JP2001340283A

JP2001340283A - 蛍光画像表示方法および表示装置

Info

Publication number: JP2001340283A
Application number: JP2000168047A
Authority: JP
Inventors: Tomonari Sendai; 知成千代
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2001-12-11

Abstract

(57)【要約】【課題】励起光の照射により生体組織から発生する自
家蛍光画像に基づく演算画像を表示する蛍光画像表示方
法および装置において、演算画像のＳ／Ｎを向上させ
る。【解決手段】ＧａＮ系半導体レーザ１１４から励起光
を生体組織１０に照射する。生体組織１０から発せられ
る自家蛍光像Ｚｊは、画像検出ユニット４００にて、光
学透過フィルタ３０３を透過し、波長帯域の異なる２つ
の蛍光画像として検出される。画像演算ユニット４００
では、逆正接関数に基づいたＮＦ演算を行なって演算画
像を生成し、モニタユニット６００に表示する。逆正接
関数に基づいたＮＦ演算を行なって演算画像を生成する
ことにより、演算画像のＳ／Ｎが向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、励起光の照射によ
り生体組織から発生した蛍光を測定し、生体組織に関す
る情報を表す画像として表示する蛍光画像表示方法およ
び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、生体内在色素の励起光波長領
域にある励起光を生体組織に照射した場合に、正常組織
と病変組織では、発する蛍光強度が異なることを利用し
て、生体組織に所定波長領域の励起光を照射し、生体内
在色素が発する蛍光を受光することにより病変組織の局
在、浸潤範囲を蛍光画像として表示する技術が提案され
ている。

【０００３】通常、励起光を照射すると、図１に実線で
示すように正常組織からは強い蛍光が発せられ、病変組
織からは破線で示すように微弱な蛍光が発せられるた
め、蛍光強度を測定することにより、生体組織が正常で
あるか病変状態にあるかを判定することができる。

【０００４】また、励起光による蛍光の強度を画像とし
て表示する場合、生体組織に照射される励起光の照射角
度および距離の違い等により生体組織が受光する励起光
強度が変化し、この励起光の受光強度の違いにより生体
組織から発生する蛍光強度が変化するので、蛍光の強度
の情報だけでは生体組織の組織性状を正確に識別するこ
とができない。このため、生体組織が受光した励起光の
強度と、この励起光の受光により前記生体組織から発生
した蛍光の強度との比率、すなわち励起光を照射する距
離や角度によって影響を受けない値である蛍光収率を反
映した値を求めて画像表示することにより、生体組織の
組織性状を識別する方式等が提案されている。

【０００５】生体の組織性状を反映した蛍光スペクトル
の形状の違いに基づいた画像表示方法として、異なる波
長帯域から取得した２種類の蛍光強度の比を除算により
求め、その除算値に基づく演算画像を表示する手法、ま
た、蛍光収率を反映した値を求めて画像表示する方法と
して、種々の生体組織に対して一様な吸収を受ける近赤
外光を参照光として生体組織に照射し、この参照光の照
射を受けた生体組織によって反射された反射光の強度を
検出して、蛍光強度との比を除算により求め、その除算
値に基づく演算画像を表示する手法が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、生体組
織からの蛍光強度は非常に弱いために、測定される蛍光
画像のＳ／Ｎは非常に低い。従って、このような蛍光画
像を用いた除算値に基づく演算画像のＳ／Ｎも非常に低
くなり、正常組織と病変組織との識別が非常に困難とな
る。

【０００７】本発明は上記のような従来技術の問題点に
鑑みて、互いに異なる波長帯域の蛍光画像の比に基づい
た演算画像を表示する方法および装置、蛍光画像と参照
画像の比に基づいた演算画像を表示する方法および装置
において、演算画像のＳ／Ｎを向上させ、正常組織と病
変組織の画像での識別をより高い精度で行なうことがで
きる方法および装置を提供することを目的とするもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による蛍光画像表
示方法は、励起光の照射により生体組織から発生する蛍
光から互いに異なる波長帯域の蛍光画像をそれぞれ検出
し、互いに異なる波長帯域の蛍光画像の比に基づいた演
算を行なって演算画像を生成し、その演算画像を表示す
る蛍光画像表示方法において、互いに異なる波長帯域の
蛍光画像にそれぞれ異なる方向のベクトルを割り当て、
そのベクトルの和に基づいて前記演算を行なって演算画
像を生成することを特徴とするものである。

【０００９】ここで、前記「互いに異なる波長帯域の蛍
光画像の比に基づいた演算」とは、互いに異なる波長帯
域の蛍光画像の各画像において、同じ座標軸上にある各
画素値（デジタルデータ）同志の除算もしくはそれに類
する演算を行なうことを意味する。また、演算画像と
は、その演算値を各画素値としたものである。

【００１０】また、前記「互いに異なる波長帯域の蛍光
画像にそれぞれ異なる方向のベクトルを割り当てる」と
は、各画像の各画素値の大きさをベクトルの大きさと
し、各画像の同じ座標軸上にある各画素値同志が、それ
ぞれ異なるベクトルの方向（同じ画像においては、全画
素のベクトルが同じ方向を持っている。）を持つものと
考えることを意味する。図２にその模式図を示す。図２
における蛍光画像１、蛍光画像２は、互いに異なる波長
帯域の蛍光画像で、ベクトルの方向は、互いに直角をな
している。また、Ｓｉｇｎａｌ１は、蛍光画像１の画素
値の信号成分を意味し、Ｎｏｉｓｅ１は、蛍光画像１の
画素値のノイズ成分を意味する。同じく、蛍光画像２の
Ｓｉｇｎａｌ２、Ｎｏｉｓｅ２はそれぞれ蛍光画像２の
画素値の信号成分、ノイズ成分を意味する。

【００１１】また、前記「ベクトルの和に基づいて前記
演算を行なう」とは、図２における蛍光画像１と蛍光画
像２の画素値のベクトルの和の方向もしくは大きさを、
各画像の各画素値同志の除算もしくはそれに類する演算
値を用いて求めることを意味する。図２におけるＳｉｇ
ｎａｌ３は、蛍光画像１と蛍光画像２の画素値のベクト
ルの和の画素値の信号成分を意味し、Ｎｏｉｓｅ３はノ
イズ成分を意味する。

【００１２】また、各画像の各画素値の除算値を用いて
ベクトルの和の方向を表す演算を、ベクトルの和とその
ベクトルの和を成すそれぞれ異なる方向のベクトルのい
ずれか一方とが成す角を求める演算とすることができ
る。これは、図２において、蛍光画像１の画素値のベク
トルと蛍光画像１と蛍光画像２の画素値のベクトルの和
が成す角θを求めることを意味する。

【００１３】また、ベクトルの和とそのベクトルの和を
成すそれぞれ異なる方向のベクトルのいずれか一方とが
成す角を求める演算として、逆正接関数を用いた演算を
利用することができる。このとき、逆正接関数を用いた
演算は、（１）式のように表される。

【００１４】 θ＝atan（蛍光画像２／蛍光画像１）…（１）ここで、前記「互いに異なる波長帯域の蛍光画像の比に
基づく演算」をＮＦ演算、その演算値をＮＦ演算値と呼
ぶことにする。

【００１５】また、本発明による蛍光画像表示方法は、
励起光の照射により生体組織から発生する蛍光から蛍光
画像を検出し、参照光の照射により生体組織から反射さ
れる反射光による参照画像を検出し、蛍光画像と参照画
像の比に基づいて演算を行なって演算画像を生成し、そ
の演算画像を表示する蛍光画像表示方法において、蛍光
画像と参照画像にそれぞれ異なる方向のベクトルを割り
当て、そのベクトルの和に基づく前記演算を行なって演
算画像を生成するものとしてもよい。

【００１６】このときの前記「蛍光画像と参照画像の比
に基づく演算」をＡＦ演算、その演算値をＡＦ演算値と
呼ぶことにする。

【００１７】また、演算画像を生成する手法としては、
ベクトルの和に基いたＮＦ演算値またはベクトルの和に
基いたＡＦ演算値の大きさに応じて画素毎に異なる色を
割り当てる方法を採用することができる。ここで、ＮＦ
演算値またはＡＦ演算値の大きさに応じて異なる色を割
り当てる手法は、要するに病変組織と正常組織の識別が
できれば如何なるものでもよい。具体的には、例えば、
予め基準値を設けておき、その基準値に対して、ＮＦ演
算値またはＡＦ演算値が大きいか小さいかにより、２値
判定し、その２値に対して２種類の色を割り当てる手法
が使用できる。なお、基準値は、予め正常組織または病
変組織であることが明らかである生体組織から算出した
値とすることができる。また、ＮＦ演算値またはＡＦ演
算値の大きさをそのままマンセル表色系における色相
（Ｈｕｅ）に割り当てる手法等を使用することができ
る。

【００１８】また、個々の色は、図３に示すように、色
相、明度、彩度の色の三属性により、三次元的に表現す
ることができ、この中で色相を表すのは２次元平面上の
θである。従って、前記逆正接関数を用いたＮＦ演算値
またはＡＦ演算値に色を割り当てることは、好適である
と言える。

【００１９】本発明による蛍光画像表示装置は、生体組
織に励起光を照射する励起光照射手段と、励起光の照射
により生体組織から発生する蛍光から互いに異なる波長
帯域の蛍光画像をそれぞれ検出する蛍光画像検出手段
と、互いに異なる波長帯域の蛍光画像に基づいて演算を
行なって演算画像を生成する画像生成手段と、演算画像
を表示する表示手段とからなる蛍光画像表示装置におい
て、互いに異なる波長帯域の蛍光画像にそれぞれ異なる
方向のベクトルを割り当て、そのベクトルの和に基づい
て前記演算を行なうベクトル演算手段を備えたことを特
徴とするものである。

【００２０】また、本発明による蛍光画像表示装置は、
生体組織に励起光および参照光を照射する照射手段と、
励起光の照射により生体組織から発生する蛍光から蛍光
画像を検出する蛍光画像検出手段と、参照光の照射によ
り生体組織から反射される反射光による参照画像を検出
する参照画像検出手段と、蛍光画像と参照画像に基づい
て演算を行なって演算画像を生成する画像生成手段と、
演算画像を表示する表示手段とからなる蛍光画像表示装
置において、蛍光画像および参照画像にそれぞれベクト
ルを割り当て、そのベクトルの和に基づいて前記演算を
行なうベクトル演算手段を備えたものとすることもでき
る。

【００２１】また、前記ベクトル演算手段を、逆正接関
数に基づく演算手段とすることができる。

【００２２】また、前記画像生成手段が、ＮＦ演算値ま
たはＡＦ演算値の大きさに応じて画素毎に異なる色を割
り当てる手段を備えたものとすることができる。

【００２３】また、本発明における蛍光画像表示装置に
おいては、励起光として、正常組織の特徴的な光強度ピ
ークから外れた、３８０ｎｍから４２０ｎｍの波長の光
を用いることが望ましい。上記励起光を照射する照射手
段としては、ＧａＮ系の半導体レーザが好適である。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、２つの画像にそれぞれ
異なる方向のベクトルを割り当て、そのベクトルの和の
方向あるいは大きさを、各画像の各画素値同志の除算も
しくはそれに類する演算値を用いて求めて、その演算値
に基づく演算画像を生成するようにしたので、各画像の
画素値のバラツキに起因する低いＳ／Ｎを、高くするこ
とができるとともに、病変組織と正常組織のコントラス
トが向上するという効果を奏することができる。以下、
その理由を説明する。

【００２５】互いに異なる波長帯域の蛍光画像にそれぞ
れ異なる方向のベクトルを割り当て、逆正接関数を用い
てＮＦ演算を行なって演算画像を算出したときの演算画
像のＳ／Ｎを表１に示す。また、表１では、各蛍光画像
の除を用いたＮＦ演算を行なって演算画像を算出したと
きの演算画像のＳ／Ｎも示す。

【００２６】互いに異なる波長帯域の蛍光画像は、模式
的に各画像における画素値の平均値が１、標準偏差が１
である画像を想定している。この模式的な画像は非常に
Ｓ／Ｎが悪い場合といえる。また、各蛍光画像には、オ
フセット値としてそれぞれ５を加えている。各蛍光画像
にオフセットを付加するとは、各画像の各画素値に一定
のオフセット値を加えることを意味する。このオフセッ
ト値については、演算の都合上付加したものであり、逆
正接関数を用いた演算値に基づく演算画像のＳ／Ｎと除
算値による演算画像のＳ／Ｎの高低を比較する上では、
その影響はないため、ここでは特に考慮する必要はな
い。

【００２７】

【表１】表１において、バラツキは、除算によるＮＦ演算値およ
び逆正接関数を用いたＮＦ演算値の標準偏差を、平均値
は、ＮＦ演算値の平均値を、Ｓ／Ｎは、平均値／バラツ
キを意味するものとする。

【００２８】表１より、逆正接関数を用いたＮＦ演算値
の方が、除算によるＮＦ演算値よりＳ／Ｎが向上してい
ることが分かる。

【００２９】また、互いに異なる波長帯域の蛍光画像の
各画像を表２の条件に基づいて模式的に想定し、ＮＦ演
算を行ない演算画像を算出し、この時の演算画像のＳ／
Ｎを分離度として計算した結果を表３に示す。

【００３０】

【表２】

【表３】互いに異なる波長帯域の蛍光画像を蛍光画像１、蛍光画
像２とすると、表２において、信号１の分子値は、病変
組織の蛍光画像１における画素値の平均値、信号値１の
分母値は、病変組織の蛍光画像２における画素値の平均
値、信号値１のバラツキは、病変組織の蛍光画像１およ
び蛍光画像２における画素値の標準偏差を模式的に表し
た値である。

【００３１】信号２の分子値は、正常組織の蛍光画像１
における画素値の平均値、信号２の分母値は、正常組織
の蛍光画像２における画素値の平均値、信号２のバラツ
キは、正常組織の蛍光画像１および蛍光画像２における
画素値の標準偏差を模式的に表した値である。

【００３２】信号１および信号２のオフセットは、オフ
セット値５を加えて逆正接関数を用いた演算および除算
による演算を行なったことを意味するが、演算の都合上
付加したものであり、逆正接関数を用いた演算値に基づ
く演算画像の分離度と除算値による演算画像の分離度の
大小を比較する上では、その影響はないため、ここでは
特に考慮する必要はない。

【００３３】分離度は、（３）式により定義される。

【００３４】分離度＝（Ａｖｅ_２−Ａｖｅ₁）²／（ＳＤ_２＋ＳＤ₁）² … （３）Ａｖｅ₁は、病変組織の蛍光画像１と蛍光画像２をＮＦ
演算した時のＮＦ演算値の平均値を示す。Ａｖｅ_２は、
正常組織の蛍光画像１と蛍光画像２をＮＦ演算した時の
ＮＦ演算値の平均値を示す。ＳＤ₁は、病変組織の蛍光
画像１と蛍光画像２をＮＦ演算した時のＮＦ演算値の標
準偏差を示す。ＳＤ_２は、正常組織の蛍光画像１と蛍光
画像２をＮＦ演算した時のＮＦ演算値の標準偏差を示
す。つまり、この分離度が、大きい値である程、演算画
像における病変組織と正常組織のコントラストが向上し
ていることを意味する。

【００３５】表３において、除算によるＮＦ演算値は、
Ａｖｅ_１が、０．８６（信号値１の平均）、Ａｖｅ
_２が、１．０（信号値２の平均）、ＳＤ_１が、０．２
（信号値１のバラツキ）、ＳＤ_２が、０．２１（信号値
２のバラツキ）であり、これらの値から分離度を計算し
た値が、０．１２であることを示している。また、同様
に逆正接関数を用いたＮＦ演算値によるＡｖｅ_１、Ａｖ
ｅ_２、ＳＤ_１、ＳＤ_２から分離度を計算した値は、０．
１４であることを示している。なお、平均値のデータ数
は略２０００点である。

【００３６】上記結果より、逆正接関数を用いたＮＦ演
算の方が、除算によるＮＦ演算より分離度が良くなって
おり、つまり、病変組織と正常組織のコントラストが向
上していることが分かる。

【００３７】また、蛍光画像と参照画像の各画像をＡＦ
演算した場合においても、同様である。

【００３８】上記のように構成された本発明の蛍光画像
表示方法装置あるいは方法によれば、互いに異なる波長
帯域の蛍光画像の比に基づいて演算を行なって演算画像
を生成し表示するにあたり、互いに異なる波長帯域の蛍
光画像にそれぞれ異なる方向のベクトルを割り当て、そ
のベクトルの和に基いてＮＦ演算を行なうことにより、
そのＮＦ演算値に基づく演算画像のＳ／Ｎを向上させる
ことができるので、正常組織と病変組織をより高い精度
で検出することができる。

【００３９】また、ベクトルの和に基づく演算を、ベク
トルの和とそのベクトルの和を成すそれぞれ異なる方向
のベクトルのいずれか一方とが成す角を求める演算とす
ることができるので、この角を三次元的に表現される色
の三属性の色相、明度、彩度における、色相を表す２次
元平面上のθとすることにより、色相を明確に割り当て
ることができる。

【００４０】また、ベクトルの和に基づいたＮＦ演算に
逆正接関数を用いることにより、演算処理を簡略化する
ことができる。

【００４１】また、逆正接関数を用いたＮＦ演算値に基
づく演算画像を生成するにあたり、逆正接関数を用いた
ＮＦ演算を行なった演算値の大きさに応じて異なる色を
割り当てることにより、正常組織と病変組織の識別をよ
り明確に行なうことができる。

【００４２】また、蛍光画像と参照画像の比に基づいて
ＡＦ演算を行ない、演算画像を生成し表示するにあた
り、蛍光画像および参照画像にそれぞれ異なる方向のベ
クトルを割り当て、そのベクトルの和に基いてＡＦ演算
を行なうことによっても、そのＡＦ演算値に基づく演算
画像のＳ／Ｎを向上させることができるので、正常組織
と病変組織をより高い精度で検出することができる。

【００４３】また、ベクトルの和に基づいたＡＦ演算に
逆正接関数を用いることにより、演算処理を簡略化する
ことができる。

【００４４】また、逆正接関数を用いたＡＦ演算値に基
づく演算画像を生成するにあたり、逆正接関数を用いた
ＡＦ演算を行なった演算値の大きさに応じて異なる色を
割り当てることにより、正常組織と病変組織の識別をよ
り明確に行なうことができる。

【００４５】また、正常組織の特徴的な光強度のピーク
から外れた、３８０ｎｍから４２０ｎｍの波長の励起光
を用いることにより、生体組織について、より信頼性の
高い情報を得ることができる。また、上記励起光照射手
段としてＧａＮ系半導体レーザを用いることにより、装
置の小型化および低価格化が可能となる。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について図面を用いて説明する。図４は、本発明の蛍
光画像表示方法を実施する蛍光画像表示装置を蛍光内視
鏡装置に適用した概略構成を示す図である。

【００４７】本実施の形態による蛍光内視鏡装置は、患
者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡１００、通
常画像用白色光Ｌｗおよび自家蛍光画像用励起光Ｌｒを
それぞれ射出する２つの光源を備えた照明ユニット１１
０と、この自家蛍光により生体組織１０から発生した自
家蛍光像Ｚｊを撮像し、デジタル値に変換して２次元画
像データとして出力する画像検出ユニット３００と、画
像検出ユニット３００から出力された２次元画像データ
を各画素について、逆正接関数を用いたＮＦ演算を行な
い演算画像を算出し、予め記憶されている基準値と比較
をして、比較結果に応じた信号を出力する画像演算ユニ
ット４００と、通常画像をデジタル値に変換して２次元
画像データとし、その２次元画像データおよび画像演算
ユニット４００の出力信号をビデオ信号に変換して出力
する表示信号処理ユニット５００および各ユニットに接
続され、動作タイミングの制御を行う制御用コンピュー
タ２００とから構成される蛍光診断装置１、表示信号処
理ユニット５００で処理された信号を可視画像として表
示するモニタユニット６００から構成されている。

【００４８】内視鏡１００は、内部に先端まで延びる
ライトガイド１０１、ＣＣＤケーブル１０２およびイ
メージファイバ１０３を備えている。ライトガイド１
０１およびＣＣＤケーブル１０２の先端部、即ち内視
鏡１００の先端部には、照明レンズ１０４および対物
レンズ１０５を備えている。また、イメージファイバ
１０３は石英ガラスファイバであり、その先端部には集
光レンズ１０６を備えている。ＣＣＤケーブル１０２の
先端部には、通常画像用撮像素子１０７が接続され、そ
の通常画像用撮像素子１０７には、反射用プリズム１０
８が取り付けられている。ライトガイド１０１は、多
成分ガラスファイバである白色光ライトガイド１０１ａ
および石英ガラスファイバである励起光ライトガイド１
０１ｂがバンドルされ、ケーブル状に一体化されてお
り、白色光ライトガイド１０１ａおよび励起光ライトガ
イド１０１ｂは照明ユニット１１０に接続されている。
ＣＣＤケーブル１０２の一端は、表示信号処理ユニッ
ト５００に接続され、イメージファイバ１０３の一端
は、画像検出ユニット３００へ接続されている。

【００４９】照明ユニット１１０は、通常画像用白色光
Ｌｗを発する白色光源１１１、その白色光源１１１に
電気的に接続された白色光源用電源１１２、白色光源
１１１から射出された白色光を集光する白色光用集光レ
ンズ１１３、蛍光画像用の励起光Ｌｒを発するＧａＮ系
半導体レーザ１１４およびそのＧａＮ系半導体レーザ１
１４に電気的に接続されている半導体レーザ用電源１１
５、ＧａＮ系半導体レーザから射出される励起光を集光
する励起光用集光レンズを備えている。

【００５０】画像検出ユニット３００には、イメージ
ファイバ１０３が接続され、イメージファイバ１０３に
より伝搬された自家蛍光画像を結像系に導く蛍光用コリ
メートレンズ３０１、自家蛍光画像から励起光近傍付近
の波長をカットする励起光カットフィルタ３０２、その
励起光カットフィルタ３０２を透過した自家蛍光画像か
ら所望の波長帯域を切り出す光学透過フィルタ３０３、
その光学透過フィルタ３０３を回転させるフィルタ回転
装置３０４、その光学透過フィルタ３０３を透過した自
家蛍光画像を結像させる蛍光用集光レンズ３０５、蛍光
用集光レンズ３０５により結像された自家蛍光画像を撮
像する蛍光画像用高感度撮像素子３０６、蛍光画像用高
感度素子３０６により撮像された自家蛍光画像をデジタ
ル値に変換して２次元画像データとして出力するＡＤ変
換器３０７を備えている。

【００５１】上記光学透過フィルタ３０３は図５に示す
ような、２種類の光学フィルタ３０３ａおよび３０３ｂ
から構成され、光学フィルタ３０３ａは４３０ｎｍから
７３０ｎｍまでの波長の光を透過させるバンドパスフィ
ルタであり、光学フィルタ３０３ｂは４８０ｎｍ±５０
ｎｍの光を透過させるバンドパスフィルタである。

【００５２】画像演算ユニット４００は、デジタル化さ
れた自家蛍光画像信号データを記憶する画像データメモ
リ４０１、画像データメモリに記憶されたデータから病
変組織であるか正常組織であるかの判定を行なうため予
め基準値ＲＥを記憶している基準値用メモリ４０２、そ
の画像データメモリの各画素のデータから逆正接関数を
用いたＮＦ演算を行なって演算画像を算出し、基準値用
メモリ４０２の基準値ＲＥと比較を行ない比較結果に応
じた演算画像を生成し出力する画像間演算部４０３を備
えている。基準値ＲＥは、予め正常組織または病変組織
であることが明らかである生体組織の自家蛍光画像の各
画素のデータに基づいて設定された値である。

【００５３】表示信号処理ユニット５００は、通常画像
用撮像素子１０７で得られた映像信号をデジタル化する
ＡＤ変換器５０１、デジタル化された通常画像信号を保
存する通常画像データメモリ５０２、通常画像データメ
モリ５０２から出力された画像信号および画像間演算部
４０３の演算画像をビデオ信号に変換するビデオ信号処
理回路５０３を備えている。モニタユニット６００は、
通常画像用モニタ６０１、演算画像用モニタ６０２を備
えている。

【００５４】次に以上のように構成された本実施の形態
による蛍光画像表示装置を適用した内視鏡装置の作用に
ついて説明する。まず、通常画像表示時の作用を説明す
る。

【００５５】通常画像表示時には、制御コンピュータ２
００からの信号に基づき白色光用源電源１１２が駆動
され、白色光源１１１から白色光Ｌｗが射出される。白
色光Ｌｗは、白色光用集光レンズ１１３を経て白色光
ライトガイド１０１ａに入射され、内視鏡先端部まで導
光された後、照明レンズ１０４から生体組織１０へ照射
される。

【００５６】白色光Ｌｗの反射光は対物レンズ１０５に
よって集光され、反射用プリズム１０８に反射して、通
常画像用撮像素子１０７に結像される。通常画像用撮像
素子１０７からの映像信号はＡＤ変換器５０１へ入力さ
れ、デジタル化された後、通常画像データメモリ５０２
に保存される。その通常画像データメモリ５０２により
保存された通常画像信号は、ビデオ信号処理回路５０３
によってＤＡ変換後に通常画像用モニタ６０１に入力さ
れ、そのモニタ６０１に可視画像として表示される。上
記一連の動作は、制御コンピュータ２００によって制御
される。

【００５７】次に、互いに異なる波長帯域の蛍光画像を
用いて演算画像を表示する場合の作用について説明す
る。演算画像表示時には、制御コンピュータ２００から
の信号に基づき、半導体レーザ用電源１１５が駆動さ
れ、ＧａＮ系半導体レーザ１１４から波長４１０nmの励
起光Ｌｒが射出される。励起光Ｌｒは、励起光用集光レ
ンズ１１６を透過し、励起光ライトガイド１０１ｂに入
射され、内視鏡先端部まで導光された後、照明レンズ１
０４から生体組織１０へ照射される。

【００５８】励起光Ｌｒを照射されることにより生じる
生体組織１０からの自家蛍光は、集光レンズ１０６に
より集光され、イメージファイバ１０３の先端に入射さ
れ、イメージファイバ１０３を経て、励起光カットフ
ィルタ３０２に入射する。

【００５９】励起光カットフィルタ３０２を透過した自
家蛍光は、光学透過フィルタ３０３に入射される。な
お、励起光カットフィルタ３０２は、波長４２０ｎｍ以
上の全蛍光を透過するロングパスフィルタである。励起
光Ｌｒの波長は４１０ｎｍであるため、生体組織１０で
反射された励起光は、この励起光カットフィルタでカッ
トされ、光学透過フィルタ３０３へ入射することはな
い。

【００６０】制御コンピュータ２００により、フィルタ
回転装置３０４が駆動され、自家蛍光像Ｚｊは、光学フ
ィルタ３０３ａまたは３０３ｂを透過した後、蛍光用集
光レンズ３０５により結像され、蛍光画像用高感度撮像
素子３０６により撮像され、蛍光画像用高感度撮像素子
３０６からの映像信号はＡＤ変換器３０７へ入力され、
デジタルデータに変換された後、画像データメモリ４０
１に保存される。

【００６１】演算部４０３では、画像データメモリ４０
１に保存された各画像の各画素値により、逆正接関数を
用いたＮＦ演算を行う。各画素のＮＦ演算値は、基準値
メモリ部４０２に予め保存された基準値ＲＥとの比較を
行い、各画素について、正常組織であるか病変組織であ
るかの判定を行い、その判定に基づいた演算画像を生成
する。基準値メモリ部４０２に保存された基準値ＲＥ
は、予め正常組織または病変組織であることが明らかで
ある生体組織から算出された画素値であり、正常組織で
あるか病変組織であるかの判定は、この基準値ＲＥに対
してＮＦ演算値が大きいか小さいかにより行なう。

【００６２】演算画像は、演算画像用モニタ６０２によ
り表示される。ＮＦ演算値が基準値ＲＥ以下である場合
と、演算値が基準値ＲＥより大きい場合とで、測定され
た領域の表示色を変えることにより、測定者は、比較結
果を瞬時に認識可能となる。

【００６３】なお、ここでは２値判定としたが、このよ
うな基準値メモリ４０２と演算部４０３の比較判定を行
うことなく、ＮＦ演算値の大きさをそのままマンセル表
色系における色相（Ｈｕｅ）に割り当て演算画像を生成
し表示したり、ＮＦ演算値をアナログ量としてそのま
ま、表示したりすることもできる。

【００６４】上記のように構成された本発明の蛍光画像
表示装置あるいは方法によれば、互いに異なる波長帯域
の蛍光画像の比に基づいて演算を行なって演算画像を生
成し表示するにあたり、互いに異なる波長帯域の蛍光画
像にそれぞれ異なる方向のベクトルを割り当て、そのベ
クトルの和に基いてＮＦ演算を行なうことにより、その
ＮＦ演算値に基づく演算画像のＳ／Ｎを向上させること
ができるので、正常組織と病変組織をより高い精度で検
出することができる。

【００６５】また、ベクトルの和に基づいたＮＦ演算に
逆正接関数を用いることにより、演算処理を簡略化する
ことができる。

【００６６】また、逆正接関数を用いたＮＦ演算値に基
づく演算画像を生成するにあたり、逆正接関数を用いた
ＮＦ演算を行なった演算値の大きさに応じて異なる色を
割り当てることにより、正常組織と病変組織の識別をよ
り明確に行なうことができる。

【００６７】以下、本発明の具体的な第二の実施の形態
について説明する。その構成は図４および図５に示す具
体的な第１の実施の形態とほぼ同様であるため、異なる
要素のみ、図４および図５内に要素番号を記載する。な
お、第１の実施の形態と同等の要素についての説明は、
特に必要のない限り省略する。

【００６８】本実施の形態による蛍光内視鏡装置は、上
記第１の実施形態の、白色光源１１１を参照光源として
利用し、画像検出ユニット７００は、光学透過フィルタ
３０３の代わりに光学透過フィルタ７０１を備えたもの
である。白色光源１１１から射出される白色光Ｌｗに
は、参照光Ｌｓとして利用できる波長帯域の光が含まれ
ているため、参照光源として利用できる。

【００６９】また、光学透過フィルタ７０１は、蛍光画
像を透過するフィルタ７０１aおよび参照画像を透過す
るフィルタ７０１ｂとから構成され、光学フィルタ７０
１ａは、４３０ｎｍから７３０ｎｍまでの波長の光を透
過させるバンドパスフィルタであり、光学フィルタ７０
１ｂは、参照光の波長帯域である７５０ｎｍから９００
ｎｍまでの光を透過させるバンドパスフィルタである。

【００７０】自家蛍光画像と参照画像を用いて演算画像
を表示する場合の作用について説明する。演算画像表示
時には、制御コンピュータ２００からの信号に基づき、
白色光源電源１１２が駆動され、白色光Ｌｗが射出され
る。この白色光Ｌｗには、波長帯域が７５０ｎｍから９
００ｎｍまでの参照光Ｌｓが含まれる。参照光Ｌｓを含
む白色光Ｌｗは、レンズ１１３を透過し、白色光ライト
ガイド１０１ａに入射され、内視鏡先端部まで導光され
た後、照明レンズ１０４から生体組織１０へ照射され
る。

【００７１】参照光Ｌｓを含む白色光Ｌｗを照射される
ことにより生じる生体組織１０からの反射光は、集光レ
ンズ１０６により集光され、イメージファイバ１０３
の先端に入射され、イメージファイバ１０３を経て、
励起光カットフィルタ３０２に入射する。励起光カット
フィルタ３０２を透過した蛍光は、光学透過フィルタ７
０１に入射される。

【００７２】制御コンピュータ２００により、フィルタ
回転装置３０４が駆動され、参照画像Ｚｓは、光学フィ
ルタ７０１ｂを透過した後、蛍光用集光レンズ３０５に
より結像され、蛍光画像用高感度撮像素子３０６により
撮像され、蛍光画像用高感度撮像素子３０６からの映像
信号はＡＤ変換器３０７へ入力され、デジタルデータに
変換された後、画像データメモリ４０１に保存される。
この時、光学フィルタ７０１ｂでは、白色光Ｌｗに含ま
れる参照光Ｌｓの照射により生体組織１０から反射され
る反射光による参照画像Ｚｓのみを透過する。また、画
像データメモリ４０１には、自家蛍光画像データが保存
されている領域とは異なる領域に保存される。

【００７３】演算部４０３では、画像データメモリ４０
１に保存された各画像の各画素値から逆正接関数を用い
たＡＦ演算を行う。各画素のＡＦ演算値は、基準値メモ
リ部４０２に予め保存された基準値ＲＥ' との比較を行
い、各画素について、正常組織であるか病変組織である
かの判定を行い、その判定に基づいた演算画像を生成す
る。

【００７４】演算画像は、演算画像用モニタ６０２に画
像表示される。ＡＦ演算値が基準値ＲＥ' 以下である場
合と、演算値が基準値ＲＥ' より大きい場合とで、測定
された領域の表示色を変えることにより、測定者は、比
較結果を瞬時に認識可能となる。

【００７５】なお、ここでは２値判定としたが、このよ
うな基準値メモリ４０２と演算部４０３での比較判定を
行うことなく、ＡＦ演算値をマンセル表色系における色
相（Ｈｕｅ）に割り当て演算画像を生成し表示したり、
ＡＦ演算値をアナログ量としてそのまま、表示したりす
ることもできる。その他の作用は第１の実施の形態と同
様である。

【００７６】上記のように構成された本発明の第２の実
施の形態における蛍光画像表示装置あるいは方法によれ
ば、蛍光画像と参照画像の比に基づいてＡＦ演算を行な
い、演算画像を生成し表示するにあたり、蛍光画像およ
び参照画像にそれぞれ異なる方向のベクトルを割り当
て、そのベクトルの和に基いてＡＦ演算を行なうことに
よっても、そのＡＦ演算値に基づく演算画像のＳ／Ｎを
向上させることができるので、正常組織と病変組織をよ
り高い精度で検出することができる。

【００７７】上記各実施の形態において、演算部での比
較は、各画素単位で行うことに限定されず、蛍光画像用
高感度撮像素子３０６のビニング処理に対応する画素単
位で比較処理を行なったり、計算機を用いて測定者の所
望する任意の縦横ｎ×ｍ画素単位で行ってもよい。ある
いは、測定者の指定した領域のみの比較を行なったり、
演算量を考慮して、適当に画素を間引いて比較を行なう
こともできる。

【００７８】また、画像の比較処理を行なっていない領
域がある場合には、その領域の表示色を所定の色で表示
することにより、比較処理を行なった領域を明確に表示
できる。比較処理を行なう画素を間引いた場合などに
は、近傍の比較処理結果により補完表示を行う。

【００７９】また、演算画像を表示する方法について
は、通常画像用モニタ６０１と演算画像用モニタ６０２
とで別々に表示する形態となっているが、１つのモニタ
で兼用して表示するようにしてもよい。その際、通常画
像と自家蛍光画像の切換え方法は、制御コンピュータ２
００により時系列で自動的に行ってもよいし、測定者が
適当な切替手段で、任意に切り換える形態であってもよ
い。さらに通常画像と自家蛍光画像を重ねあわせて表示
してもよい。

【００８０】また、ＧａＮ系半導体レーザおよび白色光
源を別個の構成としたが、適当な光学透過フィルタを利
用して、単一の光源を励起光源と白色光源とで兼用する
こともできる。

【００８１】また、通常画像用撮像素子１０７を内視鏡
先端に設置する形態としたが、イメージファイバを用い
ることにより、蛍光診断装置１内に設置してもよい。さ
らに、通常画像用および蛍光画像用のイメージファイバ
と撮像素子を共通化してもよい。この場合、光学透過フ
ィルタ３０３を３分割するなどして通常画像を得るため
のフィルタ手段を設置しておけばよい。

【００８２】また、光学透過フィルタ３０３と同等の機
能を有するモザイクフィルタを蛍光画像用高感度撮像素
子３０６の前面に設置すれば、撮像素子を通常画像用と
蛍光画像用とで兼用することも可能となる。

【００８３】さらに、上記のようなモザイクフィルタが
オンチップされた撮像素子を内視鏡先端に設置すれば、
同様に通常画像用と蛍光画像用とで兼用することができ
る。

【００８４】また、励起光源は、波長として４００ｎｍ
から４２０ｎｍ程度のいずれのものを選んでもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】自家蛍光の蛍光スペクトルの強度分布を示す説
明図

【図２】互いに異なる波長帯域の蛍光画像をベクトルと
して考えたとき、生成される演算画像の模式図を示す説
明図

【図３】色相、明度、彩度の色の三属性を示す説明図

【図４】本発明による蛍光画像表示装置を適用した第１
および第２の具体的な実施の形態である内視鏡装置の概
略構成図

【図５】上記第１および第２の具体的な実施の形態の内
視鏡装置に使用される光学透過フィルタの概略構成図

【符号の説明】

１蛍光診断装置１０生体組織１００内視鏡１０１ライトガイド１０１ａ白色光ライトガイド１０１ｂ励起光ライトガイド１０２ＣＣＤケーブル１０３イメージファイバ１０４照明レンズ１０５対物レンズ１０６集光レンズ１０７通常画像用撮像素子１０８反射用プリズム１１０照明ユニット１１１白色光源１１２白色光源用電源１１３白色光用集光レンズ１１４ＧａＮ系半導体レーザ１１５半導体レーザ用電源１１６励起光用集光レンズ２００制御用コンピュータ３００、７００画像検出ユニット３０１蛍光用コリメートレンズ３０２励起光カットフィルタ３０３、７０１光学透過フィルタ３０３ａ、３０３ｂ、７０１ａ、７０１ｂ光学フィ
ルタ３０４フィルタ回転装置３０５蛍光用集光レンズ３０６蛍光画像用高感度撮像素子３０７、５０１ＡＤ変換器４００画像演算ユニット４０１画像データメモリ４０２基準値用メモリ４０３画像間演算部５００表示信号処理ユニット５０２通常画像データメモリ５０３ビデオ信号処理回路６００モニタユニット６０１通常画像用モニタ６０２演算画像用モニタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｓ 5/323 Ｈ０１Ｓ 5/323 Ｆターム(参考） 2G043 AA03 BA16 CA05 EA01 FA01 FA05 FA06 GA04 GB18 GB19 HA01 HA02 HA05 JA03 KA02 KA09 LA03 MA04 NA01 NA06 4C061 BB04 BB08 CC06 LL02 NN01 QQ02 QQ04 RR05 RR18 SS21 WW17 5B057 AA07 BA02 CA01 CA08 CA12 CA16 CB08 CB12 CB16 CE03 CE06 CE11 DA04 DA16 DB02 DB06 DB09 5F073 BA09 CA02 EA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】励起光の照射により生体組織から発生す
る蛍光から互いに異なる波長帯域の蛍光画像をそれぞれ
検出し、前記互いに異なる波長帯域の蛍光画像の比に基
づいて演算を行なって演算画像を生成し、該演算画像を
表示する蛍光画像表示方法において、前記互いに異なる波長帯域の蛍光画像にそれぞれ異なる
方向のベクトルを割り当て、前記ベクトルの和に基づい
て前記演算を行なうことを特徴とする蛍光画像表示方
法。
【請求項２】励起光の照射により生体組織から発生す
る蛍光から蛍光画像を検出し、参照光の照射により前記
生体組織から反射される反射光による参照画像を検出
し、前記蛍光画像と前記参照画像の比に基づいて演算を
行ない演算画像を生成し、該演算画像を表示する蛍光画
像表示方法において、前記蛍光画像および前記参照画像にそれぞれ異なる方向
のベクトルを割り当て、前記ベクトルの和に基づいて前
記演算を行なうことを特徴とする蛍光画像表示方法。
【請求項３】前記演算が、前記ベクトルの和と前記そ
れぞれ異なる方向のベクトルのいずれか一方とが成す角
を求める演算であることを特徴とする請求項１または２
記載の蛍光画像表示方法。
【請求項４】前記演算が、逆正接関数に基づく演算で
あること特徴とする請求項３記載の蛍光画像表示方法。
【請求項５】前記逆正接関数に基づく演算値の大きさ
に応じて異なる色を割り当てて、演算画像を生成するこ
とを特徴とする請求項４項記載の蛍光画像表示方法。
【請求項６】生体組織に励起光を照射する励起光照射
手段と、前記励起光の照射により前記生体組織から発生
する蛍光から互いに異なる波長帯域の蛍光画像をそれぞ
れ検出する蛍光画像検出手段と、前記互いに異なる波長
帯域の蛍光画像の比に基づいて演算を行なって演算画像
を生成する画像生成手段と、該演算画像を表示する表示
手段とからなる蛍光画像表示装置において、前記互いに異なる波長帯域の蛍光画像にそれぞれ異なる
方向のベクトルを割り当て、前記ベクトルの和に基づい
て前記演算を行なうベクトル演算手段を備えたことを特
徴とする蛍光画像表示装置。
【請求項７】生体組織に励起光および参照光を照射す
る照射手段と、前記励起光の照射により前記生体組織か
ら発生する蛍光から蛍光画像を検出する蛍光画像検出手
段と、前記参照光の照射により前記生体組織から反射さ
れる反射光による参照画像を検出する参照画像検出手段
と、前記蛍光画像と前記参照画像の比に基づいて演算を
行なって演算画像を生成する画像生成手段と、該演算画
像を表示する表示手段とからなる蛍光画像表示装置にお
いて、前記蛍光画像および前記参照画像にそれぞれ異なる方向
のベクトルを割り当て、前記ベクトルの和に基づいて前
記演算を行なうベクトル演算手段を備えたことを特徴と
する蛍光画像表示装置。
【請求項８】前記ベクトル演算手段が、前記ベクトル
の和と前記それぞれ異なる方向のベクトルのいずれか一
方とが成す角を求める演算手段であることを特徴とする
請求項６または７記載の蛍光画像表示装置。
【請求項９】前記ベクトル演算手段が、逆正接関数に
基づく演算手段であることを特徴とする請求項８記載の
蛍光画像表示装置。
【請求項１０】前記画像生成手段が、前記逆正接関数
に基づく演算値の大きさに応じて異なる色を割り当て
て、演算画像を生成するものであることを特徴とする請
求項９記載の蛍光画像表示装置。
【請求項１１】前記励起光照射手段が、ＧａＮ系の半
導体レーザをであることを特徴とする請求項６から１０
いずれか１項記載の蛍光画像表示装置。