JP3965174B2

JP3965174B2 - 内視鏡装置

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Publication number: JP3965174B2
Application number: JP2004256141A
Authority: JP
Inventors: 和弘後野; 健二山▲崎▼; 睦巳大島; 正一天野
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2024-09-02
Also published as: JP2006068321A

Description

本発明は、生体組織の像を撮像し信号処理する内視鏡装置に関する。

従来より、照明光を照射し体腔内の内視鏡画像を得る内視鏡装置が広く用いられている。この種の内視鏡装置では、光源装置からの照明光を体腔内にライトガイド等を用い導光しその戻り光により被写体を撮像する撮像手段を有する電子内視鏡が用いられ、ビデオプロセッサにより撮像手段からの撮像信号を信号処理することにより観察モニタに内視鏡画像を表示し患部等の観察部位を観察するようになっている。

内視鏡装置において通常の生体組織観察を行う場合は、光源装置で可視光領域の白色光を発光し、例えばＲＧＢ等の回転フィルタを介することで面順次光を被写体に照射し、この面順次光による戻り光をビデオプロセッサで同時化し画像処理することでカラー画像を得たり、内視鏡の撮像手段の撮像面の前面にカラーチップを配し白色光による戻り光をカラーチップにてＲＧＢに分離することで撮像しビデオプロセッサで画像処理することカラー画像を得ている。

一方、生体組織では、照射される光の波長により光の吸収特性及び散乱特性が異なるため、例えば特開２００２−９５６３５号公報では、可視光領域の照明光を離散的な分光特性の狭帯域なＲＧＢ面順次光を生体組織に照射し、生体組織の所望の深部の組織情報を得る狭帯域光内視鏡装置が提案されている。
特開２００２−９５６３５号公報

通常光観察においては、各種光学特性のばらつきを補正するために、ホワイトバランスを取得する。ホワイトバランスでは、Ｒ信号およびＢ信号に乗算する補正値が得られ、白色光観察時のRGB信号出力を揃えられる。これにより、前記ばらつきによる色調再現性への影響を抑える事ができる。

狭帯域光観察（NBI観察）でも、通常光観察同様に、検査開始前に、ホワイトバランスを取得する必要がある。これにより狭帯域光用光学フィルタのばらつきを補正でき、色調再現性が安定する。

従来、ホワイトバランスの取得では、通常光と狭帯域光の両方のホワイトバランス補正値が得られるまで、スコーブ先端をホワイトキャップ内に保持する必要があり、所要時間が長くなるため、操作ミスが生じ、適正な色調再現ができないといった可能性があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、確実かつ短時間に通常光及び狭帯域光でのホワイトバランス処理を行うことのできる内視鏡装置を提供することを目的としている。

本発明の内視鏡装置は、
可視光領域を含む照明光を供給する照明光供給手段と、前記照明光を被写体に照射し戻り光により前記被写体を撮像する撮像手段を有する内視鏡と、前記撮像手段からの撮像信号を信号処理する信号処理手段とを備えた内視鏡装置において、
前記照明光を離散した複数のバンド域の狭帯域光に制限して前記被写体に照射する帯域制限手段と、
前記照明光による前記被写体の撮像信号に対してホワイトバランス処理を行うホワイトバランス手段と
を有し、
前記ホワイトバランス手段は、
前記照明光に対する第１のホワイトバランス補正値を記憶する第１のホワイトバランス補正値記憶手段と、
前記第１のホワイトバランス補正値に基づいた前記狭帯域光に対する第２のホワイトバランス補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値算出手段が算出した前記第２のホワイトバランス補正値を記憶する第２のホワイトバランス補正値記憶手段と
を備えて構成される。

本発明によれば、確実かつ短時間に通常光及び狭帯域光でのホワイトバランス処理を行うことができるという効果がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について述べる。

図１ないし図１９は本発明の実施例１に係わり、図１は内視鏡装置の構成を示す構成図、図２は図１の回転フィルタの構成を示す構成図、図３は図２の回転フィルタの第１のフィルタ組の分光特性を示す図、図４は図２の回転フィルタの第２のフィルタ組の分光特性を示す図、図５は図１の内視鏡装置により観察する生体組織の層方向構造を示す図、図６は図１の内視鏡装置からの照明光の生体組織の層方向への到達状態を説明する図、図７は図３の第１のフィルタ組を透過した面順次光による各バンド画像を示す第１の図、図８は図３の第１のフィルタ組を透過した面順次光による各バンド画像を示す第２の図、図９は図３の第１のフィルタ組を透過した面順次光による各バンド画像を示す第３の図、図１０は図４の第２のフィルタ組を透過した面順次光による各バンド画像を示す第１の図、図１１は図４の第２のフィルタ組を透過した面順次光による各バンド画像を示す第２の図、図１２は図４の第２のフィルタ組を透過した面順次光による各バンド画像を示す第３の図、図１３は図１のホワイトバランス回路の構成を示すブロック図、図１４は図１３のホワイトバランス回路の変形例の構成を示すブロック図、図１５は図１の内視鏡装置の第１の変形例の構成を示す構成図、図１６は図１５のホワイトバランス回路の構成を示すブロック図、図１７は図１の内視鏡装置の第２の変形例の構成を示す構成図、図１８は図１７のホワイトバランス回路の構成を示すブロック図、図１９は図１７のホワイトバランス回路の変形例の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施の形態の内視鏡装置１は、体腔内に挿入し体腔内組織を撮像する撮像手段としてＣＣＤ２を有する電子内視鏡３と、電子内視鏡３に照明光を供給する光源装置４と、電子内視鏡３のＣＣＤ２からの撮像信号を信号処理して内視鏡画像を観察モニタ５に表示したり内視鏡画像を符号化して圧縮画像として画像ファイリング装置６に出力するビデオプロセッサ７とから構成される。

光源装置４は、照明光を発光するキセノンランプ１１と、白色光の熱線を遮断する熱線カットフィルタ１２と、熱線カットフィルタ１２を介した白色光の光量を制御する絞り装置１３と、照明光を面順次光にする回転フィルタ１４と、電子内視鏡３内に配設されたライトガイド１５の入射面に回転フィルタ１４を介した面順次光を集光させる集光レンズ１６と、回転フィルタ１４の回転を制御する制御回路１７とを備えて構成される。

回転フィルタ１４は、図２に示すように、円盤状に構成され中心を回転軸とした２重構造となっており、外側の径部分には図３に示すような色再現に適したオーバーラップした分光特性の面順次光を出力するための第１のフィルタ組を構成するＲ1フィルタ部１４ｒ1，Ｇ1フィルタ部１４ｇ1，Ｂ1フィルタ部１４ｂ1が配置され、内側の径部分には図４に示すような所望の深層組織情報が抽出可能な離散的な分光特性の狭帯域な面順次光を出力するための第２のフィルタ組を構成するＧ2フィルタ部１４ｇ2，Ｂ2フィルタ部１４ｂ2、Ｒ2フィルタ１４ｒ2が配置されている。

そして、回転フィルタ１４は、図１に示すように、制御回路１７により回転フィルタモータ１８の駆動制御がなされ回転され、また径方向の移動（回転フィルタ１４の光路に垂直な移動であって、回転フィルタ１４の第１のフィルタ組あるいは第２のフィルタ組を選択的に光路上に移動）が後述するビデオプロセッサ７の内のモード切替回路４２からの制御信号によりモード切替モータ１９によって行われる。

なお、キセノンランプ１１、絞り装置１３、回転フィルタモータ１８及びモード切替モータ１９には電源部１０より電力が供給される。

ビデオプロセッサ７は、ＣＣＤ２を駆動するＣＣＤ駆動回路２０と、対物光学系２１を介してＣＣＤ２により体腔内組織を撮像した撮像信号を増幅するアンプ２２と、アンプ２２を介した撮像信号に対して相関２重サンプリング及びノイズ除去等を行うプロセス回路２３と、プロセス回路２３を経た撮像信号をデジタル信号の画像データに変換するＡ／Ｄ変換器２４と、Ａ／Ｄ変換器２４からの画像データにホワイトバランス処理を施すホワイトバランス回路（Ｗ．Ｂ．）２５と、回転フィルタ１４による面順次光を同時化するためのセレクタ２６及び同時化メモリ２７、２８，２９と、同時化メモリ２７、２８，２９に格納された面順次光の各画像データを読み出しガンマ補正処理、輪郭強調処理、色処理等を行う画像処理回路３０と、画像処理回路３０からの画像データをアナログ信号に変換するＤ／Ａ回路３１，３２，３３と、画像処理回路３０からの画像データを符号化する符号化回路３４と、光源装置４の制御回路１７からの回転フィルタ１４の回転に同期した同期信号を入力し各種タイミング信号を上記各回路に出力するタイミングジェネレータ（Ｔ．Ｇ．）３５とを備えて構成される。

また、電子内視鏡２には、モード切替スイッチ４１が設けられており、このモード切替スイッチ４１の出力がビデオプロセッサ７内のモード切替回路４２に出力されるようになっている。ビデオプロセッサ７のモード切替回路４２は、制御信号をホワイトバランス回路（Ｗ．Ｂ．）２５、調光回路４３、調光制御パラメータ切替回路４４及び光源装置４のモード切替モータ１９に出力するようになっている。調光制御パラメータ切替回路４４は、回転フィルタ１４の第１のフィルタ組あるいは第２のフィルタ組に応じた調光制御パラメータを調光回路４３に出力し、調光回路４３はモード切替回路４２からの制御信号及び調光制御パラメータ切替回路４４からの調光制御パラメータに基づき光源装置４の絞り装置１３を制御し適正な明るさ制御を行うようになっている。

図５に示すように、体腔内組織５１は、例えば深さ方向に異なった血管等の吸収体分布構造を持つ場合が多い。粘膜表層付近には主に毛細血管５２が多く分布し、またこの層より深い中層には毛細血管の他に毛細血管より太い血管５３が分布し、さらに深層にはさらに太い血管５４が分布するようになる。

一方、光は体腔内組織５１に対する光の深さ方向の深達度は、光の波長に依存しており、可視域を含む照明光は、図６に示すように、青（Ｂ）色のような波長が短い光の場合、生体組織での吸収特性及び散乱特性により表層付近までしか光は深達せず、そこまでの深さの範囲で吸収、散乱を受け、表面から出た光が観測される。また、青（Ｂ）色光より波長が長い、緑（Ｇ）色光の場合、青（Ｂ）色光が深達する範囲よりさらに深い所まで深達し、その範囲で吸収、散乱を受け、表面から出た光が観測される。さらにまた、緑（Ｇ）色光より波長が長い、赤（Ｒ）色光は、さらに深い範囲まで光が到達する。

通常観察時には、照明光の光路上に回転フィルタ１４の第１のフィルタ組であるＲ1フィルタ１４ｒ1，Ｇ1フィルタ１４ｇ1，Ｂ1フィルタ１４ｂ1に位置するようにビデオプロセッサ７の内のモード切替回路が制御信号によりモード切替モータ１９を制御する。

体腔内組織５１の通常観察時におけるＲ1フィルタ部１４ｒ1，Ｇ1フィルタ部１４ｇ1，Ｂ1フィルタ１４部ｂ1は、図３に示したように各波長域がオーバーラップしているために、
（１）Ｂ1フィルタ部１４ｂ1によるＣＣＤ４で撮像される撮像信号には図７に示すような浅層での組織情報を多く含む浅層及び中層組織情報を有するバンド画像が撮像され、
（２）また、Ｇ1フィルタ１４ｇ1によるＣＣＤ４で撮像される撮像信号には図８に示すような中層での組織情報を多く含む浅層及び中層組織情報を有するバンド画像が撮像され、
（３）さらにＲ1フィルタ１４ｒ1によるＣＣＤ４で撮像される撮像信号には図９に示すような深層での組織情報を多く含む中層及び深層組織情報を有するバンド画像が撮像される。

そしてビデオプロセッサ７により、これらＲＧＢ撮像信号を同時化して信号処理することで、内視鏡画像としては所望あるいは自然な色再現の内視鏡画像を得ることが可能となる。

一方、電子内視鏡３のモード切替スイッチ４１が押されると、その信号がビデオプロセッサ７のモード切替回路４２に入力される。モード切替回路４２は、光源装置４のモード切替モータ１９に制御信号を出力することで、通常観察時に光路上にあった回転フィルタ１４の第１のフィルタ組を移動させ第２のフィルタ組を光路上に配置するように回転フィルタ１４を光路に対して駆動する。

第２のフィルタ組による体腔内組織５１の狭帯域光観察時におけるＧ2フィルタ部１４ｇ2，Ｂ2フィルタ部１４ｂ2、Ｒ2フィルタ１４ｒ2は、照明光を図４に示したように離散的な分光特性の狭帯域な面順次光とし各波長域がオーバーラップしていないために、
（４）Ｂ2フィルタ部１４ｂ2によるＣＣＤ４で撮像される撮像信号には図１０に示すような浅層での組織情報を有するバンド画像が撮像され、
（５）また、Ｇ2フィルタ部１４ｇ2によるＣＣＤ４で撮像される撮像信号には図１１に示すような中層での組織情報を有するバンド画像が撮像され、
（６）さらに、Ｒ2フィルタ１４ｒ2によるＣＣＤ４で撮像される撮像信号には図１２に示すような深層での組織情報を有するバンド画像が撮像される。

ホワイトバランス回路２５は、図１３に示すように、ホワイトバランス補正部８０、セレクタ８１、通常光用補正値記憶部８２、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）８３、狭帯域光用補正値記憶部８４とから構成される。

内視鏡装置１による検査前に、電子内視鏡３の先端にホワイトキャップ（図示せず）を装着して通常光でのホワイトバランスの取得がなされる。

ホワイトバランス回路２５では、ホワイトキャップ装着時のＡ／Ｄ変換器２４からの画像データである通常面順次Ｒ／Ｇ／Ｂ信号をホワイトバランス補正部８０に入力し、通常面順次Ｒ／Ｇ／Ｂ信号に対してホワイトバランスを行い、ホワイトバランスでの通常光用補正値をセレクタ８１を介して通常光用補正値記憶部８２に記憶すると共に、ホワイトバランスしたＲ’／Ｇ’／Ｂ’信号をセレクタ２６に出力する。

このとき、ホワイトバランス回路２５において、通常光用補正値に基づいた狭帯域光用補正値をＬＵＴ８３より読み出し、狭帯域光用補正値記憶部８４に格納する。

詳細には、ホワイトバランス補正部８０では、通常面順次Ｒ／Ｇ／Ｂ信号の平均値の比G/R、G/BからRおよびBの補正値を算出し、モード切替回路４２で検知した観察モードが通常光モードならば通常光用補正値を通常光用補正値記憶部８２に記憶し、狭帯域光モードなら通常光補正値とＬＵＴ８３から狭帯域光用補正値を求めて狭帯域光用補正値記憶部８４に記録する。セレクタ８１が検知した観察モードに応じて通常光用補正値記憶部８２あるいは狭帯域光用補正値記憶部８４からの補正値をホワイトバランス補正部８０へ送り、ホワイトバランス補正部８０で補正値を乗算してＲ’、Ｂ’'信号を出力する。このときＧ信号はそのまま出力される。

なお、ＬＵＴ８３には通常光用補正値に基づいた狭帯域光用補正値を格納した構成としたが、これに限らず、図１４に示すように、通常光用補正値に基づいた補正値係数ｋをＬＵＴ８３に格納し、狭帯域光用補正値演算部８５にて、
狭帯域光用補正値＝ｋ×通常光用補正値
より狭帯域光用補正値を演算して、狭帯域光用補正値記憶部８４を格納するようにしても良い。なお、ｋは定数とする。

このように本実施例では通常光用の補正値から狭帯域光用補正値を算出して補正するため、狭帯域光でのホワイトバランス取得が不要となり、操作が簡略でき、操作ミスによる色調再現性の不良を確実に回避できる。

なお、上記実施例の内視鏡装置１では、光源装置４が面順次光を供給し、ビデオプロセッサ７で面順次画像情報を同時化して画像化する面順次式内視鏡装置を例として説明したが、これに限らず、同時式内視鏡装置にも適用可能である。

すなわち、図１５に示すように、白色光を供給する光源装置４ａと、ＣＣＤ２の撮像面の前面にカラーチップ１００を備えた電子内視鏡３ａと、電子内視鏡３ａから撮像信号を信号処理するビデオプロセッサ７ａとからなる同時式内視鏡装置１ａにも本実施例を適用することができる。

光源装置４ａでは、熱線カットフィルタ１２を介したキセノンランプ１１からの白色光が絞り装置１３により光量が制御され電子内視鏡３ａ内に配設されたライトガイド１５の入射面に出射される。この白色光の光路上に図４に示したような離散的な分光特性の狭帯域光に変換する狭帯域制限フィルタ１４ａが挿脱可能に設けられている。

電子内視鏡３ａでは、体腔内組織５１の像がカラーチップ１００を介してＣＣＤ２で撮像される。

ビデオプロセッサ７ａでは、Ａ／Ｄ変換器２４からの画像データがＹ／Ｃ分離回路１０１により輝度信号Yと色差信号Cr、Cbに分離され、ＲＧＢマトリックス回路１０２によりRGB信号に変換され、ホワイトバランス回路２５に出力される。その他の構成及び作用は図１の内視鏡装置と同じである。

そして、ホワイトバランス回路２５では、図１６に示すように、ＲＧＢマトリックス回路１０２からのＲＧＢ信号の各信号に対してホワイトバランスを取得する。この際のホワイトバランス取得方法は本実施例と同じである。

また、図１７に示すように、電子内視鏡３内に通常光用補正値を含むスコープの各種情報からなるスコープＩＤを記憶したスコープＩＤ記憶部１１０を設け、スコープＩＤにおける通常光用補正値をホワイトバランス回路２５に出力することで、図１８に示すように、ホワイトバランス回路２５において、通常光用補正値記憶部８２が通常光用補正値を用いてＬＵＴ８３から狭帯域光用補正値を読み出し、狭帯域光用補正値演算部８５に格納するように構成しても良い。

さらに、図１９に示すように、ホワイトバランス回路２５に出力したスコープＩＤにおける通常光用補正値に基づいた補正係数kをＬＵＴ８３に格納し、狭帯域光用補正値演算部８５にて、前述した
狭帯域光用補正値＝k×通常光用補正値
より狭帯域光用補正値を演算して、狭帯域光用補正値記憶部８４に格納するようにしても良い。なお、ｋは定数とする。

なお、図１７の内視鏡では面順次式内視鏡を例として説明したが、これに限らず、同時式にも適用可能である。

本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本発明の実施例１に係る内視鏡装置の構成を示す構成図図１の回転フィルタの構成を示す構成図図２の回転フィルタの第１のフィルタ組の分光特性を示す図図２の回転フィルタの第２のフィルタ組の分光特性を示す図図１の内視鏡装置により観察する生体組織の層方向構造を示す図図１の内視鏡装置からの照明光の生体組織の層方向への到達状態を説明する図図３の第１のフィルタ組を透過した面順次光による各バンド画像を示す第１の図図３の第１のフィルタ組を透過した面順次光による各バンド画像を示す第２の図図３の第１のフィルタ組を透過した面順次光による各バンド画像を示す第３の図図４の第２のフィルタ組を透過した面順次光による各バンド画像を示す第１の図図４の第２のフィルタ組を透過した面順次光による各バンド画像を示す第２の図図４の第２のフィルタ組を透過した面順次光による各バンド画像を示す第３の図図１のホワイトバランス回路の構成を示すブロック図図１３のホワイトバランス回路の変形例の構成を示すブロック図図１の内視鏡装置の第１の変形例の構成を示す構成図図１５のホワイトバランス回路の構成を示すブロック図図１の内視鏡装置の第２の変形例の構成を示す構成図図１７のホワイトバランス回路の構成を示すブロック図図１７のホワイトバランス回路の変形例の構成を示すブロック図

符号の説明

１…内視鏡装置
２…ＣＣＤ
３…電子内視鏡
４…光源装置
５…観察モニタ
６…画像ファイリング装置
７…ビデオプロセッサ
１０…電源部
１１…キセノンランプ
１２…熱線カットフィルタ
１３…絞り装置
１４…回転フィルタ
１５…ライトガイド
１６…集光レンズ
１７…制御回路
１８…回転フィルタモータ
１９…モード切替モータ１９
２０…ＣＣＤ駆動回路
２１…対物光学系
２２…アンプ
２３…プロセス回路
２４…Ａ／Ｄ変換器
２５…ホワイトバランス回路
２６…セレクタ
２７、２８，２９…同時化メモリ
３０…画像処理回路
３１，３２，３３…Ｄ／Ａ回路
３４…符号化回路
３５…タイミングジェネレータ
４１…モード切替スイッチ
４２…モード切替回路
４３…調光回路
４４…調光制御パラメータ切替回路
８０…ホワイトバランス補正部
８１…セレクタ
８２…通常光用補正値記憶部
８３…ＬＵＴ
８４…狭帯域光用補正値記憶部
代理人弁理士伊藤進

Claims

可視光領域を含む照明光を供給する照明光供給手段と、前記照明光を被写体に照射し戻り光により前記被写体を撮像する撮像手段を有する内視鏡と、前記撮像手段からの撮像信号を信号処理する信号処理手段とを備えた内視鏡装置において、
前記照明光を離散した複数のバンド域の狭帯域光に制限して前記被写体に照射する帯域制限手段と、
前記照明光による前記被写体の撮像信号に対してホワイトバランス処理を行うホワイトバランス手段と
を有し、
前記ホワイトバランス手段は、
前記照明光に対する第１のホワイトバランス補正値を記憶する第１のホワイトバランス補正値記憶手段と、
前記第１のホワイトバランス補正値に基づいた前記狭帯域光に対する第２のホワイトバランス補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値算出手段が算出した前記第２のホワイトバランス補正値を記憶する第２のホワイトバランス補正値記憶手段と
を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
前記補正値算出手段は、前記第１のホワイトバランス補正値に対応した複数の前記第２のホワイトバランス補正値を格納したルックアップテーブルである
ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記補正値算出手段は、
前記第１のホワイトバランス補正値に対応した複数のホワイトバランス補正係数を格納したルックアップテーブルと、前記ホワイトバランス補正係数と前記第１のホワイトバランス補正値とから前記第２のホワイトバランス補正値を演算する補正値演算手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記第１のホワイトバランス補正値記憶手段は、前記内視鏡内部に設けられた、前記内視鏡に関する情報を記憶する内視鏡識別手段である
ことを特徴とする請求項１、２、３に記載の内視鏡装置。