JPWO2012105445A1 - 蛍光観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画質を低下させることなく、より適正な感度で観察する。【解決手段】被写体（Ａ）に照射する励起光を射出する励起光源（３）と、該励起光源（３）から射出された励起光が照射されることにより被写体（Ａ）において発生した蛍光を撮影して蛍光画像（Ｇ２，Ｇ３）を取得する撮像素子（１８）を備える蛍光画像取得部（２１）と、該蛍光画像取得部（２１）の撮像素子（１８）により取得された蛍光画像（Ｇ２）の輝度情報に基づいて、蛍光画像（Ｇ２）におけるＳＮ比が所定の閾値以上となるように撮像素子（１８）におけるビニング加算画素数（Ｂ）および／または露光時間を調節する感度調節部（２２）とを備える蛍光観察装置（１）を提供する。

Description

本発明は、蛍光観察装置に関するものである。

従来、蛍光内視鏡のような蛍光観察装置において、被写体からの微弱な蛍光を検出するために、画像の明るさに応じてビニング加算画素数や露光時間を変化させ、蛍光の光量が低い場合にはビニング加算画素数を増やしたり露光時間を長くしたりすることで感度を上げて観察する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

国際公開第２００８／１４３２４６号

しかしながら、撮像素子や画像生成回路においてはノイズが発生するため、検出された蛍光の光量だけで、最適なビニング加算画素数や露光時間に調整することは必ずしも容易ではない。すなわち、蛍光の光量が低い場合であってもノイズが少ない場合には、ビニング加算画素数を増やすといたずらに解像度を下げるだけであり、その反対に、蛍光の光量が高い場合であってもノイズが多く含まれる場合には、ビニング加算画素数を減らすと鮮明な画像を得ることができない。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、画質を低下させることなく、より適正な感度で観察することができる蛍光観察装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様にかかる蛍光観察装置は、被写体に照射する励起光を射出する励起光源と、該励起光源から射出された励起光が照射されることにより前記被写体において発生した蛍光を撮影して蛍光画像を取得する撮像素子を備える蛍光画像取得部と、該蛍光画像取得部の前記撮像素子により取得された蛍光画像の輝度情報に基づいて、蛍光画像におけるＳＮ比が所定の閾値以上となるように前記撮像素子におけるビニング加算画素数および／または露光時間を調節する感度調節部とを備える蛍光観察装置を提供する。

上記態様によれば、励起光源から射出された励起光が被写体に照射されることにより、被写体において蛍光物質が励起され、発生した蛍光が蛍光画像取得部の撮像素子により撮影されて蛍光画像が取得される。取得された蛍光画像には撮像素子におけるノイズや画像生成回路におけるノイズが含まれるが、撮像素子への入射光量に応じて定まっており、入射光量は撮像素子により取得された蛍光画像の輝度情報によって推定できる。

したがって、蛍光画像の輝度情報を用いて、感度調節部が撮像素子におけるビニング加算画素数および／または露光時間を調節することにより、ＳＮ比が所定の閾値以上となる蛍光画像を取得することができる。これにより、蛍光画像の画質を低下させることなく、より適正な感度で観察することができる。

上記態様においては、前記感度調節部が、前記撮像素子により取得された蛍光画像の輝度情報に基づいて、前記撮像素子におけるビニング加算画素数を、ＳＮ比が所定の閾値以上となる最小のビニング加算画素数に調節してもよい。
このようにすることで、ノイズを抑え得るビニング加算画素数の内、解像度を最大限に維持し得る最小のビニング加算画素数を選択することにより、適正な感度で鮮明な蛍光観察を行うことができる。

上記態様においては、前記感度調節部が、前記輝度情報から前記撮像素子への入射光量を算出する入射光量算出部と、前記撮像素子への入射光量とビニング加算画素数との対応関係を記憶する記憶部とを備え、前記入射光量算出部により算出された入射光量を用いて、前記記憶部に記憶されている対応関係からビニング加算画素数を求めてもよい。
このようにすることで、入射光量算出部により輝度情報から撮像素子への入射光量が算出されるので、感度調節部により、算出された入射光量を用いて記憶部に記憶されている対応関係からビニング加算画素数を求めることができる。これにより、ＳＮ比が所定の閾値以上となる蛍光画像を取得することができ、蛍光画像の画質を低下させることなく、より適正な感度で観察することができる。

上記態様においては、前記閾値を設定する閾値設定部を備え、前記記憶部が、前記撮像素子への入射光量とＳＮ比との対応関係をビニング加算画素数毎に記憶していてもよい。
このようにすることで、閾値設定部により閾値が設定された場合に、記憶部に記憶されている対応関係から、設定された閾値以上のＳＮ比を入射光量に対して達成し得るビニング加算画素数を簡易に選択することができる。これにより、使用する蛍光薬剤の性能やアプリケーションに応じた適切な閾値を設定して、適正な蛍光観察を行うことができる。

上記態様においては、前記感度調節部が、前記撮像素子により取得された蛍光画像の輝度情報に基づいて、前記撮像素子における露光時間を、ＳＮ比が所定の閾値以上となる最小の露光時間に調節してもよい。
このようにすることで、ノイズを抑え得る露光時間の内、解像度を最大限に維持し得る最小の露光時間を選択することにより、適正な感度で鮮明な蛍光観察を行うことができる。

上記態様においては、前記感度調節部が、前記輝度情報から前記撮像素子への入射光量を算出する入射光量算出部と、前記撮像素子への入射光量と露光時間との対応関係を記憶する記憶部とを備え、前記入射光量算出部により算出された入射光量を用いて、前記記憶部に記憶されている対応関係から露光時間を求めてもよい。
このようにすることで、入射光量算出部により輝度情報から撮像素子への入射光量が算出されるので、感度調節部により、算出された入射光量を用いて記憶部に記憶されている対応関係から露光時間を求めることができる。これにより、ＳＮ比が所定の閾値以上となる蛍光画像を取得することができ、蛍光画像の画質を低下させることなく、より適正な感度で観察することができる。

上記態様においては、前記閾値を設定する閾値設定部を備え、前記記憶部が、前記撮像素子への入射光量とＳＮ比との対応関係を露光時間毎に記憶していてもよい。
このようにすることで、閾値設定部により閾値が設定された場合に、記憶部に記憶されている対応関係から、設定された閾値以上のＳＮ比を入射光量に対して達成し得る露光時間を簡易に選択することができる。これにより、使用する蛍光薬剤の性能やアプリケーションに応じた適切な閾値を設定して、適正な蛍光観察を行うことができる。

上記態様においては、前記感度調節部が、前記輝度情報から前記撮像素子への単位時間当たりの入射光量である撮像面照度を算出する照度算出部と、前記撮像素子における撮像面照度とビニング加算画素数および露光時間との対応関係を記憶する記憶部とを備え、前記照度算出部により算出された撮像面照度を用いて、前記記憶部に記憶されている対応関係から、ビニング加算画素数および露光時間を求めてもよい。

このようにすることで、照度算出部により算出された撮像面照度に基づいて、記憶部に記憶されている対応関係からビニング加算画素数および露光時間が求められる。これにより、ビニング加算画素数の調節だけでは調節しきれなかった、より広い範囲での感度調節を行うことができる。

上記態様においては、被写体に照射する照明光を射出する照明光源と、該照明光源からの照明光の前記被写体からの反射光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部とを備え、前記記憶部が、参照画像のブレ量毎に前記撮像素子における撮像面照度とビニング加算画素数および露光時間との対応関係を記憶し、前記感度調節部が、該参照画像取得部により取得された参照画像の輝度情報から算出されるブレ量によって選択された対応関係を用いて、ビニング加算画素数および露光時間を求めてもよい。

このようにすることで、照明光源から射出された照明光が被写体に照射されると、被写体における反射光が参照画像取得部により撮影されて参照画像が取得される。感度調節部においては、取得された参照画像からブレ量が算出され、記憶部に記憶されているいずれかの対応関係がブレ量によって選択される。ブレ量が大きいときには露光時間を短くすることを優先してビニング加算画素数を調節し、像ブレが小さいときには露光時間を長くすることを優先してビニング加算画素数を調節することにより、ビニング加算画素数を減らして解像度の高い蛍光観察を行うことができる。

上記態様においては、被写体に照射する照明光を射出する照明光源と、該照明光源からの照明光の前記被写体からの反射光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部とを備え、前記記憶部が、参照画像の輝度毎に前記撮像素子における撮像面照度とビニング加算画素数および露光時間との対応関係を記憶し、前記感度調節部が、該参照画像取得部により取得された参照画像の輝度情報によって選択された対応関係を用いて、ビニング加算画素数および露光時間を求めてもよい。

このようにすることで、参照画像の輝度が高いときは、観察距離が短いときであり、観察対象は画像上において相対的に大きくなる。したがって、解像度が若干低下しても観察対象を鮮明に視認できるのでビニング加算画素数を多めに設定し、露光時間を短く抑えることで、像ブレを低減することができる。逆に、参照画像の輝度が低いときには、観察距離が長いときであり、観察対象は画像上において相対的に小さくなる。したがって、ビニング加算画素数を少なめに設定して解像度を高くすることができる。

上記態様においては、前記蛍光画像取得部により取得された蛍光画像の輝度情報から蛍光画像のコントラストを算出するコントラスト算出部を備え、前記閾値設定部が、前記コントラスト算出部により算出されたコントラストに基づいて閾値を設定してもよい。
このようにすることで、取得された蛍光画像からコントラスト算出部により算出されたコントラストを用いて、自動的に適正な閾値を設定し、観察条件が変動しても、自動的に、蛍光画像の画質を低下させることなく、より適正な感度で観察することができる。

上記態様においては、被写体に照射する照明光を射出する照明光源と、該照明光源からの照明光の前記被写体からの反射光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部とを備え、前記閾値設定部が、該参照画像取得部により取得された参照画像の輝度情報に基づいて閾値を設定してもよい。
このようにすることで、取得された蛍光画像の輝度情報を用いて、自動的に適正な閾値を設定し、観察条件が変動しても、自動的に、蛍光画像の画質を低下させることなく、より適正な感度で観察することができる。

上記態様においては、前記蛍光画像を表示する表示部を備え、前記入射光量算出部により算出された入射光量に基づいて前記蛍光画像取得部により取得された蛍光画像の明るさを補正して前記表示部に出力する表示画像補正部を備えていてもよい。
このようにすることで、撮像素子のビニング加算画素数および／または露光時間の調節により取得される蛍光画像の明るさが変動しても、表示画像補正部により表示部に出力する蛍光画像の明るさを補正することによって、感度の調節に伴う明るさの変動を防止して、定量的な観察を行うことが可能となる。

上記態様においては、識別情報が記憶され、観察条件を変更するために着脱される着脱部品と、該着脱部品に記憶された識別情報を読み取る識別情報読取部とを備え、前記感度調節部が、前記撮像素子への入射光量とビニング加算画素数との対応関係を前記識別情報毎に前記記憶部に記憶するとともに、前記識別情報読取部により読み取られた識別情報に基づいて対応関係を選択してもよい。

このようにすることで、観察条件を変更するために、内視鏡スコープのような着脱部品が着脱されても、該着脱部品に記憶されている識別情報に応じて入射光量とビニング加算画素数との対応関係が選択されるので、簡易に適正な感度で鮮明な蛍光観察を行うことができる。

本発明によれば、画質を低下させることなく、より適正な感度で観察することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る蛍光観察装置を示す全体構成図である。 図１の蛍光観察装置に用いられる蛍光画像のＳＮ比と入射光量との関係のグラフを示す図である。 図２のグラフに基づいて作成された、入射光量とビニング加算画素数との関係のテーブルを示す図である。 図１の蛍光観察装置による撮像素子の感度設定手順を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る蛍光観察装置を示す全体構成図である。 図５の蛍光観察装置に用いられる蛍光画像のＳＮ比と撮像面照度との関係のグラフを示す図である。 図６のグラフに基づいて作成された、撮像面照度とビニング加算画素数および露光時間との関係のテーブルを示す図である。 図５の蛍光観察装置による撮像素子の感度設定手順を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態係る蛍光観察装置を示す全体構成図である。 図９の蛍光観察装置の感度設定部に備えられるテーブルの一例を示す図である。 図９の蛍光観察装置の感度設定部に備えられるグラフの一例を示す図である。 図９の蛍光観察装置の第１の変形例を示す全体構成図である。 図１２の蛍光観察装置の感度設定部に記憶されるコントラストとＳＮ比の閾値との対応関係のテーブルを示す図である。 図９の蛍光観察装置の第２の変形例を示す全体構成図である。 図１４の蛍光観察装置の感度設定部に記憶される参照画像の輝度とＳＮ比の閾値との対応関係のテーブルを示す図である。 図９の蛍光観察装置の第３の変形例を示す全体構成図である。 図１６の蛍光観察装置の感度設定部に記憶される、像ブレの小さい場合の撮像面照度とビニング加算画素数との対応関係のテーブルを示す図である。 図１６の蛍光観察装置の感度設定部に記憶される、像ブレの大きい場合の撮像面照度とビニング加算画素数との対応関係のテーブルを示す図である。 図９の蛍光観察装置の第４の変形例を示す全体構成図である。 図１９の蛍光観察装置の感度設定部に記憶される、参照画像の輝度の小さい場合の撮像面照度とビニング加算画素数との対応関係のテーブルを示す図である。 図１６の蛍光観察装置の感度設定部に記憶される、参照画像の輝度の大きい場合の撮像面照度とビニング加算画素数との対応関係のテーブルを示す図である。 図５の蛍光観察装置の変形例を示す全体構成図である。 図１の蛍光観察装置の変形例を示す全体構成図である。

本発明の第１の実施形態に係る蛍光観察装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１は、内視鏡装置であって、図１に示されるように、体内に挿入される細長い挿入部２と、光源（照明部）３と、該光源３からの照明光および励起光を挿入部２の先端から観察対象Ａに向けて照射する照明ユニット（照明部）４と、挿入部２の先端に設けられ、観察対象Ａである生体組織の画像情報を取得する撮像ユニット５と、挿入部２の基端側に配置され、撮像ユニット５により取得された画像情報を処理する画像処理部６と、該画像処理部６により処理された画像Ｇを表示するモニタ（表示部）７とを備えている。

光源３は、キセノンランプ８と、該キセノンランプ８から発せられた照明光から、励起光および照明光（波長帯域４００〜７４０ｎｍ）を切り出すフィルタ９と、フィルタ９により切り出された励起光および照明光を集光するカップリングレンズ１０とを備えている。
照明ユニット４は、挿入部２の長手方向のほぼ全長にわたって配置され、カップリングレンズ１０によって集光された励起光および照明光を導光するライトガイドファイバ１１と、挿入部２の先端に設けられ、ライトガイドファイバ１１によって導光されてきた励起光および照明光を拡散させて、挿入部２の先端面２ａに対向する観察対象Ａに照射する照明光学系１２とを備えている。

撮像ユニット５は、観察対象Ａの所定の観察範囲から戻る取り光を集光する対物レンズ１３と、該対物レンズ１３によって集光された戻り光の内、励起波長以上の光（励起光および蛍光）を反射し、励起波長より短い波長の照明光を透過するダイクロイックミラー（分岐部）１４と、ダイクロイックミラー１４を透過した照明光の反射光およびダイクロイックミラー１４により反射された蛍光をそれぞれ集光する２つの集光レンズ（撮像光学系）１５，１６と、集光レンズ１５，１６によって集光された蛍光および照明光の反射光を撮像するＣＭＯＳのような２個の撮像素子１７，１８とを備えている。図中、符号１９は、ダイクロイックミラー１４によって反射された光から励起光を遮断する励起光カットフィルタである。

画像処理部６は、撮像素子１７により取得された参照画像情報Ｓ_１から参照画像Ｇ_１を生成する参照画像生成部２０と、撮像素子１８により取得された蛍光画像情報Ｓ_２から蛍光画像Ｇ_２を生成する蛍光画像生成部２１と、該蛍光画像生成部２１により生成された蛍光画像Ｇ_２に基づいて、撮像素子１７の感度を調節する感度調節部２２と、該感度調節部２２により感度が調節された状態で取得された蛍光画像Ｇ_３と参照画像生成部２０において生成された参照画像Ｇ_１とを合成して画像Ｇを生成する画像合成部２３とを備えている。

感度調節部２２は、蛍光画像Ｇ_２の輝度情報に基づいて、撮像素子１８への入射光量ｐ_ｉｎを算出する入射光量算出部２４と、入射光量Ｓ_３とビニング加算画素数Ｂとの対応関係を示すテーブルを記憶する感度設定部２５（記憶部）とを備えており、入射光量算出部２４により算出された入射光量ｐ_ｉｎに対応するビニング加算画素数Ｂを、感度設定部２５がテーブルから検索して撮像素子１８に設定するようになっている。
画像合成部２３は、例えば、参照画像Ｇ_１と補正された蛍光画像Ｇ_３とを並列に配置してモニタ７に同時に表示させるよう画像Ｇを合成し、モニタ７に出力するようになっている。

ここで、入射光量算出部２４による入射光量ｐ_ｉｎの算出方法について説明する。
撮像素子１８の撮像面に光が入射すると、撮像素子１８においては、入射した光が量子収率（光子電荷変換効率）に応じて電荷に変換され、その電荷がアンプにおいて、その電荷圧電変換係数に応じて電圧に変換される。この電圧値は、Ａ／Ｄ変換器のＡＤ変換係数に応じてディジタル信号に変換される。

したがって、蛍光画像Ｇ_２の画素の代表値である階調値（輝度情報）Ｖは、式（１）により求められる。代表値としては、全画素の輝度の平均値や中央値、関心領域の輝度の平均値あるいはヒストグラムの上位数％の輝度の平均値が用いられる。
Ｖ＝ｐ_ｉｎＳＢηＣ_Ｉ−ＶＣ_Ａ−Ｄ （１）

ここで、ｐ_ｉｎは入射光量（フォトン／μｍ^２）、Ｓは撮像画素面積（μｍ^２／画素）、Ｂはビニング加算画素数（画素）、ηは量子収率（電荷／フォトン）、Ｃ_Ｉ−Ｖは電荷電圧変換係数（ｍＶ／電荷）、Ｃ_Ａ−ＤはＡＤ変換係数である。
式（１）から、入射光量ｐ_ｉｎは、式（２）により算出できる。
ｐ_ｉｎ＝Ｖ／（ＳＢηＣ_Ｉ−ＶＣ_Ａ−Ｄ） （２）

次に、入射光量ｐ_ｉｎとＳＮ比Ｓ／Ｎの関係について説明する。ＳＮ比Ｓ／Ｎは撮像素子１８の持つノイズ特性にも依存する。
撮像素子１８としてＣＭＯＳを用いた場合には、ＳＮ比Ｓ／Ｎは式（３）により求められる。
Ｓ／Ｎ＝Ｓηｐ_ｉｎ／√（（Ｓηｐ_ｉｎ＋Ｎ_ｄｔ＋Ｎ_ｒ ^２）／Ｂ） （３）

ここで、Ｎ_ｄは１画素当たり単位時間当たりの暗電流（電荷／ｓｅｃ／画素）、Ｎ_ｒは読み出しノイズ（電荷ｒｍｓ）、ｔは露光時間（ｓｅｃ）、Ｂはビニング加算画素数である。

式（３）から、ビニング加算画素数Ｂをパラメータとした入射光量ｐ_ｉｎとＳＮ比Ｓ／Ｎとの関係を表すと、図２のようになる。図２においては、ビニング加算画素数Ｂとしては、ビニング無し（１×１）から１０×１０までを例示している。本実施例では、例として、Ｓ≒３．０μｍ^２／画素、η≒０．４、Ｎｄ≒５０電荷／ｓｅｃ／画素、Ｎｒ≒５．４電荷ｒｍｓを用いている。この値は、使用する撮像素子等により、適宜変更すればよい。

図３に示されるように、感度調節部２２の感度設定部２５に記憶されているテーブルは、図２のグラフにおいて、ＳＮ比Ｓ／Ｎが１０以上となるために必要な最小のビニング加算画素数Ｂと入射光量ｐ_ｉｎとの対応関係を示している。このテーブルにおいては、露光時間ｔは、例えば、０．０２４ｓｅｃ（２４ｍｓｅｃ）に固定されている。

このように構成された本実施形態に係る蛍光観察装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る蛍光観察装置１を用いて蛍光観察を行うには、光源３から射出させた照明光および励起光をライトガイドファイバ１１を介して挿入部２の先端まで導光し、照明光学系１２によって拡散させて観察対象Ａに照射する。観察対象Ａ中に蛍光物質が存在する場合には、励起光によって蛍光物質が励起され蛍光が発生する。観察対象Ａの表面においては照明光が反射される。

観察対象Ａ内部において発生した蛍光および観察対象Ａ表面において反射された照明光の反射光は、対物レンズ１３により集光された後、ダイクロイックミラー１４によって２つに分岐されて２つの撮像素子１７，１８により撮影される。単一の対物レンズ１３により集光された２種類の光をダイクロイックミラー１４によって分岐するので、観察対象Ａにおける同一範囲を２種類の観察方法で観察することができる。

撮像素子１７によって撮影されることにより取得された参照画像情報Ｓ_１は、画像処理部６の参照画像生成部２０に送られて参照画像Ｇ_１が生成される。一方、撮像素子１８によって撮影されることにより取得された蛍光画像情報Ｓ_２は、画像処理部６の蛍光画像生成部２１に送られて蛍光画像Ｇ_２が生成される。

図４に示されるように、生成された蛍光画像Ｇ_２は感度調節部２２に送られて（ステップＳ１）、その代表値が求められる（ステップＳ２）。そして、求められた代表値が入射光量算出部２４に入力されて式（２）に代入されることで、入射光量ｐ_ｉｎが算出される（ステップＳ３）。算出された入射光量ｐ_ｉｎは感度設定部２５に入力されることにより、入射光量ｐ_ｉｎに対応するビニング加算画素数Ｂが感度設定部２５から出力され（ステップＳ４）、撮像素子１８に設定される（ステップＳ５）。

これにより、新たなビニング加算画素数Ｂが設定された撮像素子１８により、新たな蛍光画像情報Ｓ_２が取得され、蛍光画像生成部２１により生成された蛍光画像Ｇ_３が、画像合成部２３において参照画像Ｇ_１と合成された合成画像Ｇとしてモニタ７に表示される。

この場合において、本実施形態に係る蛍光観察装置１によれば、蛍光画像Ｇ_２の輝度情報から求めた入射光量ｐ_ｉｎに応じて、感度設定部２５に記憶されているテーブルからビニング加算画素数Ｂが求められるので、ＳＮ比Ｓ／Ｎが閾値以上となる最小のビニング加算画素数Ｂを撮像素子１８に設定することができ、画質の低下を防止しつつ解像度を向上することができるという利点がある。

すなわち、入射光量ｐ_ｉｎ、つまり、単位面積当たりに入射するフォトン数を基準としているため、ビニング加算画素数Ｂが変化してもＳＮ比Ｓ／Ｎを算出するための信号値は変化しない。従来のように画像の明るさを基準にして感度調節を行う場合には、画像の明るさが同じでも信号値は変化して適切な閾値を設定することができないことがあるが、本実施形態によれば、ビニング加算画素数Ｂの影響を受けることなく適切な閾値を設定することができる。

本実施形態においては、ビニング加算画素数Ｂを最大（１０×１０）に設定してもなお、入射光量算出部２４により算出された入射光量ｐ_ｉｎが５フォトン／μｍ^２より少ない場合には、ＳＮ比Ｓ／Ｎが１０より低くなるので、そのような場合には、モニタ７上に警告表示を行うこととしてもよい。この場合には観察距離を近づける等の工夫を行うことにより、ＳＮ比Ｓ／Ｎが１０以上となる観察を行うことが可能となる。

最大のビニング加算画素数Ｂは１０×１０に限定されるものではなく、それより大きくても小さくてもよい。
ＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値は、使用する蛍光薬剤の性能等に応じて、１０以外の数値に設定してもよい。例えば、病変特異性が高く、正常組織との蛍光発生量の差が大きい蛍光薬剤を使用する場合には、閾値を低めに設定することにしてもよい。これにより、より高解像かつ高感度の蛍光観察を行うことができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る蛍光観察装置３０について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る蛍光観察装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る蛍光観察装置３０は、感度調節部２２が、ビニング加算画素数Ｂのみならず露光時間ｔをも調節する点において、第１の実施形態に係る蛍光観察装置１と相違している。
すなわち、本実施形態に係る蛍光観察装置３０の感度調節部２２は、図５に示されるように、蛍光画像Ｇ_２の輝度情報に基づいて、撮像素子１８の撮像面における撮像面照度Ｅ_ｉｎを算出する照度算出部３１と、撮像面照度Ｅ_ｉｎとビニング加算画素数Ｂおよび露光時間ｔとの対応関係を示すテーブルを記憶する感度設定部（記憶部）２５とを備えている。

撮像面照度Ｅ_ｉｎは、撮像面における単位時間当たりの入射光量であり、式（４）により算出することができる。
Ｅ_ｉｎ＝Ｖ／（ｔＳＢηＣ_Ｉ−ＶＣ_Ａ−Ｄ） （４）

これにより、照度算出部３１により算出された撮像面照度Ｅ_ｉｎに対応するビニング加算画素数Ｂおよび露光時間ｔを、感度設定部２５がテーブルから検索して撮像素子１８に設定するようになっている。
ここで、
ｐ_ｉｎ＝Ｅ_ｉｎｔ （５）
であるから、式（３）および式（５）から、ＳＮ比Ｓ／Ｎと撮像面照度Ｅ_ｉｎとの関係は式（６）の通りとなる。
Ｓ／Ｎ＝ＳηＥ_ｉｎｔ／√（（ＳηＥ_ｉｎｔ＋Ｎ_ｄｔ＋Ｎ_ｒ ^２）／Ｂ） （６）

すなわち、ＳＮ比Ｓ／Ｎは、ビニング加算画素数Ｂと、露光時間ｔとをパラメータとして、撮像面照度Ｅ_ｉｎの関数として、図６に示すように表すことができる。
そして、撮像面照度Ｅ_ｉｎからビニング加算画素数Ｂおよび露光時間ｔを導くテーブルとしては、図７に示した第１の実施形態のテーブルにおける露光時間２４ｍｓｅｃを標準としてビニング加算画素数Ｂを調節し、ビニング加算画素数Ｂが最大または最小となった時点で、露光時間ｔを増減させるようになっている。ここで用いているＳ、η、Ｎｄ、Ｎ_ｒは、第１の実施形態と同様の値を用いている。

このように構成された本実施形態に係る蛍光観察装置３０によれば、図８に示されるように、蛍光画像Ｇ_２の輝度情報から撮像面照度Ｅ_ｉｎが求められ（ステップＳ３’）、該撮像面照度Ｅ_ｉｎに応じて、感度設定部２５に記憶されているテーブルからビニング加算画素数Ｂおよび露光時間ｔが求められる（ステップＳ４’）。撮像面照度Ｅ_ｉｎが１００〜２５０フォトン／ｓｅｃ／μｍ^２以下の場合には、ビニング加算画素数Ｂが１０×１０に固定された状態で、露光時間ｔとして１００〜２４ｍｓｅｃが選択されるようになっている。

撮像面照度Ｅ_ｉｎが２０８〜４３３０フォトン／ｓｅｃ／μｍ^２までは、露光時間ｔが２４ｍｓｅｃに固定された状態で、ビニング加算画素数Ｂとして１０×１０〜１×１までが選択されるようになっている。さらに、撮像面照度Ｅ_ｉｎが６５００フォトン／ｓｅｃ／μｍ^２以上の場合には、ビニング加算画素数Ｂが１×１に固定された状態で、露光時間ｔとして２４〜８ｍｓｅｃが選択されるようになっている。

このようにすることで、入射光量Ｐ_ｉｎが５フォトン／μｍ^２より小さい微弱な蛍光を観察する場合においても、露光時間ｔを増大させてＳＮ比Ｓ／Ｎを１０以上に確保することが可能となる。撮像面照度Ｅ_ｉｎの大きな領域（４３３０フォトン／ｓｅｃ／μｍ^２以上）においては、ビニング加算画素数Ｂを最小の１×１としても十分に高いＳＮ比Ｓ／Ｎが得られるが、撮像面照度Ｅ_ｉｎが大きくなるに従って露光時間ｔを短く設定することにより像ブレを抑える効果を高めることができるという利点がある。

次に、本発明の第３の実施形態に係る蛍光観察装置４０について、図面を参照して説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る蛍光観察装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る蛍光観察装置４０は、図９に示されるように、感度設定部２５においてビニング加算画素数Ｂを求める際の閾値Ｓ_３を外部から入力させる閾値入力部（閾値設定部）４１を備えている点で、第１の実施形態に係る蛍光観察装置１と相違している。
閾値入力部４１は、例えば、切替スイッチやボタン等であり、ＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値Ｓ_３として６、１０、１５のいずれかを選択することができるようになっている。

感度設定部２５には、図１０に示されるテーブルが記憶されている。感度設定部２５は、閾値入力部４１から入力された閾値Ｓ_３および入射光量算出部２４により算出された入射光量ｐ_ｉｎに基づいて、テーブルからビニング加算画素数Ｂを選択し、撮像素子１８に設定するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る蛍光観察装置４０によれば、薬剤の性能やアプリケーションに応じて適切なＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値Ｓ_３を設定することができる。例えば、コントラストの高い蛍光薬剤を用いる場合には、撮像素子１８に求められるＳＮ比Ｓ／Ｎは低くてもよいので、小さい閾値Ｓ_３を設定することにより、入射光量ｐ_ｉｎが低くても小さいビニング加算画素数Ｂを設定して、解像度の低下や像ブレの影響を最小限に抑えることができる。

これとは逆に、硬性鏡で腹腔内を観察したり、軟性鏡で胃の中を観察したりするような観察距離が大きいことが想定されるアプリケーションでは、観察部位が相対的に小さくなって視認性が低下することが考えられるので、ＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値を大きくすることで、視認性を確保するような感度を得ることができるという利点がある。

本実施形態においては、閾値入力部４１から入力された閾値Ｓ_３に応じてテーブルに記憶されているビニング加算画素数Ｂを選択することとした。これに代えて、感度設定部２５が、ビニング加算画素数Ｂ毎の入射光量ｐ_ｉｎとＳＮ比Ｓ／Ｎとの関係を表す図１１に示されるグラフを記憶していて、閾値Ｓ_３が入力されたときには、その都度、入力された閾値Ｓ_３を用いて、記憶されているグラフから、その閾値Ｓ_３以上のＳＮ比Ｓ／Ｎを達成可能な最も小さいビニング加算画素数Ｂを選択したテーブルを作成することとしてもよい。図１１では、ＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値Ｓ_３の例として、６、１０、１５を示す線が描かれている。
このようにすることで、ＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値Ｓ_３を、予め記憶されている値に捕らわれることなく自由に設定でき、よりきめの細かい感度調節を行うことができるという利点がある。

入力された閾値Ｓ_３を用いて、記憶されているテーブルあるいはグラフから、その閾値Ｓ_３以上のＳＮ比Ｓ／Ｎを達成可能な最も小さいビニング加算画素数Ｂを選択することとしたが、これに加えて、第２の実施形態のように、ビニング加算画素数Ｂおよび露光時間ｔを調整することにしてもよい。ＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値Ｓ_３は用途に応じて観察開始前に術者が入力することにしてもよいし、観察中に状況に応じて入力することにしてもよい。

本実施形態においては、閾値入力部４１から入力された閾値Ｓ_３を用いることとしたが、これに代えて、図１２に示されるように、蛍光画像生成部により生成された蛍光画像から画像のコントラストを算出するコントラスト算出部４２を設け、該コントラスト算出部４２により算出されたコントラストＴ／Ｃに基づいて、ＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値Ｓ_３を設定することとしてもよい。
この場合、感度設定部２５にはコントラストＴ／Ｃと閾値Ｓ_３とを対応させるテーブルが記憶されていればよい。

コントラスト算出部４２としては、例えば、蛍光画像Ｇ_２のヒストグラムを生成し、その階調値全体の平均値Ｃとヒストグラムの上位５％の平均値Ｔとの比Ｔ／Ｃをコントラストとして算出すればよい。

テーブルとしては、図１３に示されるように、使用する蛍光薬剤のコントラストＴ／Ｃが高い場合には、ＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値Ｓ_３を低く設定し、コントラストＴ／Ｃが低い場合にはＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値を高くするようなテーブルが好ましい。実際に得られた蛍光画像Ｇ_２に基づいてＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値Ｓ_３を設定するので、手動で入力する場合よりも適切な閾値を設定することができる。

コントラストＴ／Ｃとして、ヒストグラムの上位５％の平均値Ｔを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、観察する病変が大きいアプリケーション、例えば、大腸ポリープ等の観察に際しては、蛍光画像Ｇ_２内の高輝度領域の占める割合が多いと考えられるので、例えば、ヒストグラムの上位１０％の平均値Ｔを用いることにしてもよい。

蛍光画像Ｇ_２のコントラストＴ／ＣからＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値Ｓ_３を設定することに代えて、参照画像Ｇ_１の輝度値からＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値Ｓ_３を設定することとしてもよい。
この場合には、図１４に示されるように、参照画像生成部２０により生成された参照画像Ｇ_１の輝度値の平均値等の代表値Ｄを露光時間ｔで除算することにより参照画像Ｇ_１の輝度Ｄ／ｔを算出する輝度算出部４３を設け、感度設定部２５に、参照画像Ｇ_１の輝度Ｄ／ｔと閾値Ｓ_３とを対応させるテーブルが記憶されていればよい。

テーブルとしては、図１５に示されるように、観察距離が遠くなるようなアプリケーション、すなわち、参照画像Ｇ_１の輝度Ｄ／ｔが低い場合には、観察対象Ａの視認性を向上するために、ＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値Ｓ_３を高めに設定することが好ましく、観察距離が近くなるアプリケーション、すなわち、参照画像Ｇ_１の輝度Ｄ／ｔが高い場合には、ＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値Ｓ_３を低めに設定するようなテーブルとすればよい。

これとは逆に、観察距離が近づく場合には観察部位が大きく表示されるので、解像度が低下したり像ブレが発生したりしてもある程度許容される。この場合にはＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値Ｓ_３を高めに設定して、ビニング加算画素数Ｂを多めにすることにしてもよい。

観察距離が遠い場合には観察部位が小さく表示されるので、解像度の低下や像ブレの影響を大きく受けやすい。そこで、この場合には、ＳＮ比Ｓ／Ｎの閾値Ｓ_３を低めに設定して、露光時間ｔが長すぎたりビニング加算画素数Ｂが多くなりすぎたりしないような設定としてもよい。
図１５における、輝度Ｄ／ｔの値は、輝度値を１２ｂｉｔ階調、露光時間を単位ｓｅｃで表わしたときの値を例としている。つまり、Ｄ／ｔが１０００００というのは、露光時間２４ｍｓｅｃのときは、階調値は２４００となる。

図１６に示されるように、参照画像生成部２０により生成された参照画像Ｇ_１から像ブレＭを算出する像ブレ算出部４４を設け、感度設定部２５が、算出された像ブレＭの大きさに応じて露光時間ｔおよびビニング加算画素数Ｂと撮像面照度Ｅ_ｉｎとを対応づけるテーブルを選択することにしてもよい。像ブレＭは、例えば、公知技術を用いてブレ量を算出し、そのブレ量を用いて数値化することにより算出できる。

感度設定部２５は、像ブレ算出部４４から送られてきた像ブレＭを所定の閾値Ｍ１，Ｍ２と比較して、Ｍ＜Ｍ１、Ｍ１＜Ｍ＜Ｍ２、Ｍ２＜Ｍの３つの場合に分けて、テーブルを選択することとしている。Ｍ＜Ｍ１の場合のテーブルの例は図１７、Ｍ１＜Ｍ＜Ｍ２の場合のテーブルの例は図７、Ｍ２＜Ｍの場合のテーブルの例は図１８の通りである。

図１７のテーブルは、像ブレＭが最も小さい場合であり、ビニング加算画素数Ｂを小さく保ったまま露光時間ｔを長くすることを優先して、解像度の高い観察を行うようにしている。図７のテーブルは、像ブレＭが中程度の場合であり、露光時間ｔを標準値２４ｍｓｅｃとしてビニング加算画素数Ｂを変化させている。図１８のテーブルは、像ブレＭが最も大きい場合であり、露光時間ｔを短くすることを優先して、像ブレＭを抑えて視認性を向上するようにしている。これにより、より観察状況に適した感度調整を行うことができる。

像ブレ算出部４４に代えて、図１９に示すように、参照画像生成部２０により生成された参照画像Ｇ_１の輝度Ｉを算出する輝度算出部４３を設け、感度設定部２５が、算出された参照画像Ｇ_１の輝度Ｉの大きさに応じて露光時間ｔおよびビニング加算画素数Ｂと撮像面照度Ｅ_ｉｎとを対応づけるテーブルを選択することにしてもよい。

感度設定部２５は、輝度算出部４３から送られてきた参照画像Ｇ_１の輝度Ｉを所定の閾値Ｉ１，Ｉ２と比較して、Ｉ＜Ｉ１、Ｉ１＜Ｉ＜Ｉ２、Ｉ２＜Ｉの３つの場合に分けて、テーブルを選択することとしている。Ｉ＜Ｉ１の場合のテーブルの例は図２０、Ｉ１＜Ｉ＜Ｉ２の場合のテーブルの例は図７、Ｉ２＜Ｉの場合のテーブルの例は図２１の通りである。

図２０のテーブルは、参照画像Ｇ_１の輝度Ｉが最も小さい場合であり、ビニング加算画素数Ｂを小さく保ったまま露光時間ｔを長くすることを優先して、解像度の高い観察を行うようにしている。図７のテーブルは、輝度Ｉが中程度の場合であり、露光時間ｔを標準値２４ｍｓｅｃとしてビニング加算画素数Ｂを変化させている。図２１のテーブルは、輝度Ｉが最も大きい場合であり、露光時間ｔを短くすることを優先して、像ブレを抑えて視認性を向上するようにしている。

これにより、より観察状況に適した感度調整を行うことができる。輝度Ｉが小さいということは、観察距離が大きいことを意味し、画像内の病変の大きさが小さくなるため、高解像の撮像が求められる。したがって、特に、腹腔内視鏡や胃の中の観察のような観察距離が比較的大きくなる用途や、腹膜播種転移巣のような小さい病変を観察するときなど、高い解像度が求められる用途に有効な方法である。

上記各実施形態においては、ＳＮ比Ｓ／Ｎを基準としてビニング加算画素数Ｂや露光時間ｔを調節しているので、モニタ７に表示される蛍光画像Ｇ_３の明るさが変動することがある。
そこで、図２２に示すように、蛍光画像生成部２１により生成された蛍光画像Ｇ_３の階調値に以下の式（７）の変換係数Ｃ_{ｒａｗ−ｄｉｓｐｌａｙ}を乗算して補正する表示補正部４５を設けることにしてもよい。

Ｃ_{ｒａｗ−ｄｉｓｐｌａｙ}＝Ｂ_ｍａｘｔ_ｍａｘ／Ｂｔ （７）
ここで、Ｂ_ｍａｘはビニング加算画素数Ｂの上限値、ｔ_ｍａｘは露光時間ｔの上限値である。

このようにすることで、感度の調整によって実際の蛍光の明るさとは異なる明るさでモニタ７に表示されてしまうことを回避して、感度を維持しながら定量的な情報を術者に提供することができるという利点がある。

本実施形態においては、図２３のように、観察条件を変更するために着脱される挿入部２に識別情報を記憶したＩＣチップ４６を取り付けておくとともに、光源３に、取り付けられた挿入部２のＩＣチップ４６内の識別情報を読み取るＩＣリーダ４７を設けることにしてもよい。そして、感度設定部２５内には、挿入部２の識別情報毎に入射光量ｐ_ｉｎ（あるいは撮像面照度）と適切なビニング加算画素数Ｂや露光時間ｔとの対応関係を示す情報を記憶しておくことにしてもよい。

このようにすることで、挿入部２を交換すると、挿入部２に設けられたＩＣチップ４６内の識別情報が、ＩＣリーダ４７で読み取られて感度設定部２５に送られる。感度設定部２５においては、その挿入部２の識別情報に対応するビニング加算画素数Ｂおよび／または露光時間ｔが自動的に選択されるので、観察条件に適した感度で観察を行うことができる。

本実施形態においては、撮像素子１７，１８としてＣＭＯＳを用いることとしたが、これに代えて、ＣＣＤを用いてもよい。
ＣＣＤを用いる場合には、式（３）に代えて、式（８）を用いればよい。
Ｓ／Ｎ＝Ｓηｐ_ｉｎ／√（（Ｓηｐ_ｉｎ＋Ｎ_ｄｔ＋Ｎ_ｒ ^２／Ｂ）／Ｂ） （８）

Ａ 観察対象（被写体）
Ｂ ビニング加算画素数
Ｅ_ｉｎ 撮像面照度
Ｇ_１ 参照画像
Ｇ_２，Ｇ_３ 蛍光画像
ｐ_ｉｎ 入射光量
ｔ 露光時間
１，３０，４０ 蛍光観察装置
２ 挿入部（着脱部品）
３ 励起光源、照明光源
７ モニタ（表示部）
１８ 撮像素子（蛍光画像取得部）
２０ 参照画像生成部（参照画像取得部）
２１ 蛍光画像生成部（蛍光画像取得部）
２２ 感度調節部
２４ 入射光量算出部
２５ 感度設定部（記憶部）
３１ 照度算出部
４１ 閾値入力部（閾値設定部）
４２ コントラスト算出部
４５ 表示補正部（表示画像補正部）
４７ ＩＣリーダ（識別情報読取部）

Claims (14)

1. 被写体に照射する励起光を射出する励起光源と、
   該励起光源から射出された励起光が照射されることにより前記被写体において発生した蛍光を撮影して蛍光画像を取得する撮像素子を備える蛍光画像取得部と、
   該蛍光画像取得部の前記撮像素子により取得された蛍光画像の輝度情報に基づいて、蛍光画像におけるＳＮ比が所定の閾値以上となるように前記撮像素子におけるビニング加算画素数および／または露光時間を調節する感度調節部とを備える蛍光観察装置。
2. 前記感度調節部が、前記撮像素子により取得された蛍光画像の輝度情報に基づいて、前記撮像素子におけるビニング加算画素数を、ＳＮ比が所定の閾値以上となる最小のビニング加算画素数に調節する請求項１に記載の蛍光観察装置。
3. 前記感度調節部が、前記輝度情報から前記撮像素子への入射光量を算出する入射光量算出部と、前記撮像素子への入射光量とビニング加算画素数との対応関係を記憶する記憶部とを備え、前記入射光量算出部により算出された入射光量を用いて、前記記憶部に記憶されている対応関係からビニング加算画素数を求める請求項１または請求項２に記載の蛍光観察装置。
4. 前記閾値を設定する閾値設定部を備え、
   前記記憶部が、前記撮像素子への入射光量とＳＮ比との対応関係をビニング加算画素数毎に記憶している請求項３に記載の蛍光観察装置。
5. 前記感度調節部が、前記撮像素子により取得された蛍光画像の輝度情報に基づいて、前記撮像素子における露光時間を、ＳＮ比が所定の閾値以上となる最小の露光時間に調節する請求項１に記載の蛍光観察装置。
6. 前記感度調節部が、前記輝度情報から前記撮像素子への入射光量を算出する入射光量算出部と、前記撮像素子への入射光量と露光時間との対応関係を記憶する記憶部とを備え、前記入射光量算出部により算出された入射光量を用いて、前記記憶部に記憶されている対応関係から露光時間を求める請求項１または請求項５に記載の蛍光観察装置。
7. 前記閾値を設定する閾値設定部を備え、
   前記記憶部が、前記撮像素子への入射光量とＳＮ比との対応関係を露光時間毎に記憶している請求項６に記載の蛍光観察装置。
8. 前記感度調節部が、前記輝度情報から前記撮像素子への単位時間当たりの入射光量である撮像面照度を算出する照度算出部と、前記撮像素子における撮像面照度とビニング加算画素数および露光時間との対応関係を記憶する記憶部とを備え、前記照度算出部により算出された撮像面照度を用いて、前記記憶部に記憶されている対応関係から、ビニング加算画素数および露光時間を求める請求項１または請求項２に記載の蛍光観察装置。
9. 被写体に照射する照明光を射出する照明光源と、
   該照明光源からの照明光の前記被写体からの反射光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部とを備え、
   前記記憶部が、参照画像のブレ量毎に前記撮像素子における撮像面照度とビニング加算画素数および露光時間との対応関係を記憶し、
   前記感度調節部が、該参照画像取得部により取得された参照画像の輝度情報から算出されるブレ量によって選択された対応関係を用いて、ビニング加算画素数および露光時間を求める請求項８に記載の蛍光観察装置。
10. 被写体に照射する照明光を射出する照明光源と、
    該照明光源からの照明光の前記被写体からの反射光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部とを備え、
    前記記憶部が、参照画像の輝度毎に前記撮像素子における撮像面照度とビニング加算画素数および露光時間との対応関係を記憶し、
    前記感度調節部が、該参照画像取得部により取得された参照画像の輝度情報によって選択された対応関係を用いて、ビニング加算画素数および露光時間を求める請求項８に記載の蛍光観察装置。
11. 前記蛍光画像取得部により取得された蛍光画像の輝度情報から蛍光画像のコントラストを算出するコントラスト算出部を備え、
    前記閾値設定部が、前記コントラスト算出部により算出されたコントラストに基づいて閾値を設定する請求項４または請求項７に記載の蛍光観察装置。
12. 被写体に照射する照明光を射出する照明光源と、
    該照明光源からの照明光の前記被写体からの反射光を撮影して参照画像を取得する参照画像取得部とを備え、
    前記閾値設定部が、該参照画像取得部により取得された参照画像の輝度情報に基づいて閾値を設定する請求項４または請求項７に記載の蛍光観察装置。
13. 前記蛍光画像を表示する表示部を備え、
    前記入射光量算出部により算出された入射光量に基づいて前記蛍光画像取得部により取得された蛍光画像の明るさを補正して前記表示部に出力する表示画像補正部を備える請求項３に記載の蛍光観察装置。
14. 識別情報が記憶され、観察条件を変更するために着脱される着脱部品と、
    該着脱部品に記憶された識別情報を読み取る識別情報読取部とを備え、
    前記感度調節部が、前記撮像素子への入射光量とビニング加算画素数との対応関係を前記識別情報毎に前記記憶部に記憶するとともに、前記識別情報読取部により読み取られた識別情報に基づいて対応関係を選択する請求項３に記載の蛍光観察装置。

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