JP2010142546A - 内視鏡装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被写体の種類に応じて撮影モードを自動的に切り替える。
【解決手段】 スコープ２０により被写体を撮影して内視鏡画像が取得される。この内視鏡画像Ｐのエッジ成分ＥＰが抽出され、エッジ成分ＥＰの複雑度ＣＤが検出される。その後、複雑度ＣＤに応じて被写体を近接撮影したものであるか遠景撮影したものであるかを判定し、判定した近接撮影もしくは遠景撮影に応じて撮影条件が切り替えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡装置の各種撮影モードを制御する内視鏡装置およびその制御方法に関するものである。

食道、胃、大腸等の体腔の状態を画像診断するために、体腔内にスコープを挿入し、体腔内の画像を取得する内視鏡装置が用いられている。近年、この内視鏡による画像診断を行う際、スコープにより撮影されている内視鏡画像がリアルタイムにモニタに表示され、医師はモニタを見ながら撮影場所を確認して画像診断を行う。上記画像診断を容易にするために、内視鏡を用いた観察モードには白色光を照射したときの被写体を観察する通常観察モード、蛍光を照射したときに被写体から発光する蛍光を観察する蛍光観察モード、狭帯域の光を照射したときの被写体を観察する狭帯域モード等がある。

ここで、医師による画像診断を効率的に行うために、上述した各種観察モードを自動的に切り替えることが提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１において、レンズの倍率に応じて上述した通常観察モード、狭帯域観察モード、蛍光観察モードの各種撮影モードを自動的に切り替えることが提案されている。

また、各種撮影モードによってスコープの先端に取り付けられた撮像レンズの倍率を自動的に切り替えることも提案されている（たとえば特許文献２参照）。具体的には、特許文献２において、画像の明るさを一定に保つために光源ユニットの絞りを制御するＡＥＣ（Auto Exposure Control）制御下において、物体までの距離が変化したときには絞りが変化することを利用して、絞りの状態から物体までの距離が把握して近接撮影であるか遠景撮影であるかを判別し、近接撮影された画像であるときには高周波成分を強調処理し、遠景撮影された画像であるときには低周波成分を強調処理することが提案されている。
特開２００７−２０７２８号公報 特開２００２−２８１２６号公報

上述した特許文献２のようなＡＥＣを利用してスコープと被写体との距離を計測する場合の他に、撮影部位に応じて近接撮影と遠景撮影とを自動的に切り替えて画像診断を効率的に行うことが望まれている。

そこで、本発明は、被写体の種類に応じて撮影モードを自動的に切り替えることができる内視鏡装置およびその制御方法を提供することを目的とするものである。

本発明の内視鏡装置は、被写体を撮影して内視鏡画像を取得するスコープと、スコープにより取得された内視鏡画像のエッジ成分を抽出するエッジ抽出手段と、エッジ抽出手段により抽出されたエッジ成分の複雑度を検出する複雑度検出手段と、複雑度検出手段において検出された複雑度に応じて、被写体を近接撮影したものであるか遠景撮影したものであるかを判定する撮影状態判定手段と、撮影状態判定手段において判定された近接撮影もしくは遠景撮影に応じて撮影条件を切り替える条件切替手段とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の内視鏡装置の制御方法は、スコープにより被写体を撮影して内視鏡画像を取得する内視鏡装置の制御方法であって、スコープにより取得された内視鏡画像のエッジ成分を抽出し、抽出したエッジ成分の複雑度を検出し、検出した複雑度に応じて、被写体を近接撮影したものであるか遠景撮影したものであるかを判定し、判定した近接撮影もしくは遠景撮影に応じて撮影条件を切り替えることを特徴とするものである。

ここで、内視鏡画像は、スコープを用いて取得した画像であればよく、たとえば被写体に白色光を照射し撮影した通常観察画像、励起光を照射し被写体から発光する蛍光を撮影した蛍光画像、狭帯域光を照射し撮影した狭帯域画像あるいは分光画像のいずれの画像であってもよい。

また、近接撮影とは、被写体とスコープ先端もしくはスコープ先端に取り付けられたフードとが接触しもしくは極めて接触に近い位置で撮影することを意味し、遠景撮影とは、スコープ先端と被写体とが離れた位置で撮影することを意味する。

さらに、撮影条件は、近接撮影もしくは遠景撮影に適した条件に切り替えられるものであればよく、たとえば撮影倍率、電子ズームの倍率、被写体に照射する光の光量、画像処理条件等公知の撮影条件を意味する。

なお、撮影状態判定手段は、複雑度が設定しきい値以上であるとき近接撮影であると判定し、設定しきい値未満であるとき遠景撮影であると判定するものであってもよい。

また、複雑度検出手段は、エッジ成分の複雑度を検出するものであればその方法を問わず、たとえばエッジ成分のフラクタル次元を複雑度として検出するものであってもよいし、エッジ成分からピットパターンを抽出し、抽出したピットパターンの複雑度を検出するものであってもよい。

また、スコープが撮影倍率を変更する撮像レンズを有するものであり、条件切替手段が、撮影条件を撮像レンズの倍率として制御するものであって、近接撮影のときに撮像レンズの倍率を大きくし、遠景撮影のときに撮像レンズの倍率を小さくするものであってもよい。

さらに、スコープが被写体に光を照射する光照射手段を有するものであり、条件切替手段が、撮影条件を光の光量として制御するものであって、近接撮影のときに光照射手段から照射される光の光量を小さくし、遠景撮影に切り替えたときに光照射手段から照射される光の光量を大きくするものであってもよい。

本発明の内視鏡装置およびその制御方法によれば、スコープにより取得された内視鏡画像のエッジ成分を抽出し、抽出したエッジ成分の複雑度を検出し、検出した複雑度に応じて、被写体を近接撮影したものであるか遠景撮影したものであるかを判定し、判定した近接撮影もしくは遠景撮影に応じて撮影条件を切り替えることにより、内視鏡画像から操作者が観察したい被写体を推定し、観察したい部位に適した撮影モードに切り替えることができるため、操作者が撮影モードを切り替える必要がなく効率的な画像診断を行うことができる。

なお、撮影状態判定手段が、複雑度が設定しきい値以上であるとき近接撮影であると判定し、設定しきい値未満であるとき遠景撮影であると判定するものであるとき、近接撮影のときには内視鏡画像に密集した微細な血管像や被写体表面の凹凸等が映し出され複雑度が高くなることを利用し、精度良く近接撮影であるか否かを判定することができる。

また、複雑度検出手段が、エッジ成分のフラクタル次元を複雑度として検出するものであれば、精度良く複雑度を検出することができる。

さらに、複雑度検出手段が、エッジ成分からピットパターンを抽出し、抽出したピットパターンの複雑度を検出するものであるとき、精度良く複雑度を検出することができる。

また、スコープが撮影倍率を変更する撮像レンズを有するものであり、条件切替手段が、近接撮影のときに撮像レンズの倍率を大きくし、遠景撮影のときに撮像レンズの倍率を小さくするものであれば、近接撮影および遠景撮影のそれぞれに適した撮影倍率に自動的に設定することができるため、効率的に画像診断を行うことができる。

さらに、スコープが被写体に光を照射する光照射手段を有するものであり、条件切替手段が、近接撮影のときに光照射手段から照射される光の光量をも小さくし、遠景撮影に切り替えたときに光照射手段から照射される光の光量を大きくするものであるとき、近接撮影および遠景撮影のそれぞれに適した光量に自動的に設定することができるため、効率的に画像診断を行うことができる。

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は本発明の内視鏡装置の一例を示すブロック図である。内視鏡装置１は、光源ユニット１０、スコープ２０、画像処理装置３０を備えている。光源ユニット１０は内視鏡による観察を行うために被写体に光を照射するものであって、キセノンランプ等の通常観察を行うための通常光源１０ａと、蛍光観察を行うための励起光源１０ｂとを備えており、装置コントローラ８０により動作が制御されている。通常光源１０ａは白色光を射出するものであり、励起光源１０ｂは上述したようにたとえば６８２ｎｍもしくは７４７ｎｍの励起光を射出するものである。この光源ユニット１０はスコープ２０のライトガイド１５に光学的に接続されており、光源ユニット１０から射出された白色光Ｌ１および励起光Ｌ２はライトガイド１５内に入射され観察窓（光照射手段）１６から被写体に照射される。したがって、観察窓（光照射手段）１６から照射される光の光量は装置コントローラ８０によって制御されることになる。

スコープ２０は、撮像レンズ２１、撮像素子２２、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路２３、Ａ／Ｄ変換器２４、ＣＣＤ駆動部２５、レンズ駆動部２６等を有しており、各構成要素はスコープコントローラ２７により制御されている。撮像レンズ２１はたとえば複数のレンズ群から構成されており、レンズ駆動部２６の駆動により撮影倍率が変更する。撮像素子２２はたとえばＣＣＤやＣＭＯＳ等からなり、撮像レンズ２１により結像された被写体像を光電変換して画像を取得するものである。この撮像素子２２としては、例えば撮像面にＭｇ（マゼンタ），Ｙｅ（イエロー），Ｃｙ（シアン），Ｇ（グリーン）の色フィルタを有する補色型、あるいはＲＧＢの色フィルタを有する原色型が用いられる。なお、撮像素子２２の動作はＣＣＤ駆動部２５により制御されている。撮像素子２２が画像（映像）信号を取得したとき、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変換器２４がＣＤＳ／ＡＧＣ回路１７から出力された内視鏡画像をＡ／Ｄ変換し、画像処理装置３０に出力される。

画像処理装置３０は、スコープ２０を用いて取得された内視鏡画像を処理するものであって、たとえばＤＳＰ等により構成されている。画像処理装置３０は、画像取得手段３１、前処理手段３２、画像処理手段３３、表示制御手段３４を備えている。画像取得手段３１は、スコープ２０の撮像素子２２により撮影された内視鏡画像Ｐを取得するものである。前処理手段３２は、画像取得手段３１において取得された内視鏡画像Ｐに対し前処理を施すものであって、たとえば内視鏡画像ＰがＹＣＣ表色系からなっている場合にはＲＧＢ表色系に変換し、さらにガンマ変換機能、階調を調整する機能等を有している。画像処理手段３３は前処理された内視鏡画像Ｐに対し強調処理等を施すものであり、表示制御手段３４は画像処理手段３３において画像処理された内視鏡画像Ｐをキャラクタ情報等とともに表示装置３に表示する機能を有している。

さらに、画像処理装置３０は、エッジ抽出手段４０、複雑度検出手段５０、撮影状態判定手段６０、条件切替手段７０を備えている。エッジ抽出手段４０は、前処理手段３２により前処理された内視鏡画像から血管像を抽出するものである。ここで、エッジ抽出手段４０は、たとえば微分フィルタ処理等の公知の技術を用いてエッジ成分を検出する。

複雑度検出手段５０は、エッジ抽出手段４０により抽出されたエッジ成分ＥＰの複雑度ＣＤを検出するものである。具体的には、複雑度検出手段５０は、エッジ成分ＥＰを２値化し、２値化されたエッジ成分についてたとえばボックスカウンティング法等公知の技術を用いてフラクタル次元を複雑度ＣＤとして検出する。この複雑度（フラクタル次元）ＣＤはエッジ成分ＥＰが複雑な構造になればなるほど高い値になり、単純な構造になればなるほど低い値になる（図２、図３参照）。

撮影状態判定手段６０は、複雑度検出手段５０において検出された複雑度ＣＤに応じて被写体を近接撮影したものであるか遠景撮影したものであるかを判定するものである。この近接撮影とはスコープ２０の先端もしくはスコープ２０の先端に取り付けられたフードが被写体に接触しもしくは僅かに離れた状態で撮影を行うことを意味し、遠景撮影とはスコープ２０の先端が被写体から離れた状態で撮影を行うことを意味する。ここで、撮影状態判定手段６０は、複雑度ＣＤが設定しきい値ＣＤｒｅｆ以上であるとき近接撮影であると判定し、設定しきい値ＣＤｒｅｆ未満であるとき遠景撮影であると判定する。このように、近接撮影のときには内視鏡画像Ｐに密集した微細な血管像や被写体表面の凹凸等が映し出され複雑度が高くなることを利用し、精度良く近接撮影であるか否かを判定することができる。

なお、複雑度検出手段５０は、フラクタル解析を行う場合のみならず、ピットパターンを検出することにより複雑度ＣＤを算出するようにしてもよい。具体的には、複雑度検出手段５０は、エッジ成分ＥＰにおいて公知の技術を用いて領域統合処理を行うことによりピットパターンを検出する。そして、ピットパターンの面積、周囲長、主軸長、円形度等を特徴量として抽出し、これらをベクトル成分とする特徴ベクトルを複雑度ＣＤとして生成する。そして、撮影状態判定手段６０は、この特徴ベクトルからベクターサポートマシンやニューラルネットワーク等の公知の識別アルゴリズムにより、ピットパターンの複雑度ＣＤが設定しきい値ＣＤｒｅｆ以上であるか否かを判断する。この場合であっても、近接撮影のときには内視鏡画像Ｐに密集した微細な血管像や被写体表面の凹凸等が映し出され複雑度が高くなることを利用し、精度良く近接撮影であるか否かを判定することができる。

条件切替手段７０は、撮影状態判定手段６０により判定された撮影状態に応じて撮影条件を自動的に切り替えるものである。具体的には、近接撮影であると判定されたとき、条件切替手段７０はスコープ２０の撮像レンズ２１の倍率を標準倍率（たとえば２０倍）よりも大きくする（たとえば６０倍以上）。さらに、条件切替手段７０は光照射手段１６から照射される光の光量を小さくなるように光源ユニット１０を制御する。一方、遠景撮影であると判定されたとき、条件切替手段７０はスコープ２０の撮像レンズの倍率を標準倍率に比べて小さくする（たとえば等倍）。さらに、条件切替手段７０は光照射手段１６から照射される光の光量を大きくなるように光源ユニット１０を制御する。

このように、内視鏡画像Ｐの複雑度ＣＤに応じて撮影モードを自動的に切り替えることにより、操作者が観察したい被写体の部位に適した撮影条件に自動的に設定することができるため、従来のように操作者が撮影倍率を設定する必要がなく、効率的な内視鏡観察を行うことができる。つまり、一般的に、被写体を近接撮影は局所的な部位を撮影するものであるため、図２に示すように、内視鏡画像には密集した微細な血管像や生体組織の微細な凹凸やピットパターン等が映し出されることになる。したがって、内視鏡画像の複雑度ＣＤは高いものとなる。一方、スコープ２０の先端を被写体から離して撮影した内視鏡画像には、図３に示すように、太い血管や毛細血管あるいは生体組織の輪郭等が映し出されるものであって、上述した近接拡大撮影をした場合に比べて複雑度ＣＤは低いものとなる。そこで、複雑度ＣＤに基づいて操作者が観察したい部位を推定し、推定した部位に最適な撮影モードに自動的に切り替える。これにより、操作者の負担を軽減し効率的な内視鏡観察を行うことができる。

図４は本発明の内視鏡装置の制御方法の好ましい実施形態を示すフローチャートであり、図１から図４を参照して内視鏡装置の制御方法について説明する。まず、スコープ２０が体腔内に挿入さたた状態で撮影を行うことにより、内視鏡画像が取得される（ステップＳＴ１）。そして、エッジ抽出手段４０により内視鏡画像のエッジ成分が抽出される（ステップＳＴ２）。その後、エッジ成分ＥＰの複雑度ＣＤが検出され（ステップＳＴ３）、条件切替手段７０において複雑度ＣＤが設定しきい値以上であるかが判断される（ステップＳＴ４）。複雑度ＣＤが設定しきい値ＣＤｒｅｆ以上であるとき、条件切替手段７０により撮影モードが近接拡大モードに設定され、装置コントローラ８０により撮像レンズ２１の倍率が等倍に設定されると共に光源ユニット１０から照射される光の光量が小さくなる（ステップＳＴ５）。一方、複雑度ＣＤが設定しきい値ＣＤｒｅｆ未満であるとき、条件切替手段７０により撮影モードが遠景モードに設定され、装置コントローラ８０により撮像レンズ２１の倍率が３０倍〜６０倍に設定されると共に光源ユニット１０から照射される光の光量が大きくなる（ステップＳＴ６）。

上記実施の形態によれば、スコープ２０により取得された内視鏡画像Ｐのエッジ成分ＥＰを抽出し、抽出したエッジ成分ＥＰの複雑度ＣＤを検出し、検出した複雑度ＣＤに応じて、被写体を近接撮影したものであるか遠景撮影したものであるかを判定し、判定した近接撮影もしくは遠景撮影に応じて撮影条件を切り替えることにより、内視鏡画像Ｐから操作者が観察したい被写体を推定し、観察したい部位に適した撮影モードに切り替えることができるため、操作者が撮影モードを切り替える必要がなく効率的な画像診断を行うことができる。

なお、撮影状態判定手段６０が、複雑度ＣＤが設定しきい値ＣＤｒｅｆ以上であるとき近接撮影であると判定し、設定しきい値ＣＤｒｅｆ未満であるとき遠景撮影であると判定するものであるとき、近接撮影のときには内視鏡画像Ｐに密集した微細な血管像や被写体表面の凹凸等が映し出され複雑度が高くなることを利用し、精度良く近接撮影であるか否かを判定することができる。

また、複雑度検出手段５０が、エッジ成分ＥＰのフラクタル次元を複雑度ＣＤとして検出するものであれば、精度良く複雑度ＣＤを検出することができる。

さらに、複雑度検出手段５０が、エッジ成分ＥＰからピットパターンを抽出し、抽出したピットパターンの複雑度ＣＤを検出するものであるとき、精度良く複雑度ＣＤを検出することができる。

また、スコープ２０が撮影倍率を変更する撮像レンズ２１を有するものであり、条件切替手段７０が、近接撮影のときに撮像レンズ２１の倍率を大きくし、遠景撮影のときに撮像レンズ２１の倍率を小さくするものであれば、近接撮影に適した撮影倍率に自動的に設定することができるため、効率的に画像診断を行うことができる。

さらに、スコープ２０が被写体に光を照射する光照射手段１６を有するものであり、条件切替手段７０が、近接撮影のときに光照射手段１６から照射される光の光量を小さくし、遠景撮影に切り替えたときに光照射手段１６から照射される光の光量をも大きくするものであるとき、近接撮影に適した光量に自動的に設定することができるため、効率的に画像診断を行うことができる。

本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されない。たとえば、上記実施の形態において、被写体に白色光を照射したときに取得された通常観察画像を用いて複雑度ＣＤを検出する場合について例示しているが、励起光を照射したときに被写体から発光する蛍光を撮影した蛍光画像、被写体に狭帯域な光を照射したときい撮影した狭帯域画像あるいは分光画像を用いて複雑度ＣＤを検出するようにしてもよい。

また、上記実施形態において、条件切替手段７０は、撮影条件として撮影倍率や光量を切り替える場合について例示しているが、近接撮影の場合には高周波成分を強調し、遠景撮影の場合には低周波成分を強調する、もしくは近接撮影の場合は電子ズームの倍率を大きくし、遠景撮影の場合は電子ズームの倍率を小さくする、というように画像処理手段３３における画像処理条件を切り替えるようにしてもよい。

また、条件切替手段７０が複雑度ＣＤが設定しきい値未満であるときに遠景撮影に適した撮影条件に設定する場合について例示しているが、遠景モード内において複雑度が低くなるにつれて倍率を大きくするように撮像レンズ２１を制御するようにしてもよい。

本発明の内視鏡装置の好ましい実施形態を示すブロック図 図１の内視鏡装置において近接撮影により取得される内視鏡画像の一例を示す模式図 図１の内視鏡装置において遠景撮影により取得される内視鏡画像の一例を示す模式図 本発明の内視鏡装置の制御方法の好ましい実施形態を示すフローチャート

符号の説明

１ 内視鏡装置
１０ 光源ユニット
１６ 光照射手段
２０ スコープ
２１ 撮像レンズ
３０ 画像処理装置
３１ 画像取得手段
３２ 前処理手段
３３ 画像処理手段
４０ エッジ抽出手段
５０ 複雑度検出手段
６０ 撮影状態判定手段
７０ 条件切替手段
８０ 装置コントローラ
ＣＤ 複雑度
ＣＤｒｅｆ 設定しきい値
ＥＰ エッジ成分
Ｐ 内視鏡画像

Claims (7)

1. 被写体を撮影して内視鏡画像を取得するスコープと、
   該スコープにより取得された前記内視鏡画像のエッジ成分を抽出するエッジ抽出手段と、
   該エッジ抽出手段により抽出された前記エッジ成分の複雑度を検出する複雑度検出手段と、
   該複雑度検出手段において検出された前記複雑度に応じて、前記被写体を近接撮影したものであるか遠景撮影したものであるかを判定する撮影状態判定手段と、
   該撮影状態判定手段において判定された前記近接撮影もしくは前記遠景撮影に応じて撮影条件を切り替える条件切替手段と
   を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記撮影状態判定手段が、前記複雑度が設定しきい値以上であるとき前記近接撮影であると判定し、前記設定しきい値未満であるとき前記遠景撮影であると判定するものであることを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置。
3. 前記複雑度検出手段が、前記エッジ成分のフラクタル次元を前記複雑度として検出するものであることを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡装置。
4. 前記複雑度検出手段が、前記エッジ成分からピットパターンを抽出し、抽出した該ピットパターンの前記複雑度を検出するものであることを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡装置。
5. 前記スコープが撮影倍率を変更する撮像レンズを有するものであり、
   前記条件切替手段が、前記近接撮影のときに前記撮像レンズの倍率を大きくし、前記遠景撮影のときに前記撮像レンズの倍率を小さくするものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の内視鏡装置。
6. 前記スコープが前記被写体に光を照射する光照射手段を有するものであり、
   前記条件切替手段が、前記近接撮影のときに前記光照射手段から照射される前記光の光量を小さくし、前記遠景撮影のときに前記光照射手段から照射される前記光の光量を大きくするものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の内視鏡装置。
7. スコープにより被写体を撮影して内視鏡画像を取得する内視鏡装置の制御方法であって、
   前記スコープにより取得された前記内視鏡画像のエッジ成分を抽出し、
   抽出した前記エッジ成分の複雑度を検出し、
   検出した前記複雑度に応じて、前記被写体を近接撮影したものであるか遠景撮影したものであるかを判定し、
   判定した前記近接撮影もしくは遠景撮影に応じて撮影条件を切り替える
   ことを特徴とする内視鏡装置の制御方法。

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