内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び画像処理方法
【課題】診断の目的に応じて観察距離を変化させたとしても、その目的に合った適切な内視鏡画像を生成する。
【解決手段】広帯域光ＢＢと狭帯域光ＮＢ１は被検体に同時照射される。被検体をカラーのＣＣＤで撮像することにより青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒを得る。これら信号からベース画像を生成する。青色信号Ｂと緑色信号Ｇの類似度が低い場合には近景状態にあり、類似度が高い場合には遠景状態にあるとされる。近景状態のときには、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇ間の比Ｂ／Ｇと血管深さの関係を表す第１色空間が設定される。遠景状態のときには、青色信号Ｂ及び赤色信号Ｒ間の比Ｂ／Ｒと血管深さとの関係を表す第２色空間が設定される。設定された色空間と被検体の撮像で得られた信号から、血管深さ情報を取得する。取得した血管深さ情報をベース画像に反映させることにより、血管深さ情報を含む血管画像が生成される。
【解決手段】広帯域光ＢＢと狭帯域光ＮＢ１は被検体に同時照射される。被検体をカラーのＣＣＤで撮像することにより青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒを得る。これら信号からベース画像を生成する。青色信号Ｂと緑色信号Ｇの類似度が低い場合には近景状態にあり、類似度が高い場合には遠景状態にあるとされる。近景状態のときには、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇ間の比Ｂ／Ｇと血管深さの関係を表す第１色空間が設定される。遠景状態のときには、青色信号Ｂ及び赤色信号Ｒ間の比Ｂ／Ｒと血管深さとの関係を表す第２色空間が設定される。設定された色空間と被検体の撮像で得られた信号から、血管深さ情報を取得する。取得した血管深さ情報をベース画像に反映させることにより、血管深さ情報を含む血管画像が生成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内における表層血管、中深層血管、ピットパターンなどの凹凸情報などに着目して診断を行う内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療においては、内視鏡装置を用いた診断等が広く行われている。内視鏡装置による被検体内の観察としては、照明光として広帯域光の白色光を用いる通常光観察の他、特許文献１のように、波長を狭帯域化した狭帯域光を用いて、被検体内の血管を強調表示等させる特殊光観察も行われるようになってきている。
【０００３】
特許文献１では、被検体内に照射する光の波長が長くなるほど被写体組織内における光の深達度が高くなる特性を利用して、特定の深さにある血管を強調している。例えば、深達度が低い短波長のＢ色の狭帯域光を照射することにより、表層の血管を強調することができ、Ｂ色よりも波長が長く且つ深達度が高いＧ色の狭帯域光を照射することにより、表層よりも中深層の血管を強調することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３５５９７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内視鏡診断では、診断の目的に応じて、内視鏡先端部と観察対象との間の観察距離を近づけたり遠ざけたりすることが行われている。例えば、生体組織内における各層の血管構造を詳細に観察する場合には、観察対象との距離が近い近景状態にして、血管構造を把握し易くすることが行われている。また、新生血管の有無や表層血管の塊の有無などから病変部の存在を確認する場合には、観察対象との距離が遠い遠景状態にして、被検体における血管の位置を把握し易くすることも行われている。
【０００６】
このように診断の目的に応じて観察距離を変化させることに関しては、特許文献１では全く触れられていない。また、特許文献１によれば、照明光の狭帯域化によって、近景状態時では血管構造の把握が容易になるが、遠景状態時では光量不足となるため、血管の位置が把握しにくくなるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記背景に鑑みてなされたもので、診断の目的に応じて観察距離を変化させたとしても、その目的に合った適切な内視鏡画像を生成することができる内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び画像処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、被検体に照明光を照射する照明手段と、互いに光透過特性が異なる複数のカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子を有し、前記被写体からの反射光を前記カラーの撮像素子で撮像することによって複数の撮像信号を取得する撮像手段と、前記被検体における観察対象との距離を示す観察距離を求める観察距離算出手段と、所定の２つの撮像信号間の比を示す第１信号比と被検体における血管深さとの関係を表す第１色空間及び前記第１信号比と異なる第２信号比と血管深さとの関係を表す第２色空間を含む複数の色空間の中から、前記観察距離に合った色空間を設定する色空間設定手段と、前記撮像手段で取得した撮像信号及び前記色空間設定手段で設定した色空間から、血管深さ情報を求める血管深さ情報取得手段と、前記血管深さ情報を含む血管画像を生成する血管画像生成手段と、前記血管画像を表示する表示手段とをを備えることを特徴とする。
【０００９】
前記カラーの撮像素子は、Ｂ色のカラーフィルターが設けられたＢ画素から青色信号を、Ｇ色のカラーフィルターが設けられたＧ画素から緑色信号を、Ｒ色のカラーフィルターが設けられたＲ画素から赤色信号を出力し、前記第１色空間は、青色信号及び緑色信号間の第１信号比Ｂ／Ｇと血管深さとの関係を表しており、前記第２色空間は、青色信号及び赤色信号間の第２信号比Ｂ／Ｒと血管深さとの関係を表しており、前記色空間設定手段は、前記観察距離が一定距離未満のときには第１色空間を、前記観察距離が一定距離以上のときには第２色空間を自動的に設定することが好ましい。
【００１０】
前記観察距離算出手段は、前記青色信号と前記緑色信号の類似度が低いときには前記観察距離は近景状態にあるとし、類似度が高いときには前記観察距離は遠景状態にあるとし、前記色空間設定手段は、前記近景状態にあるときには前記第１色空間を、前記遠景状態にあるときには前記第２色空間を設定することが好ましい。前記青色信号と前記緑色信号の信号値の差分値が大きいときには前記類似度は低く、前記差分値が小さいときには前記類似度は高いことが好ましい。
【００１１】
前記撮像手段は、被検体を所定の倍率で拡大する拡大モードまたは拡大しない非拡大モードのいずれかに切り替えが可能なズーム部を備えており、前記色空間設定手段は、前記拡大モードに設定されている場合には前記第１色空間を、前記非拡大モードに設定されている場合には前記第２色空間を設定することが好ましい。
【００１２】
前記照明手段は、広帯域光及び狭帯域光で被検体を同時に照明し、前記色空間設定手段は、前記広帯域光と前記狭帯域光の光量比において前記狭帯域光の比率が一定以上のときには前記第１色空間を設定し、前記狭帯域光の比率が一定未満のときには前記第２色空間を設定することが好ましい。前記狭帯域光は、青色領域において特定波長を有する第１狭帯域光であり、前記広帯域光は、前記第１狭帯域光と波長範囲が異なる第２狭帯域光と、前記第２狭帯域光を蛍光体に照射することによってその蛍光体から励起発光される励起発光光とが合波された光であり、前記色空間設定手段は、前記第１狭帯域光と前記第２狭帯域光の光量比において前記第１狭帯域光の比率が前記第１色空間を設定し、前記第１狭帯域光の比率が一定未満のときには前記第２色空間を設定することが好ましい。前記広帯域光と前記狭帯域光の光量比を、前記観察距離に応じて変化させることが好ましい。
【００１３】
本発明の内視鏡システムのプロセッサ装置は、照明光で照明された被検体を、互いに光透過特性が異なる複数のカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子で撮像することによって複数の撮像信号を取得する電子内視鏡から、前記複数の撮像信号を受信する受信手段と、前記被検体における観察対象との距離を示す観察距離を求める観察距離算出手段と、所定の２つの撮像信号間の比を示す第１信号比と被検体における血管深さとの関係を表す第１色空間及び前記第１信号比と異なる第２信号比と血管深さとの関係を表す第２色空間を含む複数の色空間の中から、前記観察距離に合った色空間を設定する色空間設定手段と、前記撮像手段で取得した撮像信号及び前記色空間設定手段で設定した色空間から、血管深さ情報を求める血管深さ情報取得手段と、前記血管深さ情報を含む血管画像を生成する血管画像生成手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の画像処理方法は、照明光で照明された被検体を、互いに光透過特性が異なる複数のカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子で撮像することによって複数の撮像信号を取得する電子内視鏡から送信される前記複数の撮像信号を画像処理する画像処理方法であり、前記被検体における観察対象との距離を示す観察距離を求め、所定の２つの撮像信号間の比を示す第１信号比と被検体における血管深さとの関係を表す第１色空間及び前記第１信号比と異なる第２信号比と血管深さとの関係を表す第２色空間を含む複数の色空間の中から、前記観察距離に合った色空間を設定し前記撮像手段で取得した撮像信号及び前記色空間設定手段で設定した色空間から、血管深さ情報を求め、前記血管深さ情報を含む血管画像を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複数の色空間の中から観察距離に合った色空間を設定し、その設定した色空間から得られる血管深さ情報に基づいて血管画像を生成していることから、診断の目的に応じて観察距離を変化させたとしても、その目的に合った適切な内視鏡画像を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】内視鏡システムの外観図である。
【図２】第１実施形態の内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】広帯域光ＢＢ及び狭帯域光ＮＢ１の発光スペクトルを示すグラフである。
【図４】Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルターの分光透過率を示すグラフである。
【図５】第１色空間を示すグラフである。
【図６】第２色空間を示すグラフである。
【図７】近景状態で撮像したときに得られる青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒを説明するための説明図である。
【図８】遠景状態で撮像したときに得られる青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒを説明するための説明図である。
【図９】第１色空間から血管深さを算出する方法を説明するための説明図である。
【図１０】本発明の作用を示すフローチャートである。
【図１１】第２実施形態の内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図１２】第３実施形態の内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図１３】狭帯域光ＮＢ１、狭帯域光ＮＢ２、及びその狭帯域光ＮＢ２により励起発光される励起発光光の発光スペクトルを示すグラフである。
【図１４】ＬＤ光量比と露光量（観察距離）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示すように、第１実施形態の電子内視鏡システム１０は、被検体内を撮像する電子内視鏡１１と、撮像により得られた信号に基づいて内視鏡画像を生成するプロセッサ装置１２と、被検体を照明する光を発生する光源装置１３と、内視鏡画像を表示するモニタ１４とを備えている。電子内視鏡１１は、体腔内に挿入される可撓性の挿入部１６と、挿入部１６の基端部分に設けられた操作部１７と、操作部１７とプロセッサ装置１２及び光源装置１３との間を連結するユニバーサルコード１８とを備えている。
【００１８】
挿入部１６の先端には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部１９が形成されている。湾曲部１９は、操作部のアングルノブ２１を操作することにより、上下左右方向に湾曲動作する。湾曲部１９の先端には、体腔内撮影用の光学系等を内蔵した先端部１６ａが設けられている。先端部１６ａは、湾曲部１９の湾曲動作によって体腔内の所望の方向に向けられる。
【００１９】
ユニバーサルコード１８には、プロセッサ装置１２および光源装置１３側にコネクタ２４が取り付けられている。コネクタ２４は、通信用コネクタと光源用コネクタからなる複合タイプのコネクタであり、電子内視鏡１１は、このコネクタ２４を介して、プロセッサ装置１２および光源装置１３に着脱自在に接続される。
【００２０】
図２に示すように、光源装置１３は、広帯域光源３０と、レーザ光源３３と、合波器３６とを備えている。広帯域光源３０は、図３に示すように、波長が青色領域から赤色領域（約４００〜７００ｎｍ）にわたる広帯域光ＢＢを発生する。広帯域光源３０は、電子内視鏡１１の使用中、常時点灯している。広帯域光源３０から発せられた広帯域光ＢＢは、広帯域用光ファイバ４０に入射する。
【００２１】
レーザ光源３３はＬＤ（Laser Diode）であり、図３に示すように、波長が４００±１０ｎｍ（中心波長４０５ｎｍ）に制限された狭帯域光ＮＢ１を発生する。レーザ光源３３から発せられた狭帯域光ＮＢ１は、この第１狭帯域用光ファイバ３３ａに入射する。なお、狭帯域光ＮＢ１の波長は４００±１０ｎｍ（中心波長４０５ｎｍ）に限らず、例えば４４０±１０ｎｍ（中心波長４４５ｎｍ）の狭帯域光であってもよい。また、ＬＤの代わりに、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いてもよい。
【００２２】
合波器３６は、電子内視鏡１１内のライトガイド４３と、広帯域用光ファイバ４０及び第１狭帯域用光ファイバ３３ａとを連結する。これにより、広帯域光ＢＢ及び狭帯域光ＮＢ１の両方が、合波器３６で合波されてライトガイド４３に入射する。
【００２３】
電子内視鏡１１は、ライトガイド４３、ＣＣＤ４４、アナログ処理回路４５（ＡＦＥ：Analog Front End）、撮像制御部４６を備えている。ライトガイド４３は大口径光ファイバ、バンドルファイバなどであり、入射端が光源装置内の合波器３６に挿入されており、出射端が先端部１６ａに設けられた照射レンズ４８に向けられている。ライトガイド４３内で導光された広帯域光ＢＢ及び狭帯域光ＮＢ１は、照射レンズ４８及び先端部１６ａの端面に取り付けられた照明窓４９を通して、被検体内に同時に照射される。被検体内で反射した広帯域光ＢＢ及び狭帯域光ＮＢ１は、先端部１６ａの端面に取り付けられた観察窓５０を通して、対物レンズユニット５１に入射する。
【００２４】
ＣＣＤ４４は、対物レンズユニット５１からの光を撮像面４４ａで受光し、受光した光を光電変換して信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷を撮像信号として読み出す。読み出された撮像信号は、ＡＦＥ４５に送られる。ＣＣＤ４４はカラーＣＣＤであり、撮像面４４ａには、Ｂ色、Ｇ色、Ｒ色のいずれかのカラーフィルターが設けられたＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素の３色の画素が配列されている。
【００２５】
Ｂ色、Ｇ色、Ｒ色のカラーフィルターは、図４に示すような分光透過率５２，５３，５４を有している。ＣＣＤ４４に入射する光のうち、広帯域光ＢＢはＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の全てに感応し、狭帯域光ＮＢ１はＢ画素のみに感応する。したがって、Ｒ画素から出力される赤色信号Ｒには広帯域光ＢＢの赤色成分が、Ｇ画素から出力される緑色信号Ｇには広帯域光ＢＢの緑色成分が、Ｂ画素から出力される青色信号Ｂには広帯域光ＢＢの青色成分と狭帯域光ＢＢが含まれている。
【００２６】
ＡＦＥ４５は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）、自動ゲイン制御回路（ＡＧＣ）、及びアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）（いずれも図示省略）から構成されている。ＣＤＳは、ＣＣＤ４４からの撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、ＣＣＤ４４の駆動により生じたノイズを除去する。ＡＧＣは、ＣＤＳによりノイズが除去された撮像信号を増幅する。Ａ／Ｄは、ＡＧＣで増幅された撮像信号を、所定のビット数のデジタルな撮像信号に変換してプロセッサ装置１２に入力する。
【００２７】
撮像制御部４６は、プロセッサ装置１２内のコントローラー５９に接続されており、コントローラー５９から指示がなされたときにＣＣＤ４４に対して駆動信号を送る。ＣＣＤ４４は、撮像制御部４６からの駆動信号に基づいて、所定のフレームレートで撮像信号をＡＦＥ４５に出力する。
【００２８】
図２に示すように、プロセッサ装置１２は、ベース画像生成部５５と、フレームメモリ５６と、画像処理部５７と、表示制御回路５８を備えており、コントローラー５９が各部を制御している。ベース画像生成部５５は、電子内視鏡のＡＦＥ４５から出力される青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒに各種信号処理を施すことによって、ベース画像を作成する。作成されたベース画像はフレームメモリ５６に一時的に記憶される。また、ＡＦＥ４５から出力される青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒも、フレームメモリ５６に記憶される。なお、ベース画像は、狭帯域光ＮＢ１を使用せず、広帯域光ＢＢのみを使用して得られる通常観察画像や、酸素飽和度などの血管機能情報を疑似カラー化した疑似カラー画像などであってもよい。
【００２９】
画像処理部５７は、観察距離算出部６０と、色空間設定部６１と、血管深さ情報取得部６３と、血管画像生成部６５とを備えている。観察距離算出部６０は、被検体上の観察対象と電子内視鏡の先端部１６ａとの距離を示す観察距離を求める。観察距離は、青色信号Ｂと緑色信号Ｇの類似度と関係性を有しており、類似度は例えば青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇ間における信号値の差分値の大小や周波数帯と関係がある。観察距離は遠くなるほど、画素間で色の混合が起きたり、ＣＣＤ４４の画素ピッチよりも血管の太さが細くなることで血管と周辺組織とが混ざり合ったりすることから、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇ間における信号値の差分値は小さくなる。即ち、類似度が高くなる。したがって、類似度が高いときには観察距離は一定距離以上の遠景状態にあり、反対に類似度が低いときには観察距離は一定距離未満の近景状態にある。なお、類似度は、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇの各画素間の相関から得られる。
【００３０】
色空間設定部６１は、被検体における血管深さの算出に用いられ、所定の信号比と血管深さとの関係を表した色空間を設定する。色空間は近景用の第１色空間と遠景用の第２色空間とからなり、過去の診断データ等から予め求められるものである。第１色空間は、図５に示すように、青色信号Ｂと緑色信号Ｇの比であるＢ／Ｇと血管深さとの関係を表しており、血管深さが大きくなるに従ってＢ／Ｇも大きくなる関係を有している。第２色空間は、図６に示すように、青色信号Ｂと赤色信号Ｒの比であるＢ／Ｒと血管深さとの関係を表しており、表層においては血管深さとＢ／Ｒとの関係に規則性はないものの、表層〜粘膜〜中深層血管にかけては、血管深さが大きくなるほどＢ／Ｒも大きくなる関係を有している。
【００３１】
近景状態と遠景状態で別々の色空間を用いるのは、以下の理由による。図７に示すように、近景状態のときには、撮像信号のうち青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇには血管情報が多く乗っている。また、青色信号Ｂには、表層血管７０の情報が中深層血管７１の情報よりも多く乗っており、反対に、緑色信号Ｇには、中深層血管７１の情報が表層血管７０の情報よりも多く乗っている。したがって、近景状態時には、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇ間における血管の情報量の差を利用すること、即ち第１色空間を利用することで、表層血管と中深層血管の血管深さを確実に求めることができる。
【００３２】
一方、図８に示すように、遠景状態のときに得られる撮像信号のうち、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇは表層血管７０及び中深層血管７１のいずれについても血管情報があまり乗っておらず、赤色信号Ｒは近景状態と同様に血管情報がほとんど乗っていない。したがって、遠景状態時には、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇ間における血管の情報量の差はないため、第１色空間では、表層血管と中深層血管の血管深さを確実に求めることが困難である。そこで、遠景状態時には、血管情報がほとんど乗っていない赤色信号Ｒと血管情報が多少乗っている青色信号Ｂ間における血管の情報量の差を利用すること、即ち第２色空間を利用することで、少なくとも表層血管の有無が識別できる程度に、血管深さを求めることができる。
【００３３】
血管深さ情報算出部６３は、色空間設定部６１で設定した色空間から各画素毎に血管深さを求める。第１色空間が設定された場合には、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇ間で同じ位置の画素毎に信号比Ｂ／Ｇを求め、求めた比Ｂ／Ｇに対応する血管深さを第１色空間から求める。血管深さは青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇの全画素について求める。例えば、図９に示すように、所定の信号比Ｂ＊／Ｇ＊に対応する血管深さは、表層として求められる。一方、第２色空間が設定された場合には、同様にして、青色信号Ｂ及び赤色信号Ｒ間の信号比Ｂ／Ｒに対応する血管深さを全画素について求める。
【００３４】
血管画像生成部６５は、フレームメモリ５６に記憶されたベース画像に血管深さ情報を反映させることにより、血管深さ情報を含む血管画像を生成する。生成された血管画像は、表示制御回路５８によって、モニタ１４に画像表示される。近景状態では、表層血管と中深層血管の血管深さ情報が確実に反映された血管画像が表示されることから、生体組織内における各層の血管構造を詳細に観察し易くなっている。一方、遠景状態では、光量不足な状態にもかかわらず血管の有無がはっきりと写し出された血管画像が表示されていることから、病変部が存在する可能性がある新生血管や表層血管の塊の有無などが把握し易くなっている。
【００３５】
次に、本発明の作用について、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。光源装置１３で発せられる広帯域光ＢＢ及び狭帯域光ＮＢ１は、ライトガイド４３を介して、被検体内に同時に照射される。被検体からの反射光は、カラーのＣＣＤ４４により撮像される。この撮像により得られる青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒから、ベース画像を生成する。生成されたベース画像と青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒは、フレームメモリ５６に一時的に記憶される。
【００３６】
次に、青色信号Ｂと緑色信号Ｇの類似度から観察距離を求める。類似度が低いときには近景状態とされ、類似度が高い時には遠景状態とされる。そして、観察距離に応じて色空間を設定する。近景状態においては、Ｂ／Ｇと血管深さとの関係を表す第１色空間が、遠景状態においては、Ｂ／Ｒと血管深さとの関係を表す第２色空間が設定される。色空間が設定されると、設定された色空間から血管深さを求める。
【００３７】
第１色空間が設定されている場合には、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇ間で同じ位置の画素毎に信号比Ｂ／Ｇを求め、その求めた信号比Ｂ／Ｇに対応する血管深さを第１色空間から求める。血管深さは、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇの全画素について求める。第２色空間が設定されている場合には、青色信号Ｂ及び赤色信号Ｒ間で同じ位置の画素毎に信号比Ｂ／Ｒを求め、その求めた信号比Ｂ／Ｒに対応する血管深さを第２色空間から求める。血管深さは、青色信号Ｂ及び赤色信号Ｒの全画素について求める。
【００３８】
全画素について血管深さが求まると、フレームメモリ５６に記憶されたベース画像に対して血管深さ情報を反映させることにより、血管深さ情報を含む血管画像が生成される。生成された血管画像は、表示制御回路５８によってモニタ１４に表示される。
【００３９】
図１１に示す第２実施形態の電子内視鏡システム１００では、電子内視鏡の先端部１６ａの対物レンズユニット５１に、被検体を拡大する拡大モードと拡大しない非拡大モードを有するズーム機能を設け、モードに応じて異なる色空間を設定する。拡大モードに設定されているときには観察距離が近い状態にあるとし、反対に非拡大モードに設定されているときには観察距離が遠い状態にあるとする。このように、電子内視鏡システム１００は、対物レンズユニットがいずれのモードに設定されているかによって観察距離を決めていることから、電子内視鏡システム１００には第１実施形態のような観察距離算出部６０が設けられていない。なお、それ以外については電子内視鏡システム１００は電子内視鏡システム１０と同様である。
【００４０】
対物レンズユニット５１は、光軸方向に移動可能な結像レンズ５１ａと、この結像レンズ５１ａを移動させるレンズ駆動部５１ｂとによって、ズーム機能を構成している。レンズ駆動部５１ｂは、結像レンズ５１ａを所定量だけ移動させることによって、所定の撮像倍率に設定する。撮像倍率は、プロセッサ装置１２のコントローラー５９内に設けられたズーム制御部５９ａで決められる。
【００４１】
ズーム制御部５９ａは、ズームスイッチ１０１に入力されるズーム機能のモード情報やズーム倍率情報に基づいて、レンズ駆動部５１ｂを駆動制御する。また、ズームスイッチ１０１からのズーム機能のモード情報は、画像処理部５７内の色空間設定部６１にも送信される。色空間設定部６１が拡大モードの情報を受信したときには、信号比Ｂ／Ｇと血管深さとの関係を表す第１色空間に設定する。一方、非拡大モードの情報を受信したときには、信号比Ｂ／Ｒと血管深さとの関係を表す第２色空間を設定する。色空間を設定した後の処理は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００４２】
図１２に示す第３実施形態の電子内視鏡システム２００では、キセノンランプ等の広帯域光源の代わりに、レーザ光源２０１と蛍光体２０２とによって広帯域光ＢＢ´を生成する。レーザ光源２０１は光源装置１３内に設けられており、図１３に示すように、中心波長４４５ｎｍ（半値幅は１０ｎｍ程度）の狭帯域光ＮＢ２を発する。蛍光体２０２は例えばＹＡＧ系蛍光体やＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７）からなり、電子内視鏡の先端部１６ａに設けられている。蛍光体２０２は、狭帯域光ＮＢ２の一部を吸収することにより、図１３に示すように、緑色領域から赤色領域に及ぶ励起発光光を発する。この励起発光光と狭帯域光ＮＢ２が合波されて広帯域光ＢＢ´が生成される。
【００４３】
第３実施形態の光源装置１３においては、レーザ光源３３からの狭帯域光ＮＢ１はライトガイド４３ａに入射するとともに、レーザ光源２０１からの狭帯域光ＮＢ２はライトガイド４３ｂに入射する。ライトガイド４３ａからの狭帯域光ＮＢ１は、照射レンズ４８及び照明窓４９を介して、被検体に照射される。一方、ライトガイド４３ｂからの狭帯域光ＮＢ２は、ライトガイド４３ｂと照明窓２０４との間に設けられた蛍光体２０２に照射される。蛍光体２０２では、狭帯域光ＮＢ２の一部を吸収することにより励起発光光を発生させ、その他はそのまま透過する。これにより、蛍光体２０２からは、励起発光光と狭帯域光ＮＢ２が合波された広帯域光ＢＢ´が出射する。この広帯域光ＢＢ´は照明窓２０４を介して被検体に照射される。
【００４４】
広帯域光ＢＢ´と狭帯域光ＮＢ１は、所定の光量比で被検体に同時に照射される。光量比は、レーザ光源３３及びレーザ光源２０１の光量を光源制御部２１０で制御することによって、調整される。光源制御部２１０は、プロセッサ装置内のコントローラー５９からの指示に基づき、レーザ光源３３の光量とレーザ光源２０１の光量との比を示すＬＤ光量比（４０５／４４５）が所定値となるように制御を行う。
【００４５】
コントローラー５９は、フレームメモリ５６に記憶された青色信号Ｂ等からＣＣＤ４４における露光量を検出し、検出した露光量に応じてＬＤ光量比を設定するＬＤ光量比設定部５９ｂとを備えている。露光量は観察距離と関連性を有しており、観察距離が近いときには、先端部１６ａに戻る光の量が多いため、露光量は大きくなる。一方、観察距離が遠くなるほど、先端部１６ａに戻る光の量は少なくなるため、露光量は小さくなる。
【００４６】
したがって、ＬＤ光量比設定部５９ｂでは、図１４に示すように、露光量が多い場合（観察距離が近い場合（近景状態））にはＬＤ光量比を大きく設定する。即ち、狭帯域光ＮＢ１の光量（比率）を広帯域光ＢＢ´の光量（比率）よりも大きくする。一方、露光量が少なくなり始めた場合には（観察距離が遠くなり始めた場合）には、ＬＤ光量比を徐々に小さくする。そして、露光量が少なくなった場合（観察距離が遠い場合（遠景状態））には、ＬＤ光量比を小さく設定する。即ち、広帯域光ＢＢ´の光量（比率）を狭帯域光ＮＢ１の光量（比率）よりも大きくする。
【００４７】
以上のように、ＬＤ光量比は観察距離と関連性があることから、第３実施形態ではＬＤ光量比を用いて色空間の切り替えを行う。ここで、ＬＤ光量比が閾値Ｔｈを上回る一定値以上のとき（近景状態）には、信号比Ｂ／Ｇと血管深さとの関係を表す第１色空間に設定する。一方、ＬＤ光量比が閾値Ｔｈを下回る一定値未満のとき（近景状態）には、信号比Ｂ／Ｒと血管深さとの関係を表す第２色空間を設定する。色空間を設定した後の処理は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。なお、電子内視鏡システム２００では、ＬＤ光量比によって観察距離を決めていることから、電子内視鏡システム２００には第１実施形態のような観察距離算出部６０が設けられていない。
【符号の説明】
【００４８】
１０，１００，２００ 電子内視鏡システム
１４ モニタ
３０ 広帯域光源
３３，２０２ レーザ光源
５１ 対物レンズユニット
５７ 画像処理部
５９ コントローラー
５９ｂ ＬＤ光量比設定部
６０ 観察距離算出部
６１ 色空間設定部
６３ 血管深さ情報取得部
６５ 血管画像生成部
１０１ ズームスイッチ
２０２ 蛍光体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内における表層血管、中深層血管、ピットパターンなどの凹凸情報などに着目して診断を行う内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療においては、内視鏡装置を用いた診断等が広く行われている。内視鏡装置による被検体内の観察としては、照明光として広帯域光の白色光を用いる通常光観察の他、特許文献１のように、波長を狭帯域化した狭帯域光を用いて、被検体内の血管を強調表示等させる特殊光観察も行われるようになってきている。
【０００３】
特許文献１では、被検体内に照射する光の波長が長くなるほど被写体組織内における光の深達度が高くなる特性を利用して、特定の深さにある血管を強調している。例えば、深達度が低い短波長のＢ色の狭帯域光を照射することにより、表層の血管を強調することができ、Ｂ色よりも波長が長く且つ深達度が高いＧ色の狭帯域光を照射することにより、表層よりも中深層の血管を強調することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３５５９７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内視鏡診断では、診断の目的に応じて、内視鏡先端部と観察対象との間の観察距離を近づけたり遠ざけたりすることが行われている。例えば、生体組織内における各層の血管構造を詳細に観察する場合には、観察対象との距離が近い近景状態にして、血管構造を把握し易くすることが行われている。また、新生血管の有無や表層血管の塊の有無などから病変部の存在を確認する場合には、観察対象との距離が遠い遠景状態にして、被検体における血管の位置を把握し易くすることも行われている。
【０００６】
このように診断の目的に応じて観察距離を変化させることに関しては、特許文献１では全く触れられていない。また、特許文献１によれば、照明光の狭帯域化によって、近景状態時では血管構造の把握が容易になるが、遠景状態時では光量不足となるため、血管の位置が把握しにくくなるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記背景に鑑みてなされたもので、診断の目的に応じて観察距離を変化させたとしても、その目的に合った適切な内視鏡画像を生成することができる内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び画像処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、被検体に照明光を照射する照明手段と、互いに光透過特性が異なる複数のカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子を有し、前記被写体からの反射光を前記カラーの撮像素子で撮像することによって複数の撮像信号を取得する撮像手段と、前記被検体における観察対象との距離を示す観察距離を求める観察距離算出手段と、所定の２つの撮像信号間の比を示す第１信号比と被検体における血管深さとの関係を表す第１色空間及び前記第１信号比と異なる第２信号比と血管深さとの関係を表す第２色空間を含む複数の色空間の中から、前記観察距離に合った色空間を設定する色空間設定手段と、前記撮像手段で取得した撮像信号及び前記色空間設定手段で設定した色空間から、血管深さ情報を求める血管深さ情報取得手段と、前記血管深さ情報を含む血管画像を生成する血管画像生成手段と、前記血管画像を表示する表示手段とをを備えることを特徴とする。
【０００９】
前記カラーの撮像素子は、Ｂ色のカラーフィルターが設けられたＢ画素から青色信号を、Ｇ色のカラーフィルターが設けられたＧ画素から緑色信号を、Ｒ色のカラーフィルターが設けられたＲ画素から赤色信号を出力し、前記第１色空間は、青色信号及び緑色信号間の第１信号比Ｂ／Ｇと血管深さとの関係を表しており、前記第２色空間は、青色信号及び赤色信号間の第２信号比Ｂ／Ｒと血管深さとの関係を表しており、前記色空間設定手段は、前記観察距離が一定距離未満のときには第１色空間を、前記観察距離が一定距離以上のときには第２色空間を自動的に設定することが好ましい。
【００１０】
前記観察距離算出手段は、前記青色信号と前記緑色信号の類似度が低いときには前記観察距離は近景状態にあるとし、類似度が高いときには前記観察距離は遠景状態にあるとし、前記色空間設定手段は、前記近景状態にあるときには前記第１色空間を、前記遠景状態にあるときには前記第２色空間を設定することが好ましい。前記青色信号と前記緑色信号の信号値の差分値が大きいときには前記類似度は低く、前記差分値が小さいときには前記類似度は高いことが好ましい。
【００１１】
前記撮像手段は、被検体を所定の倍率で拡大する拡大モードまたは拡大しない非拡大モードのいずれかに切り替えが可能なズーム部を備えており、前記色空間設定手段は、前記拡大モードに設定されている場合には前記第１色空間を、前記非拡大モードに設定されている場合には前記第２色空間を設定することが好ましい。
【００１２】
前記照明手段は、広帯域光及び狭帯域光で被検体を同時に照明し、前記色空間設定手段は、前記広帯域光と前記狭帯域光の光量比において前記狭帯域光の比率が一定以上のときには前記第１色空間を設定し、前記狭帯域光の比率が一定未満のときには前記第２色空間を設定することが好ましい。前記狭帯域光は、青色領域において特定波長を有する第１狭帯域光であり、前記広帯域光は、前記第１狭帯域光と波長範囲が異なる第２狭帯域光と、前記第２狭帯域光を蛍光体に照射することによってその蛍光体から励起発光される励起発光光とが合波された光であり、前記色空間設定手段は、前記第１狭帯域光と前記第２狭帯域光の光量比において前記第１狭帯域光の比率が前記第１色空間を設定し、前記第１狭帯域光の比率が一定未満のときには前記第２色空間を設定することが好ましい。前記広帯域光と前記狭帯域光の光量比を、前記観察距離に応じて変化させることが好ましい。
【００１３】
本発明の内視鏡システムのプロセッサ装置は、照明光で照明された被検体を、互いに光透過特性が異なる複数のカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子で撮像することによって複数の撮像信号を取得する電子内視鏡から、前記複数の撮像信号を受信する受信手段と、前記被検体における観察対象との距離を示す観察距離を求める観察距離算出手段と、所定の２つの撮像信号間の比を示す第１信号比と被検体における血管深さとの関係を表す第１色空間及び前記第１信号比と異なる第２信号比と血管深さとの関係を表す第２色空間を含む複数の色空間の中から、前記観察距離に合った色空間を設定する色空間設定手段と、前記撮像手段で取得した撮像信号及び前記色空間設定手段で設定した色空間から、血管深さ情報を求める血管深さ情報取得手段と、前記血管深さ情報を含む血管画像を生成する血管画像生成手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の画像処理方法は、照明光で照明された被検体を、互いに光透過特性が異なる複数のカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子で撮像することによって複数の撮像信号を取得する電子内視鏡から送信される前記複数の撮像信号を画像処理する画像処理方法であり、前記被検体における観察対象との距離を示す観察距離を求め、所定の２つの撮像信号間の比を示す第１信号比と被検体における血管深さとの関係を表す第１色空間及び前記第１信号比と異なる第２信号比と血管深さとの関係を表す第２色空間を含む複数の色空間の中から、前記観察距離に合った色空間を設定し前記撮像手段で取得した撮像信号及び前記色空間設定手段で設定した色空間から、血管深さ情報を求め、前記血管深さ情報を含む血管画像を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複数の色空間の中から観察距離に合った色空間を設定し、その設定した色空間から得られる血管深さ情報に基づいて血管画像を生成していることから、診断の目的に応じて観察距離を変化させたとしても、その目的に合った適切な内視鏡画像を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】内視鏡システムの外観図である。
【図２】第１実施形態の内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】広帯域光ＢＢ及び狭帯域光ＮＢ１の発光スペクトルを示すグラフである。
【図４】Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルターの分光透過率を示すグラフである。
【図５】第１色空間を示すグラフである。
【図６】第２色空間を示すグラフである。
【図７】近景状態で撮像したときに得られる青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒを説明するための説明図である。
【図８】遠景状態で撮像したときに得られる青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒを説明するための説明図である。
【図９】第１色空間から血管深さを算出する方法を説明するための説明図である。
【図１０】本発明の作用を示すフローチャートである。
【図１１】第２実施形態の内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図１２】第３実施形態の内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図１３】狭帯域光ＮＢ１、狭帯域光ＮＢ２、及びその狭帯域光ＮＢ２により励起発光される励起発光光の発光スペクトルを示すグラフである。
【図１４】ＬＤ光量比と露光量（観察距離）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示すように、第１実施形態の電子内視鏡システム１０は、被検体内を撮像する電子内視鏡１１と、撮像により得られた信号に基づいて内視鏡画像を生成するプロセッサ装置１２と、被検体を照明する光を発生する光源装置１３と、内視鏡画像を表示するモニタ１４とを備えている。電子内視鏡１１は、体腔内に挿入される可撓性の挿入部１６と、挿入部１６の基端部分に設けられた操作部１７と、操作部１７とプロセッサ装置１２及び光源装置１３との間を連結するユニバーサルコード１８とを備えている。
【００１８】
挿入部１６の先端には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部１９が形成されている。湾曲部１９は、操作部のアングルノブ２１を操作することにより、上下左右方向に湾曲動作する。湾曲部１９の先端には、体腔内撮影用の光学系等を内蔵した先端部１６ａが設けられている。先端部１６ａは、湾曲部１９の湾曲動作によって体腔内の所望の方向に向けられる。
【００１９】
ユニバーサルコード１８には、プロセッサ装置１２および光源装置１３側にコネクタ２４が取り付けられている。コネクタ２４は、通信用コネクタと光源用コネクタからなる複合タイプのコネクタであり、電子内視鏡１１は、このコネクタ２４を介して、プロセッサ装置１２および光源装置１３に着脱自在に接続される。
【００２０】
図２に示すように、光源装置１３は、広帯域光源３０と、レーザ光源３３と、合波器３６とを備えている。広帯域光源３０は、図３に示すように、波長が青色領域から赤色領域（約４００〜７００ｎｍ）にわたる広帯域光ＢＢを発生する。広帯域光源３０は、電子内視鏡１１の使用中、常時点灯している。広帯域光源３０から発せられた広帯域光ＢＢは、広帯域用光ファイバ４０に入射する。
【００２１】
レーザ光源３３はＬＤ（Laser Diode）であり、図３に示すように、波長が４００±１０ｎｍ（中心波長４０５ｎｍ）に制限された狭帯域光ＮＢ１を発生する。レーザ光源３３から発せられた狭帯域光ＮＢ１は、この第１狭帯域用光ファイバ３３ａに入射する。なお、狭帯域光ＮＢ１の波長は４００±１０ｎｍ（中心波長４０５ｎｍ）に限らず、例えば４４０±１０ｎｍ（中心波長４４５ｎｍ）の狭帯域光であってもよい。また、ＬＤの代わりに、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いてもよい。
【００２２】
合波器３６は、電子内視鏡１１内のライトガイド４３と、広帯域用光ファイバ４０及び第１狭帯域用光ファイバ３３ａとを連結する。これにより、広帯域光ＢＢ及び狭帯域光ＮＢ１の両方が、合波器３６で合波されてライトガイド４３に入射する。
【００２３】
電子内視鏡１１は、ライトガイド４３、ＣＣＤ４４、アナログ処理回路４５（ＡＦＥ：Analog Front End）、撮像制御部４６を備えている。ライトガイド４３は大口径光ファイバ、バンドルファイバなどであり、入射端が光源装置内の合波器３６に挿入されており、出射端が先端部１６ａに設けられた照射レンズ４８に向けられている。ライトガイド４３内で導光された広帯域光ＢＢ及び狭帯域光ＮＢ１は、照射レンズ４８及び先端部１６ａの端面に取り付けられた照明窓４９を通して、被検体内に同時に照射される。被検体内で反射した広帯域光ＢＢ及び狭帯域光ＮＢ１は、先端部１６ａの端面に取り付けられた観察窓５０を通して、対物レンズユニット５１に入射する。
【００２４】
ＣＣＤ４４は、対物レンズユニット５１からの光を撮像面４４ａで受光し、受光した光を光電変換して信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷を撮像信号として読み出す。読み出された撮像信号は、ＡＦＥ４５に送られる。ＣＣＤ４４はカラーＣＣＤであり、撮像面４４ａには、Ｂ色、Ｇ色、Ｒ色のいずれかのカラーフィルターが設けられたＢ画素、Ｇ画素、Ｒ画素の３色の画素が配列されている。
【００２５】
Ｂ色、Ｇ色、Ｒ色のカラーフィルターは、図４に示すような分光透過率５２，５３，５４を有している。ＣＣＤ４４に入射する光のうち、広帯域光ＢＢはＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の全てに感応し、狭帯域光ＮＢ１はＢ画素のみに感応する。したがって、Ｒ画素から出力される赤色信号Ｒには広帯域光ＢＢの赤色成分が、Ｇ画素から出力される緑色信号Ｇには広帯域光ＢＢの緑色成分が、Ｂ画素から出力される青色信号Ｂには広帯域光ＢＢの青色成分と狭帯域光ＢＢが含まれている。
【００２６】
ＡＦＥ４５は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）、自動ゲイン制御回路（ＡＧＣ）、及びアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）（いずれも図示省略）から構成されている。ＣＤＳは、ＣＣＤ４４からの撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、ＣＣＤ４４の駆動により生じたノイズを除去する。ＡＧＣは、ＣＤＳによりノイズが除去された撮像信号を増幅する。Ａ／Ｄは、ＡＧＣで増幅された撮像信号を、所定のビット数のデジタルな撮像信号に変換してプロセッサ装置１２に入力する。
【００２７】
撮像制御部４６は、プロセッサ装置１２内のコントローラー５９に接続されており、コントローラー５９から指示がなされたときにＣＣＤ４４に対して駆動信号を送る。ＣＣＤ４４は、撮像制御部４６からの駆動信号に基づいて、所定のフレームレートで撮像信号をＡＦＥ４５に出力する。
【００２８】
図２に示すように、プロセッサ装置１２は、ベース画像生成部５５と、フレームメモリ５６と、画像処理部５７と、表示制御回路５８を備えており、コントローラー５９が各部を制御している。ベース画像生成部５５は、電子内視鏡のＡＦＥ４５から出力される青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒに各種信号処理を施すことによって、ベース画像を作成する。作成されたベース画像はフレームメモリ５６に一時的に記憶される。また、ＡＦＥ４５から出力される青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒも、フレームメモリ５６に記憶される。なお、ベース画像は、狭帯域光ＮＢ１を使用せず、広帯域光ＢＢのみを使用して得られる通常観察画像や、酸素飽和度などの血管機能情報を疑似カラー化した疑似カラー画像などであってもよい。
【００２９】
画像処理部５７は、観察距離算出部６０と、色空間設定部６１と、血管深さ情報取得部６３と、血管画像生成部６５とを備えている。観察距離算出部６０は、被検体上の観察対象と電子内視鏡の先端部１６ａとの距離を示す観察距離を求める。観察距離は、青色信号Ｂと緑色信号Ｇの類似度と関係性を有しており、類似度は例えば青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇ間における信号値の差分値の大小や周波数帯と関係がある。観察距離は遠くなるほど、画素間で色の混合が起きたり、ＣＣＤ４４の画素ピッチよりも血管の太さが細くなることで血管と周辺組織とが混ざり合ったりすることから、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇ間における信号値の差分値は小さくなる。即ち、類似度が高くなる。したがって、類似度が高いときには観察距離は一定距離以上の遠景状態にあり、反対に類似度が低いときには観察距離は一定距離未満の近景状態にある。なお、類似度は、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇの各画素間の相関から得られる。
【００３０】
色空間設定部６１は、被検体における血管深さの算出に用いられ、所定の信号比と血管深さとの関係を表した色空間を設定する。色空間は近景用の第１色空間と遠景用の第２色空間とからなり、過去の診断データ等から予め求められるものである。第１色空間は、図５に示すように、青色信号Ｂと緑色信号Ｇの比であるＢ／Ｇと血管深さとの関係を表しており、血管深さが大きくなるに従ってＢ／Ｇも大きくなる関係を有している。第２色空間は、図６に示すように、青色信号Ｂと赤色信号Ｒの比であるＢ／Ｒと血管深さとの関係を表しており、表層においては血管深さとＢ／Ｒとの関係に規則性はないものの、表層〜粘膜〜中深層血管にかけては、血管深さが大きくなるほどＢ／Ｒも大きくなる関係を有している。
【００３１】
近景状態と遠景状態で別々の色空間を用いるのは、以下の理由による。図７に示すように、近景状態のときには、撮像信号のうち青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇには血管情報が多く乗っている。また、青色信号Ｂには、表層血管７０の情報が中深層血管７１の情報よりも多く乗っており、反対に、緑色信号Ｇには、中深層血管７１の情報が表層血管７０の情報よりも多く乗っている。したがって、近景状態時には、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇ間における血管の情報量の差を利用すること、即ち第１色空間を利用することで、表層血管と中深層血管の血管深さを確実に求めることができる。
【００３２】
一方、図８に示すように、遠景状態のときに得られる撮像信号のうち、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇは表層血管７０及び中深層血管７１のいずれについても血管情報があまり乗っておらず、赤色信号Ｒは近景状態と同様に血管情報がほとんど乗っていない。したがって、遠景状態時には、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇ間における血管の情報量の差はないため、第１色空間では、表層血管と中深層血管の血管深さを確実に求めることが困難である。そこで、遠景状態時には、血管情報がほとんど乗っていない赤色信号Ｒと血管情報が多少乗っている青色信号Ｂ間における血管の情報量の差を利用すること、即ち第２色空間を利用することで、少なくとも表層血管の有無が識別できる程度に、血管深さを求めることができる。
【００３３】
血管深さ情報算出部６３は、色空間設定部６１で設定した色空間から各画素毎に血管深さを求める。第１色空間が設定された場合には、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇ間で同じ位置の画素毎に信号比Ｂ／Ｇを求め、求めた比Ｂ／Ｇに対応する血管深さを第１色空間から求める。血管深さは青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇの全画素について求める。例えば、図９に示すように、所定の信号比Ｂ＊／Ｇ＊に対応する血管深さは、表層として求められる。一方、第２色空間が設定された場合には、同様にして、青色信号Ｂ及び赤色信号Ｒ間の信号比Ｂ／Ｒに対応する血管深さを全画素について求める。
【００３４】
血管画像生成部６５は、フレームメモリ５６に記憶されたベース画像に血管深さ情報を反映させることにより、血管深さ情報を含む血管画像を生成する。生成された血管画像は、表示制御回路５８によって、モニタ１４に画像表示される。近景状態では、表層血管と中深層血管の血管深さ情報が確実に反映された血管画像が表示されることから、生体組織内における各層の血管構造を詳細に観察し易くなっている。一方、遠景状態では、光量不足な状態にもかかわらず血管の有無がはっきりと写し出された血管画像が表示されていることから、病変部が存在する可能性がある新生血管や表層血管の塊の有無などが把握し易くなっている。
【００３５】
次に、本発明の作用について、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。光源装置１３で発せられる広帯域光ＢＢ及び狭帯域光ＮＢ１は、ライトガイド４３を介して、被検体内に同時に照射される。被検体からの反射光は、カラーのＣＣＤ４４により撮像される。この撮像により得られる青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒから、ベース画像を生成する。生成されたベース画像と青色信号Ｂ、緑色信号Ｇ、赤色信号Ｒは、フレームメモリ５６に一時的に記憶される。
【００３６】
次に、青色信号Ｂと緑色信号Ｇの類似度から観察距離を求める。類似度が低いときには近景状態とされ、類似度が高い時には遠景状態とされる。そして、観察距離に応じて色空間を設定する。近景状態においては、Ｂ／Ｇと血管深さとの関係を表す第１色空間が、遠景状態においては、Ｂ／Ｒと血管深さとの関係を表す第２色空間が設定される。色空間が設定されると、設定された色空間から血管深さを求める。
【００３７】
第１色空間が設定されている場合には、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇ間で同じ位置の画素毎に信号比Ｂ／Ｇを求め、その求めた信号比Ｂ／Ｇに対応する血管深さを第１色空間から求める。血管深さは、青色信号Ｂ及び緑色信号Ｇの全画素について求める。第２色空間が設定されている場合には、青色信号Ｂ及び赤色信号Ｒ間で同じ位置の画素毎に信号比Ｂ／Ｒを求め、その求めた信号比Ｂ／Ｒに対応する血管深さを第２色空間から求める。血管深さは、青色信号Ｂ及び赤色信号Ｒの全画素について求める。
【００３８】
全画素について血管深さが求まると、フレームメモリ５６に記憶されたベース画像に対して血管深さ情報を反映させることにより、血管深さ情報を含む血管画像が生成される。生成された血管画像は、表示制御回路５８によってモニタ１４に表示される。
【００３９】
図１１に示す第２実施形態の電子内視鏡システム１００では、電子内視鏡の先端部１６ａの対物レンズユニット５１に、被検体を拡大する拡大モードと拡大しない非拡大モードを有するズーム機能を設け、モードに応じて異なる色空間を設定する。拡大モードに設定されているときには観察距離が近い状態にあるとし、反対に非拡大モードに設定されているときには観察距離が遠い状態にあるとする。このように、電子内視鏡システム１００は、対物レンズユニットがいずれのモードに設定されているかによって観察距離を決めていることから、電子内視鏡システム１００には第１実施形態のような観察距離算出部６０が設けられていない。なお、それ以外については電子内視鏡システム１００は電子内視鏡システム１０と同様である。
【００４０】
対物レンズユニット５１は、光軸方向に移動可能な結像レンズ５１ａと、この結像レンズ５１ａを移動させるレンズ駆動部５１ｂとによって、ズーム機能を構成している。レンズ駆動部５１ｂは、結像レンズ５１ａを所定量だけ移動させることによって、所定の撮像倍率に設定する。撮像倍率は、プロセッサ装置１２のコントローラー５９内に設けられたズーム制御部５９ａで決められる。
【００４１】
ズーム制御部５９ａは、ズームスイッチ１０１に入力されるズーム機能のモード情報やズーム倍率情報に基づいて、レンズ駆動部５１ｂを駆動制御する。また、ズームスイッチ１０１からのズーム機能のモード情報は、画像処理部５７内の色空間設定部６１にも送信される。色空間設定部６１が拡大モードの情報を受信したときには、信号比Ｂ／Ｇと血管深さとの関係を表す第１色空間に設定する。一方、非拡大モードの情報を受信したときには、信号比Ｂ／Ｒと血管深さとの関係を表す第２色空間を設定する。色空間を設定した後の処理は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００４２】
図１２に示す第３実施形態の電子内視鏡システム２００では、キセノンランプ等の広帯域光源の代わりに、レーザ光源２０１と蛍光体２０２とによって広帯域光ＢＢ´を生成する。レーザ光源２０１は光源装置１３内に設けられており、図１３に示すように、中心波長４４５ｎｍ（半値幅は１０ｎｍ程度）の狭帯域光ＮＢ２を発する。蛍光体２０２は例えばＹＡＧ系蛍光体やＢＡＭ（ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７）からなり、電子内視鏡の先端部１６ａに設けられている。蛍光体２０２は、狭帯域光ＮＢ２の一部を吸収することにより、図１３に示すように、緑色領域から赤色領域に及ぶ励起発光光を発する。この励起発光光と狭帯域光ＮＢ２が合波されて広帯域光ＢＢ´が生成される。
【００４３】
第３実施形態の光源装置１３においては、レーザ光源３３からの狭帯域光ＮＢ１はライトガイド４３ａに入射するとともに、レーザ光源２０１からの狭帯域光ＮＢ２はライトガイド４３ｂに入射する。ライトガイド４３ａからの狭帯域光ＮＢ１は、照射レンズ４８及び照明窓４９を介して、被検体に照射される。一方、ライトガイド４３ｂからの狭帯域光ＮＢ２は、ライトガイド４３ｂと照明窓２０４との間に設けられた蛍光体２０２に照射される。蛍光体２０２では、狭帯域光ＮＢ２の一部を吸収することにより励起発光光を発生させ、その他はそのまま透過する。これにより、蛍光体２０２からは、励起発光光と狭帯域光ＮＢ２が合波された広帯域光ＢＢ´が出射する。この広帯域光ＢＢ´は照明窓２０４を介して被検体に照射される。
【００４４】
広帯域光ＢＢ´と狭帯域光ＮＢ１は、所定の光量比で被検体に同時に照射される。光量比は、レーザ光源３３及びレーザ光源２０１の光量を光源制御部２１０で制御することによって、調整される。光源制御部２１０は、プロセッサ装置内のコントローラー５９からの指示に基づき、レーザ光源３３の光量とレーザ光源２０１の光量との比を示すＬＤ光量比（４０５／４４５）が所定値となるように制御を行う。
【００４５】
コントローラー５９は、フレームメモリ５６に記憶された青色信号Ｂ等からＣＣＤ４４における露光量を検出し、検出した露光量に応じてＬＤ光量比を設定するＬＤ光量比設定部５９ｂとを備えている。露光量は観察距離と関連性を有しており、観察距離が近いときには、先端部１６ａに戻る光の量が多いため、露光量は大きくなる。一方、観察距離が遠くなるほど、先端部１６ａに戻る光の量は少なくなるため、露光量は小さくなる。
【００４６】
したがって、ＬＤ光量比設定部５９ｂでは、図１４に示すように、露光量が多い場合（観察距離が近い場合（近景状態））にはＬＤ光量比を大きく設定する。即ち、狭帯域光ＮＢ１の光量（比率）を広帯域光ＢＢ´の光量（比率）よりも大きくする。一方、露光量が少なくなり始めた場合には（観察距離が遠くなり始めた場合）には、ＬＤ光量比を徐々に小さくする。そして、露光量が少なくなった場合（観察距離が遠い場合（遠景状態））には、ＬＤ光量比を小さく設定する。即ち、広帯域光ＢＢ´の光量（比率）を狭帯域光ＮＢ１の光量（比率）よりも大きくする。
【００４７】
以上のように、ＬＤ光量比は観察距離と関連性があることから、第３実施形態ではＬＤ光量比を用いて色空間の切り替えを行う。ここで、ＬＤ光量比が閾値Ｔｈを上回る一定値以上のとき（近景状態）には、信号比Ｂ／Ｇと血管深さとの関係を表す第１色空間に設定する。一方、ＬＤ光量比が閾値Ｔｈを下回る一定値未満のとき（近景状態）には、信号比Ｂ／Ｒと血管深さとの関係を表す第２色空間を設定する。色空間を設定した後の処理は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。なお、電子内視鏡システム２００では、ＬＤ光量比によって観察距離を決めていることから、電子内視鏡システム２００には第１実施形態のような観察距離算出部６０が設けられていない。
【符号の説明】
【００４８】
１０，１００，２００ 電子内視鏡システム
１４ モニタ
３０ 広帯域光源
３３，２０２ レーザ光源
５１ 対物レンズユニット
５７ 画像処理部
５９ コントローラー
５９ｂ ＬＤ光量比設定部
６０ 観察距離算出部
６１ 色空間設定部
６３ 血管深さ情報取得部
６５ 血管画像生成部
１０１ ズームスイッチ
２０２ 蛍光体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に照明光を照射する照明手段と、
互いに光透過特性が異なる複数のカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子を有し、前記被写体からの反射光を前記カラーの撮像素子で撮像することによって複数の撮像信号を取得する撮像手段と、
前記被検体における観察対象との距離を示す観察距離を求める観察距離算出手段と、
所定の２つの撮像信号間の比を示す第１信号比と被検体における血管深さとの関係を表す第１色空間及び前記第１信号比と異なる第２信号比と血管深さとの関係を表す第２色空間を含む複数の色空間の中から、前記観察距離に合った色空間を設定する色空間設定手段と、
前記撮像手段で取得した撮像信号及び前記色空間設定手段で設定した色空間から、血管深さ情報を求める血管深さ情報取得手段と、
前記血管深さ情報を含む血管画像を生成する血管画像生成手段と、
前記血管画像を表示する表示手段とをを備えることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
前記カラーの撮像素子は、Ｂ色のカラーフィルターが設けられたＢ画素から青色信号を、Ｇ色のカラーフィルターが設けられたＧ画素から緑色信号を、Ｒ色のカラーフィルターが設けられたＲ画素から赤色信号を出力し、
前記第１色空間は、青色信号及び緑色信号間の第１信号比Ｂ／Ｇと血管深さとの関係を表しており、
前記第２色空間は、青色信号及び赤色信号間の第２信号比Ｂ／Ｒと血管深さとの関係を表しており、
前記色空間設定手段は、前記観察距離が一定距離未満のときには第１色空間を、前記観察距離が一定距離以上のときには第２色空間を自動的に設定することを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記観察距離算出手段は、前記青色信号と前記緑色信号の類似度が低いときには前記観察距離は近景状態にあるとし、類似度が高いときには前記観察距離は遠景状態にあるとし、
前記色空間設定手段は、前記近景状態にあるときには前記第１色空間を、前記遠景状態にあるときには前記第２色空間を設定することを特徴とする請求項２記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記青色信号と前記緑色信号の信号値の差分値が大きいときには前記類似度は低く、前記差分値が小さいときには前記類似度は高いことを特徴とする請求項３記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記撮像手段は、被検体を所定の倍率で拡大する拡大モードまたは拡大しない非拡大モードのいずれかに切り替えが可能なズーム部を備えており、
前記色空間設定手段は、前記拡大モードに設定されている場合には前記第１色空間を、前記非拡大モードに設定されている場合には前記第２色空間を設定することを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記照明手段は、広帯域光及び狭帯域光で被検体を同時に照明し、
前記色空間設定手段は、前記広帯域光と前記狭帯域光の光量比において前記狭帯域光の比率が一定以上のときには前記第１色空間を設定し、前記狭帯域光の比率が一定未満のときには前記第２色空間を設定することを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記狭帯域光は、青色領域において特定波長を有する第１狭帯域光であり、
前記広帯域光は、前記第１狭帯域光と波長範囲が異なる第２狭帯域光と、前記第２狭帯域光を蛍光体に照射することによってその蛍光体から励起発光される励起発光光とが合波された光であり、
前記色空間設定手段は、前記第１狭帯域光と前記第２狭帯域光の光量比において前記第１狭帯域光の比率が前記第１色空間を設定し、前記第１狭帯域光の比率が一定未満のときには前記第２色空間を設定することを特徴とする請求項６記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記広帯域光と前記狭帯域光の光量比を、前記観察距離に応じて変化させることを特徴とする請求項６記載の内視鏡システム。
【請求項９】
照明光で照明された被検体を、互いに光透過特性が異なる複数のカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子で撮像することによって複数の撮像信号を取得する電子内視鏡から、前記複数の撮像信号を受信する受信手段と、
前記被検体における観察対象との距離を示す観察距離を求める観察距離算出手段と、
所定の２つの撮像信号間の比を示す第１信号比と被検体における血管深さとの関係を表す第１色空間及び前記第１信号比と異なる第２信号比と血管深さとの関係を表す第２色空間を含む複数の色空間の中から、前記観察距離に合った色空間を設定する色空間設定手段と、
前記撮像手段で取得した撮像信号及び前記色空間設定手段で設定した色空間から、血管深さ情報を求める血管深さ情報取得手段と、
前記血管深さ情報を含む血管画像を生成する血管画像生成手段とを備えることを特徴とする内視鏡システムのプロセッサ装置。
【請求項１０】
照明光で照明された被検体を、互いに光透過特性が異なる複数のカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子で撮像することによって複数の撮像信号を取得する電子内視鏡から送信される前記複数の撮像信号を画像処理する画像処理方法において、
前記被検体における観察対象との距離を示す観察距離を求め、
所定の２つの撮像信号間の比を示す第１信号比と被検体における血管深さとの関係を表す第１色空間及び前記第１信号比と異なる第２信号比と血管深さとの関係を表す第２色空間を含む複数の色空間の中から、前記観察距離に合った色空間を設定し、
前記撮像手段で取得した撮像信号及び前記色空間設定手段で設定した色空間から、血管深さ情報を求め、
前記血管深さ情報を含む血管画像を生成することを特徴とする画像処理方法。
【請求項１】
被検体に照明光を照射する照明手段と、
互いに光透過特性が異なる複数のカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子を有し、前記被写体からの反射光を前記カラーの撮像素子で撮像することによって複数の撮像信号を取得する撮像手段と、
前記被検体における観察対象との距離を示す観察距離を求める観察距離算出手段と、
所定の２つの撮像信号間の比を示す第１信号比と被検体における血管深さとの関係を表す第１色空間及び前記第１信号比と異なる第２信号比と血管深さとの関係を表す第２色空間を含む複数の色空間の中から、前記観察距離に合った色空間を設定する色空間設定手段と、
前記撮像手段で取得した撮像信号及び前記色空間設定手段で設定した色空間から、血管深さ情報を求める血管深さ情報取得手段と、
前記血管深さ情報を含む血管画像を生成する血管画像生成手段と、
前記血管画像を表示する表示手段とをを備えることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
前記カラーの撮像素子は、Ｂ色のカラーフィルターが設けられたＢ画素から青色信号を、Ｇ色のカラーフィルターが設けられたＧ画素から緑色信号を、Ｒ色のカラーフィルターが設けられたＲ画素から赤色信号を出力し、
前記第１色空間は、青色信号及び緑色信号間の第１信号比Ｂ／Ｇと血管深さとの関係を表しており、
前記第２色空間は、青色信号及び赤色信号間の第２信号比Ｂ／Ｒと血管深さとの関係を表しており、
前記色空間設定手段は、前記観察距離が一定距離未満のときには第１色空間を、前記観察距離が一定距離以上のときには第２色空間を自動的に設定することを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記観察距離算出手段は、前記青色信号と前記緑色信号の類似度が低いときには前記観察距離は近景状態にあるとし、類似度が高いときには前記観察距離は遠景状態にあるとし、
前記色空間設定手段は、前記近景状態にあるときには前記第１色空間を、前記遠景状態にあるときには前記第２色空間を設定することを特徴とする請求項２記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記青色信号と前記緑色信号の信号値の差分値が大きいときには前記類似度は低く、前記差分値が小さいときには前記類似度は高いことを特徴とする請求項３記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記撮像手段は、被検体を所定の倍率で拡大する拡大モードまたは拡大しない非拡大モードのいずれかに切り替えが可能なズーム部を備えており、
前記色空間設定手段は、前記拡大モードに設定されている場合には前記第１色空間を、前記非拡大モードに設定されている場合には前記第２色空間を設定することを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記照明手段は、広帯域光及び狭帯域光で被検体を同時に照明し、
前記色空間設定手段は、前記広帯域光と前記狭帯域光の光量比において前記狭帯域光の比率が一定以上のときには前記第１色空間を設定し、前記狭帯域光の比率が一定未満のときには前記第２色空間を設定することを特徴とする請求項１または２記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記狭帯域光は、青色領域において特定波長を有する第１狭帯域光であり、
前記広帯域光は、前記第１狭帯域光と波長範囲が異なる第２狭帯域光と、前記第２狭帯域光を蛍光体に照射することによってその蛍光体から励起発光される励起発光光とが合波された光であり、
前記色空間設定手段は、前記第１狭帯域光と前記第２狭帯域光の光量比において前記第１狭帯域光の比率が前記第１色空間を設定し、前記第１狭帯域光の比率が一定未満のときには前記第２色空間を設定することを特徴とする請求項６記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記広帯域光と前記狭帯域光の光量比を、前記観察距離に応じて変化させることを特徴とする請求項６記載の内視鏡システム。
【請求項９】
照明光で照明された被検体を、互いに光透過特性が異なる複数のカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子で撮像することによって複数の撮像信号を取得する電子内視鏡から、前記複数の撮像信号を受信する受信手段と、
前記被検体における観察対象との距離を示す観察距離を求める観察距離算出手段と、
所定の２つの撮像信号間の比を示す第１信号比と被検体における血管深さとの関係を表す第１色空間及び前記第１信号比と異なる第２信号比と血管深さとの関係を表す第２色空間を含む複数の色空間の中から、前記観察距離に合った色空間を設定する色空間設定手段と、
前記撮像手段で取得した撮像信号及び前記色空間設定手段で設定した色空間から、血管深さ情報を求める血管深さ情報取得手段と、
前記血管深さ情報を含む血管画像を生成する血管画像生成手段とを備えることを特徴とする内視鏡システムのプロセッサ装置。
【請求項１０】
照明光で照明された被検体を、互いに光透過特性が異なる複数のカラーフィルタが設けられたカラーの撮像素子で撮像することによって複数の撮像信号を取得する電子内視鏡から送信される前記複数の撮像信号を画像処理する画像処理方法において、
前記被検体における観察対象との距離を示す観察距離を求め、
所定の２つの撮像信号間の比を示す第１信号比と被検体における血管深さとの関係を表す第１色空間及び前記第１信号比と異なる第２信号比と血管深さとの関係を表す第２色空間を含む複数の色空間の中から、前記観察距離に合った色空間を設定し、
前記撮像手段で取得した撮像信号及び前記色空間設定手段で設定した色空間から、血管深さ情報を求め、
前記血管深さ情報を含む血管画像を生成することを特徴とする画像処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２１３５５２（Ｐ２０１２−２１３５５２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８１７５６（Ｐ２０１１−８１７５６）
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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