JP5331394B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は反射画像と蛍光画像とを得て正常組織と病変組織を診断するための内視鏡装置に関する。

近年、内視鏡は医療用分野及び工業用分野で広く用いられるようになった。特に医療用分野においては、通常の白色光による通常画像を得る内視鏡装置の他に、正常組織と病変組織とを識別し易いような画像が得られるような技術の提案も行われている。

例えば、第１の従来例としての特公平５−３７６５０号公報では、蛍光画像と参照光による参照画像とを用いて生体の呼吸代謝の異常部を検出する装置を開示している。
また、第２の従来例としての特開平１０−３０９２８２号公報では、励起光を照射して、波長帯の異なる２つの蛍光画像と励起光による反射画像とから正常組織と病変組織とを識別し易いような画像を得る装置を開示している。
また、第３の従来例としての特開２０００−２７０２６５号公報では、蛍光画像と背景画像とを重ね合わせる装置を開示している。

第１の先行技術では蛍光画像と参照画像とを用いて対象組織に対する回帰直線を導出するようにしているが、参照画像の波長を蛍光画像の波長に一致させているのみであるので、正常組織と病変組織との識別機能が十分でない可能性がある。

また、第２の従来例は構成が複雑となってしまう。
また、第３の従来例では、反射光が広帯域のため、十分に正常組織と病変組織とを識別し易いような画像を得る機能が低下する欠点がある。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、正常組織と病変組織とを識別し易いような画像を得ることができる内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の内視鏡装置は、複数の異なる波長帯域の照明光と、蛍光を励起するための励起光を発生する光源と、前記光源からの当該複数の照明光および励起光を生体組織に照射し反射された反射光による各々の反射光画像と、前記励起光により励起された蛍光による蛍光画像とを撮像する撮像手段において撮像した前記反射光画像信号および前記蛍光画像信号を入力し、所定の画像処理を行う画像処理装置と、を備えた内視鏡装置であって、
前記画像処理装置は、前記撮像手段から入力した前記反射光画像信号および前記蛍光画像信号により、生体組織における正常組織と病変組織とを識別するために、
生体組織より得られる前記反射光または前記蛍光の波長に対する強度分布特性に基づいて、正常組織の分布と病変組織の分布との重なりの分離能Ｓを
分離能Ｓ＝１−（正常組織の分布と病変組織の分布とが重なった部分）／分布全体
としたとき、
当該分離能Ｓが最も大きな値を示す波長特性を有し、前記光源における前記複数の異なる波長帯域の照明光を照射した際に得られる画像を処理する
ことを特徴とする。

本発明によれば、正常組織と病変組織とを識別し易い画像を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施の形態）
図１ないし図１１は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は第１の実施の形態の内視鏡装置の全体構成を示し、図２は通常観察用フィルタと蛍光観察用フィルタが設けられた切替フィルタの構成を示し、図３は通常観察用フィルタ、蛍光観察用フィルタ及び励起光カットフィルタの波長に対する透過特性を示し、図４は生体組織より得られる蛍光の波長に対する強度分布の特性例と、生体組織より得られる反射光の波長に対する強度分布の特性例とを示し、図５は蛍光強度と２つの反射光強度を３軸とした軸空間座標上で正常の部分と病変の部分とを分布させた様子を示し、図６は第１の反射光の波長をパラメータとした場合における第２の反射光の中心波長に対する分離能の変化の様子を示し、図７は第１の反射光の波長幅をパラメータとした場合における第２の反射光の中心波長に対する分離能の変化の様子を示し、図８及び図９は蛍光画像をＧチャンネルに、第１及び第２の反射光の画像をＢ、ＲチャンネルとＲ、Ｂチャンネルとに設定した場合に得られる正常部分と病変部分の分布を示す色度図を示し、図１０及び図１１は蛍光画像をＢチャンネルに、第１及び第２の反射光の画像をＧ、ＲチャンネルとＲ、Ｇチャンネルとに設定した場合に得られる正常部分と病変部分の分布を示す色度図を示す。

図１に示す本発明の第１の実施の形態の通常観察モードと蛍光観察モードとを備えた内視鏡装置１Ａは、体腔内に挿入して観察するための電子内視鏡２Ａと、通常観察用の光及び励起用の光を発する光源装置３Ａと、通常観察画像と蛍光画像を構築する信号処理を行うプロセッサ４Ａと、通常光による画像と蛍光による画像を表示するモニタ５とにより構成される。

電子内視鏡２Ａは体腔内に挿入される細長の挿入部７を有し、この挿入部７の先端部８に照明手段と撮像手段を内蔵している。
挿入部７内には通常観察のための照明光及び励起光を伝送（導光）するライトガイドファイバ９が挿通され、このライトガイドファイバ９の手元側の入射端に設けた光源用コネクタ１０は光源装置３Ａに着脱自在に接続される。

光源装置３Ａは、ランプ駆動回路１１により発光するように駆動され、赤外波長帯域から可視光帯域を含む光を放射するランプ１２と、このランプ１２による照明光路上に設けられ、ランプ１２からの光量を制限する光源絞り１３と、照明光路上に設けられた切替フィルタ部１４と、この切替フィルタ部１４を通った光を集光するコンデンサレンズ１５とを備えている。

この切替フィルタ部１４は回転用モータ１６により回転されると共に、移動用モータ２０により光路上に配置されるフィルタが切り替えられる切替フィルタ１７と、回転用モータ１６に取り付けたラック１８に螺合するピニオン１９を回転駆動することにより、回転用モータ１６と共に切替フィルタ１７を光軸に垂直な方向に移動する移動用モータ２０とを備えている。

切替フィルタ１７には図２に示すように内周側と外周側とに同心状に通常観察用のＲＧＢフィルタ２１と蛍光観察用フィルタ２２とが設けてあり、前記移動用モータ２０を駆動することにより光路上に通常照明用フィルタ２１を設定して通常画像モード（通常モードともいう）での動作状態に設定したり、通常照明用フィルタ２１から蛍光照明用フィルタ２２に切り換えて蛍光画像モード（蛍光モードともいう）に設定した動作状態に切り替えができるようにしている。

上記ＲＧＢフィルタ２１は、周方向にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各波長帯域の光をそれぞれ透過するＲ、Ｇ、Ｂフィルタ２１ａ、２１ｂ、２１ｃが３等分するように設けてあり、回転モータ１６で回転駆動されることによりそれぞれが光路中に順次、略連続的に介挿される。

また、Ｒ、Ｇ、Ｂフィルタ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの透過特性は図３（Ａ）に示すように、６００−７００ｎｍ、５００−６００ｎｍ、４００−５００ｎｍの各波長帯の光をそれぞれ透過するフィルタ特性を有する。図３等では符号２１ａ、２１ｂ、２１ｃの代わりに、そのフィルタ透過特性に対応する符号Ｒ、Ｇ、Ｂを用いて示している（後述する蛍光観察用フィルタ２２においても、同様である）。

また、蛍光観察用フィルタ２２は、周方向に狭帯域の赤（Ｒ１）、狭帯域の緑（Ｇ１）、狭帯域の励起光をそれぞれ透過するＲ１、Ｇ１、Ｅ１フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃが３等分するように設けてあり、回転用モータ１６で回転駆動されることによりそれぞれが光路中に順次介挿される。
また、Ｒ１、Ｇ１、Ｅ１フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃの透過特性は図３（Ｂ）に示すように５９０−６１０ｎｍ、５４０−５６０ｎｍ、３９０−４４５ｎｍを各波長帯域の光をそれぞれ透過するフィルタ特性を有する。

光源装置３Ａからの照明光はライトガイドファイバ９により、電子内視鏡２Ａの挿入部７の先端側に伝送（導光）される。このライトガイドファイバ９は蛍光観察のための光と通常観察のための光を少ない伝送ロスで伝送する。このライトガイドファイバ９としては、例えば多成分系ガラスファイバ、石英ファイバ等で構成される。

ライトガイドファイバ９の先端面に伝送された光は、その先端面に対向する照明窓に取り付けた照明レンズ２４を経て、拡開して体腔内の観察対象部位側に照射される。

先端部８にはこの照明窓に隣接して観察窓が設けてあり、この観察窓には光学像を結ぶための対物レンズ系２５と、遠点から近点までフォーカスを合わせるため空間的に入射光量を制限する絞り２６と、励起光をカットする励起光カットフィルタ２７と、蛍光および反射光の各画像を撮像する撮像素子として例えばモノクロ撮像（或いは白黒撮像）を行う電荷結合素子（ＣＣＤと略記）２８とが配置されている。
蛍光および反射画像を撮像する撮像素子としては、ＣＣＤ２８の代わりにＣＭＤ (Charged Modulation Device) 撮像素子、Ｃ−ＭＯＳ撮像素子、ＡＭＩ(Amplified MOS Imager)、ＢＣＣＤ(Back Illuminated ＣＣＤ）でも良い。

励起光カットフィルタ２７は蛍光観察時に、蛍光を発生させるために励起される励起光を遮光するフィルタである。この励起光カットフィルタ２７の特性を図３（Ｃ）に示す。この図３（Ｃ）に示すように４７０−７００ｎｍの波長帯域を透過する、つまり、青色帯域の一部の波長（４００−４７０ｎｍ）を除いた可視光を透過する特性を有する。

なお、この電子内視鏡２Ａには蛍光画像モードと通常画像モードとを選択する指示操作や、フリーズ、レリーズの指示操作を行うためのスコープスイッチ２９が設けてあり、その操作信号は制御回路３７に入力され、制御回路３７はその操作信号に対応した制御動作を行う。

例えばスコープスイッチ２９におけるモード切換スイッチの通常モードスイッチを操作すると、光源装置３Ａはライトガイドファイバ９に通常モードの照明光、つまりＲ、Ｇ、Ｂの光を順次供給する状態となり、またプロセッサ４Ａも通常モードに対応した信号処理を行う状態になる。

また、モード切換スイッチの蛍光モードスイッチを操作すると、光源装置３Ａはライトガイドファイバ９に蛍光モードの照明光、つまりＲ１、Ｇ１、Ｅ１の光を順次供給する状態となり、またプロセッサ４Ａも蛍光モードに対応した信号処理を行う状態になる。

ＣＣＤ２８はプロセッサ４Ａ内に設けたＣＣＤ駆動回路３１からのＣＣＤ駆動信号により駆動され、ＣＣＤ２８に結像された光学像を光電変換して画像信号を出力する。

この画像信号はプロセッサ４Ａ内に設けたプリアンプ３２で増幅され、さらにオートゲインコントロール（ＡＧＣ）回路３３で所定レベルまで増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路３４によりアナログ信号からデジタル信号（画像データ）に変換され、各画像データは切換を行うマルチプレクサ３５を経て、第１フレームメモリ３６ａ、第２フレームメモリ３６ｂ及び第３フレームメモリ３６ｃに一時格納（記憶）される。

なお、ＣＣＤ駆動回路３１は制御回路３７により制御される。具体的には、後述するように通常モードにおいては、Ｂフィルタ２１ｃで照明を行った場合、ＣＣＤ２８で受光される光量が他のＲ、Ｇフィルタ２１ａ、２１ｂで照明を行った場合よりも低下するので、電子シャッタ機能を動作させる。

また、蛍光モードにおいても、Ｅ１フィルタ２２ｃにより励起光を照射して蛍光画像を得る期間におけるＣＣＤ２８で受光される光量がＲ１、Ｇ１フィルタ２２ａ、２２ｂで照明を行った場合の反射光の場合よりもはるかに低下するので、電子シャッタ機能を動作させる。

また、制御回路３７は選択されたモードに応じて移動用モータ２０を制御する。また、回転用モータ１６は制御回路３７により制御されると共に、この回転用モータ１６の回転軸等に取り付けた図示しないエンコーダの出力は制御回路３７に入力され、制御回路３７はこのエンコーダの出力に同期してＣＣＤ駆動回路３１やマルチプレクサ３５の切換等を制御する。

また、制御回路３７は、マルチプレクサ３５の切換を制御し、通常モードではＲ、Ｇ、Ｂフィルタ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの照明のもとで撮像した各画像データをそれぞれ第１フレームメモリ３６ａ、第２フレームメモリ３６ｂ、第３フレームメモリ３６ｃに順次記憶させるように制御する。

また、蛍光モードにおいても、制御回路３７は、マルチプレクサ３５の切換を制御し、Ｒ１、Ｇ１、Ｅ１フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃの照明のもとで撮像した各信号をそれぞれ第１フレームメモリ３６ａ、第２フレームメモリ３６ｂ、第３フレームメモリ３６ｃに順次記憶させるように制御する。
上記フレームメモリ３６ａ〜３６ｃに格納された画像データは画像処理回路３８に入力され、画像処理回路３８により入力信号をＲ、Ｇ、Ｂチャンネルの色信号に割り当てる割り当て処理を適当に行うことにより、正常組織部分と病変組織部分とを識別し易い色相の出力信号に変換する画像処理が施された後、Ｄ／Ａ変換回路３９によりアナログのＲＧＢ信号に変換されてモニタ５に出力される。

本実施の形態の特徴の１つとなる画像処理回路３８では、これに入力される３つの信号、つまり、狭帯域の２つの照明光Ｇ１、Ｒ１による生体組織での反射光で撮像した反射光撮像信号と、励起光Ｅ１により生体組織から発生した蛍光で撮像した蛍光画像信号との３つの信号を画像処理回路３８により（カラー表示する際の色信号に適当に割り当てる）変換処理して出力するようにしている。

また、このプロセッサ４Ａにはプリアンプ３２を通した信号に基づいて光源装置３Ａ内の光源絞り１３の開口量を自動的に制御する調光回路４０が設けてある。また、この調光回路４０は制御回路３７により、制御される。
また、この制御回路３７は、ランプ駆動回路１１のランプ１２を発光駆動するランプ電流を制御する。
また、この制御回路３７はスコープスイッチ２９の操作に応じた制御動作を行う。

本実施の形態では内視鏡装置１Ａでは、光源装置３Ａの切替フィルタ１７のＲＧＢフィルタ２１、蛍光観察用フィルタ２２及び、電子内視鏡２Ａの撮像光路中に設けた励起光カットフィルタ２７のフィルタ特性を図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように設定して、正常組織と病変組織の部分との分離度を大きくできるようにしたことが特徴となっている。

また、画像処理回路３８により、特に蛍光モードでの３つの入力信号に対してカラー表示する場合の色信号に割り当てる割り当てを適切に行うことにより、正常組織と病変組織とを識別し易いように色相が異なり、病変組織が特定の色相に入るように表示できるように設定したことも特徴となっている。

まず分離度を大きくしたことを図４等を参照して以下に説明する。
図４（Ａ）は生体組織より得られる蛍光の波長に対する強度分布の特性例を示し、図４（Ｂ）は生体組織より得られる反射光の波長に対する強度分布の特性例とを示す。

図４（Ａ）から分かるように５２０ｎｍ付近でピークとなる分布特性を示し、本実施の形態では励起光カットフィルタ２７による透過特性をこの５２０ｎｍ付近の波長帯域を含むように設定して、得られる蛍光画像のＳ／Ｎを高くしている。

また、図４（Ｂ）の反射光の強度特性では、５５０ｎｍ付近でヘモグロビンによる吸収が大きく、この波長付近で反射強度が低下する谷となっている。なお、６００ｎｍ付近はヘモグロビンによる非吸収帯となる。
そして、２つのフィルタ２２ａ、２２ｂ（図ではＧ１、Ｒ１）の中心波長は５５０ｎｍと６００ｎｍに設定されている。

つまり、本実施の形態では、Ｒ１フィルタ２２ａの帯域を酸化ヘモグロビンの吸光度が低い部分に設定し、かつＧ１フィルタ２２ｂの帯域を酸化ヘモグロビンの吸光度が高い部分に設定している。

なお、蛍光モードで照明し、その反射光で撮像する第１及び第２の照明光（反射光）となるＧ１、Ｒ１の光は、その波長幅を数１０ｎｍ、より具体的には２０ｎｍに設定している（後述するように２０ｎｍ以下に設定しても良い）。
なお、Ｅ１フィルタ２２ｃにより遮光された青色領域（の長波長領域）と、励起光カットフィルタ２７で遮光させた青色領域（の短波長領域）の光の透過率はＯＤ４（１／１００００）以下に設定されている。

上述のように蛍光モードでの２つの反射光の画像を得る場合におけるその波長（中心波長）を５５０ｎｍと６００ｎｍに設定した理由を図５等により説明する。

図５は２つの反射光強度と蛍光強度とを３軸とした軸空間座標上で正常の部分と病変の部分とを分布させた様子を示す。図５において、梨地模様で示す部分が生体組織における正常組織、斜線で示す部分が生体組織における病変組織となることを示す。

そして、正常組織と病変組織とが重なった部分が小さい程、正常組織と病変組織との識別が容易となるので、本実施の形態では、この重なり部分が最小となるように、２つの反射光の帯域を統計的手法（具体的にはフィッシャーの判別関数）を用いて算出する。
つまり、正常組織と病変組織の分布の重なりにより分離能Ｓを以下の式で求める。

分離能Ｓ＝１−（正常組織と病変組織の分布が重なった部分）／（分布全体）
そして、第１の反射光と第２の反射光との中心波長を変化させて、得られる分離能Ｓを算出する。

図６は第１の反射光の中心波長をパラメータとして変化させた場合における第２の反射光の中心波長に対して得られる分離能Ｓを示す。ここでは、第１の反射光の中心波長をパラメータとして５１０ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍと変化させた場合を示している。

そして、第１の反射光の中心波長が５５０ｎｍで、第２の反射光の中心波長が６００ｎｍの場合に最も大きな分離能Ｓが得られることが分かる。なお、第１の反射光と第２の反射光の中心波長を入れ換えた場合、つまり第１の反射光の中心波長が６００ｎｍで、第２の反射光の中心波長が５５０ｎｍの場合に最も大きな分離能Ｓが得られる。

また、図７は第１の反射光の中心波長を５５０ｎｍとし、その波長幅をパラメータとして変化させた場合に得られる分離能Ｓを示す。図７では波長幅を８０ｎｍ、２０ｎｍ、１０ｎｍにした場合を示す。

図７から第１の反射光の中心波長を５５０ｎｍは略２０ｎｍかこれより小さい場合に大きな分離能Ｓが得られることが分かる。図７からは２０ｎｍより１０ｎｍの場合の方が大きな分離能Ｓが得られるが、波長幅を小さくすると、強度が低下してＳ／Ｎが低下する。このため、本実施の形態では、２０ｎｍの波長幅に設定している。プロセッサ４Ａの信号処理系等のＳ／Ｎに応じて、波長幅を２０ｎｍ以下の例えば１０ｎｍ等にしても良い。

図６及び図７から、本実施の形態では、図３に示したように第１及び第２の反射光（照明光）の波長をそれぞれ、５５０ｎｍと６００ｎｍとに設定すると共に、その波長幅を２０ｎｍに設定して、大きな分離能Ｓにできるように、つまり正常組織と病変組織とを出来るだけ分離した状態に分布させることができるようにしている。

なお、本実施の形態では蛍光画像の強度は反射光の場合に比べてはるかに弱いので、図４（Ａ）に示すようにその強度がピークとなる５２０ｎｍ付近の波長帯域を少なくとも含む蛍光画像を得る特性の励起光カットフィルタ２７を採用している。これにより、Ｓ／Ｎの良い蛍光画像を得られるようにしている。

また、本実施の形態では、画像処理回路３８により、３つの入力信号を３つの色信号に適切に割り当てるように設定して、正常組織と病変組織とを表示画像上で、識別し易い色相となるようにしている。
そして、図８から図１１に示す色度図上に正常組織と病変組織が識別し易い状態で分布するような状態で、擬似カラー表示できるようにしている。

このような構成による本実施の形態の作用を以下に説明する。
図１に示すように電子内視鏡２Ａの光源用コネクタ１０を光源装置３Ａに接続し、また電子内視鏡２Ａの図示しない信号用コネクタをプロセッサ４Ａに接続する。そして、図１に示すような接続状態に設定して、各装置の電源を投入し、動作状態に設定する。すると、制御回路３７は初期設定の動作を行い、この初期設定の状態では例えば通常モードで動作するように設定する制御を行う。

この通常モードでは、制御回路３７は光源装置３Ａの移動用モータ２０を制御して、切替フィルタ１７をその内周側のＲＧＢフィルタ２１が照明光路中に位置するように設定する。

そして、回転モータ１６を回転させる。ランプ１２の白色光は切替フィルタ１７のＲ、Ｇ、Ｂフィルタ２１ａ、２１ｂ、２１ｃが順次照明光路中に配置されるようになり、観察対象側へＲ、Ｇ、Ｂの照明光が出射される。

この通常モードでは切替フィルタによる（観察対象側への）照明光はＲ、Ｇ、Ｂフィルタ２１ａ、２１ｂ、２１ｃが順次照明光路中に配置される。
Ｒ、Ｇ、Ｂの光で照明され、ＣＣＤ２８で撮像された信号は、増幅、Ａ／Ｄ変換された後、マルチプレクサ３５が制御回路３７で順次切り換えられることにより、第１フレームメモリ３６ａ、第２フレームメモリ３６ｂ、第３フレームメモリ３６ｃに順次格納される。

これらフレームメモリ３６ａ〜３６ｃに格納されたＲ、Ｇ、Ｂの色成分の画像データは所定のフレーム期間（例えば３３ｍｓ、つまり１／３０秒）で同時に読み出され、画像処理回路３８に入力される。

この画像処理回路３８は通常モードでは、入力信号をそのまま出力する。つまり、第１フレームメモリ３６ａ〜３６ｃからそれぞれ出力されるＲ、Ｇ、Ｂの色信号は画像処理回路３８をスルーして（必要に応じてガンマ補正や輪郭強調を行うようにしても良い）Ｄ／Ａ変換回路３９に出力される。

このようにして、Ｄ／Ａ変換回路３９を経てアナログの標準的な映像信号、ここではＲＧＢ信号にされてＲ、Ｇ、Ｂチャンネルからモニタ５に出力され、モニタ５の表示面には（白色光を照射した場合に、直接被写体を観察した場合のカラー色調を反映した）通常観察画像がカラー表示される。

上述したように、Ｂフィルタ２１ｃを通して照明を行った場合における被写体側での反射光量は励起光カットフィルタ２７によりその短波長側がカットされてＣＣＤ２８で受光されるため、そのＢの色成分画像の受光量が他のＲ、Ｇの色成分画像の受光量より少なくなり、そのままではホワイトバランスが崩れることになる。

これを防止するために、制御回路３７はＣＣＤ駆動回路３１を介してＢフィルタ２１ｃでの照明期間で撮像した場合のＣＣＤ２８の増幅率を例えば２倍に増大させる。
また、制御回路３７はランプ駆動回路１１を制御し、Ｂフィルタ２１ｃでの照明期間におけるランプ１２を駆動するランプ電流を、例えば通常のランプ電流の値より増大させて、Ｂの照明光量を増大させる。

また、制御回路３７はＣＣＤ駆動回路３１を制御し、ＣＣＤ２８の電子シャッタの機能を動作させる。つまり、Ｒ、Ｇの照明期間においては、その照明期間の一部の期間でのみ撮像を行うようにして、短い撮像期間となるようにＣＣＤ２８を駆動し、これに対してＢの照明期間においては、その照明期間の全部を撮像に用いるようにして、長い撮像期間となるようにする。

このようにして、モニタ５にはホワイトバランスがとれた通常画像を表示する。なお、電子シャッタによる撮像期間の設定は予め白い被写体を撮像した場合に、モニタ５でその被写体が白く表示されるように、制御回路３７内の図示しないメモリ等に、具体的な撮像期間の値が格納されている（或いは、電源投入の後の初期設定の際に、白い被写体を撮像して、電子シャッタによる撮像期間を具体的に設定するようにしても良い）。この時、電子シャッタの撮像期間ではなく、ＣＣＤ増幅率の値、ランプ電流の値を記憶して、これらを単独或いは組み合わせても良い。

このようにして通常モードで被写体を観察でき、例えば注目する患部部位等の被写体に対して蛍光観察を行いたい場合には、スコープスイッチ２９のモード切換スイッチの蛍光モードスイッチを操作する。

すると、この操作信号を受けて、制御回路３７は光源装置３Ａは移動用モータ２０を駆動して、切替フィルタ１７を移動させ、蛍光観察用フィルタ２２が照明光路上に配置される状態に設定し、蛍光モードに切り換える。

蛍光モードに設定されると、電子内視鏡２Ａのライトガイドファイバ９には蛍光モードの照明光、つまり図３（Ｂ）に示すＲ１、Ｇ１、Ｅ１の光が順次供給される状態となる。

そして、被写体にはＲ１、Ｇ１、Ｅ１の光が順次照射される。Ｒ１、Ｇ１の照明の場合には、通常モードでのＲ、Ｇの光が順次照射された場合と同様の動作となる。つまり、この場合にはＲ１、Ｇ１の被写体での反射光をＣＣＤ２８で受光する。この場合、励起光カットフィルタ２７による影響を受けないで、ＣＣＤ２８は撮像することになる。

これに対し、励起光Ｅ１を照射した場合には、その励起光Ｅ１の反射光は励起光カットフィルタ２７で殆ど完全に遮光され、かつこの励起光カットフィルタ２７の透過帯域内の被写体側からの蛍光を受光する。

この蛍光の強度は、Ｒ１、Ｇ１の被写体での反射光の強度に比べてはるかに小さいので、上述した通常モードでのＲ、Ｇの照明、Ｂの照明及びそれらの場合の信号処理と類似した動作を行うようにして、（Ｒ１、Ｇ１の被写体での反射光の画像と対比し易い）明るい蛍光画像が表示されるようにする。

具体的には、Ｒ１、Ｇ１の被写体での反射光を撮像する場合には、電子シャッタにより、照明期間の一部の期間でのみＣＣＤ２８で撮像した画像データを第１フレームメモリ３６ａ、第２フレームメモリ３６ｂに格納するようにする。

これに対し、Ｅ１の励起光を照射した場合で、その蛍光画像を撮像する場合には、ＣＣＤ２８の増幅率を例えば１０倍から１００倍程度に増大し、かつランプ電流も増大し、励起光の照明光量も増大させる。そして、この場合に撮像した蛍光画像データを第３フレームメモリ３６ｃに格納する。
そして、１フレーム周期で第１フレームメモリ３６ａ〜第３フレームメモリ３６ｃの画像データは同時に読み出され、画像処理回路３８に入力される。

画像処理回路３８は入力信号Ｒ１、Ｇ１、ＥＸ（ここで、Ｒ１、Ｇ１は狭帯域の照明光による反射画像の信号で図６、図７の第２、第１の反射光に相当し、またＥＸは励起光Ｅ１による蛍光画像の信号を示す）はＲ，Ｇ，Ｂのチャンネルに適切に割り当てられる。

蛍光モードの場合には、蛍光波長帯域からなる画像信号ＥＸをＧチャンネルに、２つの異なる中心波長と波長幅を持った反射光波長帯域のうちの１つをＲチャンネル、もう１つの反射光波長帯域をＢチャンネルに割り付け（割り当て）たものとなっている。

具体的には、蛍光波長帯域からなる画像信号ＥＸをＧチャンネルに割り当て、残りの２つの反射光画像の信号Ｒ１、Ｇ１をＢ、ＲかＲ、Ｂに割り付けるようにしている。つまり、
ＥＸ→Ｇ、Ｒ１→Ｂ、Ｇ１→Ｒ （割付１）
又は
ＥＸ→Ｇ、Ｒ１→Ｂ、Ｇ１→Ｒ （割付２）
である。

この場合には図８或いは図９に示すように色度図（に相当する状態）で正常組織部分と病変組織部分とが異なり、特に病変組織部分が略単一の色相に入るようにしてモニタ５には擬似カラーで表示される。
割付１に対応する図８の場合には病変組織部分はピンクの色相付近に限定されるようになる。

また、割付２の場合に対応する図９の場合には病変組織部分は紫の色相付近に限定されるようになる。なお、図８或いは図９に対応する表示モードは蛍光モードにおける切換モードを操作することにより相互に切り換えることができる。そして、ユーザは好みの方で表示させることができる。

従って、術者は図８の場合にはピンクの色相付近で表示される部分を注目することにより、病変組織である可能性が高いと判断できる。
また、術者は図９の場合には、紫の色相付近で表示される部分を注目することにより、病変組織である可能性が高いと判断できる。

また、図８或いは図９のような色度図に対応する状態の擬似カラーによる表示状態で、病変組織の可能性が高いと判断できた場合には、スコープスイッチ２９の蛍光モードにおいてさらに用意した病変組織用モードのスイッチを操作した場合には、制御回路３７による制御で画像処理回路３８による割付をさらに変更設定する。

具体的には蛍光波長帯域からなる画像信号ＥＸをＢチャンネルに割り当て、残りの２つの反射光画像の信号Ｒ１、Ｇ１をＧ、ＲかＲ、Ｇに割り付けるようにしている。つまり、
ＥＸ→Ｂ、Ｒ１→Ｇ、Ｇ１→Ｒ （割付３）
又は
ＥＸ→Ｂ、Ｒ１→Ｒ、Ｇ１→Ｇ （割付４）
である。

割付３或いは割付４は図１０或いは図１１に示すような色度図に相当する状態で、蛍光モードでの画像、つまり２つの反射光画像と蛍光画像を擬似カラー表示する。

図１０或いは図１１では病変組織が複数の色相に分布するように表示されるので、最初から正常組織と病変組織との診断を行う場合には適切ではないかもしれないが、図８或いは図９で病変組織の可能性が高いと診断したような場合には、さらに図１０或いは図１１に示すような表示モードにすると、その色相の違いにより、病変組織の状態をより詳しく診断し易い。例えば、色相の変化により、病変の進行の程度等を判断し易くなる。

このように本実施の形態によれば、２つの反射光による画像と蛍光画像とで擬似カラーで表示する場合に、正常組織と病変組織との重なりを小さくして分離能Ｓを大きくなるように反射光による画像の波長を適切な値に設定し、さらに病変組織を正常組織とは異なり、識別し易い略単一の色相に入るように擬似カラー表示するようにしているので、病変組織の部分か否かを診断する場合、術者は病変組織を容易に診断することができる。つまり、診断し易い環境を提供できる。

また、電子内視鏡２Ａの撮像素子の前に配置した励起光カットフィルタ２７は、青色の波長帯域の一部を含む励起光をカットすると共に、前記励起カットフィルタ２７は、通常観察を行うための可視領域の青色光の一部以外の光を透過する（青色光の一部と、緑、赤の波長帯の全域を透過する）ようにしているので、１つの撮像素子を挿入部７の先端部８に配置することにより、通常画像の撮像と蛍光画像の撮像及び信号処理により通常画像と蛍光画像の表示ができる。

従って、（複数の撮像素子を内蔵した場合に比較して）電子内視鏡２Ａの挿入部７を細径にでき、挿入使用できる適用範囲を広げることができると共に、挿入の際に患者に与える苦痛を軽減できる。また、術者も体腔内に挿入する作業が容易となる。また、１つの撮像素子で済むので低コスト化が可能となる。

また、励起光として可視光の波長帯域（領域）内の青色を採用しているので、光源装置３Ａのランプ１２として、通常照明（白色照明）に使用できるハロゲンランプ、キセノンランプ等を使用できる。また、紫外線等を励起光とした場合に比較して、ライトガイドファイバ９による伝送ロスを小さくできたり、通常照明用のものをそのまま使用できる等のメリットがある。
特に、簡単な構成で正常組織と病変組織を識別し易いように（蛍光画像と反射光画像とによる）画像画像を擬似カラー表示すことができる内視鏡装置１Ａを実現できる。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態を図１２を参照して説明する。本実施の形態の構成は第１の実施の形態と同様の構成であり、図３（Ｃ）に示す励起光カットフィルタ２７の特性を一部変更している。

図１２はポリフィリンを含む生体組織より得られる蛍光の波長に対する強度の特性を示す。この図のようにポリフィリンを含む生体組織の場合には、６２０ｎｍより少し長い波長帯にポリフィリンによる蛍光を発するピークを持つ場合がある。 このポリフィリンによる蛍光の影響を排除するために、本実施の形態ではこの図１２で１点鎖線で示すように励起光カットフィルタ２７の透過特性における超波長側を６２０ｎｍでカットし、これより長波長側の蛍光をＣＣＤで受光しないようにした。

つまり、励起光カットフィルタ２７は短波長側は第１の実施の形態と同様に例えば４７０ｎｍから長波長側の６２０ｎｍまでの蛍光を透過するように設定されている。その他は第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態の作用効果の他に、ポリフィリンを含む生体組織部分を観察する場合にも、ポリフィリンによる影響を排除して、正常組織と病変組織とを識別し易い色調で擬似カラー表示できる内視鏡装置を提供できる。

［付記］
１．２つの異なる波長帯域の照明光と蛍光を励起するための励起光を発生する光源と、
前記照明光及び励起光を導光する導光手段と、
前記導光手段を介して生体組織に前記照明光が照射され、反射された反射光による各々２つの反射光画像と、前記励起光により励起された蛍光による蛍光画像を撮像する撮像手段と、
前記２つの反射光画像と蛍光画像とを処理して処理画像を構築する画像処理手段と、
前記処理画像を表示する表示手段よりなる内視鏡装置において、
生体組織からの２つの異なる反射光と蛍光の強度を３軸とした空間座標軸上にプロットした際、正常組織と病変組織が３軸空間座標軸上で分離するように前記反射光と蛍光の波長が選択され、
前記画像処理手段により処理された処理画像が、正常組織と病変組織で色相が異なり、病変組織が特定の略１つの色相に入るように、前記反射光と蛍光が特定の色信号に割当て処理され、表示されることを特徴とする内視鏡装置。

１′．２つの異なる波長帯域の照明光と蛍光を励起するための励起光を発生する光源装置と、
前記照明光及び励起光を導光する導光手段と、
前記導光手段を介して生体組織に前記照明光が照射され、反射された反射光による各々２つの反射光画像と、前記励起光により励起された蛍光による蛍光画像を撮像する撮像手段とを有する内視鏡と、
前記２つの反射光画像と蛍光画像とを処理して処理画像を構築し、画像表示手段に出力する画像処理手段と、
を有する内視鏡装置において、
生体組織からの２つの異なる反射光と蛍光の強度を３軸とした空間座標軸上にプロットした際、正常組織と病変組織が３軸空間座標軸上で分離するように前記反射光と蛍光の波長が選択され、
前記画像処理手段により処理された処理画像が、正常組織と病変組織で色相が異なり、病変組織が特定の略１つの色相に入るように、前記反射光と蛍光が特定の色信号に割当て処理され、表示されることを特徴とする内視鏡装置。
２．付記１において、選択された２つの反射光波長帯域は、１つは、ヘモグロビンの光の吸収帯を含む波長帯域であり、もう１つは、ヘモグロビンの光の非吸収帯を含む波長帯域であることを特徴とする。
３．付記１において、選択された１つの蛍光波長帯域は、５２０ｎｍを含む波長帯域であり、２つの反射光波長帯域は、それぞれ、５５０ｎｍ、６００ｎｍを含む波長帯域であることを特徴とする。
４．付記３において、選択された１つの蛍光波長帯域は、５２０ｎｍを含むとともに、６２０ｎｍ以上の帯域を除く波長帯域であることを特徴とする。

５．付記３において、選択された２つの反射光波長帯域の波長幅は、当該２０ｎｍないし２０ｎｍ以下であることを特徴とする。
６．付記１において、前記処理画像は、１の蛍光波長帯域からの画像信号を緑色に、２つの異なる波長帯域の反射光波長帯域のうち１つの画像信号を赤色、または青色に、もう１つを青色、または赤色の色信号に割当て処理することを特徴とする。
７．２つの異なる波長帯域の照明光と蛍光を励起するための励起光を照明する光源と、
生体組織に前記照明光が照射され、反射された反射光による各々２つの反射光画像と、前記生体組織に前記照明光が反射され、反射された反射光による各々２つの反射画像と、前記励起光により励起された蛍光による蛍光画像を撮像する撮像手段と、
前記２つの反射光画像と蛍光画像とを処理して処理画像を構築する画像処理手段と、
前記処理画像を表示する表示手段よりなる内視鏡装置において、
生体組織からの２つの異なる反射光と蛍光の強度を３軸とした空間座標軸上にプロットした際に、正常組織と病変組織が３軸空間座標軸上で分離するように前記反射光と蛍光の波長が選択され、
前記処理手段により処理された処理画像が、病変組織が複数の色相にまたがるように、前記反射光と蛍光が特定の色信号に割当て処理され、表示されることを特徴とする内視鏡装置。

８．２つの異なる波長帯域の照明光と蛍光を励起するための励起光を順次照明するため、前記波長帯域を通す２つの帯域フィルタと前記励起光を通す励起フィルタが、切り替え可能なように配置された光源と、
生体組織に前記２つの照明光が照射され、反射された２つの反射光画像と、前記励起光により励起された蛍光による蛍光画像を撮像するため、前記励起光は遮断し、前記蛍光と反射光を透過する蛍光検出フィルタが内蔵された撮像手段と、 前記２つの反射光画像と蛍光画像とを処理して処理画像を構築する画像処理手段と、
前記処理画像を表示する表示手段よりなる内視鏡装置において、
前記２つの帯域フィルタと蛍光検出フィルタの波長帯域は、生体組織からの２つの異なる帯域フィルタによる反射光と蛍光検出フィルタによる蛍光を３軸とした空間座標軸上にプロットした際、正常組織と病変組織が３軸空間座標軸上で分離するように帯域フィルタと蛍光検出フィルタの波長が選択されるようにしたことを特徴とする内視鏡装置。

８′．２つの異なる波長帯域の照明光と蛍光を励起するための励起光を順次照明するため、前記波長帯域を通す２つの帯域フィルタと前記励起光を通す励起フィルタが、切り替え可能なように配置された光源と、
生体組織に前記２つの照明光が照射され、反射された２つの反射光画像と、前記励起光により励起された蛍光による蛍光画像を撮像するため、前記励起光は遮断し、前記蛍光と反射光を透過する蛍光検出フィルタが内蔵された撮像手段と、 前記２つの反射光画像と蛍光画像とを処理して処理画像を構築し、画像表示手段に出力する画像処理手段と、
を有する内視鏡装置において、
前記２つの帯域フィルタと蛍光検出フィルタの波長帯域は、生体組織からの２つの異なる帯域フィルタによる反射光と蛍光検出フィルタによる蛍光を３軸とした空間座標軸上にプロットした際、正常組織と病変組織が３軸空間座標軸上で分離するように帯域フィルタと蛍光検出フィルタの波長が選択されるようにしたことを特徴とする内視鏡装置。
９．付記８において、反射光像の波長帯域を特定の波長に制限する各々の帯域フィルタは、ヘモグロビンの光の吸収帯を含む波長帯域を透過するフィルタと、ヘモグロビンの光の非吸収帯を含む波長帯域を透過するフィルタであることを特徴とする。
１０．付記８において、反射光像の波長帯域を特定の波長に制限する各々の帯域フィルタは、５５０ｎｍを含む波長帯域を透過するフィルタと、６００ｎｍを含む波長帯域を透過するフィルタであり、蛍光像の波長帯域を特定の波長に制限する蛍光検出フィルタは、５２０ｎｍを含む波長帯域を透過するフィルタであることを特徴とする。

１１．付記１０において、反射光像の波長帯域を特定の波長に制限する各々の帯域フィルタが透過する波長幅は、当該２０ｎｍ、ないし２０ｎｍ以下であることを特徴とする。
１２．付記１０において、蛍光像の波長帯域を特定の波長に制限する蛍光検出フィルタは、５２０ｎｍを含むとともに、６２０ｎｍ以上の光を遮断する特性を持つことを特徴とする。

１３．２つの異なる波長帯域の照明光と蛍光を励起するための励起光を順次照明するため、前記波長帯域を通す２つの帯域フィルタと前記励起光を通す励起フィルタが、切り替え可能なように配置された光源と、
生体組織に前記２つの照明光が照射され、反射された２つの反射光画像と、前記励起光により励起された蛍光による蛍光画像を撮像するため、前記励起光は遮断し、前記蛍光と反射光は透過する蛍光検出フィルタが内蔵された撮像手段と、 前記２つの反射光画像と蛍光画像とを処理して処理画像を構築する画像処理手段と、
前記処理画像を表示する表示手段よりなる内視鏡装置において、
前記２つの帯域フィルタと蛍光検出フィルタの波長帯域は、生体組織からの２つの異なる帯域フィルタによる反射光と蛍光検出フィルタによる蛍光を３軸とした空間座標軸上にプロットした際、正常組織と病変組織が３軸空間座標軸上で分離するように帯域フィルタと蛍光検出フィルタの波長が選択され、
前記画像処理手段は、正常組織と病変組織で色相が異なり、病変組織が特定の１つの色相にはいるように、前記反射光と蛍光を特定の色信号に割当て処理する処理回路を含むことを特徴とする内視鏡装置。
１３′．２つの異なる波長帯域の照明光と蛍光を励起するための励起光を順次照明するため、前記波長帯域を通す２つの帯域フィルタと前記励起光を通す励起フィルタが、切り替え可能なように配置された光源と、
生体組織に前記２つの照明光が照射され、反射された２つの反射光画像と、前記励起光により励起された蛍光による蛍光画像を撮像するため、前記励起光は遮断し、前記蛍光と反射光は透過する蛍光検出フィルタが内蔵された撮像手段と、 前記２つの反射光画像と蛍光画像とを処理して処理画像を構築し、画像表示手段に出力する画像処理手段と、
を有する内視鏡装置において、
前記２つの帯域フィルタと蛍光検出フィルタの波長帯域は、生体組織からの２つの異なる帯域フィルタによる反射光と蛍光検出フィルタによる蛍光を３軸とした空間座標軸上にプロットした際、正常組織と病変組織が３軸空間座標軸上で分離するように帯域フィルタと蛍光検出フィルタの波長が選択され、
前記画像処理手段は、正常組織と病変組織で色相が異なり、病変組織が特定の１つの色相にはいるように、前記反射光と蛍光を特定の色信号に割当て処理する処理回路を含むことを特徴とする内視鏡装置。
１４．付記１３において、画像処理手段は、蛍光像をＧチャンネルに、反射光像をＲチャンネル、またはＢチャンネルの色信号に割当て処理することを特徴とする。

本発明の第１の実施の形態の内視鏡装置の全体構成を示すブロック図。 通常観察用フィルタと蛍光観察用フィルタが設けられた切替フィルタの構成を示す図。 通常観察用フィルタ、蛍光観察用フィルタ及び励起光カットフィルタの波長に対する透過特性を示す図。 生体組織より得られる蛍光画像及び反射光画像の波長に対する強度分布の特性例を示す図。 蛍光強度と２つの反射光強度を３軸とした軸空間座標上で正常の部分と病変の部分とをプロットして分布させた様子を示す図。 第１の反射光の波長をパラメータとした場合における第２の反射光の中心波長に対する分離能の変化の様子を示す図。 第１の反射光の波長幅をパラメータとした場合における第２の反射光の中心波長に対する分離能の変化の様子を示す図。 蛍光画像をＧチャンネルに、第１及び第２の反射光の画像をＢ、Ｒチャンネルに割り付けた場合に得られる正常部分と病変部分の分布を示す色度図。 蛍光画像をＧチャンネルに、第１及び第２の反射光の画像をＲ、Ｂチャンネルに割り付けた場合に得られる正常部分と病変部分の分布を示す色度図。 蛍光画像をＢチャンネルに、第１及び第２の反射光の画像をＧ、Ｒチャンネルに設定した場合に得られる正常部分と病変部分の分布を示す色度図を示す図。 蛍光画像をＢチャンネルに、第１及び第２の反射光の画像をＲ、Ｇチャンネルとに設定した場合に得られる正常部分と病変部分の分布を示す色度図を示す図。 本発明の第２の実施の形態における励起光カットフィルタの透過特性等を示す図。

符号の説明

１Ａ…内視鏡装置
２Ａ…電子内視鏡
３Ａ…光源装置
４Ａ…プロセッサ
５…モニタ
７…挿入部
８…先端部
９…ライトガイドファイバ
１０…コネクタ
１１…ランプ駆動回路
１２…ランプ
１３…光源絞り
１４…切替フィルタ部
１６…回転用モータ
１７…切替フィルタ
１８…ラック
２０…移動用モータ
２１…ＲＧＢフィルタ
２２…蛍光観察用フィルタ
２５…対物レンズ系
２７…励起光カットフィルタ
２８…ＣＣＤ
２９…スコープスイッチ
３１…ＣＣＤ駆動回路
３４…Ａ／Ｄ変換回路
３６ａ〜３６ｃ…フレームメモリ
３７…制御回路
３８…画像処理回路

Claims (4)

1. 複数の異なる波長帯域の照明光と、蛍光を励起するための励起光を発生する光源と、
   前記光源からの当該複数の照明光および励起光を生体組織に照射し反射された反射光による各々の反射光画像と、前記励起光により励起された蛍光による蛍光画像とを撮像する撮像手段において撮像した前記反射光画像信号および前記蛍光画像信号を入力し、所定の画像処理を行う画像処理装置と、
   を備えた内視鏡装置であって、
   前記画像処理装置は、前記撮像手段から入力した前記反射光画像信号および前記蛍光画像信号により、生体組織における正常組織と病変組織とを識別するために、
   生体組織より得られる前記反射光または前記蛍光の波長に対する強度分布特性に基づいて、正常組織の分布と病変組織の分布との重なりの分離能Ｓを
   分離能Ｓ＝１−（正常組織の分布と病変組織の分布とが重なった部分）／分布全体
   としたとき、
   当該分離能Ｓが最も大きな値を示す波長特性を有し、前記光源における前記複数の異なる波長帯域の照明光を照射した際に得られる画像を処理する
   ことを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記複数の異なる波長帯域の照明光は、中心波長が５５０ｎｍとなる反射光と、中心波長が６００ｎｍとなる反射光とを得るように設定されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記反射光の波長幅は、２０ｎｍ以下に設定されることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
4. 前記光源における前記励起光は、強度のピーク波長が５２０ｎｍである波長帯域を含むことを特徴とする請求項１−３のいずれか一項に記載の内視鏡装置。

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