JP5363680B2 - 医療機器 - Google Patents
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Description
特殊光観察モードで得られた画像中には、生体組織以外の対象物が含まれる場合がある。生体組織以外の対象物としては、例えば、残渣(残便や腸液、胆汁など)がある。
ところが、赤色は血液の色と同じなので、術者等は、モニタに映し出された画像中の赤色の物体は、血液ではないかと、条件反射的に誤認してしまう瞬間があったり、あるいはその画像に違和感を覚える場合がある。また、モニタを内視鏡被検者も一緒に見る場合もあるので、赤色の対象物を、被検者も同様な誤認をすることもあり得る。
ところが、狭帯域光観察モードでは、粘膜深部を走行する比較的太い血管も、緑色から青緑色で再現されるため、術者等は、そのような血管と類似する色の対象物が画像中にあると、違和感を覚える場合がある。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の内視鏡装置1の構成を示す図である。図1に示すように第1の実施形態の内視鏡装置1は、体腔内に挿入され、内視鏡検査を行う電子内視鏡(以下、単に内視鏡という)2と、この内視鏡2に照明光を供給する光源装置3とを備える。さらに、医療機器であるこの内視鏡装置1は、内視鏡2に内蔵された撮像手段を駆動すると共に、撮像手段の出力信号に対する信号処理を行う内視鏡用映像信号処理装置としてのビデオプロセッサ(以下、プロセッサという)4と、プロセッサ4から出力される映像信号が入力されることにより、撮像手段により撮像された撮像画像に対して信号処理した画像を内視鏡画像として表示するモニタ5とを備える。
挿入部7内には、照明光を伝送するライトガイド11が挿通され、このライトガイド11における手元側の端部のライトガイドコネクタ10を光源装置3に接続することにより、光源装置3からの照明光がライトガイド11に供給される。
このモード切替スイッチ12による切替信号は、プロセッサ4内の制御回路(後述)に入力され、切替信号が入力されると、その制御回路は、光源装置3のフィルタ挿脱機構(後述)を制御して、白色照明光と、狭帯域照明光とを選択的に切り替える。
このCCD16の撮像面には、光学的に色分離する色分離フィルタ17が設けられており、色分離フィルタ17には、例えば補色系カラーフィルタが各画素単位で取り付けてある。
この補色系カラーフィルタは、各画素の前に、マゼンタ(Mg)、グリーン(G)、シアン(Cy)、イエロ(Ye)の4色のカラーチップが、水平方向には、MgとGとが交互に配置され、縦方向には、Mg、Cy、Mg、YeとG、Ye、G、Cyとの配列順で、それぞれ配置されている。
図2は、狭帯域用フィルタ25の分光特性の一例を示す図である。この狭帯域用フィルタ25は、2峰性フィルタ特性を示し、例えば、緑、青の各波長域において、それぞれ狭帯域透過フィルタ特性部Ga,Baを有する。
より具体的には、狭帯域透過フィルタ特性部Ga,Baは、それぞれ中心波長が540nm、415nmであり、その半値幅が20〜40nmのバンドパス特性を有する。
これに対して、狭帯域用フィルタ24を照明光路中に配置しない場合には、広帯域の白色光がライトガイド11に供給されることになる。
なお、内視鏡2の固有の識別情報(ID)を発生するID発生部6のID信号は、制御回路31に入力され、制御回路31は、受信したID信号によりプロセッサ4に接続された内視鏡2の種類やその内視鏡2の内蔵されたCCD16の画素数、種類等を識別する。制御回路31は、識別した内視鏡2のCCD16を適切に駆動するように、CCD駆動回路32を制御する。
CCD16は、CCD駆動回路32からのCCD駆動信号の印加により、光電変換された撮像信号を、相関二重サンプリングを行うCDS回路33に出力する。CDS回路33により、撮像信号から信号成分が抽出されてベースバンドの信号に変換された信号は、A/D変換回路34に入力され、デジタル信号に変換されると共に、明るさ検出回路35に入力され、明るさ(信号の平均輝度)が検出される。
明るさ検出回路35により検出された明るさ信号は、調光回路36に入力され、基準の明るさ(調光の目標値)との差分により調光するための調光信号が生成される。この調光回路36からの調光信号は、絞り駆動回路23に入力され、絞り駆動回路23は、生成される画像の明るさが、基準となる明るさとなるように絞り22の開口量を調整する。
輝度信号Yは、γ(ガンマ)回路38に入力されると共に、信号の通過帯域を制限する第1のローパスフィルタ(以下、LPFと略記)39aに入力される。
このLPF39aは、輝度信号Yに対応して広い通過帯域に設定されており、このLPF39aの通過帯域特性により設定された帯域の輝度信号Ylが、色変換手段としての第1マトリクス回路40に入力される。
この場合、第2のLPF39bは、制御回路31により、観察モードに応じてその通過帯域の特性が変更される。具体的には、白色光観察モード時には、第2のLPF39bは、第1のLPF39aより低帯域に設定される。つまり、白色光観察モード時には、標準的な映像信号の規格に準拠した信号処理を行うように設定される。
一方、狭帯域光観察モード時には、第2のLPF39bは、白色光観察モード時における低帯域よりも広い帯域に変更される。例えば第2のLPF39bは、第1のLPF39aとほぼ同様に広帯域に設定すなわち変更される。
このように第2のLPF39bは、観察モードの切替に連動して、色差信号Cr,Cbに対する通過帯域制限する処理特性を変更する処理特性変更手段を形成している。
同時化回路41は、同時化された色差信号Cr,Cbを生成し、この色差信号Cr,Cbは、色変換手段としての第1マトリクス回路40に入力される。
第1マトリクス回路40は、輝度信号Yl及び色差信号Cr,Cbを3原色信号R1,G1,B1に変換して出力する回路であり、出力された3原色信号R1,G1,B1は、ガンマ補正を行うγ回路42に入力される。3原色信号中の信号R1,G1には、中心波長540nmの狭帯域光が照射されることで得られる画像信号が割り当てられ、3原色信号中の信号B1には、中心波長415nmの狭帯域光が照射されることで得られる画像信号が割り当てられる。
なお、制御回路31は、第1マトリクス回路40,後述する第2マトリクス回路,第3マトリクス回路によるマトリクス係数を設定するために参照する参照用の各種テーブルのデータを記憶する記憶部としてのメモリ31aを内蔵している。
γ回路42も、制御回路31により制御される。具体的には、狭帯域光観察モード時には、白色光観察モード時よりもγ補正の特性を強調したγ特性に変更される。これにより、低信号レベル側でのコントラストが強調され、より識別し易い表示特性となる。
このγ回路42によりγ補正された3原色信号R2,G2,B2は、色変換手段を構成する第2マトリクス回路43に入力される。この第2マトリクス回路43は、以下の(式1)により、3原色信号R2,G2,B2を色差信号R−Y、B−Yに変換して出力する。なお、(式1)のマトリクスMat1は、例えば(式2)のように表される。
γ(ガンマ)回路38に入力された輝度信号Yは、ガンマ補正され、ガンマ補正された輝度信号Yhは拡大回路44に入力される。
この拡大回路44により拡大処理(及び必要な補間処理)された輝度信号Yhは、強調回路45により輪郭強調された後、第3マトリクス回路46に入力される。拡大回路44により拡大処理された色差信号R−Y,B−Yは、強調回路45を通さないで第3マトリクス回路46に入力される。
色分離手段としての第3マトリクス回路46により、輝度信号Yhと色差信号R−Y,B−Yは、3原色信号Rin,Gin,Binに変換される。すなわち、第3マトリクス回路46は、輝度信号Yhと色差信号R−Y,B−Yから3原色信号Rin,Gin,Binを生成する。
狭帯域光観察モード時は、第3マトリクス回路46は、血管像や粘膜の微細構造をコントラスト良く観察できるように、中心波長が540nmの狭帯域光の照明に基づく画像信号を、信号Rinに割り当て、中心波長が415nmの狭帯域光の照明に基づく画像信号を、信号Bin及び信号Ginに割り当てて出力する。
色判別回路47において、第3マトリクス回路46から入力される各画素の信号Rin、Gin、Binに基づいて、テーブルTBLを参照して、当該画素がその色相領域に属するか否かが、判別される(S1)。
ここでは、色補正を行う色相領域は、10個の色相領域中、色相領域2A、1B、4A、4B及び5Aである。
以上のようにして、判別回路47及び色補正回路48により、色相領域1B、2Aに属する、残渣などの白色光観察下では、黄色い色で見える対象物は黄色方向に色空間上で色相が回転される(すなわち色補正が行われる)ので、黄色、あるいは橙色で、モニタ5に表示される。また、色相領域4B、5A、5Bに属する、インジゴカルミン、メチレンブルーなどの白色光観察下では、青色で見える染色剤などは、青色方向に色空間上で色相を回転される(すなわち色補正を行われる)ので、青色で、モニタ5に表示される。
例えば、第1マトリクス回路42の出力する信号R1、G1、B1に基づいて、補正係数Ksat1、Khue1、Ksat2、Khue2を変更するようにしてもよい。具体的には、第1マトリクス回路42の出力する信号R1、G1、B1から、次の(式8)によりα1を算出する。
上述した例では、光源装置3が、白色光観察モード時には、白色光を出射し、狭帯域光観察モードの時には、所定の狭帯域光を出射して、それらの戻り光が撮像素子で受光される構成であるが、変形例として、照明手段としての光源装置は、白色光である通常光のみを出射するようにして、狭帯域光観察モード時には、公知のいわゆる分光推定処理により、特殊光である狭帯域光の戻り光に相当する画像信号を生成するようにしてもよい。分光推定処理に関しては、例えば、特開2003−93336号公報に、可視光領域の照明光による画像信号を信号処理し離散的な分光画像を生成し、生体組織の画像情報を得る電子内視鏡装置が開示されている。
よって、このような分光推定処理を用いて、離散的な狭帯域光の戻り光の信号を生成するようにしてもよい。
上述した例では、RGB表色系に基づいて、色判別回路が色判別を行っているが、CIEL*a*b*(エルスター・エースター・ビースター)表色系、LUT表色系、などの他の表色系に基づいて、色判別を行うようにしてもよい。
例えば、UCS(Uniform Color Space)の一つである、CIEL*a*b*表色系における色相角θを用いて、色判別を行うこともできる。その場合、図4に示したようなテーブルTBLと類似するテーブルにおいて、色相角の範囲に基づいて複数の色相領域を規定し、各画素が、規定された複数の色相領域内の所定の領域に属するか否かを判別して、上述したような色の補正が行われる。例えば、色補正処理は、L*a*b*表色系の色相角が、−45度〜45度の範囲に属する画素についてのみ行う等である。
なお、色相角θと彩度とに基づいて色相判別を行う場合には、(式10)における要素m21とm22は、彩度に応じて予め用意した値に変更される。
上述した例では、狭帯域光観察モード時に、例えば、血管像や粘膜の微細構造を、コントラスト良く観察できるように、第3マトリクス回路46において色変換を行い、その後、色判別回路47と色変換回路48による、所定の色相領域の画素についての色補正を行っているが、第3マトリクス回路46による色変換と、色判別回路47と色変換回路48による色補正の処理の順番を入れ替えてもよい。
すなわち、色判別回路47と色変換回路48による色補正の処理を行った後に、第3マトリクス回路46による色変換の処理を行うようにしてもよい。
上述した第1の実施形態では、2つの狭帯域光が用いられているが、本実施形態では、生体組織以外の対象物をより区別できるように表示するために、3つの狭帯域光が用いられる。特に、上述した第1の実施形態では、残渣だけでなく、ヘモグロビンを含む血液の流れる血管、特に毛細血管も、残渣と同じ色相で表示されてしまう場合があるが、本実施形態では、毛細血管と残渣とを異なる色相で再現させ、再現された色相に基づきマトリクス演算内容を変更することで色補正処理を行うため、毛細血管と残渣とを、異なる色相で表示することができる。
生体組織からの反射光は、CCD16において受光され、CCD16において光電変換された画像信号は、CDS回路33に入力される。
そして、第1マトリクス40は、中心波長が630nmの狭帯域光の照射にも基づく画像信号を信号R1として出力し、中心波長が540nmの狭帯域光の照射にも基づく画像信号を信号G1として出力し、中心波長が415nmの狭帯域光の照射にも基づく画像信号を信号B1として出力する。
ここで、図6を用い、残渣とヘモグロビンの反射率の違いを概念として、残渣とヘモグロビンの反射率を説明する。図6において、残渣の反射率は、曲線T1で示され、ヘモグロビンHbの反射率は、曲線T2で示される。図6に示すように、中心波長が540nmの狭帯域光の波長帯域において、ヘモグロビンHbの反射率は、残渣の反射率より低いが、中心波長が630nmの狭帯域光の波長帯域においては、ヘモグロビンHbと残渣の反射率は略同じである。本実施形態は、その反射率の特性を利用して、ヘモグロビンHbと残渣の識別精度を向上させるようにしている。すなわち、残渣が撮像された場合、色判別回路47に入力される信号Rin,Gin,Binの強度は図8の上段のような関係になるため、黄色系の色相で再現され、一方のヘモグロビンHbを含む毛細血管が撮像された場合には図8の下段のような関係になり赤〜橙系の色相で再現されるため、残渣と毛細血管の再現色相が異なり、色相による判別が比較的容易になる。
中心波長540nmの狭帯域光の波長帯域における残渣の反射率は、ヘモグロビンHbの反射率よりも大きいので、モニタ5に表示される残渣は、信号RoutとGoutによって、より黄色く表示される。
上述した実施の形態では、第3の狭帯域光として、中心波長が630nmの狭帯域光を用いているが、本変形例では、中心波長が500nmの狭帯域光を用い、毛細血管と残渣の識別精度を向上させることができる。
色補正回路48は、色判別回路47で判別された色相領域毎に異なる色補正処理を行う。
上述した2つの実施形態の医療機器は、挿入部を有する内視鏡を含む内視鏡装置であるが、本実施形態の医療機器は、飲み込み型のカプセル内視鏡を利用した内視鏡システムである。本実施形態では、カプセル型内視鏡により取得された画像に対しても、上述したような狭帯域光観察モードにおいて、生体組織以外の対象物を白色光観察モードで表示される画像の色と類似の色調で表示することができる。
従って、カプセル型内視鏡システム61においても、生体組織以外の対象物を白色光観察モードで表示される画像の色と類似の色調で表示することができる。
その場合、カプセル型内視鏡62は、CCD等の撮像素子の出力する撮像信号から、上述した色補正回路48で補正された画像信号を送信部74から無線で送信する。受信部64は、受信した撮像信号をワークステーション63へ供給し、ワークステーション63のCPU81は、インターフェース部82を介して画像信号を受信する。ワークステーション63は、受信した画像信号をメモリ83に記憶する。
なお、以上の例では、特殊光観察として、狭帯域光の戻り光により観察を説明したが、特殊光は、励起光に対する蛍光等でもよい。
本出願は、2011年9月22日に日本国に出願された特願2011−207719号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。
Claims (11)
- 照明手段により生体組織に照射された光の戻り光から通常光の画像信号と生体粘膜の深さに応じた血管を観察するための狭帯域光の画像信号を生成する画像信号生成手段と、
前記狭帯域光の画像信号の輝度レベルに応じて画素毎に色調を判別し、前記生体組織以外の観察対象であるかを判別する色判別手段と、
前記狭帯域光による観察モード時において、前記色判別手段に基づき、前記生体組織以外の観察対象を赤の色調と判別した場合に前記通常光による観察モード時に前記生体組織以外の観察対象が判別される色調に類似する黄色い色調に色補正を行い、前記生体組織以外の観察対象を緑の色調あるいは青緑の色調と判別した場合に青の色調への色補正を行う色補正手段と、
を備えることを特徴とする医療機器。 - 前記狭帯域光の画像信号の輝度レベルは、RGB信号の輝度レベルであることを特徴とする請求項1に記載の医療機器。
- 前記照明手段は、前記通常光と、前記狭帯域光を切り替え可能に照射し、
前記画像信号生成手段は、前記照明手段により前記生体組織に照射された前記狭帯域光の画像信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の医療機器。 - 前記前記狭帯域光は、生体粘膜の深さに応じた血管を観察するための2つの狭帯域光であることを特徴とする請求項3に記載の医療機器。
- 前記照明手段は、前記2つの狭帯域光とは異なる波長帯域を有し、前記生体組織以外の観察対象の分光特性及び前記生体組織内のヘモグロビンの分光特性に基づき選定された第3の狭帯域光を照射することを特徴とする請求項4に記載の医療機器。
- 前記照明手段は、前記通常光を照射し、
前記画像信号生成手段は、前記通常光の前記戻り光から、分光推定処理により前記狭帯域光の画像信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の医療機器。 - 前記色補正手段は、前記生体組織以外の観察対象の色に対して、前記撮像手段からの前記狭帯域光の画像信号の輝度レベルに応じて、前記色補正における補正パラメータを変更することを特徴とする請求項1に記載の医療機器。
- 前記色補正手段は、前記生体組織以外の観察対象の色に対して、補正係数のマトリクスを用いたマトリクス演算により、前記色補正を行うことを特徴とする請求項1に記載の医療機器。
- 前記色補正手段は、色相を10の領域に分割し、当該10の色相領域に基づいて色補正処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の医療機器。
- 前記医療機器は、内視鏡画像を処理する内視鏡用プロセッサであることを特徴とする請求項1に記載の医療機器。
- 前記医療機器は、カプセル型内視鏡であることを特徴とする請求項1に記載の医療機器。
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