JP2012085916A - Electronic endoscope system, processor device of the same, and method of supersensitizing fluoroscopic image - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、体腔内の生体組織から発せられる自家蛍光を観察する電子内視鏡システム、電子内視鏡システムのプロセッサ装置、及び蛍光画像の高感度化方法に関する。 The present invention relates to an electronic endoscope system for observing autofluorescence emitted from a living tissue in a body cavity, a processor device for the electronic endoscope system, and a method for increasing the sensitivity of a fluorescent image.
近年の医療分野では、電子内視鏡システムを用いた診断や治療が数多く行なわれている。電子内視鏡システムでは、波長が青色帯域から赤色帯域にまでおよぶ白色光を体腔内を照射し、体腔内で反射した光をCCDなどの撮像素子で撮像する。そして、撮像により得られた画像をモニタに表示する。これにより、体腔内の画像をリアルタイムに確認することができるため、診断などを確実に行うことができる。 In the medical field in recent years, many diagnoses and treatments using an electronic endoscope system have been performed. In an electronic endoscope system, white light having a wavelength ranging from a blue band to a red band is irradiated in a body cavity, and light reflected in the body cavity is imaged by an imaging element such as a CCD. Then, an image obtained by imaging is displayed on the monitor. Thereby, since the image in a body cavity can be confirmed in real time, a diagnosis etc. can be performed reliably.
白色光を照射したときに得られる撮像画像からは、被写体組織全体を大まかに把握することはできるものの、微細血管、深層血管、ピットパターン(腺口構造)、陥凹や隆起といった凹凸構造などの被写体組織は明瞭に観察することが難しいことがある。このような被写体組織には病変部が潜んでいる可能性があることから、微細血管や陥凹や隆起なども撮像画像から確実に把握できるようにすることが求められている。 Although the entire subject tissue can be roughly grasped from the captured image obtained by irradiating with white light, the microscopic blood vessels, deep blood vessels, pit patterns (gland opening structure), uneven structures such as depressions and bumps, etc. The subject tissue may be difficult to observe clearly. Since there is a possibility that a lesioned part is hidden in such a subject tissue, there is a demand for reliably grasping a fine blood vessel, a depression, a bulge, and the like from a captured image.
例えば、癌などの腫瘍性病変を観察する方法としては、特許文献1に示すように、特定波長に制限した励起光を体腔内に照射し、その励起光によって生体組織内の内因性蛍光物質から発せられる自家蛍光を撮像素子で撮像するAFI(Auto Fluorescence Imaging)が知られている。AFIにおいては、腫瘍性病変がある病変部から発せられる自家蛍光の強度が、腫瘍性病変が存在しない正常部から発せられる自家蛍光の強度よりも弱くなる性質を利用して、撮像画像においては病変部と正常部とを別々の色で表示している。したがって、このAFIによって、正常部とほとんど見分けが付かない病変部であっても観察できるようになる。
For example, as a method for observing neoplastic lesions such as cancer, as shown in
しかしながら、生体組織内から発せられる自家蛍光の光量は微弱であるため、その自家蛍光を撮像することで得られる自家蛍光画像は、そのままでは有用な画像診断等を行なえないことがある。したがって、自家蛍光画像を診断等で有効に利用できるようにするためには、何らかの方法で、自家蛍光画像を高画質化する必要がある。例えば、特許文献1では、電子内視鏡の先端部に設けた2つの照明窓から合計2本の励起光を照射し、自家蛍光の強度を強めることによって、自家蛍光画像の高画質化を図っている。しかしながら、電子内視鏡の先端部に2つの照明窓を設けたりすることは、コストがかかってしまう。
However, since the amount of autofluorescence emitted from the living tissue is very weak, the autofluorescence image obtained by imaging the autofluorescence may not perform useful image diagnosis as it is. Therefore, in order to effectively use the autofluorescence image for diagnosis or the like, it is necessary to improve the image quality of the autofluorescence image by some method. For example, in
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、コストをかけることなく、自家蛍光画像などの蛍光画像を高画質化することができる電子内視鏡システム、電子内視鏡システムのプロセッサ装置、及び蛍光画像の高感度化方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an electronic endoscope system and a processor device for an electronic endoscope system that can improve the image quality of fluorescent images such as autofluorescent images without incurring costs. And it aims at providing the sensitivity enhancement method of a fluorescence image.
上記目的を達成するために、本発明の電子内視鏡システムは、体腔内の生体組織から蛍光を励起させるための励起光を発する光源装置と、励起光の照射により蛍光が発せられた体腔内の蛍光画像を含む内視鏡画像を、撮像素子による撮像で取得する電子内視鏡と、前記内視鏡画像から体腔内における観察対象の動きを検出する動き検出手段と、前記蛍光画像にフレーム加算およびビニング処理を施す高感度化処理手段と、前記フレーム加算およびビニング処理を、観察対象の動きに応じて変化させる制御を行なう高感度化処理制御手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an electronic endoscope system of the present invention includes a light source device that emits excitation light for exciting fluorescence from a living tissue in a body cavity, and a body cavity in which fluorescence is emitted by irradiation of excitation light. An electronic endoscope that acquires an endoscopic image including a fluorescent image of the image by imaging with an image sensor, a motion detection unit that detects a motion of an observation target in a body cavity from the endoscopic image, and a frame on the fluorescent image Sensitivity enhancement processing means for performing addition and binning processing, and sensitivity enhancement processing control means for performing control to change the frame addition and binning processing in accordance with the motion of the observation target are provided.
前記フレーム加算は、複数フレームの蛍光画像の画像データを加算して、1フレームの高画質な蛍光画像を生成する処理であり、前記ビニング処理は、蛍光画像において隣接する複数の画素をひとまとめにした画素群として再構成し、各画素群内の画素の輝度値を加算したものを各画素群の輝度値とするソフトウエアビニングであることが好ましい。 The frame addition is a process of adding image data of fluorescent images of a plurality of frames to generate a high-quality fluorescent image of one frame, and the binning process collects a plurality of adjacent pixels in the fluorescent image. Software binning is preferably performed in which the luminance value of each pixel group is obtained by reconfiguring the pixel group and adding the luminance values of the pixels in each pixel group.
前記高感度化処理手段は、1フレームの高画質な蛍光画像の生成に用いられる蛍光画像のフレーム数を示すフレーム加算数とソフトウエアビニングにより再構成される画素群内の画素数を示すビニング数とを、観察対象の動き量に応じて、変化させることが好ましい。前記高感度化処理手段は、観察対象に動きが無いときには、時間の経過とともにフレーム加算数を大きくすることが好ましい。前記高感度化処理手段は、観察対象のサイズに応じてビニング処理を変化させることが好ましい。観察対象のサイズを入力するサイズ入力手段を備えることが好ましい。蛍光画像の撮像を開始した初期状態においては、蛍光画像の蛍光強度に応じて、フレーム加算数およびビニング数を決めることが好ましい。 The high-sensitivity processing means includes a frame addition number indicating the number of frames of a fluorescent image used for generating a high-quality fluorescent image of one frame and a binning number indicating the number of pixels in a pixel group reconstructed by software binning. Are preferably changed according to the amount of movement of the observation target. The high-sensitivity processing means preferably increases the frame addition number with the passage of time when there is no movement in the observation target. The high sensitivity processing means preferably changes the binning process according to the size of the observation target. It is preferable to provide size input means for inputting the size of the observation object. In the initial state where imaging of the fluorescent image is started, it is preferable to determine the number of frames added and the number of binning according to the fluorescence intensity of the fluorescent image.
前記フレーム加算は、複数フレームの蛍光画像の画像データを加算して1フレームの蛍光画像とする処理であり、前記ビニング処理は、前記撮像素子において隣接する複数の画素からなる画素群単位で1つの撮像信号を出力するように撮像素子を制御するハードウエアビニングであることが好ましい。前記光源装置は、波長が青色帯域から赤色帯域におよぶ白色光を体腔内に向けて発することが可能であり、前記動き検出手段は、白色光が照射された体腔内の撮像により得られる白色光画像から観察対象の動き検出を行なうことが好ましい。 The frame addition is processing to add image data of fluorescent images of a plurality of frames to form a fluorescent image of one frame, and the binning processing is performed for each pixel group composed of a plurality of adjacent pixels in the image sensor. Hardware binning that controls the image sensor so as to output the image signal is preferable. The light source device is capable of emitting white light having a wavelength ranging from a blue band to a red band toward a body cavity, and the motion detection unit is a white light obtained by imaging the body cavity irradiated with white light. It is preferable to detect the motion of the observation target from the image.
前記蛍光画像は、AFIで得られる自家蛍光画像であることが好ましい。前記蛍光画像は、PDDや近赤外蛍光観察で得られる薬剤蛍光画像であることが好ましい。 The fluorescent image is preferably an autofluorescent image obtained by AFI. The fluorescence image is preferably a drug fluorescence image obtained by PDD or near infrared fluorescence observation.
本発明は、体腔内の生体組織から蛍光を励起させるための励起光を含む照明光を体腔内に照射し、体腔内からの戻り光を撮像素子で撮像する電子内視鏡に接続された電子内視鏡システムのプロセッサ装置において、蛍光が発せられた体腔内の蛍光画像を含む内視鏡画像を、前記電子内視鏡から受信する受信手段と、前記受信手段で受信した内視鏡画像から体腔内における観察対象の動きを検出する動き検出手段と、前記蛍光画像にフレーム加算およびビニング処理を施す高感度化手段と、前記フレーム加算およびビニング処理を、観察対象の動きに応じて変化させる制御を行なう高感度化処理制御手段とを備えることを特徴とする。 The present invention irradiates a body cavity with illumination light including excitation light for exciting fluorescence from a living tissue in a body cavity, and connects an electron connected to an electronic endoscope that images return light from the body cavity with an imaging device. In a processor device of an endoscope system, an endoscope image including a fluorescence image in a body cavity in which fluorescence is emitted is received from the electronic endoscope, and an endoscope image received by the receiving means Motion detection means for detecting the movement of the observation target in the body cavity, high sensitivity means for applying frame addition and binning processing to the fluorescent image, and control for changing the frame addition and binning processing according to the movement of the observation target And a high sensitivity processing control means.
本発明は、電子内視鏡内の撮像素子によって撮像された体腔内の内視鏡画像のうち、励起光の照射によって蛍光が発せられた体腔内の蛍光画像を高感度化する蛍光画像の高感度化方法において、前記内視鏡画像から体腔内における観察対象の動きを検出し、前記蛍光画像にフレーム加算およびビニング処理を施し、前記フレーム加算およびビニング処理を、観察対象の動きに応じて変化させる制御を行なうことを特徴とする。 The present invention provides a high-sensitivity fluorescent image that enhances the sensitivity of a fluorescent image in a body cavity that is emitted by excitation light irradiation among endoscopic images in a body cavity imaged by an imaging device in an electronic endoscope. In the sensitivity enhancement method, the movement of the observation target in the body cavity is detected from the endoscopic image, frame addition and binning processing are performed on the fluorescence image, and the frame addition and binning processing are changed according to the movement of the observation target. It is characterized by performing control.
本発明によれば、電子内視鏡システムにおける既存の機能のフレーム加算およびビニング処理を蛍光画像に施すことで、コストをかけずに高感度化処理を行なうことができる。加えて、それらフレーム加算およびビニング処理は、体腔内における観察対象の動きに応じて、変化させているため、蛍光画像の高感度化を図る際に、観察対象の像にブレが生ずることはなく、また解像度を低下させることもない。 According to the present invention, it is possible to perform high-sensitivity processing without cost by performing frame addition and binning processing of existing functions in an electronic endoscope system on a fluorescent image. In addition, since the frame addition and binning process are changed according to the movement of the observation target in the body cavity, there is no blurring of the image of the observation target when the sensitivity of the fluorescent image is increased. Also, the resolution is not reduced.
図1に示すように、本発明の電子内視鏡システム10は、被検者の体腔内をCCDなどの撮像素子で撮像する電子内視鏡11と、この電子内視鏡11の挿入部20が挿通されるオーバーチューブ13と、挿入部20における先端部24aに装着されるフード14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15と、体腔内に照射する白色光を供給する白色光の光源装置16と、生体組織内から自家蛍光を励起するための励起光を供給する励起光の光源装置17と、体腔内の画像を表示するモニタ18とを備えている。
As shown in FIG. 1, an
電子内視鏡11は、体腔内に挿入される可撓性の挿入部20と、挿入部の基端部分に設けられた操作部21と、操作部21とプロセッサ装置15及び白色光の光源装置16との間を連結するユニバーサルコード23とを備えている。挿入部20の先端には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部24が形成されている。湾曲部24は、操作部のアングルノブ26における操作によって、上下左右方向に湾曲動作する。
The
湾曲部24の先端には、体腔内撮影用の光学系等を内蔵した先端部24aが設けられいる。先端部24aは、湾曲部24の湾曲動作によって、体腔内の所望の方向に向けられる。先端部24aには、白色光や励起光を照射する2つの第1および第2照明窓57,59(図4参照)と、体腔内からの白色光や自家蛍光を受光する観察窓62(図4参照)と、観察窓に向けて水やエアを吹き付ける送気・送水ノズル63(図4参照)と、挿入部20内の鉗子チャンネルに挿通された処置具の出口となる鉗子出口64(図4参照)とが設けられている。
At the distal end of the bending
操作部21には、白色光を用いて体腔内の観察を行なう通常光観察モード、励起光を用いて生体組織内から発せられる自家蛍光を観察する自家蛍光観察モードのいずれかに切り替える観察モード切替ボタン28が設けられている。この観察モード切替ボタン28による切替情報はプロセッサ装置のコントローラ113(図2参照)に送信される。
The
ここで、通常光観察モードに設定されている場合には、体腔内で反射した白色光を撮像することにより得られる白色光画像がモニタ18に表示され、自家蛍光観察モードに設定されている場合には、自家蛍光を撮像することにより得られる自家蛍光画像、または白色光画像と自家蛍光画像とを合成した合成画像がモニタ18に表示される。
Here, when the normal light observation mode is set, a white light image obtained by imaging the white light reflected in the body cavity is displayed on the
ユニバーサルコード23のうち、プロセッサ装置15および白色光の光源装置16側の端部にはコネクタ30が取り付けられている。コネクタ30は、通信用コネクタと光源用コネクタからなる複合タイプのコネクタであり、電子内視鏡11は、このコネクタ30を介して、プロセッサ装置15および白色光の光源装置16に着脱自在に接続される。
A
電子内視鏡11の先端部24aには、励起光カットフィルタ32を備えるフード14が装着される。励起光カットフィルタ32は、先端部24aに設けられた観察窓62(図4参照)を覆うことにより、観察窓62に入る前の光のうち励起光の波長帯域の光をカットまたは減光する。エネルギーが非常に高い励起光を観察窓62の手前でカットし、その励起光が観察窓62の奥側に設けられたCCD100(図2参照)に入らないようにすることで、CCD100の画素が電荷飽和状態になって画面が真っ白になるハレーションを防止することができる。
A
オーバーチューブ13は、チューブ本体35と、このチューブ本体35内に設けられ、電子内視鏡11の挿入部29が挿通される内視鏡挿通管路37と、この内視鏡挿通管路37の周囲に設けられ、励起光の光源装置17からの励起光を導光する2本の第1および第2光ファイバ38,39とを備えている。
The
内視鏡挿通管路37は、電子内視鏡の挿入部20の挿入口となる基端側開口37aと、その挿入部20の出口となる先端側開口37bとを備えている。したがって、挿入部20を内視鏡挿通管路37に挿通したときには、先端側開口37bから電子内視鏡の先端部24a及びその先端部24aに装着されたフード14が露呈される。電子内視鏡の挿入部20を体腔内に挿入する際には、オーバーチューブ13に挿入部20を挿通させた状態で挿入する。また、フード14の外周面には、第1および第2光ファイバ38,39からの励起光を体腔内に照射する第1および第2投光ユニット41,42が固着されている。なお、第1および第2光ファイバ38,39と第1および第2投光ユニット41,42とは、コネクタ等によって光結合される。
The
図2に示すように、白色光の光源装置16、白色光光源45、絞り調節機構46、白色光制御部47、ロータリシャッタ48、位置検出部49、回転制御部50を備えている。白色光光源45は、白色光の光源装置16の電源がオンのときに、常にオンにして白色光を発する。白色光は、波長が青色帯域から赤色帯域に及ぶ広帯域光であり、例えば、図3に示すように、400nm〜700nmの波長帯域を有している。白色光光源45としては、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、LED(発光ダイオード)、蛍光発光素子ランプ、またはLD(レーザーダイオード)などが使用される。白色光光源45から発せられる白色光は、レンズ53で集光される。レンズ53で集光された光は、絞り調節機構46を介して、第1および第2ライトガイド55,56に入射する。
As shown in FIG. 2, a white
第1および第2ライトガイド55,56は大口径光ファイバなどから構成されている。第1および第2ライトガイド55,56の入射側端部は、白色光の光源装置16に接続されている。一方、図4に示すように、第1ライトガイド55の出射側端部は電子内視鏡11の先端部24aの第1照明窓57に向けられおり、第2ライトガイド55の出射側端部は先端部24aの第2照明窓59に向けられている。これら第1および第2照明窓57,59のそれぞれから白色光が体腔内に向けて出射される。
The first and second light guides 55 and 56 are constituted by large-diameter optical fibers or the like. The incident side end portions of the first and second light guides 55 and 56 are connected to the
第1照明窓57と第2照明窓59は、フード14に設けられた励起光カットフィルタ32(または観察窓62)に関して、それぞれ対称の位置に設けられている。また、図5に示すように、第1照明窓57から出射される白色光の照射範囲WL1と第2照明窓59から出射される白色光の照射範囲WL2とはほぼ重なり合っている。したがって、先端部24aを観察対象Tに向けたときには、それら照射範囲WL1,WL2の重複領域WLR内に観察対象Tがほぼ入る。これにより、観察対象Tに対して、白色光を十分に且つ照明ムラなく照射することができる。
The
なお、フード14は、先端部24aのうち観察窓62のみを覆い、それ以外は開口部14aから体腔内に露呈している。したがって、第1および第2照明窓57,59からの白色光の照射をフード14が妨げることはない。また送気・送水ノズル63からのエアや水をフードの励起光カットフィルタ32に吹き付けることができる。さらには、鉗子出口64から処置具を体腔内に向けて突出させることができる。
The
図2に示すように、絞り調節機構46は、レンズ53とロータリシャッタ48との間に配置され、白色光光源45から発せられる白色光の光量を調節する。絞り調節機構46は、例えば、絞り径を可変させる複数の絞り羽根、及びこの絞り羽根を移動させるモータなどから構成される。絞り調節機構の絞り量(すなわち、白色光の光量)は、ドライバ47aを介して、白色光制御部47によって制御される。白色光制御部47は、プロセッサ装置15内の信号処理により得られる白色光画像に基づいて、絞り量(すなわち、白色光の光量)を制御する。
As shown in FIG. 2, the
図6A及びBに示すように、ロータリシャッタ48は、円板形状で一部に扇形の切欠部分を有する。ロータリシャッタ48のうち、切欠部分が白色光を透過させる光透過部48aとなり、残りの部分が白色光を遮断する遮光部48bとなっている。ロータリシャッタ48は、白色光光源45の光軸と平行に配置されたモータ70の回転軸70aに接続されている。このモータ70の駆動によってロータリーシャッタ48が回転することで、白色光光源の光路P上に光透過部48aと遮光部48bとが交互に位置する。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the
光路P上に光透過部48a、遮光部48bのいずれが位置しているかは、フォトセンサなどから構成される位置検出部49によって検出される。ここで、図2や図6A及びBにおいては、位置検出部はロータリシャッタの外周近傍に配置されているが、配置位置はそれ以外、例えば、ロータリシャッタの内部であってもよい。
Which of the
図6Aに示すように、光透過部48aが光路P上に位置する間は、白色光が第1および第2ライトガイド55,56に入射するため、体腔内に白色光が照射される。この期間を、以下において白色光照射期間する。一方、図6Bに示すように、遮光部48bが光路P上に位置する間は、第1および第2ライトガイド55,56へ白色光が入射しないため、体腔内において白色光が遮光された状態となる。この期間を、以下において白色光遮光期間とする。位置検出部49は、白色光照射期間と白色光遮光期間のいずれの状態にあるかについての情報を、励起光の光源装置内の励起光制御部75およびプロセッサ装置のコントローラ113に適宜送信する。
As shown in FIG. 6A, while the
白色光照射期間と白色光遮光期間は観察モードによって異なり、自家蛍光観察モード時における各期間は通常光観察モード時の2倍に設定されている。したがって、図2に示す回転制御部50は、自家蛍光観察モード時においては、ロータリシャッタ48の回転速度を通常光観察モード時の回転速度の半分とする回転制御を行なっている。なお、回転制御部50は、モータ70に接続されたドライバ50aを介して、ロータリシャッタ48の回転速度を制御する。
The white light irradiation period and the white light blocking period differ depending on the observation mode, and each period in the autofluorescence observation mode is set to twice that in the normal light observation mode. Therefore, the
図2に示すように、励起光の光源装置17は、第1及び第2レーザ光源72,73、励起光制御部75を備えている。第1および第2レーザ光源72,73は発光ダイオード等から構成され、図3に示すような、405±10nmの波長を有する励起光を発する。このような波長域を有する励起光を体腔内に照射することで、波長が420nm〜650nmにおよぶ自家蛍光が生体組織内の内因性蛍光物質から発せられる。
As shown in FIG. 2, the excitation
第1および第2レーザ光源72,73は、自家蛍光観察モードに設定されている場合には、常に励起光が発せられる。これにより、生体組織からは常に自家蛍光が発せられる。図3に示すように、電子内視鏡の先端部24aに戻ってくる励起光は励起光カットフィルタによりカットされ、また自家蛍光の光量は白色光に比べて微弱である。したがって、体腔内において白色光だけでなく励起光や自家蛍光が存在する状態で、白色光画像を取得したとしても、その取得した白色光画像においては励起光や自家蛍光は全く影響を与えない。
When the first and second
励起光制御部75は、ドライバ75a,75bを介して、第1および第2レーザ光源72,73の励起光の光量を制御する。励起光制御部75は、白色光制御部47に接続されており、白色光制御部47による白色光の光量制御に従って、励起光の光量も制御する。励起光の光量の制御は、白色光と励起光とが所定の相関を有するように、例えば、励起光の光量と白色光の光量との光量比が1/10等を保持するように、励起光の光量を変化させる。
The excitation
このように白色光の光量が変更された場合であっても、これに追従して、励起光の光量も励起光制御部で自動的に変更されるため、白色光画像と自家蛍光画像との露出バランスを常に適正な状態に維持することができる。なお、励起光の光量制御は、白色光の光量制御に連動してごとに行なうのではく、図7に示すように、白色光照射期間から白色光遮光期間に切り替わったときに、白色光と励起光とが所定の相関を有するように制御してもよい。 Even if the amount of white light is changed in this way, the amount of excitation light is automatically changed by the excitation light control unit following this, so the white light image and the autofluorescence image The exposure balance can always be maintained in an appropriate state. In addition, the light amount control of the excitation light is not performed in conjunction with the light amount control of the white light, but when the white light irradiation period is switched to the white light shielding period as shown in FIG. The excitation light may be controlled to have a predetermined correlation.
第1レーザー光源72から発せられた励起光は、オーバーチューブの第1光ファイバ38に入射する。もう一方の第2レーザー光源73から発せられた励起光は、オーバーチューブの第2光ファイバ39に入射する。そして、図4に示すように、第1光ファイバ38内の励起光ELはフード14の第1投光ユニット41から出射し、第2光ファイバ内の励起光ELはフード14の第2投光ユニット42から出射する。
The excitation light emitted from the first
第1および第2投光ユニット41,42は、先端部24aの第1および第2照明窓57,59と同様に、フード14の励起光カットフィルタ32(または観察窓62)に関して、それぞれ対称の位置に設けられている。また、図8に示すように、第1投光ユニット41から出射される励起光の照射範囲EL1と第2投光ユニット42から出射される励起光の照射範囲EL2とはほぼ重なり合っている(重複領域ELR)。さらに、この重複領域ELRは、2つの白色光の照射範囲が重なりあった重複領域WLRに含まれている。
The first and second
以上のような照射範囲EL1,EL2を有することから、先端部24aを観察対象Tに向けたときには、それら照射範囲EL1,EL2の重複領域ELRに観察対象Tがほぼ入る。これにより、観察対象Tに対して、励起光を十分に且つ照明ムラなく照射することができる。したがって、例えば、観察対象Tの全体が正常部である場合には、その観察対象の全域からほぼ同一強度の自家蛍光が発せられる。さらには、2つの励起光の照射範囲が重なり合った重複領域ELRは、2つの白色光の照射範囲の重複領域WLRに含まれていることから、観察対象T全体において、白色光と励起光の光量比は一定に保持される。
Since the irradiation ranges EL1 and EL2 are as described above, the observation target T almost enters the overlapping area ELR of the irradiation ranges EL1 and EL2 when the
図9に示すように、第1投光ユニット41は、光拡散部材90、この光拡散部材の外周を覆う筒状のスリーブ部材91と、スリーブ部材91の一端側を封止する保護ガラス92と、スリーブ部材内に挿入され第1光ファイバ38を保持するフェルール93とを備えている。また、フェルール93の後端側から外皮に覆われて延出される第1光ファイバ38には、その外皮の外側を覆うフレキシブルスリーブ95がスリーブ部材91との間に挿入されている。なお、第2投光ユニットについては第1投光ユニットと同様であることから説明を省略する。
As shown in FIG. 9, the first
光拡散部材90は、第1光ファイバ38からの励起光を拡散させる透光性樹脂材料からなる。透光性樹脂材料の他にも、例えば、透光性セラミックスやガラス等が利用可能である。また、光拡散部材90は、その表面や中間層等に、微小の凹凸や屈折率の異なる粒子(フィラー等)を混在させた光拡散層を設けた構成や、半透明の材料を用いた構成としてもよい。これにより、光拡散部材90から出射する励起光は、光の偏光作用や拡散作用によって光量が均一化される。したがって、光拡散部材の材料や分量を適宜変更することによって、第1投光ユニット内で、励起光の照射範囲や光量を調節することができる。なお、第1投光ユニット内での光の照射範囲や光量は、光拡散部材の他、レンズや保護ガラスを適宜変更することによっても調節することができる。
The
図2に示すように、電子内視鏡11は、CCD100、アナログ処理回路104(AFE:Analog Front End)、撮像制御部106を備えている。CCD100は、励起光カットフィルタ32、観察窓62、及び集光レンズ102を透過した光を、撮像面100aで受光する。そして、CCD100では、撮像面100aで受光した光を光電変換して信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷を撮像信号として読み出す。読み出された撮像信号は、AFE104に送られる。
As shown in FIG. 2, the
CCD100はカラーCCDであり、撮像面100aには、R色、G色、B色のカラーフィルターが設けられたR画素、G画素、B画素の3色の画素が配列されている。ここで、白色光は波長域が青色帯域から赤色帯域にまでおよぶことから、白色光がCCDの撮像面に入射したときには、R画素、G画素、B画素の全てが感応する。したがって、白色光受光時に得られる撮像信号には、R画素から出力される撮像信号、G画素から出力される撮像信号、及びB画素から出力される撮像信号の3種類が含まれている。
The
一方、自家蛍光は主たる波長域が緑色帯域であり、一部が青色帯域または赤色帯域にまで及ぶ。そのため、自家蛍光がCCDの撮像面100aに入射したときには、G画素は確実に自家蛍光に感応する。したがって、自家蛍光受光時に得られる撮像信号には、G画素から出力される撮像信号が含まれている。
On the other hand, autofluorescence has a main wavelength region in the green band, and a part extends to the blue band or the red band. For this reason, when the autofluorescence enters the
AFE104は、相関二重サンプリング回路(CDS)および自動ゲイン制御回路(AGC)から構成されている。CDSは、CCDからの撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、CCD100の駆動により生じたノイズを除去する。AGCは、CDSによりノイズが除去された撮像信号を増幅する。
The
撮像制御部106はCCD44の撮像制御を行なう。この撮像制御部106の撮像制御に従って、AFE45から所定のフレームレートで撮像信号が出力される。撮像制御部106は、プロセッサ装置15内のコントローラ113に接続されており、撮像時においてコントローラ113が認識している観察モード等によって、撮像制御部106は制御方法を適宜変更する。
The
ここで、図10Aに示すように、通常光観察モードに設定されている場合には、白色光照射期間のときに、白色光を光電変換して信号電荷を蓄積するステップが行なわれる。そして、白色光照射期間から白色光遮光期間に切り替わったときには、撮像制御部106から撮像信号読出パルスがCCD100に送信される。CCD100が撮像信号読出しパルスを受信したときに、CCD100で蓄積した信号電荷が撮像信号としてAFE104に出力される。そして、白色光遮光期間から白色光照射期間に切り替わったときに、再度、白色光を光電変換して信号電荷を蓄積するステップが行なわれる。以上の一連の動作は、通常光画像モードに設定されている間、繰り返し行なわれる。
Here, as shown in FIG. 10A, when the normal light observation mode is set, a step of photoelectrically converting white light and accumulating signal charges is performed during the white light irradiation period. When the white light irradiation period is switched to the white light shielding period, an imaging signal readout pulse is transmitted from the
これに対して、自家蛍光観察モードに設定されている場合には、図10Bに示すように、白色光照射期間のときには、白色光を光電変換して信号電荷を蓄積するステップが行なわれる。そして、白色光照射期間から白色光遮光期間に切り替わったときには、撮像制御部106から撮像信号読出パルスがCCD100に送信される。CCD100が撮像信号読出しパルスを受信したときに、CCD100で蓄積した信号電荷が撮像信号としてAFE104に出力される。これとほぼ同時に、自家蛍光を光電変換して信号電荷を蓄積するステップが行なわれる。自家蛍光は微弱であるが、自家蛍光観察モード時の白色光遮光期間、即ち自家蛍光観察期間を通常光観察モード時の白色光遮光期間の2倍にすることで、自家蛍光画像を形成できる程度の光量はCCD100で確実に受光することができる。
On the other hand, when the autofluorescence observation mode is set, as shown in FIG. 10B, during the white light irradiation period, a step of photoelectrically converting white light and accumulating signal charges is performed. When the white light irradiation period is switched to the white light shielding period, an imaging signal readout pulse is transmitted from the
そして、白色光照射期間から白色光遮光期間に切り替わってから一定時間経過後、撮像制御部106から撮像信号読出パルスがCCD100に送信される。これに応じて、CCD100で蓄積した信号電荷が撮像信号としてAFE104に出力される。そして、白色光遮光期間から白色光照射期間に切り替わったときに、再度、白色光を光電変換して信号電荷を蓄積するステップが行なわれる。以上の一連の動作は、自家蛍光観察モードに設定されている間、繰り返し行なわれる。
Then, after a lapse of a fixed time after switching from the white light irradiation period to the white light shielding period, an imaging signal readout pulse is transmitted from the
図2に示すように、プロセッサ装置15は、電子内視鏡11、白色光の光源装置16、励起光の光源装置17、モニタ18、キーボード(図示省略)、プリンタ(図示省略)等と電気的に接続され、電子内視鏡システム10全体の動作を統括的に制御する。プロセッサ装置15は、信号処理部110と、フレームメモリ112と、コントローラ113とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
信号処理部110は、電子内視鏡11のAFE104から出力される撮像信号に対して、A/D変換部115、色調補正部116、及び画像処理部117で各種処理を施すことによって、モニタ18に表示可能な映像信号を生成する。そして、この映像信号に基づいて、各種画像がモニタ18に表示される。なお、色調補正部116および画像処理部117は、例えば、それぞれ対応する処理を行なうソフトウエアと、このソフトウエアを格納するEPROM(書き換え可能型ROM)等の記憶装置等によって構成される。また、A/D変換後のデジタルの画像データや画像処理部において画像処理された後の映像信号は、一時的にまたは処理が施される毎に、フレームメモリ112に記憶される。
The
A/D変換部115は、AFE104からの撮像信号をデジタルの画像データに変換する。画像データには、CCD100のB画素から出力された撮像信号から得られるB画像、G画素から出力された撮像信号から得られるG画像、R画素から出力された撮像信号から得られるR画像が含まれている。また、A/D変換後の画像データには、通常光観察モード時または自家蛍光観察モード時に取得する白色光画像の画像データと、自家蛍光観察モード時に取得する自家蛍光画像の画像データとがある。
The A /
色調補正部116および画像処理部117は、図11に示すようなフローに従って処理を行なう。色調補正部116は、白色光画像のうち励起光カットフィルタ32によってカットまたは減光されたB画像の成分を補う。図3に示すように、電子内視鏡11は415nm以下の波長帯域の成分をカットまたは減光する励起光カットフィルタ32を通して撮像を行なうため、白色光画像及び自家蛍光画像のB画像のうちの低波長側の一部がカットされている。したがって、このカットされた部分の画像を色調補正部116によって補正する。
The color
白色光画像のB画像の補正は、以下のようにして行われる。まず、内視鏡使用前に、以下の補正式(1)、(2)を求めておく。ここで、励起光カットフィルタを装着しない場合における白色光画像のB画像の光量をB´とし、励起光カットフィルタを装着した場合における白色光画像のB´画像の光量をBとした場合には、BとB´との関係は次式(1)で表される。
B=B´×α ・・・(1)
ここで、αは励起光カットフィルタによる光量カット率である。したがって、B´は、次式(2)で求めることができる。
B´=B/α ・・・(2)
The correction of the B image of the white light image is performed as follows. First, the following correction equations (1) and (2) are obtained before using the endoscope. Here, when the excitation light cut filter is not attached, the B light amount of the white light image is B ′, and when the excitation light cut filter is attached, the B ′ image light amount of the white light image is B. , B and B ′ are expressed by the following equation (1).
B = B ′ × α (1)
Here, α is a light amount cut rate by the excitation light cut filter. Therefore, B ′ can be obtained by the following equation (2).
B ′ = B / α (2)
式(2)に示すように、BとB´との関係が線形の関係にある場合には、励起光カットフィルタを装着したときに得られる白色光画像のB画像の光量Bを係数αで除算することで、励起光カットフィルタによりカットされた部分の光量B´が求まる。そして、白色光のB画像のうちカットされた部分の光量Bを光量B´に置き換えることで、励起光カットフィルタを装着しない場合と同様の白色光画像を得ることができる。 As shown in Expression (2), when the relationship between B and B ′ is a linear relationship, the light quantity B of the B image of the white light image obtained when the excitation light cut filter is attached is expressed by a coefficient α. By dividing, the light amount B ′ of the portion cut by the excitation light cut filter is obtained. Then, by replacing the light amount B of the cut portion of the white light B image with the light amount B ′, a white light image similar to the case where the excitation light cut filter is not attached can be obtained.
なお、BとB´との関係が線形の関係にない場合には、例えば、乗算、加算、マトリックス変換等の演算処理によって、B画像のカットされた部分に相当する光量を増加させることができる。また、B画像のカットされた成分に相当する成分だけG画像およびR画像の成分を減少させてもよい。さらに、励起光カットフィルタによってG画像のうち低周波側の一部の成分がカットされた場合には、B画像の場合と同様にして、色調補正を行うことが好ましい。 When the relationship between B and B ′ is not a linear relationship, the amount of light corresponding to the cut portion of the B image can be increased by, for example, arithmetic processing such as multiplication, addition, and matrix conversion. . Further, the components of the G image and the R image may be reduced by the component corresponding to the cut component of the B image. Furthermore, when some components on the low frequency side of the G image are cut by the excitation light cut filter, it is preferable to perform color tone correction in the same manner as in the case of the B image.
図2に示す画像処理部117は、バランス調整部120、高感度化処理部121、表示階調処理部122を備えている。バランス調整部120は、自家蛍光観察モードに設定されている場合に、較正データを用いて、白色光画像と自家蛍光画像とのバランス調整を行なう。較正データは、不特定の被写体の病変部(早期ガン等の発生部)および正常部について、予め撮像した白色光画像および自家蛍光画像から得られる。
The
較正データを用いてバランス調整を行なうことで、例えば、白色光画像における病変部と正常部のコントラストと、自家蛍光画像における病変部と正常部とのコントラストとが、等しくなる。例えば、白色光画像のコントラストに対して自家蛍光画像のコントラストが1/5であった場合には、色調補正部116は、較正データに基づいて、自家蛍光画像のコントラストを5倍にするバランス調整を行なう。なお、上述したように、白色光と励起光の光量比は一定に保持されていることにより、バランス調整はより精度良く行なわれる。
By performing balance adjustment using the calibration data, for example, the contrast between the lesioned part and the normal part in the white light image is equal to the contrast between the lesioned part and the normal part in the autofluorescence image. For example, when the contrast of the autofluorescence image is 1/5 with respect to the contrast of the white light image, the color
白色光画像と自家蛍光画像のバランスは、CCD等の特性に依存するため、バランス調整は、電子内視鏡システムの工場出荷前、もしくは、電子内視鏡システムを初めて使用する前等に、少なくとも1回実施することが好ましい。 Since the balance between the white light image and the autofluorescence image depends on the characteristics of the CCD or the like, the balance adjustment should be performed at least before shipping the electronic endoscope system to the factory or before using the electronic endoscope system for the first time. It is preferable to carry out once.
高感度化処理部121では、自家蛍光画像に対してフレーム加算とソフトウエアビニングを施すことによって、自家蛍光画像の高感度化する。フレーム加算は、連続する複数のフレームの画像データを加算して、1フレーム分の高画質な画像データを得る処理である。ソフトウエアビニングは、自家蛍光画像において隣接する複数の画素を1つの画素群として再構成するとともに、各画素群内における画素の輝度値を加算したものを各画素群の輝度値とする処理である。なお、高感度化処理は自家蛍光画像だけでなく白色光画像にも施してもよい。
The high
以下の説明においては、フレーム加算において、1フレーム分の高画質な自家蛍光画像の生成に用いられる自家蛍光画像のフレーム数を、フレーム加算数という。また、ソフトウエアビニングにより再構成される画素群内の画素数をビニング数という。なお、ビニング数は、垂直方向に沿って配置された画素数と水平方向に沿って配置された画素数との掛け合わせ、例えば2×2のように表される。 In the following description, the number of frames of the autofluorescence image used for generating a high-quality autofluorescence image for one frame in the frame addition is referred to as a frame addition number. Further, the number of pixels in the pixel group reconstructed by software binning is referred to as binning number. Note that the binning number is expressed by multiplying the number of pixels arranged along the vertical direction and the number of pixels arranged along the horizontal direction, for example, 2 × 2.
フレーム加算およびソフトウエアビニングは、共に、自家蛍光画像における輝度値を向上を図ること、即ち高感度化を図ることができる。その一方で、フレーム加算は、フレーム加算数の増加によって、フレームレートが落ちるとともに像にブレが生ずるようになる。また、ソフトウエアビニングは、ビニング数の増加によってを大きくことで、自家蛍光画像の解像度が落ちてしまう。 Both frame addition and software binning can improve the luminance value in the autofluorescence image, that is, increase the sensitivity. On the other hand, in frame addition, as the number of frame additions increases, the frame rate decreases and the image becomes blurred. In addition, software binning increases with an increase in the number of binning, thereby reducing the resolution of the autofluorescence image.
したがって、高感度化処理を行う際には、体腔内の撮影状況に応じた適切なフレーム加算とソフトウエアビニングを行なう必要がある。本実施形態においては、まず、自家蛍光観察モードに切り替えた直後に、自家蛍光の蛍光強度からフレーム加算数とビニング数の初期設定値を決める。蛍光強度は自家蛍光画像から算出される。 Therefore, when performing high sensitivity processing, it is necessary to perform appropriate frame addition and software binning according to the imaging situation in the body cavity. In the present embodiment, first, immediately after switching to the autofluorescence observation mode, initial setting values of the frame addition number and the binning number are determined from the fluorescence intensity of the autofluorescence. The fluorescence intensity is calculated from the autofluorescence image.
そして、算出された蛍光強度が大ききければ、フレーム加算およびソフトウエアビニングの必要性が低いため、初期設定値はフレーム加算数を小さくするともに、ビニング数も小さくする。したがって、このときの初期設定値Pa1は、図12に示すグラフ上で左下部分にプロットされる。一方、算出された蛍光強度が小さければ、フレーム加算およびソフトウエアビニングの必要性は高いため、初期設定値は、フレーム加算数を大きくするとともに、ビニング数も大きくする。したがって、このときの初期設定値Pa2は、図12に示すグラフ上で右上部分にプロットされる。 If the calculated fluorescence intensity is large, the need for frame addition and software binning is low, so the initial setting value decreases the number of frame additions and the number of binnings. Accordingly, the initial set value Pa1 at this time is plotted in the lower left part on the graph shown in FIG. On the other hand, if the calculated fluorescence intensity is small, the necessity for frame addition and software binning is high, and therefore the initial setting value increases the number of frame additions and the number of binnings. Therefore, the initial set value Pa2 at this time is plotted in the upper right part on the graph shown in FIG.
初期設定値が決定された後は、像をブレなく且つ解像度を低下させることなく自家蛍光画像の高感度化を図ることができるように、フレーム加算数とビニング数を変化させる。ここで、フレーム加算数とビニング数は、観察対象の像サイズと観察対象の動き量に応じて変化させる。観察対象のサイズは、白色光画像または自家蛍光画像から取得するか、またはプロセッサ装置15に接続されたサイズ入力部125(図2参照)から取得する。ここで、観察対象のサイズが大きければ初期設定値からビニング数を増やし、観察対象のサイズが小さければ初期設定値を維持する。なお、サイズ入力部125には倍率や観察対象と先端部との距離を入力してもよい。
After the initial setting value is determined, the frame addition number and the binning number are changed so that the sensitivity of the autofluorescent image can be increased without blurring the image and without reducing the resolution. Here, the frame addition number and the binning number are changed according to the image size of the observation target and the amount of motion of the observation target. The size of the observation target is acquired from the white light image or the autofluorescence image, or is acquired from the size input unit 125 (see FIG. 2) connected to the
一方、観察対象の動き量は、白色光画像から取得する。白色光画像は自家蛍光画像と比べて全体的に輝度値が高いため、観察対象の動き量の取得は白色光画像からのほうが容易である。ここで、動き量が「0」であるとき、即ち静止状態のときには、時間の経過とともに初期設定値からフレーム加算数を増やす。このような静止状態でフレーム加算数を増加させることで、自家蛍光画像が高感度化する。その一方で、動き量が生じたときには、その動き量に従ってフレーム加算数を減少させる。これにより、観察対象の像ブレの発生を防ぐことができる。 On the other hand, the movement amount of the observation target is acquired from the white light image. Since the white light image generally has a higher luminance value than the autofluorescence image, it is easier to obtain the amount of movement of the observation target from the white light image. Here, when the amount of motion is “0”, that is, in a stationary state, the number of frame additions is increased from the initial set value as time passes. By increasing the number of frame additions in such a stationary state, the autofluorescence image becomes highly sensitive. On the other hand, when a motion amount occurs, the frame addition number is decreased according to the motion amount. Thereby, occurrence of image blurring of the observation target can be prevented.
次に、高感度化処理部における処理の具体例を、(A)観察対象に動きが無く、静止状態が継続する場合と、(B)一定時間経過後に、静止状態から、観察対象に動きが生じる動き状態に変化する場合とに分けて説明する。 Next, specific examples of processing in the high sensitivity processing unit are as follows: (A) the case where the observation target is not moving and the stationary state continues; and (B) the movement from the stationary state to the observation target after a certain period of time has elapsed. A description will be given separately for the case where the movement state is changed.
(A)の場合の処理は、図13のグラフ130〜132に従って行なわれる。これらグラフ130〜132はそれぞれ観察対象のサイズに対応しており、観察対象のサイズが大きいものが右側に位置するように、配置されている。したがって、グラフ130〜132の中で、グラフ132は一番大きいサイズに対応しており、グラフ131は中間のサイズに対応しており、グラフ132は一番小さいサイズに対応している。そして、フレーム加算およびソフトウエアビニングを行なう際には、これらグラフ130〜132の中から観察対象のサイズに対応したグラフを1つ選択する。
The processing in the case of (A) is performed according to the
また、図13において、Paは初期設定値におけるフレーム加算数とビニング数を示している。Pxは所定時間におけるフレーム加算数とビニング数を示しており、このPxは、時間の経過とともに、グラフ130〜132に沿って右上に移動する。そして、Pxは一定時間経過後に定常値Pbに到達する。一定時間経過後は観察対象のサイズおよび動きに変化がなければ、この定常値Pbおけるフレーム加算数とビニング数とが維持される。定常値Pbは、観察対象のサイズが大きいものほど、大きくなるように設定されている。このようなグラフ130〜132に従ってフレーム加算数とビニング数を変化させることで、観察対象のサイズに応じた適切な感度を確保することとができるとともに、時間の経過によりフレーム加算数を増加させることで高画質化を図ることができる。
In FIG. 13, Pa indicates the frame addition number and the binning number at the initial setting value. Px indicates the number of frame additions and the number of binning during a predetermined time, and this Px moves to the upper right along the
なお、(A)の場合の処理においては、観察対象のサイズが大きくなければ、図14のグラフ133〜135に示すように、時間の経過とともに、フレーム加算数を増やす一方で、ビニング数を減らしてもよい。この場合には、フレーム加算およびソフトウエアビニングを行なう際に、図14に示すグラフ133〜135の中から観察対象のサイズその他の条件に対応したグラフを1つ選択する。なお、図14で示すPa、Pb、Pxは図13と同様である。
In the processing in the case of (A), if the size of the observation target is not large, as shown in
(B)の場合の処理は、図15のグラフ136〜138に従って行なわれる。これらグラフ136〜138は観察対象のサイズに対応しており、これらグラフの配置順序は、図13の場合と同様である。一方、図15のグラフ136〜138では、静止状態においては、所定時間におけるフレーム加算数とビニング数を示すPxは、定常値Pbに既に達している。そして、観察対象に動きが生じたときには、その動き量に応じてPxが、グラフに沿って右下に移動する。
The processing in the case of (B) is performed according to the
ここで、動き量が小さいときにはPxの移動量は小さく、動き量が大きいときにはPxの移動量も大きくなる。そして、このPxが示すフレーム加算数とビニング数とに基づいて、フレーム加算およびソフトウエアビニングが行なわれる。また、観察対象の動き量の検出は一定時間毎に行われ、それに従って、Pxも移動させる。したがって、Pxは観察対象の動き量によってグラフ136〜138上を右下または左上に移動する。以上のように、フレーム加算数とビニング数を変化させることで、観察対象のサイズに応じた適切な感度を確保することとができるとともに、観察対象の動き量に応じてフレーム加算数を増減しているため、観察対象の像ブレの発生を防止することができる。
Here, when the amount of movement is small, the amount of movement of Px is small, and when the amount of movement is large, the amount of movement of Px is also large. Then, frame addition and software binning are performed based on the frame addition number and the binning number indicated by Px. Further, the amount of movement of the observation target is detected at regular intervals, and Px is also moved accordingly. Therefore, Px moves on the
なお、フレーム加算数およびビニング数を図13〜図15に示すようなグラフに従って変化させたが、これに代えて、図16に示すような、観察対象の動き量とこの動き量のときに用いるフレーム加算数およびビニング数を記憶したLUT140に従って、フレーム加算数およびビニング数を変化させてもよい。また、高感度化処理部においては、観察対象内に高周波構造を多く含む場合にはビニング数を減らし、観察対象内において高周波構造が少ない場合にはビニング数を増やしてもよい。また、ビニング数が大きくなる場合には、高周波強調信号処理を行なってもよい。
Although the frame addition number and the binning number are changed according to the graphs shown in FIGS. 13 to 15, instead of this, the movement amount of the observation target and the movement amount are used as shown in FIG. 16. The frame addition number and the binning number may be changed according to the
表示階調処理部122では、白色光画像または自家蛍光画像をモニタに表示可能な映像信号に変換する表示階調処理を行なう。この表示階調処理には、モニタに対応したγ補正処理や階調補正処理が含まれる。この表示階調処理においては、通常光観察モードに設定されている場合には、白色光画像のうち、B画像が映像信号のBチャンネル信号に、G画像が映像信号のGチャンネル信号に、R画像がRチャンネル信号に割り当てられる。
The display
一方、自家蛍光観察モードに設定されている場合には、白色光画像のB画像が映像信号のBチャンネル信号に、白色光画像のR画像が映像信号のRチャンネル信号に割り当てられ、自家蛍光画像のG画像が映像信号のGチャンネル信号に割り当てられる。これにより、白色光画像と自家蛍光画像とが合成された合成画像が得られる。このような合成画像をモニタ18に表示することで、正常部は緑色で、病変部はマゼンダ色で表示される。
On the other hand, when the auto-fluorescence observation mode is set, the B image of the white light image is assigned to the B channel signal of the video signal, and the R image of the white light image is assigned to the R channel signal of the video signal. The G image is assigned to the G channel signal of the video signal. Thereby, a composite image in which the white light image and the autofluorescence image are combined is obtained. By displaying such a composite image on the
なお、自家蛍光の輝度レベルが低くなるのは、病変部が原因である他に、撮像距離が遠くなることも原因の一つにある。そこで、画像処理部は、モニタにマゼンダ色を表示する前には、白色光画像のG画像と自家蛍光画像のG画像の輝度レベルを比較する。その比較の結果、両者がともに低い場合には、病変部ではなく、単に撮像距離が遠くて輝度レベルが低くなっているだけと判断し、マゼンダ色ではなく緑色で表示する。一方、白色光画像のG画像の輝度レベルが高く、自家蛍光画像の輝度レベルが低い場合には、病変部であると判断し、マゼンダ色で表示する。 Note that the brightness level of the autofluorescence is lowered due to the fact that the imaging distance is increased in addition to the lesion. Therefore, the image processing unit compares the brightness levels of the G image of the white light image and the G image of the autofluorescence image before displaying the magenta color on the monitor. If both are low as a result of the comparison, it is determined that the brightness level is low because the imaging distance is far and not the lesion, and the display is displayed in green instead of magenta. On the other hand, when the brightness level of the G image of the white light image is high and the brightness level of the autofluorescence image is low, the white light image is determined to be a lesion and displayed in magenta.
次に、本発明の作用について説明する。まず、観察モード切替ボタン28により、自家蛍光観察モードに設定される。自家蛍光観察モードでは、白色光照射期間に白色光と励起光が体腔内に照射され、白色光遮光期間には励起光のみが体腔内に照射される。励起光は白色光照射期間および白色光遮光期間の両方で照射されるため、体腔内の生体組織からは自家蛍光が常時発せられる。そして、電子内視鏡11は、CCD100を用いて、白色光照射期間のときには白色光画像を撮像し、白色光遮光期間のときには、自家蛍光画像を撮像する。これら撮像によって取得した撮像信号はプロセッサ装置15に送られる。
Next, the operation of the present invention will be described. First, the auto fluorescence observation mode is set by the observation
プロセッサ装置15では、A/D変換部115によって、撮像信号をデジタルの画像データに変換する。そして、得られた画像データに基づき色調補正部116で色調補正がされた後、画像処理部117のバランス調整部120で較正データを用いたバランス調整が、高感度化処理部121で高感度化処理が、表示階調処理部122で表示階調処理が行なわれる。これら処理を経て、白色光画像と自家蛍光画像とを合成した合成画像が得られる。そして、この合成画像がモニタ18に表示される。
In the
画像処理部117のうち高感度化処理部121では、自家蛍光画像に対してフレーム加算とソフトウエアビニングを施すことによって、自家蛍光画像の高感度化を行なう。フレーム加算およびソフトウエアビニングを行なう際には、まず、自家蛍光画像から蛍光強度が検出される。そして、この蛍光強度に従って、フレーム加算数とビニング数の初期設定値を決定する。
Of the
初期設定値が決定された後は、像をブレなく且つ解像度を低下させることなく自家蛍光画像の高感度化を図ることができるように、フレーム加算数とビニング数を変化させる。ここで、フレーム加算数とビニング数は、観察対象の像サイズと観察対象の動き量に応じて変化させる。観察対象の像サイズは、白色光画像または自家蛍光画像から取得するか、またはサイズ入力部125から取得する。一方、観察対象の動き量は、白色光画像から取得する。
After the initial setting value is determined, the frame addition number and the binning number are changed so that the sensitivity of the autofluorescent image can be increased without blurring the image and without reducing the resolution. Here, the frame addition number and the binning number are changed according to the image size of the observation target and the amount of motion of the observation target. The image size of the observation target is acquired from a white light image, an autofluorescence image, or acquired from the
例えば、観察対象の像サイズが大きい場合には初期設定値からビニング数を増加させて、観察対象のサイズに応じた適切な感度を確保する。一方、観察対象の動きが「0」のとき、即ち静止状態のときには、時間の経過とともに初期設定値からフレーム加算数を増加させることによって、自家蛍光画像を高感度化させる。そして、観察対象に動きが生じたときには、フレーム加算数を減少させることで、観察対象の像ブレの発生を抑える。 For example, when the image size of the observation target is large, the number of binning is increased from the initial setting value to ensure appropriate sensitivity according to the size of the observation target. On the other hand, when the movement of the observation target is “0”, that is, in a stationary state, the autofluorescence image is made highly sensitive by increasing the number of frames added from the initial setting value as time passes. Then, when movement occurs in the observation target, the occurrence of image blur in the observation target is suppressed by reducing the number of frame additions.
なお、上記実施形態では、電子内視鏡からプロセッサ装置に送られた自家蛍光画像に対してビニング処理するソフトウエアビニングを行なったが、これに代えて、電子内視鏡内のCCDで撮像したときにビニング処理するハードウエアビニングを行なってもよい。ハードウエアビニングは、CCDにおいて隣接する複数の画素からなる画素群単位で1つの撮像信号を出力する処理をいう。したがって、観察対象の動き量が小さいときには、画素群内の画素数を減らす一方で、動き量が大きいときには、画素群内の画素数を増やす。 In the above embodiment, software binning for binning processing is performed on the autofluorescence image sent from the electronic endoscope to the processor device. Instead, the image is captured by the CCD in the electronic endoscope. Sometimes hardware binning for binning processing may be performed. Hardware binning refers to a process of outputting one imaging signal in units of pixel groups composed of a plurality of adjacent pixels in a CCD. Therefore, when the amount of motion of the observation target is small, the number of pixels in the pixel group is reduced, while when the amount of motion is large, the number of pixels in the pixel group is increased.
なお、上記実施形態では、観察対象のサイズおよび動き量に応じてフレーム加算数とビニング数の両方を変化させたが、ソフトウエアビニングやハードウエアビニングなどのビニング処理を備えていない電子内視鏡システムにおいては、観察対象の動き量に応じてフレーム加算数のみを変化させてもよい。この場合には、図17に示すようなグラフ142に従ってフレーム加算数を変化させることが好ましい。なお、初期設定値Paは、上記実施形態と同じように、自家蛍光画像の蛍光強度に基づいて決定される。
In the above embodiment, both the frame addition number and the binning number are changed in accordance with the size of the object to be observed and the amount of motion, but an electronic endoscope that does not include a binning process such as software binning or hardware binning. In the system, only the frame addition number may be changed according to the amount of motion of the observation target. In this case, it is preferable to change the frame addition number according to a
静止状態においては、上述したように、時間の経過とともに初期設定値Pbからフレーム加算数を増加させることによって、自家蛍光画像の高感度化を図る。そして、静止状態から、観察対象が動き出した直後など動き量が「0」に近い準静止状態に変化したときに、フレーム加算数の増加を停止する。このときのフレーム加算数をPxとする。そして、グラフ143に示すように、準静止状態におけるフレーム加算数を、静止状態から準静止状態に変わったときのフレーム加算数Pxを維持する。 In the stationary state, as described above, the sensitivity of the autofluorescence image is increased by increasing the number of frame additions from the initial set value Pb as time passes. Then, when the amount of motion changes from a static state to a quasi-static state that is close to “0”, such as immediately after the observation object starts moving, the increase in the number of frame additions is stopped. The number of frame additions at this time is Px. Then, as shown in the graph 143, the frame addition number Px when the frame addition number in the quasi-stationary state is changed from the stationary state to the quasi-stationary state is maintained.
準静止状態においては、動き量がほぼ「0」に近いため、フレーム加算数Pxでフレーム加算を行ったとしても、像ブレが発生するおそれはない。したがって、準静止状態においても、静止状態の場合と同様の高感度化を図ることができる。そして、動き量が大きくなり準静止状態を抜け出した場合には、動き量に応じてフレーム加算数を減少させる。ここで、フレーム加算数の減少は、グラフ143に示すように、動き量が大きくなるほど大きくなるようにする。 In the quasi-static state, since the amount of motion is almost “0”, even if frame addition is performed with the frame addition number Px, there is no possibility of image blurring. Therefore, even in the quasi-static state, the same high sensitivity as that in the stationary state can be achieved. When the amount of motion increases and the quasi-static state is exited, the frame addition number is decreased according to the amount of motion. Here, as shown in the graph 143, the decrease in the number of frame additions increases as the amount of motion increases.
なお、上記実施形態では、体腔内に白色光をそのまま照射したが、これに代えて、R色の光、G色の光、B色の光からなる面順次光を体腔内に照射してもよい。面順次光を照射するためには、図6A及びBに示すロータリシャッタ48に代えて、図18に示すようなロータリフィルタ220が用いられる。ロータリフィルタ220には、ロータリシャッタ48の遮光部48bと同様の遮光部221と、白色光光源45からの白色光のうちR色の光を透過させるR色カラーフィルタ223rと、白色光光源45からの白色光のうちG色の光を透過させるG色カラーフィルタ223gと、白色光光源45からの白色光のうちB色の光を透過させるB色カラーフィルタ223bとが、周方向に沿って設けられている。このロータリフィルタ220が回転軸220aを中心に回転することで、白色光照射期間に、R色の光、G色の光、B色の光がこの順で体腔内に照射される。
In the above embodiment, the body cavity is irradiated with white light as it is, but instead of this, the body cavity may be irradiated with surface sequential light composed of R color light, G color light, and B color light. Good. In order to irradiate the surface sequential light, a
また、上記実施形態では、体腔内に照射する白色光を白色光の光源装置内の白色光光源で発生させているが、これに代えて、図19の電子内視鏡システム300に示すように、白色光の光源装置内の青色レーザ光源304と電子内視鏡の先端部24a内に設けられた投光ユニット306,307とによって白色光を発生させてもよい。青色レーザ光源304は、中心波長445nmを有する青色レーザ光を発する。発せられた青色レーザ光は、ライトガイド55,56を介して、投光ユニット306,307から体腔内に向けて照射される。なお、青色レーザ光源304は、ドライバ305aを介して、青色レーザ光制御部305によって制御される。
In the above embodiment, the white light irradiated into the body cavity is generated by the white light source in the white light source device. Instead, as shown in the
図20に示すように、投光ユニット306は、第1および第2投光ユニット41,42において、光拡散部材の代わりに蛍光体310を備える以外は、同一の構成を備えている。蛍光体310は、ライトガイド55からの青色レーザ光の一部を吸収して緑色〜黄色に励起発光する複数種の蛍光体物質(例えばYAG系蛍光体、あるいはBAM(BaMgAl10O17)等の蛍光体)を含んで構成される。これにより、青色レーザ光を励起光とする緑色〜黄色の励起発光光と、蛍光体310により吸収されず透過した青色レーザ光とが合わされて、白色光が生成される。なお、投光ユニット307も、投光ユニット306と同様であるので、説明を省略する。
As shown in FIG. 20, the
また、上記実施形態では、フード14に固着された第1および第2投光ユニット41,42から励起光を照射したが、これに代えて、図21に示すように、挿入部20の鉗子チャンネル20aに挿通させた励起光用プローブ400をフード402のプローブ保持部403から突出させ、その励起光用プローブ400の照射部400aから励起光を照射してもよい。なお、励起光用プローブ400は、上記実施形態と同様のレーザ光源72,73を有する励起光の光源装置401に接続されている。
Moreover, in the said embodiment, although excitation light was irradiated from the 1st and 2nd
フード402は、励起光カットフィルタ32を備えている点は上記実施形態のフード14と同様であるが、プローブ保持部403と、第1および第2照明窓57,59用の開口405,406と形成されている点がフードと異なる。したがって、プローブ保持部403に保持された励起光用プローブ400の照射部400aは体腔内に向けられ、また第1および第2照明窓57,59は、開口405,406から露呈しているため、フード402の装着が、励起光や白色光の照射を妨げることはない。
The hood 402 is the same as the
また、上記実施形態では、励起光の照射によって生体組織内の内因性蛍光物質から発せられる自家蛍光を観察するAFIを本発明に適用した場合について説明したが、本発明は、蛍光薬剤を用いるPDD(Photo Dynamic Diagnosis)や近赤外蛍光観察においても適用することができる。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where AFI which observes the autofluorescence emitted from the endogenous fluorescent substance in a biological tissue by irradiation of excitation light was applied to this invention, this invention is PDD using a fluorescent agent. (Photo Dynamic Diagnosis) and near infrared fluorescence observation can also be applied.
PDDでは、患者に投与する蛍光薬剤によって、蛍光の波長が異なっている。例えば、薬剤として「フォトフィリン」、「レザフィリン」、「ビスダイン」を投与したときには、中心波長405nmの励起光を体腔内の生体組織に照射することで、生体組織からは中心波長660nmの蛍光が発せられる。また、薬剤として「5−ALA(アミノアレブミン)」を投与したときには、中心波長405nmの励起光を体腔内の生体組織に照射することで、生体組織からは波長635nm、670nmの2つのピークを有する蛍光が発せられる。一方、近赤外蛍光観察においては、薬剤としてICG(Indocyanine Green)が用いられる。このICGを患者に投与して、800nm前後の励起光を体腔内の生体組織に照射することによって、生体組織からはピーク波長845nmを有する近赤外域の蛍光が発せられる。 In PDD, the wavelength of fluorescence differs depending on the fluorescent agent administered to the patient. For example, when “photophilin”, “resaphyrin”, or “bisdyne” is administered as a drug, the biological tissue in the body cavity emits fluorescence with a central wavelength of 660 nm by irradiating the biological tissue in the body cavity with excitation light having a central wavelength of 405 nm. It is done. In addition, when “5-ALA (aminoalebmin)” is administered as a drug, the biological tissue in the body cavity is irradiated with excitation light having a central wavelength of 405 nm, and two peaks at wavelengths of 635 nm and 670 nm are emitted from the biological tissue. The fluorescence which has is emitted. On the other hand, in near-infrared fluorescence observation, ICG (Indocyanine Green) is used as a drug. By administering this ICG to a patient and irradiating the living tissue in the body cavity with excitation light of about 800 nm, near-infrared fluorescence having a peak wavelength of 845 nm is emitted from the living tissue.
以上のようなPDDや近赤外蛍光観察で観察される薬剤蛍光は、AFIで観察される自家蛍光よりも光量は大きいが、蛍光薬剤が生体組織に十分に蓄積しない等その他の要因によって、光量不足となることがある。このような場合には、薬剤蛍光の撮像により得られる薬剤蛍光画像に対して、上記実施形態のようなフレーム加算およびビニング処理を施す。そして、それらフレーム加算およびビニング処理を、観察対象の動きに応じて変化させる。これにより、薬剤蛍光画像の高感度化を図ることができる。 The drug fluorescence observed by PDD or near-infrared fluorescence observation as described above has a larger amount of light than autofluorescence observed by AFI, but due to other factors such as insufficient accumulation of the fluorescent drug in the living tissue. There may be a shortage. In such a case, frame addition and binning processing as in the above embodiment are performed on the drug fluorescence image obtained by imaging the drug fluorescence. Then, the frame addition and binning processing are changed according to the movement of the observation target. As a result, the sensitivity of the drug fluorescence image can be increased.
10,300 電子内視鏡システム
11 電子内視鏡
15 プロセッサ装置
16 励起光の光源装置
100 CCD
106 撮像制御部
110 信号処理部
121 高感度化処理部
125 サイズ入力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,300
106
Claims (13)
励起光の照射により蛍光が発せられた体腔内の蛍光画像を含む内視鏡画像を、撮像素子による撮像で取得する電子内視鏡と、
前記内視鏡画像から体腔内における観察対象の動きを検出する動き検出手段と、
前記蛍光画像にフレーム加算およびビニング処理を施す高感度化処理手段と、
前記フレーム加算およびビニング処理を、観察対象の動きに応じて変化させる制御を行なう高感度化処理制御手段とを備えることを特徴とする電子内視鏡システム。 A light source device that emits excitation light for exciting fluorescence from biological tissue in a body cavity;
An electronic endoscope for acquiring an endoscopic image including a fluorescent image in a body cavity in which fluorescence is emitted by irradiation of excitation light by imaging with an imaging element;
Movement detecting means for detecting movement of an observation object in a body cavity from the endoscopic image;
High sensitivity processing means for performing frame addition and binning processing on the fluorescent image;
An electronic endoscope system comprising: a high sensitivity processing control unit configured to perform control to change the frame addition and binning processing according to a motion of an observation target.
前記ビニング処理は、蛍光画像において隣接する複数の画素をひとまとめにした画素群として再構成し、各画素群内の画素の輝度値を加算したものを各画素群の輝度値とするソフトウエアビニングであることを特徴とする請求項1記載の電子内視鏡システム。 The frame addition is a process of adding image data of a plurality of fluorescent images to generate a high-quality fluorescent image of one frame,
The binning process is a software binning process that reconstructs a group of adjacent pixels in a fluorescent image as a group, and adds the luminance values of the pixels in each pixel group to the luminance value of each pixel group. The electronic endoscope system according to claim 1, wherein the electronic endoscope system is provided.
前記ビニング処理は、前記撮像素子において隣接する複数の画素からなる画素群単位で1つの撮像信号を出力するように撮像素子を制御するハードウエアビニングであることを特徴とする請求項1記載の電子内視鏡システム。 The frame addition is a process of adding image data of a plurality of fluorescent images to form a fluorescent image of one frame,
2. The electronic binning according to claim 1, wherein the binning process is hardware binning that controls the image sensor so that one image signal is output in units of pixel groups including a plurality of adjacent pixels in the image sensor. 3. Endoscope system.
前記動き検出手段は、白色光が照射された体腔内の撮像により得られる白色光画像から観察対象の動き検出を行なうことを特徴とする請求項1ないし7いずれか1項記載の電子内視鏡システム。 The light source device is capable of emitting white light having a wavelength ranging from a blue band to a red band toward a body cavity,
The electronic endoscope according to any one of claims 1 to 7, wherein the motion detection unit performs motion detection of an observation target from a white light image obtained by imaging in a body cavity irradiated with white light. system.
蛍光が発せられた体腔内の蛍光画像を含む内視鏡画像を、前記電子内視鏡から受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した内視鏡画像から体腔内における観察対象の動きを検出する動き検出手段と、
前記蛍光画像にフレーム加算およびビニング処理を施す高感度化手段と、
前記フレーム加算およびビニング処理を、観察対象の動きに応じて変化させる制御を行なう高感度化処理制御手段とを備えることを特徴とする電子内視鏡システムのプロセッサ装置。 An electronic endoscope system connected to an electronic endoscope that irradiates the body cavity with illumination light including excitation light for exciting fluorescence from a living tissue in the body cavity and images the return light from the body cavity with an imaging device. In the processor unit of
Receiving means for receiving, from the electronic endoscope, an endoscope image including a fluorescence image in a body cavity in which fluorescence is emitted;
A motion detecting means for detecting a motion of an observation target in a body cavity from an endoscopic image received by the receiving means;
High sensitivity means for performing frame addition and binning processing on the fluorescent image;
A processor device for an electronic endoscope system, comprising: a high-sensitivity processing control unit configured to perform control to change the frame addition and binning processing according to a motion of an observation target.
前記内視鏡画像から体腔内における観察対象の動きを検出し、
前記蛍光画像にフレーム加算およびビニング処理を施し、
前記フレーム加算およびビニング処理を、観察対象の動きに応じて変化させる制御を行なうことを特徴とする蛍光画像の高感度化方法。 In a method for increasing the sensitivity of a fluorescent image, the sensitivity of a fluorescent image in a body cavity that is emitted by irradiation of excitation light among endoscopic images in a body cavity captured by an imaging device in an electronic endoscope ,
Detecting the movement of the observation object in the body cavity from the endoscopic image,
Applying frame addition and binning to the fluorescent image,
A method for increasing the sensitivity of a fluorescent image, characterized in that control for changing the frame addition and binning processing according to the movement of an observation target is performed.
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