JP4611687B2 - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、励起光を照射することにより生体組織の病変部位を発見する電子内視鏡装置に関する。

従来より、特定波長の励起光を生体に照射すると生体内組織が蛍光を発生することが知られている。この自家蛍光の特性は正常組織と病変組織により異なり、正常組織の発光強度の方が病変組織の発光強度より強い。したがって、この生体内組織の自家蛍光の特徴を利用すれば、生体の表層から視認することが困難な早期癌の発見等に有効である。

医療の分野ではこの蛍光観察が可能な電子内視鏡装置が提案されており、可視帯域の波長を有する通常光を照射し生体を観察する通常光観察と、励起光を照射し生体を観察する蛍光観察とが切り換えられるようになっている。通常光観察においては、生体に通常光を照射し、生体から反射される通常光を結像させ、通常光光学像がＴＶモニタに再現される。また、蛍光観察においては、体腔内の生体組織に励起光を照射し、該生体内組織が発する蛍光による光学像がＴＶモニタに再現される。このような電子内視鏡装置には、固体撮像素子からの出力のゲインを制御するオートゲインコントロール機能が搭載されたものがある。
特開２００２−１０２１４７号公報

観察する生体の状況によっては、オートゲインコントロール機能が動作しても、自家蛍光画像が十分な明るさでＴＶモニタに再現されない場合がある。このようなとき、施術者自身がゲイン調整ボタンを操作し、ゲインレベルを上げなければならない。ところが、施術者は、ＴＶモニタに映し出された画像を見ながら、電子スコープの挿入部先端の移動や、電気メスや鉗子等の処置具の操作を行っており、これらの操作は集中力が要求される。従って、これらの操作に加えてゲインレベルの調整を行うことは、施術者にとって大きな負担となるという問題があった。

本発明は、以上の問題を解決するものであり、通常光画像と自家蛍光画像を表示する電子内視鏡装置において、施術者に負担をかけることなく、常時、自家蛍光画像を適切な明るさで表示することを目的とする。

本発明に係る電子内視鏡装置は、可視帯域の通常光を出射する通常光光源と、特定波長の励起光を出射する励起光光源と、通常光光源から出射された通常光を照射し、被観察体の通常光画像を取得する通常光画像取得処理と、励起光光源から出射された励起光を照射し、被観察体の自家蛍光画像を取得する自家蛍光画像取得処理とを交互に実行する画像取得手段と、通常光画像の輝度レベルを目標値として自家蛍光画像の輝度レベルを調整する調整手段とを備えることを特徴とする。

好ましくは、調整手段は、通常光画像及び自家蛍光画像を同一の態様で複数の分割領域に分割し、対応する分割領域毎に通常光画像の輝度レベルと自家蛍光画像の輝度レベルの輝度レベル差を求める輝度レベル差算出手段と、複数の分割領域のそれぞれの輝度レベル差を、複数の分割領域の他の分割領域の輝度レベル差と比較する輝度レベル差比較手段と、他の分割領域の輝度レベル差と比べて大きい分割領域の輝度レベル差を除外し、輝度レベル差の平均値を算出する算出手段と、算出手段により算出された平均値に基づいて、自家蛍光画像の輝度レベルを上げる輝度レベル変更手段とを有する。

以上のように、本発明によれば、励起光を照射して得られる自家蛍光画像の輝度レベルが、通常光を照射して得られる通常光画像の輝度レベルを目標値として調整される。すなわち、通常光画像と略同じレベルの明るさを有する自家蛍光画像がＴＶモニタに表示される。従って、施術者自身がゲイン調整を行う必要はなく、施術中の負担が軽減される。

また、励起光照射時の病変組織の発光強度は、正常組織の発光強度よりも弱い。従って、輝度レベルの輝度レベル差が他の分割領域に比べて大きい輝度レベル差を除外して輝度レベル差の平均値を算出する構成とすれば、正常組織が映し込まれた分割領域の輝度レベル差の平均値が得られる。そして、こうして得られる輝度レベル差の平均値に基づいて、自家蛍光画像の輝度レベルを上げることにより、輝度レベル調整後の自家蛍光画像における正常組織と病変部位との明るさのコントラストがより一層明確となる。その結果、病変部位の発見が容易となる。

図１は、本発明に係る実施形態が適用される電子内視鏡装置のブロック図である。電子スコープ１０には多数の光ファイバーから成るライトガイド１１が挿通しており、ライトガイド１１は電子スコープ１０の挿入部１２の先端１２Ａまで延びている。挿入部先端１２Ａにおいてライトガイド１１の出射端１１Ａの前方には配光レンズ１３が配置される。

画像処理プロセッサ３０のシステムコントローラ３１は、電子内視鏡装置全体をコントロールする例えばマイクロプロセッサである。画像処理プロセッサ３０内には、白色光を出射するランプ３２が設けられる。ランプ３２には例えばキセノンランプ等が用いられ、システムコントローラ３１の制御に基づくランプ用電源３３からの電力供給により点灯駆動する。点灯したランプ３２から出射された白色光は、絞り３４、回転プレート３７を介してハーフミラー４０へ導かれる。白色光はハーフミラー４０を透過し、集光レンズ４１によりライトガイド１１の入射端１１Ｂへ集光させられる。

また、システムコントローラ３１には波長が例えば４０８ｎｍ（ナノメータ）の励起光を出射する半導体レーザであるレーザ光源４２が接続されている。キースイッチ４４は画像処理プロセッサ３０の筐体に配設されており、キー４３の操作に応じてキースイッチ４４のオンオフが切り替わる。レーザ光源４２の主電源のオンオフはキースイッチ４４のオンオフにそれぞれ連動する。また、レーザ光源４２における励起光の出射の開始及び停止、励起光の発光出力パワー等はシステムコントローラ３１からの制御信号に基づいて制御される。レーザ光源４２から出射された励起光は、レンズ４５を介してハーフミラー４０へ導かれる。励起光はハーフミラー４０により反射され、集光レンズ４１によりライトガイド１１の入射端１１Ｂへ集光させられる。

図２は、絞り３４の斜視図である。絞り３４は、本体３４Ａと、本体３４Ａと連続して形成される支持部３４Ｂとを有する薄板状の部材である。本体３４Ａは略矩形を呈し、スリット３４Ｃが形成されている。支持部３４Ｂはその中央近傍において、モータ３５の出力軸が固定的に嵌合している。絞り３４は、本体３４Ａがランプ３２からの白色光の光路内に介在するよう配置される。モータ３５が回転すると、その出力軸を中心として絞り３４が揺動する。その結果、スリット３４Ｃが上述の白色光の光路内において介在する度合いが変化し、白色光が遮断される量が変化する。すなわち、モータ３５の回転方向及び回転量を制御することにより、回転プレート３７へ導かれる白色光の光量が調節される。モータ３５の回転方向及び回転量は、システムコントローラ３１からの制御信号に基づいて動作する絞りドライバ３６により制御される。

図３は、回転プレート３７の正面図である。回転プレート３７は円形を呈し、周方向に沿ってセクタ状の開口部３７Ａが形成されている。開口部３７Ａは回転プレート３７の略半分の領域を占めている。回転プレート３７の中心３７Ｂにはモータ３８（図１参照）の出力軸が固定的に嵌合している。モータ３８の回転に応じて開口部３７Ａがランプ３２からの白色光の光路内に位置決めされると、白色光はハーフミラー４０へ導かれ、開口部３７Ａ以外の領域が当該光路内に位置決めされると、白色光は遮断される。モータ３８の回転は、システムコントローラ３１からの制御信号に基づいて動作する回転プレートドライバ３９により制御される。

再び図１を参照すると、入射端１１Ｂに入射した白色光若しくは励起光は、ライトガイド１１により挿入部先端１２Ａまで導かれ、出射端１１Ａから出射される。出射光は配光レンズ１３を介して挿入部先端１２Ａの前方に出射され、これにより被観察体が照射される。被観察体からの反射光若しくは自家蛍光は、電子スコープ１０の挿入部先端１２Ａに配設された対物レンズ１４、励起光を遮断し白色光及び自家蛍光を透過させる励起光カットフィルタ１５を介してＣＣＤ１６に入射する。これにより、ＣＣＤ１６の受光面に被観察体の光学像若しくは自家蛍光像が結像される。

電子スコープ１０内のスコープＣＰＵ１７は、画像処理プロセッサ３０のシステムコントローラ３１のＣＰＵ（図示せず）との間でＳＣＩ（Serial Communication Interface）により制御信号等の送受信を行う。スコープＣＰＵ１７からの制御信号に基づいてＣＣＤドライバ１８からＣＣＤ駆動信号が出力され、ＣＣＤ１６の駆動が制御される。ＣＣＤ１６では被観察体の光学像若しくは自家蛍光像が光電変換され、アナログ画像信号が出力される。

システムコントローラ３１は、例えばＮＴＳＣ方式に準拠し、１／３０（秒）毎に１フレームの画像信号が生成されるよう、スコープＣＰＵ１７へＣＣＤ１６の駆動制御信号を出力する。また、システムコントローラ３１は、回転プレート３７が１／３０（秒）毎に１回転するようモータ３８の駆動を制御する。さらに、１フレームの画像信号を構成する第１フィールドの画像信号がＣＣＤ１６により取得されるとき、開口部３７Ａが白色光の光路内に介在し、第２フィールドの画像信号が取得されるとき、開口部３７Ａ以外の領域が白色光の光路内に介在するよう、システムコントローラ３１はＣＣＤ１６の駆動と回転プレート３７の回転の同期をとる。

さらに、システムコントローラ３１は、回転プレート３７の回転と同期をとって、レーザ光源４２へのパルス信号の出力を制御する。回転プレート３７の回転中、開口部３７Ａがランプ３２からの白色光の光路内に位置するとき、レーザ光源４２を駆動するためのパルス信号の出力は停止され、開口部３７Ａ以外の領域がランプ３２からの白色光の光路内に位置するとき、この駆動パルス信号が出力される。すなわち、白色光が回転プレート３７により遮光されるときは励起光がライトガイド１１の入射端１１Ｂへ導かれ、白色光が回転プレート３７に遮光されず入射端１１Ｂへ導かれるときは励起光の出射が停止される。

以上のシステムコントローラ３１の制御により、１フレームの画像信号を取得するにあたって、第１フィールドについては白色光画像の画像信号が取得され、第２フィールドについては自家蛍光画像の画像信号が取得される。

ＣＣＤ１６から出力されたアナログ画像信号は画像処理プロセッサ３０の画像信号処理回路４７へ伝送される。画像信号処理回路４７は入力された画像信号に増幅処理、ガンマ補正、輪郭強調等の所定の画像信号処理が施され、画像信号処理回路４７に設けられた画像メモリ（図示せず）に画像データとして格納される。画像メモリ内の画像データは、適時読み出されてＮＴＳＣ方式に準拠したビデオ信号処理が施され、オートゲインコントローラ４８を介してＴＶモニタ５０へ出力される。その結果、ＴＶモニタ５０に被観察体の映像が表示される。上述のように、本実施形態では、第１フィールドは白色光画像の画像信号が取得され、第２フィールドは自家蛍光画像の画像信号が取得される。従って、ＴＶモニタ５０には第１フィールドの画像信号に基づく白色光画像と第２フィールドの画像信号に基づく自家蛍光画像が並べて表示される。

尚、画像処理プロセッサ３０の筐体に配設されるフロントパネルにはゲインコントロールボタン４６が設けられている。使用者がゲインコントロールボタン４６を操作することにより、ＴＶモニタ５０に表示される白色光画像及び自家蛍光画像の明るさを適宜調整することが可能である。

一方、オートゲインコントローラ４８は、自家蛍光画像のゲインを自動的に制御するコントローラである。オートゲインコントローラ４８によるゲイン制御はシステムコントローラ３１からの指令信号により実行される。

ここで、本実施形態における自家蛍光画像のゲインの制御について説明する。上述のように、画像メモリに格納された第１フィールドの白色光画像の画像情報と第２フィールドの自家蛍光画像の画像情報は、システムコントローラ３１に入力される。システムコントローラ３１は、入力されたそれぞれの画像情報を所定の複数の領域に分割する。

図４はＣＣＤ１６により取得された管状の体内器官の画像であり、システムコントローラ３１による前述の分割の態様が示されている。本実施形態では、１つの画像が３行×３列の９つの領域に分割される。システムコントローラ３１は、「１」〜「９」の各分割領域（第１領域〜第９領域）毎に、白色光画像の輝度レベルと自家蛍光画像の輝度レベルとを比較する。そして、その比較結果に基づいて、自家蛍光画像の明るさを白色光画像の明るさに近づけるよう、自家蛍光画像の輝度レベルを調整する。尚、輝度レベルの調整の詳細については後述する。

図５は、白色光画像及び自家蛍光画像を取得するまでの処理手順を示すフローチャートであり、図６は、画像取得後に自家蛍光画像のゲインを制御し、輝度レベルを調整する処理手順を示すフローチャートである。これらの処理手順を図４を参照しながら説明する。尚、例として体内器官において第２領域と第８領域に相当する箇所に病変部位が発生しているものとして、以降の説明を行う。ステップＳ１００で、画像処理プロセッサ３０のフロントパネルに設けられたスタートボタン（図示せず）が押されたことが確認されたら、ステップＳ１０２へ進み、処理が開始される。

ステップＳ１０２で、システムコントローラ３１からランプ用電源３３へ電力供給開始の制御信号が出力され、ランプ用電源３３からランプ３２への電力供給が開始される。その結果、ランプ３２から白色光が出射される。次いで、ステップＳ１０４において、回転プレート３７の開口部３７Ａがランプ３２からの白色光の光路内に介在するよう、システムコントローラ３１からモータ３８へ制御信号が出力される。これにより、被観察体に対する白色光の照射が開始される。

ステップＳ１０６において、システムコントローラ３１からスコープＣＰＵ１７へＣＣＤ１６の駆動を指示する制御信号が出力される。その結果、１フィールド分の白色光画像の画像情報が取得される。次いでステップＳ１０８において、白色光画像の画像情報が図４に示す９つの領域（第１領域〜第９領域）に分割され、画像メモリに保存される。白色光画像の画像情報の保存が終了したら、ステップＳ１１０へ進む。ステップＳ１１０では、白色光の照射停止処理が行われる。回転プレート３７が回転され、開口部３７Ａ以外の領域がランプ３２からの白色光の光路内に介在させられる。これにより被観察体への白色光の照射は停止される。

次いで、ステップＳ１１２では励起光の照射が開始される。システムコントローラ３１からレーザ光源４２へ励起光を出力する指令信号が出力され、それに応じてレーザ光源４２から励起光が出射され、被観察体に照射される。

ステップＳ１１４において、自家蛍光画像の取得処理が実行される。励起光が照射された状態でＣＣＤ１６から出力される画像信号に対し、画像信号処理回路において所定の画像処理が施され、１フレームを構成する第２フィールドの画像情報が取得される。次いで、ステップＳ１１６において、自家蛍光画像の画像情報が、白色光画像と同様、９つの分割領域（第１領域〜第９領域）に分割され、画像メモリに保存される。自家蛍光画像の画像情報の保存が終了したら、図６のステップＳ１１８へ進む。

ステップＳ１１８乃至Ｓ１２６において、後述する輝度レベル差の平均値の算出に用いられる分割領域の選択と、その分割領域の輝度レベル差のメモリへの格納処理が行われる。ステップＳ１１８では、白色光画像の輝度レベルと自家蛍光画像の輝度レベルが、各領域毎に比較され、それぞれの輝度レベル差の値がシステムコントローラ３１のメモリ（図示せず）に格納される。

ステップＳ１２０では、ステップＳ１１８で演算された輝度レベル差のチェックが行われる。すなわち、第１〜第９領域のそれぞれの輝度レベル差について、他の分割領域の輝度レベル差と比較される。チェック対象の分割領域の輝度レベル差が他の分割領域の輝度レベル差と比べ大きく異ならないことが確認されたら（ステップＳ１２０でＮＯ）、ステップＳ１２２へ進み、当該分割領域の輝度レベル差を後述する平均値の算出処理の対象とすべく、システムコントローラ３１のメモリに保存する。一方、チェック対象の分割領域の輝度レベル差が他の分割領域の輝度レベル差に比べ大きく異なることが確認されたら（ステップＳ１２０でＹＥＳ）、当該分割領域の輝度レベル差を後述する平均値の算出処理の対象から除外する。すなわち、メモリには保存しない。

ステップＳ１２６では、第１〜第９領域の全てについて他の分割領域の輝度レベル差の比較が実行されたかチェックされる。ステップＳ１２０の比較処理が実行されていない領域がある場合は、ステップＳ１２０乃至Ｓ１２４の処理が繰り返される。この繰り返しにより、輝度レベル差が他の分割領域の輝度レベル差に比べ大きく異なることのない輝度レベルがメモリに保存される。第１〜第９領域の全てについて、他の分割領域の輝度レベル差との比較が実行されたことが確認されたら（ステップＳ１２６でＹＥＳ）、ステップＳ１２８へ進む。

図７は、白色光画像の輝度レベルとゲイン調整前の自家蛍光画像の輝度レベルとを各分割領域毎に比較して示すグラフである。図７に示されるように、病変部位が存在する第２領域及び第８領域の輝度レベルの輝度レベル差は、他の領域の輝度レベル差に比べて極めて大きい。従って、ステップＳ１２０〜Ｓ１２６のループ処理の結果、第１領域、第３乃至第７領域、および第９領域の輝度レベル差がメモリに保存される。

ステップＳ１２８では、システムコントローラ３１により、メモリに保存された輝度レベル差の平均値が算出され、さらにこの平均値に基づいてオートゲインコントローラ４８におけるゲイン制御値が演算される。ゲイン制御値は、オートゲインコントローラ４８によるゲイン調整の結果、自家蛍光画像全体の輝度レベルが輝度レベル差の平均値分増幅される値に設定される。演算されたゲイン制御値はオートゲインコントローラ４８に出力される。次いでステップＳ１３０で、オートゲインコントローラ４８により、ゲイン制御値に基づいて、画像信号処理回路４７から出力される自家蛍光画像の画像信号のゲイン調整が実行され、自家蛍光画像の輝度レベルがアップされる。

ステップＳ１３２において、ゲイン調整された自家蛍光画像のＴＶモニタ５０への表示処理が行われる。その後、ステップＳ１３４において、システムコントローラ３１からレーザ光源４２へ、励起光の出力を停止する指令信号が出力される。これにより、被観察体への励起光の照射が終了する。以上により、第１フィールドについては白色光画像が得られ、第２フィールドについてはゲイン調整された自家蛍光画像が得られる。

図８は、白色光画像の輝度レベルとゲイン調整後の自家蛍光画像の輝度レベルとを各分割領域毎に比較して示すグラフである。上述のように、ゲイン制御値の演算に用いられる輝度レベル差の平均値は、他の分割領域の輝度レベル差と比べて大きな違いのない輝度レベル差のみに基づいて算出される。換言すれば、当該平均値は、病変部位の存在しない正常組織が映し込まれた分割領域の輝度レベル差の平均値である。従って、図８に示すように、ゲイン調整後の自家蛍光画像において、正常組織が写し込まれている第１領域、第３乃至第７領域、第９領域における、白色光画像との輝度レベル差は略解消されている。

一方、病変部位が存在する第２及び第８領域における輝度レベル差の解消の度合いは、他の分割領域に比べると低い。励起光照射時の病変組織の発光強度の方が正常組織の発光強度より弱いためである。すなわち、ゲイン調整後の自家蛍光画像においては、正常組織と病変組織の明るさのコントラストがより一層強調される。従って、施術者にとって病変部位の発見が容易となる。

また、本実施形態によれば、自家蛍光画像の輝度レベルのアップが、オートゲインコントローラ４８により行われるため、施術者自身がゲインコントロールボタン４６を操作する必要がない。従って、施術者がＴＶモニタ５０の観察、処置具の操作等に集中することができ、作業効率が向上される。

本発明に係る実施形態が適用される電子内視鏡装置のブロック図である。 絞りの斜視図である。 回転プレートの正面図である。 ＣＣＤにより取得された体内器官の画像と、その画像情報の分割の態様を示す図である。 白色光画像及び自家蛍光画像を取得するまでの処理手順を示すフローチャートである。 自家蛍光画像のゲインを制御する処理手順を示すフローチャートである。 白色光画像の輝度レベルとゲイン調整前の自家蛍光画像の輝度レベルとを分割された各領域毎に比較して示すグラフである。 白色光画像の輝度レベルとゲイン調整後の自家蛍光画像の輝度レベルとを分割された各領域毎に比較して示すグラフである。

符号の説明

１０ 電子スコープ
１１ ライトガイド
１６ ＣＣＤ
３０ 画像処理プロセッサ
３２ ランプ
３４ 絞り
３７ 回転プレート
４２ レーザ光源
４６ ゲインコントロールボタン
４８ オートゲインコントローラ
５０ ＴＶモニタ

Claims (1)

1. 可視帯域の通常光を出射する通常光光源と、
   特定波長の励起光を出射する励起光光源と、
   前記通常光光源から出射された通常光を照射し、被観察体の通常光画像を取得する通常光画像取得処理と、前記励起光光源から出射された励起光を照射し、前記被観察体の自家蛍光画像を取得する自家蛍光画像取得処理とを交互に実行する画像取得手段と、
   前記通常光画像の輝度レベルを目標値として前記自家蛍光画像の輝度レベルを調整する調整手段とを備え、
   前記調整手段は、
   前記通常光画像及び前記自家蛍光画像を同一の態様で複数の分割領域に分割し、対応する分割領域毎に前記通常光画像の輝度レベルと前記自家蛍光画像の輝度レベルの輝度レベル差を求める輝度レベル差算出手段と、
   前記複数の分割領域のそれぞれの前記輝度レベル差を、前記複数の分割領域の他の分割領域の前記輝度レベル差と比較する輝度レベル差比較手段と、
   他の分割領域の前記輝度レベル差と比べて大きい分割領域の前記輝度レベル差を除外し、前記輝度レベル差の平均値を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された前記平均値に基づいて、前記自家蛍光画像の輝度レベルを上げる輝度レベル変更手段とを有することを特徴とする電子内視鏡装置。
   

Images