JP5582948B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、白色照明光等の広帯域光をフィルタによって特定の狭帯域光として特殊光観察を行うことのできる内視鏡装置に関する。

近年、特定の狭い波長帯域光（狭帯域光）を生体の粘膜組織に照射し、生体組織の所望の深さの組織情報を得る、いわゆる特殊光観察を行うことができる内視鏡装置が活用されている。この種の内視鏡装置は、例えば粘膜層或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（Ｂ）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。

一方、生体組織に対する光の深さ方向の深達度は、光の波長に依存し、波長の短い青色（Ｂ）光は、生体組織での吸収特性及び散乱特性により表層付近までしか光は深達せず、そこまでの深さの範囲で吸収、散乱を受けるため、主として表層組織の情報を含む戻り光として観測することができ、Ｂ光より波長が長い緑色（Ｇ）光の場合、Ｂ光が深達する範囲よりさらに深い所まで深達し、その範囲で吸収、散乱を受けるため、主として中層組織及び表層組織の情報を含む戻り光として観測することができ、Ｇ光より波長が長い赤色（Ｒ）光は、さらに深い組織まで光が到達し、その範囲で吸収、散乱を受けるため、主として深層組織及び中層組織の情報を含む戻り光として観測することができることが知られている。
すなわち、Ｂ光、Ｇ光、及びＲ光を照射して得られる各戻り光をＣＣＤ等の撮像センサによって受光して得られる画像信号は、それぞれ、主として表層組織の情報、主として中層組織及び表層組織の情報、及び主として深層組織及び中層組織の情報を含むことが知られている。

このため、特殊光観察では、生体組織の内の組織表層の微細血管や微細構造を観察しやすくするために、生体組織に照射する狭帯域光として、主として生体組織の中層及び深層組織の観察に適した赤色（Ｒ）の狭帯域光を用いずに、表層組織の観察に適した青色（Ｂ）の狭帯域光と中層組織及び表層組織の観察に適した緑色（Ｇ）の狭帯域光と２種類の狭帯域光のみを用い、Ｂ狭帯域光の照射によって撮像センサで得られる、主として表層組織の情報を含むＢ画像信号（Ｂ狭帯域データ）とＧ狭帯域光の照射によって撮像センサで得られる、主として中層組織及び表層組織の情報を含むＧ画像信号（Ｇ狭帯域データ）のみを用いて画像処理を行い、モニタ等に疑似カラー画像表示して観察することが行われている。

従って、画像処理においては、撮像センサで得られたＧ画像信号（Ｇ狭帯域データ）を所定の係数をかけてカラー画像のＲ画像データに割り付け、Ｂ画像信号（Ｂ狭帯域データ）をそれぞれ所定の係数をかけてカラー画像のＧ画像データ及びＢ画像データに割り付け、３ｃｈ（チャンネル）のカラー画像データからなる疑似カラー画像を生成し、モニタ等に表示している。
このため、狭帯域光による戻り光を撮像センサで受光して得られた２つのＧＢ画像信号を表示部に疑似カラー表示するためのＲＧＢカラー画像データに変換する狭帯域光モードにおける画像処理は、通常光による戻り光を撮像センサで受光して得られた３つのＲＧＢ画像信号を表示部にカラー表示するためのＲＧＢカラー画像データに変換する通常光モードにおける画像処理とは異なるものとなっている。

また、Ｒ狭帯域光、Ｇ狭帯域光及びＢ狭帯域光を用いる特殊光観察においても、表層組織の微細血管や微細構造の観察を目的とする場合には、Ｒ画像信号（Ｒ狭帯域データ）を用いずに、上述のように、Ｇ画像信号及びＢ画像信号のみを用いて画像処理を行い、モニタ等に疑似カラー画像表示して観察することが行われている。
この場合にも、画像処理において、同様に、Ｇ画像信号をＲ画像データに割り付け、Ｂ画像信号をＧ画像データ及びＢ画像データに割り付け、３ｃｈカラー画像データからなる疑似カラー画像を生成し、モニタ等に表示している。
その結果、いずれの場合にも、モニタ等に表示された疑似カラー画像は、主として表層組織の情報を含むＢ画像信号（Ｂ狭帯域データ）を多く含んでいるため、表層組織の微細血管や微細構造の状態がより詳細に表現されたものとなり、表層組織の微細血管や微細構造が観察しやすくなることが知られている（特許文献１及び２参照）。

以上のような特殊光観察においては、病変組織と特殊光の照射位置との距離が近い場合には、明るく見えやすい組織表層の微細血管や微細構造を画像化できるが、距離が離れるにつれて、暗くて見えにくくなるという問題が知られていた。
また、前述のとおり病変組織と特殊光の照射位置との距離が変化し、被写体組織の拡大率が変更されることで、撮像素子に投影される血管の画素サイズが変化すると、表層微細血管を認識し難くなる問題が知られていた。
さらに、撮影位置が離れると、一本一本の表層微細血管ではなく、ブラウニッシュ領域と呼ばれる表層微細血管の密集した領域、そのひとつひとつの塊が観察対象となり、撮影画像に対して適用すべき画像処理が異なるが、これらの画像処理の切替は、一般的に手動で行われており、必ずしも適切な画像強調が行われないといった問題があった。

特許第３５５９７５５号公報 特許第３６０７８５７号公報

本発明の目的は、特殊光観察において、操作者が撮影画像を観察しつつ意図的に出射光量等の特殊光と白色照明光の発光比率及び画像処理の調整をする必要なく、表層微細血管等の生体の構造・成分の観察に関して最適かつ明るい撮影画像を得ることができる内視鏡装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、可視領域を含む広い波長帯域を持つ広帯域光を出射する光源、および該光源から出射される前記広帯域光のスペクトルの帯域幅を狭めて所定の波長帯域の狭帯域光とする青色及び緑色の２色の光学フィルタの組からなり、それぞれ前記波長帯域の幅が異なる少なくとも２組の光学フィルタセットを備えるフィルタ部を有し、該フィルタ部の各組の光学フィルタセットの前記２色の光学フィルタを前記広帯域光に作用させて前記狭帯域光からなる面順次光を照射する光源部と、前記光源部から順次照射される前記面順次光の被写体からの戻り光により、前記被写体の撮影画像を撮影し、撮影画像情報を出力する撮像手段と、前記撮影画像情報に所定の画像処理を施す画像処理手段と、前記撮像手段による前記被写体の撮影のための自動露光値もしくは撮影倍率、または前記撮像手段により撮影される前記被写体の構造・成分に関する被写体情報を撮影情報として検出する撮影情報検出手段と、を具備し、前記光源部は、前記フィルタ部の前記少なくとも２組の光学フィルタセットの内から、前記撮影情報に基づいて、１組の光学フィルタセットを選択的に変更するフィルタセット変更手段を有し、前記画像処理手段は、前記撮影画像の周波数強調特性を変更する画像強調手段を有し、前記画像強調手段は、前記フィルタセット変更手段によって変更された前記１組の光学フィルタセットと前記撮影情報とに基づいて前記被写体の構造・成分の検出および強調度を変化させるように、前記周波数強調特性を変更することを特徴とする内視鏡装置を提供する。

さらに、前記フィルタセット変更手段は、前記撮影情報と対応する光学フィルタセットとの関係を表すテーブルを備え、前記撮影情報と前記テーブルとに基づいて前記１組の光学フィルタセットを選択的に変更することが好ましい。

さらに、前記フィルタセット変更手段によって前記光学フィルタセットが変更された場合に、前記撮影画像のホワイトバランスが変化しないように、前記撮像手段の電気的なゲイン、撮影時間、および前記画像処理の色調調整の少なくとも１つを変更することが好ましい。

さらに、前記光源部の前記光源から出射される前記広帯域光、または前記狭帯域光の光量を調節する光学絞りを有し、前記フィルタセット変更手段によって前記光学フィルタセットが変更された場合に、前記撮影画像の明るさが変化しないように、前記光学絞りを制御する、もしくは前記撮像手段の電気的なゲイン、撮影時間、および前記画像処理の色調調整の少なくとも１つを変更することが好ましい。

前記画像強調手段は、前記撮影画像の少なくとも２つ以上の周波数帯域を強調する周波数帯域強調手段を有し、該周波数帯域強調手段は、前記撮影情報に基づいて強調する前記周波数帯域を変化させることを含む周波数強調特性を変更することが好ましい。

前記撮影情報は、前記自動露光値であり、前記周波数帯域強調手段は、前記自動露光値が大きくなるに従って、強調する前記周波数帯域を低い周波数に変更することが好ましく、また、前記撮影情報は、前記自動露光値であり、前記周波数帯域強調手段が強調する前記周波数帯域は、バンドパス特性であり、前記周波数帯域強調手段は、前記自動露光値が第１の所定値を超えると、強調する前記周波数帯域の幅を増大させるように変更することが好ましく、さらに、前記撮影情報は、前記自動露光値であり、前記周波数帯域強調手段は、強調する前記周波数帯域を、前記自動露光値が第２の所定値以下の時はバンドパス特性にしておき、前記第２の所定値を超えるとハイパス特性に変更することが好ましい。

前記撮影情報は、前記撮影倍率であり、前記周波数帯域強調手段は、前記撮影倍率が大きくなるに従って、強調する前記周波数帯域を高い周波数に変更することが好ましい。

また、前記撮影情報は、ブラウニッシュ領域のサイズ、または血管の太さに関連する前記被写体情報であり、前記画像強調手段は、前記ブラウニッシュ領域のサイズ、または前記血管の太さに基づいて前記撮影画像の周波数強調特性を変更することが好ましい。

前記画像強調手段は、前記撮影画像の少なくとも２つ以上の周波数帯域を強調する周波数帯域強調手段を有し、該周波数帯域強調手段は、前記ブラウニッシュ領域のサイズ、または前記血管の太さに基づいて強調する前記周波数帯域を変化させることを含む周波数強調特性を変更することが好ましく、前記周波数帯域強調手段は、前記血管の太さが小さくなるに従って、強調する前記周波数帯域を高い周波数に変更することが好ましく、前記周波数帯域強調手段は、前記ブラウニッシュ領域のサイズが所定サイズ以下の時は、強調する前記周波数帯域がバンドパス特性であり、前記ブラウニッシュ領域のサイズが前記所定サイズを超えると、強調する前記周波数帯域の幅を増大させるように変更することが好ましい。

そして、前記撮影情報検出手段は、前記撮影画像から前記撮影情報を検出することが好ましく、また、前記撮影情報検出手段は、前記撮影画像の明るさから、前記自動露光値を検出することが好ましい。

本発明の内視鏡装置によれば、特殊光観察において、被写体となる生体の撮影に必要な自動露光値または撮影倍率、もしくは撮影される生体の構造・成分に関する被写体情報を撮影情報として検出し、検出された撮影情報に基づいて、生体の構造・成分の検出および強調度を変化させるように、帯域幅が異なる光学フィルタセットおよび画像処理条件を変更するので、特殊光観察をする場合、例えば、病変部を拡大して、もしくは近位から撮影し、表層微細血管を観察する場合も、病変部を遠位から撮影し、表層微細血管の密集したブラウニッシュ領域を観察する場合も、操作者が撮影画像を観察しつつ意図的にこれらの光源の発光条件および撮影画像の画像処理条件の調整や変更をする必要がなく、病変部や表層微細血管等の特殊光観察に最適かつ明るい撮影画像を得ることができる。

本発明の一実施形態の内視鏡装置の全体構成の一実施例を模式的に示すブロック図である。 図１に示す内視鏡装置の光源部に設置される着脱可能な（Ａ）第１のフィルタセット、（Ｂ）第２のフィルタセット、（Ｃ）通常光観察用フィルタセットの一例を示す模式図である。 図１に示す内視鏡装置のプロセッサの一実施例の詳細構成を含む各部の信号処理系を示すブロック図である。 図３に示すフィルタセット選択部が備える、自動露光（ＡＥ）値からフィルタセットを選択するためのテーブルの一実施例を示すグラフである。 図３に示す特殊光画像処理部の構造強調部が備える周波数強調フィルタの一実施例を示すグラフである。 図１に示す内視鏡装置で実施される狭帯域光観察の一実施例のフローを示すフローチャートである。

本発明に係る内視鏡装置を、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態の内視鏡装置の全体構成の一実施例を模式的に示すブロック図である。
同図に示すように、本発明の内視鏡装置１０は、内視鏡１２と、光源部１４と、プロセッサ１６と、入出力部１８とを有する。ここで、光源部１４及びプロセッサ１６は、内視鏡１２の制御装置を構成し、内視鏡１２は、光源部１４と光学的に接続され、プロセッサ１６と電気的に接続される。また、プロセッサ１６は、入出力部１８と電気的に接続される。そして、入出力部１８は、画像情報等を出力表示する表示部（モニタ）３８、画像情報等を出力する記録部（記録装置）４２（図３参照）、及び通常観察モード（通常光モードともいう）や特殊光観察モード（特殊光モードともいう）などのモード切替や機能設定等の入力操作を受け付けるＵＩ（ユーザインタフェース）として機能する入力部（モード切替部）４０を有する。

内視鏡１２は、その先端から照明光を出射する照明光学系と、被観察領域を撮影する撮像光学系とを有する、電子内視鏡である。なお、図示しないが、内視鏡１２は、被検体内に挿入される内視鏡挿入部と、内視鏡挿入部の先端の湾曲操作や観察のための操作を行う操作部と、内視鏡１２を制御装置の光源部１４及びプロセッサ１６に着脱自在に接続するコネクタ部を備える。さらに、図示はしないが、操作部及び内視鏡挿入部の内部には、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る。

内視鏡１２の先端部分には、図１に示すように、被観察領域へ光を照射する照射口３０Ａと、照射口３０Ａに隣接し被観察領域からの戻り光を受光する受光部３０Ｂとを備え、受光部３０Ｂ側に、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（センサ）３２が配置されている。内視鏡１２の照射口３０Ａには、照射光学系を構成するカバーガラスやレンズ（図示せず）が配置され、受光部３０Ｂには、照明光学系を構成するカバーガラスやレンズ（図示せず）が配置され、受光部３０Ｂの撮像素子３２の受光面には撮像光学系を構成する対物レンズユニット（図示せず）が配置される。ここで、撮像素子３２は、後述するように異なる色の狭帯域光からなる面順次光の戻り光を受光するものであるので、モノクロ撮像センサであれば良いが、受光領域にカラーフィルタ（例えば、ＲＧＢカラーフィルタや補色フィルタ）を備えたカラー撮像センサや補色センサであっても良い。

また、対物レンズユニットは、対物レンズ（図示せず）を備える。対物レンズの画角（視野角）は、レンズの寸法および焦点距離により一意に求まり、撮像光学系で結像される撮影画像は、内視鏡１２の先端が被写体に近づくと大きくなり、遠ざかると小さくなるので、被写体撮影の際の被写体と撮影画像との倍率である撮影倍率は、撮影画像の画角から求めることができる。
このようにして撮影倍率を求めることができるが、撮影倍率を求める方法は、これに限定されず、種々の方法を用いることができる。
例えば、特開２０００−２３０８０７号に開示されるように、撮像光学系の光軸に平行な平行光を照明光学系からレーザ等によって被写体へ照射し、その戻り光によって撮像光学系で結像される実像の、撮影視野に対する長さを計測することで、撮影倍率を自動的に検出することができる。

さらに、対物レンズユニットは、撮影倍率を変えるために、光軸方向に移動可能な結像レンズ（図示せず）と、その結像レンズを移動させるレンズ駆動機構（図示せず）とを備える高倍率撮影機構を有していても良い。この場合、レンズ駆動機構は、例えば圧電素子で構成されたアクチュエータからなり、結像レンズを光軸方向に移動することで、撮影倍率を更に変更することができる。
内視鏡挿入部は、操作部の操作により湾曲自在にされ、内視鏡１２が使用される被検体の部位等に応じて、任意の方向及び任意の角度に湾曲でき、照射口３０Ａ及び受光部３０Ｂを、すなわち撮像素子３２の観察方向を、所望の観察部位に向けることができる。

光源部１４は、白色光源２０、光源絞り２２、着脱可能なフィルタセットを備えるフィルタ部２４、集光レンズ２６、及び光ファイバ２８からなる。
白色光源２０は、通常光モード及び特殊光モードの両方に用いられる白色照明光用光源であり、例えばキセノン光源を発光源として備えている。もちろん、励起光光源と蛍光体による疑似白色光を用いてもよい。
白色光源２０の照射光量は、光源絞り２２によって絞られることで調整される。
また、光源絞り２２によって絞れられた照射光は、フィルタ部２４を透過することで発光スペクトルの帯域幅が狭められて所定の狭帯域光とされ、集光レンズ２６によって集光され、光ファイバ２８に入力され、コネクタ部に伝送され、内視鏡１２の照明光学系を構成する光ファイバ２８によって、内視鏡１２の先端部まで伝播される。

フィルタ部２４は、図２に示すように、円盤状に構成され中心を回転軸として透過帯域の異なる２種類（例えば、Ｂ１、Ｇ１）または３種類（例えば、ＲＧＢ）の光学フィルタが組み合わされたフィルタセットが複数セット用意され、その中から選択された１つのフィルタセットが、白色光源２０からの白色照明光の光路に配置されるように構成されている。
フィルタ部２４には、例えば、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、特殊光観察のための第１のフィルタセット２４Ａ及び第２のフィルタセット２４Ｂと、通常光観察のための通常光フィルタセット２４Ｃとの３組のフィルタセットを備える。フィルタ部２４は、さらに、第１及び第２のフィルタセット以外の狭帯域光観察のための第３のフィルタセット（例えば、半値幅が第１及び第２のフィルタセットよりも広いもの）を複数備えてもよい。これらのフィルタセットは、その内の１つのフィルタセットが、図示しないフィルタセット入替手段によって、フィルタ部２４の白色照明光の光路に配置され、かつ撮影情報に応じて入れ替えられる。

特殊光観察に用いられる第１のフィルタセット２４Ａは、例えば、図２（Ａ）に示すように、光学フィルタＢ_１（中心４４０ｎｍ、半値幅２５ｎｍ）とＧ_１（中心５４０ｎｍ、半値幅２５ｎｍ）とからなり、第２のフィルタセット２４Ｂは、例えば、図２（Ｂ）に示すように、光学フィルタＢ_２（中心４４０ｎｍ、半値幅４０ｎｍ）とＧ_２（中心５４０ｎｍ、半値幅６０ｎｍ）とからなる。また、通常光観察に用いられる通常光フィルタセットは、例えば、図２（Ｃ）に示すように、ＲＧＢの３色のフィルタからなる。なお、第１のフィルタセット２４Ａの光学フィルタＢ_１を透過する中心波長４４０ｎｍの青色レーザ光は、生体の構造・成分の分光スペクトル特性に応じて、好ましくは合致して狭帯域化された波長帯域幅を持つ狭帯域光であるので、生体の構造・成分の検出能が優れている。
なお、図示例のビルタブ２４に用意されるフィルタセットは、３枚の回転フィルタ板からなる３枚のフィルタセット２４Ａ〜２４Ｃからなるが、本発明はこれに限定されず、１枚の回転フィルタ板に同心円状に配置された２組以上のフィルタセットからなるものでも良い。

白色光源２０、光源絞り２２、及びフィルタ部２４は、光源制御部４８によって制御されており、白色光源２０からの白色光の照射、光源絞り２２による光量の調節（光量絞り２２の大きさの調節）、並びに、第１のフィルタセット２４Ａ、第２のフィルタセット２４Ｂ、及び通常光フィルタセット２４Ｃのフィルタセット入替手段による入れ替えは、光源制御部４８からの指示に基づいて行われる。
フィルタ部２４の白色照明光の光路に配置されたフィルタセットは、図示しないフィルタ回転手段によって回転させられ、所定間隔ごとに、フィルタが切り替わるため、光源部１４からは、所定間隔ごとに異なる狭帯域光からなる面順次光が照射され、これら異なる狭帯域光からなる面順次光の戻り光を撮影することで、面順次の撮影が行われることとなる。
例えば、第１のフィルタセット２４Ａを用いて撮影を行った場合には、白色光源２０からの照射光は、所定間隔ごとに光学フィルタＢ_１とＧ_１とを透過するため、所定間隔ごとにＢ_１の狭帯域光とＧ_１の狭帯域光とが照射されることとなる。また、第２のフィルタセット２４Ｂを用いて撮影を行った場合には、Ｂ２の狭帯域光とＧ２の狭帯域光とが所定間隔ごとに照射され、通常光フィルタセット２４Ｃを用いて撮影を行った場合には、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光が所定間隔ごとに照射される。
光ファイバ２８は、マルチモードファイバであり、一例として、コア径１０５μｍ、クラッド径１２５μｍ、外皮となる保護層を含めた径がφ０．３〜０．５ｍｍの細径なファイバケーブルを使用できる。

上述したように、白色光源２０から照射された白色光は、フィルタ部２４によって所定の狭帯域光とされ、内視鏡１２の先端部の照射口３０Ａから被写体の被観察領域に向けて照射される。そして、狭帯域光が照射された被観察領域からの戻り光が、受光部３０Ｂを介して撮像素子３２の受光面上に結像され、撮像素子３２によって被観察領域が撮影される。
撮影後に撮像素子３２から出力される撮影画像の画像信号は、スコープケーブル３４を通じてプロセッサ１６の画像処理システム３６に入力される。

次に、こうして撮像素子３２によって撮影された撮影画像の画像信号は、プロセッサ１６の画像処理システム３６を含む信号処理系によって画像処理され、モニタ３８や記録装置４２に出力され、ユーザの観察に供される。
図３は、本発明の内視鏡装置のプロセッサの一実施例の詳細構成を含む各部の信号処理系を示すブロック図である。
同図に示すように、内視鏡装置１０の信号処理系は、内視鏡１２の信号処理系と、光源１４の信号処理系と、プロセッサ１６の信号処理系（画像処理システム３６）と、入出力部１８のモニタ３８、入力部（モード切替部）４０及び記録装置４２と、を有する。

内視鏡１２の信号処理系は、撮影後に撮像素子３２からの撮影画像の画像信号の信号処理系として、アナログ信号である撮影画像信号に相関二重サンプリング（ＣＤＳ）や自動利得制御（ＡＧＣ）を行うためのＣＤＳ・ＡＧＣ回路４４と、ＣＤＳ・ＡＧＣ回路４４でサンプリングと利得制御が行われたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄコンバータ）４６とを有する。Ａ／Ｄ変換器４６でＡ／Ｄ変換されたデジタル画像信号は、コネクタ部を介してプロセッサ１６の画像処理システム３６に入力される。
また、光源部１４の信号処理系は、白色光源２０のオンオフ制御、光源絞り２２の大きさの制御及びフィルタ部２４におけるフィルタセットの入れ替え及び回転の制御を行うことで、照射光の光量及び帯域を制御する光源制御部４８を有する。
ここで、光源制御部４８は、内視鏡装置１０の稼働開始に伴う光源オン信号に応じて白色光源２０を点灯したり、モード切替部４０からの通常光モードと特殊光モードとの切替信号に応じてフィルタ部２４におけるフィルタセットの入れ替え制御（第１のフィルタセット２４Ａ及び第２のフィルタセット２４Ｂ（特殊光モード）と第３のフィルタセット２４Ｃ（通常光モード）との入れ替え）を行ったり、後述する光量算出部５０から算出された画像のＢ光及びＧ光の光量等や発光強度等に応じて、白色光３４の発光強度、すなわち光源２０からの照射光を絞る光源絞り２２の大きさを制御する。すなわち、光源制御部４８は、後述するフィルタセット選択部５８と共に、後述する撮影情報検出部５６で検出された自動露光（ＡＥ）値（光量値）、撮影倍率、またはブラウニッシュ領域のサイズや血管の太さ等の生体の構造・成分に関する被写体情報などの撮影情報に基づいて、フィルタ部２４の複数組の光学フィルタセットの内から、選択される１組の光学フィルタセットを変更するフィルタセット変更手段として機能する。

さらに、プロセッサ１６の信号処理系は、画像処理システム３６（図１参照）であって、光量算出部５０と、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）５２と、ノイズ除去回路５４と、画像処理切替部（スイッチ）６０と、通常光画像処理部６２と、特殊光画像処理部６４と、画像表示信号生成部６６とを有する。
光量算出部５０は、内視鏡１２のＡ／Ｄ変換器４６からコネクタを介して入力されたデジタル画像信号を用いて、撮像素子３２で受光した戻り光の光量、例えば、Ｂ光の光量及びＧ光の光量、すなわち画像のＢ光及びＧ光の光量等を算出する。
そして、光量算出部５０は、算出された撮影画像のＲＧＢ値をもとに撮影画像の明るさ（輝度値）を算出し、撮影情報検出部５６へ出力する。

撮影情報検出部５６は、算出された撮影画像の明るさに基づき、撮影情報を検出する。ここで、撮影情報としては、被写体（生体）の撮影のための自動露光（ＡＥ）値（光量値）や撮影倍率、またはブラウニッシュ領域のサイズや血管の太さ等の生体の構造・成分に関する被写体情報等を上げることができる。
ここで、自動露光値（ＡＥ値）とは、撮影の際の露出を自動的に決定するためのパラメータであり、撮像素子３２で検出される戻り光の光量（明るさ）を基準に決定される。動画撮影においても、撮像素子３２の蓄積時間（ＲＧＢカラーフィルタに対応するＣＣＤやＣＭＯＳの蓄積時間）に応じて定まる１フレーム当たりの撮影時間における戻り光の光量によって決定される。

撮影倍率は、前述のとおり、撮影画像の画角から求めることができ、通常は、前述のとおり自動的に検出される。さらに、撮像光学系が高倍率撮影機構を有している場合には、撮影倍率は、対物レンズと結像レンズとのレンズ間距離とに応じて変更される。
また、被写体情報とは、遠景撮影における病変部等の表層微細血管が密集した領域、すなわち茶色がかったブラウニッシュ領域のサイズや拡大撮影や近景撮影における個々の血管太さ等の生体の構造・成分に関する情報である。ブラウニッシュ領域のサイズまたは血管太さは、撮影画像から茶色がかったブラウニッシュ領域を抽出したり、個々の血管を抽出することにより検出される。ブラウニッシュ領域の抽出は、色や形状を検出する種々の公知の方法を用いることができる。本発明においては、撮影画像における、検出されるブラウニッシュ領域のサイズまたは血管太さが変わると、撮影画像に適用される画像処理が変更されるのが好ましい。
これらの撮影情報が検出されると、フィルタセット選択部５８及び後述する特殊光画像処理部６４へ出力される。

フィルタセット選択部５８は、撮影情報検出部５６で検出された撮影情報に基づいて、フィルタ部２４に撮影に必要なフィルタセットを、予め用意されたフィルタセット（例えば第１のフィルタセット２４およびと第２のフィルタセット２４Ｂ）の中から選択する。フィルタセット選択部５８は、例えば、図４に示すようなＡＥ値とフィルタセットとの関係を示すテーブルを持ち、算出されたＡＥ値とこのテーブルに基づいて、フィルタ部２４に配置すべきフィルタセットを選択する。
選択されたフィルタセットの情報は、光源制御部４８へ出力される。
なお、フィルタ部２４に配置すべきフィルタセットが変わると、撮影画像のホワイトバランスも変化するため、選択されたフィルタセットの情報がＣＤＳ・ＡＧＣ４４へ出力され、このフィルタセット２４の情報に基づいてホワイトバランスを取るためのＣＤＳ・ＡＧＣ回路４４のゲインも変更されて、撮像素子３２の電気的なゲインが変更される。

ＤＳＰ５２（デジタルシグナルプロセッサ）は、光量算出部５０で光源光量が検出された後、Ａ／Ｄ変換器４６から出力されたデジタル画像信号にガンマ補正、色補正処理を行う。
ノイズ除去回路５４は、ＤＳＰ５２でガンマ補正、色補正処理が施されたデジタル画像信号から、例えば、移動平均法やメディアンフィルタ法等の画像処理におけるノイズ除去方法を行ってノイズを除去する。
こうして、内視鏡１２からプロセッサ１６に入力されたデジタル画像信号は、ＤＳＰ５２及びノイズ除去回路５４でガンマ補正、色補正処理及びノイズ除去等の前処理がなされる。

画像処理切替部６０は、後述するモード切替部（入力部）の指示（切替信号）に基づいて前処理されたデジタル画像信号を後段の通常光画像処理部６２に送るか、特殊光画像処理部６４に送るかを切り替えるスイッチである。
なお、本発明においては、区別のため、通常光画像処理部６２及び特殊光画像処理部６４による画像処理前のデジタル画像信号を画像信号といい、画像処理前後のデジタル画像信号を画像データと呼ぶことにする。
通常光画像処理部６２は、通常光モードにおいて、白色光による前処理済デジタル画像信号に適した通常光用画像処理を施す部分であって、色変換部６８と、色彩強調部７０と構造強調部７２とを有する。

色変換部６８は、前処理済のＲＧＢ３チャンネルのデジタル画像信号に、３×３のマトリックス処理、階調変換処理、３次元ＬＵＴ処理などの色変換処理を行い、色変換処理済ＲＧＢ画像データに変換する。
色彩強調部７０は、画面内の血管と粘膜との色味の差をつけて、血管を見易くなるように強調するためのものであって、色変換処理済ＲＧＢ画像データに対して、画面を見ながらする処理、例えば、画面全体の平均の色味を見て、その色味を平均値より血管と粘膜との色味の差をつける方向に強調する処理を行う。
構造強調部７２は、色彩強調処理済ＲＧＢ画像データに対して、シャープネスや輪郭強調等の構造強調処理を行う。
構造強調部７２で構造強調処理が施されたＲＧＢ画像データは、通常光用画像処理済ＲＧＢ画像データとして通常光画像処理部６２から画像表示信号生成部６６に入力される。

特殊光画像処理部６４は、特殊光モードにおいて、フィルタセット２４により狭帯域光とされたＢ光及びＧ光による前処理済デジタル画像信号に適した特殊光用画像処理を施す部分であって、特殊光色変換部７４と色彩強調部７６と、構造強調部７８とを有する。
特殊光色変換部７４は、入力された前処理済のＲＧＢ３チャンネルのデジタル画像信号のＧ画像信号に所定係数をかけてＲ画像データに割り付け、同Ｂ画像信号にそれぞれ所定係数をかけてＧ画像データ及びＢ画像データに割り付け、ＲＧＢ画像データを生成した後、生成されたＲＧＢ画像データに、色変換部６８と同様に３×３マトリックス処理、階調変換処理、３次元ＬＵＴ処理などの色変換処理を行う。

色彩強調部７６は、色彩強調部７０と同様に、画面内の血管と粘膜との色味の差を付けて、血管を見易くなるように強調するためのものであって、色変換処理済ＲＧＢ画像データに対して、画面を見ながらする処理、例えば、画面全体の平均の色味を見て、その色味を平均値より血管と粘膜との色味の差をつける方向に強調する処理を行う。
構造強調部７８は、構造強調部７２と同様に、色彩強調処理済ＲＧＢ画像データに対して、シャープネスや輪郭強調等の構造処理を行う。
また、構造強調部７２の構造処理に加えて、構造強調部７８は、撮影情報検出部５６からの撮影情報、例えば、ＡＥ値に基づき、前述の色彩強調処理済ＲＧＢ画像データに対して、周波数強調処理を行う。

ここで行う周波数強調処理は、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）のように、ＡＥ値によって異なる。ここでは、撮影情報の代表例として、ＡＥ値を用いる場合に付いて説明するが、本発明は、これに限定されないのは言うまでもない。
ＡＥ値が第１の所定値（α）より小さい場合、つまり、内視鏡先端が被写体に近づき、必要光量が少なくて良い拡大観察を想定している場合、表層微細血管を撮影対象として想定しており、細かい表層微細血管の構造が細い線として個々に分離できるように、図５（Ａ）のように高周波の部分を強調できる周波数強調フィルタを前述のＲＧＢ画像データに適用する。
また、ＡＥ値が第１の所定値と第２の所定値との間の所定の範囲（αからβの範囲）にある場合、つまり、内視鏡先端が被写体から少し離れ、拡大観察より多少光量が必要な近景観察を想定している場合、表層微細血管の細かい構造を撮影対象とするよりももう少し大きな微細血管の１つ１つを撮影対象として想定しており、表層微細血管の雰囲気を強調できるように、図５（Ｂ）のように中周波の部分を強調できる周波数強調フィルタを前述のＲＧＢ画像データに適用する。

さらに、ＡＥ値が第２の所定値（β）より大きい場合、つまり、内視鏡先端が被写体から離れ、さらに多くの光量が必要な遠景観察を想定している場合、１つ１つの表層微細血管ではなく、表層微細血管が密集し、塊として存在する、茶色がかったブラウニッシュ領域と呼ばれる領域を撮影対象として想定している。
ブラウニッシュ領域と呼ばれる領域は、早期ガンで想定されるものであり、１ｍｍ程度のものが多いが、中には、２ｍｍ、３ｍｍのものもある。この周波数帯域を強調しようとしてバンドパス特性のフィルタを用いると、このバンドパスの帯域から少しでも外れた場合、強調されないので、様々な大きさのブラウニッシュ領域全てを強調するには、ハイパス特性のフィルタを用いるのが良い。
これより、ブラウニッシュ領域を撮影対象として想定している場合には、図５（Ｃ）のように高周波数全体を強調できるハイパスフィルタを周波数強調フィルタとして前述のＲＧＢ画像データに適用するのが好ましい。
構造強調部７２でＡＥ値に基づいて最適な周波数強調処理が施されたＲＧＢ画像データは、特殊光用画像処理済ＲＧＢ画像データとして特殊光画像処理部６４から画像表示信号生成部６６に入力される。

画像表示信号生成部６６は、通常光モードでは通常光画像処理部６２から入力された画像処理済ＲＧＢ画像データを、特殊光モードでは特殊光画像処理部６４から入力された画像処理済ＲＧＢ画像データを、モニタ３８でソフトコピー画像として表示するための、又は記録装置４２でハードコピー画像として出力するための表示画像信号に変換する。
モニタ３８は、通常光モードでは、白色光を照射して撮像素子３２で得られ、プロセッサ１６で前処理及び通常光画像処理がなされた表示画像信号に基づく通常観察用画像をソフトコピー画像として表示し、特殊光モードでは、白色光に加え、特殊光を照射して撮像素子３２で得られ、プロセッサ１６で前処理及び特殊光画像処理がなされた表示画像信号に基づく特殊光観察画像をソフトコピー画像として表示する。
記録装置４２も、通常光モードでは、白色光を照射して得られた通常観察画像をハードコピー画像として出力し、特殊光モードでは、白色光及び特殊光を照射して得られた特殊光観察画像をハードコピー画像として出力する。
なお、必要に応じて、画像表示信号生成部６６で生成された表示画像信号は、画像情報として、図示しないが、メモリやストレージ装置からなる記憶部に記憶されても良い。

一方、モード切替部（入力部）４０は、通常光モードと特殊光とを切り替えるためのモード切替ボタンを有し、モード切替部４０からのモード切替信号は、光源１４の光源制御部４８に入力される。ここで、モード切替部４０は、入出力部１８の入力部４０として配置されているが、プロセッサ１６、内視鏡１２の操作部、または光源部１４に配置されてもよい。なお、モード切替部４０からの切替信号は、光源制御部４８及び画像処理切替６０へ出力される。
本発明の内視鏡装置は、基本的に以上のように構成される。

以下に、本発明の内視鏡装置の作用を、図６を用いてステップごとに説明する。
本実施形態においては、まず最初に、通常光モードで通常光観察が行われているものとする。白色光源２０が点灯され、白色光による撮影画像データについて、通常光画像処理部６４で通常光画像処理が行われているものとする。
ここで、ユーザによって特殊光モードへの切替が行われる。ユーザがモード切替部４０を操作することでモード切替信号（特殊光ＯＮ）が出力され、画像処理切替部６０における画像処理が特殊光モードに切り替えられる（Ｓ１０）。

次いで、光源部１４の光源制御部４０にもモード切替信号が入力され、光源制御部４０によって、フィルタ部２４に配置された通常光フィルタセット２４Ｃが第１のフィルタセット２４Ａに切替られる（Ｓ１２）。

フィルタ部２４のフィルタセットが第１のフィルタセット２４Ａに切替られると、それに伴って光源絞り２２が調節され、白色光源２０から所望の光量の照射光が第１のフィルタセットに入力される（Ｓ１４）。

次に、フィルタ部２４において第１のフィルタセット２４Ａは、所定の速度で回転し、被写体に向けて狭帯域光Ｂ１と狭帯域光Ｇ１とが面順次光として所定間隔で交互に照射される。（Ｓ１６）。

交互に順次照射される狭帯域光Ｂ_１と狭帯域光Ｇ_１とは、それぞれ被写体によって反射され、戻り光として撮像素子３２に入射して、撮像素子３２により交互に撮影画像情報が取得される（Ｓ１８）。

撮像素子３２によって取得されたそれぞれの撮影画像情報は、ホワイトゲインを調整され、デジタルデータに変換された後、光量算出部５０に送られる。それぞれの撮影画像情報から、光量算出部５０において、その撮影画像（ＲＧＢ画像）の明るさ（輝度値）が算出される（Ｓ２０）。

光量算出部５０で算出されたＲＧＢ画像の明るさ（輝度値）の情報は、撮影情報検出部５６に送られ、撮影のためのＡＥ値が検出される（Ｓ２２）。
また、ＡＥ値の代わりに、撮影における撮影倍率、または、被写体の情報（ブラウニッシュ領域のサイズ、または血管の太さ等）が算出されてもよい。
算出されたＡＥ値は、フィルタセット選択部５８及び特殊光画像処理部６４へ出力される。

フィルタセット選択部５８は、算出されたＡＥ値を受け、ＡＥ値に基づいて再度フィルタセットを選択する（Ｓ２４）。フィルタセット選択部５８は、図４に示すように、ＡＥ値と対応するフィルタセットとの関係を表すテーブルを備え、ＡＥ値に応じてフィルタセット（例えば、第２のフィルタセット２４Ｂ）を選択する。選択されたフィルタセットの情報は、ホワイトバランスゲインの調整のために、ＣＤＳ・ＡＧＣ４４へ出力され、また、フィルタセット２４を選択されたものに入れ替えるために、光源制御部４８へ出力される。

光源制御部４８は、選択されたフィルタセットの情報に基づき、図示しないフィルタセット入替手段により、フィルタ部２４の第１のフィルタセット２４Ａを選択されたフィルタセット（例えば、第２のフィルタセット２４Ｂ）に入れ替え、白色光源からの照射光量が所定光量となるように光源絞り２２を制御する（Ｓ２６）。

また、ＣＤＳ・ＡＧＣ４４は、選択されたフィルタセットの情報に基づき、ホワイトバランスゲインを調整する（Ｓ２８）。
照射光量が変化すると、それに合わせてホワイトバランスゲインも変化するため、ホワイトバランスゲインが一定値を保つようにＣＤＳ・ＡＧＣが調整される。また、ＣＤＳ・ＡＧＣのホワイトバランスゲインを調整する代わりに、撮影時間または画像処理の色調調整を変更してもよい。

また、撮影情報検出部５６で検出されたＡＥ値に基づいて、撮影画像に対する画像処理が変更される（Ｓ３０）。ＡＥ値に基づいて変更される画像処理は、特殊光画像処理部６４の構造強調部８０で行われる。

フィルタ部２４のフィルタセットが変更された後、狭帯域光観察が行われる。白色光源２０から照射された白色光は、光源絞り２２で所定の光量に絞られ、変更後のフィルタセット２４（例えば、第２のフィルタセット２４Ｂ）へ入射する。入射した白色光は、第２のフィルタセット２４Ｂによって所定間隔で交互に狭帯域光Ｂ_２と狭帯域光Ｇ_２とされ、光ファイバ２８を通って内視鏡１２先端の照射口３０Ａより交互に照射される。
狭帯域光観察において、順次得られた撮影画像情報は、特殊光画像処理部６４へ出力され、特殊光色変換部７４及び色彩強調部７６を通って前述の画像処理を施され、構造強調部７８に入力される。構造強調部７８では、前述のようにＡＥ値に応じて、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に記載の周波数強調フィルタが適用される（Ｓ３２）。

特殊光画像処理部６４において、ＡＥ値に応じた周波数強調フィルタを適用され、画像処理を受けた画像情報は、画像表示信号生成部６６へ出力される。画像表示信号生成部６６は、該画像情報から画像表示信号を生成し、出力する。
出力された該画像表示信号は、特殊光画像としてモニタ３８で表示され、記録装置４２で記録される（Ｓ３４）。

以上、本発明の内視鏡装置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るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。

１０ 内視鏡装置
１２ 内視鏡
１４ 光源部
１６ プロセッサ
１８ 入出力部
２０ 白色光源
２２ 光源絞り
２４ フィルタ部
２４Ａ 第１のフィルタセット
２４Ｂ 第２のフィルタセット
２４Ｃ 通常光フィルタセット
２６ 集光レンズ
２８ 光ファイバ
３０Ａ 照射口
３０Ｂ 受光部
３２ 撮像素子
３４ スコープケーブル
３６ 画像処理システム
３８ 表示部（モニタ）
４０ 入力部（モード切替部）
４２ 記録部（記録装置）
４４ ＣＤＳ・ＡＧＣ回路
４６ Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄコンバータ）
４８ 光源制御部
５０ 光量算出部
５２ ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）
５４ ノイズ除去回路
５６ 撮影情報検出部
５８ フィルタセット選択部
６０ 画像処理切替部（スイッチ）
６２ 通常光画像処理部
６４ 特殊光画像処理部
６６ 画像表示信号生成部
６８ 色変換部
７０、７６ 色彩強調部
７２、７８ 構造強調部
７４ 特殊光色変換部

Claims (15)

1. 可視領域を含む広い波長帯域を持つ広帯域光を出射する光源、および該光源から出射される前記広帯域光のスペクトルの帯域幅を狭めて所定の波長帯域の狭帯域光とする青色及び緑色の２色の光学フィルタの組からなり、それぞれ前記波長帯域の幅が異なる少なくとも２組の光学フィルタセットを備えるフィルタ部を有し、該フィルタ部の各組の光学フィルタセットの前記２色の光学フィルタを前記広帯域光に作用させて前記狭帯域光からなる面順次光を照射する光源部と、
   前記光源部から順次照射される前記面順次光の被写体からの戻り光により、前記被写体の撮影画像を撮影し、撮影画像情報を出力する撮像手段と、
   前記撮影画像情報に所定の画像処理を施す画像処理手段と、
   前記撮像手段による前記被写体の撮影のための自動露光値もしくは撮影倍率、または前記撮像手段により撮影される前記被写体の構造・成分に関する被写体情報を撮影情報として検出する撮影情報検出手段と、を具備し、
   前記光源部は、前記フィルタ部の前記少なくとも２組の光学フィルタセットの内から、前記撮影情報に基づいて、１組の光学フィルタセットを選択的に変更するフィルタセット変更手段を有し、
   前記画像処理手段は、前記撮影画像の周波数強調特性を変更する画像強調手段を有し、前記画像強調手段は、前記フィルタセット変更手段によって変更された前記１組の光学フィルタセットと前記撮影情報とに基づいて前記被写体の構造・成分の検出および強調度を変化させるように、前記周波数強調特性を変更することを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記フィルタセット変更手段は、前記撮影情報と対応する光学フィルタセットとの関係を表すテーブルを備え、前記撮影情報と前記テーブルとに基づいて前記１組の光学フィルタセットを選択的に変更することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記画像強調手段は、前記撮影画像の少なくとも２つ以上の周波数帯域を強調する周波数帯域強調手段を有し、
   該周波数帯域強調手段は、前記撮影情報に基づいて強調する前記周波数帯域を変化させることを含む周波数強調特性を変更する請求項１または２に記載の内視鏡装置。
4. 前記撮影情報は、前記自動露光値であり、
   前記周波数帯域強調手段は、前記自動露光値が大きくなるに従って、強調する前記周波数帯域を低い周波数に変更する請求項３に記載の内視鏡装置。
5. 前記撮影情報は、前記自動露光値であり、
   前記周波数帯域強調手段が強調する前記周波数帯域は、バンドパス特性であり、
   前記周波数帯域強調手段は、前記自動露光値が第１の所定値を超えると、強調する前記周波数帯域の幅を増大させるように変更する請求項３または４に記載の内視鏡装置。
6. 前記撮影情報は、前記自動露光値であり、
   前記周波数帯域強調手段は、強調する前記周波数帯域を、前記自動露光値が第２の所定値以下の時はバンドパス特性にしておき、前記第２の所定値を超えるとハイパス特性に変更する請求項３〜５のいずれか一項に記載の内視鏡装置。
7. 前記撮影情報は、前記撮影倍率であり、
   前記周波数帯域強調手段は、前記撮影倍率が大きくなるに従って、強調する前記周波数帯域を高い周波数に変更する請求項３に記載の内視鏡装置。
8. 前記撮影情報は、ブラウニッシュ領域のサイズ、または血管の太さに関連する前記被写体情報であり、
   前記画像強調手段は、前記ブラウニッシュ領域のサイズ、または前記血管の太さに基づいて前記撮影画像の周波数強調特性を変更する請求項１または２に記載の内視鏡装置。
9. 前記画像強調手段は、前記撮影画像の少なくとも２つ以上の周波数帯域を強調する周波数帯域強調手段を有し、
   該周波数帯域強調手段は、前記ブラウニッシュ領域のサイズ、または前記血管の太さに基づいて強調する前記周波数帯域を変化させることを含む周波数強調特性を変更する請求項８に記載の内視鏡装置。
10. 前記周波数帯域強調手段は、前記血管の太さが小さくなるに従って、強調する前記周波数帯域を高い周波数に変更する請求項９に記載の内視鏡装置。
11. 前記周波数帯域強調手段は、前記ブラウニッシュ領域のサイズが所定サイズ以下の時は、強調する前記周波数帯域がバンドパス特性であり、前記ブラウニッシュ領域のサイズが前記所定サイズを超えると、強調する前記周波数帯域の幅を増大させるように変更する請求項９に記載の内視鏡装置。
12. 前記撮影情報検出手段は、前記撮影画像から前記撮影情報を検出する請求項１〜１１のいずれかに記載の内視鏡装置。
13. 前記撮影情報検出手段は、前記撮影画像の明るさから、前記自動露光値を検出する請求項１２に記載の内視鏡装置。
14. 前記フィルタセット変更手段によって前記光学フィルタセットが変更された場合に、前記撮影画像のホワイトバランスが変化しないように、前記撮像手段の電気的なゲイン、撮影時間、および前記画像処理の色調調整の少なくとも１つを変更する請求項１〜１３のいずれかに記載の内視鏡装置。
15. さらに、前記光源部の前記光源から出射される前記広帯域光、または前記狭帯域光の光量を調節する光学絞りを有し、
    前記フィルタセット変更手段によって前記光学フィルタセットが変更された場合に、前記撮影画像の明るさが変化しないように、前記光学絞りを制御する、もしくは前記撮像手段の電気的なゲイン、撮影時間、および前記画像処理の色調調整の少なくとも１つを変更する請求項１〜１４のいずれかに記載の内視鏡装置。

Images