專利名稱：醫(yī)療設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于熒光觀察的醫(yī)療設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來，使用分子標(biāo)靶藥劑的癌診斷技術(shù)受到關(guān)注。出現(xiàn)了如下方法:在向活體的對象部位散布或注入將癌細(xì)胞中特異發(fā)現(xiàn)的活體蛋白質(zhì)作為目標(biāo)的熒光探針(熒光藥劑)后，根據(jù)在該對象部位發(fā)出的熒光來判別有無癌。該方法在消化道領(lǐng)域的癌的早期發(fā)現(xiàn)中是有用的。 在內(nèi)窺鏡裝置中，能夠利用該技術(shù)進(jìn)行診斷。即，對被攝體照射來自光源裝置的激勵光，并捕捉來自聚集在癌處的熒光藥劑的熒光，從而進(jìn)行癌的存在診斷和惡性度等質(zhì)的診斷。另外，在日本國特開2009-95538號公報中，也公開了能夠?qū)崿F(xiàn)通常白色光觀察和熒光觀察的雙方的電子內(nèi)窺鏡。但是，有時在診斷時投放多種熒光藥劑，考慮到熒光強度由于熒光藥劑的種類和投放部位等而變化。因此，有時在由內(nèi)窺鏡得到的I個畫面的攝像圖像中混合存在有較亮的熒光區(qū)域和較暗的熒光區(qū)域。該情況下，當(dāng)進(jìn)行降低激勵光強度的調(diào)光以使較亮的熒光區(qū)域成為適當(dāng)明亮度時，較暗的熒光區(qū)域過暗，有時無法視覺辨認(rèn)熒光。例如，在除了存在于內(nèi)窺鏡所觀察的消化道的管腔構(gòu)造的近前的熒光區(qū)域以外、在管腔的里側(cè)也存在較暗的熒光區(qū)域的情況下，兩者的明暗差極大，認(rèn)為存在觀察者看不到里側(cè)的熒光區(qū)域的風(fēng)險。相反，當(dāng)進(jìn)行使較暗的熒光區(qū)域成為適當(dāng)明亮度的調(diào)光時，較亮的熒光區(qū)域的圖像信號可能飽和。因此，也考慮如下方法:交替照射光量較大的激勵光和光量較小的激勵光，通過取明亮度不同的2張圖像的算術(shù)平均，適當(dāng)校正兩者的明亮度。但是，在被攝體存在運動的情況下，由于位置偏移而難以觀看到圖像。因此，還考慮如下方法:根據(jù)由內(nèi)窺鏡得到的I張圖像生成通過數(shù)字處理而改變了放大率的2張圖像，通過進(jìn)行算術(shù)平均，消除位置偏移的問題并對明亮度進(jìn)行校正。但是，在熒光區(qū)域彼此的明暗差極大的情況下，需要對較暗的區(qū)域施加大幅放大，存在熒光區(qū)域以外的部分泛白、以及由于灰度降低而使原本平緩漸變的圖像成為明亮度以階梯狀變化的圖像的問題。本發(fā)明的目的在于，提供如下的醫(yī)療設(shè)備:在I個畫面內(nèi)存在明暗差比較大的多個熒光區(qū)域的情況下，也能夠提高各熒光區(qū)域的視覺辨認(rèn)性而不會引起位置偏移。

發(fā)明內(nèi)容
用于解決課題的手段本發(fā)明的一個方式的醫(yī)療設(shè)備具有:照明部，其對被檢體照射用于激勵投放到所述被檢體中的熒光物質(zhì)的激勵光；攝像部，其對來自被照射所述激勵光的所述被檢體的反射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而對所述被檢體進(jìn)行攝像；讀出部，其保持通過所述光電轉(zhuǎn)換而得到的像素信號，并且，能夠在以規(guī)定像素為單位改變所保持的所述像素信號的放大率的同時對所述像素信號進(jìn)行非破壞讀出；以及圖像處理部，其對由所述讀出部以不同放大率讀出的所述像素信號進(jìn)行算術(shù)平均，生成圖像。


圖1是示出本發(fā)明的一個實施方式的醫(yī)療設(shè)備的框圖。圖2是示出在I個畫面內(nèi)存在多個熒光區(qū)域Kl K3的內(nèi)窺鏡圖像61的說明圖。圖3是用于說明現(xiàn)有例的處理的說明圖。圖4是用于說明ADC輸出的灰度值的說明圖。圖5是用于說明本實施方式的處理的說明圖。圖6是用于說明本實施方式的優(yōu)點的說明圖。圖7是用于說明本實施方式的優(yōu)點的說明圖。圖8是示出CMOS傳感器23b的結(jié)構(gòu)的示意電路圖。圖9是用于說明實施方式的動作的時序圖。圖10是用于說明實施方式的動作的時序圖。

圖11是用于說明變形例的說明圖。
具體實施例方式下面，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1是示出本發(fā)明的一個實施方式的醫(yī)療設(shè)備的框圖。首先，參照圖2 圖7對用于提高熒光區(qū)域的視覺辨認(rèn)性的本實施方式的方法進(jìn)行說明。圖2是示出在I個畫面內(nèi)存在多個熒光區(qū)域Kl K3的內(nèi)窺鏡圖像61的說明圖。通過對同一被攝體進(jìn)行基于不同調(diào)光控制的攝像而得到圖2 (a)、(b)。在圖2中，關(guān)于熒光區(qū)域Kl K3，陰影越密，表示是越暗的區(qū)域，空白表示較亮的區(qū)域。圖2 Ca)示出以較亮的熒光區(qū)域Kl為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)光控制并進(jìn)行攝像而得到的圖像，圖2 (b)示出以較暗的熒光區(qū)域K3為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)光控制并進(jìn)行攝像而得到的圖像。在圖2 (a)的情況下，示出以極暗的方式對較暗的熒光區(qū)域K2、K3進(jìn)行攝像，視覺辨認(rèn)性非常低。在圖2 (b)的情況下，通過虛線示出在飽和狀態(tài)下對較亮的熒光區(qū)域Kl進(jìn)行攝像，產(chǎn)生光暈。因此，如上所述，考慮如下方法:根據(jù)由內(nèi)窺鏡得到的I張圖像生成通過數(shù)字處理而改變了放大率的2張圖像，通過進(jìn)行算術(shù)平均，消除位置偏移的問題并對明亮度進(jìn)行校正。圖3是用于說明該處理的說明圖。在圖3 (a)、(b)中，橫軸取輸入信號，縱軸取輸出信號，示出對ADC (模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)的輸出進(jìn)行了放大的情況下的電平變化。圖3 (a)是針對ADC輸出的放大率比較低的例子，圖3 (b)是針對ADC輸出的放大率比較高的例子。圖3(a)示出放大率較小，較亮的熒光區(qū)域被放大到充分的明亮度，與此相對，較暗的熒光區(qū)域仍然比較暗，視覺辨認(rèn)性不足。另一方面，當(dāng)提高A/D轉(zhuǎn)換的輸出的放大率時，如圖3 (b)那樣，較亮的熒光區(qū)域飽和，在較暗的熒光區(qū)域中成為充分的明亮度。熒光藥劑特異地聚集到癌處。因此，主要是在癌的病變部，藥劑高濃度聚集而成為熒光區(qū)域，在病變部以外的不是熒光區(qū)域的部分，由于藥劑幾乎沒有聚集，所以成為充分暗的黑電平。另一方面，當(dāng)由于熒光藥劑的種類和觀察距離的差異等在較亮的熒光區(qū)域和較暗的熒光區(qū)域之間明暗差較大的情況下，為了提高較暗的熒光區(qū)域的視覺辨認(rèn)性，需要以極高的放大率進(jìn)行放大。但是，在熒光區(qū)域以外的黑部分和較暗的熒光區(qū)域的部分的明暗差較小時，處于A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號的電平之差較小的狀態(tài)。因此，當(dāng)在該狀態(tài)下以極高的放大率對數(shù)字信號進(jìn)行放大時，與較暗的熒光區(qū)域相同，熒光區(qū)域以外的黑部分的電平也變高，圖像全體泛白。S卩，與圖3 (a)相比，在放大率如圖3 (b)那樣比較大的情況下，動態(tài)范圍變窄，不僅較暗的熒光區(qū)域的電平變高，熒光區(qū)域以外的區(qū)域的黑電平的電平也變高，全體泛白。因此，在本實施方式中，通過在A/D轉(zhuǎn)換前的模擬狀態(tài)下進(jìn)行放大，適當(dāng)維持A/D轉(zhuǎn)換后的熒光區(qū)域以外的部分和較暗的熒光區(qū)域的部分的信號的電平差，使得能夠表現(xiàn)原來的明亮度的差異。圖4是用于說明該情況下的ADC輸出的灰度值的說明圖。在圖4(a)、
(b)中，橫軸取輸入信號，縱軸取輸出信號，不出在ADC的前級進(jìn)行了放大的情況下的電平變化。圖4 (a)是ADC的前級的放大率比較低的例子，圖4 (b)是ADC的前級的放大率比較高的例子。在圖4 (a)、(b)中的任意一方的情況下，輸出的動態(tài)范圍相對于ADC的輸入均沒有變化。在圖4 (b)中，較暗的熒光區(qū)域的電平充分變高，與此相對，熒光區(qū)域以外的區(qū)域的黑電平部分的電平依然較低，全體不會泛白。圖5是用于說明本實施方式的處理的說明圖。在本實施方式中，如后所述，作為對來自被攝體的熒光圖像進(jìn)行攝像的攝像元件，使用CMOS傳感器。然后，從CMOS傳感器中以非破壞的方式進(jìn)行2次讀出。圖5 (a)、(b)示出CMOS傳感器對來自被攝體的光進(jìn)行受光而得到的光學(xué)像。為了簡化說明，假設(shè)CMOS傳感器由縱橫6X6像素構(gòu)成來進(jìn)行說明。圖5通過陰影的疏密而示出像素的明亮度，滿涂的像素Ml表示最暗的像素，空心的像素M6表示最亮的像素，示出按照從暗到亮的順序存在6種像素Ml M6的例子。CMOS傳感器對進(jìn)行受光而得到的光學(xué)像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，輸出圖像信號。在第I次讀出時，圖5 Ca)的光學(xué)像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，通過模擬增益α I進(jìn)行放大，通過列ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸出。另外，作為增益α ，例如被設(shè)定為不使較亮的像素區(qū)域飽和的值。圖5 (c)示出這樣得到的圖像。另外，在列ADC中，在對數(shù)字轉(zhuǎn)換后的輸出電平進(jìn)行調(diào)整后進(jìn)行輸出。緊接著第I次讀出而進(jìn)行第2次讀出。通常，在C⑶中，每當(dāng)進(jìn)行I次讀出時，需要再次進(jìn)行受光并重新蓄積信號，但是，由于通過CMOS傳感器的非破壞讀出來進(jìn)行第I次和第2次讀出，所以，在第I次讀出時由CMOS傳感器進(jìn)行受光而得到的光學(xué)像保持到第2次讀出。即使在第2次讀出時也使用與第I次讀出相同的光學(xué)像(圖5 (b))。在本實施方式中，CMOS傳感器對圖5 (b)的光學(xué)像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而得到的圖像信號在第2次讀出時，通過模擬增益α 2進(jìn)行放大后，通過列ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸出。增益α 2被設(shè)定為使較暗的像素 區(qū)域成為最佳明亮度。圖5 (d)示出這樣得到的圖像。根據(jù)圖5 (b)、(d)的比較可知，由于α 1〈α 2、在第2次讀出時通過比較高的增益α 2進(jìn)行放大，所以，與圖5 (c)的圖像相比，圖5 (d)所示的圖像由明亮度比較亮的像素Μ6、Μ5、Μ4構(gòu)成。
在本實施方式中，求出圖5 (C)、(d)所示的圖像的算術(shù)平均。圖5(e)示出這樣求出的圖像。如圖5 (e)所示，在通過圖5 (c)、(d)的算術(shù)平均而得到的圖像中，較暗的像素區(qū)域成為比較亮的像素M2，視覺辨認(rèn)性良好。并且，即使在較亮的像素區(qū)域中，也成為不是過亮的像素M5，能夠避免飽和。圖6和圖7是用于說明本實施方式的優(yōu)點的說明圖。在圖6(a)、(b)和圖7(a)
(c)中，橫軸取灰度值，縱軸取像素數(shù)，示出對Α/D轉(zhuǎn)換前后的放大的影響進(jìn)行說明的柱狀圖。圖6 (a)和圖7 (a)示出通過攝像元件的光電轉(zhuǎn)換而得到的攝像圖像。圖6 (a)和圖7 (a)的攝像圖像的灰度變化(漸變)平滑。圖6 (b)示出在對攝像圖像進(jìn)行Α/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行放大的情況下的柱狀圖。如圖6(b)所示，通過對較暗的區(qū)域過度地施加增益，雖然圖6 Ca)的攝像圖像被放大，但是，灰度丟失。因此，無法得到平滑的漸變。因此，即使對圖6 (a)、(b)的圖像進(jìn)行算術(shù)平均，也無法得到適當(dāng)?shù)膱D像。另一方面，在圖7 (b)中，如使用圖5說明的那樣，在對攝像圖像進(jìn)行Α/D轉(zhuǎn)換之前進(jìn)行放大，包絡(luò)線的變化與圖6 (b)相同，但是，不會產(chǎn)生灰度的丟失。因此，得到平滑的漸變。當(dāng)求出圖7 (a)、(b)的圖像的算術(shù)平均時，得到圖7 (c)的圖像。關(guān)于圖7 (c)的圖像，保持適當(dāng)?shù)幕叶茸兓?，并且，防止明亮度在較亮的區(qū)域中飽和，同時使較暗的區(qū)域中的明亮度變亮。即，對較暗的區(qū)域和較亮的區(qū)域的明暗差進(jìn)行校正，能夠得到容易觀看的圖像。(電路結(jié)構(gòu))在圖1中，內(nèi)窺鏡2構(gòu)成為具有:照明光學(xué)系統(tǒng)21，其對被攝體射出從光源裝置3供給并由光導(dǎo)7傳送的光；白色光觀察用攝像部22 ;熒光觀察用攝像部23 ;以及模式切換開關(guān)24，其能夠進(jìn)行與內(nèi)窺鏡裝置I的觀察模式的切換有關(guān)的操作。
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白色光觀察用攝像部22構(gòu)成為具有:物鏡光學(xué)系統(tǒng)22a，其使被攝體的像成像；以及CMOS傳感器22b，其按照物鏡光學(xué)系統(tǒng)22a的成像位置而配置具有原色濾波器的攝像面。CMOS傳感器22b的驅(qū)動由處理器4內(nèi)的攝像元件驅(qū)動器48控制，通過對成像在攝像面上的來自被攝體的返回光實施光電轉(zhuǎn)換，生成攝像信號并輸出到處理器4。熒光觀察用攝像部23構(gòu)成為具有:物鏡光學(xué)系統(tǒng)23a，其使被攝體的像成像；單色的CMOS傳感器23b，其按照物鏡光學(xué)系統(tǒng)23a的成像位置而配置攝像面；以及激勵光截止濾波器23c，其配置在CMOS傳感器23b的前級。CMOS傳感器23b的驅(qū)動由處理器4的攝像元件驅(qū)動器48控制，通過對成像在攝像面上的來自被攝體的返回光實施光電轉(zhuǎn)換，生成攝像信號并輸出到處理器4。CMOS傳感器23b按照各像素具有放大功能，構(gòu)成為能夠通過攝像元件驅(qū)動器48來控制其放大率。圖8是示出CMOS傳感器23b的結(jié)構(gòu)的示意電路圖。CMOS傳感器23b以矩陣狀配置像素，各像素由光電二極管PD、放大部A和開關(guān)S構(gòu)成。光電二極管ro根據(jù)所受的光而產(chǎn)生電荷?；谠诠怆姸O管ro中產(chǎn)生的電荷而導(dǎo)致的電壓變化通過放大部A進(jìn)行放大后，經(jīng)由開關(guān)S輸出到列線CA。放大部A的放大率能夠通過攝像元件驅(qū)動器48來控制。I列的全部開關(guān)S與共同的列線CA連接，通過使相同行的開關(guān)S同時接通，從相同行的全部像素經(jīng)由各列線CA向各CDS電路70供給信號。通過未圖示的垂直掃描電路按照每行選擇性地接通開關(guān)S，由此，經(jīng)由列線CA輸出全部像素的信號(像素信號)。
各⑶S電路70從經(jīng)由各列線CA輸入的信號中去除復(fù)位噪聲后，分別輸出到各ADC71。各ADC 71將所輸入的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后進(jìn)行輸出。關(guān)于各ADC 71的輸出，通過未圖示的水平掃描電路而依次輸出。激勵光截止濾波器23c形成為具有如下的光學(xué)特性:遮斷從后述激勵光LED 31b發(fā)出的激勵光的波段，并且使從該激勵光所激勵的熒光藥劑等熒光物質(zhì)發(fā)出的熒光的波段、從后述參照光LED 31c發(fā)出的參照光的波段分別透射。光源裝置3具有LED光源部31、LED驅(qū)動器32、以及使在LED光源部31中發(fā)出的光會聚并供給到光導(dǎo)7的會聚光學(xué)系統(tǒng)33。LED光源部31構(gòu)成為具有白色光LED 31a、激勵光LED 31b、參照光LED 31c、半透半反鏡31d、半透半反鏡31e、反射鏡31f。白色光LED31a構(gòu)成為能夠發(fā)出包含R (紅色)、G (綠色)和B (藍(lán)色)的各波段的白色光(例如400_690nm的可視光)。激勵光LED 31b構(gòu)成為能夠發(fā)出能夠?qū)晒馑巹┑葻晒馕镔|(zhì)進(jìn)行激勵的波段的激勵光(例如700nm的近紅外光)。參照光LED 31c構(gòu)成為能夠發(fā)出不與從激勵光LED 31b發(fā)出的激勵光的波段重復(fù)、且不與從該激勵光所激勵的熒光藥劑等熒光物質(zhì)發(fā)出的熒光的波段重復(fù)的波段的參照光(例如800nm的近紅外光)。半透半反鏡31d配置在白色光LED 31a與會聚光學(xué)系統(tǒng)33之間的光路上，構(gòu)成為具有如下的光學(xué)特性:使從白色光LED 31a發(fā)出的白色光向會聚光學(xué)系統(tǒng)33側(cè)透射，并且，使經(jīng)由半透半反鏡31e射出的激勵光和參照光向會聚光學(xué)系統(tǒng)33側(cè)反射。半透半反鏡3Ie配置在半透半反鏡3Id與反射鏡3If之間的光路上，構(gòu)成為具有如下的光學(xué)特性:使從激勵光LED 31b發(fā)出的激勵光向半透半反鏡31d側(cè)反射，并且，使經(jīng)由反射鏡31f射出的參照光向半透半反鏡31d側(cè)透射。反射鏡31f構(gòu)成為具有如下的光學(xué)特性:使從參照光LED 31c發(fā)出的參照光向半透半反鏡31e側(cè)反射。

LED驅(qū)動器32構(gòu)成為能夠供給用于對設(shè)于LED光源部31中的各LED進(jìn)行驅(qū)動的驅(qū)動電流。因此，例如，伴隨從LED驅(qū)動器32對LED光源部31供給的驅(qū)動電流的大小的變化，從LED光源部31發(fā)出的光(白色光、激勵光和參照光)的強度變化。另一方面，LED驅(qū)動器32進(jìn)行動作，使得根據(jù)處理器4的控制，使設(shè)于LED光源部31中的各LED發(fā)光或消光。即，LED驅(qū)動器32根據(jù)觀察模式對LED光源部31進(jìn)行控制。觀察模式能夠通過模式切換開關(guān)24來設(shè)定。模式切換開關(guān)24將與手術(shù)醫(yī)生的操作對應(yīng)的操作信號輸出到模式切換電路41。模式切換電路41生成用于使內(nèi)窺鏡裝置I的各部進(jìn)行與通過模式切換開關(guān)24的操作而選擇出的觀察模式對應(yīng)的動作的模式切換控制信號，并輸出到調(diào)光控制電路42、LED驅(qū)動器32和攝像元件驅(qū)動器48。調(diào)光控制電路42在調(diào)光電路50中設(shè)定與觀察模式對應(yīng)的明亮度的目標(biāo)值等。調(diào)光電路50被調(diào)光控制電路42設(shè)定與觀察模式對應(yīng)的明亮度的目標(biāo)值，根據(jù)所設(shè)定的目標(biāo)值和攝像信號的電平，生成用于對攝像信號的明亮度進(jìn)行調(diào)整的調(diào)光信號，并輸出到LED驅(qū)動器32。還向LED驅(qū)動器32提供來自定時發(fā)生器51的定時信號。定時發(fā)生器51生成用于使處理器4的各部的動作適當(dāng)同步的定時信號并輸出。例如，在內(nèi)窺鏡裝置I被切換為熒光觀察模式的情況下，定時發(fā)生器51生成用于使處理器4的各部進(jìn)行與激勵光LED 31b發(fā)光(或消光)的期間和參照光LED 31c發(fā)光(或消光)的期間同步的動作的定時信號，并進(jìn)行輸出。LED驅(qū)動器32在根據(jù)從處理器4的模式切換電路41輸出的模式切換控制信號檢測到內(nèi)窺鏡裝置I被切換為白色光觀察模式時，進(jìn)行動作以使白色光LED 31a發(fā)光，并且使激勵光LED 31b和參照光LED 31c消光。并且，LED驅(qū)動器32在根據(jù)從處理器4的模式切換電路41輸出的模式切換控制信號檢測到內(nèi)窺鏡裝置I被切換為熒光觀察模式時，進(jìn)行動作以使白色光LED 31a消光，并且使激勵光LED 31b和參照光LED 31c交替發(fā)光。另外，LED驅(qū)動器32也可以在熒光觀察模式下僅使激勵光發(fā)光。處理器4具有進(jìn)行色彩平衡調(diào)整處理的色彩平衡調(diào)整電路43、進(jìn)行與信號分配有關(guān)的動作的復(fù)用器44、同時化存儲器45a、45b和45c、進(jìn)行規(guī)定圖像處理的圖像處理電路46、以及進(jìn)行D/Α轉(zhuǎn)換處理的DAC 47a、47b和47c。在白色光觀察模式下從CMOS傳感器22b輸出的攝像信號和在突光觀察模式下從CMOS傳感器23b輸出的數(shù)字?jǐn)z像信號均被輸入到處理器4。色彩平衡調(diào)整電路43根據(jù)來自定時發(fā)生器51的定時信號，對數(shù)字?jǐn)z像信號實施色彩平衡調(diào)整處理并輸出到選擇器44。選擇器44根據(jù)來自定時發(fā)生器51的定時信號，按照模式將從色彩平衡調(diào)整電路43輸出的攝像信號分離為3個通道的信號，將分離后的各信號分配給同時化存儲器45a、45b和45c并輸出。同時化存儲器45a、45b和45c具有能夠臨時存儲從選擇器44輸出的各信號的結(jié)構(gòu)。例如，在白色光觀察模式時，在同時化存儲器45a、45、45c中分別存儲有從攝像信號分離出的各顏色成分的信號。并且，在熒光觀察模式時，如后所述，在同時化存儲器45a、45、45c中分別存儲有基于第I次讀出的信號、基于第2次讀出的信號、基于通過參照光曝光而得到的攝像圖像的信號。圖像處理電路46根據(jù)來自定時發(fā)生器51的定時信號，同時讀入存儲在同時化存儲器45a、45b和45c中的各通道的信號后，對該讀入的各信號實施伽馬校正等圖像處理。然后，圖像處理電路46將實施了伽馬校正等圖像處理后的各信號分別分配給第I顏色通道(例如R成分)、第2顏色通道(例如G成分)和第3顏色通道(例如B成分)，并輸出到DAC47a,47b 和 47c。從圖像處理電路46輸出的第I 第3顏色通道的信號在DAC 47a、47b和47c中分別被轉(zhuǎn)換為模擬信號后，輸出到監(jiān)視器5。由此，在監(jiān)視器5中顯示與各觀察模式對應(yīng)的觀察圖像。另外，DAC 47a、47b、47c的輸出還被提供給編碼電路49。編碼電路49對所輸入的信號進(jìn)行編碼處理，輸出到歸檔裝置52。歸檔裝置52對所輸入的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔。從定時發(fā)生器51向攝像元件驅(qū)動器48供給定時信號，攝像元件驅(qū)動器48對CMOS傳感器22b和CMOS傳感器23b進(jìn)行驅(qū)動。例如，攝像元件驅(qū)動器48在根據(jù)模式切換電路41的模式切換控制信號檢測到內(nèi)窺鏡裝置I被切換為白色光觀察模式時，使CMOS傳感器22b進(jìn)行驅(qū)動，并且使CMOS傳感器23b的驅(qū)動停止。并且，攝像元件驅(qū)動器48在根據(jù)模式切換控制信號檢測到內(nèi)窺鏡裝置I被切換為熒光觀察模式時，使CMOS傳感器23b進(jìn)行驅(qū)動，并且使CMOS傳感器22b的驅(qū)動停止。在本實施方式中， 攝像元件驅(qū)動器48對CMOS傳感器23b進(jìn)行控制，使得在熒光觀察模式時，在I次曝光期間內(nèi)以非破壞的方式進(jìn)行2次讀出。每當(dāng)2次讀出結(jié)束時，攝像元件驅(qū)動器48對蓄積在各像素的光電二極管ro中的電荷進(jìn)行復(fù)位。然后，在2次讀出中的一方的讀出時，設(shè)各像素的放大部A的增益為α 1，在另一方的讀出時，設(shè)各像素的放大部A的增益為α2。另外，α 1< α 2ο例如，作為增益α I,攝像元件驅(qū)動器48設(shè)定為較亮的像素區(qū)域未飽和的程度的值，作為增益α 2，攝像元件驅(qū)動器48設(shè)定為較暗的像素區(qū)域成為最佳明亮度。并且，在熒光觀察模式下交替照射激勵光和參照光的情況下，在基于激勵光的照射的I次熒光曝光期間內(nèi)以非破壞的方式進(jìn)行2次讀出，并且，在基于參照光的照射的I次參照光曝光期間內(nèi)進(jìn)行I次讀出。然后，按照αI和α 2切換熒光曝光期間內(nèi)的2次讀出時的增益，并且，將參照光曝光期間內(nèi)的放大部A的增益設(shè)定為β。另外，β〈α1〈α2。另外，在熒光觀察模式下，基于非破壞的2次讀出的攝像信號中的、第I次讀出的攝像信號的信號被存儲在同時化存儲器45a中，基于第2次讀出的攝像信號的信號被存儲在同時化存儲器45b中。并且，基于參照光的攝像信號被存儲在同時化存儲器45c中。接著，參照圖9的時序圖對這樣構(gòu)成的實施方式的動作進(jìn)行說明。圖9 Ca)示出曝光和復(fù)位期間，圖9 (b)示出 攝像信號的轉(zhuǎn)送和讀出。手術(shù)醫(yī)生通過對模式切換開關(guān)24進(jìn)行操作，指定白色光觀察模式和熒光觀察模式。模式切換電路41生成基于模式切換開關(guān)24的操作的模式切換控制信號，將所生成的模式切換控制信號輸出到調(diào)光控制電路42、LED驅(qū)動器32和攝像元件驅(qū)動器48?，F(xiàn)在，例如通過手術(shù)醫(yī)生指示了白色光觀察模式。該情況下，LED驅(qū)動器32根據(jù)模式切換控制信號，使白色光LED 31a發(fā)光，并且使激勵光LED 31b和參照光LED 31c消光。攝像元件驅(qū)動器48根據(jù)模式切換控制信號，使CMOS傳感器22b進(jìn)行驅(qū)動，并且使CMOS傳感器23b的驅(qū)動停止。由此，從光源裝置3供給的白色光經(jīng)由光導(dǎo)7和照明光學(xué)系統(tǒng)21向被攝體射出，該白色光的返回光(反射光)在CMOS傳感器22b的攝像面上成像。然后，從CMOS傳感器22b輸出對白色光的返回光(反射光)進(jìn)行攝像而得到的攝像信號。從CMOS傳感器22b輸出的攝像信號被輸入到調(diào)光電路50。調(diào)光電路50根據(jù)模式切換控制信號，生成用于將攝像信號的明亮度調(diào)整為白色光觀察模式下的明亮度的目標(biāo)值的調(diào)光信號，并輸出到LED驅(qū)動器32。LED驅(qū)動器32根據(jù)調(diào)光信號改變對白色光LED 31a供給的驅(qū)動電流，從而使攝像信號的明亮度與目標(biāo)值一致。另一方面，從CMOS傳感器22b輸出的攝像信號依次經(jīng)過色彩平衡調(diào)整電路43、選擇器44、同時化存儲器45a 45c、圖像處理電路46和DAC 47a 47c的各部后，作為影像信號而輸出到監(jiān)視器5。這樣，在監(jiān)視器5中顯示與白色光觀察模式對應(yīng)的觀察圖像(彩色圖像)。接著，手術(shù)醫(yī)生進(jìn)行被檢體的熒光觀察。手術(shù)醫(yī)生在對被檢體內(nèi)部的期望觀察部位進(jìn)行觀察之前，對被檢體投放聚集在該期望觀察部位的病變組織處的熒光藥劑。然后，手術(shù)醫(yī)生通過一邊觀看監(jiān)視器5中顯示的觀察圖像一邊進(jìn)行內(nèi)窺鏡2的插入操作，在被檢體內(nèi)的期望觀察部位附近配置內(nèi)窺鏡2的前端部。然后，在這種狀態(tài)下，手術(shù)醫(yī)生通過對模式切換開關(guān)24進(jìn)行操作，選擇熒光觀察模式。模式切換電路41在檢測到通過模式切換開關(guān)24的操作而選擇了熒光觀察模式時，生成與熒光觀察模式對應(yīng)的模式切換控制信號，并輸出到調(diào)光控制電路42、LED驅(qū)動器32和攝像元件驅(qū)動器48。LED驅(qū)動器32根據(jù)模式切換控制信號，使白色光LED 31a消光并使激勵光LED31b發(fā)光，或者使激勵光LED 31b和參照光LED 31c交替發(fā)光。另外，LED驅(qū)動器32根據(jù)來自定時發(fā)生器51的定時信號，對使激勵光LED 31b發(fā)光和消光的期間以及使參照光LED31c發(fā)光和消光的期間進(jìn)行控制。并且，攝像元件驅(qū)動器48根據(jù)模式切換控制信號，使CMOS傳感器23b進(jìn)行驅(qū)動，并且使CMOS傳感器22b的驅(qū)動停止。在本實施方式中，LED驅(qū)動器32和攝像元件驅(qū)動器48對激勵光的照射和攝像信號的讀出進(jìn)行控制，使得在基于激勵光的照射的I次熒光曝光期間內(nèi)，從CMOS傳感器23b進(jìn)行2次讀出。由此，CMOS傳感器23b以非破壞的方式2次讀出I張攝像圖像。進(jìn)而，在本實施方式中，攝像元件驅(qū)動器48將針對I張攝像圖像的2次讀出中的增益設(shè)定為相互不同的增益α 1、α 2。例如在第I次讀出時，將構(gòu)成CMOS傳感器23b的各像素的放大部A的增益設(shè)定為α I。由此，以增益α I對基于各像素的信號電荷的電壓進(jìn)行放大，并從開關(guān)S經(jīng)由列線CA和CDS電路70供給到ADC 71。這樣，各像素信號在Α/D轉(zhuǎn)換前以模擬增益α I被放大。并且，在第2次讀出時，攝像元件驅(qū)動器48將構(gòu)成CMOS傳感器23b的各像素的放大部A的增益設(shè)定為α2。由此，以增益α 2對基于各像素的信號電荷的電壓進(jìn)行放大，并從開關(guān)S經(jīng)由列線CA和⑶S電路70供給到ADC 71。S卩，在第2次讀出時，各像素信號在Α/D轉(zhuǎn)換前以模擬增益α 2被放大。在圖9(a)中，滿涂的期間表示復(fù)位期間，緊接著復(fù)位期間的框表示熒光曝光期間。如圖9 (a)、(b)所示，針對I次熒 光曝光期間進(jìn)行2幀的讀出。另外，曝光和讀出是按照每行來進(jìn)行控制的，各像素的曝光和讀出并不是在圖9 (a)、(b)的曝光期間、轉(zhuǎn)送讀出期間的全部期間內(nèi)進(jìn)行的。這樣，通過非破壞的2次讀出中的第I次讀出得到與圖5 (C)相當(dāng)?shù)臄z像圖像，通過第2次讀出得到與圖5 (d)相當(dāng)?shù)臄z像圖像?；诜瞧茐牡?次讀出中的第I次讀出的攝像信號經(jīng)由色彩平衡調(diào)整電路43和選擇器44供給到同時化存儲器45a。并且，基于第2次讀出的攝像信號經(jīng)由色彩平衡調(diào)整電路43和選擇器44供給到同時化存儲器45b。圖像處理電路46求出存儲在同時化存儲器45a、45b中的圖像的算術(shù)平均。這樣，得到與圖5 (e)相當(dāng)?shù)膱D像。圖像處理電路46將通過算術(shù)平均而得到的熒光圖像分配給第I 第3顏色通道，并輸出到DAC 47a、47b、47c。DAC 47a、47b、47c將所輸入的信號轉(zhuǎn)換為模擬信號后輸出到監(jiān)視器5。這樣，在監(jiān)視器5中顯示熒光圖像。并且，在通過模式切換控制信號指定了使激勵光LED 31b和參照光LED 31c交替發(fā)光的熒光觀察模式的情況下，在圖10所示的定時進(jìn)行照明和曝光。S卩，如圖10 (a)、(b)所示，針對I次熒光曝光期間進(jìn)行2幀的讀出，并且，針對I次參照光曝光期間進(jìn)行I幀的讀出。并且，攝像元件驅(qū)動器48在與I次熒光曝光對應(yīng)的非破壞的2次讀出時，按照α I和α2切換模擬增益，并且，在與I次參照光曝光對應(yīng)的I次讀出時設(shè)模擬增益為β。由于參照光的光量相對于突光的光量而言足夠大，所以設(shè)為β〈 α 1〈 α 2。這樣，通過與熒光曝光對應(yīng)的2次非破壞讀出得到與圖5 (C)、Cd)相當(dāng)?shù)臄z像圖像，通過與參照光曝光對應(yīng)的I次讀出得到參照光圖像。這些圖像分別經(jīng)由白平衡調(diào)整電路43和選擇器44供給到同時化存儲器45a 45c。例如，在同時化存儲器45a、45b中分別存儲有基于與熒光曝光對應(yīng)的2次讀出的信號，在同時化存儲器45c中存儲有與參照光曝光對應(yīng)的信號。圖像處理電路46求出存儲在同時化存儲器45a、45b中的圖像的算術(shù)平均。進(jìn)而，圖像處理電路46將通過算術(shù)平均而得到的熒光圖像和從同時化存儲器45c中讀出的參照光圖像分配給第I 第3顏色通道，并輸出到DAC 47a、47b、47c，由此進(jìn)行圖像合成，使得熒光圖像和參照光圖像包含在同一觀察圖像內(nèi)。DAC 47a、47b、47c將所輸入的信號轉(zhuǎn)換為模擬信號后輸出到監(jiān)視器5。這樣，在監(jiān)視器5中顯示對參照圖像和熒光圖像進(jìn)行合成后的觀察圖像。這樣，在本實施方式中，針對蓄積在CMOS傳感器中的信號電荷，不進(jìn)行復(fù)位，而進(jìn)行以非破壞的方式進(jìn)行2次讀出的處理。此時，在第I讀出中，以列ADC的前級的模擬增益對輸入電壓施加α I倍的增益后進(jìn)行Α/D轉(zhuǎn)換，并向處理器發(fā)送信號。在第2讀出中，在列ADC的前級，對輸入電壓施加α 2倍的增益并進(jìn)行同樣的處理。在本實施方式中，在非破壞的第I次和第2次讀出時，通過施加α 1〈α 2那樣的不同的增益，能夠得到明亮度不同的2張圖像。在處理器中具有存儲2張圖像的幀存儲器，通過這些明亮度不同的2張圖像的算術(shù)平均而得到熒光圖像。與處理器內(nèi)部進(jìn)行的放大處理不同，在對通過Α/D轉(zhuǎn)換而轉(zhuǎn)換為灰度之前的電壓信號進(jìn)行信號電平的調(diào)整、以比較大的增益值α 2對極其暗的熒光區(qū)域進(jìn)行放大的情況下，也能夠防止灰度降低和泛白，并且能夠提高視覺辨認(rèn)性。(變形例)圖11是用于說明變形例的說明圖。在圖11中，對與圖8相同的部件標(biāo)注相同標(biāo)號并省略說明。在上述說明中，改變非破壞的2次讀出時的模擬增益，針對同一圖像得到明亮度不同的2張攝像圖像。與此相對，圖11示出按照每行切換放大部A的增益的例子。例如，設(shè)奇數(shù)行的放大部A的增益為α ，設(shè)偶數(shù)行的放大部A的增益為α2。由此，I張熒光圖像中的通過奇數(shù)行的全部像素而得到的圖像以α I的模擬增益放大，通過偶數(shù)行的全部像素而得到的圖像以α2的模擬增益放大。因此，能夠根據(jù)I張攝像圖像，通過I次讀出而得到明亮度不同的2張圖像。另外，由于這2張圖像分別不具有偶數(shù)行或奇數(shù)行的信息，所以，通過插值處理生成具有全部行的像素值的2個圖像即可。通過在處理器中對這樣得到的明亮度不同的2張圖像進(jìn)行算術(shù)平均，能夠得到防止灰度降低和泛白并且提高了視覺辨認(rèn)性的熒光圖像。這樣，在本變形例中，也能夠得到與以畫面單位切換模擬增益的情況相同的效果。即，關(guān)于放大率不同的2個圖像中的至少一個圖像，較亮的熒光區(qū)域、較暗的熒光區(qū)域和熒光區(qū)域以外的部分不會產(chǎn)生光暈和黑斑，能夠在維持適當(dāng)灰度值的狀態(tài)下得到圖像，所以，通過對兩者進(jìn)行算術(shù)平均，即使在存在多個明暗差較大的熒光區(qū)域的情況下，也能夠以適當(dāng)?shù)拿髁炼群突叶缺憩F(xiàn)進(jìn)行觀察。并且，通過CMOS傳感器的非破壞讀出，2次讀出同一光學(xué)像并進(jìn)行算術(shù)平均，所以，能夠避免在內(nèi)窺鏡操作時容易產(chǎn)生的圖像的位置偏移。進(jìn)而，在本變形例中，能夠在I幀期間內(nèi)進(jìn)行讀出，具有能夠提高幀速率的優(yōu)點。

另外，在上述實施方式中，說明了針對I次熒光曝光以非破壞的方式進(jìn)行2次讀出的例子，但是，也可以改變模擬增益并進(jìn)行3次以上的讀出，通過3張以上的圖像的算術(shù)平均而得到熒光圖像。并且，在上述實施方式中，說明了以I個畫面單位或行單位改變模擬增益的例子，但是，顯而易見，也可以以規(guī)定像素范圍為單位改變模擬增益。本申請以2011年6月14日在日本申請的日本特愿2011-132588號為優(yōu)先權(quán)主張的基礎(chǔ)進(jìn)行申請，上述公開內(nèi)容被引`用到本申請說明書、權(quán)利要求書和附圖中。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)療設(shè)備，其特征在于，該醫(yī)療設(shè)備具有: 照明部，其對被檢體照射用于激勵投放到所述被檢體中的熒光物質(zhì)的激勵光； 攝像部，其對來自被照射所述激勵光的所述被檢體的反射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而對所述被檢體進(jìn)行攝像； 讀出部，其保持通過所述光電轉(zhuǎn)換而得到的像素信號，并且，能夠在以規(guī)定像素為單位改變所保持的所述像素信號的放大率的同時對所述像素信號進(jìn)行非破壞讀出；以及 圖像處理部，其對由所述讀出部以不同放大率讀出的所述像素信號進(jìn)行算術(shù)平均，生成圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，其特征在于， 所述讀出部針對所述攝像部的每一個畫面改變放大率而多次進(jìn)行非破壞讀出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的醫(yī)療設(shè)備，其特征在于， 所述讀出部按照與通過所述攝像部得到的像素信號所構(gòu)成的圖像中的第I明亮度以上的區(qū)域的明亮度對應(yīng)的第I放大率和與所述圖像中的第2明亮度以下的區(qū)域的明亮度對應(yīng)的第2放大率(> 第I放大率)進(jìn)行兩次非破壞讀出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)療設(shè)備，其特征在于， 所述讀出部按照所述攝像部的每個讀出行改變放大率而進(jìn)行一次讀出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的醫(yī)療設(shè)備，其特征在于， 所述讀出部按照與通過所述攝像部得到的像素信號所構(gòu)成的圖像中的第I明亮度以上的區(qū)域的明亮度對應(yīng)的第I放大率和與所述圖像中的第2明亮度以下的區(qū)域的明亮度對應(yīng)的第2放大率(> 第I放大率)進(jìn)行一次讀出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的醫(yī)療設(shè)備，其特征在于， 所述圖像處理部分別對按照所述第I放大率和所述第2放大率讀出的像素信號進(jìn)行插值而分別構(gòu)成一個畫面的圖像，對所構(gòu)成的兩個畫面的圖像彼此進(jìn)行算術(shù)平均，生成圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中的任意一項所述的醫(yī)療設(shè)備，其特征在于， 所述醫(yī)療設(shè)備具有轉(zhuǎn)換部，該轉(zhuǎn)換部將所述讀出部所讀出的像素信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 6中的任意一項所述的醫(yī)療設(shè)備，其特征在于， 除了所述激勵光以外，所述照明部還按照時間序列照射參照光， 除了基于所述激勵光的反射光以外，所述攝像部還進(jìn)行基于所述參照光的反射光的攝像， 所述讀出部按照比基于所述激勵光的像素信號的讀出中的放大率低的放大率進(jìn)行基于所述參照光的像素信號的讀出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的醫(yī)療設(shè)備，其特征在于， 所述讀出部在所述激勵光的照射期間內(nèi)，針對基于所述激勵光的像素信號，在針對每一個畫面改變放大率的同時進(jìn)行兩次非破壞讀出，在所述參照光的照射期間內(nèi)，針對基于所述參照光的像素信號進(jìn)行一次讀出。
全文摘要
醫(yī)療設(shè)備具有照明部，其對被檢體照射用于激勵投放到所述被檢體中的熒光物質(zhì)的激勵光；攝像部，其對來自被照射所述激勵光的所述被檢體的反射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而對所述被檢體進(jìn)行攝像；讀出部，其保持通過所述光電轉(zhuǎn)換而得到的像素信號，并且，能夠在以規(guī)定像素為單位改變所保持的所述像素信號的放大率的同時對所述像素信號進(jìn)行非破壞讀出；以及圖像處理部，其對由所述讀出部以不同放大率讀出的所述像素信號進(jìn)行算術(shù)平均，生成圖像，即使在1個畫面內(nèi)存在明暗差比較大的多個熒光區(qū)域的情況下，也能夠提高各熒光區(qū)域的視覺辨認(rèn)性而不會引起位置偏移。
文檔編號A61B1/00GK103140161SQ201280003185
公開日2013年6月5日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者武井俊二, 大野涉 申請人:奧林巴斯醫(yī)療株式會社