JP4647347B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は内視鏡装置、特に医療分野で用いられ、任意に選択された波長域の画像情報からなる分光画像（映像）を形成し表示するための構成に関する。

近年、固体撮像素子を用いた電子内視鏡装置では、消化器官（胃粘膜等）における分光反射率に基づき、狭帯域バンドパスフィルタを組み合わせた分光イメージング、即ち狭帯域フィルタ内蔵電子内視鏡装置（Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ Ｉｍａｇｉｎｇ−ＮＢＩ）が注目されている。この装置は、面順次式のＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の回転フィルタの代わりに、３つの狭（波長）帯域のバンドパスフィルタを設け、これら狭帯域バンドパスフィルタを介して照明光を順次出力し、これらの照明光で得られた３つの信号に対しそれぞれの重み付けを変えながらＲ，Ｇ，Ｂ（ＲＧＢ）信号の場合と同様の処理を行うことにより、分光画像を形成するものである。このような分光画像によれば、胃、大腸等の消化器において、従来では得られなかった微細構造等が抽出される。

一方、上記の狭帯域バンドパスフィルタを用いる面順次式のものではなく、特開２００３−９３３３６号公報に示されるように、固体撮像素子に微小モザイクの色フィルタを配置する同時式において、白色光で得られた画像信号を基に、演算処理にて分光画像を形成することが提案されている。これは、ＲＧＢのそれぞれのカラー感度特性を数値データ化したものと、特定の狭帯域バンドパスの分光特性を数値データ化したものとの関係をマトリクスデータ（係数セット）として求め、このマトリクスデータとＲＧＢ信号との演算により狭帯域バンドパスフィルタを介して得られる分光画像信号を疑似的に得るものである。このような演算によって分光画像を形成する場合は、所望の波長域に対応した複数のフィルタを用意する必要がなく、またこれらの交換配置が不要となるので、装置の大型化が避けられ、低コスト化を図ることができる。
特開２００３−９３３３６号公報 財団法人 東京大学出版会発行、著者 三宅洋一のディジタルカラー画像の解析・評価（Ｐ１４８〜Ｐ１５３）

しかしながら、最近の内視鏡装置では、種類の異なる内視鏡（スコープ）を単一のプロセッサ装置に接続して使用することが行われており、このような事情を考慮した使い勝手のよい装置が求められている。

また、上記内視鏡装置における分光画像の演算処理では、基になるＲＧＢのカラー画像信号が撮像素子（固体撮像素子等）の色フィルタの種類や分光感度特性、光源の種類、ライトガイド等の内視鏡の光学系部材の分光感度特性によって異なっており、内視鏡及び光源の構成が分光画像の形成に影響を与え、同一波長域での再現性が相違するという問題がある。即ち、固体撮像素子であるＣＣＤには、Ｍｇ，Ｙｅ，Ｃｙ，Ｇの色フィルタを有する補色型のものと、ＲＧＢの色フィルタを有する原色型のものがあるし、また同種のＣＣＤの中でも、個体差によって分光感度特性が相違する。図５には、補色型ＣＣＤの色フィルタの分光感度特性の一例が示されており、この色フィルタのＭｇ，Ｙｅ，Ｃｙ，Ｇのそれぞれの分光感度がＣＣＤの個体差によって異なっており、単一のマトリクスデータを用いた演算処理では、このような分光特性の相違が演算結果に反映されてしまい分光画像の形成に影響を与えることになる。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像素子或いは内視鏡の特性や光源の種類が異なる場合でも同一波長域での再現性の良好な分光画像を形成することができ、使い勝手のよい内視鏡装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、被観察体のカラー画像信号を形成するための撮像素子が搭載された内視鏡と、画像信号処理回路が設けられたプロセッサ装置とを有し、このプロセッサ装置に上記内視鏡を着脱自在に接続する内視鏡装置において、上記プロセッサ装置に配置され、上記撮像素子により得られたカラー画像信号と各波長域のマトリクスデータとのマトリクス演算を行い、任意に選択された複数の波長域からなる分光画像を形成する分光画像形成回路と、上記内視鏡に配置され、少なくとも上記撮像素子の色フィルタの種類又は分光特性を含む分光画像形成に影響を与える内視鏡特性識別情報を有する特性情報保持・発生部と、この特性情報保持・発生部の内視鏡特性識別情報を取得するために上記プロセッサ装置に配置された特性情報取得部と、上記分光画像形成のための各波長域のマトリクスデータからなるマトリクスデータ群であって、上記内視鏡特性識別情報に対応した複数のマトリクスデータ群を記憶する記憶部と、上記特性情報取得部で得られた内視鏡特性識別情報に基づき該当する上記マトリクスデータ群を選択し、このマトリクスデータ群の中の各波長域のマトリクスデータを上記記憶部から読み出し、この読み出したマトリクスデータにより上記分光画像形成回路でのマトリクス演算を実行させる制御部と、を設けたことを特徴とする。
請求項２の発明は、上記特性情報取得部は、内視鏡先端部から光照明するための光源の種類の情報を取得し、この光源の種類に応じたマトリクスデータ群を選択するようにしたことを特徴とする。
請求項３の発明は、内視鏡に搭載された上記撮像素子を補色型ＣＣＤとしたことを特徴とする。

上記の構成によれば、特性情報保持・発生部としての内視鏡側のメモリに、例えば撮像素子の色フィルタの種類又は分光特性に関する内視鏡特性識別情報、又はこの撮像素子の特性にライトガイド等の光学系部材の特性を加えた内視鏡特性識別情報が記憶されると共に、プロセッサ側の演算用メモリには、上記特性識別情報に対応して予め作成された複数のマトリクスデータ群が記憶される。そして、内視鏡が接続されたとき、プロセッサ装置側のマイコンは、内視鏡側のマイコンとの通信によって内視鏡特性識別情報を受信し、この内視鏡特性識別情報に適合したマトリクスデータ群の中の波長域マトリクスデータをメモリから読み出し、分光画像形成回路へ供給する。これによって、分光画像形成回路では、上記該当する波長域マトリクスデータとＲＧＢ信号とによって、選択された波長域（狭帯域）の組合せの分光画像を形成するためのマトリクス演算が行われる。

上記請求項２の構成では、光源として例えばキセノンランプを用いているか、ハロゲンランプを用いているかの情報を上記の内視鏡特性識別情報に加味して作成したマトリクスデータ群が記憶されており、プロセッサ装置が光源の種類を認識、判断することにより、撮像素子又は内視鏡の特性だけでなく、光源の特性情報にも対応したマトリクスデータを用いて分光画像が形成される。

本発明の内視鏡装置によれば、撮像素子或いは内視鏡の特性や光源の種類が異なる場合でも同一波長域での再現性のよい分光画像を形成でき、種類の異なる内視鏡を単一のプロセッサ装置に接続して使用する場合でも良好な分光画像が得られ、使い勝手のよい装置を得ることが可能となる。
また、請求項２の発明によれば、使用する光源が相違する場合でも色再現性のよい良好な分光画像が形成できるという利点がある

図１には、実施例に係る電子内視鏡装置の構成が示されており、この電子内視鏡装置は、図１に示されるように、スコープ（電子内視鏡）１０をプロセッサ装置１２に対し着脱自在に接続する構成とされ、このプロセッサ装置１２に光源１４が配置される。なお、この光源１４は別体となる光源装置に配置されていてもよい。上記スコープ１０には、その先端部に固体撮像素子であるＣＣＤ１５が設けられ、このＣＣＤ１５としては、撮像面にＭｇ，Ｙｅ，Ｃｙ，Ｇの色フィルタを有する補色型か、ＲＧＢの色フィルタを有する原色型のいずれかが用いられる。

このＣＣＤ１５には、同期信号に基づいて駆動パルスを形成するＣＣＤ駆動回路１６が設けられると共に、このＣＣＤ１５から入力された画像（映像）信号をサンプリングしかつ増幅するＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）回路１７、Ａ／Ｄ変換器１８が設けられる。また、スコープ１０内の各種回路を制御しかつプロセッサ装置１２との間の通信制御を行うマイコン２０及びメモリ（ＲＯＭ）２１が設けられており、このメモリ２１には、上記ＣＣＤ１５の色フィルタの種類（補色型又は原色型）と分光特性に関する特性識別情報（Ｃ _１ ，Ｃ _２ ，Ｃ _３ ，Ｃ _４ …）、又はこのＣＣＤ１５の特性に後述のライトガイド（２４）等の光学系部材の特性を加えたスコープ１０の特性識別情報（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…）が記憶される。更に、上記スコープ１０には、その先端に照明窓２３が設けられ、この照明窓２３はライトガイド２４によって上記光源１４へ接続される。

一方、プロセッサ装置１２には、デジタル変換された画像信号に対し各種の画像処理を施すＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）２５が設けられており、このＤＳＰ２５では、上記ＣＣＤ１５が補色型であっても、原色型であっても、内部の色変換回路によって輝度（Ｙ）信号と色差［Ｃ（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）］信号が出力される。このＤＳＰ２５には、切換え器２６（の一方の端子）を介して第１色変換回路２８が設けられ、この第１色変換回路２８では、上記ＤＳＰ２５から出力されたＹ（輝度）／Ｃ（色差）信号をＲＧＢの信号へ変換する。なお、上記ＤＳＰ２５はスコープ１０側に配置してもよい。

この第１色変換回路２８の後段には、分光画像のためのマトリクス演算を行い、選択された波長λ１，λ２，λ３の分光画像信号を出力する色空間変換処理回路２９、１つの波長域（狭帯域）の分光画像（単色モード）と３つの波長域からなる分光画像（３色モード）とのいずれかを選択するモードセレクタ３０、１つの波長域又は３つの波長域の画像信号（λ１，λ２，λ３）を、従来のＲＧＢの信号に対応させた処理をするためにＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓ信号として入力し、このＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓ信号をＹ／Ｃ信号へ変換する第２色変換回路３１、その他の信号処理（鏡像処理，マスク発生、キャラクタ発生等）を行う信号処理回路３２、Ｄ／Ａ変換器３３が設けられる。

また、プロセッサ装置１２内の各回路を制御すると共に、スコープ１０との間の通信で取得した内視鏡特性識別情報に基づき該当するマトリクスデータをメモリ３６から読み出し、上記色空間変換処理回路２９へ与えるマイコン３５が設けられており、上記メモリ３６には、上記のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…又はＣ_１，Ｃ_２，Ｃ_３，Ｃ_４…の特性識別情報に対応して、Ｐ_ａ１，Ｐ_ａ２，Ｐ_ａ３…又はＰ_ｂ１，Ｐ_ｂ２，Ｐ_ｂ３…の複数のマトリクスデータ（テーブル）が記憶される。

実施例の分光画像形成に用いられ、上記メモリ３６に格納されるマトリクスデータの一例を次の表１、表２に示しており、この表１は補色型ＣＣＤ１５、表２は原色型ＣＣＤ１５を用いたもので、スコープ１０の特性識別情報に対応したものである。

上記表１及び表２のマトリクスデータは、例えば４００ｎｍから７００ｎｍの波長域を５ｎｍ間隔で分けた６１の波長域パラメータ（係数セット）ｐ１〜ｐ６１からなり、このパラメータｐ１〜ｐ６１は、マトリクス演算のための係数ｋ_ｐｒ，ｋ_ｐｇ，ｋ_ｐｂ（ｐはｐ１〜ｐ６１に該当する）から構成される。

そして、上記色空間変換処理回路２９では、上記係数ｋ_ｐｒ，ｋ_ｐｇ，ｋ_ｐｂと第１色変換回路２８から出力されたＲＧＢ信号とにより次の数式１のマトリクス演算が行われる。
即ち、λ１，λ２，λ３として、例えば表１のパラメータｐ４（中心波長４１５ｎｍ），ｐ６（中心波長４２５ｎｍ），ｐ９（中心波長４４０ｎｍ）を選択した場合は、係数（ｋ _ｐｒ ，ｋ _ｐｇ ，ｋ _ｐｂ ）として、ｐ４の（-0.00039，-0.00027，0.00394）、ｐ６の（-0.00057，-0.00015，0.004175）、ｐ９の（-0.00086，0.00005，0.004364）を代入すればよいことになる。

また、上記切換え器２６の他方の端子には、分光画像ではなく通常のカラー画像（映像）を形成するためのカラー信号処理回路３８及びＤ／Ａ変換器３９が接続配置される。

実施例は以上の構成からなり、図１に示されるように、スコープ１０がプロセッサ装置１２に接続されると、このプロセッサ装置１２のマイコン３５はスコープ１０のマイコン２０と通信を行い、スコープ特性識別情報又はＣＣＤ識別情報の取得が行われ、これらの情報に対応するマトリクスデータが選択され、メモリ３６から読み出される。

図２には、実施例のスコープ又はＣＣＤの特性及び識別情報［図（Ａ）］と、この識別情報に対応して選択されるマトリクスデータ［図（Ｂ），（Ｃ）］が示されている。例えば、図２（Ａ）のように、Ａタイプのスコープ１０は、その識別情報がＡであり、色フィルタが補色型で分光特性ｌ_１を有する識別情報Ｃ_１のＣＣＤ１５を搭載し、また光源１４としてキセノンを使用し、ライトガイド等のその他の分光特性がｑ１となり、Ｂタイプのスコープ１０は、その識別情報がＢであり、補色型で分光特性ｌ_２を有する識別情報Ｃ_２のＣＣＤ１５を搭載し、光源１４としてハロゲンを使用し、ライトガイド等のその他の分光特性がｑ_２となる。なお、上記光源１４の種類の情報はメモリ３４等に保有しており、プロセッサ装置１２のマイコン３５によりこの光源情報が参照される。

そして、スコープ特性識別情報に対応させる場合は、図２（Ｂ）のように、識別情報Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…に対して順にＰａ１，Ｐａ２，Ｐａ３，Ｐａ４…のマトリクスデータ（表１，表２で示したもの）が選択され、このマトリクスデータがメモリ３６から読み出され、色空間変換処理回路２９へ供給される。また、ＣＣＤ特性識別情報に対応させる場合は、図２（Ｃ）のように、識別情報Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３，Ｃ_４…に対して順にＰｂ１，Ｐｂ２，Ｐｂ３，Ｐｂ４…のマトリクスデータが選択され、このマトリクスデータが色空間変換処理回路２９へ供給される。

この色空間変換処理回路２９では、分光画像形成のために上記数式１によるマトリクス演算が行われており、例えば、表１のマトリクスデータが選択され、また３つの波長域（λ１，λ２，λ３）としてｐ３（中心波長４１０ｎｍ），ｐ１０（中心波長４４５ｎｍ），ｐ２６（中心波長５２５ｎｍ）が選択された場合は、ＲＧＢ信号から次の数式２のマトリクス演算にてλ１，λ２，λ３の信号が求められる。

そうして、モードセレクタ３０にて３色モードが選択されている場合は、上記λ１，λ２，λ３の信号がＲｓ（＝λ１），Ｇｓ（＝λ２），Ｂｓ（＝λ３）の信号として第２色変換回路３１へ供給され、また単色モードが選択されている場合は、上記λ１，λ２，λ３のいずれかの信号がＲｓ（＝λ２），Ｇｓ（＝λ２），Ｂｓ（＝λ２）の信号（例えばλ２が選択されている場合）として第２色変換回路３１へ供給される。この第２色変換回路３１では、Ｒｓ（＝λ２），Ｇｓ（＝λ２），Ｂｓ（＝λ２）の信号がＹ／Ｃ信号（Ｙ，Ｒｓ−Ｙ，Ｂｓ−Ｙ）へ変換されており、このＹ／Ｃ信号が信号処理回路３２及びＤ／Ａ変換器３３を介してモニタ等へ供給される。

このようにして、モニタ等に表示される分光画像は、図３及び図４で示すような波長域の色成分で構成されるものとなる。即ち、図３は、ＣＣＤ１５（原色型）の色フィルタでの分光感度特性に分光画像を形成する３つの波長域を重ねた概念図であり（色フィルタとλ１λ２λ３信号波長域の感度の目盛は一致していない）、また図４は、生体の反射スペクトルに３つの波長域を重ねた概念図であり、上記実施例でλ１，λ２，λ３信号として選択された波長ｐ３，ｐ１０，ｐ２６は、図示されるように、順に４１０ｎｍ、４４５ｎｍ、５２５ｎｍを中心波長とし、±１０ｎｍ程度の範囲の波長域の色信号であり、この３つの波長域の色の組合せから構成される分光画像（動画及び静止画）が表示されることになる。なお、通常のカラー画像を成形する場合は、切換え器２６をマイコン３５によって切り換えることにより、従来と同様のカラー画像（動画及び静止画）をモニタ等に表示させることができる。

上記実施例では、光源１４の種類（特性）の情報をプロセッサ装置１２が保有しているが、別体となる光源装置を接続して使用する場合は、この光源装置との間の通信等で光源１４の種類の情報を把握することになる。また、スコープ特性識別情報、ＣＣＤ特性識別情報及び光源特性識別情報は、マイコン同士の通信ではなく、スコープ１０内の所定の構成回路へアクセスしたり、ＣＣＤ１５で得られた画像信号を解析したりすることにより、また回路等へのコネクタ接続部に配置された識別形状部材等を接続時に判定することにより、認識できるように構成してもよい。

本発明の実施例に係る内視鏡装置の構成を示すブロック図である。 実施例のスコープ又はＣＣＤの特性とその識別情報［図（Ａ）］、及びこの識別情報に対応して選択されるマトリクスデータ［図（Ｂ），（Ｃ）］を示す図である。 実施例で形成される分光画像の波長域の一例を原色型ＣＣＤの分光感度特性と共に示したグラフ図である。 実施例で形成される分光画像の波長域の一例を生体の反射スペクトルと共に示したグラフ図である。 補色型ＣＣＤの分光感度特性の一例を示すグラフ図である。

符号の説明

１０…スコープ（電子内視鏡）、 １２…プロセッサ装置、
１４…光源、 １５…ＣＣＤ、
２０，３５…マイコン、
２１…ＲＯＭ（内視鏡特性情報発生部）、
２４…ライトガイド、 ２５…ＤＳＰ、
２９…色空間変換処理回路、 ３０…モードセレクタ、
３６…メモリ。

Claims (3)

1. 被観察体のカラー画像信号を形成するための撮像素子が搭載された内視鏡と、画像信号処理回路が設けられたプロセッサ装置とを有し、このプロセッサ装置に上記内視鏡を着脱自在に接続する内視鏡装置において、
   上記プロセッサ装置に配置され、上記撮像素子により得られたカラー画像信号と各波長域のマトリクスデータとのマトリクス演算を行い、任意に選択された複数の波長域からなる分光画像を形成する分光画像形成回路と、
   上記内視鏡に配置され、少なくとも上記撮像素子の色フィルタの種類又は分光特性を含む分光画像形成に影響を与える内視鏡特性識別情報を有する特性情報保持・発生部と、
   この特性情報保持・発生部の内視鏡特性識別情報を取得するために上記プロセッサ装置に配置された特性情報取得部と、
   上記分光画像形成のための各波長域のマトリクスデータからなるマトリクスデータ群であって、上記内視鏡特性識別情報に対応した複数のマトリクスデータ群を記憶する記憶部と、
   上記特性情報取得部で得られた内視鏡特性識別情報に基づき該当する上記マトリクスデータ群を選択し、このマトリクスデータ群の中の各波長域のマトリクスデータを上記記憶部から読み出し、この読み出したマトリクスデータにより上記分光画像形成回路でのマトリクス演算を実行させる制御部と、を設けたことを特徴とする内視鏡装置。
2. 上記特性情報取得部は、内視鏡先端部から光照明するための光源の種類の情報を取得し、
   この光源の種類に応じたマトリクスデータ群を選択するようにしたことを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置。
3. 内視鏡に搭載された上記撮像素子を補色型ＣＣＤとしたことを特徴とする請求項１又は２記載の内視鏡装置。