JP2010136775A - 画像取得方法および内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに異なる分光放射特性を有する光源が設けられたスコープ部を用いた場合において、より波長推定精度の高い分光推定画像信号を取得する。
【解決手段】スコープ部２０に設けられた記憶部２７に光源部２９の分光放射特性を反映する信号処理パラメータを予め記憶し、プロセッサ部３０にスコープ部２０が接続された場合に、スコープ部２０に設けられた記憶部２７から読み出された信号処理パラメータに基づいて分光画像処理を行って分光推定画像信号を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、観察対象の像を撮像して画像信号を出力する撮像素子を有するスコープ部を備え、その撮像素子から出力された画像信号に対して分光画像処理を施して分光推定画像信号を生成する画像表示方法および内視鏡装置に関するものである。

従来、体腔内の組織を観察する内視鏡装置が広く知られており、白色光によって照明された体腔内の観察対象を撮像して通常画像を得、この通常画像をモニタ画面上に表示する電子内視鏡装置が広く実用化されている。

そして、たとえば、特許文献１には、狭帯域フィルタを用いて生体組織に狭帯域光を照射することにより、粘膜表層の血管などがコントラストよく観察可能な狭帯域画像を取得し、その狭帯域画像を表示するものが提案されている。

一方、特許文献２には、光学的に狭帯域バンドパスフィルタを用いることなく、広帯域の波長帯域で撮像されたカラー画像信号に対しマトリックス演算処理を施すことにより、狭帯域フィルタを用いた場合に得られるような分光推定画像を取得し、その分光推定画像を表示するものが提案されている。

そして、さらに特許文献３には、スコープ部の先端に３つのＬＥＤを設け、これらの光の観察対象への照射により画像信号を取得し、その取得した画像信号に対してマトリクス演算を行うことによって、特許文献２と同様に分光推定画像を取得することが示されている。特許文献３に記載のようにスコープ部先端に照明光源を設けることによって装置全体として小型化を図ることができる。

ここで、上記のような電子内視鏡装置は、通常、照明光の照射を受けた観察対象を撮像する撮像素子が先端に配置されたスコープ部と、このスコープ部が着脱自在に接続され、撮像素子から出力される画像信号に基づいて所定波長域の分光推定画像を生成する分光画像形生成部を有するプロセッサ部とから構成されている。

そして、スコープ部は、生体の体腔内に挿入されるため、使用部位毎に形状などが異なるスコープ部が種々開発されている。一方、プロセッサ部は汎用性があるため、一台のプロセッサ部に対して、多種類のスコープ部が交換して接続され使用されている。
特開２００２−９５６３５号公報 特開２００３−９３３３６号公報 特開２００６−３４１０７７号公報

ここで、上記のような電子内視鏡装置において、特許文献３のようにスコープ部先端にＬＥＤのような照明光源を設けるようにした場合、ＬＥＤの分光放射特性はスコープ部毎に異なるものとなる。

一方、分光推定画像を算出するために用いられるマトリクスデータは予め設定されるものであるが、このマトリクスデータは照明光源の分光放射特性も加味して予め算出されるものである。

したがって、互いに異なる分光放射特性を有するＬＥＤが設けられたスコープ部を用いて取得した画像信号に対し、予め設定された同一のマトリクスデータを用いて分光推定画像信号を取得したのでは波長推定精度の低下を招いてしまう。

また、ＬＥＤの分光放射特性は温度によっても変化するのでこの点も考慮する必要がある。

本発明は、上記の事情に鑑み、互いに異なる分光放射特性を有する光源が設けられたスコープ部を用いた場合においても、波長推定精度の高い分光推定画像信号を取得することができる画像取得方法および内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の画像取得方法は、観察対象へ照射される照明光を射出する光源部と光源部から射出された照明光の観察対象への照射により観察対象から反射された反射光を受光して観察対象の像を撮像して画像信号を出力する撮像素子とを備えたスコープ部と、スコープ部が着脱可能に接続され、撮像素子から出力された画像信号に対して分光画像処理を施して分光推定画像信号を生成するプロセッサ部とを備えた内視鏡装置における画像取得方法において、スコープ部に設けられた記憶部に光源部の分光放射特性を反映する信号処理パラメータを予め記憶し、プロセッサ部にスコープ部が接続された場合に、スコープ部に設けられた記憶部から読み出された信号処理パラメータに基づいて分光画像処理を行って分光推定画像信号を生成することを特徴とする。

本発明の内視鏡装置は、観察対象へ照射される照明光を射出する光源部と光源部から射出された照明光の観察対象への照射により観察対象から反射された反射光を受光して観察対象の像を撮像して画像信号を出力する撮像素子とを備えたスコープ部と、スコープ部が着脱可能に接続され、撮像素子から出力された画像信号に対して分光画像処理を施して分光推定画像信号を生成する分光画像生成部を備えたプロセッサ部とを備えた内視鏡装置において、スコープ部が、スコープ部に設けられた光源部の分光放射特性を反映する信号処理パラメータを記憶する記憶部を有し、分光画像生成部が、プロセッサ部にスコープ部が接続された場合に、スコープ部に設けられた記憶部から読み出された信号処理パラメータに基づいて分光画像処理を行うものであることを特徴とする。

また、上記本発明の内視鏡装置においては、光源部の温度情報を取得する温度情報取得部をさらに設け、分光画像生成部を、温度情報と信号処理パラメータとに基づいて分光画像処理を行うものとすることができる。

また、温度情報取得部として、光源部近傍の温度を計測し、その計測した温度を温度情報として取得するものを用いることができる。

また、温度情報取得部として、光源部の電流量を累積的に計測した値を温度情報として取得するものを用いることができる。

また、温度情報取得部として、光源部による照明光の照射時間を温度情報として取得するものを用いることができる。

本発明の画像取得方法および内視鏡装置によれば、スコープ部に設けられた記憶部に光源部の分光放射特性を反映する信号処理パラメータを予め記憶し、プロセッサ部にスコープ部が接続された場合に、スコープ部に設けられた記憶部から読み出された信号処理パラメータに基づいて分光画像処理を行って分光推定画像信号を生成するようにしたので、互いに異なる分光放射特性を有する光源が設けられたスコープ部を用いた場合においても、波長推定精度の高い分光推定画像信号を取得することができる。

また、上記本発明の内視鏡装置において、光源部の温度情報を取得し、その温度情報と信号処理パラメータとに基づいて分光画像処理を行うようにした場合には、光源部の温度変化に伴う分光放射特性の変化も考慮して分光画像処理を行うことができ、より波長推定精度の高い分光推定画像信号を取得することができる。

以下、図面を参照して本発明の内視鏡装置の一実施形態を用いた内視鏡システムについて詳細に説明する。図１は、本発明の内視鏡装置の一実施形態を用いた内視鏡システム１の概略構成を示すものである。

内視鏡システム１は、図１に示すように、被験者の体腔内に挿入され、観察対象を観察するためのスコープユニット２０と、スコープユニット２０内に設けられたＬＥＤ光源部２９を駆動するＬＥＤ駆動ユニット１０と、種々のスコープユニット２０が着脱自在に接続されるプロセッサユニット３０と、プロセッサユニット３０から出力された信号に基づいて観察対象の画像を表示する表示装置２とを備えている。

スコープユニット２０は、結像光学系２１、撮像素子２２、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路２３、Ａ／Ｄ変換部２４、および撮像素子駆動部２５を備えており、各構成要素はスコープコントローラ２６により制御される。

撮像素子２２はたとえばＣＣＤやＣＭＯＳ等からなり、結像光学系２１により結像された観察対象の像を光電変換し、観察対象の像を表す画像信号を出力するものである。この撮像素子２２としては、たとえば、ＲＧＢの色フィルタを有する原色型撮像素子を用いることができるが、補色型撮像素子を用いるようにしてもよい。

そして、撮像素子２２の動作は撮像素子駆動部２５により制御されるが、撮像素子駆動部２５は、所定の周期のクロック信号を撮像素子２２に出力し、撮像素子２２はそのクロック信号に応じて画像信号を順次出力するものである。クロック信号の周期としては、たとえば、動画表示のフレームレート６０ｆｐｓに基づいて１/６０ｓに設定される。また、撮像素子２２が画像信号を出力したとき、ＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）回路２３がサンプリングして増幅し、Ａ／Ｄ変換部２４がＣＤＳ／ＡＧＣ回路２３から出力された画像信号をＡ／Ｄ変換し、その画像信号がプロセッサユニット３０に出力される。

また、スコープユニット２０の先端には、白色光を射出するＬＥＤ光源部２９と、ＬＥＤ光源部２９から射出された白色光を観察対象に照射する照明窓２８が設けられている。本実施形態においては、ＬＥＤ光源部２９として白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いるが、必ずしも白色ＬＥＤでなくてもよく、たとえば、赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色ＬＥＤとを設け、これらから同時に光を射出させることにより白色光を射出するようにしてもよい。

また、スコープユニット２０内には、ＬＥＤ光源部２９の分光放射特性を反映した補助推定マトリクスデータが予め記憶されたメモリ２７が設けられている。この補助推定マトリクスデータは、プロセッサユニット３０に接続される個々のスコープユニット２０にそれぞれ設けられた光源部の分光放射特性を反映させたものであり、分光画像処理を行うために補助的に用いられるマトリクスデータである。この補助推定マトリクスデータを用いて分光画像処理を行うことによってスコープユニット２０の固有の分光放射特性を分光推定画像信号に反映させることができる。

プロセッサユニット３０は、白色光の観察対象への照射によってスコープユニット２０の撮像素子２２から出力された画像信号を取得する画像信号取得部３１と、画像信号取得部３１により取得された画像信号に対し分光画像処理を施して所定波長成分の分光推定画像信号を生成する分光画像生成部３２と、分光画像生成部３２において分光画像処理を行うために用いられる標準推定マトリクスデータが記憶されている記憶部３３と、画像信号取得部３１から出力された画像信号または分光画像生成部３２から出力された分光推定画像信号に基づいて表示用画像信号を生成する表示信号生成部３４と、プロセッサユニット３０、スコープユニット２０、ＬＥＤ駆動ユニット１０および表示装置２を制御する制御部３５とを備えている。各部の動作については、後で詳述する。

表示装置２は、液晶表示装置やＣＲＴ等から構成され、プロセッサユニット３０から出力された表示用画像信号に基づいて、通常画像および分光推定画像を表示可能なものである。

次に、本実施形態の内視鏡システムの動作について説明する。

本実施形態の内視鏡システム１は、観察対象の通常画像を表示する通常画像表示モードと観察対象の所定の周波数成分の分光推定画像を表示する分光推定画像表示モードとを切り替え可能に構成されている。

最初に、通常画像表示モードの作用について説明する。

まず、操作者により所定の入力部（図示省略）において通常画像表示モードが選択される。そして、スコープユニット２０の挿入部分が体腔内に挿入された後、プロセッサユニット３０の制御部３５からの制御信号に基づいて、ＬＥＤ駆動ユニット１０はスコープユニット２０のＬＥＤ光源部２９に駆動信号を出力し、ＬＥＤ光源部２９はＬＥＤ駆動ユニット１０からの駆動信号に基づいて白色光を射出する。

そして、ＬＥＤ光源部２９から射出された白色光は照明窓２８を介して観察対象に照射される。そして、白色光の照射によって観察対象を反射した反射光Ｌ１がスコープユニット２０の結像光学系２１に入射され、結像光学系２１によって撮像素子２２の撮像面に観察対象の像が結像される。

そして、撮像素子駆動部２５によって駆動された撮像素子２２が観察対象の像を撮像し、撮像素子駆動部２５からのクロック信号に応じてＲ成分、Ｇ成分およびＢ成分からなる画像信号を順次出力する。

そして、この画像信号はＣＤＳ／ＡＧＣ回路２３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変換部２４でＡ／Ｄ変換されて、デジタル信号としてプロセッサユニット３０に入力される。

そして、スコープユニット２０から出力されたＲ成分、Ｇ成分およびＢ成分の画像信号が、プロセッサユニット３０の画像信号取得部３１により取得される。そして、画像信号取得部３１は取得した画像信号を表示信号生成部３４に順次出力する。

そして、表示信号生成部３４は、入力された画像信号に各種の信号処理を施した上、輝度信号Ｙと色差信号Ｃで構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、さらに、このＹ／Ｃ信号へ対し、Ｉ／Ｐ変換およびノイズ除去などの各種信号処理を施して表示用画像信号を生成し、表示装置２へ出力する。

そして、表示装置２は、入力された表示用画像信号に基づいて、観察対象の通常画像を表示する。

以上が通常画像表示モードの作用である。

そして、次に、上記のような通常画像表示モードで通常画像の画像を表示している状態において、操作者により分光推定画像表示モードに切り替えられた場合の作用について説明する。

まず、操作者により所定の入力部（図示省略）において分光推定画像表示モードが選択される。そして、プロセッサユニット３０の制御部３５は、入力部から出力された分光推定画像表示モードへの切替信号に応じて、画像信号取得部３１に制御信号を出力し、画像信号取得部３１はその制御信号に応じて画像信号を分光画像生成部３２に出力する。また、制御部３５は、スコープユニット２０のメモリ２７にアクセスし、メモリ２７から予め記憶された補助推定マトリクスデータを読み出し、その読み出した補助推定マトリクスデータを分光画像生成部３２に出力する。

そして、分光画像生成部３２は、記憶部３３に記憶されている標準推定マトリクスデータとスコープユニット２０のメモリ２７から読み出された補助推定マトリクスデータとを用いて、入力された画像信号に対して分光画像処理を施す。以下、この分光画像処理について詳細に説明する。

まず、プロセッサユニット３０の記憶部３３には、下表１に示すような、標準推定マトリクスデータが予め記憶されている。この下表１の標準推定マトリクスデータは、例えば４１０ｎｍから７００ｎｍの波長域を５ｎｍ間隔で分けた５９の波長域パラメータｐ１〜ｐ５９からなる。各波長域パラメータｐ１〜ｐ５９は、それぞれマトリクス演算に用いられる係数ｋ_ｐｒ，ｋ_ｐｇ，ｋ_ｐｂ（ｐ＝１〜５９）から構成されている。

そして、たとえば、操作者による所定の入力部における操作によってλｎ，λｍ，λｌの３つの波長域が選択されると、その３つの選択波長域に対応する係数から構成される３×３の標準推定マトリクスデータが記憶部３３から読み出されて分光画像生成部３２に入力される。

分光画像生成部３２は、記憶部３３から読み出された３×３の標準推定マトリクスデータとメモリ２７から読み出された補助推定マトリクスデータとを用いて、下式１に示すようなマトリクス演算を行い、３×３の補正推定マトリクスデータを算出する。この補正推定マトリクスデータは、スコープユニット２０のＬＥＤ光源部２９の分光放射特性を反映させた推定マトリクスデータとなる。

そして、分光画像生成部３２は、上記のようにして算出した補正推定マトリクスデータと入力されたＲ成分、Ｇ成分およびＢ成分の画像信号とに基づいて、下式２で示すマトリクス演算を行うことによって、分光推定画像信号λｍｓ，λｎｓ，λｌｓを生成する。

そして、分光画像生成部３２において生成された分光推定画像信号λｍｓ，λｎｓ，λｌｓにそれぞれ適切なゲイン、オフセットを加味され、それぞれ疑似３色画像信号Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’とされる。

そして、この擬似３色画像信号Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’が表示信号生成部３４に出力され、表示信号生成部３４は、入力された疑似３色画像信号に各種の信号処理を施した上、輝度信号Ｙと色差信号Ｃで構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、さらに、このＹ／Ｃ信号へ対し、Ｉ／Ｐ変換およびノイズ除去などの各種信号処理を施して表示用画像信号を生成し、表示装置２へ出力する。

そして、表示装置２は、入力された表示用画像信号に基づいて、観察対象の所定波長成分の分光推定画像を表示する。

以上が分光推定画像表示モードの作用である。

なお、たとえば、プロセッサユニット３０に接続されたスコープユニット２０に、補助推定マトリクスデータを記憶したメモリが存在しない場合には、分光画像生成部３２は、標準推定マトリクスデータのみと入力された画像信号とに基づいてマトリクス演算を行うことによって分光推定画像信号λｍｓ，λｎｓ，λｌｓを生成する。

また、上記実施形態においては、プロセッサユニット３０に予め記憶されている標準推定マトリクスデータとスコープユニット２０のメモリ２７に予め記憶されている補助推定マトリクスデータとに基づいて補正推定マトリクスデータを求めるようにしたが、これに限らず、スコープユニット２０のメモリ２７に、上記補正推定マトリクスデータに相当するものを記憶しておき、その推定マトリクスデータのみに基づいて分光画像処理を行うようにしてもよい。すなわち、プロセッサユニット３０に標準推定マトリクスデータを記憶することなく、スコープユニット２０のメモリ２７のみに推定マトリクスデータを記憶するようにしてもよい。

また、上記実施形態のように、スコープユニット２０内にＬＥＤ光源部２９を設けた場合、このＬＥＤ光源部２９の温度の変化によってＬＥＤ光源部２９から射出される白色光の分光放射特性が変化する場合がある。このような場合、スコープユニット２０のメモリ２７に予め記憶された補助推定マトリクスデータをそのまま使用したのでは、波長推定精度の低下を招くおそれがある。

そこで、スコープユニット２０内のＬＥＤ光源部２９の温度変化も考慮して分光画像処理を行うようにしてもよい。その具体的な構成を図２に示す。

図２に示す内視鏡システム５は、上記実施形態の内視鏡システム１のスコープユニット２０内に、ＬＥＤ光源部２９近傍の温度を検出する温度センサ４０を設けるようにし、分光画像生成部３２において、上記温度センサ４０により検出された温度を考慮して分光画像処理を行うようにしたものである。その他の構成は、上記実施形態の内視鏡システム１と同様である。

内視鏡システム５においては、分光画像処理を行う際、温度センサ４０において検出された温度が制御部３５を介して分光画像生成部３２に出力される。そして、分光画像生成部３２には温度センサ４０により検出される温度に対応した温度補正パラメータがテーブルとして予め設定されており、分光画像生成部３２は、分光画像処理の際、入力された検出温度に対応する温度補正パラメータを求める。

そして、分光画像生成部３２は、スコープユニット２０のメモリ２７から読み出された補助推定マトリクスデータと温度補正パラメータとに基づいて、温度補正済み補助推定マトリクスデータを算出する。

そして、分光画像生成部３２は、記憶部３３から読み出された３×３の標準推定マトリクスデータと上記のようにして算出した温度補正済み補助推定マトリクスデータとを用いてマトリクス演算を行い、３×３の補正推定マトリクスデータを算出する。

そして、分光画像生成部３２は、上記のようにして算出した補正推定マトリクスデータと入力されたＲ成分、Ｇ成分およびＢ成分の画像信号とに基づいてマトリクス演算を行うことによって、分光推定画像信号λｍｓ，λｎｓ，λｌｓを生成する。その後の作用については、上記実施形態の内視鏡システム１と同様である。

なお、上記説明においては、プロセッサユニット３０の分光画像生成部３２に記憶された温度補正パラメータとスコープユニット２０のメモリ２７に記憶された補助推定マトリクスデータとに基づいて温度補正済み補助推定マトリクスデータを求めるようにしたが、これに限らず、たとえば、スコープユニット２０のメモリ２７に、温度センサ４０の検出温度に対応する温度補正済み補助推定マトリクスデータを予め複数記憶しておき、温度センサ４０により検出された検出温度に応じて、上記複数の温度補正済み補助推定マトリクスデータのうちの１つを読み出してプロセッサユニット３０の分光画像生成部３２に出力するようにしてもよい。

また、プロセッサユニット３０に標準推定マトリクスデータを記憶することなく、スコープユニット２０のメモリ２７のみに推定マトリクスデータを記憶する場合においても、スコープユニット２０のメモリ２７に、温度センサ４０の検出温度に対応する温度補正済み推定マトリクスデータを予め複数記憶しておくようにしてもよい。

また、上記説明では、ＬＥＤ光源部２９の温度情報を取得するものとして、温度センサ４０を用いるようにしたが、これに限らない。たとえば、ＬＥＤ駆動ユニット１０がＬＥＤ光源２９を駆動するために流した駆動電流を累積的に計測しておき、その累積値を取得することによってＬＥＤ光源部２９の温度情報を取得し、その温度情報に応じた温度補正済み補助推定マトリクスデータを求めるようにしてもよい。

また、ＬＥＤ駆動ユニット１０がＬＥＤ光源部２９を駆動している時間、すなわちＬＥＤ光源部２９による白色光の照射時間を計測しておき、その照射時間を取得することによってＬＥＤ光源部２９の温度情報を取得し、その温度情報に応じた温度補正済み補助推定マトリクスデータを求めるようにしてもよい。

本発明の内視鏡装置の一実施形態を用いた内視鏡システムの概略構成を示すブロック図 本発明の内視鏡装置の一実施形態を用いた内視鏡システムの変形例の概略構成を示すブロック図

符号の説明

１ 内視鏡システム
２ 表示装置
５ 内視鏡システム
１０ ＬＥＤ駆動ユニット
２０ スコープユニット
２１ 結像光学系
２２ 撮像素子
２３ ＣＤＳ/ＡＧＣ回路
２４ Ａ/Ｄ変換部
２５ 撮像素子駆動部
２６ スコープコントローラ
２７ メモリ
２８ 照明窓
２９ ＬＥＤ光源部
３０ プロセッサユニット
３１ 画像信号取得部
３２ 分光画像生成部
３３ 記憶部
３４ 表示信号生成部
３５ 制御部
４０ 温度センサ

Claims (6)

1. 観察対象へ照射される照明光を射出する光源部と該光源部から射出された照明光の前記観察対象への照射により前記観察対象から反射された反射光を受光して前記観察対象の像を撮像して画像信号を出力する撮像素子とを備えたスコープ部と、該スコープ部が着脱可能に接続され、前記撮像素子から出力された画像信号に対して分光画像処理を施して分光推定画像信号を生成するプロセッサ部とを備えた内視鏡装置における画像取得方法において、
   前記スコープ部に設けられた記憶部に前記光源部の分光放射特性を反映する信号処理パラメータを予め記憶し、
   前記プロセッサ部に前記スコープ部が接続された場合に、該スコープ部に設けられた前記記憶部から読み出された前記信号処理パラメータに基づいて前記分光画像処理を行って分光推定画像信号を生成することを特徴とする画像取得方法。
2. 観察対象へ照射される照明光を射出する光源部と該光源部から射出された照明光の前記観察対象への照射により前記観察対象から反射された反射光を受光して前記観察対象の像を撮像して画像信号を出力する撮像素子とを備えたスコープ部と、該スコープ部が着脱可能に接続され、前記撮像素子から出力された画像信号に対して分光画像処理を施して分光推定画像信号を生成する分光画像生成部を備えたプロセッサ部とを備えた内視鏡装置において、
   前記スコープ部が、該スコープ部に設けられた前記光源部の分光放射特性を反映する信号処理パラメータを記憶する記憶部を有し、
   前記分光画像生成部が、前記プロセッサ部に前記スコープ部が接続された場合に、該スコープ部に設けられた前記記憶部から読み出された前記信号処理パラメータに基づいて前記分光画像処理を行うものであることを特徴とする内視鏡装置。
3. 前記光源部の温度情報を取得する温度情報取得部をさらに備え、
   前記分光画像生成部が、前記温度情報と前記信号処理パラメータとに基づいて前記分光画像処理を行うものであることを特徴とする請求項２記載の内視鏡装置。
4. 前記温度情報取得部が、前記光源部近傍の温度を計測し、該計測した温度を前記温度情報として取得するものであることを特徴とする請求項３記載の内視鏡装置。
5. 前記温度情報取得部が、前記光源部の電流量を累積的に計測した値を前記温度情報として取得するものであることを特徴とする請求項３記載の内視鏡装置。
6. 前記温度情報取得部が、前記光源部による前記照明光の照射時間を前記温度情報として取得するものであることを特徴とする請求項３記載の内視鏡装置。

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