醫療設備的製作方法

2023-12-08 14:26:36 5

專利名稱：醫療設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及適於螢光觀察的醫療設備。
背景技術：
近年來，使用分子標靶藥劑的癌診斷技術受到關注。出現了如下方法:在向活體的對象部位散布或注入將癌細胞中特異發現的活體蛋白質作為目標的螢光探針(螢光藥劑)後，根據在該對象部位發出的螢光來判別有無癌。該方法在消化道領域的癌的早期發現中是有用的。 在內窺鏡裝置中，能夠利用該技術進行診斷。即，對被攝體照射來自光源裝置的激勵光，並捕捉來自聚集在癌處的螢光藥劑的螢光，從而進行癌的存在診斷和惡性度等質的診斷。另外，在日本國特開2009-95538號公報中，也公開了能夠實現通常白色光觀察和螢光觀察的雙方的電子內窺鏡。但是，有時在診斷時投放多種螢光藥劑，考慮到螢光強度由於螢光藥劑的種類和投放部位等而變化。因此，有時在由內窺鏡得到的I個畫面的攝像圖像中混合存在有較亮的螢光區域和較暗的螢光區域。該情況下，當進行降低激勵光強度的調光以使較亮的螢光區域成為適當明亮度時，較暗的螢光區域過暗，有時無法視覺辨認螢光。例如，在除了存在於內窺鏡所觀察的消化道的管腔構造的近前的螢光區域以外、在管腔的裡側也存在較暗的螢光區域的情況下，兩者的明暗差極大，認為存在觀察者看不到裡側的螢光區域的風險。相反，當進行使較暗的螢光區域成為適當明亮度的調光時，較亮的螢光區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張圖像的算術平均，適當校正兩者的明亮度。但是，在被攝體存在運動的情況下，由於位置偏移而難以觀看到圖像。因此，還考慮如下方法:根據由內窺鏡得到的I張圖像生成通過數字處理而改變了放大率的2張圖像，通過進行算術平均，消除位置偏移的問題並對明亮度進行校正。但是，在螢光區域彼此的明暗差極大的情況下，需要對較暗的區域施加大幅放大，存在螢光區域以外的部分泛白、以及由於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。本發明的目的在於，提供如下的醫療設備:在I個畫面內存在明暗差比較大的多個螢光區域的情況下，也能夠提高各螢光區域的視覺辨認性而不會引起位置偏移。

發明內容
用於解決課題的手段本發明的一個方式的醫療設備具有:照明部，其對被檢體照射用於激勵投放到所述被檢體中的螢光物質的激勵光；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行光電轉換而對所述被檢體進行攝像；讀出部，其保持通過所述光電轉換而得到的像素信號，並且，能夠在以規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行算術平均，生成圖像。


圖1是示出本發明的一個實施方式的醫療設備的框圖。圖2是示出在I個畫面內存在多個螢光區域Kl K3的內窺鏡圖像61的說明圖。圖3是用於說明現有例的處理的說明圖。圖4是用於說明ADC輸出的灰度值的說明圖。圖5是用於說明本實施方式的處理的說明圖。圖6是用於說明本實施方式的優點的說明圖。圖7是用於說明本實施方式的優點的說明圖。圖8是示出CMOS傳感器23b的結構的示意電路圖。圖9是用於說明實施方式的動作的時序圖。圖10是用於說明實施方式的動作的時序圖。

圖11是用於說明變形例的說明圖。
具體實施例方式下面，參照附圖對本發明的實施方式進行詳細說明。圖1是示出本發明的一個實施方式的醫療設備的框圖。首先，參照圖2 圖7對用於提高螢光區域的視覺辨認性的本實施方式的方法進行說明。圖2是示出在I個畫面內存在多個螢光區域Kl K3的內窺鏡圖像61的說明圖。通過對同一被攝體進行基於不同調光控制的攝像而得到圖2 (a)、(b)。在圖2中，關於螢光區域Kl K3，陰影越密，表示是越暗的區域，空白表示較亮的區域。圖2 Ca)示出以較亮的螢光區域Kl為基準進行調光控制並進行攝像而得到的圖像，圖2 (b)示出以較暗的螢光區域K3為基準進行調光控制並進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螢光區域K2、K3進行攝像，視覺辨認性非常低。在圖2 (b)的情況下，通過虛線示出在飽和狀態下對較亮的螢光區域Kl進行攝像，產生光暈。因此，如上所述，考慮如下方法:根據由內窺鏡得到的I張圖像生成通過數字處理而改變了放大率的2張圖像，通過進行算術平均，消除位置偏移的問題並對明亮度進行校正。圖3是用於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 (模擬數字轉換器)的輸出進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，較亮的螢光區域被放大到充分的明亮度，與此相對，較暗的螢光區域仍然比較暗，視覺辨認性不足。另一方面，當提高A/D轉換的輸出的放大率時，如圖3 (b)那樣，較亮的螢光區域飽和，在較暗的螢光區域中成為充分的明亮度。螢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螢光區域，在病變部以外的不是螢光區域的部分，由於藥劑幾乎沒有聚集，所以成為充分暗的黑電平。另一方面，當由於螢光藥劑的種類和觀察距離的差異等在較亮的螢光區域和較暗的螢光區域之間明暗差較大的情況下，為了提高較暗的螢光區域的視覺辨認性，需要以極高的放大率進行放大。但是，在螢光區域以外的黑部分和較暗的螢光區域的部分的明暗差較小時，處於A/D轉換後的數位訊號的電平之差較小的狀態。因此，當在該狀態下以極高的放大率對數位訊號進行放大時，與較暗的螢光區域相同，螢光區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，動態範圍變窄，不僅較暗的螢光區域的電平變高，螢光區域以外的區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轉換前的模擬狀態下進行放大，適當維持A/D轉換後的螢光區域以外的部分和較暗的螢光區域的部分的信號的電平差，使得能夠表現原來的明亮度的差異。圖4是用於說明該情況下的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，輸出的動態範圍相對於ADC的輸入均沒有變化。在圖4 (b)中，較暗的螢光區域的電平充分變高，與此相對，螢光區域以外的區域的黑電平部分的電平依然較低，全體不會泛白。圖5是用於說明本實施方式的處理的說明圖。在本實施方式中，如後所述，作為對來自被攝體的螢光圖像進行攝像的攝像元件，使用CMOS傳感器。然後，從CMOS傳感器中以非破壞的方式進行2次讀出。圖5 (a)、(b)示出CMOS傳感器對來自被攝體的光進行受光而得到的光學像。為了簡化說明，假設CMOS傳感器由縱橫6X6像素構成來進行說明。圖5通過陰影的疏密而示出像素的明亮度，滿塗的像素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傳感器對進行受光而得到的光學像進行光電轉換，輸出圖像信號。在第I次讀出時，圖5 Ca)的光學像進行光電轉換後，通過模擬增益α I進行放大，通過列ADC轉換為數位訊號並輸出。另外，作為增益α ，例如被設定為不使較亮的像素區域飽和的值。圖5 (c)示出這樣得到的圖像。另外，在列ADC中，在對數字轉換後的輸出電平進行調整後進行輸出。緊接著第I次讀出而進行第2次讀出。通常，在C⑶中，每當進行I次讀出時，需要再次進行受光並重新蓄積信號，但是，由於通過CMOS傳感器的非破壞讀出來進行第I次和第2次讀出，所以，在第I次讀出時由CMOS傳感器進行受光而得到的光學像保持到第2次讀出。即使在第2次讀出時也使用與第I次讀出相同的光學像(圖5 (b))。在本實施方式中，CMOS傳感器對圖5 (b)的光學像進行光電轉換而得到的圖像信號在第2次讀出時，通過模擬增益α 2進行放大後，通過列ADC轉換為數位訊號並輸出。增益α 2被設定為使較暗的像素 區域成為最佳明亮度。圖5 (d)示出這樣得到的圖像。根據圖5 (b)、(d)的比較可知，由於α 1〈α 2、在第2次讀出時通過比較高的增益α 2進行放大，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構成。
在本實施方式中，求出圖5 (C)、(d)所示的圖像的算術平均。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)的算術平均而得到的圖像中，較暗的像素區域成為比較亮的像素M2，視覺辨認性良好。並且，即使在較亮的像素區域中，也成為不是過亮的像素M5，能夠避免飽和。圖6和圖7是用於說明本實施方式的優點的說明圖。在圖6(a)、(b)和圖7(a)
(c)中，橫軸取灰度值，縱軸取像素數，示出對Α/D轉換前後的放大的影響進行說明的柱狀圖。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行Α/D轉換後進行放大的情況下的柱狀圖。如圖6(b)所示，通過對較暗的區域過度地施加增益，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)的圖像進行算術平均，也無法得到適當的圖像。另一方面，在圖7 (b)中，如使用圖5說明的那樣，在對攝像圖像進行Α/D轉換之前進行放大，包絡線的變化與圖6 (b)相同，但是，不會產生灰度的丟失。因此，得到平滑的漸變。當求出圖7 (a)、(b)的圖像的算術平均時，得到圖7 (c)的圖像。關於圖7 (c)的圖像，保持適當的灰度變化，並且，防止明亮度在較亮的區域中飽和，同時使較暗的區域中的明亮度變亮。即，對較暗的區域和較亮的區域的明暗差進行校正，能夠得到容易觀看的圖像。(電路結構)在圖1中，內窺鏡2構成為具有:照明光學系統21，其對被攝體射出從光源裝置3供給並由光導7傳送的光；白色光觀察用攝像部22 ;螢光觀察用攝像部23 ;以及模式切換開關24，其能夠進行與內窺鏡裝置I的觀察模式的切換有關的操作。
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白色光觀察用攝像部22構成為具有:物鏡光學系統22a，其使被攝體的像成像；以及CMOS傳感器22b，其按照物鏡光學系統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的驅動由處理器4內的攝像元件驅動器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換，生成攝像信號並輸出到處理器4。螢光觀察用攝像部23構成為具有:物鏡光學系統23a，其使被攝體的像成像；單色的CMOS傳感器23b，其按照物鏡光學系統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的驅動由處理器4的攝像元件驅動器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換，生成攝像信號並輸出到處理器4。CMOS傳感器23b按照各像素具有放大功能，構成為能夠通過攝像元件驅動器48來控制其放大率。圖8是示出CMOS傳感器23b的結構的示意電路圖。CMOS傳感器23b以矩陣狀配置像素，各像素由光電二極體PD、放大部A和開關S構成。光電二極體ro根據所受的光而產生電荷。基於在光電二極體ro中產生的電荷而導致的電壓變化通過放大部A進行放大後，經由開關S輸出到列線CA。放大部A的放大率能夠通過攝像元件驅動器48來控制。I列的全部開關S與共同的列線CA連接，通過使相同行的開關S同時接通，從相同行的全部像素經由各列線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S，由此，經由列線CA輸出全部像素的信號(像素信號)。
各⑶S電路70從經由各列線CA輸入的信號中去除復位噪聲後，分別輸出到各ADC71。各ADC 71將所輸入的信號轉換為數位訊號後進行輸出。關於各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特性:遮斷從後述激勵光LED 31b發出的激勵光的波段，並且使從該激勵光所激勵的螢光藥劑等螢光物質發出的螢光的波段、從後述參照光LED 31c發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驅動器32、以及使在LED光源部31中發出的光會聚並供給到光導7的會聚光學系統33。LED光源部31構成為具有白色光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構成為能夠發出包含R (紅色)、G (綠色)和B (藍色)的各波段的白色光(例如400_690nm的可視光)。激勵光LED 31b構成為能夠發出能夠對螢光藥劑等螢光物質進行激勵的波段的激勵光(例如700nm的近紅外光)。參照光LED 31c構成為能夠發出不與從激勵光LED 31b發出的激勵光的波段重複、且不與從該激勵光所激勵的螢光藥劑等螢光物質發出的螢光的波段重複的波段的參照光(例如800nm的近紅外光)。半透半反鏡31d配置在白色光LED 31a與會聚光學系統33之間的光路上，構成為具有如下的光學特性:使從白色光LED 31a發出的白色光向會聚光學系統33側透射，並且，使經由半透半反鏡31e射出的激勵光和參照光向會聚光學系統33側反射。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，構成為具有如下的光學特性:使從激勵光LED 31b發出的激勵光向半透半反鏡31d側反射，並且，使經由反射鏡31f射出的參照光向半透半反鏡31d側透射。反射鏡31f構成為具有如下的光學特性:使從參照光LED 31c發出的參照光向半透半反鏡31e側反射。

LED驅動器32構成為能夠供給用於對設於LED光源部31中的各LED進行驅動的驅動電流。因此，例如，伴隨從LED驅動器32對LED光源部31供給的驅動電流的大小的變化，從LED光源部31發出的光(白色光、激勵光和參照光)的強度變化。另一方面，LED驅動器32進行動作，使得根據處理器4的控制，使設於LED光源部31中的各LED發光或消光。即，LED驅動器32根據觀察模式對LED光源部31進行控制。觀察模式能夠通過模式切換開關24來設定。模式切換開關24將與手術醫生的操作對應的操作信號輸出到模式切換電路41。模式切換電路41生成用於使內窺鏡裝置I的各部進行與通過模式切換開關24的操作而選擇出的觀察模式對應的動作的模式切換控制信號，並輸出到調光控制電路42、LED驅動器32和攝像元件驅動器48。調光控制電路42在調光電路50中設定與觀察模式對應的明亮度的目標值等。調光電路50被調光控制電路42設定與觀察模式對應的明亮度的目標值，根據所設定的目標值和攝像信號的電平，生成用於對攝像信號的明亮度進行調整的調光信號，並輸出到LED驅動器32。還向LED驅動器32提供來自定時發生器51的定時信號。定時發生器51生成用於使處理器4的各部的動作適當同步的定時信號並輸出。例如，在內窺鏡裝置I被切換為螢光觀察模式的情況下，定時發生器51生成用於使處理器4的各部進行與激勵光LED 31b發光(或消光)的期間和參照光LED 31c發光(或消光)的期間同步的動作的定時信號，並進行輸出。LED驅動器32在根據從處理器4的模式切換電路41輸出的模式切換控制信號檢測到內窺鏡裝置I被切換為白色光觀察模式時，進行動作以使白色光LED 31a發光，並且使激勵光LED 31b和參照光LED 31c消光。並且，LED驅動器32在根據從處理器4的模式切換電路41輸出的模式切換控制信號檢測到內窺鏡裝置I被切換為螢光觀察模式時，進行動作以使白色光LED 31a消光，並且使激勵光LED 31b和參照光LED 31c交替發光。另外，LED驅動器32也可以在螢光觀察模式下僅使激勵光發光。處理器4具有進行色彩平衡調整處理的色彩平衡調整電路43、進行與信號分配有關的動作的復用器44、同時化存儲器45a、45b和45c、進行規定圖像處理的圖像處理電路46、以及進行D/Α轉換處理的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輸出的數字攝像信號均被輸入到處理器4。色彩平衡調整電路43根據來自定時發生器51的定時信號，對數字攝像信號實施色彩平衡調整處理並輸出到選擇器44。選擇器44根據來自定時發生器51的定時信號，按照模式將從色彩平衡調整電路43輸出的攝像信號分離為3個通道的信號，將分離後的各信號分配給同時化存儲器45a、45b和45c並輸出。同時化存儲器45a、45b和45c具有能夠臨時存儲從選擇器44輸出的各信號的結構。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。並且，在螢光觀察模式時，如後所述，在同時化存儲器45a、45、45c中分別存儲有基於第I次讀出的信號、基於第2次讀出的信號、基於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根據來自定時發生器51的定時信號，同時讀入存儲在同時化存儲器45a、45b和45c中的各通道的信號後，對該讀入的各信號實施伽馬校正等圖像處理。然後，圖像處理電路46將實施了伽馬校正等圖像處理後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)，並輸出到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中分別被轉換為模擬信號後，輸出到監視器5。由此，在監視器5中顯示與各觀察模式對應的觀察圖像。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對所輸入的編碼數據進行歸檔。從定時發生器51向攝像元件驅動器48供給定時信號，攝像元件驅動器48對CMOS傳感器22b和CMOS傳感器23b進行驅動。例如，攝像元件驅動器48在根據模式切換電路41的模式切換控制信號檢測到內窺鏡裝置I被切換為白色光觀察模式時，使CMOS傳感器22b進行驅動，並且使CMOS傳感器23b的驅動停止。並且，攝像元件驅動器48在根據模式切換控制信號檢測到內窺鏡裝置I被切換為螢光觀察模式時，使CMOS傳感器23b進行驅動，並且使CMOS傳感器22b的驅動停止。在本實施方式中， 攝像元件驅動器48對CMOS傳感器23b進行控制，使得在螢光觀察模式時，在I次曝光期間內以非破壞的方式進行2次讀出。每當2次讀出結束時，攝像元件驅動器48對蓄積在各像素的光電二極體ro中的電荷進行復位。然後，在2次讀出中的一方的讀出時，設各像素的放大部A的增益為α 1，在另一方的讀出時，設各像素的放大部A的增益為α2。另外，α 1< α 2ο例如，作為增益α I,攝像元件驅動器48設定為較亮的像素區域未飽和的程度的值，作為增益α 2，攝像元件驅動器48設定為較暗的像素區域成為最佳明亮度。並且，在螢光觀察模式下交替照射激勵光和參照光的情況下，在基於激勵光的照射的I次螢光曝光期間內以非破壞的方式進行2次讀出，並且，在基於參照光的照射的I次參照光曝光期間內進行I次讀出。然後，按照αI和α 2切換螢光曝光期間內的2次讀出時的增益，並且，將參照光曝光期間內的放大部A的增益設定為β。另外，β〈α1〈α2。另外，在螢光觀察模式下，基於非破壞的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，基於第2次讀出的攝像信號的信號被存儲在同時化存儲器45b中。並且，基於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的時序圖對這樣構成的實施方式的動作進行說明。圖9 Ca)示出曝光和復位期間，圖9 (b)示出 攝像信號的轉送和讀出。手術醫生通過對模式切換開關24進行操作，指定白色光觀察模式和螢光觀察模式。模式切換電路41生成基於模式切換開關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光控制電路42、LED驅動器32和攝像元件驅動器48。現在，例如通過手術醫生指示了白色光觀察模式。該情況下，LED驅動器32根據模式切換控制信號，使白色光LED 31a發光，並且使激勵光LED 31b和參照光LED 31c消光。攝像元件驅動器48根據模式切換控制信號，使CMOS傳感器22b進行驅動，並且使CMOS傳感器23b的驅動停止。由此，從光源裝置3供給的白色光經由光導7和照明光學系統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。然後，從CMOS傳感器22b輸出對白色光的返回光(反射光)進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光電路50。調光電路50根據模式切換控制信號，生成用於將攝像信號的明亮度調整為白色光觀察模式下的明亮度的目標值的調光信號，並輸出到LED驅動器32。LED驅動器32根據調光信號改變對白色光LED 31a供給的驅動電流，從而使攝像信號的明亮度與目標值一致。另一方面，從CMOS傳感器22b輸出的攝像信號依次經過色彩平衡調整電路43、選擇器44、同時化存儲器45a 45c、圖像處理電路46和DAC 47a 47c的各部後，作為影像信號而輸出到監視器5。這樣，在監視器5中顯示與白色光觀察模式對應的觀察圖像(彩色圖像)。接著，手術醫生進行被檢體的螢光觀察。手術醫生在對被檢體內部的期望觀察部位進行觀察之前，對被檢體投放聚集在該期望觀察部位的病變組織處的螢光藥劑。然後，手術醫生通過一邊觀看監視器5中顯示的觀察圖像一邊進行內窺鏡2的插入操作，在被檢體內的期望觀察部位附近配置內窺鏡2的前端部。然後，在這種狀態下，手術醫生通過對模式切換開關24進行操作，選擇螢光觀察模式。模式切換電路41在檢測到通過模式切換開關24的操作而選擇了螢光觀察模式時，生成與螢光觀察模式對應的模式切換控制信號，並輸出到調光控制電路42、LED驅動器32和攝像元件驅動器48。LED驅動器32根據模式切換控制信號，使白色光LED 31a消光並使激勵光LED31b發光，或者使激勵光LED 31b和參照光LED 31c交替發光。另外，LED驅動器32根據來自定時發生器51的定時信號，對使激勵光LED 31b發光和消光的期間以及使參照光LED31c發光和消光的期間進行控制。並且，攝像元件驅動器48根據模式切換控制信號，使CMOS傳感器23b進行驅動，並且使CMOS傳感器22b的驅動停止。在本實施方式中，LED驅動器32和攝像元件驅動器48對激勵光的照射和攝像信號的讀出進行控制，使得在基於激勵光的照射的I次螢光曝光期間內，從CMOS傳感器23b進行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。進而，在本實施方式中，攝像元件驅動器48將針對I張攝像圖像的2次讀出中的增益設定為相互不同的增益α 1、α 2。例如在第I次讀出時，將構成CMOS傳感器23b的各像素的放大部A的增益設定為α I。由此，以增益α I對基於各像素的信號電荷的電壓進行放大，並從開關S經由列線CA和CDS電路70供給到ADC 71。這樣，各像素信號在Α/D轉換前以模擬增益α I被放大。並且，在第2次讀出時，攝像元件驅動器48將構成CMOS傳感器23b的各像素的放大部A的增益設定為α2。由此，以增益α 2對基於各像素的信號電荷的電壓進行放大，並從開關S經由列線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轉換前以模擬增益α 2被放大。在圖9(a)中，滿塗的期間表示復位期間，緊接著復位期間的框表示螢光曝光期間。如圖9 (a)、(b)所示，針對I次熒 光曝光期間進行2幀的讀出。另外，曝光和讀出是按照每行來進行控制的，各像素的曝光和讀出並不是在圖9 (a)、(b)的曝光期間、轉送讀出期間的全部期間內進行的。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)相當的攝像圖像，通過第2次讀出得到與圖5 (d)相當的攝像圖像。基於非破壞的2次讀出中的第I次讀出的攝像信號經由色彩平衡調整電路43和選擇器44供給到同時化存儲器45a。並且，基於第2次讀出的攝像信號經由色彩平衡調整電路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中的圖像的算術平均。這樣，得到與圖5 (e)相當的圖像。圖像處理電路46將通過算術平均而得到的螢光圖像分配給第I 第3顏色通道，並輸出到DAC 47a、47b、47c。DAC 47a、47b、47c將所輸入的信號轉換為模擬信號後輸出到監視器5。這樣，在監視器5中顯示螢光圖像。並且，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交替發光的螢光觀察模式的情況下，在圖10所示的定時進行照明和曝光。S卩，如圖10 (a)、(b)所示，針對I次螢光曝光期間進行2幀的讀出，並且，針對I次參照光曝光期間進行I幀的讀出。並且，攝像元件驅動器48在與I次螢光曝光對應的非破壞的2次讀出時，按照α I和α2切換模擬增益，並且，在與I次參照光曝光對應的I次讀出時設模擬增益為β。由於參照光的光量相對於突光的光量而言足夠大，所以設為β〈 α 1〈 α 2。這樣，通過與螢光曝光對應的2次非破壞讀出得到與圖5 (C)、Cd)相當的攝像圖像，通過與參照光曝光對應的I次讀出得到參照光圖像。這些圖像分別經由白平衡調整電路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中分別存儲有基於與螢光曝光對應的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中的圖像的算術平均。進而，圖像處理電路46將通過算術平均而得到的螢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，並輸出到DAC 47a、47b、47c，由此進行圖像合成，使得螢光圖像和參照光圖像包含在同一觀察圖像內。DAC 47a、47b、47c將所輸入的信號轉換為模擬信號後輸出到監視器5。這樣，在監視器5中顯示對參照圖像和螢光圖像進行合成後的觀察圖像。這樣，在本實施方式中，針對蓄積在CMOS傳感器中的信號電荷，不進行復位，而進行以非破壞的方式進行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倍的增益後進行Α/D轉換，並向處理器發送信號。在第2讀出中，在列ADC的前級，對輸入電壓施加α 2倍的增益並進行同樣的處理。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張圖像的算術平均而得到螢光圖像。與處理器內部進行的放大處理不同，在對通過Α/D轉換而轉換為灰度之前的電壓信號進行信號電平的調整、以比較大的增益值α 2對極其暗的螢光區域進行放大的情況下，也能夠防止灰度降低和泛白，並且能夠提高視覺辨認性。(變形例)圖11是用於說明變形例的說明圖。在圖11中，對與圖8相同的部件標註相同標號並省略說明。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，設奇數行的放大部A的增益為α ，設偶數行的放大部A的增益為α2。由此，I張螢光圖像中的通過奇數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，由於這2張圖像分別不具有偶數行或奇數行的信息，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張圖像進行算術平均，能夠得到防止灰度降低和泛白並且提高了視覺辨認性的螢光圖像。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，關於放大率不同的2個圖像中的至少一個圖像，較亮的螢光區域、較暗的螢光區域和螢光區域以外的部分不會產生光暈和黑斑，能夠在維持適當灰度值的狀態下得到圖像，所以，通過對兩者進行算術平均，即使在存在多個明暗差較大的螢光區域的情況下，也能夠以適當的明亮度和灰度表現進行觀察。並且，通過CMOS傳感器的非破壞讀出，2次讀出同一光學像並進行算術平均，所以，能夠避免在內窺鏡操作時容易產生的圖像的位置偏移。進而，在本變形例中，能夠在I幀期間內進行讀出，具有能夠提高幀速率的優點。

另外，在上述實施方式中，說明了針對I次螢光曝光以非破壞的方式進行2次讀出的例子，但是，也可以改變模擬增益並進行3次以上的讀出，通過3張以上的圖像的算術平均而得到螢光圖像。並且，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，也可以以規定像素範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願2011-132588號為優先權主張的基礎進行申請，上述公開內容被引`用到本申請說明書、權利要求書和附圖中。
權利要求
1.一種醫療設備，其特徵在於，該醫療設備具有: 照明部，其對被檢體照射用於激勵投放到所述被檢體中的螢光物質的激勵光； 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行光電轉換而對所述被檢體進行攝像； 讀出部，其保持通過所述光電轉換而得到的像素信號，並且，能夠在以規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行算術平均，生成圖像。
2.根據權利要求1所述的醫療設備，其特徵在於， 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行非破壞讀出。
3.根據權利要求2所述的醫療設備，其特徵在於， 所述讀出部按照與通過所述攝像部得到的像素信號所構成的圖像中的第I明亮度以上的區域的明亮度對應的第I放大率和與所述圖像中的第2明亮度以下的區域的明亮度對應的第2放大率(> 第I放大率)進行兩次非破壞讀出。
4.根據權利要求1所述的醫療設備，其特徵在於， 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行一次讀出。
5.根據權利要求4所述的醫療設備，其特徵在於， 所述讀出部按照與通過所述攝像部得到的像素信號所構成的圖像中的第I明亮度以上的區域的明亮度對應的第I放大率和與所述圖像中的第2明亮度以下的區域的明亮度對應的第2放大率(> 第I放大率)進行一次讀出。
6.根據權利要求5所述的醫療設備，其特徵在於， 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行插值而分別構成一個畫面的圖像，對所構成的兩個畫面的圖像彼此進行算術平均，生成圖像。
7.根據權利要求1 6中的任意一項所述的醫療設備，其特徵在於， 所述醫療設備具有轉換部，該轉換部將所述讀出部所讀出的像素信號轉換為數位訊號。
8.根據權利要求1 6中的任意一項所述的醫療設備，其特徵在於， 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， 除了基於所述激勵光的反射光以外，所述攝像部還進行基於所述參照光的反射光的攝像， 所述讀出部按照比基於所述激勵光的像素信號的讀出中的放大率低的放大率進行基於所述參照光的像素信號的讀出。
9.根據權利要求8所述的醫療設備，其特徵在於， 所述讀出部在所述激勵光的照射期間內，針對基於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行兩次非破壞讀出，在所述參照光的照射期間內，針對基於所述參照光的像素信號進行一次讀出。
全文摘要
醫療設備具有照明部，其對被檢體照射用於激勵投放到所述被檢體中的螢光物質的激勵光；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行光電轉換而對所述被檢體進行攝像；讀出部，其保持通過所述光電轉換而得到的像素信號，並且，能夠在以規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行算術平均，生成圖像，即使在1個畫面內存在明暗差比較大的多個螢光區域的情況下，也能夠提高各螢光區域的視覺辨認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 優先權日2011年6月14日
發明者武井俊二, 大野涉 申請人:奧林巴斯醫療株式會社