JP2007075198A - 電子内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】 正常組織と病変組織とを識別しやすくし、かつ生体組織を色再現性良く表す画像を得ることができる電子内視鏡システムを提供する。
【解決手段】 内視鏡システム１０の内視鏡スコープ１１に、ライトガイド１５を挿通し、その先端部１１ａに撮像素子１４を設ける。ライトガイド１５は、白色光及び励起光を、先端部１１ａから生体組織に向けて照射する。撮像素子１４は、白色光によって照射された生体組織の画像に対応する白色光画像を撮像する。さらに撮像素子１４は励起光によって励起され、生体組織で生じた蛍光による蛍光画像も撮像する。映像信号処理ブロック５０は、撮像素子１４で生成された白色光画像と蛍光画像を合成し、合成画像を生成する。合成画像の色差信号としては、白色光画像の色差信号を用いる。また、合成画像の輝度信号としては、蛍光画像の輝度信号と白色光画像の輝度信号を所定の割合で加算したものを用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、生体内の生体組織に励起光を照射したときに、生体組織から発する自家蛍光を利用して、生体組織の異常を観察する自家蛍光観察内視鏡システムに関する。

生体組織は、紫外線等特定の波長の光（励起光）が照射されると、自家蛍光により蛍光を発する。自家蛍光は、病変組織では正常組織に比べて弱くなるので、近年この特性を利用して、自家蛍光画像により病変組織を検出する自家蛍光観察内視鏡システムが知られている。

自家蛍光画像では、自家蛍光が弱くなる病変組織に加えて、励起光がほとんど照射されない管腔部についても、暗くなるので、自家蛍光画像を取得するだけでは病変組織を特定することができない。したがって、自家蛍光観察内視鏡システムにおいては、病変組織を特定するために、白色光を生体内に照射したときに得られる白色光画像も併せて参照される。白色光画像においては、管腔部が自家蛍光観察画像と同様に暗く表示される一方、病変組織と正常組織の明るさに差異は生じないので、白色光画像では明るいが、自家蛍光画像で暗い部分が病変組織として特定することができる。

従来の自家蛍光観察内視鏡システムにおいては、例えば自家蛍光画像と白色光画像とをモニタ画面の左右に並べて表示し、２つの画像を参照して、目視観察により病変組織を特定する方法が知られている。しかし、この方法によれば、各画像の画像表示領域が小さくなるので、病変組織の発見が難しくなる場合がある。また、２つの画像を目視により対比し、病変組織を特定するので、病変組織の特定は、医師の経験や勘に頼らざるを得ない部分がある。

そこで、近年、自家蛍光画像の画像データと白色光画像の画像データが、画像処理により適宜合成され、観察画像において、病変組織を強調表示させるシステムが開発されつつなる。

例えば、自家蛍光画像と白色光画像のそれぞれの輝度値から、病変組織を自動的に識別し、白色光画像の病変組織に相当する領域に、赤や黄色の擬似カラーを重ね合わせ、白色光画像において病変組織を擬似カラー表示させる方法が知られている（例えば特許文献１）。このように、病変組織が自動的に擬似カラー表示されれば、経験の少ない医師でも簡単に病変組織を特定することができる。

また、特許文献２においては、異なる２色の照明光の照明光画像と、蛍光画像とに対応する３つの映像信号が、演算処理され、それぞれ異なる色成分からなる信号に変換され、その色変換された映像信号を基に観察画像が生成されることが開示されている。ここで３つの信号それぞれは、輝度かつ／または色相が正常組織と病変組織で異なるとともに、病変組織が空間座標において特定の範囲に入るように演算処理されるので、特許文献２においても、病変組織が正常組織に対して異なる色で表示される。したがって、特許文献１と同様に、病変組織を容易に特定することができる。
特開２００３-２９０１３０号公報 特開２００３-１２６０１４号公報

しかし、特許文献１の方法によれば、擬似カラーが白色光画像に重ねられて表示されるので、擬似カラーが重ねられた部分の生体組織の様子が観察しにくくなる。さらに、生体内において出血があると、その出血部分は、自家蛍光画像において輝度値が低くなる一方、白色光画像において輝度値が高くなることがあるので、病変組織と識別され、その出血部分に擬似カラーが重ねられて誤認してしまう場合がある。

また、特許文献２の方法によれば、得られる観察画像は、白色光画像とは全く異なる色表現により表現されるので、人間の視的感覚からすると、違和感のある画像となり、正常な判断をすることが難しくなる場合がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、白色光画像において、人間にとって違和感のない表現方法で病変組織を強調して表示することができる電子内視鏡システムを提供することを目的とする。

本発明に係る電子内視鏡システムは、照明光及び自家蛍光を励起させるための励起光を、内視鏡スコープの先端部まで伝送し、先端部から生体組織に向けて照射する光照射手段と、先端部に設けられ、照明光が照射された生体組織の反射光による照明光画像と、励起光によって励起されて生体組織で生じた蛍光による蛍光画像とを撮像する撮像手段と、照明光画像と蛍光画像を合成し、合成画像を生成する画像合成手段とを備える。そして、合成画像の色信号は、照明光画像の色信号であるとともに、合成画像の輝度信号は、蛍光画像の輝度信号と照明光画像の輝度信号を所定の割合で加算したものであることを特徴とする。なお、照明光は可視光であれば良いが、白色光、又は実質的に白色光と同視できる光であることが好ましい。

以上の構成によれば、正常組織は合成画像において相対的に明るく表示される一方、病変組織は相対的に暗く表示され、これにより病変組織と正常組織を判別することが可能である。また、病変組織は、照明光や励起光が全く照射されない管腔部よりは明るく表示されるので、管腔部とも区別して表示される。さらに、合成画像の色信号は、照明光画像の色信号がそのまま用いられるので、合成画像において、生体組織は照明光画像と同様に色再現性良く表示される。

本発明に係る電子内視鏡システムは、さらに照明光画像の輝度レベルと、蛍光画像の輝度レベルが一致するように、照明光画像及び蛍光画像の少なくとも一方の輝度信号のゲインを調整するゲイン調整手段を備えることが好ましい。すなわち、蛍光画像の輝度レベルは、通常、照明光画像の輝度レベルより低いので、蛍光画像の輝度レベルを上昇させて、照明光画像の輝度レベルに一致させることが好ましい。そして、合成画像は、一致した輝度レベルが維持されつつ合成されることが好ましい。

上記ゲイン調整の手法としては、種々の方法があり、例えば、照明光画像の輝度値の最大値と、蛍光画像の輝度値の最大値を一致させるように、輝度信号のゲイン調整が行なわれても良い。しかし、照明光画像の各画素の出力レベルは相対的に高いので、照明光画像においては、ハレーション等のノイズの輝度値が、最大値と認識される場合がある。また、蛍光画像においても、ノイズの輝度値が、最大値と認識される場合があり、特に蛍光画像はノイズの影響を受けやすい。このような場合、上述のように輝度値の最大値が一致するように、輝度信号のゲインを調整しても、輝度レベルを正確に一致させることができない。

したがって、本発明においては、照明光画像の輝度値の平均値と、蛍光画像の輝度値の平均値が一致するように、輝度信号のゲインが調整されることが好ましい。この方法によれば、蛍光画像で発生するノイズの影響を最小限に抑えつつ、ゲイン調整が適正に行なわれる。

光照射手段は、例えば、照明光と励起光を１フィールド期間毎交互に、生体組織に向けて照射させるとともに、撮像手段は、例えば、１フィールド期間毎交互に照明光画像と蛍光画像を撮像する。この場合、画像合成手段は、その交互に撮像された照明光画像及び蛍光画像を合成する。

各１フィールド期間に撮像された照明光画像及び蛍光画像の映像信号は、例えば、各１フィールド期間中に合成手段に入力されるとともに、次の１フィールド期間中にも合成手段に入力される。そして、合成手段は、例えば、同じ１フィールド期間中に入力された照明光画像及び蛍光画像を合成して合成画像を生成する。また上記所定の割合は、例えば、スイッチ入力により設定される。

合成画像において、病変組織は、正常組織に比べ輝度が低く表示されるとともに管腔部に比べ輝度が高く表示され、正常組織や管腔部と区別して表示されるので、合成画像を見るだけで病変組織を特定することができる。また、合成画像の色信号は、照明光画像の色信号がそのまま用いられるので、生体組織は、合成画像において、照明光画像と同様に色再現性良く表示される。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る電子内視鏡システムのブロック図である。図１に示すように、内視鏡システム１０は、プロセッサ２０に電子内視鏡スコープ１１及びモニタ４６が接続されて構成される。

電子内視鏡スコープ１１は、体内に挿入され体内を観察するためのスコープであり、プロセッサ２０に対して着脱可能である。電子内視鏡スコープ１１の先端部１１ａには、配光レンズ１２、及び対物レンズ１３が配設される。先端部１１ａにおいて、対物レンズ１３の光軸上後方には、励起光カットフィルタ１９、及び撮像素子１４が順に配設される。内視鏡スコープ１１内には、ライトガイド１５が挿通され、ライトガイド１５の一方の端部（出射端）は配光レンズ１２の光軸上後方に、他方の端部（入射端）は、プロセッサ２０内に挿入されている。

プロサッサ２０は、白色光Ｗを出射する白色光光源（例えば、キセノンランプ）２１と、励起光Ｆを出射する励起用光源（例えばレーザ光源）３１を備える。白色光Ｗは、図中右から左向きに白色光光源２１から出射し、調光用絞り２２及びロータリーシャッター２３を介して、ダイクロックミラー２４を透過し、集光レンズ２５に入射する。励起光Ｆは、図中下から上向きに拡散光として励起用光源３１から出射し、コリメートレンズ３２で平行光にされた後、ダイクロックミラー２４で反射され、白色光Ｗと同様に、図中右から左に進む光として集光レンズ２５に入射する。集光レンズ２５に入射した白色光Ｗ又は励起光Ｆは、集光レンズ２５で集光された後、ライトガイド１５の入射端に入射する。

白色光光源２１は、ランプ用電源２６から電力が供給されることにより、白色光Ｗを照射し、白色光光源２１のオン（点灯）−オフ（消灯）の制御は、ランプ用電源２６からの電力供給をオン−オフ制御することにより行われる。白色光Ｗの光量は調光用絞り２２によって調整され、調光用絞り２２の絞り量（絞り開度）は、モータ２７により制御される。

ロータリーシャッター２３は、図２に示すように、遮光部分２３ａ及び透過部分２３ｂが周方向の半周に亘ってそれぞれ形成される。遮光部分２３ａが白色光Ｗの光路中に介挿される場合、白色光Ｗは、ロータリーシャッター２３により遮光され、ライトガイド１５の入射端に入射しない。一方、透過部分２３ｂが光路中に介挿される場合、白色光Ｗは、ロータリーシャッター２３を透過し、ライトガイド１５の入射端に入射する。ロータリーシャッター２３はモータ３５によって一定の速度で回転させられる。なお、モータ２７、３５は、それぞれモータ駆動・制御回路２８、３６により駆動及び制御される。

励起用光源３１は光源駆動・制御回路３４によって駆動させられ、励起光Ｆの照射のオン−オフ及び励起光Ｆの光量は、光源駆動・制御回路３４により制御される。

ライトガイド１５の入射端に入射した白色光Ｗ及び励起光Ｆは、ライトガイド１５の出射端、すなわち内視鏡スコープ１１の先端部１１ａから、生体内の生体組織に照射される。生体組織に照射された白色光Ｗは、生体内で反射され、その反射光は、対物レンズ１３を介して、撮像素子１４の受光面に入射し、受光面には反射光像に応じた白色光画像（照明光画像）が形成される。一方、励起光Ｆが照射された生体組織では自家蛍光が発光し、発光した自家蛍光は、対物レンズ１３を介して、撮像素子１４の受光面に入射し、受光面には自家蛍光像に応じた蛍光画像が形成される。なお、励起光Ｆが照射された際に被写体で反射された励起光Ｆは、励起光カットフィルタ１９で吸収され、撮像素子１４には入射しない。

撮像素子１４は、その受光面に形成された白色光画像又は自家蛍光画像に対応した映像信号をアナログ信号として生成する。撮像素子１４は、例えばインターレースＣＣＤであって、後述する奇数フィールド期間では奇数フィールドの画像を、偶数フィールド期間では偶数フィールドの画像を生成する。撮像素子１４は、撮像素子駆動・制御回路３８から入力される制御信号によって制御される。撮像素子で生成された１フィールド分の映像信号は、各画素それぞれの信号が輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ、Ｃｒ（色信号）から成る映像信号として、信号処理ブロック５０に入力される。映像信号は、信号処理ブロック５０で所定の画像処理が施された後、モニタ４６に観察画像として表示される。

プロセッサ２０には、タイミングコントローラ４０及びシステムコントローラ４１が設けられる。タイミングコントローラ４０では、フレーム信号Ｓｇ及びフィールド信号Ｓｆ（図７参照）が発生させられ、プロセッサ２０内の各回路の動作タイミングは、これらフレーム信号Ｓｇ、及びフィールド信号Ｓｆによって制御される。システムコントローラ４１は、タイミングコントローラ４０を含む電子内視鏡システム１０全体の動作を制御する。

また、プロセッサ２０には、モード切り替えスイッチ３７及びレベル設定スイッチ６１が設けられ、これらのスイッチ入力に基づいてモードの変更や条件設定等の変更が行なわれる。

本実施形態においては、モード切り替えスイッチ３７の入力に従って、複数モードから１つのモードが設定され、そのモードに従って、モニタ４６に表示される観察画像が変更される。例えば、モードが白色光画像モードであるならば、モニタ４６には観察画像として図３に示す白色光画像７１が表示される。白色光画像７１は、白色光Ｗが照射されるときの生体組織の様子を示す画像である。白色光画像７１では、生体組織は白色光Ｗの反射光を反映してカラー表示されるとともに、白色光Ｗが照射されない管腔部Ｄが暗く黒色に表示される。

モードが蛍光画像モードであるならば、モニタ４６には観察画像として図４に示す蛍光画像７２が表示される。蛍光画像７２は、励起光Ｆによって励起された生体組織で生じた自家蛍光によって表される画像である。蛍光画像７２においては、励起光Ｆが照射される生体組織のうち、正常組織Ｃは蛍光発色が強くなり相対的に明るく表示される一方、病変組織Ｅは蛍光発色が弱く、相対的に暗く表示される。したがって、蛍光画像７２においては、蛍光発色の強弱により生体組織内の病変組織Ｅを判別可能である。ただし、蛍光画像７２においては、励起光Ｆが照射されない管腔部Ｄについても、相対的に暗く表示され、すなわち、病変組織Ｅと管腔部Ｄは共に暗く表示され、これらは蛍光画像７２において明確に区別して表示されない。

モードが２画面表示モードならば、図５に示すように、モニタ４６には観察画像として、２画面表示画像７３が表示される。２画面表示画像７３は、白色光画像７１と蛍光画像７２が左右に並べられて表示される画像である。

モードが合成画像モードであるならば、図６に示すように、モニタ４６には観察画像として合成画像７４が表示される。合成画像７４は、各画素の色差信号Ｃｂ、Ｃｒとして白色光画像７１の色差信号Ｃｂ、Ｃｒが用いられるとともに、各画素の輝度信号Ｙとして、蛍光画像７２の輝度信号Ｙｆと白色光画像７１の輝度信号Ｙｗが所定の割合で加算された信号が用いられる。

以下、本実施形態の特徴点な構成である合成画像の生成方法について、図７〜９を用いて説明する。図７は、合成画像モードのとき撮像素子１４において生成される映像信号の生成方法を示すためのタイミングチャートである。なお、図７においては、便宜的に５フレーム期間（以下の説明においては、それぞれのフレーム期間を便宜的に第１〜第５フレーム期間という。）における動作が示されるが、他のフレーム期間でも同様の動作が行われる。また、各第ｎフレーム期間で生成される白色光画像及び蛍光画像の映像信号を、それぞれ映像信号ＷＬｎ、及び映像信号ＦＬｎとする。

図７に示すように、フレーム信号Ｓｇは、１フレーム期間（例えば１／３０秒間）出力され、次の１フレーム期間出力されない信号であって、フレーム信号Ｓｇの出力−非出力は繰り返される。フィールド信号Ｓｆは、フレーム信号Ｓｇに応じて出力され、１フレーム期間の前半の１／６０秒間（奇数フィールド期間）出力され、後半の１／６０秒間（偶数フィールド期間）出力されない信号である。

フィールド信号Ｓｆの出力に応じて、励起用光源３１の動作、及びロータリーシャッター２３（図１参照）の回転が制御される。具体的には、奇数フィールド期間では、白色光Ｗが、ロータリーシャッター２３の透過部２３ｂ（図２参照）を透過し、生体組織に照射されるとともに、励起光Ｆの発光が停止させられる。偶数フィールド期間では、白色光Ｗはロータリーシャッター２３の遮光部２３ａ（図２参照）によって遮光され、生体組織に照射されない一方、励起用光源３１から励起光Ｆが生体組織に照射される。以上のように、合成画像モードでは、奇数フィールドで白色光Ｗが、偶数フィールド期間で励起光Ｆが照射され、すなわち、白色光Ｗ及び励起光Ｆは１フィールド期間毎交互に生体組織に向けて照射される。

撮像素子１４（図１参照）は、フィールド信号Ｓｆによって制御され、各フィールド期間において、その受光面に形成された白色光画像又は蛍光画像に対応する電荷を蓄積し、蓄積した電荷を１フィールド分の映像信号に変換する。すなわち、奇数フィールド期間においては、生体組織に白色光Ｗが照射され、撮像素子１４の受光面では白色光Ｗの反射光に応じた白色光画像が形成されるので、撮像素子１４ではその白色光画像に対応した１フィールド分の映像信号ＷＬｎが生成される。そして、映像信号ＷＬｎはその各奇数フィールド期間において、撮像素子１４から映像信号処理ブロック５０に出力される。

一方、偶数フィールド期間では、生体組織に励起光が照射され、撮像素子１４の受光面では生体組織で生じた蛍光が受光されるので、撮像素子１４では蛍光画像に対応した１フィールド分の映像信号ＦＬｎが生成される。そして、映像信号ＦＬｎは映像信号処理ブロック５０に出力される。以上のように、合成画像モードでは、奇数フィールドで白色光画像の映像信号ＷＬｎが、偶数フィールドで蛍光画像の映像信号ＦＬｎが生成され、すなわち、撮像素子１４では、映像信号ＷＬｎと、映像信号ＦＬｎが１フィールド毎交互に生成・出力される。

図８は、映像信号処理ブロック５０を詳細に示すための回路構成図である。撮像素子１４から出力された映像信号ＷＬｎ、ＦＬｎは、まず前段信号処理回路５１に入力され、色調整等、映像信号に必要な画像処理が施されるとともに、Ａ／Ｄ変換され、デジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された白色光画像及び蛍光画像の映像信号は、それぞれ、擬似フレームブロック５２及びスイッチ回路５３において、擬似フレーム化される。

擬似フレームブロック５２は、第１及び第２メモリ５２ａ、５２ｂを備える。第１及び第２メモリ５２ａ、５２ｂは、それぞれメモリ制御線によりタイミングコントローラ４０に接続され、第２メモリ５２ａ、５２ｂにおける映像信号の書き込み及び読み出しタイミングは、タイミングコントローラ４０により制御される。

スイッチ回路５３は、入力端子ｍ１、ｍ２と出力端子ｎ１から成る第１スイッチ５３ａと、入力端子ｍ３、ｍ４と出力端子ｎ２から成る第２スイッチ５３ｂを備える。

前段信号処処理回路５１の出力端子は４つ設けられ、そのうち２つが、それぞれ第１及び第２メモリ５２ａ、５２ｂに接続され、第１及び第２メモリ５２ａ、５２ｂはそれぞれ、入力端子ｍ１、ｍ３に接続されている。他の２つの出力端子はそれぞれ、メモリを介さずに、スイッチ５３ａ、５３ｂの入力端子ｍ２、ｍ４に接続される。第１及び第２スイッチ５３ａ、５３ｂは、スイッチ制御線によりタイミングコントローラ４０に接続され、これらスイッチの切替タイミングは、タイミングコントローラ４０よって制御される。

図９は、擬似フレーム化の方法を示すためのタイミングチャートである。図９においては、図７と同様に便宜的に５フレーム期間における動作を示す。以下、図８、９を用いて、第１フレーム期間における白色光画像の擬似フレーム化について説明するが、他のフレーム期間における白色光画像の擬似フレーム化も同様に行われるので、その説明は省略する。

第１フレーム期間の奇数フィールドでは、第１スイッチ５３ａ（図８参照）が、入力端子ｍ２を出力端子ｎ１に接続する。そして、前段信号処理回路５１からは、映像信号ＷＬ１が出力され、その映像信号ＷＬ１は入力端子ｍ２及び出力端子ｎ１を介して、ＡＧＣ（auto gain controller）回路５４（図８参照）に入力される。また、映像信号ＷＬ１は、第１メモリ５２ａ（図８参照）にも書き込まれる。

第１フレーム期間の偶数フィールドでは、第１スイッチ５３ａは、入力端子ｍ１を出力端子ｎ１に接続する。そして、奇数フィールドでは、第１メモリ５２ａに書き込まれていた映像信号ＷＬ１が読み出され、映像信号ＷＬ１は、端子ｍ１及びｎ１を介して、ＡＧＣ回路５４に入力される。すなわち、偶数フィールドでは、白色光画像の映像信号が撮像素子１４で生成されないので、第１メモリ５２ａに格納されている映像信号ＷＬ１が偶数フィールドの映像信号として読み出される。

以上により、第１フレーム期間では、擬似フレームブロック５２（図８参照）及びスイッチ回路５３によって、奇数、偶数フィールドともに映像信号ＷＬ１から成る１フレーム分の白色光画像が、擬似フレーム化画像として、ＡＧＣ回路５４に入力される。

次に、蛍光画像の擬似フレーム化について説明する。以下蛍光画像についても、第１フレーム期間における擬似フレーム化について説明するが、他のフレーム期間における蛍光画像の擬似フレーム化も同様に行われる。

第１フレーム期間の奇数フィールドでは、第２スイッチ５３ｂ（図８参照）は、入力端子ｍ３を出力端子ｎ２に接続する。また、第２メモリ５２ｂ（図８参照）には、先のフレーム期間（第０フレーム期間）の偶数フィールドで書き込まれた蛍光画像の映像信号ＦＬ０が格納されている。すなわち、奇数フィールドでは、撮像素子１４において蛍光画像の映像信号が生成されないので、第０フレーム期間の偶数フィールドで生成された映像信号ＦＬ０が、第２メモリ５２ｂから読み出され、第１フレーム期間の奇数フィールドの映像信号として、ＡＧＣ回路５４に入力される。

第１フレーム期間の偶数フィールドでは、第２スイッチ５３ｂが、入力端子ｍ４を出力端子ｎ２に接続するとともに、前段信号処理回路５１からは、第１フレーム期間の偶数フィールドにおいて撮像素子１４で生成された映像信号ＦＬ１が出力される。出力された映像信号ＦＬ１は、端子ｍ４、ｎ２を介してＡＧＣ回路５４に入力される。また、映像信号ＦＬ１は第２メモリ５２ｂに書き込まれ、書き込まれた映像信号ＦＬ１は次の第２フレーム期間の奇数フィールドで読み出される。

以上のように、第１フレーム期間では、擬似フレームブロック５２、スイッチ回路５３によって、奇数フィールドが映像信号ＦＬ０で、偶数フィールドが映像信号ＦＬ１である１フレーム分の蛍光画像が、蛍光画像の擬似フレーム化画像としてＡＧＣ回路５４に入力される。

次に、図８を参照して擬似フレーム化された映像信号の処理について説明する。なお、以下の説明においては、第１フレーム期間の奇数フィールドにおける映像信号処理について説明するが、他のフィールドにおける映像信号処理も同様であるので、その説明は省略する。

ＡＧＣ回路５４では、同一フィールド期間で入力される映像信号ＷＬ１と映像信号ＦＬ０の輝度レベルが一致するように、ゲイン調整が行われる。具体的には、まず１フィールド分の映像信号ＷＬ１及び映像信号ＦＬ０それぞれの輝度値の平均値が算出される。そして、映像信号ＷＬ１の輝度値の平均値と、映像信号ＦＬ０の輝度値の平均値が一致するように、映像信号ＦＬ０の各画素の輝度値（輝度信号）に同一の係数が乗ぜられ、これにより、映像信号ＦＬ０の輝度値のゲイン調整が行なわれる。一般的に、蛍光画像の輝度値は白色光画像の輝度値よりも低くなるので、係数は１以上に設定され、映像信号ＦＬ０の輝度値はゲインアップされる。

なお、映像信号ＷＬ１及び映像信号ＦＬ０の輝度レベルを一致させるために、映像信号ＷＬ１中の輝度値の最大値と、映像信号ＦＬ０中の輝度値の最大値を一致させるように、映像信号ＦＬ０の輝度値のゲイン調整が行なわれても良い。

ゲイン調整後、映像信号ＷＬ１、ＦＬ０はノイズリダクション回路５５に入力される。蛍光画像の映像信号ＦＬ０は、ＡＧＣ回路５４でゲインアップさせられ、ノイズも増幅されているので、ノイズリダクション回路５５でノイズが軽減された後、合成画像演算回路５６に入力される。一方、映像信号ＷＬ１は、ＡＧＣ回路５４でゲインアップされないので、ノイズリダクション回路５５では、ノイズの軽減処理が行われずに、そのまま合成画像演算回路５６に入力される。なお、ノイズリダクション回路５５としては、メディアンフィルタ等が使用される。

合成画像演算回路５６では、映像信号ＷＬ１、ＦＬ０が合成され、合成画像の映像信号が生成される。ここで、合成画像の各画素の色差信号Ｃｂ、Ｃｒは、白色光画像の映像信号ＷＬ１の各画素の色差信号Ｃｂ、Ｃｒがそのまま用いられる。

一方、合成画像の輝度信号Ｙｓは、各画素について、白色光画像（映像信号ＷＬ１）の輝度信号Ｙｗと、蛍光画像（映像信号ＦＬ０）の輝度信号Ｙｆとを所定の割合で加算して生成される。具体的には、合成画像の各画素の輝度信号Ｙｓは、式（１）により表される。
Ｙｓ＝α×Ｙｗ＋β×Ｙｆ ・・・（１）
（ただし、α＋β＝１、α≧０、β≧０）

なお、α＋β＝１と設定されるのは、ＡＧＣ回路５４で一致させた輝度レベルを合成画像において維持させて、輝度信号Ｙｗと、輝度信号Ｙｆを所定の割合で加算させるためである。また、α及びβの値は、プロセッサ２０に設けられたレベル設定スイッチ６１（図１参照）のスイッチ入力によって設定される。

合成画像演算回路５６で生成された合成画像は、後段信号処理回路５８でＤ／Ａ変換され、アナログ信号としてモニタ４６に出力され、図６に示すような合成画像７４として表示される。

図６に示すように、正常組織Ｃは、白色光Ｗ又は励起光Ｆが照射された場合、白色光Ｗを反射し、又は蛍光を強く発し、いずれの場合においても輝度が高くなるので、合成画像７４において相対的に明るく表示される。一方、病変組織Ｅは、白色光Ｗが照射された場合、正常組織Ｃと同等に白色光Ｗを反射するが、励起光Ｆが照射された場合、自家蛍光を相対的に弱く生じさせる。したがって、病変組織Ｅは、合成画像７４において、正常組織Ｃに比べ輝度が低く表示され、これにより病変組織Ｅと正常組織Ｃを判別することが可能となる。また、合成画像７４は白色光画像７１の輝度も反映するので、病変組織Ｅは、白色光Ｗ及び励起光Ｆが全く照射されない管腔部Ｄとも明るさが異なるように表示される。

さらに、合成画像７４の色差信号は、白色光画像７１の色差信号がそのまま用いられるので、合成画像７４において、生体組織は白色光画像７４と同様に色再現性良く表示される。したがって、例えば、出血部分は、病変組織Ｅと同様に、蛍光が弱く輝度が低く表示されるが、出血部分は赤く表示される一方、病変組織Ｅは他の生体組織の色と同一に表示されるので、出血部分は病変組織Ｅから区別して表示される。

また、α及びβの値は、レベル設定スイッチ６１を操作することにより、任意に設定することができるので、蛍光画像の参照する割合を使用者の要求に応じて変更することができる。

以下設定されるモードが合成画像モード以外のモードである場合における動作を説明する。モードが２画面表示モードである場合、ライトガイド１５の出射端からは、図７に示すように画像合成モードと同様に、白色光及び励起光が１フィールド毎交互に出射され、撮像素子１４では１フィールド毎交互に白色光画像と蛍光画像が生成される。そして、このように、交互に生成された白色光画像と蛍光画像は、擬似フレームブロック５２で２画面表示画像に合成される。以下、擬似フレームブロック５２で実施される２画面表示画像の生成方法について説明するが、以下の説明においては、図７における第１、３、５フレーム期間を奇数フレーム、第２、４期間を偶数フレームとして説明する。

奇数フレーム期間の奇数フィールドでは、上述したように、撮像素子１４から白色光画像の映像信号ＷＬｎが出力され、この映像信号ＷＬｎは、第１メモリ５２ａに書き込まれる。そして、偶数フィールドでは、撮像素子１４から蛍光画像の映像信号ＦＬｎが出力されるが、この映像信号ＦＬｎも、第１メモリ５２ａに書き込まれる。一方、偶数フレーム期間において、得られる映像信号ＷＬｎ及びＦＬｎはいずれも第２メモリ５２ｂに書き込まれる。

奇数フレーム期間で第１メモリ５２ａに書き込まれた映像信号ＷＬｎ及びＦＬｎは、次の偶数フレーム期間で第１メモリ５２ａから読み出される。ここで、映像信号ＷＬｎ及びＦＬｎは、ライン毎に順次交互に読み出されるとともに、読み出されるとき、１ライン分の映像信号は、１／２ライン分の映像信号に圧縮される。その圧縮された１／２ライン分の映像信号ＷＬｎと１／２ライン分の映像信号ＦＬｎは、１ラインの映像信号として合成され、図５に示すような、左側に白色光画像、右側に蛍光画像が表示される２画面表示画像７３が得られる。偶数フレーム期間で第２メモリ５２ｂに書き込まれた映像信号ＷＬｎ及びＦＬｎについても、奇数フレーム期間で、同様に読み出される。

擬似フレームブロック５２から読み出された映像信号は、ＡＧＣ回路５４、ノイズリダクション回路５５でゲイン調整、ノイズ軽減処理がされた後、合成画像演算回路５６では特に処理が行われずに、後段信号処理回路５８に入力される。映像信号は、後段信号処理回路５８でＤ／Ａ変換された後、モニタ４６に２画面表示画像７３として表示される。

次に、モードが白色光画像モードである場合について説明する。モードが白色光画像モードである場合、ライトガイド１５の出射端から常に白色光が照射されるように制御され、撮像素子１４では、いずれのフィールド期間においても白色光画像に関する映像信号が得られる。したがって、その映像信号は、擬似フレームブロック５２等で擬似フレーム化されることなく、映像信号処理ブロック５０で所定の画像処理された後、モニタ４６に観察画像として順次表示される。

また、モードが蛍光画像モードである場合も、同様に、ライトガイド１５の出射端から常に励起光が照射されるので、撮像素子１４ではいずれのフィールド期間においても、蛍光画像が撮像され、この撮像素子１４で撮像された蛍光画像は順次モニタ４６に観察画像として表示される。

以上のように、本実施形態の回路構成によれば、複雑な回路を用いることなく、合成画像モード、２画面表示モード、通常画像モード、及び蛍光画像モードの動作を実施することができる。なお、本実施形態においては、色信号の形式としては、色差信号以外のＵ、Ｖ形式、ａ、ｂ形式等でも良い。

本実施形態に係る電子内視鏡システムのブロック図である。 ロータリーシャッターの構成を示すための模式図である。 モニタに表示される白色光画像を模式的に示す図である。 モニタに表示される蛍光画像を模式的に示す図である。 モニタに表示される２画面表示画像を模式的に示す図である。 モニタに表示される合成画像を模式的に示す図である。 撮像素子において、映像信号の生成方法を示すためのタイミングチャートである。 映像信号処理ブロックの構成を示すためのブロック図である。 擬似フレーム化の方法を示すためのタイミングチャートである。

符号の説明

１０ 内視鏡システム
１１ 内視鏡スコープ
１４ 撮像素子
２０ プロセッサ
２１ 白色光光源
３１ 励起用光源
５０ 映像信号処理ブロック
５２ 擬似フレームブロック
５２ａ 第１メモリ
５２ｂ 第２メモリ
５４ ＡＧＣ回路
５６ 合成画像演算回路

Claims (6)

1. 照明光及び自家蛍光を励起させるための励起光を、内視鏡スコープの先端部まで伝送し、前記先端部から生体組織に向けて照射する光照射手段と、
   前記先端部に設けられ、前記照明光が照射された生体組織の反射光による照明光画像と、前記励起光によって励起されて生体組織で生じた蛍光による蛍光画像とを撮像する撮像手段と、
   前記照明光画像と前記蛍光画像を合成し、合成画像を生成する画像合成手段とを備え、
   前記合成画像の色信号は、前記照明光画像の色信号であるとともに、前記合成画像の輝度信号は、前記蛍光画像の輝度信号と前記照明光画像の輝度信号を所定の割合で加算したものであることを特徴とする電子内視鏡システム。
2. 前記照明光画像の輝度レベルと、前記蛍光画像の輝度レベルが一致するように、前記照明光画像及び蛍光画像の少なくとも一方の輝度信号のゲインを調整するゲイン調整手段を備え、
   前記合成画像は、前記一致した輝度レベルが維持されつつ合成されることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
3. 前記ゲイン調整手段は、前記照明光画像の輝度値の平均値と、前記蛍光画像の輝度値の平均値が一致するように、前記輝度信号のゲインを調整することを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡システム。
4. 前記光照射手段は、前記照明光と前記励起光を１フィールド期間毎交互に、生体組織に向けて照射させるとともに、前記撮像手段は、１フィールド期間毎交互に前記照明光画像と前記蛍光画像を撮像し、
   前記画像合成手段は、その交互に撮像された前記照明光画像及び前記蛍光画像を合成することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
5. 各１フィールド期間に撮像された前記照明光画像及び蛍光画像の映像信号は、前記各１フィールド期間中に前記合成手段に入力されるとともに、次の１フィールド期間中にも前記合成手段に入力され、
   前記合成手段は、同じ１フィールド期間中に入力された前記照明光画像及び蛍光画像を合成して前記合成画像を生成することを特徴とする請求項４に記載の電子内視鏡システム。
6. 前記所定の割合は、スイッチ入力により設定されることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。

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