JP2010082141A - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被観察体の自家蛍光画像や、被観察体の所望の関心部位に関する自家蛍光スペクトルを表示可能で、励起光カットフィルタを必要としない電子内視鏡装置を得る。
【解決手段】被観察体に白色光を照射する光源１４と、被観察体を撮像するカラー撮像素子１５と、該カラー撮像素子１５の出力に基づいて被観察体のカラー画像を表示する画像表示手段３４とを備えた電子内視鏡装置において、画像表示手段３４上に表示されたカラー画像における関心部位を指定する位置指定手段１０１と、この手段１０１により指定された関心部位に関するＲＧＢ３色画像信号と、先見情報に基づく所定のマトリクスデータとの演算により、該関心部位に関する被観察体の自家蛍光スペクトルを推定する演算手段１００と、この演算手段１００の出力を受けてスペクトルを表示するスペクトル表示手段３４とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は電子内視鏡装置に関し、特に詳細には、被観察体の自家蛍光画像を取得することができる電子内視鏡装置、および被観察体の指定された関心部位の自家蛍光スペクトルを表示可能とした電子内視鏡装置に関する。

固体撮像素子を用いた電子内視鏡装置の分野では、近年、胃粘膜等の消化器官における分光反射率に基づいて、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を行う装置、すなわち狭帯域フィルタ内蔵電子内視鏡装置(Narrow Band Imaging-NBl)が注目されている。この装置は、面順次式のＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の回転フィルタの代わりに、３つの狭（波長）帯域のバンドパスフィルタを設け、これら狭帯域バンドパスフィルタを介して照明光を順次出力し、これらの照明光で得られた３つの信号に対しそれぞれの重み付けを変えながらＲ，Ｇ，Ｂ（ＲＧＢ）信号の場合と同様の処理を行うことにより、分光画像を形成するものである。このような分光画像によれば、胃、大腸等の消化器において、従来では得られなかった微細構造等が抽出される。

また、上記の狭帯域バンドパスフィルタを用いる面順次式のものではなく、特許文献１、２や非特許文献１に示されるように、固体撮像素子に微小モザイクの色フィルタを配置する同時式において、白色光が照射された被観察体を撮像して得た画像信号を基に、演算処理にて分光画像を形成することも提案されている。これは、ＲＧＢのそれぞれのカラー感度特性を数値データ化したものと、特定の狭帯域バンドパスの分光特性を数値データ化したものとの関係をマトリクスデータ（係数セット）として求め、このマトリクスデータとＲＧＢ信号との演算により、狭帯域バンドパスフィルタを介して得られる分光画像を推定した分光画像信号を得るものである。このような演算によって分光画像を形成する場合は、所望の波長域に対応した複数のフィルタを用意する必要がなく、またこれらの交換配置が不要となるので、装置の大型化が避けられ、低コスト化を図ることができる。

他方、例えば特許文献３に示されるように、被観察体の自家蛍光画像を取得できるようにした蛍光内視鏡も従来提供されている。この種の蛍光内視鏡は基本的に、被観察体に含まれる自家蛍光物質を励起する励起光を該被観察体に照射し、そのとき発せられた蛍光を検出して、被観察体の自家蛍光画像を取得するものである。
特公平７−９６００５号公報 特開２００３−９３３３６号公報 特開２００２−０１０９６９号公報 三宅洋一著「分光画像処理入門」東京大学出版会、２００６年、ｐ．２１〜３５並びにｐ．１７１〜１７３

上に述べた蛍光内視鏡においては一般に、被観察体に励起光を照射した際に、その表面で反射した励起光が蛍光検出用撮像素子に入射して不正な蛍光画像が形成されることを防止するために、蛍光検出用撮像素子の前に励起光カットフィルタが配設される。しかしそのような励起光カットフィルタを設けると、小型化が望まれる内視鏡スコープ（通常そこに蛍光検出部が含まれる）が大型になりやすい。

他方、実際の臨床分野においては、ある関心部位の自家蛍光スペクトルを、正常と分かっている部位の自家蛍光スペクトルと比較することにより、その関心部位が正常であるかどうかを判断することも提案されている。蛍光内視鏡を利用して、そのような自家蛍光スペクトルを表示させることもできるが、その場合も励起光カットフィルタが必要となるので、上に述べた問題がそのまま発生する。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、被観察体の自家蛍光画像や、被観察体の所望の関心部位に関する自家蛍光スペクトルを表示可能で、励起光カットフィルタを必要としない電子内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明による第１の電子内視鏡装置は、被観察体の自家蛍光画像を表示できるようにしたものであって、
被観察体に白色光を照射する光源と、
この白色光の照射を受けた前記被観察体を撮像するカラー撮像素子と、
このカラー撮像素子の出力に基づくＲＧＢ３色画像信号から前記被観察体のカラー画像を表示する画像表示手段とを備えてなる電子内視鏡装置において、
先見情報に基づく前記被観察体の自家蛍光のスペクトルデータを記憶した記憶部と、
前記被観察体に照射される前記白色光から、前記自家蛍光の波長域の光をカットするフィルタと、
このフィルタを経た白色光が照射された被観察体に関する前記ＲＧＢ３色画像信号と、前記記憶部が記憶しているスペクトルデータとのマトリクス演算に基づいて、被観察体の自家蛍光画像を示す画像データを形成するマトリクス演算部とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明による第２の電子内視鏡装置は、被観察体の自家蛍光スペクトルを推定、表示できるようにしたものであって、
被観察体に白色光を照射する光源と、
この白色光の照射を受けた前記被観察体を撮像するカラー撮像素子と、
このカラー撮像素子の出力に基づくＲＧＢ３色画像信号から前記被観察体のカラー画像を表示する画像表示手段とを備えてなる電子内視鏡装置において、
先見情報に基づく前記被観察体の自家蛍光のスペクトルデータを記憶した記憶部と、
前記被観察体に照射される前記白色光から、前記自家蛍光の波長域の光をカットするフィルタと、
前記画像表示手段上に表示されたカラー画像における所望の関心部位を指定する位置指定手段と、
前記フィルタを経た白色光が照射されたときの被観察体に関する前記ＲＧＢ３色画像信号のうち、前記位置指定手段により指定された関心部位についてのＲＧＢ３色画像信号と、前記記憶部が記憶しているスペクトルデータとのマトリクス演算により、該関心部位に関する被観察体の自家蛍光スペクトルを推定する演算手段と、
推定された前記自家蛍光スペクトルを表示するスペクトル表示手段とを備えたことを特徴とするものである。

なお、この本発明による第２の電子内視鏡装置においては、スペクトル表示手段として前記画像表示手段が兼用されていることが望ましい。

またこの本発明による第２の電子内視鏡装置においては、
前記演算手段が求めた関心部位に関する被観察体の自家蛍光スペクトルを示す情報を記憶しておく記憶手段が設けられるとともに、
前記スペクトル表示手段が、この記憶手段から送出された情報が示す自家蛍光スペクトルを、それとは別に前記演算手段が新たに推定した自家蛍光スペクトルと併せて表示可能に形成されていることが望ましい。

また、本発明による電子内視鏡装置においては、前記フィルタを通さない白色光が照射された被観察体に関する前記カラー撮像素子の出力に基づくＲＧＢ３色画像信号と、所定のマトリクスデータとの演算により、指定された波長の分光画像を示す分光画像信号を形成する分光画像形成回路がさらに設けられていることが好ましい。

なお、被観察体に照明光を照射したとき、該被観察体で反射する光のスペクトルを推定することは、例えば文献 津村徳道、羽石秀昭、三宅洋一等「重回帰分析によるマルチバンド画像からの分光反射率の推定」 光学 １９９８年 ２７（７） ｐ.３８４〜３９１ において提案されているが、被観察体の自家蛍光スペクトルを推定して電子内視鏡装置において表示することは、従来全く行われていなかった。

本発明による第１の電子内視鏡装置は、
先見情報に基づく前記被観察体の自家蛍光のスペクトルデータを記憶した記憶部と、
前記被観察体に照射される前記白色光から、前記自家蛍光の波長域の光をカットするフィルタと、
このフィルタを経た白色光が照射された被観察体に関する前記ＲＧＢ３色画像信号と、前記記憶部が記憶しているスペクトルデータとのマトリクス演算に基づいて、被観察体の自家蛍光画像を示す画像データを形成するマトリクス演算部とを備えているので、マトリクス演算部が形成した画像データに基づいて、画像表示手段に被観察体の自家蛍光画像を表示可能となる。

一方本発明による第２の電子内視鏡装置においては、
先見情報に基づく前記被観察体の自家蛍光のスペクトルデータを記憶した記憶部と、
前記被観察体に照射される前記白色光から、前記自家蛍光の波長域の光をカットするフィルタと、
前記画像表示手段上に表示されたカラー画像における所望の関心部位を指定する位置指定手段と、
前記フィルタを経た白色光が照射されたときの被観察体に関する前記ＲＧＢ３色画像信号のうち、前記位置指定手段により指定された関心部位についてのＲＧＢ３色画像信号と、前記記憶部が記憶しているスペクトルデータとのマトリクス演算により、該関心部位に関する被観察体の自家蛍光スペクトルを推定する演算手段と、
推定された前記自家蛍光スペクトルを表示するスペクトル表示手段とを備えたことにより、被観察体の中の任意の関心部位に関するスペクトルデータを推定、表示可能となる。

そして、これらの本発明による電子内視鏡装置においては、励起光カットフィルタが不要となっているので、励起光カットフィルタを設けるためにスコープ部が大型化しやすいという問題を防止可能となる。なおこれらの電子内視鏡装置においては、被観察体に照射される白色光から、自家蛍光の波長域の光をカットするフィルタが配設されるが、そのようなフィルタは例えば白色光源の直後に設ければよく、スコープ部に設ける必要はないので、このフィルタのためにスコープ部が大型化することは回避できる。

なお、この本発明による第２の電子内視鏡装置において、特に上記のスペクトル表示手段として、被観察体のカラー画像を表示するための画像表示手段が兼用されている場合は、電子内視鏡装置のコストを低く抑えることが可能になる。

また本発明による第２の電子内視鏡装置において、前記演算手段が求めた関心部位に関する被観察体の自家蛍光スペクトルを示す情報を記憶しておく記憶手段が設けられるとともに、前記スペクトル表示手段が、この記憶手段から送出された情報が示す自家蛍光スペクトルを、それとは別に前記演算手段が新たに推定した自家蛍光ペクトルと併せて表示可能に形成されている場合は、互いに異なる複数の関心部位の自家蛍光スペクトルを比較しながら表示可能となる。そこでこの場合は、例えば、正常と分かっている関心部位の自家蛍光スペクトルと明らかに異なる自家蛍光スペクトルが表示されたとき、その後者の自家蛍光スペクトルを得た関心部位は病巣部であると判断できるようになり、医療診断を支援する効果が顕著なものとなる。

さらに、本発明による電子内視鏡装置において、前記カラー撮像素子の出力に基づくＲＧＢ３色画像信号と、所定のマトリクスデータとの演算により、指定された波長の分光画像を示す分光画像信号を形成する分光画像形成回路がさらに設けられている場合は、先ず、表示された自家蛍光画像や自家蛍光スペクトルから異常と疑われる関心部位を見つけ、その関心部位について詳細な分光画像を形成、表示することが可能となる。そうであれば、無駄な分光画像を数多く形成してしまうことを回避して、医療診断の能率を高めることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による電子内視鏡装置の基本構成を示すものである。本実施形態の電子内視鏡装置は、被観察体の通常画像を表示するモード、後述のようにして形成される被観察体の分光画像を表示するモード、および後述のようにして形成される被観察体の自家蛍光画像を表示するモードのうちの１つに設定され、さらに自家蛍光画像を表示するモードでは、所望の関心部位に関する被観察体の自家蛍光スペクトルを推定して、表示手段の一部領域にそれを表示可能とされている。

最初に、分光画像表示モードおよびそのための構成について説明する。図示の通りこの電子内視鏡装置は、例えば被観察体の体腔内等に挿入されるスコープ１０すなわち内視鏡本体部分と、このスコープ１０が着脱自在に接続されるプロセッサ装置１２とから構成され、プロセッサ装置１２内には白色光を発する光源装置１４が配置されている。スコープ１０の先端には照明窓２３が設けられ、この照明窓２３には、一端が上記光源装置１４に接続されたライトガイド２４の他端が対面している。

上記光源装置１４は、白色光を発する管球１４ａと、それに電流を供給する電源部１４ｂと、上記白色光から被観察体の自家蛍光の波長域にある光をカットするフィルタ１４ｃと、このフィルタ１４ｃを管球１４ａの前に有る位置と、そこから外れた位置のいずれかに選択的に設定するフィルタ駆動部１４ｄとから構成されている。なおこの光源装置１４は、プロセッサ装置１２とは別体の部分に配置されてもよい。

上記スコープ１０の先端部には、固体撮像素子であるＣＣＤ１５が設けられている。このＣＣＤ１５としては、例えば、撮像面にＲＧＢの原色カラーフィルタを有する原色型が用いられる。

ＣＣＤ１５には、同期信号に基づいて駆動パルスを形成するＣＣＤ駆動回路１６が接続されると共に、このＣＣＤ１５が出力した画像（映像）信号をサンプリングして増幅するＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）回路１７が接続されている。またＣＤＳ／ＡＧＣ回路１７には、そのアナログ出力をデジタル化するＡ／Ｄ変換器１８が接続されている。さらにスコープ１０内には、そこに設けられた各種回路を制御するとともに、プロセッサ装置１２との間の通信制御を行うマイコン２０が配設されている。

一方プロセッサ装置１２には、Ａ／Ｄ変換器１８によりデジタル化された画像信号に対して各種の画像処理を施すＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）２５が設けられている。このＤＳＰ２５は、上記画像信号から輝度（Ｙ）信号と色差［Ｃ（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）］信号で構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、それを出力するものであり、該ＤＳＰ２５には第１色変換回路２８が接続されている。この第１色変換回路２８は、ＤＳＰ２５から出力されたＹ／Ｃ信号をＲ、Ｇ、Ｂの３色画像信号に変換する。なお、ＤＳＰ２５はスコープ１０側に配置してもよい。

上記第１色変換回路２８の後段側には、分光画像形成のためのマトリクス演算を行って、選択された波長域λ１，λ２，λ３による分光画像を示す画像信号を出力する色空間変換処理回路２９、１つの狭波長帯域の分光画像を形成する単色モードと、３つの波長域からなる分光画像を形成する３色モードとのいずれかを選択するモードセレクタ３０、１つの波長域または３つの波長域の画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓを、ＲＧＢ信号に対応させた処理をするためにＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓ信号として入力し、このＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓ信号をＹ／Ｃ信号に変換する第２色変換回路３１、鏡像処理，マスク発生、キャラクタ発生等のその他の各種信号処理を行う信号処理回路３２、およびＤ／Ａ変換器３３が逐次この順に接続されている。そして最後段のＤ／Ａ変換器３３は、プロセッサ装置１２外に配置された例えば液晶表示装置やＣＲＴ等からなるモニタ３４および、光走査記録装置等からなる画像記録装置４５に接続されている。なお、モードセレクタ３０が選択する３色モードに代えて、２つの波長域からなる分光画像を形成する２色モードを設定するようにしてもよい。

またプロセッサ装置１２内には、スコープ１０との間の通信を行うと共に、該装置１２内の各回路を制御し、またメモリ３６に記憶されているマトリクス（係数）データを上記色空間変換処理回路２９に入力し、さらには前記フィルタ駆動部１４ｄの動作を制御する等の機能を有するマイコン３５が設けられている。上記メモリ３６には、ＲＧＢ信号に基づいて分光画像を形成するためのマトリクスデータ、並びにＲＧＢ信号に基づいて自家蛍光画像を形成するためのマトリクスデータがテーブルの形で記憶されている。本実施形態において、このメモリ３６に格納されている、分光画像形成用マトリクスデータの一例は次の表１のようになる。

この表１のマトリクスデータは、例えば４００ｎｍから７００ｎｍの波長域を５ｎｍ間隔で分けた６１の波長域パラメータ（係数セット）ｐ１〜ｐ６１および、通常画像形成のためのパラメータＰ１〜Ｐ３からなる。パラメータｐ１〜ｐ６１は各々、マトリクス演算のための係数ｋ_ｐｒ，ｋ_ｐｇ，ｋ_ｐｂ（ｐ＝１〜６１）から構成され、他方パラメータＰ１は係数(1.00000，0.00000，0.00000)から、パラメータＰ２は(係数0.00000，1.00000，0.00000)から、パラメータＰ３は係数(0.00000，0.00000，1.00000)からそれぞれ構成されている。

そして色空間変換処理回路２９において、上記係数ｋ_ｐｒ，ｋ_ｐｇ，ｋ_ｐｂと第１色変換回路２８から出力されたＲＧＢ信号とにより次式で示すマトリクス演算が行われて、分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓが形成される。

すなわち、分光画像を構成する波長域λ１，λ２，λ３としてそれぞれ例えば５００ｎｍ，６２０ｎｍ，６５０ｎｍが選択される場合は、係数（ｋ_ｐｒ，ｋ_ｐｇ，ｋ_ｐｂ）として、表１の６１のパラメータのうち、中心波長５００ｎｍに対応するパラメータｐ２１の係数（-0.00119，0.002346，0.0016）、中心波長６２０ｎｍに対応するパラメータｐ４５の係数（0.004022，0.000068，‐0.00097）、および中心波長６５０ｎｍに対応するパラメータｐ５１の係数（0.005152，-0.00192，0.000088）を用いて上記マトリクス演算がなされる。

なお色空間変換処理回路２９は、後述するようにして通常画像表示あるいは記録の指示が与えられた際には、パラメータＰ１〜Ｐ３の係数を用いて上記マトリクス演算を行う。したがってその場合は、第１色変換回路２８から出力されたＲＧＢ信号がそのまま該色空間変換処理回路２９から出力される。

マイコン３５には前記メモリ３６に加えて、操作パネル４１、画像記録コントローラ４２、およびキーボード等からなる入力部４３が接続されている。図２は上記操作パネル４１を詳しく示すものであり、該操作パネル４１には、併せて概略図示する例えばａ〜ｈの波長セットを選択するためのセット選択スイッチ４１ａ、波長域λ１，λ２，λ３のそれぞれの中心波長を選択するため波長選択スイッチ４１ｂ、この波長選択スイッチ４１ｂによりなされる波長切換えの幅を設定する切換え幅設定スイッチ４１ｃ、前述した単色モードと３色モードとの切換えを行う単色−３色モード切換えスイッチ４１ｄ、分光画像形成を指示する分光画像形成スイッチ４１ｊ、および自家蛍光画像形成を指示する自家蛍光画像形成スイッチ４１ｋが設けられている。なお上記分光画像形成スイッチ４１ｊや自家蛍光画像形成スイッチ４１ｋは、スコープ１０側に設けることもできる。

図１に戻ってプロセッサ装置１２内にはさらに、第１色変換回路２８が出力するＲ、Ｇ、Ｂの３色画像信号を受けるスペクトル演算手段１００が設けられている。このスペクトル演算手段１００はプロセッサ装置１２外に配置されたマウスおよびその制御装置等からなる位置指定手段１０１に接続されている。そしてこの位置指定手段１０１は、前述したモニタ３４に接続されている。

以下、上記構成を有する本実施形態の電子内視鏡装置の作用について説明する。まず分光画像形成スイッチ４１ｊが押された場合、つまり分光画像の形成から説明する。

この分光画像を形成する際には、図１に示すフィルタ１４ｃは管球１４ａの前から外れた位置、つまりそこを上記白色光が通過しない位置に設定される。そしてその状態で光源装置１４が駆動され、そこから発せられた白色光がライトガイド２４に入射し、スコープ１０内に配されたライトガイド２４の先端に設けられた照明窓２３から出射した白色光が被観察体に照射される。そして、ＣＣＤ駆動回路１６によって駆動されたＣＣＤ１５がこの被観察体を撮像し、撮像信号を出力する。この撮像信号はＣＤＳ／ＡＧＣ回路１７で相関二重サンプリングと自動利得制御による増幅を受けた後、Ａ／Ｄ変換器１８でＡ／Ｄ変換されて、デジタル信号としてプロセッサ装置１２のＤＳＰ２５に入力される。

ＤＳＰ２５では、スコープ１０からの出力信号に対してガンマ処理が行われると共に、Ｍｇ，Ｙｅ，Ｃｙ，Ｇの色フィルタを介して得られた信号に対して色変換処理が行われ、前述の通りのＹ／Ｃ信号が形成される。このＤＳＰ２５が出力するＹ／Ｃ信号は第１色変換回路２８に入力され、そこでＲＧＢ信号に変換される。このＲＧＢ信号は色空間変換処理回路２９に入力され、この色空間変換処理回路２９においてＲＧＢ信号とマトリクスデータとにより、分光画像形成のためのマトリクス演算がなされる。

以下、この演算について詳しく説明する。図２に示す操作パネル４１の分光画像形成スイッチ４１ｊが押された場合、色空間変換処理回路２９は前述のメモリ３６に記憶されているマトリクスデータを用いて、それと各画素毎のＲＧＢ信号とにより、分光画像形成のための前記（数１）式のマトリクス演算を行う。すなわち、この場合は操作パネル４１の波長選択スイッチ４１ｂの操作によってλ１，λ２，λ３の３つの波長域が設定され、マイコン３５はそれらの３つの選択波長域に対応するマトリクスデータをメモリ３６から読み出し、それらを色空間変換処理回路２９に入力する。

例えば、３つの波長域λ１，λ２，λ３として波長５００ｎｍ，６２０ｎｍ，６５０ｎｍが選択された場合は、それぞれの波長に対応する（表１）のパラメータｐ２１，ｐ４５，ｐ５１の係数が用いられて、各画素毎のＲＧＢ信号から次の（数２）式のマトリクス演算によって分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓが形成される。

なお、図２の単色−３色モード切換えスイッチ４１ｄに接続されたモードセレクタ３０にて３色モードが選択されている場合は、上記分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓが各々Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓの３色画像信号として第２色変換回路３１に入力され、また単色モードが選択されている場合は分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓのいずれか１つがＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓの信号として第２色変換回路３１に入力される。以下、上記３色モードが選択されている場合について詳しく説明する。

上記第２色変換回路３１では、Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓの３色画像信号がＹ／Ｃ信号（Ｙ，Ｒｓ−Ｙ，Ｂｓ−Ｙ）に変換され、このＹ／Ｃ信号が信号処理回路３２およびＤ／Ａ変換器３３を介して前述のモニタ３４および画像記録装置４５へ入力される。

上記Ｙ／Ｃ信号に基づいてモニタ３４に表示される分光画像は、図４および図５で示すような波長域の色成分で構成されるカラー画像となる。すなわち図４は、原色型ＣＣＤ１５の色フィルタの分光感度特性Ｒ，Ｇ，Ｂに、分光画像を形成する３つの波長域λ１，λ２，λ３を重ねた概念図であり、また図５は、生体の反射スペクトルに３つの波長域λ１，λ２，λ３を重ねた概念図である。先に例示したパラメータｐ２１，ｐ４５，ｐ５１による分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓは、図５に示されるように各々５００ｎｍ、６２０ｎｍ、６５０ｎｍを中心波長とする±１０ｎｍ程度の範囲の波長域の分光画像を示す信号であり、これら３つの信号の組合せから構成されるカラー分光画像（動画あるいは静止画）が表示あるいは記録されることになる。

なおこのようなカラー分光画像は、図２に示す固定色モードスイッチ４１ｅが押されている場合は、固定の３色画像信号に基づくカラー画像となり、その一方、同図に示す実色モードスイッチ４１ｆが押されている場合は被観察体を実物の色（実物に近い色）で表示あるいは記録するカラー画像となる。

次に、上記波長域λ１，λ２，λ３の選択について説明する。本実施形態では図２に示すように、λ１，λ２，λ３の波長セットとして、例えば４００，５００，６００（ｎｍ、以下同様）の標準セットａ、血管を描出するための４７０，５００，６７０の血管Ｂ１セットｂ、同じく血管を描出するための４７５，５１０，６８５の血管Ｂ２セットｃ、特定組織を描出するための４４０，４８０，５２０の組織Ｅ１セットｄ、同じく特定組織を描出するための４８０，５１０，５８０の組織Ｅ２セットｂ、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの差を描出するための４００，４３０，４７５のヘモグロビンセットｆ、血液とカロテンとの差を描出するための４１５，４５０，５００の血液‐カロテンセットｇ、血液と細胞質の差を描出するための４２０，５５０，６００の血液‐細胞質セットｈの８つの波長セットが、デフォルト波長セットとして、図１に示すメモリ３６の一部に記憶されている。

電子内視鏡装置の工場出荷後、最初に電源を入れて装置を立ち上げると、上記デフォルト波長セットがマイコン３５によって選択される。そして、図２に示す操作パネル４１の分光画像形成スイッチ４１ｊが押されると、上記選択された波長セットの中の標準セットａが、図３のモニタ３４において波長情報表示領域３４ｓに表示される。このとき、モード切換えスイッチ４１ｄが押されて３色モードが選択されていれば、標準セットａのλ１＝４００ｎｍ，λ２＝５００ｎｍ，λ３＝６００ｎｍに対応する各パラメータがメモリ３６から読み出され、それらのパラメータが色空間変換処理回路２９に入力される。色空間変換処理回路２９は、こうして入力されたパラメータを用いて前述のマトリクス演算を行う。

また臨床医師等の装置操作者は、図２の操作パネル４１に有るセット選択スイッチ４１ａを操作することにより、デフォルト波長セットにおけるその他の波長セットｂ〜ｈを任意に選択することができ、マイコン３５はこうして選択された波長セットを、図３のモニタ３４において波長情報表示領域３４ｓに表示させる。それとともにこの場合も、選択された波長セットの波長域λ１，λ２，λ３に対応する各パラメータがマイコン３５によってメモリ３６から読み出され、それらのパラメータが色空間変換処理回路２９に入力される。色空間変換処理回路２９は、こうして入力されたパラメータを用いて前述のマトリクス演算を行う。

なおセット選択スイッチ４１ａは図２に示す通り、上向きの三角形の操作部を有する上行スイッチと、下向きの三角形の操作部を有する下行スイッチとからなり、前者が１回押される毎に波長セットはａ→ｈ→ｇ・・・と逐次選択され、それに対して後者が１回押される毎に波長セットはａ→ｂ→ｃ・・・と逐次選択される。

また、上記波長セットａ〜ｈのうちの１つが選択されているとき、操作者が波長選択スイッチ４１ｂを操作することにより、その選択されている波長セットの波長域λ１，λ２，λ３のそれぞれを任意の値に変更することができる。この波長域の変更に際しては、波長切換え幅を、切換え幅設定スイッチ４１ｃによって変えることができる。すなわち、切換え幅設定スイッチ４１ｃのツマミを回転させることにより、連続的切換えに近い１ｎｍ幅、ステップ切換えである５ｎｍ幅、１０ｎｍ幅、２０ｎｍ幅というように、連続的または段階的な切換えを設定することができる。なお、例えば１ｎｍ幅で切り換える場合は、４００〜７００ｎｍの範囲において３０１の波長域を設定し、この３０１の波長域に対応したマトリクスデータ（ｐ′１〜ｐ′３０１）を作成することになる。

図６はこの波長域の選択を示すものであり、上記５ｎｍ幅を設定したときは、λ１の切換えで示されるように、４００→４０５→４１０というように切り換えられ、上記２０ｎｍ幅を設定したときは、λ３の切換えで示されるように、６００→６２０→６４０というように切り換えられ、この値がモニタ３４の波長情報表示領域３４ｓに表示される。

図３には、上記波長情報表示領域３４ｓおよび後述するスペクトル表示領域３４ｐにおける表示状態を詳しく示してある。本実施形態では、前記信号処理回路３２内のキャラクタ発生等によって、図３（Ａ）に示すように、モニタ３４の右下部等に設定された波長情報表示領域３４ｓに波長情報が表示される。すなわち、この波長情報表示領域３４ｓには、図３（Ｂ）に示すように、λ１，λ２，λ３等の文字の下に、選択された波長の値（ｎｍ）が表示される。あるいは図３（Ｃ）に示すように、横軸を波長目盛、縦軸を感度とし、選択された波長域を可動グラフ（図４に対応したもの）でビジュアル表示してもよい。

図２に示すモード切換えスイッチ４１ｄは単色モードと３色モードの切換えを行うものであり、３色モード動作時にこのモード切換えスイッチ４１ｄを押すと、単色モードへ切り換えられ、マイコン３５により波長域λ１，λ２，λ３の全てが、４７０，４７０，４７０というように同一の値に設定される。そしてモニタ３４には、図７に示すように、共通の波長域が表示される。なおこの共通の波長域についても、上記波長選択スイッチ４１ｂによって任意の値を選択することができる。

ここで、上記８つの波長セットとして、前述したようなデフォルト波長セットの他に、装置使用者である医師の要望等に応じて別のセットを用意し、それらをメモリに記憶しておいて適宜選択使用できるようにしてもよい。また、上記の操作パネル４１上のスイッチ類の一部機能をキーボードのキー機能に置き換えたり、全部の機能をキーボードのキー機能に置き換えたりしてもよい。

次に、被観察体の通常画像を表示するモードについて説明する。以上述べたようにして分光画像が形成、表示されているときに、図２に示した操作パネル４１の分光画像形成スイッチ４１ｊが再度押された場合、あるいは最初から分光画像形成スイッチ４１ｊも自家蛍光画像形成スイッチ４１ｋも押されない場合は、色空間変換処理回路２９におけるマトリクス演算の係数として、前述のパラメータＰ１〜Ｐ３の係数が選択され、それにより該色空間変換処理回路２９からは第１色変換回路２８が出力したＲＧＢ信号がそのまま出力される。そしてこのＲＧＢ信号が第２色変換回路３１でＹ／Ｃ信号に変換され、このＹ／Ｃ信号が信号処理回路３２およびＤ／Ａ変換器３３を介してモニタ３４へ入力されるので、該モニタ３４においては被観察体の通常カラー画像（動画あるいは静止画）が表示される。

なお本実施形態においては、上記Ｄ／Ａ変換器３３の出力がモニタ３４の他に画像記録装置４５にも入力されるようになっており、マイコン３５によって制御される画像記録コントローラ４２が画像記録装置４５に画像記録の指示を与えた場合は、その指示で指定されたシーンの通常カラー画像あるいは分光画像のハードコピーがこの画像記録装置４５から出力される。

なお従来の内視鏡では、被観察体にインディゴやピオクタニン等の色素散布を行い、色素散布によって着色した組織を撮像することが行われているが、上記λ１，λ２，λ３の波長セットとして、色素散布によって着色する組織が描出できる波長域を選択することにより、色素散布をすることなく、色素散布時の画像と同等の分光画像を得ることもできる。

次に、関心部位の反射スペクトルを推定、表示する機能について説明する。前述したメモリ３６には、既述の分光画像形成用マトリクスデータの他に、既知情報として、光源装置１４およびライトガイド２４等からなる照明光学系の分光特性マトリクス

ＣＣＤ１５のカラーフィルタを除く、受光系の分光特性マトリクス

ＣＣＤ１５の原色カラーフィルタの分光特性マトリクス

が記憶されている。

一方位置指定手段１０１は、モニタ３４上に表示された分光画像あるいは通常画像上の任意の関心部位を指定可能となっており、その指定された関心部位を示す情報はスペクトル演算手段１００に入力される。

スペクトル演算手段１００は、数３、数４および数５式で示される既知のマトリクス情報および、第１色変換回路２８から出力された上記関心部位に関する最終３色カラー画像信号セット

に基づいて、被観察体（被検体）の反射スペクトルセット

を求める（なお上記数６および数７におけるｎは、後述する関心部位の中で指定された点の数である）。すなわち、

であり、この逆問題を解くと、

となるので、結局

として被観察体（被検体）の反射スペクトルセットが求められる。

なお本実施形態では、位置指定手段１０１が、ある関心部位の中の複数点を指定可能に形成される一方、スペクトル演算手段１００は、上記複数点に関してそれぞれ推定された複数の反射スペクトルを主成分分析し、その結果得られた第一主成分の反射スペクトルを示す信号を信号処理回路３２に入力するように構成されている。そして、この反射スペクトルを示す信号に基づいて、その反射スペクトルがモニタ３４のスペクトル表示領域３４ｐ（図３（Ｄ）参照）に表示される。

以下、上記主成分分析について説明する。ここでは上記複数点の数を、先に述べた通りｎとする。上記数１０式から求められる反射スペクトルを

とする。つまり本例では、波長４００ｎｍから７００ｎｍの間の例えば６１波長点についてデータを求めるものとし、そこで数１１式は６１×ｎのマトリクスデータとなる。この主成分分析は、

なる共分散行列（ｎ×ｎ）の固有値と固有ベクトルを求めることになる。ここで、１つの固有値をΛ、そのときの固有ベクトルを

とすると、

を満足する。本例の場合、

のランクは３なので、上記数１４式を満足する、０（ゼロ）でないΛは３個となる。これらをΛ₁、Λ₂、Λ₃とし、対応する

とし、かつΛ₁＞Λ₂＞Λ₃とする。このとき、Λ₁に対応する

を第１主成分とする。そこで、本例において、複数の点が指定された関心部位を代表する反射スペクトルは、

として求められる。つまり、

であるので、数１９式を演算すると６１×１のデータとなり、これが関心部位を代表する反射スペクトルを示すものとなる。以上のように主成分分析を利用すれば、より信頼性の高い反射スペクトルを推定可能となる。

また本実施形態において信号処理回路３２は、上記数１９式のデータを１組記憶しておく図示外のメモリを備え、スペクトル演算手段１００が新たに推定した１組の反射スペクトルデータ（数１９式のデータ）が入力されたとき、それら２組のデータを合成して、それらを同時に示す画像信号を出力する。それにより、図３（Ｄ）のモニタ３４のスペクトル表示領域３４ｐ（参照）には、そこに図示するように、相異なる関心部位に関する２通りの反射スペクトルＳＰｒ、ＳＰが表示されることとなる。

そこでこの場合は、例えば、正常と分かっている関心部位の反射スペクトルＳＰｒを表示させておき、それと明らかに異なる反射スペクトルＳＰが表示されたとき、その後者の反射スペクトルを得た関心部位は病巣部であると判断できるようになり、医療診断を支援する効果が顕著なものとなる。

さらに、本実施形態の電子内視鏡装置は、指定された波長の分光画像を示す分光画像信号を形成可能に構成されているので、先ず、表示された反射スペクトルから異常と疑われる関心部位を見つけ、その関心部位について詳細な分光画像を形成、表示することが可能となる。そうであれば、無駄な分光画像を数多く形成してしまうことを回避して、医療診断の能率を高めることができる。

なお、本実施形態においては、分光画像を表示する画像表示手段としてのモニタ３４が、推定された反射スペクトルを表示する手段として兼用されているので、電子内視鏡装置のコストを低く抑えることができる。しかしそれら２つの表示手段は、兼用のものに限らず、各々専用のものが用いられても構わない。

次に、図２に示す自家蛍光画像形成スイッチ４１ｋが押された場合、つまり自家蛍光画像の形成について説明する。この場合、図１に示すフィルタ１４ｃは管球１４ａの前に有る位置に設定される。そしてその状態で光源装置１４が駆動され、そこから発せられた白色光がフィルタ１４ｃを通過する。それにより、この白色光のうち被観察体の自家蛍光の波長域の光がカットされる。フィルタ１４ｃを通過した光はライトガイド２４に入射し、スコープ１０内に配されたライトガイド２４の先端に設けられた照明窓２３から出射した光が被観察体に照射される。そして、ＣＣＤ駆動回路１６によって駆動されたＣＣＤ１５がこの被観察体を撮像し、撮像信号を出力する。この撮像信号はＣＤＳ／ＡＧＣ回路１７で相関二重サンプリングと自動利得制御による増幅を受けた後、Ａ／Ｄ変換器１８でＡ／Ｄ変換されて、デジタル信号としてプロセッサ装置１２のＤＳＰ２５に入力される。

ＤＳＰ２５では、スコープ１０からの出力信号に対してガンマ処理が行われると共に、Ｍｇ，Ｙｅ，Ｃｙ，Ｇの色フィルタを介して得られた信号に対して色変換処理が行われ、前述の通りのＹ／Ｃ信号が形成される。このＤＳＰ２５が出力するＹ／Ｃ信号は第１色変換回路２８に入力され、そこでＲＧＢ信号に変換される。このＲＧＢ信号は色空間変換処理回路２９に入力され、この色空間変換処理回路２９において自家蛍光画像形成のためのマトリクス演算がなされる。

以下、この演算について詳しく説明する。図２に示す操作パネル４１の自家蛍光画像形成スイッチ４１ｋが押された場合、色空間変換処理回路２９は前述のメモリ３６に記憶されているマトリクスデータを用いて、それと各画素毎のＲＧＢ信号とにより、自家蛍光スペクトル推定、自家蛍光画像形成のためのマトリクス演算を行う。以下、この演算について詳しく説明する。この場合もメモリ３６に記憶された既知情報として、光源装置１４およびライトガイド２４等からなる照明光学系の分光特性マトリクス（前記数３式のもの）、ＣＣＤ１５のカラーフィルタを除く受光系の分光特性マトリクス（前記数４式のもの）および、ＣＣＤ１５の原色カラーフィルタの分光特性マトリクス（前記数５式のもの）が利用される。そして、被観察体関心部位の反射スペクトルを

とし、ＣＣＤ１５から出力された最終カラー信号（ＲＧＢ信号に変換されたもの）を

とすると、

となり、この逆問題を解くと、

となる。ここで得られた推定スペクトル

は、Ｓ＝Ｒ＋Ｆ と分解できる。なお、Ｒは白色光照射により得られる反射光の成分、Ｆは白色光照射により励起されて発光する自家蛍光成分である。前述したメモリ３６に記憶される先見情報として、被観察体の正常部位の反射率スペクトルをＨ、白色光源である管球１４ａおよびフィルタ１４ｃの積によるスペクトルをＲ′とすると、
Ｓ＝Ｒ＋Ｆ＝Ｈ・Ｒ′＋Ｆ
となる。これより自家蛍光成分Ｆは、推定したスペクトルと先見情報により事前に知り得る被観察体の反射情報より、
Ｆ＝Ｓ−Ｈ・Ｒ′
として求めることができる。ただし、

である。

以上のようにして求められた自家蛍光スペクトルは、モニタ３４のスペクトル表示領域３４ｐ（図３の（Ａ）参照）に表示される。その表示内容の一例を図８に示す。例えば上記関心部位が正常な場合の自家蛍光スペクトルは同図に曲線Ｑで示すようなものであるのに対し、該関心部位に病巣が有ると同図に曲線Ｑｒで示すように長波長側に蛍光強度が高い部分が生じることが有り、それにより病巣有りと判断することができる。

なおこのような２つの自家蛍光スペクトルを併せて表示するには、前述した反射スペクトル表示の場合と同様に、例えば信号処理回路３２にスペクトルデータを１組記憶するメモリを備え、スペクトル演算手段１００が新たに推定した１組の反射スペクトルデータが入力されたとき、それら２組のデータを合成して、それらを同時に示す画像信号を出力させるようにすればよい。

以上の通りにしてモニタ３４に自家蛍光スペクトルが表示されれば、そこから、自家蛍光スペクトルがどのような波長域において、どのような状態に分布しているかを知ることができる。そこで装置使用者により、この波長域内に有る３つの波長λ１，λ２，λ３が選択され、それらが、操作パネル４１の波長選択スイッチ４１ｂによって入力される。それ以後、前述した分光画像形成の場合と同様にして色空間変換処理回路２９により、それらの波長λ１，λ２，λ３および各画素毎のＲＧＢ信号を用いて前記（数１）式のマトリクス演算がなされる。

以上のようにして、上記（数１）式のマトリクス演算に基づいて、分光画像形成の場合と同様の分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓが得られ、それらの信号の組合せからなる蛍光画像がモニタ３４に表示される。

なお、前述した通りこの自家蛍光画像形成の場合は、管球１４ａの前にフィルタ１４ｃが設定されて、被観察体に照射される白色光から該被観察体の自家蛍光の波長域の光がカットされる。そこで上記蛍光画像は、管球１４ａが発する光の影響は受けないものとなる。また上記３つの波長λ１，λ２，λ３は、例えば前記曲線Ｑｒにおける蛍光強度が高い領域を該３つの波長のうちの１つに含む等、モニタ３４に表示された自家蛍光スペクトルの状態を参考にして選択される。

本発明の一実施形態に係る電子内視鏡装置の構成を示すブロック図 図１の電子内視鏡装置を構成するプロセッサ装置の操作パネルの構成、および波長セットの例を示す図 図１の電子内視鏡装置のモニタにおける波長情報表示領域、およびその表示例を示す図 分光画像の波長域の一例を、原色型ＣＣＤの分光感度特性と共に示すグラフ 分光画像の波長域の一例を、生体の反射スペクトルと共に示すグラフ 図１の電子内視鏡装置の波長切換えスイッチで操作される波長切換え状態を示す図 図１の電子内視鏡装置において、単色モードで選択される波長セットを示す図 自家蛍光スペクトルの表示例を示す概略図

符号の説明

１０ スコープ（電子内視鏡本体部）
１２ プロセッサ装置
１４ 光源装置
１４ａ 管球
１４ｃ フィルタ
１５ ＣＣＤ
１７ ＣＤＳ／ＡＧＣ回路
２０，３５ マイコン
２５ ＤＳＰ
２８ 第１色変換回路
２９ 色空間変換処理回路
３０ モードセレクタ
３１ 第２色変換回路
３２ 信号処理回路
３４ モニタ
３４ｓ 波長情報表示領域
３４ｐ スペクトル表示領域
３６ メモリ
４１ 操作パネル
４１ｋ 自家蛍光画像形成スイッチ
４３ 入力部
１００ スペクトル演算手段
１０１ 位置指定手段

Claims (5)

1. 被観察体に白色光を照射する光源と、
   この白色光の照射を受けた前記被観察体を撮像するカラー撮像素子と、
   このカラー撮像素子の出力に基づくＲＧＢ３色画像信号から前記被観察体のカラー画像を表示する画像表示手段とを備えてなる電子内視鏡装置において、
   先見情報に基づく前記被観察体の自家蛍光のスペクトルデータを記憶した記憶部と、
   前記被観察体に照射される前記白色光から、前記自家蛍光の波長域の光をカットするフィルタと、
   このフィルタを経た白色光が照射された被観察体に関する前記ＲＧＢ３色画像信号と、前記記憶部が記憶しているスペクトルデータとのマトリクス演算に基づいて、被観察体の自家蛍光画像を示す画像データを形成するマトリクス演算部とを備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 被観察体に白色光を照射する光源と、
   この白色光の照射を受けた前記被観察体を撮像するカラー撮像素子と、
   このカラー撮像素子の出力に基づくＲＧＢ３色画像信号から前記被観察体のカラー画像を表示する画像表示手段とを備えてなる電子内視鏡装置において、
   先見情報に基づく前記被観察体の自家蛍光のスペクトルデータを記憶した記憶部と、
   前記被観察体に照射される前記白色光から、前記自家蛍光の波長域の光をカットするフィルタと、
   前記画像表示手段上に表示されたカラー画像における所望の関心部位を指定する位置指定手段と、
   前記フィルタを経た白色光が照射されたときの被観察体に関する前記ＲＧＢ３色画像信号のうち、前記位置指定手段により指定された関心部位についてのＲＧＢ３色画像信号と、前記記憶部が記憶しているスペクトルデータとのマトリクス演算により、該関心部位に関する被観察体の自家蛍光スペクトルを推定する演算手段と、
   推定された前記自家蛍光スペクトルを表示するスペクトル表示手段とを備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
3. 前記スペクトル表示手段として前記画像表示手段が兼用されていることを特徴とする請求項２記載の電子内視鏡装置。
4. 前記演算手段が求めた被観察体の自家蛍光スペクトルを示す情報を記憶しておく記憶手段が設けられるとともに、
   前記スペクトル表示手段が、この記憶手段から送出された情報が示す自家蛍光スペクトルを、それとは別に前記演算手段が新たに推定した自家蛍光スペクトルと併せて表示可能に形成されていることを特徴とする請求項２または３記載の電子内視鏡装置。
5. 前記フィルタを通さない白色光が照射された被観察体に関する前記カラー撮像素子の出力に基づくＲＧＢ３色画像信号と、所定のマトリクスデータとの演算により、指定された波長の分光画像を示す分光画像信号を形成する分光画像形成回路がさらに設けられていることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の電子内視鏡装置。

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