JPH0777580B2 - 経内視鏡分光診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内視鏡を用いて分光的診断を行う経内視鏡分光
診断装置に関する。

［従来の技術］ 内視鏡を使用して計測したデータを診断の補助手段に利
用する試みには多くの提案があり、分光データの利用も
その１つである。例えば関連技術例として先に出願した
特願昭62-260015号に於ては、青色光、緑色光及び赤色
光で順次照明する面順次方式の電子内視鏡において、視
野の一部の青色光、緑色光及び赤色光情報より色度値を
算出し、これをCRTに出力して正常部、異常部の診断の
用に供している。

一方、特公昭57-55420公報では、被検体からの反射光を
半透過ミラー、透過フィルタ及び反射ミラーを用いて得
られる特定波長の画像を撮像管により得、これをカラー
エンコーダで処理して各々青色画像、緑色画像、赤色画
像を得ることにより、これ等を合成して、コントラスト
の強い画像を得、健常部と異常部の識別を容易にしてい
る。

上記特願昭62-260015号のものでは、キーボードにより
モニタ上に指定した視野の一部の反射光の青色光、緑色
光及び赤色光によるCCDの起電力から測色計算処理を行
い、色度値を求めているので、隣接する境界での変化と
か或る範囲の面積の様相が重要な医療、診断に於ては、
一点一点計測する必要があり、診療時間が延びてしまい
改善の余地を有する。

又、特公昭57-55420公報の従来例では、内視鏡先端部を
生体粘膜に当接させて視野内の全部の光を計測用に利用
しているので、視野以下の大きさの患部は正確なデータ
が得られず、又、当接させることにより計測時の視野が
確保できず、測定部位の記録が写真等に残せず、後日の
病院内での医師同誌のカンファレンス等に生かせない。
半透過ミラー等により３色分解画像を得ているのみで、
視覚画像を見易くしたにすぎず、分光分布等による色度
値を求めているものでもない。

本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、臨床
現場等において、患者、医師双方に特別の負担を強いる
ことなく、病変部診断の有力な補助手段になるように内
視鏡視野内の画像に対し、高精度で客観的な２次元方向
の分光データを提供できる経内視鏡分光診断装置を提供
することを目的とする。

［問題点を解決する手段及び作用］ 本発明では、複数の異なる波長領域のフィルタを介して
順次被写体を照明する順次照明手段と、分光分布が既知
の物体の前記順次照明に対応した撮像手段の各出力信号
に基づいて所定の定数を算出しこの算出された所定の定
数を記憶する記憶手段と、分光分布が未知の物体の前記
順次照明に対応した撮像手段の各出力信号と前記記憶手
段に記憶された所定の定数とに基づいて被写体各部の分
光分布を推定する分光分布推定手段とを設けることによ
り、一点一点測定を繰り返さなくても視野内に補えた被
検体部位を含めた２次元的分光特性を短時間で得られ、
診断精度の向上をはかれる様にしている。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図ないし第９図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例の経内視鏡分光診断装置の構成図、第２
図は第１の回転フィルタを示す正面図、第３図は第２の
回転フィルタを示す正面図、第４図は第２の回転フィル
タに設けられた狭帯域フィルタの分光透過率分布を示す
特性図、第５図はビデオプロセス回路の構成図、第６図
は第１のカラーモニタに内視鏡画像と推定分光分布とが
表示された様子を示す説明図、第７図は分光分布算出を
行う計算回路の構成図、第８図は既知の反射率のテスト
チャートの分光分布と推定により求めた推定分光分布と
の比較を示す分光分布図、第９図は全画素に対して求め
られた推定分光分布を色度図上の２次元ヒストグラムで
表わした色度ヒストグラム図である。

第１図に示すように第１実施例の（経内視鏡分光）診断
装置１は、面順次式電子スコープ２と、この面順次式電
子スコープ２に照明光を供給する面順次式光源部３及び
信号処理部４を内蔵したビデオプロセッサ５と、このビ
デオプロセッサ５から出力される映像信号を表示すると
共に、分光的診断結果を表示する外部出力部６と、前記
ビデオプロセッサ５に所望の処理を行わせるための外部
入力部７とから構成されている。

上記面順次式電子スコープ２は、細長で可撓性の挿入部
８を有し、この挿入部８の先端部９には対物レンズ10
と、この対物レンズ10の焦点面に配設された電荷結合素
子（CCD）11とが収納されている。又、挿入部８にはCCD
11と接続された信号ケーブル12と、照明光を伝送する可
撓性のライトガイド13とが挿通され、これらは操作部４
から延出されたユニバーサルコード15内を挿通して、こ
のユニバーサルコード15の端部に取付けたコネクタ16を
ビデオプロセッサ５のコネクタ受け17に接続できるよう
にしてある。

上記コネクタ16をコネクタ受け17に接続することによ
り、上記ライトガイド13の入射端面には光源部３から照
明光が時系列的に供給される。

上記ビデオプロセッサ５内の光源部３は、光源となるキ
セノンランプ18に点灯回路19を介して駆動電力を供給す
るランプ用電源20と、前記キセノンランプ18及び上記ラ
イトガイド13の入射端とを結ぶ光路上には、前記キセノ
ンランプ18の光量を調節する絞り21、この絞り21を通過
した光を前記コネクタ受け17に接続されたライトガイド
13の入射端面に集光照射するための集光レンズ22と、光
路を変更するための可動反射ミラー23,24と、これらミ
ラー23,24にそれぞれ第１及び第２の光路を形成するた
めの固定反射ミラー25,26及び27,28と、これら一対の固
定反射ミラー25,26間及び27,28の間の光路上に介装され
る第１及び第２の回転フィルタ29,30とが配設されてい
る。

上記絞り21は、絞り制御回路31により、その絞り量を制
御できる。また、上記可動反射ミラー23,24は、例えば
ロータリソレノイド（図示略）により、公知の方法で制
御され、ミラー面を90°回転変位できるようにしてあ
る。これらミラー23,24は連動して回転変化され、第１
図に示すように実線で示す状態ではミラー23で反射され
た光は、固定反射ミラー27,第２の回転フィルタ30,固定
反射ミラー28,可動反射ミラー24を経てライトガイド13
の入射端面に照射される。一方、ミラー23,24が点線で
示す状態に設定された場合には、ミラー23で反射された
光は、ミラー25,第１の回転フィルタ29,ミラー26,ミラ
ー24を経てライトガイド13の入射端面に照射される。

上記第１の回転フィルタ29は、通常の面順次式照明を行
うためもので、第２図に示すように、遮光性円板の周方
向に設けた３つの扇状開口部分に、赤，緑，青の色透過
フィルタ32R,32G,32Bを取付けたものである。この第１
の回転フィルタ29は、（第１の）回転フィルタコントロ
ーラ33により、その回転速度が一定となるよう制御され
るモータ34の回転軸に取付けられている。従って、上記
回動反射ミラー23,24が点線で示す状態に設定された場
合には、この第１の回転フィルタ29を通すとにより、
赤，緑，青の波長の光が順次ライトガイド13の入射端13
に照射されることになる。

一方、上記第２の回転フィルタ30は、第３図に示すよう
に円周方向に例えば10個の狭帯域フィルタ35a,35b,35c,
35d,35e,35f,35g,35h,35i,35jが配設され、（第２の）
回転フィルタコントローラ37でその速度が制御されるモ
ータ38の回転軸に取付けてある。

上記第２の回転フィルタ30に設けた10個の狭帯域フィル
タ35a,…,35jの分光透過率分布を第４図に示す。第４図
から明らかなように、各狭帯域フィルタ35k（ｋ＝a,b,
…）の分光透過率分布35k′はそれぞれ狭い波長域につ
いてのみ通すもので構成されている。従って、可動反射
ミラー23,24が第１図の実線で示す状態に設定されてい
ると、各狭帯域フィルタ35a,35b,…,35jを通した狭帯域
の照明光つまり複数の異なる波長領域のフィルタを通っ
た波長光が、順次ライトガイド13の入射端面に照射され
る。

一方、ビデオプロセッサ５の信号処理部４は、上記CCD1
1を上記ケーブル12を介して駆動するドライバ41と、駆
動されたCCD11からの信号をケーブル12を介して取込
み、これを所望の映像信号に変換して出力するビデオプ
ロセス回路42と、このビデオプロセス回路42の出力を上
記外部出力部６に送出するためのNTSC出力端子43,RGB出
力端子44を有すると共に、測定用端子45を有し、第１の
カラーモニタ46はNTSC出力端子43,RGB出力端子44のいず
れか一方に接続される。

上記ビデオプロセス回路42は、ビデオプロセッサ５の前
面に設けてある操作パネル47とパネルコントローラ48を
介して接続され各種の制御を行うシステムコントローラ
49と接続されている。

又、操作パネル47には上記外部出力部７を形成する第１
のキーボード51を接続出来るようにしてあり、このキー
ボード51はキーボードコントローラ52を介して上記シス
テムコントローラ49と電気的に接続され、このキーボー
ド51の操作により、上記外部出力部６を形成する第１の
カラーモニタ46に入力データの表示を行ったり、測定域
の指定を行ったり、出力データの制御等を行えるように
してある。尚、第１のカラーモニタ46は、絶縁トランス
53を介して電源電力が供給される。又、上記システムコ
ントローラ49は、上記第１及び第２回転フィルタコント
ローラ33,37と、上記可動反射ミラー23,24を駆動するロ
ータリソレノイド（図示せず）に電気的に接続され、操
作パネル47でいずれかを選択できるようになっている。

更に、上記ビデオプロセッサ５内には、システムコント
ローラ49と接続された通信回路55が設けてあり、この通
信回路55を介して内視鏡ファイリングシステムと接続で
きるようにしてあり、撮影した画像データを送出した
り、ファイリングシステムから画像データ等を検索して
取込み、第１のカラーモニタ46に表示したり、その画像
に対して被検部の色度算出等も出来るようにしてある。

又、上記ビデオプロセス回路42は、測定用端子45を介し
て分光特性算出部56と接続されている。

尚、ビデオプロセッサ５内には送気ポンプ57が設けてあ
り、電子スコープ２に送気を行うことができる。

ところで、上記ビデオプロセス回路42は、第５図に示す
構成である。

CCD11の出力信号は、プロプロセス回路60に入力され、
リセットノイズ除去等の処理が行われた後、操作パネル
52の盤上の回転フィルタ選択ボタン61に連動して切りか
えられるスイッチ62により、通常処理回路63又は分光処
理回路64に入力される。

上記通常処理回路63は、A/Dコンバータ65により、アナ
ログ信号をディジタル信号に変換して、メモリ部66に書
き込む。このメモリ部66はＲ用,G用,B用フレームメモリ
66R,66G,66Bから成り、例えば赤の照明光のもとで撮像
した１フレーム分の画像データはＲ用フレームメモリ66
Rに書き込まれる。しかして、拡フレームメモリ66R,66
G,66Bにそれぞれ１フレーム分、つまり全体として３フ
レーム分が書き込まれると、これらは同時に読出され、
D/Aコンバータ67でアナログ信号に変換された後、ポス
トプロセス回路68に入力され、輪郭強調等の信号処理が
行われた後、スーパーインポーズ回路69に入力される。
このスーパーインポーズ回路69には分光特性算出部56を
構成するCPU70からの信号データも入力され、ポストプ
ロセス回路68からの出力信号に重畳してRGB出力端子44
はNTSC出力端子43に出力する。

一方、分光処理回路64においては、A/Dコンバータ71で
ディジタル信号データに変換された後、メモリ部72に入
力される。このメモリ部72は、狭帯域フィルタ35a,35b,
…,35jを通した各狭帯域波長の照明光のもとで撮像した
画像データを１フレーム分づつ格納する第1,第2,第3,
…，第10フレームメモリ72a,72b,…,72jから構成され
る。これらフレームメモリ72a,…72jに10フレーム分書
き込まれると、これらは第１の読出回路73で指定された
アドレスのみ読出され、計算回路74に入力され、分光分
布算出の演算が行われる。この計算回路74の出力は、ス
ーパーインポーズ回路69に入力され、上記ポストプロセ
ス回路68から出力される影像信号と重畳され、第１のカ
ラーモニタ46の画面上に例えば第６図に示すように内視
鏡画像75と共に、この内視鏡画像75上でポインタ76で指
定された部位に対する分光分布特性77を表示する。

上記第１の読出回路73は、CPU70と接続された第２のキ
ーボード78により、第６図に示すポインタ76の位置に対
応する読出しアドレスが指定される。また、第１のキー
ボード51によっても、読出しアドレスを指定することが
できる。

一方、上記メモリ部72の全画像データは、第２の読出回
路79により順次測定用端子45を経て分光分特性算出部56
を形成するCPU70に転送され、このCPU70と接続された大
容量メモリ81に、第２のキーボード78で指定された書式
で書き込まれる。この大容量メモリ81のデータは随時読
出され、CPU70にて分光特性計算処理と色度点算出等の
演算処理が第２のキーボード78の指定により行われ、そ
の結果が分光特性結果メモリ82に記憶される。

上記分光特性結果メモリ82のデータはCPU70に呼び出さ
れ、第２のモニタコントローラ83を介して第２のモニタ
84の画面上に表示される。

ところで、上記計算回路74は、被検部位に対し、 で表わされる推定分光分布 を計算するものである。ここで、αｉは推定誤差 が最小となるときの定数であり、ｉは推定分光分布 を決定するために対象波長範囲（例えば400［nm］〜700
［nm］）をカバーするように選定された複数の波長点を
表わす添子である。この実施例では定数αｉ等がｉ＝1,
2,…,10はそれぞれ狭帯域フィルタ35a,36b,…,35jを用
いた波長のときのものであることを示す。

また、χｉは各狭帯域フィルタ35a,35b,…,35jを用いた
ときに得られる信号出力であり、Ci（λ）は３次のスプ
ライン関数を表わす。

上記計算回路74は、（１）式の推定分光分布 を求めるため、第７図に示す構成をしている。

ROM85には予め既知の分光分布ρ（λ）の物体を用いて
撮像し、その推定分光分布 を（１）式に従って求める際、（２）式の誤差Δが最小
となるように求めた定数αｉが格納されている。しかし
て、実際の被検部位に対してはポインタ76で指定したア
ドレスの画像データがフレームメモリ72a,72b,…,72jか
ら読出され、演算回路86で（１）式の乗算及び乗算結果
の総和演算処理により、各波長λでの推定分光分布 が求められる。この推定分光分布 に対し、スプライン関数Ci（λ）により補関が行われた
推定分光分布データがメモリ87に格納され、このメモリ
87に格納された推定分光分布データは同期信号に同期し
た読出しクロックの印加により読出され、スーパーイン
ポーズ回路69に送られるようにしてある。

又、分光特性算出部56は、第１又は第２のキーボード5
1,78により指定された範囲内又は内視鏡画像全体に対
し、予めROM又はRAM等のメモリに書き込んだ正常部位及
び病変部位のデータと比較し、色度点を算出してカラー
モニタ84等で表示する。また、例えばフレームメモリ72
a,72b,…,72jの各波長域の分光画像データにより、どの
フレームメモリ72a,…,72jの画像データが病変部位に近
いものと相関が高いか判断の材料に用いることができ
る。従って、相関が高いと思われる特定のフレームメモ
リの画像データで画像表示することにより、その輝度レ
ベルで病変部位の可変性を短時間で調べることもできる
ようにしてある。

次に、この実施例の作用を説明する。

通常の観察においては、操作パネル47により、第１の回
転フィルタ29を選ぶ。この時、操作パネル47の情報はパ
ネルコントローラ48を介してシステムコントローラ49に
伝送される。しかして、システムコントローラ49は、ロ
ータソレノイドで可動反射ミラー23,24を90°回動さ
せ、第１図で点線で示す状態に設定する。この状態で
は、ランプ用電源20から点灯回路19を介して供給される
電力により、点灯したキセノンランプ18は絞り21で通過
光量が調節された後、レンズ22を経て可動反射ミラー23
で反射されて固定反射ミラー25側の光路に沿って進む。
この固定反射ミラー25で反射された光は、第１の回転フ
ィルタ29を通り、固定反射ミラー26,可動反射ミラー24
を経てライトガイド13の入射端面に導かれる。

上記第１の回転フィルタ29には、第２図に示すように、
赤，緑，青の各色光を通す色透過フィルタ32R,32G,32B
が取付けてあるので、この第１の回転フィルタ29がモー
タ34によって回転されることにより、これら色透過フィ
ルタ32R,32G,32Bが光路中に順次介装され、この第１の
回転フィルタ29を通した照明光は、赤，緑，青の面順次
照明光となる。

上記面順次照明光のもとで、照明された被検部等の被写
体像は、対物レンズ10によって、CCD11の撮像面に結像
され、映像電荷として蓄積される。

しかして、この蓄積された信号電荷は、信号ケーブル12
を介してビデオプロセッサ５内のCCDドライバ41からの
ドライブ信号の印加により読出され、面順次式のビデオ
プロセス回路42に入力され、影像信号処理されて、NTSC
処理端子43からNTSC複合影像信号が出力されると共に、
RGB出力端子44からR,G,B信号が出力される。これら出力
端子43,44の一方に接続される第１のカラーモニタ46に
よって、スコープ画像が表示される。

一方、分光測定を行う場合には、操作パネル47の選択ボ
タン61により、第２の回転フィルタ30を通す側が選択さ
れる。この時システムコントローラ49より、ロータリソ
レノイド（図示せず）が作動し、可動反射ミラー23,24
が回動し、第１図の実線で示す状態に設定され、キセノ
ンランプ18からの光は第２の回転フィルタ30側に反射さ
れる。第２の回転フィルタ30により、照明光は第４図に
示すような複数の異なる波長領域の色光の面順次照明光
となる。これら各色光はそれぞれライトガイド13を経由
して被検体を照明する。その反射光は対物レンズ10でCC
D11上に結像され、光電交換される。CCD11で光電変換さ
れた出力信号は、プリプロセス回路60に入力され、リセ
ットノイズの除去等の処理が行われた後、A/Dコンバー
タ71でディジタルデータに変換された後、メモリ部72に
入力され、それぞれの色光に応じた画像のフレームメモ
リ72a〜72jに書き込まれたデータは、第１のキーボード
51又は第２のキーボード78で指定されたアドレスのみを
呼び出す第１の読出し回路73で読出された10個の画像デ
ータは計算回路74に入力され、分光分布が計算される。
即ち、分光分布、推定分光分布 に対し、予め（２）式で表わされる推定誤差Δが最小と
なる様に求めた定数αｉを用いて、第２の回転フィルタ
30の各フィルタ35a,…,35jの各チャンネルから得られる
出力χi,3次スプライン関数Ci（λ）として上述の
（１）式の を計算して未知の分光分布を推定する。この計算回路74
の出力は、スーパーインポーズ回路69で第１のキーボー
ド51又は第２のキーボード78で指定されたスーパーイン
ポーズが行われ、NTSC出力端43を経て第１のカラーモニ
タ46上に第６図に示すように表示される。この推定分光
分布の精度については、第８図にその１例を示すよう
に、既知の分光反射率分布ρ（λ）と、これを本法によ
り求めた推定分光反射率分布 とを比較したものからその精度が実用的であることが分
る。

一方、第２の読出回路79により読出される全フレームメ
モリ72a〜72jの全画像データは、測定用端子45を経て第
２のキーボード78で指定された書式により、CPU70を介
して大容量メモリ81に書込まれる。これ等のデータは、
第２のキーボード78により随時読出され、上述の分光分
布推定方法により全画素の推定分光分布 が推定され、これにより色度点等が算出され、分光特性
計算結果メモリ82に記録される。これらのデータは、第
２キーボード78によりCPU70に読出され、第２のモニタ
コントローラ83を経て第２のカラーモニタ84上に抽出さ
れる。

しかして、全画素の色度点を色度図上のヒストグラムで
表わし、第９図のように表示する。ここで三角形の部分
はCRTの色度範囲を示しており、三角形の外側の色につ
いては、CRT上では最短の三角形の辺上の色として表わ
している。

以上のように精度の高い分光分布を求めることができる
ので、特願昭62-260015号で述べた色度点による診断が
客観的且つ短時間で可能となり、病変診断の有力な補助
手段を提供できる。

第10図は本発明の第２実施例の主要部を示す。

この実施例では、電子スコープ２の代りにファイバスコ
ープ91及びこのファイバスコープ91の接眼部92に装着さ
れたテレビカメラ93が用いてある。

上記ファイバスコープ91は細長の挿入部94内にライトガ
イド95が挿通され、このライトガイド95はさらに操作部
96から外部に延出されたライトガイドケーブル97内を挿
通され、その入射端をビデオプロセッサ５の光源用コネ
クタ受けに接続することにより、第１実施例と同様に照
明光が供給される。

また、上記挿入部94の先端部には対物レンズ98が取付け
られ、その焦点面に光学像を結ぶ。この焦点面には、イ
メージガイド99の入射端面が臨み、操作部96ないし接眼
部92内の出射端面に光学像を伝送する。この出射端面に
対向して接眼レンズ101が配設され、この接眼レンズ101
を介して肉眼観察可能であると共に、接眼部92にテレビ
カメラ93を装着することもできる。このテレビカメラ93
には接眼レンズ101に対向して結像レンズ102が配設さ
れ、これら接眼レンズ101、結像レンズ102を介してイメ
ージガイド99の出射端の像をCCD103に結像する。このCC
D103は、信号ケーブル104を介してこのケーブル104に設
けた信号用コネクタ105をビデオプロセッサ５の信号用
コネクタ受けに接続可能であり、接続することによりCC
D103にドライブ信号を印加し、光電変換された信号をビ
デオプロセス回路42に出力する。

その他は上記第１実施例と同様である。

尚、上述の各実施例において、分光測定用フィルタ10個
のものに限定されるものではない。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、撮像手段を備えた内
視鏡において、複数の異なる波長領域のフィルタを介し
て順次被写体を照明する順次照明手段と、分光分布が既
知の物体の前記順次照明に対応た撮像手段の各出力信号
に基づいて所定の定数を算出しこの算出された所定の定
数を記憶する記憶手段と、分光分布が未知の物体の前記
順次照明に対応した撮像手段の各出力信号と前記記憶手
段に記憶された所定の定数とに基づいて被写体各部の分
光分布を推定する分光分布推定手段とを設けてあるの
で、病変部診断の有力な補助手段となるような高精度で
客観的な２次元方向の分光データを容易に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例の経内視鏡分光診断装置の構成図、第２
図は第１の回転フィルタを示す正面図、第３図は第２の
回転フィルタを示す正面図、第４図は第２の回転フィル
タに設けられた狭帯域フィルタの分光透過率分布を示す
特性図、第５図はビデオプロセス回路の構成図、第６図
は第１のカラーモニタに内視鏡画像と推定分光分布とが
表示された様子を示す説明図、第７図は分光分布算出を
行う計算回路の構成図、第８図は既知の反射率のテスト
チャートの分光分布と推定により求めた推定分光分布と
の比較を示す分光分布特性図、第９図は全画素に対して
求められた推定分光分布を色度図上の２次元ヒストグラ
ムで表わした色度ヒストグラム図、第10図は本発明の第
２実施例におけるファイバスコープ及びこのファイバス
コープに接続したテレビカメラを示す構成図である。 １……経内視鏡分光診断装置 ２……電子スコープ、３……光源部 ４……信号処理部、５……ビデオプロセッサ ６……外部出力部、７……外部入力部 18……キセノンランプ 23,24……可動反射ミラー 29……第１の回転フィルタ 30……第２の回転フィルタ 35a,…,35j……狭帯域フィルタ 42……ビデオプロセス回路 46……第１カラーモニタ 56……分光分布算出部 74……計算回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像手段を備えた内視鏡において、複数の
   異なる波長領域のフィルタを介して順次被写体を照明す
   る順次照明手段と、分光分布が既知の物体の前記順次照
   明に対応した撮像手段の各出力信号に基づいて所定の定
   数を算出しこの算出された所定の定数を記憶する記憶手
   段と、分光分布が未知の物体の前記順次照明に対応した
   撮像手段の各出力信号と前記記憶手段に記憶された所定
   の定数とに基づいて被写体各部の分光分布を推定する分
   光分布推定手段と、を設けたことを特徴とする経内視鏡
   分光診断装置。