JP6461797B2 - 蛍光観察装置 - Google Patents

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Description

本発明は、蛍光観察装置に関するものである。
従来、蛍光薬剤を用いて病変部を診断する蛍光観察装置において、生体組織の白色光画像のうち、蛍光が検出された領域を所定の色のマーカに置換して表示する方法が知られている。これにより、観察者は、視野に存在する病変部を確実に認識することができる。その一方で、マーカが付されている病変部がどのような形態を有しているのかを観察することができないという不都合がある。さらに、白色光画像に対して異質なマーカは、観察者に不自然さ与えるという不都合がある。特に、蛍光として誤検出された細かなノイズもマーカとして表示されることによって、観察者に画像のちらつき感を与えてしまう。
そこで、白色光画像を構成するＲ、Ｇ、Ｂの成分画像のうちいずれかに、病変部からの蛍光を撮影した蛍光画像を割り当てることによって、白色光画像に蛍光画像を重畳表示する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この方法によって生成された重畳画像は、蛍光画像内の蛍光領域と対応する領域においても、白色光画像の情報を含んでいる。したがって、病変部の形態観察を妨げることなく、また、観察者に不自然さやちらつき感を与えることなく、蛍光領域を表示することができる。
国際公開第２０１１／１３５９９２号 特開２００３−１０１０１号公報
しかしながら、特許文献１の方法では、白色光画像のような明るい戻り光画像に対して蛍光の強度が低い場合に、重畳画像において蛍光領域の十分な視認性を確保することが難しいという問題がある。
そこで、蛍光像と照明光像とを光電変換素子によって受光および光電変換して蛍光像および照明光像のそれぞれを表すアナログ信号を取得し、蛍光像を表すアナログ信号を、照明光像を表すアナログ信号よりも大きいゲインで増幅する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、光電変換素子や、該光電変換素子によって生成されたアナログ信号を処理するＡＤ変換回路には、ダイナミックレンジが存在する。したがって、明るい照明光像に対して蛍光の強度が低い場合に、蛍光像を表すアナログ信号に対し、重畳画像において蛍光領域の十分な視認性を得るのに十分なゲインを確保することが難しい場合がある。
また、モニタ等の画像を表示する手段にも、表示上のダイナミックレンジが存在する。したがって、モニタ上で照明光画像がある程度の明るさで表示されている場合、仮に蛍光像を表すアナログ信号のゲインを十分に大きく確保できたとしても、重畳画像において蛍光領域の十分な視認性を確保するのに十分な明るさで蛍光領域を表示できない場合がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、白色光画像に蛍光画像を重畳表示した画像において、蛍光領域の視認性を向上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。
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、被検体に対して照明光および励起光を照射する光源と、該光源から前記照明光が照射されることによって前記被検体から発せられる戻り光を撮影した戻り光画像を生成する戻り光画像生成部と、前記光源から前記励起光が照射されることによって前記被検体から発せられる蛍光を撮影した蛍光画像を生成する蛍光画像生成部と、該蛍光画像生成部によって生成された前記蛍光画像から、所定の階調値閾値以上の階調値を有する蛍光領域を検出する蛍光検出部と、前記戻り光画像の階調値を調整する戻り光画像調整部と、該戻り光画像調整部によって階調値を調整された戻り光画像と前記蛍光画像とを重畳した重畳画像を生成する重畳画像生成部と、前記蛍光検出部による前記蛍光領域の検出結果に基づいて、前記戻り光画像調整部による前記戻り光画像の階調値の低減幅を設定する係数設定部とを備え、該係数設定部は、前記蛍光検出部によって前記蛍光領域が検出された場合に、前記蛍光検出部によって前記蛍光領域が検出されなかった場合に比べて前記戻り光画像の階調値が低減するように、前記低減幅を設定し、前記蛍光検出部によって検出された前記蛍光領域の階調値が大きい程、前記戻り光画像の階調値の前記低減幅を小さくする蛍光観察装置を提供する。
また、本発明は、被検体に対して照明光および励起光を照射する光源と、該光源から前記照明光が照射されることによって前記被検体から発せられる戻り光を撮影した戻り光画像を生成する戻り光画像生成部と、前記光源から前記励起光が照射されることによって前記被検体から発せられる蛍光を撮影した蛍光画像を生成する蛍光画像生成部と、該蛍光画像生成部によって生成された前記蛍光画像から、所定の階調値閾値以上の階調値を有する蛍光領域を検出する蛍光検出部と、前記戻り光画像の階調値を調整する戻り光画像調整部と、該戻り光画像調整部によって階調値を調整された戻り光画像と前記蛍光画像とを重畳した重畳画像を生成する重畳画像生成部と、前記蛍光検出部による前記蛍光領域の検出結果に基づいて、前記戻り光画像調整部による前記戻り光画像の階調値の低減幅を設定する係数設定部とを備え、該係数設定部は、前記蛍光検出部によって前記蛍光領域が検出された場合に、前記蛍光検出部によって前記蛍光領域が検出されなかった場合に比べて前記戻り光画像の階調値が低減するように、前記低減幅を設定し、前記戻り光画像の色調と前記重畳画像内の前記蛍光領域の表示色とのコントラストが高い程、前記戻り光画像の階調値の前記低減幅を小さくする蛍光観察装置を提供する。
本発明によれば、光源からの照明光の照射によって被検体の形態を撮影した戻り光画像が戻り光画像生成部によって生成され、光源からの励起光の照射によって被検体の特定領域からの蛍光を撮影した蛍光画像が蛍光画像生成部によって生成される。そして、重畳画像生成部によって、戻り光画像に蛍光画像が重畳された重畳画像が生成される。この重畳画像において、観察者は、被検体の形態と蛍光領域とを互いに対応付けて観察することができる。また、蛍光領域が重畳されている領域においても、重畳画像は戻り光画像の情報を含んでいるので、蛍光領域と対応する領域の被検体の形態も観察することができる。
この場合に、蛍光画像内に蛍光領域が存在しない通常時には、戻り光画像と実質的に同等である重畳画像が生成される。一方、蛍光検出部によって蛍光画像内に蛍光領域が検出された場合には、戻り光画像の階調値が通常時よりも小さくなるように係数設定部によって設定された低減幅に基づいて、戻り光画像の階調値が戻り光画像調整部によって調整され、階調値が調整された戻り光画像が重畳画像の生成に使用される。したがって、この場合には、戻り光画像の明るさが全体的に低減されることによって蛍光領域の明るさが強調された重畳画像が生成される。このように、重畳画像内の戻り光画像の明るさを必要に応じて調整することによって、蛍光領域の視認性を向上することができる。
上記発明においては、前記係数設定部が、０を超え１未満の係数を設定し、前記戻り光画像調整部は、前記蛍光検出部によって前記蛍光領域が検出された場合に、前記係数設定部によって設定された前記係数を前記戻り光画像の階調値に乗算してもよい。
このようにすることで、戻り光画像の階調値を演算処理のみによって調整することができ、装置構成を簡易にすることができる。
上記発明においては、前記戻り光を撮影する撮像素子を備え、前記係数設定部が、前記撮像素子の前記戻り光の露光量の低減幅を設定し、前記戻り光画像調整部は、前記蛍光検出部によって前記蛍光領域が検出された場合に、前記係数設定部によって設定された前記低減幅に従って前記撮像素子の露光量を低減させる露光量制御部を備えていてもよい。この場合において、前記露光量制御部は、前記撮像素子への前記戻り光の入射光量、前記撮像素子の露光時間および前記被検体に照射される前記照明光の光量のうち、少なくとも１つを制御してもよい。
このようにすることで、蛍光画像内に蛍光領域が検出された場合に、撮像素子の戻り光の露光量が低減されることによって、通常時に比べて階調値が低減された戻り光画像が戻り光画像生成部によって生成される。これにより、戻り光画像生成部によって生成された戻り光画像をそのまま重畳画像の生成に使用することができるので、演算処理を簡易にすることができる。
上記発明においては、前記係数設定部が、前記蛍光検出部によって検出された前記蛍光領域の階調値が大きい程、前記戻り光画像の階調値の低減幅を小さくしてもよい。
このようにすることで、蛍光領域の階調値が十分に大きい場合には、戻り光画像に対して、蛍光領域の十分な視認性を得られる。したがって、この場合には、戻り光画像の階調値の低減幅を小さくすることで、戻り光画像の階調値が必要以上に低減されることによって重畳画像内の被検体の像が不鮮明になることを防ぐことができる。
上記発明においては、前記係数設定部が、前記戻り光画像の色調と前記重畳画像内の前記蛍光領域の表示色とのコントラストが高い程、該戻り光画像の階調値の調整幅を小さくしてもよい。
このようにすることで、戻り光画像内の被検体の色合いと、重畳画像内における蛍光領域の表示色とのコントラストが高い場合には、戻り光画像に対して、蛍光領域の十分な視認性を得られる。したがって、この場合には、戻り光画像の階調値の低減幅を小さくすることで、戻り光画像の階調値が必要以上に低減されることによって重畳画像内の被検体の像が不鮮明になることを防ぐことができる。
上記発明においては、前記戻り光画像調整部は、前記蛍光検出部によって検出された前記蛍光領域を構成する画素の数が所定の画素数閾値以上であった場合にのみ、前記戻り光画像の階調値を低減してもよい。
このようにすることで、被検体から蛍光が発せられていないにも関わらず、蛍光画像内のノイズが蛍光領域として検出されることによって戻り光画像の階調値が不要に低減されてしまうことを防ぐことができる。
本発明によれば、白色光画像に蛍光画像を重畳表示した画像において、蛍光領域の視認性を向上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全体構成図である。 図１の画像処理ユニットによる画像処理を説明するフローチャートである。 図１の蛍光観察装置の第１の変形例の全体構成図である。 図１の蛍光観察装置の第２の変形例の全体構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る蛍光観察装置の全体構成図である。 図５の係数設定部において用いられる、蛍光領域の階調値の代表値ｎと係数αとの関数を示すグラフである。 図５の画像処理ユニットによる画像処理を説明する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全体構成図である。 図８の係数設定部において用いられる、蛍光領域の階調値の代表値ｎと係数βとの関数を示すグラフである。 図８の画像処理ユニットによる画像処理を説明する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全体構成図である。 本発明の第５の実施形態に係る蛍光観察装置の全体構成図である。 図１２の係数設定部において用いられる、比Ｚと係数αとの関数を示すグラフである。
〔第１の実施形態〕
以下に、本発明の第１の実施形態に係る蛍光観察装置１００について図１から図４を参照して説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１００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からの励起光および照明光を挿入部２の先端から観察対象（被検体）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Ｓ１，Ｓ２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によって取得された画像情報Ｓ１，Ｓ２を処理する画像処理ユニット６と、該画像処理ユニット６によって処理された画像Ｇ３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３１と、該キセノンランプ３１から発せられた光から、励起光および照明光を切り出すフィルタ３２と、フィルタ３２によって切り出された励起光および照明光を集光するカップリングレンズ３３とを備えている。フィルタ３２は、励起光および照明光に対応する４００ｎｍから７４０ｎｍの波長帯域の光を選択的に透過する。すなわち、本実施形態において、近赤外光（例えば、波長帯域７００ｎｍから７４０ｎｍ）が励起光として用いられる。なお、キセノンランプ３１に代えて、他の種類のランプ光源や、ＬＥＤ等の半導体光源を用いてもよい。
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たライトガイドファイバ４１と、挿入部２の先端に設けられた照明光学系４２とを備えている。ライトガイドファイバ４１は、カップリングレンズ３３によって集光された励起光および照明光を導光する。照明光学系４２は、ライトガイドファイバ４１によって導光されてきた励起光および照明光を拡散させて、挿入部２の先端に対向する観察対象Ｘに照射する。
撮像ユニット５は、観察対象Ｘからの光を集光する対物レンズ５１と、該対物レンズ５１によって集光された光のうち、励起光および蛍光を反射し、励起光よりも短い波長を有する白色光（波長帯域４００ｎｍから７００ｎｍ、戻り光）を透過するダイクロイックミラー５２と、該ダイクロイックミラー５２によって反射された蛍光およびダイクロイックミラー５２を透過した白色光をそれぞれ集光する２つの集光レンズ５３，５４と、集光レンズ５３によって集光された白色光を撮影するカラーＣＣＤのような撮像素子５５と、集光レンズ５４によって集光された蛍光を撮影する高感度モノクロＣＣＤのような撮像素子５６とを備えている。図中、符号５７は、ダイクロイックミラー５２によって反射された光のうち蛍光（例えば、波長帯域７６０ｎｍから８５０ｎｍ）を選択的に透過し、励起光を遮断する励起光カットフィルタである。
白色光用の撮像素子５５および蛍光用の撮像素子５６は、上述したように互いに異なる種類のものであってもよいが、同一種類のものであってもよい。
画像処理ユニット６は、撮像素子５５によって取得された白色光画像情報Ｓ１から白色光画像（戻り光画像）Ｇ１を生成する白色光画像生成部（戻り光画像生成部）６１と、撮像素子５６によって取得された蛍光画像情報Ｓ２から蛍光画像Ｇ２を生成する蛍光画像生成部６２と、該蛍光画像生成部６２によって生成された蛍光画像Ｇ２から蛍光領域Ｆを検出する蛍光検出部６３と、該蛍光検出部６３による検出結果に基づいて白色光画像Ｇ１の階調値に関する係数αを設定する係数設定部６４と、係数αに基づいて白色光画像Ｇ１の階調値を調整することによって調整画像Ｇ１’を生成する白色光画像調整部（戻り光画像調整部）６５と、蛍光画像Ｇ２を調整画像Ｇ１’に重畳することによって重畳画像Ｇ３を生成する重畳画像生成部６６とを備えている。
蛍光検出部６３は、蛍光画像Ｇ２の階調値に対する所定の閾値Ｔｈを保持している。蛍光検出部６３は、蛍光画像生成部６２から入力される蛍光画像Ｇ２の各画素の階調値を閾値Ｔｈと比較し、該閾値Ｔｈ以上の階調値を有する画素を蛍光領域Ｆとして検出する。蛍光検出部６３は、蛍光領域Ｆが検出されたか否かを示す信号Ｓ３を係数設定部６４に出力する。
係数設定部６４は、係数αとして所定の２つ値α１，α２を保持し、蛍光検出部６３から受け取った信号Ｓ３に応じて値α１または値α２を選択し、選択した値を白色光画像調整部６５へ出力する。ここで、α１＝１であり、０＜α２＜１（例えば、α２＝０．６）である。係数設定部６４は、蛍光領域Ｆが検出されたことを示す信号を蛍光検出部６３から受け取った場合には、α２を選択する。一方、係数設定部６４は、蛍光領域Ｆが検出されなかったことを示す信号を蛍光検出部６３から受け取った場合には、α１を選択する。
下式（１）は、白色光画像調整部６５および重畳画像生成部６６によって行われる、白色光画像Ｇ１および蛍光画像Ｇ２から重畳画像Ｇ３を生成する処理を表わしている。式（１）において、Ｒ、ＧおよびＢは、白色光画像Ｇ１の各画素の赤（Ｒ）成分、緑（Ｇ）成分および青（Ｂ）成分の階調値であり、ＦＬは、蛍光画像Ｇ２の各画素の階調値であり、Ｒ’、Ｇ’およびＢ’は、重畳画像Ｇ３の各画素のＲ成分、Ｇ成分およびＢ成分の階調値である。白色光画像調整部６５および重畳画像生成部６６は、白色光画像Ｇ１および蛍光画像Ｇ２の全ての画素について式（１）の処理を行う。
Figure 0006461797
式（１）が表わす処理について具体的に説明すると、白色光画像調整部６５は、係数設定部６４によって設定された係数αを、白色光画像Ｇ１の各画素の各色成分の階調値に乗算して、調整画像Ｇ１’の各画素の各色成分の階調値を算出する。重畳画像生成部６６は、カラーの調整画像Ｇ１’を構成する３つの色成分画像（すなわち、赤（Ｒ）成分画像、緑（Ｇ）成分画像および青（Ｂ）成分画像）のうちいずれか１つに、モノクロの蛍光画像Ｇ２を加算する。そして、重畳画像生成部６６は、蛍光画像Ｇ２が加算された色成分画像と、他の２つの色成分画像とから、カラーの重畳画像Ｇ３を再構築する。
以上の処理によれば、係数αがα１（＝１）である場合には、白色光画像Ｇ１がそのまま調整画像Ｇ１’となる。すなわち、元の階調値を有する白色光画像Ｇ１から重畳画像Ｇ３が生成される。一方、係数αがα２である場合には、階調値が低減された白色光画像Ｇ１が調整画像Ｇ１’として生成され、当該調整画像Ｇ１’からから重畳画像Ｇ３が生成される。
式（１）に従って生成された重畳画像Ｇ３は、調整画像Ｇ１’に、赤、緑または青の蛍光領域Ｆが重畳表示された画像となる。本実施形態において、観察対象Ｘである生体組織の色合いはＲ成分を多く含むため、重畳画像Ｇ３における蛍光領域Ｆの表示色は、赤の補色である緑であることが好ましい。そこで、式（１）においては、蛍光領域Ｆが調整画像Ｇ１’のＧ成分画像に割り当てられるように、マトリクスが設定されている。
次に、このように構成された蛍光観察装置１００の作用について説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１００を用いて観察対象Ｘである体内の生体組織を観察するには、予め、病変部Ｙに集積する蛍光物質を観察対象Ｘに投与しておく。そして、体内に挿入部２を挿入し、挿入部２の先端を観察対象Ｘに対向配置する。次に、光源３を作動させることによって、励起光および照明光を挿入部２の先端から観察対象Ｘに照射する。
観察対象Ｘにおいては、病変部Ｙに含まれる蛍光物質が励起光によって励起されることによって蛍光が発せられるとともに、観察対象Ｘの表面において白色光が反射される。観察対象Ｘから発せられた蛍光および反射された白色光の一部は、挿入部２の先端に戻り、対物レンズ５１によって集光される。
対物レンズ５１によって集光された光のうち、白色光はダイクロイックミラー５２を透過し、集光レンズ５３によって集光され、撮像素子５５によって白色光画像情報Ｓ１として取得される。一方、対物レンズ５１によって集光された蛍光は、ダイクロイックミラー５２によって反射され、励起光カットフィルタ５７によって励起光が除去された後に、集光レンズ５４によって集光され、撮像素子５６によって蛍光画像情報Ｓ２として取得される。各撮像素子５５，５６によって取得された画像情報Ｓ１，Ｓ２は、画像処理ユニット６に送られる。
図２に、画像処理ユニット６による画像処理を説明するフローチャートを示す。
画像処理ユニット６において、白色光画像情報Ｓ１が白色光画像生成部６１に入力されて白色光画像Ｇ１が生成され、蛍光画像情報Ｓ２が蛍光画像生成部６２に入力されて蛍光画像Ｇ２が生成される（ステップＳ１）。次に、蛍光画像Ｇ２内に蛍光領域Ｆが存在するか否かが、蛍光検出部６３において判定される（ステップＳ２）。
視野に病変部Ｙが存在しない場合には、ステップＳ２において蛍光領域Ｆが検出されないので（ステップＳ２のＮＯ）、係数設定部６４において係数αとしてα１（＝１）が設定される（ステップＳ３）。したがって、白色光画像調整部６５においては、白色光画像Ｇ１がそのまま調整画像Ｇ１’として重畳画像生成部６６に出力され（ステップＳ５）、重畳画像生成部６６において、未加工の白色光画像Ｇ１に、ほとんど階調値を有さない蛍光画像Ｇ２が重畳された重畳画像Ｇ３が生成される（ステップＳ６）。このときに生成される重畳画像Ｇ３は、実質的に生の白色光画像Ｇ１と同等となる。
一方、視野に病変部Ｙが存在する場合には、ステップＳ２において蛍光領域Ｆが検出されるので（ステップＳ２のＹＥＳ）、係数設定部６４において係数αとしてα２（＜１）が設定される（ステップＳ４）。したがって、白色光画像調整部６５においては、白色光画像Ｇ１に階調値の低減処理を施すことによって調整画像Ｇ１’が生成され（ステップＳ５）、この調整画像Ｇ１’に元の階調値を有する蛍光画像Ｇ２が重畳された重畳画像Ｇ３が生成される（ステップＳ６）。このときに生成される重畳画像Ｇ３は、全体的に明るさが低減された白色光画像Ｇ１に、該白色光画像Ｇ１に比べて相対的に明るい蛍光領域Ｆが重畳された画像となる。したがって、重畳画像Ｇ３において、蛍光領域Ｆの明るさが際立つ。
このように、本実施形態によれば、観察者が注目する蛍光領域Ｆが視野に存在するか否かに応じて、重畳画像Ｇ３に含まれる白色光画像Ｇ１の明るさが切り替えられる。すなわち、蛍光領域Ｆが存在しない場合には、通常の鮮明な白色光画像Ｇ１がモニタ７に表示されるので、観察者は、生体組織の形態を鮮明に観察することができる。一方、蛍光領域Ｆが存在する場合には、蛍光領域Ｆの明るさが際立つように白色光画像Ｇ１の明るさが低減された重畳画像Ｇ３がモニタ７に表示される。したがって、観察者は、蛍光領域Ｆを容易に視認することができると同時に、蛍光領域Ｆの背後に表示されている生体組織も十分に鮮明に観察することができる。
なお、本実施形態においては、蛍光検出部６３によって蛍光領域Ｆが検出されたときに、係数設定部６４が、当該蛍光領域Ｆとして検出された画素の数も加味して係数αを設定することが好ましい。すなわち、蛍光検出部６３は、階調値閾値Ｔｈ以上の階調値を有する画素の数を係数設定部６４に出力する。係数設定部６４は、蛍光検出部６３から受け取った画素の数が所定の画素数閾値以上である場合にのみ、α２を選択する。一方、係数設定部６４は、階調値閾値Ｔｈ以上の階調値を有する画素が検出されたとしても、当該画素の数が所定の画素数閾値よりも少ない場合には、α１を選択する。
視野に病変部Ｙが存在していない場合であっても、所定の階調値閾値Ｔｈ以上の階調値を有するノイズが蛍光画像Ｇ２に発生し得る。このようなノイズが蛍光領域Ｆとして誤検出された場合、重畳画像Ｇ３において白色光画像Ｇ１の明るさが不要に変動することになり、観察者に煩わしさを与えてしまう。そこで、階調値閾値Ｔｈを超える画素の数が十分であった場合にのみ、白色光画像Ｇ１の階調値が低減されるようにすることで、ノイズに反応して白色光画像Ｇ１の階調値が不要に低減されてしまうことを防ぐことができる。
次に、本実施形態の変形例について説明する。
（第１の変形例）
本実施形態の第１の変形例に係る蛍光観察装置１００は、図３に示されるように、白色光画像Ｇ１の階調値に基づいて、蛍光検出部６３の階調値閾値Ｔｈを設定する閾値設定部６７をさらに備えている。
閾値設定部６７は、白色光画像生成部６１から白色光画像Ｇ１を受け取り、白色光画像Ｇ１の階調値の代表値ｍを計算する。代表値ｍは、例えば、白色光画像Ｇ１の全画素の階調値の平均値または中央値である。閾値設定部６７は、代表値ｍから所定の関数に基づいて階調値閾値Ｔｈを算出する。ここで、所定の関数は、代表値ｍが大きい程、階調値閾値Ｔｈも大きくなる増加関数である。
白色光画像Ｇ１の階調値は、挿入部２の先端と観察対象Ｘとの間の観察距離に応じて全体的に変動し、観察距離が小さい程、白色光画像Ｇ１の全体の明るさが増す。これと同様に、蛍光画像Ｇ２の階調値も観察距離に応じて全体的に変動し、観察対象Ｘから発せられている蛍光の強度が同一であったとしても、観察距離が大きい程、蛍光画像Ｇ２内の蛍光領域Ｆの階調値は小さくなる。
本変形例によれば、白色光画像Ｇ１の階調値の代表値ｍから観察距離の大小を判断し、観察距離の変動に起因する蛍光画像Ｇ２の階調値の変動に対応して階調値閾値Ｔｈも変動させることによって、蛍光領域Ｆの検出精度を向上することができ、その結果、白色光画像Ｇ１の明るさがさらに適切に調整された重畳画像Ｇ３を観察者に提示することができるという利点がある。
（第２の変形例）
本実施形態の第２の変形例に係る蛍光観察装置１００は、図４に示されるように、蛍光画像Ｇ２を白色光画像Ｇ１で除算する除算部６８をさらに備えている。
除算部６８は、蛍光画像生成部６２から入力された蛍光画像Ｇ２の各画素の階調値を、白色光画像生成部６１から入力された白色光画像Ｇ１の各画素の階調値によって除算することによって、階調値が補正された蛍光画像（以下、補正蛍光画像という。）Ｇ２’を生成する。そして、除算部６８は、生成された補正蛍光画像Ｇ２’を蛍光検出部６３および重畳画像生成部６６に出力する。
蛍光検出部６３は、蛍光画像Ｇ２に代えて補正蛍光画像Ｇ２’から蛍光領域Ｆを検出する。
重畳画像生成部６６は、蛍光画像Ｇ２に代えて補正蛍光画像Ｇ２’を用いて、重畳画像Ｇ３を生成する。すなわち、重畳画像生成部６６は、式（１）のＦＬとして、補正蛍光画像Ｇ２’の階調値を用いる。
白色光画像Ｇ１の階調値は、上述した観察距離に加えて、挿入部２の先端と観察対象Ｘとの間の観察角度にも応じて変動する。これと同様に、蛍光画像Ｇ２の階調値も、観察距離および観察角度に応じて変動する。したがって、蛍光画像Ｇ２を白色光画像Ｇ１で除算することによって、蛍光画像Ｇ２の階調値が規格化されて、観察距離および観察角度の違いに依存する階調値の変化が除去された補正蛍光画像Ｇ２’が得られる。このような補正蛍光画像Ｇ２’を用いることによって、蛍光領域Ｆの検出精度を向上することができ、さらに信頼性の高い重畳画像Ｇ３を提供することができる。
〔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２００について、図５から図７を参照して説明する。本実施形態においては、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る蛍光観察装置２００は、図５に示されるように、蛍光検出部６３によって検出された蛍光領域Ｆの階調値の代表値ｎを算出する代表値算出部６９をさらに備える点、および、係数設定部６４が、代表値算出部６９によって算出された代表値ｎに応じて係数αを設定する点において、第１の実施形態と主に異なっている。
本実施形態において、蛍光検出部６３は、所定の階調値閾値Ｔｈ以上の階調値を有する画素が存在する場合に、該当する画素を抽出し、抽出された画素の階調値Ｓ４を代表値算出部６９へ出力する。
代表値算出部６９は、蛍光検出部６３から入力された画素の階調値Ｓ４の代表値ｎとして、例えば、平均値を算出し、算出された代表値ｎを係数設定部６４へ出力する。
本実施形態において、係数設定部６４は、代表値算出部６９によって算出された代表値ｎから、所定の関数に基づいて係数αの値を算出し、算出された値を白色光画像調整部６５に出力する。ここで、所定の関数は、代表値ｎが大きい程、係数αも大きくなる増加関数であり、例えば、図６に示されるように、線形関数である。代表値ｎは、階調値閾値Ｔｈ以上、蛍光画像Ｇ２の階調値が取り得る最大値以下の範囲の値となり、係数αは、０を超え１以下の範囲の値となる。
次に、このように構成された蛍光観察装置２００の作用について説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置２００によれば、ステップＳ２において蛍光領域Ｆが検出された場合の処理が、第１の実施形態と異なる。図７に示されるように、蛍光画像Ｇ２に蛍光領域Ｆが存在する場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、蛍光検出部６３において蛍光領域Ｆが抽出される（ステップＳ２１）。次に、抽出された蛍光領域Ｆの階調値の代表値ｎが、代表値算出部６９において算出される（ステップＳ２２）。次に、代表値ｎに応じた係数αが係数設定部６４において設定される（ステップＳ２３）。白色光画像調整部６５は、ステップＳ２３において設定された係数αを用いて調整画像Ｇ１’を生成する（ステップＳ５）。
ここで、ステップＳ２３において設定される係数αは、蛍光領域Ｆの全体の明るさを反映した値である。したがって、白色光画像調整部６５において白色光画像Ｇ１の階調値を低減する際の低減幅が、蛍光領域Ｆの全体の明るさに応じて調整される。すなわち、蛍光領域Ｆが全体的に十分明るい場合には、係数αは、より１に近い値となり、白色光画像Ｇ１に対して明るさがほとんど低減されてない調整画像Ｇ１’が生成される。一方、蛍光領域Ｆが全体的に十分暗い場合には、係数αはより小さい値となり、白色光画像Ｇ１に対して明るさが十分に低減された調整画像Ｇ１’が生成される。
このように、本実施形態によれば、蛍光領域Ｆの明るさに応じて、白色光画像Ｇ１の明るさの低減幅を、蛍光領域Ｆの十分な視認性を得るために必要十分な量に調整することによって、重畳画像Ｇ３における蛍光領域Ｆの視認性を向上すると共に、白色光画像Ｇ１の明るさの低減幅を最小限に留めることができるという利点がある。その他の効果は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
なお、本実施形態においては、係数設定部６４が、算出された係数αをモニタ７に出力し、モニタ７が係数αを表示してもよい。
このようにすることで、通常の（すなわち、α＝１であるときの）白色光画像Ｇ１に比べて、現在モニタ７に表示されている重畳画像Ｇ３において調整画像Ｇ１’の明るさがどの程度低減されているかを、観察者が認識することができ、重畳画像Ｇ３に基づく診断精度を向上することができるという利点がある。
〔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３００について、図８から図１０を参照して説明する。本実施形態においては、第１および第２の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１および第２の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る蛍光観察装置３００は、図８に示されるように、第２の実施形態において説明した代表値算出部６９と、白色光画像Ｇ１用の撮像素子５５の前段に設けられた開口絞り８を制御する露光量制御部（戻り光画像調整部）７０とをさらに備える点、および、係数設定部６４が、係数αに代えて、開口絞り８の開口径に関する係数βを設定する点おいて、第１および第２の実施形態と主に異なっている。
係数設定部６４は、代表値算出部６９によって算出された代表値ｎから、所定の関数に基づいて係数βを算出し、算出された係数βを露光量制御部７０に出力する。ここで、所定の関数は、代表値ｎが大きい程、係数βも大きくなる増加関数であり、例えば、図９に示されるように、線形関数である。係数βは、０を超え１以下の範囲の値である。
露光量制御部７０は、蛍光検出部６３の蛍光領域Ｆの検出結果と、係数設定部６４から入力された係数βとに基づき、開口絞り８に開口径φを指定する信号Ｓ５を送信することによって、開口絞り８の開口径を制御する。具体的には、露光量制御部７０は、蛍光検出部６３によって蛍光領域Ｆが検出されない通常時には、開口絞り８の開口径を所定の径φに維持する。一方、露光量制御部７０は、蛍光検出部６３によって蛍光領域Ｆが検出された場合には、通常時の径φに係数βを乗算して得られた径に、開口絞り８の開口径を制御する。例えば、係数βが０．８である場合、開口径が通常時の８割となるように、開口絞り８を制御する。この場合、撮像素子５５の白色光の露光量は、通常時の８割程度まで低減されることになる。
本実施形態において、重畳画像生成部６６は、白色光画像生成部６１によって生成された白色光画像Ｇ１と、蛍光画像生成部６２によって生成された蛍光画像Ｇ２とを、常時そのまま用いて重畳画像Ｇ３を生成する。すなわち、本実施形態においては、後述するように、白色光画像生成部６１によって生成される白色光画像Ｇ１が、階調値を調整済みの調整画像となる。したがって、重畳画像生成部６６は、蛍光領域Ｆの有無に依らずに、α＝１とした式（１）に従って、重畳画像Ｇ３を生成する。
次に、このように構成された蛍光観察装置３００の作用について説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置３００によれば、ステップＳ２において蛍光領域Ｆの有無を判定した後の処理が、第１の実施形態および第２の実施形態と異なる。図１０に示されるように、ステップＳ２において、蛍光領域Ｆが検出されなかった場合（ステップＳ２のＮＯ）、開口絞り８の開口径が所定の径φに調整される（ステップＳ３１，Ｓ３６）。これにより、次に生成される白色光画像Ｇ１は、通常の明るさを有する画像となる。
一方、ステップＳ２において、蛍光領域Ｆが検出された場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、第２の実施形態のステップＳ２１からステップＳ２３と同様に、蛍光検出部６３において蛍光領域Ｆが抽出され（ステップＳ３２）、蛍光領域Ｆの階調値の代表値ｎが、代表値算出部６９において算出され（ステップＳ３３）、代表値ｎに応じた係数βが係数設定部６４において設定される（ステップＳ３４）。そして、係数βに応じて、開口絞り８の開口径が、通常時よりも小さくなるように調整される（ステップＳ３５，Ｓ３６）。これにより、次に生成される白色光画像Ｇ１は、通常時よりも明るさが低減された画像となる。つまり、蛍光用の撮像素子５６の前段に位置する図示しない開口絞りは絞らずにそのままとしつつ、白色光用の撮像素子５５の前段に位置する開口絞り８を絞ることによって、同じ部位から発生した光（反射・吸収された光）のうち、白色光の受光量のみを低減し、蛍光画像Ｇ２と比較して相対的に白色光画像Ｇ１の明るさを低減することができる。
このように、本実施形態によれば、第１および第２の実施形態のように白色光画像Ｇ１の階調値を演算処理によって低減するのではなく、撮像素子５５の露光量を低減することによっても、蛍光領域Ｆの有無に応じて白色光画像Ｇ１の明るさを調整することができる。これにより、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、蛍光領域Ｆの明るさに応じて、開口絞り８の開口径を調整することによって、第２の実施形態と同様に、白色光画像Ｇ１の明るさの低減幅を、蛍光領域Ｆの十分な視認性を得るために必要十分な量に調整し、重畳画像Ｇ３における白色光画像Ｇ１の視認性の低下を最小限に留めることができるという利点がある。
なお、本実施形態においては、撮像素子５５への入射光量を開口絞り８を利用して低減することによって、白色光画像Ｇ１の階調値を低減することとしたが、これに代えて、撮像素子５５の露光時間を短縮してもよい。露光時間の調整は、例えば、露光量制御部７０が、撮像素子５５に設けられた電子シャッタ（図示略）の開放時間を制御することによって行われる。このようにしても、開口絞り８を利用したときと同様に、通常時に比べて階調値が低減された白色光画像Ｇ１を白色光画像生成部６１によって生成することができる。
〔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４００について、図１１を参照して説明する。本実施形態においては、第１から第３の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る蛍光観察装置４００は、撮像素子５５の露光量を調整することによって白色光画像Ｇ１の階調値を低減する点において、第３の実施形態と共通している。ただし、本実施形態の蛍光観察装置４００は、図１１に示されるように、撮像素子５５の前段ではなく、光源３に開口絞り８１が設けられ、光量制御部（露光量制御部、戻り光画像調整部）７１が、この開口絞り８１を制御することによって、観察対象Ｘへ照射する照明光の光量を変更するようになっている。
本実施形態において、光源３は、もう１つのキセノンランプ３１１と、ビームスプリッタ３４とをさらに備えている。ビームスプリッタ３４は、２つのキセノンランプ３１，３１１から発せられた光を、ライトガイドファイバ４１への入射光軸上に合波する。なお、キセノンランプ３１，３１１は、他の種類のランプ光源や、ＬＥＤ等の半導体光源であってもよい。また、キセノンランプ３１，３１１は、同一種類のものであってもよく、互いに異なる種類のものであってもよい。
光源３は、フィルタ３２に代えて、第１のフィルタ３２１および第２のフィルタ３２２を備えている。第１のフィルタ３２１は、一方のキセノンランプ３１から発せられた光から照明光（例えば、波長帯域４００ｎｍから７００ｎｍ）を切り出す。第２のフィルタ３２２は、他方のキセノンランプ３１１から発せられた光から励起光（例えば、波長帯域７００ｎｍから７４０ｎｍ）を切り出す。
開口絞り８１は、第１のフィルタ３２１とビームスプリッタ３４との間に配置され、ライトガイドファイバ４１に入射される光のうち、照明光のみの光量を変更する。
光量制御部７１は、開口絞り８に代えて、開口絞り８１を制御すること以外は、第３の実施形態の露光量制御部７０と同様である。本実施形態においては、開口絞り８１の開口径が縮小されることによって、観察対象Ｘへ照射される照明光の光量および対物レンズ５１によって集光される白色光の光量が低減し、これにより撮像素子５５の露光量が低減する。
本実施形態に係る蛍光観察装置４００の作用および効果は、図１０のステップＳ３１、Ｓ３５およびＳ３６において、開口径が調整される開口絞り８１が異なることを除き、上述した第３の実施形態の蛍光観察装置３００と同様であるので、説明を省略する。
〔第５の実施形態〕
次に、本発明の第５の実施形態に係る蛍光観察装置５００について、図１２及び図１３を参照して説明する。本実施形態においては、第１から第４の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る蛍光観察装置５００は、図１２に示されるように、係数設定部６４が、白色光画像Ｇ１の色成分も加味して係数α（０＜α≦１）を設定する点において、第１から第４の実施形態と主に異なっている。
本実施形態において、白色光画像生成部６１は、白色光画像Ｇ１を、白色光画像調整部６５に加えて係数設定部６４にも出力する。
係数設定部６４は、係数αの設定に先立ち、白色光画像生成部６１から入力された白色光画像Ｇ１の色調を判定する。
具体的には、係数設定部６４は、白色光画像Ｇ１から、平均値＜Ｇ’＞および平均値＜Ｒ＞を算出する。平均値＜Ｇ’＞は、白色光画像Ｇ１のＧ成分の階調値の平均値＜Ｇ＞と、代表値算出部６９によって算出された代表値ｎとの和である。平均値＜Ｒ＞は、白色光画像Ｇ１のＲ成分の階調値の平均値である。
次に、係数設定部６４は、平均値＜Ｇ’＞と平均値＜Ｒ＞との比Ｚ＝＜Ｇ’＞／＜Ｒ＞を算出する。そして、係数設定部６４は、比Ｚから、所定の関数に基づいて係数αを算出し、係数αを白色光画像調整部６５に出力する。ここで、所定の関数は、比Ｚが大きい程、係数αも大きくなる増加関数であり、例えば、図１３に示されるように、線形関数である。
重畳画像Ｇ３における蛍光領域Ｆの視認性は、生体組織Ｘの色合いと蛍光領域Ｆの表示色とのコントラストにも依存する。
上述した比Ｚは、蛍光領域Ｆの表示色である緑に対する、生体組織の色合いのコントラストを表わしている。具体的には、主に血液によって生体組織の赤みが強い場合には、比Ｚおよび係数αが小さくなり、白色光画像Ｇ１の階調値の低減幅が大きくなる。一方、生体組織の表面が脂肪で覆われるなどして生体組織の赤みが弱い場合には、比Ｚおよび係数αが大きくなり、白色光画像Ｇ１の階調値の低減幅が小さくなる。
このように、本実施形態によれば、白色光画像Ｇ１の色調も加味し、白色光画像Ｇ１の明るさの低減幅を、蛍光領域Ｆの十分な視認性を得るために必要十分な量に調整することによって、重畳画像Ｇ３における蛍光領域Ｆの視認性を向上すると共に、白色光画像Ｇ１の明るさの低下幅を最小限に留めることができるという利点がある。
１００，２００，３００，４００，５００ 蛍光観察装置
２ 挿入部
３ 光源
３１，３１１ キセノンランプ
３２，３２１，３２２ フィルタ
３３ カップリングレンズ
３４ ビームスプリッタ
４１ ライトガイドファイバ
４２ 照明光学系
５１ 対物レンズ
５２ ダイクロイックミラー
５３，５４ 集光レンズ
５５，５６ 撮像素子
５７ 励起光カットフィルタ
４ 照明ユニット
５ 撮像ユニット
６ 画像処理ユニット
６１ 白色光画像生成部（戻り光画像生成部）
６２ 蛍光画像生成部
６３ 蛍光検出部
６４ 係数設定部
６５ 白色光画像調整部（戻り光画像調整部）
６６ 重畳画像生成部
６７ 閾値設定部
６８ 除算部
６９ 代表値算出部
７０ 露光量制御部（戻り光画像調整部）
７１ 光量制御部（露光量制御部、戻り光画像調整部）
７ モニタ
８，８１ 開口絞り

Claims (8)

  1. 被検体に対して照明光および励起光を照射する光源と、
    該光源から前記照明光が照射されることによって前記被検体から発せられる戻り光を撮影した戻り光画像を生成する戻り光画像生成部と、
    前記光源から前記励起光が照射されることによって前記被検体から発せられる蛍光を撮影した蛍光画像を生成する蛍光画像生成部と、
    該蛍光画像生成部によって生成された前記蛍光画像から、所定の階調値閾値以上の階調値を有する蛍光領域を検出する蛍光検出部と、
    前記戻り光画像の階調値を調整する戻り光画像調整部と、
    該戻り光画像調整部によって階調値を調整された戻り光画像と前記蛍光画像とを重畳した重畳画像を生成する重畳画像生成部と、
    前記蛍光検出部による前記蛍光領域の検出結果に基づいて、前記戻り光画像調整部による前記戻り光画像の階調値の低減幅を設定する係数設定部とを備え、
    該係数設定部は、前記蛍光検出部によって前記蛍光領域が検出された場合に、前記蛍光検出部によって前記蛍光領域が検出されなかった場合に比べて前記戻り光画像の階調値が低減するように、前記低減幅を設定し、前記蛍光検出部によって検出された前記蛍光領域の階調値が大きい程、前記戻り光画像の階調値の前記低減幅を小さくする蛍光観察装置。
  2. 被検体に対して照明光および励起光を照射する光源と、
    該光源から前記照明光が照射されることによって前記被検体から発せられる戻り光を撮影した戻り光画像を生成する戻り光画像生成部と、
    前記光源から前記励起光が照射されることによって前記被検体から発せられる蛍光を撮影した蛍光画像を生成する蛍光画像生成部と、
    該蛍光画像生成部によって生成された前記蛍光画像から、所定の階調値閾値以上の階調値を有する蛍光領域を検出する蛍光検出部と、
    前記戻り光画像の階調値を調整する戻り光画像調整部と、
    該戻り光画像調整部によって階調値を調整された戻り光画像と前記蛍光画像とを重畳した重畳画像を生成する重畳画像生成部と、
    前記蛍光検出部による前記蛍光領域の検出結果に基づいて、前記戻り光画像調整部による前記戻り光画像の階調値の低減幅を設定する係数設定部とを備え、
    該係数設定部は、前記蛍光検出部によって前記蛍光領域が検出された場合に、前記蛍光検出部によって前記蛍光領域が検出されなかった場合に比べて前記戻り光画像の階調値が低減するように、前記低減幅を設定し、前記戻り光画像の色調と前記重畳画像内の前記蛍光領域の表示色とのコントラストが高い程、前記戻り光画像の階調値の前記低減幅を小さくする蛍光観察装置。
  3. 前記係数設定部が、０を超え１未満の係数を設定し、
    前記戻り光画像調整部は、前記蛍光検出部によって前記蛍光領域が検出された場合に、前記係数設定部によって設定された前記係数を前記戻り光画像の階調値に乗算する請求項１または請求項２に記載の蛍光観察装置。
  4. 前記戻り光を撮影する撮像素子を備え、
    前記係数設定部が、前記撮像素子の前記戻り光の露光量の低減幅を設定し、
    前記戻り光画像調整部は、前記蛍光検出部によって前記蛍光領域が検出された場合に、前記係数設定部によって設定された前記低減幅に従って前記撮像素子の露光量を低減させる露光量制御部を備える請求項１または請求項２に記載の蛍光観察装置。
  5. 前記露光量制御部は、前記撮像素子への前記戻り光の入射光量、前記撮像素子の露光時間および前記被検体に照射される前記照明光の光量のうち、少なくとも１つを制御する請求項４に記載の蛍光観察装置。
  6. 前記係数設定部が、前記蛍光検出部によって検出された前記蛍光領域の階調値が大きい程、前記戻り光画像の階調値の前記低減幅を小さくする請求項２に記載の蛍光観察装置。
  7. 前記係数設定部が、前記戻り光画像の色調と前記重畳画像内の前記蛍光領域の表示色とのコントラストが高い程、前記戻り光画像の階調値の前記低減幅を小さくする請求項１に記載の蛍光観察装置。
  8. 前記戻り光画像調整部は、前記蛍光検出部によって検出された前記蛍光領域を構成する画素の数が所定の画素数閾値以上であった場合にのみ、前記戻り光画像の階調値を低減する請求項１から請求項７のいずれかに記載の蛍光観察装置。
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