JP2013005830A - 内視鏡システム、プロセッサ装置及び撮影距離測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】専用の照射ユニットを用いずに撮影距離を測定する。
【解決手段】内視鏡の挿入部の先端部１７には、撮影用の観察窓２０を挟んで左右に照明窓２１が配置されている。先端部１７を被観察部位Ｓに接近させると、左右の照明窓２１のそれぞれの照明光軸ＬＡ付近においてハレーションが生じて、観察画像には２つの輝点ＢＰが映り込む。被観察部位Ｓと先端部１７との間の撮影距離Ｌが変化しても、被観察部位Ｓにおける照明光軸ＬＡの位置は変化しないが、撮影範囲Ａが変化するため、観察画像内の２つの輝点ＢＰ間の輝点間距離は変化する。観察画像を画像解析して輝点間距離を求めて、撮影距離Ｌを算出する。
【選択図】図７

Description

本発明は、被検体内を撮影する内視鏡システム、プロセッサ装置及び撮影距離測定方法に関するものである。

医療分野において、生体内を観察するための内視鏡を用いた内視鏡診断が盛んに行われている。内視鏡は、生体内に挿入される挿入部を備え、挿入部の先端部には照明光を生体内の被観察部位に向けて照射する照明窓と、被観察部位で反射した照明光を撮像して観察画像を撮影するための観察窓が設けられている。

一般的な内視鏡は、挿入部の先端部と被観察部位との間の撮影距離が２ｍｍから１０ｃｍ程度の範囲で観察可能な撮影光学系を備えている。内視鏡診断では、食道、胃、腸といった管道内に挿入部を挿入して、挿入部の先端部を被観察部位から離した状態で、管道の内壁の全体的な様子など被観察部位の遠景を観察する遠景観察と、遠景観察によって病変部と疑われる関心領域を見つけた場合には、その性状を見極めるために関心領域に挿入部の先端部を接近させて、関心領域を詳細に観察する近景観察とが行われる。

近景観察においては、病変部のサイズや血管の太さなど関心領域の実寸を把握することが求められている。観察画像に映し出される関心領域の大きさは、光学系の光学倍率を一定とすれば、撮影距離によって変化するので、観察画像から関心領域の実寸を把握するためには、撮影距離を測定する必要がある。

撮影距離を測定する技術には、照明光とは別に、撮影距離を測定するための専用の測定光として指向性の高いレーザ光を用いる方法が知られている（特許文献１、２参照）。レーザ光は、指向性が高いため、照明光のように拡散せずに、被観察部位の一部にスポット光として照射される。レーザ光は指向性が高いとはいえ広がり角を持っており、スポット光は出射窓から被観察部位に向かって円錐状に広がる。そのため、スポット光の径は、撮影距離が近いほど小さく、遠いほど大きくなるというように、撮影距離との間に相関を持っている。特許文献１、２に記載の内視鏡システムにおいては、スポット光の径と撮影距離との相関を利用して、観察画像内におけるスポット光の径に基づいて、撮影距離を測定している。

特開２０１１−０３６５５２号公報 特開２０１１−０００２５８号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の内視鏡システムのように、照明光とは別の測定光を利用する方法は、レーザ光源、ライトガイド、光学系など測定光を照射するための専用の照射ユニットが必要になるため、製造コストの増加や装置の大型化を招くという問題があった。

本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、その目的は、内視鏡システムにおいて、撮影距離測定用の専用の照射ユニットを使用することなく、撮影距離を測定することである。

本発明の内視鏡システムは、被観察部位に向けて照明光を照射するための照明窓と、前記被観察部位で反射した前記照明光を撮像して前記被観察部位の観察画像を撮影するための観察窓とが挿入部の先端部に設けられた内視鏡と、前記観察画像に映り込み、前記照明光の配光分布において最も光強度が高い位置に対応して生じる輝点を、前記観察画像を画像解析することによって検出する輝点検出手段と、前記観察画像内における、検出された前記輝点と基準点との間の距離に基づいて、前記先端部から前記被観察部位までの撮影距離を算出する撮影距離算出手段とを備えていることを特徴とする。

前記輝点は、例えば、前記照明窓の照明光軸に対応する位置に生じる。

前記先端部において前記照明窓は２つ配されており、前記輝点検出手段は、２つの前記照明窓のそれぞれに対応する２つの前記輝点を検出して、２つの前記輝点の一方を前記基準点として２つの前記輝点間の距離を求めることが好ましい。

前記輝点の前記基準点からの距離と前記撮影距離との対応関係を記憶する記憶手段を有しており、前記撮影距離算出手段は、前記対応関係を用いて前記撮影距離を算出することが好ましい。

前記照明光の光量を制御する光量制御手段を有していてもよい。前記光量制御手段は、前記輝点検出部による輝点検出処理が実行中であり、かつ、前記観察画像内に前記輝点が検出されない場合に、前記輝点が発生するように前記光量を自動的に増加させてもよい。

前記輝点検出部は、輝点検出処理を、起動している間常時実行し、前記撮影距離算出部は、前記輝点検出部によって前記輝点が検出されたときに自動的に処理を開始することが好ましい。

前記記憶手段は、前記内視鏡の機種毎に異なる複数種類の前記対応関係を記憶してもよい。この場合には、例えば、前記輝点検出手段及び前記撮影距離算出手段を有するとともに、前記内視鏡と接続され、前記内視鏡から前記観察画像の撮像信号を取得して画像処理を実行するプロセッサ装置を備え、前記記憶手段を、前記プロセッサ装置に設けられる。前記記憶手段を前記内視鏡に設けて、前記内視鏡の機種に応じた前記対応関係を記憶してもよい。

本発明のプロセッサ装置は、被観察部位に向けて照明光を照射するための照明窓と、前記被観察部位で反射した前記照明光を撮像して前記被観察部位の観察画像を撮影するための観察窓とが挿入部の先端部に設けられた内視鏡と接続され、前記内視鏡から前記観察画像の撮像信号を取得して画像処理を実行するプロセッサ装置において、前記観察画像に映り込み、前記照明光の配光分布において最も光強度が高い位置に対応して生じる輝点を、前記観察画像を画像解析することによって検出する輝点検出手段と、前記観察画像内における、検出された前記輝点と基準点との間の距離に基づいて、前記先端部から前記被観察部位までの撮影距離を算出する撮影距離算出手段とを備えていることを特徴とする。

本発明の撮影距離測定方法は、被観察部位に向けて照明光を照射するための照明窓と、前記被観察部位で反射した前記照明光を撮像して前記被観察部位の観察画像を撮影するための観察窓とが挿入部の先端部に設けられた内視鏡を用いた撮影距離測定方法において、前記観察画像に映り込み、前記照明光の配光分布において最も光強度が高い位置に対応して生じる輝点を、前記観察画像を画像解析することによって検出する輝点検出ステップと、前記観察画像内における、検出された前記輝点の基準点からの距離に基づいて、前記先端部から前記被観察部位までの撮影距離を算出する撮影距離算出ステップとを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、内視鏡で撮影された観察画像に映り込み、照明光によって生じる輝点を利用するから、専用の照射ユニットを使用することなく、撮影距離を測定することができる。

内視鏡システムの構成を示す外観図である。 内視鏡の先端部の先端面を示す平面図である。 内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 照明光の配光分布を示すグラフである。 近景観察の様子を示す説明図である。 近景観察における観察画像の説明図である。 撮影距離と輝点の位置の相関関係の説明図である。 遠景における輝点の位置を示す説明図である。 近景における輝点の位置を示す説明図である。 撮影距離と輝点間距離の対応関係を示すグラフである。 観察画像に重畳表示されるスケールの説明図である。 撮影距離測定のフローチャートである。 輝点検出処理と光量制御を連動させる場合のフローチャートである。 第２実施形態において遠景における輝点の位置を示す説明図である。 第２実施形態において近景における輝点の位置を示す説明図である。 ２つの光源を持つ内視鏡システムのブロック図である。 複数種類のＬＵＴを記憶するメモリを設けたプロセッサ装置の説明図である。 ＬＵＴを記憶するメモリを設けた内視鏡の説明図である。

［第１実施形態］
図１において、内視鏡システム２は、内視鏡１０、プロセッサ装置１１、および光源装置１２からなる。内視鏡１０は、周知の如く、被検体（患者）内に挿入される可撓性の挿入部１３と、挿入部１３の基端部分に連設された操作部１４と、プロセッサ装置１１および光源装置１２に接続されるコネクタ１５と、操作部１４、コネクタ１５間を繋ぐユニバーサルコード１６とを有する。

挿入部１３は、先端部１７と、先端部１７の基端側に連設され、先端部１７の向きを変化させるために湾曲する湾曲部１３ａと、湾曲部１３ａの基端側に連設され、可撓性を有する可撓管部１３ｂとからなる。

操作部１４には、挿入部１３に挿通された操作ワイヤを押し引きして湾曲部１３ａを上下左右方向に湾曲させることにより先端部１７の向きを変えるためのアングルノブ１９や、送気・送水ノズル２４（図２参照）からエアー、水を噴出させるための送気・送水ボタンの他、観察画像を静止画記録するためのレリーズボタンといった操作部材が設けられている。

また、操作部１４の先端側には、電気メス等の処置具が挿通される鉗子口が設けられている。鉗子口は、挿入部１３内の鉗子チャンネルを通して、先端部１７に設けられた鉗子出口２３（図２参照）に連通している。

プロセッサ装置１１は、光源装置１２と電気的に接続され、内視鏡システム２の動作を統括的に制御する。プロセッサ装置１１は、ユニバーサルコード１６や挿入部１３内に挿通された伝送ケーブルを介して内視鏡１０に給電を行い、先端部１７に搭載されたＣＣＤ２７（図３参照）の駆動を制御する。また、プロセッサ装置１１は、伝送ケーブルを介してＣＣＤ２７から出力された撮像信号を受信し、受信した撮像信号に各種処理を施して画像データを生成する。プロセッサ装置１１で生成された画像データは、プロセッサ装置１１にケーブル接続されたモニタ１８に出力されて、モニタ１８に観察画像として表示される。

図２および図３において、先端部１７の先端面１７ａには、観察窓２０、２つの照明窓２１、鉗子出口２３、および送気・送水ノズル２４が設けられている。観察窓２０は、先端面１７ａの左右方向においてほぼ中央に位置し、上方よりに配置されている。観察窓２０の奥には、被観察部位の像を取り込むための対物光学系２６、被観察部位の像を撮像するＣＣＤ２７からなる撮像ユニット２８が配置されている。

対物光学系２６は、２ｍｍから１０ｃｍ程度の撮影距離の範囲で撮影が可能な固定焦点式のレンズ群と、プリズムとからなる。プリズムはレンズ群が収容される鏡筒の後端に固着され、被観察部位の像を９０°屈折させてＣＣＤ２７の撮像面に導く。

図２に示すように、２つの照明窓２１は、観察窓２０を挟んで左右対称な位置に配されている。各照明窓２１の背後には、ライトガイド３４（図３参照）の出射端が配されており、照明窓２１からライトガイド３４で導光される照明光が被観察部位に照射される。照明窓２１は、照明光の配光角が広がるように凹レンズとなっている（図７参照）。照明窓２１から照射される照明光の配光分布は、図４に示すように、配光角が「０」である照明光軸付近において光強度が最大となり、配光角が広がるほど（照明光軸から離れるほど）、光強度が低下する山形形状である。

ライトガイド３４は、複数本の光ファイバをバンドルしたファイババンドルである。ライトガイド３４は、光の入射端において光ファイバが１本にバンドルされており、出射端に向かう途中で２本に分岐している。分岐部分のそれぞれの出射端が各照明窓２１の背後に配置されている。先端部１７において、各照明窓２１の背後に配置されるライトガイド３４の分岐部分の照明光軸は対物光学系２６の撮影光軸と平行である（図７参照）。

ＣＣＤ２７は、観察窓２０、対物光学系２６を経由した被検体内の被観察部位の像が撮像面に入射するように配置されている。撮像面には複数の色セグメントからなるカラーフイルタ、例えばベイヤー配列の原色（ＲＧＢ）カラーフイルタが形成されている。ＣＣＤ２７は回路基板に電気的に接続されており、伝送ケーブルを介して撮像信号が後段の処理回路に向けて送信される。

図３において、内視鏡１０の操作部１４には、アナログ信号処理回路（以下、ＡＦＥと略す）３６、ＣＣＤ駆動回路３７、およびＣＰＵ３８が設けられている。ＡＦＥ３６は、相関二重サンプリング回路（以下、ＣＤＳと略す）、自動ゲイン制御回路（以下、ＡＧＣと略す）、およびアナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄと略す）から構成されている。ＣＤＳは、ＣＣＤ２７から出力される撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、ＣＣＤ２７で生じるリセット雑音およびアンプ雑音の除去を行う。ＡＧＣは、ＣＤＳによりノイズ除去が行われた撮像信号を、プロセッサ装置１１から指定されるゲイン（増幅率）で増幅する。Ａ／Ｄは、ＡＧＣにより増幅された撮像信号を所定のビット数のデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄでデジタル化された撮像信号は、伝送ケーブルを介してプロセッサ装置１１の画像処理回路４４に入力される。

ＣＣＤ駆動回路３７は、ＣＣＤ２７の駆動パルス（垂直／水平走査パルス、電子シャッタパルス、読み出しパルス、リセットパルス等）とＡＦＥ３６用の同期パルスとを発生する。ＣＣＤ２７は、ＣＣＤ駆動回路３７からの駆動パルスに応じて撮像動作を行い、撮像信号を出力する。ＡＦＥ３６の各部は、ＣＣＤ駆動回路３７からの同期パルスに基づいて動作する。

ＣＰＵ３８は、内視鏡１０とプロセッサ装置１１とが接続された後、プロセッサ装置１１のＣＰＵ４０からの動作開始指示に基づいて、ＣＣＤ駆動回路３７を駆動させるとともに、ＣＣＤ駆動回路３７を介してＡＦＥ３６のＡＧＣのゲインを調整する。

ＣＰＵ４０は、プロセッサ装置１１全体の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ４０は、図示しないデータバスやアドレスバス、制御線を介して各部と接続している。ＲＯＭ４１には、プロセッサ装置１１の動作を制御するための各種プログラム（ＯＳ、アプリケーションプログラム等）やデータ（グラフィックデータ等）が記憶されている。ＣＰＵ４０は、ＲＯＭ４１から必要なプログラムやデータを読み出して、作業用メモリであるＲＡＭ４２に展開し、読み出したプログラムを逐次処理する。また、ＣＰＵ４０は、検査日時、患者や術者の情報等の文字情報といった検査毎に変わる情報を、プロセッサ装置１１の操作パネルやＬＡＮ(Local Area Network)等のネットワークより得て、ＲＡＭ４２に記憶する。

操作部４３は、プロセッサ装置１１の筐体に設けられる操作パネル、あるいは、マウスやキーボード等の周知の入力デバイスである。ＣＰＵ４０は、操作部４３、および内視鏡１０の操作部１４にあるレリーズボタン等からの操作信号に応じて、各部を動作させる。

画像処理回路４４は、内視鏡１０から入力された撮像信号に対して、色補間、ホワイトバランス調整、ガンマ補正、画像強調、画像用ノイズリダクション、色変換等の各種画像処理を施して観察画像を生成する。

また、画像処理回路４４には、輝点検出部４６が設けられている。後述するように、内視鏡システム２は、先端部１７の先端面１７ａから被観察部位までの撮影距離を測定する測距機能を備えており、輝点検出部４６は、ＣＰＵ４０とともに撮影距離測定手段を構成する。輝点検出部４６は、観察画像を画像解析することによって、観察画像内に映り込む高輝度な光スポットである輝点を検出する。ＣＰＵ４０は、輝点検出部４６が検出した輝点の観察画像内の位置に基づいて撮影距離を測定する。

表示制御回路４５は、ＣＰＵ４０からＲＯＭ４１およびＲＡＭ４２のグラフィックデータを受け取る。グラフィックデータには、観察画像の無効画素領域を隠して有効画素領域のみを表示させる表示用マスク、検査日時、あるいは患者や術者、現在選択されている観察モード等の文字情報、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ；Graphical User Interface）等がある。表示制御回路４５は、画像処理回路４４からの画像に対して、表示用マスク、文字情報、ＧＵＩの重畳処理、モニタ１８の表示画面への描画処理等の各種表示制御処理を施す。

表示制御回路４５は、画像処理回路４４からの画像を一時的に格納するフレームメモリを有する。表示制御回路４５は、フレームメモリから画像を読み出し、読み出した画像をモニタ１８の表示形式に応じたビデオ信号（コンポーネント信号、コンポジット信号等）に変換する。これにより、モニタ１８に観察画像が表示される。

プロセッサ装置１１には、上記の他にも、画像に所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で画像圧縮を施す圧縮処理回路や、圧縮された画像をＣＦカード、光磁気ディスク（ＭＯ）、ＣＤ−Ｒ等のリムーバブルメディアに記録するメディアＩ／Ｆ、ＬＡＮ等のネットワークとの間で各種データの伝送制御を行うネットワークＩ／Ｆ等が設けられている。これらはデータバス等を介してＣＰＵ４０と接続されている。

光源装置１２は、白色の照明光を発生する光源５１を有する。光源５１は、例えばキセノンランプである。光源５１は、光源ドライバ５２によって駆動される。集光レンズ５３は、光源５１から発せられた各光を集光して、ライトガイド３４の入射端３４ａに導光する。集光レンズ５３とライトガイド３４の間には、ライトガイド３４の入射端３４ａに入射させる光の光量を調節するための可動絞り５４が設けられている。光源装置１２のＣＰＵ５６は、プロセッサ装置１１のＣＰＵ４０と通信し、光源ドライバ５２と可動絞り５４の動作制御を行う。

次に、内視鏡システム２の撮影距離測定機能について説明する。内視鏡診断においては、遠景観察によって、食道、胃、腸などの管道内の全体的な様子を観察して、病変部６１と疑われる関心領域を見つけた場合には、図５に示すように、関心領域に挿入部１３の先端部１７を接近させて、関心領域を詳細に観察する近景観察が行われる。近景観察においては、先端部１７の先端面と被観察部位との間の撮影距離は、最短で約２ｍｍ〜３ｍｍ程度になる。

図６に示すように、近景観察のように撮影距離が短いと、照明光の照射範囲の一部にハレーションが生じ、これが観察画像６２においては極端に輝度が高い輝点ＢＰとなって映り込む。輝点ＢＰは、ＣＣＤ２７の撮像領域に対してダイナミックレンジを超えた光量の光が入射して画素が飽和することによって生じる、いわゆる白飛び部分である。

ハレーションは、被観察部位表面の特に高い反射率の高い部分において照明光が正反射することによって強い反射光となって生じる場合と、照明光の配光分布に起因して生じる場合とがある。近景観察においては、照明光の配光分布に起因する場合がほとんどであり、輝点ＢＰは、照明光の配光分布において光強度が最大となる照明光軸付近で生じる。そのため、近景観察においては、照明光の配光分布に起因する輝点ＢＰは、照明窓２１毎にそれぞれ発生するので、観察画像６２内には、各照明窓２１に対応して２つの輝点ＢＰが発生する。

図７に示すように、２つの輝点ＢＰは、被観察部位Ｓの表面において、２つの照明窓２１の各照明光軸ＬＡ間の光軸間距離Ｗの間隔を空けて生じる。本例のように照明光軸ＬＡが撮影光軸ＰＡと平行な場合には、被観察部位Ｓにおいて発生する輝点ＢＰの間隔は、撮影距離Ｌが変化しても変わらない。しかし、撮影距離Ｌが変化すると、撮影範囲Ａが変化するため、図８Ａ、８Ｂに示すように、観察画像６２内において、映り込む２つの輝点ＢＰの位置が変化するため、２つの輝点ＢＰの間隔（輝点間距離Ｄ）が変化する。

具体的には、先端部１７が被観察部位Ｓにより接近して、撮影距離ＬがＬ１からＬ２のように短くなると、撮影範囲Ａは、Ａ１からＡ２のように小さくなる。このため、被観察部位Ｓにおける輝点ＢＰの間隔は変化しないものの、図８Ａに示すように、撮影距離Ｌが相対的に長いＬ１のときの撮影範囲Ａ１の観察画像６２においては輝点間距離ＤがＤ１となり、図８Ｂに示すように、撮影距離Ｌが相対的に短いＬ２のときの撮影範囲Ａ２の観察画像６２においては輝点間距離ＤがＤ２となり、Ｄ１よりも大きくなる。つまり、図９のグラフに示すように、撮影距離Ｌと輝点間距離Ｄの間には、撮影距離Ｌが小さいほど輝点間距離Ｄが大きくなるという相関関係がある。なお、図７及び図８において、符号Ｏで示す点は、観察画像６２の撮影範囲Ａの中心であり、撮影光軸ＰＡに対応する。

観察画像６２における輝点間距離Ｄを決定するパラメータは、撮影距離Ｌの他、観察窓２０と照明窓２１の位置関係、照明光軸ＬＡの向き、撮像ユニット２８の光学特性（焦点距離、視野角、光学倍率など）であるが、撮影距離Ｌ以外のパラメータは、内視鏡１０の種類毎の仕様によって決まる。したがって、輝点間距離Ｄが分かれば、内視鏡の仕様に基づいて、撮影距離Ｌを求めることができる。

輝点検出部４６（図３参照）は、観察画像６２を画像解析して、各照明窓２１に対応する２つの輝点ＢＰを検出する。輝点ＢＰは、強い光が入射してハレーションが生じた高輝度部分である。輝点検出部４６は、観察画像６２の画素毎の輝度値から観察画像６２内の輝度分布を調べて、輝度値が飽和している部分や輝度値のピーク部分など、他の部分と比較して極端に輝度が高い部分を輝点ＢＰとして検出する。そして、輝点検出部４６は、２つの輝点ＢＰのそれぞれの中心位置の座標を求めて、各中心位置の座標から各中心位置間の距離を輝点間距離Ｄとして求める。輝点間距離ＤはＣＰＵ４０に送信される。

ＲＯＭ４１（図３参照）には、内視鏡１０の上記仕様に基づいて作成され、図９に示すような、輝点間距離Ｄと撮影距離Ｌの対応関係を表すＬＵＴ（ルックアップテーブル）が記憶されている。ＣＰＵ４０は、輝点検出部４６から輝点間距離Ｄを受信して、ＲＯＭ４１内のＬＵＴを参照して撮影距離Ｌを算出する。なお、ＬＵＴの代わりに、輝点間距離Ｄと撮影距離Ｌの対応関係を表す関数を数式で記憶しておき、ＣＰＵ４０が数式に基づく演算を行ってもよい。

ＣＰＵ４０は、撮影距離Ｌを算出すると、撮影距離Ｌに基づいて、観察画像６２と被観察部位の実寸との比率である撮影倍率を求めて、例えば、図１０に示すような態様で、病変部６１のサイズや血管の太さなど関心領域の大きさを把握するためのスケール（目盛り）６６をモニタ１８の画面に表示する。本例においては、スケール６６は、１目盛りが実寸で２ｍｍのものを例示しており、観察画像６２内に重畳されて表示される。術者は、スケール６６と、観察画像６２内の病変部６１や血管などの関心領域を照合して、関心領域の実寸を把握することができる。

もちろん、本例のようにスケール６６を表示するだけでなく、観察画像６２上において指定された２つの測定点の間の実寸をＣＰＵ４０が計算して、その計算結果をモニタ１８に表示してもよい。この場合の測定点の入力方法としては、操作部４３のキーボードやマウスを利用してモニタ１８上のカーソルを移動させて入力する方法や、モニタ１８にタッチパネル式ディスプレイを使用して、モニタ１８の画面上で観察画像６２内の測定点をタッチすることにより入力する方法が考えられる。いずれの方法を用いてもよい。

次に、図１１のフローチャートを参照しながら、上記のように構成された内視鏡システム２の作用について説明する。内視鏡１０で被検体内を観察する際、術者は、内視鏡１０と各装置１１、１２とを繋げ、各装置１１、１２の電源をオンする。そして、操作部４３を操作して、被検体に関する情報等を入力し、検査開始を指示する。

検査開始を指示した後、術者は、挿入部１３を被検体内に挿入し、照明窓２１からの照明光で被検体内を照明しながら、観察窓２０を通じてＣＣＤ２７に結像される被検体内の観察画像６２をモニタ１８で観察する。

ＣＣＤ２７から出力された撮像信号は、ＡＦＥ３６の各部で各種信号処理を施された後、プロセッサ装置１１の画像処理回路４４に入力される。画像処理回路４４では、入力された撮像信号に対して各種画像処理が施され、観察画像６２が生成される。画像処理回路４４で処理された観察画像６２は、表示制御回路４５に入力される。表示制御回路４５は、表示制御処理を実行して、観察画像６２をモニタ１８に表示する。

図１１のフローチャートに示すように、内視鏡システム２が起動している間、輝点検出部４６は、画像処理回路４４で生成される観察画像６２を画像解析して、観察画像６２内において各照明窓２１の位置に対応する２つの輝点ＢＰが存在するか否かを調べる（ステップ（Ｓ）１０１）。

撮影距離が比較的長い遠景観察では、観察画像６２内に輝点ＢＰの映り込みは無いため、輝点ＢＰは検出されない（Ｓ１０１でＮ）。一方、図５に示すように、先端部１７を、病変部６１がある被観察部位に接近させて近景観察を行うと、図６に示すように、各照明窓２１の照明光軸ＬＡ付近において被観察部位の一部に強い光が入射して２つの輝点ＢＰが発生し、これが観察画像６２に映り込む。

輝点検出部４６は、観察画像６２内に２つの輝点ＢＰを検出すると（Ｓ１０１でＹ）、２つの輝点ＢＰの輝点間距離Ｄを算出して（Ｓ１０２）、これをＣＰＵ４０に送信する。ＣＰＵ４０は、ＲＯＭ４１内のＬＵＴを参照して、受信した輝点間距離Ｄに応じた撮影距離Ｌを算出する（Ｓ１０３）。そして、ＣＰＵ４０は、撮影距離Ｌに応じたスケール６６を作成して、スケール６６をモニタ１８に表示する（Ｓ１０４）。術者は、モニタ１８上のスケール６６と、病変部６１や血管を照合して、病変部６１のサイズや血管の太さなどの関心領域の実寸を把握することができる。

輝点検出部４６は、内視鏡システム２の停止など観察を終了する指示が入力されるまでの間、ＣＣＤ２７が撮像信号を出力するフレームレートに応じた所定の時間間隔で輝点検出を繰り返す。ＣＰＵ４０は、輝点検出部４６から輝点間距離Ｄが入力される毎に撮影距離Ｌの算出及びスケール６６の表示を繰り返す（Ｓ１０５）。スケール６６は、撮影距離Ｌの変化に応じて更新される。

以上説明したように、本発明は、照明光によって生じる輝点ＢＰを利用して、撮影距離Ｌを測定しているので、従来のように、測距用の専用の照射ユニットを用いることなく、撮影距離を測定することができる。そのため、専用の照射ユニットの追加に伴う、コストアップや装置の大型化を防止できる。

また、照明光によって撮像される観察画像６２に映り込む輝点ＢＰを利用しているため、従来のように観察モードをいったん停止させて、測距モードに切り替えるといったモード切り替え処理も不要である。観察モードを停止させずに済むため、観察画像の一時的な表示中断やフレームレートの低下を伴うことなく、撮影距離Ｌの測定を行うことができる。

また、本発明は、照明光によって生じる輝点ＢＰを利用しているため、輝点ＢＰが生じにくい遠景観察のときには、撮影距離の測定はできないが、病変部の実寸の把握は、近景観察において必要となる場合が多いので、実用上不都合は無い。

もちろん、遠景観察において撮影距離の測定が必要な場合や、近景観察においても輝点ＢＰが生じない場合も考えられる。このような場合に備えて、強制的に輝点ＢＰを生じさせるように照明光の光量制御機能を設けることが好ましい。具体的には、プロセッサ装置１１の操作部４３などに強制的に光量を増加させる光量調節ボタンを設ける。そして、ＣＰＵ４０は、光量調節ボタンの操作信号の入力を受け付けて、可動絞り５４の開度を上げて、照明光の光量を上げるといった制御を行う。光量調節ボタンをフットスイッチなどで構成してもよいし、内視鏡１０の操作部１４に設けてもよい。

また、上記例においては、図１１のフローチャートに示すように、内視鏡システム２が起動している間、輝点検出部４６による輝点ＢＰの検出処理を継続させ、輝点ＢＰが検出された場合に自動的に撮影距離の算出処理を実行する例で説明している。これによれば、術者が撮影距離の測定処理の実行指示をマニュアルで入力する操作が不要になるというメリットがある。

しかし、検査の目的によっては関心領域の実寸の把握が不要な場合もあり、そうした検査の際にはモニタ１８に表示されるスケール６６がかえって邪魔になる場合もある。そのため、マニュアル操作によって輝点検出部４６の輝点検出処理をオンオフできるようにして、必要に応じて測定処理が実行されるようにしてもよい。輝点検出処理の実行をオンオフする操作スイッチは、内視鏡１０の操作部１４や、プロセッサ装置１１の操作部４３に設けられる。

また、図１２のフローチャートに示すように、マニュアル操作によって輝点検出処理のオンオフが切り替えられる場合には、上記光量制御機能と連動させてもよい。まず、ＣＰＵ４０は、輝点検出処理が実行中か否かを監視する（Ｓ２０１）。輝点検出処理が実行されている場合には（Ｓ２０１でＹ）、輝点検出部４６によって２つの輝点ＢＰが検出されたか否かを監視する（Ｓ２０２）。２つの輝点ＢＰが検出されていない場合には（Ｓ２０２でＮ）、ＣＰＵ４０は、観察画像６２内に輝点ＢＰが発生するように、光源装置１２に対して制御信号を送り、光量を増加するように指令する（Ｓ２０３）。

輝点ＢＰを発生させるための光量制御は、観察画面の明るさの急激な変動を伴うため、観察画面を見にくいと感じたり、故障と勘違いしたりするなど、術者に不安を抱かせる原因にもなるため、常時自動的に行われるのは好ましくない。マニュアル操作によって撮影距離測定の実行が指示されている場合には、観察画面の明るさに急激な変動が生じても、術者はその原因が分かるため、不安を感じることもない。そのため、輝点ＢＰを発生させるための光量制御の自動化は、図１２のフローチャートに示すように、輝点検出処理と連動させることが好ましい。

［第２実施形態］
第１実施形態は、２つの照明窓２１に対応して生じる２つの輝点ＢＰの輝点間距離Ｄに基づいて撮影距離を測定する例で説明したが、輝点間距離Ｄは、一方の輝点ＢＰを基準点として、その基準点から他方の輝点ＢＰまでの距離とみることができる。こうした輝点間距離Ｄの代わりに、観察画像６２内の輝点ＢＰ以外の基準点から、２つの輝点ＢＰのうちの一方の輝点ＢＰまでの距離に基づいて撮影距離Ｌを測定してもよい。

例えば、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、撮影光軸ＰＡに対応する、観察画像６２の中心点Ｏを基準点として、基準点と一方の輝点ＢＰまでの距離ＯＤに基づいて撮影距離Ｌを測定してもよい。距離ＯＤと撮影距離Ｌとの間にも、輝点間距離Ｄと同様の相関関係が認められることは、図７からも明らかである。

観察画像６２は、撮影距離Ｌが相対的に長い場合（図７に示すＬ１の場合）には、撮影範囲ＡがＡ１となり、図１３Ａに示すように、観察画像６２における距離ＯＤはＯＤ１となる。一方、撮影距離Ｌが相対的に短い場合（図７に示すＬ２の場合）には、撮影範囲がＡ２となり、図１３Ｂに示すように、観察画像６２における距離ＯＤはＯＤ２となる。この場合には、ＲＯＭ４１には、距離ＯＤと撮影距離Ｌの対応関係を表すＬＵＴが記憶される。輝点検出部４６は、観察画像６２を画像解析して、２つの輝点ＢＰのうちの一方の輝点ＢＰを検出して、距離ＯＤを算出する。ＣＰＵ４０は、ＬＵＴを参照して距離ＯＤに対応する撮影距離Ｌを算出する。

なお、図１３Ａ、１３Ｂにおいては、基準点を中心点Ｏとしているが、基準点は、中心点Ｏ以外でもよく、例えば、観察画像６２の外周上の端点など、観察画像６２の所定位置に設定された点であればよい。

このように、撮影距離Ｌは、輝点ＢＰ以外の基準点から一方の輝点ＢＰまでの距離ＯＤに基づいて測定することもできるが、第２実施形態の方法よりも、輝点間距離Ｄに基づいて撮影距離を測定する第１実施形態の方が、輝点ＢＰの誤検出が少ないという点で有利である。理由は以下のとおりである。

輝点ＢＰは照明光のハレーションによって生じるが、上述のとおり、ハレーションは、照明光の正反射成分が多い部分に生じるため、被観察部位の表面形状や性状によっては、照明光軸ＬＡに対応する位置以外に生じる場合もある。そのため、観察画像６２内において、２つの照明光軸ＬＡに対応する位置以外の場所にハレーションが生じると、そのハレーションによって生じた高輝度部分を、輝点検出部４６が誤って輝点ＢＰと誤検出してしまう可能性がある。

輝点間距離Ｄを利用する場合には、輝点検出部４６は、２つの照明窓２１の照明光軸ＬＡに対応する２つの輝点ＢＰを検出する。２つの照明窓２１の位置関係は内視鏡１０の仕様によって決まっているため、位置関係の情報に基づいて、検出した高輝度部分が、照明光軸ＬＡに対応する輝点ＢＰであるか否かの識別がしやすい。

例えば、本例のように、２つの照明窓２１が観察窓２０を挟んで左右の対称位置に配置されている場合には、観察画像６２の中心点Ｏからほぼ等距離にある２つの高輝度部分が、２つの照明光軸ＬＡに対応する１対の輝点ＢＰであり、それ以外の高輝度スポットは輝点ＢＰではないと判定することができる。このように第１実施形態の輝点間距離Ｄを利用する方法は、第２実施形態の方法に比べて、輝点ＢＰの誤検出を防止することができるという点で有利である。

上記実施形態では、測定した撮影距離Ｌを、被観察部位の実寸を把握するために利用した例で説明したが、撮影距離Ｌは被観察部位の実寸を把握する以外の目的でも利用可能である。

例えば、撮影距離Ｌを、照明光の配光ムラの補正に利用することができる。照明光の配光分布は、照射範囲全域に渡って均等であるのが理想的である。しかしながら、現実には、図４に示すように、１つの照明窓２１から照射される照明光の配光特性は、照射光軸付近で最も高く、周辺ほど低いというように配光ムラがある。図７に示すように、撮影距離Ｌによって照明光の照射範囲も変化する。さらに、２つの照明窓２１から照明光を照射しているため、両者の照明範囲の重なり具合による配光ムラも生じる。

照明光の配光特性や２つの照明窓２１の位置関係は、内視鏡の仕様によって決まっているので、撮影距離Ｌが分かれば、観察画像６２における照明光の配光分布を測定することができる。配光分布が分かれば、それに基づいて画像補正処理によって配光ムラを補正することが可能となる。これ以外にも、内視鏡が焦点調節機能を持つ撮像ユニットを備えている場合には、撮影距離Ｌを焦点調節に利用してもよい。

さらに、本発明に係る内視鏡システムは、上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の構成を採り得ることはもちろんである。

例えば、上記実施形態は、光源としてキセノンランプを使用した例であるが、図１４に示す内視鏡システム７０のように、キセノンランプの代わりに、半導体光源を使用してもよい。図１４に示す内視鏡システム７０と、図３に示す内視鏡システム２との相違点は、光源を含む照射ユニットのみであり、他の部分は共通であるので、共通部分の説明は省略し、相違点を説明する。

内視鏡システム７０の照射ユニットは、半導体光源であるレーザ光源７１、レーザ光源７１の点灯、光量制御を行う光源ドライバ７２、レーザ光源７１の光をライトガイド７４の入射端に集光する集光レンズ７３、ライトガイド７４の出射端に配置され、出射端からの光によって励起して励起発光する蛍光体７６とからなる。レーザ光源７１は、例えば、４４５ｎｍの波長の青色光を発光し、蛍光体７６は、青色光によって励起されて、緑色及び赤色の波長帯域の蛍光を発する。青色光の励起光と、緑色及び赤色の蛍光の混合により白色光が生成されて、照明窓２１から照射される。

照射ユニットは、２つの照明窓２１に対応して１つずつ設けられている。照明窓２１毎に照射ユニットを設ける場合には、それぞれの照射ユニットの光量を独立に制御することができる。各照明窓２１からの照明光の光量を独立に制御できれば、２つの輝点ＢＰのうち、一方の輝点ＢＰが検出されない場合には、輝点ＢＰが検出されない方の照明窓２１からの照明光の光量を上げることで輝点ＢＰを強制的に発生させることができる。なお、半導体光源としては、レーザ光源の代わりにＬＥＤでもよい。

また、図１５に示すように、複数種類の内視鏡１０との接続が可能なプロセッサ装置１１もある。上述のとおり、撮影距離測定に使用される、図９に示す対応関係を表すＬＵＴは、内視鏡１０の仕様によって異なる。このような場合には、プロセッサ装置１１内のメモリ７７に、内視鏡１０の機種毎の仕様に応じて異なる複数種類のＬＵＴを記憶しておくことが好ましい。そして、プロセッサ装置１１のＣＰＵ４０は、接続された内視鏡１０から機種ＩＤ（Ｅ１やＥ２）を取得して、機種ＩＤに応じて前記ＬＵＴを選択して使用する。

また、メモリ７７を、プロセッサ装置１１に設ける代わりに、プロセッサ装置１１とネットワークを通じて通信可能に接続されるデータサーバに設けてもよい。この場合には、プロセッサ装置１１は、機種ＩＤを取得したときに、ネットワークを通じてデータサーバにアクセスして、機種ＩＤに応じた前記ＬＵＴをデータサーバ内のメモリ７７から取得する。

また、図１６に示すように、内視鏡１０に、それぞれの仕様に応じた前記ＬＵＴを記憶するメモリ７７を設けて、内視鏡１０がプロセッサ装置１１に接続されたときに、メモリ７７内のＬＵＴをプロセッサ装置１１に送信してもよい。

また、撮像素子は上記実施形態のＣＣＤに限らずＣＭＯＳイメージセンサを用いてもよい。また、白色光の照明光による通常観察を行う内視鏡システムに適用した例で説明したが、通常観察に加えて、特定の波長域の狭帯域光を利用した狭帯域光観察など特殊光観察が可能な内視鏡システムに適用してもよい。

また、本発明は、撮像素子と超音波トランスデューサが先端部に内蔵された超音波内視鏡等、他の形態の内視鏡にも適用することができる。また、医療用だけでなく、工業分野で利用される内視鏡に適用してもよい。

２ 内視鏡システム
１０ 内視鏡
１１ プロセッサ装置
１２ 光源装置
１７ 先端部
２０ 観察窓
２１ 照明窓
２６ 対物光学系
２７ ＣＣＤ
２８ 撮像ユニット
３４ ライトガイド
５４ 可動絞り
３８、４０、５６ ＣＰＵ
５１ 光源
６２ 観察画像
ＢＰ 輝点
Ｄ 輝点間距離
ＬＡ 照明光軸
ＰＡ 撮影光軸

Claims (12)

1. 被観察部位に向けて照明光を照射するための照明窓と、前記被観察部位で反射した前記照明光を撮像して前記被観察部位の観察画像を撮影するための観察窓とが挿入部の先端部に設けられた内視鏡と、
   前記観察画像に映り込み、前記照明光の配光分布において最も光強度が高い位置に対応して生じる輝点を、前記観察画像を画像解析することによって検出する輝点検出手段と、
   前記観察画像内における、検出された前記輝点と基準点との間の距離に基づいて、前記先端部から前記被観察部位までの撮影距離を算出する撮影距離算出手段とを備えていることを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記輝点は、前記照明窓の照明光軸に対応する位置に生じることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記先端部において前記照明窓は２つ配されており、
   前記輝点検出手段は、２つの前記照明窓のそれぞれに対応する２つの前記輝点を検出して、２つの前記輝点の一方を前記基準点として２つの前記輝点間の距離を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の内視鏡システム。
4. 前記輝点の前記基準点からの距離と前記撮影距離との対応関係を記憶する記憶手段を有しており、
   前記撮影距離算出手段は、前記対応関係を用いて前記撮影距離を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
5. 前記照明光の光量を制御する光量制御手段を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
6. 前記光量制御手段は、前記輝点検出部による輝点検出処理が実行中であり、かつ、前記観察画像内に前記輝点が検出されない場合に、前記輝点が発生するように前記光量を自動的に増加させることを特徴とする請求項５記載の内視鏡システム。
7. 前記輝点検出部は、輝点検出処理を、起動している間常時実行し、
   前記撮影距離算出部は、前記輝点検出部によって前記輝点が検出されたときに処理を開始することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
8. 前記記憶手段は、前記内視鏡の機種毎に異なる複数種類の前記対応関係を記憶していることを特徴とする請求項４記載の内視鏡システム。
9. 前記輝点検出手段及び前記撮影距離算出手段を有するとともに、前記内視鏡と接続され、前記内視鏡から前記観察画像の撮像信号を取得して画像処理を実行するプロセッサ装置を備えており、
   前記記憶手段は、前記プロセッサ装置に設けられていることを特徴とする請求項８記載の内視鏡システム。
10. 前記記憶手段は、前記内視鏡に設けられており、前記内視鏡の機種に応じた前記対応関係を記憶していることを特徴とする請求項４記載の内視鏡システム。
11. 被観察部位に向けて照明光を照射するための照明窓と、前記被観察部位で反射した前記照明光を撮像して前記被観察部位の観察画像を撮影するための観察窓とが挿入部の先端部に設けられた内視鏡と接続され、前記内視鏡から前記観察画像の撮像信号を取得して画像処理を実行するプロセッサ装置において、
    前記観察画像に映り込み、前記照明光の配光分布において最も光強度が高い位置に対応して生じる輝点を、前記観察画像を画像解析することによって検出する輝点検出手段と、
    前記観察画像内における、検出された前記輝点と基準点との間の距離に基づいて、前記先端部から前記被観察部位までの撮影距離を算出する撮影距離算出手段とを備えていることを特徴とするプロセッサ装置。
12. 被観察部位に向けて照明光を照射するための照明窓と、前記被観察部位で反射した前記照明光を撮像して前記被観察部位の観察画像を撮影するための観察窓とが挿入部の先端部に設けられた内視鏡を用いた撮影距離測定方法において、
    前記観察画像に映り込み、前記照明光の配光分布において最も光強度が高い位置に対応して生じる輝点を、前記観察画像を画像解析することによって検出する輝点検出ステップと、
    前記観察画像内における、検出された前記輝点の基準点からの距離に基づいて、前記先端部から前記被観察部位までの撮影距離を算出する撮影距離算出ステップとを備えていることを特徴とする撮影距離測定方法。

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