JP2011194028A - 電子内視鏡システム、電子内視鏡用のプロセッサ装置、および血管情報取得方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】照明光を照射する照射手段と、反射光を受光して被写体組織の画像を撮像して、反射光の輝度を表す撮像信号を出力する撮像素子を有する電子内視鏡と、撮像信号から波長帯域の異なる複数の第1画像データを出力する第1画像データ生成手段と、第1画像データから血管情報を生成する血管情報生成手段と、画像内の所定の領域を基準値領域として設定する基準値領域設定手段と、基準値領域内の第2画像データに基づいて血管情報の基準値を算出し、基準値血管情報を取得する基準値血管情報算出手段と、血管情報と基準値血管情報との差分から相対値血管情報を算出する相対値血管情報算出手段と、相対値血管情報から疑似カラーの相対値血管情報画像を生成する画像生成手段と、相対値血管情報画像を表示する画像表示手段とを有することにより、上記課題を解決する。
【選択図】図1
Description
また、前記撮像信号は、さらに、前記第1および第2狭帯域光とは異なる波長領域を持つ第3狭帯域光に対応する第3狭帯域信号を含み、前記血管情報は、前記血管中の血中ヘモグロビンの酸素飽和度であるのが好ましい。
さらに、前記第1狭帯域光の波長領域は440±10nmであり、前記第2狭帯域光の波長領域は470±10nmであり、前記第3狭帯域光の波長領域は400±10nmであるのが好ましい。
また、前記基準値領域設定手段は、第1および第3狭帯域信号に対応する、それぞれの前記第1画像データ間の第1輝度比と、第2および第3狭帯域信号に対応する、それぞれの前記第1画像データ間の第2輝度比とを算出し、さらに、前記第1輝度比と前記第2輝度比とから血管深さ情報を算出し、前記血管深さ情報から表層血管領域と非表層血管領域とを判別し、該非表層血管領域を前記基準値領域として設定するものであるのが好ましい。
さらに、前記基準値領域設定手段は、該電子内視鏡システムの操作者により入力される、前記電子内視鏡により撮像される画像内の所定の領域を前記基準値領域として設定するものであるのが好ましい。
図1に示すように、本発明の第1実施形態の電子内視鏡システム10は、被検者の体腔内を撮像する電子内視鏡11と、撮像により得られた信号に基づいて体腔内の被写体組織の画像を生成するプロセッサ装置12と、体腔内を照射する光を供給する光源装置13と、体腔内の画像を表示するモニタ14とを備えている。
電子内視鏡11は、体腔内に挿入される可撓性の挿入部16と、挿入部16の基端部分に設けられた操作部17と、操作部17とプロセッサ装置12および光源装置13との間を連結するユニバーサルコード18とを備えている。
広帯域光源30は、キセノンランプ、白色LED、マイクロホワイト光源などであり、波長が赤色領域から青色領域(約470〜700nm)にわたる広帯域光BBを発生する。広帯域光源30は、電子内視鏡11の使用中、常時点灯している。広帯域光源30から発せられた広帯域光BBは、集光レンズ39により集光されて、広帯域用光ファイバ40に入射する。
シャッター駆動部32は、プロセッサ装置12内のコントローラー59に接続されており、コントローラー59からの指示に基づいてシャッター31の駆動を制御する。
ライトガイド43は、大口径光ファイバ、バンドルファイバなどであり、入射端が光源装置内のカプラー36に挿入されており、出射端が先端部16aに設けられた照射レンズ48に向けられている。光源装置13で発せられた光は、ライトガイド43により導光された後、照射レンズ48に向けて出射する。照射レンズ48に入射した光は、先端部16aの端面に取り付けられた照明窓49を通して、体腔内に照射される。体腔内で反射した広帯域光BBおよび第1〜第3狭帯域光N1〜N3は、先端部16aの端面に取り付けられた観察窓50を通して、集光レンズ51に入射する。
DSP55は、電子内視鏡のAFE45から出力された広帯域撮像信号および第1〜第3狭帯域撮像信号に対し、色分離、色補間、ホワイトバランス調整、ガンマ補正などを行うことによって、広帯域画像データおよび第1〜第3狭帯域画像データ(第1画像データ)を生成する。つまり、DSP55は第1画像データ生成手段である。
フレームメモリ56は、DSP55で作成された広帯域画像データおよび第1〜第3狭帯域画像データを記憶する。広帯域画像データは、R色、G色、B色が含まれるカラー画像データである。
輝度比算出部60は、フレームメモリ56に記憶した第1〜第3狭帯域光画像データから、血管が含まれる血管領域を特定する。そして、輝度比算出部60は、血管領域内の同じ位置の画素について、第1および第3狭帯域画像データ間の第1輝度比S1/S3を求めるとともに、第2および第3狭帯域画像データ間の第2輝度比S2/S3を求める。ここで、S1は第1狭帯域光画像データの画素の輝度値を、S2は第2狭帯域光画像データの画素の輝度値を、S3は第3狭帯域光画像データの画素の輝度値を表している。なお、血管領域の特定方法としては、例えば、血管部分の輝度値とそれ以外の輝度値の差から血管領域を求める方法がある。
ここで、血管深さ情報は、第2実施形態において表層血管領域(微細血管領域)か、非表層血管領域(中層血管、深層血管)であるかを判別するのに用いられる。
相対画像生成部200は、血管深さ−酸素飽和度算出部62で算出された、絶対値酸素飽和度情報Vab*と、基準値酸素飽和度情報Vav*とから、差分である相対値酸素飽和度情報Vr*を求める相対値血管情報算出手段である。
また、相対値画像生成部200は、酸素飽和度画像生成部64と同様に、カラーマップ200aから相対値酸素飽和度情報Vr*に対応するカラー情報を特定する。そして、このカラー情報を広帯域画像データに反映させることにより、相対値酸素飽和度画像データを生成する。つまり、画像生成手段である。
生成された相対値酸素飽和度画像データは、絶対値酸素飽和度画像データと同様、フレームメモリ56に記憶される。
まず、操作者のコンソール23の操作により、静止画を取得するフリーズ操作が行われ、併せて通常光画像モードから特殊光画像モードに切り替える(ステップS10)。特殊光画像モードに切り替えられると、この切替時点での広帯域画像データが、酸素飽和度画像の生成に用いられる画像データとしてフレームメモリ56に記憶される(ステップS12)。なお、酸素飽和度画像等の生成に用いる広帯域画像データは、コンソール操作前のものを使用してもよい。
本発明の第2実施形態では、ステップS10において、操作者のコンソール23の操作によって、特殊光画像モードに切り替えられると、自動的にフリーズ操作がされるか(静止画)、あるいは、画像の出力を動画とする場合には、CCD44からの出力が順次、リアルタイム処理される。
各画素が表層血管領域であるか否かは、波長405nmと473nmの2画像における画像信号の比を用いて判別することができる。つまり、表層の微細血管ならば、画素値の比S(405)/S(473)が小さくなる性質があるため、閾値処理により当該比が大きい領域を選択することで、非表層血管領域(中層血管、深層血管)を判別することができる。ここで、表層血管領域(微細血管領域)とは、対象とする消化管粘膜表層に存在する、太さ10〜20μm程度の血管部分をいう。また、非表層血管領域は、表層血管領域以外の領域、すなわち、中層血管および深層血管の領域をいう。なお、中層血管は直径20〜100μm程度、深層血管は、直径100μm以上のものをいう。
このように、第2実施形態では非表層血管領域を自動的に基準値領域とすることで、操作者による基準値領域の設定を不要とすることができる。
電子内視鏡システム110は、図2に示す本発明の第2実施形態の電子内視鏡システムと比べ、照明光の光源に広帯域光源と光学フィルタを用いて、第2実施形態と波長の異なる3つの狭帯域光を発生させるものであり、基本的に同様の構成を有するものである。よって、同様の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
第3輝度比S3*/S1*は、波長500nmと540nmの2画像における画像信号の所定画素の比であり、中層以深の太い血管ならば、画素値の比S(500)/S(540)が特に小さくなる性質がある。なお、太い血管とは、対象とする消化管粘膜の中層以深(深さ100μm以上)に存在する太さ100μm以上の血管をいう。
基準値領域設定部210が、血管領域内の全ての画素について、第3輝度比の閾値処理を行って、当該比が小さい領域を判別する。つまり、太い血管(深層血管)領域であるかを判別する。次に、血管領域内のうち、該太い血管領域を自動的に基準値領域とする。ここで、基準値領域は、太い血管領域全域でもよいし、太い血管領域の中の所定位置および所定サイズの領域でもよい。
電子内視鏡システム120は、図2に示す本発明の第1実施形態の電子内視鏡システムと比べ、広帯域光を直接体腔内に照射すること、および狭帯域光の代わりにCCDのRチャンネルとGチャンネルの画像を用いることを除いて、基本的に同様の構成を有するものである。よって、同様の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
輝度比算出部60では、取得された広帯域画像信号の撮像信号G、および撮像信号Rの画素値の比である信号比G/Rが算出される。信号比G/Rは、絶対値血液濃度情報であり、第1実施形態の絶対値酸素飽和度情報に相当する。つまり、撮像信号Gおよび撮像信号Rによる画像データは、それぞれ第1実施形態の第1、第2狭帯域画像データに相当する。
ここで、信号比G/Rは、CCD44のRチャンネルとGチャンネルの2画像における画像信号の比であり、血液が濃くなると、つまり血中ヘモグロビン濃度が濃くなると、信号比G/Rは小さくなる性質がある。なお、絶対値血液濃度情報は、信号比G/Rだけでなく、信号比G/Rの対数でもよい。
撮像信号B1=第1狭帯域光N1による輝度値L1+第4狭帯域光N4による輝度値L4
撮像信号G1=第4狭帯域光N4による輝度値L4
撮像信号B2=第2狭帯域光N2による輝度値L2+第3狭帯域光N3による輝度値L3
撮像信号G2=第2狭帯域光N2による輝度値L2
11 電子内視鏡
12 プロセッサ装置
13 光源装置
14 モニタ
16 挿入部
16a 先端部
17 操作部
18 ユニバーサルコード
19 湾曲部
21 アングルノブ
23 コンソール
24 コネクタ
30 広帯域光源
31 シャッター
32 シャッター駆動部
33〜35 第1〜第3狭帯域光源
33a〜35a 第1〜第3狭帯域用光ファイバ
36 カプラー
37 光源切替部
39 集光レンズ
40 広帯域用光ファイバ
43 ライトガイド
44 CCD
44a 撮像面
45 アナログ処理回路(AFE)
46 撮像制御部
48 照射レンズ
49 照明窓
50 観察窓
51 集光レンズ
52,53,54 分光透過率
55 デジタル信号処理部(DSP)
56 フレームメモリ
57 血管画像生成部
58 表示制御回路
59 コントローラー
60 輝度比算出部
61 相関関係記憶部
62 血管深さ−酸素飽和度算出部
64 酸素飽和度画像生成部
64a,200a,212a カラーマップ
66 輝度座標系
67 血管情報座標系
68 画像切替SW
70 還元ヘモグロビン
71 酸化ヘモグロビン
72 広帯域画像
73 絶対値酸素飽和度画像
74 相対値酸素飽和度画像
75,76,77,80,81,82,85 血管画像
130 ロータリーフィルタ
131 広帯域光透過領域
132 第1狭帯域光透過領域
133 第2狭帯域光透過領域
134 第3狭帯域光透過領域
200 相対画像生成部
202 フィルタ切替部
210 基準値領域設定部
212 血液濃度画像生成部
Claims (14)
- 体腔内の血管を含む被写体組織に照明光を照射する照射手段と、
前記照射手段から前記被写体組織に照射される照明光の反射光を受光して該被写体組織の画像を撮像して、前記反射光の輝度を表す撮像信号を出力する撮像素子を有する電子内視鏡と、
前記撮像信号から波長帯域の異なる複数の第1画像データを出力する第1画像データ生成手段と、
前記第1画像データから、前記血管に関する血管情報を生成する血管情報生成手段と、
前記電子内視鏡により撮像される画像内の所定の領域を基準値領域として設定する基準値領域設定手段と、
前記基準値領域設定手段により設定される基準値領域内の第2画像データに基づいて前記血管情報の基準値を算出し、基準値血管情報を取得する基準値血管情報算出手段と、
前記血管情報と前記基準値血管情報との差分から相対値血管情報を算出する相対値血管情報算出手段と、
前記相対値血管情報から、該血管情報の相対値を疑似カラーで表す相対値血管情報画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段により生成される相対値血管情報画像を表示する画像表示手段とを有することを特徴とする電子内視鏡システム。 - 前記画像生成手段は、さらに、前記血管情報生成手段により生成される血管情報から、該血管情報の絶対値を疑似カラーで表す絶対値血管情報画像を生成するものであり、
当該電子内視鏡システムは、さらに、前記絶対値血管情報画像と前記相対値血管情報画像とを切り換える画像切換手段を備え、
前記画像表示手段は、前記画像切換手段により切り換えられる前記絶対値血管情報画像および前記相対値血管情報画像の一方を表示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。 - 前記撮像信号は、波長帯域の異なる第1および第2狭帯域光に対応する、第1および第2狭帯域信号であることを特徴とする請求項1または2に記載の電子内視鏡システム。
- 前記撮像信号は、さらに、前記第1および第2狭帯域光とは異なる波長領域を持つ第3狭帯域光に対応する第3狭帯域信号を含み、
前記血管情報は、前記血管中の血中ヘモグロビンの酸素飽和度であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電子内視鏡システム。 - 前記第1および第2狭帯域光は、酸素と結合した酸化ヘモグロビンと結合していない還元ヘモグロビンに対して異なる吸光度を示し、かつ、酸素飽和度によって各ヘモグロビンのそれぞれに対する吸光度に差が生じるような波長を含んでいることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電子内視鏡システム。
- 前記第1狭帯域光の波長領域は440±10nmであり、前記第2狭帯域光の波長領域は470±10nmであり、前記第3狭帯域光の波長領域は400±10nmであることを特徴とする請求項4または5に記載の電子内視鏡システム。
- 前記基準値領域設定手段は、第1および第3狭帯域信号に対応する、それぞれの前記第1画像データ間の第1輝度比と、第2および第3狭帯域信号に対応する、それぞれの前記第1画像データ間の第2輝度比とを算出し、さらに、前記第1輝度比と前記第2輝度比とから血管深さ情報を算出し、前記血管深さ情報から表層血管領域と非表層血管領域とを判別し、該非表層血管領域を前記基準値領域として設定するものであることを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の電子内視鏡システム。
- 前記第1狭帯域光の波長領域は540±10nmであり、前記第2狭帯域光の波長領域は560±10nmであり、前記第3狭帯域光の波長領域は500±10nmであって、
前記基準値領域設定手段は、さらに、第3および第1狭帯域信号に対応する、それぞれの前記第1画像データ間の第3輝度比を算出し、前記第3輝度比に基づき太い血管領域を判別し、該太い血管領域を前記基準値領域として設定し、該基準値領域内の第1および第2狭帯域信号に対応する、それぞれの前記第1画像データ間の第4輝度比を算出し、
前記画像生成手段は、前記第4輝度比の分布に基づき相対値酸素飽和度画像を生成することを特徴とする請求項4または5に記載の電子内視鏡システム。 - 前記撮像素子は、R色、G色、B色の3色のカラーフィルタが設けられたR画素、G画素、B画素の3色の画素を有しており、
前記撮像信号は、G画素の撮像信号GとR画素の撮像信号Rとを含み、
前記血管情報は、血液濃度であることを特徴とする請求項1または2に記載の電子内視鏡システム。 - 前記基準値領域設定手段は、該電子内視鏡システムの操作者により入力される、前記電子内視鏡により撮像される画像内の所定の領域を前記基準値領域として設定するものであることを特徴とする請求項1〜6、または9のいずれかに記載の電子内視鏡システム。
- 体腔内の血管を含む被写体組織に照明光を照射して、前記被写体組織に照射される照明光の反射光を電子内視鏡の撮像素子で撮像することにより得られる、前記反射光の輝度を表す撮像信号を前記電子内視鏡から受信する受信手段と、
前記撮像信号から波長帯域の異なる複数の第1画像データを出力する第1画像データ生成手段と、
前記第1画像データから、前記血管に関する血管情報を生成する血管情報生成手段と、
前記電子内視鏡により撮像される画像内の所定の領域を基準値領域として設定する基準値領域設定手段と、
前記基準値領域設定手段により設定される基準値領域内の第2画像データに基づいて前記血管情報の基準値を算出し、基準値血管情報を取得する基準値血管情報算出手段と、
前記血管情報と前記基準値血管情報との差分から相対値血管情報を算出する相対値血管情報算出手段と、
前記相対値血管情報から、該血管情報の相対値を疑似カラーで表す相対値血管情報画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段により生成される相対値血管情報画像を表示する画像表示手段とを有することを特徴とする電子内視鏡用のプロセッサ装置。 - 体腔内の血管を含む被写体組織に照明光を照射する照射ステップと、
前記照射手段から前記被写体組織に照射される照明光の反射光を受光して該被写体組織の画像を撮像して、前記反射光の輝度を表す撮像信号を得る撮像ステップと、
前記撮像信号から波長帯域の異なる複数の第1画像データを出力する第1画像データ生成ステップと、
前記第1画像データから、前記血管に関する血管情報を生成する血管情報生成ステップと、
前記電子内視鏡により撮像される画像内の所定の領域を基準値領域として設定する基準値領域設定ステップと、
前記基準値領域設定手段により設定される基準値領域内の第2画像データに基づいて前記血管情報の基準値を算出し、基準値血管情報を取得する基準値血管情報算出ステップと、
前記血管情報と前記基準値血管情報との差分から相対値血管情報を算出する相対値血管情報算出ステップと、
前記相対値血管情報から、該血管情報の相対値を疑似カラーで表す相対値血管情報画像を生成する画像生成ステップと、
前記画像生成手段により生成される相対値血管情報画像を表示する画像表示ステップとを有することを特徴とする血管情報取得方法。 - 体腔内の血管を含む被写体組織に照明光を照射する照射手段と、
前記照射手段から前記被写体組織に照射される照明光の反射光を受光して該被写体組織の画像を撮像して、前記反射光の輝度を表す撮像信号を出力する撮像素子を有する観察手段と、
前記撮像信号から波長帯域の異なる複数の第1画像データを出力する第1画像データ生成手段と、
前記第1画像データから、前記血管に関する血管情報を生成する血管情報生成手段と、
前記電子内視鏡により撮像される画像内の所定の領域を基準値領域として設定する基準値領域設定手段と、
前記基準値領域設定手段により設定される基準値領域内の第2画像データに基づいて前記血管情報の基準値を算出し、基準値血管情報を取得する基準値血管情報算出手段と、
前記血管情報と前記基準値血管情報との差分から相対値血管情報を算出する相対値血管情報算出手段と、
前記相対値血管情報から、該血管情報の相対値を疑似カラーで表す相対値血管情報画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段により生成される相対値血管情報画像を表示する画像表示手段とを有することを特徴とする病理観察装置。 - 体腔内の血管を含む被写体組織に照明光を照射する照射手段と、
前記照射手段から前記被写体組織に照射される照明光の反射光を受光して該被写体組織の画像を撮像して、前記反射光の輝度を表す撮像信号を出力する撮像素子を有する観察手段と、
前記撮像信号から波長帯域の異なる複数の第1画像データを出力する第1画像データ生成手段と、
前記第1画像データから、前記血管に関する血管情報を生成する血管情報生成手段と、
前記電子内視鏡により撮像される画像内の所定の領域を基準値領域として設定する基準値領域設定手段と、
前記基準値領域設定手段により設定される基準値領域内の第2画像データに基づいて前記血管情報の基準値を算出し、基準値血管情報を取得する基準値血管情報算出手段と、
前記血管情報と前記基準値血管情報との差分から相対値血管情報を算出する相対値血管情報算出手段と、
前記相対値血管情報から、該血管情報の相対値を疑似カラーで表す相対値血管情報画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段により生成される相対値血管情報画像を表示する画像表示手段とを有することを特徴とする病理顕微鏡装置。
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