JP5159904B2 - 内視鏡診断装置 - Google Patents
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Description
本発明は、粘膜中の中深層の血液濃度（血液量）と表層血管とを同時に観察する内視鏡診断装置に関するものである。
従来、光源装置から発せられる白色光（通常光）を内視鏡先端部まで導光して被検体の被観察領域に照射し、その反射光を撮像して通常光画像（白色光画像）を取得し、通常光観察（白色光観察）を行う内視鏡装置が用いられている。これに対し、近年では、通常光観察に加えて、所定の波長範囲の狭帯域光（特殊光）を被検体の被観察領域に照射し、その反射光等を撮像して特殊光画像（狭帯域光画像）を取得し、特殊光観察（狭帯域光観察）を行う内視鏡装置が活用されている。
特殊光観察を行う内視鏡装置では、例えば、被検体体腔内の粘膜層あるいは粘膜下層に発生する新生血管の微細構造、病変部の強調等、通常の観察像では得られない生体情報を簡単に可視化できる。例えば、観察対象が癌病変部である場合、青色の狭帯域光を粘膜組織に照射すると組織表層の微細血管や微細構造の状態がより詳細に観察できるため、病変部をより正確に診断することができる。
狭帯域光観察を行う内視鏡装置では、上記のように、粘膜表層の微細血管を強調して表示することが可能であり、本機能を用いて内視鏡による癌の診断が幅広く行われている。一方、例えば、未分化型早期胃癌は、粘膜中層部を横方向に伸展する性質があり、狭帯域光観察が得意とする粘膜表層の観察では、病変部の発見や、範囲の診断が困難であるという問題がある。
これに対し、特許文献１には、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）それぞれの狭帯域光を面順次方式で被検体に照射して、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれのバンド画像を撮像し、例えば、ｌｏｇ（Ｒ／Ｇ）で血液中のヘモグロビン濃度に相関のあるヘモグロビンインデックスＩＨｂ（中深層の血液濃度に相当）を算出し、ＩＨｂに基づいて擬似カラー画像を生成する、あるいは１つのバンド画像、例えば、Ｒ画像をＩＨｂ画像に置き換えることにより、中深層の血液濃度を擬似カラー表する内視鏡装置が記載されている。
しかし、特許文献１に記載の手法では、Ｂの狭帯域光を被検体に照射して撮像したＢ画像に表層血管の情報が含まれているものの、このＢ画像をそのまま表示するだけでは、表層血管を確認しづらいという問題があった。また、ヘモグロビンインデックスＩＨｂには中深層の血液濃度の情報が含まれているものの、ヘモグロビンインデックスＩＨｂの情報をそのまま擬似カラー表示するだけでは、血液濃度が高い部分と低い部分との見分けが難しいという問題があった。
本発明の目的は、粘膜中の中深層の血液濃度と表層血管の両方ともに視認しやすい内視鏡画像を表示することができる内視鏡診断装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、白色光を発する白色光光源と、
青色の所定の波長範囲の第１狭帯域光を発する第１狭帯域光光源と、
青色、緑色および赤色のカラーフィルタを受光面に有し、狭帯域光観察モードの場合に、被検体に所定の発光比率で照射される前記白色光および前記第１狭帯域光の該被検体からの反射光を受光して狭帯域光画像を撮像する撮像素子と、
前記狭帯域光画像の青色の画像信号Ｂを強調した強調輝度信号を算出し、前記狭帯域光画像の緑色の画像信号Ｇおよび赤色の画像信号Ｒから粘膜中の中深層の血液濃度を表するヘモグロビンインデックスを算出し、該ヘモグロビンインデックスの値に応じて赤味を強調した強調色差信号を算出し、前記強調輝度信号および強調色差信号から表示用の内視鏡画像の画像信号を生成する画像処理部と、
前記表示用の内視鏡画像の画像信号に対応する内視鏡画像を表示する表示装置とを備えていることを特徴とする内視鏡診断装置を提供するものである。
青色の所定の波長範囲の第１狭帯域光を発する第１狭帯域光光源と、
青色、緑色および赤色のカラーフィルタを受光面に有し、狭帯域光観察モードの場合に、被検体に所定の発光比率で照射される前記白色光および前記第１狭帯域光の該被検体からの反射光を受光して狭帯域光画像を撮像する撮像素子と、
前記狭帯域光画像の青色の画像信号Ｂを強調した強調輝度信号を算出し、前記狭帯域光画像の緑色の画像信号Ｇおよび赤色の画像信号Ｒから粘膜中の中深層の血液濃度を表するヘモグロビンインデックスを算出し、該ヘモグロビンインデックスの値に応じて赤味を強調した強調色差信号を算出し、前記強調輝度信号および強調色差信号から表示用の内視鏡画像の画像信号を生成する画像処理部と、
前記表示用の内視鏡画像の画像信号に対応する内視鏡画像を表示する表示装置とを備えていることを特徴とする内視鏡診断装置を提供するものである。
ここで、前記画像処理部は、前記青色の画像信号Ｂと前記緑色の画像信号Ｇとを所定の比率で重み付けして前記強調輝度信号を算出するものであることが好ましい。
また、前記画像処理部は、前記緑色の画像信号Ｇおよび赤色の画像信号Ｒからｌｎ（Ｒ／Ｇ）で前記ヘモグロビンインデックスを算出するものであることが好ましい。
また、前記画像処理部は、前記ヘモグロビンインデックスの値が大きくなるに従って、赤色の色差信号の値が大きく、かつ、青色の色差信号の値が小さくなる変換テーブルを用いて前記強調色差信号を算出するものであることが好ましい。
また、前記画像処理部は、前記強調輝度信号と前記緑色の画像信号Ｇとの差である緑色の色差信号、および、前記強調輝度信号と前記赤色の画像信号Ｒとの差である赤色の色差信号を算出し、前記ヘモグロビンインデックスの値が大きくなるに従って、赤色の補正値が大きく、かつ、青色の補正値が小さくなる変換テーブルを用いて、前記緑色の色差信号と前記緑色の補正値および前記赤色の色差信号と前記赤色の補正値とをそれぞれ加算して前記強調色差信号を算出するものであることが好ましい。
また、前記第１狭帯域光は、３９５〜４５５ｎｍ内の所定の波長範囲の光であることが好ましい。
また、前記第１狭帯域光は、４０５ｎｍ±１０ｎｍの波長範囲の光であることが好ましい。
また、前記白色光光源は、青色の所定の波長範囲の第２狭帯域光を発する第２狭帯域光光源と、該第２狭帯域光が照射されることによって励起発光光を発し、該第２狭帯域光と該励起発光光とで疑似白色光を生成する蛍光体とを有することが好ましい。
また、前記第２狭帯域光は、４４５ｎｍ±１０ｎｍの波長範囲の光であることが好ましい。
また、前記第１狭帯域光および前記第２狭帯域光は、４４５ｎｍ±１０ｎｍの波長範囲の光であり、
前記白色光光源は、前記第１狭帯域光光源を前記第２狭帯域光光源として使用するものであることが好ましい。
前記白色光光源は、前記第１狭帯域光光源を前記第２狭帯域光光源として使用するものであることが好ましい。
また、本発明は、白色光を発する白色光光源と、
前記白色光を、青色の所定の波長範囲の狭帯域光、緑色の光および赤色の光に分離するカラーフィルタと、
狭帯域光観察モードの場合に、被検体に面順次方式で照射される、前記青色の所定の波長範囲の狭帯域光、緑色の光および赤色の光の該被検体からの反射光を受光して青色の狭帯域光画像、緑色の通常光画像および赤色の通常光画像を順次撮像する撮像素子と、
前記青色の狭帯域光画像の画像信号Ｂを強調した強調輝度信号Ｙを算出し、前記緑色の通常光画像の画像信号Ｇおよび前記赤色の通常光画像の画像信号Ｒから粘膜中の中深層の血液濃度を表するヘモグロビンインデックスを算出し、該ヘモグロビンインデックスの値に応じて赤味を強調した強調色差信号を算出し、前記強調輝度信号および強調色差信号から表示用の内視鏡画像の画像信号を生成する画像処理部と、
前記表示用の内視鏡画像の画像信号に対応する内視鏡画像を表示する表示装置とを備えていることを特徴とする内視鏡診断装置を提供する。
前記白色光を、青色の所定の波長範囲の狭帯域光、緑色の光および赤色の光に分離するカラーフィルタと、
狭帯域光観察モードの場合に、被検体に面順次方式で照射される、前記青色の所定の波長範囲の狭帯域光、緑色の光および赤色の光の該被検体からの反射光を受光して青色の狭帯域光画像、緑色の通常光画像および赤色の通常光画像を順次撮像する撮像素子と、
前記青色の狭帯域光画像の画像信号Ｂを強調した強調輝度信号Ｙを算出し、前記緑色の通常光画像の画像信号Ｇおよび前記赤色の通常光画像の画像信号Ｒから粘膜中の中深層の血液濃度を表するヘモグロビンインデックスを算出し、該ヘモグロビンインデックスの値に応じて赤味を強調した強調色差信号を算出し、前記強調輝度信号および強調色差信号から表示用の内視鏡画像の画像信号を生成する画像処理部と、
前記表示用の内視鏡画像の画像信号に対応する内視鏡画像を表示する表示装置とを備えていることを特徴とする内視鏡診断装置を提供する。
ここで、前記画像処理部は、前記青色の狭帯域光画像の画像信号Ｂと前記緑色の通常光画像の画像信号とを所定の比率で重み付けして前記強調輝度信号を算出するものであることが好ましい。
また、前記画像処理部は、前記緑色の通常光画像の画像信号Ｇおよび赤色の通常光画像の画像信号Ｒからｌｎ（Ｒ／Ｇ）で前記ヘモグロビンインデックスを算出するものであることが好ましい。
また、前記画像処理部は、前記ヘモグロビンインデックスの値が大きくなるに従って、赤色の色差信号の値が大きく、かつ、青色の色差信号の値が小さくなる変換テーブルを用いて前記強調色差信号を算出するものであることが好ましい。
また、前記画像処理部は、前記強調輝度信号と前記緑色の通常光画像の画像信号Ｇとの差である緑色の色差信号、および、前記強調輝度信号と前記赤色の通常光画像の画像信号Ｒとの差である赤色の色差信号を算出し、前記ヘモグロビンインデックスの値が大きくなるに従って、赤色の補正値が大きく、かつ、青色の補正値が小さくなる変換テーブルを用いて、前記緑色の色差信号と前記緑色の補正値および前記赤色の色差信号と前記赤色の補正値とをそれぞれ加算して前記強調色差信号を算出するものであることが好ましい。
また、前記白色光を前記青色の狭帯域光に分離するカラーフィルタは、前記白色光から、４１５ｎｍ±１０ｎｍの波長範囲の狭帯域光を分離するものであることが好ましい。
本発明によれば、狭帯域光画像の青色の画像信号Ｂを強調することにより、表層血管部分のコントラストを高くすることができる。また、ヘモグロビンインデックスの値に応じて赤味を強調することにより、粘膜中の中深層の血液濃度を画像の赤味の程度で表現することができる。従って、粘膜中深層の血液量の分布の情報と、強調された表層血管とを同時に表示させることにより、粘膜表層の観察だけでは病変部の発見や範囲の診断が困難であるという狭帯域光観察の欠点をカバーし、未分化型も含めた腫瘍病変の診断能向上を図ることができる。
以下、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明に係る内視鏡診断装置を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る内視鏡診断装置の構成を表す第１の実施形態の外観図、図２は、その内部構成を表すブロック図である。これらの図に示す内視鏡診断装置１０は、所定の波長範囲の光を発生する光源装置１２と、光源装置１２から発せられる光を導光して被検体の被観察領域に照明光を照射し、被検体からの反射光を撮像する内視鏡装置１４と、内視鏡装置１４で撮像された画像を画像処理して内視鏡画像を出力するプロセッサ装置１６と、プロセッサ装置１６から出力される内視鏡画像を表示する表示装置１８と、入力操作を受け付ける入力装置２０とによって構成されている。
ここで、内視鏡診断装置１０は、通常光（白色光）を被検体に照射し、その反射光を撮像して通常光画像（白色光画像）を表示（観察）する通常光観察モード（白色光観察モード）と、特殊光（狭帯域光）を被検体に照射し、その反射光を撮像して特殊光画像（狭帯域光画像）を表示する特殊光観察モード（狭帯域光観察モード）とを有する。各観察モードは、内視鏡装置１４の切り替えスイッチ６６や入力装置２０から入力される指示に基づき、適宜切り替えられる。
光源装置１２は、光源制御部２２と、それぞれ波長範囲の異なるレーザ光を発する２種のレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２と、コンバイナ（合波器）２４と、カプラ（分波器）２６とによって構成されている。
本実施形態において、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２からは、それぞれ、中心波長が異なる４０５ｎｍ、４４５ｎｍである、青色の所定の波長範囲（例えば、中心波長±１０ｎｍ）の狭帯域光が発せられる。レーザ光源ＬＤ１は、狭帯域光画像を撮像するための光源であり、レーザ光源ＬＤ２は、通常光観察用の励起光を発生して、後述する蛍光体から白色光（疑似白色光）を発生させるための光源である。
なお、白色光を発生するための白色光光源（通常光光源）は、励起光および蛍光体の組合せに限定されず、白色光を発するものであればよく、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、白色ＬＥＤ（発光ダイオード）などを利用することもできる。また、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２から発せられるレーザ光の波長は上記に限定されず、同様の役割を果たす波長のレーザ光を適宜選択することができる。例えば、レーザ光源ＬＤ１から発せられるレーザ光は、血液中のヘモグロビンの吸光係数が高い、青色の３９５ｎｍ〜４５５ｎｍの波長範囲に含まれる所定の波長範囲の狭帯域光であることが望ましい。また、本実施形態の場合のように、白色光光源として、４４５ｎｍ±１０ｎｍの波長範囲のレーザ光を発するレーザ光源ＬＤ２と蛍光体を備える場合、狭帯域光画像を撮像するための光源として、レーザ光源ＬＤ１から発せられる中心波長４０５ｎｍのレーザ光の代わりに、中心波長４４５ｎｍのレーザ光を利用することもできる。これにより、レーザ光源ＬＤ１を省き、コストダウンできるという利点がある。
レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２は、後述するプロセッサ装置１６の制御部によって制御される光源制御部２２によりそれぞれ個別にオンオフ制御および光量制御が行われ、各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２の発光のタイミングや光量比率は変更自在になっている。
レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２としては、ブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードが利用でき、また、ＩｎＧａＮＡｓ系レーザダイオードやＧａＮＡｓ系レーザダイオード等を用いることもできる。
光源制御部２２は、通常光観察モードの場合、レーザ光源ＬＤ１を消灯、レーザ光源ＬＤ２を点灯する。また、光源制御部２２は、狭帯域光観察モードの場合、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２の両方を点灯する。
各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２から発せられるレーザ光は、集光レンズ（図示略）を介してそれぞれ対応する光ファイバに入力され、コンバイナ２４により合波され、カプラ２６により２系統の光に分波されてコネクタ部３２Ａに伝送される。コンバイナ２４およびカプラ２６は、ハーフミラー、反射ミラー等によって構成される。なお、これに限らず、コンバイナ２４およびカプラ２６を用いずに、各レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２からのレーザ光を直接コネクタ部３２Ａに送出する構成としてもよい。
続いて、内視鏡装置１４は、被検体内に挿入される内視鏡挿入部の先端から２系統（２灯）の照明光を出射する照明光学系と、被観察領域の内視鏡画像を撮像する１系統（１眼）の撮像光学系とを有する、電子内視鏡である。内視鏡装置１４は、内視鏡挿入部２８と、内視鏡挿入部２８の先端の湾曲操作や観察のための操作を行う操作部３０と、内視鏡装置１４を光源装置１２およびプロセッサ装置１６に着脱自在に接続するコネクタ部３２Ａ，３２Ｂとを備える。
内視鏡挿入部２８は、可撓性を持つ軟性部３４と、湾曲部３６と、先端部（以降、内視鏡先端部とも呼称する）３８とから構成されている。
湾曲部３６は、軟性部３４と先端部３８との間に設けられ、操作部３０に配置されたアングルノブ４０の回動操作により湾曲自在に構成されている。この湾曲部３６は、内視鏡装置１４が使用される被検体の部位等に応じて、任意の方向、任意の角度に湾曲でき、内視鏡先端部３８を、所望の観察部位に向けることができる。
内視鏡先端部３８の先端面には、被観察領域へ光を照射する２系統の照明窓４２Ａ，４２Ｂと、被観察領域からの反射光を撮像する１系統の観察窓４４が配置されている。
照明窓４２Ａの奥には、光ファイバ４８Ａが収納されている。光ファイバ４８Ａは、光源装置１２からコネクタ部３２Ａを介してスコープ先端部３８まで敷設されている。光ファイバ４８Ａの先端部（照明窓４２Ａ側）には蛍光体５４Ａが配置され、さらに蛍光体５４Ａの先にレンズ５２Ａ等の光学系が取り付けられている。同様に、照明窓４２Ｂの奥には、先端部に蛍光体５４Ｂおよびレンズ５２Ｂ等の光学系を有する光ファイバ４８Ｂが収納されている。
蛍光体５４Ａ，５４Ｂは、レーザ光源ＬＤ２からの青色レーザ光の一部を吸収して緑色〜黄色に励起発光する複数種の蛍光物質（例えばＹＡＧ系蛍光物質、或いはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17）等の蛍光物質）を含んで構成される。通常光観察用の励起光が蛍光体５４Ａ，５４Ｂに照射されると、蛍光体５４Ａ，５４Ｂから発せられる緑色〜黄色の励起発光光（蛍光）と、蛍光体５４Ａ，５４Ｂにより吸収されず透過した青色レーザ光とが合わされて、白色光（疑似白色光）が生成される。
図３は、青色レーザ光源からの青色レーザ光及び青色レーザ光が蛍光体により波長変換された発光スペクトルを示すグラフである。レーザ光源ＬＤ２から発せられる青色レーザ光は、中心波長４４５ｎｍの輝線で表され、青色レーザ光による蛍光体５４Ａ，５４Ｂからの励起発光光は、概ね４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲で発光強度が増大する分光強度分布となる。この励起発光光と青色レーザ光との合波光によって、上述した疑似白色光が形成される。
ここで、本発明でいう白色光とは、厳密に可視光の全ての波長成分を含むものに限らず、例えば、上述した疑似白色光を始めとして、基準色であるＲ，Ｇ，Ｂ等、特定の波長帯の光を含むものであればよい。つまり、本発明のいう白色光には、例えば、緑色から赤色にかけての波長成分を含む光や、青色から緑色にかけての波長成分を含む光等も広義に含まれるものとする。
中心波長４０５ｎｍのレーザ光を蛍光体５４Ａ，５４Ｂに照射した場合に蛍光体５４Ａ，５４Ｂから発せられる励起発光光の光強度は、中心波長４４５ｎｍのレーザ光を蛍光体５４Ａ，５４Ｂに照射した場合の数分の一である。つまり、中心波長４４５ｎｍのレーザ光と一緒に中心波長４０５ｎｍのレーザ光を蛍光体５４Ａ，５４Ｂに照射しても、中心波長４０５ｎｍのレーザ光によって蛍光体５４Ａ，５４Ｂから励起発光光はほとんど発せられない。
このため、本実施形態では、通常光観察用の励起光である中心波長４４５ｎｍのレーザ光と、血管観察用の狭帯域光である中心波長４０５ｎｍのレーザ光とを同時に照射する場合に両者を合波し、合波したレーザ光を蛍光体５４Ａ，５４Ｂに照射する。なお、例えば、１系統の照明光学系を蛍光体なしとし、蛍光体のない光ファイバにより中心波長４０５ｎｍのレーザ光を導光して被検体に照射してもよい。
照明窓４２Ａ側および照明窓４２Ｂ側の照明光学系は同等の構成および作用のものであって、照明窓４２Ａ，４２Ｂからは、基本的に同時に同等の照明光が照射される。なお、照明窓４２Ａ，４２Ｂからそれぞれ異なる照明光を照射させることもできる。また、２系統の照明光を出射する照明光学系を有することは必須ではなく、例えば、１系統や４系統の照明光を出射する照明光学系でも同等の機能を実現することができる。
観察窓４４の奥には、被検体の被観察領域の像光を取り込むための対物レンズユニット５６等の光学系が取り付けられ、さらに対物レンズユニット５６の奥には、被観察領域の画像情報を取得するＣＣＤ(Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の撮像素子５８（第１撮像素子）が取り付けられている。
撮像素子５８は、対物レンズユニット５６からの光を受光面（撮像面）で受光し、受光した光を光電変換して撮像信号（アナログ信号）を出力する。撮像素子５８の受光面には、図４に示す、可視光の約３７０〜７２０ｎｍの波長範囲を３分割する分光透過率を有する、Ｒ色（約５８０ｎｍ〜７６０ｎｍ）、Ｇ色（約４５０ｎｍ〜６３０ｎｍ）、Ｂ色（約３８０ｎｍ〜５１０ｎｍ）のカラーフィルタが設けられ、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の３色の画素を１組として、複数組の画素がマトリクス状に配列されている。
光源装置１２から光ファイバ４８Ａ，４８Ｂによって導光された光は、内視鏡先端部３８から被検体の被観察領域に向けて照射される。そして、照明光が照射された被観察領域の様子が対物レンズユニット５６により撮像素子５８の受光面上に結像され、撮像素子５８により光電変換されて撮像される。撮像素子５８からは、撮像された被検体の被観察領域の撮像信号（アナログ信号）が出力される。
撮像素子５８から出力される画像（通常光画像、狭帯域光画像）の撮像信号（アナログ信号）は、スコープケーブル６２を通じてＡ／Ｄ変換器６４に入力される。Ａ／Ｄ変換器６４は、撮像素子５８からの撮像信号（アナログ信号）を画像信号（デジタル信号）に変換する。変換後の画像信号は、コネクタ部３２Ｂを介してプロセッサ装置１６の画像処理部に入力される。
なお、図示はしていないが、操作部３０及び内視鏡挿入部２８の内部には、組織採取用処置具等を挿入する鉗子チャンネルや、送気・送水用のチャンネル等、各種のチャンネルが設けられている。
続いて、プロセッサ装置１６は、制御部６８と、画像処理部７０と、記憶部７２とを備えている。制御部６８には、表示装置１８および入力装置２０が接続されている。プロセッサ装置１６は、内視鏡装置１４の切り替えスイッチ６６や入力装置２０から入力される指示に基づき、光源装置１２の光源制御部２２を制御するとともに、内視鏡装置１４から入力される画像信号を画像処理し、表示用画像を生成して表示装置１８に出力する。
制御部６８は、内視鏡装置１４の切り替えスイッチ６６や入力装置２０からの指示、例えば、観察モード等の指示に基づいて、画像処理部７０および光源装置１２の光源制御部２２の動作を制御する。
画像処理部７０は、制御部６８の制御の基で、観察モードに基づき、通常光画像、狭帯域光画像の画像種別に応じて、内視鏡装置１４から入力される画像信号に対して所定の画像処理を施す。画像処理部７０で処理された画像信号は、制御部６８に送られて、制御部６８で各種情報と共に内視鏡観察画像にされて表示装置１８に表示され、必要に応じて、メモリやストレージ装置からなる記憶部７２に記憶される。
画像処理部７０は、通常光画像処理部７０Ａと、狭帯域光画像処理部７０Ｂとを備えている。通常光画像処理部７０Ａ、狭帯域光画像処理部７０Ｂは、それぞれ、通常光観察モード、狭帯域光観察モードの場合に、通常光画像、狭帯域光画像の画像信号に対して、それぞれの内視鏡画像に適した所定の画像処理を施し、表示用の通常光画像信号、狭帯域光画像信号を出力（生成）する。
狭帯域光画像処理部７０Ｂは、図５に示すように、強調輝度信号算出部７４と、ヘモグロビンインデックス算出部７６と、変換テーブル７８と、強調色差信号算出部８０と、画像信号変換部８２とを備えている。
強調輝度信号算出部７４は、狭帯域光画像の青色（Ｂ画素）の画像信号Ｂを強調した強調輝度信号を算出する。本実施形態の場合、強調輝度信号算出部７４は、青色の画像信号Ｂと緑色の画像信号Ｇとを所定の比率で重み付けして強調輝度信号Ｙを算出する。
ヘモグロビンインデックス算出部７６は、狭帯域光画像の緑色（Ｇ画素）の画像信号Ｇおよび赤色（Ｒ画素）の画像信号Ｒから、本実施形態の場合、ｌｎ（Ｒ／Ｇ）で粘膜中の中深層の血液濃度の表すヘモグロビンインデックスｒＲＧを算出する。
変換テーブル７８は、ヘモグロビンインデックスｒＲＧの値が大きくなるに従って、赤色の色差信号Ｃｒの値が大きく、かつ、青色の色差信号Ｃｂの値が小さくなるように変換するためのものである。
強調色差信号算出部８０は、変換テーブル７８を用いて、ヘモグロビンインデックスｒＲｇの値に応じて赤味を強調した強調色差信号（色差信号Ｃｒ、Ｃｂを含む）を算出する。本実施形態の場合、強調色差信号算出部８０は、ヘモグロビンインデックスｒＲＧの値が大きくなるに従って赤味が増すような強調色差信号を算出する。
画像信号変換部８２は、強調輝度信号Ｙおよび強調色差信号（Ｃｒ，Ｃｂ）から表示用の内視鏡画像の画像信号（表示用の狭帯域光画像信号）、本実施形態の場合、ＲＧＢの画像信号を生成する。
表示用の通常光画像信号、狭帯域光画像信号は、例えば、１枚（１フレーム）の画像を単位として記憶部７２に記憶される。
画像処理部７０から出力される表示用の通常光画像信号、狭帯域光画像信号は、制御部６８に入力される。制御部６８は、観察モードに従って、表示用の通常光画像信号、狭帯域光画像信号に基づき、表示用の通常光画像、狭帯域光画像のいずれかを表示装置１８に表示する。
次に、内視鏡診断装置１０の動作を説明する。
通常光観察モードの場合、光源制御部２２の制御により、レーザ光源ＬＤ１が消灯され、レーザ光源ＬＤ２が点灯される。レーザ光源ＬＤ２から発せられる中心波長４４５ｎｍのレーザ光は蛍光体５４Ａ，５４Ｂに照射され、蛍光体５４Ａ，５４Ｂから発せられる白色光が被検体に照射され、その反射光が撮像素子５８で受光されて通常光画像が撮像される。
撮像素子５８から出力される通常光画像の撮像信号（アナログ信号）は、Ａ／Ｄ変換器６２により画像信号（デジタル信号）に変換され、観察モードに従って、画像処理部６８の通常光画像処理部７０Ａにより通常光画像に適した所定の画像処理が施され、表示用の通常光画像信号が出力される。そして、制御部６４により、表示用の通常光画像信号に対応する通常光画像が表示装置１８上に表示される。
一方、狭帯域光観察モードの場合、光源制御部２２の制御により、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２の両方が点灯される。レーザ光源ＬＤ１から発せられる中心波長４０５ｎｍのレーザ光と、レーザ光源ＬＤ２から発せられる中心波長４４５ｎｍのレーザ光によって励起され、蛍光体５４Ａ，５４Ｂから発せられる白色光とが、所定の発光比率で被検体に同時に照射され、その反射光が撮像素子５８で受光されて狭帯域光画像が撮像される。
撮像素子５８から出力される狭帯域光画像の撮像信号（アナログ信号）は、Ａ／Ｄ変換器６２により画像信号（デジタル信号）に変換され、観察モードに従って、画像処理部６８の狭帯域光画像処理部７０Ｂにより狭帯域光画像に適した所定の画像処理が施され、表示用の狭帯域光画像信号が出力される。そして、制御部６４により、表示用の狭帯域光画像信号に対応する狭帯域光画像が表示装置１８上に表示される。
以下、狭帯域光観察モードの場合の画像処理について説明する。
狭帯域光画像処理部７０Ｂは、まず、強調輝度信号算出部７４により、狭帯域光画像のＢ，Ｇ，Ｒの画素の画像信号から、下記式（１）を用いて、Ｂ画素の画像信号とＧ画素の画像信号とを線形結合して強調輝度信号Ｙを算出する。
Ｙ＝ｂ＊Ｂ＋ｇ＊Ｇ … （１）
Ｙ＝ｂ＊Ｂ＋ｇ＊Ｇ … （１）
ここで、ｂ，ｇは、重み付け係数である。強調輝度信号Ｙにおいて、例えば、Ｂ画素の成分とＧ画素の成分が、７：３となるように重み付けを行う。Ｂ画素の成分は表層血管の情報を表すため、Ｂ画素の成分を重み付けして増加させることにより、表層血管を強調することができる。また、必須ではないが、強調輝度信号Ｙの算出にＧ画素の成分を含めることによって、中深層の血管情報を含めることができる。
続いて、ヘモグロビンインデックス算出部７６により、狭帯域光画像のＢ，Ｇ，Ｒの画素（Ｂ，Ｇ，Ｒ色）の画像信号から、下記式（２）を用いてヘモグロビンインデックスｒＲＧを算出する。
ｒＲＧ＝ｌｎ（Ｒ／Ｇ） … （２）
ｒＲＧ＝ｌｎ（Ｒ／Ｇ） … （２）
ヘモグロビンインデックスｒＲＧの値は、中深層のヘモグロビン密度（血液濃度）が大きくなるに応じて大きくなるという性質がある。従って、この性質を利用して、以下の手順で、表層血管の強調表示と中深層血液濃度の分布表示を同時に実現する。
続いて、強調色差信号算出部８０により、変換テーブル７８を用いて、ヘモグロビンインデックスｒＲＢから強調色差信号を算出する。本実施形態の場合、強調色差信号は赤色の色差信号Ｃｒおよび青色の色差信号Ｃｂを含む。
図６は、ヘモグロビンインデックスと色差信号との関係を表す一例の変換テーブルである。同図の縦軸は色差信号（ないし後述する補正値）、横軸はヘモグロビンインデックスｒＲＧである。この変換テーブルでは、ヘモグロビンインデックスｒＲＧの値が大きくなるに従って、一次関数的に比例して、赤色の色差信号Ｃｒが大きく、かつ、青色の色差信号Ｃｂが小さくなる。
従って、この変換テーブルを使用することにより、ヘモグロビンインデックスｒＲＧの値、つまり、中深層の血液濃度が大きくなるに従って、表示用の狭帯域光画像における赤味が強調されるように、ヘモグロビンインデックスｒＲＧの値に対応する色差信号Ｃｒ，Ｃｂを算出することができる。例えば、ヘモグロビンインデックスｒＲＧの値が１．２の時、色差信号Ｃｒ，Ｃｂの値はそれぞれ５０、−５０となる。
続いて、画像信号変換部８２により、上記で算出した強調輝度信号Ｙ、および、強調色差信号、つまり、色差信号Ｃｒ，ＣｂをＲＧＢの画像信号に変換して表示用の狭帯域光画像信号を生成する。
これにより、表示用の狭帯域光画像信号に対応する狭帯域光画像では、中深層の血液濃度が画像の赤味の程度で表現され、ヘモグロビンインデックスｒＲＧの値が大きくなる、つまり、中深層の血液濃度が大きくなるに従って赤味が強く表示される。また、輝度信号がＢ画素の画像信号に重み付けされて作成されているため、表層血管部分のコントラストが高く（低い輝度値で）表現される。
未分化型早期胃癌には、高分化型の癌と比べて腫瘍領域の血管密度が低いという特徴がある。従って、上記のように、内視鏡観察時に、粘膜中深層の血液量の分布の情報と、強調された表層血管とを同時に表示させることにより、粘膜表層の観察だけでは病変部の発見や範囲の診断が困難であるという狭帯域光観察の欠点をカバーし、未分化型も含めた腫瘍病変の診断能向上を図ることができる。
なお、上記の実施形態では、中深層の血液濃度を擬似カラー表示しているが、例えば、狭帯域光画像を参照画像として、中深層の血液濃度を表示することもできる。
この場合、まず、狭帯域光画像のＢ，Ｇ，Ｒの画素の画像信号から、下記式（３）を用いて、赤色の色差信号Ｃｒおよび青色の色差信号Ｃｂを算出する。
Ｃｒ＝Ｙ−Ｒ、Ｃｂ＝Ｙ−Ｂ … （３）
Ｃｒ＝Ｙ−Ｒ、Ｃｂ＝Ｙ−Ｂ … （３）
続いて、上記で算出した色差信号Ｃｒ，Ｃｂに対して、例えば、図６に示すテーブルの色差信号Ｃｒ，Ｃｂを補正値として加算する。そして、同様に、輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｒ，ＣｂをＲＧＢの画像信号に変換して表示する。
これにより、擬似カラー表示の場合と同様の効果を得ることができる。中深層の血液濃度を擬似カラー表示した場合、ヘモグロビンインデックスｒＲＧの値が小さくなるに従って色差信号Ｃｒ，Ｃｂの値が小さくなり、次第にモノクロ表示に近づく。これに対し、狭帯域光画像を参照画像として表示することにより、血液濃度が小さい場合であっても狭帯域光画像の色味を基準として赤味を強調した画像を表示することができる。
次に、第２の実施形態について説明する。
図７は、図１に示す内視鏡診断装置の内部構成を表す第２の実施形態のブロック図である。同図に示す内視鏡診断装置の光源装置１２は、白色光光源８４と、狭帯域フィルタ８６と、回転制御部８８と、レンズ９０と、カプラ２６とによって構成されている。
白色光光源８４は、例えば、光源装置１２の電源がオンのときに常にオンして白色光を発する。白色光光源８４は、白色光を発するものであれば何ら制限はなく、例えば、キセノンランプや、蛍光灯、水銀灯などの白色灯が使用される。
狭帯域フィルタ８６は、白色光光源８４から発せられる白色光をフィルタリングして、所定の波長範囲の光を透過させるバンドパスフィルタである。狭帯域フィルタ８６は、円板形状で、Ｂ色の４１５ｎｍ±１０ｎｍの波長範囲の第１狭帯域光、Ｇ色の５４０〜５８０ｎｍの波長範囲の第２狭帯域光、Ｒ色の５９０〜７００ｎｍの波長範囲の狭帯域光を透過させる第１〜第３光透過部とを有する。４１５ｎｍ±１０ｎｍの波長範囲の第１狭帯域光は、血液中のヘモグロビンの吸光係数が最も大きい波長範囲である。狭帯域フィルタ８６は、白色光光源８４とレンズ９０との間の光路に対して垂直に配置され、回転制御部８８の制御の基で、図示していないモータによって適宜回転される。
回転制御部８８は、プロセッサ装置１６の制御部６４の制御の基で、狭帯域フィルタ８６の回転を制御する。本実施形態の内視鏡診断装置では、３フレームを１組の撮像期間として面順次方式でＢ色、Ｇ色、Ｒ色の内視鏡画像の撮像が行われる。回転制御部８８は、１組の撮像期間の第１〜第３フレームにおいて、１フレーム毎に、第１〜第３光透過部が順次光路内に挿入されるように狭帯域フィルタ８６の回転を制御する。
内視鏡装置１４の照明窓４２Ａの奥には、先端部にレンズ５０Ａ等の光学系を有する光ファイバ４６Ａが収納され、同様に、照明窓４２Ｂの奥には、先端部にレンズ５０Ｂ等の光学系を有する光ファイバ４６Ｂが収納されている。また、観察窓４４の奥には、対物レンズユニット５６等の光学系が取り付けられ、その奥に撮像素子５９が取り付けられている。本実施形態の撮像素子５９は、モノクロＣＣＤイメージセンサである。
プロセッサ装置１６の構成は、第１の実施形態の場合と同様である。
次に、第２の実施形態の内視鏡診断装置の動作を説明する。
本実施形態の内視鏡診断装置では、３フレームを１組の撮像期間として面順次方式でＢ色、Ｇ色、Ｒ色の内視鏡画像の撮像が行われる。
光源装置では、回転制御部８８の制御により、１組の撮像期間の第１〜第３フレームにおいて、１フレーム毎に、第１〜第３光透過部が順次光路内に挿入されるように狭帯域フィルタ８６の回転が制御される。つまり、１フレーム毎に、第１〜第３狭帯域光が狭帯域フィルタ８６を順次透過し、レンズ９０で集光され、カプラ２６により２系統の光に分波されてコネクタ部３２Ａに伝送される。
内視鏡装置１４では、光源装置１２から発せられる第１〜第３狭帯域光が、光ファイバ４６Ａおよび４６Ｂによって導光されて被検体の被観察領域に照射され、その反射光が撮像素子６５によって撮像される。撮像素子６５からは、第１〜第３狭帯域光の反射光に対応する輝度値を有するＢ色、Ｇ色、Ｒ色の内視鏡画像の撮像信号が順次出力され、Ａ／Ｄ変換器６２によってＢ色、Ｇ色、Ｒ色の内視鏡画像の画像信号に順次変換される。
これ以後の通常光観察モードおよび狭帯域光観察モードの場合の動作は、いずれも第１の実施形態の場合と同様である。
つまり、通常光観察モードの場合、Ｂ色、Ｇ色、Ｒ色の内視鏡画像の画像信号に対応する通常光画像が表示装置１８上に表示される。
一方、狭帯域光観察モードの場合、Ｂ色およびＧ色の内視鏡画像の画像信号から、強調輝度信号Ｙが算出され、Ｇ色およびＲ色の内視鏡画像の画像信号から、ヘモグロビンインデックスｒＲＧが算出される。そして、変換テーブル７８を用いて、ヘモグロビンインデックスｒＲＢから強調色差信号が算出され、強調輝度信号Ｙ、および、強調色差信号がＲＧＢの画像信号に変換されて狭帯域光画像が表示装置１８上に表示される。
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
１０ 内視鏡診断装置
１２ 光源装置
１４ 内視鏡装置
１６ プロセッサ装置
１８ 表示装置
２０ 入力装置
２２ 光源制御部
２４ コンバイナ
２６ カプラ
２８ 内視鏡挿入部
３０ 操作部
３２Ａ，３２Ｂ コネクタ部
３４ 軟性部
３６ 湾曲部
３８ 先端部
４０ アングルノブ
４２Ａ，４２Ｂ 照明窓
４４ 観察窓
４６Ａ，４６Ｂ，４８Ａ，４８Ｂ 光ファイバ
５０Ａ，５０Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ レンズ
５４Ａ，５４Ｂ 蛍光体
５６ 対物レンズユニット
５８，５９ 撮像素子
６２ スコープケーブル
６４ Ａ／Ｄ変換器
６６ 切り替えスイッチ
６８ 制御部
７０ 画像処理部
７０Ａ 通常光画像処理部
７０Ｂ 狭帯域光画像処理部
７２ 記憶部
７４ 強調輝度信号算出部
７６ ヘモグロビンインデックス算出部
７８ 変換テーブル
８０ 強調色差信号算出部
８２ 画像信号変換部
８４ 白色光光源
８６ 狭帯域フィルタ
８８ 回転制御部
９０ レンズ
ＬＤ１，ＬＤ２ レーザ光源
１２ 光源装置
１４ 内視鏡装置
１６ プロセッサ装置
１８ 表示装置
２０ 入力装置
２２ 光源制御部
２４ コンバイナ
２６ カプラ
２８ 内視鏡挿入部
３０ 操作部
３２Ａ，３２Ｂ コネクタ部
３４ 軟性部
３６ 湾曲部
３８ 先端部
４０ アングルノブ
４２Ａ，４２Ｂ 照明窓
４４ 観察窓
４６Ａ，４６Ｂ，４８Ａ，４８Ｂ 光ファイバ
５０Ａ，５０Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ レンズ
５４Ａ，５４Ｂ 蛍光体
５６ 対物レンズユニット
５８，５９ 撮像素子
６２ スコープケーブル
６４ Ａ／Ｄ変換器
６６ 切り替えスイッチ
６８ 制御部
７０ 画像処理部
７０Ａ 通常光画像処理部
７０Ｂ 狭帯域光画像処理部
７２ 記憶部
７４ 強調輝度信号算出部
７６ ヘモグロビンインデックス算出部
７８ 変換テーブル
８０ 強調色差信号算出部
８２ 画像信号変換部
８４ 白色光光源
８６ 狭帯域フィルタ
８８ 回転制御部
９０ レンズ
ＬＤ１，ＬＤ２ レーザ光源
Claims (16)
- 白色光を発する白色光光源と、
青色の所定の波長範囲の第１狭帯域光を発する第１狭帯域光光源と、
青色、緑色および赤色のカラーフィルタを受光面に有し、狭帯域光観察モードの場合に、被検体に所定の発光比率で照射される前記白色光および前記第１狭帯域光の該被検体からの反射光を受光して狭帯域光画像を撮像する撮像素子と、
前記狭帯域光画像の青色の画像信号Ｂを強調した強調輝度信号を算出し、前記狭帯域光画像の緑色の画像信号Ｇおよび赤色の画像信号Ｒから粘膜中の中深層の血液濃度を表するヘモグロビンインデックスを算出し、該ヘモグロビンインデックスの値に応じて赤味を強調した強調色差信号を算出し、前記強調輝度信号および強調色差信号から表示用の内視鏡画像の画像信号を生成する画像処理部と、
前記表示用の内視鏡画像の画像信号に対応する内視鏡画像を表示する表示装置とを備えていることを特徴とする内視鏡診断装置。 - 前記画像処理部は、前記青色の画像信号Ｂと前記緑色の画像信号Ｇとを所定の比率で重み付けして前記強調輝度信号を算出するものである請求項１に記載の内視鏡診断装置。
- 前記画像処理部は、前記緑色の画像信号Ｇおよび赤色の画像信号Ｒからｌｎ（Ｒ／Ｇ）で前記ヘモグロビンインデックスを算出するものである請求項１または２に記載の内視鏡診断装置。
- 前記画像処理部は、前記ヘモグロビンインデックスの値が大きくなるに従って、赤色の色差信号の値が大きく、かつ、青色の色差信号の値が小さくなる変換テーブルを用いて前記強調色差信号を算出するものである請求項１〜３のいずれかに記載の内視鏡診断装置。
- 前記画像処理部は、前記強調輝度信号と前記青色の画像信号Ｂとの差である青色の色差信号、および、前記強調輝度信号と前記赤色の画像信号Ｒとの差である赤色の色差信号を算出し、前記ヘモグロビンインデックスの値が大きくなるに従って、赤色の補正値が大きく、かつ、青色の補正値が小さくなる変換テーブルを用いて、前記青色の色差信号と前記青色の補正値および前記赤色の色差信号と前記赤色の補正値とをそれぞれ加算して前記強調色差信号を算出するものである請求項１〜３のいずれかに記載の内視鏡診断装置。
- 前記第１狭帯域光は、３９５〜４５５ｎｍ内の所定の波長範囲の光である請求項１〜５のいずれかに記載の内視鏡診断装置。
- 前記第１狭帯域光は、４０５ｎｍ±１０ｎｍの波長範囲の光である請求項６に記載の内視鏡診断装置。
- 前記白色光光源は、青色の所定の波長範囲の第２狭帯域光を発する第２狭帯域光光源と、該第２狭帯域光が照射されることによって励起発光光を発し、該第２狭帯域光と該励起発光光とで疑似白色光を生成する蛍光体とを有する請求項１〜５のいずれかに記載の内視鏡診断装置。
- 前記第２狭帯域光は、４４５ｎｍ±１０ｎｍの波長範囲の光である請求項８に記載の内視鏡診断装置。
- 前記第１狭帯域光および前記第２狭帯域光は、４４５ｎｍ±１０ｎｍの波長範囲の光であり、
前記白色光光源は、前記第１狭帯域光光源を前記第２狭帯域光光源として使用するものである請求項８または９に記載の内視鏡診断装置。 - 白色光を発する白色光光源と、
前記白色光を、青色の所定の波長範囲の狭帯域光、緑色の光および赤色の光に分離するカラーフィルタと、
狭帯域光観察モードの場合に、被検体に面順次方式で照射される、前記青色の所定の波長範囲の狭帯域光、緑色の光および赤色の光の該被検体からの反射光を受光して青色の狭帯域光画像、緑色の通常光画像および赤色の通常光画像を順次撮像する撮像素子と、
前記青色の狭帯域光画像の画像信号Ｂを強調した強調輝度信号Ｙを算出し、前記緑色の通常光画像の画像信号Ｇおよび前記赤色の通常光画像の画像信号Ｒから粘膜中の中深層の血液濃度を表するヘモグロビンインデックスを算出し、該ヘモグロビンインデックスの値に応じて赤味を強調した強調色差信号を算出し、前記強調輝度信号および強調色差信号から表示用の内視鏡画像の画像信号を生成する画像処理部と、
前記表示用の内視鏡画像の画像信号に対応する内視鏡画像を表示する表示装置とを備えていることを特徴とする内視鏡診断装置。 - 前記画像処理部は、前記青色の狭帯域光画像の画像信号Ｂと前記緑色の通常光画像の画像信号Ｇとを所定の比率で重み付けして前記強調輝度信号を算出するものである請求項１１に記載の内視鏡診断装置。
- 前記画像処理部は、前記緑色の通常光画像の画像信号Ｇおよび赤色の通常光画像の画像信号Ｒからｌｎ（Ｒ／Ｇ）で前記ヘモグロビンインデックスを算出するものである請求項１１または１２に記載の内視鏡診断装置。
- 前記画像処理部は、前記ヘモグロビンインデックスの値が大きくなるに従って、赤色の色差信号の値が大きく、かつ、青色の色差信号の値が小さくなる変換テーブルを用いて前記強調色差信号を算出するものである請求項１１〜１３のいずれかに記載の内視鏡診断装置。
- 前記画像処理部は、前記強調輝度信号と前記青色の通常光画像の画像信号Ｂとの差である青色の色差信号、および、前記強調輝度信号と前記赤色の通常光画像の画像信号Ｒとの差である赤色の色差信号を算出し、前記ヘモグロビンインデックスの値が大きくなるに従って、赤色の補正値が大きく、かつ、青色の補正値が小さくなる変換テーブルを用いて、前記青色の色差信号と前記青色の補正値および前記赤色の色差信号と前記赤色の補正値とをそれぞれ加算して前記強調色差信号を算出するものである請求項１１〜１３のいずれかに記載の内視鏡診断装置。
- 前記白色光を前記青色の狭帯域光に分離するカラーフィルタは、前記白色光から、４１５ｎｍ±１０ｎｍの波長範囲の狭帯域光を分離するものである請求項１１〜１５のいずれかに記載の内視鏡診断装置。
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