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JP5224390B2 - 内視鏡装置および内視鏡装置の作動方法 - Google Patents

内視鏡装置および内視鏡装置の作動方法 Download PDF

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JP5224390B2 JP2009134680A JP2009134680A JP5224390B2 JP 5224390 B2 JP5224390 B2 JP 5224390B2 JP 2009134680 A JP2009134680 A JP 2009134680A JP 2009134680 A JP2009134680 A JP 2009134680A JP 5224390 B2 JP5224390 B2 JP 5224390B2
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Description

本発明は、マトリクス演算により分光推定画像を取得する内視鏡装置および内視鏡画像取得方法に関するものである。
食道、胃、大腸等の体腔の状態を画像診断するために、体腔内にスコープを挿入し、体腔内の画像を取得する内視鏡装置が用いられている。近年、この内視鏡による画像診断を行う際、スコープにより撮影されている内視鏡画像がリアルタイムにモニタに表示され、医師はモニタを見ながら撮影場所を確認して画像診断を行う。上記画像診断を容易にするために、内視鏡を用いた観察モードには白色光を照射したときの被写体を観察する通常観察モード、蛍光を照射したときに被写体から発光する蛍光を観察する蛍光観察モード、狭帯域の光を照射したときの被写体を観察する狭帯域モード等がある。
上述した光源としてタングステン等の代わりに発光ダイオードであるLEDを用いることが提案されている(たとえば特許文献1参照)。特許文献1の内視鏡装置は波長域の異なる4つのLED光源を備えており、通常観察モード、蛍光観察モード、NBIモードによって使用するLEDおよび制御動作を切り替えることが開示されている。
また、狭帯域の光を用いた狭帯域モードに代えて白色光で得られた画像信号を基に、演算処理にて分光画像を形成することが提案されている。これは、RGBのそれぞれのカラー感度特性を数値データ化したものと、特定の狭帯域バンドパスの分光特性を数値データ化したものとの関係をマトリクスデータ(係数セット)として求め、このマトリクスデータとRGB信号との演算により狭帯域バンドパスフィルタを介して得られる分光画像を推定した分光推定画像を得るものである。このような演算によって分光画像を形成する場合は、所望の波長域に対応した複数のフィルタを用意する必要がなく、またこれらの交換配置が不要となるので、装置の大型化が避けられ、低コスト化を図ることができる。
マトリクス演算により分光画像を生成する際においてもLED光源の光強度を変えながら撮影を行うことが提案されている(たとえば特許文献2参照)。具体的には、異なる波長域の3つのLEDが用意され、分光画像の波長域が選択されたときに3つのLEDの光強度を変更するとともに各LEDの波長域毎にそれぞれ1枚ずつフレーム画像を取得し、3つのフレーム画像を用いて1枚の分光画像を生成することが提案されている。
特開2006−166940号公報 特開2007−264537号公報
しかし、特許文献2のように複数のフレーム画像を用いて分光画像を生成した場合、分光画像を生成するためには複数フレーム分の時間が掛かってしまう。したがって、動画像のフレームレートが落ちてしまい、画質の劣化を招くとともに効率的な画像診断を行うことができないという問題がある。
そこで、本発明は、効率的に精度良く分光画像を生成することができる内視鏡装置および内視鏡画像取得方法を提供することを目的とするものである。
本発明の内視鏡装置は、異なる波長域の光を射出する複数の発光素子からなる、複数の発光素子を駆動することにより白色光が射出可能な光源ユニットと、光源ユニットから射出された光が照射された被写体を撮影し内視鏡画像を取得するスコープと、分光推定画像が示す複数の波長域を波長セットとして設定する波長セット設定手段と、波長セット設定手段により設定された波長セットに応じて複数の発光素子毎にON/OFFを制御する光源制御手段と、波長セット選択手段により選択された波長セットに基づいて内視鏡画像に対しマトリクス演算を施すことにより分光推定画像を生成する分光画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
本発明の内視鏡画像取得方法は、分光推定画像が示す複数の波長域を波長セットとして設定し、異なる波長域の光を射出する複数の発光素子からなる、複数の発光素子を駆動することにより白色光が射出可能な光源ユニットに対し、設定した波長セットに応じて複数の発光素子毎にON/OFFを制御し、ON/OFF制御下においてスコープが撮影し取得した内視鏡画像に対し、波長セットに基づいてマトリクス演算を施すことにより分光推定画像を生成することを特徴とするものである。
ここで、光源制御手段は、波長セットに応じて複数の発光素子のON/OFFを制御するものであればよく、波長セットに含まれるすべての波長域が各発光素子の波長域に重複している場合、重複している波長域の発光素子のみを駆動し、波長セットに含まれる波長域のうち各発光素子の波長域に重複していない波長域が存在する場合、各発光素子のうち分光推定画像の生成に必要な波長域の複数の発光素子を駆動するものであってもよい。
なお、波長セット設定手段は、分光推定画像の示す複数の波長域を設定するものであればその手法を問わず、たとえば使用者からの入力に従い複数の波長を設定するものであってもよいし、予め用意した複数の波長セットの中から一の波長セットを選択することにより波長セットを設定するものであってもよい。さらに、光源ユニットは複数の波長セットに含まれる各波長に対応した発光素子を複数備えたものであってもよい。
また、光源制御手段が、波長セットに含まれる波長域のうち各発光素子の波長域に重複していない波長域が存在する場合、すべての発光素子を駆動するものであってもよいし、複数の発光素子のうち最も推定精度の高い組み合わせの発光素子を駆動するものであってもよい。
本発明の内視鏡装置および内視鏡画像取得方法によれば、分光推定画像が示す複数の波長域を波長セットとして設定し、異なる波長域の光を射出する複数の発光素子からなる、複数の発光素子を駆動することにより白色光が射出可能な光源ユニットに対し、設定した波長セットに応じて複数の発光素子毎にON/OFFを制御し、ON/OFF制御下においてスコープが撮影し取得した内視鏡画像に対し、波長セットに基づいてマトリクス演算を施して分光推定画像を生成することにより、1枚の内視鏡画像から分光推定画像を生成するのに必要な波長域の光を射出して分光推定画像の推定精度の向上を図りながら効率よく分光推定画像を生成することができる。
なお、波長セット設定手段が予め用意した複数の波長セットの中から一の波長セットを選択することにより波長セットを設定するものであり、光源ユニットが複数の波長セットに含まれる各波長に対応した発光素子を複数備えたものであれば、使用者は任意の波長セットを選択すればそれに合わせて自動的に発光素子の駆動を制御することができるため、分光推定画像の推定精度の向上を図りながら効率よく分光推定画像を生成することができる。
さらに、光源制御手段が、波長セットに含まれる波長域のうち各発光素子の波長域に重複していない波長域が存在する場合、複数の発光素子のうち最も推定精度の高い組み合わせの発光素子を駆動するものであれば、波長セットに含まれる波長域のうち各発光素子の波長域に重複していない波長域が存在する場合であっても、分光推定画像の推定精度を高く維持することができる。
本発明の内視鏡装置の好ましい実施形態を示すブロック図 図1の分光画像生成手段において用いられるマトリクスパラメータの一例を示す表 図1の波長セット設定手段により設定された波長セットと各発光素子のON/OFF制御の対応関係の一例を示す表 本発明の内視鏡画像取得方法の好ましい実施形態を示すフローチャート
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図1は本発明の内視鏡装置の一例を示すブロック図である。内視鏡装置1は、光源ユニット10、スコープ20、内視鏡画像処理装置30を備えている。光源ユニット10は内視鏡による観察を行うために被写体に光を照射するものであって、スコープ20の先端に配置された異なる波長域の光を射出する複数の発光素子10a〜10dを備えている。具体的には、発光素子10a〜10dはそれぞれピーク波長が470、500nm、540nm、620nmのLEDからなっている。したがって、すべての発光素子10a〜10dもしくは発光素子10a、10b(もしくは10c)、10dの3つの発光素子を駆動することにより白色光が射出されることになる。この複数の発光素子10a〜10dは駆動手段11からの駆動電流の印加により発光するものであって、駆動手段11の動作は光源制御手段50により制御されている。
スコープ20は、撮像レンズ21、撮像素子22、CDS/AGC回路23、A/D変換器24、CCD駆動部25、レンズ駆動部26等を有しており、各構成要素はスコープコントローラ27により制御されている。撮像レンズ21はたとえば複数のレンズ群から構成されており、レンズ駆動部26の駆動により撮影倍率が変更する。撮像素子22はたとえばCCDやCMOS等からなり、撮像レンズ21により結像された被写体像を光電変換して画像を取得するものである。この撮像素子22としては、例えば撮像面にMg(マゼンタ),Ye(イエロー),Cy(シアン),G(グリーン)の色フィルタを有する補色型、あるいはRGBの色フィルタを有する原色型が用いられる。なお、撮像素子22の動作はCCD駆動部25により制御されている。撮像素子22が画像(映像)信号を取得したとき、CDS/AGC(相関二重サンプリング/自動利得制御)回路23がサンプリングして増幅し、A/D変換器24がCDS/AGC回路23から出力された内視鏡画像をA/D変換し、内視鏡画像処理装置30に出力される。
内視鏡画像処理装置30は、スコープ20を用いて取得された内視鏡画像Pを処理するものであって、たとえばDSP等により構成されている。内視鏡画像処理装置30は、画像取得手段31、前処理手段32、分光画像生成手段33、画像処理手段34、表示制御手段35を備えている。画像取得手段31は、スコープ20の撮像素子22により撮影された内視鏡画像Pを取得するものである。前処理手段32は、画像取得手段31において取得された内視鏡画像Pに対し前処理を施すものであって、たとえば内視鏡画像PがYCC表色系からなっている場合にはRGB表色系に変換し、さらにガンマ変換機能、階調を調整する機能等を有している。
分光画像生成手段33は、内視鏡画像Pに対しマトリクスパラメータMを用いてマトリクス演算を行うことにより分光推定画像SPを生成するものである。なお、分光画像生成手段33の動作例の詳細については特開2003−93336号公報に記載されている。
具体的には、分光画像生成手段33は、用いて下記式(1)に示すマトリクス演算を行うことにより分光推定画像SPを生成する。
Figure 0005224390


なお、式(1)において、SPr、SPg、SPbは分光推定画像SPの各RGB成分、Pr、Pg、Pbは内視鏡画像Pの各RGB成分、M00〜M22からなる3×3行の行列はマトリクス演算を行うためのマトリクスパラメータMをそれぞれ示している。
図2は、式(1)に示すマトリクス演算を行うためのマトリクスパラメータを記憶したデータベースDBの一例を示す表である。図2において、データベースDBにはたとえば400nmから700nmの波長域を5nm間隔で分けた61の波長域毎にパラメータPi=(Mj0,Mj1,Mj2)(iはデータベースDB内に記憶されているパラメータセットを区別する符号であってi=1〜61、jは上記式(1)の行列Mの行であってj=0〜2)が記憶されている。
図1の波長セット設定手段40は、分光推定画像SPが示す複数の波長域を波長セットとして設定するものである。たとえば波長セット設定手段40は血管、生体組織等の観察したい各部位にマッチングした複数の波長セットを予め有しており、入力手段からの入力に従い、一の波長セットを選択し設定するようになっている。具体的には、マトリクスパラメータMを設定するための波長セットとして、例えば(550nm,500nm,470nm)の波長セットCH1、(525nm,495nm,495nm)の波長セットCH2、(540,415,415)の波長セットCH3の3つの波長セットCH1〜CH3が用意されている。なお、波長セット設定手段40は、予め用意した波長セットのみならず使用者からの入力に従い任意の波長を分光推定画像SPの波長セットとして設定する機能を有していてもよい。
図1の画像処理手段34は内視鏡画像Pおよび分光推定画像SPに対し強調処理等を施すものであり、表示制御手段35は画像処理手段34において画像処理された内視鏡画像Pおよび分光推定画像SPをキャラクタ情報等とともに表示装置3に表示する機能を有している。
光源制御手段50は波長セット設定手段40において設定された波長セットに基づいて発光素子10a〜10dを制御する機能を有している。具体的には、最初に光源制御手段50は波長セットに含まれるすべての波長域が発光素子10a〜10dの波長域に重複(略一致)しているか否かを判断する。
設定された波長セットに含まれるすべての波長域が各発光素子10a〜10dのいずれかの波長域に重複していると判断した場合、光源制御手段50は重複している波長域の発光素子のみを駆動する。たとえば図3に示すように、分光推定画像SPのR成分が550nm、G成分が495nm、B成分が470nmの波長セットCH1が設定された場合、波長セットの波長域は発光素子10a〜10dのうち発光素子10a、10b、10cの波長域に略一致する。したがって、光源制御手段50は発光素子10dをOFF状態にするとともに発光素子10a、10b、10cをON状態にして発光素子10a、10b、10cが発光した状態で内視鏡画像Pが取得されるように制御する。
一方、波長セットに含まれる波長域のうち各発光素子の波長域に重複していない波長域が存在する場合、光源制御手段50は各発光素子10a〜10dのうち分光推定画像SPの生成に必要な波長域の発光素子10a〜10dを駆動する。具体的には、図3の波長セットCH2のように波長セットの波長域が各発光素子10a〜10dの波長域のいずれにも重複しない場合、光源制御手段50はすべての発光素子10a〜10dを駆動させて白色光を被写体に照射する。そして、分光画像生成手段33は白色光が照射された際に取得された内視鏡画像Pから式(1)を用いて分光推定画像SPを生成する。
あるいは、光源制御手段50は複数の発光素子のうち最も推定精度の高い組み合わせの発光素子を駆動するようにしてもよい。つまり、光源制御手段50には各波長セットに対応する観察部位もしく観察部位と略同一色のカラーパッチに対し発光素子10a〜10dのON/OFFを組み合わせて照射したときに最も分光推定精度が高い発光素子10a〜10dのON/OFFの組み合わせが予め記憶されている。そして、たとえば図3の波長セットCH3のように波長セットの波長域が各発光素子10a〜10dの波長域の一部と重複している場合、光源制御手段50は予め記憶された発光素子10a〜10dのON/OFFの組み合わせを用いて発光素子10a〜10dのON/OFF制御を行う。
このように、設定した波長セットCH1〜CH3に合わせて光源ユニット10から射出される光の波長域を選択することにより、推定精度が高い分光推定画像SPを効率よく生成することができる。すなわち、従来のように分光画像を光学的なフィルタを用いて取得する場合には装置構成が複雑になり、異なる波長域を照射したときの画像を各フレーム画像に分けて取得した後にマトリクス演算を行う場合にはフレームレートが低下し効率的な画像診断を行うことができない。一方、波長セットCH1〜CH3に合わせて光源ユニット10から射出する光の波長域を選択して駆動し、選択した波長域の光が照射されたときの1枚の内視鏡画像Pに対しマトリクス演算を施して分光推定画像SPを生成することにより、光学フィルタ等が不要な簡便な装置構成を用いて1フレーム画像分の内視鏡画像Pから分光推定画像SPを生成することができ、効率的な画像診断を行うことができる。
図4は本発明の内視鏡画像取得方法の好ましい実施形態を示すフローチャートであり、図1から図4を参照して内視鏡画像取得方法について説明する。まず、スコープ20が体腔内に挿入された状態で撮影が行われる。このとき、使用者は入力手段2を介して波長セットCH1〜CH3を選択し、波長セット設定手段40において分光推定画像SPの波長セットが設定される(ステップST1)。
すると、光源制御手段50は設定された波長セットに基づいて複数の発光素子10a〜10dのON/OFFを制御し駆動する(ステップST2、図3参照)。そして、所定の波長域の光が照射された被写体Sがスコープ20により撮影され内視鏡画像Pが取得される(ステップST3)。その後、分光画像生成手段33において内視鏡画像Pに対し式(1)を用いてマトリクス演算することにより分光推定画像SPが生成され表示装置3に表示される(ステップST4)。
上記実施の形態によれば、分光推定画像SPが示す複数の波長域を波長セットCH1〜CH3として設定し、異なる波長域の光を射出する複数の発光素子10a〜10dからなる、複数の発光素子10a〜10dを駆動することにより白色光が射出可能な光源ユニット10に対し、設定した波長セットCH1〜CH3に応じて複数の発光素子毎にON/OFFを制御し、ON/OFF制御下においてスコープ20が撮影し取得した内視鏡画像Pに対し、波長セットCH1〜CH3に基づいてマトリクス演算を施すことにより分光推定画像SPを生成することにより、1枚の内視鏡画像Pから分光推定画像SPを生成するのに必要な波長域の光を射出して分光推定画像SPの推定精度の向上を図りながら効率よく分光推定画像SPを生成することができる。
また、波長セット設定手段40が予め用意した複数の波長セットCH1〜CH3の中から一の波長セットを選択することにより波長セットを設定するものであり、光源ユニット10が複数の波長セットCH1〜CH3に含まれる各波長に対応した発光素子を複数備えたものであれば、使用者は任意の波長セットを選択すればそれに合わせて自動的に発光素子10a〜10dの駆動を制御することができるため、分光推定画像SPの推定精度の向上を図りながら効率よく分光推定画像SPを生成することができる。
さらに、光源制御手段50が、波長セットCH1〜CH3に含まれる波長域のうち各発光素子10a〜10dの波長域に重複していない波長域が存在する場合、複数の発光素子10a〜10dのうち最も推定精度の高い組み合わせの発光素子を駆動するものであれば、波長セットに含まれる波長域のうち各発光素子の波長域に重複していない波長域が存在する場合であっても、分光推定画像SPの推定精度を高く維持することができる。
本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されない。たとえば、光源ユニット10が4種類の発光素子(LED)10a〜10dを有する場合について例示しているが、4種類以上の発光素子を有していてもよい。さらに、各発光素子10a〜10dがスコープ20の先端に配置されている場合について例示しているが、発光素子10a〜10dがスコープ20とは別ユニットとして存在し、光ファイバ等のライトガイドを介してスコープ20の先端から被写体へ光が射出される構成を有していてもよい。
1 内視鏡装置
10 光源ユニット
10a、10b、10c、10d 発光素子
20 スコープ
30 内視鏡画像処理装置
31 画像取得手段
33 分光画像生成手段
34 画像処理手段
35 表示制御手段
40 波長セット設定手段
50 光源制御手段
DB データベース
SP 分光推定画像

Claims (3)

  1. 異なる波長域の光を射出する複数の発光素子からなる、該複数の発光素子を駆動することにより白色光が射出可能な光源ユニットと、
    該光源ユニットから射出された光が照射された被写体を撮影し内視鏡画像を取得するスコープと、
    分光推定画像が示す複数の波長域を波長セットとして設定する波長セット設定手段と、
    前記波長セット設定手段により設定された前記波長セットに応じて前記複数の発光素子毎にON/OFFを制御する光源制御手段と、
    該波長セット選択手段により選択された前記波長セットに基づいて前記内視鏡画像に対しマトリクスパラメータを用いてマトリクス演算を施すことにより分光推定画像を生成する分光画像生成手段とを備え、
    前記波長セット設定手段が、予め用意した複数の波長セットの中から一の前記波長セットを選択することにより前記波長セットを設定するものであり、
    前記光源ユニットが、前記複数の波長セットに含まれる各波長に対応した前記発光素子を複数備えたものであり、
    前記光源制御手段が、前記波長セットに含まれる波長域のうち前記各発光素子の波長域に重複していない波長域が存在する場合、前記各発光素子のうち前記分光推定画像の生成に必要な波長域の前記複数の発光素子であって、前記複数の発光素子のうち最も推定精度の高い組み合わせの前記発光素子を駆動するものである
    ことを特徴とする内視鏡装置。
  2. 前記光源制御手段が、前記波長セットに含まれるすべての波長域が前記各発光素子の波長域に重複している場合、重複している波長域の前記発光素子のみを駆動するものであることを特徴とする請求項1記載の内視鏡装置。
  3. 内視鏡装置が、
    分光推定画像が示す複数の波長域を波長セットとして設定する波長セット設定工程と
    異なる波長域の光を射出する複数の発光素子からなる、該複数の発光素子を駆動することにより白色光が射出可能な光源ユニットに対し、設定した前記波長セットに応じて前記複数の発光素子毎にON/OFFを制御する光源制御工程と
    ON/OFF制御下においてスコープが撮影し取得した内視鏡画像に対し、前記波長セットに基づいてマトリクス演算を施すことにより分光推定画像を生成する分光推定画像生成工程とを行う内視鏡装置の作動方法であって、
    前記波長セット設定工程が、予め用意した複数の波長セットの中から一の前記波長セットを選択することにより前記波長セットを設定するものであり、
    前記光源ユニットが、前記複数の波長セットに含まれる各波長に対応した前記発光素子を複数備えたものであり、
    前記光源制御工程が、前記波長セットに含まれる波長域のうち前記各発光素子の波長域に重複していない波長域が存在する場合、前記各発光素子のうち前記分光推定画像の生成に必要な波長域の前記複数の発光素子であって、前記複数の発光素子のうち最も推定精度の高い組み合わせの前記発光素子を駆動するものである
    ことを特徴とする内視鏡装置の作動方法。
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