JP7281308B2 - 医療用画像処理装置及び医療用観察システム - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の医療用観察システム(硬性鏡システム)では、以下に示す第1,第2の撮像画像をそれぞれ取得し、当該第1,第2の撮像画像を対応する画素同士で重畳して重畳画像を生成している。
第1の撮像画像は、白色光である通常光が観察対象に照射され、当該観察対象で反射された通常光を撮像素子にて撮像した画像である。
第2の撮像画像は、インドシアニングリーン等の蛍光物質を励起させる励起光が観察対象に照射され、当該励起光によって励起された当該観察対象からの蛍光を高感度撮像素子にて撮像した画像である。なお、高感度撮像素子の光路前段には、観察対象で反射された励起光をカット(除去)する光学フィルタ(特殊光カットフィルタ)が配設されている。
そして、上記の場合には、観察対象において、病変部ではなく、高感度撮像素子に向けて多くの光量の励起光を反射する部位(以下、高反射部位と記載)は、当該多くの光量の励起光が当該高感度撮像素子にて蛍光と同様に撮像されるため、第2の撮像画像内で病変部として認識される部位となる。すなわち、当該第2の撮像画像と第1の撮像画像とを重畳した重畳画像は、病変部ではない部位(上述した高反射部位)も病変部として認識させてしまう画像となり、観察に適した画像ではない。
そこで、観察に適した重畳画像を生成することができる技術が要望されている。
〔医療用観察システムの概略構成〕
図1は、本実施の形態1に係る医療用観察システム1の構成を示す図である。
医療用観察システム1は、医療分野において用いられ、被写体となる生体内(観察対象)を撮像(観察)するシステムである。この医療用観察システム1は、図1に示すように、挿入部2と、光源装置3と、ライトガイド4と、カメラヘッド5と、第1伝送ケーブル6と、表示装置7と、第2伝送ケーブル8と、制御装置9と、第3伝送ケーブル10とを備える。
第1の光源31は、第1の波長帯域の通常光を出射(発光)する。本実施の形態1では、第1の光源31は、白色光を発光するLED(Light Emitting Diode)で構成されている。
第2の光源32は、第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の励起光を出射(発光)する。本実施の形態1では、近赤外の波長帯域の近赤外励起光を発光する半導体レーザで構成されている。当該近赤外励起光は、インドシアニングリーン等の蛍光物質を励起する励起光である。また、当該インドシアニングリーン等の蛍光物質は、当該近赤外励起光で励起すると、当該近赤外励起光の波長帯域の中心波長よりも長波長側に中心波長を有する蛍光を発光する。なお、近赤外励起光の波長帯域と蛍光の波長帯域とは、一部が重なり合うように設定してもよく、あるいは、全く重なり合わないように設定しても構わない。
なお、本実施の形態1では、光源装置3は、制御装置9とは別体で構成されているが、これに限らず、当該制御装置9内部に設けられた構成を採用しても構わない。
なお、カメラヘッド5の詳細な構成については、後述する。
なお、第1伝送ケーブル6を介したカメラヘッド5から制御装置9への画像信号等の伝送は、当該画像信号等を光信号で伝送してもよく、あるいは、電気信号で伝送しても構わない。第1伝送ケーブル6を介した制御装置9からカメラヘッド5への制御信号、同期信号、クロックの伝送も同様である。
第2伝送ケーブル8は、一端が表示装置7に着脱自在に接続され、他端が制御装置9に着脱自在に接続される。そして、第2伝送ケーブル8は、制御装置9にて処理された映像信号を表示装置7に伝送する。
なお、制御装置9の詳細な構成については、後述する。
第3伝送ケーブル10は、一端が光源装置3に着脱自在に接続され、他端が制御装置9に着脱自在に接続される。そして、第3伝送ケーブル10は、制御装置9からの制御信号を光源装置3に伝送する。
次に、カメラヘッド5の構成について説明する。
図2は、カメラヘッド5及び制御装置9の構成を示すブロック図である。
なお、図2では、説明の便宜上、制御装置9及びカメラヘッド5と第1伝送ケーブル6との間のコネクタCN1,CN2、制御装置9及び表示装置7と第2伝送ケーブル8との間のコネクタ、制御装置9及び光源装置3と第3伝送ケーブル10との間のコネクタの図示を省略している。
カメラヘッド5は、図2に示すように、レンズユニット51と、撮像部52と、通信部53とを備える。
撮像部52は、制御装置9による制御の下、生体内を撮像する。この撮像部52は、図2に示すように、励起光カットフィルタ521と、撮像素子522と、信号処理部523とを備える。
ここで、カット帯域は、近赤外励起光の波長帯域のうち少なくとも一部の波長帯域を含む。本実施の形態1では、カット帯域は、近赤外励起光の波長帯域の一部の波長帯域を含む。また、長波側透過帯域は、近赤外励起光の波長帯域の一部の波長帯域と蛍光の波長帯域とを含む。さらに、短波側透過帯域は、通常光(白色光)の波長帯域を含む。
すなわち、励起光カットフィルタ521は、レンズユニット51から撮像素子522に向かう第1の被写体像(通常光(白色光))を透過させる。一方、励起光カットフィルタ521は、レンズユニット51から撮像素子522に向かう第2の被写体像(近赤外励起光及び蛍光)については、近赤外励起光の一部と蛍光とを透過させる。
具体的に、カラーフィルタ522aは、Rの波長帯域の光を主に透過させるRフィルタ群と、Bの波長帯域の光を主に透過させるBフィルタ群と、Gの波長帯域の光を主に透過させる第1Gフィルタ群(Rフィルタ群と同一の列に配列)と、Gの波長帯域の光を主に透過させる第2Gフィルタ群(Bフィルタ群と同一の列に配列)とを有する。なお、以下では、説明の便宜上、第1,第2Gフィルタ群を纏めてGフィルタ群と記載する。
なお、R,G,Bの各フィルタ群は、近赤外励起光及び蛍光についても透過させる。そして、撮像素子522は、R,G,Bの波長帯域の光のみならず、近赤外励起光及び蛍光の波長帯域の光に対しても感度を有する。
信号処理部523は、撮像素子522にて生成された撮像画像(アナログ信号)に対して信号処理を行って撮像画像(RAW信号(デジタル信号))を出力する。
次に、制御装置9の構成について図2を参照しながら説明する。
制御装置9は、図2に示すように、通信部91と、メモリ92と、観察画像生成部93と、制御部94と、入力部95と、出力部96と、記憶部97とを備える。
通信部91は、第1伝送ケーブル6を介して、カメラヘッド5(通信部53)から出力される撮像画像(RAW信号(デジタル信号))を受信するレシーバとして機能する。この通信部91は、例えば、通信部53との間で、1Gbps以上の伝送レートで撮像画像の通信を行う高速シリアルインターフェースで構成されている。すなわち、通信部91は、本発明に係る第1の撮像画像取得部及び第2の撮像画像取得部に相当する。
メモリ92は、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等で構成されている。このメモリ92は、カメラヘッド5(通信部53)から順次、出力される撮像画像を複数フレーム分、一時的に記憶可能とする。
当該第1の画像処理としては、例えば、オプティカルブラック減算処理、ホワイトバランス調整処理、デモザイク処理、色補正処理、ガンマ補正処理、RGB信号(通常光画像)を輝度信号及び色差信号(Y,CB/CR信号)に変換するYC処理等を例示することができる。また、当該第1の画像処理は、以下に示す領域特定処理を含む。
ここで、当該画素レベルとしては、デモザイク処理前の通常光画像に対して領域特定処理を実行する場合には、カラーフィルタ522aを構成するR,G,Bの各フィルタ群に対応するR,G,Bのいずれかの成分情報(画素値)を例示することができる。また、当該画素レベルとしては、デモザイク処理後の通常光画像に対して領域特定処理を実行する場合には、RGB値(画素値)やY信号(輝度信号)に応じた輝度値を例示することができる。すなわち、領域特定処理としては、デモザイク処理前に実行してもよく、あるいは、デモザイク処理後に実行しても構わない。
すなわち、第1の画像処理部932は、本発明に係る領域特定部に相当する。
当該第2の画像処理としては、入力した蛍光画像(RAW信号(デジタル信号))から輝度信号(Y信号)のみを生成する処理、及び、全画像領域において輝度値が特定の閾値以上となる画素位置(インドシアニングリーン等の蛍光物質が励起された画素位置)を他の画素位置と識別する強調処理等を例示することができる。また、当該第2の画像処理は、以下に示す領域削除処理を含む。
領域削除処理は、蛍光画像において、領域特定処理にて特定された通常光画像の対象領域に相当する領域の各画素の輝度値を「0」にする処理である。
表示制御部935は、制御部94による制御の下、重畳画像生成部934にて生成された重畳画像に基づいて、表示用の映像信号を生成する。そして、表示制御部935は、第2伝送ケーブル8を介して、当該映像信号を表示装置7に出力する。
出力部96は、スピーカやプリンタ等を用いて構成され、各種情報を出力する。
記憶部97は、制御部94が実行するプログラムや、制御部94の処理に必要な情報等を記憶する。
次に、上述した制御装置9の動作について説明する。
図3は、制御装置9の動作を示すフローチャートである。図4ないし図6は、制御装置9の動作を説明する図である。具体的に、図4は、領域特定処理が実行された後の1フレームの通常光画像WLIを示す図である。図5は、領域削除処理が実行される前の1フレームの蛍光画像IRBを示す図である。図6は、領域削除処理が実行された後の1フレームの蛍光画像IRAを示す図である。なお、図5及び図6に示した蛍光画像IRB,IRAは、グレースケールで表現されており、黒に近付くにしたがって撮像された近赤外励起光及び蛍光の少なくともいずれかの成分の強度が高い(輝度値が高い)ものである。図7は、重畳画像生成部934にて生成された1フレームの重畳画像D1を示す図である。
ステップS5の後、第1,第2の画像処理部932,933は、以下に示す処理を実行する(ステップS6)。
すなわち、第1の画像処理部932は、メモリコントローラ931によってメモリ92から順次、読み出された各通常光画像に対して順次、第1の画像処理を実行する。
ここで、第1の画像処理は、領域特定処理を含む。このため、例えば、図4に示すように、通常光画像WLIに対して領域特定処理が実行されると、画素レベルが上限値となっている対象領域Ar(図4の例では、対象領域Ar1~Ar3の3つ)が特定される。
なお、対象領域Arは、観察対象において、挿入部2に向けて多くの光量の通常光を反射させる部位(以下、高反射部位と記載)に相当する領域である。
ここで、上述したように、励起光カットフィルタ521は、レンズユニット51から撮像素子522に向かう近赤外励起光の一部を透過させる。そして、近赤外励起光は、通常光と同様に、観察対象の高反射部位において多くの光量が挿入部2に向けて反射する。このため、例えば、図5に示すように、蛍光画像IRBでは、対象領域Arと同一位置の領域Ar´(図5の例では、領域Ar1´,Ar2´,Ar3´の3つ、観察対象の高反射部位に相当)において、近赤外励起光の強度が高く(輝度値が高く)なる。
そして、第2の画像処理は、領域削除処理を含む。このため、例えば、図6に示すように、蛍光画像IRBに対して領域削除処理が実行されると、領域Ar´の輝度値が「0」に設定された蛍光画像IRAが生成される。なお、図6では、輝度値が「0」に設定されたことを表現するために、領域Ar´を一点鎖線で図示している。
すなわち、重畳画像生成部934は、図7に示すように、対象領域Arと同一位置の領域Ar´´(図7の例では、領域Ar1´´,Ar2´´,Ar3´´)については、蛍光画像IRAにおける領域Ar´の画素と通常光画像WLIにおける対象領域Arの画素とのうち通常光画像WLIにおける対象領域Arの画素のみによって構成した重畳画像D1を生成する。
本実施の形態1に係る制御装置9は、通常光画像WLIにおいて、画素レベルが特定の閾値以上(本実施の形態1では上限値)となる対象領域Arを特定する。また、制御装置9は、通常光画像WLIと蛍光画像IRAとを対応する画素同士で重畳して重畳画像D1を生成する際、対象領域Arと同一位置の領域Ar´´については、通常光画像WLIにおける対象領域Arの画素のみによって構成した重畳画像D1を生成する。言い換えれば、制御装置9は、観察対象の高反射部位に相当する領域Ar´´については、通常光画像WLIにおける対象領域Arの画素のみによって構成した重畳画像D1を生成する。
したがって、観察対象の高反射部位を病変部として認識させてしまうことがなく、観察に適した重畳画像D1を生成することができる。
次に、実施の形態2について説明する。
以下の説明では、上述した実施の形態1と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
図8は、本実施の形態2に係る撮像部52Aの構成を示す図である。
上述した実施の形態1では、撮像部52は、撮像素子522を1つのみ有していた。そして、制御部94は、第1,第2の光源31,32を時分割駆動(時間的に異なる期間にそれぞれ発光)するとともに当該第1,第2の光源31,32の発光タイミングに同期させて撮像素子522に撮像させることにより、通常光画像及び蛍光画像をそれぞれ生成していた。
これに対して、本実施の形態2では、図8に示すように、撮像部52の代わりに、2つの第1,第2の撮像素子525,526を有する撮像部52Aを採用している。そして、制御部94は、第1,第2の光源31,32を同時駆動(時間的に同一の期間にそれぞれ発光)するとともに当該第1,第2の光源31,32が発光している期間に各第1,第2の撮像素子525,526に撮像させることにより、通常光画像及び蛍光画像をそれぞれ生成する。
ダイクロイックミラー524は、レンズユニット51に対して光路後段側に配設され、励起光カットフィルタ521の短波側透過帯域の光を透過させ、励起光カットフィルタ521のカット帯域及び長波側透過帯域の光を反射する。すなわち、ダイクロイックミラー524は、レンズユニット51を介した第1の被写体像(通常光(白色光))及び第2の被写体像(近赤外励起光及び蛍光)のうち、第1の被写体像を透過させ、第2の被写体像を反射する。
第2の撮像素子526は、ダイクロイックミラー524を反射した第2の被写体像の光路に設けられ、当該第2の被写体像を撮像して蛍光画像を生成する。
励起光カットフィルタ521は、ダイクロイックミラー524と第2の撮像素子526との間(第2の被写体像の光路)に設けられている。
第1,第2の撮像素子525,526としては、上述した実施の形態1で説明した撮像素子522と同様の構成としてもよい。また、第2の撮像素子526としては、近赤外の波長帯域にのみ感度を有する赤外線撮像素子で構成しても構わない。
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態1,2によってのみ限定されるべきものではない。
上述した実施の形態1,2では、第1の光源31が白色光を発光し、第2の光源32が近赤外励起光を発光していたが、これに限らない。第1,第2の光源31,32としては、第1の光源31が第1の波長帯域の光を発光し、第2の光源32が第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の光を発光していれば、その他の構成を採用しても構わない。この際、第1,第2の波長帯域は、一部が重複する帯域であってもよく、あるいは、全く重複しない帯域であっても構わない。また、第1の光源31は、狭帯域光を発光しても構わない。
当該光線力学診断では、例えば5-アミノレブリン酸(以下、5-ALAと記載)等の光感受性物質が用いられる。当該5-ALAは、元来、動植物の生体内に含まれる天然アミノ酸である。この5-ALAは、体内投与後に細胞内に取り込まれ、ミトコンドリア内でプロトポルフィリンに生合成される。そして、癌細胞では、当該プロトポルフィリンが過剰に集積する。また、当該癌細胞に過剰集積するプロトポルフィリンは、光活性を有する。このため、当該プロトポルフィリンは、励起光(例えば375nm~445nmの波長帯域の青色可視光)で励起すると、蛍光(例えば600nm~740nmの波長帯域の赤色蛍光)を発光する。このように、光感受性物質を用いて癌細胞を蛍光発光させる癌診断法を光線力学診断という。
そして、上述した実施の形態1,2において、白色光を発光するLEDで第1の光源31を構成し、プロトポルフィリンを励起する励起光(例えば375nm~445nmの波長帯域の青色可視光)を発光する半導体レーザで第2の光源32を構成しても構わない。このように構成した場合であっても、上述した実施の形態1,2と同様の効果を奏する。
上述した実施の形態1,2において、カメラヘッド5の一部の構成や制御装置9の一部の構成を例えばコネクタCN1やコネクタCN2に設けても構わない。
2 挿入部
3 光源装置
4 ライトガイド
5 カメラヘッド
6 第1伝送ケーブル
7 表示装置
8 第2伝送ケーブル
9 制御装置
10 第3伝送ケーブル
21 接眼部
31 第1の光源
32 第2の光源
51 レンズユニット
52,52A 撮像部
53 通信部
91 通信部
92 メモリ
93 観察画像生成部
94 制御部
95 入力部
96 出力部
97 記憶部
521 励起光カットフィルタ
522 撮像素子
522a カラーフィルタ
523 信号処理部
524 ダイクロイックミラー
525 第1の撮像素子
526 第2の撮像素子
931 メモリコントローラ
932 第1の画像処理部
933 第2の画像処理部
934 重畳画像生成部
935 表示制御部
941 光源制御部
942 撮像制御部
Ar,Ar1~Ar3 対象領域
Ar´,Ar´´,Ar1´,Ar1´´,Ar2´,Ar2´´,Ar3´,Ar3´´ 領域
CN1,CN2 コネクタ
D1 重畳画像
IRA,IRB 蛍光画像
WLI 通常光画像
Claims (3)
- 第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の励起光が照射されることで蛍光を発する観察対象であり、前記第1の波長帯域の光が照射された前記観察対象からの光を撮像した第1の撮像画像を取得する第1の撮像画像取得部と、
前記励起光が照射された前記観察対象からの前記励起光と前記蛍光とを撮像した第2の撮像画像を取得する第2の撮像画像取得部と、
画素レベルが特定の閾値以上となる対象領域を特定する領域特定処理を前記第1の撮像画像に対して行う領域特定部と、
前記第1の撮像画像と前記第2の撮像画像とを対応する画素同士で重畳して重畳画像を生成する重畳画像生成部とを備え、
前記重畳画像生成部は、
前記対象領域と同一位置の領域については、前記第2の撮像画像における前記対象領域と同一位置の領域の画素と前記第1の撮像画像における前記対象領域の画素とのうち前記第1の撮像画像における前記対象領域の画素のみによって構成した前記重畳画像を生成する医療用画像処理装置。 - 前記領域特定部は、
前記画素レベルが上限値となる前記対象領域を特定する前記領域特定処理を前記第1の撮像画像に対して行う請求項1に記載の医療用画像処理装置。 - 第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の励起光が照射されることで蛍光を発する観察対象であり、前記第1の波長帯域の光が照射された前記観察対象からの光を撮像することで第1の撮像画像を生成するとともに、前記励起光が照射された前記観察対象からの前記励起光と前記蛍光とを撮像することで第2の撮像画像を生成する撮像素子、及び、前記観察対象から前記撮像素子に至る前記観察対象を介した前記励起光の光路上に配置され、前記第2の波長帯域のうち少なくとも一部の波長帯域の光をカットするカットフィルタを有する撮像装置と、
前記第1の撮像画像及び前記第2の撮像画像を処理する請求項1または2に記載の医療用画像処理装置とを備える医療用観察システム。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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