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JP2011098088A - 電子内視鏡システム、電子内視鏡用のプロセッサ装置、及び画像処理方法 - Google Patents

電子内視鏡システム、電子内視鏡用のプロセッサ装置、及び画像処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】血管とそれ以外の部分の一覧性や対称性を損なうことなく、かつ、高い精度で特定深さの血管領域又はそれ以外の領域に対して画像処理を行なう。
【解決手段】体腔内に照明光を照射して撮像することにより、広帯域光に対応する広帯域画像データと、狭帯域光に対応する狭帯域画像データを得る。広帯域画像データ及び狭帯域画像データ間で同じ位置の画素を特定し、その画素間の輝度比ＬＭを求める。予め実験等により得られた輝度比と血管深さとの相関関係に基づき、輝度比に対応する血管深さＤを求め、その血管深さＤが表層か否かを判定する。血管深さＤが表層と判定された画素を含む表層血管領域の第１血管領域７１に対して、コントラストを低下させる抑制処理を施す。これにより、第１血管領域７１とそれ以外の領域を含む被写体組織の全体的な様子を観察することができる広帯域画像８０が得られる。
【選択図】図７

Description

本発明は、体腔内の観察に用いられる電子内視鏡システム、電子内視鏡用のプロセッサ装置、及び画像処理方法に関する。
近年の医療分野では、電子内視鏡を用いた診断や治療が数多く行なわれている。電子内視鏡は、被検者の体腔内に挿入される細長の挿入部を備えており、この挿入部の先端にはＣＣＤなどの撮像装置が内蔵されている。また、電子内視鏡は光源装置に接続されており、光源装置で発せられた光は、挿入部の先端から体腔内部に対して照射される。このように体腔内部に光が照射された状態で、体腔内の被写体組織が、挿入部の先端の撮像装置によって撮像される。撮像により得られた画像は、電子内視鏡に接続されたプロセッサ装置で各種処理が施された後、モニタに表示される。したがって、電子内視鏡を用いることによって、被検者の体腔内の画像をリアルタイムに確認することができるため、診断などを確実に行うことができる。
光源装置には、波長が青色領域から赤色領域にわたる白色の広帯域光を発することができるキセノンランプなどの白色光源が用いられている。白色の広帯域光の照射によって得られる撮像画像（以下、広帯域画像という）からは、被写体組織表層の粘膜の状態、組織内の血管、陥没や隆起などの粘膜表面の形状、ポリープの有無といった被写体組織の全体的な様子を把握することができる。
また、こうした広帯域画像の観察の他に、例えば、特許文献１に記載されている内視鏡システムのように、波長を特定領域に制限した狭帯域光を照射する狭帯域光源を用いた特殊光観察も行われている。光は波長が長いほど、即ちＢ（青）色、Ｇ（緑）色の順に、入射した被写体組織内における深達度が高くなる特性がある。特許文献１の内視鏡システムでは、こうした光の特性を利用して、表層、深層といった特定の深さにある血管が強調された狭帯域画像を生成している。例えば、深達度が低いＢ色の狭帯域光を照射することにより、表層の血管が強調された狭帯域画像が生成され、Ｂ色よりも深達度が高いＧ色の狭帯域光を照射することにより、表層よりも深層の血管が強調された狭帯域画像が生成される。こうした狭帯域画像によれば、広帯域画像と比べて、特定の深さの血管を明瞭に観察することが可能となる。
特許３５５９７５５号公報
しかしながら、特許文献１の狭帯域画像は、血管が強調される反面、単色の狭帯域光を使用したモノクロ画像であるので、広帯域画像に比べて、粘膜の状態、粘膜表面の形状、ポリープの有無といった血管以外の部分についての視認性は著しく低下する。そのため、血管とそれ以外の部分の両方を同時に観察する場合には、狭帯域画像と広帯域画像の両方を、モニタの画面に並列的に表示するという方法が取られる。しかし、この方法では、狭帯域画像と広帯域画像の２つの画像間で視点移動を行いながら、血管とそれ以外の部分を観察することになるため、両者の一覧性や対照性が悪いという問題がある。
また、診断の目的によっては、血管以外の部分が関心領域となる場合もあり、その場合は、血管が目立たない方が、血管以外の部分を観察しやすい。広帯域画像は、上記狭帯域画像と比べれば血管は目立たないが、広帯域画像内において血管とそれ以外の部分を比較すると、特に表層血管がそれ以外の部分と比較して目立つため、それが原因で表層血管以外の部分の観察に支障を来す場合があった。そのため、広帯域画像内において表層血管の視認性を相対的に抑制する対策が求められている。この問題の解決策としては、例えば、広帯域画像に対してパターン解析を行って、広帯域画像内の血管領域の位置を特定し、特定された位置にある血管領域のコントラストを低下させて血管領域の視認性を抑制する方法が考えられる。
しかし、広帯域画像には血管以外の情報が多く含まれており、広帯域画像に対してパターン解析などを行って血管領域を特定する方法では、血管以外の部分を血管として誤って判別する可能性が高く、精度が非常に悪い。
さらに、広帯域画像に対するパターン解析では、血管領域を特定できたとしても、表層血管とそれよりも深層の血管を区別するというように血管の深さを特定することはできない。そのため、例えば、表層血管についてのみコントラストを低下させることができず、深層の血管を含めてすべての血管のコントラストが抑制されてしまう。深層の血管は、表層血管に比べて目立たないので、深層の血管に対してコントラストを低下する必要性は低く、むしろ、深層の血管に対してコントラストを低下させると、深層の血管についての必要な情報が失われるおそれもあり、好ましくない。
本発明は、上記背景に鑑みてなされたもので、電子内視鏡で得られる画像において、血管とそれ以外の部分の一覧性や対照性を損なうことなく、かつ、高い精度で、特定の深さの血管領域又はそれ以外の領域に対して画像処理をすることができる電子内視鏡システム、電子内視鏡用のプロセッサ装置、及び画像処理方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の電子内視鏡システムは、体腔内の血管を含む被写体組織に照明光を照射する照射手段と、前記被写体組織を撮像して、前記照明光が被写体組織で反射した反射光の輝度を表す撮像信号を出力する電子内視鏡と、前記撮像信号に含まれる、波長領域が青色領域から赤色領域に及ぶ白色の広帯域光に対応する広帯域信号と、特定の波長領域に制限された狭帯域光に対応する狭帯域信号とを取得する信号取得手段と、前記広帯域信号に基づいて生成される広帯域画像に対して画像処理処理を施す画像処理手段であり、前記狭帯域信号に基づいて、前記広帯域画像内における特定の深さにある血管領域を特定し、特定された前記血管領域又はそれ以外の領域に対して、画像処理処理を施す画像処理手段とを備えることを特徴とする。
前記画像処理手段は、例えば、前記広帯域画像内において、前記血管領域の視認性を抑制する抑制処理を施す。前記画像処理手段は、前記広帯域画像内において、前記血管領域以外の視認性を抑制する抑制処理を施す。前記抑制処理の一例としては、コントラストを低下させる処理がある。前記特定の深さの血管領域を表層の血管領域とすることが好ましい。
前記照射手段は、前記広帯域光と前記狭帯域光の同時照射が可能であり、前記信号取得手段は、前記広帯域光と前記狭帯域光とを同時照射して得られた撮像信号を、広帯域信号と狭帯域信号とに分離することが好ましい。前記照射手段は、前記広帯域光と前記狭帯域光の順次選択的な照射が可能であり、前記信号取得手段は、前記広帯域光の照射時に広帯域信号を取得し、前記狭帯域光の照射時に狭帯域信号を取得することが好ましい。
前記画像処理手段は、前記広帯域画像内の血管領域について、前記狭帯域信号及び前記広帯域信号間の輝度比を求め、求めた輝度比に基づいて前記血管領域の深さを特定することが好ましい。前記広帯域画像を表示する表示手段を備えることが好ましい。
本発明の電子内視鏡用のプロセッサ装置は、体腔内の血管を含む被写体組織に照明光を照射して、前記被写体組織を電子内視鏡の撮像素子で撮像することにより得られる撮像信号であり、前記照明光が被写体組織で反射した反射光の輝度を表す撮像信号を前記電子内視鏡から受信する受信手段と、前記撮像信号に含まれる、波長領域が青色領域から赤色領域に及ぶ白色の広帯域光に対応する広帯域信号と、特定の波長領域に制限された狭帯域光に対応する狭帯域信号とを取得する信号取得手段と、前記広帯域信号に基づいて生成される広帯域画像に対して画像処理処理を施す画像処理手段であり、前記狭帯域信号に基づいて、前記広帯域画像内における特定の深さにある血管領域を特定し、特定された前記血管領域又はそれ以外の領域に対して、画像処理処理を施す画像処理手段とを備えることを特徴とする。
体腔内の血管を含む被写体組織に照明光を照射する照射ステップと、前記被写体組織を撮像して、前記照明光が被写体組織で反射した反射光の輝度を表す撮像信号を得る撮像ステップと、前記撮像信号に含まれる、波長領域が青色領域から赤色領域に及ぶ広帯域光に対応する広帯域信号と、特定の波長領域に制限された狭帯域光に対応する狭帯域信号とを取得する信号取得ステップと、前記広帯域信号に基づいて生成される広帯域画像に対して画像処理処理を施す画像処理ステップであり、前記狭帯域信号に基づいて、前記広帯域画像内における特定の深さにある血管領域を特定し、特定された前記血管領域又はそれ以外の領域に対して、画像処理処理を施す画像処理ステップとを備えることを特徴とする。
本発明によれば、特定の波長領域に制限された狭帯域信号に基づいて、広帯域画像内における特定の深さの血管領域を特定するから、高い精度で、特定の深さの血管領域又はそれ以外の領域に対して画像処理をすることができる。さらに、白色の広帯域光に基づいて生成される広帯域画像に対して画像処理を施すから、血管とそれ以外の部分の一覧性や対照性を確保することができる。
本発明の本実施形態の電子内視鏡システムの外観図である。 本実施形態の電子内視鏡システムの電気的構成を示すブロック図である。 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。 （Ａ）は通常モード時におけるＣＣＤの撮像動作を、（Ｂ）は特殊モード時におけるＣＣＤの撮像動作を説明する説明図である。 輝度比と血管深さとの相関関係を示すグラフである。 広帯域画像を表示するモニタの画像図である。 第１血管領域のコントラストが抑制された広帯域画像を表示するモニタの画像図である。 本発明の作用を示すフローチャートである。 第１血管領域以外のコントラストが抑制された広帯域画像を表示するモニタの画像図である。
図１に示すように、本発明の本実施形態の電子内視鏡システム１０は、被検者の体腔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体腔内の被写体組織の画像を生成するプロセッサ装置１２と、体腔内を照射する光を供給する光源装置１３と、体腔内の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。
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が設けられており、この先端部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。
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。
図２に示すように、光源装置１３は、広帯域光源３０と、シャッター３１と、シャッター駆動部３２と、狭帯域光源３３と、カプラー３６とを備えている。広帯域光源３０はキセノンランプなどであり、波長が青色領域から赤色領域（約４７０〜７００ｎｍ）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、集光レンズ３９により集光されて、広帯域用光ファイバ４０に入射する。
シャッター３１は、広帯域光源３０と集光レンズ３９との間に設けられており、広帯域光ＢＢの光路に挿入されて広帯域光ＢＢを遮光する挿入位置と、挿入位置から退避して広帯域光ＢＢが集光レンズ３９に向かうことを許容する退避位置との間で移動自在となっている。シャッター駆動部３２はプロセッサ装置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からの指示に基づいてシャッター３１の駆動を制御する。
狭帯域光源３３はレーザーダイオードなどであり、狭帯域光源３３は波長が４４０±１０ｎｍに、好ましくは４４５ｎｍに制限された狭帯域光ＮＢを発生する。狭帯域光ＮＢは、後述するように、血管領域の深さに関する情報である血管深さを特定するためのものである。狭帯域光源３３は狭帯域用光ファイバ３３ａに接続されており、この狭帯域用光ファイバ３３ａに狭帯域光源３３で発せられた光が入射する。また、狭帯域光源３３はプロセッサ装置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からの指示に基づいて、狭帯域光源３３をＯＮ（点灯）またはＯＦＦ（消灯）に切り替える。なお、狭帯域光ＮＢの波長は４４０±１０ｎｍに限らず、後述するＣＣＤ４４のＧ画素及びＲ画素に感応しない波長であればよい（例えば４００±１０ｎｍ）。
カプラー３６は、電子内視鏡内のライトガイド４３と、広帯域用光ファイバ４０及び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は、広帯域用光ファイバ４０を介して、ライトガイド４３に入射することが可能となる。また、狭帯域光ＮＢは、狭帯域用光ファイバ３３ａを介して、ライトガイド４３に入射することが可能となる。
本実施形態では、広帯域光ＢＢのみを照射して広帯域画像を得る通常モードに設定されている場合には、シャッター３１が退避位置に位置し、狭帯域光源３３がＯＦＦに切り替えられている。また、広帯域画像内の血管領域に対して画像処理処理を施す特殊モードでは、広帯域光ＢＢ及び狭帯域光ＮＢの両方が照射される。特殊モードに設定されている場合には、シャッター３１が退避位置に位置し、狭帯域光源３３がＯＮに切り替えられている。
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カプラー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。光源装置１３で発せられた光は、ライトガイド４３により導光された後、照射レンズ４８に向けて出射する。照射レンズ４８に入射した光は、先端部１６ａの端面に取り付けられた照明窓４９を通して、体腔内に照射される。体腔内で反射した広帯域光ＢＢ及び狭帯域光ＮＢは、先端部１６ａの端面に取り付けられた観察窓５０を通して、集光レンズ５１に入射する。
ＣＣＤ４４は、集光レンズ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。また、ＣＣＤ４４はカラーＣＣＤであり、撮像面４４ａには、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のいずれかのカラーフィルターが設けられたＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の３色の画素が配列されている。
Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルターは、図３に示すような分光透過率５２，５３，５４を有している。波長領域が約４７０〜７００ｎｍである広帯域光ＢＢのみがＣＣＤ４４に入射した場合には、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーフィルターは、広帯域光ＢＢのうちそれぞれの分光透過率５２，５３，５４に応じた波長の光を透過する。ここで、Ｒ画素で光電変換された信号を撮像信号Ｒ、Ｇ画素で光電変換された信号を撮像信号Ｇ、Ｂ画素で光電変換された信号を撮像信号Ｂとすると、通常モードにおいては、ＣＣＤ４４に広帯域光ＢＢのみが入射するので、撮像信号Ｒ、撮像信号Ｇ、及び撮像信号Ｂからなる広帯域撮像信号が得られる。
また、特殊モードにおいては、広帯域光ＢＢに加えて、波長領域が４４０±１０ｎｍである狭帯域光ＮＢがＣＣＤ４４に入射する。狭帯域光ＮＢはＢ色のカラーフィルターのみを透過することから、撮像信号Ｂには、広帯域光ＢＢのＢ色成分の輝度値に加えて、狭帯域光ＮＢの輝度値を表す狭帯域撮像信号が追加される。ここで、広帯域光ＢＢ及び狭帯域光ＮＢが同時にＣＣＤ４４に入射する特殊モードにおいて、ＣＣＤ４４から出力される、撮像信号Ｒと、撮像信号Ｇと、広帯域光ＢＢのＢ成分の輝度値及び狭帯域光ＮＢによる輝度値が合成された撮像信号Ｂとからなる撮像信号を、合成撮像信号と呼ぶ。
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。
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。
本実施形態では、通常モードに設定されている場合、図４（Ａ）に示すように、１フレームの取得期間内で、広帯域光ＢＢを光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を広帯域撮像信号として読み出すステップとの合計２つの動作が行なわれる。この動作は、通常モードに設定されている間、繰り返し行なわれる。
また、特殊モードに設定されている場合には、図４（Ｂ）に示すように、１フレームの取得期間内で、広帯域光ＢＢ及び狭帯域光ＮＢを光電変換して信号電荷を蓄積するステップと、蓄積した信号電荷を合成撮像信号として読み出すステップとの合計２つの動作が行なわれる。
図２に示すように、プロセッサ装置１２は、デジタル信号処理部５５（ＤＳＰ（Digital Signal Processor））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。ＤＳＰ５５は、電子内視鏡のＡＦＥ４５から出力された撮像信号に対し、色分離、色補間、ホワイトバランス調整、ガンマ補正などの各種信号処理を施すことによって、画像データを作成する。
ここで、ＤＳＰ５５は、広帯域撮像信号に対しては、上記各種信号処理を施すことによって、広帯域画像データを作成する。ＤＳＰ５５で作成された広帯域画像データは、フレームメモリ５６に記憶される。
一方、ＤＳＰ５５は、合成撮像信号に対しては、以下の信号分離処理を行なった上で、分離後の信号に上記各種信号処理を施す。合成撮像信号は、以下に示すように、広帯域光ＢＢによる輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｒのみを有する撮像信号Ｒと、広帯域光ＢＢによる輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｇのみを有する撮像信号Ｇと、広帯域光ＢＢによる輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｂ及び狭帯域光ＮＢによる輝度値Ｌ１が合成された撮像信号Ｂとからなる。
撮像信号Ｂ＝輝度値Ｌ１＋輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｂ
撮像信号Ｇ＝輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｇ
撮像信号Ｒ＝輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｒ
ＤＳＰ５５は、輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｂ，Ｂｒｏａｄ＿Ｇ，Ｂｒｏａｄ＿Ｒの相関関係を記憶した広帯域輝度値相関関係記憶部５５ａを備えている。この相関関係は、これまでの診断等で蓄積した多数の画像データの分析の結果、得られたものである。具体的には、体腔内の被写体組織に白色光を照射して、その反射光をＣＣＤ４４で受光した場合、ＣＣＤ４４が出力する撮像信号Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の輝度値には、相関関係が認められる。ＤＳＰ５５は、広帯域輝度値相関関係記憶部５５ａの相関関係を参照することにより、輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｇ又はＢｒｏａｄ＿Ｒと相関関係にある輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｂを求める。これにより、合成撮像信号から狭帯域光ＮＢの輝度値Ｌ１を除いた、輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｂ，Ｂｒｏａｄ＿Ｇ，Ｂｒｏａｄ＿Ｒからなる広帯域撮像信号が得られる。さらに、ＤＳＰ５５は、撮像信号Ｂから、輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｂを分離することにより、輝度値Ｌ１のみを有する狭帯域撮像信号が得られる。
得られた広帯域撮像信号に対して上記各種信号処理を施すことにより広帯域画像データが、得られた狭帯域撮像信号に対して上記各種信号処理を施すことにより狭帯域画像データが得られる。これら画像データはフレームメモリ５６に記憶される。このように、１フレーム分の合成撮像信号から２つの広帯域画像データ及び狭帯域画像データを求めると、次のようなメリットがある。例えば、取得タイミングが異なる２フレームの撮像信号から、広帯域画像データと狭帯域画像データをそれぞれ求めると、それぞれの画像間において、被写体の体動や挿入部の動きによって、被写体組織の同一部位の各画像間での位置ずれが生じるおそれがある。これに対して、１フレームの撮像信号から２つの広帯域画像データ及び狭帯域画像データを求めると、各画像データはフレームの取得タイミングが同じなので、位置ずれは生じない。
画像処理部５７は、輝度比算出部６１と、相関関係記憶部６２と、血管深さ判定部６３と、血管領域特定部６４と、画像生成部６５とを備えている。輝度比算出部６１は、広帯域画像データ及び狭帯域画像データ間で同じ位置の画素を特定し、その特定した画素間の輝度比ＬＭ（Ｓ１／Ｓ２）を求める。ここで、Ｓ１は狭帯域画像データの輝度値を、Ｓ２は広帯域画像データの輝度値を表している。輝度比ＬＭは、具体的には、深達度が低い狭帯域光ＮＢに対応する輝度値Ｓ１と、狭帯域光ＮＢよりも長波長であり、狭帯域光ＮＢよりも深達度が高い広帯域光ＢＢのＧ成分に対応する輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｇである。狭帯域光ＮＢは、深達度が低いので、表層血管に到達する割合が高いが、深層血管には、到達する割合が低い。一方、広帯域光ＢＢのＧ成分は、狭帯域光ＮＢよりも深達度が高いので、狭帯域光ＮＢに比べて、深層血管に到達する割合が高い。
被写体組織のうち、血管領域は他の領域と比較して光の吸収が大きい。そのため、狭帯域光ＮＢも広帯域光ＢＢのＧ成分もともに、血管領域に到達すると、吸収されて減衰する。狭帯域光ＮＢも広帯域光ＢＢのＧ成分もともに、表層血管に到達する割合が高いため、その反射光の輝度値Ｓ１、Ｓ２はともに低くなる。
これに対して、狭帯域光ＮＢは、深層血管にまで到達せず、表層部分で反射する割合が高いので、その反射光の輝度値Ｓ１は高くなる。一方、広帯域光ＢＢのＧ成分は、深層血管に到達する割合が高いので、その反射光の輝度値Ｓ２は低くなる。したがって、輝度比ＬＭ（Ｓ１／Ｓ２）が小さいほど、血管領域は浅く、輝度比ＬＭが大きいほど血管領域は深い。このように、波長領域が異なる２種類の光の深達度の差を利用して、両者の輝度比を求めることで、血管領域の深さが求められる。
相関関係記憶部６２は、このような輝度比ＬＭと血管深さＤとの相関関係を記憶している。図５に示すように、輝度比ＬＭと血管深さＤとは正の相関関係があり、この相関関係は、輝度比−血管深さ座標系において、傾きが正の線分Ｌａで表されている。相関関係記憶部６２では、輝度比ＬＭと血管深さＤとを線分Ｌａ上の点Ｐで対応付けることによって、相関関係を記憶している。なお、輝度比−血管深さ座標系において、縦軸の矢印は下端から上端に向かって輝度比が大きくなることを、横軸の矢印は左端から右端に向かって血管深さが大きくなることを示している。また、「浅」は血管深さが浅いことを、「深」は血管深さが深いことを表している。
血管深さ判定部６３は、相関関係記憶部６２の相関関係に基づき、輝度比算出部６１で算出された輝度比ＬＭに対応する血管深さＤを求める。血管深さ判定部６３は、血管深さＤと予め定めた閾値Ｘとを比較し、血管深さＤが閾値Ｘよりも小さい場合には表層と、大きい場合には深層と判定する。血管領域特定部６４は、広帯域画像データ及び狭帯域画像データ間の全ての画素について血管深さＤの判定が完了すると、フレームメモリ５６から広帯域画像データを読み出す。そして、読み出した広帯域画像データから、表層と判定された画素を含む表層血管領域と、深層と判定された画素を含む深層血管領域とを特定する。
図６に示すように、広帯域画像データに基づいて生成される広帯域画像７０には、被写体組織表層の粘膜の状態、組織内の血管、陥没や隆起などの粘膜表面の形状、ポリープの有無といった被写体組織の全体的な様子が映し出されており、この広帯域画像７０では、血管領域特定部６４によって、第１血管領域７１が表層血管領域と、第２血管領域７２が深層血管領域と特定される。第１血管領域７１は、深層の第２血管領域７２と比べて、明瞭に映し出されるため、非常に目立つ。図６において、太線は視認性が高く、細線は視認性が低いことを示している。
画像生成部６５は、フレームメモリ５６から読み出した広帯域画像データに対して、表層血管領域７１について視認性を抑制する抑制処理を施す。抑制処理は、例えば、第１血管領域７１内のコントラストを低下させる処理である。画像生成部６５によって処理された処理済みの広帯域画像データは、フレームメモリ５６に再度記憶される。表示制御回路５８は、フレームメモリ５６から読み出し、読み出した広帯域画像データに基づいて、図７に示す広帯域画像８０をモニタ１４に表示する。
広帯域画像８０においては、広帯域画像７０と比較して、表層血管領域である第１血管領域７１の視認性は抑制される。図６に示す広帯域画像７０と比較すると、図７の広帯域画像８０においては、第１血管領域７１は、第２血管領域７２とほぼ同等のコントラストに低下している。このため、広帯域画像８０内において、第１血管領域７１が目立ち過ぎることがなくなるため、粘膜の状態や粘膜表面の形状など、第１血管領域７１以外の領域が関心領域である場合には、その関心領域の観察に支障がなくなる。
コントラストを低下させる方法としては、例えば、第１血管領域７１の空間周波数が高い高周波成分をカットするローパスフィルタリング処理によって行われる。コントラストを低下させる方法としては、この他、第１血管領域７１の高輝度部分の輝度値を下げる方法など他の方法でもよい。また、抑制処理は、未処理の広帯域画像７０と比較して、第１血管領域７１の視認性が低下すればよいので、抑制の程度は、本例のように視認性を第２血管領域７２と同等にしなくてもよく、それ以上でも以下でもよい。
以上は、特殊モードにおける画像処理部５７の処理である。通常モードにおいては、画像処理部５７は、血管領域の特定や抑制処理を施さずに、広帯域画像データに基づいて広帯域画像７０を生成する。
次に、上記構成による作用について、図８に示すフローチャートを用いて説明する。通常モードにおいては、広帯域光ＢＢのみが体腔内に照射されて撮像が行われる。画像処理部５７は、撮像により得られた広帯域撮像信号に基づいて広帯域画像データを生成する。モニタ１４には、第１血管領域７１に対して抑制処理が施されていない広帯域画像７０が表示される。
一方、コンソール２３の操作により、通常モードから特殊モードに切り替えると、コントローラー５９の指示により狭帯域光源３３がＯＮにされる。これにより、広帯域光ＢＢ及び狭帯域光ＮＢの両方が体腔内に照射される。広帯域光ＢＢ及び狭帯域光ＮＢの両方が体腔内に照射された状態で撮像が行なわれ、撮像により得られた合成撮像信号は、ＡＦＥ４５を介して、ＤＳＰ５５に送られる。合成撮像信号は、輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｒのみを有する撮像信号Ｒと、輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｇのみを有する撮像信号Ｇと、輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｂ及び輝度値Ｌ１が合成された撮像信号Ｂとからなる。
ＤＳＰ５５は、広帯域輝度値相関関係記憶部５５ａの相関関係を用い、輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｒ又はＢｒｏａｄ＿Ｂと相関関係にある輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｂを求める。これにより、輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｂ，Ｂｒｏａｄ＿Ｇ，Ｂｒｏａｄ＿Ｒからなる広帯域撮像信号が得られる。この広帯域撮像信号に対して、ホワイトバランスなどの各種信号処理を施すことにより、広帯域画像データが得られる。広帯域画像データはフレームメモリ５６に記憶される。
また、ＤＳＰ５５は、撮像信号Ｂから輝度値Ｂｒｏａｄ＿Ｂを分離することにより、輝度値Ｌ１のみを有する狭帯域撮像信号が得られる。この狭帯域撮像信号に対して上記各種信号処理を施すことにより、狭帯域画像データが得られる。狭帯域画像データはフレームメモリ５６に記憶される。
フレームメモリ５６に広帯域画像データ及び狭帯域画像データが記憶されたら、輝度比算出部６１は、広帯域画像データ及び狭帯域画像データ間で同じ位置の画素を特定し、その特定した画素についての輝度比ＬＭを算出する。次に、血管深さ判定部６３は、相関関係記憶部６２の相関関係に基づいて、輝度比算出部６１で求めたＬＭに対応する輝度比−血管深さ座標系の線分上の点Ｐを特定する。そして、この点Ｐ１に対応する血管深さＤを取得する。血管深さ判定部６３は、血管深さＤが閾値Ｘよりも小さい場合には表層と判定し、それよりも大きい場合には深層と判定する。
そして、広帯域画像データ及び狭帯域画像データ間の全ての画素について、上記と同様に、各画素における輝度比ＬＭを求め、その求めた輝度比ＬＭに対応する血管深さＤが表層か否かの判定を行う。全ての画素について血管深さＤの判定が完了すると、血管領域特定部６４は、広帯域画像データをフレームメモリ５６から読み出す。そして、読み出した広帯域画像データから、表層と判定された画素を含む表層血管領域と、深層と判定された画素を含む深層血管領域とを特定する。図６の広帯域画像７０では、第１血管領域７１が表層血管領域と、第２血管領域７２が深層血管領域と特定される。
画像生成部６５は、広帯域画像データに対して、第１血管領域７１のコントラストを低下させる抑制処理を施す。これにより、第１血管領域７１の視認性が抑制された広帯域画像データが生成される。図７に示すように、抑制処理が施された処理済みの広帯域画像８０は、モニタ１４に表示される。
広帯域画像８０では、第１血管領域７１はコントラストが低下しているので、第１血管領域７１以外の領域が関心領域の場合でも、第１血管領域７１が目立ちすぎることはなく、観察に支障がない。狭帯域信号と広帯域信号の輝度比に基づいて、血管領域の深さを特定しているので、抑制処理の必要性が高い、表層の第１血管領域７１に対してのみコントラストを低下させることができる。そのため、もともと目立たない深層の第２血管領域７２の情報は失われない。
また、表層以外の情報量が少ない狭帯域信号を利用して血管領域を特定しているので、広帯域信号のみを利用して血管領域を特定する方法と比べて、高い精度で表層の血管領域を特定することができる。また、広帯域画像８０内の第１血管領域７１に対して抑制処理が施されるので、第１血管領域７１とそれ以外の領域を含む被写体組織の全体的な様子を観察することができ、第１血管領域７１とそれ以外の領域の一覧性や対照性は損なわれない。
なお、上記実施形態では、表層の第１血管領域７１について視認性を抑制する例で説明したが、その反対に、図９の広帯域画像９０に示すように、第１血管領域７１以外の領域のコントラストを低下させて視認性を抑制してもよい。図９では、点線は、図６の広帯域画像７０に対して、抑制処理によりコントラストが低下したことを示している。第１血管領域７１以外の領域のコントラストを低下させると、相対的に第１血管領域７１の視認性は向上し、第１血管領域７１を強調する効果が得られる。関心領域が表層血管である場合には、こうした方法が有効である。
単に表層血管が強調された画像を得るだけならば、狭帯域光のみを用いて特定の深さの血管領域が強調された狭帯域画像を得る従来技術でも可能である。しかし、本発明は、従来技術とは異なり、狭帯域画像と比較して情報量の多い広帯域画像に対して、画像処理を施すことにより、血管領域を強調するので、血管領域以外の領域についても観察が可能である。しかも、広帯域画像と狭帯域画像の２つの画像を並列的に表示する場合と比べて、血管領域とそれ以外の領域の一覧性や対照性が良好である。
なお、図９に示す表層血管が強調された広帯域画像９０と、図７に示す表層血管が抑制された広帯域画像８０とを、モニタ１４に並列的あるいは選択的に表示できるようにしてもよい。表示の切り替えは、例えば、コンソール２３の操作により行われる。
上記実施形態では、波長が４４０±１０ｎｍの狭帯域光と、広帯域光ＢＢのＧ成分の輝度比を用いて、表層の血管領域とそれよりも深層の血管領域を判別することにより、表層の血管領域を特定する例で説明したが、例えば、本例よりも長波長の狭帯域光と広帯域光ＢＢの成分を用いて、中層の血管領域と深層の血管領域を判別しして、中層及び深層の血管領域を特定してもよい。さらに、これらを組み合わせて、表層、中層、深層の３種類の血管領域を判別して、それぞれの血管領域を特定してもよい。
上記実施形態では、抑制処理を行わない通常モードにおいて、狭帯域光源をＯＦＦし、抑制処理を行う特殊モードにおいて、狭帯域光源をＯＮしているが、広帯域光源と同様に、モードに関わらず、狭帯域光源を常時点灯させ、画像処理部５７において抑制処理を行うか否かによって通常モードと特殊モードのモード切り替えを行ってもよい。
なお、上記実施形態では、広帯域光源を用いて広帯域光ＢＢを照射したが、広帯域光源を設置せずに、ライトガイドの出射端に蛍光部材を設け、この蛍光部材に狭帯域光ＮＢを照射することによって広帯域光ＢＢを発生させてもよい。ここで、蛍光部材は、狭帯域光ＮＢの一部を広帯域光ＢＢに変換する一方、それ以外の狭帯域光ＮＢをそのまま透過させる。これにより、広帯域光源を用いることなく、広帯域光ＢＢと狭帯域光ＮＢの同時照射を行なうことができる。このように蛍光部材を用いて広帯域光ＢＢを発生させる場合には、狭帯域光ＮＢの波長は上記実施形態で示した４４０±１０ｎｍに限らず、白色の広帯域光ＢＢを励起することができ、且つＧ画素及びＲ画素に感応しない波長であればよい（例えば４００±１０ｎｍ）。なお、蛍光部材と、この蛍光部材によって白色の広帯域光ＢＢを励起することができる狭帯域光ＮＢを発生するＧａＮ系半導体レーザーなどの光源とを組み合わせた照射手段は、例えば、マイクロホワイト（商品名）として知られている。
なお、上記実施形態では、広帯域画像データと狭帯域画像データ間の輝度比に基づいて、血管深さを求めたが、従来技術のように、特定の深さの血管領域が強調された狭帯域画像データを用いて、血管領域の深さを求めてもよい。例えば、Ｂ色の狭帯域画像データを用いれば、表層の血管領域が強調されているので、その狭帯域画像データにおいて、血管領域とそれ以外の領域の輝度値の差に基づいて血管領域を特定すれば、その血管領域は、表層の血管領域である可能性が高い。こうして特定された表層の血管領域に基づいて、広帯域画像に対して抑制処理を施す。
しかし、この方法は、上記実施形態と比較すると、血管深さの特定精度が劣る。というのは、狭帯域画像データには、表層の血管領域以外に、視認性は低いものの中層や深層の血管領域も映し出されている。そのため、この方法では、表層以外の血管領域を表層の血管領域と誤認識する可能性が高い。したがって、上記実施形態のように輝度比で血管深さを判定する方が好ましい。
また、本実施形態では、広帯域画像データと狭帯域画像データの両方を用いて血管領域の特定を行なったが、狭帯域画像データのみを用いて血管領域の特定を行なってもよい。この場合には以下のような利点がある。広帯域光ＢＢには、深達度が高い長波長の光も含まれているので、広帯域画像データは、狭帯域画像データと比較すると、情報量が多い。そのため、広帯域画像データのみを用いて血管領域を特定すると、血管以外の部分を血管領域として誤認識してしまう可能性が高い。
これに対して、狭帯域光ＮＢは、深達度が低い短波長の単色光であるため、狭帯域画像データは、深層の情報量が少ない。そのため、狭帯域画像データに基づいて血管領域の特定を行えば、表層の血管領域に関しては高い精度で特定することができる。さらには、狭帯域画像データの方が表層の血管領域の特定精度が高いので、狭帯域画像データで特定した血管領域を優先的に使用することで、広帯域画像データのみで血管領域を特定する場合と比べて、血管領域の誤認識を防止することができる。なお、血管領域の特定は、血管部分の輝度値とそれ以外の部分の輝度値の差から特定する方法の他、パターン認識などによっても行なうことができる。
上記実施形態では、抑制処理を施さない広帯域画像を表示する通常モードと、抑制処理を施した広帯域画像を表示する特殊モードの２つのモードを有する例で説明したが、これら以外でも、狭帯域画像データに基づいて狭帯域画像を生成し、これを表示するモードなど、他のモードを設けてもよい。
上記実施形態では、広帯域光と狭帯域光を同時に照射して撮像を行い、この撮像により得られた１フレームの合成撮像信号から広帯域信号と狭帯域信号を取得したが、これに代えて、広帯域光と狭帯域光とを選択的に照射し、広帯域光の照射時に広帯域信号を、狭帯域光の照射時に狭帯域信号を取得してもよい。
上記実施形態では、合成撮像信号に基づいて分離された広帯域画像データ及び狭帯域画像データからそれらデータ間の輝度比を求め、この輝度比から血管深さを特定したが、その他、合成撮像信号のうちＢ画素から出力された信号及びＧ画素から出力された信号間の輝度比からも、血管深さを特定することができる。また、上記実施形態では、合成撮像信号から狭帯域光成分と広帯域光成分とを分離することにより広帯域撮像信号を求めたが、その他、合成撮像信号に対して所定の変換処理を行なうことによって広帯域撮像信号を求めることもできる。
なお、本発明は、挿入部等を有する挿入型の電子内視鏡の他、ＣＣＤなどの撮像素子等をカプセルに内蔵させたカプセル型の電子内視鏡に対しても適用することができる。
１０ 電子内視鏡システム
１４ モニタ
３０ 広帯域光源
３３ 狭帯域光源
４４ ＣＣＤ
５５ ＤＳＰ
５７ 画像処理部
６３ 血管深さ判定部
６４ 血管領域特定部
６５ 画像生成部
７０、８０、９０ 広帯域画像
７１、７２ 第１、第２血管領域

Claims (11)

  1. 体腔内の血管を含む被写体組織に照明光を照射する照射手段と、
    前記被写体組織を撮像して、前記照明光が被写体組織で反射した反射光の輝度を表す撮像信号を出力する電子内視鏡と、
    前記撮像信号に含まれる、波長領域が青色領域から赤色領域に及ぶ白色の広帯域光に対応する広帯域信号と、特定の波長領域に制限された狭帯域光に対応する狭帯域信号とを取得する信号取得手段と、
    前記広帯域信号に基づいて生成される広帯域画像に対して画像処理処理を施す画像処理手段であり、前記狭帯域信号に基づいて、前記広帯域画像内における特定の深さにある血管領域を特定し、特定された前記血管領域又はそれ以外の領域に対して、画像処理処理を施す画像処理手段とを備えることを特徴とする電子内視鏡システム。
  2. 前記画像処理手段は、前記広帯域画像内において、前記血管領域の視認性を抑制する抑制処理を施すことを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡システム。
  3. 前記画像処理手段は、前記広帯域画像内において、前記血管領域以外の視認性を抑制する抑制処理を施すことを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡システム。
  4. 前記抑制処理はコントラストを低下させる処理であることを特徴とする請求項２または３記載の電子内視鏡システム。
  5. 前記特定の深さの血管領域は表層の血管領域であることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の電子内視鏡システム。
  6. 前記照射手段は、前記広帯域光と前記狭帯域光の同時照射が可能であり、
    前記信号取得手段は、前記広帯域光と前記狭帯域光とを同時照射して得られた撮像信号を、広帯域信号と狭帯域信号とに分離することを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の電子内視鏡システム。
  7. 前記照射手段は、前記広帯域光と前記狭帯域光の順次選択的な照射が可能であり、
    前記信号取得手段は、前記広帯域光の照射時に広帯域信号を取得し、前記狭帯域光の照射時に狭帯域信号を取得することを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の電子内視鏡システム。
  8. 前記画像処理手段は、前記広帯域画像内の血管領域について、前記狭帯域信号及び前記広帯域信号間の輝度比を求め、求めた輝度比に基づいて前記血管領域の深さを特定することを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項記載の電子内視鏡システム。
  9. 前記広帯域画像を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項記載の電子内視鏡システム。
  10. 体腔内の血管を含む被写体組織に照明光を照射して、前記被写体組織を電子内視鏡の撮像素子で撮像することにより得られる撮像信号であり、前記照明光が被写体組織で反射した反射光の輝度を表す撮像信号を前記電子内視鏡から受信する受信手段と、
    前記撮像信号に含まれる、波長領域が青色領域から赤色領域に及ぶ白色の広帯域光に対応する広帯域信号と、特定の波長領域に制限された狭帯域光に対応する狭帯域信号とを取得する信号取得手段と、
    前記広帯域信号に基づいて生成される広帯域画像に対して画像処理処理を施す画像処理手段であり、前記狭帯域信号に基づいて、前記広帯域画像内における特定の深さにある血管領域を特定し、特定された前記血管領域又はそれ以外の領域に対して、画像処理処理を施す画像処理手段とを備えることを特徴とする電子内視鏡用のプロセッサ装置。
  11. 体腔内の血管を含む被写体組織に照明光を照射する照射ステップと、
    前記被写体組織を撮像して、前記照明光が被写体組織で反射した反射光の輝度を表す撮像信号を得る撮像ステップと、
    前記撮像信号に含まれる、波長領域が青色領域から赤色領域に及ぶ広帯域光に対応する広帯域信号と、特定の波長領域に制限された狭帯域光に対応する狭帯域信号とを取得する信号取得ステップと、
    前記広帯域信号に基づいて生成される広帯域画像に対して画像処理処理を施す画像処理ステップであり、前記狭帯域信号に基づいて、前記広帯域画像内における特定の深さにある血管領域を特定し、特定された前記血管領域又はそれ以外の領域に対して、画像処理処理を施す画像処理ステップとを備えることを特徴とする画像処理方法。
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