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WO2013084566A1 - 内視鏡装置 - Google Patents

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WO2013084566A1
WO2013084566A1 PCT/JP2012/074566 JP2012074566W WO2013084566A1 WO 2013084566 A1 WO2013084566 A1 WO 2013084566A1 JP 2012074566 W JP2012074566 W JP 2012074566W WO 2013084566 A1 WO2013084566 A1 WO 2013084566A1
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WO
WIPO (PCT)
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light
image
filter
color
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2012/074566
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
俊二 武井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Medical Systems Corp
Original Assignee
Olympus Medical Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Medical Systems Corp filed Critical Olympus Medical Systems Corp
Priority to EP12855490.4A priority Critical patent/EP2724658B1/en
Priority to JP2013526267A priority patent/JP5439630B2/ja
Priority to CN201280039432.2A priority patent/CN103732117B/zh
Publication of WO2013084566A1 publication Critical patent/WO2013084566A1/ja
Priority to US13/918,145 priority patent/US20130317371A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2576/00—Medical imaging apparatus involving image processing or analysis

Definitions

  • the present invention relates to an endoscope apparatus, and more particularly to an endoscope apparatus capable of observing fluorescence emitted from a fluorescent substance in a living body.
  • the technology to acquire is conventionally known.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-143154 discloses a green region, a red region, and an infrared that can excite a fluorescent labeling substance administered in advance into the body of a patient in an electronic endoscope system. Receives the return light generated by the illumination light distributed discretely in each wavelength range of the region, and consists of infrared fluorescence image of the lesion area where the fluorescent labeling substance is accumulated, mainly red and green The structure which acquires the image of the biological tissue surface layer to be performed is disclosed.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide an endoscope apparatus capable of performing fluorescence observation with a configuration that is cheaper and more versatile than conventional ones.
  • An endoscope apparatus includes an excitation light in a first wavelength band and a second wavelength set on a shorter wavelength side than the first wavelength band with respect to a biological tissue to which a fluorescent substance is administered.
  • a light source unit configured to emit reference light in a wavelength band, and excitation light configured to have optical characteristics that block the excitation light and substantially transmit light other than the excitation light.
  • the transmittance of the third wavelength band including the cut filter unit and the wavelength band of fluorescence emitted from the fluorescent material excited by the excitation light is relatively higher than the transmittance of other wavelength bands.
  • a color filter unit comprising: a first filter; and a second filter configured such that the transmittance of the second wavelength band is relatively higher than the transmittance of other wavelength bands;
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a main part of an endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the endoscope apparatus 1 can be inserted into a body cavity of a subject, and is configured to capture a subject such as a living tissue existing in the body cavity and acquire image data.
  • the generated scope 2, the light source device 3 configured to supply the illumination light emitted to the subject to the scope 2, and the video signal corresponding to the image data acquired by the scope 2 are generated and output.
  • a display device 5 configured to display an image corresponding to a video signal output from the processor 4.
  • a light guide 6 configured to transmit light supplied from the light source device 3 to the distal end portion of the scope 2 is inserted into the scope 2.
  • the scope 2 is configured, for example, as an endoscope having an elongated insertion portion, and is illuminated by the illumination optical system 21 that emits illumination light transmitted by the light guide 6 to the subject, and the illumination light.
  • An objective optical system 22 that forms an image of the return light from the subject, an imaging device 23 in which an imaging surface is disposed at an imaging position of the objective optical system 22, and a color filter 23a attached to the imaging surface of the imaging device 23;
  • the filter switching device 24 disposed on the optical path between the objective optical system 22 and the color filter 23a is provided at the tip.
  • the scope 2 includes an A / D conversion unit 25 that converts an analog imaging signal output according to an image of a subject imaged by the imaging element 23 into digital image data, and the endoscope apparatus 1.
  • a mode changeover switch 26 capable of giving an instruction relating to switching of the observation mode, and a storage unit 27 in which predetermined information used for image processing of the processor 4 is stored in advance.
  • the image pickup device 23 is driven based on the image pickup device drive signal output from the processor 4 to pick up an image of the subject, generate an image pickup signal corresponding to the image of the imaged subject, and send it to the A / D conversion unit 25. It is configured to output.
  • the color filter 23a includes a plurality of R (red) filters, G (green) filters, and B (blue) filters each having predetermined optical characteristics (spectral characteristics) corresponding to each pixel of the image sensor 23. Are arranged in a Bayer array (in a checkered pattern). In the present embodiment, for example, it is assumed that an R filter, a G filter, and a B filter each having optical characteristics as shown in FIG. 2 are provided in the color filter 23a.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of optical characteristics of the R filter, the G filter, and the B filter provided in the color filter.
  • the R filter of the color filter 23a is configured such that the transmittance in the red region to the near infrared region is relatively higher than the transmittance in other wavelength bands (see FIG. 2). That is, the R filter of the color filter 23a is configured such that the transmittance in the wavelength band of R light and FL light described later is relatively higher than the transmittance in other wavelength bands.
  • the G filter of the color filter 23a is configured such that the transmittance in the green region is relatively higher than the transmittance in other wavelength bands (see FIG. 2). That is, the G filter of the color filter 23a is configured such that the transmittance in the wavelength band of G light and REF light described later is relatively higher than the transmittance in other wavelength bands.
  • the B filter of the color filter 23a is configured such that the transmittance in the blue region is relatively higher than the transmittance in other wavelength bands (see FIG. 2). That is, the B filter of the color filter 23a is configured such that the transmittance of the wavelength band of B light is relatively higher than the transmittance of other wavelength bands.
  • the filter switching device 24 detects that the endoscope device 1 has been switched to the white light observation mode based on the filter switching signal output from the light source device 3, the objective optical system 22 and the color filter 23a The pumping light cut filter 24a is retracted from the optical path between the two. Further, when the excitation light cut filter 24a is retracted from the optical path between the objective optical system 22 and the color filter 23a, the filter switching device 24 receives each wavelength band incident through the objective optical system 22. Is transmitted to the color filter 23a side.
  • the filter switching device 24 detects that the endoscope device 1 has been switched to the fluorescence observation mode based on the filter switching signal output from the light source device 3, the objective optical system 22 and the color filter 23a are detected.
  • the excitation light cut filter 24a is inserted on the optical path between the two. Further, when the excitation light cut filter 24a is inserted in the optical path between the objective optical system 22 and the color filter 23a, the filter switching device 24 receives each wavelength band incident through the objective optical system 22. Among the light, only the light in a predetermined wavelength band corresponding to the optical characteristics of the excitation light cut filter 24a is transmitted to the color filter 23a side.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of optical characteristics of the excitation light cut filter.
  • the excitation light cut filter 24a is an optical element that blocks R light (the transmittance of R light is set to approximately 0) and substantially transmits light in a wavelength band other than R light, for example, as shown in FIG. It has a characteristic (spectral characteristic).
  • the mode changeover switch 26 issues an instruction to switch the observation mode of the endoscope apparatus 1 to one of the observation modes selected from the white light observation mode and the fluorescence observation mode in accordance with the operation of the operator or the like. It is configured to be able to.
  • the storage unit 27 constituted by a non-volatile memory or the like, a matrix as predetermined information used for image processing of the processor 4 is stored in advance. Further, the storage unit 27 is configured to output the above-described matrix to the processor 4 when it is detected that the scope 2 and the processor 4 are connected. Details of the matrix stored in the storage unit 27 will be described later.
  • each part of the image sensor 23, the color filter 23a, and the A / D converter 25 may be configured as an individual circuit or element, or a color CMOS sensor or the like. It may be configured as one such element.
  • the light source device 3 is output from the LED light source unit 31, the LED drive unit 32, a condensing optical system 33 that condenses the light emitted from the LED light source unit 31 and supplies the light to the light guide 6, and the processor 4.
  • a filter switching control unit 34 that outputs a filter switching signal for causing the filter switching device 24 to perform an operation according to the mode switching signal.
  • the LED light source unit 31 includes an LED 31a that emits red light, an LED 31b that emits green light, an LED 31c that emits blue light, an optical element 31d, and an optical element 31e.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of wavelength bands of R light, G light, and B light emitted from the light source device.
  • the LED 31a is configured to emit, for example, narrowband R light whose center wavelength is set to around 650 nm (see FIG. 4).
  • the LED 31b is configured to emit narrow band G light whose center wavelength is set near 550 nm, for example (see FIG. 4).
  • the LED 31c is configured to emit, for example, narrowband B light whose center wavelength is set to around 415 nm (see FIG. 4).
  • the wavelength bands of the narrow-band light of each color of R, G, and B do not overlap each other (they are different discrete wavelength bands). As set).
  • the optical element 31d is constituted by, for example, a half mirror, etc., and transmits R light emitted from the LED 31a to the optical element 31e side, and reflects G light emitted from the LED 31b to the optical element 31e side. It has characteristics.
  • the optical element 31e is composed of, for example, a half mirror, and transmits R light and G light emitted through the optical element 31d to the condensing optical system 33 side, and condenses B light emitted from the LED 31c. The optical characteristic is reflected to the optical system 33 side.
  • the LED drive unit 32 is configured to be able to supply a drive current for driving each LED provided in the LED light source unit 31. Further, the LED drive unit 32 changes the magnitude of the drive current supplied from the LED drive unit 32 to the LED light source unit 31 based on the dimming signal output from the processor 4. It is configured so that the intensity (light quantity) of light (R light, G light, and B light) emitted from the LED can be changed. Further, the LED drive unit 32 is configured to be able to emit or extinguish each LED provided in the LED light source unit 31 based on a dimming signal output from the processor 4.
  • the filter switching control unit 34 detects that the endoscope apparatus 1 has been switched to the white light observation mode based on the mode switching signal output from the processor 4, the objective optical system 22 and the color filter 23a A filter switching signal for operating the pumping light cut filter 24a to be retracted from the optical path between the two is output to the filter switching device 24.
  • the filter switching control unit 34 detects that the endoscope apparatus 1 has been switched to the fluorescence observation mode based on the mode switching signal output from the processor 4, the objective optical system 22 and the color filter 23a are detected.
  • a filter switching signal for causing the pumping light cut filter 24a to be inserted on the optical path between the filter switching device 24 and the filter switching device 24 is output.
  • the processor 4 is configured to perform processing for adjusting the balance of the signal intensity between the color components included in the image data acquired by the scope 2, and output from the color balance processing unit 41.
  • An image processing unit 42 configured to perform image processing on the image data to be processed, and a D / D configured to convert the image data output from the image processing unit 42 into an analog video signal and output the analog video signal
  • a conversion unit 43 a dimming unit 44 configured to output a dimming signal corresponding to the brightness of the image data output from the color balance processing unit 41, and an instruction made in the mode changeover switch 26
  • a mode switching control unit 45 configured to output a mode switching signal, and an image sensor driving signal for performing control related to an imaging operation of the image sensor 23 And a, an imaging device driving section 46 to output.
  • the image processing unit 42 is configured to have functions capable of performing processing such as noise correction, gamma correction, and edge enhancement.
  • the image processing unit 42 detects that the endoscope apparatus 1 has been switched to the fluorescence observation mode based on the mode switching signal output from the mode switching control unit 45, the signal conversion unit 42a and the matrix conversion are performed. It is comprised so that the process by the part 42b may be performed.
  • the signal conversion unit 42a performs a process of converting each color component included in the image data output from the color balance processing unit 41 into a luminance component Y and color difference components Cr and Cb.
  • the matrix conversion unit 42b applies a matrix output from the storage unit 27 of the scope 2 to the luminance component Y and the color difference components Cr and Cb obtained as the processing result of the signal conversion unit 42a, and performs an operation. Further, a process of assigning the image data of each color component obtained as a result of the calculation to the R channel, the G channel, and the B channel of the display device 5 is performed. Details of the processing of the matrix conversion unit 42b will be described later.
  • the image processing unit 42 detects that the endoscope apparatus 1 has been switched to the fluorescence observation mode based on the mode switching signal output from the mode switching control unit 45, the processing of the matrix conversion unit 42b.
  • the image data assigned to the R, G, and B color channels of the display device 5 are subjected to processing such as noise correction, gamma correction, and edge enhancement, and output to the D / A converter 43.
  • the image processing unit 42 detects that the endoscope apparatus 1 has been switched to the white light observation mode based on the mode switching signal output from the mode switching control unit 45, the color balance processing unit 41.
  • Each color component included in the image data output from the image data is assigned to the R, G, and B color channels of the display device 5, and noise correction, gamma correction, and edge enhancement are performed on the image data assigned to each color channel. Etc., and output to the D / A converter 43. That is, according to the present embodiment, when the endoscope apparatus 1 is switched to the white light observation mode, processing by the signal conversion unit 42a and the matrix conversion unit 42b is not performed.
  • the dimming unit 44 determines that the endoscope apparatus 1 has been switched to the white light observation mode based on the mode switching signal output from the mode switching control unit 45 and the image data output from the color balance processing unit 41. Is detected, a dimming signal for causing the LEDs 31a, 31b, and 31c to simultaneously emit light at an intensity suitable for observation in the white light observation mode is output to the LED drive unit 32.
  • the dimming unit 44 switches the endoscope apparatus 1 to the fluorescence observation mode based on the mode switching signal output from the mode switching control unit 45 and the image data output from the color balance processing unit 41. When this is detected, the LED 31c is extinguished, and a dimming signal for causing the LED 31a and the LED 31b to emit light simultaneously with an intensity suitable for observation in the fluorescence observation mode is output to the LED drive unit 32.
  • the mode switching control unit 45 When the mode switching control unit 45 detects that the mode switching switch 26 has instructed the switching of the observation mode of the endoscope apparatus 1 to the white light observation mode, the mode switching control unit 45 operates according to the white light observation mode.
  • a mode switching signal for performing the above is output to each of the filter switching control unit 34, the image processing unit 42, the light control unit 44, and the image sensor driving unit 46.
  • the mode switching control unit 45 operates in accordance with the fluorescence observation mode when the mode switch 26 detects that an instruction to switch the observation mode of the endoscope apparatus 1 to the fluorescence observation mode is given.
  • a mode switching signal for performing the above is output to each of the filter switching control unit 34, the image processing unit 42, the light control unit 44, and the image sensor driving unit 46.
  • the imaging element driving unit 46 Based on the mode switching signal output from the mode switching control unit 45, the imaging element driving unit 46 causes the imaging operation to be performed at a timing according to the observation mode of the endoscope apparatus 1, and the observation mode of the endoscope apparatus 1.
  • An image sensor driving signal that generates an imaging signal using a gain corresponding to the output is output to the LED driving unit 32.
  • a user such as a surgeon connects each part of the endoscope apparatus 1 and further operates the mode switch 26 at a timing before and after the power of each part of the endoscope apparatus 1 is turned on. An instruction to switch the observation mode 1 to the white light observation mode is given.
  • mode switching control unit 45 When the mode switching control unit 45 detects that the mode switching switch 26 has instructed to switch the observation mode of the endoscope apparatus 1 to the white light observation mode, the mode switching control unit 45 performs an operation according to the white light observation mode. Mode switching signals are output to the filter switching control unit 34, the image processing unit 42, the dimming unit 44, and the image sensor driving unit 46.
  • the LED driving unit 32 causes the LEDs 31a, 31b, and 31c of the LED light source unit 31 to simultaneously emit light based on the dimming signal output from the dimming unit 44.
  • the illumination light (white light) which comprises the wavelength range of R light, G light, and B light supplied from the light source device 3 is received.
  • the R light, G light, and B light reflected to the subject through the light guide 6 and the illumination optical system 21 are incident on the objective optical system 22 as return light from the observation target portion 101. Is done.
  • the filter switching device 24 operates to retract the excitation light cut filter 24a from the optical path between the objective optical system 22 and the color filter 23a based on the filter switching signal output from the filter switching control unit 34. .
  • the filter switching device 24 in the white light observation mode, the R light return light (reflected light), the G light return light (reflected light), and the B light that have passed through the color filter 23a.
  • Return light (reflected light) is received by the imaging surface of the image sensor 23, and an imaging signal obtained by imaging each received light is output from the image sensor 23.
  • the A / D conversion unit 25 converts the analog imaging signal output from the imaging device 23 into digital image data and outputs the digital image data to the color balance processing unit 41 of the processor 4.
  • the red component RC, the green component GC, and the blue component corresponding to the intensities of the R light, the G light, and the B light received by the image pickup surface of the image pickup device 23 by such processing of the A / D conversion unit 25.
  • Image data including BC is generated.
  • the color balance processing unit 41 adjusts the signal intensity balance between the RC, GC, and BC color components included in the image data for the image data output from the A / D conversion unit 25 (for example, White balance processing) is performed and output to the image processing unit 42.
  • the image processing unit 42 detects that the endoscope apparatus 1 has been switched to the white light observation mode based on the mode switching signal output from the mode switching control unit 45, the image output from the color balance processing unit 41 RC, GC, and BC color components included in the data are assigned to the R, G, and B color channels of the display device 5, and noise correction, gamma correction, and image data assigned to the color channels are assigned. Processing such as edge enhancement is performed and output to the D / A converter 43.
  • the display device 5 displays an image of the subject corresponding to the video signal output through the D / A conversion unit 43.
  • an observation image (color image) corresponding to the white light observation mode is displayed on the display device 5.
  • the user performs the insertion operation of the scope 2 while viewing the observation image in the white light observation mode displayed on the display device 5, thereby disposing the distal end portion of the scope 2 in the vicinity of the desired observation target region 101 in the subject.
  • the user or the like operates the mode switch 26 to give an instruction to switch the observation mode of the endoscope apparatus 1 to the fluorescence observation mode.
  • the mode switch control unit 45 When the mode switch control unit 45 detects that the mode switch 26 has instructed to switch the observation mode of the endoscope apparatus 1 to the fluorescence observation mode, the mode switch control unit 45 performs an operation according to the fluorescence observation mode.
  • the mode switching signal is output to each of the filter switching control unit 34, the image processing unit 42, the dimming unit 44, and the image sensor driving unit 46.
  • the LED driving unit 32 Based on the dimming signal output from the dimming unit 44, the LED driving unit 32 extinguishes the LED 31c of the LED light source unit 31 and outputs a dimming signal for causing the LED 31a and the LED 31b to emit light simultaneously to the LED driving unit 32. To do.
  • the illumination light having the wavelength bands of R light and G light supplied from the light source device 3 passes through the light guide 6 and the illumination optical system 21. The light is emitted to the observation target region 101.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the wavelength band of the return light incident on the scope in the fluorescence observation mode.
  • the wavelength band of the reference light (G light) is set to be shorter than the wavelength band of the excitation light (R light).
  • the pixel having the maximum detection sensitivity of the FL light image and the pixel having the maximum detection sensitivity of the REF light image included in the return light are made different from each other.
  • G light As reference light
  • reference light including B light an observation image in which capillaries and the like existing on the surface layer of the observation target portion 101 can be easily seen as compared with the case where reference light consisting only of G light is used. Can be generated.
  • the filter switching device 24 operates to insert the excitation light cut filter 24a on the optical path between the objective optical system 22 and the color filter 23a based on the filter switching signal output from the filter switching control unit 34. To do.
  • the filter switching device 24 in the fluorescence observation mode, the light that has passed through the R filter of the excitation light cut filter 24a and the color filter 23a and the G filter of the excitation light cut filter 24a and the color filter 23a are changed.
  • the passed light is received by the image pickup surface of the image pickup device 23, and an image pickup signal obtained by picking up the received light is output from the image pickup device 23.
  • the A / D conversion unit 25 converts the analog imaging signal output from the imaging device 23 into digital image data and outputs the digital image data to the color balance processing unit 41 of the processor 4. Then, by such processing of the A / D conversion unit 25, a red component RD, a green component GD, a blue component BD corresponding to the intensity of the FL light and the REF light received on the imaging surface of the imaging element 23, Is generated.
  • the imaging device 23 and the A / D conversion unit 25 corresponding to the imaging unit of the present embodiment have the intensity of light received through the excitation light cut filter 24a and the R filter of the color filter 23a in the fluorescence observation mode. And the image containing each color component according to the intensity
  • the color balance processing unit 41 adjusts the signal intensity balance among the red component RD, the green component GD, and the blue component BD included in the image data for the image data output from the A / D conversion unit 25. Are output to the image processing unit 42.
  • the image processing unit 42 detects that the endoscope apparatus 1 has been switched to the fluorescence observation mode based on the mode switching signal output from the mode switching control unit 45, the processing by the signal conversion unit 42a and the matrix conversion unit 42b. Work to do.
  • the signal conversion unit 42a performs a process of converting the red component RD, the green component GD, and the blue component BD included in the image data output from the color balance processing unit 41 into a luminance component Y and color difference components Cr and Cb. Do.
  • the matrix conversion unit 42b applies the matrix output from the storage unit 27 of the scope 2 to the luminance component Y and the color difference components Cr and Cb obtained as the processing result of the signal conversion unit 42a.
  • the R filter, G filter, and B filter of the color filter 23a each have transmission characteristics in a wide band from the visible range to the near infrared range. Therefore, the red component RD included in the image data output from the color balance processing unit 41 in the fluorescence observation mode of the present embodiment includes a component based on the wavelength component of the FL light received through the R filter of the color filter 23a. In addition, a component based on the wavelength component of the REF light received through the R filter of the color filter 23a is mixed. Further, the green component GD included in the image data output from the color balance processing unit 41 in the fluorescence observation mode of the present embodiment includes a component based on the wavelength component of the FL light received through the G filter of the color filter 23a.
  • the light components are received through the R filter of the color filter 23a before assigning the color components to the R, G, and B channels of the display device 5.
  • R light and G light are simultaneously emitted to a living tissue to which the same fluorescent probe as that used for fluorescence observation of the observation target region 101 is administered, and an excitation light cut filter 24a and a color filter 23a are provided.
  • FL light and REF light are received on the image pickup surface of the image pickup device 23, and image data I RGB corresponding to the received FL light and REF light is generated by the A / D conversion unit 25.
  • the matrix corresponding to the intensities of the red component RD, the green component GD, and the blue component BD included in the image data I RGB is determined as in the following formula (1).
  • R FL represents the intensity of the red component based on the wavelength component of the FL light received through the R filter of the color filter 23a
  • G FL is received through the G filter of the color filter 23a
  • B FL represents the intensity of the green component based on the wavelength component of the emitted FL light
  • B FL represents the intensity of the blue component based on the wavelength component of the FL light received through the B filter of the color filter 23a
  • R REF represents the color filter 23a.
  • G REF represents the intensity of the green component based on the wavelength component of the REF light received through the G filter of the color filter 23a
  • B REF represents the intensity of the blue component based on the wavelength component of the REF light received through the B filter of the color filter 23a.
  • the image data I RGB represented by the above equation (1) is converted into image data I YC having a luminance / color difference component as represented by the following equation (2) by the processing of the signal conversion unit 42a.
  • Y FL represents the magnitude of the luminance component in the wavelength component of FL light
  • Cr FL and Cb FL represent the magnitude of the color difference component in the wavelength component of FL light
  • Y REF represents the size of the luminance component in the wavelength component of the REF light
  • Cr REF and Cb REF represent the size of the color difference component in the wavelength component of the REF light, respectively.
  • MAT is a matrix for separating image data of two independent color components from each color component included in the image data output from the color balance processing unit 41, and the processing of the matrix conversion unit 42b is further performed.
  • the processing relating to the separation of the color components performed in the matrix conversion unit 42b is expressed by the following equations (3) and (4). Can be expressed as
  • a matrix MAT of 2 rows and 3 columns can be obtained by performing the following equation (5) based on the above equations (3) and (4).
  • I YC + represents a pseudo inverse matrix of I YC .
  • the first row represents the output of the red component
  • the second row represents the output of the green component
  • the first column represents the output of the signal component of the FL light
  • the second column represents the output.
  • the output of the signal component of REF light shall be represented.
  • the excitation light cut filter 24a and the color filter 23a are extracted from each color component included in the image data output from the color balance processing unit 41.
  • Image data including only the red component FLRD based on the wavelength component of the FL light received through the R filter can be separated.
  • the excitation light cut filter 24a and the color filter are obtained from each color component included in the image data output from the color balance processing unit 41.
  • the image data including only the green component REFGD based on the wavelength component of the REF light received through the G filter 23a can be separated.
  • the coefficient is set so that the image data of the blue component REFBD having the same intensity as the image data of the green component REFGD described above can be obtained, and is expressed as the following formula (6).
  • Such a 3 ⁇ 3 matrix MATA is stored in the storage unit 27 of the scope 2.
  • the coefficients M11, M12, M13, M21, M22, and M23 in the following formula (6) are the coefficients included in the 2-by-3 matrix MAT obtained through the calculation of the above formula (5). Assume that they are the same value.
  • the storage unit 27 of the scope 2 is calculated in advance according to the intensity of each color component included in the image data I RGB generated by the imaging device 23 and the A / D conversion unit 25 in the fluorescence observation mode.
  • Stored is a matrix MATA for image separation as expressed by the above equation (6).
  • the matrix conversion unit 42b applies the image separation matrix MATA output from the storage unit 27 to the luminance component Y and the color difference components Cr and Cb obtained as the processing result of the signal conversion unit 42a.
  • the image data of the red component FLRD having the intensity corresponding to the coefficients M11, M12, and M13 and the intensity corresponding to the coefficients M21, M22, and M23 as represented by the following formula (7):
  • the image data of the green component REFGD having the above and the image data of the blue component REFBD having the intensity corresponding to the coefficients M21, M22 and M23 are acquired.
  • the matrix conversion unit 42b assigns the image data of the red component FLRD to the R channel of the display device 5, assigns the image data of the green component REFGD to the G channel of the display device 5, and assigns the image data of the blue component REFBD to the display device 5. Assigned to the B channel.
  • the image processing unit 42 performs processing such as noise correction, gamma correction, and edge enhancement on the image data assigned to the R, G, and B color channels of the display device 5 by the processing of the matrix conversion unit 42b. And output to the D / A converter 43.
  • the display device 5 displays an image of the subject corresponding to the video signal output through the D / A conversion unit 43.
  • an observation image (pseudo color image) corresponding to the fluorescence observation mode is displayed on the display device 5.
  • the storage unit 27 not only the matrix MATA unique to each scope 2 is stored in the storage unit 27 but, for example, ID information that can specify the type of the scope 2 is stored in the storage unit 27. It may be stored. According to the configuration of the storage unit 27, for example, one matrix MATA corresponding to the ID information output from the storage unit 27 is selected from a plurality of matrixes MATA stored in advance in a memory (not shown).
  • the matrix conversion unit 42b may have such a configuration.
  • the matrix MATA calculation method and the process of the matrix conversion unit 42b are not limited to those in which the color filter 23a (primary color) in which RGB filters are arranged in a checkered pattern is attached to the imaging surface of the imaging device 23.
  • the present invention can also be applied in a similar manner to the case where the color filter is attached to the image pickup surface of the image pickup device 23.
  • each color component of Mg + Cy, G + Ye, Mg + Ye, and G + Cy included in the image data output from the color balance processing unit 41 is converted into a luminance component Y and color difference components Cr and Cb.
  • the matrix MATA calculation method and the processing of the matrix conversion unit 42b can be applied even when a complementary color filter is attached to the imaging surface of the imaging device 23.
  • the excitation light cut filter 24a when obtaining actual measurement values corresponding to the respective components of the image data I RGB or I YC used to calculate the matrix MAT that is the basis of the matrix MATA described above, for example, the excitation light cut filter 24a
  • the optical characteristics, the wavelength bands of the R light and G light emitted from the light source device 3, and the fluorescence wavelength of the fluorescent probe (fluorescent substance) are adjusted as appropriate, and the bandwidth is narrowed as much as possible in the brightness that can be imaged.
  • each coefficient (M11, M12, M13, M21, M22, and M23) included in the matrices MAT and MATA Can be optimized.
  • fluorescence observation can be performed with a configuration that is cheaper and more versatile than conventional ones, and an observation image at the time of fluorescence observation is generated in the originally intended color tone ( Display).

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Abstract

　内視鏡装置は、蛍光物質が投与された生体組織へ第１の波長帯域の励起光と、第２の波長帯域の参照光と、を出射する光源部と、励起光を遮断する励起光カットフィルタ部と、蛍光物質から発せられる蛍光の波長帯域を含む第３の波長帯域の透過率が相対的に高い第１のフィルタと、第２の波長帯域の透過率が相対的に高い第２のフィルタと、を具備するカラーフィルタ部と、蛍光物質が投与された生体組織へ励起光及び参照光が同時に出射された際に受光される戻り光の強度に応じた画像を生成する撮像部と、画像に含まれる各色成分から、蛍光の受光によって生じる信号成分を分離した第１の画像と、参照光の受光によって生じる信号成分を分離した第２の画像と、をそれぞれ取得する画像処理部と、を有する。

Description

内視鏡装置
　本発明は、内視鏡装置に関し、特に、生体内の蛍光物質から発せられる蛍光を観察することが可能な内視鏡装置に関するものである。
　生体内の観察対象部位に予め投与された蛍光プローブ等の蛍光物質から蛍光を発生させるための励起光と、当該観察対象部位において反射される参照光と、の照射に伴って発生する戻り光を受光し、当該観察対象部位における病変の有無を視覚的に区別可能な画像としての蛍光画像と、当該観察対象部位の粘膜構造を視認可能な画像としての参照光画像（反射光画像）と、を取得する技術が従来知られている。
　具体的には、例えば日本国特開２０１１－１４３１５４号公報には、電子内視鏡システムにおいて、緑色域、赤色域、及び、患者の体内に予め投与された蛍光標識物質を励起可能な赤外領域の各波長域に離散的に分布する照明光の照射に伴って発生する戻り光を受光し、当該蛍光標識物質が蓄積された病巣部の赤外蛍光画像と、主に赤色及び緑色で構成される生体組織表層の画像と、を取得する構成が開示されている。
　ところで、日本国特開２０１１－１４３１５４号公報の構成によれば、蛍光標識物質から発せられる赤外領域の蛍光を受光するために、一般的なベイヤ配列のＲＧＢカラーフィルタにおけるＢ色フィルタの代わりに赤外領域の光を透過させるＩＲ色フィルタを配置した、特殊なカラーフィルタが固体撮像素子の受光面前面に取り付けられている。
　そのため、日本国特開２０１１－１４３１５４号公報の構成によれば、前述したような特殊なカラーフィルタの使用に起因し、内視鏡等の装置を製造する際のコストが増加してしまうとともに、赤外領域の蛍光以外の他の波長域の光の観察に対する汎用性が低下してしまう、という課題が生じている。
　本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、従来に比べて安価かつ汎用性の高い構成により蛍光観察を実施することが可能な内視鏡装置を提供することを目的としている。
　本発明の一態様の内視鏡装置は、蛍光物質が投与された生体組織に対し、第１の波長帯域の励起光と、前記第１の波長帯域より短波長側において設定された第２の波長帯域の参照光と、を出射するように構成されている光源部と、前記励起光を遮断するとともに、前記励起光以外の光を略透過させる光学特性を具備して構成されている励起光カットフィルタ部と、前記励起光により励起された前記蛍光物質から発せられる蛍光の波長帯域を含む第３の波長帯域の透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成された第１のフィルタと、前記第２の波長帯域の透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成された第２のフィルタと、を具備するカラーフィルタ部と、前記蛍光物質が投与された生体組織に対して前記励起光及び前記参照光が同時に出射された際に、前記励起光カットフィルタ部及び前記カラーフィルタ部を経て受光される戻り光の強度に応じた各色成分を含む画像を生成するように構成されている撮像部と、前記撮像部により生成された画像に含まれる各色成分から、前記蛍光の受光によって生じる信号成分を分離した第１の画像と、前記参照光の受光によって生じる信号成分を分離した第２の画像と、をそれぞれ取得するための処理を行うように構成されている画像処理部と、を有する。
本発明の実施例に係る内視鏡装置の要部の構成を示す図。 カラーフィルタに設けられたＲフィルタ、Ｇフィルタ、及び、Ｂフィルタの光学特性の一例を示す図。 励起光カットフィルタの光学特性の一例を示す図。 光源装置から発せられるＲ光、Ｇ光及びＢ光の波長帯域の一例を示す図。 蛍光観察モードにおいてスコープに入射される戻り光の波長帯域の一例を示す図。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。
　図１から図５は、本発明の実施例に係るものである。図１は、本発明の実施例に係る内視鏡装置の要部の構成を示す図である。
　内視鏡装置１は、図１に示すように、被検者の体腔内に挿入可能であるとともに、該体腔内に存在する生体組織等の被写体を撮像して画像データを取得するように構成されたスコープ２と、当該被写体へ出射される照明光をスコープ２に供給するように構成された光源装置３と、スコープ２により取得された画像データに応じた映像信号を生成して出力するように構成されたプロセッサ４と、プロセッサ４から出力される映像信号に応じた画像を表示するように構成された表示装置５と、を有している。また、スコープ２の内部には、光源装置３から供給される光をスコープ２の先端部へ伝送するように構成されたライトガイド６が挿通されている。
　スコープ２は、例えば細長な挿入部を備えた内視鏡として構成されており、ライトガイド６により伝送された照明光を被写体に対して出射する照明光学系２１と、当該照明光により照明された当該被写体からの戻り光を結像する対物光学系２２と、対物光学系２２の結像位置に撮像面が配置された撮像素子２３と、撮像素子２３の撮像面に取り付けられたカラーフィルタ２３ａと、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上に配置されたフィルタ切替装置２４と、を先端部に有している。
　また、スコープ２は、撮像素子２３により撮像された被写体の像に応じて出力されるアナログの撮像信号をデジタルの画像データに変換して出力するＡ／Ｄ変換部２５と、内視鏡装置１の観察モードの切り替えに係る指示を行うことが可能なモード切替スイッチ２６と、プロセッサ４の画像処理に用いられる所定の情報が予め格納されている記憶部２７と、を有している。
　撮像素子２３は、プロセッサ４から出力される撮像素子駆動信号に基づいて駆動することにより、被写体を撮像し、当該撮像した被写体の像に応じた撮像信号を生成してＡ／Ｄ変換部２５へ出力するように構成されている。
　カラーフィルタ２３ａは、所定の光学特性（分光特性）をそれぞれ具備する複数のＲ（赤）フィルタ、Ｇ（緑）フィルタ、及び、Ｂ（青）フィルタを、撮像素子２３の各画素に対応する位置にベイヤ配列で（市松状に）配置することにより形成されている。なお、本実施例においては、例えば、図２に示すような光学特性をそれぞれ具備するＲフィルタ、Ｇフィルタ、及び、Ｂフィルタがカラーフィルタ２３ａに設けられているものとする。図２は、カラーフィルタに設けられたＲフィルタ、Ｇフィルタ、及び、Ｂフィルタの光学特性の一例を示す図である。
　カラーフィルタ２３ａのＲフィルタは、赤色域から近赤外域までにおける透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成されている（図２参照）。すなわち、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタは、Ｒ光及び後述のＦＬ光の波長帯域の透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成されている。
　カラーフィルタ２３ａのＧフィルタは、緑色域における透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成されている（図２参照）。すなわち、カラーフィルタ２３ａのＧフィルタは、Ｇ光及び後述のＲＥＦ光の波長帯域の透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成されている。
　カラーフィルタ２３ａのＢフィルタは、青色域における透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成されている（図２参照）。すなわち、カラーフィルタ２３ａのＢフィルタは、Ｂ光の波長帯域の透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成されている。
　フィルタ切替装置２４は、光源装置３から出力されるフィルタ切替信号に基づき、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上から励起光カットフィルタ２４ａを退避させる動作を行うように構成されている。また、フィルタ切替装置２４は、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上から励起光カットフィルタ２４ａを退避している場合においては、対物光学系２２を介して入射される各波長帯域の光をカラーフィルタ２３ａ側へ透過させるように構成されている。
　一方、フィルタ切替装置２４は、光源装置３から出力されるフィルタ切替信号に基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上に励起光カットフィルタ２４ａを介挿させる動作を行うように構成されている。また、フィルタ切替装置２４は、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上に励起光カットフィルタ２４ａを介挿している場合においては、対物光学系２２を介して入射される各波長帯域の光のうち、励起光カットフィルタ２４ａの光学特性に応じた所定の波長帯域の光のみをカラーフィルタ２３ａ側へ透過させるように構成されている。図３は、励起光カットフィルタの光学特性の一例を示す図である。
　励起光カットフィルタ２４ａは、例えば図３に示すような、Ｒ光を遮断する（Ｒ光の透過率が略０に設定されている）とともに、Ｒ光以外の波長帯域の光を略透過させる光学特性（分光特性）を具備して構成されている。
　モード切替スイッチ２６は、内視鏡装置１の観察モードを、術者等の操作に応じて白色光観察モード及び蛍光観察モードから選択されたいずれか一方の観察モードに切り替えるための指示を行うことができるように構成されている。
　不揮発性メモリ等により構成される記憶部２７には、プロセッサ４の画像処理に用いられる所定の情報としてのマトリクスが予め格納されている。また、記憶部２７は、スコープ２とプロセッサ４とが接続されたことを検出した際に、前述のマトリクスをプロセッサ４へ出力するように構成されている。なお、記憶部２７に格納されるマトリクスの詳細については、後程説明する。
　なお、本実施例によれば、撮像素子２３、カラーフィルタ２３ａ、及び、Ａ／Ｄ変換部２５の各部は、個別の回路または素子等として構成されていてもよく、あるいは、カラーＣＭＯＳセンサー等のような１つの素子として構成されていてもよい。
　光源装置３は、ＬＥＤ光源部３１と、ＬＥＤ駆動部３２と、ＬＥＤ光源部３１において発せられた光を集光してライトガイド６へ供給する集光光学系３３と、プロセッサ４から出力されるモード切替信号に応じた動作をフィルタ切替装置２４に行わせるためのフィルタ切替信号を出力するフィルタ切替制御部３４と、を有している。
　ＬＥＤ光源部３１は、赤色域の光を発するＬＥＤ３１ａと、緑色域の光を発するＬＥＤ３１ｂと、青色域の光を発するＬＥＤ３１ｃと、光学素子３１ｄと、光学素子３１ｅと、を有して構成されている。図４は、光源装置から発せられるＲ光、Ｇ光及びＢ光の波長帯域の一例を示す図である。
　ＬＥＤ３１ａは、例えば、中心波長が６５０ｎｍ付近に設定された狭帯域のＲ光を発するように構成されている（図４参照）。
　ＬＥＤ３１ｂは、例えば、中心波長が５５０ｎｍ付近に設定された狭帯域のＧ光を発するように構成されている（図４参照）。
　ＬＥＤ３１ｃは、例えば、中心波長が４１５ｎｍ付近に設定された狭帯域のＢ光を発するように構成されている（図４参照）。
　すなわち、以上のようなＬＥＤ３１ａ、３１ｂ及び３１ｃの構成によれば、Ｒ、Ｇ及びＢの各色の狭帯域な光の波長帯域が相互に重複しないように（相互に異なる離散的な波長帯域となるように）設定されている。
　光学素子３１ｄは、例えばハーフミラー等により構成されており、ＬＥＤ３１ａから発せられたＲ光を光学素子３１ｅ側へ透過させるとともに、ＬＥＤ３１ｂから発せられたＧ光を光学素子３１ｅ側へ反射するような光学特性を具備している。
　光学素子３１ｅは、例えばハーフミラー等により構成されており、光学素子３１ｄを経て出射されたＲ光及びＧ光を集光光学系３３側へ透過させるとともに、ＬＥＤ３１ｃから発せられたＢ光を集光光学系３３側へ反射するような光学特性を具備している。
　ＬＥＤ駆動部３２は、ＬＥＤ光源部３１に設けられた各ＬＥＤを駆動させるための駆動電流を供給することができるように構成されている。また、ＬＥＤ駆動部３２は、プロセッサ４から出力される調光信号に基づいてＬＥＤ駆動部３２からＬＥＤ光源部３１へ供給される駆動電流の大きさを変化させることにより、ＬＥＤ光源部３１の各ＬＥＤから発せられる光（Ｒ光、Ｇ光及びＢ光）の強度（光量）を変化させることができるように構成されている。さらに、ＬＥＤ駆動部３２は、プロセッサ４から出力される調光信号に基づき、ＬＥＤ光源部３１に設けられた各ＬＥＤを発光または消光させることができるように構成されている。
　フィルタ切替制御部３４は、プロセッサ４から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上から励起光カットフィルタ２４ａが退避されるように動作させるためのフィルタ切替信号をフィルタ切替装置２４へ出力する。また、フィルタ切替制御部３４は、プロセッサ４から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上に励起光カットフィルタ２４ａが介挿されるように動作させるためのフィルタ切替信号をフィルタ切替装置２４へ出力する。
　プロセッサ４は、スコープ２により取得された画像データに含まれる各色成分間の信号強度のバランスを調整するための処理を行うように構成されたカラーバランス処理部４１と、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに対して画像処理を施すように構成された画像処理部４２と、画像処理部４２から出力される画像データをアナログの映像信号に変換して出力するように構成されたＤ／Ａ変換部４３と、カラーバランス処理部４１から出力される画像データの明るさに応じた調光信号を出力するように構成された調光部４４と、モード切替スイッチ２６においてなされた指示に応じたモード切替信号を出力するように構成されたモード切替制御部４５と、撮像素子２３の撮像動作に係る制御を行うための撮像素子駆動信号を出力する撮像素子駆動部４６と、を有している。
　画像処理部４２は、ノイズ補正、ガンマ補正、及び、エッジ強調等の処理を実施可能な機能を備えて構成されている。
　また、画像処理部４２は、モード切替制御部４５から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出した場合において、信号変換部４２ａ及びマトリクス変換部４２ｂによる処理を行うように構成されている。
　信号変換部４２ａは、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる各色成分を、輝度成分Ｙと、色差成分Ｃｒ及びＣｂと、に変換する処理を行う。
　マトリクス変換部４２ｂは、信号変換部４２ａの処理結果として得られた輝度成分Ｙと、色差成分Ｃｒ及びＣｂとに対し、スコープ２の記憶部２７から出力されるマトリクスを適用して演算を行い、さらに、当該演算の結果として得られた各色成分の画像データを表示装置５のＲチャンネル、Ｇチャンネル、及び、Ｂチャンネルに割り当てる処理を行う。なお、このようなマトリクス変換部４２ｂの処理の詳細については、後程説明する。
　そして、画像処理部４２は、モード切替制御部４５から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、マトリクス変換部４２ｂの処理により表示装置５のＲ、Ｇ及びＢの各色チャンネルに割り当てられた画像データに対し、ノイズ補正、ガンマ補正、及び、エッジ強調等の処理を施してＤ／Ａ変換部４３へ出力する。
　一方、画像処理部４２は、モード切替制御部４５から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる各色成分を表示装置５のＲ、Ｇ及びＢの各色チャンネルに割り当て、さらに、各色チャンネルに割り当てられた画像データに対し、ノイズ補正、ガンマ補正、及び、エッジ強調等の処理を施してＤ／Ａ変換部４３へ出力する。すなわち、本実施例によれば、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられた場合には、信号変換部４２ａ及びマトリクス変換部４２ｂによる処理が行われない。
　調光部４４は、モード切替制御部４５から出力されるモード切替信号と、カラーバランス処理部４１から出力される画像データとに基づき、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、ＬＥＤ３１ａ、ＬＥＤ３１ｂ、及び、ＬＥＤ３１ｃの各ＬＥＤを白色光観察モードの観察に適した強度で同時に発光させるための調光信号をＬＥＤ駆動部３２へ出力する。また、調光部４４は、モード切替制御部４５から出力されるモード切替信号と、カラーバランス処理部４１から出力される画像データとに基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、ＬＥＤ３１ｃを消光させるとともに、ＬＥＤ３１ａ及びＬＥＤ３１ｂを蛍光観察モードの観察に適した強度で同時に発光させるための調光信号をＬＥＤ駆動部３２へ出力する。
　モード切替制御部４５は、モード切替スイッチ２６において、内視鏡装置１の観察モードを白色光観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出した場合には、白色光観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号をフィルタ切替制御部３４、画像処理部４２、調光部４４、及び、撮像素子駆動部４６の各部に対して出力する。また、モード切替制御部４５は、モード切替スイッチ２６において、内視鏡装置１の観察モードを蛍光観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出した場合には、蛍光観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号をフィルタ切替制御部３４、画像処理部４２、調光部４４、及び、撮像素子駆動部４６の各部に対して出力する。
　撮像素子駆動部４６は、モード切替制御部４５から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１の観察モードに応じたタイミングで撮像動作を行わせるとともに、内視鏡装置１の観察モードに応じたゲインを用いて撮像信号を生成させるような撮像素子駆動信号をＬＥＤ駆動部３２へ出力する。
　ここで、本実施例の内視鏡装置１の作用について説明する。
　まず、内視鏡装置１の観察モードが白色光観察モードに切り替えられた場合に行われる動作等について説明する。
　術者等のユーザは、内視鏡装置１の各部を接続し、さらに、内視鏡装置１の各部の電源を投入する前後のタイミングにおいてモード切替スイッチ２６を操作することにより、内視鏡装置１の観察モードを白色光観察モードに切り替える指示を行う。
　モード切替制御部４５は、モード切替スイッチ２６において、内視鏡装置１の観察モードを白色光観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出すると、白色光観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号をフィルタ切替制御部３４、画像処理部４２、調光部４４、及び、撮像素子駆動部４６の各部に対して出力する。
　ＬＥＤ駆動部３２は、調光部４４から出力される調光信号に基づき、ＬＥＤ光源部３１のＬＥＤ３１ａ、ＬＥＤ３１ｂ、及び、ＬＥＤ３１ｃの各ＬＥＤを同時に発光させる。
　そして、このようなＬＥＤ駆動部３２の動作により、白色光観察モードにおいては、光源装置３から供給されたＲ光、Ｇ光、及び、Ｂ光の波長帯域を具備する照明光（白色光）がライトガイド６及び照明光学系２１を経て被写体へ出射され、当該被写体へ出射されたＲ光、Ｇ光、及び、Ｂ光の反射光が観察対象部位１０１からの戻り光として対物光学系２２に入射される。
　一方、フィルタ切替装置２４は、フィルタ切替制御部３４から出力されるフィルタ切替信号に基づき、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上から励起光カットフィルタ２４ａを退避させるように動作する。
　そして、このようなフィルタ切替装置２４の動作により、白色光観察モードにおいては、カラーフィルタ２３ａを通過したＲ光の戻り光（反射光）と、Ｇ光の戻り光（反射光）と、Ｂ光の戻り光（反射光）と、が撮像素子２３の撮像面で受光され、さらに、当該受光した各光を撮像して得た撮像信号が撮像素子２３から出力される。
　Ａ／Ｄ変換部２５は、撮像素子２３から出力されるアナログの撮像信号を、デジタルの画像データに変換してプロセッサ４のカラーバランス処理部４１へ出力する。そして、このようなＡ／Ｄ変換部２５の処理により、撮像素子２３の撮像面で受光されたＲ光、Ｇ光及びＢ光の強度に応じた赤色成分ＲＣと、緑色成分ＧＣと、青色成分ＢＣと、を含む画像データが生成される。
　カラーバランス処理部４１は、Ａ／Ｄ変換部２５から出力される画像データに対し、当該画像データに含まれるＲＣ、ＧＣ及びＢＣの各色成分間の信号強度のバランスを調整するための処理（例えばホワイトバランス処理）を施して画像処理部４２へ出力する。
　画像処理部４２は、モード切替制御部４５から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられたことを検出すると、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれるＲＣ、ＧＣ及びＢＣの各色成分を表示装置５のＲ、Ｇ及びＢの各色チャンネルに割り当て、さらに、当該各色チャンネルに割り当てられた画像データに対し、ノイズ補正、ガンマ補正、及び、エッジ強調等の処理を施してＤ／Ａ変換部４３へ出力する。
　そして、表示装置５は、Ｄ／Ａ変換部４３を経て出力された映像信号に応じた被写体の画像を表示する。
　すなわち、以上に述べたような動作等が白色光観察モードにおいて行われることにより、白色光観察モードに対応した観察画像（カラー画像）が表示装置５に表示される。
　続いて、内視鏡装置１の観察モードが蛍光観察モードに切り替えられた場合に行われる動作等について説明する。なお、以降においては、蛍光観察モードによる観察対象部位１０１の観察が開始される前に、癌等の病変組織に集積する蛍光プローブ（蛍光物質）として、赤色域の励起波長を具備し、かつ、Ｇ光の波長帯域と重複しない近赤外域（例えば７００ｎｍ近辺）の蛍光波長を具備する蛍光プローブ（蛍光物質）が予め被検者（観察対象部位１０１）に投与されているものとして説明を進める。
　ユーザは、表示装置５に表示される白色光観察モードの観察画像を見ながらスコープ２の挿入操作を行うことにより、被検体内における所望の観察対象部位１０１の近傍にスコープ２の先端部を配置させる。そして、このような状態において、ユーザ等は、モード切替スイッチ２６を操作することにより、内視鏡装置１の観察モードを蛍光観察モードに切り替える指示を行う。
　モード切替制御部４５は、モード切替スイッチ２６において、内視鏡装置１の観察モードを蛍光観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出すると、蛍光観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号をフィルタ切替制御部３４、画像処理部４２、調光部４４、及び、撮像素子駆動部４６の各部に対して出力する。
　ＬＥＤ駆動部３２は、調光部４４から出力される調光信号に基づき、ＬＥＤ光源部３１のＬＥＤ３１ｃを消光させるとともに、ＬＥＤ３１ａ及びＬＥＤ３１ｂを同時に発光させるための調光信号をＬＥＤ駆動部３２へ出力する。
　そして、このようなＬＥＤ駆動部３２の動作により、蛍光観察モードにおいては、光源装置３から供給されたＲ光及びＧ光の波長帯域を具備する照明光がライトガイド６及び照明光学系２１を経て観察対象部位１０１へ出射される。
　ここで、赤色域の励起波長を具備する蛍光プローブが被検者（観察対象部位１０１）に投与されていることに起因し、照明光学系２１から出射されたＲ光が励起光として作用するとともに、照明光学系２１から出射されたＧ光が参照光として作用する。そのため、蛍光観察モードにおいては、近赤外域の波長帯域を具備する蛍光であるＦＬ光と、Ｇ光の波長帯域を具備する反射光であるＲＥＦ光と、の混合光が観察対象部位１０１からの戻り光として対物光学系２２に入射される（図５参照）。図５は、蛍光観察モードにおいてスコープに入射される戻り光の波長帯域の一例を示す図である。
　すなわち、本実施例においては、参照光（Ｇ光）の波長帯域が励起光（Ｒ光）の波長帯域に比べて短波長側になるように設定されている。さらに、本実施例においては、図２に例示したような光学特性のＲフィルタ、Ｇフィルタ、及び、Ｂフィルタを具備するカラーフィルタ２３ａを撮像素子２３の撮像面に設けることにより、戻り光に含まれるＦＬ光の像の検出感度が最大となる画素と、戻り光に含まれるＲＥＦ光の像の検出感度が最大となる画素と、を相互に異ならせるようにしている。
　なお、本実施例によれば、Ｇ光を参照光として用いるように構成したものに限らず、例えば、Ｂ光を参照光として用いるように構成してもよく、または、Ｇ光及びＢ光の混合光を参照光として用いるように構成してもよい。そして、Ｂ光を含むような参照光を用いた場合においては、Ｇ光のみからなる参照光を用いた場合に比べ、観察対象部位１０１の表層に存在する毛細血管等を視認し易い観察画像を生成することができる。
　一方、フィルタ切替装置２４は、フィルタ切替制御部３４から出力されるフィルタ切替信号に基づき、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上に励起光カットフィルタ２４ａを介挿させるように動作する。
　そして、このようなフィルタ切替装置２４の動作により、蛍光観察モードにおいては、励起光カットフィルタ２４ａ及びカラーフィルタ２３ａのＲフィルタを通過した光と、励起光カットフィルタ２４ａ及びカラーフィルタ２３ａのＧフィルタを通過した光と、が撮像素子２３の撮像面で受光され、さらに、当該受光した各光を撮像して得た撮像信号が撮像素子２３から出力される。
　Ａ／Ｄ変換部２５は、撮像素子２３から出力されるアナログの撮像信号を、デジタルの画像データに変換してプロセッサ４のカラーバランス処理部４１へ出力する。そして、このようなＡ／Ｄ変換部２５の処理により、撮像素子２３の撮像面で受光されたＦＬ光及びＲＥＦ光の強度に応じた赤色成分ＲＤと、緑色成分ＧＤと、青色成分ＢＤと、を含む画像データが生成される。
　すなわち、本実施例の撮像部に相当する撮像素子２３及びＡ／Ｄ変換部２５は、蛍光観察モードにおいて、励起光カットフィルタ２４ａとカラーフィルタ２３ａのＲフィルタとを経て受光される光の強度、及び、励起光カットフィルタ２４ａとカラーフィルタ２３ａのＧフィルタとを経て受光される光の強度に応じた各色成分を含む画像を生成する。
　カラーバランス処理部４１は、Ａ／Ｄ変換部２５から出力される画像データに対し、当該画像データに含まれる赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤの間の信号強度のバランスを調整するための処理を施して画像処理部４２へ出力する。
　画像処理部４２は、モード切替制御部４５から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出すると、信号変換部４２ａ及びマトリクス変換部４２ｂによる処理を行うように動作する。
　信号変換部４２ａは、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤを、輝度成分Ｙと、色差成分Ｃｒ及びＣｂと、に変換する処理を行う。
　マトリクス変換部４２ｂは、信号変換部４２ａの処理結果として得られた輝度成分Ｙと、色差成分Ｃｒ及びＣｂとに対し、スコープ２の記憶部２７から出力されるマトリクスを適用する。
　ところで、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタは、それぞれ可視域から近赤外域にかけての広い帯域に透過特性を有している。そのため、本実施例の蛍光観察モード時にカラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる赤色成分ＲＤには、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく成分と、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく成分と、が混在している。また、本実施例の蛍光観察モード時にカラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる緑色成分ＧＤには、カラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく成分と、カラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく成分と、が混在している。そのため、もし仮に、赤色成分ＲＤをそのまま表示装置５のＲチャンネルに割り当て、かつ、緑色成分ＧＤをそのまま表示装置５のＧチャンネルに割り当てた場合、本来意図した色調の観察画像が表示されない場合がある、という問題点が生じる。
　そして、本実施例によれば、前述のような問題点を解消するための処理として、表示装置５のＲ、Ｇ及びＢチャンネルに色成分を割り当てる前に、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタ経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく赤色成分のみを含む画像データと、カラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく緑色成分のみを含む画像データと、をそれぞれ得るような処理が信号変換部４２ａ及びマトリクス変換部４２ｂにおいて行われる。このような処理に用いられるマトリクスの算出方法等について、以下に詳しく説明する。
　まず、観察対象部位１０１の蛍光観察の際に使用されるものと同じ蛍光プローブが投与された生体組織に対してＲ光及びＧ光が同時に出射され、励起光カットフィルタ２４ａとカラーフィルタ２３ａとを経て撮像素子２３の撮像面でＦＬ光及びＲＥＦ光が受光され、さらに、当該受光されたＦＬ光及びＲＥＦ光に応じた画像データＩRGBがＡ／Ｄ変換部２５により生成されるような場合において、当該画像データＩRGBに含まれる赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤの強度に対応するマトリクスを以下の数式（１）のように定める。なお、以下の数式（１）において、ＲFLはカラーフィルタ２３ａのＲフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく赤色成分の強度を表し、ＧFLはカラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく緑色成分の強度を表し、ＢFLはカラーフィルタ２３ａのＢフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく青色成分の強度を表し、ＲREFはカラーフィルタ２３ａのＲフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく赤色成分の強度を表し、ＧREFはカラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく緑色成分の強度を表し、ＢREFはカラーフィルタ２３ａのＢフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく青色成分の強度を表すものとする。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001


　上記の数式（１）により表される画像データＩRGBは、信号変換部４２ａの処理により、以下の数式（２）として表されるような輝度色差成分を具備する画像データＩYCに変換される。なお、以下の数式（２）において、ＹFLはＦＬ光の波長成分における輝度成分の大きさを表し、ＣｒFL及びＣｂFLはＦＬ光の波長成分における色差成分の大きさをそれぞれ表し、ＹREFはＲＥＦ光の波長成分における輝度成分の大きさを表し、ＣｒREF及びＣｂREFはＲＥＦ光の波長成分における色差成分の大きさをそれぞれ表すものとする。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002


　ここで、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる各色成分から、相互に独立した２つの色成分の画像データを分離するためのマトリクスをＭＡＴとし、さらに、マトリクス変換部４２ｂの処理結果として得られるように企図された各色成分の画像データを示すマトリクスＳとした場合、マトリクス変換部４２ｂにおいて行われる色成分の分離に係る処理を、以下の数式（３）及び（４）のように表すことができる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004


　そして、上記の数式（３）及び（４）に基づく以下の数式（５）の演算を行うことにより、２行３列のマトリクスＭＡＴを求めることができる。なお、以下の数式（５）において、ＩYC ＋はＩYCの擬似逆行列を表すものとする。また、（４）のマトリクスＳにおいて、１行目は赤色成分の出力を表し、２行目は緑色成分の出力を表し、１列目はＦＬ光の信号成分の出力を表し、２列目はＲＥＦ光の信号成分の出力を表すものとする。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005


　上記の数式（５）の演算を経て求められるマトリクスＭＡＴを用いた処理によれば、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる各色成分から、励起光カットフィルタ２４ａ及びカラーフィルタ２３ａのＲフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく赤色成分ＦＬＲＤのみを含む画像データを分離することができる。
　また、上記の数式（５）の演算を経て求められるマトリクスＭＡＴを用いた処理によれば、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる各色成分から、励起光カットフィルタ２４ａ及びカラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく緑色成分ＲＥＦＧＤのみを含む画像データを分離することができる。
　ところで、上記の数式（５）の演算を経て求められるマトリクスＭＡＴを用いた処理によれば、前述の赤色成分ＦＬＲＤ及び緑色成分ＲＥＦＧＤの画像データをそれぞれ得ることができる一方で、青色成分の画像データを得ることができない。そのため、本実施例においては、前述の緑色成分ＲＥＦＧＤの画像データと同じ強度を具備する青色成分ＲＥＦＢＤの画像データを得ることができるように係数が設定された、以下の数式（６）として表されるような３行３列のマトリクスＭＡＴＡがスコープ２の記憶部２７に格納されている。なお、以下の数式（６）における係数Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ２１、Ｍ２２、及び、Ｍ２３は、上記の数式（５）の演算を経て求められる２行３列のマトリクスＭＡＴに含まれる各係数と同じ値であるとする。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006


　すなわち、スコープ２の記憶部２７には、蛍光観察モード時に（撮像素子２３及びＡ／Ｄ変換部２５により）生成される画像データＩRGBに含まれる各色成分の強度に応じて予め算出された、上記数式（６）として表されるような画像分離用のマトリクスＭＡＴＡが格納されている。
　そして、マトリクス変換部４２ｂは、信号変換部４２ａの処理結果として得られた輝度成分Ｙと、色差成分Ｃｒ及びＣｂとに対し、記憶部２７から出力される画像分離用のマトリクスＭＡＴＡを適用して演算を行うことにより、以下の数式（７）として表されるような、係数Ｍ１１、Ｍ１２及びＭ１３に応じた強度を具備する赤色成分ＦＬＲＤの画像データと、係数Ｍ２１、Ｍ２２及びＭ２３に応じた強度を具備する緑色成分ＲＥＦＧＤの画像データと、係数Ｍ２１、Ｍ２２及びＭ２３に応じた強度を具備する青色成分ＲＥＦＢＤの画像データと、を取得する。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007


　また、マトリクス変換部４２ｂは、赤色成分ＦＬＲＤの画像データを表示装置５のＲチャンネルに割り当て、緑色成分ＲＥＦＧＤの画像データを表示装置５のＧチャンネルに割り当て、青色成分ＲＥＦＢＤの画像データを表示装置５のＢチャンネルに割り当てる。
　その後、画像処理部４２は、マトリクス変換部４２ｂの処理により表示装置５のＲ、Ｇ及びＢの各色チャンネルに割り当てられた画像データに対し、ノイズ補正、ガンマ補正、及び、エッジ強調等の処理を施してＤ／Ａ変換部４３へ出力する。
　そして、表示装置５は、Ｄ／Ａ変換部４３を経て出力された映像信号に応じた被写体の画像を表示する。
　すなわち、以上に述べたような動作等が蛍光観察モードにおいて行われることにより、蛍光観察モードに対応した観察画像（擬似カラー画像）が表示装置５に表示される。
　なお、本実施例によれば、各スコープ２毎に固有のマトリクスＭＡＴＡが記憶部２７に格納されているものに限らず、例えば、スコープ２の種類等を特定可能なＩＤ情報が記憶部２７に格納されていてもよい。そして、このような記憶部２７の構成に応じ、例えば、図示しないメモリ等に予め格納された複数のマトリクスＭＡＴＡの中から、記憶部２７から出力されるＩＤ情報に応じた１つのマトリクスＭＡＴＡを選択できるような構成をマトリクス変換部４２ｂが具備していてもよい。
　また、前述のマトリクスＭＡＴＡの算出方法及びマトリクス変換部４２ｂの処理は、ＲＧＢのフィルタを市松状に配置した（原色の）カラーフィルタ２３ａを撮像素子２３の撮像面に取り付けたものに限らず、例えば、所定の光学特性をそれぞれ具備する複数のＭｇ（マゼンタ）フィルタ、Ｃｙ（シアン）フィルタ、Ｙｅ（イエロー）フィルタ及びＧフィルタを、撮像素子２３の各画素に対応する位置に市松状に配置した補色のカラーフィルタを撮像素子２３の撮像面に取り付けたものに対しても略同様に適用できる。具体的には、例えば、カラーバランス処理部４１から出力される画像データに含まれる、Ｍｇ＋Ｃｙ、Ｇ＋Ｙｅ、Ｍｇ＋Ｙｅ、及び、Ｇ＋Ｃｙの各色成分を、輝度成分Ｙと、色差成分Ｃｒ及びＣｂと、に変換する処理を行うことにより、補色のカラーフィルタを撮像素子２３の撮像面に取り付けた場合であっても、前述のマトリクスＭＡＴＡの算出方法及びマトリクス変換部４２ｂの処理を適用できる。
　また、本実施例によれば、前述のマトリクスＭＡＴＡの元となるマトリクスＭＡＴの算出に用いる画像データＩRGBまたはＩYCの各成分に相当する実測値を得る際に、例えば、励起光カットフィルタ２４ａの光学特性、光源装置３から出射されるＲ光及びＧ光の波長帯域、及び、蛍光プローブ（蛍光物質）の蛍光波長をそれぞれ適宜調整し、撮像可能な明るさにおいて可能な限り狭帯域化されたＦＬ光の像及びＲＥＦ光の像が撮像されるように各部を構成（設定）することにより、マトリクスＭＡＴ及びＭＡＴＡに含まれる各係数（Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ２１、Ｍ２２、及び、Ｍ２３）の値を最適化することができる。
　以上に述べたように、本実施例によれば、従来に比べて安価かつ汎用性の高い構成により蛍光観察を実施することができるとともに、蛍光観察時における観察画像を本来意図した色調で生成（表示）することができる。
　なお、本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。
　本出願は、２０１１年１２月７日に日本国に出願された特願２０１１－２６８１９０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、図面に引用されたものとする。

Claims (3)

  1. 　蛍光物質が投与された生体組織に対し、第１の波長帯域の励起光と、前記第１の波長帯域より短波長側において設定された第２の波長帯域の参照光と、を出射するように構成されている光源部と、
    　前記励起光を遮断するとともに、前記励起光以外の光を略透過させる光学特性を具備して構成されている励起光カットフィルタ部と、
    　前記励起光により励起された前記蛍光物質から発せられる蛍光の波長帯域を含む第３の波長帯域の透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成された第１のフィルタと、前記第２の波長帯域の透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成された第２のフィルタと、を具備するカラーフィルタ部と、
    　前記蛍光物質が投与された生体組織に対して前記励起光及び前記参照光が同時に出射された際に、前記励起光カットフィルタ部及び前記カラーフィルタ部を経て受光される戻り光の強度に応じた各色成分を含む画像を生成するように構成されている撮像部と、
    　前記撮像部により生成された画像に含まれる各色成分から、前記蛍光の受光によって生じる信号成分を分離した第１の画像と、前記参照光の受光によって生じる信号成分を分離した第２の画像と、をそれぞれ取得するための処理を行うように構成されている画像処理部と、
    　を有することを特徴とする内視鏡装置。
  2. 　前記蛍光物質が投与された生体組織に対して前記励起光及び前記参照光が同時に出射された際に前記撮像部により生成される画像に含まれる各色成分の強度に応じて予め算出された、画像分離用のマトリクスが格納されている記憶部をさらに有し、
    　前記画像処理部は、前記撮像部により生成された画像に含まれる各色成分を輝度成分及び色差成分に変換し、さらに、前記記憶部に格納された前記画像分離用のマトリクスを前記輝度成分及び前記色差成分に適用して演算を行うことにより、前記第１の画像及び前記第２の画像を取得する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  3. 　前記第１の波長帯域が赤色域であり、かつ、前記第２の波長帯域が緑色域であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
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