JP4327380B2 - 蛍光画像表示方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、励起光の照射により生体組織から発生した蛍光を検出し、生体組織に関する情報を表す画像として表示する蛍光画像表示方法および蛍光画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、所定の波長帯域の励起光を生体被測定部に照射した場合に、正常組織と病変組織では、発する蛍光強度が異なることを利用して、生体被測定部に所定波長の励起光を照射し、生体被測定部が発する蛍光を受光することにより病変組織の局在・浸潤範囲を蛍光画像として表示する技術が提案されている。
【０００３】
通常、励起光を照射すると、図２１に示すように、正常組織からは強い蛍光が発せられ、病変組織からは微弱な蛍光が発せられるため、蛍光強度を測定することにより、病変状態を判定できる。
【０００４】
この種の蛍光画像表示装置は基本的に、励起光を生体被測定部に対して照射する励起光照射手段と、生体組織が発する蛍光から蛍光像を取得する蛍光像取得手段と、この蛍光像取得手段の出力を受けて上記蛍光像を表示する表示手段とからなるものであり、多くの場合、体腔内部に挿入される内視鏡や、コルポスコープあるいは手術用顕微鏡等に組み込まれた形に構成される。
【０００５】
ところで、上述のような蛍光画像表示装置においては、生体の部位に凹凸があるため励起光照射系から生体被測定部までの距離が均一ではなく、生体の励起光照射部分における励起光照度は一般に不均一である。蛍光強度は励起光照度にほぼ比例し、励起光照度は上記距離の２乗に反比例して低下する。そのため、光源から遠くにある正常組織よりも近くにある病変組織の方が強い蛍光を発する場合があり、観察者が蛍光強度のみに基づいた判定を行うと、病変状態の判定を誤ることもあり得る。
【０００６】
このような不具合を低減するため、本出願人は、正常組織から発せられる蛍光強度と病変組織から発せられる蛍光強度の差が大きい波長帯域４８０nm近傍の狭帯域の蛍光画像と、可視波長帯域の広帯域の蛍光画像とを撮像し、狭帯域の蛍光画像と、広帯域の蛍光画像の光強度の除算値を求め、この除算値に基づいた疑似カラー画像を表示する蛍光画像表示装置を提案している。
【０００７】
すなわち、上記除算により励起光光源および蛍光受光部と生体被測定部との距離に依存する蛍光強度の項はキャンセルされ、蛍光スペクトルの形状の違いのみが反映された表示が得られる。
【０００８】
また、一方では、本出願人は、生体組織の部位が受光した励起光の光強度と、この励起光の受光により前記部位から発せられた蛍光の光強度との比、すなわち励起光を照射する距離や角度によって影響を受けない値である蛍光収率を反映した値を求めることにより被測定部の組織性状を識別する方式も提案している。
【０００９】
上記蛍光収率を反映した値を求める際に、励起光は種々生体組織に対して一様な吸収を受けないため、反射された励起光の強度分布を測定しても生体組織が受光した励起光の強度分布を正しく測定したことにはならない。
【００１０】
そこで、蛍光収率を求める１つの方策として、種々生体組織に対して一様な吸収を受ける近赤外光を参照光として生体組織に照射し、反射された前記参照光の反射光を反射画像として撮像し、その光強度を生体組織が受光した励起光の光強度の代わりとして用いて、蛍光画像と、反射画像の光強度の除算値を求め、この除算値に基づいた疑似カラー画像を表示する蛍光画像表示装置を提案している。
【００１１】
すなわち、上記除算により励起光光源および蛍光受光部と生体被測定部との距離に依存する蛍光強度の項はキャンセルされ、蛍光収率の違いのみが反映された表示が得られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、蛍光画像間あるいは蛍光画像と反射画像間の除算を行うことにより、距離情報をキャンセルした疑似カラー画像は、生体組織から発せられる蛍光に関する情報を含むものの、病変状態の判定を行う上で、貴重な情報である生体組織の形状に関する情報が省略された合成画像となってしまう。また観察者にとっては、凹凸感の全くない平坦な印象を与える合成画像は、違和感の強いものとなる。
【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、励起光を照射された被測定部から発せられた蛍光に関する情報とともに、被測定部の形状に関する情報を含む画像を表示し、観察者に違和感を与えることのない、蛍光画像表示方法および装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
さらに、上記のように被測定部の形状に関する情報を含む画像を表示するため、
上記反射画像の光強度に基づいて輝度画像を生成し、上記擬似カラー画像と輝度画像を合成して診断画像を得るようにした場合には、参照光の照射による反射光の強度が弱いときには、その反射光の強度に基づく輝度画像はモノクロ画像であるため、画像全体が暗くなり、測定対象が視認できない場合がある。例えば、上記技術による蛍光画像表示装置が、体腔内部に挿入される内視鏡や、コルポスポープあるいは手術用顕微鏡等に組み込まれた形に構成された場合、体内挿入部を対象とされる被測定部付近まで挿入したとき、その先端が固定されていないため被測定部との距離が数ｍｍから５０ｍｍ程度の範囲に及ぶ。従って、体内挿入部先端と被測定部との距離が離れてしまった場合には、上記のように参照光の照射による反射光の強度が弱くなり、その結果輝度画像全体が暗くなり、測定対象が視認できない状況となってしまう。
【００１５】
本発明は、上記事情にも鑑みてなされたものであり、参照光の照射による反射光の強度が弱い場合でも、十分な明るさを持つ診断画像を表示することができる蛍光画像表示装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の蛍光画像表示方法は、励起光を被測定部に照射することにより被測定部から発生する蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像し、蛍光画像に基づく演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織性状を示す組織性状画像を生成し、蛍光画像に組織性状画像に割り当てられた色情報および輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に前記被測定部の組織形状を示す組織形状画像を生成し、組織性状画像と組織形状画像とを合成して合成画像を生成し、合成画像を表示することを特徴とするものである。
【００１７】
ここで、上記「蛍光画像に基づく演算画像」とは、例えば、複数の異なる波長帯域の蛍光画像の比から算出される画像とすることができ、上記比としては除算値を用いることができる。なお、除算値としては、蛍光画像の画素値に補正値を加算した上での除算による値や、除算した値に数学的処理を施した値等、除算に類する演算により算出された値も含むものである。また、演算画像を蛍光画像そのものとしてもよい。
【００１８】
また、上記「色情報」とは、例えば、顕色系（ＨＳＢ／ＨＶＣ／Ｌａｂ／Ｌｕｖ／Ｌａ＊ｂ＊／Ｌｕ＊ｖ＊色空間）や混色系（ＸＹＺ色空間）の色相、彩度、色度（色相および彩度）、TV信号等に代表される映像信号の色差（例えば、NTSC信号のYIQのIQ、YCｂCｒのCｂCｒ等）などを意味する。
【００１９】
また、上記「輝度情報」とは、例えば、顕色系（ＨＳＢ／ＨＶＣ／Ｌａｂ／Ｌｕｖ／Ｌａ＊ｂ＊／Ｌｕ＊ｖ＊色空間）や混色系（ＸＹＺ色空間）の明度、輝度、TV信号等に代表される映像信号の輝度（例えば、NTSC信号のYIQのY、YCｂCｒのY等）などを意味する。
【００２０】
また、上記「演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てる」とは、演算画像の画素値の大きさに応じて異なる色相、彩度、色度、色差、明度などの少なくとも１つを示す数値を各画素に割り当てることを意味する。
【００２１】
また、上記「蛍光画像に組織性状画像に割り当てられた色情報および輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てる」とは、上記のように演算画像に割り当てられた色情報および輝度情報との組み合わせを考慮して、蛍光画像に適当な色相、彩度、色度、色差、明度などの少なくとも１つを割り当てることを意味する。
【００２２】
本発明の第２の蛍光画像表示方法は、励起光を被測定部に照射することにより被測定部から発生する蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像し、参照光を被測定部に照射することにより被測定部から反射される反射光の強度に基づく反射画像を撮像し、蛍光画像に基づく演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織性状を示す組織性状画像を生成し、反射画像に組織性状画像に割り当てられた色情報および輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織形状を示す組織形状画像を生成し、組織性状画像と組織形状画像とを合成して合成画像を生成し、合成画像を表示することを特徴とするものである。
【００２３】
ここで、上記「蛍光画像に基づく演算画像」とは、例えば、複数の異なる波長帯域の蛍光画像の比から算出される画像、所定の波長帯域の蛍光画像と上記反画像の比から算出するものとすることができ、上記比としては除算値を用いることができる。なお、除算値としては、蛍光画像または反射画像の画素値に補正値を加算した上での除算による値や、除算した値に数学的処理を施した値等、除算に類する演算により算出された値も含むものである。また、演算画像を蛍光画像そのものとしてもよい。
【００２４】
また、上記「反射画像に組織性状画像に割り当てられた色情報および輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てる」とは、上記のように演算画像に割り当てられた色情報および輝度情報との組み合わせを考慮して、反射画像に適当な色相、彩度、色度、色差、明度などの少なくとも１つを割り当てることを意味する。
【００２５】
また、上記第１および第２の蛍光画像表示方法においては、撮像されたいずれかの画像の画素値の統計量を算出し、その統計量に基づいて輝度情報の表示階調を割り当てるようにすることができる。
【００２６】
ここで、上記「撮像されたいづれかの画像」とは、第１の蛍光画像表示方法においては上記演算画像または上記蛍光画像を意味し、第２の蛍光画像表示方法においては上記演算画像、上記蛍光画像または上記反射画像を意味する。
【００２７】
また、上記「統計量」とは、例えば、平均値、標準偏差、最大値および最小値などを意味するが統計的な量を示すものであれば如何なるものでもよい。
【００２８】
また、「統計量に基づいて輝度情報の表示階調を割り当てる」とは、上記統計量や上記統計量の組み合せ（例えば、平均値と標準偏差、平均値と最大値、平均値と最大値と最小値、平均値と標準偏差と最大値と最小値、最大値と標準偏差、最大値と最小値、最大値と最小値と標準偏差などの組み合せ）に基づいて、上記統計量の算出に用いられた上記撮像されたいづれか画像の各画素に、その画素値の大きさに応じて輝度情報の表示階調を示す数値を割り当てることを意味する。
【００２９】
また、統計量を、撮像されたいずれかの画像の一部の所望領域から算出するようにすることができる。
【００３０】
ここで、上記「一部の所望領域」とは、上記撮像されたいずれかの画像の範囲で特に注目して観察したい画像領域を意味する。
【００３１】
また、統計量に基づいて所定の係数を算出し、その算出された係数を撮像されたいずれかの画像に乗じ、その係数の乗じられた前記撮像されたいずれかの画像に輝度情報の表示階調を割り当てるようにすることができる。
【００３２】
ここで、上記「統計量に基づいて所定の係数を算出する」とは、例えば（１）式により係数を算出することを意味する。
上記撮像されたいずれかの画像の画素値の平均値をｍ、標準偏差をσ、任意の定数ａ、ｂ、ｃとすると、
輝度情報の表示階調の上限×ａ≒（ｍ＋ｂ×σ）×ｃ …（１）
そして、上記「係数の乗じられた前記撮像されたいずれかの画像に輝度情報の表示階調を割り当てる」とは、図１９に示すように、画素値分布１０を係数を乗ずることにより画素値分布２０とし、この画素値分布２０の値に対して輝度情報の表示階調を示す階調処理関数３０に従って輝度情報を示す数値を割り当てることを意味する。
【００３３】
また、統計量に基づいて輝度情報の表示階調を示す階調処理関数を決定し、その決定された階調処理関数に基づいて前記撮像されたいずれかの画像に輝度情報の表示階調を割り当てるようにすることができる。
【００３４】
ここで、「統計量に基づいて輝度情報の表示階調を示す階調処理関数を決定する」とは、例えば、図２０に示すように、階調処理関数３０に対して上記撮像されたいづれかの画像の画素値分布１０が図２０のように分布した場合、階調処理関数３０を階調処理関数４０に変更することを意味する。つまり、
輝度情報の表示階調の上限≒ｍ＋ｂ×σ
輝度情報の表示階調の下限≒ｍ−ｂ×σ
となるように階調処理関数を書き直すことを意味し、具体的には、変更前の階調処理関数をｆ（ｘ）、Ｍｉｎ＝ｍ−ｂ×σ、Ｍａｘ＝ｍ＋ｂ×σとしたとき、
ｆ（ｘ）をｆ（ｘ−Ｍｉｎ／（Ｍａｘ−Ｍｉｎ））と書き直すことを意味する。
【００３５】
そして、「決定された階調処理関数に基づいて前記撮像されたいづれかの画像に輝度情報の表示階調を割り当てる」とは、画素値分布１０の値に対して階調処理関数４０に従って輝度情報の表示階調を示す数値を割り当てることを意味する。
【００３６】
本発明の第１の蛍光画像表示装置は、励起光を被測定部に照射することにより被測定部から発生する蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像する蛍光像撮像手段と、蛍光画像に基づく演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織性状を示す組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段と、蛍光画像に組織性状画像に割り当てられた色情報および輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織形状を示す組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段と、組織性状画像と組織形状画像とを合成して合成画像を生成する合成画像生成手段と、合成画像生成手段により生成された合成画像を表示する表示手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００３７】
本発明の第２の蛍光画像表示装置は、励起光を被測定部に照射することにより被測定部から発生する蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像する蛍光像撮像手段と、参照光を被測定部に照射することにより被測定部から反射される反射光の強度に基づく反射画像を撮像する反射像撮像手段と、蛍光画像に基づく演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織性状を示す組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段と、反射画像に組織性状画像に割り当てられた色情報および輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織形状を示す組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段と、組織性状画像と組織形状画像とを合成して合成画像を生成する合成画像生成手段と、合成画像生成手段により生成された合成画像を表示する表示手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００３８】
また、上記第１および第２の蛍光画像表示装置においては、演算画像を複数の異なる波長帯域の蛍光画像の比に基づくものとすることができる。
【００３９】
また、上記第２の蛍光画像表示装置においては、演算画像を蛍光画像と反射画像の比に基づくものとすることができる。
【００４０】
また、上記第１および第２の蛍光画像表示装置においては、撮像されたいずれかの画像の画素値の統計量を算出する統計量算出手段と、その統計量に基づいて輝度情報の表示階調を割り当てる階調処理手段とを備えたものとすることができる。
【００４１】
また、統計量算出手段を、前記撮像されたいずれかの画像の一部の所望領域から統計量を算出するものとすることができる。
【００４２】
また、階調処理手段を、統計量に基づいて所定の係数を算出し、前記撮像されたいずれかの画像に係数を乗じ、その係数の乗じられた前記撮像されたいずれかの画像に輝度情報の表示階調を割り当てるものとすることができる。
【００４３】
また、階調処理手段を、統計量に基づいて輝度情報の表示階調を示す階調処理関数を決定し、その決定された階調処理関数に基づいて前記撮像されたいずれかの画像に輝度情報の表示階調を割り当てるものとすることができる。
【００４４】
また、前記撮像されたいずれかの画像の画素値が、９ｂｉｔ以上で示される場合、そのデータが上位８ｂｉｔ以下で示されるようビットシフトするビットシフト手段を備え、統計量算出手段が、そのビットシフトされたデータに基づいて統計量を算出するものとすることができる。
【００４５】
ここで、「上位８ｂｉｔ以下で示されるようビットシフトする」とは、上記画像の画素値を示すデータが９ｂｉｔ以上で示される場合、上位８ｂｉｔ以下のｂｉｔについては丸めこみをして８ｂｉｔ以下で示されるデータとし、８ｂｉｔの汎用統計演算機により演算できるようにすることを意味する。
【００４６】
また、階調処理手段をＯＮ／ＯＦＦ可能であるものとすることができる。
【００４７】
ここで、上記階調処理手段をＯＮにするとは階調処理を施すことを意味し、階調処理手段をＯＦＦにするとは階調処理を施さないことを意味し、上記「ＯＮ／ＯＦＦ可能」とは階調処理を施す場合と施さない場合とを切り換えることが可能であること意味する。階調処理を施さない場合とは、例えば、上記組織性状画像に輝度情報が割り当てられた場合であり、このとき上記階調処理を施すと組織性状（病変または正常）に関わらず明度等が変化し、組織性状の判断ができなくなるためである。また、このとき、階調処理を施さずに上記組織性状画像に基づく合成画像を表示し、組織性状を一旦判断した後に、上記階調処理手段をＯＮに切り換えて階調処理を上記組織性状画像に施すようにすれば、観察画面内での組織性状の詳細な変化を見ることができる。
【００４８】
また、上記のように組織性状画像に輝度情報が割り当てられた場合以外の場合においても、例えば、被測定部との距離が突然近くなったり、遠くなったりした場合に、表示される画像の輝度情報の表示階調が大きく変動することをさけるため階調処理手段はＯＦＦできるようにしておくことが望ましい。
【００４９】
また、合成画像生成手段を、組織性状画像と組織形状画像とを合成して合成画像を生成する際に、両画像の画素数が異なる場合には、いづれか一方の画素数に変換した後、合成画像を生成するものとすることができる。
【００５０】
ここで、「両画像の画素数が異なる場合には、いずれか一方の画素数に変化する」とは、例えば一方の画像の画素数が１００×１００画素であり、他方の画像の画素数が５００×５００画素であった場合に、１００×１００画素の画像の１つの画素を５×５個の画素に変換することにより、その画像の画素数を１００×１００画素から５００×５００画素に拡大処理することを意味する。また、逆に画素数が少ない画像の画素数に変換する場合には縮小処理すればよく、上記各台処理および縮小処理には、一般的な画像処理における手法を利用することができる。
【００５１】
また、生体内部に挿入される内視鏡挿入部を有する内視鏡の形態とすることができる。
【００５２】
また、励起光の光源をＧａＮ系の半導体レーザとし、その励起光の波長帯域を４００ｎｍから４２０ｎｍまでの範囲内とすることができる。
【００５３】
また、上記第１および第２の蛍光画像表示装置は、被測定部への白色光の照射により反射される反射光に基づく通常画像を撮像して表示するものと組み合わせてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
一般に「色」という概念は、「色知覚による色」と「色感覚による色」とに区別されている。「色知覚による色」とは、知覚色とも呼ばれ、心理量として人間の知覚した色を記号、色表等を用いて定性的に規定するものである。一方、「色感覚による色」は、心理物理量とも呼ばれ、心理量としての色とそれを感じさせる物理量としての光の分光特性の対応関係を測定する心理物理実験によって、心理物理量として定量的に規定されるものである。また、色を表示する体系である表色系には、知覚色を表示する顕色系と、心理物理色を表示する混色系とがある。
【００５５】
顕色系の代表的なもののひとつに、マンセル表色系がある。マンセル表色系では、色を色相（Ｈ：hue）、彩度（Ｓ：saturation）、明度（Ｖ：value）の３属性で定義している。色相（Ｈ）は、赤、青、黄といった色の違いを区別するものであり、まず、Ｒ（赤）、Ｙ（黄）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｐ（紫）の５つの色を基本色相とし、これら図１に示すような１つの円（色相環）の円周上に円を５等分するように配列する。次にその基本色相の中間にＹＲ、ＧＹ、ＢＧ、ＰＢ、ＲＰなる中間色を配置している。一般に、基本色相および中間色相には数字５を付与し、相隣合った色相の間を１０等分した１００色相を用いることが多いが、基本色相である５Ｒからの回転角度を用いれば、色相を連続値として表すこともできる。この場合には、例えば５Ｒは、Ｈ＝０rad と表示され、５ＹはＨ＝１／３rad 、５ＧはＨ＝２／３rad と表示できる。
【００５６】
明度（Ｖ）は、色の明るさを示す尺度として定義され、反射率０％の理想の黒の明度を０、反射率１００％の理想の白の明度を１０として表される。一般に人間の明るさの感覚は、反射率に比例せず、例えば反射率が約２０％程度のものを中間の明るさとして認識するため、マンセルの明度尺度は、ほぼ反射率の平方根に比例している。
【００５７】
彩度（Ｓ）は、色の鮮やかさの程度を示す尺度として定義され、各明度、色相ごとに、無彩色（灰色）を彩度０と定義して、もっとも鮮やかな色（単色）までを等間隔に区切り数字で表現している。
【００５８】
彩度を中心からの距離で表した色相環を明度ごとに作成し、これを明度の低いものから順に同心円状に積み重ねると、マンセルの３属性は、図２に示すような円筒形の色立体として表現できる。全ての色はこの色立体のどこかに位置づけられる。一般に、知覚色は、明度に対応する１次元座標（明度指数と呼ばれる）と、色相および彩度の属性を統合して考えた知覚色度と呼ばれる２次元座標からなる３次元座標空間で表示される。
【００５９】
一方、混色系を代表する表色系の代表的なものには、色を３つの源刺激（すなわち３原色の光）で定量的にあつかうＣＩＥ（国際照明委員会）表色系があり、主なものに、ＲＧＢ表色系とＸＹＺ表色系がある。経験的に、あらゆる色は、独立な３つの異なる色である３つの源刺激を適当な割合で混色することによって作り出すことができることが知られている。最も一般的な３つの源刺激は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）であり、これらの源刺激と、これらの源刺激の混合割合を示す３刺激値から、ＲＧＢ表色系が構成されている。しかしながら、ＲＧＢ表色系では、連続スペクトル光を加法混色により作成する際の刺激値をプロットした等色関数が波長によって負になるなどの、数学処理上の不便があるため、便宜上等色関数が全て正の値になるような座標変換を行い、ＲＧＢに対する新しい仮想的な源刺激であるＸ、Ｙ、Ｚを定めた、ＸＹＺ表色系が知られている。ＸＹＺ表色系では、数学的取り扱いを容易にするために、Z（輝度と呼ばれる）の等色関数が、波長に対する人間の目の感度を示す比視感度に等しくなるように定義されているため、色の明るさは、全てZのみで定められる。また色の違い（色度）は、次式により求められる色度座標ｘおよびｙにより定められる。
【００６０】
ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
図３は、上記ＸＹＺ系のｘｙ色度図を示すものである。色度上の２点を混色した色は、その２点を結ぶ直線上にあり、全ての色はつりがね状の曲線（スペクトル軌跡）とその両端を結ぶ直線（純紫軌跡）に囲まれた領域内の点で表される。なお、領域中央の白色点にむかうほど彩度は低くなる。また図中矢印は、色相の変化を表す。
【００６１】
さらに、TV信号等で代表される映像信号系で色を表す場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂを独立に伝送するのではなく、例えば、ＮＴＳＣ方式では、所定の演算により２つの色差信号Ｉ、Ｑと輝度信号Ｙに変換され使用される。また、この他にもＰＡＬ方式等に代表される映像信号により色を表し使用することが可能である。
【００６２】
本発明による第１の蛍光画像表示方法および装置によれば、励起光を被測定部に照射することにより被測定部から発生する蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像し、蛍光画像に基づく演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織性状を示す組織性状画像を生成し、蛍光画像に組織性状画像に割り当てられた色情報および輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織形状を示す組織形状画像を生成し、組織性状画像と組織形状画像とを合成して合成画像を生成し、合成画像を表示するようにしたので、１枚の合成画像上に、被測定部から発せられた蛍光に関する情報（組織性状に関する情報）と被測定部の組織形状に関する情報とを表示することができ、かつ観察者に違和感を与えることがない。
【００６３】
また、本発明による第２の蛍光画像表示方法および装置によれば、励起光を被測定部に照射することにより被測定部から発生する蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像し、参照光を被測定部に照射することにより被測定部から反射される反射光の強度に基づく反射画像を撮像し、蛍光画像に基づく演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織性状を示す組織性状画像を生成し、反射画像に組織性状画像に割り当てられた色情報および輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織形状を示す組織形状画像を生成し、組織性状画像と組織形状画像とを合成して合成画像を生成し、合成画像を表示するようにしたので、上記第１の蛍光画像表示方法および装置と同様の効果が得られるとともに、組織性状画像を参照光の照射に基づく反射画像から生成するようすることにより、より組織形状を正確に反映した合成画像を表示させることができる。
【００６４】
また、上記第１および第２の蛍光画像表示方法および装置において、演算画像を複数の異なる波長帯域の蛍光画像の比に基づくものとした場合には、被測定部から発せられた蛍光の蛍光スペクトルの形状の違いを反映させた演算画像を得ることができるので、被測定部の組織性状をより的確に反映した合成画像を表示することができる。
【００６５】
また、上記第２の蛍光画像表示方法および装置において、演算画像を蛍光画像と反射画像の比に基づくものとした場合には、被測定部から発せられた蛍光の蛍光収率を反映させた演算画像を得ることができるので、被測定部の組織性状をより的確に反映した合成画像を表示することができる。
【００６６】
また、上記第１および第２の蛍光画像表示方法および装置において、撮像されたいづれかの画像の画素値の統計量を算出し、その統計量に基づいて輝度情報の表示階調を割り当てるようにしたので、輝度情報が割り当てられる画像の画素値が小さい場合においても、常に所定の明るさ以上の合成画像を生成することができ、また、輝度情報の表示階調のダイナミックレンジを擬似的に拡大することができるので、常に視認可能な合成画像を提供することができる。さらに、生体内部に挿入する内視鏡等を利用した場合には、内視鏡先端部が被測定部から離れた場合においても所定の明るさ以上の合成画像を生成することができるので、広い測定距離範囲に渡って視認可能な合成画像を提供することができる。
【００６７】
また、上記統計量を、上記画像の一部の所望領域から統計量を算出するようにした場合には、所望領域の輝度情報の表示階調が最適化でき、また、統計量の演算量を減らすことができる。
【００６８】
また、上記統計量に基づいて所定の係数を算出し、その算出された係数を上記画像に乗じ、その係数を乗じた上記画像に輝度情報の表示階調を割り当てるものとした場合には、より簡易な演算方法により、適当な輝度情報の表示階調を割り当てることができる。
【００６９】
また、統計量に基づいて輝度情報の表示階調を示す階調処理関数を決定し、決定された階調処理関数に基づいて上記画像に輝度情報の表示階調を割り当てるものとした場合には、より簡易な演算方法により、合成画像における輝度情報の表示階調のダイナミックレンジを擬似的により拡大（イコライズ効果）することができる。
【００７０】
また、上記色情報として、表色系の顕色系の色度、表色系の混色系の色度または映像信号系の色差を用いた場合には、組織性状画像または組織形状画像への色情報の割り当てを容易に行なうことができる。
【００７１】
また、上記輝度情報として、表色系の顕色系の明度、表色系の混色系の明度または映像信号系の輝度を用いた場合には、組織性状画像または組織形状画像への輝度情報の割り当てを容易に行なうことができる。
【００７２】
また、例えば、顕色系の１つである、マンセル表色系を使用すれば、色情報を図１に示したマンセルの色相環における色相Ｈに対応させて定めることができ、容易に色相のみに対応させることができる。
【００７３】
また、例えば、混色系の１つである、ＸＹＺ表色系を使用すれば、色情報を図３に示したｘｙ色度図上の座標（ｘ，ｙ）に対応させて定めることができ、容易に色度に対応させることができる。
【００７４】
また、例えば、映像信号系の色差および輝度を用いた場合には、上記演算画像等から色差信号および輝度信号を決定し、その色差信号および輝度信号を直接ビデオ信号回路等に入力し、合成画像の色（色差および輝度）を決定することができる。
【００７５】
また、合成画像を生成する際の数学的処理が簡素化することができる。
【００７６】
また、上記統計量を演算する画像の画素値が、９ｂｉｔ以上で示される場合、画素値が上位８ｂｉｔ以下で示されるようビットシフトするビットシフト手段を備え、その統計量算出手段が、ビットシフトされた画素値に基づいて統計量を算出するようにした場合には、８ｂｉｔの汎用統計演算機を使用することができ、演算処理の高速化を図ることができる。
【００７７】
また、上記統計量に基づいて輝度情報の表示階調を割り当てる階調処理をON／OFF可能にした場合には、例えば、上記組織性状画像に輝度情報が割り当てられた場合においても、上記階調処理をOFFにすることにより組織性状の判断を的確に行なうことができ、また、組織性状を一旦判断した後には、上記階調処理手段をＯＮに切り換えて階調処理を上記組織性状画像に施すようにすれば、観察画面内での組織性状の詳細な変化を見ることができる。
【００７８】
また、上記のように組織性状画像に輝度情報が割り当てられた場合以外の場合においても、例えば、被測定部との距離が突然近くなったり、遠くなったりした場合などに階調処理をOFFにできるので表示される画像の輝度情報の表示階調の大きな変動を回避することができる。
【００７９】
また、統計量を、画素値の平均値または最大値を含む組み合せとした場合には、統計量の演算を比較的容易に行なうことができ、また、適当な明るさの表示階調を割り当てることができる。
【００８０】
また、上記組織性状画像と組織形状画像とを合成して合成画像を生成する際に、両画像の画素数が異なる場合には、いづれか一方の画素数に変換した後、合成画像を生成するようにしたので、例えば、画素数の少ない方の画像の画素数を画素数の大きい方の画素数に一致させた後、両画像に基づいて合成画像を生成した場合、例えば、蛍光等の光量が小さいため、蛍光画像を撮像する際、ビニング処理などを施す必要があり、蛍光画像の画素数が反射画像の画素数より少なくなる場合においても、合成画像の画素数を反射画像の画素数に合わせて表示することができ、被測定部の組織性状を的確に表示することができる。
【００８１】
また、例えば、画素数の多い方の画像の画素数を画素数の少ない方の画素数に一致させた後、両画像に基づいて合成画像を生成した場合には、余計な演算処理を行なうことなく画像処理の高速化を図ることができる。
【００８２】
また、励起光の光源に、ＧａＮ系の半導体レーザを用いれば、安価で小型な光源とすることができ、また、その波長帯域が４００ｎｍから４２０ｎｍまでの範囲内とすれば、効率よく蛍光を発せられることができる。
【００８３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、図４および図５を参照して、本発明による蛍光画像表示方法を実施する蛍光画像表示装置を適用した第１の具体的な実施の形態である蛍光内視鏡装置について説明する。図４は本発明による蛍光画像表示装置を適用した蛍光内視鏡装置の概略構成図である。本蛍光内視鏡装置では、励起光が照射された被測定部から発せられた蛍光をイメージファイバにより２次元的に検出し、波長帯域光４３０nm〜５３０nmの狭帯域蛍光画像と波長帯域光４３０nm〜７３０nmの広帯域蛍光画像とを撮像し、両画像の画素値の除算値に基づいて演算画像を生成し、その演算画像にマンセル表色系における色相Ｈを割り当てて主に組織性状を示す組織性状画像を生成し、また白色光を照射された被測定部の反射光からIR反射画像を撮像し、IR反射画像の画素値にマンセル表色系における明度Ｖを割り当てて主に組織形状を示す組織性状画像を生成し、上記組織形状画像と上記組織性状画像を合成した合成画像をモニタ上に表示するものである。
【００８４】
本発明の第１の実施の形態にかかる蛍光内視鏡装置は、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡挿入部１００、通常画像およびIR反射画像撮像用の白色光および蛍光画像撮像用の励起光を発する光源を備える照明ユニット１１０、波長帯域の異なる２種類の蛍光画像およびIR反射画像を撮像する撮像ユニット１２０、蛍光画像間の除算値を算出してその除算値に基づいた演算画像に色相を割り当てて組織性状画像を生成し、IR反射画像の画素値に明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成し、上記組織性状画像と上記組織形状画像を合成し合成画像を生成する合成画像生成ユニット1３０、通常画像および合成画像を可視画像として表示するための画像処理を行う画像処理ユニット１４０、各ユニットに接続され、動作タイミングの制御を行う制御用コンピュータ１５０、画像処理ユニット１４０で処理された通常画像を可視画像として表示するモニタ１６０、および画像処理ユニット１４０で処理された合成画像を可視画像として表示するモニタ１７０から構成されている。
【００８５】
内視鏡挿入部１００は、内部に先端まで延びるライトガイド１０１、ＣＣＤケーブル１０２およびイメージファイバ１０３を備えている。ライトガイド１０１およびＣＣＤケーブル１０２の先端部、即ち内視鏡挿入部１００の先端部には、照明レンズ１０４および対物レンズ１０５を備えている。また、イメージファイバ１０３は石英ガラスファイバであり、その先端部には集光レンズ１０６を備えている。ＣＣＤケーブル１０２の先端部にはＣＣＤ撮像素子１０７接続され、該ＣＣＤ撮像素子１０７には、プリズム１０８が取り付けられている。ライトガイド１０１は、多成分ガラスファイバである白色光ライトガイド１０１ａおよび石英ガラスファイバである励起光ライトガイド１０１ｂバンドルされ、ケーブル状に一体化されており、白色光ライトガイド１０１ａおよび励起光ライトガイド１０１ｂは照明ユニット１１０へ接続されている。ＣＣＤケーブル１０２の一端は、画像処理ユニット１４０に接続され、イメージファイバ１０３の一端は、撮像ユニット１２０へ接続されている。
【００８６】
照明ユニット１１０は、通常画像およびIR反射画像撮像用の白色光L１を発する白色光源１１１、該白色光源１１１に電気的に接続された白色光源用電源１１２、蛍光画像撮像用の励起光L２を発するＧａＮ系半導体レーザ１１４および該ＧａＮ系半導体レーザ１１４に電気的に接続されている半導体レーザ用電源１１５を備えている。
【００８７】
撮像ユニット１２０は、イメージファイバ１０３を経た蛍光L３から励起光近傍の波長である４２０nm以下の波長帯域をカットする励起光カットフィルタ１２１、３種類の光学フィルタが組み合わされた切換フィルタ１２２、該切換フィルタ１２２を回転させるフィルタ回転装置１２４、切換フィルタ１２２を透過した蛍光像またはIR反射像を撮像するＣＣＤ撮像素子１２５、該ＣＣＤ撮像素子１２５で撮像された蛍光画像およびIR反射画像をデジタル化するA/D変換回路１２６およびA/D変換回路１２６でデジタル化された画像信号を記憶する画像メモリ１２７とを備えている。
【００８８】
上記切換フィルタ１２２は図５に示すような、４３０nm〜７３０nmの光を透過させるバンドパスフィルタである光学フィルタ１２３ａと、４８０nm±５０nmの光を透過させるバンドパスフィルタである光学フィルタ１２３ｂと、７５０nm〜９００nmの光を透過させるバンドパスフィルタである光学フィルタ１２３ｃとから構成されている。光学フィルタ１２３ａは、広帯域蛍光画像撮像用の光学フィルタであり、光学フィルタ１２３ｂは、狭帯域蛍光画像撮像用の光学フィルタであり、光学フィルタ１２３ｃは、IR反射画像撮像用の光学フィルタである。この切換フィルタ１２２は、白色光L１が照射されている場合には、光路上に光学フィルタ１２３ｃが配置され、励起光L２が照射されている場合には、光学フィルタ１２３ａまたは光学フィルタ１２３ｂが交互に配置されるように、フィルタ回転装置１２４を介して制御用コンピュータ１５０に制御されている。
【００８９】
ＣＣＤ撮像素子１２５は、５００×５００画素の撮像素子であり、制御用コンピュータ１５０の制御によりIR反射画像を撮像する際には、通常の読み出しを行うが、蛍光画像を撮像する際には、蛍光画像の信号強度を上げるために、５×５個分の画素の出力を加算した上で読み出すビニング読み出しを行う。このため、蛍光画像を撮像する際には、見かけ上は１００×１００画素の撮像素子として動作する。
【００９０】
画像メモリ１２７は、図示省略した狭帯域蛍光画像記憶領域、広帯域蛍光画像記憶領域およびIR反射画像記憶領域から構成され、励起光L２が照射され、狭帯域蛍光画像撮像用の光学フィルタ１２３ａが光路上に配置された状態で撮像された蛍光画像は狭帯域蛍光画像記憶領域に保存され、励起光L２が照射され、広帯域蛍光画像撮像用の光学フィルタ１２３ｂが光路上に配置された状態で撮像された蛍光画像は広帯域蛍光画像記憶領域に保存される。また白色光L１が照射され、IR反射画像撮像用の光学フィルタ１２３ｃが光路上に配置された状態で撮像されたIR反射画像はIR反射画像記憶領域に保存される。
【００９１】
前述したように、読み出し方法が異なるため、IR反射画像の画素数は５００×５００画素であり、狭帯域蛍光画像および広帯域蛍光画像の画素数は１００×１００画素となる。
【００９２】
合成画像生成ユニット１３０は、予め、蛍光画像間の除算値の範囲とマンセルの色相環における色相Ｈ（０rad 〜２／３rad ，Red〜Yellow〜Green領域）とが対応したルックアップテーブルが記憶され、上記演算画像に色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段１３１、予めIR反射画像の画素値の範囲と、マンセル表色系における明度Ｖ（Ｖａｌｕｅ）とが対応したルックアップテーブルが記憶され、上記反射画像に明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段１３２、上記両画像に基づいて合成画像を生成する合成画像生成手段１３３から構成されている。
【００９３】
画像処理ユニット１４０は、ＣＣＤ撮像素子１０７で撮像された通常画像をデジタル化するA/D変換回路１４１、デジタル化された通常画像を保存する通常画像用メモリ１４３、該通常画像用メモリ１４３から出力された通常画像および合成画像生成手段１３３で合成された合成画像をビデオ信号に変換するビデオ信号処理回路１４４を備えている。
【００９４】
以下、本発明による蛍光表示装置を適用した上記構成の蛍光内視鏡装置の作用について説明する。本実施形態の蛍光内視鏡装置では、通常画像およびIR反射画像の撮像と、蛍光画像の撮像が時分割で交互に行われるが、まず、蛍光画像の撮像時の作用について説明する。
【００９５】
本蛍光内視鏡装置は、制御用コンピュータ１５０からの信号に基づき、半導体レーザ用電源１１５が駆動され、ＧａＮ系半導体レーザ１１４から波長４１０nmの励起光L２が射出される。励起光L２は、励起光用集光レンズ１１６を透過し、励起光ライトガイド１０１ｂに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ１０４から生体組織５０へ照射される。
【００９６】
励起光L２を照射されることにより生じる生体組織５０からの蛍光L３は、集光レンズ１０６により集光され、イメージファイバ１０３の先端に入射され、イメージファイバ１０３を経て、レンズ１２８により集光され、励起光カットフィルタ１２１および切換フィルタ１２２の光学フィルタ１２３ａまたは１２３ｂを透過する。
【００９７】
光学フィルタ１２３ａは、波長帯域４３０nm〜７３０nmの光を透過させるバンドパスフィルタであり、光学フィルタ１２３ａを透過した蛍光は、広帯域蛍光画像となる。光学フィルタ１２３ｂは、波長帯域４８０±５０nmの光を透過させるバンドパスフィルタであり、光学フィルタ１２３ｂを透過した蛍光は、狭帯域蛍光画像となる。
【００９８】
広帯域蛍光画像および狭帯域蛍光画像は、ＣＣＤ撮像素子１２５で受光され、光電変換された後、ビニング読み出しにより５×５画素分の信号が加算されて読み出され、A/D変換回路１２６でデジタル信号に変換され、画像メモリ１２７の広帯域蛍光画像記憶領域および狭帯域蛍光画像記憶領域に保存される。上記のようにビニング読み出しを行なうことにより光強度の弱い蛍光像を精度良く撮像することができるが、蛍光画像の画素数は、通常読み出しを行った場合の１／２５である１００×１００画素となる。
【００９９】
次に、IR反射画像の撮像時の作用について説明する。まず、制御用コンピュータ１５０からの信号に基づき白色光源電源１１２が駆動され、白色光源１１１から白色光L１が射出される。白色光L１は、白色光用集光レンズ１１３を経て白色光ライトガイド１０１ａに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ１０４から生体組織５０へ照射される。白色光L１の反射光L４は、集光レンズ１０６により集光され、イメージファイバ１０３の先端に入射され、イメージファイバ１０３を経て、レンズ１２８により集光され、励起光カットフィルタ１２１および切換フィルタ１２２の光学フィルタ１２３ｃを透過する。
【０１００】
光学フィルタ１２３ｃは、波長帯域７５０nm〜９００nmの光のみを透過させるバンドパスフィルタであるため、光学フィルタ１２３ｃを透過したIR反射像は、反射光L４の中の近赤外波長帯域のみが透過したIR反射像となる。
【０１０１】
このIR反射像は、ＣＣＤ撮像素子１２５で受光される。ＣＣＤ撮像素子１２５で光電変換されたIR反射画像は、A/D変換回路１２６でデジタル信号に変換された後、画像メモリ１２７のIR反射画像記憶領域に保存される。
【０１０２】
次に、合成画像の生成の作用について説明する。まず、合成画像生成ユニット１３０の組織性状画像生成手段１３１では、画像メモリ１２７の広帯域蛍光画像記憶領域および狭帯域蛍光画像記憶領域に保存された狭帯域蛍光画像および広帯域蛍光画像の各画素毎に、狭帯域蛍光画像における画素値を広帯域蛍光画像における画素値で除算し、その除算値と予め記憶されているルックアップテーブルを用いて、マンセル表色系における色相Ｈ（Ｈｕｅ）を割り当てて組織性状画像を生成し、合成画像生成手段１３３に出力する。
【０１０３】
また、組織形状画像生成手段１３２では、画像メモリ１２７のIR反射画像記憶領域に保存されたIR反射画像の各画素毎に、その画素値とルックアップテーブルを用いて、マンセル表色系における明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成し、合成画像生成手段１３３に出力する。
【０１０４】
合成画像生成手段１３３は、組織性状画像の１画素のデータを、５×５個の画素のデータに変換し、組織性状画像の画素数を１００×１００画素から５００×５００画素に拡大し、その後に、その組織性状画像と明度Ｖに基づいた組織形状画像を合成して合成画像を生成する。なお、画像をカラー表示する場合に、色の３属性である、色相、明度と彩度が必要であるため、画像合成の際には、マンセル表色系における彩度Ｓ（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）として、各色相、明度毎の最大値を設定する。
【０１０５】
その後、ＲＧＢ変換を行い、合成画像を生成しビデオ信号処理回路１４４へ出力する。
【０１０６】
ビデオ信号処理回路１４４によってビデオ信号に変換された合成画像は、モニタ１７０に入力され、該モニタ１７０に可視画像として表示される。上記一連の動作は、制御用コンピュータ１５０によって制御される。
【０１０７】
次に、通常画像の撮像時の作用について説明する。通常画像撮像時は、制御用コンピュータ１５０からの信号に基づき白色光源電源１１２が駆動され、白色光源１１１から白色光L１が射出される。白色光L１は、白色光用集光レンズ１１３を経て白色光ライトガイド１０１ａに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ１０４から生体組織５０へ照射される。
【０１０８】
白色光L１の反射光L４は対物レンズ１０５によって集光され、プリズム１０８に反射して、ＣＣＤ撮像素子１０７に結像される。
【０１０９】
CCD撮像素子１０７からの映像信号はA/D変換回路１４２へ入力され、デジタル化された後、通常画像用メモリ１４３に保存される。その通常画像用メモリ１４３により保存された通常画像信号は、ビデオ信号処理回路１４４によってビデオ信号に変換された後にモニタ１６０に入力され、該モニタ１６０に可視画像として表示される。上記一連の動作は、制御用コンピュータ１５０によって制御される。
【０１１０】
上記のような作用により、表示された合成画像の色相は、２種類の蛍光画像間の画素値の除算値、すなわち生体組織５０から発せられた蛍光の蛍光スペクトルの形状の違いを反映させたものとなり、明度は、IR反射画像の画素値、すなわち生体組織５０の形状を反映させたものとなるので、１枚の画像に、生体組織５０から発せられた蛍光に関する情報とともに、被測定部の形状に関する情報を表示することができ、観察者に違和感を与えることがない。このため、観察者は、容易に被測定部の組織性状を判定することができる。
【０１１１】
また、蛍光画像間の画素値の除算値に基づいて、マンセルの色相環における色相Ｈを定めたことにより、画素値の除算値を、容易に色相のみに対応させることができ、正確に蛍光の蛍光スペクトルの形状の違いを、合成画像に反映させることができる。
【０１１２】
さらに、蛍光画像は、撮像する際にビニング読み出しにより読み出されるため、蛍光画像の画素数は１００×１００画素であるが、合成画像を生成する際に、組織性状画像の１画素のデータを、５×５個の画素のデータに変換し、組織性状画像の画素数を１００×１００画素から５００×５００画素に拡大し、その後に、その組織性状画像と明度Ｖに基づいた組織形状画像を合成して合成画像を生成したので、表示画像の画素数は、５００×５００画素に対応したものとなり、被測定部の形状を明瞭に表示することができる。
【０１１３】
また、励起光L２の光源として、ＧａＮ系半導体レーザ１１４を用いたため、安価で小型な光源により励起光を照射することができる。また、励起光の波長を、４１０nmとしたため、生体組織５０から効率良く蛍光が発せられる。
【０１１４】
なお、上記第１の実施の形態の変型例として、合成画像を生成する際に、蛍光画像間の除算値と、予め蛍光画像間の除算値と対応して色相が記憶されているルックアップテーブルを用いて色相を定める代わりに、表１に示すような符号なし１６bitに変換された２種類の蛍光画像の画素値と色相Ｈが記憶されているルックアップテーブルを用いて色相Ｈを割り当てるものが考えられる。この場合には、蛍光画像間の除算が不用になるため、蛍光画像の画素値が小さい場合等でも、安定した数学的処理が可能となる。
【０１１５】
【表１】
次に図５および図６を参照して、本発明による蛍光画像表示方法を実施する蛍光画像撮像装置を適用した第２の具体的な実施の形態である蛍光内視鏡装置について説明する。図６は本発明による蛍光画像撮像装置を適用した蛍光内視鏡装置の概略構成図である。なお、本実施の形態において、上記第１の実施の形態と同様の要素については同じ番号を付するものとし、特に必要のない限りその説明を省略する。
【０１１６】
本発明による第２の実施の形態にかかる蛍光内視鏡装置は、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡挿入部１００、通常画像およびIR反射画像撮像用の白色光および蛍光画像用の励起光を発する光源を備えた照明ユニット１１０、波長帯域の異なる２種類の蛍光画像およびIR反射画像を撮像する撮像ユニット３００、蛍光画像間の除算地を算出してその除算値に基づいた演算画像に色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成し、IR反射画像の画素値に明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成し、上記組織性状画像と上記組織形状画像を合成し合成画像を生成する合成画像生成ユニット４００、通常画像および合成画像を可視画像として表示するための画像処理を行う画像処理ユニット５００、各ユニットに接続され、動作タイミングの制御を行う制御用コンピュータ２００、画像処理ユニット５００で処理された通常画像を可視画像として表示するモニタ６０１、および画像処理ユニット５００で処理された合成画像を可視画像として表示するモニタ６０２から構成される。
【０１１７】
撮像ユニット３００には、イメージファイバ１０３を経た蛍光L３から励起光近傍の波長である４２０nm以下の波長帯域をカットする励起光カットフィルタ３０２、３種類の光学フィルタが組み合わされた切換フィルタ３０３、該切換フィルタ３０３を回転させるフィルタ回転装置３０４、切換フィルタ３０３を透過した蛍光像またはIR反射像を撮像するＣＣＤ撮像素子３０６、該ＣＣＤ撮像素子３０６で撮像された信号をデジタル化するA/D変換回路３０７を備えている。
【０１１８】
上記切換フィルタ３０３は、上記第１の実施の形態と同様に、３種類の光学フィルタ３０３ａ、３０３ｂおよび３０３ｃから構成され、光学フィルタ３０３ａは４３０ｎｍから７３０ｎｍまでの波長の広帯域の蛍光像を透過させるバンドパスフィルタであり、光学フィルタ３０３ｂは４３０ｎｍから５３０ｎｍの狭帯域の蛍光像を透過させるバンドパスフィルタであり、光学フィルタ３０３ｃは７５０ｎｍから９００ｎｍのIR反射像を透過させるバンドパスフィルタである。
【０１１９】
合成画像生成ユニット４００は、デジタル化された異なる２つの波長帯域の蛍光画像信号データを記憶する蛍光画像用メモリ４０１、IR反射画像信号データを記憶するIR反射画像用メモリ４０３、蛍光画像用メモリ４０１に記憶された２つの波長帯域の蛍光画像の各画素値の比に応じた演算を行って、各画素の演算値に色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段４０２、IR反射画像用メモリ４０３に記憶されたIR反射画像の各画素値のうち、９ｂｉｔ以上の画素値については、８ｂｉｔにビットシフトするビットシフト手段４０９、ビットシフト手段４０９から出力された各画素値の所定の統計量を算出する８ｂｉｔの統計量演算機を備えた統計量算出手段４０４、統計量算出手段４０４から出力された統計量に基づいて所定の係数を算出する係数算出手段４０５、係数算出手段４０５から出力された所定の係数をIR反射画像の各画素値に乗ずる係数乗算手段４０６、係数乗算手段４０６から出力された各画素値に明度Ｖの表示階調を割り当てて組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段４０７、組織性状画像生成手段４０２から出力された組織性状画像と組織形状画像生成手段４０７から出力された組織形状画像を合成して合成画像として出力する合成画像生成手段４０８を備えている。なお、本実施の形態では、異なる２つの波長帯域の蛍光画像を蛍光画像用メモリ４０１に記憶し、IR反射画像をIR反射画像用メモリ４０３に記憶するようにしたが、蛍光画像用メモリ４０１とIR反射画像用メモリ４０３を共通化してもよい。その場合、その共通化したメモリは狭帯域蛍光画像記憶領域、広帯域蛍光画像記憶領域およびIR反射画像記憶領域から構成され、光学フィルタ３０３ａを透過した蛍光画像は、広帯域蛍光画像記憶領域に保存され、光学フィルタ３０３ｂを透過した蛍光画像は、狭帯域蛍光画像記憶領域に保存され、光学フィルタ３０３ｃを透過したIR反射画像は、IR反射画像記憶領域に保存されるようにすればよい。
【０１２０】
画像処理ユニット５００は、CCD撮像素子１０７で得られた映像信号をデジタル化するA/D変換回路５０１、デジタル化された通常画像を保存する通常画像用メモリ５０２、該通常画像用メモリ５０２から出力された画像信号および合成画像生成手段４０８から出力された合成画像信号をビデオ信号に変換するビデオ信号処理回路５０３を備えている。
【０１２１】
次に、以上のように構成された本実施の形態による蛍光画像表示装置を適用した蛍光内視鏡装置の作用について説明する。本実施形態の蛍光内視鏡装置も、上記第１の実施の形態と同様に、通常画像およびIR反射画像の撮像と、蛍光画像の撮像が時分割で交互に行われるが、蛍光画像の撮像時の作用、IR反射画像および通常画像の撮像時の作用も上記実施の形態と同様であるため、その説明を省略し、上記第１の実施の形態とは異なる合成画像の生成の作用について説明する。
【０１２２】
撮像ユニット３００でCCD撮像素子３０６により撮像され、デジタル化された広帯域蛍光画像および狭帯域蛍光画像は、蛍光画像用メモリ４０１に保存される。なお、CCD撮像素子３０６により撮像さた広帯域蛍光画像は、蛍光画像用メモリ４０１の図示省略した広帯域蛍光画像領域に保存され、狭帯域蛍光画像は、図示省略した狭帯域蛍光画像領域に保存される。そして、同じく撮像ユニット３００でCCD撮像素子３０６により撮像され、デジタル化されたIR反射画像は、反射画像用メモリ４０３に保存される。
【０１２３】
蛍光画像用メモリ４０１に保存された広帯域蛍光画像および狭帯域蛍光画像は、組織性状画像生成手段４０２で、上記第１の実施の形態と同様に各画像の各画素値の除算を行い演算画像を生成し、その演算画像の画素値に色相Hを割り当てて組織性状画像を生成して出力する。また、IR反射画像用メモリ４０３に保存されたIR反射画像は、ビットシフト手段４０９にて全ての画素値について９ｂｉｔ以上のデータは８ｂｉｔのデータにビットシフトされた後、統計量演算手段４０４に出力され、統計量演算手段４０４で各画素値の平均値ｍおよび標準偏差σが算出される。そして、平均値ｍおよび標準偏差σは係数算出手段４０５に出力される。係数算出手段４０５では、下式（２）に従って係数ｃが決定され、係数ｃは係数乗算手段４０６にてIR反射画像の各画素値の乗ぜられ、各画素の演算値は組織形状画像生成手段４０７に出力される。組織形状画像生成手段４０７では、各画素の演算値に明度Ｖの表示階調が割り当てられ組織形状画像を生成し出力する。
【０１２４】
輝度の表示階調の上限×ａ≒（ｍ＋ｂ＋σ）×ｃ…（２）
組織性状画像生成手段４０２から出力された組織性状画像と組織形状画像生成手段４０７から出力された組織形状画像は、上記第１の実施の形態と同様に、合成画像生成手段４０８にて合成され、ビデオ信号処理回路５０３に出力される。
【０１２５】
ビデオ信号処理回路５０３によってビデオ信号に変換された合成画像は、モニタ６０２に入力され、該モニタ６０２に可視画像として表示される。上記一連の動作は、制御用コンピュータ１５０によって制御される。なお、その他の作用については上記第１の実施の形態と同様である。
【０１２６】
また、上記組織性状画像の生成と組織形状画像の生成の作用については、組織性状画像を生成した後、組織形状画像を生成して両画像を合成するといった直列的な処理により行なわれてもよいし、組織性状画像の生成と組織形状画像の生成を同時に行なった後、合成するといった並列的な処理により行なわれてもよい。並列的な処理を行なった場合、処理速度の高速化を図ることができる。
【０１２７】
また、上記第２の実施の形態における階調処理はON／OFF可能にしておくことが望ましい。
【０１２８】
また、上記第２の実施の形態においては、IR反射画像の画素値より統計量として平均値と標準偏差を算出して、所定の係数ｃを算出するようにしたが、統計量として最大値と最小値の組み合わせを利用する場合は、例えば、（３）式により係数ｃを求めるようにすればよい。
【０１２９】
最大値をｍａｘ、最小値をｍｉｎ、IR反射画像に乗ずる係数をｃ、任意の定数をａ、ｂとすると、
輝度の表示階調の上限×ａ
≒（（ｍａｘ＋ｍｉｎ）／２＋ｂ×（ｍａｘ−ｍｉｎ）／２）×ｃ …（３）
また、上記第２の実施の形態において、統計量演算手段４０４で演算される統計量は、同一フレームにおいてリアルタイムに撮像されているIR反射画像に基づくものでなくてもよく、前のフレームにおいて撮像されたIR反射画像に基づくものとしてもよい。
【０１３０】
上記第２の実施の形態の蛍光内視鏡装置によれば、IR反射画像の画素値の統計量を算出し、その統計量に基づいて輝度情報の表示階調を割り当てるようにしたので、輝度情報が割り当てられる画像の画素値が小さい場合においても、常に所定の明るさ以上の合成画像を生成することができ、また、輝度情報の表示階調のダイナミックレンジを擬似的に拡大することができるので、常に視認可能な合成画像を提供することができる。さらに、内視鏡先端部が被測定部から離れた場合においても所定の明るさ以上の合成画像を生成することができるので、広い測定距離範囲に渡って視認可能な合成画像を提供することができる。
【０１３１】
次に、本発明による蛍光画像表示方法を実施する蛍光画像撮像装置を適用した第３の具体的な実施の形態である蛍光内視鏡装置について説明する。本実施の形態は、上記第１の実施形態または第２の実施形態において、狭帯域蛍光画像と広帯域蛍光画像の除算値に基づく演算画像に色相Hを割り当てて組織性状画像を生成していたのを、上記演算画像に彩度Ｓを割り当てて組織性状画像を生成し、上記組織形状画像と合成して合成画像を生成し表示するようにしたものである。組織形状画像については、上記第１および第２の実施の形態と同様に反射画像に明度Ｖを割り当てて生成する。本実施の形態により生成された合成画像は、色の三属性で表した場合、図７の斜線で示される範囲の色で表示されることになる。つまり、例えば、色相を緑とした場合（色相は適当なものを用いればよい。）、内視鏡挿入部１００の先端から被測定部までの距離が近い正常組織については、鮮やかな明るい緑、上記距離が遠い正常組織については、鮮やかな暗い緑、上記距離が近い病変組織については色味のない明るい白、上記距離が遠い病変組織については色味のない暗い黒で表示されることになる。その他の構成および作用については、上記第１または第２の実施の形態と同様である。
【０１３２】
また、上記第１から第３の実施の形態においては、白色光源１１１を通常画像用の白色光および参照光の光源として共通なものとしているが、それぞれの光源を別個に設ける構成としてもよい。
【０１３３】
また、上記第１から第３の実施の形態では、狭帯域蛍光画像と広帯域蛍光画像の比に基づいて演算画像を算出するようにしているが、狭帯域蛍光画像とIR反射画像の比に基づいて演算画像を算出するようにしてもよい。また、上記のように演算画像を算出することなく蛍光画像そのものに色相または彩度を割り当てるようにしてもよい。
【０１３４】
また、蛍光画像およびIR反射画像を撮像するCCD撮像素子を共通なものとしているが、それぞれ別個に設けてもよい。さらに、狭帯域蛍光画像および広帯域蛍光画像のそれぞれに別個にCCD撮像素子を設けるようにしてもよい。このように別個にCCD撮像素子を設けることにより、時系列にそれぞれ撮像するのではなく、並列的に撮像することが可能となる。
【０１３５】
次に、本発明による蛍光画像表示方法を実施する蛍光画像表示装置を適用した第４の蛍光内視鏡装置について説明する。図８は本発明による蛍光画像表示装置を適用した蛍光内視鏡装置の概略構成図である。
【０１３６】
本実施の形態のによる蛍光内視鏡装置は、面順次光（Lｒ、Lｇ、Lｂ）の照射により被測定部から反射された反射光をCCD撮像素子１５６により通常画像として撮像してモニタ１６１に表示し、一方、励起光の照射により被測定部から発せられた蛍光に基づいて狭帯域蛍光画像と広帯域蛍光画像をCCD撮像素子１５６により撮像し、両者の除算値に基づいてＸＹＺ表色系における色度座標ｘ，ｙを割り当てて組織性状画像を生成し、また参照光の照射により被測定部から反射された反射光をIR反射画像として撮像し、その画素値に基づいて輝度Zを割り当てて組織形状画像を生成し、上記組織性状画像および上記組織形状画像に基づいた合成画像をモニタ１６２に表示するものである。
【０１３７】
本発明の第４の実施の形態にかかる蛍光内視鏡装置は、先端部にCCD撮像素子１５６が設けられ、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡挿入部３５０、通常画像撮像用の照明光である面順次光（R光Lｒ、G光LｇおよびB光Lｂ）と蛍光画像撮像用の励起光L２とIR反射画像用の参照光L５を射出する照明ユニット３１０、上記蛍光画像間の除算値を算出してその除算値に基づいた演算画像に色度（色相および彩度）を割り当てて組織性状画像を生成し、IR反射画像の画素値に輝度Zを割り当てて組織形状画像を生成し、上記組織性状画像と上記組織形状画像を合成し合成画像を生成する合成画像生成ユニット３３０、通常画像および合成画像を可視画像として表示するための画像処理を行う画像処理ユニット３４０、各ユニットに接続され、動作のタイミングの制御を行う制御用コンピュータ３６０、画像処理ユニット３４０で処理された通常画像を可視画像として表示するモニタ１６１、および画像処理ユニット３４０で処理された合成画像を可視画像として表示するモニタ１６２から構成されている。
【０１３８】
内視鏡挿入部３５０は、内部に先端まで延びるライトガイド３５１およびCCDケーブル３５２を備え、ライトガイド３５１の先端部には照明レンズ１５４が設けられ、CCDケーブル３５２の先端部には対物レンズ１５５が設けられている。CCDケーブル３５２の先端部には、微小な帯域フィルタがモザイク状に組み合わされたモザイクフィルタ３５４がオンチップされたCCD撮像素子１５６が接続され、そのCCD撮像素子１５６には、プリズム１５７が取り付けられている。
【０１３９】
ライトガイド３５１は、面順次光用ライトガイド３５１ａ、励起光用ライトガイド３５１ｂおよび参照光用ライトガイド３５１ｃがバンドルされ、ケーブル状に一体化されており、各ライトガイドは、照明ユニット３１０に接続されている。
【０１４０】
ＣＣＤケーブル３５２は、CCD撮像素子１５６の駆動信号が送信される駆動ライン３５３ａとCCD撮像素子１５６からの信号を読み出す出力ライン３５３ｂとが組み合わされ、駆動ライン３５３ａの一端は、制御用コンピュータ３６０に接続され、出力ライン３５３ｂの一端は、合成画像生成ユニット３３０および画像処理ユニット３４０へ接続されている。
【０１４１】
モザイクフィルタ３５４は図９に示すように、４３０ｎｍ〜５３０ｎｍの波長帯域の光を透過させる狭帯域フィルタ３５４ａと、全波長帯域の光を透過させる全帯域フィルタ３５４ｂが交互に組み合わされ、各帯域フィルタはCCD撮像素子１５６の画素に一対一で対応している。
【０１４２】
照明ユニット３１０は、白色光を射出する白色光源１１１、その白色光源１１１に電気的に接続される白色光源用電源１１２、白色光をR光Ｌｒ、G光ＬｇおよびB光Ｌｂに、順次色分解するための切換フィルタ３１４、切換フィルタ３１４を回転させるフィルタ回転部３１５、蛍光画像撮像用の励起光L２を発するGaN系半導体レーザ２１１、そのGaN系半導体レーザ２１１に電気的に接続される半導体レーザ用電源２１２、IR反射画像撮像用の参照光L５を発する半導体レーザである参照光源３１１、その参照光源３１１に電気的に接続される参照光源用電源３１２を備えている。
【０１４３】
上記切換フイルタ３１４は、図１０に示すように、Ｒ光を透過するＲフィルタ３１４ａ、Ｇ光を透過するＧフィルタ３１４ｂ、Ｂ光を透過するＢフィルタ３１４ｃおよび遮光機能を有するマスク部３１４ｄとから構成されている。
【０１４４】
合成画像生成ユニット３３０は、励起光Ｌ２または参照光Ｌ５が照射された時に、ＣＣＤ撮像素子１５６で撮像された画像信号をデジタル化するA/D変換回路３３１、励起光Ｌ１が照射された時にモザイクフィルタ３５４の狭帯域フィルタ３５４ａと対応する画素で受光した狭帯域蛍光画像と、励起光Ｌ２が照射された時に全帯域フィルタ３５４ｂと対応する画素で受光した広帯域蛍光画像と、参照光Ｌ５が照射された時にモザイクフィルタ３５４の全帯域フィルタ３５４ｂと対応する画素で受光した反射画像とを、異なる記憶領域に保存する画像メモリ３３２と、画像メモリ３３２に記憶された隣接する画素で撮像された狭帯域蛍光画像と広帯域蛍光画像の除算値を算出し、各画素の演算値に色度座標x，yを割り当てて組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段３３３、画像メモリ３３２に記憶されたIR反射画像の各画素値のうち、９ｂｉｔ以上の画素値については、８ｂｉｔにビットシフトするビットシフト手段３３５、ビットシフト手段３３５から出力された各画素値の所定の統計量を算出する８ｂｉｔの統計量演算機を備えた統計量算出手段３３６、統計量算出手段３３６から出力された統計量に基づいて階調処理関数を決定する階調処理関数決定手段３３７、階調処理関数決定手段３３７から出力された階調処理関数に基づいてIR反射画像の各画素値に輝度Zの表示階調を割り当てて組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段３３８、組織性状画像生成手段３３３から出力された組織性状画像と組織形状画像生成手段３３８から出力された組織形状画像を合成して合成画像として出力する合成画像生成手段３３４を備えている。
【０１４５】
組織性状画像生成手段３３３には、予め、蛍光画像の除算値とＸＹＺ表色系における色度座標x，yとが対応したルックアップテーブルが記憶されている。このルックアップテーブルでは、上記除算値が符号なし16bi変換された値と、図３に示すxｙ色度図において、Red（６５０ｎｍ）〜Yellow〜Green（５２０ｎｍ）領域へかけてのスペクトル軌跡上の座標が、表２に示すように対応されている。
【０１４６】
【表２】
画像処理ユニット３４０は、Ｒ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇまたはＢ光Ｌｂが照射された時に、モザイクフィルタ３５４の広帯域フィルタ３５４ｂと対応する画素の画像信号をデジタル化するA/D変換回路３４２、デジタル化された通常画像を各色毎に保存する通常画像用メモリ３４３、通常画像を表示する際には、該通常画像用メモリ３４３から同期をとって出力された３色の画像信号をビデオ信号に変換して出力し、また蛍光画像を表示する際には、上記の合成画像生成ユニット３３０から出力された合成画像をビデオ信号に変換して出力するビデオ信号処理回路３４４を備えている。
【０１４７】
次に、上記実施の形態における蛍光内視鏡装置の作用について説明する。本蛍光内視鏡装置においては、通常画像の撮像と、IR反射画像の撮像と、蛍光画像の撮像とが時分割で行われ、通常像に基づいた通常画像はモニタ１６１に表示され、蛍光Ｌ３および反射光Ｌ４に基づいた合成画像はモニタ１６２に表示される。各像を時分割で撮像するために、照明ユニット３１０からは、Ｒ光Ｌｒ、Ｇ光Ｌｇ、Ｂ光Ｌｂ、励起光Ｌ２および参照光Ｌ５が順次射出される。
【０１４８】
まず、蛍光画像およびIR反射画像を撮像し、両画像に基づいて合成画像を生成し表示する作用について説明をする。蛍光画像撮像時は、制御用コンピュータ３５０からの信号に基づき、半導体レーザ用電源２１２が駆動され、ＧａＮ系半導体レーザ２１１から波長４１０nmの励起光Ｌ２が射出される。励起光Ｌ２は、レンズ２１３を透過し、励起光用ライトガイド３５１ｂに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ１５４から被測定部５０へ照射される。
【０１４９】
励起光Ｌ２を照射されることにより生じる被測定部５０からの蛍光は、集光レンズ１５５により集光され、プリズム１５７に反射して、モザイクフィルタ３５４を透過して、CCD撮像素子１５６上に蛍光像として結像される。この際励起光Ｌ２の反射光は、励起光カットフィルタ３５５によりカットされるため、CCD撮像素子１５６に入射することはない。
【０１５０】
CCD撮像素子１５６により光電変換された画像信号は、合成画像生成ユニット３３０のA/D変換回路３３１でデジタル信号に変換されて、狭帯域フィルタ３５４ａを透過した狭帯域蛍光画像と全帯域フィルタ３５４ｂを透過した広帯域蛍光画像に分けて、画像メモリ３３２のそれぞれの記憶領域へ記憶される。
【０１５１】
次に、参照光Ｌ５の照射によるIR反射画像を撮像する際の動作を説明する。コントローラ３５０からの信号に基づき、参照光源用電源３１２が駆動され、参照光源３１１から参照光Ｌ５が射出される。参照光Ｌ５は、参照光用レンズ３１３を透過し、参照光用ライトガイド３５１ｃに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ１５４から被測定部５０へ照射される。
【０１５２】
被測定部５０で反射された参照光L５の反射光L６は、集光レンズ１５５により集光され、プリズム１５７に反射して、モザイクフィルタ３５４を透過して、CCD撮像素子１５６上にIR反射光像として結像される。CCD撮像素子１５６により光電変換された画像信号は、全帯域フィルタ３５４ｂに対応する画素で受光された信号のみが合成画像生成ユニット３３０のA/D変換回路３３１でデジタル信号に変換されて、画像メモリ３３２の上記蛍光画像が記憶された領域とは異なる領域へIR反射画像として記憶される。
【０１５３】
画像メモリ３３２に保存された狭帯域蛍光画像および広帯域蛍光画像については、各画素毎に狭帯域蛍光画像の画素値が広帯域蛍光画像の画素値で除算され、その除算値を符号なし１６bitに変換した後、予め記憶されているルックアップテーブルを用いて、ＸＹＺ表色系における色度座標ｘ，ｙを割り当てて組織性状画像を生成し、合成画像生成手段２３３に出力する。
【０１５４】
また、画像メモリ３３２に保存されたIR反射画像は、ビットシフト手段３３５にてビットシフトされた後、統計量演算手段３３６で各画素値の平均値ｍおよび標準偏差σが算出される。そして、平均値ｍおよび標準偏差σは階調処理関数決定手段３３７に出力される。階調処理関数決定手段３３７では、変更前の階調処理関数をｆ（ｘ）とすると、ｆ（ｘ）をｆ（ｘ−Ｍｉｎ／（Ｍａｘ−Ｍｉｎ））（ここで、Ｍｉｎ＝ｍ−ｂ×σ、Ｍａｘ＝ｍ＋ｂ×σ）と書き直すことにより階調処理関数を変更して決定する。
【０１５５】
組織形状画像生成手段３３８では、その変更された階調処理関数に基づいてIR反射画像の各画素値にＸＹＺ表色系における輝度Zの表示階調を割り当てて組織形状画像を生成し出力する。
【０１５６】
そして、合成画像生成手段３３４は組織性状画像と輝度Zに基づいた組織形状画像を合成して合成画像を生成する。
【０１５７】
合成画像生成の際には、まず、色度座標ｘ，ｙおよび輝度Zと、次式からＸ、Ｙ、Ｚを求める。
【０１５８】
ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
ｚ＝Ｚ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
その後、次式を用いて、ＲＧＢ変換を行い、合成画像を生成しビデオ信号処理回路３４４へ出力する。
【０１５９】
Ｒ＝ 0.41844Ｘ−0.15866Ｙ−0.08283Ｚ
Ｇ＝−0.09117Ｘ＋0.25242Ｙ＋0.01570Ｚ
Ｂ＝ 0.00092Ｘ−0.00255Ｙ−0.17858Ｚ
ビデオ信号処理回路３４４によってビデオ信号に変換された合成画像は、モニタ１６２に入力され、該モニタ１６２に可視画像として表示される。上記一連の動作は、制御用コンピュータ３６０によって制御される。
【０１６０】
なお、本実施の形態では、演算画像にＸＹＺ表色系における色度座標ｘ，ｙを割り当てて組織性状画像を生成するようにしたが、色情報として色差信号を使用してもよい。この場合、演算画像に色差信号IQを割り当てて組織性状画像を生成し、IR反射画像に輝度信号Yを割り当てて組織形状画像を生成するようにすれば、演算画像から決定した色差信号IQとIR反射画像から決定した輝度信号Yをビデオ信号処理回路３４４に直接入力することができるので、RGB信号を生成する必要がなくなり、装置を簡略化することができる。
【０１６１】
次に、通常画像を表示する際の動作を説明する。この動作は、時分割で撮像されること以外は、第１の実施の形態とほぼ同様の動作であるため、動作の異なる部分を主に説明する。
【０１６２】
まず、Ｒ光Ｌｒが被測定部へ照射され、被測定部５０で反射されたＲ光Ｌｒの反射光は、CCD撮像素子１５６上にＲ光反射像として結像される。CCD撮像素子１５６より出力された信号の中で、モザイクフィルタ３５４の全帯域フィルタ３５４ｂと対応する画素で受光したＲ画像信号は、A/D変換回路３４２でデジタル信号に変換され、通常画像用メモリ３４３のＲ画像信号の記憶領域へ記憶される。以後、同様な動作によりＧ画像信号およびＢ画像信号が取得され、それぞれ、通常画像用メモリ３４３のＧ画像信号の記憶領域およＢ画像信号の記憶領域へ記憶される。
【０１６３】
３色の画像信号が通常画像用メモリ３４３に記憶されると、表示タイミングに合わせて同期をとって出力され、ビデオ信号処理回路３４４で、ビデオ信号に変換されて、モニタ１６１に出力され、カラー画像として表示される。
【０１６４】
なお、上記第４の実施の形態の変型例として、合成画像を生成する際に、予め蛍光画像間の除算値と対応して、色度座標ｘ，ｙが記憶されているルックアップテーブルを用いて色度座標x，ｙを定める代わりに、表３に示すような符号なし１６bitに変換された各蛍光画像の画素値と対応してRed（６５０nm）〜Yellow〜Green（５２０nm）領域の色相が記憶されているルックアップテーブルを用いて色度座標ｘ，ｙを定めるものが考えられる。
【０１６５】
【表３】
また、上記第４の実施の形態では、色空間としてＸＹＺ色空間を利用するようにしたが、ＨＳＶ色空間を利用するようにしてもよく、例えば、演算画像に色相と彩度を割り当てて組織性状画像を生成した場合、合成画像は図１１の斜線部で示される範囲の色で表示される。つまり、内視鏡挿入部１００の先端から被測定部までの距離が近い正常組織については、鮮やかな明るい緑、上記距離が遠い正常組織については、鮮やかな暗い緑、上記距離が近い病変組織については色味のない明るい赤、上記距離が遠い病変組織については色味のない暗い赤で表示されることになる。また、彩度の割り当てについては、上記のような割り当て方とは逆に、つまり、正常組織には低い彩度を割り当て、病変組織には高い彩度を割り当てるようにしてもよく、この場合、診断時に病変組織をより正確に画像として検出することができる。
【０１６６】
また、上記第４の実施の形態における階調処理はON／OFF可能にしておくことが望ましい。
【０１６７】
また、上記第４の実施の形態では、IR反射画像の画素値より統計量として平均値と標準偏差を算出して、階調処理関数を変更するようにしたが、統計量として最大値と最小値の組み合わせを利用する場合は、例えば、IR反射画像の画素値の最大値をｍａｘ、最小値をｍｉｎ、任意の定数をα、βとすると、
輝度の表示階調の上限
≒（ｍａｘ＋ｍｉｎ）／２＋α×（ｍａｘ−ｍｉｎ）／２
輝度の表示階調の下限
≒（ｍａｘ＋ｍｉｎ）／２−β×（ｍａｘ−ｍｉｎ）／２
となるように階調処理関数を書き直すようにすればよい。
【０１６８】
また、上記第４の実施の形態において、統計量演算手段３３６で演算される統計量は、同一フレームにおいてリアルタイムに撮像されているIR反射画像に基づくものでなくてもよく、前のフレームにおいて撮像されたIR反射画像に基づくものとしてもよい。
【０１６９】
次に、本発明による蛍光画像撮像装置を適用した第５の具体的な実施の形態である蛍光内視鏡装置について説明する。本実施の形態は、上記第１から第４の実施形態において、狭帯域蛍光画像と広帯域蛍光画像の除算値に基づく演算画像に色相Hまたは色度（色相および彩度）を割り当てて組織性状画像を生成していたのを、上記演算画像に明度Ｖ（輝度Z）を割り当てて組織性状画像を生成し、上記組織形状画像と合成して合成画像を生成し表示するようにしたものである。組織形状画像については、上記第１から第４の実施の形態と同様に反射画像に明度Ｖ（輝度Z）を割り当てて生成するようにすればよい。本実施の形態により生成された合成画像は、色の三属性で表した場合、図１２の太線矢印で示される範囲の色で表示されることになる。つまり、例えば、色相を緑とした場合（色相は適当なものを用いればよい）、内視鏡挿入部の先端から被測定部までの距離が近い正常組織については、明るい緑、上記距離が遠い正常組織については、暗い緑、上記距離が近い病変組織については暗い緑、上記距離が遠い病変組織についてはより暗い緑で表示されることになる。その他の構成および作用については、上記第１から第４の実施の形態と同様である。
【０１７０】
次に、本発明による蛍光画像表示方法を実施する蛍光画像表示装置を適用した第６の実施の形態である蛍光内視鏡装置について説明する。図１３は本発明による蛍光画像表示装置を適用した蛍光内視鏡装置の概略構成図である。なお、本実施の形態において、上記第４の実施の形態と同様の要素については同じ番号を付し、特に必要のない限り説明を省略する。
【０１７１】
本実施の形態のによる蛍光内視鏡装置は、面順次光（Lｒ、Lｇ、Lｂ）の照射により被測定部から反射された反射光をCCD撮像素子１５６により通常画像として撮像してモニタ１６１に表示し、一方、励起光の照射により被測定部から発せられた蛍光に基づいて広帯域蛍光画像をCCD撮像素子１５６により撮像し、また、参照光として上記Ｒ光Ｌｒを利用し、そのＲ光Ｌｒの照射により被測定部５０から反射された反射光L７をIR反射画像として撮像し、広帯域蛍光画像とIR反射反射画像の除算値に基づいて演算画像を算出し、その演算画像の画素値に基づいて色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成し、また、IR反射画像の画素値に基づいて彩度Ｓおよび明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成し、上記組織性状画像および上記組織形状画像に基づいた合成画像をモニタ１６２に表示するものである。
【０１７２】
本発明の第６の実施の形態にかかる蛍光内視鏡装置は、先端部にCCD撮像素子１５６が設けられ、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡挿入部３５０、通常画像撮像用の照明光および参照光である面順次光（R光Lｒ、G光LｇおよびB光Lｂ）と蛍光画像撮像用の励起光L２を射出する照明ユニット３７０、上記広帯域蛍光画像とIR反射画像の除算値を算出してその除算値に基づいた演算画像に色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成し、IR反射画像の画素値に彩度および明度を割り当てて組織形状画像を生成し、上記組織性状画像と上記組織形状画像を合成し合成画像を生成する合成画像生成ユニット３８０、通常画像および合成画像を可視画像として表示するための画像処理を行う画像処理ユニット３４０、各ユニットに接続され、動作のタイミングの制御を行う制御用コンピュータ３６０、画像処理ユニット３４０で処理された通常画像を可視画像として表示するモニタ１６１、および画像処理ユニット３４０で処理された合成画像を可視画像として表示するモニタ１６２から構成されている。
【０１７３】
ライトガイド３５１は、面順次光用のライトガイド３５１ａ、励起光用のライトガイド３５１ｂがバンドルされ、ケーブル状に一体化されており、各ライトガイドは、照明ユニット３１０に接続されている。
【０１７４】
照明ユニット３７０は、白色光を射出する白色光源１１１、その白色光源１１１に電気的に接続される白色光源用電源１１２、白色光をR光、G光およびB光に、順次色分解するための切換フィルタ３１４、切換フィルタ３１４を回転させるフィルタ回転部３１５、蛍光画像撮像用の励起光L２を発するGaN系半導体レーザ２１１、そのGaN系半導体レーザ２１１に電気的に接続される半導体レーザ用電源２１２を備えている。
【０１７５】
合成画像生成ユニット３８０は、励起光L２またはR光Lｒが照射された時に、ＣＣＤ撮像素子１５６で撮像された画像信号をデジタル化するA/D変換回路３８１、広帯域蛍光画像とIR反射画像とを異なる記憶領域に保存する画像メモリ３８２と、画像メモリ３８２に記憶された広帯域蛍光画像とIR反射画像の除算値を算出し、各画素の演算値に色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段３８３、画像メモリ３８２に記憶されたIR反射画像の各画素値に彩度および明度を割り当てて組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段３８５、組織性状画像生成手段３８３から出力された組織性状画像と組織形状画像生成手段３８５から出力された組織形状画像を合成して合成画像として出力する合成画像生成手段３８４を備えている。
【０１７６】
画像処理ユニット３４０は、Ｒ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇまたはＢ光Ｌｂが照射された時に、CCD撮像素子１５６により撮像された画像信号をデジタル化するA/D変換回路３４２、デジタル化された通常画像を各色毎に保存する通常画像用メモリ３４３、通常画像を表示する際には、該通常画像用メモリ３４３から同期をとって出力された３色の画像信号をビデオ信号に変換して出力し、また蛍光画像を表示する際には、上記の合成画像生成ユニット３８０から出力された合成画像をビデオ信号に変換して出力するビデオ信号処理回路３４４を備えている。
【０１７７】
次に、上記実施の形態における蛍光内視鏡装置の作用について説明する。本蛍光内視鏡装置においては、通常画像の撮像と蛍光画像の撮像とが時分割で行われ、IR反射画像は通常画像の撮像時におけるR光Lｒ照射時に同時に撮像される。通常像に基づいた通常画像はモニタ１６１に表示され、蛍光像およびIR反射光像に基づいた合成画像はモニタ１６２に表示される。各像を時分割で撮像するために、照明ユニット３１０からは、Ｒ光Ｌｒ、Ｇ光Ｌｇ、Ｂ光Ｌｂおよび励起光Ｌが順次射出される。
【０１７８】
まず、通常画像を表示する際の動作を説明する。Ｒ光Ｌｒが被測定部へ照射され、被測定部５０で反射されたＲ光Ｌｒの反射光L７は、CCD撮像素子１５６上にＲ光反射像として結像される。CCD撮像素子１５６より光電変換されたＲ画像信号は、A/D変換回路３４２でデジタル信号に変換され、通常画像用メモリ３４３のＲ画像信号の記憶領域へ記憶される。以後、同様な動作によりＧ画像信号およびＢ画像信号が取得され、それぞれ、通常画像用メモリ３４３のＧ画像信号の記憶領域およＢ画像信号の記憶領域へ記憶される。また、上記R画像信号はIR反射画像としても利用され、A/D変換回路３８１でデジタル信号に変換された後、画像メモリ３８２のIR反射画像の記憶領域へ記憶される。
【０１７９】
３色の画像信号が通常画像用メモリ３４３に記憶されると、表示タイミングに合わせて同期をとって出力され、ビデオ信号処理回路３４４で、ビデオ信号に変換されて、モニタ１６１に出力され、カラー画像として表示される。
【０１８０】
次に、蛍光画像およびIR反射画像に基づいて合成画像を生成し表示する作用について説明をする。蛍光画像撮像時は、制御用コンピュータ３６０からの信号に基づき、半導体レーザ用電源２１２が駆動され、ＧａＮ系半導体レーザ２１１から波長４１０nmの励起光Ｌ２が射出される。励起光Ｌ２は、レンズ２１３を透過し、励起光用ライトガイド３５１ｂに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ１５４から被測定部５０へ照射される。
【０１８１】
励起光Ｌ２を照射されることにより生じる被測定部５０からの蛍光は、集光レンズ１５５により集光され、プリズム１５７に反射して、CCD撮像素子１５６上に蛍光像として結像される。この際励起光Ｌ２の反射光は、励起光カットフィルタ3５5によりカットされるため、CCD撮像素子１５６に入射することはない。
【０１８２】
CCD撮像素子１５６により光電変換された画像信号は、合成画像生成ユニット３８０のA/D変換回路３８１でデジタル信号に変換されて、画像メモリ３８２の広帯域蛍光画像の記憶領域へ記憶される。
【０１８３】
一方、画像メモリ３８２には上記通常画像撮像時に撮像されたIR反射画像がすでに記憶されている。
【０１８４】
画像メモリ３８２に保存された広帯域蛍光画像およびIR反射画像については、組織性状画像生成手段３８２において、各画素毎に広帯域蛍光画像の画素値がIR反射画像の画素値で除算され、その除算値と予め記憶されているルックアップテーブルを用いて、マンセル表色系における色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成し、合成画像生成手段３３４に出力する。
【０１８５】
また、組織形状画像生成手段３８５では、画像メモリ３８２のIR反射画像記憶領域に保存されたIR反射画像の各画素毎に、その画素値とルックアップテーブルを用いて、マンセル表色系における明度Ｖおよび彩度Sを割り当てて組織形状画像を生成し、合成画像生成手段１３３に出力する。
【０１８６】
合成画像生成手段１３３は、その組織性状画像と明度Ｖおよび彩度Sに基づいた組織形状画像を合成して合成画像を生成する。なお、画像をカラー表示する場合には、ＲＧＢ変換を行い、合成画像を生成しビデオ信号処理回路３４４へ出力する。
【０１８７】
ビデオ信号処理回路１４４によってビデオ信号に変換された合成画像は、モニタ１７０に入力され、該モニタ１７０に可視画像として表示される。上記一連の動作は、制御用コンピュータ１５０によって制御される。
【０１８８】
本実施の形態により生成された合成画像は、色の三属性で表した場合、図１４の斜線部で示される範囲の色で表示されることになる。つまり、例えば、内視鏡挿入部の先端から被測定部までの距離が近い正常組織については、鮮やかな明るい緑、上記距離が遠い正常組織については、色味のない暗い緑、上記距離が近い病変組織については鮮やかな明るい赤、上記距離が遠い病変組織については色味のない暗い赤で表示されることになる。
【０１８９】
次に、本発明による蛍光画像表示方法を実施する蛍光画像撮像装置を適用した第７の実施の形態である蛍光内視鏡装置について説明する。本実施の形態は、上記第６の実施形態において広帯域蛍光画像とIR反射画像の除算値に基づく演算画像に色相Hを割り当てて組織性状画像を生成していたのを、上記演算画像に色相および彩度を割り当てて組織性状画像を生成し、上記組織形状画像と合成して合成画像を生成し表示するようにしたものである。本実施の形態により生成された合成画像は、ＨＳＶ空間で表した場合、図１５の斜線部で示される範囲の色で表示されることになる。つまり、例えば、内視鏡挿入部の先端から被測定部までの距離が近い正常組織については、鮮やかな明るい緑、上記距離が遠い正常組織については、色味のない暗い緑、上記距離が近い病変組織については色味のない明るい赤、上記距離が遠い病変組織については色味のないより暗い赤で表示されることになる。その他の構成および作用については、上記第６の実施の形態と同様である。
【０１９０】
次に、本発明による蛍光画像表示方法を実施する蛍光画像撮像装置を適用した第８の実施の形態である蛍光内視鏡装置について説明する。本実施の形態は、上記第６の実施形態において、IR反射画像に彩度Sおよび明度Vを割り当てて組織形状画像を生成していたものをIR反射画像に彩度Sのみを割り当てて組織形状画像を生成するようにし、上記組織性状画像と合成して合成画像を生成し表示するようにしたものである。本実施の形態により生成された合成画像は、色の三属性で表した場合、図１６の斜線部で示される範囲の色で表示されることになる。つまり、例えば、明度を１００％とした場合（明度は適当なものを用いればよい）、例えば、内視鏡挿入部の先端から被測定部までの距離が近い正常組織については、鮮やかな緑、上記距離が遠い正常組織については、色味のない緑、上記距離が近い病変組織については鮮やかな赤、上記距離が遠い病変組織については色味のない赤で表示されることになる。その他の構成および作用については、上記第６の実施の形態と同様である。
【０１９１】
また、上記各実施の形態における組織性状画像への色情報等の割り当て、および組織形状画像への色情報等の割り当ての形態の他にも、例えば、組織性状画像に彩度を割り当てて、組織形状画像には彩度および明度を割り当てるようにしてもよい。この場合、組織性状画像および組織形状画像に基づく合成画像は、図１７の斜線部で示される範囲の色で表示されることになる。つまり、例えば、色相を緑とした場合（色相は適当なものを用いればよい）、内視鏡挿入部の先端から被測定部までの距離が近い正常組織については、鮮やかな明るい緑、上記距離が遠い正常組織については、色味のない暗い緑、上記距離が近い病変組織については色味のない明るい白、上記距離が遠い病変組織については色味のない暗い黒で表示されることになる。この場合、第３の実施の形態で用いられた図７に示す範囲の色よりも色味と暗さが強調された色で表示されることになる。また、上記のように組織性状画像および組織蛍光画像の両方に彩度が割り当てられる場合には、例えば、所定の関数ｆを定め、彩度＝ｆ（組織性状画像，組織形状画像）となるように彩度を割り当ててもよい。所定の関数ｆは、例えば、ｆ（組織性状画像，組織形状画像）＝組織性状画像×組織形状画像とすればよい。
【０１９２】
また、例えば、組織性状画像に明度を割り当てて、組織形状画像には彩度および明度を割り当てるようにしてもよい。この場合、組織性状画像および組織形状画像に基づく合成画像は、図１８の斜線部で示される範囲の色で表示されることになる。つまり、例えば、色相を緑とした場合（色相は適当なものを用いればよい）、内視鏡挿入部の先端から被測定部までの距離が近い正常組織については、明るい緑、上記距離が遠い正常組織については、色味のない暗い緑、上記距離が近い病変組織については暗い緑、上記距離が遠い病変組織については色味のない暗い緑（上記距離が遠い正常組織よりも暗い緑）で表示されることになる。
【０１９３】
また、上記各実施の形態では、組織形状画像を生成する場合に、IR反射画像を利用したが、蛍光画像を利用するようにしてもよい。この場合、IR反射画像は忠実に組織形状、つまり、内視鏡挿入部先端と被測定部との距離情報を反映するが、蛍光画像は上記距離情報および組織性状の情報まで反映する。従って、組織性状画像には色相を割り当て、組織形状画像には蛍光画像に基づいて輝度（明度）を割り当て、この両画像に基づいて合成画像を生成した場合には、この合成画像は正常組織は緑でかつ明るく表示され、病変組織は赤でかつ暗く表示されるので、正常組織と病変組織との区別をより明確にすることができる。
【０１９４】
また、上記各実施の形態において、組織性状画像または組織形状画像に割り当てられない色情報および輝度情報がある場合には、適宜手動により調整できる形態としておくことが望ましい。特に、色情報の色相が割り当てられない場合には上記のような形態をとることがさらに望ましい。
【０１９５】
また、上記各実施の形態においては、色情報として顕色系の色相と彩度を利用したが、混色系の色度（XY）、映像信号の色差（例えば、ＮＴＳＣ信号のＹＩＱのＩＱ等）などを利用してもよい。
【０１９６】
また、上記実施の形態におけるCCD撮像素子には、電荷倍増型のCCD撮像素子を利用してもよい。電荷倍増型のCCD撮像素子はCMD（Charge Multiplying Detector）−CCDと呼ばれ、強度の電界領域中で電導電子と原子を衝突させ、このイオン化によって生じる電荷倍増効果により信号電荷を倍増し、撮像素子の撮像感度を向上させるものである。
【０１９７】
また、上記各実施の形態において、通常画像と合成画像を表示する方法については、２つのモニタにより別々に表示する形態となっているが、１つのモニタで兼用して表示するようにしてもよい。その際、通常画像と合成画像の表示の切換えは、制御用コンピュータにより時系列で自動的に行ってもよいし、観察者が適当な切替手段で、任意に切り換える形態であってもよい。
【０１９８】
また、上記各実施の形態において、イメージファイバは、石英ファイバではなく、多成分ガラスファイバにすることができる。このとき、多成分ガラスファイバに励起光が入射すると蛍光を発するので、励起光カットフィルタを、集光レンズとイメージファイバの蛍光像入射端との間に設置する必要がある。石英ファイバから多成分ガラスファイバにすることにより、コストを低減することができる。
【０１９９】
また、上記第１から第３の実施の形態においては、通常画像用のCCD撮像素子を内視鏡先端に設置する形態としたが、イメージファイバを用いることにより、撮像ユニット内に設置してもよい。さらに、通常画像用および蛍光画像および反射画像撮像用のイメージファイバと撮像素子を共通化してもよい。この場合には、４分割された切換フィルタ、あるいは４分割されたモザイクフィルタ等を利用して、通常画像を得るためのフィルタ手段を撮像素子の前面に設置しておけばよい。
【０２００】
また、上記各実施の形態における合成画像表示の関する画像処理は、各画素単位で行うことに限定されず、測定者の所望する任意の縦横ｎ×ｍ画素単位で行っても良い。
【０２０１】
また、合成画像表示に関する画像処理を行なっていない領域がある場合には、その領域の表示色を所定の色で表示することにより、合成画像表示に関する処理を行なった領域を明確に表示できる。画像処理を行なう画素を間引いた場合などには、近傍の画像処理結果により補間表示を行うようにしてもよい。
【０２０２】
また、励起光源は、波長として４００ｎｍから４２０ｎｍ程度のいずれのものを選んでもよい。
【０２０３】
また、励起光源と白色光源を別個のものとしたが、適当な切換フィルタを利用することにより光源を共通化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】マンセル表色系における色相環の説明図
【図２】マンセル色立体の説明図
【図３】ＸＹＺ表色系のｘｙ色度図
【図４】本発明の第１の実施の形態による蛍光内視鏡装置の概略構成図
【図５】第１および第２の実施の形態に使用される切換フィルタの概略構成図
【図６】本発明の第２の実施の形態による蛍光内視鏡装置の概略構成図
【図７】本発明の第３の実施の形態の蛍光内視鏡装置により表示される合成画像の色の範囲を示す図
【図８】本発明の第４の実施の形態による蛍光内視鏡装置の概略構成図
【図９】モザイクフィルタの模式図
【図１０】第４の実施の形態に使用される切換フィルタの概略構成図
【図１１】本発明の第４の実施の形態の蛍光内視鏡装置により表示される合成画像の色の範囲を示す図
【図１２】本発明の第５の実施の形態の蛍光内視鏡装置により表示される合成画像の色の範囲を示す図
【図１３】本発明の第６の実施の形態による蛍光内視鏡装置の概略構成図
【図１４】本発明の第６の実施の形態の蛍光内視鏡装置により表示される合成画像の色の範囲を示す図
【図１５】本発明の第７の実施の形態の蛍光内視鏡装置により表示される合成画像の色の範囲を示す図
【図１６】本発明の第８の実施の形態の蛍光内視鏡装置により表示される合成画像の色の範囲を示す図
【図１７】他の実施の形態の蛍光内視鏡装置により表示される合成画像の色の範囲を示す図
【図１８】他の実施の形態の蛍光内視鏡装置により表示される合成画像の色の範囲を示す図
【図１９】 IR反射画像に所定の係数を乗じて輝度情報の表示階調を割り当てを行なうことを示す説明図
【図２０】階調処理関数を変更して輝度情報の表示階調の割り当てを行なうことを示す説明図
【図２１】正常組織と病変組織の蛍光スペクトルの強度分布を示す説明図
【符号の説明】
１０、２０ 画素値分布
３０、４０ 階調処理関数
５０ 生体組織
１００，３５０ 内視鏡挿入部
１０１ ライトガイド
１０１ａ 白色光用ライトガイド
１０１ｂ，３５１ｂ 励起光用ライトガイド
１０２ ＣＣＤケーブル
１０３ イメージファイバ
１０４，１５４ 照明レンズ
１０５、１５５ 対物レンズ
１０６ 集光レンズ
１０７，１２５，１５６，３０６ CCD撮像素子
１０８，１５７ プリズム
１１０，３１０，３７０ 照明ユニット
１１１ 白色光源
１１２ 白色光源用電源
１１３ 白色光用集光レンズ
１１４，２１１ ＧａＮ系半導体レーザ
１１５，２１２ 励起光電源
１１６，２１３ 励起光用集光レンズ
１５０，２００，３６０ 制御用コンピュータ
１２０ 撮像ユニット
１２１，３０２，３５５ 励起光カットフィルタ
１２２，３０３ 切換フィルタ
１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ 光学フィルタ
１２４，３０４ フィルタ回転装置
１２６，１４１，３０７，３４２，５０１ A／D変換回路
１２７，３３２，３８２ 画像メモリ
１２８，３０１ レンズ
１２９，３０５ 蛍光用集光レンズ
１３０ 合成画像生成ユニット
１３１，３８３ 組織性状画像生成手段
１３２，３８５ 組織形状画像生成手段
１３３，３８４ 合成画像生成手段
１４０，３４０，５００ 画像処理ユニット
１４３，３４３，５０２ 通常画像用メモリ
１４４，３４４，５０３ ビデオ信号処理回路
１６０，１６１，１６２，１７０，６０１，６０２ モニタ
３０３a，３０３ｂ，３０３ｃ 光学フィルタ
３０７，３３１，３８１，５０１ A/D変換回路
３１１ 参照光源
３１２ 参照光源用電源
３１３ 参照光用レンズ
３１４ａ Ｒフィルタ
３１４ｂ Ｇフィルタ
３１５ｃ Ｂフィルタ
３３０，３８０ 合成画像生成ユニット
３３３ 組織性状画像生成手段
３３４ 合成画像生成手段
３３５，４０９ ビットシフト手段
３３６，４０４ 統計量演算手段
３３７ 階調処理関数決定手段
３３８ 組織形状画像生成手段
３５１ ライトガイド
３５１ａ 面順次光用ライトガイド
３５１ｃ 参照光用ライトガイド
３５２ ＣＣＤケーブル
３５３a 駆動ライン
３５３ｂ 出力ライン
３５４ モザイクフィルタ
３５４ａ 狭帯域フィルタ
３５４ｂ 全帯域フィルタ
４００、８００ 画像演算ユニット
４０１ 蛍光画像用メモリ
４０２ 組織性状画像生成手段
４０３ IR反射画像用メモリ
４０５ 係数算出手段
４０６ 係数乗算手段
４０７ 組織形状画像生成手段
４０８ 合成画像生成手段
４１５ 階調処理関数決定手段
５０２ 通常画像用メモリ
５０３ ビデオ信号処理回路
Ｌ１ 白色光
Ｌ２ 励起光
Ｌ３ 蛍光
Ｌ４，Ｌ６，Ｌ７ 反射光
Ｌ５ 参照光
Ｌｒ Ｒ光
Ｌｇ Ｇ光
Ｌｂ Ｂ光
【発明の属する技術分野】
本発明は、励起光の照射により生体組織から発生した蛍光を検出し、生体組織に関する情報を表す画像として表示する蛍光画像表示方法および蛍光画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、所定の波長帯域の励起光を生体被測定部に照射した場合に、正常組織と病変組織では、発する蛍光強度が異なることを利用して、生体被測定部に所定波長の励起光を照射し、生体被測定部が発する蛍光を受光することにより病変組織の局在・浸潤範囲を蛍光画像として表示する技術が提案されている。
【０００３】
通常、励起光を照射すると、図２１に示すように、正常組織からは強い蛍光が発せられ、病変組織からは微弱な蛍光が発せられるため、蛍光強度を測定することにより、病変状態を判定できる。
【０００４】
この種の蛍光画像表示装置は基本的に、励起光を生体被測定部に対して照射する励起光照射手段と、生体組織が発する蛍光から蛍光像を取得する蛍光像取得手段と、この蛍光像取得手段の出力を受けて上記蛍光像を表示する表示手段とからなるものであり、多くの場合、体腔内部に挿入される内視鏡や、コルポスコープあるいは手術用顕微鏡等に組み込まれた形に構成される。
【０００５】
ところで、上述のような蛍光画像表示装置においては、生体の部位に凹凸があるため励起光照射系から生体被測定部までの距離が均一ではなく、生体の励起光照射部分における励起光照度は一般に不均一である。蛍光強度は励起光照度にほぼ比例し、励起光照度は上記距離の２乗に反比例して低下する。そのため、光源から遠くにある正常組織よりも近くにある病変組織の方が強い蛍光を発する場合があり、観察者が蛍光強度のみに基づいた判定を行うと、病変状態の判定を誤ることもあり得る。
【０００６】
このような不具合を低減するため、本出願人は、正常組織から発せられる蛍光強度と病変組織から発せられる蛍光強度の差が大きい波長帯域４８０nm近傍の狭帯域の蛍光画像と、可視波長帯域の広帯域の蛍光画像とを撮像し、狭帯域の蛍光画像と、広帯域の蛍光画像の光強度の除算値を求め、この除算値に基づいた疑似カラー画像を表示する蛍光画像表示装置を提案している。
【０００７】
すなわち、上記除算により励起光光源および蛍光受光部と生体被測定部との距離に依存する蛍光強度の項はキャンセルされ、蛍光スペクトルの形状の違いのみが反映された表示が得られる。
【０００８】
また、一方では、本出願人は、生体組織の部位が受光した励起光の光強度と、この励起光の受光により前記部位から発せられた蛍光の光強度との比、すなわち励起光を照射する距離や角度によって影響を受けない値である蛍光収率を反映した値を求めることにより被測定部の組織性状を識別する方式も提案している。
【０００９】
上記蛍光収率を反映した値を求める際に、励起光は種々生体組織に対して一様な吸収を受けないため、反射された励起光の強度分布を測定しても生体組織が受光した励起光の強度分布を正しく測定したことにはならない。
【００１０】
そこで、蛍光収率を求める１つの方策として、種々生体組織に対して一様な吸収を受ける近赤外光を参照光として生体組織に照射し、反射された前記参照光の反射光を反射画像として撮像し、その光強度を生体組織が受光した励起光の光強度の代わりとして用いて、蛍光画像と、反射画像の光強度の除算値を求め、この除算値に基づいた疑似カラー画像を表示する蛍光画像表示装置を提案している。
【００１１】
すなわち、上記除算により励起光光源および蛍光受光部と生体被測定部との距離に依存する蛍光強度の項はキャンセルされ、蛍光収率の違いのみが反映された表示が得られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、蛍光画像間あるいは蛍光画像と反射画像間の除算を行うことにより、距離情報をキャンセルした疑似カラー画像は、生体組織から発せられる蛍光に関する情報を含むものの、病変状態の判定を行う上で、貴重な情報である生体組織の形状に関する情報が省略された合成画像となってしまう。また観察者にとっては、凹凸感の全くない平坦な印象を与える合成画像は、違和感の強いものとなる。
【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、励起光を照射された被測定部から発せられた蛍光に関する情報とともに、被測定部の形状に関する情報を含む画像を表示し、観察者に違和感を与えることのない、蛍光画像表示方法および装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
さらに、上記のように被測定部の形状に関する情報を含む画像を表示するため、
上記反射画像の光強度に基づいて輝度画像を生成し、上記擬似カラー画像と輝度画像を合成して診断画像を得るようにした場合には、参照光の照射による反射光の強度が弱いときには、その反射光の強度に基づく輝度画像はモノクロ画像であるため、画像全体が暗くなり、測定対象が視認できない場合がある。例えば、上記技術による蛍光画像表示装置が、体腔内部に挿入される内視鏡や、コルポスポープあるいは手術用顕微鏡等に組み込まれた形に構成された場合、体内挿入部を対象とされる被測定部付近まで挿入したとき、その先端が固定されていないため被測定部との距離が数ｍｍから５０ｍｍ程度の範囲に及ぶ。従って、体内挿入部先端と被測定部との距離が離れてしまった場合には、上記のように参照光の照射による反射光の強度が弱くなり、その結果輝度画像全体が暗くなり、測定対象が視認できない状況となってしまう。
【００１５】
本発明は、上記事情にも鑑みてなされたものであり、参照光の照射による反射光の強度が弱い場合でも、十分な明るさを持つ診断画像を表示することができる蛍光画像表示装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の蛍光画像表示方法は、励起光を被測定部に照射することにより被測定部から発生する蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像し、蛍光画像に基づく演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織性状を示す組織性状画像を生成し、蛍光画像に組織性状画像に割り当てられた色情報および輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に前記被測定部の組織形状を示す組織形状画像を生成し、組織性状画像と組織形状画像とを合成して合成画像を生成し、合成画像を表示することを特徴とするものである。
【００１７】
ここで、上記「蛍光画像に基づく演算画像」とは、例えば、複数の異なる波長帯域の蛍光画像の比から算出される画像とすることができ、上記比としては除算値を用いることができる。なお、除算値としては、蛍光画像の画素値に補正値を加算した上での除算による値や、除算した値に数学的処理を施した値等、除算に類する演算により算出された値も含むものである。また、演算画像を蛍光画像そのものとしてもよい。
【００１８】
また、上記「色情報」とは、例えば、顕色系（ＨＳＢ／ＨＶＣ／Ｌａｂ／Ｌｕｖ／Ｌａ＊ｂ＊／Ｌｕ＊ｖ＊色空間）や混色系（ＸＹＺ色空間）の色相、彩度、色度（色相および彩度）、TV信号等に代表される映像信号の色差（例えば、NTSC信号のYIQのIQ、YCｂCｒのCｂCｒ等）などを意味する。
【００１９】
また、上記「輝度情報」とは、例えば、顕色系（ＨＳＢ／ＨＶＣ／Ｌａｂ／Ｌｕｖ／Ｌａ＊ｂ＊／Ｌｕ＊ｖ＊色空間）や混色系（ＸＹＺ色空間）の明度、輝度、TV信号等に代表される映像信号の輝度（例えば、NTSC信号のYIQのY、YCｂCｒのY等）などを意味する。
【００２０】
また、上記「演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てる」とは、演算画像の画素値の大きさに応じて異なる色相、彩度、色度、色差、明度などの少なくとも１つを示す数値を各画素に割り当てることを意味する。
【００２１】
また、上記「蛍光画像に組織性状画像に割り当てられた色情報および輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てる」とは、上記のように演算画像に割り当てられた色情報および輝度情報との組み合わせを考慮して、蛍光画像に適当な色相、彩度、色度、色差、明度などの少なくとも１つを割り当てることを意味する。
【００２２】
本発明の第２の蛍光画像表示方法は、励起光を被測定部に照射することにより被測定部から発生する蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像し、参照光を被測定部に照射することにより被測定部から反射される反射光の強度に基づく反射画像を撮像し、蛍光画像に基づく演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織性状を示す組織性状画像を生成し、反射画像に組織性状画像に割り当てられた色情報および輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織形状を示す組織形状画像を生成し、組織性状画像と組織形状画像とを合成して合成画像を生成し、合成画像を表示することを特徴とするものである。
【００２３】
ここで、上記「蛍光画像に基づく演算画像」とは、例えば、複数の異なる波長帯域の蛍光画像の比から算出される画像、所定の波長帯域の蛍光画像と上記反画像の比から算出するものとすることができ、上記比としては除算値を用いることができる。なお、除算値としては、蛍光画像または反射画像の画素値に補正値を加算した上での除算による値や、除算した値に数学的処理を施した値等、除算に類する演算により算出された値も含むものである。また、演算画像を蛍光画像そのものとしてもよい。
【００２４】
また、上記「反射画像に組織性状画像に割り当てられた色情報および輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てる」とは、上記のように演算画像に割り当てられた色情報および輝度情報との組み合わせを考慮して、反射画像に適当な色相、彩度、色度、色差、明度などの少なくとも１つを割り当てることを意味する。
【００２５】
また、上記第１および第２の蛍光画像表示方法においては、撮像されたいずれかの画像の画素値の統計量を算出し、その統計量に基づいて輝度情報の表示階調を割り当てるようにすることができる。
【００２６】
ここで、上記「撮像されたいづれかの画像」とは、第１の蛍光画像表示方法においては上記演算画像または上記蛍光画像を意味し、第２の蛍光画像表示方法においては上記演算画像、上記蛍光画像または上記反射画像を意味する。
【００２７】
また、上記「統計量」とは、例えば、平均値、標準偏差、最大値および最小値などを意味するが統計的な量を示すものであれば如何なるものでもよい。
【００２８】
また、「統計量に基づいて輝度情報の表示階調を割り当てる」とは、上記統計量や上記統計量の組み合せ（例えば、平均値と標準偏差、平均値と最大値、平均値と最大値と最小値、平均値と標準偏差と最大値と最小値、最大値と標準偏差、最大値と最小値、最大値と最小値と標準偏差などの組み合せ）に基づいて、上記統計量の算出に用いられた上記撮像されたいづれか画像の各画素に、その画素値の大きさに応じて輝度情報の表示階調を示す数値を割り当てることを意味する。
【００２９】
また、統計量を、撮像されたいずれかの画像の一部の所望領域から算出するようにすることができる。
【００３０】
ここで、上記「一部の所望領域」とは、上記撮像されたいずれかの画像の範囲で特に注目して観察したい画像領域を意味する。
【００３１】
また、統計量に基づいて所定の係数を算出し、その算出された係数を撮像されたいずれかの画像に乗じ、その係数の乗じられた前記撮像されたいずれかの画像に輝度情報の表示階調を割り当てるようにすることができる。
【００３２】
ここで、上記「統計量に基づいて所定の係数を算出する」とは、例えば（１）式により係数を算出することを意味する。
上記撮像されたいずれかの画像の画素値の平均値をｍ、標準偏差をσ、任意の定数ａ、ｂ、ｃとすると、
輝度情報の表示階調の上限×ａ≒（ｍ＋ｂ×σ）×ｃ …（１）
そして、上記「係数の乗じられた前記撮像されたいずれかの画像に輝度情報の表示階調を割り当てる」とは、図１９に示すように、画素値分布１０を係数を乗ずることにより画素値分布２０とし、この画素値分布２０の値に対して輝度情報の表示階調を示す階調処理関数３０に従って輝度情報を示す数値を割り当てることを意味する。
【００３３】
また、統計量に基づいて輝度情報の表示階調を示す階調処理関数を決定し、その決定された階調処理関数に基づいて前記撮像されたいずれかの画像に輝度情報の表示階調を割り当てるようにすることができる。
【００３４】
ここで、「統計量に基づいて輝度情報の表示階調を示す階調処理関数を決定する」とは、例えば、図２０に示すように、階調処理関数３０に対して上記撮像されたいづれかの画像の画素値分布１０が図２０のように分布した場合、階調処理関数３０を階調処理関数４０に変更することを意味する。つまり、
輝度情報の表示階調の上限≒ｍ＋ｂ×σ
輝度情報の表示階調の下限≒ｍ−ｂ×σ
となるように階調処理関数を書き直すことを意味し、具体的には、変更前の階調処理関数をｆ（ｘ）、Ｍｉｎ＝ｍ−ｂ×σ、Ｍａｘ＝ｍ＋ｂ×σとしたとき、
ｆ（ｘ）をｆ（ｘ−Ｍｉｎ／（Ｍａｘ−Ｍｉｎ））と書き直すことを意味する。
【００３５】
そして、「決定された階調処理関数に基づいて前記撮像されたいづれかの画像に輝度情報の表示階調を割り当てる」とは、画素値分布１０の値に対して階調処理関数４０に従って輝度情報の表示階調を示す数値を割り当てることを意味する。
【００３６】
本発明の第１の蛍光画像表示装置は、励起光を被測定部に照射することにより被測定部から発生する蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像する蛍光像撮像手段と、蛍光画像に基づく演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織性状を示す組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段と、蛍光画像に組織性状画像に割り当てられた色情報および輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織形状を示す組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段と、組織性状画像と組織形状画像とを合成して合成画像を生成する合成画像生成手段と、合成画像生成手段により生成された合成画像を表示する表示手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００３７】
本発明の第２の蛍光画像表示装置は、励起光を被測定部に照射することにより被測定部から発生する蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像する蛍光像撮像手段と、参照光を被測定部に照射することにより被測定部から反射される反射光の強度に基づく反射画像を撮像する反射像撮像手段と、蛍光画像に基づく演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織性状を示す組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段と、反射画像に組織性状画像に割り当てられた色情報および輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織形状を示す組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段と、組織性状画像と組織形状画像とを合成して合成画像を生成する合成画像生成手段と、合成画像生成手段により生成された合成画像を表示する表示手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００３８】
また、上記第１および第２の蛍光画像表示装置においては、演算画像を複数の異なる波長帯域の蛍光画像の比に基づくものとすることができる。
【００３９】
また、上記第２の蛍光画像表示装置においては、演算画像を蛍光画像と反射画像の比に基づくものとすることができる。
【００４０】
また、上記第１および第２の蛍光画像表示装置においては、撮像されたいずれかの画像の画素値の統計量を算出する統計量算出手段と、その統計量に基づいて輝度情報の表示階調を割り当てる階調処理手段とを備えたものとすることができる。
【００４１】
また、統計量算出手段を、前記撮像されたいずれかの画像の一部の所望領域から統計量を算出するものとすることができる。
【００４２】
また、階調処理手段を、統計量に基づいて所定の係数を算出し、前記撮像されたいずれかの画像に係数を乗じ、その係数の乗じられた前記撮像されたいずれかの画像に輝度情報の表示階調を割り当てるものとすることができる。
【００４３】
また、階調処理手段を、統計量に基づいて輝度情報の表示階調を示す階調処理関数を決定し、その決定された階調処理関数に基づいて前記撮像されたいずれかの画像に輝度情報の表示階調を割り当てるものとすることができる。
【００４４】
また、前記撮像されたいずれかの画像の画素値が、９ｂｉｔ以上で示される場合、そのデータが上位８ｂｉｔ以下で示されるようビットシフトするビットシフト手段を備え、統計量算出手段が、そのビットシフトされたデータに基づいて統計量を算出するものとすることができる。
【００４５】
ここで、「上位８ｂｉｔ以下で示されるようビットシフトする」とは、上記画像の画素値を示すデータが９ｂｉｔ以上で示される場合、上位８ｂｉｔ以下のｂｉｔについては丸めこみをして８ｂｉｔ以下で示されるデータとし、８ｂｉｔの汎用統計演算機により演算できるようにすることを意味する。
【００４６】
また、階調処理手段をＯＮ／ＯＦＦ可能であるものとすることができる。
【００４７】
ここで、上記階調処理手段をＯＮにするとは階調処理を施すことを意味し、階調処理手段をＯＦＦにするとは階調処理を施さないことを意味し、上記「ＯＮ／ＯＦＦ可能」とは階調処理を施す場合と施さない場合とを切り換えることが可能であること意味する。階調処理を施さない場合とは、例えば、上記組織性状画像に輝度情報が割り当てられた場合であり、このとき上記階調処理を施すと組織性状（病変または正常）に関わらず明度等が変化し、組織性状の判断ができなくなるためである。また、このとき、階調処理を施さずに上記組織性状画像に基づく合成画像を表示し、組織性状を一旦判断した後に、上記階調処理手段をＯＮに切り換えて階調処理を上記組織性状画像に施すようにすれば、観察画面内での組織性状の詳細な変化を見ることができる。
【００４８】
また、上記のように組織性状画像に輝度情報が割り当てられた場合以外の場合においても、例えば、被測定部との距離が突然近くなったり、遠くなったりした場合に、表示される画像の輝度情報の表示階調が大きく変動することをさけるため階調処理手段はＯＦＦできるようにしておくことが望ましい。
【００４９】
また、合成画像生成手段を、組織性状画像と組織形状画像とを合成して合成画像を生成する際に、両画像の画素数が異なる場合には、いづれか一方の画素数に変換した後、合成画像を生成するものとすることができる。
【００５０】
ここで、「両画像の画素数が異なる場合には、いずれか一方の画素数に変化する」とは、例えば一方の画像の画素数が１００×１００画素であり、他方の画像の画素数が５００×５００画素であった場合に、１００×１００画素の画像の１つの画素を５×５個の画素に変換することにより、その画像の画素数を１００×１００画素から５００×５００画素に拡大処理することを意味する。また、逆に画素数が少ない画像の画素数に変換する場合には縮小処理すればよく、上記各台処理および縮小処理には、一般的な画像処理における手法を利用することができる。
【００５１】
また、生体内部に挿入される内視鏡挿入部を有する内視鏡の形態とすることができる。
【００５２】
また、励起光の光源をＧａＮ系の半導体レーザとし、その励起光の波長帯域を４００ｎｍから４２０ｎｍまでの範囲内とすることができる。
【００５３】
また、上記第１および第２の蛍光画像表示装置は、被測定部への白色光の照射により反射される反射光に基づく通常画像を撮像して表示するものと組み合わせてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
一般に「色」という概念は、「色知覚による色」と「色感覚による色」とに区別されている。「色知覚による色」とは、知覚色とも呼ばれ、心理量として人間の知覚した色を記号、色表等を用いて定性的に規定するものである。一方、「色感覚による色」は、心理物理量とも呼ばれ、心理量としての色とそれを感じさせる物理量としての光の分光特性の対応関係を測定する心理物理実験によって、心理物理量として定量的に規定されるものである。また、色を表示する体系である表色系には、知覚色を表示する顕色系と、心理物理色を表示する混色系とがある。
【００５５】
顕色系の代表的なもののひとつに、マンセル表色系がある。マンセル表色系では、色を色相（Ｈ：hue）、彩度（Ｓ：saturation）、明度（Ｖ：value）の３属性で定義している。色相（Ｈ）は、赤、青、黄といった色の違いを区別するものであり、まず、Ｒ（赤）、Ｙ（黄）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｐ（紫）の５つの色を基本色相とし、これら図１に示すような１つの円（色相環）の円周上に円を５等分するように配列する。次にその基本色相の中間にＹＲ、ＧＹ、ＢＧ、ＰＢ、ＲＰなる中間色を配置している。一般に、基本色相および中間色相には数字５を付与し、相隣合った色相の間を１０等分した１００色相を用いることが多いが、基本色相である５Ｒからの回転角度を用いれば、色相を連続値として表すこともできる。この場合には、例えば５Ｒは、Ｈ＝０rad と表示され、５ＹはＨ＝１／３rad 、５ＧはＨ＝２／３rad と表示できる。
【００５６】
明度（Ｖ）は、色の明るさを示す尺度として定義され、反射率０％の理想の黒の明度を０、反射率１００％の理想の白の明度を１０として表される。一般に人間の明るさの感覚は、反射率に比例せず、例えば反射率が約２０％程度のものを中間の明るさとして認識するため、マンセルの明度尺度は、ほぼ反射率の平方根に比例している。
【００５７】
彩度（Ｓ）は、色の鮮やかさの程度を示す尺度として定義され、各明度、色相ごとに、無彩色（灰色）を彩度０と定義して、もっとも鮮やかな色（単色）までを等間隔に区切り数字で表現している。
【００５８】
彩度を中心からの距離で表した色相環を明度ごとに作成し、これを明度の低いものから順に同心円状に積み重ねると、マンセルの３属性は、図２に示すような円筒形の色立体として表現できる。全ての色はこの色立体のどこかに位置づけられる。一般に、知覚色は、明度に対応する１次元座標（明度指数と呼ばれる）と、色相および彩度の属性を統合して考えた知覚色度と呼ばれる２次元座標からなる３次元座標空間で表示される。
【００５９】
一方、混色系を代表する表色系の代表的なものには、色を３つの源刺激（すなわち３原色の光）で定量的にあつかうＣＩＥ（国際照明委員会）表色系があり、主なものに、ＲＧＢ表色系とＸＹＺ表色系がある。経験的に、あらゆる色は、独立な３つの異なる色である３つの源刺激を適当な割合で混色することによって作り出すことができることが知られている。最も一般的な３つの源刺激は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）であり、これらの源刺激と、これらの源刺激の混合割合を示す３刺激値から、ＲＧＢ表色系が構成されている。しかしながら、ＲＧＢ表色系では、連続スペクトル光を加法混色により作成する際の刺激値をプロットした等色関数が波長によって負になるなどの、数学処理上の不便があるため、便宜上等色関数が全て正の値になるような座標変換を行い、ＲＧＢに対する新しい仮想的な源刺激であるＸ、Ｙ、Ｚを定めた、ＸＹＺ表色系が知られている。ＸＹＺ表色系では、数学的取り扱いを容易にするために、Z（輝度と呼ばれる）の等色関数が、波長に対する人間の目の感度を示す比視感度に等しくなるように定義されているため、色の明るさは、全てZのみで定められる。また色の違い（色度）は、次式により求められる色度座標ｘおよびｙにより定められる。
【００６０】
ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
図３は、上記ＸＹＺ系のｘｙ色度図を示すものである。色度上の２点を混色した色は、その２点を結ぶ直線上にあり、全ての色はつりがね状の曲線（スペクトル軌跡）とその両端を結ぶ直線（純紫軌跡）に囲まれた領域内の点で表される。なお、領域中央の白色点にむかうほど彩度は低くなる。また図中矢印は、色相の変化を表す。
【００６１】
さらに、TV信号等で代表される映像信号系で色を表す場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂを独立に伝送するのではなく、例えば、ＮＴＳＣ方式では、所定の演算により２つの色差信号Ｉ、Ｑと輝度信号Ｙに変換され使用される。また、この他にもＰＡＬ方式等に代表される映像信号により色を表し使用することが可能である。
【００６２】
本発明による第１の蛍光画像表示方法および装置によれば、励起光を被測定部に照射することにより被測定部から発生する蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像し、蛍光画像に基づく演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織性状を示す組織性状画像を生成し、蛍光画像に組織性状画像に割り当てられた色情報および輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織形状を示す組織形状画像を生成し、組織性状画像と組織形状画像とを合成して合成画像を生成し、合成画像を表示するようにしたので、１枚の合成画像上に、被測定部から発せられた蛍光に関する情報（組織性状に関する情報）と被測定部の組織形状に関する情報とを表示することができ、かつ観察者に違和感を与えることがない。
【００６３】
また、本発明による第２の蛍光画像表示方法および装置によれば、励起光を被測定部に照射することにより被測定部から発生する蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像し、参照光を被測定部に照射することにより被測定部から反射される反射光の強度に基づく反射画像を撮像し、蛍光画像に基づく演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織性状を示す組織性状画像を生成し、反射画像に組織性状画像に割り当てられた色情報および輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に被測定部の組織形状を示す組織形状画像を生成し、組織性状画像と組織形状画像とを合成して合成画像を生成し、合成画像を表示するようにしたので、上記第１の蛍光画像表示方法および装置と同様の効果が得られるとともに、組織性状画像を参照光の照射に基づく反射画像から生成するようすることにより、より組織形状を正確に反映した合成画像を表示させることができる。
【００６４】
また、上記第１および第２の蛍光画像表示方法および装置において、演算画像を複数の異なる波長帯域の蛍光画像の比に基づくものとした場合には、被測定部から発せられた蛍光の蛍光スペクトルの形状の違いを反映させた演算画像を得ることができるので、被測定部の組織性状をより的確に反映した合成画像を表示することができる。
【００６５】
また、上記第２の蛍光画像表示方法および装置において、演算画像を蛍光画像と反射画像の比に基づくものとした場合には、被測定部から発せられた蛍光の蛍光収率を反映させた演算画像を得ることができるので、被測定部の組織性状をより的確に反映した合成画像を表示することができる。
【００６６】
また、上記第１および第２の蛍光画像表示方法および装置において、撮像されたいづれかの画像の画素値の統計量を算出し、その統計量に基づいて輝度情報の表示階調を割り当てるようにしたので、輝度情報が割り当てられる画像の画素値が小さい場合においても、常に所定の明るさ以上の合成画像を生成することができ、また、輝度情報の表示階調のダイナミックレンジを擬似的に拡大することができるので、常に視認可能な合成画像を提供することができる。さらに、生体内部に挿入する内視鏡等を利用した場合には、内視鏡先端部が被測定部から離れた場合においても所定の明るさ以上の合成画像を生成することができるので、広い測定距離範囲に渡って視認可能な合成画像を提供することができる。
【００６７】
また、上記統計量を、上記画像の一部の所望領域から統計量を算出するようにした場合には、所望領域の輝度情報の表示階調が最適化でき、また、統計量の演算量を減らすことができる。
【００６８】
また、上記統計量に基づいて所定の係数を算出し、その算出された係数を上記画像に乗じ、その係数を乗じた上記画像に輝度情報の表示階調を割り当てるものとした場合には、より簡易な演算方法により、適当な輝度情報の表示階調を割り当てることができる。
【００６９】
また、統計量に基づいて輝度情報の表示階調を示す階調処理関数を決定し、決定された階調処理関数に基づいて上記画像に輝度情報の表示階調を割り当てるものとした場合には、より簡易な演算方法により、合成画像における輝度情報の表示階調のダイナミックレンジを擬似的により拡大（イコライズ効果）することができる。
【００７０】
また、上記色情報として、表色系の顕色系の色度、表色系の混色系の色度または映像信号系の色差を用いた場合には、組織性状画像または組織形状画像への色情報の割り当てを容易に行なうことができる。
【００７１】
また、上記輝度情報として、表色系の顕色系の明度、表色系の混色系の明度または映像信号系の輝度を用いた場合には、組織性状画像または組織形状画像への輝度情報の割り当てを容易に行なうことができる。
【００７２】
また、例えば、顕色系の１つである、マンセル表色系を使用すれば、色情報を図１に示したマンセルの色相環における色相Ｈに対応させて定めることができ、容易に色相のみに対応させることができる。
【００７３】
また、例えば、混色系の１つである、ＸＹＺ表色系を使用すれば、色情報を図３に示したｘｙ色度図上の座標（ｘ，ｙ）に対応させて定めることができ、容易に色度に対応させることができる。
【００７４】
また、例えば、映像信号系の色差および輝度を用いた場合には、上記演算画像等から色差信号および輝度信号を決定し、その色差信号および輝度信号を直接ビデオ信号回路等に入力し、合成画像の色（色差および輝度）を決定することができる。
【００７５】
また、合成画像を生成する際の数学的処理が簡素化することができる。
【００７６】
また、上記統計量を演算する画像の画素値が、９ｂｉｔ以上で示される場合、画素値が上位８ｂｉｔ以下で示されるようビットシフトするビットシフト手段を備え、その統計量算出手段が、ビットシフトされた画素値に基づいて統計量を算出するようにした場合には、８ｂｉｔの汎用統計演算機を使用することができ、演算処理の高速化を図ることができる。
【００７７】
また、上記統計量に基づいて輝度情報の表示階調を割り当てる階調処理をON／OFF可能にした場合には、例えば、上記組織性状画像に輝度情報が割り当てられた場合においても、上記階調処理をOFFにすることにより組織性状の判断を的確に行なうことができ、また、組織性状を一旦判断した後には、上記階調処理手段をＯＮに切り換えて階調処理を上記組織性状画像に施すようにすれば、観察画面内での組織性状の詳細な変化を見ることができる。
【００７８】
また、上記のように組織性状画像に輝度情報が割り当てられた場合以外の場合においても、例えば、被測定部との距離が突然近くなったり、遠くなったりした場合などに階調処理をOFFにできるので表示される画像の輝度情報の表示階調の大きな変動を回避することができる。
【００７９】
また、統計量を、画素値の平均値または最大値を含む組み合せとした場合には、統計量の演算を比較的容易に行なうことができ、また、適当な明るさの表示階調を割り当てることができる。
【００８０】
また、上記組織性状画像と組織形状画像とを合成して合成画像を生成する際に、両画像の画素数が異なる場合には、いづれか一方の画素数に変換した後、合成画像を生成するようにしたので、例えば、画素数の少ない方の画像の画素数を画素数の大きい方の画素数に一致させた後、両画像に基づいて合成画像を生成した場合、例えば、蛍光等の光量が小さいため、蛍光画像を撮像する際、ビニング処理などを施す必要があり、蛍光画像の画素数が反射画像の画素数より少なくなる場合においても、合成画像の画素数を反射画像の画素数に合わせて表示することができ、被測定部の組織性状を的確に表示することができる。
【００８１】
また、例えば、画素数の多い方の画像の画素数を画素数の少ない方の画素数に一致させた後、両画像に基づいて合成画像を生成した場合には、余計な演算処理を行なうことなく画像処理の高速化を図ることができる。
【００８２】
また、励起光の光源に、ＧａＮ系の半導体レーザを用いれば、安価で小型な光源とすることができ、また、その波長帯域が４００ｎｍから４２０ｎｍまでの範囲内とすれば、効率よく蛍光を発せられることができる。
【００８３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、図４および図５を参照して、本発明による蛍光画像表示方法を実施する蛍光画像表示装置を適用した第１の具体的な実施の形態である蛍光内視鏡装置について説明する。図４は本発明による蛍光画像表示装置を適用した蛍光内視鏡装置の概略構成図である。本蛍光内視鏡装置では、励起光が照射された被測定部から発せられた蛍光をイメージファイバにより２次元的に検出し、波長帯域光４３０nm〜５３０nmの狭帯域蛍光画像と波長帯域光４３０nm〜７３０nmの広帯域蛍光画像とを撮像し、両画像の画素値の除算値に基づいて演算画像を生成し、その演算画像にマンセル表色系における色相Ｈを割り当てて主に組織性状を示す組織性状画像を生成し、また白色光を照射された被測定部の反射光からIR反射画像を撮像し、IR反射画像の画素値にマンセル表色系における明度Ｖを割り当てて主に組織形状を示す組織性状画像を生成し、上記組織形状画像と上記組織性状画像を合成した合成画像をモニタ上に表示するものである。
【００８４】
本発明の第１の実施の形態にかかる蛍光内視鏡装置は、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡挿入部１００、通常画像およびIR反射画像撮像用の白色光および蛍光画像撮像用の励起光を発する光源を備える照明ユニット１１０、波長帯域の異なる２種類の蛍光画像およびIR反射画像を撮像する撮像ユニット１２０、蛍光画像間の除算値を算出してその除算値に基づいた演算画像に色相を割り当てて組織性状画像を生成し、IR反射画像の画素値に明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成し、上記組織性状画像と上記組織形状画像を合成し合成画像を生成する合成画像生成ユニット1３０、通常画像および合成画像を可視画像として表示するための画像処理を行う画像処理ユニット１４０、各ユニットに接続され、動作タイミングの制御を行う制御用コンピュータ１５０、画像処理ユニット１４０で処理された通常画像を可視画像として表示するモニタ１６０、および画像処理ユニット１４０で処理された合成画像を可視画像として表示するモニタ１７０から構成されている。
【００８５】
内視鏡挿入部１００は、内部に先端まで延びるライトガイド１０１、ＣＣＤケーブル１０２およびイメージファイバ１０３を備えている。ライトガイド１０１およびＣＣＤケーブル１０２の先端部、即ち内視鏡挿入部１００の先端部には、照明レンズ１０４および対物レンズ１０５を備えている。また、イメージファイバ１０３は石英ガラスファイバであり、その先端部には集光レンズ１０６を備えている。ＣＣＤケーブル１０２の先端部にはＣＣＤ撮像素子１０７接続され、該ＣＣＤ撮像素子１０７には、プリズム１０８が取り付けられている。ライトガイド１０１は、多成分ガラスファイバである白色光ライトガイド１０１ａおよび石英ガラスファイバである励起光ライトガイド１０１ｂバンドルされ、ケーブル状に一体化されており、白色光ライトガイド１０１ａおよび励起光ライトガイド１０１ｂは照明ユニット１１０へ接続されている。ＣＣＤケーブル１０２の一端は、画像処理ユニット１４０に接続され、イメージファイバ１０３の一端は、撮像ユニット１２０へ接続されている。
【００８６】
照明ユニット１１０は、通常画像およびIR反射画像撮像用の白色光L１を発する白色光源１１１、該白色光源１１１に電気的に接続された白色光源用電源１１２、蛍光画像撮像用の励起光L２を発するＧａＮ系半導体レーザ１１４および該ＧａＮ系半導体レーザ１１４に電気的に接続されている半導体レーザ用電源１１５を備えている。
【００８７】
撮像ユニット１２０は、イメージファイバ１０３を経た蛍光L３から励起光近傍の波長である４２０nm以下の波長帯域をカットする励起光カットフィルタ１２１、３種類の光学フィルタが組み合わされた切換フィルタ１２２、該切換フィルタ１２２を回転させるフィルタ回転装置１２４、切換フィルタ１２２を透過した蛍光像またはIR反射像を撮像するＣＣＤ撮像素子１２５、該ＣＣＤ撮像素子１２５で撮像された蛍光画像およびIR反射画像をデジタル化するA/D変換回路１２６およびA/D変換回路１２６でデジタル化された画像信号を記憶する画像メモリ１２７とを備えている。
【００８８】
上記切換フィルタ１２２は図５に示すような、４３０nm〜７３０nmの光を透過させるバンドパスフィルタである光学フィルタ１２３ａと、４８０nm±５０nmの光を透過させるバンドパスフィルタである光学フィルタ１２３ｂと、７５０nm〜９００nmの光を透過させるバンドパスフィルタである光学フィルタ１２３ｃとから構成されている。光学フィルタ１２３ａは、広帯域蛍光画像撮像用の光学フィルタであり、光学フィルタ１２３ｂは、狭帯域蛍光画像撮像用の光学フィルタであり、光学フィルタ１２３ｃは、IR反射画像撮像用の光学フィルタである。この切換フィルタ１２２は、白色光L１が照射されている場合には、光路上に光学フィルタ１２３ｃが配置され、励起光L２が照射されている場合には、光学フィルタ１２３ａまたは光学フィルタ１２３ｂが交互に配置されるように、フィルタ回転装置１２４を介して制御用コンピュータ１５０に制御されている。
【００８９】
ＣＣＤ撮像素子１２５は、５００×５００画素の撮像素子であり、制御用コンピュータ１５０の制御によりIR反射画像を撮像する際には、通常の読み出しを行うが、蛍光画像を撮像する際には、蛍光画像の信号強度を上げるために、５×５個分の画素の出力を加算した上で読み出すビニング読み出しを行う。このため、蛍光画像を撮像する際には、見かけ上は１００×１００画素の撮像素子として動作する。
【００９０】
画像メモリ１２７は、図示省略した狭帯域蛍光画像記憶領域、広帯域蛍光画像記憶領域およびIR反射画像記憶領域から構成され、励起光L２が照射され、狭帯域蛍光画像撮像用の光学フィルタ１２３ａが光路上に配置された状態で撮像された蛍光画像は狭帯域蛍光画像記憶領域に保存され、励起光L２が照射され、広帯域蛍光画像撮像用の光学フィルタ１２３ｂが光路上に配置された状態で撮像された蛍光画像は広帯域蛍光画像記憶領域に保存される。また白色光L１が照射され、IR反射画像撮像用の光学フィルタ１２３ｃが光路上に配置された状態で撮像されたIR反射画像はIR反射画像記憶領域に保存される。
【００９１】
前述したように、読み出し方法が異なるため、IR反射画像の画素数は５００×５００画素であり、狭帯域蛍光画像および広帯域蛍光画像の画素数は１００×１００画素となる。
【００９２】
合成画像生成ユニット１３０は、予め、蛍光画像間の除算値の範囲とマンセルの色相環における色相Ｈ（０rad 〜２／３rad ，Red〜Yellow〜Green領域）とが対応したルックアップテーブルが記憶され、上記演算画像に色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段１３１、予めIR反射画像の画素値の範囲と、マンセル表色系における明度Ｖ（Ｖａｌｕｅ）とが対応したルックアップテーブルが記憶され、上記反射画像に明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段１３２、上記両画像に基づいて合成画像を生成する合成画像生成手段１３３から構成されている。
【００９３】
画像処理ユニット１４０は、ＣＣＤ撮像素子１０７で撮像された通常画像をデジタル化するA/D変換回路１４１、デジタル化された通常画像を保存する通常画像用メモリ１４３、該通常画像用メモリ１４３から出力された通常画像および合成画像生成手段１３３で合成された合成画像をビデオ信号に変換するビデオ信号処理回路１４４を備えている。
【００９４】
以下、本発明による蛍光表示装置を適用した上記構成の蛍光内視鏡装置の作用について説明する。本実施形態の蛍光内視鏡装置では、通常画像およびIR反射画像の撮像と、蛍光画像の撮像が時分割で交互に行われるが、まず、蛍光画像の撮像時の作用について説明する。
【００９５】
本蛍光内視鏡装置は、制御用コンピュータ１５０からの信号に基づき、半導体レーザ用電源１１５が駆動され、ＧａＮ系半導体レーザ１１４から波長４１０nmの励起光L２が射出される。励起光L２は、励起光用集光レンズ１１６を透過し、励起光ライトガイド１０１ｂに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ１０４から生体組織５０へ照射される。
【００９６】
励起光L２を照射されることにより生じる生体組織５０からの蛍光L３は、集光レンズ１０６により集光され、イメージファイバ１０３の先端に入射され、イメージファイバ１０３を経て、レンズ１２８により集光され、励起光カットフィルタ１２１および切換フィルタ１２２の光学フィルタ１２３ａまたは１２３ｂを透過する。
【００９７】
光学フィルタ１２３ａは、波長帯域４３０nm〜７３０nmの光を透過させるバンドパスフィルタであり、光学フィルタ１２３ａを透過した蛍光は、広帯域蛍光画像となる。光学フィルタ１２３ｂは、波長帯域４８０±５０nmの光を透過させるバンドパスフィルタであり、光学フィルタ１２３ｂを透過した蛍光は、狭帯域蛍光画像となる。
【００９８】
広帯域蛍光画像および狭帯域蛍光画像は、ＣＣＤ撮像素子１２５で受光され、光電変換された後、ビニング読み出しにより５×５画素分の信号が加算されて読み出され、A/D変換回路１２６でデジタル信号に変換され、画像メモリ１２７の広帯域蛍光画像記憶領域および狭帯域蛍光画像記憶領域に保存される。上記のようにビニング読み出しを行なうことにより光強度の弱い蛍光像を精度良く撮像することができるが、蛍光画像の画素数は、通常読み出しを行った場合の１／２５である１００×１００画素となる。
【００９９】
次に、IR反射画像の撮像時の作用について説明する。まず、制御用コンピュータ１５０からの信号に基づき白色光源電源１１２が駆動され、白色光源１１１から白色光L１が射出される。白色光L１は、白色光用集光レンズ１１３を経て白色光ライトガイド１０１ａに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ１０４から生体組織５０へ照射される。白色光L１の反射光L４は、集光レンズ１０６により集光され、イメージファイバ１０３の先端に入射され、イメージファイバ１０３を経て、レンズ１２８により集光され、励起光カットフィルタ１２１および切換フィルタ１２２の光学フィルタ１２３ｃを透過する。
【０１００】
光学フィルタ１２３ｃは、波長帯域７５０nm〜９００nmの光のみを透過させるバンドパスフィルタであるため、光学フィルタ１２３ｃを透過したIR反射像は、反射光L４の中の近赤外波長帯域のみが透過したIR反射像となる。
【０１０１】
このIR反射像は、ＣＣＤ撮像素子１２５で受光される。ＣＣＤ撮像素子１２５で光電変換されたIR反射画像は、A/D変換回路１２６でデジタル信号に変換された後、画像メモリ１２７のIR反射画像記憶領域に保存される。
【０１０２】
次に、合成画像の生成の作用について説明する。まず、合成画像生成ユニット１３０の組織性状画像生成手段１３１では、画像メモリ１２７の広帯域蛍光画像記憶領域および狭帯域蛍光画像記憶領域に保存された狭帯域蛍光画像および広帯域蛍光画像の各画素毎に、狭帯域蛍光画像における画素値を広帯域蛍光画像における画素値で除算し、その除算値と予め記憶されているルックアップテーブルを用いて、マンセル表色系における色相Ｈ（Ｈｕｅ）を割り当てて組織性状画像を生成し、合成画像生成手段１３３に出力する。
【０１０３】
また、組織形状画像生成手段１３２では、画像メモリ１２７のIR反射画像記憶領域に保存されたIR反射画像の各画素毎に、その画素値とルックアップテーブルを用いて、マンセル表色系における明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成し、合成画像生成手段１３３に出力する。
【０１０４】
合成画像生成手段１３３は、組織性状画像の１画素のデータを、５×５個の画素のデータに変換し、組織性状画像の画素数を１００×１００画素から５００×５００画素に拡大し、その後に、その組織性状画像と明度Ｖに基づいた組織形状画像を合成して合成画像を生成する。なお、画像をカラー表示する場合に、色の３属性である、色相、明度と彩度が必要であるため、画像合成の際には、マンセル表色系における彩度Ｓ（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）として、各色相、明度毎の最大値を設定する。
【０１０５】
その後、ＲＧＢ変換を行い、合成画像を生成しビデオ信号処理回路１４４へ出力する。
【０１０６】
ビデオ信号処理回路１４４によってビデオ信号に変換された合成画像は、モニタ１７０に入力され、該モニタ１７０に可視画像として表示される。上記一連の動作は、制御用コンピュータ１５０によって制御される。
【０１０７】
次に、通常画像の撮像時の作用について説明する。通常画像撮像時は、制御用コンピュータ１５０からの信号に基づき白色光源電源１１２が駆動され、白色光源１１１から白色光L１が射出される。白色光L１は、白色光用集光レンズ１１３を経て白色光ライトガイド１０１ａに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ１０４から生体組織５０へ照射される。
【０１０８】
白色光L１の反射光L４は対物レンズ１０５によって集光され、プリズム１０８に反射して、ＣＣＤ撮像素子１０７に結像される。
【０１０９】
CCD撮像素子１０７からの映像信号はA/D変換回路１４２へ入力され、デジタル化された後、通常画像用メモリ１４３に保存される。その通常画像用メモリ１４３により保存された通常画像信号は、ビデオ信号処理回路１４４によってビデオ信号に変換された後にモニタ１６０に入力され、該モニタ１６０に可視画像として表示される。上記一連の動作は、制御用コンピュータ１５０によって制御される。
【０１１０】
上記のような作用により、表示された合成画像の色相は、２種類の蛍光画像間の画素値の除算値、すなわち生体組織５０から発せられた蛍光の蛍光スペクトルの形状の違いを反映させたものとなり、明度は、IR反射画像の画素値、すなわち生体組織５０の形状を反映させたものとなるので、１枚の画像に、生体組織５０から発せられた蛍光に関する情報とともに、被測定部の形状に関する情報を表示することができ、観察者に違和感を与えることがない。このため、観察者は、容易に被測定部の組織性状を判定することができる。
【０１１１】
また、蛍光画像間の画素値の除算値に基づいて、マンセルの色相環における色相Ｈを定めたことにより、画素値の除算値を、容易に色相のみに対応させることができ、正確に蛍光の蛍光スペクトルの形状の違いを、合成画像に反映させることができる。
【０１１２】
さらに、蛍光画像は、撮像する際にビニング読み出しにより読み出されるため、蛍光画像の画素数は１００×１００画素であるが、合成画像を生成する際に、組織性状画像の１画素のデータを、５×５個の画素のデータに変換し、組織性状画像の画素数を１００×１００画素から５００×５００画素に拡大し、その後に、その組織性状画像と明度Ｖに基づいた組織形状画像を合成して合成画像を生成したので、表示画像の画素数は、５００×５００画素に対応したものとなり、被測定部の形状を明瞭に表示することができる。
【０１１３】
また、励起光L２の光源として、ＧａＮ系半導体レーザ１１４を用いたため、安価で小型な光源により励起光を照射することができる。また、励起光の波長を、４１０nmとしたため、生体組織５０から効率良く蛍光が発せられる。
【０１１４】
なお、上記第１の実施の形態の変型例として、合成画像を生成する際に、蛍光画像間の除算値と、予め蛍光画像間の除算値と対応して色相が記憶されているルックアップテーブルを用いて色相を定める代わりに、表１に示すような符号なし１６bitに変換された２種類の蛍光画像の画素値と色相Ｈが記憶されているルックアップテーブルを用いて色相Ｈを割り当てるものが考えられる。この場合には、蛍光画像間の除算が不用になるため、蛍光画像の画素値が小さい場合等でも、安定した数学的処理が可能となる。
【０１１５】
【表１】
【０１１６】
本発明による第２の実施の形態にかかる蛍光内視鏡装置は、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡挿入部１００、通常画像およびIR反射画像撮像用の白色光および蛍光画像用の励起光を発する光源を備えた照明ユニット１１０、波長帯域の異なる２種類の蛍光画像およびIR反射画像を撮像する撮像ユニット３００、蛍光画像間の除算地を算出してその除算値に基づいた演算画像に色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成し、IR反射画像の画素値に明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成し、上記組織性状画像と上記組織形状画像を合成し合成画像を生成する合成画像生成ユニット４００、通常画像および合成画像を可視画像として表示するための画像処理を行う画像処理ユニット５００、各ユニットに接続され、動作タイミングの制御を行う制御用コンピュータ２００、画像処理ユニット５００で処理された通常画像を可視画像として表示するモニタ６０１、および画像処理ユニット５００で処理された合成画像を可視画像として表示するモニタ６０２から構成される。
【０１１７】
撮像ユニット３００には、イメージファイバ１０３を経た蛍光L３から励起光近傍の波長である４２０nm以下の波長帯域をカットする励起光カットフィルタ３０２、３種類の光学フィルタが組み合わされた切換フィルタ３０３、該切換フィルタ３０３を回転させるフィルタ回転装置３０４、切換フィルタ３０３を透過した蛍光像またはIR反射像を撮像するＣＣＤ撮像素子３０６、該ＣＣＤ撮像素子３０６で撮像された信号をデジタル化するA/D変換回路３０７を備えている。
【０１１８】
上記切換フィルタ３０３は、上記第１の実施の形態と同様に、３種類の光学フィルタ３０３ａ、３０３ｂおよび３０３ｃから構成され、光学フィルタ３０３ａは４３０ｎｍから７３０ｎｍまでの波長の広帯域の蛍光像を透過させるバンドパスフィルタであり、光学フィルタ３０３ｂは４３０ｎｍから５３０ｎｍの狭帯域の蛍光像を透過させるバンドパスフィルタであり、光学フィルタ３０３ｃは７５０ｎｍから９００ｎｍのIR反射像を透過させるバンドパスフィルタである。
【０１１９】
合成画像生成ユニット４００は、デジタル化された異なる２つの波長帯域の蛍光画像信号データを記憶する蛍光画像用メモリ４０１、IR反射画像信号データを記憶するIR反射画像用メモリ４０３、蛍光画像用メモリ４０１に記憶された２つの波長帯域の蛍光画像の各画素値の比に応じた演算を行って、各画素の演算値に色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段４０２、IR反射画像用メモリ４０３に記憶されたIR反射画像の各画素値のうち、９ｂｉｔ以上の画素値については、８ｂｉｔにビットシフトするビットシフト手段４０９、ビットシフト手段４０９から出力された各画素値の所定の統計量を算出する８ｂｉｔの統計量演算機を備えた統計量算出手段４０４、統計量算出手段４０４から出力された統計量に基づいて所定の係数を算出する係数算出手段４０５、係数算出手段４０５から出力された所定の係数をIR反射画像の各画素値に乗ずる係数乗算手段４０６、係数乗算手段４０６から出力された各画素値に明度Ｖの表示階調を割り当てて組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段４０７、組織性状画像生成手段４０２から出力された組織性状画像と組織形状画像生成手段４０７から出力された組織形状画像を合成して合成画像として出力する合成画像生成手段４０８を備えている。なお、本実施の形態では、異なる２つの波長帯域の蛍光画像を蛍光画像用メモリ４０１に記憶し、IR反射画像をIR反射画像用メモリ４０３に記憶するようにしたが、蛍光画像用メモリ４０１とIR反射画像用メモリ４０３を共通化してもよい。その場合、その共通化したメモリは狭帯域蛍光画像記憶領域、広帯域蛍光画像記憶領域およびIR反射画像記憶領域から構成され、光学フィルタ３０３ａを透過した蛍光画像は、広帯域蛍光画像記憶領域に保存され、光学フィルタ３０３ｂを透過した蛍光画像は、狭帯域蛍光画像記憶領域に保存され、光学フィルタ３０３ｃを透過したIR反射画像は、IR反射画像記憶領域に保存されるようにすればよい。
【０１２０】
画像処理ユニット５００は、CCD撮像素子１０７で得られた映像信号をデジタル化するA/D変換回路５０１、デジタル化された通常画像を保存する通常画像用メモリ５０２、該通常画像用メモリ５０２から出力された画像信号および合成画像生成手段４０８から出力された合成画像信号をビデオ信号に変換するビデオ信号処理回路５０３を備えている。
【０１２１】
次に、以上のように構成された本実施の形態による蛍光画像表示装置を適用した蛍光内視鏡装置の作用について説明する。本実施形態の蛍光内視鏡装置も、上記第１の実施の形態と同様に、通常画像およびIR反射画像の撮像と、蛍光画像の撮像が時分割で交互に行われるが、蛍光画像の撮像時の作用、IR反射画像および通常画像の撮像時の作用も上記実施の形態と同様であるため、その説明を省略し、上記第１の実施の形態とは異なる合成画像の生成の作用について説明する。
【０１２２】
撮像ユニット３００でCCD撮像素子３０６により撮像され、デジタル化された広帯域蛍光画像および狭帯域蛍光画像は、蛍光画像用メモリ４０１に保存される。なお、CCD撮像素子３０６により撮像さた広帯域蛍光画像は、蛍光画像用メモリ４０１の図示省略した広帯域蛍光画像領域に保存され、狭帯域蛍光画像は、図示省略した狭帯域蛍光画像領域に保存される。そして、同じく撮像ユニット３００でCCD撮像素子３０６により撮像され、デジタル化されたIR反射画像は、反射画像用メモリ４０３に保存される。
【０１２３】
蛍光画像用メモリ４０１に保存された広帯域蛍光画像および狭帯域蛍光画像は、組織性状画像生成手段４０２で、上記第１の実施の形態と同様に各画像の各画素値の除算を行い演算画像を生成し、その演算画像の画素値に色相Hを割り当てて組織性状画像を生成して出力する。また、IR反射画像用メモリ４０３に保存されたIR反射画像は、ビットシフト手段４０９にて全ての画素値について９ｂｉｔ以上のデータは８ｂｉｔのデータにビットシフトされた後、統計量演算手段４０４に出力され、統計量演算手段４０４で各画素値の平均値ｍおよび標準偏差σが算出される。そして、平均値ｍおよび標準偏差σは係数算出手段４０５に出力される。係数算出手段４０５では、下式（２）に従って係数ｃが決定され、係数ｃは係数乗算手段４０６にてIR反射画像の各画素値の乗ぜられ、各画素の演算値は組織形状画像生成手段４０７に出力される。組織形状画像生成手段４０７では、各画素の演算値に明度Ｖの表示階調が割り当てられ組織形状画像を生成し出力する。
【０１２４】
輝度の表示階調の上限×ａ≒（ｍ＋ｂ＋σ）×ｃ…（２）
組織性状画像生成手段４０２から出力された組織性状画像と組織形状画像生成手段４０７から出力された組織形状画像は、上記第１の実施の形態と同様に、合成画像生成手段４０８にて合成され、ビデオ信号処理回路５０３に出力される。
【０１２５】
ビデオ信号処理回路５０３によってビデオ信号に変換された合成画像は、モニタ６０２に入力され、該モニタ６０２に可視画像として表示される。上記一連の動作は、制御用コンピュータ１５０によって制御される。なお、その他の作用については上記第１の実施の形態と同様である。
【０１２６】
また、上記組織性状画像の生成と組織形状画像の生成の作用については、組織性状画像を生成した後、組織形状画像を生成して両画像を合成するといった直列的な処理により行なわれてもよいし、組織性状画像の生成と組織形状画像の生成を同時に行なった後、合成するといった並列的な処理により行なわれてもよい。並列的な処理を行なった場合、処理速度の高速化を図ることができる。
【０１２７】
また、上記第２の実施の形態における階調処理はON／OFF可能にしておくことが望ましい。
【０１２８】
また、上記第２の実施の形態においては、IR反射画像の画素値より統計量として平均値と標準偏差を算出して、所定の係数ｃを算出するようにしたが、統計量として最大値と最小値の組み合わせを利用する場合は、例えば、（３）式により係数ｃを求めるようにすればよい。
【０１２９】
最大値をｍａｘ、最小値をｍｉｎ、IR反射画像に乗ずる係数をｃ、任意の定数をａ、ｂとすると、
輝度の表示階調の上限×ａ
≒（（ｍａｘ＋ｍｉｎ）／２＋ｂ×（ｍａｘ−ｍｉｎ）／２）×ｃ …（３）
また、上記第２の実施の形態において、統計量演算手段４０４で演算される統計量は、同一フレームにおいてリアルタイムに撮像されているIR反射画像に基づくものでなくてもよく、前のフレームにおいて撮像されたIR反射画像に基づくものとしてもよい。
【０１３０】
上記第２の実施の形態の蛍光内視鏡装置によれば、IR反射画像の画素値の統計量を算出し、その統計量に基づいて輝度情報の表示階調を割り当てるようにしたので、輝度情報が割り当てられる画像の画素値が小さい場合においても、常に所定の明るさ以上の合成画像を生成することができ、また、輝度情報の表示階調のダイナミックレンジを擬似的に拡大することができるので、常に視認可能な合成画像を提供することができる。さらに、内視鏡先端部が被測定部から離れた場合においても所定の明るさ以上の合成画像を生成することができるので、広い測定距離範囲に渡って視認可能な合成画像を提供することができる。
【０１３１】
次に、本発明による蛍光画像表示方法を実施する蛍光画像撮像装置を適用した第３の具体的な実施の形態である蛍光内視鏡装置について説明する。本実施の形態は、上記第１の実施形態または第２の実施形態において、狭帯域蛍光画像と広帯域蛍光画像の除算値に基づく演算画像に色相Hを割り当てて組織性状画像を生成していたのを、上記演算画像に彩度Ｓを割り当てて組織性状画像を生成し、上記組織形状画像と合成して合成画像を生成し表示するようにしたものである。組織形状画像については、上記第１および第２の実施の形態と同様に反射画像に明度Ｖを割り当てて生成する。本実施の形態により生成された合成画像は、色の三属性で表した場合、図７の斜線で示される範囲の色で表示されることになる。つまり、例えば、色相を緑とした場合（色相は適当なものを用いればよい。）、内視鏡挿入部１００の先端から被測定部までの距離が近い正常組織については、鮮やかな明るい緑、上記距離が遠い正常組織については、鮮やかな暗い緑、上記距離が近い病変組織については色味のない明るい白、上記距離が遠い病変組織については色味のない暗い黒で表示されることになる。その他の構成および作用については、上記第１または第２の実施の形態と同様である。
【０１３２】
また、上記第１から第３の実施の形態においては、白色光源１１１を通常画像用の白色光および参照光の光源として共通なものとしているが、それぞれの光源を別個に設ける構成としてもよい。
【０１３３】
また、上記第１から第３の実施の形態では、狭帯域蛍光画像と広帯域蛍光画像の比に基づいて演算画像を算出するようにしているが、狭帯域蛍光画像とIR反射画像の比に基づいて演算画像を算出するようにしてもよい。また、上記のように演算画像を算出することなく蛍光画像そのものに色相または彩度を割り当てるようにしてもよい。
【０１３４】
また、蛍光画像およびIR反射画像を撮像するCCD撮像素子を共通なものとしているが、それぞれ別個に設けてもよい。さらに、狭帯域蛍光画像および広帯域蛍光画像のそれぞれに別個にCCD撮像素子を設けるようにしてもよい。このように別個にCCD撮像素子を設けることにより、時系列にそれぞれ撮像するのではなく、並列的に撮像することが可能となる。
【０１３５】
次に、本発明による蛍光画像表示方法を実施する蛍光画像表示装置を適用した第４の蛍光内視鏡装置について説明する。図８は本発明による蛍光画像表示装置を適用した蛍光内視鏡装置の概略構成図である。
【０１３６】
本実施の形態のによる蛍光内視鏡装置は、面順次光（Lｒ、Lｇ、Lｂ）の照射により被測定部から反射された反射光をCCD撮像素子１５６により通常画像として撮像してモニタ１６１に表示し、一方、励起光の照射により被測定部から発せられた蛍光に基づいて狭帯域蛍光画像と広帯域蛍光画像をCCD撮像素子１５６により撮像し、両者の除算値に基づいてＸＹＺ表色系における色度座標ｘ，ｙを割り当てて組織性状画像を生成し、また参照光の照射により被測定部から反射された反射光をIR反射画像として撮像し、その画素値に基づいて輝度Zを割り当てて組織形状画像を生成し、上記組織性状画像および上記組織形状画像に基づいた合成画像をモニタ１６２に表示するものである。
【０１３７】
本発明の第４の実施の形態にかかる蛍光内視鏡装置は、先端部にCCD撮像素子１５６が設けられ、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡挿入部３５０、通常画像撮像用の照明光である面順次光（R光Lｒ、G光LｇおよびB光Lｂ）と蛍光画像撮像用の励起光L２とIR反射画像用の参照光L５を射出する照明ユニット３１０、上記蛍光画像間の除算値を算出してその除算値に基づいた演算画像に色度（色相および彩度）を割り当てて組織性状画像を生成し、IR反射画像の画素値に輝度Zを割り当てて組織形状画像を生成し、上記組織性状画像と上記組織形状画像を合成し合成画像を生成する合成画像生成ユニット３３０、通常画像および合成画像を可視画像として表示するための画像処理を行う画像処理ユニット３４０、各ユニットに接続され、動作のタイミングの制御を行う制御用コンピュータ３６０、画像処理ユニット３４０で処理された通常画像を可視画像として表示するモニタ１６１、および画像処理ユニット３４０で処理された合成画像を可視画像として表示するモニタ１６２から構成されている。
【０１３８】
内視鏡挿入部３５０は、内部に先端まで延びるライトガイド３５１およびCCDケーブル３５２を備え、ライトガイド３５１の先端部には照明レンズ１５４が設けられ、CCDケーブル３５２の先端部には対物レンズ１５５が設けられている。CCDケーブル３５２の先端部には、微小な帯域フィルタがモザイク状に組み合わされたモザイクフィルタ３５４がオンチップされたCCD撮像素子１５６が接続され、そのCCD撮像素子１５６には、プリズム１５７が取り付けられている。
【０１３９】
ライトガイド３５１は、面順次光用ライトガイド３５１ａ、励起光用ライトガイド３５１ｂおよび参照光用ライトガイド３５１ｃがバンドルされ、ケーブル状に一体化されており、各ライトガイドは、照明ユニット３１０に接続されている。
【０１４０】
ＣＣＤケーブル３５２は、CCD撮像素子１５６の駆動信号が送信される駆動ライン３５３ａとCCD撮像素子１５６からの信号を読み出す出力ライン３５３ｂとが組み合わされ、駆動ライン３５３ａの一端は、制御用コンピュータ３６０に接続され、出力ライン３５３ｂの一端は、合成画像生成ユニット３３０および画像処理ユニット３４０へ接続されている。
【０１４１】
モザイクフィルタ３５４は図９に示すように、４３０ｎｍ〜５３０ｎｍの波長帯域の光を透過させる狭帯域フィルタ３５４ａと、全波長帯域の光を透過させる全帯域フィルタ３５４ｂが交互に組み合わされ、各帯域フィルタはCCD撮像素子１５６の画素に一対一で対応している。
【０１４２】
照明ユニット３１０は、白色光を射出する白色光源１１１、その白色光源１１１に電気的に接続される白色光源用電源１１２、白色光をR光Ｌｒ、G光ＬｇおよびB光Ｌｂに、順次色分解するための切換フィルタ３１４、切換フィルタ３１４を回転させるフィルタ回転部３１５、蛍光画像撮像用の励起光L２を発するGaN系半導体レーザ２１１、そのGaN系半導体レーザ２１１に電気的に接続される半導体レーザ用電源２１２、IR反射画像撮像用の参照光L５を発する半導体レーザである参照光源３１１、その参照光源３１１に電気的に接続される参照光源用電源３１２を備えている。
【０１４３】
上記切換フイルタ３１４は、図１０に示すように、Ｒ光を透過するＲフィルタ３１４ａ、Ｇ光を透過するＧフィルタ３１４ｂ、Ｂ光を透過するＢフィルタ３１４ｃおよび遮光機能を有するマスク部３１４ｄとから構成されている。
【０１４４】
合成画像生成ユニット３３０は、励起光Ｌ２または参照光Ｌ５が照射された時に、ＣＣＤ撮像素子１５６で撮像された画像信号をデジタル化するA/D変換回路３３１、励起光Ｌ１が照射された時にモザイクフィルタ３５４の狭帯域フィルタ３５４ａと対応する画素で受光した狭帯域蛍光画像と、励起光Ｌ２が照射された時に全帯域フィルタ３５４ｂと対応する画素で受光した広帯域蛍光画像と、参照光Ｌ５が照射された時にモザイクフィルタ３５４の全帯域フィルタ３５４ｂと対応する画素で受光した反射画像とを、異なる記憶領域に保存する画像メモリ３３２と、画像メモリ３３２に記憶された隣接する画素で撮像された狭帯域蛍光画像と広帯域蛍光画像の除算値を算出し、各画素の演算値に色度座標x，yを割り当てて組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段３３３、画像メモリ３３２に記憶されたIR反射画像の各画素値のうち、９ｂｉｔ以上の画素値については、８ｂｉｔにビットシフトするビットシフト手段３３５、ビットシフト手段３３５から出力された各画素値の所定の統計量を算出する８ｂｉｔの統計量演算機を備えた統計量算出手段３３６、統計量算出手段３３６から出力された統計量に基づいて階調処理関数を決定する階調処理関数決定手段３３７、階調処理関数決定手段３３７から出力された階調処理関数に基づいてIR反射画像の各画素値に輝度Zの表示階調を割り当てて組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段３３８、組織性状画像生成手段３３３から出力された組織性状画像と組織形状画像生成手段３３８から出力された組織形状画像を合成して合成画像として出力する合成画像生成手段３３４を備えている。
【０１４５】
組織性状画像生成手段３３３には、予め、蛍光画像の除算値とＸＹＺ表色系における色度座標x，yとが対応したルックアップテーブルが記憶されている。このルックアップテーブルでは、上記除算値が符号なし16bi変換された値と、図３に示すxｙ色度図において、Red（６５０ｎｍ）〜Yellow〜Green（５２０ｎｍ）領域へかけてのスペクトル軌跡上の座標が、表２に示すように対応されている。
【０１４６】
【表２】
【０１４７】
次に、上記実施の形態における蛍光内視鏡装置の作用について説明する。本蛍光内視鏡装置においては、通常画像の撮像と、IR反射画像の撮像と、蛍光画像の撮像とが時分割で行われ、通常像に基づいた通常画像はモニタ１６１に表示され、蛍光Ｌ３および反射光Ｌ４に基づいた合成画像はモニタ１６２に表示される。各像を時分割で撮像するために、照明ユニット３１０からは、Ｒ光Ｌｒ、Ｇ光Ｌｇ、Ｂ光Ｌｂ、励起光Ｌ２および参照光Ｌ５が順次射出される。
【０１４８】
まず、蛍光画像およびIR反射画像を撮像し、両画像に基づいて合成画像を生成し表示する作用について説明をする。蛍光画像撮像時は、制御用コンピュータ３５０からの信号に基づき、半導体レーザ用電源２１２が駆動され、ＧａＮ系半導体レーザ２１１から波長４１０nmの励起光Ｌ２が射出される。励起光Ｌ２は、レンズ２１３を透過し、励起光用ライトガイド３５１ｂに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ１５４から被測定部５０へ照射される。
【０１４９】
励起光Ｌ２を照射されることにより生じる被測定部５０からの蛍光は、集光レンズ１５５により集光され、プリズム１５７に反射して、モザイクフィルタ３５４を透過して、CCD撮像素子１５６上に蛍光像として結像される。この際励起光Ｌ２の反射光は、励起光カットフィルタ３５５によりカットされるため、CCD撮像素子１５６に入射することはない。
【０１５０】
CCD撮像素子１５６により光電変換された画像信号は、合成画像生成ユニット３３０のA/D変換回路３３１でデジタル信号に変換されて、狭帯域フィルタ３５４ａを透過した狭帯域蛍光画像と全帯域フィルタ３５４ｂを透過した広帯域蛍光画像に分けて、画像メモリ３３２のそれぞれの記憶領域へ記憶される。
【０１５１】
次に、参照光Ｌ５の照射によるIR反射画像を撮像する際の動作を説明する。コントローラ３５０からの信号に基づき、参照光源用電源３１２が駆動され、参照光源３１１から参照光Ｌ５が射出される。参照光Ｌ５は、参照光用レンズ３１３を透過し、参照光用ライトガイド３５１ｃに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ１５４から被測定部５０へ照射される。
【０１５２】
被測定部５０で反射された参照光L５の反射光L６は、集光レンズ１５５により集光され、プリズム１５７に反射して、モザイクフィルタ３５４を透過して、CCD撮像素子１５６上にIR反射光像として結像される。CCD撮像素子１５６により光電変換された画像信号は、全帯域フィルタ３５４ｂに対応する画素で受光された信号のみが合成画像生成ユニット３３０のA/D変換回路３３１でデジタル信号に変換されて、画像メモリ３３２の上記蛍光画像が記憶された領域とは異なる領域へIR反射画像として記憶される。
【０１５３】
画像メモリ３３２に保存された狭帯域蛍光画像および広帯域蛍光画像については、各画素毎に狭帯域蛍光画像の画素値が広帯域蛍光画像の画素値で除算され、その除算値を符号なし１６bitに変換した後、予め記憶されているルックアップテーブルを用いて、ＸＹＺ表色系における色度座標ｘ，ｙを割り当てて組織性状画像を生成し、合成画像生成手段２３３に出力する。
【０１５４】
また、画像メモリ３３２に保存されたIR反射画像は、ビットシフト手段３３５にてビットシフトされた後、統計量演算手段３３６で各画素値の平均値ｍおよび標準偏差σが算出される。そして、平均値ｍおよび標準偏差σは階調処理関数決定手段３３７に出力される。階調処理関数決定手段３３７では、変更前の階調処理関数をｆ（ｘ）とすると、ｆ（ｘ）をｆ（ｘ−Ｍｉｎ／（Ｍａｘ−Ｍｉｎ））（ここで、Ｍｉｎ＝ｍ−ｂ×σ、Ｍａｘ＝ｍ＋ｂ×σ）と書き直すことにより階調処理関数を変更して決定する。
【０１５５】
組織形状画像生成手段３３８では、その変更された階調処理関数に基づいてIR反射画像の各画素値にＸＹＺ表色系における輝度Zの表示階調を割り当てて組織形状画像を生成し出力する。
【０１５６】
そして、合成画像生成手段３３４は組織性状画像と輝度Zに基づいた組織形状画像を合成して合成画像を生成する。
【０１５７】
合成画像生成の際には、まず、色度座標ｘ，ｙおよび輝度Zと、次式からＸ、Ｙ、Ｚを求める。
【０１５８】
ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
ｚ＝Ｚ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
その後、次式を用いて、ＲＧＢ変換を行い、合成画像を生成しビデオ信号処理回路３４４へ出力する。
【０１５９】
Ｒ＝ 0.41844Ｘ−0.15866Ｙ−0.08283Ｚ
Ｇ＝−0.09117Ｘ＋0.25242Ｙ＋0.01570Ｚ
Ｂ＝ 0.00092Ｘ−0.00255Ｙ−0.17858Ｚ
ビデオ信号処理回路３４４によってビデオ信号に変換された合成画像は、モニタ１６２に入力され、該モニタ１６２に可視画像として表示される。上記一連の動作は、制御用コンピュータ３６０によって制御される。
【０１６０】
なお、本実施の形態では、演算画像にＸＹＺ表色系における色度座標ｘ，ｙを割り当てて組織性状画像を生成するようにしたが、色情報として色差信号を使用してもよい。この場合、演算画像に色差信号IQを割り当てて組織性状画像を生成し、IR反射画像に輝度信号Yを割り当てて組織形状画像を生成するようにすれば、演算画像から決定した色差信号IQとIR反射画像から決定した輝度信号Yをビデオ信号処理回路３４４に直接入力することができるので、RGB信号を生成する必要がなくなり、装置を簡略化することができる。
【０１６１】
次に、通常画像を表示する際の動作を説明する。この動作は、時分割で撮像されること以外は、第１の実施の形態とほぼ同様の動作であるため、動作の異なる部分を主に説明する。
【０１６２】
まず、Ｒ光Ｌｒが被測定部へ照射され、被測定部５０で反射されたＲ光Ｌｒの反射光は、CCD撮像素子１５６上にＲ光反射像として結像される。CCD撮像素子１５６より出力された信号の中で、モザイクフィルタ３５４の全帯域フィルタ３５４ｂと対応する画素で受光したＲ画像信号は、A/D変換回路３４２でデジタル信号に変換され、通常画像用メモリ３４３のＲ画像信号の記憶領域へ記憶される。以後、同様な動作によりＧ画像信号およびＢ画像信号が取得され、それぞれ、通常画像用メモリ３４３のＧ画像信号の記憶領域およＢ画像信号の記憶領域へ記憶される。
【０１６３】
３色の画像信号が通常画像用メモリ３４３に記憶されると、表示タイミングに合わせて同期をとって出力され、ビデオ信号処理回路３４４で、ビデオ信号に変換されて、モニタ１６１に出力され、カラー画像として表示される。
【０１６４】
なお、上記第４の実施の形態の変型例として、合成画像を生成する際に、予め蛍光画像間の除算値と対応して、色度座標ｘ，ｙが記憶されているルックアップテーブルを用いて色度座標x，ｙを定める代わりに、表３に示すような符号なし１６bitに変換された各蛍光画像の画素値と対応してRed（６５０nm）〜Yellow〜Green（５２０nm）領域の色相が記憶されているルックアップテーブルを用いて色度座標ｘ，ｙを定めるものが考えられる。
【０１６５】
【表３】
【０１６６】
また、上記第４の実施の形態における階調処理はON／OFF可能にしておくことが望ましい。
【０１６７】
また、上記第４の実施の形態では、IR反射画像の画素値より統計量として平均値と標準偏差を算出して、階調処理関数を変更するようにしたが、統計量として最大値と最小値の組み合わせを利用する場合は、例えば、IR反射画像の画素値の最大値をｍａｘ、最小値をｍｉｎ、任意の定数をα、βとすると、
輝度の表示階調の上限
≒（ｍａｘ＋ｍｉｎ）／２＋α×（ｍａｘ−ｍｉｎ）／２
輝度の表示階調の下限
≒（ｍａｘ＋ｍｉｎ）／２−β×（ｍａｘ−ｍｉｎ）／２
となるように階調処理関数を書き直すようにすればよい。
【０１６８】
また、上記第４の実施の形態において、統計量演算手段３３６で演算される統計量は、同一フレームにおいてリアルタイムに撮像されているIR反射画像に基づくものでなくてもよく、前のフレームにおいて撮像されたIR反射画像に基づくものとしてもよい。
【０１６９】
次に、本発明による蛍光画像撮像装置を適用した第５の具体的な実施の形態である蛍光内視鏡装置について説明する。本実施の形態は、上記第１から第４の実施形態において、狭帯域蛍光画像と広帯域蛍光画像の除算値に基づく演算画像に色相Hまたは色度（色相および彩度）を割り当てて組織性状画像を生成していたのを、上記演算画像に明度Ｖ（輝度Z）を割り当てて組織性状画像を生成し、上記組織形状画像と合成して合成画像を生成し表示するようにしたものである。組織形状画像については、上記第１から第４の実施の形態と同様に反射画像に明度Ｖ（輝度Z）を割り当てて生成するようにすればよい。本実施の形態により生成された合成画像は、色の三属性で表した場合、図１２の太線矢印で示される範囲の色で表示されることになる。つまり、例えば、色相を緑とした場合（色相は適当なものを用いればよい）、内視鏡挿入部の先端から被測定部までの距離が近い正常組織については、明るい緑、上記距離が遠い正常組織については、暗い緑、上記距離が近い病変組織については暗い緑、上記距離が遠い病変組織についてはより暗い緑で表示されることになる。その他の構成および作用については、上記第１から第４の実施の形態と同様である。
【０１７０】
次に、本発明による蛍光画像表示方法を実施する蛍光画像表示装置を適用した第６の実施の形態である蛍光内視鏡装置について説明する。図１３は本発明による蛍光画像表示装置を適用した蛍光内視鏡装置の概略構成図である。なお、本実施の形態において、上記第４の実施の形態と同様の要素については同じ番号を付し、特に必要のない限り説明を省略する。
【０１７１】
本実施の形態のによる蛍光内視鏡装置は、面順次光（Lｒ、Lｇ、Lｂ）の照射により被測定部から反射された反射光をCCD撮像素子１５６により通常画像として撮像してモニタ１６１に表示し、一方、励起光の照射により被測定部から発せられた蛍光に基づいて広帯域蛍光画像をCCD撮像素子１５６により撮像し、また、参照光として上記Ｒ光Ｌｒを利用し、そのＲ光Ｌｒの照射により被測定部５０から反射された反射光L７をIR反射画像として撮像し、広帯域蛍光画像とIR反射反射画像の除算値に基づいて演算画像を算出し、その演算画像の画素値に基づいて色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成し、また、IR反射画像の画素値に基づいて彩度Ｓおよび明度Ｖを割り当てて組織形状画像を生成し、上記組織性状画像および上記組織形状画像に基づいた合成画像をモニタ１６２に表示するものである。
【０１７２】
本発明の第６の実施の形態にかかる蛍光内視鏡装置は、先端部にCCD撮像素子１５６が設けられ、患者の病巣と疑われる部位に挿入される内視鏡挿入部３５０、通常画像撮像用の照明光および参照光である面順次光（R光Lｒ、G光LｇおよびB光Lｂ）と蛍光画像撮像用の励起光L２を射出する照明ユニット３７０、上記広帯域蛍光画像とIR反射画像の除算値を算出してその除算値に基づいた演算画像に色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成し、IR反射画像の画素値に彩度および明度を割り当てて組織形状画像を生成し、上記組織性状画像と上記組織形状画像を合成し合成画像を生成する合成画像生成ユニット３８０、通常画像および合成画像を可視画像として表示するための画像処理を行う画像処理ユニット３４０、各ユニットに接続され、動作のタイミングの制御を行う制御用コンピュータ３６０、画像処理ユニット３４０で処理された通常画像を可視画像として表示するモニタ１６１、および画像処理ユニット３４０で処理された合成画像を可視画像として表示するモニタ１６２から構成されている。
【０１７３】
ライトガイド３５１は、面順次光用のライトガイド３５１ａ、励起光用のライトガイド３５１ｂがバンドルされ、ケーブル状に一体化されており、各ライトガイドは、照明ユニット３１０に接続されている。
【０１７４】
照明ユニット３７０は、白色光を射出する白色光源１１１、その白色光源１１１に電気的に接続される白色光源用電源１１２、白色光をR光、G光およびB光に、順次色分解するための切換フィルタ３１４、切換フィルタ３１４を回転させるフィルタ回転部３１５、蛍光画像撮像用の励起光L２を発するGaN系半導体レーザ２１１、そのGaN系半導体レーザ２１１に電気的に接続される半導体レーザ用電源２１２を備えている。
【０１７５】
合成画像生成ユニット３８０は、励起光L２またはR光Lｒが照射された時に、ＣＣＤ撮像素子１５６で撮像された画像信号をデジタル化するA/D変換回路３８１、広帯域蛍光画像とIR反射画像とを異なる記憶領域に保存する画像メモリ３８２と、画像メモリ３８２に記憶された広帯域蛍光画像とIR反射画像の除算値を算出し、各画素の演算値に色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段３８３、画像メモリ３８２に記憶されたIR反射画像の各画素値に彩度および明度を割り当てて組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段３８５、組織性状画像生成手段３８３から出力された組織性状画像と組織形状画像生成手段３８５から出力された組織形状画像を合成して合成画像として出力する合成画像生成手段３８４を備えている。
【０１７６】
画像処理ユニット３４０は、Ｒ光Ｌｒ、Ｇ光ＬｇまたはＢ光Ｌｂが照射された時に、CCD撮像素子１５６により撮像された画像信号をデジタル化するA/D変換回路３４２、デジタル化された通常画像を各色毎に保存する通常画像用メモリ３４３、通常画像を表示する際には、該通常画像用メモリ３４３から同期をとって出力された３色の画像信号をビデオ信号に変換して出力し、また蛍光画像を表示する際には、上記の合成画像生成ユニット３８０から出力された合成画像をビデオ信号に変換して出力するビデオ信号処理回路３４４を備えている。
【０１７７】
次に、上記実施の形態における蛍光内視鏡装置の作用について説明する。本蛍光内視鏡装置においては、通常画像の撮像と蛍光画像の撮像とが時分割で行われ、IR反射画像は通常画像の撮像時におけるR光Lｒ照射時に同時に撮像される。通常像に基づいた通常画像はモニタ１６１に表示され、蛍光像およびIR反射光像に基づいた合成画像はモニタ１６２に表示される。各像を時分割で撮像するために、照明ユニット３１０からは、Ｒ光Ｌｒ、Ｇ光Ｌｇ、Ｂ光Ｌｂおよび励起光Ｌが順次射出される。
【０１７８】
まず、通常画像を表示する際の動作を説明する。Ｒ光Ｌｒが被測定部へ照射され、被測定部５０で反射されたＲ光Ｌｒの反射光L７は、CCD撮像素子１５６上にＲ光反射像として結像される。CCD撮像素子１５６より光電変換されたＲ画像信号は、A/D変換回路３４２でデジタル信号に変換され、通常画像用メモリ３４３のＲ画像信号の記憶領域へ記憶される。以後、同様な動作によりＧ画像信号およびＢ画像信号が取得され、それぞれ、通常画像用メモリ３４３のＧ画像信号の記憶領域およＢ画像信号の記憶領域へ記憶される。また、上記R画像信号はIR反射画像としても利用され、A/D変換回路３８１でデジタル信号に変換された後、画像メモリ３８２のIR反射画像の記憶領域へ記憶される。
【０１７９】
３色の画像信号が通常画像用メモリ３４３に記憶されると、表示タイミングに合わせて同期をとって出力され、ビデオ信号処理回路３４４で、ビデオ信号に変換されて、モニタ１６１に出力され、カラー画像として表示される。
【０１８０】
次に、蛍光画像およびIR反射画像に基づいて合成画像を生成し表示する作用について説明をする。蛍光画像撮像時は、制御用コンピュータ３６０からの信号に基づき、半導体レーザ用電源２１２が駆動され、ＧａＮ系半導体レーザ２１１から波長４１０nmの励起光Ｌ２が射出される。励起光Ｌ２は、レンズ２１３を透過し、励起光用ライトガイド３５１ｂに入射され、内視鏡挿入部先端まで導光された後、照明レンズ１５４から被測定部５０へ照射される。
【０１８１】
励起光Ｌ２を照射されることにより生じる被測定部５０からの蛍光は、集光レンズ１５５により集光され、プリズム１５７に反射して、CCD撮像素子１５６上に蛍光像として結像される。この際励起光Ｌ２の反射光は、励起光カットフィルタ3５5によりカットされるため、CCD撮像素子１５６に入射することはない。
【０１８２】
CCD撮像素子１５６により光電変換された画像信号は、合成画像生成ユニット３８０のA/D変換回路３８１でデジタル信号に変換されて、画像メモリ３８２の広帯域蛍光画像の記憶領域へ記憶される。
【０１８３】
一方、画像メモリ３８２には上記通常画像撮像時に撮像されたIR反射画像がすでに記憶されている。
【０１８４】
画像メモリ３８２に保存された広帯域蛍光画像およびIR反射画像については、組織性状画像生成手段３８２において、各画素毎に広帯域蛍光画像の画素値がIR反射画像の画素値で除算され、その除算値と予め記憶されているルックアップテーブルを用いて、マンセル表色系における色相Ｈを割り当てて組織性状画像を生成し、合成画像生成手段３３４に出力する。
【０１８５】
また、組織形状画像生成手段３８５では、画像メモリ３８２のIR反射画像記憶領域に保存されたIR反射画像の各画素毎に、その画素値とルックアップテーブルを用いて、マンセル表色系における明度Ｖおよび彩度Sを割り当てて組織形状画像を生成し、合成画像生成手段１３３に出力する。
【０１８６】
合成画像生成手段１３３は、その組織性状画像と明度Ｖおよび彩度Sに基づいた組織形状画像を合成して合成画像を生成する。なお、画像をカラー表示する場合には、ＲＧＢ変換を行い、合成画像を生成しビデオ信号処理回路３４４へ出力する。
【０１８７】
ビデオ信号処理回路１４４によってビデオ信号に変換された合成画像は、モニタ１７０に入力され、該モニタ１７０に可視画像として表示される。上記一連の動作は、制御用コンピュータ１５０によって制御される。
【０１８８】
本実施の形態により生成された合成画像は、色の三属性で表した場合、図１４の斜線部で示される範囲の色で表示されることになる。つまり、例えば、内視鏡挿入部の先端から被測定部までの距離が近い正常組織については、鮮やかな明るい緑、上記距離が遠い正常組織については、色味のない暗い緑、上記距離が近い病変組織については鮮やかな明るい赤、上記距離が遠い病変組織については色味のない暗い赤で表示されることになる。
【０１８９】
次に、本発明による蛍光画像表示方法を実施する蛍光画像撮像装置を適用した第７の実施の形態である蛍光内視鏡装置について説明する。本実施の形態は、上記第６の実施形態において広帯域蛍光画像とIR反射画像の除算値に基づく演算画像に色相Hを割り当てて組織性状画像を生成していたのを、上記演算画像に色相および彩度を割り当てて組織性状画像を生成し、上記組織形状画像と合成して合成画像を生成し表示するようにしたものである。本実施の形態により生成された合成画像は、ＨＳＶ空間で表した場合、図１５の斜線部で示される範囲の色で表示されることになる。つまり、例えば、内視鏡挿入部の先端から被測定部までの距離が近い正常組織については、鮮やかな明るい緑、上記距離が遠い正常組織については、色味のない暗い緑、上記距離が近い病変組織については色味のない明るい赤、上記距離が遠い病変組織については色味のないより暗い赤で表示されることになる。その他の構成および作用については、上記第６の実施の形態と同様である。
【０１９０】
次に、本発明による蛍光画像表示方法を実施する蛍光画像撮像装置を適用した第８の実施の形態である蛍光内視鏡装置について説明する。本実施の形態は、上記第６の実施形態において、IR反射画像に彩度Sおよび明度Vを割り当てて組織形状画像を生成していたものをIR反射画像に彩度Sのみを割り当てて組織形状画像を生成するようにし、上記組織性状画像と合成して合成画像を生成し表示するようにしたものである。本実施の形態により生成された合成画像は、色の三属性で表した場合、図１６の斜線部で示される範囲の色で表示されることになる。つまり、例えば、明度を１００％とした場合（明度は適当なものを用いればよい）、例えば、内視鏡挿入部の先端から被測定部までの距離が近い正常組織については、鮮やかな緑、上記距離が遠い正常組織については、色味のない緑、上記距離が近い病変組織については鮮やかな赤、上記距離が遠い病変組織については色味のない赤で表示されることになる。その他の構成および作用については、上記第６の実施の形態と同様である。
【０１９１】
また、上記各実施の形態における組織性状画像への色情報等の割り当て、および組織形状画像への色情報等の割り当ての形態の他にも、例えば、組織性状画像に彩度を割り当てて、組織形状画像には彩度および明度を割り当てるようにしてもよい。この場合、組織性状画像および組織形状画像に基づく合成画像は、図１７の斜線部で示される範囲の色で表示されることになる。つまり、例えば、色相を緑とした場合（色相は適当なものを用いればよい）、内視鏡挿入部の先端から被測定部までの距離が近い正常組織については、鮮やかな明るい緑、上記距離が遠い正常組織については、色味のない暗い緑、上記距離が近い病変組織については色味のない明るい白、上記距離が遠い病変組織については色味のない暗い黒で表示されることになる。この場合、第３の実施の形態で用いられた図７に示す範囲の色よりも色味と暗さが強調された色で表示されることになる。また、上記のように組織性状画像および組織蛍光画像の両方に彩度が割り当てられる場合には、例えば、所定の関数ｆを定め、彩度＝ｆ（組織性状画像，組織形状画像）となるように彩度を割り当ててもよい。所定の関数ｆは、例えば、ｆ（組織性状画像，組織形状画像）＝組織性状画像×組織形状画像とすればよい。
【０１９２】
また、例えば、組織性状画像に明度を割り当てて、組織形状画像には彩度および明度を割り当てるようにしてもよい。この場合、組織性状画像および組織形状画像に基づく合成画像は、図１８の斜線部で示される範囲の色で表示されることになる。つまり、例えば、色相を緑とした場合（色相は適当なものを用いればよい）、内視鏡挿入部の先端から被測定部までの距離が近い正常組織については、明るい緑、上記距離が遠い正常組織については、色味のない暗い緑、上記距離が近い病変組織については暗い緑、上記距離が遠い病変組織については色味のない暗い緑（上記距離が遠い正常組織よりも暗い緑）で表示されることになる。
【０１９３】
また、上記各実施の形態では、組織形状画像を生成する場合に、IR反射画像を利用したが、蛍光画像を利用するようにしてもよい。この場合、IR反射画像は忠実に組織形状、つまり、内視鏡挿入部先端と被測定部との距離情報を反映するが、蛍光画像は上記距離情報および組織性状の情報まで反映する。従って、組織性状画像には色相を割り当て、組織形状画像には蛍光画像に基づいて輝度（明度）を割り当て、この両画像に基づいて合成画像を生成した場合には、この合成画像は正常組織は緑でかつ明るく表示され、病変組織は赤でかつ暗く表示されるので、正常組織と病変組織との区別をより明確にすることができる。
【０１９４】
また、上記各実施の形態において、組織性状画像または組織形状画像に割り当てられない色情報および輝度情報がある場合には、適宜手動により調整できる形態としておくことが望ましい。特に、色情報の色相が割り当てられない場合には上記のような形態をとることがさらに望ましい。
【０１９５】
また、上記各実施の形態においては、色情報として顕色系の色相と彩度を利用したが、混色系の色度（XY）、映像信号の色差（例えば、ＮＴＳＣ信号のＹＩＱのＩＱ等）などを利用してもよい。
【０１９６】
また、上記実施の形態におけるCCD撮像素子には、電荷倍増型のCCD撮像素子を利用してもよい。電荷倍増型のCCD撮像素子はCMD（Charge Multiplying Detector）−CCDと呼ばれ、強度の電界領域中で電導電子と原子を衝突させ、このイオン化によって生じる電荷倍増効果により信号電荷を倍増し、撮像素子の撮像感度を向上させるものである。
【０１９７】
また、上記各実施の形態において、通常画像と合成画像を表示する方法については、２つのモニタにより別々に表示する形態となっているが、１つのモニタで兼用して表示するようにしてもよい。その際、通常画像と合成画像の表示の切換えは、制御用コンピュータにより時系列で自動的に行ってもよいし、観察者が適当な切替手段で、任意に切り換える形態であってもよい。
【０１９８】
また、上記各実施の形態において、イメージファイバは、石英ファイバではなく、多成分ガラスファイバにすることができる。このとき、多成分ガラスファイバに励起光が入射すると蛍光を発するので、励起光カットフィルタを、集光レンズとイメージファイバの蛍光像入射端との間に設置する必要がある。石英ファイバから多成分ガラスファイバにすることにより、コストを低減することができる。
【０１９９】
また、上記第１から第３の実施の形態においては、通常画像用のCCD撮像素子を内視鏡先端に設置する形態としたが、イメージファイバを用いることにより、撮像ユニット内に設置してもよい。さらに、通常画像用および蛍光画像および反射画像撮像用のイメージファイバと撮像素子を共通化してもよい。この場合には、４分割された切換フィルタ、あるいは４分割されたモザイクフィルタ等を利用して、通常画像を得るためのフィルタ手段を撮像素子の前面に設置しておけばよい。
【０２００】
また、上記各実施の形態における合成画像表示の関する画像処理は、各画素単位で行うことに限定されず、測定者の所望する任意の縦横ｎ×ｍ画素単位で行っても良い。
【０２０１】
また、合成画像表示に関する画像処理を行なっていない領域がある場合には、その領域の表示色を所定の色で表示することにより、合成画像表示に関する処理を行なった領域を明確に表示できる。画像処理を行なう画素を間引いた場合などには、近傍の画像処理結果により補間表示を行うようにしてもよい。
【０２０２】
また、励起光源は、波長として４００ｎｍから４２０ｎｍ程度のいずれのものを選んでもよい。
【０２０３】
また、励起光源と白色光源を別個のものとしたが、適当な切換フィルタを利用することにより光源を共通化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】マンセル表色系における色相環の説明図
【図２】マンセル色立体の説明図
【図３】ＸＹＺ表色系のｘｙ色度図
【図４】本発明の第１の実施の形態による蛍光内視鏡装置の概略構成図
【図５】第１および第２の実施の形態に使用される切換フィルタの概略構成図
【図６】本発明の第２の実施の形態による蛍光内視鏡装置の概略構成図
【図７】本発明の第３の実施の形態の蛍光内視鏡装置により表示される合成画像の色の範囲を示す図
【図８】本発明の第４の実施の形態による蛍光内視鏡装置の概略構成図
【図９】モザイクフィルタの模式図
【図１０】第４の実施の形態に使用される切換フィルタの概略構成図
【図１１】本発明の第４の実施の形態の蛍光内視鏡装置により表示される合成画像の色の範囲を示す図
【図１２】本発明の第５の実施の形態の蛍光内視鏡装置により表示される合成画像の色の範囲を示す図
【図１３】本発明の第６の実施の形態による蛍光内視鏡装置の概略構成図
【図１４】本発明の第６の実施の形態の蛍光内視鏡装置により表示される合成画像の色の範囲を示す図
【図１５】本発明の第７の実施の形態の蛍光内視鏡装置により表示される合成画像の色の範囲を示す図
【図１６】本発明の第８の実施の形態の蛍光内視鏡装置により表示される合成画像の色の範囲を示す図
【図１７】他の実施の形態の蛍光内視鏡装置により表示される合成画像の色の範囲を示す図
【図１８】他の実施の形態の蛍光内視鏡装置により表示される合成画像の色の範囲を示す図
【図１９】 IR反射画像に所定の係数を乗じて輝度情報の表示階調を割り当てを行なうことを示す説明図
【図２０】階調処理関数を変更して輝度情報の表示階調の割り当てを行なうことを示す説明図
【図２１】正常組織と病変組織の蛍光スペクトルの強度分布を示す説明図
【符号の説明】
１０、２０ 画素値分布
３０、４０ 階調処理関数
５０ 生体組織
１００，３５０ 内視鏡挿入部
１０１ ライトガイド
１０１ａ 白色光用ライトガイド
１０１ｂ，３５１ｂ 励起光用ライトガイド
１０２ ＣＣＤケーブル
１０３ イメージファイバ
１０４，１５４ 照明レンズ
１０５、１５５ 対物レンズ
１０６ 集光レンズ
１０７，１２５，１５６，３０６ CCD撮像素子
１０８，１５７ プリズム
１１０，３１０，３７０ 照明ユニット
１１１ 白色光源
１１２ 白色光源用電源
１１３ 白色光用集光レンズ
１１４，２１１ ＧａＮ系半導体レーザ
１１５，２１２ 励起光電源
１１６，２１３ 励起光用集光レンズ
１５０，２００，３６０ 制御用コンピュータ
１２０ 撮像ユニット
１２１，３０２，３５５ 励起光カットフィルタ
１２２，３０３ 切換フィルタ
１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ 光学フィルタ
１２４，３０４ フィルタ回転装置
１２６，１４１，３０７，３４２，５０１ A／D変換回路
１２７，３３２，３８２ 画像メモリ
１２８，３０１ レンズ
１２９，３０５ 蛍光用集光レンズ
１３０ 合成画像生成ユニット
１３１，３８３ 組織性状画像生成手段
１３２，３８５ 組織形状画像生成手段
１３３，３８４ 合成画像生成手段
１４０，３４０，５００ 画像処理ユニット
１４３，３４３，５０２ 通常画像用メモリ
１４４，３４４，５０３ ビデオ信号処理回路
１６０，１６１，１６２，１７０，６０１，６０２ モニタ
３０３a，３０３ｂ，３０３ｃ 光学フィルタ
３０７，３３１，３８１，５０１ A/D変換回路
３１１ 参照光源
３１２ 参照光源用電源
３１３ 参照光用レンズ
３１４ａ Ｒフィルタ
３１４ｂ Ｇフィルタ
３１５ｃ Ｂフィルタ
３３０，３８０ 合成画像生成ユニット
３３３ 組織性状画像生成手段
３３４ 合成画像生成手段
３３５，４０９ ビットシフト手段
３３６，４０４ 統計量演算手段
３３７ 階調処理関数決定手段
３３８ 組織形状画像生成手段
３５１ ライトガイド
３５１ａ 面順次光用ライトガイド
３５１ｃ 参照光用ライトガイド
３５２ ＣＣＤケーブル
３５３a 駆動ライン
３５３ｂ 出力ライン
３５４ モザイクフィルタ
３５４ａ 狭帯域フィルタ
３５４ｂ 全帯域フィルタ
４００、８００ 画像演算ユニット
４０１ 蛍光画像用メモリ
４０２ 組織性状画像生成手段
４０３ IR反射画像用メモリ
４０５ 係数算出手段
４０６ 係数乗算手段
４０７ 組織形状画像生成手段
４０８ 合成画像生成手段
４１５ 階調処理関数決定手段
５０２ 通常画像用メモリ
５０３ ビデオ信号処理回路
Ｌ１ 白色光
Ｌ２ 励起光
Ｌ３ 蛍光
Ｌ４，Ｌ６，Ｌ７ 反射光
Ｌ５ 参照光
Ｌｒ Ｒ光
Ｌｇ Ｇ光
Ｌｂ Ｂ光
Claims (27)
- 励起光の被測定部への照射によって前記被測定部から発せられた蛍光の強度に応じた蛍光画像に基づく演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に前記被測定部の組織性状を示す組織性状画像を生成し、
前記蛍光画像に前記組織性状画像に割り当てられた前記色情報および前記輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に前記被測定部の組織形状を示す組織形状画像を生成し、
前記組織性状画像と前記組織形状画像とを合成して合成画像を生成し、該合成画像を表示することを特徴とする蛍光画像表示方法。 - 励起光の被測定部への照射によって前記被測定部から発せられた蛍光の強度に応じた蛍光画像に基づく演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に前記被測定部の組織性状を示す組織性状画像を生成し、
参照光の前記被測定部への照射によって前記被測定部から反射される反射光の強度に応じた反射画像に前記組織性状画像に割り当てられた前記色情報および前記輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に前記被測定部の組織形状を示す組織形状画像を生成し、
前記組織性状画像と前記組織形状画像とを合成して合成画像を生成し、該合成画像を表示することを特徴とする蛍光画像表示方法。 - 前記演算画像が、複数の異なる波長帯域の前記蛍光画像の比に基づくものであることを特徴とする請求項１または２記載の蛍光画像表示方法。
- 前記演算画像が、前記蛍光画像と前記反射画像の比に基づくものであることを特徴をする請求項２記載の蛍光画像表示方法。
- 前記演算画像または前記蛍光画像の画素値の統計量を算出し、該統計量に基づいて前記輝度情報の表示階調を割り当てることを特徴とする請求項１項記載の蛍光画像撮像方法。
- 前記演算画像、前記蛍光画像または前記反射画像の画素値の統計量を算出し、該統計量に基づいて前記輝度情報の表示階調を割り当てることを特徴とする請求項２記載の蛍光画像撮像方法。
- 前記統計量を、該統計量の算出対象の画像の一部の所望領域から算出することを特徴とする請求項５または６記載の蛍光画像表示方法。
- 前記統計量に基づいて所定の係数を算出し、該算出された係数を前記統計量の算出対象の画像に乗じ、該係数の乗じられた前記画像に前記輝度情報の表示階調を割り当てることを特徴とする請求項５から７いずれか１項記載の蛍光画像表示方法。
- 前記統計量に基づいて前記輝度情報の表示階調を示す階調処理関数を決定し、該決定された階調処理関数に基づいて前記統計量の算出対象の画像に前記輝度情報の表示階調を割り当てることを特徴とする請求項５から７いずれか１項記載の蛍光画像表示方法。
- 前記色情報が、表色系の顕色系の色度、表色系の混色系の色度または映像信号系の色差であることを特徴とする請求項１から９いずれか１項記載の蛍光画像表示方法。
- 前記輝度情報が、表色系の顕色系の明度、表色系の混色系の明度または映像信号系の輝度であることを特徴とする請求項１から１０いずれか１項記載の蛍光画像表示方法。
- 励起光を被測定部に照射することにより前記被測定部から発生する蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像する蛍光像撮像手段と、
前記蛍光画像に基づく演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に前記被測定部の組織性状を示す組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段と、
前記蛍光画像に前記組織性状画像に割り当てられた前記色情報および前記輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に前記被測定部の組織形状を示す組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段と、
前記組織性状画像と前記組織形状画像とを合成して合成画像を生成する合成画像生成手段と、
該合成画像生成手段により生成された前記合成画像を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする蛍光画像表示装置。 - 励起光を被測定部に照射することにより前記被測定部から発生する蛍光の強度に基づく蛍光画像を撮像する蛍光像撮像手段と、
参照光を前記被測定部に照射することにより前記被測定部から反射される反射光の強度に基づく反射画像を撮像する反射像撮像手段と、
前記蛍光画像に基づく演算画像に色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に前記被測定部の組織性状を示す組織性状画像を生成する組織性状画像生成手段と、
前記反射画像に前記組織性状画像に割り当てられた前記色情報および前記輝度情報に応じた色情報および輝度情報の少なくとも１つを割り当てて主に前記被測定部の組織形状を示す組織形状画像を生成する組織形状画像生成手段と、
前記組織性状画像と前記組織形状画像とを合成して合成画像を生成する合成画像生成手段と、該合成画像生成手段により生成された前記合成画像を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする蛍光画像表示装置。 - 前記演算画像が、複数の異なる波長帯域の前記蛍光画像の比に基づくものであることを特徴とする請求項１２または１３記載の蛍光画像表示装置。
- 前記演算画像が、前記蛍光画像と前記反射画像の比に基づくものであることを特徴をする請求項１３記載の蛍光画像表示装置。
- 前記撮像されたいずれかの画像の画素値の統計量を算出する統計量算出手段と、該統計量に基づいて前記輝度情報の表示階調を割り当てる階調処理手段とを備えたことを特徴とする請求項１２から１５記載の蛍光画像表示装置。
- 前記統計量算出手段が、前記撮像されたいずれかの画像の一部の所望領域から前記統計量を算出するものであることを特徴とする請求項１６記載の蛍光画像表示装置。
- 前記階調処理手段が、前記統計量に基づいて所定の係数を算出し、前記撮像されたいずれかの画像に前記係数を乗じ、該係数の乗じられた前記撮像されたいずれかの画像に前記輝度情報の表示階調を割り当てるものであることを特徴とする請求項１６または１７記載の蛍光画像表示装置。
- 前記階調処理手段が、前記統計量に基づいて前記輝度情報の表示階調を示す階調処理関数を決定し、該決定された階調処理関数に基づいて前記撮像されたいずれかの画像に前記輝度情報の表示階調を割り当てるものであることを特徴とする請求項１６または１７記載の蛍光画像表示装置。
- 前記撮像されたいずれかの画像の画素値が、９ｂｉｔ以上で示される場合、該画素値が上位８ｂｉｔ以下で示されるようビットシフトするビットシフト手段を備え、前記統計量算出手段が、該ビットシフトされた画素値に基づいて前記統計量を算出するものであることを特徴とする請求項１６から１９いずれか１項記載の蛍光画像表示装置。
- 前記階調処理手段がＯＮ／ＯＦＦ可能であることを特徴とする請求項１６から２０いずれか１項記載の蛍光画像表示装置。
- 前記統計量が、前記画素値の平均値または最大値を含む組み合わせであること特徴とすることを特徴とする請求項１６から２１いずれか１項記載の蛍光画像表示装置。
- 前記色情報が、表色系の顕色系の色度、表色系の混色系の色度または映像信号系の色差であることを特徴とする請求項１２から２２いずれか１項記載の蛍光画像表示装置。
- 前記輝度情報が、表色系の顕色系の明度、表色系の混色系の明度または映像信号系の輝度であることを特徴とする請求項１２から２３いずれか１項記載の蛍光画像表示装置。
- 前記合成画像生成手段が、前記組織性状画像と前記組織形状画像とを合成して前記合成画像を生成する際に、前記両画像の画素数が異なる場合には、前記いづれか一方の画素数に変換した後、前記合成画像を生成するものであることを特徴とする請求項１２から２４いずれか１項記載の蛍光画像表示装置。
- 生体内部に挿入される内視鏡挿入部を有する内視鏡の形態であることを特徴とする請求項１２から２５いずれか１項記載の蛍光画像表示装置。
- 前記励起光の光源が、ＧａＮ系の半導体レーザであり、励起光の波長帯域が４００ｎｍから４２０ｎｍまでの範囲内であることを特徴とする請求項１２から２６いずれか１項記載の蛍光画像表示装置。
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