JP2006034796A - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子内視鏡装置において、処置具による施術に適した明るさで被観察体像を表示する。
【解決手段】 被観察体の１フィールドを所定の９つの領域に分割し、それぞれの領域毎の平均輝度レベルを取得する（ステップＳ１００）。電子スコープの挿入先端に配設された検出素子の出力をチェックし、鉗子等の処置具が電子スコープに使用されているか否かをチェックする。処置具が使用されていない場合、各領域の面積に応じた輝度値の通常の重み付け処理を実行する（Ｓ１０４）。処置具の使用が確認されたら、被観察体像の中央領域の重み付けを相対的に大きくした輝度値の特別な重み付け処理を実行する（Ｓ１０６）。重み付けが行われた輝度値を参照値と比較し（Ｓ１０８）、絞りの開度を調節し、照明光の光量を調節する（Ｓ１１０）。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電子内視鏡装置において電子スコープから得られる被観察体像の明るさを調節する自動調光に関する。

電子内視鏡装置において、電子スコープ（電子内視鏡）内には、光ファイバー束から成るライトガイドが挿通しており、鉗子等の処置具を挿通する処置具挿通路が設けられてる。また、電子スコープの挿入部先端にはＣＣＤ等の固体撮像素子が設けられている。電子スコープが接続される画像処理プロセッサ内には、キセノンランプ等の白色光源が設けられている。この白色光源から出射された白色光はライトガイドにより電子スコープの挿入部先端まで導かれ、挿入部先端においてライトガイドの出射端に配置された配光光学系を介して、前方に照明光として照射される。

こうして照明光が被観察体に照射されると、その反射光は対物光学系により固体撮像素子の受光面に結像される。被観察体の光学像は固体撮像素子において光電変換され、固体撮像素子から画像信号が出力される。この画像信号は画像処理プロセッサにおいて、所定の画像信号処理が施され、ＴＶモニタに出力され、被観察体がＴＶモニタに映し出される。施術者は、ＴＶモニタを視認しながら、電子スコープの挿入部先端においての処置具挿通路の開口部から突出する処置具を操作し、病変部位の切除等の施術を行う。

このような電子内視鏡装置では、ＴＶモニタにおいて常に良好な画像が得られるよう、自動調光、すなわち、白色光源の出射光の光路上に設けられる絞りの制御が行われる。具体的には、画像処理プロセッサにおいて、画像信号に含まれる輝度成分に基づいて平均測光やピーク測光等により１フレーム若しくは１フィールド分の画像データの輝度レベルが算出され、その輝度レベルを所定の基準値（参照値）と比較し、比較結果に基づいて絞りの開度が制御される。その結果、白色光源からの出射光の光量が適宜調節される。同一の被観察体を撮影しているときでも、処置具が使用されているか否かにより、輝度レベルは異なる。そこで自動調光では、処置具の有無により比較する基準値を切り替えることが行われる（例えば特許文献１）。
特開平７−１７１０９８号公報

ところが、上述の自動調光では、処置具からの反射光により輝度値の算出が影響されるため、被観察体の中央の輝度が適切な明るさにならない場合がある。一方、電子内視鏡を用いた施術では、施術の対象となる部位がＴＶモニタの中央に映し出されるよう、挿入部先端が操作される。従って、上述の自動調光ではＴＶモニタの中央に映し出される施術対象の部位が適切な光量とならず、施術が困難となる場合があった。

本発明は、以上の問題を解決するものであり、電子内視鏡装置において被観察体像を常に適切な明るさで再現することを目的とする。

本発明に係る電子内視鏡装置は、被観察体に照明光を照射するための照明用光源と、挿入部先端に固体撮像素子が設けられた電子スコープと、固体撮像素子により取得される被観察体像を複数の領域に分割し、それぞれの領域毎の領域輝度値を算出する領域輝度値算出手段と、電子スコープ内に挿通させられる処置具の使用を検出する処置具検出手段と、複数の領域のそれぞれの領域輝度値に重み付けをし、被観察体像の全体の全体輝度値を算出する全体輝度値算出手段と、全体輝度値に基づいて照明光光源から照射される照明光の光量を調節する光量調節手段とを備え、全体輝度値算出手段は、処置具検出手段により処置具の使用が検出されたら、処置具による処置が行われる領域が観察に適した明るさとなるよう、重み付けを調節することを特徴とする。照明用光源は、例えば電子スコープの挿入部先端に設けられていてもよい。

全体輝度値算出手段は、処置具の使用時、被観察体像の中心に相当する領域の領域輝度値の重み付けの値を相対的に大きく設定してもよく、また、被観察体像の中心に相当する領域の領域輝度値にのみ基づいて全体輝度値を算出してもよい。

以上のように、本発明によれば、処置具が用いられているとき、処置が行われる領域が観察に適した明るさとなるよう、照明光の光量が調節される。従って、ＴＶモニタを視認している使用者にとって、処置具による施術が行い易くなる。

図１は、本発明に係る実施形態が適用される電子内視鏡装置のブロック図である。電子スコープ１０には多数の光ファイバーから成るライトガイド１１が挿通しており、ライトガイド１１は電子スコープ１０の挿入部１２の先端１２Ａまで延びている。挿入部先端１２Ａにおいてライトガイド１１の出射端は２つに分岐しており、後述するように、それぞれの出射端に対応して一対の配光レンズ１３Ａ、１３Ｂが配置されている。また、電子スコープ１０には鉗子等の処置具が挿入される処置具挿通路１４が設けられている。

画像処理プロセッサ３０のシステムコントローラ３１は、電子内視鏡システム全体をコントロールする例えばマイクロプロセッサであり、ＣＰＵ３１Ａ、ＲＯＭ３１Ｂ、ＲＡＭ３１Ｃを備える。画像処理プロセッサ３０内には、白色光を出射する例えばキセノンランプ等であるランプ３２が設けられる。ランプ３２はランプ駆動回路３３からの出力に基づいて点灯駆動させられる。

電子スコープ１０を画像処理プロセッサ３０に接続すると、ライトガイド１１はランプ３２に光学的に接続される。使用者によるランプ点灯操作が行われると、ＣＰＵ３１Ａからの制御信号に基づいてランプ駆動回路３３からランプ３２へ駆動信号が出力され、ランプ３２から白色光が出射される。白色光は集光レンズ３４、絞り６０を介してライトガイド１１の入射端に入射する。入射した白色光はライトガイド１１により挿入部先端１２Ａまで導かれ、一対の配光レンズ１３Ａ、１３Ｂを介して被観察体に照明光として照射される。

被観察体からの反射光は、電子スコープ１０の挿入部先端１２Ａに配設された対物レンズ１５を介してＣＣＤ１６に入射する。これにより、ＣＣＤ１６の受光面に被観察体の光学像が結像される。電子スコープ１０内のスコープＣＰＵ１７は、画像処理プロセッサ３０のシステムコントローラ３１のＣＰＵ３１Ａとの間でＳＣＩ（Serial Communication Interface）により制御情報等の送受信を行う。また、スコープＣＰＵ１７からの制御信号に基づいて画像処理ＩＣ１８からＣＣＤ駆動信号が出力される。ＣＣＤ１６では電荷蓄積時間中、被観察体の光学像が光電変換される。その結果、ＣＣＤ１６から被観察体のアナログ画像信号が１フィールド毎に出力される。

ＣＣＤ１６から出力された１フィールド分のアナログ画像信号はＡＧＣ（Auto Gain Controller）１９を経て画像処理ＩＣ１８へ入力される。画像処理ＩＣ１８に入力された画像信号は所定の画像信号処理が施された後、画像処理プロセッサ３０のプロセッサ信号処理回路３５へ伝送される。

プロセッサ信号処理回路３５では入力された画像信号に増幅処理、ガンマ補正、輪郭強調等の所定の画像信号処理が施され、プロセッサ信号処理回路３５に設けられた画像メモリ（図示せず）に画像データとして格納される。画像メモリ内の画像データは、適時読み出されて所定のビデオ信号の仕様に準拠したビデオ信号変換処理が施され、ＴＶモニタ５０へ出力される。その結果、ＴＶモニタ５０に被観察体像が表示される。

また、画像処理ＩＣ１８では、図２に示すように、１フィールド分の画像データを９つの領域に分割し、各領域を構成する画素の画像信号から輝度信号を抽出し、各領域毎の輝度値を算出する処理が行われる。算出された輝度値は画像処理プロセッサ３０の調光回路６１へ出力される。調光回路６１では、入力された輝度値に基づいて絞り６０の開度を演算し、モータドライバ６２へ出力する。モータドライバ６２では絞り６０の開度に基づいて、絞り６０を駆動するためのモータ６３の駆動量を演算し、モータ６３を駆動する。その結果、ライトガイド１１の入射端に入射する白色光の光量が調節される。

画像処理プロセッサ３０のフロントパネル３６には、ＴＶモニタ５０に表示される映像のブライトネスレベルを調整する調整スイッチ３６Ａが設けられている。ブライトネスレベルは８ビットデータであり、０レベル〜２５５レベルの範囲にわたる。システムコントローラ３１のＲＯＭ３１Ｂには、ブライトネスレベルと実際の輝度値との対応を示す輝度テーブルが格納されている。使用者が調整スイッチ３６Ａを操作しブライトネスレベルを設定すると、設定されたブライトネスレベルに対応する輝度値が輝度テーブルから検索され、参照値として設定される。この参照値は、後述する自動調光処理において用いられる。尚、本実施形態において、使用者により調整可能なブライトネスレベルの範囲は、７０レベル〜１７０レベルの範囲である。

また、画像処理プロセッサ３０にはキーボード３７が接続されており、各種制御信号の入力が可能である。

図３は挿入部先端１２Ａにおいて処置具挿通路１４が形成された部分を拡大して示す図である。処置具挿通路１４には、鉗子等の処置具４０を検出するためのフォトインタラプタ４１が設けられる。フォトインタラプタ４１は発光ダイオード等からなる発光部４１Ａとフォトトランジスタ等からなる受光部４１Ｂとを有する。発光部４１Ａには抵抗Ｒ１を介して所定の電圧が印加され、これにより発光部４１Ａから検出光が受光部４１Ｂに向けて射出される。一方、受光部４１Ｂにも抵抗Ｒ２を介して所定の電圧が印加され、抵抗Ｒ２と受光部４１Ｂとの間の配線から延びた検出端子４２がスコープＣＰＵ１７に接続される。

受光部４１Ｂが発光部４１Ａから検出光を受光している間、受光部４１Ｂは通電状態にあり、このときの検出端子４２の電位は低レベルとなる。一方、発光部４１Ａと受光部４１Ｂとの間に鉗子等の処置具４０が介在すると、受光部４１Ｂへの検出光の受光が遮られ、このとき受光部４１Ｂは非通電状態となり、検出端子４２の電位は高レベルとなる。従って、検出端子４２の電位レベルを検出することにより、鉗子等の処置具４０が使用されＣＣＤ１６により撮られているか否かを判別できる。

尚、本実施形態では、フォトインタラプタ４１により処置具４０の使用の有無を判別しているがこれに限るものではない。例えば、フォトインタラプタ４１の代わりに処置具挿通路１４に介在する処置具４０に接触可能な様態でマイクロスイッチを設けてもよい。また、フォトインタラプタやマイクロスイッチのような検出装置を設ける代わりに、処置具４０の使用の有無を判別するソフトウエアを搭載する構成としてもよい。すなわち、電子スコープ１０により得られた画像において、処置具４０が映しこまれる領域の輝度値を所定の閾値と比較することにより、処置具４０の使用の有無を判別してもよい。

図４は、自動調光ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。この自動調光ルーチンは、調光回路６１において、調光回路６１内のマイコンが１フィールドに１回実行する割込み処理である。ステップＳ１００において、１フィールドを図２に示す９つの領域に分割し、それぞれの領域毎に算出された平均輝度レベルを画像処理ＩＣ１８から入力する。次いでステップＳ１０２へ進み、検出端子４２の電位がチェックされ、処置具４０が使用されているか否かがチェックされる。ステップＳ１０２において、処置具４０が使用されていないことが確認されたらステップＳ１０４へ進み、輝度値の通常の重み付け処理（以下、通常処理）が実行される。また、ステップＳ１０２において、処置具４０が使用されていることが確認されたらステップＳ１０６へ進み、輝度値の特別な重み付け処理（以下、特別処理）が実行される。

ここで、輝度値の重み付け処理について表１を参照しながら説明する。ステップＳ１００で取得した各領域の輝度値に所定の重み付け値を掛け合わせることにより、輝度値の重み付け処理が行われる。表１は、システムコントローラ３１のＲＯＭ３１Ｂに格納される。表１には、通常処理及び特別処理において用いられる各領域毎の重み付け値が示される。表１において、最終行は各処理における重み付け値の総計を示す。

ステップＳ１０４で実行される通常処理では、画面の領域１〜領域９に対し、表１の「通常処理」のカラムに示される重み付け値がそれぞれ割当てられる。通常処理では、領域の面積の大小に応じて重み付け値が定まる。例えば、左上隅の領域１とその右隣の領域２を比較すると、領域２の面積は領域１の面積の約２倍の大きさを有する。通常処理における領域２の重み付け値は「２」、領域１の重み付け値は「１」である。また、画面中央の領域５の面積は、領域２の面積の約２倍、領域１の面積の約４倍の大きさを有する。領域５の重み付け値は「４」である。すなわち、通常処理では、実質的に均一の重み付け値が用いられる。

画像全体の輝度値の算出は、式（１）に基づいて算出される。

本実施形態では、ステップＳ１０６で実行される特別処理において、画面の領域１〜領域９に対し、表１の「ケース１」のカラムに示される重み付け値がそれぞれ割当てられる。ケース１の重み付けを通常処理と比較すると、通常処理における領域５の重み付け値は「４」であるのに対し、ケース１における領域５の重み付け値は「１０」である。そして、領域５以外の領域の重み付け値は、通常処理、ケース１共に同一である。このように、ケース１では、被観察体の中央部の領域、すなわちＴＶモニタの中央部に映し出される領域の重み付けの値を相対的に重くして画面全体の輝度値が算出される。尚、特別処理においても、上述の式（１）に基づいて画面全体の輝度値が算出される。

ステップＳ１０４若しくはＳ１０６において画面全体の輝度値が算出されたら、ステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８では、画面全体の輝度値が上述の輝度テーブルを検索して得た参照値と比較される。次いでステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１０８における比較処理の結果に基づいて、光量調節の演算処理が実行される。算出された画面全体の輝度値が参照値より大きいとき、ランプ３２から出力されライトガイド１１の入射端に入射する白色光の光量がより少なくなるよう絞り６０を制御する制御信号がモータドライバ６２へ出力される。算出された画面全体の輝度値が参照値より小さいとき、当該白色光の光量がより多くなるよう絞り６０を制御する制御信号がモータドライバ６２へ出力される。調光回路６１からの制御信号に応じてモータドライバ６２からモータ６３に駆動信号が出力されると、絞り６０がモータ６３により駆動され、その開度が調節され、上記光量の増減が行われる。

以上のように本実施形態では、絞り６０の開度を決定する要因となる輝度値の算出において、処置具４０を使用するときは、処置具４０を使用しないときに比べ、被観察体像の中央領域の重み付けをより重くしている。通常、処置具を使用するときは、施術の中心がＴＶモニタ５０の中央に映し出されるよう、電子スコープ１０の挿入部先端１２Ａが操作される。従って、本実施形態によれば、使用者に負担をかけることなく、処置具４０により施術される被観察体像の中央部分を常時良好な照度に保つことが可能となる。

本実施形態において、ステップＳ１０６で実行される特別処理では、画面の各領域に対して表１の「ケース１」のカラムに示される重み付け値を割当て、通常処理に比べ被観察体像の中央領域の重み付けをより大きくしている。しかしながら、特別処理における重み付けの態様はこれに限るものではない。表１の「ケース２」のカラムに示される重み付けを用いてもよい。領域５の重み付け値は「１」、その他の領域の重み付け値は全て「０」である。すなわち、ケース２の特別処理では、領域５の輝度値のみが画面全体の輝度値として採用され、上述の絞り６０の開度が調節される。

また、画像処理プロセッサ３０内にランプ３２を設ける代わりに、電子スコープ１０の挿入部先端１２ＡにＬＥＤ等のランプを設けて、このＬＥＤの駆動電流等を制御することにより調光してもよい。

本発明に係る実施形態が適用される電子内視鏡装置のブロック図である。 輝度値算出における領域分割の態様を示す図である。 電子スコープの挿入部先端を処置具挿通路を中心に拡大して示す図である。 自動調光ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 電子スコープ
１３Ａ、１３Ｂ 配光レンズ
１４ 処置具挿通路
１５ 対物レンズ
１６ ＣＣＤ
１７ スコープＣＰＵ
１８ 画像処理ＩＣ
２０ ＥＥＰＲＯＭ
５０ ＴＶモニタ
６０ 絞り
６１ 調光回路
６２ モータドライバ
６３ モータ

Claims (4)

1. 被観察体に照明光を照射するための照明用光源と、
   挿入部先端に固体撮像素子が設けられた電子スコープと、
   前記固体撮像素子により取得される被観察体像を複数の領域に分割し、それぞれの領域毎の領域輝度値を算出する領域輝度値算出手段と、
   前記電子スコープ内に挿通させられる処置具の使用を検出する処置具検出手段と、
   前記複数の領域のそれぞれの前記領域輝度値に重み付けをし、前記被観察体像の全体の全体輝度値を算出する全体輝度値算出手段と、
   前記全体輝度値に基づいて前記照明光光源から照射される照明光の光量を調節する光量調節手段とを備え、
   前記全体輝度値算出手段は、前記処置具検出手段により前記処置具の使用が検出されたら、前記処置具による処置が行われる領域が観察に適した明るさとなるよう、前記重み付けを調節することを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 前記全体輝度値算出手段は、前記処置具の使用時、前記被観察体像の中心に相当する前記領域の前記領域輝度値の重み付けの値を相対的に大きく設定することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
3. 前記全体輝度値算出手段は、前記処置具の使用時、前記被観察体像の中心に相当する前記領域の前記領域輝度値にのみ基づいて前記全体輝度値を算出することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
4. 前記照明用光源が前記電子スコープの挿入部先端に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
   
   

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