JP2013252356A - 蛍光分光観察装置及び画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】励起光照射時の体内管腔の観察対象部位を視認可能な観察画像を生成すること。
【解決手段】蛍光分光観察装置は、照明光又は励起光の照射を受ける体内管腔の観察対象部位を撮像する撮像素子から画像信号を取得する信号取得部と、励起光照射により観察対象部位から発せられる自家蛍光に対して分光測定を行う分光測定部と、照明光照射時に取得された第１の画像信号及び励起光照射時に取得された第２の画像信号を処理して、第１の画像信号に基づく第１の画像及び第２の画像信号に基づく第２の画像を表示部に表示させる画像処理部と、を有し、画像処理部は、第１の画像信号及び第２の画像信号のうち少なくとも第２の画像信号に対してゲイン制御を行うゲイン制御部を有し、ゲイン制御部は、第２の画像信号に対するゲイン制御において、高輝度領域及び低輝度領域のうち低輝度領域の輝度を特定のレベルまで上昇させるようにゲインを設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光分光観察装置及びこの装置内で行われる画像処理方法に関する。

従来、体内管腔の状態を観察する装置として、分光法を利用するものが知られている。

例えば特許文献１記載の装置では、体内管腔に内視鏡の挿入部を挿入し、挿入部のライトガイドから３色（ＲＧＢ）の光を間欠的に順次、観察対象部位に照射し、その反射光から得た各色の画像信号を同期化し、当該部位の観察画像をカラーでモニターに表示する。また、挿入部内の鉗子チャンネルにプローブを挿通し、ＲＧＢの光照射が途切れる遮光期間に、プローブ内の照明用ファイバー束から白色光を観察対象部位に照射し、その反射光をプローブ内の受光用ファイバー束により分光器へ導光し、分光器にて分光測定を行う。

また、生体組織は特定波長の光照射を受けると励起して自家蛍光を発することが知られている。この自家蛍光の分光特性は、生体組織に病変が生じるとこれに伴って変化するため、近年では、この現象を利用して体内管腔の病変部の診断を支援するためのシステムの開発が進められている。

例えば特許文献２には、観察対象部位を照明する照明光と観察対象部位の生体組織を励起させる特定波長の励起光とを交互に発光する光源装置が記載されている。

特開平９−２４８２８１号公報 特開２００７−２５２４９２号公報

観察対象部位の自家蛍光に対する分光測定を精度良く行うには、特定波長の励起光を照射する必要がある。よって、分光測定の際に白色光で観察対象部位を照明する上記特許文献１記載の装置では、微弱な自家蛍光を観察することができない。

この点につき、特許文献２記載の光源装置では、特定波長の励起光の照射が行われるため、微弱な自家蛍光の観察が可能である。しかしながら、通常、励起光の光量は照明光に比べて非常に少なく、且つ励起光の照射領域は撮像領域に比べて非常に狭小であるため、励起光が照射される期間においては、モニターに表示される観察画像のブラックアウト或いは著しい画質低下が生じる。

観察画像のブラックアウト或いは著しい画質低下が生じた場合、操作者がモニターを通して観察対象部位を視認することは困難となるため、プローブ或いは内視鏡の挿入部により、誤って体内管腔を穿孔してしまう虞がある。

本発明の目的は、励起光照射時の体内管腔の観察対象部位を視認可能な観察画像を生成することができる蛍光分光観察装置及び画像処理方法を提供することである。

本発明に係る蛍光分光観察装置は、
照明光又は励起光の照射を受ける体内管腔の観察対象部位を撮像する撮像素子から画像信号を取得する信号取得部と、
前記励起光の照射により前記観察対象部位から発せられる自家蛍光に対して分光測定を行う分光測定部と、
前記照明光の照射時に取得された第１の画像信号及び前記励起光の照射時に取得された第２の画像信号を処理して、前記第１の画像信号に基づく第１の画像及び前記第２の画像信号に基づく第２の画像を表示部に表示させる画像処理部と、を有し、
前記画像処理部は、前記第１の画像信号及び前記第２の画像信号のうち少なくとも前記第２の画像信号に対してゲイン制御を行うゲイン制御部を有し、
前記ゲイン制御部は、前記第２の画像信号に対するゲイン制御において、高輝度領域及び低輝度領域のうち低輝度領域の輝度を特定のレベルまで上昇させるようにゲインを設定する。

本発明に係る画像処理方法は、
照明光又は励起光の照射を受ける体内管腔の観察対象部位を撮像する撮像素子から画像信号を取得する信号取得部と、前記励起光の照射により前記観察対象部位から発せられる自家蛍光に対して分光測定を行う分光測定部と、前記照明光の照射時に取得された第１の画像信号及び前記励起光の照射時に取得された第２の画像信号を処理して、前記第１の画像信号に基づく第１の画像及び前記第２の画像信号に基づく第２の画像を表示部に表示させる画像処理部と、を有する蛍光分光観察装置により実行される画像処理方法であって、
前記画像処理部により、前記第１の画像信号及び前記第２の画像信号のうち少なくとも前記第２の画像信号に対してゲイン制御を行うゲイン制御ステップを有し、
前記ゲイン制御ステップは、前記第２の画像信号に対するゲイン制御において、高輝度領域及び低輝度領域のうち低輝度領域の輝度を特定のレベルまで上昇させるようにゲインを設定する。

本発明によれば、励起光照射時の体内管腔の観察対象部位を視認可能な観察画像を生成することができる。

本発明の一実施の形態に係る蛍光分光観察装置の構成を概略的に示す図 装置内各部の動作タイミングを概略的に示す図 蛍光画像信号に対するゲイン制御の一例を概略的に説明するための図

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る蛍光分光観察装置の構成を概略的に示す図である。図１に示す蛍光分光観察装置１は、ベースユニット１０、ベースユニット１０に対して着脱自在な挿入部２０、及びベースユニット１０と通信可能に接続されたモニター３０、４０を有する。

挿入部２０は、可撓性を有する長尺部材であり、使用時に体内管腔（以下、単に「管腔」という）内に挿入されるものである。挿入部２０は、コネクター２１、対物レンズ２２、２３、２４、２５、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ２６、照明用光ファイバー２７、励起用光ファイバー２８、及び受光用光ファイバー２９を有する。

コネクター２１は、挿入部２０をベースユニット１０に装着するために挿入部２０の基端部に設けられている。対物レンズ２２〜２５は、挿入部２０の先端部２０ａに配設されている。

照明用光ファイバー２７は、挿入部２０内に収容されており、挿入部２０の基端部から先端部２０ａ近傍までの略全長にわたって延在している。照明用光ファイバー２７は、ベースユニット１０内で発光された照明光を導光し、先端部から出射する。照明用光ファイバー２７から出射された照明光は、対物レンズ２３を介して、管腔内の、観察対象部位の位置する領域（撮像領域）に照射され、これにより撮像領域が照明される。

励起用光ファイバー２８は、挿入部２０内に収容されており、挿入部２０の基端部から先端部２０ａ近傍までの略全長にわたって延在している。励起用光ファイバー２８は、ベースユニット１０内で発光された励起光を導光し、先端部から出射する。励起用光ファイバー２８から出射された励起光は、対物レンズ２４を介して、撮像領域内の狭小領域（励起光照射領域）に照射され、これにより励起光照射領域の観察対象部位が励起され、ここから自家蛍光が発せられる。なお、励起用光ファイバー２８の先端部と対物レンズ２４との間には光学フィルター等の光学部品が介設されていても良い。

受光用光ファイバー２９は、挿入部２０内に収容されており、挿入部２０の基端部から先端部２０ａ近傍までの略全長にわたって延在している。受光用光ファイバー２９は、励起光照射領域からの光を、対物レンズ２５を介して先端部で受光し、ベースユニット１０内へ導光する。ここで、励起光照射領域からの光には、管腔内に照明光或いは励起光が照射されたときのこの領域からの反射光、及び励起光の照射により励起された観察対象部位の自家蛍光が、含まれる。なお、受光用光ファイバー２９の先端部と対物レンズ２５との間には光学フィルター等の光学部品が介設されていても良い。

撮像素子としてのＣＣＤカメラ２６は、挿入部２０の先端部２０ａ近傍に搭載されており、撮像領域の観察対象部位を撮像する。ＣＣＤカメラ２６の受光面に対向して配置されている対物レンズ２２は、撮像領域からの光をＣＣＤカメラ２６の受光面上に結像させ、ＣＣＤカメラ２６は、結像された光の光電変換によって、撮像領域の観察対象部位を示す画像信号を生成する。生成された画像信号はベースユニット１０内へ伝送される。なお、本実施の形態ではＣＣＤカメラ２６はモノクロタイプであるが、受光面上に原色フィルターを貼付されたカラータイプであっても良い。

なお、図１には図示されていないが、挿入部２０には送水用或いは鉗子挿通用のチャンネルが形成されていても良い。チャンネルが形成されている場合は、別体の光学プローブをこのチャンネルに挿通することができる。この場合、前述の対物レンズ２４、２５、励起用光ファイバー２８及び受光用光ファイバー２９は、チャンネルに挿通された光学プローブに装備されていれば、挿入部２０自体には装備されていなくても良い。

また、挿入部２０には、先端部２０ａ側の一定範囲を任意の角度で湾曲させる操作機構が装備されていても良い。

ベースユニット１０は、処置室に設置される本体１１と、本体１１上に設けられ、挿入部２０のコネクター２１の着脱が可能なコネクター１２と、を有する。

本体１１は、信号処理部１１１、スイッチ１１２、メモリー１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂ、１１３Ｆ、表示処理部１１４、タイミングジェネレーター１２１、フィルターシャッタードライバー１２２、ＣＣＤドライバー１２３、照明用光源１３１、照明光シャッター１３２、照明光フィルター１３３、励起用光源１４１、励起光シャッター１４２、受光シャッター１５１、分光器１５２、データ処理部１５３、及びデータ記憶部１５４を有する。

信号処理部１１１は、ＣＣＤカメラ２６からの画像信号を取得する信号取得部を構成するものであり、取得された画像信号に対して所定の信号処理を行うことで画像データを生成する。信号処理は、ゲイン制御部１１１ａによるゲイン制御、及びアナログディジタル（ＡＤ）変換部１１１ｂによるＡＤ変換を少なくとも含む。なお、信号処理部１１１は、例えばメディアンフィルター等のノイズカット処理部１１１ｃにより、画像信号を劣化させずにスパイクノイズを除去することができるノイズカット処理を行うことが、より好ましい。これらの信号処理動作は、タイミングジェネレーター１２１からのタイミングパルス信号によって制御される。

画像データは、スイッチ１１２によってメモリー１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂ、１１３Ｆに振り分けられて保持され、表示処理部１１４によって読み出される。表示処理部１１４は、読み出された画像データに対して所定の表示処理を行い、画像をモニター３０に表示させる。なお、スイッチ１１２及び表示処理部１１４の動作は、タイミングジェネレーター１２１からのタイミングパルス信号によって制御される。

信号処理部１１１、スイッチ１１２、メモリー１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂ、１１１Ｆ及び表示処理部１１４の組合せは、ＣＣＤカメラ２６からの画像信号を処理して、この画像信号に基づく画像を表示部としてのモニター３０（例えば液晶ディスプレイ等）に表示させる画像処理部を構成する。

照明用光源１３１は、例えばキセノンランプ又はハロゲンランプ等の発光装置であり、観察対象部位の照明に用いられる白色光（照明光）を発光する。

照明光シャッター１３２は、遮光部材を有する。この遮光部材は、照明用光源１３１から発光された照明光を、閉状態で遮断し開状態で透過するよう動作可能に支持されている。遮光及び透光の切り替え動作は、フィルターシャッタードライバー１２２によって制御される。

照明光フィルター１３３は、照明用光源１３１から発光された照明光のうち赤色（Ｒ）成分、緑色（Ｇ）成分及び青色（Ｂ）成分を順次透過するよう動作可能なバンドパスフィルターを有する。透過色（つまり透過される波長）の切り替え動作は、フィルターシャッタードライバー１２２によって制御される。なお、前述した照明光フィルター１３３の構成は、面順次式撮像用の構成である。よって、面順次式撮像でない場合は、照明光フィルター１３３の構成は適宜変更可能である。変形例としては、一定以上の強度の光を全帯域にわたってカットする構成、或いは特定波長のみの強度を下げる構成等が、挙げられる。

照明光シャッター１３２及び照明光フィルター１３３を通った照明光は、図示されない光学系を介して挿入部２０の照明用光ファイバー２７に入射される。なお、照明光フィルター１３３を装備しない構成を採用して、照明光シャッター１３２を通った光をそのまま照明用光ファイバー２７に入射させるようにしても良い。

なお、照明光シャッター１３２及び照明光フィルター１３３は、互いに別体であっても良いが、一体化されていても良い。例えば、照明光シャッター１３２としての遮光板に複数の開口部を形成し、各開口部に別々の波長を透過可能なバンドパスフィルターを嵌め込んで、この遮光板を変位可能に支持してなる、一体型構成が考えられる。なお、遮光板の変位機構は、ラックアンドピニオン型であっても良いし、ホイール型であっても良い。

励起用光源１４１は、例えば半導体レーザー等の発光装置であり、観察対象部位の励起に用いられる特定波長の光（励起光）を発光する。励起用光源１４１は、発光する光の波長が１つに固定されている波長固定型であっても良いし、発光する光の波長を適宜切り替え可能な波長可変型であっても良い。

なお、励起用光源１４１は、白色光を発光する発光装置であっても良いが、この場合は、励起用光源１４１の後段に、特定波長を選択的に透過するバンドバスフィルターを励起光フィルターとして装備する必要がある。励起光フィルターは、透過される波長を適宜切り替え可能な構成であっても良い。

励起光シャッター１４２は、遮光部材を有する。この遮光部材は、励起用光源１４１から発光された励起光を、閉状態で遮断し開状態で透過するよう動作可能に支持されている。遮光及び透光の切り替え動作は、フィルターシャッタードライバー１２２によって制御される。なお、前述のとおり、照明光シャッター１３２及び照明光フィルター１３３は一体化されていても良いが、ここに励起光シャッター１４２がさらに一体化されていても良い。

励起光シャッター１４２を通った励起光は、図示されない光学系を介して挿入部２０の励起用光ファイバー２８に入射される。

受光シャッター１５１は、遮光部材を有する。この遮光部材は、挿入部２０の受光用光ファイバー２９によって導光された励起光照射領域からの光を、閉状態で遮断し開状態で透過するよう動作可能に支持されている。遮光及び透光の切り替え動作は、フィルターシャッタードライバー１２２によって制御される。なお、前述のとおり、照明光シャッター１３２及び照明光フィルター１３３は一体化されていても良いが、ここに励起光シャッター１４２だけでなく受光シャッター１５１もさらに一体化されていても良い。

受光シャッター１５１を通った光は、分光器１５２に入射される。

なお、受光シャッター１５１の前段或いは後段には、受光用光ファイバー２９によって導光された光を分光器１５２に向けて集光する集光光学系（図示せず）が、配置されている。

分光測定部としての分光器１５２は、分光素子及び光電変換素子等を含む構成を有し、入射光を分光して波長毎の光強度を表すスペクトルデータを生成する分光測定を行う。

データ処理部１５３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置であり、分光器１５２から得たスペクトルデータをデータ記憶部１５４（例えばハードディスク等）に格納する。また、データ処理部１５３は、分光器１５２から得たスペクトルデータ或いはデータ記憶部１５４から読み出したスペクトルデータをモニター４０（例えば液晶ディスプレイ等）に表示させる所定の表示処理を行う。なお、データ処理部１５３は、スペクトルデータに基づいて病変部の診断を支援するための所定の判定処理を実行し、その判定結果をデータ記憶部１５４に格納したりモニター４０に表示させたりしても良い。

タイミングジェネレーター１２１は、一定間隔（例えば１秒毎）でパルスが出力されるタイミングパルス信号を生成し、これを信号処理部１１１、スイッチ１１２、表示処理部１１４、ＣＣＤドライバー１２３及びフィルターシャッタードライバー１２２に供給する。タイミングパルス信号は、ＣＣＤカメラ２６、信号処理部１１１、スイッチ１１２、表示処理部１１４、照明光シャッター１３２、照明光フィルター１３３、励起光シャッター１４２及び受光シャッター１５１の動作を同期化するための信号である。

フィルターシャッタードライバー１２２は、タイミングパルス信号に従って照明光シャッター１３２、照明光フィルター１３３、励起光シャッター１４２及び受光シャッター１５１の動作を制御する。

ＣＣＤドライバー１２３は、タイミングパルス信号に従ってＣＣＤカメラ２６の動作を制御する。

ここで、タイミングパルス信号に従って制御される本体１１内の各部の動作について図２を用いて説明する。図中、時間ｔ_１〜ｔ_１９は、タイミングパルス信号の各パルスが立ち下がるタイミングを表すものであり、このタイミングに合わせて、本体１１内の各部の動作状態切り替えが行われる。

時間ｔ_２において、照明光シャッター１３２が閉状態から開状態に切り替わり、これと同時に照明光フィルター１３３が不透過状態から赤色（Ｒ）の波長を透過する状態に切り替わる。よって、赤色の照明光が撮像領域に照射される。

励起光シャッター１４２及び受光シャッター１５１は、時間ｔ_２において、閉状態を維持する（時間ｔ_８まで）。よって、励起光の照射は行われず、分光器１５２への光入射も行われないことから、分光器１５２での分光測定は行われない。

一方、ＣＣＤカメラ２６は、時間ｔ_２において、電荷を転送する状態から電荷を蓄積する状態に切り替わる。よって、ＣＣＤカメラ２６は、その受光面上に撮像領域からの光を結像させることで得られる撮像領域の像を、光電効果を利用して、撮像領域内の輝度分布を表す情報である画像信号に変換する。この画像信号は、色そのものの情報を含むものではないが、赤色の照明光の照射を受けた撮像領域の輝度分布を表すものであるため、以下「赤色画像信号」という。

時間ｔ_３になると、照明光シャッター１３２は閉じられ、照明光フィルター１３３は不透過状態となり、ＣＣＤカメラ２６は、電荷を蓄積する状態から電荷を転送する状態に切り替わる。よって、ＣＣＤカメラ２６に蓄積されていた赤色画像信号の信号電荷の転送が開始され、信号処理部１１１に赤色画像信号が入力される。

時間ｔ_３で赤色画像信号を取得した信号処理部１１１は、赤色画像信号に対してゲイン制御等の信号処理を行い、これにより赤色画像データを生成する。赤色画像信号に対して行われるゲイン制御は、画像の輝度を撮像領域全体で均一に上昇させる従来周知のゲイン制御で良い。赤色画像データはスイッチ１１２を介して、赤色画像データ用のメモリー１１３Ｒに格納される。

時間ｔ_４〜ｔ_５の期間においては、照明光シャッター１３２は開けられ、照明光フィルター１３３は緑色（Ｇ）の波長を透過し、ＣＣＤカメラ２６は、電荷を蓄積する。よって、緑色の照明光が撮像領域に照射され、ＣＣＤカメラ２６には、緑色画像信号の信号電荷が蓄積される。

時間ｔ_５になると、ＣＣＤカメラ２６から信号処理部１１１に緑色画像信号が入力される。信号処理部１１１では、緑色画像信号に対して信号処理が行われ、これによって生成された緑色画像データは、スイッチ１１２を介して、緑色画像データ用のメモリー１１３Ｇに格納される。

時間ｔ_６〜ｔ_７の期間においては、照明光シャッター１３２が開けられ、照明光フィルター１３３が青色（Ｂ）の波長を透過するため、青色の照明光が撮像領域に照射される。このとき、ＣＣＤカメラ２６には、青色画像信号の信号電荷が蓄積される。

時間ｔ_７になると、ＣＣＤカメラ２６から信号処理部１１１に青色画像信号が入力される。信号処理部１１１では、青色画像信号に対して信号処理が行われ、これによって生成された青色画像データは、スイッチ１１２を介して、青色画像データ用のメモリー１１３Ｂに格納される。

ＣＣＤカメラ２６から信号処理部１１１への青色画像信号の入力が完了する時間ｔ_８になると、表示処理部１１４は、メモリー１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂから、赤色画像データ、緑色画像データ及び青色画像データを同時に読み出す。そして、表示処理部１１４は、これらのデータに基づいて撮像領域のカラー画像をモニター３０に表示させる。

また、時間ｔ_８においては、励起光シャッター１４２が閉状態から開状態に切り替わる。よって、励起光が撮像領域内の励起光照射領域に照射される。また、受光シャッター１５１は、励起光シャッター１４２と同時に閉状態から開状態に切り替わる。よって、励起光の照射により観察対象部位から発せられる自家蛍光を含む、励起光照射領域からの光は、分光器１５２に入射され、分光器１５２ではこの光に対して分光測定が行われる。

さらに、時間ｔ_８において、ＣＣＤカメラ２６は、電荷を転送する状態から電荷を蓄積する状態に切り替わる。よって、ＣＣＤカメラ２６は、その受光面上に撮像領域からの光を結像させることで得られる撮像領域の像を、光電効果を利用して画像信号に変換する。この画像信号は、励起光照射時に取得されるものであるため、以下「蛍光画像信号」という。

時間ｔ_９になると、励起光シャッター１４２及び受光シャッター１５１が閉じられ、ＣＣＤカメラ２６は、電荷を蓄積する状態から電荷を転送する状態に切り替わる。よって、ＣＣＤカメラ２６に蓄積されていた蛍光画像信号の信号電荷の転送が開始され、信号処理部１１１に蛍光画像信号が入力される。

時間ｔ_９で蛍光画像信号を取得した信号処理部１１１は、蛍光画像信号に対してゲイン制御等の信号処理を行い、これにより蛍光画像データを生成する。蛍光画像信号に対して行われるゲイン制御は、カラー画像のベースとなる赤色画像信号、緑色画像信号及び青色画像信号（以下、総称として「カラー画像信号」という）に対して行われるゲイン制御と異なるものであり、その詳細については後述する。蛍光画像データはスイッチ１１２を介して、蛍光画像データ用のメモリー１１３Ｆに格納される。

ＣＣＤカメラ２６から信号処理部１１１への蛍光画像信号の入力が完了する時間ｔ_１０になると、表示処理部１１４は、メモリー１１３Ｆから、蛍光画像データを読み出す。そして、表示処理部１１４は、このデータに基づいて撮像領域の蛍光画像をモニター３０に表示させる。

図２に示されるように、時間ｔ_１０以降は上記動作が繰り返される。すなわち、本実施の形態では、管腔の観察対象部位に対して照明光の照射と励起光の照射とが交互に行われる。照明光が照射されるときには、カラー画像信号が取得され、このカラー画像信号に基づくカラー画像がモニター３０に表示される。また、励起光が照射されるときには、蛍光画像信号が取得され、この蛍光画像信号に基づく蛍光画像がモニター３０に表示される。よって、モニター３０には、カラー画像と蛍光画像とが交互に表示される。なお、蛍光画像はモノクロであるため、カラー画像信号に基づくカラー画像をモノクロに変換すると、モニター３０を見やすくすることができる。或いは、蛍光画像の表示色を自家蛍光の波長に応じて変更しても良く、この場合、自家蛍光の色をモニター３０上で視認することができる。

ここで、カラー画像信号取得のための照明光は、撮像領域全体に照射されるため、照明光照射時の撮像領域は、全体的に明るい。

一方、蛍光画像信号取得のための励起光は、照明光に比べて非常に暗く、且つ撮像領域全体ではなく励起光照射領域に対して局所的に照射される。また、励起光照射時に励起光照射領域から戻ってくる蛍光は微弱である。よって、励起光照射時の撮像領域は、全体的に暗い。ただし、励起光が照射されない領域は、極めて輝度レベルの低い低輝度領域となる一方、励起光照射領域の輝度レベルは、その周囲の低輝度領域に比べて高くなる。このように、励起光照射時の撮像領域の輝度分布は、照明光照射時の撮像領域の輝度分布とは著しく相違する。そこで、本実施の形態では、蛍光画像信号に対して、カラー画像信号に対するものとは異なるゲイン制御が行われる。

以下、蛍光画像信号に対して行われるゲイン制御の一例について、図３を用いて説明する。

まず、ゲイン制御部１１１ａは、蛍光画像信号から撮像領域の輝度特性を求める（ステップＳ１）。その結果として、例えば、撮像領域のうち励起光照射領域の中心部を通る水平領域Ｈ１については、第１の輝度特性曲線（Ｈ１）で示されるように、局所的に中央部のみ輝度が非常に高くなる輝度特性が得られる。また、撮像領域のうち励起光照射領域の非中心部を通る水平領域Ｈ２については、第２の輝度特性曲線（Ｈ２）で示されるように、局所的に中央部のみ輝度が若干高くなる輝度特性が得られる。また、撮像領域のうち励起光照射領域を通らない水平領域Ｈ３については、第３の輝度特性曲線（Ｈ３）で示されるように、全体的に輝度が低くなる輝度特性が得られる。

次いで、ゲイン制御部１１１ａは、求められた輝度特性に基づいて蛍光画像信号のゲインを設定する（ステップＳ２）。ゲインは、低輝度領域の輝度を特定の輝度レベル（以下「基準輝度」という）まで上昇させるように設定されることが必要である。ただし、低輝度領域だけでなく高輝度領域までをも含む撮像領域全体の輝度を均一に上昇させると、高輝度領域の輝度が、モニター３０で再現可能な限度を超えるレベルまで上昇する虞がある。そこで、高輝度領域のゲインは、低輝度領域のゲインよりも低く設定することが好ましい。

より具体的には、ゲイン制御部１１１ａは、最小輝度と最大輝度との中間に基準輝度を設定すると共にこの基準輝度に対応する基準ゲインを設定する。そして、ゲイン制御部１１１ａは、ゲイン特性図上で、各水平領域Ｈ１〜Ｈ３の輝度特性曲線と相似な曲線を、基準ゲインの線に対して反転させたものが、各水平領域Ｈ１〜Ｈ３に対するゲイン制御のゲイン特性曲線となるように、ゲインを算出する。

上記の方法で算出されたゲインを用いて蛍光画像信号のゲイン制御を行う（ステップＳ３）と、撮像領域内のどの部分的領域においても輝度レベルを基準輝度に均一化することができる。よって、このゲイン制御後の蛍光画像信号に基づく蛍光画像をモニター３０に表示させると、モニター３０のブラックアウトを防止することができ、励起光照射時の観察対象部位を視認することもできる。

なお、ゲイン制御の具体的方法は、適宜変更して実施することができる。一変形例では、信号処理部１１１は、モニター３０に表示されるカラー画像の最大輝度及び最小輝度をカラー画像信号から検出する。そして、ゲイン制御部１１１ａは、次にモニター３０に表示される蛍光画像のベースとなる蛍光画像信号のゲイン制御において、この蛍光画像の最大輝度及び最小輝度が直前のカラー画像の最大輝度及び最小輝度とそれぞれ一致するように、ゲインを設定する。この場合、モニター３０に表示される画像がカラー画像から蛍光画像に切り替わるときに輝度が大きく変化することを防ぐことができるため、蛍光画像を見やすくすることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、上記実施の形態では、照明光照射と励起光照射が自動的に交互に行われる場合を例にとっているが、照明光照射と励起光照射が手動で適宜切り替えられる場合でも本発明は実施可能である。具体的には、操作者が管腔内に挿入部２０を挿入している間は照明光照射が継続され、挿入部２０の先端部２０ａが観察対象部位に到達したときに照明光照射から励起光照射への切り替えがなされるように、操作者が操作を行っても良い。

１ 蛍光分光観察装置
１０ ベースユニット
１１ 本体
１２、２１ コネクター
２０ 挿入部
２０ａ 先端部
２２、２３、２４、２５ 対物レンズ
２６ ＣＣＤカメラ
２７ 照明用光ファイバー
２８ 励起用光ファイバー
２９ 受光用光ファイバー
３０、４０ モニター
１１１ 信号処理部
１１１ａ ゲイン制御部
１１１ｂ ＡＤ変換部
１１１ｃ ノイズカット処理部
１１２ スイッチ
１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂ、１１３Ｆ メモリー
１１４ 表示処理部
１２１ タイミングジェネレーター
１２２ フィルターシャッタードライバー
１２３ ＣＣＤドライバー
１３１ 照明用光源
１３２ 照明光シャッター
１３３ 照明光フィルター
１４１ 励起用光源
１４２ 励起光シャッター
１５１ 受光シャッター
１５２ 分光器
１５３ データ処理部
１５４ データ記憶部

Claims (5)

1. 照明光又は励起光の照射を受ける体内管腔の観察対象部位を撮像する撮像素子から画像信号を取得する信号取得部と、
   前記励起光の照射により前記観察対象部位から発せられる自家蛍光に対して分光測定を行う分光測定部と、
   前記照明光の照射時に取得された第１の画像信号及び前記励起光の照射時に取得された第２の画像信号を処理して、前記第１の画像信号に基づく第１の画像及び前記第２の画像信号に基づく第２の画像を表示部に表示させる画像処理部と、を有し、
   前記画像処理部は、前記第１の画像信号及び前記第２の画像信号のうち少なくとも前記第２の画像信号に対してゲイン制御を行うゲイン制御部を有し、
   前記ゲイン制御部は、前記第２の画像信号に対するゲイン制御において、高輝度領域及び低輝度領域のうち低輝度領域の輝度を特定のレベルまで上昇させるようにゲインを設定する、
   蛍光分光観察装置。
2. 前記ゲイン制御部は、前記第２の画像信号に対するゲイン制御において、前記第２の画像信号の輝度分布を表す輝度特性曲線を反転させたものが前記第２の画像信号に対するゲイン制御のゲイン特性曲線となるように、ゲインを設定する、
   請求項１に記載の蛍光分光観察装置。
3. 前記第２の画像は、前記第１の画像の後に前記表示部に表示され、
   前記ゲイン制御部は、前記第２の画像信号に対するゲイン制御において、前記第２の画像の最大輝度及び最小輝度が、前記第１の画像の最大輝度及び最小輝度とそれぞれ一致するように、ゲインを設定する、
   請求項１に記載の蛍光分光観察装置。
4. 前記画像処理部は、前記第２の画像の表示色を前記自家蛍光の波長に応じて変更する、
   請求項１に記載の蛍光分光観察装置。
5. 照明光又は励起光の照射を受ける体内管腔の観察対象部位を撮像する撮像素子から画像信号を取得する信号取得部と、前記励起光の照射により前記観察対象部位から発せられる自家蛍光に対して分光測定を行う分光測定部と、前記照明光の照射時に取得された第１の画像信号及び前記励起光の照射時に取得された第２の画像信号を処理して、前記第１の画像信号に基づく第１の画像及び前記第２の画像信号に基づく第２の画像を表示部に表示させる画像処理部と、を有する蛍光分光観察装置により実行される画像処理方法であって、
   前記画像処理部により、前記第１の画像信号及び前記第２の画像信号のうち少なくとも前記第２の画像信号に対してゲイン制御を行うゲイン制御ステップを有し、
   前記ゲイン制御ステップは、前記第２の画像信号に対するゲイン制御において、高輝度領域及び低輝度領域のうち低輝度領域の輝度を特定のレベルまで上昇させるようにゲインを設定する、
   画像処理方法。

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