WO2007108270A1 - 生体観測装置 - Google Patents

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WO2007108270A1
WO2007108270A1 PCT/JP2007/053088 JP2007053088W WO2007108270A1 WO 2007108270 A1 WO2007108270 A1 WO 2007108270A1 JP 2007053088 W JP2007053088 W JP 2007053088W WO 2007108270 A1 WO2007108270 A1 WO 2007108270A1
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WO
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spectral
light
image
unit
color
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Application number
PCT/JP2007/053088
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English (en)
French (fr)
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Kenji Yamazaki
Kazuhiro Gono
Takeshi Urasaki
Takashi Takemura
Original Assignee
Olympus Medical Systems Corp.
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Publication date
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Priority to BRPI0709580-5A priority patent/BRPI0709580A2/pt
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    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/555—Constructional details for picking-up images in sites, inaccessible due to their dimensions or hazardous conditions, e.g. endoscopes or borescopes

Definitions

  • the present invention relates to a living body observation apparatus that uses a color image signal obtained by capturing an image of a living body and displays it as a split image on a display device by signal processing.
  • endoscope apparatuses that irradiate illumination light and obtain an endoscopic image in a body cavity have been widely used.
  • an electronic endoscope having an imaging unit that guides illumination light from a light source device into a body cavity using a light guide or the like and images a subject using the return light is used.
  • the imaging signal of the imaging unit force is signal-processed to display an endoscopic image on an observation monitor and observe an observation site such as an affected part.
  • one method is to emit white light in the visible light region with a light source device, for example, through a rotary filter such as RGB, and so on.
  • a color image is obtained by irradiating the subject with light and simultaneously processing the return light from the surface sequential light with a video processor.
  • another method is to place a color chip in front of the imaging surface of the imaging section of the endoscope, and use a light source device to emit white light in the visible light region. The color light is obtained by separating the return light from the white light for each color component with a color chip and processing the image with a video processor.
  • a living tissue has different light absorption characteristics and scattering characteristics depending on the wavelength of the irradiated light.
  • dispersive spectroscopy of illumination light in the visible light region is performed.
  • a narrow-band optical endoscope device that irradiates a living tissue with narrow-band RGB surface sequential light having a characteristic to obtain tissue information of a desired deep portion of the living tissue is disclosed.
  • a process for reducing the amount of illumination light when obtaining a spectral image by the light amount control unit (for example, the amount of illumination light when obtaining a normal light observation image)
  • the illumination light irradiation timing control, the optical chisba control, the lamp application current control, the electronic shutter control, etc. are performed, and the control for avoiding the saturation of the CCD as the imaging unit is performed.
  • the present invention has been made in view of the above-described points, and an object thereof is to provide a living body observation apparatus capable of improving SZN in discrete spectral image generation using illumination light in the visible light region. .
  • a living body observation apparatus includes: an illumination unit that irradiates light to a living body that is a subject; and photoelectric conversion of light reflected from the living body based on illumination light from Z or the illumination unit And a biological observation apparatus including a signal processing control unit that controls the operation of the imaging unit that generates the imaging signal and outputs the imaging signal to a display device,
  • a spectral signal generation unit that generates a spectral signal corresponding to an optical wavelength narrow band image from the imaging signal by signal processing
  • a color adjusting unit that adjusts a color tone for each of a plurality of bands forming the spectral signal when the spectral signal is output to the display device;
  • a spectral characteristic control unit that controls the spectral characteristics of the light on the optical path
  • FIG. 1 is an external view showing an external appearance of an electronic endoscope apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the electronic endoscope apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing the transmission characteristics of the light quantity limiting filter in FIG.
  • FIG. 4 Diagram showing the arrangement of color filters provided in front of the CCD in Fig. 2
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a matrix calculation method for calculating a matrix in the matrix calculation unit of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing the spectral characteristics of the spectral image generated by the matrix calculation unit in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing a layer direction structure of a biological tissue observed by the electronic endoscope apparatus of FIG.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the state in which the illumination light of the electronic endoscope apparatus in FIG. 2 reaches the living tissue in the layer direction.
  • FIG. 9 is a diagram showing the spectral characteristics of each band of RGB light during normal observation with the electronic endoscope apparatus of FIG.
  • FIG. 10 First diagram showing each band image by RGB light during normal observation in FIG.
  • FIG. 11 Second diagram showing each band image with RGB light during normal observation in Fig. 9
  • FIG. 12 Third diagram showing each band image with RGB light during normal observation in Fig. 9
  • FIG. 13 First diagram showing each spectral image of FIG.
  • FIG. 14 is a second diagram showing the spectral images of FIG.
  • FIG. 16 is a first diagram illustrating a graphic user interface using the touch panel function of FIG.
  • FIG. 17 is a second diagram illustrating a graphic user interface using the touch panel function of FIG.
  • FIG. 18 is a third diagram illustrating a graphic user interface using the touch panel function of FIG.
  • FIG. 19 is a fourth diagram illustrating a graphic user interface using the touch panel function of FIG.
  • FIG.20 Graphic user interface using the touch panel function of Fig.2 5th figure to do
  • FIG. 21 is a sixth diagram illustrating a graphic user interface using the touch panel function of FIG.
  • FIG. 22 is a seventh diagram illustrating a graphic user interface using the touch panel function of FIG.
  • FIG. 23 is an eighth diagram illustrating a graphic user interface using the touch panel function of FIG.
  • FIG. 24 is a ninth diagram illustrating a graphic user interface using the touch panel function of FIG.
  • FIG. 25 is a tenth diagram illustrating a graphic user interface using the touch panel function of FIG.
  • FIG. 26 is an eleventh diagram illustrating a graphic user interface using the touch panel function of FIG.
  • FIG. 27 is a twelfth diagram illustrating a graphic user interface using the touch panel function of FIG.
  • ⁇ 28 A diagram for explaining the white balance processing of the spectral image generated by the matrix calculation unit in FIG.
  • FIG. 29 is a thirteenth diagram illustrating a graphic user interface using the touch panel function of FIG.
  • FIG. 30 is a fourteenth diagram illustrating a graphic user interface using the touch panel function of FIG.
  • FIG. 31 is a diagram showing a configuration of a board slot on the back of the endoscope apparatus main body of FIG.
  • FIG. 35 is a diagram showing an example of a wavelength selection dedicated keyboard that can be connected to the endoscope apparatus body of FIG.
  • FIG. 36 is a diagram showing an arrangement of a variation of the color filter in FIG.
  • FIG. 37 is a block diagram showing a configuration of an electronic endoscope apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 38 is a diagram showing the configuration of the RGB rotation filter in FIG.
  • FIG. 39 is a diagram showing the spectral characteristics of light transmitted through the RGB rotation filter in FIG. 38 when the light amount limiting filter in the first spectral image generation mode is not on the optical path.
  • FIG. 3 shows the case where the light amount limiting filter, which is the second spectral image generation mode, is on the optical path.
  • FIG. 41 is a block diagram showing a configuration of a modified example of the electronic endoscope apparatus of FIG.
  • FIG. 42 is a diagram showing the configuration of the RGB rotation filter in FIG.
  • FIG. 43 is a diagram showing a configuration of a variation of the RGB rotation filter in FIG.
  • FIGS. 1 to 36 relate to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is an external view showing the external appearance of the electronic endoscope apparatus
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the electronic endoscope apparatus of FIG. 3 is a diagram showing the transmission characteristics of the light quantity limiting filter in FIG. 2
  • FIG. 4 is a diagram showing the arrangement of the color filters provided in front of the CCD in FIG. 2
  • FIG. 5 is a matrix for calculating the matrix in the matrix calculation unit in FIG.
  • Fig. 6 is a diagram showing the spectral characteristics of the spectral image generated by the matrix calculation unit of Fig. 2
  • Fig. 7 is the layer direction of the biological tissue observed by the electronic endoscope device of Fig. 2.
  • Fig. 1 is an external view showing the external appearance of the electronic endoscope apparatus
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the electronic endoscope apparatus of FIG. 3 is a diagram showing the transmission characteristics of the light quantity limiting filter in FIG. 2
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the structure
  • Fig. 8 is a diagram for explaining the state in which the illumination light from the electronic endoscope apparatus of Fig. 2 arrives in the layer direction of the living tissue
  • Fig. 9 is a normal observation with the electronic endoscope apparatus of Fig. 2
  • Fig. 10 shows the spectral characteristics of each band of RGB light at times
  • Fig. 10 shows the RGB light during normal observation in Fig. 9.
  • FIG. 6 is a first diagram showing each band image according to FIG.
  • FIG. 11 is a second diagram showing each band image by RGB light during normal observation in FIG. 9, and FIG. 12 is a third diagram showing each band image by RGB light during normal observation in FIG. 13 is a first diagram showing each spectral image in FIG. 6, and FIG. 14 is a second diagram showing each spectral image in FIG. 15 is a third diagram showing each spectral image of FIG. 6,
  • FIG. 16 is a first diagram illustrating the graphic user interface using the touch panel function of FIG. 2
  • FIG. 17 is a diagram of the touch panel function of FIG. Fig. 18 illustrates the graphic user interface
  • Fig. 18 illustrates the graphic user interface using the touch panel function of Fig. 2
  • Fig. 19 illustrates the touch panel function of Fig. 2.
  • FIG. 20 is a fourth diagram illustrating the graphic user interface
  • FIG. 20 is a fifth diagram illustrating the graphic user interface using the function of the touch panel of FIG.
  • FIG. 21 is a sixth diagram illustrating a graphic user interface using the touch panel function of FIG. 2, and FIG. 22 is a seventh graphic user interface using the touch panel function of FIG. Fig. 23 shows the graphic user interface using the touch panel function of Fig. 2, and Fig. 24 shows the graphic user interface using the touch panel function of Fig. 2.
  • Fig. 25 and Fig. 25 show the graphic user interface that uses the touch panel function of Fig. 2, and Fig. 26 shows the graphic user interface that uses the touch panel function of Fig. 11.
  • Fig. 27 is a twelfth diagram illustrating the graphic user interface that uses the touch panel functions of Fig. 2, and Fig. 28 is the mat of Fig. 2.
  • Fig. 22 is a seventh graphic user interface using the touch panel function of FIG.
  • Fig. 23 shows the graphic user interface using the touch panel function of Fig. 2
  • Fig. 24 shows the graphic user interface using the touch panel function of Fig. 2.
  • Fig. 25 and Fig. 25 show the graphic user interface
  • FIG. 29 is a diagram for explaining the white balance processing of the spectral image generated by the RIX operation unit.
  • Fig. 29 is a thirteenth diagram for explaining the graphic user interface using the touch panel function of Fig. 2.
  • FIG. 14 is a fourteenth diagram illustrating a graphic user interface using functions.
  • FIG. 31 is a diagram showing a configuration of a board slot on the back of the endoscope apparatus main body of FIG. 1, and FIG. 32 is a first diagram illustrating an additional function menu of a function expansion board installed in the board slot of FIG. Fig. 33 is a second diagram for explaining the additional function menu of the function expansion board installed in the board slot of Fig. 31, and Fig. 34 is an additional card for the function expansion board installed in the board slot of Fig. 31.
  • Fig. 3 illustrates the function menu
  • Fig. 35 is a diagram illustrating an example of a wavelength selection dedicated keyboard that can be connected to the endoscope apparatus body of Fig. 2
  • Fig. 36 is a variation of the color filter of Fig. 4. It is a figure which shows an arrangement
  • an electronic endoscope apparatus as a living body observation apparatus in an embodiment of the present invention, light is applied to a living body that is an illumination light source, and reflected from the living body based on the irradiated light.
  • This is a spectral signal corresponding to an optical narrow-band image from the image signal by generating an image signal that is a color image signal by receiving light with a solid-state image sensor that is an imaging unit and photoelectrically converting it.
  • a spectral image signal (hereinafter also simply referred to as a spectral image) is generated by signal processing.
  • an electronic endoscope apparatus 100 includes an endoscope 101 as an observation unit, an endoscope apparatus body 105, and a display monitor 106 as a display apparatus.
  • the endoscope 101 is provided at the distal end of the insertion portion 102 to be inserted into the body of the subject, the distal end portion 103 provided at the distal end of the insertion portion 102, and the distal end side of the insertion portion 102. It is mainly composed of an angle operation unit 104 for instructing a bending operation and the like of 103.
  • the image of the subject acquired by the endoscope 101 which is a flexible endoscope, is subjected to predetermined signal processing by the endoscope apparatus body 105, and the processed image is displayed on the display monitor 106.
  • the display section of the display monitor 106 is provided with a touch panel 106a, which displays various setting screens on the display section of the display monitor 106, and is a graphic using the pointing device function (hereinafter referred to as the touch panel function) of the touch panel 106a.
  • An interface is realized.
  • FIG. 2 is a block diagram of the electronic endoscope apparatus 100.
  • the endoscope apparatus main body 105 mainly includes a light source section 41 as an illumination section, a control section 42 as a signal processing control section, and a main body processing apparatus 43.
  • the control unit 42 and the main body processing device 43 control the operation of the light source unit 41 and Z or the CCD 21 as the imaging unit, output an image signal to the display monitor 106 which is a display device, and control the touch panel function of the touch panel 106a.
  • the signal processing control unit is configured.
  • the control unit 42 stores various data and is connected to the data storage unit 44.
  • the endoscope apparatus main body 105 which is a single unit, is described as having a light source section 41 and a main body processing apparatus 43 that performs image processing or the like. 41 1 and the main body processing device 43 may be configured to be removable as separate units from the endoscope device main body 105.
  • the light source unit 41 which is an illumination unit, is connected to the control unit 42 and the endoscope 101, and the control unit Based on the signal from 42, irradiate with white light (not completely white light !, including cases) with a predetermined amount of light.
  • the light source unit 41 includes a lamp 15 as a white light source, an infrared cut filter 15a, and a light amount limiting filter 16 as a spectral characteristic control unit that limits the amount of light in a predetermined wavelength range of white light inserted into and removed from the optical path. And a filter insertion / removal drive unit 17 that detaches the light amount limiting filter 16 on the optical path, and a condenser lens 18 that emits white light.
  • FIG. 3 shows the transmission characteristics of the light quantity limiting filter 16.
  • the light amount limiting filter 16 restricts the transmittance in other bands to 50% when the transmittance in the blue band is 100%.
  • the endoscope 101 connected to the light source unit 41 via the connector 11 includes an object lens 19 and a solid-state imaging device 21 such as a CCD (hereinafter simply referred to as a CCD) at the distal end portion 103.
  • a CCD solid-state imaging device 21
  • the CCD 21 in this embodiment is a single plate type (CCD used for a simultaneous electronic endoscope) and is a primary color type.
  • FIG. 4 shows the arrangement of the color filters arranged on the imaging surface of the CCD 21.
  • the color filter disposed on the imaging surface of the CCD 21 constitutes a color separation unit.
  • the insertion unit 102 internally contains a light guide 14 that guides the light emitted from the light source unit 41 to the front end 103 and an image of the subject obtained by the CCD 21.
  • a signal line for transmission to the main body processing device 43, a forceps channel 28 for performing treatment, and the like are provided.
  • a forceps port 29 for inserting forceps into the forceps channel 28 is provided in the vicinity of the operation unit 104.
  • the operation unit 104 includes an ID unit 110 that stores the type information of the endoscope 101 therein.
  • the operation unit 104 is provided with an instruction switch unit 111 for instructing various operations on the outer surface.
  • the instruction switch unit 111 has at least a mode switching switch for instructing a spectral image generation mode to be described later for generating a spectral image with improved SZN.
  • the main body processing device 43 as a signal processing device for the living body observation device is connected to the endoscope 101 via the connector 11, similarly to the light source unit 41.
  • the main body processing device 43 includes a CCD drive 431 for driving the CCD 21 in the endoscope 101.
  • the main body processing device 43 has a luminance signal processing system and a color signal processing system as signal circuit systems for obtaining a color image which is a normal image.
  • the luminance signal processing system of the main body processing device 43 is connected to the CCD 21, A contour correction unit 432 that performs contour correction on the image pickup signal, and a luminance signal processing unit 434 that generates a luminance signal from the data corrected by the contour correction unit 432. Further, the color signal processing system of the main body processing device 43 is connected to the CCD 21, performs sampling and the like of the imaging signal obtained by the CCD 21, and generates RGB signals, and sample hold circuits (SZH circuits) 433 a to 433 a 433c, and a color signal processing unit 435 that is connected to the outputs of the SZH circuits 433a to 433c and generates color signals.
  • SZH circuits sample hold circuits
  • the main body processing device 43 includes a normal image generation unit 437 that generates a color image, which is one normal image, from the outputs of the luminance signal processing system and the color signal processing system.
  • the normal image generation unit 437 outputs a Y signal as a luminance signal, an R—Y signal and a B—Y signal as color difference signals to the display image generation unit 439, and outputs a Y signal, an R—Y signal, and a B—Y signal.
  • the display image generation unit 439 generates a normal image signal of a color image that is a normal image displayed on the display monitor 106.
  • the main body processing device 43 receives outputs (RGB signals) of the SZH circuits 433a to 433c as a signal circuit system for obtaining a spectral image signal which is a spectral signal, and a predetermined matrix for the RGB signals. It has a matrix calculation unit 436 as a spectral signal generation unit that performs calculation.
  • the matrix calculation in the matrix calculation unit 436 is a process of performing addition processing or the like between color image signals and multiplying a matrix obtained by a matrix calculation method described later.
  • force S which describes a method using electronic circuit processing (processing by hardware using an electronic circuit), numerical data processing (using a program) It may be a method using software processing).
  • these methods can be combined in the implementation.
  • the spectral image signals F1 to F3, which are outputs of the matrix calculation unit 436, are subjected to color adjustment calculation by the color adjustment unit 440, which is a color adjustment unit.
  • Gch, and Bch are generated.
  • the generated spectral color channel image signals Rch, Gch, and Bch are output to the RGB color channels R- (ch), G- (ch), and B- (ch) of the display monitor 106 via the display image generator 439. Sent.
  • the display image generation unit 439 is a display composed of a normal image and a Z or spectral image. An image is generated and the display image is output to the display monitor 106, and switching display between the spectral images is also possible.
  • the operator can use the normal image, the spectral color channel image with color channel R- (ch), the spectral color channel image with color channel G- (ch), and the spectral color channel image with color channel B- (ch). Display can be selectively displayed on the monitor 106. In addition, any two or more images may be displayed on the display monitor 106 at the same time.
  • spectral channel images normal images and spectral color channel images (hereinafter also referred to as spectral channel images) can be displayed at the same time, it is possible to easily compare normal images and spectral channel images that are generally observed.
  • Each feature a feature of a normal image is observed with a color degree close to that of a normal naked eye.
  • a feature of a spectral channel image cannot be observed with a normal image, and a predetermined blood vessel or the like can be observed.
  • And can be observed, which is very useful for diagnosis.
  • FIG. 5 shows a color image signal (here, R'G'B for simplicity of explanation, but as will be described later, in a complementary color solid-state imaging device, G'Cy'Mg'Ye
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing a signal flow when generating a spectral image signal corresponding to an image corresponding to an image having a narrower optical wavelength band.
  • vectors and matrices are written in bold letters or “” (for example, matrix A is written as “Bold letters in A” or “A”), and the others are written without character modification.
  • the electronic endoscope apparatus 100 converts the color sensitivity characteristic as the spectral sensitivity characteristic of each imaging unit of R′G′B into numerical data.
  • the color sensitivity characteristic of R'G'B is the output characteristic with respect to the wavelength obtained when a white object is imaged using a white light source.
  • the color sensitivity characteristics of R'G'B are shown on the right side of each image data as a simplified graph. At this time, the color sensitivity characteristics of R'G'B are the n-dimensional column vectors “R”, “G”, and “B”, respectively.
  • Spectral image narrow band Pandpass filter Fl 'F2' The filter characteristics at this time are n-dimensional column vectors “F1”, “F2” and “F3”, respectively.
  • equation (4) can be viewed as a simultaneous equation for the matrix “ ⁇ ” and its solution is
  • the electronic endoscope apparatus 100 performs the conversion of the left side of the equation (3) to thereby extract the narrow-band Pand-pass filter Fl 'F2.
  • the characteristics of F3 can be approximated.
  • the matrix calculation unit 436 uses the matrix calculated in this way to generate a spectral image signal from the normal color image signal.
  • the filter removal drive unit 17 sets the light amount limiting filter 16 at a position where the force on the optical path is also removed.
  • the luminous flux from the lamp 15 passes through the infrared cut filter 15a into the connector 11 at the connection between the endoscope 101 and the light source 41 by the condenser lens 18 that does not pass through the light quantity limiting filter 16.
  • the light is collected at the incident end of the light guide 14 that is the provided optical fiber bundle.
  • the condensed light flux passes through the light guide 14 and is irradiated into the body of the subject from the illumination optical system provided at the distal end portion 103.
  • the irradiated light beam is reflected in the subject and the objective lens 1 Through 9, the CCD 21 collects signals for each of the color filters shown in FIG.
  • the collected signals are input in parallel to the luminance signal processing system and the color signal processing system.
  • the luminance signal-based contour correction unit 432 calculates and inputs signals collected for each color filter for each pixel, and after contour correction, the signals are input to the luminance signal processing unit 434.
  • the luminance signal processing unit 434 a luminance signal is generated and input to the normal image generating unit 437.
  • signals collected by the CCD 21 are input to the SZH circuits 433a to 433c for each filter, and R'G'B signals are respectively generated. Further, the R'G'B signal is generated by a color signal processing unit 435, and a normal image generation unit 437 generates a Y signal, an R—Y signal, and a B—Y signal from the luminance signal and the color signal. Then, the display image generation unit 439 displays a normal image of the subject on the display monitor 106.
  • the first spectral image generation mode is a mode in which the light flux from the lamp 15 is not transmitted through the light amount limiting filter 16 as in the case of normal image generation.
  • the second spectral image generation mode is a mode in which the light beam from the lamp 15 is transmitted through the light amount limiting filter 16.
  • the control unit 42 sets the spectral image generation mode to the first spectral image generation mode.
  • the control unit 42 drives and controls the filter insertion / removal drive unit 17 and arranges the filter insertion / removal drive unit 17 on the optical path of the light flux from the lamp 15.
  • the second spectroscopic image generation mode As a result, in the second spectral image generation mode, the light beam from the lamp 15 is transmitted through the light amount limiting filter 16.
  • this embodiment is not limited to the mode switching switch of the instruction switch unit 111, and the operation mode of the spectroscopic image generation mode is set to the second spectroscopic image by operating the keyboard or the touch panel 106a provided in the main body 105. You can set it to generation mode. Since the first spectral image generation mode and the second spectral image generation mode are the same in other operations, the first spectral image generation mode will be described as an example. Also, the description of operations that perform the same operations as those for normal image generation is omitted.
  • the main body processing device 43 is able to obtain narrowband light obtained by narrowband light through the narrowband bandpass filters F1'F2'F3 having center wavelengths ⁇ 1, 2 and ⁇ 3 as shown in FIG.
  • a spectral image equivalent to the band light observation image can be displayed on the display monitor.
  • the body cavity tissue 51 often has an absorber distribution structure such as blood vessels that differ in the depth direction.
  • a large number of capillaries 52 are mainly distributed near the surface of the mucosa, deeper than this layer, and in the middle layer, in addition to capillaries, thicker than capillaries and blood vessels 53 are distributed. 54 comes to be distributed.
  • the depth of the light in the depth direction of the body cavity tissue 51 depends on the wavelength of the light, and the illumination light including the visible range is blue (B In the case of light with a short wavelength such as color, the light can only reach the surface layer due to the absorption and scattering characteristics of living tissue, and it can be absorbed and scattered within the depth range up to that point and exit from the surface. Light is observed. In the case of green (G) color light, which has a longer wavelength than blue (B) color light, it reaches deeper than the range where blue (B) color light deepens, undergoes absorption and scattering within that range, and exits from the surface. Light is observed. Furthermore, red (R) color light having a wavelength longer than that of green (G) color light reaches a deeper range.
  • RGB light during normal observation of the tissue 51 in the body cavity is overlapped in each wavelength region as shown in FIG.
  • the image signal picked up by the CCD 21 with B-band light is picked up with a band image having shallow layer and middle layer tissue information including a lot of tissue information in the shallow layer as shown in FIG.
  • the image signal picked up by the CCD 21 with G-band light is picked up with band images having shallow layer and middle layer tissue information including a lot of tissue information in the middle layer as shown in Fig. 11, (3) Furthermore, band images having middle layer and deep layer tissue information including a lot of deep tissue information as shown in FIG.
  • the matrix processing in the matrix calculation unit 436 described above creates a spectral image signal using the pseudo bandpass filter (matrix) generated in advance as described above for the color image signal.
  • spectral image signals F1 to F3 can be obtained using pseudo-bandpass filters F1 to F3 having discrete and narrow-band spectral characteristics that can extract desired deep tissue information as shown in FIG.
  • the pseudo bandpass filters F1 to F3 have overlapping wavelength ranges, as shown in FIG.
  • a spectral image signal F1 obtained by the pseudo bandpass filter F1 captures a band image having tissue information in the shallow layer as shown in FIG.
  • a band image having tissue information in the middle layer as shown in FIG. 14 is captured in the spectral image signal F2 by the pseudo bandpass filter F2, and further,
  • a band image having tissue information in the deep layer as shown in FIG. 15 is captured in the spectral image signal F3 by the pseudo bandpass filter F3.
  • the color adjustment unit 440 uses the spectral image signal F3 as the spectral color channel image signal Rch as the simplest color conversion example.
  • the signal F2 is assigned to the spectral color channel image signal Gch and the spectral image signal F1 is assigned to the spectral color channel image signal Bch, and the RGB color channel R- (ch) of the display monitor 106 is assigned via the display image generation unit 439. Output to G- (ch) and B- (ch).
  • the spectral image signals Fl to F3 depend on the spectral sensitivity of the endoscope such as a lens and a photoelectric conversion system in addition to the spectral reflectance of the subject.
  • the ID which is the type information of the endoscope 101, is read from the ID part 1 10 and stored in the data storage part 44 based on the ID!
  • the spectral image signals F1 to F3 are corrected using a correction coefficient corresponding to the connected endoscope 101.
  • the correction coefficient may be stored in the ID unit 110, and the control unit 43 may be configured to read the correction coefficient together with the ID from the ID unit 110.
  • the spectral image signals F1 to F3 are generated by a matrix having phases of the pseudo bandpass filters F1 to F3.
  • the pseudo bandpass filters F1 to F3 have a center wavelength ⁇ ⁇ , Eq. Characterized by ⁇ 3. That is, the main body processing device 43 determines one pseudo bandpass filter F by setting one center wavelength, and generates a spectral image signal F based on the pseudo bandpass filter F.
  • the center wavelength is set by the graphic user interface by using the function of the touch panel 106a, and the desired spectral image signal F can be generated.
  • the main body processing device 43 displays a setting screen for setting the center wavelength of the pseudo bandpass filter corresponding to the spectral image signal on the observation monitor 106 having the touch panel 106a as shown in FIG. To display.
  • a plurality of, for example, six center wavelengths ⁇ 11, ⁇ 12, ⁇ 13, ⁇ 21, ⁇ 22, and ⁇ 23 can be set.
  • the main body processing device 43 develops and displays a pop-up window 207 having a plurality of selectable wavelengths on the observation monitor 106.
  • FIG. 17 shows a state in which the main processing unit 43 sets the set wavelength value 425 nm to the wavelength ⁇ 11.
  • the setting operation of other wavelengths that is, ⁇ 12 button 202, ⁇ 13 button 203, ⁇ 21 button 204, ⁇ 22 button 205, ⁇ 23 button 206 is also set using the touch panel function on the setting screen in the same way as wavelength ⁇ 11.
  • Wavelength value can be set.
  • Spectral images can be colored by setting the set wavelength values to at least three wavelengths (for example, wavelength 11, ⁇ 12, and ⁇ 13).
  • the spectral image that has been colored is referred to as a color spectral image.
  • the setting screen for setting the center wavelength of the pseudo bandpass filter is not limited to FIG. 17, but as a first modification of this embodiment, as shown in FIG.
  • a setting screen having a set table 208 for setting a plurality of wavelength sets in which three wavelengths are set may be used.
  • a desired wavelength set can be selected from the plurality of wavelength sets set in the set table 208 using the touch panel function. .
  • a selection button 209 is provided, and each time the selection button 209 is operated using the touch panel function, the set table 208 is set to a wavelength set. You may make it set by moving to toggle. Specifically, each time the selection button 209 is operated using the touch panel function, the set to be set is moved and selected, such as set 1 ⁇ set 2 ⁇ set 3 ⁇ set 4 ⁇ set 1 ⁇ .
  • FIG. 20 shows a setting screen when the selection button 209 is operated using the touch panel function in the state of FIG. 19, and the operation of the selection power selection button 209 of set 1 as shown in FIG. As shown, go to set 2 selection.
  • the display image generation unit 439 displays (1) the normal light observation image and the color as a display form for displaying the color spectral image on the display screen of the touch panel 106a (that is, the observation monitor 106). Spectral image simultaneous display form, (2) Color spectral image display only display form, (3) Normal light observation image display only display form, etc.
  • the main body processing device 43 is colored as the normal light observation image 210 on the observation monitor 106 by the display image generation unit 439 as shown in FIG.
  • the color spectral image 211 can be displayed simultaneously.
  • the display image generation unit 439 can be used for coloring the color spectral image 211 in addition to the normal light observation image 210 and the color spectral image 211, for example, at the six central wavelengths set on the setting screen described above.
  • Spectral image thumbnail images 221 to 226 are displayed.
  • the thumbnail images of the three spectral images that make up the color spectral image 211 are the other thumbnails. It is displayed in a display form (for example, brightness or color tone) different from that of the nail image.
  • the three spectral images constituting the color spectral image 211 can be arbitrarily changed. Specifically, for example, when the color spectral image 211 is touched, thumbnail images 221 to 226 are selectable. By selecting thumbnail images of spectral images having three central wavelengths for colorization, the color spectral image 211 is selected. The three spectral images that make up are changed.
  • Fig. 21 shows a state in which a color spectral image 211 is generated from three spectral images with a central wavelength of 11, ⁇ 12, and ⁇ 13, and Fig. 22 shows three spectral images with a central wavelength of 12, ⁇ 21, and ⁇ 23. A color spectroscopic image 211 is generated.
  • the main body processing device 43 displays a painting setting window 230 for changing the color tone of the normal light image when only the normal light image is displayed on the touch panel 106a.
  • a painting setting window 230 for changing the color tone of the normal light image when only the normal light image is displayed on the touch panel 106a.
  • This painting setting window 203 can be used as a wavelength selection window 230 for the center wavelength as shown in FIG. 24 in the case of the display mode only in the color spectral image form.
  • the indicator 230a indicates the wavelength, and each display point of the indicator 230a is assigned multiple center wavelengths, and by selecting the three display points of the indicator 230a, Also in the wavelength selection window 230, three spectral images constituting the color spectral image 211 can be selected.
  • a luminance setting window 231 for setting the luminance of the spectral image is displayed below the wavelength selection window 230, and the luminance of the spectral image for each wavelength can be set arbitrarily. ing.
  • the main body processing device 43 displays the spectral reflectance 242 from the subject in a graph in the vicinity of the color spectral image 241 as shown in FIG.
  • the wavelengths 1, 3, and 3 of the three spectral images that make up the color spectral image 241 are presented on the spectral reflectance 242.
  • These wavelengths 1, 2, and 3 are touch panels. It can be moved according to the function, and when the wavelengths ⁇ 1, 2 and ⁇ 3 are changed, the color spectral image 2
  • the three spectral images that make up 41 also change in conjunction.
  • the main body processing device 43 can be used for colorizing the freeze color spectral image 241, for example, thumbnail images 221-2 of spectral images of six central wavelengths set on the setting screen described above. 226 is displayed.
  • the thumbnail images of the three spectral images constituting the freeze color spectral image 241 are displayed in a different display form (for example, different brightness or color tone) from the other thumbnail images.
  • the touch panel function is used to select three thumbnail images 221 to 226 and operate the selection decision button 243 to display three spectral images constituting the freeze color spectral image 241 as shown in FIG. It can be changed arbitrarily.
  • by operating the confirmation button 244 using the touch panel function it is possible to display the color spectral image 241 of the moving image based on the three spectral images selected from the thumbnail images 221 to 226.
  • the endoscope apparatus body 105 is capable of arbitrarily changing the three spectral images constituting the color spectral image. In this case, the white balance processing of the three spectral images is performed. Changes are made at the same time.
  • the endoscope apparatus main body 105 discretely stores, for example, a three-dimensional data table having three wavelengths ⁇ ⁇ and k as axes in advance in the data storage unit 44 as shown in FIG.
  • the weight coefficients (kx, ky, kz) used for the white balance processing are stored as the botacell data in each botacell of this 3D data table.
  • the endoscope apparatus main body 105 has a description of the data storage unit 44 that stores each botacell data.
  • the 3D data table is stored discretely, so the weighting factor between the botacel data is calculated by general linear interpolation to perform white balance processing.
  • the main body processing device 43 designates the spectroscopic image display frame 281 on the normal light observation image 210 as shown in FIG.
  • the spectral image of the area can be displayed in a superimposed manner on the area of the display frame 281.
  • the size and position of the frame can be arbitrarily changed by the touch panel function.
  • the configuration of the spectral image is set using the wavelength as the setting parameter.
  • the configuration is not limited to this, and the depth information that is the depth of light is specified as the setting parameter.
  • a configuration of a spectral image optimal for observation may be automatically specified based on an organ that is an observation target.
  • a method for specifying the configuration of the spectral image based on the organ for example, a method of identifying and specifying the organ used by the endoscope 101 based on the ID from the ID unit 110 in the operation unit 104, the touch panel 106a
  • a method of specifying by using the menu switch a method of specifying by reading PC card data in which patient information is recorded, and a method of automatically recognizing organs by processing a normal light observation image by a scene understanding module.
  • the endoscope apparatus main body 105 of the present embodiment is provided with a plurality of board slots 300 on which a function expansion board capable of function expansion can be installed, as shown in FIG. ing.
  • the control unit 44 expands executable functions by displaying a menu window 260 as shown in FIG. 32 on the touch panel 106a. If the function expansion board is not installed, the default functions of the control unit 44 can be classified into, for example, four basic functions. In the menu window 260, the menus 1, 2, 3, and 4 are switched by the tag 261. It is possible.
  • the menu window 260 has a menu tag 262 for a plurality of function expansion boards in addition to the menu 1, 2, 3, and 4 tags 261, and the function expansion board is not set in the board slot 300. Sometimes the menu tag 262 is empty as shown in Figure 33. New. However, when a function expansion board is installed in the board slot 300, the control unit 44, as shown in FIG. 34, adds a function such as the menu window force of the function of the installed function expansion board.
  • the menu window 260 can be expanded by 262a.
  • the menu window for this additional function is configured by software.
  • the control unit 44 identifies the function expansion board and displays a menu window having the same structure as the basic function. Since it is automatically generated, there is no need to change the software version! It is easy to upgrade the software version.
  • each operation is performed on the touch panel 106a! /, So the specification can be easily changed by upgrading the software without changing the hardware.
  • the operation may be performed with a pointing device such as a trackball or a mouse, which does not require all operations on the touch panel 106a.
  • a pointing device such as a trackball or a mouse
  • the wavelength of the spectral image may be set by a dedicated keyboard 270 for selection.
  • a wavelength setting function may be assigned to a function key of a general keyboard.
  • the image quality of the normal light observation image is given priority over the image quality of the normal light observation image.
  • Images can be selectively displayed on the display monitor 106, and the mode switching switch of the instruction switch unit 111 is operated to switch the spectral image generation mode to the second spectral image generation mode.
  • the light quantity is halved, giving priority to the image quality of the spectral image and the normal light observation image and the spectral image. And can be selectively displayed on the display monitor 106.
  • a spectral image in the blue wavelength band is transferred to another wavelength band.
  • the image information of SZN can be improved to the same extent as the spectral image of.
  • the light quantity limiting filter 16 is configured to be detachable on the optical path. It may be permanently installed on the optical path. Further, the light quantity limiting filter 16 can be omitted by giving the color filter provided in the CCD 21 the same spectral characteristics as the light quantity limiting filter.
  • this complementary color filter arrangement also includes G, Mg, Ye, and Cy element forces.
  • FIGS. 37 to 43 relate to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 37 is a block diagram showing the configuration of the electronic endoscope apparatus
  • FIG. 38 is a diagram showing the configuration of the RGB rotation filter of FIG. 37
  • FIG. Fig. 40 shows the spectral characteristics of the light transmitted through the RGB rotation filter of Fig. 38 when the light amount limiting filter that is the spectral image generation mode of Fig. 38 is not on the optical path
  • Fig. 40 shows the light amount limiting filter that is the second spectral image generation mode.
  • FIG. 41 is a block diagram showing the configuration of a modified example of the electronic endoscope apparatus shown in FIG. 37
  • FIG. 42 is a diagram showing the spectral characteristics of the light transmitted through the RGB rotation filter in FIG. 41 is a diagram showing the configuration of the RGB rotation filter of FIG. 41
  • FIG. 43 is a diagram showing the configuration of a modification of the RGB rotation filter of FIG.
  • the light source unit 41 and the CCD 21 are mainly different from those in the first embodiment.
  • the color filter shown in FIG. 4 is provided in the CCD 21 and a color signal is generated by the color filter.
  • the so-called frame sequential method is used to generate color signals by illuminating light in the order of RGB.
  • the light passing through the lamp 15, the infrared cut filter 15a, and the light amount limiting filter 16 is transmitted through the RGB filter 23.
  • the light quantity limiting filter 16 can be inserted into and removed from the optical path.
  • the RGB rotation filter 23 is connected to the RGB rotation filter control unit 26 and rotates at a predetermined rotation speed.
  • the RGB rotation filter 23 transmits an R-band light, an R-filter unit 23r that transmits R-band light, a G-filter unit 23g that transmits G-band light, and a B-band light.
  • Fig. 39 shows the spectral characteristics of the light that has passed through the RGB rotation filter 23 when the light intensity limiting filter 16 that is the first spectral image generation mode is on the optical path. The spectral characteristics of the light transmitted through the RGB rotation filter 23 when a certain light quantity limiting filter 16 is on the optical path are shown.
  • the operation of the light source unit in this embodiment is as follows.
  • the luminous flux output from the lamp 15 The infrared power filter 15a cuts unnecessary infrared components, and the light flux that has passed through the infrared cut filter 15a is limited in light quantity.
  • Each illumination light is reflected in the subject and received by the CCD 21.
  • the signal obtained by the CCD 21 is distributed by a switching unit (not shown) provided in the endoscope apparatus body 105 according to the irradiation time, and is input to each of the SZH circuits 433a to 433c. That is, when illumination light from the light source unit 41 through the R filter is irradiated, the signal obtained by the CCD 21 is input to the SZH circuit 433a. Since other operations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the spectral image generation mode is set to the second spectral image generation mode, and the light flux from the lamp 15 is transmitted through the light amount limiting filter 16, for example.
  • the spectral image of the blue wavelength band can be improved to the same SZN image information as the spectral image of other wavelength bands.
  • the light amount limiting filter 16 is configured to be detachable with respect to the optical path.
  • the present invention is not limited to this, and the RGB rotating filter 23 is configured as shown in FIG. Figure As shown in 41, the light quantity limiting filter 16 can be omitted.
  • the rotary filter 23 has a double structure with a disc-shaped configuration with the center as a rotation axis, and the outer diameter portion has a spectral structure as shown in Fig. 39.
  • Surface of characteristics R filter section 23rl, G filter section 23gl, B filter section 23bl constituting the first filter set for sequentially outputting light are arranged, and the inner diameter portion has a spectrum as shown in FIG.
  • An R ′ filter unit 23r2, a G ′ filter unit 23g2, and a B filter unit 23b2 constituting the second filter set for outputting the characteristic surface sequential light are arranged!
  • the rotary filter 23 is rotated by the rotation of the rotary filter motor 26 controlled by the control turning unit 42, and is moved in the radial direction (moving perpendicular to the optical path of the rotary filter 23).
  • the first filter group or the second filter group of the rotary filter 23 is selectively moved on the optical path) by the control switching unit 42 by the filter switching motor 17a.
  • the force used to irradiate R'G'B three-band surface-sequential light is not limited to this, and the rotary filter 23 may be a multiband having four or more bands, for example, as shown in FIG. It may be a rotating filter that transmits field-sequential light II, 12, 13, 14 in two different bands and irradiates multi-band field-sequential light.
  • the spectral image is estimated as shown in equations (6) and (8) in the signal strengths of the four bands.
  • Equation (6) can generate a color spectral image consisting of three wavelengths from signals in four bands [Equation 7]
  • a monochrome spectral image consisting of one wavelength can be generated from signals in four bands.
  • spectral power images of four wavelengths are generated in four bands, and a color spectral image is generated by selecting three of the four spectral images in the display image generation unit 439. it can.

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Abstract

　光源部４１は、制御部４２および内視鏡１０１に接続されており、制御部４２からの信号に基づいて所定の光量で白色光の照射を行う。また、光源部４１は、白色光源としてのランプ１５、赤外カットフィルタ１５ａ、光路上に挿脱される白色光の所定波長域の光量を制限する光量制限フィルタ１６、光量制限フィルタ１６を光路上に挿脱するフィルタ挿脱駆動部１７及び白色光を出射する集光レンズ１８を有している。例えば、光量制限フィルタ１６は青色帯域の透過率を１００％としたとき、他の帯域の透過率を５０％に制限する。これにより可視光領域の照明光による離散的な分光画像生成におけるＳ／Ｎを改善する。

Description

明 細 書
生体観測装置
技術分野
[0001] 本発明は、生体を撮像して得られるカラー画像信号を利用して、信号処理により分 光画像として表示装置上に表示する生体観測装置に関する。
背景技術
[0002] 従来より、生体観測装置として、照明光を照射し体腔内の内視鏡画像を得る内視 鏡装置が広く用いられている。この種の内視鏡装置では、光源装置からの照明光を 体腔内にライトガイド等を用い導光しその戻り光により被写体を撮像する撮像部を有 する電子内視鏡が用いられ、ビデオプロセッサにより撮像部力 の撮像信号を信号 処理することにより観察モニタに内視鏡画像を表示し患部等の観察部位を観察する ようになっている。
[0003] 内視鏡装置において通常の生体組織観察を行う場合は、 1つの方式としては、光 源装置で可視光領域の白色光を発光し、例えば RGB等の回転フィルタを介すること で面順次光を被写体に照射し、この面順次光による戻り光をビデオプロセッサで同 時ィ匕し画像処理することでカラー画像を得ている。また、内視鏡装置において通常の 生体組織観察を行う場合は、別の方式としては、内視鏡の撮像部の撮像面の前面に カラーチップを配し、光源装置で可視光領域の白色光を発光し、該白色光による戻り 光をカラーチップにて各色成分毎に分離することで撮像しビデオプロセッサで画像 処理することでカラー画像を得て 、る。
[0004] 生体組織は、照射される光の波長により光の吸収特性及び散乱特性が異なるため 、例えば日本国特開 2002— 95635号公報においては、可視光領域の照明光を離 散的な分光特性の狭帯域な RGB面順次光を生体組織に照射し、生体組織の所望 の深部の組織情報を得る狭帯域光内視鏡装置が開示されている。
[0005] 日本国特開 2003— 93336号公報においては、可視光領域の照明光による画像 信号を信号処理し離散的な分光画像を生成し、生体組織の所望の深部の組織情報 を得る狭帯域光内視鏡装置が開示されている。 [0006] この日本国特開 2003— 93336号公報の装置では、通常光観察画像を得る際の 照明光量に対して、光量制御部にて分光画像を得る際の照明光量を下げる処理 (例 えば、照明光照射タイミング制御、光チヨツバ制御、ランプ印加電流制御や電子シャ ッタ制御等）を行 、、撮像部である CCDの飽和を回避する制御がなされて 、る。
[0007] し力しながら、例えば上記日本国特開 2003— 93336号公報に記載の装置では、 ランプ力ゝらの照明光を被写体に照射する照明光学系及び被写体像を撮像する撮像 光学系において、例えば、近紫外光遮断のため、内視鏡のライトガイドの伝送特性及 び光源光路上に挿入されている赤外カットフィルタの透過特性等により、青波長帯域 の照明光量は低くなり、また CCDの感度特性も青波長帯域が低いことが多いため、 撮像した画像情報から、該青波長帯域の分光画像を生成すると、他の波長帯域の分 光画像と比較して、相対的に低 SZNになるといった問題がある。
[0008] 本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、可視光領域の照明光による離散 的な分光画像生成における SZNを改善することのできる生体観測装置を提供する ことを目的としている。
発明の開示
課題を解決するための手段
[0009] 本発明の一態様による生体観測装置は、被検体である生体に光を照射する照明部 、及び Z又は該照明部からの照明光に基づいて前記生体から反射される光を光電 変換し、撮像信号を生成する撮像部の動作を制御し、表示装置へ前記撮像信号を 出力する信号処理制御部を具備した生体観測装置であって、
前記撮像信号から光学的波長狭帯域の画像に対応する分光信号を信号処理によ つて生成する分光信号生成部と、
前記分光信号を前記表示装置へ出力する際に当該分光信号を形成する複数の帯 域ごとに色調を調整する色調整部と、
を有し、
さらに、前記照明部から前記撮像部に至る光路上に、前記光路上の光に対する分 光特性を制御する分光特性制御部
を設けたことを特徴とする。 図面の簡単な説明
[図 1]本発明の実施例 1に係る電子内視鏡装置の外観を示す外観図
[図 2]図 1の電子内視鏡装置の構成を示すブロック図
[図 3]図 2の光量制限フィルタの透過特性を示す図
[図 4]図 2の CCDの前面に設けられる色フィルタの配列を示す図
[図 5]図 2のマトリックス演算部におけるマトリックスを算出するマトリックス算出方法を 説明する図
[図 6]図 2のマトリックス演算部で生成された分光画像の分光特性を示す図
[図 7]図 2の電子内視鏡装置により観察する生体組織の層方向構造を示す図
[図 8]図 2の電子内視鏡装置力 の照明光の生体組織の層方向への到達状態を説 明する図
[図 9]図 2の電子内視鏡装置での通常観察時における RGB光の各バンドの分光特 性を示す図
[図 10]図 9の通常観察時における RGB光による各バンド画像を示す第 1の図
[図 11]図 9の通常観察時における RGB光による各バンド画像を示す第 2の図
[図 12]図 9の通常観察時における RGB光による各バンド画像を示す第 3の図
[図 13]図 6の各分光画像を示す第 1の図
[図 14]図 6の各分光画像を示す第 2の図
[図 15]図 6の各分光画像を示す第 3の図
[図 16]図 2のタツチパネルの機能を用いたグラフィックユーザインターフェイスを説明 する第 1の図
[図 17]図 2のタツチパネルの機能を用 ヽたグラフィックユーザインターフェイスを説明 する第 2の図
[図 18]図 2のタツチパネルの機能を用いたグラフィックユーザインターフェイスを説明 する第 3の図
[図 19]図 2のタツチパネルの機能を用いたグラフィックユーザインターフェイスを説明 する第 4の図
[図 20]図 2のタツチパネルの機能を用いたグラフィックユーザインターフェイスを説明 する第 5の図
[図 21]図 2のタツチパネルの機能を用いたグラフィックユーザインターフェイスを説明 する第 6の図
[図 22]図 2のタツチパネルの機能を用いたグラフィックユーザインターフェイスを説明 する第 7の図
[図 23]図 2のタツチパネルの機能を用いたグラフィックユーザインターフェイスを説明 する第 8の図
[図 24]図 2のタツチパネルの機能を用いたグラフィックユーザインターフェイスを説明 する第 9の図
[図 25]図 2のタツチパネルの機能を用いたグラフィックユーザインターフェイスを説明 する第 10の図
[図 26]図 2のタツチパネルの機能を用いたグラフィックユーザインターフェイスを説明 する第 11の図
[図 27]図 2のタツチパネルの機能を用いたグラフィックユーザインターフェイスを説明 する第 12の図
圆 28]図 2のマトリックス演算部で生成された分光画像のホワイトバランス処理を説明 する図
[図 29]図 2のタツチパネルの機能を用いたグラフィックユーザインターフェイスを説明 する第 13の図
[図 30]図 2のタツチパネルの機能を用いたグラフィックユーザインターフェイスを説明 する第 14の図
[図 31]図 1の内視鏡装置本体の背面のボードスロットの構成を示す図
圆 32]図 31のボードスロットに揷設される機能拡張基板の追加機能メニューを説明 する第 1の図
圆 33]図 31のボードスロットに揷設される機能拡張基板の追加機能メニューを説明 する第 2の図
圆 34]図 31のボードスロットに揷設される機能拡張基板の追加機能メニューを説明 する第 3の図 [図 35]図 2の内視鏡装置本体に接続可能な波長選択用の専用のキーボードの一例 を示す図
[図 36]図 4の色フィルタの変形例の配列を示す図
[図 37]本発明の実施例 2に係る電子内視鏡装置の構成を示すブロック図
[図 38]図 37の RGB回転フィルタの構成を示す図
[図 39]第 1の分光画像生成モードである光量制限フィルタが光路上にない場合の図 38の RGB回転フィルタを透過した光の分光特性を示す図
[図 40]第 2の分光画像生成モードである光量制限フィルタが光路上にある場合の図 3
8の RGB回転フィルタを透過した光の分光特性を示す図
[図 41]図 37の電子内視鏡装置の変形例の構成を示すブロック図
[図 42]図 41の RGB回転フィルタの構成を示す図
[図 43]図 37の RGB回転フィルタの変形例の構成を示す図
発明を実施するための最良の形態
[0011] 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について述べる。
[0012] (実施例 1)
図 1ないし図 36は本発明の実施例 1に係わり、図 1は電子内視鏡装置の外観を示 す外観図、図 2は図 1の電子内視鏡装置の構成を示すブロック図、図 3は図 2の光量 制限フィルタの透過特性を示す図、図 4は図 2の CCDの前面に設けられる色フィルタ の配列を示す図、図 5は図 2のマトリックス演算部におけるマトリックスを算出するマトリ ックス算出方法を説明する図、図 6は図 2のマトリックス演算部で生成された分光画像 の分光特性を示す図、図 7は図 2の電子内視鏡装置により観察する生体組織の層方 向構造を示す図、図 8は図 2の電子内視鏡装置からの照明光の生体組織の層方向 への到達状態を説明する図、図 9は図 2の電子内視鏡装置での通常観察時におけ る RGB光の各バンドの分光特性を示す図、図 10は図 9の通常観察時における RGB 光による各バンド画像を示す第 1の図である。
[0013] 図 11は図 9の通常観察時における RGB光による各バンド画像を示す第 2の図、図 12は図 9の通常観察時における RGB光による各バンド画像を示す第 3の図、図 13 は図 6の各分光画像を示す第 1の図、図 14は図 6の各分光画像を示す第 2の図、図 15は図 6の各分光画像を示す第 3の図、図 16は図 2のタツチパネルの機能を用 V、た グラフィックユーザインターフェイスを説明する第 1の図、図 17は図 2のタツチパネル の機能を用 ヽたグラフィックユーザインターフェイスを説明する第 2の図、図 18は図 2 のタツチパネルの機能を用いたグラフィックユーザインターフェイスを説明する第 3の 図、図 19は図 2のタツチパネルの機能を用 、たグラフィックユーザインターフェイスを 説明する第 4の図、図 20は図 2のタツチパネルの機能を用いたグラフィックユーザィ ンターフェイスを説明する第 5の図である。
[0014] 図 21は図 2のタツチパネルの機能を用 、たグラフィックユーザインターフェイスを説 明する第 6の図、図 22は図 2のタツチパネルの機能を用いたグラフィックユーザインタ 一フェイスを説明する第 7の図、図 23は図 2のタツチパネルの機能を用 V、たグラフイツ クユーザインターフェイスを説明する第 8の図、図 24は図 2のタツチパネルの機能を 用いたグラフィックユーザインターフェイスを説明する第 9の図、図 25は図 2のタツチ パネルの機能を用 ヽたグラフィックユーザインターフェイスを説明する第 10の図、図 2 6は図 2のタツチパネルの機能を用 、たグラフィックユーザインターフェイスを説明す る第 11の図、図 27は図 2のタツチパネルの機能を用 V、たグラフィックユーザインター フェイスを説明する第 12の図、図 28は図 2のマトリックス演算部で生成された分光画 像のホワイトバランス処理を説明する図、図 29は図 2のタツチパネルの機能を用いた グラフィックユーザインターフェイスを説明する第 13の図、図 30は図 2のタツチパネル の機能を用いたグラフィックユーザインターフェイスを説明する第 14の図である。
[0015] 図 31は図 1の内視鏡装置本体の背面のボードスロットの構成を示す図、図 32は図 31のボードスロットに揷設される機能拡張基板の追加機能メニューを説明する第 1の 図、図 33は図 31のボードスロットに揷設される機能拡張基板の追加機能メニューを 説明する第 2の図、図 34は図 31のボードスロットに揷設される機能拡張基板の追カロ 機能メニューを説明する第 3の図、図 35は図 2の内視鏡装置本体に接続可能な波長 選択用の専用のキーボードの一例を示す図、図 36は図 4の色フィルタの変形例の配 列を示す図である。
[0016] 本発明の実施例における生体観察装置としての電子内視鏡装置では、照明用光 源力 被検体である生体に光を照射し、その照射光に基づいて生体から反射される 光を撮像部である個体撮像素子にて受光し光電変換することにより、カラー画像信 号である撮像信号を生成し、その撮像信号から光学的波長狭帯域の画像に対応す る分光信号である分光画像信号 (以下、単に分光画像とも記す)を信号処理によって 生成するようになっている。
[0017] 図 1に示すように、実施例 1の電子内視鏡装置 100は、観察部としての内視鏡 101 、内視鏡装置本体 105、表示装置としての表示モニタ 106を有している。また、内視 鏡 101は、被検体の体内に挿入される挿入部 102、挿入部 102の先端に設けられた 先端部 103および、挿入部 102の先端側とは反対側に設けられ、先端部 103の湾曲 動作等を指示するためのアングル操作部 104から主として構成されている。
[0018] 軟性鏡である内視鏡 101で取得された被検体の画像は、内視鏡装置本体 105〖こ て所定の信号処理がなされ、表示モニタ 106において、処理された画像が表示され る。表示モニタ 106の表示部には、タツチパネル 106aが設けられており、表示モニタ 106の表示部に各種設定画面を表示し、タツチパネル 106aのポインティングデバイ ス機能 (以下、タツチパネル機能と記す)を用いたグラフィックインターフェイスを実現 している。
[0019] 次に、図 2を参照して、内視鏡装置本体 105について詳しく説明する。なお、図 2は 、電子内視鏡装置 100のブロック図である。
[0020] 図 2に示すように、内視鏡装置本体 105は、主に照明部としての光源部 41、信号処 理制御部としての制御部 42、本体処理装置 43から構成されている。制御部 42及び 本体処理装置 43は、前記光源部 41及び Zまたは撮像部としての CCD21の動作を 制御し、表示装置である表示モニタ 106への画像信号を出力し、タツチパネル 106a のタツチパネル機能を制御する信号処理制御部を構成している。また、制御部 42は 、各種データを記憶して 、るデータ記憶部 44に接続されて 、る。
[0021] なお、本実施例では、 1つのユニットである内視鏡装置本体 105内に光源部 41と画 像処理等を行う本体処理装置 43を有するものとして説明を行うが、これらの光源部 4 1と本体処理装置 43は、内視鏡装置本体 105とは別のユニットとして、取り外し可能 なように構成されて ヽても良 ヽ。
[0022] 照明部である光源部 41は、制御部 42および内視鏡 101に接続されており、制御部 42からの信号に基づ 、て所定の光量で白色光 (完全な白色光でな!、場合も含む） の照射を行う。また、光源部 41は、白色光源としてのランプ 15と、赤外カットフィルタ 15aと、光路上に挿脱される白色光の所定波長域の光量を制限する分光特性制御 部としての光量制限フィルタ 16と、光量制限フィルタ 16を光路上に揷脱するフィルタ 挿脱駆動部 17と、白色光を出射する集光レンズ 18とを有している。
[0023] 図 3は光量制限フィルタ 16の透過特性を示す。例えば、図 3に示すように、光量制 限フィルタ 16は青色帯域の透過率を 100%としたとき、他の帯域の透過率を 50%に 制限する。
[0024] また、光源部 41にコネクタ 11を介して接続された内視鏡 101は、先端部 103に対 物レンズ 19及び CCD等の固体撮像素子 21 (以下、単に CCDと記載する）を備えて いる。本実施例における CCD21は単板式（同時式電子内視鏡用に用いられる CCD )であり、原色型である。なお、図 4は CCD21の撮像面に配置される色フィルタの配 列を示している。 CCD21の撮像面に配置される色フィルタは色分解部を構成する。
[0025] また、図 2に示すように、挿入部 102は、内部に、光源部 41から照射された光を先 端部 103に導くライトガイド 14と、 CCD21で得られた被検体の画像を本体処理装置 43に伝送するための信号線と、また、処置を行うための鉗子チャネル 28等を備えて いる。なお、鉗子チャネル 28に鉗子を挿入するための鉗子口 29は、操作部 104近 傍に設けられている。
[0026] 操作部 104は、内部に内視鏡 101の種別情報を格納している ID部 110を設けてい る。また操作部 104は、外表面に各種操作を指示する指示スィッチ部 111を設けて いる。指示スィッチ部 111は、少なくとも、 SZNを改善した分光画像を生成するため の後述する分光画像生成モードを指示するモード切替スィッチを有している。
[0027] また、生体観測装置用の信号処理装置としての本体処理装置 43は、光源部 41と 同様、コネクタ 11を介して内視鏡 101に接続される。本体処理装置 43は、内部に前 記内視鏡 101内の前記 CCD21を駆動するための CCDドライブ 431を備えている。 また、本体処理装置 43は、通常画像であるカラー画像を得るための信号回路系とし て輝度信号処理系と色信号処理系を有する。
[0028] 本体処理装置 43の前記輝度信号処理系は、前記 CCD21に接続され、 CCD21か らの撮像信号に対して輪郭補正を行う輪郭補正部 432と、この輪郭補正部 432で補 正されたデータから輝度信号を生成する輝度信号処理部 434とを有する。また、本 体処理装置 43の前記色信号処理系は、前記 CCD21に接続され、 CCD21にて得ら れた撮像信号のサンプリング等を行 、RGB信号を生成するサンプルホールド回路（ SZH回路） 433a乃至 433c、この SZH回路 433a乃至 433cの出力に接続され、色 信号の生成を行う色信号処理部 435を有する。
[0029] また、本体処理装置 43は、輝度信号処理系と色信号処理系の出力から 1つの通常 画像であるカラー画像を生成する通常画像生成部 437を有して 、る。この通常画像 生成部 437は、表示画像生成部 439に輝度信号である Y信号、色差信号である R— Y信号及び B— Y信号を出力し、 Y信号、 R— Y信号、 B— Y信号に基づき表示画像 生成部 439が表示モニタ 106に表示する通常画像であるカラー画像の通常画像信 号を生成する。
[0030] 一方、本体処理装置 43は、分光信号である分光画像信号を得るための信号回路 系として、 SZH回路 433a乃至 433cの出力（RGB信号）が入力され、 RGB信号に 対して所定のマトリックス演算を行う、分光信号生成部としてのマトリックス演算部 436 を有している。前記マトリックス演算部 436でのマトリックス演算とは、カラー画像信号 同士に加算処理等を行い、また、後述のマトリックス算出方法により求められたマトリ ックスを乗算する処理を ヽぅ。
[0031] なお、本実施例では、このマトリックス演算の方法として、電子回路処理 (電子回路 を用いたハードウェアによる処理)を用いた方法について説明する力 S、数値データ処 理 (プログラムを用いたソフトウェアによる処理）を用いた方法であっても良 、。また、 実施するにあたっては、これらの方法を組み合わせとすることも可能である。
[0032] マトリックス演算部 436の出力である分光画像信号 F1乃至 F3は、色調整部である 色調整部 440にて色調整演算が行われ、分光画像信号 F1乃至 F3より分光カラーチ ヤンネル画像信号 Rch、 Gch、 Bchが生成される。生成された分光カラーチャンネル画 像信号 Rch、 Gch、 Bchは表示画像生成部 439を介して表示モニタ 106の RGBの力 ラーチャンネル R-(ch)、 G- (ch)、 B- (ch)に送られる。
[0033] なお、表示画像生成部 439は、通常画像及び Zまたは分光画像等とからなる表示 画像を生成し、表示モニタ 106に表示画像を出力するものであり、また分光画像同士 の切換表示も可能である。つまり操作者は、通常画像、カラーチャンネル R-(ch)によ る分光カラーチャンネル画像、カラーチャンネル G-(ch)による分光カラーチャンネル 画像、カラーチャンネル B-(ch)による分光カラーチャンネル画像から、選択的に表示 モニタ 106に表示させることができる。また、いずれか 2つ以上の画像を同時に表示 モニタ 106に表示可能な構成としても良い。特に、通常画像と分光カラーチャンネル 画像 (以下、分光チャンネル画像ともいう）を同時に表示可能とした場合には、一般 的に観察を行っている通常画像と分光チャンネル画像を簡単に対比することができ、 それぞれの特徴 (通常画像の特徴は色度合いが通常の肉眼の観察に近く観察しや す 、。分光チャンネル画像の特徴は通常画像では観察できな 、所定の血管等を観 察することができる。）を加味した上で、観察することができ診断上非常に有用である
[0034] ここで、マトリックス演算部 436におけるマトリックスを算出するマトリックス算出方法 について説明する。
[0035] (マトリックス算出方法）
図 5は、カラー画像信号 (ここでは、説明を簡単にするために、 R'G'Bとするが、後 述するように、補色型固体撮像素子においては、 G'Cy'Mg'Yeの組合せでも良い） から、より光学的波長狭帯域の画像に対応する画像に相当する分光画像信号を生 成する際の信号の流れを示した概念図である。以下、ベクトル及び行列（マトリックス） は太文字あるいは「」（例えば、行列 Aを" Aの太文字"、あるいは「A」と表記)で、それ 以外は文字修飾なしで表記する。
[0036] まず、電子内視鏡装置 100は、 R'G'Bのそれぞれの撮像部の分光感度特性とし てのカラー感度特性を数値データ化する。ここで、 R'G'Bのカラー感度特性とは、白 色光の光源を用い、白色の被写体を撮像する時にそれぞれ得られる波長に対する 出力の特'性である。
[0037] なお、 R'G'Bのそれぞれのカラー感度特性は、簡略化したグラフとして各画像デ ータの右に示されている。また、この時の、 R'G'Bのカラー感度特性をそれぞれ n次 元の列ベクトル「R」 ·「G」 ·「B」とする。 [0038] 次に、電子内視鏡装置 100は、抽出したい分光信号、例えば 3つの分光信号の基 本分光特性として、中心波長え 1、ぇ2、ぇ3 (例えば l =420nm、 2 = 540nm、 λ 3 = 605nm)の分光画像用狭帯域パンドパスフィルタ Fl 'F2 'F3の特性を数値データ化 する。なお、この時のフィルタの特性をそれぞれ n次元の列ベクトル「F1」 ·「F2」 ·「F3」 とする。
[0039] 得られた数値データを基に、以下の関係を近似する最適な係数セットを求める。即 ち、
[数 1]
iR G
Figure imgf000013_0001
[0040] となるマトリックスの要素を求めればょ 、。
[0041] 上の最適化の命題の解は数学的には、以下のように与えられる。 R'G'Bのカラー 感度特性を表すマトリックスを「C」、抽出したい狭帯域パンドパスフィルタの分光特性 を表すマトリックスを「F」、主成分分析あるいは直交展開（あるいは直交変換)を実行 するところの、求める係数マトリックスを「A」とすると、
[数 2]
Figure imgf000013_0002
[0042] となる。従って、（1)式に示した命題は、以下の関係を満足するマトリックス「A」を求 めるに等しい。
[数 3]
Figure imgf000013_0003
ここで、分光特性を表すスペクトルデータとしての点列数 nとしては、 n> 3であるの で、（3)式は 1次元連立方程式ではなぐ線形最小二乗法の解として与えられる。即 ち、（3)式力 擬似逆行列を解けばよい。マトリックス「C」の転置行列を「 」とすれば
、（3)式は
画
CCA='CF ' · ·(4)
[0044] となる。「tCC」は η Χ ηの正方行列であるので、（4)式はマトリックス「Α」についての連 立方程式と見ることができ、その解は、
[数 5]
Figure imgf000014_0001
[0045] 与えられる。
[0046] (5)式にて求められたマトリックス「Α」について、電子内視鏡装置 100は、（3)式の 左辺の変換を行うことで、抽出したい狭帯域パンドパスフィルタ Fl 'F2.F3の特性を 近似することができる。
[0047] このようにして算出されたマトリックスを用いて、マトリックス演算部 436が通常カラー 画像信号から分光画像信号を生成する。
[0048] 次に、本実施の形態における電子内視鏡装置 100の動作について図 2を参照して 詳しく説明する。
[0049] なお、以下においては、まず通常画像生成の動作について説明し、後に分光画像 生成の動作にっ 、て説明する。
[0050] 通常画像生成：
まず、光源部 41の動作を説明する。制御部 42からの制御信号に基づいて、フィル タ揷脱駆動部 17は、光量制限フィルタ 16を光路上力もはずした位置に設定する。ラ ンプ 15からの光束は、赤外カットフィルタ 15aを介して、光量制限フィルタ 16を透過 することなぐ集光レンズ 18により、内視鏡 101と光源部 41の接続部にあるコネクタ 1 1内に設けられた光ファイババンドルであるライトガイド 14の入射端に、集光される。
[0051] 集光された光束は、ライトガイド 14を通り、先端部 103に設けられた照明光学系か ら被検体の体内に照射される。照射された光束は、被検体内で反射し、対物レンズ 1 9を介して、 CCD21において図 4で示した色フィルタ別に信号が収集される。
[0052] 収集された信号は、上記の輝度信号処理系と色信号処理系に並列に入力される。
輝度信号系の輪郭補正部 432には、色フィルタ別に収集された信号が画素ごとにカロ 算され入力され、輪郭補正後、輝度信号処理部 434に入力される。輝度信号処理部 434では、輝度信号が生成され、通常画像生成部 437に入力される。
[0053] また一方で、 CCD21で収集された信号は、各フィルタ毎に SZH回路 433a乃至 4 33cに入力され、それぞれ R'G'B信号が生成される。さらに R'G'B信号は、色信号 処理部 435にて色信号が生成され、通常画像生成部 437において、前記輝度信号 および色信号から Y信号、 R— Y信号、 B— Y信号が生成され、表示画像生成部 439 により、表示モニタ 106に被検体の通常画像が表示される。
[0054] 分光画像生成：
分光画像生成には、 2つの生成モードがある。第 1の分光画像生成モードは、通常 画像生成時と同様に、ランプ 15からの光束を光量制限フィルタ 16を透過させな ヽモ ードである。第 2の分光画像生成モードは、ランプ 15からの光束を光量制限フィルタ 16を透過させるモードである。デフォルト状態では、制御部 42は、分光画像の生成 モードを前記第 1の分光画像生成モードに設定している。そして、指示スィッチ部 11 1のモード切替スィッチが操作されると、制御部 42は、フィルタ挿脱駆動部 17を駆動 制御し、ランプ 15からの光束の光路上にフィルタ挿脱駆動部 17を配置し、第 2の分 光画像生成モードに設定する。この結果、第 2の分光画像生成モードでは、ランプ 1 5からの光束が光量制限フィルタ 16を透過することとなる。
[0055] なお、本実施例は、指示スィッチ部 111のモード切替スィッチに限らず、本体 105 に設けられているキーボードあるいはタツチパネル 106aを操作することで、分光画像 の生成モードを第 2の分光画像生成モードに設定するようにしてもよ 、。それ以外の 動作は第 1の分光画像生成モードと第 2の分光画像生成モードは同じであるので、 第 1の分光画像生成モードを例に説明する。また、通常画像生成と同様の動作を行 うものに関しては、説明は省略する。
[0056] 第 1の分光画像生成モードの分光画像生成時においては、 SZH回路 433a乃至 4 33cの出力（RGB信号）は、マトリックス演算部 436で増幅 ·加算処理が行われる。そ して、マトリックス演算部 436の出力である分光画像信号 Fl乃至 F3は、色調整部 44 0にて色調整演算が行われ、分光画像信号 F1乃至 F3より分光カラーチャンネル画 像信号 Rch、 Gch、 Bchが生成される。生成された分光カラーチャンネル画像信号 Rc h、 Gch、 Bchが表示モニタ 106の RGBのカラーチャンネル R-(ch)、 G- (ch)、 B- (ch)に 送られる。
[0057] これにより、本体処理装置 43は、図 6に示すような中心波長 λ 1、え 2、 λ 3とする狭 帯域パンドパスフィルタ F1 'F2 'F3を介した狭帯域光で得られる狭帯域光観察画像 に相当する分光画像を表示モニタ 106〖こ表示させることがきる。
[0058] 狭帯域パンドパスフィルタ F1 'F2 'F3に対応する、この擬似フィルタ特性を用いて生 成された分光画像の一例を以下に示す。
[0059] 図 7に示すように、体腔内組織 51は、例えば深さ方向に異なった血管等の吸収体 分布構造を持つ場合が多い。粘膜表層付近には主に毛細血管 52が多く分布し、ま たこの層より深 、中層には毛細血管の他に毛細血管より太 、血管 53が分布し、さら に深層にはさらに太 、血管 54が分布するようになる。
[0060] 一方、光は体腔内組織 51に対する光の深さ方向の深達度は、光の波長に依存し ており、可視域を含む照明光は、図 8に示すように、青 (B)色のような波長が短い光 の場合、生体組織での吸収特性及び散乱特性により表層付近までしか光は深達せ ず、そこまでの深さの範囲で吸収、散乱を受け、表面から出た光が観測される。また、 青 (B)色光より波長が長い、緑 (G)色光の場合、青 (B)色光が深達する範囲よりさら に深い所まで深達し、その範囲で吸収、散乱を受け、表面から出た光が観測される。 さらにまた、緑 (G)色光より波長が長い、赤 (R)色光は、さらに深い範囲まで光が到 達する。
[0061] 体腔内組織 51の通常観察時における RGB光は、図 9に示すように、各波長域がォ 一バーラップして ヽるために、
(1) B帯域光により CCD21で撮像される撮像信号には図 10に示すような浅層での 組織情報を多く含む浅層及び中層組織情報を有するバンド画像が撮像され、
(2)また、 G帯域光により CCD21で撮像される撮像信号には図 11に示すような中層 での組織情報を多く含む浅層及び中層組織情報を有するバンド画像が撮像され、 (3)さらに R帯域光により CCD21で撮像される撮像信号には図 12に示すような深層 での組織情報を多く含む中層及び深層組織情報を有するバンド画像が撮像される。
[0062] そして内視鏡装置本体 105により、これら RGB撮像信号を信号処理することで、内 視鏡画像としては所望ある 、は自然な色再現の内視鏡画像を得ることが可能となる。
[0063] 上述のマトリックス演算部 436におけるマトリックス処理は、カラー画像信号に、上述 のようにして予め生成された擬似バンドパスフィルタ（マトリックス）を用いて、分光画 像信号を作成するものである。例えば図 6に示したような所望の深層組織情報が抽 出可能な離散的で狭帯域な分光特性の擬似バンドパスフィルタ F1乃至 F3を用いて 、分光画像信号 F1乃至 F3が得られる。擬似バンドパスフィルタ F1乃至 F3は、図 6〖こ 示すように、各波長域がオーバーラップして 、な 、ために、
(4)擬似バンドパスフィルタ F1による分光画像信号 F1には図 13に示すような浅層で の組織情報を有するバンド画像が撮像され、また、
(5)擬似バンドパスフィルタ F2による分光画像信号 F2には図 14に示すような中層で の組織情報を有するバンド画像が撮像され、さらに
(6)擬似バンドパスフィルタ F3による分光画像信号 F3には図 15に示すような深層で の組織情報を有するバンド画像が撮像される。
[0064] このようにして得られた分光画像信号 F1乃至 F3に対して色調整部 440は、最も単 純な色変換の例として、分光画像信号 F3を分光カラーチャンネル画像信号 Rchに、 分光画像信号 F2を分光カラーチャンネル画像信号 Gchに、分光画像信号 F1を分光 カラーチャンネル画像信号 Bchに、それぞれ割り付け、表示画像生成部 439を介して 、表示モニタ 106の RGBのカラーチャンネル R-(ch)、 G- (ch)、 B- (ch)に出力する。
[0065] これらカラーチャンネル R-(ch)、 G-(ch)、 B-(ch)によるカラー画像を表示モニタ 106 にて観察した場合、例えば図 16に示すような画像となる。太い血管が深い位置にあ り、分光画像信号 F3が反映され、所定の目標色としてのカラー画像としては赤色系 のパターンとして示される。中層付近にある血管網は分光画像信号 F2が強く反映さ れるので、所定の目標色としてのカラー画像としてはマゼンタ色系のパターンとして 示される。血管網の内、粘膜表面付近に存在するものは黄色系のパターンとして表 現される。 [0066] なお、分光画像信号 Fl乃至 F3は、被写体の分光反射率の他に、レンズや光電変 換系等内視鏡の分光感度にも依存するため、制御部 43は、操作部 104内の ID部 1 10から内視鏡 101の種別情報である IDを読み出し、 IDに基づきデータ記憶部 44に 格納して！/ヽる、接続された内視鏡 101に応じた補正係数を用いて分光画像信号 F1 乃至 F3を補正する。なお、本実施例は、補正係数を ID部 110に格納しておき、制御 部 43は ID部 110から IDと共に補正係数を読み出すように構成しても良い。
[0067] 上述したように、分光画像信号 F1乃至 F3は、擬似バンドパスフィルタ F1乃至 F3に 相とするマトリックスにより生成される力 擬似バンドパスフィルタ F1乃至 F3は中心波 長 λ ΐ、え 2、 λ 3により特徴付けられる。すなわち、本体処理装置 43は、 1つの中心 波長えを設定することで、 1つの擬似バンドパスフィルタ Fを決定し、この擬似バンド パスフィルタ Fに基づき、分光画像信号 Fを生成する。
[0068] 本実施例は、タツチパネル 106aの機能を用いて、グラフィックユーザインターフェイ スにより中心波長えを設定し、所望の分光画像信号 Fを生成することができるようにな つている。
[0069] 以下、タツチパネル 106aの機能によるグラフィックユーザインターフェイスについて 説明する。
[0070] 本実施例では、本体処理装置 43は、分光画像信号に対応した擬似バンドパスフィ ルタの中心波長を設定するための設定画面を図 17のようにタツチパネル 106aを有 する観察モニタ 106上に表示させる。この設定画面は、複数、例えば 6つの中心波長 λ 11、 λ 12、 λ 13、 λ 21、 λ 22、 λ 23の設定が可能である。例えば波長 λ 11の設定 を開始する λ 11ボタン 201をタツチパネル機能を用いて選択すると、本体処理装置 4 3は、選択可能な波長を複数有するポップアップウィンドウ 207を観察モニタ 106上 に展開表示する。そして、該ポップアップウィンドウ 207の設定波長値をタツチパネル 機能を用いて選択することで、本体処理装置 43は、波長 λ 11に設定波長値を設定 するようになつている。図 17は本体処理装置 43が波長 λ 11に設定波長値 425nmを 設定した状態を示している。他の波長、すなわち、 λ 12ボタン 202、 λ 13ボタン 203、 λ 21ボタン 204、 λ 22ボタン 205、 λ 23ボタン 206の設定操作も、波長 λ 11と同様に 設定画面でタツチパネル機能を用いて設定波長値を設定できる。この設定画面で少 なくとも 3つの波長（例えば、波長え 11、 λ 12、 λ 13)にそれぞれ設定波長値を設定 することで、分光画像がカラー化できる。以下、カラー化された分光画像をカラー分 光画像という。
[0071] 本実施例では、擬似バンドパスフィルタの中心波長を設定するための設定画面は、 図 17に限らず、本実施例の第 1の変形例として、図 18に示すように、予めカラー化 するために 3つの波長を組とした複数の波長セットを設定するセットテーブル 208を 有する設定画面でもよい。この図 18の設定画面をタツチパネル 106aを有する観察 モニタ 106上に表示させた場合、セットテーブル 208に設定されている複数の波長セ ットより所望の波長セットがタツチパネル機能を用いて選択可能である。
[0072] また、本実施例の第 2の変形例として、図 19に示すように、選択ボタン 209を設け、 タツチパネル機能を用いて選択ボタン 209を操作する度に、セットテーブル 208を波 長セットをトグル的に移動させて設定するようにしても良い。具体的には、タツチパネ ル機能を用いて選択ボタン 209を操作する度に、セット 1→セット 2→セット 3→セット 4 →セット 1→というように設定するセットを移動させて選択する。図 20は図 19の状態で 、タツチパネル機能を用いて選択ボタン 209を操作された際の設定画面を示しており 、図 19に示すようなセット 1の選択力 選択ボタン 209の操作で図 20に示すように、 セット 2の選択に移動するようになって 、る。
[0073] 本実施例では、表示画像生成部 439は、カラー分光画像をタツチパネル 106a (す なわち、観察モニタ 106)の表示画面に表示する表示形態として、 （1)通常光観察画 像とカラー分光画像同時表示形態、（2)カラー分光画像表示のみの表示形態、 (3) 通常光観察画像表示のみの表示形態等により実施する。
[0074] 本体処理装置 43は、通常光観察画像と分光カラー画像同時表示形態では、図 21 に示すように、表示画像生成部 439により観察モニタ 106上に通常光観察画像 210 とカラー化されたカラー分光画像 211を同時に表示することができる。このとき、表示 画像生成部 439は、通常光観察画像 210及びカラー分光画像 211の他に、カラー 分光画像 211のカラー化に使用可能な、例えば上述した設定画面で設定した 6つ中 心波長の分光画像のサムネイル画像 221〜226が表示されるようになっている。そし て、カラー分光画像 211を構成する 3つの分光画像のサムネイル画像は、他のサム ネイル画像と異なる表示形態 (例えば、輝度あるいは色調)で表示される。本実施例 では、タツチパネル機能を用いて、サムネイル画像 221〜226を選択することで、カラ 一分光画像 211を構成する 3つの分光画像を任意に変更することができる。具体的 には、例えばカラー分光画像 211にタツチすると、サムネイル画像 221〜226が選択 可能状態となり、カラー化するための 3つの中心波長の分光画像のサムネイル画像 を選択することで、カラー分光画像 211を構成する 3つの分光画像が変更される。図 21は中心波長え 11、 λ 12、 λ 13の 3つの分光画像によりカラー分光画像 211が生成 された状態を示し、図 22は中心波長え 12、 λ 21、 λ 23の 3つの分光画像によりカラ 一分光画像 211が生成された状態を示している。
[0075] また、本体処理装置 43は、図 23に示すように、タツチパネル 106aに通常光画像の みを表示させて ヽる場合には、通常光画像の色調を変更するペインティング設定ゥ インドウ 230を重畳表示させることが可能となっており、タツチパネル機能を用いペイ ンティング設定ウィンドウ 203のインジケータ 230aをタツチすることにより青色に対す る赤色の比率を変更することで、通常光画像の色調を変更するができる。
[0076] このペインティング設定ウィンドウ 203は、カラー分光画像形態のみの表示形態の 場合には、図 24に示すように、中心波長えの波長選択ウィンドウ 230として使用可能 となっている。波長選択ウィンドウ 230として使用される際には、インジケータ 230aは 波長を示し、インジケータ 230aの各表示ポイントには、複数の中心波長が割り付けら れ、インジケータ 230aの 3つの表示ポイントを選択することで、波長選択ウィンドウ 23 0においても、カラー分光画像 211を構成する 3つの分光画像を選択できる。なお、 3 つの分光画像を選択すると、波長選択ウィンドウ 230の下に分光画像の輝度を設定 する輝度設定ウィンドウ 231が表示され、各波長の分光画像の輝度を任意に設定す ることが可能となっている。
[0077] 本体処理装置 43は、カラー分光画像表示のみの表示形態では、図 25に示すよう に、カラー分光画像 241の近傍に、被検体からの分光反射率 242がグラフ化されて 表示できるようになっており、例えばカラー分光画像 241を構成する 3つの分光画像 の波長え 1、 λ 2、 λ 3が分光反射率 242上に提示され、この波長え 1、ぇ2、ぇ3はタツ チパネル機能により可動でき、波長 λ 1、え 2、 λ 3が可変されると、カラー分光画像 2 41を構成する 3つの分光画像も連動して変化する。
[0078] また、カラー分光画像表示形態のみの表示形態において、例えば内視鏡 101の操 作部 104に設けられて 、る指示スィッチ部 111のフリーズスィッチ（図示せず）が操作 されると、動画で表示されていたカラー分光画像が、図 26に示すように、静止したフリ ーズカラー分光画像 241となる。本体処理装置 43は、フリーズカラー分光画像 241 の近傍には、フリーズカラー分光画像 241のカラー化に使用可能な、例えば上述し た設定画面で設定した 6つ中心波長の分光画像のサムネイル画像 221〜226を表 示するようになっている。そして、フリーズカラー分光画像 241を構成する 3つの分光 画像のサムネイル画像は、他のサムネイル画像と異なる表示形態 (例えば、異なる輝 度あるいは色調)で表示されるうになっている。本実施例は、タツチパネル機能を用 いて、図 27に示すように、サムネイル画像 221〜226を選択し、選択決定ボタン 243 を操作することで、フリーズカラー分光画像 241を構成する 3つの分光画像を任意に 変更することができる。さらに本実施例は、タツチパネル機能を用いて、確認ボタン 2 44を操作することで、サムネイル画像 221〜226で選択した 3つの分光画像による動 画のカラー分光画像 241を表示することができる。なお、本実施例は、確認ボタン 24 4を設けずに、選択決定ボタン 243の操作だけで、自動的にサムネイル画像 221〜2 26で選択した 3つの分光画像による動画のカラー分光画像 241の表示を行うように しても良い。
[0079] 上述したように、本実施例では、内視鏡装置本体 105は、カラー分光画像を構成す る 3つの分光画像を任意に変更できる力 この場合、 3つの分光画像のホワイトバラン ス処理の変更を同時に行っている。詳細には、内視鏡装置本体 105は、例えばデー タ記憶部 44に予め、図 28に示すような 3つの波長 λ ί、 kを軸とする 3次元デー タテーブルを離散的に記憶しており、この 3次元データテーブルの各ボタセルにはホ ワイトバランス処理に用いる重み係数 (kx, ky, kz)がボタセルデータとして格納され ている。そして、内視鏡装置本体 105は、波長 λ ί1、 jm、 knの 3つの分光画像 Fl, Fm, Fnに対して、例ぇば「カラー分光画像=kχX Fl+kyX Fm+kz X Fn」なる演算 によりホワイトバランス処理を行う。
[0080] なお、内視鏡装置本体 105は、各ボタセルデータを記憶するデータ記憶部 44の記 憶容量を削減するために、 3次元データテーブルを離散的に格納しているので、ボタ セルデータ間の重み係数は一般的な線形補間により算出してホワイトバランス処理を 行うようになっている。
[0081] 本体処理装置 43は、通常光観察画像表示のみの表示形態の場合、図 29に示す ように、分光画像表示枠 281を通常光観察画像 210上に指定することで、指定した 分光画像表示枠 281の領域に、該領域の分光画像を重畳表示することができる。な お、この分光画像表示枠 281は、図 30に示すように、枠のサイズや位置をタツチパネ ル機能により任意に変更することが可能となっている。
[0082] また、本実施例では、分光画像の構成は、波長を設定パラメータとして用いて設定 するとしたが、これに限らず、光の深達度である深さ情報を設定パラメータとして用い て指定しても良 、し、血管強調と ヽつた機能名称を設定パラメータとして用いて指定 して良い。
[0083] さらに本実施例は、観察対象である臓器に基づいて、観察に最適な分光画像の構 成を自動的に指定しても良い。ここで、臓器に基づく分光画像の構成の指定方法とし ては、例えば操作部 104内の ID部 110からの IDにより内視鏡 101が使用される臓器 を識別して指定する方法、タツチパネル 106a上のメニュースィッチで指定する方法、 患者情報が記録されている PCカードのデータの読み込みにより指定する方法や、通 常光観察画像をシーン理解モジュールにより画像処理し臓器を自動認識する方法 等がある。
[0084] また、本実施例の内視鏡装置本体 105は、その背面には、図 31に示すように、機 能拡張が可能な機能拡張基板が揷設できる複数のボードスロット 300が設けられて いる。一方、制御部 44は、図 32に示すようなメニューウィンドウ 260をタツチパネル 1 06aに表示することで、実行可能な機能を展開する。機能拡張基板が揷設されてい な 、制御部 44のデフォルト時の機能は、例えば 4つの基本機能に分類できるとする と、メニューウィンドウ 260にてメニュー 1、 2、 3、 4といったタグ 261により切替可能と なっている。メニューウィンドウ 260は、メニュー 1、 2、 3、 4のタグ 261の他に、複数の 機能拡張基板用のメニュータグ 262を有しており、機能拡張基板がボードスロット 30 0にセットされていないデフォルト時には、図 33に示すように、メニュータグ 262は空メ ニューである。しかし、制御部 44は、ボードスロット 300に機能拡張基板が揷設される と、図 34に示すように、揷設された機能拡張基板の機能の追加機能のメニューウィン ドウ力 Sメニュー 5といったタグ 262aにより、メニューウィンドウ 260から展開できるように なっている。
[0085] この追加機能のメニューウィンドウは、ソフトウェア的に構成されており、機能拡張 基板が揷設されると、制御部 44が機能拡張基板を識別し、基本機能と同様な構成の メニューウィンドウを自動的に生成するので、ソフトウェアのバージョンを変更する必 要がな!、、ある 、はソフトウェアのバージョンアップが容易に行える。
[0086] また、本実施例では、各操作をタツチパネル 106aで行って!/、るため、ハードウェア の変更を行うことなぐソフトウェアのバージョンアップで容易に仕様を変更することが 可能である。
[0087] なお、本実施例は、タツチパネル 106aにて全ての操作を行う必要はなぐトラックボ ールゃマウス等のポインティングデバイスにより操作を行っても良いし、例えば、図 35 に示すように、波長選択用の専用のキーボード 270により分光画像の波長を設定す るようにしても良い。また、一般的なキーボードのファンクションキーに波長設定機能 を割り付けても良い。
[0088] 以上説明したように、本実施例では、分光画像生成モードを第 1の分光画像生成モ ードとしたデフォルト状態では、通常光観察画像の画質を優先して通常光観察画像 と分光画像とを選択的に表示モニタ 106に表示することが可能であり、また、指示ス イッチ部 111のモード切替スィッチが操作により分光画像生成モードを第 2の分光画 像生成モードに切り替え、ランプ 15からの光束を光量制限フィルタ 16を透過させて、 他の波長帯域の光を青波長帯域の光と比較し光量を半減させることで、分光画像の 画質を優先して通常光観察画像と分光画像とを選択的に表示モニタ 106に表示す ることがでさる。
[0089] すなわち、分光画像生成モードを第 2の分光画像生成モードに設定し、ランプ 15か らの光束を光量制限フィルタ 16を透過させることで、例えば青波長帯域の分光画像 を他の波長帯域の分光画像と同程度の SZNの画像情報に改善することができる。
[0090] なお、本実施例は、光量制限フィルタ 16は光路上に挿脱可能に構成するとしたが 、光路上に常設してもよい。また、 CCD21に設けられる色フィルタに光量制限フィル タと同様な分光特性を持たせることで、光量制限フィルタ 16を省略することが可能で ある。
[0091] また、本実施例は、変形例として、 RGB原色型カラーフィルタが用いられるのに対 し、補色型のカラーフィルタを用いることが可能である。この補色型フィルタの配列は 図 36に示されているように、 G、 Mg、 Ye、 Cyの各要素力も構成される。なお、原色 型カラーフィルタの各要素と補色型カラーフィルタの各要素の関係は、 Mg=R+B、 Cy=G + B、 Ye=R+Gとなる。
[0092] この変形例の場合は、 CCD21の全画素読み出しを行い、各色フィルタ力もの画像 を信号処理又は画像処理することになる。補色型フィルタを用いる場合には、図 2で 示される SZH回路は、それぞれ R'G'Bではなぐ G'Mg'Cy Yeについて行われる ことは言うまでもないが、生体分光反射率が 3つの基本的な分光特性で近似できる、 という部分力 つ、ないしは 4つ以下となる。従って、これに合わせて、推定マトリックス を演算するための次元は 3から 4に変更される。
[0093] (実施例 2)
図 37ないし図 43は本発明の実施例 2に係わり、図 37は電子内視鏡装置の構成を 示すブロック図、図 38は図 37の RGB回転フィルタの構成を示す図、図 39は第 1の 分光画像生成モードである光量制限フィルタが光路上にない場合の図 38の RGB回 転フィルタを透過した光の分光特性を示す図、図 40は第 2の分光画像生成モードで ある光量制限フィルタが光路上にある場合の図 38の RGB回転フィルタを透過した光 の分光特性を示す図、図 41は図 37の電子内視鏡装置の変形例の構成を示すプロ ック図、図 42は図 41の RGB回転フィルタの構成を示す図、図 43は図 38の RGB回 転フィルタの変形例の構成を示す図である。
[0094] 実施例 2は、実施例 1とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成 には同じ符号をつけ説明は省略する。
[0095] 本実施例は、主として実施例 1と光源部 41および CCD21が異なるものである。実 施例 1では、 CCD21に図 4で示したカラーフィルタが設けられ、このカラーフィルタに よってカラー信号を生成するいわゆる同時式であったのに対し、本実施例では、照明 光を RGBの順に照明してカラー信号を生成するいわゆる面順次式を用いる。
[0096] 図 37に示すように、本実施例における光源部 41は、ランプ 15、赤外カットフィルタ 15a,光量制限フィルタ 16を介した光は、 RGBフィルタ 23を透過するようになってい る。なお、実施例 1と同様に、光量制限フィルタ 16は光路上に対して挿脱可能となつ ている。また、 RGB回転フィルタ 23は、 RGB回転フィルタ制御部 26に接続され、所 定の回転速度で回転する。
[0097] RGB回転フィルタ 23は、図 38に示すように、 R帯域の光を透過する Rフィルタ部 23 rと、 G帯域の光を透過する Gフィルタ部 23gと、 B帯域の光を透過する Bフィルタ部 23 bとから構成される。図 39に第 1の分光画像生成モードである光量制限フィルタ 16が 光路上にな 、場合の RGB回転フィルタ 23を透過した光の分光特性を示し、図 40〖こ 第 2の分光画像生成モードである光量制限フィルタ 16が光路上にある場合の RGB 回転フィルタ 23を透過した光の分光特性を示す。
[0098] 本実施例における光源部の動作としては、ランプ 15から出力された光束力 赤外力 ットフィルタ 15aで不要な赤外成分がカットされ、赤外カットフィルタ 15aを透過した光 束は、光量制限フィルタ 16を選択的に介し、 RGB回転フィルタ 23を透過することに よって、所定の時間毎に R'G'Bそれぞれの照明光として、光源部から出力される。ま た、それぞれの照明光は、被検体内で反射し、 CCD21で受光される。 CCD21で得 られた信号は、照射される時間に応じて、内視鏡装置本体 105に設けられた切換部 (図示しない）で振り分けられ、 SZH回路 433a乃至 433cにそれぞれ入力される。つ まり、光源部 41から Rのフィルタを介した照明光が照射された場合には、 CCD21で 得られた信号は、 SZH回路 433aに入力されることになる。なお、その他の動作につ V、ては実施例 1と同様であるため、説明は省略する。
[0099] 本実施例によると、実施例 1と同様、分光画像生成モードを第 2の分光画像生成モ ードに設定し、ランプ 15からの光束を光量制限フィルタ 16を透過させることで、例え ば青波長帯域の分光画像を他の波長帯域の分光画像と同程度の SZNの画像情報 に改善することができる。
[0100] なお、本実施例は、光量制限フィルタ 16を光路上に対して挿脱可能に構成すると したが、これに限らず、 RGB回転フィルタ 23を図 42に示すように構成することで、図 41に示すように光量制限フィルタ 16を省略することができる。
[0101] すなわち、回転フィルタ 23は、図 42に示すように、円盤状に構成され中心を回転 軸とした 2重構造となっており、外側の径部分には図 39に示したような分光特性の面 順次光を出力するための第 1のフィルタ組を構成する Rフィルタ部 23rl , Gフィルタ部 23gl , Bフィルタ部 23blが配置され、内側の径部分には図 40に示したような分光特 性の面順次光を出力するための第 2のフィルタ組を構成する R'フィルタ部 23r2, G ' フィルタ部 23g2, Bフィルタ部 23b2が配置されて!、る。
[0102] そして、回転フィルタ 23は、図 41に示すように、制御回部 42により回転フィルタモ ータ 26の駆動制御がなされ回転され、また径方向の移動（回転フィルタ 23の光路に 垂直な移動であって、回転フィルタ 23の第 1のフィルタ組あるいは第 2のフィルタ組を 選択的に光路上に移動）が制御回部 42によりフィルタ切替モータ 17aによって行わ れる。
[0103] なお、本実施例では R ' G ' Bの 3バンドの面順次光を照射するとした力 これに限ら ず、回転フィルタ 23を 4バンド以上のマルチバンド、例えば図 43に示すような 4つの 異なる帯域の面順次光 II , 12, 13, 14を透過しマルチバンドの面順次光を照射する回 転フィルタとしてもよい。
[0104] この場合、分光画像は 4つの帯域の信号力も式 (6)な 、し (8)のように推定される。
[数 6]
Figure imgf000026_0001
rv，
K = h h
mつ m4j
[0105] 式 (6)では 4つの帯域の信号から 3つの波長からなるカラー分光画像が生成できる [数 7]
Figure imgf000027_0001
[0106] 式（7)では 4つの帯域の信号から 1つの波長からなるモノクロ分光画像が生成でき る。
[数 8]
Figure imgf000027_0002
[0107] 式 (8)では 4つの帯域の信号力 4つの波長の分光画像が生成し、表示画像生成 部 439にて 4つの分光画像のうち 3つを選択することで、カラー分光画像が生成でき る。
[0108] 上記のマルチバンドの面順次光を照射する構成は、分光画像を 4つの帯域の信号 力 推定することが可能であるので、より精度よく分光画像を推定することができる。
[0109] なお、上記のマルチバンドの面順次光を照射する構成は、異なる帯域のマルチバ ンド光を、多色の LED, LDにより実現しするようにして良い。
[0110] 本発明は、上述した実施例に限定されるものではなぐ本発明の要旨を変えない範 囲において、種々の変更、改変等が可能である。
[0111] 本出願は、 2006年 3月 16日に日本国に出願された特願 2006— 073183号、を優 先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求 の範囲に引用されるものである。

Claims

請求の範囲
[1] 被検体である生体に光を照射する照明部、及び Z又は該照明部力 の照明光に 基づ 、て前記生体力 反射される光を光電変換し、撮像信号を生成する撮像部の 動作を制御し、表示装置へ前記撮像信号を出力する信号処理制御部を具備した生 体観測装置であって、
前記撮像信号から光学的波長狭帯域の画像に対応する分光信号を信号処理によ つて生成する分光信号生成部と、
前記分光信号を前記表示装置へ出力する際に当該分光信号を形成する複数の帯 域ごとに色調を調整する色調整部と、
を有し、
さらに、前記照明部から前記撮像部に至る光路上に、前記光路上の光に対する分 光特性を制御する分光特性制御部
を設けたことを特徴とする生体観測装置。
[2] 前記分光特性制御部は、
前記照明光の分光強度特性を制御する分光強度制御部及び、または前記撮像部 における撮像素子の分光感度特性を制御する撮像素子分光感度制御部である ことを特徴とする請求項 1に記載の生体観測装置。
[3] 前記分光特性制御部は、
所定の波長域の強度及び、または感度を、他の波長域の強度及び、または感度よ り相対的に高める
ことを特徴とする請求項 1または 2に記載の生体観測装置。
[4] 前記分光特性制御部は、
青色波長域の強度及び、または感度を、他の波長域の強度及び、または感度より 相対的に高める
ことを特徴とする請求項 1、 2または 3のいずれか 1つに記載の生体観測装置。
[5] 前記表示装置は、タツチパネル機能を有し、
前記タツチパネル機能により前記分光信号生成部を制御する信号生成制御部を有 する ：とを特徴とする請求項 1、 2、 3または 4のいずれか 1つに記載の生体観測装置。
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