JP6077340B2 - 画像処理装置及び内視鏡システムの作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、検体内における腺管構造などに着目して診断を行う画像処理装置及び内視鏡システムの作動方法に関する。

近年の医療においては、光源装置、電子内視鏡、プロセッサ装置を備える内視鏡システムを用いた診断等が広く行われている。内視鏡システムによる検体内の観察としては、ブラウニッシュエリアや発赤など病変部である可能性が高い病変可能性部位を遠景状態から検出するスクリーニング観察の他、そのような病変可能性部位を検出したときに、ズーミングレンズを用いて、その病変可能性部位を拡大して精査する拡大観察が行われている。この拡大観察では、腺管構造について着目して診断することが行われている。

腺管構造に着目する拡大観察において、通常光画像（白色光の照明時に得られる画像）を用いた場合には、腺管構造Ｓ（Structure）のコントラストが低いため、腺管構造の状態を読み取ることが困難である（図１４Ａ，図１４Ｂ参照）。そこで、インジゴなどの色素を撒布して、色素を腺管構造のpit部分に流し込むことにより、腺管構造のコントラストを上げることが行われている。この色素撒布で腺管構造Ｓは明瞭化するため、腺管構造Ｓの状態を読み取ることができるようになる（図１８Ａ，図１８Ｂ参照）。

また、青色帯域において波長を狭帯域化した青色狭帯域光を照明して、腺管構造を白く明るく強調して画像表示することも行われている。これは、青色狭帯域光が粘膜表層付近で反射しやすいことを利用するものである。このように青色狭帯域光の照明により得られる狭帯域青色画像では、腺管構造Ｓのコントラストが向上するため、腺管構造の状態を読み取ることができるようになる（図１５Ａ，図１５Ｂ、及び特許文献１参照）。

特許３６０７８５７号公報

青色狭帯域光を用いる狭帯域光観察では、色素を撒布することなく、腺管構造を構造強調させることができるため、色素の洗浄などが不要になり、ドクターにとって負担軽減となる。しかしながら、狭帯域光観察で表示される腺管構造の形状は白色調で表示されるのに対して、色素の一つであるインジゴを撒布した場合の腺管構造の形状は青色調で表示されるため、狭帯域光観察時と色素撒布時とでは、腺管構造は全く異なる色で表示されることとなる。この狭帯域光観察のように、腺管構造の形状が、インジゴなどの色素の色と異なる色で表示されると、色素観察に慣れたドクターが戸惑ってしまうことがあった。

そこで、狭帯域光観察時においても、腺管構造をインジゴなどの色素の色に近づけて表示することが求められている。例えば、特許文献１では、狭帯域青色画像をモニタのＲＧＢchに割り付けるとともに、Bchの重み付け係数を、Gch, Rchの重み付け係数よりも大きくすることで、インジゴ染色を行った場合と同系色が表示されるようにしている。しかしながら、この特許文献１の場合には、腺管構造のみならず、微細血管などもインジゴ染色調になるため、腺管構造と微細血管等との違いを強調することができない。

また、特開２００９−６６１４７号公報、特許４４５１４６０号公報、特許３５７２３０４号公報、特許３５５９７５５号のような階調反転処理を行うことで、白く明るく表示されている腺管構造の一部を暗くすることが考えられる。このように階調反転処理を行うことで、インジゴ撒布した場合のように腺管構造を際立たせることができる。しかしながら、階調反転処理は画像中の全画素に対して施されるため、腺管構造だけでなく血管構造の階調も反転してしまう。

例えば、図１５Ａ、Ｂのような狭帯域光観察時に得られる狭帯域光画像（青色狭帯域光の照射によって腺管構造Ｓと微細血管Ｖの両方が強調表示されている画像）に対して、階調反転処理を施すと、図２４Ａ、Ｂの狭帯域光反転画像ように、微細血管Ｖは明るくなって、腺管構造と同じ程度に目立ってしまう。このように、血管が目立ってしまうと、血管の存在が腺管構造の視認性を低下させることになるため、腺管構造の状態を正確に読み取ることが難しくなる。したがって、血管を目立たせることなく腺管構造を強調表示することが求められている。

なお、上記階調反転処理について記載された文献のうち、特許３５７２３０４号公報には、階調反転処理により血管の筋道を明瞭化することが記載されているが、狭帯域光観察時において腺管構造を明瞭化することや、血管を目立たせずに腺管構造を強調表示することについては全く触れられていない。また、その他の文献についても、狭帯域光観察時において腺管構造を明瞭化することや、血管を目立たせずに腺管構造を強調表示することについては全く触れられていない。

本発明は、血管を目立たせることなく、腺管構造を強調表示することができる画像処理装置及び内視鏡システムの作動方法を提供することを目的とする。

本発明の画像処理装置は、腺管構造及びこの腺管構造よりも暗い微細血管を含む第１画像を入力する画像入力部と、第１画像に対して、微細血管の表示を抑制する抑制処理と腺管構造を微細血管よりも暗くする階調反転処理を施して第２画像を生成する抑制・反転処理部と、
を備えることを特徴とする。

第１画像において、腺管構造は粘膜よりも明るく、微細血管は粘膜よりも暗くなっており、抑制・反転処理部は、第１画像に対して抑制処理を施す抑制部と、抑制処理が施された第１画像に対して、腺管構造を粘膜よりも暗くする階調反転処理を施す第１階調反転部と、
を備えることが好ましい。第１画像はＲＧＢ画像データからなり、第１階調反転部は、抑制処理が施されたＲＧＢ画像データの階調を反転させることが好ましい。抑制処理が施された第１画像を、明るさ情報を持つ明るさデータと色情報を持つ色データとに分離する分離部を備え、第１階調反転部は、明るさデータの階調を反転することが好ましい。

第１画像において、腺管構造は粘膜よりも明るく、微細血管は粘膜よりも暗くなっており、抑制・反転処理部は、第１画像に対して抑制処理を施す抑制部と、抑制処理が施された第１画像に対して、腺管構造を粘膜よりも暗くし、且つ腺管構造の色を青色系色素の色に近づける階調反転処理を施す第２階調反転部と、を備えることが好ましい。第２階調反転部の階調反転処理は、粘膜の色を、白色光で照明したときの粘膜の色に近づけることが好ましい。

第１画像はＲＧＢ画像データからなり、第２階調反転部は、抑制処理が施されたＲ画像データについては中間値が明るくなるように階調反転し、抑制処理が施されたＢ画像データについては中間値が暗くなるよう階調反転し、且つ、階調反転後の暗い部分が明るくなるように階調反転することが好ましい。抑制処理が施された第１画像を、明るさ情報を持つ明るさデータと色情報を持つ色データとに分離する分離部を備え、第２階調反転部は、明るさデータについて中間値が明るくなるように階調を反転し、色データに対しては黄色付近の色を青色に近づける階調処理を施すことが好ましい。青色系色素はインジゴであることが好ましい。

第１画像は、腺管構造及び微細血管を含む青色狭帯域画像を有することが好ましい。腺管及び微細血管を拡大する拡大手段を備え、第１画像は、拡大手段を用いる拡大観察時に得られることが好ましい。

本発明の内視鏡システムの作動方法は、画像入力部が、腺管構造及びこの腺管構造よりも暗い微細血管を含む第１画像を入力するステップと、抑制・反転処理部が、第１画像に対して、微細血管の表示を抑制する抑制処理と腺管構造を微細血管よりも暗くする階調反転処理を施して第２画像を生成するステップと、を有することを特徴とする

本発明によれば、血管を目立たせることなく、腺管構造を強調表示することができる。

内視鏡システムの外観図である。 第１実施形態の内視鏡システムの各構成を示すブロック図である。 白色光の発光スペクトルを示すグラフである。 特殊光の発光スペクトルを示すグラフである。 血管抑制部の各構成を示すブロック図である。 Ｂ画像信号の所定ラインにおける輝度分布を示すグラフである。 血管抽出画像の所定ラインにおける輝度分布を示すグラフである。 血管抑制用画像生成部内のＬＵＴの入出力関係を示すグラフである。 血管抑制用画像の所定ラインにおける輝度分布を示すグラフである。 血管抑制用画像をベース画像に合成して得られる血管抑制画像の所定ラインンにおける輝度分布を示すグラフである。 第１実施形態の階調反転に用いるＲＧＢ画像データ用のトーンカーブを示すグラフである。 階調反転処理を説明するための説明図である。 Ｌａｂ変換部及びＲＧＢ変換部を有する階調反転部のブロック図である。 第１実施形態の階調反転処理に用いるＬａｂデータ用のトーンカーブを示すグラフである。 第１実施形態における一連の流れを表したフローチャートである。 拡大観察時に得られる通常光画像の画像図である。 腺管構造を黒太線部で示した図１４Ａの画像図である。 拡大観察時に得られる第１特殊光画像（狭帯域光画像）の画像図である。 腺管構造を黒太線部で示した図１５Ａの画像図である。 拡大観察時に得られる血管抑制画像の画像図である。 腺管構造を黒太線部で示した図１６Ａの画像図である。 拡大観察時に得られる血管抑制・反転画像の画像図である。 腺管構造を黒太線部で示した図１７Ａの画像図である。 拡大観察時に得られる色素撒布画像の画像図である。 腺管構造を黒太線部で示した図１８Ａの画像図である。 第２実施形態の階調反転に用いるＲＧＢ画像データ用のトーンカーブを示すグラフである。 第２実施形態の階調反転処理に用いるＬａｂデータ用のトーンカーブを示すグラフである。 面順次方式の内視鏡システムにおける各構成を示すブロック図である。 回転フィルタの平面図である。 分光演算部を有する第２特殊光画像処理部のブロック図である。 拡大観察時に得られる狭帯域光反転画像の画像図である。 腺管構造を黒太線部で示した図２４Ａの画像図である。

［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態の内視鏡システム１０は、内視鏡１２と、光源装置１４と、プロセッサ装置１６と、モニタ１８と、コンソール２０とを有する。内視鏡１２は光源装置１４と光学的に接続されるとともに、プロセッサ装置１６と電気的に接続される。内視鏡１２は、検体内に挿入される挿入部２１と、挿入部の基端部分に設けられた操作部２２と、挿入部２１の先端側に設けられる湾曲部２３及び先端部２４を有している。操作部２２のアングルノブ２２aを操作することにより、湾曲部２３は湾曲動作する。この湾曲動作に伴って、先端部２４が所望の方向に向けられる。

また、操作部２２には、アングルノブ２２aの他、モード切替SW２２ｂと、ズーム操作部２２ｃが設けられている。モード切替SW２２ｂは、通常観察モードと、第１特殊観察モード、第２特殊観察モードの３種類のモード間の切り替え操作に用いられる。通常観察モードは、白色光を用いる観察モードである。第１及び第２特殊観察モードは青味を帯びた特殊光を用いる観察モードであり、第１特殊観察モードでは腺管構造と微細血管の両方を明瞭化し、第２特殊観察モードでは血管を抑制して、腺管構造を明瞭化する。ズーム操作部２２ｃは、内視鏡１２内のズーミングレンズ４７（図２参照）を駆動させて、検体を拡大させるズーム操作に用いられる。

プロセッサ装置１６は、モニタ１８及びコンソール２０と電気的に接続される。モニタ１８は、画像情報等を出力表示する。コンソール２０は、機能設定等の入力操作を受け付けるUI（ユーザーインターフェース）として機能する。なお、プロセッサ装置１６には、画像情報等を記録する外付けの記録部（図示省略）を接続してもよい。

図２に示すように、光源装置１４は、中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光を発する青色レーザ光源（４４５ＬＤ）３４と、中心波長４０５ｎｍの青紫色レーザ光を発する青紫色レーザ光源（４０５ＬＤ）３６とを発光源として備えている。これら各光源３４、３６の半導体発光素子からの発光は、光源制御部４０により個別に制御されており、青色レーザ光源３４の出射光と、青紫色レーザ光源３６の出射光の光量比は変更自在になっている。光源制御部４０は、通常観察モードの場合には、主に青色レーザ光源３４を駆動させ、青紫色レーザ光をわずかに発光するように制御している。これに対して、第１及び第２特殊観察モードの場合には、青色レーザ光源３４と青紫色レーザ光３６の両方を駆動させるとともに、青紫色レーザ光の発光比率を青色レーザ光の発光比率よりも大きくなるように制御している。

なお、青色レーザ光又は青紫色レーザ光の半値幅は±１０nm程度にすることが好ましい。また、通常観察モードの場合には、青紫色レーザ光３６の駆動を停止してもよい。また、青色レーザ光源３４及び青紫色レーザ光源３６は、ブロードエリア型のＩｎＧａＮ系レーザダイオードが利用でき、また、ＩｎＧａＮＡｓ系レーザダイオードやＧａＮＡｓ系レーザダイオードを用いることもできる。また、上記光源として、発光ダイオード等の発光体を用いた構成としてもよい。

これら各光源３４、３６から出射されるレーザ光は、集光レンズ、光ファイバ、合波器などの光学部材（いずれも図示せず）を介して、ライトガイド（ＬＧ）４１に入射する。ライトガイド４１は、光源装置１４と内視鏡１２を接続するユニバーサルコード（図示せず）内に内蔵されている。中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光又は中心波長４０５ｎｍの青紫色レーザは、ライトガイド４１を介して、内視鏡１２の先端部２４まで伝搬される。なお、ライトガイド４１としては、マルチモードファイバを使用することができる。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することができる。

内視鏡の先端部２４は照明光学系２４aと撮像光学系２４ｂを有している。照明光学系２４aには、ライトガイド４１からの中心波長４４５ｎｍの青色レーザ光又は中心波長４０５ｎｍの青紫色レーザが入射する蛍光体４４と、照明レンズ４５が設けられている。蛍光体４４に、青色レーザ光が照射されることで、蛍光体４４から蛍光が発せられる。また、一部の青色レーザ光は、そのまま蛍光体４４を透過する。青紫色レーザ光は、蛍光体４４を励起させることなく透過する。蛍光体４４を出射した光は、照明レンズ４５を介して、検体内に照射される。

ここで、通常観察モードにおいては、主に青色レーザ光が蛍光体４４に入射するため、図３Aに示すように、青色レーザ光、及び青色レーザ光により蛍光体４４から励起発光する蛍光を合波した白色光が、検体内に照射される。一方、第１及び第２特殊観察モードにおいては、青紫色レーザ光と青色レーザ光の両方が蛍光体４４に入射するため、図３Ｂに示すように、青紫色レーザ光、青色レーザ光、及び青色レーザ光により蛍光体４４から励起発光する蛍光を合波した特殊光が、検体内に照射される。この第１及び第２特殊観察モードでは、青紫色レーザ光の発光比率を青色レーザ光の発光比率よりも大きくしているため、特殊光は、青色成分を多く含み且つ波長範囲がほぼ可視光全域に及ぶ光となっている。

なお、蛍光体４４は、青色レーザ光の一部を吸収して、緑色〜黄色に励起発光する複数種の蛍光体（例えばＹＡＧ系蛍光体、或いはＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７）等の蛍光体）を含んで構成されるものを使用することが好ましい。本構成例のように、半導体発光素子を蛍光体４４の励起光源として用いれば、高い発光効率で高強度の白色光が得られ、白色光の強度を容易に調整できる上に、白色光の色温度、色度の変化を小さく抑えることができる。

図２に示すように、内視鏡１２の撮像光学系２４ｂは、撮像レンズ４６、ズーミングレンズ４７、センサ４８を有している。検体からの反射光は、撮像レンズ４６及びズーミングレンズ４７を介して、センサ４８に入射する。これにより、センサ４８に検体の反射像が結像される。ズーミングレンズ４７は、ズーム操作部２２ｃを操作することで、テレ端とワイド端との間を移動する。ズーミングレンズ４７がワイド端側に移動すると検体の反射像が拡大する一方で、テレ端側に移動することで、検体の反射像が縮小する。

センサ４８はカラーの撮像素子であり、検体の反射像を撮像して画像信号を出力する。なお、センサ４８は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等であることが好ましい。本発明で用いられるイメージセンサは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青)の３色の画像信号を得るためのカラーイメージセンサ、撮像面にＲＧＢフィルタを備えた、いわゆるＲＧＢイメージセンサであっても良いし、撮像面にＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）及びＧ（緑）の補色フィルタを備えた、いわゆる補色イメージセンサであっても良い。補色イメージセンサの場合には、ＣＭＹＧの４色の画像信号から色変換によってＲＧＢの３色の画像信号を得ることができる。この場合には、ＣＭＹＧの４色の画像信号からＲＧＢの３色の画像信号に色変換する色変換手段を、内視鏡１２、光源装置１４又はプロセッサ装置１６のいずれかに備えている必要がある。

センサ４８から出力される画像信号は、ＣＤＳ・ＡＧＣ回路５０に送信される。ＣＤＳ・ＡＧＣ回路５０は、アナログ信号である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。ＣＤＳ・ＡＧＣ回路５０を経た画像信号は、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄコンバータ）５２により、デジタル画像信号に変換される。Ａ／Ｄ変換されたデジタル画像信号は、プロセッサ装置１６に入力される。

プロセッサ装置１６は、受信部５４と、画像処理切替部６０と、通常光画像処理部６２と、第１特殊光画像処理部６４、第２特殊光画像処理部６５と、画像表示信号生成部６６とを備えている。受信部５４は内視鏡１２からのデジタル画像信号を受信する。この受信部５４は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）５６とノイズ除去部５８を備えている。ＤＳＰ５６は、デジタル画像信号に対してガンマ補正、色補正処理を行う。ノイズ除去部５８は、ＤＳＰ５６でガンマ補正等が施されたデジタル画像信号に対してノイズ除去処理（例えば移動平均法やメディアンフィルタ法等）を施すことによって、デジタル画像信号からノイズを除去する。ノイズが除去されたデジタル画像信号は、画像処理切替部６０に送信される。

画像処理切替部６０は、モード切替ＳＷ２２ｂにより通常観察モードにセットされている場合には、デジタル画像信号を通常光画像処理部６２に送信する。一方、第１特殊観察モードに設定されている場合には、デジタル画像信号を第１特殊光画像処理部６４に送信し、第２特殊観察モードに設定されている場合には、デジタル画像信号を第２特殊光画像処理部６５に送信する。

通常光画像処理部６２は、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、入力されたＲＧＢ３チャンネルのデジタル画像信号を、それぞれＲ画像データ、Ｇ画像データ、Ｂ画像データに割り付ける。これらＲＧＢの画像データに対しては、更に、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、色変換済ＲＧＢ画像データに対して、各種色彩強調処理を施す。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、通常光画像とし画像表示信号生成部６６に入力される。

第１特殊光画像処理部６４は、色変換部７４と、色彩強調部７６と、構造強調部７７とを有する。色変換部７４は、ＲＧＢ３チャンネルのデジタル画像信号のうち、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る。ここで、Ｂ画像データにはＢ画像信号が割り付けられているものの、Ｇ画像データにはＧ画像信号ではなくＢ画像信号が割り付けられており、Ｒ画像データにはＲ画像信号ではなくＧ画像信号が割り付けられているため、これらＢＧＲ画像データに基づいてモニタ１８上に表示される画像は、疑似カラー画像となる。なお、この色変換部７４では、色変換部６８のように、ＲＧＢ画像信号をそれぞれＲＧＢ画像データに割り付けて、白色ベースの画像を生成してもよい。

色彩強調部７６は、色彩強調部７０と同様、色変換済ＲＧＢ画像データに対して、各種色彩強調処理を施す。構造強調部７７は、構造強調部７２と同様、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７７で構造強調処理が施されたＲＧＢ画像データは、第１特殊光画像として、画像表示信号生成部６６に入力される。

第２特殊光画像処理部６５は、入力されたＲＧＢ３チャンネルのデジタル画像信号に対して、血管の表示を抑制する血管抑制処理を施して、血管抑制画像を生成する血管抑制部７８と、血管抑制画像に対して階調を反転する階調反転処理を施して、血管の表示を抑制しつつ腺管構造の表示を強調した血管抑制・反転画像を生成する階調反転部７９とを有する。

図４に示すように、血管抑制部７８は、ベース画像生成部８０と、周波数フィルタリング処理部８１と、血管抑制用画像生成部８２と、画像合成部８３とを備えている。ベース画像生成部８０は、色変換部７４と同様、ＲＧＢ３チャンネルのデジタル画像信号のうち、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る。これらＲＧＢ画像データがベース画像となる。このベース画像は、第１特殊光画像であるため、モニタ１８上では疑似カラーで表示される。なお、ベース画像生成部では、色変換部６８のように、ＲＧＢ画像信号をそれぞれＲＧＢ画像データに割り付けて、疑似カラーでない白色ベースのベース画像を生成してもよい。

このベース画像のＢ画像データには、腺管構造や微細血管に対して構造強調効果を施すことができる青紫色レーザ光及び青色レーザ光など青色帯域の反射成分を多く有している。そのため、図５に示すように、ベース画像のＢ画像データ８４では、腺管構造S（Structure）は、青紫色レーザ光及び青色レーザ光など青色成分の光によって、粘膜M（Mucous membrane）よりも明るく表示される。これは、青色成分の光は、腺管構造Ｓがある粘膜表層付近で反射しやすいためである。また、青紫色レーザ光及び青色レーザ光は、キセノン光などの広帯域光を波長分離して得られる青色狭帯域光と異なり、直進性の高い光であるため、腺管構造のpit部分の底面まで深達する。この効果によって、腺管構造Ｓは更に明るく表示されるようになる。一方、微細血管Ｖ（Vascular）は、特殊光のうち青紫色レーザ光及び青色レーザ光などヘモグロビンの吸光係数が高い青色成分の光を良く吸収するため、粘膜Ｍよりも暗くなっている。

周波数フィルタリング処理部８１は、ＲＧＢ３チャンネルのデジタル画像信号のうちＢ画像信号に対して、粘膜表層にある微細血管に対応する周波数帯域成分を抽出する周波数フィルタリング処理を施して、血管抽出画像信号を生成する。図６に示すように、血管抽出画像信号８５では、周波数フィルタリング処理の抽出帯域成分に含まれている微細血管Vの画素は、出力値が「負」となるダウンエッジとなっている。これに対して、周波数フィルタリング処理の抽出帯域成分に含まれていない腺管構造Ｓは、出力値はほぼ「０」となっている。また、粘膜M（Mucous membrane）は、輝度値の変化がほとんど無いため、出力値はほぼ「０」となっている。なお、腺管構造を強調する場合には、抽出帯域成分に腺管構造の周波数帯域も含むようにすることで、微細血管とともに腺管構造も抽出する。この場合の血管抽出画像信号には、出力値が「正」となるアップエッジの腺管構造の画素も含まれるようになる。

血管抑制用画像生成部８２は、血管抽出画像信号から、微細血管の表示抑制に用いられる血管抑制用画像を生成する。この血管抑制用画像生成部８２は、血管抽出画像信号を入力して血管抑制用画像を出力するＬＵＴ８２ａを備えている。ＬＵＴ８２ａは、図７の入出力関係に示すように、血管抽出画像信号のうち負の値の入力に対して、正の値を出力する。これにより、図８に示すように、微細血管Ｖの画素が「正」となる血管抑制用画像が得られる。この血管抑制用画像を、ベース画像上に加算することで、微細血管の明るさが粘膜に近づいて、粘膜と微細血管とのコントラストが低下もしくは両者の違いがほとんど無くなる。

なお、ＬＵＴ８２ａでは、図７の入出力関係に示すように、血管抽出画像信号のうち正の値（アップエッジ）の入力に対して「０」を出力するが、腺管構造を強調させる場合には、「正」の値を出力するようにしてもよい。このとき、出力する「正」の値は、強調度に応じて、大きくすることが好ましい。また、図７の入出力関係はコンソール２０などにより適宜調整することができる。その際、血管抑制用画像をベース画像に加算したときに、微細血管の画素と粘膜の画素の画素値がほぼ同じになるように、調整することが好ましい。

画像合成部８３は、血管抑制用画像をベース画像に合成することにより、微細血管の表示を抑制させた血管抑制画像を作成する。この画像合成部８３では、ベース画像のうちＢ画像データの各画素（Ｂｃｈ）に対して、血管抑制用画像の各画素の値を加算するが、Ｇ画像データ又はＲ画像データの各画素に対しても強調・抑制画像の各画素の値を加算してもよい。なお、血管抑制用画像とベース画像の合成により、微細血管が粘膜と識別できなくなる程度にまで抑制すること（即ち、微細血管を消滅させること）が好ましい。

例えば、図９に示すように、血管抑制画像１００（図８参照）をベース画像１０５のＢｃｈ（Ｂ画像データの各画素）に合成した場合には、微細血管Ｖと周囲の粘膜Ｍとのコントラストが低下して、微細血管Ｖの表示が抑制された血管抑制画像１１０が得られる（点線は合成前の輝度値を示している）。

階調反転部７９は、血管抑制画像のＲＧＢ画像データに対して、階調反転処理を施す。この階調反転部７９では、血管抑制画像のＲＧＢ画像データの入力に対して、図１０に示すＲＧＢ画像データ用のトーンカーブ１２５ａ〜１２５ｃに従って、階調を反転した血管抑制・反転画像のＲＧＢ画像データを出力する。これにより、中間値の部分はそのままの明るさを維持する一方で、明るい部分は暗くなり、反対に暗い部分は明るくなる。出力後の血管抑制・反転画像のＲＧＢ画像データは、第２特殊光画像として画像表示信号生成部６６に送信される。なお、トーンカーブ１２５ａ〜１２５ｃに関するデータは、階調反転部７９内のＬＵＴ７９ａに記憶されている。

例えば、血管抑制画像１１０（図９参照）のＢ画像データに対して階調反転処理を施した場合は、図１１に示すような血管抑制・反転画像１１２のＢ画像データが得られる。この血管抑制・反転画像１１２のＢ画像データでは、腺管構造Ｓは粘膜Ｍよりも暗くなる。このように腺管構造Ｓを粘膜Ｍよりも暗い色で表すことで、インジゴ撒布した場合のように腺管構造Ｓを際立たせることができる。これに対して、微細血管Ｖはもともと粘膜の明るさに近いため、階調反転処理を施したとしても、階調反転後の微細血管Ｖは粘膜Ｍよりも若干明るくなる程度で、粘膜Ｍの明るさとほとんど変わらない。したがって、血管抑制・反転画像１１２は、血管の存在が腺管構造の視認性を妨げることがなく、また、色素観察に慣れているドクターが違和感無く腺管構造の状態を読み取ることができる画像となっている。

なお、階調反転部７９では、血管抑制画像のＲＧＢ画像データに階調反転処理を施す代わりに、血管抑制画像のＲＧＢ画像データを明るさデータと色データに分離し、明るさデータに対してのみ階調反転処理を施してもよい。階調反転後は、階調反転処理後の明るさデータと色データをＲＧＢ変換することによって、血管抑制・反転画像のＲＧＢ画像データを生成する。

例えば、血管抑制画像のＲＧＢ画像データをＬａｂ変換する場合には、図１２Ａに示すように、階調反転部７９に、Ｌａｂ変換部７９ｂと、ＲＧＢ変換部７９ｃを設ける。まず、Ｌａｂ変換部７９ｂにおいて、血管抑制画像のＲＧＢ画像データを、Ｌａｂ変換により、明るさ情報を持つＬデータと、赤色〜緑色に関する色情報を持つａデータと、青色〜黄色に関する色情報を持つｂデータとに分離する。そして、図１２Ｂに示すように、Ｌデータに対しては、トーンカーブ１２７ａに従って、階調を反転させる処理を行う一方、ａデータとｂデータについては、トーンカーブ１２７ｂ，１２７ｃに従って、階調を維持する処理を行う。これにより、色調を変えることなく、腺管構造Ｓを粘膜よりも暗いインジゴの色に近づけることができる。

これらＬデータ、ａデータ、ｂデータは、ＲＧＢ変換部７９ｃで、ＲＧＢ変換が施されて、血管抑制・反転画像のＲＧＢ画像データに変換される。なお、明るさデータと色データの分離は、Ｌａｂ変換の他、ＹＣｂＣｒ変換により行ってもよい。また、トーンカーブ１２７ａ〜１２７ｃに関するデータは、階調反転部７９内のＬＵＴ７９ａに記憶されている。

画像表示信号生成部６６は、通常光画像処理部６２、第１特殊光画像処理部６４、第２特殊光画像処理部６５から入力された通常光画像、第１特殊光画像、第２特殊光画像を、モニタ１８で表示可能画像として表示するための表示画像信号に変換する。この変換後の表示画像信号に基づいて、モニタ１８は、通常光画像、第１特殊光画像、第２特殊光画像を表示する。

次に、本実施形態における一連の流れを図１３のフローチャートに沿って説明する。まず、通常観察モードにおいて、遠景状態からスクリーニングを行う。このスクリーニング時に、ブラウニッシュエリアや発赤など病変の可能性がある部位（病変可能性部位）を検出したときには、ズーム操作部２２ｃを操作して、その病変可能性部位を拡大する拡大観察を行う。この拡大観察時には、図１４Ａ、Ｂに示すような、微細構造Ｓが拡大化した通常光画像がモニタ１８上に表示される。この通常光画像から腺管構造の状態を正確に読み取ることができる場合には、その通常光画像に基づいて、病変可能性部位が病変もしくは非病変か否かの判断を行う。

しかしながら、図１４Ａと図１４Ｂとを比較して分かるように、腺管構造Ｓのコントラストが低いため、通常光画像から腺管構造Ｓの状態を正確に読み取ることは一般的には難しい。そこで、ほとんどの場合は、モード切替ＳＷ２２ｂを操作して、第１特殊観察モードに切り替えられる。これにより、図１５Ａ、１５Ｂに示すような、腺管構造Ｓと微細血管Ｖが強調表示された第１特殊光画像がモニタ１８に表示される。

そして、ドクターは、第１特殊光画像から腺管構造の状態を正確に読み取ることができる場合には、その第１特殊光画像に基づいて、病変可能性部位が病変もしくは非病変か否かの判断を行う。この第１特殊光画像は、腺管構造Ｓを強調表示するため、図１４Ａ、Ｂの通常光画像と比較すると、腺管構造Ｓの状態を読み取るのに有用である。しかしながら、第１特殊光画像は、腺管構造Ｓだけでなく微細血管Ｖも強調表示している。そのため、腺管構造Ｓが一部消滅している場合などには、微細血管Ｖの存在が腺管構造の視認性を妨げることがある。この場合には、腺管構造の状態を正確に読み取れない場合がある。

このような場合には、モード切替ＳＷ２２ｂを操作して、第２特殊観察モードに切り替える。この第２特殊観察モードでは、まず、検体内の撮像で得られたＲＧＢ画像信号に対して、血管抑制部７８で血管の表示を抑制する処理を施す。これにより、図１６Ａ、Ｂに示すような、微細血管Ｖの表示が抑制された血管抑制画像が得られる。この血管抑制画像は、図１５Ａ，Ｂの第１特殊光画像と比較すると、微細血管Ｖの存在が腺管構造Ｓの視認性を妨げることがないため、腺管構造Ｓの状態を読み取りやすくなる。

そして、更に、階調反転部７９で、血管抑制画像に対して階調反転処理を施すことによって、図１７Ａ，Ｂに示すような、微細血管Ｖの表示を抑制しつつ、腺管構造Ｓを暗くしてコントラストを向上させた血管抑制・反転画像が得られる。この血管抑制・反転画像は、第２特殊光画像としてモニタ１８に表示される。第２特殊光画像は、微細血管Ｖの表示抑制により微細血管Ｖの存在が腺管構造Ｓの視認性を妨げることがなく、また、腺管構造Ｓが暗くなっているため、インジゴの色に近づいている。したがって、この第２特殊光画像は、インジゴを撒布したときに得られる画像とほぼ同様の画像であるため、色素観察に慣れたドクターも、戸惑うことなく、腺管構造の読み取りを的確に行うことができるようになる。

そして、ドクターは、第２特殊光画像から腺管構造の状態を正確に読み取ることができる場合には、その第２特殊光画像に基づいて、病変可能性部位が病変もしくは非病変か否かの判断を行う。一方、第２特殊光画像から腺管構造の状態を正確に読み取ることができない場合には、最終的手段として、インジゴなどの色素を撒布する。この色素撒布により、腺管構造のpit部分に色素が流れ込む。これにより、図１８Ａ、Ｂに示すような、腺管構造Ｓが強調表示された色素撒布画像がモニタ１８に表示される。

そして、ドクターは、モニタ１８に表示された色素撒布画像に基づいて、腺管構造Ｓの状態を読み取って、病変可能性部位が病変もしくは非病変か否かの判断を行う。なお、色素撒布画像の観察後には、撒布した色素を洗浄する必要がある。そのため、色素撒布画像による観察は、第２特殊光画像で読み取れない場合に行われる最終的手段である。

［第２実施形態］
第１実施形態では、階調反転処理によってインジゴ撒布した場合のように腺管構造を際立たせたが、第２実施形態では、これに加えて、粘膜の色を、白色光で撮像したときの色に近づくようにするとともに、腺管構造の色を更にインジゴの色に近づける処理を行う。この第２実施形態では、血管抑制画像のＲＧＢ画像データの入力に対して、図１９に示すＲＧＢ画像データ用のトーンカーブ１８０ａ〜１８０ｃに従って、階調を反転した血管抑制・反転画像のＲＧＢ画像データを出力する。

Ｒ画像データ用のトーンカーブ１８０ａは凸状を有していることから、入力されたＲ画像データのうち中間値は若干大きくなって出力される。これに対して、Ｂ画像データ用のトーンカーブ１８０ｃは凹状を有しているため、入力されたＢ画像データのうち中間値は若干小さくなって出力される。また、Ｇ画像データ用のトーンカーブ１８０ｂは線形であるため、入出力前後での中間値のバランスはほぼ維持される。したがって、階調反転後のＲＧＢ画像データを合成した血管抑制・反転画像では、大部分が中間値を占める粘膜の色は赤味を帯びるようになる。この血管抑制・反転画像上における赤味を帯びた粘膜の色は、白色光で撮像したときの色とほぼ同様である。

また、Ｂ画像データ用のトーンカーブ１８０ｃは、入力されたＢ画像データのうちハイライト部分（即ち、腺管構造Ｓの部分）を階調反転によってシャドウ部として出力する際、シャドウ部の明るさが若干明るくなるように定義されている。このようにＢ画像のシャドウ部（即ち、腺管構造Ｓの部分）を若干明るくすることで、血管抑制・反転画像では、腺管構造の色が青味を帯びるようになる。これにより、腺管構造の色は、インジゴの色に近づくようになる。

なお、血管抑制画像のＲＧＢ画像データをＬａｂ変換して階調反転する場合には、図２０に示すトーンカーブ１８２ａ〜１８２ｃが用いられる。Ｌデータ用のトーンカーブ１８２ａは凸状を有しているため、入力されたＬデータのうち中間値は若干大きくなって出力される。一方、ａデータ用のトーンカーブ１８２ｂとｂデータ用のトーンカーブ１８２ｃは線形であるため、入出力前後での中間値のバランスは維持される。また、ｂデータ用のトーンカーブ１８２ｃは、入力されたｂデータのうち黄色付近の色が青色に近づくように、定義されている。したがって、Ｌデータ、ａデータ、ｂデータをＲＧＢ変換した後の血管抑制・反転画像では、中間値を占める粘膜は白色光で撮像したときの色に近づくとともに、腺管構造の色はインジゴの色に近づくようになる。

上記第１、第２実施形態では、各観察モードに必要な複数の画像信号をカラーのセンサで同時に取得する同時方式で本発明の実施を行ったが、これに代えて、各観察モードに必要な複数の画像信号をモノクロのセンサで順次取得する面順次式であっても同様に本発明の実施が可能である。

図２１に示すように、面順次式の内視鏡システム２００の光源装置１４には、青色レーザ光源３４、青紫色レーザ光源３６、光源制御部４０の代わりに、広帯域光源２０２、回転フィルタ２０４、フィルタ切替部２０５が設けられている。また、内視鏡１２の照明光学系２４ａには、蛍光体４４が設けられていない。また、撮像光学系２４ｂには、カラーのセンサ４８の代わりに、カラーフィルタが設けられていないモノクロのセンサ２０６が設けられている。それ以外については、第１実施形態の内視鏡システム１０と同様である。

広帯域光源２２はキセノンランプ、白色ＬＥＤなどであり、波長域が青色から赤色に及ぶ白色光を発する。回転フィルタ２０４は、内側に設けられた通常観察モード用フィルタ２０８と、外側に設けられた第１及び第２特殊観察モード用フィルタ２０９とを備えている（図２２参照）。フィルタ切替部２０５は、回転フィルタ２０４を径方向に移動させるものであり、モード切替ＳＷ２２ｂにより通常観察モードにセットされたときに、回転フィルタ２０４の通常観察モード用フィルタ２０８を白色光の光路に挿入し、第１及び第２特殊観察モードにセットされたときに、回転フィルタ２０４の特殊観察モード用フィルタ２０９を白色光の光路に挿入する。

図２２に示すように、通常観察モード用フィルタ２０８には、周方向に沿って、白色光のうち青色光を透過させるＢフィルタ２０８ａ、白色光のうち緑色光を透過させるＧフィルタ２０８ｂ、白色光のうち赤色光を透過させるＲフィルタ２０ｃが設けられている。したがって、通常観察モード時には、回転フィルタ２０４が回転することで、青色光、緑色光、赤色光が交互に検体内に照射される。

第１及び第２特殊観察モード用フィルタ２０９には、周方向に沿って、白色光のうち中心波長４１５nmの青色狭帯域光を透過させるＢｎフィルタ２０９ａと、白色光のうち中心波長５４０nmの緑色狭帯域光を透過させるＧｎフィルタ２０９ｂが設けられている。したがって、特殊観察モード時には、回転フィルタ２０４が回転することで、青色狭帯域光、緑色狭帯域光が交互に検体内に照射される。

面順次方式の内視鏡システム２００では、通常観察モード時には、青色光、緑色光、赤色光が検体内に照射される毎にモノクロのセンサ２０６で検体内を撮像する。これにより、ＲＧＢの３色の画像信号が得られる。そして、それらＲＧＢの画像信号に基づいて、上記第１実施形態と同様の方法で、通常光画像が生成される。

一方、第１及び第２特殊観察モード時には、青色狭帯域光、緑色狭帯域光が検体内に照射される毎にモノクロのセンサ２０６で検体内を撮像する。これにより、Ｂｎ画像信号と、Ｇｎ画像信号が得られる。これらＢｎ画像信号と、Ｇｎ画像信号に基づいて、第１及び第２特殊光画像の生成が行われる。なお、第１特殊光画像を生成する際には、第１及び第２実施形態と異なり、Ｂｎ画像信号をＢ画像データ及びＧ画像データに割り付け、Ｇｎ画像信号をＲ画像データに割り付けることによって、第１特殊光画像を生成する。それ以外については、第１及び第２実施形態と同様である。

また、第２特殊光画像を生成する際には、第１及び第２実施形態と異なり、Ｂｎ画像信号をＢ画像データ及びＧ画像データに割り付け、Ｇｎ画像信号をＲ画像データに割り付けることによって、ベース画像を生成する。また、血管抑制用画像の生成には、Ｂ画像信号の代わりに、Ｂｎ画像信号が用いられる。それ以外については、第１及び第２実施形態と同様の方法で、第２特殊光画像の生成が行われる。

なお、上記実施形態では、血管の表示を抑制した血管抑制画像に対して階調反転処理を施して、血管抑制・反転画像を生成したが、反対に、階調反転した階調反転画像に対して、血管の表示を抑制する処理を行って、血管抑制・反転画像を生成してもよい。

なお、上記実施形態では、Ｂ画像信号に対して周波数フィルタリング処理を施すことによって、微細血管を抽出したが、微細血管の抽出方法はこれに限る必要はない。例えば、Ｂ画像信号とＧ画像信号間の輝度比Ｂ／Ｇで構成されるＢ／Ｇ画像から、微細血管を抽出する方法も考えられる。この場合には、Ｂ／Ｇ画像のうち、輝度比Ｂ／Ｇが一定値を下回る画素を、微細血管の画素として抽出することができる。このようにＢ／Ｇ画像から微細血管を抽出することができるのは、粘膜の画素では、Ｂ画像信号とＧ画像信号のバランスは一定であるに対して、微細血管の画素では、青色成分でのヘモグロビンの吸収によるＢの画像信号の値の低下によって、輝度比Ｂ／Ｇが粘膜の画素よりも低くなるためである。

なお、上記第１実施形態では、蛍光体４４を内視鏡１２の先端部２４に設けたが、これに代えて、蛍光体４４を光源装置１４内に設けてもよい。この場合には、ライトガイド４１と青色レーザ光源３４との間に、蛍光体４４を設けることが好ましい。

なお、上記同時式の内視鏡システム１０では、血管抑制・反転画像の作成に、青色レーザ光及び青紫色レーザ光の狭帯域波長情報が含まれる狭帯域信号であるＢ画像信号を用い、上記面順次式の内視鏡システム２００では、血管抑制・反転画像の作成に、青色狭帯域光の狭帯域波長情報が含まれる狭帯域信号であるＢｎ画像信号を用いたが、白色画像などの広帯域画像に基づく分光演算により、腺管構造に関する情報を多く持つ青色狭帯域画像信号を生成し、この青色狭帯域画像信号を血管抑制・反転画像の作成に用いてもよい。

この場合には、同時式の内視鏡システム１０の第２特殊観察モード時において、特殊光の代わりに、白色光を照明する。そして、図２３に示すように、受信部５４と血管抑制部７８との間に設けた分光演算部３００において、白色光の発光・撮像により得られるＲＧＢ画像信号に基づく分光演算処理を行う。これにより、腺管構造に関する情報を多く持つ青色狭帯域画像信号（例えば、４１５nmの波長情報を持つ青色狭帯域画像信号）を生成する。分光演算の方法は、特開2003-093336号公報に記載の方法を用いる。この分光演算部３００で生成された青色狭帯域画像信号と、ＧＲ画像信号に基づいて、上記実施形態と同様の手順で、血管抑制・反転画像が生成される。なお、白色光としては、蛍光体４４により得られる白色光の他、キセノンランプなどの広帯域光源から発せられる白色光を用いてもよい。

なお、上記実施形態では、本発明の実施を内視鏡の診断中に行ったが、これに限らず、内視鏡診断後、内視鏡システムの記録部に記録しておいた内視鏡画像に基づいて、本発明の実施を行ってもよい。この場合には、内視鏡システムにおいて、記録部内の画像をプロセッサ装置に入力するための画像入力部を設ける必要がある。

１０，２００ 内視鏡システム
４７ ズーミングレンズ（拡大手段）
４８，２０６ センサ（画像入力部）
６５ 第２特殊光画像処理部（抑制・反転処理部）
７８ 血管抑制部（抑制部）
７９ 階調反転部（第１階調反転部、第２階調反転部）
７９ｂ Ｌａｂ変換部（分離部）
７９ｃ ＲＧＢ変換部
１１０ 血管抑制画像
１１２ 血管抑制・反転画像
１２５ａ〜１２５ｃ，１８０ａ〜１８０ｃ ＲＧＢ画像データ用トーンカーブ
１２７ａ〜１２７ｃ，１８２ａ〜１８２ｃ Ｌデータ用、ａデータ用、ｂデータ用トーンカーブ

Claims (12)

1. 腺管構造及びこの腺管構造よりも暗い微細血管を含む第１画像を入力する画像入力部と、
   前記第１画像に対して、前記微細血管の表示を抑制する抑制処理と前記腺管構造を前記微細血管よりも暗くする階調反転処理を施して第２画像を生成する抑制・反転処理部と、
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記第１画像において、前記腺管構造は粘膜よりも明るく、前記微細血管は粘膜よりも暗くなっており、
   前記抑制・反転処理部は、
   前記第１画像に対して前記抑制処理を施す抑制部と、
   前記抑制処理が施された前記第１画像に対して、前記腺管構造を粘膜よりも暗くする階調反転処理を施す第１階調反転部と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記第１画像はＲＧＢ画像データからなり、
   前記第１階調反転部は、前記抑制処理が施された前記ＲＧＢ画像データの階調を反転させることを特徴とする請求項２記載の画像処理装置。
4. 前記抑制処理が施された第１画像を、明るさ情報を持つ明るさデータと色情報を持つ色データとに分離する分離部を備え、
   前記第１階調反転部は、前記明るさデータの階調を反転することを特徴とする請求項２記載の画像処理装置。
5. 前記第１画像において、前記腺管構造は粘膜よりも明るく、前記微細血管は粘膜よりも暗くなっており、
   前記抑制・反転処理部は、
   前記第１画像に対して前記抑制処理を施す抑制部と、
   前記抑制処理が施された前記第１画像に対して、前記腺管構造を粘膜よりも暗くし、且つ前記腺管構造の色を青色系色素の色に近づける階調反転処理を施す第２階調反転部と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
6. 前記第２階調反転部の階調反転処理は、前記粘膜の色を、白色光で照明したときの粘膜の色に近づけることを特徴とする請求項５記載の画像処理装置。
7. 前記第１画像はＲＧＢ画像データからなり、
   前記第２階調反転部は、前記抑制処理が施されたＲ画像データについては中間値が明るくなるように階調反転し、前記抑制処理が施されたＢ画像データについては中間値が暗くなるよう階調反転し、且つ、階調反転後の暗い部分が明るくなるように階調反転することを特徴とする請求項６記載の画像処理装置。
8. 前記抑制処理が施された第１画像を、明るさ情報を持つ明るさデータと色情報を持つ色データとに分離する分離部を備え、
   前記第２階調反転部は、前記明るさデータについて中間値が明るくなるように階調を反転し、前記色データに対しては黄色付近の色を青色に近づける階調処理を施すことを特徴とする請求項６記載の画像処理装置。
9. 前記青色系色素はインジゴであることを特徴とする請求項５ないし８いずれか１項記載の画像処理装置。
10. 前記第１画像は、前記腺管構造及び前記微細血管を含む青色狭帯域画像を有することを特徴とする請求項１ないし９いずれか１項記載の画像処理装置。
11. 前記腺管構造及び前記微細血管を拡大する拡大手段を備え、
    前記第１画像は、前記拡大手段を用いる拡大観察時に得られることを特徴とする請求項１ないし１０いずれか１項記載の画像処理装置。
12. 画像入力部が、腺管構造及びこの腺管構造よりも暗い微細血管を含む第１画像を入力するステップと、
    抑制・反転処理部が、前記第１画像に対して、前記微細血管の表示を抑制する抑制処理と腺管構造を微細血管よりも暗くする階調反転処理を施して第２画像を生成するステップと、
    を有することを特徴とする内視鏡システムの作動方法。