JP5439630B2

JP5439630B2 - 内視鏡装置

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Inventors: 俊二武井
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Description

本発明は、内視鏡装置に関し、特に、生体内の蛍光物質から発せられる蛍光を観察することが可能な内視鏡装置に関するものである。

生体内の観察対象部位に予め投与された蛍光プローブ等の蛍光物質から蛍光を発生させるための励起光と、当該観察対象部位において反射される参照光と、の照射に伴って発生する戻り光を受光し、当該観察対象部位における病変の有無を視覚的に区別可能な画像としての蛍光画像と、当該観察対象部位の粘膜構造を視認可能な画像としての参照光画像（反射光画像）と、を取得する技術が従来知られている。

具体的には、例えば日本国特開２０１１−１４３１５４号公報には、電子内視鏡システムにおいて、緑色域、赤色域、及び、患者の体内に予め投与された蛍光標識物質を励起可能な赤外領域の各波長域に離散的に分布する照明光の照射に伴って発生する戻り光を受光し、当該蛍光標識物質が蓄積された病巣部の赤外蛍光画像と、主に赤色及び緑色で構成される生体組織表層の画像と、を取得する構成が開示されている。

ところで、日本国特開２０１１−１４３１５４号公報の構成によれば、蛍光標識物質から発せられる赤外領域の蛍光を受光するために、一般的なベイヤ配列のＲＧＢカラーフィルタにおけるＢ色フィルタの代わりに赤外領域の光を透過させるＩＲ色フィルタを配置した、特殊なカラーフィルタが固体撮像素子の受光面前面に取り付けられている。

そのため、日本国特開２０１１−１４３１５４号公報の構成によれば、前述したような特殊なカラーフィルタの使用に起因し、内視鏡等の装置を製造する際のコストが増加してしまうとともに、赤外領域の蛍光以外の他の波長域の光の観察に対する汎用性が低下してしまう、という課題が生じている。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、従来に比べて安価かつ汎用性の高い構成により蛍光観察を実施することが可能な内視鏡装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様の内視鏡装置は、赤色域の波長帯域の光により励起され前記赤色域よりも長波長側の波長帯域の蛍光を発する蛍光物質を含む観察対象部位の画像を生成するための内視鏡装置において、前記赤色域の波長帯域及び赤色域よりも長波長側の波長帯域に対応する撮像信号を生成する画素と、前記赤色域の波長帯域より短波長側の波長帯域に対応する撮像信号を生成する画素とを具備する撮像部と、前記蛍光物質を励起し前記蛍光を発生させるための前記赤色域の波長帯域の励起光と、前記観察対象部位から反射光を発生させるための前記赤色域の波長帯域より短波長側に設定された波長帯域の参照光と、を前記観察対象部位に出射するように構成されている光源部と、前記撮像部において生成された撮像信号から、前記蛍光の受光によって生じる信号成分を分離した第１の画像と、前記反射光の受光によって生じる信号成分を分離した第２の画像と、をそれぞれ取得するための処理を行うように構成されている画像処理部と、を有する。

本発明の実施例に係る内視鏡装置の要部の構成を示す図。カラーフィルタに設けられたＲフィルタ、Ｇフィルタ、及び、Ｂフィルタの光学特性の一例を示す図。励起光カットフィルタの光学特性の一例を示す図。光源装置から発せられるＲ光、Ｇ光及びＢ光の波長帯域の一例を示す図。蛍光観察モードにおいてスコープに入射される戻り光の波長帯域の一例を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。

図１から図５は、本発明の実施例に係るものである。図１は、本発明の実施例に係る内視鏡装置の要部の構成を示す図である。

内視鏡装置１は、図１に示すように、被検者の体腔内に挿入可能であるとともに、該体腔内に存在する生体組織等の被写体を撮像して画像データを取得するように構成されたスコープ２と、当該被写体へ出射される照明光をスコープ２に供給するように構成された光源装置３と、スコープ２により取得された画像データに応じた映像信号を生成して出力するように構成されたプロセッサ４と、プロセッサ４から出力される映像信号に応じた画像を表示するように構成された表示装置５と、を有している。また、スコープ２の内部には、光源装置３から供給される光をスコープ２の先端部へ伝送するように構成されたライトガイド６が挿通されている。

スコープ２は、例えば細長な挿入部を備えた内視鏡として構成されており、ライトガイド６により伝送された照明光を被写体に対して出射する照明光学系２１と、当該照明光により照明された当該被写体からの戻り光を結像する対物光学系２２と、対物光学系２２の結像位置に撮像面が配置された撮像素子２３と、撮像素子２３の撮像面に取り付けられたカラーフィルタ２３ａと、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上に配置されたフィルタ切替装置２４と、を先端部に有している。

また、スコープ２は、撮像素子２３により撮像された被写体の像に応じて出力されるアナログの撮像信号をデジタルの画像データに変換して出力するＡ／Ｄ変換部２５と、内視鏡装置１の観察モードの切り替えに係る指示を行うことが可能なモード切替スイッチ２６と、プロセッサ４の画像処理に用いられる所定の情報が予め格納されている記憶部２７と、を有している。

撮像素子２３は、プロセッサ４から出力される撮像素子駆動信号に基づいて駆動することにより、被写体を撮像し、当該撮像した被写体の像に応じた撮像信号を生成してＡ／Ｄ変換部２５へ出力するように構成されている。

カラーフィルタ２３ａは、所定の光学特性（分光特性）をそれぞれ具備する複数のＲ（赤）フィルタ、Ｇ（緑）フィルタ、及び、Ｂ（青）フィルタを、撮像素子２３の各画素に対応する位置にベイヤ配列で（市松状に）配置することにより形成されている。なお、本実施例においては、例えば、図２に示すような光学特性をそれぞれ具備するＲフィルタ、Ｇフィルタ、及び、Ｂフィルタがカラーフィルタ２３ａに設けられているものとする。図２は、カラーフィルタに設けられたＲフィルタ、Ｇフィルタ、及び、Ｂフィルタの光学特性の一例を示す図である。

カラーフィルタ２３ａのＲフィルタは、赤色域から近赤外域までにおける透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成されている（図２参照）。すなわち、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタは、Ｒ光及び後述のＦＬ光の波長帯域の透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成されている。

カラーフィルタ２３ａのＧフィルタは、緑色域における透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成されている（図２参照）。すなわち、カラーフィルタ２３ａのＧフィルタは、Ｇ光及び後述のＲＥＦ光の波長帯域の透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成されている。

カラーフィルタ２３ａのＢフィルタは、青色域における透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成されている（図２参照）。すなわち、カラーフィルタ２３ａのＢフィルタは、Ｂ光の波長帯域の透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成されている。

フィルタ切替装置２４は、光源装置３から出力されるフィルタ切替信号に基づき、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上から励起光カットフィルタ２４ａを退避させる動作を行うように構成されている。また、フィルタ切替装置２４は、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上から励起光カットフィルタ２４ａを退避している場合においては、対物光学系２２を介して入射される各波長帯域の光をカラーフィルタ２３ａ側へ透過させるように構成されている。

一方、フィルタ切替装置２４は、光源装置３から出力されるフィルタ切替信号に基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上に励起光カットフィルタ２４ａを介挿させる動作を行うように構成されている。また、フィルタ切替装置２４は、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上に励起光カットフィルタ２４ａを介挿している場合においては、対物光学系２２を介して入射される各波長帯域の光のうち、励起光カットフィルタ２４ａの光学特性に応じた所定の波長帯域の光のみをカラーフィルタ２３ａ側へ透過させるように構成されている。図３は、励起光カットフィルタの光学特性の一例を示す図である。

励起光カットフィルタ２４ａは、例えば図３に示すような、Ｒ光を遮断する（Ｒ光の透過率が略０に設定されている）とともに、Ｒ光以外の波長帯域の光を略透過させる光学特性（分光特性）を具備して構成されている。

モード切替スイッチ２６は、内視鏡装置１の観察モードを、術者等の操作に応じて白色光観察モード及び蛍光観察モードから選択されたいずれか一方の観察モードに切り替えるための指示を行うことができるように構成されている。

不揮発性メモリ等により構成される記憶部２７には、プロセッサ４の画像処理に用いられる所定の情報としてのマトリクスが予め格納されている。また、記憶部２７は、スコープ２とプロセッサ４とが接続されたことを検出した際に、前述のマトリクスをプロセッサ４へ出力するように構成されている。なお、記憶部２７に格納されるマトリクスの詳細については、後程説明する。

なお、本実施例によれば、撮像素子２３、カラーフィルタ２３ａ、及び、Ａ／Ｄ変換部２５の各部は、個別の回路または素子等として構成されていてもよく、あるいは、カラーＣＭＯＳセンサー等のような１つの素子として構成されていてもよい。

光源装置３は、ＬＥＤ光源部３１と、ＬＥＤ駆動部３２と、ＬＥＤ光源部３１において発せられた光を集光してライトガイド６へ供給する集光光学系３３と、プロセッサ４から出力されるモード切替信号に応じた動作をフィルタ切替装置２４に行わせるためのフィルタ切替信号を出力するフィルタ切替制御部３４と、を有している。

ＬＥＤ光源部３１は、赤色域の光を発するＬＥＤ３１ａと、緑色域の光を発するＬＥＤ３１ｂと、青色域の光を発するＬＥＤ３１ｃと、光学素子３１ｄと、光学素子３１ｅと、を有して構成されている。図４は、光源装置から発せられるＲ光、Ｇ光及びＢ光の波長帯域の一例を示す図である。

ＬＥＤ３１ａは、例えば、中心波長が６５０ｎｍ付近に設定された狭帯域のＲ光を発するように構成されている（図４参照）。

ＬＥＤ３１ｂは、例えば、中心波長が５５０ｎｍ付近に設定された狭帯域のＧ光を発するように構成されている（図４参照）。

ＬＥＤ３１ｃは、例えば、中心波長が４１５ｎｍ付近に設定された狭帯域のＢ光を発するように構成されている（図４参照）。

すなわち、以上のようなＬＥＤ３１ａ、３１ｂ及び３１ｃの構成によれば、Ｒ、Ｇ及びＢの各色の狭帯域な光の波長帯域が相互に重複しないように（相互に異なる離散的な波長帯域となるように）設定されている。

光学素子３１ｄは、例えばハーフミラー等により構成されており、ＬＥＤ３１ａから発せられたＲ光を光学素子３１ｅ側へ透過させるとともに、ＬＥＤ３１ｂから発せられたＧ光を光学素子３１ｅ側へ反射するような光学特性を具備している。

光学素子３１ｅは、例えばハーフミラー等により構成されており、光学素子３１ｄを経て出射されたＲ光及びＧ光を集光光学系３３側へ透過させるとともに、ＬＥＤ３１ｃから発せられたＢ光を集光光学系３３側へ反射するような光学特性を具備している。

ＬＥＤ駆動部３２は、ＬＥＤ光源部３１に設けられた各ＬＥＤを駆動させるための駆動電流を供給することができるように構成されている。また、ＬＥＤ駆動部３２は、プロセッサ４から出力される調光信号に基づいてＬＥＤ駆動部３２からＬＥＤ光源部３１へ供給される駆動電流の大きさを変化させることにより、ＬＥＤ光源部３１の各ＬＥＤから発せられる光（Ｒ光、Ｇ光及びＢ光）の強度（光量）を変化させることができるように構成されている。さらに、ＬＥＤ駆動部３２は、プロセッサ４から出力される調光信号に基づき、ＬＥＤ光源部３１に設けられた各ＬＥＤを発光または消光させることができるように構成されている。

フィルタ切替制御部３４は、プロセッサ４から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上から励起光カットフィルタ２４ａが退避されるように動作させるためのフィルタ切替信号をフィルタ切替装置２４へ出力する。また、フィルタ切替制御部３４は、プロセッサ４から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上に励起光カットフィルタ２４ａが介挿されるように動作させるためのフィルタ切替信号をフィルタ切替装置２４へ出力する。

プロセッサ４は、スコープ２により取得された画像データに含まれる各色成分間の信号強度のバランスを調整するための処理を行うように構成されたカラーバランス処理部４１と、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに対して画像処理を施すように構成された画像処理部４２と、画像処理部４２から出力される画像データをアナログの映像信号に変換して出力するように構成されたＤ／Ａ変換部４３と、カラーバランス処理部４１から出力される画像データの明るさに応じた調光信号を出力するように構成された調光部４４と、モード切替スイッチ２６においてなされた指示に応じたモード切替信号を出力するように構成されたモード切替制御部４５と、撮像素子２３の撮像動作に係る制御を行うための撮像素子駆動信号を出力する撮像素子駆動部４６と、を有している。

画像処理部４２は、ノイズ補正、ガンマ補正、及び、エッジ強調等の処理を実施可能な機能を備えて構成されている。

また、画像処理部４２は、モード切替制御部４５から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出した場合において、信号変換部４２ａ及びマトリクス変換部４２ｂによる処理を行うように構成されている。

信号変換部４２ａは、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる各色成分を、輝度成分Ｙと、色差成分Ｃｒ及びＣｂと、に変換する処理を行う。

マトリクス変換部４２ｂは、信号変換部４２ａの処理結果として得られた輝度成分Ｙと、色差成分Ｃｒ及びＣｂとに対し、スコープ２の記憶部２７から出力されるマトリクスを適用して演算を行い、さらに、当該演算の結果として得られた各色成分の画像データを表示装置５のＲチャンネル、Ｇチャンネル、及び、Ｂチャンネルに割り当てる処理を行う。なお、このようなマトリクス変換部４２ｂの処理の詳細については、後程説明する。

そして、画像処理部４２は、モード切替制御部４５から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、マトリクス変換部４２ｂの処理により表示装置５のＲ、Ｇ及びＢの各色チャンネルに割り当てられた画像データに対し、ノイズ補正、ガンマ補正、及び、エッジ強調等の処理を施してＤ／Ａ変換部４３へ出力する。

一方、画像処理部４２は、モード切替制御部４５から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる各色成分を表示装置５のＲ、Ｇ及びＢの各色チャンネルに割り当て、さらに、各色チャンネルに割り当てられた画像データに対し、ノイズ補正、ガンマ補正、及び、エッジ強調等の処理を施してＤ／Ａ変換部４３へ出力する。すなわち、本実施例によれば、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられた場合には、信号変換部４２ａ及びマトリクス変換部４２ｂによる処理が行われない。

調光部４４は、モード切替制御部４５から出力されるモード切替信号と、カラーバランス処理部４１から出力される画像データとに基づき、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、ＬＥＤ３１ａ、ＬＥＤ３１ｂ、及び、ＬＥＤ３１ｃの各ＬＥＤを白色光観察モードの観察に適した強度で同時に発光させるための調光信号をＬＥＤ駆動部３２へ出力する。また、調光部４４は、モード切替制御部４５から出力されるモード切替信号と、カラーバランス処理部４１から出力される画像データとに基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、ＬＥＤ３１ｃを消光させるとともに、ＬＥＤ３１ａ及びＬＥＤ３１ｂを蛍光観察モードの観察に適した強度で同時に発光させるための調光信号をＬＥＤ駆動部３２へ出力する。

モード切替制御部４５は、モード切替スイッチ２６において、内視鏡装置１の観察モードを白色光観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出した場合には、白色光観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号をフィルタ切替制御部３４、画像処理部４２、調光部４４、及び、撮像素子駆動部４６の各部に対して出力する。また、モード切替制御部４５は、モード切替スイッチ２６において、内視鏡装置１の観察モードを蛍光観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出した場合には、蛍光観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号をフィルタ切替制御部３４、画像処理部４２、調光部４４、及び、撮像素子駆動部４６の各部に対して出力する。

撮像素子駆動部４６は、モード切替制御部４５から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１の観察モードに応じたタイミングで撮像動作を行わせるとともに、内視鏡装置１の観察モードに応じたゲインを用いて撮像信号を生成させるような撮像素子駆動信号をＬＥＤ駆動部３２へ出力する。

ここで、本実施例の内視鏡装置１の作用について説明する。

まず、内視鏡装置１の観察モードが白色光観察モードに切り替えられた場合に行われる動作等について説明する。

術者等のユーザは、内視鏡装置１の各部を接続し、さらに、内視鏡装置１の各部の電源を投入する前後のタイミングにおいてモード切替スイッチ２６を操作することにより、内視鏡装置１の観察モードを白色光観察モードに切り替える指示を行う。

モード切替制御部４５は、モード切替スイッチ２６において、内視鏡装置１の観察モードを白色光観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出すると、白色光観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号をフィルタ切替制御部３４、画像処理部４２、調光部４４、及び、撮像素子駆動部４６の各部に対して出力する。

ＬＥＤ駆動部３２は、調光部４４から出力される調光信号に基づき、ＬＥＤ光源部３１のＬＥＤ３１ａ、ＬＥＤ３１ｂ、及び、ＬＥＤ３１ｃの各ＬＥＤを同時に発光させる。

そして、このようなＬＥＤ駆動部３２の動作により、白色光観察モードにおいては、光源装置３から供給されたＲ光、Ｇ光、及び、Ｂ光の波長帯域を具備する照明光（白色光）がライトガイド６及び照明光学系２１を経て被写体へ出射され、当該被写体へ出射されたＲ光、Ｇ光、及び、Ｂ光の反射光が観察対象部位１０１からの戻り光として対物光学系２２に入射される。

一方、フィルタ切替装置２４は、フィルタ切替制御部３４から出力されるフィルタ切替信号に基づき、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上から励起光カットフィルタ２４ａを退避させるように動作する。

そして、このようなフィルタ切替装置２４の動作により、白色光観察モードにおいては、カラーフィルタ２３ａを通過したＲ光の戻り光（反射光）と、Ｇ光の戻り光（反射光）と、Ｂ光の戻り光（反射光）と、が撮像素子２３の撮像面で受光され、さらに、当該受光した各光を撮像して得た撮像信号が撮像素子２３から出力される。

Ａ／Ｄ変換部２５は、撮像素子２３から出力されるアナログの撮像信号を、デジタルの画像データに変換してプロセッサ４のカラーバランス処理部４１へ出力する。そして、このようなＡ／Ｄ変換部２５の処理により、撮像素子２３の撮像面で受光されたＲ光、Ｇ光及びＢ光の強度に応じた赤色成分ＲＣと、緑色成分ＧＣと、青色成分ＢＣと、を含む画像データが生成される。

カラーバランス処理部４１は、Ａ／Ｄ変換部２５から出力される画像データに対し、当該画像データに含まれるＲＣ、ＧＣ及びＢＣの各色成分間の信号強度のバランスを調整するための処理（例えばホワイトバランス処理）を施して画像処理部４２へ出力する。

画像処理部４２は、モード切替制御部４５から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられたことを検出すると、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれるＲＣ、ＧＣ及びＢＣの各色成分を表示装置５のＲ、Ｇ及びＢの各色チャンネルに割り当て、さらに、当該各色チャンネルに割り当てられた画像データに対し、ノイズ補正、ガンマ補正、及び、エッジ強調等の処理を施してＤ／Ａ変換部４３へ出力する。

そして、表示装置５は、Ｄ／Ａ変換部４３を経て出力された映像信号に応じた被写体の画像を表示する。

すなわち、以上に述べたような動作等が白色光観察モードにおいて行われることにより、白色光観察モードに対応した観察画像（カラー画像）が表示装置５に表示される。

続いて、内視鏡装置１の観察モードが蛍光観察モードに切り替えられた場合に行われる動作等について説明する。なお、以降においては、蛍光観察モードによる観察対象部位１０１の観察が開始される前に、癌等の病変組織に集積する蛍光プローブ（蛍光物質）として、赤色域の励起波長を具備し、かつ、Ｇ光の波長帯域と重複しない近赤外域（例えば７００ｎｍ近辺）の蛍光波長を具備する蛍光プローブ（蛍光物質）が予め被検者（観察対象部位１０１）に投与されているものとして説明を進める。

ユーザは、表示装置５に表示される白色光観察モードの観察画像を見ながらスコープ２の挿入操作を行うことにより、被検体内における所望の観察対象部位１０１の近傍にスコープ２の先端部を配置させる。そして、このような状態において、ユーザ等は、モード切替スイッチ２６を操作することにより、内視鏡装置１の観察モードを蛍光観察モードに切り替える指示を行う。

モード切替制御部４５は、モード切替スイッチ２６において、内視鏡装置１の観察モードを蛍光観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出すると、蛍光観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号をフィルタ切替制御部３４、画像処理部４２、調光部４４、及び、撮像素子駆動部４６の各部に対して出力する。

ＬＥＤ駆動部３２は、調光部４４から出力される調光信号に基づき、ＬＥＤ光源部３１のＬＥＤ３１ｃを消光させるとともに、ＬＥＤ３１ａ及びＬＥＤ３１ｂを同時に発光させるための調光信号をＬＥＤ駆動部３２へ出力する。

そして、このようなＬＥＤ駆動部３２の動作により、蛍光観察モードにおいては、光源装置３から供給されたＲ光及びＧ光の波長帯域を具備する照明光がライトガイド６及び照明光学系２１を経て観察対象部位１０１へ出射される。

ここで、赤色域の励起波長を具備する蛍光プローブが被検者（観察対象部位１０１）に投与されていることに起因し、照明光学系２１から出射されたＲ光が励起光として作用するとともに、照明光学系２１から出射されたＧ光が参照光として作用する。そのため、蛍光観察モードにおいては、近赤外域の波長帯域を具備する蛍光であるＦＬ光と、Ｇ光の波長帯域を具備する反射光であるＲＥＦ光と、の混合光が観察対象部位１０１からの戻り光として対物光学系２２に入射される（図５参照）。図５は、蛍光観察モードにおいてスコープに入射される戻り光の波長帯域の一例を示す図である。

すなわち、本実施例においては、参照光（Ｇ光）の波長帯域が励起光（Ｒ光）の波長帯域に比べて短波長側になるように設定されている。さらに、本実施例においては、図２に例示したような光学特性のＲフィルタ、Ｇフィルタ、及び、Ｂフィルタを具備するカラーフィルタ２３ａを撮像素子２３の撮像面に設けることにより、戻り光に含まれるＦＬ光の像の検出感度が最大となる画素と、戻り光に含まれるＲＥＦ光の像の検出感度が最大となる画素と、を相互に異ならせるようにしている。

なお、本実施例によれば、Ｇ光を参照光として用いるように構成したものに限らず、例えば、Ｂ光を参照光として用いるように構成してもよく、または、Ｇ光及びＢ光の混合光を参照光として用いるように構成してもよい。そして、Ｂ光を含むような参照光を用いた場合においては、Ｇ光のみからなる参照光を用いた場合に比べ、観察対象部位１０１の表層に存在する毛細血管等を視認し易い観察画像を生成することができる。

一方、フィルタ切替装置２４は、フィルタ切替制御部３４から出力されるフィルタ切替信号に基づき、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上に励起光カットフィルタ２４ａを介挿させるように動作する。

そして、このようなフィルタ切替装置２４の動作により、蛍光観察モードにおいては、励起光カットフィルタ２４ａ及びカラーフィルタ２３ａのＲフィルタを通過した光と、励起光カットフィルタ２４ａ及びカラーフィルタ２３ａのＧフィルタを通過した光と、が撮像素子２３の撮像面で受光され、さらに、当該受光した各光を撮像して得た撮像信号が撮像素子２３から出力される。

Ａ／Ｄ変換部２５は、撮像素子２３から出力されるアナログの撮像信号を、デジタルの画像データに変換してプロセッサ４のカラーバランス処理部４１へ出力する。そして、このようなＡ／Ｄ変換部２５の処理により、撮像素子２３の撮像面で受光されたＦＬ光及びＲＥＦ光の強度に応じた赤色成分ＲＤと、緑色成分ＧＤと、青色成分ＢＤと、を含む画像データが生成される。

すなわち、本実施例の撮像部に相当する撮像素子２３及びＡ／Ｄ変換部２５は、蛍光観察モードにおいて、励起光カットフィルタ２４ａとカラーフィルタ２３ａのＲフィルタとを経て受光される光の強度、及び、励起光カットフィルタ２４ａとカラーフィルタ２３ａのＧフィルタとを経て受光される光の強度に応じた各色成分を含む画像を生成する。

カラーバランス処理部４１は、Ａ／Ｄ変換部２５から出力される画像データに対し、当該画像データに含まれる赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤの間の信号強度のバランスを調整するための処理を施して画像処理部４２へ出力する。

画像処理部４２は、モード切替制御部４５から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出すると、信号変換部４２ａ及びマトリクス変換部４２ｂによる処理を行うように動作する。

信号変換部４２ａは、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤを、輝度成分Ｙと、色差成分Ｃｒ及びＣｂと、に変換する処理を行う。

マトリクス変換部４２ｂは、信号変換部４２ａの処理結果として得られた輝度成分Ｙと、色差成分Ｃｒ及びＣｂとに対し、スコープ２の記憶部２７から出力されるマトリクスを適用する。

ところで、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタは、それぞれ可視域から近赤外域にかけての広い帯域に透過特性を有している。そのため、本実施例の蛍光観察モード時にカラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる赤色成分ＲＤには、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく成分と、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく成分と、が混在している。また、本実施例の蛍光観察モード時にカラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる緑色成分ＧＤには、カラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく成分と、カラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく成分と、が混在している。そのため、もし仮に、赤色成分ＲＤをそのまま表示装置５のＲチャンネルに割り当て、かつ、緑色成分ＧＤをそのまま表示装置５のＧチャンネルに割り当てた場合、本来意図した色調の観察画像が表示されない場合がある、という問題点が生じる。

そして、本実施例によれば、前述のような問題点を解消するための処理として、表示装置５のＲ、Ｇ及びＢチャンネルに色成分を割り当てる前に、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタ経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく赤色成分のみを含む画像データと、カラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく緑色成分のみを含む画像データと、をそれぞれ得るような処理が信号変換部４２ａ及びマトリクス変換部４２ｂにおいて行われる。このような処理に用いられるマトリクスの算出方法等について、以下に詳しく説明する。

まず、観察対象部位１０１の蛍光観察の際に使用されるものと同じ蛍光プローブが投与された生体組織に対してＲ光及びＧ光が同時に出射され、励起光カットフィルタ２４ａとカラーフィルタ２３ａとを経て撮像素子２３の撮像面でＦＬ光及びＲＥＦ光が受光され、さらに、当該受光されたＦＬ光及びＲＥＦ光に応じた画像データＩ_RGBがＡ／Ｄ変換部２５により生成されるような場合において、当該画像データＩ_RGBに含まれる赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤの強度に対応するマトリクスを以下の数式（１）のように定める。なお、以下の数式（１）において、Ｒ_FLはカラーフィルタ２３ａのＲフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく赤色成分の強度を表し、Ｇ_FLはカラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく緑色成分の強度を表し、Ｂ_FLはカラーフィルタ２３ａのＢフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく青色成分の強度を表し、Ｒ_REFはカラーフィルタ２３ａのＲフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく赤色成分の強度を表し、Ｇ_REFはカラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく緑色成分の強度を表し、Ｂ_REFはカラーフィルタ２３ａのＢフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく青色成分の強度を表すものとする。

上記の数式（１）により表される画像データＩ_RGBは、信号変換部４２ａの処理により、以下の数式（２）として表されるような輝度色差成分を具備する画像データＩ_YCに変換される。なお、以下の数式（２）において、Ｙ_FLはＦＬ光の波長成分における輝度成分の大きさを表し、Ｃｒ_FL及びＣｂ_FLはＦＬ光の波長成分における色差成分の大きさをそれぞれ表し、Ｙ_REFはＲＥＦ光の波長成分における輝度成分の大きさを表し、Ｃｒ_REF及びＣｂ_REFはＲＥＦ光の波長成分における色差成分の大きさをそれぞれ表すものとする。

ここで、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる各色成分から、相互に独立した２つの色成分の画像データを分離するためのマトリクスをＭＡＴとし、さらに、マトリクス変換部４２ｂの処理結果として得られるように企図された各色成分の画像データを示すマトリクスＳとした場合、マトリクス変換部４２ｂにおいて行われる色成分の分離に係る処理を、以下の数式（３）及び（４）のように表すことができる。

そして、上記の数式（３）及び（４）に基づく以下の数式（５）の演算を行うことにより、２行３列のマトリクスＭＡＴを求めることができる。なお、以下の数式（５）において、Ｉ_YC ^＋はＩ_YCの擬似逆行列を表すものとする。また、（４）のマトリクスＳにおいて、１行目は赤色成分の出力を表し、２行目は緑色成分の出力を表し、１列目はＦＬ光の信号成分の出力を表し、２列目はＲＥＦ光の信号成分の出力を表すものとする。

上記の数式（５）の演算を経て求められるマトリクスＭＡＴを用いた処理によれば、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる各色成分から、励起光カットフィルタ２４ａ及びカラーフィルタ２３ａのＲフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく赤色成分ＦＬＲＤのみを含む画像データを分離することができる。

また、上記の数式（５）の演算を経て求められるマトリクスＭＡＴを用いた処理によれば、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる各色成分から、励起光カットフィルタ２４ａ及びカラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく緑色成分ＲＥＦＧＤのみを含む画像データを分離することができる。

ところで、上記の数式（５）の演算を経て求められるマトリクスＭＡＴを用いた処理によれば、前述の赤色成分ＦＬＲＤ及び緑色成分ＲＥＦＧＤの画像データをそれぞれ得ることができる一方で、青色成分の画像データを得ることができない。そのため、本実施例においては、前述の緑色成分ＲＥＦＧＤの画像データと同じ強度を具備する青色成分ＲＥＦＢＤの画像データを得ることができるように係数が設定された、以下の数式（６）として表されるような３行３列のマトリクスＭＡＴＡがスコープ２の記憶部２７に格納されている。なお、以下の数式（６）における係数Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ２１、Ｍ２２、及び、Ｍ２３は、上記の数式（５）の演算を経て求められる２行３列のマトリクスＭＡＴに含まれる各係数と同じ値であるとする。

すなわち、スコープ２の記憶部２７には、蛍光観察モード時に（撮像素子２３及びＡ／Ｄ変換部２５により）生成される画像データＩ_RGBに含まれる各色成分の強度に応じて予め算出された、上記数式（６）として表されるような画像分離用のマトリクスＭＡＴＡが格納されている。

そして、マトリクス変換部４２ｂは、信号変換部４２ａの処理結果として得られた輝度成分Ｙと、色差成分Ｃｒ及びＣｂとに対し、記憶部２７から出力される画像分離用のマトリクスＭＡＴＡを適用して演算を行うことにより、以下の数式（７）として表されるような、係数Ｍ１１、Ｍ１２及びＭ１３に応じた強度を具備する赤色成分ＦＬＲＤの画像データと、係数Ｍ２１、Ｍ２２及びＭ２３に応じた強度を具備する緑色成分ＲＥＦＧＤの画像データと、係数Ｍ２１、Ｍ２２及びＭ２３に応じた強度を具備する青色成分ＲＥＦＢＤの画像データと、を取得する。

また、マトリクス変換部４２ｂは、赤色成分ＦＬＲＤの画像データを表示装置５のＲチャンネルに割り当て、緑色成分ＲＥＦＧＤの画像データを表示装置５のＧチャンネルに割り当て、青色成分ＲＥＦＢＤの画像データを表示装置５のＢチャンネルに割り当てる。

その後、画像処理部４２は、マトリクス変換部４２ｂの処理により表示装置５のＲ、Ｇ及びＢの各色チャンネルに割り当てられた画像データに対し、ノイズ補正、ガンマ補正、及び、エッジ強調等の処理を施してＤ／Ａ変換部４３へ出力する。

すなわち、以上に述べたような動作等が蛍光観察モードにおいて行われることにより、蛍光観察モードに対応した観察画像（擬似カラー画像）が表示装置５に表示される。

なお、本実施例によれば、各スコープ２毎に固有のマトリクスＭＡＴＡが記憶部２７に格納されているものに限らず、例えば、スコープ２の種類等を特定可能なＩＤ情報が記憶部２７に格納されていてもよい。そして、このような記憶部２７の構成に応じ、例えば、図示しないメモリ等に予め格納された複数のマトリクスＭＡＴＡの中から、記憶部２７から出力されるＩＤ情報に応じた１つのマトリクスＭＡＴＡを選択できるような構成をマトリクス変換部４２ｂが具備していてもよい。

また、前述のマトリクスＭＡＴＡの算出方法及びマトリクス変換部４２ｂの処理は、ＲＧＢのフィルタを市松状に配置した（原色の）カラーフィルタ２３ａを撮像素子２３の撮像面に取り付けたものに限らず、例えば、所定の光学特性をそれぞれ具備する複数のＭｇ（マゼンタ）フィルタ、Ｃｙ（シアン）フィルタ、Ｙｅ（イエロー）フィルタ及びＧフィルタを、撮像素子２３の各画素に対応する位置に市松状に配置した補色のカラーフィルタを撮像素子２３の撮像面に取り付けたものに対しても略同様に適用できる。具体的には、例えば、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる、Ｍｇ＋Ｃｙ、Ｇ＋Ｙｅ、Ｍｇ＋Ｙｅ、及び、Ｇ＋Ｃｙの各色成分を、輝度成分Ｙと、色差成分Ｃｒ及びＣｂと、に変換する処理を行うことにより、補色のカラーフィルタを撮像素子２３の撮像面に取り付けた場合であっても、前述のマトリクスＭＡＴＡの算出方法及びマトリクス変換部４２ｂの処理を適用できる。

また、本実施例によれば、前述のマトリクスＭＡＴＡの元となるマトリクスＭＡＴの算出に用いる画像データＩ_RGBまたはＩ_YCの各成分に相当する実測値を得る際に、例えば、励起光カットフィルタ２４ａの光学特性、光源装置３から出射されるＲ光及びＧ光の波長帯域、及び、蛍光プローブ（蛍光物質）の蛍光波長をそれぞれ適宜調整し、撮像可能な明るさにおいて可能な限り狭帯域化されたＦＬ光の像及びＲＥＦ光の像が撮像されるように各部を構成（設定）することにより、マトリクスＭＡＴ及びＭＡＴＡに含まれる各係数（Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ２１、Ｍ２２、及び、Ｍ２３）の値を最適化することができる。

以上に述べたように、本実施例によれば、従来に比べて安価かつ汎用性の高い構成により蛍光観察を実施することができるとともに、蛍光観察時における観察画像を本来意図した色調で生成（表示）することができる。

なお、本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。

本出願は、２０１１年１２月７日に日本国に出願された特願２０１１−２６８１９０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、図面に引用されたものとする。

Claims

赤色域の波長帯域の光により励起され前記赤色域よりも長波長側の波長帯域の蛍光を発する蛍光物質を含む観察対象部位の画像を生成するための内視鏡装置において、
前記赤色域の波長帯域及び赤色域よりも長波長側の波長帯域に対応する撮像信号を生成する画素と、前記赤色域の波長帯域より短波長側の波長帯域に対応する撮像信号を生成する画素とを具備する撮像部と、
前記蛍光物質を励起し前記蛍光を発生させるための前記赤色域の波長帯域の励起光と、前記観察対象部位から反射光を発生させるための前記赤色域の波長帯域より短波長側に設定された波長帯域の参照光と、を前記観察対象部位に出射するように構成されている光源部と、
前記撮像部において生成された撮像信号から、前記蛍光の受光によって生じる信号成分を分離した第１の画像と、前記反射光の受光によって生じる信号成分を分離した第２の画像と、をそれぞれ取得するための処理を行うように構成されている画像処理部と、
を有することを特徴とする内視鏡装置。
前記観察対象部位から前記撮像部に至る光路上に挿脱可能であり、前記赤色域の波長帯域の光を遮断するとともに、前記赤色域以外の波長帯域の光を略透過させる光学特性を具備して構成されている励起光カットフィルタ部と、
白色光観察モードと蛍光観察モードとを切替える観察モード切替部と、
前記観察モード切替部により前記白色光観察モードに切替えられた場合に、前記励起光カットフィルタを前記光路上から退避させ、前記蛍光観察モードに切替えられた場合に、前記励起光カットフィルタを前記光路上に介挿させるフィルタ切替部と、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記撮像部は、前記赤色域の波長帯域及び赤色域よりも長波長側の波長帯域に対応する撮像信号を生成する画素と、緑色域の波長帯域に対応する撮像信号を生成する画素と、青色域に対応する撮像信号を生成する画素とを有し、
前記光源部は、前記赤色域の波長帯域を有する励起光と、前記青色域及び前記緑色域の波長帯域のうち一方の波長帯域を有する参照光と、前記青色域及び前記緑色域の波長帯域のうち他方の波長帯域を有する光と、を前記観察対象部位に出射するように構成されており、
さらに、前記観察モード切替部により前記白色光観察モードに切替えられた場合に、前記励起光と前記参照光と前記他方の波長帯域を有する光とを同時に前記観察対象部位に出射するように前記光源部を制御し、前記観察モード切替部により前記蛍光観察モードに切替えられた場合に、前記励起光と前記参照光とを同時に前記観察対象部に出射するように前記光源部を制御する調光部と、
を有することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
前記蛍光物質を含む前記観察対象部位に対して前記励起光及び前記参照光が同時に出射された際に前記撮像部により生成される画像に含まれる各色成分の強度に応じて予め算出された、画像分離用のマトリクスが格納されている記憶部をさらに有し、
前記画像処理部は、前記撮像部により生成された画像に含まれる各色成分を輝度成分及び色差成分に変換し、さらに、前記記憶部に格納された前記画像分離用のマトリクスを前記輝度成分及び前記色差成分に適用して演算を行うことにより、前記第１の画像及び前記第２の画像を取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。