JP2005329115A - 蛍光内視鏡装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源、励起光用光学フィルタ、複数の通常照明光用光学フィルタを有する光源装置1Aと、被写体から得られる蛍光及び複数の反射光の画像を撮像する電子内視鏡2Aと、蛍光画像及び複数の反射光画像の画像信号を処理してモニタ5に導く画像処理装置4Aを有する。画像処理装置4Aは、標準被写体62を被写体として得た画像信号を基に前記複数の反射光画像の画像信号のみの色調整を行う第1の色調整手段を備える。また、生体組織を被写体として得た画像信号を基に前記第1の色調整手段で調整された前記複数の反射光画像の画像信号と該生体組織を被写体とすることによって得た蛍光画像の画像信号との色調整を行う第2の色調整手段を備える。
【選択図】 図1
Description
反射光の強度は、患者毎には変化が少なく、生体組織の種類、状態で変化するという特性がある。
しかるに、本発明の蛍光内視鏡装置のように第1の色調整手段を備えれば、状態に変化のない標準被写体を用いて各波長帯域の反射光画像の画像信号のみの強度比が調整される。標準被写体は全体の状態が均一に固定されているため、観察画像中に領域を設定する必要がなく、簡易に正確な反射光の色調整(色再現性を高めること)ができる。この調整した反射光画像の画像信号の強度を蛍光画像の画像信号の強度比とを調整することで、有用な診断情報が得られる。
なお、本発明では、標準被写体とは、観察対象範囲内において、全体の状態が一定に固定され、かつ、反射率特性が均一に構成された、例えば、白色板等の反射部材をいう。
このため、本発明の蛍光内視鏡装置においては、前記複数の通常照明光用光学フィルタの透過率を、前記励起光用光学フィルタの透過率の100分の1以下にして、励起光の強度に比べて反射光を得るための通常照明光の強度を1/100程度に小さくするのが好ましい。これにより、CCDに到達する通常照明光の反射光強度と励起光による蛍光強度を近くすることができる。よって、前記反射光のCCD出力のみが飽和することを回避できる。
このため、本発明の蛍光内視鏡装置においては、前記各々の通常照明光用光学フィルタを、2枚の光学フィルタを貼り合せて構成するのが好ましい。また、光学フィルタは誘電体の多層膜コートで構成するのが好ましい。このようにすれば、フィルタの透過率のバラツキを低減することが可能となる。
図1は本発明の実施例1にかかる蛍光内視鏡装置の全体構成を示すブロック図、図2は通常観察用フィルタと蛍光観察用フィルタが設けられた切換フィルタの構成を示す図である。図3(A)は通常観察用フィルタの波長に対する透過率特性を示すグラフ、図3(B)は蛍光観察用フィルタの波長に対する透過率特性を示すグラフ、図3(C)は励起光カットフィルタの波長に対する透過率特性を示すグラフである。図4(A)は通常観察モードで白い標準被写体を観察した場合のCCDで受光した光強度の波長に対する特性を示すグラフ、図4(B)は蛍光観察モードで皮膚を観察した場合のCCDで受光した光強度の波長に対する特性を示すグラフである。図5(A)は生体組織に対する蛍光画像の波長より得られる強度分布特性の一例を示すグラフ、図5(B)は生体組織に対する反射光画像の波長より得られる強度分布特性の一例を示すグラフである。図6は図1の蛍光内視鏡装置に備わる画像処理回路の構成を示すブロック図である。図7は図6に示した画像処理回路に接続される設定スイッチの構成を示すブロック図、図8はモニタに表示される合成画像に対して関心領域を設定する際の画像表示例を示す説明図である。
ライトガイドファイバ9の先端面に伝送された光は、その先端面に対向する照明窓に取り付けた照明レンズ24を介して拡散して体腔内の観察対象部位に照射される。
なお、蛍光及び反射光の画像を撮像する撮像素子としては、CCD28の代わりにCMD(Charged Modulation Device)撮像素子、C−MOS撮像素子、AMI(Amplified MOS Imager)、BCCD(Back Illuminated CCD)、SPD(Single Photon Detector)等を用いても良い。
制御回路37の制御により、光源装置3Aは、ライトガイドファイバ9に通常モードの照明光、つまりR、G、Bの光を順次供給する状態となる。更に、画像処理装置4Aも制御回路37の制御により、通常モードに対応した信号処理を行う状態になる。
この場合、図3(A)に示す特性を持つRフィルタ21a、Gフィルタ21b、Bフィルタ21cによりR、G、B光の照明が行われる。ここで、CCD28の前方に配置された励起光カットフィルタ27のフィルタ特性は、図3(C)に示すようにG(緑色)、R(赤色)の光を全て透過するが、B(青色)の光に対してはその長波長側の一部のみの光を透過する特性を有している。このため、CCD28の受光面(撮像面)での光強度は、図4(A)において2点鎖線で示すB(青色)の光の短波長側がカットされたものとなる。つまり、CCD28は、B(青色)の光に対しては実線で示すようにその長波長側の一部のみが受光されることになる。よって、励起光カットフィルタ27を有する対物レンズ25においても、通常観察が可能な構成になっている。
制御回路37の制御により、光源装置3Aは、ライトガイドファイバ9に蛍光モードの照明光、つまりR1、G1、E1の光を順次供給する状態となる。更に、画像処理装置4Aも制御回路37の制御により、蛍光モードに対応した信号処理を行う状態になる。
この場合、図3(B)に示すR1フィルタ22a、G1フィルタ22b、E1フィルタ22cによりR1、G1、E1の波長帯域の光が皮膚に照明される。ここで、R1フィルタ22a、G1フィルタ22bを経た光による反射光は、励起光カットフィルタ27の透過帯域内であるので、皮膚の反射特性に応じてCCD28で受光される。しかしながら、E1フィルタ22cの励起光による反射光は、図4(B)の2点鎖線で示すように励起光カットフィルタ27の透過帯域の外になるのでカットされる。また、その励起光により観察対象で発した蛍光は、励起光カットフィルタ27の透過帯域内のものがCCD28で受光される。なお、R1フィルタ22a、G1フィルタ22bによる照明光の反射光強度はE1フィルタ22cの励起光の反射光強度と比較しては遥かに小さいさいので、図4(B)において、例えば100倍(×100の表記)して表示している。また、本発明では、R1フィルタ22a、G1フィルタ22bによるR1、G1の波長帯域の光の強度は、E1フィルタ22cによるE1の波長帯域の励起光の1/100以下になっている。このため、図3(B)、図4(B)では、R1フィルタ22a、G1フィルタ22bによるR1、G1の波長帯域の光の強度、及び、蛍光の強度を100倍して示してある。
以上により、CCD28に到達する反射光強度と蛍光強度を近くすることができる。よって、反射光のCCD出力のみが飽和することを回避できる。
しかしながら、R1フィルタ22a、G1フィルタ22bは低透過率のため、製造バラツキによる光強度バラツキへの影響が大きくなる。
この画像信号は、画像処理装置4A内に設けた信号入力手段としてのプリアンプ32を介してケーブル伝送時の損失分が増幅される。また、画像信号は、更にオートゲインコントロール(AGC)回路33を介して所定レベルまで増幅される。その後、画像信号は、A/D変換回路34によりアナログ信号からデジタル信号(画像データ)に変換される。変換された各画像データは、切換を行うマルチプレクサ35を経て、第1フレームメモリ36a、第2フレームメモリ36b及び第3フレームメモリ36cに一時格納(記憶)される。
また、制御回路37は、マルチプレクサ35の切換を制御し、通常モードにおいて、Rフィルタ21a、Gフィルタ21b、Bフィルタ21cによる照明のもとで撮像した各画像信号をそれぞれ第1フレームメモリ36a、第2フレームメモリ36b、第3フレームメモリ36cに順次記憶させるように制御する。
上記フレームメモリ36a〜36cに格納された画像信号は、画像処理回路38に入力される。蛍光画像モードにおいて、画像処理回路38は、入力信号に対して正常組織部分と病変組織部分とを識別し易い色相の出力信号に変換する画像処理を施す。そして、画像信号は、D/A変換回路39によりアナログのRGB信号に変換されてモニタ5に表示される。
そして、本実施例では、画像処理回路38は、合成手段としてRGBチャンネルのB(青色)チャンネルにR1フィルタ22aでの照明光による反射光(ヘモグロビンの光の非吸収帯を含む波長帯域)の画像信号、G(緑色)チャンネルに蛍光画像の画像信号、R(赤色)チャンネルにG1フィルタ22bでの照明光による反射光(ヘモグロビンの光の吸収帯を含む波長帯域)の画像信号を割り当て、1つの画像として合成して合成画像を生成するようになっている。更に、本実施例では、画像処理回路38は、後述するように入力される3つの画像信号のゲインを調整するように構成されている。
また、制御回路37は、ランプ駆動回路11のランプ12を発光駆動するランプ電流を制御する。さらに、制御回路37は、スコープスイッチ29の操作に応じた制御動作を行うように構成されている。
図5(A)から分かるように、蛍光画像の強度分布特性は、520nm付近でピークとなる。本実施例では励起光カットフィルタ27による透過特性をこの520nm付近の波長帯域を含むように設定してある。
つまり、本実施例では、R1フィルタ22aは、透過波長帯域を酸化ヘモグロビンの吸光度が低い部分に設定され、且つG1フィルタ22bは、透過波長帯域を酸化ヘモグロビンの吸光度が高い部分に設定されている。
なお、E1フィルタ22cで遮光する青色領域(の長波長領域)光の透過率と、励起光カットフィルタ27で遮光する青色領域(の短波長領域)の光の透過率は、それぞれ0.01%以下に設定されている。
反射光色調整回路54は、LUT(ルックアップテーブル)51とパラメータ決定部52とROM53を有している。
蛍光色調整回路58は、LUT55と、パラメータ決定部56とROM57を有している。
ROM53,57は、予め複数通りの出力値が格納されており、パラメータ決定部52,56を介して制御回路37の制御信号及び設定スイッチ43の設定により決定されたものをLUT51,55にセットする。
本実施例では、ROM53には、各波長帯域の反射光画像の画像信号の基準強度比が格納されており、標準被写体を被写体として用いたときに得られる各波長帯域の反射光画像の画像信号の強度比がその基準強度比となるように、各波長帯域の反射光画像の画像信号の強度を調整可能になっている。また、ROM57には、反射光色調整回路54で色調整された反射光画像の画像信号と蛍光画像の画像信号との基準強度比が格納されており、生体組織を被写体として用いたときに得られる蛍光画像の画像信号の強度を、反射光色調整回路54で色調整された反射光画像の画像信号と蛍光画像の画像信号との基準強度比となるように、調整可能になっている。
出力端Ta”、Tb”、Tc”からR、G、Bチャンネルに出力された画像データは、D/A変換回路39によりアナログのRGB信号に変換されてモニタ5に出力され、このモニタ5で合成画像として表示されるようになっている。
そして、第1色調整スイッチ59を選択したときは、反射光色調整回路54による反射光の色調整処理が行なわれ、第2色調整スイッチ60を選択したときは、反射光色調整回路60による蛍光の色調整処理が行なわれるようになっている。
まず、反射光の色調整を行う。
ユーザが電子内視鏡A2の先端に、標準被写体62を配置する。次いで、第1色調整スイッチ59を選択する。
反射光色調整回路54では、標準被写体を被写体としたときに得られたR1反射光信号(Ta)、G1反射光信号(Tb)、励起光E1による標準被写体の蛍光(Tc)に対し、次のような色調整(係数αの決定)を行う。
なお、αはTa’=Tb’となる係数である。
Ta’=Ta×α
Tb’=Tb
Tc’=Tc
蛍光色調整回路58では、色調整を行なわず、出力信号の変換を行う。
Ta”=Tb’
Tb”=Tc’
Tc”=Ta’
これにより、R1反射光信号Taと、G1反射光信号Tbの強度比が所定の強度比となるように色調整が行なわれる。
ユーザが、電子内視鏡A2の先端に、生体組織を配置する。
次いで、生体組織の正常組織の関心領域61を設定し、第2色調整スイッチ60を選択する。
蛍光色調整回路58では、蛍光色調整回路58では、関心領域61の平均値信号であるR1反射光信号Ta’、G1反射光信号Tb’、励起光E1による蛍光信号Tc’に対し、次のような色調整(係数βの決定)を行う。
Ta”=Tb’=Tb
Tb”=Tc’×β=Tc×β
Tc”=Ta’=Ta×α
これにより、G1反射光信号Tbの強度比が所定の強度比に調整された反射光信号に対する蛍光信号の強度比が所定の強度比となるように色調整が行なわれる。
即ち、本実施例の蛍光内視鏡装置によれば、状態に変化のない標準被写体を用いて各波長帯域の反射光画像の画像信号のみの強度比が第1色調整スイッチ59を選択したときの画像処理回路38により調整される。標準被写体は全体の状態が均一に固定されているため、観察画像中に領域を設定する必要がなく、簡易に正確な反射光の色調整(色再現性を高めること)ができる。この調整した反射光画像の画像信号の強度を蛍光画像の画像信号の強度比とを調整することで、有用な診断情報が得られる。
以上により、R1フィルタ22a、G1フィルタ22b等の製造バラツキによる色調バラツキ、患者毎に異なる蛍光強度バラツキの補正(色調整)を簡単かつ正確に行うことができる。
ユーザが電子内視鏡A2の先端に、標準被写体62を配置する。次いで、第1色調整スイッチ59を選択する。反射光色調整回路54では、標準被写体を被写体としたときに得られたR反射光信号(Ta)、G反射光信号(Tb)、B反射光信号(Tc)に対し、次のような色調整(係数α’、β’の決定)を行う。
Ta’=Ta×α’
Tb’=Tb
Tc’=Tc×β’
蛍光色調整回路58では、入力信号を変換することなく出力する。
Ta”=Ta’
Tb”=Tb’
Tc”=Tc’
以上により、回路を追加することなく、通常観察フィルタ21の製造バラツキ等による色調バラツキを補正することが可能となる。
本実施例のG1フィルタ22bは、図10に示すように、光学フィルタ63と光学フィルタ64とが接着剤65を介して接合されて構成されている。
光学フィルタ63は、誘電体(SiO2、Ta2O5等)の多層膜コートが施され、図11の符号66に示すように、波長540nm−560nmのみの光を透過するバンドパスフィルタとなっている。
光学フィルタ64は、誘電体(SiO2、Ta2O5等)の多層膜コートが施され、図11の符号67に示すように、波長540nm−560nmの光の透過率が0.8%になるようなバンドカットフィルタとなっている。誘電体の多層膜コートを使用することでコート蒸着装置を用いて製造することが可能となり、光を吸収するNDフィルタに比べて透過率0.8%の製造バラツキを低減することが可能である。
なお、光学フィルタ64の変形例として、図12の符号68に示すような特性を持つ金属単層膜(Ni等)によるコートを用いても良い。
また、R1フィルタ22aに関しても、G1フィルタ22bと同様、2枚の光学フィルタが接着剤を介して接合されている構成をとればよい。
また、本実施例では、R1フィルタ22a、G1フィルタ22bのそれぞれを、2枚の光学フィルタを接合して構成している。これにより、各光学フィルタの両面、計4面を用いた多層膜コートの設計・製造が可能となり、コートの設計・製造が容易となる。また、各光学フィルタの製造誤差の測定値を基に、製造誤差を相殺する組み合わせで光学フィルタを接合することで、高精度なR1フィルタ22a、G1フィルタ22bを製造することも可能である。
以上により、低透過率のR1フィルタ22a、G1フィルタ22bを高精度に製造することができる。それにより、画像処理装置38の色調整で発生する電気ノイズを低減することができる。
2A 電子内視鏡
3A 光源装置
4A 画像処理装置
5 モニタ
7 挿入部
8 先端部
9 ライトガイドファイバ
10 光源用コネクタ
11 ランプ駆動回路
12 ランプ
13 光源絞り
14 切換フィルタ部
15 コンデンサレンズ
16 回転用モータ
17 切換フィルタ
18 ラック
19 ピニオン
20 移動用モータ
21 通常観察用フィルタ
21a Rフィルタ
21b Gフィルタ
21c Bフィルタ
22 蛍光観察用フィルタ
22a R1フィルタ
22b G1フィルタ
22c E1フィルタ
24 照明レンズ
25 対物レンズ系
26 絞り
27 励起光カットフィルタ
28 CCD
29 スコープスイッチ
31 CCD駆動回路
32 プリアンプ
33 オートゲインコントロール(AGC)回路
34 A/D変換回路
35 マルチプレクサ
36 フレームメモリ
37 制御回路
38 画像処理回路
39 D/A変換回路
43 設定スイッチ
51、55 ルックアップテーブル
52、56 パラメータ決定部
53、57 ROM
54 反射光色調整回路
58 蛍光色調整回路
59 第1色調整スイッチ
60 第2色調整スイッチ
61 正常組織の関心領域
62 標準被写体
63、64 光学フィルタ
65 接着剤
Claims (4)
- 少なくとも光源と、励起光用光学フィルタと、複数の通常照明光用光学フィルタを有する光源装置と、
前記光源装置からの励起光及び複数の通常照明光を被写体に導き、被写体から得られる蛍光及び複数の反射光の画像を撮像する電子内視鏡と、
前記電子内視鏡で撮像された蛍光画像及び複数の反射光画像の画像信号を処理してモニタに導く画像処理装置を有し、
前記画像処理装置が、標準被写体を被写体とすることによって得た画像信号を基に、前記複数の反射光画像の画像信号のみの色調整を行う第1の色調整手段を備えていることを特徴とする蛍光内視鏡装置。 - 前記画像処置装置が、生体組織を被写体とすることによって得た画像信号を基に、前記第1の色調整手段で調整された前記複数の反射光画像の画像信号と、該生体組織を被写体とすることによって得た蛍光画像の画像信号との色調整を行う第2の色調整手段を有することを特徴とする請求項1に記載の蛍光内視鏡装置。
- 前記複数の通常照明光用光学フィルタの透過率が、前記励起光用光学フィルタの透過率の100分の1以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の蛍光内視鏡装置。
- 前記各々の通常照明光用光学フィルタが、2枚の光学フィルタを貼り合せて構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の蛍光内視鏡装置。
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