sich der Grenzpunkt im Zentrum des Bereichs befindet, der durch die obigen vier Grenzpunkte definiert ist, ein synthetisiertes Bild wie in 14 gezeigt angezeigt.
14 ist ein synthetisiertes Bild, das auf dem Bildschirm 5 angezeigt wird, wenn sich ein Grenzpunkt im Zentrum des durch die obigen vier Grenzpunkte definierten Bereichs befindet.
Wie in 14 gezeigt, wird das synthetisierte Bild so angezeigt, dass das nahe dem Zentrum des Bildes vorhandene erkrankte Gewebe in rosaroter Farbe dargestellt wird. Das das erkrankte Gewebe umgebende normale Gewebe wird in grüner Farbe dargestellt. Auf diese Weise lassen sich das normale Gewebe und das erkrankte Gewebe leicht identifizieren. Auch die Blutgefäße lassen sich leicht vom Gewebe unterschieden, da die Blutgefäße in einer dunkelroten Farbe angezeigt werden.
Andererseits werden, wenn die Synthese beispielsweise mit den Verstärkungen der drei, in die Bildbearbeitungsschaltung 38 eingegebenen Signale durchgeführt wird, wie vorstehend beschrieben, die so eingestellt sind, dass sich die Grenzpunkte innerhalb und außerhalb des durch die obigen vier Grenzpunkte definierten Bereichs befinden, synthetisierte Bilder wie in den 15A bis 15D dargestellt angezeigt.
In den in den 15A bis 15D gezeigten synthetisierten Bildern sind das normale Gewebe und das erkrankte Gewebe in Farben desselben Systems dargestellt, so dass sie schwer zu erkennen sind.
Bei dem in 15A gezeigten synthetisierten Bild beispielsweise, wird das erkrankte Gewebe in einer dunkelgrünen Farbe und das das erkrankte Gewebe umgebende normale Gewebe in einer grünen Farbe angezeigt. Es ist daher schwierig, das normale Gewebe und das erkrankte Gewebe leicht zu erkennen. Die Blutgefäße sind in einer dunkelgrünen Farbe dargestellt und vom Gewebe schwer zu unterscheiden.
Ebenso lassen sich, bei den in den 15B bis 15D gezeigten synthetisierten Bildern, normales Gewebe und erkranktes Gewebe nicht leicht erkennen. Es wird darauf hingewiesen, dass, bei den in den 15B bis 15D gezeigten synthetisierten Bildern, die Farbe die in der Umgebung angezeigte Farbe angibt.
Bei einer solchen Bauart erzeugt die Bildbearbeitungsschaltung 38, ein synthetisiertes Bild, indem das Bildsignal der Seite der kurzen Wellenlänge (das Wellenlängenband, das das optische Absorptionsband von Hämoglobin umfasst) des Reflexionslichts dem B-Kanal der RGB-Kanäle, das Bildsignal des Fluoreszenzbildes dem G-Kanal derselben und das Bildsignal der Seite der langen Wellenlänge (das Wellenlängenband, das das optische Nicht-Absorptionsband von Hämoglobin umfasst) des Reflexionslichts dem R-Kanal derselben zugewiesen wird, wobei infolge dessen die Verstärkungen der drei Bildsignale so eingestellt werden, dass die Grenzlinie der Farbtöne von normalem Gewebe und erkranktem Gewebe in einem Bereich enthalten ist, der durch die vier, auf das CIE-1976-UCS-Chromatizitätsdiagramm bezogenen Punkte (0,22, 0,52), (0,18, 0,50), (0,22, 0,45) und (0,25, 0,49) definiert ist. Die Bilddaten, die an die an die R-, G- und B-Kanäle ausgegeben werden, werden durch die D/A-Umwandlungsschaltung 39 in ein analoges RGB-Signal umgewandelt, bevor sie an den Bildschirm 5 ausgegeben und in Pseudofarbe als synthetisiertes Bild auf diesem Bildschirm 5 angezeigt werden.
Bei dem auf dem Bildschirm 5 angezeigten synthetisierten Bild, lassen sich, wie unter Bezugnahme auf 14 beschrieben, das normale Gewebe und das erkrankte Gewebe leicht erkennen.
Auf diese Weise lassen sich mit der Bildbearbeitungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform dieselben Vorteile wie bei der vorstehend beschriebenen, ersten Ausführungsform erzielen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Endoskopvorrichtung 1A, zusätzlich zu dem Wechselfilter 17, das mit einem Filter ausgestattet ist, das Anregungslicht nahe 400 nm blockiert, was der Anregungswellenlänge von Porphyrin entspricht, auch mit der Lichtquelleneinrichtung 4A ausgeführt werden könnte.
Wie in 16A gezeigt, besitzt dieses Filter eine Charakteristik, die eine Seite kürzerer Wellenlänge der blauen Farbe blockiert, im Unterschied zur Durchlasscharakteristik des E1-Filters 22c (in 3B gezeigt).
Folglich ist, wenn die Steuerschaltung 37 die Auswahl so durchführt, dass dieses Filter im optischen Pfad angeordnet ist, wenn Haut im Fluoreszenzmodus beobachtet wird, die Charakteristik des CCD 28 wie in 16B gezeigt. In diesem Fall erreicht bei der Endoskopvorrichtung 1A mehr Anregungslicht tiefere Gewebeteile, so dass die Intensität der Fluoreszenz aus den tieferen Teilen erhöht wird, wobei der Effekt der durch Porphyrin erzeugten Eigenfluoreszenz durch Blockieren von Anregungslicht nahe 400 nm, was der Anregungswellenlänge von Porphyrin entspricht, abgeschwächt werden kann.
Die Endoskopvorrichtung 1A könnte außerdem, anstelle des Anregungslicht-Sperrfilters 27, ein elektronisches Endoskop 2A umfassen, das mit einem Filter ausgestattet ist, das Anregungslicht und Porphyrinfluoreszenz blockiert.
Dieses Filter wird so eingestellt, dass es 490 bis 620 nm durchlässt, wie in 17A gezeigt (und daher kein rotes Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 620 mm oder mehr als 630 mm oder etwas länger durchlässt). Daher ist die Endoskopvorrichtung 1A so eingestellt, dass das Porphyrinfluoreszenzband blockiert wird, d.h. ein Teil der roten Farbe.
Folglich besitzt, wenn die Steuerschaltung 37 die Auswahl so durchführt, dass das obige Filter im optischen Pfad der Endoskopvorrichtung 1A angeordnet ist, wenn Haut im Fluoreszenzmodus beobachtet wird, das CCD 28 die in 17B gezeigte Charakteristik. In diesem Fall kann die Endoskopvorrichtung 1A die Eigenfluoreszenzkomponente aufgrund von Porphyrin weiter reduzieren. Porphyrin ist eine Substanz, bei der vier Pyrrolringe durch Methinverbindungen verbunden sind, wobei durch Verbinden dieses Porphyrins mit Eisen Häm und durch weiteres Verbinden des Häm mit Globinprotein Hämoglobin erhalten wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass, obgleich diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf eine Bildbearbeitungsvorrichtung 4A angewandt wird, bei der die Bildbearbeitungsschaltung 38 unter Verwendung einer Nachschlagetabelle 51 ausgeführt ist, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist und die vorliegende Erfindung auch auf eine Bildbearbeitungsvorrichtung angewandt werden könnte, bei der die Bildbearbeitungsschaltung 38 unter Verwendung einer Matrixschaltung oder Farbtonumwandlung ausgeführt ist.
Darüber hinaus ist, obgleich bei dieser Ausführungsform die Bildbearbeitungsvorrichtung 4A so ausgeführt ist, dass die Verstärkung der drei Eingangsbildsignale unter Verwendung einer Bildbearbeitungsschaltung 38 eingestellt wird, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und die Bildbearbeitungsvorrichtung könnte so ausgeführt werden, dass die Verstärkung der drei Eingangsbildsignale beispielsweise durch einen Vorverstärker 32 oder eine automatische Verstärkungssteuer-(ACG-)Schaltung 33 oder eine D/A-Umwandlungsschaltung 39 oder dergleichen eingestellt wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen, die beispielsweise durch teilweises Kombinieren der vorstehend beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen gebildet werden, auch in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen.
Obgleich die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden sind, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist und dass von einem Fachmann auf dem Gebiet daran verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dem in den anhängigen Ansprüchen definierten Schutzumfang abzuweichen.

Claims

Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung mit: einem Bildsyntheseabschnitt, der ein synthetisiertes Bild durch Synthetisieren eines Bildsignals eines Reflexionslichtbildes, das durch Bestrahlungslicht erzeugt wird, welches durch Bestrahlen von Körpergewebe mit Bestrahlungslicht erhalten wird, und eines Bildsignals eines Fluoreszenzbildes generiert, das durch Bestrahlen von Körpergewebe mit Anregungslicht erhalten wird, wobei die Bildbearbeitungsvorrichtung gekennzeichnet ist durch einen Verstärkungseinstellabschnitt, der die Verstärkung des Bildsignals des Reflexionslichtbildes und/oder des Bildsignals des Fluoreszenzbildes so einstellt, dass die Grenzlinien der Farbtöne von normalem Gewebe und erkranktem Gewebe bezogen auf ein vorgeschriebenes standardmäßiges Chromatizitätsdiagramm innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegen, wobei normale und erkrankte Gewebearten in dem durch den Bildsyntheseabschnitt generierten synthetisierten Bild in verschiedenen Farbtönen dargestellt werden.
Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung nach Anspruch 1, wobei das Bildsignal des Reflexionslichtbildes ein Bildsignal eines ersten Reflexionslichtbilds, das durch Bestrahlen von Körpergewebe mit Bestrahlungslicht eines Wellenlängenbandes von etwa 550 nm erhalten wird, welches ein optisches Absorptionsband von Hämoglobin darstellt, und ein Bildsignal eines zweiten Reflexionslichtbilds umfasst, das durch Bestrahlen von Körpergewebe mit Bestrahlungslicht eines Wellenlängenbandes von etwa 600 nm erhalten wird, welches ein optisches Nicht-Absorptionsband von Hämoglobin darstellt, der Bildsyntheseabschnitt das Bildsignal des ersten Reflexionslichtbildes, das Bildsignal des zweiten Reflexionslichtbildes und das Bildsignal des Fluoreszenzbildes synthetisiert, und der Verstärkungseinstellabschnitt wenigstens eine Verstärkung des Bildsignals des ersten Reflexionslichtbildes, des Bildsignals des zweiten Reflexionslichtbildes und des Bildsignals des Fluoreszenzbildes einstellt.
Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung nach Anspruch 2, wobei der Bildsyntheseabschnitt das Bildsignal des ersten Reflexionslichtbildes, das Bildsignal des zweiten Reflexionslichtbildes und das Bildsignal des Fluoreszenzbildes jeweils in unterschiedlichen Farbtönen synthetisiert.
Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung nach Anspruch 1, wobei das Bildsignal des Reflexionslichtbildes ein Bildsignal eines ersten Reflexionslichtbildes, das durch Bestrahlen von Körpergewebe mit Bestrahlungslicht eines Wellenlängenbandes von etwa 550 nm erhalten wird, welches ein optisches Absorptionsband von Hämoglobin darstellt, und ein Bildsignal eines zweiten Reflexionslichtbilds umfasst, das durch Bestrahlen von Körpergewebe mit Bestrahlungslicht eines Wellenlängenbandes von etwa 600 nm erhalten wird, welches ein optisches Nicht-Absorptionsband von Hämoglobin darstellt, der Bildsyntheseabschnitt eine Synthese durchführt, wobei dem ersten Reflexionslichtbild eine rote Farbe, dem zweiten Reflexionslichtbild eine blaue Farbe und dem Fluoreszenzbild eine grüne Farbe zugewiesen wird, und der Verstärkungseinstellabschnitt die Verstärkung der drei Bildsignale so einstellt, dass die Grenzlinien der Farbtöne von normalen und erkrankten Gewebearten, die auf dem synthetisierten Bild dargestellt sind, innerhalb eines Bereichs liegen, der durch die vier, auf das CIE-1976-UCS-Chromatizitätsdiagramm bezogenen Punkte (0,21, 0,53), (0,18, 0,50), (0,23, 0,44) und (0,25, 0,49) definiert ist.
Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung nach Anspruch 1, wobei das Bildsignal des Reflexionslichtbildes ein Bildsignal eines ersten Reflexionslichtbildes, das durch Bestrahlen von Körpergewebe mit Bestrahlungslicht eines Wellenlängenbandes von etwa 550 nm erhalten wird, welches ein optisches Absorptionsband von Hämoglobin darstellt, und ein Bildsignal eines zweiten Reflexionslichtbilds umfasst, das durch Bestrahlen von Körpergewebe mit Bestrahlungslicht eines Wellenlängenbandes von etwa 600 nm erhalten wird, welches ein optisches Nicht-Absorptionsband von Hämoglobin darstellt, der Bildsyntheseabschnitt eine Synthese durchführt, wobei dem ersten Reflexionslichtbild eine blaue Farbe, dem zweiten Reflexionslichtbild eine rote Farbe und dem Fluoreszenzbild eine grüne Farbe zugewiesen wird, und der Verstärkungseinstellabschnitt die Verstärkung der drei Bildsignale so einstellt, dass die Grenzlinien der Farbtöne von normalen und erkrankten Gewebearten, die auf dem synthetisierten Bild dargestellt sind, innerhalb eines Bereichs liegen, der durch die vier, auf das CIE-1976-UCS-Chromatizitätsdiagramm bezogenen Punkte (0,21, 0,53), (0,18, 0,50), (0,23, 0,44) und (0,25, 0,49) definiert ist.
Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung nach Anspruch 1, wobei der Verstärkungseinstellabschnitt die Verstärkung des Bildsignals des Reflexionslichtbildes und/oder des Bildsignals des Fluoreszenzbildes so einstellt, dass der Schnittpunkt bei jeweiligen Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktionen, die basierend auf dem durchschnittlichen Farbton der Pixel in einem interessierenden Bereich erhalten werden, der jeweils in Bezug auf normales Gewebe und erkranktes Gewebe festgelegt wird, bezogen auf das vorgeschriebene standardmäßige Chromatizitätsdiagramm innerhalb des vordefinieren Bereichs liegt.
Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung nach Anspruch 4, die einen normalen Bildmodus zum Generieren eines Bildsignals eines normalen Bildes aufweist, wobei der normale Bildmodus dafür ausgelegt ist, Körpergewebe nacheinander mit aus weißem Licht erzeugten Licht roter, grüner und blauer Farbe zu bestrahlen.
Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung nach Anspruch 5, die einen normalen Bildmodus zum Generieren eines Bildsignals eines normalen Bildes aufweist, wobei der normale Bildmodus dafür ausgelegt ist, Körpergewebe nacheinander mit aus weißem Licht erzeugten Licht roter, grüner und blauer Farbe zu bestrahlen.
Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung nach Anspruch 2, wobei das Bestrahlungslicht des Wellenlängenbandes, welches das optische Absorptionsband von Hämoglobin umfasst, eine Wellenlänge von 550 nm hat.
Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung nach Anspruch 2, wobei das Bestrahlungslicht des Wellenlängenbandes, welches das optische Nicht-Absorptionsband von Hämoglobin umfasst, eine Wellenlänge von 610 nm hat.
Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine Lichtquelle (12), die ein Bestrahlungslicht, das aus zwei unterschiedlichen Wellenlängenbändern besteht, einem Wellenlängenband von etwa 550 nm, welches ein optisches Absorptionsband von Hämoglobin darstellt, und einem Wellenlängenband von etwa 600 nm, welches ein optisches Nicht-Absorptionsband von Hämoglo bin darstellt, und ein Anregungslicht abgibt, das innerhalb eines Wellenlängenbands zur Fluoreszenzanregung liegt, einen Bildaufnahmeabschnitt (28), der jeweils zwei Reflexionslichtbilder, die durch Reflexionslicht erzeugt wurden, das durch Reflexion nach dem Bestrahlen von Körpergewebe mit Bestrahlungslicht der zwei unterschiedlichen Wellenlängenbänder von der Lichtquelle erhalten wurde, und ein Fluoreszenzbild aufnimmt, das durch Fluoreszenz erzeugt wurde, die durch Bestrahlen von Körpergewebe mit Anregungslicht von der Lichtquelle angeregt wurde, und einen Bildbearbeitungsabschnitt (4A), der durch Signalverarbeitung der Bildsignale der zwei Reflexionslichtbilder, die durch eine Bildaufnahme durch den Bildaufnahmeabschnitt erhalten wurden, und des Bildsignals des Fluoreszenzbildes ein bearbeitetes Bild generiert, wobei der Bildbearbeitungsabschnitt (4A) umfasst: einen Signaleingabeabschnitt, der drei Bildsignale eingibt, die aus den Bildsignalen der zwei durch den Bildaufnahmeabschnitt aufgenommenen Reflexionslichtbilder und dem Bildsignal des Fluoreszenzbildes bestehen, den Bildsyntheseabschnitt, der das synthetisierte Bild durch eine Bildsynthese des Bildsignals des Wellenlängenbandes, welches das optische Absorptionsband von Hämoglobin umfasst, des Bildsignals des Wellenlängenbandes, welches das optische Nicht-Absorptionsband von Hämoglobin umfasst, und des Fluoreszenzbildsignals generiert, und den Verstärkungseinstellabschnitt, der die Verstärkung der drei durch den Signaleingabeabschnitt eingegebenen Bildsignale so einstellt, dass die Grenzlinien der Farbtöne von normalen und erkrankten Gewebearten, die auf dem synthetisierten Bild dargestellt sind, welches durch den Bildsyntheseabschnitt synthetisiert worden ist, innerhalb eines Bereichs liegen, der durch die vier, auf das CIE-1976-UCS-Chromatizitätsdiagramm bezogenen Punkte (0,21, 0,53), (0,18, 0,50), (0,23, 0,44) und (0,25, 0,49) definiert ist.
Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung nach Anspruch 11, wobei der Bildsyntheseabschnitt eine Synthese durchführt, wobei einem der zwei Reflexionslichtbilder eine rote Farbe, dem anderen eine blaue Farbe und dem Fluoreszenzbild eine grüne Farbe zugewiesen wird.
Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung nach Anspruch 11, wobei der Bildsyntheseabschnitt eine Synthese durchführt, indem er einem der zwei Reflexionslichtbilder eine blaue Farbe, dem anderen eine rote Farbe und dem Fluoreszenzbild eine grüne Farbe zuweist.
Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung nach Anspruch 11, wobei der Verstärkungseinstellabschnitt die Verstärkung des Bildsignals des Reflexionslichtbildes und/oder des Bildsignals des Fluoreszenzbildes so einstellt, dass der Schnittpunkt bei jeweiligen Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktionen, die basierend auf dem durchschnittlichen Farbton der Pixel in interessierenden Bereichen erhalten werden, die jeweils in Bezug auf normales Gewebe und erkranktes Gewebe festgelegt werden, bezogen auf das vorgeschriebene standardmäßige Chromatizitätsdiagramm innerhalb des vordefinieren Bereichs liegt.
Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung nach Anspruch 11, wobei das Fluoreszenzwellenlängenband ein Wellenlängenband ist, das eine Wellenlänge von 520 nm umfasst, und die zwei Reflexionslichtbänder Wellenlängenbänder sind, die Wellenlängen von 550 nm bzw. 600 nm umfassen.
Bildbearbeitungsvorrichtung zur Fluoreszenzbeobachtung nach Anspruch 11, wobei die Wellenlängenbreite der zwei Reflexionslichtbänder nicht mehr als 20 nm beträgt.