JP7256046B2 - 医療用画像処理装置、医療用観察装置、医療用画像処理装置の作動方法および医療用画像処理プログラム - Google Patents

医療用画像処理装置、医療用観察装置、医療用画像処理装置の作動方法および医療用画像処理プログラム Download PDF

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Description

本開示は、医療用画像処理装置、医療用観察装置、医療用画像処理装置の作動方法および医療用画像処理プログラムに関する。
被観察体を撮像する医療用装置において、医師等のユーザが明るさを調整するスイッチを有する構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。例えば、深部を観察する際に、ユーザは明るさレベルを上げることによって画面全体を明るくする。
特開２００６－１５０７８号公報
画面全体の明るさレベルを上げると、例えば深部にある神経や腫瘍などの白色系の領域は所望の明るさとなる一方、その周辺の深部ではない領域の血液などの赤色系の部分は、必要以上に明るくなって淡い色となり、本来の色を再現することができなくなるだけでなく、白色系の領域との見分けがつきにくくなってしまう。
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、明るさ調整を行う際に、色成分ごとに適切な調整を行うことによって色再現性がよい画像を提供することができる医療用画像処理装置、医療用観察装置、医療用画像処理装置の作動方法および医療用画像処理プログラムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る医療用画像処理装置は、医療用観察装置が撮像した画像信号の明るさレベルを変化させる指示信号を受け付けた場合、前記画像信号の信号値を表す色空間であって輝度信号および色差信号によって定まる色空間を色相によって２つの領域に分割する領域分割部と、前記画像信号に対して、分割された色空間の領域ごとに異なる信号処理を施す信号処理部と、を備える。
本開示に係る医療用画像処理装置は、上記開示において、前記信号処理部は、前記２つの領域の少なくとも一方において前記色空間の輝度信号値を変換する。
本開示に係る医療用画像処理装置は、上記開示において、前記指示信号が前記明るさレベルを上げる指示を含む場合、前記信号処理部は、前記２つの領域の一方の領域であって色相が赤の部分を含む領域の前記輝度信号値を小さくする。
本開示に係る医療用画像処理装置は、上記開示において、前記信号処理部は、前記色空間の信号値をＲＧＢ色空間の信号値に変換し、前記２つの領域にそれぞれ対応する前記ＲＧＢ色空間の信号値に対して互いに異なる信号処理を施す。
本開示に係る医療用画像処理装置は、上記開示において、前記画像信号の明るさレベルを変化させる指示信号の入力を受け付ける入力部を備える。
本開示に係る医療用観察装置は、被観察体を撮像して画像信号を取得する撮像装置と、前記撮像装置が撮像した画像信号の明るさレベルを変化させる指示信号を受け付けた場合、前記画像信号の信号値を表す色空間であって輝度信号および色差信号によって定まる色空間を色相によって２つの領域に分割する領域分割部と、前記画像信号に対して、分割された色空間の領域ごとに異なる信号処理を施す信号処理部と、を有する医療用画像処理装置と、を備える。
本開示に係る医療用画像処理装置の作動方法は、領域分割部が、医療用観察装置が撮像した画像信号の明るさレベルを変化させる指示信号を受け付けた場合、前記画像信号の信号値を表す色空間であって輝度信号および色差信号によって定まる色空間を色相によって２つの領域に分割し、信号処理部が、前記画像信号に対して、分割された色空間の領域ごとに異なる信号処理を施す。
本開示に係る医療用画像処理プログラムは、医療用観察装置が撮像した画像信号の明るさレベルを変化させる指示信号を受け付けた場合、前記画像信号の信号値を表す色空間であって輝度信号および色差信号によって定まる色空間を色相によって２つの領域に分割し、前記画像信号に対して、分割された色空間の領域ごとに異なる信号処理を施すこと、をコンピュータに実行させる。
本開示によれば、明るさ調整を行う際に、色成分ごとに適切な調整を行うことによって色再現性がよい画像を提供することができる。
図１は、本開示の一実施の形態に係る医療用観察システムを模式的に示す図である。 図２は、本開示の一実施の形態に係る医療用観察装置の機能構成を示すブロック図である。 図３は、本開示の一実施の形態に係る医療用画像処理装置が行う処理の概要を示すフローチャートである。 図４は、本開示の一実施の形態の変形例に係る医療用画像処理装置が行う処理の概要を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、本開示を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。
図１は、本開示の一実施の形態に係る医療用観察システムを模式的に示す図である。同図に示す医療用観察システム１は、医療用観察装置２と、表示装置３とを備える。
医療用観察装置２は、顕微鏡装置４と、制御装置５とを備える。顕微鏡装置４は、被観察体を撮像して画像信号を取得する撮像装置としての機能を有する。制御装置５は、顕微鏡装置４が撮像した画像信号に際して画像処理を行う医療用画像処理装置制御装置５としての機能を有する。本実施の形態に係る医療用観察装置２は、手術用顕微鏡である。
表示装置３は、制御装置５が生成した表示用の画像信号を制御装置５から受信し、該画像信号に対応する画像を表示する。表示装置３は、液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）からなる表示パネルを有する。
顕微鏡装置４の外観構成を説明する。顕微鏡装置４は、被観察体の微細構造を拡大して撮像する顕微鏡部６と、顕微鏡部６を支持する支持部７と、支持部７の基端を保持するとともに制御装置５を内蔵するベース部８とを有する。
顕微鏡部６は、円柱状をなす筒状部を有する。本体部の下端部の開口面にはカバーガラスが設けられている（図示せず）。筒状部は、ユーザによって把持可能であり、ユーザが顕微鏡部６の撮像視野を変更する際に把持しながら移動させることが可能な大きさを有している。なお、筒状部の形状は円筒状に限られるわけではなく、多角筒状をなしていてもよい。
支持部７は、複数のアーム部を有し、隣接するアーム部同士が関節部を介して回動可能に連結されている。支持部７の内部に形成された中空部には、顕微鏡部６と制御装置５との間で各種信号を伝送する伝送ケーブルおよび制御装置５が発生する照明光を顕微鏡部６に伝送するライトガイドが通っている。
図２は、医療用観察装置２の機能構成を示すブロック図である。まず、顕微鏡装置４の機能構成を説明する。顕微鏡装置４は、撮像部４１と、入力部４２と、ブレーキ部４３と、制御部４４とを有する。
撮像部４１は、フォーカスおよびズーム機能を有する光学系と、光学系によって結像された被観察体の像を受光して光電変換を行うことによって画像信号を生成する撮像素子と、を有する。光学系および撮像素子は、顕微鏡部６の筒状部の内部に設けられている。撮像素子は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などのイメージセンサを用いて構成される。撮像部４１が生成する撮像信号は、伝送ケーブルを介して制御装置５に伝送される。なお、撮像部４１が、各々の視野に所定の視差を設けた２つの撮像素子を有し、３次元画像信号を生成するようにしてもよい。
入力部４２は、撮像部４１の光学系の操作信号やブレーキ部４３の操作信号等の入力を受け付ける。入力部４２は、顕微鏡部６の筒状部の側面のうち、ユーザが顕微鏡部６を把持した状態で操作可能な位置に設けられている。なお、入力部４２は、表示装置３が表示する画像の明るさレベルを変化させる指示信号の入力を受け付けるようにしてもよい。また、ユーザが足で操作可能なフットスイッチをさらに用いて入力部４２を構成してもよい。
ブレーキ部４３は、支持部７が有する複数の関節部にそれぞれ設けられる複数の電磁ブレーキを有する。電磁ブレーキは、入力部４２が解除指示の入力を受け付けた場合に解除される。電磁ブレーキが解除されると、その電磁ブレーキによって動きを規制していた２つのアームにおいて、一方の他方に対する回動が可能となる。なお、アームの動きをアシストするアクチュエータを関節部にさらに設けてもよい。
制御部４４は、制御装置５の制御部５５と連携して顕微鏡装置４の動作を制御する。制御部４４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、およびＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の少なくともいずれか一つのプロセッサを用いて構成される。
つぎに、制御装置５の機能構成を説明する。制御装置５は、取得部５１と、入力部５２と、光源部５３と、信号処理部５４と、制御部５５と、記憶部５６と、を備える。
取得部５１は、顕微鏡装置４が撮像し、伝送ケーブルを経由して伝送してくる画像信号を取得する。画像信号には、撮像時のフォーカス位置、ズーム、露光時間、撮像時間等の撮像に関する情報が含まれる。
入力部５２は、画像の明るさレベルを変化させる指示信号を含む各種情報の入力を受け付ける。入力部５２は、キーボード、マウス、タッチパネル、フットスイッチ等のユーザインタフェースを用いて構成される。なお、入力部５２に顕微鏡装置４の入力部４２の少なくとも一部の機能を兼備させてもよい。
光源部５３は、ライトガイドを介して顕微鏡装置４に供給する照明光を発生する。光源部５３は、キセノンランプやメタルハライドランプ等の放電ランプ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）等の固体発光素子、レーザ光源またはハロゲンランプ等の発光部材等を用いて構成される。
信号処理部５４は、取得部５１が取得した画像信号に対して信号処理を施すことによって表示用の画像信号を生成し、生成した画像信号を表示装置３に出力する。信号処理部５４は、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ、およびＡＳＩＣ等の少なくともいずれか一つのプロセッサを用いて構成される。
信号処理部５４は、取得部５１が取得した画像信号に対して、信号値の変換処理を行う。具体的には、信号処理部５４は、取得部５１が取得した画像信号の信号値（ＲＧＢ色空間の信号値）を、輝度信号および２つの色差信号を用いて表現される色空間（以下、輝度－色差色空間という）の信号値に変換する。この変換は、例えば線形変換によって定義される。具体的な輝度－色差色空間として、例えばＹＣｂＣｒ空間やＹＰｂＰｒ空間を挙げることができる。
信号処理部５４は、輝度－色差色空間の輝度信号値に対し、後述する制御部５５の領域分割部５７によって分割された領域ごとに異なる量だけ変更する信号処理を行う。信号処理部５４は、分割された領域の少なくとも一方において輝度信号値を変更してもよい。輝度信号値の変更量は、予め記憶部５６が記憶しておいてもよいし、光源部５３が発生する照明光の強度や、撮像部４１が撮像する際の露光時間の情報をもとに、記憶部５６が記憶する所定の演算によって算出してもよい。信号処理部５４は、輝度－色差色空間の輝度信号値を変更した後、輝度－色差色空間の信号値をＲＧＢ空間の信号値に変換することによって表示用の画像信号を生成する。
制御部５５は、入力部５２が明るさレベルの調整信号の入力を受け付けた場合、調整後の明るさレベルに応じて輝度－色差色空間を２つの領域に分割する領域分割部５７を有する。例えば、入力部５２が明るさレベルを上げる調整信号の入力を受け付けた場合、制御部５５は、輝度－色差色空間において色相が赤である領域を含む第１領域と、それ以外の第２領域に分割する。領域分割部５７が分割する第１領域と第２領域の境界を、調整後の明るさレベルに応じて変えてもよい。
制御部５５は、制御装置５の動作を制御するとともに、顕微鏡装置４の制御部４４と連携して医療用観察装置２の動作を統括して制御する。具体的には、制御部５５は、例えば取得部５１が取得した画像信号の検波を行って光源部５３の発光を制御するとともに、撮像部４１における露光時間を制御する。また、制御部５５は、信号処理部５４が生成した表示用の画像信号を表示装置３に表示させる制御を行う。制御部５５は、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ、およびＡＳＩＣ等の少なくともいずれか一つのプロセッサを用いて構成される。なお、信号処理部５４と制御部５５を、共通のプロセッサを用いて構成してもよい。
記憶部５６は、領域分割部５７が分割する輝度－色差空間の領域の情報や、信号処理部５４が輝度信号値を変更する際の色相ごとの変更量に関する情報を明るさレベルと対応付けて記憶する。なお、ユーザが入力部５２を介して設定入力することにより、記憶部５６が記憶する情報を変更可能にしてもよい。
記憶部５６は、制御装置５が実行する医療用画像処理プログラムを含む各種プログラムを記憶するとともに、制御装置５が演算処理中のデータを一時的に記憶する。記憶部５６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等を用いて構成される。なお、医療用画像処理プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。
図３は、制御装置５が行う処理の概要を示すフローチャートである。まず、入力部５２が明るさレベルを変化させる指示信号の入力を受け付けた場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、信号処理部５４は、画像信号の信号値をＲＧＢ色空間の信号値を輝度－色差色空間の信号値に変換する（ステップＳ２）。入力部５２が明るさレベルの指示信号の入力を受け付けない場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、制御装置５はステップＳ１を繰り返す。
ステップＳ２の後、領域分割部５７は、記憶部５６を参照し、色差信号の信号値に基づいて定まる色相に応じて輝度－色差色空間を２つの領域に分割する（ステップＳ３）。例えば、領域分割部５７は、色相が赤を含む領域（赤色系領域）である第１領域と、それ以外の第２領域に分割する。
続いて、信号処理部５４は、記憶部５６を参照し、分割した領域ごとに異なる量だけ輝度信号値を変更する（ステップＳ４）。例えば、上述した第１および第２領域に分割した場合に明るさレベルを上げるとき、信号処理部５４は、第１領域の輝度信号値を小さくする一方、第２領域の輝度信号値は変更しない。これにより、赤色系の色相部分に対して明度を落として適切な色に調整し、明るさレベルの変更に伴う色の変化を抑制して色再現性をよくするとともに、画面内のコントラストを大きくすることができる。
この後、信号処理部５４は、画像信号の信号値を輝度－色差色空間の信号値からＲＧＢ色空間の信号値に変換して表示用の画像信号を生成し、表示装置３へ出力する（ステップＳ５）。
以上説明した本開示の一実施の形態によれば、画像信号の明るさレベルを変化させる指示信号の入力を受け付けた場合、輝度信号および色差信号によって定まる色空間を色相によって２つの領域に分割し、分割した２つの領域に対し、明るさレベルに応じて互いに異なる信号処理を施すため、明るさ調整を行う際に、色成分ごとに適切な調整を行うことによって色再現性がよい画像を提供することができる。
また、本実施の形態によれば、指示信号が明るさレベルを上げる指示を含む場合、信号処理部は、２つの領域の一方の領域であって色相が赤の部分を含む領域の輝度信号値を小さくするため、赤色系の色相部分に対して明度を落として適切な色に調整し、明るさレベルの変更に伴う色の変化を抑制して色再現性をよくするとともに、画面内のコントラストを大きくすることができる。その結果、例えばユーザが腫瘍部と血液部の境界が見やすくなる。
（変形例）
図４は、本実施の形態の変形例に係る医療用画像処理装置（制御装置５）が行う処理の概要を示すフローチャートである。ステップＳ１１～ステップＳ１３は、図３を参照して説明したステップＳ１～Ｓ３にそれぞれ対応している。
ステップＳ１４において、信号処理部５４は、画像信号の信号値を輝度－色差色空間の信号値からＲＧＢ色空間の信号値に変換する（ステップＳ１４）。
この後、信号処理部５４は、ＲＧＢ色空間の各点において、輝度－色差色空間で分割された領域に応じて異なる信号処理を施すことによって表示用の画像信号を生成し、表示装置３へ出力する（ステップＳ１５）。例えば、色相が赤の部分を含む第１領域においては、輝度－色差色空間における輝度信号値が下がるようにＲＧＢ色空間の信号値を変更する一方、第２領域においては、輝度－色差色空間における輝度信号値が変化しないようにＲＧＢ色空間の信号値を変更する。
以上説明した変形例は、実施の形態と同様の効果を奏する。
ここまで、本開示を実施するための形態を説明してきたが、本開示は、上述した一実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、本開示に係る医療用観察システムは、被観察体に挿入されて被観察体の内部を撮像する医療用内視鏡を備えた医療用内視鏡システムであってもよい。
１ 医療用観察システム
２ 医療用観察装置
３ 表示装置
４ 顕微鏡装置
５ 制御装置
６ 顕微鏡部
７ 支持部
８ ベース部
４１ 撮像部
４２、５２ 入力部
４３ ブレーキ部
４４、５５ 制御部
５１ 取得部
５３ 光源部
５４ 信号処理部
５６ 記憶部
５７ 領域分割部

Claims (5)

  1. 医療用観察装置が撮像した画像信号の明るさレベルを変化させる指示信号を受け付けた場合、前記画像信号の信号値を表す色空間であって輝度信号および色差信号によって定まる色空間を色相によって２つの領域に分割する領域分割部と、
    前記画像信号に対して、分割された色空間の領域ごとに異なる信号処理を施す信号処理部と、
    を備え、
    前記信号処理部は、
    前記２つの領域の少なくとも一方において前記色空間の輝度信号値を変換し、前記指示信号が前記明るさレベルを上げる指示を含む場合、前記２つの領域の一方の領域であって色相が赤の部分を含む領域の前記輝度信号値を小さくする医療用画像処理装置。
  2. 前記画像信号の明るさレベルを変化させる指示信号の入力を受け付ける入力部を備える請求項１に記載の医療用画像処理装置。
  3. 被観察体を撮像して画像信号を取得する撮像装置と、
    前記撮像装置が撮像した画像信号の明るさレベルを変化させる指示信号を受け付けた場合、前記画像信号の信号値を表す色空間であって輝度信号および色差信号によって定まる色空間を色相によって２つの領域に分割する領域分割部と、前記画像信号に対して、分割された色空間の領域ごとに異なる信号処理を施す信号処理部と、を有する医療用画像処理装置と、
    を備え、
    前記信号処理部は、
    前記２つの領域の少なくとも一方において前記色空間の輝度信号値を変換し、前記指示信号が前記明るさレベルを上げる指示を含む場合、前記２つの領域の一方の領域であって色相が赤の部分を含む領域の前記輝度信号値を小さくする医療用観察装置。
  4. 領域分割部が、医療用観察装置が撮像した画像信号の明るさレベルを変化させる指示信号を受け付けた場合、前記画像信号の信号値を表す色空間であって輝度信号および色差信号によって定まる色空間を色相によって２つの領域に分割し、
    信号処理部が、前記画像信号に対して、分割された色空間の領域ごとに異なる信号処理を施すとともに、前記２つの領域の少なくとも一方において前記色空間の輝度信号値を変換し、前記指示信号が前記明るさレベルを上げる指示を含む場合、前記２つの領域の一方の領域であって色相が赤の部分を含む領域の前記輝度信号値を小さくする
    医療用画像処理装置の作動方法。
  5. 医療用観察装置が撮像した画像信号の明るさレベルを変化させる指示信号を受け付けた場合、前記画像信号の信号値を表す色空間であって輝度信号および色差信号によって定まる色空間を色相によって２つの領域に分割し、
    前記画像信号に対して、分割された色空間の領域ごとに異なる信号処理を施すこと、
    をコンピュータに実行させ、
    前記信号処理を施す際、前記２つの領域の少なくとも一方において前記色空間の輝度信号値を変換し、前記指示信号が前記明るさレベルを上げる指示を含む場合、前記２つの領域の一方の領域であって色相が赤の部分を含む領域の前記輝度信号値を小さくする医療用画像処理プログラム。
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