JP2003093336A

JP2003093336A - 電子内視鏡装置

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Publication number: JP2003093336A
Application number: JP2001292869A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujita; 寛藤田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-04-02

Abstract

(57)【要約】【課題】光源部に分光画像用の光学的波長狭帯域バン
ドパスフィルタを設けることなく、血管パターンが鮮明
に表示される分光画像を得ることを目的とする。【解決手段】本体処理装置４３に設けられたマトリッ
クス演算部４３６により、Ｒ・Ｇ・Ｂカラー画像信号か
ら分光画像信号を生成し、切換部４３９を介して、表示
モニタ１０６にて表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療等に用いられ
る電子内視鏡装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体撮像素子を用いた電子内視鏡
装置において、狭帯域バンドパスフィルタを組み合わせ
た分光イメージングに注目が寄せられている。2000年10
月に行われた日本消化器内視鏡学会総会において、佐野
・吉田・小林らによる「狭帯域filter内蔵電子内視鏡シ
ステム（Narrow Band Imaging：以下NBIと呼ぶ）の開
発・臨床応用に関する試み」が発表され、従来より行わ
れているRGBの面順次方式による照明光での画像に比
べ、分光特性を狭帯域にしたRGBの面順次方式による照
明光での画像の方が、生体粘膜（舌部）の微細構造を精
度よく抽出できることが示された。また、2001年5月に
行われた日本消化器内視鏡学会総会において、同発表者
により、消化器領域での臨床応用の結果が発表され、胃
・大腸部ともに、従来の内視鏡画像では抽出されなかっ
た微細構造が抽出されることが示された。この従来例で
示される内視鏡装置は、面順次式を用いており、そのＲ
ＧＢカラーフィルタをそれぞれ３つの光学的波長狭帯域
バンドパスフィルタに変更し、それぞれの光学的波長狭
帯域バンドパスフィルタを透過した照明光により、それ
ぞれ３つの分光画像を生成するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来例においては、以下のような問題点がある。（イ）微細構造を抽出すべく分光特性を持った光学的波
長狭帯域バンドパスフィルタを通常の内視鏡装置とは別
に設けなければならないず、このフィルタの設置のため
の空間が必要となり、内視鏡全体が大型化する。（ロ）新規のバンドパスフィルタによる分光画像を得た
い場合には、光源部に設けられた光学的波長狭帯域バン
ドパスフィルタの交換・追加をしなければならない。本発明は、上記の問題点を解決し、光源部に分光画像用
の光学的波長狭帯域バンドパスフィルタを設けることな
く、分光画像を得ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、照明用光源から被検体内
に光を照射し、固体撮像素子によりカラー画像信号を取
得する電子内視鏡装置において、前記カラー画像信号か
ら分光画像信号を生成する演算部を有することを特徴と
する。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る第１の実施の
形態について説明する前に、本発明の基礎となるマトリ
ックスについて説明する。ここで、マトリックスと
は、カラー画像（以下通常画像と呼ぶ）を生成するため
に取得されるカラー画像信号から、分光画像信号を生成
する際に用いられる所定の係数である。また、この説明
に続き、より正確な分光画像信号を求めるための補正方
法、生成された分光画像信号のＳ／Ｎ比を向上させる
方法について説明する。なお、この補正方法、Ｓ／Ｎ
の改善方法に関しては、必要に応じて用いれば良い。図１は、カラー画像信号（ここでは、説明を簡単に
するために、Ｒ・Ｇ・Ｂとするが、後述する実施の形態
のように、補色型固体撮像素子においては、G・Cy・Mg
・Yeの組合せでも良い）から、より光学的波長狭帯域の
画像に対応する画像に相当する分光画像信号を生成する
際の信号の流れを示した概念図である。まず、電子内視
鏡装置としてのＲ・Ｇ・Ｂのそれぞれのカラー感度特性
を数値データ化する。ここで、Ｒ・Ｇ・Ｂのカラー感度
特性とは、白色光の光源を用い、白色の被写体を撮像す
る時にそれぞれ得られる波長に対する出力の特性であ
る。なお、Ｒ・Ｇ・Ｂのそれぞれのカラー感度特性は、
簡略化したグラフとして各データの右に示されている。
また、この時の、Ｒ・Ｇ・Ｂのカラー感度特性をそれぞ
れn次元の列ベクトルＲ・Ｇ・Ｂとする。次に、抽出し
たい分光画像用狭帯域パンドパスフィルタF1・F2・F3
（先見情報として、構造を効率よく抽出できるフィルタ
の特性を知っている。このフィルタの特性とは、波長帯
域が略590nm-略610nm、略530nm-略550nm、略400m-略430
nmをそれぞれ通過帯域とするものである。）の特性を数
値データ化する。なお、ここで「略」とは、波長におい
ては±10nm程度を含む概念である。この時のフィルタの
特性をそれぞれn次元の列ベクトルＦ_１・Ｆ_２・Ｆ_３と
する。得られた数値データを基に、以下の関係を近似す
る最適な係数セットを求める。即ち、

【数１】となるマトリックスの要素を求めればよい。上の最適化
の命題の解は数学的には、以下のように与えられる。Ｒ
・Ｇ・Ｂのカラー感度特性を表すマトリックスをＣ、抽
出したい狭帯域パンドパスフィルタの分光特性を表すマ
トリックスをＦ、求める係数マトリックスをＡとする
と、

【数２】となる。従って、（１）式に示した命題は、以下の関係
を満足するマトリックスAを求めるに等しい。

【０００６】

【数３】ここで、分光特性を表すスペクトルデータとしての点列
数ｎとしては、n＞３であるので、（３）式は１次元連
立方程式ではなく、線形最小二乗法の解として与えられ
る。即ち、（３）式を擬似連立方程式として解けばよ
い。マトリックスCの転置行列を^ｔＣとすれば、（３）
式は

【数４】となる。^ｔＣＣはn×nの正方行列であるので、（４）式
はマトリックスAについての連立方程式と見ることがで
き、その解は、

【数５】と与えられる。（５）式にて求められたマトリックスA
について、（３）式の左辺の変換を行うことで、抽出し
たい狭帯域パンドパスフィルタF1・F2・F3の特性を近似
することができる。以上が、本発明の基礎となるマトリ
ックスの説明である。次に、より正確な分光画像信号を求めるための補正
方法について説明する。上述の処理方法の説明において
は、ＣＣＤ等の固体撮像素子が受光する光束が、完全な
白色光（可視域において、全ての波長強度が同じ）であ
る場合に正確に適用されるものである。即ち、RGBの出
力がいずれも同じである場合に、最適な近似となる。し
かし、実際の内視鏡下では、照明する光束（光源の光
束）は完全な白色光ではなく、生体の反射スペクトルも
一律ではないので、固体撮像素子が受光する光束も白色
光でない（色が着いているので、RGBの値は同じではな
い）。従って、実際の処理において、（３）式に示した
命題をより正確に解くためには、RGBのカラー感度特性
に加え、照明光の分光特性、生体の反射特性を考慮する
ことが望ましい。ここで、カラー感度特性をそれぞれR
（λ）、G（λ）、B（λ）とし、照明光の分光特性の一
例をS（λ）、生体の反射特性の一例をH（λ）とする。
なお、この照明光の分光特性および生体の反射特性は、
必ずしも検査を行う装置、被検体の特性でなくてもよ
く、例えば予め取得しておいた一般的な特性としても良
い。これらの係数を用いると、補正係数ｋ_Ｒ・ｋ_Ｇ・ｋ
_Ｂは、

【数６】で与えられる。感度補正マトリックスをKとすると、以
下のように与えられる。

【０００７】

【数７】従って、係数マトリックスAについては、（５）式に
（７）式の補正を加えて、以下のようになる。

【０００８】

【数８】また、実際に最適化を行う場合は、目標とするフィルタ
の分光感度特性（第1図中のF1・F2・F3）が負の場合は
画像表示上では０となる（つまりフィルタの分光感度特
性のうち正の感度を有する部分のみ使用される）ことを
利用し、最適化された感度分布の一部が負になることも
許容することを付加する。ブロードな分光感度特性より
狭帯域な分光感度特性を生成するためには、第1図に示
すように目標とするF1・F2・F3の特性に、負の感度特性
を付加することで、感度を有する帯域を近似した成分を
生成することができる。次に、生成された分光画像信号のＳ／Ｎ及び精度を
向上させる方法について説明する。このＳ／Ｎ比の改善
方法は、前述した処理方法に付加することにより、さら
に以下の課題を解決するものである。（イ）前述の処理方法における原信号（R・G・B）のい
ずれかが仮に飽和状態となると、処理方法におけるフィ
ルタF1乃至F3の特性が、構造を効率よく抽出できるフィ
ルタの特性（理想とする特性）と大きく異なってしまう
可能性がある。（R・G・Bの中、2つの信号だけで生成さ
れる場合は、その２つの原信号がいずれも飽和していな
いこと）。（ロ）カラー画像信号から分光画像信号への変換に際
に、広帯域のフィルタから狭帯域フィルタの生成するた
め、感度の劣化が発生し、生成された分光画像信号の成
分も小さくなり、S/N比が良くない。

【０００９】このＳ／Ｎ比改善の方法とは、図２に示さ
れるように、照明光の照射を通常画像（一般的なカラー
画像）の1フィールド（1フレーム）中に数回（例えばｎ
回、ｎは２以上の整数）に分けて照射する（照射強度を
それぞれの回で変化させても良い。図２においては、I₀
乃至Inで示されている。なお、これは照明光の制御のみ
で実現可能である。）これにより、１回の照射強度を小
さくすることができ、ＲＧＢ信号のいずれもがそれぞれ
飽和状態となるのを抑えることができる。また、数回に
分割された画像信号は、後段でn枚分の加算を行う。こ
れにより、信号成分を大きくしてS/N比を向上させるこ
とができる。以上が、本発明の基礎となるマトリック
ス、またこれと共に実施することが可能な正確な分光画
像信号を求めるための補正方法、生成された分光画像信
号のＳ／Ｎ比を向上させる方法の説明である。次に、本
発明に係る第１の実施の形態における電子内視鏡装置の
具体的な構成について、図２および図３を参照して説明
する。図２は、カラー画像信号の積分演算を示す概念
図、図３は、本実施の形態における電子内視鏡装置の外
観図である。なお、以下に示す他の実施の形態でも同様
の外観である。電子内視鏡装置１００は、スコープ１０
１、内視鏡装置本体１０５、表示モニタ１０６を有して
いる。また、スコープ１０１は、被検体の体内に挿入さ
れる導中部１０２、導中部１０２の先端に設けられた先
端部１０３および、導中部１０２の先端側とは反対側に
設けられ、先端部１０３の湾曲動作等を指示するための
アングル操作部１０４から主として構成されている。ス
コープ１０１で取得された被検体の画像は、内視鏡装置
本体１０５にて所定の信号処理がなされ、表示モニタ１
０６において、処理された画像が表示される。

【００１０】次に、図４を参照して、内視鏡装置本体１
０５について詳しく説明する。なお、図４は、電子内視
鏡装置１００のブロック図である。同図に示されるよう
に、内視鏡装置本体１０５は、主に光源部４１、制御部
４２、本体処理装置４３から構成されている。なお、本
実施の形態では、１つのユニットである内視鏡装置本体
内に光源部と画像処理等を行う本体処理装置を有するも
のとして説明を行うが、これらは、別のユニットとし
て、取り外し可能なように構成されていても良い。光源
部４１は、制御部４２およびスコープ１０１に接続され
ており、制御部４２からの信号に基づいて所定の光量で
白色光（完全な白色光でない場合も含む）の照射を行
う。また、光源部４１は、白色光源としてのランプ１
５、光量を調整するためのチョッパー１６及びチョッパ
ー１６を駆動するためのチョッパー駆動部１７を有して
いる。チョッパ１６は、図９にしめされるように、点１
７ａを中心とし、所定の半径rの円盤状の構造体に円周
方向に所定の長さを有する切り欠き部が設けられた構成
を備える。この中心点１７ａは、チョッパ駆動部１７に
設けられた回転軸と接続されている。つまり、チョッパ
１６は、中心点１７ａを中心に回転運動を行う。また、
この切り欠き部は、所定の半径毎に複数設けられてい
る。同図においては、この切り欠き部は、半径rから半
径r₁の間では、最大の長さ＝２πｒ×１８０度／３６０
度、幅＝r-r₁である。また、同様に、半径r₁から半径r₂
の間では、最大の長さ＝２πr₁×９０度／３６０度、幅
＝r₁-r₂、半径r₂から半径r₃の間では、最大の長さ＝２
πr₂×３０度／３６０度、幅＝r₂-r₃という構成であ
る。（それぞれの半径は、ｒ＞r₁＞r₂＞r₃とする。）な
お、チョッパ１６における切り欠き部の長さ、幅は一例
であり、本実施の形態に限定されるわけではない。ま
た、チョッパ１６は、この切り欠き部の略中央に半径方
向に延伸する突起部１６０ａを有する。なお、この突起
部１６０ａにより光が遮断された時にフレームを切換え
ることにより、１フレーム前と１フレーム後に照射され
る光の間隔を最小限にし、被検体の動き等によるブレを
最小限にするものである。

【００１１】また、チョッパー駆動部１７は図４におけ
る矢印で示されるように、ランプ１５に対する方向に移
動が可能な構成となっている。つまり、図９に示された
チョッパー１６の回転中心１７ａとランプからの光束
（点線円で示されている）との距離Ｒを変えることがで
きる。例えば、図９に示された状態では、距離Ｒがかな
り小さいので、照明光量は小さい状態にある。距離Ｒを
大きくする（チョッパー駆動部１７をランプ１５から遠
ざける）ことで、光束が通過できる切り欠き部が長くな
るため、照射時間が長くなり、照明光量を大きくするこ
とができる。上述のように、新しく生成した分光画像は
Ｓ／Ｎとしては不十分である可能性があることと、生成
に必要ないずれかの信号が飽和している場合には正しい
演算が行われたことにはならないので、照明光量を制御
する必要がある。この光量調節をチョッパー１６および
チョッパー駆動部１７が担うことになる。また、光源部
４１にコネクタ１１を介して接続されたスコープ１０１
は、先端部１０３に対物レンズ１９及びＣＣＤ等の固体
撮像素子２１（以下、単にＣＣＤと記載する）を備えて
いる。本実施の形態におけるＣＣＤは単板式（同時式電
子内視鏡用に用いられるＣＣＤ）であり、原色型であ
る。なお、その色フィルタの配列を図５に示す。また、
ＲＧＢのそれぞれの分光感度特性を図６に示す。また、
導中部１０２には、光源部４１から照射された光を先端
部１０３に導くライトガイド１４、ＣＣＤで得られた被
検体の画像を本体処理装置４３に伝送するための信号
線、また、処置を行うための鉗子チャネル２８等が備え
られている。なお、鉗子チャネル２８に鉗子を挿入する
ための鉗子口２９は、操作部１０４近傍に設けられてい
る。

【００１２】また、本体処理装置４３は、光源部４１と
同様、コネクタ１１を介してスコープ１０１に接続され
る。本体処理装置４３には、ＣＣＤ２１を駆動するため
のＣＣＤドライブ４３１が設けられている。また、通常
画像を得るための信号回路系として輝度信号処理系と色
信号処理系を有する。輝度信号処理系は、ＣＣＤ２１に
接続され輪郭補正を行う輪郭補正部４３２、輪郭補正部
４３２で補正されたデータから輝度信号を生成する輝度
信号処理部４３４を有する。また、色信号処理系は、Ｃ
ＣＤ２１に接続され、ＣＣＤ２１で得られた信号のサン
プリング等を行いＲＧＢ信号を生成するサンプルホール
ド回路（Ｓ／Ｈ回路）４３３ａ乃至４３３ｃ、Ｓ／Ｈ回
路４３３ａ乃至４３３ｃの出力に接続され、色信号の生
成を行う色信号処理部４３５を有する。また、輝度信号
処理系と色信号処理系の出力から１つの通常画像を生成
する通常画像生成部４３７が設けられ、通常画像生成部
４３７から切換部４３９を介して、表示モニタ１０６に
Ｙ信号、Ｒ−Ｙ信号、Ｂ−Ｙ信号が送られる。一方、分
光画像を得るための信号回路系として、Ｓ／Ｈ回路４３
３ａ乃至４３３ｃの出力にマトリックス演算部４３６が
設けられ、ＲＧＢ信号に対して所定のマトリックス演算
が行われる。マトリックス演算とは、カラー画像信号同
士に加算処理等を行い、また、上述のように求められた
マトリックスを乗算する処理をいう。なお、本実施の形
態では、このマトリックス演算の方法として、電子回路
処理（電子回路を用いたハードウェアによる処理）を用
いた方法について説明するが、後述の実施の形態のよう
に、数値データ処理（プログラムを用いたソフトウェア
による処理）によるものとしても良い。また、実施する
にあたっては、これらの組み合わせとすることも可能で
ある。

【００１３】図１５に、マトリックス演算部４３６の回
路図を示す。ＲＧＢ信号はそれぞれ抵抗群３１ａ乃至３
１ｃを介して、増幅器３２ａ乃至３２ｃに入力される。
それぞれの抵抗群は、ＲＧＢ信号がそれぞれ接続される
複数の抵抗を有しており、それぞれの抵抗の抵抗値はマ
トリクス係数に応じた値となっている。即ち、それぞれ
の抵抗によりＲＧＢ信号の増幅率を変化させ、増幅器で
加算（減算でも良い）する構成となっている。それぞれ
の増幅器３２ａ乃至３２ｃの出力は、マトリックス演算
部の出力となる。つまり、このマトリックス演算部は、
いわゆる重み付け加算処理を行っている。なお、ここで
用いられるそれぞれの抵抗における抵抗値を可変として
も良い。マトリックス演算部４３６の出力は、それぞれ
積算部４３８ａ乃至４３８ｃに接続され、積分演算が行
われた後、切換部４３９を介して、それぞれの分光画像
信号ΣF₁乃至ΣF₃として表示モニタ１０６に送られる。
なお、切換部４３９は、通常画像と分光画像の切換えを
行うものであり、また分光画像同士の切換表示も可能で
ある。つまり操作者は、通常画像、ΣF₁による分光画
像、ΣF₂による分光画像、ΣF₃による分光画像から選択
的に表示することができる。また、いずれか２つ以上の
画像を同時に表示モニタ１０６に表示可能な構成として
も良い。特に、通常画像と分光画像を同時に表示可能と
した場合には、一般的に観察を行っている通常画像と分
光画像を簡単に対比することができ、それぞれの特徴
（通常画像の特徴は色度合いが通常の肉眼の観察に近く
観察しやすい。分光画像の特徴は通常画像では観察でき
ない所定の血管等を観察することができる。）を加味し
た上で、観察することができ診断上非常に有用である。

【００１４】次に、本実施の形態における電子内視鏡装
置１００の動作について図４を参照して詳しく説明す
る。なお、以下においては、まず通常画像を観察する際
の動作について説明し、後に分光画像を観察する際の動
作について説明する。まず、光源部４１の動作を説明す
ると、制御部４２からの制御信号に基づいて、チョッパ
ー駆動部１７は、所定の位置に設定され、チョッパー１
６を回転させる。ランプ１５からの光束は、チョッパ−
１６の切り欠き部を通過し、集光レンズにより、スコー
プ１０１と光源部４１の接続部にあるコネクタ１１内に
設けられた光ファイババンドルであるライトガイド１４
の入射端に、集光される。集光された光束は、ライトガ
イド１４を通り、先端部１０３に設けられた照明光学系
から被検体の体内に照射される。照射された光束は、被
検体内で反射し、対物レンズ１９を介して、ＣＣＤ２１
において図５で示した色フィルタ別に信号が収集され
る。収集された信号は、上記の輝度信号処理系と色信号
処理系に並列に入力される。輝度信号系の輪郭補正部４
３２には、色フィルタ別に収集された信号が画素ごとに
加算され入力され、輪郭補正後、輝度信号処理部４３４
に入力される。輝度信号処理部４３４では、輝度信号が
生成され、通常画像生成部４３７に入力される。また一
方で、ＣＣＤ２１で収集された信号は、各フィルタ毎に
Ｓ／Ｈ回路４３３ａ乃至４３３ｃに入力され、それぞれ
Ｒ・Ｇ・Ｂ信号が生成される。さらにＲ・Ｇ・Ｂ信号
は、色信号処理部４３５にて色信号が生成され、通常画
像生成部４３７において、前記輝度信号および色信号か
らＹ信号、Ｒ−Ｙ信号、Ｂ−Ｙ信号が生成され、切換部
４３９を介して、表示モニタ１０６に被検体の通常画像
が表示される。

【００１５】次に、分光画像を観察する際の動作につい
て説明する。なお、通常画像の観察と同様の動作を行う
ものに関しては、ここでは省略する。操作者は、本体１
０５に設けられているキーボードあるいはスコープ１０
１の操作部１０４に設けられているスイッチ等を操作す
ることにより、通常画像から分光画像を観察する指示を
おこなう。この時、制御部４２は、光源部４１および本
体処理装置４３の制御状態を変更する。具体的には、必
要に応じて、光源部４１から照射される光量を変更す
る。上述のように、ＣＣＤ２１からの出力が飽和するこ
とは望ましくないため、通常画像に比して照明光量を小
さくする。また、ＣＣＤからの出力信号が飽和しないよ
うに制御するとともに、飽和しない範囲にて照明光量を
変化させることもできる。また、本体処理装置４３への
制御変更としては、切換部４３９から出力される信号を
通常画像生成部４３７から積算部４３８ａ乃至４３８ｃ
から出力される信号に切換える。また、Ｓ／Ｈ回路４３
３ａ乃至４３３ｃの出力は、マトリックス演算部４３６
で増幅・加算処理が行われ、それぞれの帯域に応じて積
算部４３８ａ乃至４３８ｃに出力される。チョッパ−１
６で、照明光量を小さくした場合でも、積算部４３８ａ
乃至４３８ｃにて、保存・積算することで、図２に示し
たように、信号強度を上げることができ、また、Ｓ／Ｎ
が向上した分光画像を得ることができる。

【００１６】以下、本実施の形態における具体的なマト
リックス処理について記載する。本実施の形態では、図
６に実線で示されたRGBの分光感度特性から、同図中に
示された理想的な狭帯域バンドパスフィルタF₁乃至F
₃（ここではそれぞれの透過波長領域をF₁：590nm-620n
m、F₂：520nm-560nm、F₃：400nm-440nmとした）に近い
バンドパスフィルタ（以下擬似バンドパスフィルタと呼
ぶ）を作成しようとした場合、前述の（１）式から
（５）式に示した内容により、以下のマトリックスが最
適となる。

【００１７】

【数９】更に、（６）式及び（７）式に示した内容により補正を
行うと、以下の補正係数を得る。

【００１８】

【数１０】なお、（６）式に示す光源のスペクトルは図７に、
（７）式に示す注目する生体の反射スペクトルは図８に
示すものとの先見情報を使用している。従って、マトリ
ックス部にて行われる処理は、数学的には以下のマトリ
ックス演算と同値となる。

【００１９】

【数１１】このマトリックス演算を行うことにより擬似フィルタ特
性（図６にはフィルタ擬似F₁乃至F₃の特性として示され
ている）が得られる。即ち、上述のマトリックス処理
は、カラー画像信号に、上述のようにして予め生成され
た擬似バンドパスフィルタ（マトリックス）を用いて、
分光画像信号を作成するものである。また、この擬似フ
ィルタ特性を用いて生成された内視鏡画像の一例を以下
に示す。被写体は消化管粘膜表面であり、図１０は通常
内視鏡画像である。また、図１１は処理後に得られる図
６に示すバンドパスフィルタＦ３に相当する分光画像で
あり、図１２は処理後に得られる第６図に示すバンドパ
スフィルタＦ２に相当する分光画像であり、また図１３
は処理後に得られる第６図に示すバンドパスフィルタＦ
１に相当する分光画像である。図１１乃至図１３に示さ
れた分光画像はいずれも図１０に示された通常画像に比
して、同等かそれ以上に血管パターンを鮮明に抽出して
いる。中でも特に図１１および図１２に示された帯域略
400-略440nm及び略520-略560nmのフィルタを用いた分光
画像は、血管パターンをより鮮明に抽出している。以上
のことから明らかなように、本実施の形態によると、通
常の電子内視鏡画像（通常画像）を生成するためのカラ
ー画像信号を利用して、擬似的な狭帯域フィルタを生成
することにより、分光画像用の光学的波長狭帯域バンド
パスフィルタを用いずに、血管パターンが鮮明に表示さ
れる分光画像を得ることができる。

【００２０】また、特に波長領域略400-略440nmおよび
略520-略560nmの範囲においては、血管パターンをより
鮮明に抽出した分光画像を得ることができる。以下、本
発明に係る第２の実施の形態について、図１４を参照し
て説明する。図１４は、本実施の形態における電子内視
鏡装置１００のブロック図である。なお、第１の実施の
形態と同一構成のものは、同一番号を付して説明を省略
する。本実施の形態は、主として第１の実施の形態と、
照明光量の制御を行う光源部が異なるものである。本実
施の形態では、光源部から照射される光量の制御をチョ
ッパーではなく、ランプの電流制御により行う。具体的
には、図１４に示されたランプ１５に電流制御装置１
６’が設けられている。本実施の形態の動作としては、
制御部４２により、ＲＧＢのいずれのカラー画像信号も
飽和状態とならないように、ランプ１５に流れる電流の
制御を行う。これにより、ランプ１５は発光のために使
用される電流が制御されるため、その光量は、その電流
の大きさに応じて変化する。なお、その他の動作に関し
ては、第１の実施の形態と同様であるため、ここでは省
略する。本実施の形態によると、第１の実施の形態と同
様、血管パターンが鮮明に表示される分光画像を得るこ
とができる。また、本実施の形態では、第１の実施の形
態のようにチョッパーを用いた光量制御方法に比して、
制御方法が簡単であるという利点がある。

【００２１】以下、本発明に係る第３の実施の形態につ
いて、図１６を参照して説明する。本実施の形態は、主
として第１の実施の形態とマトリックス演算部４３６が
異なるものである。第１の実施の形態では、マトリック
ス演算を電子回路によるいわゆるハードウェア処理によ
り行うこととしたが、本実施の形態では、この演算を数
値データ処理（プログラムを用いたソフトウェアによる
処理）により行う。本実施の形態におけるマトリックス
演算部の具体的な構成を図１６に示す。本マトリックス
演算部は、ＲＧＢそれぞれのカラー画像信号を記憶して
おく画像メモリ５０を有する。また、式（１１）に示さ
れたマトリックスＡ'のそれぞれの値が数値データとし
て記憶されている計数レジスタ５１を有する。計数レジ
スタ５１と画像メモリ５０は、乗算器５３ａ乃至５３ｉ
に接続され、さらに乗算器５３ａ、５３ｄ、５３ｇは、
乗算器５４ａに接続され、乗算器５４ａの出力が、図４
における積算部４３８ａと接続される。また、乗算器５
３ｂ、５３ｅ、５３ｈは、乗算器５４ｂに接続され、そ
の出力は積算部４３８ｂと接続される。また、乗算器５
３ｃ、５３ｆ、５３ｉは、乗算器５４ｃに接続され、そ
の出力が積算部４３８ｃと接続される。本実施の形態の
動作としては、入力されたＲＧＢ画像データは、一度画
像メモリ５０に記憶される。次に、所定の記憶装置（図
示しない）に保存されている演算プログラムにより、計
数レジスタ５１からマトリックスＡ’の各計数が画像メ
モリ５０に記憶されたＲＧＢ画像データと、乗算器で乗
算される。

【００２２】なお、図１６には、Ｒ信号と各マトリック
ス計数が乗算器５３ａ乃至５３ｃで乗算される例が示さ
れている。また、同図のように、Ｇ信号と各マトリック
ス計数が乗算器５３ｄ乃至５３ｆで乗算され、Ｂ信号と
各マトリックス計数が乗算器５３ｇ乃至５３ｉで乗算さ
れる。マトリックス計数とそれぞれ乗算されたデータ
は、乗算器５３ａ、５３ｄ、５３ｇの出力が、乗算器５
４ａで、乗算器５３ｂ、５３ｅ、５３ｈの出力が、乗算
器５４ｂで、また、乗算器５３ｃ、５３ｆ、５３ｉの出
力は、乗算器５４ｃでそれぞれ乗算される。乗算器５４
ａの出力は、積算部４３８ａに送られる。また、乗算器
５４ｂ、乗算器５４ｃの出力は、それぞれ積算部４３８
ｂ、４３８ｃに送られる。本実施の形態によると、第１
の実施の形態と同様、血管パターンが鮮明に表示される
分光画像を得ることができる。また、本実施の形態で
は、第１の実施の形態のようにハードウェアによってマ
トリックス処理を行うのではなく、ソフトウェアを用い
て行うため、例えば、各マトリックス計数の変更などに
迅速に対応することができる。また、マトリックス計数
を結果の値のみ、即ち、マトリックスＡ'としてではな
く、Ｓ(λ)、Ｈ(λ)、Ｒ(λ)、Ｇ(λ)、Ｂ(λ)別に記憶
しておき、必要に応じて演算することによりマトリック
スＡ'を求めて使用するとした場合には、この中の１つ
の要素のみを変更することができ、利便性が向上する。
例えば、照明光の分光特性Ｓ(λ)のみの変更等が可能で
ある。

【００２３】次に、本発明に係る第４の実施の形態につ
いて、図１７を参照して説明する。本実施の形態は、主
として第１の実施の形態と光源部４１およびＣＣＤ２１
が異なるものである。第１の実施の形態では、ＣＣＤ２
１に図２で示したカラーフィルタが設けられ、このカラ
ーフィルタによってカラー信号を生成するいわゆる同時
式であったのに対し、本実施の形態では、照明光をＲＧ
Ｂの順に照明してカラー信号を生成するいわゆる面順次
式を用いる。本実施の形態における光源部４１は、ラン
プ１５の前面に絞り２５が設けられ、絞り２５のさらに
前面には、ＲＧＢフィルタ２３が設けられている。ま
た、絞り２５は、絞り制御部２４に接続されており、絞
り制御部２４からの制御信号に応じて、ランプ１５から
照射された光束のうち透過させる光束を制限し、光量を
変化させる。また、ＲＧＢ回転フィルタ２３は、ＲＧＢ
回転フィルタ制御部２６に接続され、所定の回転速度で
回転する。本実施の形態における光源部の動作として
は、ランプ１５から出力された光束が、絞り２５で所定
の光量に制限され、絞り２５を透過した光束は、ＲＧＢ
フィルタを介することによって、所定の時間毎にＲ・Ｇ
・Ｂそれぞれの照明光として、光源部から出力される。
また、それぞれの照明光は、被検体内で反射し、ＣＣＤ
２１で受光される。ＣＣＤ２１で得られた信号は、照射
される時間に応じて、内視鏡装置本体１０５に設けられ
た切換部（図示しない）で振り分けられ、Ｓ／Ｈ回路４
３３ａ乃至４３３ｃにそれぞれ入力される。つまり、光
源部４１からＲのフィルタを介した照明光が照射された
場合には、ＣＣＤ２１で得られた信号は、Ｓ／Ｈ回路４
３３ａに入力されることになる。なお、その他の動作に
ついては第１の実施の形態と同様であるため、ここでは
省略する。

【００２４】本実施の形態によると、第１の実施の形態
と同様、血管パターンが鮮明に表示される分光画像を得
ることができる。また、本実施の形態では、第１の実施
の形態と異なり、いわゆる面順次方式によるメリットを
享受することができる。なお、このメリットとは、例え
ば下記する第５の実施の形態のようなものが挙げられ
る。また、上述の実施の形態では、ＲＧＢカラー信号の
飽和を避けるために、照明光量（光源部からの光量）を
制御・調節していた。これに対し、ＣＣＤの電子シャッ
ターを調整する方法もある。ＣＣＤでは、一定時間内に
入射した光強度に比例した電荷が蓄積し、その電荷量を
信号としている。この蓄積時間に相当するのが、電子シ
ャッターと呼ばれるものである。この電子シャッターを
調節することで、電荷の蓄積量即ち信号量を調整するこ
とができるので、図１８に示すように、電荷蓄積時間を
順次変化させた状態でのＲＧＢカラー画像を得ること
で、同様の分光画像を得ることができる。即ち、上述の
それぞれの実施の形態において、照明光量の制御は通常
画像を得るために用い、分光画像を得る際には、電子シ
ャッターを変化させることにより、ＲＧＢカラー信号の
飽和を避けることが可能である。次に、本発明に係る第
５の実施の形態について、図１９を参照して説明する。
本実施の形態は、主として第４の実施の形態と同様、面
順次方式を利用したものであり、また、この利点を生か
したものである。第４の実施の形態での電子シャッター
制御による電荷蓄積時間に重み付けを加えることで、分
光画像データの生成を簡素化することができるものであ
る。すなわち、本実施の形態では、ＣＣＤの電荷蓄積時
間を変化させることができるＣＣＤドライブ４３１を有
していることになる。なお、その他の構成は、第４の実
施の形態と同様であるため、ここでは省略する。

【００２５】本実施の形態の動作としては、図１９に示
すように、ＲＧＢ回転フィルタを介してそれぞれの照明
光が照射された場合に、ＣＣＤにおける電子シャッター
による電荷蓄積時間を変化させる。ここで、照明光がＲ
・Ｇ・Ｂのそれぞれの場合におけるＣＣＤの電荷蓄積時
間をtd_r、td_g、td_b（なお同図ではＢのカラー画像信号
は蓄積時間を設けていないためtd_bは省略されている）
とする。例えば、（１１）式にて示されたマトリックス
処理を行う場合のＦ３擬似フィルタ画像は、通常内視鏡
にて得られるRGB画像から、

【数１２】の演算を行うので、第１９図でのＲＧＢ別の電子シャッ
ター制御による電荷蓄積時間を

【数１３】となるように設定すれば良い。また、マトリックス部で
は、単にＲとＧ成分のみ反転させた信号とＢ成分を加算
する。これにより、第１乃至第４の実施の形態と同様の
分光画像を得ることができる。本実施の形態によると、
第４の実施の形態と同様、血管パターンが鮮明に表示さ
れる分光画像を得ることができる。また、本実施の形態
では、第４の実施の形態と同様、カラー信号の作成に面
順次方式を利用しており、またさらに電子シャッターを
用いてカラー信号毎に電荷蓄積時間を異ならせることが
できるため、これにより、マトリックス部においては、
単に加算、差分処理を行うだけでよく、処理を簡略化す
ることが可能である。次に、本発明に係る第６の実施の
形態について説明する。本実施の形態は、主として第１
の実施の形態とＣＣＤに設けられたカラーフィルタが異
なるものである。第１の実施の形態では、図２で示した
ようにＲＧＢ原色型カラーフィルタが用いられるのに対
し、本実施の形態では、補色型のカラーフィルタを用い
る。補色型フィルタの配列は図２０に示されているよう
に、Ｇ、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｃｙの各要素から構成される。な
お、原色型カラーフィルタの各要素と補色型カラーフィ
ルタの各要素の関係は、Ｍｇ＝Ｒ＋Ｂ、Ｃｙ＝Ｇ＋Ｂ、
Ｙｅ＝Ｒ＋Ｇとなる。

【００２６】この場合、固体撮像素子の全画素読み出し
を行い、各色フィルタからの画像を信号処理又は画像処
理することになる。また、原色型カラーフィルタについ
ての（１）式から（１１）式について、補色型カラーフ
ィルタの場合に変形すると、以下の（１５）式より（２
１）式のようになる。但し、目標とする狭帯域のバンド
パスフィルタの特性は同じとする。

【００２７】

【数１５】

【数１６】

【数１７】

【数１８】

【数１９】

【数２０】

【数２１】また、図２１に、補色型カラーフィルタを用いた場合の
分光感度特性、目標とするバンドパスフィルタ及び上記
（１５）式乃至（２１）式により求められ擬似バンドパ
スフィルタの特性を示す。なお、補色型フィルタを用い
る場合には、図４で示されるＳ／Ｈ回路は、それぞれR
・G・Bではなく、G・Mg・Cy・Yeについて行われること
は言うまでもない。本実施の形態によると、第１の実施
の形態と同様、血管パターンが鮮明に表示される分光画
像を得ることができる。また、本実施の形態では、補色
型カラーフィルタを用いた場合のメリットを享受するこ
とができる。以上、本発明における各実施の形態につい
て説明を行ったが、本発明は、上記実施の形態を種々組
みあせて用いても良く、また趣旨を一脱しない範囲での
変形も考えられる。例えば、既に述べた全ての実施の形
態に対して、臨床中その他のタイミングにて操作者自ら
新規の擬似バンドパスフィルタを作成し、臨床に適用す
ることもできる。即ち、第１の実施の形態で示すと図４
中の制御部４２に、マトリックス係数を演算・算出する
ことのできる設計部（図示しない）を設ける。これによ
り、図３に示す内視鏡本体に設けられたキーボードを介
して条件を入力することで、操作者が知りたい分光画像
を得るのに適した擬似バンドパスフィルタを新規に設計
するとともに、算出されたマトリックス係数（（９）式
及び（１９）式のマトリックスＡの各要素に相当）に補
正係数（（１０）式及び（２０）式のマトリックスＫの
各要素に相当）を施した最終マトリックス係数（（１
１）式及び（２１）式のマトリックスＡ'の各要素に相
当）を図４中のマトリックス演算部４３６に設定するこ
とで、即時臨床に適用することができる。図２２に、適
用までの流れを示す。この流れについて詳しく説明する
と、まず、操作者は、目標となるバンドパスフィルタの
情報（例えば波長帯域等）をキーボード等を介して入力
する。これにより、すでに所定の記憶装置等に記憶され
ている光源・カラーフィルタの特性等と共に、マトリッ
クスＡ'が算出され、図２１に示されるように、目標と
するバンドパスフィルタの特性と共に、そのマトリック
スＡ'による演算結果（擬似バンドパスフィルタ）が、
スペクトル図としてモニタ上に表示される。操作者はこ
の演算結果を確認した後、新たに作成されたマトリック
スＡ'を使用する場合には、その設定を行い、このマト
リックスＡ'を用いて実際の内視鏡画像が生成される。
また、これと共に新たに作成されたマトリックスＡ'
は、所定の記憶装置に記憶され、操作者の所定の操作に
応じて、再度使用することができる。これにより、操作
者は既存のマトリックスＡ'にとらわれず、自らの経験
等により新たなバンドパスフィルタを生成することがで
き、特に研究用として使用される場合に、効果が高いも
のである。

【００２８】また、この他にも、以下のような変形例が
考えられる。例えば、上述の実施の形態では、（１２）
式に示すＦ３擬似フィルタ画像の生成では、Ｇ・Ｂ成分
に対してＲ成分は無視できる程度に小さい。このような
場合は、

【数１４】と近似して、Ｒ画像の信号もしく数値データを用いなく
とも良い。この時、Ｒ画像の信号もしくは数値データが
飽和していても、マトリックス部での処理に影響はない
ので、Ｇ画像とＢ画像の信号もしく数値データが飽和し
ないことを条件に、照明光量もしくは電子シャッター制
御を行えば良い。

【００２９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、通常の電子内視鏡画像か得られるカラー画像信号
を用いて分光画像信号を作成するため、光源部に分光画
像専用の光学的波長狭帯域バンドパスフィルタを設けな
くても、血管パターン等が鮮明に表示される分光画像を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施の形態におけるカラー
画像信号から分光画像信号を作成する際の信号の流れを
示した概念図である。

【図２】本発明に係る第１の実施の形態におけるカラー
画像信号の積分演算を示す概念図である。

【図３】本発明に係る第１の実施の形態における電子内
視鏡装置の外観図である。

【図４】本発明に係る第１の実施の形態における電子内
視鏡装置のブロック図である。

【図５】本発明に係る第１の実施の形態における色フィ
ルタの配列を示した図である。

【図６】本発明に係る第１の実施の形態における各色フ
ィルタの分光感度特性を示した図である。

【図７】本発明に係る第１の実施の形態における光源の
スペクトル図である。

【図８】本発明に係る第１の実施の形態における生体の
反射スペクトル図である。

【図９】本発明に係る第１の実施の形態におけるチョッ
パーの外観図である。

【図１０】本発明に係る第１の実施の形態における通常
内視鏡画像である。

【図１１】本発明に係る第１の実施の形態におけるバン
ドパスフィルタＦ３に相当する分光画像である。

【図１２】本発明に係る第１の実施の形態におけるバン
ドパスフィルタＦ２に相当する分光画像である。

【図１３】本発明に係る第１の実施の形態におけるバン
ドパスフィルタＦ１に相当する分光画像である。

【図１４】本発明に係る第２の実施の形態における電子
内視鏡装置のブロック図である。

【図１５】本発明に係る第２の実施の形態におけるマト
リックス演算部の回路図である。

【図１６】本発明に係る第３の実施の形態におけるマト
リックス演算部の構成図である。

【図１７】本発明に係る第４の実施の形態における電子
内視鏡装置のブロック図である。

【図１８】本発明に係る第４の実施の形態における電荷
蓄積時間を示した図である。

【図１９】本発明に係る第５の実施の形態における電荷
蓄積時間を示した図である。

【図２０】本発明に係る第６の実施の形態における色フ
ィルタの配列を示した図である。

【図２１】本発明に係る第６の実施の形態における各色
フィルタの分光感度特性を示した図である。

【図２２】本発明に係る変形例におけるマトリックス演
算の際のフローチャート図である。

【符号の説明】

１１コネクタ１４ライトガイド１５ランプ１６チョッパー１７チョッパー駆動部１９対物レンズ２１固体撮像素子２３ＲＧＢフィルタ２４絞り制御部２５絞り２６ＲＧＢ回転フィルタ制御部２８鉗子チャネル２９鉗子口３１増幅器３２抵抗群３３加算器４１光源部４２制御部４３本体処理装置５０画像メモリ５１計数レジスタ５３乗算器５４乗算器１０１スコープ１０２導中部１０３先端部１０４操作部１０５内視鏡装置本体１０６表示モニタ

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０４Ｎ 9/04 Ｈ０４Ｎ 9/04 ＺＦターム(参考） 2H040 BA00 BA09 CA10 GA02 GA11 4C061 CC06 MM03 RR04 RR15 RR17 SS21 WW10 5C054 AA01 CA04 CC07 CD03 CG02 EA01 EA05 EE06 EE08 EF01 FC11 GD03 HA12 5C065 AA04 BB14 BB41 CC01 DD02 EE05 EE06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明用光源から被検体内に光を照射し、
固体撮像素子によりカラー画像信号を取得する電子内視
鏡装置において、前記カラー画像信号から分光画像信号
を生成する演算部を有することを特徴とする電子内視鏡
装置。
【請求項２】前記演算部は、前記カラー画像信号から
電子回路処理により前記分光画像信号を生成することを
特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。
【請求項３】前記演算部は、前記カラー画像信号から
数値データ処理により前記分光画像信号を生成すること
を特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。
【請求項４】前記照明用光源から照射される光量を制
御する光量制限部をさらに有することを特徴とする請求
項１記載の電子内視鏡装置。
【請求項５】前記光量制御部は、前記カラー画像信号
を取得する場合よりも、前記分光画像信号を取得する場
合に、前記光量を少なくすることを特徴とする請求項４
記載の電子内視鏡装置。
【請求項６】前記光量制御部は、前記光を所定の時間
間隔で遮断するチョッパーを有することを特徴とする請
求項４記載の電子内視鏡装置。
【請求項７】前記光量制御部は、前記照明用光源のラ
ンプに流れる電流を制御する電流制御部を有することを
特徴とする請求項４記載の電子内視鏡装置。
【請求項８】前記固体撮像素子による電荷蓄積時間を
決定する電子シャッターを制御する電子シャッター制御
部をさらに有することを特徴とする請求項１記載の電子
内視鏡装置。
【請求項９】前記電子シャッター制御部は、前記カラ
ー画像信号毎に前記電荷蓄積時間を独立に制御可能であ
ることを特徴とする請求項８記載の電子内視鏡装置。
【請求項１０】前記照明用光源から照射される光量を
制御する光量制限部と、前記固体撮像素子による電荷蓄
積時間を決定する電子シャッターを制御する電子シャッ
ター制御部と、をさらに有し、前記光量及び前記電荷蓄
積時間は、同時に制御されることを特徴とする請求項１
記載の電子内視鏡装置。
【請求項１１】前記カラー画像信号から前記所定の分
光画像信号を生成する際に用いられる所定の係数を変更
可能な設定部をさらに有することを特徴とする請求項１
記載の電子内視鏡装置。
【請求項１２】前記カラー画像信号に基づいて生成さ
れるカラー画像と、前記分光画像信号に基づいて生成さ
れる分光画像を切換えて表示することができることを特
徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。
【請求項１３】前記カラー画像信号に基づいて生成さ
れるカラー画像と、前記分光画像信号に基づいて生成さ
れる分光画像を同一画面上に表示することができること
を特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。
【請求項１４】前記演算部は、カラー感度特性に基づ
いて求められた所定の係数を用いて、前記カラー画像信
号から前記分光画像信号を生成することを特徴とする請
求項１記載の電子内視鏡装置。
【請求項１５】前記演算部は、さらに前記照明用光源
の分光特性および前記被検体内の反射特性のうち少なく
とも１つの特性に基づいて求められた前記所定の係数を
用いて、前記カラー画像信号から前記分光画像信号を生
成することを特徴とする請求項１４記載の電子内視鏡装
置。
【請求項１６】前記分光画像信号は、負の信号を含む
ことを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。
【請求項１７】前記カラー画像信号は、RGB信号また
はGCyMgYe信号であることを特徴とする請求項１乃至請
求項１６いずれか１項記載の電子内視鏡装置。
【請求項１８】前記分光画像信号は、略400nm乃至略4
40nmの波長領域の画像信号、または略520nm乃至略560nm
の波長領域の画像信号であることを特徴とする請求項１
乃至請求項１７いずれか１項記載の電子内視鏡装置。