JP5355820B2 - 画像処理装置及び内視鏡システム - Google Patents
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Description
生体組織の表面下で画像化したいものには、粘膜の表層近くにある病変近傍の血管、粘膜の深い位置にある比較的太い血管、粘膜下腫瘍、など、種々の深さの血管、病変部等の対象があるが、生体組織表面下の任意の深さの位置におけるこのような対象などを、他の深さの血管等よりも強調して画像化することはできなかった。
以上のように、従来の装置では、画像化したい血管等について生体組織の表面下の深さ方向の任意性がなく、所望の深さの血管等だけを強調して画像化することはできなかった。
(構成)
図1は、本実施の形態に係わる内視鏡システムの構成を示す構成図である。
光源装置4は、照明部としての照明光(白色光)を発光するキセノンランプ11と、白色光の熱線を遮断する熱線カットフィルタ12と、熱線カットフィルタ12を介した白色光の光量を制御する絞り装置13と、照明光を面順次光にする帯域制限手段としての回転フィルタ14と、電子内視鏡3内に配設されたライトガイド15の入射面に回転フィルタ14を介した面順次光を集光させる集光レンズ16と、回転フィルタ14の回転を制御する制御回路17とを備えて構成される。キセノンランプ11、回転フィルタ14及びライトガイド15が、被検体に対して照明光を照明する照射部あるいは照射手段を構成する。
さらになお、発光部11Aは、所定の複数の狭帯域光を出射するレーザダイオード(LD)を用いてもよい。よって、光源装置4は、被検体に対して複数の波長帯域を有する光を照射する照明部を構成する。
なお、フィルタ14−540は、狭帯域光として、波長460nm付近の光、あるいは波長415nm付近の光を透過させるものでもよい。
そして、制御回路17は、回転フィルタ14を回転させるためのモータ18を制御して、回転フィルタ14の回転を制御する。
なお、キセノンランプ11、絞り装置13、回転フィルタモータ18、及びピニオン19bに接続されたモータ(図示せず)には電源部10より電力が供給される。
セレクタ100は、W.B25からの面順次の画像信号を画像処理部101内の各部に振り分けて出力する。
セレクタ102は、画像処理部101からの通常光観察用画像信号と狭帯域光観察用画像信号の面順次の画像信号をγ補正回路26及び合成回路201に順次出力する。
次に、本実施の形態における狭帯域観察の全体の流れを簡単に説明する。
図3は、本実施の形態における狭帯域観察における全体の処理の流れを説明するための図である。
術者は、内視鏡の挿入部を体腔内に挿入し、通常観察モード下で、内視鏡挿入部の先端部を病変部近傍に位置させる。術者は、処置対象の病変部を確認すると、粘膜下、深さdの位置を走行する、比較的太い、例えば直径が1〜2mmの、血管61を観察するために、モード切替スイッチ41を操作して、内視鏡システム1を狭帯域観察モードに切り替える。ここでは、血管61が、観察対象であり、生体粘膜の深さ方向に存在する対象物である。
画像処理部101で処理された画像信号は、セレクタ102に出力され、その後γ補正等の処理がされて、観察モニタ5に、被写体像が表示される。
画像処理部101は、図3に示す帯域分解処理部111、強調処理部112及び色変換処理部113を有する。画像処理部101は、ここでは、3つの波長画像を入力して、帯域分解処理、強調処理及び色変換処理を施して各波長画像を出力する。
(1)帯域分解処理(空間周波数分割処理)
帯域分解処理部111は、空間周波数分割処理により、各波長画像に対して、空間周波数分割処理を行う。図4は、複数の波長画像から複数の周波数帯域の画像を生成して、その生成された複数の周波数帯域の画像に対して、強調処理等をする処理を説明するための図である。
なお、Nが1の場合は、3つの帯域画像が生成される。このときは、波長画像をそのまま帯域画像として、次の強調処理が施されるようにしてもよい。
各帯域画像は、例えば、各波長画像に対して、各空間周波数frkに対応するマスクを用いた空間周波数フィルタリング処理を行うことにより生成される。
強調処理部112は、帯域分解処理部111において生成された複数の帯域画像の中から選択された1又は2以上の帯域画像に対して、強調処理を実行する。図4は、一点鎖線の枠で囲った帯域画像λ1(2)、λ2(2)及びλ3(2)が選択されて強調処理が行われることを示している。
なお、ここでは、3つの狭帯域光の波長軸により形成された特徴空間CSの例を説明するが、特徴空間は、複数の狭帯域光の中から選択した、2つの波長軸の特徴空間、あるいは、後述する図11に示すように4以上の波長軸の特徴空間でもよい。さらに、特徴空間は、狭帯域光の波長軸に空間周波数軸を加えた多軸の特徴空間、あるいは複数の空間周波数軸のみからなる特徴空間でもよい。
帯域画像λ1(2)、λ2(2)、λ3(2)の各画像フレーム内の各画素は、図5の特徴空間CS内のいずれかの位置にマッピングされる。例えば、特徴空間CS内にマッピングされたある画素に対応する点iのベクトルIVと、基準ベクトルRVとのなす角度θとした場合、各帯域画像の画素に対して、強調する角度範囲は、0≦θ≦±(π/2)であって特に領域R内の画素を含む範囲とし、その範囲以外及びθ≧±(π/2)の領域では強調しないように、強調係数αは設定される。すなわち、図5において、基準ベクトルRVに直交する平面をRPとすると、特徴空間内の平面RPに対して基準ベクトルRV側の画素に対しては、強調処理を行い、特徴空間内の平面RPに対して基準ベクトルRV側でない画素に対しては、強調処理を行わない。
αi=(((π/2)−θ)r ・・・式(1)
ここで、rは、任意の実数である。
図7は、強調係数テーブルの設定の処理のフローチャートである。ユーザは、組織表面の深さに応じて、特徴空間CSの2以上の軸と、領域を設定すなわち選択する(S1)。図5の例では、λ1画像の波長540nmの波長λ1と、λ2画像の波長600nmの波長λ2と、λ3画像の波長630nmの波長λ3の軸と、3つの軸により形成される特徴空間CS内の領域Rが設定される。特徴空間CSの軸の設定は、生体組織表面下の所望の深さdの観察対象に応じて異なっている。
ユーザは、S2において算出されて決定された各強調係数を、強調係数テーブルTBLに格納して設定する(S3)。
以上のようにして、各画素についての強調量が、強調係数テーブルTBLに設定される。
そして、強調量は、特徴空間CS内において生体内における血管、背景粘膜、及びその他の対象を強調しないように、設定される。
色変換処理部113は、選択された帯域画像に対して強調処理が行われた後に、3×N個の帯域画像(強調処理の対象となった帯域画像も含む)に対して、色変換処理を施す処理である。色変換処理部113における色変換処理は、ここでは、色調を調整する処理であり、通常観察モードにおいて白色光下で表示される白色光観察画像の全体色調に類似する色調になるように、各帯域画像の色調を調整する。
また、任意の対象を背景粘膜に対してコントラストを向上させるような色調整をしても良い。
図9は、各波長画像を6つの周波数帯域に分割して、複数の色変換マトリクスを用いる例を示す図である。例えば、空間周波数fr1の帯域画像群(帯域画像λ1(1)、λ2(1)及びλ3(1))については、低い空間周波数のための色変換マトリクス1を用いて色調を変換し、空間周波数fr2とfr3の帯域画像群(帯域画像λ1(2)、λ2(2)、・・λ3(3))については、中間の空間周波数のための色変換マトリクス2を用いて色調を変換し、その他の帯域画像群(帯域画像λ1(4)、λ2(4)、・・λ3(6))については、高い空間周波数のための色変換マトリクス3を用いて色調を変換するなど、複数の色変換マトリクスを用いてもよい。
なお、色変換マトリクスは、例えば、3×3の正方行列であり、例えば、日本特許第3607857号公報などに開示されている。
すなわち、画像処理部101は、3×N個の処理後帯域画像から、波長毎に加算、すなわち積分したλ1′画像、2′画像及びλ3′画像を生成する。
(変形例1)
上述した実施の形態では、複数の狭帯域光の反射光を得るために、複数の狭帯域光を出射する光源装置を用いているが、白色光を被写体に照射し、その反射光から分光推定処理により、複数の波長画像を得るようにしてもよい。例えば、図4の例では、λ1画像、λ2画像及びλ3画像は、分光推定処理により生成するようにしてもよい。
上述した実施の形態では、光源装置が複数の狭帯域光を順番に出射しているが、光源装置が白色光の光源ランプからの光を所定の干渉フィルタを介して、所定の複数の狭帯域光を出射するようにして、複数の狭帯域光を被検体に同時に照明し、被写体からの反射光を撮像素子の受光面に設けたカラーフィルタを介して同時に撮像して、撮像素子の出力において複数の波長画像を得るようにしてもよい。
上述した実施の形態では、図5に示すように、3軸の特徴空間内における領域Rと基準ベクトルRVの設定をして、その特徴空間内において強調係数を設定しているが、3次元の特徴空間を、例えば2次元の特徴空間に射影して、その2次元の特徴空間において領域と基準ベクトルを設定するようにしてもよい。
(変形例4)
上述した実施の形態では、複数の波長あるいは周波数帯域の軸の空間内で領域Rを設定し、基準ベクトルRVに対する強調量が設定されているが、その空間を別な空間に射影して、射影された空間で、強調係数を設定するようにしてもよい。
よって、波長軸の空間、あるいは帯域周波数軸の空間とは異なる特徴空間に射影した特徴空間において、強調量を設定するようにしてもよい。
さらに、白色光観察では、視認困難な粘膜下腫瘍、の発見率の向上にも繋がるものである。
本出願は、2011年9月20日に日本国に出願された特願2011−204953号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。
Claims (14)
- 被検体内で撮像された医用画像を入力する画像入力部と、
前記医用画像に対して複数の波長帯域画像のそれぞれについて複数の空間周波数帯域画像に分解処理を行って複数の帯域画像を生成する帯域分解処理部と、
前記帯域分解処理部により生成された前記複数の帯域画像の中から前記被検体内の観察対象に応じて選択された2以上の帯域画像の波長帯域又は空間周波数帯域を軸として形成された空間もしくはその空間が射影された他の空間である特徴空間内における前記被検体内の観察対象が分布する領域に対して強調量を設定する強調量設定部と、
前記強調量設定部により設定された強調量に基づいて、前記選択された2以上の帯域画像に対して強調処理を行う強調処理部と、
前記強調処理部により強調された前記選択された2以上の帯域画像を含む前記複数の帯域画像に対して、色調を調整するための色変換処理を行う色変換処理部と、
前記色変換処理部により色変換処理がされた複数の帯域画像を波長画像毎に積分して画像を生成する画像生成部と、
を備えたことを特徴とする画像処理装置。 - 前記観察対象は、粘膜表面下の深部の血管、粘膜表層のピットパターンまたは粘膜表層の毛細血管であることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記強調量設定部は、前記強調量をテーブルにテーブルデータとして格納することにより設定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記テーブルデータは、各帯域画像の各画素の画素値に対する強調係数であることを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記強調量設定部は、前記観察対象が分布する領域を複数設定し、
前記テーブルは、設定された領域毎に設けられることを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。 - 前記領域毎に設けられた前記テーブルは、選択可能であることを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記医用画像は、分光推定処理により生成された画像であることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記強調量設定部は、前記特徴空間内における前記被検体内の生体粘膜の深さ方向に存在する血管が分布する領域に対して1又は2以上の基準ベクトル及び前記特徴空間内の原点から前記血管が分布する領域内の所定の画素値データへの点ベクトルを設定し、前記基準ベクトルと前記点ベクトルの成す角度から算出される角度変位量に基づいて強調量を設定することを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
- 前記強調処理部は、前記特徴空間内において前記基準ベクトルに直交するとともに前記特徴空間内の原点を含む平面を基準として、前記基準ベクトル側の画素に対してのみ強調処理を行うことを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。
- 前記強調量設定部は、前記特徴空間内において生体内における血管、背景粘膜、及びその他の対象を強調しないように、前記強調量を設定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記帯域分解処理部における前記分解処理は、空間周波数フィルタリング処理であることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 被検体に対して複数の波長帯域を有する光を照射する照明部と、
前記照明部により前記被検体に照射された光の戻り光を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された信号から複数の波長帯域画像が生成されるとともに、当該複数の波長帯域画像の各々に対して複数の空間周波数帯域に分解処理を行って複数の帯域画像を生成する帯域分解処理部と、
前記帯域分解処理部により生成された前記複数の帯域画像の中から選択された2以上の帯域画像の波長帯域又は空間周波数帯域を軸として形成された空間もしくはその空間が射影された他の空間である特徴空間内における前記被検体内の生体粘膜の深さ方向に存在する血管が分布する領域に対して強調量を設定する強調量設定部と、
前記強調量設定部により設定された強調量に基づいて、前記選択された2以上の帯域画像に対して強調処理を行う強調処理部と、
前記強調処理部により強調された前記選択された2以上の帯域画像を含む前記複数の帯域画像に対して、色調を調整するための色変換処理を行う色変換処理部と、
前記色変換処理部により色変換処理がされた複数の帯域画像を波長画像毎に積分して画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部から出力された積分画像を表示信号として出力する表示信号出力部と、
前記表示信号出力部からの前記表示信号に基づいて表示を行う表示部と、
を備えたことを特徴とする内視鏡システム。 - 前記照明部は、前記複数の波長帯域を有する光を時系列的に又は同時に照射することを特徴とする請求項12に記載の内視鏡システム。
- 前記帯域分解処理部は、前記撮像された信号から分光推定処理された複数の波長帯域画像に対して分解処理を行うことを特徴とする請求項12に記載の内視鏡システム。
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