JP2011522649A

JP2011522649A - 内視鏡画像を改善するための方法及び内視鏡

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Publication number: JP2011522649A
Application number: JP2011512888A
Authority: JP
Inventors: シュテーレ，トーマス; アーハ，ティル
Original assignee: オリンパス・ウィンター・アンド・イベ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2029-06-10
Also published as: JP5306456B2; DE102008027905A1; CN102057681B; EP2260647B1; US20110164127A1; CN102057681A; WO2009149912A1; EP2260647A1

Abstract

背面光（１２）により照明され所々蛍光発光する組織領域であって、カラービデオカメラ（３）により撮影された該組織領域の内視鏡画像を改善する方法において、前記内視鏡画像の画素が前記ビデオカメラ（３）の色空間（ＲＧＢ）から、蛍光光線（１１）の色空間領域（２１）及び背面光（１２）の色空間領域（２０）を通過する直線（Ｆ１）が前記画素の蛍光成分を表す座標軸（Ｆ）に平行に走行する色空間（ＦＸＹ）に変換され、前記色空間（ＦＸＹ）内で前記画素の蛍光成分が、蛍光コントラスト即ち高い蛍光値と低い蛍光値との差を少なくとも所々の領域で増加させる非線形特性曲線（１３）に従って変化され、最後に前記画素は、画像表示に適する色空間（ＲＧＢ）に変換されることを特徴とする方法。
【選択図】図２

Description

本発明は請求項１の前文即ち従来技術部分に記載の方法及び請求項４の前文即ち従来技術部分に記載の内視鏡に関する。

人体内の蛍光発光する組織領域の内視鏡画像は、例えば膀胱壁等内の適宜標識付けされた腫瘍の発見に用いられる。独国特許第１９９０２１８４Ｃ１号から、蛍光光線の波長とははっきり異なる波長の背面光、即ち蛍光光線と異なることがはっきり分かる背面光であって非常に微弱な蛍光光線をかすませない低い輝度を有する背面光により観察対象組織を照明することが公知である。しかしながら非常に微弱な蛍光光線をはっきり分かるようにすることは未だに困難である。このような内視鏡画像を改善する方法は未だに進歩が殆ど無い。

色空間変換により内視鏡画像を改善する方法は米国特許第４８０５０１６Ａ号から公知である。

本発明の目的は、冒頭に記載の内視鏡により得られた蛍光画像の蛍光性をはっきり分かるように改善することにある。

この目的は請求項１及び４の特徴部分に記載の特徴により解決される。

ビデオカメラにより得られた内視鏡画像は大部分の場合通常のＲＧＢ（赤緑青）色空間内にある。本発明の目的はこのような画像の蛍光性を制御することにあり、その際、その他の画像特性はできるだけ変化しないようにする。これを達成するにはまず初めに画素が、背面光の色空間領域及び蛍光光線の色空間領域を通過し蛍光性の特徴を表す直線を含む色空間であって、この直線がこの色空間の１つの座標軸に平行に配向される色空間に変換される。次いでこの色空間内で、蛍光性を表すこの座標軸に沿って蛍光性を調整することにより、その他の画像特性を変化させずに蛍光性を制御する。次いで非線形特性曲線を用いて画素の蛍光成分を、蛍光値のコントラストを高めるように換算する。次いで画素は、例えば通常のＲＧＢ（赤緑青）色空間等の画像表示に適する色空間に再変換される。

請求項２に記載のように有利には特性曲線は、中間領域内の上部区間では蛍光値が高められ、下部区間では減じられ、端部領域内では蛍光性は制御されない。従って、上端領域及び下端領域では同一直線上にあり、中間領域では実質的にＳ字状に形成された特性曲線が得られる。

請求項３の特徴部分に記載の特徴は有利である。何故ならばこのようにして蛍光コントラストを時間と共に高められるからである。これにより、蛍光物質の経時変化により徐々に進行して蛍光コントラストを徐々に弱める色褪せを補償できる。

請求項４には本発明に係わる医療用内視鏡が記載されている。この内視鏡は画像処理装置に関して、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法に従って動作する。

本発明を、図面を参照しながら実施例に基づき以下に説明する。

画像処理装置及び画像表示装置を有する内視鏡の概略図である。画像処理装置の拡大概略図である。使用蛍光特性曲線を示す図である。使用光成分を示す図である。ＲＧＢ（赤緑青）色空間内の画素を表す図である。

図１は細長のシャフト２を有する医療用内視鏡１を示し、シャフト２の近位端にはカラービデオカメラ３が配置されている。別の実施例ではカメラ３はシャフト２の遠位端領域内に設けられ、この領域内に同様に設けられている対物レンズの直後に配置されている。

カラービデオカメラ３は、データ伝送及び例えば電力供給用の導線４を介して画像処理装置５に接続され、この画像処理装置５に画像データを供給する。画像処理装置５は導線６を介して例えば市販のモニタ等の画像表示装置７に接続されている。

内視鏡１は例えば泌尿器科で腫瘍検診のため膀胱壁を検査するのに使用できる。この検査ではシャフト２が尿道を通過して膀胱（不図示）に挿入される。その際、ビデオカメラ３が観察画像を撮影して画像データを画像処理装置５に伝送し、画像処理装置５は画像データを処理して画像データを画像表示装置７に伝送し、画像表示装置７は画像を表示する。

内視鏡１は、例えば蛍光物質により標識付けされた腫瘍の検診のため膀胱壁等の組織表面を検査するのに使用できる。図４は波長λを横軸にして照度Ｉを縦軸に示し、蛍光組織は領域１１内の光を発する。全観察表面は領域１２内の背面光即ち別の波長の光により照射される。領域１１は通常は赤色の範囲内にあり、領域１２は通常は青色の範囲内にある。これに関する詳細は独国特許第１９９０２１８４Ｃ１号明細書を参照されたい。

ビデオカメラ３が撮影した画像の画素は、例えば図５に破線で示す雲形状内のＲＧＢ（赤緑青）色空間領域内にある。この雲形状は、図５に示す例から分かるように色空間領域２０及び２１内に特徴的な重点を有する。色空間領域２１は赤色空間領域内にあり、図４の領域１１内の蛍光光線に対応する。色空間２０は図４の領域１２内の青色空間領域内にある。

図５の直線Ｆ１は、色空間領域２０及び２１を通過し、通常はすべての座標軸Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）に対して斜めに走行する。直線Ｆ１は、多量の背面光及び少量の蛍光光線が存在する領域２０を通過し、多量の蛍光光線及び少量の背面光が存在する色空間領域２１を通過する。従ってこの直線Ｆ１に沿って蛍光値が色空間領域２０と色空間領域２１との間で変化する。従ってカラーベクトルの直線Ｆ１への投影は蛍光性の尺度となる。

図２は画像処理５を詳細に示す。画像処理５は３段階８、９、１０から成り、これらの段階８、９、１０で画像の画素が順次処理される。

第１段階８では各画素が、カメラが使用する通常はＲＧＢ（赤緑青）色空間である画像空間から、ＦＸＹにより示されている別の色空間に換算される。座標軸Ｘ及びＹは重要でない。座標軸Ｘ及びＹは、Ｆ、Ｘ及びＹが３次元色空間を形成するように選択するだけでよい。重要なのは座標軸Ｆの位置である。何故ならば座標軸Ｆは、新色空間ＦＸＹ内の画素の蛍光成分を示すように図５の直線Ｆ１に平行に配置しなければならないからである。従って色空間ＦＸＹは、元の色空間ＲＧＢを回転させ、場合に応じてずらすことにより得られる。

第２の画像処理段階９は、蛍光値を非線形に変化させるのに用いられる。次いで段階１０で画素はＦＸＹ色空間から、大部分の場合には再度ＲＧＢ色空間である通常は画像表示に用いられる色空間に換算される。

図３は、画像処理段階９で蛍光値を制御するのに用いられる特性曲線１３を詳細に示す。この換算の目的は、非常に弱い蛍光光線をはっきり分かるように改善することにある。その際、その他の画像特性の変化は可及的最小に留めなければならない。これは画像換算を、その他の座標から独立しているＦ座標上でのみ行うことにより達成される。従って蛍光性は、その他の面で画像印象を変化させずにかなり大幅に制御できる。

蛍光性を制御する際、図３に例として示す特性曲線１３が用いられる。特性曲線１３の両端即ち青色光がはっきり分かる０からａまでの領域及び蛍光光線（赤色）がはっきり分かるｃから１までの領域では制御は行われない。ａからｃまでの中間領域において、ａからｂまでの下部区間即ち僅かに青色の領域では蛍光性が減少され即ち青色成分が増加され、ｂからｃまでの上部区間では蛍光性（赤色）が増加される。

即ち、蛍光成分が微弱ではっきり分からない領域内では蛍光コントラストが高められる。この配置により、特に蛍光性の有無の見分けが困難な中間の領域内での画像情報が改善される。

前述の実施例では背面光１２は青色領域内にあり蛍光光線１１は赤色領域内にある。蛍光色は使用蛍光着色剤に依存して異なる。別の背面光を選択することも、色空間内のある程度閉じた境界に囲まれた空間領域に対応する限り可能である。

表示する腫瘍を標識付けするのに用いられる蛍光物質は経時変化して蛍光性が低下する。これを補償するために特性曲線１３を時間と共に変化させて、蛍光物質の経時変化による色褪せ又は劣化に対応して蛍光コントラストを高め、このようにして蛍光性印象を実質的に一定に維持する。

５：画像処理装置
８、９、１０：段階

Claims

背面光（１２）により照明され所々蛍光発光する組織領域であって、カラービデオカメラ（３）により撮影された該組織領域の内視鏡画像を改善する方法において、前記内視鏡画像の画素が前記ビデオカメラ（３）の色空間（ＲＧＢ）から、蛍光光線（１１）の色空間領域（２１）及び背面光（１２）の色空間領域（２０）を通過する直線（Ｆ１）が前記画素の蛍光成分を表す座標軸（Ｆ）に平行に走行する色空間（ＦＸＹ）に変換され、前記色空間（ＦＸＹ）内で前記画素の蛍光成分が、蛍光コントラスト即ち高い蛍光値と低い蛍光値との差を少なくとも所々の領域で増加させる非線形特性曲線（１３）に従って変化され、最後に前記画素は、画像表示に適する色空間（ＲＧＢ）に変換されることを特徴とする方法。
前記特性曲線（１３）は、上端領域（ｃ〜１）及び下端領域（０〜ａ）内では制御は行われず、中間領域（ａ〜ｃ）内の特性曲線（１３）の上部区間（ｂ〜ｃ）では増強制御され、下部区間（ａ〜ｂ）では減弱制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記特性曲線（１３）は蛍光コントラストが時間と共に高められるよう時間と共に制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
カラービデオカメラ（３）を備える医療用内視鏡（１）であって、画像処理装置（５）及び画像表示装置（７）が接続されている医療用内視鏡（１）において、前記画像処理装置（５）は、請求項１、２、または３に記載の方法を実施するように形成されていることを特徴とする医療用内視鏡。