JP4648535B2

JP4648535B2 - Electronic endoscope device

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Publication number: JP4648535B2
Application number: JP2000343591A
Authority: JP
Inventors: 了小澤; 秀夫杉本; 貴之榎本
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2020-11-10
Also published as: JP2002143080A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体から発せられる自家蛍光による蛍光観察が可能な電子内視鏡装置に、関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被検体としての生体に紫外光等の励起光を照射した場合にこの生体から発せられる蛍光（自家蛍光）を撮像することにより、生体の観察に供する電子内視鏡装置が、利用されている。なお、病変の生じた生体組織から発せられる自家蛍光の強度は、健康な生体組織から発せられる自家蛍光の強度よりも小さいことが知られている。従って、術者は、この自家蛍光による被検体の蛍光画像を観察することにより、その蛍光強度の小さい領域に、病変が生じている可能性が高いと、認識することができる。
【０００３】
この電子内視鏡装置は、白色光と励起光とを交互に切り換えて射出する光源ユニット，射出された白色光及び励起光を導く照明光学系，及び，照明光により照明された被検体を撮像するＣＣＤを、備えている。
【０００４】
そして、照明光学系から射出された白色光が被検体を照明している間に、ＣＣＤは、その被検体の像を取得し、参照画像信号として出力する。一方、照明光学系から射出された励起光が被検体を照射すると、この被検体は、自家蛍光を発する。すると、ＣＣＤは、この自家蛍光による被検体像を撮像して、蛍光画像信号として出力する。
【０００５】
これら参照画像信号及び蛍光画像信号に基づいて、被検体の診断用画像信号が生成される。即ち、参照画像信号における特定の色成分に対応した部分から、蛍光画像信号が減算されることにより、診断用画像信号が生成される。この診断用画像信号は、モニタに診断用画像として表示される。
【０００６】
この診断用画像は、被検体における自家蛍光の発せられていない部分については、モノクロ画像と同様に表示される。しかし、この診断用画像は、被検体における自家蛍光が発せられている部分については、その自家蛍光の強度に応じて着色された状態で、表示される。従って、術者は、この診断用画像を観察することにより、被検体の形状を把握するとともに、当該被検体における自家蛍光の強度を認識して、診断を行うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
なお、被検体から発せられる自家蛍光は、極めて微弱である。このため、参照画像信号及び蛍光画像信号に基づいて診断用画像信号が生成されるためには、この蛍光画像信号は大幅に増幅されなければならない。
【０００８】
また、この自家蛍光の強度は、生体内の部位によって異なる。さらに、この自家蛍光の強度には、個体差がある。即ち、蛍光画像信号に対する増幅の度合いは、被検体に応じて設定されることが望ましい。しかしながら、実際には、被検体に応じて増幅の度合いを調節することは、困難であった。
【０００９】
そこで、様々な被検体に対応させて、蛍光画像信号の増幅の度合いを最適に調節することが可能な電子内視鏡装置を提供することを、本発明の課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による電子内視鏡装置は、上記課題を解決するために、以下のような構成を採用した。
【００１１】
即ち、この電子内視鏡装置は、被検体を照明する照明光学系と、可視光，及び，生体組織自体からの蛍光を励起する励起光を発し、これら可視光と励起光とを交互に切り換えて繰り返し前記照明光学系へ導く光源ユニットと、前記被検体表面からの光のうちの励起光以外の成分を収束させて、この被検体表面の像を形成する対物光学系と、前記対物光学系によって形成された被検体表面の像を撮像して画像信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子により取得された画像信号のうち、前記照明光学系に可視光が導かれている期間に対応する部分に基づいて参照画像信号を生成し、前記照明光学系に励起光が導かれている期間に対応する部分に基づいて蛍光画像信号を生成し、各画素すべての蛍光画像信号における所定の処理単位中の強度の最大値が所定の上限値よりも小さい場合には、この蛍光画像信号を、その強度が前記上限値を超えない範囲内で前記処理単位毎に増幅するプロセッサとを、備えたことを特徴とする。
【００１２】
このように構成されると、蛍光画像信号は、常に最適な強度になるように、調節される。即ち、蛍光画像信号の強度が比較的小さい場合には、その増幅の度合いは大きく調節され、蛍光画像信号の強度が比較的大きい場合には、その増幅の度合いは小さく調節される。この調節は動的になされるので、常に、最適な強度の蛍光画像信号が得られる。同様に、参照画像信号も、その強度が動的に調節されてもよい。この参照画像信号から蛍光画像信号が減算されることにより、診断用画像信号が得られてもよい。
【００１３】
また、前記プロセッサは、前記参照画像信号及び蛍光画像信号における互いに対応した所定の処理単位の部分を取得して、前記参照画像信号のうちの当該処理単位の部分における信号の最大値である参照ピーク値を取得するとともに、前記蛍光画像信号のうちの当該処理単位の部分における信号の最大値である蛍光ピーク値を取得するピーク値検出部と、前記参照ピーク値に基づいて参照係数値を取得するとともに、前記蛍光ピーク値に基づいて蛍光係数値を取得する係数値取得部と、前記参照画像信号のうちの前記処理単位の部分における信号を、その強度に当該処理単位の部分に対応する参照係数値を乗じた強度になるよう増幅するとともに、前記蛍光画像信号のうちの前記処理単位の部分における信号を、その強度に当該処理単位の部分に対応する蛍光係数値を乗じた強度になるよう増幅する信号調整部とを、備えていてもよい。
【００１４】
このように構成されると、ピーク値検出部は、参照画像信号及び蛍光画像信号を、所定の処理単位（例えば１フレーム）毎に処理して、参照ピーク値及び蛍光ピーク値を取得する。そして、係数値取得部は、参照ピーク値及び蛍光ピーク値を所定の換算式に代入することにより、参照係数値及び蛍光係数値を夫々取得する。なお、ピーク値をｘとし、係数値をｙとした場合に、この換算式ｙ＝ｆ（ｘ）は、ｘの減少関数である。このｆ（ｘ）は、解析学的に下に凸な関数であってもよい。例えば、ｙは、ｘに対して反比例していてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態による電子内視鏡装置について、説明する。
【００１６】
＜電子内視鏡装置の全体構成＞
図１は、この電子内視鏡装置の構成図である。この図１に示されるように、電子内視鏡装置は、電子内視鏡１，及び，外部装置（光源・プロセッサ装置）２を、備えている。
【００１７】
まず、電子内視鏡（以下、内視鏡と略記）１について説明する。この内視鏡１は、図１にはその形状が示されていないが、生体内に挿入される可撓管状の挿入部，この挿入部の基端側に対して一体に連結された操作部，及び，この操作部と外部装置２とを連結するライトガイド可撓管を、備えている。
【００１８】
内視鏡１の挿入部の先端は、硬質部材製の図示せぬ先端部により封止されている。また、この挿入部の先端近傍の所定領域には、図示せぬ湾曲機構が組み込まれており、当該領域を湾曲させることができる。操作部には、湾曲機構を湾曲操作するためのダイヤル，及び各種操作スイッチが、設けられている。
【００１９】
この内視鏡１の先端部には、少なくとも３つの開口が開けられており、これら３つの開口のうちの２つは、配光レンズ１１，及び，対物レンズ１２により、夫々封止されている。なお、他の開口の１つは、鉗子孔として利用される。
【００２０】
さらに、内視鏡１は、ライトガイド１３を有している。このライトガイド１３は、光ファイバが多数束ねられてなるファイババンドルから構成されている。そして、このライトガイド１３は、その先端面（出射面）を配光レンズ１１に対向させるとともに、挿入部，操作部及びライトガイド可撓管内を引き通され、その基端側が外部装置２内に引き込まれている。なお、これらライトガイド１３及び配光レンズ１１は、照明光学系に相当する。
【００２１】
また、内視鏡１は、撮像素子としてのＣＣＤ（charge-coupled device）エリアセンサ１４を備えている。このＣＣＤエリアセンサ（以下ＣＣＤと略記）１４の撮像面は、内視鏡１の先端部が被検体に対向配置された状態において、対物レンズ１２が当該被検体の像を結ぶ位置に、配置されている。なお、これら対物レンズ１２及びＣＣＤ１４間の光路中には、図示せぬ励起光カットフィルタが、挿入配置されている。この励起光カットフィルタは、生体の自家蛍光を励起する励起光を遮断するとともに、可視光を透過させる。これら対物レンズ１２及び励起光カットフィルタは、対物光学系に相当する。
【００２２】
なお、図１における符号１５は、内視鏡１の操作部に設けられた複数の操作スイッチのうちの１つを、模式的に示したものである。この操作スイッチ１５は、後述する通常観察状態と蛍光観察状態とを切り換えるために、用いられる。
【００２３】
次に、外部装置２について説明する。この外部装置２は、光源ユニット２０，並びに，タイミングコントローラＴ１，画像信号処理回路Ｔ２及びシステムコントローラＴ３を有するプロセッサＴを、備えている。
【００２４】
この外部装置２における光源ユニット２０は、白色光源２１及び励起光源２２を、備えている。一方の白色光源２１は、図示せぬキセノンランプ及びリフレクタを、有している。そして、この白色光源２１は、そのキセノンランプが発した白色光（可視光）を、リフレクタで反射させることにより、平行光として射出する。他方の励起光源２２は、図示せぬＵＶランプ及びリフレクタを、有している。なお、この励起光源２２のＵＶランプは、生体の自家蛍光を励起する紫外帯域の励起光を、発する。そして、この励起光源２２は、そのＵＶランプが発した励起光を、リフレクタで反射させることにより、平行光として射出する。
【００２５】
白色光源２１から発せられた白色光の光路上には、集光レンズ２３が、配置されている。この集光レンズ２３は、入射した平行光を、ライトガイド１３の基端面（入射面）に収束させる。
【００２６】
この集光レンズ２３から射出された収束光の光路上におけるライトガイド１３以前の所定位置には、ＲＧＢホイール２４が挿入される。このＲＧＢホイール２４は、図２の（Ａ）に示されるように、円板状に形成され、その外周に沿ったリング状の部分に、互いに同形状の３つの開口が等間隔で開けられている。これら各開口には、青色光（Ｂ光）のみを透過させるＢフィルタ２４１，緑色光（Ｇ光）のみを透過させるＧフィルタ２４２，及び，赤色光（Ｒ光）のみを透過させるＲフィルタ２４３が、夫々填め込まれている。
【００２７】
なお、図２の（Ａ）に示された例では、これら各フィルタ２４１〜２４３は、同形状であるが、当該ホイール２４の周方向に沿った長さが互いに異なっていてもよい。即ち、ホイール２４の周方向に沿った長さが長いものから順に、Ｂフィルタ２４１，Ｇフィルタ２４２，Ｒフィルタ２４３となっていてもよい。
【００２８】
図１に示されるように、このＲＧＢホイール２４は、モータ２４Ｍに連結されている。そして、ＲＧＢホイール２４は、モータ２４Ｍに駆動されて回転し、そのＢフィルタ２４１，Ｇフィルタ２４２，及びＲフィルタ２４３を、順次繰り返して光路中に挿入する。なお、このモータ２４Ｍは、移動機構２４Ｓに取り付けられている。そして、この移動機構２４Ｓは、モータ２４Ｍ及びＲＧＢホイール２４を、図１の上下方向へ移動させる。即ち、この移動機構２４Ｓは、ＲＧＢホイール２４を、その各フィルタ２４１〜２４３を光路中に挿入可能となる挿入位置，又は，光路から退避した退避位置へ、移動させる。
【００２９】
なお、図１のＲＧＢホイール２４は、退避位置にある。そして、このＲＧＢホイール２４は、図１の状態から図１の上下方向における上向きへ移動することにより、挿入位置をとる。このＲＧＢホイール２４に連結されたモータ２４Ｍ，及び移動機構２４Ｓは、ホイール駆動機構に相当する。
【００３０】
また、白色光源２１から発せられた白色光の光路上における当該白色光源２１の直後には、第１のロータリーシャッタ２５が、挿入される。このロータリーシャッタ２５は、図２の（Ｂ）に示されるように、円板状に形成され、その外周に沿ったリング状の部分に、１つの開口が開けられている。この開口には、透明な平行平板状の光学部材が填め込まれている。この光学部材が、白色光を透過させる透過部２５１になっている。
【００３１】
図１に示されるように、このロータリーシャッタ２５は、モータ２５Ｍに連結されている。そして、このロータリーシャッタ２５は、モータ２５Ｍに駆動されて回転し、その透過部２５１を、間欠的に光路中に挿入する。なお、このモータ２５Ｍは、移動機構２５Ｓに取り付けられている。そして、この移動機構２５Ｓは、モータ２５Ｍ及びロータリーシャッタ２５を、図１の上下方向へ移動させる。即ち、この移動機構２５Ｓは、ロータリーシャッタ２５を、その開口部２５１を光路中に挿入可能となる挿入位置，又は，光路から退避した退避位置へ、移動させる。なお、図１のロータリーシャッタ２５は、挿入位置にある。そして、このロータリーシャッタ２５は、図１の状態から図１の上下方向における上向きへ移動することにより、退避位置をとる。
【００３２】
なお、このロータリーシャッタ２５及び集光レンズ２３間の所定位置において、白色光の光路と励起光の光路とは、直交している。即ち、励起光源２２は、発した励起光が、白色光源２１から発せられた白色光の光路上における上記所定位置で、当該白色光の光路と直交するように、配置されている。これら白色光及び励起光の光路同士が直交する位置には、ハーフミラー２６が、挿入される。このハーフミラー２６は、該ハーフミラー２６を透過した白色光の光路と同じ光路上を励起光が進むように、この励起光を反射させる。
【００３３】
また、励起光源２２から発せられた励起光の光路上におけるハーフミラー２６以前の位置には、第２のロータリーシャッタ２７が、挿入される。このロータリーシャッタ２７は、図２の（Ｃ）に示されるように、円板状に形成され、その外周に沿ったリング状の部分に、１つの開口が開けられている。この開口には、透明な平行平板状の光学部材が填め込まれている。この光学部材が、励起光を透過させる透過部２７１になっている。
【００３４】
図１に示されるように、このロータリーシャッタ２７は、モータ２７Ｍに連結されている。そして、このロータリーシャッタ２７は、モータ２７Ｍに駆動されて回転し、その透過部２７１を、間欠的に光路中に挿入する。
【００３５】
これらハーフミラー２６及びモータ２７Ｍは、ステージ２８に対して固定されている。このステージ２８は、ステージ移動機構２９に連結されている。このステージ移動機構２９は、ステージ２８を移動させることにより、ハーフミラー２６，並びに，モータ２７Ｍ及びロータリーシャッタ２７を、図１の上下方向へ移動させる。即ち、ステージ移動機構２９は、ステージ２８を、ハーフミラー２６が白色光の光路中に挿入された挿入位置，又は，ハーフミラー２６が白色光の光路から退避した退避位置へ、移動させる。なお、図１のステージ２８は、挿入位置にある。そして、このステージ２８は、図１に示された状態から図１の上下方向における下向きへ移動することにより、退避位置をとる。
【００３６】
また、プロセッサＴにおけるタイミングコントローラＴ１，画像信号処理回路Ｔ２，及びシステムコントローラＴ３は、相互に接続されている。このプロセッサＴのタイミングコントローラＴ１は、各モータ２４Ｍ，２５Ｍ，２７Ｍに夫々接続されている。そして、このタイミングコントローラＴ１は、これら各モータ２４Ｍ，２５Ｍ，２７Ｍを夫々同期させて、等速回転させる。
【００３７】
このプロセッサＴのシステムコントローラＴ３は、各移動機構２４Ｓ，２５Ｓ，及びステージ移動機構２９と、夫々接続されている。そして、このシステムコントローラＴ３は、移動機構２４Ｓを制御することにより、ＲＧＢホイール２４を挿入位置へ移動させるとともに、移動機構２５Ｓ及びステージ移動機構２９を夫々制御することにより、第１のロータリーシャッタ２５及びステージ２８を退避位置へ移動させることができる。この状態において、光源ユニット２０が、通常観察状態にあると称される。
【００３８】
一方、図１に示されるように、システムコントローラＴ３が、移動機構２４Ｓを制御することにより、ＲＧＢホイール２４を退避位置へ移動させるとともに、移動機構２５Ｓ及びステージ移動機構２９を夫々制御することにより、第１のロータリーシャッタ２５及びステージ２８を挿入位置へ移動させることができる。この状態において、光源ユニット２０が、蛍光観察状態にあると称される。
【００３９】
なお、システムコントローラＴ３は、操作スイッチ１５の状態に応じて、光源ユニット２０を通常観察状態又は蛍光観察状態に切り換える。即ち、術者は、操作スイッチ１５を切り換えることにより、光源ユニット２０を通常観察状態又は蛍光観察状態に切り換える。
【００４０】
この光源ユニット２０が通常観察状態にある場合に、白色光源２１から発せられた白色光は、集光レンズ２３へ入射する。一方、ステージ２８は、退避位置にあるので、励起光源２２から発せられた励起光は、集光レンズ２３へは入射しない。また、第１のロータリーシャッタ２５も、退避位置にある。従って、光源ユニット２０が通常観察状態にある場合には、集光レンズ２３には、常時、白色光のみが入射する。
【００４１】
この集光レンズ２３を透過した白色光は、ＲＧＢホイール２４の各フィルタ２４１〜２４３により、Ｂ光，Ｇ光，及びＲ光に順次変換される。これらＢ光，Ｇ光，及びＲ光は、ライトガイド１３の基端面（入射面）に収束する。そして、これらＢ光，Ｇ光，及びＲ光は、このライトガイド１３により導かれて、配光レンズ１１へ向かう。すると、配光レンズ１１からは、これらＢ光，Ｇ光，及びＲ光が、順次、繰り返し射出される。
【００４２】
この配光レンズ１１から射出されたＢ光，Ｇ光，及びＲ光が、順次、被検体を照射している際に、内視鏡１の対物レンズ１２は、ＣＣＤ１４の撮像面近傍に被検体像を形成する。この被検体像は、ＣＣＤ１４により画像信号に変換される。なお、ＣＣＤ１４は、プロセッサＴのタイミングコントローラＴ１に接続されており、このタイミングコントローラＴ１から送信された駆動信号に従って、画像信号を出力する。また、プロセッサＴの画像信号処理回路Ｔ２は、ＣＣＤ１４に接続されており、このＣＣＤ１４から出力された画像信号を取得する。
【００４３】
図３は、本実施形態の照明及び画像取得のタイミングチャートである。なお、この図３の（Ａ）は、光源ユニット２０が通常観察状態にある場合に、タイミングコントローラＴ１から出力されたＣＣＤ１４への駆動信号を示している。また、この図３の（Ｂ）は、光源ユニット２０が通常観察状態にある場合に、配光レンズ１１から被検体へ向けて射出されたＢ光，Ｇ光，及びＲ光の照射期間を示している。
【００４４】
この図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、配光レンズ１１からＢ光が射出される「Ｂ照射」期間が、ＣＣＤ１４の「Ｂ蓄積」期間に相当する。即ち、被検体にＢ光が照射された状態において、ＣＣＤ１４の各画素には、Ｂ光による被検体像に対応した電荷が蓄積される。このように蓄積された電荷は、直後の「Ｂ転送」期間中に、Ｂ画像信号として画像信号処理回路Ｔ２へ送信される。
【００４５】
この「Ｂ転送」期間の直後の「Ｇ蓄積」期間は、配光レンズ１１からＧ光が射出される「Ｇ照射」期間に対応している。この「Ｇ蓄積」期間において、ＣＣＤ１４の各画素には、Ｇ光による被検体像に対応した電荷が蓄積される。このように蓄積された電荷は、直後の「Ｇ転送」期間中に、Ｇ画像信号として画像信号処理回路Ｔ２へ送信される。
【００４６】
この「Ｇ転送」期間の直後の「Ｒ蓄積」期間は、配光レンズ１１からＲ光が射出される「Ｒ照射」期間に対応している。この「Ｒ蓄積」期間において、ＣＣＤ１４の各画素には、Ｒ光による被検体像に対応した電荷が蓄積される。このように蓄積された電荷は、直後の「Ｒ転送」期間中に、Ｒ画像信号として画像信号処理回路Ｔ２へ送信される。
【００４７】
そして、画像信号処理回路Ｔ２は、後述の如く、これらＢ画像信号，Ｇ画像信号，及びＲ画像信号に基づき、被検体のカラー画像を示すカラー画像信号を生成する。なお、画像信号処理回路Ｔ２は、モニタ３に接続されている。そして、この画像信号処理回路Ｔ２は、生成したカラー画像信号に基づいて、被検体のカラー画像をモニタ３に表示させる。
【００４８】
次に、光源ユニット２０が蛍光観察状態にある場合について、説明する。この場合に、白色光源２１から発せられた白色光は、第１のロータリーシャッタ２５の透過部２５１が光路中に挿入されている期間中にのみ、ハーフミラー２６へ向けて射出される。一方、励起光源２２から射出された励起光は、第２のロータリーシャッタ２７の透過部２７１が光路中に挿入されている期間中にのみ、ハーフミラー２６へ向けて射出される。
【００４９】
なお、タイミングコントローラＴ１は、第１のロータリーシャッタ２５の透過部２５１が光路中に挿入されていない期間中に、第２のロータリーシャッタ２７の透過部２７１が光路中に挿入されるように、かつ、第２のロータリーシャッタ２７の透過部２７１が光路中に挿入されていない期間中に、第１のロータリーシャッタ２５の透過部２５１が光路中に挿入されるように、各モータ２５Ｍ，２７Ｍを夫々等速回転させている。
【００５０】
このため、ハーフミラー２６へは、白色光と励起光とが、交互に繰り返し入射する。このハーフミラー２６を透過した白色光は、集光レンズ２３によりライトガイド１３の入射面に収束される。一方、このハーフミラー２６により反射された励起光は、集光レンズ２３によりライトガイド１３の入射面に収束される。そして、これら白色光及び励起光は、交互に、ライトガイド１３により導かれて、配光レンズ１１へ向かう。すると、配光レンズ１１からは、これら白色光及び励起光が、交互に繰り返し射出される。
【００５１】
そして、被検体が白色光に照明されている期間中には、この被検体表面において反射された光は、対物レンズ１２により収束されて、ＣＣＤ１４の撮像面近傍に被検体像を形成する。この被検体像は、ＣＣＤ１４により画像信号に変換される。
【００５２】
一方、この被検体に対して励起光が照射されている期間中には、この被検体は、自家蛍光を発する。このため、対物レンズ１２へは、この被検体から発せられた自家蛍光，及び，この被検体表面において反射された励起光が、入射する。但し、励起光は、図示せぬ励起光カットフィルタにより遮断されるので、ＣＣＤ１４の撮像面近傍には、被検体の自家蛍光のみによる被検体像が形成される。
【００５３】
なお、ＣＣＤ１４は、タイミングコントローラＴ１から送信された駆動信号に従って、画像信号を出力する。また、プロセッサＴの画像信号処理回路Ｔ２は、ＣＣＤ１４から出力された画像信号を取得する。図３の（Ｃ）は、光源ユニット２０が蛍光観察状態にある場合に、タイミングコントローラＴ１から出力されたＣＣＤ１４の駆動信号を示している。また、この図３の（Ｄ）は、光源ユニット２０が蛍光観察状態にある場合に、配光レンズ１１から被検体へ向けて射出された励起光（ＵＶ光），及び白色光（Ｗ光）の照射期間を示している。
【００５４】
この図３の（Ｃ）及び（Ｄ）に示されるように、配光レンズ１１からＷ光が射出される「Ｗ照射」期間が、ＣＣＤ１４の「Ｗ蓄積」期間に相当する。即ち、被検体にＷ光が照射された状態において、ＣＣＤ１４の各画素には、Ｗ光による被検体像に対応した電荷が蓄積される。このように蓄積された電荷は、直後の「Ｗ転送」期間中に、Ｗ画像信号（参照画像信号）として画像信号処理回路Ｔ２へ送信される。
【００５５】
一方、配光レンズ１１からＵＶ光が射出される「ＵＶ照射」期間が、ＣＣＤ１４の「Ｆ蓄積」期間に相当する。即ち、被検体にＵＶ光が照射された状態において、ＣＣＤ１４の各画素には、自家蛍光（Ｆ光）による被検体像に対応した電荷が蓄積される。このように蓄積された電荷は、直後の「Ｆ転送」期間中に、Ｆ画像信号（蛍光画像信号）として画像信号処理回路Ｔ２へ送信される。
【００５６】
＜画像信号処理回路の構成＞
この画像信号処理回路Ｔ２は、これらＷ画像信号，及びＦ画像信号を取得して処理し、モニタ３に画像表示させる回路である。図４は、画像信号処理回路Ｔ２を示すブロック図である。この図４に示されるように、画像信号処理回路Ｔ２は、タイミングコントローラＴ１に夫々接続されたＣＣＤプロセス回路Ｔ２１，Ａ／ＤコンバータＴ２２，フレームメモリＴ２３，３つのメモリＴ２４〜Ｔ２６，ピーク値検出回路Ｔ２７，演算回路Ｔ２８，及び，ビデオプロセス回路Ｔ２９を、備えている。
【００５７】
ＣＣＤプロセス回路Ｔ２１は、ＣＣＤ１４に接続されている。そして、このＣＣＤプロセス回路Ｔ２１は、ＣＣＤ１４から出力された画像信号を取得して、ホワイトバランスの調整，及びγ補正等の処理を施した後に、出力する。Ａ／ＤコンバータＴ２２は、ＣＣＤプロセス回路Ｔ２１から出力された画像信号をＡ／Ｄ変換して、デジタルの画像信号（画像データ）として出力する。
【００５８】
フレームメモリＴ２３は、ＣＣＤ１４の画素毎に１０ビットのデータを記憶可能な記憶領域を有する。そして、Ａ／ＤコンバータＴ２２から出力された画像データは、一旦、このフレームメモリＴ２３内に格納される。そして、このフレームメモリＴ２３内に格納された信号は、入力のときとは異なる所定のタイミングで、出力される。
【００５９】
３つのメモリＴ２４〜Ｔ２６は、いずれも、ＣＣＤ１４の画素毎に１０ビットのデータを記憶可能な記憶領域を、有する。これら各メモリＴ２４〜Ｔ２６，及び，ピーク値検出回路Ｔ２７は、フレームメモリＴ２３に夫々接続されている。そして、これら各メモリＴ２４〜Ｔ２６，及び，ピーク値検出回路Ｔ２７には、フレームメモリＴ２３から出力された信号が、入力される。但し、各メモリＴ２４〜Ｔ２６には、タイミングコントローラＴ１により夫々指定された期間中にフレームメモリＴ２３から出力された画像データのみが、格納される。
【００６０】
図５は、演算回路Ｔ２８のブロック図である。この演算回路Ｔ２８は、一対の係数器ＭＦ，ＭＷ，減算器，及び，一対のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を、有している。第１の係数器ＭＦは、第１のメモリＴ２４に接続されている。一方、第２の係数器ＭＷは、第２のメモリＴ２５に接続されている。また、これら両係数器ＭＦ，ＭＷは、夫々、ピーク値検出回路Ｔ２７に接続されている。
【００６１】
そして、これら両係数器ＭＦ，ＭＷは、各メモリＴ２４、Ｔ２５から夫々読み出されたデータに対して、レベル調整のための係数値を乗ずる信号調整部として機能する。なお、これら両係数器ＭＦ，ＭＷに設定される係数値は、ピーク値検出回路Ｔ２７により算出される。このピーク値検出回路Ｔ２７については、図８乃至図１２を用いて後述する。
【００６２】
図５に示された第１のスイッチＳＷ１，及び第２のスイッチＳＷ２は、夫々、図示せぬ信号線によりシステムコントローラＴ３と接続されている。そして、システムコントローラＴ３は、これら両スイッチＳＷ１，ＳＷ２を、夫々切り換えて、各メモリＴ２４，Ｔ２５，Ｔ２６から読み出された画像データを、３つの出力端子Ｐ１〜Ｐ３へ出力させる。
【００６３】
なお、図４に示されるように、演算回路Ｔ２８は、ビデオプロセス回路Ｔ２９に接続されている。さらに、このビデオプロセス回路Ｔ２９は、モニタ３に接続されている。そして、図５に示された演算回路Ｔ２８の各出力端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３から出力されたデータは、夫々、カラー画像のＢ成分，Ｇ成分，Ｒ成分として、ビデオプロセス回路Ｔ２９に入力する。
【００６４】
このビデオプロセス回路Ｔ２９は、Ｂ成分，Ｇ成分，及びＲ成分に夫々対応したデータを、Ｄ／Ａ変換することにより、アナログのＢ画像信号，Ｇ画像信号，及びＲ画像信号を、取得する。さらに、このビデオプロセス回路Ｔ２９は、これらＢ画像信号，Ｇ画像信号，及びＲ画像信号とともに動画表示用の所定の仕様に基づく同期信号を、モニタ３へ出力する。そして、モニタ３は、これらＢ画像信号，Ｇ画像信号，及びＲ画像信号，並びに，同期信号に基づいて、カラー画像をその画面に動画表示する。
【００６５】
図５に示された演算回路Ｔ２８における第１のスイッチＳＷ１は、第１の出力端子Ｐ１への出力を選択するためのものである。即ち、第１のスイッチＳＷ１は、第１の出力端子Ｐ１へ、第１のメモリＴ２４から読み出された画像データを出力する通常観察状態，又は，第２の係数器ＭＷから出力されたデータと第１の係数器ＭＦから出力されたデータとの差分データを出力する蛍光観察状態に、切り換えられる。但し、図５における第１のスイッチＳＷ１は、蛍光観察状態になっている。
【００６６】
この演算回路Ｔ２８における第２のスイッチＳＷ２は、第３の出力端子Ｐ３への出力を選択するためのものである。即ち、第２のスイッチＳＷ２は、第３の出力端子Ｐ３へ、第３のメモリＴ２６から読み出された画像データを出力する通常観察状態，又は，第２のメモリＴ２５から読み出された画像データを出力する蛍光観察状態に、切り換えられる。但し、図５における第２のスイッチＳＷ２は、蛍光観察状態になっている。
【００６７】
なお、第１の出力端子Ｐ１，及び第３の出力端子Ｐ３へ夫々出力される画像データは、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２によって切り換えられるのに対し、第２の出力端子Ｐ２へは、常に、第２のメモリＴ２５から読み出された画像データが、出力される。
【００６８】
そして、システムコントローラＴ３は、光源ユニット２０を通常観察状態に設定するとともに演算回路Ｔ２８の各スイッチＳＷ１，ＳＷ２を夫々通常観察状態に切り換えることにより、この演算回路Ｔ２８に、被検体のカラー画像を示すデータをビデオプロセス回路Ｔ２９へ送信させることができる。図６は、通常観察状態における処理の説明図である。
【００６９】
一方、システムコントローラＴ３は、光源ユニット２０を蛍光観察状態に設定するとともに演算回路Ｔ２８の各スイッチＳＷ１，ＳＷ２を夫々蛍光観察状態に切り換えることにより、この演算回路Ｔ２８に、両係数器ＭＷ，ＭＦから出力されたデータの差分データを、ビデオプロセス回路Ｔ２９へ送信させることができる。図７は、蛍光観察状態における処理の説明図である。
【００７０】
なお、システムコントローラＴ３は、操作スイッチ１５の状態に応じて、光源ユニット２０とともに各スイッチＳＷ１，ＳＷ２を通常観察状態又は蛍光観察状態に切り換える。即ち、術者は、操作スイッチ１５を切り換えることにより、光源ユニット２０及び各スイッチＳＷ１，ＳＷ２を、通常観察状態又は蛍光観察状態に切り換える。
【００７１】
まず、図４乃至図６を参照して、光源ユニット２０及び各スイッチＳＷ１，ＳＷ２が、通常観察状態に設定された場合の処理について説明する。この場合には、ＣＣＤ１４からＢ画像信号，Ｇ画像信号，及びＲ画像信号が、順次繰り返して出力される。これらＢ画像信号，Ｇ画像信号，及びＲ画像信号は、夫々、ＣＣＤプロセス回路Ｔ２１及びＡ／ＤコンバータＴ２２により処理されることにより、Ｂ画像データ，Ｇ画像データ，及びＲ画像データに変換される。これらＢ画像データ，Ｇ画像データ，及びＲ画像データは、一旦、フレームメモリＴ２３内に格納された後に、このフレームメモリＴ２３から読み出される。
【００７２】
そして、フレームメモリＴ２３から読み出されたＢ画像データは、第１のメモリＴ２４内に格納される。次に、フレームメモリＴ２３から読み出されたＧ画像データは、第２のメモリＴ２５内に格納される。次に、フレームメモリＴ２３から読み出されたＲ画像データは、第３のメモリＴ２６内に格納される。
【００７３】
これらＢ画像データ，Ｇ画像データ，及びＲ画像データは、夫々、各メモリＴ２４〜Ｔ２６から所定のタイミングで読み出され、演算回路Ｔ２８へ出力される。そして、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２が通常観察状態にあるので、各出力端子Ｐ１〜Ｐ３へは、夫々、Ｂ画像データ，Ｇ画像データ，及びＲ画像データが、出力される。即ち、図６に示されるように、各メモリＴ２４〜Ｔ２６から夫々読み出されたＢ画像データ，Ｇ画像データ，及びＲ画像データは、各出力端子Ｐ１，Ｐ２，及びＰ３へ出力される。
【００７４】
ビデオプロセス回路Ｔ２９は、これらＢ画像データ，Ｇ画像データ，及びＲ画像データを、Ｄ／Ａ変換することにより、アナログのＢ画像信号，Ｇ画像信号，及びＲ画像信号を取得し、同期信号とともに、通常画像信号としてモニタ３へ送信する。すると、モニタ３には、被検体のカラー画像が動画表示される。
【００７５】
次に、図４，図５及び図７を参照して、光源ユニット２０及び各スイッチＳＷ１，ＳＷ２が、蛍光観察状態に設定された場合の処理について説明する。この場合には、ＣＣＤ１４からＦ画像信号，及びＷ画像信号が、交互に繰り返して出力される。これらＦ画像信号，及びＷ画像信号は、夫々、ＣＣＤプロセス回路Ｔ２１及びＡ／ＤコンバータＴ２２により処理されることにより、Ｆ画像データ，及びＷ画像データに変換される。即ち、Ａ／ＤコンバータＴ２２からは、これらＦ画像データ，及びＷ画像データが、交互に出力される。これらＦ画像データ，及びＷ画像データは、一旦、フレームメモリＴ２３内に格納された後に、このフレームメモリＴ２３から読み出される。
【００７６】
そして、フレームメモリＴ２３からＦ画像データが読み出されている期間中に、このＦ画像データは、第１のメモリＴ２４内に格納される。次に、フレームメモリＴ２３からＷ画像データが読み出されている期間中に、このＷ画像データは、第２のメモリＴ２５内に格納される。
【００７７】
これらＦ画像データ，及びＷ画像データは、夫々、各メモリＴ２４，Ｔ２５から所定のタイミングで読み出される。そして、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２が蛍光観察状態にあるので、図７に示されるように、第２の出力端子Ｐ２，及び第３の出力端子Ｐ３へは、Ｗ画像データが出力される。但し、第１の出力端子Ｐ１へは、両係数器ＭＷ，ＭＦから出力されたデータの差分データが、出力される。即ち、第２のメモリＴ２５から読み出されてレベル調整されたＷ画像データと、第１のメモリＴ２４から読み出されてレベル調整されたＦ画像データとの差分データが、第１の出力端子Ｐ１へ出力される。
【００７８】
ビデオプロセス回路Ｔ２９は、これら各出力端子Ｐ１〜Ｐ３から出力された画像データを、Ｄ／Ａ変換し、同期信号とともに診断用画像信号としてモニタ３へ送信する。すると、モニタ３には、被検体の画像（診断用画像）が動画表示される。
【００７９】
仮に、各出力端子Ｐ１〜Ｐ３へＷ画像データのみが出力されるならば、モニタ３には、白色光が照射された状態における被検体のモノクロ画像が、表示されることになる。しかし、実際には、上記のように第１の出力端子Ｐ１へは、Ｗ画像データからＦ画像データが減算された差分データが出力される。このため、モニタ３に表示された診断用画像において、被検体の自家蛍光が発せられていない部分に対応する領域は、当該部分のモノクロ画像と同等もしくは青色になっている。一方、モニタ３に表示された画像において、被検体の自家蛍光が発せられている部分に対応する領域は、その自家蛍光の強度に応じて着色された状態になっている。
【００８０】
＜ピーク値検出回路の詳細構成＞
上記の両係数器ＭＦ，ＭＷに用いられる係数値は、ピーク値検出回路Ｔ２７により算出される。なお、第１の係数器ＭＦに設定される係数値が蛍光係数値と称される。一方、第２の係数器ＭＷに設定される係数値が参照係数値と称される。以下、図８を参照してピーク値検出回路Ｔ２７の構成について、説明する。この図８に示されるように、ピーク値検出回路Ｔ２７は、比較器Ｄ，３つのスイッチＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，一対のレジスタＥＦ，ＥＷ，及び，一対の正規化回路ＮＦ，ＮＷを、備えている。なお、これら比較器Ｄ，各スイッチＳＷ３〜ＳＷ５，両レジスタＥＦ，ＥＷは、ピーク値検出部に相当し、両正規化回路ＮＦ，ＮＷは、係数値取得部に相当する。
【００８１】
これらのうち、両レジスタＥＦ，ＥＷは、ＣＣＤ１４の１画素分に相当する１０ビットのデータを、夫々格納可能である。スイッチＳＷ３は、フレームメモリＴ２３から読み出されたデータを出力する状態，又は，何も出力しない状態に、切り換えられる。このスイッチＳＷ３は、比較器Ｄに接続されており、この比較器Ｄの状態に応じて切り換えられる。
【００８２】
また、両スイッチＳＷ４，ＳＷ５は、夫々、図示せぬ信号線によりタイミングコントローラＴ１と接続されている。一方のスイッチＳＷ４は、スイッチＳＷ３から出力されたデータを、第１のレジスタＥＦへ出力するＦ選択状態，又は，第２のレジスタＥＷへ出力するＷ選択状態に、切り換えられる。他方のスイッチＳＷ５は、第１のレジスタＥＦから読み出されたデータを出力するＦ選択状態，又は，第２のレジスタＥＷから読み出されたデータを出力するＷ選択状態に、切り換えられる。
【００８３】
そして、タイミングコントローラＴ１は、フレームメモリＴ２３からＦ画像データが読み出されている期間中に、これら両スイッチＳＷ４，ＳＷ５を夫々Ｆ選択状態に切り換え、フレームメモリＴ２３からＷ画像データが読み出されている期間中に、これら両スイッチＳＷ４，ＳＷ５を夫々Ｗ選択状態に切り換える。なお、図８における両スイッチＳＷ４，ＳＷ５は、いずれもＦ選択状態になっている。
【００８４】
比較器Ｄは、０又は１に設定されるフラグを、有している。そして、比較器Ｄは、フレームメモリＴ２３から読み出されたデータと、スイッチＳＷ５から出力されたデータとを比較して、そのフラグを設定する。即ち、フレームメモリＴ２３から出力されたデータが、スイッチＳＷ５から出力されたデータよりも大きい場合には、フラグは１に設定され、それ以外の場合には、フラグは０に設定される。
【００８５】
そして、スイッチＳＷ３は、比較器Ｄのフラグが１の場合には、フレームメモリＴ２３から読み出されたデータを出力する状態に設定され、比較器Ｄのフラグが０の場合には、何も出力しない状態に設定される。
【００８６】
このピーク値検出回路Ｔ２７は、光源ユニット２０及び演算回路Ｔ２８の各スイッチＳＷ１，ＳＷ２が、蛍光観察状態に設定された場合に、フレームメモリＴ２３から出力されたＦ画像データ及びＷ画像データを、所定の処理単位である１フレームずつ繰り返し処理する。
【００８７】
まず、Ｆ画像データ（１フレーム）の処理について、図９乃至図１１を参照して説明する。この処理の開始時に、両スイッチＳＷ４，ＳＷ５は、夫々、Ｆ選択状態に設定される。従って、Ｆ画像データの処理の際には、レジスタＥＦが利用され、レジスタＥＷは利用されない。なお、この処理の開始時に、レジスタＥＦは、ゼロクリアされる。即ち、図９に示されるように、レジスタＥＦ内の値は０に設定される。
【００８８】
そして、比較器Ｄは、フレームメモリＴ２３から読み出されたＦ画像データのうちの最初の１画素のデータＰ１を取得するとともに、スイッチＳＷ５を介して、レジスタＥＦから読み出された０を取得する。なお、フレームメモリＴ２３からのＰ１がＰ１＞０であるとすると、比較器Ｄは、そのフラグを１に設定する。すると、スイッチＳＷ３は、フレームメモリＴ２３からのデータを出力する状態に設定されるので、このスイッチＳＷ３からは、Ｐ１が出力される。そして、このスイッチＳＷ３から出力されたＰ１は、スイッチＳＷ４を介してレジスタＥＦへ出力される。このため、レジスタＥＦ内には、Ｐ１が格納される。
【００８９】
次に、図１０に示されるように、比較器Ｄは、フレームメモリＴ２３から読み出されたＦ画像データのうちの２番目の画素のデータＰ２を取得するとともに、スイッチＳＷ５を介して、レジスタＥＦから読み出されたＰ１を取得する。なお、フレームメモリＴ２３からのＰ２がＰ２≦Ｐ１であるとすると、比較器Ｄは、そのフラグを０に切り換える。すると、スイッチＳＷ３は、データを出力しない状態に設定される。このため、レジスタＥＦは、Ｐ１を格納した状態を保つ。
【００９０】
次に、図１１に示されるように、比較器Ｄは、フレームメモリＴ２３から読み出されたＦ画像データのうちの３番目の画素のデータＰ３を取得するとともに、スイッチＳＷ５を介して、レジスタＥＦから読み出されたＰ１を取得する。なお、フレームメモリＴ２３からのＰ３がＰ３≦Ｐ１であると、比較器Ｄは、そのフラグを０に保つ。すると、スイッチＳＷ３は、データを出力しない状態に設定される。このため、レジスタＥＦは、Ｐ１を格納した状態を保つ。
【００９１】
さらに、ピーク値検出回路Ｔ２７は、フレームメモリＴ２３から読み出されたＦ画像データ（１フレーム）における残りの全ての画素について、同様に処理する。この全ての画素についての処理後、レジスタＥＦ内には、１フレーム分のＦ画像データにおける各画素の輝度のうちの最大値（蛍光ピーク値）が、格納されている。
【００９２】
そして、正規化回路ＮＦは、このレジスタＥＦから蛍光ピーク値を読み出して、蛍光係数値を算出する。この蛍光係数値をｙとし、レジスタＥＦから読み出される蛍光ピーク値をｘとすると、当該蛍光係数値ｙは、（１）式、
ｙ＝１０２３／ｘ …（１）
に基づいて、算出される。図１２は、この（１）式のグラフである。なお、Ｆ画像データは、ＣＣＤ１４の各画素の輝度を１０ビット（０〜１０２３）で表現している。このため、レジスタＥＦから読み出される値は、１０２３（上限値）を越えることがない。これら（１）式及び図１２のグラフに示されるように、蛍光ピーク値ｘがｘ＝１０２３のときに、蛍光係数値ｙは、ｙ＝１．０になる。この蛍光ピーク値ｘが小さくなるにつれて、蛍光係数値ｙは大きくなってゆく。つまり、この蛍光係数値ｙは、蛍光ピーク値ｘに対して反比例している。このため、蛍光ピーク値ｘと蛍光係数値ｙとの積は、常に、一定になる（ｘ・ｙ＝１０２３）。
【００９３】
そして、正規化回路ＮＦは、算出した蛍光係数値を、係数器ＭＦへ送信することにより、この係数器ＭＦに、蛍光係数値を設定する。
【００９４】
次に、ピーク値検出回路Ｔ２７は、Ｗ画像データ（１フレーム）を処理する。この処理の開始時に、両スイッチＳＷ４，ＳＷ５は、夫々、Ｗ選択状態に設定される。従って、Ｗ画像データの処理の際には、レジスタＥＷが利用され、レジスタＥＦは利用されない。なお、この処理の開始時に、レジスタＥＷは、ゼロクリアされる。
【００９５】
そして、上記のＦ画像データの処理の場合と同様に、Ｗ画像データが１フレーム分処理された後には、レジスタＥＷ内には、１フレーム分のＷ画像データにおける各画素の輝度値のうちの最大値（参照ピーク値）が、格納されている。この参照ピーク値は、正規化回路ＮＷに読み出されて参照係数値の算出に用いられる。なお、この正規化回路ＮＷにおける処理は、上記の正規化回路ＮＦの場合と同様である。そして、係数器ＭＷには、正規化回路ＮＷにより算出された参照係数値が、設定される。
【００９６】
上述のように、フレームメモリＴ２３からＦ画像データ及びＷ画像データが順に１フレームずつ読み出されると、両係数器ＭＦ，ＭＷには、蛍光係数値及び参照係数値が夫々設定され、メモリＴ２４内には、Ｆ画像データが１フレーム分格納されるとともに、メモリＴ２５内には、Ｗ画像データが１フレーム分格納される。
【００９７】
そして、図５に示された演算回路Ｔ２８は、メモリＴ２５からＷ画像データを読み出して各出力端子Ｐ２，Ｐ３へ出力する。同時に、演算回路Ｔ２８の係数器ＭＷは、このＷ画像データに参照係数値を乗じてレベル調整し、係数器ＭＦは、メモリＴ２４から読み出されたＦ画像データに蛍光係数値を乗じてレベル調整する。このレベル調整により、Ｆ画像データ及びＷ画像データにおける各画素の輝度値の最大値は、夫々、１０２３に設定される。そして、出力端子Ｐ１へは、レベル調整されたＷ画像データからレベル調整されたＦ画像データが差し引かれた差分データが、出力される。
【００９８】
これら各出力端子Ｐ１〜Ｐ３から出力された画像データは、ビデオプロセス回路Ｔ２９によりＤ／Ａ変換され、同期信号とともに診断用画像信号としてモニタ３へ送信される。そして、上記の処理が繰り返されることにより、モニタ３には、被検体の診断用画像が動画表示される。
【００９９】
＜実施形態の作用＞
上記のように、光源ユニット２０，及び演算回路Ｔ２８の各スイッチＳＷ１，ＳＷ２が夫々蛍光観察状態に設定された場合に、画像信号処理回路Ｔ２のフレームメモリＴ２３内には、Ｆ画像データ及びＷ画像データが１フレームずつ順次格納されてゆく。
【０１００】
そして、画像信号処理回路Ｔ２は、そのフレームメモリＴ２３内に格納したＦ画像信号及びＷ画像信号を、１フレームずつ繰り返し読み出すとともに、各フレーム毎に、当該フレーム中のデータの増幅のゲインを調節している。このため、出力端子Ｐ１へ出力される差分データは、常に、最適にレベル調整されている。即ち、モニタ３上の診断用画像におけるＢ成分は、被検体の状態に関らず、常に最適に調節されている。このため、生体内の部位や被験者の個人差に関らず、常に、最適に調節された診断用画像が得られる。従って、術者は、この診断用画像を観察することにより、正確な診断を行うことができる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明の電子内視鏡装置は、蛍光画像信号を、その強度が常に最適になるように増幅している。従って、多様な被検体に対して当該被検体の状態を正確に示す蛍光画像信号が取得される。さらに、この蛍光画像信号に基づいて診断用画像が得られると、術者は、この診断用画像を観察することにより、常に、被検体の状態を正確に知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電子内視鏡装置を示す構成図
【図２】本発明の一実施形態のホイール及びロータリーシャッタを示す図
【図３】本発明の一実施形態の照明及び画像取得のタイミングチャート
【図４】本発明の一実施形態の画像信号処理回路を示すブロック図
【図５】本発明の一実施形態の演算回路を示すブロック図
【図６】通常観察状態における処理の説明図
【図７】蛍光観察状態における処理の説明図
【図８】本発明の一実施形態のピーク値検出回路を示すブロック図
【図９】ピーク値検出処理の説明図
【図１０】ピーク値検出処理の説明図
【図１１】ピーク値検出処理の説明図
【図１２】正規化回路における係数値決定用のグラフ
【符号の説明】
１電子内視鏡
１１配光レンズ
１２対物レンズ
１３ライトガイド
１４ＣＣＤエリアセンサ
２外部装置（光源・プロセッサ装置）
２０光源ユニット
２４ホイール
２４Ｓ移動機構
２４Ｍモータ
Ｔプロセッサ
Ｔ１タイミングコントローラ
Ｔ２画像信号処理回路
Ｔ２７ピーク値検出回路
ＮＦ，ＮＷ正規化回路
Ｔ２８演算回路
ＭＦ，ＭＷ係数器
Ｔ３システムコントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic endoscope apparatus capable of observing fluorescence by autofluorescence emitted from a living body.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an electronic endoscope apparatus for observation of a living body has been used by imaging fluorescence (autofluorescence) emitted from the living body when the living body as an object is irradiated with excitation light such as ultraviolet light. Yes. It is known that the intensity of autofluorescence emitted from a biological tissue in which a lesion has occurred is smaller than the intensity of autofluorescence emitted from a healthy biological tissue. Therefore, the surgeon can recognize that there is a high possibility that a lesion has occurred in a region having a low fluorescence intensity by observing the fluorescence image of the subject by the autofluorescence.
[0003]
This electronic endoscope apparatus images a subject illuminated by illumination light, a light source unit that alternately emits white light and excitation light, and an illumination optical system that guides the emitted white light and excitation light. A CCD is provided.
[0004]
Then, while the white light emitted from the illumination optical system illuminates the subject, the CCD acquires an image of the subject and outputs it as a reference image signal. On the other hand, when the excitation light emitted from the illumination optical system irradiates the subject, the subject emits autofluorescence. Then, the CCD captures the subject image by the autofluorescence and outputs it as a fluorescence image signal.
[0005]
A diagnostic image signal of the subject is generated based on the reference image signal and the fluorescence image signal. That is, the diagnostic image signal is generated by subtracting the fluorescence image signal from the portion corresponding to the specific color component in the reference image signal. This diagnostic image signal is displayed on the monitor as a diagnostic image.
[0006]
This diagnostic image is displayed in the same manner as a monochrome image for a portion of the subject where no autofluorescence is emitted. However, this diagnostic image is displayed in a state in which the portion of the subject where the autofluorescence is emitted is colored according to the intensity of the autofluorescence. Therefore, the operator can make a diagnosis by observing the diagnostic image, grasping the shape of the subject, and recognizing the intensity of autofluorescence in the subject.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Note that autofluorescence emitted from the subject is extremely weak. For this reason, in order to generate a diagnostic image signal based on the reference image signal and the fluorescence image signal, the fluorescence image signal must be greatly amplified.
[0008]
Further, the intensity of this autofluorescence varies depending on the part in the living body. Furthermore, there are individual differences in the intensity of this autofluorescence. In other words, the degree of amplification with respect to the fluorescence image signal is desirably set according to the subject. However, in practice, it has been difficult to adjust the degree of amplification according to the subject.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an electronic endoscope apparatus that can optimally adjust the degree of amplification of a fluorescent image signal in correspondence with various subjects.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The electronic endoscope apparatus according to the present invention employs the following configuration in order to solve the above problems.
[0011]
That is, the electronic endoscope apparatus emits excitation light that excites the illumination optical system that illuminates the subject, visible light, and fluorescence from the living tissue itself, and alternately switches between the visible light and the excitation light. A light source unit that repeatedly leads to the illumination optical system, an objective optical system that converges components other than excitation light in the light from the subject surface, and forms an image of the subject surface, and the objective optical system Corresponding to a period in which visible light is guided to the illumination optical system among the image sensor that captures an image of the surface of the subject formed by the image sensor and converts the image into an image signal, and the image signal acquired by the image sensor A reference image signal is generated based on the portion, and a fluorescence image signal is generated based on a portion corresponding to a period in which excitation light is guided to the illumination optical system. , Each pixel all In a predetermined processing unit in the fluorescence image signal Strong A processor that amplifies the fluorescence image signal for each processing unit within a range in which the intensity does not exceed the upper limit value when the maximum value is smaller than a predetermined upper limit value. .
[0012]
If comprised in this way, a fluorescence image signal will be adjusted so that it may become always optimal intensity | strength. That is, when the intensity of the fluorescent image signal is relatively small, the degree of amplification is adjusted to be large, and when the intensity of the fluorescent image signal is relatively large, the degree of amplification is adjusted to be small. Since this adjustment is made dynamically, a fluorescent image signal having an optimum intensity is always obtained. Similarly, the intensity of the reference image signal may be adjusted dynamically. A diagnostic image signal may be obtained by subtracting the fluorescence image signal from the reference image signal.
[0013]
Further, the processor acquires a predetermined processing unit portion corresponding to each other in the reference image signal and the fluorescence image signal, and a reference peak which is a maximum value of a signal in the processing unit portion of the reference image signal. A value is acquired, and a peak value detector that acquires a fluorescence peak value that is the maximum value of the signal in the portion of the processing unit of the fluorescence image signal, and a reference coefficient value is acquired based on the reference peak value And a coefficient value acquisition unit that acquires a fluorescence coefficient value based on the fluorescence peak value, and a reference unit corresponding to the intensity of the signal in the processing unit portion of the reference image signal. Amplifies the intensity by multiplying by a numerical value, and the signal in the processing unit portion of the fluorescence image signal is multiplied by the intensity of the processing unit. And a signal adjusting unit for amplifying so that the strength obtained by multiplying the fluorescent coefficient values corresponding to, may be provided.
[0014]
If comprised in this way, a peak value detection part will process a reference image signal and a fluorescence image signal for every predetermined processing unit (for example, 1 frame), and will acquire a reference peak value and a fluorescence peak value. Then, the coefficient value acquisition unit acquires the reference coefficient value and the fluorescence coefficient value by substituting the reference peak value and the fluorescence peak value into a predetermined conversion formula, respectively. When the peak value is x and the coefficient value is y, the conversion formula y = f (x) is a decreasing function of x. This f (x) may be an analytically convex function. For example, y may be inversely proportional to x.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an electronic endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
<Overall configuration of electronic endoscope apparatus>
FIG. 1 is a configuration diagram of the electronic endoscope apparatus. As shown in FIG. 1, the electronic endoscope apparatus includes an electronic endoscope 1 and an external device (light source / processor device) 2.
[0017]
First, an electronic endoscope (hereinafter abbreviated as an endoscope) 1 will be described. Although the shape of the endoscope 1 is not shown in FIG. 1, a flexible tubular insertion portion to be inserted into a living body, and an operation portion integrally connected to the proximal end side of the insertion portion , And a light guide flexible tube for connecting the operation unit and the external device 2.
[0018]
The distal end of the insertion portion of the endoscope 1 is sealed by a distal end portion (not shown) made of a hard member. Further, a bending mechanism (not shown) is incorporated in a predetermined region near the distal end of the insertion portion, and the region can be bent. The operation unit is provided with a dial for bending the bending mechanism and various operation switches.
[0019]
At least three openings are opened at the distal end portion of the endoscope 1, and two of the three openings are sealed by the light distribution lens 11 and the objective lens 12, respectively. . One of the other openings is used as a forceps hole.
[0020]
Furthermore, the endoscope 1 has a light guide 13. The light guide 13 is composed of a fiber bundle in which a large number of optical fibers are bundled. The light guide 13 has its distal end surface (outgoing surface) opposed to the light distribution lens 11 and is passed through the insertion portion, the operation portion, and the light guide flexible tube. Has been drawn. The light guide 13 and the light distribution lens 11 correspond to an illumination optical system.
[0021]
The endoscope 1 includes a CCD (charge-coupled device) area sensor 14 as an image sensor. The imaging surface of the CCD area sensor (hereinafter abbreviated as CCD) 14 is disposed at a position where the objective lens 12 connects the image of the subject in a state where the distal end portion of the endoscope 1 is disposed opposite to the subject. ing. An excitation light cut filter (not shown) is inserted in the optical path between the objective lens 12 and the CCD 14. The excitation light cut filter blocks excitation light that excites the autofluorescence of the living body and transmits visible light. The objective lens 12 and the excitation light cut filter correspond to an objective optical system.
[0022]
In addition, the code | symbol 15 in FIG. 1 shows typically one of the some operation switches provided in the operation part of the endoscope 1. FIG. The operation switch 15 is used to switch between a normal observation state and a fluorescence observation state, which will be described later.
[0023]
Next, the external device 2 will be described. The external device 2 includes a light source unit 20 and a processor T having a timing controller T1, an image signal processing circuit T2, and a system controller T3.
[0024]
The light source unit 20 in the external device 2 includes a white light source 21 and an excitation light source 22. One white light source 21 has a xenon lamp and a reflector (not shown). The white light source 21 emits parallel light by reflecting the white light (visible light) emitted by the xenon lamp with a reflector. The other excitation light source 22 has a UV lamp and a reflector (not shown). The UV lamp of the excitation light source 22 emits excitation light in the ultraviolet band that excites the autofluorescence of the living body. And this excitation light source 22 is inject | emitted as parallel light by reflecting the excitation light which the UV lamp emitted with the reflector.
[0025]
A condenser lens 23 is disposed on the optical path of white light emitted from the white light source 21. The condensing lens 23 converges the incident parallel light on the base end surface (incident surface) of the light guide 13.
[0026]
An RGB wheel 24 is inserted at a predetermined position before the light guide 13 on the optical path of the convergent light emitted from the condenser lens 23. As shown in FIG. 2A, the RGB wheel 24 is formed in a disk shape, and three openings having the same shape are opened at equal intervals in a ring-shaped portion along the outer periphery thereof. Yes. In each of these openings, there are a B filter 241 that transmits only blue light (B light), a G filter 242 that transmits only green light (G light), and an R filter 243 that transmits only red light (R light). , Respectively.
[0027]
In the example shown in FIG. 2A, these filters 241 to 243 have the same shape, but the lengths of the wheel 24 along the circumferential direction may be different from each other. That is, the B filter 241, the G filter 242, and the R filter 243 may be formed in order from the longest length along the circumferential direction of the wheel 24.
[0028]
As shown in FIG. 1, the RGB wheel 24 is connected to a motor 24M. The RGB wheel 24 is rotated by being driven by the motor 24M, and the B filter 241, the G filter 242, and the R filter 243 are sequentially inserted into the optical path. The motor 24M is attached to the moving mechanism 24S. The moving mechanism 24S moves the motor 24M and the RGB wheel 24 in the vertical direction in FIG. That is, the moving mechanism 24S moves the RGB wheel 24 to an insertion position where the filters 241 to 243 can be inserted into the optical path or a retracted position retracted from the optical path.
[0029]
Note that the RGB wheel 24 in FIG. 1 is in the retracted position. And this RGB wheel 24 takes an insertion position by moving upwards in the up-down direction of FIG. 1 from the state of FIG. The motor 24M and the moving mechanism 24S connected to the RGB wheel 24 correspond to a wheel driving mechanism.
[0030]
Further, the first rotary shutter 25 is inserted immediately after the white light source 21 on the optical path of the white light emitted from the white light source 21. As shown in FIG. 2B, the rotary shutter 25 is formed in a disc shape, and one opening is opened in a ring-shaped portion along the outer periphery thereof. This opening is filled with a transparent parallel plate-shaped optical member. This optical member is a transmission part 251 that transmits white light.
[0031]
As shown in FIG. 1, the rotary shutter 25 is connected to a motor 25M. The rotary shutter 25 is rotated by being driven by the motor 25M, and the transmission part 251 is intermittently inserted into the optical path. The motor 25M is attached to the moving mechanism 25S. The moving mechanism 25S moves the motor 25M and the rotary shutter 25 in the vertical direction in FIG. That is, the moving mechanism 25S moves the rotary shutter 25 to an insertion position where the opening 251 can be inserted into the optical path or a retracted position retracted from the optical path. Note that the rotary shutter 25 in FIG. 1 is in the insertion position. The rotary shutter 25 takes the retracted position by moving upward in the vertical direction of FIG. 1 from the state of FIG.
[0032]
Note that, at a predetermined position between the rotary shutter 25 and the condenser lens 23, the optical path of the white light and the optical path of the excitation light are orthogonal to each other. That is, the excitation light source 22 is disposed so that the excitation light emitted is orthogonal to the optical path of the white light at the predetermined position on the optical path of the white light emitted from the white light source 21. A half mirror 26 is inserted at a position where the optical paths of the white light and the excitation light are orthogonal to each other. The half mirror 26 reflects the excitation light so that the excitation light travels on the same optical path as the white light optical path transmitted through the half mirror 26.
[0033]
A second rotary shutter 27 is inserted at a position before the half mirror 26 on the optical path of the excitation light emitted from the excitation light source 22. As shown in FIG. 2C, the rotary shutter 27 is formed in a disk shape, and one opening is opened in a ring-shaped portion along the outer periphery thereof. This opening is filled with a transparent parallel plate-shaped optical member. This optical member is a transmission part 271 that transmits excitation light.
[0034]
As shown in FIG. 1, the rotary shutter 27 is connected to a motor 27M. The rotary shutter 27 is rotated by being driven by the motor 27M, and the transmission part 271 is intermittently inserted into the optical path.
[0035]
The half mirror 26 and the motor 27M are fixed with respect to the stage 28. The stage 28 is connected to a stage moving mechanism 29. The stage moving mechanism 29 moves the half mirror 26, the motor 27M, and the rotary shutter 27 in the vertical direction in FIG. That is, the stage moving mechanism 29 moves the stage 28 to an insertion position where the half mirror 26 is inserted into the white light optical path or a retreat position where the half mirror 26 is retracted from the white light optical path. Note that the stage 28 in FIG. 1 is in the insertion position. Then, the stage 28 takes the retracted position by moving downward from the state shown in FIG. 1 in the vertical direction of FIG.
[0036]
In addition, the timing controller T1, the image signal processing circuit T2, and the system controller T3 in the processor T are connected to each other. The timing controller T1 of the processor T is connected to each of the motors 24M, 25M, and 27M. The timing controller T1 rotates these motors 24M, 25M, and 27M at a constant speed in synchronization with each other.
[0037]
The system controller T3 of the processor T is connected to the moving mechanisms 24S and 25S and the stage moving mechanism 29, respectively. The system controller T3 moves the RGB wheel 24 to the insertion position by controlling the moving mechanism 24S, and controls the moving mechanism 25S and the stage moving mechanism 29, respectively, The stage 28 can be moved to the retracted position. In this state, the light source unit 20 is referred to as being in a normal observation state.
[0038]
On the other hand, as shown in FIG. 1, the system controller T3 moves the RGB wheel 24 to the retracted position by controlling the moving mechanism 24S, and controls the moving mechanism 25S and the stage moving mechanism 29, respectively. The first rotary shutter 25 and the stage 28 can be moved to the insertion position. In this state, the light source unit 20 is referred to as being in the fluorescence observation state.
[0039]
The system controller T3 switches the light source unit 20 to the normal observation state or the fluorescence observation state according to the state of the operation switch 15. That is, the surgeon switches the light source unit 20 to the normal observation state or the fluorescence observation state by switching the operation switch 15.
[0040]
When the light source unit 20 is in a normal observation state, white light emitted from the white light source 21 enters the condenser lens 23. On the other hand, since the stage 28 is in the retracted position, the excitation light emitted from the excitation light source 22 does not enter the condenser lens 23. The first rotary shutter 25 is also in the retracted position. Accordingly, when the light source unit 20 is in the normal observation state, only white light is always incident on the condenser lens 23.
[0041]
The white light transmitted through the condenser lens 23 is sequentially converted into B light, G light, and R light by the filters 241 to 243 of the RGB wheel 24. These B light, G light, and R light converge on the base end face (incident surface) of the light guide 13. The B light, G light, and R light are guided by the light guide 13 and travel toward the light distribution lens 11. Then, the B light, the G light, and the R light are sequentially and repeatedly emitted from the light distribution lens 11.
[0042]
When the B light, G light, and R light emitted from the light distribution lens 11 sequentially irradiate the subject, the objective lens 12 of the endoscope 1 is located near the imaging surface of the CCD 14. Form an image. This subject image is converted into an image signal by the CCD 14. The CCD 14 is connected to the timing controller T1 of the processor T, and outputs an image signal in accordance with the drive signal transmitted from the timing controller T1. The image signal processing circuit T2 of the processor T is connected to the CCD 14 and acquires an image signal output from the CCD 14.
[0043]
FIG. 3 is a timing chart of illumination and image acquisition according to this embodiment. 3A shows a drive signal to the CCD 14 output from the timing controller T1 when the light source unit 20 is in the normal observation state. FIG. 3B shows the irradiation period of B light, G light, and R light emitted from the light distribution lens 11 toward the subject when the light source unit 20 is in a normal observation state. ing.
[0044]
As shown in FIGS. 3A and 3B, the “B irradiation” period in which the B light is emitted from the light distribution lens 11 corresponds to the “B accumulation” period of the CCD 14. That is, in a state where the subject is irradiated with the B light, charges corresponding to the subject image by the B light are accumulated in each pixel of the CCD 14. The charges accumulated in this way are transmitted to the image signal processing circuit T2 as a B image signal during the “B transfer” period immediately after.
[0045]
The “G accumulation” period immediately after the “B transfer” period corresponds to the “G irradiation” period in which the G light is emitted from the light distribution lens 11. During this “G accumulation” period, charges corresponding to the subject image by the G light are accumulated in each pixel of the CCD 14. The charges accumulated in this way are transmitted to the image signal processing circuit T2 as a G image signal during the “G transfer” period immediately after.
[0046]
The “R accumulation” period immediately after the “G transfer” period corresponds to the “R irradiation” period in which the R light is emitted from the light distribution lens 11. In this “R accumulation” period, charges corresponding to the subject image by R light are accumulated in each pixel of the CCD 14. The charges accumulated in this way are transmitted to the image signal processing circuit T2 as an R image signal during the immediately following “R transfer” period.
[0047]
The image signal processing circuit T2 generates a color image signal indicating a color image of the subject based on the B image signal, the G image signal, and the R image signal, as will be described later. The image signal processing circuit T2 is connected to the monitor 3. Then, the image signal processing circuit T2 displays a color image of the subject on the monitor 3 based on the generated color image signal.
[0048]
Next, the case where the light source unit 20 is in the fluorescence observation state will be described. In this case, white light emitted from the white light source 21 is emitted toward the half mirror 26 only during a period in which the transmission part 251 of the first rotary shutter 25 is inserted in the optical path. On the other hand, the excitation light emitted from the excitation light source 22 is emitted toward the half mirror 26 only during the period when the transmission part 271 of the second rotary shutter 27 is inserted in the optical path.
[0049]
Note that the timing controller T1 is configured so that the transmission part 271 of the second rotary shutter 27 is inserted into the optical path during the period when the transmission part 251 of the first rotary shutter 25 is not inserted into the optical path, and The motors 25M and 27M are respectively set so that the transmission part 251 of the first rotary shutter 25 is inserted into the optical path during a period when the transmission part 271 of the second rotary shutter 27 is not inserted into the optical path. It is rotating at a constant speed.
[0050]
For this reason, white light and excitation light are alternately and repeatedly incident on the half mirror 26. The white light transmitted through the half mirror 26 is converged on the incident surface of the light guide 13 by the condenser lens 23. On the other hand, the excitation light reflected by the half mirror 26 is converged on the incident surface of the light guide 13 by the condenser lens 23. The white light and the excitation light are alternately guided by the light guide 13 toward the light distribution lens 11. Then, the white light and the excitation light are repeatedly emitted from the light distribution lens 11 alternately.
[0051]
During the period in which the subject is illuminated with white light, the light reflected on the subject surface is converged by the objective lens 12 to form a subject image in the vicinity of the imaging surface of the CCD 14. This subject image is converted into an image signal by the CCD 14.
[0052]
On the other hand, during the period in which the subject is irradiated with excitation light, the subject emits autofluorescence. For this reason, autofluorescence emitted from the subject and excitation light reflected on the subject surface are incident on the objective lens 12. However, since the excitation light is blocked by an excitation light cut filter (not shown), a subject image is formed only by the subject's autofluorescence near the imaging surface of the CCD 14.
[0053]
The CCD 14 outputs an image signal in accordance with the drive signal transmitted from the timing controller T1. The image signal processing circuit T2 of the processor T acquires the image signal output from the CCD 14. FIG. 3C shows a drive signal of the CCD 14 output from the timing controller T1 when the light source unit 20 is in the fluorescence observation state. FIG. 3D shows excitation light (UV light) and white light (W light) emitted from the light distribution lens 11 toward the subject when the light source unit 20 is in the fluorescence observation state. The irradiation period is shown.
[0054]
As shown in FIGS. 3C and 3D, the “W irradiation” period in which W light is emitted from the light distribution lens 11 corresponds to the “W accumulation” period of the CCD 14. That is, in a state where the subject is irradiated with W light, charges corresponding to the subject image by the W light are accumulated in each pixel of the CCD 14. The charges accumulated in this way are transmitted to the image signal processing circuit T2 as a W image signal (reference image signal) during the immediately subsequent “W transfer” period.
[0055]
On the other hand, the “UV irradiation” period in which the UV light is emitted from the light distribution lens 11 corresponds to the “F accumulation” period of the CCD 14. That is, in a state where the subject is irradiated with UV light, charges corresponding to the subject image due to autofluorescence (F light) are accumulated in each pixel of the CCD 14. The charges accumulated in this way are transmitted to the image signal processing circuit T2 as an F image signal (fluorescence image signal) during the immediately subsequent “F transfer” period.
[0056]
<Configuration of image signal processing circuit>
The image signal processing circuit T2 is a circuit that acquires and processes the W image signal and the F image signal, and causes the monitor 3 to display an image. FIG. 4 is a block diagram showing the image signal processing circuit T2. As shown in FIG. 4, the image signal processing circuit T2 includes a CCD process circuit T21, an A / D converter T22, a frame memory T23, three memories T24 to T26, and a peak value detection circuit connected to the timing controller T1. T27, an arithmetic circuit T28, and a video process circuit T29 are provided.
[0057]
The CCD process circuit T21 is connected to the CCD 14. Then, the CCD process circuit T21 acquires the image signal output from the CCD 14, outputs it after performing processing such as white balance adjustment and γ correction. The A / D converter T22 performs A / D conversion on the image signal output from the CCD process circuit T21 and outputs it as a digital image signal (image data).
[0058]
The frame memory T23 has a storage area capable of storing 10-bit data for each pixel of the CCD 14. The image data output from the A / D converter T22 is temporarily stored in the frame memory T23. The signal stored in the frame memory T23 is output at a predetermined timing different from that at the time of input.
[0059]
Each of the three memories T24 to T26 has a storage area capable of storing 10-bit data for each pixel of the CCD 14. Each of the memories T24 to T26 and the peak value detection circuit T27 are connected to the frame memory T23. The signals output from the frame memory T23 are input to the memories T24 to T26 and the peak value detection circuit T27. However, each of the memories T24 to T26 stores only the image data output from the frame memory T23 during the period designated by the timing controller T1.
[0060]
FIG. 5 is a block diagram of the arithmetic circuit T28. The arithmetic circuit T28 includes a pair of coefficient units MF and MW, a subtracter, and a pair of switches SW1 and SW2. The first coefficient multiplier MF is connected to the first memory T24. On the other hand, the second coefficient multiplier MW is connected to the second memory T25. Further, both the coefficient units MF and MW are respectively connected to the peak value detection circuit T27.
[0061]
Both coefficient units MF and MW function as a signal adjustment unit that multiplies the data read from the memories T24 and T25 by a coefficient value for level adjustment. The coefficient values set in both coefficient units MF and MW are calculated by the peak value detection circuit T27. The peak value detection circuit T27 will be described later with reference to FIGS.
[0062]
The first switch SW1 and the second switch SW2 shown in FIG. 5 are each connected to the system controller T3 by a signal line (not shown). Then, the system controller T3 switches both the switches SW1 and SW2 to output the image data read from the memories T24, T25 and T26 to the three output terminals P1 to P3.
[0063]
As shown in FIG. 4, the arithmetic circuit T28 is connected to the video process circuit T29. Further, the video process circuit T29 is connected to the monitor 3. The data output from the output terminals P1, P2, P3 of the arithmetic circuit T28 shown in FIG. 5 is input to the video process circuit T29 as the B component, G component, and R component of the color image, respectively.
[0064]
The video process circuit T29 acquires analog B image signals, G image signals, and R image signals by performing D / A conversion on the data corresponding to the B component, the G component, and the R component, respectively. Further, the video process circuit T29 outputs a synchronization signal based on a predetermined specification for moving image display to the monitor 3 together with the B image signal, the G image signal, and the R image signal. The monitor 3 displays a color image as a moving image on the screen based on the B image signal, the G image signal, the R image signal, and the synchronization signal.
[0065]
The first switch SW1 in the arithmetic circuit T28 shown in FIG. 5 is for selecting an output to the first output terminal P1. That is, the first switch SW1 is in a normal observation state in which the image data read from the first memory T24 is output to the first output terminal P1, or the data output from the second coefficient unit MW. The state is switched to the fluorescence observation state in which the difference data from the data output from the first coefficient unit MF is output. However, the first switch SW1 in FIG. 5 is in the fluorescence observation state.
[0066]
The second switch SW2 in the arithmetic circuit T28 is for selecting an output to the third output terminal P3. That is, the second switch SW2 outputs the image data read from the third memory T26 to the third output terminal P3, or the image data read from the second memory T25. Is switched to the fluorescence observation state. However, the second switch SW2 in FIG. 5 is in the fluorescence observation state.
[0067]
The image data output to the first output terminal P1 and the third output terminal P3 are switched by the switches SW1 and SW2, respectively, whereas the second output terminal P2 is always the second data. The image data read from the memory T25 is output.
[0068]
Then, the system controller T3 sets the light source unit 20 to the normal observation state and switches each of the switches SW1 and SW2 of the arithmetic circuit T28 to the normal observation state, thereby displaying a color image of the subject on the arithmetic circuit T28. Data can be transmitted to the video process circuit T29. FIG. 6 is an explanatory diagram of processing in the normal observation state.
[0069]
On the other hand, the system controller T3 sets the light source unit 20 to the fluorescence observation state and switches the switches SW1 and SW2 of the arithmetic circuit T28 to the fluorescence observation state, whereby the arithmetic circuit T28 is supplied with both coefficient units MW and MF. Difference data of the output data can be transmitted to the video process circuit T29. FIG. 7 is an explanatory diagram of processing in the fluorescence observation state.
[0070]
The system controller T3 switches the switches SW1 and SW2 together with the light source unit 20 to the normal observation state or the fluorescence observation state according to the state of the operation switch 15. That is, the surgeon switches the light source unit 20 and the switches SW1 and SW2 to the normal observation state or the fluorescence observation state by switching the operation switch 15.
[0071]
First, the processing when the light source unit 20 and the switches SW1 and SW2 are set to the normal observation state will be described with reference to FIGS. In this case, the B image signal, the G image signal, and the R image signal are sequentially and repeatedly output from the CCD 14. These B image signal, G image signal, and R image signal are converted into B image data, G image data, and R image data by being processed by the CCD process circuit T21 and the A / D converter T22, respectively. . These B image data, G image data, and R image data are temporarily stored in the frame memory T23 and then read out from the frame memory T23.
[0072]
The B image data read from the frame memory T23 is stored in the first memory T24. Next, the G image data read from the frame memory T23 is stored in the second memory T25. Next, the R image data read from the frame memory T23 is stored in the third memory T26.
[0073]
These B image data, G image data, and R image data are respectively read from the memories T24 to T26 at a predetermined timing and output to the arithmetic circuit T28. Since the switches SW1 and SW2 are in the normal observation state, B image data, G image data, and R image data are output to the output terminals P1 to P3, respectively. That is, as shown in FIG. 6, the B image data, G image data, and R image data read from the memories T24 to T26 are output to the output terminals P1, P2, and P3.
[0074]
The video process circuit T29 obtains analog B image signals, G image signals, and R image signals by performing D / A conversion on these B image data, G image data, and R image data, together with a synchronization signal. Then, it is transmitted to the monitor 3 as a normal image signal. Then, a moving image of the color image of the subject is displayed on the monitor 3.
[0075]
Next, processing when the light source unit 20 and the switches SW1 and SW2 are set to the fluorescence observation state will be described with reference to FIGS. In this case, the F image signal and the W image signal are alternately and repeatedly output from the CCD 14. These F image signal and W image signal are converted into F image data and W image data by being processed by the CCD process circuit T21 and the A / D converter T22, respectively. That is, the F image data and the W image data are alternately output from the A / D converter T22. These F image data and W image data are temporarily stored in the frame memory T23 and then read out from the frame memory T23.
[0076]
The F image data is stored in the first memory T24 while the F image data is being read from the frame memory T23. Next, during the period when the W image data is read from the frame memory T23, the W image data is stored in the second memory T25.
[0077]
These F image data and W image data are read out from the memories T24 and T25, respectively, at a predetermined timing. Since the switches SW1 and SW2 are in the fluorescence observation state, as shown in FIG. 7, W image data is output to the second output terminal P2 and the third output terminal P3. However, differential data of the data output from both coefficient multipliers MW and MF is output to the first output terminal P1. That is, the difference data between the W image data read from the second memory T25 and level-adjusted and the F image data read from the first memory T24 and level-adjusted is the first output terminal P1. Is output.
[0078]
The video process circuit T29 performs D / A conversion on the image data output from each of the output terminals P1 to P3, and transmits it to the monitor 3 as a diagnostic image signal together with a synchronization signal. Then, an image of the subject (diagnosis image) is displayed on the monitor 3 as a moving image.
[0079]
If only the W image data is output to the output terminals P1 to P3, the monitor 3 displays a monochrome image of the subject in a state where white light is irradiated. However, actually, the difference data obtained by subtracting the F image data from the W image data is output to the first output terminal P1 as described above. For this reason, in the diagnostic image displayed on the monitor 3, the region corresponding to the portion of the subject where no autofluorescence is emitted is equivalent to or blue in the monochrome image of the portion. On the other hand, in the image displayed on the monitor 3, the region corresponding to the portion of the subject where the autofluorescence is emitted is colored according to the intensity of the autofluorescence.
[0080]
<Detailed configuration of peak value detection circuit>
The coefficient values used for both coefficient units MF and MW are calculated by the peak value detection circuit T27. A coefficient value set in the first coefficient unit MF is referred to as a fluorescence coefficient value. On the other hand, the coefficient value set in the second coefficient unit MW is referred to as a reference coefficient value. Hereinafter, the configuration of the peak value detection circuit T27 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, the peak value detection circuit T27 includes a comparator D, three switches SW3, SW4, SW5, a pair of registers EF, EW, and a pair of normalization circuits NF, NW. Yes. The comparator D, the switches SW3 to SW5, and the two registers EF and EW correspond to a peak value detection unit, and the two normalization circuits NF and NW correspond to a coefficient value acquisition unit.
[0081]
Of these, the registers EF and EW can each store 10-bit data corresponding to one pixel of the CCD 14. The switch SW3 is switched to a state in which data read from the frame memory T23 is output or a state in which nothing is output. The switch SW3 is connected to the comparator D, and is switched according to the state of the comparator D.
[0082]
Both switches SW4 and SW5 are connected to the timing controller T1 by signal lines (not shown). One switch SW4 is switched to an F selection state in which the data output from the switch SW3 is output to the first register EF or a W selection state in which the data is output to the second register EW. The other switch SW5 is switched to the F selection state in which the data read from the first register EF is output or the W selection state in which the data read from the second register EW is output.
[0083]
Then, the timing controller T1 switches both the switches SW4 and SW5 to the F selection state during the period when the F image data is read from the frame memory T23, and the W image data is read from the frame memory T23. During this period, both the switches SW4 and SW5 are switched to the W selection state. Note that both switches SW4 and SW5 in FIG. 8 are in the F selection state.
[0084]
The comparator D has a flag set to 0 or 1. The comparator D compares the data read from the frame memory T23 with the data output from the switch SW5, and sets the flag. That is, if the data output from the frame memory T23 is larger than the data output from the switch SW5, the flag is set to 1, otherwise the flag is set to 0.
[0085]
The switch SW3 is set to output data read from the frame memory T23 when the flag of the comparator D is 1, and outputs nothing when the flag of the comparator D is 0. It is set to the state that does not.
[0086]
The peak value detection circuit T27 receives F image data and W image data output from the frame memory T23 when the switches SW1 and SW2 of the light source unit 20 and the arithmetic circuit T28 are set to the fluorescence observation state. The process is repeatedly performed frame by frame.
[0087]
First, processing of F image data (one frame) will be described with reference to FIGS. At the start of this process, both switches SW4 and SW5 are set to the F selection state, respectively. Accordingly, when processing the F image data, the register EF is used and the register EW is not used. At the start of this process, the register EF is cleared to zero. That is, as shown in FIG. 9, the value in the register EF is set to zero.
[0088]
The comparator D acquires the first pixel data P1 of the F image data read from the frame memory T23, and acquires 0 read from the register EF via the switch SW5. . If P1 from the frame memory T23 is P1> 0, the comparator D sets its flag to 1. Then, the switch SW3 is set to output data from the frame memory T23, so that P1 is output from the switch SW3. Then, P1 output from the switch SW3 is output to the register EF via the switch SW4. Therefore, P1 is stored in the register EF.
[0089]
Next, as shown in FIG. 10, the comparator D obtains the data P2 of the second pixel of the F image data read from the frame memory T23, and registers the register EF via the switch SW5. P1 read from is acquired. If P2 from the frame memory T23 is P2 ≦ P1, the comparator D switches its flag to 0. Then, the switch SW3 is set to a state where no data is output. Therefore, the register EF keeps the state where P1 is stored.
[0090]
Next, as shown in FIG. 11, the comparator D acquires the data P3 of the third pixel of the F image data read from the frame memory T23, and also registers the register EF via the switch SW5. P1 read from is acquired. If P3 from the frame memory T23 is P3 ≦ P1, the comparator D keeps its flag at 0. Then, the switch SW3 is set to a state where no data is output. Therefore, the register EF keeps the state where P1 is stored.
[0091]
Further, the peak value detection circuit T27 performs the same processing on all remaining pixels in the F image data (one frame) read from the frame memory T23. After processing for all the pixels, the register EF stores the maximum value (fluorescence peak value) of the luminance of each pixel in the F image data for one frame.
[0092]
Then, the normalization circuit NF reads the fluorescence peak value from the register EF and calculates the fluorescence coefficient value. When the fluorescence coefficient value is y and the fluorescence peak value read from the register EF is x, the fluorescence coefficient value y is expressed by the following equation (1):
y = 1023 / x (1)
Is calculated based on FIG. 12 is a graph of the equation (1). The F image data expresses the luminance of each pixel of the CCD 14 with 10 bits (0 to 1023). For this reason, the value read from the register EF does not exceed 1023 (upper limit value). As shown in the equation (1) and the graph of FIG. 12, when the fluorescence peak value x is x = 1023, the fluorescence coefficient value y is y = 1.0. As the fluorescence peak value x decreases, the fluorescence coefficient value y increases. That is, the fluorescence coefficient value y is inversely proportional to the fluorescence peak value x. For this reason, the product of the fluorescence peak value x and the fluorescence coefficient value y is always constant (x · y = 1023).
[0093]
The normalization circuit NF sets the fluorescence coefficient value in the coefficient unit MF by transmitting the calculated fluorescence coefficient value to the coefficient unit MF.
[0094]
Next, the peak value detection circuit T27 processes the W image data (one frame). At the start of this process, both switches SW4 and SW5 are set to the W selection state, respectively. Therefore, when processing W image data, the register EW is used and the register EF is not used. At the start of this process, the register EW is cleared to zero.
[0095]
As in the case of the F image data processing, after the W image data is processed for one frame, the register EW stores the luminance value of each pixel in the W image data for one frame. The maximum value (reference peak value) is stored. This reference peak value is read by the normalization circuit NW and used for calculating the reference coefficient value. The processing in the normalization circuit NW is the same as that in the normalization circuit NF. The coefficient coefficient MW is set with the reference coefficient value calculated by the normalization circuit NW.
[0096]
As described above, when the F image data and the W image data are sequentially read out from the frame memory T23 one frame at a time, the fluorescence coefficient value and the reference coefficient value are set in both coefficient units MF and MW, respectively, and are stored in the memory T24. The F image data is stored for one frame, and the W image data is stored for one frame in the memory T25.
[0097]
Then, the arithmetic circuit T28 shown in FIG. 5 reads the W image data from the memory T25 and outputs it to the output terminals P2 and P3. At the same time, the coefficient unit MW of the arithmetic circuit T28 multiplies the W image data by the reference coefficient value to adjust the level, and the coefficient unit MF multiplies the F image data read from the memory T24 by the fluorescence coefficient value to adjust the level. To do. By this level adjustment, the maximum value of the luminance value of each pixel in the F image data and the W image data is set to 1023, respectively. Then, differential data obtained by subtracting the level-adjusted F image data from the level-adjusted W image data is output to the output terminal P1.
[0098]
The image data output from each of the output terminals P1 to P3 is D / A converted by the video process circuit T29 and transmitted to the monitor 3 as a diagnostic image signal together with the synchronization signal. Then, by repeating the above process, a diagnostic image of the subject is displayed as a moving image on the monitor 3.
[0099]
<Operation of Embodiment>
As described above, when the switches SW1 and SW2 of the light source unit 20 and the arithmetic circuit T28 are set to the fluorescence observation state, the F image data and the W image are stored in the frame memory T23 of the image signal processing circuit T2. Data is sequentially stored frame by frame.
[0100]
Then, the image signal processing circuit T2 repeatedly reads out the F image signal and the W image signal stored in the frame memory T23 frame by frame, and adjusts the gain of amplification of data in the frame for each frame. ing. For this reason, the differential data output to the output terminal P1 is always optimally adjusted in level. That is, the B component in the diagnostic image on the monitor 3 is always optimally adjusted regardless of the state of the subject. For this reason, an optimally adjusted diagnostic image is always obtained regardless of the in-vivo region and individual differences among subjects. Therefore, the surgeon can make an accurate diagnosis by observing the diagnostic image.
[0101]
【The invention's effect】
The electronic endoscope apparatus of the present invention configured as described above amplifies the fluorescence image signal so that its intensity is always optimum. Accordingly, fluorescent image signals that accurately indicate the state of the subject are acquired for various subjects. Furthermore, when a diagnostic image is obtained based on the fluorescent image signal, the operator can always know the state of the subject accurately by observing the diagnostic image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an electronic endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a wheel and a rotary shutter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a timing chart of illumination and image acquisition according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing an image signal processing circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing an arithmetic circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of processing in a normal observation state
FIG. 7 is an explanatory diagram of processing in a fluorescence observation state.
FIG. 8 is a block diagram showing a peak value detection circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram of peak value detection processing.
FIG. 10 is an explanatory diagram of peak value detection processing.
FIG. 11 is an explanatory diagram of peak value detection processing.
FIG. 12 is a graph for determining coefficient values in a normalization circuit.
[Explanation of symbols]
1 Electronic endoscope
11 Light distribution lens
12 Objective lens
13 Light guide
14 CCD area sensor
2 External device (light source / processor device)
20 Light source unit
24 wheel
24S moving mechanism
24M motor
T processor
T1 timing controller
T2 Image signal processing circuit
T27 Peak value detection circuit
NF, NW normalization circuit
T28 arithmetic circuit
MF, MW coefficient unit
T3 system controller

Claims

An illumination optical system for illuminating the subject;
A light source unit that emits visible light and excitation light that excites fluorescence from the living tissue itself, and alternately switches the visible light and the excitation light to the illumination optical system repeatedly;
An objective optical system that converges components other than excitation light in the light from the subject surface to form an image of the subject surface;
An image sensor that captures an image of the surface of the subject formed by the objective optical system and converts the image into an image signal;
A reference image signal is generated based on a portion corresponding to a period in which visible light is guided to the illumination optical system among image signals acquired by the imaging device, and excitation light is guided to the illumination optical system. A fluorescent image signal is generated based on a portion corresponding to a certain period, and when the maximum value of intensity in a predetermined processing unit in the fluorescent image signal of all the pixels is smaller than a predetermined upper limit value, the fluorescent image signal And a processor that amplifies the signal for each processing unit within a range in which the intensity does not exceed the upper limit value.

When the maximum value of intensity in a predetermined processing unit in the reference image signal of all the pixels is smaller than a predetermined upper limit value, the processor does not exceed the upper limit value of the reference image signal. 2. The electronic endoscope apparatus according to claim 1, wherein amplification is performed for each processing unit within a range.

The processor acquires a predetermined processing unit portion corresponding to each other in the reference image signal and the fluorescence image signal, and obtains a reference peak value which is a maximum value of the signal in the processing unit portion of the reference image signal. While obtaining the peak value detection unit for obtaining the fluorescence peak value that is the maximum value of the signal in the portion of the processing unit of the fluorescence image signal, and obtaining the reference coefficient value based on the reference peak value, A coefficient value acquisition unit that acquires a fluorescence coefficient value based on the fluorescence peak value, and a signal in the processing unit portion of the reference image signal, and a reference coefficient value corresponding to the processing unit portion in its intensity And amplifying the signal so that the signal in the processing unit portion of the fluorescent image signal is compared with the intensity of the processing unit. And a signal adjusting unit for amplifying so that the strength obtained by multiplying the fluorescent coefficient values to an electronic endoscope apparatus according to claim 2, characterized by comprising.

The electronic endoscope apparatus according to claim 3, wherein the coefficient value is inversely proportional to the peak value.

Wherein the processor, by a reference image signal for subtracting the fluorescence image signal, the electronic endoscope apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that to produce a diagnostic image signals.

The light source unit is formed in a disc shape, and a B filter that transmits only blue light, a G filter that transmits only green light, and an R filter that transmits only red light are arranged along the circumferential direction. And a wheel drive mechanism that rotates the wheel and repeatedly inserts each filter into the optical path of visible light, or retracts the wheel from the optical path of visible light. The processor can set the light source unit to a fluorescent observation state in which visible light and excitation light are alternately switched and repeatedly led to the illumination optical system, or a normal observation state in which only visible light is led to the illumination optical system. Yes, when the light source unit is set to the fluorescence observation state, the wheel drive mechanism is controlled to retract the wheel from the optical path of visible light In both cases, a diagnostic image signal is generated by subtracting the fluorescence image signal from the reference image signal, and when the light source unit is set in a normal observation state, the wheel drive mechanism is controlled to control each filter of the wheel. Are sequentially inserted into the optical path of visible light, and a B image signal is obtained based on a portion of the image signal acquired by the image sensor corresponding to a period during which the B filter is inserted in the optical path of visible light. Generating a G image signal based on a portion corresponding to a period in which the G filter is inserted in the optical path of visible light, and corresponding to a period in which the R filter is inserted in the optical path of visible light An R image signal is generated based on the portion, and a normal image signal corresponding to the color image of the subject is generated based on the B image signal, the G image signal, and the R image signal. The electronic endoscope apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized.

The electronic endoscope apparatus according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the monitor that displays an image signal output from the processor, further comprising.