JP2010263949A - 医療用ビデオプロセッサ - Google Patents

Abstract

【課題】二画面表示への切替を医師の負担無く適切なタイミングで行うのに適した構成の医療用ビデオプロセッサを提供すること。
【解決手段】電子スコープにより撮影された画像の画像信号を取得する手段と、該取得された画像信号に第一の処理を施して表示装置に表示可能な第一の画像を生成する手段と、ユーザによる所定の画像処理操作を受け付ける手段と、該画像処理操作の入力がされたとき、該取得された画像信号に第一の処理と異なる第二の処理を施して表示装置に表示可能な第二の画像を生成する手段と、第一の画像と第二の画像とを比較する手段と、該比較の結果に基づいて、表示装置の表示形態を第一の画像と第二の画像とを一画面中に並列に表示させる形態に自動的に切り替える手段とを有する医療用ビデオプロセッサを提供すること。
【選択図】図４

Description

この発明は、電子スコープにより撮影された画像を表示装置に表示可能に処理する医療用ビデオプロセッサに関連し、詳しくは、医師による円滑かつ正確な診断を補助するのに適した構成の医療用ビデオプロセッサに関する。

医師が患者の体腔内を観察するときに使用する医療機器として電子スコープが一般的に知られている。電子スコープを使用する医師は、電子スコープの挿入部を体腔内に挿入して、挿入部の先端に備えられた先端部を観察対象近傍に導く。医師は、先端部に搭載されたＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像素子により体腔内を撮影するため、電子スコープやビデオプロセッサの操作部を必要に応じて操作する。医師は、各種操作を行った結果得られる体腔内の映像をモニタを通じて観察し診断や施術等を行う。

近年の医療用観察システムには、医師による診断を補助すべく、蛍光観察や赤外光観察等の特定部位を光学的に強調表示させる特殊光観察機能が実装されている。特殊光観察機能を有する医療用観察システムの具体的構成例は、例えば特許文献１や２に記載されている。

特許文献１に記載の医療用観察システムは、ＲＧＢのカラー観察画像と赤外光観察画像を単一の固体撮像素子により時分割で撮影する。モニタには、各種観察画像がユーザによる表示モードの設定操作に応じて択一的に表示（つまり一画面表示）され、又は一画面上に並列に表示（つまり二画面表示）される。特許文献２に記載の医療用観察システムは、別個独立した２つの固体撮像素子の各々によりカラー観察画像と蛍光観察画像を同時に撮影する。特許文献２に記載の医療用観察システムにおいても、各種観察画像がユーザによる表示モードの設定操作に応じて一画面表示され又は二画面表示される。医師は、並列表示された各種観察画像を比較して、より高度な診断をすることができる。

また、特許文献１や２に記載の医療用観察システムと異なり、特定の色相部分を電気的に強調表示する医療用観察システムも知られている。この種の医療用観察システムにおいては、例えば血管やポリープ等の特定部位を強調表示するために、特定部位に対応する色相成分を他の部位に対して相対的に強める信号処理が行われる。医師は、この種の医療用観察システムにおいても、各種観察画像を二画面表示させて比較し、より高度な診断をすることができる。

特許第２６０６７２７号明細書 特開平９−６６０２３号公報

観察画像に対して光学的な又は電気的な強調表示処理を施したとき、特定部位以外の他の部位の情報は減少され又は失われる。通常観察画像（ここでは非強調表示画像）と強調表示画像とを併用して円滑かつ正確な診断を行うためには、二画面表示への切替が必要に応じて適宜行われることが望ましい。しかし、特許文献１や２に記載の医療用観察システムをはじめとする従来の医療用観察システムにおいて、二画面表示への切替タイミングは、医師による操作に依存することとなる。この種の操作は熟練を要すると共に、強調表示させる頻度が高い場合には煩雑であることが問題視されている。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、二画面表示への切替を医師の負担無く適切なタイミングで行うのに適した構成の医療用ビデオプロセッサを提供することである。

上記の課題を解決する本発明の一形態に係る医療用ビデオプロセッサは、電子スコープにより撮影された画像の画像信号を取得する画像信号取得手段と、該取得された画像信号に第一の処理を施して表示装置に表示可能な第一の画像を生成する第一の画像生成手段と、ユーザによる所定の画像処理操作を受け付ける操作手段と、該画像処理操作の入力がされたとき、該取得された画像信号に第一の処理と異なる第二の処理を施して表示装置に表示可能な第二の画像を生成する第二の画像生成手段と、第一の画像と第二の画像とを比較する画像比較手段と、該比較の結果に基づいて、表示装置の表示形態を第一の画像と第二の画像とを一画面中に並列に表示させる形態に自動的に切り替える表示形態切替手段とを有することを特徴とした医療機器である。

かかる構成によれば、表示装置上の画面表示が必要に応じて速やかにかつ自動的に二画面表示に遷移される。そのため、例えば所定の画像処理後の表示の視認性が悪く、円滑かつ正確な診断に支障をきたす虞がある場合にも、二画面表示への切替が術者の熟練を要することなく適切なタイミングで行われることとなる。また、所定の画像処理をかける頻度が高い場合における操作の煩雑さも解消されることとなる。

本発明に係る医療用ビデオプロセッサは、第一の画像生成手段により生成された第一の画像の輝度値を計算する第一の輝度値計算手段と、第二の画像生成手段により生成された第二の画像の輝度値を計算する第二の輝度値計算手段とを更に有する構成としてもよい。この場合、画像比較手段は、第一の画像の輝度値と第二の画像の輝度値とを比較してその差分値を検出するように構成される。そして、表示形態切替手段は、その差分値が第一の閾値より大きい場合に第一の画像と第二の画像とを一画面中に並列に表示させる構成としてもよい。ここで、第一の画像の輝度値、第二の画像の輝度値はそれぞれ、第一の画像、第二の画像を構成する全画素又は所定の周辺画素の平均輝度値の何れとしてもよい。

ユーザによる所定の画像処理操作は、例えば第一の画像に写る部位のうちの特定部位を強調表示した第二の画像を生成するための操作である。この種の操作後に生成される画像は、特定部位以外の他の部位の情報が失われて、円滑かつ正確な診断に支障をきたす虞がある。そこで、かかる操作がされたときに二画面表示への自動遷移を行うことにより、円滑かつ正確な診断をさせられるようになる。

本発明に係る医療用ビデオプロセッサは、二画面表示への自動遷移機能をユーザの所望するときに限って利用可能にさせるため、表示形態切替手段による表示形態の自動切替の許否をユーザに設定させる自動切替設定手段をさらに有する構成としてもよい。

このように本発明によれば、二画面表示への切替を医師の負担無く適切なタイミングで行うのに適した構成の医療用ビデオプロセッサが提供される。

本発明の実施形態の医療用観察システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態のプロセッサが有する信号処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態においてモニタに表示される画面例を示す図である。 本発明の実施形態のプロセッサにより実行される画面切替処理を示すフローチャート図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の医療用観察システムについて説明する。

図１は、本実施形態の医療用観察システム１の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、医療用観察システム１は、体腔内を撮像する電子スコープ１００、自然光の届かない体腔内を電子スコープ１００を介して照明すると同時に電子スコープ１００からの信号を処理するプロセッサ２００、及びプロセッサ２００により処理された信号を映像として表示するモニタ３００を有している。

プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２、タイミングコントローラ２０４を有している。システムコントローラ２０２は、医療用観察システム１を構成する各要素を制御する。タイミングコントローラ２０４は、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスを医療用観察システム１内の各種回路に出力する。

プロセッサ２００の電源が投入されたとき、ランプ電源２０６からランプ２０８に電源が供給されてランプ２０８が点灯する。ランプ２０８には、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプなどの高輝度ランプが適している。ランプ２０８から照射された照明光は、集光レンズ２１０により集光されつつ絞り２１２を介して適正な光量に制限されて、電子スコープ１００が有するＬＣＢ（light carrying bundle）１０２に入射される。

絞り２１２には、図示省略されたアームやギヤなどの伝達機構を介してモータ２１４が機械的に連結されている。モータ２１４は例えばＤＣモータであり、ドライバ２１６のドライブ制御下で駆動される。絞り２１２は、モニタ３００に表示される映像を適正な明るさにするため、モータ２１４によって動作されて開度が変化して、ランプ２０８から照射された照明光の光量を開度に応じて制限する。なお、適正とされる映像の明るさの基準は、術者によるフロントパネル２１８の輝度調節操作に応じて変わる。

ＬＣＢ１０２に入射された光は、ＬＣＢ１０２の内部を伝搬して、電子スコープ１００の先端に配されたＬＣＢ１０２の射出端から射出される。ＬＣＢ１０２から射出された光は、配光レンズ１０４を介して被写体を照明する。被写体からの反射光は、対物レンズ１０６に入射されて、対物レンズ１０６のパワーにより固体撮像素子１０８の受光面上で光学像を結ぶ。

固体撮像素子１０８は、例えばベイヤ型画素配置を有する単板式カラーＣＣＤであり、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に応じた画像信号に変換する。変換された画像信号は、プリアンプ１１０により増幅されてドライバ信号処理回路１１２に入力される。

ドライバ信号処理回路１１２は、タイミングコントローラ２０４のクロックパルスに基づき、固体撮像素子１０８をプロセッサ２００側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。メモリ１１４には、電子スコープ１００固有の情報（例えば固体撮像素子１０８の画素数や感度、対応可能なレート、或いは型番など）が格納されている。ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４にアクセスして電子スコープ１００固有の情報を読み出す。ドライバ信号処理回路１１２は、読み出された固有情報をシステムコントローラ２０２に、画像信号を信号処理回路２２０に、それぞれ出力する。ドライバ信号処理回路１１２とシステムコントローラ２０２又は信号処理回路２２０との間には、フォトカップラなどを使用した絶縁回路（不図示）が配置され、電子スコープ１００とプロセッサ２００とが電気的に絶縁されている。

システムコントローラ２０２は、ドライバ信号処理回路１１２からの上記固有情報に基づいて各種演算を行って制御信号を生成して、プロセッサ２００に接続中の電子スコープに適した処理がされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。また、システムコントローラ２０２は、電子スコープの型番と、該型番の電子スコープに適した制御情報とを対応付けたテーブルを有した構成としてもよい。かかる場合、システムコントローラ２０２は、対応テーブルの制御情報を参照して、プロセッサ２００に接続中の電子スコープに適した処理がされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。

図２は、信号処理回路２２０の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、ドライバ信号処理回路１１２から出力された画像信号は、前段信号処理回路２２２に入力される。前段信号処理回路２２２は、入力された画像信号に、クランプ、ニー、γ補正、補間処理、ＡＧＣ（Auto Gain Control）等の所定の信号処理を施して、Ａ／Ｄコンバータ２２４に出力する。Ａ／Ｄコンバータ２２４は、入力された画像信号をデジタル信号列に変換して画像メモリ２２６に出力する。

画像メモリ２２６は、入力された画像信号をバッファリングするフレームバッファである。画像メモリ２２６は、バッファリングした画像信号を、第一輝度信号生成回路２２８、強調処理回路２３２、後段信号処理回路２４０の各種回路に所定のタイミングで掃き出す。後段信号処理回路２４０は、画像メモリ２２６からの画像信号をＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternating Line）等の所定の規格に準拠した映像信号に変換して、モニタ３００に順次出力する。これにより、被写体の通常のカラー観察画像（以下、「通常観察画像」と記す。）がモニタ３００に表示される。

第一輝度信号生成回路２２８は、画像メモリ２２６からのＲ、Ｇ、Ｂの各色に応じた画像信号に基づき１フレーム分の（つまり全画素の）輝度信号を演算する。第一輝度信号生成回路２２８は、演算された輝度信号を用いてヒストグラム処理を行う。第一輝度信号生成回路２２８は、生成されたヒストグラムデータを用いて、１フレーム分の被写体像の輝度の平均値を示す平均輝度値を算出して、調光回路２３０及び比較器２３６の各種回路に出力する。

術者は、フロントパネル２１８を操作して、被写体像の基準となる明るさを示す参照輝度値を設定することができる。調光回路２３０は、第一輝度信号生成回路２２８により算出された平均輝度値と、フロントパネル２１８にて設定されている参照輝度値とを比較して差分を求める。調光回路２３０は、平均輝度値と参照輝度値との差分に基づいて、目標となる絞り２１２の開度を計算する。

調光回路２３０には、図示省略されたセンサ（例えばモータ２１４に連結支持された光学式ロータリエンコーダ等）から絞り２１２の開度（実測値）が入力される。調光回路２３０は、絞り２１２の実測開度と目標開度とを比較して、その差分に応じた駆動制御信号を生成してドライバ２１６に出力する。ドライバ２１６は、入力された駆動制御信号に応じた電圧をモータ２１４に供給し駆動させて、絞り２１２の開度を調節する。これにより、体腔内への照射光量が適正量に制限されて、モニタ３００に表示される映像が適正な明るさになる。

強調処理回路２３２は、術者によるフロントパネル２１８の強調表示操作がされたとき、当該操作に応じた体腔内の特定部位を強調表示すべく、画像メモリ２２６からの画像信号のうち特定の色相成分を他の色相成分に対して相対的に強める。例えば血管を強調表示する場合には、血管を表現するＲ成分及びＢ成分を強めると共にＧ成分を弱める。強調処理回路２３２は、強調処理後の画像信号を後段信号処理回路２４０に出力する。後段信号処理回路２４０は、強調処理回路２３２からの画像信号を所定の規格に準拠した映像信号に変換してモニタ３００に順次出力する。これにより、強調処理された被写体の観察画像（以下、「強調表示観察画像」と記す。）がモニタ３００に表示される。モニタ３００には、強調処理回路２３２によりＲ成分及びＢ成分が強められるほど、或いはＧ成分を弱められるほど、血管が強調されて表示されることとなる。

このように、プロセッサ２００は、通常観察画像又は強調表示観察画像を択一的に又はその両方を生成するように構成されている。図３（ａ）、図３（ｂ）は、モニタ３００に表示される画面例を示す図である。図３に示されるように、後段信号処理回路２４０は、フロントパネル２１８にて設定されている表示モードに応じた信号処理を行い、通常観察画像４００又は強調表示観察画像５００の何れか一方をモニタ３００上で一画面表示させ（図３（ａ）参照）、又は両観察画像を二画面表示させる（図３（ｂ）参照）。

ところで、強調表示観察画像５００のうち特定部位以外の情報が失われるほどＲ成分及びＢ成分を強め又はＧ成分を弱めた場合には特定部位以外が観察し難くなり、円滑かつ正確な診断に支障をきたす虞がある。円滑かつ正確な診断を行うためには、適切なタイミングで二画面表示に切り替えることが重要である。しかし、先に述べたように、術者が適切なタイミングで二画面表示への切替操作をするには熟練を要するといった問題が指摘される。また、強調表示させる頻度が高い場合には、操作が煩雑で術者に負担を強いる問題も指摘される。本実施形態の医療用観察システム１は、これらの問題を解消すべく、次に説明される画面切替処理を行うように構成されている。

図４は、プロセッサ２００により実行される画面切替処理を示すフローチャート図である。術者は、フロントパネル２１８を操作して、図４の画像切替処理の実行の許否を設定することができる。図４の画像切替処理は、例えば設定が初期的にオンされている場合、プロセッサ２００の電源が投入されてから切断されるまで、又は該設定がオフされるまで継続的に実行される。なお、以降の本明細書中の説明並びに図面において、処理ステップは「Ｓ」と省略して記す。

システムコントローラ２０２は、図４に示されるように、フロントパネル２１８からの入力を監視して、特定の画像処理操作がされたか否かを検知する（Ｓ１）。ここで、特定の画像処理操作は、例えば上述した特定部位を強調表示するための操作である。強調処理回路２３２は、術者によるフロントパネル２１８の強調表示操作がされたとき（Ｓ１：ＹＥＳ）、強調処理後の画像信号を第二輝度信号生成回路２３４に出力する。

第二輝度信号生成回路２３４は、入力された強調処理後の画像信号に基づき１フレーム分の（つまり全画素の）輝度信号を演算する。第二輝度信号生成回路２３４は、演算された輝度信号を用いてヒストグラム処理を行う。第二輝度信号生成回路２３４は、生成されたヒストグラムデータを用いて、１フレーム分の強調処理後の被写体像の輝度の平均値を示す強調表示平均輝度値を算出して、比較器２３６に出力する。

比較器２３６は、第一輝度信号生成回路２２８からの平均輝度値と第二輝度信号生成回路２３４からの強調表示平均輝度値とを比較して、その差分値を後段信号処理回路２４０に出力する。差分値が第一の閾値以下の場合（Ｓ２：ＮＯ）、強調表示観察画像５００のうち特定部位以外の情報（例えばコントラスト）が比較的失われておらず、強調表示観察画像５００単独でも診断に支障をきたさない。そのため、後段信号処理回路２４０は、現在の表示状態（一画面表示又は二画面表示）を継続してＳ１の処理に復帰する。一方、差分値が第一の閾値より大きい場合には（Ｓ２：ＹＥＳ）、強調表示観察画像５００のうち特定部位以外の情報が失われて視認性が低下しており、強調表示観察画像５００単独では円滑かつ正確な診断に支障をきたす虞がある。そのため、後段信号処理回路２４０は、従前が一画面表示であれば二画面表示に自動的に遷移して（Ｓ３）、Ｓ１の処理に復帰する。また、従前が二画面表示であればその表示状態を継続する。なお、後段信号処理回路２４０は、Ｓ３の処理を実行して二画面表示に遷移してから強調表示観察画像５００の表示を終了させるまでは、術者による円滑かつ正確な診断を保障すべく、フロントパネル２１８の操作に拘わらず一画面表示への遷移を禁止するようにしてもよい。

本実施形態の画面切替処理によれば、円滑かつ正確な診断に支障をきたす虞がある場合には、モニタ３００上の画面表示が速やかにかつ自動的に二画面表示に遷移される。すなわち、二画面表示への切替が術者の熟練を要することなく適切なタイミングで行われることとなる。また、強調表示させる頻度が高い場合における操作の煩雑さも解消されることとなる。

以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば二画面表示への自動遷移は、画像処理の前後で表示内容が大きく変化して、術者による円滑かつ正確な診断に支障をきたし得る場合に実行されるべきである。そのため、当該自動遷移の判断基準として利用するパラメータは輝度値に限らず、例えば色差信号の強度としてもよい。

別の実施形態の医療用観察システムでは、図４のＳ２の判定処理において、強調表示平均輝度値自体が第二の閾値より小さい場合に二画面表示に自動遷移するようにしてもよい。これは、画像処理前後の輝度差が小さい場合でも強調表示観察画像５００のうち特定部位以外が暗いことがあり得（例えばコントラストが低く、場合によっては黒潰れした画像となり）、円滑かつ正確な診断に支障をきたし得るからである。

別の実施形態の医療用観察システムは、特定の操作、例えばデジタルズーム操作が行われたときに表示形態を自動的に遷移させて、ズーム前の低倍率観察画像とズーム後の高倍率観察画像とを二画面表示する構成としてもよい。

別の実施形態の医療用観察システムは、術者による円滑かつ正確な診断を保障すべく、画像処理前後の平均輝度値の差分値が第一の閾値より大きい場合（又は強調表示平均輝度値自体が第二の閾値より小さい場合）には、フロントパネル２１８にて設定されている表示モードに拘わらず二画面表示への遷移を強制的に実行する構成としてもよい。

画像処理前後における輝度や色相の変化量は、観察状態によっては観察視野の中央領域よりも周辺領域の方が大きい場合がある。画像処理前後における表示内容の変化を高感度に検出するためには、観察視野の全画素で無く所定の周辺画素の平均輝度値を計算して、図４のＳ２の判定処理を実行するようにしてもよい。

図３（ｂ）においては、通常観察画像４００と強調表示観察画像５００とが同一サイズで表示されている。観察画像に主従関係を付けるため、各種観察画像をそれぞれ異なるサイズで表示させてもよい。例えば強調表示観察画像５００を補助的に観察して診断に利用したい場合には、通常観察画像４００を大きいサイズで表示させると同時に強調表示観察画像５００を子画面で表示させてもよい。また、各種観察画像の配置は左右配置（図３（ｂ）参照）に限らず、上下配置としても対角上の配置としてもよい。

１ 医療用システム
１００ 電子スコープ
２００ プロセッサ
２０２ システムコントローラ
２２０ 信号処理回路
３００ モニタ

Claims (6)

1. 電子スコープにより撮影された画像の画像信号を取得する画像信号取得手段と、
   前記取得された画像信号に第一の処理を施して表示装置に表示可能な第一の画像を生成する第一の画像生成手段と、
   ユーザによる所定の画像処理操作を受け付ける操作手段と、
   前記画像処理操作の入力がされたとき、前記取得された画像信号に前記第一の処理と異なる第二の処理を施して前記表示装置に表示可能な第二の画像を生成する第二の画像生成手段と、
   前記第一の画像と前記第二の画像とを比較する画像比較手段と、
   前記比較の結果に基づいて、前記表示装置の表示形態を前記第一の画像と前記第二の画像とを一画面中に並列に表示させる形態に自動的に切り替える表示形態切替手段と、
   を有することを特徴とする医療用ビデオプロセッサ。
2. 前記第一の画像生成手段により生成された前記第一の画像の輝度値を計算する第一の輝度値計算手段と、
   前記第二の画像生成手段により生成された前記第二の画像の輝度値を計算する第二の輝度値計算手段と、
   を更に有し、
   前記画像比較手段は、前記第一の画像の輝度値と前記第二の画像の輝度値とを比較してその差分値を検出することを特徴とする、請求項１に記載の医療用ビデオプロセッサ。
3. 前記表示形態切替手段は、前記差分値が第一の閾値より大きい場合に前記第一の画像と前記第二の画像とを一画面中に並列に表示させることを特徴とする、請求項２に記載の医療用ビデオプロセッサ。
4. 前記第一の画像の輝度値、前記第二の画像の輝度値はそれぞれ、前記第一の画像、前記第二の画像を構成する全画素又は所定の周辺画素の平均輝度値であることを特徴とする、請求項２又は請求項３の何れか一項に記載の医療用ビデオプロセッサ。
5. 前記画像処理操作は、前記第一の画像に写る部位のうちの特定部位を強調表示した前記第二の画像を生成するための操作であることを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の医療用ビデオプロセッサ。
6. 前記表示形態切替手段による前記表示形態の自動切替の許否をユーザに設定させる自動切替設定手段をさらに有することを特徴とする、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の医療用ビデオプロセッサ。

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