JP2010068925A - 画像取得方法および画像取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光と励起光を同時に被観察部へ照射して、反射光および蛍光からなる像を撮像する画像取得装置において、蛍光に起因する画像信号の含有率が低い準通常画像信号を生成する。
【解決手段】照明光および励起光を同時に被観察部１０へ照射し、ＣＣＤ１１７により照明光の反射光と蛍光とからなる像を撮像する。画像処理部１８１では、画素毎に、撮像された画像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とメモリ１９０に予め記憶されている推定マトリクスとから、蛍光の中心波長帯域を含む特定蛍光波長帯域の推定分光データを算出し、この特定蛍光波長帯域の推定分光データに基づいて、蛍光に起因する画像信号を含む準蛍光画像信号（Ｒｓ，Ｇｓ、Ｂｓ）を求め、撮像された画像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）から準蛍光画像信号（Ｒｓ，Ｇｓ、Ｂｓ）を減算して準通常画像信号（Ｒ−Ｒｓ，Ｇ−Ｇｓ，Ｂ−Ｂｓ）を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明光および励起光が同時に照射された被観察部の前記照明光の反射光と前記励起光の励起により発せられた蛍光とからなる像を撮像し、この撮像された画像信号から通常画像信号を生成する画像取得方法および画像取得装置に関するものである。

従来、体腔内の組織を観察する内視鏡装置が広く知られており、白色光によって照明された体腔内の被観察部を撮像して通常画像を得、この通常画像をモニタ画面上に表示する電子式の内視鏡が広く実用化されている。

また、固体撮像素子を用いた電子内視鏡装置の分野では、近年、胃粘膜等の消化器管における分光反射率に基づいて、狭帯域バンドパスフィルタを組み合わせた分光イメージングを行う装置、すなわち狭帯域フィルタ内蔵電子内視鏡装置(Narrow Band Imaging-NBl)が注目されている。この装置は、面順次式のＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の回転フィルタの代わりに、狭（波長）帯域のバンドパスフィルタを設け、これら狭帯域バンドパスフィルタを介して照明光を順次出力し、これらの照明光で得られた信号に対しそれぞれの重み付けを変えながらＲ，Ｇ，Ｂ（ＲＧＢ）信号の場合と同様の処理を行うことにより、分光画像を形成するものである。このような分光画像によれば、胃、大腸等の消化器において、従来では得られなかった微細構造等が抽出される。

一方、特許文献１および特許文献２では、上記の狭帯域バンドパスフィルタを用いる面順次式のものではなく、固体撮像素子に微小モザイクの色フィルタを配置する同時式において、白色光が照射された被観察部を撮像して得た画像信号を基に、演算処理にて分光画像を形成することが提案されている。この特許文献１には、照明光の分光特性と、撮像素子のカラー感度特性および色フィルタの透過率等を含む撮像システム全体の分光特性とを加味した推定マトリクスデータを求め、撮像素子により撮像されたＲＧＢ画像信号と、この推定マトリクスデータとの演算により、照明光の種類や、撮像システムの固有の分光特性等に依存しない、被観察部の分光データを得る手法が開示されている。

一方、被観察部を白色光で照明して観察するばかりでなく、励起光の照射により被観察部から発せられた自家蛍光を受光して蛍光画像を撮像し、この蛍光画像を上記通常画像と共にモニタ画面上に表示する蛍光内視鏡装置として使用される蛍光画像取得装置が知られている。このような自家蛍光は、生体組織内の内因性蛍光物質から発されている。例えば被観察部が気道粘膜であれば、自家蛍光の大部分は粘膜下層から発せられると考えられ、内因性蛍光物質としては、リボフラビン、トリプトファン、チロシン、ＮＡＤＨ、ＮＡＤＰＨ、ポルフィリン、コラーゲン、エラスチン、フィブロネクチンあるいはＦＡＤ等が考えられている。

また、所定の波長帯域の励起光を生体組織などの被観察部へ照射した場合に、被観察部に内在する自家蛍光物質から発せられる自家蛍光の光強度・スペクトル形状が、に示すように正常組織から発せられる自家蛍光と病変組織から発せられる自家蛍光とでは異なることが知られている。この現象を利用して、被観察部に所定波長の励起光を照射し、被観察部から発せられる自家蛍光を検出して蛍光画像を生成する蛍光内視鏡装置も知られている。このように、病変組織から発せられる自家蛍光が正常組織から発せられる自家蛍光より減弱する原因は、病変組織の粘膜上皮の肥厚や、病変組織内での内因性蛍光物質の消費、あるいは蛍光吸収物質の増加などであると推測されている。

さらに、このような蛍光画像取得装置としては、例えば、腫瘍親和性を有し、光により励起されたとき蛍光を発する光感受性物質(ATX-S10、5-ALA、NPe6、HAT-D01、Photofrin-2等)を蛍光薬剤として予め被験者へ投与して、癌等の腫瘍部分に吸収させておき、その部分にこの蛍光薬剤の励起波長領域にある励起光を照射して、腫瘍部分に集積した蛍光薬剤から発せられる薬剤蛍光を検出して、蛍光画像を生成する蛍光画像取得装置も知られている。

また、これらの蛍光画像取得装置においては、観察者が蛍光情報に基づいて組織性状についての情報をより正確に取得する為に、様々な比較分析方法が提案されている。例えば、励起光を生体組織などの被観察部に照射して該被観察部から発せられる自家蛍光の光強度を蛍光像として撮像し、該蛍光像に基づいて取得された蛍光情報を表示する場合、正常な被観察部から発せられる蛍光強度は、励起光照度にほぼ比例するが、励起光照度は距離の２乗に反比例して低下する。そのため、光源から遠くにある正常組織からよりも近くにある病変組織からの方が、強い蛍光を受光する場合がある。このため、蛍光の強度の情報だけでは被観察部の組織性状を正確に判定することができない。

特許文献３では、このような不具合を低減するために、励起光とは異なる波長帯域の光を参照光として被観察部に照射し、この参照光の照射を受けた被観察部によって反射された反射光の強度を検出して、蛍光の強度とこの参照光の反射光の強度との比率で表される蛍光収率に基づいて生体組織の病変部を示す診断情報を取得し、この診断情報である病変部の領域を上記蛍光画像の表示画面中に赤色等で色分けして表示させることによって生体の組織性状を診断する蛍光画像取得装置が提案されている。

通常、蛍光画像取得装置においては、励起光のみを被観察部へ照射して蛍光画像を取得することと、照明光のみを被観察部へ照射して通常画像を取得することを時分割で行い、例えば通常画像へ蛍光画像を重畳して蛍光重畳画像を生成し、この蛍光重畳画像を表示している。しかし、時分割で蛍光画像と通常画像を取得した場合には、蛍光画像および通常画像の単位時間あたりのコマ数が少なくなり、動画として表示する場合に良好な表示画像が得られないという問題があった。
特開２００３−９３３３６号公報 特開２００７−２０２６２１号公報 特開２００４−０００４７７号公報

このため、本発明者は、照明光と励起光とを同時に被観察部へ照射して、被観察部から照明光の反射光および蛍光からなる像を撮像して、この像の画像信号から、蛍光の放射強度を反映する蛍光画像を生成する画像取得装置の開発を進めている。

一方、このような装置の使用者は、被観察部の蛍光画像を観察する際には、蛍光画像と比較するために、カラー通常画像をも同時に観察することを望む場合が多い。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、照明光および励起光を同時に被観察部へ照射して、反射光および蛍光からなる像を撮像する画像取得方法および画像取得装置において、蛍光に起因する画像信号の含有率が低い準通常画像信号を生成することのできる画像取得方法および画像取得装置を提供することを目的とする。

本発明の画像取得方法は、照明光および励起光が同時に照射された被観察部の前記照明光の反射光と前記励起光の励起により発せられた蛍光とからなる像を撮像し、撮像された画像信号の各画素毎に、該画素の画像信号と予め記憶されている推定分光データ算出用の推定マトリクスとから、前記蛍光の略中心波長帯域を少なくとも含む波長帯域である特定蛍光波長帯域の推定分光データを算出し、該特定蛍光波長帯域の推定分光データに基づいて、前記蛍光に起因する画像信号を含む準蛍光画像信号を求め、前記撮像された画像信号から前記準蛍光画像信号を除いて準通常画像信号を生成することを特徴とするものである。

本発明の画像取得装置は、照明光および励起光を同時に被観察部へ照射する光照射手段と、
前記被観察部における前記照明光の反射光と前記励起光が照射された前記被観察部から発せられる蛍光とからなる像を撮像する撮像手段と、
推定分光データ算出用の推定マトリクスを記憶する第１の記憶部と、
前記撮像手段から出力された画像信号の画素毎に、該画素の画像信号と前記推定マトリクスとを用いて、前記蛍光の略中心波長帯域を少なくとも含む波長帯域である特定蛍光波長帯域の推定分光データを算出する推定分光データ算出手段と、
前記推定分光データ算出手段により算出された特定蛍光波長帯域の推定分光データに基づいて蛍光に起因する画像信号を含む準蛍光画像信号を生成する準蛍光画像信号生成手段と、前記撮像手段により撮像された画像信号から準蛍光画像信号を除いて準通常画像信号を生成する準通常画像信号生成手段とを有する画像処理手段とを備えることを特徴とするものである。

なお、ここで「推定分光データ算出用の推定マトリクス」とは、照明光の分光特性および撮像手段の分光特性とを加味したマトリクスであり、画像信号とマトリクス演算を行うことにより、被観察部の推定分光反射率情報を含む推定分光データが算出可能なマトリクスである。また、「少なくとも前記蛍光の略中心波長帯域を含む波長帯域である特定蛍光波長帯域」とは、少なくとも蛍光の中心波長あるいは中心波長近傍の波長を含む波長帯域を意味し、実質的に蛍光の強度が反映されている波長帯域であればよい。

前記画像処理手段が、前記特定蛍光波長帯域の推定分光データから、前記観察部から発せられる蛍光の放射強度を反映する情報である蛍光放射強度情報を求める蛍光放射強度情報算出手段を有し、
前記観察部と略同等の蛍光特性を有し、前記励起光の照射により異なる放射強度の蛍光を発する複数個の観察部サンプルから発せられる蛍光の蛍光放射強度情報と、前記複数個の観察部サンプルから発せられる蛍光を前記撮像手段で撮像して取得した蛍光画像信号との関係を予め記憶する第２の記憶部を備えるものであれば、
前記準蛍光画像信号生成手段は、前記蛍光放射強度算出手段により求められた放射線強度情報と、前記第２の記憶部へ記憶された前記関係とに基づいて、前記準蛍光画像信号を生成するものであってもよい。

前記光照射手段が、前記励起光の照射と同時に、該励起光とは波長の異なる参照光を前記被観察部へ照射するものであり、
前記撮像手段が、前記被観察部における前記参照光の反射光を含む像を撮像するものであれば、
前記蛍光放射強度情報算出手段は、前記撮像手段で撮像された前記参照光の反射光の強度である参照光強度を算出し、前記特定蛍光波長帯域の推定分光データから前記特定蛍光波長帯域の光強度である擬似蛍光強度を算出し、該擬似蛍光強度を前記参照光強度により除算した擬似蛍光収率を、前記蛍光放射強度情報として算出するものであってもよい。

なお、ここで「参照光」とは、照明光とは異なる波長帯域の光、例えばＩＲ光等であってもよいし、照明光の波長帯域に含まれる波長の光であってもよい。参照光の波長帯域が、照明光の波長帯域に含まれる場合には、照明光全体、あるいは照明光の一部の波長帯域の光を参照光として使用することができる。

また例えば、参照光として照明光の中の赤領域の光を使用する場合であればＲＧＢ画像信号の中のＲ画像信号の光強度を「参照光強度」として使用することができる。また照明光の中の所定の波長帯域の光を参照光として使用する場合であれば、照明光の画像信号と推定マトリクスを用いて、参照光の波長帯域の推定分光データを算出し、該推定分光データを「参照光強度」として用いることもできる。

前記特定蛍光波長帯域を入力操作により設定する入力手段を備えていてもよい。

なお、上記第１の記憶部、および第２の記憶部は、それぞれ別個に設けられるものであってもよいし、一つの記憶部が兼ねるものであってもよい。

本発明による画像取得方法および画像取得装置においては、照明光および励起光が同時に照射された被観察部の前記照明光の反射光と前記励起光の励起により発せられた蛍光とからなる像を撮像し、撮像された画像信号の各画素毎に、該画素の画像信号と予め記憶されている推定分光データ算出用の推定マトリクスとから、前記蛍光の略中心波長帯域を少なくとも含む波長帯域である特定蛍光波長帯域の推定分光データを算出し、該特定蛍光波長帯域の推定分光データに基づいて、前記蛍光に起因する画像信号を含む準蛍光画像信号を求め、前記撮像された画像信号から前記準蛍光画像信号を除いて準通常画像信号を生成するため、蛍光に起因する画像信号の含有率が低い準通常画像信号を生成することができ、
この準通常画像信号から生成した準通常画像を、照明光のみを照射して取得した通常画像の代用として用いることができ、装置の利便性が向上する。また、単位時間あたりに取得可能は準通常画像のコマ数が少なくなることがないので、準通常画像を動画として表示する場合であっても、良好な画像を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の蛍光画像取得装置を適用した第１の実施形態である蛍光内視鏡装置１００の概略構成図を示すものである。本蛍光内視装置１００は、被観察部１０へ照明光Ｌ１を照射して取得したカラー通常画像を動画として表示する通常画像モード、または被観察部１０へ照明光Ｌ１および励起光Ｌ２を照射して取得したカラー画像から後述の演算処理により得られる準カラー通常画像と蛍光重畳画像とを動画として表示する蛍光画像モードにより動作するものである。図示の通りこの蛍光内視鏡装置１００は、被験者の体腔内に挿入され、被観察部１０を観察するためのスコープユニット１１０と、このスコープユニット１１０が電気的に着脱自在に接続されるプロセッサユニット１７０と、スコープユニット１１０が光学的に着脱自在に接続され、照明光Ｌ１を射出するキセノンランプ１５１を収納する照明光ユニット１５０と、この照明光ユニット１５０へ電気的かつ光学的に着脱自在に接続され、励起光Ｌ２を射出するＧａＮ系の半導体レーザ１３１を収納する励起光ユニット１３０とを備えている。なお、プロセッサユニット１７０と照明光ユニット１５０とは、一体的に構成されているものであってもよいし、あるいは別体として構成されているものであってもよい。

上記スコープユニット１１０の先端には照明用光学系１１１が設けられている。この照明用光学系１１１には、照明光Ｌ１が導光されるライトガイド１１２の一端が対面している。ライトガイド１１２は、スコープユニット１１０の外部へ延伸するものであり、その他端には、光コネクタ１１３が設けられ、後述する照明光ユニット１５０の光コネクタ１５３と着脱自在に接続されている。

また、スコープユニット１１０の先端部には、結像レンズ１１５と、励起光カットフィルタ１１６、固体撮像素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）１１７とが同軸上にこの順に設けられている。結像レンズ１１５は、被観察部１０の像をＣＣＤ１１７上に結像するものである。励起光カットフィルタ１１６としては、励起光のみを遮断して他の波長の光は透過させるように、例えば、極めて狭帯域の光のみを遮断するノッチフィルタを用いることができる。なお、ＣＣＤ１１７の撮像面には例えばＲＧＢの色フィルタを有する原色型の色フィルタが取り付けられている。ＣＣＤ１１７には、同期信号に基づいて駆動パルスを形成するＣＣＤ駆動回路１１８が接続されると共に、このＣＣＤ１１５が出力した画像（映像）信号をサンプリングして増幅するＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）回路１１９接続されている。またＣＤＳ／ＡＧＣ回路１１９には、そのアナログ出力をデジタル化するＡ／Ｄ変換器１２０が接続されている。さらにスコープユニット１１０内には、そこに設けられた各種回路を制御するとともに、プロセッサユニット１７０との間の通信制御を行う制御部１２１が配置されている。またスコープユニット１１０の根元近傍には、制御部１２１に接続され、動作モードの切換を行う押圧型のスイッチ１２２が設けられている。なお、Ａ／Ｄ変換器１２０には信号ライン１２５の一端が接続され、制御部１２１には信号ライン１２６の一端が接続されている。信号ライン１２５および信号ライン１２６は、スコープユニット１１０の本体から外部へ延伸するものであり、その他端にはコネクタ１２７が設けられている。このコネクタ１２７は、後述するプロセッサユニット１７０のコネクタ１９４と着脱自在に接続されている。

照明光ユニット１５０は、照明光Ｌ１を発するキセノンランプ１５１と、このキセノンランプ１５１を駆動する駆動回路１５２と、スコープユニット１１０のライトガイド１１２の先端に設けられている光コネクタ１１３と着脱自在に接続される光コネクタ１５３とを備えている。光コネクタ１５３には、光コネクタ１１３と接続されているか否かを検知する接続検知部１５４が設けられている。また、キセノンランプ１５１と光コネクタ１５３との間には、照明光Ｌ１の波長帯域を、４１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下へ制限する波長フィルタ１５５と、照明光Ｌ１の光量を制御する絞り１５６と、４１０ｎｍ以上の波長の光を透過し、４１０ｎｍより短い波長の光を直角に反射するダイクロイックミラー１５７と、集光レンズ１５８と、ロータリーシャッタ１５９とが配置されている。さらに、照明光ユニット１５０には、後述する励起光ユニット１３０のライトガイド１３３の先端に設けられている光コネクタ１３６と着脱自在に接続される光コネクタ１６１が設けられている。また、この光コネクタ１６１には、光コネクタ１３６と接続されているか否かを検知する接続検知部１６２が設けられている。光コネクタ１６１には、照明光ユニット１５０内で励起光を導光するライトガイド１６３の一端（入射端）が接続されている。ライトガイド１６３の他端（出射端）は、このライトガイド１６３から射出された励起光Ｌ２がダイクロイックミラー１５７へ入射する位置へ配置されている。また、ライトガイド１６３の出射端とダイクロイックミラー１５７との間にはレンズ１６４が配置されている。

さらに、照明光ユニット１５０には、後述する励起光ユニット１３０のコネクタ１４２と着脱自在に接続されるコネクタ１６５が設けられている。コネクタ１６５には、コネクタ１４２と接続されているか否かを検知する接続検知部１６６が設けられている。また、照明光ユニット１５０には、上記コネクタ１６５、接続検知部１６６等の照明光ユニット１５０に設けられた各部位と接続され、各部位を制御するとともに、プロセッサユニット１７０および励起光ユニット１３０との間の通信制御を行う制御部１６７が配置されている。

励起光ユニット１３０は、励起光Ｌ２を発するＧａＮ系の半導体レーザ１３１と、この半導体レーザ１３１を駆動する駆動回路１３２と、半導体レーザ１３１から射出された励起光Ｌ２を導光するライトガイド１３３とを備えている。ライトガイド１３３は、励起光ユニット１３０の筐体から外部へ延伸するものであり、その他端には、光コネクタ１３６が設けられている。この光コネクタ１３６は、照明光ユニット１５０の光コネクタ１６１と着脱自在に接続されている。半導体レーザ１３１と駆動回路１３２との間には、スイッチ１３４が設けられている。また、半導体レーザ１３１とライトガイド１３３の一端（入射端）との間には、集光光学系１３５が配置されている。

さらに励起光ユニット１３０には、上記駆動回路１３２、スイッチ１３４等の励起光ユニット１３０内に設けられた各部位と接続され、これらの各部位を制御するとともに、照明光ユニット１５０と間の通信制御を行う制御部１４０が配置されている。制御部１４０には信号ライン１４１の一端が接続されている。信号ライン１４１は、励起光ユニット１３０の筐体から外部へ延伸するものであり、その他端には、コネクタ１４２が設けられている。コネクタ１４２は、照明光ユニット１５０のコネクタ１６５と着脱自在に接続されている。

一方プロセッサユニット１７０には、プロセッサ部１７２が備えられている。プロセッサ部１７２には、通常画像モードが選択された場合に信号処理を行う、通常画像処理部１７４および表示処理部１７６と、蛍光画像モードが選択された場合に信号処理を行う、推定分光データ算出部１８０、画像処理部１８１および表示処理部１８８と、照明光および励起光の強度を制御する光量制御部１８９とが設けられている。

通常画像処理部１７４は、通常画像モードが選択されている場合に、スコープユニット１１０のＡ／Ｄ変換器１２０から出力されたＲ、Ｇ、Ｂの３色画像信号に各種の信号処理を施した上、輝度（Ｙ）信号と色差［Ｃ（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）］信号で構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、表示処理部１７６へ出力する。表示処理部１７６では、Ｙ／Ｃ信号に各種の信号処理を施し、表示用のカラー通常画像信号を生成し、このカラー通常画像信号を、例えば液晶表示装置やＣＲＴ等からなるモニタ１１へ出力する。

推定分光データ算出手段１８０では、蛍光画像モードが選択されている場合に、画素毎に、スコープユニット１１０のＡ／Ｄ変換器１２０から出力されたＲ、Ｇ、Ｂの３色画像信号と、予めメモリ１９０に記憶されている分光データ算出用の推定マトリクスデータを用いて、励起光Ｌ２が照射された場合に被観察部１０から発せられる蛍光の中心波長帯域である４９０ｎｍを含む波長帯域である特定蛍光波長帯域、例えば４７０ｎｍ〜５１０ｎｍの推定分光データを求め、画像処理部１８１へ出力する。

画像処理部１８１は、図２に示すように、準通常画像を生成するための準蛍光画像信号生成部１８２および準通常画像信号生成部１８３と、蛍光重畳画像を生成するための擬似蛍光収率算出部１８４および蛍光重畳画像生成部１８５とを備えている。なお、準蛍光画像信号生成部１８２、準通常画像信号生成部１８３、擬似蛍光収率算出部１８４および蛍光重畳画像生成部１８５についての詳細は後述する。

光量制御部１８９は、通常画像処理部１７４および画像処理部１８１と接続され、照明通常画像モードが選択されている場合には、カラー通常画像の輝度に基づいて、照明光Ｌ１の光量を制御する。また、蛍光画像モードが選択されている場合には、擬似カラー通常画像の輝度に基づいて、照明光Ｌ１および励起光Ｌ２の光量を制御する。

さらにプロセッサ部１７２には、メモリ１９０およびキーボード型の入力部１９２およびスコープユニット１１０のコネクタ１２７と着脱自在に接続されるコネクタ１９４が接続されている。コネクタ１９４には、コネクタ１２７と接続されているか否かを検知する接続検知部１９５が設けられている。またプロセッサ部１７２は、スコープユニット１１０の制御部１２１、照明光ユニット１５０の制御部１６７および励起光ユニット１３０に制御部１４０と接続されている。

メモリ１９０には、被観察部１０の推定分光データを算出するための推定マトリクスデータが記憶されている。推定マトリクスデータはテーブルとしてメモリ１９０にあらかじめ記憶されている。この推定マトリクスデータは、照明光Ｌ１の分光特性と、撮像素子のカラー感度特性および色フィルタの透過率等を含む撮像システム全体の分光特性とを加味したマトリクスデータであり、ＣＣＤ１１７により撮像されたＲＧＢ画像信号と、この推定マトリクスデータとの演算により、照明光の種類や、撮像システムの固有の分光特性等に依存しない、被観察部の分光データを得ることができる。なお、この推定マトリクスデータの詳細は、特開２００３−９３３３６号公報あるいは特開２００７−２０２６２１号公報などに開示されている。本実施形態において、このメモリ１９０に格納されている推定マトリクスデータの一例は次の表１のようになる。

この表１のマトリクスデータは、例えば４１０ｎｍから７００ｎｍの波長域を５ｎｍ間隔で分けた５９の波長域パラメータ（係数セット）ｐ１〜ｐ５９からなる。パラメータｐ１〜ｐ５９は各々、マトリクス演算のための係数ｋ_ｐｒ，ｋ_ｐｇ，ｋ_ｐｂ（ｐ＝１〜５９）から構成されている。

以下、上記構成を有する本実施形態の蛍光内視鏡装置の動作について説明する。まず、被観察部１０へ照明光Ｌ１を照射して取得したカラー通常画像を動画として表示する通常画像モードの際の動作について説明する。

本蛍光内視鏡装置の使用に先立って、洗浄および殺菌されたスコープユニット１１０がプロセッサユニット１７０および照明光ユニット１５０へ取り付けられる。スコープユニット１１０の信号ライン１２５および信号ライン１２６の先端に設けられているコネクタ１２７は、プロセッサユニット１７０のコネクタ１９４へ接続される。また、ライトガイド１１２に先端に設けられている光コネクタ１１３は、照明光ユニット１５０の光コネクタ１５３と接続される。コネクタ１９４に設けられている接続検知部１９５は、コネクタ１９４へコネクタ１２７が接続された場合には、接続信号をプロセッサ部１７２へ出力する。また、光コネクタ１５３へ設けられている接続検知部１５４は、光コネクタ１５３へ光コネクタ１１３が接続された場合には接続信号を制御部１６７へ出力する。

プロセッサ部１７２は、接続光検知部１９５および接続検知部１５４から接続信号が入力された場合に、照明光ユニット１５０のロータリーシャッタ１５９を回転し、通常画像モードにおける動作を可能とし、入力部１９２の所定のキーの機能形態を設定し、かつスコープユニット１１０の制御部１２１を介して、スイッチ１２２の機能形態を設定する。プロセッサ部１７２の制御により、使用者が入力部１９２の所定のキーもしくはスイッチ１２２を押圧すると、動作モードが停止状態と通常画像モードとの間で切り替る。

使用者が入力部１９２の所定のキーもしくはスイッチ１２２を一回押圧すると、通常画像モードにおける動作が開始される。照明光ユニット１５０では、駆動回路１５２によりキセノンランプ１５１が点灯し、照明光Ｌ１が射出される。照明光Ｌ１は、波長フィルタ１５５、絞り１５６、ダイクロイックミラー１５７を経て、集光レンズ１５８により光コネクタ１１３の端面へ集光され、ライトガイド１１２へ入射する。ライトガイド１１２内を伝播した照明光Ｌ１は、ライトガイド１１２の先端から射出して、照明用光学系１１１を介して被観察部１０へ照射される。

なお、照明光Ｌ１の波長帯域は、波長フィルタ１５５により４１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下へ制限され、照明光Ｌ１の光量は絞り１５６により制御されている。絞り１５６による照明光Ｌ１の光量制御動作については後述する。

ＣＣＤ駆動回路１１８によって駆動されたＣＣＤ１１７がこの被観察部１０の像を撮像し、撮像信号を出力する。この撮像信号はＣＤＳ／ＡＧＣ回路１１９で相関二重サンプリングと自動利得制御による増幅を受けた後、Ａ／Ｄ変換器１８でＡ／Ｄ変換されて、ＲＧＢ画像信号としてプロセッサユニット１７０のプロセッサ部１７２の通常画像処理部１７４へ入力される。通常画像処理部１７４では、通常画像モードが選択されている場合に、スコープユニット１１０のＡ／Ｄ変換器１２０から出力されたＲ、Ｇ、Ｂの３色画像信号に各種の信号処理を施した上、輝度信号Ｙと色差信号Ｃで構成されるＹ／Ｃ信号（カラー通常画像信号）を生成し、表示処理部１７６へ出力する。表示処理部１７６では、このＹ／Ｃ信号へ対し、Ｉ／Ｐ変換およびノイズ除去などの各種信号処理を施し、モニタ１１へ出力する。

また、通常画像処理部１７４は、画素毎の輝度信号Ｙ、または隣接する複数画素の平均輝度信号Ｙ’を光量制御部１８９へ出力する。光量制御部１８９では、１フレーム毎に指定エリア画素の平均輝度値Ｙａを算出し、予めメモリ１９０へ記憶されている基準輝度値Ｙｒと比較して、比較結果に基づいて絞り制御信号を選択し、照明光ユニット１５０の制御部１６７へ出力する。この絞り制御信号としては、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒより大きければ絞り１５６の絞り量を小さくする信号が選択され、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒより小さければ絞り１５６の絞り量を大きくする信号が選択され、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒと略等しい場合には、絞り量を維持する信号が選択される。

照明光ユニット１５０の制御部１６７では、この絞り制御信号に基づいて、絞り１５６の絞り量を制御する。

次に蛍光画像モードの際の動作について説明する。蛍光画像モードを使用する前には、まず、洗浄および殺菌されたスコープユニット１１０がプロセッサユニット１７０および照明光ユニット１５０へ取り付けられる。スコープユニット１１０の信号ライン１２５および信号ライン１２６の先端に設けられているコネクタ１２７は、プロセッサユニット１７０のコネクタ１９４へ接続される。コネクタ１９４に設けられている接続検知部１９５は、コネクタ１９４へコネクタ１２７が接続された場合には、接続信号をプロセッサ部１７２へ出力する。また、ライトガイド１１２に先端に設けられている光コネクタ１１３は、照明光ユニット１５０の光コネクタ１５３と接続される。光コネクタ１５３へ設けられている接続検知部１５４は、光コネクタ１５３へ光コネクタ１１３が接続された場合には接続信号を制御部１６７へ出力する。

さらに、励起光ユニット１３０が照明光ユニット１５０へ接続される。励起光ユニット１３０の信号ライン１４１の先端に設けられているコネクタ１４２は、照明光ユニット１５０のコネクタ１６５へ接続される。コネクタ１６５に設けられている接続検知部１６６は、コネクタ１６５へコネクタ１４２が接続された場合には、接続信号を制御部１６７へ出力する。またライトガイド１３３の先端に設けられている光コネクタ１３６は、照明光ユニット１５０の光コネクタ１６１へ接続される。光コネクタ１６１に設けられている接続検知部１６２は、光コネクタ１６２へ光コネクタ１３６が接続された場合には接続信号を制御部１６７へ出力する。

励起光ユニット１３０の制御部１４０は、照明光ユニット１５０の制御部１６７と通信を行い、接続検知部１６６および接続検知部１６２から接続信号が入力された場合に、励起光ユニット１３０のスイッチ１３４を閉じ、半導体レーザ１３１と駆動回路１３２との間を電気的に接続し、駆動回路１３２による半導体レーザ１３１の駆動を可能とし、またプロセッサユニット１７０のプロセッサ部１７２を介して入力部１９２の所定のキーの機能形態を設定し、かつプロセッサ部１７２およびスコープユニット１１０の制御部１２１を介して、スイッチ１２２の機能形態を設定する。制御部１４０の制御により、使用者が入力部１９２の所定のキーもしくはスイッチ１２２を押圧すると、動作モードが停止状態、通常画像モードと蛍光画像モードの間で切り替る。なお、接続検知部１６６および接続検知部１６２に両方から接続信号が入力されていない場合、すなわち両者から接続信号が入力されていない、あるいはどちらか一方から接続入力信号が入力されていない場合には、励起光ユニット１３０においては、常にスイッチ１３４は開状態となっている。このため、励起光ユニット１３０が、照明光ユニット１５０へ接続されていない状態で、半導体レーザ１３１が駆動されることはない。

通常画像モードにおいて動作している際に、使用者が入力部１９２の所定のキーもしくはスイッチ１２２を一回押圧すると、蛍光画像モードにおける動作が開始される。

照明光ユニット１５０に加え励起光ユニット１３０が動作を開始する。駆動回路１３２により半導体レーザ１３１が駆動され、波長４０５ｎｍの励起光Ｌ２が射出される。励起光Ｌ２は、集光光学系１３５により集光され、ライトガイド１３３の端面へ入射する。ライトガイド１３３を伝播した励起光Ｌ２は、光コネクタ１３６、光コネクタ１６１を介してライトガイド１６３へ入射する。ライトガイド１６３を伝播し、その端部から射出した励起光Ｌ２は、コリメータレンズ１６４により平行光へ変換され、ダイクロイックミラー１５７へ入射する。励起光Ｌ２の波長が４０５ｎｍであるため、励起光Ｌ２はダイクロイックミラー１５７で直角に反射し、集光レンズ１５８により光コネクタ１１３の端面へ集光され、ライトガイド１１２へ入射する。ライトガイド１１２内を伝播した励起光Ｌ２は、ライトガイド１１２の先端から射出して、照明用光学系１１１を介して被観察部１０へ照射される。なお、この際には、被観察部１０へは照明光Ｌ１も同時に照射されている。なお、励起光Ｌ２の光量は、駆動回路１３２の駆動電流により制御されている。この駆動電流による励起光Ｌ２の光量制御動作については後述する。

ＣＣＤ駆動回路１１８によって駆動されたＣＣＤ１１７が、被観察部１０で反射された照明光Ｌ１の反射光と、励起光Ｌ２が照射されてことにより、被観察部１０から発せられる蛍光とからなる像を撮像する。なお、ＣＣＤ１１７の先端には、波長４１０ｎｍ以下の光をカットする励起光カットフィルタが設けられているため、励起光Ｌ２の反射光はほとんどＣＣＤ１１７へは入射しない。ＣＣＤ１１７は、撮像信号を出力し、この撮像信号はＣＤＳ／ＡＧＣ回路１１９で相関二重サンプリングと自動利得制御による増幅を受けた後、Ａ／Ｄ変換器１８でＡ／Ｄ変換されて、ＲＧＢ画像信号としてプロセッサユニット１７０のプロセッサ部１７２の推定分光データ算出手段１８０および画像処理部１８１へ入力される。

推定分光データ算出手段１８０では、各画素毎に、３色画像信号Ｒ、Ｇ、Ｂに対して、メモリ１００に記憶されている推定マトリクスデータの中から、励起光Ｌ２が照射された場合に被観察部１０から発せられる蛍光の中心波長帯域である４９０ｎｍを含む波長帯域である特定蛍光波長帯域、例えば特定蛍光波長帯域（４７０ｎｍ〜５１０ｎｍ）に対応するパラメータ（Ｐ１３〜Ｐ２１）からなる３×９のマリクスを用いて、次式で示すマトリクス演算を行って、推定分光データ（ｑ１３〜ｑ２１）を作成し、画像処理部１８１へ出力する。

図３Ａおよび３Ｂは、各画素毎に作成される、この推定分光データ（ｑ１３〜２２）のスペクトル分布の一例を表したものである。実線の部分は、算出した推定分光データ（ｑ１３〜２２）のスペクトル分布を示すものであり、点線の部分は、参考のために他の波長帯域（４１０ｎｍ〜４６５ｎｍおよび５１５ｎｍ〜７００ｎｍ）の推定分光データを記載したものである。図３Ａは蛍光が発せられている被観察部１０に対応する画素におけるスペクトル分布を示し、図３Ｂは、蛍光が発せられていない被観察部１０に対応する画素におけるスペクトル分布を示すものである。それぞれ、横軸は推定分光データの各データ値ｑ１３〜ｑ２１が対応する波長を、縦軸は各データ値のｑ１３〜ｑ２１の強度を示している。

図３Ｂに示すように、蛍光が発せられていない被観察部１０から取得されたスペクトル分布は、被観察部１０における分光反射率を反映したものとなる。より具体的には、各データ値ｑ１３〜ｑ２１の強度は、被観察部１０の分光反射率とＣＣＤ１７の各画素に入射した光の強度との積を反映した値となる。

図３Ａに示すように、蛍光が発せられている被観察部１０から取得された推定分光データ（ｑ１３〜ｑ２１）のスペクトル分布は、蛍光の中心波長である波長４９０ｎｍ近傍において、被観察部１０における分光反射率と蛍光の分光放射率とを反映したものとなる。より具体的には、各データ値ｑ１〜ｑ５９の強度は、被観察部１０の分光反射率と、発せられた蛍光の分光放射率と、ＣＣＤ１７の各画素に入射した光の強度とを反映した値となる。なお、推定分光データ（ｑ１３〜ｑ２１）を作成するために用いた推定マトリクスは、被観察部１０の分光反射率を推定するためのマトリクスであるため、各データ値ｑ１３〜ｑ２１は、蛍光の分光放射率を正確に反映した値ではないが、蛍光の分光放射率の大小に関する情報は含むものである。このため、以下に説明するように、特定蛍光波長帯域の分光データ（ｑ１３〜ｑ２１）を用いて、準カラー通常画像および蛍光重畳画像を生成することができる。

画像処理部１８１では、各画素毎に、以下の信号処理を行う。まず、準カラー通常画像信号の生成方法について説明する。画像処理部１８１の準蛍光画像信号生成部１８２では、
特定蛍光波長帯域（４７０ｎｍ〜５１０ｎｍ）の推定分光データ（ｑ１３〜ｑ２１）から、この特定蛍光波長帯域の三色画像信号（Ｒｓ，Ｇｓ、Ｂｓ）を求め、準通常画像信号生成手段１８３へ出力する。なお、例えば、Ｂ（青色）波長大域を４１０ｎｍ〜５００ｎｍ、Ｇ（緑色）波長帯域を５０５ｎｍ〜６００ｎｍ、Ｒ（赤色）波長帯域を６０５ｎｍ〜７００ｎｍとする場合であれば、画像信号Ｂｓは、分光データ値ｑ１３（４７０ｎｍ）〜分光データ値ｑ１９（５００ｎｍ）の加算値、画像信号Ｇｓは分光データ値ｑ２０（５０５ｎｍ）と分光データ値ｑ２１（５１０ｎｍ）の加算値として求めることができる。画像信号Ｒｓは対応する分光データ値がないため、０とする。なお、実施形態においては、特定蛍光波長帯域がＲ（赤色）波長帯域を含んでいないため、画像信号Ｒｓ＝０とするが、特定蛍光波長帯域がＲ（赤色）波長帯域を含んでいる場合には同様に画像信号Ｒｓを算出する。

準通常画像信号生成部１８３では、スコープユニット１１０から入力された３色画像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）から特定蛍光波長帯域の三色画像信号（Ｒｓ，Ｇｓ、Ｂｓ）を減算し、準カラー通常画像の三色画像信号（Ｒ−Ｒｓ，Ｇ−Ｇｓ、Ｂ−Ｂｓ）を生成し、この準カラー通常画像の三色画像信号（Ｒ−Ｒｓ，Ｇ−Ｇｓ、Ｂ−Ｂｓ）から、輝度信号Ｙと色差信号Ｃで構成されるＹ／Ｃ信号（準カラー通常画像信号）を生成し、表示処理部１８８へ出力する。なお、Ｙ／Ｃ信号を生成する際には、各種信号処理に加え、波長帯域幅の大小を顧慮した補正を行うことが好ましい。表示処理部１８８では、準カラー通常画像と後述する蛍光重畳画像とを一枚の画像へ合成し、モニタ１１へ表示させる。

次に、蛍光重畳画像信号の生成方法について説明する。画像処理部１８１の擬似蛍光収率算出部１８４では、まず、特定蛍光波長帯域（４７０ｎｍ〜５１０ｎｍ）の各推定分光データｑ１３〜ｑ２１を加算し、擬似蛍光強度Ｄを算出する。

蛍光物質から発せられる蛍光の強度(放射強度)は、励起光照度にほぼ比例するが、励起光照度は距離の２乗に反比例して低下する。そのため、光源から遠くにある正常組織からよりも近くにある病変組織からの方が、強い蛍光を受光する場合があり、受光した蛍光の強度の情報だけでは被観察部の組織性状を表すことはできない。そのため、従来から励起光とは異なる波長帯域の光を参照光として被観察部に照射し、この参照光の照射を受けた被観察部によって反射された反射光の強度（以下参照光強度Ｅと記載）を検出して、蛍光強度をこの参照光強度Ｅにより除算した蛍光収率を求め、該蛍光収率に基づいて蛍光画像を生成することが行われている。

画像処理部１８１の擬似蛍光収率算出部１８４では、上記の参照光強度Ｅとして上述した準カラー通常画像信号の輝度信号Ｙの値を使用すること、すなわち擬似蛍光強度Ｄを、準カラー通常画像信号の輝度信号Ｙの値で除算することにより、擬似蛍光収率Ｆを求め、蛍光重畳画像生成部１８５へ出力する。蛍光重畳画像生成部１８５では、この擬似蛍光収率Ｆに対して、例えば、図４に示すように、所定の判定値以上であれば緑を割り当て、判定値より小さければ赤をわりあてて、蛍光画像を生成する。あるいは、赤および緑を加色混合法により混色することにより、擬似蛍光収率Ｆの値により、表示色が、赤、黄、緑へ順次変化する蛍光画像を生成してもよい。なお、擬似蛍光収率Ｆが所定の下限値以下である場合には、赤のみを割り当て、所定の上限値以上である場合には緑を割り当ててもよく、擬似蛍光収率Ｆが小さくなる病変組織は赤色に、擬似蛍光収率Ｆが大きい正常組織は緑色に表示される。

あるいは、図５に示すように、擬似蛍光収率Ｆに対して、判定値との比較により、赤、緑、青を割り当てて蛍光画像を生成することもできる。また、赤、緑および青を加色混合法により混色することにより、擬似蛍光収率Ｆの値により、表示色が、赤、黄、緑、シアン、青へ順次変化する蛍光画像を生成してもよい。なお、擬似蛍光収率Ｆが所定の下限値以下である場合、あるいは所定の上限値以上である場合には無彩色を割り当ててもよい。

なお、本実施の形態においては、参照光強度として準カラー通常画像信号の輝度信号Ｙの値を用いたが、例えば、準カラー通常画像信号の輝度信号Ｙの値の変わりに、画像信号Ｒｓの光強度や、あるいは正常組織から発せられる蛍光強度と病変組織から発せられる蛍光強度との差が少ない長波長帯域、例えば６２０ｎｍにおける推定分光データから求めた光強度などを用いてもよい。

画像処理部１８１の蛍光重畳画像生成部１８５では、観察者が、擬似蛍光収率Ｆが小さくなる病変組織の位置を確認しやすいように、準カラー通常画像信号の輝度信号Ｙのみを反映させた画像、すなわち準白黒通常画像へ、上述の蛍光画像を重畳した蛍光重畳画像データを生成して、表示処理部１８８へ出力する。

表示処理部１８８では、画像処理部１８１から出力された準カラー通常画像データと蛍光重畳画像データを並べて表示した表示画像を生成、もしくは準カラー通常画像データと蛍光重畳画像データとを一枚の画像内へ合成処理した表示用のカラー画像信号を生成し、モニタ１１へ出力して表示させる。

なお、予めプロセッサ部１７２にて、全ての画素における擬似蛍光収率Ｆが予め設定された所定の判定値以上であるか否かを判定し、所定値以上である場合、すなわち、すなわち画像内に病変組織に対応する部分がない場合には、準カラー通常画像データのみを表示させてもよい。

また、画像処理部１８１は、画素毎の準カラー通常画像信号の輝度信号Ｙ、または隣接する複数画素の平均輝度信号Ｙ’を光量制御部１８９へ出力する。光量制御部１８９では、１フレーム毎に指定エリア画素の平均輝度値Ｙａを算出し、予めメモリ１９０へ記憶されている基準輝度値Ｙｒと比較して、比較結果に基づいて絞り制御信号を選択し、照明光ユニット１５０の制御部１６７へ出力する。また同時に励起光ユニット１３０において、駆動回路１３２から半導体レーザ１３１へ供給される駆動電流の値を制御する駆動電流制御信号を求め、この駆動電流制御信号を励起光ユニット１３０の制御部１４０へ出力する。

絞り制御信号としては、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒより大きければ絞り１５６の絞り量を小さくする信号が選択され、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒより小さければ絞り１５６の絞り量を大きくする信号が選択され、平均輝度値Ｙａが基準輝度値Ｙｒと略等しい場合には、絞り量を維持する信号が選択される。また、照明光Ｌ１の光量と励起光Ｌ２の光量との比率が所定の値になるように、絞り制御信号と対応する駆動電流制御信号が出力される。なお、照明光Ｌ１の光量と励起光Ｌ２の光量との比率は、予め入力部１９２からの入力操作により設定可能であり、光量制御部１８９ではこの設定された比率と、照明光Ｌ１の絞り量とに基づいて、励起光Ｌ２に駆動電流量を決定し、駆動電流制御信号を出力する。

照明光ユニット１５０の制御部１６７では、この絞り制御信号に基づいて、絞り１５６の絞り量を制御する。また、励起光ユニット１３０の制御部１４０では、この駆動電流制御信号に基づいて、駆動回路１３２から半導体レーザ１３１へ供給する電流値が制御される。

以上の説明で明らかなように、本発明による蛍光内視鏡装置１００では、擬似通常カラー画像および蛍光重畳画像の単位時間あたりのコマ数は、通常カラー画像のコマ数と同じコマ数とすることができ、動画として表示する場合であっても、良好な表示画像を生成することが可能となる。

なお、本実施の形態においては、通常画像モードが選択された場合に信号処理を行う、通常画像処理部１７４および表示処理部１７６と、蛍光画像モードが選択された場合に信号処理を行う、推定分光データ算出部１８０、画像処理部１８１および表示処理部１８８とをプロセッサ部１７２内に設けたが、プロセッサ部１７２の形態はこのような形態に限定されるものではなく、例えば図６に示すように、推定分光データ算出部１８０と、通常画像処理部１７４および画像処理部１８１として機能する画像処理部１９５と、表示処理部１７６および表示処理部１８８として機能する表示処理部１９６とを設け、通常画像モードが選択された場合には、スコープ１１０から出力された信号を画像処理部１９５へ入力し、蛍光画像モードが選択された場合には、スコープ１１０から出力された信号を推定分光データ算出部１８０および画像処理部１９５へ入力するような構成としてもよい。

また本実施の形態においては、特定蛍光波長帯域としては、蛍光の中心波長帯域である４９０ｎｍを含む所定幅の波長帯域を用いたが、これに限定されるものではなく、実質的に蛍光の強度を反映可能な波長帯域であればよく、例えば４８５ｎｍ〜４９５ｎｍ等であってもよい。またこの特定蛍光波長帯域は、全波長帯域が実質的な蛍光の波長帯域内であることが好ましく、不必要に広い波長帯域であることは好ましくない。具体的には波長帯域幅は１００ｎｍ以下であることが好ましく。５０ｎｍ以下であることがより好ましい。

次に、図７〜図９を用いて、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本発明の蛍光画像取得装置を適用した第２の実施形態である蛍光内視鏡装置２００の概略構成図を示すものである。なお、図１に示す第１の実施形態である蛍光内視鏡装置１００と同一の部位については、同符号を付与し、説明を省略する。

プロセッサユニット２７０には、プロセッサ部２７２が備えられている。プロセッサ部２７２には、常画像モードが選択された場合に信号処理を行う、通常画像処理部１７４および表示処理部１７６と、蛍光画像モードが選択された場合に信号処理を行う、推定分光データ算出部１８０、画像処理部２８１および表示処理部１８８と、照明光および励起光の強度を制御する光量制御部１８９とが設けられている。

画像処理部２８１は、図８に示すように、準蛍光画像信号生成部２８２、準通常画像信号生成部２８３、擬似蛍光収率算出部２８４および蛍光重畳画像生成部２８５を備えている。なお、準蛍光画像信号生成部２８２、準通常画像信号生成部２８３、擬似蛍光収率算出部２８４および蛍光重畳画像生成部２８５についての詳細は後述する。

さらにプロセッサ部２７２には、メモリ２９０およびキーボード型の入力部１９２およびスコープユニット１１０のコネクタ１２７と着脱自在に接続されるコネクタ１９４が接続されている。またプロセッサ部２７２は、スコープユニット１１０の制御部１２１、照明光ユニット１５０の制御部１６７および励起光ユニット１３０の制御部１４０と接続されている。

メモリ２９０には、被観察部１０の推定分光データを算出するための推定マトリクスデータがテーブルとして予め記憶され、また観察部と略同等の蛍光特性を有し、異なる放射強度の蛍光を発する複数個の観察部サンプルから発せられる蛍光の放射強度情報と、この複数個の観察部サンプルから発せられる蛍光を本実施形態に用いられている蛍光内視鏡装置と同等の分光特性を有する蛍光内視鏡装置により撮像した画像信号との関係がルックアップテーブルとして予め記憶されている。ルックアップテーブルとして記憶されている関係についての詳細は後述する。

以下、上記構成を有する本実施形態の蛍光内視鏡装置２００の動作について説明する。なお、通常画像モードの際の動作は、第１の実施形態である蛍光内視鏡装置１００と同様であるため、その説明は省略する。

通常画像モードにおいて動作している際に、使用者が入力部１９２の所定のキーもしくはスイッチ１２２を一回押圧すると、蛍光画像モードにおける動作が開始され、被観察部１０へ照明光Ｌ１および励起光Ｌ２が照射される。ＣＣＤ１１７から出力された撮像信号は、ＲＧＢ画像信号としてプロセッサユニット２７０のプロセッサ部２７２の推定分光データ算出手段２８０および画像処理部２８１へ入力される。

画像処理部２８１の擬似蛍光収率算出部２８４では、まず、特定蛍光波長帯域（４７０ｎｍ〜５１０ｎｍ）の各推定分光データｑ１３〜ｑ２１を加算し、擬似蛍光強度Ｄを算出する。また、参照光強度Ｅとしてスコープユニット１１０から出力された画像信号Ｒの光強度を用いる。擬似蛍光強度Ｄを、画像信号Ｒの光強度の値で除算することにより、擬似蛍光収率Ｆを求め蛍光重畳画像生成部２８５へ出力する。また、参照光強度Ｅおよび擬似蛍光収率Ｆを準蛍光画像信号生成部２８２および準通常画像生成部２８３へ出力する。

蛍光重畳画像生成部２８５では、この擬似蛍光収率Ｆに対して、第１の実施形態と同様に、例えば、所定の判定値以上であれば緑を割り当て、判定値より小さければ赤をわりあてて、蛍光画像を生成する。また、観察者が、擬似蛍光収率Ｆが小さくなる病変組織の位置を確認しやすいように、スコープユニット１１０から出力された画像信号Ｒの光強度のみを反映させた白黒画像へ上述の蛍光画像を重畳した蛍光重畳画像データを生成して、表示処理部１８８へ出力する。

一方、メモリ２９０には、異なる放射強度の蛍光を発する複数個の観察部サンプルから発せられる蛍光の放射強度情報としての擬似蛍光収率Ｆと、この複数個の観察部サンプルから発せられる蛍光を本実施形態に用いられている蛍光内視鏡装置と同等の分光特性を有する蛍光内視鏡装置により撮像した画像信号との関係が、図９に示すようなルックアップテーブルとして予め記憶されている。

このルックアップテーブルを作成する際には、まず発する蛍光の放射強度が異なる多数の観察部サンプルを準備する。なお、観察部サンプルは、分光反射率および発する蛍光の分光放射率が、観察部１０と略同等であることが好ましい。まず、観察部サンプルとスコープ部１１０の先端の距離を、像を撮像可能な最短距離に設定し、観察部サンプルへ照明光Ｌ１および励起光Ｌ２を照射し、上述した方法と同様の方法により、反射光と蛍光とからなる像を撮像し、所定画素における擬似蛍光収率Ｆと、参照光強度Ｅ（Ｒ画像信号の光強度）を求める。その後、励起光Ｌ２のみを観察部サンプルへ照射し、励起光Ｌ２の照射により観察部サンプルから発せられた蛍光の像を撮像し、蛍光の画像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を取得する。また、観察部サンプルとスコープ部の先端の距離を変化させて、種々の参照光強度Ｅ、例えば、参照光強度Ｅ１〜Ｅ５までの５段階の参照光強度Ｅにおいて、蛍光の画像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を取得する。なお、擬似蛍光収率Ｆは、演算の際に参照光強度による除算が行われているため、観察部サンプルとスコープ部の先端の距離の長短による影響は相殺されている。

蛍光放射強度の異なる観察部サンプル、すなわち擬似蛍光収率Ｆの値が異なる観察部サンプルから、上記と同様に、擬似蛍光収率Ｆを求め、参照光強度ＥをＥ１からＥ５まで５段階に変化させ、各段階毎に蛍光の画像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を取得する。同様に、種々の擬似蛍光収率Ｆ、例えばＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４およびＦ５の擬似蛍光収率Ｆを有する観察部サンプルから、各参照光強度Ｅにおける蛍光の画像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を取得する。これらの結果を、図９に示すルックアップテーブルとして、予めメモリ２９０へ記憶する。なおこのルックアップテーブルは、実測により取得した擬似蛍光収率Ｆ、参照光強度Ｅ、蛍光の画像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に対して、適宜平均化処理あるいは補間処理等を施して、作成してもよい。

画像処理部２８１の準蛍光画像信号生成部２８２では、各画素毎に、算出された擬似蛍光収率Ｆおよび参照光強度Ｅと、メモリ２９０に記憶されているルックアップテーブルを用いて、該画素の画像信号に含まれている蛍光の画像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を求め、準通常画像信号生成部２８３へ出力する。例えば、擬似蛍光収率ＦがＦ３で、参照光強度ＥがＥ３であれば、蛍光の画像信号は（Ｒ_３３、Ｇ_３３、Ｂ_３３）となる。

準通常画像信号生成部２８３では、各画素毎に、ＣＣＤ１１７で撮像した画像信号Ｒ，Ｇ，Ｂ）から蛍光の画像信号（Ｒ_３３、Ｇ_３３、Ｂ_３３）を減算した準通常画像信号（Ｒ-Ｒ_３３、Ｇ-Ｇ_３３、Ｂ-Ｂ_３３）を作成する。また、この３色画像信号に各種の信号処理を施した上、輝度信号Ｙと色差信号Ｃで構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、表示処理部１８８へ出力する。

表示処理部１８８では、蛍光重畳画像生成部２８５から出力された蛍光強調画像用の画像信号Ｙ／Ｃから作成した蛍光強調画像と、準通常画像信号生成部２８３から出力されて準通常画像用の画像信号Ｙ／Ｃから作成した準カラー通常画像とを並べて表示した表示画像を生成し、モニタ１１へ出力して表示させる。

以上の説明で明らかなように、本発明による蛍光内視鏡装置２００では、異なる放射強度の蛍光を発する複数個の観察部サンプルから発せられる蛍光の擬似蛍光収率と、該蛍光の画像信号との関係を示すルックアップテーブルを予めメモリ２９０へ記憶しておき、照明光および励起光を同時に被観察部１０へ照射し、照明光の反射光と励起光の励起により発せられた蛍光とからなる像を撮像し、撮像された画像信号の各画素毎に、該画素の画像信号と予めメモリ２９０に記憶されている推定分光データ算出用の推定マトリクスとから、蛍光の略中心波長帯域を含む特定蛍光波長帯域の推定分光データを算出し、この特定蛍光波長帯域の推定分光データから擬似蛍光強度Ｄと参照光強度Ｅを求め、擬似蛍光強度Ｄを参照光強度Ｅにより除算することにより、擬似蛍光収率Ｆを算出し、この擬似蛍光収率Ｆとメモリ１９０に記憶されているルックアップテーブルとから、該等する蛍光の画像信号を求め、ＣＣＤ１１７で撮像した画像信号から該当する蛍光の画像信号を減算することにより、準通常画像信号を生成したため、この準通常画像信号は蛍光の画像信号の含有率がより低くなるので、この準通常画像信号から生成した準通常画像を、照明光のみを照射して取得した通常画像の代用として用いることができる。また、単位時間あたりに取得可能は準通常画像のコマ数が少なくなることがないので、準通常画像を動画として表示する場合であっても、良好な画像を提供することができる。

また上記第２の実施の形態においては、特定蛍光波長帯域としては、蛍光の中心波長帯域である４９０ｎｍを含む所定幅の波長帯域を用いたが、これに限定されるものではなく、実質的に蛍光の強度を反映する波長帯域であればよく、例えば４９０ｎｍのみ、あるいは４８０ｎｍや５００ｎｍのみであってもよい。また、４８５ｎｍ〜４９５ｎｍ等であってもよい。例えば特定蛍光波長帯域が、４９０ｎｍのみであれば、推定分光データ（ｑ１７）のみを算出すれば、擬似蛍光強度が得られ、また特定蛍光波長帯域が、４８５ｎｍ〜４９５ｎｍであれば、推定分光データ（ｑ１６、ｑ１７、ｑ１８）を算出すれば、擬似蛍光強度が得られる。

またこの特定蛍光波長帯域は、全波長帯域が実質的な蛍光の波長帯域内であることが好ましく、不必要に広い波長帯域であることは好ましくない。具体的には波長帯域幅は１００ｎｍ以下であることが好ましく。５０ｎｍ以下であることがより好ましい。また、１０ｎｍ以下あるいは上述したように単波長であってもよい。

さらに、各実施の形態においては、スコープ部１１０内を伝播した照明光Ｌ１と励起光Ｌ２とを同時に被観察部１０へ照射し、ＣＣＤ１１７で撮像した画像信号と、予めメモリ１９０に記憶されているマトリクスデータを用いて、推定分光データを算出し、この推定分光データから擬似蛍光強度を算出し、この擬似蛍光強度に基づいて蛍光画像を生成する蛍光内視鏡装置を用いて説明を行ったが、本発明の蛍光画像取得装置の形態は、上記のような実施形態に限定されるものではなく、照明光と励起光とを照射し、蛍光画像を取得する形態であればいかなる形態であってもよい。励起光光源がＬＥＤでもよい。また、例えばスコープ部先端にＬＥＤ等の光源部を備えた内視鏡装置、コルポスコープ、あるいはカプセル内視鏡装置等であってもよいし、また蛍光画像取得機能を備える顕微鏡等であってもよい。

また、ＣＣＤ１１７のモザイクフィルタとしては、原色型の３色フィルタを用いて説明を行ったが、これに限定されるものではなく、４色型あるいは補色型等のモザイクフィルタ等を用いることもできる。この場合には、ＣＣＤ１１７から出力される信号を信号処理により原色型の信号へ変換してもよいし、予めこれらのモザイクフィルタの分光特性に合わせた推定マトリクスデータをメモリへ記憶させておいてもよい。

なお、本実施に形態においては、蛍光の擬似蛍光収率と、該蛍光の画像信号との関係を示すルックアップテーブルを予めメモリ２９０へ記憶したが、このルックアップテーブルの代わりに、蛍光の強度と蛍光の画像信号との関係を示すルックアップテーブルを予めメモリ２９０へ記憶してもよい。例えば被観察部の各領域がスコープユニット１１０からほぼ等距離にある場合などには、擬似蛍光収率の代わりに蛍光強度を用いて、蛍光の画像信号を算出することができる。

本発明の第１の実施形態に係る蛍光内視鏡装置の構成を示すブロック図 画像処理部の構成を示すブロック図 波長と推定分光データとの関係を示す図 波長と推定分光データとの関係を示す図 擬似蛍光収率と表示色との関係を示す図 擬似蛍光収率と表示色との関係を示す図 他の蛍光内視鏡装置の構成を示す図 本発明の第２の実施形態に係る蛍光内視鏡装置の構成を示すブロック 画像処理部の構成を示すブロック図 ルックアップテーブルの説明図 正常組織および病変組織から発せられる蛍光のスペクトルの説明図

符号の説明

１０ 観察部
１１ モニタ
１００ 蛍光内視鏡装置
１１０ スコープユニット
１１１ 照明用光学系
１１２ ライトガイド
１１３ 光コネクタ
１１５ 結像レンズ
１１６ 励起光カットフィルタ
１１７ ＣＣＤ
１１８ ＣＣＤ駆動回路
１２１ 制御部
１２２ スイッチ
１２５ 信号ライン
１２６ 信号ライン
１２７ コネクタ
１３０ 励起光ユニット
１３１ 半導体レーザ
１３２ 駆動回路
１３３ ライトガイド(ファイバー)
１３４ スイッチ
１３６ 光コネクタ
１５０ 照明光ユニット
１５１ キセノンランプ
１５２ 駆動回路
１５３ 光コネクタ
１５４ 接続検知部
１５５ 波長フィルタ
１５６ 絞り
１５７ ダイクロイックミラー
１５８ 集光レンズ
１５９ ロータリーシャッタ
１６１ 光コネクタ
１６２ 接続検知部
１６３ ライトガイド(ファイバー)
１６４ レンズ
１６５ コネクタ
１６６ 接続検知部
１６７ 制御部
１７０，２７０ プロセッサユニット
１７２，２７１ プロセッサ部
１７４ 通常画像処理部
１７６ 表示処理部
１８０ 推定分光データ算出部
１８１，１９５，２８１ 画像処理部
１８２，２８２ 準蛍光画像信号生成部
１８３，２８３ 準通常画像信号生成部
１８４，２８４ 擬似蛍光収率算出部
１８５，２８５ 蛍光重畳画像生成部
１８８，１９６ 表示処理部
１８９ 光量制御部
１９０，２９０ メモリ
１９２ 入力部

Claims (5)

1. 照明光および励起光が同時に照射された被観察部の前記照明光の反射光と前記励起光の励起により発せられた蛍光とからなる像を撮像し、
   撮像された画像信号の各画素毎に、該画素の画像信号と予め記憶されている推定分光データ算出用の推定マトリクスとから、前記蛍光の略中心波長帯域を少なくとも含む波長帯域である特定蛍光波長帯域の推定分光データを算出し、該特定蛍光波長帯域の推定分光データに基づいて、前記蛍光に起因する画像信号を含む準蛍光画像信号を求め、前記撮像された画像信号から前記準蛍光画像信号を除いて準通常画像信号を生成することを特徴とする画像取得方法。
2. 照明光および励起光を同時に被観察部へ照射する光照射手段と、
   前記被観察部における前記照明光の反射光と前記励起光が照射された前記被観察部から発せられる蛍光とからなる像を撮像する撮像手段と、
   推定分光データ算出用の推定マトリクスを記憶する第１の記憶部と、
   前記撮像手段から出力された画像信号の画素毎に、該画素の画像信号と前記推定マトリクスとを用いて、前記蛍光の略中心波長帯域を少なくとも含む波長帯域である特定蛍光波長帯域の推定分光データを算出する推定分光データ算出手段と、
   前記推定分光データ算出手段により算出された特定蛍光波長帯域の推定分光データに基づいて蛍光に起因する画像信号を含む準蛍光画像信号を生成する準蛍光画像信号生成手段と、前記撮像手段により撮像された画像信号から準蛍光画像信号を除いて準通常画像信号を生成する準通常画像信号生成手段とを有する画像処理手段とを備えることを特徴とする画像取得装置。
3. 前記画像処理手段が、前記特定蛍光波長帯域の推定分光データから、前記観察部から発せられる蛍光の放射強度を反映する情報である蛍光放射強度情報を求める蛍光放射強度情報算出手段を有し、
   前記観察部と略同等の蛍光特性を有し、前記励起光の照射により異なる放射強度の蛍光を発する複数個の観察部サンプルから発せられる蛍光の蛍光放射強度情報と、前記複数個の観察部サンプルから発せられる蛍光を前記撮像手段で撮像して取得した蛍光画像信号との関係を予め記憶する第２の記憶部を備え、
   前記準蛍光画像信号生成手段が、前記蛍光放射強度算出手段により求められた放射線強度情報と、前記第２の記憶部へ記憶された前記関係とに基づいて、前記準蛍光画像信号を生成するものであることを特徴とする請求項２記載の画像取得装置。
4. 前記光照射手段が、前記励起光の照射と同時に、該励起光とは波長の異なる参照光を前記被観察部へ照射するものであり、
   前記撮像手段が、前記被観察部における前記参照光の反射光を含む像を撮像するものであり、
   前記蛍光放射強度情報算出手段が、前記撮像手段で撮像された前記参照光の反射光の強度である参照光強度を算出し、前記特定蛍光波長帯域の推定分光データから前記特定蛍光波長帯域の光強度である擬似蛍光強度を算出し、該擬似蛍光強度を前記参照光強度により除算した擬似蛍光収率を、前記蛍光放射強度情報として算出するものであることを特徴とする請求項３記載の画像取得装置。
5. 前記特定蛍光波長帯域を入力操作により設定する入力手段を備えていることを特徴とする請求項２から４いずれか１項記載の画像取得装置。

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