JP2020116147A - 内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡先端部の温度上昇を抑え、かつ、良好な画像を取得することができる内視鏡システムを提供する。【解決手段】内視鏡システム１０は、光源部２０と、画像信号取得部５４と、光源制御部２２と、ゲイン調整部と、フリーズボタン１３ａとを備える。光源制御部２２は、発光量を予め定めた第１上限値以下の範囲内で制御する発光量制限を行う。ゲイン調整部は、発光量が第１上限値に達した場合には、画像信号を第１増幅率よりも大きい第２増幅率にて調整し、静止画取得指示がある場合には、光源制御部２２は、発光量制限を解除することにより、第１上限値を超える発光量の発光を可能にし、ゲイン調整部は、画像信号を第１増幅率にて調整する。【選択図】図２

Description

本発明は、内視鏡システムに関する。

医療分野において、生体内の観察対象を撮影する内視鏡システムが広く利用されている。内視鏡システムでは、生体内の観察対象に白色光または波長が制限された挟帯域の光からなる照明光を照射することにより、生体組織の表面の全体的な性状を観察し病変の有無を調べ、また、病変が存在した場合は特に病変部分について詳細観察が行われる。

照明光は、内視鏡の先端部において、照明レンズを介して観察対象に照射される。例えば、内視鏡検査の準備中、レンズの曇り対策のために、または、接続状態にあることを視覚的に確認するために、内視鏡システムの光源装置の電源をオンにして光源を点灯させた状態で、内視鏡はカートのハンガーにかけて待機させる場合がある。この場合は、内視鏡先端部が体内に挿入されている場合と比べて得られる画像が暗くなるため、内視鏡装置の機能により、発光量が過剰な状態で照明光の照射が継続し、内視鏡の先端部の温度が上昇することがあった。

特許文献１では、光量制御手段によって制御される出射光の光量変化の推移を表す光量履歴を用いて、内視鏡の先端温度の推定値を演算し、先端温度の推定値が温度閾値を超えたと判定された場合、光量の上限値を第１上限値よりも下げた第２上限値に設定する内視鏡システムを開示している。

また、特許文献２では、内視鏡装置の光源部において発光ダイオードを用いることにより、静止画を得る場合に迅速に照明光を明るくするとともに、固体撮像素子のシャッタ速度を速くすることにより、非観察体の発熱を抑えつつ、ぶれの少ない静止画を得ることを開示している。

国際公開第２０１１／１０２１９９号 特開２００７−６８６９９号公報

上記従来の技術によれば、内視鏡先端部の発熱を抑えること、または、ぶれの少ない静止画を取得することが可能となる。そして、例えば、内視鏡検査の準備中において、体外での光源の点灯により内視鏡先端部の温度が閾値を超え、光量の上限値が抑えられている際に内視鏡が体内に挿入される場合、内視鏡による画像が常に暗い状態が続く可能性がある。また、光量の上限値が抑えられている場合に得られる画像においては、画像の明るさ等を調整するために、例えば、ゲイン処理等の画像処理が行われるが、ゲイン処理により得られる画像においては、ゲイン処理に起因するノイズが生じる場合がある。

そこで、本発明は、内視鏡先端部の温度上昇を抑え、かつ、良好な画像を取得することができる内視鏡システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、内視鏡システムであって、照明光を発光する光源部と、照明光によって照明された観察対象を撮像して得られる画像信号を取得する画像信号取得部と、照明光の発光量を制御する光源制御部と、画像信号を第１増幅率にて調整するゲイン調整部と、観察対象の静止画を取得するための静止画取得指示を行う静止画取得指示部とを備え、光源制御部は、発光量を予め定めた第１上限値以下の範囲内で制御する発光量制限を行い、ゲイン調整部は、発光量が第１上限値に達した場合には、画像信号を第１増幅率よりも大きい第２増幅率にて調整し、静止画取得指示がある場合には、光源制御部は、発光量制限を解除することにより、第１上限値を超える発光量の発光を可能にし、ゲイン調整部は、画像信号を第１増幅率にて調整する。

照明光によって照明された観察対象を撮像する撮像センサを有する内視鏡と、内視鏡の挿入部が体内に挿入されているか否かを判定する体内挿入判定部とを備え、光源制御部は、体内挿入判定部により内視鏡の挿入部が体内に挿入されていないと判定された場合、発光量制限を行うことが好ましい。

また、上記課題を解決するための本発明は、内視鏡システムであって、照明光を発光する光源部と、照明光によって照明された観察対象を撮像する撮像センサを有する内視鏡と、観察対象の撮像により得られる画像信号を取得する画像信号取得部と、内視鏡の先端部の温度を推定する温度推定部と、照明光の発光量を制御する光源制御部と、画像信号を第１増幅率にて調整するゲイン調整部と、観察対象の静止画を取得するための静止画取得指示を行う静止画取得指示部とを備え、光源制御部は、温度推定部が推定した先端部の温度が予め設定した温度閾値を超えた場合には、その際の発光量を第１上限値とし、発光量を第１上限値以下の範囲内で制御する発光量制限を行い、ゲイン調整部は、発光量が第１上限値に達した場合には、画像信号を第１増幅率よりも大きい第２増幅率にて調整し、静止画取得指示がある場合には、光源制御部は、発光量制限を解除することにより、第１上限値を超える発光量の発光を可能にし、ゲイン調整部は、画像信号を第１増幅率にて調整する。

内視鏡の挿入部が体内に挿入されているか否かを判定する体内挿入判定部を備え、光源制御部は、体内挿入判定部により内視鏡の挿入部が体内に挿入されていないと判定された場合、発光量制限を行うことが好ましい。

内視鏡の先端部を観察対象に近接させた位置で観察対象を観察する近接観察か否かを判定する近接判定部を備え、近接判定部により近接観察であると判定された場合は、静止画取得指示により、近接観察用シャッタ速度にて静止画を取得し、近接観察用シャッタ速度は、近接判定部により近接観察であると判定されない場合における非近接観察用シャッタ速度より速いことが好ましい。

ゲイン調整部が画像信号を調整することにより生じる画像信号のノイズ許容値を予め設定し、第２増幅率の上限を示す最大増幅率は、ノイズ許容値に基づいて決定することが好ましい。

静止画取得指示がある場合には、光源制御部は、発光量を第２上限値以下の範囲内で制御する発光量制限を行い、第２上限値は、第２増幅率に基づいて決定し、かつ、第１上限値より大きいことが好ましい。

ゲイン調整部が第１増幅率または第２増幅率にて画像信号を調整することにより、調整後の画像信号による輝度信号値が略一定となることが好ましい。

光源部は、少なくとも、赤色光、青色光、及び緑色光からなる照明光を発光し、光源制御部は、赤色光、青色光、及び緑色光の各発光量を、それぞれ独立して制御することが好ましい。

本発明の内視鏡システムは、内視鏡先端部の温度上昇を抑え、かつ、良好な画像を取得することができる。

内視鏡システムの外観図である。 内視鏡システムの機能を示すブロック図である。 ＤＳＰの機能を示すブロック図である。 画像処理部の機能を示すブロック図である。 発光量と時間との関係及びゲイン調整量と時間との関係を説明するグラフである。 制御部の機能を示すブロック図である。 発光量と時間との関係及びゲイン調整量と時間との関係並びに第１上限値を説明するグラフである。 緑色光Ｇの発光量と時間との関係及びゲイン調整量と時間との関係並びに第２増幅率を説明するグラフである。 実施態様の一つを説明するフロー図である。 先端温度推定を含む実施態様を説明するフロー図である。

図１に示すように、内視鏡システム１０は、内視鏡１２と、光源装置１４と、プロセッサ装置１６と、表示部であるモニタ１８と、ユーザーインターフェース１９とを有する。内視鏡１２は、光源装置１４と光学的に接続するとともに、プロセッサ装置１６に電気的に接続する。内視鏡１２は、被検体内に挿入する挿入部１２ａと、挿入部１２ａの基端部分に設けられた操作部１２ｂと、挿入部１２ａの先端側に設けられた湾曲部１２ｃと、先端部１２ｄとを有している。操作部１２ｂのアングルノブ１２ｅを操作することにより、湾曲部１２ｃが湾曲する。この湾曲部１２ｃが湾曲した結果、先端部１２ｄが所望の方向に向く。なお、先端部１２ｄには、観察対象に向けて空気や水等を噴射する噴射口（図示しない）が設けられている。

また、操作部１２ｂには、アングルノブ１２ｅの他、フリーズボタン１３ａ、画質モード選択部１３ｂ、ズーム操作部１３ｃが設けられている。フリーズボタン１３ａは、観察対象の静止画を取得するための静止画取得指示を行う静止画取得指示部である。フリーズボタン１３ａを押圧することにより、静止画取得指示が行われる。画質モード選択部１３ｂは、画質モードの選択操作に用いる。本実施形態では、画質につき、高画質と通常画質との２段階が、選択可能に設定される。画質を通常画質とする通常画質モードでは、例えば、モニタ１８に、画像に含まれるノイズの量が通常程度である画像が表示される。一方、画質を高画質とする高画質モードでは、画像に含まれるノイズの量が少ない画像が表示される。ズーム操作部１３ｃは、観察対象を拡大または縮小して表示する操作に用いる。

プロセッサ装置１６は、モニタ１８及びユーザーインターフェース１９と電気的に接続する。モニタ１８は、各画質モードの動画、静止画、および画像に付帯する画像情報等を出力表示する。ユーザーインターフェース１９は、機能設定等の入力操作を受け付ける機能する。なお、プロセッサ装置１６には、画像や画像情報等を記録する外付けの記録部（図示省略）を接続してもよい。

図２に示すように、光源装置１４は、照明光を発光する光源部２０と、光源部２０の駆動を制御する光源制御部２２とを備えている。

光源部２０は、ＢＳ光源２０ａ、ＢＬ光源２０ｂ、Ｇ光源２０ｃ、及び、Ｒ光源２０ｄの４個の光源を備える。本実施形態においては、ＢＳ光源２０ａ、ＢＬ光源２０ｂ、Ｇ光源２０ｃ、及び、Ｒ光源２０ｄはいずれもＬＥＤ(Light Emitting Diode)である。光源部２０には、これらのＬＥＤの代わりに、ＬＤ(Laser Diode)と蛍光体と帯域制限フィルタとの組み合わせや、キセノンランプ等のランプと帯域制限フィルタの組み合わせ等を用いることができる。

ＢＳ光源２０ａは、中心波長が約４５０±１０ｎｍ、波長帯域が約４２０ｎｍ〜５００ｎｍの第１青色光ＢＳを発光する青色光源である。ＢＬ光源２０ｂは、中心波長及び波長帯域が約４７０ｎｍ±１０ｎｍであり、青色のいわゆる狭帯域光（以下、第２青色光ＢＬという）を発光する青色光源である。Ｇ光源２０ｃは、中心波長が約５４０±２０ｎｍ、波長帯域が約４８０ｎｍ〜６００ｎｍに及ぶ緑色光Ｇを発光する緑色光源である。Ｒ光源２０ｄは、中心波長が約６４０±２０ｎｍ、波長帯域が約６００ｎｍ〜６５０ｎｍに及ぶ赤色光Ｒを発光する赤色光源である。

光源制御部２２は、光源部２０を構成する各光源２０ａ〜２０ｄの点灯や消灯のタイミング、及び点灯時の発光量等をそれぞれ独立に制御する。通常の観察において、光源制御部２２は、ＢＳ光源２０ａ、Ｇ光源２０ｃ、及びＲ光源２０ｄを同時に点灯する。このため、通常観察の照明光は、第１青色光ＢＳと、緑色光Ｇと、赤色光Ｒとを含む白色光である。また、特殊観察として、各光源２０ａ〜２０ｄの発光量を通常観察とは異ならせることが可能である。なお、光源制御部２２による各光源２０ａ〜２０ｄの発光量の制御については、後に詳述する。

光源部２０が発光した照明光は、ライトガイド４１に入射する。ライトガイド４１は、内視鏡１２及びユニバーサルコード（内視鏡１２と光源装置１４及びプロセッサ装置１６とを接続するコード）内に内蔵されており、照明光を内視鏡１２の先端部１２ｄまで伝搬する。なお、ライトガイド４１としては、マルチモードファイバを使用できる。一例として、コア径１０５μｍ、クラッド径１２５μｍ、外皮となる保護層を含めた径がφ０．３〜０．５ｍｍの細径なファイバケーブルを使用できる。

内視鏡１２の先端部１２ｄには、照明光学系３０ａと撮影光学系３０ｂが設けられている。照明光学系３０ａは、照明レンズ４５を有しており、この照明レンズ４５を介して照明光が観察対象に照射される。撮影光学系３０ｂは、対物レンズ４６、ズームレンズ４７、及びイメージセンサ（撮像センサ）４８を有している。イメージセンサ４８は、対物レンズ４６及びズームレンズ４７を介して、観察対象から戻る照明光の反射光等（散乱光、観察対象が発する蛍光、または、観察対象に投与等した薬剤に起因した蛍光等を含む）を用いて観察対象を撮影する。なお、ズームレンズ４７は、ズーム操作部１３ｃの操作をすることで移動し、イメージセンサ４８を用いて撮影する観察対象を拡大または縮小する。

イメージセンサ４８は、原色系のカラーセンサであり、青色カラーフィルタを有するＢ画素（青色画素）、緑色カラーフィルタを有するＧ画素（緑色画素）、及び、赤色カラーフィルタを有するＲ画素（赤色画素）の３種類の画素を備える。青色カラーフィルタは、主として青色帯域の光、具体的には波長帯域が３８０〜５６０ｎｍの波長帯域の光を透過する。青色カラーフィルタの透過率は、波長４６０〜４７０ｎｍ付近においてピークになる。緑色カラーフィルタは、主として緑色帯域の光、具体的には、４６０〜４７０ｎｍの波長帯域の光を透過する。赤色カラーフィルタは、主として赤色帯域の光、具体的には、５８０〜７６０ｎｍの波長帯域の光を透過する。

イメージセンサ４８を用いて観察対象を撮影すると、１回の撮影において最大で、Ｂ画素において撮影して得るＢ画像（青色信号）、Ｇ画素において撮像して得るＧ画像（緑色信号）、及び、Ｒ画素において撮影して得るＲ画像（赤色信号）の３種類の画像を得ることができる。通常の観察における照明光は白色光なので、Ｂ画像、Ｇ画像、及びＲ画像が得られる。

イメージセンサ４８としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサや、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサを利用可能である。また、本実施形態のイメージセンサ４８は、原色系のカラーセンサであるが、補色系のカラーセンサを用いることもできる。補色系のカラーセンサは、例えば、シアンカラーフィルタが設けられたシアン画素、マゼンタカラーフィルタが設けられたマゼンタ画素、イエローカラーフィルタが設けられたイエロー画素、及び、グリーンカラーフィルタが設けられたグリーン画素を有する。補色系カラーセンサを用いる場合に上記各色の画素から得る画像は、補色−原色色変換をすれば、Ｂ画像、Ｇ画像、及びＲ画像に変換できる。また、カラーセンサの代わりに、カラーフィルタを設けていないモノクロセンサをイメージセンサ４８として使用できる。この場合、ＢＧＲ等各色の照明光を用いて観察対象を順次撮影することにより、上記各色の画像を得ることができる。

プロセッサ装置１６は、制御部５２と、画像信号取得部５４と、明るさ算出部５５と、画像処理部６０と、表示制御部６２とを有する。

制御部５２は、内視鏡１２、光源装置１４及びプロセッサ装置１６の各制御に加え、これらを連携した制御を行う。制御部５２は、フリーズボタン１３ａ、画質モード選択部１３ｂ、または挿入センサ８０の指示により、画像信号取得部５４及び光源制御部２２に対しそれぞれ制御を行う。挿入センサ８０および制御部５２については、後に詳述する。この他、制御部５２は、照明光の照射タイミングと撮影のタイミングとの同期制御等を行う。

画像信号取得部５４は、イメージセンサ４８から観察対象の画像を取得する。画像信号取得部５４は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）５６と、ノイズ低減部５８と、変換部５９とを有し、これらを用いて、取得した画像に各種処理を施す。

明るさ算出部５５は、取得した画像の明るさを算出し、制御部５２に送る。制御部５２は、明るさ算出部５５により算出された画像の明るさに基づき、光源制御部２２を制御する。光源制御部２２は、明るさ算出部５５により算出された画像の明るさに基づいて、光量を調整する制御を行う。明るさ算出部５５により算出される明るさとしては、例えば、画像信号の輝度Ｙが挙げられる。輝度Ｙは、例えば、輝度Ｙ＝α×Ｒ＋β×Ｇ＋γ×Ｂにより算出される。ここで、「Ｒ」はＲ画像信号の画素値を、「Ｇ」はＧ画像信号の画素値を、「Ｂ」はＢ画像信号の画素値を表す。また、「α、β、γ」は一定の係数を表す。また、画像の明るさは、観察対象と先端部１２ｄの距離によって変動し、輝度Ｙの場合であれば、観察対象との距離が遠くなる程、輝度Ｙは小さくなる。

図３に示すように、ＤＳＰ５６は、ゲイン調整部６４を有する。また、ＤＳＰ５６は、取得した画像に対し、必要に応じて欠陥補正処理、オフセット処理、リニアマトリクス処理、ガンマ変換処理、デモザイク処理、及びＹＣ変換処理等の各種処理を施す。

欠陥補正処理は、イメージセンサ４８の欠陥画素に対応する画素の画素値を補正する処理である。オフセット処理は、欠陥補正処理を施した画像から暗電流成分を低減し、正確な零レベルを設定する処理である。

ゲイン調整部６４は、オフセット処理をした画像に増幅率を乗じることにより各画像の信号レベルを整える処理である。具体的には、例えば、ゲイン調整部６４は、画像のうち、青色信号、緑色信号、赤色信号に対してそれぞれ増幅率ｇＢ、ｇＧ、ｇＲを掛け合わせることにより、各画像信号の信号値を調整する。増幅率には、後述するように、第１増幅率と第１増幅率よりも大きい第２増幅率が含まれる。

また、増幅率として、下記数式（１）ないし（３）に示すように、画質モードに応じて定められる増幅率補正係数ｇ（ＩＱＬａｂｅｌ）を掛け合わせた補正増幅率ｇＢ^*、ｇＧ^*、ｇＲ^*を用いることが好ましい。

ｇＢ^*＝ ｇＢ×ｇ（ＩＱＬａｂｅｌ） （１）
ｇＧ^*＝ ｇＧ×ｇ（ＩＱＬａｂｅｌ） （２）
ｇＲ^*＝ ｇＲ×ｇ（ＩＱＬａｂｅｌ） （３）

例えば、高画質モードの場合であれば、ｇ（ＩＱＬａｂｅｌ）を「１」とすることが好ましい。また、画質モードが通常画質モードの場合であれば、ｇ（ＩＱＬａｂｅｌ）を「１」よりも大きい値とすることが好ましい。また、後述するように、静止画取得指示が行われた場合における現発光量が目標光量以上の場合は、画質モードがいずれのモードであっても、ｇ（ＩＱＬａｂｅｌ）を「１」にして、増幅率の補正を解除する増幅率補正解除を行うことが好ましい。なお、ゲイン調整部６４に基づく処理の詳細については、後に詳述する。

リニアマトリクス処理は、オフセット処理をした画像の色再現性を高める処理であり、ガンマ変換処理は、リニアマトリクス処理後の画像の明るさや彩度を整える処理である。デモザイク処理（等方化処理や同時化処理とも言う）は、欠落した画素の画素値を補間する処理であり、ガンマ変換処理後の画像に対して施す。欠落した画素とは、カラーフィルタの配列のため、イメージセンサ４８において他の色の画素を配置しているために、画素値がない画素である。例えば、Ｂ画像はＢ画素において観察対象を撮影して得る画像なので、イメージセンサ４８のＧ画素やＲ画素に対応する位置の画素には画素値がない。デモザイク処理は、Ｂ画像を補間して、イメージセンサ４８のＧ画素及びＲ画素の位置にある画素の画素値を生成する。ＹＣ変換処理は、デモザイク処理後の画像を、輝度チャンネルＹと色差チャンネルＣｂ及び色差チャンネルＣｒに変換する処理である。

ノイズ低減部５８は、輝度チャンネルＹ、色差チャンネルＣｂ及び色差チャンネルＣｒに対して、例えば、移動平均法またはメディアンフィルタ法等を用いてノイズ低減処理を施す。変換部５９は、ノイズ低減処理後の輝度チャンネルＹ、色差チャンネルＣｂ及び色差チャンネルＣｒを再びＢＧＲの各色の画像に再変換する。

図４に示すように、画像処理部６０は、静止画取得部６６と、近接判定部６８とを有する。静止画取得部６６は、フリーズボタン１３ａの指示により、制御部５２を介して、画像信号取得部５４において処理が行われた観察対象の静止画を取得し、記憶する。なお、静止画は、画像信号の他、取得時間、取得環境等の各種メタデータを含んでもよい。

近接判定部６８は、先端部１２ｄと観察対象の距離を測定して、先端部１２ｄと観察対象との近接の程度を判定する。距離の測定については、例えば、画像信号の画素値の平均値等に基づいて算出することができる。

また、画像処理部６０は、各種処理を行った画像に対し、色変換処理、色彩強調処理、及び構造強調処理を施す。色変換処理は、ＢＧＲ各色の画像に対して３×３のマトリクス処理、階調変換処理、３次元ＬＵＴ（ルックアップテーブル）処理等を行う。色彩強調処理は、画像の色彩を強調する処理であり、構造強調処理は、例えば、血管やピットパターン等の観察対象の組織や構造を強調する処理である

表示制御部６２は、画像処理部６０から画像を順次取得し、取得した画像を表示に適した形式に変換してモニタ１８に順次出力表示する。これにより、医師等は、画像の動画または静止画を用いて観察対象を観察できる。

次に、光源制御部２２、ゲイン調整部６４及びフリーズボタン１３ａによる静止画取得指示の関連について、以下に説明する。図５において、グラフ７０は、発光量であり、グラフ７２は、ゲイン調整量である。グラフ７０及びグラフ７２がそれぞれ示す発光量及びゲイン調整量は、相対的または模式的な値であって、実際の量とは限らない。また、図５において、内視鏡先端部１２ｄは、観察対象に対して、時間が経過するにつれて、近くから遠くへと、動いているものとする。言い換えれば、時間が経過するにつれて、内視鏡先端部１２ｄが、観察対象から離れていくものとする。また、Ｐ１ないしＰ４並びにＳ１及びＳ２は、期間を示す。Ｐ１ないしＰ４並びにＳ１及びＳ２が示す期間は、相対的または模式的な値であって、実際の期間とは限らない。

光源制御部２２とゲイン調整部６４とは、制御部５２により関連して作動して、画像信号の明るさを保つように発光量の制御またはゲイン調整を行う。明るさは、明るさ算出部５５により取得され、明るさに関する情報が制御部５２に送られる。制御部５２は、明るさ算出部５５による画像信号の明るさに関する情報に従い、光源制御部２２とゲイン調整部６４とを制御する。光源制御部２２は、発光量を予め定めた第１上限値以下の範囲内で制御する発光量制限を行い（図５、Ｐ１）、ゲイン調整部６４は、発光量が第１上限値に達した場合には、画像信号を第１増幅率よりも大きい第２増幅率にて調整する（図５、Ｐ２）。

より具体的には、例えば、Ｐ１（図５）では、発光量が第１上限値に達するまでの間は、ゲイン調整部６４は、第１増幅率にて画像信号の信号値の調整を行う。本実施形態では第１増幅率は１倍であるため、実質的にゲイン調整による画像信号の増幅はされない。

次に、Ｐ２（図５）において、発光量が第１上限値に達した後は、光源制御部２２は、発光量を第１上限値を超えないように発光量を制限する制御を行う。そして、ゲイン調整部６４によるゲイン調整により、画像信号の明るさを保つ調整がなされる。そのため、ゲイン調整部６４は、第１増幅率よりも大きい第２増幅率によって、画像信号の信号値を調整する。ゲイン調整量は、画像信号の明るさが低下するにつれ、徐々に増加する。

ここで、静止画取得指示がある場合には、光源制御部２２は、発光量制限を解除することにより、第１上限値を超える発光量の発光を可能にする。これに伴って、ゲイン調整部６４は、第２増幅率から第１増幅率に戻して、画像信号の信号値を調整する。より具体的には、例えば、図５に示すように、フリーズボタン１３ａにより静止画取得指示Ｆ１が行われると、Ｓ１の期間でシャッタが開き、静止画を取得する。この際、光源制御部２２とゲイン調整部６４とが作動し、ゲイン調整部６４は、ゲイン調整量を第１増幅率とし、光源制御部２２は、発光量制限を解除したので、発光量を増加させる。この発光量は、静止画取得指示Ｆ１が行われた時点におけるゲイン調整量による。光源制御部２２は、静止画取得指示が行われた時点でのゲイン調整量がないとした場合における発光量まで、発光量を一時的に増加させ、静止画が取得される。これにより、ノイズの少ない高画質な静止画が得られる。

図５において、Ｐ３では、Ｐ１及びＰ２と同様、光源制御部２２は発光量を第１上限値以下に制御する。ゲイン調整量が最大増幅率まで増加した際は、最大増幅率に保たれる。なお、最大増幅率とは、第２増幅率の上限が設定される場合の上限を意味する。

ここで、静止画取得指示がある場合には、Ｓ１での場合と同様に、光源制御部２２は、発光量制限を解除することにより、第１上限値を超える発光量の発光を可能にし、ゲイン調整部６４は、第２増幅率を第１増幅率に戻して画像信号の信号値を調整する。より具体的には、例えば、図５に示すように、フリーズボタン１３ａにより静止画取得指示Ｆ２が行われると、Ｓ２の期間でシャッタが開き、静止画を取得する。この際、光源制御部２２とゲイン調整部６４とが作動し、ゲイン調整部６４は、ゲイン調整量を第１増幅率とし、光源制御部２２は、発光量制限を解除したので、発光量を増加させる。この発光量は、静止画取得指示が行われた時点におけるゲイン調整量による。光源制御部２２は、静止画取得指示Ｆ２が行われた時点でのゲイン調整量がないとした場合における発光量まで、発光量を一時的に増加させ、静止画が取得される。これにより、ノイズの少ない高画質な静止画が得られる。

以上のように、照明光の発光量は、静止画取得時を除き第１上限値に抑えられているため、内視鏡先端部の温度上昇が抑えられる。また、得られる静止画は、明るさが保たれた上に、ゲイン調整部６４による調整がされていないため、ゲイン調整に基づくノイズが含まれない良好な画像である。

次に、本発明はまた、第１上限値を内視鏡の先端部の推定温度に基づくものとする。すなわち、上記実施態様では、光源制御部２２による発光量制限は、予め定めた第１上限値以内の範囲内で制御するものとしているが、第１上限値を予め定めるのではなく、内視鏡先端部１２ｄの温度推定値である先端温度推定値Ｔｅが、予め定めた温度閾値Ｔ０を超えた際の発光量を、第１上限値とする。

図６に示すように、制御部５２は、温度推定部７４を有する。温度推定部７４は、例えば、内視鏡先端部１２ｄの温度を、一定時間の発光量の積算値である積算光量により推定する。すなわち、積算光量は、発光時間と発光量とを掛けた値である。積算光量と先端温度との相関を予め取得しておくことにより、積算光量から先端温度推定値Ｔｅを算出することができる。

図７において、グラフ７０は、発光量であり、グラフ７２は、ゲイン調整量である。また、図７において、内視鏡先端部１２ｄは、観察対象に対して、時間が経過するにつれて、近くから遠くへと動いているとすること等は、図５の場合と同様である。

光源制御部２２とゲイン調整部６４とは制御部５２により関連して作動して、画像信号の明るさを保とうとする。明るさは、明るさ算出部５５により取得され、明るさに関する情報が制御部５２に送られる。制御部５２は、明るさ算出部５５による画像信号の明るさに関する情報に従い、光源制御部２２とゲイン調整部６４とを調整する。温度推定部７４が、先端温度推定値Ｔｅが予め設定した温度閾値Ｔ０を超えたと推定した場合（図７において、ＴＭ）は、その際の発光量を第１上限値とし、発光量を第１上限値以下の範囲内で制御する発光量制限を行い、ゲイン調整部６４は、発光量が第１上限値に達した場合には、画像信号を第１増幅率よりも大きい第２増幅率にて調整する（Ｐ１およびＰ２（図７））。したがって、第１上限値は、先端温度推定値Ｔｅが予め設定した温度閾値Ｔ０を超えたと推定した場合であるため、その都度上下して変化する。

第１上限値を、先端温度推定値Ｔｅと温度閾値Ｔ０とに基づいて設定する以外は、第１上限値を予め定めた図５の場合と同様である。したがって、図７に示すように、Ｐ３およびＰ４における発光量及びゲイン調整量の関係、及び、静止画取得指示Ｆ１及びＦ２により静止画が取得されるＳ１及びＳ２の場合についても、図５と同様である。

以上のように、照明光の発光量は、静止画取得時を除き、先端温度推定値Ｔｅと温度閾値Ｔ０とに基づいて設定する第１上限値に抑えられているため、内視鏡先端部の温度上昇が抑えられる。また、得られる静止画は、明るさが保たれた上に、ゲイン調整部６４による調整がされていないため、ゲイン調整に基づくノイズが含まれない良好な画像である。

なお、内視鏡の挿入部が体内に挿入されているか否かを判定する体内挿入判定部７６を備え、光源制御部２２は、体内挿入判定部７６により内視鏡挿入部が体内に挿入されていないと判定された場合、発光量制限を行ってもよい。図２に示すように、内視鏡１２は、挿入センサ８０を備える。挿入センサ８０は、例えば、アングルノブ１２ｅのトルクの値、また、加速度センサの変化量とすることができる。また、図６に示すように、制御部５２は、体内挿入判定部７６を備える。体内挿入判定部７６は、挿入センサ８０からアングルノブ１２ｅのトルクの値、加速度センサの変化量等のデータを受けて、内視鏡の挿入部が体内に挿入されているか否かを判定する。

体内挿入判定部７６が、内視鏡の挿入部が体内に挿入されていないと判定した場合、光源制御部２２は、発光量の制限を行う。発光量の制限については、上記の発光量制限と同様に、発光量を第１上限値の範囲内に抑える制御とすることが好ましい。そして、例えば、その後に、内視鏡の挿入部が体内にあると判定した場合、光源制御部２２は、発光量の制限を解除する。

以上のように構成することにより、例えば、内視鏡検査の準備中、内視鏡システムの光源装置の電源をオンにして光源を点灯させた状態で、内視鏡を体内に挿入せず待機した場合でも、光量が過剰な状態で照明光の照射が継続し、内視鏡の先端部の温度が上昇することを防げる。

また、内視鏡の先端部を観察対象に近接させた位置で観察対象を観察する近接観察か否かを判定する近接判定部６８を備え、近接判定部６８により近接観察であると判定された場合は、静止画取得指示により、近接観察用シャッタ速度にて静止画を取得してもよい。図４に示すように、近接判定部６８は、画像処理部６０に備えられる。

近接観察用シャッタ速度は、近接判定部６８により近接観察であると判定されない場合における非近接観察用シャッタ速度より速くなるよう設定することができる。このように構成することにより、近接観察の際の静止画取得指示により、発光量制限が解除される上に、より速いシャッタ速度にて静止画を取得するため、得られる静止画において、高光量であり、かつ、ブレが少ないものとすることができる。

また、ゲイン調整部６４が画像信号を調整することにより生じる画像信号のノイズ許容値を予め設定し、第２増幅率の上限を示す最大増幅率は、ノイズ許容値に基づいて決定してもよい。ノイズ許容値の算出方法としては、予めノイズが許容されるゲイン調整量を求めておき、その逆数から光量を算出することもできる。すなわち、例えば、ゲイン調整前の画素値と、ゲイン調整後の画素値につき、増幅する割合をゲイン調整値（％）とすると、制限後の光量は、１００／ゲイン調整値（％）となる。

また、最大のノイズ許容値（ゲイン調整量）としては、次のような方法で、ノイズによる劣化のノイズ許容下限を設定してもよい。すなわち、最大のゲイン調整量は、被写体である観察対象において、グレー、または、粘膜付近のカラーパッチを撮影し、主観評価値と相関が高いＰＱＳ（Picture Quality Scale）を用いてノイズによる劣化の許容下限を設定する方法である。このように構成することにより、発光量が低く抑えられ、ゲイン調整をおこなっている際にもユーザーに画質劣化をユーザーに視認されにくいレベルにすることができる、なお、ＰＱＳについては、例えば、次の文献に記載されている。宮原（M.Miyahara）、「Objective picture quality scale (PQS) for image coding」、IEEE transactions on communications、Sep 1998、vol46、Issue9.

また、より具体的には、ノイズ許容値が「大」と「小」の二段階に分けた場合には、ノイズ許容値が「小」の場合の第２増幅率Ｓｍは、ノイズ許容値が「大」の第２増幅率Ｌａよりも小さく設定される。例えば、第２増幅率Ｓｍを用いる場合には、図８に示すように、照明光が発光制限された状態において、照明光の発光量を第１上限値に維持したままで、照明光の発光量のうち、例えば、緑色光Ｇの発光量を、中間程度に抑える。中間程度の発光量としては、例えば、緑色光Ｇの上限発光量と下限発光量の間の中間発光量とすることが好ましい。この場合には、画質が優先された、ノイズの少ない画像による観察となる。一方、第２増幅率Ｌａを用いる場合には、照明光が発光制限された状態において、照明光の発光量を第１上限値に維持したままで、照明光のうち緑色光Ｇの発光量を、下限発光量に抑える。この場合には、発光量低下が優先され、画質優先された画像に比べてノイズが多めの画像となる。

なお、下限発光量は、ノイズ許容下限から設定されるゲインの最大増幅率から設定される。より具体的には、内視鏡先端と被写体の距離を一定にした状態で、下限発光量で得られる画像の輝度信号とゲインの最大増幅率の乗算値が、上限発光量で得られる画像の輝度信号とゲインの第１増幅率の乗算値と等しくなるように、下限発光量が設定されることが好ましい。

上記の構成により、内視鏡の先端部の発熱量がより良く低減できる。緑色光Ｇは、画像を明るいと感じる成分であるため、ノイズ許容値に合わせて、緑色光の発光量を上記のように制御することによって、ノイズ許容値に合った明るい画像を取得することができる。

なお、光源制御部２２は、発光量を第２増幅率に基づいて決定する第２上限値以下の範囲内で制御する発光量制限を行い、第２上限値は、第１上限値より大きいものであってもよい。すなわち、光源制御部２２の発光量の第２上限値は、第２増幅率に基づいて決定してもよい。したがって、光源制御部２２の発光量の第２上限値は、第２増幅率でのゲイン調整部６４によるゲイン調整が無いものとしたときに、同等の明るさの画像信号を得る際の発光量を、第２上限値としてもよい。以上のように構成することにより、ゲイン調整部６４による増幅率が異なっても、画像信号の明るさが保たれるため、違和感なく観察をすることができる。

なお、ゲイン調整部６４が第１増幅率または第２増幅率にて画像信号を調整することにより、調整後の画像信号による輝度信号値が略一定となるようにしても良い。輝度信号値は、例えば、上記した画像信号の輝度Ｙとすることができる。本実施形態では、第１増幅率は１に設定しているが、１以上に設定してもよい。輝度信号値が略一定となるように増幅率を設定することにより、ゲイン調整部６４による増幅率が異なっても、画像信号の明るさが保たれるため、違和感なく観察をすることができる。

なお、光源部２０は、上記したとおり、少なくとも、赤色光、青色光、及び緑色光からなる照明光を発光し、光源制御部２２は、赤色光、青色光、及び緑色光の各発光量を、それぞれ独立して制御してもよい。したがって、光源制御部２２は、より詳細に発光量を制御することができる。また、例えば、複数の光源からなる照明光の発光量を調整することにより、血管等を強調する、酸素飽和度を表す画像を観察する等の、特殊観察モードにおいても、内視鏡先端部の発熱量を抑えつつ、ノイズが少ない画像とすることができる。

なお、ゲイン調整部６４は、赤色光、青色光、及び緑色光による各画像信号を、それぞれ独立して調整してもよい。例えば、青色光は、表層血管などを強調することができることから、青色光の発光量を他の赤色光及び緑色光等の発光量よりも大きくした場合には、他の赤色光及び緑色光に基づく赤色信号及び緑色信号の明るさを増加させるために、その他の赤色信号及び緑色信号の増幅率を青色光に基づく青色信号の増幅率よりも大きくするゲイン調整を行うことが好ましい。この場合には、表層血管を強調しつつ、明るい画像を取得することができる。

次に、本発明を一連の流れに沿って説明する。図９は、本発明の内視鏡システムを用いて観察対象を観察して静止画を取得する一連の流れの一例である。まず、照明光を点灯する（ステップＳ１００）。光源制御部２２は、発光量を予め定めた第１上限値以下の範囲内で制御する発光量制限を行う（ステップＳ１０１）。ゲイン調整部６４は、発光量が第１上限値に達した場合には、画像信号を第１増幅率よりも大きい第２増幅率にて調整する（ステップＳ１０２）。フリーズボタンが押下された場合（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、発光制限を解除して、第１上限値を超える発光量の発光を許可する（ステップＳ１０３Ａ）。また、光源制御部２２は、現発光量が目標光量より大きいかどうかを判定する（ステップＳ１０４）。現発光量が目標光量以上である場合は、増幅率補正制限解除を行った上で（ステップＳ１０５）、静止画が取得される（ステップＳ１０６）。現発光量が目標光量未満である場合は、そのまま静止画が取得される（ステップＳ１０６）。静止画を取得し、検査が終了した場合は（ステップＳ１０７）、エンドに進む。

また、図１０は、本発明の内視鏡システムを用いて観察対象を観察して静止画を取得する一連の流れの一例である。なお、図１０においては、先端温度の推定のステップが追加されている。まず、照明光を点灯する（ステップＳ１００）。

次に先端温度が推定される（ステップＳ１１１）。上記したように、Ｔｅは先端温度推定値である。また、Ｔ０は、温度閾値である。先端温度推定値Ｔｅが、温度閾値Ｔ０より大きい場合は（ステップＳ１１２）、ＹＥＳにすすみ、光源制御部２２により、発光量が制限される（ステップＳ１０１）。先端温度推定値Ｔｅが、温度閾値Ｔ０より小さい場合は（ステップＳ１１２）、発光量が制限されず、第１増幅率でゲイン調整が行われる。そして、フリーズボタン押下（ステップＳ１０３）に進む。

フリーズボタン押下以降のフローについては、先端温度を推定しない場合のフロー（図９参照）と同様である。なお、画質モードの選択を行う場合は、ステップＳ１１１の前に行われる。また、先端温度推定を行わない場合は、ステップＳ１１１とステップＳ１１２を行わなくてもよく、その場合はステップＳ１００からステップＳ１０１に進む。

なお、静止画取得指示は、フリーズボタン１３ａが押下され、発光制限の解除、増幅率補正制限の解除がなされた後に自動的に実施されても良い。また、フリーズ指示をフリーズボタン１３ａの半押しで実施するようにし、静止画取得指示をフリーズボタン１３ａの全押しで実施するようにしてもよい。また、内視鏡１２に設置された図示しない静止画取得指示ボタン、またはプロセッサ装置１６に接続された図示しないフットスイッチで静止画取得指示が行われてもよい。

以上のように構成することにより、本発明の内視鏡システムは、内視鏡先端部の温度上昇を抑え、かつ、良好な画像を取得することができる。すなわち、照明光の発光量は、静止画取得時を除き第１上限値に抑えられているため、内視鏡先端部の温度上昇が抑えられる。また、得られる静止画は、明るさが保たれた上に、ゲイン調整部６４による調整がされていないため、ゲイン調整に基づくノイズが含まれない良好な画像である。また、先端温度推定値Ｔｅを用いる構成とした場合は、照明光の発光量が、静止画取得時を除き、先端温度推定値Ｔｅと温度閾値Ｔ０とに基づいて設定する第１上限値に抑えられているため、内視鏡先端部の温度上昇が抑えられる。また、得られる静止画は、明るさが保たれた上に、ゲイン調整部６４による調整がされていないため、ゲイン調整に基づくノイズが含まれない良好な画像である。また、挿入センサ８０を用いる構成とした場合は、例えば、内視鏡検査の準備中、内視鏡システムの光源装置の電源をオンにして光源を点灯させた状態で、内視鏡を体内に挿入せず待機した場合でも、光量が過剰な状態で照明光の照射が継続し、内視鏡の先端部の温度が上昇することを防げる。

上記の内視鏡システム１０の作動方法は、光源部が、照明光を発光する発光ステップと、画像信号取得部５４が、照明光によって照明された観察対象を撮像して得られる画像信号を取得する画像取得ステップと、光源制御部２２が、照明光の発光量を制御する制御ステップと、ゲイン調整部６４が、画像信号を第１増幅率にて調整する調整ステップと、静止画取得部６６が、観察対象の静止画を取得するための静止画取得指示を行う静止画取得ステップと、を備え、光源制御部２２は、発光量を予め定めた第１上限値以下の範囲内で制御する発光量制限を行い、ゲイン調整部６４は、発光量が第１上限値に達した場合には、前像信号を第１増幅率よりも大きい第２増幅率にて調整し、静止画取得指示がある場合には、光源制御部２２は、発光量制限を解除することにより、第１上限値を超える発光量の発光を可能にし、ゲイン調整部６４は、画像信号を第１増幅率にて調整する。

上記において、画像信号取得部５４、制御部５２、明るさ算出部５５、画像処理部６０、表示制御部６２等といった各種の処理を実行する処理部（processing unit)のハードウェア的な構造は、次に示すような各種のプロセッサ（processor）である。各種のプロセッサには、ソフトウエア（プログラム）を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＦＰＧＡ (Field Programmable Gate Array) などの製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device:ＰＬＤ）、各種の処理を実行するために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路（Graphical Processing Unit:ＧＰＵ）などが含まれる。

１つの処理部は、これら各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種または異種の２つ以上のプロセッサの組み合せ（例えば、複数のＦＰＧＡや、ＣＰＵとＦＰＧＡの組み合わせ、ＧＰＵとＣＰＵの組み合わせ）で構成されてもよい。また、複数の処理部を１つのプロセッサで構成してもよい。複数の処理部を１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアントやサーバなどのコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウエアの組み合わせで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（System On Chip:ＳｏＣ）などに代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を１つのＩＣ（Integrated Circuit）チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサを１つ以上用いて構成される。

さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた形態の電気回路（circuitry）である。

１０ 内視鏡システム
１２ 内視鏡
１２ａ 挿入部
１２ｂ 操作部
１２ｃ 湾曲部
１２ｄ 先端部
１２ｅ アングルノブ
１３ａ フリーズボタン
１３ｂ 画質モード選択部
１３ｃ ズーム操作部
１４ 光源装置
１６ プロセッサ装置
１８ モニタ
１９ ユーザーインターフェース
２０ 光源部
２０ａ ＢＳ光源
２０ｂ ＢＬ光源
２０ｃ Ｇ光源
２０ｄ Ｒ光源
２２ 光源制御部
３０ａ 照明光学系
３０ｂ 撮像光学系
４１ ライトガイド
４５ 照明レンズ
４６ 対物レンズ
４７ ズームレンズ
４８ イメージセンサ
５２ 制御部
５４ 画像信号取得部
５５ 明るさ算出部
５６ ＤＳＰ
５８ ノイズ低減部
５９ 変換部
６０ 画像処理部
６２ 表示制御部
６４ ゲイン調整部
６６ 静止画取得部
６８ 近接判定部
７０、８２、８６ 発光量
７２、８４、８８ ゲイン調整量
７４ 温度推定部
７６ 体内挿入判定部
８０ 挿入センサ

Claims (10)

1. 照明光を発光する光源部と、
   前記照明光によって照明された観察対象を撮像して得られる画像信号を取得する画像信号取得部と、
   前記照明光の発光量を制御する光源制御部と、
   前記画像信号を第１増幅率にて調整するゲイン調整部と、
   前記観察対象の静止画を取得するための静止画取得指示を行う静止画取得指示部とを備え、
   前記光源制御部は、前記発光量を予め定めた第１上限値以下の範囲内で制御する発光量制限を行い、前記ゲイン調整部は、前記発光量が前記第１上限値に達した場合には、前記画像信号を前記第１増幅率よりも大きい第２増幅率にて調整し、
   前記静止画取得指示がある場合には、前記光源制御部は、前記発光量制限を解除することにより、前記第１上限値を超える前記発光量の発光を可能にし、前記ゲイン調整部は、前記画像信号を前記第１増幅率にて調整する内視鏡システム。
2. 前記照明光によって照明された観察対象を撮像する撮像センサを有する内視鏡と、
   前記内視鏡の挿入部が体内に挿入されているか否かを判定する体内挿入判定部とを備え、
   前記光源制御部は、前記体内挿入判定部により前記内視鏡の挿入部が体内に挿入されていないと判定された場合、前記発光量制限を行う請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 照明光を発光する光源部と、
   前記照明光によって照明された観察対象を撮像する撮像センサを有する内視鏡と、
   前記観察対象の撮像により得られる画像信号を取得する画像信号取得部と、
   前記内視鏡の先端部の温度を推定する温度推定部と、
   前記照明光の発光量を制御する光源制御部と、
   前記画像信号を第１増幅率にて調整するゲイン調整部と、
   前記観察対象の静止画を取得するための静止画取得指示を行う静止画取得指示部とを備え、
   前記光源制御部は、前記温度推定部が推定した前記先端部の温度が予め設定した温度閾値を超えた場合には、その際の前記発光量を第１上限値とし、前記発光量を前記第１上限値以下の範囲内で制御する発光量制限を行い、前記ゲイン調整部は、前記発光量が前記第１上限値に達した場合には、前記画像信号を前記第１増幅率よりも大きい第２増幅率にて調整し、
   前記静止画取得指示がある場合には、前記光源制御部は、前記発光量制限を解除することにより、前記第１上限値を超える前記発光量の発光を可能にし、前記ゲイン調整部は、前記画像信号を前記第１増幅率にて調整する内視鏡システム。
4. 前記内視鏡の挿入部が体内に挿入されているか否かを判定する体内挿入判定部を備え、
   前記光源制御部は、前記体内挿入判定部により前記内視鏡の挿入部が体内に挿入されていないと判定された場合、前記発光量制限を行う請求項３に記載の内視鏡システム。
5. 前記内視鏡の先端部を前記観察対象に近接させた位置で前記観察対象を観察する近接観察か否かを判定する近接判定部を備え、
   前記近接判定部により前記近接観察であると判定された場合は、前記静止画取得指示により、近接観察用シャッタ速度にて静止画を取得し、
   前記近接観察用シャッタ速度は、前記近接判定部により前記近接観察であると判定されない場合における非近接観察用シャッタ速度より速い請求項１ないし４のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
6. 前記ゲイン調整部が前記画像信号を調整することにより生じる前記画像信号のノイズ許容値を予め設定し、
   前記第２増幅率の上限を示す最大増幅率は、前記ノイズ許容値に基づいて決定する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
7. 前記静止画取得指示がある場合には、前記光源制御部は、前記発光量を第２上限値以下の範囲内で制御する発光量制限を行い、
   前記第２上限値は、前記第２増幅率に基づいて決定し、かつ、前記第１上限値より大きい請求項１ないし６のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
8. 前記ゲイン調整部が前記第１増幅率または前記第２増幅率にて前記画像信号を調整することにより、調整後の前記画像信号による輝度信号値が略一定となる請求項１ないし７のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
9. 前記光源部は、少なくとも、赤色光、青色光、及び緑色光からなる照明光を発光し、
   前記光源制御部は、前記赤色光、前記青色光、及び前記緑色光の各発光量を、それぞれ独立して制御する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
10. 前記ゲイン調整部は、前記赤色光、前記青色光、及び前記緑色光による各画像信号を、それぞれ独立して調整する請求項９に記載の内視鏡システム。

Images