JPWO2016139768A1 - 画像処理装置、生体観察装置および画像処理方法 - Google Patents
画像処理装置、生体観察装置および画像処理方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
この狭帯域光観察は、食道領域の詳細診断や大腸のピットパターン(腺管構造)観察のために広く行われている色素散布の代替観察法として期待され、検査時間や不必要な生検の減少によって、検査の効率化への貢献が期待されている。
例えば、直腸全摘出手術や前立腺全摘出手術において神経の温存を行う場合は、対象臓器を摘出する際に、対象臓器を取り囲むように分布している神経を傷つけないように対象臓器を露出させて摘出する必要がある。しかし、直径50から300μmの細い神経は、白色あるいは透明であるため、腹腔鏡による拡大観察でも観察することが困難である。このため、医師が経験や勘に頼って手術せざるを得ず、神経を損傷してしまう可能性が高いという不都合がある。
このようにすることで、露出脂肪検出部により検出された露出脂肪領域の内、適正露光の画素を脂肪色成分量の検出対象とするので、生体画像中の暗部や明部が除かれた露出脂肪領域に基づいて脂肪色成分量を精度よく検出することができる。
このようにすることで、時系列に取得された複数のフレーム画像において検出された脂肪色成分量が平均されるので、ノイズ成分をより確実に除去することができる。
このようにすることで、記憶部に記憶されている基準値との差が大きい場合には、基準値との平均値を大きく変動させることになるのでエラー値としてはじくことにより、脂肪成分量を安定的に検出することができる。
このようにすることで、脂肪色成分量を検出する回数が増加するにしたがって、基準値との差が小さくなってもエラー値としてはじかれるものが増加するので、検出される脂肪色成分量の変動を低減して、より安定した検出を行うことができる。
このようにすることで、脂肪の色を決定する脂肪色成分としてカロテン量が検出され、より確実に、個人差に関わらず脂肪を安定して見分けることができ、対象臓器を取り囲んでいる神経の損傷を未然に防止することができる。
このようにすることで、450から500nmに含まれる青色の波長帯域においては、他の青色の波長帯域と比較して、βカロテンによる吸収の方がヘモグロビンによる吸収より大きくなる波長帯域である。このため、この波長帯域の反射光を撮影した特殊光画像では、血管による吸収の影響が小さく、脂肪組織による吸収が大きい。したがって、この特殊光画像からカロテン量を精度よく検出することができる。
このようにすることで、生体観察に使用される白色光画像によって、簡易に露出脂肪領域を抽出でき、抽出された露出脂肪領域における脂肪色成分量を特殊光画像に基づいて精度よく検出することができる。
このようにすることで、脂肪強調部により周辺組織から脂肪画像領域を区別し、脂肪の色によらず安定した強調画像を取得することができる。
まず、本実施形態に係る生体観察装置1は、内視鏡であって、図1に示されるように、生体内に挿入される挿入部2と、該挿入部2に接続された光源部(照射部)3および信号処理部4を備える本体部5と、該信号処理部4により生成された画像を表示する画像表示部(表示部)6と、外部I/F部13とを備えている。
撮像素子10は、例えば、カラーCCDである。
短波長カットフィルタ21は、図2Dに示されるように、450nmより短い波長帯域の光を遮断し450nm以上の波長帯域の光を透過するようになっている。
また、キセノンランプ11は、図2Cおよび図12Cに示されるような強度スペクトルを有している。
さらに、赤色の波長帯域においては、βカロテンおよびヘモグロビンの吸収は共に存在しないので、この光を照射して得られた画像は、生体組織表面の形態的特徴を表したものとなる。
画像処理部16は、図3に示されるように、前処理部14と、脂肪画像生成部(脂肪画像領域抽出部)18と、露出脂肪検出部19と、記憶部20と、カロテン量算出部(脂肪色成分検出部)23と、補正部24と、後処理部25と、脂肪強調部26とを備えている。
また、カロテン量算出部23は、平均値の算出に用いる画素数が少ない場合も、算出された脂肪画像信号の平均値を、記憶部20から読み出したカロテン量との間で平均をとる対象から除外するようになっており、記憶部20におけるカロテン量の更新は行われない。
外部I/F部13は、操作者からの入力を行うためのインタフェースであり、脂肪強調処理のオン/オフ指示を行うことができる強調処理ボタン(図示略)を備えている。操作者は、強調処理ボタンを操作することにより、制御部17に対して脂肪強調処理のオン/オフ指示信号を入力することができるようになっている。外部I/F部13には、電源のオン/オフを行う電源スイッチや、撮影モードやその他の各種モードを切り替えるためのモード切替ボタンが備えられている。
本実施形態に係る生体観察装置1を用いて生体を観察するには、図4および図5に示されるように、まず、挿入部2を体腔内に挿入し、挿入部2の先端を観察対象部位に対向させた状態で、制御部17の作動により直動機構22を作動させて短波長カットフィルタ21を光軸上から退避させる。この状態で、キセノンランプ11から発せられた広い波長帯域の白色光を、ライトガイドケーブル7を介して挿入部2の先端に導光し、生体組織に照射させる(照明光照射ステップS1)。
この白色光観察モードにおいては、操作者は、画像表示部6に表示される白色光画像により生体組織の形態を観察することができる。
キセノンランプ11から発せられた白色光は、短波長カットフィルタ21を透過することにより、450nm以下の波長帯域がカットされ、ライトガイドケーブル7を介して挿入部2の先端に導光され、生体組織に照射される(照明光照射ステップS1)。照射された照明光は生体組織の表面において反射され、対物レンズ9によって集光され、撮像素子10によって撮影される(画像信号取得ステップS2)。この観察モードを特殊光観察モードという。
取得された画像信号は、補間部15においてデモザイキング処理を施されて3チャネルの画像信号に変換された後、画像処理部16において画像処理される。
さらに、赤色の波長帯域は、βカロテンにもヘモグロビンにも吸収がない波長帯域である。したがって、この波長帯域の光を照射して得られる画像は、生体表面の形態的特徴に基づく輝度分布が示されているということができる。
脂肪画像生成部18においては、特殊光観察モードにおいて取得された3チャネルの画像信号に基づいて、カロテン量が多いほど高くなる1チャネルの脂肪画像信号が生成される(脂肪画像領域抽出ステップS601)。
脂肪画像生成部18において生成された脂肪画像信号は、露出脂肪検出部19、カロテン量算出部23および補正部24に送られる。
露出脂肪検出部19において検出された露出脂肪領域を構成する各画素の座標は、カロテン量算出部23に送られる。
ゲインとしては、カロテン量の値が小さいほど大きく、カロテン量の値が大きいほど小さい値が記憶されているので、脂肪に含有されるカロテン量に個人差があっても、同じ脂肪として同様の脂肪画像信号を出力することができる。
露出脂肪はβカロテンの吸収特性により、白色光画像において彩度の高い黄色い被写体として観察される。これを利用して露出脂肪検出部19は、露出脂肪の検出処理を行う。
この場合、フレーム画像が時間軸方向に複数枚配列され、カロテン量算出部23により、各フレーム画像におけるカロテン量の平均値をさらに平均して複数枚のフレーム画像におけるカロテン量の平均値を出力する。
このようにすることで、時系列順に取得された複数枚のフレーム画像において検出されたカロテン量が平均され、ノイズ成分をより確実に除去して信頼性を向上することができる。
また、本実施形態においては、脂肪強調部26における強調処理を色強調として説明したが、これに代えて、明るさや構造の強調処理を行ってもよい。
本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る画像処理装置16、生体観察装置1および画像処理方法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。
また、フィルタターレット12は、直動機構22によってキセノンランプ11の光軸に交差する方向に移動可能に設けられている。
これにより、フィルタターレット12は、キセノンランプ11からの白色光の光軸上にいずれかのフィルタ群F1,F2を配置することにより、フィルタ群F1,F2によって選択された光を挿入部2側に射出することができるようになっている。
さらに、第1のフィルタ群F1の赤色R1の波長帯域においては、βカロテンおよびヘモグロビンの吸収は共に存在しないので、この光を照射して得られた画像は、生体組織表面の形態的特徴を表したものとなる。
また、制御部17は、撮像素子27による撮影タイミング、フィルタターレット12の回転および画像処理部16による画像処理のタイミングを同期させるようになっている。
画像処理部16における画像処理は第1の実施形態と同様である。
色分解プリズム34は、被写体からの反射光を図12Bに示される透過率特性に従って波長帯域毎に分光するようになっている。
また、本発明に係る生体観察装置1,30は、内視鏡に限定されるものではなく、ロボット手術において用いられる生体観察装置等、広く生体を観察する装置に適用することができる。
3 光源部(照射部)
6 画像表示部(表示部)
8 撮影光学系(撮像部)
16 画像処理装置(画像処理部)
18 脂肪画像生成部(脂肪画像領域抽出部)
19 露出脂肪検出部
20 記憶部
23 カロテン量算出部(脂肪色成分検出部)
24 補正部
26 脂肪強調部
S601 脂肪画像領域抽出ステップ
S610 第2の平均値算出ステップ(脂肪色成分検出ステップ)
S614 脂肪画像信号補正ステップ(補正ステップ)
Claims (17)
- 生体組織画像中における脂肪が存在している領域を示す脂肪画像領域を抽出する脂肪画像領域抽出部と、
該脂肪画像領域抽出部により抽出された脂肪画像領域から脂肪の色を決定する脂肪色成分量を検出する脂肪色成分検出部と、
該脂肪色成分検出部により検出された脂肪色成分量に基づいて、前記脂肪画像領域抽出部により抽出された脂肪画像領域の信号強度を補正する補正部とを備える画像処理装置。 - 生体組織画像中における脂肪が存在している領域を示す脂肪画像領域を抽出する脂肪画像領域抽出部と、
生体組織画像中における脂肪が他の組織に覆われることなく露出している露出脂肪領域を操作者に指定させる露出脂肪領域指定部と、
該露出脂肪領域指定部により指定された露出脂肪領域から脂肪の色を決定する脂肪色成分量を検出する脂肪色成分検出部と、
該脂肪色成分検出部により検出された脂肪色成分量に基づいて、前記脂肪画像領域抽出部により抽出された脂肪画像領域の信号強度を補正する補正部とを備える画像処理装置。 - 前記脂肪画像領域抽出部により抽出された脂肪画像領域から、脂肪が他の組織に覆われることなく露出している露出脂肪領域を検出する露出脂肪検出部を備え、
前記脂肪色成分検出部が、前記露出脂肪検出部により検出された露出脂肪領域に基づいて脂肪色成分量を検出する請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記脂肪色成分検出部が、前記露出脂肪検出部により検出された露出脂肪領域から適正露光の画素を抽出し、抽出された適正露光の画素に基づいて脂肪色成分量を検出する請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記脂肪色成分量の基準値を記憶する記憶部を備え、
前記脂肪色成分検出部が、前記脂肪画像領域における画素毎の前記脂肪色成分量と前記基準値との平均値を出力するとともに、前記平均値によって前記記憶部に記憶されている前記基準値を更新する請求項1から請求項4のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記脂肪色成分量の基準値を記憶する記憶部を備え、
前記脂肪色成分検出部が、前記露出脂肪検出部により検出された露出脂肪領域が所定の画素数以上の範囲にわたって存在している場合に、前記脂肪画像領域における画素毎の前記脂肪色成分量と前記基準値との平均値を出力するとともに、該平均値によって前記記憶部に記憶されている前記基準値を更新する請求項2から請求項4のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記生体組織画像が、時間軸方向に配列された複数枚のフレーム画像を備え、
前記脂肪色成分検出部が、さらに複数のフレーム画像における前記脂肪色成分量の平均値を出力する請求項5または請求項6に記載の画像処理装置。 - 前記脂肪色成分検出部により検出された前記脂肪色成分量と前記記憶部に記憶されている基準値との差が所定の閾値より大きい場合には、当該脂肪色成分量を平均値の算出対象から除外する請求項5から請求項7のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記所定の閾値が、前記平均値の算出回数に応じて漸次小さく設定される請求項8に記載の画像処理装置。
- 前記脂肪色成分検出部が、脂肪に含まれるカロテン量を検出する請求項1から請求項9のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記生体組織画像が、450から500nmに含まれる波長帯域の反射光を撮影した特殊光画像である請求項1から請求項9のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記生体組織画像として、白色光画像と、450から500nmに含まれる波長帯域の反射光を撮影した特殊光画像とが入力され、
前記脂肪画像領域抽出部が、前記白色光画像に基づいて前記脂肪画像領域を抽出し、
前記脂肪色成分検出部が、前記特殊光画像に基づいて、前記脂肪色成分量を検出する請求項1から請求項11のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記補正部により信号強度が補正された脂肪画像領域に対し、周辺組織から区別可能な強調処理を行って前記脂肪画像領域が強調された画像を生成する脂肪強調部を備える請求項1から請求項12のいずれかに記載の画像処理装置。
- 生体組織に照明光を照射する照射部と、
該照射部により照射された照明光が生体組織により反射された反射光の内、βカロテンの吸収特性がヘモグロビンの吸収特性よりも高い波長帯域の反射光を撮影して前記生体組織画像を取得する撮像部と、
該撮像部により取得された前記生体組織画像を処理する請求項13に記載の画像処理装置と、
前記脂肪強調部により形成された画像を表示する表示部とを備える生体観察装置。 - 生体組織に照明光を照射する照射部と、
該照射部により照射された照明光が生体組織により反射された反射光を撮影して前記生体組織画像を取得する撮像部と、
請求項2に記載の画像処理装置とを備える生体観察装置。 - 前記撮像部が、生体組織の白色光画像と450から500nmに含まれる波長帯域の反射光を撮影した特殊光画像とを取得し、
前記露出脂肪領域指定部が、前記白色光画像内において前記露出脂肪領域を操作者に指定させ、
前記脂肪色成分検出部が、前記特殊光画像に基づいて、前記脂肪色成分量を検出する請求項15に記載の生体観察装置。 - 生体組織画像中における脂肪が存在している領域を示す脂肪画像領域を抽出する脂肪画像領域抽出ステップと、
該脂肪画像領域抽出ステップにより抽出された脂肪画像領域から脂肪の色を決定する脂肪色成分量を検出する脂肪色成分検出ステップと、
該脂肪色成分検出ステップにより検出された脂肪色成分量に基づいて、前記脂肪画像領域抽出ステップにより抽出された脂肪画像領域の信号強度を補正する補正ステップとを含む画像処理方法。
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