JP2003070721A

JP2003070721A - 画像処理装置及び蛍光観察内視鏡システム

Info

Publication number: JP2003070721A
Application number: JP2001269852A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Utsui; 哲也宇津井
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2003-03-11

Abstract

(57)【要約】【課題】鮮明な蛍光画像を取得可能な画像処理装置及
び蛍光観察内視鏡システムを、提供する。【解決手段】生体は、励起光に照射されると、自家蛍
光を発する。そして、内視鏡１０の対物レンズ１５は、
発せられた自家蛍光による当該被検体の像を形成する。
形成された被検体像は、イメージインテンシファイア４
３へリレーされて増幅された後、ＣＣＤエリアセンサ４
５により画像信号（原信号）に変換される。加算装置４
６は、原信号の一対のフレームを加算して、処理信号の
１フレームを生成する。なお、一度処理に用いられた原
信号のフレームは、重複して使用されることがない。こ
のため、ぼやけた印象のない鮮明な映像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体から発せられ
た蛍光により形成された画像を処理する画像処理装置，
及び蛍光観察内視鏡システムに、関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、所定の青色帯域の光（励起光）が
生体に照射されると、この生体は、励起されて緑色帯域
の蛍光（自家蛍光）を発することが、知られている。ま
た、健康な生体組織から発せられる自家蛍光に比べて、
病変等の異常が生じた生体組織から発せられる自家蛍光
は、その強度が小さいことが、知られている。これらの
知見に基づき、生体からの自家蛍光による像を蛍光画像
として取得する蛍光観察内視鏡システムが、開発されて
いる。その蛍光画像において、生体の正常な部分は明る
く見えるが、異常な部分は暗く見える。

【０００３】なお、自家蛍光は、極めて微弱である。こ
のため、蛍光観察内視鏡システムは、この自家蛍光を増
幅するためのイメージインテンシファイアを備えてい
る。このイメージインテンシファイアは、入射した自家
蛍光の強度を大幅に増幅して射出する。そして、増幅さ
れた自家蛍光による像が、ＣＣＤエリアセンサにより撮
像される。

【０００４】但し、このイメージインテンシファイア
は、各種ノイズをも大幅に増幅してしまうので、ＣＣＤ
エリアセンサにより得られた蛍光画像がモニタに表示さ
れると、その画像にはノイズが多く含まれてしまう。即
ち、この画像は、ざらついた状態の見にくいものとなっ
てしまう。

【０００５】このざらつきを解消するために、本出願人
は、画像信号を平均加算してざらつきを抑える技術を開
発し、特願平７−２８７７３７（特開平９−１３１３０
６）として出願した。この従来技術の一態様によると、
原信号の第１フレーム及び第２フレームが平均加算され
ることにより、平均加算信号の第１フレームが生成さ
れ、次に、原信号の第２フレーム及び第３フレームが平
均加算されることにより、平均加算信号の第２フレーム
が生成され、順次、同様の処理がなされてゆく。

【０００６】なお、ノイズは、時間的及び空間的にラン
ダムであるため、上記の平均加算がなされると、このノ
イズによる影響は弱められる。従って、ノイズによるざ
らつきが目立たない状態の画像が得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、原信号における１つのフレームが、平均加
算信号の複数のフレームの生成に関与している。例え
ば、原信号の第２フレームは、平均加算信号の第１フレ
ームの生成及び第２フレームの生成の双方に、関与して
いる。なお、原信号における全てのフレームが、上記の
ように重複して使用される。すると、得られる画像は、
不鮮明なものとなってしまう。

【０００８】そこで、ノイズによる影響が抑えられるだ
けでなく鮮明な画像を取得することが可能な画像処理装
置，及び蛍光観察内視鏡システムを提供することを、本
発明の課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、以下のような構成を採用した。即ち、本
発明の画像処理装置は、励起光が照射されることにより
蛍光を発している生体が撮像されて得られた画像信号
を、取得し、取得した画像信号における複数のフレーム
を１つの処理対象フレーム群として指定し、この処理対
象フレーム群の各フレーム同士を加算して１つの処理済
フレームを生成し、順次、前記処理対象フレーム群とし
て指定されていない複数のフレームを、１つの処理対象
フレーム群として指定し、この処理対象フレーム群を加
算して１つの処理済フレームを生成するとともに、前記
処理済フレームを含んだ処理済の画像信号を、出力する
ことを特徴とする。

【００１０】このように構成されると、微弱な自家蛍光
による画像信号の輝度値は、フレーム同士が加算される
ことにより、増加する。但し、画像信号の各フレーム
は、重複して使用されることがないので、処理済の画像
信号は、ぼやけた印象のない鮮明な映像として表示され
る。なお、処理対象フレーム群中のフレーム数は、２で
あってもよく、それ以上であってもよい。また、処理対
象フレーム群として指定される各フレームは、連続した
フレームであってもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の一
実施形態を説明する。

【００１２】図１は、本実施形態の蛍光観察内視鏡シス
テムを示す全体構成図である。この蛍光観察内視鏡シス
テム（以下、内視鏡システムと略記）は、内視鏡１０，
光源装置２０，テレビアダプタ３０，及び超高感度テレ
ビカメラ４０を、備えている。

【００１３】内視鏡１０は、生体内に挿入される可撓管
状の挿入部１１を、有している。この挿入部１１の先端
には図示せぬ湾曲部が組み込まれており、この湾曲部の
先端には、硬質部材製の先端部が固定されている。ま
た、挿入部１１の基端には操作部１２が連結されてい
る。この操作部１２には、湾曲部を湾曲操作するための
ダイヤル及び各種操作スイッチが、設けられている。

【００１４】さらに、内視鏡１０は、可撓管状のライト
ガイド連結管１３を、備えている。このライトガイド連
結管１３は、その基端において操作部１２に接続されて
いる。また、このライトガイド連結管１３は、その末端
がコネクタ１３ａとして形成されており、そのコネクタ
１３ａにより、光源装置２０に対して着脱自在に取り付
けられている。

【００１５】また、内視鏡１０の先端部には、少なくと
も３つの貫通孔が穿たれており、そのうちの一対の貫通
孔は、配光レンズ１４及び対物レンズ１５が夫々填め込
まれることにより、封止されている。他の１つの貫通孔
は、鉗子孔として利用される。

【００１６】さらに、内視鏡１０は、ライトガイド光フ
ァイババンドル（以下、ライトガイドと略記）１６を、
有している。このライトガイド１６は、その先端面が配
光レンズ１４に対向した状態で、挿入部１１，操作部１
２，及びライトガイド連結管１３内を引き通されてい
る。なお、ライトガイド１６は、その末端近傍の部分
が、ライトガイド連結管１３のコネクタ１３ａ内で固定
されている。そして、コネクタ１３ａが光源装置２０に
取り付けられた状態で、ライトガイド１６の末端は、光
源装置２０内に位置している。なお、光源装置２０並び
にライトガイド１６及び配光レンズ１４は、照明光学系
に相当する。

【００１７】光源装置２０は、光源ランプ２１，リフレ
クタ２２，励起光フィルタ２３，挿抜機構２４，及び切
換スイッチ２５を、備えている。光源ランプ２１は、キ
セノンランプ等からなり、励起光として利用可能な帯域
の成分を含んだ白色光を、発する。リフレクタ２２は、
光源ランプ２１から発せられた光を、ライトガイド１６
の末端面上に収束させる。

【００１８】励起光フィルタ２３は、光源ランプ２１か
ら発せられた白色光のうちの励起光として利用可能な帯
域（例えば、波長：４２０ｎｍ〜４８０ｎｍ）の成分の
みを透過させるフィルタである。挿抜機構２４は、ソレ
ノイド等の駆動源を有し、励起光フィルタ２３を、リフ
レクタ２２及びライトガイド１６間の光路に対して挿入
又は抜去する。なお、この挿抜機構２４は、切換スイッ
チ２５に接続されている。そして、術者は、切換スイッ
チ２５を操作することにより、挿抜機構２４を動作させ
て、励起光フィルタ２３を挿抜させることができる。

【００１９】さらに、内視鏡１０は、第１のイメージガ
イド光ファイババンドル（以下、イメージガイドと略
記）１７を、有している。この第１のイメージガイド１
７の先端面は、対物光学系としての対物レンズ１５に対
向している。即ち、内視鏡１０の先端部が被検体に対向
配置されたときに対物レンズ１５が当該被検体像を結ぶ
位置の近傍に、イメージガイド１７の先端面が配置され
ている。

【００２０】そして、イメージガイド１７における各光
ファイバの先端から夫々入射した光は、それらの基端か
ら射出される。このため、イメージガイド１７の先端面
に実像として形成された被検体像は、基端面へ伝送され
ることになる。

【００２１】なお、内視鏡１０の操作部１２の基端に
は、接眼部１８が連結されている。この接眼部１８に
は、接眼光学系１９が内蔵されている。この接眼光学系
１９は、イメージガイド１７の基端面に伝送された被検
体像を拡大する。即ち、この接眼光学系１９の前方に被
検体の虚像が形成され、術者は、この虚像を見ることに
より、被検体を観察することができる。

【００２２】なお、術者は、上記のように被検体を肉眼
で観察することもできるが、図１の如く接眼部１８にテ
レビアダプタ３０を接続させることにより、被検体像を
第１のモニタＭ１に表示させることもできる。このテレ
ビアダプタ３０は、ビームスプリッタ３１，投影レンズ
３２，３３，第１のＣＣＤエリアセンサ３４，及び第２
のイメージガイド３５を、備えている。さらに、このテ
レビアダプタ３０は、可撓管状のイメージガイド連結管
３６を備えており、そのイメージガイド連結管３６によ
り、超高感度テレビカメラ４０に連結されている。

【００２３】このテレビアダプタ３０が、接眼部１８に
接続された状態において、ビームスプリッタ３１は、接
眼光学系１９の光路上後方に位置している。このビーム
スプリッタ３１は、接眼光学系１９から射出された光の
一部を透過させるとともに、その一部を反射させる。

【００２４】このビームスプリッタ３１を透過した光の
光路上には、第１の投影レンズ３２が、配置されてい
る。この第１の投影レンズ３２は、接眼光学系１９とと
もにリレー光学系として機能する。即ち、第１のイメー
ジガイド１７の基端面における被検体像が、これら接眼
光学系１９及び第１の投影レンズ３２によりリレーされ
る。そして、第１の投影レンズ３２の後方に、被検体の
実像が形成される。なお、ＣＣＤエリアセンサ３４は、
その撮像面が、第１の投影レンズ３２の後方に形成され
た実像の位置に一致するように、配置されている。そし
て、このＣＣＤエリアセンサ３４は、被検体の実像を画
像信号に変換し、信号線を介して第１のモニタＭ１へ送
信する。すると、モニタＭ１には、被検体の動画が表示
される。

【００２５】一方、ビームスプリッタ３１により反射さ
れた光の光路上には、第２の投影レンズ３３が、配置さ
れている。この第２の投影レンズ３３は、接眼光学系１
９とともにリレー光学系として機能する。即ち、第１の
イメージガイド１７の基端面における被検体像が、これ
ら接眼光学系１９及び第２の投影レンズ３３によりリレ
ーされる。そして、第２の投影レンズ３３の後方に、被
検体の実像が形成される。

【００２６】なお、第２のイメージガイド３５の基端面
は、投影レンズ３３の後方に形成された実像の位置に一
致するように、配置されている。この第２のイメージガ
イド３５は、イメージガイド可撓管３６内を引き通され
て、その末端面を、超高感度テレビカメラ４０内に突出
させている。そして、イメージガイド３５における各光
ファイバの基端から夫々入射した光は、それらの末端か
ら射出される。このため、イメージガイド３５の基端面
に形成された被検体像は、その末端面へ伝送されること
になる。

【００２７】超高感度テレビカメラ４０は、イメージガ
イド３５の末端面から射出された光の光路上順に配置さ
れた励起光カットフィルタ４１，第１のリレーレンズ４
２，イメージインテンシファイア４３，第２のリレーレ
ンズ４４，及び第２のＣＣＤエリアセンサ４５を、備え
ている。励起光カットフィルタ４１は、励起光として利
用される帯域（例えば、波長：４２０ｎｍ〜４８０ｎ
ｍ）の成分のみを遮断する。第１のリレーレンズ４２
は、イメージガイド３５の末端面における被検体像を、
後方へリレーする。即ち、第１のリレーレンズ４２の光
路上後方には、励起光の帯域の成分が除かれた光による
被検体の実像が、形成される。

【００２８】イメージインテンシファイア４３は、入射
部及び出射部を備えており、入射部に入射した光の強度
を大幅に増幅して、増幅した光を出射部から出射させ
る。なお、イメージインテンシファイア４３は、切換ス
イッチ２５と接続されている。そして、切換スイッチ２
５が操作されることにより、励起光フィルタ２３が光路
中に挿入されている期間中にのみ、イメージインテンシ
ファイア４３は動作する。

【００２９】このイメージインテンシファイア４３は、
その入射部が第１のリレーレンズ４２によりリレーされ
た被検体像の位置に対応するように、配置されている。
このため、イメージインテンシファイア４３の出射部に
は、光強度が大幅に増幅された被検体像が形成される。

【００３０】そして、イメージインテンシファイア４３
の出射部から出射した光は、第２のリレーレンズ４４に
入射して、第２のＣＣＤエリアセンサ４５の撮像面上に
収束する。このため、第２のＣＣＤエリアセンサ４５の
撮像面上には、第２のリレーレンズ４４によりリレーさ
れた被検体像が、形成される。そして、ＣＣＤエリアセ
ンサ４５は、この被検体像を画像信号に変換する。な
お、ＣＣＤエリアセンサ４５は、撮像装置に相当する。

【００３１】このＣＣＤエリアセンサ４５は、画像処理
装置としての加算装置４６と接続されている。この加算
装置４６は、ＣＣＤエリアセンサ４５から出力された画
像信号を取得して、画像処理を施した後に、信号線を介
してモニタＭ２へ出力する。この加算装置４６は、取得
した画像信号（原信号）における連続する複数フレーム
を加算し、処理済の信号（処理信号）を出力する装置で
ある。

【００３２】以下、図２を参照し、加算装置４６におけ
る画像処理について説明する。原信号は、ＮＴＳＣやＰ
ＡＬ方式等の所定の方式に従った画像信号である。この
原信号の各フレームは、図２に示されるように、いずれ
も、第１フィールド及び第２フィールドから構成され
る。

【００３３】そして、加算装置４６は、原信号の連続す
る一対のフレームにおける第１フィールド同士を加算す
るとともに第２フィールド同士を加算する。第１フィー
ルド同士を加算して得られた信号が、処理信号の１つの
フレームにおける第１フィールドとなり、第２フィール
ド同士を加算して得られた信号が、処理信号の当該フレ
ームにおける第２フィールドとなる。さらに、加算装置
４６は、このように処理された一対のフレームに後続す
る一対のフレームを取得し、同様に処理を進める。

【００３４】具体的には、図２に示されるように、原信
号の第１フレーム及び第２フレーム（処理対象フレーム
群）に基づいて、処理信号の第１フレーム（処理済フレ
ーム）が生成される。引き続き、原信号の第３フレーム
及び第４フレームに基づいて、処理信号の第２フレーム
が生成され、以下同様に処理されてゆく。すると、処理
信号における各フレーム内の各画素の輝度は、上記の加
算処理により夫々増大する。

【００３５】上記構成の内視鏡システムによると、術者
が、通常の観察のために、切換スイッチ２５を操作して
励起光フィルタ２３を光路から抜去すると、ライトガイ
ド１６へは白色光が入射する。そして、このライトガイ
ド１６により導かれた白色光は、配光レンズ１４により
拡散され、被検体を照射する。被検体表面で反射された
光は、対物レンズ１５に入射し、イメージガイド１７，
及び接眼レンズ１９を経て、ビームスプリッタ３１に入
射する。

【００３６】このビームスプリッタ３１を透過した光
は、投影レンズ３２によりＣＣＤエリアセンサ３４の撮
像面上に収束される。このＣＣＤエリアセンサ３４は、
白色光が照射された状態の被検体像を、画像信号に変換
してモニタＭ１へ送信する。すると、モニタＭ１には、
白色光が照射された状態の被検体の画像が、表示され
る。なお、上記のように励起光フィルタ２３が光路から
抜去されているときには、イメージインテンシファイア
４３は動作していないので、モニタＭ２には、何も表示
されない。

【００３７】一方、術者が、蛍光観察のために、切換ス
イッチ２５を操作して励起光フィルタ２３を光路中に挿
入すると、ライトガイド１６へは、励起光のみが入射す
る。そして、このライトガイド１６により導かれた励起
光は、配光レンズ１４により拡散され、被検体を照射す
る。すると、被検体は、励起光により励起されて、自家
蛍光を発する。発せられた自家蛍光は、被検体表面で反
射された励起光とともに、対物レンズ１５に入射する。
そして、対物レンズ１５から射出された光は、イメージ
ガイド１７，及び接眼レンズ１９を経て、ビームスプリ
ッタ３１に入射する。

【００３８】このビームスプリッタ３１により反射され
た光は、投影レンズ３３及びイメージガイド３５を経
て、励起光カットフィルタ４１に入射する。この励起光
カットフィルタ４１は、入射した光のうちの励起光の成
分を遮断して自家蛍光の成分のみを透過させる。そし
て、励起光カットフィルタ４１を透過した自家蛍光は、
リレーレンズ４２により収束されて、イメージインテン
シファイア４３に入射する。このイメージインテンシフ
ァイア４３は、入射した自家蛍光を増幅して射出する。
射出された自家蛍光は、リレーレンズ４４によりＣＣＤ
エリアセンサ４５の撮像面上に収束される。このＣＣＤ
エリアセンサ４５は、被検体の自家蛍光による像を、画
像信号（原信号）に変換して加算装置４６へ送信する。

【００３９】すると、加算装置４６は、原信号における
連続する一対のフレームを加算して、処理信号を生成す
る。この処理信号は、モニタＭ２へ送信されて画面表示
される。即ち、モニタＭ２には、被検体の自家蛍光によ
る画像が、動画として表示される。なお、加算装置４６
は、原信号における各フレームを、いずれも１回のみ使
用して処理信号を生成している。即ち、原信号における
各フレームは、重複して使用されない。このため、モニ
タＭ２には、ぼやけた印象のない鮮明な映像が表示され
る。

【００４０】なお、上記説明では、加算装置４６は、原
信号における一対のフレームに基づき、処理信号の１フ
レームを生成している。これに限定されることなく、加
算装置４６は、原信号における３つ以上のフレームに基
づいて、処理信号の１フレームを生成してもよい。この
ように処理されると、処理信号のフレームにおける各画
素の輝度値がさらに上がる。この場合には、得られる画
像はコマ送りのような状態の映像となるが、処理済フレ
ームの各画素の輝度値がより上がるので、これに対応さ
せてイメージインテンシファイア４３における増幅率を
さらに下げることができる。すると、イメージインテン
シファイア４３において発生するノイズがさらに減少す
るため、最終的に得られる画像中のノイズが低減する。

【００４１】

【発明の効果】以上のように構成された本発明による
と、鮮明であるとともにノイズによる影響が少ない被検
体の蛍光画像が、得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の蛍光観察内視鏡システ
ムを示す全体構成図

【図２】本発明の一実施形態による画像処理の説明図

【符号の説明】

１０内視鏡１４配光レンズ１５対物レンズ１６ライトガイド１７イメージガイド２０光源装置２３励起光フィルタ３０テレビアダプタ４０超高感度テレビカメラ４３イメージインテンシファイア４５ＣＣＤエリアセンサ４６加算装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H040 BA00 CA01 GA01 GA06 4C061 BB05 DD03 FF46 LL03 LL08 MM01 NN01 NN05 QQ04 QQ09 RR04 RR14 RR26 SS23 VV04 WW17 5C054 AA01 CA01 CC07 EJ05 HA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】励起光が照射されることにより蛍光を発し
ている生体が撮像されて得られた画像信号を、取得し、
取得した画像信号における複数のフレームを１つの処理
対象フレーム群として指定し、この処理対象フレーム群
の各フレーム同士を加算して１つの処理済フレームを生
成し、順次、前記処理対象フレーム群として指定されて
いない複数のフレームを、１つの処理対象フレーム群と
して指定し、この処理対象フレーム群を加算して１つの
処理済フレームを生成するとともに、前記処理済フレー
ムを含んだ処理済の画像信号を、出力することを特徴と
する画像処理装置。
【請求項２】前記処理対象フレーム群における各フレー
ムは、連続したフレームであることを特徴とする請求項
１記載の画像処理装置。
【請求項３】生体が蛍光を発するように励起する励起光
を生体へ照射する照明光学系と、前記照明光学系に照射された生体の前記励起光の成分以
外の成分による像を形成する対物光学系と、前記対物光学系が形成した像を画像信号に変換して出力
する撮像装置と、前記撮像装置が出力した画像信号を、取得し、取得した
画像信号における複数のフレームを１つの処理対象フレ
ーム群として指定し、この処理対象フレーム群の各フレ
ーム同士を加算して１つの処理済フレームを生成し、順
次、前記処理対象フレーム群として指定されていない複
数のフレームを、１つの処理対象フレーム群として指定
し、この処理対象フレーム群を加算して１つの処理済フ
レームを生成するとともに、前記処理済フレームを含ん
だ処理済の画像信号を、出力する画像処理装置とを、備
えたことを特徴とする蛍光観察内視鏡システム。
【請求項４】前記処理対象フレーム群における各フレー
ムは、連続したフレームであることを特徴とする請求項
３記載の蛍光観察内視鏡システム。