专利名称：医疗设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及适于荧光观察的医疗设备。
背景技术：
近年来，使用分子标靶药剂的癌诊断技术受到关注。出现了如下方法:在向活体的对象部位散布或注入将癌细胞中特异发现的活体蛋白质作为目标的荧光探针(荧光药剂)后，根据在该对象部位发出的荧光来判别有无癌。该方法在消化道领域的癌的早期发现中是有用的。 在内窥镜装置中，能够利用该技术进行诊断。即，对被摄体照射来自光源装置的激励光，并捕捉来自聚集在癌处的荧光药剂的荧光，从而进行癌的存在诊断和恶性度等质的诊断。另外，在日本国特开2009-95538号公报中，也公开了能够实现通常白色光观察和荧光观察的双方的电子内窥镜。但是，有时在诊断时投放多种荧光药剂，考虑到荧光强度由于荧光药剂的种类和投放部位等而变化。因此，有时在由内窥镜得到的I个画面的摄像图像中混合存在有较亮的荧光区域和较暗的荧光区域。该情况下，当进行降低激励光强度的调光以使较亮的荧光区域成为适当明亮度时，较暗的荧光区域过暗，有时无法视觉辨认荧光。例如，在除了存在于内窥镜所观察的消化道的管腔构造的近前的荧光区域以外、在管腔的里侧也存在较暗的荧光区域的情况下，两者的明暗差极大，认为存在观察者看不到里侧的荧光区域的风险。相反，当进行使较暗的荧光区域成为适当明亮度的调光时，较亮的荧光区域的图像信号可能饱和。因此，也考虑如下方法:交替照射光量较大的激励光和光量较小的激励光，通过取明亮度不同的2张图像的算术平均，适当校正两者的明亮度。但是，在被摄体存在运动的情况下，由于位置偏移而难以观看到图像。因此，还考虑如下方法:根据由内窥镜得到的I张图像生成通过数字处理而改变了放大率的2张图像，通过进行算术平均，消除位置偏移的问题并对明亮度进行校正。但是，在荧光区域彼此的明暗差极大的情况下，需要对较暗的区域施加大幅放大，存在荧光区域以外的部分泛白、以及由于灰度降低而使原本平缓渐变的图像成为明亮度以阶梯状变化的图像的问题。本发明的目的在于，提供如下的医疗设备:在I个画面内存在明暗差比较大的多个荧光区域的情况下，也能够提高各荧光区域的视觉辨认性而不会引起位置偏移。
发明内容
用于解决课题的手段本发明的一个方式的医疗设备具有:照明部，其对被检体照射用于激励投放到所述被检体中的荧光物质的激励光；摄像部，其对来自被照射所述激励光的所述被检体的反射光进行光电转换而对所述被检体进行摄像；读出部，其保持通过所述光电转换而得到的像素信号，并且，能够在以规定像素为单位改变所保持的所述像素信号的放大率的同时对所述像素信号进行非破坏读出；以及图像处理部，其对由所述读出部以不同放大率读出的所述像素信号进行算术平均，生成图像。
图1是示出本发明的一个实施方式的医疗设备的框图。图2是示出在I个画面内存在多个荧光区域Kl K3的内窥镜图像61的说明图。图3是用于说明现有例的处理的说明图。图4是用于说明ADC输出的灰度值的说明图。图5是用于说明本实施方式的处理的说明图。图6是用于说明本实施方式的优点的说明图。图7是用于说明本实施方式的优点的说明图。图8是示出CMOS传感器23b的结构的示意电路图。图9是用于说明实施方式的动作的时序图。图10是用于说明实施方式的动作的时序图。
图11是用于说明变形例的说明图。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是示出本发明的一个实施方式的医疗设备的框图。首先，参照图2 图7对用于提高荧光区域的视觉辨认性的本实施方式的方法进行说明。图2是示出在I个画面内存在多个荧光区域Kl K3的内窥镜图像61的说明图。通过对同一被摄体进行基于不同调光控制的摄像而得到图2 (a)、(b)。在图2中，关于荧光区域Kl K3，阴影越密，表示是越暗的区域，空白表示较亮的区域。图2 Ca)示出以较亮的荧光区域Kl为基准进行调光控制并进行摄像而得到的图像，图2 (b)示出以较暗的荧光区域K3为基准进行调光控制并进行摄像而得到的图像。在图2 (a)的情况下，示出以极暗的方式对较暗的荧光区域K2、K3进行摄像，视觉辨认性非常低。在图2 (b)的情况下，通过虚线示出在饱和状态下对较亮的荧光区域Kl进行摄像，产生光晕。因此，如上所述，考虑如下方法:根据由内窥镜得到的I张图像生成通过数字处理而改变了放大率的2张图像，通过进行算术平均，消除位置偏移的问题并对明亮度进行校正。图3是用于说明该处理的说明图。在图3 (a)、(b)中，横轴取输入信号，纵轴取输出信号，示出对ADC (模拟数字转换器)的输出进行了放大的情况下的电平变化。图3 (a)是针对ADC输出的放大率比较低的例子，图3 (b)是针对ADC输出的放大率比较高的例子。图3(a)示出放大率较小，较亮的荧光区域被放大到充分的明亮度，与此相对，较暗的荧光区域仍然比较暗，视觉辨认性不足。另一方面，当提高A/D转换的输出的放大率时，如图3 (b)那样，较亮的荧光区域饱和，在较暗的荧光区域中成为充分的明亮度。荧光药剂特异地聚集到癌处。因此，主要是在癌的病变部，药剂高浓度聚集而成为荧光区域，在病变部以外的不是荧光区域的部分，由于药剂几乎没有聚集，所以成为充分暗的黑电平。另一方面，当由于荧光药剂的种类和观察距离的差异等在较亮的荧光区域和较暗的荧光区域之间明暗差较大的情况下，为了提高较暗的荧光区域的视觉辨认性，需要以极高的放大率进行放大。但是，在荧光区域以外的黑部分和较暗的荧光区域的部分的明暗差较小时，处于A/D转换后的数字信号的电平之差较小的状态。因此，当在该状态下以极高的放大率对数字信号进行放大时，与较暗的荧光区域相同，荧光区域以外的黑部分的电平也变高，图像全体泛白。S卩，与图3 (a)相比，在放大率如图3 (b)那样比较大的情况下，动态范围变窄，不仅较暗的荧光区域的电平变高，荧光区域以外的区域的黑电平的电平也变高，全体泛白。因此，在本实施方式中，通过在A/D转换前的模拟状态下进行放大，适当维持A/D转换后的荧光区域以外的部分和较暗的荧光区域的部分的信号的电平差，使得能够表现原来的明亮度的差异。图4是用于说明该情况下的ADC输出的灰度值的说明图。在图4(a)、
(b)中，横轴取输入信号，纵轴取输出信号，不出在ADC的前级进行了放大的情况下的电平变化。图4 (a)是ADC的前级的放大率比较低的例子，图4 (b)是ADC的前级的放大率比较高的例子。在图4 (a)、(b)中的任意一方的情况下，输出的动态范围相对于ADC的输入均没有变化。在图4 (b)中，较暗的荧光区域的电平充分变高，与此相对，荧光区域以外的区域的黑电平部分的电平依然较低，全体不会泛白。图5是用于说明本实施方式的处理的说明图。在本实施方式中，如后所述，作为对来自被摄体的荧光图像进行摄像的摄像元件，使用CMOS传感器。然后，从CMOS传感器中以非破坏的方式进行2次读出。图5 (a)、(b)示出CMOS传感器对来自被摄体的光进行受光而得到的光学像。为了简化说明，假设CMOS传感器由纵横6X6像素构成来进行说明。图5通过阴影的疏密而示出像素的明亮度，满涂的像素Ml表示最暗的像素，空心的像素M6表示最亮的像素，示出按照从暗到亮的顺序存在6种像素Ml M6的例子。CMOS传感器对进行受光而得到的光学像进行光电转换，输出图像信号。在第I次读出时，图5 Ca)的光学像进行光电转换后，通过模拟增益α I进行放大，通过列ADC转换为数字信号并输出。另外，作为增益α ，例如被设定为不使较亮的像素区域饱和的值。图5 (c)示出这样得到的图像。另外，在列ADC中，在对数字转换后的输出电平进行调整后进行输出。紧接着第I次读出而进行第2次读出。通常，在C⑶中，每当进行I次读出时，需要再次进行受光并重新蓄积信号，但是，由于通过CMOS传感器的非破坏读出来进行第I次和第2次读出，所以，在第I次读出时由CMOS传感器进行受光而得到的光学像保持到第2次读出。即使在第2次读出时也使用与第I次读出相同的光学像(图5 (b))。在本实施方式中，CMOS传感器对图5 (b)的光学像进行光电转换而得到的图像信号在第2次读出时，通过模拟增益α 2进行放大后，通过列ADC转换为数字信号并输出。增益α 2被设定为使较暗的像素 区域成为最佳明亮度。图5 (d)示出这样得到的图像。根据图5 (b)、(d)的比较可知，由于α 1〈α 2、在第2次读出时通过比较高的增益α 2进行放大，所以，与图5 (c)的图像相比，图5 (d)所示的图像由明亮度比较亮的像素Μ6、Μ5、Μ4构成。
在本实施方式中，求出图5 (C)、(d)所示的图像的算术平均。图5(e)示出这样求出的图像。如图5 (e)所示，在通过图5 (c)、(d)的算术平均而得到的图像中，较暗的像素区域成为比较亮的像素M2，视觉辨认性良好。并且，即使在较亮的像素区域中，也成为不是过亮的像素M5，能够避免饱和。图6和图7是用于说明本实施方式的优点的说明图。在图6(a)、(b)和图7(a)
(c)中，横轴取灰度值，纵轴取像素数，示出对Α/D转换前后的放大的影响进行说明的柱状图。图6 (a)和图7 (a)示出通过摄像元件的光电转换而得到的摄像图像。图6 (a)和图7 (a)的摄像图像的灰度变化(渐变)平滑。图6 (b)示出在对摄像图像进行Α/D转换后进行放大的情况下的柱状图。如图6(b)所示，通过对较暗的区域过度地施加增益，虽然图6 Ca)的摄像图像被放大，但是，灰度丢失。因此，无法得到平滑的渐变。因此，即使对图6 (a)、(b)的图像进行算术平均，也无法得到适当的图像。另一方面，在图7 (b)中，如使用图5说明的那样，在对摄像图像进行Α/D转换之前进行放大，包络线的变化与图6 (b)相同，但是，不会产生灰度的丢失。因此，得到平滑的渐变。当求出图7 (a)、(b)的图像的算术平均时，得到图7 (c)的图像。关于图7 (c)的图像，保持适当的灰度变化，并且，防止明亮度在较亮的区域中饱和，同时使较暗的区域中的明亮度变亮。即，对较暗的区域和较亮的区域的明暗差进行校正，能够得到容易观看的图像。(电路结构)在图1中，内窥镜2构成为具有:照明光学系统21，其对被摄体射出从光源装置3供给并由光导7传送的光；白色光观察用摄像部22 ;荧光观察用摄像部23 ;以及模式切换开关24，其能够进行与内窥镜装置I的观察模式的切换有关的操作。
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白色光观察用摄像部22构成为具有:物镜光学系统22a，其使被摄体的像成像；以及CMOS传感器22b，其按照物镜光学系统22a的成像位置而配置具有原色滤波器的摄像面。CMOS传感器22b的驱动由处理器4内的摄像元件驱动器48控制，通过对成像在摄像面上的来自被摄体的返回光实施光电转换，生成摄像信号并输出到处理器4。荧光观察用摄像部23构成为具有:物镜光学系统23a，其使被摄体的像成像；单色的CMOS传感器23b，其按照物镜光学系统23a的成像位置而配置摄像面；以及激励光截止滤波器23c，其配置在CMOS传感器23b的前级。CMOS传感器23b的驱动由处理器4的摄像元件驱动器48控制，通过对成像在摄像面上的来自被摄体的返回光实施光电转换，生成摄像信号并输出到处理器4。CMOS传感器23b按照各像素具有放大功能，构成为能够通过摄像元件驱动器48来控制其放大率。图8是示出CMOS传感器23b的结构的示意电路图。CMOS传感器23b以矩阵状配置像素，各像素由光电二极管PD、放大部A和开关S构成。光电二极管ro根据所受的光而产生电荷。基于在光电二极管ro中产生的电荷而导致的电压变化通过放大部A进行放大后，经由开关S输出到列线CA。放大部A的放大率能够通过摄像元件驱动器48来控制。I列的全部开关S与共同的列线CA连接，通过使相同行的开关S同时接通，从相同行的全部像素经由各列线CA向各CDS电路70供给信号。通过未图示的垂直扫描电路按照每行选择性地接通开关S，由此，经由列线CA输出全部像素的信号(像素信号)。
各⑶S电路70从经由各列线CA输入的信号中去除复位噪声后，分别输出到各ADC71。各ADC 71将所输入的信号转换为数字信号后进行输出。关于各ADC 71的输出，通过未图示的水平扫描电路而依次输出。激励光截止滤波器23c形成为具有如下的光学特性:遮断从后述激励光LED 31b发出的激励光的波段，并且使从该激励光所激励的荧光药剂等荧光物质发出的荧光的波段、从后述参照光LED 31c发出的参照光的波段分别透射。光源装置3具有LED光源部31、LED驱动器32、以及使在LED光源部31中发出的光会聚并供给到光导7的会聚光学系统33。LED光源部31构成为具有白色光LED 31a、激励光LED 31b、参照光LED 31c、半透半反镜31d、半透半反镜31e、反射镜31f。白色光LED31a构成为能够发出包含R (红色)、G (绿色)和B (蓝色)的各波段的白色光(例如400_690nm的可视光)。激励光LED 31b构成为能够发出能够对荧光药剂等荧光物质进行激励的波段的激励光(例如700nm的近红外光)。参照光LED 31c构成为能够发出不与从激励光LED 31b发出的激励光的波段重复、且不与从该激励光所激励的荧光药剂等荧光物质发出的荧光的波段重复的波段的参照光(例如800nm的近红外光)。半透半反镜31d配置在白色光LED 31a与会聚光学系统33之间的光路上，构成为具有如下的光学特性:使从白色光LED 31a发出的白色光向会聚光学系统33侧透射，并且，使经由半透半反镜31e射出的激励光和参照光向会聚光学系统33侧反射。半透半反镜3Ie配置在半透半反镜3Id与反射镜3If之间的光路上，构成为具有如下的光学特性:使从激励光LED 31b发出的激励光向半透半反镜31d侧反射，并且，使经由反射镜31f射出的参照光向半透半反镜31d侧透射。反射镜31f构成为具有如下的光学特性:使从参照光LED 31c发出的参照光向半透半反镜31e侧反射。
LED驱动器32构成为能够供给用于对设于LED光源部31中的各LED进行驱动的驱动电流。因此，例如，伴随从LED驱动器32对LED光源部31供给的驱动电流的大小的变化，从LED光源部31发出的光(白色光、激励光和参照光)的强度变化。另一方面，LED驱动器32进行动作，使得根据处理器4的控制，使设于LED光源部31中的各LED发光或消光。即，LED驱动器32根据观察模式对LED光源部31进行控制。观察模式能够通过模式切换开关24来设定。模式切换开关24将与手术医生的操作对应的操作信号输出到模式切换电路41。模式切换电路41生成用于使内窥镜装置I的各部进行与通过模式切换开关24的操作而选择出的观察模式对应的动作的模式切换控制信号，并输出到调光控制电路42、LED驱动器32和摄像元件驱动器48。调光控制电路42在调光电路50中设定与观察模式对应的明亮度的目标值等。调光电路50被调光控制电路42设定与观察模式对应的明亮度的目标值，根据所设定的目标值和摄像信号的电平，生成用于对摄像信号的明亮度进行调整的调光信号，并输出到LED驱动器32。还向LED驱动器32提供来自定时发生器51的定时信号。定时发生器51生成用于使处理器4的各部的动作适当同步的定时信号并输出。例如，在内窥镜装置I被切换为荧光观察模式的情况下，定时发生器51生成用于使处理器4的各部进行与激励光LED 31b发光(或消光)的期间和参照光LED 31c发光(或消光)的期间同步的动作的定时信号，并进行输出。LED驱动器32在根据从处理器4的模式切换电路41输出的模式切换控制信号检测到内窥镜装置I被切换为白色光观察模式时，进行动作以使白色光LED 31a发光，并且使激励光LED 31b和参照光LED 31c消光。并且，LED驱动器32在根据从处理器4的模式切换电路41输出的模式切换控制信号检测到内窥镜装置I被切换为荧光观察模式时，进行动作以使白色光LED 31a消光，并且使激励光LED 31b和参照光LED 31c交替发光。另外，LED驱动器32也可以在荧光观察模式下仅使激励光发光。处理器4具有进行色彩平衡调整处理的色彩平衡调整电路43、进行与信号分配有关的动作的复用器44、同时化存储器45a、45b和45c、进行规定图像处理的图像处理电路46、以及进行D/Α转换处理的DAC 47a、47b和47c。在白色光观察模式下从CMOS传感器22b输出的摄像信号和在突光观察模式下从CMOS传感器23b输出的数字摄像信号均被输入到处理器4。色彩平衡调整电路43根据来自定时发生器51的定时信号，对数字摄像信号实施色彩平衡调整处理并输出到选择器44。选择器44根据来自定时发生器51的定时信号，按照模式将从色彩平衡调整电路43输出的摄像信号分离为3个通道的信号，将分离后的各信号分配给同时化存储器45a、45b和45c并输出。同时化存储器45a、45b和45c具有能够临时存储从选择器44输出的各信号的结构。例如，在白色光观察模式时，在同时化存储器45a、45、45c中分别存储有从摄像信号分离出的各颜色成分的信号。并且，在荧光观察模式时，如后所述，在同时化存储器45a、45、45c中分别存储有基于第I次读出的信号、基于第2次读出的信号、基于通过参照光曝光而得到的摄像图像的信号。图像处理电路46根据来自定时发生器51的定时信号，同时读入存储在同时化存储器45a、45b和45c中的各通道的信号后，对该读入的各信号实施伽马校正等图像处理。然后，图像处理电路46将实施了伽马校正等图像处理后的各信号分别分配给第I颜色通道(例如R成分)、第2颜色通道(例如G成分)和第3颜色通道(例如B成分)，并输出到DAC47a,47b 和 47c。从图像处理电路46输出的第I 第3颜色通道的信号在DAC 47a、47b和47c中分别被转换为模拟信号后，输出到监视器5。由此，在监视器5中显示与各观察模式对应的观察图像。另外，DAC 47a、47b、47c的输出还被提供给编码电路49。编码电路49对所输入的信号进行编码处理，输出到归档装置52。归档装置52对所输入的编码数据进行归档。从定时发生器51向摄像元件驱动器48供给定时信号，摄像元件驱动器48对CMOS传感器22b和CMOS传感器23b进行驱动。例如，摄像元件驱动器48在根据模式切换电路41的模式切换控制信号检测到内窥镜装置I被切换为白色光观察模式时，使CMOS传感器22b进行驱动，并且使CMOS传感器23b的驱动停止。并且，摄像元件驱动器48在根据模式切换控制信号检测到内窥镜装置I被切换为荧光观察模式时，使CMOS传感器23b进行驱动，并且使CMOS传感器22b的驱动停止。在本实施方式中， 摄像元件驱动器48对CMOS传感器23b进行控制，使得在荧光观察模式时，在I次曝光期间内以非破坏的方式进行2次读出。每当2次读出结束时，摄像元件驱动器48对蓄积在各像素的光电二极管ro中的电荷进行复位。然后，在2次读出中的一方的读出时，设各像素的放大部A的增益为α 1，在另一方的读出时，设各像素的放大部A的增益为α2。另外，α 1< α 2ο例如，作为增益α I,摄像元件驱动器48设定为较亮的像素区域未饱和的程度的值，作为增益α 2，摄像元件驱动器48设定为较暗的像素区域成为最佳明亮度。并且，在荧光观察模式下交替照射激励光和参照光的情况下，在基于激励光的照射的I次荧光曝光期间内以非破坏的方式进行2次读出，并且，在基于参照光的照射的I次参照光曝光期间内进行I次读出。然后，按照αI和α 2切换荧光曝光期间内的2次读出时的增益，并且，将参照光曝光期间内的放大部A的增益设定为β。另外，β〈α1〈α2。另外，在荧光观察模式下，基于非破坏的2次读出的摄像信号中的、第I次读出的摄像信号的信号被存储在同时化存储器45a中，基于第2次读出的摄像信号的信号被存储在同时化存储器45b中。并且，基于参照光的摄像信号被存储在同时化存储器45c中。接着，参照图9的时序图对这样构成的实施方式的动作进行说明。图9 Ca)示出曝光和复位期间，图9 (b)示出 摄像信号的转送和读出。手术医生通过对模式切换开关24进行操作，指定白色光观察模式和荧光观察模式。模式切换电路41生成基于模式切换开关24的操作的模式切换控制信号，将所生成的模式切换控制信号输出到调光控制电路42、LED驱动器32和摄像元件驱动器48。现在，例如通过手术医生指示了白色光观察模式。该情况下，LED驱动器32根据模式切换控制信号，使白色光LED 31a发光，并且使激励光LED 31b和参照光LED 31c消光。摄像元件驱动器48根据模式切换控制信号，使CMOS传感器22b进行驱动，并且使CMOS传感器23b的驱动停止。由此，从光源装置3供给的白色光经由光导7和照明光学系统21向被摄体射出，该白色光的返回光(反射光)在CMOS传感器22b的摄像面上成像。然后，从CMOS传感器22b输出对白色光的返回光(反射光)进行摄像而得到的摄像信号。从CMOS传感器22b输出的摄像信号被输入到调光电路50。调光电路50根据模式切换控制信号，生成用于将摄像信号的明亮度调整为白色光观察模式下的明亮度的目标值的调光信号，并输出到LED驱动器32。LED驱动器32根据调光信号改变对白色光LED 31a供给的驱动电流，从而使摄像信号的明亮度与目标值一致。另一方面，从CMOS传感器22b输出的摄像信号依次经过色彩平衡调整电路43、选择器44、同时化存储器45a 45c、图像处理电路46和DAC 47a 47c的各部后，作为影像信号而输出到监视器5。这样，在监视器5中显示与白色光观察模式对应的观察图像(彩色图像)。接着，手术医生进行被检体的荧光观察。手术医生在对被检体内部的期望观察部位进行观察之前，对被检体投放聚集在该期望观察部位的病变组织处的荧光药剂。然后，手术医生通过一边观看监视器5中显示的观察图像一边进行内窥镜2的插入操作，在被检体内的期望观察部位附近配置内窥镜2的前端部。然后，在这种状态下，手术医生通过对模式切换开关24进行操作，选择荧光观察模式。模式切换电路41在检测到通过模式切换开关24的操作而选择了荧光观察模式时，生成与荧光观察模式对应的模式切换控制信号，并输出到调光控制电路42、LED驱动器32和摄像元件驱动器48。LED驱动器32根据模式切换控制信号，使白色光LED 31a消光并使激励光LED31b发光，或者使激励光LED 31b和参照光LED 31c交替发光。另外，LED驱动器32根据来自定时发生器51的定时信号，对使激励光LED 31b发光和消光的期间以及使参照光LED31c发光和消光的期间进行控制。并且，摄像元件驱动器48根据模式切换控制信号，使CMOS传感器23b进行驱动，并且使CMOS传感器22b的驱动停止。在本实施方式中，LED驱动器32和摄像元件驱动器48对激励光的照射和摄像信号的读出进行控制，使得在基于激励光的照射的I次荧光曝光期间内，从CMOS传感器23b进行2次读出。由此，CMOS传感器23b以非破坏的方式2次读出I张摄像图像。进而，在本实施方式中，摄像元件驱动器48将针对I张摄像图像的2次读出中的增益设定为相互不同的增益α 1、α 2。例如在第I次读出时，将构成CMOS传感器23b的各像素的放大部A的增益设定为α I。由此，以增益α I对基于各像素的信号电荷的电压进行放大，并从开关S经由列线CA和CDS电路70供给到ADC 71。这样，各像素信号在Α/D转换前以模拟增益α I被放大。并且，在第2次读出时，摄像元件驱动器48将构成CMOS传感器23b的各像素的放大部A的增益设定为α2。由此，以增益α 2对基于各像素的信号电荷的电压进行放大，并从开关S经由列线CA和⑶S电路70供给到ADC 71。S卩，在第2次读出时，各像素信号在Α/D转换前以模拟增益α 2被放大。在图9(a)中，满涂的期间表示复位期间，紧接着复位期间的框表示荧光曝光期间。如图9 (a)、(b)所示，针对I次荧 光曝光期间进行2帧的读出。另外，曝光和读出是按照每行来进行控制的，各像素的曝光和读出并不是在图9 (a)、(b)的曝光期间、转送读出期间的全部期间内进行的。这样，通过非破坏的2次读出中的第I次读出得到与图5 (C)相当的摄像图像，通过第2次读出得到与图5 (d)相当的摄像图像。基于非破坏的2次读出中的第I次读出的摄像信号经由色彩平衡调整电路43和选择器44供给到同时化存储器45a。并且，基于第2次读出的摄像信号经由色彩平衡调整电路43和选择器44供给到同时化存储器45b。图像处理电路46求出存储在同时化存储器45a、45b中的图像的算术平均。这样，得到与图5 (e)相当的图像。图像处理电路46将通过算术平均而得到的荧光图像分配给第I 第3颜色通道，并输出到DAC 47a、47b、47c。DAC 47a、47b、47c将所输入的信号转换为模拟信号后输出到监视器5。这样，在监视器5中显示荧光图像。并且，在通过模式切换控制信号指定了使激励光LED 31b和参照光LED 31c交替发光的荧光观察模式的情况下，在图10所示的定时进行照明和曝光。S卩，如图10 (a)、(b)所示，针对I次荧光曝光期间进行2帧的读出，并且，针对I次参照光曝光期间进行I帧的读出。并且，摄像元件驱动器48在与I次荧光曝光对应的非破坏的2次读出时，按照α I和α2切换模拟增益，并且，在与I次参照光曝光对应的I次读出时设模拟增益为β。由于参照光的光量相对于突光的光量而言足够大，所以设为β〈 α 1〈 α 2。这样，通过与荧光曝光对应的2次非破坏读出得到与图5 (C)、Cd)相当的摄像图像，通过与参照光曝光对应的I次读出得到参照光图像。这些图像分别经由白平衡调整电路43和选择器44供给到同时化存储器45a 45c。例如，在同时化存储器45a、45b中分别存储有基于与荧光曝光对应的2次读出的信号，在同时化存储器45c中存储有与参照光曝光对应的信号。图像处理电路46求出存储在同时化存储器45a、45b中的图像的算术平均。进而，图像处理电路46将通过算术平均而得到的荧光图像和从同时化存储器45c中读出的参照光图像分配给第I 第3颜色通道，并输出到DAC 47a、47b、47c，由此进行图像合成，使得荧光图像和参照光图像包含在同一观察图像内。DAC 47a、47b、47c将所输入的信号转换为模拟信号后输出到监视器5。这样，在监视器5中显示对参照图像和荧光图像进行合成后的观察图像。这样，在本实施方式中，针对蓄积在CMOS传感器中的信号电荷，不进行复位，而进行以非破坏的方式进行2次读出的处理。此时，在第I读出中，以列ADC的前级的模拟增益对输入电压施加α I倍的增益后进行Α/D转换，并向处理器发送信号。在第2读出中，在列ADC的前级，对输入电压施加α 2倍的增益并进行同样的处理。在本实施方式中，在非破坏的第I次和第2次读出时，通过施加α 1〈α 2那样的不同的增益，能够得到明亮度不同的2张图像。在处理器中具有存储2张图像的帧存储器，通过这些明亮度不同的2张图像的算术平均而得到荧光图像。与处理器内部进行的放大处理不同，在对通过Α/D转换而转换为灰度之前的电压信号进行信号电平的调整、以比较大的增益值α 2对极其暗的荧光区域进行放大的情况下，也能够防止灰度降低和泛白，并且能够提高视觉辨认性。(变形例)图11是用于说明变形例的说明图。在图11中，对与图8相同的部件标注相同标号并省略说明。在上述说明中，改变非破坏的2次读出时的模拟增益，针对同一图像得到明亮度不同的2张摄像图像。与此相对，图11示出按照每行切换放大部A的增益的例子。例如，设奇数行的放大部A的增益为α ，设偶数行的放大部A的增益为α2。由此，I张荧光图像中的通过奇数行的全部像素而得到的图像以α I的模拟增益放大，通过偶数行的全部像素而得到的图像以α2的模拟增益放大。因此，能够根据I张摄像图像，通过I次读出而得到明亮度不同的2张图像。另外，由于这2张图像分别不具有偶数行或奇数行的信息，所以，通过插值处理生成具有全部行的像素值的2个图像即可。通过在处理器中对这样得到的明亮度不同的2张图像进行算术平均，能够得到防止灰度降低和泛白并且提高了视觉辨认性的荧光图像。这样，在本变形例中，也能够得到与以画面单位切换模拟增益的情况相同的效果。即，关于放大率不同的2个图像中的至少一个图像，较亮的荧光区域、较暗的荧光区域和荧光区域以外的部分不会产生光晕和黑斑，能够在维持适当灰度值的状态下得到图像，所以，通过对两者进行算术平均，即使在存在多个明暗差较大的荧光区域的情况下，也能够以适当的明亮度和灰度表现进行观察。并且，通过CMOS传感器的非破坏读出，2次读出同一光学像并进行算术平均，所以，能够避免在内窥镜操作时容易产生的图像的位置偏移。进而，在本变形例中，能够在I帧期间内进行读出，具有能够提高帧速率的优点。
另外，在上述实施方式中，说明了针对I次荧光曝光以非破坏的方式进行2次读出的例子，但是，也可以改变模拟增益并进行3次以上的读出，通过3张以上的图像的算术平均而得到荧光图像。并且，在上述实施方式中，说明了以I个画面单位或行单位改变模拟增益的例子，但是，显而易见，也可以以规定像素范围为单位改变模拟增益。本申请以2011年6月14日在日本申请的日本特愿2011-132588号为优先权主张的基础进行申请，上述公开内容被引`用到本申请说明书、权利要求书和附图中。
权利要求
1.一种医疗设备，其特征在于，该医疗设备具有: 照明部，其对被检体照射用于激励投放到所述被检体中的荧光物质的激励光； 摄像部，其对来自被照射所述激励光的所述被检体的反射光进行光电转换而对所述被检体进行摄像； 读出部，其保持通过所述光电转换而得到的像素信号，并且，能够在以规定像素为单位改变所保持的所述像素信号的放大率的同时对所述像素信号进行非破坏读出；以及 图像处理部，其对由所述读出部以不同放大率读出的所述像素信号进行算术平均，生成图像。
2.根据权利要求1所述的医疗设备，其特征在于， 所述读出部针对所述摄像部的每一个画面改变放大率而多次进行非破坏读出。
3.根据权利要求2所述的医疗设备，其特征在于， 所述读出部按照与通过所述摄像部得到的像素信号所构成的图像中的第I明亮度以上的区域的明亮度对应的第I放大率和与所述图像中的第2明亮度以下的区域的明亮度对应的第2放大率(> 第I放大率)进行两次非破坏读出。
4.根据权利要求1所述的医疗设备，其特征在于， 所述读出部按照所述摄像部的每个读出行改变放大率而进行一次读出。
5.根据权利要求4所述的医疗设备，其特征在于， 所述读出部按照与通过所述摄像部得到的像素信号所构成的图像中的第I明亮度以上的区域的明亮度对应的第I放大率和与所述图像中的第2明亮度以下的区域的明亮度对应的第2放大率(> 第I放大率)进行一次读出。
6.根据权利要求5所述的医疗设备，其特征在于， 所述图像处理部分别对按照所述第I放大率和所述第2放大率读出的像素信号进行插值而分别构成一个画面的图像，对所构成的两个画面的图像彼此进行算术平均，生成图像。
7.根据权利要求1 6中的任意一项所述的医疗设备，其特征在于， 所述医疗设备具有转换部，该转换部将所述读出部所读出的像素信号转换为数字信号。
8.根据权利要求1 6中的任意一项所述的医疗设备，其特征在于， 除了所述激励光以外，所述照明部还按照时间序列照射参照光， 除了基于所述激励光的反射光以外，所述摄像部还进行基于所述参照光的反射光的摄像， 所述读出部按照比基于所述激励光的像素信号的读出中的放大率低的放大率进行基于所述参照光的像素信号的读出。
9.根据权利要求8所述的医疗设备，其特征在于， 所述读出部在所述激励光的照射期间内，针对基于所述激励光的像素信号，在针对每一个画面改变放大率的同时进行两次非破坏读出，在所述参照光的照射期间内，针对基于所述参照光的像素信号进行一次读出。
全文摘要
医疗设备具有照明部，其对被检体照射用于激励投放到所述被检体中的荧光物质的激励光；摄像部，其对来自被照射所述激励光的所述被检体的反射光进行光电转换而对所述被检体进行摄像；读出部，其保持通过所述光电转换而得到的像素信号，并且，能够在以规定像素为单位改变所保持的所述像素信号的放大率的同时对所述像素信号进行非破坏读出；以及图像处理部，其对由所述读出部以不同放大率读出的所述像素信号进行算术平均，生成图像，即使在1个画面内存在明暗差比较大的多个荧光区域的情况下，也能够提高各荧光区域的视觉辨认性而不会引起位置偏移。
文档编号A61B1/00GK103140161SQ201280003185
公开日2013年6月5日 申请日期2012年5月16日 优先权日2011年6月14日
发明者武井俊二, 大野涉 申请人:奥林巴斯医疗株式会社