JP5190944B2 - 内視鏡装置および内視鏡装置の作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡装置により被観察体の観察を行なう際、被観察体とスコープ部の撮像素子との距離情報を取得する距離情報取得方法およびその内視鏡装置に関するものである。

従来、体腔内の組織を観察する内視鏡装置が広く知られており、白色光によって照明された体腔内の被観察体を撮像して通常画像を得、この通常画像をモニタ画面上に表示する電子式の内視鏡が広く実用化されている。

ここで、上記のような内視鏡装置において、体腔内に挿入されるスコープ部の先端部と被観察体との距離を測定する方法が種々提案されている。

たとえば、特許文献１においては、照明光とは別の測定光をスコープ部により被観察体に照射することによってスコープ部の先端と被観察体との距離を測定する方法が提案されている。

また、特許文献２においては、スコープ部により被観察体に干渉縞を投影し、この干渉縞に基づいて被観察体の３次元形状を計測する、つまり、撮像素子の各画素と被観察体との距離情報を計測する方法が提案されている。
特開平３−１９７８０６号公報 特開平５−２１１９８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、距離測定用の光源やファイバを別に設ける必要があり、特許文献２に記載の方法では、干渉縞を被観察体に投影するためのフィルタなどをスコープ部に設ける必要がある。そして、これによりスコープ部の径が拡大したり、また、被観察体の像の撮像と距離の測定とを切り替えて別々に行なう必要があるので検査時間が増加してしまうため患者の負担が大きくなってしまうという問題点がある。また、光源やフィルタなどを設ける必要があるためコストアップにもなる。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、患者の負担を増大させることなく、かつコストダウンを図ることができる距離情報取得方法および内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の距離情報取得方法は、照明光を被観察体に照射する照明光照射部と照明光の照射により被観察体から反射された反射光を受光して被観察体の像を撮像する撮像素子とを有するスコープ部と、スコープ部の撮像素子から出力された画像信号に分光画像処理を施して所定波長の分光推定画像信号を生成する分光画像処理部とを備えた内視鏡装置において、被観察体とその被観察体の像が結像する撮像素子の各画素との距離情報を取得する距離情報取得方法であって、分光画像処理部において、撮像素子から出力された画像信号に基づいて、６５０ｎｍ以上の所定波長の分光推定画像信号を距離情報取得用分光推定画像信号として生成し、距離情報取得用分光推定画像信号に基づいて、上記距離情報を取得することを特徴とする。

本発明の内視鏡装置は、照明光を被観察体に照射する照明光照射部と照明光の照射により被観察体から反射された反射光を受光して被観察体の像を撮像する撮像素子とを有するスコープ部と、スコープ部の撮像素子から出力された画像信号に分光画像処理を施して所定波長の分光推定画像信号を生成する分光画像処理部とを備えた内視鏡装置において、分光画像処理部が、撮像素子から出力された画像信号に基づいて、６５０ｎｍ以上の所定波長の分光推定画像信号を距離情報取得用分光推定画像信号として生成するものであり、距離情報取得用分光推定画像信号に基づいて、被観察体とその被観察体の像が結像する撮像素子の各画素との距離を示す距離情報を取得する距離情報取得部を備えたことを特徴とする。

また、上記本発明の内視鏡装置においては、分光画像処理部を、６５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の所定波長の分光推定画像信号を距離情報取得用分光推定画像信号として生成するものとすることができる。

また、距離情報取得部により取得された各画素の距離情報に基づいて、撮像素子から出力された画像信号に対して、被観察体とその被観察体の像が結像する撮像素子の各画素との距離を補正する距離補正処理を施す距離補正部をさらに設けるようにすることができる。

また、距離情報取得部により取得された各画素の距離情報に基づいて、距離情報を表わす画像を生成する距離情報画像生成部をさらに設けるようにすることができる。

また、撮像素子から出力された画像信号に基づく通常画像または分光画像処理部で生成された分光推定画像信号に基づく分光推定画像を表示する表示部を備えるものとし、表示部を、通常画像上または分光推定画像上に、距離情報を表わす画像を表示するものとすることができる。

また、撮像素子から出力された画像信号に基づく通常画像または分光画像処理部で生成された分光推定画像信号に基づく分光推定画像を表示する表示部を備えるものとし、表示部を、通常画像または分光推定画像と併置して距離情報を表わす画像を表示するものとすることができる。

また、撮像素子から出力された画像信号に基づく通常画像または分光画像処理部で生成された分光推定画像信号に基づく分光推定画像を表示する表示部を備えるものとし、表示部を、通常画像または分光推定画像とは異なるタイミングで距離情報を表わす画像のみを表示するものとすることができる。

また、表示部を、距離情報を表す画像を、通常画像または分光推定画像を表示するウィンドウとは別のウィンドウに表示するものとすることができる。

また、表示部を、撮像素子の画素のうち特定の画素についてのみ距離情報を表わす画像を表示するものとすることができる。

また、表示部を、周囲の画素に対して距離情報が所定閾値以上の差がある画素について強調表示するものとすることができる。

本発明の距離情報取得方法および内視鏡装置によれば、分光画像処理部において、撮像素子から出力された画像信号に基づいて、６５０ｎｍ以上の所定波長の分光推定画像信号を距離情報取得用分光推定画像信号として生成し、距離情報取得用分光推定画像信号に基づいて、被観察体とその被観察体の像が結像する撮像素子の各画素との距離を示す距離情報を取得するようにしたので、従来技術のように距離測定用の光源およびファイバや、フィルタなどをスコープ部に設ける必要がなく、スコープの径の拡大を招くことがないので、患者の負担を増大させることなく距離情報を取得することができる。また、コストダウンを図ることもできる。

また、上記本発明の内視鏡装置において、６５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の所定波長の分光推定画像信号を距離情報取得用分光推定画像信号として生成するようにした場合には、より精度の高い距離情報を取得することができる。その根拠については後で詳述する。

また、距離情報取得部により取得された各画素の距離情報に基づいて、撮像素子から出力された画像信号に対して、被観察体とその被観察体の像が結像する撮像素子の各画素との距離を補正する距離補正処理を施すようにした場合には、全ての撮像素子の画素が被観察体から同じ距離にあると仮定した場合の画像を取得することができ、単に被観察体から撮像素子の画素が遠いために暗く映っているものを病変部として誤診断するのを防止することができる。

また、距離情報取得部により取得された各画素の距離情報に基づいて、距離情報を表わす画像を生成し、通常画像上または分光推定画像上に、距離情報を表わす画像を表示するようにした場合には、通常画像または分光推定画像の凹凸のパターンを認識することができる。

また、通常画像または分光推定画像と併置して距離情報を表わす画像を表示するようにした場合には、通常画像または分光推定画像の凹凸のパターンを距離情報を表わす画像により認識することができるとともに、通常画像または分光推定画像の特徴も正確に認識することができる。

また、表示部を、撮像素子の画素のうち特定の画素についてのみ距離情報を表わす画像を表示するものとした場合には、操作者が距離情報を認識したい画素についてのみ距離情報を表わす画像を表示することができ、操作者にニーズに応じた画像を表示することができる。

また、表示部を、周囲の画素に対して距離情報が所定閾値以上の差がある画素について強調表示するようにした場合には、被観察体の凹凸が特に大きい部分を強調して表示することができ、操作者に注意を促すことができる。

以下、図面を参照して本発明の内視鏡装置の第１の実施形態を用いた内視鏡システムについて詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態を用いた内視鏡システム１の概略構成を示すものである。

内視鏡システム１は、図１に示すように、被験者の体腔内に挿入され、被観察体を観察するためのスコープユニット２０と、このスコープユニット２０が着脱自在に接続されるプロセッサユニット３０と、スコープユニット２０が光学的に着脱自在に接続され、照明光Ｌ０を射出するキセノンランプが収納された照明光ユニット１０とを備えている。なお、プロセッサユニット３０と照明光ユニット１０とは、一体的に構成されているものであってもよいし、あるいは別体として構成されているものであってもよい。

照明光ユニット１０は、通常観察を行うための照明光Ｌ０をキセノンランプから射出するものである。照明光ユニット１０は、スコープユニット２０のライトガイド１１に光学的に接続されており、照明光Ｌ０をライトガイド１１の一端から入射するように構成されている。

スコープユニット２０は、結像光学系２１、撮像素子２２、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路２３、Ａ／Ｄ変換部２４、およびＣＣＤ駆動部２５を備えており、各構成要素はスコープコントローラ２６により制御される。撮像素子２２はたとえばＣＣＤやＣＭＯＳ等からなり、結像光学系２１により結像された被観察体像を光電変換して画像情報を取得するものである。この撮像素子２２としては、例えば撮像面にＭｇ（マゼンタ），Ｙｅ（イエロー），Ｃｙ（シアン），Ｇ（グリーン）の色フィルタを有する補色型の撮像素子、あるいはＲＧＢの色フィルタを有する原色型撮像素子を用いることができるが、本実施形態においては、原色型撮像素子を用いるものとする。なお、撮像素子２２の動作はＣＣＤ駆動部２５により制御される。また、撮像素子２２が画像信号を取得したとき、ＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）回路２３がサンプリングして増幅し、Ａ／Ｄ変換部２４がＣＤＳ／ＡＧＣ回路２３から出力された画像信号をＡ／Ｄ変換し、その画像信号がプロセッサユニット３０に出力される。

また、スコープユニット２０には、スコープコントローラ２６に接続され、観察モードの切換などの種々の操作を設定可能な操作部２７が設けられている。

また、スコープユニット２０の先端には照明窓２８が設けられ、この照明窓２８には、一端が照明光ユニット１０に接続されたライトガイド１１の他端が対面している。

プロセッサユニット３０は、照明光Ｌ０の被観察体への照射によってスコープユニット２０により撮像された通常像に基づいて生成されたＲ、Ｇ、Ｂの３色のカラー画像信号を取得する画像取得部３１と、画像取得部３１により取得されたカラー画像信号に分光画像処理を施して所定波長の分光推定画像信号を生成する分光画像生成部３２と、分光画像生成部３２において分光画像処理を行うために用いられる分光推定マトリクスデータが記憶されている記憶部３３と、分光画像生成部３２において生成された距離情報取得用分光推定画像信号に基づいて、撮像素子２２の各画素と被観察体との距離を示す距離情報を取得する距離情報取得部３４と、距離情報取得部３４において取得された各画素毎の距離情報に基づいて、画像取得部３１において取得されたカラー画像信号に距離補正処理を施す距離補正部３５と、分光画像生成部３２において生成された分光推定画像信号、距離補正部３５において距離補正処理の施された距離補正済画像信号などに種々の処理を施して、表示用画像信号を生成する表示信号生成部３６と、プロセッサユニット３０全体を制御する制御部３７とを備えている。各部の動作については、後で詳述する。

また、プロセッサユニット３０には、操作者の入力を受け付ける入力部２が接続されている。そして、スコープユニット２０の操作部２７と同様に、入力部２においても観察モードが設定可能であり、また、後述する距離情報取得指示、基準画素の設定方法の選択、および基準画素の特定などの操作入力を受け付けるものである。

表示装置３は、液晶表示装置やＣＲＴ等から構成され、プロセッサユニット３０から出力された表示用画像信号に基づいて、通常画像、分光推定画像または距離情報画像などを表示するものである。その作用については、後で詳述する。

次に、本実施形態の内視鏡システムの動作について、図２および図３のフローチャートを参照して説明する。まず、被観察体へ照明光Ｌ０を照射して取得したカラー画像信号に基づいて、通常画像を表示する通常観察モードの際の動作について説明する。

まず、スコープユニット２０の操作部２７または入力部２において、操作者により通常観察モードが設定される（Ｓ１０）。そして、通常観察モードが設定されると、照明光ユニット１０から照明光Ｌ０が射出される。そして、照明光Ｌ０はライトガイド１１を介して照明窓２８から被観察体に照射される。そして、照射光Ｌ０の照射によって被観察体を反射した反射光Ｌ１がスコープユニット２０の結像光学系２１に入射され、結像光学系２１によって撮像素子２２の撮像面に通常像が結像される。そして、ＣＣＤ駆動部２５によって駆動された撮像素子２２が被観察体の通常像を撮像してカラー画像信号を取得する（Ｓ１２）。このカラー画像信号はＣＤＳ／ＡＧＣ回路２３で相関二重サンプリングと自動利得制御による増幅を受けた後、Ａ／Ｄ変換部２４でＡ／Ｄ変換されて、デジタル信号としてプロセッサユニット３０に入力される。

そして、スコープユニット２０から出力されたカラー画像信号が、プロセッサユニット３０の画像取得部３１により取得され、そして、そのカラー画像信号は、表示信号生成部３６に出力される。そして、表示信号生成部３６は、そのカラー画像信号に各種の信号処理を施した上、輝度信号Ｙと色差信号Ｃで構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、さらに、このＹ／Ｃ信号へ対し、Ｉ／Ｐ変換およびノイズ除去などの各種信号処理を施して表示用画像信号を生成し、この表示用画像信号を表示装置３へ出力する。そして、表示装置３は、入力された表示用画像信号に基づいて通常画像を表示する（Ｓ１４）。

そして、上記のように通常画像が一旦表示された後、制御部３７は、相対距離情報の算出の指示待ち状態となり（Ｓ１６）、操作者によって相対距離情報の算出指示が入力部２により入力されると相対距離情報算出モードに切り替えられる（Ｓ１８）。そして、制御部３７は相対距離情報算出モードに切り替えられると、相対距離情報を算出するために用いる基準画素の設定を手動で行なうか否かを問うメッセージを表示装置３に表示させる（Ｓ２０）。そして、上記メッセージを見た操作者により基準画素を手動で設定するか、もしくは自動で設定するかが入力部２を用いて選択される。

そして、操作者により基準画素を手動で設定するよう選択された場合には、たとえば、既に表示された通常画像の中の所定の表示画素がマウスなどによって選択されることにより、この表示画素に対応する撮像素子２２の画素が基準画素として選択される（Ｓ２２）。または、撮像素子２２の画素の位置を数値情報として予め設定しておき、その数値を操作者が入力することによって基準画素を選択するようにしてもよい。

一方、操作者により基準画素を自動で設定するよう選択された場合には、たとえば、既に表示された通常画像の表示画素の中から最も明るい表示画素を自動的に選択し、その選択した表示画素に対応する撮像素子２２の画素が基準画素として選択される（Ｓ２４）。

そして、上記のようにして手動または自動で選択された基準画素の位置情報が距離情報取得部３４に入力され、その基準画素の参照輝度値Ｌｂに基づいて、基準画素以外の画素について相対距離情報が算出される（Ｓ２６）。相対距離情報の算出方法については、後で詳述する。

そして、上記のようにして算出された相対距離情報が距離補正部３５に入力され、距離補正部３５は、入力された相対距離情報に基づいて、画像取得部３１から入力されたカラー画像信号に距離補正処理を施し、その距離補正済画像信号を表示信号生成部３６に出力する（Ｓ２８）。

ここで、距離補正処理とは、被観察体と撮像素子２２の各画素との距離を補正する処理であり、たとえば、被観察体と撮像素子２２の各画素との距離による明るさの変化をキャンセルするような処理である。より具体的には、たとえば、通常画像の各表示画素の値に対して相対距離情報の大きさに応じた係数などを掛け合わせることによって上記のような処理を施すことができる。

そして、表示信号生成部３６は、入力された距離補正済画像信号に各種の信号処理を施した上、輝度信号Ｙと色差信号Ｃで構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、さらに、このＹ／Ｃ信号へ対し、Ｉ／Ｐ変換およびノイズ除去などの各種信号処理を施して表示用画像信号を生成し、この表示用画像信号を表示装置３へ出力する。そして、表示装置３は、入力された表示用画像信号に基づいて距離補正画像を表示する（Ｓ３０）。この距離補正画像は、全ての撮像素子２２の画素が被観察体から同じ距離にあると仮定した場合の画像となり、単に被観察体から撮像素子２２の画素が遠いために暗く映っているものを病変部として誤診断するのを防止することができる。

なお、通常画像と距離補正画像とを同時に表示するようにしてもよいし、通常画像を表示した後、距離補正画像を表示するようにしてもよい。

次に、相対距離情報の算出方法を、図３に示すフローチャートを参照しながらより詳細に説明する。

まず、上述した通常観察モードにおいてプロセッサユニット３０の画像取得部３１により取得されたカラー画像信号は、分光画像生成部３２にも出力される。

そして、分光画像生成部３２において、入力されたカラー画像信号に基づいて推定反射スペクトルデータが算出される（Ｓ３２）。具体的には、分光画像生成部３２では、各画素毎のカラー画像信号Ｒ、Ｇ、Ｂに対して、下表１に示すような、記憶部３３に記憶されている分光推定マトリクスデータの全てのパラメータからなる３×１２１のマトリクスを用いて、次式（１）で示すマトリクス演算を行って、推定反射スペクトルデータ（ｑ１〜ｑ１２１）を算出する。

ここで、分光推定マトリクスデータは、上述したようにテーブルとして記憶部３３にあらかじめ記憶されている。なお、この分光推定マトリクスデータの詳細は、特開２００３−９３３３６号公報あるいは特開２００７−２０２６２１号公報などに開示されている。本実施形態において、記憶部３３に格納されている分光推定マトリクスデータの一例は次の表１のようになる。

この表１の分光推定マトリクスデータは、例えば４００ｎｍから１０００ｎｍの波長域を５ｎｍ間隔で分けた１２１の波長域パラメータ（係数セット）ｐ１〜ｐ１２１からなる。パラメータｐ１〜ｐ１２１は各々、マトリクス演算のための係数ｋ_ｐｒ，ｋ_ｐｇ，ｋ_ｐｂ（ｐ＝１〜１２１）から構成されている。

そして、この推定反射スペクトルデータに基づいて、７００ｎｍの波長の分光推定画像が作成される（Ｓ３４）。具体的には、７００ｎｍの波長の分光推定画像のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分として、推定反射スペクトルデータ（ｑ１〜ｑ１２１）のうち、７００ｎｍの推定反射スペクトルデータｑ６１が取得される。

そして、その７００ｎｍの波長の分光推定画像のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分に対し、ＸＹＺ変換が施され、さらにＸＹＺ変換によって取得されたＹ値に基づいてＬ^＊値が画素毎に算出され、輝度画像信号が生成される（Ｓ３６）。

そして、その輝度画像信号に対して配光補正処理が施されて画素毎にｌ^＊値が算出され、補正済輝度画像信号が生成される（Ｓ３８）。ここで、配光補正処理とは、スコープユニット２０から平坦な面に照明光Ｌ０を照射した場合における照射光Ｌ０の光量ムラを補正する処理である。たとえば、予め上記のような光量ムラを表わす画像信号を取得し、その画像信号に基づいて光量ムラをキャンセルするような配光補正画像信号を取得しておき、その配光補正画像信号に基づいて輝度画像信号に対して配光補正処理を施すようにすればよい。また、本実施形態においては、上記のように光量ムラをキャンセルするような配光補正処理を施すようにしたが、これに限らず、たとえば、医者などが普段見慣れている診断画像に近づけるように、輝度画像信号に対して、中央部分より周縁部分の方が暗くなるような配光補正処理を施すようにしてもよい。

次に、上述した撮像素子２２の基準画素の位置情報に基づいて、補正済輝度画像信号から基準画素に対応するｌ^＊値を参照輝度Ｌｂとして取得する（Ｓ４０）。

そして、下式に示すように、基準画素および基準画素以外の画素に対応するｌ＊値を参照輝度Ｌｂで除算することによって各画素毎の相対輝度Ｌｒを算出する（Ｓ４２）。

Ｌｒ＝ｌ^＊値／Ｌｂ
そして、下式を算出することによって各画素毎の相対距離情報Ｄを取得する（Ｓ４４）。

Ｄ＝１／Ｌｒ^２
なお、本実施形態においては、上記のように相対距離情報を求めるために７００ｎｍの波長の分光推定画像を用いているが、これに限らず、６５０ｎｍ以上の所定の波長の分光推定画像であれば、いずれの波長を選択してもよい。その根拠を以下に説明する。

図４に、ヘモグロビンＨｂと酸化ヘモグロビンＨｂＯ_２の分光反射スペクトルを示す。なお、これらは血管の分光反射スペクトルと同等と考えることができるので、すなわち、血管の密集する粘膜も同等の分光反射スペクトルが得られるものと考えられる。

図４に示すように、ヘモグロビンＨｂと酸化ヘモグロビンＨｂＯ_２の分光反射スペクトルは、ともに４５０ｎｍ付近で一度低下し、その後、６００ｎｍ付近までは穏やかに上昇し、その後、ほぼ一定の値を示す。そして、６００ｎｍ以前の特定の波長の分光反射スペクトルを見ると、ヘモグロビンＨｂと酸化ヘモグロビンＨｂＯ_２とでそれぞれ異なる大きさを示すためこの違いにより組織の違いを判別することができる。それに対し、６５０ｎｍ以上の分光反射スペクトルの強度はヘモグロビンＨｂと酸化ヘモグロビンＨｂＯ_２ともに一定である。そして、これらの分光反射スペクトルの差を見ると、図５に示すように、６５０ｎｍから７００ｎｍの間はほぼ０である。つまり、６５０ｎｍから７００ｎｍの間の分光反射スペクトルは、生体情報の吸収による影響がなく、距離に依存する輝度情報のみを表しているといえる。

したがって、本発明においては、相対距離情報を求めるために６５０ｎｍ以上の所定波長の分光推定画像を用いている。なお、より好ましくは６５０ｎｍから７００ｎｍの間の所定波長の分光推定画像である。

次に、本実施形態の内視鏡システムにおいて、被観察体へ照明光Ｌ０を照射して取得したカラー画像信号に基づいて、分光推定画像を表示する分光推定画像観察モードの際の動作について説明する。

まず、スコープユニット２０の操作部２７または入力部２において、操作者により分光推定画像観察モードが設定される。そして、分光推定画像観察モードにおいても、照明光Ｌ０の照射からカラー画像信号の取得までのステップについては、通常観察モードと同様である。

そして、画像取得部３１によって取得されたカラー画像信号は、分光画像生成部３２に出力される。

そして、分光画像生成部３２において、入力されたカラー画像信号に基づいて推定反射スペクトルデータが算出される。推定反射スペクトルデータの算出方法については、上述した相対距離情報の算出における算出方法と同様である。

そして、推定反射スペクトルデータを算出した後、たとえば、入力部２の操作によってλ１，λ２，λ３の３つの波長域が選択され、その波長域に対応する推定反射スペクトルデータが取得される。

例えば、３つの波長域λ１，λ２，λ３として波長５００ｎｍ，６２０ｎｍ，６５０ｎｍが選択された場合は、それぞれの波長に対応する表１のパラメータｐ２１，ｐ４５，ｐ５１の係数が用いられて算出された推定反射スペクトルデータｑ２１，ｑ４５，ｑ５１が取得される。

そして、この取得された推定反射スペクトルデータｑ２１，ｑ４５，ｑ５１にそれぞれ適切なゲイン、オフセットを加味して擬似色分光推定データｓ２１，ｓ４５，ｓ５１が算出され、この擬似色分光推定データｓ２１，ｓ４５，ｓ５１がそれぞれ分光推定画像のＲ成分の画像信号Ｒ’、Ｇ成分の画像信号Ｇ’、Ｂ成分の画像信号Ｂ’とされる。

そして、この擬似３色画像信号Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’が分光画像生成部３２から表示信号生成部３６に出力される。そして、表示信号生成部３６は、その擬似３色画像信号Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’に各種の信号処理を施した上、輝度信号Ｙと色差信号Ｃで構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、さらに、このＹ／Ｃ信号へ対し、Ｉ／Ｐ変換およびノイズ除去などの各種信号処理を施して表示用画像信号を生成し、この表示用画像信号を表示装置３へ出力する。そして、表示装置３は、入力された表示用画像信号に基づいて分光推定画像を表示する。

なお、上記説明では、３つの波長域λ１，λ２，λ３として波長５００ｎｍ，６２０ｎｍ，６５０ｎｍを選択するようにしたが、このような波長域の組み合わせはたとえば血管、生体組織等の観察したい部位毎に記憶部３３に記憶されており、各部位にマッチングした波長域の組み合わせを用いて分光推定画像が生成される。具体的には、λ１，λ２，λ３の波長セットとしては、例えば４００ｎｍ，５００ｎｍ，６００ｎｍの標準セットａ、血管を描出するための４７０ｎｍ，５００ｎｍ，６７０ｎｍの血管Ｂ１セットｂ、同じく血管を描出するための４７５ｎｍ，５１０ｎｍ，６８５ｎｍの血管Ｂ２セットｃ、特定組織を描出するための４４０ｎｍ，４８０ｎｍ，５２０ｎｍの組織Ｅ１セットｄ、同じく特定組織を描出するための４８０ｎｍ，５１０ｎｍ，５８０ｎｍの組織Ｅ２セットｂ、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの差を描出するための４００ｎｍ，４３０ｎｍ，４７５ｎｍのヘモグロビンセットｆ、血液とカロテンとの差を描出するための４１５ｎｍ，４５０ｎｍ，５００ｎｍの血液‐カロテンセットｇ、血液と細胞質の差を描出するための４２０ｎｍ，５５０ｎｍ，６００ｎｍの血液‐細胞質セットｈの８つの波長域の組み合わせ等が挙げられる。

なお、上記第１の実施形態の内視鏡システムにおいては、通常観察モードにおいて通常画像および距離補正画像を表示し、分光推定画像観察モードにおいて分光推定画像を表示するようにしたが、これらのモードの処理を両方行って、通常画像、距離補正画像および分光推定画像を同時もしくは切り替えて表示するようにしてもよい。

次に、本発明の内視鏡装置の第２の実施形態を用いた内視鏡システムについて詳細に説明する。図６は、本発明の第２の実施形態を用いた内視鏡システム５の概略構成を示すものである。第２の実施形態を用いた内視鏡システム５は、第１の実施形態を用いた内視鏡システムとは、相対距離情報の使用方法が異なる。その他の構成は同様であるので第１の実施形態を用いた内視鏡システムを異なる構成のみを説明する。

内視鏡システム５は、図６に示すように、距離情報取得部３４により取得された各画素の相対距離情報に配色処理を施して、相対距離情報を表す画像信号を生成する配色処理部を備えている。

そして、表示信号生成部３６は、配色処理部３８において生成された相対距離情報を表す画像信号と、画像取得部３１から出力されたカラー画像信号または分光画像生成部３２から出力された分光推定画像を表わす擬似３色画像信号とを合成して表示用画像信号を生成するものある。

次に、本実施形態の内視鏡システムの動作について説明する。まず、被観察体へ照明光Ｌ０を照射して取得したカラー画像信号に基づいて、通常画像を表示する通常観察モードの際の動作について説明する。

照射光Ｌ０の照射による通常像を撮像し、通常画像を表示するまでのステップ（図２のＳ１０〜Ｓ１４）、および相対距離算出モードへの切り替えから相対距離情報を算出するまでのステップ（Ｓ１６〜Ｓ２６）までは上記第１の実施形態の内視鏡システムと同様である。

そして、第２の実施形態の内視鏡システム５においては、各画素毎の相対距離情報Ｄを算出した後、その相対距離情報Ｄは、配色処理部３８に入力される。そして、配色処理部３８において、各画素毎の色を決定する。具体的には、全ての画素の相対距離情報から最大値と最小値とを選択する。そして、最大値に割り当てる色と最小値に割り当てる色とを決定する。そして、基準画素を始点として最大値の画素および最小値の画素に向かって相対距離情報Ｄの大きさに応じてグラデーションとなるように各画素に色の割り当てを行う。そして、上記のようにして割り当てた色情報を各画素が表すように相対距離情報を表す画像信号を生成し、表示信号生成部３６に出力する。

そして、表示信号生成部３６は、配色処理部３８において生成された相対距離情報を表す画像信号と、画像取得部３１から出力されたカラー画像信号とを合成して合成画像信号を生成し、その合成画像信号に各種の信号処理を施した上、輝度信号Ｙと色差信号Ｃで構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、さらに、このＹ／Ｃ信号へ対し、Ｉ／Ｐ変換およびノイズ除去などの各種信号処理を施して表示用画像信号を生成し、この表示用画像信号を表示装置３へ出力する。そして、表示装置３は、入力された表示用画像信号に基づいて、通常画像上に相対距離情報を表す画像を重ね合わせた合成画像を表示する。図８に合成画像の一例を示す。通常画像Ｇ１上に相対距離情報を表すグラデーション画像Ｇ２が重ね合わされている。

また、分光推定画像観察モードの際の動作については、擬似３色画像信号を取得する作用までは、上記第１の実施形態の内視鏡システムと同様である。

そして、表示信号生成部３６は、配色処理部３８において生成された相対距離情報を表す画像信号と、分光画像生成部３２から出力された擬似３色画像信号とを合成して合成画像信号を生成し、その合成画像信号に各種の信号処理を施した上、輝度信号Ｙと色差信号Ｃで構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、さらに、このＹ／Ｃ信号へ対し、Ｉ／Ｐ変換およびノイズ除去などの各種信号処理を施して表示用画像信号を生成し、この表示用画像信号を表示装置３へ出力する。そして、表示装置３は、入力された表示用画像信号に基づいて、分光推定画像上に相対距離情報を表す画像を重ね合わせた合成画像を表示する。

なお、上記第２の実施形態の内視鏡システムにおいては、相対距離情報Ｄの大きさに応じてグラデーションとなるように各画素に色を割り当てたが、必ずしもグラデーションにする必要はなく、相対距離情報の大きさに応じて変化するのであればその他の色の割り当て方法でもよい。

また、相対距離情報Ｄに応じて画素に色を割り当てて塗りつぶすのではなく、同じ大きさの相対距離情報Ｄの範囲を線で示した等高線を表わす画像を通常画像上または分光推定画像上に重ねて表示するようにしてもよい。すなわち、図８におけるグラデーション画像Ｇ２の輪郭線のみを表示することになる。

また、互いに異なる大きさの相対距離情報Ｄの範囲同士を異なる種類の斜線で示すようにしてもよい。

また、相対距離情報を表わす画像は、必ずしも全画素について表示する必要はなく、一部の特定の範囲の画素についてのみ相対距離情報を表わす画像を表示するようにしてもよい。特定の範囲の画素については、たとえば、操作者により通常画像上における画素をマウスなどのポインターによって指定することによって決定することができる。

また、周囲の画素に対して相対距離情報が所定閾値以上の差がある画素を特定し、その画素について強調表示するようにしてもよい。

また、上記第２の実施形態の内視鏡システムにおいては、相対距離情報を表わす画像を、通常画像上または分光推定画像上に重ねて表示するようにしたが、これに限らず、相対距離情報を表わす画像のみを通常画像または分光推定画像と併置して表示するようにしてもよい。

なお、上記第２の実施形態の内視鏡システムにおいては、通常観察モードにおいて通常画像および相対距離情報を表わす画像を表示し、分光推定画像観察モードにおいて分光推定画像および相対距離情報を表わす画像を表示するようにしたが、これらのモードの処理を両方行って、通常画像、分光推定画像および相対距離情報を表わす画像を同時もしくは切り替えて表示するようにしてもよい。また、通常画像上に相対距離情報を表わす画像を重ね合わせた合成画像と、分光推定画像上に相対距離情報を表わす画像を重ね合わせた合成画像とを同時もしくは切り替えて表示するようにしてもよい。また、さらに第１の実施形態の内視鏡システムと同様にして、距離補正画像も表示するようにしてもよい。

また、上記第１および第２の実施形態の内視鏡システムにおいて、各画素の相対距離情報Ｄを用いて、通常画像または分光推定画像に対し、被観察体の凹凸を強調する処理を施し、その凹凸強調画像を表示装置３において表示するようにしてもよい。

また、上記第１および第２の実施形態の内視鏡システムにおいて、各画素の相対距離情報Ｄを用いて、被観察体に対するスコープユニット２０の先端の向きを取得し、その取得した向きを表示装置３において表示するようにしてもよい。

本発明の内視鏡装置の第１の実施形態を用いた内視鏡システムの概略構成を示すブロック図 図１に示す内視鏡システムの作用を説明するためのフローチャート 図１に示す内視鏡システムにおける相対距離情報の算出方法を説明するためのフローチャート ヘモグロビンＨｂと酸化ヘモグロビンＨｂＯ_２の分光反射スペクトルを示す図 ヘモグロビンＨｂと酸化ヘモグロビンＨｂＯ_２の分光反射スペクトルを示す図 本発明の内視鏡装置の第２の実施形態を用いた内視鏡システムの概略構成を示すブロック図 図６に示す内視鏡システムの作用を説明するためのフローチャート 相対距離情報を表わす画像の一例を示す図

符号の説明

１,５ 内視鏡システム
２ 入力部
３ 表示装置
１０ 照明光ユニット
１１ ライトガイド
２０ スコープユニット
２１ 結像光学系
２２ 撮像素子
２３ ＣＤＳ／ＡＧＣ回路
２４ Ａ／Ｄ変換部
２５ ＣＣＤ駆動部
２６ スコープコントローラ
２７ 操作部
２８ 照明窓
３０ プロセッサユニット
３１ 画像取得部
３２ 分光画像生成部（分光画像処理部）
３３ 記憶部
３４ 距離情報取得部
３５ 距離補正部
３６ 表示信号生成部
３７ 制御部
３８ 配色処理部

Claims (14)

1. 照明光照射部と撮像素子とを有するスコープ部と、分光画像処理部と、距離情報取得部とを備えた内視鏡装置の作動方法であって、
   前記分光画像処理部が、前記撮像素子から出力された画像信号に分光画像処理を施して６５０ｎｍ以上の所定波長の分光推定画像信号を距離情報取得用分光推定画像信号として生成し、
   前記距離情報取得部が、前記距離情報取得用分光推定画像信号に基づいて、前記被観察体と該被観察体の像が結像する前記撮像素子の各画素との距離を示す距離情報を、前記撮像素子の各画素についてそれぞれ取得する際、前記画像信号の中の予め設定された基準画素の前記距離情報取得用分光推定画像信号に基づいて、該基準画素以外の前記画像信号の中の画素の距離情報を取得することを特徴とする内視鏡装置の作動方法。
2. 照明光を被観察体に照射する照明光照射部と前記照明光の照射により前記被観察体から反射された反射光を受光して前記被観察体の像を撮像する撮像素子とを有するスコープ部と、該スコープ部の撮像素子から出力された画像信号に分光画像処理を施して所定波長の分光推定画像信号を生成する分光画像処理部とを備えた内視鏡装置において、
   前記分光画像処理部が、前記撮像素子から出力された画像信号に基づいて、６５０ｎｍ以上の所定波長の分光推定画像信号を距離情報取得用分光推定画像信号として生成するものであり、
   該距離情報取得用分光推定画像信号に基づいて、前記被観察体と該被観察体の像が結像する前記撮像素子の各画素との距離を示す距離情報を、前記撮像素子の各画素についてそれぞれ取得する距離情報取得部を備え、
   該距離情報取得部が、前記画像信号の中の予め設定された基準画素の前記距離情報取得用分光推定画像信号に基づいて、該基準画素以外の前記画像信号の中の画素の距離情報を取得するものであることを特徴とする内視鏡装置。
3. 前記分光画像処理部が、６５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の所定波長の分光推定画像信号を前記距離情報取得用分光推定画像信号として生成するものであることを特徴とする請求項２記載の内視鏡装置。
4. 前記距離情報取得部により取得された各画素の距離情報に基づいて、前記撮像素子から出力された画像信号に対して、前記被観察体と該被観察体の像が結像する前記撮像素子の各画素との距離を補正する距離補正処理を施す距離補正部を備えたことを特徴とする請求項２または３記載の内視鏡装置。
5. 前記距離情報取得部により取得された各画素の距離情報に基づいて、該距離情報を表わす画像を生成する距離情報画像生成部を備えたことを特徴とする請求項２から４いずれか１項記載の内視鏡装置。
6. 前記撮像素子から出力された画像信号に基づく通常画像または前記分光画像処理部で生成された分光推定画像信号に基づく分光推定画像を表示する表示部を備え、
   該表示部が、前記通常画像上または前記分光推定画像上に、前記距離情報を表わす画像を表示するものであることを特徴とする請求項５記載の内視鏡装置。
7. 前記撮像素子から出力された画像信号に基づく通常画像または前記分光画像処理部で生成された分光推定画像信号に基づく分光推定画像を表示する表示部を備え、
   該表示部が、前記通常画像または前記分光推定画像と併置して前記距離情報を表わす画像を表示するものであることを特徴とする請求項５記載の内視鏡装置。
8. 前記撮像素子から出力された画像信号に基づく通常画像または前記分光画像処理部で生成された分光推定画像信号に基づく分光推定画像を表示する表示部を備え、
   該表示部が、前記通常画像または前記分光推定画像とは異なるタイミングで前記距離情報を表わす画像のみを表示するものであることを特徴とする請求項５記載の内視鏡装置。
9. 前記表示部が、前記距離情報を表す画像を、前記通常画像または前記分光推定画像を表示するウィンドウとは別のウィンドウに表示するものであることを特徴とする請求項５記載の内視鏡装置。
10. 前記表示部が、前記撮像素子の画素のうち特定の画素についてのみ前記距離情報を表わす画像を表示するものであることを特徴とする請求項６から９いずれか１項記載の内視鏡装置。
11. 前記表示部が、周囲の画素に対して前記距離情報が所定閾値以上の差がある画素について強調表示するものであることを特徴とする請求項６から１０いずれか１項記載の内視鏡装置。
12. 前記距離情報取得部が、前記基準画素を自動的に設定するものであることを特徴とする請求項２記載の内視鏡装置。
13. 前記距離情報取得部が、前記画像信号の中の全ての画素のうち、最も明るい画素を前記基準画素として設定するものであることを特徴とする請求項１２記載の内視鏡装置。
14. 前記基準画素が、ユーザによる設定入力によって指定されるものであることを特徴とする請求項２記載の内視鏡装置。

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