内視鏡システム
【課題】通常画像と特殊画像とを合成して合成画像を取得する内視鏡システムにおいて、大規模な拡大・縮小回路を用いることなく、装置の小型化および簡略化を図る。
【解決手段】特殊画像を撮像する第１の撮像系と、第１の撮像系とは異なる光学倍率を有し、通常画像を撮像する第２の撮像系とを備えた撮像装置と、蛍光画像と通常画像とが同じ大きさとなるように拡大処理または縮小処理を施すとともに、特殊画像と通常画像とに基づいて合成画像を生成する画像処理装置とを備えた内視鏡システムにおいて、第１の撮像系および第２の撮像系の少なくとも一方を、ピント調整機構を備えたものとするとともに、像側テレセントリック光学系を構成し、予め設定された一定の拡縮率で拡大処理または縮小処理を行う。
【解決手段】特殊画像を撮像する第１の撮像系と、第１の撮像系とは異なる光学倍率を有し、通常画像を撮像する第２の撮像系とを備えた撮像装置と、蛍光画像と通常画像とが同じ大きさとなるように拡大処理または縮小処理を施すとともに、特殊画像と通常画像とに基づいて合成画像を生成する画像処理装置とを備えた内視鏡システムにおいて、第１の撮像系および第２の撮像系の少なくとも一方を、ピント調整機構を備えたものとするとともに、像側テレセントリック光学系を構成し、予め設定された一定の拡縮率で拡大処理または縮小処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通常光の被観察部への照射によって取得した通常画像と特殊光の被観察部への照射によって取得した特殊画像とを合成した合成画像を取得する内視鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、体腔内の組織を観察する内視鏡システムが広く知られており、白色光の照射によって体腔内の被観察部を撮像して通常画像を得、この通常画像をモニタ画面上に表示する電子式内視鏡システムが広く実用化されている。
【０００３】
また、上記のような内視鏡システムとして、たとえば、特許文献１においては、通常画像とともに、励起光の照射によって被観察部から発せられた自家蛍光像を撮像して自家蛍光画像を得、これらの画像をモニタ画面上に表示する蛍光内視鏡システムが提案されている。
【０００４】
また、蛍光内視鏡システムとしては、たとえば、ＩＣＧ（インドシアニングリーン）を予め体内に投入し、励起光を被観察部に照射して血管内のＩＣＧの蛍光を検出することによって血管の蛍光画像を取得するものも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−８４２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、たとえば、上述したようなＩＣＧを用いた血管画像の観察を行う場合、蛍光画像上においては、通常画像上には現れない脂肪下の血管まで現れるため、この蛍光画像を通常画像に重ね合わせて表示したい場合がある。
【０００７】
一方、蛍光像は通常像に比べて微弱であり、十分な感度を得るために蛍光像を撮像する撮像素子として、通常像を撮像する撮像素子よりも大きいものを使用する場合がある。すなわち、通常画像よりも蛍光画像の方が大きくなるように光学系の倍率を設定する場合がある。
【０００８】
このような場合、蛍光画像と通常画像とをそのまま重ね合わせたのでは、互いの大きさが異なり適切な合成画像を取得することができないため、蛍光画像が通常画像と同じ大きさとなるように蛍光画像に対して縮小処理を施すことが考えられる。
【０００９】
しかしながら、蛍光画像と通常画像を撮像する際には、それぞれを撮像する撮像系においてピント調整が行われ、このピント調整によって撮像系の光学倍率が変化する。
【００１０】
したがって、ピント調整に応じて光学倍率が変化する度に、蛍光画像に対して施される拡大・縮小処理の拡縮率を光学倍率に応じて変化させる必要がある。
【００１１】
しかしながら、このような種々の拡縮率に応じた拡大・縮小処理を行うためには、拡縮率を切り替えるための大規模で複雑な処理回路が必要となり、さらに、倍率変動を検出するためにピント調整量を検出する構成や、基準チャートなどを撮影して画像解析する構成も必要となり、装置が複雑化、大型化し、コストアップにもなる。
【００１２】
なお、特許文献１には、イメージガイドの出射端の像を撮像素子に再結像する光学系を備えた内視鏡装置において、ピント調整により倍率が変化してしまうため、再結像光学系の入射側および出射側をともにテレセントリック光学系とすることが提案されているが、特許文献１に記載の内視鏡装置は、上述したような通常画像と蛍光画像とを撮像して合成画像を得るような装置ではなく、合成画像を生成する際の上記のような問題点についても一切考慮されていない。
【００１３】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、通常画像と特殊画像とを合成して合成画像を取得する内視鏡システムにおいて、種々の拡縮率に切り替え可能な大規模な拡大・縮小回路や、ピント調整による倍率変動を検出する機構などを必要とすることなく、装置の小型化および簡略化、コストの削減を図ることができる内視鏡システム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】
【００１４】
本発明の内視鏡システムは、体腔内に挿入される内視鏡挿入部を有し、特殊光の照射によって被観察部から発せられた発光光を受光して特殊画像を撮像する第１の撮像素子を有する第１の撮像系と、第１の撮像系とは異なる光学倍率を有し、通常光の照射によって被観察部から反射された反射光を受光して通常画像を撮像する第２の撮像素子を有する第２の撮像系とを備えた撮像装置と、第１の撮像系によって撮像された蛍光画像と第２の撮像系によって撮像された通常画像とが同じ大きさとなるように拡大処理または縮小処理を施すとともに、特殊画像と通常画像とに基づいて合成画像を生成する画像処理装置とを備えた内視鏡システムにおいて、第１の撮像系および第２の撮像系の少なくとも一方が、ピント調整機構を備えるとともに、像側テレセントリック光学系を構成するものであり、画像処理装置が、予め設定された一定の拡縮率で拡大処理または縮小処理を行うものであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の内視鏡システムにおいては、第１および第２の撮像系を、内視鏡挿入部の先端から入射された反射光を直角方向に反射して第２の撮像素子の撮像面に結像するとともに発光光を透過する分光光学素子をともに用いるものとし、第１の撮像系を、さらに分光光学素子を透過した発光光を直角方向に反射して第１の撮像素子の撮像面に結像させる反射光学素子を備えたものとすることができる。
【００１６】
また、第１および第２の撮像系を、内視鏡挿入部の先端から入射された発光光を直角方向に反射して第１の撮像素子の撮像面に結像するとともに反射光を透過する分光光学素子をともに用いるものとし、第２の撮像系を、さらに分光光学素子を透過した反射光を直角方向に反射して第２の撮像素子の撮像面に結像させる反射光学素子を備えたものとすることができる。
【００１７】
また、第１の撮像素子の撮像面に結像される蛍光画像と第２の撮像素子の撮像面に結像される通常画像とを異なる大きさにすることができる。
【００１８】
また、像側テレセントリック光学系を構成する撮像系において、撮像素子の撮像面に対して垂直な方向と撮像素子に入射する主光線とが成す角θが、θ＜０．０３ｒａｄを満たすようにすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の内視鏡システムによれば、第１の撮像系および第２の撮像系の少なくとも一方を、ピント調整機構を備えるとともに、像側テレセントリック光学系を構成するものとしたので、ピント調整を行ったとしても通常画像と蛍光画像との大きさの比を略一定に保つことができる。これによって、画像処理装置を、予め設定された一定の拡縮率で拡大処理または縮小処理を行うものとすることができるので、種々の拡縮率に切り替え可能な大規模な拡大・縮小回路や、ピント調整による倍率変動を検出する機構などを必要とすることなく、装置の小型化および簡略化、コストの削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の内視鏡装置の一実施形態を用いた腹腔鏡システムの概略構成図
【図２】硬質挿入部の概略構成図
【図３】撮像ユニットの概略構成図
【図４】撮像素子の撮像面に垂直な方向と蛍光像および通常像の主光線とが成す角θを示す図
【図５】画像処理装置および光源装置の概略構成を示すブロック図
【図６】画像処理部の概略構成を示すブロック図
【図７】蛍光画像、通常画像および合成画像の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の内視鏡装置の一実施形態を用いた腹腔鏡システムについて詳細に説明する。図１は、本実施形態の腹腔鏡システム１の概略構成を示す外観図である。
【００２２】
本実施形態の腹腔鏡システム１は、図１に示すように、白色の通常光および特殊光を同時に射出する光源装置２と、光源装置２から射出された通常光および特殊光を導光して被観察部に照射するとともに、通常光の照射により被観察部から反射された反射光に基づく通常像および特殊光の照射により被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像を撮像する硬性鏡撮像装置１０と、硬性鏡撮像装置１０によって撮像された画像信号に所定の処理を施す画像処理装置３と、画像処理装置３において生成された表示制御信号に基づいて被観察部の通常画像および蛍光画像を表示するモニタ４とを備えている。
【００２３】
硬性鏡撮像装置１０は、図１に示すように、腹腔内に挿入される硬質挿入部３０と、硬質挿入部３０によって導光された被観察部の通常像および蛍光像を撮像する撮像ユニット２０とを備えている。
【００２４】
また、硬性鏡撮像装置１０は、図２に示すように、硬質挿入部３０と撮像ユニット２０とが着脱可能に接続されている。そして、硬質挿入部３０は接続部材３０ａ、挿入部材３０ｂ、ケーブル接続口３０ｃ、および照射窓３０ｄを備えている。
【００２５】
接続部材３０ａは、硬質挿入部３０（挿入部材３０ｂ）の一端側３０Ｘに設けられており、たとえば撮像ユニット２０側に形成された開口２０ａに嵌め合わされることにより、撮像ユニット２０と硬質挿入部３０とが着脱可能に接続される。
【００２６】
挿入部材３０ｂは、腹腔内の撮影を行う際に腹腔内に挿入されるものであって、硬質な材料から形成され、たとえば、直径略５ｍｍの円柱形状を有している。挿入部材３０ｂの内部には、被観察部の像を結像するための対物レンズ群３０ｅ（図３参照）が収容されており、他端側３０Ｙから入射された被観察部の通常像および蛍光像は対物レンズ群３０ｅを介して一端側３０Ｘの撮像ユニット２０側に射出される。
【００２７】
挿入部材３０ｂの側面にはケーブル接続口３０ｃが設けられており、このケーブル接続口３０ｃに光ケーブルＬＣが機械的に接続される。これにより、光源装置２と挿入部材３０ｂとが光ケーブルＬＣを介して光学的に接続されることになる。
【００２８】
照射窓３０ｄは、硬質挿入部３０の他端側３０Ｙに設けられており、光ケーブルＬＣによって導光された通常光および特殊光を被観察部に対し照射するものである。なお、挿入部材３０ｂ内にはケーブル接続口３０ｃから照射窓３０ｄまで通常光および特殊光を導光するライトガイドが収容されており（図示せず）、照射窓３０ｄはライトガイドによって導光された通常光および特殊光を被観察部に照射するものである。
【００２９】
図３は、撮像ユニット２０および硬質挿入部３０内の対物レンズ群３０ｅの概略構成を示す図である。
【００３０】
撮像ユニット２０は、硬質挿入部３０内の対物レンズ群３０ｅにより結像された被観察部の蛍光像を撮像して被観察部の蛍光画像信号を生成する第１の撮像系と、硬質挿入部３０内の対物レンズ群３０ｅにより結像された被観察部の通常像を撮像して通常画像信号を生成する第２の撮像系とを備えている。これらの撮像系は、通常像を反射するとともに、蛍光像を透過する分光特性を有するダイクロイックプリズム２１によって、互いに直交する２つの光軸に分けられている。
【００３１】
第１の撮像系は、硬質挿入部３０内の対物レンズ群３０ｅにより結像された被観察部の蛍光像Ｌ４を透過するとともに、通常像Ｌ３を直角方向に反射するダイクロイックプリズム２１と、ダイクロイックプリズム２１を透過した蛍光像Ｌ４を拡大する拡大レンズ２３と、拡大レンズ２３によって拡大された蛍光像Ｌ４を直角方向に反射するプリズム２４と、被観察部から反射された特殊光をカットする特殊光カットフィルタ２５と、プリズム２４によって反射され、特殊光カットフィルタ２５を透過した蛍光像Ｌ４が結像され、その蛍光像Ｌ４を撮像する高感度撮像素子２６とを備えている。なお、プリズム２４は、ミラーでもよい。
【００３２】
第１の撮像系におけるプリズム２４は、図３の矢印方向に±０．２ｍｍ程度移動可能に構成されており、このプリズム２４の移動によって蛍光像Ｌ４のピント調整が行われる。
【００３３】
第２の撮像系は、硬質挿入部３０内の対物レンズ群３０ｅにより結像された被観察部の通常像Ｌ３を直角方向に反射するダイクロイックプリズム２１と、ダイクロイックプリズム２１を反射した通常像Ｌ３が結像され、その通常像Ｌ３を撮像する撮像素子２２を備えている。
【００３４】
第２の撮像系におけるダイクロイックプリズム２１は、図３の矢印方向に±０．２ｍｍ程度移動可能に構成されており、このダイクロイックプリズム２１の移動によって通常像Ｌ３のピント調整が行われる。
【００３５】
また、本実施形態においては、第１の撮像系および第２の撮像系の両方が、像側テレセントリック光学系を構成しており、プリズム２４またはダイクロイックプリズム２１が移動してピント調整が行われたとしても、高感度撮像素子２６の撮像面に結像される蛍光像Ｌ４の大きさと撮像素子２２の撮像面に結像される通常像Ｌ３の大きさはほとんど変化しないものとする。
【００３６】
そして、図４に示すように、高感度撮像素子２６の撮像面に対して垂直方向（図４の点線）と高感度撮像素子２６に入射する蛍光像Ｌ４の主光線とが成す角θと、撮像素子２２の撮像面に対して垂直方向（図４の点線）と撮像素子２２に入射する通常像Ｌ３の主光線とが成す角θとが、θ＜０．０３ｒａｄを満たす値であることが望ましい。第１の撮像系と第２の撮像系においては、上述したようにプリズム２４またはダイクロイックプリズム２１が±０．２ｍｍ程度移動することによってピント調整が行われるが、このピント調整代に対して、θ＜０．０３ｒａｄを満たす像側テレセントリック光学系を構成することによって撮像系全体としての倍率変化を１．５％以下とすることができる。撮像系全体の倍率変化は、通常画像の血管画像と蛍光画像の血管画像とを重ね合わせた際のずれを生じさせるが、たとえば、１ｍｍから数ｍｍの太さの血管を含む通常画像と蛍光画像とを重ね合わせる場合には、１．５％以下程度の倍率変化であれば許容レベルの範囲とすることができる。
【００３７】
一方、たとえば、高感度撮像素子２６の撮像面に対して垂直方向と高感度撮像素子２６に入射する蛍光像Ｌ４の主光線とが成す角θと、撮像素子２２の撮像面に対して垂直方向と撮像素子２２に入射する通常像Ｌ３の主光線とが成す角θとが０．１ｒａｄである場合には、ピント調整±０．２ｍｍの調整代に対して、第１および第２の撮像系のそれぞれで±３％の倍率変化が生じ、全体としては、±６％の倍率変化を生じてしまい、適切な合成画像を取得することができない。
【００３８】
高感度撮像素子２６は、蛍光像の波長帯域の光を高感度に検出し、蛍光画像信号に変換して出力するものである。高感度撮像素子２６はモノクロの撮像素子である。
【００３９】
撮像素子２２は、通常像の波長帯域の光を検出し、通常画像信号に変換して出力するものである。撮像素子２２の撮像面には、３原色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）、またはシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）のカラーフィルタがベイヤー配列またはハニカム配列で設けられている。
【００４０】
そして、本実施形態においては、蛍光像Ｌ４は通常像Ｌ３に比べて微弱なので、その感度を得るため、蛍光像撮像用の高感度撮像素子２６は、通常像撮像用の撮像素子２２に比べてほぼ３倍の大きさになっている。また、第１の撮像系の倍率もこれに対応した倍率に設定されている。なお、高感度撮像素子２６と撮像素子２２の画素数はほぼ等しくなるように設計されており、すなわち、高感度撮像素子２６の画素の大きさが撮像素子の画素の大きさのほぼ３倍となるように設計されている。
【００４１】
また、撮像ユニット２０は、撮像制御ユニット２７を備えている。撮像制御ユニット２７は、高感度撮像素子２６から出力された蛍光画像信号および撮像素子２２から出力された通常画像信号に対し、ＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理を施し、ケーブル５（図１参照）を介して画像処理装置３に出力するものである。
【００４２】
画像処理装置３は、図５に示すように、通常画像入力コントローラ３１、蛍光画像入力コントローラ３２、画像処理部３３、メモリ３４、ビデオ出力部３５、操作部３６、ＴＧ（タイミングジェネレータ）３７およびＣＰＵ３８を備えている。
【００４３】
通常画像入力コントローラ３１および蛍光画像入力コントローラ３２は、所定容量のラインバッファを備えており、撮像ユニット２０の撮像制御ユニット２７から出力された１フレーム分の通常画像信号および蛍光画像信号をそれぞれ一時的に記憶するものである。そして、通常画像入力コントローラ３１に記憶された通常画像信号および蛍光画像入力コントローラ３２に記憶された蛍光画像信号はバスを介してメモリ３４に格納される。
【００４４】
画像処理部３３は、メモリ３４から読み出された１フレーム分の通常画像信号および蛍光画像信号が入力され、これらの画像信号に所定の画像処理を施し、バスに出力するものである。画像処理部３３のより具体的な構成を図６に示す。
【００４５】
画像処理部３３は、図６に示すように、入力された通常画像信号に対し、通常画像に適した所定の画像処理を施して出力する通常画像処理部３３ａと、入力された蛍光画像信号に対し、縮小処理を施すとともに、蛍光画像に適した所定の画像処理を施して出力する蛍光画像処理部３３ｂと、蛍光画像処理部３３ｂにおいて画像処理の施された蛍光画像信号に対して、血管を表す画像信号を抽出する処理を施して蛍光血管画像信号を生成する血管抽出部３３ｃと、血管抽出部３３ｃにおいて生成された蛍光血管画像信号と通常画像処理部３３ａから出力された通常画像信号とを合成して合成画像信号を生成する画像合成部３３ｄとを備えている。なお、画像処理部３３の各部における処理については、後で詳述する。
【００４６】
ビデオ出力部３５は、画像処理部３３から出力された通常画像信号、蛍光画像信号および合成画像信号がバスを介して入力され、所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力するものである。
【００４７】
操作部３６は、種々の操作指示や制御パラメータなどの操作者による入力を受け付けるものである。また、ＴＧ３７は、撮像ユニット２０の高感度撮像素子２６、撮像素子２２および後述する光源装置２のＬＤドライバ４５を駆動するための駆動パルス信号を出力するものである。また、ＣＰＵ３６は装置全体を制御するものである。
【００４８】
光源装置２は、図５に示すように、約４００〜７００ｎｍの広帯域の波長からなる通常光（白色光）Ｌ１を射出する通常光源４０と、通常光源４０から射出された通常光Ｌ１を集光する集光レンズ４２と、集光レンズ４２によって集光された通常光Ｌ１を透過するとともに、後述する特殊光Ｌ２を反射し、通常光Ｌ１および特殊光Ｌ２とを光ケーブルＬＣの入射端に入射させるダイクロイックミラー４３とを備えている。なお、通常光源４０としては、たとえばキセノンランプが用いられる。また、通常光源４０と集光レンズ４２との間には、絞り４１が設けられており、ＡＬＣ（Automatic light control）からの制御信号に基づいてその絞り量が制御される。
【００４９】
また、光源装置２は、７００ｎｍ〜８００ｎｍの可視から近赤外帯域の光であり、たとえば蛍光色素としてＩＣＧ（インドシアニングリーン）を用いた場合には７５０〜７９０ｎｍの近赤外光を特殊光Ｌ２として射出するＬＤ光源４４と、ＬＤ光源４４を駆動するＬＤドライバ４５と、ＬＤ光源４４から射出された特殊光Ｌ２を集光する集光レンズ４６と、集光レンズ４６によって集光された特殊光りＬ２をダイクロイックミラー４３に向けて反射するミラー４７とを備えている。
【００５０】
なお、特殊光Ｌ２としては、広帯域の波長からなる通常光よりも狭帯域の波長が用いられる。そして、特殊光Ｌ２としては上記波長域の光に限定されず、蛍光色素の種類もしくは自家蛍光させる生体組織の種類によって適宜決定される。
【００５１】
また、光源装置２は、光ケーブルＬＣを介して硬性鏡撮像装置１０に光学的に接続されている。
【００５２】
次に、本実施形態の腹腔鏡システムの作用について説明する。
【００５３】
まず、光ケーブルＬＣが接続された硬質挿入部３０およびケーブル５が撮像ユニット２０に取り付けられた後、光源装置２および撮像ユニット２０および画像処理装置３の電源が投入され、これらが駆動される。
【００５４】
次に、操作者により硬質挿入部３０が腹腔内に挿入され、硬質挿入部３０の先端が被観察部の近傍に設置される。
【００５５】
そして、光源装置２の通常光源４０から射出された通常光Ｌ１が、集光レンズ４２、ダイクロイックミラー４３および光ケーブルＬＣを介して硬質挿入部３０に入射され、硬質挿入部３０の照射窓３０ｄから被観察部に照射される。一方、光源装置２のＬＤ光源４４から射出された特殊光Ｌ２が、集光レンズ４６、ミラー４７、ダイクロイックミラー４３および光ケーブルＬＣを介して硬質挿入部３０に入射され、硬質挿入部３０の照射窓３０ｄから被観察部に通常光と同時に照射される。なお、同時に照射するとは、必ずしも照射期間が完全に一致している必要はなく、少なくとも一部の照射期間が重複していればよい。
【００５６】
そして、通常光Ｌ１の照射によって被観察部から反射された反射光に基づく通常像が撮像されるとともに、特殊光Ｌ２の照射によって被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像が通常像と同時に撮像される。なお、同時に撮像するとは、必ずしも高感度撮像素子２６と撮像素子２２の撮像タイミングが完全に一致している必要はなく、少なくとも一部の撮像タイミングが重複していればよい。また、被観察部には、予めＩＣＧが投与されており、このＩＣＧから発せられる蛍光を撮像するものとする。
【００５７】
より具体的には、通常像の撮像の際には、通常光Ｌ１の照射によって被観察部から反射された反射光に基づく通常像Ｌ３が挿入部材３０ｂの先端３０Ｙから入射し、挿入部材３０ｂ内の対物レンズ群３３ｅにより導光されて撮像ユニット２０に向けて射出される。
【００５８】
撮像ユニット２０に入射された通常像Ｌ３は、ダイクロイックプリズム２１により撮像素子２２に向けて直角方向に反射され、撮像素子２２の撮像面上に結像され、撮像素子２２によって撮像される。
【００５９】
撮像素子２２から出力された通常画像信号は、撮像制御ユニット２７においてＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理が施された後、ケーブル５を介して画像処理装置３に出力される。
【００６０】
一方、蛍光像の撮像の際には、特殊光の照射によって被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像Ｌ４が挿入部材３０ｂの先端３０Ｙから入射し、挿入部材３０ｂ内の対物レンズ群３３ｅにより導光されて撮像ユニット２０に向けて射出される。
【００６１】
撮像ユニット２０に入射された蛍光像Ｌ４は、ダイクロイックプリズム２１を通過した後、拡大レンズ２３に入射され、拡大レンズ２３において所定の倍率で拡大される。そして、拡大レンズ２３において拡大された蛍光像Ｌ４は、プリズム２４により高感度撮像素子２６に向けて直角方向に反射され、高感度撮像素子２６の撮像面上に結像され、高感度撮像素子２６によって撮像される。
【００６２】
そして、高感度撮像素子２６から出力された蛍光画像信号は、撮像制御ユニット２７においてＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理が施された後、ケーブル５を介して画像処理装置３に出力される。
【００６３】
次に、上記のようにして撮像ユニット２０において撮像された通常画像信号および蛍光画像信号に基づいて通常画像、蛍光画像および合成画像を表示する作用について、図５から図７を参照しながら説明する。
【００６４】
まず、通常画像および蛍光画像を表示する作用について説明する。画像処理装置３に入力された通常画像信号は、通常画像入力コントローラ３１において一時的に記憶された後、メモリ３４に格納される。そして、メモリ３４から読み出された１フレーム分の通常画像信号は、画像処理部３３の通常画像処理部３３ａにおいて階調補正処理およびシャープネス補正処理が施された後、ビデオ出力部３５に出力される。
【００６５】
そして、ビデオ出力部３５は、入力された通常画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて通常画像を表示する。図７左上に、通常画像信号に基づいて表示された通常画像の一例を示す。
【００６６】
また、画像処理装置３に入力された蛍光画像信号は、蛍光画像入力コントローラ３２において一時的に記憶された後、メモリ３４に格納される。そして、メモリ３４から読み出された１フレーム分の蛍光画像信号は、画像処理部３３の蛍光画像処理部３３ｂにおいて縮小処理が施される。本実施形態においては、上述したように、蛍光画像が通常画像の３倍の大きさとなっているので、蛍光画像信号に対して、３分の１の縮小処理が施される。そして、その他の所定の画像処理が施された後、ビデオ出力部３５に出力される。
【００６７】
そして、ビデオ出力部３５は、入力された縮小処理済みの蛍光画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて蛍光画像を表示する。図７右上に、蛍光画像信号に基づいて表示された蛍光画像の一例を示す。
【００６８】
そして、上記のようにして通常画像および蛍光画像がモニタ４に表示された後、操作者によって手動で、もしくは自動的に通常画像および蛍光画像のピント調整が行われる。ピント調整は、上述したように、第１の撮像系のプリズム２４と第２の撮像系のダイクロイックプリズム２１とを移動させることによって行われるが、第１の撮像系と第２の撮像系とは像側テレセントリック光学系によって構成されているので、このピント調整によって蛍光画像と通常画像の大きさはほとんど変化しない。
【００６９】
次に、通常画像信号および蛍光画像信号に基づいて、合成画像を表示する作用について説明する。
【００７０】
まず、上記のようにして縮小処理の施された蛍光画像信号が、画像処理部３３の血管抽出部３３ｃに入力される。そして、血管抽出部３３ｃにおいて血管抽出処理が施される。
【００７１】
血管抽出処理は、たとえば、エッジ検出を用いた線分抽出処理を行うことによって行われる。エッジ検出方法としては、たとえば、１次微分を用いたキャニー法や、ノイズを減らすためのガウシアンフィルタ処理と２次微分処理とを行ってエッジを抽出するラプラシアンフィルタを組み合わせたＬＯＧ（Laplace of Gaussian）フィルタを用いた方法などがある。
【００７２】
そして、蛍光画像信号に対して血管抽出処理を施すことによって蛍光血管画像信号が生成され、この蛍光血管画像信号は画像合成部３３ｄに出力される。そして、画像合成部３３ｄには、通常画像処理部３３ａから出力された通常画像信号も入力され、この通常画像信号と蛍光血管画像信号とが合成されて合成画像信号が生成される。
【００７３】
そして、画像合成部３３ｄにおいて生成された合成画像信号は、ビデオ出力部３５に出力される。
【００７４】
ビデオ出力部３５は、入力された合成画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて合成画像を表示する。図７に、合成画像信号に基づいて表示された合成画像の一例を示す。
【００７５】
また、上記実施形態においては、蛍光画像と通常画像との大きさを同じにするために、蛍光画像に対して縮小処理を施すようにしたが、通常画像に対して一定の拡大率で拡大処理を施すようにしてもよい。
【００７６】
また、上記実施形態においては、第１の撮像系と第２の撮像系の両方にピント調整機構を設け、像側テレセントリック光学系を構成するようにしたが、これに限らず、いずれか一方のみにピント調整機構を設け、そのピント調整機構を設けた撮像系のみを像側テレセントリック光学系を構成するようにしてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態においては、ダイクロイックプリズム２１として蛍光像Ｌ４を透過するとともに、通常像Ｌ３を直角方向に反射するものを使用し、プリズム２４として蛍光像Ｌ４を直角方向に反射するものを使用するようにしたが、これに限らず、ダイクロイックプリズム２１として通常像Ｌ３を透過するとともに、蛍光像Ｌ４を直角方向に反射するものを使用し、プリズム２４として通常像Ｌ３を直角方向に反射するものを使用するようにし、ダイクロイックプリズム２１を反射した蛍光像を高感度撮像素子により撮像し、プリズム２４を反射した通常像を撮像素子により撮像するようにしてもよい。
【００７８】
また、上記実施形態においては、通常光源としてキセノンランプを用いるようにしたがこれに限らず、ＧａＮ系半導体レーザーを用いた高輝度白色光源(商品名：マイクロホワイト、日亜化学工業（株）製)を用いるようにしてもよい。この高輝度白色光源は、波長４４５ｎｍの半導体レーザーから出射する光を，光学レンズを用いて光ファイバーに導光し，蛍光体材料を塗布した光ファイバーのもう一方の端面から，全光束が５０１ｎｍの白色光を放出させるものである。
【００７９】
また、上記実施形態においては、特殊光源としてＬＤ光源を用いるようにしたが、これに限らず、キセノンランプに励起フィルタを付加し、通常光と特殊光とを時系列に照射するようにしてもよい。
【００８０】
また、上記実施形態においては、第１の撮像系により蛍光画像を撮像するようにしたが、これに限らず、被観察部への特殊光の照射による被観察部の吸光特性に基づく画像を撮像するようにしてもよい。
【００８１】
また、上記実施形態においては、血管画像を抽出するようにしたが、これに限らず、たとえば、リンパ管などのその他の管部分を表す画像を抽出するようにしてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態は、本発明の内視鏡装置を腹腔鏡システムに適用したものであるが、これに限らず、たとえば、軟性内視鏡装置を有するシステムに適用してもよい。そして、軟性内視鏡装置を有するシステムに適用する場合には、第１および第２の撮像系を内視鏡挿入部の先端部分に設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１ 腹腔鏡システム
２ 光源装置
３ 画像処理装置
４ モニタ
１０ 硬性鏡撮像装置
２０ 撮像ユニット
２１ ダイクロイックプリズム
２２ 撮像素子
２３ 拡大レンズ
２４ プリズム
２５ 特殊光カットフィルタ
２６ 高感度撮像素子
２７ 撮像制御ユニット
３０ 硬質挿入部
３１ 通常画像入力コントローラ
３２ 蛍光画像入力コントローラ
３３ 画像処理部
３３ａ 通常画像処理部
３３ｂ 蛍光画像処理部
３３ｃ 血管抽出部
３３ｄ 画像合成部
３３ｅ 対物レンズ群
４０ 通常光源
４４ ＬＤ光源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通常光の被観察部への照射によって取得した通常画像と特殊光の被観察部への照射によって取得した特殊画像とを合成した合成画像を取得する内視鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、体腔内の組織を観察する内視鏡システムが広く知られており、白色光の照射によって体腔内の被観察部を撮像して通常画像を得、この通常画像をモニタ画面上に表示する電子式内視鏡システムが広く実用化されている。
【０００３】
また、上記のような内視鏡システムとして、たとえば、特許文献１においては、通常画像とともに、励起光の照射によって被観察部から発せられた自家蛍光像を撮像して自家蛍光画像を得、これらの画像をモニタ画面上に表示する蛍光内視鏡システムが提案されている。
【０００４】
また、蛍光内視鏡システムとしては、たとえば、ＩＣＧ（インドシアニングリーン）を予め体内に投入し、励起光を被観察部に照射して血管内のＩＣＧの蛍光を検出することによって血管の蛍光画像を取得するものも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−８４２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、たとえば、上述したようなＩＣＧを用いた血管画像の観察を行う場合、蛍光画像上においては、通常画像上には現れない脂肪下の血管まで現れるため、この蛍光画像を通常画像に重ね合わせて表示したい場合がある。
【０００７】
一方、蛍光像は通常像に比べて微弱であり、十分な感度を得るために蛍光像を撮像する撮像素子として、通常像を撮像する撮像素子よりも大きいものを使用する場合がある。すなわち、通常画像よりも蛍光画像の方が大きくなるように光学系の倍率を設定する場合がある。
【０００８】
このような場合、蛍光画像と通常画像とをそのまま重ね合わせたのでは、互いの大きさが異なり適切な合成画像を取得することができないため、蛍光画像が通常画像と同じ大きさとなるように蛍光画像に対して縮小処理を施すことが考えられる。
【０００９】
しかしながら、蛍光画像と通常画像を撮像する際には、それぞれを撮像する撮像系においてピント調整が行われ、このピント調整によって撮像系の光学倍率が変化する。
【００１０】
したがって、ピント調整に応じて光学倍率が変化する度に、蛍光画像に対して施される拡大・縮小処理の拡縮率を光学倍率に応じて変化させる必要がある。
【００１１】
しかしながら、このような種々の拡縮率に応じた拡大・縮小処理を行うためには、拡縮率を切り替えるための大規模で複雑な処理回路が必要となり、さらに、倍率変動を検出するためにピント調整量を検出する構成や、基準チャートなどを撮影して画像解析する構成も必要となり、装置が複雑化、大型化し、コストアップにもなる。
【００１２】
なお、特許文献１には、イメージガイドの出射端の像を撮像素子に再結像する光学系を備えた内視鏡装置において、ピント調整により倍率が変化してしまうため、再結像光学系の入射側および出射側をともにテレセントリック光学系とすることが提案されているが、特許文献１に記載の内視鏡装置は、上述したような通常画像と蛍光画像とを撮像して合成画像を得るような装置ではなく、合成画像を生成する際の上記のような問題点についても一切考慮されていない。
【００１３】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、通常画像と特殊画像とを合成して合成画像を取得する内視鏡システムにおいて、種々の拡縮率に切り替え可能な大規模な拡大・縮小回路や、ピント調整による倍率変動を検出する機構などを必要とすることなく、装置の小型化および簡略化、コストの削減を図ることができる内視鏡システム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】
【００１４】
本発明の内視鏡システムは、体腔内に挿入される内視鏡挿入部を有し、特殊光の照射によって被観察部から発せられた発光光を受光して特殊画像を撮像する第１の撮像素子を有する第１の撮像系と、第１の撮像系とは異なる光学倍率を有し、通常光の照射によって被観察部から反射された反射光を受光して通常画像を撮像する第２の撮像素子を有する第２の撮像系とを備えた撮像装置と、第１の撮像系によって撮像された蛍光画像と第２の撮像系によって撮像された通常画像とが同じ大きさとなるように拡大処理または縮小処理を施すとともに、特殊画像と通常画像とに基づいて合成画像を生成する画像処理装置とを備えた内視鏡システムにおいて、第１の撮像系および第２の撮像系の少なくとも一方が、ピント調整機構を備えるとともに、像側テレセントリック光学系を構成するものであり、画像処理装置が、予め設定された一定の拡縮率で拡大処理または縮小処理を行うものであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の内視鏡システムにおいては、第１および第２の撮像系を、内視鏡挿入部の先端から入射された反射光を直角方向に反射して第２の撮像素子の撮像面に結像するとともに発光光を透過する分光光学素子をともに用いるものとし、第１の撮像系を、さらに分光光学素子を透過した発光光を直角方向に反射して第１の撮像素子の撮像面に結像させる反射光学素子を備えたものとすることができる。
【００１６】
また、第１および第２の撮像系を、内視鏡挿入部の先端から入射された発光光を直角方向に反射して第１の撮像素子の撮像面に結像するとともに反射光を透過する分光光学素子をともに用いるものとし、第２の撮像系を、さらに分光光学素子を透過した反射光を直角方向に反射して第２の撮像素子の撮像面に結像させる反射光学素子を備えたものとすることができる。
【００１７】
また、第１の撮像素子の撮像面に結像される蛍光画像と第２の撮像素子の撮像面に結像される通常画像とを異なる大きさにすることができる。
【００１８】
また、像側テレセントリック光学系を構成する撮像系において、撮像素子の撮像面に対して垂直な方向と撮像素子に入射する主光線とが成す角θが、θ＜０．０３ｒａｄを満たすようにすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の内視鏡システムによれば、第１の撮像系および第２の撮像系の少なくとも一方を、ピント調整機構を備えるとともに、像側テレセントリック光学系を構成するものとしたので、ピント調整を行ったとしても通常画像と蛍光画像との大きさの比を略一定に保つことができる。これによって、画像処理装置を、予め設定された一定の拡縮率で拡大処理または縮小処理を行うものとすることができるので、種々の拡縮率に切り替え可能な大規模な拡大・縮小回路や、ピント調整による倍率変動を検出する機構などを必要とすることなく、装置の小型化および簡略化、コストの削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の内視鏡装置の一実施形態を用いた腹腔鏡システムの概略構成図
【図２】硬質挿入部の概略構成図
【図３】撮像ユニットの概略構成図
【図４】撮像素子の撮像面に垂直な方向と蛍光像および通常像の主光線とが成す角θを示す図
【図５】画像処理装置および光源装置の概略構成を示すブロック図
【図６】画像処理部の概略構成を示すブロック図
【図７】蛍光画像、通常画像および合成画像の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の内視鏡装置の一実施形態を用いた腹腔鏡システムについて詳細に説明する。図１は、本実施形態の腹腔鏡システム１の概略構成を示す外観図である。
【００２２】
本実施形態の腹腔鏡システム１は、図１に示すように、白色の通常光および特殊光を同時に射出する光源装置２と、光源装置２から射出された通常光および特殊光を導光して被観察部に照射するとともに、通常光の照射により被観察部から反射された反射光に基づく通常像および特殊光の照射により被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像を撮像する硬性鏡撮像装置１０と、硬性鏡撮像装置１０によって撮像された画像信号に所定の処理を施す画像処理装置３と、画像処理装置３において生成された表示制御信号に基づいて被観察部の通常画像および蛍光画像を表示するモニタ４とを備えている。
【００２３】
硬性鏡撮像装置１０は、図１に示すように、腹腔内に挿入される硬質挿入部３０と、硬質挿入部３０によって導光された被観察部の通常像および蛍光像を撮像する撮像ユニット２０とを備えている。
【００２４】
また、硬性鏡撮像装置１０は、図２に示すように、硬質挿入部３０と撮像ユニット２０とが着脱可能に接続されている。そして、硬質挿入部３０は接続部材３０ａ、挿入部材３０ｂ、ケーブル接続口３０ｃ、および照射窓３０ｄを備えている。
【００２５】
接続部材３０ａは、硬質挿入部３０（挿入部材３０ｂ）の一端側３０Ｘに設けられており、たとえば撮像ユニット２０側に形成された開口２０ａに嵌め合わされることにより、撮像ユニット２０と硬質挿入部３０とが着脱可能に接続される。
【００２６】
挿入部材３０ｂは、腹腔内の撮影を行う際に腹腔内に挿入されるものであって、硬質な材料から形成され、たとえば、直径略５ｍｍの円柱形状を有している。挿入部材３０ｂの内部には、被観察部の像を結像するための対物レンズ群３０ｅ（図３参照）が収容されており、他端側３０Ｙから入射された被観察部の通常像および蛍光像は対物レンズ群３０ｅを介して一端側３０Ｘの撮像ユニット２０側に射出される。
【００２７】
挿入部材３０ｂの側面にはケーブル接続口３０ｃが設けられており、このケーブル接続口３０ｃに光ケーブルＬＣが機械的に接続される。これにより、光源装置２と挿入部材３０ｂとが光ケーブルＬＣを介して光学的に接続されることになる。
【００２８】
照射窓３０ｄは、硬質挿入部３０の他端側３０Ｙに設けられており、光ケーブルＬＣによって導光された通常光および特殊光を被観察部に対し照射するものである。なお、挿入部材３０ｂ内にはケーブル接続口３０ｃから照射窓３０ｄまで通常光および特殊光を導光するライトガイドが収容されており（図示せず）、照射窓３０ｄはライトガイドによって導光された通常光および特殊光を被観察部に照射するものである。
【００２９】
図３は、撮像ユニット２０および硬質挿入部３０内の対物レンズ群３０ｅの概略構成を示す図である。
【００３０】
撮像ユニット２０は、硬質挿入部３０内の対物レンズ群３０ｅにより結像された被観察部の蛍光像を撮像して被観察部の蛍光画像信号を生成する第１の撮像系と、硬質挿入部３０内の対物レンズ群３０ｅにより結像された被観察部の通常像を撮像して通常画像信号を生成する第２の撮像系とを備えている。これらの撮像系は、通常像を反射するとともに、蛍光像を透過する分光特性を有するダイクロイックプリズム２１によって、互いに直交する２つの光軸に分けられている。
【００３１】
第１の撮像系は、硬質挿入部３０内の対物レンズ群３０ｅにより結像された被観察部の蛍光像Ｌ４を透過するとともに、通常像Ｌ３を直角方向に反射するダイクロイックプリズム２１と、ダイクロイックプリズム２１を透過した蛍光像Ｌ４を拡大する拡大レンズ２３と、拡大レンズ２３によって拡大された蛍光像Ｌ４を直角方向に反射するプリズム２４と、被観察部から反射された特殊光をカットする特殊光カットフィルタ２５と、プリズム２４によって反射され、特殊光カットフィルタ２５を透過した蛍光像Ｌ４が結像され、その蛍光像Ｌ４を撮像する高感度撮像素子２６とを備えている。なお、プリズム２４は、ミラーでもよい。
【００３２】
第１の撮像系におけるプリズム２４は、図３の矢印方向に±０．２ｍｍ程度移動可能に構成されており、このプリズム２４の移動によって蛍光像Ｌ４のピント調整が行われる。
【００３３】
第２の撮像系は、硬質挿入部３０内の対物レンズ群３０ｅにより結像された被観察部の通常像Ｌ３を直角方向に反射するダイクロイックプリズム２１と、ダイクロイックプリズム２１を反射した通常像Ｌ３が結像され、その通常像Ｌ３を撮像する撮像素子２２を備えている。
【００３４】
第２の撮像系におけるダイクロイックプリズム２１は、図３の矢印方向に±０．２ｍｍ程度移動可能に構成されており、このダイクロイックプリズム２１の移動によって通常像Ｌ３のピント調整が行われる。
【００３５】
また、本実施形態においては、第１の撮像系および第２の撮像系の両方が、像側テレセントリック光学系を構成しており、プリズム２４またはダイクロイックプリズム２１が移動してピント調整が行われたとしても、高感度撮像素子２６の撮像面に結像される蛍光像Ｌ４の大きさと撮像素子２２の撮像面に結像される通常像Ｌ３の大きさはほとんど変化しないものとする。
【００３６】
そして、図４に示すように、高感度撮像素子２６の撮像面に対して垂直方向（図４の点線）と高感度撮像素子２６に入射する蛍光像Ｌ４の主光線とが成す角θと、撮像素子２２の撮像面に対して垂直方向（図４の点線）と撮像素子２２に入射する通常像Ｌ３の主光線とが成す角θとが、θ＜０．０３ｒａｄを満たす値であることが望ましい。第１の撮像系と第２の撮像系においては、上述したようにプリズム２４またはダイクロイックプリズム２１が±０．２ｍｍ程度移動することによってピント調整が行われるが、このピント調整代に対して、θ＜０．０３ｒａｄを満たす像側テレセントリック光学系を構成することによって撮像系全体としての倍率変化を１．５％以下とすることができる。撮像系全体の倍率変化は、通常画像の血管画像と蛍光画像の血管画像とを重ね合わせた際のずれを生じさせるが、たとえば、１ｍｍから数ｍｍの太さの血管を含む通常画像と蛍光画像とを重ね合わせる場合には、１．５％以下程度の倍率変化であれば許容レベルの範囲とすることができる。
【００３７】
一方、たとえば、高感度撮像素子２６の撮像面に対して垂直方向と高感度撮像素子２６に入射する蛍光像Ｌ４の主光線とが成す角θと、撮像素子２２の撮像面に対して垂直方向と撮像素子２２に入射する通常像Ｌ３の主光線とが成す角θとが０．１ｒａｄである場合には、ピント調整±０．２ｍｍの調整代に対して、第１および第２の撮像系のそれぞれで±３％の倍率変化が生じ、全体としては、±６％の倍率変化を生じてしまい、適切な合成画像を取得することができない。
【００３８】
高感度撮像素子２６は、蛍光像の波長帯域の光を高感度に検出し、蛍光画像信号に変換して出力するものである。高感度撮像素子２６はモノクロの撮像素子である。
【００３９】
撮像素子２２は、通常像の波長帯域の光を検出し、通常画像信号に変換して出力するものである。撮像素子２２の撮像面には、３原色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）、またはシアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）のカラーフィルタがベイヤー配列またはハニカム配列で設けられている。
【００４０】
そして、本実施形態においては、蛍光像Ｌ４は通常像Ｌ３に比べて微弱なので、その感度を得るため、蛍光像撮像用の高感度撮像素子２６は、通常像撮像用の撮像素子２２に比べてほぼ３倍の大きさになっている。また、第１の撮像系の倍率もこれに対応した倍率に設定されている。なお、高感度撮像素子２６と撮像素子２２の画素数はほぼ等しくなるように設計されており、すなわち、高感度撮像素子２６の画素の大きさが撮像素子の画素の大きさのほぼ３倍となるように設計されている。
【００４１】
また、撮像ユニット２０は、撮像制御ユニット２７を備えている。撮像制御ユニット２７は、高感度撮像素子２６から出力された蛍光画像信号および撮像素子２２から出力された通常画像信号に対し、ＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理を施し、ケーブル５（図１参照）を介して画像処理装置３に出力するものである。
【００４２】
画像処理装置３は、図５に示すように、通常画像入力コントローラ３１、蛍光画像入力コントローラ３２、画像処理部３３、メモリ３４、ビデオ出力部３５、操作部３６、ＴＧ（タイミングジェネレータ）３７およびＣＰＵ３８を備えている。
【００４３】
通常画像入力コントローラ３１および蛍光画像入力コントローラ３２は、所定容量のラインバッファを備えており、撮像ユニット２０の撮像制御ユニット２７から出力された１フレーム分の通常画像信号および蛍光画像信号をそれぞれ一時的に記憶するものである。そして、通常画像入力コントローラ３１に記憶された通常画像信号および蛍光画像入力コントローラ３２に記憶された蛍光画像信号はバスを介してメモリ３４に格納される。
【００４４】
画像処理部３３は、メモリ３４から読み出された１フレーム分の通常画像信号および蛍光画像信号が入力され、これらの画像信号に所定の画像処理を施し、バスに出力するものである。画像処理部３３のより具体的な構成を図６に示す。
【００４５】
画像処理部３３は、図６に示すように、入力された通常画像信号に対し、通常画像に適した所定の画像処理を施して出力する通常画像処理部３３ａと、入力された蛍光画像信号に対し、縮小処理を施すとともに、蛍光画像に適した所定の画像処理を施して出力する蛍光画像処理部３３ｂと、蛍光画像処理部３３ｂにおいて画像処理の施された蛍光画像信号に対して、血管を表す画像信号を抽出する処理を施して蛍光血管画像信号を生成する血管抽出部３３ｃと、血管抽出部３３ｃにおいて生成された蛍光血管画像信号と通常画像処理部３３ａから出力された通常画像信号とを合成して合成画像信号を生成する画像合成部３３ｄとを備えている。なお、画像処理部３３の各部における処理については、後で詳述する。
【００４６】
ビデオ出力部３５は、画像処理部３３から出力された通常画像信号、蛍光画像信号および合成画像信号がバスを介して入力され、所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力するものである。
【００４７】
操作部３６は、種々の操作指示や制御パラメータなどの操作者による入力を受け付けるものである。また、ＴＧ３７は、撮像ユニット２０の高感度撮像素子２６、撮像素子２２および後述する光源装置２のＬＤドライバ４５を駆動するための駆動パルス信号を出力するものである。また、ＣＰＵ３６は装置全体を制御するものである。
【００４８】
光源装置２は、図５に示すように、約４００〜７００ｎｍの広帯域の波長からなる通常光（白色光）Ｌ１を射出する通常光源４０と、通常光源４０から射出された通常光Ｌ１を集光する集光レンズ４２と、集光レンズ４２によって集光された通常光Ｌ１を透過するとともに、後述する特殊光Ｌ２を反射し、通常光Ｌ１および特殊光Ｌ２とを光ケーブルＬＣの入射端に入射させるダイクロイックミラー４３とを備えている。なお、通常光源４０としては、たとえばキセノンランプが用いられる。また、通常光源４０と集光レンズ４２との間には、絞り４１が設けられており、ＡＬＣ（Automatic light control）からの制御信号に基づいてその絞り量が制御される。
【００４９】
また、光源装置２は、７００ｎｍ〜８００ｎｍの可視から近赤外帯域の光であり、たとえば蛍光色素としてＩＣＧ（インドシアニングリーン）を用いた場合には７５０〜７９０ｎｍの近赤外光を特殊光Ｌ２として射出するＬＤ光源４４と、ＬＤ光源４４を駆動するＬＤドライバ４５と、ＬＤ光源４４から射出された特殊光Ｌ２を集光する集光レンズ４６と、集光レンズ４６によって集光された特殊光りＬ２をダイクロイックミラー４３に向けて反射するミラー４７とを備えている。
【００５０】
なお、特殊光Ｌ２としては、広帯域の波長からなる通常光よりも狭帯域の波長が用いられる。そして、特殊光Ｌ２としては上記波長域の光に限定されず、蛍光色素の種類もしくは自家蛍光させる生体組織の種類によって適宜決定される。
【００５１】
また、光源装置２は、光ケーブルＬＣを介して硬性鏡撮像装置１０に光学的に接続されている。
【００５２】
次に、本実施形態の腹腔鏡システムの作用について説明する。
【００５３】
まず、光ケーブルＬＣが接続された硬質挿入部３０およびケーブル５が撮像ユニット２０に取り付けられた後、光源装置２および撮像ユニット２０および画像処理装置３の電源が投入され、これらが駆動される。
【００５４】
次に、操作者により硬質挿入部３０が腹腔内に挿入され、硬質挿入部３０の先端が被観察部の近傍に設置される。
【００５５】
そして、光源装置２の通常光源４０から射出された通常光Ｌ１が、集光レンズ４２、ダイクロイックミラー４３および光ケーブルＬＣを介して硬質挿入部３０に入射され、硬質挿入部３０の照射窓３０ｄから被観察部に照射される。一方、光源装置２のＬＤ光源４４から射出された特殊光Ｌ２が、集光レンズ４６、ミラー４７、ダイクロイックミラー４３および光ケーブルＬＣを介して硬質挿入部３０に入射され、硬質挿入部３０の照射窓３０ｄから被観察部に通常光と同時に照射される。なお、同時に照射するとは、必ずしも照射期間が完全に一致している必要はなく、少なくとも一部の照射期間が重複していればよい。
【００５６】
そして、通常光Ｌ１の照射によって被観察部から反射された反射光に基づく通常像が撮像されるとともに、特殊光Ｌ２の照射によって被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像が通常像と同時に撮像される。なお、同時に撮像するとは、必ずしも高感度撮像素子２６と撮像素子２２の撮像タイミングが完全に一致している必要はなく、少なくとも一部の撮像タイミングが重複していればよい。また、被観察部には、予めＩＣＧが投与されており、このＩＣＧから発せられる蛍光を撮像するものとする。
【００５７】
より具体的には、通常像の撮像の際には、通常光Ｌ１の照射によって被観察部から反射された反射光に基づく通常像Ｌ３が挿入部材３０ｂの先端３０Ｙから入射し、挿入部材３０ｂ内の対物レンズ群３３ｅにより導光されて撮像ユニット２０に向けて射出される。
【００５８】
撮像ユニット２０に入射された通常像Ｌ３は、ダイクロイックプリズム２１により撮像素子２２に向けて直角方向に反射され、撮像素子２２の撮像面上に結像され、撮像素子２２によって撮像される。
【００５９】
撮像素子２２から出力された通常画像信号は、撮像制御ユニット２７においてＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理が施された後、ケーブル５を介して画像処理装置３に出力される。
【００６０】
一方、蛍光像の撮像の際には、特殊光の照射によって被観察部から発せられた蛍光に基づく蛍光像Ｌ４が挿入部材３０ｂの先端３０Ｙから入射し、挿入部材３０ｂ内の対物レンズ群３３ｅにより導光されて撮像ユニット２０に向けて射出される。
【００６１】
撮像ユニット２０に入射された蛍光像Ｌ４は、ダイクロイックプリズム２１を通過した後、拡大レンズ２３に入射され、拡大レンズ２３において所定の倍率で拡大される。そして、拡大レンズ２３において拡大された蛍光像Ｌ４は、プリズム２４により高感度撮像素子２６に向けて直角方向に反射され、高感度撮像素子２６の撮像面上に結像され、高感度撮像素子２６によって撮像される。
【００６２】
そして、高感度撮像素子２６から出力された蛍光画像信号は、撮像制御ユニット２７においてＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）処理やＡ／Ｄ変換処理が施された後、ケーブル５を介して画像処理装置３に出力される。
【００６３】
次に、上記のようにして撮像ユニット２０において撮像された通常画像信号および蛍光画像信号に基づいて通常画像、蛍光画像および合成画像を表示する作用について、図５から図７を参照しながら説明する。
【００６４】
まず、通常画像および蛍光画像を表示する作用について説明する。画像処理装置３に入力された通常画像信号は、通常画像入力コントローラ３１において一時的に記憶された後、メモリ３４に格納される。そして、メモリ３４から読み出された１フレーム分の通常画像信号は、画像処理部３３の通常画像処理部３３ａにおいて階調補正処理およびシャープネス補正処理が施された後、ビデオ出力部３５に出力される。
【００６５】
そして、ビデオ出力部３５は、入力された通常画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて通常画像を表示する。図７左上に、通常画像信号に基づいて表示された通常画像の一例を示す。
【００６６】
また、画像処理装置３に入力された蛍光画像信号は、蛍光画像入力コントローラ３２において一時的に記憶された後、メモリ３４に格納される。そして、メモリ３４から読み出された１フレーム分の蛍光画像信号は、画像処理部３３の蛍光画像処理部３３ｂにおいて縮小処理が施される。本実施形態においては、上述したように、蛍光画像が通常画像の３倍の大きさとなっているので、蛍光画像信号に対して、３分の１の縮小処理が施される。そして、その他の所定の画像処理が施された後、ビデオ出力部３５に出力される。
【００６７】
そして、ビデオ出力部３５は、入力された縮小処理済みの蛍光画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて蛍光画像を表示する。図７右上に、蛍光画像信号に基づいて表示された蛍光画像の一例を示す。
【００６８】
そして、上記のようにして通常画像および蛍光画像がモニタ４に表示された後、操作者によって手動で、もしくは自動的に通常画像および蛍光画像のピント調整が行われる。ピント調整は、上述したように、第１の撮像系のプリズム２４と第２の撮像系のダイクロイックプリズム２１とを移動させることによって行われるが、第１の撮像系と第２の撮像系とは像側テレセントリック光学系によって構成されているので、このピント調整によって蛍光画像と通常画像の大きさはほとんど変化しない。
【００６９】
次に、通常画像信号および蛍光画像信号に基づいて、合成画像を表示する作用について説明する。
【００７０】
まず、上記のようにして縮小処理の施された蛍光画像信号が、画像処理部３３の血管抽出部３３ｃに入力される。そして、血管抽出部３３ｃにおいて血管抽出処理が施される。
【００７１】
血管抽出処理は、たとえば、エッジ検出を用いた線分抽出処理を行うことによって行われる。エッジ検出方法としては、たとえば、１次微分を用いたキャニー法や、ノイズを減らすためのガウシアンフィルタ処理と２次微分処理とを行ってエッジを抽出するラプラシアンフィルタを組み合わせたＬＯＧ（Laplace of Gaussian）フィルタを用いた方法などがある。
【００７２】
そして、蛍光画像信号に対して血管抽出処理を施すことによって蛍光血管画像信号が生成され、この蛍光血管画像信号は画像合成部３３ｄに出力される。そして、画像合成部３３ｄには、通常画像処理部３３ａから出力された通常画像信号も入力され、この通常画像信号と蛍光血管画像信号とが合成されて合成画像信号が生成される。
【００７３】
そして、画像合成部３３ｄにおいて生成された合成画像信号は、ビデオ出力部３５に出力される。
【００７４】
ビデオ出力部３５は、入力された合成画像信号に所定の処理を施して表示制御信号を生成し、その表示制御信号をモニタ４に出力する。そして、モニタ４は、入力された表示制御信号に基づいて合成画像を表示する。図７に、合成画像信号に基づいて表示された合成画像の一例を示す。
【００７５】
また、上記実施形態においては、蛍光画像と通常画像との大きさを同じにするために、蛍光画像に対して縮小処理を施すようにしたが、通常画像に対して一定の拡大率で拡大処理を施すようにしてもよい。
【００７６】
また、上記実施形態においては、第１の撮像系と第２の撮像系の両方にピント調整機構を設け、像側テレセントリック光学系を構成するようにしたが、これに限らず、いずれか一方のみにピント調整機構を設け、そのピント調整機構を設けた撮像系のみを像側テレセントリック光学系を構成するようにしてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態においては、ダイクロイックプリズム２１として蛍光像Ｌ４を透過するとともに、通常像Ｌ３を直角方向に反射するものを使用し、プリズム２４として蛍光像Ｌ４を直角方向に反射するものを使用するようにしたが、これに限らず、ダイクロイックプリズム２１として通常像Ｌ３を透過するとともに、蛍光像Ｌ４を直角方向に反射するものを使用し、プリズム２４として通常像Ｌ３を直角方向に反射するものを使用するようにし、ダイクロイックプリズム２１を反射した蛍光像を高感度撮像素子により撮像し、プリズム２４を反射した通常像を撮像素子により撮像するようにしてもよい。
【００７８】
また、上記実施形態においては、通常光源としてキセノンランプを用いるようにしたがこれに限らず、ＧａＮ系半導体レーザーを用いた高輝度白色光源(商品名：マイクロホワイト、日亜化学工業（株）製)を用いるようにしてもよい。この高輝度白色光源は、波長４４５ｎｍの半導体レーザーから出射する光を，光学レンズを用いて光ファイバーに導光し，蛍光体材料を塗布した光ファイバーのもう一方の端面から，全光束が５０１ｎｍの白色光を放出させるものである。
【００７９】
また、上記実施形態においては、特殊光源としてＬＤ光源を用いるようにしたが、これに限らず、キセノンランプに励起フィルタを付加し、通常光と特殊光とを時系列に照射するようにしてもよい。
【００８０】
また、上記実施形態においては、第１の撮像系により蛍光画像を撮像するようにしたが、これに限らず、被観察部への特殊光の照射による被観察部の吸光特性に基づく画像を撮像するようにしてもよい。
【００８１】
また、上記実施形態においては、血管画像を抽出するようにしたが、これに限らず、たとえば、リンパ管などのその他の管部分を表す画像を抽出するようにしてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態は、本発明の内視鏡装置を腹腔鏡システムに適用したものであるが、これに限らず、たとえば、軟性内視鏡装置を有するシステムに適用してもよい。そして、軟性内視鏡装置を有するシステムに適用する場合には、第１および第２の撮像系を内視鏡挿入部の先端部分に設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１ 腹腔鏡システム
２ 光源装置
３ 画像処理装置
４ モニタ
１０ 硬性鏡撮像装置
２０ 撮像ユニット
２１ ダイクロイックプリズム
２２ 撮像素子
２３ 拡大レンズ
２４ プリズム
２５ 特殊光カットフィルタ
２６ 高感度撮像素子
２７ 撮像制御ユニット
３０ 硬質挿入部
３１ 通常画像入力コントローラ
３２ 蛍光画像入力コントローラ
３３ 画像処理部
３３ａ 通常画像処理部
３３ｂ 蛍光画像処理部
３３ｃ 血管抽出部
３３ｄ 画像合成部
３３ｅ 対物レンズ群
４０ 通常光源
４４ ＬＤ光源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体腔内に挿入される内視鏡挿入部を有し、特殊光の照射によって被観察部から発せられた発光光を受光して特殊画像を撮像する第１の撮像素子を有する第１の撮像系と、該第１の撮像系とは異なる光学倍率を有し、通常光の照射によって被観察部から反射された反射光を受光して通常画像を撮像する第２の撮像素子を有する第２の撮像系とを備えた撮像装置と、
前記第１の撮像系によって撮像された蛍光画像と前記第２の撮像系によって撮像された通常画像とが同じ大きさとなるように拡大処理または縮小処理を施すとともに、前記特殊画像と前記通常画像とに基づいて合成画像を生成する画像処理装置とを備えた内視鏡システムにおいて、
前記第１の撮像系および前記第２の撮像系の少なくとも一方が、ピント調整機構を備えるとともに、像側テレセントリック光学系を構成するものであり、
前記画像処理装置が、予め設定された一定の拡縮率で拡大処理または縮小処理を行うものであることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
前記第１および第２の撮像系が、前記内視鏡挿入部の先端から入射された前記反射光を直角方向に反射して前記第２の撮像素子の撮像面に結像するとともに前記発光光を透過する分光光学素子をともに用いるものであり、
前記第１の撮像系が、さらに前記分光光学素子を透過した前記発光光を直角方向に反射して前記第１の撮像素子の撮像面に結像させる反射光学素子を備えたものであ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】
前記第１および第２の撮像系が、前記内視鏡挿入部の先端から入射された前記発光光を直角方向に反射して前記第１の撮像素子の撮像面に結像するとともに前記反射光を透過する分光光学素子をともに用いるものであり、
前記第２の撮像系が、さらに前記分光光学素子を透過した前記反射光を直角方向に反射して前記第２の撮像素子の撮像面に結像させる反射光学素子を備えたものであ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４】
前記第１の撮像素子の撮像面に結像される前記蛍光画像と前記第２の撮像素子の撮像面に結像される前記通常画像とが異なる大きさであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記像側テレセントリック光学系を構成する前記撮像系において、前記撮像素子の撮像面に対して垂直な方向と前記撮像素子に入射する主光線とが成す角θが、
θ＜０．０３ｒａｄ
を満たす値であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項１】
体腔内に挿入される内視鏡挿入部を有し、特殊光の照射によって被観察部から発せられた発光光を受光して特殊画像を撮像する第１の撮像素子を有する第１の撮像系と、該第１の撮像系とは異なる光学倍率を有し、通常光の照射によって被観察部から反射された反射光を受光して通常画像を撮像する第２の撮像素子を有する第２の撮像系とを備えた撮像装置と、
前記第１の撮像系によって撮像された蛍光画像と前記第２の撮像系によって撮像された通常画像とが同じ大きさとなるように拡大処理または縮小処理を施すとともに、前記特殊画像と前記通常画像とに基づいて合成画像を生成する画像処理装置とを備えた内視鏡システムにおいて、
前記第１の撮像系および前記第２の撮像系の少なくとも一方が、ピント調整機構を備えるとともに、像側テレセントリック光学系を構成するものであり、
前記画像処理装置が、予め設定された一定の拡縮率で拡大処理または縮小処理を行うものであることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
前記第１および第２の撮像系が、前記内視鏡挿入部の先端から入射された前記反射光を直角方向に反射して前記第２の撮像素子の撮像面に結像するとともに前記発光光を透過する分光光学素子をともに用いるものであり、
前記第１の撮像系が、さらに前記分光光学素子を透過した前記発光光を直角方向に反射して前記第１の撮像素子の撮像面に結像させる反射光学素子を備えたものであ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】
前記第１および第２の撮像系が、前記内視鏡挿入部の先端から入射された前記発光光を直角方向に反射して前記第１の撮像素子の撮像面に結像するとともに前記反射光を透過する分光光学素子をともに用いるものであり、
前記第２の撮像系が、さらに前記分光光学素子を透過した前記反射光を直角方向に反射して前記第２の撮像素子の撮像面に結像させる反射光学素子を備えたものであ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４】
前記第１の撮像素子の撮像面に結像される前記蛍光画像と前記第２の撮像素子の撮像面に結像される前記通常画像とが異なる大きさであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記像側テレセントリック光学系を構成する前記撮像系において、前記撮像素子の撮像面に対して垂直な方向と前記撮像素子に入射する主光線とが成す角θが、
θ＜０．０３ｒａｄ
を満たす値であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の内視鏡システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−６２３７８（Ｐ２０１１−６２３７８Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１６３８５（Ｐ２００９−２１６３８５）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【復代理人】
【識別番号】１００１２８４５１
【弁理士】
【氏名又は名称】安田 隆一
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【復代理人】
【識別番号】１００１２８４５１
【弁理士】
【氏名又は名称】安田 隆一
【Ｆターム（参考）】
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