WO2012176561A1 - 医療機器 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a medical device suitable for fluorescence observation.
- a method of discriminating the presence or absence of cancer based on the fluorescence emitted from the target site after a fluorescent probe (fluorescent drug) targeting a biological protein specifically expressed in cancer cells is dispersed or injected into the target site. is there. This technique is useful for early detection of cancer in the gastrointestinal tract field.
- Diagnosis using this technology is possible in an endoscopic device. That is, the presence of cancer and malignancy can be diagnosed by irradiating a subject with excitation light from a light source device via an endoscope insertion unit and capturing fluorescence from a fluorescent agent accumulated in the cancer in an imaging unit provided in the insertion unit.
- a qualitative diagnosis such as
- the endoscope insertion part is inserted into the large intestine, and the large intestine mucosa is observed while moving the insertion part, and the fluorescent region that is the fluorescent drug accumulation region (marker accumulation region) is found. It is supposed to be.
- the marker accumulation region since the marker accumulation region is very small, the marker accumulation region may only enter the field of view of the imaging unit for a moment when the moving speed of the endoscope insertion unit is fast or when the movement of the subject is intense. is there. For this reason, the risk of missing the marker accumulation region increases.
- Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-313170 discloses an endoscope system capable of adjusting the frame rate.
- An object of the present invention is to provide a medical device that can adjust the frame rate while maintaining the brightness of a captured image, and can reduce oversight of a site to be observed during special light observation.
- a medical device includes an illumination unit that irradiates a subject with special light, an imaging unit that captures return light generated based on the irradiation of the special light, and a frame that sets a frame rate in the imaging unit A rate setting unit; and a charge readout control unit that controls selection of a pixel to be read out in the imaging unit and a readout period based on a set value of the frame rate setting unit.
- the typical circuit diagram which shows the structure of a CMOS sensor. 3 is a timing chart for explaining the operation of the first exemplary embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a block diagram showing a medical device according to the first embodiment of the present invention. First, the method of this embodiment for changing the frame rate will be described with reference to FIGS.
- FIG. 2 is an explanatory view showing the state of fluorescence observation.
- the endoscope insertion portion 63 is inserted into the lumen of the large intestine mucosa 61 or the like.
- the endoscope insertion unit 63 is provided with an imaging unit (not shown). In FIG. 2, the observation range of the imaging unit is indicated by a broken line. Fluorescence observation of the colonic mucosa 61 in the lumen is performed while moving the endoscope insertion portion 63 in the direction of the arrow in FIG. Note that a marker accumulation region 62 in which a fluorescent agent is accumulated exists in a part of the large intestine mucosa 61.
- FIG. 3 is an explanatory view showing each frame of the moving image 71 obtained by the fluorescence observation of FIG.
- the imaging unit provided in the endoscope insertion unit 63 images the inside of the lumen and outputs a moving image.
- the large intestine mucosa 61 is imaged and image portions 72 and 73 corresponding to the marker accumulation region 62 are imaged.
- the moving speed of the endoscope insertion unit 63 is fast, the period in which the marker accumulation region 62 is captured in each frame of the moving image 71 is relatively short (the number of frames is small). For this reason, there is a drawback that the observer easily misses the images 72 and 73 in the marker accumulation region 62.
- the same problem occurs when the subject (mucosa) moves vigorously due to pulsation or the like. Further, the same problem occurs not only in fluorescence observation but also in special light observation such as narrow band observation.
- the relative speed between the imaging unit and the subject is increased by switching the frame rate of the imaging unit according to the relative speed between the imaging unit provided in the endoscope insertion unit or the like and the subject.
- the frame rate by increasing the frame rate, the followability of the moving image is improved and the risk of overlooking is reduced.
- the present embodiment by controlling the irradiation timing of excitation light and reference light for performing fluorescence observation and readout from the imaging unit, without reducing the exposure time for fluorescence detection, The frame rate is improved. Thereby, even when the frame rate is increased, the captured image is prevented from becoming dark and the visibility of the fluorescent region is improved.
- FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the relationship between readout of image signals from the imaging unit and irradiation timing of illumination light
- FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining pixels read out from the imaging unit.
- 4A and 5A show control when the relative speed between the imaging unit and the subject is relatively slow
- FIGS. 4B and 5B show the relative speed between the imaging unit and the subject. Shows the control when is relatively fast.
- FIG. 5 shows only 6 ⁇ 6 pixels in the vertical and horizontal directions of a part of the pixel area by a rectangular frame.
- CMOS sensor is used as an image sensor for capturing a fluorescent image from a subject. Then, thinning readout is performed from the CMOS sensor according to the frame rate.
- FIG. 6 is a schematic circuit diagram showing the configuration of the CMOS sensor.
- the CMOS sensor pixels are arranged in a matrix, and each pixel includes a photodiode PD, an amplification unit A, and a switch S.
- the photodiode PD generates an electric charge according to the received light.
- the voltage change due to the charge generated in the photodiode PD is amplified by the amplification unit A and then output to the column line CA via the switch S.
- All the switches S in one column are connected to a common column line CA, and the switches S on the same line are simultaneously turned on, so that signals from all the pixels on the same line are transmitted to the respective CDS circuits 80 via the column lines CA. To be supplied.
- the switch S is selectively turned on line by line by a vertical scanning circuit (not shown), signals of all pixels are output via the column line CA.
- Each CDS circuit 80 removes reset noise from the signal input via each column line CA, and then outputs it to each ADC 81.
- Each ADC 81 converts the input signal into a digital signal and then outputs it.
- the output of each ADC 81 is sequentially output by a horizontal scanning circuit (not shown).
- each horizontal line represents a time axis, and processing in each readout line of the imaging unit.
- One horizontal line corresponds to one readout line, and a thick line portion on each horizontal line indicates a readout period of pixels of one line of the image sensor.
- the number of horizontal lines is different from the actual number of lines of the image sensor for simplification of the drawing.
- FIG. 4A shows that pixels of all lines of the image sensor are read from the image sensor. As shown in FIG. 4A, when reading of one line indicated by a bold line is completed, reading of the next line is performed.
- the readout period shown in FIG. 4A is a period required for readout of all lines, that is, readout of one screen. After the read period ends and a predetermined blanking period elapses, the next screen is read line by line as shown by the bold line in FIG.
- a period between the thick lines in FIG. 4 is an exposure possible period in which exposure is performed in the pixels of each line. As shown in FIG. 4, the exposure possible period occurs at different timings for each line.
- the imaging unit since the imaging unit is inserted into the body cavity, the return light of the illumination light is incident on the imaging unit and charges are accumulated in the pixels only during a period in which the subject is irradiated with the illumination light. Therefore, the period during which the illumination light is irradiated in the exposure possible period is the actual exposure period.
- the subject may be irradiated with not only excitation light for generating fluorescence but also reference light for acquiring the shape of the insertion site.
- excitation light and reference light By irradiating excitation light and reference light in a time-sharing manner and combining the fluorescence image obtained by irradiating the excitation light and the reference light image obtained by irradiating the reference light, the shape of the insertion site and the marker accumulation region Can be generated at the same time.
- a composite observation image can be obtained by switching the excitation light and the reference light every frame period.
- the line before the readout is the exposure possible period of the previous frame
- the line after the readout is the exposure possible period of the subsequent frame. is there. Therefore, when the excitation light or the reference light is irradiated during reading, the exposure is performed across the previous and subsequent frames. Therefore, the excitation light and the reference light cannot be mixed to obtain a fluorescence image and a reference light image.
- the excitation light irradiation period and the reference light irradiation period are set to a blanking period between the readout period and the readout period.
- a method of shortening the blanking period can be considered in consideration of the limitation of high-speed reading.
- the exposure period is also shortened, and the image from the image sensor becomes dark.
- the fluorescence corresponding to the excitation light is relatively dark, and the visibility of the marker accumulation region may be significantly deteriorated by shortening the exposure period.
- FIGS. 5A and 5B show pixels that are not read out by hatching.
- FIG. 5A corresponds to FIG. 4A and indicates that all pixels are read out.
- FIG. 5B pixels are read out for each column and for each line. Accordingly, the number of pixels read out in one line is 1 ⁇ 2 of all pixel readout, and the time required for reading out one line is about 1 ⁇ 2 of the time required to read out all pixels in one line.
- pixels with a line number that is 1/2 of the number of lines on one screen are read out, one screen can be read out in about half the time for reading out all the lines on one screen. .
- FIG. 4B shows an example of such thinning readout, and the readout period for one screen is about 1 ⁇ 4 of the readout period for one screen in FIG.
- the illumination periods of the excitation light and the reference light are the same as those in FIG. Even in this case, the frame rate can be increased because the readout period of one screen is shortened.
- the frame rate can be increased without shortening the exposure period.
- FIGS. 4 and 5 shows an example in which pixels are thinned out by 1/2 in the horizontal and vertical directions, the thinning interval and the like can be set as appropriate.
- an endoscope 2 includes an illumination optical system 21 that emits light supplied from a light source device 3 and transmitted by a light guide 7 to a subject, a white light observation imaging unit 22, and a fluorescence observation imaging unit. 23, a mode switch 24 capable of performing an operation related to switching of the observation mode of the endoscope apparatus 1, and a frame rate selection switch 53 for switching the frame rate. Yes.
- the white light observation imaging unit 22 includes an objective optical system 22a that forms an image of a subject, and a CMOS sensor 22b in which an imaging surface including a primary color filter is arranged in accordance with the imaging position of the objective optical system 22a. It is configured.
- the driving of the CMOS sensor 22b is controlled by the image sensor driver 48 in the processor 4, and photoelectric conversion is performed on the return light from the subject imaged on the imaging surface to generate an imaging signal and to the processor 4. Output.
- the fluorescence observation imaging unit 23 includes an objective optical system 23a that forms an image of a subject, a monochrome CMOS sensor 23b whose imaging surface is arranged in accordance with the imaging position of the objective optical system 23a, and a front stage of the CMOS sensor 23b. And the excitation light cut filter 23c disposed in the.
- the CMOS sensor 23b is controlled in driving by the image sensor driver 48 of the processor 4 and performs photoelectric conversion on the return light from the subject imaged on the imaging surface, thereby generating an imaging signal to the processor 4. Output.
- the CMOS sensor 23b has a pixel selective reading function, and is configured to be able to control which pixel in the screen is read out by the image sensor driver 48.
- the excitation light cut filter 23c blocks the wavelength band of the excitation light emitted from the excitation light LED 31b described later, and the wavelength band of the fluorescence emitted from the fluorescent substance such as a fluorescent agent excited by the excitation light, and the reference described later. Optical wavelengths are formed so as to transmit the wavelength band of the reference light emitted from the light LED 31c.
- the mode switch 24 outputs an operation signal corresponding to the operation of the surgeon to the mode switching circuit 41.
- the surgeon can specify the white light observation mode and the fluorescence observation mode with the mode switch.
- the endoscope 2 is provided with a frame rate selection switch 53 in the operation unit, for example.
- the frame rate selection switch 53 outputs a frame rate selection signal for selecting a frame rate according to the operation of the surgeon.
- the light source device 3 includes an LED light source unit 31, an LED driver 32, and a condensing optical system 33 that condenses the light emitted from the LED light source unit 31 and supplies it to the light guide 7.
- the LED light source unit 31 includes a white light LED 31a, an excitation light LED 31b, a reference light LED 31c, a half mirror 31d, a half mirror 31e, and a mirror 31f.
- the white light LED 31a is configured to emit white light (for example, visible light of 400 to 690 nm) including each wavelength band of R (red), G (green), and B (blue).
- the excitation light LED 31b is configured to emit excitation light (for example, near-infrared light of 700 nm) in a wavelength band capable of exciting a fluorescent substance such as a fluorescent agent.
- the reference light LED 31c refers to a wavelength band that does not overlap with the wavelength band of the excitation light emitted from the excitation light LED 31b and does not overlap with the wavelength band of the fluorescence emitted from the fluorescent substance such as a fluorescent agent excited by the excitation light.
- Light for example, near-infrared light of 800 nm
- the half mirror 31d is disposed on the optical path between the white light LED 31a and the condensing optical system 33, and transmits the white light emitted from the white light LED 31a to the condensing optical system 33 side, and also the half mirror 31e.
- the optical characteristics are such that the excitation light and the reference light emitted through the light are reflected to the condensing optical system 33 side.
- the half mirror 31e is disposed on the optical path between the half mirror 31d and the mirror 31f, reflects the excitation light emitted from the excitation light LED 31b to the half mirror 31d side, and is emitted through the mirror 31f.
- the optical characteristic is such that light is transmitted to the half mirror 31d side.
- the mirror 31f has an optical characteristic that reflects the reference light emitted from the reference light LED 31c toward the half mirror 31e.
- the LED driver 32 is configured to be able to supply a drive current for driving each LED provided in the LED light source unit 31. Therefore, for example, as the magnitude of the drive current supplied from the LED driver 32 to the LED light source unit 31 changes, the intensity of light (white light, excitation light, and reference light) emitted from the LED light source unit 31 changes. .
- the driving current during the illumination period may be supplied in a pulse waveform, and the light intensity may be changed by adjusting the pulse width.
- the LED driver 32 operates so as to emit or extinguish each LED provided in the LED light source unit 31 according to the control of the processor 4. That is, the LED driver 32 controls the LED light source unit 31 according to the observation mode.
- the observation mode can be set by the mode change switch 24.
- the mode switching circuit 41 generates a mode switching control signal for causing each part of the endoscope apparatus 1 to perform an operation according to the observation mode selected by operating the mode switching switch 24, and the dimming control circuit 42,
- the data is output to the LED drive 32 and the image sensor driver 48.
- the dimming control circuit 42 sets a brightness target value or the like corresponding to the observation mode in the dimming circuit 50.
- the dimming circuit 50 is set with a target value of brightness corresponding to the observation mode from the dimming control circuit 42, and adjusts the brightness of the imaging signal based on the set target value and the level of the imaging signal.
- the dimming signal is generated and output to the LED driver 32.
- the LED driver 32 When the LED driver 32 detects that the endoscope apparatus 1 has been switched to the white light observation mode based on the mode switching control signal output from the mode switching circuit 41 of the processor 4, the LED driver 32 causes the white light LED 31a to emit light, It operates to quench the excitation light LED 31b and the reference light LED 31c. In addition, when the LED driver 32 detects that the endoscope apparatus 1 has been switched to the fluorescence observation mode based on the mode switching control signal output from the mode switching circuit 41, the LED driver 32 extinguishes the white light LED 31a and uses excitation light. The LED 31b and the reference light LED 31c operate so as to emit light alternately.
- the processor 4 includes a color balance adjustment circuit 43 that performs color balance adjustment processing, a multiplexer 44 that performs operations related to signal distribution, synchronization memories 45a, 45b, and 45c, an image processing circuit 46 that performs predetermined image processing, DACs 47a, 47b, and 47c that perform D / A conversion processing.
- Both the imaging signal output from the CMOS sensor 22b in the white light observation mode and the digital imaging signal output from the CMOS sensor 23b in the fluorescence observation mode are input to the processor 4.
- the color balance adjustment circuit 43 Based on the timing signal from the timing generator 51, the color balance adjustment circuit 43 performs color balance adjustment processing on the digital imaging signal and outputs the result to the selector 44.
- the signals of the first to third color channels output from the image processing circuit 46 are converted into analog signals by the DACs 47a, 47b and 47c, and then output to the monitor 5. As a result, an observation image corresponding to each observation mode is displayed on the monitor 5.
- the outputs of the DACs 47a, 47b, 47c are also given to the encoding circuit 49.
- the encoding circuit 49 encodes the input signal and outputs it to the filing device 52.
- the filing device 52 filings the input encoded data.
- the image sensor driver 48 is supplied with a timing signal from the timing generator 51 and drives the CMOS sensor 22b and the CMOS sensor 23b. For example, when the imaging device driver 48 detects that the endoscope apparatus 1 has been switched to the white light observation mode based on the mode switching control signal of the mode switching circuit 41, the imaging sensor driver 48 drives the CMOS sensor 22b and also the CMOS sensor 23b. Stop driving. Further, when detecting that the endoscope apparatus 1 has been switched to the fluorescence observation mode based on the mode switching control signal, the image sensor driver 48 drives the CMOS sensor 23b and stops driving the CMOS sensor 22b.
- the LED driver 32, the timing generator 51, and the image sensor driver 48 are controlled by a frame rate selection signal from the frame rate selection switch 53.
- the normal frame rate mode and the high frame rate mode can be designated by the frame rate selection signal.
- the normal frame rate mode for example, readout and illumination control shown in FIG.
- the timing generator 51 when the high frame rate mode is designated, for example, readout and illumination control shown in FIG. 4B are performed. That is, in this case, the timing generator 51 generates a timing signal corresponding to the number of horizontal and vertical pixels of the CMOS sensor 23b, and drives the horizontal scanning circuit and the vertical scanning circuit at high speed based on the timing signal.
- Various timing signals are generated, for example, a horizontal synchronizing signal, a vertical synchronizing signal, and a blanking signal.
- the image sensor driver 48 drives the COMS sensor 23b using various timing signals from the timing generator 51, and performs thinning readout from the CMOS sensor 23b.
- the image sensor driver 48 performs thinning readout for each column from the CMOS sensor 23b and thinning readout for each line. That is, in this case, the horizontal period is about 1 ⁇ 2 and the vertical period is also about 1 ⁇ 2 compared to the case of all pixel readout. Therefore, the readout period for one screen in this case is about 1/4 of the readout time for all pixels.
- the image sensor driver 48 resets the pixels of the readout line when the readout readout is thinned out. Note that the image sensor driver 48 may reset the pixels for the thinned lines. When the pixel reading of the readout line of the COMS sensor 23b is completed, the image sensor driver 48 reads the next screen after the blanking period based on the blanking signal.
- the timing generator 51 sets a sufficient blanking period in both the normal frame rate mode and the high frame rate mode. For example, the timing generator 51 sets the same blanking period in the normal frame rate mode and the high frame rate mode. Thereby, even in the fluorescence observation mode, the LED driver 32 emits excitation light and reference light alternately in a blanking period of a sufficient period. Thus, when the high frame rate is instructed in the fluorescence observation mode, the LED driver 32 alternately emits the excitation light and the reference light at the timing shown in FIG. 4B, for example.
- FIGS. 7 (a1) to (f1) show control in the normal frame rate mode
- FIGS. 7 (a2) to (f2) show control in the high frame rate mode
- 7 (a1) and (a2) show read start signals
- FIGS. 7 (b1) and (b2) correspond to FIGS. 4 (a) and 4 (b).
- FIGS. 7 (c1) and (c2) Indicates the captured image output
- FIGS. 7 (d1) and (d2) indicate the blanking signal
- FIGS. 7 (e1) and (e2) indicate the excitation light irradiation timing
- FIGS. 7 (f1) and (f2). Indicates the reference light irradiation timing.
- the surgeon operates the mode switch 24 to designate the white light observation mode and the fluorescence observation mode.
- the mode switching circuit 41 generates a mode switching control signal based on the operation of the mode switching switch 24, and outputs the generated mode switching control signal to the dimming control circuit 42, the LED driver 32, and the image sensor driver 48.
- the LED driver 32 causes the white light LED 31a to emit light and quenches the excitation light LED 31b and the reference light LED 31c based on the mode switching control signal.
- the image sensor driver 48 drives the CMOS sensor 22b and stops driving the CMOS sensor 23b based on the mode switching control signal.
- the white light supplied from the light source device 3 is emitted to the subject through the light guide 7 and the illumination optical system 21, and the return light (reflected light) of the white light is imaged on the imaging surface of the CMOS sensor 22b.
- the imaging signal obtained by imaging the return light (reflected light) of white light is output from the CMOS sensor 22b.
- the imaging signal output from the CMOS sensor 22b is input to the dimming circuit 50.
- the dimming circuit 50 Based on the mode switching control signal, the dimming circuit 50 generates a dimming signal for adjusting the brightness of the imaging signal to the target brightness value in the white light observation mode, and outputs the dimming signal to the LED driver 32.
- the LED driver 32 changes the drive current supplied to the white light LED 31a based on the dimming signal, thereby matching the brightness of the imaging signal with the target value.
- the imaging signal output from the CMOS sensor 22b passes through each part of the color balance adjustment circuit 43, the selector 44, the synchronization memories 45a to 45c, the image processing circuit 46, and the DACs 47a to 47c, and then as a video signal. It is output to the monitor 5.
- an observation image (color image) corresponding to the white light observation mode is displayed on the monitor 5.
- the operator shall perform fluorescence observation of the subject.
- the operator Prior to observing a desired observation site inside the subject, the operator administers a fluorescent agent that accumulates in a diseased tissue at the desired observation site to the subject.
- the surgeon performs the insertion operation of the endoscope 2 while viewing the observation image displayed on the monitor 5, thereby placing the distal end portion of the endoscope 2 in the vicinity of a desired observation site in the subject. .
- the surgeon operates the mode switch 24 to select the fluorescence observation mode.
- the mode switching circuit 41 When the mode switching circuit 41 detects that the fluorescence observation mode is selected by operating the mode switching switch 24, the mode switching circuit 41 generates a mode switching control signal corresponding to the fluorescence observation mode to control the light control circuit 42, the LED driver 32, and the imaging. Output to the element driver 48.
- the LED driver 32 extinguishes the white light LED 31a and emits the excitation light LED 31b based on the mode switching control signal, or alternately emits the excitation light LED 31b and the reference light LED 31c.
- the LED driver 32 controls a period for emitting and quenching the excitation light LED 31b and a period for emitting and quenching the reference light LED 31c based on the timing signal from the timing generator 51.
- the image sensor driver 48 drives the CMOS sensor 23b and stops driving the CMOS sensor 22b based on the mode switching control signal.
- step S5 the normal frame rate mode is set. That is, generation of various timing signals necessary for the normal frame rate, setting of all pixel readout, and setting of the normal blanking period are performed.
- the timing generator 51 generates a blanking signal shown in FIG. This blanking signal is set in a period between readout periods of each screen in the CMOS sensor 23b.
- the blanking signal is supplied to the LED driver 32, and the LED driver 32 performs excitation light or reference light after a predetermined delay time from the start of the blanking period indicated by the blanking signal to the end of the blanking period. Is emitted from the LED light source unit 31 (shaded portions in FIGS. 7 (e1) and (f1) and FIG. 7 (b1)). Return light from the subject based on irradiation of these excitation light and reference light is formed as an optical image on the CMOS sensor 23b, and electric charges are accumulated in each pixel of the CMOS sensor 23b. Thus, a captured image based on the excitation light or the reference light is obtained in the blanking period of the exposure possible period of the CMOS sensor 23b.
- the image sensor driver 48 generates a read start signal (FIG. 7 (a1)) for instructing the read start timing of the COMS sensor 23b by various timing signals from the timing generator 51, and transmits the read start signal to the CMOS sensor 23b.
- the CMOS sensor 23b starts reading in synchronization with the rising timing of the reading start signal.
- the image sensor driver 48 instructs the CMOS sensor 23b to read all pixels.
- a signal based on the charge accumulated during the exposure period based on the illumination of the excitation light or the reference light is sequentially read out for each line from the CMOS sensor 23b in the high level period of FIG. 7 (c1).
- the fluorescence image and the reference light image read out from the CMOS sensor 23 b are supplied to the processor 4 for processing, and a combined observation image is displayed on the monitor 5.
- the timing generator 51, the image sensor driver 48, and the LED driver 32 shift the process from step S1 to step S6 based on the frame rate selection signal, and set the high-speed frame rate mode in steps S6 to S9. Do.
- the timing generator 51 generates a high-frequency timing signal corresponding to the high frame rate mode based on the frame rate selection signal. Further, the image sensor driver 48 performs thinning-out reading from the CMOS sensor 23b based on the frame rate selection signal.
- the timing generator 51 outputs a blanking signal shown in FIG. 7 (d2) in the high frame rate mode.
- the blanking signal in the high frame rate mode has a shorter period than that in the normal frame rate mode, but the blanking period does not change.
- the LED driver 32 emits excitation light or reference light from the LED light source unit 31 after a predetermined delay time from the start of the blanking period indicated by the blanking signal to the end of the blanking period (FIG. 7). (E2), (f2), hatched portion in FIG. 7 (b2)).
- Return light from the subject based on irradiation of these excitation light and reference light is formed as an optical image on the CMOS sensor 23b, and electric charges are accumulated in each pixel of the CMOS sensor 23b.
- a captured image based on the excitation light or the reference light is obtained in the blanking period of the exposure possible period of the CMOS sensor 23b.
- the image sensor driver 48 generates a read start signal (FIG. 7 (a2)) for instructing the read start timing of the COMS sensor 23b based on various timing signals from the timing generator 51, and sends it to the CMOS sensor 23b. Send.
- the CMOS sensor 23b starts reading in synchronization with the rising timing of the reading start signal.
- the image sensor driver 48 instructs the CMOS sensor 23b to perform thinning readout.
- the image sensor driver 48 instructs the CMOS sensor 23b to read every other line every other column.
- the CMOS sensor 23b outputs a signal based on the accumulated charge every other row and every other line during the high level period of FIG. 7 (c2).
- the fluorescence image and the reference light image read from the CMOS sensor 23 b are supplied to the processor 4 and output to the monitor 5.
- the readout period for one screen is 1 ⁇ 4 compared to the readout period for all pixel readout.
- reading is performed at a high frame rate shown in FIGS. 7 (a2) to (f2).
- the irradiation time of the excitation light and the reference light is the same as in the normal frame rate mode, and the captured image does not become dark.
- the rate is increased by shortening the readout period by thinning-out reading without shortening the blanking period, and a sufficient blanking period is ensured even in the high frame rate mode. And since the irradiation period of excitation light, reference light, etc. is lengthened, an image with sufficient brightness can be obtained.
- the operation at two frame rates, the normal frame rate mode and the high frame rate mode has been described.
- three or more frame rates are set and three types of frame rates are set by the operator's operation. It is obvious that the operation may be performed at a desired frame rate among the frame rates.
- the reading speed per frame is improved by thinning processing of reading pixels.
- binning readout may be performed in which signals of four pixels are added and read out as a signal of one pixel at the time of readout of the CMOS sensor. Since the amount of information of the image signal transmitted to the processor is reduced by the binning readout, the readout time per frame can be shortened without being limited by the transmission speed.
- FIG. 9 is a timing chart for explaining the second embodiment of the present invention.
- FIGS. 9 (a1) to (f1) and FIGS. 9 (a2) to (f2) correspond to FIGS. 7 (a2) to (f2), respectively.
- the hardware configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and this embodiment is different from the first embodiment only in the illumination control of the LED driver 32 and the readout control of the image sensor driver 48. is there.
- the LED driver 32 starts the next delay after a predetermined delay time after the end of the readout period for one screen.
- the excitation light or reference light is emitted from the LED light source 31 in a period before the end of the reading period of one screen. That is, the excitation light and the illumination light are irradiated to the subject during substantially the entire exposure possible period of each line of the CMOS sensor 23b.
- the image sensor driver 48 resets the pixels of each line after completing the reading of each line. After the reset, exposure is performed on the pixels of each line. Therefore, in the present embodiment, the image sensor driver 48 once discards the charges accumulated for each line by using the electronic shutter function after a predetermined delay time from the end of reading out one screen, and again for each line. Control is performed so that the exposure is sequentially started every time.
- the image sensor driver 48 is supplied with various timing signals from the timing generator, and transmits a read start signal (FIGS. 7B1 and 7B2) to the CMOS sensor 23b. To do.
- the CMOS sensor 23b starts reading in synchronization with the reading start signal, and sequentially outputs imaging data for each line.
- the LED driver 32 starts emission of excitation light or reference light after a predetermined delay time from the start of the blanking period based on the blanking signal, and continues emission until the next one-screen reading end time. .
- the imaging element driver 48 resets the imaging charge of the CMOS sensor 23b when the reading of each line is completed. Excitation light or reference light is irradiated after the reset of each line, and exposure is started in each pixel immediately after the reset. However, the image sensor driver 48 tentatively until the end of the readout period of one screen. The accumulated charge is temporarily discarded using an electronic shutter function, and control is performed so that exposure is sequentially started again for each line.
- the effective exposure period for each line is equivalent to the blanking period.
- the readout period of one screen is shortened and the frame rate is increased in contrast to the normal frame rate mode of FIGS. 9 (a1) to (f1). ing.
- the exposure period is the same in the normal frame rate mode and the high frame rate mode.
- the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
- the irradiation period of light from the LED light source 31 is the same as that in the white light observation mode, and illumination control is easy.
- FIG. 10 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
- the same components as those in FIG. 10 are identical to FIG. 10.
- This embodiment is different from the above embodiments in that a motion detection unit 91 is provided instead of the frame rate selection switch 53.
- the operator operates the frame rate selection switch 53 to select one of the plurality of frame rates.
- the movement of the imaging unit is detected, and any one of a plurality of frame rates is selected based on the detected movement.
- a white light observation imaging unit 22 and a motion detection unit 91 for detecting the movement of the fluorescence observation imaging unit 23 are disposed.
- the motion detection unit 91 is configured by an acceleration sensor, for example, and outputs a frame rate selection signal for selecting a frame rate according to the motion of the imaging units 22 and 23.
- the motion detection unit 91 outputs a frame rate selection signal for selecting a higher frame rate as the movement of the imaging units 22 and 23 increases.
- the motion detection unit 91 may detect the acceleration of the imaging units 22 and 23, obtain an average acceleration within a predetermined time, and determine a frame rate to be selected depending on which range the average acceleration is in. For example, if the average acceleration is within a predetermined threshold, the motion detection unit 91 outputs a frame rate selection signal for instructing the normal frame rate mode, and if the average acceleration exceeds a predetermined threshold, the high frame rate mode A frame rate selection signal for instructing may be output.
- the movement of the imaging units 22 and 23 is detected by the motion detection unit 91.
- the motion detection unit 91 outputs a frame rate selection signal for selecting a higher frame rate as the movement of the imaging units 22 and 23 increases.
- the frame rate selection signal from the motion detector 91 is given to the timing generator 51, the image sensor driver 48, and the LED 32. Subsequent operations are the same as those in the above embodiments, and the readout period based on the frame rate selection signal is set. On the other hand, the exposure periods of the excitation light and the reference light are set substantially constant regardless of the frame rate. .
- FIG. 11 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
- the same components as those of FIG. 11 are identical to FIG. 11;
- This embodiment is different from the third embodiment in that a motion detection circuit 95 is provided instead of the motion detection unit 91.
- a motion detection circuit 95 is provided in the processor 4.
- the motion detection circuit 95 is supplied with an image signal from the image processing circuit 46.
- the motion detection circuit 95 detects the relative motion between the imaging unit and the subject from the calculation result of frames before and after the image signal input in time series.
- the motion detection circuit 95 extracts a feature point such as an edge portion of the subject in the image, and estimates a relative speed between the imaging unit and the subject from the amount of movement of the feature point in the preceding and following frames.
- the motion detection circuit 95 determines in which range the relative movement amount is, and sets the frame rate according to the determined range. That is, the motion detection circuit 95 determines a higher frame rate as the relative movement amount increases.
- the motion detection circuit 95 outputs a frame rate selection signal indicating the determined frame rate to the timing generator 51, the image sensor driver 48, and the LED driver 32.
- the motion detection circuit 95 outputs a frame rate selection signal for instructing the normal frame rate mode if the relative movement amount of the feature point between the preceding and following frames is within a predetermined threshold value. When the movement amount exceeds a predetermined threshold, a frame rate selection signal for instructing the high frame rate mode may be output.
- the relative movement between the imaging unit and the subject is detected, and an effective frame rate can be set even when both the imaging unit and the subject are moving.
- the motion detection unit 91 or the motion detection circuit 95 detects the motion of the imaging unit or the like and automatically changes the frame rate according to the motion has been described.
- the motion detection result may be displayed on the monitor, and the frame rate may be changed according to the operation of the operator as in the first and second embodiments.
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Abstract
医療機器は、被検体に特殊光を照射する照明部と、前記特殊光の照射に基づき発生する戻り光を取り込む撮像部と、前記撮像部におけるフレームレートを設定するフレームレート設定部と、前記フレームレート設定部の設定値に基づき、前記撮像部において読み出す画素の選択と読み出し期間を制御する電荷読み出し制御部と、を備え、撮像画像の明るさを維持しながらフレームレートを調整可能にして、特殊光観察時において観察すべき部位の見逃しを低減させる。
Description
本発明は、蛍光観察に好適な医療機器に関する。
近年、分子標的薬剤を用いた癌診断技術が注目されている。癌細胞において特異的に発現する生体タンパク質をターゲットとした蛍光プローブ(蛍光薬剤)を生体の対象部位へ散布または注入した後、該対象部位において発せられる蛍光に基づいて癌の有無を判別する手法である。この手法は、消化管分野の癌の早期発見において有用である。
内視鏡装置において、この技術を利用した診断が可能である。即ち、光源装置からの励起光を内視鏡挿入部を介して被写体に照射し、挿入部に設けた撮像部において癌に集積した蛍光薬剤からの蛍光を捉えることで癌の存在診断や悪性度などの質的診断を行うのである。
ところで、例えば大腸粘膜の診断では、内視鏡挿入部を大腸内に挿入し、挿入部を移動させながら大腸粘膜を観察して、蛍光薬剤の集積領域(マーカ集積領域)である蛍光領域を発見するようになっている。
しかしながら、マーカ集積領域は微小であるので、内視鏡挿入部の移動速度が早い場合や、被写体の動きが激しい場合等においては、マーカ集積領域が一瞬しか撮像部の視野内に入らないことがある。このため、マーカ集積領域を見逃してしまうリスクが増大する。
そこで、被写体と内視鏡との相対速度が早い場面では、撮像部のフレームレートを高くして動画の追従性を向上させて、見逃しリスクを低減する方法が考えられる。例えば、日本国特開2007-313170号公報においては、フレームレートを調整可能な内視鏡システムが開示されている。
しかしながら、フレームレートを高くすると蛍光検出するための露光時間が短くなり、撮像画像が暗くなって、蛍光領域の視認性が低下するという問題があった。なお、蛍光観察時に限らず、狭帯域観察等の特殊光観察を行う場合にも同様の問題が生じる。
本発明は、撮像画像の明るさを維持しながらフレームレートを調整可能にして、特殊光観察時において観察すべき部位の見逃しを低減させることができる医療機器を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る医療機器は、被検体に特殊光を照射する照明部と、前記特殊光の照射に基づき発生する戻り光を取り込む撮像部と、前記撮像部におけるフレームレートを設定するフレームレート設定部と、前記フレームレート設定部の設定値に基づき、前記撮像部において読み出す画素の選択と読み出し期間を制御する電荷読み出し制御部と、を備える。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態に係る医療機器を示すブロック図である。
先ず、図2乃至図6を参照して、フレームレートを変更させる本実施の形態の手法について説明する。図2は蛍光観察の様子を示す説明図である。
図1は本発明の第1の実施の形態に係る医療機器を示すブロック図である。
先ず、図2乃至図6を参照して、フレームレートを変更させる本実施の形態の手法について説明する。図2は蛍光観察の様子を示す説明図である。
大腸粘膜61等の管腔内に内視鏡挿入部63が挿入される。内視鏡挿入部63には図示しない撮像部が設けられており、図2では撮像部の観察範囲を破線にて示してある。内視鏡挿入部63を図2の矢印の方向に移動させながら、管腔内の大腸粘膜61の蛍光観察を行う。なお、大腸粘膜61の一部には蛍光薬剤が集積したマーカ集積領域62が存在する。
図3は図2の蛍光観察によって得られる動画像71の各フレームを示す説明図である。
内視鏡挿入部63に設けられた撮像部は、管腔内を撮像して動画像を出力する。図3に示すように、動画像71の各フレームには、大腸粘膜61が撮像されると共に、マーカ集積領域62に対応した画像部分72,73が撮像されている。内視鏡挿入部63の移動速度が速い場合には、動画像71の各フレームのうちマーカ集積領域62が撮像されている期間が比較的短い(フレーム数が少ない)。このため、観察者がマーカ集積領域62の画像72,73を見逃しやすいという欠点がある。なお、拍動等により被写体(粘膜)の動きが激しい場合にも、同様の課題が生じる。また、蛍光観察時に限らず、狭帯域観察等の特殊光観察時にも同様の課題が生じる。
そこで、本実施の形態においては、内視鏡挿入部等に設けた撮像部と被写体との相対速度に応じて、撮像部のフレームレートを切換えることにより、撮像部と被写体との相対速度が早い場合には、フレームレートを高くすることで、動画の追従性を向上させて見逃しリスクを低減するようになっている。
この場合において、本実施の形態においては、蛍光観察を行うための励起光及び参照光の照射タイミング及び撮像部からの読み出しを制御することにより、蛍光検出するための露光時間を短縮することなく、フレームレートを向上させるようになっている。これにより、フレームレートを高くした場合でも、撮像画像が暗くなることを防止して蛍光領域の視認性を向上させる。
図4及び図5は本実施の形態におけるこの処理を説明するためのものである。図4は撮像部からの画像信号の読み出しと照明光の照射タイミングとの関係を説明するための説明図であり、図5は撮像部から読み出す画素を説明するための説明図である。図4(a)及び図5(a)は撮像部と被写体との相対速度が比較的遅い場合の制御を示し、図4(b)及び図5(b)は撮像部と被写体との相対速度が比較的早い場合の制御を示している。なお、図5は、四角の枠によって、画素領域の一部の領域の縦横6×6画素のみを示している。
本実施の形態においては、後述するように、被写体からの蛍光画像を撮像する撮像素子としてCMOSセンサを使用する。そして、CMOSセンサからフレームレートに応じて、間引き読み出しを行う。
図6はCMOSセンサの構成を示す模式的な回路図である。CMOSセンサは、マトリクス状に画素が配置されており、各画素はフォトダイオードPD、増幅部A及びスイッチSによって構成される。フォトダイオードPDは受光した光に応じて電荷を発生する。フォトダイオードPDに発生した電荷による電圧変化は増幅部Aによって増幅された後、スイッチSを介してカラム線CAに出力される。
1列の全てのスイッチSは共通のカラム線CAに接続され、同一ラインのスイッチSが同時にオンになることで、同一ラインの全ての画素から各カラム線CAを介して信号が各CDS回路80に供給される。図示しない垂直走査回路によってスイッチSがライン毎に選択的にオンとなることによって、全ての画素の信号がカラム線CAを介して出力される。
各CDS回路80は各カラム線CAを介して入力された信号からリセットノイズを除去した後、夫々各ADC81に出力する。各ADC81は入力された信号をデジタル信号に変換した後、出力する。各ADC81の出力は、図示しない水平走査回路によって順次出力される。
水平走査回路によって1ラインの画素の読み出しが終了すると、次の1ラインの画素の読み出しが行われる。なお、1ラインの画素の読み出しが終了する毎に、ライン毎に各画素がリセットされる。
図4(a),(b)において、各水平線は時間軸を示し、撮像部の各読み出しラインにおける処理を示している。1つの水平線は、1つの読み出しラインに対応しており、各水平線上の太線部分は、撮像素子の1ラインの画素の読み出し期間を示している。なお、図4(a),(b)では、図面の簡略化のために、水平線の数は撮像素子の実際のライン数とは異なる。
図4(a)は撮像素子から撮像素子の全ラインの画素を読み出すことを示している。図4(a)に示すように、太線にて示す1ラインの読み出しが終了すると、次のラインの読み出しが行われる。図4(a)に示す読み出し期間は、全ラインの読み出し、即ち、1画面の読み出しに要する期間である。この読み出し期間が終了して、所定のブランキング期間が経過した後、次の画面の読み出しが図4(a)の太線に示すようにライン毎に行われる。
上述したように、1ラインの読み出しが終了する毎に、読み出しが終わったラインの画素がリセットされる。図4の太線と太線との間の期間が、各ラインの画素において露光が行われる露光可能期間である。図4に示すように、露光可能期間はライン毎に異なるずれたタイミングで発生する。
内視鏡においては、撮像部は体腔内に挿入されることから、被写体に照明光を照射した期間にのみ、撮像部に照明光の戻り光が入射されて画素に電荷が蓄積される。従って、露光可能期間のうち照明光が照射された期間が実際の露光期間となる。
ところで、蛍光観察では、蛍光を発生させるための励起光だけでなく、挿入部位の形状を取得するための参照光を、被写体に照射することがある。励起光と参照光とを時分割に照射し、励起光を照射して得た蛍光画像と参照光を照射して得た参照光画像とを合成することで、挿入部位の形状及びマーカ集積領域を同時に観察可能な合成観察画像を生成することができる。例えば、励起光と参照光とを1フレーム期間毎に切換えることで、合成観察画像が得られる。
図4(a)の太線の読み出し期間において、読み出しが行われる前のラインについては、前のフレームの露光可能期間であり、読み出しが行われた後のラインについては後のフレームの露光可能期間である。従って、読み出し中に、励起光又は参照光を照射すると前後のフレームにまたがって露光されるため、励起光と参照光とが混ざって、蛍光画像及び参照光画像を得ることはできない。
この理由から、本実施の形態においては、図4(a)に示すように、励起光照射期間及び参照光照射期間は、読み出し期間と読み出し期間との間のブランキング期間に設定される。フレームレートを高くするためには、読み出しの高速化の制限を考慮すると、ブランキング期間を短縮する方法が考えられる。しかしながら、励起光及び参照光等の複数種類の照明光を画面単位で切換えて照射する場合にはブランキング期間に照明光を照射する必要があるので、ブランキング期間を短縮することによって照明期間、即ち、露光期間も短縮されてしまい、撮像素子からの画像が暗くなってしまう。特に、励起光に対応した蛍光は比較的暗く、露光期間の短縮によってマーカ集積領域の視認性が著しく劣化する虞がある。
そこで、本実施の形態においては、露光期間を短縮することなくフレームレートを高くするために、画素を間引いて読み出す。図5(a),(b)は斜線部によって読み出しを行わない画素を示している。図5(a)は図4(a)に対応しており、全ての画素を読み出すことを示している。これに対し、高フレームレートモードでは、図5(b)に示すように、間引いて画素を読み出す。例えば、図5(b)の例では、1列毎で且つ1ライン毎に画素を読み出す。従って、1ラインに読み出す画素数は全画素読み出しの1/2となり、1ラインの読み出しに要する時間は、1ラインの全ての画素を読み出す時間の約1/2となる。また、1画面のライン数の1/2のライン数の画素を読み出すことになるので、1画面の全ラインの読み出しを行う時間の約1/2の時間で1画面の読み出しを行うことができる。
図4(b)はこのような間引き読み出しの例を示しており、1画面の読み出し期間は、図4(a)の1画面の読み出し期間の約1/4となる。これに対し、本実施の形態においては、図4(b)に示すように、励起光及び参照光の照明期間は、図4(a)と同じである。この場合でも、1画面の読み出し期間が短縮されているので、フレームレートを高くすることができる。
図4(b)に示す読み出し制御及びこの読み出し制御に対応した照明タイミングの制御を行うことで、露光期間を短縮することなくフレームレートを高くすることができる。なお、図4及び図5の例は水平及び垂直方向に1/2ずつ画素を間引く例を示したが、間引く間隔等は適宜設定可能である。
(回路構成)
図1において、内視鏡2は、光源装置3から供給され、ライトガイド7により伝送された光を被写体へ出射する照明光学系21と、白色光観察用撮像部22と、蛍光観察用撮像部23と、内視鏡装置1の観察モードの切り替えに係る操作を行うことが可能なモード切替スイッチ24と、フレームレートの切換えを行うためのフレームレート選択スイッチ53と、を有して構成されている。
図1において、内視鏡2は、光源装置3から供給され、ライトガイド7により伝送された光を被写体へ出射する照明光学系21と、白色光観察用撮像部22と、蛍光観察用撮像部23と、内視鏡装置1の観察モードの切り替えに係る操作を行うことが可能なモード切替スイッチ24と、フレームレートの切換えを行うためのフレームレート選択スイッチ53と、を有して構成されている。
白色光観察用撮像部22は、被写体の像を結像する対物光学系22aと、原色フィルタを備えた撮像面が対物光学系22aの結像位置に合わせて配置されたCMOSセンサ22bと、を有して構成されている。
CMOSセンサ22bは、プロセッサ4内の撮像素子ドライバ48に駆動が制御され、撮像面に結像された被写体からの戻り光に対して光電変換を施すことにより、撮像信号を生成してプロセッサ4へ出力する。
蛍光観察用撮像部23は、被写体の像を結像する対物光学系23aと、撮像面が対物光学系23aの結像位置に合わせて配置されたモノクロのCMOSセンサ23bと、CMOSセンサ23bの前段に配置された励起光カットフィルタ23cと、を有して構成されている。
CMOSセンサ23bは、プロセッサ4の撮像素子ドライバ48に駆動が制御されて、撮像面に結像された被写体からの戻り光に対して光電変換を施すことにより、撮像信号を生成してプロセッサ4へ出力する。CMOSセンサ23bは、画素の選択読み出し機能を有しており、画面中のいずれの画素を読み出すかを撮像素子ドライバ48によって制御可能に構成されている。
励起光カットフィルタ23cは、後述の励起光LED31bから発せられる励起光の波長帯域を遮断すると共に、当該励起光により励起された蛍光薬剤等の蛍光物質から発せられる蛍光の波長帯域と、後述の参照光LED31cから発せられる参照光の波長帯域と、をそれぞれ透過させるような光学特性を具備して形成されている。
モード切替スイッチ24は、術者の操作に応じた操作信号をモード切替回路41に出力する。術者は、モード切替スイッチによって、白色光観察モード、蛍光観察モードを指定することができる。
本実施の形態においては、内視鏡2には、例えば操作部等にフレームレート選択スイッチ53が設けられている。フレームレート選択スイッチ53は、術者の操作に応じてフレームレートを選択するためのフレームレート選択信号を出力するようになっている。
なお、フレームレート選択スイッチ53を内視鏡2に設ける例を示しているが、プロセッサ4の図示しないフロントパネルやキーボード等に設けるようにしてもよい。
光源装置3は、LED光源部31と、LEDドライバ32と、LED光源部31において発せられた光を集光してライトガイド7へ供給する集光光学系33と、を有している。LED光源部31は、白色光LED31aと、励起光LED31bと、参照光LED31cと、ハーフミラー31dと、ハーフミラー31eと、ミラー31fと、を有して構成されている。白色光LED31aは、R(赤色)、G(緑色)及びB(青色)の各波長帯域を含む白色光(例えば、400-690nmの可視光)を発することができるように構成されている。
励起光LED31bは、蛍光薬剤等の蛍光物質を励起可能な波長帯域の励起光(例えば700nmの近赤外光)を発することができるように構成されている。参照光LED31cは、励起光LED31bから発せられる励起光の波長帯域に重複せず、かつ、当該励起光により励起された蛍光薬剤等の蛍光物質から発せられる蛍光の波長帯域に重複しない波長帯域の参照光(例えば、800nmの近赤外光)を発することができるように構成されている。
ハーフミラー31dは、白色光LED31aと集光光学系33との間の光路上に配置されており、白色光LED31aから発せられた白色光を集光光学系33側へ透過させると共に、ハーフミラー31eを経て出射された励起光及び参照光を集光光学系33側へ反射するような光学特性を具備して構成されている。
ハーフミラー31eは、ハーフミラー31dとミラー31fとの間の光路上に配置されており、励起光LED31bから発せられた励起光をハーフミラー31d側へ反射すると共に、ミラー31fを経て出射された参照光をハーフミラー31d側へ透過させるような光学特性を具備して構成されている。ミラー31fは、参照光LED31cから発せられた参照光をハーフミラー31e側へ反射するような光学特性を具備して構成されている。
LEDドライバ32は、LED光源部31に設けられた各LEDを駆動させるための駆動電流を供給することができるように構成されている。そのため、例えば、LEDドライバ32からLED光源部31へ供給される駆動電流の大きさが変化するに伴い、LED光源部31から発せられる光(白色光、励起光及び参照光)の強度が変化する。または、照明期間中の駆動電流をパルス波形で供給し、パルス幅の調整によって光の強度を変化させてもよい。
一方、LEDドライバ32は、プロセッサ4の制御に応じてLED光源部31に設けられた各LEDを発光または消光させるように動作する。即ち、LEDドライバ32は、観察モードに応じて、LED光源部31を制御する。観察モードは、モード切替スイッチ24によって設定可能である。
モード切替回路41は、モード切替スイッチ24の操作により選択された観察モードに応じた動作を内視鏡装置1の各部に行わせるためのモード切替制御信号を生成して、調光制御回路42、LEDドライブ32及び撮像素子ドライバ48に出力する。
調光制御回路42は、観察モードに応じた明るさの目標値等を調光回路50に設定するようになっている。調光回路50は、調光制御回路42から観察モードに応じた明るさの目標値が設定され、設定された目標値と、撮像信号のレベルとに基づき、撮像信号の明るさを調整するための調光信号を生成してLEDドライバ32に出力する。
LEDドライバ32には、タイミングジェネレータ51からのタイミング信号も与えられる。タイミングジェネレータ51は、プロセッサ4の各部の動作を適切に同期させるためのタイミング信号を生成して出力する。例えば、タイミングジェネレータ51は、内視鏡装置1が蛍光観察モードに切り替えられている場合において、励起光LED31bが発光(または消光)している期間と、参照光LED31cが発光(または消光)している期間と、に同期した動作をプロセッサ4の各部に行わせるためのタイミング信号を生成して出力する。
LEDドライバ32は、プロセッサ4のモード切替回路41から出力されるモード切替制御信号に基づき、内視鏡装置1が白色光観察モードに切り替えられたことを検出すると、白色光LED31aを発光させると共に、励起光LED31b及び参照光LED31cを消光させるように動作する。また、LEDドライバ32は、モード切替回路41から出力されるモード切替制御信号に基づき、内視鏡装置1が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出すると、白色光LED31aを消光させると共に、励起光LED31b及び参照光LED31cを交互に発光させるように動作する。
プロセッサ4は、カラーバランス調整処理を行うカラーバランス調整回路43と、信号の振り分けに関する動作を行うマルチプレクサ44と、同時化メモリ45a、45b及び45cと、所定の画像処理を行う画像処理回路46と、D/A変換処理を行うDAC47a、47b及び47cと、を有している。
白色光観察モードにおいてCMOSセンサ22bから出力される撮像信号、及び、蛍光観察モードにおいてCMOSセンサ23bから出力されるデジタルの撮像信号は、いずれもプロセッサ4に入力される。カラーバランス調整回路43は、タイミングジェネレータ51からのタイミング信号に基づき、デジタル撮像信号に対してカラーバランス調整処理を施してセレクタ44に出力する。
セレクタ44は、タイミングジェネレータ51からのタイミング信号に基づき、カラーバランス調整回路43から出力される撮像信号を、モードに応じて3チャンネルの信号に分離し、分離した各信号を同時化メモリ45a、45b及び45cへ振り分けつつ出力する。同時化メモリ45a、45b及び45cは、セレクタ44から出力される各信号を一時的に記憶することが可能な構成を有している。例えば、白色光観察モード時には、同時化メモリ45a,45,45cには、夫々撮像信号から分離された各色成分の信号が記憶される。また、蛍光観察モード時には、同時化メモリ45a,45,45cには、励起光露光によって得られる蛍光画像、参照光露光によって得られた参照画像に基づく信号が記憶される。
画像処理回路46は、タイミングジェネレータ51からのタイミング信号に基づき、同時化メモリ45a、45b及び45cに記憶された各チャンネルの信号を同時に読み込んだ後、当該読み込んだ各信号に対してガンマ補正等の画像処理を施す。そして、画像処理回路46は、ガンマ補正等の画像処理を施した各信号を、第1の色チャンネル(例えばR成分)、第2の色チャンネル(例えばG成分)及び第3の色チャンネル(例えばB成分)にそれぞれ割り当ててDAC47a、47b及び47cに出力する。
画像処理回路46から出力された、第1乃至第3の色チャンネルの信号は、DAC47a、47b及び47cにおいてそれぞれアナログの信号に変換された後、モニタ5に出力される。これにより、モニタ5には、各観察モードに対応した観察画像が表示される。
なお、DAC47a,47b,47cの出力は符号化回路49にも与えられる。符号化回路49は、入力された信号を符号化処理してファイリング装置52に出力する。ファイリング装置52は入力された符号化データをファイリングする。
撮像素子ドライバ48は、タイミングジェネレータ51からタイミング信号が供給され、CMOSセンサ22b及びCMOSセンサ23bを駆動する。例えば、撮像素子ドライバ48は、モード切替回路41のモード切替制御信号に基づき、内視鏡装置1が白色光観察モードに切り替えられたことを検出すると、CMOSセンサ22bを駆動させると共に、CMOSセンサ23bの駆動を停止させる。また、撮像素子ドライバ48は、モード切替制御信号に基づき、内視鏡装置1が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出すると、CMOSセンサ23bを駆動させると共に、CMOSセンサ22bの駆動を停止させる。
本実施の形態においては、フレームレート選択スイッチ53からのフレームレート選択信号によって、LEDドライバ32、タイミングジェネレータ51及び撮像素子ドライバ48が制御されるようになっている。例えば、フレームレート選択信号によって通常フレームレートモードと高フレームレートモードとが指定可能であるものとする。通常フレームレートモードにおいては、例えば、図4(a)に示す読み出し及び照明制御が行われる。
即ち、この場合には、タイミングジェネレータ51は、CMOSセンサ23bの水平及び垂直画素数に対応したタイミング信号を生成し、このタイミング信号を元に、水平走査回路及び垂直走査回路を駆動する各種タイミング信号、例えば、水平同期信号、垂直同期信号、ブランキング信号を発生する。撮像素子ドライバ48は、タイミングジェネレータ51からの各種タイミング信号を用いて、COMSセンサ23bを駆動して、CMOSセンサ23bの全ラインをライン毎に読み出す。撮像素子ドライバ48は、各ラインの読み出しが終了すると、各ラインの画素をリセットした後露光可能状態とする。撮像素子ドライバ48は、COMSセンサ23bの全ラインの画素読み出しが終了すると、ブランキング信号に基づくブランキング期間の後、次の画面の読み出しを行う。
また、タイミングジェネレータ51は、ブランキング信号をLEDドライバ32にも出力する。LEDドライバ32は、モード切替制御信号及びフレームレート選択信号に基づいて照射を制御する。蛍光観察モード時には、LEDドライバ32は、ブランキング信号によって示されるブランキング期間内において、励起光と参照光とを交互に照射するようになっている。これにより、LEDドライバ32は、蛍光観察モード時において通常フレームレートモードが指示されている場合には、図4(a)に示すタイミングで励起光及び参照光を交互に照射させる。
一方、高フレームレートモードが指定されている場合には、例えば、図4(b)に示す読み出し及び照明制御が行われる。即ち、この場合には、タイミングジェネレータ51は、CMOSセンサ23bの水平及び垂直画素数に対応したタイミング信号を生成すると共に、このタイミング信号を元に、水平走査回路及び垂直走査回路を高速に駆動するための各種タイミング信号、例えば、水平同期信号、垂直同期信号、ブランキング信号を発生する。
撮像素子ドライバ48は、タイミングジェネレータ51からの各種タイミング信号を用いて、COMSセンサ23bを駆動して、CMOSセンサ23bから間引き読み出しを行う。例えば、撮像素子ドライバ48は、CMOSセンサ23bから1列毎に間引き読み出しをすると共に1ライン毎に間引き読み出しをする。即ち、この場合には、全画素読み出しの場合に比べて水平周期は約1/2となり、垂直周期も約1/2となる。従って、この場合の1画面の読み出し期間は、全画素読み出し時の約1/4となる。
撮像素子ドライバ48は、読み出しラインの間引き読み出しが終了すると、読み出しラインの画素をリセットする。なお、撮像素子ドライバ48は、間引いたラインについても画素のリセットを行ってもよい。撮像素子ドライバ48は、COMSセンサ23bの読み出しラインの画素読み出しが終了すると、ブランキング信号に基づくブランキング期間の後、次の画面の読み出しを行う。
本実施の形態においては、タイミングジェネレータ51は、通常フレームレートモード及び高フレームレートモードのいずれの場合にも、十分なブランキング期間を設定する。例えば、タイミングジェネレータ51は、通常フレームレートモードと高フレームレートモードとで同一のブランキング期間を設定する。これにより、蛍光観察モード時においても、LEDドライバ32は、十分な期間のブランキング期間において、励起光と参照光とを交互に照射することになる。こうして、LEDドライバ32は、蛍光観察モード時において高フレームレートが指示されている場合には、例えば、図4(b)に示すタイミングで励起光及び参照光を交互に照射させる。
次に、このように構成された実施の形態の動作について図7のタイミングチャート及び図8のフローチャートを参照して説明する。図7(a1)~(f1)は通常フレームレートモードにおける制御を示し、図7(a2)~(f2)は高フレームレートモードにおける制御を示している。図7(a1),(a2)は読み出し開始信号を示し、図7(b1),(b2)は図4(a),(b)に対応したものであり、図7(c1),(c2)は撮像画像出力を示し、図7(d1),(d2)はブランキング信号を示し、図7(e1),(e2)は励起光照射タイミングを示し、図7(f1),(f2)は参照光照射タイミングを示している。
術者は、モード切替スイッチ24を操作することにより、白色光観察モード、蛍光観察モードを指定する。モード切替回路41は、モード切替スイッチ24の操作に基づくモード切替制御信号を生成し、生成したモード切替制御信号を調光制御回路42、LEDドライバ32及び撮像素子ドライバ48に出力する。
いま、例えば、術者によって、白色光観察モードが指示されたものとする。この場合には、LEDドライバ32は、モード切替制御信号に基づき、白色光LED31aを発光させると共に、励起光LED31b及び参照光LED31cを消光させる。撮像素子ドライバ48は、モード切替制御信号に基づき、CMOSセンサ22bを駆動させると共に、CMOSセンサ23bの駆動を停止させる。
これにより、光源装置3から供給された白色光がライトガイド7及び照明光学系21を経て被写体へ出射され、当該白色光の戻り光(反射光)がCMOSセンサ22bの撮像面に結像される。そして、白色光の戻り光(反射光)を撮像して得た撮像信号がCMOSセンサ22bから出力される。
CMOSセンサ22bから出力された撮像信号は、調光回路50に入力される。調光回路50は、モード切替制御信号に基づき、白色光観察モードにおける明るさの目標値に、撮像信号の明るさを調整するための調光信号を生成してLEDドライバ32へ出力する。LEDドライバ32は、調光信号に基づいて白色光LED31aに供給する駆動電流を変化させることにより、撮像信号の明るさを目標値に一致させる。
一方、CMOSセンサ22bから出力された撮像信号は、カラーバランス調整回路43、セレクタ44、同時化メモリ45a~45c、画像処理回路46、及び、DAC47a~47cの各部を順番に経た後、映像信号としてモニタ5へ出力される。こうして、白色光観察モードに対応した観察画像(カラー画像)がモニタ5に表示される。
次に、術者は、被検体の蛍光観察を行うものとする。術者は、被検体の内部における所望の観察部位を観察する前に、当該所望の観察部位の病変組織に集積する蛍光薬剤を被検体に投与する。その後、術者は、モニタ5に表示される観察画像を見ながら内視鏡2の挿入操作を行うことにより、被検体内における所望の観察部位の近傍に内視鏡2の先端部を配置させる。そして、このような状態において、術者は、モード切替スイッチ24を操作することにより、蛍光観察モードを選択する。
モード切替回路41は、モード切替スイッチ24の操作により蛍光観察モードが選択されたことを検出すると、蛍光観察モードに対応したモード切替制御信号を生成して調光制御回路42、LEDドライバ32及び撮像素子ドライバ48に出力する。
LEDドライバ32は、モード切替制御信号に基づいて、白色光LED31aを消光させ、励起光LED31bを発光させるか、又は、励起光LED31b及び参照光LED31cを交互に発光させる。なお、LEDドライバ32は、タイミングジェネレータ51からのタイミング信号に基づいて励起光LED31bを発光及び消光させる期間、参照光LED31cを発光及び消光させる期間を制御する。また、撮像素子ドライバ48は、モード切替制御信号に基づいて、CMOSセンサ23bを駆動させると共に、CMOSセンサ22bの駆動を停止させる。
いま、通常フレームレートモードが指示されているものとする。この場合には、タイミングジェネレータ51、撮像素子ドライバ48及びLEDドライバ32は、フレームレート選択スイッチ53からのフレームレート選択信号に基づいて、図8のステップS1から処理をステップS2に移行し、ステップS2~S5において通常フレームレートモードの設定を行う。即ち、通常フレームレートに必要な各種タイミング信号の発生、全画素読み出しの設定及び通常ブランキング期間の設定が行われる。
即ち、タイミングジェネレータ51は図7(d1)に示すブランキング信号を発生する。このブランキング信号は、CMOSセンサ23bにおける各画面の読み出し期間の間の期間に設定される。
ブランキング信号はLEDドライバ32に供給され、LEDドライバ32は、ブランキング信号によって示されるブランキング期間の開始から所定の遅延時間の後、ブランキング期間の終了までの間に、励起光又は参照光をLED光源部31から出射させる(図7(e1),(f1)、図7(b1)の斜線部)。これらの励起光及び参照光に照射に基づく被写体からの戻り光がCMOSセンサ23bに光学像として結像され、CMOSセンサ23bの各画素に電荷が蓄積される。こうして、CMOSセンサ23bの露光可能期間のうちブランキング期間において励起光又は参照光に基づく撮像画像が得られる。
撮像素子ドライバ48は、タイミングジェネレータ51からの各種タイミング信号によって、COMSセンサ23bの読み出し開始タイミングを指示するための読み出し開始信号(図7(a1))を生成してCMOSセンサ23bに送信する。CMOSセンサ23bは、読み出し開始信号の立ち上がりのタイミングに同期して読み出しを開始する。なお、この場合には、撮像素子ドライバ48は、CMOSセンサ23bに全画素読み出しを指示する。こうして、励起光又は参照光の照明に基づく露光期間に蓄積された電荷に基づく信号が、図7(c1)のハイレベル期間にCMOSセンサ23bからライン毎に順次読み出される。CMOSセンサ23bから読み出された蛍光画像及び参照光画像は、プロセッサ4に供給されて処理され、モニタ5上に合成観察画像が表示される。
ここで、内視鏡2と被写体との相対速度が比較的速いことから、操作者がフレームレート選択スイッチ53を操作して高フレームレートモードを指示するものとする。この場合には、タイミングジェネレータ51、撮像素子ドライバ48及びLEDドライバ32は、フレームレート選択信号に基づいて、ステップS1から処理をステップS6に移行し、ステップS6~S9において高速フレームレートモードの設定を行う。
即ち、タイミングジェネレータ51は、フレームレート選択信号に基づいて、高フレームレートモードに対応した高周波数のタイミング信号を生成する。また、撮像素子ドライバ48は、フレームレート選択信号に基づいて、CMOSセンサ23bから間引き読み出しを行う。
また、タイミングジェネレータ51は、高フレームレートモード時において、図7(d2)に示すブランキング信号を出力する。図7(d2)に示すように、高フレームレートモード時のブランキング信号は、通常フレームレートモード時と比べて周期は短くなるが、ブランキング期間は変化しない。LEDドライバ32は、ブランキング信号によって示されるブランキング期間の開始から所定の遅延時間の後、ブランキング期間の終了までの間に、励起光又は参照光をLED光源部31から出射させる(図7(e2),(f2)、図7(b2)の斜線部)。これらの励起光及び参照光に照射に基づく被写体からの戻り光がCMOSセンサ23bに光学像として結像され、CMOSセンサ23bの各画素に電荷が蓄積される。こうして、CMOSセンサ23bの露光可能期間のうちブランキング期間において励起光又は参照光に基づく撮像画像が得られる。
一方、撮像素子ドライバ48は、タイミングジェネレータ51からの各種タイミング信号に基づいて、COMSセンサ23bの読み出し開始タイミングを指示するための読み出し開始信号(図7(a2))を生成してCMOSセンサ23bに送信する。CMOSセンサ23bは、読み出し開始信号の立ち上がりのタイミングに同期して読み出しを開始する。この場合には、撮像素子ドライバ48は、CMOSセンサ23bに間引き読み出しを指示する。
例えば、撮像素子ドライバ48は、CMOSセンサ23bに、1列おきで1ラインおきの読み出しを指示する。CMOSセンサ23bは1列おき及び1ラインおきに蓄積電荷に基づく信号を図7(c2)のハイレベル期間に出力する。CMOSセンサ23bから読み出された蛍光画像及び参照光画像は、プロセッサ4に供給され、モニタ5に出力される。この場合には、1画面の読み出し期間は、全画素読み出し時の読み出し期間に比べて1/4となる。
こうして、図7(a2)~(f2)に示す高いフレームレートでの読み出しが行われる。この高フレームレートモード時においても、励起光及び参照光の照射時間は、通常フレームレートモード時と同じであり、撮像画像が暗くなることはない。
このように本実施の形態においては、撮像部と被写体との相対速度が比較的高速である場合には、高いフレームレートでの読み出しを行う。これにより、撮像される動画像中にマーカ集積領域が撮像される枚数が増加し、マーカ集積領域の見逃しのリスクを低減することができる。また、高フレームレートモード時においては、ブランキング期間を短縮することなく、間引き読み出しにより読み出し期間を短縮することでレートを高くしており、高フレームレートモード時においても十分なブランキング期間を確保して、励起光及び参照光等の照射期間を長くしていることから、十分な明るさの画像を得ることができる。
なお、上記実施の形態においては、通常フレームレートモードと高フレームレートモードの2種類のフレームレートでの動作について説明したが、3種類以上のフレームレートを設定して操作者の操作により3種類のフレームレートのうち所望のフレームレートで動作させるようにしてもよいことは明らかである。
また、上記実施の形態においては、蛍光観察時に高いフレームレートで読み出しを行う例について説明したが、狭帯域光観察等の特殊光観察時においても、撮像部と被写体との相対速度が比較的速い場合には、上記実施の形態の手法を用いて、高いフレームレートでの読み出しを行うようにしてもよいことは明らかである。
また、上記実施の形態においては、励起光及び参照光の2種類の照明光を照射する場合に、ブランキング期間内に照射を行う例について説明したが、励起光のみを照射して蛍光観察を行う場合等のように1種類の照明光を照射する場合においても、ブランキング期間内に照射を行うようにしてもよい。CMOSセンサにおいては動きのある被写体の撮像画像には、ローリングシャッタによりライン毎の露光期間の相違によって歪が生じる。これに対し、本実施の形態のように、読み出し期間に照射を行わないことにより、ローリングシャッタに基づく歪の影響を無くすことができるという効果を有する。
また、上記実施の形態では、1フレームの読み出し時間がCOMSセンサの読み出し速度に制限されることを想定し、読み出し画素の間引き処理により、1フレームあたりの読み出し速度を向上させる形態を示した。しかし、実際の内視鏡ではCMOSセンサの読み出し速度だけではなく、読み出し後の映像信号をプロセッサに伝送する際の信号伝送速度に制限されることも想定される。従って、上記実施の形態における読み出し画素の間引き処理以外に、CMOSセンサの読み出し時に4画素の信号を加算処理して1画素の信号として読み出す、いわゆるビニング読み出しを行うものであってもよい。ビニング読み出しにより、プロセッサへ伝送する画像信号の情報量が削減されるため、前記伝送速度に制限されることなく1フレームあたりの読み出し時間を短縮することができる。
(第2の実施の形態)
図9は本発明の第2の実施の形態を説明するためのタイミングチャートである。図9(a1)~(f1)及び図9(a2)~(f2)は、夫々図7(a2)~(f2)に対応したものである。
図9は本発明の第2の実施の形態を説明するためのタイミングチャートである。図9(a1)~(f1)及び図9(a2)~(f2)は、夫々図7(a2)~(f2)に対応したものである。
本実施の形態のハードウェア構成は第1の実施の形態と同様であり、本実施の形態はLEDドライバ32の照明制御及び撮像素子ドライバ48の読み出し制御が第1の実施の形態と異なるのみである。
本実施の形態においては、図9(a1)~(f1),(a2)~(f2)に示すように、LEDドライバ32は、1画面の読み出し期間終了後の所定の遅延時間後から、次の1画面の読み出し期間終了の所定時間前の期間において、LED光源31から励起光又は参照光を出射させる。即ち、励起光及び照明光は、CMOSセンサ23bの各ラインの露光可能期間の略全期間に被写体に照射される。
一方、撮像素子ドライバ48は、各ラインの読み出し終了後に各ラインの画素をリセットする。リセット後において、各ラインの画素において露光が行われる。そこで、本実施の形態においては、撮像素子ドライバ48は、1画面の読み出し終了後から所定の遅延時間後に、各ライン毎に蓄積された電荷を電子シャッタ機能を用いて一旦破棄し、改めて各ライン毎に順次露光を開始するよう制御する。
これにより、励起光に基づく蛍光の露光及び参照光の露光は、図9(b1),(b2)の斜線部に示す期間に行われることになる。
このように構成された実施の形態においては、撮像素子ドライバ48は、タイミングジェネレータからの各種タイミング信号が与えられて、CMOSセンサ23bに読み出し開始信号(図7(b1),(b2))を送信する。CMOSセンサ23bは、読み出し開始信号に同期して読み出しを開始し、ライン毎に順次撮像データを出力する。
一方、LEDドライバ32は、ブランキング信号に基づいて、ブランキング期間の開始から所定の遅延時間後に励起光又は参照光の発光を開始させ、次の1画面読み出し終了時点までの間発光を継続させる。
撮像素子ドライバ48は、CMOSセンサ23bの撮像電荷を各ラインの読み出し終了によってリセットする。各ラインのリセット後において励起光又は参照光が照射されており、リセット直後に各画素において露光が開始されるが、撮像素子ドライバ48は、1画面の読み出し期間の終了後に、それまで暫定的に蓄積された電荷を電子シャッタ機能を用いて一旦破棄し、改めて各ライン毎に順次露光を開始するよう制御する。
これにより、図9(b1),(b2)に示すように、各ライン当たりの実効的な露光期間は、ブランキング期間と同等の時間となる。図9(a1)~(f1)の通常フレームレートモードに対して、図9(a2)~(f2)の高フレームレートモードでは、1画面の読み出し期間が短縮されており、フレームレートが高くなっている。これに対し、露光期間は、通常フレームレートモードと高フレームレートモードとで同一である。
従って、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施の形態においては、LED光源31からの光の照射期間は、白色光観察モード時と同様であり、照明制御が容易である。
(第3の実施の形態)
図10は本発明の第3の実施の形態を示すブロック図である。図10において図1と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
図10は本発明の第3の実施の形態を示すブロック図である。図10において図1と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
本実施の形態においては、フレームレート選択スイッチ53に代えて、動き検出部91を設けた点が上記各実施の形態と異なる。上記各実施の形態においては、操作者がフレームレート選択スイッチ53を操作することによって、複数のフレームレートのうちのいずれかのフレームレートを選択した。これに対し、本実施の形態においては、撮像部の動きを検出して、検出した動きに基づいて複数のフレームレートのうちのいずれかのフレームレートを選択するものである。
内視鏡2の先端の蛍光観察用撮像部23の近傍には、白色光観察用撮像部22及び蛍光観察用撮像部23の動きを検出するための動き検出部91が配設されている。動き検出部91は、例えば加速度センサ等によって構成されており、撮像部22,23の動きに応じて、フレームレートを選択するためのフレームレート選択信号を出力する。動き検出部91は、撮像部22,23の動きが速い程、高いフレームレートを選択するためのフレームレート選択信号を出力する。
動き検出部91は、例えば、撮像部22,23の加速度を検知し、一定時間内の平均加速度を求め、平均加速度がいずれの範囲にあるかによって、選択するフレームレートを決定してもよい。例えば、動き検出部91は、平均加速度が所定の閾値以内であれば、通常フレームレートモードを指示するためのフレームレート選択信号を出力し、平均加速度が所定の閾値を超えると、高フレームレートモードを指示するためのフレームレート選択信号を出力するようにしてもよい。
このように構成された実施の形態においては、動き検出部91によって、撮像部22,23の動きが検出される。動き検出部91は、撮像部22,23の動きが速いほど、高いフレームレートを選択するためのフレームレート選択信号を出力する。
動き検出部91からのフレームレート選択信号は、タイミングジェネレータ51、撮像素子ドライバ48及びLED32に与えられる。以後の動作は、上記各実施の形態と同様であり、フレームレート選択信号に基づく読み出し期間が設定される一方、励起光及び参照光の露光期間は、フレームレートに拘わらず略一定に設定される。
これにより、本実施の形態においても、十分な明るさを確保しながら、高フレームレートでの読み出しを行うことで、観察部位の見逃しのリスクを低減することができる。
また、本実施の形態においては、フレームレートの切換えが自動で行われるので、利便性に優れている。
(第4の実施の形態)
図11は本発明の第4の実施の形態を示すブロック図である。図11において図10と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
図11は本発明の第4の実施の形態を示すブロック図である。図11において図10と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
本実施の形態においては、動き検出部91に代えて、動き検知回路95を設けた点が第3の実施の形態と異なる。プロセッサ4内には、動き検知回路95が設けられる。動き検知回路95は、画像処理回路46から画像信号が供給される。動き検知回路95は、時系列的に入力される画像信号の前後のフレームの演算結果から撮像部と被写体との相対的な動きを検知する。
例えば、動き検知回路95は、画像中の被写体のエッジ部等の特徴点を抽出し、前後フレームにおける特徴点の移動量から撮像部と被写体との相対的な速度を推定する。動き検知回路95は、相対的な移動量がいずれの範囲にあるかを求め、求めた範囲に応じてフレームレートを設定する。即ち、動き検知回路95は、相対的な移動量が大きい程高いフレームレートに決定する。動き検知回路95は、決定したフレームレートを示すフレームレート選択信号をタイミングジェネレータ51、撮像素子ドライバ48及びLEDドライバ32に出力する。
なお、動き検知回路95は、前後のフレーム間の特徴点の相対的な移動量が所定の閾値以内であれば、通常フレームレートモードを指示するためのフレームレート選択信号を出力し、相対的な移動量が所定の閾値を超えると、高フレームレートモードを指示するためのフレームレート選択信号を出力するようにしてもよい。
他の構成、作用及び効果は、第3の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態においては、撮像部と被写体との相対的な動きを検知しており、撮像部と被写体との両方が動いている場合でも、有効なフレームレートの設定が可能である。
なお、第3及び第4の実施の形態においては、動き検出部91又は動き検知回路95によって、撮像部等の動きを検出し、動きに応じて自動的にフレームレートを変更する例について説明したが、動きの検出結果をモニタ上に表示し、第1及び第2の実施の形態のように、操作者の操作に従って、フレームレートを変更するようにしてもよい。
本出願は、2011年6月21日に日本国に出願された特願2011-137752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、図面に引用されたものとする。
Claims (13)
- 被検体に特殊光を照射する照明部と、
前記特殊光の照射に基づき発生する戻り光を取り込む撮像部と、
前記撮像部におけるフレームレートを設定するフレームレート設定部と、
前記フレームレート設定部の設定値に基づき、前記撮像部において読み出す画素の選択と読み出し期間を制御する電荷読み出し制御部と、
を備えることを特徴とする医療機器。 - 前記電荷読み出し制御部は、前記フレームレートに応じて読み出し画素を間引く処理によって前記読み出し期間の制御を行うとともに、読み出し期間の相互間のブランキング期間の長さは前記フレームレートに拘わらず一定とする
ことを特徴とする請求項1に記載の医療機器。 - 前記電荷読み出し制御部は、前記フレームレートの設定値に基づき複数画素の情報を1画素の情報に変換して読み出すとともに、読み出し期間の相互間のブランキング期間の長さは前記フレームレートに拘わらず一定とする
ことを特徴とする請求項1に記載の医療機器。 - 前記照明部は、前記ブランキング期間において前記特殊光を照射する
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の医療機器。 - 前記照明部は、前記ブランキング期間の開始から次のブランキング期間の開始までの期間において前記特殊光を照射する
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の医療機器。 - 前記撮像部は、ライン毎に前記戻り光に基づく電荷を一旦破棄した後露光を開始することで、各ラインにおいて同一の露光時間で露光を行う
ことを特徴とする請求項5に記載の医療機器。 - 前記照明部は、前記特殊光として励起光を照射する
ことを特徴とする請求項4に記載の医療機器。 - 前記照明部は、前記特殊光として励起光を照射する
ことを特徴とする請求項5に記載の医療機器。 - 前記照明部は、前記励起光に加えて参照光を時系列的に照射する
ことを特徴とする請求項4に記載の医療機器。 - 前記照明部は、前記励起光に加えて参照光を時系列的に照射する
ことを特徴とする請求項5に記載の医療機器。 - 前記フレームレート設定部は、ユーザ操作に基づいて前記設定値を変更する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の医療機器。 - 前記撮像部の近傍に加速度検知部を備え、
前記フレームレート設定部は、前記加速度検知部の検知結果に基づいて前記設定値を変更する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の医療機器。 - 前記電荷読み出し部により読み出された信号から画像信号を生成する画像処理部と、
前記画像信号から特徴点を検出してフレーム間の移動距離を算出することで前記特徴点の動きを検知する動き検知部とを備え、
前記フレームレート設定部は、前記動き検知部の検知結果に基づいて前記設定値を変更する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の医療機器。
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