JP2016220802A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下に説明する本発明の実施形態に係る内視鏡装置は、それぞれ波長域の異なる照明光を用いて撮影した複数の画像に基づいて被写体の生体情報(例えば、酸素飽和度)を定量的に分析して、分析結果を画像化して表示する装置である。以下に説明する酸素飽和度の定量分析では、血液の分光特性(すなわち、ヘモグロビンの分光特性)が酸素飽和度に応じて連続的に変化する性質が利用される。
本発明の実施形態に係る内視鏡装置の構成を説明する前に、ヘモグロビンの分光特性と、本実施形態における酸素飽和度の計算原理について説明する。
図2は、本発明の実施形態に係る内視鏡装置1のブロック図である。本実施形態の内視鏡装置1は、電子スコープ100、プロセッサ200及びモニタ500を備えている。電子スコープ100及びモニタ500は、プロセッサ200に着脱可能に接続されている。また、プロセッサ200には、光源部400が内蔵されている。
図3は、固体撮像素子110のブロック図である。固体撮像素子110は、ベイヤー配列(Bayer arrangement)のRGB原色フィルタを備えた単板式カラーCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサである。
光源部400は、上述の光源430の他に、コリメータレンズ440、回転フィルタ410、フィルタ制御部420及び集光レンズ450を備えている。光源430から出射される白色光WLは、コリメータレンズ440によって平行光となり、回転フィルタ410を通過した後、集光レンズ450によってライトガイド102の入射端に入射する。なお、回転フィルタ410は、リニアガイドウェイ等の移動手段(不図示)によって、白色光WLの光路上の適用位置と光路外の退避位置との間で移動可能になっている。
上述のように、本実施形態の分光分析モードでは、光学フィルタ415を通過した照明光IL415の照射下で撮像したデジタル撮像データG415(デジタル撮像信号G415)と、光学フィルタ416を通過した照明光IL416の照射下で撮像したデジタル撮像データG416(デジタル撮像信号G416)とに基づいて、被写体である生体組織中の生体分子の濃度の定量が行われる。
図6はGb−AFEのブロック図である。R−AFE、Gr−AFE、Gb−AFE及びB−AFEは、同一の一般的な構成を有している。これらを代表してGb−AFEの構成について説明する。但し、本実施形態では、図6において破線の矢印で示されるように、Gb−AFEの出力がGr−AFEsaに供給されるが、R−AFE、Gr−AFE及びB−AFEの出力はGr−AFEsaには供給されない。
図7はGr−AFEsaのブロック図である。Gr−AFEsaは、AGC111及びADC112aの他に、入力レンジ設定部113及び復元部114を備えている。入力レンジ設定部113は、Gb−AFEから出力されるデジタル撮像信号Gbに基づいて、ADC112aの入力レンジの調整及び設定を行う機能部である。入力レンジ設定部113は、ADC112aの入力レンジを定める2つの設定値(入力スパンSP及び入力オフセット量OF)を計算して出力する。
図9は、入力レンジ設定部113のブロック図である。入力レンジ設定部113は、統計処理部1131、入力スパン計算部1132及び入力オフセット量計算部1133を備えている。
統計処理部1131は、Gb−AFEから出力されるデジタル撮像信号Gbについて統計処理を行い、デジタル撮像信号Gbの平均値Gb_AVG及び標準偏差Gb_SDを出力する。
入力スパン計算部1132は、デジタル撮像信号Gbの標準偏差Gb_SDに基づいて、数式11を用いて入力スパンSPを計算する。
入力オフセット量計算部1133は、デジタル撮像信号Gbの平均値Gb_AVG及び標準偏差Gb_SDに基づいて、数式12を用いて入力オフセット量OFを計算する。
ADC112aは、入力レンジ設定部113から与えられた入力オフセット量OF及び入力スパンSPに基づいて入力レンジを設定し、アナログ撮像信号Grを差分デジタル撮像信号Gr_difに変換する。差分デジタル撮像信号Gr_difは、ゼロを最小値とし、ADC112aの分解能によって決まる値(例えば、8ビットADCの場合は255)を最大値とする離散値である。差分デジタル撮像信号Gr_difは、アナログ撮像信号Grから尺度の情報(すなわち、入力オフセット量OF及び入力スパンSP)が取り除かれた、アナログ撮像信号Grの相対的な変動量の情報のみを含むデータといえる。そのため、元のアナログ撮像信号Grに相当する絶対値の情報を含むデジタル撮像信号Grを得るためには、差分デジタル撮像信号Gr_difに入力オフセット量OF及び入力スパンSPの情報を補う必要がある。
次に、分光分析モードにおいて、画像処理回路220によって実行される画像生成処理について説明する。なお、画像処理回路220は、後述のように、本発明の実施形態に係る指標Xを計算することから、「指標計算部」ともいう。図10は、画像生成処理(指標計算処理)を説明するフローチャートである。
100 電子スコープ
110 固体撮像素子
113 入力レンジ設定部
114 復元部
200 プロセッサ
220 画像処理回路
400 光源部
500 モニタ
Claims (17)
- 撮像素子と、
前記撮像素子が生成した撮像信号を処理する処理手段と、
を備え、
前記撮像素子が、
赤色の光に感受性を有する複数のR画素と、
緑色の光に感受性を有する、それぞれ複数の第1及び第2のG画素と、
青色の光に感受性を有する複数のB画素と、を備え、
前記処理手段が、
前記複数の第1のG画素により生成されたアナログ撮像信号G1を処理してデジタル撮像信号G1を生成する第1初期処理手段と、
前記複数の第2のG画素により生成されたアナログ撮像信号G2を処理してデジタル撮像信号G2を生成する第2初期処理手段と、を備え、
前記第1初期処理手段が
前記アナログ撮像信号G1をデジタル信号G1_difに変換する第1デジタル変換手段と、
前記デジタル撮像信号G2に基づいて前記第1デジタル変換手段の入力レンジの設定値を生成する入力レンジ設定手段と、を備えた、
撮像装置。 - 前記入力レンジ設定手段が、前記アナログ撮像信号G2の信号レベルの変動範囲に合わせて前記第1デジタル変換手段の入力レンジを設定する、
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記入力レンジ設定手段が、
前記デジタル撮像信号G2の統計値を計算する統計処理手段と、
前記統計値に基づいて、前記第1デジタル変換手段の入力レンジの下限値を定める入力オフセット量OFを計算する入力オフセット量計算手段と、
前記統計値に基づいて、前記第1デジタル変換手段の入力レンジの幅を定める入力スパンSPを計算する入力スパン計算手段と、を備えた、
請求項2に記載の撮像装置。 - 前記統計処理手段が、
前記デジタル撮像信号G2の平均値AVG及び標準偏差SDを計算し、
前記入力オフセット量計算手段が、
前記平均値AVGに基づいて前記入力オフセット量OFを計算し、
前記入力スパン計算手段が、
前記標準偏差SDに基づいて前記入力スパンSPを計算する、
請求項3に記載の撮像装置。 - 前記入力オフセット量計算手段が、数式1により前記入力オフセット量OFを計算する、
請求項4に記載の撮像装置。 - 前記入力スパン計算手段が、数式2により前記入力スパンSPを計算する、
請求項4又は請求項5に記載の撮像装置。 - 前記処理手段が、
前記第1初期処理手段が生成するデジタル信号G1_difと、前記入力オフセット量OFと、前記入力スパンSPとに基づいて、絶対値の情報を含む前記デジタル撮像信号G1を生成する復元手段を更に備える、
請求項3から請求項6のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記復元手段が、数式3により前記デジタル撮像信号G1を計算する、
請求項7に記載の撮像装置。 - 前記第2初期処理手段が、前記アナログ撮像信号G2を前記デジタル撮像信号G2に変換する第2デジタル変換手段を備え、
前記FSPが、前記第2デジタル変換手段の入力レンジの幅を定める入力スパンである、
請求項8に記載の撮像装置。 - 前記第1のG画素が、前記R画素が配列されたライン上に配置されたGr画素であり、
前記第2のG画素が、前記B画素が配列されたライン上に配置されたGb画素である、
請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記処理手段が、
前記デジタル撮像信号G1に基づいて、被写体である生体組織に含まれる第1及び第2生体物質のモル濃度比を示す指標Xを計算する指標計算手段を更に備え、
前記撮像装置が、
前記第1及び前記第2生体物質が吸収を有する第1照明波長域の光と、前記第1照明波長域内にある第2照明波長域の光と、を切り替えて発生する光源装置を更に備え、
前記指標計算手段が、
前記第1照明波長域の光の照明下で前記生体組織を撮像して得た第1デジタル撮像信号GIと、前記第2照明波長域の光の照明下で前記生体組織を撮像して得た第2デジタル撮像信号GIIと、に基づいて前記指標Xを計算する、
請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記第1照明波長域が前記第1及び前記第2生体物質の両方の吸収ピーク波長を含み、
前記第2照明波長域が前記第1及び前記第2生体物質のいずれか一方の吸収ピーク波長を含む、
請求項11に記載の撮像装置。 - 前記第1照明波長域が、
前記第2照明波長域の短波長側に隣接し、前記第1及び前記第2生体物質の他方の生体物質の吸収ピーク波長を含む波長域と、
前記第2照明波長域の長波長側に隣接し、前記他方の生体物質の吸収ピーク波長を含む波長域と、を含む、
請求項12に記載の撮像装置。 - 前記光源装置が、
広帯域光を発生する光源と、
前記広帯域光から前記第1照明波長域の光を選択的に取り出す第1光学フィルタと、
前記広帯域光から前記第2照明波長域の光を選択的に取り出す第2光学フィルタと、を備えた、
請求項11から請求項13のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記指標計算手段が、
前記第1撮像信号GIに基づいて前記第1照明波長域における前記生体組織の吸収AIを計算し、
前記第2撮像信号GIIに基づいて前記第2照明波長域における前記生体組織の吸収AIIを計算し、
前記吸収AI及び前記吸収AIIに基づいて前記指標Xを計算する、
請求項11から請求項14のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記指標計算手段が、
数式4及び数式5のいずれかにより前記吸収AIを計算し、
- 前記指標計算手段が、
数式8及び数式9のいずれかにより指標Xを計算する、
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