JP6584147B2 - Imaging device - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus.

カラー撮像素子を使用して生体組織を撮像した撮像データから、生体組織中の生体物質の濃度分布(例えば酸素飽和度や血液量の分布)を計算してモニタに表示する内視鏡装置が提案されている(特許文献1)。   An endoscopic device that calculates the concentration distribution (for example, oxygen saturation or blood volume distribution) of biological substances in biological tissue from imaging data obtained by imaging a biological tissue using a color imaging device and displays it on a monitor is proposed. (Patent Document 1).

特許文献1の内視鏡装置では、波長特性の異なる2種類の照明光(光学フィルタ)を切り替えながら撮像した生体組織の2つの撮像データに基づいて生体物質の定量分析が行われる。   In the endoscope apparatus of Patent Document 1, a biological substance is quantitatively analyzed based on two pieces of imaging data of a biological tissue imaged while switching between two types of illumination light (optical filters) having different wavelength characteristics.

生体物質の定量を高い精度で行うためには、撮像データのデジタル変換時にADC(Analogue-to-Digital Converter)の入力レンジの幅をなるべく狭く設定して、階調の高いデジタル撮像データを取得する必要がある。   In order to quantify biological substances with high accuracy, the input range of an ADC (Analogue-to-Digital Converter) is set as narrow as possible at the time of digital conversion of imaging data, and high-gradation digital imaging data is acquired. There is a need.

また、特許文献2には、ADCの入力レンジを変更可能な撮像装置が記載されている。   Patent Document 2 describes an imaging device that can change the input range of an ADC.

国際公開第2014/192781号International Publication No. 2014/192781 特開2001−346106号公報JP 2001-346106 A

しかしながら、ADCの入力レンジを変更すると、撮像データに含まれる絶対値の情報が失われるため、定量の確度が低下してしまう。   However, if the ADC input range is changed, the absolute value information included in the imaging data is lost, and the accuracy of quantification is reduced.

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、カラー撮像データに基づく分光分析の確度を下げることなく精度を向上させることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to improve accuracy without reducing the accuracy of spectroscopic analysis based on color imaging data.

本発明の一実施形態によれば、撮像素子と、撮像素子が生成した撮像信号を処理する処理手段と、を備え、撮像素子が、赤色の光に感受性を有する複数のR画素と、緑色の光に感受性を有する、それぞれ複数の第1及び第2のG画素と、青色の光に感受性を有する複数のB画素と、を備え、処理手段が、複数の第1のG画素により生成されたアナログ撮像信号G1を処理してデジタル撮像信号G1を生成する第1初期処理手段と、複数の第2のG画素により生成されたアナログ撮像信号G2を処理してデジタル撮像信号G2を生成する第2初期処理手段と、を備え、第1初期処理手段が、アナログ撮像信号G1をデジタル信号G1_difに変換する第1デジタル変換手段と、デジタル撮像信号G2に基づいて第1デジタル変換手段の入力レンジの設定値を生成する入力レンジ設定手段と、を備えた、撮像装置が提供される。   According to an embodiment of the present invention, the image pickup device includes an image pickup device and a processing unit that processes an image pickup signal generated by the image pickup device, and the image pickup device includes a plurality of R pixels sensitive to red light, A plurality of first and second G pixels each sensitive to light and a plurality of B pixels sensitive to blue light, wherein the processing means is generated by the plurality of first G pixels A first initial processing unit that processes the analog imaging signal G1 to generate the digital imaging signal G1, and a second initial processing unit that processes the analog imaging signal G2 generated by the plurality of second G pixels to generate the digital imaging signal G2. Initial processing means, wherein the first initial processing means converts the analog imaging signal G1 into a digital signal G1_dif, and the input level of the first digital conversion means based on the digital imaging signal G2. An input range setting means for generating a di settings, including a imaging device is provided.

上記の撮像装置において、入力レンジ設定手段が、アナログ撮像信号G2の信号レベルの変動範囲に合わせて第1デジタル変換手段の入力レンジを設定する構成としてもよい。   In the imaging apparatus, the input range setting unit may set the input range of the first digital conversion unit in accordance with the fluctuation range of the signal level of the analog imaging signal G2.

上記の撮像装置において、入力レンジ設定手段が、デジタル撮像信号G2の統計値を計算する統計処理手段と、統計値に基づいて、第1デジタル変換手段の入力レンジの下限値を定める入力オフセット量OFを計算する入力オフセット量計算手段と、統計値に基づいて、第1デジタル変換手段の入力レンジの幅を定める入力スパンSPを計算する入力スパン計算手段と、を備えた構成としてもよい。   In the imaging apparatus, the input range setting means calculates the statistical value of the digital imaging signal G2, and the input offset amount OF that determines the lower limit value of the input range of the first digital conversion means based on the statistical value. The input offset amount calculation means for calculating the input span and the input span calculation means for calculating the input span SP for determining the width of the input range of the first digital conversion means based on the statistical value may be provided.

上記の撮像装置において、統計処理手段が、デジタル撮像信号G2の平均値AVG及び標準偏差SDを計算し、入力オフセット量計算手段が、平均値AVGに基づいて入力オフセット量OFを計算し、入力スパン計算手段が、標準偏差SDに基づいて入力スパンSPを計算する構成としてもよい。   In the imaging apparatus, the statistical processing unit calculates the average value AVG and the standard deviation SD of the digital imaging signal G2, the input offset amount calculation unit calculates the input offset amount OF based on the average value AVG, and the input span. The calculation means may be configured to calculate the input span SP based on the standard deviation SD.

上記の撮像装置において、入力オフセット量計算手段が、数式1により入力オフセット量OFを計算する、構成としてもよい。
(但し、Kは定数である。)
In the above imaging apparatus, the input offset amount calculation unit may calculate the input offset amount OF using Equation 1.
(However, K is a constant.)

上記の撮像装置において、入力スパン計算手段が、数式2により入力スパンSPを計算する、構成としてもよい。
(但し、Kは定数である。)
In the imaging apparatus described above, the input span calculation unit may calculate the input span SP using Formula 2.
(However, K is a constant.)

上記の撮像装置において、処理手段が、第1初期処理手段が生成したデジタル信号G1_difと、入力オフセット量OFと、入力スパンSPとに基づいて、絶対値の情報を含むデジタル撮像信号G1を生成する復元手段を更に備える、構成としてもよい。   In the imaging apparatus, the processing unit generates a digital imaging signal G1 including absolute value information based on the digital signal G1_dif generated by the first initial processing unit, the input offset amount OF, and the input span SP. It is good also as a structure further provided with a restoring means.

上記の撮像装置において、復元手段が、数式3によりデジタル撮像信号G1を計算する構成としてもよい。
(但し、FSPは、所定値である。)
In the above-described imaging apparatus, the restoration unit may be configured to calculate the digital imaging signal G1 using Equation 3.
(However, FSP is a predetermined value.)

上記の撮像装置において、第2初期処理手段が、アナログ撮像信号G2をデジタル撮像信号G2に変換する第2デジタル変換手段を備え、FSPが、第2デジタル変換手段の入力レンジの幅を定める入力スパンである構成としてもよい。   In the above imaging apparatus, the second initial processing means includes second digital conversion means for converting the analog imaging signal G2 into the digital imaging signal G2, and the FSP has an input span that determines the width of the input range of the second digital conversion means. It is good also as composition which is.

上記の撮像装置において、第1のG画素が、R画素が配列されたライン上に配置されたGr画素であり、第2のG画素が、B画素が配列されたライン上に配置されたGb画素である構成としてもよい。   In the imaging apparatus, the first G pixel is a Gr pixel arranged on a line where R pixels are arranged, and a second G pixel is a Gb arranged on a line where B pixels are arranged. It is good also as a structure which is a pixel.

上記の撮像装置において、処理手段が、デジタル撮像信号G1に基づいて、被写体である生体組織に含まれる第1及び第2生体物質のモル濃度比を示す指標Xを計算する指標計算手段を更に備え、撮像装置が、第1及び第2生体物質が吸収を有する第1照明波長域の光と、第1照明波長域内にある第2照明波長域の光と、を切り替えて発生する光源装置を更に備え、指標計算手段が、第1照明波長域の光の照明下で生体組織を撮像して得た第1デジタル撮像信号GIと、第2照明波長域の光の照明下で生体組織を撮像して得た第2デジタル撮像信号GIIと、に基づいて指標Xを計算する構成としてもよい。 In the imaging apparatus, the processing unit further includes an index calculation unit that calculates an index X indicating a molar concentration ratio of the first and second biological substances included in the biological tissue that is the subject based on the digital imaging signal G1. The imaging device further includes a light source device that generates light by switching between light in the first illumination wavelength range in which the first and second biological materials have absorption and light in the second illumination wavelength range within the first illumination wavelength range. It includes, index calculation means, a first digital image signal G I obtained by imaging the living body tissue illuminated with light of the first illumination wavelength range, an imaging body tissue under illumination of the second illumination wavelength range of the light a second digital imaging signal G II obtained by, may be configured to calculate the index X based on.

上記の撮像装置において、第1照明波長域が第1及び第2生体物質の両方の吸収ピーク波長を含み、第2照明波長域が第1及び第2生体物質のいずれか一方の吸収ピーク波長を含む構成としてもよい。   In the imaging apparatus, the first illumination wavelength region includes the absorption peak wavelengths of both the first and second biological materials, and the second illumination wavelength region includes the absorption peak wavelength of one of the first and second biological materials. It is good also as a structure including.

上記の撮像装置において、第1照明波長域が、第2照明波長域の短波長側に隣接し、第1及び第2生体物質の他方の生体物質の吸収ピーク波長を含む波長域と、第2照明波長域の長波長側に隣接し、他方の生体物質の吸収ピーク波長を含む波長域と、を含む構成としてもよい。   In the imaging apparatus, the first illumination wavelength region is adjacent to the short wavelength side of the second illumination wavelength region, and includes a wavelength region including an absorption peak wavelength of the other biological material of the first and second biological materials, It is good also as a structure containing the wavelength range which adjoins the long wavelength side of an illumination wavelength range, and contains the absorption peak wavelength of the other biological material.

上記の撮像装置において、光源装置が、広帯域光を発生する光源と、広帯域光から第1照明波長域の光を選択的に取り出す第1光学フィルタと、広帯域光から第2照明波長域の光を選択的に取り出す第2光学フィルタと、を備えた、構成としてもよい。   In the imaging apparatus, the light source device includes a light source that generates broadband light, a first optical filter that selectively extracts light in the first illumination wavelength region from the broadband light, and light in the second illumination wavelength region from the broadband light. It is good also as a structure provided with the 2nd optical filter taken out selectively.

上記の撮像装置において、指標計算手段が、第1撮像信号GIに基づいて第1照明波長域における生体組織の吸収AIを計算し、第2撮像信号GIIに基づいて第2照明波長域における生体組織の吸収AIIを計算し、吸収AI及び吸収AIIに基づいて指標Xを計算する構成としてもよい。 In the imaging apparatus, the index calculating means calculates the biological tissue absorption A I in the first illumination wavelength range based on the first imaging signal G I , and the second illumination wavelength range based on the second imaging signal G II. Get absorption a II of the biological tissue in and may be configured to calculate an index X on the basis of absorption a I and absorption a II.

上記の撮像装置において、指標計算手段が、数式4及び数式5のいずれかにより吸収AIを計算し、数式6及び数式7のいずれかにより吸収AIIを計算する構成としてもよい。
In the imaging apparatus described above, the index calculation unit may calculate the absorption A I according to any one of Equations 4 and 5, and may calculate the absorption A II according to any one of Equations 6 and 7.

上記の撮像装置において、指標計算手段が、数式8及び数式9のいずれかにより指標Xを計算する構成としてもよい。
(但し、kは定数である。)
In the imaging apparatus described above, the index calculation unit may calculate the index X according to any one of Formula 8 and Formula 9.
(However, k is a constant.)

本発明の一実施形態によれば、カラー撮像データに基づく分光分析の精度及び確度の向上が可能になる。   According to an embodiment of the present invention, it is possible to improve the accuracy and accuracy of spectroscopic analysis based on color imaging data.

へモグロビンのQ帯の吸収スペクトルである。It is an absorption spectrum of hemoglobin in the Q band. 内視鏡装置のブロック図である。It is a block diagram of an endoscope apparatus. 固体撮像素子のブロック図である。It is a block diagram of a solid-state image sensor. 撮像素子に内蔵されるカラーフィルタの透過スペクトルである。It is a transmission spectrum of the color filter incorporated in an image sensor. 回転フィルタの外観図である。It is an external view of a rotation filter. Gb−AFEのブロック図である。It is a block diagram of Gb-AFE. Gr−AFEのブロック図である。It is a block diagram of Gr-AFE. 入力スパンSPと入力オフセット量OFの定義を説明する図である。It is a figure explaining the definition of input span SP and input offset amount OF. 入力レンジ設定部のブロック図である。It is a block diagram of an input range setting part. 本発明の実施形態に係る画像生成処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the image generation process which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る内視鏡装置によって生成された画像情報の表示例である。(a)は酸素飽和度分布画像の2次元表示例であり、(b)は酸素飽和度分布画像の3次元表示例である。It is an example of a display of the image information produced | generated by the endoscope apparatus which concerns on embodiment of this invention. (A) is a two-dimensional display example of an oxygen saturation distribution image, and (b) is a three-dimensional display example of an oxygen saturation distribution image.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
以下に説明する本発明の実施形態に係る内視鏡装置は、それぞれ波長域の異なる照明光を用いて撮影した複数の画像に基づいて被写体の生体情報(例えば、酸素飽和度)を定量的に分析して、分析結果を画像化して表示する装置である。以下に説明する酸素飽和度の定量分析では、血液の分光特性(すなわち、ヘモグロビンの分光特性)が酸素飽和度に応じて連続的に変化する性質が利用される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
An endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention described below quantitatively calculates biological information (for example, oxygen saturation) of a subject based on a plurality of images captured using illumination light having different wavelength ranges. It is an apparatus that analyzes and displays an analysis result as an image. In the quantitative analysis of oxygen saturation described below, the property that the spectral characteristics of blood (that is, the spectral characteristics of hemoglobin) continuously change according to the oxygen saturation is used.

[ヘモグロビンの分光特性及び酸素飽和度の計算原理]
本発明の実施形態に係る内視鏡装置の構成を説明する前に、ヘモグロビンの分光特性と、本実施形態における酸素飽和度の計算原理について説明する。
[Calculation principle of spectral characteristics and oxygen saturation of hemoglobin]
Before describing the configuration of the endoscope apparatus according to the embodiment of the present invention, the spectral characteristics of hemoglobin and the calculation principle of oxygen saturation in the present embodiment will be described.

図1に、550nm付近のヘモグロビンの吸収スペクトルを示す。ヘモグロビンは、550nm付近にポルフィリン環に由来するQ帯と呼ばれる強い吸収帯を有している。ヘモグロビンの吸収スペクトルは、酸素飽和度(全ヘモグロビンのうち酸素化ヘモグロビンが占める割合)に応じて変化する。図1における実線の波形は、酸素飽和度が100%の場合の(すなわち、酸素化ヘモグロビンHbOの)吸収スペクトルであり、長破線の波形は、酸素飽和度が0%の場合の(すなわち、還元ヘモグロビンHbの)吸収スペクトルである。また、短破線は、その中間の酸素飽和度(10、20、30、・・・90%)におけるヘモグロビン(酸素化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの混合物)の吸収スペクトルである。   FIG. 1 shows an absorption spectrum of hemoglobin near 550 nm. Hemoglobin has a strong absorption band called Q band derived from the porphyrin ring in the vicinity of 550 nm. The absorption spectrum of hemoglobin varies depending on the oxygen saturation (the ratio of oxygenated hemoglobin in the total hemoglobin). The solid line waveform in FIG. 1 is an absorption spectrum when the oxygen saturation is 100% (ie, oxygenated hemoglobin HbO), and the long broken line waveform is when the oxygen saturation is 0% (ie, reduction). It is an absorption spectrum of hemoglobin Hb. The short dashed line is an absorption spectrum of hemoglobin (a mixture of oxygenated hemoglobin and reduced hemoglobin) at an intermediate oxygen saturation (10, 20, 30,... 90%).

図1に示されるように、Q帯において、酸素化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンは互いに異なるピーク波長を有している。具体的には、酸素化ヘモグロビンは、波長542nm付近の吸収ピークP1と、波長576nm付近の吸収ピークP3を有している。一方、還元ヘモグロビンは、556nm付近に吸収ピークP2を有している。図1は、各成分(酸素化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン)の濃度の和が一定となる2成分系の吸収スペクトルであるため、各成分の濃度(すなわち、酸素飽和度)によらず吸収が一定となる等吸収点E1、E2、E3、E4が現れる。以下の説明では、等吸収点E1とE2とで挟まれた波長領域を波長域R1、等吸収点E2とE3とで挟まれた波長領域を波長域R2、等吸収点E3とE4とで挟まれた波長領域を波長域R3と呼ぶ。また、等吸収点E1とE4とで挟まれた波長領域(すなわち波長域R1、R2及びR3を合わせたもの)を波長域R0と呼ぶ。   As shown in FIG. 1, in the Q band, oxygenated hemoglobin and reduced hemoglobin have different peak wavelengths. Specifically, oxygenated hemoglobin has an absorption peak P1 near a wavelength of 542 nm and an absorption peak P3 near a wavelength of 576 nm. On the other hand, reduced hemoglobin has an absorption peak P2 near 556 nm. FIG. 1 shows a two-component absorption spectrum in which the sum of the concentrations of each component (oxygenated hemoglobin and reduced hemoglobin) is constant. Therefore, the absorption is constant regardless of the concentration of each component (ie, oxygen saturation). The equiabsorption points E1, E2, E3, and E4 appear. In the following description, the wavelength region sandwiched between the isosbestic points E1 and E2 is sandwiched between the wavelength region R1 and the wavelength region sandwiched between the isosbestic points E2 and E3 is sandwiched between the wavelength region R2 and the isosbestic points E3 and E4. This wavelength region is called a wavelength region R3. A wavelength region sandwiched between the isosbestic points E1 and E4 (that is, a combination of the wavelength regions R1, R2, and R3) is referred to as a wavelength region R0.

図1に示されるように、隣接する等吸収点間では、酸素飽和度に対して吸収が単調に増加又は減少する。また、隣接する等吸収点間では、ヘモグロビンの吸収は、酸素飽和度に対してほぼ線形的に変化する。   As shown in FIG. 1, absorption increases or decreases monotonously with respect to oxygen saturation between adjacent isosbestic points. Further, between adjacent isosbestic points, the absorption of hemoglobin changes almost linearly with respect to the oxygen saturation.

具体的には、波長域R1、R3におけるヘモグロビンの吸収AR1、AR3は酸素化ヘモグロビンの濃度(酸素飽和度)に対して線形的に単調増加し、波長域R2におけるヘモグロビンの吸収AR2は還元ヘモグロビンの濃度(1−酸素飽和度)に対して線形的に単調増加する。従って、次の数式10により定義される指標Xは、酸素化ヘモグロビンの濃度(酸素飽和度)に対して線形的に単調増加する。
Specifically, the absorption A R1, A R3 of hemoglobin in the wavelength range R1, R3 is linearly and monotonously increases with respect to the concentration of oxygenated hemoglobin (oxygen saturation), absorption A R2 of hemoglobin in the wavelength range R2 is It increases monotonically linearly with the concentration of reduced hemoglobin (1-oxygen saturation). Therefore, the index X defined by the following formula 10 increases monotonically linearly with respect to the oxygenated hemoglobin concentration (oxygen saturation).

従って、予め実験的に酸素飽和度と指標Xとの定量的な関係を取得すれば、指標Xの値から酸素飽和度を計算することができる。   Therefore, if a quantitative relationship between the oxygen saturation and the index X is acquired experimentally in advance, the oxygen saturation can be calculated from the value of the index X.

[内視鏡装置の構成]
図2は、本発明の実施形態に係る内視鏡装置1のブロック図である。本実施形態の内視鏡装置1は、電子スコープ100、プロセッサ200及びモニタ500を備えている。電子スコープ100及びモニタ500は、プロセッサ200に着脱可能に接続されている。また、プロセッサ200には、光源部400が内蔵されている。
[Configuration of endoscope apparatus]
FIG. 2 is a block diagram of the endoscope apparatus 1 according to the embodiment of the present invention. The endoscope apparatus 1 according to the present embodiment includes an electronic scope 100, a processor 200, and a monitor 500. The electronic scope 100 and the monitor 500 are detachably connected to the processor 200. Further, the processor 200 incorporates a light source unit 400.

電子スコープ100は、体腔内に挿入される挿入部101を有している。電子スコープ100の内部には、全長に亘って延びるライトガイド102が設けられている。ライトガイド102の射出端は、挿入部101の先端部内に配置されていて、ライトガイド102の入射端は、プロセッサ200の光源部400に接続されている。   The electronic scope 100 has an insertion portion 101 that is inserted into a body cavity. Inside the electronic scope 100, a light guide 102 extending over the entire length is provided. An emission end of the light guide 102 is disposed in a distal end portion of the insertion unit 101, and an incident end of the light guide 102 is connected to the light source unit 400 of the processor 200.

光源部400は、キセノンランプ等の光量の大きい白色光WLを発生する光源ランプ430を備えている。この光源部400によって生成された照明光ILは、ライトガイド102の入射端に入射するようになっている。ライトガイド102の入射端に入射した光は、ライトガイド102内を射出端まで伝搬して、射出端から放射される。電子スコープ100の挿入部の先端部には、ライトガイド102の射出端と対向して配光レンズ104が配置されており、ライトガイド102の射出端から放射される照明光ILは、配光レンズ104を透過して、挿入部101の先端部周辺の生体組織(例えば、消化管の内膜)を照明する。   The light source unit 400 includes a light source lamp 430 that generates white light WL having a large light amount, such as a xenon lamp. The illumination light IL generated by the light source unit 400 is incident on the incident end of the light guide 102. The light incident on the incident end of the light guide 102 propagates through the light guide 102 to the exit end and is emitted from the exit end. A light distribution lens 104 is disposed at the distal end of the insertion portion of the electronic scope 100 so as to face the emission end of the light guide 102, and the illumination light IL emitted from the emission end of the light guide 102 is a light distribution lens. The living body tissue (for example, the inner lining of the digestive tract) around the distal end portion of the insertion portion 101 is illuminated through 104.

また、挿入部101の先端部には、1つ以上の光学レンズを備える対物光学系106及び固体撮像素子110が設けられている。生体組織の表面で反射又は散乱された照明光ILの一部(戻り光)は、対物光学系106に入射し、集光されて、固体撮像素子110の受光面に結像する。   In addition, an objective optical system 106 and a solid-state imaging device 110 including one or more optical lenses are provided at the distal end portion of the insertion portion 101. A part (return light) of the illumination light IL reflected or scattered on the surface of the living tissue is incident on the objective optical system 106 and is condensed and imaged on the light receiving surface of the solid-state imaging device 110.

電子スコープ100の接続部内には、ドライバ信号処理回路120が備えられている。ドライバ信号処理回路120には、デジタル撮像信号(デジタル撮像データ、RAWデータ)がフィールド周期で固体撮像素子110より入力される。なお、以降の説明において「フィールド」は「フレーム」に置き替えてもよい。本実施形態において、フィールド周期、フレーム周期はそれぞれ、1/60秒、1/30秒である。ドライバ信号処理回路120は、固体撮像素子110より入力されるデジタル撮像信号に対して所定の処理を施してプロセッサ200の画像処理回路220に出力する。   A driver signal processing circuit 120 is provided in the connection portion of the electronic scope 100. The driver signal processing circuit 120 receives a digital imaging signal (digital imaging data, RAW data) from the solid-state imaging device 110 in a field cycle. In the following description, “field” may be replaced with “frame”. In the present embodiment, the field period and the frame period are 1/60 seconds and 1/30 seconds, respectively. The driver signal processing circuit 120 performs predetermined processing on the digital imaging signal input from the solid-state imaging device 110 and outputs the processed signal to the image processing circuit 220 of the processor 200.

ドライバ信号処理回路120はまた、メモリ121にアクセスして電子スコープ100の固有情報を読み出す。メモリ121に記録される電子スコープ100の固有情報には、例えば、固体撮像素子110の画素数や感度、動作可能なフィールドレート、型番等が含まれる。ドライバ信号処理回路120は、メモリ121より読み出された固有情報をシステムコントローラ202に出力する。   The driver signal processing circuit 120 also accesses the memory 121 and reads the unique information of the electronic scope 100. The unique information of the electronic scope 100 recorded in the memory 121 includes, for example, the number and sensitivity of the solid-state image sensor 110, the operable field rate, the model number, and the like. The driver signal processing circuit 120 outputs the unique information read from the memory 121 to the system controller 202.

システムコントローラ202は、電子スコープ100の固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ202は、生成された制御信号を用いて、プロセッサ200に接続されている電子スコープ100に適した処理がなされるようにプロセッサ200内の各種回路の動作やタイミングを制御する。   The system controller 202 performs various calculations based on the unique information of the electronic scope 100 and generates a control signal. The system controller 202 uses the generated control signal to control the operation and timing of various circuits in the processor 200 so that processing suitable for the electronic scope 100 connected to the processor 200 is performed.

タイミングコントローラ204は、システムコントローラ202によるタイミング制御に従って、同期信号を生成する。ドライバ信号処理回路120は、タイミングコントローラ204から供給される同期信号に従って、プロセッサ200が生成するビデオ信号のフィールドレートに同期したタイミングで固体撮像素子110を駆動制御する。   The timing controller 204 generates a synchronization signal according to the timing control by the system controller 202. The driver signal processing circuit 120 drives and controls the solid-state imaging device 110 at a timing synchronized with the field rate of the video signal generated by the processor 200 in accordance with the synchronization signal supplied from the timing controller 204.

画像処理回路220は、システムコントローラ202による制御の下、電子スコープ100から出力されるデジタル撮像信号に基づいて、デモザイク処理等により画像データを生成する。また、画像処理回路220は、生成された画像データを使用してモニタ表示用の画面データを生成し、この画面データを所定のビデオ・フォーマットのビデオ信号に変換して出力する。ビデオ信号はモニタ500に入力され、被写体のカラー画像がモニタ500の表示画面に表示される。   The image processing circuit 220 generates image data by demosaic processing or the like based on the digital imaging signal output from the electronic scope 100 under the control of the system controller 202. The image processing circuit 220 generates screen data for monitor display using the generated image data, converts the screen data into a video signal of a predetermined video format, and outputs the video signal. The video signal is input to the monitor 500, and a color image of the subject is displayed on the display screen of the monitor 500.

[固体撮像素子の概略構成]
図3は、固体撮像素子110のブロック図である。固体撮像素子110は、ベイヤー配列(Bayer arrangement)のRGB原色フィルタを備えた単板式カラーCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサである。
[Schematic configuration of solid-state image sensor]
FIG. 3 is a block diagram of the solid-state image sensor 110. The solid-state imaging device 110 is a single-plate color CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor provided with RGB primary color filters in a Bayer arrangement.

固体撮像素子110のカラーフィルタ(RGB原色フィルタ)は、赤色の光を透過させるRフィルタと、緑色の光を透過させるGフィルタ(Grフィルタ、Gbフィルタ)と、青色の光を透過させるBフィルタとが、固体撮像素子110の各受光素子上に直接取り付けられた、いわゆるオンチップフィルタである。R、G、Bの各フィルタは、図4に示すような分光特性を有している。すなわち、本実施形態のRフィルタは、波長約570nmより長波長の光を透過させるフィルタであり、Gフィルタは、波長約470nm〜620nmの光を透過させるフィルタであり、Bフィルタは、波長約530nmより短波長の光を透過させるフィルタである。   The color filter (RGB primary color filter) of the solid-state imaging device 110 includes an R filter that transmits red light, a G filter (Gr filter, Gb filter) that transmits green light, and a B filter that transmits blue light. Is a so-called on-chip filter mounted directly on each light receiving element of the solid-state image sensor 110. Each of the R, G, and B filters has spectral characteristics as shown in FIG. That is, the R filter of this embodiment is a filter that transmits light having a wavelength longer than about 570 nm, the G filter is a filter that transmits light having a wavelength of about 470 nm to 620 nm, and the B filter is about 530 nm. It is a filter that transmits light having a shorter wavelength.

また、Gフィルタは、Rフィルタが配列されたライン上に配置されたGrフィルタと、Bフィルタが配列されたライン上に配置されたGbフィルタとに区分される。   The G filter is divided into a Gr filter arranged on a line where R filters are arranged and a Gb filter arranged on a line where B filters are arranged.

固体撮像素子110は、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、R、Gr、Gb、Bの色信号を生成して、走査線(撮像信号)として出力する。なお、固体撮像素子110には、CMOSイメージセンサに限らず、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやその他の種類の撮像装置を使用することもできる。固体撮像素子110の詳細な構成については後述する。   The solid-state imaging device 110 accumulates an optical image formed by each pixel on the light receiving surface as a charge corresponding to the amount of light, generates R, Gr, Gb, and B color signals, and scan lines (imaging signals). Output as. The solid-state image sensor 110 is not limited to a CMOS image sensor, and a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or other types of imaging devices can also be used. The detailed configuration of the solid-state image sensor 110 will be described later.

[光源部の構成]
光源部400は、上述の光源430の他に、コリメータレンズ440、回転フィルタ410、フィルタ制御部420及び集光レンズ450を備えている。光源430から出射される白色光WLは、コリメータレンズ440によって平行光となり、回転フィルタ410を通過した後、集光レンズ450によってライトガイド102の入射端に入射する。なお、回転フィルタ410は、リニアガイドウェイ等の移動手段(不図示)によって、白色光WLの光路上の適用位置と光路外の退避位置との間で移動可能になっている。
[Configuration of light source section]
The light source unit 400 includes a collimator lens 440, a rotation filter 410, a filter control unit 420, and a condenser lens 450 in addition to the light source 430 described above. The white light WL emitted from the light source 430 becomes parallel light by the collimator lens 440, passes through the rotary filter 410, and enters the incident end of the light guide 102 by the condenser lens 450. The rotary filter 410 is movable between an application position on the optical path of the white light WL and a retracted position outside the optical path by a moving means (not shown) such as a linear guide way.

回転フィルタ410は、複数の光学フィルタを備えた円盤型の光学ユニットであり、その回転角度に応じて通過波長域が切り替わるように構成されている。回転フィルタ410の回転角度は、システムコントローラ202に接続されたフィルタ制御部420によって制御される。システムコントローラ202がフィルタ制御部420を介して回転フィルタ410の回転角度を制御することにより、回転フィルタ410を通過してライトガイド102に供給される照明光のスペクトルが切り替えられる。   The rotary filter 410 is a disk-type optical unit including a plurality of optical filters, and is configured such that the pass wavelength range is switched according to the rotation angle. The rotation angle of the rotary filter 410 is controlled by a filter control unit 420 connected to the system controller 202. When the system controller 202 controls the rotation angle of the rotary filter 410 via the filter control unit 420, the spectrum of the illumination light that passes through the rotary filter 410 and is supplied to the light guide 102 is switched.

図5は、回転フィルタ410の外観図(正面図)である。回転フィルタ410は、略円盤状のフレーム411と、3つの扇形の光学フィルタ415、416及び418を備えている。フレーム411の中心軸の周りには3つの扇状の窓414a、414b及び414cが等間隔で形成されており、各窓414a、414b及び414cには、それぞれ光学フィルタ415、416及び418が嵌め込まれている。なお、本実施形態の光学フィルタは、いずれも誘電体多層膜フィルタであるが、他の方式の光学フィルタ(例えば、吸収型の光学フィルタや誘電体多層膜を反射膜として用いたエタロンフィルタ等)を用いてもよい。   FIG. 5 is an external view (front view) of the rotary filter 410. The rotary filter 410 includes a substantially disk-shaped frame 411 and three fan-shaped optical filters 415, 416 and 418. Three fan-shaped windows 414a, 414b and 414c are formed at equal intervals around the central axis of the frame 411, and optical filters 415, 416 and 418 are fitted into the windows 414a, 414b and 414c, respectively. Yes. The optical filters of the present embodiment are all dielectric multilayer filters, but other types of optical filters (for example, absorption optical filters and etalon filters using dielectric multilayer films as reflective films). May be used.

また、フレーム411の中心軸上にはボス穴412が形成されている。ボス穴412には、フィルタ制御部420が備えるサーボモータ(不図示)の出力軸が差し込まれて固定されており、回転フィルタ410はサーボモータの出力軸と共に回転する。   A boss hole 412 is formed on the central axis of the frame 411. In the boss hole 412, an output shaft of a servo motor (not shown) provided in the filter control unit 420 is inserted and fixed, and the rotary filter 410 rotates together with the output shaft of the servo motor.

図5には、白色光WLが光学フィルタ415に入射する状態が示されているが、回転フィルタ410が矢印で示される方向に回転すると、白色光WLが入射する光学フィルタは、415、416、418の順に切り替わり、これにより回転フィルタ410を通過する照明光ILのスペクトルが切り替えられる。   FIG. 5 shows a state where the white light WL is incident on the optical filter 415. However, when the rotary filter 410 rotates in the direction indicated by the arrow, the optical filters on which the white light WL is incident are 415, 416, In this order, the spectrum of the illumination light IL passing through the rotary filter 410 is switched.

光学フィルタ415及び416は、550nm帯の光を選択的に通過させる光バンドパスフィルタである。図1に示されるように、光学フィルタ415は、等吸収点E1からE4までの波長域(すなわち、波長域R0(「第1照明波長域」という。))の光を低損失で通過させ、それ以外の波長領域の光を遮断するように構成されている。また、光学フィルタ416は、等吸収点E2からE3までの波長域(すなわち、波長域R2(「第2照明波長域」という。))の光を低損失で通過させ、それ以外の波長領域の光を遮断するように構成されている。   The optical filters 415 and 416 are optical bandpass filters that selectively pass light in the 550 nm band. As shown in FIG. 1, the optical filter 415 allows light in the wavelength region from the isoabsorption points E1 to E4 (that is, the wavelength region R0 (referred to as “first illumination wavelength region”)) to pass through with low loss, It is configured to block light in other wavelength regions. The optical filter 416 allows light in the wavelength region from the isosbestic points E2 to E3 (that is, the wavelength region R2 (referred to as “second illumination wavelength region”)) to pass through with low loss, and in other wavelength regions. It is configured to block light.

図1に示されるように、波長域R1には酸素化ヘモグロビンに由来する吸収ピークP1のピーク波長が含まれ、波長域R2には還元ヘモグロビンに由来する吸収ピークP2のピーク波長が含まれ、波長域R3には酸素化ヘモグロビンに由来する吸収ピークP3のピーク波長が含まれている。また、波長域R0には、吸収ピークP1、P2、P3の各ピーク波長が含まれている。   As shown in FIG. 1, the wavelength range R1 includes the peak wavelength of the absorption peak P1 derived from oxygenated hemoglobin, and the wavelength range R2 includes the peak wavelength of the absorption peak P2 derived from reduced hemoglobin. The region R3 includes the peak wavelength of the absorption peak P3 derived from oxygenated hemoglobin. The wavelength band R0 includes the peak wavelengths of the absorption peaks P1, P2, and P3.

光学フィルタ415及び416の通過波長域(図1)は、固体撮像素子110のカラーフィルタのG(Gr、Gb)フィルタの通過波長域(図4)に含まれている。従って、光学フィルタ415又は416を通過した光によって形成される像は、Gr、Gbフィルタが装着された受光素子によって撮像され、デジタル撮像データGr、Gbとして得られる。   The pass wavelength range (FIG. 1) of the optical filters 415 and 416 is included in the pass wavelength range (FIG. 4) of the G (Gr, Gb) filter of the color filter of the solid-state imaging device 110. Accordingly, an image formed by light that has passed through the optical filter 415 or 416 is captured by a light receiving element on which a Gr or Gb filter is mounted, and is obtained as digital imaging data Gr or Gb.

また、光学フィルタ418は、紫外線カットフィルタであり、光学フィルタ418を通過した照明光IL(すなわち白色光)は、通常観察像の撮像に使用される。なお、光学フィルタ418を使用せず、フレーム411の窓414cを開放した構成としてもよい。   The optical filter 418 is an ultraviolet cut filter, and the illumination light IL (that is, white light) that has passed through the optical filter 418 is used for capturing a normal observation image. Note that the optical filter 418 may not be used, and the window 414c of the frame 411 may be opened.

また、窓414c(図5)には、光学フィルタ418に重ねて、減光フィルタ(NDフィルタ)419が取り付けられている。減光フィルタ419は、可視光全域に亘って波長依存性が無く、照明光ILのスペクトルを変化させずに光量のみを低減する。減光フィルタ419の使用によって、光学フィルタ418及び減光フィルタ419を通過した照明光ILの光量は、光学フィルタ415、416を通過した照明光ILの光量と略同水準に調整される。これにより、光学フィルタ415、416及び418のいずれを通過した照明光ILを用いた場合でも、同じ露出時間で適正露出での撮像が可能になる。   Further, a darkening filter (ND filter) 419 is attached to the window 414c (FIG. 5) so as to overlap the optical filter 418. The neutral density filter 419 has no wavelength dependence over the entire visible light range, and reduces only the amount of light without changing the spectrum of the illumination light IL. By using the neutral density filter 419, the amount of illumination light IL that has passed through the optical filter 418 and the neutral density filter 419 is adjusted to approximately the same level as the amount of illumination light IL that has passed through the optical filters 415 and 416. As a result, even when the illumination light IL that has passed through any of the optical filters 415, 416, and 418 is used, it is possible to capture an image with appropriate exposure with the same exposure time.

本実施形態では、減光フィルタ419として、目の細かな金属メッシュが使用されている。金属メッシュ以外にも、ハーフミラー等の他方式の減光フィルタを使用してもよい。また、窓414a、414bに減光フィルタを取り付けてもよい。   In the present embodiment, a fine metal mesh is used as the neutral density filter 419. Besides the metal mesh, a neutral density filter such as a half mirror may be used. Further, a neutral density filter may be attached to the windows 414a and 414b.

フレーム411の周縁部には、貫通孔413が形成されている。貫通孔413は、フレーム411の回転方向において、窓414aと窓414cとの境界部と同じ位置に形成されている。フレーム411の周囲には、貫通孔413を検出するためのフォトインタラプタ422が、フレーム411の周縁部の一部を囲むように配置されている。フォトインタラプタ422は、フィルタ制御部420に接続されている。   A through hole 413 is formed at the peripheral edge of the frame 411. The through-hole 413 is formed at the same position as the boundary between the window 414a and the window 414c in the rotation direction of the frame 411. Around the frame 411, a photo interrupter 422 for detecting the through hole 413 is arranged so as to surround a part of the peripheral edge of the frame 411. The photo interrupter 422 is connected to the filter control unit 420.

本実施形態の内視鏡装置1は、通常観察モードと分光分析モードの2つの動作モードを有している。通常観察モードは、光学フィルタ418を通過した白色光を用いてカラー画像を撮影する動作モードである。分光分析モードは、光学フィルタ415、416をそれぞれ通過した照明光を用いて撮像したデジタル撮像データ(RAWデータ)に基づいて分光分析を行い、生体組織中の生体分子の分布画像(例えば酸素飽和度分布画像)を表示するモードである。   The endoscope apparatus 1 of the present embodiment has two operation modes, a normal observation mode and a spectroscopic analysis mode. The normal observation mode is an operation mode for photographing a color image using white light that has passed through the optical filter 418. In the spectroscopic analysis mode, spectroscopic analysis is performed based on digital imaging data (RAW data) captured using illumination light that has passed through the optical filters 415 and 416, respectively, and a distribution image (for example, oxygen saturation level) of a biomolecule in a living tissue. Distribution image).

通常観察モードにおいては、システムコントローラ202は、移動手段を制御して、回転フィルタ410を適用位置から退避位置へ移動させる。なお、通常観察モード以外の動作モードでは、回転フィルタ410は適用位置に配置される。また、回転フィルタ410が移動手段を有しない場合は、システムコントローラ202は、フィルタ制御部420を制御して、白色光WLが光学フィルタ418に入射する位置で回転フィルタ410を静止させる。そして、固体撮像素子110によって撮像されたデジタル撮像データをデモザイク処理して画像データを生成し、この画像データを、必要に応じて画像処理を施した後に、ビデオ信号に変換して、モニタ500に表示させる。   In the normal observation mode, the system controller 202 controls the moving unit to move the rotary filter 410 from the application position to the retracted position. In the operation mode other than the normal observation mode, the rotary filter 410 is disposed at the application position. When the rotary filter 410 has no moving means, the system controller 202 controls the filter control unit 420 to stop the rotary filter 410 at a position where the white light WL is incident on the optical filter 418. Then, the digital imaging data captured by the solid-state imaging device 110 is demosaiced to generate image data. The image data is subjected to image processing as necessary, and then converted into a video signal to be displayed on the monitor 500. Display.

分光分析モードにおいては、システムコントローラ202は、フィルタ制御部420を制御して、回転フィルタ410を一定の回転数で回転駆動させながら、光学フィルタ415、416及び418をそれぞれ通過した照明光による生体組織の撮像を順次行う。そして、各光学フィルタ415及び416をそれぞれ用いて取得したデジタル撮像データに基づいて生体組織中の生体分子の分布を示す画像を生成し、これと光学フィルタ418を用いて撮影した通常観察画像とを並べた表示画面を生成して、更にビデオ信号に変換して、モニタ500に表示させる。   In the spectroscopic analysis mode, the system controller 202 controls the filter control unit 420 to rotate and rotate the rotary filter 410 at a constant rotation speed, and the living tissue by the illumination light that has passed through the optical filters 415, 416, and 418, respectively. Are sequentially picked up. Then, an image showing the distribution of biomolecules in the biological tissue is generated based on the digital imaging data acquired using the optical filters 415 and 416, respectively, and a normal observation image captured using the optical filter 418. The arranged display screen is generated, further converted into a video signal, and displayed on the monitor 500.

分光分析モードでは、フィルタ制御部420は、フォトインタラプタ422が貫通孔413を検出するタイミングに基づいて、回転フィルタ410の回転の位相を検出し、これをタイミングコントローラ204から供給される同期信号の位相と比較して、回転フィルタ410の回転の位相を調整する。タイミングコントローラ204からの同期信号は、固体撮像素子110の駆動信号と同期している。従って、回転フィルタ410は、固体撮像素子110の駆動と同期して、略一定の回転数で回転駆動される。具体的には、回転フィルタ410の回転は、固体撮像素子110による1画像分(R,G,Bの3フレーム)の撮像が行われる毎に、白色光WLが入射する光学フィルタ415、416、418が順次切り替わるように制御される。   In the spectroscopic analysis mode, the filter control unit 420 detects the phase of the rotation of the rotary filter 410 based on the timing when the photo interrupter 422 detects the through hole 413, and uses this to detect the phase of the synchronization signal supplied from the timing controller 204. The phase of rotation of the rotary filter 410 is adjusted as compared with. The synchronization signal from the timing controller 204 is synchronized with the drive signal for the solid-state image sensor 110. Therefore, the rotary filter 410 is rotationally driven at a substantially constant rotational speed in synchronization with the driving of the solid-state imaging device 110. Specifically, the rotation of the rotation filter 410 is performed by optical filters 415, 416, on which the white light WL is incident every time one image (three frames of R, G, B) is captured by the solid-state imaging device 110. Control is performed so that 418 switches sequentially.

[固体撮像素子の詳細構成]
上述のように、本実施形態の分光分析モードでは、光学フィルタ415を通過した照明光IL415の照射下で撮像したデジタル撮像データG415(デジタル撮像信号G415)と、光学フィルタ416を通過した照明光IL416の照射下で撮像したデジタル撮像データG416(デジタル撮像信号G416)とに基づいて、被写体である生体組織中の生体分子の濃度の定量が行われる。
[Detailed configuration of solid-state image sensor]
As described above, in the spectroscopic analysis mode of the present embodiment, the digital imaging data G 415 (digital imaging signal G 415 ) imaged under irradiation of the illumination light IL 415 that has passed through the optical filter 415 and the optical filter 416 have passed. Based on the digital imaging data G 416 (digital imaging signal G 416 ) imaged under irradiation of the illumination light IL 416 , the concentration of the biomolecule in the biological tissue that is the subject is quantified.

生体分子の濃度の定量を高精度に行うためには、デジタル変換時にADC(Analogue-to-Digital Converter)の入力レンジの幅をなるべく狭く設定して、階調の高いデジタル撮像信号G415、G416を取得する必要がある。また、生体分子の濃度の定量を高確度に行うためには、2つのデジタル撮像信号G415、G416のゼロ点(黒レベル)を正確に合わせる必要がある。 In order to determine the concentration of the biomolecule with high accuracy, the width of the input range of the ADC (Analogue-to-Digital Converter) is set as narrow as possible during digital conversion, and the digital imaging signals G 415 , G 315 with high gradation are set. 416 needs to be obtained. In addition, in order to quantify the concentration of biomolecules with high accuracy, it is necessary to accurately match the zero points (black levels) of the two digital imaging signals G 415 and G 416 .

固体撮像素子110のアナログ撮像信号G415、G416の出力レベルの変動範囲に合わせてADCの入力レンジを絞ると、高階調のデジタル撮像信号G415、G416が得られる。しかしながら、単純にADCの入力レンジを調整すると、ゼロ点の情報が失われるため、2つのデジタル撮像信号G415、G416の正確な絶対値(又は、デジタル撮像信号G415、G416間の正確な相対値)が得られず、定量の確度が低下してしまう。 When the ADC input range is narrowed in accordance with the fluctuation range of the output levels of the analog imaging signals G 415 and G 416 of the solid-state imaging device 110, high gradation digital imaging signals G 415 and G 416 are obtained. However, if the input range of the ADC is simply adjusted, the zero point information is lost. Therefore , the accurate absolute value of the two digital imaging signals G 415 and G 416 (or the accuracy between the digital imaging signals G 415 and G 416 is accurate). A relative value) cannot be obtained, and the accuracy of quantification is reduced.

本実施形態の内視鏡装置1は、以下に説明する入力レンジ設定部113(図7)を設けることにより、高階調かつ高確度のデジタル撮像信号G415、G416を取得可能とし、これにより、生体分子の濃度の高精度かつ高確度の定量を可能にしている。 The endoscope apparatus 1 according to the present embodiment can acquire high-gradation and high-accuracy digital imaging signals G 415 and G 416 by providing an input range setting unit 113 (FIG. 7) described below. This enables high-precision and high-accuracy quantification of biomolecule concentrations.

また、光学フィルタ415と光学フィルタ416とでは、通過帯域幅が異なり、その結果として通過する光量も異なる(具体的には、光学フィルタ415の通過光量は、光学フィルタ416の約3倍である)。従って、アナログ撮像信号G415の高い信号レベルに合わせてアナログ撮像信号G416のADCの入力レンジを設定すると、デジタル撮像信号G416の階調が粗くなってしまう。 Further, the optical filter 415 and the optical filter 416 have different pass bandwidths, and as a result, the amount of light passing therethrough also differs (specifically, the amount of light passing through the optical filter 415 is approximately three times that of the optical filter 416). . Therefore, when the ADC input range of the analog imaging signal G 416 is set in accordance with the high signal level of the analog imaging signal G 415 , the gradation of the digital imaging signal G 416 becomes rough.

本実施形態の内視鏡装置1は、出力レベルの異なる各アナログ撮像信号G415、G416に対して個別にADCの入力レンジを調整することが可能であり、これにより生体組織中の生体分子濃度のより高精度の定量を可能にしている。 The endoscope apparatus 1 of the present embodiment can individually adjust the input range of the ADC with respect to the analog imaging signals G 415 and G 416 having different output levels, and thereby biomolecules in the biological tissue. Enables more accurate quantification of concentration.

図3に示されるように、固体撮像素子110は、ラインごと及び色信号(R、Gr、Gb、B)ごとに設けられた複数のCDS(Correlated Double Sampling)[R−CDS、Gr−CDS、Gb−CDS、B−CDS]を備えている。   As shown in FIG. 3, the solid-state imaging device 110 includes a plurality of CDS (Correlated Double Sampling) [R-CDS, Gr-CDS, each of which is provided for each line and each color signal (R, Gr, Gb, B). Gb-CDS, B-CDS].

また、固体撮像素子110は、色信号(アナログ撮像信号R、Gr、Gb、B)ごとに設けられた4つのAFE(Analog Front End)[R−AFE、Gr−AFE、Gb−AFE、B−AFE]を備えている。これら4つのAFEから出力されるデジタル撮像信号は、通常観察画像の生成に使用される。また、固体撮像素子110は、分光分析用の高精度なデジタル撮像信号Grを出力するGr−AFEsaを更に備えている。   Further, the solid-state image sensor 110 has four AFEs (R-AFE, Gr-AFE, Gb-AFE, B-) provided for each color signal (analog image signals R, Gr, Gb, B). AFE]. Digital imaging signals output from these four AFEs are normally used for generating an observation image. The solid-state imaging device 110 further includes Gr-AFEsa that outputs a high-precision digital imaging signal Gr for spectral analysis.

Gr−CDSの出力ラインは、スイッチSW2の切り替えによって、Gr−AFEとGr−AFEsaのどちらかに接続される。具体的には、通常観察モードにおいては、Gr−AFEがGr−CDSに接続され、分光分析モードにおいては、Gr−AFEsaがGr−CDSに接続される。   The output line of Gr-CDS is connected to either Gr-AFE or Gr-AFEsa by switching the switch SW2. Specifically, Gr-AFE is connected to Gr-CDS in the normal observation mode, and Gr-AFEsa is connected to Gr-CDS in the spectroscopic analysis mode.

また、Gb−AFEの出力ラインは、スイッチSW1の切り替えによって、ドライバ信号処理回路120とGr−AFEsaのどちらかに接続される。具体的には、通常観察モードにおいては、Gb−AFEの出力ラインはドライバ信号処理回路120に接続され、分光分析モードにおいては、Gb−AFEの出力ラインがGr−AFEsaに接続され、Gr−AFEsaにデジタル撮像信号Gbが供給される。   The output line of Gb-AFE is connected to either the driver signal processing circuit 120 or Gr-AFEsa by switching the switch SW1. Specifically, in the normal observation mode, the output line of Gb-AFE is connected to the driver signal processing circuit 120, and in the spectroscopic analysis mode, the output line of Gb-AFE is connected to Gr-AFEsa, and Gr-AFEsa Is supplied with a digital imaging signal Gb.

また、Gb−AFEからは、後述するFSPがGr−AFEsaに供給される。   Further, from Gb-AFE, FSP described later is supplied to Gr-AFEsa.

なお、一般には、CDSを含めた回路をAFEというが、ここでは説明の便宜上、CDSを除いた回路を「AFE」と呼ぶ。また、本明細書では、CDSやAFE等のデジタル撮像信号を生成するための初期的な信号処理を行う手段を初期処理手段と呼ぶ。   In general, a circuit including the CDS is referred to as AFE, but for convenience of explanation, a circuit excluding the CDS is referred to as “AFE”. In this specification, means for performing initial signal processing for generating a digital imaging signal such as CDS or AFE is referred to as initial processing means.

また、CDSをライン毎に設けずに、アナログ撮像信号毎に(例えばAFE内に)設けてもよい。また、AFE(CDSを含む)をライン毎又は画素毎に設けても良い。また、本実施形態では、AFE(CDSを含む)が固体撮像素子110内に設けられているが、例えばドライバ信号処理回路120内等、内視鏡装置1の他の回路内にAFEを設けた構成としてもよい。   Further, the CDS may be provided for each analog imaging signal (for example, in the AFE) without providing the CDS for each line. Further, an AFE (including CDS) may be provided for each line or each pixel. In this embodiment, the AFE (including the CDS) is provided in the solid-state imaging device 110. However, the AFE is provided in another circuit of the endoscope apparatus 1 such as the driver signal processing circuit 120, for example. It is good also as a structure.

[Gb−AFE(R−AFE、Gr−AFE、B−AFE)]
図6はGb−AFEのブロック図である。R−AFE、Gr−AFE、Gb−AFE及びB−AFEは、同一の一般的な構成を有している。これらを代表してGb−AFEの構成について説明する。但し、本実施形態では、図6において破線の矢印で示されるように、Gb−AFEの出力がGr−AFEsaに供給されるが、R−AFE、Gr−AFE及びB−AFEの出力はGr−AFEsaには供給されない。
[Gb-AFE (R-AFE, Gr-AFE, B-AFE)]
FIG. 6 is a block diagram of Gb-AFE. R-AFE, Gr-AFE, Gb-AFE and B-AFE have the same general configuration. The configuration of Gb-AFE will be described on behalf of these. However, in the present embodiment, as indicated by the dashed arrow in FIG. 6, the output of Gb-AFE is supplied to Gr-AFEsa, but the outputs of R-AFE, Gr-AFE, and B-AFE are Gr−. It is not supplied to AFEsa.

図6に示されるように、Gb−AFEは、自動ゲイン補正を行うAGC(Automatic Gain Control)111と、アナログ撮像信号Gbをデジタル撮像信号Gbに変換するADC112を備えている。Gb−CDSから出力されるアナログ撮像信号Gbは、AGC111によりゲイン調整された後、ADC112によりデジタル撮像信号Gbに変換される。具体的には、ADC112は、アナログ撮像信号Gbを、ゼロ点(黒レベル)を含むフルスケールのデジタル撮像信号Gbに変換する。通常観察モードにおいては、Gb−AFEから出力されるデジタル撮像信号Gbは、他のAFEから出力されるデジタル撮像信号R、Gr、Bと共にドライバ信号処理回路120を介して、プロセッサ200の画像処理回路220に送られる。また、分光分析モードにおいては、Gb−AFEから出力されたデジタル撮像信号Gb及び後述するFSPが、Gr−AFEsaに供給され、Gr−AFEsaのADC112a(図7)の入力レンジ調整に使用される。   As illustrated in FIG. 6, the Gb-AFE includes an AGC (Automatic Gain Control) 111 that performs automatic gain correction, and an ADC 112 that converts the analog imaging signal Gb into a digital imaging signal Gb. The analog imaging signal Gb output from the Gb-CDS is subjected to gain adjustment by the AGC 111 and then converted to the digital imaging signal Gb by the ADC 112. Specifically, the ADC 112 converts the analog imaging signal Gb into a full-scale digital imaging signal Gb including a zero point (black level). In the normal observation mode, the digital imaging signal Gb output from the Gb-AFE is supplied to the image processing circuit of the processor 200 through the driver signal processing circuit 120 together with the digital imaging signals R, Gr, and B output from other AFEs. 220. In the spectroscopic analysis mode, a digital imaging signal Gb output from the Gb-AFE and an FSP described later are supplied to the Gr-AFEsa and used for input range adjustment of the ADC 112a (FIG. 7) of the Gr-AFEsa.

[Gr−AFEsa]
図7はGr−AFEsaのブロック図である。Gr−AFEsaは、AGC111及びADC112aの他に、入力レンジ設定部113及び復元部114を備えている。入力レンジ設定部113は、Gb−AFEから出力されるデジタル撮像信号Gbに基づいて、ADC112aの入力レンジの調整及び設定を行う機能部である。入力レンジ設定部113は、ADC112aの入力レンジを定める2つの設定値(入力スパンSP及び入力オフセット量OF)を計算して出力する。
[Gr-AFEsa]
FIG. 7 is a block diagram of Gr-AFEsa. The Gr-AFEsa includes an input range setting unit 113 and a restoration unit 114 in addition to the AGC 111 and the ADC 112a. The input range setting unit 113 is a functional unit that adjusts and sets the input range of the ADC 112a based on the digital imaging signal Gb output from the Gb-AFE. The input range setting unit 113 calculates and outputs two setting values (input span SP and input offset amount OF) that define the input range of the ADC 112a.

図8は、入力スパンSPと入力オフセット量OFの定義を説明する図である。図8(a)は、アナログ入力(アナログ撮像信号Gr)のフルスケールの波形を示すグラフであり、図8(b)は図8(a)の入力レンジ付近を拡大したグラフである。   FIG. 8 is a diagram for explaining the definitions of the input span SP and the input offset amount OF. FIG. 8A is a graph showing a full-scale waveform of an analog input (analog imaging signal Gr), and FIG. 8B is a graph in which the vicinity of the input range of FIG. 8A is enlarged.

入力スパンSPは、ADC112aの入力レンジの幅(入力レンジの上限値と下限値との差分)を定める設定値である。また、入力オフセット量OFは、入力レンジの下限値(ゼロ点とのレベル差)を定める設定値である。   The input span SP is a set value that determines the width of the input range of the ADC 112a (difference between the upper limit value and the lower limit value of the input range). The input offset amount OF is a set value that determines the lower limit value of the input range (level difference from the zero point).

[入力レンジ設定部]
図9は、入力レンジ設定部113のブロック図である。入力レンジ設定部113は、統計処理部1131、入力スパン計算部1132及び入力オフセット量計算部1133を備えている。
[Input range setting section]
FIG. 9 is a block diagram of the input range setting unit 113. The input range setting unit 113 includes a statistical processing unit 1131, an input span calculation unit 1132, and an input offset amount calculation unit 1133.

[統計処理部]
統計処理部1131は、Gb−AFEから出力されるデジタル撮像信号Gbについて統計処理を行い、デジタル撮像信号Gbの平均値Gb_AVG及び標準偏差Gb_SDを出力する。
[Statistics processing section]
The statistical processing unit 1131 performs statistical processing on the digital imaging signal Gb output from the Gb-AFE, and outputs an average value Gb_AVG and a standard deviation Gb_SD of the digital imaging signal Gb.

[入力スパン計算部]
入力スパン計算部1132は、デジタル撮像信号Gbの標準偏差Gb_SDに基づいて、数式11を用いて入力スパンSPを計算する。
なお、Kは予め設定された定数である。本実施形態ではK=1.5と設定されている。
[Input span calculation section]
The input span calculator 1132 calculates the input span SP using Equation 11 based on the standard deviation Gb_SD of the digital imaging signal Gb.
K is a preset constant. In this embodiment, K = 1.5 is set.

[入力オフセット量計算部]
入力オフセット量計算部1133は、デジタル撮像信号Gbの平均値Gb_AVG及び標準偏差Gb_SDに基づいて、数式12を用いて入力オフセット量OFを計算する。
[Input offset calculation section]
The input offset amount calculation unit 1133 calculates the input offset amount OF using Equation 12 based on the average value Gb_AVG and the standard deviation Gb_SD of the digital imaging signal Gb.

すなわち、図8(b)に示されるように、ADC112aの入力レンジの中心がデジタル撮像信号Gbの平均値Gb_AVGとなり、入力レンジの幅がデジタル撮像信号Gbの標準偏差Gb_SDの2K倍(3倍)となるように、入力オフセット量OF及び入力スパンSPが設定される。   That is, as shown in FIG. 8B, the center of the input range of the ADC 112a is the average value Gb_AVG of the digital imaging signal Gb, and the width of the input range is 2K times (3 times) the standard deviation Gb_SD of the digital imaging signal Gb. The input offset amount OF and the input span SP are set so that

[復元部]
ADC112aは、入力レンジ設定部113から与えられた入力オフセット量OF及び入力スパンSPに基づいて入力レンジを設定し、アナログ撮像信号Grを差分デジタル撮像信号Gr_difに変換する。差分デジタル撮像信号Gr_difは、ゼロを最小値とし、ADC112aの分解能によって決まる値(例えば、8ビットADCの場合は255)を最大値とする離散値である。差分デジタル撮像信号Gr_difは、アナログ撮像信号Grから尺度の情報(すなわち、入力オフセット量OF及び入力スパンSP)が取り除かれた、アナログ撮像信号Grの相対的な変動量の情報のみを含むデータといえる。そのため、元のアナログ撮像信号Grに相当する絶対値の情報を含むデジタル撮像信号Grを得るためには、差分デジタル撮像信号Gr_difに入力オフセット量OF及び入力スパンSPの情報を補う必要がある。
[Restore unit]
The ADC 112a sets the input range based on the input offset amount OF and the input span SP given from the input range setting unit 113, and converts the analog imaging signal Gr into the differential digital imaging signal Gr_dif. The difference digital imaging signal Gr_dif is a discrete value having zero as a minimum value and a value determined by the resolution of the ADC 112a (for example, 255 in the case of an 8-bit ADC) as a maximum value. The difference digital imaging signal Gr_dif can be said to be data including only information on the relative fluctuation amount of the analog imaging signal Gr from which the scale information (that is, the input offset amount OF and the input span SP) is removed from the analog imaging signal Gr. . Therefore, in order to obtain the digital imaging signal Gr including the absolute value information corresponding to the original analog imaging signal Gr, it is necessary to supplement the information about the input offset amount OF and the input span SP to the differential digital imaging signal Gr_dif.

復元部114は、ADC112aから出力された差分デジタル撮像信号Gr_difと、入力レンジ設定部113から与えられた入力オフセット量OF及び入力スパンSPとに基づいて、数式13を用いて、元のアナログ撮像信号Grに相当するデジタル撮像信号Grを生成する。なお、デジタル撮像信号Grは、差分デジタル撮像信号Gr_difと同じ階調の精度を有し、且つ、差分デジタル撮像信号Grよりもレンジ幅が広い。すなわち、デジタル撮像信号Gr(例えば16ビット信号)は、差分デジタル撮像信号Gr(例えば8ビット信号)よりもビット数の大きなデジタル信号となる。
Based on the difference digital imaging signal Gr_dif output from the ADC 112a and the input offset amount OF and the input span SP given from the input range setting unit 113, the restoration unit 114 uses the original analog imaging signal using Equation 13. A digital imaging signal Gr corresponding to Gr is generated. The digital imaging signal Gr has the same gradation accuracy as the differential digital imaging signal Gr_dif, and has a wider range than the differential digital imaging signal Gr. That is, the digital imaging signal Gr (for example, 16-bit signal) is a digital signal having a larger number of bits than the differential digital imaging signal Gr (for example, 8-bit signal).

ここで、FSPは、アナログ撮像信号Gbのデジタル変換におけるGb−AFEのADC112の入力スパンを定める設定値(定数)であり、アナログ撮像信号Gbの飽和出力レベルに相当する値に設定されている。また、図8(a)に示されるように、入力オフセット量OFと入力スパンSPの和をFSPとしてもよい。   Here, FSP is a set value (constant) that determines the input span of the ADC 112 of Gb-AFE in the digital conversion of the analog image signal Gb, and is set to a value corresponding to the saturation output level of the analog image signal Gb. Further, as shown in FIG. 8A, the sum of the input offset amount OF and the input span SP may be FSP.

以上に説明したGr−AFEsaの構成により、階調が高く且つ正確な絶対値を有するデジタル撮像信号Grが生成される。以下に説明する本実施形態の分光分析モードでは、Gr−AFEsaによって生成された高階調かつ高確度のデジタル撮像信号Grを使用して生体分子の定量分析が行われる。また、通常観察画像は、固体撮像素子110から出力されるデジタル撮像信号R、Gr、Bを使用したデモザイク処理によって生成される。なお、通常観察モードでは、4つのデジタル撮像信号R、Gr、Gb、Bから通常観察画像が生成される。   With the Gr-AFEsa configuration described above, a digital imaging signal Gr having a high gradation and an accurate absolute value is generated. In the spectroscopic analysis mode of this embodiment described below, quantitative analysis of biomolecules is performed using a high-gradation and high-accuracy digital imaging signal Gr generated by Gr-AFEsa. Further, the normal observation image is generated by demosaic processing using the digital imaging signals R, Gr, and B output from the solid-state imaging device 110. In the normal observation mode, a normal observation image is generated from the four digital imaging signals R, Gr, Gb, and B.

[分光分析モードにおける画像処理]
次に、分光分析モードにおいて、画像処理回路220によって実行される画像生成処理について説明する。なお、画像処理回路220は、後述のように、本発明の実施形態に係る指標Xを計算することから、「指標計算部」ともいう。図10は、画像生成処理(指標計算処理)を説明するフローチャートである。
[Image processing in spectral analysis mode]
Next, image generation processing executed by the image processing circuit 220 in the spectroscopic analysis mode will be described. Since the image processing circuit 220 calculates the index X according to the embodiment of the present invention as described later, it is also referred to as an “index calculation unit”. FIG. 10 is a flowchart for explaining image generation processing (index calculation processing).

ユーザ操作によって、分光分析モードが選択されている場合は、上述のように、フィルタ制御部420は回転フィルタ410を一定の回転数で回転駆動する。そして、光源部400からは、光学フィルタ415、416、418をそれぞれ通過した照明光ILが順次供給され、各照明光ILを用いた撮像が順次行われる(S1)。具体的には、光学フィルタ415を通過した照明光ILを用いて撮像したデジタル撮像データGr415(x,y)、光学フィルタ416を通過した照明光ILを用いて撮像したデジタル撮像データGr416(x,y)、並びに光学フィルタ(紫外線カットフィルタ)418を通過した照明光IL(白色光)を用いて撮像したデジタル撮像データR418(x,y)、Gr418(x,y)及びB418(x,y)が画像処理回路220の内部メモリ221に記憶される。 When the spectroscopic analysis mode is selected by a user operation, as described above, the filter control unit 420 rotationally drives the rotary filter 410 at a constant rotational speed. Then, the illumination light IL that has passed through the optical filters 415, 416, and 418 is sequentially supplied from the light source unit 400, and imaging using each illumination light IL is sequentially performed (S1). Specifically, digital imaging data Gr 415 (x, y) imaged using the illumination light IL that has passed through the optical filter 415, digital imaging data Gr 416 (x, y) that was imaged using the illumination light IL that has passed through the optical filter 416 ( x, y), and digital imaging data R 418 (x, y), Gr 418 (x, y), and B 418 captured using the illumination light IL (white light) that has passed through the optical filter (ultraviolet cut filter) 418. (X, y) is stored in the internal memory 221 of the image processing circuit 220.

次に、画像処理回路220は、処理S1にて取得したデジタル撮像データR418(x,y)、Gr418(x,y)及びB418(x,y)を用いて、以下の分析処理(処理S3−S5)の対象とする画素を選別する画素選別処理S2を行う。血液を含んでいない箇所や、組織の色がヘモグロビン以外の物質により支配的な影響を受けている箇所については、画素の色情報から酸素飽和度や血流量を計算しても意味のある値は得られず、単なるノイズとなる。このようなノイズを算出して医師に提供すると、医師による的確な診断の妨げとなるだけでなく、画像処理回路220に無用な負荷を与えて処理速度を低下させるという弊害が生じる。そこで、本実施形態の画像生成処理は、分析処理に適した画素(すなわち、ヘモグロビンの分光学的特徴が記録された画素)を選別して、選別された画素に対してのみ分析処理を行うように構成されている。 Next, the image processing circuit 220 uses the digital imaging data R 418 (x, y), Gr 418 (x, y), and B 418 (x, y) acquired in the process S 1 to perform the following analysis process ( A pixel selection process S2 for selecting pixels to be processed S3-S5) is performed. For locations that do not contain blood or where the color of the tissue is predominantly affected by substances other than hemoglobin, meaningful values can be obtained even if oxygen saturation and blood flow are calculated from pixel color information. It cannot be obtained and becomes mere noise. If such noise is calculated and provided to the doctor, not only will the doctor make an accurate diagnosis, but there will also be a problem that an unnecessary load is applied to the image processing circuit 220 to reduce the processing speed. Therefore, in the image generation process of the present embodiment, pixels suitable for the analysis process (that is, pixels on which the spectroscopic characteristics of hemoglobin are recorded) are selected, and the analysis process is performed only on the selected pixels. It is configured.

画素選別処理S2では、以下の数式14、数式15及び数式16の条件を全て充足する画素のみが分析処理の対象画素として選別される。
ここで、a、a、aは正の定数である。
In the pixel selection process S2, only pixels satisfying all the conditions of the following Expressions 14, 15, and 16 are selected as analysis target pixels.
Here, a 1 , a 2 , and a 3 are positive constants.

上記の3つの条件式は、血液の透過スペクトルにおける、G成分<B成分<R成分の値の大小関係に基づいて設定されている。なお、上記の3つの条件式のうちの1つ又は2つのみを使用して(例えば、血液に特有の赤色に注目して数式15及び数式16を使用して)画素選別処理S2を行っても良い。   The above three conditional expressions are set based on the magnitude relationship of the values of G component <B component <R component in the blood transmission spectrum. Note that the pixel selection process S2 is performed using only one or two of the above three conditional expressions (for example, using Formula 15 and Formula 16 focusing on the red color peculiar to blood). Also good.

次に、画像処理回路220は、生体組織の吸収A415(x,y)及びA416(x,y)を計算する。吸収A415(x,y)及びA416(x,y)は、次の数式17、18により計算される。
Next, the image processing circuit 220 calculates the absorption A 415 (x, y) and A 416 (x, y) of the living tissue. The absorptions A 415 (x, y) and A 416 (x, y) are calculated by the following equations 17 and 18.

また、吸収A415(x,y)及びA416(x,y)は、それぞれ次の数式19、20により近似的に計算することもできる。
Further, the absorptions A 415 (x, y) and A 416 (x, y) can also be approximately calculated by the following equations 19 and 20, respectively.

また、図1に示すヘモグロビンの吸収波長域R1、R2、R3と光学フィルタ415、416の通過波長域との関係から明らかなように、波長域R1、R2、R3に対する生体組織の吸収AR1(x,y)、AR2(x,y)、AR3(x,y)と、光学フィルタ415、416を通過した照明光ILに対する生体組織の吸収A415(x,y)、A416(x,y)との間には、次の数式21、22によって表される関係がある。
Further, as is apparent from the relationship between the absorption wavelength ranges R1, R2, and R3 of hemoglobin shown in FIG. 1 and the pass wavelength ranges of the optical filters 415 and 416, the absorption A R1 of living tissue with respect to the wavelength ranges R1, R2, and R3 ( x, y), A R2 (x, y), A R3 (x, y), and absorption of living tissue with respect to the illumination light IL that has passed through the optical filters 415, 416 A 415 (x, y), A 416 (x , Y) has a relationship represented by the following formulas 21 and 22.

従って、指標X(数式10)は、次の数式23によって表わされる。
Therefore, the index X (Formula 10) is expressed by the following Formula 23.

また、図1に示されるように、波長域R2では、波長域R1、R3と比べて、酸素飽和度の変化に対する吸光度の変動幅が大きい。そのため、波長域R2における吸収AR2に対する重みを大きく設定することによって、酸素飽和度の変化に対する指標Xの感度を向上させることができる。 Further, as shown in FIG. 1, in the wavelength region R2, the fluctuation range of the absorbance with respect to the change in oxygen saturation is larger than that in the wavelength regions R1 and R3. Therefore, by setting a large weight for absorption A R2 in the wavelength range R2, it is possible to improve the sensitivity of the index X for the oxygen saturation changes.

具体的には、吸収AR2に対して例えば2倍の重みを付けた数式24により指標Xを計算することができる。
Specifically, for example, the index X can be calculated by Expression 24 in which the weight is doubled for the absorption AR2 .

画像処理回路220が備える不揮発性メモリ222には、予め実験的に取得されたヘモグロビンの酸素飽和度と指標Xの値との定量的関係を示す数値表が記憶されている。画像処理回路220は、この数値表を参照して、数式23又は数式24から算出した指標Xの値に対応する酸素飽和度SatO(x,y)を取得する。そして、画像処理回路220は、取得した酸素飽和度SatO(x,y)に所定の定数を乗じた値を各画素(x,y)の画素値とする画像データ(酸素飽和度分布画像データ)を生成する(S5)。 The non-volatile memory 222 included in the image processing circuit 220 stores a numerical table indicating a quantitative relationship between the oxygen saturation of hemoglobin and the value of the index X, which are experimentally acquired in advance. The image processing circuit 220 acquires the oxygen saturation SatO 2 (x, y) corresponding to the value of the index X calculated from Expression 23 or Expression 24 with reference to this numerical table. Then, the image processing circuit 220 sets image data (oxygen saturation distribution image data) having a pixel value of each pixel (x, y) as a value obtained by multiplying the acquired oxygen saturation SatO 2 (x, y) by a predetermined constant. ) Is generated (S5).

また、画像処理回路220は、光学フィルタ(紫外線カットフィルタ)418を通過した照明光IL(白色光)を用いて取得したデジタル撮像データR418(x,y)、Gr418(x,y)及びB418(x,y)から、デモザイク処理等により通常観察画像データを生成する。 Further, the image processing circuit 220 includes digital imaging data R 418 (x, y), Gr 418 (x, y) acquired using the illumination light IL (white light) that has passed through the optical filter (ultraviolet cut filter) 418, and Normal observation image data is generated from B 418 (x, y) by demosaic processing or the like.

図11に画像処理回路220が生成する画像データの表示例を示す。図11(a)は、上述の処理S5により生成した酸素飽和度分布画像データ(2次元表示)の表示例である。また、図11(b)は、酸素飽和度を垂直軸とする3次元グラフの形式で生成した酸素飽和度分布画像データ(3次元表示)の表示例である。なお、図11は、中指の近位指節間関節付近を輪ゴムで圧迫した状態の右手を観察したものである。右中指の圧迫部よりも遠位側において、圧迫によって血流が阻害されたことにより、酸素飽和度が低くなっていることが示されている。   FIG. 11 shows a display example of image data generated by the image processing circuit 220. FIG. 11A is a display example of the oxygen saturation distribution image data (two-dimensional display) generated by the above-described process S5. FIG. 11B is a display example of oxygen saturation distribution image data (three-dimensional display) generated in the form of a three-dimensional graph with the oxygen saturation as a vertical axis. Note that FIG. 11 is an observation of the right hand in a state where the vicinity of the proximal interphalangeal joint of the middle finger is compressed with a rubber band. It is shown that the oxygen saturation is lowered due to the blood flow being blocked by the compression on the distal side of the compression part of the right middle finger.

更に、画像処理回路220は、生成した酸素飽和度分布画像データ及び通常観察画像データから、1画面上に通常観察画像と酸素飽和度分布画像を並べて表示する画面データを生成する。なお、画像処理回路220は、ユーザ操作に応じて、酸素飽和度分布画像のみを表示する表示画面や、通常観察画像のみを表示する表示画面、酸素飽和度分布画像及び/又は通常観察画像に患者のID情報や観察条件等の付帯情報をスーパーインポーズ表示した表示画面等、種々の表示画面を生成することができる。   Further, the image processing circuit 220 generates screen data for displaying the normal observation image and the oxygen saturation distribution image side by side on one screen from the generated oxygen saturation distribution image data and normal observation image data. Note that the image processing circuit 220 displays a patient image on a display screen that displays only an oxygen saturation distribution image, a display screen that displays only a normal observation image, an oxygen saturation distribution image and / or a normal observation image, according to a user operation. Various display screens such as a display screen in which incidental information such as ID information and observation conditions are superimposed on each other can be generated.

また、へモグロビンの吸収波長域R1、R2、R3(すなわち、光学フィルタ415の通過波長域)に着目すると、酸素飽和度の変化に応じて各波長域R1、R2、R3の吸収AR1(x,y)、AR2(x,y)、AR3(x,y)は変化するが、これらの和Y(数式25に示す)は略一定となる。また、この吸収の和Yは、生体組織中の総ヘモグロビン量(酸素化ヘモグロビンHbO2と還元ヘモグロビンHbの濃度の和)に比例するため、総ヘモグロビン量を示す指標として用いることは妥当である。
Focusing on the absorption wavelength ranges R1, R2, and R3 of hemoglobin (that is, the pass wavelength range of the optical filter 415), the absorption A R1 (x of each wavelength range R1, R2, and R3 according to the change in oxygen saturation) , Y), A R2 (x, y), and A R3 (x, y) change, but their sum Y (shown in Equation 25) is substantially constant. The sum Y of absorption is proportional to the total amount of hemoglobin in the living tissue (sum of the concentrations of oxygenated hemoglobin HbO 2 and reduced hemoglobin Hb), so it is appropriate to use it as an index indicating the total amount of hemoglobin.

悪性腫瘍の組織では、血管新生により正常な組織よりも総ヘモグロビン量が多く、尚且つ、酸素の代謝が顕著であるため酸素飽和度は正常な組織よりも低いことが知られている。そこで、画像処理回路220は、数式25により計算した総ヘモグロビン量を示す指標Yが所定の基準値(第1基準値)よりも大きく、且つ、数式24等により計算した酸素飽和度を示す指標Xが所定の基準値(第2基準値)よりも小さい画素を抽出して、例えば通常観察画像データの対応する画素に対して強調表示処理を行った病変部強調画像データを生成し、通常観察画像及び/又は酸素飽和度分布画像と共に(或いは単独で)病変部強調画像をモニタ500に表示することもできる。   It is known that a tissue of a malignant tumor has a higher total hemoglobin amount than that of a normal tissue due to angiogenesis, and oxygen metabolism is remarkable, so that oxygen saturation is lower than that of a normal tissue. Therefore, the image processing circuit 220 has an index X indicating the total hemoglobin amount calculated by Expression 25 larger than a predetermined reference value (first reference value), and an index X indicating oxygen saturation calculated by Expression 24 or the like. Is extracted from the pixel that is smaller than a predetermined reference value (second reference value), for example, lesion-enhanced image data is generated by performing highlight display processing on the corresponding pixel of the normal observation image data, and the normal observation image In addition, the lesion-emphasized image may be displayed on the monitor 500 together with (or alone) the oxygen saturation distribution image.

強調表示処理としては、例えば、該当する画素の画素値を増加させる処理や、色相を変化させる処理(例えば、R成分を増加させて赤味を強くする処理や、色相を所定角度だけ回転させる処理)、該当する画素を明滅させる(あるいは、周期的に色相を変化させる)処理がある。   As the highlighting process, for example, a process of increasing the pixel value of the corresponding pixel, a process of changing the hue (for example, a process of increasing the red component by increasing the R component, or a process of rotating the hue by a predetermined angle) ), A process of blinking the corresponding pixel (or changing the hue periodically).

また、画像処理回路220が、病変部強調画像データの代わりに、例えば、指標X(x,y)の平均値からの偏差と、指標Y(x,y)の平均値からの偏差に基づいて、悪性腫瘍の疑いの度合を示す指標Z(x,y)を計算して、指標Zを画素値とする画像データ(悪性疑い度画像データ)を生成する構成としてもよい。   In addition, the image processing circuit 220, for example, based on the deviation from the average value of the index X (x, y) and the deviation from the average value of the index Y (x, y) instead of the lesion-emphasized image data. The index Z (x, y) indicating the degree of suspicion of malignant tumor may be calculated to generate image data (malignant suspicion image data) having the index Z as a pixel value.

以上が本発明の実施形態および該実施形態の具体的実施例の説明であるが、本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。   The above is the description of the embodiment of the present invention and specific examples of the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described configuration, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Is possible.

上記の実施形態では、入力スパンSPが、デジタル撮像信号Gbの標準偏差Gb_SDに基づいて動的に設定されるが、入力スパンSPを固定の設定値(定数)としてもよい。この場合、入力オフセット量OFの標準偏差Gb_SDに依存する項も定数とすることが望ましい。この構成によれば、標準偏差Gb_SDの計算が不要になり、必要な計算量を低減することができる。   In the above embodiment, the input span SP is dynamically set based on the standard deviation Gb_SD of the digital imaging signal Gb. However, the input span SP may be a fixed set value (constant). In this case, it is desirable that the term depending on the standard deviation Gb_SD of the input offset amount OF is also a constant. According to this configuration, the calculation of the standard deviation Gb_SD becomes unnecessary, and the necessary calculation amount can be reduced.

また、上記の実施形態では、全てのGr画素に対して入力レンジ設定部113や復元部114による処理が行われるが、一部のGr画素(例えば、撮像状態が良好で、精度の高い指標Xが得られる画像中央部のGr画素)のみに入力レンジ設定部113や復元部114を設ける構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the processing by the input range setting unit 113 and the restoration unit 114 is performed on all the Gr pixels, but some Gr pixels (for example, the index X having a good imaging state and high accuracy) The input range setting unit 113 and the restoration unit 114 may be provided only in the Gr pixel at the center of the image where the image is obtained.

また、上記の実施形態では、Gr−AFEsaの入力レンジ設定に必要なデータがGb−AFEから供給される構成が採用されているが、必要なデータがGr−AFEから供給される構成としてもよい。また、上記の実施形態では、分光分析モードにおいては、Gr−AFE及びGb−AFEから出力される撮像信号が通常観察画像の生成に使用されないが、Gr−AFE又はGb−AFEから出力される撮像信号を使用して通常観察画像を生成する構成としてもよい。   In the above-described embodiment, a configuration in which data necessary for setting the input range of Gr-AFEsa is supplied from Gb-AFE is adopted. However, a configuration in which necessary data is supplied from Gr-AFE may be used. . In the above embodiment, in the spectroscopic analysis mode, the imaging signals output from the Gr-AFE and the Gb-AFE are not used for generating the normal observation image, but the imaging output from the Gr-AFE or the Gb-AFE is used. It is good also as a structure which produces | generates a normal observation image using a signal.

また、血液を含む被写体(消化管内壁)の光学像には、G成分やB成分と比べてR成分が非常に多く含まれている。そのため、上記の実施形態では、R成分の漏れ込みが少ない撮像信号Gbに基づいて入力レンジ設定部113等による撮像信号Grの信号処理を行う構成が採用されているが、逆に、撮像信号Grに基づいて撮像信号Gbの信号処理を行う(すなわち、Gb−AFEsaを設ける)構成としてもよい。   Further, an optical image of a subject (blood digestive tract inner wall) containing blood contains an extremely large amount of R component as compared with G component and B component. For this reason, in the above-described embodiment, a configuration in which the signal processing of the imaging signal Gr by the input range setting unit 113 or the like is performed based on the imaging signal Gb with less leakage of the R component, but conversely, the imaging signal Gr. The signal processing of the imaging signal Gb may be performed based on the above (that is, Gb-AFEsa is provided).

また、本実施形態の固体撮像素子110は、オンチップのカラーフィルタを備えたカラー画像撮像用の撮像素子であるとして説明したが、この構成に限定されるものではなく、例えば、白黒画像撮像用の撮像素子を用い、いわゆる面順次方式のカラーフィルタを備えた構成としてもよい。また、カラーフィルタは、オンチップの構成に限定されるものではなく、光源430から固体撮像素子110までの光路中への配置が可能である。   In addition, the solid-state imaging device 110 of the present embodiment has been described as an imaging device for color image imaging including an on-chip color filter, but is not limited to this configuration. It is good also as a structure provided with the color filter of what is called a field sequential system using this image pick-up element. The color filter is not limited to an on-chip configuration, and can be arranged in the optical path from the light source 430 to the solid-state image sensor 110.

また、上記の実施形態では、回転フィルタ410が使用されるが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、通過波長域が切換え可能な他の方式の波長可変フィルタを使用することもできる。   In the above embodiment, the rotary filter 410 is used. However, the present invention is not limited to this configuration, and other types of wavelength tunable filters whose pass wavelength band can be switched can be used. .

また、上記の実施形態では、照明用の広帯域光を発生する光源としてキセノンランプ等の白色光源が使用されるが、使用する各光学フィルタの通過帯域全域に亘って十分な光量を有する非白色の広帯域光を発生する光源を使用することもできる。   In the above embodiment, a white light source such as a xenon lamp is used as a light source that generates broadband light for illumination. However, a non-white light source having a sufficient amount of light over the entire pass band of each optical filter to be used. It is also possible to use a light source that generates broadband light.

また、上記の実施形態は、本発明をデジタルカメラの一形態である電子内視鏡装置に適用した例であるが、他の種類のデジタルカメラ(例えば、デジタル一眼レフカメラやデジタルビデオカメラ)を使用したシステムに本発明を適用することもできる。例えば、本発明をデジタルスチルカメラに適用すると、体表組織の観察や開頭手術時の脳組織の観察(例えば、脳血流量の迅速検査)を行うことができる。   The above embodiment is an example in which the present invention is applied to an electronic endoscope apparatus which is a form of a digital camera. However, other types of digital cameras (for example, a digital single lens reflex camera and a digital video camera) are used. The present invention can also be applied to the system used. For example, when the present invention is applied to a digital still camera, it is possible to observe body surface tissue and brain tissue during craniotomy (for example, rapid examination of cerebral blood flow).

1 内視鏡装置
100 電子スコープ
110 固体撮像素子
113 入力レンジ設定部
114 復元部
200 プロセッサ
220 画像処理回路
400 光源部
500 モニタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Endoscope apparatus 100 Electronic scope 110 Solid-state image sensor 113 Input range setting part 114 Restoration part 200 Processor 220 Image processing circuit 400 Light source part 500 Monitor

Claims (17)

撮像素子と、
前記撮像素子が生成した撮像信号を処理する処理手段と、
を備え、
前記撮像素子が、
赤色の光に感受性を有する複数のR画素と、
緑色の光に感受性を有する、それぞれ複数の第1及び第2のG画素と、
青色の光に感受性を有する複数のB画素と、を備え、
前記処理手段が、
前記複数の第1のG画素により生成されたアナログ撮像信号G1を処理してデジタル撮像信号G1を生成する第1初期処理手段と、
前記複数の第2のG画素により生成されたアナログ撮像信号G2を処理してデジタル撮像信号G2を生成する第2初期処理手段と、を備え、
前記第1初期処理手段が
前記アナログ撮像信号G1をデジタル信号G1_difに変換する第1デジタル変換手段と、
前記デジタル撮像信号G2に基づいて前記第1デジタル変換手段の入力レンジの設定値を生成する入力レンジ設定手段と、を備え
前記デジタル信号G1_difは、
前記アナログ撮像信号G1から、前記第1デジタル変換手段の入力レンジの下限値を定める入力オフセット量OF及び前記第1デジタル変換手段の入力レンジの幅を定める入力スパンSPを取り除いた信号である
撮像装置。
An image sensor;
Processing means for processing an imaging signal generated by the imaging element;
With
The image sensor is
A plurality of R pixels sensitive to red light;
A plurality of first and second G pixels each sensitive to green light;
A plurality of B pixels sensitive to blue light,
The processing means is
First initial processing means for processing the analog imaging signal G1 generated by the plurality of first G pixels to generate a digital imaging signal G1,
A second initial processing unit that processes the analog imaging signal G2 generated by the plurality of second G pixels to generate a digital imaging signal G2, and
A first digital conversion means for converting the analog imaging signal G1 into a digital signal G1_dif;
Input range setting means for generating a set value of the input range of the first digital conversion means based on the digital imaging signal G2 ,
The digital signal G1_dif is
The analog imaging signal G1 is a signal obtained by removing the input offset amount OF that defines the lower limit value of the input range of the first digital conversion means and the input span SP that defines the width of the input range of the first digital conversion means .
Imaging device.
前記入力レンジ設定手段が、前記アナログ撮像信号G2の信号レベルの変動範囲に合わせて前記第1デジタル変換手段の入力レンジを設定する、
請求項1に記載の撮像装置。
The input range setting means sets the input range of the first digital conversion means in accordance with the fluctuation range of the signal level of the analog imaging signal G2.
The imaging device according to claim 1.
前記入力レンジ設定手段が、
前記デジタル撮像信号G2の統計値を計算する統計処理手段と、
前記統計値に基づいて、前記入力オフセット量OFを計算する入力オフセット量計算手段と、
前記統計値に基づいて、前記入力スパンSPを計算する入力スパン計算手段と、を備えた、
請求項2に記載の撮像装置。
The input range setting means is
Statistical processing means for calculating a statistical value of the digital imaging signal G2,
Based on the statistics, and the input offset amount calculation means for calculating the input offset OF,
Based on the statistical value, with a, and input span calculation means for calculating the input span SP,
The imaging device according to claim 2.
前記統計処理手段が、
前記デジタル撮像信号G2の平均値AVG及び標準偏差SDを計算し、
前記入力オフセット量計算手段が、
前記平均値AVGに基づいて前記入力オフセット量OFを計算し、
前記入力スパン計算手段が、
前記標準偏差SDに基づいて前記入力スパンSPを計算する、
請求項3に記載の撮像装置。
The statistical processing means is
Calculating an average value AVG and a standard deviation SD of the digital imaging signal G2,
The input offset amount calculating means is
Calculating the input offset amount OF based on the average value AVG;
The input span calculation means is
Calculating the input span SP based on the standard deviation SD;
The imaging device according to claim 3.
前記入力オフセット量計算手段が、数式1により前記入力オフセット量OFを計算する、
但し、Kは定数である、
請求項4に記載の撮像装置。
The input offset amount calculation means calculates the input offset amount OF according to Equation 1.
Where K is a constant,
The imaging device according to claim 4.
前記入力スパン計算手段が、数式2により前記入力スパンSPを計算する、
但し、Kは定数である、
請求項4又は請求項5に記載の撮像装置。
The input span calculation means calculates the input span SP according to Equation 2.
Where K is a constant,
The imaging device according to claim 4 or 5.
前記処理手段が、
前記第1初期処理手段が生成するデジタル信号G1_difと、前記入力オフセット量OFと、前記入力スパンSPとに基づいて、絶対値の情報を含む前記デジタル撮像信号G1を生成する復元手段を更に備える、
請求項3から請求項6のいずれか一項に記載の撮像装置。
The processing means is
The apparatus further comprises restoration means for generating the digital imaging signal G1 including absolute value information based on the digital signal G1_dif generated by the first initial processing means, the input offset amount OF, and the input span SP.
The imaging device according to any one of claims 3 to 6.
前記復元手段が、数式3により前記デジタル撮像信号G1を計算する、
但し、FSPは、所定値である、
請求項7に記載の撮像装置。
The restoration means calculates the digital imaging signal G1 according to Equation 3.
However, FSP is a predetermined value.
The imaging device according to claim 7.
前記第2初期処理手段が、前記アナログ撮像信号G2を前記デジタル撮像信号G2に変換する第2デジタル変換手段を備え、
前記FSPが、前記第2デジタル変換手段の入力レンジの幅を定める入力スパンである、
請求項8に記載の撮像装置。
The second initial processing means includes second digital conversion means for converting the analog imaging signal G2 into the digital imaging signal G2,
The FSP is an input span that defines the width of the input range of the second digital conversion means;
The imaging device according to claim 8.
前記第1のG画素が、前記R画素が配列されたライン上に配置されたGr画素であり、
前記第2のG画素が、前記B画素が配列されたライン上に配置されたGb画素である、
請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の撮像装置。
The first G pixel is a Gr pixel disposed on a line in which the R pixels are arranged;
The second G pixel is a Gb pixel arranged on a line in which the B pixels are arranged.
The imaging device according to any one of claims 1 to 9.
前記処理手段が、
前記デジタル撮像信号G1に基づいて、被写体である生体組織に含まれる第1及び第2生体物質のモル濃度比を示す指標Xを計算する指標計算手段を更に備え、
前記撮像装置が、
前記第1及び前記第2生体物質が吸収を有する第1照明波長域の光と、前記第1照明波長域内にある第2照明波長域の光と、を切り替えて発生する光源装置を更に備え、
前記指標計算手段が、
前記第1照明波長域の光の照明下で前記生体組織を撮像して得た第1デジタル撮像信号GIと、前記第2照明波長域の光の照明下で前記生体組織を撮像して得た第2デジタル撮像信号GIIと、に基づいて前記指標Xを計算する、
請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の撮像装置。
The processing means is
Based on the digital imaging signal G1, further comprising index calculation means for calculating an index X indicating a molar concentration ratio of the first and second biological substances contained in the biological tissue as the subject;
The imaging device is
A light source device that generates light by switching between light in a first illumination wavelength region in which the first and second biological materials have absorption and light in a second illumination wavelength region in the first illumination wavelength region;
The indicator calculating means
A first digital imaging signal G I obtained by imaging the living body tissue under illumination of the first illumination wavelength range of light, obtained by imaging the living body tissue under illumination of the second illumination wavelength range of the light a second digital imaging signal G II was to calculate the index X based on,
The imaging device according to any one of claims 1 to 10.
前記第1照明波長域が前記第1及び前記第2生体物質の両方の吸収ピーク波長を含み、
前記第2照明波長域が前記第1及び前記第2生体物質のいずれか一方の吸収ピーク波長を含む、
請求項11に記載の撮像装置。
The first illumination wavelength range includes absorption peak wavelengths of both the first and second biological materials;
The second illumination wavelength region includes an absorption peak wavelength of one of the first and second biological materials;
The imaging device according to claim 11.
前記第1照明波長域が、
前記第2照明波長域の短波長側に隣接し、前記第1及び前記第2生体物質の他方の生体物質の吸収ピーク波長を含む波長域と、
前記第2照明波長域の長波長側に隣接し、前記他方の生体物質の吸収ピーク波長を含む波長域と、を含む、
請求項12に記載の撮像装置。
The first illumination wavelength region is
A wavelength region adjacent to the short wavelength side of the second illumination wavelength region and including an absorption peak wavelength of the other biological material of the first and second biological materials;
A wavelength region adjacent to the long wavelength side of the second illumination wavelength region and including the absorption peak wavelength of the other biological material,
The imaging device according to claim 12.
前記光源装置が、
広帯域光を発生する光源と、
前記広帯域光から前記第1照明波長域の光を選択的に取り出す第1光学フィルタと、
前記広帯域光から前記第2照明波長域の光を選択的に取り出す第2光学フィルタと、を備えた、
請求項11から請求項13のいずれか一項に記載の撮像装置。
The light source device is
A light source that generates broadband light;
A first optical filter that selectively extracts light in the first illumination wavelength region from the broadband light;
A second optical filter that selectively extracts light in the second illumination wavelength region from the broadband light, and
The imaging device according to any one of claims 11 to 13.
前記指標計算手段が、
前記第1撮像信号GIに基づいて前記第1照明波長域における前記生体組織の吸収AIを計算し、
前記第2撮像信号GIIに基づいて前記第2照明波長域における前記生体組織の吸収AIIを計算し、
前記吸収AI及び前記吸収AIIに基づいて前記指標Xを計算する、
請求項11から請求項14のいずれか一項に記載の撮像装置。
The indicator calculating means
Calculating the absorption A I of the living tissue in the first illumination wavelength range based on the first imaging signal G I ;
Calculating the absorption A II of the living tissue in the second illumination wavelength region based on the second imaging signal G II ;
Calculating the index X based on the absorption A I and the absorption A II ;
The imaging device according to any one of claims 11 to 14.
前記指標計算手段が、
数式4及び数式5のいずれかにより前記吸収AIを計算し、
数式6及び数式7のいずれかにより前記吸収AIIを計算する、
請求項15に記載の撮像装置。
The indicator calculating means
Calculate the absorption A I according to either Equation 4 or Equation 5,
Calculating the absorption A II according to any one of Equation 6 and Equation 7;
The imaging device according to claim 15.
前記指標計算手段が、
数式8及び数式9のいずれかにより指標Xを計算する、
請求項15又は請求項16に記載の撮像装置。
The indicator calculating means
Calculating the index X according to any one of Equation 8 and Equation 9;
The imaging device according to claim 15 or 16.
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