WO2012114934A1 - 蛍光観察装置 - Google Patents

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WO2012114934A1
WO2012114934A1 PCT/JP2012/053350 JP2012053350W WO2012114934A1 WO 2012114934 A1 WO2012114934 A1 WO 2012114934A1 JP 2012053350 W JP2012053350 W JP 2012053350W WO 2012114934 A1 WO2012114934 A1 WO 2012114934A1
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fluorescence
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illumination light
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康成 石原
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オリンパス株式会社
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N2021/6484—Optical fibres

Definitions

  • the present invention relates to a fluorescence observation apparatus.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a fluorescence observation apparatus capable of observing with more appropriate sensitivity without deteriorating image quality.
  • an excitation light source that emits excitation light that irradiates a subject, and fluorescence that is generated in the subject by irradiating the excitation light emitted from the excitation light source is captured to form a fluorescence image.
  • Fluctuation is calculated from the luminance information of the fluorescence image acquired by the fluorescence image acquisition unit provided with the imaging element of the fluorescence image acquisition unit and the fluorescence image acquisition unit, and the SN in the fluorescence image is calculated from the calculated fluctuation and the luminance information.
  • An image quality evaluation unit that calculates the ratio; and a sensitivity adjustment unit that adjusts the number of binning addition pixels and / or the exposure time in the image sensor so that the SN ratio calculated by the image quality evaluation unit is equal to or greater than a predetermined threshold.
  • a fluorescence observation apparatus is provided.
  • the fluorescent material is excited in the subject by irradiating the subject with the excitation light emitted from the excitation light source, and the generated fluorescence is photographed by the imaging element of the fluorescence image acquisition unit.
  • a fluorescent image is acquired.
  • fluctuation is calculated from the luminance information of the fluorescent image
  • the SN ratio in the fluorescent image is calculated from the fluctuation and the luminance information.
  • the sensitivity adjustment unit adjusts the number of binning addition pixels and / or the exposure time in the image sensor, so that the SN ratio of the fluorescence image acquired by the image sensor thereafter is a predetermined value. It becomes more than a threshold value and it can observe with more appropriate sensitivity, without reducing the image quality of a fluorescence image.
  • the image quality evaluation unit includes, for each pixel included in the region of interest, a predetermined region of interest in a plurality of fluorescent images acquired at different times by the fluorescent image acquisition unit. An average value in the time axis direction and a fluctuation of the gradation value may be calculated, and an average value in the region of interest of a value obtained by dividing the calculated average value by the fluctuation may be calculated as the SN ratio.
  • the SN ratio can be accurately calculated. That is, it is possible to observe with an appropriate sensitivity that does not deteriorate the image quality of the fluorescent image without being affected by the individual difference of the image sensor.
  • the image quality evaluation unit includes a space of gradation values of each pixel included in each region of interest in a plurality of regions of interest in the fluorescence image acquired by the fluorescence image acquisition unit.
  • a mean value and fluctuation may be calculated, and an average value between the regions of interest obtained by dividing the calculated average value by fluctuation may be calculated as the SN ratio.
  • the gradation value of each pixel in the predetermined region of interest can be traced back in the time axis direction without going back to the time axis direction.
  • the S / N ratio can be accurately calculated based on the spatial average value and fluctuation of the gradation value, and observation can be performed with more appropriate sensitivity without degrading the image quality of the fluorescent image.
  • a threshold setting unit that sets the threshold may be provided (second aspect).
  • a contrast calculating unit that calculates the contrast of the fluorescent image from the luminance information of the fluorescent image acquired by the fluorescent image acquiring unit is provided, and the threshold setting unit is calculated by the contrast calculating unit.
  • a threshold value may be set based on the contrast thus obtained. In this way, an appropriate threshold value is automatically set using the contrast calculated by the contrast calculation unit from the acquired fluorescent image, and even if the observation condition varies, the fluorescent image is automatically Observation can be performed with more appropriate sensitivity without degrading the image quality.
  • an illumination light source that emits illumination light that irradiates a subject
  • a reference image acquisition unit that captures reflected light from the subject of illumination light from the illumination light source and obtains a reference image
  • the threshold setting unit may set the threshold based on the luminance information of the reference image acquired by the reference image acquiring unit.
  • an appropriate threshold value is automatically set using the luminance information of the acquired fluorescent image, and the image quality of the fluorescent image is not automatically deteriorated even if the observation condition changes. Can be observed with more appropriate sensitivity.
  • an illumination light source that emits illumination light that irradiates a subject
  • a reference image acquisition unit that captures reflected light from the subject of the illumination light from the illumination light source and obtains a reference image
  • a blur amount calculation unit that calculates a blur amount from the luminance information of the reference image acquired by the reference image acquisition unit, wherein the sensitivity adjustment unit is based on the blur amount calculated by the blur amount calculation unit.
  • the number of binning addition pixels and / or the exposure time may be adjusted.
  • the blur amount calculation unit calculates the blur amount from the acquired reference image
  • the sensitivity adjustment unit adjusts the number of binning addition pixels and / or the exposure time based on the calculated blur amount.
  • the amount of blurring is large, the binning addition pixel number is adjusted by giving priority to shortening the exposure time, and when the amount of blurring is small, the binning addition pixel number is adjusted by giving priority to increasing the exposure time. It is possible to perform fluorescence observation with high resolution by reducing the number of pixels.
  • an illumination light source that emits illumination light that irradiates a subject
  • a reference image acquisition unit that captures reflected light from the subject of the illumination light from the illumination light source and obtains a reference image
  • the sensitivity adjustment unit may adjust the number of binning addition pixels and / or the exposure time based on the luminance information of the reference image acquired by the reference image acquisition unit.
  • the sensitivity adjustment unit the number of binning addition pixels and / or the exposure time are adjusted based on the acquired luminance information of the reference image.
  • the image blur can be reduced by setting a larger number of binning added pixels and keeping the exposure time short.
  • the luminance of the reference image is low, it is when the observation distance is long, and the observation target becomes relatively small on the image. Therefore, it is possible to increase the resolution by setting a smaller number of binning addition pixels.
  • an illumination light source that emits illumination light that irradiates a subject
  • a reference image acquisition unit that captures reflected light from the subject of the illumination light from the illumination light source and obtains a reference image
  • a motion amount calculation unit that calculates a motion amount from luminance information of a plurality of reference images acquired by the reference image acquisition unit, and the sensitivity adjustment unit adds the motion amount calculated by the motion amount calculation unit. Based on this, the number of binning addition pixels and / or the exposure time may be adjusted.
  • the SN ratio cannot be calculated with high accuracy by the method of calculating the SN ratio based on the variation of the gradation value in the time axis direction.
  • the method of calculating the S / N ratio based on the spatial gradation value variation is greatly influenced by the individual difference of the image sensor, and the S / N ratio cannot be calculated accurately.
  • the identification information is stored, and includes an attachment / detachment component that is attached / detached to change the observation condition, and an identification information reading unit that reads the identification information stored in the attachment / detachment component,
  • the threshold setting unit may set the threshold based on the identification information read by the identification information reading unit.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a fluorescence observation apparatus according to a first embodiment of the present invention. It is a figure which shows an example of the fluorescence image acquired at different time by the fluorescence observation apparatus of FIG. 1, and a region of interest. It is a flowchart explaining the process of the sensitivity adjustment part of the fluorescence observation apparatus of FIG. It is a flowchart explaining the process of a sensitivity setting part in the fluorescence observation apparatus of FIG. It is a whole block diagram which shows the 1st modification of the fluorescence observation apparatus of FIG. It is a whole block diagram which shows the 2nd modification of the fluorescence observation apparatus of FIG.
  • a fluorescence observation apparatus 1 is an endoscope apparatus, and as illustrated in FIG. 1, an elongated insertion part 2 to be inserted into a body, a light source (illumination part) 3, and a light source 3.
  • the illumination unit (illumination unit) 4 that irradiates the illumination light and the excitation light from the distal end of the insertion unit 2 toward the observation target A, and image information of the living tissue that is the observation target A is provided at the distal end of the insertion unit 2.
  • the image pickup unit 5 to be acquired, the image processing unit 6 that is arranged on the proximal end side of the insertion unit 2 and processes the image information acquired by the image pickup unit 5, and the image G processed by the image processing unit 6 are displayed. And a monitor (display unit) 7.
  • the light source 3 includes a xenon lamp 8, a filter 9 that extracts excitation light and illumination light (wavelength band 400 to 740 nm) from illumination light emitted from the xenon lamp 8, and excitation light and illumination light extracted by the filter 9. And a coupling lens 10 for condensing the light.
  • the illumination unit 4 is disposed over substantially the entire length in the longitudinal direction of the insertion portion 2, and is provided at the distal end of the insertion portion 2 and a light guide fiber 11 that guides the excitation light and the illumination light collected by the coupling lens 10. And an illumination optical system 12 that diffuses excitation light and illumination light guided by the light guide fiber 11 and irradiates the observation target A facing the distal end surface 2a of the insertion portion 2.
  • the imaging unit 5 includes an objective lens 13 that condenses collected light returning from a predetermined observation range of the observation target A, and light (excitation light and fluorescence) that is longer than the excitation wavelength among the return light collected by the objective lens 13.
  • the dichroic mirror (branching unit) 14 that transmits illumination light having a wavelength shorter than the excitation wavelength, and the reflected light of the illumination light that has passed through the dichroic mirror 14 and the fluorescence reflected by the dichroic mirror 14 are collected.
  • reference numeral 19 denotes an excitation light cut filter that blocks excitation light from the light reflected by the dichroic mirror 14.
  • the image processing unit 6 generates a reference image G 1 from the reference image information S 1 acquired by the image sensor 17, and the fluorescence image G 2 from the fluorescence image information S 2 acquired by the image sensor 18.
  • a sensitivity adjustment unit 22 for adjusting the sensitivity of the image sensor 18 based on the fluorescence image G 2 generated by the fluorescence image generation unit 21 and the sensitivity adjustment unit 22.
  • an image synthesizing unit 23 to generate an image G by synthesizing the reference image G 1 that is generated with the fluorescence image G 2 acquired in a controlled state in the reference image generation section 20.
  • Sensitivity control unit 22 based on the luminance information of the fluorescence image G 2, SN ratio calculating unit that calculates an SN ratio SNR (the image quality evaluation unit) 24, based on the SN ratio SNR calculated by the SN ratio calculator 24 And a sensitivity setting unit 25 for setting the sensitivity.
  • the S / N ratio calculation unit 24 sets a region of interest ROI in the fluorescence image G 2, and a plurality of fluorescence images acquired from different times sent from the fluorescence image generation unit 21. mean values in the time axis direction from the gradation values of the pixels within the ROI of G 2 and fluctuations and (standard deviation), and calculates the number 1 and number 2.
  • V (x, y, j) is the gradation value of the pixel at coordinates (x, y) in the ROI of the fluorescent image G 2 acquired at the j-th time
  • V * (x, y) is an average value of the gradation values V (x, y, j) from 1 to n
  • n is preset number of fluorescence images G 2
  • S (x, y) is a temporal fluctuation of the 1st to nth gradation values V (x, y, j).
  • the S / N ratio SNR is calculated by Equation 3 using the average value V * (x, y) and the fluctuation S (x, y) calculated for all the pixels in the ROI according to Equations 1 and 2. It has become.
  • the average value V * (x, y) divided by the fluctuation S (x, y) is calculated by averaging all the pixels in the ROI.
  • SN ratio calculating unit 24 the fluorescence from the image generation unit 21 each time the fluorescence image G 2 is sent, stores the gradation values of all pixels within ROI, predetermined n-th fluorescence image G
  • the average value V * (x, y) and the fluctuation S (x, y) are calculated for all the pixels in the ROI, and the average value V * (x, y) is changed to the fluctuation S ( Divide by x, y).
  • the SN ratio SNR is calculated by averaging these. Yes.
  • the sensitivity setting unit 25 stores a first threshold value and a second threshold value that are determined in advance, and the image sensor so that the SN ratio SNR calculated by the SN ratio calculation unit 24 is between the two threshold values.
  • the sensitivity of 18 is adjusted by the binning addition pixel number B and the exposure time t.
  • the SN ratio SNR calculated by the SN ratio calculation unit 24 is compared with the first threshold (step S71), and the SN ratio SNR is smaller than the first threshold. In this case, it is determined whether or not the binning addition pixel number B is the upper limit (step S72). If it is not the upper limit, the binning addition pixel number B is increased (step S73).
  • step S72 if the binning addition pixel number B is the upper limit, it is determined whether or not the exposure time t is the upper limit (step S74). If not, the exposure time t is increased. (Step S75). Then, the new binning addition pixel number B and / or the exposure time t are set in the image sensor 18 (step S81). In step S74, when the exposure time t is the upper limit, the process returns to the next sensitivity setting without performing the process.
  • the SN ratio SNR is compared with the second threshold (step S76). If the SN ratio SNR is greater than the second threshold, binning addition is performed. It is determined whether or not the pixel number B is the lower limit (step S77). If it is not the lower limit, the binning addition pixel number B is reduced (step S78).
  • step S77 if the binning addition pixel number B is the lower limit, it is determined whether or not the exposure time t is the lower limit (step S79). If it is not the lower limit, the exposure time is shortened. (Step S80). Then, the new binning addition pixel number B and / or the exposure time t are set in the image sensor 18 (step S81). In step S79, when the exposure time t is the lower limit, the process returns to the next sensitivity setting without performing the process.
  • the illumination light and the excitation light emitted from the light source 3 are guided to the distal end of the insertion portion 2 through the light guide fiber 11 and illumination optics.
  • the observation object A is irradiated by being diffused by the system 12.
  • the fluorescent substance is excited by excitation light to generate fluorescence. Further, the illumination light is reflected on the surface of the observation object A.
  • the fluorescent light generated inside the observation target A and the reflected light of the illumination light reflected on the surface of the observation target A are collected by the objective lens 13 and then branched into two by the dichroic mirror 14 so that the two imaging elements 17, 18 is taken. Since the two types of light collected by the single objective lens 13 are branched by the dichroic mirror 14, the same range in the observation target A can be observed by two types of observation methods.
  • the reference image information S 1 acquired by being photographed by the image sensor 17 is sent to the reference image generation unit 20 of the image processing unit 6 to generate a reference image G 1 .
  • the fluorescence image information S 2 obtained by being photographed by the image pickup element 18 is sent to the fluorescence-image generating unit 21 of the image processing unit 6 is fluorescence image G 2 is generated.
  • a plurality of fluorescence images G 2 generated are acquired at different times it is sent to the sensitivity control unit 22 (step S1), the stored in the SN ratio calculating unit 24 (step S2).
  • step S3 whether predetermined n pieces of fluorescence image G2 is accumulated it is determined (step S3), and when it is accumulated in the SN ratio calculating unit 24, is preset for each fluorescence image G 2
  • the average value and fluctuation of the gradation values are calculated based on the gradation value of each pixel in the ROI (step S4), and the average value is divided by the fluctuation for each pixel (step S5).
  • an average value of values obtained by dividing the average value by fluctuation for all the pixels in the ROI is calculated as the SN ratio SNR (step S6) and sent to the sensitivity setting unit 25 (step S7).
  • the transmitted SN ratio SNR is compared with the first threshold value (step S71).
  • the S / N ratio SNR is smaller than the first threshold value, it is determined whether or not the set binning addition pixel number B is the upper limit value (step S72).
  • the number B is increased by a predetermined increase (step S73) and set in the image sensor 18 (step S81).
  • the exposure time t is the upper limit (step S74). If the exposure time t is not the upper limit value, the exposure time t is increased by a predetermined increment and set in the image sensor 18 (step S81). If the exposure time t is the upper limit value, the sensitivity change is performed. The sensitivity setting process ends without being performed.
  • step S71 if the SN ratio SNR is equal to or greater than the first threshold, the SN ratio SNR is compared with the second threshold (step S76).
  • the S / N ratio SNR is larger than the second threshold value, it is determined whether or not the set binning addition pixel number B is the lower limit value (step S77), and when it is not the lower limit value, the binning addition pixel number. B is decreased by a predetermined decrease (step S78) and set in the image sensor 18 (step S81).
  • step S79 it is determined whether or not the exposure time t is the lower limit value.
  • the exposure time t is shortened by a predetermined decrease (step S80), set in the image sensor 18 (step S81), and the exposure time t is the lower limit value.
  • the sensitivity setting process ends without changing the sensitivity. In the sensitivity setting process, the process from step S1 is repeated until the observation is completed (step S8).
  • the fluorescence image information S 2 is acquired by the imaging element 18 in which the binning addition pixel number B and / or the exposure time t is newly set, and the fluorescence image G 2 generated by the fluorescence image generation unit 21. but in the reference image generating unit 20 reference image G 1 and the image combining unit 23 generated by the synthesis, the synthesized image G is displayed on the monitor 7.
  • the number of binning added pixel as SN ratio SNR is equal to or greater than the first threshold B and / or exposure
  • the time t can be set in the image sensor 18, and fluorescence observation with a minimum required image quality can be performed.
  • the binning addition pixel number B and / or the exposure time t can be set in the image sensor 18 so that the SN ratio SNR is equal to or less than the second threshold value, and fluorescence observation with minimal influence of image blur can be performed. It can be carried out.
  • the exposure time t is adjusted when the adjustment becomes impossible after the adjustment of the binning added pixel number B.
  • the order may be reversed or alternately performed.
  • the binning addition pixel number B and / or the exposure time t are adjusted by the two thresholds, it may be adjusted by a single threshold instead.
  • the SN ratio calculation unit 24 calculates the average value and fluctuation in the time axis direction, but instead, calculates the SN ratio SNR based on the spatial average value and fluctuation. May be.
  • SN ratio calculating unit 24 for a plurality of regions of interest ROI set in the fluorescence image G 2 sent from the fluorescence image generating unit 21, the average value of the gradation values of each pixel in each ROI And fluctuations (standard deviation values) are calculated by the equations (4) and (5).
  • V (x, y) is the gradation value of the pixel of coordinates (x, y) within the ROI of the fluorescence image G 2
  • n (j) is the number of pixels in the jth ROI
  • V * (j) is an average value of gradation values V (x, y) in the j-th ROI
  • S (j) is a spatial fluctuation of the gradation value V (x, y) in the j-th ROI.
  • the fluorescence observation apparatus 1 for example, in applications for moving large field of view, than to calculate the SN ratio SNR by accumulating a plurality of fluorescence images G 2,
  • the calculation of the SN ratio SNR from a single fluorescence image has the advantage that the SN ratio SNR can be calculated accurately and appropriate sensitivity adjustment can be performed.
  • the threshold values are made variable according to the performance and application of the medicine. Also good.
  • Threshold input unit 26 for inputting the threshold value S 3 from outside for obtaining the binning added pixel number B in the sensitivity setting unit 25.
  • Threshold input unit 26 is, for example, a selector switch or button or the like, and is capable of selecting a threshold S 3 of the SN ratio SNR.
  • the contrast calculating unit 27 that calculates provided, based on the contrast T / C calculated by the contrast calculating section 27 may set the threshold value S 3 of the SN ratio SNR.
  • the sensitivity setting unit 25 only needs to store a table associating the contrast T / C and the threshold as shown in FIG.
  • the contrast calculating unit 27 for example, generates a histogram of the fluorescence image G 2, by calculating the ratio T / C with its tone value Overall Average value C and the top 5% of the average value T of the histogram as the contrast Good.
  • the threshold of the S / N ratio SNR is set low, and when the contrast T / C is low, the threshold of the S / N ratio SNR is increased. preferable. By doing so, because setting the threshold value of the SN ratio SNR based actually on the fluorescence image G 2 obtained, it is possible to set an appropriate threshold value than when manually entered.
  • the average T of the top 5% of the histogram is used as the contrast T / C.
  • the average value T is not limited to this.
  • a fluorescence image since the proportion of the high luminance region in the G 2 it is considered high may be the use of a top 10% of the average value T of the histogram.
  • the reference image generating unit 20 reference image G 1 by dividing the representative value D of the average value of the generated luminance value of the reference image G 1 in the exposure time t by the luminance calculation unit 28 that calculates the luminance D / t is provided, the sensitivity setting unit 25, a table to correspond luminance D / t of the reference image G 1 and the threshold value should be stored.
  • the observation distance boggling applications i.e., when the luminance D / t of the reference image G 1 is low
  • it is preferable to set a higher threshold S 3 of the SN ratio SNR viewing distance becomes closer application, i.e., when the luminance D / t of the reference image G 1 is high, the lower the threshold S 3 of the SN ratio SNR A table to be set may be used.
  • the exposure time t may be set so as not to become too much binning added pixel number B too long.
  • an image blur calculation unit 29 that calculates an image blur M from the reference image G 1 generated by the reference image generation unit 20 is provided, and the sensitivity setting unit 25 calculates the calculated image blur M.
  • the exposure time t and the binning addition pixel number B may be set in accordance with the size of.
  • the image blur M can be calculated by calculating the amount of image blur using a known technique and digitizing the amount of blur.
  • the sensitivity setting unit 25 determines whether or not the SN ratio SNR is smaller than a preset first threshold value (step S71). If it is smaller than the first threshold value, the image blur M sent from the image blur calculation unit 29 is compared with a predetermined threshold value M1 to determine whether M> M1 or not (step S82). When the blur M is larger than the threshold M1, the process proceeds to step S72, and when the image blur M is equal to or smaller than the threshold M1, the process proceeds to step S74.
  • step S76 it is determined whether the SN ratio SNR is greater than the preset second threshold value. If it is larger than the second threshold value, the image blur M sent from the image blur calculation unit 29 is compared with a predetermined threshold value M1 to determine whether M> M1 or not (step S83). If the blur M is larger than the threshold M1, the process proceeds to step S77. If the image blur M is equal to or smaller than the threshold M1, the process proceeds to step S79.
  • the luminance calculation unit 28 for calculating a luminance I of the generated reference image G 1 provided by the reference image generating unit 20 the sensitivity setting unit 25 it may be to set the exposure time t and binning addition pixel number B in accordance with the magnitude of the luminance I of the calculated reference image G 1.
  • the sensitivity setting unit 25 determines whether or not the SN ratio SNR is smaller than a preset first threshold value (step S71). If it is smaller than the first threshold value, the luminance I sent from the luminance calculation unit 28 is compared with a predetermined threshold value I1 to determine whether I> I1 (step S84). If it is larger than the threshold value I1, the process proceeds to step S72. If the luminance I is less than the threshold value I1, the process proceeds to step S74.
  • step S76 it is determined whether the SN ratio SNR is greater than the preset second threshold value. If it is larger than the second threshold value, the luminance I sent from the luminance calculation unit 28 is compared with a predetermined threshold value I1 to determine whether I> I1 (step S85). If it is greater than the threshold value I1, the process proceeds to step S77. If the luminance I is less than or equal to the threshold value I1, the process proceeds to step S79.
  • the luminance I is high, that is, when the observation distance is relatively small, the observation region is relatively large and displayed on the image, so that the observation region can be sufficiently visually recognized even if the resolution is slightly reduced. Therefore, in this case, there is an advantage that image blurring can be suppressed because the binning addition pixel number B is set to be larger and the exposure time t may be shorter.
  • the binning addition pixel number B is set to be small.
  • This configuration allows more appropriate sensitivity adjustment. Especially effective for applications where a high resolution is required, such as applications where the observation distance is relatively large, such as observation in the abdominal endoscope or stomach, or small lesions such as peritoneal dissemination metastases. It is.
  • the fluorescence observation apparatus 30 As shown in FIG. 13, in the fluorescence observation apparatus 30 according to the present embodiment, the sensitivity adjustment unit 22 operates based on the reference image G ⁇ b> 1 generated by the reference image generation unit 20, and the movement speed of the insertion unit 2.
  • a motion measurement section 31 for measuring a the SN ratio calculating unit 32 based on the fluorescence image G 2 generated by the fluorescence-image generating unit 21 calculates the SN ratio SNR from the average value and the fluctuation in the time axis direction, the space
  • a signal-to-noise ratio calculation unit 33 for calculating the signal-to-noise ratio SNR from the average value and fluctuation.
  • the sensitivity setting unit 25 selects which SN ratio SNR output by the SN ratio calculation units 32 and 33 to be used according to the speed N of motion measured by the motion measurement unit 31. It has become. Specifically, when the motion speed N is greater than a predetermined threshold N1, the SN ratio SNR calculated from the spatial average value and fluctuation output from the SN ratio calculation unit 33 is used, and when the threshold N1 or less. The SNR SNR calculated from the average value in the time axis direction and the fluctuation output from the SN ratio calculator 32 is used.
  • the IC chip 34 storing the identification information is attached to the insertion portion 2 that is attached and detached in order to change the observation condition, and is attached to the light source 3.
  • An IC reader 35 that reads identification information in the IC chip 34 of the insertion unit 2 may be provided.
  • An appropriate threshold value may be stored in the sensitivity setting unit 25 for each piece of identification information of the insertion unit 2.
  • the identification information in the IC chip 34 provided in the insertion unit 2 is read by the IC reader 35 and sent to the sensitivity setting unit 25.
  • the threshold corresponding to the identification information of the insertion unit 2 is automatically selected, so that observation can be performed with sensitivity suitable for the observation conditions.
  • the CMOS is used as the imaging elements 17 and 18, but a CCD may be used instead.
  • a Observation target (subject) B Number of binning addition pixels G 1 Reference image G 2 Fluorescence image ROI Region of interest SNR SN ratio t Exposure time 1,30 Fluorescence observation device 2 Insertion part (detachable part) 3 Excitation light source, illumination light source 18 Image sensor (fluorescence image acquisition unit) 20 Reference image acquisition unit 21 Fluorescence image generation unit (fluorescence image acquisition unit) 22 Sensitivity adjustment unit 24 SN ratio calculation unit (image quality evaluation unit) 25 Sensitivity setting section (threshold setting section) 26 Threshold input unit (threshold setting unit) 27 Contrast calculation unit 29 Image blur calculation unit (blur amount calculation unit) 31 Motion measurement unit (motion amount calculation unit) 35 IC reader (identification information reader)

Abstract

　画質を低下させることなく、より適正な感度で観察する。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）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（ｔ）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

蛍光観察装置
　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。
　本発明の第１の態様は、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から揺らぎを算出し、算出された揺らぎと前記輝度情報とから蛍光画像におけるＳＮ比を算出する画質評価部と、該画質評価部により算出された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。
　本発明の第１の態様によれば、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。その後、画質評価部において蛍光画像の輝度情報から揺らぎが算出され、揺らぎと輝度情報から蛍光画像におけるＳＮ比が算出される。そして、算出されたＳＮ比に基づいて、感度調節部において撮像素子におけるビニング加算画素数および／または露光時間が調節されることにより、その後に撮像素子により取得される蛍光画像のＳＮ比が所定の閾値以上となり、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。
　本発明の第１の態様においては、前記画質評価部が、前記蛍光画像取得部により異なる時刻に取得された複数の蛍光画像内における所定の関心領域内において、該関心領域に含まれる各画素の階調値の時間軸方向の平均値と揺らぎとを算出し、算出された平均値を揺らぎによって除算した値の前記関心領域における平均値をＳＮ比として算出してもよい。
　このようにすることで、蛍光画像取得部により取得する蛍光画像の視野範囲が大きく変動しない場合に、所定の関心領域内における各画素の階調値の時間軸方向の平均値と揺らぎとによって、ＳＮ比を正確に算出することができる。すなわち、撮像素子の個体差による影響を受けることなく、蛍光画像の画質を低下させない適正な感度で観察することができる。
　本発明の第１の態様においては、前記画質評価部が、前記蛍光画像取得部により取得された蛍光画像内における複数の関心領域内において、各関心領域に含まれる各画素の階調値の空間的な平均値と揺らぎとを算出し、算出された平均値を揺らぎによって除算した値の前記関心領域間の平均値をＳＮ比として算出してもよい。
　このようにすることで、蛍光画像取得部により取得する蛍光画像の視野範囲が大きく変動する場合に、所定の関心領域内における各画素の階調値を時間軸方向に遡ることなく、各画素の階調値の空間的な平均値と揺らぎとによって、ＳＮ比を正確に算出することができ、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。
　本発明の第１の態様においては、前記閾値を設定する閾値設定部を備えていてもよい（第２の態様）。
　このようにすることで、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、閾値設定部により設定して、適正な蛍光観察を行うことができる。
　本発明の第２の態様においては、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。
　本発明の第２の態様においては、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。
　本発明の第１の態様においては、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、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ブレ量を算出するブレ量算出部とを備え、前記感度調節部が、前記ブレ量算出部により算出されたブレ量に基づいて、ビニング加算画素数および／または露光時間を調節してもよい。
　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。ブレ量算出部は、取得された参照画像からブレ量を算出し、算出されたブレ量に基づいて、感度調節部においては、ビニング加算画素数および／または露光時間が調節される。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、ブレ量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。
　本発明の第１の態様においては、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、前記感度調節部が、前記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、ビニング加算画素数および／または露光時間を調節してもよい。
　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の輝度情報に基づいてビニング加算画素数および／または露光時間が調節される。
　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。
　本発明の第１の態様においては、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、該参照画像取得部により取得された複数の参照画像の輝度情報から動き量を算出する動き量算出部とを備え、前記感度調節部が、前記動き量算出部により算出された動き量に基づいて、ビニング加算画素数および／または露光時間を調節してもよい。
　参照画像の視野範囲が大きく変動するときには、時間軸方向の階調値の変動によってＳＮ比を算出する方法ではＳＮ比を精度よく算出することができない。一方、参照画像の視野範囲が変動しないときには、空間的な階調値の変動によってＳＮ比を算出する方法では、撮像素子の個体差の影響が大きく、ＳＮ比を精度よく算出することができない。このようにすることで、動き量算出部により算出された動き量に基づいてビニング加算画素数および／または露光時間が調節され、状況に応じて適切な感度で観察を行うことができる。
　本発明の第２の態様においては、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、前記閾値設定部が、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閾値を設定してもよい。
　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適切な閾値が設定されるので、適切なビニング加算画素数との対応関係を設定して、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の蛍光観察装置により異なる時間に取得された蛍光画像と関心領域の一例を示す図である。 図１の蛍光観察装置の感度調節部の処理を説明するフローチャートである。 図１の蛍光観察装置に感度設定部の処理を説明するフローチャートである。 図１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１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６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１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８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１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１０の蛍光観察装置の感度設定部の処理を説明するフローチャートである。 図８の蛍光観察装置の感度設定部の処理を説明する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１の蛍光観察装置の第５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Ｓ１から参照画像Ｇ１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Ｓ２から蛍光画像Ｇ２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Ｇ２に基づいて、撮像素子１８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Ｇ２と参照画像生成部２０において生成された参照画像Ｇ１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Ｇ２の輝度情報に基づいて、ＳＮ比ＳＮＲを算出するＳＮ比算出部（画質評価部）２４と、該ＳＮ比算出部２４により算出されたＳＮ比ＳＮＲに基づいて感度を設定する感度設定部２５とを備えている。
　ＳＮ比算出部２４は、図２に示されるように、蛍光画像Ｇ２における関心領域ＲＯＩを設定しておき、蛍光画像生成部２１から送られてくる異なる時刻に取得された複数枚の蛍光画像Ｇ２のＲＯＩ内の各画素の階調値から時間軸方向に平均値と揺らぎ（標準偏差値）とを、数１および数２により算出するようになっている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、
　Ｖ（ｘ，ｙ，ｊ）は、ｊ番目の時刻に取得された蛍光画像Ｇ２のＲＯＩ内における座標（ｘ，ｙ）の画素の階調値、
　Ｖ＊（ｘ，ｙ）は、１からｎ番目までの階調値Ｖ（ｘ，ｙ，ｊ）の平均値、
　ｎは、予め設定された蛍光画像Ｇ２の枚数、
　Ｓ（ｘ，ｙ）は、１からｎ番目までの階調値Ｖ（ｘ，ｙ，ｊ）の時間的な揺らぎ
である。
　ＳＮ比ＳＮＲは、数１および数２により、ＲＯＩ内の全画素について算出された平均値Ｖ＊（ｘ，ｙ）と揺らぎＳ（ｘ，ｙ）とを用いて、数３により算出されるようになっている。数３においては、平均値Ｖ＊（ｘ，ｙ）を揺らぎＳ（ｘ，ｙ）で除算した値をＲＯＩ内の全画素について平均することにより算出している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　すなわち、ＳＮ比算出部２４は、蛍光画像生成部２１から蛍光画像Ｇ２が送られてくるたびに、ＲＯＩ内の全画素の階調値を記憶し、予め定められたｎ番目の蛍光画像Ｇ２が送られてきた時点で、ＲＯＩ内の全画素について平均値Ｖ＊（ｘ，ｙ）と揺らぎＳ（ｘ，ｙ）とを算出し、平均値Ｖ＊（ｘ，ｙ）を揺らぎＳ（ｘ，ｙ）で除算する。そして、ＲＯＩ内の全画素について平均値Ｖ＊（ｘ，ｙ）の揺らぎＳ（ｘ，ｙ）による除算が終了した時点で、これらを加算平均することによりＳＮ比ＳＮＲを算出するようになっている。
　感度設定部２５は、予め定められた第１の閾値と第２の閾値とを記憶していて、ＳＮ比算出部２４により算出されたＳＮ比ＳＮＲが２つの閾値の間となるように撮像素子１８の感度をビニング加算画素数Ｂや露光時間ｔによって調節するようになっている。
　具体的には、図４に示されるように、ＳＮ比算出部２４により算出されたＳＮ比ＳＮＲと第１の閾値とを比較して（ステップＳ７１）、ＳＮ比ＳＮＲが第１の閾値より小さい場合には、ビニング加算画素数Ｂが上限であるか否かを判断し（ステップＳ７２）、上限ではない場合にはビニング加算画素数Ｂを増やすようになっている（ステップＳ７３）。
　ステップＳ７２において、ビニング加算画素数Ｂが上限である場合には、露光時間ｔが上限であるか否かを判断し（ステップＳ７４）、上限ではない場合には露光時間ｔを長くするようになっている（ステップＳ７５）。そして、新たなビニング加算画素数Ｂおよび／または露光時間ｔは、撮像素子１８に設定されるようになっている（ステップＳ８１）。
　ステップＳ７４において、露光時間ｔが上限である場合には、処理を行うことなく次の感度設定に戻るようになっている。
　また、ＳＮ比ＳＮＲが第１の閾値以上の場合には、ＳＮ比ＳＮＲと第２の閾値とを比較して（ステップＳ７６）、ＳＮ比ＳＮＲが第２の閾値より大きい場合には、ビニング加算画素数Ｂが下限であるか否かを判断し（ステップＳ７７）、下限ではない場合にはビニング加算画素数Ｂを減らすようになっている（ステップＳ７８）。
　ステップＳ７７において、ビニング加算画素数Ｂが下限である場合には、露光時間ｔが下限であるか否かを判断し（ステップＳ７９）、下限ではない場合には露光時間を短くするようになっている（ステップＳ８０）。そして、新たなビニング加算画素数Ｂおよび／または露光時間ｔは、撮像素子１８に設定されるようになっている（ステップＳ８１）。ステップＳ７９において、露光時間ｔが下限である場合には、処理を行うことなく次の感度設定に戻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。また、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Ｓ１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Ｇ１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Ｓ２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Ｇ２が生成される。
　図３に示されるように、異なる時刻に取得され生成された複数の蛍光画像Ｇ２が感度調節部２２に送られて（ステップＳ１）、ＳＮ比算出部２４に記憶される（ステップＳ２）。次に、予め設定されたｎ枚の蛍光画像Ｇ２が蓄積されたか否かが判定され（ステップＳ３）、蓄積された場合には、ＳＮ比算出部２４において、各蛍光画像Ｇ２の予め設定されたＲＯＩ内の各画素の階調値に基づいて階調値の平均値と揺らぎとが算出され（ステップＳ４）、画素毎に平均値が揺らぎによって除算される（ステップＳ５）。さらに、ＲＯＩ内の全画素について平均値を揺らぎで除算した値の平均値がＳＮ比ＳＮＲとして算出され（ステップＳ６）、感度設定部２５に送られる（ステップＳ７）。
　感度設定部２５においては、送られてきたＳＮ比ＳＮＲと第１の閾値とが比較される（ステップＳ７１）。ＳＮ比ＳＮＲが第１の閾値より小さい場合には、設定されているビニング加算画素数Ｂが上限値であるか否かが判定され（ステップＳ７２）、上限値ではない場合には、ビニング加算画素数Ｂが予め定められた増加分だけ増加させられて（ステップＳ７３）、撮像素子１８に設定される（ステップＳ８１）。
　一方、ビニング加算画素数Ｂが上限である場合には、露光時間ｔが上限値であるか否かが判定される（ステップＳ７４）。露光時間ｔが上限値ではない場合には、露光時間ｔが所定の増加分だけ長くされて撮像素子１８に設定され（ステップＳ８１）、露光時間ｔが上限値である場合には、感度変更が行われることなく感度設定処理が終了する。
　また、ステップＳ７１における比較の結果、ＳＮ比ＳＮＲが第１の閾値以上の場合には、ＳＮ比ＳＮＲが第２の閾値と比較される（ステップＳ７６）。ＳＮ比ＳＮＲが第２の閾値より大きい場合には、設定されているビニング加算画素数Ｂが下限値であるか否かが判定され（ステップＳ７７）、下限値ではない場合にはビニング加算画素数Ｂが所定の減少分だけ減少させられて（ステップＳ７８）、撮像素子１８に設定される（ステップＳ８１）。
　一方、ステップＳ７７においてビニング加算画素数Ｂが下限値である場合には、露光時間ｔが下限値であるか否かが判定される（ステップＳ７９）。露光時間ｔが下限値ではない場合には、露光時間ｔが所定の減少分だけ短くされて（ステップＳ８０）、撮像素子１８に設定され（ステップＳ８１）、露光時間ｔが下限値である場合には、感度変更が行われることなく、感度設定処理が終了する。感度設定処理終了は、観察が終了するまでステップＳ１からの処理が繰り返される（ステップＳ８）。
　そして、このようにして、ビニング加算画素数Ｂおよび／または露光時間ｔが新たに設定された撮像素子１８によって蛍光画像情報Ｓ２が取得され、蛍光画像生成部２１において生成された蛍光画像Ｇ２が、参照画像生成部２０により生成された参照画像Ｇ１と画像合成部２３において合成され、合成画像Ｇがモニタ７に表示される。
　このように、本実施形態に係る蛍光観察装置１によれば、蛍光画像Ｇ２の輝度情報から求めた、ＳＮ比ＳＮＲが第１の閾値以上となるようにビニング加算画素数Ｂおよび／または露光時間ｔを撮像素子１８に設定することができ、最低限必要な画質を確保した蛍光観察を行うことができる。また、ＳＮ比ＳＮＲが第２の閾値以下となるようにビニング加算画素数Ｂおよび／または露光時間ｔを撮像素子１８に設定することができ、像ブレの影響を最小限に抑えた蛍光観察を行うことができる。
　この場合において、ＳＮ比ＳＮＲの算出を実際に取得された蛍光画像Ｇ２の輝度情報を用いて行うので、状況に適した感度調節を行うことができるという利点がある。また、ＳＮ比ＳＮＲの算出を実際に取得された蛍光画像Ｇ２の輝度情報を用いて行うので、観察条件に応じて交換される挿入部２その他の個体差や誤差の影響を受けることなく、常に適切な感度調節を行うことができる。
　本実施形態においては、ビニング加算画素数Ｂの調節後に調節不可能となった場合に露光時間ｔを調節することとしたが、順序は逆でも交互に行ってもよい。
　また、２つの閾値によってビニング加算画素数Ｂおよび／または露光時間ｔを調節することとしたが、これに代えて、単一の閾値によって調節することとしてもよい。
　上記本実施形態においては、ＳＮ比算出部２４が時間軸方向の平均値および揺らぎを算出することとしたが、これに代えて、空間的な平均値および揺らぎに基づいてＳＮ比ＳＮＲを算出してもよい。
　この場合には、ＳＮ比算出部２４は、蛍光画像生成部２１から送られてくる蛍光画像Ｇ２に設定された複数の関心領域ＲＯＩについて、各ＲＯＩ内の各画素の階調値の平均値と揺らぎ（標準偏差値）とを数４および数５により算出するようになっている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ここで、
　Ｖ（ｘ，ｙ）は、蛍光画像Ｇ２のＲＯＩ内における座標（ｘ，ｙ）の画素の階調値、
　ｎ（ｊ）は、ｊ番目のＲＯＩ内の画素数、
　Ｖ＊（ｊ）は、ｊ番目のＲＯＩ内の階調値Ｖ（ｘ，ｙ）の平均値、
　Ｓ（ｊ）は、ｊ番目のＲＯＩ内の階調値Ｖ（ｘ，ｙ）の空間的な揺らぎ
である。
　そして、算出された複数のＲＯＩにおける平均値と揺らぎとから平均値を揺らぎで除算した値の全てのＲＯＩについての平均値を数６によって算出するようになっている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　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によれば、例えば、視野範囲を大きく動かす用途においては、複数の蛍光画像Ｇ２を蓄積してＳＮ比ＳＮＲを算出することよりも、単一の蛍光画像からＳＮ比ＳＮＲを算出する方が、正確にＳＮ比ＳＮＲを算出でき、適切な感度調節を行うことができるという利点がある。
　上記各実施形態においては、感度設定部２５に、予め定められた２つの閾値を設定しておくこととしたが、これに代えて、薬剤の性能やアプリケーションに応じて閾値を可変にすることとしてもよい。
　例えば、図５に例示するように、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Ｓ３を外部から入力させる閾値入力部（閾値設定部）２６を備えていてもよい。
　閾値入力部２６は、例えば、切替スイッチやボタン等であり、ＳＮ比ＳＮＲの閾値Ｓ３を選択することができるようになっている。
　また、閾値入力部２６から入力された閾値Ｓ３を用いることに代えて、図６に例示されるように、蛍光画像生成部２１により生成された蛍光画像Ｇ２から画像のコントラストＴ／Ｃを算出するコントラスト算出部２７を設け、該コントラスト算出部２７により算出されたコントラストＴ／Ｃに基づいて、ＳＮ比ＳＮＲの閾値Ｓ３を設定することとしてもよい。
　この場合には、感度設定部２５には、図７に示されるようなコントラストＴ／Ｃと閾値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２７としては、例えば、蛍光画像Ｇ２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、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ＳＮＲの閾値を低く設定し、コントラストＴ／Ｃが低い場合にはＳＮ比ＳＮＲの閾値を高くするようなテーブルが好ましい。このようにすることで、実際に得られた蛍光画像Ｇ２に基づいてＳＮ比ＳＮＲの閾値を設定するので、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Ｇ２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。
　また、蛍光画像Ｇ２のコントラストＴ／ＣからＳＮ比ＳＮＲの閾値を設定することに代えて、参照画像Ｇ１の輝度値からＳＮ比ＳＮＲの閾値を設定することとしてもよい。
　この場合には、図８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Ｇ１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Ｇ１の輝度Ｄ／ｔを算出する輝度算出部２８を設け、感度設定部２５に、参照画像Ｇ１の輝度Ｄ／ｔと閾値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９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Ｇ１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ＳＮＲの閾値Ｓ３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Ｇ１の輝度Ｄ／ｔが高い場合には、ＳＮ比ＳＮＲの閾値Ｓ３を低めに設定するようなテーブルとすればよい。
　また、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ＳＮＲの閾値Ｓ３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。
　図９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で表したときの値を例としている。つまり、Ｄ／ｔ＝１０００００というのは、露光時間２４ｍｓｅｃのときは階調値２４００となる。
　また、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ＳＮＲの閾値Ｓ３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。
　また、図１０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Ｇ１から像ブレＭを算出する像ブレ算出部２９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を設定することにしてもよい。像ブレＭは、公知技術を用いて像ぶれ量を算出し、そのぶれ量を用いて数値化することにより算出することができる。
　この場合には、感度設定部２５は、図１１に示されるように、ＳＮ比ＳＮＲが予め設定された第１の閾値より小さいか否かを判断する（ステップＳ７１）。そして、第１の閾値より小さい場合には、像ブレ算出部２９から送られてきた像ブレＭを所定の閾値Ｍ１と比較して、Ｍ＞Ｍ１か否かを判断し（ステップＳ８２）、像ブレＭが閾値Ｍ１より大きい場合にステップＳ７２に進み、像ブレＭが閾値Ｍ１以下の場合にステップＳ７４に進むこととしている。
　また、ＳＮ比ＳＮＲが予め設定された第１の閾値以上の場合には、ＳＮ比ＳＮＲが予め設定された第２の閾値より大きいかを判断する（ステップＳ７６）。そして、第２の閾値より大きい場合には、像ブレ算出部２９から送られてきた像ブレＭを所定の閾値Ｍ１と比較して、Ｍ＞Ｍ１か否かを判断し（ステップＳ８３）、像ブレＭが閾値Ｍ１より大きい場合にステップＳ７７に進み、像ブレＭが閾値Ｍ１以下の場合にステップＳ７９に進むこととしている。
　このようにすることで、像ブレＭが大きいときには露光時間ｔを短くすることを優先し、像ブレＭが小さいときには露光時間ｔを長くすることを優先し、ビニング加算画素数Ｂを減らして解像度の高い蛍光観察を行うことができるという利点がある。これにより、より状況に適した感度調節を行うことができる。
　また、像ブレ算出部２９に代えて、図８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Ｇ１の輝度Ｉを算出する輝度算出部２８を設け、感度設定部２５が、算出された参照画像Ｇ１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を設定することにしてもよい。
　この場合には、感度設定部２５は、図１２に示されるように、ＳＮ比ＳＮＲが予め設定された第１の閾値より小さいか否かを判断する（ステップＳ７１）。そして、第１の閾値より小さい場合には、輝度算出部２８から送られてきた輝度Ｉを所定の閾値Ｉ１と比較して、Ｉ＞Ｉ１か否かを判断し（ステップＳ８４）、輝度Ｉが閾値Ｉ１より大きい場合にステップＳ７２に進み、輝度Ｉが閾値Ｉ１以下の場合にステップＳ７４に進むこととしている。
　また、ＳＮ比ＳＮＲが予め設定された第１の閾値以上の場合には、ＳＮ比ＳＮＲが予め設定された第２の閾値より大きいかを判断する（ステップＳ７６）。そして、第２の閾値より大きい場合には、輝度算出部２８から送られてきた輝度Ｉを所定の閾値Ｉ１と比較して、Ｉ＞Ｉ１か否かを判断し（ステップＳ８５）、輝度Ｉが閾値Ｉ１より大きい場合にステップＳ７７に進み、輝度Ｉが閾値Ｉ１以下の場合にステップＳ７９に進むこととしている。
　輝度Ｉが高いとき、つまり、観察距離が比較的小さくなるときには、観察部位が比較的大きく画像上に表示されるので、解像度を若干低下させても十分に観察部位を視認することができる。したがって、この場合にはビニング加算画素数Ｂを多めに設定し、逆に露光時間ｔは短くてもよいので像ブレを抑えることができるという利点がある。
　逆に、輝度Ｉが低いときには、観察距離が比較的小さくなるので、観察部位が比較的小さく画面上に表示される。このような場合には解像度は高く維持する必要があるので、ビニング加算画素数Ｂを少なめに設定している。
　このように構成することで、より適切な感度調節を行うことができる。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。
　次に、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。
　本実施形態に係る蛍光観察装置３０は、図１３に示されるように、感度調節部２２が、参照画像生成部２０により生成された参照画像Ｇ１に基づいて、挿入部２の動きの速さを計測する動き計測部３１と、蛍光画像生成部２１により生成された蛍光画像Ｇ２に基づいて、時間軸方向の平均値と揺らぎとからＳＮ比ＳＮＲを算出するＳＮ比算出部３２と、空間的な平均値と揺らぎとからＳＮ比ＳＮＲを算出するＳＮ比算出部３３とを備えている。
　そして、感度設定部２５は、動き計測部３１により計測された動きの速さＮに応じて、どちらのＳＮ比算出部３２，３３によって出力されたＳＮ比ＳＮＲを使用するかを選択するようになっている。具体的には動きの速さＮが所定の閾値Ｎ１より大きい場合には、ＳＮ比算出部３３から出力される空間的な平均値と揺らぎから算出したＳＮ比ＳＮＲを用い、閾値Ｎ１以下の場合には、ＳＮ比算出部３２から出力される時間軸方向の平均値と揺らぎとから算出したＳＮ比ＳＮＲを用いるようになっている。
　挿入部２の動きが早いときには、複数枚の蛍光画像Ｇ２を必要とする時間軸方向の揺らぎを用いたＳＮ比ＳＮＲより、単一の蛍光画像Ｇ２により算出できる空間的な平均値と揺らぎを用いたＳＮ比ＳＮＲの方が正確に算出できるため、より好ましい。動きが遅いときには、ほぼ同じ場所を見ているので、撮像素子１８ごとの個体差によるばらつきの影響を受けにくい時間軸方向の平均値と揺らぎを用いたＳＮ比ＳＮＲの方が、正確に算出できるため、より好ましい。
　また、本実施形態においては、図１４に示される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３４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３４内の識別情報を読み取るＩＣリーダ３５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の識別情報毎に適切な閾値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３４内の識別情報が、ＩＣリーダ３５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閾値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。
　また、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。
Ａ　観察対象（被写体）
Ｂ　ビニング加算画素数
Ｇ１　参照画像
Ｇ２　蛍光画像
ＲＯＩ　関心領域
ＳＮＲ　ＳＮ比
ｔ　露光時間
１，３０　蛍光観察装置
２　挿入部（着脱部品）
３　励起光源、照明光源
１８　撮像素子（蛍光画像取得部）
２０　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　ＳＮ比算出部（画質評価部）
２５　感度設定部（閾値設定部）
２６　閾値入力部（閾値設定部）
２７　コントラスト算出部
２９　像ブレ算出部（ブレ量算出部）
３１　動き計測部（動き量算出部）
３５　ＩＣリーダ（識別情報読取部）

Claims (10)

  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から揺らぎを算出し、算出された揺らぎと前記輝度情報とから蛍光画像におけるＳＮ比を算出する画質評価部と、
    　該画質評価部により算出された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. 　前記画質評価部が、前記蛍光画像取得部により異なる時刻に取得された複数の蛍光画像内における所定の関心領域内において、該関心領域に含まれる各画素の階調値の時間軸方向の平均値と揺らぎとを算出し、算出された平均値を揺らぎによって除算した値の前記関心領域における平均値をＳＮ比として算出する請求項１に記載の蛍光観察装置。
  3. 　前記画質評価部が、前記蛍光画像取得部により取得された蛍光画像内における複数の関心領域内において、各関心領域に含まれる各画素の階調値の空間的な平均値と揺らぎとを算出し、算出された平均値を揺らぎによって除算した値の前記関心領域間の平均値をＳＮ比として算出する請求項１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る請求項１から請求項３のいずれかに記載の蛍光観察装置。
  5. 　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に記載の蛍光観察装置。
  6. 　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に記載の蛍光観察装置。
  7. 　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、
    　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ブレ量を算出するブレ量算出部とを備え、
    　前記感度調節部が、前記ブレ量算出部により算出されたブレ量に基づいて、ビニング加算画素数および／または露光時間を調節する請求項１から請求項３のいずれかに記載の蛍光観察装置。
  8. 　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、
    　前記感度調節部が、前記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、ビニング加算画素数および／または露光時間を調節する請求項１から請求項３のいずれか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、
    　該参照画像取得部により取得された複数の参照画像の輝度情報から動き量を算出する動き量算出部とを備え、
    　前記感度調節部が、前記動き量算出部により算出された動き量に基づいて、ビニング加算画素数および／または露光時間を調節する請求項１から請求項３のいずれかに記載の蛍光観察装置。
  10. 　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、
    　前記閾値設定部が、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閾値を設定する請求項４に記載の蛍光観察装置。
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