JP5558178B2 - 蛍光観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、蛍光観察装置に関するものである。

従来、観察対象部位に対して、癌細胞等の病変部に特異的に集積する蛍光薬剤を投与し、励起光を照射して蛍光薬剤を励起して蛍光を発生させ、発生した蛍光を撮影することにより、病変部の蛍光画像を取得する蛍光観察装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１〜３に記載の蛍光観察装置は、励起光を照射することで観察対象部位において発生する蛍光の強度に基づく蛍光画像を、白色光を照射することで観察対象部位から戻る戻り光の強度に基づく参照画像で除算することにより、蛍光画像における観察距離や観察角度等に依存する蛍光強度変化を補正している。

特開昭６２−２４７２３２号公報 特公平３−０５８７２９号公報 特開２００６−１７５０５２号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載の蛍光観察装置では、蛍光と反射光とでは観察距離や観察角度に対する依存性が異なるため、観察条件によっては、蛍光画像を参照画像によって除算しても、観察距離や観察角度の影響を完全に補正することができないという不都合がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、観察条件に応じて蛍光画像における観察距離や観察角度等に依存する蛍光強度変化を補正することができる蛍光観察装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様は、体内に挿入される挿入部と、該挿入部の先端から被写体に励起光および参照光を照射する光源と、該光源からの前記励起光の照射により前記被写体において発生した蛍光を撮影して蛍光画像を取得する蛍光画像取得部と、前記光源からの前記参照光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部と、該参照画像取得部により取得された前記参照画像から前記被写体の観察条件を判定する観察条件判定部と、該観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に基づいて、前記参照画像取得部により取得された前記参照画像の階調値を補正する階調値補正部と、前記蛍光画像取得部により取得された前記蛍光画像を、前記階調値補正部により階調値が補正された前記参照画像により除算して、補正蛍光画像を生成する補正蛍光画像生成部とを備え、前記観察条件が、前記被写体の表面に対して平行に観察する平行視か、前記被写体の表面に対して正対して観察する正面視かのいずれかである蛍光観察装置である。

本発明の第１の態様によれば、光源から発せられた励起光が被写体に照射され、蛍光画像取得部により、被写体において発生した蛍光が撮影されて蛍光画像が取得される。また、光源から発せられた参照光が被写体に照射され、参照画像取得部により、その戻り光が撮影されて参照画像が取得される。また、観察条件判定部により、参照画像取得部により取得された参照画像から被写体の観察条件が判定され、階調値補正部により、被写体の観察条件に基づいて、参照画像取得部により取得された参照画像の階調値が補正される。そして、補正蛍光画像生成部により、蛍光画像取得部により取得された蛍光画像が、階調値補正部により階調値が補正された参照画像により除算されることで、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した補正蛍光画像が生成される。

ここで、蛍光と反射光とでは観察距離や観察角度に対する依存性が異なるため、観察条件によっては、蛍光画像を参照画像によって除算しても、観察距離や観察角度の影響を完全に補正することができない場合がある。この場合において、上記のように、被写体の観察条件に基づいて参照画像の階調値が補正されるため、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。
また、観察距離や観察角度等の観察条件が変動した場合にも、階調値補正部により、観察条件の変動に追従して参照画像の階調値を補正することができ、観察条件の変動による影響を抑制した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

本発明の第２の態様は、体内に挿入される挿入部と、該挿入部の先端から被写体に励起光および参照光を照射する光源と、該光源からの前記励起光の照射により前記被写体において発生した蛍光を撮影して蛍光画像を取得する蛍光画像取得部と、前記光源からの前記参照光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部と、該参照画像取得部により取得された前記参照画像から前記被写体の観察条件を判定する観察条件判定部と、該観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に基づいて、前記蛍光画像取得部により取得された前記蛍光画像の階調値を補正する階調値補正部と、該階調値補正部により階調値が補正された前記蛍光画像を、前記参照画像取得部により取得された前記参照画像により除算して、補正蛍光画像を生成する補正蛍光画像生成部とを備え、前記観察条件が、前記被写体の表面に対して平行に観察する平行視か、前記被写体の表面に対して正対して観察する正面視かのいずれかである蛍光観察装置である。

本発明の第２の態様によれば、光源から発せられた励起光が被写体に照射され、蛍光画像取得部により、被写体において発生した蛍光が撮影されて蛍光画像が取得される。また、光源から発せられた参照光が被写体に照射され、参照画像取得部により、その戻り光が撮影されて参照画像が取得される。また、観察条件判定部により、参照画像取得部により取得された参照画像から被写体の観察条件が判定され、階調値補正部により、被写体の観察条件に基づいて、蛍光画像取得部により取得された蛍光画像の階調値が補正される。そして、補正蛍光画像生成部により、階調値補正部により階調値が補正された蛍光画像が、参照画像取得部により取得された参照画像により除算されることで、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した補正蛍光画像が生成される。

ここで、蛍光と反射光とでは観察距離や観察角度に対する依存性が異なるため、観察条件によっては、蛍光画像を参照画像によって除算しても、観察距離や観察角度の影響を完全に補正することができない場合がある。この場合において、上記のように、被写体の観察条件に基づいて蛍光画像の階調値が補正されるため、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。
また、観察距離や観察角度等の観察条件が変動した場合にも、階調値補正部により、観察条件の変動に追従して蛍光画像の階調値を補正することができ、観察条件の変動による影響を抑制した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

本発明の第３の態様は、体内に挿入される挿入部と、該挿入部の先端から被写体に励起光および参照光を照射する光源と、該光源からの前記励起光の照射により前記被写体において発生した蛍光を撮影して蛍光画像を取得する蛍光画像取得部と、前記光源からの前記参照光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部と、該参照画像取得部により取得された前記参照画像から前記被写体の観察条件を判定する観察条件判定部と、該観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に基づいて、前記参照画像取得部により取得された前記参照画像および前記蛍光画像取得部により取得された前記蛍光画像の階調値を補正する階調値補正部と、該階調値補正部により階調値が補正された前記蛍光画像を、前記階調値補正部により階調値が補正された前記参照画像により除算して、補正蛍光画像を生成する補正蛍光画像生成部とを備え、前記観察条件が、前記被写体の表面に対して平行に観察する平行視か、前記被写体の表面に対して正対して観察する正面視かのいずれかである蛍光観察装置である。

本発明の第３の態様によれば、光源から発せられた励起光が被写体に照射され、蛍光画像取得部により、被写体において発生した蛍光が撮影されて蛍光画像が取得される。また、光源から発せられた参照光が被写体に照射され、参照画像取得部により、その戻り光が撮影されて参照画像が取得される。また、観察条件判定部により、参照画像取得部により取得された参照画像から被写体の観察条件が判定され、階調値補正部により、被写体の観察条件に基づいて、参照画像取得部により取得された参照画像および蛍光画像取得部により取得された蛍光画像の階調値が補正される。そして、補正蛍光画像生成部により、階調値補正部により階調値が補正された蛍光画像が、階調値補正部により階調値が補正された参照画像により除算されることで、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した補正蛍光画像が生成される。

ここで、蛍光と反射光とでは観察距離や観察角度に対する依存性が異なるため、観察条件によっては、蛍光画像を参照画像によって除算しても、観察距離や観察角度の影響を完全に補正することができない場合がある。この場合において、上記のように、被写体の観察条件に基づいて参照画像および蛍光画像の階調値が補正されるため、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。
また、観察距離や観察角度等の観察条件が変動した場合にも、階調値補正部により、観察条件の変動に追従して参照画像および蛍光画像の階調値を補正することができ、観察条件の変動による影響を抑制した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

本発明の第４の態様は、被写体に励起光および参照光を照射する光源と、該光源からの前記励起光の照射により前記被写体において発生した蛍光を撮影して蛍光画像を取得する蛍光画像取得部と、前記光源からの前記参照光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部と、前記蛍光画像取得部により取得された前記蛍光画像を、前記参照画像取得部により取得された前記参照画像により除算して、補正蛍光画像を生成する補正蛍光画像生成部と、前記参照画像取得部により取得された前記参照画像から前記被写体の観察条件を判定する観察条件判定部と、該観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に基づいて、前記補正蛍光画像生成部により生成された前記補正蛍光画像の階調値を補正する階調値補正部とを備え、前記観察条件が、前記被写体の表面に対して平行に観察する平行視か、前記被写体の表面に対して正対して観察する正面視かのいずれかである蛍光観察装置である。

本発明の第４の態様によれば、光源から発せられた励起光が被写体に照射され、蛍光画像取得部により、被写体において発生した蛍光が撮影されて蛍光画像が取得される。また、光源から発せられた参照光が被写体に照射され、参照画像取得部により、その戻り光が撮影されて参照画像が取得される。そして、補正蛍光画像生成部により、蛍光画像取得部により取得された蛍光画像が、参照画像取得部により取得された参照画像により除算されることで、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した補正蛍光画像が生成される。また、観察条件判定部により、参照画像取得部により取得された参照画像から被写体の観察条件が判定され、階調値補正部により、被写体の観察条件に基づいて、補正蛍光画像生成部により生成された補正蛍光画像の階調値が補正される。

ここで、蛍光と反射光とでは観察距離や観察角度に対する依存性が異なるため、観察条件によっては、蛍光画像を参照画像によって除算しても、観察距離や観察角度の影響を完全に補正することができない場合がある。この場合において、上記のように、被写体の観察条件に基づいて補正蛍光画像の階調値が補正されるため、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。
また、観察距離や観察角度等の観察条件が変動した場合にも、階調値補正部により、観察条件の変動に追従して補正蛍光画像の階調値を補正することができ、観察条件の変動による影響を抑制した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

上記の第１の態様において、前記階調値補正部が、前記参照光を前記被写体に向けて照射したときに前記参照画像取得部により取得される前記参照画像の階調値の前記挿入部先端から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られる第１の指数を、前記観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に応じて変化させ、該第１の指数で前記参照画像の階調値を補正することとしてもよい。
上記の第２の態様において、前記階調値補正部が、前記励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光画像取得部により取得される前記蛍光画像の階調値の前記挿入部先端から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られる第２の指数を、前記観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に応じて変化させ、該第２の指数で前記蛍光画像の階調値を補正することとしてもよい。
上記の第３の態様において、前記階調値補正部が、前記参照光を前記被写体に向けて照射したときに前記参照画像取得部により取得される前記参照画像の階調値の前記挿入部先端から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られる第１の指数と、前記励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光画像取得部により取得される前記蛍光画像の階調値の前記挿入部先端から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られる第２の指数を、前記観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に応じて変化させ、前記第１の指数で前記参照画像の階調値を補正するとともに前記第２の指数で前記蛍光画像の階調値を補正することとしてもよい。

蛍光画像における各画素の階調値ＦＬおよび参照画像の階調値ＲＬは、それぞれ、ＦＬ∝Ｄ^ａｃｏｓ^ｂθ、ＲＬ∝Ｄ^ｃｃｏｓ^ｄθと表わされ、距離および角度に対して別々の依存性を有している。ここで、Ｄは観察距離、θは観察角度、ａ，ｂ，ｃ，ｄは定数である。
この蛍光画像の階調値ＦＬに何らかの指数（第１の指数）で累乗するとともに、参照画像の階調値ＲＬに何らかの指数（第２の指数）で累乗することで、観察距離や観察角度の依存性を低減した補正蛍光画像を取得することができる。

この場合において、階調値補正部により、第１の指数と第２の指数の少なくとも一方を、被写体の観察条件に応じて変化させることで、観察距離および観察角度による依存性を許容誤差の範囲内に抑えた参照画像および蛍光画像を得ることができる。これにより、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

上記の第４の態様において、前記階調値補正部が、前記補正蛍光画像生成部により生成された前記補正蛍光画像における画素ごとの階調値の平均値に基づいて閾値を設定する閾値設定部と、前記補正蛍光画像における前記閾値よりも大きな階調値を有する領域と前記閾値よりも小さな階調値を有する領域とのコントラストを拡大する画像調整部とを備え、前記観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に応じて前記閾値を変化させることとしてもよい。

上記構成を有することで、閾値設定部により、補正蛍光画像における画素ごとの階調値の平均値に基づいて閾値が設定され、画像調整部により、補正蛍光画像における閾値よりも大きな階調値を有する領域と閾値よりも小さな階調値を有する領域とのコントラストが拡大される。これにより、バックグラウンドから発生される微弱な蛍光の影響を抑制した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

この場合において、上記のように閾値によって病変部と正常部とを判別すると、観察条件によっては、病変部と正常部との判別精度が変化してしまう。そこで、階調値補正部により、被写体の観察条件に応じて閾値を変化させて、補正蛍光画像の階調値を補正することで、観察条件に関わらず、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

上記の第１の態様において、前記階調値補正部が、前記参照画像取得部により取得された前記参照画像における高周波成分を遮断するローパスフィルタを備え、該ローパスフィルタにより遮断する周波数帯域を、前記被写体の観察条件に応じて変化させることとしてもよい。

参照画像に血管やエッジ等の距離以外の情報が含まれると、距離とは関係のない成分を含む参照画像で蛍光画像が除算されてしまうこととなり、ノイズの要因となる。そこで、ローパスフィルタにより参照画像における高周波成分を遮断することで、ノイズ成分が除去された鮮明な参照画像を取得することができ、これを用いて鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

この場合において、観察条件によっては、参照画像における血管やエッジ等の見え方に変化が生じる。そこで、被写体の観察条件に応じてローパスフィルタにより遮断する周波数帯域を変化させることで、観察条件に関わらず、鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

上記の第１から第４の態様において、前記観察条件判定部が、前記参照画像における中心領域の階調値が所定値以下の場合に前記被写体を平行視していると判定し、前記参照画像における中心領域の階調値が所定値よりも大きな場合に前記被写体を正面視していると判定することとしてもよい。

例えば大腸を観察している場合、大腸の軸線に沿う方向に観察（平行視）している場合には、参照画像における中心領域の階調値が低くなる。一方、大腸の軸線に交わる方向に観察（正面視）している場合には、参照画像における中心領域の階調値が高くなる。そこで、参照画像における中心領域の階調値によって被写体を平行視または正面視しているのかを判別することで、その判別結果に応じて参照画像、蛍光画像、補正蛍光画像のいずれかの階調値を補正することができ、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

上記の第１から第４の態様において、前記階調値補正部が、前記被写体の観察条件と対応付けられた複数の補正係数を記憶する記憶部を有し、前記観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に応じて、前記記憶部に記憶された複数の補正係数の中から使用する補正係数を選択して、前記参照画像、前記蛍光画像、および前記補正蛍光画像の少なくとも１つの階調値を補正することとしてもよい。

画像の階調値を補正するための補正係数を、被写体の観察条件と対応付けて記憶部に複数記憶しておき、被写体の観察条件に応じて使用する補正係数を選択することで、参照画像、蛍光画像、および補正蛍光画像の少なくとも１つの階調値を容易に補正することができる。これにより、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

本発明によれば、観察条件に応じて蛍光画像における観察距離や観察角度等に依存する蛍光強度変化を補正することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る蛍光観察装置の概略構成図である。 図１の観察条件判定部の機能ブロック図である。 大腸を平行視している状態を示す図である。 図３の状態における参照画像の画面例である。 大腸を正面視している状態を示す図である。 図５の状態における参照画像の画面例である。 図１の画像処理部により実行される処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る蛍光観察装置の概略構成図である。 閾値を設定しない場合の、図８のモニタに表示される参照画像と補正蛍光画像の一例と、補正蛍光画像における画素の階調値のヒストグラムを示す図である。 閾値を設定した場合の、図８のモニタに表示される参照画像と補正蛍光画像の一例と、補正蛍光画像における画素の階調値のヒストグラムを示す図である。 図８の画像処理部により実行される処理を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る蛍光観察装置の概略構成図である。 図１２の画像処理部により実行される処理を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態に係る蛍光観察装置の概略構成図である。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る蛍光観察装置について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１は、内視鏡装置であって、図１に示されるように、体内に挿入される細長い挿入部２と、光源３と、該光源３からの照明光および励起光を挿入部２の先端から観察対象Ｘに向けて照射する照明ユニット４と、挿入部２の先端に設けられ、観察対象Ｘである生体組織の画像情報を取得する撮像ユニット５と、挿入部２の基端側に配置され、撮像ユニット５により取得された画像情報を処理する画像処理部６と、該画像処理部６により処理された画像Ｇを表示するモニタ７とを備えている。

光源３は、キセノンランプ８と、該キセノンランプ８から発せられた照明光から、例えば波長帯域４００〜７４０ｎｍの励起光および白色光（参照光）を切り出すフィルタ９と、フィルタ９により切り出された励起光および白色光を集光するカップリングレンズ１０とを備えている。

照明ユニット４は、挿入部２の長手方向のほぼ全長にわたって配置され、カップリングレンズ１０によって集光された励起光および白色光を導光するライトガイドファイバ１１と、挿入部２の先端に設けられ、ライトガイドファイバ１１によって導光されてきた励起光および白色光を拡散させて、挿入部２の先端面２ａに対向する観察対象Ｘに照射する照明光学系１２とを備えている。

撮像ユニット５は、観察対象Ｘの所定の観察範囲から戻る戻り光を集光する対物レンズ１３と、該対物レンズ１３によって集光された戻り光の内、励起波長以上の光（励起光および蛍光）を反射し、励起波長より短い波長の白色光を透過するダイクロイックミラー１４と、ダイクロイックミラー１４を透過した白色光およびダイクロイックミラー１４により反射された蛍光をそれぞれ集光する２つの集光レンズ１５，１６と、集光レンズ１５，１６によって集光された蛍光および白色光を撮像するＣＣＤのような２個の撮像素子１７，１８とを備えている。図中、符号１９は、ダイクロイックミラー１４によって反射された光から励起光を遮断する（例えば、波長帯域７６０〜８５０nmの光だけを透過する）励起光カットフィルタである。

画像処理部６は、参照画像Ｇ_１を生成する参照画像生成部（参照画像取得部）２０と、蛍光画像Ｇ_２を生成する蛍光画像生成部（蛍光画像取得部）２１と、観察対象Ｘの観察条件を判定する観察条件判定部２２と、参照画像Ｇ_１および蛍光画像Ｇ_２の階調値を補正する前段処理部（階調値補正部）２４と、参照画像Ｇ_１と蛍光画像Ｇ_２から補正蛍光画像Ｇ_３を生成する蛍光画像補正部（補正蛍光画像生成部）２５と、補正蛍光画像Ｇ_３と参照画像Ｇ_１とを合成して合成画像Ｇを生成する画像合成部２３とを備えている。

参照画像生成部２０は、撮像素子１７により取得された参照画像情報Ｓ_１から参照画像Ｇ_１を生成するようになっている。
蛍光画像生成部２１は、撮像素子１８により取得された蛍光画像情報Ｓ_２から蛍光画像Ｇ_２を生成するようになっている。

ここで、蛍光画像Ｇ_２としては、例えば蛍光色素Ｃｙ７からの蛍光画像とすればよい。特に、腫瘍特異的な蛍光薬剤、例えば癌特異的分子ＣＥＡに対する抗体（Ａｎｔｉ−ＣＥＡ抗体）とＣｙ７とを結合させた蛍光薬剤を予め観察対象Ｘに投与しておけば、腫瘍特異的な蛍光画像Ｇ_２を得ることができる。また、参照画像Ｇ_１としては、例えば白色光が観察対象Ｘの表面で反射した戻り光および観察対象Ｘの内部での散乱による戻り光に基づく画像を用いればよい。

観察条件判定部２２は、図２に示すように、参照画像生成部２０により取得された参照画像Ｇ_１において階調値が予め定められた所定値以下の領域を抽出する領域抽出部２７と、領域抽出部２７により抽出された領域の位置を判定する領域位置判定部２８とを備えている。このような構成を有することで、観察条件判定部２２は、参照画像生成部２０により取得された参照画像Ｇ_１から観察対象Ｘの観察条件を判定するようになっている。

具体的には、図３に示すように、例えば大腸等の観察対象Ｘを平行視している場合（大腸の軸線に沿う方向に対物レンズ１３の光軸が向けられた場合）には、図４に示すように、参照画像Ｇ_１の中心付近の領域Ｙに、階調値が所定値以下の領域Ｚが存在することとなる。一方、図５に示すように、観察対象Ｘを正面視している場合（大腸の軸線に交わる方向に対物レンズ１３の光軸が向けられた場合）には、図６に示すように、参照画像Ｇ_１の中心付近の領域Ｙには、階調値が所定値以下の領域Ｚが存在しない。

そこで、観察条件判定部２２は、参照画像Ｇ_１において、予め設定された中心付近の領域Ｙの階調値が所定値以下の場合には、図３に示すように、観察対象Ｘを平行視していると判定する。一方、参照画像Ｇ_１において、予め設定された予め設定された中心付近の領域Ｙの階調値が所定値よりも大きな場合には、観察条件判定部２２は、図５に示すように、観察対象Ｘを正面視していると判定する。

前段処理部２４は、観察条件判定部２２により判定された観察対象Ｘの観察条件に基づいて、参照画像生成部２０により取得された参照画像Ｇ_１の階調値を補正して、参照画像Ｇ_１’を生成するようになっている。
また、前段処理部２４は、観察条件判定部２２により判定された観察対象Ｘの観察条件に基づいて、蛍光画像生成部２１により生成された蛍光画像Ｇ_２の階調値を補正して、蛍光画像Ｇ_２’を生成するようになっている。

具体的には、前段処理部２４は、観察対象Ｘの観察条件と対応付けられた複数の補正係数を記憶する記憶部（図示略）を有しており、観察条件判定部２２により判定された観察対象Ｘの観察条件に応じて、記憶部に記憶された複数の補正係数の中から使用する補正係数を選択して、参照画像Ｇ_１および蛍光画像Ｇ_２の階調値を補正する。
上記の前段処理部２４による画像処理方法の詳細については後述する。

蛍光画像補正部２５は、前段処理部２４により階調値が補正された蛍光画像Ｇ_２’を、前段処理部２４により階調値が補正された参照画像Ｇ_１’により除算して、補正蛍光画像Ｇ_３を生成するようになっている。すなわち、以下に示す例において、蛍光画像補正部２５は、画素毎に上記のように前段処理された蛍光画像Ｇ_２’の階調値ＦＬ_{ａｆｔｅｒ}と、参照画像Ｇ_１’の階調値ＲＬ_{ａｆｔｅｒ}とを用いて、以下の除算演算を行い、補正された補正蛍光画像Ｇ_３の階調値ＣＬを取得する。
ＣＬ＝ＦＬ_{ａｆｔｅｒ}／ＲＬ_{ａｆｔｅｒ}

画像合成部２３は、参照画像生成部２０により生成された参照画像Ｇ_１と蛍光画像補正部２５により生成された補正蛍光画像Ｇ_３とを合成するようになっている。具体的には、画像合成部２３は、例えば、参照画像Ｇ_１と補正蛍光画像Ｇ_３とを並列に配置した合成画像Ｇを生成し、合成画像Ｇをモニタ７に出力するようになっている。
モニタ7は、合成画像Ｇ、すなわち、参照画像Ｇ_１と補正蛍光画像Ｇ_３とが並列に配置された画像を表示するようになっている。

以下に、前段処理部２４により行われる画像処理方法の詳細について説明する。
前段処理部２４により生成される参照画像Ｇ_１’および蛍光画像Ｇ_２’の階調値は以下のように表わされる。
ＦＬ_{ａｆｔｅｒ}＝Ａ_１×（Ａ_２×ＦＬ_{ｂｅｆｏｒｅ}）^ｘ （１）
ＲＬ_{ａｆｔｅｒ}＝Ｂ_１×（Ｂ_２×ＲＬ_{ｂｅｆｏｒｅ}）^ｙ （２）
ここで、
ＦＬ_{ｂｅｆｏｒｅ}：蛍光画像生成部２１により生成された蛍光画像Ｇ_２の階調値
ＲＬ_{ｂｅｆｏｒｅ}：参照画像生成部２０により生成された参照画像Ｇ_１の階調値
ＦＬ_{ａｆｔｅｒ}：前段処理部２４により階調値が補正された蛍光画像Ｇ_２’の階調値
ＲＬ_{ａｆｔｅｒ}：前段処理部２４により階調値が補正された参照画像Ｇ_１’の階調値
Ａ_１，Ａ_２，Ｂ_１，Ｂ_２：任意に定められた定数
ｘ，ｙ：予め定められた指数
である。

ここで、指数ｘ、ｙの設定方法について説明する。
一般に、蛍光画像Ｇ_２および参照画像Ｇ_１は、観察距離Ｄと観察角度θに対して概ね以下のような依存性を有している。
ＦＬ_{ｂｅｆｏｒｅ}∝Ｄ^ａｃｏｓ^ｂθ、ＲＬ_{ｂｅｆｏｒｅ}∝Ｄ^ｃｃｏｓ^ｄθ
これをこのまま除算すると、
ＦＬ_{ｂｅｆｏｒｅ}／ＲＬ_{ｂｅｆｏｒｅ}∝Ｄ^ａ−ｃｃｏｓ^ｂ−ｄθ
となる。ここで、観察距離Ｄは、例えば、挿入部２の先端から観察対象Ｘ表面までの距離、観察角度θは、例えば、観察対象Ｘの表面の法線と対物レンズ１３の光軸（または挿入部２の長軸方向）とのなす角度とすることができる。

次に、指数ｘ，ｙをそれぞれ蛍光画像Ｇ_２、参照画像Ｇ_１の階調値に累乗した場合には、
ＦＬ_{ｂｅｆｏｒｅ} ^ｘ／ＲＬ_{ｂｅｆｏｒｅ} ^ｙ∝Ｄ^{ａｘ−ｃｙ}ｃｏｓ^{ｂｘ−ｄｙ}θ
となるので、ここで、ｍ＝ａｘ−ｃｙ、ｎ＝ｂｘ−ｄｙとして、ｍ，ｎが許容限度となるように指数ｘ，ｙを設定する。
すなわち、
ｘ＝（ｃｎ−ｄｍ）／（ｂｃ−ａｄ） （３）
ｙ＝（ａｎ−ｂｍ）／（ｂｃ−ａｄ） （４）
であり、分母ｂｃ−ａｄ＝０となる場合には、ｘ：ｙ＝ｃ：ａ＝ｄ：ｂとなるように指数ｘ，ｙを設定する。

想定される最大の観察距離Ｄ_ｍａｘ、最小の観察距離Ｄ_ｍｉｎ、想定される最大の観察角度θ_ｍａｘ、最小の観察角度θ_ｍｉｎ（０°≦θ_ｍｉｎ＜θ_ｍａｘ≦９０°）とすると、それぞれの比ｒ_Ｄ，ｒ_θは、
ｒ_Ｄ＝Ｄ_ｍａｘ／Ｄ_ｍｉｎ，ｒ_θ＝θ_ｍｉｎ／θ_ｍａｘ
となり、補正蛍光画像における最大許容誤差率ｅ_ｍａｘを用いて、
ｒ_Ｄ ^｜ｍ｜・ｒ_θ ^｜ｎ｜≦１＋ｅ_ｍａｘ （５）
となるｍ，ｎを選択する。

ここで、想定される観察距離Ｄの範囲は、例えば、対物レンズ１３の被写界深度から求めることができ、想定される観察角度θの範囲は、例えば、対物レンズ１３の視野角から求めることができる。
また、ｅ_ｍａｘは以下に計算式により求められる。
（ＦＬ_{ａｆｔｅｒ}／ＲＬ_{ａｆｔｅｒ}）_ｍａｘ÷（ＦＬ_{ａｆｔｅｒ}／ＲＬ_{ａｆｔｅｒ}）_ｍｉｎ＝１＋ｅ_ｍａｘ
したがって、まず、予め最大許容誤差率ｅ_ｍａｘを設定し、次に式（５）を満たすようなｍ、ｎを設定し、それに基づき式（３）および式（４）を満たすようなｘ、ｙを設定すればよい。

また、指数ａ〜ｄは、以下のようにして求められる。
すなわち、照明ユニット４から観察対象Ｘまでの距離Ｄを変更しながら、照明ユニット４から観察対象Ｘに対して励起光および白色光を照射して得られた蛍光画像Ｇ_２および参照画像Ｇ_１の予め定められた領域の階調値の平均値を、距離Ｄに対してプロットする。このようにして、得られた距離特性を累乗近似、すなわち、累乗関数Ｄ^ａおよび累乗関数Ｄ^ｃに回帰することにより、観察距離Ｄに対する依存性を示す指数ａおよび指数ｃを得る。

同様にして、観察角度θに対する指数ｂ，ｄも、照明ユニット４の光軸と観察対象Ｘとの角度θを変更しながら、照明ユニット４から観察対象Ｘに対して励起光および白色光を照射して得られた蛍光画像Ｇ_２および参照画像Ｇ_１の予め定められた領域の階調値の平均値を、角度の余弦値ｃｏｓθに対してプロットする。このようにして、得られた余弦特性を累乗近似、すなわち、累乗関数ｃｏｓ^ｂθ、ｃｏｓ^ｄθに回帰することにより観察角度θに対する依存性を示す指数ｂ，ｄを得る。

ここで、距離依存性を示す指数ａ，ｃは観察条件により異なる。具体的には、観察距離Ｄが小さいほど、指数ａ，ｃの絶対値は大きくなる（指数ａ，ｃ＜０）。また、一般に、正面視をしているときの方が、平行視をしているときよりも観察距離Ｄは小さくなる。したがって、正面視をしていると判定したときは、平行視と判定したときよりも、指数ａ，ｃの絶対値が大きくなるものとみなすことができる。特に、参照画像に反射光画像を用いている場合は、距離が近づいたときの指数ｃの絶対値の増加量も大きい。

そこで、前段処理部２４は、指数ａ，ｃを、観察条件判定部２２により判定された観察対象Ｘの観察条件に応じて変化させる。具体的には、前段処理部２４は、観察条件判定部２２により観察対象Ｘを正面視していると判定された場合には、指数ａ，ｃの絶対値を大きくする。一方、前段処理部２４は、観察条件判定部２２により観察対象Ｘを平行視していると判定された場合には、指数ａ，ｃの絶対値を小さくする。
このように、観察条件に応じて、適切な補正パラメータを設定することにより、常に、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した補正蛍光画像が生成される。

上記構成を有する蛍光観察装置１の作用について、図７に示すフローチャートを用いて以下に説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１を用いて、生体の体腔内の観察対象Ｘを観察するには、まず、癌細胞等の病変部Ｘ１に特異的に集積する蛍光薬剤を観察対象Ｘに付着または吸収させる。この状態で、観察対象Ｘに励起光を照射することにより、蛍光薬剤が励起され蛍光が発せられる。

次に、体腔内に挿入部２を挿入して先端２ａを観察対象Ｘに対向させる。この状態で、光源３を作動させることによりキセノンランプ８から発せられてフィルタ９によって切り出される励起光を含む白色光が、カップリングレンズ１０により集光され、ライトガイドファイバ１１により挿入部２の先端２ａへと導光される。そして、この白色光は照明光学系１２により拡散され、観察対象Ｘに照射される。

観察対象Ｘにおいては、内部に含まれている蛍光物質が励起光によって励起されることにより蛍光が発せられるとともに、表面において白色光および励起光の一部が反射させられる。これら蛍光、白色光および励起光は、対物レンズ１３により集光され、ダイクロイックミラー１４により励起波長以上の光、すなわち、励起光および蛍光が反射され、励起波長より波長が短い白色光は透過させられる。

ダイクロイックミラー１４により反射された励起光および蛍光は、フィルタ１９により励起光が除去され、蛍光のみが集光レンズ１６により集光されて撮像素子１８により撮影される。これにより、撮像素子１８において観察対象Ｘの蛍光画像情報が取得される。また、ダイクロイックミラー１４を透過した白色光は、集光レンズ１５によって集光され、撮像素子１７により撮影される。これにより、撮像素子１７において観察対象Ｘの参照画像情報が取得される。なお、蛍光画像情報と参照画像情報は、どちらを先に取得してもよいし、同時に取得してもよい。

撮像素子１８により取得された蛍光画像情報および撮像素子１７により取得された参照画像情報は、それぞれ画像処理部６の蛍光画像生成部２１および参照画像生成部２０に送られる。
蛍光画像生成部２１では、撮像素子１８から送られた蛍光画像情報に基づいて２次元的な蛍光画像が生成され、参照画像生成部２０では、撮像素子１７から送られた参照画像情報に基づいて２次元的な参照画像が生成される（ステップＳ１）。

また、観察条件判定部２２により、参照画像生成部２０により取得された参照画像から観察対象Ｘの観察条件、すなわち観察対象Ｘを正面視しているか平行視しているかが判定される（ステップＳ２）。そして、前段処理部２４により、観察対象Ｘの観察条件に基づいて、参照画像生成部２０により取得された参照画像の階調値および蛍光画像生成部２１により取得された蛍光画像の階調値が補正される。

具体的には、観察条件判定部２２により、観察対象Ｘを正面視しているか、あるいは観察対象Ｘを平行視しているかが判定される（ステップＳ３）。そして、観察対象Ｘを正面視されていると判定された場合には指数ｙとして指数ｙ１が設定され（ステップＳ４）、観察対象Ｘを平行視されていると判定された場合には指数ｙとして指数ｙ２が設定される（ステップＳ５）。ここで、指数ｙ１，ｙ２は、観察対象Ｘの観察条件と対応付けられて予め設定された指数である。

このように設定された指数ｙに基づいて、前段処理部２４により参照画像の階調値が補正される（ステップＳ６）。同様にして、指数ｘについても、観察対象Ｘの観察条件と対応付けられた指数が設定され、該指数を用いて前段処理部２４により、蛍光画像生成部２１により取得された蛍光画像の階調値が補正される。

次に、蛍光画像補正部２５により、前段処理部２４により階調値が補正された蛍光画像が、前段処理部２４により階調値が補正された参照画像により除算されることで、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した補正蛍光画像が生成される（ステップＳ７）。
このように生成された補正蛍光画像は、画像合成部２３により、参照画像生成部２０により取得された参照画像と合成され、これら画像がモニタ７の画面上に並べて表示される（ステップＳ８）。

以上のように、蛍光と反射光とでは観察距離や観察角度に対する依存性が異なるため、観察条件によっては、蛍光画像を参照画像によって除算しても、観察距離や観察角度の影響を完全に補正することができない場合がある。この場合において、本実施形態に係る蛍光観察装置１によれば、観察対象Ｘの観察条件に基づいて参照画像および蛍光画像の階調値が補正されるため、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

また、観察距離や観察角度等の観察条件が変動した場合にも、前段処理部２４により、観察条件の変動に追従して参照画像の階調値を補正することができ、観察条件の変動による影響を抑制した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

なお、本実施形態において、前段処理部２４により参照画像Ｇ_１および蛍光画像Ｇ_２の階調値を補正することとして説明したが、参照画像Ｇ_１と蛍光画像Ｇ_２のいずれか一方の階調値を補正することしてもよい。すなわち、蛍光画像補正部２５における補正蛍光画像Ｇ_３の生成にあたり、階調値補正後の参照画像Ｇ_１’を階調値補正前の蛍光画像Ｇ_２で除算してもよく、階調値補正前の参照画像Ｇ_１を階調値補正後の蛍光画像Ｇ_２’で除算してもよい。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る蛍光観察装置１００について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１００が第１の実施形態に係る蛍光観察装置１と異なる点は、蛍光画像および参照画像の階調値を補正するのではなく、蛍光画像を参照画像で除算して生成した補正蛍光画像の階調値を補正する点である。以下、本実施形態の蛍光観察装置１００について、第１の実施形態に係る蛍光観察装置１と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

蛍光観察装置を用いて、生体の体腔内の観察対象Ｘを観察するには、癌細胞等の病変部Ｘ１に特異的に集積する蛍光薬剤を観察対象Ｘに付着または吸収させる。この状態で、観察対象Ｘに励起光を照射することにより、蛍光薬剤が励起され蛍光が発せられる。この蛍光薬剤は、実際には病変部Ｘ１だけでなく正常部にも若干集積してしまうため、図９に示すように、病変部Ｘ１以外の部分（バックグラウンド）からも微弱な蛍光が発せられることになる。そこで、本実施形態係る蛍光観察装置１００は、図１０に示すように、モニタ７に表示する補正蛍光画像の画素に適当な閾値Ｓを設定し、閾値Ｓよりも大きな画素のみを表示する。

本実施形態に係る蛍光観察装置１００において画像処理部６は、図８に示すように、参照画像Ｇ_１を生成する参照画像生成部（参照画像取得部）２０と、蛍光画像Ｇ_２を生成する蛍光画像生成部（蛍光画像取得部）２１と、観察対象Ｘの観察条件を判定する観察条件判定部２２と、参照画像Ｇ_１と蛍光画像Ｇ_２から補正蛍光画像Ｇ_３を生成する蛍光画像補正部２５と、補正蛍光画像における階調値の閾値を決定する閾値決定部（閾値設定部）３１と、補正蛍光画像Ｇ_３と参照画像Ｇ_１とを合成して合成画像Ｇを生成する画像合成部（画像調整部）２３とを備えている。

蛍光画像補正部２５は、蛍光画像生成部２１により生成された蛍光画像Ｇ_２を、参照画像生成部２０により生成された参照画像Ｇ_１により除算して、補正蛍光画像Ｇ_３を生成するようになっている。

閾値決定部３１は、観察条件判定部２２により判定された観察対象Ｘの観察条件に応じて、以下の計算式（６）に示されるように、それぞれ所定の係数ａ，ｂを乗算した画像全体の平均階調値ｍと標準偏差σとの和に基づいて閾値Ｓを設定するようになっている。
Ｓ＝ａｍ＋ｂσ （６）
上記の閾値Ｓは、前述のように、補正蛍光画像からバックグラウンドを除去するための値である。

具体的には、閾値決定部３１は、観察対象Ｘの観察条件と対応付けられた複数の係数ａ，ｂを記憶する記憶部（図示略）を有しており、観察条件判定部２２により判定された観察対象Ｘの観察条件に応じて、記憶部に記憶された複数の係数ａ，ｂの中から使用する係数ａ，ｂを選択して上記の閾値Ｓを設定する。
係数ａ，ｂは、想定される補正蛍光画像における病変部Ｘ１の占める割合が増加すると、その値が減少するように設定すればよい。係数ａ，ｂの詳細な決定方法については後述する。

画像合成部２３は、参照画像生成部２０により生成された参照画像Ｇ_１と蛍光画像補正部２５により生成された補正蛍光画像Ｇ_３とを合成するようになっている。具体的には、画像合成部２３は、例えば、参照画像Ｇ_１と補正蛍光画像Ｇ_３とを並列に配置した合成画像Ｇを生成し、合成画像Ｇをモニタ７に出力するようになっている。

また、画像合成部２３は、補正蛍光画像における、閾値決定部３１により設定された閾値Ｓよりも大きい階調値を有する画素の領域と、閾値Ｓよりも小さい階調値を有する画素の領域とのコントラストを拡大するようになっている。具体的には、画像合成部２３は、補正蛍光画像において、閾値Ｓ未満の階調値を有する画素を階調値０に置き換えるようになっている。

以下、閾値決定部３１における、上述した計算式（６）の係数ａ，ｂの決定方法について、具体例を挙げて説明する。
係数ａ，ｂは、例えば、想定されるバックグラウンドの平均階調値ｍ_１および病変部Ｘ１の平均階調値ｍ_２と、想定されるバックグラウンドの総画素数ｎ_１および病変部Ｘ１の総画素数ｎ_２を基に決定される。

画像全体の平均階調値ｍは、例えば以下の計算式（７）により算出される。
ｍ＝（ｎ_１ｍ_１＋ｎ_２ｍ_２）／（ｎ_１＋ｎ_２） （７）
ここで、補正蛍光画像の全画素数を１００万画素とした場合、そのうちの９５万画素がバックグランドからの蛍光を表示し（バックグラウンドの総画素数ｎ_１＝９５０，０００）、５万画素が病変部Ｘ１からの蛍光を表示しているものと仮定する（病変部Ｘ１の総画素数ｎ_２＝５０，０００）。また、蛍光薬剤のコントラストを１：２とした場合、バックグラウンドの平均階調値ｍ_１＝１０００、病変部Ｘ１の平均階調値ｍ_２＝２０００と仮定する。

また、画像全体の標準偏差σは、以下の計算式（８）により算出される。
σ＝ｘ^２-ｍ^２
＝（ｎ_１ｘ_１ ^２＋ｎ_２ｘ_２ ^２）／（ｎ_１＋ｎ_２）−ｍ^２
＝｛ｎ_１（σ_１ ^２＋ｍ_１ ^２）＋ｎ_２（σ_２ ^２＋ｍ_２ ^２）｝／（ｎ_１＋ｎ_２）−ｍ^２ （８）
上記の計算式（８）において、
ｘ^２：画像全体の階調値の２乗の平均値
ｘ_１ ^２：バックグラウンドの階調値の２乗の平均値
ｘ_２ ^２：病変部Ｘ１の階調値の２乗の平均値
σ_１：バックグラウンドを表示する画素の階調値の標準偏差
σ_２：病変部Ｘ１を表示する画素の階調値の標準偏差
である。

ここで、バックグラウンドの標準偏差σ_１および病変部Ｘ１の標準偏差σ_２は、理想的にはそれぞれ平均階調値の平方根に近い値となるが、照明の配光分布の揺らぎや観察対象Ｘの表面における凹凸等の影響により、揺らぎが大きくなる。そこで、標準偏差σ_１，σ_２は理想的な値（平均階調値の平方根）の１０倍あると仮定し、バックグラウンドの標準偏差σ_１＝３１６、病変部Ｘ１の標準偏差σ_２＝４４７とする。

ここで、同じコントラストの蛍光画像を取得するとしても、画像内に含まれる病変部Ｘ１分の領域が大きいほど、階調値の平均値が高くなる。したがって、同じコントラストの蛍光観察をする際にも、適切な係数ａ，ｂの値は観察条件によって異なる。例えば、通常の観察距離ではａ＝１，ｂ＝１が適切であるとしても、観察距離が近づくと、病変部Ｘ１分の領域が相対的に増加するため、階調値の平均値が高くなる。したがって、適切な係数ａ，ｂは、通常の観察距離よりに小さい値、例えばａ＝０．７，ｂ＝１となる。

観察条件判定部２２は、第1の実施形態と同様に、観察対象Ｘを正面視しているか平行視しているかを判定する。一般に、正面視しているときの方が観察距離が近くなるため、閾値決定部３１は、平行視と判断されたときはａ＝１，ｂ＝１を、正面視と判断されたときはａ＝０．７，ｂ＝１を用いて閾値Ｓを設定する。

例えば、大腸ポリープのような比較的大きな隆起型病変等を観察する場合、補正蛍光画像上の広範囲を病変部Ｘ１が占めることとなり、病変部Ｘ１の総画素数が増加すると想定することができる。そこで、バックグラウンドの総画素数ｎ_１＝７００，０００、病変部Ｘ１の総画素数ｎ_２＝３００，０００と仮定する。この場合には、画像全体の平均階調値ｍおよび画像全体の標準偏差σは、計算式（７）および（８）に基づいて、それぞれ以下のように算出される。
ｍ＝１３００
σ＝５８３

この場合において、ａ＝１，ｂ＝１と設定すると、計算式（６）より、閾値Ｓは以下のように算出される。
Ｓ＝ｍ＋σ＝１３００＋５８３＝１８８３
この閾値Ｓを用いると、病変部Ｘ１の表示の６０．３％しか残されないこととなる。これは、画像における病変部Ｘ１の占める割合が多いため、画像全体の階調値の平均値が大きくなり、結果として閾値が大きな値となりすぎているためである。

そこで、係数ａ＝０．７、係数ｂ＝１と設定すると、計算式（６）より、閾値Ｓは以下のように算出される。
Ｓ＝０．７ｍ＋σ＝０．７×１３００＋５８３＝１４９３
この閾値Ｓを用いると、病変部Ｘ１の８７．１％が表示され、バックグラウンドの９４．１％が消去され、より鮮明な画像を取得することができる。

上記のようにすることで、補正蛍光画像中に占める階調値が高い画素の領域の割合に基づいて、閾値Ｓの最低値および最高値を制限することができる。したがって、病変部Ｘ１が補正蛍光画像の広範囲を占めることにより階調値の平均値が増大する場合であっても閾値Ｓが高くなりすぎるのを防ぎ、病変部Ｘ１の表示が抑制されてしまうのを防止することができる。一方、階調値の低い領域が補正蛍光画像の広範囲を占めることにより階調値の平均値が低減する場合であっても閾値Ｓが低くなりすぎるのを防ぎ、バックグラウンドの表示が強調されてしまうのを防止することができる。

上記構成を有する蛍光観察装置１００の作用について、図１１に示すフローチャートを用いて以下に説明する。
体腔内に挿入部２を挿入して観察対象Ｘに対して励起光を含む白色光を照射してから、撮像素子１７，１８により参照画像情報および蛍光画像情報を取得するまでは、前述の第１の実施形態と同様のため省略する。

蛍光画像生成部２１では、撮像素子１８から送られた蛍光画像情報に基づいて２次元的な蛍光画像が生成され、参照画像生成部２０では、撮像素子１７から送られた参照画像情報に基づいて２次元的な参照画像が生成される（ステップＳ１１）。

また、観察条件判定部２２により、参照画像生成部２０により取得された参照画像から観察対象Ｘの観察条件、すなわち観察対象Ｘを正面視しているか平行視しているかが判定される（ステップＳ１２）。

具体的には、観察条件判定部２２により、観察対象Ｘを正面視しているか、あるいは観察対象Ｘを平行視しているかが判定される（ステップＳ１３）。そして、観察対象Ｘを正面視されていると判定された場合には係数ａ＝ａ１、係数ｂ＝ｂ１と設定され（ステップＳ１４）、観察対象Ｘを平行視されていると判定された場合には係数ａ＝ａ２、係数ｂ＝ｂ２と設定される（ステップＳ１５）。ここで、ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は、観察対象Ｘの観察条件と対応付けられて予め設定された係数である。

次に、蛍光画像補正部２５により、蛍光画像生成部２１により取得された蛍光画像が、参照画像生成部２０により取得された参照画像により除算されることで、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した補正蛍光画像が生成される（ステップＳ１６）。

次に、このように生成された補正蛍光画像において、前述の計算式（７）および（８）に基づいて、画像全体の平均階調値ｍおよび画像全体の標準偏差σが算出される（ステップＳ１７）。
次に、上記のようにして算出された係数ａ，ｂ、画像全体の平均階調値ｍ、および画像全体の標準偏差σから、前述の計算式（６）に基づいて閾値Ｓが算出される（ステップＳ１８）。

次に、補正蛍光画像における、閾値決定部３１により設定された閾値Ｓよりも大きい階調値を有する画素の領域と、閾値Ｓよりも小さい階調値を有する画素の領域とのコントラストが拡大される（ステップＳ１９）。具体的には、補正蛍光画像において、閾値Ｓ未満の階調値を有する画素が階調値０に置き換えられる。
このように閾値Ｓ未満の階調値を有する画素が階調値０に置き換えられた補正蛍光画像がモニタ７に表示される（ステップＳ２０）。

以上のように、本実施形態に係る蛍光観察装置１００によれば、閾値決定部３１により、補正蛍光画像における画素ごとの階調値の平均値に基づいて閾値Ｓが設定され、補正蛍光画像における閾値よりも大きな階調値を有する領域と閾値よりも小さな階調値を有する領域とのコントラストが拡大される。これにより、バックグラウンドから発生される微弱な蛍光の影響を抑制した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

この場合において、上記のように閾値Ｓによって病変部Ｘ１と正常部とを判別すると、観察条件によっては、病変部Ｘ１と正常部との判別精度が変化してしまう。そこで、観察対象Ｘの観察条件に応じて閾値Ｓを変化させて、補正蛍光画像の階調値を補正することで、観察条件に関わらず、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

なお、本実施形態においては、画像合成部２３が、バックグラウンドの蛍光の表示を消去し、病変部Ｘ１の表示を残すこととしたが、病変部Ｘ１からの蛍光とバックグラウンドからの蛍光とのコントラストを拡大させればよく、例えば、バックグラウンドの表示を消去しない程度にその画素の階調値を下げたり、病変部Ｘ１を表示する画素の階調値を高くしたりすることとしてもよい。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係る蛍光観察装置１０１について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１０１が前述の各実施形態に係る蛍光観察装置１，１００と異なる点は、参照画像の高周波成分をローパスフィルタで除去する点である。以下、本実施形態の蛍光観察装置１０１について、前述の各実施形態に係る蛍光観察装置１，１００と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

参照画像生成部２０により取得された参照画像に、血管やエッジや影等の距離以外の情報が含まれると、距離とは関係のない成分を含む参照画像で蛍光画像が除算されてしまうこととなり、ノイズの要因となる。そこで、本実施形態に係る蛍光観察装置１０１は、ローパスフィルタにより参照画像における所定の高周波成分を遮断することで、ノイズ成分が除去された鮮明な参照画像を取得することができ、これを用いて鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

ただし、ローパスフィルタにより除去する周波数帯域（カットオフ周波数）を低くするほど、上記のような血管やエッジや影等の距離以外の情報は消去できるが、参照画像が元の画像と遠ざかってしまうため、正確性は失われる。つまり、カットオフ周波数は、ノイズ要因となる成分は十分に遮断しつつ、かつ、画像の正確性が極力失われないような値に設定することが望ましい。

本実施形態に係る蛍光観察装置１０１において画像処理部６は、図１２に示すように、参照画像Ｇ_１を生成する参照画像生成部（参照画像取得部）２０と、蛍光画像Ｇ_２を生成する蛍光画像生成部（蛍光画像取得部）２１と、観察対象Ｘの観察条件を判定する観察条件判定部２２と、参照画像Ｇ_１と蛍光画像Ｇ_２から補正蛍光画像Ｇ_３を生成する蛍光画像補正部２５と、参照画像Ｇ_１の高周波成分を除去する前段処理部３２と、補正蛍光画像Ｇ_３と参照画像Ｇ_１’とを合成して合成画像Ｇを生成する画像合成部２３とを備えている。

前段処理部３２は、参照画像生成部２０により取得された参照画像における高周波成分を遮断するローパスフィルタ（図示略）と、観察条件判定部２２により判定された観察対象Ｘの観察条件に応じてローパスフィルタのカットオフ周波数を変化させるカットオフ周波数調節部（図示略）とを備えている。
上記構成を有することで、前段処理部３２は、ローパスフィルタにより遮断する周波数帯域を、観察対象Ｘの観察条件に応じて変化させることができるようになっている。

ここで、観察条件判定部２２により観察対象Ｘを正面視していると判定されたときは、例えば大腸等の壁面を見ている状態である。この場合には、参照画像に血管等の像がのりやすいため、ローパスフィルタのカットオフ周波数を低めにする。一方、観察条件判定部２２により観察対象Ｘを平行視していると判定されたときは、一般的に遠くを見ている状態である。この場合には、参照画像に血管等の像などは多くを占めることは少ないため、ローパスフィルタのカットオフ周波数を高めに設定する。

上記構成を有する蛍光観察装置１０１の作用について、図１３に示すフローチャートを用いて以下に説明する。
体腔内に挿入部２を挿入して観察対象Ｘに対して励起光を含む白色光を照射してから、撮像素子１７，１８により参照画像情報および蛍光画像情報を取得するまでは、前述の第１の実施形態と同様のため省略する。

蛍光画像生成部２１では、撮像素子１８から送られた蛍光画像情報に基づいて２次元的な蛍光画像が生成され、参照画像生成部２０では、撮像素子１７から送られた参照画像情報に基づいて２次元的な参照画像が生成される（ステップＳ２１）。
また、観察条件判定部２２により、参照画像生成部２０により取得された参照画像から観察対象Ｘの観察条件、すなわち観察対象Ｘを正面視しているか平行視しているかが判定される（ステップＳ２２）。

具体的には、観察条件判定部２２により、観察対象Ｘを正面視しているか、あるいは観察対象Ｘを平行視しているかが判定される（ステップＳ２３）。そして、観察対象Ｘを正面視されていると判定された場合にはカットオフ周波数ｋｓ＝ｋ２と設定し（ステップＳ２４）、観察対象Ｘを平行視されていると判定された場合にはカットオフ周波数ｋｓ＝ｋ１と設定する（ステップＳ２５）。ここで、ｋ１，ｋ２は、観察対象Ｘの観察条件と対応付けられて予め設定されたカットオフ周波数である。

次に、前段処理部３２により、参照画像生成部２０により取得された参照画像に選択されたローパスフィルタがかけられる（ステップＳ２６）。
次に、蛍光画像補正部２５により、蛍光画像生成部２１により取得された蛍光画像が、前段処理部３２によりローパスフィルタがかけられた参照画像により除算されることで、観察距離や観察角度に依存する蛍光強度変化を軽減した補正蛍光画像が生成される（ステップＳ２７）。
このようにして生成された補正蛍光画像がモニタ７に表示される（ステップＳ２８）。

以上のように、観察条件によっては参照画像における血管やエッジ等の見え方に変化が生じるが、本実施形態に係る蛍光観察装置１０１によれば、観察対象Ｘの観察条件に応じてローパスフィルタにより遮断する周波数帯域を変化させることで、観察条件に関わらず、鮮明な補正蛍光画像を取得することができる。

なお、本実施形態において、前段処理部３２が、参照画像生成部２０により取得された参照画像における所定の高周波成分を遮断する複数のローパスフィルタ（図示略）と、観察条件判定部２２により判定された観察対象Ｘの観察条件に応じて、複数のローパスフィルタの中から観察条件に適したローパスフィルタを選択する選択部（図示略）とを備えることとしてもよい。
上記構成を有することで、前段処理部３２は、ローパスフィルタにより遮断する周波数帯域を、観察対象Ｘの観察条件に応じて変化させることができる。

〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態に係る蛍光観察装置１０２について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１０２は、スコープ（挿入部）毎に観察条件判定部２２による観察対象Ｘの観察条件の判定基準を変化させるものである。以下、本実施形態に係る蛍光観察装置１０２について、一例として、第２の実施形態に係る蛍光観察装置１００の変形例を説明する。

本実施形態に係る蛍光観察装置１０２は、図１４に示すように、挿入部２が蛍光観察装置１０２に対して挿脱可能な構成であり、挿入部２には、挿入部２の識別情報を記憶するＩＣチップ３４が設けられている。
また、光源３には、ＩＣチップ３４に記憶された識別情報を読み取り、挿入部２の識別情報を判別するスコープ判別部３５が設けられている。

スコープ判別部３５には、挿入部の識別情報に対応付けられて、挿入部の情報が予め記憶されている。挿入部の情報としては、例えば、ライトガイドファイバ１１および照明光学系１２により構成される照明ユニット４の数や、この照明ユニット４と対物レンズ１３により構成される受光部との観察角度等が挙げられる。

上記構成を有する蛍光観察装置１０２において、挿入部２が光源３に接続されると、スコープ判別部３５によりＩＣチップ３４に記憶されている挿入部２の識別情報が読み出され、該識別情報に対応付けられて予め記憶された挿入部２の情報が観察条件判定部２２に送られる。観察条件判定部２２では、挿入部２の情報に基づいて係数ａ，ｂが選択される。

挿入部２の種類によって観察倍率等が相違することより、同一の病変部Ｘ１を観察してもバックグラウンドの総画素数ｎ_１および病変部Ｘ１の総画素数ｎ_２が変わってくる。この場合において、本実施形態に係る蛍光観察装置１０２によれば、仕様や用途が異なる様々な挿入部に対応して閾値を設定することができる。
なお、ＩＣチップ３４に挿入部２の識別情報が記憶されているとともに、スコープ判別部３５に照明ユニット４の数等の挿入部２の情報が記憶されているとして説明したが、ＩＣチップ３４に照明ユニット４の数等の挿入部２の情報を記憶することとしてもよい。

また、本実施形態において、第２の実施形態に係る蛍光観察装置１００の変形例を説明したが、第１および第３の実施形態の係る蛍光観察装置１，１０１にも適用可能である。すなわち、第１および第３の実施形態において、挿入部２の識別情報を読み取り、該識別情報に基づいて指数ｙおよびカットオフ周波数ｋｓを変化させればよい。

以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の一実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。

Ｘ 観察対象
Ｘ１ 病変部
１，１００，１０１，１０２ 蛍光観察装置
２ 挿入部
３ 光源
４ 照明ユニット
５ 撮像ユニット
６ 画像処理部
７ モニタ
２０ 参照画像生成部（参照画像取得部）
２１ 蛍光画像生成部（蛍光画像取得部）
２２ 観察条件判定部
２３ 画像合成部（画像調整部）
２４ 前段処理部（階調値補正部）
２５ 蛍光画像補正部（補正蛍光画像生成部）
３１ 閾値決定部（閾値設定部）
３２ 前段処理部（階調値補正部）

Claims (11)

1. 体内に挿入される挿入部と、
   該挿入部の先端から被写体に励起光および参照光を照射する光源と、
   該光源からの前記励起光の照射により前記被写体において発生した蛍光を撮影して蛍光画像を取得する蛍光画像取得部と、
   前記光源からの前記参照光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部と、
   該参照画像取得部により取得された前記参照画像から前記被写体の観察条件を判定する観察条件判定部と、
   該観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に基づいて、前記参照画像取得部により取得された前記参照画像の階調値を補正する階調値補正部と、
   前記蛍光画像取得部により取得された前記蛍光画像を、前記階調値補正部により階調値が補正された前記参照画像により除算して、補正蛍光画像を生成する補正蛍光画像生成部とを備え、
   前記観察条件が、前記被写体の表面に対して平行に観察する平行視か、前記被写体の表面に対して正対して観察する正面視かのいずれかである蛍光観察装置。
2. 体内に挿入される挿入部と、
   該挿入部の先端から被写体に励起光および参照光を照射する光源と、
   該光源からの前記励起光の照射により前記被写体において発生した蛍光を撮影して蛍光画像を取得する蛍光画像取得部と、
   前記光源からの前記参照光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部と、
   該参照画像取得部により取得された前記参照画像から前記被写体の観察条件を判定する観察条件判定部と、
   該観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に基づいて、前記蛍光画像取得部により取得された前記蛍光画像の階調値を補正する階調値補正部と、
   該階調値補正部により階調値が補正された前記蛍光画像を、前記参照画像取得部により取得された前記参照画像により除算して、補正蛍光画像を生成する補正蛍光画像生成部とを備え、
   前記観察条件が、前記被写体の表面に対して平行に観察する平行視か、前記被写体の表面に対して正対して観察する正面視かのいずれかである蛍光観察装置。
3. 体内に挿入される挿入部と、
   該挿入部の先端から被写体に励起光および参照光を照射する光源と、
   該光源からの前記励起光の照射により前記被写体において発生した蛍光を撮影して蛍光画像を取得する蛍光画像取得部と、
   前記光源からの前記参照光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部と、
   該参照画像取得部により取得された前記参照画像から前記被写体の観察条件を判定する観察条件判定部と、
   該観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に基づいて、前記参照画像取得部により取得された前記参照画像および前記蛍光画像取得部により取得された前記蛍光画像の階調値を補正する階調値補正部と、
   該階調値補正部により階調値が補正された前記蛍光画像を、前記階調値補正部により階調値が補正された前記参照画像により除算して、補正蛍光画像を生成する補正蛍光画像生成部とを備え、
   前記観察条件が、前記被写体の表面に対して平行に観察する平行視か、前記被写体の表面に対して正対して観察する正面視かのいずれかである蛍光観察装置。
4. 被写体に励起光および参照光を照射する光源と、
   該光源からの前記励起光の照射により前記被写体において発生した蛍光を撮影して蛍光画像を取得する蛍光画像取得部と、
   前記光源からの前記参照光の照射により前記被写体から戻る戻り光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部と、
   前記蛍光画像取得部により取得された前記蛍光画像を、前記参照画像取得部により取得された前記参照画像により除算して、補正蛍光画像を生成する補正蛍光画像生成部と、
   前記参照画像取得部により取得された前記参照画像から前記被写体の観察条件を判定する観察条件判定部と、
   該観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に基づいて、前記補正蛍光画像生成部により生成された前記補正蛍光画像の階調値を補正する階調値補正部とを備え、
   前記観察条件が、前記被写体の表面に対して平行に観察する平行視か、前記被写体の表面に対して正対して観察する正面視かのいずれかである蛍光観察装置。
5. 前記階調値補正部が、前記参照光を前記被写体に向けて照射したときに前記参照画像取得部により取得される前記参照画像の階調値の前記挿入部先端から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られる第１の指数を、前記観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に応じて変化させ、該第１の指数で前記参照画像の階調値を補正する請求項１に記載の蛍光観察装置。
6. 前記階調値補正部が、前記励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光画像取得部により取得される前記蛍光画像の階調値の前記挿入部先端から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られる第２の指数を、前記観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に応じて変化させ、該第２の指数で前記蛍光画像の階調値を補正する請求項２に記載の蛍光観察装置。
7. 前記階調値補正部が、前記参照光を前記被写体に向けて照射したときに前記参照画像取得部により取得される前記参照画像の階調値の前記挿入部先端から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られる第１の指数と、前記励起光を前記被写体に向けて照射したときに前記蛍光画像取得部により取得される前記蛍光画像の階調値の前記挿入部先端から前記被写体までの距離特性を累乗近似して得られる第２の指数を、前記観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に応じて変化させ、前記第１の指数で前記参照画像の階調値を補正するとともに前記第２の指数で前記蛍光画像の階調値を補正する請求項３に記載の蛍光観察装置。
8. 前記階調値補正部が、
   前記補正蛍光画像生成部により生成された前記補正蛍光画像における画素ごとの階調値の平均値に基づいて閾値を設定する閾値設定部と、
   前記補正蛍光画像における前記閾値よりも大きな階調値を有する領域と前記閾値よりも小さな階調値を有する領域とのコントラストを拡大する画像調整部とを備え、
   前記観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に応じて前記閾値を変化させる請求項４に記載の蛍光観察装置。
9. 前記階調値補正部が、
   前記参照画像取得部により取得された前記参照画像における高周波成分を遮断するローパスフィルタを備え、
   該ローパスフィルタにより遮断する周波数帯域を、前記被写体の観察条件に応じて変化させる請求項１に記載の蛍光観察装置。
10. 前記観察条件判定部が、前記参照画像における中心領域の階調値が所定値以下の場合に前記被写体を平行視していると判定し、前記参照画像における中心領域の階調値が所定値よりも大きな場合に前記被写体を正面視していると判定する請求項１から請求項４のいずれかに記載の蛍光観察装置。
11. 前記階調値補正部が、
    前記被写体の観察条件と対応付けられた複数の補正係数を記憶する記憶部を有し、
    前記観察条件判定部により判定された前記被写体の観察条件に応じて、前記記憶部に記憶された複数の補正係数の中から使用する補正係数を選択して、前記参照画像、前記蛍光画像、および前記補正蛍光画像の少なくとも１つの階調値を補正する請求項１から請求項４のいずれかに記載の蛍光観察装置。

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