JP4394356B2

JP4394356B2 - 電子内視鏡装置

Info

Publication number: JP4394356B2
Application number: JP2003030899A
Authority: JP
Inventors: 弘幸小林
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: DE102004006260B4; US20040155957A1; JP2004236952A; US7289140B2; DE102004006260A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、胃腸や気管支などの体腔内を観察可能にする電子内視鏡装置に、関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、生体組織は、特定の波長の光が照射されると、励起して蛍光を発する。また、腫瘍や癌などの病変が生じている異常な生体組織は、正常な生体組織よりも弱い蛍光を発する。この反応現象は、体腔壁下の生体組織においても起こる。近年、体腔壁下の生体組織に生じた異状をこの反応現象を利用して検出する電子内視鏡装置が、開発されつつある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この種の電子内視鏡装置は、体腔内のカラー画像を通常観察画像としてモニタに表示させることができるとともに、体腔内の白黒モノクロ画像上に患部と判断できそうな部分が例えば赤い点や塊にて示されている特殊観察画像をモニタに表示させることができる。
【０００４】
この電子内視鏡装置は、通常観察画像をモニタに表示させる場合には、電子内視鏡を通じて白色光を体腔内に照射し、電子内視鏡を利用して体腔内をカラー撮影し、通常観察画像のカラー画像データを生成する。一方、電子内視鏡装置は、特殊観察画像をモニタに表示させる場合には、画像上において患部と判断できそうな部分を検出するために、或る狭い波長帯域の可視光（参照光）と、生体組織を励起させるための励起光とを交互に体腔内に照射する。そして、電子内視鏡装置は、参照光を射出する期間に取得した参照画像データと、励起光を射出する期間に取得した蛍光画像データとを比較することにより、患部として表示すべき画素の位置を全画素の中から特定する。その後、電子内視鏡装置は、参照画像データに基づいて、白黒モノクロ画像を表示させるためのカラー画像データを生成し、このカラー画像データ上の特定された位置にある画素のみを例えば赤色として表示される画素に変換することにより、特殊観察画像の画像データを生成する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−０２３９０３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近、上述した特殊観察画像内の体腔壁の様子を、白黒モノクロではなく、カラーにて観察したいとの要望がある。この要望を満たすため、参照画像データと蛍光画像データとの比較により得られた患部として表示すべき部分を、通常観察画像上に示す方法が考えられる。
【０００７】
ところが、患部として表示すべき部分を通常観察画像上に示そうとすると、一コマ分の特殊観察画像の画像データを生成するためには、一周期の間に白色光と参照光と励起光とを体腔内に照射しなければならない。すると、体腔壁から反射又は放出される白色光，参照光，及び蛍光のそれぞれについて、電子内視鏡先端部内の撮像素子において蓄積するのに十分な時間が得られなくなるので、通常観察画像データと参照画像データと蛍光画像データの各画素の輝度値が全体的に低くなるという問題があった。また、各画像データにおける輝度値の低下により参照画像データと蛍光画像データとの比較においてエラーが生じやすくなるため、患部として表示すべき部分が実際の患部を示さなくなるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、通常観察画像データと参照画像データと蛍光画像データの各画素の輝度値を低下させることなく、特殊観察画像内の体腔壁の様子をカラーにて観察可能にし得る電子内視鏡装置を、提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明による電子内視鏡装置は、以下のような構成を採用した。
【００１０】
すなわち、本発明による電子内視鏡装置は、可視帯域全域の白色光，及び、生体組織を励起させるための励起光を交互に出力する光源部と、前記光源部から出力される前記白色光及び前記励起光を、カラーエリアセンサを備える電子内視鏡の基端側から先端まで導く光ファイバと、前記光源部が前記白色光を発する期間に前記電子内視鏡により生成された画像データを通常観察画像データとして取得するとともに、前記光源部が前記励起光を発する期間に前記電子内視鏡により生成された画像データを励起観察画像データとして取得する画像データ取得部と、前記画像データ取得部によって取得された前記通常観察画像データに対してのみ画像処理を施す第１画像処理部と、前記画像データ取得部によって取得された前記通常観察画像データから一つの色成分画像データを参照画像データとして抽出するとともに、前記画像データ取得部によって取得された前記励起観察画像データから一つの色成分画像データを蛍光画像データとして抽出し、抽出された参照画像データ及び蛍光画像データにおける互いに同じ位置にある画素の輝度値の差分を算出し、その差分が所定値よりも大きい画素がある位置の位置情報を患部情報として生成する第２画像処理部と、前記第１画像処理部から出力される通常観察画像データにおける前記患部情報により示される位置にある画素を、所定の色に相当する階調値をもつ画素に変換することにより、特殊観察画像を表示するための画像データを生成する画像生成部と、前記画像生成部において生成された画像データを出力する出力部とを備えることを、特徴としている。
【００１１】
このように構成されるので、通常観察画像データは、二つの画像処理部へ入力されるとともに、患部情報を生成するための第２画像処理部では、患部情報を生成するための参照画像データが、通常観察画像信号から抽出される。これにより、一コマ分の特殊観察画像を得るための期間である一周期の間に、参照光を照射する期間を設ける必要がなくなるため、被検体から反射又は放射される白色光及び蛍光のカラーエリアセンサにおける蓄積時間が十分得られる。その結果、第１画像処理部から出力される通常観察画像データや、第２画像処理部から出力される参照画像データ及び蛍光画像データの各画素の輝度値が全体的に低くなることがなくなる。また、このように、各画像データにおいて輝度値の低下が抑えられるため、患部情報を得る際の参照画像データと蛍光画像データとの比較においてエラーの発生が可及的に低減される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態である電子内視鏡装置の概略的な構成図である。この電子内視鏡装置は、電子内視鏡１，システムコントローラ２，光源ユニット３，ビデオプロセッサ４，及びモニタ５を、備えている。
【００１４】
図１には、電子内視鏡１の詳細な形状が図示されていないが、電子内視鏡１は、生体内に挿入される可撓管状の挿入部を、有している。この電子内視鏡１の挿入部の先端には、湾曲部が組み込まれている。また、挿入部の基端には、湾曲部を湾曲操作するためのアングルノブや各種のスイッチが、備えられている。挿入部の先端面には、少なくとも２つの貫通孔が穿たれており、そのうちの一対の貫通孔には、配光レンズ１１及び対物レンズ１２がそれぞれ嵌め込まれている。
【００１５】
さらに、電子内視鏡１の挿入部には、ライトガイド１３が引き通されている。ライトガイド１３は、可視光及び紫外光を透過可能な可撓な多数の光ファイバからなる。ライトガイド１３の先端面は、配光レンズ１１に対向しており、その基端は、光源ユニット３内に挿入されている。
【００１６】
さらに、電子内視鏡１の挿入部には、信号線１４が引き通されている。信号線１４の基端は、ビデオプロセッサ４に接続されており、その先端は、対物レンズ１２の像面に撮像面が配置された撮像素子１５に、繋がれている。
【００１７】
撮像素子１５は、撮像面上に形成された像を画像データに変換する単板のカラーエリアセンサーである。この撮像素子１５は、一般に非常に良く用いられているものであるので、撮像素子１５の構造を詳細には説明しないが、この撮像素子１５は、画素として二次元状に配置された多数のフォトダイオードと、各フォトダイオードに蓄積された電荷を転送する電荷結合素子（ＣＣＤ）と、ＣＣＤから受け取った電荷を電圧に変換して信号として出力する電荷検出部と、相関二重サンプリング回路などを含む出力回路とを、有している。また、この撮像素子１５は、補色系の多数の色フィルタを各画素の受光面の直前に備えている。この撮像素子１５の色フィルタは、マゼンダ（Ｍｇ），シアン（Ｃｙ），イエロー（Ｙｅ），及びグリーン（Ｇ）の四色の色フィルタから構成されており、これら四色の色フィルタは、互いに隣接する四つの画素群毎に、配置されている。このような色フィルタの配置方法は、いわゆるフィールド色差順次方式と称されており、この方式が採用された撮像素子１５のＣＣＤは、所定方向に並ぶ二画素の電荷を加算しながら電荷を転送するように、組まれている。従って、撮像素子１５からは、二画素の輝度値が加算された値の信号が、順次出力される。
【００１８】
具体的には、この撮像素子１５から信号線１４を介してビデオプロセッサ４へ出力される出力信号は、マゼンダの画素の輝度値とイエローの画素の輝度値とを加算して得られる値，及び、グリーンの画素の輝度値とシアンの画素の輝度値とを加算して得られる値が、交互に並んだ信号（Ｍｇ＋Ｙｅ，Ｇ＋Ｃｙ，Ｍｇ＋Ｙｅ，Ｇ＋Ｃｙ，…）、並びに、マゼンダの画素の輝度値とシアンの画素の輝度値とを加算して得られる値，及び、グリーンの画素の輝度値とイエローの画素の輝度値とを加算して得られる値が、交互に並んだ信号（Ｍｇ＋Ｃｙ，Ｇ＋Ｙｅ，Ｍｇ＋Ｃｙ，Ｇ＋Ｙｅ，…）である。
【００１９】
システムコントローラ２は、光源ユニット３及びビデオプロセッサ４を制御するコントローラである。このシステムコントローラ２は、各種基準信号を生成してその信号の出力を制御するコントローラであり、光源ユニット３及びビデオプロセッサ４における各処理は、この基準信号に従って進行する。
【００２０】
なお、システムコントローラ２は、図示せぬ操作パネルに設けられている操作スイッチが操作者によって切り替えられると、切替後の操作スイッチの状態に応じて、観察モードを通常観察モード又は特殊観察モードに切り替える。このシステムコントローラ２は、通常観察モードでは、通常観察モードを示す信号を光源ユニット３及びビデオプロセッサ４へ送出し、特殊観察モードでは。特殊観察モードを示す信号を光源ユニット３及びビデオプロセッサ４へ送出する。
【００２１】
光源ユニット３は、可視帯域全域の光（白色光）と生体組織を励起させるための励起光（紫外光）とを含む光を放出するランプと、このランプから発せられる光をライトガイド１５の基端面に集光する集光レンズと、このランプから発せられる光から白色光と励起光とを交互に抽出するシャッター及びフィルタからなる切替機構とを、備えている。
【００２２】
この光源ユニット３は、通常観察モードを示す信号をシステムコントローラ２から受信すると、観察モードを通常観察モードに切り替え、ライトガイド１５の基端面に白色光のみを連続的に入射させる。入射した白色光は、ライトガイド１５に導かれ、配光レンズ１１により拡散され、電子内視鏡１の先端に対向した被検体へ照射される。すると、撮像素子１５の撮像面には、白色光により照明された被検体の像が、対物レンズ１２により形成され、この被検体像が、撮像素子１５によって撮像されることにより、画像データに変換され、この画像データが、アナログの出力信号の形態で、ビデオプロセッサ４へ送られる。なお、以下の説明では、白色光が電子内視鏡１の先端から射出される期間に取得される画像データを、通常観察画像データと記述する。
【００２３】
また、この光源ユニット３は、特殊観察モードを示す信号をシステムコントローラ２から受信すると、観察モードを特殊観察モードに切り替え、ライトガイド１５の基端面に白色光と励起光とを交互に入射させる。入射した白色光と励起光は、ライトガイド１３に導かれ、配光レンズ１１により拡散され、電子内視鏡１の先端に対向した被検体へ交互に照射される。すると、撮像素子１５の撮像面には、白色光により照明された被検体の像と、励起光を照射されることにより励起して蛍光を発する被検体の像とが、対物レンズ１２により交互に形成され、これら像が、撮像素子１５によって交互に撮像されることにより、画像データに変換され、これら画像データが、アナログの出力信号の形態で、ビデオプロセッサ４へ送られる。なお、以下の説明では、特殊観察モードにおいて白色光が電子内視鏡１の先端から射出される期間に取得される画像データも、通常観察画像データと記述する。また、励起光が電子内視鏡１の先端から射出される期間に取得される画像データを、励起観察画像データと記述する。
【００２４】
ビデオプロセッサ４については、図２を参照して詳細に後述する。その概略は、通常観察モードを示す信号をシステムコントロール２から受信すると、観察モードを通常観察モードに切り替える。ビデオプロセッサ４は、通常観察モードでは、撮像素子１５から、通常観察画像データを受信する。この通常観察画像データを受信したビデオプロセッサ４は、後述するように、通常観察画像データに対してカラーバランス等の処理を施し、処理後の通常観察画像データを、ＰＡＬ信号やＮＴＳＣ信号などのアナログの映像信号の形態で、モニタ５へ出力する。信号が入力されたモニタ５は、信号に基づいて、通常観察画像を映し出す。
【００２５】
また、ビデオプロセッサ４は、特殊観察モードを示す信号をシステムコントロール２から受信すると、観察モードを特殊観察モードに切り替える。ビデオプロセッサ４は、特殊観察モードでは、撮像素子１５から、通常観察画像データと励起観察画像データとを交互に受信する。これら画像データを交互に受信したビデオプロセッサ４は、後述するように、通常観察画像データと励起観察画像データとを利用して、特殊観察画像を表示させるための画像データを生成し、この画像データを、ＰＡＬ信号やＮＴＳＣ信号などのアナログの映像信号の形態で、モニタ５へ出力する。信号が入力されたモニタ５は、信号に基づいて、特殊観察画像を映し出す。
【００２６】
図２は、ビデオプロセッサ４の回路構成図である。ビデオプロセッサ４は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２１，色分離回路２２，第１カラーマトリクス回路３１，カラーバランス回路３２，Ｒ成分画像用メモリ３３，Ｇ成分画像用メモリ３４，Ｂ成分画像用メモリ３５，第２カラーマトリクス回路４１，参照画像用メモリ４２，蛍光画像用メモリ４３，患部情報生成回路４４，合成回路５１，デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器５２，及びエンコード回路５３を、備えている。
【００２７】
何れの観察モードにおいても、撮像素子１５から出力された画像データは、Ａ／Ｄ変換器２１において、アナログの信号形態からデジタルの信号形態に、変換される。画像データに係るこのデジタル信号は、色分離回路２２において周知の加算処理及び減算処理が施されることにより、二つの色差成分信号と一つの輝度成分信号とに分離される。なお、これら三つの成分信号を生成する方法は、一般的であるので、生成方法について詳しく説明しないが、論理的には、上述した第１及び第２フィールド信号中において互いに隣接する一組の値の差分を取ることにより、二つの色差成分信号［（Ｍｇ＋Ｙｅ−Ｇ−Ｃｙ），（Ｍｇ＋Ｃｙ−Ｇ−Ｙｅ）］を生成し、また、上述した第１及び第２フィールド信号中において互いに隣接する一組の値の和を取ることにより、輝度成分信号（Ｍｇ＋Ｙｅ＋Ｇ＋Ｃｙ）を生成する。このようにして、画像データに係るデジタル信号が、二つの色差成分信号と一つの輝度成分信号とに分離される。但し、色分離回路２２を経た後は、画像データに係る二つの色差成分信号と一つの輝度成分信号とは、観察モードに従って、異なる経路を辿って合成回路５１へ到達することとなる。
【００２８】
通常観察モードでは、通常観察画像データに係る二つの色差成分信号及び一つの輝度成分信号は、色分離回路２２から出力されると、第１カラーマトリクス回路３１へ入力され、第２カラーマトリクス回路４１へは入力しない。一方、特殊観察モードでは、色分離回路２２から出力される信号のうち、通常観察画像データに係る二つの色差成分信号及び一つの輝度成分信号は、第１カラーマトリクス回路３１及び第２カラーマトリクス回路４１の両方へ入力し、励起観察画像データに係る二つの色差成分信号及び一つの輝度成分信号は、第２カラーマトリクス回路４１へ入力し、第１カラーマトリクス回路３１へは入力しない。
【００２９】
以下では、通常観察モードにおいて画像データが処理される順に、ビデオプロセッサ４の各回路について説明し、その後に、特殊観察モードにおいて画像データが処理される順に、ビデオプロセッサ４の各回路について説明する。
【００３０】
まず、通常観察モードにおいては、色分離回路２２から出力された通常観察画像データに係る二つの色差成分信号及び一つの輝度成分信号は、第１カラーマトリクス回路３１へ入力する。第１カラーマトリクス回路３１は、二つの色差成分信号及び一つの輝度成分信号に基づいて、赤（Ｒ）色成分信号，緑（Ｇ）色成分信号，及び青（Ｂ）色成分信号を生成する。なお、ＲＧＢの三つの色成分信号を生成する方法は、一般的であるので、詳しく説明しないが、論理的には、下記の式３に示される変換行列式を用いることにより、二つの色差成分信号及び一つの輝度成分信号からＲＧＢの三つの色成分信号を生成する。
【００３１】
【式３】

【００３２】
但し、上記式３において、Ｒ’は、一方の色差成分信号（Ｍｇ＋Ｙｅ−Ｇ−Ｃｙ）であり、Ｇ’は、他方の色差成分信号（Ｍｇ＋Ｃｙ−Ｇ−Ｙｅ）であり、Ｂ’は、輝度成分信号（Ｍｇ＋Ｙｅ＋Ｇ＋Ｃｙ）である。また、上記式１において、αは、カラーマトリクス係数であり、その一般式は、下記の式４のように、表現される。
【００３３】
【式４】

【００３４】
本実施形態の第１カラーマトリクス回路３１では、二つの色差成分信号及び一つの輝度成分信号に基づいてＲＧＢの三つの色成分信号を適切に生成するために、カラーマトリクス係数αは、例えば下記の式５のように具体的に設定される。
【００３５】
【式５】

【００３６】
カラーバランス回路３２は、ＲＧＢの三つの色成分信号の形態で第１カラーマトリクス回路３１から出力された通常観察画像データに対してカラーバランス処理を施すための回路である。なお、カラーバランス処理は、一般に行われているので詳しく説明しないが、その概要としては、通常観察画像データによって表示されるカラー画像の色合いを所定のものに変換する処理である。
【００３７】
ＲＧＢ成分画像用メモリ３３〜３５は、通常観察画像データがＲＧＢの三つの色成分信号の形態でカラーバランス回路３２から出力された際に、RＧＢの三つの色成分画像データをそれぞれ一旦記録する記録装置である。ＲＧＢ成分用画像メモリ３３〜３５にそれぞれ記録されたＲＧＢの三つの色成分画像データは、それぞれＲＧＢの三つの色成分信号の形態で同時に出力され、合成回路５１を通過して、Ｄ／Ａ変換器５２へ入力される。なお、合成回路５１は、通常観察モードでは機能せず、特殊観察モードのときのみ機能する。
【００３８】
通常観察画像データを構成する三つの色成分画像データは、Ｄ／Ａ変換器５２へ入力されると、デジタルの信号形態からアナログの信号形態に、変換され、エンコード回路５３へ入力される。エンコード回路５３は、通常観察画像データに係るＲＧＢの三つの色成分信号を、ＰＡＬ信号やＮＴＳＣ信号などの映像信号に変換する。その映像信号は、エンコード回路５３からモニタ５へ出力される。映像信号が入力されたモニタ５は、信号に基づいて、通常観察画像を映し出す。
【００３９】
これに対し、特殊観察モードにおいては、第２カラーマトリクス回路４１には、通常観察画像データと励起観察画像データとが交互に入力し、第１カラーマトリクス回路３１には、通常観察画像データだけが入力する。なお、通常観察画像データに係る二つの色差成分信号及び一つの輝度成分信号は、第１カラーマトリクス回路３１に入力されると、通常観察モードにおける通常観察画像データと同じように、第１カラーマトリクス回路３１、カラーバランス回路３２，ＲＧＢ成分画像用メモリ３３〜３５を経て、合成回路５１へ到達する。
【００４０】
一方、通常観察画像データに係る二つの色差成分信号及び一つの輝度成分信号は、第２カラーマトリクス回路４１に入力されると、第２カラーマトリクス回路４１によって、ＲＧＢの三つの色成分信号に変換される。また、励起観察画像データに係る二つの色差成分信号及び一つの輝度成分信号も、第２カラーマトリクス回路４１に入力されると、第２カラーマトリクス回路４１によって、ＲＧＢの三つの色成分信号に変換される。但し、この第２カラーマトリクス回路４１は、通常観察画像データと励起観察画像データとに対し、異なる演算処理を施す。
【００４１】
第２カラーマトリクス回路４１は、通常観察画像データに係る二つの色差成分信号及び一つの輝度成分信号に対しては、例えば下記の式６のような具体的な数値を持つカラーマトリクス係数αが設定された上記式３の変換行列式を用いて、演算処理を行う。
【００４２】
【式６】

【００４３】
これにより、通常観察画像データについては、第２カラーマトリクス回路４１から出力されるＲＧＢの三つの色成分信号のうちのＲ色成分信号のみが、値を持つこととなる。よって、この第２カラーマトリクス回路４１は、通常観察画像データを処理した場合には、そのＲ色成分信号のみを出力し、この信号を参照画像用メモリ４２に入力させる。なお、以下の説明では、通常観察画像データに係るＲ色成分信号によって伝送される画像データを、参照画像データと記述する。
【００４４】
また、第２カラーマトリクス回路４１は、励起観察画像データに係る二つの色差成分信号及び一つの輝度成分信号に対しては、例えば下記の式７のような具体的な数値を持つカラーマトリクス係数αが設定された上記式３の変換行列式を用いて、演算処理を行う。
【００４５】
【式７】

【００４６】
これにより、励起観察画像データについては、第２カラーマトリクス回路４１から出力されるＲＧＢの三つの色成分信号のうちのＧ色成分信号のみが、値を持つこととなる。よって、この第２カラーマトリクス回路４１は、励起観察画像データを処理した場合には、Ｇ色成分信号のみを出力し、この信号を蛍光画像用メモリ４３に入力させる。なお、以下の説明では、励起観察画像データに係るＧ色成分信号によって伝送される画像データを、蛍光画像データと記述する。
【００４７】
参照画像用メモリ４２に記録された参照画像データと蛍光画像用メモリ４３に記録された蛍光画像データとは、色成分信号の形態で両メモリ４２，４３から同時に出力され、患部情報生成回路４４に入力される。
【００４８】
患部情報生成回路４４は、画像内において患部として表示すべき画素を特定することにより、その画素の位置に関する情報（患部情報）を取得するための回路であり、以下に示すような処理を行う。すなわち、患部情報生成回路４４は、一コマ分の参照画像データ及び蛍光画像データを取得すると、参照画像データと蛍光画像データの最大輝度値及び最小輝度値をそれぞれ抽出し、これらの値に基づいて参照画像データと蛍光画像データの階調幅及びレベルが互いに同じになるように規格化し、続いて、規格化後の参照画像データと蛍光画像データとにおける互いに同じ座標にある画素同士の輝度値の差分（参照画像の画素値から蛍光画像の画素値を差し引いて得られる差分）を各座標について算出し、差分が所定の閾値以上である座標を全座標の中から特定する。患部情報生成回路４４は、このようにして取得した患部情報を合成回路５１へ出力する。
【００４９】
合成回路５１は、ＲＧＢの三つの色成分信号の形態でＲＧＢ成分画像用メモリ３３〜３５から出力された通常観察画像データと、患部情報生成回路４４から出力された患部情報とを合成する。具体的には、合成回路５１は、通常観察画像データの各画素のうち、患部情報によって示される位置にある画素を、例えば緑色として表示される画素となるように（例えばその画素の階調値（Ｒ，Ｇ，Ｂ）が（０，２５５，０）となるように）、変換する。合成回路５１は、通常観察画像データに患部情報を合成して得られた画像データを、特殊観察画像を表示させるための画像データとして、ＲＧＢの三つの色成分信号の形態で、Ｄ／Ａ変換器５２へ出力する。
【００５０】
特殊観察画像データは、Ｄ／Ａ変換器５２へ入力されると、デジタルの信号形態からアナログの信号形態に、変換され、エンコード回路５３へ入力される。エンコード回路５３は、特殊観察画像データに係るＲＧＢの三つの色成分信号を、ＰＡＬ信号やＮＴＳＣ信号などの映像信号に変換する。この映像信号は、エンコード回路５３からモニタ５へ出力される。映像信号が入力されたモニタ５は、信号に基づいて、特殊観察画像を映し出す。
【００５１】
本実施形態の電子内視鏡装置が、以上のように構成されるので、この電子内視鏡装置を使用して被験者に施術を行う術者は、以下に示されるような手順により、被験者の体腔内を観察することができる。
【００５２】
まず、術者は、電子内視鏡１の先端を被験者の体腔内に挿入し、図示せぬ操作パネル上のスイッチを操作して観察モードを通常観察モードにする。すると、電子内視鏡１の先端部からは、白色光が連続的に射出され、撮像素子１５により、白色光により照明された体腔壁の像が、撮像される。撮像により得られた通常観察画像データは、色分離回路２２において二つの色差成分信号及び一つの輝度成分信号の形態に変換され、第１カラーマトリクス回路３１においてＲＧＢの三つの色成分信号の形態に変換され、カラーバランス回路３２においてカラーバランス処理が施され、ＲＧＢ成分画像用メモリ３３〜３５に一旦格納されることにより同時化され、エンコード回路５３において映像信号の形態に変換されて、モニタ５へ出力される。このため、モニタ５には、電子内視鏡１の先端部が対向した領域が、カラーの通常観察画像として表示される。術者は、この通常観察画像を見ながら、体腔壁の状態を観察することができる。
【００５３】
さらに、術者は、通常観察画像の観察を通じて選択した部位に対して、特殊観察画像を利用した観察を行う。具体的には、術者は、図示せぬ操作パネル上のスイッチを操作して観察モードを特殊観察モードにする。すると、電子内視鏡１の先端部からは、白色光と励起光とが交互に射出され、撮像素子１５によって、白色光により照明された体腔壁の像と、蛍光を発している体腔壁の像とが、交互に撮像される。撮像により得られた通常観察画像データと励起観察画像データは、何れも、色分離回路２２において二つの色差成分信号及び一つの輝度成分信号の形態に変換される。第１カラーマトリクス回路３１に入力した通常観察画像データは、第１カラーマトリクス回路３１においてＲＧＢの三つの色成分信号の形態に変換され、カラーバランス回路３２においてカラーバランス処理が施され、ＲＧＢ成分画像用メモリ３３〜３５に一旦格納される。一方、第２カラーマトリクス回路４１に交互に入力した通常観察画像データ及び励起観察画像データのうち、通常観察画像データからは、第２カラーマトリクス回路４１において参照画像データが抽出されて参照画像用メモリ４２へ格納され、励起観察画像データからは、第２カラーマトリクス回路４１において蛍光画像データが抽出されて蛍光画像用メモリ４３へ格納される。参照画像用メモリ４２及び蛍光画像用メモリ４３に格納された両画像データに基づいて患部情報が生成されると、ＲＧＢ成分画像用メモリ３３〜３５に格納された各画像データに対して患部情報が、合成回路５１において合成され、特殊観察画像を表示させるための画像データが生成される。この画像データは、エンコード回路５３において映像信号の形態に変換されて、モニタ５へ出力される。このため、モニタ５には、電子内視鏡１の先端部が対向した領域が、カラーの特殊観察画像として表示される。術者は、この特殊観察画像を見ながら、体腔壁の輪郭や凹凸を特定できるとともに、その画像の中において斑点状や塊状として緑色にて示された部分により、相対的に弱い蛍光を発する生体組織の集合体、すなわち、腫瘍や癌などの病変が生じている可能性の高い部位を、認識することができる。
【００５４】
上述したように、本実施形態の電子内視鏡装置には、通常観察画像データに対して処理を行う処理経路（第１カラーマトリクス回路３１，カラーバランス回路３２，及び、ＲＧＢ成分画像用メモリ３３〜３５：第１画像処理部に相当）と、患部情報を生成するための処理経路（第２カラーマトリクス回路４１，参照画像用メモリ４２，蛍光画像用メモリ４３，及び、患部情報生成回路４４：第２画像処理部に相当）とが、一つずつ設けられている。さらに、特殊観察モードでは、通常観察画像データが両方の処理経路へ供給され、患部情報を生成するための処理経路では、患部情報を生成するための参照画像データが、通常観察画像データから抽出される。これにより、一コマ分の特殊観察画像を得るための期間である一周期の間に、参照光を照射する期間を設ける必要がなくなるため、体腔壁から反射又は放射される白色光及び蛍光の撮像素子１５における蓄積時間が十分得られる。その結果、通常観察画像データと参照画像データと蛍光画像データの各画素の輝度値が全体的に低くなることがなくなり、然も、患部情報を得る際の参照画像データと蛍光画像データとの比較においてエラーの発生をできるだけ低減することができる。
【００５５】
また、本実施形態によれば、以下の効果が得られる。すなわち、電子内視鏡内の撮像素子１５は、カラーエリアセンサであるため、そのカラーエリアセンサの分光感度特性図である図３に示されるように、３６５ｎｍを含む数ｎｍの波長帯域を持つ励起光に対しても、感度を有する。このため、上記式４に示されるような通常のカラーマトリクス係数αを用いた演算により、励起観察画像データに係る二つの色差成分信号及び一つの輝度成分信号を、ＲＧＢの三つの色成分信号に変換すると、これらＲＧＢの三つの色成分信号には、励起光による偽信号が混じり、Ｇ色成分信号によって伝送される蛍光画像データが、蛍光成分だけをもつものとして正常に再現されない。しかし、本実施形態のように、カラーマトリクス係数αの各要素の値を適宜選択して、蛍光成分だけを持つ色成分信号（Ｇ色成分信号）を生成すれば、蛍光画像データにおいて、励起光による偽信号の影響を排除することができる。この結果、撮像素子１５の撮像面の直前に、励起光を除去するためのバンドパスフィルタを設けなくて済む。
【００５６】
なお、本実施形態では、通常観察用及び特殊観察用の両方に利用できるように、システムコントローラ２と光源ユニット３とビデオプロセッサ４とが一体に構成された電子内視鏡装置の例を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、システムコントローラ２と光源ユニット３とビデオプロセッサ４とを備える装置が、別体型として、通常の内視鏡装置とは別に用意されていても構わない。この場合、システムコントローラ２は、観察モードの切り替えを行わず、常に特殊観察モードに相当する状態に設定される。また、光源ユニット３には、白色光及び励起光を導く光ファイバが取り付けられ、この光ファイバは、内視鏡の鉗子チャネルに挿入されてその先端が内視鏡の先端面から突き出された状態で、使用される。さらに、ビデオプロセッサ４には、通常の内視鏡装置から出力される画像データが入力され、ビデオプロセッサ４は、上述したＡ／Ｄ変換器４１以降の処理と同様の処理を実行する。なお、この場合のビデオプロセッサ４から出力される信号は、内視鏡装置に繋がれたモニタに入力されても良いし、それとは別のモニタに出力されても良い。前者の場合には、通常の内視鏡装置からの映像信号とビデオプロセッサ４からの映像信号とを切り替える信号切替装置が必要となり、後者の場合には、術者は、観察時に、２台のモニタを利用することとなる。
【００５７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、通常観察画像データと参照画像データと蛍光画像データの各画素の輝度値を低下させることなく、特殊観察画像内の体腔壁の様子をカラーにて観察可能にすることができる。また、電子内視鏡の撮像素子の撮像面の直前に、励起光を除去するためのバンドパスフィルタを配置しなくても、蛍光画像データにおいて、励起光による偽信号の影響を排除できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である電子内視鏡装置の概略的な構成図
【図２】ビデオプロセッサの回路構成図
【図３】カラーエリアセンサである撮像素子の分光感度特性図
【符号の説明】
１電子内視鏡
１１配光レンズ
１２対物レンズ
１３ライトガイド
１４信号線
１５撮像素子
２システムコントローラ
３光源ユニット
４ビデオプロセッサ
５モニタ
２１アナログ／デジタル変換器
２２色分離回路
３１第１カラーマトリクス回路
３２カラーバランス回路
３３Ｒ成分画像用メモリ
３４Ｇ成分画像用メモリ
３５Ｂ成分画像用メモリ
４１第２カラーマトリクス回路
４２参照画像用メモリ
４３蛍光画像用メモリ
４４患部情報生成回路
５１合成回路
５２デジタル／アナログ変換器
５３エンコード回路

Claims

可視帯域全域の白色光，及び、生体組織を励起させるための励起光を交互に出力する光源部と、
前記光源部から出力される前記白色光及び前記励起光を、カラーエリアセンサを備える電子内視鏡の基端側から先端まで導く光ファイバと、
前記光源部が前記白色光を発する期間に前記電子内視鏡により生成された画像データを通常観察画像データとして取得するとともに、前記光源部が前記励起光を発する期間に前記電子内視鏡により生成された画像データを励起観察画像データとして取得する画像データ取得部と、
前記画像データ取得部によって取得された前記通常観察画像データに対してのみ画像処理を施す第１画像処理部と、
前記画像データ取得部によって取得された前記通常観察画像データから一つの色成分画像データを参照画像データとして抽出するとともに、前記画像データ取得部によって取得された前記励起観察画像データから一つの色成分画像データを蛍光画像データとして抽出し、抽出された参照画像データ及び蛍光画像データにおける互いに同じ位置にある画素の輝度値の差分を算出し、その差分が所定値よりも大きい画素がある位置の位置情報を患部情報として生成する第２画像処理部と、
前記第１画像処理部から出力される通常観察画像データにおける前記患部情報により示される位置にある画素を、所定の色に相当する階調値をもつ画素に変換することにより、特殊観察画像を表示するための画像データを生成する画像生成部と、
前記画像生成部において生成された画像データを出力する出力部と
を備えることを特徴とする電子内視鏡装置。
前記第２画像処理部は、前記通常観察画像信号を構成する二つの色差信号をＲ’及びＧ’とし、一つの輝度信号をＢ’としたときに、これら色差信号Ｒ’及びＧ’並びに輝度信号Ｂ’に対し、以下の変換行列式
【式１】

を用いた演算を行うことにより、ＲＧＢの三つの色成分信号を生成する
ことを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。
前記第２画像処理部は、前記励起観察画像信号を構成する二つの色差信号をＲ’及びＧ’とし、一つの輝度信号をＢ’としたときに、これら色差信号Ｒ’及びＧ’並びに輝度信号Ｂ’に対し、以下の変換行列式
【式２】

を用いた演算を行うことにより、ＲＧＢの三つの色成分信号を生成する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電子内視鏡装置。