JP6320592B2 - 内視鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤなど複数の半導体光源を用いて検体内を照明する内視鏡システムに関する。

医療分野においては、光源装置、内視鏡装置、プロセッサ装置を備える内視鏡システムを用いた診断が広く行われている。この内視鏡システムの光源装置としては、これまで、キセノンランプなどの広帯域光源が広く用いられてきたが、LED（Light Emitting Diode）やLD（Laser Diode）などの半導体光源も用いられつつある。

ここで、半導体光源には、温度変動や経時劣化などによって、出射光の発光量に変動が生ずることが知られている。複数色の半導体光源を組み合せて用いる場合、どのような明るさにおいても各色の半導体光源の発光量の比率を所定の設定比率に合わせておくこと要求されるが、温度変動等により、ある色の半導体光源の発光量が変動ずれてしまうと、発光量の比率が設定比率から外れて、色調が変動してしまうという問題がある。

そこで、特許文献１では、出射光の発光量の変動を防ぐため、出射光の光量を、センサなどの受光部で検出し、その受光部の検出結果に基づいて、出射光の色温度が一定になるように半導体光源を駆動制御している。また、特許文献２では、出射光の発光量の変動を防ぐため、半導体光源の温度を温度センサで検出し、この温度センサの検出結果に応じて、プロセッサ装置内で画像信号に乗じるゲインを変更している。この特許文献２では、ゲインの変更により、出射光の発光量の変動に伴う画像信号の変動が抑えられる（ただし、特許文献２の場合は、経時的な劣化までは検出することができない。）。

特開２０１０−１５８４１３公報 特許４７８７０３２号公報

半導体光源には、上記のような発光量の変動の他に、半導体光源に加える電流量に応じて、即ち、発光強度に応じて、温度ドリフト（波長シフト）が発生することが知られている。R-LEDの場合であれば、図１８に示すように、発光強度が大きくなる程、波長シフトにより、ピーク波長が長波長側にシフトすることが知られている（図１８の「弱」、「中」、「強」は発光強度の大きさを示している。（図２０についても同様））。この波長シフトは、内視鏡画像上の色調に変化を及ぼすものであるため、内視鏡観察において様々な影響を与える。

例えば、色素を用いた観察において、クリスタルバイオレットを用いる場合、図１９に示すように、R-LEDの発光強度が大きくなると、クリスタルバイオレットの出力値（反射光量）がリニアに変化しなくなる。特に、遠景観察時のように、R-LEDの発光量が増える場合は、赤味が強くなる。これは、図２０に示すように、発光強度が大きくなる程、R-LEDのピーク波長が長波長側に波長シフトすることに加えて、クリスタルバイオレットの反射率は６００nmよりも長波長側で徐々に増加するため、R-LEDの反射光量が多くなり過ぎるためである。このような波長シフトにより、クリスタルバイオレットの部分の赤みが強くなると、ドクターは、クリスタルバイオレットを出血部位と間違える可能性がある。

以上のような、クリスタルバイオレットの色味変化など波長シフトに伴う色調の変化については、波長シフトに合わせて補正する必要があるが、特許文献１のような光源補正や特許文献２のようなゲイン変更では補正することができない。

本発明は、半導体光源の波長シフトなどに伴う色調の変化を補正することができる内視鏡システムを提供することを目的とする。

本発明の内視鏡システムは、検体を照明するための照明光として、ピーク波長が互いに異なる光を発生する複数のＬＥＤ光源と、光源制御部とを有する光源装置と、光源制御部が、複数のＬＥＤ光源に対して、通常観察モード用の光源制御を行って、通常観察モード用の光を発する通常観察モードと、光源制御部が、複数のＬＥＤ光源に対して、特殊観察モード用の光源制御を行って、特殊観察モード用の光を発する特殊観察モードとを切り替えるモード切替部と、撮像面にカラーフィルタを備えたカラー撮像素子と、照明光で照明中の検体をカラー撮像素子で撮像して、複数の色信号からなる第１カラー画像信号を取得する画像信号取得部と、第１カラー画像信号に基づいて目標光量を算出する光量算出部と、第１カラー画像信号を、第１カラー画像信号と異なる第２カラー画像信号に変換する色変換処理を行う色変換部とを備え、複数のＬＥＤ光源のそれぞれのＬＥＤ光源は、カラー撮像素子の透過波長範囲にピーク波長を有する光を発し、複数のＬＥＤ光源のうち少なくともいずれか１つのＬＥＤ光源は、発光強度が大きくなる程、ピーク波長がシフトする光を発生し、光源制御部は、光量算出部で算出した目標光量に基づいて、複数のＬＥＤ光源に加える駆動量を設定し、色変換部は、複数のＬＥＤ光源に加える駆動量に応じて、色変換処理の内容を変更する。

色変換処理は、第１カラー画像信号に対して第１係数を乗算することによって、第２カラー画像信号に変換する処理であり、第１係数は、複数のＬＥＤ光源に加える駆動量に関連づけられていることが好ましい。駆動量は電流量であることが好ましい。光源制御部において、目標光量から、設定光量比に基づいて、複数のＬＥＤ光源の目標光量を算出することが好ましい。通常観察モードが選択された場合に、色変換部が、色変換処理の内容の変更を行うことが好ましい。

照明光の光量を測定する光量測定センサを有することが好ましい。複数のＬＥＤ光源のうち少なくとも２つのＬＥＤに、それぞれのＬＥＤから発せられた光の光量を測定する光量測定センサが設けられていることが好ましい。

複数のＬＥＤ光源は、Ｂ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｒ−ＬＥＤであることが好ましい。Ｂ−ＬＥＤ，Ｇ−ＬＥＤ，Ｒ−ＬＥＤには、それぞれ各ＬＥＤから発せられる光の光量を測定する光量測定センサが設けられており、光源制御部は、目標光量から、設定光量比に基づいて、Ｂ−ＬＥＤの目標光量、Ｇ−ＬＥＤの目標光量、Ｒ−ＬＥＤの目標光量を算出し、光量測定センサで測定したＢ−ＬＥＤ，Ｇ−ＬＥＤ，Ｒ−ＬＥＤの光の光量と、Ｂ−ＬＥＤの目標光量、Ｇ−ＬＥＤの目標光量、Ｒ−ＬＥＤの目標光量との比較に基づいて、Ｂ−ＬＥＤ，Ｇ−ＬＥＤ，Ｒ−ＬＥＤの駆動量を設定することが好ましい。複数のＬＥＤ光源は、Ｖ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｒ−ＬＥＤであることが好ましい。複数のＬＥＤ光源のうち少なくとも１つのＬＥＤ光源は、発光強度が大きくなる程、ピーク波長が長波側にシフトする光を発生することが好ましい。

本発明によれば、半導体光源の波長シフトなどに伴う色調の変化を補正することができる。

内視鏡システムの外観図である。 第１実施形態の内視鏡システムの機能を示すブロック図である。 通常光の発光スペクトルを示すグラフである。 紫色狭帯域光Ｖｎ，緑色狭帯域光Ｇｎの発光スペクトルを示すグラフである。 Ｂフィルタ、Ｇフィルタ、Ｒフィルタの分光透過率を示すグラフである。 Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）及びＧ（緑）の補色フィルタの分光透過率を示すグラフである。 第１実施形態の通常用色変換部の機能を示すブロック図である。 第１実施形態における通常観察モードの一連の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態の通常用色変換部の機能を示すブロック図である。 第１マトリックス係数Mijが格納された大容量メモリを示す説明図である。 動画表示時における通常用色変換部の動作を示す説明図である。 静止画取得時における通常用色変換部の動作を示す説明図である。 白色版を示す平面図である。 発光強度の増大による紫色狭帯域光、青緑色狭帯域光、緑色光、赤色光の波長変動を示す説明図である。 光路結合部及び紫色狭帯域光、青緑色狭帯域光、緑色光、赤色光の光量を測定する光量測定センサを示すブロック図である。 ３ＤＬＵＴを示す説明図である。 図３とは異なる通常光の発光スペクトルを示すグラフである。 R-LEDの分光発光強度を示すグラフである。 R-LEDの発光強度とクリスタルバイオレットの出力値（反射光量値）との関係を示すグラフである。 R-LEDの規格化強度とクリスタルバイオレットの分光反射率を示すグラフである。

［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態の内視鏡システム１０は、内視鏡１２と、光源装置１４と、プロセッサ装置１６と、モニタ１８と、コンソール１９とを有する。内視鏡１２は光源装置１４と光学的に接続されるとともに、プロセッサ装置１６と電気的に接続される。内視鏡１２は、検体内に挿入される挿入部１２ａと、挿入部１２ａの基端部分に設けられた操作部１２ｂと、挿入部１２ａの先端側に設けられる湾曲部１２ｃ及び先端部１２ｄを有している。操作部１２ｂのアングルノブ１２ｅを操作することにより、湾曲部１２ｃは湾曲動作する。この湾曲動作に伴って、先端部１２ｄが所望の方向に向けられる。

また、操作部１２ｂには、アングルノブ１２ｅの他、モード切替ＳＷ１３ａと、フリーズボタン１３ｂが設けられている。モード切替ＳＷ１３ａは、通常観察モードと、特殊観察モードの２種類のモード間の切り替え操作に用いられる。通常観察モードは、白色光を用いて通常光画像をモニタ１８上に表示するモードであり、特殊観察モードは、表層血管などの特定構造を粘膜とのコントラスト差を付けて強調表示することができる特定波長の光を用いて、モニタ１８上に特殊光画像を表示するモードである。

フリーズボタン１３ｂは、プロセッサ装置１６にフリーズ信号を送信する。プロセッサ装置１６は、フリーズ信号の受信待機中は、動画モードに設定されて、モニタ１８に、通常光画像や特殊光画像などの動画を表示する。プロセッサ装置１６は、フリーズ信号受信すると、受信してから一定時間の間だけ、動画モードから静止画モードに移行する。この静止画モード中に、現在取得中の画像の中からブレ等が無い高画質な静止画を選択し、選択した静止画を静止画用メモリ（図示省略）に記憶する。

プロセッサ装置１６は、モニタ１８及びコンソール１９と電気的に接続される。モニタ１８は、画像情報等を出力表示する。コンソール１９は、機能設定等の入力操作を受け付けるUI（ユーザーインターフェース）として機能する。なお、プロセッサ装置１６には、画像情報等を記録する外付けの記録部（図示省略）を接続してもよい。

図２に示すように、光源装置１４は、V-LED（Violet Light Emitting Diode）２０ａ、B-LED（Blue Light Emitting Diode）２０ｂ、G-LED（Green Light Emitting Diode）２０ｃ、R-LED（Red Light Emitting Diode）２０ｄ、これら４色のＬＥＤの駆動を制御する光源制御部２１、G-LEDの光路上に挿脱される緑色狭帯域フィルタ２２と、４色のLED２０a〜２０ｄから発せられる光の光路を結合する光路結合部２３と、ガラス板２４と、光量測定センサ２５とを備えている。

光路結合部２３で結合された光は、挿入部１２a内に挿通されたライトガイド４１及び照明レンズ４５を介して、検体内に照射される。ガラス板２４は、R-LED２０ｄからの赤色光Ｒのうち大部分を光路結合部２３に向けて透過させるとともに、一部を光量測定センサ２５に向けてフレネル反射させる。なお、緑色狭帯域フィルタ２２はフィルタ挿脱部２２ａにより挿脱される。なお、LEDの代わりに、LD（Laser Diode）を用いてもよい。

V-LED２０ａは、中心波長４０５nm、波長範囲３８０〜４４０nmの紫色狭帯域光Ｖｎを発生する。B-LED２０ｂは、中心波長４６０nm、波長範囲４２０〜５００nmの青緑色狭帯域光Ｂｎを発生する。G-LED２０ｃは、波長範囲が４８０〜６００nmに及ぶ正規分布の緑色光Ｇを発生する。R-LED２０ｄは、中心波長６２０〜６３０nmで、波長範囲が６００〜６５０nmに及ぶ赤色光Ｒを発生する。緑色狭帯域フィルタ２２は、G-LED２０ｃから発せられる緑色光Ｇのうち、５３０〜５５０nmの緑色狭帯域光Gnを透過させる。

光源制御部２１は、通常観察モード時には、緑色狭帯域フィルタ２２をG-LED２０ｃの光路上から退避させた状態で、V-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃ、R-LED２０ｄを全て点灯する。これにより、図３に示すように、紫色狭帯域光Ｖｎ、青緑色狭帯域光Ｂｎ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒの４色の光が混色することで、通常光が生成される。一方、特殊観察モード時には、緑色狭帯域フィルタ２２をG-LED２０ｃの光路上に挿入した状態で、V-LED２０ａ、G-LED２０ｃを同時点灯することにより、紫色狭帯域光Ｖｎ、緑色狭帯域光Ｇｎを同時に発生する。これにより、図４に示すように、V-LED２０ａからの紫色狭帯域光Ｖｎと、緑色狭帯域フィルタ２２で波長制限された緑色狭帯域光Ｇｎとが同時に生成される。

光源制御部２１は、V-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃ、R-LED２０ｄに所定の電流量（ＬＥＤの駆動量の一種）を加えて、各LED２０a〜２０ｄの発光量を制御する。V-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃに加える電流量については、プロセッサ装置の光量算出部５４から出力される目標光量設定信号に応じて決定される。これに対して、R-LED２０ｄに加える電流量については、目標光量設定信号に加えて、光量測定センサ２５で測定した赤色光Rの光量に基づいて決定される。なお、本実施形態では、各LED２０a〜２０ｄに加える電流量ｃは、ビット換算値、即ち、０〜１０２３（１０ビット）の間の値で表記される。

図２に示すように、光量測定センサ２５は、ガラス板２４で反射した赤色光Ｒを受光するとともに、この受光した赤色光Ｒの光量に応じた光量測定信号を光源制御部２１に出力する。光源制御部２１は、光量測定センサ２５から出力された光量測定信号とプロセッサ装置内の光量算出部５４から出力された目標光量設定信号とを比較し、この比較結果に基づいて、R-LED２０ｄの発光量が目標光量となるように、R-LED２０ｄに加える電流量ｃを設定する。設定された電流量ｃは、R-LED２０ｄに出力されるとともに、プロセッサ装置内でR-LED２０ｄの波長シフトによる色調の変化を抑制するマトリックス処理を行うために、プロセッサ装置内の通常用色変換部６８及び特殊用色変換部７４にも出力される。

以上のように、本実施形態では、光量測定センサ２５を用いて赤色光Ｒの発光量をモニタリングし、このモニタリング結果に基づいて、R-LED２０ｄの光量をフィードバック制御することにより、R-LED２０ｄの温度ドリフト（波長シフト）や経時劣化によって発光量に変動したとしても、その変動は、R-LED２０ｄに加える電流量の再設定により是正されるため、R-LED２０ｄの発光量は常に目標光量を維持することができる。

ライトガイド４１は、光源装置１４と内視鏡１２を接続するユニバーサルコード（図示せず）内に内蔵されており、光路結合部２３で結合された光を内視鏡１２の先端部１２ｄまで伝搬する。なお、ライトガイド４１としては、マルチモードファイバを使用することができる。一例として、コア径１０５μｍ、クラッド径１２５μｍ、外皮となる保護層を含めた径がφ０．３〜０．５ｍｍの細径なファイバケーブルを使用することができる。

内視鏡１２の先端部１２ｄは照明光学系３０aと撮像光学系３０ｂを有している。照明光学系３０ａは照明レンズ４５を有しており、この照明レンズ４５を介して、ライトガイド４１からの光が検体内に照射される。撮像光学系３０ｂは、撮像レンズ４６、撮像センサ４８を有している。検体からの反射光は、撮像レンズ４６を介して、撮像センサ４８に入射する。これにより、撮像センサ４８に検体の反射像が結像される。

撮像センサ４８はカラーの撮像素子であり、検体の反射像を撮像して画像信号を出力する。この撮像センサ４８は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等であることが好ましい。本発明で用いられるイメージセンサは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の３色の画像信号を得るためのカラーイメージセンサ、即ち、撮像面にＲＧＢフィルタを備えた、いわゆるＲＧＢイメージセンサである。図５に示すように、RGBイメージセンサのBフィルタは３８０〜５７０nmの光を透過させ、Gフィルタは４５０〜６３０nmの光を透過させ、Rフィルタは５８０〜７７０nmの光を透過させる。

なお、撮像センサ４８としては、RGBイメージセンサの代わりに、図６に示すような分光透過率を有するＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）及びＧ（緑）の補色フィルタを備えた、いわゆる補色イメージセンサであっても良い。補色イメージセンサの場合には、ＣＭＹＧの４色の画像信号から色変換によってＲＧＢの３色の画像信号を得ることができる。この場合には、ＣＭＹＧの４色の画像信号からＲＧＢの３色の画像信号に色変換する色変換手段を、内視鏡１２又はプロセッサ装置１６のいずれかに備えている必要がある。

図２に示すように、撮像センサ４８から出力される画像信号は、ＣＤＳ・ＡＧＣ回路５０に送信される。ＣＤＳ・ＡＧＣ回路５０は、アナログ信号である画像信号に相関二重サンプリング（ＣＤＳ）や自動利得制御（ＡＧＣ）を行う。ＣＤＳ・ＡＧＣ回路５０を経た画像信号は、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄコンバータ）５２により、デジタル画像信号に変換される。Ａ／Ｄ変換されたデジタル画像信号は、プロセッサ装置１６に入力される。

プロセッサ装置１６は、受信部５３と、光量算出部５４と、ＤＳＰ５６と、ノイズ除去部５８と、画像処理切替部６０と、通常光画像処理部６２と、特殊光画像処理部６４と、映像信号生成部６６とを備えている。受信部５３は内視鏡１２からのＲＧＢのデジタル画像信号を受信する。Ｒ画像信号は撮像センサ４８のＲ画素（Ｒフィルタが設けられた画素）から出力される信号に対応し、Ｇ画像信号は撮像センサ４８のＧ画素（Ｇフィルタが設けられた画素）から出力される信号に対応し、Ｂ画像信号は撮像センサ４８のＢ画素（Ｂフィルタが設けられた画素）から出力される信号に対応している。

光量算出部５４は、受信部５３で受信したＲＧＢのデジタル画像信号に基づいて露光量を算出するとともに、この算出された露光量に基づいて、目標光量を算出する。そして、光量算出部５４は、算出された目標光量と、V-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃ、R-LED２０ｄ間の設定光量比とに基づいて、各V-LED２０ａ〜２０ｄの目標光量を定めた目標光量設定信号を算出する。

例えば、光量算出部５４で算出された光量が「Ｐ」で、設定光量比が「V-LED：B-LED：G-LED：R-LED＝ａ：ｂ：ｃ：ｄ」である場合、V-LED２０ａの目標光量は「Ｐ×（ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ））」となり、B-LED２０ｂの目標光量は「Ｐ×（ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ））」となり、G-LED２０ｃの目標光量は「Ｐ×（ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ））」となり、R-LED２０ｄの目標光量は「Ｐ×（ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ））」となる。なお、光量比はコンソール１９によって設定され、通常観察モードと特殊観察モードで異なる光量比が設定される。

ＤＳＰ５６は、ＲＧＢ画像信号に対してガンマ補正、色補正処理を行う。ノイズ除去部５８は、ＤＳＰ５６でガンマ補正等が施されたＲＧＢ画像信号に対してノイズ除去処理（例えば移動平均法やメディアンフィルタ法等）を施すことによって、ＲＧＢ画像信号からノイズを除去する。ノイズが除去されたＲＧＢ画像信号は、画像処理切替部６０に送信される。

画像処理切替部６０は、モード切替ＳＷ１３ａにより、通常観察モードにセットされている場合には、ＲＧＢ画像信号を通常光画像処理部６２に送信し、特殊観察モードにセットされている場合には、ＲＧＢ画像信号を特殊光画像処理部６４に送信する。

通常光画像処理部６２は、通常用色変換部６８と、通常用色彩強調部７０と、通常用構造強調部７２とを有し、検体内を通常の生体の色調で表現した通常光画像を生成する。通常用色変換部６８は、ＲＧＢ３チャンネルのデジタル画像信号に対して色変換処理を施すことにより、色変換済RGB画像信号を出力する。この通常用色変換部６８では、詳しくは後述するように、R-LED２０ｄの波長シフトや経時劣化による色調の変化を抑制するマトリックス処理が行われる。

通常用色変換部６８では、更に、色変換済ＲＧＢ画像信号に対して階調変換処理を行って、階調変換済ＲＧＢ画像信号を出力する。通常用色彩強調部７０は、階調変換済ＲＧＢ画像信号に対して、各種色彩強調処理を施す。通常用構造強調部７２は、色彩強調処理済ＲＧＢ画像信号に対して、シャープネスや輪郭強調等の構造強調処理を行う。通常用構造強調部７２で構造強調処理が施されたＲＧＢ画像信号は、映像信号生成部６６に入力される。

通常用色変換部６８は、図７に示すように、３×３のマトリックス回路８０と、ＲＧＢ画像信号入力部８２と、ＲＧＢ画像信号出力部８４と、９つのＬＵＴ#Mij（i,jは、それぞれ０、１、２のいずれかの値）（本発明の第１テーブルに相当）と、乗算器８６a〜８６ｉと、加算器８８ａ〜８８ｆとを有している。各ＬＵＴ#Mijは、１０ビット分のR-LED２０ｄの電流量ｃに対応する第１マトリックス係数Mij#cを記憶している（cは０又は１〜１０２３の整数）。この第１マトリックス係数Mij#cは、R-LED２０ｄの波長シフトや経時劣化を補正するためのパラメータである。

また、各ＬＵＴ#Mijは、光源装置内の光源制御部２１と乗算器８６a〜８６ｉとの間に接続されており、光源制御部２１からのR-LED２０ｄの電流量ｃの入力に対して、その入力された電流量ｃに対応する第１マトリックス係数Mij#cを出力する。出力された第１マトリックス係数Mij#cは、乗算器８６a〜８６ｉによって、ＲＧＢ画像信号入力部８２からのＲＧＢ画像信号に対して乗算される。

加算器８８ａは、第１マトリックス係数M00#cが乗算されたＲ画像信号と、第１マトリックス係数M01#cが乗算されたＧ画像信号とを加算する。加算器８８ｂは、加算器８８ａで加算された画像信号に対して、更に、第１マトリックス係数M02#cが乗算されたＢ画像信号を加算する。加算器８８ｂを経た画像信号は、下記（１）式で示される色変換済Ｒ画像信号として、ＲＧＢ画像信号出力部８４から出力される。
色変換済Ｒ画像信号
＝M00#c×Ｒ画像信号＋M01#c×Ｇ画像信号＋M02#c×Ｂ画像信号・・・（１）

上記のように、加算器８８ｃ〜８８ｆを用いた演算を行うことで、下記（２）、（３）式で示される色変換済Ｇ画像信号及び色変換済Ｂ画像信号が、ＲＧＢ画像信号出力部８４から出力される。
色変換済Ｇ画像信号
＝M10#c×Ｒ画像信号＋M11#c×Ｇ画像信号＋M12#c×Ｂ画像信号・・・（２）
色変換済Ｂ画像信号
＝M20#c×Ｒ画像信号＋M21#c×Ｇ画像信号＋M22#c×Ｂ画像信号・・・（３）

なお、各ＬＵＴ#Mijに記憶するR-LED２０ｄの電流量ｃと第１マトリックス係数Mijとの対応関係は、内視鏡出荷時の測定により得られ、以下のようにして定められる。まず、R-LED２０ｄに最小電流量Cminを加えて赤色光Ｒを発光し、この赤色光Ｒで照明中の検体を撮像してＲＧＢ画像信号を出力する。この出力したＲＧＢ画像信号と、目標とするＲＧＢ画像信号とに基づいて、第１マトリックス係数Mij#0を決定する。この決定した第１マトリックス係数Mij#0をＬＵＴ#Mijに格納する。次に、R-LED２０ｄに加える電流量ｃを徐々に増加させ、増加させる毎に、同様の手順で、第１マトリックス係数Mij#p（qは１〜１０２３の間の整数）を算出してＬＵＴ#Mijに格納する。

なお、R-LEDは、発光強度が大きくなる程、即ち、電流量ｃが大きくなる程、ピーク波長が長波長側にシフトすることから（図１８、図２０参照）、この波長シフトに伴う色調の変化が補正されるように、第１マトリックス係数Mij#cが定められる。例えば、クリスタルバイオレットを用いた色素観察時には、R-LEDの発光強度が大きくなると赤味が強くなるが、これを補正するためには、電流量ｃが一定値を超える場合に、色変換済Ｒ画像信号が小さくなるように、第１マトリックス係数M00#c,M01#c,M02#cを定めればよい。例えば、Ｒ画像信号に乗算されるM00#cを小さくするか、もしくは、Ｇ画像信号及びＲ画像信号に乗算されるM01#c,M02#cを大きくすればよい。

特殊光画像処理部６４は、特殊用色変換部７４と、特殊用色彩強調部７６と、特殊用構造強調部７８とを有し、表層血管など特定構造を強調表示した特殊光画像を生成する。特殊用色変換部７４は、ＲＧＢ３チャンネルのデジタル画像信号に対して色変換処理を施すことにより、色変換済RGB画像信号を出力する。この特殊用色変換部７４は、通常用色変換部６８と同様の方法で、R-LED２０ｄの波長シフトや経時劣化による色調の変化を抑制することに加えて、特殊光画像を疑似カラー表示するためのマトリックス処理が行われる。

特殊用色変換部７４では、更に、色変換済ＲＧＢ画像信号に対して階調変換処理を行って、階調変換済ＲＧＢ画像信号を出力する。特殊用色彩強調部７６は、階調変換済ＲＧＢ画像信号に対して、各種色彩強調処理を施す。特殊用構造強調部７８は、色彩強調処理済ＲＧＢ画像信号に対して、シャープネスや輪郭強調等の構造強調処理を行う。特殊用構造強調部７８で構造強調処理が施されたＲＧＢ画像信号は、映像信号生成部６６に入力される。

映像信号生成部６６は、通常光画像処理部６２又は特殊光画像処理部６４から入力されたRGB画像信号を、モニタ１８で表示可能画像として表示するための映像信号に変換する。この変換後の映像信号に基づいて、モニタ１８は、通常観察モード時には通常光画像を表示し、特殊観察モード時には特殊光画像を表示する。

次に、本発明の作用について、図８に示すフローチャートを参照しながら説明する。モード切替ＳＷ１３ａにより通常観察モードに設定されると、V-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃ、R-LED２０ｄが全て点灯する。これにより、紫色狭帯域光Ｖｎ、青緑色狭帯域光Ｂｎ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒがそれぞれ合波した通常光が検体内に発光される。通常光で照明された検体は、撮像センサ４８によって撮像される。撮像センサ４８からはＲＧＢ画像信号が出力される。

光源装置１４内では、R-LED２０ｄから発せられる赤色光Ｒは、光量測定センサ２５で発光量が測定される。光量測定センサ２５が測定した光量測定信号は、光源制御部２１に出力される。光源制御部２１では、光量測定信号とプロセッサ装置内の光量算出部５４から出力された目標光量設定信号とを比較し、この比較結果に基づいて、R-LED２０ｄの発光量が目標光量となるように、R-LED２０ｄに加える電流量ｃを設定する。設定された電流量ｃは、R-LED２０ｄに出力されるとともに、プロセッサ装置内の通常用色変換部６８にも出力される。

光源制御部２１から出力されたR-LED２０ｄの電流量ｃは、通常用色変換部６８内の３×３のマトリックス回路８０に入力される。３×３のマトリックス回路８０では、電流量ｃが各ＬＵＴ#Mijに入力される。各ＬＵＴ#Mijは、入力された電流量ｃに対応する第１マトリックス係数Mij#cを出力する。この出力された第１マトリックス係数Mij#cに基づくマトリックス処理を、ＲＧＢ画像信号に対して行う。これにより、色変換済ＲＧＢ画像信号が得られる。この色変換済ＲＧＢ画像信号に基づいて通常光画像が生成されて、モニタ１８に表示される。通常光画像においては、R-LED２０ｄの波長シフトや経時劣化により生じる色調の変化が抑制されている。

［第２実施形態］
第１実施形態では、R-LEDの電流量ｃの全てに対応する第１マトリックス係数Mij#c（i,jは０、１、２いずれかの値、cは０又は１〜１０２３の整数）をマトリックス回路８０内のＬＵＴ#Mijに記憶してマトリックス処理を行ったが、この場合には、メモリ量が膨大になるため、第２実施形態では、マトリックス回路８０のＬＵＴ#Mijとは別の大容量メモリに、R-LEDの電流量ｃの全てに対応する第１マトリックス係数Mij#cを記憶させておき、必要に応じて、大容量メモリから第１マトリックス係数Mij#cを読み出してマトリックス処理を行う。

図９に示すように、第２実施形態の通常用色変換部６８は、第１実施形態と同様の３×３のマトリックス回路８０に加えて、制御部１０１と、大容量メモリ１０２と、ビットシフト回路１０３とを備えている。制御部１０１は光源制御部２１及びフリーズボタン１３ｂに接続されており、光源制御部２１からの電流量ｃ及びフリーズボタン１３ｂからのフリーズ信号が入力される。また、制御部１０１は、ビットシフト回路１０３を介して、大容量メモリ１０２に接続されており、ビットシフト回路１０３は、３×３のマトリックス回路８０に接続されている。大容量メモリ１０２には、図１０に示すように、１０ビット分のR-LED２０ｄの電流量ｃに対応する第１マトリックス係数Mij#c（i,jは０、１、２いずれかの値、cは０又は１〜１０２３の整数）が記憶されている。なお、第２実施形態の特殊用色変換部７４についても、上記と同様の構成を有している。

制御部１０１は、フリーズ信号がプロセッサ装置１６に入力されない動画モード時には、大容量メモリ１０２から一部のマトリックス係数Mijのみを読み出し、その一部の読み出した第１マトリックス係数Mijをマトリックス回路８０内のＬＵＴ#Mijに記憶させてマトリックス処理を行う。これにより、ＬＵＴ#Mijに記憶する第１マトリックス係数Mijの数を減らすことができるため、メモリ容量を削減することができる。例えば、図１０に示すように、各ＬＵＴ#Mijに全ての電流量分の第１マトリックス係数を記憶させた場合には、３×３×１０２４のメモリ容量が必要となるが、７ビット（１２８）の間隔で間引いた場合には、３×３×８だけのメモリ容量だけで済むようになる。

これに対して、制御部１０１は、フリーズ信号がプロセッサ装置１６に入力される静止画モード時には、大容量メモリ１０２から電流量ｃに対応する第１マトリックス係数Mijを読み出して、この読み出した第１マトリックス係数Mijに基づいてダイレクトにマトリックス処理を行う。そのため、静止画取得時には、マトリックス回路８０内のＬＵＴ#Mijは用いられない。

第１マトリックス係数M00の読出しに関しては、以下のように行われる。動画モード時には、図１１に示すように、大容量メモリのM00#0〜M00#1023の中から、ビットシフト回路１０３により、M00#0, M00#128, M00#256・・・M00#896のように、第１マトリックス係数M00が間引かれて読み出される。この間引かれた第１マトリックス係数M00はLUT#M00に格納される。次に、LUT#M00と乗算器８６ｅとの間が、マトリックス係数切替スイッチ１０５により接続状態にされる。そして、動画モード中は、LUT#M00に格納された第１マトリックス係数に基づいて、マトリックス処理が行われる。例えば、電流量ｃが入力されると、LUT#M00に格納された第１マトリックス係数の中から、入力された電流量ｃにもっとも近い電流量に対応する第１マトリックス係数が選択される。そして、この選択された第１マトリックス係数に基づいて、マトリックス処理が行われる。

これに対して、静止画モード時には、図１２に示すように、LUT#M00と乗算器８６ｅとの間がマトリックス係数切替スイッチ１０５により非接続状態となる一方、制御部１０１と乗算器８６ｅとの間が接続状態になる。次に、大容量メモリ１０２から電流量ｃに対応する第１マトリックス係数M00を読み出す。この読み出された第１マトリックス係数M00は、LUT#M00を経由することなく、乗算器８６ａによってダイレクトにＲ画像信号に乗算される。第１マトリックス係数M01〜M22の読出しについても、第１マトリックス係数M00の読出しと同様にして行われる。

なお、第２実施形態では、静止画モード時には、大容量メモリから電流量ｃに対応する第１マトリックス係数を読み出してマトリックス処理を行ったが、これに代えて、動画モード時にマトリックス回路８０内のＬＵＴ#Mijに格納した第１マトリックス係数Mijに基づいて補間処理し、この補間処理により得られる第１マトリックス係数を用いてマトリックス処理を行ってもよい。例えば、ＬＵＴ#Mij内において、電流量が７ビット（１２８）の間隔で間引きされた第１マトリックスMijが格納されている場合、電流量ｃが１２８〜２５６の間にある場合の補間処理は、下記（４）式のように行われる。
Mij#c＝((c-128)×Mij#256＋(256-c)×Mij#128)/128・・・（４）

［第３実施形態］
上記第１及び第２実施形態では、R-LEDの波長シフトや経時劣化に伴う色調の変化をマトリックス処理により補正したが、これに加えて、スコープ間の個体差、即ち、撮像センサ４８の分光感度のバラツキによる色調の変化をマトリックス処理により行ってもよい。第３実施形態では、内視鏡診断前に事前にキャリブレーションを行って、スコープ間の個体差を吸収するための、即ち、撮像センサ４８の分光感度のバラツキを補正するための第２マトリックス係数CMij（i,jは０、１、２いずれかの値）を算出する。そして、下記（５）式のように、第１マトリックス係数Mij#cと第２マトリックス係数CMijを乗算して得られる補正マトリックス係数Mij#c´を用いて、第１及び第２実施形態と同様の方法でマトリックス処理を行う。
Mij#c´＝CMij×Mij#c・・・（５）

キャリブレーションによる第２マトリックス係数（CM00〜CM22の９つの係数）の算出方法は、以下のような手順で行われる。まず、図１３に示す白板１１０に向けて、紫色狭帯域光Ｖｎ，青緑色狭帯域光Ｂｎ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒの４種類の単色光をそれぞれ照射し、照射毎に、撮像センサ４８から３色分のR画像信号、G画像信号、B画像信号を出力する。これにより、単色光照射時には、合計で１２の画像信号（４種類の光の照射×３色の画像信号）が得られる。

次に、紫色狭帯域光Ｖｎ，青緑色狭帯域光Ｂｎ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒの中からそれぞれ２色の光を組み合せた２色混色光、即ち、６種類の混色光をそれぞれ照射し、照射毎に、撮像センサ４８から３色分のR画像信号、G画像信号、B画像信号を出力する。これにより、２色混色光照射時には、合計で１８の画像信号（６種類の光の照射×３色の画像信号）が得られる。また、紫色狭帯域光Ｖｎ，青緑色狭帯域光Ｂｎ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒの中からそれぞれ３色の光を組み合せた３色混色光、即ち、３種類の混色光をそれぞれ照射し、照射毎に、撮像センサ４８から３色分のR画像信号、G画像信号、B画像信号を出力する。これにより、３色混色光照射時には、合計で９の画像信号（３種類の光の照射×３色の画像信号）が得られる。

最後に、各色ＬＥＤを全て点灯して通常光を照射し、または、各色ＬＥＤを全て消灯してＢｋ光とそれぞれを照射し、照射毎に、撮像センサ４８から３色分のR画像信号、G画像信号、B画像信号を出力する。これにより、通常光及びＢｋ光照射時には、合計で６の画像信号（２種類の光の照射×３色の画像信号）が得られる。

以上のように、単色光、２色混色光、３色混色光、通常光、Ｂｋ光の照射によって、合計で４５の画像信号が得られる。この４５の画像信号と、目標とする４５の画像信号に基づいて、第２マトリックス係数（CM00〜CM22）を算出する。なお、４５色の光を用いて、第２マトリックス係数を算出したが、４５色以下の光を用いて、第２マトリックス係数を算出してもよい。

なお、本実施形態のように、V-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃ、R-LED２０ｄの４色のＬＥＤを備える内視鏡システムの代わりに、R-LED、G-LED、B-LEDの３色のＬＥＤを備える内視鏡システムの場合であれば、以下のようにして、第２マトリックス係数の算出が行われる。まず、白板１１０（図１３参照）に向けて、「R光（R-LEDを点灯）」、「G光（G-LEDを点灯）」、「B光（B-LEDを点灯）」、「C光（B-LED、G-LEDを同時点灯）」、「M光（B-LED、R-LEDを同時点灯）」、「Y光（G-LED、R-LEDを同時点灯）」、「W光（B-LED、G-LED、R-LEDを同時点灯）」、「Bk光（B-LED、G-LED、R-LEDを全て消灯）」をそれぞれ照射し、照射毎に、撮像センサ４８から３色分のR画像信号、G画像信号、B画像信号を出力する。これにより、合計で２４の画像信号（８種類の光の照射×３色の画像信号）が得られる。この２４の画像信号と、目標とする２４の画像信号に基づいて、第２マトリックス係数（CM00〜CM22）を算出する。なお、８色の光を用いて、第２マトリックス係数を算出したが、８色以下の光を用いて、第２マトリックス係数を算出してもよい。

また、第３実施形態では、キャリブレーションにより第２マトリックス係数を算出したが、内視鏡製造時などに、上記キャリブレーションに相当する処理を行って、第２マトリックス係数を算出し、この算出した第２マトリックス係数と内視鏡のスコープＩＤとを対応付けてプロセッサ装置内のメモリ（図示省略（本発明の第２メモリに相当））に記憶してもよい。そして、実際の内視鏡使用時には、内視鏡がプロセッサ装置に接続されたときには、プロセッサ装置内のＩＤ読み取り部でスコープＩＤを読み取り、この読み取ったスコープＩＤに対応する第２マトリックス係数を用いてマトリックス処理を行う。

なお、上記第１〜第３実施形態では、R-LED２０ｄのみ発光量を測定し、この測定結果に基づいてプロセッサ装置内でマトリックス処理を行ったが、その他の色のV-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃについても、図１４に示すように、発光強度を大きくすると、紫色狭帯域光Ｖｎ、青緑色狭帯域光Ｂｎ、緑色光Ｇの中心波長が長波長側にシフトする波長シフトが生ずる。なお、図１４では、「Ｖｎ（大）」は「Ｖｎ（小）」よりも発光強度が大きいことを、「Ｂｎ（大）」は「Ｂｎ（小）」よりも発光強度が大きいことを、「Ｇ（大）」は「Ｇ（小）」よりも発光強度が大きいことを、「Ｒ（大）」は「Ｒ（小）」よりも発光強度が大きいことをそれぞれ示している。

そこで、V-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃについてもそれぞれ発光量を測定し、その測定結果に基づいてマトリックス処理を行ってもよい。図１５に示すように、V-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃの発光量については、光量測定センサ２５と同様に、光量測定センサ１２０〜１２２により測定される。光量測定センサ１２０〜１２２は、ガラス板１２５〜１２７で反射した紫色狭帯域光Ｖｎ、青緑色狭帯域光Ｂｎ、緑色光Ｇの発光量を測定する。なお、ガラス板１２５〜１２７は、ガラス板２５と同様であり、紫色狭帯域光Ｖｎ、青緑色狭帯域光Ｂｎ、緑色光Ｇのうち大部分を光路結合部２３に向けて透過させ、一部を光量測定センサ１２０〜１２２に向けて反射させる。

光源制御部２１は、各光量測定センサ２５及び１２０〜１２２から出力される光量測定信号と、各LED２０ａ〜２０ｄの目標光量設定信号とに基づいて、各LED２０ａ〜２０ｄに加える電流量を設定する。ここで、V-LED２０ａの電流量をｃｖとし、B-LED２０ｂの電流量をｃｂとし、G-LED２０ｃの電流量をｃｇとし、R-LED２０ｄの電流量をｃｒとする。設定された電流量は各LED２０ａ〜２０ｄに出力されるとともに、通常用色変換部６８及び特殊用色変換部７４に出力される。

通常用色変換部６８及び特殊用色変換部７４では、各ＬＥＤ２０ａ〜２０ｄの波長シフト等による色ムラを補正するためのマトリックス処理を行う。そのため、通常用色変換部６８及び特殊用色変換部７４には、R-LED２０ｄの波長シフトや経時劣化を補正するための第１マトリックス係数Mij#crの他に、V-LED２０ａ、B-LED２０ｂ、G-LED２０ｃの波長シフトや経時劣化を補正するための第１マトリックス係数Mij#cv、Mij#cb、Mij#cgを、それぞれ、電流量ｃｖ、ｃｂ、ｃｇ、ｃｇに関連付けて記憶させておく。そして、実際のマトリックス処理時には、光源制御部２１で設定された電流量ｃｖ、ｃｂ、ｃｇ、ｃｇに対応する４つの第１マトリックス係数をそれぞれ掛け合わせたMij#cv×Mij#cb×Mij#cg×Mij#crを、ＲＧＢ画像信号に乗算する。これにより、波長シフト等による色ムラが補正された色変換済ＲＧＢ画像信号が得られる。

なお、上記第１〜第３実施形態では、３×３のマトリックス回路８０を用いて、R-LED２０ｄの波長シフトや経時劣化に伴う色調の変化を補正したが、これに代えて、３ＤＬＵＴ（３次元ルックアップテーブル（3-Dimesion Look Up Table））（本発明の第２テーブルに相当）を用いて、補正してもよい。図１６に示すように、３ＤＬＵＴ１３０は、ＲＧＢ画像信号と色変換済ＲＧＢ画像信号が対応付けて記憶されており、ＲＧＢ画像信号の入力に対して、色変換済ＲＧＢ画像信号を出力する。この３ＤＬＵＴ１３０は、R-LED２０ｄの電流量毎に複数設けられている。

したがって、実際のマトリックス処理時には、複数の３ＤＬＵＴ１３０の中から、R-LED２０ｄに加える電流量に対応する３ＤＬＵＴが選択される。この選択された３ＤＬＵＴにより、ＲＧＢ画像信号を色変換済ＲＧＢ画像信号に変換する。なお、３ＤＬＵＴの作成方法としては、所定の電流量で発光したときのＲＧＢ画像信号と色変換済ＲＧＢ画像信号との関係を、電流量と関連付けて多数記憶しておき、その記憶した電流量、ＲＧＢ画像信号、色変換済ＲＧＢ画像信号間の相関関係に基づいて、３ＤＬＵＴを作成する方法が考えられる。

なお、上記実施形態では、図３に示すような発光スペクトルを有する４色の光を用いたが、発光スペクトルはこれに限られない。例えば、図１７に示すように、緑色光G及び赤色光Rについては、図３と同様のスペクトルを有する光にする一方で、紫色狭帯域光Vn^*については、中心波長４１０〜４２０nmで、図３の紫色狭帯域光Vnよりもやや長波長側に波長範囲を有する光にし、青緑色狭帯域光Bn^*については、中心波長４４５〜４６０nmで、図３の青緑色狭帯域光Bnよりもやや短波長側に波長範囲を有する光にしてもよい。

１０ 内視鏡システム
２０ａ〜２０ｄ V-LED,B-LED,G-LED,R-LED（半導体光源）
２１ 光源制御部
２５，１２０〜１２２ 光量測定センサ
４８ 撮像センサ（画像信号取得手段）
６８ 通常用色変換部（色変換部）
７４ 特殊用色変換部（色変換部）
８０ ３×３マトリックス回路
１０２ 大容量メモリ（第１メモリ）
１３０ ３ＤＬＵＴ（第２テーブル）

Claims (11)

1. 検体を照明するための照明光として、ピーク波長が互いに異なる光を発生する複数のＬＥＤ光源と、光源制御部とを有する光源装置と、
   前記光源制御部が、前記複数のＬＥＤ光源に対して、通常観察モード用の光源制御を行って、通常観察モード用の光を発する通常観察モードと、前記光源制御部が、前記複数のＬＥＤ光源に対して、特殊観察モード用の光源制御を行って、特殊観察モード用の光を発する特殊観察モードとを切り替えるモード切替部と、
   撮像面にカラーフィルタを備えたカラー撮像素子と、
   前記照明光で照明中の検体を前記カラー撮像素子で撮像して、複数の色信号からなる第１カラー画像信号を取得する画像信号取得部と、
   前記第１カラー画像信号に基づいて目標光量を算出する光量算出部と、
   前記第１カラー画像信号を、前記第１カラー画像信号と異なる第２カラー画像信号に変換する色変換処理を行う色変換部とを備え、
   前記複数のＬＥＤ光源のそれぞれのＬＥＤ光源は、前記カラー撮像素子の透過波長範囲にピーク波長を有する光を発し、前記複数のＬＥＤ光源のうち少なくともいずれか１つのＬＥＤ光源は、発光強度が大きくなる程、ピーク波長がシフトする光を発生し、
   前記光源制御部は、前記光量算出部で算出した前記目標光量に基づいて、前記複数のＬＥＤ光源に加える駆動量を設定し、
   前記色変換部は、前記複数のＬＥＤ光源に加える駆動量に応じて、前記色変換処理の内容を変更する内視鏡システム。
2. 前記色変換処理は、前記第１カラー画像信号に対して第１係数を乗算することによって、前記第２カラー画像信号に変換する処理であり、
   前記第１係数は、前記複数のＬＥＤ光源に加える駆動量に関連づけられている請求項１記載の内視鏡システム。
3. 前記駆動量は電流量である請求項１または２記載の内視鏡システム。
4. 前記光源制御部において、
   前記目標光量から、設定光量比に基づいて、前記複数のＬＥＤ光源の目標光量を算出する請求項１ないし３いずれか1項記載の内視鏡システム。
5. 前記通常観察モードが選択された場合に、前記色変換部が、前記色変換処理の内容の変更を行う請求項１ないし４いずれか１項記載の内視鏡システム。
6. 前記照明光の光量を測定する光量測定センサを有する請求項１ないし５いずれか１項記載の内視鏡システム。
7. 前記複数のＬＥＤ光源のうち少なくとも２つのＬＥＤに、それぞれのＬＥＤから発せられた光の光量を測定する光量測定センサが設けられている請求項１ないし５いずれか１項記載の内視鏡システム。
8. 前記複数のＬＥＤ光源は、Ｂ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｒ−ＬＥＤである請求項１ないし７いずれか１項記載の内視鏡システム。
9. 前記Ｂ−ＬＥＤ，前記Ｇ−ＬＥＤ，前記Ｒ−ＬＥＤには、それぞれ各ＬＥＤから発せられる光の光量を測定する光量測定センサが設けられており、
   前記光源制御部は、
   前記目標光量から、設定光量比に基づいて、前記Ｂ−ＬＥＤの目標光量、前記Ｇ−ＬＥＤの目標光量、前記Ｒ−ＬＥＤの目標光量を算出し、
   前記光量測定センサで測定した前記Ｂ−ＬＥＤ，前記Ｇ−ＬＥＤ，前記Ｒ−ＬＥＤの光の光量と、前記Ｂ−ＬＥＤの目標光量、前記Ｇ−ＬＥＤの目標光量、前記Ｒ−ＬＥＤの目標光量との比較に基づいて、前記Ｂ−ＬＥＤ，前記Ｇ−ＬＥＤ，前記Ｒ−ＬＥＤの前記駆動量を設定する請求項８記載の内視鏡システム。
10. 前記複数のＬＥＤ光源は、Ｖ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｒ−ＬＥＤである請求項１ないし７いずれか１項記載の内視鏡システム。
11. 前記複数のＬＥＤ光源のうち少なくとも１つのＬＥＤ光源は、発光強度が大きくなる程、ピーク波長が長波側にシフトする光を発生する請求項１ないし１０いずれか１項記載の内視鏡システム。

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